專利名稱：軛一體粘結(jié)磁體以及使用其的用于電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軛一體粘結(jié)磁體和用于電機(jī)的軟磁軛一體粘結(jié)磁體轉(zhuǎn)子， 以便使用永磁鐵提高電機(jī)、電機(jī)等的效率和減少電機(jī)的重量。
背景技術(shù)：
己經(jīng)為電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)了各種各樣的結(jié)構(gòu)。所述轉(zhuǎn)子大致地分類
成兩組 一組就是所謂的表面型永磁(SPM)轉(zhuǎn)子，如圖3A至3C和3F中所 圖示的那樣，其中永磁體布置在磁極的表面上；另一組就是內(nèi)藏型永磁 (IPM)轉(zhuǎn)子，如圖3D和3E中所圖示的那樣，其中永磁體布置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部。 構(gòu)造前者SPM轉(zhuǎn)子使得布置在轉(zhuǎn)子表面上的永磁體與定子相對并在轉(zhuǎn)子與 定子之間存在氣隙(air gap)，和具有SPM轉(zhuǎn)子比后者工PM轉(zhuǎn)子更容易設(shè)計(jì) 和生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，后者IPM轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)可靠性上占優(yōu)勢，并且具 有容易獲得高磁阻轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)。圖3F中圖示的外永磁轉(zhuǎn)子通常具有SPM結(jié) 構(gòu)因?yàn)榇朋w不易被分散。
在圖3A至3F中所圖示的永磁體轉(zhuǎn)子中，通常使用粘合劑將永磁體粘結(jié) 到一個表面上或軟磁軛內(nèi)部，所述軟磁軛由澆鑄的或鍛造的硅鋼片絕緣層 壓板形成。
裝入所述電機(jī)內(nèi)的磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，還產(chǎn)生 在磁體轉(zhuǎn)子與定子之間的磁引力以及斥力。另外，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下， 也產(chǎn)生振動等。磁體與軟磁軛之間的不充分的粘結(jié)強(qiáng)度(bonding strength)使磁體分離和破壞。因?yàn)殡x心力與旋轉(zhuǎn)速率的平方大致成比例， 旋轉(zhuǎn)速率越高，所述問題變得越嚴(yán)重。這種現(xiàn)象顯著地出現(xiàn)在當(dāng)使用3A至 3F中圖示的弓形磁體，特別是內(nèi)SPM轉(zhuǎn)子的情況下，如圖3A至3C所示，在 所述內(nèi)SPM轉(zhuǎn)子中磁體布置在轉(zhuǎn)子的外表面上。即使當(dāng)使用在其中通過單 個磁體可以形成多個磁極的環(huán)形磁體時，增加了粘附層的間隙，從而通常
使用更軟的粘合劑以便防止由于在所述轉(zhuǎn)子的溫度改變時所述磁體與軟 磁軛的線性膨脹系數(shù)的差別而導(dǎo)致的磁體破壞。粘附層的間隙導(dǎo)致增加了
粘附強(qiáng)度(adhesion strength)的分散(dipersion)，增加了粘附位置 的移動等。總之，對于磁體轉(zhuǎn)子來說，軟粘合劑具有與所述磁體的形狀無 關(guān)的很多技術(shù)問題。
如圖4中所示，考慮到上述粘附強(qiáng)度，由無磁不銹鋼、增強(qiáng)塑料纖維 等形成的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)3圍繞磁體101的外周纏繞以便增加內(nèi)SPM轉(zhuǎn)子
的強(qiáng)度。然而，在上述情況下，延伸有效的氣隙使得磁通量從磁體到達(dá)轉(zhuǎn) 子上變得困難，從而導(dǎo)致降低電機(jī)的輸出。此外，由不銹鋼等形成的金屬 保護(hù)環(huán)產(chǎn)生渦流損失(eddy current loss)從而降低了電機(jī)的效率。雖 然專利文獻(xiàn)1和2披露了其中磁體和軟磁軛一體形成的比較示例，顯而易見 的是，所述示例在磁體與軟磁軛之間不具有充分的粘結(jié)強(qiáng)度，因?yàn)槠浼俣?使用增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的框架或保護(hù)環(huán)。清晰可見，在專利文獻(xiàn)3和4中，不能在磁 體與軟磁軛之間獲得充分的粘結(jié)強(qiáng)度，且僅僅使用環(huán)形磁體的內(nèi)壓保持軟 磁軛，專利文獻(xiàn)3披露了使用肉眼可見外形的磁體將制成楔形的環(huán)形磁體 塞入(wedge into)軛中從而防止環(huán)形磁體從軟磁軛中分離，專利文獻(xiàn)4 披露了磁體限于環(huán)形的磁體及其環(huán)形磁體的制造方法。專利文獻(xiàn)5披露了 執(zhí)行預(yù)壓縮和壓縮步驟從而模制環(huán)形的磁體。然而，通過在粘結(jié)強(qiáng)度和可 靠性方面都不充分的粘合劑將環(huán)形磁體連接到軟磁軛上。
專利文獻(xiàn)6披露了不使用粘合劑將粘結(jié)磁體粉末和軟磁體粉末壓鑄模 為一個整體，從而獲得轉(zhuǎn)子的充分機(jī)械強(qiáng)度。特別地，在防止由于粘結(jié)磁 體粉末與軟磁體粉末之間的彈性回復(fù)的差別產(chǎn)生的殘余應(yīng)力(residual stress)而導(dǎo)致的裂紋的同時， 一體地模制IPM轉(zhuǎn)子使其在專利文獻(xiàn)6中所 述的形狀范圍內(nèi)。然而，在其中所述轉(zhuǎn)子脫離專利文獻(xiàn)6中所限定的形狀 或其中軟磁軛部分的徑向厚度小于磁體部分的徑向厚度的情況下，在軟磁 軛中通常出現(xiàn)明顯的裂紋。所述裂紋明顯地降低了壓縮的機(jī)械強(qiáng)度，且對 于電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是優(yōu)選的。為了提高電機(jī)的效率和為了降低電機(jī)的重量， 磁體轉(zhuǎn)子傾向于在結(jié)構(gòu)上更加復(fù)雜和降低厚度。由此，需要一種形狀，除 非降低在連接面的附近產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和降低在粘結(jié)磁體粉末與軟磁體 粉末之間的顆粒本身的彈性回復(fù)的差別，很難一體模制成所述形狀。
專利文獻(xiàn)l: JP-A-2001-95185專利文獻(xiàn)2: JP-A-2003-32931專利文獻(xiàn)3: JP-A-05-326232專利文獻(xiàn)4: JP-A-07-169633 專利文獻(xiàn)5:P-A-2001-052921專利文獻(xiàn)6: JP-A-2005-20991發(fā)明內(nèi)容根據(jù)上述問題，提出了本發(fā)明，和本發(fā)明的目的是減少由于在不同材 料(即使粘結(jié)磁體部件和軟磁軛部件具有復(fù)雜的形狀或較小的厚度)之間 的粉粒本身的彈性回復(fù)量的差別而導(dǎo)致的在連接面的附近產(chǎn)生的殘余應(yīng) 力，從而避免裂縫，和提供表面永磁磁體類型或內(nèi)磁體類型的軛一體粘結(jié) 磁體和軟磁軛一體粘結(jié)磁體轉(zhuǎn)子，所述表面永磁磁體類型或內(nèi)磁體類型在 強(qiáng)度上具有用于要求高速操作應(yīng)用的高安全性。本發(fā)明提供一種軟磁軛一體粘結(jié)磁體，所述軟磁軛一體粘結(jié)磁體包括 粘結(jié)磁體部件和軟磁軛部件。在包括粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料 的軟磁體粉末相互接觸的連接面上使這兩種粉末相互連接的同時，將這兩 種粉末一體壓縮模制。軟磁軛部件和粘結(jié)磁體部件構(gòu)造使得當(dāng)將軟磁軛部 件和粘結(jié)磁體部件分別壓縮模制的情況下，在釋放壓縮力之后，所述軟磁 軛部件與所述粘結(jié)磁體部件之間的彈性回復(fù)量相等。根據(jù)本發(fā)明，可以降低一體壓縮模制的軟磁軛一體粘結(jié)磁體的軟磁軛 部件與粘結(jié)磁體部件的殘余應(yīng)力。特別地，可以降低所述軟磁軛部件的拉 伸應(yīng)力。因此，可以防止裂縫。由此，轉(zhuǎn)子與粘結(jié)磁體粉末和包括例如樹 脂粘合劑的粘結(jié)材料的軟磁體粉末一體模制，并且將所述轉(zhuǎn)子設(shè)置成在粘 結(jié)磁體部件與軟磁軛部件之間具有高粘合強(qiáng)度的和具有用于要求高速操 作應(yīng)用的結(jié)構(gòu)可靠性的磁體轉(zhuǎn)子。因?yàn)榭梢詼p少由于在粘結(jié)磁體粉末與軟 磁軛粉末的粉粒的彈性回復(fù)量的差別而導(dǎo)致的在連接面的附近產(chǎn)生的殘 余應(yīng)力，即使粘結(jié)磁體部件和軟磁軛部件具有復(fù)雜的形狀和較小的厚度， 仍可以提供一種無裂縫且剛性的磁體轉(zhuǎn)子。


