JP7718334B2 - Stator and motor - Google Patents
Stator and motorInfo
- Publication number
- JP7718334B2 JP7718334B2 JP2022100684A JP2022100684A JP7718334B2 JP 7718334 B2 JP7718334 B2 JP 7718334B2 JP 2022100684 A JP2022100684 A JP 2022100684A JP 2022100684 A JP2022100684 A JP 2022100684A JP 7718334 B2 JP7718334 B2 JP 7718334B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic flux
- winding
- electromagnetic steel
- stator
- flux density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Description
本開示は、ステータ及びモータに関する。 This disclosure relates to a stator and a motor.
近年、自動車分野ではCO2排出抑制のため電動化が進展しており、今後もますます電動化が進むことが予測されている。ここで、駆動力の源となるモータとしては、使用するエネルギー消費抑制の観点から、高効率化が要求されている。さらに、自動車への搭載性という観点で、モータの小型化も必要とされている。 In recent years, electrification has progressed in the automotive field to reduce CO2 emissions, and it is predicted that electrification will continue to advance in the future. Here, motors, which provide driving force, are required to be highly efficient in order to reduce energy consumption. Furthermore, miniaturization of motors is also required in order to make them easier to install in automobiles.
金属資源を有効活用するという観点から、使用済みのモータコアから巻線材の銅と鉄である電磁鋼板とを分離し、製品への再利用がされている。ただし、モータの高特性化のためには、モータコアに高占積率で巻線を巻回す必要がある。高占積率で巻回された巻線をモータコアから完全に分離して資源の再利用を行うには多大な労力とコストとを要する。場合によっては樹脂などで巻線がモールドされていることもあり、鉄と銅とを分離できず鉄中に銅を混入させる原因となる。また、上記のような電動車の普及により銅の需給が逼迫している。銅の重量単価の急激な増加が進むだけでなく、資源枯渇の可能性が考えられる。そこで、モータのコスト低減及び他資源活用のために、巻線材料を銅からアルミへ転換することが検討されている。 To make effective use of metal resources, the copper winding material and iron-based electromagnetic steel sheets are separated from used motor cores and reused in products. However, to improve motor performance, the windings must be wound around the motor core with a high space factor. Completely separating windings wound with a high space factor from the motor core and reusing the resources requires a great deal of effort and cost. In some cases, the windings are molded in resin, making it impossible to separate the iron and copper, which can lead to copper being mixed with the iron. Furthermore, the spread of electric vehicles as mentioned above is putting a strain on the supply and demand of copper. Not only is the unit price of copper increasing rapidly, but there is also the possibility of resource depletion. Therefore, in order to reduce motor costs and utilize other resources, a switch from copper to aluminum as the winding material is being considered.
アルミは銅に対して電気抵抗率が約1.6倍であり、単純に巻線材料を銅からアルミへ置き換えると銅損が約1.6倍となり、モータ効率の低下を招く。このような背景のもと、特許文献1においては、ディスプロシウム等のレアアースを含有させた残留磁束密度1.32T以上1.39T以下の永久磁石を使用することで銅損を低減する技術が提案されている。 Aluminum has an electrical resistivity approximately 1.6 times that of copper, so simply replacing copper with aluminum as the winding material increases copper loss by approximately 1.6 times, resulting in a decrease in motor efficiency. Against this background, Patent Document 1 proposes a technology to reduce copper loss by using permanent magnets containing rare earth elements such as dysprosium and having a residual magnetic flux density of 1.32 T to 1.39 T.
しかしながら、ディスプロシウム等のレアアースを含有させた永久磁石を用いるとコストが嵩み、巻線材料をアルミに変更することによるコスト低減効果を損なう。 However, using permanent magnets containing rare earth elements such as dysprosium increases costs, negating the cost reduction benefits of changing the winding material to aluminum.
また、資源リサイクル性という観点では、重量単価が銅よりも低いアルミでは、使用済みのモータからアルミを分離し回収するコストが材料価値に見合わない。 Furthermore, from the perspective of resource recyclability, aluminum has a lower cost per weight than copper, so the cost of separating and recovering aluminum from used motors is not worth the material's value.
以上のように、巻線材料としてアルミを用いる場合、モータ特性、経済性および資源リサイクル性の両立が困難であった。 As described above, when using aluminum as the winding material, it was difficult to achieve both good motor characteristics, economic efficiency, and resource recyclability.
本開示は、かかる事情に鑑みてなされたもので、巻線材料としてアルミを用い、モータ特性、経済性および資源リサイクル性に優れたステータを提供することを目的とする。 This disclosure was made in light of these circumstances, and aims to provide a stator that uses aluminum as the winding material and has excellent motor characteristics, economy, and resource recyclability.
発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、以下の知見を得て本発明に至った。 The inventors conducted extensive research to achieve the above objectives. As a result, they discovered the following and arrived at the present invention.
・Al:99.6%以上のアルミ合金からなる巻線と、
・積分磁束密度IB(500)が90000(TA/m)以上かつ積分磁束密度IB(5)が550(TA/m)以上の電磁鋼板からなるステータコアを用いることにより、ステータコアと巻線材料とを分離することなく、鉄スクラップとして有効に再利用でき、かつ優れたモータ特性を発揮することができる。
A winding made of an aluminum alloy containing 99.6% or more of Al;
By using a stator core made of electromagnetic steel sheet with an integrated magnetic flux density IB(500) of 90,000 (TA/m) or more and an integrated magnetic flux density IB(5) of 550 (TA/m) or more, the stator core and winding material can be effectively recycled as scrap iron without separating them, and excellent motor characteristics can be achieved.
本開示は、上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、本開示の要旨構成は以下のとおりである。 This disclosure is based on the above findings. Specifically, the gist of this disclosure is as follows:
[1] 電磁鋼板を積層してなるステータコアと、
前記ステータコアに巻回された巻線と
を備え、
前記巻線は、質量%で、Al:99.6%以上、及びCu:0.001%以上0.15%以下を含有するアルミ合金からなり、
前記電磁鋼板の積分磁束密度IB(500)が90000TA/m以上かつ積分磁束密度IB(5)が550TA/m以上である、ステータ。
ここで、前記積分磁束密度IB(500)は、磁界の強さHが0A/m~50000A/mの区間における磁束密度(T)の積分値を指し、
前記積分磁束密度IB(5)は、磁界の強さHが0A/m~500A/mの区間における磁束密度(T)の積分値を指す。
[1] A stator core formed by laminating electromagnetic steel sheets;
a winding wound around the stator core,
the winding is made of an aluminum alloy containing, by mass%, 99.6% or more of Al and 0.001% or more and 0.15% or less of Cu,
The stator, wherein the integrated magnetic flux density IB(500) of the electromagnetic steel sheet is 90,000 TA/m or more and the integrated magnetic flux density IB(5) is 550 TA/m or more.
Here, the integrated magnetic flux density IB(500) refers to the integral value of the magnetic flux density (T) in the range where the magnetic field strength H is 0 A/m to 50,000 A/m,
The integrated magnetic flux density IB(5) indicates the integral value of the magnetic flux density (T) in the range of the magnetic field strength H from 0 A/m to 500 A/m.
