TWI505605B - Rotor and induction torque motor for induction torque motor - Google Patents

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TWI505605B
TWI505605B TW102106992A TW102106992A TWI505605B TW I505605 B TWI505605 B TW I505605B TW 102106992 A TW102106992 A TW 102106992A TW 102106992 A TW102106992 A TW 102106992A TW I505605 B TWI505605 B TW I505605B
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Hideo Fujii
Kenichi Inoue
Shingo Kasai
Masamichi Chiba
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Kobe Steel Ltd
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Description

感應式轉矩電動機用轉子及感應式轉矩電動機
本發明係有關感應式轉矩電動機之轉子，特別是有關能進一步提升感應式轉矩電動機的性能(效率)之感應式轉矩電動機用轉子。另，本發明係有關使用該感應式轉矩電動機用轉子之感應式轉矩電動機。
將電能轉換成機械能之馬達(電氣馬達、電動機)，係被利用在許多用途。該電動機一般而言具備有軸而旋轉之轉子，及與前述轉子相互作用之定子，前述轉子藉由旋轉變化之磁場(旋轉磁場)而旋轉。該電動機一般而言概分為同步電動機與感應電動機(非同步電動機)。
同步電動機為，轉子會受到供電之交流電流製造出之旋轉磁場所吸引而隨之旋轉，而以同步速度旋轉之電動機。同步電動機中，例如有在轉子使用永久磁鐵之永久磁鐵同步電動機(PM型電動機)，或將鐵等磁阻(磁電阻)較小而可暫時成為磁鐵之材料用於轉子之磁阻型同步電動機等。
感應電動機係藉由定子製造出之旋轉磁場，而使感應電流在導電體之轉子產生，藉此得到對應於滑差 (slip)的旋轉轉矩之電動機。感應電動機中，例如有在啟動時依規定方法賦予旋轉轉矩，而在啟動後以單相交流電力得到旋轉轉矩之單相感應電動機、或是以三相交流電力得到旋轉轉矩之例如鼠籠式三相感應電動機及繞線式三相感應電動機等三相感應電動機等。
此外，電動機中還有依轉矩特性觀點來分類之轉矩電動機，亦為人所知。該轉矩電動機係依所供應之電氣訊號的位準，來得到相應的輸出軸之角度變位或旋轉轉矩之電動機。舉例來說，當施加電壓，便會得到與該施加電壓的位準成比例之角度變位，或是例如當供給電流，便會得到與該電流位準成比例之旋轉轉矩。因此，這種轉矩電動機，對於必須使輸出軸旋轉至正確位置、或是必須響應電性控制訊號而使正確大小的旋轉轉矩輸出至輸出軸之控制系統來說十分適用，係運用在各種技術領域。該轉矩電動機，有和前述同步電動機的PM型電動機具有同樣構造之種類(同步型轉矩電動機，例如專利文獻1)、或是與前述感應電動機具有同樣構造之種類(感應式轉矩電動機、例如非專利文獻1)。
該專利文獻1所揭示之轉矩電動機，具備：磁電路，由從螺線管及該螺線管兩端朝側方延伸而出的一對定子所構成；及轉子，配置於由前述一對定子所形成之圓弧部之間，具有圓筒狀之磁芯；該轉子係受到被前述螺線管激磁之前述一對定子的磁力而旋轉。
