磁性楔、旋转电机及磁性楔的制造方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202280060279.5 | 申请日 | 2022-10-06 | 公开(公告)号 | CN117957745A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 株式会社博迈立铖; | 发明人 | 野口伸; 西村和则; 菊地庆子; | ||||
| 摘要 | 提供一种能够更顺利地进行 磁性 楔向旋转 电机 的齿前端部的插入的磁性楔及所述磁性楔的制造方法。一种磁性楔，设置于旋转电机的固 定子 的狭槽开口部，所述磁性楔中，若将所述旋转电机的周向上的磁性楔的尺寸设为宽度，则投影至与所述宽度的方向垂直的平面上的磁性楔的投影形状为长方形、平行四边形或直 角 梯形，且为对所述长方形、所述平行四边形或所述直角梯形的角部实施了弯曲面的形状。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁性楔，设置于旋转电机的固定子的狭槽开口部，所述磁性楔的特征在于，若将所述旋转电机的周向上的磁性楔的尺寸设为宽度， |
||||||
| 说明书全文 | 磁性楔、旋转电机及磁性楔的制造方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于旋转电机的磁路的磁性楔、及旋转电机、以及所述磁性楔的制造方法。 背景技术[0002] 在一般的径向间隙型旋转电机中，将固定子与旋转体同轴地配置，在旋转体周围的固定子沿周向等间隔地配置有卷绕了线圈的多个齿。另外，有时在齿的旋转体侧前端以将相邻的齿的前端连接的方式配置磁性楔。此外，在此情况下，磁性楔与线圈零件等不同，磁性楔自身不卷绕线圈而被使用。 [0003] 通过配置此种磁性楔，可对从旋转体到达线圈的磁通进行磁屏蔽，从而可抑制线圈的涡流损失。另外，通过配置磁性楔，可使固定子与旋转体之间的间隙内磁通分布(特别是周向的磁通分布)平稳，使旋转体的旋转顺畅。如此，通过配置磁性楔，可获得高效率、高性能的旋转电机(例如专利文献1)。 [0004] 另外，作为现有的磁性楔，已知有包含铁粉等强磁性粉末与热硬化性树脂的复合材料。所述磁性楔的制造方法是如下方法：将强磁性粉末与热硬化性树脂混练而制成糊状后，将其在磁性楔的厚度方向上压缩成形，同时使其热硬化，首先制作片状的母材，通过机械加工而加工成作为磁性楔所需的尺寸、形状。 [0005] 此种现有的磁性楔通常被实施成为细长的长方体(长条形状)、或进而成为与长度方向垂直的剖面为梯形型或凸型那样的机械加工，在磁性楔的长度方向上插入并嵌合固定于齿前端部所设置的槽等。 [0006] 现有技术文献 [0007] 专利文献 [0008] 专利文献1：日本专利特开平3‑27745号公报 发明内容[0009] 发明所要解决的问题 [0010] 如上所述，现有的磁性楔为机械加工精加工，因此其端面通常呈边缘立起的棱角分明的形状。在此种状态下，若将磁性楔插入至齿前端部的槽等，则存在如下课题：角部被削掉而对磁性楔产生损伤，除此以外，铁粉等飞散而导致污染。进而，还存在如下课题：在插入时磁性楔的角部被卡住而磁性楔弯曲，插入变得困难，除此以外，在最坏的情况下，产生折损。 [0011] 因此，在本发明中，其目的在于提供一种能够更顺利地进行磁性楔向齿前端部的插入的磁性楔及所述磁性楔的制造方法。 [0012] 解决问题的技术手段 [0013] 本发明是一种磁性楔，设置于旋转电机的固定子的狭槽开口部，所述磁性楔中，若将所述旋转电机的周向上的磁性楔的尺寸设为宽度，则投影至与所述宽度的方向垂直的平面上的磁性楔的投影形状为长方形、平行四边形或直角梯形，且为对所述长方形、所述平行四边形或所述直角梯形的角部实施了弯曲面的形状。 [0014] 另外，优选为所述磁性楔包含多个软磁性粒子及所述软磁性粒子之间的电绝缘性的物质。 [0015] 另外，优选为所述软磁性粒子是Fe基软磁性粒子，所述Fe基软磁性粒子含有比Fe更容易氧化的元素M，并且所述电绝缘性的物质为包含所述元素M的氧化物相，所述Fe基软磁性粒子由所述氧化物相粘结。 [0016] 另外，优选为所述元素M为选自由Al、Si、Cr、Zr及Hf所组成的群组中的至少一种。 [0017] 另外，在所述磁性楔中，优选为所述Fe基软磁性粒子是Fe‑Al‑Cr系合金粒子。 [0018] 进而，在所述磁性楔中，优选为具有所述宽度在所述磁性楔的厚度方向上不同的形状。 [0019] 本发明的旋转电机的特征在于，具有：旋转电机用固定子，具有多个齿及由所述多个齿形成的多个狭槽，且在相邻的齿的前端之间嵌装有所述任一个磁性楔；以及旋转体，配置于共用轴的位置。 [0020] 本发明的磁性楔的制造方法是设置于旋转电机的固定子的狭槽开口部的磁性楔的制造方法，具有压制成形工序，所述压制成形工序若将所述旋转电机的周向上的磁性楔的尺寸设为宽度，则将包含软磁性粒子的原料粉末在所述宽度的方向上压制成形而获得成形体，在所述压制成形工序中，使用模具与冲头，所述模具具有对角部实施了弯曲面的长方形、平行四边形或直角梯形的开口部，所述冲头能够插入至所述模具的开口部。 [0021] 另外，在所述磁性楔的制造方法中，优选为包含多个软磁性粒子及所述软磁性粒子之间的电绝缘性的物质。 [0022] 另外，在所述磁性楔的制造方法中，优选为所述原料粉末是含有比Fe更容易氧化的元素M的Fe基软磁性粒子的粉末与粘合剂的混合粉，且具有热处理工序，所述热处理工序在所述压制成形工序之后对所述成形体实施热处理而在所述Fe基软磁性的粒子间形成将所述Fe基软磁性粒子彼此粘结的所述Fe基软磁性粒子的表面氧化物相。 [0023] 另外，在所述磁性楔的制造方法中，优选为所述元素M为选自由Al、Si、Cr、Zr及Hf所组成的群组中的至少一种。 [0024] 进而，在所述磁性楔的制造方法中，优选为所述Fe基软磁性粒子是Fe‑Al‑Cr系合金粒子。 [0025] 另外，在所述磁性楔的制造方法中，优选为所述冲头具有相对于所述长方形的短边方向上的中心线不对称的冲头面。 [0026] 发明的效果 [0028] [图1]是表示作为本发明的第一实施方式的磁性楔的形状的立体图及剖面图。 [0029] [图2]是表示径向间隙型旋转电机的第一实施方式的磁性楔的安装形态的示意图。 [0030] [图3]是表示作为本发明的第一实施方式的磁性楔的成形方法的示意图。 [0031] [图4]是表示作为本发明的第二实施方式的磁性楔的形状的立体图及剖面图。 [0032] [图5]是表示第二实施方式的磁性楔的安装形态的齿前端部附近的剖面示意图。 [0033] [图6]是表示作为本发明的第二实施方式的磁性楔的成形方法的示意图。 [0034] [图7]是表示本发明的实施例的成形中使用的下冲头的形状的剖面图。 [0035] [图8]是本发明的实施例的外观照片。 [0036] [图9]是部分模型的示意图。 [0037] [图10]是实施例与比较例的外观照片。 [0038] [图11]是对实施例与比较例的压入力加以比较的图表。 [0039] [图12]是本发明的实施例的直流磁化曲线(B‑H曲线)。 [0041] [图14]是表示作为本发明的第三实施方式的磁性楔的形状的剖面图。 [0042] [图15]是表示本发明的第三实施方式的另一例的剖面图。 [0043] [图16]是表示纵列地插入多个第三实施方式的磁性楔时的安装形态的剖面图。 [0044] [图17]是表示本发明的第四实施方式的一例的旋转电机的示意图。 具体实施方式[0045] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明并不限定于所涉及的实施方式。另外，重复的部分省略说明。 [0046] 本发明的实施方式是一种磁性楔，设置于旋转电机的固定子的狭槽开口部，所述磁性楔的特征在于，若将所述旋转电机的周向上的磁性楔的尺寸设为宽度，则投影至与所述宽度的方向垂直的平面上的磁性楔的投影形状为长方形、平行四边形或直角梯形，且为对所述长方形、所述平行四边形或所述直角梯形的角部实施了弯曲面的形状。即，在作为本发明的实施方式的磁性楔中，由于对磁性楔的与宽度方向垂直的剖面的形状的角部实施了弯曲面，因此不存在角部被削掉且铁粉等飞散的情况。进而，也不存在在向齿的前端插入磁性楔时，磁性楔的角部被卡住而磁性楔弯曲，插入变得困难，或磁性楔自身产生折损的情况，从而可更顺利地进行插入。 [0047] 此处，所谓齿的前端(齿前端部)，是指齿的前端侧，并不特别限定于末端。另外，所述磁性楔的投影形状只要是至少一对对边平行的形状即可。另外，旋转电机的固定子具有多个齿及在相邻的所述齿之间形成的多个狭槽，在相邻的所述齿的前端部、即所述狭槽的开口部分(狭槽开口部)之间嵌装有具有所述任一投影形状的磁性楔。 [0048] 接着，对具体的实施方式进行说明。 [0049] (第一实施方式) [0050] 图1中示出本实施方式中的磁性楔10的立体图。磁性楔10是旋转电机用的磁性楔，且为一部分的角部呈曲面那样的大致长方体形状。以下，将角部的曲面称为弯曲面(R)24。图1中一并示出了磁性楔10的剖面形状。磁性楔的与长度方向(y方向)垂直的剖面(x‑z剖面)的形状为长方形。与宽度方向(x方向)垂直的剖面(y‑z剖面)的形状呈对角部实施了弯曲面24的圆角长方形。即，投影至与宽度方向(x方向)垂直的平面(y‑z剖面)上的磁性楔的投影形状为长方形，且呈对长方形的角部实施了弯曲面的形状。即，磁性楔的投影形状即使具有弯曲面，以整体的大致形状计也可识别为长方形。而且，长方形的长边方向相当于磁性楔的长度，长方形的短边方向相当于磁性楔的厚度。 [0051] 在将磁性楔10装设于径向间隙类型的旋转电机的情况下，磁性楔的长度方向(图1中的y方向、所述长方形的长边方向)相当于旋转电机的轴向，而且，磁性楔的厚度方向(图1中的z方向、所述长方形的短边方向)相当于旋转电机的径向，磁性楔的宽度方向(图1中的x方向)相当于旋转电机的周向。另一方面，在将磁性楔10装设于轴向间隙类型的旋转电机的情况下，磁性楔的长度方向(图1中的y方向、所述长方形的长边方向)相当于旋转电机的径向，而且，磁性楔的厚度方向(图1中的z方向、所述长方形的短边方向)相当于旋转轴的轴向，磁性楔的宽度方向(图1中的x方向)相当于旋转电机的周向。关于磁性楔10的大致尺寸，例如磁性楔的长度方向(y方向)为10mm～300mm左右、磁性楔的宽度方向(x方向)为2mm～20mm左右、磁性楔的厚度方向(z方向)为1mm～5mm左右。 [0053] 图2是表示将磁性楔10安装于径向间隙类型的旋转电机时的形态的示意图。磁性楔10在旋转电机的轴向上插入至齿34的前端部所设置的槽，此时，由于从形成有弯曲面24的部分插入，因此在插入时磁性楔10被齿34的槽内表面卡住的风险减小，可顺利地插入并嵌合固定。此外，图2示出了径向间隙类型的旋转电机的情况，但在轴向间隙类型的旋转电机的情况下，除了磁性楔10的插入方向成为旋转电机的径向以外，与径向间隙类型的旋转电机相同，由于仍然从形成有弯曲面24的部分插入，因此可顺利地插入并嵌合固定。 [0054] 磁性楔10可制成包含软磁性粒子(以下，也称为软磁性粉末)、例如铁粉或Fe基软磁性合金粉末中的任一者或者两者的压粉体。通过将磁性楔10设为此种材质，能够通过粉末压制成形来制造，其结果，可如以下那样不通过机械加工便容易地形成所述弯曲面。 [0055] 此处，将通过粉末压制成形制造图1所示的磁性楔10时使用的成形用的模具(模头20)及上冲头21及下冲头22的示意图示于图3中。在模头20设置有具有与磁性楔10的y‑z剖面形状相等的圆角长方形的开口部23的模腔。此处，设置于模头20的模腔的形状可形成使上侧宽、越往下越窄的锥形。通过形成锥形，能够容易地将成形后的成形体从模头20取出，可消除如下问题：在将作为成形体的磁性楔10从模头20拔出时，磁性楔10与模头20摩擦而在磁性楔表面产生伤痕或模具的磨损加剧而寿命下降。 [0056] 上冲头21及下冲头22的与成形方向垂直的剖面形状仍然呈与磁性楔10的剖面形状相等的圆角长方形。即，上冲头21及下冲头22是与模头20的开口部23大致相同形状的、在角部具有弯曲面的大致长方形。但是，上冲头21及下冲头22由于能够插入至模头20的开口部23内，因此尺寸比开口部的尺寸小数μm左右。 [0057] 作为本发明的实施方式的磁性楔的制造方法是设置于旋转电机的固定子的狭槽开口部的磁性楔的制造方法，具有压制成形工序，所述压制成形工序若将所述旋转电机的周向上的磁性楔的尺寸设为宽度，则将包含软磁性粒子的原料粉末在所述宽度的方向上压制成形而获得成形体，在所述压制成形工序中，使用模具与冲头，所述模具具有对角部实施了弯曲面的长方形、平行四边形或直角梯形的开口部，所述冲头能够插入至所述模具的开口部。 [0058] 此处，在压制成形工序中，例如可使用模头与冲头获得磁性楔10的成形体。使用模头20与上冲头21及下冲头22的磁性楔10的成形方法如下所述。首先，在模头20中仅插入下冲头22，在模腔内填充包含软磁性粉末的原料粉末。其后，将上冲头21插入至开口部，以规定的压力进行加压。此时，加压方向(成形方向)成为磁性楔10的宽度方向。经加压的原料粉末被压实化而成为成形体11。所获得的成形体11呈具有弯曲面24的形状。对所述成形体11实施热处理等并进行固化，可获得磁性楔10。 [0059] 成形时的加压方向除了所述宽度方向以外，原理上也能够在厚度方向或长度方向上进行加压。但是，当在厚度方向上进行加压的情况下，加压面成为图1的x‑y面，在磁性楔10的最大的面进行加压，因此需要大量的荷重。因此，需要大型的压制机，从而产生设备成本变高等问题。另一方面，当在长度方向上进行加压的情况下，虽然加压面变得最小，但是仅通过成形工序形成图1所示那样的弯曲面形状变得困难。进而，需要准备相当厚的模头与细长的上下冲头，还包含模具的耐久性在内而导致模具成本增大。关于此方面，通过在宽度方向上进行加压的本实施方式的制造方法，可在面积比较小的y‑z面进行加压，与在厚度方向上成形的情况相比，可大幅度降低荷重。进而，端部的弯曲面形状也可通过如上所述那样使模头的开口部为适当的形状而容易地形成。 [0060] 成形压力能够根据原料粉末的材质与性状适宜调整，但若过低，则有时引起如下问题：成形体的密度过低而导致成形体强度不足，对后续工序中的处理带来障碍，除此以外，即使在热处理后也成为低密度而导致强度不足或无法获得所期望的磁特性。因此，成形压力优选为0.1GPa以上，优选为0.2GPa以上，进而优选为0.3GPa以上。