WO2024053364A1 - 積層鉄心の製造方法、製造装置、積層鉄心及び回転電機 - Google Patents

積層鉄心の製造方法、製造装置、積層鉄心及び回転電機 Download PDF

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鉄州 村川
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日本製鉄株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a laminated core, a manufacturing device, a laminated core, and a rotating electric machine.
  • Laminated cores are used as cores for motors, transformers, etc.
  • a laminated core is an iron core made by laminating thin steel plates whose surfaces are insulated, and has the effect of reducing loss due to eddy currents.
  • Patent Document 1 discloses a laminated iron core in which a part of the laminated surface of a unit core is fixed on the laminated surface. By using the fixed portion as a part, iron loss characteristics can be improved.
  • Patent Document 2 discloses that when manufacturing a core by laminating magnetic steel sheets whose surfaces are coated with a film that exhibits adhesive ability when heated, the magnetic steel sheets are processed, and immediately before lamination, a local heating device is used. discloses that the film is mainly heated to exhibit its adhesion ability, and the laminated layers of electrical steel sheets are bonded in whole or in part to integrate the core.
  • a core material punched out with a press is magnetically attracted to a cylinder of the press and is transported to a heating position by an infrared heating device, and then transported to a stacking position.
  • it is necessary to move the core material to the heating position and the stacking position which is not efficient.
  • the core material is heated while being magnetically attracted to the cylinder of the press, if a coating is applied to the entire surface of the core material, there is a risk that the core material may adhere to the cylinder of the press. As a result, the lamination may not be properly laminated at the lamination position, and the press may need to be repaired, which is also not efficient.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to improve the efficiency of manufacturing a laminated iron core.
  • the method for manufacturing a laminated core of the present invention includes the steps of pressing an electromagnetic steel sheet, the plate surface of which is provided with a coating containing an adhesive that exhibits adhesive properties when heated, into a unit core using a mold; Laminating the pressed unit cores, heating the plate surface of the uppermost unit core in a plurality of partial regions, and partially adhering the unit core to the lower layer unit core in a plurality of regions.
  • the laminated core manufacturing apparatus of the present invention includes a progressive die for pressing an electromagnetic steel plate on the plate surface with a coating containing an adhesive that exhibits adhesive properties when heated to form a unit core; A lamination space in which the unit cores are laminated after the final pressing process, and heating installed above the lamination space to heat the plate surface of the top layer of the unit cores laminated in the lamination space in a plurality of partial areas. It is characterized by comprising means.
  • the laminated core of the present invention comprises a step of pressing an electromagnetic steel sheet, whose surface is provided with a coating containing an adhesive that exhibits adhesive properties when heated, with a mold to form a unit core, and a step of pressing the magnetic steel sheet with a die into a unit core.
  • a rotating electrical machine of the present invention is characterized by having the laminated core described above.
  • FIG. 1A is a diagram for explaining a method and apparatus for manufacturing a laminated core according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a diagram for explaining a method and apparatus for manufacturing a laminated core according to an embodiment.
  • FIG. 1C is a diagram for explaining a method and apparatus for manufacturing a laminated core according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a rotating electric machine.
  • a method and apparatus for manufacturing a laminated core according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C.
  • a laminated iron core is an iron core in which thin steel plates (referred to as "unit cores" in this application) whose surfaces are insulated are laminated.
  • the laminated core manufacturing apparatus according to the embodiment includes a progressive mold 2 that presses magnetic steel sheets into unit cores 1, and a stacking space 3 that laminates the unit cores 1 that have undergone the final pressing process of the progressive mold 2. .
  • the progressive die 2 is simply shown in FIGS. 1A to 1C, it allows multiple pressing processes to be performed within the die, and automatically advances to the next process for each shot, as shown by arrow A in the figure. It is a mold that presses one after another while feeding the materials. Thereby, the unit core 1 having a complicated shape can be made by punching out the electromagnetic steel sheet little by little.
  • the unit core 1 that has undergone the final pressing step of the progressive die 2 has a thin disk shape punched into a predetermined shape (for example, a ring shape having a predetermined outer diameter and inner diameter) (see Patent Document 1, etc.).
  • the electrical steel sheet that is the material of the unit core 1 is coated with an adhesive that exhibits adhesive ability when heated, thereby providing a film containing the adhesive.
