TWI729628B - 積層鐵芯及旋轉電機 - Google Patents

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Abstract

一種積層鐵芯，具備：複數個電磁鋼板，互相積層；及接著部，設置於在積層方向上相鄰之前述電磁鋼板彼此之間，且分別將前述電磁鋼板彼此接著，前述電磁鋼板具有：環狀的芯背部；及複數個齒部，從前述芯背部朝前述芯背部之徑方向延伸，並且在前述芯背部之圓周方向上空出間隔而配置，又，在前述電磁鋼板之前述芯背部形成有設置有前述接著部的接著區域，前述接著區域在沿著磁通的方向上延伸，且前述磁通通過電磁鋼板之接觸於該接著區域的區域。

Description

積層鐵芯及旋轉電機
本發明是有關於一種積層鐵芯及旋轉電機。 本發明是依據已於2018年12月17日於日本提出專利申請之特願2018-235858號主張優先權，並在此引用其內容。
自以往就已知有如下述專利文獻1所記載的積層鐵芯。在此積層鐵芯中，在積層方向上相鄰的電磁鋼板是藉由接著層而接著。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2011-023523號公報
發明欲解決之課題
在前述以往的積層鐵芯中，針對使磁特性提升仍有改善的餘地。
本發明是有鑒於前述之事情而作成的發明，目的在於提升積層鐵芯的磁特性。 用以解決課題之手段
(1)本發明之一態樣是一種積層鐵芯，具備：複數個電磁鋼板，互相積層；及接著部，設置於在積層方向上相鄰之前述電磁鋼板彼此組之間，且分別將前述電磁鋼板彼此組接著，前述電磁鋼板具有：環狀的芯背部；及複數個齒部，從前述芯背部朝前述芯背部的徑方向延伸，並且在前述芯背部之圓周方向上空出間隔而配置，又，在前述電磁鋼板之前述芯背部形成有設置有前述接著部的接著區域，前述接著區域在沿著磁通的方向上延伸，且前述磁通通過前述電磁鋼板之接觸於該接著區域的區域。
根據上述構成，接著部是沿著一方向而延伸。藉由將接著部設為沿著一方向延伸的形狀，和在同一範圍斷續地設置點狀的接著部的情況相比較，可以增大接著部的接著面積而提高接著強度。 一般而言，接著劑是在硬化時收縮。因此，在電磁鋼板之接觸於接著部的區域即接著區域中，會產生起因於接著劑之硬化收縮的應變，而在該區域中使電磁鋼板的鐵損上升。在此，將和接著區域接觸且因應變而使鐵損上升的區域稱為劣化區域。根據上述構成，使接著區域所延伸之方向與沿著通過劣化區域之磁通的方向一致。藉此，可以使磁通的路徑截面積中的劣化區域所佔的比例減低，而可以抑制通過劣化區域之磁通線的數量。又，藉由減低磁通之路徑截面積中的劣化區域所佔的比例，磁通變得易於繞過磁阻較高的劣化區域。結果，可以抑制劣化區域阻礙形成磁路之磁通的流動，而可以提高作為定子鐵芯之積層鐵芯的磁特性。
(2)在前述(1)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：前述芯背部具有沿著圓周方向交互地排列的第1部位及第2部位，前述第1部位是在前述齒部之徑方向外側相對於前述齒部於徑方向相連，前述第2部位是在圓周方向中位於前述第1部位彼此之間，前述接著區域是在前述第1部位及前述第2部位之至少其中一個部位中在圓周方向上離散地形成。
根據上述構成，可將接著區域在芯背部中在圓周方向上離散地配置。藉此，可以很均衡地將電磁鋼板彼此固定。再加上，因為形成於電磁鋼板的劣化區域為離散地配置，所以劣化區域較難以阻礙磁通的流動。
(3)在前述(2)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：在上述之積層鐵芯中，前述接著區域是形成於前述第1部位，且在前述接著區域之圓周方向兩側未形成有前述接著區域。
根據上述構成，可在劣化區域之圓周方向兩側設置不產生鐵損之上升的區域(非劣化區域)。因此，形成磁路之磁通可以繞到非劣化區域並通過，而可以提高作為定子鐵芯之積層鐵芯的磁特性。
(4)在前述(3)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：在上述積層鐵芯中，前述接著區域是沿著前述齒部之中心線而在徑方向上延伸。
從齒部朝芯背部流動的磁通是在芯背部之第1部位中沿著徑方向而延伸，且在第1部位之徑方向的中途朝圓周方向兩側分歧。根據上述構成，因為接著區域是沿著齒部之中心線且沿著徑方向而延伸，所以接著區域所延伸的方向是與在第1部位中磁通所延伸的方向一致。因此，可以抑制劣化區域阻礙磁通之流動的情形，而可以提高定子鐵芯之磁特性。
(5)在前述(3)或前述(4)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：前述齒部是從前述芯背部朝徑方向之內側延伸，且前述接著區域是從前述芯背部之徑方向外端朝徑方向內側延伸。
磁通流動之路徑易於取磁阻較低之最短距離。根據上述構成，因為接著區域從芯背部之徑方向外端延伸，所以難以阻礙通過最短距離之磁通的流動。
(6)在前述(2)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：前述接著區域是設置於前述第2部位，且在前述接著區域之徑方向兩側未形成有前述接著區域。
