CN109642265B - 薄带零件及其制造方法、以及使用薄带零件的电动机 - Google Patents

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Abstract

采用一种薄带零件的制造方法，包括以下工序：加工工序，将非晶质薄带部件加工为比目标形状大的尺寸形状；和热处理工序，对由所述加工工序加工的所述非晶质薄带部件进行热处理使其收缩，并使其成为所述目标形状的薄带零件。采用一种薄带零件，该薄带零件是多个板状的相同形状的薄带零件层叠而成的磁性层叠体，所述磁性层叠体的侧面在整体上具有凹部。使用一种电动机，其包括：上述记载的薄带零件；配置于所述薄带零件的多个线圈；和配置于所述多个线圈之间的转子。

Description

薄带零件及其制造方法、以及使用薄带零件的电动机
技术领域
本发明涉及薄带零件及其制造方法、以及使用薄带零件的电动机。特别涉及对软磁性薄带进行热处理而得到的薄带零件及其制造方法、以及使用该薄带零件的电动机。
背景技术
作为现有的电动机用的铁芯(定子)的磁性板的层叠体，使用纯铁或电磁钢板。另外，在以更高效化作为目的的电动机中，也有将非晶质或具有纳米结晶粒的薄带用于铁芯的情况(例如参照专利文献1)。
用于该电动机的定子铁芯首先通过卷绕、切断、冲裁、蚀刻等方法，将非晶质合金薄带加工为规定的形状，所述非晶质合金薄带是通过单辊法、双辊法等液体急冷法制作的。接下来，为了提高合金薄带的磁特性，通过对非晶质合金薄带进行热处理使其结晶化，而做成具有纳米结晶粒的合金薄带。接着将这些合金薄带层叠做成定子铁芯，并用于电动机。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-145917号公报
发明内容
但是，在专利文献1中的电动机中，由于将非晶质合金薄带加工为规定的形状并进行热处理，所以通过温度上升，使构成薄带的原子的间隔变窄而发生薄带的收缩。
其结果是，有时热处理后的定子铁芯的形状不落入规定的范围。因此，在将定子组装到电动机时产生障碍。另外，定子铁芯与转子铁芯的间隙距离不恒定，电动机特性也不恒定。
由此，关于本发明的课题，其目的在于提供一种即使由于热处理而使薄带零件产生收缩，形状精度和磁特性也优异的薄带零件及其制造方法、以及使用该薄带零件的电动机。
为了达到上述目的，使用一种薄带零件的制造方法，包括以下工序：加工工序，将非晶质薄带部件加工为比目标形状大的尺寸形状；和热处理工序，对由所述加工工序加工的所述非晶质薄带部件进行热处理使其收缩，并使其成为所述目标形状的薄带零件。
使用一种薄带零件的制造方法，包括以下工序：加工工序，将非晶质薄带加工为比目标形状大的尺寸形状；层叠工序，将由所述加工工序加工的所述非晶质薄带层叠；和热处理工序，对所述层叠工序后的所述非晶质薄带的层叠体进行热处理使其收缩，并使所述非晶质薄带成为所述目标形状的层叠的薄带部件。
使用一种薄带零件，该薄带零件是多个板状的相同形状的薄带零件层叠而成的磁性层叠体，所述磁性层叠体的侧面在整体上具有凹部。
使用一种薄带零件，该薄带零件是多个板状的相同形状的薄带零件层叠而成的磁性层叠体，所述薄带零件之间相接合。
使用一种薄带零件，该薄带零件是多个板状的相同形状的薄带零件层叠而成的磁性层叠体，所述磁性层叠体的侧面由树脂覆盖，并形成一个平面。
使用一种薄带零件，该薄带零件是多个板状的相同形状的薄带零件层叠而成的磁性层叠体，所述磁性层叠体的侧面形成有一个平面，树脂位于所述薄带零件之间。
使用一种电动机，包括：上述记载的薄带零件；配置于所述薄带零件的多个线圈；和配置于所述多个线圈之间的转子。
