CN114008891A - 铁芯块、层叠铁芯及旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种铁芯块，是通过环状地连结多个而构成层叠铁芯的铁芯块，包括：相互层叠的多个电磁钢板片；以及粘合部，其设于在层叠方向上相邻的所述电磁钢板片彼此之间，将所述电磁钢板片彼此分别粘合，所述粘合部对所述电磁钢板片的粘合面积率为1％以上、60％以下。

Description

铁芯块、层叠铁芯及旋转电机
技术领域
本公开涉及铁芯块、层叠铁芯及旋转电机。
本申请基于2019年6月26日于日本申请的特愿2019-118337号来主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以往，已知如以下专利文献1所记载的层叠铁芯。在该层叠铁芯中，在层叠方向上相邻的电磁钢板被粘合。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-023523号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在上述现有的层叠铁芯中，对于提高磁特性，存在改善的余地。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提高层叠铁芯的磁特性。
用于解决技术问题的技术手段
为了解决所述技术问题，本发明提出以下手段。
(1)本发明的第一方案是通过环状地连结多个而构成层叠铁芯的铁芯块，包括：相互层叠的多个电磁钢板片；以及粘合部，其设于在层叠方向上相邻的所述电磁钢板片彼此之间，将所述电磁钢板片彼此分别粘合，所述粘合部对所述电磁钢板片的粘合面积率为1％以上、60％以下。
如果在层叠方向上相邻的电磁钢板片彼此未通过任何手段固定，则二者相对地位移。另一方面，在层叠方向上相邻的电磁钢板片彼此例如通过铆接而固定的情况下，对电磁钢板片的一部分施加塑性应变，铁芯块的磁特性劣化。
在上述的构成的铁芯块中，在层叠方向上相邻的电磁钢板片彼此通过粘合部而粘合。因此，在多个电磁钢板片整体中，能够抑制在层叠方向上相邻的电磁钢板片彼此相对地位移。由于设于电磁钢板片的粘合部的粘合面积率为1％以上，因此使粘合部对电磁钢板片彼此的粘合可靠，即使在绕线时等，也能够有效地限制在层叠方向上相邻的电磁钢板片彼此的相对位移。并且，电磁钢板片彼此的固定方法不是由如上所述的铆接进行的固定，而是由粘合进行的固定，因此能够抑制在电磁钢板片中产生的应变。根据以上，能够确保铁芯块的磁特性。
然而，伴随粘合部的固化，在电磁钢板片上产生压缩应力。因此，即使是基于粘合部的粘合，电磁钢板片也有可能产生应变。在上述的构成的铁芯块中，粘合部对电磁钢板片的粘合面积率为60％以下。因此，能够将起因于粘合部而在电磁钢板片中产生的应变抑制得较低。因此，能够进一步确保铁芯块的磁特性。
(2)在所述(1)所记载的铁芯块中，也可以构成为，所述粘合面积率为1％以上、20％以下。
根据该构成，能够将起因于粘合部而在电磁钢板片中产生的应变抑制得更低。
(3)在所述(1)或所述(2)所记载的铁芯块中，也可以构成为，具有圆弧状的铁芯背部和从所述铁芯背部向所述铁芯背部的径向的一侧突出的齿部，所述粘合部具有：沿所述齿部的周向两侧的周缘延伸的一对第1部分；沿所述齿部的前端的周缘延伸并连接一对所述第1部分的前端彼此的第2部分；从所述第1部分的基端沿着所述铁芯背部的径向的一侧的周缘分别向周向两侧延伸的一对第3部分；沿所述铁芯背部的径向的另一侧的周缘沿周向延伸的第4部分45b；以及沿所述铁芯背部的周向两侧的周缘延伸并分别连接所述第3部分和所述第4部分的一对第5部分。
(4)在所述(3)所记载的铁芯块中，也可以构成为，所述第2部分和所述第5部分的宽度比所述第4部分的宽度窄。
(5)在所述(1)至所述(4)的任意一项所记载的铁芯块中，也可以构成为，所述粘合部设于所述电磁钢板片的周缘的至少一部分。
通过粘合部被配置于电磁钢板片的周缘，例如，能够抑制电磁钢板片的卷起等。由此，能够使绕线工序容易，并且进一步确保层叠铁芯的磁特性。
(6)在所述(1)至所述(4)的任意一项所记载的铁芯块中，也可以构成为，在设有所述粘合部的所述电磁钢板片的粘合区域与所述电磁钢板片的周缘之间，形成有未设有所述粘合部的所述电磁钢板片的非粘合区域。
形成铁芯块的电磁钢板片通过对作为母材的电磁钢板片进行冲裁加工而制造。在冲裁加工时，从电磁钢板片的周缘向电磁钢板片的内侧，对相当于电磁钢板片的板厚的大小的宽度赋予由冲裁加工引起的应变。电磁钢板片的周缘通过上述应变而进行加工硬化，因此难以产生电磁钢板片的周缘局部地卷起这样的变形。因此，即使在电磁钢板片的周缘不进行接合，也难以产生电磁钢板片的变形。因此，即使在电磁钢板片的周缘形成非粘合区域，也能够抑制电磁钢板片的变形。并且，通过像这样形成非粘合区域，能够抑制对电磁钢板片赋予多余的应变。因此，能够进一步确保铁芯块的磁特性。
(7)在所述(6)所记载的铁芯块中，也可以构成为，所述非粘合区域的宽度相对于所述电磁钢板片的板厚为1倍以上且10倍以下。
(8)在所述(1)或所述(2)所记载的铁芯块中，也可以构成为，具有圆弧状的铁芯背部和从所述铁芯背部向所述铁芯背部的径向突出的齿部，在所述电磁钢板片中，在所述齿部的前端和所述铁芯背部的周向两端，形成有未设有所述粘合部的所述电磁钢板片的非粘合区域。
在铁芯块中，磁通从齿部的前端向周向两侧扩散延伸。因此，齿部的前端磁通容易集中。另外，磁通从铁芯背部的周向两端侵入相邻的铁芯块。因此，磁通容易集中于铁芯背部的周向两端。如果在磁通集中的区域设置粘合区域，则铁损的上升容易变得显著。因此，如果粘合区域设于齿部的前端和铁芯背部的周向两端，则铁损容易加大。根据上述的构成，由于未设有粘合部的非粘合区域位于齿部的前端和铁芯背部的周向两端，因此能够将粘合区域从磁通密度高的区域远离地配置，能够抑制铁损的上升。
