專利名稱：轉(zhuǎn)子及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非常適合電機(jī)、發(fā)電機(jī)等的高效率化的永久磁鐵-磁軛(yoke)一體型的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在永久磁鐵電機(jī)中，有在轉(zhuǎn)子的外周部配置永久磁鐵的所謂表面磁鐵型電機(jī)(SPM)及在轉(zhuǎn)子內(nèi)部配置永久磁鐵的磁鐵埋設(shè)型電機(jī)(IPM)等。
SPM，如圖16所示，具有以下構(gòu)造，即，轉(zhuǎn)子表面的永久磁鐵31與磁軛32和具有線圈37的定子33之間的空隙34直接接觸。圖16所示的磁路，一般稱為表面磁鐵型磁路。從任意的永久磁鐵31a的N極出來(lái)的磁通A1，如箭頭所述，貫通空隙34，到達(dá)定子磁軛33a部分，經(jīng)由定子磁軛33的部分33b及33c，再次貫通空隙34，再經(jīng)由永久磁鐵31b及轉(zhuǎn)子磁軛32，返回到永久磁鐵31a的S極。
IPM，如圖17所示，由于永久磁鐵41埋設(shè)在磁軛42內(nèi)，所以稱為磁鐵埋設(shè)型磁路或內(nèi)部磁鐵型磁路。磁軛42，由以具有磁鐵形狀的孔的方式?jīng)_裁的硅鋼板的疊層體構(gòu)成，永久磁鐵41收容在磁軛42的孔內(nèi)。從永久磁鐵41的N極出來(lái)的磁通A4，如箭頭所示，經(jīng)由轉(zhuǎn)子磁軛42，貫通定子43和轉(zhuǎn)子之間的空隙44，再依次經(jīng)由定子磁軛的部分43a、43b、43c，再次通過(guò)空隙44后，經(jīng)由轉(zhuǎn)子磁軛42返回到永久磁鐵41的S極。
圖16、17中的B1、B2都表示短路的磁通的流動(dòng)。由于磁通的流動(dòng)B1、B2與定子的磁場(chǎng)無(wú)關(guān)，所以不有助于轉(zhuǎn)矩的發(fā)生。由于與磁通的流動(dòng)B1、B2的部分相對(duì)應(yīng)地減少有助于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的磁通的流動(dòng)，因此不優(yōu)選采用。
此外，還提出了多種以圖17的A5所示的磁阻效果為目標(biāo)的利用磁鐵轉(zhuǎn)子的軟磁性部分的凸極性的磁阻電機(jī)(界等“永久磁鐵式磁阻電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)特性”，平成10年電氣學(xué)大會(huì)全國(guó)大會(huì)，講演號(hào)1002)。磁阻電機(jī)，從定子方面，大致分為開關(guān)磁阻電機(jī)(switched reluctance motor)和同步磁阻電機(jī)(synchronous reluctance motor)。開關(guān)磁阻電機(jī)，一般在定子上具有集中卷繞的線圈，用磁引力將齒輪形狀的轉(zhuǎn)子吸引在定子的齒上，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，同步磁阻電機(jī)，一般包括具有分布卷繞的線圈的定子、和在內(nèi)部具有單個(gè)或多個(gè)磁勢(shì)壘的轉(zhuǎn)子。利用磁勢(shì)壘，形成容易通過(guò)磁通的d軸和不容易通過(guò)磁通的q軸，利用兩軸的電感的差，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。
永久磁鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率大大小于硅鋼等軟磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，利用永久磁鐵和軟磁性材的相對(duì)磁導(dǎo)率的差，能夠?qū)崿F(xiàn)具有永久磁鐵式電機(jī)及同步磁阻電機(jī)雙方的特性的電機(jī)。此外，即使IPM，通過(guò)以永久磁鐵作磁勢(shì)壘，也能夠產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，能夠?qū)崿F(xiàn)具有永久磁鐵電機(jī)及磁阻電機(jī)雙方的特性的電機(jī)。尤其，磁鐵埋設(shè)型電機(jī)，由于能夠有效利用永久磁鐵產(chǎn)生的磁通，所以提高低速旋轉(zhuǎn)時(shí)的效率，此外，通過(guò)利用副生的磁阻，能夠確保到高速區(qū)域的旋轉(zhuǎn)能力。
另外，以同步磁阻電機(jī)為基本的磁鐵埋設(shè)型電機(jī)，也稱為ReluctancePermanent Magnet Motor(RPM)，主要采用磁轉(zhuǎn)矩，輔助地采用磁阻轉(zhuǎn)矩。參照，W.L.Soon，T.J.E.Miller“Practical Field-Weakening Performance of theFive Classes of Brushless Synchronous AC Motor Drive”，Proceedings ofEuropean Power Electronics Conference(1993)、及W.L.Soong D.A.Stanton，T.J.E.Miller“Design of a New Axially-Laminated Permanent Motor”，Proceedings of IEEE Industry Applications Society Annual Meeting(1993)。
如此，通過(guò)大幅度提高永久磁鐵的特性，能得到具有永久磁鐵式電機(jī)和磁阻電機(jī)的中間的特性的電機(jī)，其中，永久磁鐵埋設(shè)型電機(jī)，具有高效率及高精度的控制特性，同時(shí)有望可根據(jù)電機(jī)特性的用途使其最佳化。
對(duì)此，在目前廣泛使用的電機(jī)中，疊層具有永久磁鐵用開口部的硅鋼板等薄板，各個(gè)部件變細(xì)。因此，如此的電機(jī)不適合高速旋轉(zhuǎn)。此外，由于將永久磁鐵插入上述開口部進(jìn)行粘接，所以需要用于在永久磁鐵和硅鋼板的之間吸收加工公差的間隙。該間隙具有作為磁路上的空隙的作用，使電機(jī)的效率降低。另外，由于因該間隙，永久磁鐵的位置精度下降，產(chǎn)生磁極間距的偏差，所以發(fā)生變動(dòng)力矩(cogging torque)。
此外，為了抑制制造成本，需要使永久磁鐵和硅鋼板的形狀單一化，簡(jiǎn)化加工。因此，難高精度地形成永久磁鐵和硅鋼板的極薄部分?？墒?，從應(yīng)用磁阻轉(zhuǎn)矩的方面看，變形磁鐵的需求今后將日益增長(zhǎng)，為了解決如此的問(wèn)題特開平7-169633號(hào)公報(bào)，提出了一體成形永久磁鐵和軟磁性材的方法。但是，該方法只能用于SPM，沒(méi)有解決磁鐵埋設(shè)型電機(jī)的制造上的問(wèn)題。
在磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子，在多個(gè)永久磁鐵間需要防止沖撞用及增強(qiáng)用的軟磁性搭橋部，但永久磁鐵的磁通在該部分短路，產(chǎn)生泄漏磁通，不能無(wú)浪費(fèi)地利用永久磁鐵的磁通。為解決如此的問(wèn)題，特開平8-331784號(hào)公報(bào)，提出了利用共存強(qiáng)磁性部和非磁性部的部件構(gòu)成磁軛，在搭橋部形成非磁性部。但是，該方法沒(méi)有解決加工上或制造上的問(wèn)題。
如果一體地壓縮成形磁鐵粉末及軟磁性粉末，在從金屬模取出壓縮成形體時(shí)，出現(xiàn)因回彈在壓縮成形體產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題。此外即使不發(fā)生裂紋，如果強(qiáng)磁性部和非磁性部的壓接強(qiáng)度弱，有組裝在電機(jī)上的轉(zhuǎn)子因離心力而開裂的顧慮。
特開2002-134311號(hào)提出了，通過(guò)疊層具有磁鐵插入用開口部的硅鋼板等薄板，在開口部注射連接磁鐵用混合物，在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部無(wú)間隙地設(shè)置連接磁鐵的方法。但是在該方法中，為了提高混合物的流動(dòng)性，由于不得不增加樹脂量(降低磁粉或鐵粉的配合量)，所以存在轉(zhuǎn)子的磁特性低的問(wèn)題。此外，電機(jī)越大型化，越增加在永久磁鐵流動(dòng)的電流，也增加渦電流損失。為降低渦電流損失，三田“表面磁鐵型電機(jī)的渦電流分析”，98電機(jī)技術(shù)論文集(1998)，記載需要細(xì)分割磁鐵的一極，在表面涂膜或粘接層切斷電流流動(dòng)。但是，該方法需要工時(shí)，增加制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于，提供一種永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子，由于在永久磁鐵和軟磁性材的之間無(wú)間隙，永久磁鐵的形狀自由度高，所以能夠有效利用永久磁鐵的磁力，無(wú)回彈(spring back)造成的裂紋，連接磁鐵部和軟磁性部的壓接強(qiáng)度高。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種該永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的制造方法。
即，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子，其特征是具有以磁鐵粉末及結(jié)合材為主的連接磁鐵部埋設(shè)在以軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性部的結(jié)構(gòu)，利用壓縮成形法形成，所述連接磁鐵部的磁極面實(shí)質(zhì)上埋設(shè)在所述軟磁性部。
在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述連接磁鐵部的端面在所述轉(zhuǎn)子的周側(cè)面露出，各露出端面的寬度為所述轉(zhuǎn)子的全周的2％以下。此外，在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所述連接磁鐵部整體埋設(shè)在所述軟磁性部?jī)?nèi)，所述連接磁鐵部和所述轉(zhuǎn)子的周側(cè)面的之間的所述軟磁性部的最薄部，具有0.3～1.5mm的范圍內(nèi)的厚度。
優(yōu)選，所述連接磁鐵部在所述轉(zhuǎn)子的中心側(cè)為凸的圓弧形狀，轉(zhuǎn)子以在4～12具有偶數(shù)的磁極的方式配置。優(yōu)選，所述圓弧狀連接磁鐵部是以環(huán)狀連接。
優(yōu)選，所述磁鐵粉末的平均粒徑為50～200μm，所述軟磁性粉末的平均粒徑為1～50μm。
優(yōu)選，所述軟磁性部具有20kS/m以下的電導(dǎo)率、1.4T以上的Bm及800A/m以下的頑磁力Hc。優(yōu)選，所述連接磁鐵部具有0.4T以上的殘余磁通密度Br及600kA/m以上的Hcj。優(yōu)選，所述連接磁鐵部和所述軟磁性部之間的剪切強(qiáng)度在10MPa以上。
制造由連接磁鐵部和軟磁性部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的本發(fā)明的第1方法，其特征是利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，預(yù)成形所述連接磁鐵部，利用在1～50μm的范圍內(nèi)具有比所述磁鐵粉末的平均粒徑大的平均粒徑的軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，以與所述連接磁鐵部接觸的方式，預(yù)成形所述軟磁性部，用比預(yù)成形壓力大的壓力，使所述連接磁鐵部和所述軟磁性部一體化。
制造由連接磁鐵部和軟磁性部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的本發(fā)明的第2方法，其特征是利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，預(yù)成形所述連接磁鐵部，利用在1～50μm的范圍內(nèi)具有比所述磁鐵粉末的平均粒徑大的平均粒徑的軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，另外預(yù)成形所述軟磁性部，組合所述連接磁鐵部及所述軟磁性部，用比預(yù)成形壓力大的壓力，使其一體化。
制造由連接磁鐵部和軟磁性部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的本發(fā)明的第3方法，其特征是利用在1～50μm范圍內(nèi)具有比所述磁鐵粉末的平均粒徑大的平均粒徑的軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，預(yù)成形所述連接磁鐵部，利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，以與所述軟磁性部接觸的方式預(yù)成形所述連接磁鐵部，用比預(yù)成形壓力大的壓力，使所述所述軟磁性部和連接磁鐵部一體化。
在所有轉(zhuǎn)子的制造方法中，都優(yōu)選，作為所述結(jié)合材使用熱硬化形樹脂，在所述連接磁鐵部和所述軟磁性部的一體化后，進(jìn)行熱硬化處理。
如上所述，本發(fā)明的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子，由于具有在由軟磁性粉末和結(jié)合材構(gòu)成的軟磁性部，埋設(shè)由磁鐵粉末和結(jié)合材構(gòu)成的連接磁鐵部的結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)上在所述軟磁性部埋設(shè)連接磁鐵部的磁極面，所以具有(a)在連接磁鐵部和軟磁性部的之間無(wú)成為磁阻力的間隙，能夠高效率利用磁通，(b)即使在連接磁鐵部和周側(cè)面的之間的薄層部，也能夠得到高的尺寸精度，(c)能夠利用磁阻轉(zhuǎn)矩，(d)能夠削減組裝工時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過(guò)將連接磁鐵部型成規(guī)定的形狀，或?qū)⑦B接磁鐵部的各露出端面的寬度設(shè)定在轉(zhuǎn)子的全周的2％，能夠防止回彈造成的裂紋。此外，通過(guò)研究磁鐵粉末及軟磁性粉末，能夠提高連接磁鐵部和軟磁性部的壓接強(qiáng)度。
