WO2020129926A1 - 積層コアおよび回転電機 - Google Patents
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Definitions
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve motor characteristics.
- the resonance frequency of the laminated core can be increased. As a result, it is possible to prevent the resonance frequencies of the rotary electric machine and the laminated core from matching. Therefore, the laminated core is less likely to vibrate, and the motor characteristics of the laminated core can be improved.
- the rotary electric machine 10 includes a stator 20, a rotor 30, a case 50, and a rotary shaft 60.
- the stator 20 and the rotor 30 are housed in the case 50.
- the stator 20 is fixed to the case 50.
- an inner rotor type rotating electric machine in which the rotor 30 is located inside the stator 20 is used as the rotating electric machine 10.
- an outer rotor type rotary electric machine in which the rotor 30 is located outside the stator 20 may be used.
- the rotary electric machine 10 is a 12-pole 18-slot three-phase AC motor.
- the number of poles, the number of slots, the number of phases, and the like can be appropriately changed.
- the adhesive portion 41 when the adhesive portion 41 is arranged on the tooth portion 23A or the like in the layer of the first type adhesive portion 41, the adhesive portion 41 is attached to the tooth portion 23A or the like of the layer of the second type adhesive portion 41. Is not placed.
- the adhesive portion 41 when the adhesive portion 41 is not arranged in the tooth portion 23A or the like in the layer of the first type adhesive portion 41, the adhesive portion 41 is arranged in the tooth portion 23A or the like of the layer of the second type adhesive portion 41. To be done. The same applies to the teeth portions 23B to 23R. Then, the layers of the two types of adhesive portions 41 are alternately arranged in the stacking direction. In other words, the planar shape of the layers formed by the adhesive portions 41 is the same every other layer.
- the first spacing is 7 in the teeth portions 23I, 23J, 23Q, 23R.
- These teeth portions 23 do not have the first configuration because there is only one first interval.
- the first intervals for the teeth portions 23A to 23H and 23K to 23P are not defined because there is no other adhesive portion 41 where the arrangement regions overlap when viewed in the stacking direction.
- the tooth portions 23 do not have the first configuration because the first spacing is not defined.
- interval in the layer by the adhesion part 41 corresponding to electromagnetic steel plates 40A and 40B is 7, 7 and 1, respectively.
- the second intervals in the layer formed by the adhesive portion 41 corresponding to the electromagnetic steel plates 40C to 40J are 7 and 9, respectively.
- the tooth portions 23 in which the adhesive portions 41 are arranged are arranged one by one in the circumferential direction with respect to the layers adjacent to the first side in the stacking direction. It is shifted to the side. Furthermore, in each layer of the adhesive portions 41 corresponding to the electromagnetic steel plates 40G and 40H, the number of adhesive portions 41 is increased to four. Specifically, in the layer including the adhesive portion 41 corresponding to the electromagnetic steel plate 40G, the adhesive portion 41 is arranged on the tooth portion 23A.
- the rotary electric machine 10 can rotate at a rotation speed of 1000 rpm by applying an exciting current having an effective value of 10 A and a frequency of 100 Hz to each phase, for example.
- the shape of the stator core is not limited to the shape shown in the above embodiment. Specifically, the dimensions of the outer and inner diameters of the stator core, the product thickness, the number of slots, the circumferential and radial dimensional ratios of the teeth, and the radial dimensional ratios of the teeth and core back are desired. It can be arbitrarily designed according to the characteristics of the rotating electric machine.