圖1A是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個示例、 一體模制粘結(jié)磁體和鐵軛的制造 方法的示意圖，此圖還從左到右圖示了預(yù)壓縮組裝、 一體模制和減壓的頂 視圖(上面的圖)和側(cè)視圖(下面的圖)；圖1B是圖示一體模制傳統(tǒng)的粘結(jié)磁體和鐵軛的制造方法的示意圖，此 圖還從左到右圖示了預(yù)壓縮組裝、 一體模制和減壓的頂視圖(上面的圖) 和側(cè)視圖(下面的圖)；圖2A是圖示作為比較示例的、分別模制粘結(jié)磁體和鐵軛的制造方法的 示意圖，此圖還從左到右圖示了在壓縮之前、壓縮期間和壓縮之后的側(cè)視 圖；圖2B是圖示假設(shè)傳統(tǒng)的粘結(jié)磁體沒有與傳統(tǒng)的鐵軛連接的制造方法的示意圖，作為比較示例，此圖還從左到右圖示了在壓縮之前、壓縮期間和壓縮之后的側(cè)視圖；圖2C是圖示假設(shè)通過一體模制沒有將傳統(tǒng)的粘結(jié)磁體與傳統(tǒng)的鐵軛連接起來的制造方法的示意圖，作為比較示例，此圖還從左到右圖示了在壓縮之前、壓縮期間和壓縮之后的側(cè)視圖；圖3A是描述傳統(tǒng)的表面永磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的示例的橫截面示意圖，其中附圖標(biāo)記l表示粘結(jié)的磁體部件；附圖標(biāo)記2表示軟磁部件；附圖標(biāo)記3表示軸(電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸)；圖3B是描述傳統(tǒng)的表面永磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的示例的橫截面示意圖； 圖3C是描述傳統(tǒng)的表面永磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的示例的橫截面示意圖； 圖3D是描述傳統(tǒng)的內(nèi)部永磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的示例的橫截面示意圖； 圖3E是描述傳統(tǒng)的內(nèi)部永磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的示例的橫截面示意圖； 圖3F是描述傳統(tǒng)的表面永磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的示例的橫截面示意圖；圖4是比較示例的表面永磁永磁轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖，其中附圖標(biāo)記3 表示保護(hù)環(huán)；附圖標(biāo)記101表示弓形磁體(segment magnet);附圖標(biāo)記102 表示軟磁軛；附圖標(biāo)記17表示氣隙；和附圖標(biāo)記13表示軸；圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個示例的、 一體模制各向異性的粘結(jié)磁 體和鐵軛的制造方法的示意圖，此圖還按照箭頭指示的順序圖示了磁體的
預(yù)壓縮、預(yù)壓縮組裝、 一體模制、減壓、熱固和磁化的頂視圖(上面的圖) 和側(cè)視圖(下面的圖)；圖6A是圖示根據(jù)本發(fā)明的各向同性粘結(jié)磁體的預(yù)壓縮壓力(橫坐標(biāo)) 和在各向同性粘結(jié)磁體與軟磁軛一體模制之后的所述各向同性粘結(jié)磁體與軟磁軛之間的連接面上的剪切強(qiáng)度(縱坐標(biāo))的圖；圖6B是圖示根據(jù)本發(fā)明的各向同性粘結(jié)磁體的預(yù)壓縮壓力(橫坐標(biāo))和在各向異性粘結(jié)磁體與軟磁體粉末一體模制之后的剪切強(qiáng)度的圖，其中 空心圓指示在各向異性粘結(jié)磁體與軟磁軛之間的連接面上的剪切強(qiáng)度(左 邊的縱坐標(biāo))，和實(shí)心方塊指示各向異性粘結(jié)磁體的剩余磁通量密度Br(右 邊的縱坐標(biāo))；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的、使用不同的預(yù)壓縮壓力將磁體與軟磁體粉 末一體模制之后的它們之間的連接面的照片，其中箭頭指示連接面； 圖8顯示了放大的圖6中的照片；圖9顯示了描述在連接面上的不規(guī)則量的清晰度(definition)的照 片，和粗線箭頭指示連接面；圖10A是圖示根據(jù)本發(fā)明的各向同性粘結(jié)磁體的預(yù)壓縮壓力(橫坐 標(biāo))、在各向同性粘結(jié)磁體與軟磁體粉末之間的連接面上的剪切強(qiáng)度(縱 坐標(biāo))和不規(guī)則量(縱坐標(biāo))的圖表，其中空心圓指示在各向同性粘結(jié)磁 體與軟磁軛之間的連接面上的剪切強(qiáng)度，而實(shí)心三角形指示在所述連接面 上的不規(guī)則量；圖10B是圖示根據(jù)本發(fā)明的各向異性粘結(jié)磁體的預(yù)壓縮壓力(橫坐 標(biāo))、將各向異性粘結(jié)磁體與軟磁體粉末一體模制之后的各向異性粘結(jié)磁 體與軟磁體粉末之間的連接面上的剪切強(qiáng)度(縱坐標(biāo))和不規(guī)則量(縱坐 標(biāo))的圖表，其中空心圓指示在所述連接面上的剪切強(qiáng)度，而實(shí)心三角形 指示在所述連接面上的不規(guī)則量；圖11A是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例的永磁磁體轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖， 其中淺色區(qū)域指示粘結(jié)磁體的橫截面(X)，暗色區(qū)域指示軟磁軛部件的橫 截面(Y)，并且X二Y;圖11B是根據(jù)本發(fā)明的又一個示例的永磁磁體轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖， 其中淺色區(qū)域指示粘結(jié)磁體的橫截面(X)，暗色區(qū)域指示軟磁軛部件的橫
