專利名稱：感應電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及感應電機。
背景技術：
由于地球溫暖化的問題而要求感應電機的高效化。為了降低感應電機 的鐵損，存在將電絕緣層設置于鐵芯的技術。在此，作為上述現(xiàn)有感應電機的例子，在專利文獻l、專利文獻2、專利文獻3、專利文獻4中公開。 在此，都公開了構成在鐵芯形成電絕緣層的空氣孔或槽的技術。專利文獻1:日本特開昭55—26040號公報專利文獻2:日本特開昭56—83252號公報專利文獻3:日本特開昭3—207228號公報專利文獻4:日本特開昭53—98011號公報作為感應電機需要高效化。對于感應電機的高效化必須降低鐵損。在 此，鐵損可以用磁滯損失與渦電流損失之和來表示。磁滯損失是由于交鏈 磁場而使磁芯的磁區(qū)改變方向時產生的損失，取決于磁滯曲線的內部的面 積。構成感應電機的定子的定子鐵芯和構成轉子的轉子鐵芯，為了降低渦 電流損失而對電磁鋼板進行層疊而形成磁回路。另外，定子鐵芯以及轉子 鐵芯呈復雜的形狀，現(xiàn)狀是通過沖孔加工來制造定子鐵芯以及轉子鐵芯。 如果進行沖孔加工，則由于電磁鋼板的切斷部分的結晶構造變形，磁特性 劣化，磁滯曲線的內側面積變大，存在鐵損增大的問題。另外，厚的電磁 鋼板由于具有渦電流損失大的缺點，所以，有無法改善感應電機的效率的 問題。另外，定子鐵芯和轉子鐵芯的空隙小，需要一定精度，但相反，由 于沖孔加工的精度差，所以存在高次諧波的鐵損也無法降低的缺點。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種可以降低鐵損，的高效率的感應電機。 這種感應電機具有定子和轉子，其特征在于，定子鐵芯以及轉子鐵芯 由層疊的鋼板制作，鋼板通過蝕刻加工形成。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的代表性的一個例子，可以提供能夠降低鐵芯且高效率的 感應電機。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的感應電動機的構造的圖；圖2是表示感應電動機的鐵芯部分的截面的圖的一個例子；圖3是表示感應電動機的鐵芯部分的截面的主要部分放大圖的一個例子；圖4是表示電磁鋼板的板厚和鐵損的關系的圖；圖5是表示硅鋼板中的硅含量和鐵損的關系的圖；圖6是表示時刻加工的代表性的加工截面形狀的圖；圖7是表示沖孔加工的代表性的加工截面形狀的圖；圖8是表示本發(fā)明的實施例2至實施例8的感應電動機的主要部分的圖；圖9是表示本發(fā)明的實施例9至實施例10的感應電動機的主要部分 的圖。圖中40 —定子；42—定子鐵芯；60 —轉子；62 —轉子鐵芯；91—槽；92 — 孔的集合部；具體實施方式
以下，利用

本發(fā)明的一個實施例。圖1表示采用了電磁鋼板的三相感應電動機的構造。感應電動機10 具有箱體30、端托架(end bracket) 32、內部具有風扇的風扇蓋34、在箱 體30的內側固定的定子40、在定子40的內側配置的轉子60、以及支承 轉子60的軸80。軸80旋轉自如地被軸承36保持在兩側的端托架32上。另外，在風扇蓋34的內側設有在軸80上固定的風扇，風扇隨著軸80的 旋轉而旋轉。并且，風扇一側的端托架32、軸承36以及風扇位于風扇蓋 34的內部，它們在圖1中沒有圖示出來。定子40具備定子鐵芯42、和巻 繞在該定子鐵芯42上的多相、在本方式中為3相的定子繞組44。另外， 從沒有圖示的交流端子向定子繞組44分別經(jīng)引出線46供給交流電，定子 繞組44通過結線48進行星形結線或者三角形結線。這些引出線46以及 結線48分別被配置于定子繞組44的外側。從外部的交流電源向感應電動 機10的交流端子供給3相交流電，經(jīng)引出線46供給向定子繞組44，由此， 定子40產生基于交流電的頻率的旋轉磁場。通過該旋轉磁場在轉子60的 導體中感應出轉子電流，在該轉子電流和旋轉磁場的作用下產生轉矩。圖2表示在垂直于旋轉軸的面切斷了圖1的定子40和轉子60的狀態(tài)。 定子40在周方向等間隔地具有多個定子溝槽50以及定子齒45，在定子溝 槽50配置有定子繞組44。轉子60具備轉子鐵芯62，其由層疊的硅鋼 板構成；轉子溝槽64以及轉子齒67，其在轉子鐵芯62上在周方向以等間 隔設有多個；被插入到轉子溝槽64中的轉子導體66;短路環(huán)68和短路環(huán) 70，其配置在轉子鐵芯62的兩端，使轉子導體66電短路；槽91，設置槽 91是為了不使轉子鐵芯62將轉子導體66電短路；孔的集合部92，其設 置在漏磁通通過的部分，成為磁性上的阻擋。轉子導體66將以導電材料 例如銅為主材料的導體插入到轉子溝槽64的內部，并形成通過短路環(huán)使 兩端電短路的構造，也可以通過壓鑄鋁(aluminium die casting)制法來制 作導體以及短路環(huán)。