JPWO2020129940A1 - 積層コアおよび回転電機 - Google Patents

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Abstract

この積層コアは、厚さ方向に積層された複数の電磁鋼板を備え、電磁鋼板は、環状のコアバック部と、コアバック部から径方向に向けて突出するとともに、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、複数の電磁鋼板のうち、積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のティース部は積層方向に隣り合うティース部同士の間に設けられる接着部により互いに接着され、積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板のティース部は積層方向に隣り合うティース部同士の間に設けられる接着部により互いに接着され、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のティース部は互いに接着されていない。

Description

本発明は、積層コアおよび回転電機に関する。
本願は、２０１８年１２月１７日に、日本に出願された特願２０１８−２３５８５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来から、下記特許文献１に記載されているような積層コアが知られている。この積層コアでは、積層方向に隣り合う電磁鋼板が接着されている。
日本国特開２０１５−１３６２２８号公報
前記従来の積層コアには、磁気特性を向上させることについて改善の余地がある。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、磁気特性を向上させることを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明の第一の態様は、厚さ方向に積層された複数の電磁鋼板を備える積層コアであって、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径方向に向けて突出するとともに、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、前記複数の電磁鋼板のうち、積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のティース部は積層方向に隣り合うティース部同士の間に設けられる接着部により互いに接着され、積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板のティース部は積層方向に隣り合うティース部同士の間に設けられる接着部により互いに接着され、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のティース部は互いに接着されていない積層コアである。
一般的に、接着剤は硬化時に収縮する。そのため、接着剤の硬化に伴い、電磁鋼板に圧縮応力が付与される。圧縮応力が付与されると、電磁鋼板に歪が生じる。歪が生じると、積層コアの鉄損が大きくなる。この場合、積層コアの磁気特性が低下するおそれがある。
この構成によれば、複数の電磁鋼板のうち、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のティース部は互いに接着されていない。そのため、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のティース部において、歪が生じるのを抑えることができる。よって、積層方向に沿う中央部を含む、全ての電磁鋼板のティース部が接着されている場合に比べて、積層コアの磁気特性を向上させることができる。
一方で、積層コアの積層方向に沿う外側の一方および他方にて、複数の電磁鋼板のティース部が互いに接着されている。そのため、例えば積層コアの積層方向に沿う外側の一方および他方を含む、全ての電磁鋼板のティース部が互いに接着されていない場合に比べて、積層コアの積層方向に沿う外側の一方および他方に位置する電磁鋼板のティース部の浮き上がり（反り）を抑制することができる。従って、積層コアの磁気特性を向上させることができる。
（２）前記（１）に記載の積層コアでは、前記積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板の枚数は、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板の枚数および前記積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板の枚数よりも多くてもよい。
一般的に、接着剤により互いに接着されていないティース部には、接着剤の収縮による歪が生じない。一方で、接着剤により互いに接着されているティース部には、接着剤の収縮による歪が生じる。この構成によれば、歪が生じないティース部の枚数が、積層方向に沿う外側の一方および他方に位置して歪が生じるティース部の枚数よりもそれぞれ多くなる。このため、積層コア全体に生じる歪をより小さくすることができる。
（３）前記（１）または（２）に記載の積層コアでは、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板の枚数と前記積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板の枚数が等しくてもよい。
この構成によれば、積層コアの積層方向に沿う外側の一方の厚さと、積層コアの積層方向に沿う外側の他方の厚さとが、等しくなる。さらに、積層コアの積層方向に沿う外側の一方に生じる歪量と、積層コアの積層方向に沿う外側の他方に生じる歪量とが、等しくなる。これにより、積層コア全体に生じる歪の偏りを抑制することができる。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の積層コアでは、前記積層コアが備える前記複数の電磁鋼板の全枚数に対する、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板の枚数の比は、１％以上１０％以下であってもよい。