截面(Y)，并且X二Y;圖11C是根據(jù)本發(fā)明的再一個示例的永磁磁體轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖，其中淺色區(qū)域指示粘結(jié)磁體的橫截面(X)，暗色區(qū)域指示軟磁軛部件的橫 截面(Y)，并且X二Y;圖11D是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例的永磁磁體轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖， 其中淺色區(qū)域指示粘結(jié)磁體的橫截面(X)，暗色區(qū)域指示軟磁軛部件的橫 截面(Y)'并且X二Y;圖11E是根據(jù)本發(fā)明的又一個示例的永磁磁體轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖， 其中淺色區(qū)域指示粘結(jié)磁體的橫截面(X)，暗色區(qū)域指示軟磁軛部件的橫 截面(Y)，并且X二Y;圖11F是根據(jù)本發(fā)明的再一個示例的永磁磁體轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖， 其中淺色區(qū)域指示粘結(jié)磁體的橫截面(X)，暗色區(qū)域指示軟磁軛部件的橫 截面(Y)，并且X二Y;圖12是圖示根據(jù)本發(fā)明的鐵軛部件與磁體部件的橫截面比(橫坐標(biāo)) 與所述鐵軛部分的最佳粉末供應(yīng)比(縱坐標(biāo))之間的相關(guān)性的圖；圖13是圖示根據(jù)本發(fā)明的在熱固處理之后的壓塊的楊氏彈性模數(shù)(橫 坐標(biāo))、熱固處理之后的壓塊的彈性回復(fù)量(左邊的縱坐標(biāo))、和鐵基非晶 質(zhì)合金粉末的添加比(右邊的縱坐標(biāo))之間的相關(guān)性的圖；和圖14是圖示根據(jù)本發(fā)明的在熱固處理之后的鐵基非晶質(zhì)合金粉末的 添加比(橫坐標(biāo))和壓塊的彈性回復(fù)量(縱坐標(biāo))之間的相關(guān)性的圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種軟磁軛一體粘結(jié)磁體，所述軟磁軛一體粘結(jié)磁體包括 粘結(jié)磁體部件和軟磁軛部件。目的是為了減少由于在連接面附近的粉粒之 間的彈性回復(fù)的差別引起的殘余應(yīng)力，在所述連接面上粘結(jié)磁體部件和軟 磁軛部件彼此接觸。本發(fā)明的第一實(shí)施例提供了一種軟磁軛一體粘結(jié)的磁體，其中，在包 括粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁體粉末相互接觸的連接面 上使這兩種粉末相互連接的情況下，將這兩種粉末一體壓縮模制，其中軟 磁軛的重量比參考值大1%至20%，限定所述參考值使得在將具有所述參考
值的軟磁軛部件和粘結(jié)磁體部件分別壓縮模制的情況下，在按壓方向上所 述軟磁軛部件和所述粘結(jié)磁體部件的厚度相同?？梢允褂眉?xì)鐵粉末作為軟磁體粉末。在那種情況下，可以獲得鐵軛一 體粘結(jié)磁體，其中所述軟磁軛部件是鐵軛部件。可以將各向同性和/或各向異性粘結(jié)磁體用于所述磁體部件。與各向同性或各向異性無關(guān)，磁性極好且包括適量的粘結(jié)材料的R-Fe-B粘結(jié)磁體 粉末本身的彈性回復(fù)量大約為壓縮體(compact body)尺寸的O. 3%至0.錢， 將所述模制壓力施加在所述壓縮體上。術(shù)語"彈性回復(fù)"被定義為從壓 縮壓力釋放的壓縮體在與鑄模的模尺寸相關(guān)的所有方向上膨脹的現(xiàn)象。膨 脹量被認(rèn)為是彈性回復(fù)量。另一方面，細(xì)鐵粉末比其他軟磁體粉末的價格 相對低些且在容易獲得，包括適量粘結(jié)材料的的細(xì)鐵粉末的化合物的彈性 回復(fù)量為O. 1%至0.2%。為此，當(dāng)將粘結(jié)磁體粉末和細(xì)鐵粉末的化合物一起 壓縮時，在具有相對小的彈性回復(fù)的鐵軛側(cè)面連接面上的附近引起拉伸應(yīng) 力。根據(jù)粘結(jié)磁體與鐵軛的相對形狀和體積比改變應(yīng)力的分布和絕對值。 當(dāng)殘余應(yīng)力超過參考容許應(yīng)力時，產(chǎn)生裂縫。總之，因?yàn)閴嚎s體具有強(qiáng)壓 縮應(yīng)力和弱拉伸應(yīng)力，所以在具有相對小的彈性回復(fù)的鐵軛的側(cè)面上容易 產(chǎn)生由于由彈性回復(fù)量的差別引起的裂縫。以下將參照圖1B和2A至2C中的對比示例詳細(xì)描述一體模制，其中粉末 不用于調(diào)整(in which powder is not supplied to adjust)。 圖IB是在 其中粘結(jié)磁體和鐵軛兩個都是環(huán)形的情況下一體模制的示意圖。圖2A至2C 是在一體模制的時候連接面的示意圖。所述粘結(jié)磁體和所述鐵軛的參考值 被定義為在其中粘結(jié)磁體和鐵軛在所述壓縮體的壓力方向上具有相同的 厚度H。的情況下每單位面積施加的粉末量，如圖2A中的比較示例，所述厚 度H。包括當(dāng)在500MPa至1000Mpa的相同壓力下分別壓縮粘結(jié)磁體和鐵軛然 后解壓的時候由于彈性回復(fù)的膨脹量。上面的壓縮模制壓力呈現(xiàn)出等于以 后提及的壓縮壓力。術(shù)語"解壓(decompress)"意味著釋放壓縮體的壓 力。如上所述，粘結(jié)磁體粉末的彈性回復(fù)量大于細(xì)鐵粉末的彈性回復(fù)量， 從而在壓力下粘結(jié)磁體的厚度H,小于鐵軛的厚度H2 (H,<H2)。另一方面， 如圖2B和2C中的比較示例所圖示的那樣，當(dāng)將施加到其上的粉末量等于參
考值的粘結(jié)磁體的預(yù)壓縮體20與施加到其上的粉末量等于參考值的鐵軛的預(yù)壓縮體21—體化壓縮，在壓力下的厚度H3大體上等于H,和H2的平均值，從而以下關(guān)系成立(比<比<&)。換言之，當(dāng)粘結(jié)磁體和鐵軛一體壓縮， 且所述粘結(jié)磁體和鐵軛具有獨(dú)立的參考值時，壓縮力偏離鐵軛的側(cè)面，且 將所述鐵軛過度地按壓。然而，從彈性回復(fù)量的差別可以清晰可見，粘結(jié) 磁體比鐵軛具有更大的彈性模數(shù)。在當(dāng)在具有更大彈性模數(shù)的粘結(jié)磁體的 側(cè)面施加壓縮時，所述鐵軛被過度按壓。由此，當(dāng)在連接面上產(chǎn)生壓力時， 充分的壓力傳遞到所述粘結(jié)磁體上。然而，由此，在壓縮的時候，將所述壓力不同地傳遞到所述粘結(jié)磁體部件和鐵軛部件。如圖2B中的比較示例所 圖示的那樣，如果假設(shè)所述粘結(jié)磁體沒有連接到所述鐵軛上，例如，相對 于目標(biāo)厚度H。，所述粘結(jié)磁體延伸，所述鐵軛收縮。為此，如圖2C中的比較示例中所圖示的那樣， 一體模制的粘結(jié)磁體和 鐵軛具有各自的參考值，從而引起在鐵軛上的拉伸應(yīng)力。與上述相似，參 照圖1B中的比較示例，詳細(xì)地描述一體模制的環(huán)形磁體轉(zhuǎn)子。采取200MPa 至400Mpa的低壓力作為預(yù)壓縮壓力，采取500Mpa至1000Mpa的高壓力作為 壓縮壓力。單獨(dú)地制造且在模具5內(nèi)布置粘結(jié)磁體的壓縮體20和鐵軛的壓 縮體21。壓縮沖床4具有與預(yù)壓縮體20和21的組合相同的橫截面。將上沖 床和下沖床4、 4向前移動以便將與壓縮體20和21—起壓縮并使其一體化。 此時的壓力使用前述的壓縮壓力。因?yàn)槭┘拥絻蓚€預(yù)壓縮體20和21上的粉 末量都等于獨(dú)立的參考值，所以兩個預(yù)壓縮體之間的連接面維持圓柱幾何 體。當(dāng)所述壓縮體達(dá)到預(yù)定的尺寸時，將所述壓縮體解壓。由于彈性回復(fù) 現(xiàn)象，解壓引起所述壓縮體不僅在徑向上稍微延伸，而且在所述壓縮方面 上稍微延伸。因?yàn)檎辰Y(jié)磁體的壓縮體20的延伸大于鐵軛的壓縮體21的延 伸，所以壓縮力保持在壓縮體20內(nèi)從而抑制壓縮體20在所述壓縮方向上延 伸，且拉伸應(yīng)力保持在壓縮體21內(nèi)作為內(nèi)應(yīng)力。如上所述，因?yàn)閴嚎s體在 拉伸應(yīng)力上較弱，所以在所述鐵軛的中心附近的圓周方向上，特別是在所 述鐵軛的內(nèi)徑的側(cè)面上，和在密度最難以增加的按壓方向上容易產(chǎn)生模制 裂縫18。為了防止裂縫，要求充分(mainly)降低所述鐵軛上的拉伸殘余應(yīng)力。 因此，如圖1A中的示例中所圖示的那樣，設(shè)計(jì)使得相對地增加施加的細(xì)鐵 粉末的量。目卩，相對于參考值，僅僅增加形成鐵軛部件所施加的細(xì)鐵粉末 的量。圖1A圖示了示例，在所述示例中通過同時壓縮將施加到其上的粉末 量等于參考值的粘結(jié)磁體的壓縮體20和施加到其上的粉末量在質(zhì)量上大于所述參考值1%至20%的鐵軛的壓縮體21—體結(jié)合。采取200MPa至400Mpa 的壓力作為預(yù)壓縮壓力，采取500Mpa至1000Mpa的壓力作為壓縮壓力。粘 結(jié)磁體的壓縮沖床4A的移動與鐵軛的形成沖床4B無關(guān)，從而可以彼此獨(dú)立 地控制壓縮沖床4A和形成沖床4B。