WO2021261121A1 - モータコアおよびモータ - Google Patents

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聡一郎 吉▲崎▼
邦浩 千田
善彰 財前
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Definitions

  • the present invention relates to a motor core and a motor.
  • the usable time and weight greatly affect the value of the product. Therefore, there is a strong demand for high efficiency by reducing loss in control systems such as motors and inverters, and for miniaturization and high speed of motors. Therefore, the motor is designed so as to be able to output the maximum output according to the purpose with the minimum body size and high efficiency.
  • a motor is strongly required to have a high motor output (rotational speed x torque), so-called output density, with respect to a unit weight.
  • an object of the present invention is to provide a multi-polar miniaturized motor core used for a motor that requires both output density and high efficiency.
  • the inventors have made extensive studies on iron core materials with electromagnetic characteristics suitable for increasing the output density of motors.
  • the present invention has been completed by clarifying the magnetic characteristics and material design required for a motor aiming at high output density by multipolarization and high speed. That is, the gist structure of the present invention is as follows.
  • a motor core made by laminating a plurality of plate-shaped soft magnetic materials having a tooth width of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less and having 12 or more slots formed between the teeth, the soft magnetic material. Motor core core with an iron loss of 220 W / kg or less when excited at 1.0 T-3000 Hz.
  • a motor having the motor core according to any one of 1 to 3 and a rotor in which 14 or more magnets are arranged in the circumferential direction.
  • a motor having a closed outer rotor structure in which a rotor is arranged outside the motor core according to any one of 1 to 3.
  • a motor using this motor core is applied to a motor core having a multi-miniaturized design, which is used for a motor that requires both output density and high efficiency, by applying an iron core material that satisfies a predetermined condition.
  • a motor core having a multi-miniaturized design which is used for a motor that requires both output density and high efficiency, by applying an iron core material that satisfies a predetermined condition.
  • stator core used for the core (iron core) manufacturing test.
  • the motor core of the present invention is formed by laminating a plurality of plate-shaped soft magnetic materials having a tooth width of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less and having 12 or more slots formed between the teeth.
  • the magnetic material is characterized in that the iron loss (W 10 / 3k ) at excitation at 1.0 T-3000 Hz is 220 W / kg or less.
  • the soft magnetic material used as the iron core material can exert the effect of the invention if it has the specified magnetic properties and material design, and the effect of the invention does not depend on its component, plate thickness or manufacturing method.
  • an amorphous metal or permendur can be applied to the soft magnetic material.
  • % for the component composition of the electrical steel sheet means “mass%”.
  • tooth width 0.5 mm or more and 2.0 mm or less
  • the length should be 2.0 mm or less. More preferably, it is 1.5 mm or less.
  • the tooth is too thin, the magnetic flux density of the iron core may increase excessively, which may lead to an increase in iron loss, and it is difficult to manufacture a motor core by processing an electromagnetic steel sheet in the first place. It is preferably 1.0 mm or more and 1.5 mm or less.
  • Number of slots 12 or more
  • the number may be appropriately increased within a range satisfying the above-mentioned lower limit of the teeth width according to the degree of multipolarization, and may be, for example, 72 or less.
  • the motor core of the present invention has the above-mentioned tooth width and number of slots suitable for a motor aiming at multi-pole or high-speed rotation in order to increase its output density.
  • the exciting frequency of the iron core is about 1000 Hz or higher. Under actual motor drive conditions, the excitation frequency of the iron core is even higher, about 3000 Hz, because the influence of harmonics from the inverter is taken into consideration.
  • the motor core from a soft magnetic material having an iron loss of 220 W / kg or less when excited at 1.0 T-3000 Hz. More preferably, it is 150 W / kg or less, but since the use of a soft magnetic material having a low iron loss increases the cost, the soft magnetic material may be selected as necessary. There is no particular lower limit, but it can be, for example, 15 W / kg or more.
  • the iron loss described in the present invention is assumed to be a value measured and evaluated by applying a primary winding and a secondary winding as a motor coraling test piece, but in the case of an outer rotor motor, the original processing from the motor core is assumed. Evaluation by SST (single plate magnetic test) using a micro test piece cut out so as to include the end face may be used.
