層壓鐵芯及其製備方法

2023-12-11 02:32:32

專利名稱：層壓鐵芯及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種層壓鐵芯及其製備方法。
背景技術：
通常，馬達例如發電機、電動馬達等等形成為具有在殼(外殼、箱、罐、殼體等等)內將纏繞物(或線圈)插入到轉子鐵芯(rotor core)和定子鐵芯(stator core)的結構。在這種情況下，就轉子鐵芯和定子鐵芯而言，將矽薄膜鋼板(silicon thin filmsteel plate)穿孔形成鐵芯(core)，以及層壓多個鐵芯，並且這裡，所述鐵芯層壓成在鐵芯之間形成氣隙。然而，當使用層壓的矽鋼板時，渦流損耗高，效率降低，並且銅的使用量增加。因此，為了解決這個問題，在製備鐵芯時，已經提出使用磁性粉末材料的方法。日本專利特許公開No. 1994-245456中公開了通過將鐵芯形成為軟磁性金屬基粉末的模塑產品來減少鐵芯之間磁路中的磁阻並提高效率的方法。然而，當完整地形成所述鐵芯時，就像使用磁性粉末材料的模塑產品等，由於機械強度降低而產生了致命的問題。

發明內容
本發明致力於提供一種通過層壓軟磁性複合材料(soft magnetic composites)從而充分利用所述軟磁性複合材料的特性並提高機械強度而製備的層壓鐵芯及其製備方法。根據本發明的優選實施方式，提供了用於包括電動馬達(electric motor)在內的馬達(motor)的層壓鐵芯，其中，所述鐵芯是由軟磁性複合材料形成的，並且所述鐵芯具有一個或多個單元層壓體(unit laminates)層壓在一起的結構。可以在所述軟磁性複合材料層壓結構中的所述單元層壓體之間層壓有絕緣層。所述軟磁性複合材料層壓結構中的每個所述單元層壓體在層壓方向可以具有1_以下的厚度。根據本發明的第一種優選實施方式，提供一種製備層壓鐵芯的方法，該方法包括通過旋塗(spin-coating)法使用軟磁性複合材料形成單元層壓體；以及在與厚度同向的方向(thicknesswise direction)層壓多個單兀層壓體。可以在所述單元層壓體之間進一步層壓絕緣層。每個所述單元層壓體在層壓方向可以具有1_以下的厚度。
根據本發明的第二種優選實施方式，提供一種製備層壓鐵芯的方法，該方法包括通過狹縫式模具塗覆法(slot die coating method)使用軟磁性複合材料形成單元層壓體；以及在與厚度同向的方向層壓多個單元層壓體。可以在所述單元層壓體之間進一步層壓絕緣層。每個所述單元層壓體在層壓方向可以具有1_以下的厚度。根據本發明的第三種優選實施方式，提供一種製備層壓鐵芯的方法，該方法包括通過絲網印刷法使用軟磁性複合材料形成單元層壓體；以及在與厚度同向的方向層壓多個單元層壓體。可以在所述單元層壓體之間進一步層壓絕緣層。每個所述單元層壓體在層壓方向可以具有1_以下的厚度。


圖1A是根據本發明的一種實施方式採用層壓鐵芯的定子鐵芯的透視圖；圖1B是根據本發明的另一種實施方式採用層壓鐵芯的定子鐵芯的透視圖；圖2是顯示根據本發明的第一種實施方式形成層壓鐵芯的方法的示意圖；圖3是顯示根據本發明的第二種實施方式形成層壓鐵芯的方法的示意圖；圖4是顯示根據本發明的第三種實施方式形成層壓鐵芯的方法的示意圖；圖5是顯示根據本發明的第四種實施方式通過使用凹版棍印刷(Gravure rollprinting)形成層壓鐵芯的方法的視圖。