預(yù)先前進(jìn)沖床4A和4A以便阻塞在所述粘 結(jié)磁體的側(cè)面上的模腔，從而在壓縮鐵軛預(yù)壓縮體21的時候，沒有壓扁所 述壓縮體，所述鐵軛預(yù)壓縮體21在其兩端的突出度大于粘結(jié)磁體預(yù)壓縮體 20在其兩端的突出度。在此狀態(tài)下，引起上沖床和下沖床4B和4B向前移動 壓縮鐵軛預(yù)壓縮體21。當(dāng)將所述鐵軛預(yù)壓縮體21壓縮成一種程度使得鐵軛 預(yù)壓縮體21在高度上大體上等于粘結(jié)磁體預(yù)壓縮體20， 一體控制沖床4A和 4B以便將壓縮壓力施加到所述壓縮體上以便進(jìn)一步壓縮它們。因?yàn)殍F軛預(yù) 壓縮體21包括大于參考值的細(xì)鐵粉末，所以當(dāng)同時將所述鐵軛預(yù)壓縮體21 和包括在數(shù)量上等于參考值的磁體粉末的粘結(jié)磁體預(yù)壓縮體20彼此接觸 地壓縮時，在兩個壓縮體之間的連接面朝向預(yù)壓縮體20突出。當(dāng)所述壓縮 體達(dá)到預(yù)定的尺寸時，給壓縮體解壓。在解壓之后，縮回沖床4A和4B，和 將所述壓縮體從模具5取出。由于彈性回復(fù)現(xiàn)象，解壓引起所述壓縮體在 所有的方向上膨脹，解壓消除了在所述連接面上的突起。由此， 一體模制 沒有弓I起在所述壓縮體上的裂縫。以下將描述為什么在所述壓縮體內(nèi)不產(chǎn)生裂縫的原因。在圖1A中的示 例中，因?yàn)槭┘拥剿鲨F軛上的粉末量大于參考值，在一體模制的時候所 述鐵軛在垂直于壓縮的方向上膨脹從而按壓所述粘結(jié)磁體。由此能夠分散 壓縮力，換句話說，由于所施加的粉末量的不同，將所述鐵軛偏離到粘結(jié) 磁體的側(cè)面從而使粘結(jié)磁體的壓縮力與鐵軛的壓縮力相等。在上下沖床與 壓縮體之間的接觸表面上產(chǎn)生大的摩擦力，由此避免所述粘結(jié)磁體和所述 鐵軛變形。為此，在壓縮狀態(tài)下，所述鐵軛的中心在壓力方向上輕微突出。 在此情況下，當(dāng)引起上沖床和下沖床解壓和將所述壓縮體從模具5取出時， 在連接面上的突起被移除從而消減在所述粘結(jié)磁體與所述鐵軛之間的彈 性回復(fù)的差別。由此，降低了在粘結(jié)磁體與鐵軛之間的連接面的附近的殘 余應(yīng)力，并且所述壓縮體幾乎不會發(fā)生裂縫。優(yōu)選地，在質(zhì)量上，在有關(guān) 參考值的1%至20°/。的范圍內(nèi)增加有待施加的細(xì)鐵粉末的量。優(yōu)選地，根據(jù) 垂直于壓力方向上的所述粘結(jié)磁體與所述鐵軛的橫截面比調(diào)整有待施加 的細(xì)鐵粉末的量。當(dāng)細(xì)鐵粉末在質(zhì)量上增加小于有關(guān)參考值的1%的時候， 不能獲得抑制裂縫的明顯效果。當(dāng)細(xì)鐵粉末在質(zhì)量上增加大于有關(guān)參考值 的20%的時候，壓縮力過度地偏離鐵軛從而損壞所述壓縮體、使所述壓縮 體變形或降低粘結(jié)磁體的密度。本發(fā)明的第二實(shí)施例提供了一種減少所述連接面的附近產(chǎn)生殘余應(yīng) 力從而控制楊氏彈性模數(shù)使得軟磁(鐵)軛部件的彈性回復(fù)量等于粘結(jié)磁 體部件的彈性回復(fù)量的方法，替代在第一實(shí)施例中采用的相對于參考值增 加有待施加的軟磁體粉末(或，細(xì)鐵粉末)量的方法。壓縮體的彈性回復(fù) 量與所述材料粉末的硬度具有密切的關(guān)系。所述材料粉末越硬，所述壓縮體的彈性回復(fù)量就越大。實(shí)際上，通過迅速淬火，例如熔體紡絲(melt spinning)或薄帶連鑄(strip casting)以便生產(chǎn)具有提高的磁性的硬 合金粉末，然后研磨和熱處理所述合金從而獲得粘結(jié)磁體粉末。在壓縮模 制之前的所述粉末的維氏硬度Hv (JIS-B7725)大約為200，而細(xì)鐵粉末的 Hv大約為lOO、前者的一半。按照上述的比例，粘結(jié)磁體的壓縮體內(nèi)的彈 性回復(fù)量至少是細(xì)鐵粉末內(nèi)的彈性回復(fù)量的兩倍大。因?yàn)檎辰Y(jié)磁體粉末的 平均顆粒直徑大約小至IOO u m，而鐵粉末的平均顆粒直徑大約小至30 P m， 在試驗(yàn)負(fù)荷為10克的情況下使用微型維氏硬度計(jì)測量所述粉末的維氏硬 度。由此，可以測量所述粉末的硬度。然而，確定在壓縮模制之后的壓縮 體的材料粉末的硬度極度困難。此外，因?yàn)樾g(shù)語"彈性回復(fù)"指示相對于 所述模具的沖模尺寸的壓縮體的膨脹量，如果所述沖模尺寸不清晰的話， 不能確定彈性回復(fù)量。已知楊氏彈性模數(shù)作為一種表現(xiàn)材料的硬度的參 數(shù)。楊氏彈性模數(shù)對應(yīng)于應(yīng)力對應(yīng)變在線性區(qū)域的斜率。所述值(楊氏彈 性模數(shù))越高，所述材料越硬。使用應(yīng)變儀，根據(jù)施加到壓縮體上的負(fù)荷 與其位移之間的相關(guān)性可以相對容易地測量在熱固處理之后的壓縮體的 楊氏彈性模數(shù)。因此，可以使用所述壓縮體的楊氏彈性模數(shù)確定本發(fā)明的 第二實(shí)施例。本發(fā)明的第二實(shí)施例提供了軟磁軛一體粘結(jié)磁體。在包括粘結(jié)材料的
磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁體粉末相互接觸的連接面上使這兩種粉 末相互連接的情況下，將這兩種粉末一體壓縮模制。經(jīng)受過熱固處理的軟磁軛部件的楊氏彈性模數(shù)是粘結(jié)磁體部件的楊氏彈性模數(shù)的100%至120%。優(yōu)選地，在此實(shí)施例中，在質(zhì)量上軟磁軛的質(zhì)量也大于參考值，但是不比 參考值多出10%，確定所述參考值使得在分別模制軟磁軛與粘結(jié)磁體的情 況下，在按壓方向上軟磁軛部件的厚度和粘結(jié)磁體部件的厚度相等。所述 "軟磁軛"意味著可以包括除了純鐵之外的任何合金成分或除了在細(xì)鐵粉 末中的粘結(jié)材料的任何添加劑。以下將描述為什么經(jīng)受過熱固處理的軟磁軛部件的楊氏彈性模數(shù)限制為粘結(jié)磁體部件的100%至120%。在磁性極好且包括適量的粘結(jié)材料的 R-Fe-B粘結(jié)磁體粉末的情況下，粘結(jié)磁體壓縮體在熱固處理之后的楊氏彈 性模數(shù)為大約500MPa。另一方面，在鐵軛壓縮體由包括適量粘結(jié)材料的細(xì) 鐵粉末組成的情況下，鐵軛壓縮體在熱固處理之后的楊氏彈性模數(shù)大約為 800 Mpa，大約為粘結(jié)磁體的楊氏彈性模數(shù)的160%。壓縮模制的鐵軛壓縮 體的楊氏彈性模數(shù)大于粘結(jié)磁體壓縮體的楊氏彈性模數(shù)，而細(xì)鐵粉末的硬 度低于粘結(jié)磁體粉末的硬度。這是因?yàn)樵趬嚎s模制的時候細(xì)鐵粉末發(fā)生塑 性變形，因?yàn)榧?xì)鐵粉末比較柔軟以便能夠減少孔，并且所述壓縮體的密度 比粘結(jié)磁體的密度增加大約10%。所述壓縮體的密度增加也依靠所述材料 粉末的顆粒形狀和顆粒大小的分布。所述壓縮體在熱固處理之后的楊氏彈 性模數(shù)受到各種因素影響，所以很難使得在一體模制期間由不同材料粉末 形成的壓縮體的楊氏彈性模數(shù)完全地彼此一致。為此，優(yōu)選地，彈性回復(fù) 差別的公差建立在其中在所述壓縮體內(nèi)不引起裂縫的范圍內(nèi)。特別地，當(dāng) 在壓縮模制和熱固處理之后的細(xì)鐵粉末與粘結(jié)磁體粉末之間的楊氏彈性 模數(shù)的差別從所述差別的60% (所述差別是普遍差別且在此差別情況下容 易產(chǎn)生裂縫)減少至所述差別的l/3時，殘余應(yīng)力不超過允許應(yīng)力并且不 會產(chǎn)生裂縫。因此，熱固處理后的軟磁軛部件優(yōu)選地限制為所述粘結(jié)磁體 軛部件的100%至120%。以下描述為什么限制軟磁體粉末在質(zhì)量上的增加不大于參考值的10%的原因。如果引起所述粘結(jié)磁體粉末和軟磁體粉末的彈性回復(fù)量彼此一 致，那么就不需要調(diào)整粉末的供給。然而，如上所述，各種因素影響彈性
