CN111864922B - 马达及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及马达及其制造方法。【课题】提供在确保马达的定子铁心的机械强度的同时能够提高马达的输出的马达。【解决手段】马达(1)具备:定子(2)和在定子(2)的内侧可旋转地配置的转子(3),该定子(2)包含:形成有由外周部分(22A)和内周部分(22B)构成的环状的轭(22)和从轭(22)的内周部分(22B)向内侧延伸的齿(23)、(23)、…的定子铁心、和卷绕于齿(23)、(23)、…的线圈(28)。定子铁心(20)将由软磁性材料制成的多个片材(21)层叠而成。片材(21)在相当于轭(22)的外周部分(22A)的第一部分(21a)具有将层叠的片材(21)、(21)彼此束缚的束缚部(26),第一部分(21a)中至少束缚部(26)由无定形系软磁性材料制成,片材(21)中除第一部分(21a)以外的第二部分(21b)由纳米晶系软磁性材料制成。
Description
技术领域
本发明涉及具备将线圈卷绕于定子铁心的定子和在定子的内侧可 旋转地配置的转子的马达及其制造方法。
背景技术
在现有的马达和变压器等中,作为铁心,利用将由无定形系软磁 性材料制成的多张板材层叠而成的层叠体。这样的层叠体的板材彼此 之间用保持构件或紧固构件等束缚(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-236918号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,专利文献1中记载的铁心由无定形系软磁性材料制成,因 此饱和磁化低,在将该铁心在马达中使用的情况下,有时招致马达扭 矩的降低。因此,将无定形系软磁性材料加热从而结晶化,能够提高 铁心的饱和磁化,但机械强度降低。在将由这样结晶化的材料制成的 片材例如作为层叠体应用于定子铁心的情况下,在制造时和使用时应 力容易作用于将层叠的片材彼此束缚的束缚部,因此片材有可能损伤。
本发明鉴于这点而完成,提供在确保马达的定子铁心的机械强度 的同时能够提高马达的输出的马达和能够稳定地制造该马达的制造方 法。
用于解决课题的手段
鉴于上述课题,本发明涉及的马达具备:定子和在所述定子的内 侧可旋转地配置的转子,该定子包含形成有由外周部分和内周部分构 成的环状的轭和从所述轭的内周部分向内侧延伸的齿的定子铁心、和 卷绕于所述齿的线圈,其特征在于,所述定子铁心是将由软磁性材料 制成的多个片材层叠而成的,所述片材在与所述轭的所述外周部分相 当的第一部分具有将层叠的所述片材彼此束缚的束缚部,所述第一部 分中至少所述束缚部由无定形系软磁性材料制成,所述片材中除所述 第一部分以外的第二部分由纳米晶系软磁性材料制成。
在本发明中,定子铁心是将多个片材层叠而成的。在马达使用时 热应力等应力容易作用于将该片材彼此束缚的束缚部。在本发明中, 束缚部由机械强度比纳米晶系软磁性材料高的无定形系软磁性材料制 成,因此即使在束缚部发生了应力集中,也能够防止以束缚部为起点 的破损。
另一方面,具有束缚部的第一部分相当于轭的外周部分,第二部 分为除第一部分以外的片材的部分,因此相当于马达使用时形成磁路 的轭的内周部分和齿。在本发明中,第二部分由饱和磁化比无定形系 软磁性材料高的纳米晶系软磁性材料制成,因此能够提高马达的输出 特性。
其中,在第一部分中,只要束缚部由无定形系软磁性材料制成, 就第一部分的其他部分而言,无定形系软磁性材料或纳米晶系软磁性 材料均可。但是,作为更优选的方式,上述第一部分由无定形系软磁 性材料制成。
根据该方式,具有束缚部的第一部分相当于轭的外周部分,该第 一部分由无定形系软磁性材料制成。因此,成为在环状的定子铁心的 外侧部分配置强度高的材料,因此能够提高定子铁心的刚性。
其中,束缚部为将所层叠的片材彼此束缚的部分,因此,例如, 该束缚部可以用紧固构件等束缚,对该束缚部的方式并无特别限定。 但是,作为更优选的方式,上述束缚部为通过在上述各片材的一面形 成凹部从而从另一面突出的突出部,上述各片材的上述突出部嵌合于 邻接的上述片材的上述凹部。
作为各片材的束缚部的突出部嵌合于邻接的片材的凹部,因此突 出部容易应力集中。但是,根据本方式,即使发生了这样的应力的集 中,由于突出部(束缚部)由机械强度比纳米晶系软磁性材料高的无 定形系软磁性材料制成,因此能够抑制突出部的损伤。
作为进一步优选的方式,上述片材的厚度为0.01mm以上且0.05mm 以下。根据该方式,即使定子铁心的片材的厚度在这样的范围,也能 够确保定子铁心的机械强度,进而,能够抑制定子铁心的铁损。
