非晶質磁性部件以及利用該部件的電動馬達及其製造方法

2023-05-14 10:42:46

專利名稱：非晶質磁性部件以及利用該部件的電動馬達及其製造方法
技術領域：
本發明涉及非晶質磁性(Amorphous Magnetic)部件及利用該非晶質磁性部件的電動馬達及其製造方法，更詳細地涉及高功率、高速電動馬達用非晶質磁性部件以及利用該非晶質磁性部件的電動馬達及其製造方法，通過將非晶質金屬材料粉末化並壓縮成形，能夠容易實現複雜形狀的鐵芯部件的成形，並通過將軟磁特性優秀的結晶質金屬粉末添加於非晶質合金粉末，能夠提高磁導率和壓縮成形時的填充密度。並且，本發明涉及具有在IOkHz以上的頻帶工作的磁極(pole)數以能夠最大限度地利用非晶質合金材料的磁導率特性的高功率、高速旋轉用電動馬達。
背景技術：
槽形定子很難纏繞 ，纏繞時所需的時間也很長，並需要複雜而高價的線圈纏繞設備。並且，形成有多個齒(teeth)的結構引發磁性的不連續性，從而影響馬達的效率，並且根據槽的有無，產生齒槽轉矩(cogging torque)。像電鋼板這種材質由於厚度大，因而導致鐵損變大，以致應用於高速馬達時效率低。在最新技術的高速工具機、航空馬達、致動器以及壓縮機等各種領域所使用的多種裝置需要以大於15000 20000rpm (每分鐘轉速)有時以高達IOOOOOrpm的速度工作的電動馬達。幾乎大多數的高速電氣裝置以低的磁極係數製成，這是為了防止高頻工作的電氣裝置內的磁性材料具有過多的鐵芯損耗。這主要是因為大部分馬達所使用的軟磁材料由S1-Fe合金形成。在現有的S1-Fe類材料中，約在400Hz以上的頻率發生變化的磁場引起的損耗普遍將材料加熱至藉助任何適當冷卻方法也不能冷卻為止。目前為止的技術很難將利用低損耗材料的優點的同時容易製作的電氣裝置廉價製造。目前為止，將低損耗材料適用於現有的裝置的努力都以失敗告終，這是因為初期設計裝置的鐵芯時，單純依賴於用非晶質金屬等新型軟磁材料來代替S1-Fe等現有的合金。這種電氣裝置有時具有低損耗而提高了效率，卻通常存在功率嚴重下降、進行非晶質金屬的成形等處理時所需費用大的問題。其結果，無法實現商業上的成功或市場進入。另一方面，典型的電動馬達包括磁性部件，該磁性部件由層疊多個由無方向性電鋼板形成的迭片(lamination)而成。每個迭片通過將典型且在機械上軟的無方向性電鋼板壓印、衝壓或切割成所需形狀而成。將由此形成的迭片接連層疊，從而形成具有所需形態的轉子或定子。普遍認為，與無方向性電鋼板相比，非晶質金屬提供優秀的磁性能，但因對特定的物理特性和加工產生的阻礙而不適合用作像電動馬達用定子或轉子一樣的塊狀磁性部件。例如，非晶質金屬比無方向性電鋼板更薄且更輕，因此比加工工具(fabricationtool)和模具磨損得更快。與像衝壓或壓印一樣普通技術相比，上述切削加工和製造造成費用增加，以致於在加工塊狀非晶質金屬磁性部件的方面不具有商業競爭力。非晶質金屬的薄的厚度還導致需要增加組裝的部件的迭片數量，並且導致非晶質金屬轉子或定子磁鐵組裝體的總費用提聞。
非晶質金屬將作為具有均勻的帶寬度的既薄又連續的帶來供給。但是，非晶質金屬為極輕的材料，因此很難將其切斷或者成形。若進行退火處理來確保峰值磁特性，則非晶質金屬帶表現較大的脆性。這會導致很難利用普通的方法來構成塊狀非晶質磁性部件且導致費用提高。並且，上述非晶質金屬帶在適用於電動馬達時因其脆性會影響塊狀磁性部件的耐久性。考慮到這一點，在韓國公開專利第2002-63604號中提出了具有多面體形狀且由多個非晶質條層構成，用於高效率電動馬達的低損耗非晶質金屬磁性部件。上述磁性部件可在大約50Hz-20000Hz的頻率範圍內工作，並且與在相同的頻率範圍內工作的矽鋼磁性部件相比，具有表現出提高了的性能特性的鐵芯損耗，並且切斷非晶質金屬條來形成具有預定的長度的多個切斷條之後，使用環氧來進行層疊，由此形成多面體形狀部。但是，在上述韓國公開專利第2002-63604號中，仍然經過切斷等成形工序來製造脆性較大的非晶質金屬帶，因此存在很難進行實用化的問題。