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TW202030083A - 積層鐵芯及旋轉電機 - Google Patents

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TW202030083A
TW202030083A TW108146214A TW108146214A TW202030083A TW 202030083 A TW202030083 A TW 202030083A TW 108146214 A TW108146214 A TW 108146214A TW 108146214 A TW108146214 A TW 108146214A TW 202030083 A TW202030083 A TW 202030083A
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steel sheets
core
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laminated
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TW108146214A
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TWI744743B (zh
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脇坂岳顯
藤村浩志
平山隆
Original Assignee
日商日本製鐵股份有限公司
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Abstract

本發明之積層鐵芯是一種具備互相積層的複數個電磁鋼板、且已將所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板彼此固定而成之積層鐵芯，所有成組之電磁鋼板彼此中，一部分的成組之電磁鋼板彼此被歛合但未被接著，其餘的成組之電磁鋼板彼此被接著但未被歛合。

Description

積層鐵芯及旋轉電機
本發明有關一種積層鐵芯及旋轉電機。 本發明是依據已於2018年12月17日於日本提出申請的特願2018-235866號而主張優先權，並在此引用其內容。
發明背景 截至目前，已知有一種如下述專利文獻1所記載的積層鐵芯。在該積層鐵芯中，在積層方向上相鄰的電磁鋼板是藉由接著及歛合的兩種方法來接合。
先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2015-136228號公報
發明概要 發明欲解決之課題 在前述以往的積層鐵芯中，針對確保外形尺寸精度並使磁特性提升一事仍有改善的餘地。
本發明是有鑑於前述情況而作成者，其目的在於確保外形尺寸精度並使磁特性提升。
用以解決課題之手段 為解決前述課題，本發明提出了以下手段。 (1)本發明第一態樣是一種具備互相積層的複數個電磁鋼板、且已將所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板彼此固定而成之積層鐵芯；前述積層鐵芯在前述所有成組之電磁鋼板彼此中，一部分的成組之電磁鋼板彼此被歛合但未被接著，其餘的成組之電磁鋼板彼此被接著但未被歛合。
相較於藉由接著所行接合，藉由歛合所行接合較可提高尺寸精度。在此，所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板彼此中，一部分的成組之電磁鋼板彼此被歛合。因此，可提高積層鐵芯當中由該等一部分的組所形成的部分的形狀精度。結果便可提高積層鐵芯的外形精度。進而可確保積層鐵芯的處理性。例如，在將捲線捲繞於積層鐵芯時，亦可精度良好地捲繞等。 然而，藉由歛合所行接合恐會致使在積層方向上相鄰之電磁鋼板之間產生短路電流(雜散電流)。在此，所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板彼此中，除前述一部分的組外，將其餘組的電磁鋼板彼此接著。從而，可抑制在該等其餘組的電磁鋼板彼此之間產生雜散電流。其結果，可使積層鐵芯之磁特性提升。
(2)如前述(1)之積層鐵芯中，前述複數個電磁鋼板可在積層方向上以每隔1組以上的方式來接著。
複數個電磁鋼板是在積層方向上以每隔1組以上的方式來接著。因此，可抑制藉由接著而接合的電磁鋼板在積層鐵芯中局部地集中在積層方向的一部分。換言之，可使藉由接著而接合的電磁鋼板在積層方向上分散。其結果，可更提高積層鐵芯的外形精度。
(3)如前述(1)或(2)之積層鐵芯中，前述複數個電磁鋼板可在積層方向上以每隔質數組的方式來接著。