本发明涉及的马达的制造方法是如下的马达的制造方法:其具备 定子和在所述定子的内侧可旋转地配置的转子,该定子包含形成了由 外周部分和内周部分构成的环状的轭和从所述轭的内周部分向内侧延 伸的齿的定子铁心、和卷绕于所述齿的线圈,所述定子铁心是将由软 磁性材料制成的多个片材层叠而成的,其特征在于,所述制造方法包 括:准备由无定形系软磁性材料制成并且与所述定子铁心的形状相符 的所述片材的工序;对于准备的所述片材,将所述层叠的所述片材彼 此束缚的束缚部设定于与所述外周部分相当的第一部分,至少将所述 束缚部维持为所述无定形系软磁性材料,同时至少加热所述片材中除 所述第一部分以外的第二部分,从而使至少所述第二部分从所述无定 形系软磁性材料结晶化为纳米晶系软磁性材料的工序;和将结晶化的 所述片材层叠,在层叠的所述片材的所述束缚部将所述片材彼此束缚 的工序。
根据本发明的马达的制造方法,定子铁心为将多个片材层叠而成 的,在进行束缚的工序中,用束缚部将片材彼此束缚。其中,应力容 易作用于束缚部,但在本发明中,在进行结晶化的工序中,束缚部维 持为机械强度比纳米晶系软磁性材料高的无定形系软磁性材料。由此, 在进行束缚的工序中,即使用束缚部将片材彼此束缚,也能够防止片 材损伤。
另一方面,具有束缚部的第一部分相当于轭的外周部分,第二部 分为除第一部分以外的片材的部分,因此相当于马达使用时形成磁路 的轭的内周部分和齿。在本发明中,在进行结晶化的工序中,将各片 材的第二部分加热,从无定形系软磁性材料结晶化为纳米晶系软磁性 材料。由此,第二部分由饱和磁化比无定形系软磁性材料高的纳米晶 系软磁性材料构成,因此能够提高马达的输出特性。
其中,在进行结晶化的工序中,只要在第一部分中将束缚部维持 为无定形系软磁性材料,则第一部分的其他部分可维持为无定形系软 磁性材料,也可结晶化为纳米晶系软磁性材料。但是,作为更优选的 方式,在上述进行结晶化的工序中,以将上述第一部分维持为无定形 系软磁性材料的方式加热上述第二部分。
由此,具有束缚部的第一部分相当于轭的外周部分,该第一部分 由无定形系软磁性材料制成。因此,成为强度高的材料配置于环状的 定子铁心的外侧部分,因此能够提高定子铁心的刚性。
其中,在进行束缚的工序中,束缚部可用紧固构件等束缚,对片 材的束缚的方法并无特别限定。但是,作为更优选的方式,在上述进 行束缚的工序中,对于上述层叠的上述片材,一边以在上述各片材的 一面形成凹部,从另一面形成突出部作为上述束缚部的方式使上述片 材变形,一边使上述各片材的上述突出部嵌合于邻接的上述片材的凹 部。
根据该方式,设定于各片材的束缚部由无定形系软磁性材料制成, 因此即使以在各片材的一面形成凹部,从另一面形成突出部的方式使 设定于各片材的束缚部变形,也能够抑制束缚部损伤。
作为进一步优选的方式,在上述准备片材的工序中,作为上述片 材,准备厚度为0.01mm以上且0.05mm以下的片材。根据该方式,即 使将片材的厚度为0.01mm以上且0.05mm以下的片材用于定子铁心, 也能够确保定子铁心的机械强度,进而,能够抑制定子铁心的铁损。 其中,片材的厚度薄时定子铁心的铁损小,因此优选,但厚度不到 0.01mm的片材难以制造,因此在制造片材时需要大量成本和时间。另 一方面,厚度超过0.05mm的片材有时难以充分地抑制定子铁心的铁损。
发明效果
根据本发明涉及的马达,能够提高定子铁心的机械强度,同时提 高马达的输出。另外,根据本发明涉及的马达的制造方法,能够容易 地制造具有这样的特性的马达。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施方式涉及的马达的一个实施方式的 平面图。
图2为图1中所示的马达的1/8模型的与旋转轴正交的方向的放 大截面图。
图3A为图1中所示的定子铁心的示意性立体图。
图3B为构成图3A中所示的定子铁心的片材的平面图。
图3C为图3B的束缚部的附近的截面图。
图4为表示将永磁体插入图1中所示的转子的状态的示意性立体 图。
图5为本实施方式涉及的马达的制造方法的流程图。
图6为用于说明图5中所示的结晶化工序的示意性立体图。
图7A为用于说明图5中所示的层叠-束缚工序中的片材的层叠的 截面示意图。
图7B为用于说明图5中所示的层叠-束缚工序中的片材彼此的束 缚的截面示意图。
图8A为本发明的第二实施方式涉及的马达的定子铁心的示意性 立体图。
图8B为表示构成图8A中所示的定子铁心的片材的一部分的平面 图。
图9为表示实施例、比较例1、2和参考例的采用解析模型得到的 马达的最大扭矩的结果的坐标图。
图10A为表示无定形系软磁性材料的拉伸强度和纳米晶系软磁性 材料的拉伸强度的坐标图。
