专利名称：转子磁体、电动机和步进电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转子磁体和一种电动机。
正如所熟知的，永久磁体用途广泛，并且在使用中，永久磁体作为电子设备(特别是小型电动机)的组成元件保持重要的位置，尤其是作为转子磁体。永久磁体的性能已经逐年提高，并且其磁性材料已经从阿尔尼科铁铝镍钴合金改变成铁氧体磁体，此外，近年来，已经采用了具有更大磁通量密度的材料，如钐-钴(SmCo)系磁体或钕铁硼(NdFeB)系磁体。
众所周知，永久磁体的广泛使用是多样化的，并且在使用中，永久磁体作为电子设备的组成部件保持重要的位置，特别是小尺寸电动机，尤其是作为转子磁体。永久磁体的性能逐年进步，其磁性材料已经从铝镍钴合金变化为铁氧体，近年来，已经采用了具有更大磁通量密度的材料，如钐钴(SmCo)系列磁体或钕-铁-硼(NdFeB)系列磁体。
作为这些永久磁体，众所周知的是通过烧结来自金属元素的复合体构成的烧结体或通过把磁粉和树脂粉末(树脂粉末作为粘结剂)混练并成型其混合物构成的树脂粘结磁体(日本专利公开No.87634/1994中更常用)。
一般来说，认为磁性各向异性磁体的磁体性能高于磁性各向同性磁体的磁体性能。各向异性NdFeB系列磁体的最大能积(BHmax)大于各向异性SmCo系列磁体的最大能积，所以，即使以小的形状形成磁体，也可以提供更高的磁能，并且在希望获得相同的磁能量时，磁体尺寸可以减小。从不同的观点来看，在使用各向异性SmCo系列磁体的情况下，与各向异性NdFeB系列磁体相比，磁体尺寸不能减小。
然而，在使用各向异性的NdFeB系列磁体作为电动机的转子磁体时，由于其磁粉大(尺寸100-200微米)，引起磁粉在磁体中密度的偏差，因此，引起在各个极处产生磁通量的偏差。
即，在意欲使转子磁体尺寸减小时，产生增大转子磁极偏差的问题，在电动机中不应该存在这样的问题。
为了解决上述问题，通过在树脂粘合剂中混合SmFeN磁粉并把其混合物以希望的形状成型，形成根据本发明的电动机用转子磁体。此外，将包含上述转子磁体的转子设置在根据本发明的电动机中。所以，转子和电动机可以小型化，同时提高转子中磁极位置的精确度。
图1是根据本发明的一种实施方案的部分剖开透视图；和图2是表示根据本发明的一个实施方案的转子磁体组装到步进电动机用转子上的状态的截面图。
本发明的一个实施方案的解释将给出如下。图1表示通过以圆筒形形成转子磁体所形成的步进电动机用转子磁体。通过把各向异性的SmFeN(一般称为铁钐氮化物、钐铁氮或氮化钐铁等)的粉末与作为粘结剂的环氧树脂或聚酰胺树脂捏合然后成型，已经生产了本发明中所用的转子磁体材料。在某些情况下可以使用低熔点金属(Zn、Pb或焊料)作为结合剂。各向异性的SmFeN(磁粉)的粉末具有颗粒的形状，其尺寸最大约10微米。偶尔，上述各向异性的NdFeB系列磁粉是成块的，粉末尺寸为100-200微米。即，各向异性SmFeN磁粉的尺寸为各向异性NdFeB系列磁粉尺寸的1/10-1/20。在根据本发明的转子磁体中，因为磁粉的颗粒尺寸小，磁粉致密且均匀填充。
转子磁体密度约4.8g/cm3并小于各向异性NdFeB系列转子磁体的密度5.4g/cm3。这在增大牵入扭矩、降低电动机重量、减小惯性方面是有效的。
在本实施方案中，通过捏和91重量％各向异性SmFeN磁粉、9重量％的聚酰胺树脂作为粘结剂和改性材料，然后在磁场中注射成型所生产的粘合磁体已经用作转子磁体。上述各向异性SmFeN磁粉的组成大致如下Sm(钐)22重量％、Fe(铁)67重量％和N(氮)2重量％。磁体中磁粉的体积含量为56.9％，最大能积(BHmax)为100.03×103J/m3(焦耳/立方米)。此外，当所述磁体用四磁极磁化时，磁体的表面磁通量约为0.35T(特斯拉)。顺便提一下，包含93重量％的各向异性SmCo1-5系列磁粉的磁体的最大能积约为64×103J/m3(焦耳/立方米)。
