感应电机的制作方法

专利名称：感应电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及感应电机。
背景技术：
由于地球温暖化的问题而要求感应电机的高效化。为了降低感应电机 的铁损，存在将电绝缘层设置于铁芯的技术。在此，作为上述现有感应电机的例子，在专利文献l、专利文献2、专利文献3、专利文献4中公开。 在此，都公开了构成在铁芯形成电绝缘层的空气孔或槽的技术。专利文献1:日本特开昭55—26040号公报专利文献2:日本特开昭56—83252号公报专利文献3:日本特开昭3—207228号公报专利文献4:日本特开昭53—98011号公报作为感应电机需要高效化。对于感应电机的高效化必须降低铁损。在 此，铁损可以用磁滞损失与涡电流损失之和来表示。磁滞损失是由于交链 磁场而使磁芯的磁区改变方向时产生的损失，取决于磁滞曲线的内部的面 积。构成感应电机的定子的定子铁芯和构成转子的转子铁芯，为了降低涡 电流损失而对电磁钢板进行层叠而形成磁回路。另外，定子铁芯以及转子 铁芯呈复杂的形状，现状是通过冲孔加工来制造定子铁芯以及转子铁芯。 如果进行冲孔加工，则由于电磁钢板的切断部分的结晶构造变形，磁特性 劣化，磁滞曲线的内侧面积变大，存在铁损增大的问题。另外，厚的电磁 钢板由于具有涡电流损失大的缺点，所以，有无法改善感应电机的效率的 问题。另外，定子铁芯和转子铁芯的空隙小，需要一定精度，但相反，由 于冲孔加工的精度差，所以存在高次谐波的铁损也无法降低的缺点。发明内容本发明的目的是提供一种可以降低铁损，的高效率的感应电机。 这种感应电机具有定子和转子，其特征在于，定子铁芯以及转子铁芯 由层叠的钢板制作，钢板通过蚀刻加工形成。 发明效果根据本发明的代表性的一个例子，可以提供能够降低铁芯且高效率的 感应电机。


图1是表示本发明的实施例1的感应电动机的构造的图；图2是表示感应电动机的铁芯部分的截面的图的一个例子；图3是表示感应电动机的铁芯部分的截面的主要部分放大图的一个例子；图4是表示电磁钢板的板厚和铁损的关系的图；图5是表示硅钢板中的硅含量和铁损的关系的图；图6是表示时刻加工的代表性的加工截面形状的图；图7是表示冲孔加工的代表性的加工截面形状的图；图8是表示本发明的实施例2至实施例8的感应电动机的主要部分的图；图9是表示本发明的实施例9至实施例10的感应电动机的主要部分 的图。图中40 —定子；42—定子铁芯；60 —转子；62 —转子铁芯；91—槽；92 — 孔的集合部；具体实施方式
以下，利用

本发明的一个实施例。图1表示采用了电磁钢板的三相感应电动机的构造。感应电动机10 具有箱体30、端托架(end bracket) 32、内部具有风扇的风扇盖34、在箱 体30的内侧固定的定子40、在定子40的内侧配置的转子60、以及支承 转子60的轴80。轴80旋转自如地被轴承36保持在两侧的端托架32上。另外，在风扇盖34的内侧设有在轴80上固定的风扇，风扇随着轴80的 旋转而旋转。并且，风扇一侧的端托架32、轴承36以及风扇位于风扇盖 34的内部，它们在图1中没有图示出来。定子40具备定子铁芯42、和巻 绕在该定子铁芯42上的多相、在本方式中为3相的定子绕组44。另外， 从没有图示的交流端子向定子绕组44分别经引出线46供给交流电，定子 绕组44通过结线48进行星形结线或者三角形结线。这些引出线46以及 结线48分别被配置于定子绕组44的外侧。从外部的交流电源向感应电动 机10的交流端子供给3相交流电，经引出线46供给向定子绕组44，由此， 定子40产生基于交流电的频率的旋转磁场。通过该旋转磁场在转子60的 导体中感应出转子电流，在该转子电流和旋转磁场的作用下产生转矩。图2表示在垂直于旋转轴的面切断了图1的定子40和转子60的状态。 定子40在周方向等间隔地具有多个定子沟槽50以及定子齿45，在定子沟 槽50配置有定子绕组44。转子60具备转子铁芯62，其由层叠的硅钢 板构成；转子沟槽64以及转子齿67，其在转子铁芯62上在周方向以等间 隔设有多个；被插入到转子沟槽64中的转子导体66;短路环68和短路环 70，其配置在转子铁芯62的两端，使转子导体66电短路；槽91，设置槽 91是为了不使转子铁芯62将转子导体66电短路；孔的集合部92，其设 置在漏磁通通过的部分，成为磁性上的阻挡。转子导体66将以导电材料 例如铜为主材料的导体插入到转子沟槽64的内部，并形成通过短路环使 两端电短路的构造，也可以通过压铸铝(aluminium die casting)制法来制 作导体以及短路环。所谓压铸铝制法，是将层叠了的转子铁芯62放入模 具，通过使熔化了的铝流入而在转子铁芯62的转子沟槽64的内部成形转 子导体66，并且制作短路环68短路环70的方法。