積層鐵芯也與一般的物品同樣具有固有的共振頻率。積層鐵芯的共振頻率若低，在輸入了一般的振動時容易產生共振。因此，是以積層鐵芯的共振頻率高為佳。 在此，複數個電磁鋼板在積層方向上以每隔N組的方式來接著時，會有積層鐵芯的共振頻率是與N相關的傾向。 亦即，以每隔N組的方式來接著時，在積層方向上相鄰之接著部之間會配置(N+1)片電磁鋼板，並且該等電磁鋼板被互相歛合。接著部所帶來的接合強度較歛合所帶來的接合強度更低時，前述(N+1)片電磁鋼板變得容易以接著部為起點而整體性地作用。換言之，前述(N+1)片電磁鋼板是以1個團塊的方式作用。在如上述之積層鐵芯中，複數個電磁鋼板在積層方向上空出等間隔而以每隔N組的方式來接著時，積層鐵芯的共振頻率會受到N的因數影響。並且，複數個電磁鋼板在積層方向上以每隔互相不同的N1組、每隔N2組、…的方式來接著時，積層鐵芯的共振頻率會受N1、N2…的最小公倍數影響。前述因數或前述最小公倍數越大，積層鐵芯的共振頻率變得越高。 複數個電磁鋼板是在積層方向上以每隔質數組的方式來接著。因此，在複數個電磁鋼板是在積層方向上空出等間隔而以每隔N組(惟，N為質數)的方式被接著時，N仍為質數並且可使前述因數變大。並且，在複數個電磁鋼板是在積層方向上以每隔互相不同的N1組、每隔N2組、…的方式來接著時，也可使N1、N2…的最小公倍數變大。從而可使積層鐵芯的共振頻率變高。其結果，例如可使共振頻率為較可聽區域高的頻率。藉此，就算例如在將該積層鐵芯應用於電動機的情況等，仍可抑制產生因共振所致之噪音。
(4)如前述(1)至(3)中任一項之積層鐵芯中，前述複數個電磁鋼板中，可混雜有在積層方向上以每隔互相不同的組數的方式來接著的部分。
在複數個電磁鋼板中，混雜有在積層方向上以每隔互相不同的組數的方式來接著的部分。因此，複數個電磁鋼板設為在積層方向上以每隔互相不同的N1組、每隔N2組、…的方式來接著時，可使N1、N2…的最小公倍數變大。從而可使積層鐵芯的共振頻率依該等組數的最小公倍數之不同而變高。藉此，可更抑制產生因共振所致之噪音。 又，如上述之作用效果是於在積層方向上以每隔互相不同的質數組的方式來接著的情況下明顯地發揮功效。亦即，在此情況下可使前述最小公倍數變大。
(5)如前述(1)至前述(4)中任一項之積層鐵芯中，前述電磁鋼板亦可具備環狀之芯背(core back)部及複數個齒部，前述齒部是從前述芯背部往前述芯背部的直徑方向突出，並在前述芯背部的圓周方向上空出間隔而配置。
積層鐵芯是具備芯背部與齒部之定子鐵芯。因此，例如在將捲線穿過在圓周方向上相鄰之齒部間的槽時，確保有前述處理性之作用效果明顯地發揮功效。亦即，若槽的尺寸精度提高，可容易依設計使捲線捲繞於齒部。藉此，可提高槽中之捲線占積率。結果便能提高槽內的電負載。
(6)如前述(1)至前述(5)中任一項之積層鐵芯中，前述接著部的平均厚度可為1.0μm~3.0μm。
(7)如前述(1)至前述(6)中任一項之積層鐵芯中，前述接著部的平均拉伸彈性模數E可為1500MPa~4500MPa。
(8)如前述(1)至前述(7)中任一項之積層鐵芯中，前述接著部可為由含彈性體之丙烯酸系接著劑所構成之含SGA之常溫接著型丙烯酸系接著劑。
(9)本發明第二態樣具備如前述(1)至前述(8)中任一項之積層鐵芯。
發明效果 根據本發明，可確保外形尺寸精度並使磁特性提升。
用以實施發明之形態 以下，參照圖式，說明本發明之一實施形態的旋轉電機。另外，本實施形態中，作為旋轉電機是舉出電動機，具體而言是交流電動機，更具體而言是同步電動機，再更具體而言是舉永久磁鐵磁場型電動機為一例來進行說明。此種電動機適合被採用於例如電動汽車等。
如圖1及圖2所示，旋轉電機10具備：定子20、轉子30、罩殼50及旋轉軸60。定子20及轉子30容置於罩殼50。定子20固定於罩殼50。 本實施形態中，作為旋轉電機10，採用了轉子30位於定子20之內側的內轉子型。然而，作為旋轉電機10，採用轉子30位於定子20之外側的外轉子型亦可。又，本實施形態中，旋轉電機10為12極18槽的三相交流馬達。然而，例如極數或槽數、相數等是可以適當變更的。又，該旋轉電機10例如可藉由對各相施加有效值10A、頻率100Hz之激磁電流，而以旋轉數1000rpm旋轉。
定子20具備定子鐵芯21及未圖示之捲線。 定子鐵芯21具備環狀的芯背部22及複數個齒部23。以下，將定子鐵芯21(芯背部22)之軸方向(定子鐵芯21之中心軸線O方向)稱為軸方向，並將定子鐵芯21(芯背部22)之徑方向(正交於定子鐵芯21之中心軸線O的方向)稱為徑方向，且將定子鐵芯21(芯背部22)之圓周方向(於定子鐵芯21之中心軸線O周圍環繞的方向)稱為圓周方向。
在從軸方向觀看定子20之俯視視角下，芯背部22是形成為圓環狀。 複數個齒部23是從芯背部22朝向直徑方向內側(沿著直徑方向朝向芯背部22之中心軸線O)突出。複數個齒部23是在圓周方向上空出同等間隔來配置。本實施形態中，按以中心軸線O為中心之中心角20度為間隔，設置有18個齒部23。複數個齒部23是形成為互為同等形狀且同等大小。又，在例如減低齒槽效應轉矩之目的下，複數個齒部23的形狀及大小亦可不為同等。 前述捲線是捲繞於齒部23。前述捲線可為集中捲繞，亦可為分布捲繞。
