CN118020230A - 层叠铁芯及旋转电机 - Google Patents
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Abstract
电磁钢板包含环状体,多个粘接层(41)中的至少一个粘接层(41)为第一粘接层,在层叠方向夹着第一粘接层的两个电磁钢板之中一个电磁钢板中,将在环状体的中心轴交叉并在易磁化方向上延伸的假想轴设为L轴,将在中心轴交叉并与L交叉的假想轴作为C轴,且将电磁钢板通过L轴和C轴在环状体的周向上划分为多个区间(S)时,多个区间(S)中至少一个区间(S)为第一区间,在第一区间,电磁钢板中在L轴方向产生主磁通的第一部分(P1)中的第一粘接层的面积小于电磁钢板中在C轴方向产生主磁通的第二部分(P2)中的第一粘接层的面积。
Description
技术领域
本公开涉及层叠铁芯及旋转电机。
本申请基于2021年11月25日在日本提交的特愿2021-191446号主张优先权,将其内容引用至此。
背景技术
今后,预计使用数量会增加的EV/HEV用主机(旋转电机、电动机、电机),为了降低体格、重量而正在推进高速旋转化。伴随转速的增加,转子芯或定子芯的铁损增加,导致效率降低。高频励磁导致的铁损增加的主要原因为涡流损耗的增加,作为改善的方略,存在电磁钢板的薄板化。
另一方面,在层叠通过冲裁等制成的转子芯或定子芯时,通常使用铆接,但通过铆接层叠固定极薄的电磁钢板非常困难。此时,作为层叠固定极薄电磁钢板的方法之一,存在粘接固定(例如,参照下述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2008-78346号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是,在前述以往的粘接固定方法中,使用粘接剂固定电磁钢板时,起因于粘接剂的凝固收缩而在电磁钢板中产生的弹性压缩应力,因而磁特性(励磁特性或铁损特性)变差,可能导致损失增加。此外,这样的课题不仅在电动机中,还在包含发电机的旋转电机全局也会产生。
本公开是鉴于上述情况而做出的,目的在于提供一种层叠铁芯,在维持层叠固定的保持力的状态下,能够抑制损失(铁损及铜损)的增加。
用于解决技术问题的技术手段
<1>本公开的一方案的层叠铁芯,包括:被层叠的多个电磁钢板,以及被配置于在层叠方向上彼此相邻的所述电磁钢板彼此之间的多个粘接层,所述电磁钢板包含环状体,所述多个粘接层之中的至少一个粘接层为第一粘接层,在所述层叠方向上夹着所述第一粘接层的两个所述电磁钢板之中一者的电磁钢板中,将与所述环状体的中心轴交叉并在易磁化方向上延伸的假想轴作为L轴,将与所述中心轴交叉并与所述L轴交叉的假想轴作为C轴,且由所述L轴及所述C轴将所述电磁钢板在所述环状体的周向上划分为多个区间时,所述多个区间之中的至少一个区间是第一区间,在所述第一区间,所述电磁钢板之中主磁通产生在所述L轴方向上的第一部分中的所述第一粘接层的面积小于所述电磁钢板之中主磁通产生在所述C轴方向上的第二部分中的所述第一粘接层的面积。
本申请发明人深入研究,最终得到下面的见解。即,在层叠方向上相邻的电磁钢板彼此由粘接剂粘接固定的层叠铁芯中,粘接剂对电磁钢板施加压缩应力,该压缩应力对电磁钢板的磁特性劣化(铁损增加量等)造成影响。本申请发明人新发现了该影响的程度对应于电磁钢板中产生的主磁通的方向而不同。更具体而言,相比于主磁通的方向为C方向(与L方向交叉的方向、不是易磁化方向的方向)的情况,在主磁通的方向为L方向(易磁化方向)的情况下,电磁钢板中的粘接面积率越高,铁损劣化率越大,施加于电磁钢板的每单位面积的压缩应力越高,铁损劣化率越大(例如,参照后述的图13、14、16)。此外,主磁通是在转子芯或定子芯中产生的磁通的总称。
基于上述见解,本申请发明人想到了:在包含环状体的层叠铁芯中,通过L轴及C轴将电磁钢板划分为多个区间,在该多个区间之中的至少一个区间中,对应于主磁通产生的方向使粘接层的面积不同。即,本申请发明人想到了:在所述多个区间之中的至少一个第一区间,使主磁通产生在L方向的第一部分中的第一粘接层的面积小于主磁通产生在C方向的第二部分中的第一粘接层的面积。由此,代替在电磁钢板之中对铁损的影响较大的部分较大地形成粘接层,能够在对铁损影响较小的部分较大地形成粘接层。因此,在确保所要求的保持力的状态下,能够抑制损失的增加。
<2>在上述<1>的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:在所述第一区间,将相对靠近所述C轴的区域作为C轴侧区域,且将相对靠近所述L轴的区域作为L轴侧区域时,所述第一部分包含所述环状体之中位于所述C轴侧区域的部分,所述第二部分包含所述环状体之中位于所述L轴侧区域的部分。
在包含环状体的层叠铁芯中,主磁通在环状体中主要产生在周向上。而且,在环状体中产生的主磁通与L方向或C方向的相对关系在该主磁通产生的周向的位置不同。例如,在环状体之中,在位于L轴侧的部分中,主磁通中C方向的分量较多。另一方面,环状体之中,在位于C轴侧的部分中,主磁通中L方向的分量较多。
<3>在上述<2>的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述第一粘接层包含被配置在所述环状体的内周缘及外周缘之中至少一者的第一粘接部,在所述第一区间中,所述C轴侧区域中的所述第一粘接部的面积小于所述L轴侧区域中的所述第一粘接部的面积。
第一粘接部被配置在环状体的内周缘及外周缘之中至少一者,主要在周向上延伸。因此,在C轴侧区域中,第一粘接部向相比于C方向更靠近L方向的(倾斜平缓)方向延伸,在L轴侧区域中,第一粘接部向相比于L方向更靠近C方向(倾斜平缓)的方向延伸。因此,关于第一粘接部,被配置于L轴侧区域的部分越多,在靠近C方向的方向上延伸的比例越高,对铁损的影响越小。
因此,在该层叠铁芯中,在第一区间,C轴侧区域中的第一粘接部的面积小于L轴侧区域中的第一粘接部的面积。因此,能够较小地抑制第一粘接部对铁损造成的影响。
<4>在上述<3>的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述第一粘接部沿着所述环状体的内周缘及外周缘之中至少一者呈带状延伸,在所述第一区间,所述第一粘接部的宽度不取决于所述周向的位置而是同等的,或者沿着所述周向从所述L轴向所述C轴变小。
<5>在上述<4>的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:在所述第一区间,所述第一粘接部的宽度沿着所述周向从所述L轴向所述C轴变小。
在第一区间,第一粘接部的宽度不取决于周向的位置而是同等的,或者沿着周向从L轴向C轴减小。此外,第一粘接部的宽度优选沿着周向从L轴向C轴减小。根据上述,显著实现前述的作用效果。
<6>在上述<1>至<5>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述电磁钢板还包含多个齿,所述齿从所述环状体向所述环状体的径向的内侧突出,并且在所述环状体的周向上隔开间隔配置,所述第一部分包含所述齿之中位于所述L轴侧区域的部分,所述第二部分包含所述齿之中位于所述C轴侧区域的部分。
此外,这样,在电磁钢板不仅为环状体还具备齿的情况下,电磁钢板之中,第一粘接层不仅环状体彼此粘接,齿彼此也粘接,第一区间不仅在环状体中规定,也在齿中规定,第一部分、第二部分分别不仅包括环状体的一部分或全部,还包含齿的一部分或全部。
