JP2024001799A - stator and motor - Google Patents
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
本開示は、ステータ及びモータに関する。 The present disclosure relates to stators and motors.
近年、自動車分野ではＣＯ２排出抑制のため電動化が進展しており、今後もますます電動化が進むことが予測されている。ここで、駆動力の源となるモータとしては、使用するエネルギー消費抑制の観点から、高効率化が要求されている。さらに、自動車への搭載性という観点で、モータの小型化も必要とされている。 In recent years, electrification has been progressing in the automobile field in order to suppress CO 2 emissions, and it is predicted that electrification will further advance in the future. Here, the motor serving as the source of the driving force is required to be highly efficient from the viewpoint of suppressing energy consumption. Furthermore, there is a need for smaller motors from the viewpoint of ease of installation in automobiles.
金属資源を有効活用するという観点から、使用済みのモータコアから巻線材の銅と鉄である電磁鋼板とを分離し、製品への再利用がされている。ただし、モータの高特性化のためには、モータコアに高占積率で巻線を巻回す必要がある。高占積率で巻回された巻線をモータコアから完全に分離して資源の再利用を行うには多大な労力とコストとを要する。場合によっては樹脂などで巻線がモールドされていることもあり、鉄と銅とを分離できず鉄中に銅を混入させる原因となる。また、上記のような電動車の普及により銅の需給が逼迫している。銅の重量単価の急激な増加が進むだけでなく、資源枯渇の可能性が考えられる。そこで、モータのコスト低減及び他資源活用のために、巻線材料を銅からアルミへ転換することが検討されている。 From the perspective of effectively utilizing metal resources, the copper winding material and the magnetic steel sheet made of iron are separated from the used motor core and reused in products. However, in order to improve the characteristics of the motor, it is necessary to wind the windings around the motor core with a high space factor. It takes a great deal of effort and cost to completely separate the windings wound with a high space factor from the motor core and reuse the resources. In some cases, the winding wire is molded with resin or the like, which makes it impossible to separate the iron and copper, causing copper to mix into the iron. Additionally, due to the spread of electric vehicles as mentioned above, the supply and demand for copper is becoming tighter. Not only will the weight unit price of copper continue to increase rapidly, but there is also the possibility of resource depletion. Therefore, in order to reduce the cost of motors and utilize other resources, it is being considered to change the winding material from copper to aluminum.
アルミは銅に対して電気抵抗率が約１．６倍であり、単純に巻線材料を銅からアルミへ置き換えると銅損が約１．６倍となり、モータ効率の低下を招く。このような背景のもと、特許文献１においては、ディスプロシウム等のレアアースを含有させた残留磁束密度１．３２Ｔ以上１．３９Ｔ以下の永久磁石を使用することで銅損を低減する技術が提案されている。 Aluminum has an electrical resistivity about 1.6 times that of copper, and simply replacing the winding material from copper to aluminum increases copper loss by about 1.6 times, leading to a decrease in motor efficiency. Against this background, Patent Document 1 discloses a technology for reducing copper loss by using a permanent magnet containing rare earths such as dysprosium and having a residual magnetic flux density of 1.32 T or more and 1.39 T or less. Proposed.
しかしながら、ディスプロシウム等のレアアースを含有させた永久磁石を用いるとコストが嵩み、巻線材料をアルミに変更することによるコスト低減効果を損なう。 However, if a permanent magnet containing rare earth elements such as dysprosium is used, the cost increases and the cost reduction effect obtained by changing the winding material to aluminum is lost.
また、資源リサイクル性という観点では、重量単価が銅よりも低いアルミでは、使用済みのモータからアルミを分離し回収するコストが材料価値に見合わない。 In addition, from the perspective of resource recyclability, since aluminum has a lower price per weight than copper, the cost of separating and recovering aluminum from used motors is not commensurate with the material value.
以上のように、巻線材料としてアルミを用いる場合、モータ特性、経済性および資源リサイクル性の両立が困難であった。 As described above, when aluminum is used as a winding material, it is difficult to achieve a balance between motor characteristics, economy, and resource recyclability.
本開示は、かかる事情に鑑みてなされたもので、巻線材料としてアルミを用い、モータ特性、経済性および資源リサイクル性に優れたステータを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a stator that uses aluminum as a winding material and has excellent motor characteristics, economical efficiency, and resource recyclability.
発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、以下の知見を得て本発明に至った。 The inventors have made extensive studies to achieve the above object. As a result, the following findings were obtained, leading to the present invention.
・Ａｌ：９９．６％以上のアルミ合金からなる巻線と、
・積分磁束密度ＩＢ（５００）が９００００（ＴＡ／ｍ）以上かつ積分磁束密度ＩＢ（５）が５５０（ＴＡ／ｍ）以上の電磁鋼板からなるステータコアを用いることにより、ステータコアと巻線材料とを分離することなく、鉄スクラップとして有効に再利用でき、かつ優れたモータ特性を発揮することができる。
・Al: A winding made of an aluminum alloy of 99.6% or more,
- By using a stator core made of a magnetic steel sheet with an integrated magnetic flux density IB (500) of 90,000 (TA/m) or more and an integrated magnetic flux density IB (5) of 550 (TA/m) or more, the stator core and the winding material can be It can be effectively reused as iron scrap without being separated, and it can exhibit excellent motor characteristics.
本開示は、上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、本開示の要旨構成は以下のとおりである。 The present disclosure has been made based on the above findings. That is, the gist of the present disclosure is as follows.
［１］ 電磁鋼板を積層してなるステータコアと、
前記ステータコアに巻回された巻線と
を備え、
前記巻線は、質量％で、Ａｌ：９９．６％以上、及びＣｕ：０．００１％以上０．１５％以下を含有するアルミ合金からなり、
前記電磁鋼板の積分磁束密度ＩＢ（５００）が９００００ＴＡ／ｍ以上かつ積分磁束密度ＩＢ（５）が５５０ＴＡ／ｍ以上である、ステータ。
ここで、前記積分磁束密度ＩＢ（５００）は、磁界の強さＨが０Ａ／ｍ～５００００Ａ／ｍの区間における磁束密度（Ｔ）の積分値を指し、
前記積分磁束密度ＩＢ（５）は、磁界の強さＨが０Ａ／ｍ～５００Ａ／ｍの区間における磁束密度（Ｔ）の積分値を指す。
[1] A stator core made of laminated electromagnetic steel plates,
and a winding wound around the stator core,
The winding wire is made of an aluminum alloy containing Al: 99.6% or more and Cu: 0.001% or more and 0.15% or less, in mass %,
A stator, wherein the electromagnetic steel sheet has an integrated magnetic flux density IB (500) of 90000 TA/m or more and an integrated magnetic flux density IB (5) of 550 TA/m or more.