所謂壓鑄鋁制法，是將層疊了的轉子鐵芯62放入模 具，通過使熔化了的鋁流入而在轉子鐵芯62的轉子溝槽64的內部成形轉 子導體66，并且制作短路環(huán)68短路環(huán)70的方法。在不具有槽91的感應 電動機中，轉子鐵芯62將轉子導體66電短路，在轉子鐵芯62上流通電 流而產生鐵損。在不具有孔的集合部92的感應電動機中，在不具有孔的 集合部92的部分通過漏磁通，阻礙效率的改善。圖3表示圖2的槽91和孔的集合部92的放大圖。在本實施例中，使 槽91的寬度小于轉子鐵芯62的板厚。在本實施例中，轉子鐵芯62的板 厚是0.05 0.30mm，與現(xiàn)有的厚的電磁鋼板相比非常薄，并且還沒有非結 晶材料那樣的硬度，因此容易彎折，但通過使槽91的寬度小于轉子鐵芯62的板厚，在組裝時和加工時，在槽91將鋼板夾住，可將彎折的不良情 況的發(fā)生限制在最小限度。另外，若槽91的寬度大，則轉子齒67的寬度 變小，轉子齒67的磁阻增加，阻礙效率的改善，從這一點來說，也優(yōu)選 槽91的寬度小。在不具有槽91的感應電動機中，轉子鐵芯62將短路環(huán) 68電短路，在轉子鐵芯62流通電流而產生鐵損。在本實施例中，將該電 流用槽91電切斷，抑制鐵損的產生。通過使槽91的電阻成為接近于無限 大的空氣等的電阻，可以極大地提高，因此，即使減小槽91的寬度也能 夠保證抑制鐵損產生的效果。若增大槽91的寬度，則定子鐵芯42和轉子 鐵芯62的磁空隙距離變大，阻礙效率的改善，從這一點來說希望槽91的 寬度小?？椎募喜?2的孔的直徑比轉子鐵芯62的板厚小。在本實施例中， 雖然將孔的集合部92以均等間隔來分配孔，但也可以通過不均等的間隔 來分配孔。例如，也可以分配成磁通在圓周方向上難以通過，在徑向上容 易通過。另外，在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔的直徑設成相 同，但也可以不同，在本實施例中，將孔的集合部92的孔設為圓，但也 可以是橢圓或四邊形等任意的形狀。在通過壓鑄鋁制法來制作導體以及短 路環(huán)時，為了不使熔化了的鋁流入槽91或孔的集合部92，優(yōu)選槽91的寬 度和孔的集合部92的孔的直徑小。本實施例的定子溝槽50的數(shù)量是48個，轉子溝槽64的數(shù)量是60個。 定子鐵芯42和轉子鐵芯62的磁隙的寬度，在具有定子溝槽50的位置大， 在具有定子齒45的位置小。在磁隙的寬度大的位置，由于磁阻大，所以 磁通小，在磁隙寬度小的位置，由于磁阻小，所以磁通大。通過轉子60 的旋轉，轉子鐵芯62的磁通隨著時間而變化，具有與定子溝槽50的數(shù)量 對應的分布而在轉子鐵芯62的表面流過渦電流，在轉子鐵芯62的外周表 面產生鐵損(以下，有時稱為表面損失)。定子溝槽50按照360° /48 = 7.5° 進行分布。渦電流在正負分別最大的位置表面損失最大，因此表面損失按 照3.75°進行分布。通過使槽91的間隔在7.5以下，優(yōu)選在3.75°以下， 可以降低該表面損失。在本實施例中，按照360° /60 = 6.0°配置槽91。 在本實施例中，雖然在轉子齒67上只設有一個槽91,但通過增加個數(shù)使 槽91的間隔在3.75。以下，可以進一步降低表面損失，改善效率。本實施例的定子溝槽50的數(shù)量是48個，轉子溝槽64的數(shù)量是60個，但溝槽 的數(shù)量沒有限定，可以期待效果。即使不是感應電動機，在具有定子溝槽 50的全部的旋轉電機中，通過設置槽91，可以期待能夠降低表面損失的 效果。通過利用蝕刻加工，制造定子鐵芯40以及轉子鐵芯60的形狀，可以 得到極高的加工精度，如誤差在土10nm以下，優(yōu)選在土5Pm以下，能 夠制造希望形狀的定子鐵芯40以及轉子鐵芯60。因此，即使板厚是0.05 0.30mm，也能夠制造寬度比板厚小的槽或直徑小的孔。即使不用蝕刻加工，而用激光加工等加工手段，也能夠期待本實施例 的效果。在本實施例中，槽91和孔的集合部92中有空氣，也可以在槽91或 孔的集合部92填入樹脂。另外，本實施例作為感應電動機，但也可以將槽91或孔的集合部92 設置于其他的旋轉電機上，也可以期待降低表面損失等鐵損或漏磁通的效 果。在此，對于本發(fā)明的蝕刻加工的定子鐵芯以及轉子鐵芯進行說明。定子鐵芯以及轉子鐵芯(以下有時稱為"鐵芯")由層疊的鋼板制造， 鋼板的突極通過蝕刻加工、優(yōu)選通過光蝕刻加工形成。此時，鋼板的厚度 為0.08 0.30mm。當然，通過蝕刻加工對定子鐵芯的整體進行加工，從磁特性以及制造 工序整體的操作性的觀點看是優(yōu)選的。另外，與定子鐵芯一樣，對于轉子鐵芯，也對0.08 0.30mm厚的硅 鋼板迸行蝕刻加工，從改善磁特性的觀點看是優(yōu)選的。