具體實施例方式以下結合附圖的描述將使本發明的各種特點和優勢更明顯。在本發明的說明書和權利要求書中所使用的術語和詞語不應理解為限於典型意義或字典上的定義，而應該基於發明人可以依照其適當地定義術語的概念以最適當地描述他或她知道實施本發明的最佳方法的原則，理解成具有與本發明的技術範圍相關的意義和概念。以下結合附圖的詳細描述將更清晰地理解本發明的上述目的以及其它目的、特點和優勢。在本說明書中，添加參考數字到整個附圖的組件，值得注意的是，同樣的參考數字標示同樣的組件即使組件顯示在不同的圖中。在說明書中，術語「第一」、「第二」、「一個表面」、「另一個表面」等用於區別一個部件和另一個部件，並且所述部件不受上述術語限制。在本發明的描述中，將相關已知功能或配置的詳細描述省略以免掩蓋本發明的主旨。以下，將結合附圖詳細描述本發明的優選實施方式。圖1A是根據本發明的一種實施方式採用層壓鐵芯的定子鐵芯的透視圖，以及圖1B是根據本發明的另一種實施方式採用層壓鐵芯的定子鐵芯的透視圖。圖2是顯示根據本發明的第一種實施方式形成層壓鐵芯的方法的示意圖，圖3是顯示根據本發明的第二種實施方式形成層壓鐵芯的方法的示意圖，以及圖4是顯示根據本發明的第三種實施方式形成層壓鐵芯的方法的示意圖。根據本發明的實施方式用於馬達例如電動馬達等的層壓鐵芯是由磁性粉末材料製成的，並且被配置成具有一個或多個單元層壓體層壓在一起的結構。
根據本發明的實施方式的用於層壓鐵芯的磁性粉末材料(例如軟磁性複合材料(SMC))用作電動裝置的感應器、定子、轉子、驅動器、傳感器以及變壓器鐵芯的材料。通常，所述軟磁性鐵芯例如電動裝置的轉子和定子是由堆疊的鋼層壓體(stacked steellaminates)形成的。所述軟磁性複合材料(SMC)是由軟磁性顆粒製成的。通常，所述軟磁性複合材料(SMC)是基於塗覆有電絕緣材料的鐵基顆粒。即，軟磁性複合組件是通過將顆粒與選擇性地粘接劑或潤滑劑一起壓縮來製備的，所述顆粒通過使用粉末冶金工藝而是絕緣的。因為所述軟磁性複合材料通過使用粉末冶金技術而能夠容納三維磁通量，並且具有通過壓縮工藝形成的三維形式，因此能夠製備具有較高自由度的SMC組件。並且，軟磁性粉末(或金屬粉末)顆粒具有各種形狀例如三維形狀(例如，多面的形狀例如長方形等、橢圓形形狀例如球形等、類圓柱形狀、類圓環形狀等等)和二維薄膜形狀(例如，類薄層晶片形狀、類薄片形狀等等)，並且聚醯胺基樹脂等在所述軟磁性粉末顆粒之間充當粘接劑以保持結構強度和形狀。尤其是在非晶態軟磁性粉末顆粒的情況下，聚醯胺基樹脂等在具有確定的三維形狀或二維薄膜形狀的粉末顆粒之間充當粘接劑以保持結構強度和形狀。然而，用所述軟磁性複合材料形成的鐵芯具有與現有製備的鐵芯相比強度下降的問題。因此，在本發明的實施方式中，製備了使用這樣的軟磁性複合材料的具有層壓結構的鐵芯。也就是，通過使用所述軟磁性複合材料形成單元層壓體，並且在與厚度同向的方向層壓製得的單元層壓體以製備鐵芯。這裡，所述單元層壓體形成為具有1_以下的厚度，以及層壓多個薄單元層壓體以由此進一步提高機械強度。圖1A是根據本發明的實施方式通過使用軟磁性複合材料形成的具有層壓結構的定子鐵芯10的透視圖。因為所述定子鐵芯10通過使用所述軟磁性複合材料形成，因此具有減少或防止渦流損耗以及提高效率等作用，並且因為所述定子鐵芯10形成為具有層壓結構，因此能具有提高的機械強度。尤其是在形成具有層壓結構的鐵芯10時，單元層壓體11具有O.1mm以下的厚度。因此，因為所述鐵芯10是通過層壓每個具有O.1mm以下厚度的單元層壓體11而製備的，因此所述鐵芯10能夠具有進一步提高的機械強度，並且能夠通過所述SMC防止渦流損耗，因此提高效率。