在不具有槽91的感应 电动机中，转子铁芯62将转子导体66电短路，在转子铁芯62上流通电 流而产生铁损。在不具有孔的集合部92的感应电动机中，在不具有孔的 集合部92的部分通过漏磁通，阻碍效率的改善。图3表示图2的槽91和孔的集合部92的放大图。在本实施例中，使 槽91的宽度小于转子铁芯62的板厚。在本实施例中，转子铁芯62的板 厚是0.05 0.30mm，与现有的厚的电磁钢板相比非常薄，并且还没有非结 晶材料那样的硬度，因此容易弯折，但通过使槽91的宽度小于转子铁芯62的板厚，在组装时和加工时，在槽91将钢板夹住，可将弯折的不良情 况的发生限制在最小限度。另外，若槽91的宽度大，则转子齿67的宽度 变小，转子齿67的磁阻增加，阻碍效率的改善，从这一点来说，也优选 槽91的宽度小。在不具有槽91的感应电动机中，转子铁芯62将短路环 68电短路，在转子铁芯62流通电流而产生铁损。在本实施例中，将该电 流用槽91电切断，抑制铁损的产生。通过使槽91的电阻成为接近于无限 大的空气等的电阻，可以极大地提高，因此，即使减小槽91的宽度也能 够保证抑制铁损产生的效果。若增大槽91的宽度，则定子铁芯42和转子 铁芯62的磁空隙距离变大，阻碍效率的改善，从这一点来说希望槽91的 宽度小。孔的集合部92的孔的直径比转子铁芯62的板厚小。在本实施例中， 虽然将孔的集合部92以均等间隔来分配孔，但也可以通过不均等的间隔 来分配孔。例如，也可以分配成磁通在圆周方向上难以通过，在径向上容 易通过。另外，在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔的直径设成相 同，但也可以不同，在本实施例中，将孔的集合部92的孔设为圆，但也 可以是椭圆或四边形等任意的形状。在通过压铸铝制法来制作导体以及短 路环时，为了不使熔化了的铝流入槽91或孔的集合部92，优选槽91的宽 度和孔的集合部92的孔的直径小。本实施例的定子沟槽50的数量是48个，转子沟槽64的数量是60个。 定子铁芯42和转子铁芯62的磁隙的宽度，在具有定子沟槽50的位置大， 在具有定子齿45的位置小。在磁隙的宽度大的位置，由于磁阻大，所以 磁通小，在磁隙宽度小的位置，由于磁阻小，所以磁通大。通过转子60 的旋转，转子铁芯62的磁通随着时间而变化，具有与定子沟槽50的数量 对应的分布而在转子铁芯62的表面流过涡电流，在转子铁芯62的外周表 面产生铁损(以下，有时称为表面损失)。定子沟槽50按照360° /48 = 7.5° 进行分布。涡电流在正负分别最大的位置表面损失最大，因此表面损失按 照3.75°进行分布。通过使槽91的间隔在7.5以下，优选在3.75°以下， 可以降低该表面损失。在本实施例中，按照360° /60 = 6.0°配置槽91。 在本实施例中，虽然在转子齿67上只设有一个槽91,但通过增加个数使 槽91的间隔在3.75。以下，可以进一步降低表面损失，改善效率。本实施例的定子沟槽50的数量是48个，转子沟槽64的数量是60个，但沟槽 的数量没有限定，可以期待效果。即使不是感应电动机，在具有定子沟槽 50的全部的旋转电机中，通过设置槽91，可以期待能够降低表面损失的 效果。通过利用蚀刻加工，制造定子铁芯40以及转子铁芯60的形状，可以 得到极高的加工精度，如误差在土10nm以下，优选在土5Pm以下，能 够制造希望形状的定子铁芯40以及转子铁芯60。因此，即使板厚是0.05 0.30mm，也能够制造宽度比板厚小的槽或直径小的孔。即使不用蚀刻加工，而用激光加工等加工手段，也能够期待本实施例 的效果。在本实施例中，槽91和孔的集合部92中有空气，也可以在槽91或 孔的集合部92填入树脂。另外，本实施例作为感应电动机，但也可以将槽91或孔的集合部92 设置于其他的旋转电机上，也可以期待降低表面损失等铁损或漏磁通的效 果。在此，对于本发明的蚀刻加工的定子铁芯以及转子铁芯进行说明。定子铁芯以及转子铁芯(以下有时称为"铁芯")由层叠的钢板制造， 钢板的突极通过蚀刻加工、优选通过光蚀刻加工形成。此时，钢板的厚度 为0.08 0.30mm。当然，通过蚀刻加工对定子铁芯的整体进行加工，从磁特性以及制造 工序整体的操作性的观点看是优选的。另外，与定子铁芯一样，对于转子铁芯，也对0.08 0.30mm厚的硅 钢板迸行蚀刻加工，从改善磁特性的观点看是优选的。即，基于冲孔加工 的定子铁芯或者转子铁芯的加工，破坏了钢板内的规则的晶格结构，由此 增大了磁滞损失。通过对定子铁芯或者转子铁芯进行蚀刻加工，可以防止 规则的晶格结构的破坏，可防止磁滞损失的增大。