CN1260868C - 永久磁铁型转子及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种永久磁铁型转子，它包括内侧部件(2)；具有软磁性、且内周与内侧部件(2)的外环部(21)外周接触的大致环状的外侧部件(1)、以及朝着圆周方向等间隔地配置在外侧部件(1)外周的数个永久磁铁(3)。内侧部件(2)和外侧部件(1)的至少一方用烧结材料构成，且内侧部件(2)和外侧部件(1)是进行烧结而相互接合起来的。可使电动发电机本身薄型化、轻量化，而且可实现高输出高效率。

Description

永久磁铁型转子及其制造方法
技术领域
本发明涉及在转子的表面配置有永久磁铁的永久磁铁型转子及其制造方法，尤其涉及提高转子的磁特性和强度的技术。
背景技术
搭载在电车和混合燃料车上的发电电动机用的永久磁铁型转子要求高性能的磁特性和高生产率，作为这种永久磁铁型转子的材料，现在是用硅钢片。这种场合，由于转子紧固在发动机的轴上，为了进行牢固的紧固，必须用强度和硬度高的材料。但是，硅钢片脆、强度低，故存在着下述缺点：为了确保必要的强度，需采取某些加强措施，使转子变大且重量增加，又因强度不够，故难以进行为了轻量化而减轻重量。
为了轻量化，也有用相当于JIS标准的S45C材料，采用失蜡法等铸造方法形成减轻重量的形状。但是，S45C材料含碳量高磁特性不够好，故存在着不能获得发电机和电动机的充分功能。因此，要求发电电动机本身薄型化、轻量化，且可实现高输出高效率的永久磁铁型转子。
发明内容
本发明的永久磁铁型转子，它包括：内侧部件；软磁性良好且内周与上述内侧部件的外环部外周接触的大致环状的外侧部件；在外侧部件的外周，在圆周方向等间隔地配置的多个永久磁铁，其特征在于，内侧部件和外侧部件中的至少一方由烧结材料构成，而且内侧部件和外侧部件进行烧结而相互接合。
上述结构的永久磁铁型转子中，只有配置永久磁铁的外侧部件用磁性材料构成，而内侧部件用具有强度的材料构成，这样，便可在不降低磁特性的情况下，采用减轻重量的形状，可得到轻量高效率的表面磁铁型转子。而且，内侧部件和外侧部件中的至少一方用烧结材料构成，且内侧部件和外侧部件经烧结而相互结合，故两者的结合强度高，即使安装在高速回转的发动机轴上，也不会带来任何故障。
本发明中，内侧部件可用具有强度的材料制成，故内侧部件可设成减轻重量的形状，可实现轻量化。该减轻重量形状的内侧部件可用肋将外环部和具有轴孔部或轴部的内环部连结起来而构成。
这里，由于本发明是将内侧部件和外侧部件经烧结结合而成的，故两者中至少一方是烧结材料即可。例如，外侧部件可用铸钢件构成，内侧部件可用烧结材料构成。或者，也可用铸钢件构成内侧部件，用烧结材料构成外侧部件。
另外，也可用烧结材料构成外侧部件和内侧部件。这种场合，为得到烧结结合，外侧部件及内侧部件的一方用烧结材料，另一方用压粉体，或两者都用压粉体，将两者嵌合起来烧结而进行制造。肋是由朝着圆周方向、相互隔着等间隔的数个连结肋构成的，将永久磁铁配置在与内侧部件的连结肋相向的外侧部件的外周上比较好。
本发明中，用烧结材料构成的上述内侧部件的组成，适合用相当于JIS标准Z 2550中规定的SMF 3种、4种或5种。外侧部件适合用含C量为0.3％以下，其余为Fe和不可避免夹杂物的纯铁系烧结材料。也可采用在该纯铁系烧结材料中还含有Si：以质量百分比计为3.5％以下、P：以质量百分比计为0.7％以下、B：以质量百分比计为0.3％以下、Cu：以质量百分比计为3.0％以下的元素中的至少一种以上的烧结材料。或者，除了该烧结材料之外，也可用具有饱和磁通为1.0T以上的磁特性的铸钢件。
本发明的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，将以铁系合金粉末或Fe粉为主体的混合粉末压缩成形后的内侧部件压粉体，和内径与内侧部件压粉体的外环部外周接触的大致环状的外侧部件嵌合起来，对两者进行烧结而使上述内侧部件和外侧部件形成一体后，将永久磁铁配置固定在外侧部件的外周上。
内侧部件压粉体设成用在圆周方向上相互隔着等间隔的数个连结肋，将外环部和具有轴孔部或轴部的内环部连结起来的形状，将永久磁铁配置在与肋相向的外侧部件的外周上较合适。
外侧部件可用具有饱和磁通密度为1.0T以上的磁特性的铸钢件。或，外侧部件也可以是将Fe粉中混合有成形润滑剂的外侧部件成形用混合粉末压缩之后，烧结而成的纯铁系烧结体。这样，通过将外侧部件制成刚性体(不是压粉体的材料)，烧结时内侧部件压粉体的膨胀量比外侧部件的大，外侧部件上产生拉伸应力而将两者更牢固地结合起来。但是，本发明不局限于这种制造方法，外侧部件用下述纯铁系压粉体构成，也是合适的实施形式之一，即，将成形润滑剂混合于Fe粉中的外侧部件成形用混合粉末压缩之后的纯铁系压粉体。
作为外侧部件，可用铁系压粉体和铁系烧结体取代纯铁系压粉体和纯铁系烧结体，其中，铁系压粉体用Fe-P粉末、或Fe粉和Fe-P粉末、及混合有成形润滑剂、含P量以质量百分比计为0.7％以下的外侧部件成形用混合粉末，铁系烧结体是将该铁系压粉体烧结而成的。另外，还可用下述铁系压粉体和将该铁系压粉体烧结而成的烧结体，该铁系压粉体是使用了在上述外侧部件成形用混合粉末中添加Si粉末、Fe-Si粉末、Fe-B粉末、含B的合金粉末、Cu粉末、Cu-B粉末中的至少一种以上，混合粉末组成中的Si含量以质量百分比计为3.5％以下，B含量以质量百分比计为0.3％以下，Cu含量以质量百分比计为3.0％以下的外侧部件成形用混合粉末的铁系压粉体。
本发明的永久磁铁型转子的制造方法中，是采用在烧结过程中的800℃以上的高温区域，内侧部件的热膨胀量比外侧部件的热膨胀量大的组成的内侧压粉体，环状外侧部件的内径和内侧部件的外径之配合尺寸差为5μm间隙以下的普通配合、或过盈量为接合面的直径的0.0025倍以内的静配合比较合适。另外，最好用含有锌的成形润滑剂对上述内侧部件压粉体进行成形，并且在渗碳性气氛中烧结。