在包含齿的层叠铁芯中,主磁通在齿中主要产生于径向。并且,在齿中产生的主磁通与L方向或C方向的相对关系在该主磁通产生的齿的周向的位置不同。例如,多个齿之中,在位于L轴侧的齿中,主磁通之中的L方向的分量较多。另一方面,多个齿之中,位于C轴侧的齿中,主磁通中的C方向的分量变多。
<7>在上述<6>的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述第一粘接层包含被配置于所述齿的周缘的第二粘接部,在所述第一区间中,所述C轴侧区域中的所述第二粘接部的面积大于所述L轴侧区域中的所述第二粘接部的面积。
第二粘接部被配置于齿的周缘,主要在径向上延伸。因此,在C轴侧区域中,第二粘接部在相比于L方向更接近C方向的(倾斜平缓)方向上延伸,在L轴侧区域中,第二粘接部在相比于C方向更接近L方向的(倾斜平缓)方向上延伸。因此,关于第二粘接部,被配置于C轴侧区域的部分越多,在靠近C方向的方向上延伸的比例升高,对铁损的影响小。
因此,在该层叠铁芯中,在第一区间,C轴侧区域中的第二粘接部的面积大于L轴侧区域的第二粘接部的面积。因此,能够较小地抑制第二粘接部对铁损造成的影响。
<8>在上述<7>所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述第二粘接部沿着所述齿的周缘呈带状延伸,在所述第一区间,不取决于所述齿的所述周向的位置而是相同的,或者所述第二粘接部的宽度沿着所述周向从位于所述L轴侧的所述齿越向位于所述C轴侧的所述齿越大。
<9>在上述<8>所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:在所述第一区间,所述第二粘接部的宽度沿着所述周向,越是位于所述C轴侧的所述齿比位于所述L轴侧的所述齿,所述第二粘接部的宽度越大。
在第一区间,第二粘接部的宽度不取决于齿的周向的位置而是相同的,或者沿着周向,越是位于C轴侧的齿比位于L轴侧的齿的第二粘接部的宽度大。此外,在第一区间,优选为,沿着周向,越是位于C轴侧的齿比位于L轴侧的齿,第二粘接部的宽度越大。根据上述,显著实现前述的作用效果。
<10>在上述<2>至<5>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:在所述第一区间,将在所述C轴及所述L轴绕所述中心轴构成的中心角分成一半的方向上延伸的假想轴作为基准轴时,所述C轴侧区域及所述L轴侧区域以所述基准轴为基准,在所述周向为对称关系。
C轴侧区域及L轴侧区域以基准轴为基准,在周向上为对称的关系。因此,显著实现前述的作用效果。
<11>在上述<2>至<10>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述第一粘接层包含带状的粘接部,在所述L轴侧区域,所述周向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和大于所述环状体的径向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和,在所述C轴侧区域,所述周向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和小于所述径向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和。
<13>在上述<1>至<11>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述多个粘接层全部为所述第一粘接层。
在多个粘接层全部为具备所述第一区间的第一粘接层的情况下,换言之,在满足多个粘接层全部为第一粘接层这样的条件的情况下,例如,相比于不满足多个粘接层之中的一部分为第一粘接层的条件的情况等,显著实现前述的作用效果。
<14>在上述<1>至<12>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述多个区间全部为所述第一区间。
在第一粘接层中的所述多个区间全部为所述第一区间的情况下,换言之,例如,在满足多个区间的全部为第一区间的条件的情况下,相比于不满足多个区间之中的一部分为第一区间的条件的情况,显著实现前述的作用效果。
<14>在上述<1>至<13>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述电磁钢板为无取向性电磁钢板。
<15>在上述<1>至<13>的任一项所述的层叠铁芯,也可以采用如下构成:所述电磁钢板为取向性电磁钢板。
<16>在上述<1>至<15>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述易磁化方向在一个所述电磁钢板中仅存在一个方向,所述L轴及所述C轴彼此正交。
<17>在上述<1>至<15>的任一项所述的层叠铁芯中,也可以采用如下构成:所述易磁化方向在一个所述电磁钢板存在两方向以上,所述L轴在两方向以上的所述易磁化方向分别延伸,在所述中心轴上彼此相交,所述C轴在将所述周向上彼此相邻的所述L轴绕所述中心轴形成的中心角分成一半的方向上延伸。
<18>本公开的一方案的旋转电机具备上述<1>至<17>的任一项的层叠铁芯。
发明效果
根据本公开,在维持层叠固定的保持力的状态下,能够抑制损失的增加。
附图说明
图1是本公开的一实施方式的旋转电机的截面图。
图2是图1所示的旋转电机具备的定子的俯视图。
图3是图1所示的旋转电机具备的定子的侧视图。
图4是图1所示的旋转电机具备的定子的电磁钢板及粘接层的俯视图。
图5是电磁钢板及粘接层的俯视图,由L轴及C轴划分的一个区间的放大图。
图6是用于说明辊痕的照片,是示出通常的电磁钢板的照片。
图7是放大图7所示的照片的一部分的照片。
图8是示出制造图1所示的旋转电机具备的定子的制造装置的一个示例的侧视图。
图9是图1所示的旋转电机具备的定子的第一变形例的俯视图,相当于图5所示的放大图的图。
图10是图1所示的旋转电机具备的定子的第二变形例的俯视图,是相当于图4所示的放大图的图。
图11是图1所示的旋转电机具备的定子的第二变形例的俯视图,相当于图5所示的放大图的图。
图12是用于说明旋转堆叠的照片,是示出通常的层叠铁芯的照片。
图13是示出在第一验证试验中在L方向产生上磁通的情况下的粘接面积率与铁损的关系的图表。
图14是示出在第一验证试验中在C方向上产生磁通的情况下的粘接面积率与铁损的关系的图表。
图15是在第二验证试验中作为铁损的仿真对象的定子的电磁钢板的俯视图,是相当于图5所示的放大图的图。
图16是示出第二验证试验的结果的图表。
具体实施方式
下面,参照附图,说明本公开的一实施方式的旋转电机。此外,在本实施方式中,作为旋转电机举出电动机,具体而言交流电动机,更具体而言同步电动机,更加具体而言永久磁铁励磁型电动机作为一个示例进行说明。该种电动机例如适宜被用在电动汽车等中。
如图1及图2所示,旋转电机10包括定子20、转子30、外壳50、以及旋转轴60。定子20及转子30被容纳在外壳50中。定子20被固定于外壳50。
在本实施方式中,作为旋转电机10,采用转子30位于定子20的内侧的内转子型。然而,作为旋转电机10,也可以采用转子30位于定子20的外侧的外转子型。此外,在本实施方式中,旋转电机10为12极18槽的三相交流电机。然而,例如极数和槽数、相数等能够适当变更。此外,该旋转电机10例如通过对各相施加时效值10A、频率100Hz的励磁电流,能够以转速1000rpm旋转。