并且，冲孔加工可以加工的形状，有圆或直线这样的简单的形状。其 原因是，冲孔加工必须用模具，而将该模具做成复杂曲线是十分困难的。 另外，在研磨模具时，在模具具有复杂的曲线形状的情况下，还存在无法 很好研磨的问题。所以，在冲孔加工等机械加工中，虽然以降低涡电流损失为目的而使 电磁钢板的厚度变薄，但磁滞损失增大，不容易降低铁损。蚀刻加工可以解决这些问题。利用该蚀刻加工可以较低地抑制磁滞损 失，可以降低涡电流损失。在感应电机中通过对定子铁芯进行蚀刻加工， 可以进一步提高感应电机整体的效率。且，作为蚀刻加工的代表的方法， 有光蚀刻加工。蚀刻加工由于可以防止对钢板内的规则的晶格结构的破坏，具有降低 磁滞损失的效果，此外通过大幅度提高加工精度，可以期待感应电机特性 的改善。另外，由于能够高精度地加工磁隙的宽度，通过降低高次谐波磁通， 或者通过降低磁阻或降低漏磁通，可以改善感应电机的特性及效率。并且，因为可以将定子铁芯以及转子铁芯加工成具有与特性的改善和 性能的提高有关的复杂的曲线形状，所以与冲孔加工相比，可以实现特性 的改善和性能的提高。例如，通过高精度地加工定子铁芯与转子铁芯间的间隙的形状，不仅 可以提高效率，而且可以实现降低脉动等性能的提高及特性的改善。下面就以下的方式具体说明。本方式中，铁芯的层叠铁芯密度为卯.0 99.9%，优选为93.0 99.9%。 此处的层叠铁芯密度的定义是，层叠铁芯密度(％)=钢材板厚(mm) X片数(片)+铁芯高度(mm) XIOO。而且，该层叠铁芯密度也并不一定不可以通过机械压縮层叠铁芯的方 法来提高。然而，在这种情况下，会使铁损增加，并不能说是优选的。本 方式中说明的是，没有设置这样的用于提高层叠铁芯密度的特别的工序， 可以提高层叠铁芯密度。如此提高铁芯的层叠铁芯密度，可以降低铁芯内的磁感应强度。由此， 具有降低感应电机的铁损的效果。此时，铁芯的层叠铁芯密度(％)，钢板的板厚是0.08 0.30mm，铁 芯的片数是20 100 (片)左右，铁芯的高度是5 20mm。钢板的组成是，含C为0.001 0.060重量％，含Mn为0.1 0.6重量 %，含P为0.03重量°/。以下，含S为0.03重量％以下，含Cr为0.1重量％以下，含Al为0.8重量％以下，含Si为0.5 7.0重量％，含Cu为0.01 0.20重量％，其余部分由不可避免的杂质和Fe构成。且，不可避免的杂质 为氧或氮的气体成分等。并且，优选的是，钢板的组成为，含C为0.002 0.020重量％，含 Mn为0.1 0.3重量％，含P为0.02重量％以下，含S为0.02重量％以下， 含Cr为0.05重量％以下，含Al为0.5重量％以下，含Si为0.8 6.5重量 %,含Cu为0.01 0.1重量％，其余部分由杂质和Fe构成，具有结晶粒子， 是作为所谓的电磁钢板的硅钢板。在决定这样的硅钢板的组成时，特别是从降低铁损的角度出发，Si和 Al的含量很重要。从这个角度出发在规定Al/Si时，比率优选为0.01 0.60。 更优选的是该比率是0.01 0.20。且，硅钢板中的硅的浓度可以根据感应电机的种类，将采用0.8 2.0 重量％的感应电机和采用4.5 6.5重量％的感应电机分开使用。且，通过降低硅的含量，可以提高硅钢板的磁感应强度。在本方式中， 可使之为1.8 2.2T。在硅含量少的情况下，可提高轧制加工性，减少板的厚度，通过减少 板的厚度，可以减少铁损。另一方面，在硅含量多的情况下，轧制加工性 的降低可以通过在轧制加工后含有硅等方法解决，铁损也会减少。另外，硅钢板含有的硅的分布，也可以相对于硅钢板的厚度方向大致 均匀地分布，另外，也可以通过局部提高硅的浓度的方式，相对于硅钢板 的厚度方向，使表面部的浓度高于内部的浓度。并且，铁芯在层叠的钢板与钢板之间，有厚度为0.01 0.2um的绝缘 被膜，该绝缘被膜的厚度也可分为0.1 0.2 u m、优选为0.12 0.18 " m的 感应电机和0.01 0.05 P m、优选为0.02 0.04 u m的感应电机。此外，在绝缘被膜的厚度为0.1 0.2um的情况下，该绝缘被膜最好 用有机或无机的膜。作为绝缘被膜的材料，可以用有机材料、无机材料及 混合了有机材料与无机材料的混合材料。另外，在绝缘被膜的厚度为0.01 0.05um的情况下，该绝缘被膜最好用氧化被膜。特别优选用铁系的氧化被膜。艮P，通过使硅钢板的板厚变薄，也可以使绝缘被膜的厚度变薄。现有的电磁钢板的绝缘皮膜，即使在冲孔加工后也可以维持绝缘性， 同时为了提高冲孔加工性，还有润滑性、钢板的密接性、冲孔加工后的退 火的耐热性、焊接层叠的电磁钢板来形成铁芯时的焊接性等、绝缘性以外的特性，调整绝缘皮膜的厚度或成分，需要0.3um左右的厚度。