KR102607691B1 - 스테이터용 접착 적층 코어 및 회전 전기 기계 - Google Patents
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Abstract
표면에 인산염계의 절연 피막을 갖고, 또한 동축으로 중첩된 복수의 전자기 강판과, 상기 각 전자기 강판간에 마련된 접착부를 구비하는 스테이터용 접착 적층 코어이며, 상기 절연 피막의 평균 두께가 0.3㎛ 내지 1.2㎛이고, 상기 접착부의 평균 두께가 1.0㎛ 내지 3.0㎛이며, 상기 절연 피막의 평균 두께를 단위 ㎛로 t1, 상기 접착부의 평균 두께를 단위 ㎛로 t2로 한 경우에, 하기의 식 1을 충족한다.
Description
본 발명은 스테이터용 접착 적층 코어 및 회전 전기 기계에 관한 것이다.
본원은, 2018년 12월 17일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2018-235864호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그의 내용을 여기에 원용한다.
종래부터, 하기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 적층 코어가 알려져 있다. 하기 특허문헌 1에는, 회전자의 내부에 동축 배치된 고정자를 구비하는 다이렉트 드라이브 모터가 개시되어 있다. 그리고, 고정자측의 전자기 강판에 절연 코팅 및 접착 코팅이 형성되어 있다. 절연 코팅은 0.80㎛보다 얇으면 충분한 절연 능력이 얻어지지 않고, 또한 1.20㎛보다 두꺼우면 여자 효율이 좋지 않다고 기재되어 있다. 한편, 접착 코팅은 1.80㎛보다 얇으면 충분한 접착 능력이 얻어지지 않고, 2.20㎛보다 두꺼우면 여자 효율이 좋지 않다고 기재되어 있다.
접착제를 얇게 도포하여 접착부를 얇게 하면, 적층 코어에서 차지하는 전자기 강판의 비율이 높아진다. 그러나, 상기 특허문헌 1에도 기재된 바와 같이, 접착부가 너무 얇으면 접착 강도가 낮아진다. 그래서, 접착 강도를 확보한 후에 유연한 접착제를 사용하여 유연한 접착부를 형성하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이 경우, 접착제가 경화되어 수축할 때 부여하는 힘에 의해 절연 피막에 응력 집중이 생기고, 전자기 강판으로부터 박리되기 쉬워진다. 상기 특허문헌 1에 개시된 기술은 이러한 과제를 인식하고 있지 않으며, 당연히 해결도 할 수 없다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 절연 피막의 박리 방지, 및 접착부가 전자기 강판에 부여하는 응력에 의한 자기 특성 저하의 억제를 양립시킬 수 있는 스테이터용 접착 적층 코어와, 이 스테이터용 접착 적층 코어를 구비한 회전 전기 기계의 제공을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용하고 있다.
(1) 본 발명의 일 양태는, 표면에 인산염계의 절연 피막을 갖고, 또한 동축으로 중첩된 복수의 전자기 강판과, 상기 각 전자기 강판간에 마련된 접착부를 구비하는 스테이터용 접착 적층 코어이며, 상기 절연 피막의 평균 두께가 0.3㎛ 내지 1.2㎛이고, 상기 접착부의 평균 두께가 1.0㎛ 내지 3.0㎛이며, 상기 절연 피막의 평균 두께를 단위 ㎛로 t1, 상기 접착부의 평균 두께를 단위 ㎛로 t2로 한 경우에, 하기의 식 1을 충족한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 양태에 있어서 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 평균 두께 t1이 0.7㎛ 내지 0.9㎛이며, 상기 평균 두께 t2가 1.2㎛ 내지 2.6㎛이다.
(3) 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 양태에 있어서, 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 접착부의 평균 인장 탄성률 E가 1500MPa 내지 4500MPa이며, 상기 평균 인장 탄성률 E(MPa)와 상기 절연 피막의 평균 두께 t1(㎛)이 하기의 식 2를 충족한다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 양태에 있어서, 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 평균 인장 탄성률 E가 1800MPa 내지 3650MPa이며; 상기 평균 두께 t1이 0.7㎛ 내지 0.9㎛이다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 양태에 있어서, 상기 접착부가, 엘라스토머 함유 아크릴계 접착제를 포함하는 SGA를 포함하는 상온 경화형의 아크릴계 접착제여도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 양태에 있어서, 상기 전자기 강판의 평균 판 두께가 0.15㎜ 내지 0.35㎜여도 된다.
(7) 본 발명의 일 양태에 관한 회전 전기 기계는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 스테이터용 접착 적층 코어를 구비한다.
본 발명의 상기 각 양태에 의하면, 절연 피막의 박리 방지, 및 접착부가 전자기 강판에 부여하는 응력에 의한 자기 특성 저하의 억제를 양립시킬 수 있는 스테이터용 접착 적층 코어와, 이 스테이터용 접착 적층 코어를 구비한 회전 전기 기계를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 스테이터용 접착 적층 코어를 구비한 회전 전기 기계의 단면도이다.
도 2는 동 스테이터용 적층 코어의 측면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이며, 동 스테이터용 접착 적층 코어에 있어서의 접착부의 형성 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 4는 스테이터용 접착 적층 코어의 실시예를 제조하기 위해 사용한 제조 장치의 측면도이다.
도 5는 동 실시예에 있어서의 절연 피막의 평균 두께 t1과 접착부의 평균 두께 t2의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 동 실시예에 있어서의 절연 피막의 평균 두께 t1과 접착부의 평균 인장 탄성률 E의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 동 스테이터용 적층 코어의 측면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이며, 동 스테이터용 접착 적층 코어에 있어서의 접착부의 형성 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 4는 스테이터용 접착 적층 코어의 실시예를 제조하기 위해 사용한 제조 장치의 측면도이다.