图10B为对无定形系软磁性材料的饱和磁通密度与纳米晶系软磁 性材料的饱和磁通密度进行比较的坐标图。
附图标记说明
1:马达(磁体内嵌型马达)、2:定子、3:转子、5:磁体、20: 定子铁心、30:转子铁心、21:片材、21a:第一部分、21b:第二部 分、22:轭、22A:外周部分、22B:内周部分、23:齿、24:狭槽、 26:束缚部、26A:突出部(束缚部)、26B:束缚部、28:线圈
具体实施方式
以下参照附图对本发明涉及的马达的第一和第二实施方式进行说 明。
[第一实施方式]
1.关于马达1
图1中所示的本实施方式涉及的马达1为内嵌磁体型马达(IPM: InteriorPermanent Magnet)。马达1用作例如混合动力汽车或电动 汽车的驱动源。马达1具备:卷绕有线圈28的定子2、和在定子2的 内侧可旋转地配置的转子3。
定子2包含定子铁心20和线圈28。定子铁心20中形成有圆环状 的轭(后轭)22、和向轭22的内侧(具体为向转子3侧)延伸的多个 齿23、23、…。
轭22由环状的外周部分(外周轭部)22A和以围绕外周部分22A 的内侧的方式形成的环状的内周部分(内周轭部)22B构成。齿23从 轭22的内周部分22B向内侧(具体地,向转子3的旋转轴方向)延伸。 多个齿23沿着轭22的周向等间隔地形成。在相邻的齿23、23彼此之 间形成有狭槽24。线圈28卷绕于各齿23,线圈28的卷线配置于狭槽 24。
线圈28通过集中绕组或分布绕组等配置于定子2的内周侧。线圈 28通电流时,生成用于使转子3旋转的磁场。予以说明,更优选轭22 的内周部分22B为形成该磁场的磁路的部分,轭22的外周部分22A 为没有形成该磁路的部分。
定子铁心20是将由软磁性材料制成的多个片材21、21…层叠而 成的。在本实施方式中,软磁性材料为纳米晶系软磁性材料和无定形 系软磁性材料中的任一个。后述的片材21、21、…是以无定形系软磁 性材料作为起始材料、使其残留于片材21的一部分地结晶化为纳米晶 系软磁性材料而成的片材。对各片材21的厚度并无特别限定,优选为 0.01mm以上且0.05mm以下,这样的片材21优选由金属箔成型。片材 21的厚度薄时定子铁心20的铁损小,因此优选。但是,难以制造厚 度不到0.01mm的片材21,因此在片材21的制造时需要大量成本和时 间。另一方面,厚度超过0.05mm的片材21有时难以充分地抑制定子 铁心20的铁损。
如上所述,定子2具备形成为圆环状的定子铁心20。如图3A、图 3B中所示那样,构成定子铁心20的多个片材21、21、…例如相对于 定子铁心20的中心轴在中心角成为120度的位置分割为3个。因此, 通过将被分割的、3个扇形的片材21、21…接合从而成为圆环状。
在本实施方式中,定子铁心20由将多个扇形的片材21、21、… 层叠而成的多个层叠体20A(20B)构成。在层叠体20A、20A(20B、 20B)彼此配置为圆环状的状态下将层叠体彼此相互固定。
在本实施方式中,定子铁心20通过将采用3个层叠体20A得到的 圆环状部分与采用3个层叠体20B得到的圆环状部分重叠为两层而构 成。但是,也可以是其以上的层数,并不限定于此。另外,在本实施 方式中,片材21相对于定子铁心20的中心轴,每隔中心角120度分 割为3个,但对这些所分割的分割数并无特别限定,可分割为2个或 4个以上。另外,片材21可以是如后述的第二实施方式那样将与定子 铁心20的形状相符的1个片材层叠而成的层叠体。
在本实施方式中,如图3A~图3C中所示那样,各片材21由第一 部分21a和第二部分21b构成。第一部分21a为相当于轭22的外周部 分22A的部分。第二部分21b为第一部分21a以外的部分,具体地, 是相当于轭22的内周部分22B和齿23、23、…的部分。
在本实施方式中,如图3B和图3C中所示那样,各片材21在第一 部分21a具有将层叠的片材21、21彼此束缚的束缚部26。具体地, 在本实施方式中,束缚部26为突出部26A,是通过后述的铆接形成的 部分。突出部26A是通过使层叠的片材21、21…的一部分变形而将片 材21、21彼此固定的部分。
在本实施方式中,通过在各片材21的一面21c形成凹部26a,从 而突出部26A从片材21的另一面21d突出。各片材21的突出部26A 嵌合于在另一面21d侧邻接的片材21的凹部26a。由此将邻接的片材 21、21彼此束缚。
再有,在本实施方式中,作为其一例,通过在层叠的3张片材21 中设置束缚部26,将束缚的片材21的层叠体进一步层叠,从而构成 层叠体20A、20B。但是,只要能够用束缚部26进行束缚,则对层叠 的片材21的张数并无特别限定。
