KR-20260061252-A - 스테이터 코어, 전동기 및 발전기

Abstract

스테이터 코어는, 중심축으로부터의 거리가 일정해지는 나선 형상의 형상을 갖고 있고, 전자 연철(soft magnetic iron)제의 와이어로 구성되는 심선부(core wire portion)와, 심선부의 외주면을 덮는 절연막을 구비한다. 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭(full width at half maximum)은 0.31도 이하이다.

Inventors

• 홋타 코지
• 사이토 타츠야
• 우에노 토모유키

Assignees

• 스미토모덴키고교가부시키가이샤

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241122

Priority Date

20231124

Claims (13)

1. 중심축으로부터의 거리가 일정해지는 나선 형상의 형상을 갖고 있고, 전자 연철(soft magnetic iron)제 또는 규소강제의 와이어로 구성되는 심선부(core wire portion)와, 상기 심선부의 외주면을 덮는 절연막을 구비하고, 상기 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭(full width at half maximum)은 0.31도 이하인, 스테이터 코어.
2. 제1항에 있어서, 상기 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭은 0.30도 이하인, 스테이터 코어.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 상기 심선부를 덮는 상기 절연막끼리가 접촉하고 있는, 스테이터 코어.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스테이터 코어는, 상기 절연막을 덮는 수지부를 추가로 구비하고, 상기 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 수지부는, 상기 심선부로부터 보아 상기 중심축과는 반대측에 위치하는 상기 절연막을 덮는 제1부, 상기 심선부와 상기 중심축의 사이에 위치하는 상기 절연막을 덮는 제2부 및, 상기 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 상기 심선부를 덮는 상기 절연막의 사이에 위치하는 제3부 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 1개를 포함하는, 스테이터 코어.
5. 제4항에 있어서, 상기 수지부는, 상기 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 상기 심선부를 덮는 상기 절연막을 접착하는 경화체(cured body)인, 스테이터 코어.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심선부의 길이 방향에 수직인 단면은 장방형인, 스테이터 코어.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심선부의 길이 방향에 수직인 단면의, 상기 중심축에 평행한 방향에 있어서의 높이는 0.6㎜ 이하인, 스테이터 코어.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연막은 무기 재료로 구성되는, 스테이터 코어.
9. 제8항에 있어서, 상기 무기 재료는 인산염인, 스테이터 코어.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연막의 두께는 0.1㎛ 이상 30㎛ 이하인, 스테이터 코어.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터 코어의 외경에 대한 상기 스테이터 코어의 상기 중심축에 평행한 방향의 길이의 비인 애스펙트비가, 3 이상인, 스테이터 코어.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 스테이터 코어를 구비하는, 전동기.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 스테이터 코어를 구비하는, 발전기.

Description

스테이터 코어, 전동기 및 발전기 본 개시는, 스테이터 코어, 전동기 및 발전기에 관한 것이다. 본 출원은, 2023년 11월 24일 출원의 일본 출원 제2023-199294호에 기초하는 우선권을 주장하고, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다. 전동기 또는 발전기에 구비되는 스테이터 코어는, 전자 강판(electromagnetic steel sheet)에 대하여 펀칭 가공을 실시하여 제조되는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 스테이터 코어는, 소재인 전자 강판에 있어서 폐기되는 부분이 많아, 제조 시의 수율이 낮다는 문제가 있다. 또한, 이러한 스테이터 코어는, 펀칭 가공된 전자 강판이 적층되어 제작된다. 그 때문에, 높이가 높은 스테이터 코어의 제조가 어렵다는 문제도 있다. 이러한 문제에 대응 가능한 스테이터 코어로서, 박판 스트립이 나선 형상으로 감겨진 스테이터 코어가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 본 개시에 따른 스테이터 코어는, 중심축으로부터의 거리가 일정해지는 나선 형상의 형상을 갖고 있고, 전자 연철(soft magnetic iron)제 또는 규소강제의 와이어로 구성되는 심선부(core wire portion)와, 심선부의 외주면을 덮는 절연막을 구비한다. 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭(full width at half maximum)은 0.31도 이하이다. 도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 스테이터 코어의 구조를 나타내는 개략 사시도이다. 도 2는, 도 1의 중심축(A)을 포함하는 단면에 대응하는 도면(도 1의 선분 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 단면도)이다. 도 3은, 스테이터 코어를 구성하는 심선부 및 절연막의 구조를 나타내는 개략 단면도이다. 도 4는, 스테이터 코어의 제조 방법의 개략을 나타내는 플로우차트이다. 도 5a는, 제1 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 5b는, 제1 변형예의 추가적인 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 5c는, 제2 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 5d는, 제3 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 5e는, 제3 변형예의 추가적인 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 5f는, 제4 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 5g는, 제5 변형예에 있어서의 스테이터 코어의 일부의 확대 단면도이다. 도 6은, 본 실시 형태에 있어서의 전동기 및 발전기의 사시도이다. 도 7은, 도 6의 ⅩⅩ선를 따르는 단면도이다. 도 8은, 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭과 최대 투자율의 관계를 나타내는 도면이다. (발명을 실시하기 위한 형태) [본 개시가 해결하고자 하는 과제] 상기 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 나선 형상의 스테이터 코어에 의해, 수율이나 제조의 곤란성의 문제가 개선된다. 그러나, 본 발명자의 검토에 의하면, 이러한 스테이터 코어에 있어서는, 스테이터 코어의 특성으로서 중요한 최대 투자율(permeability)이 충분하지 않다는 문제가 생긴다. 그래서, 수율의 저하나 제조의 곤란성이 개선함과 함께, 높은 최대 투자율을 달성 가능한 스테이터 코어를 제공하는 것을, 본 개시의 목적 중 하나로 한다. [본 개시의 효과] 상기 스테이터 코어에 의하면, 수율의 저하나 제조의 곤란성이 개선함과 함께, 높은 최대 투자율을 달성 가능한 스테이터 코어를 제공할 수 있다. [본 개시의 실시 형태의 설명] 맨 처음에 본 개시의 실시 태양을 열기하여 설명한다. 본 개시의 스테이터 코어는, (1) 중심축으로부터의 거리가 일정해지는 나선 형상의 형상을 갖고 있고, 전자 연철제 또는 규소강제의 와이어로 구성되는 심선부와, 심선부의 외주면을 덮는 절연막을 구비한다. 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭은 0.31도 이하이다. 본 발명자들은, 절연막을 갖는 나선 형상의 스테이터 코어에 있어서, 최대 투자율이 충분히 향상하지 않는 것의 원인에 대해서 검토했다. 그 결과, 이하와 같은 인식을 얻어, 본 개시의 스테이터 코어의 구성에 생각이 이르렀다. 연철제 또는 규소강제의 와이어를 나선 형상의 형상으로 성형하는 경우, 일반적으로, 우선 연철제 또는 규소강제의 원료 선재(raw material wire)를 준비하고, 이 원료 선재에 대하여 성형 가공을 실시함으로써, 소망하는 단면적 및 단면 형상을 갖는 와이어를 얻는다. 이 때, 성형 가공에 있어서의 가공량이 크기 때문에, 와이어에는 큰 변형이 도입된다. 이 변형을 제거하는 관점에서 와이어에 대하여 어닐링 처리를 실시하고, 변형을 저감한 후에, 와이어를 나선 형상으로 가공(코일링)한다. 그러나, 이와 같이 하여 제조된 심선부를 포함하는 스테이터 코어에서는, 최대 투자율이 충분히 향상하지 않는다. 이에 대하여, 본 발명자들은 어닐링 처리를 코일링 후에 실시함으로써, 최대 투자율이 대폭으로 향상하는 것을 발견했다. 이는, 코일링은, 성형 가공에 비해 가공량이 작기 때문에, 도입되는 변형도 작기는 하지만, 이 작은 변형이 최대 투자율의 향상을 방해하고 있기 때문이라고 생각된다. 