도 5는 동 실시예에 있어서의 절연 피막의 평균 두께 t1과 접착부의 평균 두께 t2의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 동 실시예에 있어서의 절연 피막의 평균 두께 t1과 접착부의 평균 인장 탄성률 E의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 스테이터용 접착 적층 코어와, 이 스테이터용 접착 적층 코어를 구비한 회전 전기 기계에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 회전 전기 기계로서 전동기, 구체적으로는 교류 전동기, 더 구체적으로는 동기 전동기, 한층 더 구체적으로는 영구 자석계자형 전동기를 일례로 들어 설명한다. 이러한 종류의 전동기는 예를 들어 전기 자동차 등에 적절하게 채용된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 전기 기계(10)는 스테이터(20)와, 로터(30)와, 케이스(50)와, 회전축(60)을 구비한다. 스테이터(20) 및 로터(30)는 케이스(50) 내에 수용된다. 스테이터(20)는 케이스(50) 내에 고정된다.
본 실시 형태에서는, 회전 전기 기계(10)로서, 로터(30)가 스테이터(20)의 직경 방향 내측에 위치하는 이너 로터형을 채용하고 있다. 그러나, 회전 전기 기계(10)로서, 로터(30)가 스테이터(20)의 외측에 위치하는 아우터 로터형을 채용해도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 회전 전기 기계(10)가 12극 18슬롯의 3상 교류 모터이다. 그러나, 극수, 슬롯수, 상수 등은 적절하게 변경할 수 있다.
회전 전기 기계(10)는, 예를 들어 각 상에 실효값(10A), 주파수 100Hz의 여자 전류를 인가함으로써 회전수 1000rpm으로 회전할 수 있다.
스테이터(20)는 스테이터용 접착 적층 코어(이하, 스테이터 코어)(21)와, 도시하지 않은 권선을 구비한다.
스테이터 코어(21)는 환상의 코어 백부(22)와, 복수의 티스부(23)를 구비한다. 이하에서는, 스테이터 코어(21)(또는 코어 백부(22))의 중심 축선 O 방향을 축 방향이라 하고, 스테이터 코어(21)(또는 코어 백부(22))의 직경 방향(중심 축선 O에 직교하는 방향)을 직경 방향이라 하고, 스테이터 코어(21)(또는 코어 백부(22))의 둘레 방향(중심 축선 O 주위를 주회하는 방향)을 둘레 방향이라고 한다.
코어 백부(22)는, 스테이터(20)를 축 방향으로부터 본 평면 보기에 있어서 원환상으로 형성되어 있다.
복수의 티스부(23)는, 코어 백부(22)의 내주로부터 직경 방향 내측을 향하여(직경 방향을 따라 코어 백부(22)의 중심 축선 O를 향해) 돌출된다. 복수의 티스부(23)는 둘레 방향으로 동등한 각도 간격을 두고 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 중심 축선 O를 중심으로 하는 중심각 20도 간격으로 18개의 티스부(23)가 마련되어 있다. 복수의 티스부(23)는 서로 동등한 형상이고, 또한 동등한 크기로 형성되어 있다. 따라서, 복수의 티스부(23)는 서로 동일한 두께 치수를 갖고 있다.
상기 권선은 티스부(23)에 권회되어 있다. 상기 권선은 집중 권회되어 있어도 되며, 분포 권회되어 있어도 된다.
로터(30)는 스테이터(20)(스테이터 코어(21))에 대해 직경 방향의 내측에 배치되어 있다. 로터(30)는 로터 코어(31)와, 복수의 영구 자석(32)을 구비한다.
로터 코어(31)는 스테이터(20)와 동축에 배치되는 환상(원환상)으로 형성되어 있다. 로터 코어(31) 내에는, 상기 회전축(60)이 배치되어 있다. 회전축(60)은 로터 코어(31)에 고정되어 있다.
복수의 영구 자석(32)은 로터 코어(31)에 고정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개 1조의 영구 자석(32)이 하나의 자극을 형성하고 있다. 복수조의 영구 자석(32)은 둘레 방향으로 동등한 각도 간격을 두고 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 중심 축선 O를 중심으로 하는 중심각 30도 간격으로 12조(전체적으로는 24개)의 영구 자석(32)이 마련되어 있다.
본 실시 형태에서는, 영구 자석계자형 전동기로서 매립 자석형 모터가 채용되어 있다. 로터 코어(31)에는, 로터 코어(31)를 축 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(33)이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍(33)은 복수의 영구 자석(32)의 배치에 대응하여 마련되어 있다. 각 영구 자석(32)은, 대응하는 관통 구멍(33) 내에 배치된 상태로 로터 코어(31)에 고정되어 있다. 각 영구 자석(32)의 로터 코어(31)로의 고정은, 예를 들어 영구 자석(32)의 외면과 관통 구멍(33)의 내면을 접착제에 의해 접착하는 것 등에 의해 실현할 수 있다. 또한, 영구 자석계자형 전동기로서, 매립 자석형 대신에 표면 자석형 모터를 채용해도 된다.
스테이터 코어(21) 및 로터 코어(31)는 모두 적층 코어이다. 예를 들어 스테이터 코어(21)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 전자기 강판(40)이 적층 방향으로 적층됨으로써 형성되어 있다.