  • the available field strength region was a region corresponding to the magnetic flux density B 50 , that is, the magnetic flux density of the iron core material at 5000 A / m. It was found that the height effectively contributes to increasing the torque of the motor. It is more preferably 1.60 T or more, and further preferably 1.65 T or more. There is no particular upper limit, but it can be, for example, 1.90T or less.
  • Electromagnetic steel sheet has a concentration distribution of Si in the plate thickness direction
  • this electrical steel sheet has a Si concentration distribution in the plate thickness direction, in other words, has a Si concentration higher than the center of the plate thickness on the surface layer, so that iron at high frequencies is used. Not only can the loss be improved, but the deterioration of iron loss due to punching can be suppressed.
  • the concentration distribution of Si it is preferable that the difference ⁇ Si between the Si concentration at the center of the plate thickness and the Si concentration at the surface layer is 1.5 to 3.5 mass%.
  • the Si concentration in the surface layer can be 3.5 mass% or more, preferably 4.5 mass% or more, and can be 7.0 mass% or less, preferably 6.5 mass% or less.
  • the Si concentration at the center of the plate thickness can be 1.5 mass% or more, preferably 2.5 mass% or more, and can be 5.5 mass% or less, preferably 4.0 mass% or less.
  • the surface layer is in the range from the surface to the plate thickness 1/3, and the Si concentration in the surface layer is the average Si concentration in this plate thickness range.
  • a motor core is manufactured by laminating a plurality of soft magnetic materials having the above configurations.
  • the number of soft magnetic materials may be appropriately adjusted according to the required output of the motor.
  • the means for processing the soft magnetic material used as the material into the core shape is assumed to be punching, but if the soft magnetic material processed by laser also meets the above requirements, it is expected. The effect is obtained.
  • the above-mentioned motor core becomes a motor in combination with a rotor.
  • the motor according to the present invention will be described below.
  • Rotor The number of magnets arranged in the circumferential direction is 14 or more
  • the number of magnets in the rotor should be 14 or more in order to obtain the effect of improving motor torque by increasing the number of poles. That is, the torque of the magnet motor is expressed by the following formula, and it can be seen from the following formula that it is effective to increase the number of poles (number of pole pairs ⁇ 2) as a design guideline for increasing the torque. This increase in the number of poles corresponds to increasing the number of magnets in the rotor.
  • the excitation frequency f of the iron core and the pole logarithm Pn are in a proportional relationship, so that the excitation of the iron core increases in frequency with the multipolarization.
  • the eddy current loss increases in proportion to the square of the excitation frequency f, and especially when the number of magnets is 14 or more, the increase in iron loss due to high frequency becomes remarkable. Therefore, in a motor having a tooth width and the number of slots according to the present invention, especially when the number of magnets is 14 or more, the iron loss in excitation at 1.0 T-3000 Hz is combined with an iron core material of 220 W / kg or less to reduce the loss.
  • the torque of the motor has been increased while suppressing the increase.
  • the number of magnets is preferably 16 or more, more preferably 20 or more. There is no upper limit to the number of magnets, but if the number of magnets is increased (as the number of magnets increases), the excitation frequency (proportional to the number of magnets x the number of revolutions) increases, iron loss increases, and the cost also increases. It may be appropriately determined in consideration of these factors, and may be, for example, 48 or less. Record
  • the motor preferably has an outer rotor structure because it is possible to arrange a large number of magnets to promote multipolarization by arranging the rotor on the outside of the motor core. Further, by adopting a closed structure that does not require the introduction of cooling air, it is possible to prevent the entrainment of foreign matter that increases the risk of failure.
  • a motor with a sealed outer rotor structure having a motor core (stator core) and a rotor shown in FIG. 1 and having a 14-pole-21 slot and a tooth width of 1.6 mm is provided with the iron core material (soft magnetic material) shown in Table 1.
  • the iron core material soft magnetic material shown in Table 1.