轉子30相對於定子20(定子鐵芯21)配置於直徑方向的內側。轉子30具備轉子鐵芯31及複數個永久磁鐵32。 轉子鐵芯31是形成為與定子20配置於同軸的環狀(圓環狀)。在轉子鐵芯31內配置有前述旋轉軸60。旋轉軸60固定於轉子鐵芯31。 複數個永久磁鐵32固定於轉子鐵芯31。本實施形態中，2個1組的永久磁鐵32會形成1個磁極。複數組的永久磁鐵32是在圓周方向空出同等間隔來配置。本實施形態中，按以中心軸線O為中心之中心角30度為間隔，設置有12組(全體為24個)的永久磁鐵32。又，在例如減低齒槽效應轉矩之目的下，複數組永久磁鐵32之間隔亦可不為同等。
本實施形態中，作為永久磁鐵磁場型電動機，採用了磁鐵埋入型馬達。於轉子鐵芯31形成有在軸方向上貫通轉子鐵芯31之複數個貫通孔33。複數個貫通孔33是對應複數個永久磁鐵32而設置。各永久磁鐵32是在配置於對應之貫通孔33內的狀態下被固定於轉子鐵芯31。各永久磁鐵32之對轉子鐵芯31的固定，例如可藉由將永久磁鐵32之外面與貫通孔33之內面以接著劑接著等來實現。另外，作為永久磁鐵磁場型電動機，亦可取代磁鐵埋入型馬達而採用表面磁鐵型馬達。
定子鐵芯21及轉子鐵芯31皆為積層鐵芯。積層鐵芯是藉由積層複數個電磁鋼板40而形成。 另外，定子鐵芯21及轉子鐵芯31各自的積層厚度設為例如50.0mm。定子鐵芯21之外徑設為例如250.0mm。定子鐵芯21之內徑設為例如165.0mm。轉子鐵芯31之外徑設為例如163.0mm。轉子鐵芯31之內徑設為例如30.0mm。惟，該等之值為一例，定子鐵芯21之積層厚度、外徑或內徑、以及轉子鐵芯31之積層厚度、外徑或內徑並不限於該等之值。此處，定子鐵芯21之內徑是以定子鐵芯21中齒部23之前端部為基準。定子鐵芯21之內徑是與所有齒部23之前端部內接的假想圓之直徑。
形成定子鐵芯21及轉子鐵芯31之各電磁鋼板40，是例如藉由將成為母材之電磁鋼板沖裁加工等而形成。電磁鋼板40可使用周知的電磁鋼板。電磁鋼板40的化學組成並無特別限定。在本實施形態中是採用無方向性電磁鋼板作為電磁鋼板40。無方向性電磁鋼板可採用例如JIS C 2552：2014的無方向性電鋼帶。然而，作為電磁鋼板40，亦可取代無方向性電磁鋼板而採用方向性電磁鋼板。方向性電磁鋼板可採用例如JIS C 2553：2012的方向性電鋼帶。
為了改善電磁鋼板的加工性或積層鐵芯的鐵損，在電磁鋼板40的兩面設置有絕緣被膜。構成絕緣被膜的物質可應用例如：(1)無機化合物、(2)有機樹脂及(3)無機化合物與有機樹脂的混合物等。無機化合物可舉出譬如：(1)重鉻酸鹽與硼酸之複合物、(2)磷酸鹽與二氧化矽之複合物等。有機樹脂可列舉：環氧系樹脂、丙烯酸系樹脂、丙烯酸苯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂、聚矽氧系樹脂及氟系樹脂等。
為了確保在互相積層之電磁鋼板40間的絕緣性能，絕緣被膜的厚度(電磁鋼板40每單面的厚度)宜設為0.1μm以上。 另一方面，隨著絕緣被膜變厚，絕緣效果會飽和。又，隨著絕緣被膜變厚，占積率會降低，且作為積層鐵芯之性能會降低。因此，絕緣被膜在可確保絕緣性能的範圍內越薄越好。絕緣被膜的厚度(電磁鋼板40每單面的厚度)宜為0.1μm以上且5μm以下，更佳為0.1μm以上且2μm以下。
隨著電磁鋼板40變薄，鐵損的改善效果會逐漸飽和。又，隨著電磁鋼板40變薄，電磁鋼板40的製造成本會增加。因此，考慮到鐵損的改善效果及製造成本，電磁鋼板40的厚度宜設為0.10mm以上。 另一方面，若電磁鋼板40過厚，電磁鋼板40之沖壓作業會變得困難。因此，若考慮到電磁鋼板40的沖壓作業，電磁鋼板40的厚度宜設為0.65mm以下。 又，電磁鋼板40若變厚，鐵損便會增大。因此，若考慮電磁鋼板40的鐵損特性，則電磁鋼板40的厚度宜設為0.35mm以下，較佳為0.20mm或0.25mm。 考慮到上述的點，各電磁鋼板40的厚度例如為0.10mm以上且0.65mm以下，較佳為0.10mm以上且0.35mm以下，更佳為0.20mm或0.25mm。另外，電磁鋼板40的厚度也包含絕緣被膜的厚度。
形成定子鐵芯21之複數個電磁鋼板40的一部分是藉由接著部41來接著。接著部41是設置於在積層方向上相鄰的電磁鋼板40彼此之間，且為未被斷開地經硬化的接著劑。關於接著劑，可使用例如聚合結合之熱硬化型的接著劑等。作為接著劑的組成物，可適用：(1)丙烯酸系樹脂、(2)環氧系樹脂、(3)包含有丙烯酸系樹脂及環氧系樹脂的組成物等。作為如上述之接著劑，除了熱硬化型之接著劑以外，亦可使用自由基聚合型之接著劑等，從生產性的觀點來看，所期望的是使用常溫硬化型之接著劑。常溫硬化型之接著劑是在20℃~30℃下硬化。常溫硬化型之接著劑宜為丙烯酸系接著劑。代表性之丙烯酸系接著劑有SGA(第二代丙烯酸系接著劑；Second Generation Acrylic Adhesive)等。在不損及本發明效果之範圍內，使用厭氧性接著劑、瞬間接著劑、含彈性體之丙烯酸系接著劑皆可。又，此處所謂的接著劑是指硬化前的狀態，接著劑硬化後是成為接著部41。