또한, 스테이터 코어(21) 및 로터 코어(31) 각각의 적층 두께(중심 축선 O에 따른 전체 길이)는 예를 들어 50.0㎜로 된다. 스테이터 코어(21)의 외경은 예를 들어 250.0㎜로 된다. 스테이터 코어(21)의 내경은 예를 들어 165.0㎜로 된다. 로터 코어(31)의 외경은 예를 들어 163.0㎜로 된다. 로터 코어(31)의 내경은 예를 들어 30.0㎜로 된다. 단, 이들 값은 일례이며, 스테이터 코어(21)의 적층 두께, 외경이나 내경, 및 로터 코어(31)의 적층 두께, 외경이나 내경은 이들 값으로만 한정되지 않는다. 여기서, 스테이터 코어(21)의 내경은 스테이터 코어(21)에 있어서의 티스부(23)의 선단부를 기준으로 한다. 즉, 스테이터 코어(21)의 내경은 모든 티스부(23)의 선단부에 내접하는 가상원의 직경이다.
스테이터 코어(21) 및 로터 코어(31)를 형성하는 각 전자기 강판(40)은, 예를 들어 모재가 되는 전자기 강판을 펀칭 가공하는 것 등에 의해 형성된다. 전자기 강판(40)으로서는 공지된 전자기 강판을 사용할 수 있다. 전자기 강판(40)의 화학 조성은 이하에 질량％ 단위로 나타내는 바와 같이, 질량％로 2.5％ 내지 3.9％의 Si를 함유한다. 화학 조성을 이 범위로 함으로써, 각 전자기 강판(40)의 항복 강도를 380MPa 이상 540MPa 이하로 설정할 수 있다.
Si: 2.5％ 내지 3.9％
Al: 0.001％ 내지 3.0％
Mn: 0.05％ 내지 5.0％
잔부: Fe 및 불순물
본 실시 형태에서는, 전자기 강판(40)으로서 무방향성 전자기 강판을 채용하고 있다. 무방향성 전자기 강판으로서는, JISC2552:2014의 무방향성 전강대(電鋼帶)를 채용할 수 있다. 그러나, 전자기 강판(40)으로서 무방향성 전자기 강판 대신에 방향성 전자기 강판을 채용해도 된다. 이 경우의 방향성 전자기 강판으로서는, JISC2553:2012의 방향성 전강대를 채용할 수 있다.
스테이터 코어(21)(이하, 단순히 「적층 코어」라고 하는 경우가 있음)의 가공성이나, 적층 코어의 철손을 개선하기 위해, 전자기 강판(40)의 양면은 인산염계의 절연 피막으로 피복되어 있다. 절연 피막을 구성하는 물질로서는, 예를 들어 (1) 무기 화합물, (2) 유기 수지, (3) 무기 화합물과 유기 수지의 혼합물 등을 채용할 수 있다. 무기 화합물로서는, 예를 들어 (1) 중크롬산염과 붕산의 복합물, (2) 인산염과 실리카의 복합물 등을 들 수 있다. 유기 수지로서는, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴스티렌계 수지, 폴리에스테르계 수지, 실리콘계 수지, 불소계 수지 등을 들 수 있다.
서로 적층되는 전자기 강판(40) 사이에서의 절연 성능을 확보하기 위해, 절연 피막의 평균 두께 t1(전자기 강판(40) 편면당의 평균 두께)의 하한값으로서는 0.3㎛, 보다 바람직하게는 0.7㎛로 하는 것이 좋다.
한편, 절연 피막이 두꺼워짐에 따라 절연 효과가 포화된다. 또한, 절연 피막이 두꺼워짐에 따라, 적층 코어에 있어서 전자기 강판(40)이 차지하는 비율이 저하되고, 적층 코어로서의 성능이 저하된다. 따라서, 절연 피막은 절연 성능을 확보할 수 있는 범위에서 얇은 쪽이 좋다. 절연 피막의 평균 두께(전자기 강판(40) 편면당의 두께)의 상한값으로서는 1.2㎛, 보다 바람직하게는 0.9㎛로 하는 것이 좋다.
절연 피막의 평균 두께 t1은 적층 코어 전체로서의 평균값이다. 절연 피막의 두께는 그의 적층 방향에 따른 적층 위치나 적층 코어의 중심 축선 주위의 둘레 방향 위치에서 거의 변하지 않도록 만들어 넣어지고 있다. 그 때문에 절연 피막의 평균 두께 t1은, 적층 코어의 상단 위치에서 측정한 수치로써 그 값으로 할 수 있다.
전자기 강판(40)의 판 두께가 얇아짐에 따라, 점차 적층 코어에 있어서의 전자기 강판(40)이 차지하는 비율이 저하된다. 또한, 전자기 강판(40)이 얇아짐에 따라 전자기 강판(40)의 제조 비용은 증가한다. 그 때문에, 적층 코어에 있어서 전자기 강판(40)이 차지하는 비율의 저하 및 제조 비용을 고려하면 전자기 강판(40)의 평균 판 두께의 하한값은 0.15㎜, 보다 바람직하게는 0.18㎜가 된다.
한편 전자기 강판(40)이 너무 두꺼우면 제조 비용은 양호해지지만, 와전류 손이 증가하여 코어 철손이 열화된다. 그 때문에, 코어 철손과 제조 비용을 고려하면, 전자기 강판(40)의 평균 판 두께의 상한값은 0.35㎜, 보다 바람직하게는 0.30㎜가 된다.
전자기 강판(40)의 평균 판 두께의 상기 범위를 충족하는 것으로서, 0.20㎜를 예시할 수 있다. 또한, 전자기 강판(40)의 평균 판 두께에는 절연 피막의 두께도 포함된다.