另一方面，電動汽車區分為僅利用儲存在充電電池中的電能來驅動馬達的單純電氣車輛、利用光電池來驅動馬達的太陽能電池車輛、利用使用氫燃料的燃料電池來驅動馬達的燃料電池車輛、利用化石燃料來驅動引擎且利用電驅動馬達的車輛即同時適用引擎和馬達的混合動力車輛等。現有的電動汽車 適用的是將馬達的單旋轉軸直接與輪子相連接來傳遞動力的驅動方式，或者藉助配置在輪緣的內部的馬達來直接向輪子傳遞動力的輪內馬達結構的驅動方式。特別是，在適用輪內馬達的情況下，可省略像引擎、變速器或差速器一樣的驅動裝置及傳動裝置，具有能夠減輕車輛的重量、減少在傳動過程中的能耗的優點。另一方面，像電動汽車用驅動馬達一樣，使用矽鋼板來實現IOOkW的高功率且50000rpm的高速馬達的情況下，隨著高速旋轉導致的潤流(eddy current)增加而引發產生熱的問題，並且，由於製作成大型，而無法適用於輪內馬達結構的驅動方式，且增加汽車的重量，出於這些理由，並不優選使用矽鋼板。通常，非晶質條的潤流損耗(eddy current loss)較低,但是,如上述的現有技術所指出，層疊非晶質條而製成的現有的馬達用鐵芯在材質的特性方面因製造工序困難而很難進行實用化。S卩，非晶質條比無方向性電鋼板具有更優秀的磁性能，但是因製造加工時所產生的阻礙而不能應用為像電動馬達用定子或轉子一樣的塊狀磁性部件。並且，正需要一種高速、高效率電器所需的表現出優秀的磁特性及物理特性得以改善的非晶質金屬馬達部件。需要開發一種能夠有效使用非晶質金屬並用於大量生產各種類型的馬達及其磁性部件的製造方法。

發明內容
技術問題因此，本發明是考慮到上述現有技術的問題而提出的，其目的在於，提供一種高功率、高速電動馬達用非晶質磁性部件及其製造方法，通過將非晶質金屬材料粉末化並壓縮成形，能夠容易實現複雜的形狀的磁性部件的成形，並通過將軟磁特性優秀的結晶質金屬粉末添加於非晶質合金粉末，能夠提高磁導率和壓縮成形時的填充密度。
本發明的再一目的在於,提供一種能夠使用在高頻帶潤流損耗(eddy currentloss)減少的非晶質粉末，來將鐵芯損耗極小化的高功率、高速電動馬達用非晶質磁性部件及其製造方法。本發明的另一目的在於，提供一種具有在IOkHz以上的頻帶工作的磁極(pole)數以能夠最大限度地利用非晶質合金材料的磁導率特性的高功率、高速旋轉用電動馬達。本發明的又一目的在於，提供一種能夠使用由非晶質合金粉末形成的磁性部件來將大小最小化而能夠採用於輪內馬達結構的驅動方式的電動馬達。本發明的還一目的在於，提供一種具有單定子-單轉子結構的電動馬達，由非晶質合金粉末製作容易壓縮成形的分割鐵芯，並且將分割鐵芯相互結合，或者利用線軸將分割鐵芯相互結合，能夠在不增加磁阻的情況下實現環形的定子鐵芯。解決問題的手段為了達成上述目的，根據本發明的一特徵，本發明提供一種電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟:對非晶質合金的帶或條進行粉碎，來得到板狀的非晶質合金粉末的步驟；對上述非晶質合金粉末進行分級之後，混合球形的軟磁粉末來得到混合粉末的步驟；將上述混合粉末與粘結劑混合之後，以磁性部件的形狀成形的步驟；以及進行燒結處理，使成形的磁性部件表現出磁特性的步驟。優選地,相對於混合粉末總量，上述球形的軟磁粉末的添加量在10至50重量％範圍內。在上述球形的軟磁粉末的添加量小於10重量％的情況下，存在因非晶質粉末之間的氣隙變大導致磁導率變低，從而磁性部件的磁阻變大而導致電動馬達的效率變低的問題，相反，在上述球形的軟磁粉末的添加量大於50重量％的情況下，則存在因鐵芯損耗(coreloss)增加而導致Q (loss factor,損耗係數)值減少的問題。優選地，上述板狀的非晶質合金粉末的長寬比被設定在1.5至3.5範圍內，上述球形的軟磁粉末的長寬比 被設定在I至1.2範圍內。上述板狀的非晶質合金粉末的長寬比小於1.5的情況下，存在粉碎非晶質合金的帶或條需要很長時間的問題，而在長寬比大於3.5的情況下，則存在成形過程中填充率下降的問題。並且，考慮到對提高成形密度的影響，上述球形的軟磁粉末的長寬比優選在上述I至1.2的範圍內。並且，上述非晶質合金優選為Fe類、Co類、Ni類中的一種。