根據上述構成，可在劣化區域之徑方向兩側設置非劣化區域。因此，形成磁路之磁通可以繞到非劣化區域並通過，而可以提高作為定子鐵芯之積層鐵芯的磁特性。
(7)在前述(6)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：前述接著區域是沿著圓周方向延伸。
流動於芯背部之磁通是在第2部位中沿著圓周方向流動。根據上述構成，因為接著區域是沿著圓周方向延伸，所以劣化區域難以阻礙磁通的流動。
(8)在前述(6)或前述(7)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：前述齒部是從前述芯背部朝徑方向內側延伸，且前述接著區域是偏向前述芯背部之徑方向外側而配置。
根據上述構成，因為接著區域是偏向芯背部之徑方向外側而設置，所以難以阻礙通過最短距離之磁通的流動。
(9)在前述(2)之積層鐵芯中，亦可設為以下構成：前述接著區域是橫跨於1個前述第1部位與1個前述第2部位而設置。
根據上述構成，接著區域為相對於齒部之中心線而非對稱地形成。因此，成為以下情形：磁通密度相對於齒部在圓周方向其中一側及另一側互相不同，像這樣的積層鐵芯可以在使用於僅朝其中一個方向旋轉之旋轉電機時，提高旋轉電機的能量效率。
(10)在前述(1)~前述(9)中任一項所記載之積層鐵芯中，亦可為：前述接著部的平均厚度為1.0μm~3.0μm。
(11)在前述(1)~前述(10)中任一項所記載之積層鐵芯中，亦可為：前述接著部的平均拉伸彈性模數E為1500MPa~4500MPa。
(12)在前記(1)~前述(11)中任一項所記載之積層鐵芯中， 亦可為：前述接著部是由含彈性體之丙烯酸系接著劑所構成之包含SGA的常溫接著型丙烯酸系接著劑。
(13)本發明之一態樣的旋轉電機是具備前述(1)~前述(12)中任一項所記載之積層鐵芯的旋轉電機。
根據上述構成之旋轉電機，因為具有磁特性優異的積層鐵芯，所以可以提高旋轉電機的能量效率。 發明效果
根據本發明，可以提升積層鐵芯的磁特性。
用以實施發明之形態
以下，參照圖式，說明本發明之一實施形態的旋轉電機。再者，在本實施形態中，是列舉電動機來作為旋轉電機，具體而言是列舉交流電動機，更具體而言是列舉同步電動機、再更具體而言是列舉永磁磁場型電動機為一例來進行說明。這種電動機可在例如電動汽車等中合宜地採用。
如圖1及圖2所示，旋轉電機10具備定子20、轉子30、罩殼50、及旋轉軸60。定子20及轉子30是容置於罩殼50內。定子20是固定於罩殼50。
在本實施形態之旋轉電機10中，可例如對定子20的各相施加有效值10A、頻率100Hz之勵磁電流，且伴隨於此，轉子30及旋轉軸60以旋轉數1000rpm旋轉。
在本實施形態中，作為旋轉電機10而採用的是轉子30位於定子20內側的內轉子型。然而，作為旋轉電機10，亦可採用轉子30位於定子20之外側的外轉子型。又，在本實施形態中，旋轉電機10為12極18槽的三相交流馬達。然而，例如極數或槽數、相數等是可以適當變更的。
定子20具備定子鐵芯(積層鐵芯)21及未圖示之繞組。 定子鐵芯21具備環狀的芯背部22與複數個齒部23。以下，將定子鐵芯21(芯背部22)之軸方向(定子鐵芯21之中心軸線O方向)稱為軸方向，並將定子鐵芯21(芯背部22)之徑方向(正交於定子鐵芯21之中心軸線O的方向)稱為徑方向，且將定子鐵芯21(芯背部22)之圓周方向(於定子鐵芯21之中心軸線O周圍環繞的方向)稱為圓周方向。
在從軸方向來觀看定子20的平面視角下，芯背部22是形成為圓環狀。 複數個齒部23是從芯背部22朝徑方向的內側(沿著徑方向並朝向芯背部22的中心軸線O)延伸。複數個齒部23是在圓周方向上空出同等的間隔而配置。在本實施形態中，以每間隔以中心軸線O為中心之中心角20度的方式設置有18個齒部23。複數個齒部23是互相形成為同等的形狀且同等的大小。 前述繞組是捲繞於齒部23。前述繞組可為集中捲繞，亦可為分布捲繞。
轉子30是相對於定子20(定子鐵芯21)而配置於徑方向的內側。轉子30具備轉子鐵芯31與複數個永久磁鐵32。 轉子鐵芯31是形成為與定子20同軸地配置的環狀(圓環狀)。在轉子鐵芯31內配置有前述旋轉軸60。旋轉軸60是固定於轉子鐵芯31。 複數個永久磁鐵32是固定於轉子鐵芯31。在本實施形態中，2個1組的永久磁鐵32形成有1個磁極。複數組的永久磁鐵32是在圓周方向空出同等之間隔而配置。本實施形態中，以每間隔以中心軸線O為中心之中心角30度的方式設置有12組(整體為24個)永久磁鐵32。
在本實施形態中，是採用磁鐵埋入型馬達來作為永磁磁場型電動機。於轉子鐵芯31形成有在軸方向上貫通轉子鐵芯31的複數個貫通孔33。複數個貫通孔33是對應於複數個永久磁鐵32而設置。各永久磁鐵32是在已配置於所對應之貫通孔33內的狀態下固定於轉子鐵芯31。各永久磁鐵32之對轉子鐵芯31的固定，可以藉由例如將永久磁鐵32的外表面與貫通孔33的內表面以接著劑接著等來實現。再者，作為永磁磁場型電動機，亦可取代磁鐵埋入型而採用表面磁鐵型馬達。
＜積層鐵芯＞ 如圖3所示，定子鐵芯21是積層鐵芯。定子鐵芯21是藉由積層複數個電磁鋼板40而形成。亦即，定子鐵芯21具備在厚度方向上積層的複數個電磁鋼板40。