스테이터 코어(21)를 형성하는 복수의 전자기 강판(40)은 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수의 점 형상으로 배치된 접착부(41)를 통하여 적층되어 있다. 각 접착부(41) 각각은 분단되지 않고 경화된 접착제이다. 접착부(41)의 형성에는, 예를 들어 중합 결합에 의한 열경화형의 접착제 등이 사용된다. 이러한 접착제로서는, 열경화형의 접착제 외에 라디칼 중합형의 접착제 등도 사용 가능하고, 생산성의 관점에서는 상온 경화형의 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상온 경화형의 접착제는 20℃ 내지 30℃에서 경화된다. 상온 경화형의 접착제로서는, 아크릴계 접착제가 바람직하다. 대표적인 아크릴계 접착제에는, SGA(제2 세대 아크릴계 접착제. Second Generation Acrylic Adhesive) 등이 있다. 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 혐기성 접착제, 순간 접착제, 엘라스토머 함유 아크릴계 접착제를 모두 사용할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 접착제는 경화 전의 상태를 말하며, 접착제가 경화된 후에는 접착부(41)가 된다.
접착부(41)의 상온(20℃ 내지 30℃)에 있어서의 평균 인장 탄성률 E는 1500MPa 내지 4500MPa의 범위 내로 된다. 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E가 1500MPa 미만이면, 적층 코어의 강성이 저하되는 문제가 생긴다. 그 때문에, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E의 하한값은 1500MPa, 보다 바람직하게는 1800MPa로 된다. 반대로, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E가 4500MPa을 초과하면, 전자기 강판(40)의 표면에 형성된 절연 피막이 박리되는 문제가 생긴다. 그 때문에, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E의 상한값은 4500MPa, 보다 바람직하게는 3650MPa로 된다.
또한, 평균 인장 탄성률 E는 공진법에 의해 측정된다. 구체적으로는, JIS R 1602:1995에 준거하여 인장 탄성률을 측정한다.
보다 구체적으로는, 먼저 측정용 샘플(도시하지 않음)을 제작한다. 이 샘플은 2매의 전자기 강판(40) 사이를 측정 대상의 접착제에 의해 접착하고, 경화시켜 접착부(41)를 형성함으로써 얻어진다. 이 경화는, 접착제가 열경화형인 경우에는 실제 조업상의 가열 가압 조건에서 가열 가압함으로써 행한다. 한편, 접착제가 상온 경화형인 경우에는 상온 하에서 가압함으로써 행한다.
그리고, 이 샘플에 대한 인장 탄성률을 공진법으로 측정한다. 공진법에 의한 인장 탄성률의 측정 방법은 상술한 바와 같이, JIS R 1602:1995에 준거하여 행한다. 그 후, 샘플의 인장 탄성률(측정값)로부터 전자기 강판(40) 자체의 영향 분을 계산에 의해 제외함으로써, 접착부(41) 단체의 인장 탄성률이 구해진다.
이와 같이 하여 샘플로부터 구해진 인장 탄성률은 적층 코어 전체로서의 평균값과 동일해지므로, 이 수치로써 평균 인장 탄성률 E로 간주한다. 평균 인장 탄성률 E는, 그의 적층 방향에 따른 적층 위치나 적층 코어의 중심 축선 주위의 둘레 방향 위치에서 거의 변하지 않도록 조성이 설정되어 있다. 그 때문에 평균 인장 탄성률 E는, 적층 코어의 상단 위치에 있는 경화 후의 접착부(41)를 측정한 수치로써 그 값으로 할 수도 있다.
복수의 전자기 강판(40) 사이의 접착 방법으로는, 전자기 강판(40)의 하면(한쪽 면)에 접착제를 점 형상으로 도포한 후에 중첩하고, 그리고 가열 및 압착 중 어느 한 쪽 또는 양쪽을 행하여 접착하는 방법을 채용할 수 있다. 또한, 가열하는 경우의 수단은, 예를 들어 고온조나 전기로 내에서 스테이터 코어(21)를 가열하는 수단, 또는 스테이터 코어(21)에 직접 통전하여 가열하는 방법 등 어떤 수단이어도 된다. 한편, 상온 경화형의 접착제를 사용하는 경우에는, 가열을 행하지 않고 압착에 의해서만 접착한다.
도 3에, 접착부(41)의 형성 패턴의 일례를 나타낸다. 각 접착부(41)는 원형을 이루는 복수의 점 형상으로 형성되어 있다. 더 구체적으로 말하면, 코어 백부(22)에 있어서는, 그의 둘레 방향으로 등각도 간격을 두고 평균 직경이 12㎜인 점 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 티스부(23)의 선단 위치에도, 접착부(41)가 평균 직경으로 8㎜의 점 형상으로 형성되어 있다. 여기서 나타낸 평균 직경은 일례이며, 2㎜ 내지 20㎜의 범위 내로부터 적절하게 선정할 수 있다. 또한, 도 3의 형성 패턴은 일례이며, 각 접착부(41)의 수 및 배치는 필요에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또한, 각 접착부(41)의 형상은 원형으로만 한정되지 않고, 필요에 따라 직사각형이나 그 밖의 다각 형상이어도 된다.
접착부(41)의 평균 두께 t2는 1.0㎛ 이상 3.0㎛ 이하로 한다. 접착부(41)의 평균 두께 t2가 1.0㎛ 미만이면, 충분한 접착력을 확보할 수 없다. 그 때문에, 접착부(41)의 평균 두께 t2의 하한값은 1.0㎛, 보다 바람직하게는 1.2㎛로 된다. 반대로, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 3.0㎛를 초과하여 두꺼워지면, 열경화 시의 수축에 의한 전자기 강판(40)의 변형량이 대폭 증가하는 등의 문제가 생긴다. 그 때문에, 접착부(41)의 평균 두께 t2의 상한값은 3.0㎛, 보다 바람직하게는 2.6㎛, 가장 바람직하게는 1.8㎛로 된다.