在本实施方式中,在片材21中,第一部分21a由无定形系软磁性 材料制成,第二部分21b由纳米晶系软磁性材料制成。因此,在本实 施方式中,作为束缚部26的突出部26A由无定形系软磁性材料制成。 另外,由于第一部分21a为无定形系软磁性材料,因此轭22的外周部 分22A的软磁性材料为无定形系软磁性材料。另一方面,由于第二部 分21b为纳米晶系软磁性材料,因此轭22的内周部分22B和齿23、 23、…的软磁性材料为纳米晶系软磁性材料。对于它们的详细的材料 特性将后述。
接下来,参照图1、图2和图4对于转子3进行说明。转子3具 备:转子铁心30、插通于在转子铁心30的中央形成的轴孔31的旋转 轴4、和埋设在转子铁心30中形成的多个贯通孔32A中的多个磁体5 (5L、5M、5R)。旋转轴4为金属制,在插通于转子铁心30的轴孔 31的状态下通过铆接等固定于转子铁心30。应予说明,在图1和图2 中,没有记载附图标记5,在本说明书中,将5L、5M、5R的各磁体总 称地表示为磁体5。
各磁体5为板状的永磁体。如图1和图4中所示那样,磁体5沿 着转子3的旋转方向(图1中所示的箭头方向)配置。具体地,如图 2中所示那样,沿着转子3的旋转方向,每45度配置有由左磁体5L、 中磁体5M和右磁体5R组成的磁体组10。各磁体5相当于左磁体5L、 中磁体5M和右磁体5R中的任一个。另外,在中磁体5M的两侧配置的 左磁体5L和右磁体5R是指,为了便于说明,相对于磁体5,图示的 位置的磁体。因此,相对于中磁体5M,只要在一侧和另一侧配置磁体 5即可。
在磁体组10中,中磁体5M的与定子2邻接的一侧为N极,其相 反侧为S极。左磁体5L和右磁体5R分别配置,使得在中磁体5M和邻 接的磁极之间极性彼此相反。即,左磁体5L与中磁体5M的N极相比 更接近S极,因此其与该中磁体5M邻接的一侧成为了N极。同样地, 右磁体5R与中磁体5M的N极相比更接近S极,因此其与该中磁体5M 邻接的一侧也成为了N极。
在转子铁心30中设置有多个贯通孔32A、32B。磁体5嵌入贯通 孔(磁体狭槽)32A的内部,在贯通孔32A中填充有树脂11。作为树 脂11,使用成型性和耐热性优异的热固性树脂。作为热固性树脂,例 如能够使用环氧系树脂、聚酰亚胺系树脂等。再有,磁体5使用以钕、 铁和硼作为主成分的钕磁体、以钐和钴作为主成分的钐钴磁体等稀土 磁体。除此以外,也可使用铁氧体磁体、铝镍钴磁体等。
在本实施方式中,转子铁心30是将由软磁性材料制成的多个片材 30a沿着转子3的旋转轴方向层叠而成的。构成片材30a的软磁性材 料优选为后述的纳米晶系软磁性材料,此时的片材30a的厚度优选为 0.01mm以上且0.05mm以下。再有,就转子铁心30而言,可替代片材 30a而将电磁钢板层叠而成。
在构成转子铁心30的片材30a之间可配置耐热性树脂等的粘接层, 只要能够维持层叠状态,也可不配置粘接层。作为耐热性树脂,例如 能够使用热固性树脂,作为热固性树脂,例如可列举出环氧系树脂、 聚酰亚胺系树脂、聚酰胺酰亚胺系树脂、或者丙烯酸系树脂等。
在此,对构成定子铁心20的片材21的无定形系软磁性材料和纳 米晶系软磁性材料进行说明。作为无定形系软磁性材料和纳米晶系软 磁性材料,例如可列举出由选自Fe、Co和Ni中的至少一种的磁性金 属与选自B、C、P、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、 Hf、Ta和W中的至少一种的非磁性金属构成的材料,但并不限定于这 些。
作为无定形系软磁性材料或纳米晶系软磁性材料的代表性材料, 例如能够列举出FeCo系合金(例如FeCo、FeCoV等)、FeNi系合金 (例如FeNi、FeNiMo、FeNiCr、FeNiSi等)、FeAl系合金或FeSi系 合金(例如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu、FeAlO等)、FeTa 系合金(例如FeTa、FeTaC、FeTaN等)或者FeZr系合金(例如FeZrN 等),但并不限定于这些。在Fe系合金的情况下,优选含有80原子% 以上的Fe。
另外,作为无定形系软磁性材料或纳米晶系软磁性材料的其他材 料,例如能够使用含有Co、以及Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少 一种的Co合金。在Co合金中,优选含有80原子%以上的Co。这样的 Co合金在制膜时容易变为无定形,磁晶各向异性、晶体缺陷和晶界少, 因此显示非常优异的软磁性。作为优选的无定形系软磁性材料,例如 能够列举出CoZr、CoZrNb和CoZrTa系合金等。