定子20具备定子芯21和未图示的绕组。
定子芯21包括筒状(圆筒状)的铁芯背部22(环状体)、多个齿23。在下文中,将定子芯21(铁芯背部22)的轴方向(定子芯21的中心轴线O方向)简称为轴方向,将定子芯21(铁芯背部22)的径向(定子芯21的与中心轴线O正交的方向)简称为径向,将定子芯21(铁芯背部22)的周向(定子芯21的围绕中心轴线O的方向)简称为周向。
铁芯背部22在从轴方向观察定子20的俯视下为圆环状。
多个齿23从铁芯背部22朝向径向的内侧(沿着径向向铁芯背部22的中心轴线O)突出。多个齿23在周向上隔开相同的间隔配置。在本实施方式中,以中心轴线O为中心的中心角每隔20度地设置18个齿23。多个齿23彼此为相同的形状,且为相同的大小。
所述绕组卷绕于齿23。所述绕组可以集中卷绕,也可以分布卷绕。
转子30相对于定子20(定子芯21)被配置于径向的内侧。转子30包括转子芯31、多个永久磁铁32。
转子芯31为与定子20同轴配置的筒状(圆筒状)。在转子芯31内,配置有所述旋转轴60。旋转轴60以与转子芯31一起旋转的方式,被固定于转子芯31。
多个永久磁铁32被固定于转子芯31。在本实施方式中,两个一组的永久磁铁32作为一个磁极发挥功能。多组永久磁铁32在周向上隔开相同的间隔配置。在本实施方式中,以中心轴线O为中心的中心角每隔30度地设置有12组(总体为24个)永久磁铁32。
在本实施方式中,作为永久磁铁励磁型电动机,采用嵌入磁铁型电机。转子芯31中,形成有在轴方向贯通转子芯31的多个贯通孔33。多个贯通孔33与多个永久磁铁32对应设置。各永久磁铁32在被配置于对应的贯通孔33内的状态下被固定于转子芯31。各永久磁铁32向转子芯31的固定是通过例如用粘接剂粘接永久磁铁32的外表面与贯通孔33的内表面等能够实现。此外,作为永久磁铁励磁型电动机,也可以采用表面磁铁型电动机代替嵌入磁铁型电动机。
定子芯21及转子芯31均为层叠铁芯。层叠铁芯是通过层叠多个电磁钢板40而形成的。
此外,定子芯21及转子芯31各自的层厚例如设为50.0mm。定子芯21的外径例如设为250.0mm。定子芯21的内径例如设为165.0mm。转子芯31的外径例如设为163.0mm。转子芯31的内径例如设为30.0mm。其中,这些值是一个示例,定子芯21的层厚、外径、内径,以及转子芯31的层厚、外径、内径并不局限于这些值。在此,定子芯21的内径以定子芯21中的齿23的前端部为基准。定子芯21的内径为内径所有齿23的前端部的假想圆的直径。
形成定子芯21及转子芯31的各电磁钢板40例如通过对作为母材的电磁钢板进行冲裁加工等形成。作为电磁钢板40,能够使用公知的电磁钢板。电磁钢板40的化学组分并不特别限定。在本实施方式中,采用无取向性电磁钢板作为电磁钢板40。作为无取向性电磁钢板,例如,能够采用JIS C2552:2014的无取向性电磁钢带。然而,作为电磁钢板40,还能够采用取向性电磁钢板代替无取向性电磁钢板。作为取向性电磁钢板,例如可以采用JISC2553:2012的取向性电磁钢带。进一步,作为电磁钢板40,还能够采用Fe系非晶质合金代替无取向性电磁钢板。作为Fe系非晶质合金,例如还能够采用JIS C2534:2017的铁基无定形硅带。
为了改善电磁钢板的加工性、层叠铁芯的铁损,在电磁钢板40的两面,设置有绝缘覆膜。作为构成绝缘覆膜的物质,例如能够适用(1)无机化合物、(2)有机树脂、(3)无机化合物与有机树脂的混合物等。作为无机化合物,例如举出(1)重铬酸盐和硼酸的复合物、(2)磷酸盐与二氧化硅的复合物等。作为有机树脂,举出环氧系树脂、丙烯系树脂、苯乙烯丙烯酸系树脂、聚酯系树脂、硅系树脂、氟系树脂等。
为了确保层叠的电磁钢板40之间的绝缘性能,绝缘覆膜的厚度(电磁钢板40每单面的厚度)优选设为0.1μm以上。
另一方面,随着绝缘覆膜变厚,绝缘效果饱和。此外,随着绝缘覆膜变厚,占积率降低,作为层叠铁芯的性能降低。因此,绝缘覆膜在能够确保绝缘性能的范围中优选较薄。绝缘覆膜的厚度(电磁钢板40每单面的厚度)优选为0.1μm以上5μm以下,进一步优选为0.1μm以上2μm以下。
随着电磁钢板40变薄,改善铁损的效果逐渐饱和。此外,随着电磁钢板40变薄,电磁钢板40的制造成本增加。因此,若考虑铁损的改善效果及制造成本,电磁钢板40的厚度优选设为0.10mm以上。
另一方面,若电磁钢板40过厚,则电磁钢板40的加压冲裁作业变得困难。因此,考虑到电磁钢板40的加压冲裁作业,电磁钢板40的厚度优选设为0.65mm以下。
此外,若电磁钢板40变厚,则铁损增大。因此,若考虑电磁钢板40的铁损特性,则电磁钢板40的厚度优选设为0.35mm以下,较优选为0.20mm或0.25mm。
考虑上述方案,各电磁钢板40的厚度例如为0.10mm以上0.65mm以下,优选为0.10mm以上0.35mm以下,较优选为0.20mm或0.25mm。此外,电磁钢板40的厚度也包含绝缘覆膜的厚度。
形成定子芯21的多个电磁钢板40由粘接层41粘接。粘接层41被设置于在层叠方向上相邻的电磁钢板40彼此之间。粘接层41包括作为固化的粘接剂的粘接部42、43。对于粘接剂,例如使用基于聚合键合的热固化型的粘接剂等。作为粘接剂的组合物,能够适用(1)丙烯酸系树脂、(2)丙烯系树脂、(3)包含丙烯酸系树脂及丙烯系树脂的组合物等。作为这样的粘接剂,除热固化型的粘接剂之外,还能够使用基聚合型的粘接剂等,出于生产性的观点,优选使用常温固化型的粘接剂。常温固化型的粘接剂在20℃~30℃固化。作为常温固化型的粘接剂,优选丙烯酸系粘接剂。作为代表性的丙烯酸系粘接剂,存在SGA(第二代丙烯酸系粘接剂。Second Generation Acrylic Adhesive)等。在不损害本公开的效果的范围中,厌氧性粘接剂、瞬时粘接剂、含弹性体的丙烯酸系粘接剂均可以使用。此外,此处所说的粘接剂是指固化前的状态,粘接剂固化后作为粘接层41。
粘接层41的常温(20℃~30℃)下的平均拉伸弹性模量E设为1500MPa~4500MPa的范围内。粘接层41的平均拉伸弹性模量E小于1500MPa时,会产生层叠铁芯的刚性降低的不良情况。因此,粘接层41的平均拉伸弹性模量E的下限值为1500MPa,较优选为1800MPa。相反,粘接层41的平均拉伸弹性模量E超过4500MPa时,会产生在电磁钢板40的表面所形成的绝缘覆膜剥离的不良状况。因此,粘接层41的平均拉伸弹性模量E的上限值为4500MPa,较优选设为3650MPa。
此外,平均拉伸弹性模量E通过共振法测定。具体而言,以JIS R1602:1995为标准测定拉伸弹性模量。
更具体而言,首先,制作测定用的试样(没有图示)。该试样是通过测定对象的粘接剂粘接两片电磁钢板40之间,使其固化,形成粘接层41,从而得到的。在粘接剂为热固化型的情况下,该固化是以实际操作中的加热加压条件加热加压来进行的。另一方面,在粘接剂为常温固化型的情况下,通过在常温下加压来进行。
然后,通过共振法测定对于该试样的拉伸弹性模量。基于共振法的拉伸弹性模量的测定方法如上所述,根据JIS R1602:1995进行。其后,从试样的拉伸弹性模量(测定值)中,通过计算除去电磁钢板40自身的影响部分,从而求得粘接层41单体的拉伸弹性模量。
通过这样的方式从试样求得的拉伸弹性模量等于作为层叠铁芯整体的平均值,以该数值的方式视为平均拉伸弹性模量E。设定了组分,使得平均拉伸弹性模量E在沿着其层叠方向的层叠位置或层叠铁芯的绕中心轴线的周向位置几乎不变。因此,平均拉伸弹性模量E还可以以位于层叠铁芯的上端位置处的、测定固化后的粘接层41而得到的数值作为其值。
