WO2020129921A1 - ステータ用接着積層コアおよび回転電機 - Google Patents

ステータ用接着積層コアおよび回転電機 Download PDF

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WO2020129921A1
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adhesive
electromagnetic steel
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average
stator
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PCT/JP2019/049257
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竹田　和年
平山　隆
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an adhesive laminated core for a stator and a rotating electric machine.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-235865 filed in Japan on December 17, 2018, and the content thereof is incorporated herein.
  • Patent Document 1 Conventionally, a laminated core as described in Patent Document 1 below is known.
  • Patent Document 1 it is an object to improve the heat conduction performance in the stacking direction while ensuring the adhesive strength and electrical insulation between the electromagnetic steel sheets.
  • it is a laminated core formed by laminating electromagnetic steel sheets having an insulating coating on the surface thereof, and there is an organic matter layer consisting of at least an adhesive organic matter between the electromagnetic steel sheets, and the organic matter layer Has a mean thickness of 4 ⁇ m or less.
  • the adhesive organic substance has a viscosity of 1.0 Pa ⁇ s or less at a temperature at which fluidity before the curing reaction is required. Further, the organic material layer is injected between the magnetic steel sheets by a vacuum impregnation method.
  • the thermal expansion coefficient of the electromagnetic steel sheet and that of the adhesive organic substance (hereinafter, the adhesive portion) are different from each other. Therefore, when the electromagnetic steel plates are simply adhered to each other as in Patent Document 1 and heated to harden the adhered parts, the adhered parts are thermally contracted to apply compressive stress or tensile stress to the electromagnetic steel plates. When these stresses are applied to the magnetic steel sheet, the magnetic properties of the laminated core may deteriorate. This decrease in magnetic properties is more likely to appear as the electromagnetic steel sheet is thinner and the adhesive portion is thicker.
  • a room temperature curable adhesive also shrinks during curing. Therefore, in both the thermosetting type and the room temperature curing type, shrinkage during curing may cause deterioration of magnetic properties.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an adhesive laminated core for a stator capable of suppressing deterioration of magnetic characteristics due to shrinkage of the adhesive during curing, and a rotating electric machine including the adhesive laminated core for the stator. Is an issue.
  • the adhesive laminated core for a stator includes a plurality of electromagnetic steel sheets laminated on each other and covered with insulating coatings on both sides, and a plurality of electromagnetic steel sheets that are adjacent to each other in the laminating direction.
  • An adhesive portion arranged in a dot shape for adhering the electromagnetic steel sheets to each other, wherein the chemical composition of each electromagnetic steel sheet contains Si in an amount of 2.5% to 3.9% by mass.
  • the average tensile elastic modulus of the adhesive portion is 2500 MPa to 5000 MPa
  • the average thickness of each electromagnetic steel sheet is t1 in mm
  • the average thickness of each adhesive portion is t2 in ⁇ m
  • the yield strength of each electromagnetic steel sheet is At least one of condition A that satisfies the following formulas 1, 2 and 3 and condition B that satisfies the following formulas 3, 4 and 5 when the average value is YP in the unit MPa.
  • Equation 5 Meet 50 ⁇ t1-12 ⁇ t2 ⁇ 50 ⁇ t1-6 (Equation 1) 0.15 ⁇ t1 ⁇ 0.27 (Equation 2) 0.5 ⁇ t2 ⁇ 2.5 (Equation 3) 0.025 ⁇ YP-12 ⁇ t2 ⁇ 0.025 ⁇ YP-8 (Equation 4) 380 ⁇ YP ⁇ 540 (Equation 5)
  • the substance forming the insulating coating for example, (1) an inorganic compound, (2) an organic resin, (3) a mixture of an inorganic compound and an organic resin, or the like can be adopted.
  • the insulating coating is (1) an inorganic compound or (3) a mixture of an inorganic compound and an organic resin, the deterioration of magnetic properties due to shrinkage during curing of the adhesive is significantly suppressed. it can.
  • each of the adhesive portions may include at least one of an acrylic-based and epoxy-based oil surface adhesive as an oil component.
  • each of the adhesive parts is a room temperature curable acrylic adhesive containing SGA made of an elastomer-containing acrylic adhesive. Good.
  • a rotating electric machine according to an aspect of the present invention includes the adhesive laminated core for a stator according to any one of (1) to (5) above.
  • an adhesive laminated core for a stator that can suppress deterioration of magnetic characteristics due to shrinkage of the adhesive during curing, and a rotating electric machine including the adhesive laminated core for the stator.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary electric machine that includes an adhesive laminated core for a stator according to an embodiment of the present invention. It is a side view of the laminated core for stators.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, showing an example of a formation pattern of an adhesive section in the adhesive laminated core for the stator.
  • It is a side view of a manufacturing device used for manufacturing an example of an adhesive lamination core for stators.
  • It is a graph which shows the relationship between the average board thickness t1 of the electromagnetic steel sheet and the average thickness t2 of the adhesion part in the same Example.
  • It is a graph which shows the average value YP of the yield strength of the electrical steel sheet and the average thickness t2 of an adhesion part in the Example.
  • an adhesive laminated core for a stator and a rotating electric machine including the adhesive laminated core for a stator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • an electric motor specifically, an AC motor, more specifically, a synchronous motor, and more specifically, a permanent magnet field type electric motor will be described as an example of the rotating electric machine.
  • This type of electric motor is preferably used in, for example, an electric vehicle.
  • the rotary electric machine 10 includes a stator 20, a rotor 30, a case 50, and a rotating shaft 60.
  • the stator 20 and the rotor 30 are housed in the case 50.
  • the stator 20 is fixed in the case 50.
  • an inner rotor type in which the rotor 30 is located inside the stator 20 in the radial direction is adopted as the rotary electric machine 10.
  • the rotating electric machine 10 may be an outer rotor type in which the rotor 30 is located outside the stator 20.
  • the rotary electric machine 10 is a 12-pole 18-slot three-phase AC motor.
  • the rotating electrical machine 10 can rotate at a rotation speed of 1000 rpm, for example, by applying an exciting current having an effective value of 10 A and a frequency of 100 Hz to each phase.
  • the stator 20 includes an adhesive laminated core for stator (hereinafter, stator core) 21 and a winding (not shown).
  • the stator core 21 includes an annular core back portion 22 and a plurality of teeth portions 23.
  • the direction of the central axis O of the stator core 21 (or the core back portion 22) is referred to as the axial direction
  • the radial direction of the stator core 21 (or the core back portion 22) (the direction orthogonal to the central axis O) is referred to as the radial direction
  • the circumferential direction of the stator core 21 (or the core back portion 22) (the direction in which it turns around the central axis O) is referred to as the circumferential direction.
  • the core back portion 22 is formed in an annular shape in a plan view when the stator 20 is viewed in the axial direction.
  • the plurality of teeth portions 23 project from the inner circumference of the core back portion 22 toward the inner side in the radial direction (toward the central axis O of the core back portion 22 along the radial direction).
  • the plurality of teeth portions 23 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction. In the present embodiment, 18 teeth portions 23 are provided at a central angle of 20 degrees about the central axis O.
  • the plurality of teeth portions 23 have the same shape and the same size. Therefore, the plurality of teeth portions 23 have the same thickness dimension.
  • the winding is wound around the tooth portion 23.