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Abstract
Description
本願は、2018年12月17日に、日本に出願された特願2018-235860号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第一の態様は、互いに積層された複数の電磁鋼板と、積層方向に隣り合う電磁鋼板同士の間に配置され、これらの電磁鋼板を接着する接着部と、を備える積層コアであって、前記接着部は、積層方向に隣り合う電磁鋼板同士を部分的に接着し、積層方向に隣り合う接着部同士では、積層方向から見た平面視において、互いの配置領域が異なっている積層コアである。
ここで言う、積層方向に隣り合う接着部同士では、積層方向から見た平面視において、互いの配置領域が異なっているとは、積層方向から見た平面視において、積層方向に隣り合う接着部同士のうち、一方の接着部と他方の接着部とが一部分も重ならないことを意味する。
この構成によれば、積層方向から見た平面視において積層方向に隣り合う接着部同士で互いの配置領域が重なる場合に比べて、所定の接着部に対して積層方向に隣り合う接着部と、この所定の接着部に対して周方向に隣り合う接着部との最小公倍数が大きくなる。このため、積層コアの共振周波数を高くすることができる。その結果、回転電機と積層コアの共振周波数が一致することを防止することができる。従って、積層コアが振動し難くなり、積層コアのモータ特性を向上させることができる。
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。
この構成によれば、電磁鋼板の積層される面の全体に接着部を設ける場合よりも、接着部を設ける領域が減る。このため、接着部により電磁鋼板に付与される歪量が低減する。従って、積層コアの磁気特性の劣化を抑制することができる。
この構成によれば、例えば、積層方向から見た平面視において、接着部の配置領域が、積層方向に一定でない間隔で重なる場合に比べて、電磁鋼板に生じる歪が積層方向に均一になる。従って、積層コア全体として、接着剤の硬化に伴って電磁鋼板に生じる歪が偏ることを抑制することができる。
この構成によれば、Nが1で、1層おきに配置領域が重なる。従って、接着により接合される電磁鋼板が、積層コアにおいて積層方向の一部分に局所的に集中することが抑えられる。このため、接着により接合される電磁鋼板を、積層方向に分散させることができる。従って、回転電機と積層コアの共振周波数が一致することを防止することができる。これにより、積層コアのモータ特性をより向上させることができる。
この構成によれば、素数であるNの約数の数が少ないため、所定の接着部に対して積層方向に隣り合う接着部と、この所定の接着部に対して周方向に隣り合う接着部との最小公倍数が大きくなる。従って、積層コアの共振周波数を高くすることができる。その結果、回転電機と積層コアの共振周波数が一致することを防止することができる。従って、積層コアのモータ特性をより向上させることができる。
この構成によれば、電磁鋼板のうち、積層方向に沿う一端に位置する電磁鋼板における積層される面と、この面に積層方向に隣り合う電磁鋼板における積層される面とが、この面の外周縁および中央部のいずれにおいても、積層方向に離間するのが抑制される。従って、これら積層方向に隣り合う面の間で振動が発生するのを抑制することができる。
同様に、電磁鋼板のうち、積層方向に沿う他端に位置する電磁鋼板においても、積層方向に隣り合う面の間で振動が発生するのを抑制することができる。
この構成によれば、回転電機のモータ特性を向上させることができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ステータコア21では、図4および図5に示すように、積層方向に隣り合う電磁鋼板40同士の間に、これらの電磁鋼板40を接着する接着部41が配置されている。
その接着部41は、積層方向に隣り合う電磁鋼板40同士を部分的に接着している。積層方向に隣り合う接着部41同士では、積層方向から見た平面視において、互いの配置領域が異なっている。積層方向に隣り合う接着部41同士が、積層方向から見た平面視において、互いの配置領域が異なるように配置されている範囲(以下、配置領域が異なる配置範囲と言う)は、ステータコア21全体でもよいが、ステータコア21の一部でもよい。具体的には、配置領域が異なる配置範囲は、周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23においてでもよい。配置領域が異なる配置範囲は、積層方向に並ぶ複数の後述する接着部41による層のうちの1層においてでもよい。
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。
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。
なお本実施形態では、1または複数の接着部41が、2つの電磁鋼板40の間にそれぞれ層(以下、接着部41による層ともいう)を形成している。言い換えると、接着部41による層は、1または複数の接着部41を含んでいる。接着部41による層は、積層方向に複数設けられている。
接着部41が、積層方向から見た平面視において、配置領域がN層おきに重なることは、周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうち少なくとも一部において、接着部41が、積層方向から見た平面視において、配置領域がN層おきに重なることを意味する。
また、Nは1または素数であることが好ましい。本実施形態では、N=1となっている。