如图1所示，通过防锈处理在上述成型产品2的整个表面上形成涂层3，形成转子磁体1。在表面上形成涂层3的过程中，使用一种包括磷酸盐的环氧树脂型烘焙型涂料，作为金属用底涂层耐腐蚀涂料。具体地，作为包含磷酸盐的涂料，使用包括磷酸铝作为耐腐蚀颜料的涂层(下文称为“磷酸铝型涂料”)，所述涂层在成型产品2的整个表面上形成，且涂敷的产品2在125℃烧结1-2小时，从而把涂层粘结在磁体表面上。结果，在表面上提供了包括有光泽的耐腐蚀涂层3的转子磁体1。
当转子磁体1的截面结构放大并被考察时，虽然在表面不同位置上结构不同，但是发现，一个涂层时的涂层3厚度为20-40微米，两个涂层的厚度为40-80微米，并且未发现涂层的剥离或开裂。
然后，把转子磁体1在常温下浸在生理盐水中，研究生锈的存在与否；即使在120天后，根本没有发现生锈。另外，在一般的环氧树脂型树脂涂料涂敷在相同种类的磁体表面上的情况下，在类似的实验中，三天后就生锈了。此外，把转子磁体1浸在10％的盐酸溶液(形成更苛刻的环境)，转子磁体1保持20天不变。
防锈作用如上所述这样高的原因认为是因为在SmFeN磁体和磷酸铝型涂料之间的结合非常好。即，认为在SmFeN磁体中包含的Fe成分中以不稳定的Fe存在是生锈的原因，通过使用包含用于防锈的磷酸盐的涂料进行的涂覆处理的化学反应，形成了耐腐蚀性和粘结性能优异的致密磷酸盐涂层。
上述磷酸盐涂覆处理的化学反应通过下列化学方程式表示。
…(1)…(2)…(3)上述化学方程式(3)中的Fe(H2PO4)2(磷酸氢铁)形成具有高粘结性能且耐腐蚀性优异的涂层。
图2表示上述转子磁体1作为小型步进电动机的转子4的转子磁体而进行组装的实施例。转子4通过压力配合转子齿轮5的轴部分(包括硬塑料模塑产品)到转子磁体1中制成。
转子磁体1获得非常大的磁通量密度，如上所述，所以，当其以单一部件的状态磁化时，磁体相互吸引在一起，分开磁铁比较麻烦，因此，通常在使两个部件形成整体以后进行磁化。关于磁体的极性，在形成为环形的圆周上交替用N极和S极磁化所述磁体。
通过交替切换包围转子磁体1的定子6的激励极性，使得转子4可以旋转。
此外，在上述实施方案中使用的各向异性SmFeN磁体成分的比例只是一个实施例，具有其它成分比例的各向异性SmFeN磁体也可以使用。此外，关于包含防锈磷酸盐的涂料，可以使用包含例如磷酸锌的涂料作为代替。而且，在使用包含磷酸锌的涂料时，只是将上述化学反应方程式中的铝用锌取代，自然地，具有高粘结性能和优异的耐腐蚀性的Fe(H2PO4)2的形成保持不变。
此外，当在难以产生锈的环境下使用步进电动机时，可以不提供上述涂层。在这种情况下，省去涂层形成处理，因此可以降低制造成本。
通过把SmFeN磁粉与树脂粘结剂混合并把混合物成型成希望的形状，形成了根据本发明的转子磁体。所以，与传统的各向异性稀土磁体相比，该磁粉是细的，所述磁粉均匀填充，因此，可以减小磁化的波动，并且可以生产具有小直径多磁极的转子磁体。
此外，最大能积大于使用各向异性SmCo磁粉形成的磁体，并且即使在转子磁体尺寸减小时，也可以防止电动机性能降低。
减小转子磁体尺寸有利于减小总体电动机的尺寸。而且，通过减小转子磁体尺寸可以增大线圈的数量，因此，提供了大于减小转子尺寸之前形成的磁体中的起磁力，所以，这又等于增大了电动机的扭矩。
所以，根据本发明，通过使用具有大磁能量和细磁粉的SmFeN磁粉，可以实现小型化的转子磁体，而没有降低电动机的输出，从而实现了等同于电动机尺寸减小且形成电动机高扭矩的作用。
权利要求
1．一种转子磁体，通过在树脂粘合剂中混合SmFeN磁粉并把其混合物成型成希望的形状而形成。
2．一种包括根据权利要求1的转子磁体的电动机。
3．一种包括根据权利要求1的转子磁体的步进电动机。
全文摘要
提供一种小尺寸并具有高磁能量的转子磁体,转子磁体1采用通过用粘合剂如聚酰胺粘合SmFeN磁粉形成的粘结磁体。以NdFeB磁粉的约1/10的尺寸提供SmFeN磁粉,所以,可以使磁体中磁粉的密度均匀致密,因此,在磁化多个磁极时,没有磁极的波动偏差,并且转子可以小型化,因为磁体的最大能积高于SmCo系列磁体。
文档编号H01F7/02GK1315772SQ0111135
公开日2001年10月3日 申请日期2001年3月14日 优先权日2000年3月24日
发明者相泽正美, 伊藤彰浩 申请人:精工精密株式会社