不過，電動機一般而言講求小型化或是省電 化，為此，必須提升輸出轉矩除以輸入電力後之性能(效率)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-204012號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]「藤井精密旋轉機製作所感應電動機」、[online]、2011年9月12日檢索、網際網路<URL：http：//www.few.co.jp/products/p01.html>,<URL：http：//www.few.co.jp/pdf/torque.pdf>
本發明係有鑑於上述緣由而創作之發明，其目的在提供一種能使性能進一步提升之感應式轉矩電動機用轉子，及使用該感應式轉矩電動機用轉子之感應式轉矩電動機。
本發明之感應式轉矩電動機用轉子，具備：軸體；及圓筒體，與前述軸體之軸心為同心而連結至前述軸體，其由電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料所形成。而本發明之感應式轉矩電動機，係具備該感應式轉矩電動機用轉子。因此，本發明之感應式轉矩電動機用轉子及感應式轉矩電動機，能使性能進一步提升。
上述以及其他本發明之目的、特徵及優點， 將可從以下詳細記載與所附圖式中明瞭。
TM‧‧‧感應式轉矩電動機
1‧‧‧轉子
1a‧‧‧軸體
1b‧‧‧圓筒體
2‧‧‧定子
3‧‧‧收納容器
3a‧‧‧外殼
3b‧‧‧托架
4、5‧‧‧軸承
11(11-1、11-2、11-3...)‧‧‧凹溝部
12-1、12-2‧‧‧圓環構件
13‧‧‧貫通孔
[圖1]本發明實施形態之感應式轉矩電動機構造示意截面圖。
[圖2]前述感應式轉矩電動機之轉子構造示意立體圖。
[圖3]速度與轉矩之關係及速度與電流之關係示意圖。
[圖4]轉子靜止條件下，驅動頻率為60[Hz]、參數a為1000時之損失比轉矩(F/P)示意圖。
[圖5]驅動頻率為60[Hz]、參數a為1500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。
[圖6]驅動頻率為60[Hz]、參數a為2500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。
[圖7]驅動頻率為1[kHz]、參數a為500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。
[圖8]驅動頻率為1[kHz]、參數a為2500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。
[圖9]驅動頻率為1[kHz]、參數a為6000時之損失比轉矩(F/P)示意圖。
[圖10]前述感應式轉矩電動機中，驅動頻率為1[kHz]時之解析結果示意圖。
[圖11]前述感應式轉矩電動機中，驅動頻率為60[Hz]時之解析結果示意圖。
[圖12]前述感應式轉矩電動機中，當深度2mm、寬度0.5mm之深寬比(=深度/寬度)4的情形下且更設置銅端環(End Ring)時之各解析結果示意圖。
以下依照圖面，說明本發明之一實施形態。另，各圖中標記同一符號之構成表示同一構成，適當省略其說明。此外，本說明書中，在統稱時係以省略附字之參照符號表示，在指稱個別構造時係以附上附字之參照符號表示。
圖1為實施形態之感應式轉矩電動機構造示意截面圖。圖2為實施形態之前述感應式轉矩電動機之轉子構造示意立體圖。圖3為速度與轉矩之關係及速度與電流之關係示意圖。圖3之橫軸為速度(滑差S)，其縱軸為轉矩或電流。另，滑差S=0為同步速度狀態，滑差S=1為停止狀態。