  • Si steel, Si concentration inclined steel, and permendur were obtained by punching using a die. Since it is difficult to punch out the amorphous metal, it was cut out into a desired core shape by wire electric discharge machining from the core material in which the amorphous metal was laminated and bonded.
  • the core using permendur was annealed at 800 ° C. for 2 hours in a dry Ar atmosphere.
  • the magnetic characteristics of the iron core material shown in Table 1 are that a ring core with an outer diameter of 55 mm, an inner diameter of 35 mm, and a laminated thickness of 10.0 mm is manufactured by wire electric discharge machining, and primary winding and secondary winding are applied to iron loss W 10 / 3k and magnetic flux. It is a measured value of the density B 50.
  • thermocouple thermometer Furthermore, the internal temperature of the motor when the motor was driven for 20 minutes under the same conditions was measured with a thermocouple thermometer.
  • the motor iron loss can be effectively reduced by using an iron core material (soft magnetic material) having a W 10 / 3k of 220 W / kg or less. Further, under the condition that the iron core material having an iron loss of 220 W / kg or less and a magnetic flux density B 50 of 1.55 T or more is applied, the copper loss can be effectively reduced.
  • the temperature of the motor can be reduced by reducing both the iron loss and the copper loss of the motor.
  • the heat resistant temperature of the insulation coating of the winding in the motor is generally about 180 ° C., and as described above, the temperature of the motor according to the present invention is about 140 ° C. or less. It was confirmed that there was no problem.
  • the iron loss referred to here is a value obtained by cutting out a minute test piece for SST from the tooth portion of the motor core and performing a general magnetic property test without additional machining of the end portion of the original tooth. ..
  • the motor core is applied to a motor having a sealed outer rotor structure for evaluation.
  • the subject of the present invention is the motor type disclosed in the examples. Of course, it is not limited to.

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Abstract