对本发明的永久磁铁型转子的合适形式和作用，进一步作详细说明。本发明的永久磁铁型转子中，为了兼备强度和磁特性，要求强度的内侧部件用含有碳的铁系烧结材料形成，要求磁特性的外侧部件用磁特性材料形成。作为内侧部件的材料，只要是相当于JIS标准Z 2550中规定的SMF 3种、4种或5种，便可获得充分的强度。作为外侧部件的材料，纯铁系或纯铁成分中含有Si：以质量百分比计为3.5％以下、P：以质量百分比计为0.7％以下、B：以质量百分比计为0.3％以下、Cu：以质量百分比计为3.0％以下元素中的至少一种以上的烧结材料，磁特性优良。以下，是限定这些成分的理由。
Si：Si具有促进Fe的σ相烧结的效果，其结果使Fe晶粒***大，提高导磁率。为了具有提高固有电阻、降低磁力的铁损的效果，希望含有Si。但是，Si含量太高会降低压缩性，使烧结体密度降低而使导磁率下降，故最好上限以质量百分比计为3.5％。
P：P由于促进烧结，使晶粒增大，从而提高磁特性。另外，还可抑制内侧部件所含的碳向外侧部件扩散，可防止磁特性降低。因此，希望含有适量的P。但是，P含量增加会使导磁率降低，而且含量太高会在晶界上析出夹杂物，使尺寸精度降低。因此，P含量上限最好以质量百分比计为0.7％。
B：B和P一样促进烧结，使晶粒增大，且可抑制内侧部件所含的碳向外侧部件扩散，具有和P同样的效果。于是，可提高磁特性。因此，希望含有适量的B。但是，B含量增加会使导致磁率降低，而且含量过高会在晶界上析出夹杂物，或因压缩性下降而引起烧结体密度降低，以及导磁率下降。因此，B含量的上限最好以质量百分比计为0.3％。
Cu：Cu添加到以质量百分比计为1.5％左右，可增大提高磁特性的效果，但超过此含量，伴随着Cu的膨胀现象，会大幅度降低磁特性，而且含量太高会因Cu的膨胀现象而使接合状态变差。因此，Cu含量的上限最好以质量百分比计为3％。
另外，因外侧部件与含有C的内侧部件进行扩散接合，故含有从内侧部件扩散来的C，但，只要C含量以质量百分比计为0.3％以下，则磁特性降低极少，没有什么影响。
作为外侧部件，也可用JIS标准SS种、SPC种、S10C-S30C种、SUM11-SUM32种、SUY种等电磁软铁和具有硅钢等的磁特性的铸钢件，代替上述烧结材料。
以上，对内侧部件和外侧部件中的至少一方为烧结材料的本发明的永久磁铁型转子作了说明。下面，对内侧部件和外侧部件双方均为烧结材料的本发明永久磁铁型转子作说明。
本发明的永久磁铁型转子，它包括：由烧结体制成的环状外侧部件；由密度比该外侧部件低的烧结体构成，且外周面与外侧部件的内周面接触的内侧部件；以及在周向上隔有间隔地配置在外侧部件的外周面上的数个永久磁铁，外侧部件和内侧部件进行烧结而接合起来，其特征在于，内侧部件具有内环部、外周面与外侧部件的内周面接触的外环部、以及将内环部和外环部连结起来的辐射状的数个径向肋，外侧部件的平均厚度比内侧部件的外环部的平均厚度小。
该永久磁铁型转子也是将外侧部件和内侧部件进行烧结接合，将永久磁铁配置在外侧部件上构成的，内侧部件设在安装该转子的对方部件(例如，发动机的轴)上。这里，配置有永久磁铁的外侧部件，设成例如由含碳量低、且磁特性良好的纯铁系粉末形成的烧结体，另外，内侧部件用含碳量较高、强度高的铁合金粉末制成的烧结体，这样可得到磁特性良好、且强度高的转子。即，可以设成内侧部件在强度方面发挥作用，外侧部件具有高的磁特性的结构。内侧部件是具有内环部、外环部和将这些环部连结起来的辐射状的数个径向肋的部件，成为径向肋之间形成空间的减轻重量形状，故随着强度的提高可望实现轻量、紧凑化。本发明的转子中，内侧部件和外侧部件压粉成形，在将这些压粉成形体嵌合起来的状态下进行烧结，从而将两部件烧结接合而形成一体。烧结接合时，两部件产生热膨胀，用内侧部件的热膨胀系数比外侧部件热膨胀系数高的材料成分等进行调整时，内侧部件的外周面产生推压外侧部件内周面的压力。尤其是与内侧部件外环部的径向肋对应的部分的外周面，要承受径向肋的大的体积膨胀，故推压外侧部件内周面的压力要比其它部分大得多。因此，与内侧部件的径向肋对应部分的扩散接合显著地进行，在这部分，外侧部件和内侧部件牢固地接合。另外，本发明的转子中，外侧部件的平均厚度设计得比内侧部件外环部的平均厚度小。因此，烧结时，与密度相对较小的内侧部件的径向肋不对应的部分，不会相对于外侧部件向径向内侧退让。所以，通过烧结，可使内侧部件和外侧部件之间牢固接合。
本发明另一种永久磁铁型转子，是具有由烧结体构成的环状外侧部件；由密度比该外侧部件小的烧结体构成、且外周面与外侧部件的内周面接触的内侧部件；和在周向上隔着间隔配置在外侧部件的外周面上的数个永久磁铁，且外侧部件和内侧部件进行烧结接合而形成的永久磁铁型转子，其特征在于，内侧部件包括内环部、外周面与外侧部件的内周面接触的外环部、以及将内环部和外环部连结起来的辐射状的数个径向肋，外侧部件的平均厚度比内侧部件的外环部的平均厚度大，径向肋与内侧部件外环部的接触面积为外环部内周面积的10％以上。
该永久磁铁型转子不像上述转子那样将外侧部件的平均厚度设计得比内侧部件外环部的平均厚度小。在采用普通结构的场合，烧结时，与密度相对较小的内侧部件的径向肋不对应的部分可能会相对于外侧部件朝径向内侧退避。但是，在本发明中，将径向肋与外环部的接触面积设为外环部内周面积的10％以上。因此，产生像上述那样的内侧部件的外周面推压外侧部件内周面的压力时，内侧部件外环部上的与径向肋对应的部分的外周面，起着有足够的面积承受径向肋的大体积膨胀的作用。因此，通过烧结，可使内侧部件和外侧部件之间牢固接合。
上述的2个本发明的内侧部件，包括在径向肋之间设置与外环部接触、且在周向上延伸的周向肋的形式。根据该形式，有利于与外侧部件接合的内侧部件的体积膨胀部分，不仅用径向肋而且还用周向肋填补。即，设在径向肋之间的周向肋在烧结接合时与自身的体积相对应地进行热膨胀，由此，与外环部的周向肋对应的部分也和外侧部件牢固而紧密地接合。因此，可提高外侧部件和内侧部件的接合率。而且，在周向上可非常均衡地配置接合部分的强弱。