この比が１％未満であると、積層方向に沿う外側の一方に位置するティース部を接着する接着部の接着力が低下する。このため、積層コア全体としての形状を保持し難くなる。一方で、この比が１０％を超えると、積層方向に沿う外側の一方に位置するティース部を互いに接着する接着部の接着力が飽和する。この比を１％以上１０％以下にすることで、ティース部の接着に用いる接着部の量を抑えつつ、積層コア全体としての形状を保持することができる。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の積層コアでは、前記接着部は、前記ティース部における接着される面の全面に設けられてもよい。
この構成によれば、接着部によってティース部に生じる歪の偏りを抑制することができる。従って、積層コア全体に生じる歪の偏りを抑制することができる。
（６）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の積層コアでは、前記接着部は、前記ティース部における接着される面の外周縁に設けられてもよい。
この構成によれば、互いに接着される積層方向に隣り合うティース部の外周縁同士が離間するのを抑えることができる。
（７）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の積層コアでは、前記積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板の前記ティース部は、互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていなく、前記積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板の前記コアバック部は、互いに接着されていなく、かつ互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていなくてもよい。
一般的に、ティース部、コアバック部を互いにかしめたり、互いに溶接したりすると、ティース部、コアバック部に層間短絡が生じる。
この構成によれば、ティース部およびコアバック部が互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていないため、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のティース部およびコアバック部に生じる層間短絡を抑えることができる。
さらに、コアバック部が互いに接着されていないため、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のコアバック部に生じる歪を小さくすることができる。
（８）前記（１）〜（７）のいずれかに記載の積層コアでは、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のティース部は、前記積層方向に隣り合うティース部と、互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていなく、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のコアバック部は、前記積層方向に隣り合うコアバック部と、互いに接着されていなく、かつ互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていなくてもよい。
この構成によれば、ティース部およびコアバック部が互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていないため、積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のティース部およびコアバック部に生じる層間短絡を抑えることができる。
さらに、コアバック部が互いに接着されていないため、積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のコアバック部に生じる歪を小さくすることができる。
（９）前記（１）〜（８）のいずれかに記載の積層コアでは、前記接着部の平均厚みが１．０μｍ〜３．０μｍであってもよい。
（１０）前記（１）〜（９）のいずれかに記載の積層コアでは、前記接着部の平均引張弾性率Ｅが１５００ＭＰａ〜４５００ＭＰａであってもよい。
（１１）前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の積層コアでは、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ってもよい。
（１２）本発明の第二の態様は、前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の積層コアを備える回転電機である。
この構成によれば、回転電機の磁気特性を向上することができる。
本発明によれば、磁気特性を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る回転電機の断面図である。 図１に示す回転電機が備えるステータの平面図である。 本発明の一実施形態に係るステータコアの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るステータコアの平面図である。 本発明の一実施形態に係るステータコアの平面図である。
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る積層コアおよび回転電機を説明する。
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を一例に挙げて説明する。交流電動機は、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である。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。
図１および図２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の回転電機が用いられている。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の回転電機が用いられてもよい。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。