圖1中，實施形態之感應式轉矩電動機TM，具備具有輸出軸而旋轉之轉子1，及與轉子1相互作用之定子2，藉由旋轉變化之磁場(旋轉磁場)而使轉子1旋轉，與感應電動機為略相同之構造。而圖1所示例子中，該些轉子1及定子2係收容於收納容器(框體)3。
更具體地說，收納容器3係具備有底圓筒狀 之外殼3a，及安裝於該外殼3a的開放端側(頂端側)，將外殼3a的開放端予以閉塞之板形狀的托架3b。而在外殼3a內，轉子1與定子2係使各軸心一致而呈同軸配置。定子2固定於外殼3a的內周面，轉子1配置成相對於定子2可自由旋轉。
定子2為大略圓筒形狀，例如由複數個電磁鋼板層積而形成。定子2在其圓筒內具備：複數個凸部，係為在內側沿直徑方向凸起設置而於軸方向延伸之突條，且於圓周方向相距規定間隔並列設置；及複數個線圈，係在各個前述複數個凸部例如捲繞絕緣被覆銅線等被覆有絕緣體之導體線而形成。藉由這樣的線圈及凸部而形成磁極，該磁極設置規定個數(磁極數)。此外，如上述般，定子2於其外周面係與外殼3a的內周面固定。
轉子1具備：桿狀(棒狀、圓柱體)之軸體1a，作為前述輸出軸；及圓筒體1b，在與軸體1a的軸心同心(同軸)狀態下連結至軸體1a。本實施形態中，在圓筒體1b的軸心上沿著軸方向而貫通形成之貫通孔係被軸體1a插通，在圓筒體1b的略中央區域，軸體1a固定於圓筒體1b。
此外，軸體1a的一方端(圖1左側)係被安裝於外殼3a的軸承4所支撐，且軸體1a的另一方端(圖1右側)係被安裝於托架3b的軸承5所支撐，同時為了將輸出傳遞至收納容器3的外部，而插通該托架3b向外方延伸設置。而如上述般，轉子1與定子2為同軸，轉子1是 以轉子1的外周面與定子2的內周面之間相隔規定距離(直徑方向間隔)，而配設於定子2的圓筒內。
而轉子1的圓筒體1b，係由電阻率ρ為0.4[μΩ．m]以下，相對導磁率μ為1000以上至50000以下(從1000至50000為止之範圍內)之軟磁性材料(ρ≦0.4[μΩ．m]且50000≧μ≧1000)所形成。這樣的軟磁性材料如後述般，例如可列舉ELCH2(神戸製鋼社製 純鐵系軟磁性材料、Extra Low carbon Cold Headingwire)、ELCH2S、LCA-1、S10C等。而用於轉子1的圓筒體1b之較佳之軟磁性材料，是稱為ELCH2的純鐵系軟磁性材料。該ELCH2的化學成分，以mass%(質量%)表示，碳C為0.005%、矽Si為0.004%、錳Mn為0.26%。該ELCH2具有高磁通密度與低保磁力(coercivity)，且電阻率較低碳鋼(C=0.1%)小了30%，減低至與工業用鎳Ni同等程度。
另，圖1所示例子中，軸體1a與圓筒體1b係個別構成，但亦可一體形成。
而在本實施形態中，如圖2所示，圓筒體1b更具備複數個凹溝部11(11-1、11-2、11-3、...)，其形成於該圓筒體1b的圓周面，與該圓筒體1b的軸方向平行。該凹溝部11，其深度為表皮深度(skin depth)δ(sf0 )以上，且其深度/寬度(深寬比)為2以上。
另，感應式轉矩電動機TM的滑差為s的情形下，表皮深度δ(sf0 )可表示為，假設感應式轉矩電動機TM的驅動頻率為f0 [Hz]、轉子1的圓筒體1b的相對導磁率為 μ、其電阻率ρ[μΩ．m]時，則δ(sf0 )=(ρ/Ω．S．f0 ．μ)1/2 。
此外，本實施形態中，如圖2所示，圓筒體1b更具備一對圓環構件12-1、12-2，其由電阻率0.02[μΩ．m]以下之導電材料，沿著軸方向兩端之圓周緣分別形成。
又，為了有效地冷卻，如圖2虛線所示，軸體1a亦可更具備在其軸心沿著軸方向貫通形成之貫通孔13。在該貫通孔13，例如使空氣等氣體或例如水等液體等冷媒流通，藉此可將轉子1乃至於感應式轉矩電動機TM冷卻。另，在此情形下，在外殼3a的底部係形成用以使前述冷媒流通之貫通孔。
