CN109417327A - 旋转电机和旋转电机的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种损耗少且能够获得较高的电动机效率的旋转电机和旋转电机的制造方法。包括与转子(12)的圆周面相对地配置的定子铁芯(131)，其在周向上形成有多个槽(132)，所述槽形成有在转子(12)一侧开口的开口部(135)；和插入到槽(132)中的线圈(133)；在槽(132)的开口部(135)形成有由软磁体粉末与树脂材料的混合体(17)，混合体(17)的相对磁导率是5～35。

Description

旋转电机和旋转电机的制造方法

技术领域

本发明涉及旋转电机和旋转电机的制造方法。

背景技术

从促进节能的观点而言，对于旋转电机要求通过减少损失而使运转效率高效化、减少耗电量。已知在定子铁芯的槽形状是开口型(开口槽型)或半闭口型(半开口槽型)的旋转电机中，伴随定子与转子之间的间隙处的间隙磁通密度变动而发生高次谐波磁通。该高次谐波磁通引起的杂散负载损耗在总损耗中占有比较高的比例。

旋转电机中的高次谐波磁通因为在槽开放部磁通密度较低、在定子铁芯的齿部磁通密度较高、磁通密度局部地剧烈变动而发生。高次谐波磁通不仅是杂散负载损耗增大的原因，也是功率因数和转矩特性降低、转子铁损增大的原因，所以要求其降低。

在大型旋转电机中，一般采用开口型(开口槽型)，通过应用混合了磁性体的磁性楔作为将定子内的线圈固定的楔，而减少间隙磁通密度变动。另一方面，在采用半闭口型(半开口槽型)的中型/小型旋转电机中，楔的锤入安装是困难的，所以应用在大型旋转电机中应用的磁性楔在实用上是困难的。

作为解决该问题的技术方案，例如在专利文献1中公开了将对铁粉与合成树脂搅拌得到的搅拌物与纤维状的材料混合形成填充材料，将该填充材料填充在旋转电机的定子铁芯中形成的槽的开口部并使其硬化而形成磁性楔，通过该磁性楔减少间隙高次谐波磁通的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-281709号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1的技术中，存在不一定能够充分获得使高次谐波磁通减少的效果的情况，并不能可靠地防止杂散负载损耗。

本发明的目的在于提供一种损耗少、能够得到较高的电动机效率的旋转电机。

用于解决课题的技术方案

作为本发明的旋转电机的优选的实施方式，其特征在于，包括与转子的圆周面相对地配置的定子铁芯，其在周向上形成有多个槽，所述槽形成有在所述转子一侧开口的开口部；和插入到所述槽中的线圈，在所述槽的开口部形成有由软磁体粉末与树脂材料组成的混合体，所述混合体的相对磁导率是5～35。

作为本发明的旋转电机的制造方法的优选的实施方式，是一种旋转电机的制造方法，所述旋转电机包括：与转子的圆周面相对地配置的定子铁芯，其在周向上形成有多个槽，所述槽形成有在所述转子一侧开口的开口部；和插入到所述槽中的线圈，在所述制造方法中，将树脂材料与软磁体粉末混合形成混合物；使所述混合物固化，在所述开口部形成相对磁导率是5～35的、所述树脂材料与所述软磁体粉末的混合体。

作为本发明的旋转电机的优选的实施方式，是一种旋转电机，包括：具有从径向外侧向内侧延伸的多个齿和形成在所述齿之间的槽的定子铁芯；和配置在所述槽中的线圈，所述槽具有用于收纳所述线圈的收纳部和位于与所述收纳部相比靠内径侧的槽开口部；从所述槽开口部的内壁到所述收纳部的至少一部分的内壁与磁性部件接触。

发明效果

根据本发明，能够实现一种损耗少、可以得到较高的电动机效率的旋转电机。

附图说明

图1是实施例1的旋转电机的截面图。

图2是表示形成软磁体粉/树脂混合体之前的定子铁芯的槽开口部附近的放大图。

图3是表示在图2所示的定子铁芯的槽开口部形成了软磁体粉/树脂混合体的状态的图。

图4是示意性地表示软磁体粉/树脂混合体的内部组织的图。

图5是表示软磁体粉/树脂混合体的相对磁导率、与旋转电机的电动机效率的关系的曲线图。

图6是表示图5所示的曲线图中的相对磁导率的各计测点的软磁体粉体积率和电动机效率的表。

图7是表示Fe-Si合金中的单位重量的Si含量与磁导率的关系的曲线图。

图8是表示软磁体粉/树脂混合体的密度与相对磁导率的关系的曲线图。

图9是表示关于在图5的验证中使用的软磁体粉/树脂混合体的磁化曲线的图。

图10是表示细密填充了球状颗粒的结构的图。

图11是说明弯曲试验的方法的示意图。

图12是表示弯曲试验中软磁体粉/树脂混合体产生裂纹时的压头前端的位移与相对磁导率的关系的曲线图。

图13是表示图12中进行的弯曲试验中软磁体粉/树脂混合体产生裂纹时的弯曲负重与相对磁导率的关系的曲线图。

图14是说明实施例2的软磁体粉/树脂混合体的形成过程的图。

图15是表示实施例3的定子铁芯的槽开口部附近的放大图。

图16是实施例4的定子铁芯的立体图。

图17是实施例5的磁性楔的立体图。

图18是表示实施例5的磁性楔的层结构的截面图。

图19是表示实施例5的磁性楔的层结构的截面图。

图20是表示实施例6的定子铁芯的槽开口部附近的放大图。

图21是表示实施例7的定子铁芯的槽开口部附近的放大图。

具体实施方式

实施例1

以下，用图1～图13对实施例1进行说明。如图1和图2所示，旋转电机100具有在旋转轴(以下也称为轴)11上固定的转子12和在转子12的外侧设置的定子13。

转子12具有将冲切为规定形状的电磁钢板叠层而成的叠层铁芯即转子铁芯121、和对转子铁芯121的槽内插入的二次导体122。转子铁芯121被固定在旋转轴11上，设置为随着旋转轴11旋转、转子12也能够旋转。