以下では、電磁鋼板40に配置された(設けられた)接着部41とは、その電磁鋼板40に対する積層方向の第1側に隣り合う位置に配置された接着部41のことを意味する。
各電磁鋼板40のティース部23Aは、積層方向から見た平面視において互いに重なっている。各電磁鋼板40のティース部23B~23Rについても同様である。
図6および図7に示すように、この例では、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(23A~23R)が設けられている。
電磁鋼板40Aでは、各接着部41は、ティース部23A,23C,23E,23G,23I,23K,23M,23O,23Qの表面23aから、これらのティース部23に沿ってコアバック部22の径方向外側の外周縁まで延びている。電磁鋼板40Bでは、各接着部41は、ティース部23B,23D,23F,23H,23J,23L,23N,23P,23Rの表面23aから、これらのティース部23に沿ってコアバック部22の径方向外側の外周縁まで延びている。
なお、〇が記載されている欄に対応して、ティース部23、およびティース部23のコアバック外側部のうちの一方のみに、接着部41が配置されていてもよい。
この例のステータコア21は、電磁鋼板400を備えている。しかし、後述するように電磁鋼板400には接着部41が配置されていないため、表1中に電磁鋼板400を示していない。後述する表2から表5についても、表中に電磁鋼板400を示していない。
一方で、電磁鋼板40Bのティース部23Aの欄に、〇が記載されていない。この記載は、電磁鋼板40Bのティース部23Aに対する積層方向の第1側に隣り合う位置に、接着部41が配置されていないことを意味する。この記載はさらに、電磁鋼板40Bのティース部23Aのコアバック外側部に対する積層方向の第1側に隣り合う位置に、接着部41が配置されていないことを意味する。
また、図7および表1に示すように、電磁鋼板40B,40D,40F,40H,40Jでは、後述する第2グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第2グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第2グループのティース部23とは、ティース部23B,23D,23F,23H,23J,23L,23N,23P,23Rのことを意味する。
2種類の接着部41による層のいずれも、接着部41は、周方向に1つのティース部23おきとなるティース部23等に、それぞれ配置されている。
ただし、例えば、第1の種類の接着部41による層においてティース部23A等に接着部41が配置される場合には、第2の種類の接着部41による層のティース部23A等に接着部41は配置されない。一方で、第1の種類の接着部41による層においてティース部23A等に接着部41が配置されない場合には、第2の種類の接着部41による層のティース部23A等に接着部41は配置される。ティース部23B~23Rについても、同様である。
そして、この2種類の接着部41による層が、積層方向に交互に配置されている。言い換えると、接着部41による層の平面視形状は、1層おきに同一になる。
また、図10および表2に示すように、電磁鋼板40B,40E,40Hでは、後述する第7グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第7グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第7グループのティース部23とは、ティース部23B,23E,23H,23K,23N,23Qのことを意味する。
また、図11および表2に示すように、電磁鋼板40C,40F,40Iでは、後述する第8グループのティース部23の表面23aおよびコアバック部22における第8グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第8グループのティース部23とは、ティース部23C,23F,23I,23L,23O,23Rのことを意味する。
3種類の接着部41による層のいずれも、接着部41は、周方向に2つのティース部23おきとなるティース部23等にそれぞれ配置されている。ここで、3種類の接着部41による層のうち、平面視形状が互いに異なる接着部41による層を、第1の種類の接着部41による層、第2の種類の接着部41による層、および第2の種類の接着部41による層と言う。
そして、第1の種類の接着部41による層、第2の種類の接着部41による層、および第3の種類の接着部41による層が、積層方向の第1側からの第2側に向かって順番に配置されている。言い換えると、接着部41による層の平面視形状は、2層おきに同一になる。
ただし、電磁鋼板40Jの次に別の電磁鋼板40Aを積層する場合、電磁鋼板40Jのティース部23Aに、別の電磁鋼板40Aのティース部23Cが重なるように、電磁鋼板40Jに対して別の電磁鋼板40Aを中心軸線O周りに回転させて配置する。
また、図13および表3に示すように、電磁鋼板40B,40Jでは、後述する第12グループのティース部23表面23a、およびコアバック部22における第12グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第12グループのティース部23とは、ティース部23B,23J,23Rのことを意味する。
また、図14および表3に示すように、電磁鋼板40Cでは、後述する第13グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第13グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第13グループのティース部23とは、ティース部23C,23Kのことを意味する。
