具有芯结构且磁路为三维构造的电机的制作方法

专利名称：具有芯结构且磁路为三维构造的电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新式电机，所述电机具有定子或转子芯结构，其中磁路设计为三维构造，比如步进电机、线性电机、无电刷电机(brush-lessmotor)和轴向间隙电机(axial gap motor)。
背景技术：
(现有技术)[专利文献1]日本专利申请公开No.Hei 05-308768[专利文献2]日本专利申请公开No.Hei 08-242572[专利文献3]日本专利申请公开No.Hei 09-56139[专利文献4]日本专利申请公开No.Hei 09-65638[专利文献5]日本专利申请公开No.Hei 09-182329[专利文献6]日本专利申请公开No.Hei 09-233737[专利文献7]日本专利申请公开No.Hei 11-127548电机包括磁性材料制成的芯和作为导体的线圈。为了减少涡电流以及增加饱和磁通密度，在很多情况下，软磁芯一般由薄硅钢片的叠片制成，其中所述硅钢片由包含有硅的钢构成。基本上，任何软磁性物质可以用来制造电机磁芯。因此，如果可以降低电机效率，就可以用具有低导磁率的材料或钢块制造芯。然而，没有这样的材料用于生产的实际例子。
上述电机的现有技术公开在[专利文献2]、[专利文献3]及[专利文献4]中，其中在[专利文献2]中，压粉铁芯用作定子芯，而在[专利文献3]和[专利文献4]中，烧结压粉铁芯用来制作步进电机的定子芯。这些文献公开了用压粉铁心制造电机的方法。根据这些文献的定子结构是以通过用压粉铁芯替换普通电机的定子芯来制造电机的方法为基础的。
示出使用压粉铁芯制造步进电机的定子磁轭的实例，[专利文献5]公开了使用包含有铁磁性和非磁性部分的合成烧结物质制造转子的实例。[专利文献6]给出使用软磁性材料的烧结体制造转子的实例，[专利文献7]示出利用硬磁性金属玻璃制造步进电机的转子的实例。

发明内容
(本发明将要解决的问题)在现有技术中，考虑到叠合钢片的磁特性，电机的磁路是围拢经过两维平面的磁通流动的磁路。由此，定子与转子之间的磁路仅用于通过它们之间两维平面的磁通流动。另一方面，诸如压粉铁芯或烧结芯等软磁材料以这样的方式构造磁性物质为三维且以非定向方式呈现均匀；它不是以这样的方式构造薄片通过绝缘层叠合。这样使对应两维平面上的磁通的涡电流产生在垂直于两维平面的平面上，结果降低了电机效率，并且芯温度升高。
压粉铁芯或烧结芯的最大饱和磁通密度和导磁率低于铁的最大饱和磁通密度和导磁率。这样就需要较大的磁场密度来获得同样的磁通密度。从而导致电流值的增加，降低了电机效率，并且由于高的线圈温度而增大了芯损耗。
此外，如果作为粘合剂的树脂量有所增加，由于不足的机械强度和冲击或过度应力作用下易损的特性，磁特性会降低。
因此，本发明的目的是提供一种高效率的电机，其效率等于或优于使用硅钢片的电机效率，所述电机可以通过简单的制造方法获得，并且降低了芯损耗，这是通过在定子或转子中至少一个上使用烧结金属或压粉铁芯来减少用于生产的人力而获得的。
(解决问题的方法)注意到磁性烧结金属或压粉铁芯的三维、非定向特性，本发明提供一种电机，其特征在于形成三维磁路，以提供允许在所述定子与转子之间流动的主磁通沿三维方向改变的磁结构，使用具有三维、非定向特性的补充结构来替换使用传统硅钢片的仅用于两维平面的磁路，从而使获得的性能等于或优于使用传统硅钢片的结构的性能。
换言之，本发明允许形成三维磁路，该结构允许定子会聚转子一侧上磁铁的大量磁通势。具体地说，所述结构以这样的方式设计磁铁沿轴向的长度大于由磁性烧结金属制成的定子芯沿轴向的叠合厚度，大量的磁通可以从磁铁沿叠合厚度方向经芯的末端被聚集。此外，即使在磁铁的长度与定子芯T形物的尖端的叠合厚度相同时，如果线圈缠绕部分的叠合厚度降低到磁体长度以下，从T形尖端进入的磁通也可以随着线圈磁通匝连数增加。
