CN86101224B - 制造电磁元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种制造具有磁各向异性特性以及导电性的电磁元件的方法，它包括下列步骤，在许多磁条的每一根的外周表面用第一种导电材料涂覆到预定的厚度，从而形成许多复合磁条，包固这许多复合磁条，再用实质上与第一种导电材料相同的第二种导电材料填满这成束的许多复合磁条之间的空间。用这个方法，能获得高机械强度的电磁元件，其中第一种导电材料的厚度能调整，通过调整第一种导电材料的厚度，磁性和导电性的比率能容易地得到调整。并且，此法也能避免气泡的产生。

Description

制造电磁元件的方法

本发明涉及一种制造电磁元件的方法，特别是涉及制造具有磁各向异性特性以及导电性的电磁元件的方法。

本发明的先有技术和最佳实施例将在下文结合附图一起加以描述，其中：

图1是显示先有技术里一个电机的部件的局部剖切透视图。

图2是显示被图1里的圆圈Q所包围的一部分的放大的透视图;

图3和图4是显示由常规的制造方法制成的电磁元件的平面图;

图5是显示由本发明制造方法的第一个实施例制成的一个电磁元件的局部剖切透视图;

图6和图7是显示按照本发明的制造方法的过程图，其中，图6特别显示了一个复合磁条的局部剖切透视图，而图7是显示许多紧固的复合磁条的透视图;

图8和图9是分别显示由按照本发明的制造方法制成的电磁元件的平面图;

图10是用于说明本发明的、显示铁的填充率与磁导率和电阻率的相互关系的曲线图;

图11是用于说明按照本发明的制造方法的第二个实施例的显示制造过程的透视图;

图12是显示由图11说明的制造方法制成的一个电磁元件的平面图;

图13和图14分别是用于说明按照本发明的制造方法的第三和第四个实施例的显示制造过程的透视图;

图15是显示由按照本发明的制造方法制成的另一种电磁元件的平面图;

图16和图17是各自显示一种按照本发明的组合磁条的平面图;

图18是显示通过在图5所示的第一个实施例上作改进而制成的一种电磁元件的局部剖切透视图。

一般地，在电机或电气设备的主要部分里都设置磁性元件和导电元件，已知由具有磁各向异性特性以及导电性的磁各向异性和导电材料组成此主要部分，例如，这样的磁各向异性和导电材料常被用作转动的机器或设备的阻尼器、用作二次导体或者直线型电动机的磁屏蔽板，等等。

图1和图2显示了一个如同在日本公开特许公报（Japanese Patent unexamined Publication）46656/82号里所揭示的特殊的例子，其中，感应电动机的转子具有由一个外壳2和一个铁芯3构成的双圆筒结构，而一个磁各向异性并导电的元件6用来构成外壳2。由于这样一种结构，就能制成高效率的电动机。构成外壳2的磁各向异性并导电的元件6具有径向磁导率（μr），它大于切向磁导率（μo）。特别是，元件6是以这样的方法铸成的：许多径向延伸的磁性的金属丝或条4如图2所示径向排列，而一种导电材料5，诸如铜、铝或类似物被浇注在磁条4之间的空间中。

这种具有电磁作用的铸成元件要求具有预定的电磁特性，并要求由均匀的和高强度的材料构成。在排列许多磁条，诸如铁条，并将一种导电材料5，诸如铜、铝或类似物浇注在磁条间空间里的情况下，电磁特性会随着铁和铜或铝之比及它们的排列而变化。然而，调整上述的比率和排列的均匀性是很困难的，此外，铁与铜或铝的亲和力很弱，所以存在一个缺点，就是在铸件里常产生泡沫状间隙的气泡，从而在铁和铜或铝间的接触部分引起空隙，因此阻碍了接触部分实现完全的接触。