  • a coating containing an adhesive may already be provided on a coil wound with an electromagnetic steel sheet shipped from a manufacturer.
  • an insulating coating is provided on the surface of an electromagnetic steel sheet for the purpose of ensuring insulation performance and suppressing the occurrence of rust.
  • the adhesive-containing coating may be formed by incorporating the adhesive into this insulating coating.
  • a coating containing an adhesive may be provided separately from the insulating coating.
  • the film containing an adhesive includes a film made only of an adhesive, and may be, for example, a film in which an adhesive is applied on an insulating film. Note that an adhesive may be partially applied onto the insulating film.
  • the coating containing the adhesive be provided on the two plate surfaces of the unit core 1, that is, the front and back surfaces. This is because when the unit cores 1 are stacked, the coating is present on the two plate surfaces that face each other, so that the unit cores 1 can be more reliably bonded to each other. However, it is sufficient that the coating exists on the entirety of at least one of the two plate surfaces that face each other when the unit cores 1 are stacked. Therefore, the coating may be provided only on one of the two plate surfaces of the unit core 1.
  • the coating is preferably formed to cover the entire area of the plate surface of the unit core 1, but may be formed to cover 50% or more of the total area of the plate surface of the unit core 1, 70% or more, or , may be formed in 90% or more.
  • the film When the film exhibits its adhesion ability, it changes from a state in which it cannot adhere an object to be adhered (unit core 1 in this embodiment) to a state in which it can adhere an object to be adhered. Therefore, the state of the film changes from a state in which it cannot adhere to an object to be adhered to a state in which it can adhere to an object to be adhered by heating. Whether or not the adhesive exhibits adhesive ability may be confirmed, for example, by the following method.
  • two rectangular electromagnetic steel plates are cut out from an electromagnetic steel plate having the same configuration as the electromagnetic steel plate used for the unit core 1.
  • the coating provided on the entire plate surfaces of the two electromagnetic steel plates is in a state where it does not exhibit adhesive ability (that is, it is not heated).
  • the size of the two electromagnetic steel plates is 30 mm in width x 60 mm in length.
  • the plate surfaces of the tip portions of these two electromagnetic steel plates are overlapped.
  • the size of the overlapping area (plate surface of the tip portion) is 30 mm wide x 10 mm long.
  • Two electromagnetic steel plates, the plate surfaces of the tip portions of which are overlapped, are bonded together under the conditions of steel plate temperature: 180° C., pressure: 10 MPa, and pressurization time: 1 hour.
  • the temperature of the steel plate is set to be at least a predetermined temperature at which the film exhibits adhesive ability.
  • the two electromagnetic steel plates bonded in this way were used as test pieces.
  • the shear tensile strength of the test piece is measured under the conditions of ambient temperature: 25° C. and tensile speed: 3 mm/min.
  • a test piece having the same configuration as the above-mentioned test piece may be produced by collecting a magnetic steel sheet from a laminated iron core and using the sampled magnetic steel sheet.
  • the adhesive strength of the test piece is 2.5 MPa or more, it can be determined that the laminated core exhibits adhesive ability. Note that the fact that the adhesive strength of the test piece is 2.5 MPa or more corresponds to the fact that the adhesive strength of the electromagnetic steel sheet in the laminated core is 2.5 MPa or more.
  • the adhesive contained in the film is not limited to a specific adhesive.
  • various adhesives such as acrylic resin adhesive, cyanoacrylate adhesive, epoxy resin adhesive, polyester adhesive, polyurethane adhesive, melamine resin adhesive, and phenolic resin adhesive may be used.
  • adhesives that are more suitable include thermosetting organic resin adhesives that undergo a chemical reaction when heated.
  • an adhesive whose main component is one or more of resins such as epoxy resin, phenol resin, urethane resin, and melamine resin may be used.
  • polyester resins and/or acrylic resins that have been given thermosetting properties by adding a crosslinking agent may also be used.
  • an inorganic adhesive that undergoes a dehydration condensation reaction and hardens upon heating may be used.
  • the adhesive contained in the film may be an anaerobic adhesive.
  • the adhesive contained in the film exhibits its adhesive ability by heating and blocking air. Therefore, when adhering the coating and the object to be adhered, no space is created between the coating and the object to be adhered.
