CN109643603B

CN109643603B - 铁芯和电动机

Info

Publication number: CN109643603B
Application number: CN201780051502.9A
Authority: CN
Inventors: 西川幸男; 野尻尚纪
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: US11025103B2; EP3553799A1; EP3553799A4; US20190173328A1; JP6490313B2; CN109643603A; WO2018105473A1; EP3553799B1; JPWO2018105473A1

Abstract

使用一种铁芯，包括：将多个纳米结晶薄带层叠而成的层叠体；基板；和将所述层叠体与所述基板紧固的紧固部，所述层叠体的上下表面的至少一方具有着色的氧化膜和未着色的氧化膜。另外，使用如下所述的上述铁芯：所述着色的氧化膜的区域比所述未着色的氧化膜的区域广。进而，使用将上述记载的铁芯用于定子的电动机。

Description

铁芯和电动机

技术领域

本发明涉及将软磁性薄带层叠而成的铁芯、和将该铁芯作为定子使用的电动机。

背景技术

以往的电动机用的铁芯(定子)中的磁性板的层叠体使用纯铁或电磁钢板。另外，在以更高效化为目的的电动机中，也有将非晶质或具有纳米结晶粒的薄带用于铁芯的情况(例如参照专利文献1)。

专利文献1的定子铁芯的制法如下所述。首先，通过卷绕、切断、冲裁、蚀刻等方法，将非晶质合金薄带加工为规定的形状，所述非晶质合金薄带是通过单辊法、双辊法等液体急冷法制作的。接下来，将加工过的部件层叠而形成。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-145917号公报

发明内容

但是，为了使非晶质合金薄带成为软磁特性更优越的纳米结晶薄带，需要进一步热处理。这里，纳米结晶薄带的厚度是通常使用的电磁钢板的十分之一左右。因此，若逐片进行热处理，处置量为以往处置量的大约十倍。

结果，在热处理和随其后进行的层叠工序中，存在的问题是：用于获得相同层叠厚度需要的生产率约为电磁钢板的情况下的10倍。

本发明用来解决以往的课题，其目的在于提供一种磁特性稳定而不损害生产率的纳米结晶薄带的铁芯和电动机。

为了达到上述目的，使用一种铁芯，包括：将多个纳米结晶薄带层叠而成的层叠体；基板；和将所述层叠体与所述基板紧固的紧固部，所述层叠体的上下表面的至少一方具有着色的氧化膜和未着色的氧化膜。另外，使用如下所述的上述铁芯：所述着色的氧化膜的区域比所述未着色的氧化膜的区域广。进而，使用将上述记载的铁芯用于定子的电动机。

根据本构成，对层叠的非晶质合金薄带进行一次热处理，做成纳米结晶薄带，并将其层叠，因此能够提供一种磁特性稳定的纳米结晶薄带的铁芯和电动机，而不损害生产率。

根据本发明的铁芯和电动机，能够提供一种磁特性稳定的纳米结晶薄带的铁芯和电动机，而不损害生产率。

附图说明

图1A是本发明的实施方式1中的铁芯和电动机的侧视图。

图1B是图1A的俯视图。

图2A是示出将本发明的实施方式1中的能够视觉辨认的氧化膜作为主体的层叠体的上下表面的图。

图2B是示出将本发明的实施方式1中的不能视觉辨认的氧化膜作为主体的层叠体的层间面的图。

图3A是本发明的实施方式2中的铁芯和电动机的侧视图。

图3B是图3A的俯视图。

图4是本发明的实施方式3中的铁芯和电动机的侧视图。

图5A是本发明的实施方式3中的粘结而成的层叠体的俯视图。

图5B是图5A的侧视图。

图6A是本发明的实施方式4中的机械地紧固而成的层叠体的俯视图。

图6B是沿着图6A的A-A′间的剖视图。

图7是本发明的实施方式5中的铁芯和电动机的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

<结构>

图1A和图1B是示出本发明的实施方式1中的铁芯和电动机的结构的图，具体而言示出了无刷电动机。图1A是铁芯和电动机的侧视图，图1B是俯视图。

如图1A和图1B所示为具备纳米结晶薄带2的层叠体1和紧固机构的铁芯，该紧固机构由贯穿层叠体1并将它们紧固到金属基板7的螺栓5和紧固部6构成。将绕组9施加到该铁芯而作为定子。在该定子的内径部设置转子8，并通电从而使电动机驱动。