然而，在本方式说明的薄壁化了的硅钢板中，需要使绝缘皮膜的厚度 变薄。其原因是，在使用厚度与现有技术相同的绝缘被膜的情况下，由于硅 钢板壁厚薄化，相对的，存在绝缘皮膜的体积率相对于硅钢板的体积率增 加，磁感应强度下降的顾虑。这样，在本方式说明的壁厚薄化了的硅钢板中，可以减少绝缘皮膜的 厚度。一般的，在使电磁钢板变薄时，需要增加绝缘被膜的厚度。但是，在 本方式中，与该考虑方法不同，即使使电磁钢板的厚度变薄也不需要增加 绝缘被膜的厚度，反而可以与电磁钢板一起变薄。所以，也提高了层叠铁 芯密度。而且，需要考虑硅钢板中硅的分散状态和转子的使用条件进行讨论， 可以根据用途区分使用在如下两种情况，其一是最高旋转速度的旋转域处 于低速，由硅钢板组成的钢板中含有的硅向钢板的厚度方向分散的情况； 其二是最高旋转速度的运转一般为数千 数万rpm，由硅钢板组成的钢板 中含有的硅的浓度，表面部比内部高的情况。旋转速度和铁损的关系是..旋转速度越上升，磁通的交变频率变得越 高，从而铁损增加。旋转速度快的感应电机比旋转速度慢的感应电机处于 铁损增加的倾向。从这点考虑，有必要讨论硅钢板中硅的含量。而且，硅钢板含有的硅可用溶解法均匀地添加在电磁钢板中，也可以 用表面改质或者离子注入、CVD (化学气相沉积)等方法，对电磁钢板局 部地特别是向表面部添加。另外，本方式说明的电磁钢板，以用于具有形成感应电机的定子的突 极和磁轭的铁芯为前提，厚度为0.08 0.30mm，突极及磁轭可通过蚀刻加 工形成。宽度为50 200cm的电磁钢板的蚀刻加工是如下这样进行的，在钢板上涂敷抗蚀剂，使定子铁芯的形状曝光，显影，基于其形状除去抗蚀剂， 用蚀刻液进行加工，用蚀刻液加工后，除去残余的抗蚀剂。对于有利于低铁损化的硅钢板的薄壁化，由于硅钢板的轧制加工性 差、冲裁铁芯时的加工即冲孔加工性差，所以在工业规模下，成本大幅度 的增加不可避免。 一般在将硅钢板作为在高效率的感应电机中使用的电磁钢板而使用的情况下，以板厚为0.50mm和0.35mm的硅钢板为中心，长 时间没有采用新的铁芯的进展。但是，在本方式中，不使用冲孔加工，而通过使用蚀刻加工，可以实 现在工业规模下不引起成本大幅度的增加，使铁芯使用的硅钢板的薄壁化 成为可能，实现低铁损化。在本方式中，为实现铁芯的低铁损化，在使用铁损较小的硅钢板的同 时，调整考虑了轧制加工的硅含量，对硅钢板的考虑了轧制加工之后的板 厚进行薄壁化，考虑形成为铁芯的形状的蚀刻加工的适用，考虑构成层叠 的铁芯的一片一片的硅钢板的低铁损化，考虑在硅钢板与硅钢板间形成的 绝缘皮膜的铁芯的低铁损化。在使用模具的冲裁加工法即冲孔加工中，在切断部附近形成被称为加 工硬化层、飞边或塌边(以下称为"飞边等")的塑性变形层，产生残留 变形或残留应力。在冲孔加工时产生的残留应力，破坏分子磁铁的排列的 规则性，即破坏磁区，使铁损明显增大，需要进行用于除去残留应力的退 火工序。退火工序进一步增加了铁芯的制造成本。在本方式中，因为不实施这样的冲孔加工来形成铁芯，所以几乎不形 成塑性变形层，不会产生残留变形或残留应力。因此，几乎不会破坏结晶 粒子的排列状态，可以防止对磁铁分子的排列、即磁区排列的损伤，防止 磁特性即磁滞特性的恶化。另外，铁芯通过对加工后的硅钢板进行层叠而形成。通过对该硅钢板 的残留变形或残留应力的产生进行抑制，可以进一步提高铁芯的磁特性。因此，本方式中的感应电机可以实现低铁损化、高输出化、小型轻量 化。另外，该感应电机中使用的电磁钢板，具有在边缘部分几乎没有飞边 等的良好特性。飞边等是塑性变形层的一种，因为沿着切断部，从钢板的平面方向向空间方向锋利地突出，所以有时会破坏在电磁钢板表面形成的绝缘皮膜， 破坏层叠的钢板间的绝缘。另外，在层叠这种钢板的情况下，由于飞边等，在层叠的钢板间产生 不需要的空隙，所以损害层叠铁芯密度的增加，结果是磁感应强度降低。 磁感应强度的降低阻碍感应电机的小型轻量化。虽然也有时采用在将电磁钢板层叠后，通过将铁芯在板厚方向上进行 压縮，压塌飞边等，使层叠铁芯密度提高的方法，但在这种情况下，通过 加压压縮增加了残留应力，铁损增加。从而，还存在由飞边等引起的绝缘 破坏的问题。在本方式说明的铁芯，由于基本不产生飞边等，不用进行加压压縮， 可以提高层叠铁芯密度，且不会引起绝缘破坏。因此，还可以降低铁损。在作为铁芯使用的电磁钢板的硅钢板中，硅的含量为6.5重量％，理 论上铁损最低。但是，若硅含量增加，则轧制加工性及冲孔加工性会明显 恶化。所以，不管铁损有多大，考虑到轧制加工性及冲孔加工性，硅钢板 中硅的含量主流的是约为3.0重量％。在本方式中说明的硅钢板，因为板厚可以薄壁化为0.3mm以下，所以 即使硅的含量在2.0重量％以下，铁损也低。