專利名稱：用于馬達(dá)的永磁體,馬達(dá)和磁化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及馬達(dá)，例如包括設(shè)有永磁體的轉(zhuǎn)子的馬達(dá)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，計(jì)算機(jī)已迅速得到了廣泛的應(yīng)用。盤(pán)狀存儲(chǔ)介質(zhì)例如硬盤(pán)和磁光盤(pán)在大多數(shù)計(jì)算機(jī)中被廣泛用作存儲(chǔ)裝置。所述存儲(chǔ)介質(zhì)在設(shè)置在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上的小型馬達(dá)的作用下高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)介質(zhì)中被讀出或被寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)中。
用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的馬達(dá)被設(shè)計(jì)以借助定子線圈生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而作用在設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的永磁體上，由此旋轉(zhuǎn)。
永磁體徑向(沿徑向方向)被磁化并且沿周向以預(yù)定的間距反轉(zhuǎn)極性。更確切地說(shuō)，N極和S極以有規(guī)則的間隔沿內(nèi)周或外周交替出現(xiàn)。在同一間距中具有相同的極性；呈現(xiàn)相同極性的疇數(shù)被叫做極數(shù)。
目前，最廣泛使用的馬達(dá)利用三相交流電勵(lì)磁定子線圈并且旋轉(zhuǎn)具有12極的永磁體。關(guān)于永磁體的尺寸，主要使用外徑約25(毫米)的磁體。
通過(guò)由被安裝到永磁體的內(nèi)周面或外周面上的磁化頭所產(chǎn)生的大磁場(chǎng)對(duì)所述永磁體進(jìn)行磁化。
導(dǎo)線被設(shè)置在磁化頭內(nèi)部，其允許脈沖直流(好幾萬(wàn)安培(A))從其中流過(guò)。
至于用于外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)的永磁體，磁化頭被布置在永磁體的內(nèi)周部分處以磁化所述磁體。這是由于外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)具有朝向永磁體的內(nèi)周面布置的定子線圈，其要求永磁體的內(nèi)周面具有較高的極化性能(在N極和S極之間具有確定的邊界)。簡(jiǎn)言之，磁化頭與永磁體的內(nèi)周面面對(duì)面進(jìn)行布置。結(jié)果是，永磁體內(nèi)周面的極化性能得到改善。
相比之下，在使用用于內(nèi)轉(zhuǎn)子型馬達(dá)的永磁體的情況下，定子線圈被布置面對(duì)永磁體的外周面，由此磁化頭被設(shè)置在永磁體的外周部分處以磁化所述磁體。
絕大部分所述永磁體為稀土永磁體。在稀土永磁體中，由作為各向同性磁性材料的Nd-Fe-B基磁性材料制成的粘結(jié)磁體已得到廣泛的應(yīng)用。
術(shù)語(yǔ)各向同性的意思是磁性材料的磁力方向不沿相同的方向延伸，而是隨機(jī)延伸。對(duì)所述材料進(jìn)行磁化產(chǎn)生磁體。
同時(shí)，術(shù)語(yǔ)粘結(jié)磁體的意思是通過(guò)混合樹(shù)脂與磁性材料以利于磁性材料的模制而得到的磁體。
此外，近年來(lái)，如JP2000-195714A所公開(kāi)，Sm-Fe-N粘結(jié)磁體已開(kāi)始被使用。
然后，在利用Sm-Fe-N粘結(jié)磁體所具有的各向異性制作多極磁體，或者制備耐銹蝕的Sm-Fe-N粘結(jié)磁體方面已做出了多種嘗試；Nd-Fe-B粘結(jié)磁體在耐銹蝕方面處于劣勢(shì)。
在此，術(shù)語(yǔ)各向異性的意思是在磁性材料組成部分中的磁力在相同方向上生成。與磁化各向同性磁性材料所得到的磁體相比，可通過(guò)在先排列磁力方向然后對(duì)材料進(jìn)行磁化而得到具有高磁力的磁體。
硬盤(pán)近來(lái)還被用在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域以外的其它領(lǐng)域，例如數(shù)碼相機(jī)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、或信息設(shè)備中。跟隨這種趨勢(shì)，用于驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)裝置中的通常使用的2.5寸或更小的存儲(chǔ)盤(pán)的小型馬達(dá)的市場(chǎng)需求增加。
響應(yīng)近來(lái)小型硬盤(pán)在便攜式裝置如數(shù)碼相機(jī)或信息設(shè)備中的應(yīng)用，需要一種能在以上裝置中使用的尺寸減小的、節(jié)能的馬達(dá)，所述馬達(dá)提供高轉(zhuǎn)矩。
減小馬達(dá)的尺寸導(dǎo)致所使用的永磁體尺寸的減小。而永磁體尺寸的減小必然導(dǎo)致用于磁化所述永磁體的磁化頭尺寸的減小。
在減小磁化頭尺寸時(shí)，所使用的導(dǎo)線變細(xì)。部分地由于磁化頭耐電壓的原因而使供給磁化頭的直流減小。結(jié)果是，問(wèn)題在于不總是使永磁體完全磁化(達(dá)到磁飽和)，并且磁性材料本身固有的性能不能得到充分發(fā)揮。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于緊湊型并且具有高性能的馬達(dá)的永磁體，馬達(dá)和磁化方法。
發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種用于馬達(dá)的永磁體，所述永磁體設(shè)置在馬達(dá)轉(zhuǎn)子中并且具有圓柱形形狀，包括在徑向方向上被磁化并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇，其特征在于，D表示永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示疇數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1所述的用于馬達(dá)的永磁體，其特征在于，所述用于馬達(dá)的永磁體由Sm-Co基磁性材料制成。
