JP6940007B2 - 積層コア、コアブロック、回転電機およびコアブロックの製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2018年12月17日に日本に出願された特願2018−235856号、2018年12月17日に日本に出願された特願2018−235872号、2019年6月26日に日本に出願された特願2019−118338号、2019年6月26日に日本に出願された特願2019−118339号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
まず、図1〜図4を基に、第1実施形態の回転電機10について説明する。
図1および図2に示すように、第1実施形態の回転電機10は、ステータ20と、ロータ30と、ケース50と、回転軸60と、を備える。ステータ20およびロータ30は、ケース50に収容される。ステータ20は、ケース50に固定される。
本実施形態のステータコア21は、一体コアである。ステータコア21は、環状のコアバック部22と、複数のティース部23と、を備える。以下では、ステータコア21(コアバック部22)の軸方向(ステータコア21の中心軸線O方向)を軸方向といい、ステータコア21(コアバック部22)の径方向(ステータコア21の中心軸線Oに直交する方向)を径方向といい、ステータコア21(コアバック部22)の周方向(ステータコア21の中心軸線O周りに周回する方向)を周方向という。
複数のティース部23は、コアバック部22から径方向の内側に向けて(径方向に沿ってコアバック部22の中心軸線Oに向けて)に突出する。複数のティース部23は、周方向に同等の間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Oを中心とする中心角20度おきに18個のティース部23が設けられている。複数のティース部23は、互いに同等の形状で、かつ同等の大きさに形成されている。
前記巻線は、ティース部23に巻き回されている。前記巻線は、集中巻きされていてもよく、分布巻きされていてもよい。
ロータコア31は、ステータ20と同軸に配置される環状(円環状)に形成されている。ロータコア31内には、前記回転軸60が配置されている。回転軸60は、ロータコア31に固定されている。
複数の永久磁石32は、ロータコア31に固定されている。本実施形態では、2つ1組の永久磁石32が1つの磁極を形成している。複数組の永久磁石32は、周方向に同等の間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Oを中心とする中心角30度おきに12組(全体では24個)の永久磁石32が設けられている。
図3に示すように、ステータコア21は、積層コアである。ステータコア21は、複数の電磁鋼板40が積層されることで形成されている。すなわち、ステータコア21は、厚さ方向に積層された複数の電磁鋼板40を備える。
しかしながら、電磁鋼板40として、無方向性電磁鋼板に代えて方向性電磁鋼板を採用することも可能である。方向性電磁鋼板としては、例えば、JIS C 2553:2012の方向性電鋼帯を採用することができる。
一方で絶縁被膜が厚くなるに連れて絶縁効果が飽和する。また、絶縁被膜が厚くなるに連れてステータコア21における絶縁被膜の占める割合が増加し、ステータコア21の磁気特性が低下する。したがって、絶縁被膜は、絶縁性能が確保できる範囲で薄い方がよい。絶縁被膜の厚さ(電磁鋼板40片面あたりの厚さ)は、好ましくは0.1μm以上5μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上2μm以下である。
一方で電磁鋼板40が厚すぎると、電磁鋼板40のプレス打ち抜き作業が困難になる。そのため、電磁鋼板40のプレス打ち抜き作業を考慮すると電磁鋼板40の厚さは0.65mm以下とすることが好ましい。
また、電磁鋼板40が厚くなると鉄損が増大する。そのため、電磁鋼板40の鉄損特性を考慮すると、電磁鋼板40の厚さは0.35mm以下とすることが好ましく、より好ましくは、0.20mm又は0.25mmである。
上記の点を考慮し、各電磁鋼板40の厚さは、例えば、0.10mm以上0.65mm以下、好ましくは、0.10mm以上0.35mm以下、より好ましくは0.20mmや0.25mmである。なお電磁鋼板40の厚さには、絶縁被膜の厚さも含まれる。
なお、平均引張弾性率Eは、共振法により測定される。具体的には、JIS R 1602:1995に準拠して引張弾性率を測定する。
より具体的には、まず、測定用のサンプル(不図示)を製作する。このサンプルは、2枚の電磁鋼板40間を、測定対象の接着剤により接着し、硬化させて接着部41を形成することにより、得られる。この硬化は、接着剤が熱硬化型の場合には、実操業上の加熱加圧条件で加熱加圧することで行う。一方、接着剤が常温硬化型の場合には常温下で加圧することで行う。