本发明提供一种包括定子和转子的电机，其中上述定子或转子中任一个具有磁铁，而另一个具有磁性物质。该电机的特征在于在上述定子与转子之间流动的主磁通的密度根据该电机的磁结构在三维方向上变化。具体来说，该电机被设计为具有这样的磁结构在上述定子与转子之间流动的主磁通的密度沿三维方向改变，并且至少部分上述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
优选本发明磁粉的聚合体由压粉铁芯或烧结金属制成。使用具有或不具有氧化膜的磁粉，利用有机树脂粘合剂或无机粘合剂将压粉铁芯形成预定的形状。以类似的方式，通过烧结磁粉形成烧结金属。
此外，本发明提供一种包括定子和转子的电机，其中上述定子或转子中任一个具有磁铁，另一个具有磁性物质。该电机的特征在于部分磁性物质由磁粉的聚合体组成。
此外，本发明提供一种包括定子和转子的电机，其中上述定子或转子中任一个具有磁铁，另一个具有磁性物质。该电机的特征在于具有允许主磁通密度沿三维方向改变的磁结构，其中上述磁性物质中主磁通沿两维平面流动的部分由硅钢片形成，而主磁通沿三维方向改变的部分由磁粉的聚合体形成。
再进一步，本发明提供一种包括定子和转子的电机，其中上述定子或转子中任一个具有磁铁，而另一个具有磁性物质。该电机的特征在于以下结构中的任一结构所述电机具有上述定子和转子沿轴向的长度不同的磁结构；所述电机具有定子和转子沿轴向的长度不同的磁结构，并且至少部分磁性物质由磁粉的聚合体组成；磁性物质由一体喷射模塑至硅钢片的叠片上的压粉铁芯或烧结金属形成；至少部分磁性物质由松散磁性金属玻璃(bulky magnetic metallic glass)组成；磁性物质由一体喷射模塑至上述硅钢片叠片上的松散磁性金属玻璃形成。
再进一步，本发明提供一种电机，其包括定子，其具有缠绕在磁性物质上的线圈；及具有磁铁的转子，其中该转子设在上述定子的外周边或内周边上。该电机具有磁铁沿轴向的长度大于定子沿轴向的长度的磁结构，并且至少部分磁性物质由磁粉的聚合体组成。
再进一步，本发明提供一种电机，包括定子，其具有磁性物质、缠绕在上述磁性物质上的线圈以及设在上述磁性物质磁极的尖端上的多个极齿，及转子，其具有磁铁、位于磁铁两侧上和其外周的磁性物质以及设在磁性物质磁极的尖端上的多个极齿，其中所述磁性物质将所述磁铁夹在中间，并且两者彼此不接触。该电机进一步的特征在于定子和转子中至少一个的至少一部分磁性物质由压粉铁芯或烧结金属形成。
对于步进电机或类似物的三维磁路，可以使用压粉铁芯和烧结金属芯，以形成芯后部，而形成T形尖端和线圈的硅钢片保持不变。这样可以改善整个的导磁率，从而改善电机性能。根据该生产方法，由硅钢片的冲制叠合层制造的T形部分放置在烧结芯模塑模中，在这种条件下通过烧结形成芯后部。插入的硅钢片和烧结芯混合材料在任何需要的地方彼此互补，从而可以提高电机效率。
相类似地，对于线性电机或轴向间隙型电机，通过使用烧结芯和压粉铁芯用在磁通矢量具有三维变化的部分中的结构，可以提高整个电机效率。
具体来说，本发明提供一种包括环形定子和环形转子的电机，其中所述定子或转子中任一个具有磁铁，另一个具有磁性物质。该电机进一步的特征在于在所述定子与转子之间流动的主磁通根据该电机的磁结构沿三维方向改变；可选地是，在所述定子与转子之间流动的主磁通根据该电机的磁结构沿三维方向改变，并且至少部分磁性物质由磁粉的聚合体组成。
具体来说，本发明提供一种电机，其包括具有环形磁性物质和设置在表面中一个表面上的多个线圈的定子以及具有环形磁铁的转子。该电机进一步特征在于向所述转子凸起的磁性物质形成在所述线圈的内周边；向所述转子凸起的磁性物质形成在所述线圈的内周边，并且至少部分磁性物质由压粉铁芯或烧结金属组成；或向所述转子凸起的磁性物质形成在所述线圈的内周边，并且至少部分磁性物质由磁粉的聚合体组成。
再进一步，本发明提供一种电机，其包括非磁性圆柱物质、以同心圆形式缠绕在非磁性圆柱物质上的线圈以及在圆柱物质的内周边上的环形磁铁，其中线圈嵌入在磁粉的聚合体中。