Here, the integrated magnetic flux density IB (500) refers to the integral value of the magnetic flux density (T) in the area where the magnetic field strength H is 0 A/m to 50000 A/m,
The integrated magnetic flux density IB(5) refers to the integrated value of the magnetic flux density (T) in the range of magnetic field strength H from 0 A/m to 500 A/m.
［２］ 前記ステータコアの積層高さｈと外径Ｄとの比Ｄ／ｈが、１．０≦Ｄ／ｈ≦３．０である、前記［１］に記載のステータ。 [2] The stator according to [1] above, wherein a ratio D/h of the stacked height h to the outer diameter D of the stator core is 1.0≦D/h≦3.0.
［３］ 前記巻線のスロット占積率が６０％以上であり、
前記電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が外部応力０ＭＰａにおける鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）以下である、前記［１］または［２］に記載のステータ。
[3] The slot space factor of the winding is 60% or more,
The iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux of the electromagnetic steel sheet is less than the iron loss W 10/400 (W/kg) at an external stress of 0 MPa. , the stator according to [1] or [2] above.
［４］ 前記電磁鋼板の層間が面積率８５％以上で接着されている、前記［１］～［３］のいずれかに記載のステータ。 [4] The stator according to any one of [1] to [3], wherein the layers of the electromagnetic steel sheets are bonded with an area ratio of 85% or more.
［５］ 前記電磁鋼板が打抜きせん断面を有し、
前記巻線と接触する前記電磁鋼板の角部が前記打抜きせん断面側であり、
前記ステータが絶縁紙を備えない、前記［１］～［４］のいずれかに記載のステータ。
[5] The electromagnetic steel sheet has a punched shear surface,
A corner of the electromagnetic steel sheet that comes into contact with the winding is the punched shear surface side,
The stator according to any one of [1] to [4], wherein the stator does not include insulating paper.
［６］前記電磁鋼板は、質量％で、Ｃｕ：０．００１％以上１．０％以下を含有する、前記［１］～［５］のいずれかに記載のステータ。
［７］ 前記［１］～［６］のいずれかに記載のステータを有する、モータ。
[6] The stator according to any one of [1] to [5], wherein the electromagnetic steel sheet contains Cu: 0.001% or more and 1.0% or less in mass %.
[7] A motor having the stator according to any one of [1] to [6] above.
本開示によれば、巻線材料としてアルミを用い、モータ特性、経済性および資源リサイクル性に優れたステータを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a stator that uses aluminum as a winding material and has excellent motor characteristics, economical efficiency, and resource recyclability.
以下、本開示の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。以下の説明において、成分元素の含有量を表す「％」は、特に明記しない限り「質量％」を意味する。また本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 Embodiments of the present disclosure will be described below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, "%" representing the content of a component element means "mass %" unless otherwise specified. Furthermore, in this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as lower and upper limits.
ステータは、電磁鋼板を積層してなるステータコアと、ステータコアに巻回された巻線とを備える。図３に示すように、一例において、ステータコア１０は、円環または円筒形のバックヨーク１１と、バックヨーク１１の内周面に間隔を空けて周方向に配置されて間にスロット１２を規定するティース１３とを有し、該ティース１３に巻線が巻回されている。
The stator includes a stator core formed by laminating electromagnetic steel plates, and a winding wound around the stator core. As shown in FIG. 3, in one example, the
［巻線］
まず、ステータコアに巻回された巻線について説明する。
[Winding]
First, the windings wound around the stator core will be explained.
・Ａｌ：９９．６％以上のアルミ合金
巻線はＡｌ：９９．６％以上のアルミ合金からなる。巻線のＡｌ含有量が高いことで、巻線の抵抗を下げ、銅損（アルミ損）を低減させることができる。なお、モータの損失のうち、銅損（アルミ損）は一般的に下記式（１）で示される
ＰＣｕ＝ＲＩ２
＝ρＬ／Ｓ×Ｉ２ …式（１）
ここで、Ｒ（Ω）：巻線抵抗、Ｉ（Ａｒｍｓ）：モータ電流、ρ（Ω・ｍ）：巻線材料の比抵抗、Ｌ（ｍ）：巻線長さ、Ｓ（ｍ２）：巻線断面積である。
- Aluminum alloy with Al: 99.6% or more The winding is made of an aluminum alloy with Al: 99.6% or more. A high Al content in the winding can lower the resistance of the winding and reduce copper loss (aluminum loss). In addition, among motor losses, copper loss (aluminum loss) is generally expressed by the following formula (1) P Cu = RI 2
=ρL/S×I 2 ...Formula (1)
Here, R (Ω): Winding resistance, I (Arms): Motor current, ρ (Ω・m): Specific resistance of winding material, L (m): Winding length, S (m 2 ): It is the cross-sectional area of the winding.
さらに、Ａｌ含有量が高い、すなわち不純物元素が少ないアルミ合金を巻線として利用することで、使用後のモータから巻線をモータコアから分離することなく、鉄スクラップとして処理することができる。Ａｌは電磁鋼板の磁気特性を向上させるための元素として活用されており、電炉等で電磁鋼板を製造する際に積極的に添加する元素であるためである。 Furthermore, by using an aluminum alloy with a high Al content, that is, a small amount of impurity elements, as the winding wire, the winding wire can be disposed of as iron scrap without separating the winding wire from the motor core after use. This is because Al is used as an element to improve the magnetic properties of electrical steel sheets, and is an element that is actively added when producing electrical steel sheets in an electric furnace or the like.
アルミ合金のＣｕ含有量は、０．００１％以上０．１５％以下とする。使用後のモータを鉄スクラップとする際にＣｕが多量に混入すると、鋼からＣｕを取り除くことが難しい。混入したＣｕは、鉄スクラップを再度電磁鋼板とする際に粒成長性の妨げとなり、電磁鋼板の磁気特性を悪化させてしまう。よって、アルミ合金のＣｕ含有量は０．１５％以下とする。一方、アルミ合金へのＣｕ添加は強度を向上させる効果があり、巻線を高占積率にステータコアへ巻き付ける際に有効に作用する。そのため、Ｃｕ含有量は０．００１％以上とする。 The Cu content of the aluminum alloy is 0.001% or more and 0.15% or less. If a large amount of Cu is mixed into steel scrap from a used motor, it is difficult to remove Cu from the steel. The mixed Cu hinders grain growth when iron scrap is reused as an electrical steel sheet, and deteriorates the magnetic properties of the electrical steel sheet. Therefore, the Cu content of the aluminum alloy is set to 0.15% or less. On the other hand, the addition of Cu to the aluminum alloy has the effect of improving the strength, and is effective when winding the winding around the stator core with a high space factor. Therefore, the Cu content is set to 0.001% or more.