同時(shí)，本發(fā)明提供一種馬達(dá)，包括包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的轉(zhuǎn)子部分，圍繞所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體布置有圓柱形永磁體，以及布置在所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體軸線上的旋轉(zhuǎn)軸；定子部分，所述定子部分具有多個(gè)可使用M相交流勵(lì)磁的定子線圈，所述定子線圈分別布置在永磁體的內(nèi)周或外周上以面對(duì)永磁體；和可轉(zhuǎn)動(dòng)地和樞轉(zhuǎn)地支承旋轉(zhuǎn)軸至定子部分的承載部分，以使旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體和定子線圈相互間同心，其特征在于，所述永磁體包括在徑向方向上被磁化并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇；D表示永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示疇數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)。
同時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求3所述的馬達(dá)，其特征在于，所述用于馬達(dá)的永磁體由Sm-Co基磁性材料制成。
此外，為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種用于對(duì)設(shè)置到馬達(dá)轉(zhuǎn)子上的圓柱形永磁體進(jìn)行磁化的磁化方法，以使在徑向方向上被磁化的疇以有規(guī)則的間隔沿周向布置，所述永磁體被構(gòu)造使得D表示永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示極數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)，所述方法，其特征在于，包括對(duì)永磁體在一個(gè)方向，即徑向方向上進(jìn)行磁化的單向磁化步驟，和將在單向磁化步驟中被磁化的永磁體磁化成在徑向方向上以有規(guī)則的間隔反轉(zhuǎn)磁化方向的疇的極磁化步驟。
同時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁化方法，其特征在于，所述永磁體由Sm-Co基磁性材料制成。
圖1是沿軸向方向的剖視圖，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的馬達(dá)；圖2示出了成形在旋轉(zhuǎn)軸凸緣或另一端部部分中的動(dòng)壓生成凹槽；圖3示意性地示出了沿馬達(dá)中的線A-A的剖面；圖4示出了永磁體的外形和磁極；圖5為示出了從軸向方向進(jìn)行觀察的定子芯和永磁體的示意圖；圖6為列出了永磁體個(gè)數(shù)、槽的個(gè)數(shù)和交流相數(shù)的組合實(shí)例的圖表；圖7示出了各向同性磁性材料和各向異性磁性材料之間的差異；圖8是沿磁場(chǎng)取向裝置和永磁體的軸向方向的示意性剖視圖；圖9示出了磁化頭；圖10是由于對(duì)永磁體進(jìn)行處理所產(chǎn)生的剩余磁通密度下降的估算結(jié)果的曲線圖；圖11是由于對(duì)永磁體進(jìn)行處理所產(chǎn)生的磁能積下降的估算結(jié)果的曲線圖；和圖12是示出了永磁體的退磁因子與溫度之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
(1)實(shí)施方式概述若縮小馬達(dá)的尺寸，由此所使用的永磁體(具有圓柱形形狀并且供馬達(dá)使用)的尺寸也要減小。這樣就需要用于磁化永磁體的緊湊型磁化頭并且在磁化時(shí)難于提供大電流。在磁化時(shí)提供給磁化頭抑制電流(在下文中被稱作磁化電流)的結(jié)果是，永磁體很難被磁化到其磁化力的極限值(完全磁化)。因此，難于充分顯示出磁性材料的性能。
其中，在使用外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)的情況下，允許磁化電流流動(dòng)的磁化頭被布置在圓柱形磁性材料內(nèi)，以便從其內(nèi)部磁化磁性材料。此外，已對(duì)多極永磁體進(jìn)行研究。因此，需要在磁化頭內(nèi)纏繞更多線匝的粗導(dǎo)線。結(jié)果是，尺寸越小，導(dǎo)線越細(xì)并且導(dǎo)線之間的間距越小。因此，對(duì)磁化電流產(chǎn)生一些限制。
如上述，根據(jù)該實(shí)施方式，永磁體的厚度在徑向方向上做得較小，以便使未磁化的磁體即便是在小磁化電流的條件下也能被完全磁化。
同樣，一般地，當(dāng)永磁體的厚度做薄時(shí)，在外部磁場(chǎng)的作用下磁體易于退磁。為了對(duì)其進(jìn)行抑制，采用即便在徑向方向上厚度較小的情況下也能產(chǎn)生較大的磁通量并且具有較大矯頑力的Sm-Co(釤-鈷)磁性材料。Sm-Co磁性材料具有以下優(yōu)點(diǎn)，即機(jī)加工退磁(由于受到外部施加的力，例如機(jī)加工中施加的力而產(chǎn)生的磁力變?nèi)醯默F(xiàn)象)或高溫退磁(由于高溫而產(chǎn)生的退磁)幾乎不發(fā)生。
此外，一些Sm-Co磁性材料具有各向異性。因此，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在整個(gè)磁性材料的磁軸與磁場(chǎng)取向同軸后實(shí)現(xiàn)磁化，使得有可能即便是在較小厚度的情況下產(chǎn)生大量磁通。
此外，盡管具有較高的磁性能，但是由于成本較高，因此Sm-Co磁性材料未被廣泛用作馬達(dá)的永磁體。在該實(shí)施方式中，由于小型馬達(dá)的原因，因此要使用的磁性材料的需要量較小，并且因此使用Sm-Co磁性材料克服了與成本有關(guān)的問(wèn)題。
(2)實(shí)施方式的詳細(xì)描述以下，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是沿軸向方向的剖視圖，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的馬達(dá)。
馬達(dá)30為用于例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或磁光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的外轉(zhuǎn)子型微型動(dòng)力馬達(dá)。馬達(dá)30為使用三相交流電驅(qū)動(dòng)的直流無(wú)刷馬達(dá)。
并且，馬達(dá)30為具有最大外徑約25(毫米)和最大厚度約5(毫米)的微型馬達(dá)。
馬達(dá)30包括轉(zhuǎn)子部分1，用于支承轉(zhuǎn)子部分1的定子部分2等。
定子部分2設(shè)有裝有油11的腔。然后，設(shè)有轉(zhuǎn)子部分1的動(dòng)壓生成機(jī)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)軸凸緣10或其它端部部分19)的部件被裝入所述腔中以構(gòu)成動(dòng)力承載部分5。