  • the winding may be concentrated winding or distributed winding.
  • the rotor 30 is arranged radially inward of the stator 20 (stator core 21).
  • the rotor 30 includes a rotor core 31 and a plurality of permanent magnets 32.
  • the rotor core 31 is formed in an annular shape (annular shape) arranged coaxially with the stator 20.
  • the rotating shaft 60 is arranged in the rotor core 31.
  • the rotating shaft 60 is fixed to the rotor core 31.
  • the plurality of permanent magnets 32 are fixed to the rotor core 31. In the present embodiment, two pairs of permanent magnets 32 form one magnetic pole.
  • the plurality of sets of permanent magnets 32 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction. In the present embodiment, 12 sets (24 in total) of permanent magnets 32 are provided at a central angle of 30 degrees about the central axis O.
  • an embedded magnet type motor is used as the permanent magnet field type electric motor.
  • a plurality of through holes 33 are formed in the rotor core 31 so as to penetrate the rotor core 31 in the axial direction.
  • the plurality of through holes 33 are provided corresponding to the arrangement of the plurality of permanent magnets 32.
  • Each of the permanent magnets 32 is fixed to the rotor core 31 while being arranged in the corresponding through hole 33.
  • the fixing of each permanent magnet 32 to the rotor core 31 can be realized, for example, by bonding the outer surface of the permanent magnet 32 and the inner surface of the through hole 33 with an adhesive.
  • a surface magnet type motor may be adopted as the permanent magnet field type electric motor instead of the embedded magnet type.
  • the stator core 21 and the rotor core 31 are both laminated cores.
  • the stator core 21 is formed by stacking a plurality of electromagnetic steel plates 40 in the stacking direction as shown in FIG.
  • the laminated thickness (total length along the central axis O) of each of the stator core 21 and the rotor core 31 is, for example, 50.0 mm.
  • the outer diameter of the stator core 21 is, for example, 250.0 mm.
  • the inner diameter of the stator core 21 is, for example, 165.0 mm.
  • the outer diameter of the rotor core 31 is, for example, 163.0 mm.
  • the inner diameter of the rotor core 31 is, for example, 30.0 mm.
  • the inner diameter of the stator core 21 is based on the tip of the tooth portion 23 of the stator core 21. That is, the inner diameter of the stator core 21 is the diameter of an imaginary circle inscribed in the tip portions of all the tooth portions 23.
  • Each electromagnetic steel plate 40 forming the stator core 21 and the rotor core 31 is formed, for example, by punching an electromagnetic steel plate as a base material.
  • the electromagnetic steel plate 40 a known electromagnetic steel plate can be used.
  • the chemical composition of the magnetic steel sheet 40 contains Si of 2.5% to 3.9% as shown below in mass%. Other than Si, there is no particular limitation, but a favorable range in this embodiment will be clearly shown below. By setting the chemical composition within this range, the average value YP of the yield strength of each electromagnetic steel plate 40 can be set to 380 MPa or more and 540 MPa or less.
  • a non-oriented electrical steel sheet is used as the electrical steel sheet 40.
  • the non-oriented electrical steel sheet JIS C2552:2014 non-oriented electrical steel strip can be adopted.
  • the magnetic steel sheet 40 a grain-oriented magnetic steel sheet may be adopted instead of the non-oriented magnetic steel sheet.
  • a grain-oriented electrical steel strip according to JIS C2553:2012 can be adopted.
  • both surfaces of the electromagnetic steel plate 40 are covered with insulating coatings.
  • the substance forming the insulating coating for example, (1) an inorganic compound, (2) an organic resin, (3) a mixture of an inorganic compound and an organic resin, or the like can be adopted.
  • the insulating coating is (1) an inorganic compound or (3) a mixture of an inorganic compound and an organic resin, the magnetic properties remarkably decrease due to shrinkage during curing of each adhesive part. Can be suppressed.
  • Examples of the inorganic compound include (1) a composite of dichromate and boric acid, and (2) a composite of phosphate and silica.
  • Examples of the organic resin include epoxy resin, acrylic resin, acrylic styrene resin, polyester resin, silicon resin, and fluorine resin.
  • the upper limit of the average thickness of the insulating coating (the average thickness per one side of the electromagnetic steel plate 40) is 1.5 ⁇ m, and more preferably 1.2 ⁇ m. Good to do.
  • the insulating effect becomes saturated as the insulating coating becomes thicker. Further, as the insulating coating becomes thicker, the ratio of the electromagnetic steel sheet 40 in the laminated core decreases, and the performance as the laminated core deteriorates. Therefore, the insulating coating is preferably thin as long as the insulating performance can be secured.
  • the lower limit of the average thickness of the insulating coating is 0.3 ⁇ m, and more preferably 0.5 ⁇ m.
  • As the average thickness of the insulating coating for example, 0.8 ⁇ m can be adopted within the above upper and lower limit ranges.
  • the average thickness of the insulating coating is the average value of the laminated core as a whole.
  • the thickness of the insulating coating is built so that it hardly changes at the stacking position along the stacking direction and the circumferential position around the central axis of the stacked core. Therefore, the average thickness of the insulating coating can be set to a value measured at the upper end position of the laminated core.
  • an electromagnetic steel sheet 40 having the insulating coating formed thereon an electromagnetic steel sheet having no insulating coating formed thereon may be used.
  • the average thickness t1 of each electromagnetic steel plate 40 is 0.15 mm or more and 0.27 mm or less.
  • the present invention is effective even outside this range.
  • compressive stress or tensile stress due to contraction when the adhesive portion 41 is hardened is likely to occur in each electromagnetic steel plate 40, and as a result, each electromagnetic steel plate 40 The magnetic properties may deteriorate.
  • the thickness of the electromagnetic steel plate 40 also includes the thickness of the insulating coating.
  • the average thickness t1 of each electromagnetic steel plate 40 is an average value for the entire laminated core.
  • the thickness of each electromagnetic steel plate 40 is formed so as to hardly change at the laminating position along the laminating direction and the circumferential position around the central axis of the laminated core. Therefore, the average thickness t1 of each electromagnetic steel plate 40 can be set to the value obtained by the numerical value measured at the upper end position of the laminated core.
  • the plurality of electromagnetic steel plates 40 forming the stator core 21 are laminated via the adhesive portions 41 arranged in a plurality of dots.
  • Each of the adhesive portions 41 is an adhesive that is hardened without being divided.
  • a thermosetting adhesive agent by polymerization bonding is used for the adhesive portion 41 .
  • an oil surface adhesive containing (1) acrylic resin, (2) epoxy resin, (3) acrylic resin and epoxy resin can be used. Therefore, the adhesive portion 41 contains at least one of the acrylic and epoxy oil surface adhesives as an oil component.
  • a radical polymerization type adhesive or the like can be used in addition to the thermosetting type adhesive. From the viewpoint of productivity, the room temperature curing type adhesive is used.
  • the room temperature curable adhesive cures at 20°C to 30°C.
  • an acrylic adhesive is preferable.
  • Typical acrylic adhesives include SGA (Second Generation Acrylic Adhesive, Second Generation Acrylic Adhesive). Any anaerobic adhesive, instant adhesive, or elastomer-containing acrylic adhesive can be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the adhesive here means a state before being cured, and becomes an adhesive portion 41 after the adhesive is cured.