再者，定子鐵芯21之積層厚度是設為例如50.0mm。定子鐵芯21之外徑是設為例如250.0mm。定子鐵芯21之內徑是設為例如165.0mm。但是，這些值為一例，定子鐵芯21之積層厚度、外徑或內徑並不受限於這些值。在此，定子鐵芯21之內徑是以定子鐵芯21中的齒部23的前端部為基準。定子鐵芯21的內徑是在所有齒部23的前端部內接的假想圓之直徑。
形成定子鐵芯21及轉子鐵芯31之各電磁鋼板40是藉由例如將成為母材的電磁鋼板沖裁加工等而形成。電磁鋼板40可以使用周知的電磁鋼板。電磁鋼板40的化學組成並無特別限定。在本實施形態中是採用無方向性電磁鋼板來作為電磁鋼板40。無方向性電磁鋼板可採用例如JIS C 2552：2014的無方向性電鋼帶。 然而，亦可取代無方向性電磁鋼板而採用方向性電磁鋼板來作為電磁鋼板40。方向性電磁鋼板可以採用JIS C 2553：2012之方向性電鋼帶。
為了改善電磁鋼板的加工性或積層鐵芯的鐵損，在電磁鋼板40的兩面設置有絕緣被膜。構成絕緣被膜的物質可以適用例如：(1)無機化合物、(2)有機樹脂、(3)無機化合物與有機樹脂之混合物等。無機化合物可列舉例如：(1)重鉻酸鹽與硼酸之複合物、(2)磷酸鹽與二氧化矽之複合物等。有機樹脂可列舉：環氧系樹脂、丙烯酸系樹脂、丙烯酸苯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂、聚矽氧系樹脂及氟系樹脂等。
為了確保在互相積層的電磁鋼板40之間的絕緣性能，絕緣被膜的厚度(在電磁鋼板40每個單面的厚度)宜設為0.1μm以上。 另一方面，絕緣效果隨著絕緣被膜變厚而飽和。又，隨著絕緣被膜變厚而使定子鐵芯21中的絕緣被膜所佔比例增加，且定子鐵芯21之磁特性降低。從而，絕緣被膜在可以確保絕緣性能的範圍內以較薄為佳。絕緣被膜的厚度(在電磁鋼板40每個單面的厚度)，宜為0.1μm以上且5μm以下，較佳為0.1μm以上且2μm以下。
隨著電磁鋼板40變薄而讓鐵損的改善效果逐漸飽和。又，隨著電磁鋼板40變薄，電磁鋼板40的製造成本會增加。因此，若考慮到鐵損的改善效果及製造成本，電磁鋼板40的厚度宜設為0.10mm以上。 另一方面，若電磁鋼板40過厚，電磁鋼板40之壓製沖裁作業即變得較困難。因此，若考慮電磁鋼板40的壓製沖裁作業，電磁鋼板40的厚度宜設為0.65mm以下。 又，若電磁鋼板40變厚，鐵損即增大。因此，若考慮到電磁鋼板40的鐵損特性，宜將電磁鋼板40的厚度設為0.35mm以下，且較佳為0.20mm或是0.25mm。 考慮上述之點，各電磁鋼板40的厚度可為例如0.10mm以上且0.65mm以下，較佳為0.10mm以上且0.35mm以下，更佳為0.20mm或0.25mm。再者，於電磁鋼板40的厚度中也包含絕緣被膜的厚度。
形成定子鐵芯21的複數個電磁鋼板40是藉由接著部41而接著。接著部41是設置於在積層方向上相鄰的電磁鋼板40彼此之間，且為未被斷開地經硬化的接著劑。關於接著劑，可使用例如聚合結合之熱硬化型的接著劑等。作為接著劑的組成物，可適用：(1)丙烯酸系樹脂、(2)環氧系樹脂、(3)包含有丙烯酸系樹脂及環氧系樹脂的組成物等。作為如上述之接著劑，除了熱硬化型之接著劑以外，亦可使用自由基聚合型之接著劑等，從生產性的觀點來看，所期望的是使用常溫硬化型之接著劑。常溫硬化型之接著劑是在20℃~30℃硬化。作為常溫硬化型的接著劑，宜為丙烯酸系接著劑。代表性的丙烯酸系接著劑，有SGA(第二代丙烯酸系接著劑，Second Generation Acrylic Adhesive)等。在不失去本發明之效果的範圍內，亦可使用厭氧性接著劑、瞬間接著劑、含彈性體之丙烯酸系接著劑之任一種。又，在此所謂的接著劑是指硬化前的狀態，接著劑硬化後是成為接著部41。
接著部41之常溫(20℃~30℃)下的平均拉伸彈性模數E是設為1500MPa~4500MPa的範圍內。若接著部41之平均拉伸彈性模數E小於1500MPa，即產生以下的不良狀況：積層鐵芯之剛性降低。因此，接著部41的平均拉伸彈性模數E的下限值宜設為1500MPa，且較佳為1800MPa。相反地，若接著部41的平均拉伸彈性模數E超過4500MPa，即產生以下的不良狀況：形成在電磁鋼板40之表面的絕緣被膜剝落。因此，接著部41的平均拉伸彈性模數E的上限值宜設為4500MPa，且較佳為3650MPa。 再者，平均拉伸彈性模數E是藉由共振法而測定。具體而言，是根據JIS R 1602：1995來測定拉伸彈性模數。 更具體而言，首先，製作測定用的試樣(未圖示)。此試樣是藉由於2片電磁鋼板40之間以測定對象之接著劑來進行接著並使其硬化來形成接著部41而獲得。此硬化在接著劑為熱硬化型的情況下，是藉由以實際作業上的加熱加壓條件來加熱加壓而進行。另一方面，在接著劑為常溫硬化型的情況下，是藉由在常溫下加壓而進行。 並且，以共振法測定關於此試樣的拉伸彈性模數。如上述，藉由共振法所進行之拉伸彈性模數的測定方法是根據JIS R 1602：1995而進行。然後，藉由計算將電磁鋼板40本身的影響份量從試樣的拉伸彈性模數(測定值)中除去，藉此可求出接著部41單體的拉伸彈性模數。 由於如此進行而從試樣所求得的拉伸彈性模數會變得與作為積層鐵芯整體之平均值相等，因此將此數值視為平均拉伸彈性模數E。平均拉伸彈性模數E是將組成設定為：在沿著其積層方向的積層位置或繞著積層鐵芯之中心軸線的圓周方向位置上幾乎不變。因此，平均拉伸彈性模數E也可以用測定了位於積層鐵芯的上端位置之硬化後的接著部41的數值來作為該值。