ステータ２０は、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（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、軸方向という。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、径方向という。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。
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から径方向に向けて（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。
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。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、各永久磁石３２がロータコア３１に固定されている。なお、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型モータに代えて表面磁石型モータが用いられてもよい。
ステータコア２１およびロータコア３１は、いずれも積層コアである。積層コアは、複数の電磁鋼板４０が積層されることで形成されている。
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。
ステータコア２１およびロータコア３１を形成する各電磁鋼板４０は、例えば、母材となる電磁鋼板を打ち抜き加工すること等により形成される。電磁鋼板４０には、公知の電磁鋼板を用いることができる。電磁鋼板４０の化学組成は、特に限定されない。本実施形態では、電磁鋼板４０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、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｃ ２５５２：２０１４の無方向性電鋼帯を採用することができる。
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。方向性電磁鋼板には、ＪＩＳ Ｃ ２５５３：２０１２の方向性電鋼帯を採用することができる。
電磁鋼板の加工性や、積層コアの鉄損を改善するため、電磁鋼板４０の両面には、絶縁被膜が設けられている。絶縁被膜を構成する物質としては、例えば、（１）無機化合物、（２）有機樹脂、（３）無機化合物と有機樹脂との混合物、などが適用できる。無機化合物としては、例えば、（１）重クロム酸塩とホウ酸の複合物、（２）リン酸塩とシリカの複合物、などが挙げられる。有機樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられる。
互いに積層される電磁鋼板４０間での絶縁性能を確保するために、絶縁被膜の厚さ（電磁鋼板４０片面あたりの厚さ）は０．１μｍ以上とすることが好ましい。
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以下である。絶縁被膜の厚さは、より好ましくは０．１μｍ以上２μｍ以下である。
電磁鋼板４０が薄くなるに連れて、次第に鉄損の改善効果が飽和する。また、電磁鋼板４０が薄くなるに連れて、電磁鋼板４０の製造コストは増す。そのため、鉄損の改善効果および製造コストを考慮すると、電磁鋼板４０の厚さは０．１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
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い。電磁鋼板４０の厚さは、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以下である。各電磁鋼板４０の厚さは、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。
図３に示すように、ステータコア２１を形成する複数の電磁鋼板４０は、厚さ方向に積層されている。厚さ方向は、電磁鋼板４０の厚さ方向である。厚さ方向は、電磁鋼板４０の積層方向に相当する。なお、図３では、便宜上、ティース部２３の図示を省略している。複数の電磁鋼板４０は、中心軸線Ｏに対して同軸に配置されている。電磁鋼板４０は、コアバック部２２と、複数のティース部２３と、を備える。
ステータコア２１において、複数の電磁鋼板４０のうち、積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板（図３において、ステータコア２１の積層方向の上端部（第１端部）７１に位置する電磁鋼板）４０（以下では、第１鋼板集合体７６とも言う）のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３同士の間に設けられる接着部４１（図２に示す）により互いに接着されている。
ステータコア２１の上端部７１に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、接着のみによって固定されている。ステータコア２１の上端部７１に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、他の手段（例えば、かしめ等）によっては固定されていない。すなわち、図２に示すように、ステータコア２１の上端部７１に位置する電磁鋼板４０の表面（第１面）４０ａには、接着部４１が設けられた接着領域と、接着部４１が設けられていない非接着領域とが形成されている。
なお、接着部４１が設けられた電磁鋼板４０の接着領域とは、電磁鋼板４０の第１面４０ａのうち、分断されることなく硬化した接着剤が設けられている領域を意味する。また、接着部４１が設けられていない電磁鋼板４０の非接着領域とは、電磁鋼板４０の第１面４０ａのうち、分断されることなく硬化した接着剤が設けられていない領域を意味する。
また、ステータコア２１において、複数の電磁鋼板４０のうち、積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板（図３において、ステータコア２１の積層方向の下端部（第２端部）７２に位置する電磁鋼板）４０（以下では、第２鋼板集合体７７とも言う）のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３同士の間に設けられる接着部４１により互いに接着されている。