接著部41在常溫(20℃~30℃)下的平均拉伸彈性模數E設為1500MPa~4500MPa的範圍內。接著部41的平均拉伸彈性模數E若小於1500MPa，會產生積層鐵芯的剛性降低之不良情形。因此，接著部41的平均拉伸彈性模數E的下限值設為1500MPa，較佳是設為1800MPa。反之，接著部41的平均拉伸彈性模數E若大於4500MPa，會產生形成於電磁鋼板40表面的絕緣被膜剝落之不良情形。因此，接著部41的平均拉伸彈性模數E的上限值設為4500MPa，較佳是設為3650MPa。 又，平均拉伸彈性模數E是藉由共振法來測定。具體而言，是依據JIS R 1602：1995來測定拉伸彈性模數。 更具體而言，首先製作測定用的試樣(未圖示)。該試樣是將2片電磁鋼板40之間利用測定對象之接著劑來接著，並使其硬化，形成接著部41而獲得。該硬化在接著劑為熱硬化型的情況下，是藉由按實際操作上的加熱加壓條件來加熱加壓而進行。另一方面，接著劑為常溫硬化型時是藉由在常溫下加壓而進行。 然後，以共振法測定該試樣之拉伸彈性模數。藉由共振法所行拉伸彈性模數的測定方法，如上所述是依據JIS R 1602：1995來進行。然後，藉由計算將電磁鋼板40本身的影響部分從試樣的拉伸彈性模數(測定值)除去，從而可求出接著部41單體的拉伸彈性模數。 以上述方式從試樣求得的拉伸彈性模數會等於積層鐵芯整體之平均值，因此將該數值視為平均拉伸彈性模數E。組成是設定成使平均拉伸彈性模數E在沿著其積層方向的積層位置或積層鐵芯之中心軸線周圍的圓周方向位置幾乎不變。因此，平均拉伸彈性模數E亦可用測定位於積層鐵芯之上端位置之硬化後的接著部41而得的數值來作為該值。
接著方法可採用例如：在電磁鋼板40塗佈接著劑後，藉由加熱及壓接之任一者或兩者來接著之方法。又，加熱手段可為例如在高溫槽或電爐內之加熱、或是直接通電之方法等任何手段。
為了獲得穩定且充分的接著強度，接著部41的厚度宜設為1μm以上。 另一方面，若接著部41的厚度大於100μm，接著力會飽和。又，隨著接著部41變厚，占積率會降低，在將積層鐵芯製成馬達時的轉矩密度降低。從而，接著部41的厚度宜設為1μm以上且100μm以下，更佳是設為1μm以上且10μm以下。 另外，關於以上所述，接著部41的厚度意指接著部41的平均厚度。
接著部41的平均厚度設為1.0μm以上且3.0μm以下較佳。接著部41的平均厚度若小於1.0μm，便無法如前述地確保充分的接著力。因此，接著部41的平均厚度的下限值設為1.0μm，較佳是設為1.2μm。相反地，若接著部41的平均厚度變厚到大於3.0μm，會發生因熱硬化時的收縮所致之電磁鋼板40的應變量大幅增加等的不良情況。因此，接著部41的平均厚度的上限值設為3.0μm，較佳是設為2.6μm。 接著部41的平均厚度是積層鐵芯整體的平均值。接著部41的平均厚度在沿著其積層方向的積層位置或積層鐵芯之中心軸線周圍的圓周方向位置幾乎不變。因此，接著部41的平均厚度，可用在積層鐵芯之上端位置中在圓周方向10處以上測定到之數值的平均值來作為該值。
另外，接著部41的平均厚度可例如改變接著劑的塗佈量來調整。又，接著部41的平均拉伸彈性模數E，例如在熱硬化型之接著劑時，可藉由變更於接著時施加的加熱加壓條件及硬化劑種類之一者或兩者來調整。
又，本實施形態中，形成轉子鐵芯31的複數個電磁鋼板40是藉由歛合件C(定位銷)來互相固定。然而，用以形成轉子鐵芯31的複數個電磁鋼板40亦可藉由接著部41來互相接著。 又，定子鐵芯21或轉子鐵芯31等之積層鐵芯亦可藉由所謂之轉動積層來形成。
在此，如圖3及圖4所示，本實施形態之定子鐵芯21中，所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板40彼此是藉由接著或歛合之任一方式來固定。前述所有成組之電磁鋼板40彼此當中，一部分的成組之電磁鋼板40彼此被歛合但未被接著，其餘的成組之電磁鋼板40彼此被接著但未被歛合。
本實施形態中，複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔1組以上的方式，具體而言是以每隔質數組(至少在本說明書中，質數包含1)的方式，更具體而言是以每隔1組的方式來接著。換言之，設為複數個電磁鋼板40在積層方向上以每隔N組的方式來接著時，N為自然數，具體而言N為質數，更具體而言N為1。亦即，複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔1組的方式來接著，並且以每隔1組的方式來歛合。換言之，複數個電磁鋼板40是沿著積層方向藉由歛合與接著而被交互地接合。亦即，如圖3所示，接著部41並非配置於所有的組之間，而是以每隔1組的方式來配置。並且，在積層方向上被一對電磁鋼板40包夾的電磁鋼板40是與前述一對電磁鋼板40中之一者歛合，並與另一者接著。 在此，複數個電磁鋼板40在積層方向上以每隔N組的方式來接著，是指在積層方向上分開配置的一對接著部41彼此之間配置有N組(N+1片)電磁鋼板40。N為1時，在前述一對接著部41彼此之間配置有1組(2片)電磁鋼板40，N為2時，前述一對接著部41彼此之間配置有2組(3片)電磁鋼板40。