本说明书中所说的无定形系软磁性材料是具有无定形结构作为主 结构的软磁性材料。在无定形结构的情况下,在X射线衍射图案中看 不到明确的峰,只观测到宽的晕圈图案。另一方面,通过对无定形结 构施加热处理,能够形成纳米晶结构,对于具有纳米晶结构的纳米晶 系软磁性材料而言,在与晶面的晶格间距对应的位置可观测到衍射峰。 由该衍射峰的宽度,使用Scherrer公式能够算出微晶直径。
对于本说明书中所说的纳米晶系软磁性材料而言,所谓纳米晶, 是指由X射线衍射的衍射峰的半峰全宽采用Scherrer公式所算出的微 晶直径不到1μm。在本实施方式中,纳米晶的微晶直径(由X射线衍 射的衍射峰的半峰全宽采用Scherrer公式所算出的微晶直径)优选为 100nm以下,更优选为50nm以下。另外,纳米晶的微晶直径优选为5nm 以上。通过纳米晶的微晶直径为这样的大小,可看到磁特性的提高。 再有,以往的电磁钢板的微晶直径为μm级,一般为50μm以上。
在此,如由后述的图10A的结果看到那样,无定形系软磁性材料 的拉伸强度比纳米晶系软磁性材料的拉伸强度高。进而,无定形系软 磁性材料的饱和磁通密度比纳米晶系软磁性材料的饱和磁通密度低。 由于这点,本实施方式涉及的马达1获得以下的效果。
根据本实施方式,定子铁心20是将多个片材21、21、…层叠而 成的。马达1的使用时热应力等应力容易作用于该片材21、21彼此束 缚的束缚部26。特别是,在本实施方式中,使束缚部26成为突出部 26A,从而应力更容易集中于突出部26A。但是,在本实施方式中,由于束缚部26(突出部26A)由机械强度比纳米晶系软磁性材料高的无 定形系软磁性材料制成,因此即使在束缚部26(突出部26A)发生应 力集中,也能够防止以束缚部26(突出部26A)为起点的破损。
特别是,在本实施方式中,具有突出部26A的第一部分21a相当 于轭22的外周部分22A,该第一部分21a由无定形系软磁性材料制成。 因此,成为将机械强度高的材料配置于环状的定子铁心20的外侧的部 分,因此能够提高定子铁心20的刚性。
再有,在本实施方式中,包含束缚部26(突出部26A)的第一部 分21a的整体为无定形系软磁性材料,例如,也可以只是束缚部26(突 出部26A)为无定形系软磁性材料。这种情况下,除束缚部26(突出 部26A)以外的第一部分21a和第二部分21b由纳米晶系软磁性材料制成。
第二部分21b为除第一部分21a以外的片材21的部分,因此相当 于马达1使用时的形成磁路的轭22的内周部分22B和齿23、23、…。 第二部分21b由饱和磁化比无定形系软磁性材料高的纳米晶系软磁性 材料制成,因此能够提高马达1的输出特性。进而,如果使转子铁心 30成为将由纳米晶系软磁性材料制成的多个片材30a层叠而成的层叠 体,则能够进一步提高马达1的输出特性。
2.关于马达1的制造方法
以下一边参照图5的流程图一边对马达1的制造方法(具体地, 定子铁心20的制造方法)进行说明。
2-1.关于片材准备工序S1
首先,准备构成定子2的定子铁心20的片材21。片材21由无定 形系软磁性材料制成。片材21在与转子3的旋转轴正交的截面处具有 与定子铁心20的形状相符的形状。在本实施方式中,片材21为扇形 状。
无定形系软磁性材料例如能够通过采用高频熔解炉等在高温下将 以成为上面所示的组成的方式配合的金属原料熔融,制成均匀的金属 熔液,将其急冷而得到。急冷速度也因材料而异,例如为约106℃/秒, 只要在结晶化之前能够得到无定形结构,则对其急冷速度并无特别限 定。在本实施方式中,片材21能够通过向旋转的冷却辊喷射金属原料 的金属熔液而制造由无定形系软磁性材料制成的带状的金属箔,将其 冲切成型为与定子铁心20的形状相符的形状(片材21的形状)从而 得到。通过这样将金属熔液急冷,从而在材料结晶化之前,能够得到 无定形结构的软磁性材料。片材21的厚度例如优选为0.01mm以上且0.05mm以下。
2-2.关于结晶化工序S2
在该工序中,对准备的片材21进行热处理,从而使片材21的材 料结晶化。首先,在本实施方式中,对于片材21,将层叠的片材21、 21彼此束缚的束缚部26设定在与轭22的外周部分22A相当的第一部 分21a。再有,在该时刻,设定的束缚部26没有变形为突出部26A,在本实施方式中,通过设定第一部分21a的整体,从而设定各束缚部 26。
其次,将包含设定的束缚部26的第一部分21a维持为无定形系软 磁性材料,同时将片材21的第二部分21b(除第一部分21a以外的部 分)加热。由此,使第二部分21b从无定形系软磁性材料结晶化(改 性)为纳米晶系软磁性材料。即,在该工序中,第一部分21a的软磁 性材料维持为无定形结构的原样,第二部分21b的软磁性材料的无定 形结构通过加热变化为纳米晶结构。