在现有技术中，在板厚为0.3mm以下的薄壁化了的硅钢板的制造中， 需要轧制、退火等特别的工序，但在本方式说明的硅钢板，因为不需要这 样的特别的工序，所以还可以降低薄壁化了的硅钢板的制造成本。且，关 于铁芯的制造，因为不需要冲孔加工，所以可以进一步降低制造成本。此外，与铁芯的主要材料即硅钢板不同，公知有作为极薄电磁材料的 在特殊用途限定使用的价格极其昂贵的非结晶材料，但是因为非结晶材料 有使熔融金属急速凝固来形成箔体进行制造的特殊工序，所以可以实现厚 度为0.05mm左右或其以下的超薄壁的300mm左右宽度的极少量的制造， 但是在这以上的板厚或板宽的材料的制造，在工业规模下的制造却是不可 能实现的。如此，非结晶材料因为材质硬且脆，并且过薄，不能进行冲孔加工， 由于化学成分的限制，磁感应强度低等原因，不能作为铁芯的主要材料。 在本方式中说明的电磁钢板与这样的非结晶材料不同，具有结晶粒子。另外，本方式中的电磁钢板，可以同时实现有利于低铁损化的薄壁化、 变形的降低、高输出化、可同时实现小型轻量化的尺寸精度的提高和高磁 感应强度化的铁芯层叠密度的提高。艮P,根据本实施方式，可以提供在实现低铁损的同时，实现高输出化、 小型轻量化的铁芯。电磁钢板的板厚与铁损的关系如图4所示。根据图4可知，板厚与铁损之间存在板厚越厚，铁损越高的关系。 其中一般采用的硅钢板的板厚，考虑到轧制加工或冲孔加工性，分为0.50mm和0.35mm这两禾中。广泛用于铁芯制造的这两种板厚的硅钢板，为了降低铁损，需要进行 轧制和退火。另外，为实现进一步的薄壁化，由于作为对象的铁芯的形状 和大小的不同而使得反复的次数不同，但需要反复进行这样的轧制和退 火。如此，在一般使用的硅钢板中，为实现薄壁化，需要追加轧制、退火 等特别的工序进行制造，从而制造成本变高。在本方式说明的铁芯，因为可以降低制造成本，又可以解决铁芯加工 上的问题，所以可用于工业规模的大量生产。本方式中使用的硅钢板的板厚为0.08 0.30mm。且，优选使用厚度为 0.1 0.2mm的硅钢板，采用蚀刻加工制作铁芯的形状。在图4中，作为参考也表示了非结晶材料的板厚的区域。因为非结晶 材料有使熔融金属急速凝固来形成箔体进行制造的特殊工序，所以适于厚 度为0.05mm左右或其以下的超薄壁的制造，在这以上的板厚由于急速冷 却很困难，所以制造困难。另外，只能制造板宽在300mm左右的窄的板， 与特殊的制造工序一起，制造成本显著的提高。另外，关于磁特性，虽然铁损低，但是存在磁感应强度也低的缺点。 这是因为为了急速冷却凝固而在化学成分上存在限制。在本方式中没有使用这种非结晶材料，而使用具有晶体粒子的硅钢板。下面，介绍硅钢板的代表性的制造工序。由可形成电磁钢板的材料制造钢。例如，使用具有如下组成的钢板材料其组成是含C为0.005重量％，含Mn为0.2重量。/。，含P为0.02重 量°/。，含S为0.02重量。/。，含Cr为0.03重量。/。，含A1为0.03重量。/。，含 Si为2.0重量M，含Cu为0.01重量。/。，其余部分为Fe和若干杂质组成。 通过对这种钢板材料实施连续铸造、热轧、连续退火、酸洗、冷轧、 连续退火，制造板宽为50 200cm、在此特别是板宽为50cm、板厚为0.2mm 的硅钢板。另外，在制作出的硅钢板的表面，为了降低铁损，进而也可以形成 4.5 6.5重量％的硅。然后，实施厚度为O.lum的有机树脂的绝缘被膜涂敷，制造硅钢板。根据情况不同，也可以不采用特别的绝缘被膜涂敷的工序，而制作厚 度为0.01 0.05um的酸化被膜。另外，这里说明的绝缘被膜涂敷的工序在制造铁芯时，优选在蚀刻加 工的工序后进行。另外，硅钢板形成为平板或线圈状、辊状。下面，说明铁芯的代表性的制造工序。对制造的硅钢板迸行预先处理，涂上抗蚀剂。对该抗蚀剂，利用掩模 对定子铁芯以及转子铁芯的形状进行曝光、显影。根据其形状除去抗蚀剂。 进一步，用蚀刻液进行加工。在通过蚀刻液的加工后，除去残余的抗蚀剂， 制造出所要的具有定子铁芯的形状的硅钢板。这种制造中例如光蚀刻加工 是有效的，使用采用金属掩模的精密加工微细孔的方法也是有效的。将制造的具有希望的定子铁芯的形状、具有铁芯形状的多个硅钢板进 行层叠，通过焊接等固定层叠后的硅钢板，从而制造铁芯。另外，在焊接 时，优选利用纤维激光器等实施输入热量少的焊接。通过利用蚀刻加工制造定子铁芯以及转子铁芯的形状，可以得到极高 的加工精度，如误差在士10um以下，优选在士5um以下，可以制造希 望形状的定子铁芯以及转子。另外，若用圆度表示误差，则在30um以下，优选在15um以下， 更优选在10nm以下。