定子13具有将冲切为规定形状的电磁钢板等软磁性薄板叠层而成的叠层铁芯即定子铁芯131、和对定子铁芯131的槽132内插入的线圈133。定子铁芯131与转子12的圆周面相对地配置。另外，构成定子铁芯131的叠层铁芯也可以是将箔体叠层而成的叠层铁芯。

槽132形成在从设于定子铁芯131的外周侧的圆环状的铁芯背部起在转子12的径向上辐射状地延伸的齿(tooth)134之间，在定子铁芯131的周向上形成多个。在槽132中形成有对转子12一侧开口的槽开口部135。槽开口部135形成为齿134的转子12一侧端部具有在定子铁芯131的周向上突出的突起部136的半闭口型(半开口槽型)。

在槽132内，设置有例如由PET(聚对苯二甲酸乙二酯)片形成的槽衬14、15。槽衬14在槽132的内壁上使转子12一侧开口地设置。槽衬15在槽衬14的内壁上以覆盖槽衬14的开口部的方式设置。线圈133被收纳在被槽衬14、15包围的空间内。

线圈133例如由在铜或铝等上包覆了绝缘漆等绝缘材料的金属线构成，在图2所示的例子中，线圈133通过同心卷绕配置。在槽132内设置的线圈133、槽衬14、15被安装在槽132内之后，经过线圈接线、线圈端加工，例如用不饱和聚酯类清漆等固合清漆与定子铁芯131固合。虽然省略图示，但固合清漆可以夹在各部件之间使用，也可以以较薄地包覆各部件的表面的方式涂敷使用。

图3表示在图2所示的定子铁芯131的槽开口部135形成了软磁体粉/树脂混合体17(以下也称为“混合体”)的状态。如图3所示，混合体17在定子铁芯131的槽开口部135和存在于与槽衬15相比更靠近转子12一侧的槽132的空隙部137中形成。混合体17是软磁体粉与树脂材料的混合物的硬化体，其形成方法在后文中叙述。

图4是示意性地表示混合体17的内部组织的图。如图4所示，混合体17例如是使大致球状的雾化铁粉18分散在作为粘结剂的硅树脂19中形成的。在雾化铁粉18之间存在硅树脂19，在雾化铁粉18彼此之间存在树脂等绝缘物的状态(也称为雾化铁粉18并非彼此金属性地接合的状态)下形成了混合体17。

使混合体17的相对磁导率为5～35。通过在槽开口部135形成相对磁导率在5～35的范围内的混合体17，能够减少因发生高次谐波磁通而引起的损耗，对于电动机效率获得较高的效率改善效果。

对混合体17的相对磁导率与旋转电机100的电动机效率的关系进行了验证。在图5和图6中示出评价结果。在图5所示的验证中，使用了Fe-3wt％Si合金粉(以下将Fe-Si合金粉表示为“合金铁粉”)作为软磁体粉。具体而言，对合金铁粉、和作为树脂材料的室温硬化型的硅树脂分别以树脂成分硬化后的软磁体粉/树脂混合体中的合金铁粉的体积率成为图6的值的方式进行称量，用搅拌机搅拌制成合金铁粉与树脂材料的混合物。使用气体雾化粉作为合金铁粉(Fe-3wt％Si合金粉)，除去粒径超过150μm的粗粉来使用。

图5是对于使具有与图1所示的旋转电机100(三相感应电动机)同样的基本结构的旋转电机以200V/50Hz运转时的电动机效率按相对磁导率作图得到的曲线图。图5所示的曲线图中，横轴是相对磁导率，纵轴是电动机效率，横轴按对数表示示出。图6中，与旋转电机100的电动机效率一同示出了在图5的曲线图中作图的各软磁体粉/树脂混合体中的合金铁粉的体积率。

具体而言，分别准备在槽开口部135形成了表现出图6所示的各相对磁导率的混合体17作为混合体17的定子13，将这些定子13安装在转子12上，对旋转电机100运转时的电动机效率(输出/输入电功率)进行了测定。基于该测定结果，对混合体17的相对磁导率与电动机效率的关系进行了评价。另外，电动机效率的测定是将所有定子13都替换地插入同一转子12进行的。转子12使用通过铝的压铸成形、在槽中形成转子导条、实施了相当于1个槽的槽倾斜的转子。另外，图5中，将安装了未在槽开口部135形成混合体17的定子13时的旋转电机100的电动机效率表示为100。

在图5所示的曲线图的验证中，使用输出功率2.2kW、4极的三相笼型感应电动机(以下简称为感应电动机)作为旋转电机100。定子铁芯131、转子铁芯121都使用厚度0.5mm的电磁钢板，使叠层厚度均为104mm。使定子铁芯131的尺寸为外径175mm/内径110mm，使转子铁芯121的尺寸为外径109.4mm/内径(轴孔径)32mm。使定子铁芯131的槽数为36，使转子铁芯121的槽数为28。使定子铁芯131的齿134的宽度为5.5mm，使槽132整体的深度为17.8mm。使被齿134的突起部136包围的区域的尺寸为宽度3.2mm、深度0.8mm。

线圈133是使用152根含绝缘层的外径为0.72mm的漆包线构成的。作为槽衬14、15，都使用厚度0.21mm的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)片。

如图5所示，在槽开口部135形成了混合体17的旋转电机100与未在槽开口部135中填充混合体17的旋转电机100相比，都得到了较高的电动机效率。未填充混合体17的旋转电机的数据是图5中的相对磁导率为1的数据。混合体17的相对磁导率为5以上时，与相对磁导率不足5时相比，对于电动机效率得到了较高的改善效果。换言之，混合体17的相对磁导率不足5的情况下，电动机效率的改善程度较小，不能得到与形成混合体17的成本相称的效率改善效果。