如上所述，根据本发明的薄带零件、层叠体、及其制造方法、以及电动机，能够使薄带零件的形状精度和磁特性以及电动机特性优异。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的非晶质状态的铁类薄带零件的俯视图。
图2A是将本发明的实施方式1中的热处理后的薄带零件层叠而成的层叠体的侧视图。
图2B是将本发明的实施方式1中的热处理后的薄带零件层叠而成的层叠体的俯视图。
图3A是使用本发明的实施方式1中的层叠体的电动机的侧视图。
图3B是使用本发明的实施方式1中的层叠体的电动机的俯视图。
图4A是本发明的实施方式1中的层叠体的齿的端面附近的剖视图。
图4B是本发明的实施方式1中的层叠体的齿的主视图。
图5是本发明的实施方式2中的层叠体的端面附近的剖视图。
图6A是本发明的实施方式3中的层叠体的端面附近的剖视图。
图6B是本发明的实施方式3中的层叠体的端面附近的主视图。
图7是本发明的实施方式4中的层叠体的热处理装置的剖面结构图。
图8A是本发明的实施方式4中的层叠体的端面附近的剖视图。
图8B是本发明的实施方式4中的层叠体的端面附近的主视图。
图9A是本发明的实施方式5中的层叠体的端面附近的剖视图。
图9B是本发明的实施方式5中的层叠体的端面附近的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1中的非晶质薄带部件1的俯视图。
<非晶质薄带部件1>
非晶质薄带部件1是铁类薄带零件，是磁性部件。
非晶质薄带部件1在内侧具有多个称为齿1a的T字形的部位。在将非晶质薄带部件1用于电动机的情况下，转子10进入齿1a的端面30的内侧。最终，线圈卷绕在该齿1a上。电流在线圈中流动，产生磁场，转子10旋转，成为电动机。
在非晶质薄带部件1周边的四个部位处存在安装孔1b。螺栓等固定部件插入安装孔1b中。
在非晶质薄带部件1的外周上，具有将多个齿1a相连并具有安装孔1b的环形或中空的框状的芯背部(core back)1c。
<热处理>
对非晶质薄带部件1进行热处理，以提高磁特性。特别地，若通过热处理使其结晶化而生成称为纳米结晶粒的纯铁的微结晶粒，则软磁特性提高。非晶质薄带部件1为磁性材料，并由线圈卷绕而成为电动机的零件。
因为非晶质是比固有的原子间距离长的不稳定的状态，所以因热处理引起的温度升高，原子为稳定化而以使原子间距离变成固有的距离的方式移动。其结果是，非晶质薄带部件1收缩。经热处理的薄带变脆，因此在制作时，先在非晶质状态下进行形状加工，然后采取热处理的工序。
<工艺>
在该实施方式1中，使用一种薄带零件的制造方法，包括以下工序：加工工序，将非晶质薄带部件1加工为比目标形状大的尺寸比例的规定形状；和热处理工序，对经上述加工的非晶质薄带部件1进行热处理使其收缩，并使其成为上述目标尺寸之内的形状。
也就是说，考虑到由于热处理导致的非晶质薄带部件1的收缩率，将非晶质薄带部件1加工成稍大的尺寸。对非晶质薄带部件1进行热处理，使其收缩，并控制在规定的尺寸规格内。在非晶质薄带部件1中，从大约100℃起，原子的移动变得明显，在大约370℃至500℃之间，开始生成粒径为数十纳米的纳米结晶粒。
另外，用于提高磁特性的处理时间需要数秒以上，温度越低，需要的时间越长。关于收缩率，在矩形的试验片中，在单轴方向上最大为0.6％，但该值根据热处理条件而不同。热处理的温度越高或热处理的时间越长，原子的移动量就越大，因此收缩率越大。
相应于此确定加工尺寸。关于收缩率，板厚的影响较小。另一方面，关于收缩率，形状的影响较大，根据形状，取决于部位的收缩率的表现是复杂的。由于不仅各材料本身收缩，而且也因材料的连接方式而相互约束，因此收缩率不是统一的，而是根据部位而不同。