ステータコア２１の下端部７２に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、接着のみによって固定されていて、他の手段（例えば、かしめ等）によっては固定されていない。すなわち、ステータコア２１の下端部７２に位置する電磁鋼板４０の表面（第１面）４０ａには、接着部４１が設けられた接着領域と、接着部４１が設けられていない非接着領域とが形成されている。
さらに、ステータコア２１において、複数の電磁鋼板４０のうち、積層方向に沿う中央部７３に位置する電磁鋼板（図３において、ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板）４０（以下では、第３鋼板集合体７８とも言う）のティース部２３は互いに接着されていない。
図２に示すように、ステータコア２１の上端部７１および下端部７２に位置する電磁鋼板４０（第１鋼板集合体７６のティース部２３、および第２鋼板集合体７７のティース部２３）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、ティース部２３において互いに局所的に接着されている。
ここで、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０同士の間で、分断されることなく硬化した接着剤を、１つの接着部４１と言う。
本実施形態では、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０同士は、電磁鋼板４０を積層方向から見た平面視において、互いに離れた１８か所（１８個のティース部２３）で接着部４１により接着されている。各接着部４１は、平面視において帯状に形成され、ティース部２３の外形に沿って配置されている。
ここで帯状とは、帯の幅が途中で変化する形状も含む。例えば、丸形状の点が分断されることなく一方向に連続する形状も、一方向に延びる帯状に含まれる。
接着部４１は、ティース部２３の接着される表面（面）２３ａにおける中央部に配置されている。接着部４１は、表面２３ａにおけるコアバック部２２に連なる外周縁まで延びている。
ティース部２３を接着部４１により接着することで、ティース部２３をかしめる場合に比べて、接着面積（接合面積）を容易に確保することができる。
ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０の枚数は、２枚以上である。ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０の枚数は、２枚以上である。ステータコア２１の中央部７３を構成する電磁鋼板４０の枚数は、２枚以上である。
ステータコア２１の中央部７３を構成する電磁鋼板４０の枚数は、ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０の枚数およびステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０の枚数よりも多いことが好ましい。
すなわち、ステータコア２１の中央部７３を構成する電磁鋼板４０の枚数は、ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０の枚数よりも多いことが好ましい。そして、ステータコア２１の中央部７３を構成する電磁鋼板４０の枚数は、ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０の枚数よりも多いことが好ましい。
ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０の枚数とステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０の枚数が等しいことが好ましい。
また、ステータコア２１が備える複数の電磁鋼板４０の全枚数（厚さ）に対する、ステータコア２１の積層方向の上端部７１に位置する電磁鋼板４０の枚数の比は、１％以上１０％以下であることが好ましい。この比は、２％以上８％以下であることがより好ましく、５％であることが最も好ましい。ステータコア２１の積層方向の下端部７２に位置する電磁鋼板４０についても、ステータコア２１の積層方向の上端部７１に位置する電磁鋼板４０と同様である。
ステータコア２１の上端部７１および下端部７２において、接着部４１は、図４に示すように、電磁鋼板４０のティース部２３における接着される面（図２に示す表面２３ａ）の全面に設けられることが好ましい。すなわち、ステータコア２１の上端部７１および下端部７２において、電磁鋼板４０のティース部２３の表面２３ａの全面は、接着部４１を介して積層されていることが好ましい。
また、図５に示すように、接着部４１は、ティース部２３の表面２３ａの外周縁に設けられることが好ましい。この例では、接着部４１は、表面２３ａの外周縁の一部には設けられていない。この一部は、この外周縁のうち、コアバック部２２に連なる部分における、この外周縁が延びる方向の中央部である。
接着部４１には、例えば、重合結合による熱硬化型の接着剤などが用いられる。接着剤の組成物としては、（１）アクリル系樹脂、（２）エポキシ系樹脂、（３）アクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂を含んだ組成物などが適用可能である。
接着剤としては、熱硬化型の接着剤の他、ラジカル重合型の接着剤なども使用可能である。生産性の観点からは、常温硬化型（常温接着タイプ）の接着剤が望ましい。常温硬化型の接着剤は、２０℃〜３０℃で硬化する。なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
常温硬化型の接着剤としては、アクリル系接着剤が好ましい。代表的なアクリル系接着剤には、ＳＧＡ（第二世代アクリル系接着剤。Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ａｃｒｙｌｉｃ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）などがある。本発明の効果を損なわない範囲で、嫌気性接着剤、瞬間接着剤、エラストマー含有アクリル系接着剤がいずれも使用可能である。
