JP2021058035A - Stator and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子及び回転電機に関する。 The present invention relates to a stator and a rotary electric machine.
ステータコアに備わるスロットがロータコアに対して開口する回転電機は、開口する部分(スロット開口部)でステータコアとロータコアの間隔が広がる。そのため、回転電機の起動時に、ステータコアとロータコアの間隔が変動することによる高調波磁束が発生し、回転電機に損失(高調波損失)を発生させている。この高調波損失を低減する目的で、ステータコアのスロット開口部に、軟磁性材料粉末と合成樹脂の混合体である磁性楔を設けた回転電機が特許文献1に開示されている。 In a rotary electric machine in which a slot provided in the stator core opens with respect to the rotor core, the distance between the stator core and the rotor core increases at the opening portion (slot opening). Therefore, when the rotary electric machine is started, a harmonic magnetic flux is generated due to the fluctuation of the distance between the stator core and the rotor core, causing a loss (harmonic loss) in the rotary electric machine. Patent Document 1 discloses a rotary electric machine in which a magnetic wedge, which is a mixture of soft magnetic material powder and synthetic resin, is provided at a slot opening of a stator core for the purpose of reducing this harmonic loss.
特許文献1は、磁性楔の密度と比透磁率の関係について、密度が増加するにつれて比透磁率も増加する単調増加の関係があることを開示している。 Patent Document 1 discloses that the relationship between the density of the magnetic wedge and the relative magnetic permeability has a monotonous increase in which the relative magnetic permeability increases as the density increases.
そこで、発明者は、比透磁率が所望の値となる磁性楔を作製するために当該所望の値から磁性楔の密度の目標値(計算密度)を演算し、磁性楔の密度を当該目標値とするために必要な鉄粉(軟磁性材料粉末)と合成樹脂の分量(体積)を両者の比重からそれぞれ演算し、演算した分量の鉄粉と合成樹脂を混合して磁性楔を作製した。ところが、作製された磁性楔の実際の密度は計算密度に比べて低く、比透磁率を所望の値に到達させることができなかった。 Therefore, the inventor calculates a target value (calculated density) of the density of the magnetic wedge from the desired value in order to produce a magnetic wedge having a specific magnetic permeability of the desired value, and sets the density of the magnetic wedge to the target value. The amount (volume) of iron powder (soft magnetic material powder) and synthetic resin required for the above was calculated from the specific densities of both, and the calculated amount of iron powder and synthetic resin were mixed to prepare a magnetic wedge. However, the actual density of the produced magnetic wedge was lower than the calculated density, and the relative magnetic permeability could not reach the desired value.
また、磁性楔の作製に際しては、磁性楔の密度を増加する目的で混合体に含まれる軟磁性材料粉末の割合を過剰に大きくすると、軟磁性材料粉末の増加に応じて混合体の流動性が低下する点に留意しなければならない。混合体の流動性が低下すると、スロット開口部に均一に充填することが困難となり、磁性楔の製作作業性が悪化するだけでなく、場合によっては磁性楔の製作が不可能となるおそれもあるからである。 Further, in the production of the magnetic wedge, if the proportion of the soft magnetic material powder contained in the mixture is excessively increased for the purpose of increasing the density of the magnetic wedge, the fluidity of the mixture increases as the amount of the soft magnetic material powder increases. It should be noted that it will decrease. When the fluidity of the mixture is reduced, it becomes difficult to uniformly fill the slot opening, which not only deteriorates the workability of manufacturing the magnetic wedge, but also may make it impossible to manufacture the magnetic wedge in some cases. Because.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁性楔の比透磁率を所望の値に到達させることが容易な固定子を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a stator in which the relative magnetic permeability of a magnetic wedge can easily reach a desired value.
上記目的を達成するために、本発明は、複数のスロットの開口部に磁性楔を備える固定子であって、前記磁性楔は、平均粒径が60μm以下の軟磁性材料粉末と、合成樹脂との混合体であることとする。 In order to achieve the above object, the present invention is a stator provided with magnetic wedges in the openings of a plurality of slots, wherein the magnetic wedges are made of a soft magnetic material powder having an average particle size of 60 μm or less, and a synthetic resin. It is assumed that it is a mixture of.