出力密度と高効率がともに要求されるモータに用いる、多極小型化したモータコアについて提供する。ティース幅が0.5mm以上2.0mm以下であり、かつ前記ティース間に構成されるスロットの数が12以上である電磁鋼板の複数枚を積層してなるモータコアにおいて、前記電磁鋼板は1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下であるものとする。

Description

モータコアおよびモータ
 本発明は、モータコアおよびモータに関するものである。
 コードレスの家電機器(例えばスティック型掃除機)や切削機器及びドローン等、駆動電源としてバッテリーを使用する機器では、その使用可能時間や重量が製品の価値を大きく左右する。そのために、モータやインバータ等の制御系統における損失低減による高効率化や、モータの小型化並びに高速化が強く求められている。このため、モータは、最小体格、且つ、高効率で目的に応じた最大出力を出力可能なように設計される。特に、モータでは、単位重量に対するモータ出力(回転数×トルク)、いわゆる出力密度が高いことが強く要求されている。
 このような背景のもと、高出力密度に対する要求が強い用途のモータでは、ロータに配置される磁石数を増やす「多極化」(特許文献1参照)や回転数を高める「高速化」(特許文献2参照)などの設計手法が一般的に用いられている。
特開平11-98790号公報 特開2002-136013号公報
 しかし、上記のモータの設計手法を志向すると、モータコアの励磁周波数の増大により、鉄損が大きく増大しモータ効率を著しく低下させてしまうという、問題があった。さらに、上記のような設計手法を導入しモータの小型化を図っていくと、体格の減少に加え、極数の増加に応じたスロットコンビネーションの選択が必要となり、結果として著しいティース幅の減少が要求される。この要求に対応する場合、電磁鋼板をモータコアに加工する工程の1つである打ち抜き時に、電磁鋼板の端面に導入される加工歪の影響が相対的に大きくなる。この加工歪に起因してモータコアとしての磁気特性の劣化が顕在化される結果、モータ鉄損の更なる増大を招くという、問題があった。
 また、ドローンはモータによりファンを駆動し浮上するという機能が必要であることから、このドローン用途向けのモータには高出力密度であることが非常に強く要求されている。そのため、上述のようなモータの設計手法を志向する場合は、鉄損の増大を招いてモータ内部での発熱が大きくなること、巻線の絶縁破壊や磁石の減磁を避けるために、モータ内部への冷却風の導入を必要とすることが多い。冷却風の導入によるデメリットとして、粉塵の巻き込みや噛み込みによるモータ故障が挙げられ、飛行体用途のモータとしては、墜落を招くようなモータ故障の原因の排除が強く求められている。
 そこで、本発明では、出力密度と高効率がともに要求されるモータに用いる、多極小型化したモータコアについて提供することを目的とする。
 発明者らは、上記の課題を踏まえ、モータの高出力密度化に適した電磁特性をもつ鉄心材料について鋭意検討を重ねた。その結果、多極化かつ高速化による高出力密度化を志向するモータに対して要求される、磁気特性や材料設計を明らかにし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
1.ティース幅が0.5mm以上2.0mm以下であり、かつ前記ティース間に構成されるスロットの数が12以上である板状の軟磁性材を複数枚積層してなるモータコアであって、前記軟磁性材の1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下であるモータコアコア。
2.前記軟磁性材は、5000A/mの磁界における磁束密度が1.55T以上である前記1に記載のモータコア。
3.前記軟磁性材が電磁鋼板であって、該電磁鋼板は板厚方向にSiの濃度分布を有する前記1または2に記載のモータコア。
4.前記1から3のいずれかに記載のモータコアと、周方向に14以上の磁石が配置されるロータとを有するモータ。
5.前記1から3のいずれかに記載のモータコアの外側にロータが配され、密閉型アウターロータ構造であるモータ。
6.前記モータコアの外側に前記ロータが配され、密閉型アウターロータ構造である前記4に記載のモータ。
 本発明では、出力密度と高効率がともに要求されるモータに用いる、多極小型化した設計のモータコアに、所定の条件を満足する鉄心(コア)材料を適用することによって、このモータコアを用いるモータにおいて、損失を低減してモータ温度の上昇を抑制することが可能となる。従って、例えばドローンなどの飛行体に供するモータの故障の原因となる、温度上昇を防止することが可能となるため、産業上の応用価値は極めて高い。
コア(鉄心)製造試験に用いたステータコアを示す図である。
 本発明のモータコアは、ティース幅が0.5mm以上2.0mm以下であり、かつ前記ティース間に構成されるスロットの数が12以上である板状の軟磁性材を複数枚積層してなり、該軟磁性材は、1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損(W10/3k)が220W/kg以下であることを特徴とする。