即，基于沖孔加工 的定子鐵芯或者轉子鐵芯的加工，破壞了鋼板內的規(guī)則的晶格結構，由此 增大了磁滯損失。通過對定子鐵芯或者轉子鐵芯進行蝕刻加工，可以防止 規(guī)則的晶格結構的破壞，可防止磁滯損失的增大。并且，沖孔加工可以加工的形狀，有圓或直線這樣的簡單的形狀。其 原因是，沖孔加工必須用模具，而將該模具做成復雜曲線是十分困難的。 另外，在研磨模具時，在模具具有復雜的曲線形狀的情況下，還存在無法 很好研磨的問題。所以，在沖孔加工等機械加工中，雖然以降低渦電流損失為目的而使 電磁鋼板的厚度變薄，但磁滯損失增大，不容易降低鐵損。蝕刻加工可以解決這些問題。利用該蝕刻加工可以較低地抑制磁滯損 失，可以降低渦電流損失。在感應電機中通過對定子鐵芯進行蝕刻加工， 可以進一步提高感應電機整體的效率。且，作為蝕刻加工的代表的方法， 有光蝕刻加工。蝕刻加工由于可以防止對鋼板內的規(guī)則的晶格結構的破壞，具有降低 磁滯損失的效果，此外通過大幅度提高加工精度，可以期待感應電機特性 的改善。另外，由于能夠高精度地加工磁隙的寬度，通過降低高次諧波磁通， 或者通過降低磁阻或降低漏磁通，可以改善感應電機的特性及效率。并且，因為可以將定子鐵芯以及轉子鐵芯加工成具有與特性的改善和 性能的提高有關的復雜的曲線形狀，所以與沖孔加工相比，可以實現(xiàn)特性 的改善和性能的提高。例如，通過高精度地加工定子鐵芯與轉子鐵芯間的間隙的形狀，不僅 可以提高效率，而且可以實現(xiàn)降低脈動等性能的提高及特性的改善。下面就以下的方式具體說明。本方式中，鐵芯的層疊鐵芯密度為卯.0 99.9%，優(yōu)選為93.0 99.9%。 此處的層疊鐵芯密度的定義是，層疊鐵芯密度(％)=鋼材板厚(mm) X片數(shù)(片)+鐵芯高度(mm) XIOO。而且，該層疊鐵芯密度也并不一定不可以通過機械壓縮層疊鐵芯的方 法來提高。然而，在這種情況下，會使鐵損增加，并不能說是優(yōu)選的。本 方式中說明的是，沒有設置這樣的用于提高層疊鐵芯密度的特別的工序， 可以提高層疊鐵芯密度。如此提高鐵芯的層疊鐵芯密度，可以降低鐵芯內的磁感應強度。由此， 具有降低感應電機的鐵損的效果。此時，鐵芯的層疊鐵芯密度(％)，鋼板的板厚是0.08 0.30mm，鐵 芯的片數(shù)是20 100 (片)左右，鐵芯的高度是5 20mm。鋼板的組成是，含C為0.001 0.060重量％，含Mn為0.1 0.6重量 %，含P為0.03重量°/。以下，含S為0.03重量％以下，含Cr為0.1重量％以下，含Al為0.8重量％以下，含Si為0.5 7.0重量％，含Cu為0.01 0.20重量％，其余部分由不可避免的雜質和Fe構成。且，不可避免的雜質 為氧或氮的氣體成分等。并且，優(yōu)選的是，鋼板的組成為，含C為0.002 0.020重量％，含 Mn為0.1 0.3重量％，含P為0.02重量％以下，含S為0.02重量％以下， 含Cr為0.05重量％以下，含Al為0.5重量％以下，含Si為0.8 6.5重量 %,含Cu為0.01 0.1重量％，其余部分由雜質和Fe構成，具有結晶粒子， 是作為所謂的電磁鋼板的硅鋼板。在決定這樣的硅鋼板的組成時，特別是從降低鐵損的角度出發(fā)，Si和 Al的含量很重要。從這個角度出發(fā)在規(guī)定Al/Si時，比率優(yōu)選為0.01 0.60。 更優(yōu)選的是該比率是0.01 0.20。且，硅鋼板中的硅的濃度可以根據(jù)感應電機的種類，將采用0.8 2.0 重量％的感應電機和采用4.5 6.5重量％的感應電機分開使用。且，通過降低硅的含量，可以提高硅鋼板的磁感應強度。在本方式中， 可使之為1.8 2.2T。在硅含量少的情況下，可提高軋制加工性，減少板的厚度，通過減少 板的厚度，可以減少鐵損。另一方面，在硅含量多的情況下，軋制加工性 的降低可以通過在軋制加工后含有硅等方法解決，鐵損也會減少。另外，硅鋼板含有的硅的分布，也可以相對于硅鋼板的厚度方向大致 均勻地分布，另外，也可以通過局部提高硅的濃度的方式，相對于硅鋼板 的厚度方向，使表面部的濃度高于內部的濃度。并且，鐵芯在層疊的鋼板與鋼板之間，有厚度為0.01 0.2um的絕緣 被膜，該絕緣被膜的厚度也可分為0.1 0.2 u m、優(yōu)選為0.12 0.18 " m的 感應電機和0.01 0.05 P m、優(yōu)選為0.02 0.04 u m的感應電機。此外，在絕緣被膜的厚度為0.1 0.2um的情況下，該絕緣被膜最好 用有機或無機的膜。作為絕緣被膜的材料，可以用有機材料、無機材料及 混合了有機材料與無機材料的混合材料。另外，在絕緣被膜的厚度為0.01 0.05um的情況下，該絕緣被膜最好用氧化被膜。特別優(yōu)選用鐵系的氧化被膜。艮P，通過使硅鋼板的板厚變薄，也可以使絕緣被膜的厚度變薄?