[2] 前記ステータコアの積層高さhと外径Dとの比D/hが、1.0≦D/h≦3.0である、前記[1]に記載のステータ。 [2] The stator described in [1], wherein the ratio D/h of the stack height h of the stator core to the outer diameter D is 1.0≦D/h≦3.0.
[3] 前記巻線のスロット占積率が60%以上であり、
前記電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力10MPaを加えた際の鉄損W10/400(W/kg)が外部応力0MPaにおける鉄損W10/400(W/kg)以下である、前記[1]または[2]に記載のステータ。
[3] The slot space factor of the winding is 60% or more,
The stator according to [1] or [2], wherein an iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux of the electromagnetic steel plate is equal to or less than an iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 0 MPa is applied.
[4] 前記電磁鋼板の層間が面積率85%以上で接着されている、前記[1]~[3]のいずれかに記載のステータ。 [4] A stator described in any one of [1] to [3] above, wherein the layers of the electromagnetic steel sheets are bonded together at an area ratio of 85% or more.
[5] 前記電磁鋼板が打抜きせん断面を有し、
前記巻線と接触する前記電磁鋼板の角部が前記打抜きせん断面側であり、
前記ステータが絶縁紙を備えない、前記[1]~[4]のいずれかに記載のステータ。
[5] The electromagnetic steel sheet has a punched shear surface,
a corner of the electromagnetic steel sheet that comes into contact with the winding is on the punched shear surface side,
The stator according to any one of [1] to [4], wherein the stator does not include insulating paper.
[6]前記電磁鋼板は、質量%で、Cu:0.001%以上1.0%以下を含有する、前記[1]~[5]のいずれかに記載のステータ。
[7] 前記[1]~[6]のいずれかに記載のステータを有する、モータ。
[6] The stator according to any one of [1] to [5], wherein the electromagnetic steel sheet contains, by mass%, Cu: 0.001% or more and 1.0% or less.
[7] A motor having the stator according to any one of [1] to [6].
本開示によれば、巻線材料としてアルミを用い、モータ特性、経済性および資源リサイクル性に優れたステータを提供することができる。 This disclosure makes it possible to provide a stator that uses aluminum as the winding material and has excellent motor characteristics, economy, and resource recyclability.
以下、本開示の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。以下の説明において、成分元素の含有量を表す「%」は、特に明記しない限り「質量%」を意味する。また本明細書中において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 Embodiments of the present disclosure are described below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, "%" representing the content of a component element means "% by mass" unless otherwise specified. Furthermore, in this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values written before and after "to" as the lower and upper limits.
ステータは、電磁鋼板を積層してなるステータコアと、ステータコアに巻回された巻線とを備える。図3に示すように、一例において、ステータコア10は、円環または円筒形のバックヨーク11と、バックヨーク11の内周面に間隔を空けて周方向に配置されて間にスロット12を規定するティース13とを有し、該ティース13に巻線が巻回されている。 The stator comprises a stator core made of laminated electromagnetic steel sheets and windings wound around the stator core. As shown in Figure 3, in one example, the stator core 10 has a circular or cylindrical back yoke 11 and teeth 13 spaced apart in the circumferential direction on the inner surface of the back yoke 11 to define slots 12, with windings wound around the teeth 13.
[巻線]
まず、ステータコアに巻回された巻線について説明する。
[Winding]
First, the windings wound around the stator core will be described.
・Al:99.6%以上のアルミ合金
巻線はAl:99.6%以上のアルミ合金からなる。巻線のAl含有量が高いことで、巻線の抵抗を下げ、銅損(アルミ損)を低減させることができる。なお、モータの損失のうち、銅損(アルミ損)は一般的に下記式(1)で示される
PCu=RI2
=ρL/S×I2 …式(1)
ここで、R(Ω):巻線抵抗、I(Arms):モータ電流、ρ(Ω・m):巻線材料の比抵抗、L(m):巻線長さ、S(m2):巻線断面積である。
The windings are made of an aluminum alloy with 99.6% or more Al. The high Al content of the windings reduces the resistance of the windings and reduces copper loss (aluminum loss). Of the losses in a motor, copper loss (aluminum loss) is generally expressed by the following formula (1): P Cu = RI 2
=ρL/S×I 2 ...Formula (1)
Here, R (Ω): winding resistance, I (Arms): motor current, ρ (Ω·m): specific resistance of the winding material, L (m): winding length, and S (m 2 ): winding cross-sectional area.
さらに、Al含有量が高い、すなわち不純物元素が少ないアルミ合金を巻線として利用することで、使用後のモータから巻線をモータコアから分離することなく、鉄スクラップとして処理することができる。Alは電磁鋼板の磁気特性を向上させるための元素として活用されており、電炉等で電磁鋼板を製造する際に積極的に添加する元素であるためである。 Furthermore, by using an aluminum alloy with a high Al content, i.e., with few impurity elements, for the windings, the windings from used motors can be disposed of as scrap iron without having to be separated from the motor core. This is because Al is used as an element to improve the magnetic properties of electrical steel sheets, and is an element that is actively added when manufacturing electrical steel sheets in electric furnaces, etc.
アルミ合金のCu含有量は、0.001%以上0.15%以下とする。使用後のモータを鉄スクラップとする際にCuが多量に混入すると、鋼からCuを取り除くことが難しい。混入したCuは、鉄スクラップを再度電磁鋼板とする際に粒成長性の妨げとなり、電磁鋼板の磁気特性を悪化させてしまう。よって、アルミ合金のCu含有量は0.15%以下とする。一方、アルミ合金へのCu添加は強度を向上させる効果があり、巻線を高占積率にステータコアへ巻き付ける際に有効に作用する。そのため、Cu含有量は0.001%以上とする。 The Cu content of the aluminum alloy must be between 0.001% and 0.15%. If a large amount of Cu is mixed in when a used motor is turned into iron scrap, it is difficult to remove the Cu from the steel. This mixed Cu hinders grain growth when the iron scrap is turned back into electrical steel sheet, degrading the magnetic properties of the electrical steel sheet. Therefore, the Cu content of the aluminum alloy must be 0.15% or less. On the other hand, adding Cu to the aluminum alloy has the effect of improving strength, which is effective when winding the windings around the stator core with a high space factor. For this reason, the Cu content must be 0.001% or more.
[ステータコア]
次に、ステータコアを構成する電磁鋼板の要件及びその限定理由について説明する。なお、電磁鋼板については規定した磁気特性を有すれば発明の効果を発揮でき、発明の効果はその他の成分、板厚及び製造方法には依存しない。
[Stator core]
Next, we will explain the requirements for the electromagnetic steel sheets that make up the stator core and the reasons for their limitations. Note that the effects of the invention can be achieved as long as the electromagnetic steel sheets have the specified magnetic properties, and the effects of the invention do not depend on other components, sheet thickness, or manufacturing method.