此外，在常规方法里，在许多铁丝被紧固，并且将铜浇注在紧固的铁丝内的情况下，要制造具有预定的电磁性能的均匀铸成的元件是困难的。

图3和图4分别显示由常规的制造方法制成的电磁元件的平面图。

在图3中，如果把用作磁条4的许多铁丝致密地包固，而把导电材料5铜浇注到铁丝束的间隙里，则在每一个间隙里的导电材料5不能与在其他间隙里的导电材料5分开而是相接触的，即使浇注已经完全完成了。在此情况下，即使改变铁丝的直径，铁和铜的面积之比一般也是确定的，不能任意调节。于是，在图3的Z，X和Y方向上各别的磁导率μz、μx和μy的值以及电阻率Pz、Px和Py的值都呈现一个基本上固定的值。在电磁结构设计里，最好是给各种组成元件以各自合适的导磁率和/或导电率。为了这个目的，必须改变铁与铜各自的载面积和/或铁与铜的面积之比。关于这一点，在将铜浇注在铁丝束内的方法里是有困难的。虽然可以提出这样一种设想，即铁丝是不密集的，以增加铜的部分，以便排除上述的困难，但还存在另外一个难点，即在浇注铜的过程里，铁丝的位置会移动，以至形成如图4所示的使铁丝分布在一旁，所以不可能得到一种电磁均匀的铸件。

本发明的主要目的是提供一种制造高机械强度的电磁元件的方法，在此元件中，磁性和导电性的比率能容易地调整。

本发明的另一个目的是提供一种制造具有磁各向异性和导电性能、并且具有任何所需横截面形状，诸如圆形、矩形或类似的形状的电磁元件的方法。

为了达到上述目的，在按照本发明的方法里，在每一根磁条的外周表面涂覆一层导电材料以形成一个一体化的复合磁条，构成涂有导电材料的磁体。将这样形成的复合磁条按预定数目排列，并将一种特性与用于各个复合磁条外层涂复的那种导电材料基本相同的导电材料填满在复合磁条之间的空间中。

按照这个制造电磁元件的方法，由于每一根复合磁条是这样预制备的：在磁条的外周表面覆盖一层导电材料，就有可能通过预先调整导电材料涂层的厚度来容易地调整电磁元件的磁性和导电性之比率，此外，由于用于各个复合磁条外层涂覆的导电材料选择得与用于浇注的材料是同种或类似的，两种导电材料相互间有良好的亲和力，所以在浇注期间不出现空隙，浇注能快速完成，并足以防止气泡产生，从而使产品有高的机械强度。

下文将参照附图来描述本发明的最佳实施例。

下面按照本发明的一个实施例，描述构成如图5所示的一种电动机扁平转子的电磁元件的制造方法。首先，在图5里，转子的外形通过使用三个方向的分量r，z和θ来说明，许多磁条4的每一根由铁丝构成，沿z方向延伸，而一种铜制的导电材料5在z方向延伸，并填满在铁丝之间的空间里，以致与铁丝紧密地接触，整体地构成一个盘状的磁各向异性导电体或电磁元件6。也就是说，电磁元件6具有这样的磁各向异性：它在沿磁条4的铁丝延伸的z方向上的磁导率μz大于在分别与z方向相交的γ方向和θ方向上的磁导率μr和μo，尽管实际上铜和铁都导电，因而磁条4和导电材料5两者都导电，但一体化的电磁元件6仍是磁各向异性的。此外，注意平面（γ，θ），具有圆形横截面的许多磁条4的铁丝以预定的间隔规则地排列，而铁丝在z方向上平行地延伸，所以这样整体构成的电磁元件6一般是均匀的。当然，每一根铁丝的外周都是被导电材料5铜所包围的。

一个使用了这种电磁元件6的转子相对于定子安置，形成一个在Z方向有一缝隙的旋转磁场，这转子显示与卷绕铁心转子相同的磁学性能和与铜线绕组转子相同的电学性能。例如，如果采用使用这种电磁元件6的这种转子，与感应电动机的鼠笼式转子或磁性各向同性的实心转子比较，有可能得到一种性能更优良的电动机。