なお、ここで言う接着剤は硬化前の状態を言う。接着剤は硬化すると、接着部４１となる。
接着部４１の常温（２０℃〜３０℃）における平均引張弾性率Ｅは、１５００ＭＰａ〜４５００ＭＰａの範囲内とされる。接着部４１の平均引張弾性率Ｅは、１５００ＭＰａ未満であると、積層コアの剛性が低下する不具合が生じる。そのため、接着部４１の平均引張弾性率Ｅの下限値は、１５００ＭＰａ、より好ましくは１８００ＭＰａとされる。逆に、接着部４１の平均引張弾性率Ｅが４５００ＭＰａを超えると、電磁鋼板４０の表面に形成された絶縁被膜が剥がれる不具合が生じる。そのため、接着部４１の平均引張弾性率Ｅの上限値は、４５００ＭＰａ、より好ましくは３６５０ＭＰａとされる。
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、積層コアであるステータコア２１全体としての平均値に等しくなる。このため、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ステータコア２１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、ステータコア２１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。
熱硬化型の接着剤を用いた接着方法としては、例えば、電磁鋼板４０に接着剤を塗布した後、加熱および圧着のいずれかまたは両方により接着する方法が採用できる。なお、加熱手段には、例えば、高温槽や電気炉内での加熱、または直接通電する方法等が用いられる。加熱手段は、どのような手段でも良い。
安定して十分な接着強度を得るために、接着部４１の厚さは１μｍ以上とすることが好ましい。
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以下である。接着部４１の厚さは、さらに好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下である。
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、１．０μｍ以上３．０μｍ以下とすることがより好ましい。接着部４１の平均厚みが１．０μｍ未満であると、前述したように十分な接着力を確保できない。そのため、接着部４１の平均厚みの下限値は、１．０μｍ、より好ましくは１．２μｍとされる。逆に、接着部４１の平均厚みが３．０μｍを超えて厚くなると、熱硬化時の収縮による電磁鋼板４０の歪み量が大幅に増えるなどの不具合を生じる。そのため、接着部４１の平均厚みの上限値は、３．０μｍ、より好ましくは２．６μｍとされる。
接着部４１の平均厚みは、ステータコア２１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ステータコア２１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、ステータコア２１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、接着部４１の平均厚みは、例えば、接着剤の塗布量を変えて調整することができる。また、接着部４１の平均引張弾性率Ｅは、例えば、熱硬化型の接着剤の場合には、接着時に加える加熱加圧条件および硬化剤種類の一方もしくは両方を変更すること等により調整することができる。
ステータコア２１の中央部７３を構成する複数の電磁鋼板４０のティース部２３は、互いに接着部４１によって固定されていない（接着されていない）。このティース部２３は、互いにかしめ（ダボ）によっても固定されていない（かしめられていない）。このティース部２３は、互いに溶接によって固定されていない（溶接されていない）。このティース部２３は、接着部４１、かしめ、溶接等のいかなる固定手段によっても、互いに固定されていない。
また、ステータコア２１の中央部７３を構成する複数の電磁鋼板４０のコアバック部２２は、互いに接着部４１によって固定されていない（接着されていない）。このコアバック部２２は、互いにかしめ（ダボ）によっても固定されていない（かしめられていない）。このコアバック部２２は、互いに溶接によって固定されていない（溶接されていない）。このコアバック部２２は、接着部４１、かしめ、溶接等のいかなる固定手段によっても、互いに固定されていない。
ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と、互いにかしめ（ダボ）によって固定されていない（かしめられていない）。このティース部２３は、互いに溶接によって固定されていない（溶接されていない）。
ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２同士の間に設けられる接着部４１により、積層方向に隣り合うコアバック２２部と互いに接着されていてもよい。これらのコアバック部２２同士は、互いに接着されていなくてもよい。また、ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２同士の間で、かしめ（ダボ）によって互いに固定されていてもよい。これらのコアバック部２２同士は、互いにかしめられていなくてもよい。また、ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２同士の間で、溶接によって互いに固定されていてもよい。これらのコアバック部２２同士は、互いに溶接されていなくてもよい。
ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と、互いにかしめ（ダボ）によって固定されていない（かしめられていない）。このティース部２３は、互いに溶接によって固定されていない（溶接されていない）。
ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２同士の間に設けられる接着部４１により互いに接着されていてもよい。これらのコアバック部２２同士は、互いに接着されていなくてもよい。また、ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２同士の間で、かしめ（ダボ）によって互いに固定されていてもよい。これらのコアバック部２２同士は、互いにかしめられていなくてもよい。また、ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２同士の間で、溶接によって互いに固定されていてもよい。これらのコアバック部２２同士は、互いに溶接されていなくてもよい。