另一方面，混合体17的相对磁导率超过35时，经由混合体17在相邻的定子铁芯131的齿134之间流过的磁通(以下表示为“泄漏磁通”)增大，一次铜损增大，所以电动机效率降低。通过使混合体17的相对磁导率在35以下，泄漏磁通的增大受到抑制，能够对于电动机效率改善得到较高的效果。另外，相对磁导率超过40时，混合体17中的软磁体粉的比例变得过大，软磁体粉的大部分金属性地接合，所以本实施例中使用了使混合体17的相对磁导率上升至约38的数据。

另外，在槽开口部135形成了不含有软磁体粉的硅树脂单独的成形体的状态下，在磁性上与使槽开口部135保持为空隙的状态等价。因此，在图5所示的曲线图中，按软磁体粉的混合量为0的情况即相对磁导率为1的情况示出。

另外，对于图5的验证中使用的上述各体积率的混合体17，考虑软磁体粉与树脂材料混合时的、树脂材料中的软磁体粉分布的均匀化和混合作业的容易性，对于树脂材料，使其初始粘度与软磁体粉的体积率相应地改变地使用。具体而言，在制作软磁体粉的体积率为40体积％和48体积％的软磁体粉/树脂混合体的情况下，使用了初始粘度70Pa·s的硅树脂，在制作软磁体粉的体积率为54～66体积％的软磁体粉/树脂混合体的情况下，使用了初始粘度20Pa·s的硅树脂，在制作软磁体粉的体积率为72体积％以上的软磁体粉/树脂混合体的情况下，使用了初始粘度1Pa·s的硅树脂。

实施例1中，例如在定子铁芯131的槽开口部135和存在于与槽衬15相比更靠近转子12一侧的槽132的空隙部137中填充树脂材料硬化前的、具有流动性的软磁体粉/树脂混合物。接着，通过使软磁体粉末/树脂混合物中含有的树脂材料硬化，而在槽开口部135和槽132的空隙部137中形成相对磁导率为5～35的混合体17。

具体而言，例如将在硅树脂中混合了软磁体粉的软磁体粉/树脂混合物在硅树脂硬化前填充至槽开口部135和槽132的空隙部137中。接着，为了防止软磁体粉/树脂混合物向转子12一侧溢出，而使具有与定子铁芯131的内周面相等的曲率的特富龙(注册商标)制的压模与软磁体粉/树脂混合物的表面接触。此时，过剩的软磁体粉/树脂混合物从槽132的端部被排出。

在该状态下，将软磁体粉/树脂混合物在室温下放置规定时间，使硅树脂硬化而形成混合体17后，从混合体17的表面将特富龙制的压模取下。通过以上的流程，能够得到在槽132的空隙中形成了混合体17的定子13。

混合体17的磁导率能够通过软磁体粉在混合体中所占的体积率而调整。以下，对于混合体17的磁特性不依赖于软磁体粉的种类、而是依赖于软磁体粉的体积率这一点，用图7～图9进行说明。

图7是表示Fe-Si合金中的单位重量的Si含量与磁导率(直流最大相对磁导率)的关系的曲线图。如图7所示，例如Fe-6.5wt％Si合金的磁导率(直流最大相对磁导率)是Fe-3wt％Si合金的磁导率(直流最大相对磁导率)的约3倍程度。从而，Fe-Si合金自身的磁导率依赖于合金组成。

接着，对于将上述Fe-3wt％Si合金和Fe-6.5wt％Si合金分别与树脂材料混合而成的软磁体粉/树脂混合体的相对磁导率相对于密度的关系进行了验证。在图8中示出验证结果。其中，图8是通过改变软磁体粉/树脂混合体中的软磁体粉的体积率，而改变软磁体粉/树脂混合体的密度的。

如图8所示，无论使用Fe-3wt％Si合金、Fe-6.5wt％Si合金中的哪一者的情况下，相对磁导率都随混合体的密度增大而增大，各密度下的两种混合体的相对磁导率的差较小。从而，图7所示的两种合金之间的磁化特性的差异在混合体17中几乎没有反映。

从而，作为混合体17的磁化特性不依赖于软磁体粉的种类，而是依赖于混合体中的软磁体粉的体积率。因此，作为与树脂材料混合的磁性体，只要表现出软磁性即可，能够应用Fe-Si合金以外的其他软磁体。另外，也可以将多种软磁体粉的混合物与树脂材料混合使用。

接着，对于软磁体粉/树脂混合体的磁化特性进行了验证。图9表示关于在图5的验证中使用的混合体17中的含有72体积％的软磁体粉的混合体17的磁化曲线。另外，图9的磁化曲线示出了关于使上述混合体17成形为外径30mm、内径20mm、厚度5mm的环形铁芯的1kHz下的磁化曲线。

如图9所示，软磁体粉的体积率为72体积％的混合体17的B-H曲线大致为直线状，能够确认混合体17的磁化特性中的软磁体固有的磁化特性的影响较小。

即，因为在混合体17的软磁体之间隔着作为非磁性体的树脂材料(参考图4)，所以混合体17中，软磁体粉固有的磁化特性的影响因树脂材料而减少。因此，作为混合体17的磁化特性依赖于因树脂材料而分离的软磁体粉之间的距离、即软磁体粉在混合体17中所占的体积率。从而，根据以上方面也可以得知作为混合体17的磁化特性不依赖于软磁体粉的种类，而是依赖于混合体17中的软磁体粉的体积率。

从通过设置混合体17而得到较高的效率改善效果的观点而言，优选使混合体17中的软磁体粉的体积率为50体积％以上、85体积％以下。

通过使混合体17中的软磁体粉的体积率为50体积％以上，能够对于电动机效率得到较高的改善程度，能够得到与设置混合体17的设置成本相称的较高的效率改善效果。另外，通过使混合体17中的软磁体粉的体积率为85体积％以下，能够使软磁体粉成为并非彼此金属性地接合、而是分散在树脂材料中的状态。由此，能够抑制经由混合体17在邻接的齿134中流过的泄漏磁通的增大、和由此引起的一次铜损的增大。