 以下、本発明に係るモータコアの仕様および、モータコアを構成する軟磁性材に係る要件と、それらの限定理由について説明する。なお、鉄心材料となる軟磁性材については規定した磁気特性や材料設計を有すれば発明の効果を発揮でき、発明の効果はその成分、板厚や製法には依存しない。ここで、軟磁性材には、電磁鋼板のほか、アモルファス金属やパーメンジュールを適用することができる。また、後述の実施例などの説明において、電磁鋼板の成分組成について単に「%」と示したものは「質量%」を意味することとする。
[ティース幅:0.5mm以上2.0mm以下]
 ティース幅を狭くすることで巻線を導入するためのスロット空間を広く確保でき、巻き数を確保可能となり、モータの高出力密度化に有効であるため2.0mm以下とする。より好ましくは1.5mm以下である。一方で、ティースが細すぎると鉄心の磁束密度が過度に高まることで鉄損の増大を招くおそれがあるとともに、そもそも電磁鋼板の加工によるモータコアの製造が困難となるため、0.5mm以上とする。好ましくは、1.0mm以上1.5mm以下である。
[スロットの数:12以上]
 スロットの数を12以上とすることにより、上述した多極化に対応することが可能となる。上限は特になく、多極化の度合いに応じて上記のティース幅の下限を満たす範囲で適宜増やしてよく、例えば、72以下であることができる。
[軟磁性材:1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下]
 モータコアの形状に加工した後の材料の1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下である、モータコアを用いることにより、モータ損失のうち鉄損を効果的に低減することが可能となる。本発明のモータコアは、その出力密度を高めるために多極あるいは高速回転化を志向するモータに適した、上記したティース幅およびスロット数を有する。このような仕様のモータでは、鉄心の励磁周波数は1000Hz程度以上となる。実際のモータ駆動条件下では、インバータによる高調波の影響が加味されるため、鉄心の励磁周波数はさらに高い3000Hz程度となる。すなわち、周波数3000Hzでの励磁における鉄損、しかも上記したティース幅およびスロット数に加工された材料における鉄損が、実機のモータにおける鉄損特性をよく反映することを見出した。そこで、1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下である軟磁性材から、モータコアを構成することとした。より好ましくは、150W/kg以下であるが、低鉄損な軟磁性材の使用はコストが増大するため、必要に応じて軟磁性材を選択すればよい。下限は特にないが、例えば、15W/kg以上であることができる。
 なお、本発明で述べる鉄損は、モータコアリング試験片として1次巻線と2次巻線を施して測定評価した値を想定しているが、アウターロータのモータの場合、モータコアから元々の加工端面を含む形で切り出した微小試験片を用いたSST(単板磁気試験)による評価でもよい。
[軟磁性材:5000A/mの磁界における磁束密度が1.55T以上]
 5000A/mの磁界における磁束密度(B50)が1.55T以上の軟磁性材をモータコアに適用することにより、より高いモータトルクが得られやすくなり、モータのさらなる高出力密度化が可能となる。コードレス掃除機やドローンなどに用いる、バッテリーから電源供給されるモータでは、電圧や電流の制約があるため、モータコアへの巻線による界磁の強さが制限される。すなわち、要求されるモータの回転速度やトルクを達成する界磁を得るために巻線のターン数を調整するが、このターン数を多くすれば界磁が強くなるものの、必要となる電圧も高くなる。よって、上記の制約の下では、利用できる界磁の強さはある程度の範囲に制限される。この点に関し、本発明に従うティース幅とスロット数を有するモータについて検討したところ、利用できる界磁の強さの領域は磁束密度B50相当の領域となり、すなわち5000A/mにおける鉄心材料の磁束密度の高さがモータの高トルク化に有効に寄与することを見出したのである。より好ましくは1.60T以上であり、さらに好ましくは1.65T以上である。上限は特にないが、例えば、1.90T以下であることができる。
[電磁鋼板:板厚方向にSiの濃度分布を有する]
 軟磁性材に電磁鋼板を用いる場合、この電磁鋼板は、板厚方向にSiの濃度分布を有し、換言すると、板厚の中心よりも高いSi濃度を表層に有することにより、高周波での鉄損を改善するだけでなく、打ち抜きによる鉄損の劣化を抑制可能である。かような磁気特性を達成するSiの濃度分布は、板厚中心におけるSi濃度と表層におけるSi濃度との差ΔSiが1.5~3.5mass%であることが好ましい。なぜなら、ΔSiが1.5mass%未満では、有効な高周波鉄損の改善効果が得られにくい。一方で、ΔSiが3.5mass%を超えると、ヒステリシス損が増大し、比較的低速回転でのモータ損失が大きくなってしまうおそれがある。なお、電磁鋼板にSiの濃度分布を与えるには浸珪処理やクラッド処理などを利用でき、特に製法を限定する必要はない。表層におけるSi濃度は3.5mass%以上とすることができ、好ましくは4.5mass%以上であり、また、7.0mass%以下とすることができ、好ましくは6.5mass%以下である。板厚中心におけるSi濃度は1.5mass%以上とすることができ、好ましくは2.5mass%以上であり、また、5.5mass%以下とすることができ、好ましくは4.0mass%以下である。ここで、表層とは表面から板厚1/3までの範囲とし、表層におけるSi濃度はこの板厚範囲での平均Si濃度とする。