  • the average tensile elastic modulus of the adhesive portion 41 at room temperature (20° C. to 30° C.) is set to be in the range of 2500 MPa to 5000 MPa. If the average tensile elastic modulus of the adhesive portion 41 is less than 2500 MPa, there arises a problem that the rigidity of the laminated core decreases. Therefore, the lower limit of the average tensile elastic modulus of the adhesive portion 41 is set to 2500 MPa, and more preferably 3000 MPa. On the other hand, if the average tensile elastic modulus of the adhesive portion 41 exceeds 5000 MPa, the stress strain applied to the electrical steel sheet 40 increases and the core magnetism deteriorates.
  • the upper limit of the average tensile elastic modulus of the adhesive portion 41 is set to 5000 MPa, more preferably 4500 MPa.
  • the average tensile elastic modulus of each adhesive portion 41 can be adjusted by changing one or both of the heating and pressurizing conditions and the type of curing agent applied at the time of adhering at the laminating station 140.
  • the average tensile elastic modulus is measured by the resonance method. Specifically, the tensile elastic modulus is measured according to JIS R 1602:1995.
  • a sample for measurement (not shown) is manufactured.
  • This sample is obtained by bonding the two electromagnetic steel plates 40 together with an adhesive to be measured and curing it to form the bonding portion 41.
  • the adhesive is a thermosetting type
  • this curing is performed by heating and pressing under the heating and pressing conditions in actual operation.
  • the adhesive is a room temperature curing type
  • it is performed by applying pressure at room temperature.
  • the tensile elastic modulus of this sample is measured by the resonance method.
  • the method of measuring the tensile elastic modulus by the resonance method is performed in accordance with JIS R 1602:1995, as described above.
  • the tensile elastic modulus of the bonded portion 41 alone is obtained by calculating the influence of the electromagnetic steel plate 40 itself from the tensile elastic modulus (measured value) of the sample.
  • the tensile elastic modulus thus obtained from the sample is equal to the average value of the laminated core as a whole, so this value is regarded as the average tensile elastic modulus.
  • the composition is set so that the average tensile elastic modulus hardly changes at the lamination position along the lamination direction or the circumferential position around the central axis of the laminated core. Therefore, the average tensile elastic modulus can be set to the value by the cured adhesive portion 41 at the upper end position of the laminated core.
  • an adhesive is applied to the lower surface (one surface) of the electromagnetic steel plates 40 in a dot shape and then overlapped, and either or both of heating and pressure bonding are performed to cure the adhesive.
  • a method of bonding can be adopted by forming the bonding portion 41 by using.
  • the heating means may be any means such as a means for heating the stator core 21 in a high temperature tank or an electric furnace, or a method for directly heating the stator core 21 with electricity.
  • a room temperature curable adhesive is used, it is bonded only by pressure bonding without heating.
  • FIG. 3 shows an example of the formation pattern of the adhesive portion 41.
  • Each adhesive portion 41 is formed in a plurality of circular dots. More specifically, the core back portion 22 is formed in a dot shape having an average diameter of 12 mm at equal angular intervals in the circumferential direction. Further, the adhesive portion 41 is also formed in a dot shape having an average diameter of 8 mm at the tip position of each tooth portion 23. The average diameter shown here is an example, and can be appropriately selected within the range of 2 mm to 20 mm. Further, the formation pattern of FIG. 3 is an example, and the number and arrangement of the adhesive portions 41 can be appropriately changed as necessary. Further, the shape of each adhesive portion 41 is not limited to a circular shape, and may be a rectangular shape or another polygonal shape as necessary.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is 0.5 ⁇ m or more and 2.5 ⁇ m or less. If the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is less than 0.5 ⁇ m, sufficient adhesive force cannot be secured. Therefore, the lower limit of the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is 0.5 ⁇ m, and more preferably 0.8 ⁇ m. On the contrary, if the average thickness t2 of the adhesive portion 41 exceeds 2.5 ⁇ m and becomes thicker, a problem such as a large increase in the strain amount of the electrical steel sheet 40 due to shrinkage during thermosetting occurs. Therefore, the upper limit of the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is 2.5 ⁇ m, and more preferably 2.0 ⁇ m.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is an average value of the entire laminated core.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion 41 hardly changes at the laminating position along the laminating direction or the circumferential position around the central axis of the laminated core. Therefore, the average thickness t2 of the adhesive portion 41 can be set to the average value of the numerical values measured at 10 or more positions in the circumferential direction at the upper end position of the laminated core.
  • the average thickness of the adhesive portion 41 can be adjusted, for example, by changing the amount of adhesive applied.
  • the average plate thickness of each electromagnetic steel plate 40 is t1 in mm
  • the average thickness of each adhesive portion 41 is t2 in ⁇ m
  • the average value of the yield strength of each electromagnetic steel plate 40 is in MPa.
  • Equation 1 50 ⁇ t1-12 ⁇ t2 ⁇ 50 ⁇ t1-6 (Equation 1) 0.15 ⁇ t1 ⁇ 0.27 (Equation 2) 0.5 ⁇ t2 ⁇ 2.5 (Equation 3) 0.025 ⁇ YP-12 ⁇ t2 ⁇ 0.025 ⁇ YP-8 (Equation 4) 380 ⁇ YP ⁇ 540 (Equation 5)
  • the average thickness t2 of the adhesive portion 41 when the average thickness t2 of the adhesive portion 41 becomes smaller than 50 ⁇ t1-12, the adhesive strength between the steel plates decreases. On the other hand, when the average thickness t2 of the adhesive portion 41 becomes thicker than 50 ⁇ t1-6, the amount of distortion of the electrical steel sheet 40 due to shrinkage during curing of the adhesive increases significantly. From the above, the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is set within the range of Expression 1.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion 41 becomes thinner than 0.025 ⁇ YP-12, the mechanical strength of the stator core 21 cannot be maintained.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion 41 becomes thicker than 0.025 ⁇ YP-8, the stress applied to the laminated core increases due to the contraction of the adhesive during curing, and the core magnetism deteriorates. From the above, the average thickness t2 of the adhesive portion 41 is within the range of Expression 4.
  • the average plate thickness t1 is 0.20 mm to 0.25 mm and the average thickness t2 is 1. It is more preferably 0 ⁇ m to 2.0 ⁇ m.
  • the average thickness t2 is 1.0 ⁇ m to 2.0 ⁇ m and the average value YP of the yield strength is 450 MPa to More preferably, it is 500 MPa.
  • the plurality of electromagnetic steel plates forming the rotor core 31 are fixed to each other by the caulking 42 (dowel) shown in FIG.
  • the plurality of electromagnetic steel plates forming the rotor core 31 may also have a laminated structure in which they are fixed by an adhesive as with the stator core 21.
  • the laminated cores such as the stator core 21 and the rotor core 31 may be formed by so-called rolling.
  • the stator core 21 was manufactured using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 4 while changing various manufacturing conditions. First, the manufacturing apparatus 100 will be described.
  • the electromagnetic steel sheet P is sent out from the coil C (hoop) in the direction of the arrow F, and punched a plurality of times by a die arranged on each stage to gradually form the shape of the electromagnetic steel sheet 40. Then, an adhesive is applied to the lower surface of the electromagnetic steel plate 40, and the punched electromagnetic steel plates 40 are stacked and pressure-bonded while increasing the temperature to form each bonded portion 41.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a first-stage punching station 110 at a position closest to the coil C, and a second punching station 110 disposed adjacent to the punching station 110 on the downstream side of the punching station 110 in the transport direction of the electromagnetic steel sheet P.