回復(fù)量，粉末的供給調(diào)整影響所述壓縮體的磁性和機(jī)械強(qiáng)度。即使使用具 有已經(jīng)調(diào)整的彈性回復(fù)的材料粉末，考慮到電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子的各種特性， 對于軟磁體粉末的增加優(yōu)選地設(shè)置為質(zhì)量上不大于10%的調(diào)整余地。在質(zhì) 量上調(diào)整余地的上限定為10%的原因是因?yàn)榻?jīng)受過熱固處理的軟磁軛部件 的楊氏彈性模數(shù)被限制為所述粘結(jié)磁體部件的楊氏彈性模數(shù)的100%至 120%，從而不可避免地增加了所述軟磁體粉末的硬度，因此可以將調(diào)整余 地降低到在使用傳統(tǒng)的細(xì)鐵粉末的情況下的調(diào)整余地的一半。以下將描述 為什么將調(diào)整余地降至一半的原因。如上所述，細(xì)鐵粉末的維氏硬度大約 為所述粘結(jié)磁體粉末的維氏硬度的一半，所述粘結(jié)磁體粉末具有相對較大 的壓縮體的彈性回復(fù)。另一方面，當(dāng)除了純鐵的任何添加劑混合或與所述 細(xì)鐵粉末反應(yīng)時，充分使得所述軟磁體粉末的整體或平均硬度加倍，明顯 地降低了粉末的壓縮性，從而急劇地降低了軟磁性和機(jī)械強(qiáng)度。為了避免 上述，優(yōu)選地，將所述軟磁體粉末的硬度限制為不大于所述粘結(jié)成分的硬 度的1.5倍，通過增加所述壓縮體的密度補(bǔ)償?shù)膹椥曰貜?fù)量的不足。為了實(shí)現(xiàn)上述，要求軟磁體粉末最多增加10%。為此，優(yōu)選地，在質(zhì)量上軟磁 體粉末增加定為小于參考值的10% ?？傊?，所述細(xì)鐵粉末指純鐵粉末，將高壓氣體或水流噴射到流經(jīng)孔的 熔融金屬和合金上和將所產(chǎn)生的粉末進(jìn)行脫碳還原處理產(chǎn)生所述純鐵粉 末。因?yàn)榧?xì)鐵粉末光滑表面和球形及其極好的壓縮性，所述細(xì)鐵粉末幾乎 不包括在其中的孔且流動性極好。由此，所述細(xì)鐵粉末是由簡單生產(chǎn)過程 制造的純金屬，從而不會改變其硬度。因?yàn)橥ㄟ^研磨和熱固具有改善的磁 性的高硬度合金可以獲得所述粘結(jié)磁體粉末，使用例如熔體紡絲或薄帶連 鑄的迅速淬火方法獲得所述的改善的磁性，所以在沒有減弱磁性的情況 下，很難將硬度減少到典型鐵粉末的一半。優(yōu)選地，考慮到電機(jī)輸出，在 主要作為后軛的所述鐵軛的側(cè)面上、而不是在所述粘結(jié)磁體的側(cè)面上調(diào)整 可以引起磁性減弱的彈性回復(fù)量。換言之，優(yōu)選地，在沒有明顯地降低軟磁性能和所述鐵軛的壓縮性的 情況下，將比細(xì)鐵粉末具有更高硬度的軟磁合金粉末添加到細(xì)鐵粉末中以 便平均地增加彈性回復(fù)量?？梢允褂霉梃F粉碎粉末、鐵基非晶體(非晶形) 體、納米晶軟磁材料、不銹鋼、鑄鐵等作為添加到所述細(xì)鐵粉末內(nèi)的粉末。
可以調(diào)整添加到所述軟磁軛部件的高硬度軟磁合金粉末的量使得在熱固 之后的軟磁軛部件的楊氏彈性模數(shù)等于所述粘結(jié)磁體部件的楊氏彈性模 數(shù)的100%至120%。然而，當(dāng)將上述粉末添加到所述軟磁軛部件時，在質(zhì)量上添加到所述軟磁軛部件的高硬度軟磁合金粉末的量為大約3%至30%。通過以下等式計(jì)算添加的高硬度軟磁體粉末的比(在質(zhì)量上的百分比)-高硬度軟磁體粉末的比(在質(zhì)量上的百分比)二粉碎粉末的質(zhì)量/ (細(xì)鐵粉末的質(zhì)量+粉碎粉末的質(zhì)量)xioo。由此，本發(fā)明的第三實(shí)施例提供了軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中在包括 粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁體粉末相互接觸的連接面上 使這兩種粉末相互連接的情況下，將這兩種粉末一體壓縮模制，其中所述軟磁體粉末包括由從包括在質(zhì)量上為細(xì)鐵粉末的3%至30%的硅鐵、鐵基非 晶體合金、納米晶軟磁材料、不銹鋼和鑄鐵的組中選擇的一種或更多種材 料組成的粉末。添加到所述細(xì)鐵粉末中的粉末的硬度優(yōu)選地不小于Hv300， 更優(yōu)選地不小于Hv600。優(yōu)選地，有待混合的粉末的直徑小于或等于所述 細(xì)鐵粉末的直徑從而混合的粉末沒有成為裂縫的起因。添加粉末的硬度Hv 設(shè)定為不小于300，優(yōu)選地不小于600的原因是因?yàn)楸M可能大地減少用于 調(diào)整彈性回復(fù)的量的相對于細(xì)鐵粉末所添加粉末的量，所述細(xì)鐵粉末容易 獲得且具有極好的磁性和壓縮性。當(dāng)添加的量小時，所添加的粉末的硬度 越高，彈性回復(fù)量就越大。此外，所添加的粉末具有的軟磁性(即，磁導(dǎo) 率和飽和磁通密度)越高，即使在壓縮模制之后維持所述高軟磁性就越長 久。由此，粉末，特別是例如具有高硬度和極好的磁性的硅鐵、鐵基非晶 體合金、納米晶軟磁材料、不銹鋼和鑄鐵的粉碎粉末優(yōu)選地用于與所述細(xì) 鐵粉末混合。在熱固之后的所述粘結(jié)磁體和軟磁體軛相對于壓縮模制之后的所述 壓縮體的尺寸膨脹0. 3%。通過熱固所述粘結(jié)磁體和軟磁體軛的膨脹量主要 根據(jù)所添加的粘結(jié)材料的種類和量改變。如果在熱固處理之前與在熱固處 理之后之間的差別很大，考慮到所述熱固處理之后的膨脹系數(shù)，優(yōu)選地調(diào)整在所述鐵軛的側(cè)面上的彈性回復(fù)量。和與本發(fā)明的第二實(shí)施例中的細(xì)鐵粉末相混合的高硬度軟磁合金粉末一樣，可以將具有高硬度和電阻的材料混合其中。如果使用高硬度混合
粉末的話，可以獲得與本發(fā)明的第二實(shí)施例相同的彈性回復(fù)調(diào)整效果。如 果混合粉末也具有高電阻的特征，那么獲得的效果是特別是在當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的時候降低渦流損失(eddy current loss)。提出硅、二氧化硅、碳 化硅、三氧化二鋁、氧化鎂等作為具有高硬度和電阻的材料?？蛇x地，可 以將經(jīng)過絕緣處理的包括鉻、鉬、釩、鉤、鈷等的鐵基合金粉末添加到所 述細(xì)鐵粉末中。由具有高硬度和電阻的材料組成的粉末的混合量在質(zhì)量上 占3%至30%。優(yōu)選地，所述添加劑的硬度Hv不小于300，更優(yōu)選地，所述 所述添加劑的硬度Hv不小于600。優(yōu)選地，所述粉末的直徑小于或等于所 述細(xì)鐵粉末的直徑，并且在所述細(xì)鐵粉末內(nèi)均勻分配使得混合粉末不會變 成裂縫的原因。由此，本發(fā)明的第四實(shí)施例提供一種軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中在包 括粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁體粉末相互接觸的連接面 上使這兩種粉末相互連接的情況下，將這兩種粉末一體壓縮模制，其中所 述軟磁體粉末包括從在質(zhì)量上占所述細(xì)鐵粉末的3%至30%的硅、二氧化硅、 碳化硅、三氧化二鋁、氧化鎂組成的組中選擇的一種或更多種材料。本發(fā)明的第五實(shí)施例提供一種軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中在包括粘結(jié) 材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁體粉末相互接觸的連接面上使這 兩種粉末相互連接的情況下，將這兩種粉末一體壓縮模制，其中所述軟磁 體粉末包括從在質(zhì)量上占所述細(xì)鐵粉末的3%至30%的、經(jīng)過絕緣處理的包 括鉻、鉬、釩、鎢、鈷組成的組中選擇的一種或更多種材料。為什么將有 待混合的粉末的量在質(zhì)量上限制為所述細(xì)鐵粉末的3%至30%的原因是因?yàn)?將在熱固處理之后的軟磁軛部件的楊氏彈性模數(shù)調(diào)整到所述粘結(jié)磁體部 件的楊氏彈性模數(shù)的100%至120%。當(dāng)將上述實(shí)施例中的鐵軛一體粘結(jié)磁體或軟磁軛一體粘結(jié)磁體中的 任何一個與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合時，可以產(chǎn)生電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子，所述磁體轉(zhuǎn) 子的強(qiáng)度安全性很高，也適合于高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)將電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子與具有勵磁繞組的定子結(jié)合時可以產(chǎn)生電機(jī)，所 述電機(jī)根據(jù)定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，磁體粉末的平均顆粒直徑為50um至200um。 優(yōu)選地，軟磁體粉末的平均顆粒直徑為lum至100um。因?yàn)檫@兩種粉末