 以上の構成を備える軟磁性材の複数枚を積層してモータコアが作製される。ここで、軟磁性材の枚数は、モータの要求出力に応じて、適宜調整すればよい。
 なお、モータコアを製造するにあたって、素材となる軟磁性材をコア形状に加工する手段は打ち抜きを想定しているが、レーザーによる軟磁性材の加工でも上記した要件を満たしていれば、所期する効果が得られる。
 上記したモータコアは、ロータと組み合わせてモータとなる。以下に、本発明に従うモータについて解説する。
[ロータ:周方向に配置される磁石の数が14以上]
 多極化によるモータトルク向上効果を得るため、ロータにおける磁石の数は14以上とする。すなわち、磁石モータのトルクは下記式で表現され、下記式からトルクを増大させる設計指針として極数(極対数×2)を増加させるのが有効であることがわかる。この極数の増加は、ロータにおける磁石の数を増加させることに相当する。下記式から、高トルク化には多極化が有効である一方で、鉄心の励磁周波数fと極対数Pnは比例関係にあるため、多極化に伴い鉄心の励磁が高周波化してしまうことがわかる。鉄損のうち渦電流損は励磁周波数fの二乗に比例して大きくなり、特に磁石の数が14以上になると高周波化による鉄損の増大が顕著となる。そこで、本発明に従うティース幅とスロット数を有するモータでは、特に磁石の数が14以上となる場合、1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下の鉄心材料と組み合わせて、損失の増大を抑制しつつ、モータの高トルク化を実現した。磁石の数は、好ましくは16以上、より好ましくは20以上である。磁石数の上限はないが、多極化すると(磁石の数が多くなると)励磁周波数(磁石の数×回転数に比例)が高くなって鉄損が増大し、コストも上昇するので、モータ設計の際にこれらを考慮して適宜決定すればよく、例えば、48以下とすることができる。
 記
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
[モータ:密閉型アウターロータ構造]
 まず、モータは、モータコアの外側にロータを配置することによって、磁石を多く配置して多極化を進展させることが可能であるため、アウターロータ構造とすることが好ましい。さらに、冷却風の導入を必要としない、密閉型構造とすることによって故障のリスクを高める異物の巻き込みを防止可能となる。
[鉄心材料の影響とモータ特性]
 図1に示すモータコア(ステータ鉄心)およびロータを有する、14極-21スロットでティースの幅が1.6mmである密封型のアウターロータ構造のモータを、表1に示す鉄心材料(軟磁性材)を用いて製作した。ここで、Si鋼やSi濃度傾斜鋼、パーメンジュールに関しては、金型を使用した打ち抜き加工によって得た。アモルファス金属は打ち抜きが困難なため、アモルファス金属を積層接着したコア材からワイヤ放電加工により所望のコア形状に切り出した。なお、パーメンジュールを使用したコアに関しては、乾燥Ar雰囲気中で800℃×2hの焼鈍を施した。表1に示す鉄心材料の磁気特性は外径55mm、内径35mmおよび積層厚10.0mmのリングコアをワイヤ放電加工により製作し、1次巻線および2次巻線を施し鉄損W10/3k及び磁束密度B50の測定値である。
 モータ評価は11000rpm-0.25Nmで駆動させ、それぞれの条件におけるモータ損失を下記のように評価した。
 モータ損失(W)=入力電力(W)-モータ出力(W)
 銅損(W)=巻線抵抗(Ω)×電流(Arms)2
 モータ鉄損(W)=モータ損失(W)-銅損(W)
 さらに、同条件でモータを20分間駆動した際のモータ内部温度を、熱電対温度計により測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1に結果によると、W10/3kが220W/kg以下の鉄心材料(軟磁性材)を用いると、効果的にモータ鉄損を低減できていることがわかる。また、鉄損が220W/kg以下でかつ磁束密度B50が1.55T以上の鉄心材料を適用した条件では、銅損についても効果的に低減することができている。発明例ではモータ鉄損、銅損共に低減されることでモータの温度を低減できた。ちなみに、モータにおける巻き線の絶縁被覆の耐熱温度は180℃程度であるのが一般的であり、上記のとおり本発明に従うモータでの温度は140℃程度以下であるから、密封型モータにおいても全く問題がないことが確認された。
 なお、ここで言う鉄損とは、モータコアのティース部から元ティースの端部を追加工することなくSST用の微小試験片を切り出して一般的な磁気特性試験を行うことで得た値である。
[ティース幅の影響]
 図1に示す構造の14極-21スロットであるアウターロータ構造のモータをベースに、そのティースの幅を表2に示すように変化させたモータにおいて、表2に示す各種コア材料(板厚0.1mm)を適用した際のモータ効率をそれぞれ測定した。その測定結果を、表2に併記する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表2から、ティースが0.5mm以上2.0mm以下の場合であって、鉄損W10/3kが220W/kg以下のコア材料で効果的に鉄損の増大が抑えられていることがわかる。なお、板厚方向にSi濃度傾斜を有する材料ではほとんど鉄損の増大が無く、結果としてティース幅が狭くても高効率を維持することも分かる。