另一方面，若成形压力过高，则对模具的负荷变大，容易产生磨损或龟裂，模具寿命变短。就此种观点而言，成形压力优选为3GPa以下，更优选为2GPa以下，进而优选为1GPa以下。 [0061] 另外，为了模具的长寿命化，优选为利用超硬合金形成模头20与上冲头21及下冲头22的至少与成形体11相接的部分。 [0062] 如以上所述，通过本实施方式的制造方法，不进行机械加工便可在磁性楔10的端部形成弯曲面形状，能够以低成本制造容易进行向旋转电机的嵌合安装的磁性楔10。进而，由于模头的开口部形状呈圆角长方形，因此由成形压力产生的向角部的应力集中通过弯曲面形状得到缓和，就提高模具寿命的方面而言也具有效果。为了更可靠地享有所述效果，弯曲面的半径优选为0.1mm以上，更优选为0.2mm以上，进而优选为0.3mm以上。 [0063] 另一方面，就确保磁性楔10的有效长度的观点而言，弯曲面的半径优选为磁性楔10的厚度的50％以下，更优选为40％以下，进而优选为30％以下。 [0064] 另一方面，通过减小弯曲面，降低所述部分的磁性楔与齿前端部之间的间隙，增强磁性楔的固定，也抑制在间隙的周边产生的磁通的分布紊乱，结果，也有助于磁性楔所带来的马达效率的提高。就所述观点而言，弯曲面的半径也优选为磁性楔10的厚度的50％以下，更优选为40％以下，进而优选为30％以下。 [0065] 另外，磁性楔10可制成包含软磁性粒子与电绝缘性的物质的复合材料(composite material)。复合材料是在多个软磁性粒子间存在电绝缘性的物质，使软磁性粒子彼此粘结，并且使粒子间电隔绝的材料，通过提高磁性楔10的电阻，可抑制磁性楔10中产生的涡流损失。 [0066] 软磁性粒子的平均粒径(累积粒度分布中的中值粒径d50)若过大，则电阻下降，涡流损失变大，因此优选为200μm以下，更优选为100μm以下，进而优选为50μm以下。另一方面，为了维持高磁导率，提高磁性楔的效果，强磁性粒子的平均粒径优选为2μm以上，更优选为5μm以上，进而优选为10μm以上。 [0067] 作为电绝缘性的物质，有机物、无机物中的任一者均能够使用，例如能够使用环氧树脂、酚树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、硅树脂、胶体二氧化硅、低熔点玻璃等。在使用它们的情况下，在将强磁性粉末与这些电绝缘性物质混合后，除了通过所述粉末压制成形以外，还可通过传递成形、注射成形、热压等方法制作。 [0068] 作为本发明的实施方式的磁性楔的制造方法中，所述原料粉末是含有比Fe更容易氧化的元素M的Fe基软磁性粒子的粉末与粘合剂的混合粉，且具有热处理工序，所述热处理工序在所述压制成形工序之后对所述成形体实施热处理，在所述Fe基软磁性粒子的粒子间形成将所述Fe基软磁性粒子彼此粘结的所述Fe基软磁性粒子的表面氧化物相。 [0069] 另外，磁性楔10是含有比Fe更容易氧化的元素M的多个Fe基软磁性粒子1的压实体。此处，所谓“比Fe更容易氧化的元素M”，是指氧化物的标准生成吉布斯能(Gibbs energy)比Fe2O3低的元素。作为元素M，可使用选自由Al、Si、Cr、Zr及Hf所组成的群组中的至少一种。作为磁性楔10的一形态，也能够设为软磁性粒子包含比Fe更容易氧化的元素M的Fe基合金，在软磁性粒子间生成元素M的氧化物相而使粒子彼此粘结的形态。作为所述形态的磁性楔10的制作方法，通过利用所述方法将软磁性粒子进行压制成形后，在氧存在的气氛下进行热处理，可使元素M的氧化物相在晶界成长，若为所述形态，则可使晶界的电绝缘性物质的比例最小化，成为高密度，因此成为高强度、高磁导率，从而更适合。 [0070] 此处，元素M不仅可选择一种，而且也可以Al与Cr、Si与Cr等的组合选择两种以上。例如，也可选择Al与Cr此两种，而将Fe基软磁性粒子制成Fe‑Al‑Cr系合金粒子。由此，可制成弯曲强度与电阻高的磁性楔10。此外，所谓Fe‑Al‑Cr系合金是含量次于Fe多的元素为Cr及Al(顺序不同)的合金，也可以比Fe、Cr、Al少的量包含其他元素。Fe‑Al‑Cr系合金的组成并不特别限定于此，例如，作为Al的含量，优选为2.0质量％以上，更优选为5.0质量％以上。 就获得高饱和磁通密度的观点而言，Al的含量优选为10.0质量％以下，更优选为6.0质量％以下。另外，Cr的含量优选为1.0质量％以上，更优选为2.5质量％以上。就获得高饱和磁通密度的观点而言，Cr的含量优选为9.0质量％以下，更优选为4.5质量％以下。 [0071] 此外，在选择两种以上的元素作为所述元素M的情况下，它们的含量的合计与选择一种的情况同样地，优选设为1.0质量％以上20质量％以下。 [0072] 另外，Fe基软磁性粒子也可设为利用化学方法或热处理等进行了表面处理的粒子。进而，Fe基软磁性粒子也可包含组成不同的多种Fe基软磁性粒子。 [0073] (第二实施方式) [0074] 图4中示出作为本发明的第二实施方式的磁性楔10的立体图。磁性楔10与所述第一实施方式同样为大致长方体，在其端部具有弯曲面24。图4中一并示出磁性楔10的与长度方向(y方向)垂直的剖面(x‑z剖面)的形状。如图那样，在第二实施方式中，其剖面形状以大致形状计为梯形型。另外，与宽度方向(x方向)垂直的剖面(y‑z剖面)的形状与第一实施方式相同，呈对角部实施了弯曲面24的圆角长方形。 [0075] 在将第二实施方式的磁性楔10安装于旋转电机时，优选为如图5所示那样在x‑y剖面的梯形的上边侧面向旋转体的方向上安装。此时，嵌入磁性楔10的齿前端部的槽的形状也优选为设为与磁性楔10的剖面形状一致的形状。通过采用此种安装形态，可使磁性楔10更接近旋转体，能够增大由磁性楔引起的旋转电机的损失降低效果。 [0076] 关于第二实施方式的形状，可如图6中示意性地表示那样，使上冲头21及下冲头22的冲头面的形状与磁性楔10的侧面部的形状相同，通过在磁性楔10的宽度方向上加压成形来制作成形体11，并利用热处理等将其固化来制作。通过采用此种制造方法，不进行多余的机械加工便可容易地获得第二实施方式的磁性楔10的形状。 [0077] 第二实施方式的磁性楔10的x‑z剖面的形状只要相对于穿过磁性楔的厚度方向上的中心的线不对称，则不限于图4所示的大致梯形形状，只要是磁性楔的宽度在厚度方向上不同的形状即可，例如可采用凸型等各种形状。而且，在此情况下，与磁性楔10的x‑z剖面的形状一致，上冲头21及下冲头22的冲头面也以相对于磁性楔的厚度方向、即开口部23的模腔(长方形)的短边方向上的中心线呈不对称的形状的形状构成。但是，优选为如图4～图6所示那样将磁性楔10的侧面25的形状(及上冲头21及下冲头22的形状)设为包含直线与曲线，将它们平滑地连接的形状，更优选为直线部与倾斜部相连的部分设为弯曲面形状。若为此种形状，则在成形时，在开口部23的模腔内的原料粉末被上冲头21及下冲头22按压时，原料粉末可沿着冲头表面的形状从压力高的部分向低的部分移动，因此可提高成形体11内部的密度均匀性。另外，通过设为此种冲头面形状，可防止成形时施加至冲头面的应力向弯曲部集中，在冲头的耐久性提高、寿命提高方面也优选。进而，磁性楔10在马达驱动时由于电磁激振力而被反复推压至齿上而产生应力，但通过将磁性楔10的侧面25设为此种形状，可防止所述应力集中于弯曲部。因此，在提高磁性楔的耐久性、提高寿命的方面有效。 [0078] 作为加压成形的方法，能够使用如图6那样单纯地利用上冲头21及下冲头22压缩的成形法(一级成形)，除此以外，也可使用对上冲头21及下冲头22中的一者或将两者分开以分别独立地控制并压缩的成形法(多级成形)。这些中，若为一级成形法，则可避免所使用的压制机或模具的复杂化、大型化，另外，成形所需的时间也可设为比较短的时间内，因此优选。但是，在采用一级成形法的情况下，需要考虑避免成形体内部的密度差变得过大。即，在将图4所示磁性楔10的x‑z剖面形状的上边的长度设为W1、将底边的长度设为W2时，若W1/W2过小，则上边附近的成形体密度容易上升，另一方面，底边附近的成形体密度难以上升，因此成形体内部的密度差变大，容易产生强度降低或磁特性不足。就所述观点而言，在为一级成形的情况下，W1/W2优选为60％以上，更优选为70％以上，进而优选为80％以上。另一方面，若W1/W2的值为100％，则宽度方向上的突起消失，在如图5所示那样的形态中无法对磁性楔进行固定。就所述观点而言，W1/W2的值优选为95％以下，更优选为90％以下，进而优选为85％以下。 [0079] 另一方面，在固定子的结构上，有时不得不将W1/W2的值设为60％以下等。在此种情况下，通过使用多级成形法，也能够制作W1/W2为60％以下、或50％以下、进而40％以下的形状。 [0080] (第三实施方式) [0081] 将作为本发明的第三实施方式的磁性楔10的剖面图示于图14中。所述图示出了在与图1同样地取x轴、y轴、z轴时，与x轴垂直的y‑z平面上的磁性楔10的剖面形状。即，是磁性楔10的与宽度方向(x方向)垂直的剖面形状。磁性楔10的y‑z剖面以大致形状计为平行四边形，在其角部具有弯曲面部24。通过将磁性楔10的y‑z剖面形状设为此种形状，磁性楔10的端部成为更锐角地突出的形状。在向齿34的前端部安装磁性楔时，从呈更锐角地突出的形状的端部插入，因此可更顺利地插入。 [0082] 另外，将本实施方式的变形例示于图15中。所述图示出了在与图1同样地取x轴、y轴、z轴时，与x轴垂直的y‑z平面上的磁性楔10的剖面形状。即，是磁性楔10的与宽度方向(x方向)垂直的剖面形状。磁性楔10的y‑z剖面以大致形状计为直角梯形，在其角部具有弯曲面24。在向齿34的前端部安装磁性楔时，通过从突出部插入，可与图14所示的磁性楔同样地顺利地插入。 [0083] 另外，在将多个磁性楔10以纵列插入至一个齿前端部的情况下，优选为以图16所示的形态设置第三实施方式的磁性楔10。若如图16那样插入第三实施方式的磁性楔，则能够减小或分散磁性楔彼此的边界处的间隙，就缓和磁通的紊乱等问题的方面而言优选。进而，在磁性楔10彼此重叠的部分，在设置于齿前端部的槽部的内壁面上产生相互推压的效果，因此磁性楔10的固定变得更牢固。另外，对于位于齿34的端面的磁性楔，优选为使用剖面形状为直角梯形的磁性楔。通过设为此种形态，能够使磁性楔从固定子端面突出、或相反地消除不存在磁性楔的无用的空间。此外，在图16中示出了使四个磁性楔10纵向排列的情况，但这只是一例，根据齿34的厚度与磁性楔10的长度，磁性楔10的个数能够适宜变更。 [0084] 如以上所述，纵列地设置多个剖面形状为平行四边形或直角梯形的磁性楔10的形态无论有无弯曲面24，均在磁性楔10彼此重叠的部分产生相互推压的效果，因此，可理解为通过其自身使磁性楔10的固定更牢固的发明。即，为一种旋转电机，具有：旋转电机用固定子，具有多个齿及由所述多个齿形成的多个狭槽，且在相邻的所述齿的前端之间，纵列地设置有多个磁性楔的长度方向上的剖面形状为平行四边形或直角梯形的磁性楔；以及旋转体，配置于与所述旋转电机用固定子共用轴的位置。 [0085] 若磁性楔10的端面的角度(图14中记载的θ)过大(即，θ越接近90°)，则越难以获得所述效果。另一方面，若θ过小，则端部的突出部变细，容易产生缺口等问题。就所述观点而言，θ优选为处于15°以上且75°以下的范围，更优选为处于30°以上且60°以下的范围，进而优选为处于40°以上且50°以下的范围。 [0086] 第三实施方式的磁性楔10优选为设为包含软磁性粒子的压粉体，利用粉末压制成形来制作所述压粉体。在此情况下，通过图14所示的磁性楔10的剖面形状设为使图3中的模具(模头20)的开口部23与图14的形状相等、上冲头21及下冲头22也与其一致的形状，可容易地制造第三实施方式的磁性楔10。另外，此时，通过将上冲头21及下冲头22的表面形状设为如图6所示那样的包含锥形的形状，也能够制作如下第三实施方式的磁性楔10：具有使磁性楔10的两侧面具有倾斜的形状、即磁性楔的与长度方向(y轴方向)垂直的剖面(x‑z剖面)为大致梯形型的特征。进而，x‑z剖面的形状并不限于大致梯形形状，也能够设为磁性楔的宽度在磁性楔的厚度方向上不同的形状那样的例如凸型等各种形状。 [0087] (第四实施方式) [0088] 接着，一并对作为本发明的第四实施方式的旋转电机300以及作为其构成元件之一的旋转电机用固定子进行说明。 [0089] 图17是旋转电机300的示意图，且示出了旋转电机300的与旋转轴垂直的剖面结构。旋转电机300是径向间隙型旋转电机，具有旋转电机用固定子(定子31)与配置于定子31内侧的旋转体(转子32)，它们同轴地配置。定子31具有多个齿34及由多个齿34形成的多个狭槽，卷绕了线圈33的多个齿34沿周向等间隔地配置。 [0090] 在本实施方式的旋转电机300中，在狭槽的转子32侧、即齿34的转子32侧前端，以将相邻的齿34的前端连接的方式嵌装有第一实施方式的磁性楔10。 [0091] 此处，齿34的相对磁导率与饱和磁通密度通常设计得比磁性楔10的相对磁导率与饱和磁通密度高。由此，到达磁性楔10的来自转子32的磁通经由磁性楔10流入齿34，到达线圈的磁通被抑制，从而可降低线圈中产生的涡流损失。另外，在驱动旋转电机时，由线圈电流产生的齿34内的磁通虽然大部分隔着间隙流入转子32，但一部分被磁性楔诱导而沿周向扩展。由此，定子31与转子32之间的间隙内磁通分布变得平稳，例如在转子32配置有永久磁铁的旋转电机中，可抑制齿槽效应(cogging)，进而可降低转子32中产生的涡流损失。另外，例如在转子32配置有笼形导体的感应型旋转电机中，可降低二次铜损。如以上所述，通过将所述磁性楔10配置于旋转电机，可降低损失，从而制成高效率、高性能的旋转电机300。 [0092] 实施例 [0093] 以下，示出使用Fe‑Al‑Cr系合金作为Fe基软磁性粒子的第二实施方式的实施例。但是，所述实施例中所记载的材料或调配量等只要无特别限定的记述，则并非将本发明的范围仅限定于这些内容的主旨。 [0094] (原料粉末的制作方法) [0095] 通过高压水雾化法，制作Fe‑5％Al‑4％Cr(质量％)的合金粉末。具体的制作条件如下所述。出热水温度1650℃(熔点1500℃)、熔液喷嘴径3mm、出热水速度10kg/分钟、水压90MPa、水量130L/分钟。此外，原料的熔解及出热水是在Ar环境下进行。所制作的粉末的平 2 3 均粒径(中值粒径)为12μm、粉末比表面积为0.4m/g、粉末的真密度为7.3g/cm 、粉末的含氧量为0.3％。 [0096] 向所述原料粉末中加入聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)与离子交换水而制作浆料，利用喷雾干燥器(spray dryer)进行喷雾干燥而获得造粒粉。当将原料粉末设为100重量份时，PVA添加量为0.75重量份。以0.4重量份的比例向所述造粒粉中添加硬脂酸锌并进行混合。 [0097] (成形体的制作方法) [0098] 将所述混合粉填充至模具，在室温下进行压制成形。此处，作为模具，使用与图3所示的模具为相同形状的模具。模具的材质为超硬合金。模具的开口部为18mm×1.5mm的圆角长方形，角部的弯曲面设为0.3mm。对于冲头，使用将冲头面设为与磁性楔的侧面形状相同形状的冲头。将所使用的冲头的剖面形状示于图7中。所述图是与图6所示相同的剖面图，示出了上冲头前端部的形状。图中的a为1.5mm，b为0.5mm，c为0.65mm，d为0.35mm，e为0.65mm，f为R0.3，g为45°。 [0099] 此外，如观察图7可知那样，上冲头前端部的形状有上冲头的厚度方向上的两端侧的直线部及将它们相连的倾斜部，直线部与倾斜部连接的部分呈弯曲面形状。对于下冲头，使用的是使上冲头上下反转的形状的下冲头。关于冲头的材质，上冲头、下冲头均为超硬合金。 [0100] 将所述模具与冲头安装于最大荷重20吨的机械压制机，以使成形体的行程方向上的长度(图4中的磁性楔的较长的宽度W2)成为5mm的方式调整上冲头的下降量。然后，以使3 成形体的密度成为6.0g/cm的方式调整模具的位置(模腔的深度)并填充所述原料粉末。填充原料粉末后，使模具上升1mm，防止上冲头与原料粉末接触时原料粉末从模具开口部被挤出。其后，使上冲头下降至规定的位置进行压制成形。此时，模具也以上冲头的下降速度的约一半的速度下降，考虑避免成形体内的密度偏差变得过大。成形时的下止点的荷重为2吨。将所述值除以模具的开口面积求出的成形压力为0.7GPa。 [0101] (热处理) [0102] 对如上所述那样制作的成形体，在大气中实施750℃×1小时的热处理。此时的升温速度设为250℃/h。 [0103] (实施例的外观、尺寸、密度) [0104] 通过所述制作方法制成50个实施例。关于其中的三个，将外观照片示于图8中。关于所制作的50个磁性楔的尺寸，宽度(图4的W2)为5.006mm±0.050mm，厚度为1.529mm±0.005mm，长度为17.95mm±0.01mm。此处，各尺寸的数值为50个的平均值，尺寸偏差为±3σ的值。此外，在所述中，宽度与厚度利用千分尺进行了测定，长度利用游标卡尺进行了测定。 [0105] 另外，测定各磁性楔的质量，除以根据各尺寸计算的体积，求出密度。其结果，密度3 3 为6,150Kg/m±120Kg/m。将磁性楔的密度除以所述粉末真密度所得的值即占空系数(相对密度)为84％。磁性楔的密度与成形体的密度相比增加的原因在于由热处理引起的氧化增量。 [0106] 对于从所制作的50个磁性楔中随机提取的5个，使用光学显微镜(基恩士(Keyence)公司制造的VHX‑6000；观察倍率30倍)的测长功能测定图4所示的W1与W2，取它们的比算出W1/W2。其结果，5个实施例的W1/W2处于74.4％至75.2％的范围内。 [0107] (电阻) [0108] 磁性楔的电阻率为5×104Ω·cm。此外，关于电阻率，在磁性楔的相向的两个平面上利用溅射形成4mm见方的Ag电极，使用由爱德万(Advantest)公司制造的数字超高电阻计R8340测定的施加50V时的电阻值R(Ω)，通过下式来算出电阻率ρ(Ω·cm)。 [0109] ρ(Ω·cm)＝R×A/t [0110] 此处，A为电极的面积(m2)，t为磁性楔的厚度(m)。 [0111] (弯曲强度) [0112] 使用万能试验机(英斯特朗(Instron)公司制造的5969型)测定室温下的三点弯曲强度。测定条件为负载传感器容量500N、支点直径4mm、压子直径4mm、支点间距离8mm、试验速度0.12mm/分钟。根据断裂时的荷重P(N)，以梯形对磁性楔的剖面形状进行近似，使用下式算出三点弯曲强度σ。 [0113] σ＝3LP(2W1+W2)/((W12+W22+4W1W2)h2) [0114] 此处，L为支点间距离，W1、W2为磁性楔的宽度(参照图4)，h为磁性楔的厚度。此外，在测定时，以磁性楔的宽度宽的一者(W2)为下的方式放置磁性楔。 [0115] 确认到以如上方式测定的磁性楔(试样数3个)的三点弯曲强度为140MPa～160MPa，为作为磁性楔通常要求的强度(100MPa左右)以上。 [0116] (部分模型) [0117] 为了评价在磁性楔10的端部设置有弯曲面的效果，制作模仿马达的齿34的部分模型40，实施磁性楔10向所述部分模型40的安装试验。将部分模型40的示意图示于图9中。