，F(xiàn)有的電磁鋼板的絕緣皮膜，即使在沖孔加工后也可以維持絕緣性， 同時為了提高沖孔加工性，還有潤滑性、鋼板的密接性、沖孔加工后的退 火的耐熱性、焊接層疊的電磁鋼板來形成鐵芯時的焊接性等、絕緣性以外的特性，調整絕緣皮膜的厚度或成分，需要0.3um左右的厚度。然而，在本方式說明的薄壁化了的硅鋼板中，需要使絕緣皮膜的厚度 變薄。其原因是，在使用厚度與現(xiàn)有技術相同的絕緣被膜的情況下，由于硅 鋼板壁厚薄化，相對的，存在絕緣皮膜的體積率相對于硅鋼板的體積率增 加，磁感應強度下降的顧慮。這樣，在本方式說明的壁厚薄化了的硅鋼板中，可以減少絕緣皮膜的 厚度。一般的，在使電磁鋼板變薄時，需要增加絕緣被膜的厚度。但是，在 本方式中，與該考慮方法不同，即使使電磁鋼板的厚度變薄也不需要增加 絕緣被膜的厚度，反而可以與電磁鋼板一起變薄。所以，也提高了層疊鐵 芯密度。而且，需要考慮硅鋼板中硅的分散狀態(tài)和轉子的使用條件進行討論， 可以根據(jù)用途區(qū)分使用在如下兩種情況，其一是最高旋轉速度的旋轉域處 于低速，由硅鋼板組成的鋼板中含有的硅向鋼板的厚度方向分散的情況； 其二是最高旋轉速度的運轉一般為數(shù)千 數(shù)萬rpm，由硅鋼板組成的鋼板 中含有的硅的濃度，表面部比內部高的情況。旋轉速度和鐵損的關系是..旋轉速度越上升，磁通的交變頻率變得越 高，從而鐵損增加。旋轉速度快的感應電機比旋轉速度慢的感應電機處于 鐵損增加的傾向。從這點考慮，有必要討論硅鋼板中硅的含量。而且，硅鋼板含有的硅可用溶解法均勻地添加在電磁鋼板中，也可以 用表面改質或者離子注入、CVD (化學氣相沉積)等方法，對電磁鋼板局 部地特別是向表面部添加。另外，本方式說明的電磁鋼板，以用于具有形成感應電機的定子的突 極和磁軛的鐵芯為前提，厚度為0.08 0.30mm，突極及磁軛可通過蝕刻加 工形成。寬度為50 200cm的電磁鋼板的蝕刻加工是如下這樣進行的，在鋼板上涂敷抗蝕劑，使定子鐵芯的形狀曝光，顯影，基于其形狀除去抗蝕劑， 用蝕刻液進行加工，用蝕刻液加工后，除去殘余的抗蝕劑。對于有利于低鐵損化的硅鋼板的薄壁化，由于硅鋼板的軋制加工性 差、沖裁鐵芯時的加工即沖孔加工性差，所以在工業(yè)規(guī)模下，成本大幅度 的增加不可避免。 一般在將硅鋼板作為在高效率的感應電機中使用的電磁鋼板而使用的情況下，以板厚為0.50mm和0.35mm的硅鋼板為中心，長 時間沒有采用新的鐵芯的進展。但是，在本方式中，不使用沖孔加工，而通過使用蝕刻加工，可以實 現(xiàn)在工業(yè)規(guī)模下不引起成本大幅度的增加，使鐵芯使用的硅鋼板的薄壁化 成為可能，實現(xiàn)低鐵損化。在本方式中，為實現(xiàn)鐵芯的低鐵損化，在使用鐵損較小的硅鋼板的同 時，調整考慮了軋制加工的硅含量，對硅鋼板的考慮了軋制加工之后的板 厚進行薄壁化，考慮形成為鐵芯的形狀的蝕刻加工的適用，考慮構成層疊 的鐵芯的一片一片的硅鋼板的低鐵損化，考慮在硅鋼板與硅鋼板間形成的 絕緣皮膜的鐵芯的低鐵損化。在使用模具的沖裁加工法即沖孔加工中，在切斷部附近形成被稱為加 工硬化層、飛邊或塌邊(以下稱為"飛邊等")的塑性變形層，產生殘留 變形或殘留應力。在沖孔加工時產生的殘留應力，破壞分子磁鐵的排列的 規(guī)則性，即破壞磁區(qū)，使鐵損明顯增大，需要進行用于除去殘留應力的退 火工序。退火工序進一步增加了鐵芯的制造成本。在本方式中，因為不實施這樣的沖孔加工來形成鐵芯，所以幾乎不形 成塑性變形層，不會產生殘留變形或殘留應力。因此，幾乎不會破壞結晶 粒子的排列狀態(tài)，可以防止對磁鐵分子的排列、即磁區(qū)排列的損傷，防止 磁特性即磁滯特性的惡化。另外，鐵芯通過對加工后的硅鋼板進行層疊而形成。通過對該硅鋼板 的殘留變形或殘留應力的產生進行抑制，可以進一步提高鐵芯的磁特性。因此，本方式中的感應電機可以實現(xiàn)低鐵損化、高輸出化、小型輕量 化。另外，該感應電機中使用的電磁鋼板，具有在邊緣部分幾乎沒有飛邊 等的良好特性。飛邊等是塑性變形層的一種，因為沿著切斷部，從鋼板的平面方向向空間方向鋒利地突出，所以有時會破壞在電磁鋼板表面形成的絕緣皮膜， 破壞層疊的鋼板間的絕緣。另外，在層疊這種鋼板的情況下，由于飛邊等，在層疊的鋼板間產生 不需要的空隙，所以損害層疊鐵芯密度的增加，結果是磁感應強度降低。 磁感應強度的降低阻礙感應電機的小型輕量化。雖然也有時采用在將電磁鋼板層疊后，通過將鐵芯在板厚方向上進行 壓縮，壓塌飛邊等，使層疊鐵芯密度提高的方法，但在這種情況下，通過 加壓壓縮增加了殘留應力，鐵損增加。從而，還存在由飛邊等引起的絕緣 破壞的問題。在本方式說明的鐵芯，由于基本不產生飛邊等，不用進行加壓壓縮， 可以提高層疊鐵芯密度，且不會引起絕緣破壞。因此，還可以降低鐵損。在作為鐵芯使用的電磁鋼板的硅鋼板中，硅的含量為6.5重量％，理 論上鐵損最低。