(9)在所述(1)或所述(2)所记载的铁芯块中，也可以构成为，具有圆弧状的铁芯背部和从所述铁芯背部向所述铁芯背部的径向突出的齿部，所述粘合部对所述铁芯背部的粘合面积为所述粘合部对所述齿部的粘合面积以上。
在齿部的宽度(周向的大小)比铁芯背部的宽度(径向的大小)窄的情况下，存在磁通集中于齿部而齿部的磁通密度升高的倾向。因此，在通过粘合部对电磁钢板赋予应变时，如果是相同量的应变，则与铁芯背部的磁特性相比，对齿部的磁特性造成的影响大。
粘合部对铁芯背部的粘合面积为粘合部对齿部的粘合面积以上。因此，能够抑制齿部中因粘合部的应变导致的磁特性的劣化的影响，并且在铁芯背部中确保作为层叠铁芯整体的粘合强度。
(10)在所述(1)至所述(9)的任意一项所记载的层叠铁芯中，所述粘合部的平均厚度也可以为1.0μm～3.0μm。
(11)在所述(1)至所述(10)的任意一项所记载的层叠铁芯中，所述粘合部的平均拉伸弹性模量E也可以为1500MPa～4500MPa。
(12)在所述(1)至所述(11)的任意一项所记载的层叠铁芯中，所述粘合部也可以是包含由含有弹性体的丙烯酸系粘合剂构成的SGA的常温粘合型的丙烯酸系粘合剂。
(13)本发明的第二方案是通过环状地连结多个所述(1)至所述(12)的任意一项所记载的铁芯块而构成的层叠铁芯。
(14)本发明的第二方案是包括所述(13)所记载的层叠铁芯的旋转电机。
发明效果
根据本发明，能够提高层叠铁芯的磁特性。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的旋转电机的俯视图。
图2是图1所示的旋转电机所具备的铁芯块的侧视图。
图3是图1所示的旋转电机所具备的铁芯块的俯视图。
图4是变形例1的铁芯块的俯视图。
图5是变形例2的铁芯块的俯视图。
图6是变形例3的铁芯块的俯视图。
图7是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为100％的状态的俯视图。
图8是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为90％的状态的俯视图。
图9是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为85％的状态的俯视图。
图10是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为70％的状态的俯视图。
图11是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为60％的状态的俯视图。
图12是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为50％的状态的俯视图。
图13是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为40％的状态的俯视图。
图14是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为30％的状态的俯视图。
图15是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为20％的状态的俯视图。
图16是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为15％的状态的俯视图。
图17是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为10％的状态的俯视图。
图18是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图，是表示粘合面积率为0％的状态的俯视图。
图19是在验证试验中作为铁损的模拟对象的比较用定子的俯视图，是表示将电磁钢板铆接接合的状态的俯视图。
图20是表示验证试验的结果的图表。
图21是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图。
图22是在验证试验中作为铁损的模拟对象的定子的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一实施方式的旋转电机进行说明。此外，在本实施方式中，作为旋转电机举出电动机，具体而言举出交流电动机，更具体而言举出同步电动机，进一步具体而言举出永磁体励磁型电动机作为一个示例进行说明。这种电动机例如适合用于电动汽车等。
如图1所示，旋转电机10包括定子20、转子30、外壳50、以及旋转轴60。定子20和转子30被收容于外壳50。定子20被固定于外壳50。
在本实施方式中，作为旋转电机10，采用转子30位于定子20的内侧的内转子型。但是，作为旋转电机10，也可以采用转子30位于定子20的外侧的外转子型。另外，在本实施方式中，旋转电机10是12极18槽的三相交流电动机。但是，例如极数或槽数、相数等可以适当变更。此外，该旋转电机10例如能够通过对各相施加有效值10A、频率100Hz的励磁电流而以转速1000rpm旋转。
定子20具备定子铁芯(层叠铁芯)21、连结环29以及未图示的绕组。以下，将沿定子铁芯21的中心轴线O的方向简称为轴向，将通过定子铁芯21的中心轴线O并与中心轴线O正交的方向简称为径向，将绕定子铁芯21的中心轴线O环绕的方向简称为周向。另外，在本说明书中，有时将“径向的内侧”称为“径向的一侧”。
转子30相对于定子20(定子铁芯21)配置于径向的内侧。转子30具备转子铁芯31和多个永磁体32。
转子铁芯31形成为与定子20同轴地配置的环状(圆环状)。在转子铁芯31内配置有所述旋转轴60。旋转轴60被固定于转子铁芯31。