［ステータコア］
次に、ステータコアを構成する電磁鋼板の要件及びその限定理由について説明する。なお、電磁鋼板については規定した磁気特性を有すれば発明の効果を発揮でき、発明の効果はその他の成分、板厚及び製造方法には依存しない。
[Stator core]
Next, the requirements for the electromagnetic steel sheets constituting the stator core and the reasons for their limitations will be explained. It should be noted that the effects of the invention can be exerted as long as the electromagnetic steel sheet has specified magnetic properties, and the effects of the invention do not depend on other components, sheet thickness, or manufacturing method.
なお、電磁鋼板のＣｕ含有量は０．００１％以上１．０％以下が好ましい。使用後のモータを鉄スクラップとする際に混入するＣｕの量を低減することで、鋼からＣｕを取り除くことがより容易である。また、鉄スクラップに混入するＣｕの量を低減することで、鉄スクラップを再度電磁鋼板とする際にＣｕが粒成長性の妨げとなることを好適に防ぎ、電磁鋼板の磁気特性をより向上することができる。よって、電磁鋼板のＣｕ含有量は１．０％以下とすることが好ましい。一方、Ｃｕは鋼板の強度を高め、モータの高速回転化に寄与するため、Ｃｕ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。 Note that the Cu content of the electrical steel sheet is preferably 0.001% or more and 1.0% or less. By reducing the amount of Cu mixed in when a used motor is scrapped, it is easier to remove Cu from the steel. In addition, by reducing the amount of Cu mixed into iron scrap, it is possible to prevent Cu from interfering with grain growth when iron scrap is reused as electrical steel sheets, thereby further improving the magnetic properties of electrical steel sheets. be able to. Therefore, the Cu content of the electrical steel sheet is preferably 1.0% or less. On the other hand, since Cu increases the strength of the steel plate and contributes to high speed rotation of the motor, the Cu content is preferably 0.001% or more.
・積分磁束密度ＩＢ（５００）：９００００ＴＡ／ｍ以上
・積分磁束密度ＩＢ（５）：５５０ＴＡ／ｍ以上
上述した式（１）の電流を低減させるために、モータ電流を低減させることが重要である。積分磁束密度ＩＢ（５００）が９００００ＴＡ／ｍかつ積分磁束密度ＩＢ（５）が５５０ＴＡ／ｍ以上の材料を用いることで、低いトルク領域から高いトルク領域までの広い領域に亘ってモータトルクを向上させ、モータ電流を低減することができ、銅損（アルミ損）を低減することができる。積分磁束密度ＩＢ（５００）は、好ましくは９５０００以上、より好ましくは１０００００以上とする。積分磁束密度ＩＢ（５）は、好ましくは６００以上、より好ましくは６２０以上とする。積分磁束密度ＩＢ（５００）の上限は特に限定されないが、一例においては１５００００以下である。積分磁束密度ＩＢ（５）の上限は特に限定されないが、一例においては７００以下である。
・Integral magnetic flux density IB (500): 90000 TA/m or more ・Integral magnetic flux density IB (5): 550 TA/m or more In order to reduce the current in equation (1) above, it is important to reduce the motor current. . By using a material with an integrated magnetic flux density IB (500) of 90000 TA/m and an integrated magnetic flux density IB (5) of 550 TA/m or more, motor torque can be improved over a wide range from low torque range to high torque range. , motor current can be reduced, and copper loss (aluminum loss) can be reduced. The integrated magnetic flux density IB (500) is preferably 95,000 or more, more preferably 100,000 or more. The integrated magnetic flux density IB(5) is preferably 600 or more, more preferably 620 or more. The upper limit of the integrated magnetic flux density IB (500) is not particularly limited, but is 150,000 or less in one example. The upper limit of the integrated magnetic flux density IB(5) is not particularly limited, but is 700 or less in one example.
ここで、積分磁束密度ＩＢとは、下記の測定方法によって得られた値である。
（１）直流Ｂ－Ｈ曲線の測定
下記磁界の強さＨ（Ａ／ｍ）における鉄心材料の磁束密度Ｂ（Ｔ）を測定することにより、直流Ｂ－Ｈ曲線を測定する。たとえば、０，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，１００，１２５，１５０，１７５，２００，２５０，３００，４００，５００，８００，１０００，１５００，２０００，２５００，３０００，４０００，５０００，８０００，１００００，１５０００，２００００，３００００，５００００Ａ／ｍでのデータを用いて直流Ｂ－Ｈ曲線を測定する。
Here, the integrated magnetic flux density IB is a value obtained by the following measurement method.
(1) Measurement of DC BH curve The DC BH curve is measured by measuring the magnetic flux density B (T) of the iron core material at the following magnetic field strength H (A/m). For example, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 400, 500, 800, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, A DC BH curve is measured using data at 4000, 5000, 8000, 10000, 15000, 20000, 30000, and 50000 A/m.
（２）数値積分を実施する
得られた直流Ｂ－Ｈ曲線について、磁界の強さＨが０Ａ／ｍ～５００Ａ／ｍの区間において積分を行い、得られた値をＩＢ（５）とする。同様に得られたＢ－Ｈ曲線について、磁界の強さＨが０Ａ／ｍ～５００００Ａ／ｍの区間において積分し、得られた値をＩＢ（５００）とする。
(2) Perform numerical integration For the obtained DC BH curve, perform integration in the range of magnetic field strength H from 0 A/m to 500 A/m, and set the obtained value as IB (5). The similarly obtained BH curve is integrated in the range of magnetic field strength H from 0 A/m to 50,000 A/m, and the obtained value is defined as IB (500).
なお、直流Ｂ－Ｈ曲線の測定はステータコアのバックヨークに励磁コイルおよびサーチコイルを巻き付けてリング測定で実施してもよいし、ステータコアに適用する電磁鋼板を用いてエプスタイン試験により直流Ｂ－Ｈ曲線を測定してもよい。図１に直流Ｂ－Ｈ曲線の測定例を示す。積分磁束密度ＩＢ（５）は、図１に示した斜線部の面積に相当する。さらに、４種類の電磁鋼板について上述した方法により積分磁束密度を評価した例を図２に示す（表１の材料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応）。積分磁束密度ＩＢは従来電磁鋼板の磁束密度の指標とされるＢ５０などの指標とは必ずしも大小の傾向が一致しない。巻線材料として銅を用いる場合、巻線の抵抗値を低くすることが比較的容易である。これに対し、アルミを巻線材料として用いる場合、銅を巻線材料とした場合に問題とならなかったような低い電流（トルク条件）における銅損（アルミ損）が問題になり得る。発明者らは、独自の鋭意検討により、低い電流における損失の改善に、積分磁束密度ＩＢ（５）及び積分磁束密度ＩＢ（５００）が高い電磁鋼板を用いることが有用であることを見出した。 The DC BH curve may be measured by ring measurement by winding an excitation coil and a search coil around the back yoke of the stator core, or the DC BH curve may be measured by the Epstein test using a magnetic steel plate applied to the stator core. may be measured. Figure 1 shows an example of measuring a DC BH curve. The integrated magnetic flux density IB(5) corresponds to the area of the shaded part shown in FIG. Further, FIG. 2 shows an example in which the integrated magnetic flux density of four types of electrical steel sheets was evaluated by the method described above (corresponding to materials A, B, C, and D in Table 1). The integrated magnetic flux density IB does not necessarily match in magnitude with an index such as B50 , which is conventionally used as an index of the magnetic flux density of electrical steel sheets. When copper is used as the winding material, it is relatively easy to reduce the resistance value of the winding. On the other hand, when aluminum is used as the winding material, copper loss (aluminum loss) at low current (torque conditions) can become a problem, which would not be a problem when copper was used as the winding material. Through their own intensive studies, the inventors found that it is useful to use a magnetic steel sheet with high integrated magnetic flux density IB (5) and high integrated magnetic flux density IB (500) to improve loss at low currents.