为了提高形状精度，需要充分考虑收缩率的是作为齿1a的T字形的部位。在内径部插入作为转子10的旋转体。因此，如果该转子10与齿1a的端面30之间的间隙较大，则电动机效率降低，如果间隙不恒定，则旋转动作变得不稳定。
齿1a的前端部位的端面30显示出最复杂的收缩行为。如果该齿1a的形状精度较差，则电动机特性也变得不稳定。
在非晶质薄带部件1周边的四个部位处具有安装孔1b。由于影响到非晶质薄带部件1的中心部的位置精度和转子10所插入的空间的直径的精度，所以安装孔1b的位置很重要。
存在将多个齿1a相连并具有安装孔1b的环形或中空的框状的芯背部1c。芯背部1c的精度有时也可以以严密的程度低于齿1a或安装孔1b的精度。
<工艺>
因此，首先制作接近最终形状的形状并进行热处理。测量热处理过的部件并确定收缩率。以不同的热处理条件和部位形状测量的收缩率在0％-0.6％之间。热处理后的收缩量由非晶质薄带部件1内的非晶质状态、板厚、热处理时的温度等的不均匀而影响。即使进行相同的处理，收缩量也产生差异，但像本实施方式这样，若最大直径为大约130mm以下，则其精度在±0.01mm以内。
<层叠体>
图2A是将对非晶质薄带部件1进行了热处理而得到的薄带零件2层叠而成的层叠薄带零件3的侧视图。图2B是将对非晶质薄带部件1进行了热处理而得到的薄带零件2层叠而成的层叠薄带零件3的俯视图。层叠而成的层叠薄带零件3是将热处理过的薄带零件2层叠，利用螺栓4将这些薄带零件2，经由弹簧垫圈5和垫圈6由螺母7紧固。这里的固定有四个部位。
另外，也可以在将非晶质薄带部件1层叠多片以上之后进行热处理，如图2A所示，利用螺栓4紧固，而形成层叠薄带零件3。
层叠薄带零件3是多个板状的相同形状的薄带零件2层叠而成的磁性层叠体。
<电动机>
图3A是使用层叠而成的层叠薄带零件3的电动机的侧视图，图3B是使用层叠而成的层叠薄带零件3的电动机的俯视图。在图2A和图2B的层叠而成的层叠薄带零件3中，卸下螺母7的一端，将金属座8插入到层叠而成的层叠薄带零件3的下方，并再次利用螺母7紧固。
接下来，在薄带零件2的称为齿1a(图1)的部位，对层叠而成的层叠薄带零件3施加绕组9，做成定子。在层叠而成的层叠薄带零件3的内径部设置转子10。如果在该状态下对绕组9通电，则能够作为电动机驱动。
<齿1a>
图4A是层叠而成的层叠薄带零件3的齿1a的端面30附近的剖视图，图4B是层叠而成的层叠薄带零件3的齿1a的端面30附近的主视图。
如关于图1所说明的那样，热处理后的薄带零件2的尺寸精度在±0.01mm以内。另外，除此以外在层叠时，在面内容易发生对位的偏差。即使提高对位的精度，也会由于热处理引起的尺寸偏差而在端面30产生凹凸。
在图4A的凹凸的尺寸变动a和图4B的凹凸的尺寸变动b中，端面30的尺寸变动都在±0.1mm以内。另外，由于薄带零件2被热处理，因此在图4B中，在端面30上能够确认能够视觉辨认的氧化膜11。由于具有该氧化膜11，所以氧化不会进展，耐腐蚀性提高。
(实施方式2)
图5是本发明的实施方式2的层叠而成的层叠薄带零件3的齿1a的端面30附近的剖视图。没有记载的事项与实施方式1相同。
在图5中，与实施方式1中的图4的不同之处在于，在薄带零件2的端面30形成有树脂包覆层12。由于薄带零件2的各自的收缩量的差异，使得在端面30上产生凹凸。然而，特别是在使转子10旋转的内径部，使相互的间隙间隔(端面30和转子10之间的间隔)的精度良好很重要。