具有不同的顆粒直徑，所以所述磁體粉末與所述軟磁體粉末容易彼此結(jié)合 從而增加粘結(jié)磁體部件與軟磁體部件之間的連接強(qiáng)度，允許產(chǎn)生能夠減少空隙或裂縫。更優(yōu)選地，所述磁體粉末的平均顆粒直徑為80 u m至150 u m， 并且所述軟磁體粉末的平均顆粒直徑為5 u m至50 u m。所需要的磁體粉末為各向同性和/或各向異性R-Fe-B磁體粉末或 Sm-Fe-N磁體的混合粉末。如果殘余磁通量密度Br小于0. 4T，例如鐵氧 體粘結(jié)磁體，則不能為電機(jī)提供必要的和充足的轉(zhuǎn)矩。為此，需要使用Br 》0. 8T和矯頑力Hcj^600KA/m的稀土粘結(jié)磁體。另一方面，需要通過將鐵基非晶體(非晶形)合金粉末、納米晶軟磁 材料、不銹鋼、鑄鐵等作為添加到所述細(xì)鐵粉末內(nèi)的粉末，將調(diào)整所述軟 磁體粉末的電導(dǎo)率不大于20kA/m，飽和磁通量密度Bm不小于1. 4T，和矯 頑力Hc不大于800A/m。電導(dǎo)率不大于20kS/m能夠降低與在傳統(tǒng)粘結(jié)方法 中作為軟磁軛的、例如硅鋼板的絕緣層壓板內(nèi)的渦流損失相等的渦流損 失。低飽和磁通量Bm密度不能提供必要的和足夠的磁通量，并且要求極 度的增加軛的尺寸。特別的，在與本發(fā)明類似，使用Br》0.8T的稀土粘 結(jié)磁體的情況下，出現(xiàn)上述問題。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的時候，過高的矯磁力Hc 明顯地降低了磁滯損耗，因此基本上降低了電機(jī)效率?？紤]到生產(chǎn)率和組裝準(zhǔn)確性，已經(jīng)研制了用于一體模制具有軟磁軛的 磁體的多種技術(shù)。因?yàn)椴迦肽Ｖ?見專利文獻(xiàn)l)要求原料的制造方法具 有高流動性，需要大量的樹脂與磁體材料和軟磁材料混合。為此，所述磁 體材料與所述軟磁材料的質(zhì)量百分比大約為60%，這在重量上具有優(yōu)勢，而在磁性上較低。另一方面，本發(fā)明中的壓縮模制能夠使所述磁體材料與 所述軟磁材料的質(zhì)量百分比增加為大約98%，從而可以獲得具有較高的磁 性的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地，軟磁體粉末覆蓋一層絕緣膜?？蛇x地，稀土磁體粉末優(yōu)選地 覆蓋一層絕緣膜。覆蓋絕緣膜增加電阻從而在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的時候降低渦流損 失。將樹脂粘合劑(或，粘結(jié)材料)作為用于模制磁體轉(zhuǎn)子的原料添加到 磁體粉末和軟磁體粉末中，在所述磁體轉(zhuǎn)子中粘結(jié)磁體與軟磁軛一體模 制。理想地，所述粘結(jié)材料包括在質(zhì)量上為磁體粉末合成物的1%至5%的 熱固性樹脂和在質(zhì)量上為軟磁體粉末合成物的0. 1%至3%的熱固性樹脂。 優(yōu)選地，所述粘結(jié)材料是熱固性樹脂。例如，可以適當(dāng)?shù)厥褂铆h(huán)氧樹脂、 酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、聚酯樹脂等。優(yōu)選地，在所述磁體 粉末中的粘結(jié)材料的量在質(zhì)量上為0.1%至5%，更優(yōu)選地，在所述磁體粉 末中的粘結(jié)材料的量在質(zhì)量上為1.0%至4%。優(yōu)選地，在所述軟磁體粉末中的粘結(jié)材料的量在質(zhì)量上為0. 1%至3%，更優(yōu)選地，在所述軟磁體粉末 中的粘結(jié)材料的量在質(zhì)量上為0.5%至2°/。。過小量的粘結(jié)材料明顯地降低 了機(jī)械強(qiáng)度。過大量的粘結(jié)材料明顯地降低了磁性。將軟磁體粉末與粘結(jié)材料或?qū)⒋朋w粉末(特別是，稀土磁體粉末)與 粘結(jié)材料混合形成化合物。所述化合物可以包括抗氧化劑或潤滑劑。所述 抗氧化劑防止磁體粉末被氧化以便避免破壞所述磁體的磁性。此外，所述 抗氧化劑有助于在混合和壓縮所述化合物時提高熱穩(wěn)定性，從而維持將少 量的粘結(jié)材料添加到其上的較好的壓塑性。可以使用己知的例如螯合劑的 抗氧化劑，從而與特別是Fe成分的金屬離子形成螯形化合物，例如，生 育酚、胺化合物、氨基酸化合物、硝羧酸、聯(lián)氨化合物、氰基化合物、硫潤滑劑改善在混合和壓縮所述化合物時的流動性，從而可以獲得與添 加到其中的少量粘結(jié)材料相同的特征。可以使用已知的例如硬脂酸或其金 屬鹽、脂肪酸、硅油、各種蠟或脂肪酸的潤滑劑。除了上述，可以將各種添加劑例如穩(wěn)定劑和模制輔助劑添加到其中。 使用混合器或攪拌器混合所述化合物。下面參照圖5詳細(xì)地描述一體模制粘結(jié)磁體和軟磁軛的裝置。將用于 預(yù)壓縮磁體的壓縮模制裝置充滿主要由粘結(jié)材料和具有平均顆粒直徑為 50 u m至200 ii m的磁體粉末組成的磁體粉末化合物6，從而在200MPa至 400MPa的壓力下進(jìn)行預(yù)壓縮。如果所述粘結(jié)磁體是各向異性的，在施加電 磁體7等的磁場的同時進(jìn)行預(yù)壓縮。在200MPa至400MPa的壓力下也使用 用于預(yù)壓縮磁體的壓縮模制將粘結(jié)材料和具有平均顆粒直徑為l"m至 100 u m的細(xì)鐵粉末化合物8進(jìn)行預(yù)壓縮。為什么在預(yù)壓縮的時候降低模制 壓力的原因是因?yàn)樵趬嚎s的時候磁體粉末6與軟磁體粉末8之間的連接強(qiáng) 度增加。如上所述，通過增加供給的粉末或混合添加劑的比率，所述細(xì)鐵
粉末化合物8的彈性回復(fù)量與磁體粉末6的彈性回復(fù)量相等。由于彈性回復(fù)量，將粘結(jié)磁體的多個預(yù)壓縮體20和軟磁軛的預(yù)壓縮體21再次放置在腔內(nèi)合并且在600MPa至1000MPa的模制壓力下將其一體 模制(在沒有磁場的情況下)，所述模制壓力高于預(yù)壓縮時的壓力。因?yàn)?在預(yù)壓縮體的表面上的粉末的密度太低以至于不能粘附使得磁鑄件20連 接到軟磁鑄件21上，盡管根據(jù)粉末的顆粒直徑，磁體粉末6與軟磁體粉 末8之間的界面具有不規(guī)則性，然而磁體粉末6與軟磁體粉末8之間的界 面彼此緊密接觸。為此，在所述界面上的不規(guī)則性越大，所述機(jī)械連接強(qiáng) 度就越高?？梢栽谒鲱A(yù)壓縮體的連接面iio上提前涂覆粘結(jié)材料和粘合 劑。通過在壓縮之后的熱固處理(在熱固化爐9中)熔化粘結(jié)材料和粘合 劑并且使其滲透入粘結(jié)磁體部件1和軟磁軛部件2，從而增加在連接面上 的連接強(qiáng)度。因?yàn)檎澈蟿拥暮穸缺环稚⒉⑶腋鶕?jù)粘合表面的情況改變粘合強(qiáng)度， 所以通過傳統(tǒng)的連接方法使用粘合劑很難獲得穩(wěn)定的粘合強(qiáng)度。即使使用 不小于20MPa粘合強(qiáng)度的粘合劑，可以確保粘合區(qū)域大約為1/3那么小， 平均可以獲得大體上不大于5MPa的粘合強(qiáng)度。另一方面，在本發(fā)明中， 確保所述粘結(jié)磁體部件與軟磁部件粘結(jié)的壓力遍及所述連接面110，剪切 強(qiáng)度通常穩(wěn)定地達(dá)到不小于10MPa，進(jìn)一步不小于15MPa。供給到定子線 圈上的勵磁電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)扭矩。