馬達是在驅動時發熱。因此，若接著部41的融點較低，接著部41會因馬達的發熱而熔融並導致接著區域42的形狀改變，因而無法獲得所期望的效果。一般而言，可在捲繞於定子鐵芯21之繞組的表面設置絕緣性之被覆(漆料(enamel))。此被覆的耐熱溫度是例如180℃左右。因此，一般的馬達是以成為180℃以下的方式來驅動。亦即，馬達可升溫至180℃左右。在本實施形態中，接著部41的融點宜為180℃以上。進一步考慮已將具有局部成為高溫的部位之情形納入的安全率，更佳的是接著部41的融點為200℃以上。
作為接著方法，可以採用例如以下之方法：在電磁鋼板40塗佈接著劑後，藉由加熱及壓接之任一種或兩種方式來進行接著。再者，加熱手段是例如在高溫槽或電氣爐內之加熱、或直接通電的方法等，不論何種手段皆可。
為了獲得穩定且充分的接著強度，接著部41的厚度宜設為1μm以上。 另一方面，若接著部41的厚度大於100μm，接著力即飽和。又，隨著接著部41變厚而使占積率降低，且積層鐵芯的鐵損等之磁特性降低。從而，接著部41的厚度宜設為1μm以上且100μm以下，且較佳是設為1μm以上且10μm以下。 再者，在上述中接著部41的厚度意指接著部41的平均厚度。
接著部41的平均厚度宜設為1.0μm以上且3.0μm以下。若接著部41的平均厚度小於1.0μm，即無法如前述地確保充分的接著力。因此，接著部41的平均厚度的下限值是設為1.0μm，較佳是設為1.2μm。相反地，若接著部41的平均厚度大於3.0μm而變得較厚，會產生以下不良狀況：由熱硬化時的收縮所造成的電磁鋼板40的應變量大幅增加等。因此，接著部41的平均厚度的上限值是設為3.0μm，較佳是設為2.6μm。 接著部41的平均厚度是作為積層鐵芯整體的平均值。接著部41的平均厚度在沿著其積層方向的積層位置或積層鐵芯之中心軸線周圍的圓周方向位置上幾乎不變。因此，接著部41的平均厚度，可以用在積層鐵芯之上端位置中，在圓周方向10處以上所測定到之數值的平均值來作為該值。
再者，接著部41的平均厚度可以例如改變接著劑的塗佈量而調整。又，接著部41的平均拉伸彈性模數E在例如熱硬化型之接著劑的情況下，可以藉由變更在接著時所施加的加熱加壓條件及硬化劑種類之其中一者或兩者之作法等來調整。
接著，依據圖4來說明電磁鋼板40與接著部41及接著區域42之關係。 如圖4所示，在積層方向上相鄰的電磁鋼板40彼此並未互相整面接著。這些電磁鋼板40彼此為互相局部地接著。接著部41是設置於電磁鋼板之複數個芯背部22。芯背部22是藉由接著部41而接著。也就是說，複數個電磁鋼板40是藉由接著部41而互相接著。
在電磁鋼板40中於面向積層方向的面(以下稱為電磁鋼板40的第1面)形成有接著區域42、與毛胚區域43(非接著區域)。接著區域42是指在電磁鋼板40的第1面當中，設置有接著部41的區域。更具體的說，接著區域42是指在電磁鋼板40的第1面當中，設置有已硬化之接著劑的區域。毛胚區域43是指在電磁鋼板的第1面當中，未設置有接著部41的區域。
在此，將電磁鋼板40之芯背部22區劃成第1部位22a與第2部位22b。第1部位22a與第2部位22b是沿著圓周方向交互地排列。也就是說，芯背部22具有沿著圓周方向交互地排列的第1部位22a與第2部位22b。第1部位22a與第2部位22b的交界線朝徑方向直線狀地延伸。第1部位22a是在齒部23之徑方向外側與齒部23相連。第2部位22b是在圓周方向上位於第1部位22a彼此之間。
接著區域42是設置於芯背部22的第2部位22b。又，接著區域42並未設置於芯背部22之第1部位22a。接著區域42是在1個第2部位22b設置1個。接著區域42是位於第2部位22b之圓周方向中央。又，接著區域42是在第2部位22b中偏向徑方向外側而配置。
接著區域42是將在平面視角下與徑方向正交的方向設為長邊方向之大致矩形狀。也就是說，接著區域42是沿著圓周方向而延伸。根據本實施形態，藉由將接著區域42設為沿著一方向延伸的形狀，和在同一範圍斷續地設置點狀的接著區域的情況相比較，可以增大接著部41的接著面積而提高接著強度。
可以藉由增大接著部41的寬度尺寸d1，而在製造步驟中容易地形成接著部。又，藉由將接著部41的寬度尺寸d1設得較小，不會有因接著劑之壓縮應力而在電磁鋼板40局部地產生較大的應變之情形，因而可以抑制作為電磁鋼板40整體之鐵損的劣化。 再者，接著區域42之寬度尺寸是指接著區域42之短邊方向的尺寸，且在本實施形態中為接著區域42在徑方向中的尺寸。在本實施形態中，因為接著區域42是指在電磁鋼板40的第1面中設置有接著部41的區域，所以接著區域42的寬度尺寸與接著部41的寬度尺寸相同。
較佳的是，接著區域42之長邊尺寸d2對寬度尺寸d1的比率(d2/d1，長寬比)為3.5以上。可以藉由將接著區域42之長寬比設為3.5以上，而既抑制電磁鋼板40之應變並且確保電磁鋼板40彼此的接著強度。