为了消除该尺寸差异，在端面30形成树脂包覆层12。若树脂包覆层12进入至薄带零件2的层间深处，则占空系数变差。因此，主要仅在端面30形成树脂包覆层12。由于在端面30上存在凹凸，因此即使仅在端面30的表面附近形成树脂包覆层12，也能够充分地确保其接合力。进而，如果对该树脂包覆层12的表面进行切削加工而形成平面31，则形状精度进一步提高。
此外，优选仅在层叠薄带零件3的齿1a部分形成树脂包覆层12。
(实施方式3)
图6A是本发明的实施方式3的层叠而成的层叠薄带零件3的齿1a的端面30附近的剖视图。图6B是本发明的实施方式3的层叠而成的层叠薄带零件3的齿1a的端面30附近的主视图。没有记载的事项与实施方式1、2相同。
图6A与实施方式2的图5的不同之处在于，对树脂包覆层12的表面进行切削加工，使薄带零件2从端面30露出，形成一个平面31。尽管通过热处理使薄带零件2变脆，但是通过在端面30中保留层间借助树脂包覆层12粘结的状态，能够在不损坏薄带零件2的情况下进行切削加工。
通过切削加工，使得剖面的凹凸量减小，并且留下当从正面观察时具有金属光泽的切削加工痕13。
由此，不仅特别是转子10与端面30之间的间隙间隔的精度提高，而且还能够减小与薄带零件2之间的间隙间隔。结果，电动机效率进一步提高。
需要说明的是，优选仅在层叠薄带零件3的齿1a部分进行上述处理。
(实施方式4)
图7是本发明的实施方式4的层叠而成的层叠薄带零件3的热处理装置的剖面构成图。没有记载的事项与实施方式1-3相同。
非晶质薄带部件1的层叠体14由加压板15夹住，并由加压板15内的加热器16加热，从而在按压的同时进行热处理。在热处理过程中，表面的氧化膜32在非晶质薄带部件1之间发展等，部件之间的整体或一部分相互接合。其结果是，由于层叠体14被一体化，因此热处理后的处置变得容易。
需要说明的是，氧化膜32在层叠体14的外侧比在内部的非晶质薄带部件1之间更多。
图8A是热处理后的层叠体17的端面30附近的剖视图，图8B是热处理后的层叠体17的端面30附近的主视图。当一边从上下按压层叠体14一边进行热处理时，在加压板15和层叠体14之间的边界面处存在相对于收缩的摩擦阻力。
另外，在生成纳米结晶粒的热处理条件下，非晶质薄带部件1自身发热，在层叠体14的中央部侧热量蓄积而温度升高，中央部侧的收缩率增大。由于这些影响，使得在热处理后的层叠体17的端面30处，中央部的收缩量变大，也有时具有凹部18。
在图3A和3B所示的电动机中，若端面30和转子10接触，则发生动作故障。因此，如果是如图8A那样具有凹部18的形状，则热处理后的层叠体17的上下两端的薄带零件2成为基准，形状受到限制。其结果是，具有易于确保精度的优点。
层叠体14是多个板状的相同形状的薄带零件2层叠而成的磁性层叠体，是在磁性层叠体的侧面整体上具有凹部18的薄带零件。另外，薄带零件2的大小的变化为，越是位于层叠体14的外侧的薄带零件2，大小越大。
(实施方式5)
图9A是本发明的实施方式5的热处理后的层叠体17的齿1a的端面30附近的剖视图。图9B是本发明的实施方式5的热处理后的层叠体17的齿1a的端面30附近的主视图。没有记载的事项与实施方式4相同。在实施方式5中，对实施方式4的热处理后的层叠体17进一步加工，在侧面形成一个平面。
图9A和图9B与实施方式4的图8A和图8B的不同之处在于，对端面30的表面进行切削加工而形成一个平面31。尽管薄带零件2由于热处理而变脆，但是通过在图7的装置中一边按压一边进行热处理，使得薄带零件2的层间的整体或一部分通过伴随热处理而发展的氧化膜32而彼此粘结，因此能够进行该加工。
由此，端面30附近的薄带零件2被固定，而能够没有破损地进行切削加工。通过切削加工，使得端面30的凹凸量减小，并留下当从正面观察时具有金属光泽的切削加工痕13。所谓切削加工痕13是线状的凹凸。由此，特别是转子10和端面30之间的间隙间隔的精度提高，所以电动机效率提高。