在這點(diǎn)上，當(dāng)將剪切強(qiáng)度施加到粘 結(jié)磁體部件和軟磁軛部件之間的連接面時，在轉(zhuǎn)子上引起在有關(guān)旋轉(zhuǎn)方向 的切向方向上的壓力。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度增加時，拉伸應(yīng)力也施加到連接界面上。 通過本發(fā)明形成的連接界面具有幾乎與所述剪切強(qiáng)度和拉伸應(yīng)力相等的 高強(qiáng)度。如果將本發(fā)明應(yīng)用于電機(jī)轉(zhuǎn)子，例如，可能將高剪切強(qiáng)度施加到 所述連接界面上，從而將在所述連接界面上的剪切強(qiáng)度看做以下描述的示 例中的連接強(qiáng)度的指數(shù)。圖6A顯示了在將各向同性粘結(jié)磁體粉末的預(yù)壓縮壓力從200 MPa改 變到600 MPa的情況下壓縮壓力與在所述連接界面上的剪切強(qiáng)度之間的相 關(guān)性，且在每種情況下將各向同性粘結(jié)磁體粉末與軟磁體粉末合并之后采 取600 MPa作為壓縮壓力。如同6A所示，所述各向同性粘結(jié)磁體的預(yù)壓 縮壓力越低，在將各向同性粘結(jié)磁體粉末與軟磁體粉末進(jìn)行結(jié)合和一體模
制之后獲得的在連接面110上的剪切強(qiáng)度就越高。在不大于200 MPa的壓力下，不能再保持預(yù)壓縮體的狀，并且大體上會降低所述預(yù)壓縮體的生產(chǎn) 率。因?yàn)樗龃朋w部件的殘余磁通量密度是各向同性的，所以殘余磁通量密度不與所述預(yù)壓縮壓力相關(guān)。使用添加有在質(zhì)量上為3%粘合劑的、平均 顆粒直徑大約100um的NdFeB粘結(jié)磁體粉末的各向同性粘結(jié)磁體粉末作 為材料粉末。使用添加有平均直徑大約為30um且在質(zhì)量上為11%、維氏 硬度Hv為700的鐵基非晶質(zhì)合金的、平均顆粒直徑大約為30um的細(xì)鐵 粉末作為軟磁體粉末。圖6B顯示了在將各向同性粘結(jié)磁體粉末的預(yù)壓縮壓力從200 MPa改 變到600 MPa的情況下，預(yù)壓縮壓力與在所述連接面上的剪切強(qiáng)度之間的 相關(guān)性和預(yù)壓縮壓力與磁體部件的殘余磁體量密度之間的相關(guān)性，且在每 種情況下將各向同性粘結(jié)磁體粉末與軟磁體粉末合并之后采取600 MPa作 為壓縮壓力。如同5所示，因?yàn)樵谝惑w模制過程中沒有施加磁場，所述預(yù) 壓縮壓力越低，在壓縮的時候容易打亂在預(yù)壓縮過程中形成的磁體的定 向，從而降低了殘余磁通量密度。為此，對于所述各向異性粘結(jié)磁體，當(dāng) 其經(jīng)受了在磁場情況下的預(yù)壓縮過程和在沒有磁場情況下的壓縮過程時， 優(yōu)選地，預(yù)壓縮壓力在250 MPa至500 MPa之間，更優(yōu)選地，由于所述磁 體的磁性與連接強(qiáng)度之間的相容性，預(yù)壓縮壓力在300 MPa至400 MPa之 間。使用添加有在質(zhì)量上為3%粘合劑的、平均顆粒直徑大約80 u m的NdFeB 粘結(jié)磁體粉末的各向異性粘結(jié)磁體粉末作為材料粉末。使用添加有平均直 徑大約為30nm且在質(zhì)量上為11%、維氏硬度Hv為700的鐵基非晶質(zhì)合金 的、平均顆粒直徑大約為30um的細(xì)鐵粉末作為軟磁體粉末。圖7和8是當(dāng)改變所述預(yù)壓縮壓力時在壓縮之后獲得的在一體壓縮體 的壓力方向上的橫截面上的連接面的照片。圖9是圖8中的連接面的放大 的照片。在所述照片中的上方向和下方向?qū)?yīng)于壓縮時候的壓力方向。如 圖7和8所示，在各向同性粘結(jié)磁體和各向異性粘結(jié)磁體中，預(yù)壓縮壓力 越小，在所述連接面上的不規(guī)則量越多。在所述預(yù)壓縮壓力等于壓縮壓力 的情況下，幾乎不能觀察到在所述連接界面上的不規(guī)則性。圖10A顯示了 具有剪切強(qiáng)度的各向同性粘結(jié)磁體的預(yù)壓縮壓力與在所述連接面上的不 規(guī)則量的相關(guān)性。在本發(fā)明中，如圖7和8中，將磁體粉末與在具有大約 50 u m至100 ii m的不規(guī)則量的界面附近內(nèi)的軟磁體粉末結(jié)合，以便獲得不 小于15 MPa的強(qiáng)連接強(qiáng)度。下面參照圖9描述在磁體粉末與軟磁體粉末之間的連接面上的不規(guī)則 量。在所述代表性照片中沿磁體粉末與軟磁體粉末接觸的地方畫一條曲線 (在附圖中的粗線)。此線是連接面。大體上沿所述連接面的不規(guī)則中心 畫出另一條曲線。畫此曲線使得由所述曲線和連接面圍繞的面積在左右部 分之間變得相等。將此曲線看做中心線(在圖中的暗色區(qū)域顯示在所述軟 磁軛的側(cè)面上的不規(guī)則區(qū)域(c)和淺色區(qū)域顯示在所述粘結(jié)磁體的側(cè)面 上的不規(guī)則區(qū)域(a)，并且"a"等于"c")。所述中心線平行于所述中心 線接觸所述連接面的峰的位置移動。與上述相似，所述中心線也在相對的 方向上平行移動。通過平行移動所畫的兩條線之間的距離代表不規(guī)則量。 沿具有l(wèi)mm長度的連接面在所述視場中執(zhí)行此工作。由此，可以在所述粘結(jié)磁體部件與所述軟磁軛部件之間獲得高連接強(qiáng) 度，從而可以消除增強(qiáng)保護(hù)環(huán)，所述增強(qiáng)保護(hù)環(huán)對于傳統(tǒng)的粘合劑或一體 模制系統(tǒng)是不可缺少的(將專利文獻(xiàn)1和2)。此外，在本發(fā)明中，可以在 所述磁體與所述軟磁軛之間的整個連接面110獲得高壓力，從而不將磁體 部件限制為環(huán)形，也不僅僅使用環(huán)形磁體的內(nèi)壓力支撐所述軟磁軛(見專 利文獻(xiàn)3和4)。在高于預(yù)壓縮壓力的壓力下的壓縮模制提供了即使在所述 整體部件本身的連接面之間的100上的高連接強(qiáng)度，與在所述磁體與軟磁 軛之間的連接面110的情況相同。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵陬A(yù)壓縮過程期間在充分的磁場內(nèi)可以將磁體一個 元件接著一個元件地定向，不考慮磁體的磁極數(shù)目和磁體尺寸，可以確保 容易且穩(wěn)定的定向和磁化。即，作為生產(chǎn)用于包括各向異性粘結(jié)磁體部件 和軟磁軛部件的磁性電路的構(gòu)件的方法，可以采取一種生產(chǎn)方法，其中使 用主要包括粘結(jié)材料的磁體粉末化合物和平均顆粒直徑為50 u m至200 y m的磁體粉末在磁場作用下預(yù)壓縮各向異性粘結(jié)磁體構(gòu)件；此后，在沒有 磁場的作用下將所述各向異性粘結(jié)磁體部件與主要包括平均顆粒直徑為1 iim至lOOlim的軟磁體粉末的軟磁體粉末化合物一體壓縮；和其被熱固。使用注重機(jī)械強(qiáng)度超過注重磁性的超硬材料用于壓縮的模具，并且所述模 具需要形成有一定的厚度或更大的厚度，從而所述模具可以經(jīng)受住500