そして、このサンプルについての引張弾性率を、共振法で測定する。共振法による引張弾性率の測定方法は、上述した通り、JIS R 1602:1995に準拠して行う。その後、サンプルの引張弾性率(測定値)から、電磁鋼板40自体の影響分を計算により除くことで、接着部41単体の引張弾性率が求められる。
このようにしてサンプルから求められた引張弾性率は、積層コア全体としての平均値に等しくなるので、この数値をもって平均引張弾性率Eとみなす。平均引張弾性率Eは、その積層方向に沿った積層位置や積層コアの中心軸線回りの周方向位置で殆ど変わらないよう、組成が設定されている。そのため、平均引張弾性率Eは、積層コアの上端位置にある、硬化後の接着部41を測定した数値をもってその値とすることもできる。
一方で接着部41の厚さが100μmを超えると接着力が飽和する。また、接着部41が厚くなるに連れて占積率が低下し、積層コアの鉄損などの磁気特性が低下する。したがって、接着部41の厚さは1μm以上100μm以下、さらに好ましくは1μm以上10μm以下とすることが好ましい。
なお、上記において接着部41の厚さは、接着部41の平均厚みを意味する。
接着部41の平均厚みは、積層コア全体としての平均値である。接着部41の平均厚みはその積層方向に沿った積層位置や積層コアの中心軸線回りの周方向位置で殆ど変わらない。そのため、接着部41の平均厚みは、積層コアの上端位置において、円周方向10箇所以上で測定した数値の平均値をもってその値とすることができる。
なお、本明細書において、複数の電磁鋼板40が積層される方向を、単に積層方向と呼ぶ。積層方向は、電磁鋼板40の厚さ方向と一致する。また、積層方向は、中心軸線Oの延びる方向と一致する。
なお、第1方向D1とは、帯状に形成された接着部41が延びる方向であって、接着部41の長手方向に相当する。また、第2方向D2とは、帯状に形成された接着部41の短手方向に相当する。また、第1方向D1と第2方向D2とは、互いに直交する。なお、本実施形態において、接着部41の幅寸法および接着部41同士の隙間寸法が均一な場合が想定されている。
また、本明細書において、接着部41が延びる形状としての「帯形状」とは、一方向に延びる形状であって、幅がステータコア21の外径の1.5%以上であることを意味する。接着部41の幅がステータコア21の外径の1.5%以上であることで、電磁鋼板40同士の接着強度を十分に確保することができる。
なお、本明細書において、鉄損の値が上昇することを「鉄損の劣化」と呼ぶ場合がある。
電磁鋼板40は、圧延方向RDと直交する方向の剛性が最も高く、圧縮応力に対して歪が生じ難い。このため、第1方向D1と圧延方向RDとのなす角度αを90°に近づけることで、電磁鋼板40の歪を抑制できる。
1つ目の構成は、第1方向D1を電磁鋼板40の圧延方向RDに直交する方向に近づける構成である。この構成では、電磁鋼板40の歪そのものを抑止して鉄損の劣化を抑制する。すなわち、1つ目の構成において、角度αは、90°に近づけることが好ましい。
2つ目の構成は、第1方向D1を電磁鋼板40の特異方向SDに近づける構成である。この構成では、歪に対する電磁鋼板40の鉄損の劣化を抑制する。すなわち、2つ目の構成において、角度αは、57.3°に近づけることが好ましい。
次に、図5、図6を基に、第2実施形態の回転電機110について説明する。
図5に示すように、第2実施形態の回転電機110は、第1実施形態と同様のロータ30、ケース50および回転軸60と、ステータ120と、を備える。
なお、本実施形態のステータコア121の構成は、分割コアである点を除き、各部の寸法等について、第1実施形態と同様である。
コアブロック124は、積層コアの一態様である。コアブロック124は、周方向に沿って延びる円弧状のコアバック部122と、ティース部123と、を有する。
ティース部123は、コアバック部122から径方向の内側に向けて(径方向に沿ってコアバック部122の中心軸線Oに向けて)突出する。複数のコアブロック124が周方向に沿って環状に並びステータコア121が構成されることで、複数のティース部123は、周方向に同等の間隔をあけて配置される。本実施形態のステータ120には、中心軸線Oを中心として20度おきに18個のティース部123が設けられている。複数のティース部123は、互いに同等の形状で、かつ同等の大きさに形成されている。
前記巻線は、ティース部123に巻き回されている。前記巻線は、集中巻きされていてもよく、分布巻きされていてもよい。
積層方向から見て、複数の接着部141は、全体として縞状に形成される。積層方向に隣り合う電磁鋼板片140同士は、全面接着されておらず局所的に接着されて互いに固定されている。
1つ目の構成は、第1方向D1を電磁鋼板片140の圧延方向RDに直交する方向に近づける構成である。この構成では、電磁鋼板片140の歪そのものを抑止して鉄損の劣化を抑制する。すなわち、1つ目の構成において、角度αは、90°に近づけることが好ましい。
2つ目の構成は、第1方向D1を電磁鋼板片140の特異方向SDに近づける構成である。この構成では、歪に対する電磁鋼板片140の鉄損の劣化を抑制する。すなわち、2つ目の構成において、角度αは、57.3°に近づけることが好ましい。