・モータコアの積層高さｈと外径Ｄとの比Ｄ／ｈ：１．０≦Ｄ／ｈ≦３．０
式（１）より、巻線を太く短くすることが銅損（アルミ損）を低減するために有効である。電磁鋼板の積分磁束密度ＩＢ（５００）及び積分磁束密度ＩＢ（５）を調整してモータ電流を低減するとともに、巻線を太く短くして巻線の抵抗を低減することで、効果的に銅損（アルミ損）を低減することができる。積層高さｈを短くすることは、巻線長さＬも短くでき、銅損（アルミ損）の低減に有利である。また、外径Ｄを拡大しスロット面積を拡大させると、太い巻線を適用が可能となるので、巻線長さＬを維持したままに巻線の断面積Ｓを大きくすることができて、銅損（アルミ損）の低減に有利である。よって、積層高さｈと外径Ｄの比Ｄ／ｈは大きい方が銅損（アルミ損）抑制の観点で好ましい。また、積層方向の磁束漏れを好適に防ぎ、銅損（アルミ損）をより低減するために、Ｄ／ｈは３．０以下とした。より好ましくは、１．５≦Ｄ／ｈである。また、より好ましくはＤ／ｈ≦２．０である。
- Ratio D/h of motor core stack height h and outer diameter D: 1.0≦D/h≦3.0
From equation (1), making the winding thicker and shorter is effective in reducing copper loss (aluminum loss). By adjusting the integrated magnetic flux density IB (500) and integrated magnetic flux density IB (5) of the electromagnetic steel sheet to reduce the motor current, and by making the winding thicker and shorter to reduce the resistance of the winding, effectively loss (aluminum loss) can be reduced. Reducing the stack height h also allows the winding length L to be shortened, which is advantageous in reducing copper loss (aluminum loss). In addition, by increasing the outer diameter D and increasing the slot area, thicker windings can be applied, so the cross-sectional area S of the winding can be increased while maintaining the winding length L. This is advantageous in reducing copper loss (aluminum loss). Therefore, the larger the ratio D/h of the stacking height h to the outer diameter D is, the better from the viewpoint of suppressing copper loss (aluminum loss). Further, in order to suitably prevent magnetic flux leakage in the lamination direction and further reduce copper loss (aluminum loss), D/h was set to 3.0 or less. More preferably, 1.5≦D/h. Further, more preferably D/h≦2.0.
・巻線のスロット占積率が６０％以上
巻線のスロット占積率は６０％以上であることが好ましい。スロット占積率の向上により、巻線の断面積Ｓを大きくとることができるので、銅損（アルミ損）の低減に有効である。スロット占積率は、５０％以上であることがより好ましい。なお、巻線のスロット占積率は下記式（２）で定義される。
スロット占積率（％）＝（導体断面積＋被膜断面積）／（スロット断面積－絶縁物断面積）×１００ …（２）
- The slot space factor of the winding is 60% or more The slot space factor of the winding is preferably 60% or more. By improving the slot space factor, the cross-sectional area S of the winding can be increased, which is effective in reducing copper loss (aluminum loss). More preferably, the slot space factor is 50% or more. Note that the slot space factor of the winding is defined by the following equation (2).
Slot space factor (%) = (conductor cross-sectional area + coating cross-sectional area) / (slot cross-sectional area - insulator cross-sectional area) × 100...(2)
スロット占積率は、ステータを切断して断面を画像解析することにより、評価することができる。 The slot space factor can be evaluated by cutting the stator and performing image analysis of the cross section.
特に、巻線の断面形状は四角形状である（平角線である）ことが好ましい。巻線の断面形状が四角形状であることで巻線を高占積率にステータコアに施しやすい。 In particular, it is preferable that the winding wire has a rectangular cross-sectional shape (a rectangular wire). Since the cross-sectional shape of the winding wire is square, it is easy to apply the winding wire to the stator core with a high space factor.
巻線のスロット占積率の上限は特に限定されないが、９０％以下とすることが好ましい。巻線のスロット占積率を９０％以下とすることで、急激な発熱および温度上昇の際、巻線による電磁鋼板へ応力付与を好適に防ぐことができる。発進時や登坂走行時など大きな電流を流す駆動をした際に、巻線の発熱による急激な発熱が起こり得る。銅に比べてアルミは巻線の抵抗が大きいため、通電に伴う発熱量が大きい。その上、アルミは熱伝導率も低いため冷却されにくいので、温度上昇しやすい。さらに、アルミの熱膨張率（２３．９×１０６／℃）は銅（１６．５×１０６／℃）よりも大きい。急激な発熱および温度上昇の際、熱膨張した巻線が電磁鋼板へ応力を加え得るが、巻線のスロット占積率を９０％以下とすることで、空間的な余裕が好適にあるため、巻線による電磁鋼板への応力付与を好適に防ぐことができる。 Although the upper limit of the slot space factor of the winding is not particularly limited, it is preferably 90% or less. By setting the slot space factor of the winding to 90% or less, it is possible to suitably prevent stress from being applied to the electromagnetic steel sheet by the winding in the event of rapid heat generation and temperature rise. When driving with a large current flowing, such as when starting or running uphill, rapid heat generation can occur due to heat generation in the windings. Compared to copper, aluminum has a higher winding resistance, so it generates more heat when energized. Furthermore, aluminum has low thermal conductivity, making it difficult to cool down, so the temperature can easily rise. Furthermore, the coefficient of thermal expansion of aluminum (23.9 x 106/°C) is larger than that of copper (16.5 x 106/°C). During rapid heat generation and temperature rise, the thermally expanded windings may apply stress to the electrical steel sheet, but by setting the slot space factor of the windings to 90% or less, there is sufficient space. It is possible to suitably prevent stress from being applied to the electromagnetic steel sheet by the winding.