在本發(fā)明的制造方法中，連接磁鐵部的形狀自由度高。此外，在粘接固定磁鐵的以往的轉(zhuǎn)子中，在磁軛和磁鐵的之間產(chǎn)生不需要的空隙，但在本發(fā)明中，由于一體地壓縮成形連接磁鐵部和軟磁性部，所以能夠用少量的樹脂及工時(shí)，在兩者間不產(chǎn)生間隙地，得到高性能的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。此外，能夠防止來(lái)自連接磁鐵部的磁通在極間的磁軛部短路，能夠有效利用連接磁鐵部的磁通。


圖1(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖1(b)是表示變形圖1(a)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布的簡(jiǎn)要圖示。
圖2(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖2(b)是表示變形圖2(a)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布的簡(jiǎn)要圖示。
圖3(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖3(b)是表示變形圖3(a)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布的簡(jiǎn)要圖示。
圖4(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖4(b)是表示變形圖4(a)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布的簡(jiǎn)要圖示。
圖5(a)是表示利用多個(gè)彎曲的連接磁鐵部形成各磁極的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖5(b)是表示利用多個(gè)圓弧狀連接磁鐵部形成各磁極的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖6(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖6(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖6(c)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖6(d)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖6(e)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖7(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖7(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖8(a)是表示壓縮成形本發(fā)明的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的裝置的局部剖面圖。
圖8(b)是表示圖8(a)的壓縮成形裝置上的上沖頭(punch)組裝體的立體圖。
圖8(c)是表示將圖8(b)的上沖頭組裝體分解成接合部成形用上沖頭和軟磁性部成形用上沖頭的狀態(tài)的立體圖。
圖9是表示采用圖8(a)的裝置壓縮成形本發(fā)明的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的工序的橫剖面圖。
圖10(a)是表示比較例1的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖10(b)是表示變形圖10(a)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布的簡(jiǎn)要圖示。
圖11是表示連接磁鐵部的端面的露出率和端面上的殘留應(yīng)力的關(guān)系的曲線圖。
圖12(a)是表示比較例2的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖12(b)是表示變形圖12(a)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布的簡(jiǎn)要圖示。
圖13是表示軟磁性部的最薄部的厚度和此處的殘留應(yīng)力的關(guān)系的曲線圖。
圖14是表示具有實(shí)施例1的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)的剖面圖。
圖15是表示實(shí)施例6的旋轉(zhuǎn)機(jī)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩(正規(guī)化)和電角度的關(guān)系的曲線圖。
圖16是表示以往的表面磁鐵型永久磁鐵電機(jī)(SPM)的剖面圖。
圖17是表示以往的表面磁鐵型永久磁鐵電機(jī)(IPM)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式轉(zhuǎn)子[A]組成(1)粉末磁鐵粉末的組成不限定，但優(yōu)選，例如將以Sm為主的稀土元素、以Co為主的過(guò)渡金屬作為基本成分的Sm-Co系磁鐵粉末，將R(含有Y的稀土元素的至少一種)、T(以Fe為主的過(guò)渡金屬)、B作為基本成分的R-T-B系磁鐵粉末，將以Sm為主的稀土元素、T(以Fe為主的過(guò)渡金屬)、N作為基本成分的R-T-N系磁鐵粉末，以及它們的混合物。磁鐵粉末可以是各向同性，也可以是各向異性。在永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子中，由于在轉(zhuǎn)子內(nèi)部磁通短路，所以，例如，如鐵氧體系連接磁鐵(bond magnet)，如果殘余磁通密度Br低于0.4T，不能在轉(zhuǎn)子表面得到足夠的磁通。因此，優(yōu)選使用Br≥0.4T、頑磁力Hcj≥600kA/m的稀土類連接磁鐵。
作為軟磁性粉末，優(yōu)選霧化(atomize)鐵粉、Fe-Co粉、Fe基納米結(jié)晶磁鐵粉末等。優(yōu)選，軟磁性粉末具有20kS/m以下的電導(dǎo)率、1.4T以上的Bm及800A/m以下的Hc。如果電導(dǎo)率在20kS/m以下，能夠?qū)u電流損失降低到與硅鋼板的絕緣疊層體大致同等的程度。如果Bm低于1.4T，得不到足夠的磁通。如果Hc超過(guò)800A/m，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁滯后損耗顯著，電機(jī)效率大大降低。