一般的鼠籠式感應電動機中，以一定電壓及一定頻率驅動時，轉矩係如圖3中汎用電動機的轉矩TQg之虛線所示，從靜止狀態下隨著速度上昇，啟動時的位準稍微下降後(變小後)上昇(變大)，速度達同步速度的約80%時為峰值(最大轉矩)，其後下降(變小)。而在負載轉矩與電動機轉矩抵消的點，速度成為一定。此外，電流係如圖3中汎用電動機的電流ECg之單鏈線所示，從靜止狀態下至滑差S=0.5左右為止，啟動時的位準約為一定，其後隨著速度上昇，啟動時的位準會逐漸下降(變小)，於無負載狀態(滑差S=0)下亦會流動。
相對於此，感應式轉矩電動機TM中，如圖3中轉矩電動機的電流EC之虛線所示，當隨著從啟動時的電流位準逐漸變小，轉矩係如圖3中轉矩電動機A的轉矩 TQa之雙鏈線所示，與電流位準呈比例關係而直線下降。或者是，轉矩係如圖3中轉矩電動機B的轉矩TQb之實線所示，與電流位準呈規定關係，而以上凸形狀之曲線般曲線性地下降。像這樣，感應式轉矩電動機TM中，係得到與供電的電流位準相應之旋轉轉矩。
而本實施形態之感應式轉矩電動機TM中，轉子1的圓筒體1b，係由電阻率ρ為0.4[μΩ．m]以下，且相對導磁率μ為1000以上至50000以下之軟磁性材料所形成，故能使性能(效率)進一步提升。以下針對該點進一步詳述。
圖4為轉子靜止條件下，驅動頻率為60[Hz]、參數a為1000時之損失比轉矩(F/P)示意圖。圖5為驅動頻率為60[Hz]、參數a為1500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。圖6為驅動頻率為60[Hz]、參數a為2500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。圖7為驅動頻率為1[kHz]、參數a為500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。圖8為驅動頻率為1[kHz]、參數a為2500時之損失比轉矩(F/P)示意圖。圖9為驅動頻率為1[kHz]、參數a為6000時之損失比轉矩(F/P)示意圖。該些圖4至圖9之橫軸為以μΩ．m單位表示之電阻率ρ，該些縱軸為無維量[-]之相對導磁率μ。另，該些圖4至圖9中，揭示了損失比轉矩(F/P)，其是相對於使用了不具備前述凹溝部及前述圓環構件構造之轉子的感應式轉矩電動機TM。圖10為當驅動頻率為1[kHz]時之解析結果示意圖。圖10A揭示相對於旋 轉角度之轉矩解析結果，圖10B揭示相對於旋轉角度之焦耳損。圖10A的橫軸為以度(°)單位表示之旋轉角度，其縱軸為以Nm單位表示之轉矩；圖10B的橫軸為以度(°)單位表示之旋轉角度，其縱軸為以W單位表示之焦耳損。圖11為當驅動頻率為60[Hz]時之解析結果示意圖。圖11A揭示相對於機械角(電氣角×1/2)之轉矩解析結果，圖11B揭示相對於旋轉角度(電氣角×1/2)之轉子焦耳損。圖11A的橫軸為以度(°)單位表示之機械度，其縱軸為以Nm單位表示之轉矩；圖11B的橫軸為以度(°)單位表示之旋轉角度，其縱軸為以W單位表示之轉子焦耳損。
該些圖4至圖9中，各實線係為在此電阻率ρ-相對導磁率μ空間中，能給出相同性能(效率)的點之集合所形成之等性能曲線。該些圖4至圖9中，等性能曲線係由損失比轉矩(T/P)所給定。
上述感應式轉矩電動機TM中，假設在轉子1的圓筒體1b內的渦電流密度及磁通密度分別為ieddy (x)及B(x)時，下述式1及式2係成立。
ieddy (x)=(I0 /δ)．exp(-(x/δ))．．．(1)