なお、本実施形態では、ロータコア３１を形成する複数の電磁鋼板４０は、かしめ４２（ダボ）によって互いに固定されている（図１参照）。しかしながら、ロータコア３１を形成する複数の電磁鋼板４０が、接着部４１を介して積層されていてもよい。
なお、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。
なお、ステータコア２１の積層方向の上端部７１および下端部７２に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３同士の間に設けられる接着部４１により、それぞれが互いに接着されている。このティース部２３は接着部４１により互いに接着されているため、それぞれが一定の形状に保持される。
一方で、ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、一定の形状に保持されたステータコア２１の積層方向の上端部７１および下端部７２に位置する電磁鋼板４０に挟まれている。このため、例えばステータコア２１の軸線が上下方向に沿うように配置されたときに、ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、ステータコア２１の積層方向の上端部７１位置する電磁鋼板４０のティース部２３の重量により下方に押し付けられる。従って、ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、一定の形状に保持される。
以上のように構成されたステータコア２１は、以下のように製造される。
ティース部２３に接着剤を塗布した電磁鋼板４０を所定の枚数積層して、ステータコア２１の積層方向の上端部７１に位置する電磁鋼板４０を構成する。同様に、ティース部２３に接着剤を塗布した電磁鋼板４０を所定の枚数積層して、ステータコア２１の積層方向の下端部７２に位置する電磁鋼板４０を構成する。常温硬化型の接着剤を用いた場合には、接着剤は常温で硬化して接着部４１となる。
接着剤を塗布しない電磁鋼板４０を所定の枚数積層して、ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０を構成する。
ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０を、ステータコア２１の積層方向の上端部７１および下端部７２に位置する電磁鋼板４０で積層方向に挟む。
以上の工程で、ステータコア２１が製造される。
製造したステータコア２１は、例えば図示しない治具によりコアバック部２２を積層方向の両側から挟んで、ステータコア２１の形状をより確実に保持しておくことが好ましい。
治具で形状を保持したステータコア２１のティース部２３に、前記巻き線を巻き回すと、ステータ２０が製造される。ステータ２０から治具を取外しても、巻き線によりステータコア２１の形状がより確実に保持される。
上記回転電機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。
一般的に、接着剤は硬化時に収縮する。そのため、接着剤の硬化に伴い電磁鋼板４０に圧縮応力が付与される。圧縮応力が付与されると、電磁鋼板４０に歪が生じる。歪が生じるとステータコア２１の鉄損が大きくなる。この場合、ステータコア２１としての磁気特性が低下するおそれがある。
以上説明した本実施形態の係るステータコア２１によれば、複数の電磁鋼板４０のうち、積層方向に沿う中央部７３（第３鋼板集合体７８）に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は互いに接着されていない。そのため、積層方向に沿う中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３において、歪が生じるのを抑えることができる。よって、積層方向に沿う中央部を含む、全ての電磁鋼板のティース部が接着されている場合に比べて、ステータコア２１の磁気特性を向上させることができる。
一方で、ステータコア２１の上端部７１（第１鋼板集合体７６）および下端部７２（第２鋼板集合体７７）にて、複数の電磁鋼板４０のティース部２３のみが互いに接着されている。そのため、例えばステータコアの積層方向に沿う外側の一方および他方を含む、全ての電磁鋼板のティース部が互いに接着されていない場合に比べて、ステータコア２１の上端部７１、下端部７２を構成する電磁鋼板４０のティース部２３の浮き上がり（反り）を抑制することができる。従って、ステータコア２１の磁気特性を向上させることができる。
また、複数の電磁鋼板４０のうち、ステータコア２１の上端部７１および下端部７２に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、それぞれ互いに接着される。一方で、複数の電磁鋼板４０のうち、積層方向に沿う中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は互いに接着されていない。これにより、ステータコア２１は積層方向に沿う中央部７３に位置する電磁鋼板４０で積層方向に分離可能であるため、ステータコア２１は一体の構造物とはならない。
一般的に、一体の構造物では、共振周波数が一定の値に決まる。一方で、一体にはならない構造物では、共振周波数が一定の値に決まらず、構造物が共振し難くなる。従って、本実施形態のステータコア２１は、共振抑制効果を発揮することができる。
本実施形態に係るステータコア２１（積層コア）において、ステータコア２１の中央部７３を構成する電磁鋼板４０の枚数が、ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０の枚数よりも多い。さらに、ステータコア２１の中央部７３を構成する電磁鋼板４０の枚数が、ステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０の枚数よりも多い。
一般的に、接着剤により互いに接着されていないティース部には、接着剤の収縮による歪が生じない。一方で、接着剤により互いに接着されているティース部には、接着剤の収縮による歪が生じる。本実施形態に係るステータコア２１では、歪が生じないティース部２３の枚数が、積層方向に沿う上端部７１および下端部７２に位置して歪が生じるティース部２３の枚数よりもそれぞれ多くなる。従って、ステータコア２１全体に生じる歪を小さくすることができる。