 なお、上記した実施例では、モータコアを密封型のアウターロータ構造のモータへ適用して評価しているが、本発明の要件を満たしていれば、本発明の対象は実施例に開示したモータ形式に限らないことは勿論である。

Claims (6)

  1.  ティース幅が0.5mm以上2.0mm以下であり、かつ前記ティース間に構成されるスロットの数が12以上である板状の軟磁性材を複数枚積層してなるモータコアであって、前記軟磁性材は1.0T-3000Hzでの励磁における鉄損が220W/kg以下であるモータコア。
  2.  前記軟磁性材は、5000A/mの磁界における磁束密度が1.55T以上である請求項1に記載のモータコア。
  3.  前記軟磁性材が電磁鋼板であって、該電磁鋼板は板厚方向にSiの濃度分布を有する請求項1または2に記載のモータコア。
  4.  請求項1から3のいずれかに記載のモータコアと、周方向に14以上の磁石が配置されるロータとを有するモータ。
  5.  請求項1から3のいずれかに記載のモータコアの外側にロータが配され、密閉型アウターロータ構造であるモータ。
  6.  前記モータコアの外側に前記ロータが配され、密閉型アウターロータ構造である請求項4に記載のモータ。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1198790A (ja) 1997-09-16 1999-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ブラシレスdcモータ
JP2002136013A (ja) 2000-10-27 2002-05-10 Nissan Motor Co Ltd 磁石モータ
JP2010063252A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Jfe Steel Corp 熱放散性に優れた高速モータ用コアおよび高速モータ用コア材料
JP2010062275A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Jfe Steel Corp モータコアおよびモータコア材料
WO2018173877A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 圧縮機
WO2019117089A1 (ja) * 2017-12-12 2019-06-20 Jfeスチール株式会社 複層型電磁鋼板
WO2019117095A1 (ja) * 2017-12-12 2019-06-20 Jfeスチール株式会社 複層型電磁鋼板

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5429411B1 (ja) * 2012-05-31 2014-02-26 新日鐵住金株式会社 無方向性電磁鋼板
TWI525962B (zh) * 2014-12-05 2016-03-11 財團法人工業技術研究院 外轉子永磁無刷馬達
DE102017002561A1 (de) * 2016-03-18 2017-09-21 Minebea Co., Ltd. Elektromotor
TWI699074B (zh) * 2017-09-29 2020-07-11 日商日立金屬股份有限公司 徑向間隙式旋轉電機及其製造方法、旋轉電機用齒片的製造裝置、旋轉電機用齒構件的製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1198790A (ja) 1997-09-16 1999-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ブラシレスdcモータ
JP2002136013A (ja) 2000-10-27 2002-05-10 Nissan Motor Co Ltd 磁石モータ
JP2010063252A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Jfe Steel Corp 熱放散性に優れた高速モータ用コアおよび高速モータ用コア材料
JP2010062275A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Jfe Steel Corp モータコアおよびモータコア材料
WO2018173877A1 (ja) * 2017-03-22 2018-09-27 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 圧縮機
WO2019117089A1 (ja) * 2017-12-12 2019-06-20 Jfeスチール株式会社 複層型電磁鋼板
WO2019117095A1 (ja) * 2017-12-12 2019-06-20 Jfeスチール株式会社 複層型電磁鋼板

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