本发明中，将上述周向肋在径向肋之间的大致中间部，具有体积最大的形状，作为理想形式。根据该形式，由于，周向肋的体积膨胀在径向肋之间的大致中间部最大，故可取得与径向肋的按合部分的平衡，而且，可将因接合率的提高而引起的重量增加抑制到最小限度。
另外，本发明中，将上述径向肋相对于该转子的周向倾斜的形式作为理想形式。根据该形式，转子回转时，径向肋搅拌周围的空气或使其流动，利用该空气流对转子进行冷却。因此，可抑制因热量增加而引起的发电性能降低。
另外，对于上述的内侧部件和外侧部件两者均由烧结材料制成的永久磁铁型转子的各发明的外侧部件及内侧部件的材料，也在此作附带说明。内侧部件的组成，采用相当于JIS标准Z 2550中规定的SMF3种、4种或5种。外侧部件，采用C含量以质量百分比计为0.3％以下、其余为Fe和不可避免夹杂物的纯铁系烧结材料。另外，也可采用在该纯铁系烧结材料中还含有Si：以质量百分比计为3.5％以下、P：以质量百分比计为0.7％以下、B：以质量百分比计为0.3％以下、Cu：以质量百分比计为3.0％以下的元素中的至少一种以上的烧结材料。
这些发明的永久磁铁型转子，为了确保外侧部件和内侧部件的接合强度，也是采用烧结前两部件的配合尺寸差为5μm间隙以下的普通配合，或过盈量为接合面直径的0.0025倍以内的静配合，比较合适。
附图说明
图1是本发明的一种永久磁铁型转子，图1A是其俯视图，图1B是图1A的1B-1B向视断面图；
图2是本发明的另一种永久磁铁型转子，图2A是其俯视图，图2B是图2A的2B-2B向视断面图；
图3是表示将图2所示的本发明的永久磁铁型转子的内侧部件和外侧部件嵌合起来烧结后的接合状态之俯视图；
图4是本发明的另一种永久磁铁型转子，图4A是其俯视图，图4B是图4A的4B-4B向视断面图；
图5是本发明的另一种永久磁铁型转子，图5A是其俯视图，图5B是图5A的5B-5B向视断面图；
图6是本发明另一种永久磁铁型转子，图6A是图6B的6A-6A的向视断面图，图6B是图6A的6B-6B向视断面图；
图7是表示本发明的实施例制作的外侧部件及内侧部件的断面图；
图8是表示按本发明的实施例制作的转子的外侧部件和内侧部件的接合强度分布数据的照片。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的永久磁铁型转子作详细说明。
[实施形式1]
图1A是本发明实施形式1的永久磁铁型转子之俯视图，图1B是断面图，图1中符号1是外侧部件，符号2是内侧部件。内侧部件2，如图1所示，是用圆形的肋23将环状的外环部21和内环部22连接起来而形成的。肋23的厚度，设得比外环部21或内环部22薄而轻。外侧部件1呈环状，其外周面被加工成正多角形，永久磁铁3固定在这里。
[实施形式2]
图2是表示本发明的实施形式2的永久磁铁型转子的图，用朝着圆周方向等间隔地配置的多个连结肋23，将外环部21和内环部22连结起来，由于具有减轻重量部24，故可更轻量化。
图1或图2所示的永久磁铁型转子中，是将铁系合金粉末或混合粉末压缩成形为内侧部件2的形状的内侧部件压粉体，与将纯铁系粉末压缩成环状的外侧部件压粉体、或将其烧结后的外侧部件烧结体、或大致环状的纯铁系铸钢制的外侧部件嵌合起来进行烧结时，由于含碳的内侧部件2的热膨胀量比外侧部件1的热膨胀量大，故紧密接合，得到两者充分的扩散接合，因此可获得高接合强度。然后，将外侧部件1的外周加工成正多角形，将永久磁铁3配置固定，便可获得兼具磁特性和强度的轻量永久磁铁型转子。
图3是表示所示的永久磁铁型转子的外侧部件1加工之前的状态的俯视图。该永久磁铁型转子，在烧结过程中，外环部21和连结肋23对应的部分的热膨胀量，比与减轻重量部24对应的部分的热膨胀量大。因此，与连结肋23相向的内侧部件2的外周部以及与该外周部相向的外侧部件的内周部(图3的A部)上的扩散接合进行得最充分，接合强度高。但是，在进行扩散结合的过程中，产生从内侧部件2向外侧部件1扩散碳的现象，故外侧部件1的磁特性降低。
因此，在本实施形式中，将固定于外侧部件1外周上的永久磁铁3[图2A中示出]配置在磁特性降低的、与内侧部件2的连结肋23相向的外侧部件1的外周面上，永久磁铁3的侧部便处于与内侧部件2的减轻重量部24相向的位置。在与内侧部件2的减轻重量部24相向的部分(图3的B部)，与连结肋23相向的部分(A部)相比，能抑制扩散结合，从降低磁特性的内侧部件2扩散的碳很少，磁特性良好。通过将磁通最集中的永久磁铁3的侧部配置在该部分(B部)，便得到充足的接合强度，而且，可得到磁特性良好的永久磁型转子。
铁系压粉体之间通过烧结而接合时，两部件只要在烧结过程的约800℃以上的高温区域的至少一部分区域内(所需时间虽因温度而不同，但合金成分的扩散深度达到5μm左右为止的区间)紧密接合，便可进行充分的接合。烧结一般是固相烧结，但一部分在产生液相的状态下进行烧结时，可进一步促进扩散接合。这种场合，液相生成量为5％以内，虽不必担心腐蚀和形状破坏等，但，为了将烧结体的尺寸精度也保持在良好的状态，最好控制在3％以内。
另外，使内侧部件压粉体含有锌，外侧部件压粉体或铸钢制的外侧部件不含锌，可在将两者嵌合的状态下、在渗碳性气氛中烧结。由此，含锌的内侧部件压粉体，产生来自气氛的渗碳，可抑制伴随烧结的进行而产生的收缩，故热膨胀量比不含锌的场合大。为此，相对地在外侧部件1紧固内侧部件2的状态下，通过烧结进行扩散接合，故可更牢固地形成一体。
烧结时的气氛气体不是渗碳性气体的场合，即使在内侧部件压粉体含锌的情况下，也不产生膨胀量增大这一作用效果。顺便说一下，气氛气体为渗碳性的场合，即使不含锌，压粉体的膨胀量也会增加若干，但在内侧部件和外侧部件这样的复合零件上，由于该现象在外侧部件及内侧部件两者上同样地产生，故没有相对差异，也不影响接合效果。气氛气体为渗碳性、且两部件均含锌的场合，膨胀量虽增大，但相互抵消，故结果一样。可单纯向内侧压粉体添加锌，但，兼作成形润滑剂以硬脂酸锌的形态添加，不费功夫而且均匀分散，是比较理想的。气氛气体，可采用天然气和对甲烷系碳氢化合物进行转换而生成的精制放热型气体(例如渗碳性丁烷改良煤气)。