多个永磁体32被固定于转子铁芯31。在本实施方式中，两个一组的永磁体32形成一个磁极。多组永磁体32在周向上隔开同等的间隔地配置。在本实施方式中，以中心轴线O为中心，每隔30度地设有12组(整体为24个)永磁体32。
在本实施方式中，作为永磁体励磁型电动机采用嵌入磁体型电动机。在转子铁芯31上形成有在轴向上贯通转子铁芯31的多个贯通孔33。多个贯通孔33与多个永磁体32对应地设置。各永磁体32在配置于对应的贯通孔33内的状态下被固定于转子铁芯31。各永磁体32相对于转子铁芯31的固定例如能够通过用粘合剂将永磁体32的外表面与贯通孔33的内表面粘合等来实现。此外，作为永磁体励磁型电动机也可以替代嵌入磁体型电动机而采用表面磁体型电动机。
转子铁芯31是层叠铁芯。即，转子铁芯31通过多个电磁钢板层叠而形成。转子铁芯31的层叠厚度例如为50.0mm。转子铁芯31的外径例如为163.0mm。转子铁芯31的内径例如为30.0mm。
此外，在本实施方式中，形成转子铁芯31的多个电磁钢板通过铆接部C(销)而相互固定。但是，形成转子铁芯31的多个电磁钢板也可以相互粘合。
接着，对定子铁芯21进行更具体的说明。
定子铁芯21的层叠厚度例如为50.0mm。定子铁芯21的外径例如为250.0mm。定子铁芯21的内径例如为165.0mm。在此，定子铁芯21的内径以定子铁芯21中的齿部23的前端部为基准。定子铁芯21的内径是与所有齿部23的前端部内切的假想圆的直径。
定子铁芯21是分割铁芯。因此，定子铁芯21具有多个铁芯块24。多个铁芯块24通过环状地连结多个而构成定子铁芯21。在多个铁芯块24的径向外侧配置有连结环29。多个铁芯块24通过嵌入连结环29而相互固定。
接着，对铁芯块24进行说明。
铁芯块24具有沿周向延伸的圆弧状的铁芯背部22和齿部23。在图1中，图示出铁芯背部22与齿部23的边界线24BL。铁芯块24具有一对拐角部24c，该一对拐角部24c设于外侧面中的朝向径向内侧的面与朝向周向的面之间。边界线24BL是以中心轴线O为中心并通过一对拐角部24c的圆弧。
铁芯背部22在从轴向观察定子20的俯视时形成为以中心轴线O为中心的圆弧状。
齿部23从铁芯背部22向径向的内侧(沿着径向朝向铁芯背部22的中心轴线O)突出。通过多个铁芯块24沿周向环状地排列而构成定子铁芯21，从而多个齿部23在周向上隔开同等的间隔地配置。在本实施方式的定子20中，以中心轴线O为中心，每隔20度地设有18个齿部23。多个齿部23形成为彼此同等的形状且同等的大小。
所述绕组卷绕于齿部23。所述绕组可以集中卷绕，也可以分布卷绕。
铁芯块24通过将多个电磁钢板片40在轴向上层叠而构成，其中，该电磁钢板片40通过对电磁钢板进行冲裁加工而形成。即，铁芯块24具有相互层叠的多个电磁钢板片40。因此，定子铁芯21是层叠铁芯。多个电磁钢板片40从轴向观察分别为T字形状。
形成铁芯块24的各电磁钢板片40例如通过对作为母材的电磁钢板进行冲裁加工等而形成。作为电磁钢板片40，可以使用公知的电磁钢板。电磁钢板片40的化学组分没有特别限定。在本实施方式中，作为电磁钢板片40采用无方向性电磁钢板。作为无方向性电磁钢板，例如可以采用JIS C 2552：2014的无方向性电钢带。但是，作为电磁钢板片40也可以替代无方向性电磁钢板而采用方向性电磁钢板。作为方向性电磁钢板，例如可以采用JIS C2553：2012的方向性电钢带。
为了改善电磁钢板片40的加工性、铁芯块24的铁损，在电磁钢板片40的两面设有绝缘覆膜。作为构成绝缘覆膜的物质，例如可以应用(1)无机化合物、(2)有机树脂、(3)无机化合物与有机树脂的混合物等。作为无机化合物，例如可举出(1)重铬酸盐与硼酸的复合物、(2)磷酸盐与二氧化硅的复合物等。作为有机树脂，可举出环氧系树脂、丙烯酸系树脂、丙烯酸苯乙烯系树脂、聚酯系树脂、硅系树脂、氟系树脂等。
为了确保相互层叠的电磁钢板片40间的绝缘性能，绝缘覆膜的厚度(电磁钢板片40的每个单面的厚度)优选为0.1μm以上。
另一方面，随着绝缘覆膜增厚，绝缘效果饱和。另外，随着绝缘覆膜增厚，铁芯块24中的绝缘覆膜所占的比例增加，铁芯块24的磁特性降低，作为层叠铁芯的性能降低。因此，绝缘覆膜在能够确保绝缘性能的范围内较薄为好。绝缘覆膜的厚度(电磁钢板片40的每个单面的厚度)优选为0.1μm以上且5μm以下，进一步优选为0.1μm以上且2μm以下。
随着电磁钢板片40变薄，铁损的改善效果逐渐饱和。另外，随着电磁钢板片40变薄，电磁钢板片40的制造成本增加。因此，如果考虑铁损的改善效果和制造成本，则电磁钢板片40的厚度优选为0.10mm以上。
另一方面，如果电磁钢板片40过厚，则电磁钢板片40的冲压冲裁作业变得困难。因此，如果考虑电磁钢板片40的冲压冲裁作业，则电磁钢板片40的厚度优选为0.65mm以下。
另外，如果电磁钢板片40增厚则铁损增大。因此，如果考虑电磁钢板片40的铁损特性，则电磁钢板片40的厚度优选为0.35mm以下，更优选为0.20mm或0.25mm。
考虑上述的点，各电磁钢板片40的厚度例如为0.10mm以上且0.65mm以下，优选为0.10mm以上且0.35mm以下，更优选为0.20mm或0.25mm。此外，电磁钢板片40的厚度也包括绝缘覆膜的厚度。
形成铁芯块24的多个电磁钢板片40通过粘合部41而粘合。粘合部41设于在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此之间，是不被分断而固化的粘合剂。在粘合剂中，例如使用基于聚合结合的热固化型的粘合剂等。作为粘合剂的组合物，可以应用含有(1)丙烯酸系树脂、(2)环氧系树脂、(3)包含丙烯酸系树脂和环氧系树脂的组合物等。作为这样的粘合剂，除了热固化型的粘合剂之外，也可以使用自由基聚合型的粘合剂等，从生产性的观点出发，优选使用常温固化型的粘合剂。常温固化型的粘合剂在20℃～30℃下固化。作为常温固化型的粘合剂，优选丙烯酸系粘合剂。代表性的丙烯酸系粘合剂有SGA(第二代丙烯酸系粘合剂。Second Generation Acrylic Adhesive)等。在不损害本发明的效果的范围内，可以使用厌氧性粘合剂、速干粘合剂、含有弹性体的丙烯酸系粘合剂中的任意一种。此外，在此所说的粘合剂是指固化前的状态，粘合剂固化后成为粘合部41。