具体地,如图6中所示那样,通过将准备的片材21夹持于加热装 置7的一对模具71、72中,从而将片材21部分地加热。在本实施方 式中,一对模具71、72具备:与片材21的第二部分21b接触、具备 将第二部分21b加热的加热器的加热块71a、72a;和与片材21的第 一部分21a接触、将第一部分21a冷却的制冷剂流动的冷却块71b、 72b。再有,只要第一部分21a不会由于加热第二部分21b的热而结晶 化,则对模具71、72的构成并无特别限定。
在结晶化工序S2中,由于加热块71a、72a与第二部分21b接触, 将第二部分21b加热,因此对于第二部分21b而言,能够使第二部分 21b的无定形系软磁性材料结晶化为纳米晶系软磁性材料。另一方面, 第一部分21a由于与冷却块71b、72b接触,因此第一部分21a不易受 到采用加热块71a、72a进行的加热的影响,抑制第一部分21a的无定 形系软磁性材料的结晶化,能够维持在无定形系软磁性材料。
就片材21的第二部分21b的热处理的条件而言,只要是能够使其 材料结晶化的条件,则并无特别限制,可考虑金属原料的组成或想要 显现出的磁特性等适当地选择。因此,对采用加热部进行的热处理的 温度并无特别限定,例如为比片材21的软磁性材料的结晶化温度高的 温度。由此,能够通过无定形系软磁性材料的热处理使无定形系软磁 性材料变化为纳米晶系软磁性材料。热处理优选在非活性气体气氛下 进行。
结晶化温度为发生结晶化的温度。由于在结晶化时发生放热反应, 因此结晶化温度能够通过测定随着结晶化而放热的温度来确定。例如, 能够使用差示扫描量热测定(DSC),在规定的加热速度(例如0.67Ks-1) 的条件下测定结晶化温度。无定形系软磁性材料的结晶化温度因材质 而异,例如为300~500℃。另外,同样地,纳米晶系软磁性材料的结晶化温度也能够通过差示扫描量热测定(DSC)来测定。在纳米晶系软 磁性材料中,已生成了结晶,但通过加热到结晶化温度以上,发生进 一步的结晶化。纳米晶系软磁性材料的结晶化温度因材质而异,例如 为300~500℃。
再有,只要第一部分21a在结晶化工序S2后维持为无定形系软磁 性材料即可,例如,加热第二部分21b时的第一部分21a的温度为 0℃~200℃,优选为20℃~150℃。因此,在本实施方式中,在结晶 化工序S2中,采用冷却块71b、72b将第一部分21a冷却,例如,也可在一对模具中设置不与第一部分21a接触的逃逸部(凹部),防止 将第一部分21a用加热块71a、72a直接地加热。
该工序中的加热温度只要为从无定形系软磁性材料到纳米晶系软 磁性材料的结晶化温度以上,则并无特别限制,例如为350℃以上, 优选为400℃以上。通过使加热温度成为400℃以上,从而能够有效率 地进行结晶化。另外,加热温度例如为600℃以下,优选为520℃以下。 通过使加热温度成为520℃以下,容易防止过度的结晶化,能够抑制 副产物(例如Fe2B等)的产生。
对热处理工序中的加热时间并无特别限制,优选为1秒以上且10 分钟以下,更优选为1秒以上且5分钟以下。
2-3.关于层叠-束缚工序S3
接下来,进行层叠-束缚工序S3。在该工序中,如图7A中所示那 样,将结晶化工序S2后的片材21在片材21的厚度方向上层叠。其次, 如图7B中所示那样,在片材21中通过铆接成型突出部26A作为束缚 部26,将片材21、21彼此固定。具体地,如图7A中所示那样,将层叠的多个片材21、21、…载置于形成了凹部81a的垫座81。接下来, 如图7B中所示那样,向着垫座81移动销钉82,对片材21、21、…进 行挤压。
以对于层叠的片材21、21、…,在各片材21的一面21c形成凹 部26a,从另一面21d形成突出部26A的方式,通过该挤压使片材21、 21变形。通过该位移,使各片材21、21的突出部26A嵌合于邻接的 片材21的凹部26a。这样,采用突出部26A将层叠的片材21束缚。 通过制作多个将多个片材21、21、…用突出部26A固定的层叠体,将 这些层叠体经由上述的铆接或树脂等进一步层叠并固定,从而制作图 3A中所示的层叠体20A、20B。将层叠体20A、20B如图3A中所示那样 配置,将它们相互地用树脂等固定,从而能够得到定子铁心20。在制 作了定子铁心20后,在卷线工序S4中,将线圈28卷绕于齿23,能 够得到定子2。
再有,在本实施方式中,采用突出部26A将片材彼此21、21束缚, 但也可在片材彼此21、21之间配置树脂,将片材彼此21、21束缚。 这种情况下,片材中与树脂接触的片材21的第一部分21a成为束缚部。