在提高接合强度方面，嵌合内侧部件和外侧部件时的配合尺寸差(外侧部件的孔的内径尺寸与内侧部件的外径尺寸之差)也很重要。这种场合，最好将内侧部件的外径尺寸设定得粗一些(静配合)而压入外侧部件内，过盈量越大两者的紧密度越高。但，在未烧结(压粉体)的情况下，为了避免强度低的外侧部件因受过大的拉伸应力而破损，过盈量最好为接合面直径的0.0025倍以内。即使在选择普通配合的场合，间隙也是越小越好，应为5μm以下。
[实施形式3]
图4A是本发明的实施形式3的永久磁铁型转子的俯视图，图4B是图4A的4B-4B向视断面图。图4中，符号31是环状外侧部件，符号32是圆筒状内侧部件。内侧部件32由内环部51、外周面与外侧部件的内周面接触的外环部52、以及将内环部51和外环部52同轴连结而形成一体的辐射状的多个径向肋53构成。径向肋53，沿径向延伸，在周向上相隔等间隔配置，径向肋53之间形成有减轻重量部54。在此，通过适宜地设定径向肋53和外环部52的接合部[图4A、图4B中用55所示的部分]与外环部52的内周面积的面积比例，烧结后在外侧部件31和内侧部件32之间，转子可获得耐使用性所要求的结合率(30％以上)。
内侧部件32的内环部51的中心形成有凹处56，其周围较厚，径向肋53具有和厚度57大致相同的高度(轴向厚度)。厚部57的凹处56的开口侧的端面上，在周向上相隔等间隔形成有数个螺钉孔58。利用这些螺钉孔58，将该转子安装在例如传动装置上。外侧部件31的外周部上，相隔等间隔地固定有多个未图示的永久磁铁。
图4所示的实施形式中，如该图所示，在将外侧部件31的平均厚度设为内侧部件32的外环部52的平均厚度以上的场合，由于将径向肋53与外环部52的接触面积设为外环部52的内周面积的10％以上，故可充分确保外环部52承受径向肋53的大的体积膨胀的面积，通过烧结可实现内侧部件32和外侧部件31之间的牢固接合。另外，在未图示的将外侧部件31的平均厚度设得比内侧部件32的外环部52的平均厚度小的场合，烧结时，与密度相对较低的内侧部件32的径向肋53不对应的部分，不会相对于外侧部件31各径向内侧退让，因此，通过烧结可实现内侧部件32和外侧部件31之间的牢固接合。
[实施形式4]
图5A是本发明的实施形式4的永久磁铁型转子的俯视图，图5B是图5A的5B-5B向视断面图。该转子也和上述实施形式3的转子一样，包括环状外侧部件31和圆筒状内侧部件32，内侧部件32具有内环部51、外环部52和数个径向肋53。这种场合，径向肋53具有和内环部51相同的厚度，外环部52的高度(轴向长度)大致和外侧部件31的高度一样，径向肋53之间形成有减轻重量部54。该实施形式中，也是通过合适设定径向肋53和外环部52的接合部[图5A中用符号55所示的部分]与外环部52的内周面积的面积比例，烧结后在外侧部件31和内侧部件32之间，作为转子可获得耐使用的接合率(30％以上)。本实施形式中，径向肋53之间形成有周向肋59，该肋和外环部52一体地沿周向延伸。又，数个永久磁铁33沿周向相隔等间隔地固定在外侧部件31的外周部上。
上述实施形式3和实施形式4的永久磁铁型转子，如下述那样进行制造。首先，得到将纯铁系粉末压缩成形为外侧部件31的形状的外侧部件压粉体、或将其烧结后的外侧部件烧结体，另外，得到将铁系合金粉末或混合粉末压缩成形为内侧部件32的形状的内侧部件压粉体。在此，内侧部件压粉体的密度设得比外侧部件、或外侧部件烧结体的密度低。接着，将它们相互嵌合起来进行烧结，烧结后，适宜地成形外侧部件31的外周并配置固定永久磁铁33。烧结过程中，在外侧部件31和内侧部件32的接合面上产生原于扩散，于是两部件31、32相接合。
根据上述永久磁铁型转子，固定有永久磁铁33的外侧部件31，含碳量少，因此，是由磁特性优良的粉末制成的烧结体，内侧部件32是由含碳量多、且强度高的粉末制成的烧结体，故，制品的磁特性优良且强度高。即，内侧部件32发挥强度方面的作用，外侧部件31发挥高的磁特性。内侧部件32包括：内环部51、外环部52和将它们连结起来的辐射状的多个径向肋53。径向肋53之间形成有减轻重量部54，故在提高强度的同时，还可轻量、紧凑化。
这里，对通过上述烧结工序将外侧部件31和内侧部件32相互接合的原理作详细说明。烧结过程中，两部件31、32产生热膨胀，但，由于内侧部件32比外侧部件31的密度低，故内侧部件32的热膨胀系数比外侧部件31的高，因此，内侧部件32的外周面产生按压外侧部件31的内周面的压力。
尤其是与内侧部件32的外环部52的径向肋53对应的部分的外周面，承受径向肋53的大的体积膨胀，故按压外侧部件31的内周面的压力与其他部分比，非常高。因此，与内侧部件32的径向肋53对应的部分的扩散接合明显地进行，外侧部件31和内侧部件32牢固地接合。通过适宜地设定径向肋53和外环部52的接合面55与外环部52的内周面积的面积比例，烧结后在外侧部件31和内侧部件32之间，作为转子可获得耐使用的所希望的接合率。因此，作为整体，两部件31、32可牢固地接合。换言之，两部件31、32确实相接合的部位，可特定为与径向肋53对应的部位，故任意设定上述比例，可使两部件31、32确实接合。
下面，对上述实施形式4的特有作用作说明。实施形式4中，内侧部件3的各径向肋53之间形成有与外环部52相连结、沿周向延伸的周向肋59。这样，有利于与外侧部件31相接合的内侧部件32的体积膨胀部分，不仅可用径向肋53而且还可用周向肋59进行填补。即，周向肋59，在烧结接合时，根据自身的体积进行热膨胀，故与外环部52的周向肋59相对应的部分，也与外侧部件31牢固而紧密地接合。因此，外侧部件31和内侧部件32的接合率提高，而且，可在周向上均衡地分布接合部分的强弱程度。