그리고, 본 발명자들은, 코일링 후의 변형을 매우 낮은 레벨, 구체적으로는 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭이 0.31도 이하가 되는 레벨로까지 저감함으로써 최대 투자율의 대폭적인 향상을 달성할 수 있다는 인식을 얻었다. 또한, 철 (220)면에 있어서의 변형이 작은 것(반가폭이 0.31도 이하인 것)은, 다른 결정면도 포함시킨, 철의 결정 격자의 변형이 전체적으로 작은 것을 의미한다. 본 개시의 스테이터 코어에 있어서는, 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭이 0.31도 이하로 설정됨으로써, 높은 최대 투자율을 달성하는 것이 가능해지고 있다. 또한, 나선 형상의 형상을 갖고, 전자 연철제 또는 규소강제의 와이어로 구성되는 심선부와, 심선부의 외주면을 덮는 절연막을 포함하는 구조를 채용함으로써, 수율의 저하나 제조의 곤란성이 개선한다. 이와 같이, 본 개시의 스테이터 코어에 의하면, 수율의 저하나 제조의 곤란성이 개선함과 함께, 높은 최대 투자율을 달성할 수 있다. (2) 상기 (1)에 있어서, 심선부의 X선 회절 분석에 있어서의 철 (220)면에 대응하는 피크의 반가폭은 0.30도 이하라도 좋다. 이 구성에 의해, 높은 최대 투자율을 보다 확실하게 달성할 수 있다. (3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 심선부를 덮는 절연막끼리가 접촉하고 있어도 좋다. 이 구성에 의해, 더 한층의 최대 투자율의 향상을 달성할 수 있다. (4) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 스테이터 코어는, 절연막을 덮는 수지부를 추가로 구비하고, 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 수지부는, 심선부로부터 보아 중심축과는 반대측에 위치하는 절연막을 덮는 제1부, 심선부와 중심축의 사이에 위치하는 절연막을 덮는 제2부 및, 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 심선부를 덮는 절연막의 사이에 위치하는 제3부로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 1개를 포함해도 좋다. 이 구성에 의해, 심선부의 절연성을 높일 수 있다. (5) 상기 (4)에 있어서, 수지부는, 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 심선부를 덮는 절연막을 접착하는 경화체(cured body)라도 좋다. 이 구성에 의해, 제1부, 제2부 및 절연막을 포함하는 절연 피막 부착 철선의 형상의 안정성을 높일 수 있다. (6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 심선부의 길이 방향에 수직인 단면은 장방형이라도 좋다. 이 구성에 의해, 상기 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 심선부끼리의 사이에 존재하는 공간이 작아진다. 그 결과, 더 한층의 최대 투자율의 향상을 달성할 수 있다. (7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 심선부의 길이 방향에 수직인 단면의, 중심축에 평행한 방향에 있어서의 높이는 0.6㎜ 이하라도 좋다. 이 구성에 의해, 와전류손(eddy current loss)이 저감되는 결과, 철손을 저감할 수 있다. (8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 절연막은 무기 재료로 구성되어 있어도 좋다. 무기 재료는, 심선부를 덮는 절연막의 재료로서 적합하다. (9) 상기 (8)에 있어서, 무기 재료는 인산염이라도 좋다. 인산염은, 절연 특성, 비용, 절연막 형성의 용이성 등의 관점에서, 심선부를 덮는 절연막의 재료로서 특히 적합하다. (10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 절연막의 두께는 0.1㎛ 이상 30㎛ 이하라도 좋다. 절연막의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우, 상기 중심축에 평행한 방향에 있어서 서로 이웃하는 심선부의 사이에 있어서 절연성이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 절연막의 두께가 30㎛를 초과하는 경우, 최대 투자율이 불충분해질 우려가 있다. 따라서, 절연막의 두께는 상기 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 높은 최대 투자율을 확보하는 관점에서, 절연막의 두께는 5㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. (11) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 스테이터 코어의 외경에 대한 스테이터 코어의 중심축에 평행한 방향의 길이의 비인 애스펙트비가, 3 이상이라도 좋다. 이 구성에 의해, 스테이터 코어가 구비되는 전동기의 토크를 높이고, 또는, 스테이터 코어가 구비되는 발전기의 발전 성능을 높이면서, 전동기 또는 발전기를 소형으로 할 수 있다. (12) 본 개시의 전동기는, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 스테이터 코어를 구비한다. 이 전동기는, 높은 최대 투자율을 갖는 스테이터 코어를 구비하기 때문에, 전동기의 토크가 높다. (13) 본 개시의 발전기는, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 스테이터 코어를 구비한다. 이 발전기는, 높은 최대 투자율을 갖는 스테이터 코어를 구비하기 때문에, 발전기의