隨著動(dòng)力承載部分5的操作，在旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子部分1樞轉(zhuǎn)支承到定子部分2上。
轉(zhuǎn)子部分1包括旋轉(zhuǎn)軸6，轉(zhuǎn)子7等。
轉(zhuǎn)子部分7呈具有臺(tái)階8的凸面盤(pán)形。圓柱形轉(zhuǎn)子架21成形在轉(zhuǎn)子7的外周部分處。
在轉(zhuǎn)子7內(nèi)限定出用于容納動(dòng)力承載部分5和定子線圈4的U形空間。
此外，裝配旋轉(zhuǎn)軸6的通孔沿旋轉(zhuǎn)軸方向成形在沿徑向方向的中央部分處。
定位臺(tái)階8，以便配合成形在盤(pán)狀存儲(chǔ)介質(zhì)例如硬盤(pán)的中央并被固定到那里的附接保持部。
通過(guò)這種方式，轉(zhuǎn)子部分和硬盤(pán)可以整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
成形為圓柱形的12極永磁體3同心地附接到轉(zhuǎn)子架21的內(nèi)周面上。由布置在定子部分2處的定子線圈4產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)給轉(zhuǎn)子7一個(gè)轉(zhuǎn)矩。
旋轉(zhuǎn)軸6的上端部被插入轉(zhuǎn)子7的通孔中。用于在推力方向上生成動(dòng)壓的旋轉(zhuǎn)軸凸緣10被設(shè)置在圍繞在旋轉(zhuǎn)軸6的軸向上的中央部分的整個(gè)周界上。
關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸凸緣10和旋轉(zhuǎn)軸6，通孔可成形在旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的徑向方向的中心處，并且旋轉(zhuǎn)軸6可被插入通孔中并被固定到那里。另一種選擇是，旋轉(zhuǎn)軸6和旋轉(zhuǎn)軸凸緣10可一體進(jìn)行加工。
用于在徑向方向上產(chǎn)生動(dòng)壓的另一端部部分19成形在旋轉(zhuǎn)軸6的一個(gè)端部處(不附接轉(zhuǎn)子7)。
所述另一端部部分19可通過(guò)將旋轉(zhuǎn)軸6插入旋轉(zhuǎn)軸凸緣10中而成形或者單獨(dú)在旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的下端面上成形。
同樣，旋轉(zhuǎn)軸凸緣10，旋轉(zhuǎn)軸6和所述另一端部部分19可一體進(jìn)行加工。
注意在使用中旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的截面可具有多種不同形狀，例如菱形和梯形。
定子部分2包括定子架16，基座17，上板18，定子線圈4等。
上板18為具有用于在徑向中心處寬松地插入旋轉(zhuǎn)軸6的通孔的盤(pán)狀構(gòu)件。
與油11接觸的上板18的端面構(gòu)成接收由旋轉(zhuǎn)軸凸緣10生成的動(dòng)壓的相對(duì)表面。
在上板18的徑向方向的中心處形成的通孔成形為錐形，以便直徑朝向油11池減小并形成毛細(xì)管密封，用于防止油11發(fā)生泄漏。
以這種方式，通過(guò)形成其直徑朝向油11池減小的通孔，通過(guò)作用在油11上的毛細(xì)現(xiàn)象和其表面張力，通孔和旋轉(zhuǎn)軸6起到防止油發(fā)生泄漏的作用。
基座17具有用于容納所述另一端部部分19的寬松的插入孔26，形成朝向旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的外周面的圓柱形表面的套筒22，和在套筒22的上端部形成的并且與上板18配合的臺(tái)階24，以上基座部件一體成形。
所述寬松的插入孔26，套筒22和臺(tái)階24同心地成形。
設(shè)定所述寬松的插入孔26的內(nèi)徑大于所述另一端部部分19的外徑。當(dāng)所述另一端部部分19插入到所述寬松的插入孔26中時(shí)，保證與油11存在適當(dāng)?shù)拈g隙以便產(chǎn)生動(dòng)壓。
同時(shí)，適當(dāng)?shù)目臻g被限定在所述另一端部部分19的下端和所述寬松的插入孔26的底部之間，并且作為油11的油池。
設(shè)定所述套筒22的內(nèi)徑大于所述旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的外徑。在旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的外周面和套筒22的內(nèi)周面之間的空間被用作油池。
設(shè)定所述臺(tái)階24的內(nèi)徑，使得上板18能夠以預(yù)定的配合公差進(jìn)行配合。上板18配合到臺(tái)階24上并由此進(jìn)行定位。在上板18中形成的通孔，寬松的插入孔26，套筒22和臺(tái)階24相互間共軸，位于一條軸線上。
定子架16圍繞基座17成形。定子架16為具有在其中形成的用于在徑向中心處插入基座17的插入孔的U形構(gòu)件。定子架16被用于通過(guò)螺紋連接或其它方法將馬達(dá)30固定到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的外殼上。
定子架16具有多個(gè)以有規(guī)則的間隔同心布置的定子線圈4。
保證在定子線圈4和永磁體3之間存在間隙。在轉(zhuǎn)子部分1旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子線圈4和永磁體3相互間不會(huì)產(chǎn)生接觸。
圖2示出了成形在旋轉(zhuǎn)軸凸緣10和另一端部部分19中的動(dòng)壓生成凹槽。
用于在推力方向上生成動(dòng)壓的動(dòng)壓生成凹槽20(例如，魚(yú)骨形凹槽)形成在所述旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的上端面處。
盡管未示出，但是所述動(dòng)壓生成凹槽20還形成在所述旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的上端面處。
當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)軸凸緣10旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)壓借助所述動(dòng)壓生成凹槽20的抽吸作用在推力方向上被施加到所述旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的兩個(gè)端面上。
然后，所生成的動(dòng)壓在所述旋轉(zhuǎn)軸凸緣10的兩個(gè)端面和定子側(cè)上透過(guò)油11與所述端面面對(duì)的表面之間在推力方向上產(chǎn)生壓力。被施加到所述兩個(gè)端面上的壓力被平衡，由此旋轉(zhuǎn)軸6在推力方向上受到支承。以這種方式，所述另一端部部分19構(gòu)成推力方向上的動(dòng)壓生成裝置。