접착부(41)의 평균 두께 t2는 적층 코어 전체로서의 평균값이다. 접착부(41)의 평균 두께 t2는 그의 적층 방향에 따른 적층 위치나 적층 코어의 중심 축선 주위의 둘레 방향의 위치에서 거의 변하지 않는다. 그 때문에, 접착부(41)의 평균 두께 t2는 적층 코어의 상단 위치에 있어서, 원주 방향 10개소 이상에서 측정한 수치의 평균값으로써 그 값으로 할 수 있다.
그리고, 접착부(41)의 평균 두께 t2(㎛)와, 상기 절연 피막의 평균 두께 t1(㎛)는 하기의 식 1을 충족시키는 관계에 있다.
나아가, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E가 1500MPa 내지 4500MPa이며, 상기 평균 인장 탄성률 E(MPa)와 절연 피막의 평균 두께 t1(㎛)이 하기의 식 2를 충족하는 것이 바람직하다.
먼저, 상기 식 1에 대해 설명하면, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 -4.3×t1+3.6보다 얇아지면, 절연 피막과의 접합이 낮고 접착 강도를 확보할 수 없어, 스테이터 코어(21)의 기계 강도가 유지되지 않는다. 한편, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 -4.3×t1+6.9보다 두꺼워지면, 접착부(41)가 절연 피막에 미치는 응력에 의해 절연 피막과 전자기 강판(40) 사이의 밀착성이 저하되는 경향이 된다. 이상의 점에서, 접착부(41)의 평균 두께 t2는 식 1의 범위 내로 된다.
계속해서 상기 식 2에 대해 설명하면, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E가 -5000×t1+4500보다 낮으면, 접착부(41)와 절연 피막의 접합이 낮아져서 접착 강도가 유지되지 않게 되어, 스테이터 코어(21)의 기계 강도가 유지되지 않을 가능성이 있다. 한편, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E가 -5000×t1+9000보다 높으면, 접착부(41)가 절연 피막에 미치는 응력에 의해 절연 피막과 전자기 강판(40) 사이의 밀착성이 저하될 가능성이 있다. 이상의 점에서, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E는 식 2의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 접착부(41)의 평균 두께는 예를 들어 접착제의 도포량을 바꾸어 조정할 수 있다. 또한, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E는 예를 들어 열경화형의 접착제의 경우에는, 접착시에 가하는 가열 가압 조건 및 경화제 종류의 한쪽 혹은 양쪽을 변경함으로써 조정할 수 있다.
또한, 상술한 이유에 의해, 상기 평균 두께 t1(㎛) 및 상기 평균 두께 t2(㎛)로서는, 추가로 하기의 식 3 및 식 4를 충족하는 것이 더 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 로터 코어(31)를 형성하는 쪽의 복수의 전자기 강판은 도 1에 도시하는 코오킹(42)(조글)에 의해 서로 고정되어 있다. 그러나, 로터 코어(31)를 형성하는 복수의 전자기 강판도 스테이터 코어(21)와 마찬가지로 접착부에 의해 고정한 적층 구조를 가져도 된다.
또한, 스테이터 코어(21)나 로터 코어(31) 등의 적층 코어는, 소위 회전 적층에 의해 형성되어 있어도 된다.
실시예
도 4에 도시하는 제조 장치(100)를 사용하고, 각종 제조 조건을 바꾸면서 상기 스테이터 코어(21)를 제조하였다.
우선 먼저, 제조 장치(100)에 대해 설명한다. 동 제조 장치(100)에서는, 코일 C(후프)로부터 전자기 강판 P를 화살표 F 방향을 향하여 송출하면서, 각 스테이지에 배치된 금형에 의해 복수회의 펀칭을 행하여 전자기 강판(40)의 형상으로 점차 형성되어 간다. 그리고, 전자기 강판(40)의 하면에 접착제를 도포하고, 펀칭한 전자기 강판(40)을 적층하여 승온시키면서 가압한다. 그 결과, 접착제가 경화되어 접착부(41)를 형성하여 접착이 완료된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 제조 장치(100)는 코일 C에 가장 가까운 위치에 1단째의 펀칭 스테이션(110)과, 이 펀칭 스테이션(110)보다 전자기 강판 P의 반송 방향에 따른 하류측에 인접 배치된 2단째의 펀칭 스테이션(120)과, 이 펀칭 스테이션(120)보다 더 하류측에 인접 배치된 접착제 도포 스테이션(130)을 구비하고 있다.
펀칭 스테이션(110)은 전자기 강판 P의 하방에 배치된 암형 금형(111)과, 전자기 강판 P의 상방에 배치된 수형 금형(112)을 구비한다.
펀칭 스테이션(120)은 전자기 강판 P의 하방에 배치된 암형 금형(121)과, 전자기 강판 P의 상방에 배치된 수형 금형(122)을 구비한다.
접착제 도포 스테이션(130)은, 접착제의 도포 패턴에 따라 배치된 복수개의 인젝터를 구비하는 도포기(131)를 구비한다.
제조 장치(100)는 또한 접착제 도포 스테이션(130)보다 하류 위치에 적층 스테이션(140)을 구비한다. 이 적층 스테이션(140)은 가열 장치(141)와, 외주 펀칭 암형 금형(142)과, 단열 부재(143)와, 외주 펀칭 수형 금형(144)과, 스프링(145)을 구비하고 있다.
가열 장치(141), 외주 펀칭 암형 금형(142), 단열 부재(143)는 전자기 강판 P의 하방에 배치되어 있다. 한편, 외주 펀칭 수형 금형(144) 및 스프링(145)은 전자기 강판 P의 상방에 배치되어 있다. 또한, 부호 21은 스테이터 코어를 나타내고 있다.