但是，若硅含量增加，則軋制加工性及沖孔加工性會明顯 惡化。所以，不管鐵損有多大，考慮到軋制加工性及沖孔加工性，硅鋼板 中硅的含量主流的是約為3.0重量％。在本方式中說明的硅鋼板，因為板厚可以薄壁化為0.3mm以下，所以 即使硅的含量在2.0重量％以下，鐵損也低。在現(xiàn)有技術中，在板厚為0.3mm以下的薄壁化了的硅鋼板的制造中， 需要軋制、退火等特別的工序，但在本方式說明的硅鋼板，因為不需要這 樣的特別的工序，所以還可以降低薄壁化了的硅鋼板的制造成本。且，關 于鐵芯的制造，因為不需要沖孔加工，所以可以進一步降低制造成本。此外，與鐵芯的主要材料即硅鋼板不同，公知有作為極薄電磁材料的 在特殊用途限定使用的價格極其昂貴的非結晶材料，但是因為非結晶材料 有使熔融金屬急速凝固來形成箔體進行制造的特殊工序，所以可以實現(xiàn)厚 度為0.05mm左右或其以下的超薄壁的300mm左右寬度的極少量的制造， 但是在這以上的板厚或板寬的材料的制造，在工業(yè)規(guī)模下的制造卻是不可 能實現(xiàn)的。如此，非結晶材料因為材質硬且脆，并且過薄，不能進行沖孔加工， 由于化學成分的限制，磁感應強度低等原因，不能作為鐵芯的主要材料。 在本方式中說明的電磁鋼板與這樣的非結晶材料不同，具有結晶粒子。另外，本方式中的電磁鋼板，可以同時實現(xiàn)有利于低鐵損化的薄壁化、 變形的降低、高輸出化、可同時實現(xiàn)小型輕量化的尺寸精度的提高和高磁 感應強度化的鐵芯層疊密度的提高。艮P,根據(jù)本實施方式，可以提供在實現(xiàn)低鐵損的同時，實現(xiàn)高輸出化、 小型輕量化的鐵芯。電磁鋼板的板厚與鐵損的關系如圖4所示。根據(jù)圖4可知，板厚與鐵損之間存在板厚越厚，鐵損越高的關系。 其中一般采用的硅鋼板的板厚，考慮到軋制加工或沖孔加工性，分為0.50mm和0.35mm這兩禾中。廣泛用于鐵芯制造的這兩種板厚的硅鋼板，為了降低鐵損，需要進行 軋制和退火。另外，為實現(xiàn)進一步的薄壁化，由于作為對象的鐵芯的形狀 和大小的不同而使得反復的次數(shù)不同，但需要反復進行這樣的軋制和退 火。如此，在一般使用的硅鋼板中，為實現(xiàn)薄壁化，需要追加軋制、退火 等特別的工序進行制造，從而制造成本變高。在本方式說明的鐵芯，因為可以降低制造成本，又可以解決鐵芯加工 上的問題，所以可用于工業(yè)規(guī)模的大量生產。本方式中使用的硅鋼板的板厚為0.08 0.30mm。且，優(yōu)選使用厚度為 0.1 0.2mm的硅鋼板，采用蝕刻加工制作鐵芯的形狀。在圖4中，作為參考也表示了非結晶材料的板厚的區(qū)域。因為非結晶 材料有使熔融金屬急速凝固來形成箔體進行制造的特殊工序，所以適于厚 度為0.05mm左右或其以下的超薄壁的制造，在這以上的板厚由于急速冷 卻很困難，所以制造困難。另外，只能制造板寬在300mm左右的窄的板， 與特殊的制造工序一起，制造成本顯著的提高。另外，關于磁特性，雖然鐵損低，但是存在磁感應強度也低的缺點。 這是因為為了急速冷卻凝固而在化學成分上存在限制。在本方式中沒有使用這種非結晶材料，而使用具有晶體粒子的硅鋼板。下面，介紹硅鋼板的代表性的制造工序。由可形成電磁鋼板的材料制造鋼。例如，使用具有如下組成的鋼板材料其組成是含C為0.005重量％，含Mn為0.2重量。/。，含P為0.02重 量°/。，含S為0.02重量。/。，含Cr為0.03重量。/。，含A1為0.03重量。/。，含 Si為2.0重量M，含Cu為0.01重量。/。，其余部分為Fe和若干雜質組成。 通過對這種鋼板材料實施連續(xù)鑄造、熱軋、連續(xù)退火、酸洗、冷軋、 連續(xù)退火，制造板寬為50 200cm、在此特別是板寬為50cm、板厚為0.2mm 的硅鋼板。另外，在制作出的硅鋼板的表面，為了降低鐵損，進而也可以形成 4.5 6.5重量％的硅。然后，實施厚度為O.lum的有機樹脂的絕緣被膜涂敷，制造硅鋼板。根據(jù)情況不同，也可以不采用特別的絕緣被膜涂敷的工序，而制作厚 度為0.01 0.05um的酸化被膜。另外，這里說明的絕緣被膜涂敷的工序在制造鐵芯時，優(yōu)選在蝕刻加 工的工序后進行。另外，硅鋼板形成為平板或線圈狀、輥狀。下面，說明鐵芯的代表性的制造工序。對制造的硅鋼板迸行預先處理，涂上抗蝕劑。對該抗蝕劑，利用掩模 對定子鐵芯以及轉子鐵芯的形狀進行曝光、顯影。根據(jù)其形狀除去抗蝕劑。 進一步，用蝕刻液進行加工。在通過蝕刻液的加工后，除去殘余的抗蝕劑， 制造出所要的具有定子鐵芯的形狀的硅鋼板。這種制造中例如光蝕刻加工 是有效的，使用采用金屬掩模的精密加工微細孔的方法也是有效的。將制造的具有希望的定子鐵芯的形狀、具有鐵芯形狀的多個硅鋼板進 行層疊，通過焊接等固定層疊后的硅鋼板，從而制造鐵芯。另外，在焊接 時，優(yōu)選利用纖維激光器等實施輸入熱量少的焊接。