本発明によれば、磁性楔における軟磁性材料粉末の割合を過剰に大きくすることなく磁性楔の密度を容易に向上できるため、磁性楔の比透磁率を所望の値に到達させることが容易である。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, the density of the magnetic wedge can be easily improved without excessively increasing the ratio of the soft magnetic material powder in the magnetic wedge, so that the relative magnetic permeability of the magnetic wedge can easily reach a desired value. is there. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
以下、図面を用いて、本発明の第1及び第2の実施形態による回転電機の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。 Hereinafter, the configuration and operation of the rotary electric machine according to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals indicate the same parts.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る回転電機の断面図である。回転電機100は、回転軸(シャフト)11に固定された回転子(ロータ)12と、ロータ12の外側に設置された固定子(ステータ)13とを有する。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary electric machine according to the present embodiment. The rotary
ロータ12は、所定の形状に打ち抜いた複数の電磁鋼板を積層した積層コアであるロータコア121と、ロータコア121のスロット内に挿入された二次導体122と、を有している。
The
ステータ13は、所定の形状に打抜いた複数の電磁鋼板等の軟磁性薄板を積層した積層コアであるステータコア131と、ステータコア131のスロット132内に挿入されたコイル133とを有している。ステータコア131の内周は、エアギャップを介してロータ12の外周と対向している。
The
スロット132は、ステータコア131に備わる円環状のバックコア136からロータ12に向かって径方向に延びる複数のティース(歯)134のうち隣合う2つのティース134の間に形成された溝である。スロット132のロータ12側の端部は開口し、スロット開口部135が形成されている。
The
図2は、本実施形態に係る磁性楔17を備える前のステータ13の部分断面図である。ステータ13に形成されたスロット開口部135は、ティース134の端部から周方向に突出する突起部137により開口幅が狭められ、半閉型に形成されている(セミオープン・スロット型)。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the
スロット132内には、絶縁シート例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)シートにより形成されたスロットライナー14、15と、コイル133とが配置されている。スロットライナー14はスロット132の内壁に貼り付けられたシートで、コイル133がスロット132の内壁に接触することを防ぎ、コイル133とステータコア131とを絶縁している。スロットライナー15は磁性楔17とコイル133を隔てるシートで、コイル133を覆うようにスロット132内に配置され、スロットライナー15のロータ12方向の外側にはスロット開口部135と空隙部137が形成されている。
In the
コイル133は、導線例えば銅やアルミ等にエナメル等の絶縁材が被覆された金属線で、スロットライナー14、15により囲まれ、ステータコア131と磁性楔17に接触しないように配置されている。スロット132内に配置されたコイル133は結線されコイルエンド加工をされた後に、不飽和ポリエステル系ワニス等の固着ワニスにより、スロットライナー14、15とともにステータコア131に対して固着される。
The
図3は、本実施形態に係る磁性楔17を備えた固定子13の部分断面図である。磁性楔17は、軟磁性材料粉末と合成樹脂を混錬した混合体を、スロット開口部135と空隙部137(図2参照)に充填して硬化させたものである。本実施形態では軟磁性材料粉末として鉄粉を利用している。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the
軟磁性材料粉末の平均粒径は60μm以下とする。これは、軟磁性材料粉末の平均粒径が大きいほど、磁性楔(混合体)における軟磁性材料粉末の割合が増加するにつれて磁性楔の密度が計算密度から乖離する度合いが大きくなる傾向があり、特に平均粒径が60μmを超える場合には、磁性楔の密度を増加する目的で混合体における軟磁性材料粉末の割合を増加すると、混合体の流動性が著しく低下してスロット開口部135と空隙部137に均一に充填することが困難となり、実用に耐え得る磁性楔(固定子)の作製が困難になるからである。