なお、電磁鋼板のCu含有量は0.001%以上1.0%以下が好ましい。使用後のモータを鉄スクラップとする際に混入するCuの量を低減することで、鋼からCuを取り除くことがより容易である。また、鉄スクラップに混入するCuの量を低減することで、鉄スクラップを再度電磁鋼板とする際にCuが粒成長性の妨げとなることを好適に防ぎ、電磁鋼板の磁気特性をより向上することができる。よって、電磁鋼板のCu含有量は1.0%以下とすることが好ましい。一方、Cuは鋼板の強度を高め、モータの高速回転化に寄与するため、Cu含有量は0.001%以上とすることが好ましい。 The Cu content of electrical steel sheet is preferably 0.001% or more and 1.0% or less. Reducing the amount of Cu mixed in when used motors are turned into iron scrap makes it easier to remove Cu from the steel. Furthermore, reducing the amount of Cu mixed in iron scrap effectively prevents Cu from interfering with grain growth when the iron scrap is turned into electrical steel sheet again, further improving the magnetic properties of the electrical steel sheet. Therefore, the Cu content of electrical steel sheet is preferably 1.0% or less. On the other hand, because Cu increases the strength of the steel sheet and contributes to higher motor rotation speeds, the Cu content is preferably 0.001% or more.
・積分磁束密度IB(500):90000TA/m以上
・積分磁束密度IB(5):550TA/m以上
上述した式(1)の電流を低減させるために、モータ電流を低減させることが重要である。積分磁束密度IB(500)が90000TA/mかつ積分磁束密度IB(5)が550TA/m以上の材料を用いることで、低いトルク領域から高いトルク領域までの広い領域に亘ってモータトルクを向上させ、モータ電流を低減することができ、銅損(アルミ損)を低減することができる。積分磁束密度IB(500)は、好ましくは95000以上、より好ましくは100000以上とする。積分磁束密度IB(5)は、好ましくは600以上、より好ましくは620以上とする。積分磁束密度IB(500)の上限は特に限定されないが、一例においては150000以下である。積分磁束密度IB(5)の上限は特に限定されないが、一例においては700以下である。
Integral magnetic flux density IB(500): 90,000 TA/m or more Integral magnetic flux density IB(5): 550 TA/m or more In order to reduce the current in the above formula (1), it is important to reduce the motor current. By using a material with an integral magnetic flux density IB(500) of 90,000 TA/m and an integral magnetic flux density IB(5) of 550 TA/m or more, motor torque can be improved over a wide range from low to high torque, motor current can be reduced, and copper loss (aluminum loss) can be reduced. The integral magnetic flux density IB(500) is preferably 95,000 or more, more preferably 100,000 or more. The integral magnetic flux density IB(5) is preferably 600 or more, more preferably 620 or more. The upper limit of the integral magnetic flux density IB(500) is not particularly limited, but in one example, it is 150,000 or less. The upper limit of the integrated magnetic flux density IB(5) is not particularly limited, but is 700 or less in one example.
ここで、積分磁束密度IBとは、下記の測定方法によって得られた値である。
(1)直流B-H曲線の測定
下記磁界の強さH(A/m)における鉄心材料の磁束密度B(T)を測定することにより、直流B-H曲線を測定する。たとえば、0,10,20,30,40,50,60,70,80,100,125,150,175,200,250,300,400,500,800,1000,1500,2000,2500,3000,4000,5000,8000,10000,15000,20000,30000,50000A/mでのデータを用いて直流B-H曲線を測定する。
Here, the integrated magnetic flux density IB is a value obtained by the following measurement method.
(1) Measurement of DC B-H Curve The DC B-H curve is measured by measuring the magnetic flux density B (T) of the iron core material at the following magnetic field strengths H (A/m): For example, the DC B-H curve is measured using data at 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 400, 500, 800, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 8000, 10000, 15000, 20000, 30000, and 50000 A/m.
(2)数値積分を実施する
得られた直流B-H曲線について、磁界の強さHが0A/m~500A/mの区間において積分を行い、得られた値をIB(5)とする。同様に得られたB-H曲線について、磁界の強さHが0A/m~50000A/mの区間において積分し、得られた値をIB(500)とする。
(2) Perform numerical integration. The obtained DC B-H curve is integrated over the range of magnetic field strength H from 0 A/m to 500 A/m, and the obtained value is designated as IB(5). Similarly, the obtained B-H curve is integrated over the range of magnetic field strength H from 0 A/m to 50,000 A/m, and the obtained value is designated as IB(500).
なお、直流B-H曲線の測定はステータコアのバックヨークに励磁コイルおよびサーチコイルを巻き付けてリング測定で実施してもよいし、ステータコアに適用する電磁鋼板を用いてエプスタイン試験により直流B-H曲線を測定してもよい。図1に直流B-H曲線の測定例を示す。積分磁束密度IB(5)は、図1に示した斜線部の面積に相当する。さらに、4種類の電磁鋼板について上述した方法により積分磁束密度を評価した例を図2に示す(表1の材料A,B,C,Dに対応)。積分磁束密度IBは従来電磁鋼板の磁束密度の指標とされるB50などの指標とは必ずしも大小の傾向が一致しない。巻線材料として銅を用いる場合、巻線の抵抗値を低くすることが比較的容易である。これに対し、アルミを巻線材料として用いる場合、銅を巻線材料とした場合に問題とならなかったような低い電流(トルク条件)における銅損(アルミ損)が問題になり得る。発明者らは、独自の鋭意検討により、低い電流における損失の改善に、積分磁束密度IB(5)及び積分磁束密度IB(500)が高い電磁鋼板を用いることが有用であることを見出した。 The DC B-H curve can be measured by a ring measurement using an excitation coil and a search coil wound around the back yoke of the stator core, or by an Epstein test using the electromagnetic steel sheet to be used in the stator core. Figure 1 shows an example of a DC B-H curve measurement. The integrated magnetic flux density IB(5) corresponds to the area of the shaded area in Figure 1. Furthermore, Figure 2 shows examples of the integrated magnetic flux density evaluation using the above method for four types of electromagnetic steel sheet (corresponding to materials A, B, C, and D in Table 1). The integrated magnetic flux density IB does not necessarily tend to be larger or smaller than indicators such as B50 , which are traditionally used as indicators of the magnetic flux density of electromagnetic steel sheets. When copper is used as the winding material, it is relatively easy to reduce the resistance of the winding. In contrast, when aluminum is used as the winding material, copper loss (aluminum loss) at low currents (torque conditions) can become an issue, which was not a problem when copper was used as the winding material. Through their own intensive research, the inventors have found that using electrical steel sheets with high integrated magnetic flux densities IB(5) and IB(500) is effective in improving loss at low currents.