粘合部41的常温(20℃～30℃)下的平均拉伸弹性模量E为1500MPa～4500MPa的范围内。如果粘合部41的平均拉伸弹性模量E小于1500MPa，则产生层叠铁芯的刚性降低的不良情况。因此，粘合部41的平均拉伸弹性模量E的下限值为1500MPa，更优选为1800MPa。相反地，如果粘合部41的平均拉伸弹性模量E超过4500MPa，则产生形成于电磁钢板片40的表面的绝缘覆膜剥离的不良情况。因此，粘合部41的平均拉伸弹性模量E的上限值为4500MPa，更优选为3650MPa。
此外，平均拉伸弹性模量E通过共振法进行测量。具体而言，依据JIS R 1602：1995测量拉伸弹性模量。
更具体而言，首先制作测量用的样品(未图示)。通过利用测量对象的粘合剂将2张电磁钢板片40间粘合并使其固化而形成粘合部41，从而得到该样品。在粘合剂为热固化型的情况下，通过在实际操作上的加热加压条件下进行加热加压来进行该固化。另一方面，在粘合剂为常温固化型的情况下，通过在常温下进行加压来进行该固化。
然后，通过共振法测量该样品的拉伸弹性模量。通过共振法进行的拉伸弹性模量的测量方法，如上所述，依据JIS R 1602：1995进行。之后，通过计算从样品的拉伸弹性模量(测量值)除去电磁钢板片40自身的影响量，求出粘合部41单独的拉伸弹性模量。
由于像这样根据样品求出的拉伸弹性模量与作为层叠铁芯整体的平均值相等，所以将该数值视为平均拉伸弹性模量E。设定组分，以使得平均拉伸弹性模量E在沿着其层叠方向的层叠位置、绕层叠铁芯的中心轴线的周向位置几乎不变。因此，平均拉伸弹性模量E也可以将对处于层叠铁芯的上端位置的、固化后的粘合部41进行测量而得到的数值作为其值。
作为粘合方法，例如可以采用在电磁钢板片40上涂布粘合剂后，通过加热及压接中的任意一方或双方来进行粘合的方法。此外，加热手段例如可以是高温槽或电炉内的加热，或进行直接通电的方法等各种手段。
为了得到稳定且充分的粘合强度，粘合部41的厚度优选为1μm以上。
另一方面，如果粘合部41的厚度超过100μm则粘合力饱和。另外，随着粘合部41增厚，在铁芯块24中粘合部所占的比例增加，铁芯块24的铁损等磁特性降低。因此，粘合部41的厚度优选为1μm以上且100μm以下，进一步优选为1μm以上且10μm以下。
此外，在上述中，粘合部41的厚度是指粘合部41的平均厚度。
粘合部41的平均厚度更优选为1.0μm以上且3.0μm以下。如果粘合部41的平均厚度小于1.0μm，则不能如上述这样确保充分的粘合力。因此，粘合部41的平均厚度的下限值为1.0μm，更优选为1.2μm。相反地，如果粘合部41的平均厚度增厚而超过3.0μm，则产生由热固化时的收缩导致的电磁钢板片40的应变量大幅增加等不良情况。因此，粘合部41的平均厚度的上限值为3.0μm，更优选为2.6μm。
粘合部41的平均厚度是作为层叠铁芯整体的平均值。粘合部41的平均厚度在沿着其层叠方向的层叠位置、绕层叠铁芯的中心轴线的周向位置几乎不变。因此，粘合部41的平均厚度可以将在层叠铁芯的上端位置处，在圆周方向10处以上测量的数值的平均值作为其值。
此外，粘合部41的平均厚度例如可以通过改变粘合剂的涂布量来调整。另外，粘合部41的平均拉伸弹性模量E例如在热固化型的粘合剂的情况下，能够通过变更粘合时施加的加热加压条件以及固化剂种类的一方或双方来调整。
如图2所示，在本实施方式中，在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此被粘合部41粘合。在图示的示例中，在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此仅通过粘合而被固定，未通过其他手段(例如，铆接等)而被固定。
在图3中，用点图案强调示出粘合部41。如图3所示，在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此相互未进行整面粘合。这些电磁钢板片40彼此相互局部地粘合。
在本实施方式中，在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此通过设于电磁钢板片40的周缘的粘合部41而粘合。根据本实施方式，粘合部41设于电磁钢板片40的周缘的全部区域。但是，粘合部41设于电磁钢板片40的周缘的至少一部分即可。
粘合部41在俯视时分别形成为带状。在此，带状也包括带的宽度在途中变化的形状。例如，例如，圆形状的点不被分断而在一个方向上连续的形状也包含于在一个方向上延伸的带状。另外，沿电磁钢板片40的周缘不仅包括相对于周缘完全平行的情况，也包括相对于周缘例如具有5度以内的倾斜的情况。
粘合部41具有配置于齿部23的齿部分44和配置于铁芯背部22的铁芯背部分45。粘合部41的齿部分44具有一对第1部分44a和第2部分44b。粘合部41的铁芯背部分45具有一对第3部分45a、第4部分45b、以及一对第5部分45c。即，粘合部41具有一对第1部分44a、第2部分44b、一对第3部分45a、第4部分45b、以及一对第5部分45c。