이상 설명한 구성을 갖는 제조 장치(100)에 있어서, 먼저 코일 C로부터 전자기 강판 P를 도 4의 화살표 F 방향으로 순차적으로 송출한다. 그리고, 이 전자기 강판 P에 대해, 먼저 펀칭 스테이션(110)에 의한 펀칭 가공을 행한다. 계속해서, 이 전자기 강판 P에 대해 펀칭 스테이션(120)에 의한 펀칭 가공을 행한다. 이들 펀칭 가공에 의해, 전자기 강판 P에, 도 3에 도시한 코어 백부(22)와 복수의 티스부(23)를 갖는 전자기 강판(40)의 형상을 얻는다. 단, 이 시점에서는 완전히는 펀칭되어 있지 않으므로, 화살표 F 방향을 따라 다음 공정으로 진행한다. 다음 공정의 접착제 도포 스테이션(130)에서는, 도포기(131)의 상기 각 인젝터로부터 공급되는 접착제가 점 형상으로 도포된다.
그리고 마지막으로, 전자기 강판 P는 적층 스테이션(140)으로 송출되고, 외주 펀칭 수형 금형(144)에 의해 펀칭되어 고정밀도로 적층된다. 이 적층 시, 전자기 강판(40)은 스프링(145)에 의해 일정한 가압력을 받는다. 이상 설명한 바와 같은, 펀칭 공정, 접착제 도포 공정, 적층 공정을 순차적으로 반복함으로써, 소정 매수의 전자기 강판(40)을 적층할 수 있다. 또한, 이와 같이 하여 전자기 강판(40)을 적층하여 형성된 적층 코어는 가열 장치(141)에 의해 예를 들어 온도 200℃까지 가열된다. 이 가열에 의해 접착제가 경화되어 접착부(41)가 형성된다.
이상의 각 공정에 의해, 스테이터 코어(21)가 완성된다.
이상 설명의 제조 장치(100)를 사용하여, 표 1A 및 표 1B의 No.1 내지 No.29에 나타내는 각 스테이터 코어(21)를 제조하였다. 각 스테이터 코어(21)의 제조에 사용한 전자기 강판(40)의 화학 성분은 이하에 통일하였다. 또한, 각 성분값은 모두 질량％를 나타낸다.
Si: 3.1％
Al: 0.7％
Mn: 0.3％
잔부: Fe 및 불순물
[표 1A]
[표 1B]
구체적으로 설명하면 상기 화학 성분을 갖는 후프(코일 C)를 복수개 제작하였다. 각 후프의 페라이트의 판 두께는 0.20㎜로 통일하였다. 그리고, 이들 후프 각각에 인산 금속염 및 아크릴 수지 에멀젼을 함유하는 절연 피막 처리액을 도포하고, 300℃에서 베이킹을 행하여 절연 피막을 표리 양면에 형성하였다. 그때, 후프마다 절연 피막의 두께를 바꾸었다. 구체적으로는, 표 1A에 나타내는 바와 같이, 절연 피막의 평균 두께 t1(㎛)이 편면에서 0.1㎛, 0.3㎛, 0.4㎛, 0.5㎛, 0.6㎛, 0.7㎛, 0.8㎛, 0.9㎛, 1.0㎛, 1.1㎛, 1.2㎛, 1.4㎛, 1.5㎛가 되도록 각각 형성하였다.
그리고, 제조 장치(100)에 세팅하는 후프를 바꾸거나, 전자기 강판(40)에 도포하는 접착제의 종류나 접착제에 첨가한 경화제, 경화 촉진제의 종류, 도막 두께를 바꾸거나 함으로써, 표 1A에 나타내는 바와 같이 절연 피막의 평균 두께 t1, 접착제 종류, 접착부(41)의 평균 두께 t2, 평균 인장 탄성률 E의 조합이 서로 다른 복수의 적층 코어(스테이터 코어(21))를 제조하였다.
구체적으로는, 먼저 각 후프 중 하나를 상기 제조 장치(100)에 세팅하였다. 그리고, 이 후프로부터 도 4의 화살표 F 방향을 따라 전자기 강판 P를 송출하면서, 외경 300㎜ 및 내경 240㎜의 링 형상을 갖고, 내경측에 길이 30㎜이며 폭 15㎜의 직사각형의 티스부(23)를 18개소 마련한 단판 코어(전자기 강판(40))로 펀칭하였다.
계속해서, 펀칭한 단판 코어를 순차적으로 보내면서, 도 3에 도시한 각 위치에 접착제를 점 형상으로 도포하고, 그리고 적층한 후에 소정 압력으로 가압하면서 가열하여 경화시켰다. 마찬가지 작업을 130매의 단판 코어에 대해 반복하여 행함으로써, 하나의 적층 코어(스테이터 코어(21))를 제조하였다.
마찬가지의 공정을, 각 조합 조건을 바꾸면서 후프마다 행함으로써, 표 1A 및 표 1B의 No.1 내지 No.29에 나타내는 29종류의 적층 코어가 제조되었다.
또한, 접착제로서는, No.1 내지 No.27, No.29에서는 엘라스토머계 접착제로서 제2 세대 아크릴계 접착제를 사용하였다. 한편, No.28에서는 혐기성 접착제로서 범용 혐기성 접착제를 사용하였다.
또한, 접착부(41)의 평균 두께 t2는 적층 코어마다 도포량을 바꾸어 조정하였다. 또한, 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E는, 적층 스테이션(140)에서의 접착시에 가하는 가열 가압 조건 및 경화제 종류의 한쪽 혹은 양쪽을 변경함으로써, 적층 코어마다 조정하였다.
이상 설명한 방법에 의해 제조된 각 적층 코어를, 그것들의 축선을 포함하는 단면에 있어서 절단하였다. 그리고, 절연 피막에 있어서는 그의 평균 두께 t1(㎛)을 구하였다. 또한, 접착부(41)에 있어서는 그의 평균 두께 t2(㎛)와, 경화 후의 평균 인장 탄성률 E를 구하였다. 평균 인장 탄성률 E는 상술한 방법으로 구하였다. 또한, 경화 후의 각 점 형상 접착제의 외경은 평균 5㎜였다.
그리고, 평균 두께 t1(㎛), 평균 두께 t2(㎛), 평균 인장 탄성률 E(MPa)를 상술한 식 1 및 식 2에 대입하고, 식 1, 식 2를 충족시키는지 여부를 판정하였다. 그 결과를 표 1A에 나타낸다.
또한, 적층 코어로서의 강성(기계 강도)도 평가하였다. 기계 강도의 평가는 폭 20㎜, 선단각 10°, 0.15㎜R의 날 끝을 적층 코어의 적층부(서로 인접하는 1쌍의 전자기 강판(40) 사이)에 대해 하중을 증가하면서 압박해 가고, 갈라졌을 때의 하중의 크기로 평가하였다. 이 하중은 높을수록 바람직하고, 4MPa 이상인 것을 양호 또는 우량이라고 판단하였다. 표 1B의 적층 코어의 기계 강도에 있어서, 「우량」은 높은 기계 강도를 확보할 수 있음을 나타내고, 「양호」는 필요 충분한 기계 강도가 확보되어 있는 것을 나타내고, 「불가」는 필요 최저한의 기계 강도가 충분하지 않은 것을 나타낸다.
또한, 절연 피막의 박리 유무도 평가하였다. 표 1B의 절연 피막의 박리 유무에 있어서, 「없음」은 전혀 박리가 없는 상태를 나타내고, 「있음」은 여기저기에 박리가 생기고 있는 상태를 나타낸다.
또한, 적층 코어로서의 자기 특성도 평가하였다. 자기 특성을 평가할 때에는 적층 매수를 20매로 하고, 절연지로 적층 코어를 커버하고 나서 권선을 행하여, 주파수 50Hz, 자속 밀도 1.5테슬라로 코어 철손(표 1B의 W15/50)을 측정하였다. 여기서, 자기 특성 평가 시의 전자기 강판(40)의 적층 매수로서는, 130매의 경우와 거의 동일한 결과가 얻어지기 때문에 20매로 하였다.
코어 철손(표 1B의 W15/50)은 낮을수록 바람직하고, 2.70 이하인 것을 양호 또는 우량이라고 판단하였다. 표 1B의 적층 코어의 자기 특성에 있어서, 「우량」은 높은 자기 특성을 확보할 수 있음을 나타내고, 「양호」는 필요 충분한 자기 특성이 확보되어 있는 것을 나타내고, 「불가」는 필요 최저한의 자기 특성이 충분하지 않은 것을 나타낸다.
또한, 표 1A에 나타내는, 절연 피막의 평균 두께 t1과 접착부(41)의 평균 두께 t2의 관계를 도 5에 도시한다. 마찬가지로 표 1A에 나타내는, 절연 피막의 평균 두께 t1과 접착부(41)의 평균 인장 탄성률 E의 관계를 도 6에 나타낸다.
표 1A 및 표 1B에 나타내는 바와 같이, No.16, 17에 나타내는 비교예에서는 절연 피막의 평균 두께 t1이 얇아 자기 특성이 저하되었다.
또한, No.18에 나타내는 비교예에서는, 절연 피막의 요철을 전부 매립할 수 없어 기계 강도가 저하되었다.
또한, No.19에 나타내는 비교예에서는, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 두껍고, 적층 코어에 있어서 전자기 강판(40)이 차지하는 비율이 저하되어 자기 특성이 저하되었다.
또한, No.20에 나타내는 비교예에서는, 절연 피막의 요철을 전부 매립할 수 없어 기계 강도가 저하되었다.
또한, No.21에 나타내는 비교예에서는, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 두껍고, 적층 코어에 있어서 전자기 강판(40)이 차지하는 비율이 저하되어 자기 특성이 저하되었다.
또한, No.22에 나타내는 비교예에서는, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 얇고, 접착 강도가 저하되어 기계 강도가 저하되었다.
또한, No.23에 나타내는 비교예에서는, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 두껍고, 적층 코어에 있어서 전자기 강판(40)이 차지하는 비율이 저하되어 자기 특성이 저하되었다.
또한, No.24에 나타내는 비교예에서는, 접착부(41)의 평균 두께 t2가 얇고, 접착 강도가 저하되어 기계 강도가 저하되었다.
또한, No.25에 나타내는 비교예에서는, 절연 피막의 평균 두께 t1이 비교적 두껍고 밀착성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 접착부(41)의 평균 두께 t2의 상한값(평균 인장 탄성률 E의 상한)이 실질적으로 저하되고, 기계 강도가 저하되었다.
또한, No.26에 나타내는 비교예에서는, 절연 피막의 평균 두께 t1이 두껍고, 밀착성이 저하되어 피막 박리되었다.
또한, No.27에 나타내는 비교예에서는, 절연 피막의 평균 두께 t1이 두껍고, 밀착성이 저하되어 피막 박리되었다.
또한, No.28에 나타내는 비교예는 도 5 및 도 6의 각각에 나타내는 영역 내에 있기는 하지만, 접착에 사용한 접착제가 혐기성 접착제이며 해도(海島) 구조를 갖지 않기 때문에, 경화된 접착부(41)가 전자기 강판(40)에 변형을 생기게 하였다. 이 전자기 강판(40)의 변형에 의해 자기 특성이 저하되었다.