進而，在本發明中，上述非晶質合金帶可在氮氣氛且在400-600°C溫度下進行熱處理，以具有納米晶粒微細組織，並且，為了提高粉碎效率，也可在結晶化溫度以下的溫度，例如在100-400°C的大氣氣氛下進行熱處理，來增加非晶質合金帶的脆性。作為可使用於本發明的球形的軟磁粉末，可以例舉Fe-S1-Al類合金(以下，稱為「鐵矽鋁(Sendust)」)粉末、N1-Fe-Mo類坡莫合金(以下，稱為「鐵鎳鑰(MPP，Moly PermallyPowder)")粉末、N1-Fe類坡莫合金(以下，稱為「高磁通(HighFlux)」)粉末、Fe組合的羰基鐵(Iron carbonyl)粉末中的一種或混合兩種以上的混合物。根據本發明的另一特徵，本發明提供一種電動馬達，以高功率、高速、高頻工作，其特徵在於，包括:定子，在鐵芯纏繞線圈，以及轉子，隔開間隔地與上述定子相向配置，在背軛交替安裝N極和S極永久磁鐵，上述轉子藉助與上述定子之間的相互作用旋轉；上述鐵芯或背軛由混合粉末成形，其中，上述混合粉末由板狀的非晶質合金粉末和球形的軟磁粉末形成。
發明的效果如上所述，本發明能夠實現高功率、高速電動馬達用非晶質磁性部件，通過將非晶質金屬材料粉末化並壓縮成形，能夠容易實現複雜形狀的鐵芯部件的成形，並通過將軟磁特性優秀的結晶質金屬粉末添加於非晶質合金粉末，能夠提高磁導率和壓縮成形時的填充
山/又o並且，在本發明中，能夠設計成具有在IOkHz以上的頻帶工作的轉子的磁極數以能夠最大限度地利用非晶質合金材料的磁導率特性。進而，在本發明中，能夠使用由在高頻帶渦流損耗較少的非晶質合金粉末形成的磁性部件即鐵芯，來將鐵芯損耗極小化，從而將大小最小化而採用於輪內馬達結構的驅動方式。通常，在層疊矽鋼板的結構中，很難在不增加磁阻的情況下將分割鐵芯之間相互連接，因而很難實現單定子-單轉子結構的馬達。但是，在本發明中，通過使用由非晶質合金粉末形成的鐵芯，在不增加磁阻的情況下進行分割鐵芯之間的緊密結合，即使在單定子-單轉子結構中也能夠採用分割鐵芯來實現線圈纏繞的效率性，並且將大小和重量最小化。


圖1是本發明的包括由非晶質合金粉末成形的定子的鐵芯和轉子的背軛的馬達的應用例，表示具有緩衝衝擊功能的車輪驅動裝置的軸方向剖視圖。圖2是表示將本發明的第一實施例的由非晶質合金粉末成形的分割鐵芯構成的分割鐵芯型定子和SPM (surface permanent magnet,面貼式永久磁鐵)型轉子組合而成的馬達的直徑方向剖視圖。
`
圖3a及圖3b分別是本發明的由非晶質合金粉末成形的分割鐵芯的俯視圖及立體圖。圖4是表示在圖3a中所示的分割鐵芯一體地形成線軸並在外周纏繞線圈的狀態的簡圖。圖5是表示將本發明的第二實施例的具有由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯的一體型鐵芯定子和SPM型轉子組合而成的馬達的直徑方向剖視圖。圖6是表示將本發明的第三實施例的具有由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯的一體型鐵芯定子和IPM (Interior Permanent Magnet,內嵌式永久磁鐵)型轉子組合而成的馬達的直徑方向剖視圖。圖7是本發明的第三實施例的變形例，表示將具有由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯的一體型鐵芯定子和另一 IPM型轉子組合而成的馬達的直徑方向剖視圖。圖8a及圖8b分別是圖1中所示的齒輪箱的第一齒輪的俯視圖及側視圖。圖9a及圖9b分別是圖1中所示的齒輪箱的第二齒輪的俯視圖及側視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖進行的詳細說明會讓本發明的上述目的、特徵及優點更加明確，並且本發明所屬技術領域的普通技術人員能夠容易地實施本發明的技術思想。