一对第1部分44a沿齿部23的周向两侧的周缘延伸。一对第1部分44a在周向上隔开间隔地配置。第2部分44b沿齿部23的前端的周缘延伸并连接一对第1部分44a的前端彼此。一对第3部分从第1部分44a的基端沿铁芯背部22的径向的内侧(径向的一侧)的周缘分别向周向两侧延伸。第4部分45b沿铁芯背部22的径向的外侧(径向的另一侧)的周缘在周向上延伸。一对第5部分45c沿铁芯背部22的周向两侧的周缘延伸并分别连接第3部分45a和第4部分45b。
根据本实施方式，粘合部41的第1部分44a、第2部分44b、第3部分45a、第4部分45b以及第5部分45c被形成为取分别构成电磁钢板片40的外形的周缘。因此，能够对在粘合部41的周缘的附近层叠的电磁钢板片40之间牢固地进行保持。结果，能够有效地抑制容易从电磁钢板片40的周缘附近产生的卷起，能够降低粘合面积率并且实现电磁钢板片40彼此的牢固的固定。
此外，在本实施方式中，在电磁钢板片40的俯视中，粘合部41从电磁钢板片40的周缘无间隙地设置，但本发明并不限于此。例如，如图4所示的变形例1的铁芯块124那样，在电磁钢板片40的俯视中，粘合部141也可以相对于电磁钢板片40的周缘隔开间隙地设置。即，在设有粘合部141的电磁钢板片40的粘合区域142与电磁钢板片40的周缘之间，也可以形成有未设有粘合部141的电磁钢板片40的非粘合区域143。此外，设有粘合部141的电磁钢板片40的粘合区域142是指电磁钢板片40中朝向层叠方向的面(以下，称为电磁钢板片40的第1面)中的、设有未被分断而固化的粘合剂的区域。未设有粘合部141的电磁钢板片40的非粘合区域143是指，电磁钢板片40的第1面中的、未设有未被分断而固化的粘合剂的区域。
另外，例如如图5所示的变形例2的铁芯块224那样，也可以是粘合部241不具有与上述实施方式的粘合部41中的第2部分44b和第5部分45c对应的部分的构成。即，在电磁钢板片40中，也可以在齿部23的前端和铁芯背部22的周向两端形成有未设有粘合部241的电磁钢板片40的非粘合区域243。此外，在该变形例中，粘合部241具有：在齿部23上沿周向隔开间隔地配置并沿径向延伸的一对第1部分244a；沿铁芯背部22的径向内缘延伸的一对第3部分245a；以及沿铁芯背部22的径向外缘延伸的第4部分245b。
进而，如图6所示的变形例3的铁芯块324那样，粘合部341的各部的宽度尺寸也可以设为与上述实施方式不同的构成。变形例3的粘合部341与上述实施方式同样，具有一对第1部分344a、第2部分344b、一对第3部分345a、第4部分345b、以及一对第5部分345c。在该变形例中，第1部分344a、第2部分344b、第3部分345a以及第5部分345c的宽度大致相等。另一方面，第4部分345b的宽度比粘合部341的其他部分(第1部分344a、第2部分344b、第3部分345a以及第5部分345c)的宽度宽。
此外，在本说明书中，粘合部341的各部分的“宽度”是指与该部分延伸的方向正交的方向的尺寸。例如，第2部分344b、第3部分345a以及第4部分345b的宽度是沿各部分的径向的尺寸。另外，第1部分344a和第5部分345c的宽度是沿各部分的周向的尺寸。
在本说明书中，粘合部41的各部分的宽度为定子铁芯21的外径的1.5％以上。通过粘合部41的各部分的宽度为定子铁芯21的外径的1.5％以上，能够充分地确保电磁钢板片40彼此的粘合强度。
如图2所示，在本实施方式中，设于电磁钢板片40彼此之间的所有粘合部41的俯视形状相同。粘合部41的俯视形状是指，从层叠方向观察设有粘合部41的电磁钢板片40的俯视中的粘合部41的整体形状。设于电磁钢板片40彼此之间的所有粘合部41的俯视形状相同，不仅包括设于电磁钢板片40彼此之间的所有粘合部41的俯视形状完全相同的情况，也包括设于电磁钢板片40彼此之间的所有粘合部41的俯视形状在95％以上的部分共通的实质相同的情况。
并且，在本实施方式中，粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率为1％以上、60％以下。在图示的示例中，所述粘合面积率为1％以上、20％以下，具体而言为20％。此外，粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率是指第1面中的设有粘合部41的区域(粘合区域42)的面积相对于电磁钢板片40的所述第1面的面积的比例。设有粘合部41的区域是指电磁钢板片40的第1面中的、设有未被分断而固化的粘合剂的区域(粘合区域42)。设有粘合部41的区域的面积，例如通过对剥离后的电磁钢板片40的第1面进行拍摄，对该拍摄结果进行图像解析而求出。
在本实施方式中，在电磁钢板片40彼此之间，粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率为1％以上、20％以下。在层叠方向上相邻的两电磁钢板片40中，该粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率均为1％以上、20％以下。在相对于一个电磁钢板片40在层叠方向的两侧设有粘合部41的情况下，该电磁钢板片40两面的所述粘合面积率均为1％以上、20％以下。
进而，在本实施方式中，优选粘合部41对铁芯背部22的粘合面积(以下，称为“第1粘合面积S1”。)为粘合部41对齿部23的粘合面积(以下，称为“第2粘合面积S2”。)以上。即，优选
Figure BDA0003420322460000141
在此，第1粘合面积S1是在电磁钢板片40的第1面中设有粘合部41的铁芯背部分45的区域的面积。同样，第2粘合面积S2是在电磁钢板片40的第1面中设有粘合部41的齿部分44的区域的面积。此外，与设有粘合部41的区域的面积同样，第1粘合面积S1和第2粘合面积S2例如通过对剥离后的电磁钢板片40的第1面进行拍摄，对该拍摄结果进行图像解析而求出。