The average particle size of the soft magnetic material powder shall be 60 μm or less. This is because the larger the average particle size of the soft magnetic material powder, the greater the degree of deviation of the magnetic wedge density from the calculated density as the proportion of the soft magnetic material powder in the magnetic wedge (mixture) increases. Especially when the average particle size exceeds 60 μm, increasing the proportion of the soft magnetic material powder in the mixture for the purpose of increasing the density of the magnetic wedge significantly reduces the fluidity of the mixture, resulting in
なお、磁性楔17の作製に際し、スロット開口部135と空隙部137に混合体を均一に充填可能な流動性を確保するためには、軟磁性材料粉末と合成樹脂から成る混合体における軟磁性材料粉末の割合(鉄粉割合)を60%以下とすることが好ましい。
When manufacturing the
(実施例)
IEC(国際電気標準会議:International Electrotechnical Commission)の国際高効率規格に規定されるIE4に適合した回転電機100を、磁性楔17の比透磁率を高めることにより作製すべく試作を行った。
(Example)
A prototype was made to manufacture a rotary
具体的には、国際高効率規格に規定されるIE3に適合した回転電機100の固定子13に、軟磁性材料粉末の粒径と鉄粉割合を変えた磁性楔17を装着し、効率を測定した。また、軟磁性材料粉末には、水アトマイズ法により作製された平均粒径が75μmと60μmの鉄粉を用い、合成樹脂はエポキシ樹脂を用いた。
Specifically, a
図4は、本実施例に係る磁性楔17の鉄粉割合と密度の関係を鉄粉の平均粒径ごとに示し、エポキシ樹脂と鉄粉の混合比率から計算した密度(計算密度)と比較したグラフである。
FIG. 4 shows the relationship between the iron powder ratio and the density of the
最初に、平均粒径が75μmの鉄粉により形成された磁性楔17を備える回転電機100について、IE4に適合させるべく磁性楔17の鉄粉割合を増加させた。そうしたところ、回転電機100がIE4に適合する効率になる前に混合体は流動性が低下し、スロット開口部135と空隙部137に混合体を均一に充填することが困難となった。そのため、平均粒径が75μmの鉄粉により形成された磁性楔17を備える回転電機100はIE4に適合できなかった。
First, for the rotary
一方、平均粒径が60μmの鉄粉により形成された磁性楔17を備える回転電機100について、IE4に適合させるべく磁性楔17における鉄粉割合を増加させた。混合体の鉄粉割合を58%としたところ、従前の固定子ではIE3だった回転電機100の効率をIE4に適合させることができた。そのときの磁性楔17の密度は4.9×10−6kg/mm3であった(図4参照)。このことから、少なくとも本実施例で使用した回転電気100の仕様では、軟磁性材料粉末の平均粒径を60μm以下とし、混合体における軟磁性材料粉末の割合を58%以上とした磁性楔17を作製すれば、回転電気の効率をIE4に適合できることが判った。
On the other hand, with respect to the rotary
また、図4に示すように、磁性楔17の密度は、鉄粉の平均粒径によらず、鉄粉割合が大きくなると計算密度から乖離する傾向があり、鉄粉割合の増加に対する密度の上昇が計算密度より低い。一方、鉄粉割合が同じ場合の磁性楔17の密度は、平均粒径が75μmの場合より60μmの場合の方が大きく、磁性楔17を形成する軟磁性材料粉末の平均粒径を小さくすることにより、磁性楔17の密度を大きくすることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the density of the
したがって、本実施形態に係る固定子13は、磁性楔17を備え、磁性楔17は、平均粒径が60μm以下の軟磁性材料粉末と、合成樹脂との混合体である。このことにより、固定子13に密度の大きい磁性楔を容易に形成することができ、磁性楔の比透磁率を所望の値に到達させることが容易である。
Therefore, the
また、本実施形態に係る回転電機100は、磁性楔17を備え、磁性楔17は、混合体における軟磁性材料粉末の割合が60%以下である。このことにより、磁性楔17の作製に際し、スロット開口部135と空隙部137に混合体を均一に充填可能な流動性を確保することができる。
Further, the rotary
また、本実施形態に係る回転電機100は、磁性楔17を備え、磁性楔17は、混合体における軟磁性材料粉末の割合が58%以上である。このことにより、IE4に適合する回転電機100を作製することができる。
Further, the rotary
(第2実施形態)