又，本發明不限於上述，以如圖7及圖8、圖9所示各變形例之定子20A、20B之方式，複數個電磁鋼板40在積層方向上每隔2組(每隔3片)或每隔3組(每隔4片)地接著亦可。換言之，在積層方向上以每隔2組或每隔3組的方式設有接著部41亦可。在上述情況下，未被接著的電磁鋼板40彼此是被歛合。就結果而言，前述所有成組之電磁鋼板40彼此當中，藉由歛合來接合的電磁鋼板40的組數變得較藉由接著來接合的電磁鋼板40的組數更多。
並且，本發明不限於上述，如圖10所示變形例之定子20C，在複數個電磁鋼板40中亦可混雜有在積層方向上以每隔互相不同的組數的方式被接著的部分。換言之，在複數個電磁鋼板40中，亦可混雜有在積層方向上以每隔第1組數的方式來接著的部分及在積層方向上以每隔第2組數的方式來接著的部分。在圖10所示變形例中，複數個電磁鋼板40中混雜有在積層方向上每隔1組(每隔2片)地被接著的部分及在積層方向上每隔2組(每隔3片)地被接著的部分。亦即，複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔互相不同的質數組的方式來接著。未被接著的組則是藉由歛合來接合。在此，此變形例是在積層方向上以每隔1組的方式來接著後，以每隔2組的方式來接著，並在又以每隔1組的方式來接著後，以每隔2組的方式來接著。換言之，複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔1組(每隔第1組數)及每隔2組(每隔第2組數)的方式來交替地接著。 又，該變形例中，亦可將每隔1組、每隔2組的方式取代為以每隔3組以上的組數的方式來接著。 另外，複數個電磁鋼板40在積層方向上亦可不以每隔第1組數及每隔第2組數的方式來交替地接著。例如，每隔第1組數之接著與每隔第2組數之接著亦可不規則地配置。 並且，複數個電磁鋼板40在積層方向上亦可不以每隔第1組數及每隔第2組數之每隔2種組數的方式來交替地接著。即，亦可以每隔3種以上的組數的方式來交替地接著。
如圖4所示，藉由接著部41而被接著之在積層方向上相鄰之電磁鋼板40彼此並未互相整面接著。該等電磁鋼板40彼此是互相局部地接著。
本實施形態中，在積層方向上相鄰之電磁鋼板40彼此是藉由沿著電磁鋼板40的周緣設置之接著部41來接著。具體而言，在積層方向上相鄰之電磁鋼板40彼此是藉由第1接著部41a與第2接著部41b來接著。第1接著部41a在從積層方向觀看電磁鋼板40之俯視視角下，是沿著電磁鋼板40的外周緣設置。第2接著部41b在從積層方向觀看電磁鋼板40之俯視視角下，是沿著電磁鋼板40的內周緣設置。又，第1、第2接著部41a、41b在俯視視角下分別形成為帶狀。
此處所謂帶狀，也包含帶的寬度在途中改變的形狀。例如，圓形之點未被切斷而在一個方向上連續而成的形狀，也包含於在一個方向上延伸的帶狀。另外，沿著周緣不僅包含相對於周緣為完全平行的情況，也包含相對於周緣例如具有5度以內之傾斜的情況。
第1接著部41a是沿著電磁鋼板40的外周緣配置。第1接著部41a涵蓋圓周方向之全周而連續延伸。在從積層方向觀看該第1接著部41a之俯視視角下，第1接著部41a是形成為圓環狀。 第2接著部41b是沿著電磁鋼板40的內周緣配置。並且第2接著部41b涵蓋圓周方向之全周而連續延伸。
第2接著部41b具備複數個齒部分44及複數個芯背部分45。複數個齒部分44是在圓周方向上空出間隔而設置，並且被配置於各齒部23。複數個芯背部分45配置於芯背部22，並將在圓周方向上相鄰的齒部分44彼此連結。 齒部分44具備一對第1部分44a與第2部分44b。第1部分44a是在圓周方向上空出間隔而配置。第1部分44a沿著直徑方向延伸。第1部分44a在直徑方向上帶狀地延伸。第2部分44b在圓周方向上將一對第1部分44a彼此連結。第2部分44b在圓周方向上帶狀地延伸。
本實施形態中，設置於電磁鋼板40彼此之間的所有接著部41之俯視形狀皆相同。所謂接著部41之俯視形狀，意指在從積層方向觀看設置了接著部41之電磁鋼板40的俯視視角下，接著部41的整體形狀。設置於電磁鋼板40彼此之間的所有接著部41的俯視形狀相同的情況，不僅包含設置於電磁鋼板40彼此之間的所有接著部41的俯視形狀完全相同的情況，還包含實質上相同的情況。前述實質上相同的情況，是設置於電磁鋼板40彼此之間的所有接著部41的俯視形狀在95%以上的部分為共通的情況。
並且，本實施形態中，接著部41所占電磁鋼板40的接著面積率為1%以上且40%以下。圖示之例中，前述接著面積率為1%以上且20%以下，具體而言為20%。又，接著部41所占電磁鋼板40的接著面積率是：在電磁鋼板40中，面向積層方向的面(以下稱為電磁鋼板40的第1面)中設置了接著部41的區域(接著區域42)的面積相對於第1面的面積之比率。設置了接著部41的區域，是電磁鋼板40之第1面中設置有未被切斷且已硬化之接著劑的區域(接著區域42)。設置了接著部41的區域的面積，可藉由例如拍攝剝離後之電磁鋼板40的第1面，將該拍攝結果進行圖像解析來求算。