在铁芯块24中，如果在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此未通过任何手段固定，则二者相对地位移。另一方面，在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此例如在通过铆接而固定的情况下，对电磁钢板片40的一部分施加塑性应变，铁芯块24的磁特性劣化。铆接是通过使电磁钢板片40的一部分塑性变形并在层叠厚度方向上咬入来限制电磁钢板片40彼此的相对位移的方法。电磁钢板片40如果施加塑性应变则磁特性劣化，因此如果作为电磁钢板片40彼此的固定方法而使用铆接，则铁芯块24整体的磁特性也劣化。
相对于此，在本实施方式的铁芯块24中，在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此通过粘合部41而粘合。因此，在多个电磁钢板片40整体中，能够抑制在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此相对地位移。在此，粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率为1％以上。因此，使基于粘合部41的粘合可靠，例如即使在对铁芯块24的齿部23进行绕线时等，也能够有效地限制在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此的相对位移。并且，电磁钢板片40的固定方法不是由如上所述的铆接进行的固定而是由粘合进行的固定，所以能够抑制在电磁钢板片40中产生的应变。根据以上，能够确保铁芯块24的磁特性。此外，在希望进一步提高粘合强度从而即使在施加冲击的情况下也抑制电磁钢板片40彼此的分离的情况下，更优选将粘合面积率设为10％以上。
此外，如果在电磁钢板片40上涂布粘合剂，则随着粘合剂的固化而在电磁钢板片40上产生压缩应力。因此，若通过将粘合剂涂布于电磁钢板片40而形成粘合部41时，则有可能在电磁钢板片40中产生应变。
但是，在本实施方式的铁芯块24中，粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率为60％以下。因此，能够将起因于粘合剂而在电磁钢板片40中产生的应变抑制得较低。因此，能够进一步确保铁芯块24的磁特性。
并且，粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率为20％以下。因此，能够将起因于粘合剂而在电磁钢板片40中产生的应变抑制得更低。
粘合部41设于形成于电磁钢板片40的周缘的至少一部分的粘合区域42上。因此，例如能够抑制在层叠方向上相邻的电磁钢板片40彼此的卷起等。由此，能够使对铁芯块24的齿部23的绕线容易进行，并且进一步确保铁芯块24的磁特性。因此，能够进一步确保铁芯块24的磁特性。
在齿部23的宽度W1(周向的大小)比铁芯背部22的宽度W2(径向的大小)窄的情况下，存在磁通集中于齿部23，齿部23的磁通密度升高的倾向。因此，在通过粘合剂对钢板赋予了应变时，如果是相同量的应变，则与铁芯背部22的磁特性相比，对齿部23的磁特性造成的影响大。
在本实施方式中，优选第1粘合面积S1为第2粘合面积S2以上。在这种情况下，能够抑制齿部23的因粘合剂的应变而导致的磁特性的劣化的影响，并且在铁芯背部22中确保作为铁芯块24整体的粘合强度。
此外，形成铁芯块24的电磁钢板片40通过对作为母材的电磁钢板进行冲裁加工而制造。在冲裁加工时，从电磁钢板片40的周缘向电磁钢板片40的内侧，对相当于电磁钢板片40的板厚的大小的宽度赋予由冲裁加工引起的应变。电磁钢板片40的周缘通过上述应变而进行加工硬化，因此难以产生电磁钢板片40的周缘局部地卷起这样的变形。因此，即使在电磁钢板片40的周缘不进行粘合，也难以产生电磁钢板片40的变形。因此，如图4所示的变形例1的铁芯块124那样，即使在电磁钢板片40的周缘形成非粘合区域143，也能够抑制电磁钢板片40的变形。并且，通过像这样形成非粘合区域143，能够抑制对电磁钢板片40赋予多余的应变。因此，能够进一步确保铁芯块24的磁特性。
另外，如图4所示，通过在电磁钢板片40的周缘与粘合部141之间设有非接触区域143，能够抑制未固化的粘合剂在电磁钢板片40的层叠时从电磁钢板片40的周缘挤出。如果粘合剂在从齿部23的前端部挤出的状态下固化，则有可能干扰旋转的转子30。另外，如果粘合剂在从齿部23的侧部挤出的状态下固化，则齿部23彼此之间的槽的截面积被压迫，线圈的占空系数有可能降低。
非粘合区域143的宽度相对于电磁钢板片40的板厚，优选为1倍以上且10倍以下。通过将非粘合区域143的宽度设为1倍以上，能够有效地抑制粘合剂的挤出。另外，通过将非粘合区域143的宽度设为10倍以下，能够期待得到抑制从电磁钢板片40的周缘因加工硬化而导致的电磁钢板片40的卷起的效果。
此外，在本说明书中，非粘合区域143的“宽度”是指与非粘合区域143的各部分延伸的方向正交的方向的尺寸。非粘合区域143的宽度优选在非粘合区域143的全长中为上述范围内的尺寸。
在铁芯块24中，磁通从齿部23的前端向周向两侧扩散延伸。因此，齿部23的前端磁通容易集中。另外，磁通从铁芯背部22的周向两端侵入相邻的铁芯块24。因此，磁通容易集中于铁芯背部22的周向两端。如果在磁通集中的区域设置粘合区域42，则铁损的上升容易变得显著。因此，如图5的变形例2所示，通过在齿部23的前端和铁芯背部22的周向两端设置非粘合区域243，能够将粘合区域242与磁通密度高的区域远离地配置，能够抑制铁损的上升。