B(x)=B0 (x)．exp(-(x/δ))．．．(2)此處，假設圓筒體1b的外周表面為0時，x係為沿著徑方向朝向軸心之座標系，I0 為所供電之外部驅動電流，B0 (x)為外部驅動電流I0 供電時之磁通密度。δ為上述表皮深度(δ(sf0 )=(ρ/π．s．f0 ．μ)1/2 )。
此外，有關渦電流密度ieddy (x)及磁通密度 B(x)，下述式3及式4係成立。另，式3表示以外部驅動電流I0 來標準化。
ʃieddy (x)dx=I0 ．．．(3)
此處，式3的積分範圍為從x=0至x=∞(無限大)之範圍。式4的記號表示若AB時則A與B呈比例關係。此外，μ為轉子1的圓筒體1b的相對導磁率，L[H]為電感，a為轉子1中圓筒體1b的外周面與定子2的內周面之間的距離(直徑方向間隔)G[m]之相關參數。參數a與前述距離G的大小為相反關係，當前述距離G小，則參數a相對成為較大值，當前述距離G大，則參數a相對成為較小值。也就是說，參數a係與前述距離G呈反比例關係(a1/G)。另，參數a除了前述距離G外，還受到定子2的構造和磁特性之影響。參數a即是表現電動機磁電路是否良好的指標。
在轉子1內的微小體積中作用之勞侖茲力fL (x)，係由下述式5所給定，為求出轉矩T，係將其對於轉子1全域積分，得出轉矩T如下述式6。
fL (x)=ieddy (x)×B(x)．．．(5)
T=ʃieddy (x)×B(x)dx=((I0 ．B0 (μ)/δ))．ʃexp(-2．(x/δ)dx=(I0 ．B0 (μ)/2)=(L(μ)．I0 2 /2)．．．(6)此處，式6的各積分範圍為從x=0至x=∞(無限大)之範圍。
轉子1內的渦電流損失P亦如同轉矩T般求 取時，得出渦電流損失P如下述式7。
P=ʃρ．ieddy 2 (x)dx=(ρ/δ)．(I0 2 /2)．．．(7)此處，式7的各積分範圍為從x=0至x=∞(無限大)之範圍。
是故，感應式轉矩電動機的每單位「損失/滑差」所得到之轉矩，藉由該些式6及式7，而得出下述式8。
T/(P/sf0 )=L(μ)．(δ(sf0 )/ρ)．sf0 =(1/(1+a/μ)．(δ(sf0 )/ρ．．．(8)
將此式依各種條件模擬之結果(數值解析結果)，便如圖4至圖9所示。該些圖4至圖6中，驅動頻率係為商用頻率之60Hz，圖4表示參數a為1000時(a=1000)之結果、圖5表示參數a為1500時(a=1500)之結果、而圖6表示參數a為2500時(a=2500)之結果。該些圖7至圖9中，驅動頻率係為商用頻率之1kHz，圖7表示參數a為500時(a=500)之結果、圖8表示參數a為2500時(a=2500)之結果、而圖9表示參數a為6000時(a=6000)之結果。圖4至圖9中的各記號，係為具有下述所示化學成分之軟磁性材料，圖4至圖9中的各點，表示以該種軟磁性材料來形成轉子1時之模擬結果。此外，圖4至圖9中的曲線，係為由式8所得之等性能曲線，每當階數改變1位數時以粗實線表示。
各軟磁性材料之化學成分(質量%)如下表1至表3所示。
另，S20C的模擬結果，係表示使用未經磁退火(Magnetic Annealing)的電阻率及導磁率之情形。此外，SUS430為鐵氧體(ferrite)系。
由圖4至圖9中可知，在電阻率ρ-相對導磁率μ空間中，性能(效率)以偏向左上側，亦即電阻率ρ較小者為佳，相對導磁率以較大者為佳。而從參數a為1000、1500及2500時分別示意各結果之圖4至圖6中可知，尤其是從圖5中可知，電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料，存在於略相同的等性能曲線上。是故，從該模擬結果得知，感應式轉矩電動機用轉子係以電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料來形成較佳。這種電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料，在圖4至圖9所示之模擬結果中，係為ELCH2、ELCH2S、LCA-1、LCA-2、S10C、S15C及S25C。而電阻率在0.3[μΩ．m]以下更佳，電阻率在0.2[μΩ．m]以下甚佳。此外，相對導磁率在2000以上至20000以下更佳，相對導磁率在3000以上至10000以下甚佳。