如圖1B所示，通過層壓單元層壓體21形成使用軟磁性複合材料具有層壓結構的鐵芯20，並且在這種情況下，在所述單元層壓體21之間形成絕緣層22。並且，當磁性材料暴露於各種磁場時，由於磁滯現象和渦流損耗導致磁性材料的能量損耗。所述磁滯損耗與交變磁場的頻率成正比，而所述渦流損耗與頻率的平方成正比。因此，所述渦流損耗是值得注意的，並且在降低渦流損耗時期望提高電阻以保持低水平的磁滯損耗。為了提高電阻，可以用絕緣材料塗覆或通過薄膜塗覆粉末顆粒。根據本發明的實施方式可以將鎳基合金中的鑰坡莫合金(Moly-permalloy)粉末(MPP) (81% N1-17% Fe-2% Mo)以及作為鐵基合金的鐵矽鋁磁合金(SENDUST) (85%Fe-9. 5% /s1-5. 5% Al)用作軟磁性複合材料，但是本發明並沒有限定於此，當然，本領域技術人員可以選擇各種材料用作所述軟磁性複合材料的材料。圖2至圖4是顯示形成層壓鐵芯的方法的示意圖。將參考圖2至圖4描述製備具有層壓結構的鐵芯的方法。
圖2是顯示根據本發明的第一種實施方式使用旋塗法形成層壓鐵芯的方法的示意圖。關於使用旋塗法的方法，通常使用旋塗裝置進行旋塗，塗料液體含有具有如圖2說明的基本結構的軟磁性複合材料。根據圖2，所述旋塗裝置包括用於提供含有軟磁性複合材料的塗料液體的噴嘴31、與杯35相連接並校驗支架33的夾盤32、以及用於使所述夾盤32和所述支架33 —起旋轉的馬達36。所述旋塗法的目的尤其是使所述單元層壓體的厚度均勻。所述旋塗法包括均質化步驟以及後續的乾燥步驟。在所述均質化步驟中，為了均勻地施用含有軟磁性複合材料的塗料液體，所述支架根據期望的單元層壓體的厚度通過選擇預設旋轉速度、預定旋轉時間(duration)、以及預設旋轉速度和確定的旋轉時間的平方來旋轉。在所述乾燥步驟中，所述支架33以低於在所述均質化步驟期間的所述預設旋轉速度的旋轉速度旋轉，因此，由所述軟磁性複合材料形成單元層壓體。可以在與厚度同向的方向層壓多個單元層壓體以製備具有層壓結構的鐵芯。圖3是顯示根據本發明的第二種實施方式使用絲網印刷法形成層壓鐵芯的方法的示意圖。通過絲網印刷法，通過使用印刷刮板42將含有軟磁性複合材料的塗料液體41緊緊地附著到網板43上以形成單元層壓體。這裡，當然，通過調整所述網板43的模型(pattern)的形狀能夠形成適合於製備鐵芯的所述單元層壓體。並且，這種方法由於通過所述網板43能夠製備鐵芯形狀的模型而具有優勢。圖4是顯示根據本發明的第三種實施方式使用狹縫式模具塗覆法形成層壓鐵芯的方法的示意圖。 狹縫式模具塗覆法指的是提供液化的流體(漿體、粘合劑、硬化塗層劑、陶瓷等)到具有通過流變學設計的內部的稱為狹縫式模具的上模板和下模板之間的空間內，並且通過使用無脈動泵(pulseless pump)或活塞泵加工，以在材料、膜、玻璃板或薄板的前進方向的與寬度同向的方向以均一的厚度從液體供應管塗覆供應的流體。如圖4所示，通過狹縫模具52的噴嘴53將含有軟磁性複合材料的塗料液體51應用到上表面55形成單元層壓體層54。通過在與厚度同向的方向上層壓多個如此形成的單元層壓體層54來製備具有層壓結構的鐵芯。圖5是顯示根據本發明的第四種實施方式通過使用凹版輥印刷形成層壓鐵芯的方法的示意圖。如圖5所示，在銅板棍(plate roller)63的表面上形成模型區域(patternregion) 63a,憑藉下棍63通過使用刀片65將含有軟磁性複合材料的塗料液體64注入到上輥61和下輥63之間的基礎基板62上，如此實現具有期望的二維圖案的軟磁性鐵芯形狀，然後，通過使用層壓裝置三維層壓所述軟磁性鐵芯形狀從而製備具有三維形狀的軟磁性鐵