即，如图10所示，在不使以软磁体粉之间的接合为目的的压缩力作用地形成的同一直径的球形颗粒21的致密填充状态下，填充率大致为74体积％。球形颗粒具有粒度分布的情况下，在图10所示的球形颗粒21的空隙中填充比球形颗粒21粒径更小的球形颗粒，所以不使以软磁体粉之间的接合为目的的压缩力作用的情况下，球形颗粒的填充率的最大值大致为85体积％。从而，通过使混合体17中的软磁体粉的体积率为85体积％以下，能够使软磁体粉并非彼此金属性地接合、而是成为分散在树脂材料中的状态。从得到更高的效率改善效果的观点而言，可以认为优选使混合体17中的软磁体粉的体积率为55体积％以上、80体积％以下。

实施例1中，如上所述，使软磁体粉与树脂材料的混合物填充至槽开口部135之后固化，所以即使不使压缩力作用于混合物，也能够形成混合体17。因此，能够容易地得到软磁体粉之间并非金属性地接合、软磁体粉分散在树脂材料中的状态的混合体17。该情况下，混合体17在原理上表现出电绝缘性。

使旋转电机长期运转的情况下，混合体17的机械强度不足时，因来自转子12的吸引力、和伴随转子12的旋转的流体摩擦力等的作用，存在发生混合体17的缺损、或随之发生的产品事故。因此，以下通过弯曲试验对旋转电机中安装的混合体17中的对于缺损等机械损伤的耐性进行了评价。

弯曲试验如图11所示地通过三点弯曲试验进行。具体而言，将试验体33置于支承体31的支点32上，在其中央以压头34的前端为施力点施加弯曲负重，对伴随时间变化的弯曲位移和弯曲负重的大小进行了测定。

作为支承体31，使用了支点32之间的距离为20mm、支点32的高度为6mm的支承体。另外，作为支承体31和压头34，使用了支点32和压头34的前端分别具有半径4mm的圆弧形状的支承体和压头。作为试验体33，将规定量的混合体17投入特富龙制的分割模具中并使其硬化，成形为宽度6mm、厚度10mm、长度30mm的长方体。在弯曲试验的过程中，以试验体33不与支承体31的支点32之间的面接触的方式，以压头34的最大位移为6mm进行了弯曲试验。位移的基准点(零点)是弯曲负重的施加起点。

图12是表示弯曲试验中的试验体33产生裂纹时的压头34前端的位移与相对磁导率的关系的曲线图。如图12所示，相对磁导率不足6的混合体17中，即使使压头34位移相当于支点32的高度的距离(6mm)，也没有产生裂纹。另外，能够确认在相对磁导率为6以上的混合体17中，随着相对磁导率的增大，产生裂纹时的压头34的位移值降低，随着相对磁导率的增大，混合体17的延性降低。

另外，对相对磁导率为7.3～31的区间中的压头34的弯曲裂纹产生位移的推移进行比较时，相对磁导率从31变化至38时的压头34的弯曲裂纹产生位移的降低度较大，其差异是显著的。因此，能够确认相对磁导率为38的混合体17与相对磁导率为31的状态相比大幅脆化，在弯曲变形刚开始后的阶段产生了裂纹。另外，图12的点上部所示的上箭头表示产生裂纹时的位移量为6mm以上。

图13是表示图12中进行的弯曲试验中的试验体33产生裂纹时的弯曲负重与相对磁导率的关系的曲线图。如图12中所说明，相对磁导率不足6的混合体17中没有产生弯曲裂纹。因此，在图13中，相对磁导率不足6时各点的弯曲负重示出了压头34位移了6mm时的值。

如图13所示，能够确认随着相对磁导率的增大，产生裂纹时的弯曲负重增大，但是在相对磁导率为38的混合体17中，弯曲负重急剧降低，机械强度大幅降低。

推测相对磁导率为38的混合体17的机械强度降低的原因是因为软磁体粉相对于树脂材料的混合量过大，所以形成在软磁体粉之间未填充树脂材料的区域，产生了多个成为弯曲裂纹的起点的空洞。

根据以上的弯曲试验的结果，能够确认相对磁导率为38以上的混合体17中，机械强度较低并且较脆，所以使旋转电机长期运转的情况下，易于发生混合体17的缺损，难以实用。根据以上的结果，在混合体17中，从效率的观点和机械强度的观点而言，优选使混合体17的相对磁导率为5以上、35以下。

作为软磁体粉，例如能够适当使用气体雾化粉。气体雾化粉是大致球状粉，在与树脂材料的搅拌和混合的容易性、混合物的均匀性方面是优良的。但是，软磁体粉不一定需要是大致球状，例如也可以是还原粉或粉碎粉等。该情况下，能够通过与软磁体粉的形状相应地调整混合条件或搅拌条件而应用。

另外，图5所示的曲线图的测定中使用的混合体17中，硅树脂对于合金铁粉的粘合性高，所以并未对合金铁粉实施表面处理。但是，也可以以改善软磁体粉与树脂材料的粘合性为目的，与树脂材料和软磁体粉的种类相应地用硅烷偶联剂等表面处理剂对软磁体粉适当进行表面处理。通过对软磁体粉实施表面处理，改善与树脂材料的粘合性，能够改善混合体的机械特性。

实施例2

以下，对于实施例2的旋转电机的制造方法，用图14进行说明。实施例2是使软磁体粉与树脂材料的混合物预先固化成为具有刚性的混合体17之后、安装于槽开口部135的方式。另外，实施例2中应用的旋转电机，除了如后所述、槽衬的形状和设置方式不同这一点之外，其结构与实施例1中应用的旋转电机100相同。

首先，将软磁体粉与树脂材料混合，使它们的混合物成形为能够与槽开口部135嵌合的形状之后，使混合物中含有的树脂材料固化，形成混合体17。接着，将线圈133插入槽132内，推入槽132的底部一侧，同时使槽衬20的转子12一侧端部向槽132的中心侧弯曲(参考图14(a))。