作为粘接方法,例如可以采用对电磁钢板40涂布粘接剂后,通过加热及压接的任一者或两者粘接的方法。此外,加热方法也可以是例如在高温槽或电炉内的加热、或直接通电的方法等,可以为任意的方法。
为了稳定得到充分的粘接强度,粘接层41的厚度优选设为1μm以上。
另一方面,粘接层41的厚度超过100μm时,粘接力饱和。此外,随着粘接层41变厚,占积率降低,层叠铁芯的铁损等的磁特性降低。因此,粘接层41的厚度优选设为1μm以上100μm以下,较优选设为1μm以上10μm以下。
此外,在上文中,粘接层41的厚度表示粘接层41的平均厚度。
粘接层41的平均厚度较优选设为1.0μm以上3.0μm以下。粘接层41的平均厚度小于1.0μm时,如前所述不能确保充分的粘接力。因此,粘接层41的平均厚度的下限值为1.0μm,较优选设为1.2μm。相反,粘接层41的平均厚度厚至超过3.0μm时,产生热固化时的收缩引起的电磁钢板40的应变量大幅增加等的不良状况。因此,粘接层41的平均厚度的上限值为3.0μm,较优选设为2.6μm。
粘接层41的平均厚度是作为层叠铁芯整体的平均值。粘接层41的平均厚度在沿着该层叠方向的层叠位置或层叠铁芯的绕中心轴线的周向位置几乎不变化。因此,在层叠铁芯的上端位置,粘接层41的平均厚度取在圆周向10处以上测定的数值的平均值作为其值。
此外,粘接层41的平均厚度例如能够改变粘接剂的涂布量进行调整。此外,粘接层41的平均拉伸弹性模量E,例如为热固化型的粘接剂时,也能够通过改变粘接时施加的加热加压条件及固化剂种类的一者或两者等进行调整。
此外,在本实施方式中,形成转子芯31的多个电磁钢板40通过铆接件51(销钉)彼此固定。但是,形成转子芯31的多个电磁钢板40也可以通过粘接层41彼此粘接。
此外,定子芯21或转子芯31等的层叠铁芯也可以通过所谓的旋转堆叠形成。其中,在本实施方式中,定子芯21并没有旋转堆叠。因此,在形成定子芯21的多个电磁钢板40中,轧制方向是一致的。
在此,如图3及图4所示,在本公开中,在定子芯21中,在层叠方向上相邻的电磁钢板40彼此由粘接层41粘接。在图示的例子中,在层叠方向上相邻的电磁钢板40彼此仅通过粘接固定,并未通过其他手段(例如,铆接等)固定。但是,也可以在通过其他手段固定的基础上,通过粘接层41粘接。
如图4~图5(后述的图9、图10、图11、图15也相同)所示,在本实施方式中,在层叠方向上相邻的电磁钢板40彼此由粘接层41粘接。此外,在本实施方式中,被设置于电磁钢板40彼此之间的所有粘接层41的俯视形状是相同的。所谓粘接层41的俯视形状,表示从层叠方向观察设置有粘接层41的电磁钢板40的俯视中的、粘接层41的整体形状。所谓被设置于电磁钢板40彼此之间的所有粘接层41的俯视形状是相同的,不仅包含被设置于电磁钢板40彼此之间的所有粘接层41的俯视形状完全相同的情况,还包含实质上相同的情况。上述实质上相同的情况是被设置于电磁钢板40彼此之间的所有粘接层41的俯视形状以90%以上的部分共通的情况。
各粘接层41包括第一粘接部42和第二粘接部43。第一粘接部42被配置于铁芯背部22的内周缘及外周缘之中的至少一者。第一粘接部42沿着铁芯背部22的内周缘及外周缘之中的至少一者呈带状延伸。第二粘接部43被配置于齿23的周缘。第二粘接部43沿着齿23的周缘呈带状延伸。
在此,所谓带状还包括带的宽度在中间变化的形状、带的中间位置断开的形状。例如,各个部分具有圆形状或四边形状等规定的形状,但它们没有断开而是在一方向连续的形状、相邻的两个部分彼此分开但其分开距离比较微小,作为整体(作为上述各个部分的集合)观察为带状的形状也包含在一方向延伸的带状中。在带状的粘接部42、43中,例如,粘接部42、43的纵横比(长短边比)为5倍以上(长边与短边相比为5倍以上的长度)。此外,粘接部42、43沿着周缘,并不以粘接部42、43在一方向上连续的形状为前提。例如,还包含多个粘接部42、43在一方向上断续地配置的情况。其中,此时,在一方向上相邻的一对粘接部42、43彼此的间隔(一方向的长度)优选比一对粘接部42、43各自的大小(一方向的长度)更大。在这样的带状的粘接部42、43,所述一方向为长度方向。所谓带状的粘接部42、43的长度方向,例如是纵横比为5倍以上的粘接部42、43的长边延伸的方向。
此外,粘接部42、43沿着周缘的情况,不仅包含粘接部42、43从周缘无空隙地设置的情况,还包含粘接部42、43相对于电磁钢板40的周缘隔开间隔设置的情况。此外,此时,粘接部42、43沿着周缘表示粘接部42、43相对于作为对象的周缘实质上平行延伸。换言之,粘接部42、43沿着周缘,不仅包括粘接部42、43相对于周缘弯曲平行的情况,还包含粘接部42、43相对于周缘具有例如5度以内的倾斜的情况。此外,粘接部42、43沿着周缘的情况中,不包含粘接部42、43相对于电磁钢板40的周缘隔开超出一定宽度的间隙设置的情况。具体而言,粘接部42、43被设置在从电磁钢板40的周缘起,不超过相当于电磁钢板40的板厚的大小的3倍的范围中。粘接部42、43与电磁钢板40的周缘之间的距离(宽度)优选设定为电磁钢板40的板厚以下,为板厚的3倍以下即可。此外,所述距离为0的情况为粘接部42、43在电磁钢板40的周缘无间隙地设置的情况。
在本实施方式中,如图4~图5所示,第一粘接部42包括被配置于铁芯背部22的内周缘的内侧粘接部42a、以及被配置于铁芯背部22的外周缘的外侧粘接部42b二者。内侧粘接部42a及外侧粘接部42b分别在周向上延伸。内侧粘接部42a及外侧粘接部42b被配置于周向上同等的位置。内侧粘接部42a相对于外侧粘接部42b被配置于径向的内侧。内侧粘接部42a在周向上断续地延伸。外侧粘接部42b在周向上连续地延伸。
内侧粘接部42a在铁芯背部22的内周缘中被配置于没有配置齿23的部分。内侧粘接部42a具备在周向上隔开间隔配置的局部粘接部42c。局部粘接部42c在铁芯背部22的内周缘位于在周向上相邻的齿23彼此之间。局部粘接部42c在铁芯背部22的内周缘中的所述齿23彼此之间整个长度上延伸。
此外,如图5所示,内侧粘接部42a的宽度也可以比外侧粘接部42b的宽度更窄。在铁芯背部22,相比于外周缘,在内周缘更容易产生磁通,通过在其内周缘减小粘接部的宽度(面积),从而减少铁损。
第二粘接部43在周向上断续地配置。第二粘接部43具备被配置于各齿23上的多个齿粘接部43a。齿粘接部43a在从层叠方向观察电磁钢板40观察的俯视下为U字状。齿粘接部43a包括两个侧缘部43b、以及一个前端缘部43c。两个侧缘部43b被设置于一个齿23的两个侧缘。两个侧缘部43b在周向上隔开间隔配置。各侧缘部43b在径向上呈带状延伸。一个前端缘部43c被设置于一个齿23的前端(在图示的例子中,径向的内侧的端)。各侧缘部43b在径向上呈带状延伸。前端缘部43c在周向上呈带状延伸。此外,前端缘部43c在齿23的前端被施加外力时防止齿23的前端剥离。所述外力例如在将绕组插入槽中时可能会施加于齿23。
在本实施方式中,第一粘接部42及第二粘接部43在周向上交替设置。在图示的例子中,第一粘接部42(内侧粘接部42a)的周向的端部与第二粘接部43(侧缘部43b)的周向的端部在周向上相连。第一粘接部42及第二粘接部43在周向上交替遍及整周配置。第一粘接部42及第二粘接部43两个两个地配置。第一粘接部42及第二粘接部43分别以约每1/4周配置。