  • the punching station 120 of the first stage and the adhesive applying station 130 adjacently arranged on the downstream side of the punching station 120 are provided.
  • the punching station 110 includes a female die 111 arranged below the electromagnetic steel plate P and a male die 112 arranged above the electromagnetic steel plate P.
  • the punching station 120 includes a female die 121 arranged below the electromagnetic steel plate P and a male die 122 arranged above the electromagnetic steel plate P.
  • the adhesive application station 130 includes an applicator 131 including a plurality of injectors arranged according to the adhesive application pattern.
  • the manufacturing apparatus 100 further includes a laminating station 140 at a position downstream of the adhesive application station 130.
  • the laminating station 140 includes a heating device 141, an outer peripheral punching female mold 142, a heat insulating member 143, an outer peripheral punching male mold 144, and a spring 145.
  • the heating device 141, the outer peripheral punching female die 142, and the heat insulating member 143 are arranged below the electromagnetic steel plate P.
  • the outer peripheral punching male die 144 and the spring 145 are arranged above the electromagnetic steel plate P.
  • Reference numeral 21 indicates a stator core.
  • the magnetic steel sheet P is sequentially sent out from the coil C in the direction of arrow F in FIG. Then, the electromagnetic steel sheet P is first punched by the punching station 110. Then, the electromagnetic steel sheet P is punched by the punching station 120.
  • the process proceeds to the next step along the arrow F direction.
  • the adhesive supplied from the injectors of the applicator 131 is applied in dots.
  • the electromagnetic steel plates P are sent to the laminating station 140, punched by the outer peripheral punching male die 144, and laminated with high precision.
  • the electromagnetic steel plate 40 is subjected to a constant pressing force by the spring 145.
  • the punching process, the adhesive applying process, and the laminating process as described above it is possible to stack a predetermined number of electromagnetic steel plates 40.
  • the laminated core formed by stacking the electromagnetic steel plates 40 in this way is heated to a temperature of, for example, 200° C. by the heating device 141. This heating cures the adhesive and forms the adhesive portion 41.
  • the stator core 21 is completed through the above steps.
  • a plurality of hoops (coils C) having the above chemical components were prepared.
  • the plate thickness of the base metal of each hoop was set to six types of 0.15 mm, 0.20 mm, 0.23 mm, 0.25 mm, 0.27 mm, and 0.30 mm.
  • An insulating film treatment liquid containing a metal phosphate and an acrylic resin emulsion was applied to each of these hoops and baked at 300° C. to form an 0.8 ⁇ m insulating film on one side.
  • Each hoop has a ring shape with an outer diameter of 300 mm and an inner diameter of 240 mm by the manufacturing apparatus 100, and has a rectangular tooth portion 23 having a length of 30 mm and a width of 15 mm on the inner diameter side at 18 positions.
  • the laminated core (stator core 21) was manufactured by repeating the same operation for 130 single plate cores.
  • the laminated core manufactured by the method described above was cut at a cross section including its axis. Then, the average thickness of the insulating coating was determined. Further, in the adhesive portion 41, the average thickness t2 ( ⁇ m) and the average tensile elastic modulus after curing were obtained. The average tensile elastic modulus was obtained by the method described above. The outer diameter of each adhesive portion 41 was 5 mm on average. The method according to JIS Z 2241 was used for obtaining the average value YP of the yield strength of the single plate core.
  • the average thickness t1 (mm), the average thickness t2 ( ⁇ m), and the average value YP (MPa) of the yield strength were substituted into the above equations 1 and 4, and it was determined whether or not each equation was satisfied.
  • the results are also shown in Table 1A.
  • the average thickness t1 (mm) and the average thickness t2 ( ⁇ m) were measured as described above.
  • the mechanical strength of the laminated core was also evaluated.
  • a blade edge having a width of 20 mm, a tip angle of 10°, and 0.15 mmR was pressed against the laminated part of the laminated core (between a pair of electromagnetic steel plates 40 adjacent to each other) while increasing the load, and cracked.
  • the magnitude of the load was evaluated. The higher the load, the more preferable, and those having a pressure of 4 MPa or more were judged to be good or excellent.
  • “excellent” indicates that high mechanical strength is secured
  • "good” indicates that necessary and sufficient mechanical strength is secured
  • "impossible” is the minimum required mechanical strength. Indicates that the strength is insufficient.
  • the magnetic characteristics of the laminated core were also evaluated.
  • the number of laminated electromagnetic steel plates 40 is set to 20, the laminated core is covered with insulating paper, and then winding is performed.
  • the frequency is 50 Hz
  • the magnetic flux density is 1.5 Tesla
  • the core iron loss ( W15/50 in Table 1B) was measured.
  • the core iron loss (W15/50 in Table 1B) is preferably as low as possible, and those having a core iron loss of 2.50 or less were judged to be good or excellent.
  • “excellent” indicates that extremely high magnetic characteristics are secured
  • “good” indicates that necessary and sufficient magnetic characteristics are secured
  • “impossible” is the minimum required. It is lower than the magnetic property of.
  • FIG. 5 shows a graph in which the results shown in Table 1A are summarized as a relationship between the average thickness t1 of the electromagnetic steel plate 40 and the average thickness t2 of the adhesive portion 41.
  • FIG. 6 shows a graph in which the results shown in Table 1A are summarized as a relationship between the average value YP of the yield strength of the electromagnetic steel plate 40 and the average thickness t2 of the adhesive portion 41.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion was too thin to secure a sufficient adhesive force.
  • the average thickness t2 of the bonded portion was too large, and the ratio of the electromagnetic steel sheet occupied in the laminated core was reduced, so that the magnetic characteristics of the laminated core were deteriorated.
  • the unit strength of the bonded portion was too high, so the stress applied to the electrical steel sheet was too high, and the magnetic properties were degraded.
  • the average thickness t2 of the adhesive portion was too thin to secure sufficient adhesive force.
  • the shape of the stator core 21 is not limited to the shape shown in the above embodiment. Specifically, the outer and inner diameters of the stator core 21, the product thickness, the number of slots, the circumferential and radial dimension ratios of the teeth portion 23, the radial dimension ratios of the teeth portion 23 and the core back portion 22, and the like. Can be arbitrarily designed according to the desired characteristics of the rotary electric machine.
  • the pair of permanent magnets 32 forms one magnetic pole, but the present invention is not limited to this form.
  • one permanent magnet 32 may form one magnetic pole, and three or more permanent magnets 32 may form one magnetic pole.
  • the permanent magnet field-type electric motor has been described as an example of the rotating electric machine 10, but the structure of the rotating electric machine 10 is not limited to this as illustrated below, and is not illustrated below. Various known structures can also be adopted.
  • the rotating electric machine 10 is described by taking a permanent magnet field type electric motor as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the rotary electric machine 10 may be a reluctance type electric motor or an electromagnet field type electric motor (winding field type electric motor).
  • the synchronous motor is described as an example of the AC motor, but the present invention is not limited to this.
  • the rotary electric machine 10 may be an induction motor.
  • the rotating electric machine 10 is described by taking an AC electric motor as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the rotary electric machine 10 may be a DC motor.