次に、上述の各実施形態に採用可能な、変形例の接着部241について図7を基に、説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本変形例に示すように、本明細書における「帯状に延びる接着部」は、幅方向両端部が必ずしも直線状である必要はなく、第1方向D1に沿って曲がりくねっていてもよい。
上述の各実施形態では、同期電動機として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機がリラクタンス型電動機や電磁石界磁型電動機(巻線界磁型電動機)であってもよい。
上述の各実施形態では、交流電動機として、同期電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機が誘導電動機であってもよい。
上述の各実施形態では、電動機として、交流電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機が直流電動機であってもよい。
上述の各実施形態では、回転電機として、電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機が発電機であってもよい。
まず、第1検証試験として、第1実施形態として例示した一体コアについて検証した。シミュレーションに用いるモデルとして、以下に説明するモデルNo.A1〜モデルNo.A22のステータコア(積層コア)を想定した。各モデルに用いる電磁鋼板は、板厚0.25mmの無方向性電磁鋼板である。電磁鋼板の形状は、図2に示すものと同形状である。
モデルNo.A8〜No.A14のステータコアを第A2群のモデルとする。第A2群のモデルでは、接着部の幅寸法d1が、隣り合う接着部同士の間隔寸法d2に対して、167%である。第A2群の各モデルの接着部の幅寸法d1は5mmであり、接着部同士の間隔寸法d2は3mmである。
モデルNo.A15〜No.A21のステータコアを第A3群のモデルとする。第A3群のモデルでは、接着部の幅寸法d1が、隣り合う接着部同士の間隔寸法d2に対して、67%である。第A3群の各モデルの接着部の幅寸法d1は2mmであり、接着部同士の間隔寸法d2は3mmである。
第A1群、第A2群および第A3群において、第1方向D1と圧延方向RDとのなす角度α(図4参照)を0°、15°、30°、45°、60°、75°および90°としたモデルを用意した。
次に、第2検証試験として、第2実施形態として例示した分割コアについて検証した。
シミュレーションに用いるモデルとして、以下に説明するモデルNo.B1〜モデルNo.B21のステータコア(積層コア)を想定した。モデルNo.B1〜モデルNo.B21のステータコアは、周方向に連結された複数のコアブロックを有する。各ステータコアのコアブロックは、板厚0.25mmの無方向性の電磁鋼板片から構成される。電磁鋼板片の形状は、図6に示すものと同形状であり、電磁鋼板片の圧延方向RDは、ティース部の延びる方向と一致する。
Claims (32)
- 互いに積層された複数の電磁鋼板と、
積層方向に隣り合う前記電磁鋼板同士の間に設けられ、前記電磁鋼板同士をそれぞれ接着する複数の接着部と、を備え、
前記複数の接着部の各々は、熱硬化型、常温硬化型またはラジカル重合型の接着剤が硬化したものであり、
前記積層方向から見て、
複数の前記接着部は、各々第1方向に延びる帯状に形成されており、
複数の帯状の前記接着部は、互いに間隔をあけて前記第1方向と直交する第2方向に並んで配置されており、
前記第1方向と前記電磁鋼板の圧延方向とがなす角度は、30°以上90°未満である、
積層コア。 - 前記第1方向と前記電磁鋼板の前記圧延方向とがなす角度は、52.3°以上である、
請求項1に記載の積層コア。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法より、小さい、
請求項1又は2に記載の積層コア。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し67%±5%である、
請求項3に記載の積層コア。 - 前記第1方向と前記電磁鋼板の前記圧延方向とがなす角度は、75°±5°である、
請求項4に記載の積層コア。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法より、大きい、
請求項1又は2に記載の積層コア。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し167%±5%であり、
前記第1方向と前記電磁鋼板の前記圧延方向とがなす角度は、85°以上である、
請求項6に記載の積層コア。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し233%±5%であり、
前記第1方向と前記電磁鋼板の前記圧延方向とがなす角度は、85°以上である、
請求項6に記載の積層コア。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し368%以下である、