而且，所谓圆度，是指圆形部分从几何学上的理想 圆偏离的大小，是指用两个同心的几何学上的理想圆去夹圆形部分时，两 圆之间区域最小时的半径差。图5表示硅钢板中硅的含量与铁损间的关系。如图5所示，硅含量为6.5重量％的硅钢板的铁损最少。但是，在硅 钢板中硅的含量比6.5重量°/。大时，轧制加工很难进行，所希望厚度的硅 钢板的制造很困难。因为轧制加工性存在电磁钢板中含有的硅越多，加工 性越变差的倾向。从这个背景出发，综合考虑铁损和轧制加工性之间的平 衡， 一般使用硅含量为3.0重量％的硅钢板。艮P，在本方式中，通过使硅钢板的板厚薄壁化，降低硅钢板的铁损， 减小硅钢板中硅的含量对铁损的影响。因此，在本方式中说明的硅钢板，不仅轧制加工性变好，而且通过使 板厚薄壁化，对铁损影响大的硅钢板中硅的含量的自由度变大。因此，可 以使硅钢板中硅的含量在0.5 7.0重量％的范围，也可以釆用0.8 2.0重 量％和4.5 6.5重量％的极端的不同的含量，根据铁芯的规格或感应电机 的用途，可以区分使用。图6表示基于蚀刻加工的代表性的加工截面形状。通过蚀刻加工硅钢板，在用酸液溶解的加工截面附近，如图(a)所 示，不存在飞边等塑性变形层。可以相对于硅钢板的平面方向基本垂直地 形成加工截面。并且，在前端的光蚀刻加工中，如图6 (b) (d)所示，也可以控 制溶解部的形状。即，还可以形成规定的锥度(tape)，也可以在相对于 板厚方向的垂直方向上形成凸凹。如此，被蚀刻加工后的硅钢板，由该加工引起的残余应力几乎为0， 塑性变形层几乎不存在，硅钢板的相对于厚度方向的塑性变形量几乎为0。 另外，蚀刻加工引起的加工截面附近的塑性变形量也几乎为0。并且，在加工截面中，可以控制硅钢板的加工截面的形状，可以形成 加工引起的残余应力几乎为0、并且加工截面附近的塑性变形量也几乎为 0的切断截面形状。另外，通过釆用这样的蚀刻加工，还可以在使硅钢板的微细的结晶组 织、机械特性及表面部最佳化的状态下适用于铁芯。考虑到硅钢板的结晶 组织的各向异性图7表示基于冲孔加工的代表性的加工截面形状。通过冲孔加工硅钢板，在塑性加工时的剪切应力的作用下，加工截面附近显著变形，形成10 100nm左右的飞边、塌边、压塌。另外，关于硅钢板的平面方向的尺寸精度，在冲孔加工中因模具的尺 寸精度而受到限制，通常相对于硅钢板的厚度在5%左右的间隙下被剪断， 因此硅钢板的平面方向的尺寸精度下降。另外，在大量生产时因模具的损 耗，还存在精度随着时间的经过而降低等问题。另外，越是薄壁化后的硅 钢板，冲孔加工越困难。在采用压铸铝制法进行制作时，铝流入飞边、塌 边、压塌，成为压铸件产生裂纹的原因。在适用蚀刻加工的本方式中，可以解决这种加工精度的问题，也可以 消除因为时间经过而引起的精度的降低。另外，在使用规定图案对定子铁芯以及转子铁芯的形状进行曝光时， 优选设置与电磁钢板的轧制方向有关的掩模或基准孔。在层叠电磁钢板的情况下，将电磁钢板相对于轧制方向平均化，这在 使感应电机的性能提高的方面来说是必要的。例如，相对于轧制方向，改 变规定量的掩模或者基准孔的位置，在层叠电磁钢板时，通过使掩模或基 准孔的位置对齐，可以实现作为感应电机的磁特性的提高。用蚀刻制法制作以上的薄板电磁钢板的感应电机，可以降低铁损，可 以提供高精度、高效率的感应电机。实施例2图8表示槽91和孔的集合部92的一个实施例。图8 (a)表示本实施 例。本实施例通过设置孔的集合部92，利用转子铁芯62不使转子导体66 电短路。在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔以均等的间隔进行分 配，但也可以以不均等的间隔进行分配。例如，越接近于转子铁芯62的 外周面，使孔的集合部92的孔的间隔越窄即可。另外，在本实施例中， 使孔的集合部92的宽度一定，但使宽度不一定也可以。例如，越接近于 转子铁芯62的外周面，使宽度变宽即可。另外，在本实施例中，使孔的 集合部92的孔径相同，但也可以使其不同。例如，越接近于转子铁芯62 的外周面使孔径越大。另外，在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔 形成为圆形，但也可以是椭圆或四边形等任意形状。实施例3图8 (b)表示本实施例。在本实施例中，通过在转子导体66的周围 或以覆盖周围的方式设置孔的集合部92，利用转子铁芯62不使转子导体 66电短路。在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔以均等的间隔进行 分配，但也可以以不均等的间隔进行分配。例如，越接近于转子铁芯62 的外周面，使孔的集合部92的孔的间隔越窄即可。