接着，将混合体17插入在槽开口部135与线圈133之间形成的空隙部138中。混合体17因槽衬20端部的回弹而被向槽开口部135一侧推压，较轻地压在定子铁芯131的齿134的突起部136上而固定(参考图14(b))。

接着，对于插入槽132内的线圈133进行线圈端压缩处理。此时，压在槽132的底部的线圈133向槽开口部135一侧移动，混合体17与槽开口部135嵌合(参考图14(c))。

最后，使用不饱和聚酯类的清漆使线圈133和槽衬20与定子铁芯131固合，同时使混合体17与定子铁芯131固合。由此，能够在定子铁芯131的槽开口部135，在尽可能减小了影响磁特性的间隙的状态下安装混合体17。

以下，对于实施例2的旋转电机的制造方法具体地进行说明。以下说明中，作为混合体17，使用了将作为软磁体粉的Fe-3wt％Si合金气体雾化粉末与作为树脂材料的环氧树脂混合并使其硬化得到的混合体17。

实施例2中，首先使混合体17形成为包括被定子铁芯131的齿134的突起部136的锥部包围的区域的、能够将槽开口部135填充的形状。由此，能够进行混合体17向槽开口部135的定位。具体而言，在形成了长度104mm的槽的不锈钢制模具(分割模具)中填充了软磁体粉/树脂混合物后，用具有与定子铁芯131的内周面相等的曲率的不锈钢制夹具使槽的开放面闭合，使软磁体粉/树脂混合物中的树脂硬化，形成了混合体17。

在不锈钢制模具中，在与填充物的接触面和模具(分割模具)的分割面上预先涂敷了硅树脂类的脱模剂后，使脱泡处理后的混合物流入。由此，能够将环氧树脂硬化后的混合体17容易地从不锈钢制模具中取出。

混合体17以其截面比安装的槽132区域的截面积小一些的方式形成。具体而言，因为验证中使用的旋转电机中的定子13的槽开口部135的宽度是3.2mm，所以使不锈钢制模具(分割模具)的与槽开口部135相当的部分的槽宽度为3.1mm，在得到的混合体17与槽开口部135之间形成了单侧0.05mm的插入间隙。由此，防止了与槽开口部135嵌合时的混合体17的损坏。

混合体17是使Fe-3wt％Si合金气体雾化粉末与环氧树脂以软磁体粉的体积率成为72体积％的方式混合形成的。作为环氧树脂，使用室温下的粘度为0.6Pa·s的二液型树脂，并使用搅拌机与软磁体粉混合。用搅拌机进行混合后，在使用旋转泵的减压腔室内进行了混合物的脱泡处理。使脱泡处理后的混合物流入上述不锈钢制模具中，以在100℃下2小时、接着在175℃下4小时的条件加热，使混合物中的环氧树脂硬化。

另外，例如在大型旋转电机的锤入磁性楔中，对于定子13的槽132将磁性楔在旋转轴11的轴向上插入安装，所以磁性楔与槽132之间需要一定程度的大小的间隙。与此相对，实施例2的旋转电机的制造方法中，使混合体17通过在定子13的径向上移动而安装在槽开口部135中。从而，与上述大型旋转电机中的磁性楔安装时相比，能够以较短的移动距离将混合体17安装在槽132中。因此，与磁性楔安装至大型旋转电机时相比，能够大幅减少插入间隙，能够减少混合体17的磁效应的损耗。

根据实施例2，能够简易且高效率地制造具有混合体17的定子13。另外，对于使用通过实施例2的制造方法得到的定子13的旋转电机，没有进行电动机效率的测定，但是关于使用通过实施例2的制造方法得到的定子13的旋转电机，推测也可以得到与使用通过实施例1的制法得到的定子13的旋转电机中、使混合体17中的软磁体粉的体积率成为72体积％时大致同等的电动机效率改善效果。

在实施例2的旋转电机的制造方法中，将预先固化后的混合体17安装在槽开口部135中。因此，能够不设置实施例1中设置的槽开口部135一侧的槽衬15(参考图2)地设置混合体17(参考图14)。

另外，图2所示的例子中，槽衬15具有确保线圈133与定子铁芯131之间的绝缘性的功能。如图14(c)所示，在未设置转子12一侧的槽衬15的情况下，混合体17同时起到确保线圈133与定子铁芯131之间的绝缘性的作用。

如图9中所说明，对于混合体17中的一种混合体17，即使施加1kHz的交变磁场，也没有确认到涡电流引起的迟滞增大，可以认为大致是绝缘体。因此，能够用混合体17确保线圈133与定子铁芯131之间的电绝缘性。

但是，混合体17中的软磁体粉末的含有率较高、作为混合体的电绝缘性较低的情况下，也可以在混合体17的槽132底部一侧的面上粘贴绝缘树脂片，或者在混合体17与线圈133之间插入绝缘树脂片。

作为树脂材料，只要是能够渗透至软磁体粉之间、在混合体17中保持软磁体粉、并且具有电绝缘性，也能够使用上述硅树脂和环氧树脂以外的材料。但是，考虑对于电动机运转时的损耗引起的发热和随之发生的定子铁芯131和线圈133的温度上升的耐热性，选择树脂材料较好。

实施例2中，用作树脂材料的环氧树脂是热硬化树脂，已知在热硬化处理过程中会发生大幅的粘度降低。树脂材料的低粘度化显著时，存在低粘度化后的树脂材料在热硬化处理时流入不锈钢制模具(分割模具)的接合界面的情况。该情况下，存在模具内的软磁体粉/树脂混合物的混合比变动，不能得到具有要求的磁特性的软磁体粉/树脂混合物的情况。因此，使用热硬化性的树脂或低粘度树脂的情况、和形成软磁体粉的混合比例低的软磁体粉/树脂混合物的情况下，为了抑制树脂成分从软磁体粉/树脂混合物流失，可以根据需要将氧化铝、二氧化硅等细微的陶瓷粉与树脂材料适当混合，在通过陶瓷粉使粉体颗粒之间的空间最小化的状态下，填充树脂材料并使其硬化。