上述实施形式3和实施形式4中，径向肋53可采用在周向上倾斜的形式。根据这种形式，转子回转时径向肋53搅拌周围的空气或使其流动。利用该空气流对转子自身进行冷却。这样，可抑制因热量上升而使发电性能降低。
在上述实施形式4中，周向肋59最好在径向肋53之间的大致中间部，设成体积最大的形状。为设成这种形状，例如，可改变宽度(轴向厚度)和高度(径向长度)。根据这种形式，在径向肋53之间的大致中间部，周向肋59的体积膨胀也最大，故可取得与径向肋53接合的接合部分的均衡，而且，还可将为了提高接合率而增加的重量抑制到最小限度。
[实施形式5]
图6表示本发明实施形式5的永久磁铁型转子，图6A是图6B的6A-6A向视图，图6B是图6A的6B-6B向视图。图6中，符号31是环状外侧部件，符号32是内侧部件，它们均由烧结体构成。内侧部件32如图6B所示，由内周侧的轮毂60和外周侧的环状部61构成。环状部61的厚度也比轮毂60的厚度小。外侧部件31的外周部，沿周向相隔等间隔地固定有数个永久磁铁33。
如图6A所示，内侧部件32的环状部61的外周，沿周向相隔等间隔地形成有与外侧部件31的内周面连结的数个肋62，肋62之间形成有减轻重量部63。通过适宜地设定由肋62和外侧部件31的接合部[图6A中的符号64表示的部分]的面积与外侧部件31的内周面积的比例，烧结后，在外侧部件31和内侧部件32之间，作为转子可获得耐使用的所希望的接合率(30％以上)。
该实施形式5的转子也和上述实施形式3、实施形式4一样，内侧部件32由比外侧部件31密度低的烧结体构成，两者进行烧结接合。实施形式5中，形成于内侧部件32的环状部61的径向外侧的数个肋62的接合面64，与外侧部件31的内周面直接接触而接合起来。烧结接合时，肋62热膨胀，其接合面64产生按压外侧部件31的内周面的压力，于是，两部件31、32牢固地接合。通过适宜地设定外侧部件31和数个肋62相对于外侧部件31的内周面积的接触面积(接合面64的的面积)，烧结后，在外侧部件31和内侧部件32之间，作为转子可获得耐使用的所希望的接合率。因此，两部件31、32可确实相接合。而且，两部件31、32确实相接合的部位可特定为肋62的接合面64，故任意设定上述比例，便可将两部件31、32确实接合。
以下，对本发明的实施例作说明。
[实施例1]
作为内侧部件压粉体，准备了内侧部件压粉体70，该压粉体是这样形成的，即在铁粉中添加铜粉以质量百分比计为1.5％、石墨粉以质量百分比计为1.0％，并添加硬脂酸锌作为成形润滑剂，进行混合，按6.5g/cm3的密度将混合好的粉末压粉成形为图7所示的形状。图7的单为“mm”。另外，作为外侧部件，准备了外侧部件压粉体71、以及将该压粉体在氮气气氛中在850℃下保温30分钟，烧结而成的外侧部件烧结体，其中，外侧部件压粉体是这样形成的，即，将铁粉和作为成形润滑剂添加的硬脂酸锌进行混合，将混合后的粉末按7.0g/cm3的密度压粉成形为图7所示形状。另外，还准备了图7所示形状的纯铁铸件作为外侧部件铸件。
以60μm的静配合方式将内侧部件压粉体70，与准备好的外侧部件压粉体71、外侧部件烧结体及外侧部件铸件嵌合而形成一体后，在丁烷改良煤气中、在1130℃保温40分钟进行烧结。对所得到的试料测定接合强度、重量及作为磁特性的磁通密度。测定结果示于表1。为了进行比较，用直到现在还使用的硅钢片制作成图7所示形状的试料，用失蜡法将相当于JIS标准的S45C材料制作成减轻重量形状的试料，对它们进行重量和磁通密度评价的结果一并示于表1中。
                            表1
  内侧部件   组成   Fe-1.5Cu-1.0C   硅钢片   S45C(减轻重量部的形状)
  外侧部件   组成   Fe   Fe
  状态   压粉体   烧结体   铸钢
  接合强度   ○   ○   ○   -   -
  重量   ○   ○   ○   ×   ○
  磁特性(B)   ○   ○   ○   ○   ×
根据表1，用硅钢片制作的试料，磁特性优良但重量重，用失蜡法将相当于JIS标准的S45C材料制作成的试料，是按减轻重量的形状制作的，故重量轻，但磁特性差。另外，将内侧部件压粉体与外侧部件压粉体、外侧部件烧结体及外侧部件铸件进行烧结接合的试料，当然重量轻而且接合强度高、磁特性优良。
[实施例2]
作为内侧部件压粉体，准备了在铁粉中添加铜粉以质量百分比计为1.5％、石墨粉以质量百分比计为1.0％、以及添加了硬碳酸锌作为成形润滑剂，进行混合，按6.5g/cm3的密度将混合好的粉末压粉成形为图7所示形状的内侧部件压粉体。另外，作为外侧部件，准备了铁粉(Fe粉)、含Si以质量百分比计为20％，其余为Fe和不可避免夹杂物的Fe-20Si粉、含P以质量百分比计为20％，其余为Fe和不可避免夹杂物的Fe-20P粉、含P以质量百分比计为0.6％，其余为Fe和不可避免夹杂物的Fe-0.6P粉、含B以质量百分比计为20％，其余为Fe和不可避免夹杂物的Fe-20B粉及铜粉(Cu粉)，和硬脂酸锌一起按表2所示的配比添加并进行混合，按照和实施例1同样的条件，对所得到的表2所示组成的外侧部件成形用混合粉末进行成形，准备了外侧部件压粉体试料1-22。按照和实施例1同样的条件将内侧部件压粉体嵌合到所准备的外侧部件压粉体内，对烧结所得到的试料1-22的接合强度和磁通密度进行评价，将评价结果一并示于表2。
表2
  试料编号   配合比  质量％   混合粉末的组成  质量％   接合强度   磁特性B 备注
  Fe粉   Fe-20Si粉   Fe-20P粉   Fe-0.6P粉   Fe-20B粉  Cu粉   Fe   Si   P   B   Cu
  01   其余   其余   ○   ○
  02   其余   5.0   其余   1.0   ○   ○