動(dòng)壓生成凹槽14和15(在相對(duì)于軸向的不同方向上傾斜的上下傾斜凹槽)成形在所述另一端部部分19的周面上，用于在徑向方向上生成動(dòng)壓。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸6進(jìn)行樞轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)壓借助所述動(dòng)壓生成凹槽14和15的抽吸作用圍繞所述另一端部部分19而生成。
所生成的動(dòng)壓在所述另一端部部分19的周面和透過(guò)油11與其相對(duì)的所述寬松的插入孔26的內(nèi)周面之間在徑向方向上產(chǎn)生壓力。然后，被施加到所述周向部分19上的壓力被平衡，由此旋轉(zhuǎn)軸6在徑向方向上受到支承。以這種方式，所述另一端部部分19被用作徑向方向上的壓力生成裝置。
轉(zhuǎn)子部分1圍繞旋轉(zhuǎn)軸受到如上所述在旋轉(zhuǎn)軸凸緣10上沿推力方向生成的動(dòng)壓和在所述另一端部部分19上沿徑向方向生成的動(dòng)壓的可轉(zhuǎn)動(dòng)地和樞轉(zhuǎn)地支承。
注意，從馬達(dá)30中的箭頭28(圖1)的方向進(jìn)行觀察，旋轉(zhuǎn)軸6沿反時(shí)針?lè)较驑修D(zhuǎn)。
圖3示意性地示出了沿馬達(dá)中的線A-A(圖1)的剖面。
馬達(dá)30為具有12個(gè)極和9個(gè)槽的直流無(wú)刷馬達(dá)。
如圖中所示，馬達(dá)30具有與旋轉(zhuǎn)軸6同心地形成的套筒22，并且定子芯39圍繞套筒22進(jìn)行布置。
永磁體3與旋轉(zhuǎn)軸6同心地形成，與定子芯39之間具有給定的間隙。永磁體3的外周面被結(jié)合到轉(zhuǎn)子架21的內(nèi)周面上。
旋轉(zhuǎn)軸6，永磁體3和轉(zhuǎn)子架21可圍繞定子芯39一體旋轉(zhuǎn)。
成形出9個(gè)從套筒22中沿徑向突出的定子芯39。在相鄰的定子芯39之間形成槽。用于勵(lì)磁的繞組(未示出)圍繞定子芯39進(jìn)行纏繞。向其施加三相交流電且旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在永磁體3的內(nèi)周部分處生成。
永磁體3在周向方向上具有12個(gè)分隔開(kāi)的磁疇。如下文所述，每個(gè)疇在徑向方向上自定子芯39側(cè)向轉(zhuǎn)子架21側(cè)或者自轉(zhuǎn)子架21側(cè)向定子芯39側(cè)被磁化。所述12個(gè)疇構(gòu)成具有12個(gè)極的永磁體。
在圖中，N和S表示在每個(gè)疇中出現(xiàn)在永磁體3的內(nèi)周面上的磁極。
如圖中所示，在周向方向上N極和S極交替出現(xiàn)在永磁體3的內(nèi)周面上。
由定子芯39生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與在永磁體3上形成的磁極相互作用從而使永磁體3生成圍繞旋轉(zhuǎn)軸6的轉(zhuǎn)矩。
永磁體3的磁極位置被發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乜刂扑a(chǎn)生的在定子芯39中流動(dòng)的電流，從而有可能使永磁體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
下面，對(duì)永磁體3的形狀和磁性材料進(jìn)行描述。
圖4示出了永磁體3的外形和磁極。圖4(a)示出了從旋轉(zhuǎn)軸方向(圖1中的箭頭28)進(jìn)行觀察的永磁體3。圖4(b)示出了從垂直于箭頭28所示方向的方向進(jìn)行觀察的永磁體3。
永磁體3具有環(huán)形形狀。永磁體3具有12個(gè)極并且永磁體3在周向方向上具有12個(gè)分隔開(kāi)的磁疇。各個(gè)疇在自內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)或者自外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)的方向上被磁化。相鄰的疇相互間的磁化方向相反。
假定永磁體3具有16個(gè)極，永磁體3在周向方向上被分成16個(gè)疇，由此形成16個(gè)磁疇。更普遍地，假定使用N個(gè)極，那么永磁體3在周向方向上被分成N個(gè)疇，并且各個(gè)疇在徑向方向上被磁化，使得相鄰的疇相互間的磁化方向相反。
例如在疇33中，內(nèi)周側(cè)被磁化作為N極，而外周側(cè)被磁化作為S極。同時(shí)，在與疇33相鄰的疇34和35中，內(nèi)周側(cè)被磁化作為S極，而外周側(cè)被磁化作為N極。
因此，N極和S極沿內(nèi)周面交替出現(xiàn)。與之相似，N極和S極沿外周面交替出現(xiàn)。
下面，對(duì)永磁體3的內(nèi)徑D與厚度t之間的相互關(guān)系進(jìn)行描述。
如圖4(a)所示，磁極距由P(毫米)表示，且如圖4(b)所示，永磁體3的內(nèi)徑由D(毫米)表示(≤20(毫米))，環(huán)狀部分的徑向厚度由t(毫米)表示，且極數(shù)由N表示。
規(guī)定畫(huà)出一個(gè)圓，所述圓在徑向方向上通過(guò)永磁體3的內(nèi)周面和外周面之間的中點(diǎn)，注意磁極距P被定為所畫(huà)圓被包括在每個(gè)疇中的長(zhǎng)度。
注意當(dāng)永磁體3的外徑為20(毫米)時(shí)，內(nèi)徑D小于20(毫米)。
然后，基于永磁體3的幾何形狀建立下面的表達(dá)式(1)[數(shù)值表達(dá)式1]NP＝π(D+t)(1)同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公知，在設(shè)計(jì)用于馬達(dá)的永磁體時(shí)，設(shè)定厚度t與磁極距P的比值，使其基本上對(duì)應(yīng)于交流相數(shù)，由此得到符合要求的馬達(dá)，所述馬達(dá)較少泄露磁通并具有較高的性能。假定M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，經(jīng)驗(yàn)式相當(dāng)于下面的表達(dá)式(2)[數(shù)值表達(dá)式2]P/t＝M(2)從以上表達(dá)式(1)和(2)中除去P，得到下面的相關(guān)表達(dá)式(3)[數(shù)值表達(dá)式3]t≤πD/(NM-π)(3)在該表達(dá)式中，t僅需不大于由表達(dá)式(3)的右側(cè)得出的數(shù)值，其由表達(dá)式(3)中的不等號(hào)表示。