・モータコアの積層高さhと外径Dとの比D/h:1.0≦D/h≦3.0
式(1)より、巻線を太く短くすることが銅損(アルミ損)を低減するために有効である。電磁鋼板の積分磁束密度IB(500)及び積分磁束密度IB(5)を調整してモータ電流を低減するとともに、巻線を太く短くして巻線の抵抗を低減することで、効果的に銅損(アルミ損)を低減することができる。積層高さhを短くすることは、巻線長さLも短くでき、銅損(アルミ損)の低減に有利である。また、外径Dを拡大しスロット面積を拡大させると、太い巻線を適用が可能となるので、巻線長さLを維持したままに巻線の断面積Sを大きくすることができて、銅損(アルミ損)の低減に有利である。よって、積層高さhと外径Dの比D/hは大きい方が銅損(アルミ損)抑制の観点で好ましい。また、積層方向の磁束漏れを好適に防ぎ、銅損(アルミ損)をより低減するために、D/hは3.0以下とした。より好ましくは、1.5≦D/hである。また、より好ましくはD/h≦2.0である。
The ratio D/h of the stack height h of the motor core to the outer diameter D: 1.0≦D/h≦3.0
According to Equation (1), thickening and shortening the winding wire is effective in reducing copper loss (aluminum loss). Adjusting the integral magnetic flux density IB(500) and the integral magnetic flux density IB(5) of the magnetic steel sheets to reduce the motor current and thickening and shortening the winding wire to reduce the winding resistance effectively reduces copper loss (aluminum loss). Shortening the lamination height h also shortens the winding length L, which is advantageous for reducing copper loss (aluminum loss). Furthermore, increasing the outer diameter D and expanding the slot area allows for the use of thicker winding wire, thereby increasing the cross-sectional area S of the winding while maintaining the winding length L, which is advantageous for reducing copper loss (aluminum loss). Therefore, a larger ratio D/h of the lamination height h to the outer diameter D is preferable from the perspective of suppressing copper loss (aluminum loss). Furthermore, to effectively prevent magnetic flux leakage in the lamination direction and further reduce copper loss (aluminum loss), D/h is set to 3.0 or less. More preferably, 1.5≦D/h. More preferably, D/h≦2.0.
・巻線のスロット占積率が60%以上
巻線のスロット占積率は60%以上であることが好ましい。スロット占積率の向上により、巻線の断面積Sを大きくとることができるので、銅損(アルミ損)の低減に有効である。スロット占積率は、50%以上であることがより好ましい。なお、巻線のスロット占積率は下記式(2)で定義される。
スロット占積率(%)=(導体断面積+被膜断面積)/(スロット断面積-絶縁物断面積)×100 …(2)
- Slot space factor of the winding is 60% or more It is preferable that the slot space factor of the winding is 60% or more. By improving the slot space factor, the cross-sectional area S of the winding can be made larger, which is effective in reducing copper loss (aluminum loss). It is more preferable that the slot space factor is 50% or more. The slot space factor of the winding is defined by the following equation (2):
Slot space factor (%) = (conductor cross-sectional area + coating cross-sectional area) / (slot cross-sectional area - insulator cross-sectional area) × 100 (2)
スロット占積率は、ステータを切断して断面を画像解析することにより、評価することができる。 The slot space factor can be evaluated by cutting the stator and performing image analysis of the cross section.
特に、巻線の断面形状は四角形状である(平角線である)ことが好ましい。巻線の断面形状が四角形状であることで巻線を高占積率にステータコアに施しやすい。 In particular, it is preferable that the cross-sectional shape of the winding wire is rectangular (flat wire). A rectangular cross-sectional shape of the winding wire makes it easier to apply the winding wire to the stator core with a high space factor.
巻線のスロット占積率の上限は特に限定されないが、90%以下とすることが好ましい。巻線のスロット占積率を90%以下とすることで、急激な発熱および温度上昇の際、巻線による電磁鋼板へ応力付与を好適に防ぐことができる。発進時や登坂走行時など大きな電流を流す駆動をした際に、巻線の発熱による急激な発熱が起こり得る。銅に比べてアルミは巻線の抵抗が大きいため、通電に伴う発熱量が大きい。その上、アルミは熱伝導率も低いため冷却されにくいので、温度上昇しやすい。さらに、アルミの熱膨張率(23.9×106/℃)は銅(16.5×106/℃)よりも大きい。急激な発熱および温度上昇の際、熱膨張した巻線が電磁鋼板へ応力を加え得るが、巻線のスロット占積率を90%以下とすることで、空間的な余裕が好適にあるため、巻線による電磁鋼板への応力付与を好適に防ぐことができる。 While there is no particular upper limit to the slot space factor of the winding, it is preferable to set it at 90% or less. Setting the slot space factor at 90% or less effectively prevents the winding from applying stress to the electromagnetic steel sheets during sudden heat generation and temperature increases. When a large current is applied during driving, such as when starting or traveling uphill, sudden heat generation due to heat generation from the winding can occur. Compared to copper, aluminum has a higher resistance to the winding, so a large amount of heat is generated when current is passed through it. Furthermore, aluminum has a low thermal conductivity, making it difficult to cool and prone to temperature increases. Furthermore, the thermal expansion coefficient of aluminum (23.9 x 106/°C) is greater than that of copper (16.5 x 106/°C). During sudden heat generation and temperature increases, the thermally expanded winding can apply stress to the electromagnetic steel sheets. However, setting the slot space factor at 90% or less provides sufficient space, effectively preventing the winding from applying stress to the electromagnetic steel sheets.
・電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力10MPaを加えた際の鉄損W10/400(W/kg)が外部応力0MPaにおける鉄損W10/400(W/kg)以下
磁束に対して垂直な方向に外部応力10MPaを加えた際の鉄損W10/400(W/kg)が外部応力0MPaにおける鉄損W10/400(W/kg)以下であることが好ましい。巻線の熱膨張により、電磁鋼板へ応力が付与された場合であっても、応力が付与されなかった場合の鉄損以下であることで、上述した応力付与時にモータ特性が劣化することを好適に防ぐことができる。
The iron loss W10 /400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux of the electromagnetic steel sheets is less than or equal to the iron loss W10 /400 (W/kg) when an external stress of 0 MPa is applied It is preferable that the iron loss W10 / 400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux is less than or equal to the iron loss W10 /400 (W/kg) when an external stress of 0 MPa is applied. Even when stress is applied to the electromagnetic steel sheets due to thermal expansion of the windings, by keeping the iron loss less than or equal to the iron loss when no stress is applied, it is possible to preferably prevent the motor characteristics from deteriorating when the above-mentioned stress is applied.
電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力10MPaを加えた際の鉄損W10/400(W/kg)、及び外部応力0MPaにおける鉄損W10/400(W/kg)の評価は、以下のとおり行う。評価方法は単板評価とする。磁束と垂直方法に外部応力を10MPa加えた状態で、1.0T及び400Hzで励磁した際の鉄損を評価する。エプスタイン評価の場合は、参考文献1に示される単板評価方法に従って、面圧を付与する。
[参考文献1]千田ら、「電磁鋼板の応力下での磁気測定方法の検討」、電気学会論文誌A vol.137,No.11,pp.654-660(2017)
The iron loss W10 /400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux of the electrical steel sheet, and the iron loss W10 /400 (W/kg) when an external stress of 0 MPa is applied, are evaluated as follows. The evaluation method is single sheet evaluation. The iron loss is evaluated when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux and the sheet is excited at 1.0 T and 400 Hz. In the case of Epstein evaluation, surface pressure is applied according to the single sheet evaluation method shown in Reference 1.
[Reference 1] Senda et al., "Study on magnetic measurement method under stress of electrical steel sheet," IEEJ Transactions on Electrical Engineering, Vol. 137, No. 11, pp. 654-660 (2017)
電磁鋼板は、接着により積層(接着積層)されていることが好ましい。接着積層することで、カシメなどの塑性加工領域を有さない電磁鋼板とすることができ、より高い積分磁束密度を得ることができるためである。 It is preferable that the electrical steel sheets are laminated by bonding (glue lamination). This is because adhesive lamination allows the electrical steel sheets to be free of areas that have been plastically processed, such as by crimping, and allows for a higher integrated magnetic flux density to be obtained.