在本实施方式的制造方法中,定子铁心20是将多个片材21、21 层叠而成的,在层叠-束缚工序S3中,用束缚部26(突出部26A)将 片材21、21彼此束缚。其中,应力容易作用于束缚部26,但在结晶 化工序S2中,将束缚部26维持为机械强度比纳米晶系软磁性材料高的无定形系软磁性材料。
由此,在束缚工序S3中,即使用束缚部26将片材21、21彼此束 缚,也能够防止片材21损伤。特别地,在本实施方式中,即使使片材 21变形以致形成突出部26A作为束缚部26,也能够抑制突出部26A 损伤。除此之外,由于相当于轭22的外周部分22A的第一部分21a 由无定形系软磁性材料制成,因此能够提高环状的定子铁心20的外周 部分22A的机械强度。由此能够提高定子铁心20的刚性。
另一方面,如上所述,第二部分21b相当于马达1的使用时的形 成磁路的轭22的内周部分22B和齿23、23、…。在本实施方式中, 在结晶化工序S2中,将各片材21的第二部分21b加热,由无定形系 软磁性材料结晶化为纳米晶系软磁性材料。由此,第二部分21b由饱和磁化比无定形系软磁性材料高的纳米晶系软磁性材料制成,因此线 圈C处产生的磁通量容易向着齿23流动。其结果,能够提高马达1 的输出特性。
[第二实施方式]
接着,参照图8A和8B对本发明的第二实施方式涉及的马达进行 说明。该实施方式的马达的定子铁心20和片材21的形状以及束缚部 26与上述的实施方式不同。因此,针对相对于上述的实施方式其他基 本上同等的构成标注相同的附图标记,省略说明。
在构成定子2的定子铁心20的轭22的外周部分22A设置有形成 了用于将定子铁心20安装于外壳(未图示)等的安装孔42的安装部 22C。定子铁心2是将片材21层叠而成的。本实施方式涉及的片材21 与第一实施方式不同,并不是被分割而成的,而是与定子铁心20的形 状相符的圆环状的形状。再有,图8B为表示片材21的一部分的平面 图。在本实施方式中,片材21的束缚部26B相当于安装部22C。
如图8A中所示那样,在本实施方式中,采用由阳螺纹构件45a 和阴螺纹构件45b构成的紧固工具45将层叠的多个片材21、21、… 彼此束缚。具体地,对于层叠的多个片材21、21、…,如图8A中所 示那样,将螺栓等阳螺纹构件45a插通于安装孔42,用阳螺纹构件45a的头部和与阳螺纹构件45a的轴部螺丝接合的螺母等阴螺纹构件45b 将层叠的多个片材21、21、…夹持。再有,在图8A中,用紧固工具 45只将层叠的片材21、21、…的1个部位束缚,但也可将其他部位的 一部分或全部束缚。这样用束缚部26B将片材21、21彼此束缚。在本实施方式中,采用紧固工具45将层叠的片材21、21彼此束缚,例如, 也可采用夹子等保持构件将层叠的多个片材21、21彼此束缚。
与第一实施方式同样地,束缚部26B设置于与轭22的外周部分 22A相当的第一部分21a。束缚部26B是如上所述采用紧固工具45将 片材21、21彼此束缚的部分。在本实施方式中,第一部分21a中束缚 部26B由无定形系软磁性材料制成,第一部分21a中束缚部26B以外 的部分和第二部分21b为纳米晶系软磁性材料。由此,束缚部26B由 机械强度比纳米晶系软磁性材料高的无定形系软磁性材料制成,因此 能够提高来自紧固工具45的应力容易作用的安装部22C的机械强度。
在本实施方式中,只使束缚部26B成为无定形系软磁性材料,例 如,也可使第一部分21a成为无定形系软磁性材料。由此,定子铁心 20的外周部分由无定形系软磁性材料构成,因此能够提高定子铁心20 的刚性。
再有,在制造本实施方式的定子铁心20时,可与第一实施方式同 样地准备由无定形系软磁性材料制成的片材,在结晶化工序中部分地 将束缚部26B以外的部分加热,结晶化为纳米晶系软磁性材料。通过 将结晶化工序后的片材层叠,将它们用束缚部26B固定,从而能够制 造定子铁心。
实施例
以下对本发明涉及的马达的实施例与比较例1、2和参考例的马达 的扭矩(最大扭矩)进行了解析。
[实施例]
制作了图2中所示的解析模型。如表1中所示那样,定子铁心中 对轭的外周部分(第一部分)赋予了无定形系软磁性材料的物性值, 对轭的内周部分和齿(第二部分)赋予了纳米晶系软磁性材料的物性 值。对转子铁心赋予了纳米晶系软磁性材料的物性值。再有,在解析 模型中使用的无定形系软磁性材料和纳米晶系软磁性材料的物性值为 预先测定的物性值。图10A为无定形系软磁性材料和纳米晶系软磁性 材料的拉伸强度,图10B为无定形系软磁性材料和纳米晶系软磁性材 料的饱和磁通密度。
【表1】
[比较例1]