如上所述，当作为软磁材料的磁性金属玻璃合金的松散材料用在电机中时，利用该材料用在电机磁通经过不同平面的部分中的结构，可以提高电机效率。
以下描述构成作为本发明磁粉聚合体的压粉铁芯或烧结金属的磁性金属。在任何情况下，都要准备软磁金属粉末和粘合剂(有机粘合剂)，并通过捏和机将它们捏和，以获得捏和物质，该捏和物质由注模机模塑，然后烧结产生磁性金属制品。
使用的材料包括低碳钢；Fe-Si基金属材料，其包括重量比占1.0-8.0％的Si，更优选的是，Si的重量比为1.5-6.5％；铝硅铁粉，其包括加入其中且重量比占13-8％的A；Fe-Si-B基金属材料，其包括重量比与上述量相同的Si和重量比占0.2-3％的B；Fe-Ni基金属材料，其包括重量比占70-85％的Ni，或部分Ni由Co代替的材料。为了实现诸如改善磁特性的各种目的，优选Mn、Cr、Mo、Cu、P、V、Ti、Ga、Zr、Zn中至少一种元素和各种类型的稀土元素加至上述的材料中。所使用的金属粉末的平均微粒直径优选在5至100微米，更优选地是，在5至50微米。在任何类型的金属粉末中，使用具有或不具有氧化膜的材料。
粘合剂可以由诸如聚乙烯和聚丙稀等烯烃基树脂，丙烯酸树脂，诸如聚苯乙烯等苯乙烯基树脂，诸如聚酰胺、聚酰亚胺、聚脂、聚醚、液晶聚合物和聚苯硫醚等各种类型的热固树脂，或各种类型的蜡和石蜡，或这些材料的两种或多种混合物。加入的粘合剂的量大约占重量比的2至50％，更优选为重量比占2至10％。
附图简述

图1A至1C是轴向间隙型电机的透视图，其中根据本发明的烧结金属或压粉铁芯用作芯，以及磁通流动的横截面视图；图2A至2B示出烧结金属或压粉铁芯的叠层制品和硅钢片的磁通流动；图3示出烧结金属或压粉铁芯的叠层制品的磁特性与硅钢片的磁特性之间的差异；图4A至4C是用来形成部分定子芯的根据本发明的烧结金属或压粉铁芯的横截面视图和透视图，以及制造方法的横截面视图；图5A至5C是具有三维磁路结构的步进电机的透视图，其中使用了根据本发明的烧结金属或压粉铁芯，以及磁通流动的横截面视图。
图6A至6C是用来形成步进电机的一部分的根据本发明的烧结金属或压粉铁芯的透视图，其中所述步进电机具有三维磁路结构，以及制造方法的横截面视图；图7是本发明的轴向间隙型步进电机的透视图，以及磁通流动的横截面视图；图8A至8B是用来形成轴向间隙型电机的一部分的根据本发明的烧结金属或压粉铁芯的透视图，其中所述轴向间隙型电机具有三维磁路结构；图9是本发明的线性电机和磁通流动方向的透视图；图10A至10B是用来形成线性电机的一部分的根据本发明的烧结金属或压粉铁芯的透视图和横截面视图，其中所述线性电机具有三维磁路结构；及图11示出本发明各种磁性材料的导磁率与饱和磁通密度之间关系。
具体实施例方式
(实施例1)图1A至1C是根据本发明的外摆线磁性电机(epicycloidal magneticmotor)的实例。图1A是所述电机的部分透视图。图1A示出构成这样部分的定子芯结构在所述部分处，磁通矢量的方向改变至不同于磁路中相同平面的空间。在本实施例中，转子磁铁3沿轴向的长度(t2)设置在25mm，而定子芯1沿轴向的叠片厚度(t1)设置为15mm。
图1B是现有技术的电机和磁通流动的横截面视图，其中所述现有技术的电机中，硅钢片被叠合。在这种情况下，来自转子磁铁3的磁通进入垂直于X-Y平面的定子芯1。因此在这个二维平面中，磁通仅流至与定子芯1的X-Y平面区域相同的区域。
图1C是图1A中所示整个定子芯1由烧结金属和压粉铁芯构成情况下的横截面视图。并且示出了磁通的流动。在所示情况下，可以看到从转子磁铁3至定子芯1中的磁通流入提供了一种二维方向上的流动，其中磁通除了在X-Y平面上改变外，还沿Z方向改变。由于定子1由烧结金属和压粉铁芯制成，因此以非定向方式在构成它们的单个粉状磁性材料中形成易磁化的轴线。来自转子磁铁3的磁通可以接收轴向上沿定子磁铁3的整个长度而到达的磁通，结果可以改善电机效率。