・電磁鋼板の層間が、面積率85%以上で接着されている
接着積層をする場合、電磁鋼板の層間が、面積率85%以上で接着されていることが好ましい。85%以上の面積率で接着積層することにより、ステータコアをより高剛性とすることができるため、高占積率な巻線が熱膨張した際にステータコアへ付与される応力がカシメ等で積層した場合に比べてより均一となり、応力付与時の磁気特性の悪化をより好適に抑制することができる。特に1.0≦D/h≦3.0とした場合であっても、カシメ等で積層した場合よりもステータコアの剛性を高く確保することができ、電磁加振力によるモータ振動および騒音の増加をより好適に抑制することができる。なお、接着剤としては一般的なカットコア用の接着剤を使用することができ、アクリル系、エポキシ系など一般的な接着剤を使用することができる。電磁鋼板の層間の接着面積率は、以下のとおり測定する。接着により積層した電磁鋼板を剥がし取り、接着されていた2枚の電磁鋼板の剥離面に接着剤が残留している面積を評価する。この際、2枚の電磁鋼板を評価するのは、剥がしとった際に、電磁鋼板-接着界面での剥離がある可能性があるためである。このようにして評価した接着面積とステータコアの面積との比率を百分率で評価する。
The layers of the electromagnetic steel sheets are bonded with an area ratio of 85% or more. When adhesively laminated, it is preferable that the layers of the electromagnetic steel sheets be bonded with an area ratio of 85% or more. Adhesively laminating with an area ratio of 85% or more can increase the rigidity of the stator core. Therefore, when the high-space-factor windings thermally expand, the stress applied to the stator core is more uniform than when laminated using caulking or other methods, and deterioration of magnetic properties when stress is applied can be more effectively suppressed. In particular, even when the D/h ratio is 1.0≦D/h≦3.0, the rigidity of the stator core can be increased compared to when laminated using caulking or other methods, and increases in motor vibration and noise due to electromagnetic excitation force can be more effectively suppressed. Note that adhesives commonly used for cut cores can be used, including acrylic and epoxy-based adhesives. The adhesive area ratio between the layers of the electromagnetic steel sheets is measured as follows. The laminated electromagnetic steel sheets are peeled off, and the area of adhesive remaining on the peeled surface of the two previously bonded electromagnetic steel sheets is evaluated. The reason for evaluating the two electromagnetic steel sheets is that there is a possibility of peeling at the interface between the electromagnetic steel sheets and the adhesive when they are peeled off. The ratio of the adhesive area evaluated in this way to the area of the stator core is evaluated as a percentage.
・巻線と接触する電磁鋼板の角部は打抜きせん断面側とする
電磁鋼板を打抜き加工によりステータコアとする場合、図4に示すように、加工後の各電磁鋼板Sは打抜きせん断面及び破断面を有する。破断面にはバリを有する場合があり、バリと巻線Aとが接触すると巻線Aの絶縁が破壊されてしまうおそれがある。特に、断面形状が四角形状の巻線Aの場合、ヘアピン型の巻線Aをスロットに挿入した後、電磁鋼板からはみ出た先端部を曲げ加工し、隣接する巻線Aの先端部と溶接するプロセスによって成形される場合がある。このようなプロセスの場合、前述のバリが曲げ加工側の端面に存在すると、バリと曲げ加工された巻線とが接触して、絶縁破壊を起こすおそれがある。そこで、図4に示すように、打抜きせん断面側を巻線の曲げ加工側にすることで、絶縁破壊のリスクがより低いステータを提供することができる。
The corners of the electromagnetic steel sheets that come into contact with the windings are positioned on the punched shear surface side. When electromagnetic steel sheets are punched into a stator core, each electromagnetic steel sheet S after processing has a punched shear surface and a fracture surface, as shown in FIG. 4 . The fracture surface may have burrs, and if the burrs come into contact with the windings A, the insulation of the windings A may be destroyed. In particular, when the windings A have a rectangular cross section, the windings A may be shaped by inserting a hairpin-shaped winding A into a slot, bending the tip that protrudes from the electromagnetic steel sheet, and welding it to the tip of the adjacent winding A. In such a process, if the burrs are present on the end surface on the bent side, they may come into contact with the bent windings, causing insulation breakdown. Therefore, by positioning the punched shear surface side on the bent side of the windings as shown in FIG. 4 , a stator with a lower risk of insulation breakdown can be provided.
絶縁破壊を防ぐために、スロットの電磁鋼板断面を覆うように絶縁紙を設けてから巻線を巻回すことが一般的になされている。巻線と接触する電磁鋼板の角部を打抜きせん断面側とすることで、ステータが絶縁紙を備える必要がない。ステータが絶縁紙を備えないことで、製造コストをより低減することができる。また、絶縁紙を備えないことで、巻線を太く設計できるのでアルミ合金からなる巻線で問題となる銅損(アルミ損)を抑制でき、モータ性能をより向上することができる。 To prevent dielectric breakdown, it is common to apply insulating paper to cover the cross section of the electromagnetic steel sheet in the slot before winding the winding. By placing the corners of the electromagnetic steel sheet that come into contact with the winding on the punched shear surface side, the stator does not need to have insulating paper. Not using insulating paper in the stator can further reduce manufacturing costs. Furthermore, not using insulating paper allows the winding to be designed to be thicker, which reduces copper loss (aluminum loss) that is a problem with windings made from aluminum alloys, and further improves motor performance.
ステータは、ステータコアに巻線を施した後にワニス含侵処理が施されていることが好ましい。 It is preferable that the stator be subjected to a varnish impregnation treatment after windings are applied to the stator core.
(実施例1)積分磁束密度の影響
表1に示す電磁鋼板を積層し、打抜き加工を行って、図3に示すステータを準備し、外径Dが200mm、積層厚さhが100mmの8極-48スロットのIPMモータを作製した。電磁鋼板については予めエプスタイン試験により直流B-H曲線を決定し、積分磁束密度IB(5)および積分磁束密度IB(500)を評価した。巻線はAl:99.7%、Cu:0.05%の平角線アルミ合金を使用した。巻線のスロット占積率は、65%であった。各電磁鋼板を用いて作製したモータについて、回転速度1500rpm、電流300A、および50Aで通電した際のトルクを測定した。トルクは、負荷試験機にカップリングにより機械的に接続し、モータと負荷試験機との間に設置したトルク計により測定した。材料Bの場合のトルクを100(基準)とした結果を表1に示す。また、積分磁束密度IB(5)および積分磁束密度IB(500)を横軸にとり、縦軸にトルクをとったグラフを図5に示す。
Example 1: Effect of Integral Magnetic Flux Density. The magnetic steel sheets shown in Table 1 were laminated and punched to prepare the stator shown in Figure 3. An 8-pole, 48-slot IPM motor with an outer diameter D of 200 mm and a lamination thickness h of 100 mm was fabricated. The DC B-H curves for the magnetic steel sheets were determined in advance using an Epstein test, and the integral magnetic flux density IB(5) and the integral magnetic flux density IB(500) were evaluated. The windings used rectangular aluminum alloy wires composed of 99.7% Al and 0.05% Cu. The slot space factor of the windings was 65%. The torque of the motors fabricated using each magnetic steel sheet was measured at a rotational speed of 1500 rpm and currents of 300 A and 50 A. The motors were mechanically connected to a load tester via a coupling and measured using a torque meter installed between the motor and the load tester. The torque for Material B was set to 100 (reference value), and the results are shown in Table 1. FIG. 5 shows a graph in which the horizontal axis represents the integrated magnetic flux density IB(5) and the integrated magnetic flux density IB(500) and the vertical axis represents the torque.