与实施例同样地制作了解析模型。与实施例不同的点为如表1中 所示那样对定子铁心的整体赋予了无定形系软磁性材料的物性值这点。 因此,对轭的外周部分(第一部分)、轭的内周部分和齿(第二部分) 赋予了无定形系软磁性材料的物性值。另外,对转子铁心赋予了无定 形系软磁性材料的物性值这点也不同。
[比较例2]
与实施例同样地制作了解析模型。与实施例不同的点为如表1中 所示那样对定子铁心的整体赋予了无定形系软磁性材料的物性值这点。
[参考例]
与实施例同样地制作了解析模型。与实施例不同的点为如表1中 所示那样对定子铁心的整体赋予了纳米晶系软磁性材料的物性值这点。 因此,对轭的外周部分(第一部分)、轭的内周部分和齿(第二部分) 赋予了纳米晶系软磁性材料的物性值。对转子铁心赋予了纳米晶系软 磁性材料的物性值。
使用实施例、比较例1、2和参考例的解析模型,对马达的扭矩(最 大扭矩)进行了演算。将其结果示于图9中。实施例的马达的最大扭 矩比比较例1和2的马达的最大扭矩大,与参考例的马达的最大扭矩 为相同的程度。
由该结果认为,在实施例中,通过使定子铁心的第二部分成为饱 和磁化比无定形系软磁性材料高的纳米晶系软磁性材料,从而马达的 扭矩比比较例1和2大,成为了与参考例相同的程度。
进而,在实施例中,由于使第一部分成为了机械强度比纳米晶系 软磁性材料高的无定形系软磁性材料,因此如果在该第一部分将片材 彼此束缚并将片材层叠,则能够得到与参考例相比耐久性高的马达。
以上对本发明的实施方式进行了详述,但本发明并不限定于上述 的实施方式,在不脱离专利权利要求书中记载的本发明的精神的范围 内能够进行各种设计改变。
在实施例中示出了转子铁心由无定形系软磁性材料或纳米晶系软 磁性材料制成的例子,但并不限于此,可使用用电磁钢板等磁性材料 形成的转子铁心。另外,转子并不限于内嵌磁体型马达,也可以是直 接磁化了的转子。
Claims (8)
1.马达,该马达具备:定子和在所述定子的内侧可旋转地配置的转子,该定子包含形成有由外周部分和内周部分构成的环状的轭和从所述轭的内周部分向内侧延伸的齿的定子铁心、和卷绕于所述齿的线圈,其特征在于,
所述定子铁心是将由软磁性材料制成的多个片材层叠而成的,
所述片材在与所述轭的所述外周部分相当的第一部分具有将层叠的所述片材彼此束缚的束缚部,
所述第一部分中至少所述束缚部由无定形系软磁性材料制成,
所述片材中除所述第一部分以外的第二部分由纳米晶系软磁性材料制成,
所述第二部分至少包含所述轭的所述内周部分和所述齿。
2.根据权利要求1所述的马达,其特征在于,所述第一部分由无定形系软磁性材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的马达,其特征在于,所述束缚部为通过在所述各片材的一面形成凹部从而从另一面突出的突出部,所述各片材的所述突出部嵌合于邻接的所述片材的所述凹部。
4.根据权利要求1或2所述的马达,其特征在于,所述片材的厚度为0.01mm以上且0.05mm以下。
5.马达的制造方法,该马达具备:定子和在所述定子的内侧可旋转地配置的转子,该定子包含形成有由外周部分和内周部分构成的环状的轭和从所述轭的内周部分向内侧延伸的齿的定子铁心、和卷绕于所述齿的线圈,其特征在于,
所述定子铁心是将由软磁性材料制成的多个片材层叠而成的,
所述制造方法包括:
准备由无定形系软磁性材料制成并且与所述定子铁心的形状相符的所述片材的工序;
对于准备的所述片材,将所述层叠的所述片材彼此束缚的束缚部设定于与所述轭的所述外周部分相当的第一部分,至少将所述束缚部维持为无定形系软磁性材料,同时至少加热所述片材中除所述第一部分以外的第二部分,从而使至少所述第二部分从无定形系软磁性材料结晶化为纳米晶系软磁性材料的工序;和
将结晶化的所述片材层叠,在层叠的所述片材的所述束缚部将所述片材彼此束缚的工序,
其中,所述第二部分至少包含所述轭的所述内周部分和所述齿。
6.根据权利要求5所述的马达的制造方法,其特征在于,在所述进行结晶化的工序中,以所述第一部分维持为无定形系软磁性材料的方式将所述第二部分加热。
7.根据权利要求5或6所述的马达的制造方法,其特征在于,在所述进行束缚的工序中,对于所述层叠了的所述片材,一边以在所述各片材的一面形成凹部,从另一面形成突出部作为所述束缚部的方式使所述片材变形,一边使所述各片材的所述突出部嵌合于邻接的所述片材的凹部。
8.根据权利要求5或6所述的马达的制造方法,其特征在于,在所述准备片材的工序中,作为所述片材,准备厚度为0.01mm以上且0.05mm以下的片材。
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