  • an electric motor is described as an example of the rotary electric machine 10, but the present invention is not limited to this.
  • the rotary electric machine 10 may be a generator.
  • an adhesive laminated core for a stator that can suppress deterioration of magnetic properties due to shrinkage of the adhesive during curing, and a rotating electric machine including the adhesive laminated core for the stator. Therefore, industrial availability is great.

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Abstract

このステータ用接着積層コアは、各電磁鋼板の化学成分が、質量％で２．５％～３．９％のＳｉを含有し、各接着部の平均引張弾性率が、２５００ＭＰａ～５０００ＭＰａであり、前記各電磁鋼板の平均板厚を単位ｍｍでｔ１、前記各接着部の平均厚みを単位μｍでｔ２、前記各電磁鋼板の降伏強度の平均値を単位ＭＰａでＹＰ、とした場合に、下記の式１，式２，式３を満たす条件Ａと、下記の式３，式４，式５を満たす条件Ｂと、のうちの少なくとも一方を満たす。　５０×ｔ１－１２≦ｔ２≦５０×ｔ１－６・・・（式１）　０．１５≦ｔ１≦０．２７・・・（式２）　０．５≦ｔ２≦２．５・・・（式３）　０．０２５×ＹＰ－１２≦ｔ２≦０．０２５×ＹＰ－８・・・（式４）　３８０≦ＹＰ≦５４０・・・（式５）

Description

ステータ用接着積層コアおよび回転電機
　本発明は、ステータ用接着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、日本国に出願された特願２０１８－２３５８６５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。下記特許文献１では、電磁鋼板間の接着強度および電気絶縁性を確保しつつ、積層方向の熱伝導性能を改善することが課題とされている。そして、この課題を解決するために、表面に絶縁性被膜が存在する電磁鋼板を積層してなる積層コアであって、電磁鋼板間に少なくとも接着性有機物からなる有機物層が存在し、該有機物層の平均厚さが４μｍ以下である構成を採用している。前記接着性有機物は、硬化反応前の流動性が必要とされる温度での粘度が、１．０Ｐａ・ｓ以下とされている。また、前記有機物層は、真空含浸法により各電磁鋼板間に注入されている。
日本国特開２００４－８８９７０号公報
　電磁鋼板と接着性有機物（以下、接着部）は、熱膨張係数が互いに異なる。そのため、上記特許文献１のように各電磁鋼板同士を単純に接着し、そして接着部を硬化させるために加温した場合、接着部が熱収縮して電磁鋼板に圧縮応力や引張応力を加える。これら応力が電磁鋼板に加わることにより、積層コアとしての磁気特性が低下する虞がある。この磁気特性の低下は、電磁鋼板が薄く接着部が厚い場合ほど、顕著に表れ易い。
　一方、常温硬化型の接着剤の場合も、硬化の際に収縮する。したがって、熱硬化型及び常温硬化型の何れにおいても、硬化時の収縮によって磁気特性の低下を招くおそれがある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接着剤の硬化時収縮による磁気特性の低下を抑制できるステータ用接着積層コアと、このステータ用接着積層コアを備えた回転電機との提供を課題とする。
　前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
（１）本発明の一態様に係るステータ用接着積層コアは、互いに積層され、両面が絶縁被膜により被覆された複数の電磁鋼板と、積層方向に隣り合う前記各電磁鋼板同士の間に複数の点状に配置され、前記各電磁鋼板同士を接着する接着部と、を備え、前記各電磁鋼板の化学成分が、質量％で２．５％～３．９％のＳｉを含有し、前記各接着部の平均引張弾性率が、２５００ＭＰａ～５０００ＭＰａであり、前記各電磁鋼板の平均板厚を単位ｍｍでｔ１、前記各接着部の平均厚みを単位μｍでｔ２、前記各電磁鋼板の降伏強度の平均値を単位ＭＰａでＹＰ、とした場合に、下記の式１，式２，式３を満たす条件Ａと、下記の式３，式４，式５を満たす条件Ｂと、のうちの少なくとも一方を満たす。
　５０×ｔ１－１２≦ｔ２≦５０×ｔ１－６・・・（式１）
　０．１５≦ｔ１≦０．２７・・・（式２）
　０．５≦ｔ２≦２．５・・・（式３）
　０．０２５×ＹＰ－１２≦ｔ２≦０．０２５×ＹＰ－８・・・（式４）
　３８０≦ＹＰ≦５４０・・・（式５）
　ここで、前記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、などが採用できる。これらのうち、前記絶縁被膜が、（１）無機化合物の場合、又は、（３）無機化合物及び有機樹脂の混合物である場合において、顕著に、接着剤の硬化時収縮による磁気特性の低下を抑制できる。
（２）上記（１）に記載の態様において、以下の構成を採用してもよい：前記条件Ａのみを満たす、又は、前記条件Ａ及び前記条件Ｂの双方を満たし；前記平均板厚ｔ１が０．２０ｍｍ～０．２５ｍｍでかつ；前記平均厚みｔ２が１．０μｍ～２．０μｍである。
（３）上記（１）に記載の態様において、以下の構成を採用してもよい：前記条件Ｂのみを満たす、又は、前記条件Ａ及び前記条件Ｂの双方を満たし；前記平均厚みｔ２が１．０μｍ～２．０μｍでかつ；前記降伏強度の平均値ＹＰが４５０ＭＰａ～５００ＭＰａである。
（４）上記（１）～（３）の何れか１項に記載の態様において、前記各接着部が、アクリル系及びエポキシ系の少なくとも一方の油面接着剤を油成分として含んでもよい。
（５）上記（１）～（３）の何れか１項に記載の態様において、前記各接着部が、エラストマー含有アクリル系接着剤からなるＳＧＡを含む常温硬化型のアクリル系接着剤であってもよい。
（６）本発明の一態様に係る回転電機は、上記（１）～（５）の何れか１項に記載のステータ用接着積層コアを備える。
　本発明の上記各態様によれば、接着剤の硬化時収縮による磁気特性の低下を抑制できるステータ用接着積層コアと、このステータ用接着積層コアを備えた回転電機とを提供できる。
本発明の一実施形態に係るステータ用接着積層コアを備えた回転電機の断面図である。 同ステータ用積層コアの側面図である。 図２のＡ－Ａ断面図であって、同ステータ用接着積層コアにおける接着部の形成パターン例を示す図である。 ステータ用接着積層コアの実施例を製造するために用いた製造装置の側面図である。 同実施例における電磁鋼板の平均板厚ｔ１と接着部の平均厚みｔ２との関係を示すグラフである。 同実施例における電磁鋼板の降伏強度の平均値ＹＰと接着部の平均厚みｔ２との関係を示すグラフである。
　以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るステータ用接着積層コアと、このステータ用接着積層コアを備えた回転電機とについて説明する。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。
　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およびロータ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およびロータコア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およびロータコア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、およびロータコア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としては、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、以下に質量％単位で示すように、２．５％～３．９％のＳｉを含有する。Ｓｉ以外は特に限定するものではないが、本実施形態における良好な範囲を下記に明示する。化学組成をこの範囲とすることにより、各電磁鋼板４０の降伏強度の平均値ＹＰを、３８０ＭＰａ以上５４０ＭＰａ以下に設定することができる。