接下来将描述这种电磁元件的制造方法，这是本发明的主要目的。图6和图7表明方法的步骤。

首先，如图6所示，磁条4的每一根铁丝的外周用第一种导电材料5a铜完整地涂覆，以形成一根复合磁条7。铁和铜的一体化能通过在良好条件下的冷轧来实现从而使铁和铜相互完全金属性地结合。最好是复合磁条做成能象单个元件那样加工。其次，如图7所示，将每一根如此形成的复合磁条7切割到适当的长度，并且将选定数目的经切割的复合磁条聚集并包固在一个用来夹紧复合的磁条7束的框架8里。将压力施加到框架8上。在本实施例里，框架是由铜制成的，如图7所示，沿箭头方向拉其端部，从而牢牢地夹紧复合磁条7束。接着，如果需要的话，将如此结合的复合磁条7预热到适当的温度，并将第二种高温的导电材料5b，在本实施例里是熔化的铜，浇注到框架8和复合磁条7之间的空间里，以及各根复合磁条7之间的空间里。在冷却后，复合的磁条7束适当地加工或切割成预定的尺寸，从而获得如图5那样所需的电磁元件5。

如上所述，在此实施例里，将每一根铁丝预先涂覆铜到预定的厚度，然后，将铜浇注在涂覆了铜的铁丝之间的空间里，所以在涂覆的铜和浇注的铜间有良好的亲和力，从而防止它们之间出现空隙，并且浇注或铸造能快速完成而不产生气泡，从而获得一种由高机械强度的、磁各向异性并导电的物体构成的电磁元件。

图8和图9是各自显示由按照本发明的制造方法的这个实施例制成的一种电磁元件的平面图。

按照本发明的这个实施例，使用了通过涂覆磁条4的铁丝各自的外周得到的复合磁条7，因而可能制造如图8所示的电磁元件，通过事先适当地选择每一根铁丝的相同的直径以及相同的铜涂层的厚度，然后只要将铜浇注到简单地包固的复合磁条7之间的空间里，它就有适当的面积比，并有均匀的磁各向异性以及电导率。亦即，在图8的情况里复合磁条7的涂覆铜的部分是选得比较薄，如图中双点链线P所示，所以在制成的电磁元件里，铜与铁之比是小的。然而，在图9情况的电磁元件里，复合磁条7涂覆铜的部分选择得比前例厚，如图中双点链线R所示，所以铜与铁之比较大。实验结果发现，铁的填充率与电磁特性的关系曲线有如图10所示的趋势。在图10里，其中μz和μx分别表示z方向和x方向的磁导率，而ρx表示在x方向的电阻率，当铁的填充率增大时，μz，μx和ρx都增大，其中μz的增大是显著的。

另外，按照本实施例，使用了铜制的框架8，因此在框架8和浇注的铜间也有良好的亲和力，在这部分也能快速地完成铸造而不产生气泡。如果框架8置于一组复合磁条7的外周附近，但它们之间有一空间，制成的电磁元件6就具有位于其外周的铜的部分，如图5所示，这样元件6就具有一个均匀的侧面，以致易于操纵。

图11到图14显示本发明的其他实施例，并表明在各种不同于图5形状的电磁元件的情况里，如何包固许多复合磁条的各种方法。图11和图12显示制造如图12所示的具有一个中央通孔的环状电磁元件的实施例。它是将许多复合磁条7排列在一个框架8里面，并环绕一个具有相当于要求的电磁元件内径的直径的铜管10，再加压力到框架8上，在图11所示的箭头方向拉其端部。

图13显示制造呈矩形棱柱状的电磁元件的另一个实施例，其中，两块铜板12和两个铜块13形成一个矩形框架11，而压力由其四侧沿附图所示的箭头方向施加到框架11上，以包固许多复合磁条7。

图14显示了制造具有所要求的曲率的棒状电磁元件的又一个实施例，其中，使用了一个带状框架14，而压力施加在框架14上，在附图所示的箭头方向拉其端部，从而包固许多复合磁条7。这样制成的电磁元件6具有这样的各向异性现象，即沿复合磁条的纵向的导磁率大于任何其他方向。