本實施形態中，在電磁鋼板40彼此之間，接著部41所占電磁鋼板40的接著面積率為1%以上且20%以下。在積層方向上相鄰之兩個電磁鋼板40中，其接著部41所占電磁鋼板40的接著面積率皆成為1%以上且20%以下。當對1個電磁鋼板40在積層方向之兩側設置有接著部41時，該電磁鋼板40之兩面中前述接著面積率皆成為1%以上且20%以下。 另外，藉由以接著部41來接著電磁鋼板40，與將電磁鋼板40歛合的情況相比，可較容易確保接著面積(接合面積)。
如圖5所示，於互相歛合的電磁鋼板40形成有歛合件C1、C2。歛合件C1與C2包含：設置於芯背部22之第1歛合件C1及設置於齒部23之第2歛合件C2。
第1歛合件C1是沿著圓周方向空出同等間隔來配置複數個。在圖示之例中，第1歛合件C1是沿著圓周方向錯開齒部23而配置。第1歛合件C1沿著圓周方向配置於相鄰之齒部23的中間。並且第1歛合件C1沿著直徑方向配置於芯背部22的中央。 第2歛合件C2設置於所有的齒部23。第2歛合件C2配置於各齒部23的圓周方向的中央。並且第2歛合件C2是於各齒部23在直徑方向上排列2個而配置。
如圖6所示，第1歛合件C1具備設置於各電磁鋼板40之凸部C11及凹部C12。凸部C11是從電磁鋼板40往積層方向突出。凹部C12在各電磁鋼板40中是配置於位於凸部C11背側的部分。凹部C12是相對於電磁鋼板40的表面(第1面)往積層方向凹下。凸部C11及凹部C12是藉由將各電磁鋼板40進行譬如壓製加工來形成。 在此，在互相歛合的2片電磁鋼板40當中，稱其中一者為第1電磁鋼板40並且稱另一者為第2電磁鋼板40。第1歛合件C1是藉由第1電磁鋼板40的凸部C11嵌入第2電磁鋼板40的凹部C12而形成。藉由凸部C11嵌入凹部C12而形成第1歛合件C1，便會限制在積層方向上相鄰之2片電磁鋼板40彼此的相對位移。
第2歛合件C2是與第1歛合件C1為相同構成。第2歛合件C2具備設置於各電磁鋼板40之前述凸部C11及前述凹部C12。第2歛合件C2是藉由第1電磁鋼板40的凸部C11嵌入第2電磁鋼板40的凹部C12而形成。藉由凸部C11嵌入凹部C12而形成第2歛合件C2，便會限制在積層方向上相鄰之2片電磁鋼板40彼此的相對位移。
又，凸部C11及凹部C12的形狀並無特別限定。例如，亦可於電磁鋼板40設有貫通孔來作為凹部C12。 另外，凸部C11突出的方向及凹部C12凹下的方向是積層方向的第1側D1及第2側D2之任一側皆可。
又，本實施形態中，歛合件C1、C2與接著部41在俯視視角下是配置於不重複而互相迴避的位置。歛合件C1、C2與接著部41在俯視視角下是錯開來配置的。並且，俯視視角下的歛合件C1、C2的面積合計較接著部41的面積合計更小。
另外，在本實施形態中，互相歛合的電磁鋼板40並未被接著。換言之，互相歛合的電磁鋼板40之間並未設置接著部41。 此外，本實施形態中，互相接著的電磁鋼板40並未被歛合。換言之，在互相接著的電磁鋼板40中凸部C11及凹部C12並未被嵌合。亦即，至少並未藉由凸部C11及凹部C12之嵌合來實現限制互相接著的電磁鋼板40的相對位移。
相較於藉由接著所行接合，藉由歛合所行接合較可提高尺寸精度。在此，所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板40彼此中，一部分的成組之電磁鋼板40彼此被歛合。因此，可提高定子鐵芯21當中由該等一部分的組所形成的部分的形狀精度。結果便可提高定子鐵芯21的外形精度。進而可確保定子鐵芯21的處理性。例如，在將捲線捲繞於定子鐵芯21時，仍可精度良好地捲繞等。 在本實施形態中，在將捲線穿過在圓周方向上相鄰之齒部23間的槽時，確保有前述處理性之作用效果明顯地發揮功效。亦即，若槽的尺寸精度提高，可容易依設計使捲線捲繞於齒部23。藉此，可提高槽中之捲線占積率。結果便能提高槽內的電負載。
然而，藉由歛合所行接合恐會致使在積層方向上相鄰之電磁鋼板40之間產生短路電流(雜散電流)。在此，所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板40彼此中，除前述一部分的組外，將其餘組的電磁鋼板40彼此接著。從而，可抑制在該等其餘組的電磁鋼板40彼此之間產生雜散電流。其結果，可使定子鐵芯21之磁特性提升。
複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔1組以上(本實施形態中是每隔1組)的方式來接著。因此，可抑制藉由接著而接合的電磁鋼板40在定子鐵芯21中局部地集中在積層方向的一部分。換言之，可使藉由接著而接合的電磁鋼板40在積層方向上分散。其結果，可更提高定子鐵芯21的外形精度。
然而，定子鐵芯21也與一般的物品同樣具有固有的共振頻率。定子鐵芯21的共振頻率若低，在輸入了一般的振動時容易產生共振。因此，是以定子鐵芯21的共振頻率高為佳。 在此，複數個電磁鋼板40在積層方向上隔N組被接著時，會有定子鐵芯21的共振頻率是與N相關的傾向。 亦即，隔N組被接著時，在積層方向上相鄰之接著部41之間會配置(N+1)片電磁鋼板40，並且該等電磁鋼板40被互相歛合。接著部41所帶來的接合強度較歛合所帶來的接合強度更低時，前述(N+1)片電磁鋼板40變得容易以接著部41為起點而整體性地作用。換言之，前述(N+1)片電磁鋼板40是以1個團塊的方式作用。在如上述之定子鐵芯21中，複數個電磁鋼板40在積層方向上空出等間隔而以每隔N組的方式來接著時，定子鐵芯21的共振頻率會受到N的因數影響。並且，複數個電磁鋼板40在積層方向上以每隔互相不同的N1組、每隔N2組、…的方式來接著時，定子鐵芯21的共振頻率會受N1、N2…的最小公倍數影響。前述因數或前述最小公倍數越大，定子鐵芯21的共振頻率變得越高。