図5と図6は、第2実施形態に係る磁性楔の断面図である。本実施形態に係る磁性楔が第1実施形態と異なる点は、固定子13の中心軸に対して周方向に軟磁性材料粉末(鉄粉)の含有量の異なる部分が磁性楔17に配列されている点である。なお、回転電機100の断面は図1と同じため省略し、第1実施形態と重複する部品、構成等に関しては原則として説明を割愛する。
(Second Embodiment)
5 and 6 are cross-sectional views of the magnetic wedge according to the second embodiment. The difference between the magnetic wedge according to the present embodiment and the first embodiment is that portions having different contents of the soft magnetic material powder (iron powder) in the circumferential direction with respect to the central axis of the
図5に示す磁性楔17は、1つの第1部分171と2つの第2部分172が固定子13の中心軸に対して周方向に配列され、1つの第1部分171は、2つの第2部分172より鉄粉の含有量が少なく、2つの第2部分172により挟まれている。
In the
また、図6に示す磁性楔17は、2つの第1部分171と3つの第2部分172が固定子13の中心軸に対して周方向に配列され、2つの第1部分171は、3つの第2部分172より鉄粉の含有量が少なく、3つの第2部分172の2つにより挟まれている。
Further, in the
即ち、本実施形態に係る固定子13(回転電機100)は、磁性楔17を備え、磁性楔17は、少なくとも1つの第1部分171と複数の第2部分172が固定子13の中心軸(回転電機100の回転軸)に対して周方向に配列され、少なくとも1つの第1部分171は、複数の第2部分172より軟磁性材料粉末の含有量が少なく、複数の第2部分172の2つにより挟まれている。
That is, the stator 13 (rotary electric machine 100) according to the present embodiment includes a
第1部分171は第2部分172より鉄粉の含有量が少ない。そのため、第1部分171は第2部分172より比透磁率が低く、固定子13の中心軸(または回転電機100の回転軸11)に対して周方向に第2部分172を通過した磁束は第1部分171を通過するときに弱められる。一方、固定子13の中心軸(または回転電機100の回転軸11)に対して半径方向に第2部分172を通過する磁束は、第1部分171を通過せず弱められない。したがって、磁性楔17を流れる磁束は周方向に比べて半径方向に流れやすい。これらのことより、本実施形態に係る磁性楔17は、磁束を固定子13の中心軸(または回転電機100の回転軸11)に対して半径方向である回転子12の方向に流し、コイル133に発生する励磁電流を減少させることができる。
The
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。 The embodiment of the present invention may have the following aspects.
本発明に用いられる軟磁性材料粉末は生産性に優れたアトマイズ鉄粉を用いすることが好ましく、特に製造コストが低い水アトマイズ鉄粉を用いることが好ましい。 As the soft magnetic material powder used in the present invention, it is preferable to use atomized iron powder having excellent productivity, and it is particularly preferable to use water atomized iron powder having a low production cost.
また、軟磁性材料粉末の平均粒径は、軟磁性材料粉末の表面の凹凸を滑らかにすることにより小さくすることが望ましい。 Further, it is desirable that the average particle size of the soft magnetic material powder is reduced by smoothing the irregularities on the surface of the soft magnetic material powder.
11…回転軸(シャフト)、12…回転子(ロータ)、13…固定子(ステータ)、14,15…スロットライナー、17…磁性楔、100…回転電機、131…ステータコア、132…スロット、135…スロット開口部、171…第1部分、172…第2部分 11 ... Rotating shaft (shaft), 12 ... Rotor (rotor), 13 ... Stator (stator), 14, 15 ... Slot liner, 17 ... Magnetic wedge, 100 ... Rotating machine, 131 ... Stator core, 132 ... Slot, 135 ... slot opening, 171 ... first part, 172 ... second part
Claims (12)
前記磁性楔は、平均粒径が60μm以下の軟磁性材料粉末と、合成樹脂との混合体であることを特徴とする固定子。 A stator with magnetic wedges in the openings of multiple slots.