层叠体1是电动机的定子的铁芯部件。层叠体1是将作为非晶质合金薄带的纳米结晶薄带2层叠，而不在各层之间使用粘结剂，并进行热处理，从而形成纳米结晶薄带2的层叠体1。由于不使用粘结剂，能够提高占空系数。热处理前的非晶质合金薄带是板厚为10μm-60μm、且含有硼或硅的。非晶质合金薄带是通过如下方式急冷制作的：将熔融的所述铁类合金浇注到旋转的冷却滚筒的表面，并拉伸成带状。

<制法>

当将以成为规定的重量或层叠厚度的方式准备的非晶质合金薄带层叠并进行热处理时，如图2A的纳米结晶薄带2所示，上下表面中的至少一个表面能够获得在几乎整个表面上具有能够视觉辨认的氧化膜11的区域。

不过，在固定层叠物的零件等的影响下，也有时在该部位附近残留显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12的区域。能够视觉辨认的氧化膜11的区域比不能视觉辨认的氧化膜12的区域广。

通孔10是用于供螺栓5穿过的通孔。能够视觉辨认的颜色具有以下倾向：以肉眼看起来是具有光泽的褐色、蓝色、紫色等的范围能够获得良好的磁特性。但是，在颜色与磁特性之间并没有严密的相关。

图2B的纳米结晶薄带2示出了层叠体1的层间表面的结构。具有显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12的区域。在纳米结晶薄带2之间的纳米结晶薄带2的表面之间，成为纳米结晶薄带2之间相互接触的状态、或者纳米结晶薄带2之间的间隙非常窄的状态。因此，在纳米结晶薄带2之间的纳米结晶薄带2的表面之间，成为大气等不易进入的状态。因此，与热处理前相同，可以认为在纳米结晶薄带2的表面上，残留了显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12的区域。

需要说明的是，所谓“能够视觉辨认”表示它是着色的，意味着不是金属光泽、白色、黑色、或透明的。所谓“不能视觉辨认”表示没有进行上述着色。

另外，关于形成的氧化膜的膜厚，能够视觉辨认的、即着色的氧化膜和不能视觉辨认的、即未着色的氧化膜几乎是相同的厚度。

着色与否原则上是对于通常的健康人而言肉眼可知的。

另外，显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12的区域的外周部被能够视觉辨认的氧化膜11的区域包围。可以认为，这是由于大气距离纳米结晶薄带2的外周部近，所以大气从纳米结晶薄带2的层之间的微小间隙潜入的影响。即使对层叠的纳米结晶薄带2进行热处理，只要是上限以下的片数，各个纳米结晶薄带2就获得规定的磁特性。如果是上限以上的片数，则厚度方向上的温度分布差增大，而不能获得良好的磁特性。

因此，在层叠体1的表面的纳米结晶薄带2中，一面作为主体具有能够视觉辨认的氧化膜11，另一面作为主体具有显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12。

在层叠体1的内部的纳米结晶薄带2中，双面均作为主体具有显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12。

层叠体1为一片的纳米结晶薄带2的双面均具有能够视觉辨认的氧化膜。

层叠体1的纳米结晶薄带2也可以包括上述任一纳米结晶薄带2。

另外，由伴随结晶化的自发热产生的热量容易蓄积在层叠的纳米结晶薄带2之间，由于过度的温度上升，不仅导致磁特性反而变差，而且脆化而容易破损等。虽然根据目标的磁特性、热处理条件而不同，但是即使将十片以上的纳米结晶薄带2层叠并进行热处理，也能够获得良好的磁特性。

通过在纳米结晶薄带2之间不使用粘结剂，而以紧固部6对一部分的区域进行加压并热处理，能够以层叠状态进行热处理，从而获得特性。

由此，能够将热处理、层叠等工序以十片以上进行一次处理。与电磁钢板的板厚相比，纳米结晶薄带2的板厚为大约十分之一那样薄，因此存在如果逐片地处理则生产率变差为大约十分之一的问题。然而，由于能够一次处理十片以上，所以能够解决这个问题。因此，能够制造稳定的磁特性的纳米结晶薄带2的层叠体1，而不会损害生产率。

(实施方式2)

图3A和图3B是表示本发明的实施方式2中的铁芯和电动机的结构的图。图3A是铁芯和电动机的侧视图，图3B是其俯视图。图3A和图3B与实施方式1的不同之处在于，在纳米结晶薄带2层叠而成的层叠体1和紧固部6之间设置有金属板4，其中紧固部6是螺栓5和垫圈。

由于纳米结晶薄带2较脆，所以如果将相同软磁性体的电磁钢板用于金属板4，则能够保护纳米结晶薄带2不会受到来自螺栓5和紧固部6的紧固力、绕组9的系紧力或其它外力影响。