磁通B具有流过磁阻低的最短距离的倾向。因此，在铁芯背部22中，随着从与齿部23连接的径向内侧(径向一侧)向远离齿部23的径向外侧(径向另一侧)，磁通密度降低。另一方面，如上所述，磁通容易集中于齿部23的前端和铁芯背部22的周向两端。在图6的变形例3中，位于齿部23的前端和铁芯背部22的周向两端的第2部分344b和第5部分345c的宽度，比沿铁芯背部22的径向的外侧的周缘延伸的第4部分345b的宽度窄。即，根据变形例3，使磁通密度容易升高的第2部分344b和第5部分345c的宽度变窄，能够抑制铁损的上升。另外，根据变形例3，通过使磁通密度难以升高的第4部分345b的宽度增大，能够在提高电磁钢板片40彼此的粘合强度的同时，减小粘合部341对铁损的影响。
此外，本发明的保护范围并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
铁芯块24的形状并不限定于所述实施方式中示出的形态。能够根据所希望的旋转电机的特性而任意地设计铁芯块24的各部分的尺寸、电磁钢板片40的板厚等。
另外，在铁芯块中，也可以在铁芯背部的周向一侧的端面设有凸形状，在周向另一侧的端面设有凹形状。在这种情况下，能够通过将凸形状插入凹形状来抑制多个铁芯块的周向的连结时的位置偏移。
另外，铁芯块也可以相对于一个铁芯背部具有两个以上的齿部。进而，也可以是铁芯背部和齿部各自分开的铁芯块。
在所述实施方式中的转子中，两个一组的永磁体32形成一个磁极，但本发明并不限于此。例如，也可以由一个永磁体32形成一个磁极，也可以由三个以上的永磁体32形成一个磁极。
在所述实施方式中，作为旋转电机，举例说明了永磁体励磁型电动机，但旋转电机的结构如以下例示那样并不限于此，进而也可以采用以下未例示的各种公知的结构。
在所述实施方式中，作为同步电动机，举例说明了永磁体励磁型电动机，但本发明并不限于此。例如，旋转电机也可以是磁阻型电动机或电磁体励磁型电动机(绕组励磁型电动机)。
在所述实施方式中，作为交流电动机，举例说明了同步电动机，但本发明并不限于此。例如旋转电机也可以是感应电动机。
在所述实施方式中，作为电动机，举例说明了交流电动机，但本发明并不限于此。例如旋转电机也可以是直流电动机。
在所述实施方式中，作为旋转电机，举例说明了电动机，但本发明并不限于此。例如旋转电机也可以是发电机。
在所述实施方式中，例示了将本发明的层叠铁芯应用于定子铁芯的情况，但也可以应用于转子铁芯。另外，也可以将本发明的层叠铁芯应用于变压器等旋转电机之外的层叠铁芯。
此外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地将所述实施方式中的构成要素置换为周知的构成要素，另外，也可以将所述变形例适当组合。
例如，铁芯块也可以组合变形例1的构成和变形例2的构成。即，也可以是，如图4所示的变形例1那样，在电磁钢板片40的周缘与粘合部141之间设置非接触区域143，进而如图5所示的变形例2那样，在齿部23的前端和铁芯背部22的周向两端设置非粘合区域243。
同样地，铁芯块也可以组合变形例1的构成和变形例3的构成。即，也可以是，如图4所示的变形例1那样，在电磁钢板片40的周缘与粘合部141之间设置非接触区域143，并且如图6所示的变形例3那样，将粘合部341的第2部分344b和第5部分345c的宽度构成为比第4部分345b的宽度窄。
实施例
接着，实施了验证上述作用效果的验证试验(第1～第3验证试验)。此外，本验证试验通过使用了软件的模拟来实施。作为软件，使用JSOL株式会社制的有限元法电磁场解析软件JMAG。
(第1验证试验)
图7至图18示出在本验证试验中实施了模拟的12种定子铁芯21A～21L。在这些定子铁芯21A～21L中，均以图3所示的实施方式的定子铁芯21为基本结构，并针对该定子铁芯21变更了以下点。定子铁芯21A～21L分别具有多个铁芯块24A～24L。另外，将电磁钢板片40的板厚设为0.25mm。并且，使粘合部41对各电磁钢板片40的粘合面积率在0％～100％彼此不同。更具体而言，定子铁芯21A的粘合面积率为100％。定子铁芯21B的粘合面积率为90％。定子铁芯21C的粘合面积率为85％。定子铁芯21D的粘合面积率为70％。定子铁芯21E的粘合面积率为60％。定子铁芯21F的粘合面积率为50％。定子铁芯21G的粘合面积率为40％。定子铁芯21H的粘合面积率为30％。定子铁芯21I的粘合面积率为20％。定子铁芯21J的粘合面积率为15％。定子铁芯21K的粘合面积率为10％。定子铁芯21L的粘合面积率为0％。
通过所述模拟求出12种定子铁芯21A～21L的铁损。另外，作为比较对象，如图19所示那样，也求出多个电磁钢板片40被全层铆接的比较用定子铁芯21X的铁损。比较用定子铁芯21X具有多个铁芯块24X。比较用定子铁芯21X的电磁钢板片40的板厚也为0.25mm。在比较用定子铁芯21X的铁芯块中分别设有设于铁芯背部22的第1铆接部C1和设于齿部23的两个第2铆接部C2。第1铆接部C1位于铁芯背部22的周向中央。两个第2铆接部C2在齿部23的周向中央沿径向排列。电磁钢板片40的第1面中的铆接部C1、C2所占有的面积的比例为3.2％左右。
将结果示于图20的图表。在图20的图表中，横轴是定子铁芯21A～21L的电磁钢板片40的粘合面积率。另外，纵轴是将各定子铁芯21A～21L的铁损与比较用定子铁芯21X的铁损的差除以比较用定子铁芯21X的铁损而得到的值以百分率表示的铁损抑制率Rt。即，图20的图表的纵轴的铁损抑制率Rt在将各定子铁芯21A～21L的铁损设为W，将比较用定子铁芯21X的铁损设为Worg时，由以下式(1)表示。
[式1]
Figure BDA0003420322460000201
如果各定子铁芯21A～21L中的电磁钢板片40的铁损与比较用定子铁芯21X中的铁损相等，则纵轴的值为0％。铁损抑制率越小，铁损越小，表示作为定子铁芯的磁特性优异。