優(yōu)選磁鐵粉末的平均粒徑在50～200μm，優(yōu)選軟磁性粉末的平均粒徑在1～50μm，小于磁鐵粉末的平均粒徑。由于磁鐵粉末和軟磁性粉末的粒徑不同，因此連接磁鐵部和軟磁性部的粘接強(qiáng)度提高，能夠更加抑制裂紋。磁鐵粉末的平均粒徑更優(yōu)選80～150μm，軟磁性粉末的平均粒徑更優(yōu)選5～30μm。
優(yōu)選在磁鐵粉末及軟磁性粉末上形成絕緣皮膜。利用絕緣皮膜增加電阻，降低電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的渦電流損失。
(2)結(jié)合材作為結(jié)合材，優(yōu)選環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、尿素樹脂、密胺樹脂、熱硬化性聚酯樹脂等熱硬化性樹脂。結(jié)合材，相對(duì)于磁鐵粉末100質(zhì)量份，優(yōu)選1～5質(zhì)量份，更優(yōu)選1～4質(zhì)量份。此外，相對(duì)于軟磁性粉末100質(zhì)量份，優(yōu)選0.1～3質(zhì)量份，更優(yōu)選0.5～2質(zhì)量份。如果結(jié)合材的含量過(guò)少，得到的轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度顯著降低。相反如果結(jié)合材的含量過(guò)多，得到的轉(zhuǎn)子的磁特性顯著降低。
構(gòu)造由于IPM轉(zhuǎn)子應(yīng)用磁阻轉(zhuǎn)矩，所以能夠產(chǎn)生優(yōu)于SPM轉(zhuǎn)子的電機(jī)輸出功率。但是，如果應(yīng)用磁阻轉(zhuǎn)矩，由于對(duì)轉(zhuǎn)子的磁軛施加過(guò)大的交變磁場(chǎng)，所以渦電流損失顯著。為了避免渦電流損失，需要在由連接磁鐵部和軟磁性部的一體成形品構(gòu)成的轉(zhuǎn)子中，大大降低電導(dǎo)率。因此，需要用薄的軟磁性部覆蓋本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的周側(cè)面。在此種情況下，優(yōu)選軟磁性部的電導(dǎo)率在20kS/m以下。
IPM式的轉(zhuǎn)子，為了防止磁通的短路，優(yōu)選減薄連接磁鐵部和周側(cè)面之間的軟磁性部。在由硅鋼板等構(gòu)成的軟磁性部的開口部插入磁鐵的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子中，為了確保機(jī)械強(qiáng)度，磁鐵和周側(cè)面之間的硅鋼板部分不能太薄。對(duì)此，在具有一體成形連接磁鐵部和軟磁性部的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中，薄部的設(shè)計(jì)的自由度高，薄部的厚度的制約小。具體是，優(yōu)選，軟磁性部的最薄部(連接磁鐵部的外面和轉(zhuǎn)子的周側(cè)面的之間)的厚度在0.3～1.5mm的范圍。
(1)實(shí)施方式圖1(a)表示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。該實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子，具有中央部1b比端部1a厚的圓弧狀的連接磁鐵部1埋設(shè)在軟磁性部2中，以在磁極間磁通不短路的方式隔離開鄰接的連接磁鐵部1、1的端部1a、1a，并且各端面1c在周側(cè)面露出的結(jié)構(gòu)。連接磁鐵部1在磁化方向加厚，為了確保磁力，中央部1b比端部1a厚得多。在轉(zhuǎn)子的中心，設(shè)置緊密粘接在軟磁性部2上的旋轉(zhuǎn)軸3。此外，優(yōu)選，端面1c的露出率2％以下。
圖1(b)是表示變形圖1(a)的轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布。另外，在表示應(yīng)力分布的圖中，變位量都放大2000倍。從圖1(b)看出，施加最大應(yīng)力的部分是磁鐵的露出端面1c。優(yōu)選，連接磁鐵部，以在4～12的偶數(shù)具有磁極的方式配置。如果圓弧狀連接磁鐵部1連成環(huán)狀，連接磁鐵部1的端面(磁極面)1c的面積率增大，磁通量增多，同時(shí)還得到磁阻效果，所以優(yōu)選。
圖2(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。圓弧狀連接磁鐵部1的端面1c不在周側(cè)面4露出，連接磁鐵部1的端面1c和周側(cè)面4之間的軟磁性部2的最薄部2a，薄到0.3～1.5mm。如圖2(b)所示，在該轉(zhuǎn)子中，最施加抗拉應(yīng)力的部分是軟磁性部2的最薄部2a。
圖3(a)表示具有長(zhǎng)方形的軸向斷面形狀的連接磁鐵部1，在端部1a間相隔間隙地，埋設(shè)在軟磁性部2的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。圖3(b)是表示變形圖3(a)的轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力。在連接磁鐵部1的端面1a和周側(cè)面4之間的軟磁性部2的最薄部2a，最施加抗拉應(yīng)力。
圖4(a)表示在軟磁性部2埋設(shè)扇狀的連接磁鐵部1的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。連接磁鐵部1，具有包括沿轉(zhuǎn)子的周側(cè)面4的圓弧狀邊和直線狀底邊的斷面形狀。圖4(b)表示變形圖4(a)的轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布。從圖4(b)可以看出，在連接磁鐵部1的端面1a和周側(cè)面4之間的軟磁性部2的最薄部2a，最施加抗拉應(yīng)力。
圖5(a)是表示利用多個(gè)彎曲的連接磁鐵部1A、1B形成各磁極的本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。圖5(b)是表示利用多個(gè)圓弧狀連接磁鐵部1A、1B、1C形成各磁極的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。具有圖5(a)及圖5(b)所示的層狀的連接磁鐵部的轉(zhuǎn)子，能夠產(chǎn)生大于具有圖1所示的單層連接磁鐵部的轉(zhuǎn)子的磁阻轉(zhuǎn)矩。
圖6(a)～圖6(e)分別表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。所有的轉(zhuǎn)子，都在連接磁鐵部1和轉(zhuǎn)子的周側(cè)面4的之間具有軟磁性部2的最薄部2a。另外圖6(c)中的參照號(hào)碼37表示孔，圖6(d)中的參照號(hào)碼2b表示非磁性體。