並且，在說明本發明時，若判斷為與本發明相關的公知技術的詳細說明不必要地混淆本發明的要旨，則省略其詳細的說明。下面，將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的說明。圖1是本發明的包括由非晶質合金粉末成形的定子的鐵芯和轉子的背軛的馬達的應用例，表示具有緩衝衝擊功能的車輪驅動裝置的軸方向剖視圖，圖8a及圖Sb分別是圖1中所示的齒輪箱的第一齒輪的俯視圖及側視圖，圖9a及圖9b分別是圖1中所示的齒輪箱的第二齒輪的俯視圖及側視圖。如圖1所示，本發明的具有緩衝衝擊功能的車輪驅動裝置(以下，稱為「驅動裝置」)不直接將輪子(wheel) 50與轉子10相連接，而構成通過齒輪箱40進行連接的同時通過緩衝器41緩衝衝擊傳遞的結構，以防止從電動汽車的輪子50傳遞的衝擊直接向馬達的轉子10或定子20傳遞。在這裡，馬達統稱轉子10、定子20、定子支撐體、轉子支撐體等。馬達的定子10是在筒(一體型)鐵芯或分割鐵芯一體地形成由絕緣體形成的線軸之後纏繞線圈的結構，可以使筒鐵芯或分割鐵芯一體化，並附加以形成與適用殼體或馬達的本體相結合的結合結構的方式延伸形成的定子支撐體。上述定子支撐體可以被成形成通過團狀模塑料(BMC,Bulk Mould Compound)嵌件注塑來形成防水結構，從而防止異物(即，水分或油等)從外部進入。並且，在定子支撐體可以安裝用於檢測轉子20的位置的霍爾集成電路組裝基板和用於對定子線圈施加控制信號的控制用印刷電路基板(PCB )。圖1中所示的馬達的轉子20是以與定子10沿著徑向(radial)具有氣隙的方式與定子10的內側相向地配置的內轉子結構，轉子20藉助與定子10之間的相互作用來旋轉。但是，本發明並不局限於此，也可以構成為轉子20配置在定子10的外側的外轉子結構。並且，本發明也可 以構成為轉子20分別配置在定子10的內側及外側的雙轉子結構。當然，本發明也可以適用於轉子和定子沿著軸向(axial type)相向配置的情況，而不是沿著徑向配置。此時，轉子20也可以適用於與在背軛的外周交替安裝N極及S極的永久磁鐵或者N極及S極被分割磁化的環形態的永久磁鐵相結合的SPM型的轉子，或者在背軛的內部交替插入有N極及S極的永久磁鐵的IPM型的轉子。在本發明採用雙轉子結構的情況下，還可以包括轉子支撐體，上述轉子支撐體將內部轉子與外部轉子相連接並沿著旋轉軸的外周延伸，以與旋轉軸31相結合。並且，在轉子為圖1中所示的內轉子結構的情況下，可以採用將背軛的中央部與旋轉軸31相結合的結構。這種情況下，旋轉軸31的兩端以可旋轉的方式被第一軸承32及第二軸承33支撐，第一軸承32及第二軸承33固定設置在馬達殼體35、36。並且，上述旋轉軸31的第二軸承33與轉子20之間結合有冷卻用葉輪70，當轉子20旋轉時，冷卻用葉輪70也一起旋轉，生成使馬達的內部的空氣循環的風。馬達殼體35、36由內周部與定子10相結合的圓筒部35和與圓筒部35的一側相結合的蓋36形成。與上述圓筒部35的一側相結合的蓋36的中央支撐有第一軸承32，上述圓筒部35的後方形成有凹槽，上述凹槽具有貫通孔，並多級彎曲，以設置第二軸承33。
蓋36的外周結合有一對螺紋接頭(nipple)39a、39b，在螺紋接頭39a、39b形成至少一對開口，以使空氣向馬達殼體35、36的內部循環，並且在一對螺紋接頭39a、39b分別結合有外部空氣導入管38a和內部空氣排出管38b。因此，上述轉子20旋轉時，旋轉軸31和冷卻用葉輪70 —起旋轉，隨著冷卻用葉輪70的旋轉，通過內部空氣排出管38b向外部排出馬達殼體35、36的內部的經加熱的空氣時，在馬達殼體35、36的內部形成負壓，並且通過外部空氣導入管38a從外部導入冷空氣，由此進行馬達的內部的冷卻。上述馬達殼體35、36結合固定於汽車的框架，在馬達殼體35、36的外周結合有用於收容馬達殼體35、36的收容槽，收容槽的中央部結合有緩衝器41，該緩衝器41形成有貫通孔。上述緩衝器41例如由像環氧等一樣可吸收衝擊的衝擊緩衝用材料形成，在收容槽插入有用於收容馬達殼體35、36並將馬達殼體35、36與緩衝器41相結合的另一結合殼體60。這種情況下，馬達殼體35、36與結合殼體60之間插入有用於密封內部的0型環61。在通過上述馬達殼體35、36的貫通孔向外部延伸的旋轉軸31的外周一體地結合有聯軸器37，在聯軸器37形成有凸緣，以容易與齒輪箱40相結合。