請求項1又は2に記載の積層コア。 - 前記接着部の平均厚みが1.0μm〜3.0μmである、
請求項1〜9の何れか一項に記載の積層コア。 - 前記接着部の平均引張弾性率Eが1500MPa〜4500MPaである、
請求項1〜10の何れか一項に記載の積層コア。 - 前記接着部が、エラストマー含有アクリル系接着剤からなるSGAを含む常温接着タイプのアクリル系接着剤である、
請求項1〜11の何れか一項に記載の積層コア。 - 前記接着部が、熱硬化型の接着剤からなり、融点が200°以上である、
請求項1〜12の何れか一項に記載の積層コア。 - 環状に複数個を連結することで積層コアを構成するコアブロックであって、
互いに積層された複数の電磁鋼板片と、
積層方向に隣り合う前記電磁鋼板片同士の間に設けられ、前記電磁鋼板片同士をそれぞれ接着する複数の接着部と、を備え、
前記複数の接着部の各々は、熱硬化型、常温硬化型またはラジカル重合型の接着剤が硬化したものであり、
前記積層方向から見て、
複数の前記接着部は、各々第1方向に延びる帯状に形成されており、
複数の帯状の前記接着部は、互いに間隔をあけて前記第1方向と直交する第2方向に並んで配置されており、
前記第1方向と前記電磁鋼板片の圧延方向とがなす角度は、45°以上90°未満である、
コアブロック。 - 前記第1方向と前記電磁鋼板片の前記圧延方向とがなす角度は、52.3°以上である、
請求項14に記載のコアブロック。 - 円弧状のコアバック部と、前記コアバック部から前記コアバック部の径方向に突出するティース部と、を備え、
前記ティース部は、前記圧延方向に沿って延びる、
請求項14又は15に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法より、小さい、
請求項14〜16の何れか一項に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し60%以下である、
請求項17に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し43%以下である、
請求項18に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し43%±5%であり、
前記第1方向と前記電磁鋼板片の前記圧延方向とがなす角度は、45°以上である、
請求項18に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し60%±5%であり、
前記第1方向と前記電磁鋼板片の前記圧延方向とがなす角度は、60°以上である、
請求項17に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法より、大きい、
請求項14〜16の何れか一項に記載のコアブロック。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法に対し150%±5%であり、
前記第1方向と前記電磁鋼板片の前記圧延方向とがなす角度は、85°以上である、
請求項22に記載のコアブロック。 - 前記接着部の平均厚みが1.0μm〜3.0μmである、
請求項14〜23の何れか一項に記載のコアブロック。 - 前記接着部の平均引張弾性率Eが1500MPa〜4500MPaである、
請求項14〜24の何れか一項に記載のコアブロック。 - 前記接着部が、エラストマー含有アクリル系接着剤からなるSGAを含む常温接着タイプのアクリル系接着剤である、
請求項14〜25の何れか一項に記載のコアブロック。 - 前記接着部が、熱硬化型の接着剤からなり、融点が200°以上である、
請求項14〜26の何れか一項に記載のコアブロック。 - 請求項14〜27の何れか一項に記載のコアブロックを環状に複数個を連結することで構成される、
積層コア。 - 請求項1〜13、28の何れか一項に記載の積層コアを備える、回転電機。
- 電磁鋼板から複数の電磁鋼板片を打ち抜く第1工程と、
複数の前記電磁鋼板片同士の間に、熱硬化型、常温硬化型またはラジカル重合型の接着剤からなる接着部を設けながら積層する第2工程と、を有し、
前記第1工程において、前記電磁鋼板片は、ティース部が前記電磁鋼板の圧延方向に沿って延びるよう打ち抜かれ、
前記第2工程において、複数の前記接着部を積層方向から見て各々第1方向に延びる帯状になるように形成するとともに、複数の前記接着部を互いに間隔をあけて前記第1方向と直交する第2方向に並べて配置し、前記第1方向と前記圧延方向とがなす角度が、45°以上90°未満となるように、複数の前記電磁鋼板片を積層する、
コアブロックの製造方法。 - 前記接着部の幅寸法は、隣り合う前記接着部同士の前記第2方向における間隔寸法より、小さい、
請求項30に記載のコアブロックの製造方法。 - 前記接着部が、熱硬化型の接着剤からなり、融点が200°以上である、
請求項30又は31に記載のコアブロックの製造方法。
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