JP7406061B2 - 積層コアおよびその製造方法、回転電機 - Google Patents
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Description
[1]互いに積層された複数の電磁鋼板を備え、
積層方向に隣り合う全ての組の電磁鋼板同士が固定された積層コアであって、
電磁鋼板同士がかしめられ接着されていない第1の組と、電磁鋼板同士が接着されかしめられていない第2の組と、を含み、
前記第1の組と前記第2の組との境界部分における電磁鋼板同士は、SP値が7.8~10.7(cal/cm3)1/2である接着剤で接着され、互いにかしめられておらず、
前記境界部分で前記電磁鋼板同士を接着する前記接着剤からなる接着部が、平面視で前記境界部分における前記第1の組の電磁鋼板のかしめと同一円周上に点状に設けられ、
前記第2の組における前記電磁鋼板の枚数が、前記第1の組における前記電磁鋼板の枚数よりも多い、
積層コア。
[2]前記境界部分において、前記第1の組の電磁鋼板のかしめ用凸部の先端が、前記第2の組の電磁鋼板の前記かしめ用凸部側の面に前記接着剤で接着されている、[1]に記載の積層コア。
[3]前記境界部分において、前記第1の組の電磁鋼板のかしめ以外の部分の少なくとも一部が、前記第2の組の電磁鋼板の前記かしめ側の面に前記接着剤で接着されている、[1]に記載の積層コア。
[4]前記境界部分における前記接着剤からなる接着部の積層方向の厚さが、前記かしめのかしめ用凸部の高さと同じである、[3]に記載の積層コア。
[5]前記電磁鋼板の打ち抜き加工に使用される打ち抜き油のSP値と前記接着剤のSP値との差の絶対値が0.1~2.3(cal/cm3)1/2である、[1]~[4]のいずれかに記載の積層コア。
[6]前記第2の組の電磁鋼板同士が、SP値が7.8~10.7(cal/cm3)1/2である接着剤で接着されている、[1]~[5]のいずれかに記載の積層コア。
[7]前記電磁鋼板は、環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の内側に突出するとともに前記コアバック部の周方向に間隔をあけて配置された複数のティース部と、を備え、前記第1の組の電磁鋼板のかしめとして、前記コアバック部に設けられた第1かしめと、前記ティース部に設けられた第2かしめと、が形成されている[1]~[6]のいずれかに記載の積層コア。
[8][1]~[7]のいずれかに記載の積層コアを備える回転電機。
[9][1]に記載の積層コアの製造方法であって、
前記第1の組の電磁鋼板と、前記第2の組の電磁鋼板のいずれか一方または両方に、SP値が7.8~10.7(cal/cm3)1/2である接着剤を塗布し、硬化させてそれら電磁鋼板同士を接着する、積層コアの製造方法。
[10]前記第1の組の電磁鋼板のかしめ以外の部分の少なくとも一部に、前記かしめのかしめ用凸部の高さよりも厚くなるように前記接着剤を塗布し、
前記第2の組の電磁鋼板に前記かしめ用凸部の先端が接した状態で前記接着剤を硬化させて、前記かしめのかしめ用凸部の高さと同じ厚さの接着部によってそれらの電磁鋼板同士を接着する、[9]に記載の積層コアの製造方法。
[11]打ち抜き油を用いた打ち抜き加工によって前記電磁鋼板を製造し、
前記打ち抜き油のSP値と前記接着剤のSP値との差の絶対値を0.1~2.3(cal/cm3)1/2とする、[9]または[10]に記載の積層コアの製造方法。
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、例えば極数やスロット数、相数などは適宜変更することができる。なおこの回転電機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)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。なお、複数のティース部23の形状、大きさは同等でなくてもよい。
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。
なおステータコア21およびロータコア31それぞれの積厚は、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、およびロータコア31の積厚、外径や内径はこれらの値に限られない。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の先端部を基準としている。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。
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占積率が低下し、積層コアとしての性能が低下する。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のプレスによる打ち抜き加工が困難になる。そのため、電磁鋼板40の打ち抜き加工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または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。
本発明において、積層コアに含まれる第1の組は、1つであってもよく、2つ以上であってもよい。積層コアに含まれる第2の組は、1つであってもよく、2つ以上であってもよい。
境界部分M1,M2における電磁鋼板40同士は、互いに局所的に接着されている。
接着部50,52は、分断されることなく硬化した一連の接着剤(X)である。
本発明では、このように境界部分で電磁鋼板同士を接着する接着剤(X)からなる接着部が、平面視で境界部分のかしめと同一円周上に点状に設けられていることが好ましい。これにより、境界部分における電磁鋼板同士の接着強度が十分に高くなり、また磁気特性が向上する。
接着部54,56は、分断されることなく硬化した一連の接着剤(X)である。
接着部58,60は、分断されることなく硬化した一連の接着剤(X)である。
電磁鋼板の打ち抜き加工には打ち抜き油が用いられるため、積層時の電磁鋼板40の積層面には打ち抜き油が残存している。電磁鋼板40の積層面に残存する打ち抜き油は、電磁鋼板の積層面と接着剤との間に介在するため、接着剤による電磁鋼板40同士の接着を阻害する傾向がある。境界部分M1や境界部分M2、特に境界部分M1においては、接着剤による電磁鋼板40同士の接着が難しくなる傾向が高い。また、打ち抜き油は、製造時に接着剤の中に吸収拡散される。
接着剤(X)のSP値は、油面接着性が向上する点から、7.8~10.0(cal/cm3)1/2が好ましく、8.1~8.7(cal/cm3)1/2がより好ましい。
これらの観点から、打ち抜き加工に用いられる打ち抜き油のSP値(δoil)と接着剤(X)のSP値(δX)との差の絶対値(|δoil-δX|)は、0.1~2.3(cal/cm3)1/2が好ましく、0.3~1.0(cal/cm3)1/2がより好ましい。|δoil-δX|が前記範囲内であれば、境界部分M1,M2において電磁鋼板40同士の接着強度がさらに向上し、積層コアの信頼性が向上する。
アクリル樹脂系接着剤は、エポキシ樹脂及び硬化剤をさらに含むことが好ましい。
なお、エポキシ樹脂のTgは、JISK7121-1987に準じ、示差走査熱量測定(DSC)法で測定した中間点ガラス転移温度である。
なお、エポキシ樹脂のMnは、標準物質としてポリスチレンを用い、JIS K7252-1:2008に記載のサイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size-Exclusion Chromatography)により測定できる。
芳香族ポリアミンとしては、例えば、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、メタフェニレンジアミン(MPDA)、ジアミノジフェニルスルフォン(DDS)を例示できる。
酸無水物としては、例えば、フタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、4-メチルヘキサヒドロフタル酸無水物を例示できる。
接着剤にアクリル樹脂を用いる場合、硬化前の接着剤においては、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。
なお、アクリル樹脂のMnは、エポキシ樹脂のMnと同様の方法で測定できる。
エラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムが挙げられ、合成ゴムが好ましい。エポキシ樹脂系接着剤に含まれるエラストマーは、1種でもよく、2種以上でもよい。
ポリブタジエン系合成ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリイソブチレン(ブチルゴム、IIR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)を例示できる。ニトリル系合成ゴムとしては、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、アクリルゴム(ACM)を例示できる。クロロプレン系合成ゴムとしては、クロロプレンゴム(CR)を例示できる。
接着部50の常温引張弾性率は、1500~5000MPaが好ましく、1500~4000MPaがより好ましい。常温引張弾性率が前記範囲の下限値以上であれば、積層コアの鉄損特性に優れる。常温引張弾性率が前記範囲の上限値以下であれば、積層コアの結合強度が優れる。
なお、常温引張弾性率は、共振法により25℃で測定した値である。具体的には、JIS R 1602:1995に準拠して引張弾性率を測定する。
なお、150℃での引張弾性率は、共振法により150℃で測定した値である。150℃の引張弾性率は、測定温度以外は常温引張弾性率と同じ方法で測定される。
接着部52,54,56,58,60の常温引張弾性率、および150℃での引張弾性率についても、接着部50と同様の範囲が好ましい。
平均直径は、電磁鋼板40同士を剥離した接着部の接着剤跡の直径を定規により測定することで求められる。接着剤跡の平面視形状が真円でない場合、その直径は平面視での接着剤跡の外接円(真円)の直径とする。
図9に示すように、接着部41によって接着された積層方向に隣り合う電磁鋼板40同士は、互いに全面接着されていない。これらの電磁鋼板40同士は、互いに局所的に接着されている。
第2の接着部41bは、電磁鋼板40の内周縁に沿って配置されている。第2の接着部41bは、周方向の全周にわたって連続して延びている。
ティース部分44は、周方向に間隔をあけて配置され径方向に沿って延びる一対の第1部分44aと、一対の第1部分44a同士を周方向に連結する第2部分44bと、を備えている。第1部分44aは、径方向に帯状に延びている。第2部分44bは、周方向に帯状に延びている。
以下、本発明の一実施形態に係る積層コアの製造方法について説明する。本発明の積層コアは、第1の組の電磁鋼板と第2の組の電磁鋼板のいずれか一方または両方に接着剤(X)を塗布し、硬化させてそれら電磁鋼板同士を接着する以外は、公知の方法で製造できる。
電磁鋼板40は、コイル(フープ)から電磁鋼板所定の方向に向かって送り出しつつ、打ち抜き油を用いた複数回の打ち抜きを行うことで製造できる。
第1かしめC1および第2かしめC2を有するN2枚の電磁鋼板40同士をかしめによって接合して積層する。境界部分M1において、N2枚の電磁鋼板40同士がかしめられ接着されていない第1の組の最も上の電磁鋼板40の第1かしめ用凸部C11の先端および第2かしめ用凸部C21の先端に接着剤(X)を塗布するか、図6に例示したパターンで接着剤(X)を塗布した後、かしめを有しない電磁鋼板40を重ねて圧着する。接着剤(X)が加熱硬化型である場合は、150~160℃に加熱し、硬化を促進する。
以上の工程により、ステータコア21が完成する。
接着剤(X)からなる接着部は点状でなくてもよい。例えば、境界部分において、接着剤(X)からなる接着部が図9の接着部41のような態様で形成されていてもよい。
前記実施形態では、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。
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。
[製造例1]
イソブチルメタクリレート80質量部とポリメチルメタクリレート20質量部とを混合してSP値が7.5(cal/cm3)1/2である接着剤(Y-1)を調製した。
エピクロルヒドリンとビスフェノールFとを重合して得られたビスフェノールF型エポキシ樹脂(Tg:130℃)100質量部と、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂25質量部とを混合してSP値が7.9(cal/cm3)1/2である接着剤(X-1)を調製した。
エピクロルヒドリンとビスフェノールFとを重合して得られたビスフェノールF型エポキシ樹脂(Tg:130℃)100質量部と、有機リン化合物としてヘキサメチルリン酸トリアミド25質量部とを混合してSP値が8.5(cal/cm3)1/2である接着剤(X-2)を調製した。
メチルメタクリレート60質量部と、シクロヘキシルメタクリレート40質量部とを混合してSP値が10.2(cal/cm3)1/2である接着剤(X-3)を調製した。
エピクロルヒドリンとビスフェノールFとを重合して得られたビスフェノールF型エポキシ樹脂(Tg:130℃)100質量部と、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂3質量部と、エラストマーとしてEPDM1質量部とを混合してSP値が10.8(cal/cm3)1/2である接着剤(Y-2)を調製した。
Si:3.0質量%、Al:0.5質量%、Mn:0.1質量%を含有する無方向性電磁鋼板用の組成を有する厚み0.3mmの鋼板から矩形状の鋼板(幅25mm×長さ100mm)を2枚切り出した。2枚の鋼板のうちの一方にはかしめ(縦3.0mm×横2.0mm×高さ0.25mm)を形成して第1の試験用鋼板とし、他方はかしめを形成せずに第2の試験用鋼板とした。
第1の試験用鋼板のかしめ用凸部が形成された側の表面と、第2の試験用鋼板の第1の試験用鋼板側に向けられる面の全体に、打ち抜き油(SP値:7.7(cal/cm3)1/2)を、それぞれ塗布量が50mg/m2となるように塗布した。
第1の試験用鋼板のかしめ用凸部以外の部分に接着剤(Y-1)を厚さが0.27mmとなるように塗布し、第2の試験用鋼板の油面同士が向き合うように重ねた。それらを温度150℃、圧力100Paの条件で加熱圧着し、第1の試験用鋼板のかしめ用凸部の先端が第2の試験用鋼板に接している状態で接着剤(Y-1)を硬化させて試験片を得た。
接着剤(Y-1)の代わりに接着剤(X-1)~接着剤(X-3)、接着剤(Y-2)を用いる以外は、例1と同様にして試験片を得た。
第1の試験用鋼板のかしめ用凸部の先端面に接着剤(X-1)を塗布量が1g/m2となるように塗布する以外は、例1と同様にして試験片を得た。
接着剤(Y-1)の代わりに接着剤(X-1)~接着剤(X-3)、接着剤(Y-2)を用いる以外は、例6と同様にして試験片を得た。
各例の試験片について、JIS K6850:1999に準じて接着強度(剥離強度)を測定した。引張試験環境は常温(25℃)とした。試験速度は3mm/分とした。接着強度は以下の基準で評価した。
◎:100kgf/cm2以上。
〇:50kgf/cm2以上100kgf/cm2未満。
△:10kgf/cm2以上50kgf/cm2未満。
×:10kgf/cm2未満。
Si:3.0質量%、Al:0.5質量%、Mn:0.1質量%を含有する無方向性電磁鋼板用の組成を有する厚み0.3mmの鋼板から、打ち抜き油(SP値:7.7(cal/cm3)1/2)を用いた打ち抜き加工によって、図4のような第1かしめC1及び第2かしめC2を有する電磁鋼板40と、図2のようなかしめのない電磁鋼板40を得た。
第1かしめC1及び第2かしめC2を有する電磁鋼板40のかしめ用凸部側の面に、図6に示すように接着剤(X-2)を塗布量が1g/m2となるように塗布し、かしめのない電磁鋼板40を重ねた。それらを温度150℃、圧力100Paの条件で加熱圧着し、接着剤(X-2)を硬化させて試験片を得た。
第1かしめC1及び第2かしめC2を有する電磁鋼板40のかしめ用凸部側の面に、図10に示すように接着剤(X-2)を塗布した以外は、例12と同様にして試験片を得た。
Claims (11)
- 互いに積層された複数の電磁鋼板を備え、
積層方向に隣り合う全ての組の電磁鋼板同士が固定された積層コアであって、
電磁鋼板同士がかしめられ接着されていない第1の組と、電磁鋼板同士が接着されかしめられていない第2の組と、を含み、
前記第1の組と前記第2の組との境界部分における電磁鋼板同士は、SP値が7.8~10.7(cal/cm3)1/2である接着剤で接着され、互いにかしめられておらず、
前記境界部分で前記電磁鋼板同士を接着する前記接着剤からなる接着部が、平面視で前記境界部分における前記第1の組の電磁鋼板のかしめと同一円周上に点状に設けられ、
前記第2の組における前記電磁鋼板の枚数が、前記第1の組における前記電磁鋼板の枚数よりも多い、積層コア。 - 前記境界部分において、前記第1の組の電磁鋼板のかしめ用凸部の先端が、前記第2の組の電磁鋼板の前記かしめ用凸部側の面に前記接着剤で接着されている、請求項1に記載の積層コア。
- 前記境界部分において、前記第1の組の電磁鋼板のかしめ以外の部分の少なくとも一部が、前記第2の組の電磁鋼板の前記かしめ側の面に前記接着剤で接着されている、請求項1に記載の積層コア。
- 前記境界部分における前記接着剤からなる接着部の積層方向の厚さが、前記かしめのかしめ用凸部の高さと同じである、請求項3に記載の積層コア。
- 前記電磁鋼板の打ち抜き加工に使用される打ち抜き油のSP値と前記接着剤のSP値との差の絶対値が0.1~2.3(cal/cm3)1/2である、請求項1~4のいずれか一項に記載の積層コア。
- 前記第2の組の電磁鋼板同士が、SP値が7.8~10.7(cal/cm3)1/2である接着剤で接着されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の積層コア。
- 前記電磁鋼板は、環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の内側に突出するとともに前記コアバック部の周方向に間隔をあけて配置された複数のティース部と、を備え、
前記第1の組の電磁鋼板のかしめとして、前記コアバック部に設けられた第1かしめと、前記ティース部に設けられた第2かしめと、が形成されている請求項1~6のいずれか一項に記載の積層コア。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の積層コアを備える回転電機。
- 請求項1に記載の積層コアの製造方法であって、
前記第1の組の電磁鋼板と、前記第2の組の電磁鋼板のいずれか一方または両方に、SP値が7.8~10.7(cal/cm3)1/2である接着剤を塗布し、硬化させてそれら電磁鋼板同士を接着する、積層コアの製造方法。 - 前記第1の組の電磁鋼板のかしめ以外の部分の少なくとも一部に、前記かしめのかしめ用凸部の高さよりも厚くなるように前記接着剤を塗布し、
前記第2の組の電磁鋼板に前記かしめ用凸部の先端が接した状態で前記接着剤を硬化させて、前記かしめのかしめ用凸部の高さと同じ厚さの接着部によってそれらの電磁鋼板同士を接着する、請求項9に記載の積層コアの製造方法。 - 打ち抜き油を用いた打ち抜き加工によって前記電磁鋼板を製造し、
前記打ち抜き油のSP値と前記接着剤のSP値との差の絶対値を0.1~2.3(cal/cm3)1/2とする、請求項9または10に記載の積層コアの製造方法。
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