　Ｓｉ：２．５％～３．９％
　Ａｌ：０．００１％～３．０％
　Ｍｎ：０．０５％～５．０％
　残部：Ｆｅ及び不純物
　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、ＪＩＳＣ２５５２：２０１４の無方向性電鋼帯を採用できる。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してもよい。この場合の方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳＣ２５５３：２０１２の方向性電鋼帯を採用できる。
　電磁鋼板４０の加工性や、ステータコア２１（以下、単に「積層コア」と言う場合がある）の鉄損を改善するために、電磁鋼板４０の両面は、絶縁被膜で被覆されている。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、などが採用できる。これらのうち、前記絶縁被膜が、（１）無機化合物の場合、又は、（３）無機化合物及び有機樹脂の混合物である場合において、顕著に、各接着部の硬化時収縮による磁気特性の低下を抑制できる。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、絶縁被膜の平均厚み（電磁鋼板４０片面あたりの平均厚み）の上限値としては、１．５μｍ、より好ましくは１．２μｍとするのがよい。
　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、積層コアにおいて電磁鋼板４０の占める割合が低下し、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。絶縁被膜の平均厚み（電磁鋼板４０片面あたりの厚さ）の下限値としては、０．３μｍ、より好ましくは０．５μｍとするのがよい。絶縁被膜の平均厚みとしては、上記の上下限範囲内において、例えば０．８μｍを採用することができる。
　絶縁被膜の平均厚みは、積層コア全体としての平均値である。絶縁被膜の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ように作り込まれている。そのため、絶縁被膜の平均厚みは、積層コアの上端位置で測定した数値をもってその値とすることができる。なお、絶縁被膜が形成された電磁鋼板４０に代わり、絶縁被膜が形成されていない電磁鋼板を用いてもよい。
　後述する接着部４１の硬化時収縮が各電磁鋼板４０の磁気特性に及ぼす影響など、その他要因も考慮し、各電磁鋼板４０の平均厚みｔ１としては、０．１５ｍｍ以上０．２７ｍｍ以下を採用することが好ましいが、この範囲外においても本発明は有効である。
　各電磁鋼板４０の平均厚みｔ１が０．１５ｍｍ未満まで薄くなると、接着部４１が硬化する際の収縮による圧縮応力や引張応力が各電磁鋼板４０に生じやすくなり、その結果として各電磁鋼板４０の磁気特性が劣化する恐れがある。一方、各電磁鋼板４０の平均厚みｔ１が０．２７ｍｍを超えると鉄損の絶対値が増大し、効果が得られにくくなる恐れがある。なお、電磁鋼板４０の厚さには、絶縁被膜の厚さも含まれる。
　各電磁鋼板４０の平均厚みｔ１は、積層コア全体としての平均値である。各電磁鋼板４０の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ように作り込まれている。そのため、各電磁鋼板４０の平均厚みｔ１は、積層コアの上端位置で測定した数値をもってその値とすることができる。
　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、複数の点状に配置された接着部４１を介して積層されている。各接着部４１それぞれは、分断されることなく硬化した接着剤である。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。接着部４１を形成するための接着剤としては、（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油面接着剤を用いることができる。よって、接着部４１としては、アクリル系及びエポキシ系の少なくとも一方の油面接着剤を油成分として含む。
　接着部４１を形成するための接着剤としては、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り、生産性の観点からは、常温硬化型の接着剤を使用することが望ましい。常温硬化型の接着剤は、２０℃～３０℃で硬化する。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、硬化前の状態を言い、接着剤が硬化した後は接着部４１となる。
　接着部４１の常温（２０℃～３０℃）における平均引張弾性率は、２５００ＭＰａ～５０００ＭＰａの範囲内とされる。接着部４１の平均引張弾性率は、２５００ＭＰａ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の平均引張弾性率の下限値は、２５００ＭＰａ、より好ましくは３０００ＭＰａとされる。逆に、接着部４１の平均引張弾性率５０００ＭＰａを超えると、電磁鋼板４０に付与する応力歪が大きくなりコア磁性が劣化する不具合が生じる。そのため、接着部４１の平均引張弾性率の上限値は、５０００ＭＰａ、より好ましくは４５００ＭＰａとされる。各接着部４１の平均引張弾性率は、積層ステーション１４０での接着時に加える加熱加圧条件及び硬化剤種類の一方もしくは両方を変更することにより調整できる。
　なお、平均引張弾性率は、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とみなす。平均引張弾性率は、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、平均引張弾性率は、積層コアの上端位置にある、硬化後の接着部４１をもってその値とすることもできる。
　複数の電磁鋼板４０間の接着方法としては、電磁鋼板４０の下面（一方の面）に接着剤を点状に塗布した後に重ね合わせ、そして加熱および圧着のいずれか一方または両方を行って硬化させて接着部４１を形成することで、接着する方法が採用できる。なお、加熱手段は、例えば高温槽や電気炉内でステータコア２１を加熱する手段、または、ステータコア２１に直接通電して加熱する方法等、どのような手段でも良い。一方、常温硬化型の接着剤を用いる場合には、加熱を行わずに圧着のみにより接着する。
　図３に、接着部４１の形成パターンの一例を示す。各接着部４１は円形をなす複数の点状に形成されている。より具体的に言うと、コアバック部２２においては、その周方向に等角度間隔を置いて平均直径が１２ｍｍの点状に形成されている。さらに、各ティース部２３の先端位置にも、接着部４１が平均直径で８ｍｍの点状に形成されている。ここで示した平均直径は一例であり、２ｍｍ～２０ｍｍの範囲内より適宜選定することができる。また、図３の形成パターンは一例であり、各接着部４１の数及び配置は必要に応じて適宜変更できる。また、各接着部４１の形状は、円形のみに限らず、必要に応じて矩形やその他の多角形状であってもよい。
　接着部４１の平均厚みｔ２は、０．５μｍ以上２．５μｍ以下となる。接着部４１の平均厚みｔ２が０．５μｍ未満であると、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ｔ２の下限値は、０．５μｍ、より好ましくは０．８μｍとされる。逆に、接着部４１の平均厚みｔ２が２．５μｍ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ｔ２の上限値は、２．５μｍ、より好ましくは２．０μｍとされる。
　接着部４１の平均厚みｔ２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ｔ２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ｔ２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、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。