此外，比較圖7至圖9可知，軟磁性材料的特性不同對性能帶來的影響，係與參數a有關。若參數a相對較小，則轉子1的圓筒體1b的外周面與定子2的內周面之間的距離(直徑方向間隔)G會變大，形成圓筒體1b之軟磁性材料的特性，對性能造成的影響不敏感；另一方 面，若參數a相對較大，則轉子1的圓筒體1b的外周面與定子2的內周面之間的距離(直徑方向間隔)G會變小，形成圓筒體1b之軟磁性材料的特性，對性能造成的影響較敏感。因此，如圖4至圖6所示，參數a至少為1000≦a≦2500範圍內之值較佳。又，從圖9可知，若以ELCH2來形成圓筒體1b則性能最佳，因此用於轉子1的圓筒體1b之軟磁性材料，以稱為ELCH2的純鐵系軟磁性材料更佳。
圖10及圖11分別表示驅動頻率為1kHz時及驅動頻率為60Hz時之各解析結果，分別該當於定子2與轉子1之間的空隙(距離)為0.15mm且a=1500之情形，及為0.1mm且a=2500之情形。從圖10及圖11可知，將最大轉矩除以轉子焦耳損之比(稱為損失比轉矩)，以ELCH2為最大，S10C為第二大，由此可知，電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之磁性體較佳。此外，針對驅動頻率，相較於60Hz之情形，在更高頻之1kHz之情形下，軟磁性材料所帶來的損失比轉矩改善效果較大。
此外，本實施形態之感應式轉矩電動機TM的轉子1中，圓筒體1b係具備複數個凹溝部11，其形成於該圓筒體1b的周面，與該圓筒體1b的軸方向平行。像這樣具備複數個凹溝部11，藉此，本實施形態之感應式轉矩電動機TM的轉子1，能夠限制渦電流流通的區域，其結果、能夠賦予圓筒體1b鼠籠式之性質。因此，在構 成感應式轉矩電動機TM時，這種構造的轉子1，能夠從本來不具備前述複數個凹溝部11之情形下，隨著渦電流減少(速度增加)而轉矩略成比例減少之轉矩特性(參照圖3所示轉矩電動機A之轉矩特性)，變成能夠實現下述轉矩特性：從啟動時起算至該電流(速度)達到規定值為止之範圍內，隨著渦電流減少(速度增加)轉矩會平緩地減少，且在該渦電流(速度)超出前述規定值之範圍，會隨著渦電流減少(速度增加)而相對地急遽減少(參照圖3所示轉矩電動機B之轉矩特性)。也就是說，這種構造的感應式轉矩電動機TM的轉子1，在構成感應式轉矩電動機TM時，即使稍有滑脫，也能使轉矩保持略一定。
此外，本實施形態之感應式轉矩電動機TM的轉子1中，凹溝部11的深度為前述表皮深度δ(sf0 )以上，且其深度/寬度(深寬比)為2以上。
圖12為在深度2mm、寬度0.5mm之深寬比(=深度/寬度)4的情形下且更設置銅端環時之各解析結果示意圖。圖12A揭示使用S10C時相對於旋轉角度之轉矩解析結果，圖12B揭示使用S10C時相對於旋轉角度之焦耳損。圖12C揭示使用ELCH2時相對於旋轉角度之轉矩解析結果，圖12D揭示使用ELCH2時相對於旋轉角度之焦耳損。該些圖12A及C的橫軸為以度(°)單位表示之旋轉角度，該些縱軸為以Nm單位表示之轉矩；圖12B及D的橫軸為以度(°)單位表示之旋轉角度，該些縱軸為以W單位表示之焦耳損。作為圓環構件12之一例，前述銅端環 的尺寸為外半徑14.9mm(與轉子外半徑相同)、內半徑12.0mm、且高度：3.0mm。