積分磁束密度IB(5)が高いほど50Aにおけるトルクが高く、積分磁束密度IB(500)が高いほど300Aにおけるトルクが高い結果が得られた。さらに、積分磁束密度IB(500)が90000TA/m以上かつ積分磁束密度IB(5)が550TA/m以上の電磁鋼板では、上記の相関から外れて顕著に高いモータトルクを発揮することができる。 The results showed that the higher the integral magnetic flux density IB(5), the higher the torque at 50 A, and the higher the integral magnetic flux density IB(500), the higher the torque at 300 A. Furthermore, electrical steel sheets with an integral magnetic flux density IB(500) of 90,000 TA/m or more and an integral magnetic flux density IB(5) of 550 TA/m or more can deviate from the above correlation and produce significantly higher motor torque.
(実施例2)D/hの影響
ステータコアの外径D及び内径dを図3に示した形状とし、積層高さを変更することによりD/hを変化させたモータを作製した。巻線としては、Al:99.7%、Cu:0.05%の平角線のアルミ合金を使用した。スロット占積率は65%であり実施例1と同等であった。表2に回転速度1500rpm、電流300Aで駆動した際のトルクを材料Bの計測値を100(基準)として評価した結果を示す。また、図6に、実施例2の発明例におけるD/hとトルクとの関係を示す。図6から、1.0≦D/h≦3.0を満たす条件において、トルク改善効果が特に大きいことがわかる。
(Example 2) Effect of D/h A motor was fabricated with the outer diameter D and inner diameter d of the stator core as shown in Figure 3, and the D/h was varied by changing the stacking height. A rectangular aluminum alloy wire consisting of 99.7% Al and 0.05% Cu was used for the windings. The slot space factor was 65%, equivalent to that of Example 1. Table 2 shows the results of evaluating the torque when driven at a rotational speed of 1500 rpm and a current of 300 A, with the measured value for Material B set at 100 (reference). Figure 6 also shows the relationship between D/h and torque for Example 2, an example of the invention. Figure 6 reveals that the torque improvement effect is particularly significant when the condition 1.0≦D/h≦3.0 is satisfied.
(実施例3)面圧下鉄損の影響
実施例1の材料B,E,F,Gについて、単板試験にて磁束と垂直方向(面圧)に外部応力を10MPa加えた状態で、1.0T-400Hzで励磁した際の鉄損を評価した。応力を加えない状態での鉄損に対する応力を10MPa加えた状態での鉄損の比を表4に示す。また、図3に示した外径D、内径dを有し、積層高さhが170mmのステータを用いたモータの効率を下記の手順で評価した。巻線のスロット占積率は、65%であった。
(1)4000rpm-50Aで駆動:定常状態でモータ効率測定
(2)4000rpm-300Aで駆動:20秒駆動
(3)4000rpm-50Aで駆動:電流変更後すぐ、モータ効率測定
なお、モータの効率は、モータへの入力電力Pi(W)とモータの出力Po(W)=トルクT(Nm)×回転数(rpm)×2π/60との比(Po(W)/Pi(W))を百分率で評価した値である。
(Example 3) Effect of iron loss under surface pressure For materials B, E, F, and G of Example 1, iron loss was evaluated in a single-plate test when an external stress of 10 MPa was applied in the direction perpendicular to the magnetic flux (surface pressure) and the materials were excited at 1.0 T and 400 Hz. Table 4 shows the ratio of iron loss when a stress of 10 MPa was applied to iron loss when no stress was applied. In addition, the efficiency of a motor using a stator having the outer diameter D and inner diameter d shown in Figure 3 and a lamination height h of 170 mm was evaluated using the following procedure. The slot space factor of the winding was 65%.
(1) Driven at 4000 rpm - 50 A: Motor efficiency measured in steady state (2) Driven at 4000 rpm - 300 A: Driven for 20 seconds (3) Driven at 4000 rpm - 50 A: Motor efficiency measured immediately after current change Note that motor efficiency is the ratio (Po(W)/Pi(W)) of the input power Pi (W) to the motor and the motor output Po (W) = torque T (Nm) x rotation speed (rpm) x 2π/60, evaluated as a percentage.
(1)と(3)とのモータ効率の変化(百分率(%)の差、以下ポイントともいう)を表3に示す。また、無応力における鉄損(W10/400)に対する応力10MPaを加えた際の鉄損(W10/400)の比と、モータ効率の変化との関係を図7に示す。無応力における鉄損(W10/400)に対する応力10MPaを加えた際の鉄損(W10/400)の比が小さい材料ほど、モータ効率の変化が小さくなった。つまり、(2)のような大電流条件での駆動直後でもモータ効率の低下が小さい。このように、電磁鋼板の材料によってモータ効率変化に差が生じたのは、以下のように考えられる。(2)のモータ駆動によって、瞬時的に巻線が発熱し、巻線材料であるアルミが熱膨張したことによりティースへ加わる応力が生じ、材料そのものの鉄損、ひいてはモータ鉄損を変化させる。しかしながら、面圧下鉄損特性の良好は材料E、Fではその応力よるモータ鉄損、すなわちモータ効率の変化は少ない。一方、面圧下鉄損特性が良好でない材料B,Gではモータ効率が大きく変化(劣化)したのである。なお、材料E,Fにおいて材料の評価では、鉄損が応力を加えることで減少しているのに対して、モータ効率は低下している。これは巻線の温度上昇による比抵抗ρの増加に起因する銅損(アルミ損)の増大と、鉄損の減少とが相殺して、前者の方が大きかったからであると考えられる。 Table 3 shows the change in motor efficiency (percentage difference, hereafter referred to as points) between (1) and (3). Figure 7 also shows the relationship between the ratio of iron loss (W 10/400 ) when a stress of 10 MPa is applied to iron loss (W 10/400 ) without stress and the change in motor efficiency. The smaller the ratio of iron loss (W 10/400 ) when a stress of 10 MPa is applied to iron loss (W 10/400 ) without stress, the smaller the change in motor efficiency. In other words, the decrease in motor efficiency is small even immediately after driving under high current conditions such as (2). The reason for this difference in motor efficiency change depending on the material of the electromagnetic steel sheet is thought to be as follows: When the motor is driven in (2), the windings instantly heat up, and the aluminum used for the windings thermally expands, generating stress on the teeth, which changes the iron loss of the material itself and ultimately the motor iron loss. However, for materials E and F, which have good iron loss characteristics under surface pressure, there is little change in motor iron loss, i.e., motor efficiency, due to stress. On the other hand, for materials B and G, which have poor iron loss characteristics under surface pressure, there was a large change (deterioration) in motor efficiency. Note that in materials E and F, material evaluation showed that iron loss decreased when stress was applied, but motor efficiency decreased. This is thought to be because the increase in copper loss (aluminum loss) caused by an increase in resistivity ρ due to a rise in winding temperature offset the decrease in iron loss, with the former being greater.