实施例3

在图15中示出定子铁芯的槽开口部附近的放大图。

在定子铁芯131的槽132的收纳部139内，从外周侧插入收纳了作为绝缘物的槽衬14、绕组133、作为绝缘物的槽衬(或帽)15。外周侧的槽衬14使绕组133与齿134之间绝缘。另外，内周侧的槽衬15在绝缘的作用之外，也具有防止绕组133从槽开口部135的端部向转子铁芯一侧突出的作用。绕组133例如是将漆包铜线这样的导体卷绕在齿134上而成的线圈。

关于沿定子铁芯内径具有槽开口部135的定子铁芯131的槽132的形状，在大型旋转电机中主要使用全开口型(开口)槽，在中型/小型旋转电机中使用半开口型(半闭口)槽。另外，在定子铁芯的槽与槽之间存在齿134。在这些开口型的槽形状下，因齿134的电磁钢板的磁导率与定子铁芯槽开口部135的磁导率的差异而产生磁通密度的疏密(槽波动)。因该槽波动而在槽开口部135中发生高次谐波磁通，在接近转子铁芯121的定子铁芯侧表面的部位产生铁损和铜损。为了抑制该高次谐波磁通，需要缩短定子铁芯与转子铁芯之间的等价间隙长度。通过缩短等价间隙长度，卡特系数减小。结果，有助于减少高次谐波磁通。

于是，本实施例中，作为其特征，如图15所示，形成了从槽132中的槽开口部135直至收纳部139的上部1321地填充磁性楔171的结构。磁性楔171的内周面被填充至与定子铁芯131的内周面一致的部位。虽然未图示，但磁性楔171中，磁性楔171的轴向端部也被填充至与定子铁芯的端部一致的部位。另外，磁性楔171在槽开口部135的侧壁之外，也接触与槽开口部135的侧壁相比角度改变的收纳部139的侧壁(图示的例子中是两侧的槽衬14)。像这样磁性楔171直到周向宽度比槽开口部135更宽的收纳部139地存在，由此磁性楔171因磁吸引力而被拉向内径侧时在收纳部139内形成的部分会挂住，所以是防止磁性楔171因从转子铁芯向定子铁芯内径侧施加的磁吸引力而发生掉落的结构。

磁性楔171是与实施例1中的混合体17同样的磁性部件，磁性楔171通过填充将铁等磁性粉末与树脂搅拌得到的搅拌物并通过热使其硬化而成型。磁性粉末主要起到改善磁特性的作用，树脂材料起到使磁性粉末之间粘合的粘结剂的作用。通过混入树脂材料，确保了磁性楔的强度。

磁性楔171的径向端面存在于与定子铁芯131的内周面一致的部位，由此能够进一步提高磁特性。这是如上所述因等价间隙长度缩短而得到的效果。进而通过以与槽开口部135的侧壁整体接触的方式填充磁性楔171，能够防止在磁性楔171与电磁钢板之间产生空隙，所以磁特性提高。另外，通过使槽开口部135的径向厚度与磁性楔171的径向厚度一致能够实现效果更高的磁性楔。

另外，本实施例中使用热硬化性的材料形成了磁性楔171，但也可以使用具有相反在冷却时硬化的性质的材料。只要是发生不可逆变化的材料，在旋转电机驱动时就不会恢复为液状，所以能够用作磁性楔。另外，本实施例无论是半开口型槽还是全开口型槽都能够应用。

通过使用本实施例的磁性楔171，消除广为人知的因定子铁芯的齿与开口部的磁导率的差异而产生的磁通密度的疏密，能够提供维持现有的体型、同时效率更高的旋转电机。另外，无需在槽开口部135形成特别的槽或特殊的开口部形状就能够实现，所以制作变得容易。

另外，因为也具有减少励磁电流的效果，所以也能够抑制因作为高效率化要素的线圈占有率的增加和导体截面积的增加而发生的起动电流的恶化和功率因数的降低这样的特性恶化。进而，通过消除磁通密度的疏密能够防止磁噪声，并且能够防止转矩波动。

实施例4

参考图16说明实施例4。图16是定子铁芯的立体图，同时也示出了槽132的收纳部139的截面。

实施例4是说明定子铁芯131的槽开口部135的轴向(图16的Z方向)的结构的特征的图。在槽开口部135的轴向Z上以规定间隔配置多个磁性部件161，在这些磁性部件161之间填充将磁性粉末与树脂搅拌得到的磁性材料172而构成。磁性材料172是与上述磁性楔同样的磁性部件。此处，磁性部件161是与槽开口部135的形状对应地预先硬化而成的固体物，是用于填充搅拌后的磁性材料172的导向部件或支承部件。磁性部件161从作业步骤的观点来看也可以称为夹具。另外，图16示出了在槽开口部135中装填了多个磁性部件161、但尚未填充磁性材料172的状态。另外，就与后述实施例5和实施例6的关系而言，实施例4是磁性楔在轴向Z上由多层磁性部件构成的例子。

在实施例1中说明的在开口部135中填充将磁性体与树脂搅拌而成的磁性体材料形成磁性楔171的方法中，使磁性体材料加热硬化时树脂因热而与通常的室温下的粘度相比降低，所以存在从轴向端部A或槽开口部135的端部B漏出的风险。特别是关于具有高强度的环氧树脂，在超过玻璃转化温度时发生状态变化，产生硬度降低等危险性。

另外，位于槽132内径一侧的槽衬15有在轴向Z上发生弯曲、向槽开口部135突出的情况。因为作为绝缘物的槽衬15向槽开口部135突出，所以存在槽衬15防止磁性材料进入至收纳部139、形成收纳部139的侧壁的挤压不生效的结构的磁性楔的风险。挤压不生效的结构的磁性楔是仅在槽开口部135的侧壁接合的结构，因为需要与侧壁的粘合强度，所以存在不能确保可承受来自转子铁芯的磁吸引力的强度的情况。结果，可以列举发生磁性楔从槽掉落，不能确保产品的可靠性这样的课题。