上述緩衝器41的貫通孔內配置有齒輪箱40，齒輪箱40用於將外周部結合有輪胎51的輪子50與馬達的旋轉軸31之間相連接，上述齒輪箱40具有第一齒輪40a和第二齒輪40b，其中，第一齒輪40a使用像螺栓一樣的結合部件42與聯軸器37的凸緣相結合，第二齒輪40b使用像螺栓一樣的結合部件43與輪子50相結合。如圖8a至圖9b所示，上述齒輪箱40的第一齒輪40a具有配置成放射狀的多個突起，第二齒輪40b具有配置成放射狀的多個凹槽，以與上述第一齒輪40a的配置成放射狀的多個突起相結合。這種情況下，轉子的旋轉軸31和輪子50不直接通過單軸相結合，而通過齒輪箱40的第一齒輪40a與第二齒輪40b之間的齒輪結合結構來傳遞旋轉力。
·
此時，齒輪箱40的第一齒輪40a與第二齒輪40b之間形成有遊隙，從而緩衝從輪子50傳遞的衝擊之後，通過旋轉軸31傳遞給轉子20。齒輪箱40的第一齒輪40a和第二齒輪40b通過形成連接用軸，在旋轉時執行支撐軸功能，並且在接收來自輪子50的衝擊時形成遊隙在某種程度上脫離而執行緩衝衝擊的功能。作為上述第一齒輪40a及第二齒輪40b，例如可使用冠狀齒輪(crown gear)o並且，從輪胎51向輪子50施加的衝擊通過衝擊緩衝用緩衝器41向齒輪箱40和馬達殼體35、36傳遞，因此能夠防止直接的衝擊傳遞。上述緩衝器41填滿結合有輪胎51的輪子50的內側空間，從而形成輪內馬達結構。下面，將對構成上述馬達的本發明的定子及轉子結構進行詳細的說明。圖2是表示將本發明的第一實施例的使用由非晶質合金粉末成形的分割鐵芯而構成的分割鐵芯型定子和SPM型轉子組合而成的馬達的直徑方向剖視圖，圖3a及圖3b分別是本發明的由非晶質合金粉末成形的分割鐵芯的俯視圖及立體圖，圖4是表示在圖3a中所示的分割鐵芯一體地形成線軸並在外周纏繞線圈的狀態的簡圖。參照圖2至圖4，本發明的第一實施例的馬達具有將由非晶質合金粉末成形的分割鐵芯構成的分割鐵芯型定子10和SPM (Surface Permanent Magnet,面貼式永久磁鐵)型轉子20組合而成的結構。如圖3a及圖3b所示，本發明的第一實施例的馬達的定子10是由非晶質合金粉末成形的多個分割鐵芯11組裝成環形而構成的，每個分割鐵芯11呈「I」或「H」字形狀。分害I]鐵芯11的中央部的主體Ila的兩側延伸形成有內側凸緣Ilb及外側凸緣11c，在外側凸緣Ilc的兩端中的一側端形成有結合突起He，另一側端形成有與突起相結合的結合凹槽Hf,由此將分割鐵芯11相互連接。每個分割鐵芯11如圖4所示，除了分割鐵芯11的內側凸緣Ilb及外側凸緣Ilc的內側面及外側面之外，一體地形成有由絕緣體形成的樹脂而形成線軸12，並且在線軸12的外周纏繞有線圈13。另一方面，圖2中所示的定子用來構成具有單定子-單轉子結構的馬達，因此需要定子的分割鐵芯11之間相連接而形成磁迴路，但是，在形成於具有單定子-雙轉子結構的馬達的情況下，每個分割鐵芯11並不是相連接而形成磁迴路，而是由相向的雙轉子的外部轉子及內部轉子形成磁迴路。因此，這種情況下，可在線軸12形成相連接的結構，從而代替與分割鐵芯11的外側凸緣Ilc相連接。圖2的定子10將圖4中所示的分割鐵芯組裝體14相連接而組裝成環形。S卩，利用形成於分割鐵芯11的外側凸 緣Ilc的結合突起lie和結合凹槽llf，來將多個分割鐵芯組裝體14a-14i■組裝成環形之後，使用BMC藉助嵌件注塑形成為一體型，或者利用組裝用環形支架，來固定無BMC注塑地組裝成環形的多個分割鐵芯組裝體14a-14r。這種情況下，針對多個分割鐵芯組裝體14a_14r，利用組裝用環形支架，來固定無BMC注塑地組裝成環形的多個分割鐵芯組裝體14a-14r的情況下，不僅能夠實現定子的輕量化，還能夠將分割鐵芯組裝體14a-14r之間的縫隙利用為用於空氣循環的路徑。並且，在本發明中，作為分割鐵芯11的結合方法，可以利用在分割鐵芯11的外周形成的線軸的結合突起和結合凹槽，來代替利用在外側凸緣Ilc形成的結合突起Ile和結合凹槽Hf。優選地，配置在上述定子10的內側的轉子20具有在背軛21外周交替安裝N極及S極的永久磁鐵22的SPM結構，其中，背軛21由作為與定子10的鐵芯相同的材料的非晶質合金粉末成形。