图15显示了另一个实施例，其中，如附图所示，第一组和第二组复合磁条16和17的直径彼此不同，以增高铁的填充率，第二组的许多复合磁条17的外周都涂覆导电材料5a′铜，并且都有小的直径，它们插在第一组的许多复合磁条16之间的空间里，第一组的每一根复合磁条16的外周都涂覆导电材料5a″铜，并且其直径都大于前者。这样的排列能减小复合磁条16和17之间空间的总面积，因而便能使第二种导电材料5b浇注于其间的范围狭窄。

虽然在上述的各个实施例里使用的是铜制的框架（8，11，12，14），而且，虽然铜作为框架材料是最佳的，但也可以用铝或钢制作框架。然而，在此情况下，框架和浇注的铜之间的亲和力变弱，因而对于在浇注以后切离框架是理想的。还有另外一种方法，使用预先制备好的铸模，这样可将许多复合磁条7填塞到框架内。

图16和17是显示不同于前面的实施例里使用的那些复合磁条的几种复合磁条的横截面图。复合磁条未必总需要具有圆形横截面，如图6所示，而是可以具有矩形横截面，这种各自具有矩形横截面的复合磁条通常可使用在制造呈矩形棱柱状的电磁元件的场合里，在此情况里，最好是为复合磁条设置一个局部切除的部分20，如图16所示，或设置凹入的部分21，如图17所示，以便保证熔化的铜通过。

在框架8和第二种导电材料5b都是铜的情况下，在浇注第二种导电材料5b以后，末必总需要切除框架8。图18是显示一种通过在图5所示的第一个实施例上作改进而制成的电磁元件6的局部剖切透视图。在图18的电磁元件6里，框架8和第二种导电材料5b都是铜，在浇注第二种导电材料5b以后，框架8就一直留下来，如附图所示，而不象在上述的图7，11，13和14的每一个实施例里，在浇注第二种导电材料5b后，框架8便切除。

如上所示，根据本发明，能够获得如下的显著的效果：

（1）可能得到具有可按需选择的导磁性和导电性的均匀的且高机械强度的电磁元件;

（2）可能制造具有所要求的横截面，诸如圆形、矩形或类似形状的磁各向异性并导电的电磁元件;

（3）可能防止复合磁条和铸件间的接触部分出现空隙，并防止气泡产生，因为用作每一根复合磁条的外周涂层部分的第一种导电材料选择为与用于浇注的第二种导电材料同种的或十分类似的。

Claims (14)

1、一种通过用导电材料填满许多平行排列的磁条之间的空间来制造电磁元件的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

a，在所述的许多磁条的每一根的外周表面用第一种导电材料涂覆到一预定的厚度，从而形成许多复合磁条;

b，将所述的许多复合磁条包固成一束，并牢牢地固定所述的束;以及

c，用第二种导电材料填满成束的所述的许多复合磁条之间的空间。

2、一种按照权利要求1制造电磁元件的方法，其中所述的第二种导电材料与所述的第一种导电材料是同一种类的。

3、一种按照权利要求2制造电磁元件的方法，其中所述的第一种导电材料和所述的第二种导电材料两者都是铜。

4、一种按照权利要求1制造电磁元件的方法，其中在所述的步骤a里的涂覆是通过冷轧来完成的。

5、一种按照权利要求1制造电磁元件的方法，其中所述的许多复合磁条围绕一个铜管排列，以制造呈环形的所述的电磁元件。

6、一种按照权利要求1制造电磁元件的方法，其中所述的许多复合磁条所成的束的四面被一个框架包围，以制造呈矩形棱柱状的所述的电磁元件。

7、一种按照权利要求1制造电磁元件的方法，其中所述的许多复合磁条所成的束周围环绕带状框架，以制造具有给定的曲率的呈棒状的所述的电磁元件。

8、一种按照权利要求1制造电磁元件的方法，其中步骤6里所述的牢牢地固定许多复合磁条所成的束是通过在所述的复合磁条所成的束的外周安置一个导电材料的框架来夹紧所述的束，及夹紧所述的许多复合磁条来实现的。

9、一种按照权利要求8制造电磁元件的方法，其中，所述的方法还包括以下步骤：

冷却所述的第二种导电材料和所述的复合磁条：以及

除去所述的框架。

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