TWI753539B - 定子及旋轉電機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種容易使磁性楔之相對磁導率達到期望值之定子。 本發明之定子係於複數個槽132之開口部135具備磁性楔17之定子13，磁性楔17係平均粒徑為60 μm以下之軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體。

Description

定子及旋轉電機

本發明係關於一種定子及旋轉電機。

配置於定子芯之槽相對於轉子芯開口之旋轉電機中，於開口之部分(槽開口部)，定子芯與轉子芯之間隔擴大。因此，於旋轉電機啟動時，會產生由定子芯與轉子芯之間隔變動而導致之諧波磁通，而使旋轉電機產生損耗(諧波損耗)。專利文獻1中揭示有一種旋轉電機，其以降低該諧波損耗為目的，於定子芯之槽開口部，設置有軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體即磁性楔。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2018/8738號

[發明所欲解決之問題]

於專利文獻1中，關於磁性楔之密度與相對磁導率之關係，揭示出具有隨著密度增加而相對磁導率亦增加之單調遞增之關係。

因此，發明者為了製作相對磁導率成為期望值之磁性楔而自該期望值運算磁性楔之密度之目標值(計算密度)，將為了使磁性楔之密度成為該目標值所需要之鐵粉(軟磁性材料粉末)與合成樹脂之分量(體積)根據兩者之比重分別運算出來，且將所運算出之分量之鐵粉與合成樹脂混合而製作磁性楔。但是，所製作之磁性楔之實際密度低於計算密度，從而無法使相對磁導率達到期望值。

又，於磁性楔製作時，需注意以下方面：若以增加磁性楔之密度為目的而使混合體中所含之軟磁性材料粉末之比率過大，則混合體之流動性會隨軟磁性材料粉末之增加而降低。其原因在於，若混合體之流動性降低，則難以均勻地填充至槽開口部，不僅磁性楔之製作作業性惡化，而且視情形亦有無法製作磁性楔之虞。

本發明係鑒於上述情況而完成，其目的在於提供一種容易使磁性楔之相對磁導率達到期望值之定子。 [解決問題之技術手段]

為達成上述目的，本發明係於複數個槽之開口部具備磁性楔之定子，上述磁性楔係平均粒徑60 μm以下之軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體。 [發明之效果]

根據本發明，可不使磁性楔中之軟磁性材料粉末之比率過大，而容易提高磁性楔之密度，故容易使磁性楔之相對磁導率達到期望值。除上述以外之問題、構成及效果可由以下實施方式之說明而明瞭。

以下，使用圖式，對本發明之第1及第2實施方式之旋轉電機之構成及動作進行說明。再者，各圖中，相同符號表示相同部分。

(第1實施方式) 圖1係本實施方式之旋轉電機之剖視圖。旋轉電機100具有固定於旋轉軸(shaft)11之轉子(rotor)12、及設置於轉子12之外側之定子(stator)13。

轉子12具有將沖裁成特定形狀之複數個電磁鋼板積層而成之積層芯即轉子芯121、及插入至轉子芯121之槽內之二次導體122。

定子13具有將沖裁成特定形狀之複數個電磁鋼板等軟磁性薄板積層而成之積層芯即定子芯131、及插入至定子芯131之槽132內之線圈133。定子芯131之內周隔著氣隙而與轉子12之外周對向。

槽132係自配置於定子芯131之圓環狀之背芯136朝轉子12於徑向延伸之複數個齒(teeth)134中之相鄰2個齒134之間所形成之溝。槽132之轉子12側之端部開口，形成有槽開口部135。

圖2係具備本實施方式之磁性楔17之以前之定子13之局部剖視圖。形成於定子13之槽開口部135藉由自齒134之端部朝圓周方向突出之突起部137而開口寬度變窄，形成為半閉型(半開式槽型)。

於槽132內，配置有藉由絕緣片材例如PET(聚對苯二甲酸乙二酯)片材而形成之槽襯14、15、及線圈133。槽襯14係貼附於槽132之內壁之片材，防止線圈133與槽132之內壁接觸，將線圈133與定子芯131絕緣。槽襯15係將磁性楔17與線圈133隔開之片材，其以覆蓋線圈133之方式配置於槽132內，於槽襯15之轉子12方向之外側形成有槽開口部135與空隙部137。

線圈133係於導線例如銅或鋁等上被覆有瓷漆等絕緣材之金屬線，由槽襯14、15包圍，且以不接觸於定子芯131與磁性楔17之方式而配置。配置於槽132內之線圈133被接線且經線圈端部加工之後，藉由不飽和聚酯系清漆等固接清漆而與槽襯14、15一起固接於定子芯131。

圖3係具備本實施方式之磁性楔17之定子13之局部剖視圖。磁性楔17係將軟磁性材料粉末與合成樹脂混練所得之混合體，填充至槽開口部135與空隙部137(參照圖2)且使其硬化而成者。本實施方式中利用鐵粉作為軟磁性材料粉末。