また、図16および表3に示すように、電磁鋼板40Eでは、後述する第15グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第15グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第15グループのティース部23とは、ティース部23E,23Mのことを意味する。
また、図18および表3に示すように、電磁鋼板40Gでは、後述する第17グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第17グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第17グループのティース部23とは、ティース部23G,23Oのことを意味する。
また、図20および表3に示すように、電磁鋼板40Iでは、後述する第19グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第19グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第19グループのティース部23とは、ティース部23I,23Qのことを意味する。
また、図21および表3に示すように、電磁鋼板40Gでは、後述する第20グループのティース部23の表面23a、およびコアバック部22における第20グループのティース部23の径方向外側の部分の表面22aに、それぞれ接着部41が設けられている。ここで言う第20グループのティース部23とは、ティース部23J,23Rのことを意味する。
10種類の接着部41による層間での接着部41が設けられるティース部23の違いは、前記N=1,2の場合と同様であり、説明を省略する。
ただし、電磁鋼板40Jの次に別の電磁鋼板40Aを積層する場合、電磁鋼板40Jのティース部23Aに、別の電磁鋼板40Aのティース部23Kが重なるように、電磁鋼板40Jに対して別の電磁鋼板40Aを中心軸線O周りに回転させて配置する。
この変形例のステータコア21では、表3の例に示すステータコア21の構成に加えて、以下の2カ所に接着部41が配置されている。具体的には、電磁鋼板40Iのティース部23A等、および電磁鋼板40Jのティース部23B等にそれぞれ接着部41が配置されている。
第1構成:周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、接着部41が、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に等間隔に(積層方向に等しい数の層をおいて)配置されている構成。
第2構成:積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうちの1層において、接着部41が、ステータコア21の全周にわたって、周方向に等間隔に(周方向に等しい数のティース部23をおいて)配置されている構成。
なお、例えば表3の例に示すステータコア21では、ステータコア21が備える電磁鋼板40の枚数がより多い場合(例えば、21枚の電磁鋼板40を備える場合)には、ステータコア21は第1構成を備える場合がある。この場合、12枚目以降の電磁鋼板40は、前記したように積層される。
第1間隔とは、対象とする一のティース部23において、積層方向から見て配置領域が重なる接着部41同士が、何層離れているかを示す間隔である。例えば、表1においてティース部23Aに着目する。このティース部23Aでは、接着部41に対して、積層方向から見て配置領域が重なる接着部41同士は、ステータコア21の積層方向の全長にわたって1層おきに配置されている。よって、ティース部23Aでは、ステータコア21の積層方向の全長にわたって第1間隔が、1である。
第1構成:周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって第1間隔が互いに等しい構成。
第2構成:積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうちの1層において、ステータコア21の全周にわたって第2間隔が互いに等しい構成。
表2に示す例のステータコア21では、全てのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、第1間隔が2である。全ての接着部41による層において、ステータコア21の全周にわたって、第2間隔が2である。このステータコア21は、第1構成および第2構成をそれぞれ備える。
電磁鋼板40A,40Bに対応する接着部41による層における第2間隔は、それぞれ7,7,1である。電磁鋼板40C~40Jに対応する接着部41による層における第2間隔は、それぞれ7,9である。この例のステータコア21では、複数の接着部41による層のいずれも、第2構成を備えない。
なお、前記のように、表3の例に示すステータコア21では、ステータコア21が備える電磁鋼板40の枚数がより多い場合には、ステータコア21は第1構成を備える場合がある。
以下では、これらの第1構成および第2構成を兼ね備えていないステータコア21について、表5および表6を用いて説明する。
表5および表6において、〇となっている部分が、接着部41が配置されているティース部23B等を示す。
第3構成:周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、ステータコア21の積層方向の一部の領域において、積層方向から見た平面視で、接着部41は、互いに異なる素数層おきに配置領域が重なる構成。