在本實施形態中，接著劑於硬化時收縮。因此，在電磁鋼板40之接觸於接著部41的區域會產生起因於接著劑之硬化收縮的應變，而使該區域中電磁鋼板40的鐵損上升。在此，將和接著部41接觸且因應變而使鐵損上升的區域稱為劣化區域29。劣化區域29是從積層方向觀看與接著區域42重疊的區域。劣化區域29與其他區域(非劣化區域)相比較，磁阻較高。 再者，在本說明書中，有時將鐵損之值上升之情形稱為「鐵損的劣化」。
可藉由在定子20的繞組(圖示省略)流動有電流，而在電磁鋼板40形成磁通B。磁通B形成通過齒部23及芯背部22的磁路。磁通B是在芯背部22之第2部位22b中沿著圓周方向而延伸。
根據本實施形態，接著區域42位於第2部位22b，且沿著圓周方向而延伸。也就是說，接著區域42所延伸之方向與在第2部位22b中磁通B所延伸的方向一致。換言之，接著區域42在沿著磁通B的方向上延伸，且磁通B通過電磁鋼板40之接觸於該接著區域42的劣化區域29。因此，可以使磁通B之路徑截面積中的劣化區域29所佔的比例減低，而可以抑制通過劣化區域29之磁通線的數量。又，藉由減低磁通之路徑截面積中的劣化區域29所佔的比例，磁通B變得易於繞過磁阻較高的劣化區域29。結果，可以抑制劣化區域29阻礙形成磁路之磁通B的流動，且和藉由歛合件來將電磁鋼板彼此互相固定住的情況相比較，提高定子鐵芯21的磁特性。
如圖4所示，在接著區域42之徑方向外側及接著區域42之徑方向內側，分別設置有未設置接著區域42之毛胚區域43。也就是說，在接著區域42之圓周方向兩側並未形成有接著區域42。和毛胚區域43重疊的電磁鋼板40的區域未被賦與伴隨於接著劑之硬化收縮的應力。從而，此區域和劣化區域29相比較，鐵損未上升。在本說明書中，是將未產生鐵損之上升的電磁鋼板40的區域稱為非劣化區域。根據上述之構成，因為在劣化區域29之徑方向兩側設置非劣化區域，所以形成磁路之磁通B可以繞到非劣化區域並通過，而可以提高定子鐵芯21的磁特性。
磁通B有以下傾向：於磁阻較低之最短距離流動。從而，在芯背部22中，磁通密度隨著從徑方向內側朝向徑方向外側而變低。在本實施形態中，接著區域42是偏向芯背部22之徑方向外側而配置。因此，可以將電磁鋼板40之劣化區域29形成於磁通密度較低的區域，而可以抑制因設置有接著部41所造成之定子鐵芯21的磁特性的降低。
根據本實施形態，接著區域42是設置於第2部位22b，在第1部位22a並未設置。因此，接著區域42在芯背部22中，是在圓周方向上離散地配置。藉此，可以很均衡地將電磁鋼板40彼此固定。再加上，因為形成於電磁鋼板40的劣化區域29為離散地配置，所以劣化區域29較難以阻礙磁通B的流動。再者，這樣的效果是即使在將接著區域42設置於第1部位22a而未設置於第2部位22b的情況下也可以得到的效果。也就是說，只要在第1部位22a及第2部位22b的至少其中一個部位中在圓周方向上離散地設置接著區域42，即可以得到上述之效果。
在本實施形態中，轉子鐵芯31是與定子鐵芯21同樣為積層鐵芯。也就是說，轉子鐵芯31具備在厚度方向上積層的複數個電磁鋼板。在本實施形態中，轉子鐵芯31之積層厚度與定子鐵芯21相等，可設為例如50.0mm。轉子鐵芯31之外徑是設為例如163.0mm。轉子鐵芯31之內徑是設為例如30.0mm。但是，這些值為一例，轉子鐵芯31之積層厚度、外徑或內徑並不受限這些值。
在本實施形態中，形成轉子鐵芯31的複數個電磁鋼板是藉由歛合件C(定位銷，參照圖1)而互相固定。然而，形成轉子鐵芯31的複數個電磁鋼板40亦可藉由和定子鐵芯21同樣的接著部而互相接著。
(變形例1) 接著，依據圖5來說明可在上述之實施形態中採用的變形例1之接著部141及接著區域142。再者，對於與上述之實施形態為相同態樣的構成要素，是附加相同符號並省略其說明。
與上述之實施形態同樣，在芯背部22形成有設置有接著部141之接著區域142。本變形例之接著區域142設置於芯背部22之第1部位22a。又，接著區域142在芯背部22之第2部位22b並未設置。接著區域142是在1個第1部位22a設置1個。接著區域142是位於第1部位22a之圓周方向中央。
接著區域142在平面視角下，是將徑方向設為長邊方向之大致矩形狀。接著區域142之長寬比(d2/d1)與上述之實施形態同樣，宜為3.5以上。
接著區域142是沿著齒部23之中心線CL而沿著徑方向延伸。中心線CL是朝徑方向通過齒部23中的圓周方向的中心的假想線。接著區域142之徑方向外側的端部位於芯背部22的徑方向外端。也就是說，接著區域142是從芯背部22的徑方向外端朝徑方向內側延伸。又，接著區域142之徑方向內側的端部比芯背部22之徑方向內端更位於徑方向外側。
可藉由在定子20的繞組(圖示省略)流動有電流，而在電磁鋼板40形成磁通B。磁通B形成通過齒部23及芯背部22的磁路。磁通B是在芯背部22之第1部位22a中沿著徑方向延伸，並在第1部位22a之徑方向之中途朝圓周方向兩側分歧。磁通B是相對於齒部23之中心線CL朝對稱方向分歧。