同時(shí)，表達(dá)式(2)中在數(shù)值設(shè)計(jì)方面的變化允許在±15％的公差范圍內(nèi)。在允許M值在±15％或更小的公差內(nèi)變化的情況下的t的范圍由下面的表達(dá)式(4)表示[數(shù)值表達(dá)式4]πD/(1.15×NM-7π)≤t≤πD/(0.85×NM-π)(4)此外，在極數(shù)為12且槽數(shù)為9的情況下，P/t的上限和下限可由下面的表達(dá)式(5)來(lái)限定[數(shù)值表達(dá)式5]0.75×M≤P/t≤2×M(5)在此，對(duì)表達(dá)式(5)的推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行描述。
圖5為示出了從軸向方向進(jìn)行觀察的定子芯39和永磁體3的示意圖。注意圖5通過(guò)實(shí)例示出了交流相數(shù)為3(M＝3)的情況?？梢酝茝V到其它相數(shù)的情況，例如相數(shù)為5(M＝5)的情況。
其中，圖5(a)為說(shuō)明永磁體厚度的上限的示意圖。
考慮到永磁體3的磁極和定子芯39之間的磁通泄露，永磁體厚度的極限值可對(duì)應(yīng)于一個(gè)極的面積和面對(duì)通過(guò)間隙的所述極的一個(gè)鐵芯齒的面積之間的比率(永磁體的磁通密度的飽和極限)。所述面積比由下式表示(πD/12極)/(πD/9槽)＝0.75。該值被定為P/t的下限。
圖5(b)為說(shuō)明永磁體3的設(shè)計(jì)中心值的示意圖。
對(duì)于設(shè)計(jì)中心值，優(yōu)選t＝P/M。對(duì)每個(gè)磁極實(shí)施三次相的轉(zhuǎn)換?？紤]磁通泄露，差不多優(yōu)選以滿足t∶P/M＝1∶1。
圖5(c)為說(shuō)明永磁體3的厚度的下限的示意圖。
考慮到不會(huì)大大減小轉(zhuǎn)距的限制，設(shè)定所述厚度的下限，使得永磁體3的厚度大體上等于從永磁體3的每極突出的定子芯39的鐵芯齒的兩個(gè)端部中的一個(gè)的長(zhǎng)度(磁通泄漏極限)。優(yōu)選設(shè)定定子芯外周方向上的所述長(zhǎng)度大于永磁體的一個(gè)極的長(zhǎng)度各t/2。在這種情況下，大體上P/t＝2M。將其作為P/t的上限。
由表達(dá)式(5)推導(dǎo)t的范圍，結(jié)果由下面的表達(dá)式(6)表示[數(shù)值表達(dá)式6]πD/(2×NM-π)≤t≤πD/(0.75×NM-π)(6)如下面所述，減小永磁體3的尺寸導(dǎo)致用于磁化永磁體的磁化頭的減小。隨后，有必要減小由此所使用的導(dǎo)線的厚度和線匝。因此，很難增大用于磁化的安培匝數(shù)，結(jié)果是磁化電流受到限制。特別是，在永磁體3的內(nèi)徑為20(毫米)或更小的區(qū)域中，對(duì)磁化電流存在嚴(yán)重的限制。在外徑為20(毫米)的區(qū)域中，內(nèi)徑為20(毫米)或更小，因此存在更嚴(yán)重的限制。
同樣，使用Nd-Fe-B作為常規(guī)磁性材料時(shí)，為了在磁化后獲得更大的磁力或者在磁化后保持更大的磁力，設(shè)定所述永磁體在徑向上的厚度t，使其大于由上面的表達(dá)式(2)所限定的厚度。當(dāng)永磁體的厚度增加時(shí)，在磁化時(shí)較大的磁力，即磁化電流時(shí)是必須的。
為此，即便是使用供給磁化頭的最大可能電流進(jìn)行磁化，常規(guī)緊湊型永磁體(特別是內(nèi)徑為20(毫米)或更小)也不能使其磁性材料完全磁化。這意味著不能充分產(chǎn)生磁性材料的磁性能。
換句話說(shuō)，磁化頭的性能限制了永磁體的性能。
為了該目的，在該實(shí)施例中，永磁體3被制成足夠細(xì)，以允許能夠使用受到磁化頭性能限制的磁化電流在徑向方向上實(shí)現(xiàn)完全磁化。
同樣，存在以下可能性，即永磁體3的厚度的減小造成永磁體3的磁力比以前弱，或者保持磁力的能力降低，但是該實(shí)施例通過(guò)使用Sm-Co磁性材料作為磁性材料從而克服了這一問(wèn)題。
與傳統(tǒng)的各向同性Nd-Fe-B磁性材料不同，一些Sm-Co磁性材料具有各向異性。即便是厚度較小，使用各向異性材料可產(chǎn)生通過(guò)磁場(chǎng)取向的足夠大的磁力，如下文所述。
此外，與不具有釘扎機(jī)制的Nd-Fe-B磁體相比，Sm-Co磁體由于磁矩的釘扎機(jī)制而具有恒定的磁矩，并且由此公知較少與機(jī)加工退磁和高溫退磁有關(guān)。
這是由于Sm-Co磁體具有由釘扎點(diǎn)釘扎住的磁疇壁并且所述疇壁不易移動(dòng)。所述釘扎點(diǎn)的尺寸約為幾十個(gè)埃()并且以多個(gè)的方式存在于晶界中。即便在其上施加工藝應(yīng)力或其它外部應(yīng)力，以由此破壞了其中的一部分，對(duì)整體結(jié)構(gòu)也沒(méi)有影響。
矯頑力通過(guò)將磁疇壁固定在晶體或晶界中而被施加。因此，Sm-Co磁體通過(guò)釘扎磁疇壁可施加較大的矯頑力。
因此，即便是應(yīng)力或其它這種力被加到Sm-Co磁體上，或者溫度升高，磁疇壁也不能移動(dòng)，從而造成在結(jié)構(gòu)上不太可能使磁體退磁。
如上所述，與Nd-Fe-B磁體相比，即使在磁化后實(shí)施加熱或施加力例如應(yīng)力，Sm-Co磁體也可保持住磁力，并且更優(yōu)選作為永磁體3的原材料。
同時(shí)，Sm-Co磁性材料已公知傳統(tǒng)上較優(yōu)，但是釤(Sm)成本較高并且因此不能使用。然而，永磁體3在徑向方向上具有小內(nèi)徑和較小厚度，且因此需要使用少量的釤。結(jié)果是，可以低成本生產(chǎn)出永磁體3。
永磁體，例如傳統(tǒng)上用于轉(zhuǎn)子磁體的Nd-Fe-B粘結(jié)磁體，的尺寸和厚度可以被減小。
然而，這樣就會(huì)出現(xiàn)由于減小傳統(tǒng)永磁體的尺寸和厚度而產(chǎn)生的與退磁有關(guān)的問(wèn)題，并且出現(xiàn)與實(shí)現(xiàn)多極磁體的磁化方法有關(guān)的問(wèn)題。
為了解決這一問(wèn)題，優(yōu)選用作小尺寸永磁體的是由Sm-Co磁性材料而不是由Nd-Fe-B磁性材料制成的永磁體。
圖6為列出了足以構(gòu)成馬達(dá)30的永磁體3的極的個(gè)數(shù)、定子槽的個(gè)數(shù)和用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30的交流相數(shù)的組合實(shí)例的圖表。
在該實(shí)施例中，馬達(dá)30例如被構(gòu)造，使得永磁體3具有12個(gè)極，槽數(shù)為9，且用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)為3。然而，如圖6所示，允許采用極的個(gè)數(shù)、槽的個(gè)數(shù)和交流相數(shù)的各種組合。
當(dāng)前最常使用的是永磁體具有12個(gè)極，9個(gè)槽數(shù)，和3個(gè)交流相。
圖7示出了工藝步驟中各向同性磁性材料和各向異性磁性材料之間的差異。
同時(shí)，圖7為示出了磁性材料的磁結(jié)構(gòu)的加工步驟的示意圖，但是圖中不一定示出實(shí)際的磁物理結(jié)構(gòu)。