第3構成は、言い換えれば、周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、ステータコア21の積層方向の一部の領域において、積層方向に隣り合う第1間隔が互いに異なる素数である構成、である。
第5構成:周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向から見た平面視で、接着部41は、互いに異なる素数層おきに配置領域が重なる構成。
第5構成は、言い換えれば、周方向に並ぶ複数のティース部23のうちの1つのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に隣り合う第1間隔が互いに異なる素数である構成、である。
第4構成:積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうちの1層において、ステータコア21の周方向の一部の領域において、周方向に隣り合う接着部41間のティース部23の数が互いに異なる素数である構成。
第4構成は、言い換えれば、積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうちの1層において、ステータコア21の周方向の一部の領域において、周方向に隣り合う第2間隔が互いに異なる素数である構成、である。
第6構成:積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうちの1層において、ステータコア21の全周にわたって、周方向に隣り合う接着部41間のティース部23の数が互いに異なる素数である構成。
第6構成は、言い換えれば、積層方向に並ぶ複数の接着部41による層のうちの1層において、ステータコア21の全周にわたって、周方向に隣り合う第2間隔が互いに異なる素数である構成、である。
以下では、各ケースのステータコア21を、上記の構成に着目しながら説明する。
表5の例に示すステータコア21について説明する。
ケース1のステータコア21では、電磁鋼板40Aに対応する接着部41による層では、4つの接着部41が配置されている。この層では、4つの接着部41が、ティース部23A,23E,23K,23Oに配置されている。そして、電磁鋼板40B~40Dに対応する各接着部41による層では、接着部41が配置されているティース部23が、積層方向の第1側に隣り合う層に対して、1つずつ周方向の第1側にずらされている。
電磁鋼板40E,40Fに対応する接着部41による各層では、接着部41が配置されているティース部23が、積層方向の第1側に隣り合う層に対して、1つずつ周方向の第1側にずらされている。さらに、電磁鋼板40E,40Fに対応する接着部41による各層では、配置されている接着部41の数が3つに減っている。具体的には、電磁鋼板40Eに対応する接着部41による層では、接着部41がティース部23Rから周方向の第1側にずれようとしたときに、接着部41がティース部23Aにずれずになくなっている。
電磁鋼板40I,40Jに対応する接着部41による各層では、接着部41が配置されているティース部23が、積層方向の第1側に隣り合う層に対して、1つずつ周方向の第1側にずらされている。さらに、電磁鋼板40I,40Jに対応する接着部41による各層では、配置されている接着部41の数が再び3つに減っている。具体的には、電磁鋼板40Iに対応する接着部41による層では、接着部41がティース部23Rから周方向の第1側にずれようとしたときに、接着部41がティース部23Aにずれずになくなっている。
すなわち、接着部41による層のうち、4つの接着部41がある層、例えば電磁鋼板40Aに対応する層では、周方向の第1側に向かって、第2間隔が3,5,3,3の順に並んでいる。これらの層は、第4構成を備えている。
また、接着部41による層のうち、3つの接着部41がある層、例えば電磁鋼板40Eに対応する層では、周方向の第1側に向かって、第2間隔が3,5,7の順に並んでいる。これらの層は、第6構成を備えている。
なお、ケース1のステータコア21は、第3構成および第5構成を備えない。
次に、表6に示す例のステータコアについて説明する。
ケース2のステータコア21では、電磁鋼板40Aに対応する接着部41による層では、6つの接着部41が配置されている。この層では、ティース部23A,23D,23G,23J,23M,23Pに、全部で6つの接着部41が配置されている。そして、電磁鋼板40B,40Cに対応する各接着部41による層では、接着部41が配置されているティース部23が、積層方向の第1側に隣り合う層に対して、1つずつ周方向の第1側にずらされている。
電磁鋼板40D~40Iに対応する接着部41による各層では、接着部41が配置されているティース部23が、積層方向の第1側に隣り合う層に対して、1つずつ周方向の第1側にずらされている。さらに、電磁鋼板40D~40Iに対応する接着部41による各層では、配置されている接着部41の数が3つに減っている。具体的には、電磁鋼板40Dに対応する接着部41による層では、接着部41がティース部23F,23L,23Rから周方向の第1側にずれようとしたときに、接着部41がティース部23G,23M,23Aにずれずになくなっている。
すなわち、積層方向から見た平面視において3つの配置領域が重なる、ティース部23A,23D,23G,23J,23M,23Pについて説明する。例えばティース部23Aにおいて、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に隣り合う第1間隔が、積層方向の第1側から第2側に向かって、5,2の順に並んでいる。例えばティース部23Dにおいて、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に隣り合う第1間隔が、積層方向の第1側から第2側に向かって、2,5の順に並んでいる。