图2A至2B示出磁通的流动。图2A示出烧结金属和压粉铁芯的结构。图2B是硅钢片的结构的模型图。本发明的烧结金属和压粉铁芯具有围绕包含细铁粉的粉末5形成的绝缘层6，如图2A所示，作为粘合剂的有机材料7将离子粉末的绝缘微粒聚集在一起，以形成烧结金属和压粉铁芯。沿着来自转子磁铁3的磁通的流动可以沿任何方向接收磁通。此外，图2B所示现有技术的硅钢片8由包含Si的Fe-Si合金构成。由无机材料或有机材料制成的绝缘薄膜9形成并叠合在所述硅钢片8的表面上。来自转子磁铁3的磁通仅沿一个方向行进。
图3示出了压粉铁芯和硅钢片的磁特性。在硅钢片的磁特性中，在X-Y平面上的最大饱和磁通密度高，导磁率也高。然而，尽管沿叠合方向的磁特性依赖于叠合的空间系数，沿叠合方向的磁特性还是被极大地降低，低于沿X-Y平面的磁特性。另一方面，压粉铁芯或烧结金属的磁特性中最大饱和磁通密度和导磁率均低于硅钢片在X-Y平面中的最大饱和磁通密度和导磁率。然而，由于特性是非定向的，在X-Y平面和Y-Z平面上是相同的，因此它们远远高于硅钢片沿叠合方向的特性。由此，具有如图1C所示结构的电机使用压粉铁芯，从而可以在定子芯1的末端处在Z方向上获取宽范围的转子磁铁3的磁通流动。如图3所示，压粉铁芯或烧结金属在3,000至50,000A/m间的磁特性与硅钢片的X-Y平面上的相同，并且在硅钢片的Z方向上显示出优良特性，从而改善了电机效率。
在本实施例中，准备了五种类型的软磁金属粉末(每种软磁金属粉末均具有大约30微米的平均微粒直径，并且在表面上有或没有氧化膜)低碳钢，Fe-Si合金粉末(其中Si重量百分比为3.5％)，Fe-Si-B合金粉末(1％的B加入其中)，Fe-Si-Al合金(铝硅铁粉)粉末，及F-Ni-Co-Si-Mn合金(超透磁合金，其中Ni的重量百分比为77％，Co的重量百分比为0.3％，Si的重量百分比为1％，Mn的重量百分比为0.5％)，以及作为粘合剂的聚乙烯。它们混合，这样粘合剂的重量百分比将会是2％。它们由捏和机混合，以得到捏和物质。然后该捏和物质由注模机模塑，以制成形如图1A至1C所示的定子芯的制品。在这种情况下，在模具温度为140℃、喷射压力为1,000kg/cm2时实施模塑。以这种方式获得的模塑产品在400℃下进行去除粘合剂处理。然后，在1×10-5Torr的真空中以300℃对所述产品进行烘烤，以获得由金属烧结体构成的定子芯1。
(实施例2)图4A至4C示出了图1A至1C中使用了内摆线磁铁(hypocycloidalmagnet)的电机实例。图4A是横截面视图。图4B是装配程序的透视图。图4C是通过喷射模塑法整体形成的横截面视图。在本实施例中，实例示出了仅有定子芯1的末端是由烧结金属制成的情况。它示出了在定子芯1与转子磁铁3之间流动的主磁通通过烧结金属4沿三维方向改变。此外，硅钢片放置在有效使用硅钢片沿X-Y方向的特性的中心处。仅仅是在尖端处的一部分压粉铁芯或烧结金属由压粉铁芯或烧结金属补充。来自转子磁铁3的磁通提供通向硅钢片的直线磁通流动和沿三维方向通向压粉铁芯或烧结金属的磁通流动。通常，定子芯1设有绕组，这样在很多情况下，转子磁铁的长度可以大于定子芯1的叠合厚度距离。在这种情况下，只有硅钢片的叠合制品不能有效地吸收磁铁的磁通。因此，惯例上保证定子芯1的叠合厚度与磁铁的长度相同。并且，可以设置这样的结构其中，通过单独在末端上使用烧结金属和压粉铁芯可以有效地利用磁铁的较长部分的磁通。
由于通过烧结可以模塑定子芯1，因此可以形成所期望的T字形状。从而结构可以以这样的方式设置末端厚，而线圈绕组部分薄。此外，由于粘合剂提供绝缘，因此也可以用作绝缘件。烧结金属和压粉铁芯可以用作绕组绕线筒材料，如图4B所示。该结构除了具有图4A所示结构的效果外，还具有作为绝缘件的功能。当它用作绕组绕线筒材料时，在模塑烧结金属和压粉铁芯之后，通过用电镀或塑性模塑制造薄绝缘膜，可以改善绝缘可靠性。图4B示出分离式的产品。如图4C所示，利用硅钢片使整个定子芯1形成为整体。