圖7(a)示意性地示出了各向同性磁性材料的加工步驟。目前得到廣泛應(yīng)用的Nd-Fe-B磁性材料是一種各向同性磁性材料。該磁性材料中包括具有磁矩的原子。將所述磁矩在同一方向上排列齊使其可以施加磁力。
各向同性磁性材料在未進(jìn)行磁化的材料中具有隨機(jī)取向的磁矩，并且通過(guò)磁化該材料(允許磁場(chǎng)從外部作用在所述材料上，以由此排列磁矩)，形成磁體。
圖7(a)中的左手側(cè)示意性地示出了在未進(jìn)行磁化的材料中磁矩作用的方向。磁矩的方向由箭頭表示。在磁化前磁矩隨機(jī)作用。
磁性材料通常為粉末形式；該材料被送入模具中并加熱進(jìn)行燒結(jié)，或者與樹(shù)脂(粘結(jié)劑)一起進(jìn)行加熱，并進(jìn)行樹(shù)脂模制，壓力模制，由此模制出磁體。
下面，將未進(jìn)行磁化的成形出的磁體機(jī)加工和成形為適當(dāng)?shù)耐獗沓叽?，在這之后，使用磁化裝置對(duì)得到的磁體進(jìn)行磁化。
若在磁化后進(jìn)行機(jī)加工，則切塊被吸引到磁體上，惡化最終產(chǎn)品。因此，一般在機(jī)加工后進(jìn)行磁化處理。
圖7(b)中示意性地示出了各向異性磁性材料。在本實(shí)施例中使用的Sm-Co基磁性材料顯示出各向異性。
具有各向異性性能的未進(jìn)行磁化的磁性材料包括磁矩在同一方向上排列齊的集合區(qū)(組成部分)。在該圖中，示意性地示出了磁矩在同一方向上排列齊的三個(gè)集合區(qū)，而略去了其它集合區(qū)。
在被取向磁場(chǎng)磁化后，具有各向異性性能的磁性材料公知以生成強(qiáng)磁場(chǎng)。
術(shù)語(yǔ)磁場(chǎng)取向的意思是通過(guò)在對(duì)磁體進(jìn)行磁化以得到多極磁體前先沿一個(gè)方向?qū)υ牧线M(jìn)行磁化，定向排列磁矩。
按照以下工藝由具有各向異性性能的磁性材料生產(chǎn)出永磁體。
首先，將粉末狀的各向異性磁性材料裝入預(yù)定的模具中(在進(jìn)行燒結(jié)的情況下，以粉末形式或者在樹(shù)脂模制后與樹(shù)脂一起放入模具中)，并粗成形。這時(shí)，通過(guò)對(duì)裝入模具中的材料施加約7噸的壓力并加熱所述材料而使所述材料受到壓縮。通過(guò)這種處理，該磁性材料可以獲得更高的密度，由此可以制備出具有更強(qiáng)磁力的磁體。
對(duì)裝入模具中的材料進(jìn)行以下工藝，從熱處理到固化。
下面，在給定方向上的磁場(chǎng)作用在裝入模具中的磁性材料上，且通過(guò)磁場(chǎng)取向使磁矩在同一方向上進(jìn)行排列。此時(shí)，磁性材料顯示出較弱的磁性能。
注意在以上工藝中對(duì)以粉末形式存在的磁性材料進(jìn)行磁場(chǎng)取向，因此所述工藝被稱作干法工藝。磁場(chǎng)取向包括濕法工藝，在所述濕法工藝中，對(duì)浸入添加到其中的液體中的粉末狀磁性材料進(jìn)行磁場(chǎng)取向。
接下來(lái)，交流磁場(chǎng)等被施加到已進(jìn)行磁場(chǎng)取向的磁性材料上，由此使所述材料退磁。退磁可保持磁性材料免于被磁化，同時(shí)保持磁性材料的磁力方向。這是由于在退磁之前，N極和S極在相同方向上形成，而退磁之后，N極和S極隨機(jī)布置同時(shí)保持磁力方向。
其后，對(duì)所述材料進(jìn)行熱處理和樹(shù)脂模制或燒結(jié)以進(jìn)行固化，提供出未經(jīng)磁化的永磁體。
此后，將固化的磁性材料從模具中取出。然后，對(duì)所得到的產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)加工并成形為適當(dāng)?shù)耐獗沓叽?，隨后使用磁化裝置進(jìn)行磁化。由于退磁的原因，該未經(jīng)磁化的永磁體不顯示磁性，使其可以在機(jī)加工過(guò)程中免于產(chǎn)生切塊被吸引到磁體上的麻煩。
在生產(chǎn)出永磁體3后，Sm-Co基磁性材料被裝入模具中并粗成形，如圖7(c)的左手側(cè)所示，之后，在給定方向上施加磁場(chǎng)取向，使得例如N極和S極分別布置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)上。
下面，使該材料退磁以不顯示磁性，并且對(duì)所述材料進(jìn)行熱處理和樹(shù)脂模制或燒結(jié)，以由此將所述材料模制成環(huán)狀。
然后，所述材料被機(jī)加工和成形出適當(dāng)?shù)耐獗沓叽?，隨后使用磁化裝置進(jìn)行磁化以使其具有預(yù)定的極數(shù)。
接下來(lái)，對(duì)如何磁化永磁體3進(jìn)行說(shuō)明。
圖8示意性地示出了沿軸向方向的永磁體3和磁場(chǎng)取向裝置的剖面。磁場(chǎng)取向裝置包括圓柱形鐵芯41，磁路40，能量供給裝置42等。
在鐵芯41的上部外周和磁路40之間限定出一個(gè)間隙，并且永磁體3可插入該間隙中。
繞組43被纏繞在鐵芯41上。大量的脈沖電流可從能量供給裝置42被供應(yīng)至繞組43。若繞組43中允許有電流流動(dòng)，那么在鐵芯41和磁路40中形成磁力線。隨后，在磁路40和鐵芯41之間的間隙中生成磁場(chǎng)并且鐵芯41用于在一個(gè)方向上磁化永磁體3。
因此，隨著永磁體3的尺寸的減小，磁場(chǎng)取向裝置應(yīng)縮小尺寸。由此，很難向繞組43供給大電流。然而，由于厚度t受到限制，永磁體3不是很厚，因此其可利用較小電流被磁化至磁飽和或者接近磁飽和。
圖9示意性地示出了沿軸向方向的磁化頭結(jié)構(gòu)的剖面。
磁化頭46具有圓柱形形狀，并且在其周邊上包括多個(gè)沿軸向方向的槽48。以有規(guī)則的間隔形成個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)于永磁體3的極數(shù)的芯49，所述芯相互間被在磁化頭46的周邊上的槽48隔開(kāi)。
導(dǎo)線47纏繞在槽48中。注意在圖9(a)中，導(dǎo)線47通過(guò)兩個(gè)線匝纏繞在槽48中，但是一般可以使用1-4個(gè)線匝。
圖9示意性地示出了從圖9(a)中箭頭B的方向進(jìn)行觀察的磁化頭46。
如圖中所示，導(dǎo)線47以彎曲的方式圍繞芯49進(jìn)行設(shè)置。
為此，當(dāng)直流電流被直接供給導(dǎo)線47時(shí)，由相鄰的芯49勵(lì)磁的磁極反轉(zhuǎn)。
若已進(jìn)行磁場(chǎng)取向的永磁體3圍繞磁化頭46進(jìn)行設(shè)置，并且直流電流被直接供給導(dǎo)線47，那么永磁體3被由芯49生成的磁場(chǎng)磁化出所需極數(shù)。
由此構(gòu)造磁化頭46。因而，當(dāng)永磁體3尺寸減小并且增加極數(shù)時(shí)，設(shè)置在磁化頭46上的導(dǎo)線47變細(xì)，使得大電流難于從其中通過(guò)。
然而，該實(shí)施例中的永磁體3的厚度t受到預(yù)定范圍的限制。永磁體3可利用較小電流被磁化至磁飽和或者接近磁飽和。同時(shí)，即便是厚度t落入由表達(dá)式(3)所限定出的范圍內(nèi)，使用Sm-Co基磁性材料使得永磁體3也能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生足夠大的磁力。