圖7(a)及圖7(b)分別表示根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。所有的轉(zhuǎn)子，都在連接磁鐵部1和轉(zhuǎn)子的周側(cè)面4的之間具有軟磁性部2的最薄部2a。另外參照號(hào)碼2b表示非磁性體。
(2)連接磁鐵部的斷面的露出率如果用500～1000MPa范圍的高壓壓縮成形，回彈造成的裂紋的發(fā)生顯著。這是因?yàn)?，由于回彈形成的膨脹在軟磁性部大約為0.3％，而在連接磁鐵部大約為0.9％，兩處有所不同，因此在得到的轉(zhuǎn)子中殘留應(yīng)力。由于軟磁性部的抗拉強(qiáng)度大約為50MPa，而連接磁鐵部的抗拉強(qiáng)度大約小到25MPa，所以在連接磁鐵部發(fā)生裂紋。為了使殘留應(yīng)力達(dá)到規(guī)定的值，進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果表明，在是連接磁鐵部的斷面在轉(zhuǎn)子的周側(cè)面露出的轉(zhuǎn)子的情況下，如果各露出斷面的寬度在轉(zhuǎn)子的全周的2％以下，就不會(huì)發(fā)生裂紋。該比例不依連接磁鐵部的形狀變化，大致固定。例如在圖6所示的殘留應(yīng)力和斷面的露出率的曲線圖中，即使連接磁鐵部的形狀不同，殘留應(yīng)力的變化也只是一根曲線的程度。這是因?yàn)椋瑧?yīng)力集中的部分是轉(zhuǎn)子的外周面附近。因此，只要降低在轉(zhuǎn)子外軸面的殘留應(yīng)力，就能夠抑制裂紋。
(3)軟磁性部的最薄部在是在轉(zhuǎn)子內(nèi)部埋設(shè)連接磁鐵部整體的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的情況下，優(yōu)選，連接磁鐵部和轉(zhuǎn)子的周側(cè)面之間的所述軟磁性部的最薄部的厚度在0.3～1.5mm的范圍。如果最薄部的厚度低于0.3mm，不僅成形困難，而且殘留應(yīng)力集中在最薄部，因而在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋。此外，如果最薄部超過(guò)1.5mm，在最薄部磁通短路，轉(zhuǎn)子的磁特性降低。由此得出，最薄部的優(yōu)選的厚度幾乎不依賴于連接磁鐵部的形狀。轉(zhuǎn)子的外徑，在實(shí)用上優(yōu)選在15～150mm范圍。
(4)密度用500～1000MPa的高壓壓縮成形的轉(zhuǎn)子的密度，例如在RTB系連接磁鐵部為5.5～6.0Mg/m3、在RTN系連接磁鐵部為5.4～6.0Mg/m3，在Fe粉的軟磁性部為6.0～6.5Mg/m3。
制造方法本發(fā)明的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子，能夠采用以下的三種方法制造。
(1)在金屬模內(nèi)配置磁鐵粉末/熱硬化性結(jié)合材的預(yù)成形體，向金屬模內(nèi)供給以軟磁性粉末和熱硬化性結(jié)合材為主的混合物，進(jìn)行預(yù)成形，然后施加比預(yù)成形壓力大的壓力，進(jìn)行一體化，最后進(jìn)行硬化的方法。
(2)單個(gè)成形磁鐵粉末/熱硬化性結(jié)合材的預(yù)成形體及軟磁性粉末/熱硬化性結(jié)合材的預(yù)成形體，組合兩預(yù)成形體，配置在金屬模內(nèi)，施加比預(yù)成形壓力大的壓力，進(jìn)行一體化，最后進(jìn)行硬化的方法。
(3)在金屬模內(nèi)配置磁鐵粉末/熱硬化性結(jié)合材的預(yù)成形體，向金屬模內(nèi)供給以磁性粉末和熱硬化性結(jié)合材為主的混合物，進(jìn)行預(yù)成形，然后施加比預(yù)成形壓力大的壓力，進(jìn)行一體化，最后進(jìn)行硬化的方法。
其中，基于連接磁鐵部和軟磁性部的粘接性高的理由，最優(yōu)選方法(1)。為此，以方法(1)為中心，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的制造方法，但是該說(shuō)明只要不與其它方法(2)及(3)矛盾，能直接應(yīng)用。
混合物的制作制作以磁鐵粉末(尤其稀土磁鐵粉末)和結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物、及以軟磁性粉末和結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物。在各混合物中，也可以添加防氧化劑及潤(rùn)滑劑。除此以外，也可以在混合物中添加穩(wěn)定劑、成形劑等。
防氧化劑，用于防止磁鐵粉末及軟磁性粉末的氧化，防止這些粉末的磁特性下降，同時(shí)提高相對(duì)于混合物的混合及成形的熱穩(wěn)定性，即使是少量的結(jié)合材，也能夠確保良好的成形性。作為防氧化劑，例如，能夠使用生育酚、胺系化合物、氨基酸系化合物、硝基酸類、聯(lián)氨化合物、氰化合物、硫化物等的金屬離子，尤其相對(duì)于Fe成分生成螯合物的螯合劑等。
潤(rùn)滑劑，由于在混合及成形時(shí)提高混合物的流動(dòng)性，所以即使是少量的結(jié)合材，也能夠確保良好的成形性。作為潤(rùn)滑劑，能夠使用硬脂酸等脂肪酸或其金屬鹽、硅油、各種臘等。
壓縮成形裝置以圖1(a)所示的轉(zhuǎn)子為例，參照?qǐng)D8(a)～(c)說(shuō)明壓縮成形本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的裝置。壓縮成形裝置10，是具有金屬模11、壓縮成形保持在其內(nèi)部的連接磁鐵部1的上下沖頭13、13’、壓縮成形軟磁性部2的上下沖頭14、14’、在成形體中央形成開口部的中心銷15的所謂雙動(dòng)壓力機(jī)。
圖8(b)表示上沖頭13、14的組裝體16，圖8(c)表示組裝體16中的上沖頭13(連接磁鐵部1的成形用)和上沖頭14(軟磁性部2的成形用)。下沖頭13’、14’的組裝體(未圖示)也具有與上沖頭組裝體16相同的結(jié)構(gòu)。壓縮成形裝置10，與4個(gè)連接磁鐵部1對(duì)應(yīng)地分別具有4個(gè)上沖頭13及下沖頭13’。此外，上沖頭14是具有與上沖頭13對(duì)應(yīng)的4個(gè)開口部14a的圓筒形。
通過(guò)在金屬?？涨坏纳喜吭O(shè)置抑制發(fā)生急劇回彈的錐部，或減小空腔的面粗糙度降低摩擦阻力，或利用潤(rùn)滑油等降低摩擦阻力，能夠抑制因回彈而在轉(zhuǎn)子發(fā)生裂紋。
壓縮成形法(1)方法(1)要利用圖8所示的壓縮成形裝置10，利用所述方法(1)制造轉(zhuǎn)子，如圖9所示，進(jìn)行以下操作。
(a)工序(a)
降下下沖頭13’，形成連接磁鐵部成形用空腔，向此處供給以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末100質(zhì)量份及由熱硬化性樹脂構(gòu)成的結(jié)合材1～5質(zhì)量份為主的磁鐵粉末混合物17。