通過利用蝕刻加工制造定子鐵芯以及轉子鐵芯的形狀，可以得到極高 的加工精度，如誤差在士10um以下，優(yōu)選在士5um以下，可以制造希 望形狀的定子鐵芯以及轉子。另外，若用圓度表示誤差，則在30um以下，優(yōu)選在15um以下， 更優(yōu)選在10nm以下。而且，所謂圓度，是指圓形部分從幾何學上的理想 圓偏離的大小，是指用兩個同心的幾何學上的理想圓去夾圓形部分時，兩 圓之間區(qū)域最小時的半徑差。圖5表示硅鋼板中硅的含量與鐵損間的關系。如圖5所示，硅含量為6.5重量％的硅鋼板的鐵損最少。但是，在硅 鋼板中硅的含量比6.5重量°/。大時，軋制加工很難進行，所希望厚度的硅 鋼板的制造很困難。因為軋制加工性存在電磁鋼板中含有的硅越多，加工 性越變差的傾向。從這個背景出發(fā)，綜合考慮鐵損和軋制加工性之間的平 衡， 一般使用硅含量為3.0重量％的硅鋼板。艮P，在本方式中，通過使硅鋼板的板厚薄壁化，降低硅鋼板的鐵損， 減小硅鋼板中硅的含量對鐵損的影響。因此，在本方式中說明的硅鋼板，不僅軋制加工性變好，而且通過使 板厚薄壁化，對鐵損影響大的硅鋼板中硅的含量的自由度變大。因此，可 以使硅鋼板中硅的含量在0.5 7.0重量％的范圍，也可以釆用0.8 2.0重 量％和4.5 6.5重量％的極端的不同的含量，根據(jù)鐵芯的規(guī)格或感應電機 的用途，可以區(qū)分使用。圖6表示基于蝕刻加工的代表性的加工截面形狀。通過蝕刻加工硅鋼板，在用酸液溶解的加工截面附近，如圖(a)所 示，不存在飛邊等塑性變形層?？梢韵鄬τ诠桎摪宓钠矫娣较蚧敬怪钡?形成加工截面。并且，在前端的光蝕刻加工中，如圖6 (b) (d)所示，也可以控 制溶解部的形狀。即，還可以形成規(guī)定的錐度(tape)，也可以在相對于 板厚方向的垂直方向上形成凸凹。如此，被蝕刻加工后的硅鋼板，由該加工引起的殘余應力幾乎為0， 塑性變形層幾乎不存在，硅鋼板的相對于厚度方向的塑性變形量幾乎為0。 另外，蝕刻加工引起的加工截面附近的塑性變形量也幾乎為0。并且，在加工截面中，可以控制硅鋼板的加工截面的形狀，可以形成 加工引起的殘余應力幾乎為0、并且加工截面附近的塑性變形量也幾乎為 0的切斷截面形狀。另外，通過釆用這樣的蝕刻加工，還可以在使硅鋼板的微細的結晶組 織、機械特性及表面部最佳化的狀態(tài)下適用于鐵芯?？紤]到硅鋼板的結晶 組織的各向異性圖7表示基于沖孔加工的代表性的加工截面形狀。通過沖孔加工硅鋼板，在塑性加工時的剪切應力的作用下，加工截面附近顯著變形，形成10 100nm左右的飛邊、塌邊、壓塌。另外，關于硅鋼板的平面方向的尺寸精度，在沖孔加工中因模具的尺 寸精度而受到限制，通常相對于硅鋼板的厚度在5%左右的間隙下被剪斷， 因此硅鋼板的平面方向的尺寸精度下降。另外，在大量生產時因模具的損 耗，還存在精度隨著時間的經(jīng)過而降低等問題。另外，越是薄壁化后的硅 鋼板，沖孔加工越困難。在采用壓鑄鋁制法進行制作時，鋁流入飛邊、塌 邊、壓塌，成為壓鑄件產生裂紋的原因。在適用蝕刻加工的本方式中，可以解決這種加工精度的問題，也可以 消除因為時間經(jīng)過而引起的精度的降低。另外，在使用規(guī)定圖案對定子鐵芯以及轉子鐵芯的形狀進行曝光時， 優(yōu)選設置與電磁鋼板的軋制方向有關的掩?；蚧鶞士?。在層疊電磁鋼板的情況下，將電磁鋼板相對于軋制方向平均化，這在 使感應電機的性能提高的方面來說是必要的。例如，相對于軋制方向，改 變規(guī)定量的掩?；蛘呋鶞士椎奈恢茫趯盈B電磁鋼板時，通過使掩?；蚧?準孔的位置對齊，可以實現(xiàn)作為感應電機的磁特性的提高。用蝕刻制法制作以上的薄板電磁鋼板的感應電機，可以降低鐵損，可 以提供高精度、高效率的感應電機。實施例2圖8表示槽91和孔的集合部92的一個實施例。圖8 (a)表示本實施 例。本實施例通過設置孔的集合部92，利用轉子鐵芯62不使轉子導體66 電短路。在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔以均等的間隔進行分 配，但也可以以不均等的間隔進行分配。例如，越接近于轉子鐵芯62的 外周面，使孔的集合部92的孔的間隔越窄即可。另外，在本實施例中， 使孔的集合部92的寬度一定，但使寬度不一定也可以。例如，越接近于 轉子鐵芯62的外周面，使寬度變寬即可。另外，在本實施例中，使孔的 集合部92的孔徑相同，但也可以使其不同。例如，越接近于轉子鐵芯62 的外周面使孔徑越大。另外，在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔 形成為圓形，但也可以是橢圓或四邊形等任意形狀。實施例3圖8 (b)表示本實施例。在本實施例中，通過在轉子導體66的周圍 或以覆蓋周圍的方式設置孔的集合部92，利用轉子鐵芯62不使轉子導體 66電短路。