(実施例4)接着面積の影響
図3に示したIPMモータにおいて、電磁鋼板の加工方法がモータ効率および騒音に及ぼす影響を評価した。実施例1の材料F又はBを用い、積層方法としてカシメ又は接着積層を用いて、回転速度4500rpm、トルク50Nmでのモータ騒音(dB)およびモータ効率(%)を評価した。
ここで、モータ騒音は、モータの回転軸の延伸方向においてコイルエンドから0.5m先に騒音計を設置し、騒音のオーバーオール値にて比較評価した。カシメにより作製したモータの評価結果を基準とし、該評価結果からの変化を表4に示す。また、接着面積とモータ騒音(dB)およびモータ効率(%)との関係を図8に示す。
(Example 4) Effect of Adhesion Area The effect of the processing method of the electromagnetic steel sheets on motor efficiency and noise was evaluated for the IPM motor shown in Figure 3. Using material F or B from Example 1 and using either caulking or adhesive lamination as the lamination method, motor noise (dB) and motor efficiency (%) were evaluated at a rotation speed of 4500 rpm and a torque of 50 Nm.
Here, the motor noise was evaluated by placing a sound level meter 0.5 m from the coil end in the extension direction of the motor's rotating shaft and comparing the overall noise value. The evaluation results of the motor manufactured by crimping were used as the standard, and the changes from these evaluation results are shown in Table 4. The relationship between the bonding area, motor noise (dB), and motor efficiency (%) is also shown in Figure 8.
モータ効率およびモータ騒音について、いずれの条件でもカシメにより作製したモータよりも良好な特性が得られた。特に、材料Fでは接着面積を高めるほどに、モータ効率およびモータ騒音の大きな改善が得られた。一方、表3に示すように、応力付与により鉄損が増加する材料Bの条件においては、接着積層によりカシメによる積層よりも高いモータ特性が得られるものの、接着面積を高めてもさらなるモータ特性の向上が認められなかった。これは、接着積層による圧縮応力が、磁気特性に悪影響を及ぼし鉄損の増大や透磁率の低下に伴う電流の増大などを招いたためと考えられる。 In terms of motor efficiency and motor noise, better characteristics were obtained than in motors manufactured using crimping under all conditions. In particular, with material F, the greater the adhesive area, the greater the improvement in motor efficiency and motor noise. On the other hand, as shown in Table 3, under the conditions of material B, where iron loss increases with the application of stress, adhesive lamination achieved better motor characteristics than lamination using crimping, but no further improvement in motor characteristics was observed even when the adhesive area was increased. This is thought to be because the compressive stress caused by adhesive lamination had an adverse effect on magnetic properties, leading to increased iron loss and increased current due to reduced magnetic permeability.
(実施例5)打ち抜きせん断面および絶縁紙の影響
続いて、図3に示したIPMモータ特性に及ぼす打ち抜きせん断面および絶縁紙の影響について、材料Aを用いて検証を行った。打ち抜き成形により電磁鋼板よりステータを形成し、表5に示す条件で積層し、巻線を施した。巻線材料および絶縁紙の使用有無を変化させ、各々の条件につきモータを10台作製した。電磁鋼板-巻線間で短絡が生じた割合を評価した結果を表5に示す。なお、短絡が生じた割合の評価は、メガオームテスタにてUVW相のモータ端子とステータ鉄心の外周部間での抵抗値とを評価することで判定した。1kΩ以下の抵抗値が検出された場合を短絡発生と判定した。
Example 5: Effects of punched shear surfaces and insulating paper Next, the effects of punched shear surfaces and insulating paper on the IPM motor characteristics shown in Figure 3 were examined using Material A. Stators were formed from electromagnetic steel sheets by punching, laminated under the conditions shown in Table 5, and then windings were applied. Ten motors were fabricated for each condition, varying the winding material and whether or not insulating paper was used. The results of evaluating the rate at which short circuits occurred between the electromagnetic steel sheets and the windings are shown in Table 5. The rate at which short circuits occurred was determined by evaluating the resistance between the UVW phase motor terminals and the outer periphery of the stator core using a megaohm tester. A resistance of 1 kΩ or less was detected, determining that a short circuit had occurred.
絶縁紙を挿入した場合は、いずれの条件でも短絡は生じなかった。一方、絶縁紙を使用しないで、バリと接触する向きから巻線を挿入した場合、電磁鋼板と巻線との間で短絡が生じた。アルミ合金からなる巻線では、通常マグネットワイヤ材料として使用される銅(Cu≧99.95%)を巻線材料とした場合に比べ、短絡する割合が高くなった。アルミ合金からなる巻線では、巻線材料の強度が低いため、巻線工程での巻線材料にかかる応力により巻線が伸び、絶縁被膜が引き延ばされることにより絶縁性能が低下しやすいためと考えられる。しかしながら、バリの生じている方向と反対から巻線を挿入した条件、すなわち、巻線と接触する電磁鋼板の角部が打抜きせん断面側である条件においては、アルミ巻線を絶縁紙なしで巻き付けても短絡が抑制された。このように、巻線の挿入方向を制御することで、絶縁紙を使用せずとも電磁鋼板と巻線と間の短絡を効果的に抑制することができ、モータ製造の歩留まりを向上させることができる。さらに、絶縁紙を使用しないことで、巻線を太く設計できるので、アルミ合金からなる巻線を用いた場合に問題となる銅損(アルミ損)を抑制することができ、モータ性能のさらなる向上に有効である。 When insulating paper was inserted, no short circuits occurred under any conditions. On the other hand, when insulating paper was not used and the winding was inserted in a direction that would cause contact with the burrs, short circuits occurred between the electromagnetic steel sheet and the winding. The rate of short circuits was higher for aluminum alloy windings than for windings made of copper (Cu ≥ 99.95%), a commonly used magnet wire material. This is thought to be due to the low strength of the aluminum alloy winding material, which causes the winding to stretch due to stress applied to the winding material during the winding process, thereby stretching the insulating coating and reducing its insulation performance. However, when the winding was inserted from the opposite direction to the burrs, i.e., when the corner of the electromagnetic steel sheet that contacts the winding was on the punched shear surface side, short circuits were suppressed even when the aluminum winding was wound without insulating paper. Thus, controlling the winding insertion direction can effectively suppress short circuits between the electromagnetic steel sheet and the winding without using insulating paper, thereby improving motor manufacturing yields. Furthermore, by not using insulating paper, the windings can be designed to be thicker, which reduces copper loss (aluminum loss), which is a problem when using windings made from aluminum alloy, and is effective in further improving motor performance.