下面描述制造末端时使用喷射模塑法的制造方法，如图4C所示。除了经过单独模塑形状的程序外，硅钢片的叠合部分插入图4C所示的模子中，图4B所示的烧结金属和压粉铁芯可以整体形成为一体。在这种情况下，如果通孔设置在叠合钢板中，则模塑的压粉铁芯或烧结金属填充在作为机械结构的杆4b的叠合硅钢片中。与只模塑末端的情况相比，这样增加机械强度。该结构提供一种改进了机械强度的压粉铁芯或烧结金属构成的电机定子。用于烧结金属和压粉铁芯的材料与实施例1中示出的材料相同。
(实施例3)图5A是在混合(HB)型步进电机的结构中使用压粉铁芯或烧结金属的实例。图5A是透视图，图5B是它的横截面视图。图5C示出了定子磁通矢量，并示出磁通怎样流动。HB型步进电机的磁通流动的描述如下由插入转子的磁铁提供磁通势，从N极发出的磁通通过定子芯1与转子的小齿轮(pinion)啮合的部分((a)的第一极)进入定子，并且在经过定子后，返回至N极一侧上的定子与转子的小齿轮啮合的部分。在定子芯1与转子磁铁3之间流动的主磁通沿三维方向改变。
在图5B所示的本实施例中，根据本发明的压粉铁芯或烧结金属用来一体形成转子磁铁3的两端部和外围，其中所述转子磁铁3固定在围绕它的轴15上，并且彼此不接触。
由于旋转而发生的磁通改变示出在图5C中。在HB型步进电机的定子上，磁通在Z方向上发生改变。然而，构成该步进电机定子芯1的材料是硅钢片的叠合制品，因此在Z方向上的导磁率和最大饱和磁通低，结果电机效率降低。然而，本实施例允许通过使用压粉铁芯或烧结金属制造该电机的定子芯来提高效率。当使用压粉铁芯或烧结金属制造整个定子芯时，必须考虑通过诸如增加T形尖端上的小齿轮的体积(增加叠合厚度)来增加流入的磁通，如实施例1所述。
对图5中磁通矢量的观察揭示出磁通在Z方向上的改变只是在定子芯1的芯后部中较大。这意味着可以通过仅在该芯后部中使用压粉铁芯或烧结金属来提高效率。该芯后部原本不需要使硅钢片达到饱和这样高的磁通密度。由此，压粉铁芯或类似物的磁特性已足够了，并且这也是一个优势。
在本实施例中，对于定子芯1和转子或两者任一的部分或整体，一方面形成磁铁和磁性物质，另一方面形成磁性物质。磁性物质由根据本发明的压粉铁芯或烧结金属形成。
图6A是只有定子芯1的芯后部由压粉铁芯或烧结金属形成时的透视图。图6B是制造方法的横截面视图。如图6A所示，需要具有高磁通密度的T形部分和它周围区域由硅钢片形成(在有些情况中，绕线筒用作如实施例1中的补充物)，在T形部分的芯后部由压粉铁芯或烧结金属形成。在这种情况下，有一种零件被制造并被连接在一起的装配方法。硅钢片用在定子芯1的T形部分，如图6B所示，整个芯后部由压粉铁芯或烧结金属一体形成。如图6C所示，定子芯1的T形部分的硅钢片插入在模子中，整个芯后部根据压粉铁芯或烧结金属的喷射模塑方法一体制造。同时，该方法允许改善模塑产品的机械强度。烧结金属或压粉铁芯与实施例1中所述描述的相同。
(实施例4)图7是根据本发明的轴向间隙电机的结构的透视图。本实施例示出将压粉铁芯或半成品用于轴向间隙型电机的定子芯和转子。该电机的特征在于由扁平板环形转子磁铁3和扁平板环形定子芯1构成。作为转轴的轴形成在扁平板环形定子磁铁3上。与径向间隙型电机(radial gaptype motor)(见图1和4)相比，主磁通的流动是三维的。
与线圈10相连的磁通流经线圈10的缠绕部分。与线圈10相连的磁通流至磁通，但该磁通是沿周边方向在芯后部上流动的。该电机没有将磁通的流动限制为仅流过X-Y平面。一般，作为低档电机的这种小尺寸电机使用气芯线圈，在很多情况下不使用磁性物质。对于在大尺寸电机中形成轴向间隙电机的，使用磁性物质是很重要的。当将要形成定子和转子时，使用压粉铁芯或烧结金属是很有效的。