  03   其余   15.0   其余   3.0   ○   ○
  04   其余   17.5   其余   3.5   ○   △   含Si量超过上限
  05   其余   20.0   其余   4.0   ○   ×
  06   其余   0.5   其余   0.1   ○   ○
  07   其余   1.5   其余   0.3   ○   ○
  08   其余   3.0   其余   0.6   ○   ○
  09   其余   3.5   其余   0.7   ○   ○
  10   其余   5.0   其余   1.0   ○   ×   含P量超过上限
  11   其余   其余   0.6   ○   ○
  12   其余   0.5   其余   0.7   ○   ○
  13   其余   1.0   其余   0.2   ○   ○
  14   其余   1.5   其余   0.3   ○   ○
  15   其余   2.0   其余   0.4   △   ×   含B量超过上限
  16   其余   1.0   其余   1.0   ○   ○
  17   其余   2.0   其余   2.0   ○   ○
  18   其余   3.0   其余   3.0   △   △
  19   其余   5.0   其余   5.0   ×   ×   含Cu量超过上限
  20   其余   1.0   2.0   其余   0.2   2.0   ○   ○
  21   其余   3.0   2.0   其余   0.6   2.0   ○   ○
  22   其余   1.0   2.0   其余   0.2   2.0   ○   ○
从表2可知，含Si量以质量百分比计为3.5％的试料4中，虽然在实用范围内，但磁通密度少许降低，含Si量超过以质量百分比计为3.5％的试料5，磁通密度降低。含P量超过以质量百分比计为0.7％的试料10，产生晶粒边界析出夹杂物现象，使磁通密度降低。含B量超过以质量百分比计为0.3％的试料15，产生晶粒边界析出夹杂物现象，使磁通密度降低，且接合强度也少许降低。
含Cu量以质量百分比计为3％的试料18中，由于Cu的膨胀现象，故磁特性降低，接合强度少许降低，含Cu量超过以质量百分比计为3％的试料19，由于Cu的膨胀量过大，故外侧部件和内侧部件的间隙增大，接合强度下降，且磁特性也下降。根据以上情况，Si量、P量、B量和Cu量若在本发明的合适范围内，则显示接合强度和磁特性均良好的结果，确认了哪一个元素含量超过本发明的合适范围则磁特性都会降低。
[实施例3]
按照表3所示的配合尺寸差，将按照和实施例1同样的条件准备的内侧部件压粉体和外侧部件压粉体嵌合成一体后，对按照和实施例1一样的条件烧结的试料进行接合强度和磁特性评价，评价结果一并示于表3。
                               表3
  内侧部件   组成   Fe-1.5Cu-1.0C
  外侧部件   组成   Fe
  配合尺寸差   +10μm   +5μm   -60μm   -375μm   -400μm
  普通配合   静配合   破损
  接合强度   △   ○   ○   ○   -
  磁特性(B)   ○   ○   ○   ○   -
根据表3，配合尺寸差为5μm间隙的普通配合，可得到良好的接合强度，间隙为10μm的普通配合，得不到足够的接合而使接合强度降低。另外，本试验的接合面直径为150mm的场合，过盈量为接合面直径的0.0025倍(0.375mm＝375μm)的静配合，可获得良好的接合强度，过盈量更大的400μm的静配合，压粉体破损。
[实施例4]
作为内侧部件压粉体，是用在铁粉中添加铜粉以质量百分比计为1.5％、石墨粉以质量百分比计为1.0％、以及添加了硬脂酸锌(Zn-St)作为成形润滑剂的混合粉末，和添加了硬脂酸锂(Li-St)的混合粉末，用和实施例1同样的条件进行压粉成形而准备了内侧部件压粉体。作为外侧部件，是用铁粉与添加了硬脂酸锌作为成形润滑剂的混合粉末，和添加了硬脂酸锂的混合粉末，用和实施例1同样的条件进行压粉成形而准备了外侧部件压粉体。将它们组合起来，用过盈量为60μm的静配合方式进行嵌合，将嵌合后的压粉体在氨分解气体的气氛和丁烷改良煤气的气氛中、在1130℃下保温40分钟，对其接合强度和磁特性进行评价，结果示于表4。
                               表4
  内侧部件   组成   Fe-1.5Cu-1.0C
  成形润滑剂   Zn-St   Zn-St   Li-St   Zn-St
  外侧部件   组成   Fe
  成形润滑剂   Zn-St   Li-St   Li-St   Zn-St
  烧结气氛   氨分解气体   丁烷改良煤气   丁烷改良煤气   丁烷改良煤气
  接合强度   ○   ◎   ○   ○
  磁特性(B)   ◎   ○   ○   ○
从表4可知，将成形润滑剂采用硬脂酸锌的内侧部件压粉体，和成形润滑剂采用硬脂酸锌的外侧部件压粉体组合后，在氨分解气体气氛中烧结的部件；将成形润滑剂采用硬脂酸锌的内侧部件压粉体，和成形润滑剂采用硬脂酸锂的外侧部件压粉体组合后，在丁烷改良煤气气氛中烧结的部件；将成形润滑剂采用硬脂酸锂的内侧部件压粉体，和成形润滑剂采用硬脂酸锂的外侧部件压粉体组合后，在丁烷改良煤气的气氛中烧结的部件；以及将成形润滑剂采用硬脂酸锌的内侧部件压粉体，和成形润滑剂采用硬脂酸锌的外侧部件压粉体组合后，在丁烷改良煤气的气氛中烧结的部件，均具有良好的接合强度和磁特性，尤其是确认了用采用硬脂酸锂的外侧部件压粉体，在丁烷改良煤气的气氛中烧结时，接合强度极高。
在以上所示的表1-表4中，◎表示实用上合适，○实用上可以使用，△实用上有界限，×实用上不能使用。
[实施例5]