這種情況下，背軛21的中央具有與旋轉軸31相結合的貫通孔，並且背軛21的中央部與外周面之間沿著徑向排列有可以冷卻空氣和減少轉子的重量的多個貫通孔23。在上述背軛21的多個貫通孔23適用於圖1中所示的車輪驅動裝置用馬達的情況下，隨著葉輪70的旋轉，馬達殼體35、36的內部的空氣通過定子10向外部排出時，貫通孔23形成外部空氣導入內部而循環的空氣循環通道。除了將上述分割鐵芯相結合的定子結構之外，本發明也可以適用於具有一體型鐵芯結構的情況。圖5是表示將本發明的第二實施例的具有由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯的鐵芯定子和SPM型轉子組合而成的馬達的直徑方向剖視圖。如圖5所示，本發明的第二實施例的馬達由定子由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯110形成，並且組合有內轉子型結構的SPM型轉子20。上述SPM型轉子20具有與適用於第一實施例的相同的結構。上述第二實施例所採用的一體型鐵芯110具有在環形的背軛112的內側延伸形成有多個齒111的結構，在多個齒111 一體地形成有由絕緣性材料形成的線軸120，從而實現與被纏繞的線圈的絕緣。另一方面，本發明的馬達也可以採用IPM型轉子，來代替在第一實施例及第二實施例中公開的轉子結構的SPM型轉子20。圖6表示將本發明的第三實施例的具有由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯的鐵芯定子和IPM型轉子組合而成的馬達。圖6中所示的第三實施例的馬達的IPM型轉子具有如下結構:在與背軛210的外周面相鄰的部分，在同一圓周上形成多個貫通孔，並在貫通孔的內部交替配置N極及S極永久磁鐵220。上述永久磁鐵220的每個截面形成直角四角形形狀，並且呈條形狀。並且，上述背軛210的兩端部結合有用於防止永久磁鐵220的脫離的帽，中央部結合有旋轉軸31。並且，上述多個永久磁鐵220之間的內側配置有多個貫通孔230，上述多個貫通孔230配置在同一圓周上，用於阻斷多個永久磁鐵220之間的漏磁通的同時起到空氣循環通道的作用。這種情況下，適用於上述第三實施例的定子使用了一體型鐵芯110，但也可以使用多個分割鐵芯11組裝而成的定子10。圖7是本發明的第三實施例的變形例，表示將具有由非晶質合金粉末成形的一體型鐵芯的鐵芯定子和另一 IPM型轉子組合而成的馬達。圖7中所示的馬達的IPM (Interior Permanent Magnet,內嵌式永久磁鐵)型轉子在背軛310的外側插入有4個永久磁鐵320, 4個永久磁鐵320之間分別配置有阻斷漏磁通和起到空氣循環通道作用的4個貫通孔330。

上述永久磁鐵320的截面呈圓弧狀，這一點與圖6中所示的IPM型轉子的永久磁鐵220不同。下面，將對在上述第一實施例至第三實施例的馬達形成磁迴路的定子用鐵芯和轉子的背軛等磁迴路部件的製造方法進行說明。本發明的磁迴路部件利用藉助熔融紡絲法的快速凝固法(RSP)，來將30um以下的極薄型非晶質合金製造成帶或條形態之後，將其粉碎得到非晶質合金粉末。此時，得到的粉碎的非晶質合金粉末具有I 150um的範圍內的大小。將粉碎的非晶質合金粉末分級成粉末的平均粒度為20至50um的非晶質合金粉末和50至75um的非晶質合金粉末，優選地，使用以1:1的重量比例混合的粉末。此時，優選地，將得到的非晶質合金粉末的長寬比設定在1.5至3.5範圍內。這種情況下，可以在大氣中或氮氣氛且在400_600°C溫度下進行熱處理，以使上述非晶質合金帶在粉碎之前或粉碎之後具有能夠實現較高的磁導率的納米晶粒微細組織。並且，上述非晶質合金帶可在100-400°C且在大氣氣氛下進行熱處理，以提高粉碎效率。作為上述非晶質合金可以使用如Fe類、Co類、Ni類中的某一種，Fe類非晶質合金在價格方面最有利，因而優選。作為Fe類非晶質合金，優選為Fe-S1-B、Fe-S1-Al、Fe-Hf-C、Fe-Cu-Nb-S1-B或Fe-S1-N中的某一種，並且，作為Co類非晶質合金，優選為Co-Fe-S1-B或Co-Fe-N1-S1-B 中的某一種。