・電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が外部応力０ＭＰａにおける鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）以下
磁束に対して垂直な方向に外部応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が外部応力０ＭＰａにおける鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）以下であることが好ましい。巻線の熱膨張により、電磁鋼板へ応力が付与された場合であっても、応力が付与されなかった場合の鉄損以下であることで、上述した応力付与時にモータ特性が劣化することを好適に防ぐことができる。
・The iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in the direction perpendicular to the magnetic flux of the magnetic steel sheet is less than the iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 0 MPa is applied to the magnetic flux. It is preferable that the iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to this is equal to or less than the iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress is 0 MPa. Even when stress is applied to the electromagnetic steel sheet due to thermal expansion of the windings, it is preferable that the iron loss is less than the core loss when no stress is applied, so that the motor characteristics deteriorate when stress is applied as described above. can be prevented.
電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）、及び外部応力０ＭＰａにおける鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）の評価は、以下のとおり行う。評価方法は単板評価とする。磁束と垂直方法に外部応力を１０ＭＰａ加えた状態で、１．０Ｔ及び４００Ｈｚで励磁した際の鉄損を評価する。エプスタイン評価の場合は、参考文献１に示される単板評価方法に従って、面圧を付与する。
［参考文献１］千田ら、「電磁鋼板の応力下での磁気測定方法の検討」、電気学会論文誌Ａ ｖｏｌ．１３７，Ｎｏ．１１，ｐｐ．６５４－６６０（２０１７）
The evaluation of the iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in the direction perpendicular to the magnetic flux of the electrical steel sheet, and the iron loss W 10/400 (W/kg) when the external stress is 0 MPa is as follows. , do as follows. The evaluation method will be veneer evaluation. The iron loss when excited at 1.0 T and 400 Hz is evaluated with an external stress of 10 MPa applied in a direction perpendicular to the magnetic flux. In the case of Epstein evaluation, surface pressure is applied according to the veneer evaluation method shown in Reference Document 1.
[Reference 1] Senda et al., “Study of magnetic measurement method under stress of electromagnetic steel sheets”, Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan A vol. 137, No. 11, pp. 654-660 (2017)
電磁鋼板は、接着により積層（接着積層）されていることが好ましい。接着積層することで、カシメなどの塑性加工領域を有さない電磁鋼板とすることができ、より高い積分磁束密度を得ることができるためである。 The electromagnetic steel plates are preferably laminated by adhesive (adhesive lamination). This is because by laminating with adhesive, it is possible to obtain an electromagnetic steel sheet that does not have a plastic working region such as caulking, and a higher integrated magnetic flux density can be obtained.
・電磁鋼板の層間が、面積率８５％以上で接着されている
接着積層をする場合、電磁鋼板の層間が、面積率８５％以上で接着されていることが好ましい。８５％以上の面積率で接着積層することにより、ステータコアをより高剛性とすることができるため、高占積率な巻線が熱膨張した際にステータコアへ付与される応力がカシメ等で積層した場合に比べてより均一となり、応力付与時の磁気特性の悪化をより好適に抑制することができる。特に１．０≦Ｄ／ｈ≦３．０とした場合であっても、カシメ等で積層した場合よりもステータコアの剛性を高く確保することができ、電磁加振力によるモータ振動および騒音の増加をより好適に抑制することができる。なお、接着剤としては一般的なカットコア用の接着剤を使用することができ、アクリル系、エポキシ系など一般的な接着剤を使用することができる。電磁鋼板の層間の接着面積率は、以下のとおり測定する。接着により積層した電磁鋼板を剥がし取り、接着されていた２枚の電磁鋼板の剥離面に接着剤が残留している面積を評価する。この際、２枚の電磁鋼板を評価するのは、剥がしとった際に、電磁鋼板－接着界面での剥離がある可能性があるためである。このようにして評価した接着面積とステータコアの面積との比率を百分率で評価する。
- The layers of the electromagnetic steel sheets are bonded with an area ratio of 85% or more. When performing adhesive lamination, it is preferable that the layers of the electromagnetic steel sheets are bonded with an area ratio of 85% or more. By laminating with adhesive at an area ratio of 85% or more, the stator core can be made more rigid, so the stress applied to the stator core when the windings with a high space factor thermally expand can be reduced by laminating by caulking etc. The result is more uniformity than in the case where stress is applied, and deterioration of magnetic properties when stress is applied can be suppressed more suitably. In particular, even when 1.0≦D/h≦3.0, the rigidity of the stator core can be ensured higher than when laminated by caulking, etc., and the motor vibration and noise due to electromagnetic excitation force are increased. can be suppressed more suitably. Note that as the adhesive, a general adhesive for cut cores can be used, and general adhesives such as acrylic adhesives and epoxy adhesives can be used. The adhesion area ratio between layers of electrical steel sheets is measured as follows. The electromagnetic steel sheets laminated by adhesion are peeled off, and the area where adhesive remains on the peeled surface of the two adhered electromagnetic steel sheets is evaluated. At this time, the reason why two electromagnetic steel plates are evaluated is because there is a possibility that there will be peeling at the electromagnetic steel plate-adhesive interface when they are peeled off. The ratio between the adhesive area evaluated in this manner and the area of the stator core is evaluated as a percentage.
・巻線と接触する電磁鋼板の角部は打抜きせん断面側とする
電磁鋼板を打抜き加工によりステータコアとする場合、図４に示すように、加工後の各電磁鋼板Ｓは打抜きせん断面及び破断面を有する。破断面にはバリを有する場合があり、バリと巻線Ａとが接触すると巻線Ａの絶縁が破壊されてしまうおそれがある。特に、断面形状が四角形状の巻線Ａの場合、ヘアピン型の巻線Ａをスロットに挿入した後、電磁鋼板からはみ出た先端部を曲げ加工し、隣接する巻線Ａの先端部と溶接するプロセスによって成形される場合がある。このようなプロセスの場合、前述のバリが曲げ加工側の端面に存在すると、バリと曲げ加工された巻線とが接触して、絶縁破壊を起こすおそれがある。そこで、図４に示すように、打抜きせん断面側を巻線の曲げ加工側にすることで、絶縁破壊のリスクがより低いステータを提供することができる。
・The corners of the electromagnetic steel sheets that come into contact with the windings should be on the side of the punched sheared surface. When making the stator core by punching the electromagnetic steel sheets, each electromagnetic steel sheet S after processing has the punched sheared surface and the fractured surface, as shown in Figure 4. has. The fractured surface may have burrs, and if the burrs come into contact with the winding A, the insulation of the winding A may be destroyed. In particular, in the case of winding A with a square cross-sectional shape, after inserting the hairpin-shaped winding A into the slot, the tip protruding from the electromagnetic steel plate is bent and welded to the tip of the adjacent winding A. It may be shaped by a process. In such a process, if the burr is present on the end face on the bending side, there is a risk that the burr will come into contact with the bent winding, causing dielectric breakdown. Therefore, as shown in FIG. 4, by making the punched shear surface side the bending side of the winding, it is possible to provide a stator with a lower risk of dielectric breakdown.