將軟磁性材料粉末之平均粒徑設為60 μm以下。其原因在於：具有軟磁性材料粉末之平均粒徑越大，而隨著磁性楔(混合體)中之軟磁性材料粉末之比率增加，磁性楔之密度背離計算密度之程度便會越大的傾向，尤其於平均粒徑超過60 μm之情形，若以增加磁性楔之密度為目的而使混合體中之軟磁性材料粉末之比率增加，則混合體之流動性會顯著降低而使得均勻地填充槽開口部135與空隙部137變得困難，從而難以進行可耐用之磁性楔(定子)之製作。

再者，於製作磁性楔17時，為了確保混合體有能夠均勻地填充槽開口部135與空隙部137之流動性，較佳為將包含軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體中之軟磁性材料粉末之比率(鐵粉比率)設為60%以下。

(實施例) 為了藉由提高磁性楔17之相對磁導率來製作出符合由IEC(國際電工委員會：International Electrotechnical Commission)之國際高能效標準所規定之IE4之旋轉電機100，而進行了試製。

具體而言，將軟磁性材料粉末之粒徑與鐵粉比率改變後之磁性楔17，安裝於符合國際高能效標準所規定之IE3之旋轉電機100之定子13，來測定能效。又，關於軟磁性材料粉末，係使用藉由水霧化法製作之平均粒徑為75 μm與60 μm之鐵粉，合成樹脂係使用環氧樹脂。

圖4係將本實施例之磁性楔17之鐵粉比率與密度之關係，依鐵粉之各平均粒徑來表示，且和根據環氧樹脂與鐵粉之混合比率計算而得之密度(計算密度)加以比較之曲線圖。

首先，針對具備由平均粒徑為75 μm之鐵粉所形成之磁性楔17之旋轉電機100，為了使其符合IE4而將磁性楔17之鐵粉比率增加。如此一來，於旋轉電機100成為符合IE4之能效前，混合體係流動性降低，難以將混合體均勻地填充於槽開口部135與空隙部137。因此，具備平均粒徑為75 μm之鐵粉所形成之磁性楔17之旋轉電機100，無法符合IE4。

另一方面，針對具備平均粒徑為60 μm之鐵粉所形成之磁性楔17之旋轉電機100，為了使其符合IE4而將磁性楔17中之鐵粉比率增加。於將混合體之鐵粉比率設為58%時，可使先前之定子中為IE3之旋轉電機100之能效符合IE4。此時磁性楔17之密度為4.9×10^-6 kg/mm³ (參照圖4)。由此可知，至少於本實施例所使用之旋轉電機100之規格中，若製作將軟磁性材料粉末之平均粒徑設為60 μm以下、且將混合體中之軟磁性材料粉末之比率設為58%以上之磁性楔17，則可使旋轉電機之能效符合IE4。

又，如圖4所示，磁性楔17之密度不依存於鐵粉之平均粒徑，具有鐵粉比率變大便會背離計算密度之傾向，相對於鐵粉比率增加之密度的上升，係比計算密度低。另一方面，關於鐵粉比率相同之情形時之磁性楔17之密度，於平均粒徑為60 μm之情形大於平均粒徑為75 μm之情形，可藉由減小形成磁性楔17之軟磁性材料粉末之平均粒徑來加大磁性楔17之密度。

因此，本實施方式之定子13具備磁性楔17，磁性楔17係平均粒徑為60 μm以下之軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體。藉此，於定子13中可容易形成密度較大之磁性楔，且容易使磁性楔之相對磁導率達到期望值。

又，本實施方式之旋轉電機100具備磁性楔17，且磁性楔17係混合體中之軟磁性材料粉末之比率為60%以下。藉此，於製作磁性楔17時，可確保能夠將混合體均勻地填充於槽開口部135與空隙部137之流動性。

又，本實施方式之旋轉電機100具備磁性楔17，且磁性楔17係混合體中之軟磁性材料粉末之比率為58%以上。藉此，可製作符合IE4之旋轉電機100。

(第2實施方式) 圖5與圖6係第2實施方式之磁性楔之剖視圖。本實施方式之磁性楔與第1實施方式之不同點，在於相對於定子13之中心軸於圓周方向上，軟磁性材料粉末(鐵粉)之含量不同之部分排列於磁性楔17之點。再者，旋轉電機100之剖面因與圖1相同而省略，關於與第1實施方式重複之零件、構成等，原則上省略說明。

圖5所示之磁性楔17中，1個第1部分171與2個第2部分172相對於定子13之中心軸排列於圓周方向，1個第1部分171與2個第2部分172比鐵粉之含量較少，且由2個第2部分172所夾持。

又，圖6所示之磁性楔17中，2個第1部分171與3個第2部分172相對於定子13之中心軸排列於圓周方向，2個第1部分171與3個第2部分172比鐵粉之含量較少，且由3個第2部分172中之2個所夾持。