隨後，根據大小對粉碎的非晶質合金粉末進行分級之後，以具有最佳的組合均勻性的粉末粒度分布進行混合。這種情況下，由於粉碎的上述非晶質合金粉末呈板狀，因而與粘結劑混合併以部件形狀成形時，填充密度下降。由此，優選地，在本發明中，使粉末的粒子呈球形的同時將能夠提高磁特性即磁導率的球形狀的軟磁粉末與少量板狀的非晶質合金粉末進行混合，以提高填充密度。優選地,相對於混合粉末總量，上述球形的軟磁粉末的添加量在10至50重量％範圍內，並且考慮到對填充密度的影響，優選地，將上述球形狀的軟磁粉末的長寬比設定在I至1.2範圍內。能夠提高上述磁導率和填充密度的球形的軟磁粉末包括鐵鎳鑰粉末、高磁通粉末、鐵矽鋁粉末、鐵粉等，作為球形的軟磁粉末可以使用上述粉末中的一種或兩種以上的混合物。將混合有上述球形的軟磁粉末的非晶質合金粉末與粘結劑進行混合。作為要混合的粘結劑，可以使用熱固化樹脂，例如水玻璃、陶瓷矽酸鋁、環氧樹脂、酚醛樹脂、矽酮樹脂或聚醯亞胺等。這種情況下，粘結劑的最大混合比例優選為20重量％。在添加粘結劑及潤滑劑的狀態下，利用衝壓機和模具將所混合的上述非晶質合金粉末來壓縮成所需的鐵芯或背軛形狀。優選地，此時的成形壓力設定為15-20ton/cm2。隨後，成形的鐵芯或背軛在300-600°C範圍內以10-600分鐘範圍進行燒結處理，從而實現磁特性。

在熱處理溫度小於300°C的情況下，熱處理時間增加，而導致生產率下降，而大於600 0C的情況下，產生非晶質合金的磁特性的劣化。如上所述，在本發明中，對非晶質金屬材料進行粉末化並壓縮成形，能夠容易實現像定子用鐵芯或轉子的背軛一樣複雜形狀的磁性部件的成形，並通過將軟磁特性優秀的球形的結晶質金屬粉末添加於非晶質合金粉末，能夠提高磁導率和壓縮成形時的填充密度。下面，將通過實施例，對本發明進行更詳細的說明。但是，以下的實施例只是例示性的，本發明的範圍並不局限於此。〈實施例1>在大氣氣氛且在300°C溫度下,將用熔融紡絲法(melt spinning process)製成的組合Fe78-Si9-B13非晶質合金帶熱處理I小時，得到經過預熱處理的非晶質合金帶。利用粉碎機粉碎上述非晶質合金帶之後，通過分級按平均粒度為20至50um的非晶質合金粉末50重量％和50至75um的非晶質合金粉末50重量％的比例混合，由此得到混合粉末。此時，得到的非晶質合金粉末的長寬比大約在1.5至3.3的範圍內。作為提高磁導率和壓縮成形時的填充密度而添加的軟磁粉末，邊將Fe-S1-Al類的鐵矽鋁粉末的添加量變化至70重量％，邊與非晶質合金粉末進行混合，來得到混合粉末。所使用的鐵矽鋁粉末的平均粒度為4.4um，長寬比為平均1.1。接著，將所製備的混合粉末與1.5重量％的苯酚混合之後，進行乾燥。乾燥後，利用球磨機重新粉碎成成團粉末,之後添加0.5重量％的硬脂酸鋅(Zinc stearate)並混合，使用模具以20ton/cm2的成形壓力進行壓縮成形，由此成形定子用鐵芯。隨後，按以450°C的溫度維持30分鐘的方式對上述鐵芯成形體進行燒結處理，之後測定鐵芯的填充率(n (%))、有效截面積(A')、磁導率(U)、Q (loss factor)特性等，其結果見表I。
填充率(n (%))是以百分比表示可以在從設計製作的模具計算出的體積理想地填滿的質量和實際測定的質量的比率，有效截面積表示用於填充磁性粉的截面積(A')，是理想的截面積(A)和填充率(n (%))的乘積。在頻率(f)=10kHz下測定電感(L)之後，根據測定變量計算並得出磁導率(y )，基於測定試樣的形狀，不利用鐵芯損耗測定器直接測定鐵芯損耗(core loss, Pc)值,而是利用數學式I得出Q值。數學式1:Q=1/ (PcX ii )表I
權利要求
1.一種電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟: 對非晶質合金的帶或條進行粉碎，來得到板狀的非晶質合金粉末的步驟； 對上述非晶質合金粉末進行分級之後，混合球形的軟磁粉末來得到混合粉末的步驟； 將上述混合粉末與粘結劑混合之後，以磁性部件的形狀成形的步驟；以及 進行燒結處理，使成形的上述磁性部件表現出磁特性的步驟。