在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔以均等的間隔進行 分配，但也可以以不均等的間隔進行分配。例如，越接近于轉子鐵芯62 的外周面，使孔的集合部92的孔的間隔越窄即可。另外，在本實施例中， 使孔的集合部92的寬度一定，但使寬度不一定也可以。例如，越接近于 轉子鐵芯62的外周面，使寬度變寬即可。另外，在本實施例中，使孔的 集合部92的孔徑相同，但也可以使其不同。例如，越接近于轉子鐵芯62 的外周面使孔徑越大。另外，在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔 形成為圓形，但也可以是橢圓或四邊形等任意形狀。實施例4圖8 (c)表示本實施例。本實施例通過在轉子導體66和轉子60的外 周面之間設置孔的集合部92，從而來降低漏磁通。如本實施例那樣，即使 在相對于轉子導體66向圓周方向移動的位置上配置孔的集合部92,也具 有降低漏磁通的效果。在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔以均等 的間隔進行分配，但也可以以不均等的間隔分配孔。例如，分配成在圓周 方向上磁通難以通過，在徑向上磁通容易通過。另外，在本實施例中，使 孔的集合部92的孔徑相同，但也可以使其不同。另外，在本實施例中， 雖然將孔的集合部92的孔形成為圓形，但也可以是橢圓或四邊形等任意 形狀。實施例5圖8 (d)表示本實施例。本實施例通過在轉子導體66的周圍設置孔 的集合部92，且在轉子導體66和轉子60的外周面之間配置孔的集合部 92，由此利用轉子鐵芯62不使轉子導體66電短路。且降低漏磁通。如本 實施例那樣，可以設置孔的集合部92，以實現(xiàn)利用轉子鐵芯62不使轉子 導體66電短路、以及降低漏磁通這兩個效果。在本實施例中，雖然將孔 的集合部92的孔以均等的間隔進行分配，但也可以以不均等的間隔分配 孔。另外，在本實施例中，使孔的集合部92的孔徑相同，但也可以使其 不同。另外，在本實施例中，雖然將孔的集合部92的孔形成為圓形，但也可以是橢圓或四邊形等任意形狀。 實施例6圖8 (e)表示本實施例。本實施例通過在轉子導體66的周圍或以覆 蓋周圍的方式設置槽91，利用轉子鐵芯62不使轉子導體66電短路。在采 用壓鑄鋁制法制造轉子導體66時，為了不使鋁流入槽91，而減小了槽91 的寬度，由此可以期待減小轉子導體66和轉子鐵芯62的接觸面，利用轉 子鐵芯62不是轉子導體66電短路的效果。實施例7圖8 (f)表示本實施例。如本實施例那樣，即使將槽91設置到轉子 鐵芯62的外周表面部分，也可以期待利用轉子鐵芯62不使轉子導體66 電短路的效果。也可以在轉子齒67設置多個槽91，根據(jù)實施例1記載的 理由，可以進一步降低表面損失，改善效率。另外，如本實施例那樣，可 以使各個槽91的長度都不同，也可以使槽91傾斜。實施例8圖8 (g)表示本實施例。如本實施例那樣，槽91可以不是直線，槽 91的寬度也可以非恒定而變化，也能夠期待利用轉子鐵芯62不使轉子導 體66電短路的效果。實施例9圖9表示槽91和孔的集合部92的一個實施例。圖9 (a)表示本實施 例。如本實施例那樣，通過在定子鐵芯42的內周表面附近以及轉子鐵芯 62的外周表面附近設置孔的集合部92，由此能夠降低在定子鐵芯42以及 轉子鐵芯62上產生的表面損失。即使只在定子鐵芯42上、或只在轉子鐵 芯62上設置孔的集合部92，也能夠期待降低表面損失的效果。另外，通 過咱定子鐵芯42的內周表面附近以及轉子鐵芯62的外周表面附近設置槽 91，也能夠降低在定子鐵芯42以及轉子鐵芯62上產生的表面損失。即使 只在定子鐵芯42、或只在轉子鐵芯62上設置槽91，也能夠期待降低表面 損失的效果。實施例10圖9 (b)表示本實施例。本實施例的定子鐵芯42的孔的集合部92 設置在定子繞組44的相改變的位置。在定子鐵芯42中，在定子繞組44的相改變的位置磁感應強度變高，因為這變成脈動而形成在轉子鐵芯62 產生的表面損失，所以在定子繞組44的相改變的位置設置孔的集合部92， 在定子繞組44的相改變的位置抑制磁感應強度變高的現(xiàn)象，緩和脈動。 在本實施例中，定子鐵芯42的孔的集合部92設置在定子鐵芯42的內周 表面附近，但只要是在定子繞組44的相改變的位置抑制磁感應強度變高 的現(xiàn)象能夠緩和脈動的位置就具有效果。本實施例的轉子鐵芯62的孔的 集合部92可降低漏磁通。如本實施例那樣，即使在相對于全部的轉子導 體66設置孔的集合部92的情況，也能夠期待降低漏磁通的效果。如此，通過設置槽91以及孔的集合部92，而能夠降低流向定子鐵芯 42和轉子鐵芯62、或流向定子鐵芯42與轉子鐵芯62中的任一個的電流， 能夠降低鐵損，可以提供高效率的感應電機。另外，通過設置槽91以及 孔的集合部92，而能夠降低定子鐵芯42和轉子鐵芯62、或定子鐵芯42 與轉子鐵芯62中的任一個的漏磁通，可以提供高效率的感應電機。