本実施形態に係るステータコア２１（積層コア）において、ステータコア２１の上端部７１を構成する電磁鋼板４０の枚数とステータコア２１の下端部７２を構成する電磁鋼板４０の枚数が等しい。従って、ステータコア２１の上端部７１と下端部７２の厚さが、等しくなる。さらに、ステータコア２１の上端部７１と下端部７２に生じる歪量も、等しくなる。これにより、ステータコア２１全体に生じる歪の偏りを抑制することができる。
ステータコア２１が備える複数の電磁鋼板４０の全枚数に対する、ステータコア２１の積層方向の上端部７１に位置する電磁鋼板４０の枚数の比は、１％以上１０％以下である。この比が１％未満であると、ステータコア２１の積層方向の上端部７１のティース部２３を互いに接着する接着部４１の接着力が低下する。このため、ステータコア２１全体としての形状を保持し難くなる。一方で、この比が１０％を超えると、積層方向の上端部７１のティース部２３を互いに接着する接着部４１の接着力が飽和する。この比を１％以上１０％以下にすることで、ティース部２３の接着に用いる接着部４１の量を抑えつつ、ステータコア２１全体としての形状を保持することができる。この比は、２％以上８％以下であることがより好ましい。
本実施形態に係るステータコア２１（積層コア）において、ステータコア２１の上端部７１および下端部７２において、接着部４１を、電磁鋼板４０のティース部２３における接着される面（表面２３ａ）の全面に設ける。これにより、接着部４１によってティース部２３に生じる歪の偏りを抑制することができる。従って、ステータコア２１全体に生じる歪の偏りを抑制することができる。
本実施形態に係るステータコア２１（積層コア）において、ステータコア２１の上端部７１および下端部７２において、接着部４１を、電磁鋼板４０のティース部２３の表面２３ａの外周縁に設ける。従って、互いに接着される積層方向に隣り合うティース部２３の外周縁同士が離間するのを抑えることができる。
一般的に、ティース部、コアバック部を互いにかしめたり、互いに溶接したりすると、ティース部、コアバック部に層間短絡が生じる。
本実施形態に係るステータコア２１（積層コア）において、ステータコア２１の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていない。そして、ステータコア２１の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、互いに接着されていなく、かつ互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていない。
ティース部２３およびコアバック部２２が互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていないため、積層方向に沿う中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３およびコアバック部２２に生じる層間短絡を抑えることができる。
さらに、コアバック部２２が互いに接着されていないため、積層方向に沿う中央部７３に位置する電磁鋼板４０のコアバック部２２に生じる歪を小さくすることができる。
本実施形態に係るステータコア２１（積層コア）において、ステータコア２１の上端部７１にて、電磁鋼板４０のティース部２３は、互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていない。そして、ステータコア２１の上端部７１にて、電磁鋼板４０のコアバック部２２は、互いに接着されていなく、かつ互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていない場合がある。
この場合には、ティース部２３およびコアバック部２２が互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていないため、ステータコア２１の上端部７１にて、ティース部２３およびコアバック部２２に生じる層間短絡を抑えることができる。
さらに、コアバック部２２が互いに接着されていないため、ステータコア２１の上端部７１にて、コアバック部２２に生じる歪を小さくすることができる。
本実施形態に係る回転電機１０は、本実施形態に係るステータコア２１を備えるため、回転電機１０の磁気特性を向上することができる。
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。
例えば、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および内径の寸法、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。
ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と互いにかしめられていてもよい。このティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と互いに溶接されていてもよい。
ステータコア２１の積層方向の中央部７３に位置する電磁鋼板４０のコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２と互いに接着されていてもよい。このコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２と互いにかしめられていてもよい。このコアバック部２２は、積層方向に隣り合うコアバック部２２と互いに溶接されていてもよい。
ステータコア２１の積層方向の上端部７１に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と互いにかしめられていてもよい。このティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と互いに溶接されていてもよい。
ステータコア２１の積層方向の下端部７２に位置する電磁鋼板４０のティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と互いにかしめられていてもよい。このティース部２３は、積層方向に隣り合うティース部２３と互いに溶接されていてもよい。