これらのティース部23A,23D,23G,23J,23M,23Pは、第5構成を備えている。
なお、ケース2のステータコア21は、第3構成、第4構成、および第6構成を備えない。
次に、表7に示す例のステータコアについて説明する。
表7に示す例のステータコア21では、16枚の電磁鋼板40(400,40A~40O)が積層されている。なお、電磁鋼板400は、表中に示していない。
ケース3のステータコア21では、電磁鋼板40Aに対応する接着部41による層では、4つの接着部41が配置されている。この層では、4つの接着部41が、ティース部23A,23D,23J,23Mに配置されている。そして、電磁鋼板40B~40Oに対応する各接着部41による層では、接着部41が配置されているティース部23が、積層方向の第1側に隣り合う層に対して、1つずつ周方向の第1側にずらされている。
すなわち、積層方向から見た平面視において3つの配置領域が重なる、ティース部23A~23C,23J~23Lについて説明する。これらのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に隣り合う第1間隔が、積層方向の第1側から第2側に向かって、5,2の順に並んでいる。次に、積層方向から見た平面視において3つの配置領域が重なる、ティース部23G~23I,23P~23Rについて説明する。これらのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に隣り合う第1間隔が、積層方向の第1側から第2側に向かって、2,5の順に並んでいる。次に、積層方向から見た平面視において4つの配置領域が重なる、ティース部23D~23F,23M~23Oについて説明する。これらのティース部23において、ステータコア21の積層方向の全長にわたって、積層方向に隣り合う第1間隔が、積層方向の第1側から第2側に向かって、2,5,2の順に並んでいる。
すなわち、全ての接着部41による層では、周方向の第1側に向かって、第2間隔が2,5,2,5の順に並んでいる。
なお、ケース3のステータコア21は、第3構成および第4構成を備えない。
第1不等間隔構成、第2不等間隔構成、または第3不等間隔構成を備えるステータコア21は、回転電機と積層コアの共振周波数が一致することを、より防止ことができる。
従って、ケース1のステータコア21では、第3構成および第4構成のうちの第4構成を備えるため、第1不等間隔構成を備える。
ケース1のステータコア21では、第5構成および第6構成のうちの第6構成のみを備える。このため、この例のステータコア21は第2不等間隔構成を備えるが、第3不等間隔構成を備えない。
従って、この例のステータコア21では、第3構成および第4構成のいずれも備えないため、第1不等間隔構成を備えない。
この例のステータコア21では、第5構成および第6構成のうちの第5構成のみを備える。このため、この例のステータコア21は第2不等間隔構成を備えるが、第3不等間隔構成を備えない。
このため、この例のステータコア21は、第1不等間隔構成および第2不等間隔構成を備えないが、第3不等間隔構成を備える。
この効果は、第2不等間隔構成よりも第3不等間隔構成の方が大きい。この理由は、第3不等間隔構成は、接着部41は積層方向の全長にわたって互いに異なる素数層おきに配置領域が重なり、かつ、接着部41は全周にわたって周方向に隣り合う接着部41間のティース部23の数が互いに異なる素数である。従って、第3不等間隔構成は第2不等間隔構成に比べて、積層コアの接着部不均一性がより向上するためである。
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。
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。
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、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、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。
この構成により、積層方向から見た平面視において積層方向に隣り合う接着部同士で互いの配置領域が重なる場合に比べて、所定の接着部に対して積層方向に隣り合う接着部と、この所定の接着部に対して周方向に隣り合う接着部との最小公倍数が大きくなる。このため、ステータコア21の共振周波数を高くすることができる。その結果、回転電機10とステータコア21の共振周波数が一致することを防止することができる。従って、ステータコア21が振動し難くなり、ステータコア21のモータ特性を向上させることができる。
本実施形態に係るステータコア21(積層コア)において、接着部41を、電磁鋼板40において、コアバック部22の表面22aおよびティース部23の表面23aの少なくとも一方に設ける。
これにより、電磁鋼板40の積層される面の全面に接着部41を設ける場合よりも、接着部41を設ける領域が減る。このため、接着部41により電磁鋼板40に付与される歪量が低減する。従って、ステータコア21の磁気特性の劣化を抑制することができる。
従って、積層方向に隣り合う接着部同士では、積層方向から見た平面視において互いの配置領域が異なっているため、回転電機10とステータコア21の共振周波数が一致することを防止することができる。例えば、積層方向から見た平面視において、接着部の配置領域が、積層方向に一定でない間隔で重なる場合に比べて、電磁鋼板40に生じる歪が積層方向に均一になる。従って、ステータコア21全体として、接着剤の硬化に伴って電磁鋼板40に生じる歪が偏ることを抑制できる。