(作为整体)
上述的实施方式可以组合。例如，也可以对实施方式4和5中形成的层叠体实施实施方式2和3。
虽然以齿1a为中心进行了说明，但是薄带零件2的其他部分也同样能够适用。
薄带零件是一个例子，也可以应用于其他结构、形状。
工业实用性
根据本发明的薄带零件、层叠体、及其制造方法和电动机，能够使薄带零件的形状精度、磁特性和电动机特性优异。进而，本发明所涉及的层叠体除了电动机以外，还能够应用于变压器等应用磁的电子零件的用途。
附图标记说明
1 非晶质薄带部件；
1a 齿；
1b 孔；
1c 芯背部；
2 薄带零件；
3 层叠薄带零件；
4 螺栓；
5 弹簧垫圈；
6 垫圈；
7 螺母；
8 金属座；
9 绕组；
a 尺寸变动；
b 尺寸变动；
10 转子；
11 氧化膜；
12 树脂包覆层；
13 切割加工痕；
14 层叠体；
15 加压板；
16 加热器；
17 热处理后的层叠体；
18 凹部；
30 端面；
31 平面。

Claims (12)

1.一种薄带零件的制造方法，包括以下工序：
加工工序，将非晶质薄带加工为比目标形状大的尺寸形状；
层叠工序，将由所述加工工序加工的所述非晶质薄带层叠；和
热处理工序，对所述层叠工序后的所述非晶质薄带的层叠体进行热处理使其收缩，并使所述非晶质薄带成为所述目标形状的层叠的薄带部件，
在所述热处理工序中，将层叠的所述薄带零件的零件之间的整体或一部分通过伴随热处理而发展的氧化膜而彼此接合。
2.根据权利要求1所述的薄带零件的制造方法，其中，
在所述热处理工序中，在对层叠了的所述非晶质薄带沿层叠方向按压的同时进行热处理。
3.根据权利要求1所述的薄带零件的制造方法，其中，
在所述热处理工序中，层叠的所述薄带零件的侧面凹陷。
4.根据权利要求1所述的薄带零件的制造方法，其中，
比目标形状大的尺寸的所述非晶质薄带部件是所述目标形状的大于0％且0.6％以下的尺寸。
5.根据权利要求1所述的薄带零件的制造方法，其中，
比目标形状大的尺寸的所述非晶质薄带部件根据所述非晶质薄带部件的部位不同而使增大的尺寸不同。
6.根据权利要求1所述的薄带零件的制造方法，其中，
比目标形状大的尺寸的所述非晶质薄带部件根据所述热处理工序的热处理条件而使增大的尺寸不同。
7.根据权利要求6所述的薄带零件的制造方法，其中，
关于比目标形状大的尺寸的非晶质薄带部件，所述热处理工序的热处理温度越高，或者所述热处理工序的热处理时间越长，则使尺寸越大。
8.一种薄带零件，该薄带零件是利用权利要求1～7中任一项所述的薄带零件的制造方法，使多个板状的相同形状的薄带零件层叠而制造的磁性层叠体，所述磁性层叠体的侧面在整体上具有凹部。
9.根据权利要求8所述的薄带零件，其中，
越是位于所述磁性层叠体的外侧的所述薄带零件，尺寸越大。
10.一种薄带零件，该薄带零件是利用权利要求1～7中任一项所述的薄带零件的制造方法，使多个板状的相同形状的薄带零件层叠而制造的磁性层叠体，所述薄带零件之间的整体或一部分通过氧化膜彼此相接合。
11.一种薄带零件，该薄带零件是利用权利要求1～7中任一项所述的薄带零件的制造方法，使多个板状的相同形状的薄带零件层叠而制造的磁性层叠体，所述磁性层叠体的侧面形成有一个平面，在所述平面上没有树脂，但是树脂位于所述薄带零件之间的端部，在所述薄带零件之间的中央没有树脂。
12.一种电动机，包括：
权利要求8所述的薄带零件；
配置于所述薄带零件的多个线圈；和
配置于所述多个线圈之间的转子。
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