另外，在本实施例中， 使孔的集合部92的宽度一定，但使宽度不一定也可以。例如，越接近于 转子铁芯62的外周面，使宽度变宽即可。另外，在本实施例中，使孔的 集合部92的孔径相同，但也可以使其不同。例如，越接近于转子铁芯62 的外周面使孔径越大。另外，在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔 形成为圆形，但也可以是椭圆或四边形等任意形状。实施例4图8 (c)表示本实施例。本实施例通过在转子导体66和转子60的外 周面之间设置孔的集合部92，从而来降低漏磁通。如本实施例那样，即使 在相对于转子导体66向圆周方向移动的位置上配置孔的集合部92,也具 有降低漏磁通的效果。在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔以均等 的间隔进行分配，但也可以以不均等的间隔分配孔。例如，分配成在圆周 方向上磁通难以通过，在径向上磁通容易通过。另外，在本实施例中，使 孔的集合部92的孔径相同，但也可以使其不同。另外，在本实施例中， 虽然将孔的集合部92的孔形成为圆形，但也可以是椭圆或四边形等任意 形状。实施例5图8 (d)表示本实施例。本实施例通过在转子导体66的周围设置孔 的集合部92，且在转子导体66和转子60的外周面之间配置孔的集合部 92，由此利用转子铁芯62不使转子导体66电短路。且降低漏磁通。如本 实施例那样，可以设置孔的集合部92，以实现利用转子铁芯62不使转子 导体66电短路、以及降低漏磁通这两个效果。在本实施例中，虽然将孔 的集合部92的孔以均等的间隔进行分配，但也可以以不均等的间隔分配 孔。另外，在本实施例中，使孔的集合部92的孔径相同，但也可以使其 不同。另外，在本实施例中，虽然将孔的集合部92的孔形成为圆形，但也可以是椭圆或四边形等任意形状。 实施例6图8 (e)表示本实施例。本实施例通过在转子导体66的周围或以覆 盖周围的方式设置槽91，利用转子铁芯62不使转子导体66电短路。在采 用压铸铝制法制造转子导体66时，为了不使铝流入槽91，而减小了槽91 的宽度，由此可以期待减小转子导体66和转子铁芯62的接触面，利用转 子铁芯62不是转子导体66电短路的效果。实施例7图8 (f)表示本实施例。如本实施例那样，即使将槽91设置到转子 铁芯62的外周表面部分，也可以期待利用转子铁芯62不使转子导体66 电短路的效果。也可以在转子齿67设置多个槽91，根据实施例1记载的 理由，可以进一步降低表面损失，改善效率。另外，如本实施例那样，可 以使各个槽91的长度都不同，也可以使槽91倾斜。实施例8图8 (g)表示本实施例。如本实施例那样，槽91可以不是直线，槽 91的宽度也可以非恒定而变化，也能够期待利用转子铁芯62不使转子导 体66电短路的效果。实施例9图9表示槽91和孔的集合部92的一个实施例。图9 (a)表示本实施 例。如本实施例那样，通过在定子铁芯42的内周表面附近以及转子铁芯 62的外周表面附近设置孔的集合部92，由此能够降低在定子铁芯42以及 转子铁芯62上产生的表面损失。即使只在定子铁芯42上、或只在转子铁 芯62上设置孔的集合部92，也能够期待降低表面损失的效果。另外，通 过咱定子铁芯42的内周表面附近以及转子铁芯62的外周表面附近设置槽 91，也能够降低在定子铁芯42以及转子铁芯62上产生的表面损失。即使 只在定子铁芯42、或只在转子铁芯62上设置槽91，也能够期待降低表面 损失的效果。实施例10图9 (b)表示本实施例。本实施例的定子铁芯42的孔的集合部92 设置在定子绕组44的相改变的位置。在定子铁芯42中，在定子绕组44的相改变的位置磁感应强度变高，因为这变成脉动而形成在转子铁芯62 产生的表面损失，所以在定子绕组44的相改变的位置设置孔的集合部92， 在定子绕组44的相改变的位置抑制磁感应强度变高的现象，缓和脉动。 在本实施例中，定子铁芯42的孔的集合部92设置在定子铁芯42的内周 表面附近，但只要是在定子绕组44的相改变的位置抑制磁感应强度变高 的现象能够缓和脉动的位置就具有效果。本实施例的转子铁芯62的孔的 集合部92可降低漏磁通。如本实施例那样，即使在相对于全部的转子导 体66设置孔的集合部92的情况，也能够期待降低漏磁通的效果。如此，通过设置槽91以及孔的集合部92，而能够降低流向定子铁芯 42和转子铁芯62、或流向定子铁芯42与转子铁芯62中的任一个的电流， 能够降低铁损，可以提供高效率的感应电机。另外，通过设置槽91以及 孔的集合部92，而能够降低定子铁芯42和转子铁芯62、或定子铁芯42 与转子铁芯62中的任一个的漏磁通，可以提供高效率的感应电机。
权利要求