權利要求
1.一種感應電機，其具有定子和轉子，所述定子具有定子鐵芯和定子繞組，所述定子鐵芯具有齒和溝槽，所述定子繞組配置于所述定子鐵芯的所述溝槽，所述轉子具有轉子鐵芯和轉子導體，所述轉子鐵芯具有齒和溝槽，所述轉子導體配置于所述轉子鐵芯的所述溝槽，所述感應電機的特征在于，所述定子鐵芯以及所述轉子鐵芯由層疊的鋼板制作，所述鋼板通過蝕刻加工形成。
2. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述鋼板的厚度為0.05 0.30mm。
3. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述鋼板是電磁鋼板，其組成為C為0.001 0.060重量％， Mn為0.1 0,6重量％， P為0.03重量％以下，S為0.03重量％以下，Cr為0.1 重量％以下，Al為0.8重量°/。以下，Si為0.5 7.0重量％， Cu為0.01 0.20 重量％，其余部分為不可避免的雜質和Fe。
4. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述鋼板為硅鋼板。
5. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述鋼板具有結晶粒子。
6. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述定子鐵芯以及所述轉子鐵芯在層疊的鋼板與鋼板之間具有厚度為0.01 0.2nm的絕緣被膜。
7. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述定子鐵芯以及所述轉子鐵芯在層疊的鋼板與鋼板之間具有厚度為0.1 0.2pm的絕緣被膜。
8. 如權利要求7所述的感應電機，其特征在于， 所述絕緣被膜是有機材料、無機材料或者兩者的結合物。
9. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于，所述定子鐵芯以及所述轉子鐵芯在層疊的鋼板與鋼板之間具有厚度為0.01 0.05pm的絕緣被膜。
10. 如權利要求9所述的感應電機，其特征在于， 所述絕緣被膜為氧化被膜。
11. 如權利要求4所述的感應電機，其特征在于， 關于所述硅鋼板中硅的濃度，表面部的硅的濃度比內部的硅的濃度咼。
12. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 所述鋼板的層疊鐵芯密度為90.0% 99.9%。
13. 如權利要求l所述的感應電機，其特征在于， 所述蝕刻加工是如下進行的在所述鋼板上涂敷抗蝕劑，對定子鐵芯以及轉子鐵芯的形狀進行曝光，使其顯影，根據(jù)所述形狀除去抗蝕劑，用 蝕刻液進行加工，在用蝕刻液進行加工后，除去殘余的抗蝕劑。
14. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 在所述轉子鐵芯或定子鐵芯設有直徑小于板厚的孔的集合部、或者設有寬度小于板厚的槽。
15. 如權利要求14所述的感應電機，其特征在于，在所述定子繞組的相改變的位置具有所述孔的集合部。
16. 如權利要求1所述的感應電機，其特征在于， 以覆蓋所述轉子導體的周圍的方式在所述轉子鐵芯設有孔的集合部或槽。
17. 如權利要求14所述的感應電機，其特征在于， 所述槽位于轉子導體之間。
18. 如權利要求17所述的感應電機，其特征在于， 所述槽的寬度非恒定。
19. 一種感應電機，其具有定子和轉子，所述定子具有定子鐵芯和定 子繞組，所述定子鐵芯具有齒和溝槽，所述定子繞組配置于所述定子鐵芯 的所述溝槽，所述轉子具有轉子鐵芯和轉子導體，所述轉子鐵芯具有齒和 溝槽，所述轉子導體配置于所述轉子鐵芯的所述溝槽，所述感應電機的特征在于，以覆蓋所述轉子導體的周圍的方式在所述轉子鐵芯設有孔的集合部 或槽。
全文摘要
提供一種感應電機，其具有定子和轉子，定子具有定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯具有齒和溝槽，定子繞組配置于定子鐵芯的溝槽，轉子具有轉子鐵芯和轉子導體，轉子鐵芯具有齒和溝槽，轉子導體配置于轉子鐵芯的溝槽，定子鐵芯以及轉子鐵芯由層疊的鋼板制成，為了解決鐵損增大的問題，鋼板的齒和溝槽通過蝕刻加工形成。
文檔編號H02K3/30GK101277050SQ200810004630
公開日2008年10月1日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權日2007年3月28日
發(fā)明者三上浩幸, 石川芳壽, 西濱和雄, 阿部輝宜 申請人:株式會社日立制作所