(b)工序(b)降下上沖頭13，用例如200MPa的壓力，預(yù)成形磁鐵粉末混合物17，形成比轉(zhuǎn)子的目標(biāo)厚度厚的連接磁鐵部1。
(c)工序(c)將下沖頭14’下降到下沖頭13’的位置，形成用于成形軟磁性部2的空腔，向此處充填以平均粒徑1～50μm的軟磁性粉末100質(zhì)量份及由熱硬化性樹脂構(gòu)成的結(jié)合材0.3～2質(zhì)量份為主的軟磁性粉末混合物18。
(d)工序(d)將上沖頭14下降到與上沖頭13相同的位置，進(jìn)行軟磁性粉末混合物18的預(yù)成形，成形軟磁性部2。通過(guò)該預(yù)成形，軟磁性部2緊密粘接在連接磁鐵部1上。
(e)工序(e)通過(guò)再次降下上沖頭13及14，用比預(yù)成形連接磁鐵部1和軟磁性部2的壓力高的壓力(例如1000MPa)進(jìn)行正式成形，使連接磁鐵部1和軟磁性部2一體化。此時(shí)，加進(jìn)連接磁鐵部1和軟磁性部2的回彈的差，在上沖頭13、14和下沖頭13’、14’設(shè)置微小的高低差，則能夠最終使兩者的厚度一致。當(dāng)使用各向異性磁鐵粉末的時(shí)候，至少在此成形時(shí)施加磁場(chǎng)。
作為結(jié)合材，在采用環(huán)氧樹脂這樣的熱硬化性樹脂的情況下，磁鐵粉末混合物17及軟磁性粉末混合物18的預(yù)成形能夠在常溫下進(jìn)行。但是，為提高充填密度，也可以加熱到120℃左右。
在上提上沖頭13、14后，上升下沖頭13’、14’，從成形裝置10取出成形體。將得到的成形體加熱到250℃以下的溫度，使其硬化。在成形體上一體地安裝旋轉(zhuǎn)軸3，通過(guò)磁化，得到永久磁鐵-磁軛一體型的轉(zhuǎn)子。
根據(jù)本壓縮成形法，由于向單一的裝置內(nèi)，供給磁鐵粉末混合物17及軟磁性粉末混合物18，逐次進(jìn)行預(yù)成形，所以不需要粘接及組裝工序，能夠低成本地得到連接磁鐵部1完全被軟磁性部2圍住的的結(jié)構(gòu)的永久磁鐵埋設(shè)型轉(zhuǎn)子。
通過(guò)分為預(yù)成形和正式成形，能夠提高連接磁鐵部1和軟磁性部2的壓接強(qiáng)度。尤其，如果采用預(yù)先預(yù)成形含有粒徑粗的磁性粉末的磁鐵粉末混合物，然后注入含有粒徑細(xì)的軟磁性粉末的軟磁性粉末混合物的方法(1)，軟磁性粉末的一部分進(jìn)入到連接磁鐵部1，得到連接磁鐵部1和軟磁性部2的壓接強(qiáng)度高的轉(zhuǎn)子。與之相對(duì)，在利用粘合劑將磁鐵接合在軟磁性部上的以往的轉(zhuǎn)子中，由于粘接層的厚度波動(dòng)，或粘接強(qiáng)度因粘接層的粗糙度而變化，不僅磁鐵的位置精度低，而且也難得到穩(wěn)定的粘接強(qiáng)度。即使具有10MPa以上的粘接強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子，實(shí)際上大多也不具有5MPa以上的粘接強(qiáng)度。而在利用本發(fā)明的方法得到的轉(zhuǎn)子中，連接磁鐵部1和軟磁性部2的壓接強(qiáng)度，按剪切強(qiáng)度在10MPa以上，高的在15MPa以上。
(2)方法(2)利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及由熱硬化性樹脂構(gòu)成的結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，預(yù)成形連接磁鐵部，此外，以平均粒徑1～50μm的軟磁性粉末及由熱硬化性樹脂構(gòu)成的結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，預(yù)成形軟磁鐵部，在金屬模內(nèi)組合連接磁鐵部及軟磁性部，用比預(yù)成形壓力高的壓力一體化，最后使其熱硬化。在本方法中，由于不需要復(fù)雜地操作中心銷，所以大幅度縮短成形時(shí)間。在利用本方法得到的轉(zhuǎn)子中，連接磁鐵部和軟磁性部的壓接強(qiáng)度，按剪切強(qiáng)度在5MPa以上，高的在5.5MPa以上。
(3)方法(3)在軟磁性粉末混合物的預(yù)成形后，供給磁鐵粉末混合物。在利用本方法得到的轉(zhuǎn)子中，雖然連接磁鐵部和軟磁性部的壓接強(qiáng)度低，但由于不需要在空腔內(nèi)保持預(yù)成形體，所以在形成非常薄的連接磁鐵部時(shí)有效。此外，通過(guò)在托架內(nèi)載置旋轉(zhuǎn)軸，能夠通過(guò)一次成形得到一體化旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子。
在上述制造方法中，以用多個(gè)連接磁鐵部形成各磁極的方式，在金屬模內(nèi)，在半徑方向，形成磁鐵粉末混合物用的多個(gè)空腔，如果向其周圍供給低電導(dǎo)率的軟磁性粉末混合物，由于電阻高，所以能夠得到降低渦電流損失的轉(zhuǎn)子。在以往的方法中，為了降低渦電流損失，由于利用粘接組裝表面涂裝的多個(gè)磁鐵，形成各磁極，所以工序道次多，制造成本高。而在本發(fā)明的方法中，由于一體制造連接磁鐵部和軟磁性部，所以工序道次少，制造成本低。由于電機(jī)越大型化，在永久磁鐵中流動(dòng)的電流越增加，也越增加渦電流損失，所以本發(fā)明的方法尤其非常適合制造大型電機(jī)用轉(zhuǎn)子。
下面，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例1、比較例1為了抑制因回彈而發(fā)生裂紋，多種變更轉(zhuǎn)子及連接磁鐵部的形狀。圖10(a)所示的比較例1的轉(zhuǎn)子(有發(fā)生裂紋的顧慮)，具有由連接磁鐵部1和軟磁性部2構(gòu)成的斷面形狀，連接磁鐵部1在轉(zhuǎn)子的中心側(cè)環(huán)狀連結(jié)，形成凸的圓弧形狀。連接磁鐵部1的連結(jié)端部在轉(zhuǎn)子的周側(cè)面露出。
在磁鐵粉末100質(zhì)量份中，添加3質(zhì)量份的環(huán)氧樹脂(結(jié)合材)，制作磁鐵粉末混合物，此外在軟磁性粉末100質(zhì)量份中添加1.1質(zhì)量份的環(huán)氧樹脂，制作軟磁性粉末混合物。作為潤(rùn)滑劑，相對(duì)于各粉末100質(zhì)量份，添加0.3質(zhì)量份的硬脂酸鈣。
得到的轉(zhuǎn)子具有50mm的外徑及100mm的軸向長(zhǎng)度，連接磁鐵部1的厚度為5mm。連接磁鐵部1的露出端面寬闊，相對(duì)于轉(zhuǎn)子全周的各露出端面1c的寬度的比(露出率)為3.8％。圖8(b)表示變化圖8(a)的轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力的分布。最施加抗拉應(yīng)力的部分是連接磁鐵部1的露出端面1c，此處的抗拉應(yīng)力為200MPa。
另外，如圖1(a)所示，設(shè)計(jì)一種在軟磁性部2埋設(shè)中央部最厚到5mm、端部最薄到1mm的圓弧狀連接磁鐵部1，以在磁極間磁通不短路的方式，隔離相鄰的連接磁鐵部1、1的端部1a、1a，并且各端面1c在周側(cè)面4露出的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例1的轉(zhuǎn)子。連接磁鐵部1的露出端面1c的露出率為0.6％。如圖1(b)所示，最施加抗拉應(yīng)力的部分是連接磁鐵部1的露出端面1c，此部分的抗拉應(yīng)力為2MPa。