  • a coating containing an adhesive may be formed by forming an adhesive layer on a coating such as an insulating coating and then heating the coating and pressing the coating and adhesive layer. good.
  • the stacking space 3 is arranged adjacent to the final press step position of the progressive mold 2.
  • the stacking space 3 has a bottom surface 3a at a position lower than the conveyance path 2a of the progressive die 2, for example, and the unit cores 1 that have undergone the final pressing process are dropped through a guide (not shown) to be stacked one after another. It is configured. Since the unit cores 1 that are sequentially conveyed to the stacking space 3 through the final pressing process of the progressive die 2 are oriented in the same direction, they are dropped into the stacking space 3 and stacked without changing their orientation.
  • a plurality of laser oscillators 4 are installed above the stacking space 3. Each laser oscillator 4 irradiates a part of the unit core 1 (unit core 1a in FIG. 1A, unit core 1c in FIG. 1C) of the uppermost layer stacked in the stacking space 3 with a laser beam, and Partially heat.
  • "partially heating” means heating a part of the plate surface of the unit core 1.
  • the area where the laser beam physically hits the unit core 1 can be defined as a part of the total area of the plate surface of the unit core 1.
  • These plurality of laser oscillators 4 function as heating means for heating the plate surface of the unit core 1 in a plurality of partial regions.
  • Two or more of the plurality of partial regions are located at positions separated from each other. Note that in this embodiment, a case is illustrated in which all of the plurality of partial regions to be heated are located at positions separated from each other. However, the plurality of partial regions to be heated may include two or more regions that are not separated from each other.
  • heating means heating the unit core 1 to a temperature higher than the temperature at which the adhesive-containing coating formed on the plate surface of the unit core 1 exhibits its adhesive ability.
  • the temperature at which a coating containing an adhesive exhibits its adhesive ability is determined, for example, by the coating specifications provided by the coating or adhesive manufacturer.
  • the shape of the area where the laser beam hits the plate surface of the unit core 1 can be, for example, dot-shaped.
  • the unit cores 1 By partially adhering the unit cores 1 to each other in a plurality of regions, compressive stress applied to the unit cores 1 can be reduced and the core loss characteristics of the laminated core can be improved. Furthermore, by partially bonding the unit cores 1 to each other in a plurality of regions, it is possible to reduce the risk that the bonding (fixation) of the unit cores 1 will not be sufficient.
  • the example uses the laser oscillator 4, other heating means may be used. Examples of other heating means include induction heating (IH), a halogen lamp, and blowing hot air, and any of them may be selected. Even when these heating means are used, the unit core 1 can be partially heated by heating only a part of the plate surface of the unit core 1.
  • the heating of the unit core 1 can be performed by adjusting the intensity of the laser beam, etc. so that only one unit core 1 in the uppermost layer of the stack is heated.
  • the heating of the unit core 1 can be performed by adjusting the intensity of the laser beam, etc. so that only one unit core 1 in the uppermost layer of the stack is heated.
  • the plurality of stacked unit cores 1 only the unit core 1 in the top layer is heated, and only the unit core 1 in the top layer and the one immediately below it (one layer below the top layer) is heated. may be bonded together, and the other unit cores 1 may not be bonded to each other.
  • the uppermost layer unit core 1 is heated, a part of the coating formed between the uppermost layer unit core 1 and the unit core 1 immediately below it is heated, and adhesive ability is exhibited. Then, the uppermost layer and the unit core 1 immediately below it are partially bonded. By repeating this every time the uppermost unit core 1 is laminated, the adhesive strength of the laminated core can be ensured without variation.
  • the heated area on the plate surface of the unit core is For example, when the number of teeth of the stator core is Nt (in the case of a rotor core, the number of teeth of the stator core paired with the rotor core is Nt), even if the number of teeth is 0.3 ⁇ Nt or more and 6.0 ⁇ Nt or less.
  • the number is preferably 0.4 ⁇ Nt or more and 4.0 ⁇ Nt or less, and more preferably 0.5 ⁇ Nt or more and 2.0 ⁇ Nt or less.
  • the number of regions to be heated may be, for example, three or more, four or more, or six or more, or twelve or more.