2.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，相對於混合粉末總量，上述球形的軟磁粉末的添加量在10至50重量％範圍內。
3.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述板狀的非晶質合金粉末的長寬比被設定在1.5至3.5範圍內，上述球形狀的軟磁粉末的長寬比被設定在I至1.2範圍內。
4.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述非晶質合金的帶或條在氮氣氛且在400-600°C溫度下進行熱處理，以具有納米晶粒微細組織。
5.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述非晶質合金的帶或條在100-400°C且在大氣氣氛下進行熱處理，以提高粉碎效率。
6.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述球形的軟磁粉末為鐵鎳鑰粉末、高磁通粉末、鐵矽鋁粉末、鐵粉中的一種或兩種以上的混合物。
7.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述粘結劑為包含水玻璃、陶瓷矽酸鋁、環氧樹脂、酚醛樹脂、矽酮樹脂或聚醯亞胺的熱固化樹脂。
8.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述燒結處理在300-600°C範圍內進行10-600分鐘。
9.根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法，其特徵在於，上述磁性部件為定子的鐵芯及轉子的背軛中的至少一個。
10.一種電動馬達用非晶質磁性部件，其特徵在於，根據權利要求1所述的電動馬達用非晶質磁性部件的製造方法製造而成。
11.一種電動馬達，以高功率、高速、高頻工作，其特徵在於， 包括: 定子，在鐵芯纏繞線圈，以及 轉子，隔開間隔地與上述定子相向配置，在背軛交替安裝N極和S極永久磁鐵，上述轉子藉助與上述定子之間的相互作用旋轉； 上述鐵芯和/或背軛由混合粉末成形，其中，上述混合粉末由板狀的非晶質合金粉末和球形的軟磁粉末形成。
12.根據權利要求11所述的電動馬達，其特徵在於，上述定子的鐵芯由分割鐵芯或一體型鐵芯形成。
13.根據權利要求11所述的電動馬達，其特徵在於，上述定子的鐵芯由多個分割鐵芯構成，多個分割鐵芯分別使用形成於外側凸緣的兩側端部的結合突起和結合凹槽相互結合成環形。
14.根據權利要求11所述的電動馬達，其特徵在於，上述定子的鐵芯由多個分割鐵芯構成，上述多個分割鐵芯分別使用形成於分割鐵芯的線軸相互結合成環形。
15.根據權利要求11所述的電動馬達，其特徵在於，上述非晶質合金粉末和軟磁粉末以5:5至9:1範圍內的重量比進行混合。
16.根據權利要求11所述的電動馬達，其特徵在於，當F為旋轉頻率且N為轉子的每分鐘轉速時，上述轉子具有由以下數學式決定的磁極數(P):P= (F/N) X 120。
17.根據權利 要求11所述的電動馬達，其特徵在於，上述電動馬達的轉子為單轉子或雙轉子。
全文摘要
本發明涉及高功率、高速電動馬達用非晶質磁性部件以及利用該部件的電動馬達及其製造方法，通過對非晶質金屬材料進行粉末化並壓縮成形，能夠容易實現複雜形狀的鐵芯部件的成形，並通過將軟磁特性優秀的結晶質金屬粉末添加於非晶質合金粉末，能夠提高磁導率和壓縮成形時的填充密度。本發明包括如下步驟對非晶質合金的帶或條進行粉碎，來得到板狀的非晶質合金粉末的步驟；對非晶質合金粉末進行分級之後，混合球形的軟磁粉末來得到混合粉末，以提高磁導率及填充密度的步驟；將上述混合粉末與粘結劑混合之後，以磁性部件的形狀成形的步驟；以及進行燒結處理，使成形的上述磁性部件表現出磁特性的步驟。
文檔編號B22F9/08GK103250215SQ201180058944
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者金炳秀, 南秦澤 申請人:阿莫泰克有限公司