根据图20所示的图表，确认到通过将粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率设为60％以下，从而使铁损比作为现有技术的比较用定子铁芯21X小。另外，确认到通过将粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率设为40％以下，能够使铁损比作为现有技术的比较用定子铁芯21X改善3％以上。进而，确认到通过将粘合部41对电磁钢板片40的粘合面积率设为20％以下，能够使铁损比作为现有技术的比较用定子铁芯21X改善5％以上。
(第2验证试验)
接着，对改变了粘合面积率的情况下的电磁钢板片的粘合强度进行验证。
首先，准备层叠了粘合面积率为0％(即，无粘合)的电磁钢板片的铁芯块、层叠了粘合面积率为0.5％的电磁钢板片的铁芯块、层叠了粘合面积率为1％的电磁钢板片的铁芯块、以及层叠了粘合面积率为10％的电磁钢板片的铁芯块。接着，对这些铁芯块的齿部进行绕线，确认绕线是否能够顺利进行。将检验结果示于表1。
[表1]
粘合面积率 能否绕线
0％ ×
0.5％ ×
1％ ○
10％ ○
在表1中，“×”是指在绕线时由于施加于铁芯块的力而导致铁芯块崩溃。另外，“〇”是指绕线结束。根据该验证，确认通过将电磁钢板片的粘合面积率设为1％以上，能够确保绕线所需的粘合强度。此外，对将粘合面积率设为1％和10％的样品的粘合强度进行确认，确认到将粘合面积率设为10％的样品的强度高。从为了抑制落下时的粘合部的剥离等而得到充分的粘合强度的观点出发，优选将粘合面积率设为10％以上。
(第3验证试验)
本验证试验是与粘合部的各部分的宽度相关的验证试验。此外，模拟的条件和尺寸的条件与第1验证试验相同。
图21和图22表示在本验证试验中实施模拟的2种定子铁芯21M、21N。这些定子铁芯21M、21N以图3所示的实施方式的定子铁芯21为基本结构。
图21所示的定子铁芯21M的粘合部41M的第2部分44b和第5部分45c的宽度比其他部分的宽度宽。另一方面，图22所示的定子铁芯21N的粘合部41N的第4部分45b的宽度比其他部分的宽度宽。另外，定子铁芯21M、21N的粘合部41N的面积彼此相等。因此，定子铁芯21M、21N的粘合强度彼此相等。
通过模拟计算定子铁芯21M、21N的铁损，定子铁芯21N的铁损相对于定子铁芯21M的铁损为98％。即，定子铁芯21N相对于定子铁芯21M，铁损改善了2％。认为这是由于在定子铁芯21N中，第2部分44b和第5部分45c的宽度比第4部分45b的宽度窄，因此磁通容易在定子铁芯21N内流动。
附图标记说明
10…旋转电机
21…定子铁芯(层叠铁芯)
22…铁芯背部
23…齿部
24、124、224、324…铁芯块
40…电磁钢板片
41、141、241、341…粘合部
42、142、242…粘合区域
143、243…非粘合区域
44a、244a、344a…第1部分
44b、344b…第2部分
45a、245a、345a…第3部分
45b、245b、345b…第4部分
45c、345c…第5部分

Claims (14)

1.一种铁芯块，是通过环状地连结多个而构成层叠铁芯的铁芯块，包括：
相互层叠的多个电磁钢板片；以及
粘合部，其设于在层叠方向上相邻的所述电磁钢板片彼此之间，将所述电磁钢板片彼此分别粘合，
所述粘合部对所述电磁钢板片的粘合面积率为1％以上、60％以下。
2.如权利要求1所述的铁芯块，其中，
所述粘合面积率为1％以上、20％以下。
3.如权利要求1或2所述的铁芯块，其中，
具有圆弧状的铁芯背部和从所述铁芯背部向所述铁芯背部的径向的一侧突出的齿部，
所述粘合部具有：
沿所述齿部的周向两侧的周缘延伸的一对第1部分；
沿所述齿部的前端的周缘延伸并连接一对所述第1部分的前端彼此的第2部分；
从所述第1部分的基端沿着所述铁芯背部的径向的一侧的周缘分别向周向两侧延伸的一对第3部分；
沿所述铁芯背部的径向的另一侧的周缘沿周向延伸的第4部分；以及
沿所述铁芯背部的周向两侧的周缘延伸并分别连接所述第3部分和所述第4部分的一对第5部分。
4.如权利要求3所述的铁芯块，其中，
所述第2部分和所述第5部分的宽度比所述第4部分的宽度窄。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的铁芯块，其中，
所述粘合部设于所述电磁钢板片的周缘的至少一部分。
6.如权利要求1至4的任意一项所述的铁芯块，其中，
在设有所述粘合部的所述电磁钢板片的粘合区域与所述电磁钢板片的周缘之间，形成有未设有所述粘合部的所述电磁钢板片的非粘合区域。
7.如权利要求6所述的铁芯块，其中，
所述非粘合区域的宽度相对于所述电磁钢板片的板厚为1倍以上且10倍以下。
8.如权利要求1或2所述的铁芯块，其中，
具有圆弧状的铁芯背部和从所述铁芯背部向所述铁芯背部的径向突出的齿部，
在所述电磁钢板片中，在所述齿部的前端和所述铁芯背部的周向两端，形成有未设有所述粘合部的所述电磁钢板片的非粘合区域。
9.如权利要求1至8的任意一项所述的铁芯块，其中，
具有圆弧状的铁芯背部和从所述铁芯背部向所述铁芯背部的径向突出的齿部；
所述粘合部对所述铁芯背部的粘合面积为所述粘合部对所述齿部的粘合面积以上。
10.如权利要求1至9的任意一项所述的铁芯块，其中，
所述粘合部的平均厚度为1.0μm～3.0μm。
11.如权利要求1至10的任意一项所述的铁芯块，其中，
所述粘合部的平均拉伸弹性模量E为1500MPa～4500MPa。
12.如权利要求1至11的任意一项所述的铁芯块，其中，
所述粘合部是包含由含有弹性体的丙烯酸系粘合剂构成的SGA的常温粘合型的丙烯酸系粘合剂。
13.一种层叠铁芯，其通过环状地连结多个如权利要求1至12的任意一项所述的铁芯块而构成。
14.一种旋转电机，其包括如权利要求13所述的层叠铁芯。
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