10 ステータコア
11 バックヨーク
12 スロット
13 ティース
S 電磁鋼板
A 巻線
10 stator core 11 back yoke 12 slot 13 teeth S electromagnetic steel sheet A winding
Claims (7)
前記ステータコアに巻回された巻線と
を備え、
前記巻線は、質量%で、Al:99.6%以上、及びCu:0.001%以上0.15%以下を含有するアルミ合金からなり、
前記電磁鋼板の積分磁束密度IB(500)が90000TA/m以上かつ積分磁束密度IB(5)が550TA/m以上であり、
前記電磁鋼板に対して外部応力を加えない際の鉄損W 10/400 (W/kg)に対する、前記電磁鋼板の磁束に対して垂直な方向に外部応力10MPaを加えた際の鉄損W 10/400 (W/kg)が0.98以下である、ステータ。
ここで、前記積分磁束密度IB(500)は、磁界の強さHが0A/m~50000A/mの区間における磁束密度(T)の積分値を指し、
前記積分磁束密度IB(5)は、磁界の強さHが0A/m~500A/mの区間における磁束密度(T)の積分値を指す。 a stator core formed by laminating electromagnetic steel sheets;
a winding wound around the stator core,
the winding is made of an aluminum alloy containing, by mass%, 99.6% or more of Al and 0.001% or more and 0.15% or less of Cu,
The integrated magnetic flux density IB(500) of the electromagnetic steel sheet is 90,000 TA/m or more and the integrated magnetic flux density IB(5) is 550 TA/m or more,
A stator in which the iron loss W 10/400 (W/kg) when an external stress of 10 MPa is applied in a direction perpendicular to the magnetic flux of the electromagnetic steel plate is 0.98 or less relative to the iron loss W 10/400 (W/kg) when no external stress is applied to the electromagnetic steel plate.
Here, the integrated magnetic flux density IB(500) refers to the integral value of the magnetic flux density (T) in the range where the magnetic field strength H is 0 A/m to 50,000 A/m,
The integrated magnetic flux density IB(5) indicates the integral value of the magnetic flux density (T) in the range where the magnetic field strength H is 0 A/m to 500 A/m.
前記巻線と接触する前記電磁鋼板の角部が前記打抜きせん断面側であり、
前記ステータが絶縁紙を備えない、請求項1または2に記載のステータ。 the electromagnetic steel sheet has a punched shear surface,
a corner of the electromagnetic steel sheet that comes into contact with the winding is on the punched shear surface side,
3. The stator according to claim 1, wherein the stator does not include insulating paper.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022100684A JP7718334B2 (en) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | Stator and motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022100684A JP7718334B2 (en) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | Stator and motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024001799A JP2024001799A (en) | 2024-01-10 |
| JP7718334B2 true JP7718334B2 (en) | 2025-08-05 |
Family
ID=89455152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022100684A Active JP7718334B2 (en) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | Stator and motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7718334B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2026017629A (en) * | 2024-07-24 | 2026-02-05 | 国立大学法人信州大学 | variable magnetic flux motor |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003164127A (en) | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Denso Corp | Axial split hybrid magnetic pole type brushless rotary electric machine |
| JP2004088970A (en) | 2002-08-29 | 2004-03-18 | Hitachi Ltd | Laminated core, rotating electric machine and transformer using the same |
| JP2007312564A (en) | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Denso Corp | Rotating electric machine stator |
| JP2010088250A (en) | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Nippon Steel Corp | Silicon-steel-plate laminate having simple vibration transmission waveform |
| JP2011072170A (en) | 2009-08-31 | 2011-04-07 | Jfe Steel Corp | Motor core |
| JP2019507245A (en) | 2015-12-23 | 2019-03-14 | ポスコPosco | Non-oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof |
| WO2019151399A1 (en) | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Jfeスチール株式会社 | Directional electrical steel sheet, wound transformer core using the same, and method for manufacturing wound core |
| WO2019220770A1 (en) | 2018-05-14 | 2019-11-21 | Jfeスチール株式会社 | Motor |
| JP2020174475A (en) | 2019-04-11 | 2020-10-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | How to manufacture motors, pumping devices and motors |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS585254B2 (en) * | 1975-02-14 | 1983-01-29 | 三菱電線工業株式会社 | Soft and strong aluminum alloy for conductive use |
-
2022
- 2022-06-22 JP JP2022100684A patent/JP7718334B2/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003164127A (en) | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Denso Corp | Axial split hybrid magnetic pole type brushless rotary electric machine |
| JP2004088970A (en) | 2002-08-29 | 2004-03-18 | Hitachi Ltd | Laminated core, rotating electric machine and transformer using the same |
| JP2007312564A (en) | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Denso Corp | Rotating electric machine stator |
| JP2010088250A (en) | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Nippon Steel Corp | Silicon-steel-plate laminate having simple vibration transmission waveform |
| JP2011072170A (en) | 2009-08-31 | 2011-04-07 | Jfe Steel Corp | Motor core |
| JP2019507245A (en) | 2015-12-23 | 2019-03-14 | ポスコPosco | Non-oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof |
| WO2019151399A1 (en) | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Jfeスチール株式会社 | Directional electrical steel sheet, wound transformer core using the same, and method for manufacturing wound core |
| WO2019220770A1 (en) | 2018-05-14 | 2019-11-21 | Jfeスチール株式会社 | Motor |
| JP2020174475A (en) | 2019-04-11 | 2020-10-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | How to manufacture motors, pumping devices and motors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024001799A (en) | 2024-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113169638B (en) | Adhesive laminated core for stator and rotary electric machine | |
| EP3902108A1 (en) | Laminated core and rotating electric machine | |
| CN103430427A (en) | Rotor for ipm motor, and ipm motor equipped with same | |
| JPWO2017033873A1 (en) | Stator core and motor including the same | |
| JP5671869B2 (en) | Non-oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof | |
| JPWO2020255614A5 (en) | ||
| JP5531841B2 (en) | Electric motor | |
| Villani | High performance electrical motors for automotive applications–status and future of motors with low cost permanent magnets | |
| JP7718334B2 (en) | Stator and motor | |
| KR20220010609A (en) | Core blocks, laminated cores and rotating electric machines | |
| JP2009055750A (en) | Claw pole type pm motor and its manufacturing method | |
| JP6024919B2 (en) | Motor with low iron loss deterioration due to shrink fitting | |
| JP2008036671A (en) | Laminated steel sheet of electromagnetic steel having high resistance between steel sheets on shear plane of steel sheet and caulking method thereof | |
| JP6024918B2 (en) | Motor with low iron loss deterioration due to shrink fitting | |
| JPH07298570A (en) | Manufacturing method of spiral core | |
| KR100937843B1 (en) | Manufacturing method of cylindrical amorphous alloy back yoke and manufacturing method of slotless motor using same | |
| CN105308836B (en) | Generator | |
| JP5732716B2 (en) | Motor core | |
| JP6925838B2 (en) | Iron core and motor equipped with it | |
| WO2013121786A1 (en) | Stator core for motor | |
| EP3199658B1 (en) | Method to manufacture improved exciter for an electrical generator | |
| JP2001338825A (en) | Manufacturing method of annealed laminated core | |
| JP2004100026A (en) | Split type magnetic steel sheet for iron core | |
| Kim et al. | Performance Analysis of a Permanent Magnet Synchronous Generator using SS400 Rolled Steel Sheets for the Rotor Core | |
| JP4264273B2 (en) | Method for manufacturing stator core of motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240126 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240918 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250212 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250402 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250624 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250707 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7718334 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |