JP7095819B2 - 電磁鋼板、積層コア及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電磁鋼板、積層コア及び回転電機に関する。本願は、２０２０年６月１７日に、日本に出願された特願２０２０－１０４２３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

回転電機に使用されるコア（鉄心）として、複数の電磁鋼板が互いに接合されて積層された積層コアが知られている。電磁鋼板同士の接合方法としては、かしめや溶接が知られている。しかし、かしめや溶接では、加工時の機械的応力や熱応力、さらには層間短絡によって電磁鋼板の磁気特性が劣化し、積層コアの性能が低下することがある。

かしめ、溶接以外の接合方法としては、例えば、表面に接着能を有する絶縁被膜を有する電磁鋼板を積層して互いに接着させる方法が知られている。特許文献１、２には、被膜の対数減衰率のピーク温度を制御した電磁鋼板が開示されている。特許文献３には、接着層（絶縁被膜）の対数減衰率の最大値を制御した積層電磁鋼板が開示されている。

日本国特開２０００－１７３８１６号公報 日本国特許第６０３７０５５号公報 日本国特許第６０８６０９８号公報

近年、更なるモータの効率向上が要求されており、より一層のコア性能の向上が求められている。そのため、接着能を有する絶縁被膜を備える電磁鋼板の更なる性能向上が重要である。

本発明は、電磁鋼板の打ち抜き時の作業性と積層精度、硬化ムラの抑制による騒音低減、占積率と接着強度の両立といったそれぞれの観点の１つ以上でコア性能が向上した積層コアを製造できる電磁鋼板、前記電磁鋼板を用いた積層コア及び回転電機を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］母材鋼板のいずれか一方又は両方の表面の少なくとも一部が、接着能を有する絶縁被膜により被覆され、前記絶縁被膜の２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率が０．３以下であり、前記絶縁被膜の対数減衰率のピーク温度と硬化開始温度との差が８０℃未満であり、かつ前記ピーク温度の対数減衰率と前記硬化開始温度の対数減衰率との差が０．１以上である、電磁鋼板。
［２］前記絶縁被膜の２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である、［１］に記載の電磁鋼板。
［３］母材鋼板のいずれか一方又は両方の表面の少なくとも一部が、接着能を有する絶縁被膜により被覆され、前記絶縁被膜の対数減衰率のピーク温度と硬化開始温度との差が８０℃未満であり、かつ前記ピーク温度の対数減衰率と前記硬化開始温度の対数減衰率との差が０．１以上である、電磁鋼板。
［４］前記絶縁被膜の２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である、［３］に記載の電磁鋼板。
［５］母材鋼板のいずれか一方又は両方の表面の少なくとも一部が、接着能を有する絶縁被膜により被覆され、前記絶縁被膜の２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である、電磁鋼板。
［６］［１］～［５］のいずれかに記載の電磁鋼板が複数積層され、互いに接着されている、積層コア。
［７］［６］に記載の積層コアを備える回転電機。

本発明は、電磁鋼板の打ち抜き時の作業性と積層精度の向上、硬化ムラの抑制による騒音低減、占積率と接着強度の両立といったそれぞれの観点の１つ以上でコア性能が向上した積層コアを製造できる電磁鋼板、前記電磁鋼板を用いた積層コア及び回転電機を提供することを目的とする。

本発明の第１実施形態に係る積層コアを備えた回転電機の断面図である。 同積層コアの側面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 同積層コアを形成する素材の平面図である。 図４のＢ－Ｂ断面図である。 図５のＣ部の拡大図である。 同積層コアを製造するために用いられる製造装置の側面図である。 実施例１の絶縁被膜について測定された温度－対数減衰率曲線を示した図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る積層コアと、この積層コアを備えた回転電機と、この積層コアを形成する素材について説明する。なお、本実施形態では、回転電機として電動機、具体的には交流電動機、より具体的には同期電動機、より一層具体的には永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明する。この種の電動機は、例えば、電気自動車などに好適に採用される。

（回転電機１０）
図１に示すように、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及びロータ３０は、ケース５０内に収容される。ステータ２０は、ケース５０内に固定される。
本実施形態では、回転電機１０として、ロータ３０がステータ２０の径方向内側に位置するインナーロータ型を採用している。しかしながら、回転電機１０として、ロータ３０がステータ２０の外側に位置するアウターロータ型を採用してもよい。また、本実施形態では、回転電機１０が、１２極１８スロットの三相交流モータである。しかしながら、極数、スロット数、相数などは、適宜変更することができる。
回転電機１０は、例えば、各相に実効値１０Ａ、周波数１００Ｈｚの励磁電流を印加することにより、回転数１０００ｒｐｍで回転することができる。

ステータ２０は、ステータ用接着積層コア（以下、ステータコア）２１と、図示しない巻線と、を備える。
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（又はコアバック部２２）の中心軸線Ｏ方向を軸方向と言い、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の径方向（中心軸線Ｏに直交する方向）を径方向と言い、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の周方向（中心軸線Ｏ回りに周回する方向）を周方向と言う。

コアバック部２２は、ステータ２０を軸方向から見た平面視において円環状に形成されている。
複数のティース部２３は、コアバック部２２の内周から径方向内側に向けて（径方向に沿ってコアバック部２２の中心軸線Ｏに向けて）突出する。複数のティース部２３は、周方向に同等の角度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。よって、複数のティース部２３は、互いに同じ厚み寸法を有している。
前記巻線は、ティース部２３に巻回されている。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３０は、ステータ２０（ステータコア２１）に対して径方向の内側に配置されている。ロータ３０は、ロータコア３１と、複数の永久磁石３２と、を備える。
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、周方向に同等の角度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。

本実施形態では、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型モータが採用されている。ロータコア３１には、ロータコア３１を軸方向に貫通する複数の貫通孔３３が形成されている。複数の貫通孔３３は、複数の永久磁石３２の配置に対応して設けられている。各永久磁石３２は、対応する貫通孔３３内に配置された状態でロータコア３１に固定されている。各永久磁石３２のロータコア３１への固定は、例えば永久磁石３２の外面と貫通孔３３の内面とを接着剤により接着すること等により、実現できる。なお、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型に代えて表面磁石型モータを採用してもよい。

ステータコア２１及びロータコア３１は、いずれも積層コアである。例えばステータコア２１は、図２に示すように、複数の電磁鋼板４０が積層方向に積層されることで形成されている。
なお、ステータコア２１及びロータコア３１それぞれの積厚（中心軸線Ｏに沿った全長）は、例えば５０．０ｍｍとされる。ステータコア２１の外径は、例えば２５０．０ｍｍとされる。ステータコア２１の内径は、例えば１６５．０ｍｍとされる。ロータコア３１の外径は、例えば１６３．０ｍｍとされる。ロータコア３１の内径は、例えば３０．０ｍｍとされる。ただし、これらの値は一例であり、ステータコア２１の積厚、外径や内径、及びロータコア３１の積厚、外径や内径は、これらの値のみに限られない。ここで、ステータコア２１の内径は、ステータコア２１におけるティース部２３の先端部を基準とする。すなわち、ステータコア２１の内径は、全てのティース部２３の先端部に内接する仮想円の直径である。

ステータコア２１及びロータコア３１を形成する各電磁鋼板４０は、例えば、図４から図６に示すような素材１を打ち抜き加工すること等により形成される。素材１は、電磁鋼板４０の母材となる鋼板（電磁鋼板）である。素材１としては、例えば、帯状の鋼板や切り板などが挙げられる。
積層コアの説明の途中ではあるが、以下では、この素材１について説明する。なお本明細書において、電磁鋼板４０の母材となる帯状の鋼板を素材１という場合がある。素材１を打ち抜き加工して積層コアに用いられる形状にした鋼板を電磁鋼板４０という場合がある。

（素材１）
素材１は、例えば、図７に示すコイル１Ａに巻き取られた状態で取り扱われる。本実施形態では、素材１として、無方向性電磁鋼板を採用している。無方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳ Ｃ ２５５２：２０１４の無方向性電磁鋼帯を採用できる。しかしながら、素材１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してもよい。この場合の方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳ Ｃ ２５５３：２０１９の方向性電磁鋼帯を採用できる。また、ＪＩＳ Ｃ ２５５８：２０１５の無方向性薄電磁鋼帯や方向性薄電磁鋼帯を採用できる。

素材１の平均板厚ｔ０の上下限値は、素材１が電磁鋼板４０として用いられる場合も考慮して、例えば以下のように設定される。
素材１が薄くなるに連れて素材１の製造コストは増す。そのため、製造コストを考慮すると、素材１の平均板厚ｔ０の下限値は、０．１０ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍ、より好ましくは０．１８ｍｍとなる。
一方で素材１が厚すぎると、製造コストは良好になるが、素材１が電磁鋼板４０として用いられた場合に、渦電流損が増加してコア鉄損が劣化する。そのため、コア鉄損と製造コストを考慮すると、素材１の平均板厚ｔ０の上限値は、０．６５ｍｍ、好ましくは０．３５ｍｍ、より好ましくは０．３０ｍｍとなる。
素材１の平均板厚ｔ０の上記範囲を満たすものとして、０．２０ｍｍを例示できる。

なお、素材１の平均板厚ｔ０は、後述する母材鋼板２の厚さだけでなく、絶縁被膜３の厚さも含まれる。また、素材１の平均板厚ｔ０の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、素材１がコイル１Ａの形状に巻き取られている場合、素材１の少なくとも一部を平板形状にほどく。平板形状にほどかれた素材１において、素材１の長手方向の所定の位置（例えば、素材１の長手方向の端縁から、素材１の全長の１０％分の長さ、離れた位置）を選定する。この選定した位置において、素材１を、その幅方向に沿って５つの領域に区分する。これらの５つの領域の境界となる４か所において、素材１の板厚を測定する。４か所の板厚の平均値を、素材１の平均板厚ｔ０とすることができる。

この素材１の平均板厚ｔ０についての上下限値は、電磁鋼板４０としての平均板厚ｔ０の上下限値としても当然に採用可能である。なお、電磁鋼板４０の平均板厚ｔ０の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、積層コアの積厚を、周方向に同等の間隔をあけて４か所において（すなわち、中心軸線Ｏを中心とした９０度おきに）測定する。測定した４か所の積厚それぞれを、積層されている電磁鋼板４０の枚数で割って、１枚当たりの板厚を算出する。４か所の板厚の平均値を、電磁鋼板４０の平均板厚ｔ０とすることができる。

図５及び図６に示すように、素材１は、母材鋼板２と、絶縁被膜３と、を備えている。素材１は、帯状の母材鋼板２の両面が絶縁被膜３によって被覆されてなる。本実施形態では、素材１の大部分が母材鋼板２によって形成され、母材鋼板２の表面に、母材鋼板２よりも薄い絶縁被膜３が積層されている。

母材鋼板２の化学組成は、以下に質量％単位で示すように、質量％で２．５％～４．５％のＳｉを含有する。なお、化学組成をこの範囲とすることにより、素材１（電磁鋼板４０）の降伏強度を、例えば、３８０ＭＰａ以上５４０ＭＰａ以下に設定することができる。

Ｓｉ：２．５％～４．５％
Ａｌ：０．００１％～３．０％
Ｍｎ：０．０５％～５．０％
残部：Ｆｅ及び不純物

素材１が電磁鋼板４０として用いられるときに、絶縁被膜３は、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０間での絶縁性能を発揮する。また本実施形態では、絶縁被膜３は、接着能を備えていて、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０を接着する。絶縁被膜３は、単層構成であってもよく、複層構成であってもよい。より具体的には、例えば、絶縁被膜３は、絶縁性能と接着能とを兼ね備えた単層構成であってもよく、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着性能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成であってもよい。

絶縁被膜３が接着能を有しているかどうかは、例えば、以下の方法で確認できる。電磁鋼板４０から、幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍの長方形の電磁鋼板を２枚切り出し、互いの幅３０ｍｍ×長さ１０ｍｍの先端部分同士を重ね合わせ、鋼板温度１８０℃、圧力１０ＭＰａ、加圧時間１時間で接着してサンプルを作製する。その後、雰囲気温度２５℃、引張速度３ｍｍ／分としてサンプルの剪断引張強度を測定し、接着面積で除した数値を接着強度（ＭＰａ）とする。得られた接着強度が２．５ＭＰａ以上であれば、絶縁被膜３が接着能を備えると判定できる。

本実施形態では、絶縁被膜３は、母材鋼板２の両面を全面にわたって隙間なく覆っている。しかしながら、前述の絶縁性能や接着能が確保される範囲において、絶縁被膜３の一部の層が、母材鋼板２の両面を隙間なく覆っていなくてもよい。言い換えると、絶縁被膜３の一部の層は、母材鋼板２の表面に間欠的に設けられていてもよい。ただし、絶縁性能を確保するには、母材鋼板２の両面は全面が露出しないように絶縁被膜３によって覆われている必要がある。具体的には、絶縁被膜３が絶縁性能に優れる下地絶縁被膜を有さず、絶縁性能と接着能を兼ね備えた単層構成である場合は、絶縁被膜３は母材鋼板２の全面にわたって隙間なく形成されている必要がある。これに対し、絶縁被膜３が、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成である場合、下地絶縁被膜と上地絶縁被膜の両方を母材鋼板２の全面にわたって隙間なく形成する他に、下地絶縁被膜を母材鋼板の全面にわたって隙間なく形成し、上地絶縁被膜を間欠的に設けても、絶縁性能と接着能の両立が可能である。

下地絶縁被膜を形成するコーティング組成物としては、特に限定されず、例えば、クロム酸含有処理剤、リン酸塩含有処理等の一般的な処理剤を使用できる。

接着能を備える絶縁被膜は、後述の電磁鋼板用コーティング組成物が母材鋼板上に塗布されてなる。接着能を備える絶縁被膜は、例えば、絶縁性能と接着能を兼ね備えた単層構成の絶縁被膜や、下地絶縁被膜上に設けられる上地絶縁被膜である。接着能を備える絶縁被膜は、積層コア製造時の加熱圧着前においては、未硬化状態又は半硬化状態（Ｂステージ）であり、加熱圧着時の加熱によって硬化反応が進行して接着能が発現する。

絶縁被膜３は、以下の３つの条件（１）～（３）のいずれか１つ以上を満たす。
条件（１）：２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率が０．３以下である。
条件（２）：対数減衰率のピーク温度Ｔ１（℃）と硬化開始温度Ｔ２（℃）との差（Ｔ１－Ｔ２）が８０℃未満であり、かつピーク温度の対数減衰率（△１）と硬化開始温度の対数減衰率（△２）との差（△１－△２）が０．１以上である。なお、ピーク温度Ｔ１は、接着能に優れた絶縁被膜のガラス転移温度に対応しており、複層構成の場合も下地絶縁被膜にはほぼ影響されない。
条件（３）：２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である。

条件（１）～（３）の対数減衰率は、ＩＳＯ１２０１３－２に従い、シリンダーエッジの剛体振り子を用いた剛体振り子試験により、昇温速度１０℃／秒で測定される。対数減衰率を測定することにより、被膜の動的粘弾性を評価できる。対数減衰率は、市販の剛体振子型物性試験器、例えばエー・アンド・ディ製ＲＰＴ－３０００Ｗを用いて測定することができる。対数減衰率の測定温度範囲は適宜設定することができ、例えば、室温（２５℃）から３００℃とすることができる。

剛体振り子試験による測定では、被膜が軟らかいほど対数減数率が大きくなる。条件（１）は、絶縁被膜３のガラス領域に対応する２５～１００℃の温度範囲における特性を規定するものである。「２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率が０．３以下である」とは、２５～１００℃の温度範囲において対数減衰率が常に０．３以下になっていることを意味する。すなわち、２５～１００℃の温度範囲における対数減衰率の最大値△_ｍａｘ（１）が０．３以下であることを意味する。

２５～１００℃の温度範囲において対数減衰率が０．３以下であれば、この温度範囲における温度上昇による対数減衰率の変化が小さくなり、絶縁被膜３の軟化に伴うベタツキが生じにくい。そのため、電磁鋼板４０の打ち抜き時の作業性に優れ、また電磁鋼板４０の積層精度が高くなる。また、電磁鋼板４０の積層精度の悪化によって引き起こされる騒音や電磁鋼板同士の接着強度の低下を抑制することができる。
２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率は、０．２５以下が好ましく、０．２以下がより好ましい。

剛体振り子試験による対数減衰率の測定において、ガラス領域から昇温していくときに観測されるピーク温度は、被膜のガラス転移温度に対応している。条件（２）は、絶縁被膜３のゴム領域に対応する、対数減衰率のピーク温度から硬化開始温度までの温度範囲における特性を規定するものである。対数減衰率のピーク温度と硬化開始温度との差（Ｔ１－Ｔ２）が８０℃未満であり、かつピーク温度の対数減衰率と硬化開始温度の対数減衰率との差（△１－△２）が０．１以上であれば、電磁鋼板４０同士の加熱圧着時における絶縁被膜３の硬化速度が速く、硬化ムラが発生しにくい。これにより、複数の鋼板間で接着強度の差が生じにくく、コア内で剛性ムラが発生しにくくなることから、運転時の騒音が低減される。

絶縁被膜３の硬化ムラが生じにくく、騒音低減効果が高い点から、差（Ｔ１－Ｔ２）の上限値は、好ましくは７５℃、より好ましくは７０℃である。急激な硬化に伴う絶縁被膜３のひび割れを抑制しやすい点では、差（Ｔ１－Ｔ２）の下限値は、好ましくは３０℃、より好ましくは４０℃である。

絶縁被膜３の硬化ムラが生じにくく、騒音低減効果が高い点から、差（△１－△２）の下限値は、好ましくは０．１、より好ましくは０．２である。絶縁被膜３のひび割れを抑制しやすい点では、差（△１－△２）の上限値は、好ましくは０．５、より好ましくは０．４である。

なお、硬化によって接着能を発現する絶縁被膜の場合、剛体振り子試験で得られる温度－対数減衰率曲線には、ピーク温度以降の減少領域に、傾きの絶対値がゼロに向かって小さくなった後に再び大きくなる特異点（変曲点）が存在する。本発明では、この温度－対数減衰率曲線におけるピーク温度以降の減少領域の変曲点（対数減衰率が急激な減少に転じる点）に対応する温度を硬化開始温度Ｔ２とする。

対数減衰率のピーク温度Ｔ１の下限値は、好ましくは１００℃、より好ましくは１１０℃である。また、対数減衰率のピーク温度Ｔ１の上限値は、好ましくは１４０℃、より好ましくは１３０℃である。

硬化開始温度Ｔ２の下限値は、好ましくは１６０℃、より好ましくは１７０℃である。また、硬化開始温度Ｔ２の上限値は、好ましくは２００℃、より好ましくは１９０℃である。

条件（３）は、絶縁被膜３の硬化開始後の領域に対応する、２００～２５０℃の温度範囲における特性を規定するものである。「２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である」とは、２００～２５０℃の温度範囲において対数減衰率が常に０．９以下になっていることを意味する。すなわち、２００～２５０℃の温度範囲における対数減衰率の最大値△_ｍａｘ（２）が０．９以下であることを意味する。

２００～２５０℃の温度範囲において、対数減衰率が０．９以下であれば、硬化後の絶縁被膜３が硬く、絶縁被膜３の板厚を薄くしても高い接着強度で電磁鋼板４０同士が接着される。そのため、コアの占積率と電磁鋼板４０同士の接着強度を両立できる。
２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率は、０．８５以下が好ましく、０．８０以下がより好ましい。

対数減衰率は、絶縁被膜３の形成に使用する電磁鋼板用コーティング組成物の種類、電磁鋼板用コーティング組成物の母材鋼板への焼き付け条件（温度、時間等）等によって制御できる。例えば、焼き付け温度を高くするほど対数減衰率は低くなる傾向がある。焼き付け時間を長くするほど対数減衰率は低くなる傾向がある。

電磁鋼板用コーティング組成物としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、を含有する組成物が挙げられる。すなわち、接着能を備える絶縁被膜としては、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、を含有する膜が、一例として挙げられる。

エポキシ樹脂としては、一般的なエポキシ樹脂が使用でき、具体的には、一分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂であれば特に制限なく使用できる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、アクリル酸変性エポキシ樹脂（エポキシアクリレート）、リン含有エポキシ樹脂、及びこれらのハロゲン化物（臭素化エポキシ樹脂等）や水素添加物等が挙げられる。エポキシ樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物は、アクリル樹脂を含有してもよい。
アクリル樹脂としては、特に限定されない。アクリル樹脂に用いるモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和カルボン酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ－ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレートを例示できる。なお、（メタ）アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。アクリル樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アクリル樹脂は、アクリルモノマー以外の他のモノマーに由来する構成単位を有していてもよい。他のモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、スチレン等が挙げられる。他のモノマーとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アクリル樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂にアクリル樹脂をグラフトさせたアクリル変性エポキシ樹脂として用いてもよい。電磁鋼板用コーティング組成物においては、アクリル樹脂を形成するモノマーとして含まれていてもよい。

エポキシ樹脂硬化剤としては、潜在性を持つ加熱硬化タイプのものが使用可能であり、例えば、芳香族ポリアミン、酸無水物、フェノール系硬化剤、ジシアンジアミド、三フッ化ホウ素－アミン錯体、有機酸ヒドラジッド等が挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、例えば、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。フェノール系硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、トリアジン変性フェノールノボラック樹脂、フェノールレゾール樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂硬化剤としては、フェノール系硬化剤が好ましく、フェノールレゾール樹脂がより好ましい。エポキシ樹脂硬化剤としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物中のエポキシ樹脂硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５～３５質量部が好ましく、１０～３０質量部がより好ましい。

電磁鋼板用コーティング組成物は、硬化促進剤（硬化触媒）、乳化剤、消泡剤等の添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

絶縁被膜３は、例えば電磁鋼板用コーティング組成物を母材鋼板の表面に塗布して乾燥し、焼き付けることで形成できる。
焼き付ける際の到達温度の下限値は、好ましくは１２０℃、より好ましくは１３０℃、さらに好ましくは１５０℃である。焼き付ける際の到達温度の上限値は、好ましくは２００℃、より好ましくは１９０℃、さらに好ましくは１６０℃である。
焼き付け時間の下限値は、好ましくは２０秒、より好ましくは３０秒である。焼き付け時間の上限値は、好ましくは７０秒、より好ましくは６０秒である。

焼付温度は、絶縁被膜３のガラス転移温度をＴｇとしたとき、Ｔｇ＋２０℃～Ｔｇ＋５０℃の範囲であることが好ましい。焼付温度がＴｇ＋２０℃～Ｔｇ＋５０℃の範囲であれば、絶縁被膜３の２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率を０．３以下とすることができる。

焼き付ける際の昇温速度は５℃／ｓ～２０℃／ｓとすることが好ましい。昇温速度を５℃／ｓ～２０℃／ｓにすることで、絶縁被膜３の２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率を０．３以下とすることができる。

絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値は、素材１が電磁鋼板４０として用いられる場合も考慮して、例えば以下のように設定される。
素材１が電磁鋼板４０として用いられる場合において、絶縁被膜３の平均厚みｔ１（電磁鋼板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、互いに積層される電磁鋼板４０間での絶縁性能及び接着能を確保できるように調整する。

単層構成の絶縁被膜３の場合、絶縁被膜３の平均厚みｔ１（電磁鋼板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、例えば、１．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることができる。
複層構成の絶縁被膜３の場合、下地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、０．３μｍ以上１．２μｍとすることができ、０．７μｍ以上０．９μｍ以下が好ましい。上地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、１．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることができる。
なお、素材１における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の測定方法は、素材１の平均板厚ｔ０と同様の考え方で、複数箇所の絶縁被膜３の厚みを求め、それらの厚みの平均として求めることができる。

この素材１における絶縁被膜３の平均厚みｔ１についての上下限値は、電磁鋼板４０における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値としても当然に採用可能である。なお、電磁鋼板４０における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、積層コアを形成する複数の電磁鋼板のうち、積層方向の最も外側に位置する電磁鋼板４０（表面が積層方向に露出している電磁鋼板４０）を選定する。選定した電磁鋼板４０の表面において、径方向の所定の位置（例えば、電磁鋼板４０における内周縁と外周縁との丁度中間（中央）の位置）を選定する。選定した位置において、電磁鋼板４０の絶縁被膜３の厚みを、周方向に同等の間隔をあけて４か所において（すなわち、中心軸線Ｏを中心とした９０度おきに）測定する。測定した４か所の厚みの平均値を、絶縁被膜３の平均厚みｔ１とすることができる。
なお、このように絶縁被膜３の平均厚みｔ１を、積層方向の最も外側に位置する電磁鋼板４０において測定した理由は、絶縁被膜３の厚みが、電磁鋼板４０の積層方向に沿った積層位置で殆ど変わらないように、絶縁被膜３が作り込まれているからである。

以上のような素材１を打ち抜き加工することで電磁鋼板４０が製造され、電磁鋼板４０によって接着コア（ステータコア２１やロータコア３１）が製造される。

（積層コアの積層方法）
以下、積層コアの説明に戻る。ステータコア２１を形成する複数の電磁鋼板４０は、図３に示すように、絶縁被膜３を介して積層されている。
積層方向に隣り合う電磁鋼板４０は、絶縁被膜３によって全面にわたって接着されている。言い換えると、電磁鋼板４０において積層方向を向く面（以下、第１面という）は、全面にわたって接着領域４１ａとなっている。ただし、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０が、全面にわたって接着されていなくてもよい。言い換えると、電磁鋼板４０の第１面において、接着領域４１ａと非接着領域（不図示）とが混在していてもよい。

本実施形態では、ロータコア３１を形成する方の複数の電磁鋼板は、図１に示すかしめ４２（ダボ）によって互いに固定されている。しかしながら、ロータコア３１を形成する複数の電磁鋼板も、ステータコア２１と同様に絶縁被膜３により固定した積層構造を有してもよい。
また、ステータコア２１やロータコア３１などの積層コアは、いわゆる回し積みにより形成されていてもよい。

（積層コアの製造方法）
前記ステータコア２１は、例えば、図７に示す製造装置１００を用いて製造される。以下では、製造方法の説明にあたり、まず先に、積層コアの製造装置１００（以下、単に製造装置１００という）について説明する。
製造装置１００では、コイル１Ａ（フープ）から素材１を矢印Ｆ方向に向かって送り出しつつ、各ステージに配置された金型により複数回の打ち抜きを行って電磁鋼板４０の形状に徐々に形成していく。そして、打ち抜いた電磁鋼板４０を積層して昇温させながら加圧する。その結果、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０を絶縁被膜３によって接着させ（すなわち、絶縁被膜３のうちの接着領域４１ａに位置する部分に接着能を発揮させ）、接着が完了する。

図７に示すように、製造装置１００は、複数段の打ち抜きステーション１１０を備えている。打ち抜きステーション１１０は、二段であってもよく、三段以上であってもよい。各段の打ち抜きステーション１１０は、素材１の下方に配置された雌金型１１１と、素材１の上方に配置された雄金型１１２とを備える。

製造装置１００は、さらに、最も下流の打ち抜きステーション１１０よりも下流位置に積層ステーション１４０を備える。この積層ステーション１４０は、加熱装置１４１と、外周打ち抜き雌金型１４２と、断熱部材１４３と、外周打ち抜き雄金型１４４と、スプリング１４５と、を備えている。
加熱装置１４１、外周打ち抜き雌金型１４２、断熱部材１４３は、素材１の下方に配置されている。一方、外周打ち抜き雄金型１４４及びスプリング１４５は、素材１の上方に配置されている。なお、符号２１は、ステータコアを示している。

以上説明の構成を有する製造装置１００において、まずコイル１Ａより素材１を図７の矢印Ｆ方向に順次送り出す。そして、この素材１に対し、複数段の打ち抜きステーション１１０による打ち抜き加工を順次行う。これら打ち抜き加工により、素材１に、図３に示したコアバック部２２と複数のティース部２３を有する電磁鋼板４０の形状を得る。ただし、この時点では完全には打ち抜かれていないので、矢印Ｆ方向に沿って次工程へと進む。

そして最後に、素材１は積層ステーション１４０へと送り出され、外周打ち抜き雄金型１４４により打ち抜かれて精度良く、積層される。この積層の際、電磁鋼板４０はスプリング１４５により一定の加圧力を受ける。以上説明のような、打ち抜き工程、積層工程、を順次繰り返すことで、所定枚数の電磁鋼板４０を積み重ねることができる。さらに、このようにして電磁鋼板４０を積み重ねて形成された積層コアは、加熱装置１４１によって例えば温度２００℃まで加熱される。この加熱により、隣り合う電磁鋼板４０の絶縁被膜３同士が接着される。
なお、加熱装置１４１は、外周打ち抜き雌金型１４２に配置されていなくてもよい。すなわち、外周打ち抜き雌金型１４２で積層された電磁鋼板４０を接着させる前に、外周打ち抜き雌金型１４２外に取り出してもよい。この場合、外周打ち抜き雌金型１４２に断熱部材１４３がなくてもよい。さらにこの場合、積み重ねられた接着前の電磁鋼板４０を、図示されない治具で積層方向の両側から挟んで保持した上で、搬送したり加熱したりしてもよい。
以上の各工程により、ステータコア２１が完成する。

以上説明したように、本発明では、電磁鋼板の接着能を備える絶縁被膜が条件（１）～（３）のいずれか１つ以上を満たす。条件（１）により、電磁鋼板の打ち抜き時の作業性や積層精度が向上し、また積層精度向上によって騒音の低減及び電磁鋼板同士の接着強度の向上といった効果も得られる。条件（２）により、硬化ムラの抑制による騒音の低減効果が得られる。条件（３）により、占積率と電磁鋼板同士の接着強度を両立できる。条件（１）～（３）をすべて満たせば、電磁鋼板の打ち抜き時の作業性、電磁鋼板の積層精度、騒音低減、占積率、電磁鋼板同士の接着強度といったコア性能がいずれも向上した積層コアが得られる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
ステータコアの形状は、前記実施形態で示した形態に限定されるものではない。具体的には、ステータコアの外径及び内径の寸法、積厚、スロット数、ティース部の周方向と径方向の寸法比率、ティース部とコアバック部との径方向の寸法比率、などは所望の回転電機の特性に応じて任意に設計可能である。

前記実施形態におけるロータでは、２つ１組の永久磁石３２が１つの磁極を形成しているが、本発明はこれに限られない。例えば、１つの永久磁石３２が１つの磁極を形成していてもよく、３つ以上の永久磁石３２が１つの磁極を形成していてもよい。

前記実施形態では、回転電機として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、回転電機の構造は、以下に例示するようにこれに限られず、さらには以下に例示しない種々の公知の構造も採用可能である。
前記実施形態では、回転電機として、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。
前記実施形態では、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。
前記実施形態では、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。
前記実施形態では、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。

前記実施形態では、本発明に係る積層コアをステータコアに適用した場合を例示したが、ロータコアに適用することも可能である。
積層コアを、回転電機に代えて変圧器に採用することも可能である。この場合、電磁鋼板として、無方向電磁鋼板を採用することに代えて、方向性電磁鋼板を採用することが好ましい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。

［剛体振り子試験］
各例で製造した電磁鋼帯から縦５０ｍｍ、横２０ｍｍの試験片を切り出した。前記試験片の絶縁被膜に対し、ＩＳＯ１２０１３－２に従って、シリンダーエッジの剛体振り子による剛体振り子試験を実施し、温度－対数減衰率曲線を得た。剛体振り子型物性試験機としては、エー・アンド・ディ製ＲＰＴ－３０００Ｗを用いた。昇温速度は１０℃／秒、測定温度範囲は２５～３００℃とした。

［打ち抜き時の作業性］
各例で製造した電磁鋼帯から、図３に例示した形状で外径２５０．０ｍｍ、内径１６５．０ｍｍの電磁鋼板を１０枚打ち抜き、以下の評価基準に従って作業性を評価した。
（評価基準）
Ａ：絶縁被膜の軟化に伴うベタツキが生じず、打ち抜きが容易であり、積層精度も高かった。
Ｂ：絶縁被膜の軟化に伴うベタツキが生じ、打ち抜きが困難であり、積層精度も悪かった。

［積層精度］
上記の［打ち抜き時の作業性］の試験で製造した電磁鋼板１３０枚を積層し、鋼板温度２００℃、圧力１０ＭＰａ、加圧時間１時間で接着して積層コアを作製した。得られた積層コアについて、幅方向に１０箇所の積層板厚を測定し、その平均偏差により積層精度を評価した。積層板厚の平均偏差が１枚の電磁鋼板の板厚に対して１／２未満である場合を「優良」、１／２以上１未満である場合を「可」、１以上である場合を「不良」とした。

［打音テスト（騒音評価）］
上記の［打ち抜き時の作業性］の試験で製造した電磁鋼板１３０枚を積層し、鋼板温度２００℃、圧力１０ＭＰａ、加圧時間１時間で接着して積層コア（ステータコア）を作製した。
ステータコアのコアバック部の外周端部をインパクトハンマーによって半径方向に加振し、その加振源に対して軸方向に１８０°の方向におけるティース部の先端とコアバック部の中央部を測定点として、騒音振動のモーダル解析を行った。また、コアバック部の半径方向の中央部をインパクトハンマーによって軸方向に加振した場合についても、その加振源に対して軸方向に１８０°の方向におけるティース部の先端とコアバック部の中央部を測定点として、騒音振動のモーダル解析を行った。評価は以下の基準に従って行った。数値が小さいほど騒音を抑制できることを意味する。下記の評価において１～４を合格とし、５を不合格とした。なお、「－」とあるのは測定されないことを示す。
１：振動ピークが１つないし２つのみ検出される。
２：振動ピークが数個検出される。
３：加振方向によっては１０個以上の振動ピークが検出される。
４：主ピークはあるが、１０個以上の振動ピークが検出される。
５：主ピークが無く、１０個以上の振動ピークが検出される。

［占積率］
上記の［打ち抜き時の作業性］の試験で製造した電磁鋼板１３０枚を積層し、鋼板温度２００℃、圧力１０ＭＰａ、加圧時間１時間で接着して積層コアを作製した。得られた積層コアについて、下記式から占積率（％）を算出した。
占積率（％）＝Ｍ／（Ｄ・ｈ・Ｓ）×１００
ただし、Ｍは積層コアの質量（ｋｇ）、Ｄは母材鋼板の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｈは積層コアの平均高さ（ｍ）、Ｓは平面視における電磁鋼板の面積（ｍ^２）を表す。電磁鋼板の面積Ｓは、積層する前の電磁鋼板をスキャナーにより画像として取り込み、画像解析をすることにより求めた。

［接着強度］
各例で製造した電磁鋼帯から、幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍの長方形の電磁鋼板を２枚切り出し、互いの幅３０ｍｍ×長さ１０ｍｍの先端部分同士を重ね合わせ、鋼板温度１８０℃、圧力１０ＭＰａ、加圧時間１時間で接着してサンプルを作製した。雰囲気温度２５℃、引張速度３ｍｍ／分として剪断引張強度を測定し、接着面積で除した数値を接着強度（ＭＰａ）とした。接着強度が２．５ＭＰａ以上を合格とした。

［例１］
母材鋼板として、質量％で、Ｓｉ：３．０％、Ｍｎ：０．２％、Ａｌ：０．５％、残部がＦｅ及び不純物からなる板厚０．２５ｍｍ、幅３００ｍｍの帯状の無方向性電磁鋼板を用いた。母材鋼板の表面に、非クロム系の下地処理剤を用いて塗布量が１．０ｇ／ｍ^２となるように下地処理を施し、下地絶縁被膜を形成した。

液状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂１００質量部と、エポキシ樹脂硬化剤として液状のフェノールレゾール樹脂の２５質量部とを混合して電磁鋼板用コーティング組成物を調製した。得られた電磁鋼板用コーティング組成物を前記下地絶縁被膜上に塗布量が１．０ｇ／ｍ^２となるように塗布し、昇温速度１０℃／ｍｉｎで１６０℃まで温度を上げ、その後１６０℃で６０秒間焼き付けて上地絶縁被膜を形成して電磁鋼帯を得た。形成された複層構成の絶縁被膜に対し、剛体振り子試験により対数減衰率を測定した結果を図８に示す。

［例２～９］
焼き付ける際の昇温速度、焼き付け温度（焼き付ける際の到達温度）を表１に示すとおりに変更した以外は、例１と同様にして電磁鋼帯を得た。

各例における製造時の電磁鋼板用コーティング組成物の焼き付け温度、絶縁被膜に対する剛体振り子試験の測定結果、及び評価結果を表１に示す。なお、表１において、「差（Ｔ１－Ｔ２）」は、対数減衰率のピーク温度（Ｔ１）と硬化開始温度（Ｔ２）との差（℃）を示す。表１中の焼付温度とＴｇとの差（℃）におけるＴｇはピーク温度（Ｔ１）（℃）である。「差（△１－△２）」は、ピーク温度の対数減衰率（△１）と硬化開始温度の対数減衰率（△２）との差を示す。△_ｍａｘ（１）は、２５～１００℃の温度範囲における対数減衰率の最大値を意味する。△_ｍａｘ（２）は、２００～２５０℃の温度範囲における対数減衰率の最大値を意味する。

接着強度が２．５ＭＰａ以上を合格とした。表１に示すように、△_ｍａｘ（１）が０．３以下である例１、２は、△_ｍａｘ（１）が０．３超である例３に比べて、電磁鋼板の打ち抜き時の作業性に優れ、積層精度が高く、また積層コアの騒音が低減されており、電磁鋼板同士の接着強度も高かった。また、△_ｍａｘ（２）が０．９以下である例１、２は、△_ｍａｘ（２）が０．９を超える例３に比べて、積層コアの占積率及び電磁鋼板同士の接着強度の点でコア性能が向上した。△_ｍａｘ（１）が０．３以下の例４は、打ち抜き時の作業性に優れ、接着強度に優れていた。△_ｍａｘ（２）が０．９以下である例５は、占積率および接着強度が優れていた。差（Ｔ１－Ｔ２）が８０℃未満であり、差（ΔＴ1－Δ２）が０．１以上であり、かつ、△_ｍａｘ（２）が０．９以下である例６は、打音テスト、占積率、接着強度に優れていた。△_ｍａｘ（１）が０．３以下であり、差（Ｔ１－Ｔ２）が８０℃未満であり、差（ΔＴ1－Δ２）が０．１以上である例７は、積層精度、打音テスト、接着強度に優れていた。昇温速度が３℃／ｓの例８は、本発明のいずれの要件も満足せず、接着強度も２．５ＭＰａを満足しなかった。昇温速度が２５℃／ｓの例９は、本発明のいずれの要件も満足せず、接着強度も２．５ＭＰａを満足しなかった。

本発明によれば、電磁鋼板の打ち抜き時の作業性と積層精度の向上、硬化ムラの抑制による騒音低減、占積率と接着強度の両立といったそれぞれの観点の１つ以上でコア性能が向上した積層コアを製造できる。よって、産業上の利用可能性は大である。

１…素材、２…母材鋼板、３…絶縁被膜、１０…回転電機、２０…ステータ、２１…ステータコア、４０…電磁鋼板。

Claims (7)

1. 母材鋼板のいずれか一方又は両方の表面の少なくとも一部が、接着能を有する絶縁被膜により被覆された電磁鋼板であって、
   前記絶縁被膜の２５～１００℃の温度範囲の対数減衰率が０．３以下であり、
   前記絶縁被膜の対数減衰率のピーク温度と硬化開始温度との差が８０℃未満であり、かつ前記ピーク温度の対数減衰率と前記硬化開始温度の対数減衰率との差が０．１以上である、電磁鋼板。
2. 前記絶縁被膜の２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である、請求項１に記載の電磁鋼板。
3. 母材鋼板のいずれか一方又は両方の表面の少なくとも一部が、接着能を有する絶縁被膜により被覆され、
   前記絶縁被膜の対数減衰率のピーク温度と硬化開始温度との差が８０℃未満であり、かつ前記ピーク温度の対数減衰率と前記硬化開始温度の対数減衰率との差が０．１以上である、電磁鋼板。
4. 前記絶縁被膜の２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である、請求項３に記載の電磁鋼板。
5. 母材鋼板のいずれか一方又は両方の表面の少なくとも一部が、接着能を有する絶縁被膜により被覆され、
   前記絶縁被膜の２００～２５０℃の温度範囲の対数減衰率が０．９以下である、電磁鋼板。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の電磁鋼板が複数積層され、互いに接着されている、積層コア。
7. 請求項６に記載の積層コアを備える回転電機。

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