根據本變形例，接著區域142位於第1部位22a，且是沿著齒部23之中心線CL而朝徑方向延伸。也就是說，接著區域142所延伸的方向與在第1部位22a中磁通B的至少一部分所延伸的方向一致。換言之，接著區域142在沿著磁通的至少一部分的方向上延伸，且前述磁通通過電磁鋼板40之接觸於該接著區域142的劣化區域129。因此，可以減低磁通B之路徑截面積中的劣化區域129所佔的比例，而可以抑制通過劣化區域129之磁通線的數量。又，藉由減低磁通B之路徑截面積中的劣化區域129所佔的比例，磁通B變得易於繞過磁阻較高的劣化區域129。又，在本變形例中接著區域142因為沿著齒部23的中心線CL而延伸，所以相對於中心線CL朝對稱方向分歧之磁通B易於繞過劣化區域129。結果，可以抑制劣化區域129阻礙形成磁路之磁通B的流動，且和藉由歛合件來將電磁鋼板彼此互相固定的情況相比較，可以提高定子鐵芯21的磁特性。
如圖5所示，在接著區域142之圓周方向兩側，分別設置有未設置接著區域142之毛胚區域143。於和毛胚區域143重疊的電磁鋼板40的區域中可形成非劣化區域，前述非劣化區域是未被賦與伴隨於接著劑之硬化收縮的應力的區域。根據上述之構成，因為在劣化區域129之圓周方向兩側設置非劣化區域，所以形成磁路之磁通B可以繞到非劣化區域並通過，而可以提高定子鐵芯21的磁特性。
因為磁通B具有在磁阻較低之最短距離流動的傾向，所以在芯背部22中，磁通密度是隨著從徑方向內側朝向徑方向外側而變低。在本變形例中，接著區域142是從芯背部22之徑方向外端延伸。從而，可以將電磁鋼板40之劣化區域129形成於磁通密度較低的區域，而可以抑制因設置有接著區域142所造成之定子鐵芯21的磁特性的降低。
(變形例2) 接著，依據圖6來說明可在上述之實施形態中採用的變形例2之接著部241及接著區域242。再者，對於與上述之實施形態為相同態樣的構成要素，是附加相同符號並省略其說明。
與上述之實施形態同樣，在芯背部22形成有設置有接著部241之接著區域242。本變形例之接著區域242設置於芯背部22之第1部位22a。又，接著區域242在芯背部22之第2部位22b並未設置。接著區域242是在1個第1部位22a設置1個。接著區域242是位於第1部位22a之圓周方向中央。又，接著區域242是在第1部位22a中偏向徑方向內側而配置。
接著區域242是將在平面視角下與徑方向正交的方向設為長邊方向之大致矩形狀。又，接著區域242之長寬比(d2/d1)與上述之實施形態同樣，宜為3.5以上。
可藉由在定子20的繞組(圖示省略)流動有電流，而在電磁鋼板40形成磁通B。磁通B形成通過齒部23及芯背部22的磁路。磁通B是在芯背部22之第1部位22a中沿著徑方向延伸，並在第1部位22a之徑方向之中途朝圓周方向兩側分歧。
根據本變形例，接著區域242位於第1部位22a，且沿著圓周方向而延伸。也就是說，接著區域242所延伸的方向與在第1部位22a中分歧而朝圓周方向延伸的磁通B的方向部分地一致。換言之，接著區域242的至少一部分在沿著磁通B的方向上延伸，且磁通B通過電磁鋼板40之接觸於該接著區域242的劣化區域229。因此，不僅可以減低磁通B之路徑截面積中的劣化區域229所佔的比例，磁通B也變得易於繞過磁阻較高的劣化區域229。結果，可以抑制劣化區域229阻礙形成磁路之磁通B的流動，且和藉由歛合件來將電磁鋼板彼此互相固定的情況相比較，可以提高定子鐵芯21的磁特性。
如圖6所示，在接著區域242之圓周方向兩側，分別設置有未設置接著區域242之毛胚區域243。於和毛胚區域243重疊的電磁鋼板40的區域中未形成非劣化區域，前述非劣化區域是未被賦與伴隨接著劑之硬化收縮的應力的區域。根據上述構成，因為在劣化區域229之圓周方向兩側設置非劣化區域，所以可以供形成磁路之磁通B於非劣化區域通過，而可以提高定子鐵芯21的磁特性。
(變形例3) 接著，依據圖7來說明可在上述之實施形態中採用的變形例3之接著部341及接著區域342。再者，對於與上述之實施形態為相同態樣的構成要素，是附加相同符號並省略其說明。
與上述之實施形態同樣，在芯背部22形成有設置有接著部341之接著區域342。本變形例之接著區域342與變形例2之接著區域242的構成類似。本變形例之接著區域342與變形例2之接著區域242不同之點在於：在第1部位22a中偏向徑方向外側而配置。
因為磁通B具有在磁阻較低之最短距離流動的傾向，所以在芯背部22中，磁通密度是隨著從徑方向內側朝向徑方向外側而變低。在本變形例中，接著區域342是偏向芯背部22之徑方向外側而配置。從而，可以將電磁鋼板40之劣化區域329形成於磁通密度較低的區域，而可以抑制因設置有接著區域342所造成之定子鐵芯21的磁特性的降低。
根據本變形例，接著區域342偏向第1部位22a之徑方向外側而配置，且沿著圓周方向而延伸。因此，和變形例2之接著區域242相比較，接著區域342與在第1部位22a中分歧而朝圓周方向延伸的磁通B的方向以更寬廣範圍平行地延伸。因此，不僅可以更加減低磁通B之路徑截面積中的劣化區域329所佔的比例，磁通B也變得更加易於繞過磁阻較高的劣化區域329。結果，可以抑制劣化區域329阻礙形成磁路之磁通B的流動，且和變形例2相比較，可以更加提高定子鐵芯21的磁特性。
(變形例4) 接著，依據圖8來說明可在上述之實施形態中採用的變形例4之接著部441及接著區域442。再者，對於與上述之實施形態為相同態樣的構成要素，是附加相同符號並省略其說明。