從圖12所示結果得知，藉由設置深寬比2以上之凹溝部11，本實施形態之感應式轉矩電動機TM的轉子1，能夠確實地限制渦電流流通之區域。
此外，本實施形態之感應式轉矩電動機TM的轉子1中，圓筒體1b具備一對圓環構件12-1、12-2，其由電阻率0.02[μΩ．m]以下之導電材料，沿著軸方向兩端之圓周緣分別形成。因此，本實施形態之感應式轉矩電動機TM的轉子1，由於更具備較佳導體之圓環構件12，會確實地確保轉子1兩端部的渦電流流通路徑，渦電流會更有效率地流通，其結果，能夠實現更佳的性能。
此外，上述導磁率等磁氣特性，例如可由下述方式求得：使用各成分之線材製作出外徑18mm×內徑10mm之環狀試料，進行磁退火之後(依工程省略的觀點，有時也會刻意不進行)，再纏繞磁場施加用線圈與磁通量檢測用線圈，使用自動磁化測定裝置來測定B-H曲線。
本說明書如上述般揭示了各種態樣之技術，其中的主要技術統整如下。
一態樣之感應式轉矩電動機用轉子，屬於用作感應式轉矩電動機的轉子之感應式轉矩電動機用轉子，具備：軸體；及圓筒體，與前述軸體之軸心為同心而連結至前述軸體，其由電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料所形成。
依照感應式轉矩電動機的模擬解析結果，電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下(從1000至50000為止之範圍內)之軟磁性材料，相較於其他軟磁性材料，係位於等性能曲線上的最佳部位。在此，前述等性能曲線，係為在電阻率-相對導磁率空間中，能給出相同性能的點之集合所形成之等性能曲線。是故，這樣的感應式轉矩電動機用轉子，係具備圓筒體，其由電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料所形成，故相較於具備由前述其他軟磁性材料所形成之圓筒體之感應式轉矩電動機用轉子，在構成感應式轉矩電動機時，能更提升其性能。
此外，另一態樣中，在上述感應式轉矩電動機用轉子中，令前述感應式轉矩電動機之轉矩為T[N．m]、前述轉子之渦電流損失為P[W/kg]、前述感應式轉矩電動機之滑差為s、前述感應式轉矩電動機之驅動頻率為f0 [Hz]、前述軟磁性材料之電阻率為ρ[μΩ．m]、前述軟磁性材料之相對導磁率為μ、且在前述驅動頻率f0 下之前述圓筒體的表皮深度為δ(sf0 )[m]的情形下，每單位「損失P/滑差sf0 」所得之轉矩T以下述式C1表示時，前述式C1中的參數a係為1000≦a≦2500。
此處，記號表示若AB時則A與B呈比例關係。
這樣的感應式轉矩電動機用轉子，前述式C1中參數a為1000≦a≦2500，故在構成感應式轉矩電動機 時，能夠使形成圓筒體之軟磁性材料的特性，更確實地反映在轉矩特性上，能夠更確實地提升其性能。
此外，另一態樣中，該些上述感應式轉矩電動機用轉子中，前述圓筒體更具備複數個凹溝部，其形成於該圓筒體的圓周面，與該圓筒體的軸方向平行。
這樣的感應式轉矩電動機用轉子，藉由具備前述複數個凹溝部，而能夠限制渦電流流通之區域，其結果，能夠賦予圓筒體鼠籠式之性質。因此，在構成感應式轉矩電動機時，這樣的感應式轉矩電動機用轉子，能夠從本來不具備前述複數個凹溝部之情形下，隨著渦電流減少(速度增加)而轉矩略成比例減少之轉矩特性，變成能夠實現以下規定之轉矩特性。前述規定之轉矩特性，係為下述特性：從啟動時起算至渦電流(速度)達到規定值為止之範圍內，隨著渦電流減少(速度增加)轉矩會平緩地減少；而在該渦電流(速度)超出前述規定值之範圍，會隨著渦電流減少(速度增加)而相對地急遽減少。也就是說，這種感應式轉矩電動機用轉子，在構成感應式轉矩電動機時，即使稍有滑脫，也能使轉矩保持略一定。