只要是非磁性材料的其他材料，其对铁芯的磁特性不产生影响，因而可以用于金属板4。在图3中，虽然金属板4上下设置，但是只要能够达到目的，则也可以是在任一方设置。

另外，在使用纳米结晶薄带2的一片或多片而不是层叠体1的情况下，在其表面设置金属板4。

(实施方式3)

图4是本发明的实施方式3中的铁芯和电动机的侧视图。图4与实施方式1的不同之处在于，整体的层叠部20是相同的两个第一层叠体21a、21b和第二层叠体22堆叠而成的三段结构，其中相同的两个第一层叠体21a、21b的纳米结晶薄带2是预定的层叠数，第二层叠体22的层叠数比规定的层叠数少。

当对纳米结晶薄带2进行热处理时，如果纳米结晶薄带2的层叠数增多，则难以确保层叠方向上的温度均匀性，并且在纳米结晶薄带2之间各种磁特性的分布宽度增大。因此，对于纳米结晶薄带2的层叠厚度有限制，并对某个规定数量的层叠数的层叠体分别进行热处理。

因此，将多个层叠体层叠而形成层叠部20。

在层叠部20的厚度比一个层叠体的厚度厚的情况下，层叠一个或多个层叠体。层叠部20中的纳米结晶薄带2的层叠量以重量或紧固时的厚度来管理。关于纳米结晶薄带2，由于严格地讲板厚各自不同，因此以层叠的片数的管理难以使厚度恒定。

在图4中，首先，将第一层叠体21a、21b两个层叠并测定重量。在确认了若再层叠一个第一层叠体21a或第一层叠体21b则超过规定重量之后，将比第一层叠体21a、第一层叠体21b的层叠数少的第二层叠体22层叠来调节重量的差量。对于重量的差量产生各种各样的值，因此预先准备层叠数或重量不同的多个层叠体，并根据重量的差量层叠适当重量的第二层叠体22。在厚度管理的情况下，也可以同样地调节厚度的差量。

与纳米结晶薄带2的片数多的第一层叠体21相比，纳米结晶薄带2的层叠数少的第二层叠体22的层叠数少，因此能够进行更均质的热处理。因此，磁特性更稳定。结果，第二层叠体22不仅能够调节重量、厚度的差量，而且使磁特性稳定化。

另外，与图3同样，也可以在层叠部20和由螺栓5和紧固部6构成的紧固部之间设置金属板4。

<粘结剂>

图5A是第一层叠体21或第二层叠体22的俯视图，图5B是侧视图。在第一层叠体21、第二层叠体22的外周部涂敷粘结剂23并硬化。设置粘结剂23的目的是一体化以使第一层叠体21或第二层叠体22的处置容易。因此，只要能够确保一体化，则粘结的地方可以如图5所示粘结外周部全表面，可以部分地粘结外周部，可以粘结其它内侧的部分等的层叠端面，也可以粘结纳米结晶薄带的层之间。另外，既可以首先粘结非晶质合金薄带，制成第一层叠体21、第二层叠体22后进行热处理，也可以层叠纳米结晶薄带2，然后粘结。

不过，当粘结非晶质合金薄带的层之间时，产生占空系数降低、热处理时层叠方向的热传导变差、纳米结晶薄带2之间的磁特性的分布宽度增大、层间粘结需要材料和时间等缺点。

对粘结剂23的种类没有特别限制，但由于通过热处理加热至350℃以上的情况较多，因此优选耐热性较高的聚酰亚胺类。另外，如果是环氧树脂类等耐热温度较低的粘结剂，则在粘合剂中残留热过程。另外，也可以是室温硬化型粘结剂或紫外线硬化型粘结剂。

(实施方式4)

图6A是本发明的实施方式4中的机械地紧固而成的层叠体的俯视图，图6B是沿着图6A中的A-A′间的剖视图。图6A、图6B与实施方式3的不同之处在于，利用铆接件24固定两个位置。在粘结中产生以下等缺点：由于用于硬化的加热而使磁特性受到热处理以外的影响、用于硬化的处理时间较长等。然而，如果使用如铆接这样的机械手段，则具有能够以仅在室温下压扁的短时间固定的优点。机械紧固方法除了铆接之外，还可以是夹住孔眼或层叠端面的机构。

(实施方式5)

图7是本发明的实施方式5中的铁芯和电动机的侧视图。图7与实施方式3和4的不同之处在于，层叠部25是将纳米结晶薄带2的层叠数相同的两个第一层叠体21a、21b与层26堆叠的层叠部，层26不采取固定有纳米结晶薄带2的层叠体的形式，而是纳米结晶薄带一片一片地层叠而成。