　さらに、このステータ用接着積層コアでは、各電磁鋼板４０の平均板厚を単位ｍｍでｔ１、各接着部４１の平均厚みを単位μｍでｔ２、各電磁鋼板４０の降伏強度の平均値を単位ＭＰａでＹＰ、とした場合に、下記の式１，式２，式３を満たす条件Ａと、下記の式３，式４，式５を満たす条件Ｂと、のうちの少なくとも一方を満たす。
　５０×ｔ１－１２≦ｔ２≦５０×ｔ１－６・・・（式１）
　０．１５≦ｔ１≦０．２７・・・（式２）
　０．５≦ｔ２≦２．５・・・（式３）
　０．０２５×ＹＰ－１２≦ｔ２≦０．０２５×ＹＰ－８・・・（式４）
　３８０≦ＹＰ≦５４０・・・（式５）
　上記式１について言うと、接着部４１の平均厚みｔ２が５０×ｔ１－１２よりも薄くなると、鋼板同士の接着強度が低下する。一方、接着部４１の平均厚みｔ２が５０×ｔ１－６よりも厚くなると、接着剤の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。以上より、接着部４１の平均厚みｔ２は式１の範囲内とされる。
　続いて上記式４について言うと、接着部４１の平均厚みｔ２が０．０２５×ＹＰ－１２よりも薄くなると、ステータコア２１の機械強度が保てない。一方、接着部４１の平均厚みｔ２が０．０２５×ＹＰ－８よりも厚くなると、接着剤の硬化時の収縮により積層コアに付与される応力が大きくなりコア磁性が劣化する。以上より、接着部４１の平均厚みｔ２は式４の範囲内とされる。
　以上の規定に加え、前記条件Ａのみを満たす、又は、前記条件Ａ及び前記条件Ｂの双方を満たす場合において、平均板厚ｔ１が０．２０ｍｍ～０．２５ｍｍでかつ、平均厚みｔ２が１．０μｍ～２．０μｍであることが、より好ましい。
　また、前記条件Ｂのみを満たす、又は、前記条件Ａ及び前記条件Ｂの双方を満たす場合において、前記平均厚みｔ２が１．０μｍ～２．０μｍでかつ、前記降伏強度の平均値ＹＰが４５０ＭＰａ～５００ＭＰａであることが、より好ましい。
　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と同様に接着剤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。
　図４に示す製造装置１００を用い、各種製造条件を変えながら上記ステータコア２１を製造した。
　まず先に、製造装置１００について説明する。同製造装置１００では、コイルＣ（フープ）から電磁鋼板Ｐ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き、電磁鋼板４０の下面に接着剤を塗布し、打ち抜いた電磁鋼板４０を積層して昇温しながら加圧接着して各接着部４１を形成する。
　図４に示すように、製造装置１００は、コイルＣに最も近い位置に一段目の打ち抜きステーション１１０と、この打ち抜きステーション１１０よりも電磁鋼板Ｐの搬送方向に沿った下流側に隣接配置された二段目の打ち抜きステーション１２０と、この打ち抜きステーション１２０よりもさらに下流側に隣接配置された接着剤塗布ステーション１３０と、を備えている。
　打ち抜きステーション１１０は、電磁鋼板Ｐの下方に配置された雌金型１１１と、電磁鋼板Ｐの上方に配置された雄金型１１２とを備える。
　打ち抜きステーション１２０は、電磁鋼板Ｐの下方に配置された雌金型１２１と、電磁鋼板Ｐの上方に配置された雄金型１２２とを備える。
　接着剤塗布ステーション１３０は、接着剤の塗布パターンに応じて配置された複数本のインジェクターを備える塗布器１３１を備える。
　製造装置１００は、さらに、接着剤塗布ステーション１３０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、電磁鋼板Ｐ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、電磁鋼板Ｐ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Ｃより電磁鋼板Ｐを図４の矢印Ｆ方向に順次送り出す。そして、この電磁鋼板Ｐに対し、まず打ち抜きステーション１１０による打ち抜き加工を行う。続いて、この電磁鋼板Ｐに対し、打ち抜きステーション１２０による打ち抜き加工を行う。これら打ち抜き加工により、電磁鋼板Ｐ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。次工程の接着剤塗布ステーション１３０では、塗布器１３１の前記各インジェクターから供給される接着剤が点状に塗布される。
　そして最後に、電磁鋼板Ｐ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、接着剤塗布工程、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。この加熱により接着剤が硬化して接着部４１が形成される。
　以上の各工程により、ステータコア２１が完成する。
　以上説明の製造装置１００を用いて、表１Ａ及び表１ＢのＮｏ．１～Ｎｏ．３１に示すステータコア２１を製造した。各ステータコア２１の製造に用いた電磁鋼板４０の化学成分は、以下に統一した。なお、各成分値は全て質量％を示す。また、各電磁鋼板４０の降伏強度の平均値ＹＰについても、表１Ａに示す。
　Ｓｉ：　３．１％
　Ａｌ：　０．７％
　Ｍｎ：　０．３％
　残部：Ｆｅ及び不純物
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　具体的に説明すると、上記化学成分を持つフープ（コイルＣ）を複数本、作成した。各フープの地鉄の板厚は、０．１５ｍｍ，０．２０ｍｍ，０．２３ｍｍ，０．２５ｍｍ，０．２７ｍｍ，０．３０ｍｍ、の６種類とした。これらフープのそれぞれにリン酸金属塩及びアクリル樹脂エマルジョンを含有する絶縁被膜処理液を塗布し、３００℃で焼き付けを行い、片面で０．８μｍの絶縁被膜を形成した。
　各フープを上記製造装置１００により外径３００ｍｍ及び内径２４０ｍｍのリング状を有してかつ、内径側に長さ３０ｍｍで幅１５ｍｍの長方形のティース部２３を１８箇所設けた単板コア（電磁鋼板４０）を打ち抜きにより形成した。
　続いて、打ち抜いた単板コアを順次送りながら、図３に示した各位置に接着剤を点状に塗布し、そして積層した上で、所定の圧力で加圧しながら加熱して硬化させて各接着部４１を形成した。同様の作業を１３０枚の単板コアに対して繰り返し行うことにより、積層コア（ステータコア２１）を製造した。
　以上説明の方法により製造された積層コアを、その軸線を含む断面において切断した。そして、絶縁被膜においてはその平均厚みを求めた。また、接着部４１においては、その平均厚みｔ２（μｍ）と、硬化後の平均引張弾性率とを求めた。平均引張弾性率は、上述した方法で求めた。また、各接着部４１の外径は平均で５ｍｍであった。単板コアの降伏強度の平均値ＹＰの求め方は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１に準じた方法を用いた。
　そして、平均厚みｔ１（ｍｍ）、平均厚みｔ２（μｍ）、降伏強度の平均値ＹＰ（ＭＰａ）を、上述した式１及び式４に代入し、各式を満たすか否かを判定した。その結果も表１Ａに示す。なお、平均厚みｔ１（ｍｍ）及び平均厚みｔ２（μｍ）の測定は、上述の規定通りとした。
　さらに、積層コアとしての機械強度も評価した。機械強度の評価には、幅２０ｍｍ、先端角１０°、０．１５ｍｍＲの刃先を積層コアの積層部（互いに隣接する一対の電磁鋼板４０間）に対し、荷重を増しながら押し付けていき、割れたときの荷重の大きさで評価した。この荷重は高いほど好ましく、４ＭＰａ以上であるものを良好または優良と判断した。表１Ｂの機械強度において、「優良」は高い機械強度が確保できていることを示し、「良好」は必要十分な機械強度が確保されていることを示し、「不可」は必要最低限の機械強度が足りていないことを示す。
　さらに、積層コアの磁気特性も評価した。磁気特性を評価する際には、電磁鋼板４０の積層枚数を２０枚とし、絶縁紙で積層コアをカバーしてから巻線を行い、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５テスラで、コア鉄損（表１ＢのＷ１５／５０）を測定した。ここで、磁気特性評価に際しての電磁鋼板４０の積層枚数としては、１３０枚の場合とほぼ同じ結果が得られるため、２０枚とした。