具体的には、接着部41を、1層おきに、積層方向から見た平面視において、配置領域が重なるように設ける。これにより、接着により接合される電磁鋼板40が、ステータコア21において積層方向の一部分に局所的に集中することが抑えられる。このため、接着により接合される電磁鋼板40を、積層方向に分散させることができる。従って、回転電機10とステータコア21の共振周波数が一致することを防止することができる。これにより、ステータコア21のモータ特性をより向上させることができる。
素数であるNの約数の数が少ないため、所定の接着部に対して積層方向に隣り合う接着部と、この所定の接着部に対して周方向に隣り合う接着部との最小公倍数が大きくなる。従って、ステータコア21の共振周波数を高くすることができる。その結果、回転電機10とステータコア21の共振周波数が一致することを防止することができる。従って、ステータコア21のモータ特性をより向上させることができる。
このため、電磁鋼板40のうち、積層方向に沿う一端に位置する電磁鋼板40における積層される面と、この面に積層方向に隣り合う電磁鋼板40における積層される面とが、この面の外周縁および中央部のいずれにおいても、積層方向に離間するのが抑制される。従って、これら積層方向に隣り合う面の間で振動が発生するのを抑制することができる。
同様に、電磁鋼板40のうち、積層方向に沿う他端に位置する電磁鋼板40においても、積層方向に隣り合う面の間で振動が発生するのを抑制することができる。
図22に示すように、ステータコア21において、上端部71に位置する電磁鋼板40における積層される面(コアバック部22の表面22a)の全面に、接着部41が設けられてもよい。さらに、電磁鋼板40のコアバック部22の表面22aは、積層方向に隣り合う電磁鋼板40におけるコアバック部22の表面22aと全面接着されていてもよい。
また、図22に示すように、ステータコア21において、上端部71に位置する電磁鋼板40における積層される面(ティース部23の表面23a)の全面に接着部41が設けられてもよい。さらに、電磁鋼板40のティース部23の表面23aは、積層方向に隣り合う電磁鋼板40におけるティース部23の表面23aと全面接着されていてもよい。
また、図22に示すように、ステータコア21において、下端部72に位置する電磁鋼板40における積層される面(ティース部23の表面23a)の全面に接着部41が設けられてもよい。さらに、電磁鋼板40のティース部23の表面23aは、積層方向に隣り合う電磁鋼板40におけるティース部23の表面23aと全面接着されていてもよい。
言い換えると、積層方向に積層される電磁鋼板40の全ての組において、平面視において配置領域が重ならないようになっていなくてもよい。少なくとも電磁鋼板40の一部の組において、平面視において配置領域が重ならないようになっていればよい。
前記実施形態では、同期電動機として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明した。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が、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機が誘導電動機であってもよい。
前記実施形態では、電動機として、交流電動機を一例に挙げて説明した。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。
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
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 (10)
- 互いに積層された複数の電磁鋼板と、
積層方向に隣り合う電磁鋼板同士の間に配置され、これらの電磁鋼板を接着する接着部と、を備える積層コアであって、
前記接着部は、積層方向に隣り合う電磁鋼板同士を部分的に接着し、
積層方向に隣り合う接着部同士では、積層方向から見た平面視において、互いの配置領域が異なっている、積層コア。 - 前記電磁鋼板は、環状のコアバック部と、前記コアバック部から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、
前記接着部は、前記コアバック部における積層される面および前記ティース部における積層される面の少なくとも一方に設けられる、請求項1に記載の積層コア。 - 前記接着部は、N層(Nは自然数)おきに、積層方向から見た平面視において、配置領域が重なる、請求項1または2に記載の積層コア。
- 前記Nは、1である、請求項3に記載の積層コア。
- 前記Nは、素数である、請求項3に記載の積層コア。
- 前記複数の電磁鋼板のうち、積層方向に沿う一端に位置する電磁鋼板における積層される面は、積層方向に隣り合う電磁鋼板における積層される面と全面接着され、
前記複数の電磁鋼板のうち、積層方向に沿う他端に位置する電磁鋼板における積層される面は、積層方向に隣り合う電磁鋼板における積層される面と全面接着される、請求項1~5のいずれか1項に記載の積層コア。 - 前記接着部の平均厚みが1.0μm~3.0μmである、請求項1~6のいずれか1項に記載の積層コア。
- 前記接着部の平均引張弾性率Eが1500MPa~4500MPaである、請求項1~7のいずれか1項に記載の積層コア。
- 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1~8のいずれか1項に記載の積層コア。
- 請求項1~9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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