絶縁破壊を防ぐために、スロットの電磁鋼板断面を覆うように絶縁紙を設けてから巻線を巻回すことが一般的になされている。巻線と接触する電磁鋼板の角部を打抜きせん断面側とすることで、ステータが絶縁紙を備える必要がない。ステータが絶縁紙を備えないことで、製造コストをより低減することができる。また、絶縁紙を備えないことで、巻線を太く設計できるのでアルミ合金からなる巻線で問題となる銅損（アルミ損）を抑制でき、モータ性能をより向上することができる。 In order to prevent dielectric breakdown, it is common practice to provide insulating paper to cover the cross section of the electromagnetic steel plate in the slot before winding the winding wire. By making the corner of the electromagnetic steel sheet that contacts the windings the punched shear surface side, there is no need for the stator to include insulating paper. Since the stator does not include insulating paper, manufacturing costs can be further reduced. Furthermore, by not providing insulating paper, the windings can be designed to be thicker, thereby suppressing copper loss (aluminum loss), which is a problem with windings made of aluminum alloy, and further improving motor performance.
ステータは、ステータコアに巻線を施した後にワニス含侵処理が施されていることが好ましい。 Preferably, the stator is subjected to varnish impregnation treatment after the stator core is wound.
（実施例１）積分磁束密度の影響
表１に示す電磁鋼板を積層し、打抜き加工を行って、図３に示すステータを準備し、外径Ｄが２００ｍｍ、積層厚さｈが１００ｍｍの８極－４８スロットのＩＰＭモータを作製した。電磁鋼板については予めエプスタイン試験により直流Ｂ－Ｈ曲線を決定し、積分磁束密度ＩＢ（５）および積分磁束密度ＩＢ（５００）を評価した。巻線はＡｌ：９９．７％、Ｃｕ：０．０５％の平角線アルミ合金を使用した。巻線のスロット占積率は、６５％であった。各電磁鋼板を用いて作製したモータについて、回転速度１５００ｒｐｍ、電流３００Ａ、および５０Ａで通電した際のトルクを測定した。トルクは、負荷試験機にカップリングにより機械的に接続し、モータと負荷試験機との間に設置したトルク計により測定した。材料Ｂの場合のトルクを１００（基準）とした結果を表１に示す。また、積分磁束密度ＩＢ（５）および積分磁束密度ＩＢ（５００）を横軸にとり、縦軸にトルクをとったグラフを図５に示す。
(Example 1) Effect of integrated magnetic flux density The electromagnetic steel sheets shown in Table 1 were laminated and punched to prepare the stator shown in Fig. 3, with 8 poles having an outer diameter D of 200 mm and a lamination thickness h of 100 mm. -We created an IPM motor with 48 slots. For the electrical steel sheet, a DC BH curve was determined in advance by the Epstein test, and the integral magnetic flux density IB (5) and the integral magnetic flux density IB (500) were evaluated. A rectangular wire aluminum alloy containing 99.7% Al and 0.05% Cu was used for the winding. The slot space factor of the winding was 65%. The torque of the motor produced using each electromagnetic steel sheet was measured when the motor was energized at a rotational speed of 1500 rpm and a current of 300 A and 50 A. The torque was measured using a torque meter that was mechanically connected to the load tester by a coupling and installed between the motor and the load tester. Table 1 shows the results with the torque for material B being 100 (standard). Further, FIG. 5 shows a graph in which the integrated magnetic flux density IB(5) and the integrated magnetic flux density IB(500) are plotted on the horizontal axis and the torque is plotted on the vertical axis.
積分磁束密度ＩＢ（５）が高いほど５０Ａにおけるトルクが高く、積分磁束密度ＩＢ（５００）が高いほど３００Ａにおけるトルクが高い結果が得られた。さらに、積分磁束密度ＩＢ（５００）が９００００ＴＡ／ｍ以上かつ積分磁束密度ＩＢ（５）が５５０ＴＡ／ｍ以上の電磁鋼板では、上記の相関から外れて顕著に高いモータトルクを発揮することができる。 The higher the integrated magnetic flux density IB(5), the higher the torque at 50A, and the higher the integrated magnetic flux density IB(500), the higher the torque at 300A. Furthermore, an electrical steel sheet having an integrated magnetic flux density IB (500) of 90000 TA/m or more and an integrated magnetic flux density IB (5) of 550 TA/m or more can exhibit a significantly high motor torque that deviates from the above correlation.
（実施例２）Ｄ／ｈの影響
ステータコアの外径Ｄ及び内径ｄを図３に示した形状とし、積層高さを変更することによりＤ／ｈを変化させたモータを作製した。巻線としては、Ａｌ：９９．７％、Ｃｕ：０．０５％の平角線のアルミ合金を使用した。スロット占積率は６５％であり実施例１と同等であった。表２に回転速度１５００ｒｐｍ、電流３００Ａで駆動した際のトルクを材料Ｂの計測値を１００（基準）として評価した結果を示す。また、図６に、実施例２の発明例におけるＤ／ｈとトルクとの関係を示す。図６から、１．０≦Ｄ／ｈ≦３．０を満たす条件において、トルク改善効果が特に大きいことがわかる。
(Example 2) Effect of D/h A motor was manufactured in which the outer diameter D and inner diameter d of the stator core were shaped as shown in FIG. 3, and the D/h was changed by changing the lamination height. As the winding wire, a rectangular aluminum alloy containing 99.7% Al and 0.05% Cu was used. The slot space factor was 65%, which was the same as in Example 1. Table 2 shows the results of evaluating the torque when driven at a rotation speed of 1500 rpm and a current of 300 A, with the measured value of material B being 100 (reference). Moreover, FIG. 6 shows the relationship between D/h and torque in the invention example of Example 2. From FIG. 6, it can be seen that the torque improvement effect is particularly large under the conditions satisfying 1.0≦D/h≦3.0.