如在图4中所说明的那样，层叠部25中的纳米结晶薄带2的层叠量由重量或紧固时的厚度来管理。在图7中同样，首先将第一层叠体21a、21b层叠并测定重量，然后将纳米结晶薄带2一片一片地层叠来调节重量的差量。因此，纳米结晶薄带层叠而成的层26的层叠片数为一片以上，且小于第一层叠体21a、21b的层叠片数。

不过，在使用板厚较薄的薄带的情况下，也有时片数比第一层叠体21a、21b多。所追加的纳米结晶薄带2可以使用以其它工序逐片进行热处理而成的薄带，也可以从固定化之前的第一层叠体21a、21b逐片地取下并层叠。逐片进行热处理的纳米结晶薄带2的双面成为图2A中所示的能够视觉辨认的氧化膜11为主的状态。在从固定化之前的第一层叠体21a、21b抽取的情况下，纳米结晶薄带2的外观有两种。一种是一面为图2A的状态，另一面为图2B的以显示出金属光泽而不能视觉辨认的氧化膜12为主的状态。另一种是双面都是图2B的状态。由此，构成包括这三种纳米结晶薄带的某一种或两种以上、由纳米结晶薄带层叠而成的层26。

另外，与图3同样，也可以在层叠部25和由螺栓5和紧固部6构成的紧固部之间设置金属板4。

(作为整体)

实施方式1-5能够组合。

工业实用性

本发明所涉及的铁芯作为电动机的定子是有用的。进而，本发明所涉及的铁芯除了电动机以外，还能够适用于变压器等应用磁的电子零件的用途。

附图标记说明

1 层叠体；

2 纳米结晶薄带；

4 金属板；

5 螺栓；

6 紧固部；

7 金属基板；

8 转子；

9 绕组；

10 通孔；

11 能够视觉辨认的氧化膜；

12 不能视觉辨认的氧化膜；

20 层叠部；

21、21a、21b 第一层叠体；

22 第二层叠体；

23 粘结剂；

24 铆接件；

25 层叠部；

26 纳米结晶薄带层叠而成的层。

Claims

1.一种铁芯，包括：

将多个纳米结晶薄带层叠而成的层叠体；

基板；和

将所述层叠体与所述基板紧固的紧固部，

所述层叠体的上下表面的至少一方具有着色的氧化膜和未着色的氧化膜。

2.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述层叠体是将多个在周向上形成为一体的环状的所述纳米结晶薄带层叠而成的层叠体。

3.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述着色的氧化膜的区域比所述未着色的氧化膜的区域广。

4.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

在所述多个纳米结晶薄带之间的面中，所述未着色的氧化膜比所述着色的氧化膜多。

5.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述多个纳米结晶薄带的一面作为主体具有着色的氧化膜，另一面作为主体具有显示出金属光泽而未着色的氧化膜。

6.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述层叠体的所述纳米结晶薄带的双面均作为主体具有显示出金属光泽而未着色的氧化膜。

7.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述层叠体的所述纳米结晶薄带的双面均作为主体具有着色的氧化膜。

8.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述铁芯包括以下纳米结晶薄带中的两种以上：双面均作为主体具有着色的氧化膜的纳米结晶薄带；双面均作为主体具有着色的氧化膜的纳米结晶薄带；一面作为主体具有着色的氧化膜，而另一面作为主体具有显示出金属光泽而未着色的氧化膜的纳米结晶薄带。

9.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

在所述层叠体与所述基板之间或者所述层叠体与所述紧固部之间具有金属板。

10.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述层叠体包括多个层叠体。

11.根据权利要求10所述的铁芯，其中，

所述多个层叠体的所述纳米结晶薄带的层叠数不同。

12.根据权利要求10所述的铁芯，其中，

所述多个层叠体包括一片所述纳米结晶薄带。

13.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

所述层叠体通过固定手段而一体化。

14.根据权利要求13所述的铁芯，其中，

所述固定手段是粘结剂。

15.根据权利要求14所述的铁芯，其中，

所述粘结剂涂敷于所述层叠体的层叠端面。

16.根据权利要求14所述的铁芯，其中，

所述粘结剂接受了热过程。

17.根据权利要求13所述的铁芯，其中，

所述固定手段是机械式紧固机构。

18.根据权利要求1所述的铁芯，其中，

在所述层叠体或者所述纳米结晶薄带的层的成为上下最外层的至少某一方设置有金属板。

19.一种电动机，

其将权利要求1所述的铁芯用于定子。