在此,规定L轴及C轴。L轴及C轴均为与铁芯背部22的中心轴(中心轴线O)交叉的假想轴。L轴在易磁化方向上延伸。此外在本实施方式中,电磁钢板为无取向性电磁钢板,L轴在轧制方向及易磁化方向上延伸。即,在本实施方式中,易磁化方向与轧制方向是一致的。C轴与L轴正交(交叉)。下面,将L轴延伸的方向称为L方向,将C轴延伸的方向称为C方向。
此外,在本实施方式中,易磁化方向在一个电磁钢板40仅存在一个方向。易磁化方向通过例如(1)确认电磁钢板40的晶粒、或者(2)对电磁钢板40进行磁测定、等能够进行判断。在上述(1)、(2)任意判断方法中,例如,首先,将作为测定对象的电磁钢板40从定子芯21通过例如剥离等而取出。
其后,在(1)的确认电磁钢板40的晶粒的方法中,例如,存在通过反射型电子显微镜(EBSD)在轧制面上针对平行方向(100)制作反向弯曲点图,将强度最高的方向作为易磁化方向(参考文献:“EBSD读本=使用OIM时=(B4.00)”,铃木清一著,株式会社TSLSolutions,URL:https://www.tsljapan.com/archives/3380)。
另一方面,在(2)的对电磁钢板40磁测定的方法中,例如,切取从轧制方向以预定的角度倾斜的长方形或正方形的钢板,作为测定试样,根据JIS C2556:2015所规定的基于单板试验机的电磁钢带的磁测定方法进行测定的方法。此时,使相对于轧制方向的倾斜角度不同准备多个所述测定试样,比较多个测定试样的测定结果,从而能够判定易磁化方向。
在此,在本公开中,在对易磁化方向的数量计数时(例如,易磁化方向为一个方向还是两个方向以上),围绕中心轴线O为180°相反的朝向作为同一方向(1方向)计数。例如,0°方向与180°方向作为同一方向(1方向)计数。例如,相对于轧制方向,对围绕中心轴线O的一方向+X°的方向与+(X+180)°的方向作为同一方向(1方向)计数。
此外,轧制方向通过图6及图7中例示的辊痕40a能够判断。图6及图7是示出通常的电磁钢板40Z的照片。其中,在定子芯21所包含的电磁钢板40中,同样的辊痕40a也能够确认。
辊痕40a是在电磁钢板40、40Z轧制时,由于轧制用的辊而在电磁钢板40、40Z的表面设置的线状的伤痕(瑕疵)。辊痕40a也可以说是在轧制方向延伸的纹理(条纹)。辊痕40a可以是人通过眼睛观察确认。例如,在图6及图7示出的电磁钢板40中,能够确认存在相对于纸面在左右方向延伸的辊痕40a(瑕疵、条纹)(例如,辊痕40a在图7中的范围R中容易识别)。
此外,在判断定子芯21所包含的电磁钢板40的轧制方向时,例如,优选从定子芯21取出电磁钢板40,其后在从电磁钢板40的表面除去粘接层41的状态下,观察电磁钢板40等。
如图4及图5所示,前述的两个第一粘接部42(参照图4)以C轴(或L轴)为对称轴而线对称。两个第二粘接部43以L轴为基准,在C方向上线对称。
进一步如图5所示,将电磁钢板40划分为多个区间S。在图5所示的实施方式中划分成四个区间。四个区间S为将电磁钢板40通过L轴和C轴划分4等分的各区间S。该四个区间S之中,夹着C轴(或L轴)相邻的两个区间将C轴(或L轴)为对称轴彼此线对称。该四个区间S之中,位于围绕中心轴(中心轴线O)旋转180度的位置的两个区间以中心轴(中心轴线O)为中心彼此点对称。
在此,在四个区间S各个之中,规定基准轴R、C轴侧区域SC及L轴侧区域SL。基准轴R是穿过C轴及L轴的中央(周向的中心)的假想线,在本实施方式中,是相对于C轴及L轴各自逐个倾斜45°延伸的假想轴。基准轴R在将C轴及L轴绕中心轴线O形成的中心角分成一半的方向上延伸。C轴侧区域SC是相对接近C轴的区域。即,属于C轴侧区域SC的各位置,相比于与L轴的距离,与C轴的距离更近。换言之,C轴侧区域SC是基准轴R与C轴所夹着的区域。L轴侧区域SL是相对接近L轴的区域。即,属于L轴侧区域SL的各位置,相比于与C轴的距离,与L轴的距离更近。换言之,L轴侧区域SL是基准轴R与L轴所夹着的区域。C轴侧区域SC及L轴侧区域SL具有彼此相同的面积。C轴侧区域SC及L轴侧区域SL是以基准轴R为对象轴而线对称的关系。在本实施方式中,将C轴侧区域SC设定为围绕中心轴线O位于从C轴朝向L轴的规定的中心角的范围内的全部区域。将L轴侧区域SL设定为位于围绕中心轴线O从L轴向C轴的预定的中心角的范围内的整个区域。在本实施方式中,将C轴侧区域SC及L轴侧区域SL的中心角设为45°。C轴侧区域SC是相比于基准轴R位于L轴侧的整个区域。L轴侧区域SL是相比于基准轴R位于C轴侧的整个区域。
但是,本申请发明人发现了下面(1)、(2)的见解。
(1)在包含铁芯背部22的定子芯21中,主磁通M在铁芯背部22中主要产生在周向。在铁芯背部22中,主磁通M产生的方向为周向。而且,在铁芯背部22中产生的主磁通M与L方向或C方向的相对关系为,因该主磁通M产生的周向的位置而不同。例如,铁芯背部22之中,在位于L轴侧的部分,主磁通M中的C方向的分量变多。另一方面,铁芯背部22之中,在位于C轴侧的部分中,主磁通M中的L方向的分量变多。
(2)在包含齿23的定子芯21中,主磁通M在齿23中主要在径向产生。在齿23中,主磁通M产生的方向为径向。而且,在齿23产生的主磁通M与L方向或C方向的相对关系为,因该主磁通M产生的齿23的周向的位置而不同。例如,多个齿23之中,在位于L轴侧的齿23中,主磁通M之中L方向的分量变多。另一方面,多个齿23之中,在位于C轴侧的齿23中,主磁通M之中C方向的分量变多。
因此,本申请发明人将电磁钢板40之中主磁通M产生在L方向的部分规定为第一部分P1。此外,本申请发明人将电磁钢板40之中主磁通M产生在C方向的部分规定为第二部分P2。例如,也可以是,在电磁钢板40的各部分,在将主磁通M分解为L方向的分量与C方向的分量而表示的情况下,电磁钢板40之中,将主磁通M的L方向的分量变多的部分规定为第一部分P1,将主磁通M的C方向的分量变多的部分规定为第二部分P2。
并且,本申请发明人根据上述见解(1)、(2),根据在作为对象的电磁钢板40的各部分流动的主磁通M的方向是相对接近L方向还是接近C方向来分别规定第一部分P1及第二部分P2。本申请发明人具体而言以如下的方式规定第一部分P1及第二部分P2(参照图5)。即,第一部分P1包括<1-1>铁芯背部22之中位于C轴侧区域SC的部分SC1和<1-2>齿23之中位于L轴侧区域SL的部分SL1。第二部分P2包括<2-1>铁芯背部22之中位于L轴侧区域SL的部分SL2和<2-2>齿23之中位于C轴侧区域SC的部分SC2。如图5所示,在基准轴R穿过一个齿23上的情况下,一个齿23被划分为部分SL1、SL2两个部分。
而且,在本实施方式中,在所述四个区间S全部中,第一部分P1中的粘接层41的面积比第二部分P2中的粘接层41的面积小。
在此,第一部分P1中的粘接层41包括:<1-1>铁芯背部22之中在位于C轴侧区域SC的部分SC1所设置的粘接层41;以及<1-2>齿23之中位于L轴侧区域SL的部分SL1所设置的粘接层41。即,第一部分P1中的粘接层41包括<1-1>C轴侧区域SC(部分SC1)中的第一粘接部42和<1-2>L轴侧区域SL(部分SL1)中的第二粘接部43。
此外,第二部分P2中的粘接层41包括:<2-1>铁芯背部22之中在位于L轴侧区域SL的部分SL2所设置的粘接层41;以及<2-2>齿23之中在位于C轴侧区域SC的部分SC2所设置的粘接层41。即,第二部分P2中的粘接层41包括<2-1>L轴侧区域SL(部分SL2)中的第一粘接部42和<2-2>C轴侧区域SC(部分SC2)中的第二粘接部43。
此外,在图5所示的例子中,能够将第一部分P1、第二部分P2中的电磁钢板40的面积、以及第一部分P1、第二部分P2中的粘接层41的面积分别以如下表1所示的方式设定。