The magnetic wedge is a stator characterized by being a mixture of a soft magnetic material powder having an average particle size of 60 μm or less and a synthetic resin.
前記磁性楔は、前記混合体における前記軟磁性材料粉末の割合が60%以下であることを特徴とする固定子。 The stator according to claim 1,
The magnetic wedge is a stator characterized in that the ratio of the soft magnetic material powder in the mixture is 60% or less.
前記磁性楔は、前記混合体における前記軟磁性材料粉末の割合が58%以上であることを特徴とする固定子。 The stator according to claim 1,
The magnetic wedge is a stator characterized in that the ratio of the soft magnetic material powder in the mixture is 58% or more.
前記磁性楔には、少なくとも1つの第1部分と複数の第2部分が前記固定子の中心軸に対して周方向に配列され、
前記少なくとも1つの第1部分は、前記複数の第2部分より前記軟磁性材料粉末の含有量が少なく、前記複数の第2部分の2つにより挟まれていることを特徴とする固定子。 The stator according to claim 1,
In the magnetic wedge, at least one first portion and a plurality of second portions are arranged in the circumferential direction with respect to the central axis of the stator.
The stator characterized in that the at least one first portion has a lower content of the soft magnetic material powder than the plurality of second portions and is sandwiched between the two of the plurality of second portions.
前記磁性楔が1つの前記第1部分と2つの前記第2部分を備えることを特徴とする固定子。 The stator according to claim 4,
A stator characterized in that the magnetic wedge comprises one said first portion and two said second portions.
前記磁性楔が2つの前記第1部分と3つの前記第2部分を備えることを特徴とする固定子。 The stator according to claim 4,
A stator characterized in that the magnetic wedge comprises two said first portions and three said second portions.
前記磁性楔は、平均粒径が60μm以下の軟磁性材料粉末と、合成樹脂との混合体であることを特徴とする回転電機。 A rotary electric machine equipped with magnetic wedges at the openings of multiple slots.
The magnetic wedge is a rotary electric machine characterized by being a mixture of a soft magnetic material powder having an average particle diameter of 60 μm or less and a synthetic resin.
前記磁性楔は、前記軟磁性材料粉末の前記合成樹脂に対する割合が60%以下の混合体であることを特徴とする回転電機。 The rotary electric machine according to claim 7.
The magnetic wedge is a rotary electric machine characterized in that the ratio of the soft magnetic material powder to the synthetic resin is 60% or less.
前記磁性楔は、前記軟磁性材料粉末の前記合成樹脂に対する割合が58%以上の混合体であることを特徴とする回転電機。 The rotary electric machine according to claim 7.
The magnetic wedge is a rotary electric machine characterized in that the ratio of the soft magnetic material powder to the synthetic resin is 58% or more.
前記磁性楔には、少なくとも1つの第1部分と複数の第2部分が前記回転電機の回転軸に対して周方向に配列され、
前記少なくとも1つの第1部分は、前記複数の第2部分より前記軟磁性材料粉末の含有量が少なく、前記複数の第2部分の2つにより挟まれていることを特徴とする回転電機。 The rotary electric machine according to claim 7.
In the magnetic wedge, at least one first portion and a plurality of second portions are arranged in the circumferential direction with respect to the rotation axis of the rotary electric machine.
The rotary electric machine is characterized in that the at least one first portion has a lower content of the soft magnetic material powder than the plurality of second portions and is sandwiched between the two of the plurality of second portions.
前記磁性楔が1つの前記第1部分と2つの前記第2部分を備えることを特徴とする回転電機。 The rotary electric machine according to claim 10.
A rotary electric machine, wherein the magnetic wedge includes one first portion and two second portions.
前記磁性楔が2つの前記第1部分と3つの前記第2部分を備えることを特徴とする回転電機。 The rotary electric machine according to claim 10.
A rotary electric machine characterized in that the magnetic wedge includes two said first portions and three said second portions.
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