MPa至lOOOMPa的壓力。為此，在不浪費(fèi)的情況下，將在電磁體中產(chǎn)生的 磁場輸送到所述壓縮體的磁體部件上變得很難。然而，在大約300 MPa的 預(yù)壓縮壓力下，可以將具有高飽和磁通量密度和相關(guān)磁導(dǎo)率的鋼材料作為 注重磁性的模具材料，并且將所述鋼材料變薄。由此，可以在所述壓縮體 的磁體部件內(nèi)產(chǎn)生具有統(tǒng)一分配定向和高強(qiáng)度的磁場。例如，當(dāng)定向徑向 各向異性環(huán)形磁體時，將所述磁體定向在用于預(yù)壓縮的模具中，和獲得具 有高定向和小磁漏的磁體。在生產(chǎn)設(shè)備方面，用于預(yù)壓縮的壓力大約為300 MPa的壓床(press machine)比用于壓縮的壓床更加緊密，和用于所述壓床的材料可以使用 更加注重磁性的材料。在最后生產(chǎn)步驟中的500 MPa至1000 MPa的壓力下進(jìn)行壓縮模制的 情況下，例如，R-Fe-B粘結(jié)磁體部件的密度為5. 5Mg/n/至6. 5Mg/m3，R-Fe-N 粘結(jié)磁體部件的密度為5.3Mg/m3至6.2 Mg/m3， Fe粉末的粘結(jié)磁體部件的 密度為6, 0Mg/m3至6. 8 Mg/m3。在一體模制之后在不高于250攝氏度的溫度下進(jìn)行熱固處理。另外， 如果需要，還進(jìn)行例如環(huán)氧樹脂涂層的表面處理。然后，將旋轉(zhuǎn)軸壓入和 粘附到所述模具上，最后磁化磁極部件以便產(chǎn)生磁體轉(zhuǎn)子。示例對于本發(fā)明的第一實(shí)施例，生產(chǎn)如圖11A至11F所表示的具有各種形 狀磁體的轉(zhuǎn)子。將參考值限定為每單位面積施加的粉末量，在此參考值的 情況下，當(dāng)分別壓縮模制粘結(jié)磁體部件與鐵軛部件的時候，在所述粘結(jié)磁 體部件和所述鐵軛部件的壓力方向上的厚度彼此相等。相對于參考值，僅 僅增加了由于形成鐵軛部件所供給的細(xì)鐵粉末量。結(jié)果，在具有如同11C 中所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子中的所述粘結(jié)磁體部件的承壓面的橫截面與所述鐵 軛部件的承壓面的橫截面幾乎彼此相等的條件下，當(dāng)每單位面積供給的細(xì) 鐵粉末的量在不小于參考值且不大于參考值的1.02倍的范圍內(nèi)時，在所 述鐵軛內(nèi)不產(chǎn)生裂縫。當(dāng)每單位面積供給的細(xì)鐵粉末的量為所述參考值的 1.01倍時，在熱固處理之后的各個連接強(qiáng)度進(jìn)行比較，和可以獲得19.6 MPa的最高剪切強(qiáng)度。以下，所述鐵軛部件的橫截面與所述磁體部件的橫 截面的比被認(rèn)為是所述鐵軛的橫截面比。另外，以下，每單位面積施加的 鐵粉末量與所述參考值的比被認(rèn)為是所述鐵軛的最優(yōu)粉末供給比，通過每 單位面積施加的鐵粉末量可以獲得最高連接強(qiáng)度。使用添加有在質(zhì)量上為3%的粘合劑的、平均顆粒直徑大約為80u m的NdFeB各向異性粘結(jié)磁體粉 末作為所述磁體粉末的材料粉末。使用具有大約30um的平均顆粒直徑的 細(xì)鐵粉末作為軟磁粉末。所述粘結(jié)磁體粉末和所述細(xì)鐵粉末的預(yù)壓縮壓力 分別為300 MPa。在一體模制的時候所述壓縮壓力為800 MPa。在一體模 制之后在200攝氏度的溫度下進(jìn)行熱固處理。在圖11A至11F中所表示的具有各種形狀的磁體的轉(zhuǎn)子中可以獲得所 述鐵軛的橫截面比與最優(yōu)供給比之間的相關(guān)性。當(dāng)所述磁體部件和所述鐵 軛是由多個部件構(gòu)成時，總計(jì)多個部件中的每個部件的橫截面和供給粉末 量。結(jié)果，如圖12所示，我們發(fā)現(xiàn)，只要所述橫截面比的下限大約為1， 所述鐵軛部件的最優(yōu)粉末供給比與所述鐵軛部件的橫截面比的二次方成 比例。在最優(yōu)粉末供給比的情況下，在所述粘結(jié)磁體與所述鐵軛之間的連 接面的附近不會產(chǎn)生裂縫，并且連接強(qiáng)度可以高至大約為20 MPa。對于本發(fā)明的第二實(shí)施例，將具有高硬度的軟磁合金粉末添加到細(xì)鐵 粉末中以便在沒有明顯地降低所述鐵軛的軟磁性和可壓縮模制性的情況 下調(diào)整彈性回復(fù)量。將作為硬軟磁合金粉末的鐵基非晶體合金研磨成顆粒 直徑不大于50um的粉末(硬度Hv為700和平均顆粒直徑為30ii m)，然 后將其添加到細(xì)鐵粉末(硬度Hv為IOO和平均顆粒直徑為30um)中，其 在質(zhì)量上的增量為5%至最高為30%。將在質(zhì)量上為1%的樹脂粘合劑與各自 的細(xì)鐵粉末混合以便生產(chǎn)化合物。以一種方式測量在壓縮模制之后的每個 化合物的彈性回復(fù)量使得直徑為30um和厚度為20腿的試樣在800 MPa 的壓力下被壓縮，然后在200攝氏度的溫度下經(jīng)受熱固處理，計(jì)算與所述 成形鑄模相關(guān)的壓縮體的直徑。結(jié)果，如圖13所示，在熱固處理之后的 壓縮體的楊氏彈性模數(shù)與彈性回復(fù)量和鐵基非晶體合金粉末的添加比都 成正比。換言之，如圖14所示，我們發(fā)現(xiàn)，所述鐵基非晶體合金粉末的 添加比與在熱固處理之后的細(xì)鐵粉末的壓縮體的彈性回復(fù)量成正比，其中 將鐵基非晶體合金粉末添加到細(xì)鐵粉末的壓縮體中。即，例如，當(dāng)所述粘 結(jié)磁體的彈性回復(fù)量為0. 6%時，添加到細(xì)鐵粉末中的鐵基非晶體合金粉末 在質(zhì)量上為20%，由此彈性回復(fù)量相等，因此在一體模制之后即使沒有調(diào) 整供給的粉末量，也不會產(chǎn)生裂縫。
權(quán)利要求
1、一種鐵軛一體粘結(jié)磁體，在所述鐵軛一體粘結(jié)磁體中，在包括粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的細(xì)鐵粉末相互接觸的連接面上使這兩種粉末相互接合的狀態(tài)下，將這兩種粉末一體壓縮模制，其中所述鐵軛的質(zhì)量比參考值大1％至20％，限定所述參考值使得在鐵軛部件和粘結(jié)磁體部件分別壓縮模制的情況下，在按壓方向上所述鐵軛部件的厚度和所述粘結(jié)磁體部件的厚度彼此相同。
2、 一種軟磁軛一體粘結(jié)磁體，在所述軟磁軛一體粘結(jié)磁體中在包括 粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁體粉末相互接觸的連接面上 使這兩種粉末相互接合的狀態(tài)下，將這兩種粉末一體壓縮模制，其中軟磁軛部件的楊氏彈性模數(shù)是粘結(jié)磁體部件的楊氏彈性模數(shù)的100% 至120%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中在質(zhì)量上軟磁 軛的質(zhì)量也大于參考值，但是不比參考值多出10%，限定所述參考值使得 在分別壓縮模制軟磁軛和粘結(jié)磁體的情況下，在按壓方向上軟磁軛部件的 厚度和粘結(jié)磁體部件的厚度彼此相等。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中 所述軟磁體粉末包括細(xì)鐵粉末；和在質(zhì)量上為3%至30%的從由硅鐵、鐵基非晶體合金、納米晶軟磁材料、不銹鋼或鑄鐵組成的組中選擇的一種 或更多種材料組成的粉末。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中所述軟磁體粉末包括細(xì)鐵粉末；和在質(zhì)量上為3%至30%的從由硅、 二氧化硅、碳化硅、三氧化二鋁和氧化鎂組成的組中選擇的一種或更多種 材料組成的粉末。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的軟磁軛一體粘結(jié)磁體，其中所述軟磁體粉末包括細(xì)鐵粉末；和在質(zhì)量上為3%至30%的鐵基合金 粉末，所述鐵基合金粉末包括從由鉻、鉬、釩、鎢和鈷組成的組中選擇的 一種或更多種成分，所述鐵基合金粉末經(jīng)過絕緣處理。
7、 一種電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子，包括根據(jù)權(quán)利要求2至6中的任一項(xiàng)所述的軟磁軛一體粘結(jié)磁體。
8、 一種電機(jī)，包括具有勵磁繞組的定子，和根據(jù)由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子是用于根據(jù)權(quán)利要求7的電機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軟磁軛一體粘結(jié)磁體，在所述軟磁軛一體粘結(jié)磁體中在包括粘結(jié)材料的磁體粉末和包括粘結(jié)材料的軟磁粉末相互接觸的連接面上使這兩種粉末相互連接的同時，將這兩種粉末一體壓縮模制。軟磁軛部件和粘結(jié)磁體部件構(gòu)造使得當(dāng)將軟磁軛部件和粘結(jié)磁體部件分別壓縮模制時，一旦釋放壓縮力，所述軟磁軛部件和所述粘結(jié)磁體部件的彈簧回復(fù)量相等。
文檔編號H02K1/27GK101401278SQ200780007418
公開日2009年4月1日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者三田正裕, 增澤正宏, 相牟田京平, 谷川茂穗 申請人:日立金屬株式會社