複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔質數組(本實施形態中是每隔1組)的方式來接著。因此，在複數個電磁鋼板40是在積層方向上空出等間隔而以每隔N組(惟，N為質數)的方式被接著時，N仍為質數並且可使前述因數變大。並且，在複數個電磁鋼板40是在積層方向上以每隔互相不同的N1組、每隔N2組、…的方式來接著時，也可使N1、N2…的最小公倍數變大。從而可使定子鐵芯21的共振頻率變高。其結果，例如可使共振頻率為較可聽區域高的頻率。藉此，就算是例如本實施形態這樣將該定子鐵芯21應用於電動機的情況等，仍可抑制產生因共振所致之噪音。
如圖10所示變形例中，在複數個電磁鋼板40中，混雜有在積層方向上以每隔互相不同的組數的方式來接著的部分。因此，複數個電磁鋼板40設為在積層方向上以每隔互相不同的N1組、每隔N2組、…的方式來接著時，可使N1、N2…的最小公倍數變大。從而可使定子鐵芯21的共振頻率依該等組數的最小公倍數之不同而變高。藉此，可更抑制產生因共振所致之噪音。 又，如上述之作用效果是於如上述實施例地在積層方向上以每隔互相不同的質數組的方式來接著的情況下明顯地發揮功效。亦即，在此情況下可使前述最小公倍數變大。
又，本發明之技術範圍並不限於前述實施形態，在不脫離本發明主旨之範圍內可加入各種變更。
定子鐵芯的形狀並不限定於前述實施形態中所示之形態。具體而言，定子鐵芯之外徑及內徑的尺寸、積層厚度、槽數、齒部23之圓周方向與直徑方向的尺寸比率、齒部23與芯背部22之直徑方向的尺寸比率等，可因應所欲之旋轉電機的特性而任意設計。
雖然前述實施形態的轉子中，2個1組的永久磁鐵32形成有1個磁極，但本發明並不限於此。例如，可為1個永久磁鐵32形成1個磁極，亦可為3個以上的永久磁鐵32形成1個磁極。
前述實施形態中，作為旋轉電機是舉出永久磁鐵磁場型電動機為一例進行了說明，但如以下所例示地旋轉電機的構造並不限於此，可更採用以下未例示之各種周知構造。 前述實施形態中，作為同步電動機是舉出永久磁鐵磁場型電動機為一例進行了說明，但本發明並不限於此。例如，旋轉電機亦可為磁阻型電動機或電磁鐵磁場型電動機(捲線磁場型電動機)。 前述實施形態中，作為交流電動機是舉出同步電動機為一例進行了說明，但本發明並不限於此。例如，旋轉電機亦可為感應電動機。 前述實施形態中，作為電動機是舉出交流電動機為一例進行了說明，但本發明並不限於此。例如，旋轉電機亦可為直流電動機。 前述實施形態中，作為旋轉電機是舉出電動機為一例進行了說明，但本發明並不限於此。例如，旋轉電機亦可為發電機。
前述實施形態中，例示了將本發明之積層鐵芯應用於定子鐵芯的情況，但亦可應用於轉子鐵芯。
另外，在不脫離本發明主旨之範圍內，可將前述實施形態之構成要素適當置換成周知構成要素，並且亦可適當組合前述變形例。
接著，實施了用以驗證上述作用效果的驗證試驗。另外，本驗證試驗是藉由使用了軟體之模擬來實施。軟體是利用JSOL股份公司製的有限元素法電磁場解析軟體JMAG。 作為驗證試驗，實施了第1驗證試驗與第2驗證試驗。
(第1驗證試驗) 第1驗證試驗中，驗證了以混合歛合與接著為基礎之作用效果。 在此驗證試驗中是針對比較例1、2之定子及實施例1~3之定子實施了模擬。
比較例1、2之定子及實施例1~3之定子皆共通是以上述圖1至圖6所示實施形態之定子20為基本構造，並對該定子20變更了以下幾點。亦即，設電磁鋼板的板厚為0.20mm、設積層鐵芯的積層厚度為50mm且設電磁鋼板的片數為250片。
除此之外，比較例1之定子是藉由歛合來接合250片電磁鋼板的所有層。比較例2之定子是藉由接著來接合250片電磁鋼板的所有層。實施例1之定子中，將250片電磁鋼板在積層方向上以每隔1組的方式藉由接著來接合，其餘是藉由歛合來接合(藉由接著與歛合來交互地接合)。實施例2之定子中，將250片電磁鋼板在積層方向上以每隔2組的方式藉由接著來接合，其餘是藉由歛合來接合。實施例3之定子中，250片電磁鋼板之中，藉由接著來接合積層方向單側的125片，並藉由歛合將其餘的125片接合。
針對比較例1、2及實施例1~3之定子，分別確認了1片的電磁鋼板的鐵損及定子鐵芯之尺寸精度。鐵損是藉由利用了上述軟體之模擬來算出。尺寸精度是按關於各例製造了5台定子鐵芯時與目標尺寸之誤差的大小來評估。
結果列示於以下表1。
[表1]
Figure 02_image001
根據以上，例如在實施例1中觀察到相較於比較例1，有8.8%(=(25.2-23.4)/25.2)之鐵損的改善等，在實施例1~3中確認到：相較於比較例1，其等之鐵損皆有改善，產生雜散電流的情形也屬輕微。除此之外，實施例1~3中，針對尺寸精度獲得了較比較例2優異的結果。