即，本實施方式之定子13(旋轉電機100)具備磁性楔17，且磁性楔17中，至少1個第1部分171與複數個第2部分172相對於定子13之中心軸(旋轉電機100之旋轉軸)排列於圓周方向，至少1個第1部分171與複數個第2部分172比軟磁性材料粉末之含量少，且由複數個第2部分172中之2個所夾持。

第1部分171與第2部分172比鐵粉之含量較少。因此，第1部分171與第2部分172比相對磁導率較低，相對於定子13之中心軸(或旋轉電機100之旋轉軸11)於圓周方向通過第2部分172之磁通，係於通過第1部分171時減弱。另一方面，相對於定子13之中心軸(或旋轉電機100之旋轉軸11)於半徑方向通過第2部分172之磁通，係未通過第1部分171而未減弱。因此，流動於磁性楔17之磁通，相較於圓周方向更易於半徑方向流動。藉此，本實施方式之磁性楔17可使磁通相對於定子13之中心軸(或旋轉電機100之旋轉軸11)於半徑方向即轉子12之方向流動，可使線圈133中產生之勵磁電流減少。

再者，本發明並非限定於上述實施方式，其包含各種變化例。例如，上述實施方式係為了容易理解地說明本發明而進行了詳細說明，並非必須限定於具備所說明之全部構成。又，可將某實施方式之構成之一部分替換為其他實施方式之構成，又，亦可於某實施方式之構成中添加其他實施方式之構成。又，對於各實施方式之構成之一部分，可進行其他構成之追加、刪除、替換。

再者，本發明之實施方式亦可為以下態樣。

用於本發明之軟磁性材料粉末較佳為使用生產性優異之霧化鐵粉，特佳為使用製造成本較低之水霧化鐵粉。

又，較理想為，軟磁性材料粉末之平均粒徑藉由使軟磁性材料粉末之表面之凹凸變得平滑而減小。

11:旋轉軸 12:轉子 13:定子 14,15:槽襯 17:磁性楔 100:旋轉電機 121:轉子芯 122:二次導體 131:定子芯 132:槽 133:線圈 134:齒 135:槽開口部 136:背芯 137:空隙部 171:第1部分 172:第2部分

圖1係本發明第1實施方式之旋轉電機之剖視圖。 圖2係具備本發明第1實施方式之磁性楔之以前之定子之局部剖視圖。 圖3係具備本發明第1實施方式之磁性楔之定子之局部剖視圖。 圖4係將本發明第1實施方式之實施例之磁性楔之鐵粉比率與密度之關係針對鐵粉之每一平均粒徑呈現，且與計算密度加以比較之曲線圖。 圖5係本發明第2實施方式之磁性楔之剖視圖。 圖6係本發明第2實施方式之磁性楔之剖視圖。

13:定子

14,15:槽襯

17:磁性楔

131:定子芯

132:槽

133:線圈

134:齒

136:背芯

Claims (12)

1. 一種定子，其特徵在於其係於複數個槽之開口部具備磁性楔者；且 上述磁性楔係平均粒徑為60 μm以下之軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體。
2. 如請求項1之定子，其中 上述磁性楔係上述混合體中上述軟磁性材料粉末之比率為60%以下。
3. 如請求項1之定子，其中 上述磁性楔係上述混合體中上述軟磁性材料粉末之比率為58%以上。
4. 如請求項1之定子，其中 於上述磁性楔中，至少1個第1部分與複數個第2部分相對於上述定子之中心軸排列於圓周方向， 上述至少1個第1部分，與上述複數個第2部分比上述軟磁性材料粉末之含量較少，且由上述複數個第2部分之2個所夾持。
5. 如請求項4之定子，其中 上述磁性楔包含1個上述第1部分與2個上述第2部分。
6. 如請求項4之定子，其中 上述磁性楔包含2個上述第1部分與3個上述第2部分。
7. 一種旋轉電機，其特徵在於其係於複數個槽之開口部具備磁性楔者；且 上述磁性楔係平均粒徑為60 μm以下之軟磁性材料粉末與合成樹脂之混合體。
8. 如請求項7之旋轉電機，其中 上述磁性楔係上述軟磁性材料粉末相對於上述合成樹脂之比率為60%以下之混合體。
9. 如請求項7之旋轉電機，其中 上述磁性楔係上述軟磁性材料粉末相對於上述合成樹脂之比率為58%以上之混合體。
10. 如請求項7之旋轉電機，其中 於上述磁性楔中，至少1個第1部分與複數個第2部分相對於上述旋轉電機之旋轉軸排列於圓周方向， 上述至少1個第1部分，與上述複數個第2部分比上述軟磁性材料粉末之含量較少，且由上述複數個第2部分之2個所夾持。
11. 如請求項10之旋轉電機，其中 上述磁性楔包含1個上述第1部分與2個上述第2部分。
12. 如請求項10之旋轉電機，其中 上述磁性楔包含2個上述第1部分與3個上述第2部分。

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