（実施例３）面圧下鉄損の影響
実施例１の材料Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇについて、単板試験にて磁束と垂直方向（面圧）に外部応力を１０ＭＰａ加えた状態で、１．０Ｔ－４００Ｈｚで励磁した際の鉄損を評価した。応力を加えない状態での鉄損に対する応力を１０ＭＰａ加えた状態での鉄損の比を表４に示す。また、図３に示した外径Ｄ、内径ｄを有し、積層高さｈが１７０ｍｍのステータを用いたモータの効率を下記の手順で評価した。巻線のスロット占積率は、６５％であった。
（１）４０００ｒｐｍ－５０Ａで駆動：定常状態でモータ効率測定
（２）４０００ｒｐｍ－３００Ａで駆動：２０秒駆動
（３）４０００ｒｐｍ－５０Ａで駆動：電流変更後すぐ、モータ効率測定
なお、モータの効率は、モータへの入力電力Ｐi（Ｗ）とモータの出力Ｐo（Ｗ）＝トルクＴ（Ｎｍ）×回転数（ｒｐｍ）×２π／６０との比（Ｐo（Ｗ）／Ｐi（Ｗ））を百分率で評価した値である。
(Example 3) Influence of iron loss under surface pressure Materials B, E, F, and G of Example 1 were tested in a single plate test under the condition that 10 MPa of external stress was applied in the direction perpendicular to the magnetic flux (surface pressure). The iron loss when excited at 0T-400Hz was evaluated. Table 4 shows the ratio of the iron loss when a stress of 10 MPa is applied to the iron loss when no stress is applied. Further, the efficiency of a motor using a stator having an outer diameter D and an inner diameter d shown in FIG. 3 and a lamination height h of 170 mm was evaluated according to the following procedure. The slot space factor of the winding was 65%.
(1) Drive at 4000 rpm-50 A: Measure motor efficiency in steady state (2) Drive at 4000 rpm-300 A: Drive for 20 seconds (3) Drive at 4000 rpm-50 A: Measure motor efficiency immediately after changing the current. , the ratio of the input power Pi (W) to the motor and the motor output Po (W) = torque T (Nm) x rotation speed (rpm) x 2π/60 (Po (W) / Pi (W)) as a percentage This is the value evaluated by .
（１）と（３）とのモータ効率の変化（百分率（％）の差、以下ポイントともいう）を表３に示す。また、無応力における鉄損（Ｗ１０／４００）に対する応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損（Ｗ１０／４００）の比と、モータ効率の変化との関係を図７に示す。無応力における鉄損（Ｗ１０／４００）に対する応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損（Ｗ１０／４００）の比が小さい材料ほど、モータ効率の変化が小さくなった。つまり、（２）のような大電流条件での駆動直後でもモータ効率の低下が小さい。このように、電磁鋼板の材料によってモータ効率変化に差が生じたのは、以下のように考えられる。（２）のモータ駆動によって、瞬時的に巻線が発熱し、巻線材料であるアルミが熱膨張したことによりティースへ加わる応力が生じ、材料そのものの鉄損、ひいてはモータ鉄損を変化させる。しかしながら、面圧下鉄損特性の良好は材料Ｅ、Ｆではその応力よるモータ鉄損、すなわちモータ効率の変化は少ない。一方、面圧下鉄損特性が良好でない材料Ｂ，Ｇではモータ効率が大きく変化（劣化）したのである。なお、材料Ｅ，Ｆにおいて材料の評価では、鉄損が応力を加えることで減少しているのに対して、モータ効率は低下している。これは巻線の温度上昇による比抵抗ρの増加に起因する銅損（アルミ損）の増大と、鉄損の減少とが相殺して、前者の方が大きかったからであると考えられる。 Table 3 shows the change in motor efficiency (difference in percentage (%), hereinafter also referred to as point) between (1) and (3). Further, FIG. 7 shows the relationship between the ratio of the iron loss (W 10/400 ) when a stress of 10 MPa is applied to the iron loss (W 10/400 ) under no stress and the change in motor efficiency. The smaller the ratio of the iron loss (W 10/400 ) when a stress of 10 MPa is applied to the iron loss (W 10/400 ) under stress-free conditions, the smaller the change in motor efficiency. In other words, the decrease in motor efficiency is small even immediately after driving under the large current condition as in (2). The reason why there is a difference in motor efficiency depending on the material of the electromagnetic steel sheet is considered to be as follows. (2) When the motor is driven, the windings instantaneously generate heat, and the aluminum, which is the material of the windings, thermally expands, causing stress to be applied to the teeth, which changes the iron loss of the material itself and, by extension, the motor iron loss. However, in materials E and F, which have good core loss characteristics under surface pressure, there is little change in motor core loss, that is, motor efficiency, due to stress. On the other hand, in materials B and G, which did not have good iron loss characteristics under surface pressure, the motor efficiency significantly changed (deteriorated). In addition, in the material evaluation of materials E and F, the iron loss is reduced by applying stress, but the motor efficiency is reduced. This is thought to be because the increase in copper loss (aluminum loss) due to the increase in resistivity ρ due to the increase in temperature of the windings offsets the decrease in iron loss, and the former was larger.
（実施例４）接着面積の影響
図３に示したＩＰＭモータにおいて、電磁鋼板の加工方法がモータ効率および騒音に及ぼす影響を評価した。実施例１の材料Ｆ又はＢを用い、積層方法としてカシメ又は接着積層を用いて、回転速度４５００ｒｐｍ、トルク５０Ｎｍでのモータ騒音（ｄＢ）およびモータ効率（％）を評価した。
ここで、モータ騒音は、モータの回転軸の延伸方向においてコイルエンドから０．５ｍ先に騒音計を設置し、騒音のオーバーオール値にて比較評価した。カシメにより作製したモータの評価結果を基準とし、該評価結果からの変化を表４に示す。また、接着面積とモータ騒音（ｄＢ）およびモータ効率（％）との関係を図８に示す。
(Example 4) Influence of adhesive area In the IPM motor shown in FIG. 3, the influence of the processing method of the electrical steel sheet on motor efficiency and noise was evaluated. Using material F or B of Example 1 and using caulking or adhesive lamination as the lamination method, motor noise (dB) and motor efficiency (%) were evaluated at a rotational speed of 4500 rpm and a torque of 50 Nm.
Here, the motor noise was evaluated by installing a sound level meter 0.5 m ahead of the coil end in the extending direction of the rotating shaft of the motor, and comparing and evaluating the overall value of the noise. Table 4 shows the changes from the evaluation results based on the evaluation results of the motor produced by caulking. Further, FIG. 8 shows the relationship between the adhesive area, motor noise (dB), and motor efficiency (%).
モータ効率およびモータ騒音について、いずれの条件でもカシメにより作製したモータよりも良好な特性が得られた。特に、材料Ｆでは接着面積を高めるほどに、モータ効率およびモータ騒音の大きな改善が得られた。一方、表３に示すように、応力付与により鉄損が増加する材料Ｂの条件においては、接着積層によりカシメによる積層よりも高いモータ特性が得られるものの、接着面積を高めてもさらなるモータ特性の向上が認められなかった。これは、接着積層による圧縮応力が、磁気特性に悪影響を及ぼし鉄損の増大や透磁率の低下に伴う電流の増大などを招いたためと考えられる。 In terms of motor efficiency and motor noise, better characteristics than a motor made by caulking were obtained under all conditions. In particular, with material F, the greater the bonding area, the greater the improvement in motor efficiency and motor noise. On the other hand, as shown in Table 3, under the conditions of material B, where the iron loss increases with stress application, higher motor characteristics can be obtained by adhesive lamination than by caulking lamination, but even if the adhesive area is increased, the motor characteristics will be further improved. No improvement was observed. This is thought to be because the compressive stress caused by the adhesive lamination adversely affects the magnetic properties, leading to an increase in iron loss and an increase in current due to a decrease in magnetic permeability.