圖10是多次實(shí)驗(yàn)后的由于對(duì)用于馬達(dá)的永磁體進(jìn)行處理所產(chǎn)生的磁性能(所述性能是剩余磁通密度)下降的估算結(jié)果的曲線圖，所述永磁體由作為Nd-Fe-B基磁性材料的Nd2Fe14B和作為Sm-Co基磁性材料的Sm2Co17和SmCo5制成。
注意Sm2Co17是各向異性磁性材料，且SmCo5是各向同性磁性材料。
圖10為曲線圖，其中水平軸線表示永磁體在徑向方向上的厚度，且垂直軸線表示以百分比表示的剩余磁通密度的減小率。
如圖中所示，在厚度不小于約2(毫米)的情況下，在由Nd2Fe14B制成的永磁體與由Sm2Co17或SmCo5制成的永磁體之間不存在明顯的區(qū)別。
然而，在厚度為2(毫米)或小于2(毫米)的情況下，由Nd2Fe14B制成的永磁體的剩余磁通密度突然減?。辉诤穸葹榧s1(毫米)時(shí)，剩余磁通密度減小約10％。
另一方面，即便在由Sm2Co17或SmCo5制成的永磁體被減薄時(shí)，剩余磁通密度幾乎不減小。在厚度為0.5(毫米)或小于0.5(毫米)的區(qū)域中，假定作為各向同性磁性材料的由SmCo5制成的永磁體的剩余磁通密度減小，而作為各向異性磁性材料的由Sm2Co17制成的永磁體的剩余磁通密度不減小。
根據(jù)這些估算結(jié)果，在厚度為2(毫米)或小于2(毫米)的區(qū)域中，由Sm-Co基磁性材料制成的永磁體在剩余磁通密度方面優(yōu)于由Nd-Fe-B基磁性材料制成的永磁體。特別是，由各向異性的Sm-Co基磁性材料制成的永磁體估計(jì)是性能最優(yōu)秀的。
圖11是多次實(shí)驗(yàn)后的由于對(duì)用于馬達(dá)的永磁體進(jìn)行處理所產(chǎn)生的磁性能(所述性能是磁能積最大值)下降的估算結(jié)果的曲線圖，所述永磁體由作為Nd-Fe-B基磁性材料的Nd2Fe14B和作為Sm-Co基磁性材料的Sm2Co17和SmCo5制成。
圖11為曲線圖，其中水平軸線表示永磁體在徑向方向上的厚度，且垂直軸線表示以百分比表示的磁能積的減小率。
如圖中所示，在厚度不小于約2(毫米)的情況下，在由Nd2Fe14B制成的永磁體與由Sm2Co17或SmCo5制成的永磁體之間不存在明顯的區(qū)別。
然而，在厚度為2(毫米)或小于2(毫米)的情況下，由Nd2Fe14B制成的永磁體的磁能積突然減小；在厚度為約1(毫米)時(shí)，磁能積減小約30％。
另一方面，即便在由Sm2Co17或SmCo5制成的永磁體被減薄時(shí)，磁能積幾乎不減小。在厚度為0.5(毫米)或小于0.5(毫米)的區(qū)域中，假定作為各向同性磁性材料的由SmCo5制成的永磁體的磁能積減小，而作為各向異性磁性材料的由Sm2Co17制成的永磁體的磁能積不減小。
根據(jù)這些估算結(jié)果，在厚度為2(毫米)或小于2(毫米)的區(qū)域中，由Sm-Co基磁性材料制成的永磁體在磁能積方面優(yōu)于由Nd-Fe-B基磁性材料制成的永磁體。特別是，由各向異性的Sm-Co基磁性材料制成的永磁體估計(jì)是性能最優(yōu)秀的。
在生產(chǎn)用于馬達(dá)的永磁體時(shí)，一般磁性材料被磁化以得到永磁體，隨后進(jìn)行拋光和切割工藝以將永磁體成形為適當(dāng)?shù)耐庥^尺寸。如以上所考慮的，在這種情況下，在永磁體厚度為2(毫米)或小于2(毫米)的區(qū)域中，使用Sm-Co基永磁體，特別是各向異性的Sm-Co基永磁體應(yīng)優(yōu)先于使用Nd-Fe-B基永磁體。
圖12是示出了由Nd2Fe14B制成的永磁體和由Sm2Co17制成的永磁體的退磁因子基于溫度的曲線圖。
如圖12所示，在達(dá)到約100(℃)時(shí)在兩種磁體中的退磁因子約為百分之幾。然而，在溫度等于或高于100(℃)的區(qū)域中，由Nd2Fe14B制成的永磁體的退磁因子突然增大，并且在溫度約為200(℃)時(shí)，退磁達(dá)到80％或更多。另一方面，由Sm2Co17制成的永磁體的退磁因子即便在溫度約為200(℃)時(shí)也保持在約20％左右。
如上所述，由于受熱，Sm-Co基永磁體預(yù)計(jì)在磁性能上的變化比Nd-Fe-B基永磁體的變化更小。
當(dāng)前已作出的解釋是參照使用Nd2Fe14B作為磁性材料的圖10-12。然而，通過(guò)使用與其相類似的磁性材料例如(NdDy)2Fe14B可以得到相似的結(jié)果。
如上所述的本實(shí)施例可以提供(1)用于馬達(dá)的永磁體，(2)馬達(dá)，和(3)如下文所述的磁化方法。
(1)有可能提供一種設(shè)置在馬達(dá)轉(zhuǎn)子中的用于馬達(dá)的永磁體，所述永磁體包括在磁場(chǎng)取向后在徑向方向上被磁化，具有對(duì)齊的磁化方向，并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇，其特征在于，所述永磁體由具有20(毫米)或更小外徑的圓柱形各向異性的Sm-Co基磁性材料制成。
同時(shí)，有可能提供一種設(shè)置在馬達(dá)轉(zhuǎn)子中的用于馬達(dá)的永磁體，所述永磁體具有圓柱形形狀，由各向異性的Sm-Co基磁性材料制成，包括在磁場(chǎng)取向后在徑向方向上被磁化，具有對(duì)齊的磁化方向，并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇，其特征在于，D表示用于馬達(dá)的永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示疇數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)。
(2)有可能提供一種馬達(dá)，包括包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的轉(zhuǎn)子部分，圍繞所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體布置有圓柱形永磁體，以及布置在所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體軸線上的旋轉(zhuǎn)軸；定子部分，所述定子部分具有多個(gè)可使用M相交流勵(lì)磁的定子線圈，所述定子線圈分別布置在永磁體的內(nèi)周以面對(duì)永磁體；和可轉(zhuǎn)動(dòng)地和樞轉(zhuǎn)地支承旋轉(zhuǎn)軸至定子部分的承載部分，以使旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體和定子線圈相互間同心，其特征在于，所述永磁體由具有20(毫米)或更小外徑的圓柱形各向異性的Sm-Co基磁性材料制成，并且包括在磁場(chǎng)取向后在徑向方向上被磁化，具有對(duì)齊的磁化方向，并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇。