[表1]
进一步,如表1所示,C轴侧区域SC中的第一粘接部42的面积(部分SC1中的粘接层41的面积)小于L轴侧区域SL中的第一粘接部42的面积(部分SL2中的粘接层41的面积)。此外,C轴侧区域SC中的第二粘接部43的面积(部分SC2中的粘接层41的面积)大于L轴侧区域SL中的第二粘接部43的面积(部分SL1中的粘接层41的面积)。
此外,在图5所示的例子中,还能够将各区间S的L轴侧区域、C轴侧区域各自中的电磁钢板40的面积、以及各区间S的L轴侧区域、C轴侧区域各自中的粘接层41的面积分别以如下表2所示的方式设定。这样,在各区间S中,C轴侧区域SC中的粘接层41的面积与L轴侧区域SL中的粘接层41的面积不同。
[表2]
此外,在图示的例子中,在前述全部四个区间S中,第一粘接部42的宽度不取决于周向的位置地相等,或者随着沿着周向从L轴向C轴而减小。在本实施方式(参照图4~图5)中,构成第一粘接部42的多个局部粘接部42c各自、以及外侧粘接部42b的宽度,分别不取决于周向的位置地是相等的。此外,上述多个局部粘接部42c的宽度彼此相等。此外,在其他实施方式中,多个局部粘接部42c的宽度在至少一个局部粘接部42c中也可以与其他局部粘接部42c不同。
在此,所谓粘接部(例如第一粘接部42)的宽度,是在呈带状延伸的粘接部中,与该粘接部的延伸方向(长度方向)正交的方向的大小。所谓粘接部的宽度不取决于周向的位置地相等,不仅包括粘接部的宽度不取决于周向的位置而完全相等的情况,还包括粘接部的宽度不取决于周向的位置实质上相等的情况。所述实质上相等的情况为粘接部的宽度相对于对应的粘接部的平均宽度存在10%左右的变动的情况。
进一步而言,在图示的例子中,在前述四个区间S全部中,第二粘接部43的宽度不取决于齿23的周向的位置而是相等的,或者沿着周向,相比于位于L轴侧的齿23,越是位于C轴侧的齿23,第二粘接部43的宽度越大。需要说明的是,在本实施方式中,第二粘接部43的宽度不取决于齿23的周向的位置而是相等的。
此外,在L轴侧区域SL中,周向为长度方向的带状的粘接部42、43的面积总和大于径向为长度方向的带状的粘接部42、43的面积总和。并且,在C轴侧区域SC中,周向为长度方向的带状的粘接部42、43的面积总和小于径向为长度方向的带状的粘接部42、43的面积总和。在此,所谓周向为长度方向的带状的粘接部42、43,例如为内侧粘接部42a、外侧粘接部42b、前端缘部43c。所谓径向为长度方向的带状的粘接部42、43,例如为侧缘部43b。周向为长度方向的带状的粘接部42、43中,不仅包含平行于周向呈曲线状延伸的粘接部42、43,例如还包含在周向上直线状延伸的粘接部42、43等。径向为长度方向的带状的粘接部42、43中,不仅包含在径向上呈直线状延伸的粘接部42、43,例如还包含在径向上呈曲线状延伸的粘接部42、43等。
此外,所谓粘接层41的面积,是在电磁钢板40中设置有粘接部42、43的区域的面积。该面积是例如拍摄将相邻的电磁钢板40剥离后的电磁钢板40的表面,对该摄影结果进行图像分析而求得的。
上述定子芯21例如使用图8所示的制造装置100制造。下面,针对上述定子芯21的制造方法进行说明。其中,制造方法并不限定于此。
首先,针对制造装置100进行说明。在同一制造装置100中,从卷材101(钢卷)将电磁钢板P向箭头F方向输送,并且通过被配置于各工作台的模具进行多次冲裁,逐渐形成电磁钢板40的形状,在电磁钢板40的下表面涂布粘接剂,层叠冲裁的电磁钢板40,升温的同时加压粘接,形成各粘接层41。
制造装置100包括:在最接近线圈101的位置的第一级冲裁站110;相比于该冲裁站110相邻配置于沿着电磁钢板P的输送方向的下游侧的第二级冲裁站120;以及相比于该冲裁站120相邻配置于下游侧的粘接剂涂布工作台130。
冲裁站110具备被配置于电磁钢板P的下方的阴模具111、和被配置于电磁钢板P的上方的阳模具112。
冲裁站120具备被配置于电磁钢板P的下方的阴模具121、和被配置于电磁钢板P的上方的阳模具122。
粘接剂涂布工作台130具备涂布器131,其具备对应于粘接剂的涂布图案配置的多个喷射器。
制造装置100还在比粘接剂涂布工作台130更靠下游位置具备层叠站140。该层叠站140包括加热装置141、外周冲裁阴模具142、隔热部件143、外周冲裁阳模具144、弹簧145。
加热装置141、外周冲裁阴模具142、隔热部件143被配置于电磁钢板P的下方。另一方面,外周冲裁阳模具144及弹簧145被配置于电磁钢板P的上方。此外,附图标记21表示定子芯。
在具有上面说明的结构的制造装置100中,首先,从卷材101将电磁钢板P向图8的箭头F方向依次送出。然后,对该电磁钢板P,首先进行基于冲裁站110的冲裁加工。接着,对该电磁钢板P,进行基于冲裁站120的冲裁加工。通过该冲裁加工,在电磁钢板P,得到具有图2、图3所示的铁芯背部22和多个齿23的电磁钢板40的形状。其中,在该时刻并未完全冲裁,因此沿着箭头F方向进入下一工序。在下一工序的粘接剂涂布工作台130中,呈点状涂布从涂布器131的所述各喷射器供给的粘接剂。
并且最后,电磁钢板P被输送向层叠站140,由外周冲裁阳模具144冲裁并精度良好地层叠。该层叠时,电磁钢板40由弹簧145受到一定的加压力。通过依次重复如上述说明的那样的、冲裁工序、粘接剂涂布工序、层叠工序,能够层叠规定张数的电磁钢板40。并且,以这样的方式层叠电磁钢板40而形成的层叠铁芯通过加热装置141例如加热到温度200℃。通过该加热,粘接剂固化,形成粘接层41。
根据以上各工序,完成定子芯21。
本申请发明人深入研究,最终得到下面的见解。即,本申请发明人新发现了:在层叠方向上相邻的电磁钢板40彼此通过粘接剂被粘接固定的定子芯21中,粘接剂导致对电磁钢板40施加压缩应力,该压缩应力对电磁钢板40的磁特性劣化(铁损增加量等)造成影响。该影响的程度依据在电磁钢板40中产生的主磁通M的方向而不同。更具体而言,在主磁通M的方向为L方向的情况下,相比于主磁通M的方向为C方向的情况,电磁钢板40中的粘接面积率越高,铁损劣化率越大,被施加于电磁钢板40的每单位面积的压缩应力越高,铁损劣化率越大(参照后述的图13、14、16)。
根据上述见解,本申请发明人想到了,在包含铁芯背部22的定子芯21中,由L轴及C轴将电磁钢板40划分为四个区间S,在该四个区间S之中至少一个区间S中,根据主磁通M产生的方向来使粘接层41的面积不同。例如,本申请发明人想到了:在所述四个区间S中,使主磁通M产生在L方向的第一部分P1中的粘接层41的面积小于主磁通M产生在C方向的第二部分P2中的粘接层41的面积。由此,代替在电磁钢板40之中对铁损影响大的部分较大形成粘接层41,能够在对铁损影响小的部分较大形成粘接层41。因此,在确保所要求的保持力的状态下,能够抑制损失的增加。这样的构成可以说是着眼于伴随粘接剂收缩对电磁钢板40施加压缩应力才达成的。即,这样的构成也可以说是在以与粘接不同的方向(例如,铆接件或焊接)固定电磁钢板40的层叠铁芯为前提时不能想到的。
第一粘接部42被配置于铁芯背部22的内周缘及外周缘之中至少一者,主要在周向上延伸。因此,第一粘接部42在C轴侧区域SC中,在相比于C方向更接近L方向的(倾斜平缓)方向上延伸,在L轴侧区域SL中,在相比于L方向更接近C方向的(倾斜平缓)方向延伸。因此,关于第一粘接部42,被配置于L轴侧区域SL的部分越多,在接近C方向的方向上延伸的比例越高,对铁损的影响变小。