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ない。回転電機の構造は、更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、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。しかし、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。しかし、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。しかし、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。しかし、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。本発明に係る積層コアは、ロータコアに適用することも可能である。
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る。また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
本発明によれば、磁気特性を向上させた積層コア、およびこの積層コアを備えた回転電機を提供できる。よって、産業上の利用可能性は大である。
１０ 回転電機
２０ ステータ
２１ ステータコア（積層コア）
２２ コアバック部
２３ ティース部
２３ａ 表面（面）
３０ ロータ
３１ ロータコア（積層コア）
３２ 永久磁石
３３ 貫通孔
４０ 電磁鋼板
４１ 接着部
５０ ケース
６０ 回転軸

Claims (12)

  1. 厚さ方向に積層された複数の電磁鋼板を備える積層コアであって、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径方向に向けて突出するとともに、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、
    前記複数の電磁鋼板のうち、積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のティース部は積層方向に隣り合うティース部同士の間に設けられる接着部により互いに接着され、積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板のティース部は積層方向に隣り合うティース部同士の間に設けられる接着部により互いに接着され、積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板のティース部は互いに接着されていない、積層コア。
  2. 前記積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板の枚数は、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板の枚数および前記積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板の枚数よりも多い、請求項１に記載の積層コア。
  3. 前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板の枚数と前記積層方向に沿う外側の他方に位置する電磁鋼板の枚数が等しい、請求項１または２に記載の積層コア。
  4. 前記積層コアが備える前記複数の電磁鋼板の全枚数に対する、前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板の枚数の比は、１％以上１０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層コア。
  5. 前記接着部は、前記ティース部における接着される面の全面に設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層コア。
  6. 前記接着部は、前記ティース部における接着される面の外周縁に設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層コア。
  7. 前記積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板の前記ティース部は、互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていなく、
    前記積層方向に沿う中央部に位置する電磁鋼板の前記コアバック部は、互いに接着されていなく、かつ互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層コア。
  8. 前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のティース部は、前記積層方向に隣り合うティース部と、互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていなく、
    前記積層方向に沿う外側の一方に位置する電磁鋼板のコアバック部は、前記積層方向に隣り合うコアバック部と、互いに接着されていなく、かつ互いにかしめられていなく、かつ互いに溶接されていない、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層コア。
  9. 前記接着部の平均厚みが１．０μｍ〜３．０μｍである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の積層コア。
  10. 前記接着部の平均引張弾性率Ｅが１５００ＭＰａ〜４５００ＭＰａである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の積層コア。
  11. 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１〜１０のいずれか１項に記載の積層コア。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の積層コアを備える、回転電機。
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