（実施例５）打ち抜きせん断面および絶縁紙の影響
続いて、図３に示したＩＰＭモータ特性に及ぼす打ち抜きせん断面および絶縁紙の影響について、材料Ａを用いて検証を行った。打ち抜き成形により電磁鋼板よりステータを形成し、表５に示す条件で積層し、巻線を施した。巻線材料および絶縁紙の使用有無を変化させ、各々の条件につきモータを１０台作製した。電磁鋼板－巻線間で短絡が生じた割合を評価した結果を表５に示す。なお、短絡が生じた割合の評価は、メガオームテスタにてＵＶＷ相のモータ端子とステータ鉄心の外周部間での抵抗値とを評価することで判定した。１ｋΩ以下の抵抗値が検出された場合を短絡発生と判定した。
(Example 5) Influence of the punched shear surface and insulating paper Subsequently, the influence of the punched shear surface and the insulating paper on the IPM motor characteristics shown in FIG. 3 was verified using material A. A stator was formed from electromagnetic steel sheets by punching, laminated under the conditions shown in Table 5, and wound. Ten motors were manufactured for each condition by varying the winding material and the presence or absence of insulating paper. Table 5 shows the results of evaluating the proportion of short circuits occurring between the electrical steel sheet and the winding. The rate at which short circuits occurred was determined by evaluating the resistance value between the UVW phase motor terminal and the outer periphery of the stator core using a megohm tester. When a resistance value of 1 kΩ or less was detected, it was determined that a short circuit had occurred.
絶縁紙を挿入した場合は、いずれの条件でも短絡は生じなかった。一方、絶縁紙を使用しないで、バリと接触する向きから巻線を挿入した場合、電磁鋼板と巻線との間で短絡が生じた。アルミ合金からなる巻線では、通常マグネットワイヤ材料として使用される銅（Ｃｕ≧９９．９５％）を巻線材料とした場合に比べ、短絡する割合が高くなった。アルミ合金からなる巻線では、巻線材料の強度が低いため、巻線工程での巻線材料にかかる応力により巻線が伸び、絶縁被膜が引き延ばされることにより絶縁性能が低下しやすいためと考えられる。しかしながら、バリの生じている方向と反対から巻線を挿入した条件、すなわち、巻線と接触する電磁鋼板の角部が打抜きせん断面側である条件においては、アルミ巻線を絶縁紙なしで巻き付けても短絡が抑制された。このように、巻線の挿入方向を制御することで、絶縁紙を使用せずとも電磁鋼板と巻線と間の短絡を効果的に抑制することができ、モータ製造の歩留まりを向上させることができる。さらに、絶縁紙を使用しないことで、巻線を太く設計できるので、アルミ合金からなる巻線を用いた場合に問題となる銅損（アルミ損）を抑制することができ、モータ性能のさらなる向上に有効である。 When insulating paper was inserted, no short circuit occurred under any conditions. On the other hand, when the winding was inserted in a direction that would contact the burr without using insulating paper, a short circuit occurred between the electromagnetic steel sheet and the winding. In the case of a winding made of aluminum alloy, the rate of short circuits was higher than in the case of using copper (Cu≧99.95%), which is normally used as a magnet wire material, as the winding material. For winding wires made of aluminum alloy, the strength of the winding material is low, so the stress applied to the winding material during the winding process stretches the winding wire, stretching the insulation coating, which tends to reduce insulation performance. Conceivable. However, under conditions where the winding is inserted from the opposite direction of the burr, that is, when the corner of the electromagnetic steel sheet that comes into contact with the winding is on the punched shear surface side, the aluminum winding may be wound without insulating paper. Short circuits were also suppressed. In this way, by controlling the insertion direction of the windings, short circuits between the magnetic steel sheet and the windings can be effectively suppressed without using insulating paper, and the yield of motor manufacturing can be improved. can. Furthermore, by not using insulating paper, the windings can be designed thicker, which reduces copper loss (aluminum loss), which is a problem when using aluminum alloy windings, further improving motor performance. It is effective for
１０ ステータコア
１１ バックヨーク
１２ スロット
１３ ティース
Ｓ 電磁鋼板
Ａ 巻線
10
Claims (7)
前記ステータコアに巻回された巻線と
を備え、
前記巻線は、質量％で、Ａｌ：９９．６％以上、及びＣｕ：０．００１％以上０．１５％以下を含有するアルミ合金からなり、
前記電磁鋼板の積分磁束密度ＩＢ（５００）が９００００ＴＡ／ｍ以上かつ積分磁束密度ＩＢ（５）が５５０ＴＡ／ｍ以上である、ステータ。
ここで、前記積分磁束密度ＩＢ（５００）は、磁界の強さＨが０Ａ／ｍ～５００００Ａ／ｍの区間における磁束密度（Ｔ）の積分値を指し、
前記積分磁束密度ＩＢ（５）は、磁界の強さＨが０Ａ／ｍ～５００Ａ／ｍの区間における磁束密度（Ｔ）の積分値を指す。 A stator core made of laminated electromagnetic steel sheets,
and a winding wound around the stator core,
The winding wire is made of an aluminum alloy containing Al: 99.6% or more and Cu: 0.001% or more and 0.15% or less, in mass %,
A stator, wherein the electromagnetic steel sheet has an integrated magnetic flux density IB (500) of 90000 TA/m or more and an integrated magnetic flux density IB (5) of 550 TA/m or more.
Here, the integrated magnetic flux density IB (500) refers to the integral value of the magnetic flux density (T) in the area where the magnetic field strength H is 0 A/m to 50000 A/m,
The integrated magnetic flux density IB(5) refers to the integrated value of the magnetic flux density (T) in the range of magnetic field strength H from 0 A/m to 500 A/m.
前記電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力１０ＭＰａを加えた際の鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）が外部応力０ＭＰａにおける鉄損Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）以下である、請求項１または２に記載のステータ。 The slot space factor of the winding is 60% or more,
The iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux of the electromagnetic steel sheet is less than the iron loss W 10/400 (W/kg) at an external stress of 0 MPa. , a stator according to claim 1 or 2.
前記巻線と接触する前記電磁鋼板の角部が前記打抜きせん断面側であり、
前記ステータが絶縁紙を備えない、請求項１または２に記載のステータ。 The electromagnetic steel sheet has a punched shear surface,
A corner of the electromagnetic steel sheet that comes into contact with the winding is the punched shear surface side,
A stator according to claim 1 or 2, wherein the stator does not include insulating paper.
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