因此,在该定子芯21中,在各区间S中,C轴侧区域SC中的第一粘接部42的面积小于L轴侧区域SL中的第一粘接部42的面积。因此,能够将第一粘接部42对铁损造成的影响控制得较小。
第二粘接部43被配置于齿23的周缘,主要在径向上延伸。因此,第二粘接部43,在C轴侧区域SC中,在相比于L方向更接近C方向的(倾斜平缓)方向上延伸,在L轴侧区域SL中,在相比于C方向向更接近L方向的(倾斜平缓)方向上延伸。因此,关于第二粘接部43,被配置于C轴侧区域SC的部分越多,在接近C方向的方向上延伸的比例越高,对铁损的影响变小。
因此,在该定子芯21中,在各区间S中,C轴侧区域SC中的第二粘接部43的面积大于L轴侧区域SL中的第二粘接部43的面积。因此,能够将第二粘接部43对铁损造成的影响控制得较小。
此外,本公开的技术性范围并不限定于所述实施方式,在不脱离本公开的宗旨的范围中能够施加各种变更。
例如,也可以采用如下构成:如图9所示的第一变形例的定子20A那样,第一粘接部42的宽度随着沿着周向从L轴向C轴而变小。也可以采用的构成为:沿着周向,相比于位于L轴侧的齿23,越是位于C轴侧的齿23,第二粘接部43的宽度越大。在此在如图9所示的第一变形例中,第一粘接部42的宽度沿周向从L轴向C轴,阶梯式地变小。但是,也可以是,第一粘接部42的宽度沿着周向从L轴向C轴,连续性地减小。关于第二粘接部43也是同样地,连续性地减小。
此外,在图9所示的放大图中,相对于图5所示的放大图,将L轴与C轴的位置对调。在此,图5所示的实施方式的定子20中,如前所述第一粘接部42的宽度或第二粘接部43的宽度不取决于周向的位置而是一定(同等)的。
在上述实施方式中,在所有四个区间中,C轴侧区域SC中的粘接层41的面积与L轴侧区域SL中的粘接层41的面积不同,且C轴侧区域SC中的第一粘接部42的面积小于L轴侧区域SL中的第一粘接部42的面积,且C轴侧区域SC中的第二粘接部43的面积大于L轴侧区域SL中的第二粘接部43的面积。但是,也可以采用的其他结构是:四个区间S的至少一个为满足上述条件的区间S的第一区间。例如,也可以是四个区间S的仅一个为第一区间,其余三个区间S为不满足上述条件的区间S。
在上述实施方式中,在俯视下,所有粘接层41的俯视下形状设为相同,但也可以不是所有粘接层41的俯视形状相同。
在上述实施方式中,设定所有粘接层41具备第一区间,但也能够适当变更为其他方案:具备具有第一区间的粘接层41的第一粘接层为至少一个。
粘接层41也可以不是兼具备第一粘接部42及第二粘接部43二者。例如,也可以是粘接层41仅具备第一粘接部42或第二粘接部43的一者。
C轴侧区域SC及L轴侧区域SL并不局限于上述实施方式所示的方案。在各区间S中,也可以适当变更为的其他方案是:将相对接近C轴的区域设为C轴侧区域SC,具有与C轴侧区域SC相同的面积且将相对接近L轴的区域设为L轴侧区域SL。
定子芯21的形状并不限定于所述实施方式中示出的方案。具体而言,定子芯21的外径及内径的尺寸、层厚、槽数、齿23的周向与径向的尺寸比率、齿23与铁芯背部22的径向的尺寸比率等是更够根据希望的旋转电机的特性任意设计的。
在所述实施方式中的转子30中,两个一组的永久磁铁32形成一个磁极,但本公开并不限定于此。例如,可以是一个永久磁铁32形成一个磁极,也可以是三个以上的永久磁铁32形成一个磁极。
在上述实施方式中,作为旋转电机,举出永久磁铁励磁型电动机作为一例进行了说明,但旋转电机的结构如以下所例示,并不限制于此,并且还能够采用下面未例示的各种公知的结构。
在上述实施方式中,作为同步电动机,举出永久磁铁励磁型电动机作为一例进行了说明,但本公开并不限定于此。例如,旋转电机也可以是磁阻型电动机或电磁铁励磁型电动机(绕组励磁型电动机)。
在上述实施方式中,作为交流电动机,举出同步电动机作为一例进行了说明,但本公开并不限定于此。例如,旋转电机也可以是感应电动机。
在上述实施方式中,作为电动机,举出交流电动机作为一例进行了说明,但本公开并不限定于此。例如,旋转电机也可以是直流电动机。
在上述实施方式中,作为旋转电机,举出电动机作为一例进行了说明,但本公开并不限定于此。例如,旋转电机也可以是发电机。
在上述实施方式中,例示出了将本公开的层叠铁芯应用于定子芯的情况,但也能够应用于转子芯。
此外,L轴延伸的方向(L方向)如前所述为易磁化方向。在此,易磁化方向与轧制方向的关系例如根据电磁钢板的种类适当设定。例如,易磁化方向可以与轧制方向一致,也可以不一致。在L轴延伸的方向(易磁化方向)产生磁通量的情况下,相比于在C轴延伸的方向产生磁通量的情况,铁损增加量减小。其中,在L轴延伸的方向施加弹性压缩应力的情况下,相比于在C轴延伸的方向施加弹性压缩应力的情况,铁损增加量增大。此外,对L轴延伸的方向施加塑性应变的情况下,相比于对C轴延伸的方向施加塑性应变的情况,铁损增加量增大。
此外,在本实施方式中,将电磁钢板40划分为四个区间S,但本公开并不限定于此。例如,如图10及图11所示的第二变形例的定子20C那样,还能够将电磁钢板40划分为八个区间S。在第二变形例的定子20C中,易磁化方向在一个电磁钢板40中存在两个方向以上。两个方向的易磁化方向彼此正交。在这样的电磁钢板40中,L轴在两个方向的易磁化方向上分别延伸,在中心轴线O上彼此正交。L轴(易磁化方向)围绕中心轴线O以等间隔每隔90配置。C轴在将周向相邻的L轴围绕中心轴线O形成的中心角(90度)分成一半的方向(45度方向)上延伸。此外,在本变形例中,L轴(易磁化方向)也可以与轧制方向不一致。L轴(易磁化方向)延伸的方向也可以是相对于轧制方向成45°方向、成135°方向。此外,C轴延伸的方向也可以与轧制方向一致,也可以与相对于轧制方向为直角的方向一致。
此外,易磁化方向在一个电磁钢板40中是否存在两个方向,例如能够以如下的方式判断。即,根据前述的易磁化方向判断方向,例如,将电磁钢板40相对于轧制方向,以具有多个角度的方式切取正方形或长方形的测定试样。对该切取的试样,通过基于前述的单板试验机的电磁钢带磁测定方法进行磁测定,能够确认易磁化方向的存在。
此外,在前述实施方式中,设为定子芯21没有旋转堆叠,但也可以旋转堆叠。定子芯21是否旋转堆叠,例如通过确认定子芯21的外观能够判断。
图12是用于针对旋转堆叠的判断而说明的照片。在该照片中,示出通常的定子20Z。该定子20Z是电磁钢板40以每预定的片数旋转堆叠的。在该定子20Z中,定子20Z包括第一层叠体A1~第六层叠体A6六个层叠体A1~A6。各层叠体A1~A6是电磁钢板40层叠而成的。定子20Z是六个层叠体A1~A6层叠而构成的。
形成同一层叠体A1~A6的电磁钢板40的朝向是共同的。因此,形成同一层叠体A1~A6的电磁钢板40在俯视下,L轴及C轴重叠。作为结果,被配置于各层叠体A1~A6的内部的粘接层41对于该粘接层41粘接的两个电磁钢板40双方,作为第一粘接层发挥功能,例如,满足前述的本公开中的粘接面积率的关系。
另一方面,在层叠方向上相邻的层叠体A1~A6之间,电磁钢板40的朝向不同。因此,形成在层叠方向上相邻的层叠体A1~A6的电磁钢板40也存在在俯视下,L轴及C轴不重叠的情况。作为结果,关于位于各层叠体A1~A6的边界的粘接层41,仅对于某一者的层叠体A1~A6的电磁钢板40,作为第一粘接层发挥功能,例如满足前述的本公开中的粘接面积率的关系。
如图12所示,各层叠体A1~A6的外周面的光泽以人能够用眼睛确认的程度,在各层叠体A1~A6的边界变化。因此,通过确认定子20Z的外周面,能够判断该定子20Z是否包含层叠体A1~A6(即,是否旋转堆叠)。