(第2驗證試驗) 在第2驗證試驗中，驗證了接著間隔與共振之關係。 在此驗證試驗中是針對實施例11~21之定子實施了模擬。
實施例11~21之定子皆共通是以上述圖1至圖6所示實施形態之定子20為基本構造，並對該定子20變更了以下幾點。亦即，設電磁鋼板的板厚為0.20mm、設積層鐵芯的積層厚度為50mm且設電磁鋼板的片數為250片。
除此之外，還將各實施例11~19之定子設定如以下。 實施例11之定子中，將250片電磁鋼板在積層方向上以每隔1組的方式藉由接著來接合，其餘是藉由歛合來接合(藉由接著與歛合來交互地接合)。 實施例12之定子中，將250片電磁鋼板在積層方向上以每隔2組的方式藉由接著來接合，其餘是藉由歛合來接合。 實施例13~19之定子同樣是將250片電磁鋼板在積層方向上每隔3組、每隔4組、・・・、每隔9組地接著，而隨著實施例編號增加，將藉由接著所行接合之間隔每例增加1組。
另外，實施例20、21之定子設定如以下。 實施例20之定子中，關於250片電磁鋼板，除混雜有在積層方向上以每隔3組的方式接著的部分及在積層方向上以每隔5組的方式接著的部分之外，還藉由歛合來接合未被接著的組。 實施例21之定子中，關於250片電磁鋼板，除混雜有在積層方向上以每隔3組的方式接著的部分、在積層方向上以每隔5組的方式接著的部分及在積層方向上以每隔7組的方式接著的部分之外，還藉由歛合來接合未被接著的組。
針對上述實施例11~19之定子，確認了在共振時是否產生可聽區域的振動。
結果列示於以下表2。
[表2]
Figure 02_image003
根據以上可確認到：實施例11、12、13、15及17之定子(複數個電磁鋼板中在積層方向上以每隔質數組的方式來接著的定子)中，可聽區域的振動較弱。 並且可確認到：實施例20、21之定子(複數個電磁鋼板中混雜有在積層方向上以每隔互相不同的質數組的方式接著的部分的定子)中，可聽區域的振動極弱。
產業上之可利用性 根據本發明，可確保外形尺寸精度並使磁特性提升。據此，產業上之可利用性是很大的。
10:旋轉電機 20,20A,20B,20C:定子 21:定子鐵芯(積層鐵芯) 22:芯背部 23:齒部 30:轉子 31:轉子鐵芯 32:永久磁鐵 33:貫通孔 40:電磁鋼板 41:接著部 41a:第1接著部 41b:第2接著部 42:接著區域 44:齒部分 44a:第1部分 44b:第2部分 45:芯背部分 50:罩殼 60:旋轉軸 C:歛合件 C1:第1歛合件 C2:第2歛合件 O:中心軸線 C11:凸部 C12:凹部 D1:第1側 D2:第2側 VI-VI:線段
圖1是本發明一實施形態之旋轉電機的截面圖。 圖2是圖1所示旋轉電機所具備之定子的平面圖。 圖3是圖1所示旋轉電機所具備之定子的側面圖。 圖4是定子之電磁鋼板及接著部的平面圖，該定子是圖1所示旋轉電機所具備。 圖5是定子之電磁鋼板及歛合件的平面圖，該定子是圖1所示旋轉電機所具備。 圖6是圖5所示VI-VI截面的箭頭視角圖。 圖7是圖1所示旋轉電機之第1變形例所具備之定子的側面圖。 圖8是圖7所示定子的截面圖，且是相當於圖6的截面圖。 圖9是圖1所示旋轉電機之第2變形例所具備之定子的側面圖。 圖10是圖1所示旋轉電機之第3變形例所具備之定子的側面圖。
20:定子
21:定子鐵芯(積層鐵芯)
22:芯背部
23:齒部
40:電磁鋼板
41:接著部
41a:第1接著部
41b:第2接著部
42:接著區域
44:齒部分
44a:第1部分
44b:第2部分
45:芯背部分
O:中心軸線

Claims (9)

  1. 一種積層鐵芯，具備互相積層的複數個電磁鋼板， 且已將所有成組之在積層方向上相鄰之電磁鋼板彼此固定， 在前述所有成組之電磁鋼板彼此中，一部分的成組之電磁鋼板彼此被歛合但未被接著，其餘的成組之電磁鋼板彼此被接著但未被歛合。
  2. 如請求項1之積層鐵芯，其中前述複數個電磁鋼板是在積層方向上以每隔1組以上的方式來接著。
  3. 如請求項2之積層鐵芯，其中前述複數個電磁鋼板是在積層方向上以每隔質數組的方式來接著。
  4. 如請求項2或3之積層鐵芯，其中前述複數個電磁鋼板中，混雜有在積層方向上以每隔互相不同的組數的方式來接著的部分。
  5. 如請求項1至4中任一項之積層鐵芯，其中前述電磁鋼板具備環狀之芯背部及複數個齒部，前述齒部是從前述芯背部往前述芯背部的直徑方向突出，並在前述芯背部的圓周方向上空出間隔而配置。
  6. 如請求項1至5中任一項之積層鐵芯，其中前述接著部的平均厚度為1.0μm~3.0μm。
  7. 如請求項1至6中任一項之積層鐵芯，其中前述接著部的平均拉伸彈性模數E為1500MPa~4500MPa。
  8. 如請求項1至7中任一項之積層鐵芯，其中前述接著部是由含彈性體之丙烯酸系接著劑所構成之含SGA之常溫接著型丙烯酸系接著劑。
  9. 一種旋轉電機，其具備如請求項1至8中任一項之積層鐵芯。
TW108146214A 2018-12-17 2019-12-17 積層鐵芯及旋轉電機 TWI744743B (zh)

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