于是，本实施例中，在轴向Z的槽开口部135中在包括轴向端部A的多个部位以规定间隔配置固体物的磁性部件161，之后填充形成磁性楔的磁性材料172。由此，防止硬化前的磁性材料172从轴向端部A漏出。进而，能够用磁性部件161将因收纳部139内的绕组133的张力而被挤出至槽开口部135的槽衬15压向收纳部139一侧，所以与实施例1相比，容易将由磁性材料172形成的磁性楔(为了方便而用172’表示)填充至槽132的槽衬15处。

另外，通过使用与磁性楔172’相同的材料或具有相同程度的磁导率的材料作为磁性部件161的材料，能够在使磁性楔172’硬化之后，也不将作为磁性材料172的填充的作业过程中使用的夹具的磁性部件161除去、而是使其残留在槽开口部135内。

实施例5

参考图17至图19说明实施例5。

实施例5通过使将磁性粉末与树脂搅拌成形、硬化而制作的由多层结构构成的磁性楔173从轴向端部对槽开口部135和收纳部139插入，而构成与实施例1同样的定子铁芯。

与图14所示的方法同样地，将已成形的磁性楔173对槽开口部135和收纳部139插入而制作定子铁芯。通过使用已成形的磁性楔制作定子铁芯，在使用填充液状的磁性材料33的方式时费时费力的轴向的尺寸较长的定子铁芯中实施的情况下，能够提高作业效率。并且，通过使用多层结构的磁性楔，能够对需要磁特性的部分赋予较高的磁特性，对需要机械强度的场所赋予较高的机械强度。

以下详细地进行说明。

参考图17和图18，预先将磁性粉末与树脂搅拌并预先成形、硬化而制作的磁性楔173在径向Y上形成第一层1731和第二层1732的2层结构。位于内径侧的第一层1731是软磁体粉密度比树脂密度更高的层，位于外径侧的第二层1732是树脂密度比软磁体粉密度更高的层。通过提高磁性粉末的密度，磁导率提高，但另一方面，磁性粉末之间的结合强度减弱，所以机械强度降低。通过为了防止机械强度降低而降低磁性粉末密度，使磁性粉末之间粘合的力增强，能够使树脂的弯曲强度等机械强度提高。于是，本实施例中，通过在径向上形成多层结构的第一层和第二层中使磁性粉末的密度不同，能够提供在需要磁特性的部分具有较高的磁特性、在需要机械强度的场所具有较高的机械强度的磁性楔。

本实施例中，为了增强第一层1731与第二层1732的粘合面(界面)的粘合强度而设置了突起180。突起180的形状多种多样，例如能够成为图8(a)这样的方形突起、图8(b)这样的圆锥状的突起、图8(c)这样的球状的突起的形状。此处，图8(a)、(b)所示的界面中，都是突起180从第二层1732向第一层1731延伸地形成，但图8(c)中是相反地从第一层1731向第二层1732突出的突起。其均能够得到同样的效果。形成突起180的部位和个数可以是任意的，但与仅在1处形成突起相比，从进一步提高第一层与第二层的粘合强度的观点而言，优选在轴向上设置多处或者在周向上设置多处。

图9表示第一层1731与第二层1732的接合结构的其他例。

图9的例子是以第二层1732覆盖在径向上叠层的第一层1731的下部的方式形成，在两者的粘合面通过从周向X突出的突起181使双方的层啮合地构成的。图9(a)和(b)中，从第一层1731向第二层1732形成突起181，(c)中相反地从第二层1732向第一层1731形成突起181。通过这样地构成，成为可以承受对径向内侧施加的磁吸引力的结构。

另外，因为磁性楔1731、1732的材料是树脂与磁性粉末的搅拌物，所以能够进行使用例如压缩成型或传递成型等塑料的成型中使用的方法的成型。

接着，对于实施例5中的变形例和其他例进行说明。

关于由多层结构构成的磁性楔173的成型，即使不预先进行成形、硬化，通过使用填充方式的制造工艺也能够实现。例如，首先将形成第二层1732的磁性粉末与树脂的搅拌物填充至槽开口部135内并使其硬化，之后，在第二层1732上填充形成第一层的磁特性高的磁性粉末与树脂的搅拌物并使其硬化，由此能够在制造工艺中形成多层磁性楔173。另外，作为其他例，通过将已成型的绝缘层(对应于第二层)预先插入槽开口部内之后，填充磁特性高的搅拌物(对应于第一层)并使其硬化，能够形成同样的磁性楔173。

另外，图17至图19所示的例子是用2层结构实现磁性楔173的例子，但层结构不限于2层，也可以是3层以上的层结构。通过采用3相以上的层结构，在需要较高的绝缘特性的定子铁芯的情况下，通过使最外径侧的层仅为树脂，能够同时实现槽衬15的作用效果。由此能够削减部件个数、同时提高绕组133与磁性楔173之间的绝缘性。另外，在2层结构的磁性楔中，通过用具有绝缘性的树脂形成第二层1732，也能够期待与上述3层结构的最外层(槽衬功能)同等的作用效果。

作为实现3相以上的层结构的磁性楔的方案，在将预先硬化制作的磁性楔装填在槽开口部135内的例子之外，在如上所述、在槽开口部135内形成磁性楔的工艺中，通过反复进行顺次填充形成从第n层至第一层的各层的磁性粉末与树脂的搅拌物并使其硬化，能够形成多个n层(n为3以上)结构的磁性楔。另外，也能够通过将使第n层至第m层(m是从(n-1)至2)一并硬化制作的磁性楔装填至槽开口部135内，对于其余的第(m-1)层至第一层顺次填充磁性粉末与树脂的搅拌物并使其硬化而形成。