圖11表示露出率與在露出端面的最大殘留應(yīng)力的關(guān)系。由此得出，由于軟磁性部2的抗拉強(qiáng)度大約為25MPa，所以如果按達(dá)到大約20MPa以下設(shè)計(jì)殘留應(yīng)力，露出率應(yīng)該在2％以下。
比較例2如圖12所示，設(shè)計(jì)具有連接磁鐵部1及軟磁性部2，在連接磁鐵部1的端部上設(shè)置切入部7的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的外徑為50mm，連接磁鐵部1的厚度為5mm。連接磁鐵部1具有長(zhǎng)方形的軸向斷面形狀，各端面1c在切入部7露出。連接磁鐵部1的各端面1c的露出率為3.5％。各端面1c的露出率，在圖12中，是相對(duì)于包括切入7的長(zhǎng)度的外周總長(zhǎng)的連接磁鐵部1的各露出面1c的長(zhǎng)度的比。在圖12所示的形狀中，最施加抗拉應(yīng)力的部分是連接磁鐵部1的露出端面1c，該部分的抗拉應(yīng)力為183MPa。
在分析露出率與在露出端面的最大殘留應(yīng)力的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)，雖然具有微小的差異，但也具有與圖11所示的大致相同的關(guān)系。在變更連接磁鐵部1的中央部或端部的壁厚，同樣地進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，也得到同樣的結(jié)果。
實(shí)施例2在連接磁鐵部1的斷面1c不在周側(cè)面4露出，連接磁鐵部1的斷面1c和周側(cè)面4之間的軟磁性部2的最薄部2a薄到0.3mm的圖2(a)所示的轉(zhuǎn)子中，在最施加抗拉應(yīng)力的最薄部2a的抗拉應(yīng)力為19MPa。在圖10及圖12所示的比較例1及2的轉(zhuǎn)子中，得知，軟磁性部2通過(guò)連接磁鐵部1分隔為內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)，由于外周側(cè)的軟磁性部2能夠自由膨脹，所以預(yù)想緩和殘留應(yīng)力，但實(shí)際上圖2(a)所示的形狀的轉(zhuǎn)子一方能抑制裂紋。
圖13表示最薄部2a的厚度與在此的最大殘留應(yīng)力的關(guān)系。由于軟磁性部2的抗拉強(qiáng)度大約為25MPa，所以如果按達(dá)到大約20MPa以下設(shè)計(jì)殘留應(yīng)力，最薄部2a需要達(dá)到0.3mm以上。但是，如果最薄部2a的厚度超過(guò)1.5mm，由于在最薄部2a的磁通的短路顯著，所以最薄部2a的厚度系要規(guī)定在1.5mm以下。
實(shí)施例3圖3(a)表示具有長(zhǎng)方形的軸向斷面形狀的連接磁鐵部1，在端部1a、1a間相隔間隙地，埋設(shè)在軟磁性部2中的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的外徑為50mm，連接磁鐵部1的厚度為5mm，橫寬25mm。軟磁性部2的最薄部2a的厚度為1.3mm。圖3(b)是表示變形圖3(a)的轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力。最施加抗拉應(yīng)力的部分是磁軛最薄部2a，在該部分的抗拉應(yīng)力為11MPa。
在分析最薄部2a與此處的最大殘留應(yīng)力的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)，雖然具有微小的差異，但也顯示與圖13大致相同的關(guān)系。在變更連接磁鐵部的壁厚，進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，也得到同樣的結(jié)果。
實(shí)施例4圖4(a)表示具有沿轉(zhuǎn)子的外周的圓弧狀邊和直線狀底邊的斷面形狀的連接磁鐵部1，整體埋設(shè)在軟磁性部2中的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的外徑為50mm，連接磁鐵部1的最大寬度為7mm，底邊的長(zhǎng)度為35mm。連接磁鐵部1的外側(cè)的軟磁性部2是厚度1mm的薄壁部2a。圖4(b)是表示變形圖4(a)的轉(zhuǎn)子時(shí)的抗拉應(yīng)力。最施加抗拉應(yīng)力的部分是軟磁性部2的最薄部2a，在該部分的抗拉應(yīng)力為11MPa。
在分析最薄部2a與此處的最大殘留應(yīng)力的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)，雖然具有微小的差異，但也顯示與圖13大致相同的關(guān)系。在變更連接磁鐵部的壁厚，進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，也得到同樣的結(jié)果。
如果比較實(shí)施例1～4的轉(zhuǎn)子，如表1所示，雖然相對(duì)于連接磁鐵部的轉(zhuǎn)子的面積比(在橫斷面圖上測(cè)定)大致同等，但電機(jī)輸出功率還是實(shí)施例1最高。由此得出，實(shí)施例1的轉(zhuǎn)子具有最優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。
表1

實(shí)施例5采用平均粒徑96.9μm(Sympatec制，用HEROS RODOS測(cè)定)的NdFeB磁鐵粉末、平均粒徑31.2μm的純鐵粉末、環(huán)氧樹脂(結(jié)合材)及硬脂酸鈣(潤(rùn)滑劑)，按以下三種方法(a)～(c)制造圖1(a)所示的同一形狀的轉(zhuǎn)子。相對(duì)于磁鐵粉末100質(zhì)量份，添加環(huán)氧樹脂3質(zhì)量份，硬脂酸鈣0.5質(zhì)量份，得到磁鐵粉末混合物。相對(duì)于軟磁性粉末100質(zhì)量份，添加環(huán)氧樹脂1.1質(zhì)量份，硬脂酸鈣0.5質(zhì)量份，得到軟磁性粉末混另一半裝載于加氫裂化催化劑B的下流，這樣原料拔頂原油就順次流經(jīng)催化劑A、催化劑C、催化劑B和催化劑C。各催化劑的反應(yīng)條件與實(shí)施例2中所用催化劑條件相同。所得產(chǎn)品每種餾分的性質(zhì)如圖3所示。
結(jié)果，類似實(shí)施例2，獲得了高品質(zhì)的煤油和瓦斯油，極度地降低了其中的硫含量、芳族組分含量和多環(huán)芳族組分含量。進(jìn)一步，可以確定瓦斯油中的硫含量低于10ppm。
表3-1-1每種餾分的性質(zhì)

將上述轉(zhuǎn)子與具有6個(gè)長(zhǎng)槽(slot)及Y接線的繞線的定子組合，對(duì)繞線通電120°矩形波，測(cè)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。沿各長(zhǎng)槽中流動(dòng)的安培匝數(shù)設(shè)定為300AT。部分切下粘接磁鐵部，評(píng)價(jià)磁特性，結(jié)果Br≥0.6T及Hcj≥700kA/m。此外部分切下軟磁鐵部，評(píng)價(jià)磁特性，結(jié)果Bm≥1.4T及Hcj≥800A/m。