图8A至8B示出使用烧结金属的轴向间隙型电机的定子实例。图8A是由压粉铁芯或烧结金属形成整个磁性物质的实例的透视图。在该情况中，压粉铁芯或烧结金属与定子芯1和从线圈10内周边凸起的T型顶端一体模塑，以便不产生接头或装配结构。在图中，省略了定子芯1的下半部。它与上半部的结构相同。这是用来满足作为轴向间隙电机的一个特性的这样的机械强度所述机械强度足以承受由于大于转动扭矩的磁吸力作用在T形上而产生的吸力。压粉铁芯或烧结金属的机械强度低于钢板的机械强度，这样就必须通过使用一体结构来改善强度。
图8B是用压粉铁芯或烧结金属补充芯后部部分的结构的透视图。在图中，省略了定子芯1的下半部。它具有与上半部相同的结构。因为仅有芯后部的T形基底引起磁通矢量的90度改变，所以该部分由压粉铁芯或烧结金属补充，而其他部分凸起至线圈10的内周边。硅钢片沿轴向放置，以沿径向实施叠合，从而可以获得高效的电机。根据实施例1和2中所示的部件组合和插入模塑方法可以实现这种制造。
(实施例5)图9是特征在于具有三维结构的线性电机的透视图。压粉铁芯或烧结金属可以用于各种类型的线性电机。如上所述，该线性电机没有将磁通的改变限制在X-Y平面上，因此通过在整个磁性物质上或磁通三维变化的部分使用压粉铁芯或烧结金属，可以提高电机效率。
图10A至10B示出线性电机的三个线圈由烧结金属覆盖以获得一体形状的本发明的实例。图10A是三个线圈被部分打开的整个结构的透视图。图10B是其横截面视图。前述的制造方法可以用在该情况中。在本实施例中，通过使用压粉铁芯或烧结金属作为磁性物质来一体形成三个线圈10-U、10-V和10-W。这样可以实现其变化为三维的主磁通的有效操作，结果可以改善磁铁3的定位精度。
(实施例6)图11示出各种磁性材料的导磁率(μe)与饱和磁通密度(T)之间的关系。磁性物质包括磁性金属玻璃材料，所述磁性金属玻璃材料可以具有高于硅钢片磁通密度和导磁率的磁通密度和导磁率，如图11所示。代替根据实施例1至5的压粉磁铁或烧结金属，通过在以三维方式具有非定向特性的三维结构的电机中使用该材料，或通过在具有三维磁通改变的部分中局部使用该材料可以进一步提高电机效率。此外，该材料具有极高的芯损耗特性，因此通过减少芯损耗可以极大地提高电机效率，并可以以更紧凑的结构设计电机。此外，即使在高频区域中也没有芯耗损(涡电流损耗或磁滞损耗)，因此该材料确保极大地提高作为高速电机的高频脉冲驱动电机和步进电机的效率。
(本发明的效果)本发明提高了具有三维磁路的电机的效率，并且减小了电机尺寸。与冲制叠合层的结构相比，由于可以通过模塑操作制造压粉铁芯或烧结金属，因此将会节省人力和提高材料的产量，并且不会丧失电机性能，结果将会提供经济的电机。此外，本发明提供改进了绕组空间系数和允许用铁芯围绕绕组的结构。这样确保线圈产生的热量通过热传导释放至芯，并且提供具有优良温度特性的电机。同时，将通过减少芯耗损确保极大地提高高频电机的效率。
权利要求
1.一种电机，包括定子和转子，其中所述定子或转子中任一个具有磁铁，而另一个具有磁性物质；所述电机的特征在于在所述定子与转子之间流动的主磁通根据所述电机的磁结构在三维方向上变化，并且至少部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
2.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
3.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于具有允许主磁通沿三维方向改变的磁结构，其中所述磁性物质中主磁通沿两维平面流动的部分由硅钢片形成，而主磁通沿三维方向改变的部分由磁粉的聚合体形成。
4.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于具有所述定子和转子沿轴向的长度不同的磁结构。
5.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于具有所述定子和转子沿轴向的长度不同的磁结构，其中至少部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