关于图4所示结构的转子，制造了这种转子，即设径向肋数量为12条、外侧部件的外径为155mm，通过改变外侧部件的平均厚度、内侧部件外环部的平均厚度和径向肋的厚度，来改变径向肋和外环部的接合面积与外环部内周面积之比例的表5所示的转子。作为内侧部件压粉体，在具有3种相当于SMF组成的粉末中添加硬脂酸锌作为成形润滑剂，进行混合，设混合后的粉末密度为6.5g/cm3，准备好了内侧部件压粉体。作为外侧部件，在铁粉中添加硬脂酸锌作为成形润滑剂进行混合，设混合粉末的密度为7.0g/cm3，准备好了外侧部件压粉体。用过盈量为60μm的静配合方式，将内侧部件压粉体嵌合到准备好的外侧部件压粉体内形成一体后，在丁烷改良煤气中、在1130℃保温40分钟进行烧结。
用超声波探伤装置(佳能公司制：M-500)调查这些转子的外侧部件和内侧部件的接合面的状态，求接合率的结果一并示于表5中。接合率的计算按下述方法。图8所示为，从超声波探伤装置输出沿周向的接合状态的接合强度分布数据。这里，白色部分是扩散接合进行得很充分，不存在外侧部件与内侧部件的界面的牢固接合部分，红色部分是存在着外侧部件与内侧部件的界面的接合强度较弱的部分。根据该接合强度分布数据，测定接合部分(白色部分)的面积，求出接合率。
实际测定接合强度的结果一并示于表5。符号◎表示实用上合适，○实用上可以用，×实用上不能用。
表5
  试料编号   外侧部件的外径(mm)   外侧部件的平均厚度(mm)   内侧部件外环部的平均厚度(mm)   肋宽度(mm)   径向肋和外环部的接合面积与外环部内周面积的比例(％)   接合率(％)   接合强度   备注
  31   155   7.0   10.5   4.0   25.5   70   ◎   外侧部件的平均厚度比内侧部件的外环部的平均厚度小的场合
  32   155   7.0   9.5   4.0   25.0   72   ◎
  33   155   7.0   8.5   4.0   24.6   73   ◎
  34   155   7.0   7.5   1.0   6.1   66   ◎
  35   155   7.0   7.5   1.6   9.7   69   ◎
  36   155   7.0   7.5   3.0   18.2   71   ◎
  37   155   7.0   7.5   5.0   30.3   82   ◎
  38   155   7.0   7.5   7.0   42.4   88   ◎
  39   155   7.0   6.5   4.0   23.9   75   ◎   外侧部件的平均厚度为内侧部件的外环部的平均厚度以上的场合
  40   155   7.0   5.5   4.0   23.5   68   ◎
  41   155   7.0   5.0   4.0   23.3   64   ◎
  42   155   7.0   4.5   1.0   5.8   18   ×
  43   155   7.0   4.5   1.7   9.8   30   ○
  44   155   7.0   4.5   3.0   17.4   43   ○
  45   155   7.0   4.5   4.0   23.3   59   ◎
  46   155   7.0   4.5   5.0   28.9   70   ◎
  47   155   7.0   4.5   7.0   40.5   80   ◎
  48   155   7.0   4.0   4.0   23.0   48   ◎
  49   155   7.0   3.5   4.0   22.8   39   ○
  50   155   7.0   3.0   4.0   22.6   30   ○
根据表5，在外侧部件的平均厚度小于内侧部件外环部的平均厚度的场合，均得到了合适的高的接合率。在外侧部件的平均厚度大于内侧部件外环部的平均厚度的场合，径向肋和外环部的接触面积与外环部的内周面积的比例约为6％的、试料编号42的试料，如图8(左图)所示，接合率低，为18％，接合强度不够。但是，除此之外的试料，在径向肋和外环部的接触面积与外环部的内周面积的比例为10％以上的场合，可得到30％以上的接合率，可得到足够的接合强度。作为代表性的例子，试料编号35和45的试料用超声波探伤装置测的接合强度分布数据示于图8(左图、中央图)。从该图可知，这些试料白色部分(接合面积)多，显示了高的接合强度。
从以上情况可知，接合率若为30％以上，则可获得足够的接合强度；为此，径向肋和外环部的接触面积与外环部的内周面积的比例必须为10以上。

Claims (23)

1.一种永久磁铁型转子，其特征在于，它包括：内侧部件；具有软磁性且内周与上述内侧部件的外环部外周接触的环状的外侧部件；在上述外侧部件的外周，在圆周方向等间隔地配置的多个永久磁铁，上述内侧部件和外侧部件中的至少一方由烧结材料构成，而且上述内侧部件和外侧部件进行烧结而相互接合。
2.根据权利要求1所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述内侧部件是用肋将外环部和具有轴孔部或轴部的内环部连结起来而构成的。
3.根据权利要求2所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述肋是由朝向圆周方向、相互相隔等间隔的多个连结肋构成的，上述永久磁铁配置在与上述内侧部件的肋相向的外侧部件的外周上。
4.根据权利要求1所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述外侧部件是由含C量以质量百分比计为0.3％以下、其余为Fe和不可避免的夹杂物组成的铁系烧结材料制成的。