與上述之實施形態同樣，在芯背部22形成有設置有接著部441之接著區域442。本變形例之接著區域442是橫跨於1個第1部位22a與1個第2部位22b而設置。又，本變形例之接著區域442是偏向芯背部22之徑方向外側而配置，且是沿著圓周方向而延伸。
在本變形例中，接著區域442相對於1個第1部位22a，是在與圓周方向其中一側之第2部位22b的交界線上設置，而在與圓周方向另一側之第2部位22b的交界線上則未設置。從而，接著區域442相對於齒部23之中心線CL形成為非對稱。從齒部23朝芯背部22流動之磁通B的密度為：未設置有接著區域442之圓周方向另一側易於變得比設置接著區域442之圓周方向其中一側高。也就是說，根據本實施形態，成為以下情形：相對於中心線CL，磁通密度在圓周方向其中一側與另一側互相不同。像這樣的積層鐵芯，在使用於將旋轉方向限制於其中一個方向的旋轉電機的情況下，可以提高旋轉電機的能量效率。
(變形例5) 接著，依據圖9來說明可在上述之實施形態中採用的變形例5之接著部541及接著區域542。再者，對於與上述之實施形態為相同態樣的構成要素，是附加相同符號並省略其說明。
與上述之實施形態同樣，在芯背部22形成有設置有接著部541之接著區域542。本變形例之接著區域542在平面視角下為T字狀，可以考慮為將變形例1之接著區域142及變形例3之接著區域342組合而成的構成。根據本變形例，可以享有變形例1及變形例3的效果，並且讓接著區域542確保充分的面積而提高接著強度。如本變形例所示，亦可採用組合了實施形態及各變形例之構成而獲得所組合的效果。
再者，本發明之技術範圍並不限定於前述實施形態及其變形例，且可在不脫離本發明的主旨之範圍內加入各種變更。
在上述之實施形態及其變形例的定子鐵芯中，複數個電磁鋼板是在設置於芯背部之接著區域中互相固定。然而，電磁鋼板彼此亦可除了芯背部以外，在齒部上也互相固定。在此情況下，亦可以在齒部設置有歛合件，又，亦可以在齒部另外設置有接著區域。此外，電磁鋼板彼此亦可除了接著區域之接著固定以外，也互相進行熔接固定。
在上述之實施形態及其變形例中，是針對接著區域之寬度尺寸為涵蓋接著區域之全長為等寬的情況進行了說明。然而，接著區域之寬度尺寸亦可不一定等寬。作為一例，亦可為接著區域之寬度方向兩端部沿著長度方向彎彎曲曲而延伸。
定子鐵芯的形狀，並不限定於以前述實施形態所示之形態。具體而言，定子鐵芯之外徑及內徑的尺寸、積層厚度、槽數、齒部之圓周方向與徑方向的尺寸比率、齒部與芯背部之徑方向的尺寸比率等，可因應於所期望的旋轉電機的特性而任意設計。
在前述實施形態中的轉子中，雖然是2個1組的永久磁鐵32形成有1個磁極，但本發明並非受限於此。例如，亦可為1個永久磁鐵32形成有1個磁極，亦可為3個以上的永久磁鐵32形成有1個磁極。
在前述實施形態中，作為旋轉電機，是列舉永磁磁場型電動機為一例並進行了說明，但如以下所例示地，旋轉電機的構造並非受限於此，並且亦可進一步採用以下未例示之各種周知的構造。 在前述實施形態中，雖然作為同步電動機，是列舉永磁磁場型電動機為一例而進行了說明，但本發明並非受限於此。例如，旋轉電機亦可為磁阻型電動機或電磁鐵磁場型電動機(磁場繞組型電動機)。 在前述實施形態中，作為交流電動機，是列舉同步電動機為一例而進行了說明，但本發明並非受限於此。例如，旋轉電機亦可為感應電動機。 在前述實施形態中，作為電動機，是列舉交流電動機為一例而進行了說明，但本發明並非受限於此。例如，旋轉電機亦可為直流電動機。 在前述實施形態中，作為旋轉電機，是列舉電動機為一例並進行了說明，但本發明並非受限於此。例如，旋轉電機亦可為發電機。
在前述實施形態中，雖然例示了將本發明之積層鐵芯適用於定子鐵芯的情況，但亦可適用於轉子鐵芯。
其他，在不脫離本發明的主旨之範圍內，可適當進行將前述實施形態及其變形例之構成要素轉換成周知的構成要素之作法，又，亦可適當組合前述之變形例。 [實施例]
對電磁鋼板之鐵損的劣化的抑制進行驗證而實施了驗證試驗，其中前述鐵損的劣化是起因於接著部之壓縮應力的劣化。再者，本驗證試驗是藉由使用了軟體之模擬來實施。作為軟體所利用的是JSOL股份公司製之有限要素法電磁場解析軟體JMAG。作為使用於模擬的模型，設想了以下所說明之模型編號1~模型編號4之定子鐵芯(積層鐵芯)。使用於各模型之電磁鋼板所使用的是藉由對板厚度0.25mm之薄板進行沖裁加工而製作出的電磁鋼板。電磁鋼板的形狀與圖2所示之形狀為相同形狀。
模型編號1~編號3之定子鐵芯、與模型編號4之電子鐵芯是電磁鋼板彼此之固定的構成不同。在模型編號1~模型編號3之定子鐵芯中，於電磁鋼板彼此之間設置有接著部，而將電磁鋼板彼此互相接著固定。另一方面，模型編號4之定子鐵芯是藉由歛合件來將電磁鋼板彼此互相固定。
模型編號1之接著部相當於圖4所示之接著部41。模型編號1之接著部的接著區域是在芯背部之第2部位中沿著圓周方向而延伸。
模型編號2之接著部相當於圖5所示之接著部141。模型編號2之接著部的接著區域是在芯背部之第1部位中沿著徑方向而延伸。
模型編號3之接著部相當於圖6所示之接著部241。模型編號3之接著部的接著區域是在芯背部之第1部位中沿著圓周方向而延伸。