6.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于所述磁性物质由一体喷射模塑至所述硅钢片的叠片上的磁粉聚合体形成。
7.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于至少部分所述磁性物质由松散磁性金属玻璃组成。
8.根据权利要求1所述的电机，其中所述电机的特征在于所述磁性物质由一体喷射模塑至所述硅钢片的叠片上的松散磁性金属玻璃形成。
9.一种电机，包括定子，其具有缠绕在磁性物质上的线圈；及具有磁铁的转子，所述转子设在所述定子的外周边或内周边上；所述电机的特征在于具有磁铁沿轴向的长度大于定子沿轴向的长度的磁结构，其中至少部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
10.一种电机，包括定子，其具有磁性物质、缠绕在所述磁性物质上的线圈以及设在所述磁性物质磁极的尖端上的多个极齿；及转子，其具有磁铁；位于所述磁铁两侧和其外周的磁性物质，其中所述磁性物质将所述磁铁夹在中间，并且两者彼此不接触；以及设在所述磁性物质磁极的尖端上的多个极齿。
11.一种电机，包括定子，其具有磁性物质、缠绕在所述磁性物质上的线圈以及设在所述磁性物质磁极的尖端上的多个极齿；及转子，其具有磁铁；位于所述磁铁两侧和其外周的磁性物质，其中所述磁性物质将所述磁铁夹在中间，并且两者彼此不接触；以及设在所述磁性物质磁极的尖端上的多个极齿；所述电机进一步的特征在于所述定子和转子中至少一个以这样的方式设计至少一部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
12.一种电机，包括环形定子和环形转子，其中所述定子或转子中任何一个具有磁铁，另一个具有磁性物质；所述电机的特征在于在所述定子与转子之间流动的主磁通根据所述电机的磁结构沿三维方向改变。
13.根据权利要求12所述的电机，其中所述电机的特征在于在所述定子与转子之间流动的主磁通根据所述电机的磁结构沿三维方向改变，并且至少部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
14.一种电机，包括定子，其具有环形磁性物质和设置在表面中一个表面上的多个线圈，以及转子，其具有环形磁铁；所述电机的特征在于向所述转子凸起的磁性物质形成在所述线圈的内周边。
15.根据权利要求14所述的电机，其中所述电机的特征在于向所述转子凸起的磁性物质形成在所述线圈的内周边，并且至少部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
16.一种线性电机，包括非磁性圆柱物质、以同心圆形式缠绕在所述非磁性圆柱物质上的线圈以及在所述圆柱物质的内周的环形磁铁，其中所述线圈嵌入在磁粉的聚合体中。
全文摘要
为了提供一种电机，其特征在于具有高的效率，所述电机的效率等于或优于使用硅钢片的电机效率，所述电机可以通过简单的制造方法获得，并且降低了芯耗损，所述电机是通过在定子或转子中至少一个上使用烧结金属或压粉铁芯来减少用于生产的人力而获得的。本发明提供一种电机，包括定子和转子，其中所述定子或转子中任一个具有磁铁，而另一个具有磁性物质。所述电机进一步的特征在于在所述定子与转子之间流动的主磁通根据所述电机的磁结构在三维方向上变化，并且至少部分所述磁性物质由磁粉的聚合体组成。
文档编号H02K1/27GK1494195SQ03127900
公开日2004年5月5日 申请日期2003年8月14日 优先权日2002年11月1日
发明者榎本裕治, 日野德昭, 川又昭一, 井出一正, 松田靖夫, 酒井俊彦, 一, 夫, 彦, 昭, 本裕治, 正 申请人:株式会社日立制作所, 日本伺服株式会社