測(cè)定該旋轉(zhuǎn)機(jī)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩。圖15表示相對(duì)于電角度的正規(guī)化的轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。在采用普通的永久磁鐵式轉(zhuǎn)子的情況下，由于通過(guò)永久磁鐵發(fā)生的磁場(chǎng)與定子線圈交叉，發(fā)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)矩發(fā)生的中心角度，按電角度為90deg及270deg，但在本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中，由于還發(fā)生磁阻轉(zhuǎn)矩，所以最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生的中心角度向大致100°和280°移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子，具有以磁鐵粉末及結(jié)合材為主的連接磁鐵部埋設(shè)在以軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性部?jī)?nèi)的結(jié)構(gòu)，其特征是利用壓縮成形法形成，所述連接磁鐵部的磁極面實(shí)質(zhì)上埋設(shè)在所述軟磁性部?jī)?nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述連接磁鐵部的端面在所述轉(zhuǎn)子的周側(cè)面露出，各露出端面的寬度為所述轉(zhuǎn)子的全周的2％以下。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述連接磁鐵部整體埋設(shè)在所述軟磁性部?jī)?nèi)，所述連接磁鐵部和所述轉(zhuǎn)子的周側(cè)面的之間的所述軟磁性部的最薄部具有0.3～1.5mm的范圍內(nèi)的厚度。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述連接磁鐵部在所述轉(zhuǎn)子的中心側(cè)為凸的圓弧形狀，轉(zhuǎn)子以在4～12具有偶數(shù)的磁極的方式配置。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述圓弧狀連接磁鐵部是以環(huán)狀連接。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述磁鐵粉末的平均粒徑為50～200μm，所述軟磁性粉末的平均粒徑為1～50μm。
7.如權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述軟磁性部具有20kS/m以下的電導(dǎo)率、1.4T以上的Bm及800A/m以下的頑磁力Hc。
8.如權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述連接磁鐵部具有0.4T以上的殘余磁通密度Br及600kA/m以上的Hcj。
9.如權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征是所述連接磁鐵部和所述軟磁性部之間的剪切強(qiáng)度在10MPa以上。
10.一種由連接磁鐵部和軟磁性部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，預(yù)成形所述連接磁鐵部，利用在1～50μm的范圍內(nèi)具有比所述磁鐵粉末的平均粒徑大的平均粒徑的軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，以與所述連接磁鐵部接觸的方式，預(yù)成形所述軟磁性部，用比預(yù)成形壓力大的壓力，使所述連接磁鐵部和所述軟磁性部一體化。
11.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是作為所述結(jié)合材使用熱硬化形樹脂，在所述連接磁鐵部和所述軟磁性部一體化后，進(jìn)行熱硬化處理。
12.一種由連接磁鐵部和軟磁性部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，預(yù)成形所述連接磁鐵部，利用在1～50μm的范圍內(nèi)具有比所述磁鐵粉末的平均粒徑大的平均粒徑的軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，另外預(yù)成形所述軟磁性部，組合所述連接磁鐵部及所述軟磁性部，用比預(yù)成形壓力大的壓力，使其一體化。
13.如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是作為所述結(jié)合材使用熱硬化形樹脂，在所述連接磁鐵部和所述軟磁性部的一體化后，進(jìn)行熱硬化除了。
14.一種由連接磁鐵部和軟磁性部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是利用在1～50μm范圍內(nèi)具有比所述磁鐵粉末的平均粒徑大的平均粒徑的軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性粉末混合物，預(yù)成形所述連接磁鐵部，利用以平均粒徑50～200μm的磁鐵粉末及結(jié)合材為主的磁鐵粉末混合物，以與所述軟磁性部接觸的方式預(yù)成形所述連接磁鐵部，用比預(yù)成形壓力大的壓力，使所述所述軟磁性部和連接磁鐵部一體化。
15.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征是作為所述結(jié)合材使用熱硬化形樹脂，在所述連接磁鐵部和所述軟磁性部的一體化后，進(jìn)行熱硬化處理。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)子，具有以磁鐵粉末及結(jié)合材為主的連接磁鐵部埋設(shè)在以軟磁性粉末及結(jié)合材為主的軟磁性部?jī)?nèi)的結(jié)構(gòu)，其特征在于利用壓縮成形法形成，所述連接磁鐵部的磁極面埋設(shè)在所述軟磁性部?jī)?nèi)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK1757148SQ20048000573
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者增澤正宏, 谷川茂穗, 三田正裕, 菊地慶子 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社