　コア鉄損（表１ＢのＷ１５／５０）は低いほど好ましく、２．５０以下であるものを良好または優良と判断した。表１Ｂの磁気特性において、「優良」は非常に高い磁気特性が確保できていることを示し、「良好」は必要十分な磁気特性が確保されていることを示し、「不可」は必要最低限の磁気特性よりも低いことを示す。
　また、表１Ａに示す結果を、電磁鋼板４０の平均板厚ｔ１と接着部４１の平均厚みｔ２との関係として纏めたグラフを図５に示す。同様に、表１Ａに示す結果を、電磁鋼板４０の降伏強度の平均値ＹＰと接着部４１の平均厚みｔ２との関係として纏めたグラフを図６に示す。
　表１Ａ及び表１Ｂに示すように、Ｎｏ．１に示す比較例では、式１及び式４が満たされないため、磁気特性が低下した。
　また、Ｎｏ．４に示す比較例では、接着部の単位強度が高過ぎたため、電磁鋼板に付与する応力が高過ぎて磁気特性が低下した。
　また、Ｎｏ．５に示す比較例では、接着部の平均厚みｔ２が薄すぎて十分な接着力を確保できなかった。
　また、Ｎｏ．９に示す比較例では、電磁鋼板の薄い平均板厚ｔ１に対して接着部の平均厚みｔ２が厚くなりすぎた。その結果、電磁鋼板に歪みが生じ、磁気特性が低くなった。
　また、Ｎｏ．１０に示す比較例では、接着部の単位強度が高過ぎたため、電磁鋼板に付与する応力が高過ぎて磁気特性が低下した。
　また、Ｎｏ．１１に示す比較例では、接着部の平均厚みｔ２が薄すぎて十分な接着力を確保できなかった。
　また、Ｎｏ．１４に示す比較例では、接着部の平均厚みｔ２が厚すぎて、積層コアにおいて電磁鋼板の占める割合が低下し、積層コアとしての磁気特性が低下した。
　また、Ｎｏ．１５に示す比較例では、接着部の単位強度が高過ぎたため、電磁鋼板に付与する応力が高過ぎて磁気特性が低下した。
　また、Ｎｏ．１６に示す比較例では、接着部の平均厚みｔ２が薄すぎて十分な接着力を確保できなかった。
　また、Ｎｏ．２０に示す比較例では、接着部の平均厚みｔ２が厚すぎて、積層コアにおいて電磁鋼板の占める割合が低下し、積層コアとしての磁気性能が低下した。
　また、Ｎｏ．２１に示す比較例では、接着部が柔らかすぎて機械強度が低下した。
　また、Ｎｏ．２２に示す比較例では、式１及び式４が満たされないため、機械強度が低下した。
　また、Ｎｏ．２５に示す比較例では、接着部の平均厚みｔ２が厚すぎて電磁鋼板に歪が生じ、磁気特性に影響を及ぼした。
　また、Ｎｏ．２６に示す比較例では、接着部が柔らかすぎて電磁鋼板に歪が生じ、機械強度と磁気特性の双方が低下した。
　また、Ｎｏ．２７～２９に示す比較例では、電磁鋼板の平均板厚ｔ１が厚すぎるため、相対的に接着部の強度が低下し、積層コアとしての機械強度が低下した。
　一方、発明例であるＮｏ．２，３，６～８，１２，１３，１７～１９，２３，２４，３０，３１においては、積層コアとしての機械強度及び磁気特性の両方において所望の性能を確保することが確認された。これら発明例のうち、Ｎｏ．２，３，６～８，１２，１３，１７～１９，２３，２４は、条件Ａ及び条件Ｂの双方を満たすため、条件Ａ及び条件Ｂの一方のみを満たすＮｏ．３０，３１よりもさらに好ましい結果が得られた。
　以上、本発明の一実施形態及び実施例について説明した。ただし、本発明の技術的範囲は前記実施形態及び実施例のみ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２１の形状は、上記実施形態で示した形態のみに限定されるものではない。具体的には、ステータコア２１の外径および内径の寸法、積厚、スロット数、ティース部２３の周方向と径方向の寸法比率、ティース部２３とコアバック部２２との径方向の寸法比率等は、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３０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、本発明はこの形態のみに限られない。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。
　上記実施形態では、回転電機１０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１０の構造は、以下に例示するようにこれのみに限られず、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。
　上記実施形態では、回転電機１０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、本発明はこれのみに限られない。例えば、回転電機１０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１０が誘導電動機であってもよい。
　上記実施形態では、回転電機１０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１０が直流電動機であってもよい。
　上記実施形態では、回転電機１０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１０が発電機であってもよい。
　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。
　本発明によれば、接着剤の硬化時収縮による磁気特性の低下を抑制できるステータ用接着積層コアと、このステータ用接着積層コアを備えた回転電機とを提供できる。よって、産業上の利用可能性は大である。
　１０　回転電機
　２１　ステータ用接着積層コア
　４０　電磁鋼板
　４１　接着部

Claims (6)

  1. 　互いに積層され、両面が絶縁被膜により被覆された複数の電磁鋼板と、
    　積層方向に隣り合う前記各電磁鋼板同士の間に複数の点状に配置され、前記各電磁鋼板同士を接着する接着部と、
    を備え、
    　前記各電磁鋼板の化学成分が、質量％で２．５％～３．９％のＳｉを含有し、
    　前記各接着部の平均引張弾性率が、２５００ＭＰａ～５０００ＭＰａであり、
    　前記各電磁鋼板の平均板厚を単位ｍｍでｔ１、前記各接着部の平均厚みを単位μｍでｔ２、前記各電磁鋼板の降伏強度の平均値を単位ＭＰａでＹＰ、とした場合に、
    　　下記の式１，式２，式３を満たす条件Ａと、
    　　下記の式３，式４，式５を満たす条件Ｂと、
    のうちの少なくとも一方を満たす
    ことを特徴とするステータ用接着積層コア。
    　５０×ｔ１－１２≦ｔ２≦５０×ｔ１－６・・・（式１）
    　０．１５≦ｔ１≦０．２７・・・（式２）
    　０．５≦ｔ２≦２．５・・・（式３）
    　０．０２５×ＹＰ－１２≦ｔ２≦０．０２５×ＹＰ－８・・・（式４）
    　３８０≦ＹＰ≦５４０・・・（式５）
  2. 　前記条件Ａのみを満たす、又は、前記条件Ａ及び前記条件Ｂの双方を満たし、
    　前記平均板厚ｔ１が０．２０ｍｍ～０．２５ｍｍでかつ、
    　前記平均厚みｔ２が１．０μｍ～２．０μｍである
    ことを特徴とする請求項１に記載のステータ用接着積層コア。
  3. 　前記条件Ｂのみを満たす、又は、前記条件Ａ及び前記条件Ｂの双方を満たし、
    　前記平均厚みｔ２が１．０μｍ～２．０μｍでかつ、
    　前記降伏強度の平均値ＹＰが４５０ＭＰａ～５００ＭＰａである
    ことを特徴とする請求項１に記載のステータ用接着積層コア。
  4. 　前記各接着部が、アクリル系及びエポキシ系の少なくとも一方の油面接着剤を油成分として含む
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のステータ用接着積層コア。
  5. 　前記各接着部が、エラストマー含有アクリル系接着剤からなるＳＧＡを含む常温硬化型のアクリル系接着剤であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のステータ用接着積層コア。
  6. 　請求項１～５の何れか１項に記載のステータ用接着積層コアを備えたことを特徴とする回転電機。
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