1.一种感应电机，其具有定子和转子，所述定子具有定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯具有齿和沟槽，所述定子绕组配置于所述定子铁芯的所述沟槽，所述转子具有转子铁芯和转子导体，所述转子铁芯具有齿和沟槽，所述转子导体配置于所述转子铁芯的所述沟槽，所述感应电机的特征在于，所述定子铁芯以及所述转子铁芯由层叠的钢板制作，所述钢板通过蚀刻加工形成。
2. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述钢板的厚度为0.05 0.30mm。
3. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述钢板是电磁钢板，其组成为C为0.001 0.060重量％， Mn为0.1 0,6重量％， P为0.03重量％以下，S为0.03重量％以下，Cr为0.1 重量％以下，Al为0.8重量°/。以下，Si为0.5 7.0重量％， Cu为0.01 0.20 重量％，其余部分为不可避免的杂质和Fe。
4. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述钢板为硅钢板。
5. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述钢板具有结晶粒子。
6. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述定子铁芯以及所述转子铁芯在层叠的钢板与钢板之间具有厚度为0.01 0.2nm的绝缘被膜。
7. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述定子铁芯以及所述转子铁芯在层叠的钢板与钢板之间具有厚度为0.1 0.2pm的绝缘被膜。
8. 如权利要求7所述的感应电机，其特征在于， 所述绝缘被膜是有机材料、无机材料或者两者的结合物。
9. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于，所述定子铁芯以及所述转子铁芯在层叠的钢板与钢板之间具有厚度为0.01 0.05pm的绝缘被膜。
10. 如权利要求9所述的感应电机，其特征在于， 所述绝缘被膜为氧化被膜。
11. 如权利要求4所述的感应电机，其特征在于， 关于所述硅钢板中硅的浓度，表面部的硅的浓度比内部的硅的浓度咼。
12. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 所述钢板的层叠铁芯密度为90.0% 99.9%。
13. 如权利要求l所述的感应电机，其特征在于， 所述蚀刻加工是如下进行的在所述钢板上涂敷抗蚀剂，对定子铁芯以及转子铁芯的形状进行曝光，使其显影，根据所述形状除去抗蚀剂，用 蚀刻液进行加工，在用蚀刻液进行加工后，除去残余的抗蚀剂。
14. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 在所述转子铁芯或定子铁芯设有直径小于板厚的孔的集合部、或者设有宽度小于板厚的槽。
15. 如权利要求14所述的感应电机，其特征在于，在所述定子绕组的相改变的位置具有所述孔的集合部。
16. 如权利要求1所述的感应电机，其特征在于， 以覆盖所述转子导体的周围的方式在所述转子铁芯设有孔的集合部或槽。
17. 如权利要求14所述的感应电机，其特征在于， 所述槽位于转子导体之间。
18. 如权利要求17所述的感应电机，其特征在于， 所述槽的宽度非恒定。
19. 一种感应电机，其具有定子和转子，所述定子具有定子铁芯和定 子绕组，所述定子铁芯具有齿和沟槽，所述定子绕组配置于所述定子铁芯 的所述沟槽，所述转子具有转子铁芯和转子导体，所述转子铁芯具有齿和 沟槽，所述转子导体配置于所述转子铁芯的所述沟槽，所述感应电机的特征在于，以覆盖所述转子导体的周围的方式在所述转子铁芯设有孔的集合部 或槽。
全文摘要
提供一种感应电机，其具有定子和转子，定子具有定子铁芯和定子绕组，定子铁芯具有齿和沟槽，定子绕组配置于定子铁芯的沟槽，转子具有转子铁芯和转子导体，转子铁芯具有齿和沟槽，转子导体配置于转子铁芯的沟槽，定子铁芯以及转子铁芯由层叠的钢板制成，为了解决铁损增大的问题，钢板的齿和沟槽通过蚀刻加工形成。
文档编号H02K3/30GK101277050SQ200810004630
公开日2008年10月1日 申请日期2008年1月21日 优先权日2007年3月28日
发明者三上浩幸, 石川芳寿, 西滨和雄, 阿部辉宜 申请人:株式会社日立制作所