5.根据权利要求4所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述纯铁系烧结材料还含有Si：以质量百分比计为3.5％以下、P：以质量百分比计为0.7％以下、B：以质量百分比计为0.3％以下、Cu：以质量百分比计为3.0％以下的元素中的至少一种以上。
6.根据权利要求1所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述外侧部件是具有饱和磁通为1.0T以上的磁特性的铸钢件。
7.根据权利要求1所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述内侧部件的组成相当于JIS标准Z 2550中规定的SMF 3种、4种或5种。
8.一种永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，将内侧部件压粉体和环状的外侧部件嵌合起来，加热到上述内侧部件压粉体的烧结温度，对内侧部件压粉体进行烧结，并且使其与外侧部件接合，其中所述内侧部件压粉体是将以铁系合金粉末或Fe粉为主体的混合粉末压缩成形而成、并具有外环部，所述环状的外侧部件具有与该内侧部件压粉体的上述外环部外周接触的内径，在使上述内侧部件和上述外侧部件形成一体后，将永久磁铁配置固定在上述外侧部件的外周上。
9.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述内侧部件压粉体为用在圆周方向上相互隔着等间隔的数个连结肋将外环部和具有轴孔部或轴部的内环部连结起来的形状，将上述永久磁铁配置在与上述肋相向的上述外侧部件的外周上。
10.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述外侧部件是对成形润滑剂混合于Fe粉中的外侧部件成形用混合粉末进行压缩成形而形成的压粉体。
11.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述外侧部件是将成形润滑剂混合于Fe粉中的外侧部件成形用混合粉末压缩之后进行烧结而成的烧结体。
12.根据权利要求10所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述外侧部件成型用混合粉末是将Fe-P粉末、或Fe粉和Fe-P粉末、以及成形润滑剂混合起来的混合粉末，上述外侧部件成形用混合粉末的含P量以重百分比计为0.7％以下。
13.根据权利要求10所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，还在上述外侧部件成形用混合粉末中添加Si粉末、Fe-Si粉末、Fe-B粉末、含B的铁合金粉末、Cu粉末、以及Cu-B粉末中的至少一种以上，上述外侧部件成形用混合粉末的组成中，Si含量以质量百分比计为3.5％以下、B含量以质量百分比计为0.3％以下、Cu含量以质量百分比计为3.0％以下。
14.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述外侧部件是具有饱和磁通密度为1.0T以上的磁特性的铸钢件。
15.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述内侧部件压粉体的组成相当于JIS标准Z 2550中规定的SMF 3种、4种或5种。
16.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，采用其组成为在烧结过程中的800℃以上的高温区域中内侧部件的热膨胀量比外侧部件的热膨胀量大的内侧压粉体。
17.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，上述外侧部件的内径与内侧部件的外径的配合尺寸差小于5μm间隙的普通配合，或过盈量为接合面的直径的0.0025倍以内的静配合。
18.根据权利要求8所述的永久磁铁型转子的制造方法，其特征在于，这种制造方法使用含有锌的成形润滑剂对上述内侧部件压粉体进行成形，并且在渗碳性气氛中烧结。
19.一种永久磁铁型转子，它包括由烧结体构成的环状外侧部件；由密度比该外侧部件低的烧结体构成、且外周面与外侧部件的内周面接触的内侧部件；在周向上隔着间隔地配置在上述外侧部件的外周面上的数个永久磁铁，这种转子是将上述外侧部件和内侧部件进行烧结接合而形成的永久磁铁型转子，其特征在于，
上述内侧部件包括内环部、外周面与上述外侧部件的内周面接触的外环部、以及将内环部和外环部连结起来的辐射状的数个径向肋，上述外侧部件的平均厚度比上述内侧部件的外环部的平均厚度小。
20.根据权利要求19所述的永久磁铁型转子，其特征在于，径向肋之间设有与上述外环部接触、且沿着周向延伸的周向肋。
21.根据权利要求20所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述周向肋具有在上述径向肋之间的中间部体积为最大的形状。
22.根据权利要求20所述的永久磁铁型转子，其特征在于，上述径向肋相对于该转子的周向倾斜。
23.一种永久磁铁型转子，它包括由烧结体构成的环状外侧部件；由密度比该外侧部件低的烧结体构成、且外周面与外侧部件的内周面接触的内侧部件；在周向上隔着间隔地配置在上述外侧部件的外周面上的数个永久磁铁，这种转子是将上述外侧部件和内侧部件进行烧结接合而形成的永久磁铁型转子，其特征在于，
上述内侧部件包括内环部、外周面与上述外侧部件的内周面接触的外环部、以及将内环部和外环部连接起来的辐射状的数个径向肋，上述外侧部件的平均厚度为上述内侧部件的外环部的平均厚度以上，上述径向肋和上述外环部的接触面积为外环部的内周面积的10％以上。
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