將模型編號4之定子鐵芯1021顯示於圖11。定子鐵芯1021是將與上述之實施形態的定子鐵芯21同形狀的電磁鋼板40在厚度方向上積層而構成。定子鐵芯1021與上述之實施形態的定子鐵芯21相比較，不同之點在於：將電磁鋼板40彼此歛合固定。也就是說，定子鐵芯1021之電磁鋼板40是藉由歛合件1042(定位銷)而互相固定。歛合件1042位於芯背部22之第2部位22b。
將針對各模型而藉由模擬軟體來計算出電磁鋼板之鐵損的計算結果顯示於圖10。又，圖10所示之計算結果的鐵損(縱軸)是將模型編號4之鐵損設為1.0，並將其他的模型的鐵損表示為相對於模型編號4之鐵損的比率。
如圖10所示，已確認到以下情形：模型編號1~模型編號3之定子鐵芯與模型編號4之定子鐵芯相比較，鐵損之值較小。
模型編號3之定子鐵芯和模型編號1及模型編號2之定子鐵芯相比較，鐵損較大。在模型編號3之定子鐵芯中，是如圖6所示，接著區域位於齒部與芯背部的交界的附近。因此，可考慮為：通過起因於接著區域之劣化區域的磁通增加，而使磁阻變高。因此，可考慮為：在模型編號3之定子鐵芯中，藉由如圖7所示地將接著區域偏向芯背部之徑方向外側而配置，可以降低鐵損之值。 產業上之可利用性
根據本發明，可以使磁特性提升。據此，產業上之可利用性是很大的。
10:旋轉電機 1042,C:歛合件 20:定子 21,1021:定子鐵芯(積層鐵芯) 22:芯背部 22a:第1部位 22b:第2部位 23:齒部 29,129,229,329:劣化區域 30:轉子 31:轉子鐵芯 32:永久磁鐵 33:貫通孔 40:電磁鋼板 41,141,241,341,441,541:接著部 42,142,242,342,442,542:接著區域 43,143,243:毛胚區域 50:罩殼 60:旋轉軸 d1:寬度尺寸 d2:長邊尺寸 B:磁通 CL:中心線 O:中心軸線
圖1是本發明之一實施形態的旋轉電機的截面圖。 圖2是圖1所示之旋轉電機所具備的定子的平面圖。 圖3是圖1所示之旋轉電機所具備的定子的正面圖。 圖4是圖2及圖3所示之定子的電磁鋼板及接著區域的示意圖。 圖5是變形例1之定子的接著區域的示意圖。 圖6是變形例2之定子的接著區域的示意圖。 圖7是變形例3之定子的接著區域的示意圖。 圖8是變形例4之定子的接著區域的示意圖。 圖9是變形例5之定子的接著區域的示意圖。 圖10是顯示模型編號1~模型編號4之鐵損的模擬結果的圖表。 圖11是顯示作為比較例之模型編號4的定子鐵芯的示意圖。
20:定子
21:定子鐵芯(積層鐵芯)
22:芯背部
22a:第1部位
22b:第2部位
23:齒部
29:劣化區域
40:電磁鋼板
41:接著部
42:接著區域
43:毛胚區域
d1:寬度尺寸
d2:長邊尺寸
B:磁通
O:中心軸線

Claims (12)

  1. 一種積層鐵芯，具備：複數個電磁鋼板，互相積層；及接著部，設置於在積層方向上相鄰之前述電磁鋼板彼此之間，且分別將前述電磁鋼板彼此接著，前述電磁鋼板具有：環狀的芯背部；及複數個齒部，從前述芯背部朝前述芯背部的徑方向延伸，並且在前述芯背部之圓周方向上空出間隔而配置，又，在前述電磁鋼板之前述芯背部形成有設置有前述接著部的接著區域，前述接著區域在沿著磁通的方向上延伸，且前述磁通通過前述電磁鋼板之接觸於該接著區域的區域，前述芯背部具有沿著圓周方向交互排列的第1部位及第2部位，前述第1部位是在前述齒部之徑方向外側相對於前述齒部於徑方向相連，前述第2部位是在圓周方向中位於前述第1部位彼此之間，前述接著區域是形成在前述第1部位及前述第2部位之任一部位。
  2. 如請求項1之積層鐵芯，其中在前述第1部位或前述第2部位當中設置有前述接著區域的部位中，於前述接著區域的圓周方向兩側以及徑方向兩側配置未形成有前述接著區域的毛胚區域。
  3. 如請求項1之積層鐵芯，其中前述接著區域是形成於前述第1部位，且在前述接著區域之圓周方向兩側未形成有前述接著區域。
  4. 如請求項3之積層鐵芯，其中前述接著區域是沿著前述齒部之中心線而在徑方向上延伸。
  5. 如請求項3或4之積層鐵芯，其中前述齒部是從前述芯背部朝徑方向之內側延伸，且前述接著區域是從前述芯背部之徑方向外端朝徑方向內側延伸，前述接著區域之徑方向內側的端部比前述芯背部之徑方向內端更位於徑方向外側。
  6. 如請求項1之積層鐵芯，其中前述接著區域是設置於前述第2部位，且在前述接著區域之徑方向兩側未形成有前述接著區域。
  7. 如請求項6之積層鐵芯，其中前述接著區域是沿著圓周方向延伸。
  8. 如請求項6或7之積層鐵芯，其中前述齒部是從前述芯背部朝徑方向內側延伸，且前述接著區域是偏向前述芯背部之徑方向外側而配置。
  9. 如請求項1至4、6、7中任一項之積層鐵芯，其中前述接著部的平均厚度為1.0μm~3.0μm。
  10. 如請求項1至4、6、7中任一項之積層鐵芯，其中前述接著部的平均拉伸彈性模數E為1500MPa~4500MPa。
  11. 如請求項1至4、6、7中任一項之積層鐵芯，其中前述接著部是由含彈性體之丙烯酸系接著劑所構成之包含SGA的常溫接著型丙烯酸系接著劑。
  12. 一種旋轉電機，具備如請求項1至11中任一項之積層鐵芯。
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