部分模型是以如下方式而制作：使用将50mm×30mm的无方向性电磁钢板(日本制铁制造的35H300)以厚度成为50mm的方式粘接层叠而成的块作为原材料，对其以成为图9所示的形状、尺寸的方式实施线放电加工。如图9那样，制作5处模仿狭槽的凹部，形状、尺寸均相同。 可在模仿狭槽的凹部设置弹簧41，隔着胶木板42与根据需要的间隔件(未图示)将磁性楔10以推压于齿前端的槽部(图9的A部)的形式进行固定。对于磁性楔10，使用上文所述的磁性楔。 [0118] 弹簧41对磁性楔10的推压力可通过使用弹簧常数不同的弹簧或插入适当的间隔件来适宜调整。在此处的试验中，并列设置9根弹簧常数1.588N/mm的压缩螺旋弹簧(KS产业(KS SANGYO)制造的D5509；外径3.7mm、自由长度16mm)，进而在所述弹簧与胶木板之间插入3.8mm厚的间隔件(未图示)。因此，插入磁性楔10时的弹簧的压缩量为3.8mm，成为以9根弹簧的合计为53N的力推压磁性楔10的状态。 [0119] (安装时的压入力) [0120] 以如下方式测定在所述部分模型40插入磁性楔10时的压入力。首先，预先插入2个长度18mm的磁性楔，第三个磁性楔从部分模型的上端仅插入1mm。在此状态下，使用万能试验机(英斯特朗(Instron)公司制造的6959型)，以0.1mm/s的压入速度插入第三个磁性楔，利用负载传感器测定此时产生的力(压入力)。 [0121] 作为第三个磁性楔，将对端部实施了弯曲面的磁性楔(图10的左侧)与使磁性楔断裂而去除弯曲面部的磁性楔作为比较例(图10的右侧)。在插入比较例时，从断裂面侧插入至部分模型40。将压入力的测定结果示于图11中。如图那样，确认到磁性楔成为比比较例低的压入力，通过对磁性楔的端部实施弯曲面，容易进行向马达的安装。 [0122] (直流磁化曲线) [0123] 使用直流自记磁通计(东荣工业制造的TRF‑5AH)测定磁性楔的直流磁化曲线(B‑H曲线)。准备5个利用切片机将所述磁性楔的长度方向上的两端各切掉4mm并加工成长度10mm的构件，将它们在厚度方向上粘接而制作测定用试样。将其夹在电磁铁的磁极中以最大施加磁场360kA/m测定长度方向上的B‑H曲线。 [0124] 将室温下的测定结果示于图12中。施加磁场160kA/m下的磁通密度的值为1.52T。将所述磁通密度的值(1.52T)除以施加磁场的值(160kA/m)，进而除以真空的磁导率(4π×‑7 10 H/m)求出的比磁导率为7.6。 [0125] (旋转电机特性模拟) [0126] 使用利用有限元法进行的电磁场模拟来算出将具有所述磁特性的磁性楔设置于感应型旋转电机时的马达效率。供于电磁场模拟的感应型旋转电机的主要规格如下所述。 [0127] 输出功率：3.7kW [0128] 极数：4P [0130] 频率：50Hz [0131] 同步速度：1500rpm [0132] 固定子外径：200mm [0133] 固定子内径：120mm [0134] 固定子狭槽数：36 [0135] 旋转体狭槽数：44 [0136] 图13中示出本模拟中使用的旋转电机(马达)的模型图。所述图示出了与马达轴垂直的剖面。另外，将磁性楔10的形状及设置位置示于图13的右侧。磁性楔的宽度(旋转电机的周向的长度)中，与图4的W1相当的尺寸设为3.0mm，W2设为4.3mm。厚度(旋转电机的径向的长度)为1.5mm，磁性楔10的侧面25的锥形的角度相对于旋转电机的径向为45°。在所述磁性楔10的部分设定图12的B‑H曲线，进行电磁场分析。此外，图4及图7所示的磁性楔的侧面形状呈直线部与锥形部经由若干弯曲面平滑地连接的形状，但由于将所述细小的弯曲面部分准确地模型化并导入至模拟是繁杂的，因此在本模拟中忽略了连接部的弯曲面。 [0137] 电磁场分析的结果发现，如表1所示，在为正弦波输入及矩形波输入各者的情况下，通过设置磁性楔而提高马达效率。如此，通过使用具有本实施例的磁特性的磁性楔，能够提高马达的效率。 [0138] [表1] [0139] [0140] 如以上所述，根据本发明，不进行机械加工便可在磁性楔10的端部形成弯曲面形状，能够以低成本制造容易进行向旋转电机的嵌合安装的磁性楔10，能够提高旋转电机的效率。 [0141] 符号的说明 [0142] 10：磁性楔 [0143] 11：成形体(磁性楔) [0144] 20：模头 [0145] 21：上冲头 [0146] 22：下冲头 [0147] 23：开口部 [0148] 24：弯曲面(R) [0149] 25：磁性楔的侧面 [0150] 31：定子 [0151] 32：转子 [0152] 33：线圈 [0153] 34：齿 [0154] 35：二次导体 [0155] 40：部分模型 [0156] 41：弹簧 [0157] 42：胶木板 [0158] 300：旋转电机 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