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Λ ο根據本發明的優選實施方式，因為通過使用軟磁性複合材料形成馬達例如發電機等的鐵芯，能夠防止潤流損耗，因而提聞效率。並且，因為通過層壓所述軟磁性複合材料製備所述鐵芯，能夠提高由軟磁性複合材料形成的所述鐵芯的機械強度。並且，因為通過使用所述軟磁性複合材料形成所述鐵芯，能夠提高所述鐵芯在設計上的自由度。另外，因為通過使用所述軟磁性複合材料形成所述鐵芯，能夠減少銅的使用量。雖然為了說明的目的公開了本發明的優選實施方式，但這些優選實施方式是為了明確地解釋本發明，因此根據本發明的層壓鐵芯及其製備方法並不限定於此，但是本領域技術人員應當理解，在不偏離隨附的權利要求書中公開的本發明的範圍和精神的情況下，各種修改、補充和替換都是可能的。因此，任何以及全部的修改、變型或等同設置也應理解為屬於本發明的範圍內，並且通過附隨的權利要求書將公開本發明的詳細範圍。
權利要求
1.一種用於包括電動馬達在內的馬達的層壓鐵芯， 其中，鐵芯是由軟磁性複合材料形成的，並且所述鐵芯具有一個或多個單元層壓體層壓在一起的結構。
2.根據權利要求1所述的層壓鐵芯，其中，在所述軟磁性複合材料的層壓結構中的單元層壓體之間層壓有絕緣層。
3.根據權利要求1所述的層壓鐵芯，其中，所述軟磁性複合材料的層壓結構的每個所述單元層壓體在層壓方向具有Imm以下的厚度。
4.一種製備層壓鐵芯的方法，該方法包括 通過旋塗法使用軟磁性複合材料形成單元層壓體；以及 在與厚度同向的方向層壓多個單元層壓體。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，在所述單元層壓體之間進一步層壓絕緣層。
6.根據權利要求4所述的方法，其中，每個所述單元層壓體在層壓方向具有Imm以下的厚度。
7.一種製備層壓鐵芯的方法，該方法包括 通過狹縫式模具塗覆法使用軟磁性複合材料形成單元層壓體；以及 在與厚度同向的方向層壓多個單元層壓體。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，在所述單元層壓體之間進一步層壓絕緣層。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，每個所述單元層壓體在層壓方向具有Imm以下的厚度。
10.一種製備層壓鐵芯的方法,該方法包括 通過絲網印刷法使用軟磁性複合材料形成單元層壓體；以及 在與厚度同向的方向層壓多個單元層壓體。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，在所述單元層壓體之間進一步層壓絕緣層。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，每個所述單元層壓體在層壓方向具有Imm以下的厚度。
全文摘要
本發明公開了一種用於包括電動馬達在內的馬達的層壓鐵芯及其多種製備方法，其中，鐵芯是由軟磁性複合材料形成的，並且所述鐵芯具有一個或多個單元層壓體層壓在一起的結構。因為所述鐵芯是通過層壓軟磁性複合材料製備的，所以，能夠提高由所述軟磁性複合材料形成的鐵芯的機械強度。
文檔編號H02K1/12GK103036324SQ20111044993
公開日2013年4月10日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年9月28日
發明者金昶成, 李根洪, 裴漢京, 崔昌煥, 沈智慧 申請人:三星電機株式會社