(3)一種使用具有20(毫米)或更小外徑的圓柱形各向異性的Sm-Co基磁性材料生產(chǎn)用于馬達(dá)的永磁體的方法，其特征在于，包括將磁性材料裝入模具以模制磁性材料的模制步驟；對(duì)經(jīng)過(guò)模制的磁性材料進(jìn)行磁場(chǎng)取向的磁場(chǎng)取向步驟；對(duì)已進(jìn)行磁場(chǎng)取向的磁性材料進(jìn)行退磁的退磁步驟；對(duì)已退磁的磁性材料進(jìn)行熱處理以使其固化的熱處理步驟；將經(jīng)過(guò)熱處理的磁性材料機(jī)加工成具有20(毫米)或更小外徑的圓柱形的機(jī)加工步驟；以及對(duì)機(jī)加工好的磁性材料進(jìn)行磁化以在徑向方向上具有預(yù)定的極數(shù)，使得具有對(duì)齊的磁化方向的疇以有規(guī)則的間隔沿周向布置的磁化步驟。
同時(shí)，將磁性材料裝入模具以模制磁性材料的模制步驟可包括將Sm-Co基磁性材料裝入模具并壓縮所述材料的壓縮步驟；和加熱裝入模具中的受壓縮的磁性材料的加熱步驟。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的前述實(shí)施例可產(chǎn)生以下效果。
(1)由于使用Sm-Co基磁性材料，因此隨時(shí)間和溫度的變化，馬達(dá)性能穩(wěn)定。
(2)由于磁體具有多極，因此有可能減小在動(dòng)力馬達(dá)中特別明顯的磁振動(dòng)(正弦波音)。
(3)基于表達(dá)式[3]，可設(shè)計(jì)所述多極馬達(dá)的磁路。
(4)磁化電流被允許在磁化頭中在適當(dāng)?shù)碾娏髁糠秶鷥?nèi)流動(dòng)，由此用于磁化頭的夾具延長(zhǎng)了磁化頭的使用壽命，導(dǎo)致在磁化磁體后，質(zhì)量穩(wěn)定。
(5)由于磁體具有多極，由此減少了齒槽效應(yīng)(cogging)。
以上描述圍繞本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，允許在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出多種變化。
例如，前述馬達(dá)30為外轉(zhuǎn)子型，其中轉(zhuǎn)子部分自定子部分向外設(shè)置。然而，不是旨在將馬達(dá)類型限定為外轉(zhuǎn)子型，也可以使用內(nèi)轉(zhuǎn)子型馬達(dá)。
在使用內(nèi)轉(zhuǎn)子型馬達(dá)的情況下，定子部分被定位在具有固定于其上的永磁體的轉(zhuǎn)子部分的外周上，結(jié)果是，多個(gè)定子線圈以有規(guī)則的間隔圍繞永磁體進(jìn)行布置。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種緊湊型高性能的馬達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種用于馬達(dá)的永磁體，所述永磁體設(shè)置在馬達(dá)轉(zhuǎn)子中并且具有圓柱形形狀，包括在徑向方向上被磁化，具有對(duì)齊的磁化方向，并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇，其特征在于，D表示用于馬達(dá)的永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示疇數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于馬達(dá)的永磁體，其特征在于，所述用于馬達(dá)的永磁體由Sm-Co基磁性材料制成。
3.一種馬達(dá)，包括包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的轉(zhuǎn)子部分，圍繞所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體布置有圓柱形永磁體，以及布置在所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體軸線上的旋轉(zhuǎn)軸；定子部分，所述定子部分具有多個(gè)可使用M相交流勵(lì)磁的定子線圈，所述定子線圈分別布置在永磁體的內(nèi)周或外周上以面對(duì)永磁體；和可轉(zhuǎn)動(dòng)地和樞轉(zhuǎn)地支承旋轉(zhuǎn)軸至定子部分的承載部分，以使旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體和定子線圈相互間同心，其特征在于，所述永磁體包括在徑向方向上被磁化，具有對(duì)齊的磁化方向，并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇；且D表示永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示疇數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的馬達(dá)，其特征在于，所述永磁體由Sm-Co基磁性材料制成。
5.一種用于對(duì)設(shè)置到馬達(dá)轉(zhuǎn)子上的圓柱形永磁體進(jìn)行磁化的磁化方法，以使在徑向方向上被磁化且具有對(duì)齊的磁化方向的疇以有規(guī)則的間隔沿周向布置，所述永磁體被構(gòu)造使得D表示永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示極數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM-π)，所述方法，其特征在于，包括對(duì)永磁體在一個(gè)方向，即徑向方向上進(jìn)行磁化的單向磁化步驟，和將在單向磁化步驟中被磁化的永磁體磁化成在徑向方向上以有規(guī)則的間隔反轉(zhuǎn)磁化方向的疇的極磁化步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁化方法，其特征在于，所述永磁體由Sm-Co基磁性材料制成。
全文摘要
一種用于緊湊型硬盤(pán)等中的直流無(wú)刷微型馬達(dá)的圓筒形永磁體。Sm－Co基磁性材料被用作磁性材料，并且所述永磁體具有在徑向方向上被磁化并以有規(guī)則的間隔沿周向布置的疇。P表示對(duì)應(yīng)于在一個(gè)疇中的內(nèi)周長(zhǎng)度和外周長(zhǎng)度的平均值的磁極距，D表示永磁體的內(nèi)徑，t表示在徑向方向上的厚度，N表示疇數(shù)，M表示用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的交流相數(shù)，D被設(shè)定為20(毫米)或更小，且t被設(shè)定為滿足以下關(guān)系，即t≤πD/(NM－π)。
文檔編號(hào)H01F13/00GK1689213SQ03823589
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月1日
發(fā)明者竹原勇, 木下伸治, 后藤?gòu)V光 申請(qǐng)人:精工電子有限公司