한편, 발명예인 No.1 내지 15 및 29에 있어서는, 적층 코어의 강성(기계 강도)이 높아 절연 피막의 박리도 없고, 그리고 자기 특성(W15/50)도 원하는 성능을 갖는 것이 확인되었다.
이들 발명예 중, 특히 No.3, 6, 8, 10, 12, 14, 15에서는 접착부(41)의 평균 두께 t2가 1.8㎛ 이하이기 때문에, 그 밖의 발명예보다 더 높은 자기 특성이 얻어졌다.
추가로 설명하면, 이들 중 No.6, 8, 10에서는 절연 피막의 평균 두께 t1도 0.7㎛ 내지 0.9㎛의 범위를 충족하고 있다. 그 때문에, 절연 성능의 확보와, 적층 코어로서의 성능 저하에 있어서도 최적화되어 있고, 전체 발명예 중에서도 가장 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는 열경화형의 접착제를 도포하였지만, 상온 경화형의 접착제여도 기본적인 경향에 상이는 없다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태 및 실시예에 대해 설명하였다. 단, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태 및 실시예로만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들어, 스테이터 코어(21)의 형상은 상기 실시 형태에서 나타낸 형태로만 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 스테이터 코어(21)의 외경 및 내경의 치수, 적층 두께, 슬롯수, 티스부(23)의 둘레 방향과 직경 방향의 치수 비율, 티스부(23)와 코어 백부(22)의 직경 방향의 치수 비율 등은 원하는 회전 전기 기계의 특성에 따라 임의로 설계 가능하다.
상기 실시 형태에서의 로터(30)에서는, 2개 1조의 영구 자석(32)이 하나의 자극을 형성하고 있지만, 본 발명은 이 형태로만 한정되지 않는다. 예를 들어, 1개의 영구 자석(32)이 하나의 자극을 형성하고 있어도 되며, 3개 이상의 영구 자석(32)이 하나의 자극을 형성하고 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 회전 전기 기계(10)로서 영구 자석계자형 전동기를 일례로 들어 설명하였지만, 회전 전기 기계(10)의 구조는 이하에 예시하는 바와 같이 이것으로만 한정되지 않고, 나아가 이하에 예시하지 않는 다양한 공지된 구조도 채용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 회전 전기 기계(10)로서 영구 자석계자형 전동기를 일례로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것으로만 한정되지 않는다. 예를 들어, 회전 전기 기계(10)가 릴럭턴스형 전동기나 전자석계자형 전동기(권선계자형 전동기)여도 된다.
상기 실시 형태에서는, 교류 전동기로서 동기 전동기를 일례로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 회전 전기 기계(10)가 유도전동기여도 된다.
상기 실시 형태에서는, 회전 전기 기계(10)로서 교류 전동기를 일례로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 회전 전기 기계(10)가 직류 전동기여도 된다.
상기 실시 형태에서는, 회전 전기 기계(10)로서 전동기를 일례로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 회전 전기 기계(10)가 발전기여도 된다.
그 밖에, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시 형태에서의 구성 요소를 주지된 구성 요소로 치환하는 것은 적절하게 가능하고, 또한 상술한 변형예를 적절하게 조합해도 된다.
본 발명에 의하면, 절연 피막의 박리 방지, 및 접착부가 전자기 강판에 부여하는 응력에 의한 자기 특성 저하의 억제를 양립시킬 수 있는 스테이터용 접착 적층 코어와, 이 스테이터용 접착 적층 코어를 구비한 회전 전기 기계를 제공할 수 있다. 따라서, 산업상 이용 가능성은 크다.
10: 회전 전기 기계
21: 적층 코어(스테이터용 접착 적층 코어)
40: 전자기 강판
41: 접착부
21: 적층 코어(스테이터용 접착 적층 코어)
40: 전자기 강판
41: 접착부
Claims (7)
- 표면에 인산염계의 절연 피막을 갖고, 또한 동축으로 중첩된 복수의 전자기 강판과, 상기 각 전자기 강판간에 마련된 접착부를 구비하는 스테이터용 접착 적층 코어이며,
상기 절연 피막의 평균 두께가 0.3㎛ 내지 1.2㎛이며,
상기 접착부의 평균 두께가 1.0㎛ 내지 3.0㎛이며,
상기 절연 피막의 평균 두께를 단위 ㎛로 t1, 상기 접착부의 평균 두께를 단위 ㎛로 t2로 한 경우에, 하기의 식 1을 충족하고,
상기 접착부의 평균 인장 탄성률 E가 1500MPa 내지 4500MPa이며,
상기 평균 인장 탄성률 E(MPa)와 상기 절연 피막의 평균 두께 t1(㎛)이 하기의 식 2를 충족하는 것
을 특징으로 하는 스테이터용 접착 적층 코어.
- 제1항에 있어서, 상기 평균 두께 t1이 0.7㎛ 내지 0.9㎛이며,
상기 평균 두께 t2가 1.2㎛ 내지 2.6㎛인 것
을 특징으로 하는 스테이터용 접착 적층 코어. - 제1항에 있어서, 상기 평균 인장 탄성률 E가 1800MPa 내지 3650MPa이며,
상기 평균 두께 t1이 0.7㎛ 내지 0.9㎛인 것
을 특징으로 하는 스테이터용 접착 적층 코어. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착부가, 엘라스토머 함유 아크릴계 접착제를 포함하는 SGA를 포함하는 상온 경화형의 아크릴계 접착제인 것
을 특징으로 하는 스테이터용 접착 적층 코어. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자기 강판의 평균 판 두께가 0.15㎜ 내지 0.35㎜인 것
을 특징으로 하는 스테이터용 접착 적층 코어. - 제1항에 기재된 스테이터용 접착 적층 코어를 구비하는 회전 전기 기계.
- 삭제
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