此外，另一態樣中，上述感應式轉矩電動機用轉子1中，前述凹溝部的深度為前述表皮深度δ(sf0 )以上，且其深度/寬度(深寬比)為2以上。
這樣的感應式轉矩電動機用轉子，係具備該種形狀之前述凹溝部，故能夠更確實地限制渦電流流通之區域。
此外，另一態樣中，該些上述感應式轉矩電動機用轉子中，更具備一對圓環構件，其由電阻率0.02[μΩ．m]以下之導電材料，沿著前述圓筒體的軸方向兩端之圓周緣分別形成。
這樣的感應式轉矩電動機用轉子中，由於更具備較佳導體之前述圓環構件，會更確實地確保兩端部之渦電流流通路徑，渦電流會更有效率地流通。其結果，這樣的感應式轉矩電動機用轉子能夠實現更佳的性能。
此外，另一態樣之感應式轉矩電動機，屬於具備定子與轉子之感應式轉矩電動機，其前述轉子為該些上述任一者之感應式轉矩電動機用轉子。
這樣的感應式轉矩電動機，係具備轉子，該轉子係具有圓筒體，其由電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料所形成，故相較於具有由前述其他軟磁性材料所形成之圓筒體之轉子，能更提升其性能。
本申請案以2012年3月2日申請之日本國發明專利申請案特願2012-46018為基礎，其內容包含於本案中。
為了表現本發明，已如上述般參照圖面並透過實施形態適當且充分說明了本發明，但應當體認所屬領域者能夠容易地變更及/或改良上述實施形態。是故，所屬領域者所實施之變更形態或改良形態，在不脫離申請專利範圍記載之請求項權利範圍之程度內，該變更形態或該 改良形態，仍解釋做包括於該請求項之權利範圍內。
[產業上利用之可能性]
按照本發明，能夠提供一種感應式轉矩電動機用轉子及使用其之感應式轉矩電動機。
TM‧‧‧感應式轉矩電動機
1‧‧‧轉子
1a‧‧‧軸體
1b‧‧‧圓筒體
2‧‧‧定子
3‧‧‧收納容器
3a‧‧‧外殼
3b‧‧‧托架
4‧‧‧軸承
5‧‧‧軸承

Claims (5)

  1. 一種感應式轉矩電動機用轉子，屬於用於感應式轉矩電動機之轉子，其特徵為，具備：軸體；及圓筒體，與前述軸體之軸心為同心而連結至前述軸體，其由電阻率在0.4[μΩ．m]以下且相對導磁率在1000以上至50000以下之軟磁性材料所形成，令前述感應式轉矩電動機之轉矩為T[N．m]、前述轉子之渦電流損失為P[W/kg]、前述感應式轉矩電動機之滑差為s、前述感應式轉矩電動機之驅動頻率為f0 [Hz]、前述軟磁性材料之電阻率為ρ[μΩ．m]、前述軟磁性材料之相對導磁率為μ、且在前述驅動頻率f0 下之前述圓筒體的表皮深度為δ(sf0 )[m]的情形下，每單位「損失P/滑差sf0 」所得之轉矩T以下述式C1表示時，前述式C1中的參數a係為1000≦a≦2500； 此處，記號表示若AB時則A與B呈比例關係。
  2. 如申請專利範圍第1項之感應式轉矩電動機用轉子，其中，前述圓筒體更具備複數個凹溝部，其形成於該圓筒體的圓周面，與該圓筒體的軸方向平行。
  3. 如申請專利範圍第2項之感應式轉矩電動機用轉 子，其中，前述凹溝部的深度為前述表皮深度δ(sf0 )以上，且深度/寬度(深寬比)為2以上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之感應式轉矩電動機用轉子，其中，更具備一對圓環構件，其由電阻率在0.02[μΩ．m]以下之導電材料，沿著前述圓筒體的軸方向的兩端之圓周緣分別形成。
  5. 一種感應式轉矩電動機，屬於具備定子與轉子之感應式轉矩電動機，其特徵為：前述轉子為申請專利範圍第1或2項之感應式轉矩電動機用轉子。
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