进而，作为其他变形例，上述磁性楔173是多层结构在径向Y上叠层而成的，但层结构的方向不限于径向，也能够在轴向或周向中的任一方向上。

实施例6

参考图20说明实施例6。

实施例6是在定子铁芯131的周向X上具有多层结构的磁性楔173的例子。如图所示，磁性楔173是具有与槽开口部135的两侧壁接触的第一层1731、和在第一层1731的两侧下部形成的第二层17322的结构。第一层和第二层在周向X上形成层结构。第一层1731的下部与槽衬15相接，第二层1732与在收纳部139的两侧装填的槽衬14和第一层1731分别接触。

此处，第一层和第二层由磁性粉末与树脂的搅拌物构成，但第一层的磁性粉末的密度比第二层1732的磁性粉末的密度更大。另外，通过在第一层与第二层的边界形成与实施例5同样的突起181，也能够提高两者的粘合强度。

另外，作为其他例，第二层1732也可以如实施例5的变形例所说明，是降低了磁性粉末密度的磁性材料与趣旨的搅拌物。进而，根据其他例，第二层1732也可以是不含磁性材料的树脂或清漆等绝缘材料。

实施例7

参考图21说明实施例7。

实施例7是具有多层的磁性楔的例子，也可以视为实施例6的其他例。

如图所示，磁性楔173由第一层1731和第二层1732构成，第一层1731是沿槽开口部135的侧壁向径向Y(图21的下方)延伸的形状，其底部与槽衬15接触。进而，第一层1731随着向径向Y(下方)延伸，第一层的周向X上的宽度变宽，其两端与在收纳部139的两侧配置的槽衬14接触。形成第一层和第二层的磁性粉末与树脂的搅拌物与实施例6是同样的。

通过采用这样的结构，能够减少第一层1731因来自转子铁芯121的磁吸引力而掉落的事态。另外，第一层1731下部的形状是宽度曲线地变宽，但其形状不限于曲线，也可以使宽度直线地变宽。另外，第二层1732的形状也不限于曲线，也可以是直线。

这样，通过在周向X上、由绝缘性高的树脂所占的比例较大的第二层1732夹着含有较多的软磁体粉的第一层1731地构成，电流变得难以通过第二层1732，能够抑制定子铁芯131中发生的涡电流。进而，磁通变得易于流过转子铁芯一侧，所以能够实现低损失化。

另外，以上说明的实施例中以电动机(motor)为例进行了说明，但本发明的旋转电机既能够应用为电动机(motor)也能够应用为发电机(generator)。

附图标记说明

100…旋转电机，11…旋转轴，12…转子，121…转子铁芯，13…定子，131…定子铁芯，132…槽，133…线圈，134…齿，135…槽开口部，136…突起部，137、138…空隙部，14、15…槽衬，17…软磁体粉/树脂混合体，18…雾化铁粉，19…硅树脂，20…槽衬，21…球形颗粒，31…支承体，32…支点，33…试验体，34…压头，173…磁性楔，1731…第一层，1732…第二层。

Claims (15)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

与转子的圆周面相对地配置的定子铁芯，其在周向上形成有多个槽，所述槽形成有在所述转子一侧开口的开口部；和

插入到所述槽中的线圈，

在所述槽的开口部形成有由软磁体粉末与树脂材料组成的混合体，所述混合体的相对磁导率是5～35。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述混合体中的所述软磁体粉末的混合比例是50体积％以上、85体积％以下。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述软磁体粉末与树脂材料的混合体是在所述软磁体粉末之间隔着所述树脂材料形成的。

4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述软磁体是铁-硅(Fe-Si)合金。

5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述定子铁芯的槽是半闭口型槽。

6.一种旋转电机的制造方法，其特征在于：

所述旋转电机包括：

与转子的圆周面相对地配置的定子铁芯，其在周向上形成有多个槽，所述槽形成有在所述转子一侧开口的开口部；和

插入到所述槽中的线圈，

在所述旋转电机的制造方法中，

将树脂材料与软磁体粉末混合来形成混合物，

使所述混合物固化，来在所述开口部形成相对磁导率为5～35的、所述树脂材料与所述软磁体粉末的混合体。

7.如权利要求6所述的旋转电机的制造方法，其特征在于：

在所述开口部中填充所述混合物，

使填充于所述开口部的所述混合物中所含的所述树脂材料固化来形成所述混合体。

8.如权利要求6所述的旋转电机的制造方法，其特征在于：

使所述混合物中所含的所述树脂材料固化来形成所述混合体，

将所述混合体嵌合于所述开口部。

9.一种旋转电机，其特征在于，包括：

具有从径向外侧向内侧延伸的多个齿和形成在所述齿之间的槽的定子铁芯；和

配置在所述槽中的线圈，

所述槽具有用于收纳所述线圈的收纳部和位于与所述收纳部相比靠内径一侧且宽度比所述收纳部窄的槽开口部，

从所述槽开口部的内壁到所述收纳部的至少一部分内壁与磁性部件接触。

10.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于：

所述磁性部件在定子的径向或周向上具有多个层。

11.如权利要求10所述的旋转电机，其特征在于：

在具有多个层的所述磁性部件中，位于定子的内径侧的第一层的磁导率高于位于定子的外径侧的第二层的磁导率。

12.如权利要求10或11所述的旋转电机，其特征在于：

所述磁性部件具有与所述槽开口部的两侧壁接触的第一层，和位于所述第一层的两侧的、形成为与所述收纳部的侧壁的一部分相接触的第二层，

所述第一层的磁导率高于所述第二层的磁导率。

13.如权利要求12所述的旋转电机，其特征在于：

随着去往径向外侧，所述第一层的宽度变宽。

14.如权利要求12所述的旋转电机，其特征在于：

在形成所述磁性部件的所述第一层与所述第二层的边界，具有从任一层向另一层延伸的突起。

15.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于：

所述磁性部件是磁性粉末与树脂材料的混合体。