此外,在不脱离本公开的宗旨的范围内,能够将上述实施方式的构成要素替换为公知的构成要素,并且也可以适当组合上述的变形例。
接着,实施了验证上述作用效果的验证试验。
(第一验证试验)
在本验证试验中,准备多个试验片。各试验片为相同材质的无取向性电磁钢板。各试验片为一边100mm的正方形状。试验片形成的正方形状中,第一边平行于易磁化方向(轧制方向)的L方向,第二边平行于与轧制方向正交的方向的C方向。
此外,对这些试验片在整个面断续地呈点状涂布粘接剂。多个点状的粘接剂彼此为相同的形状,相同的大小,且彼此隔开相同间隔配置。而且,对于多个试验片每片,使粘接剂的大小或间隔不同,使试验片表面上的粘接剂的专有面积率(即,粘接面积率)不同。
进一步,还准备了没有涂布粘接剂的试验片。该试验片为作为铁损的基准的试验片。
在上述多个试验片各个中,分别测定(1)磁通为L方向时的铁损、以及(2)磁通为C方向时的铁损。
在(1)、(2)各个情况中,分别在图13及图14中示出表示粘接面积率与铁损的关系的图表。在这些图表中,横轴为粘接面积率(%),纵轴为W15/50变化率(%)。纵轴的值越高,铁损越大。此外,所谓W15/50,是磁通量密度最大值为1.5T,且产生在50Hz下交替的变动磁通量的情况下的铁损。
根据这些图表可确认,相比于(1)磁通为L方向的情况(图13),(2)磁通为C方向时(图14),尤其是粘接面积率越高,越低地(一半左右)抑制铁损。
(第二验证试验)
本验证试验通过使用软件的仿真实施。作为软件,利用JSOL株式会社制的有限元法电磁场分析软件JMAG。
在本验证试验中,以如下的方式设定前提。
·12极、18槽、集中卷、IPM电机
·定子芯外径:转子芯外径:
·供试件:35A300
·转速、转矩:1000rpm、28.9Nm/m
在上述的前提下,将实施例、比较例的定子芯分别逐个设计。在实施例的定子芯中,粘接层的俯视形状为图4及图5所示的形状。另一方面,在比较例的定子芯中,粘接层的俯视形状,相对于图4及图5所示的俯视形状,为对调L轴与C轴的位置的形状。即,如图15所示的定子20B那样,为在前述四个区间S各自中的C轴侧区域SC与L轴侧区域SL中,交替粘接层41的俯视形状的形状。
针对这些实施例、比较例的铁损实施了仿真。在图16中示出结果。在图16中,纵轴示出定子铁损劣化比。劣化比1为没有粘接层的情况,劣化比的值越大,表示铁损越大。
从上述图表可确认:实施例的铁损相比于比较例的铁损更好地得到抑制。
此外,在不脱离本公开的宗旨的范围中,能够将上述实施方式的构成要素适当替换为公知的构成要素,或者也可以适当组合前述的变形例。
附图标记说明
10 旋转电机
23 齿
40 电磁钢板
41 粘接层
42 第一粘接部
43 第二粘接部
P1 第一部分
P2 第二部分
R 基准轴
S 区间
SC C轴侧区域
SL L轴侧区域
Claims (18)
1.一种层叠铁芯,包括:
层叠的多个电磁钢板;以及
被配置在层叠方向上相邻的所述电磁钢板彼此之间的多个粘接层,
所述电磁钢板包括环状体,
所述多个粘接层中至少一个粘接层为第一粘接层,
在所述层叠方向上夹着所述第一粘接层的两个所述电磁钢板之中一者的电磁钢板中,将与所述环状体的中心轴交叉并在易磁化方向上延伸的假想轴作为L轴,将与所述中心轴交叉并与所述L轴交叉的假想轴作为C轴,且将所述电磁钢板通过所述L轴及所述C轴在所述环状体的周向上划分为多个区间时,
所述多个区间中的至少一个区间为第一区间,
在所述第一区间中,所述电磁钢板之中在所述L轴方向上产生主磁通的第一部分中的所述第一粘接层的面积小于所述电磁钢板之中在所述C轴方向上产生主磁通的第二部分中的所述第一粘接层的面积。
2.根据权利要求1所述的层叠铁芯,
在所述第一区间,将相对接近所述C轴的区域作为C轴侧区域,且将相对接近所述L轴的区域作为L轴侧区域时,
所述第一部分包含所述环状体之中位于所述C轴侧区域的部分,
所述第二部分包含所述环状体之中位于所述L轴侧区域的部分。
3.根据权利要求2所述的层叠铁芯,
所述第一粘接层包含被配置于所述环状体的内周缘及外周缘之中至少一者的第一粘接部,
在所述第一区间,所述C轴侧区域中的所述第一粘接部的面积小于所述L轴侧区域中的所述第一粘接部的面积。
4.根据权利要求3所述的层叠铁芯,
所述第一粘接部沿着所述环状体的内周缘及外周缘之中至少一者呈带状延伸,
在所述第一区间,所述第一粘接部的宽度不取决于所述周向的位置而是相同的,或者沿着所述周向从所述L轴向所述C轴变小。
5.根据权利要求4所述的层叠铁芯,
在所述第一区间,所述第一粘接部的宽度沿着所述周向从所述L轴向所述C轴逐渐减小。
6.根据权利要求2至5的任一项所述的层叠铁芯,
所述电磁钢板还包括多个齿,该齿从所述环状体向所述环状体的径向内侧突出,并在所述环状体的周向上隔开间隔配置,
所述第一部分包含所述齿之中位于所述L轴侧区域的部分,
所述第二部分包含所述齿之中位于所述C轴侧区域的部分。
7.根据权利要求6所述的层叠铁芯,
所述第一粘接层包含被配置于所述齿的周缘的第二粘接部,
在所述第一区间,所述C轴侧区域中的所述第二粘接部的面积大于所述L轴侧区域中的所述第二粘接部的面积。
8.根据权利要求7所述的层叠铁芯,
所述第二粘接部沿着所述齿的周缘呈带状延伸,
在所述第一区间,所述第二粘接部的宽度不取决于所述齿的所述周向的位置而是相同的,或者沿着所述周向,越是位于所述C轴侧的所述齿,比位于所述L轴侧的所述齿的所述第二粘接部的宽度越大。
9.根据权利要求8所述的层叠铁芯,
在所述第一区间,沿着所述周向,越是位于所述C轴侧的所述齿,比位于所述L轴侧的所述齿的所述第二粘接部的宽度越大。
10.根据权利要求2至9的任一项所述的层叠铁芯,
在所述第一区间,将在所述C轴及所述L轴绕所述中心轴形成的中心角分成两半的方向上延伸的假想轴作为基准轴时,
所述C轴侧区域及所述L轴侧区域为以所述基准轴为基准在所述周向上对称的关系。
11.根据权利要求2至10的任一项所述的层叠铁芯,
所述第一粘接层包含带状的粘接部,
在所述L轴侧区域,所述周向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和大于所述环状体的径向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和,
在所述C轴侧区域,所述周向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和小于所述径向作为长度方向的所述带状的粘接部的面积总和。
12.根据权利要求1至11的任一项所述的层叠铁芯,
所述多个粘接层全部为所述第一粘接层。
13.根据权利要求1至12的任一项所述的层叠铁芯,
所述多个区间全部为所述第一区间。
14.根据权利要求1至13的任一项所述的层叠铁芯,
所述电磁钢板为无取向性电磁钢板。
15.根据权利要求1至13的任一项所述的层叠铁芯,
所述电磁钢板为取向性电磁钢板。
16.根据权利要求1至15的任一项所述的层叠铁芯,
所述易磁化方向在一个所述电磁钢板上仅存在一个方向,
所述L轴及所述C轴彼此正交。
17.根据权利要求1至15的任一项所述的层叠铁芯,
所述易磁化方向在一个所述电磁钢板上存在两个方向以上,
所述L轴在两个方向以上的所述易磁化方向上分别延伸,并在所述中心轴上互相交叉,
所述C轴在将所述周向上彼此相邻的所述L轴绕所述中心轴形成的中心角分成两半的方向上延伸。
18.一种旋转电机,具备:
权利要求1至17的任一项所述的层叠铁芯。
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