  • the ratio of the total area of the heated region on the plate surface to the area of one plate surface of the electromagnetic steel sheet 10 is preferably, for example, 5% or more and 70% or less, and 10% or more and 50% or less. It is more preferable to do so.
  • the heated region is a region where the unit core is heated to a temperature higher than the temperature at which the adhesive coating formed on the plate surface of the unit core exhibits its adhesion ability. is the area corresponding to the plate surface of the unit core. Further, in the region to be heated, the plate surfaces of the unit core to be heated and the unit core adjacent to the unit core in the stacking direction are bonded to each other. Therefore, it is preferable that the number and area of the regions to be heated match the number and area of the regions to which the plate surfaces of unit cores adjacent in the stacking direction are bonded together.
  • a pressurizing section 5 is installed on the side of the stacking space 3, which functions as a pressurizing means for pressurizing the unit cores 1 stacked in the stacking space 3.
  • the pressurizing unit 5 is configured to be able to move up and down with respect to the stacking space 3 and to be retractable from the stacking space 3 .
  • the pressurizing section 5 presses the top surface of the uppermost unit core 1 (unit core 1a in FIG. 1A, unit core 1c in FIG. 1C) stacked in the stacking space 3.
  • one unit core 1b that has gone through the final pressing process of the progressive die 2 is in the stacking space 3, and one unit core 1a that has gone through the final pressing process of the progressive die 2 is stacked.
  • a laser beam is irradiated from the laser oscillator 4 to a part of the plate surface of the uppermost unit core 1a, and the unit core 1a is partially heated in a plurality of regions, thereby heating the unit core 1a and the lower layer.
  • Some regions of the coating between the unit cores 1b exhibit adhesion ability and are bonded to the unit cores 1b in a plurality of regions in a dotted manner.
  • an anaerobic adhesive By using an anaerobic adhesive, adhesive ability is exhibited between the lower surface of the unit core 1a and the upper surface of the unit core 1b, which are blocked from air. Note that, after the unit cores 1a are laminated and before being heated, the temperature of the unit cores 1a is not higher than the temperature at which the adhesive ability of the coating is exhibited, so the adhesive ability of the coating is not exhibited. At this time, the pressurizing section 5 presses the top surface of the unit core 1a in the uppermost layer so that no gap is created between the unit cores 1a and 1b. Adhesive strength can be increased.
  • the irradiation of laser light by the laser oscillator 4 is stopped, the pressurizing part 5 is evacuated from the stacking space 3, and the next sheet that has undergone the final pressing process of the progressive mold 2 is placed.
  • the unit waits for the unit cores 1c to be stacked.
  • the pressurizing section 5 presses the top surface of the unit core 1c in the uppermost layer so that no gap is created between the unit core 1c and the unit core 1a. Adhesive strength can be increased. Furthermore, since the stacked unit cores 1 are heated and pressurized in the stacking space 3, the stacking, heating, and pressurization are performed at the same position. By repeating the steps shown in FIGS. 1A to 1C as many times as the number of unit cores 1 required, a laminated core can be completed.
  • pressing the electromagnetic steel sheets with the progressive die 2 to form the unit cores 1 and stacking the unit cores 1 can be performed substantially simultaneously as a series of operations. Since heating is performed in the stacking space 3 after stacking, the stacking position and the heating position can be the same, and there is no need to move the unit core 1 between them. Furthermore, since heating is performed after lamination, there is no possibility that the unit core 1 will be heated in the mold and adhere to the mold. In this way, press working and lamination can be performed substantially simultaneously as a series of operations, and the number of man-hours can be prevented from increasing, making it possible to improve the efficiency of manufacturing the laminated core.
  • the stacking position and the heating position are the same” does not mean that the stacking position and the heating position are exactly the same, but includes that the stacking position and the heating position are substantially the same.
  • the term “approximately the same position” refers to, for example, heating the stacked unit cores 1 within the stacking space 3 after being shifted from the stacking position by a distance of 1/2 or less of the width of the unit core 1.
  • each time one unit core 1 is stacked heating of the uppermost layer unit core 1 is repeated.
  • the uppermost layer Heating the unit core 1 may be repeated. If the number of unit cores 1 required to complete the laminated core is N, it is preferable that the predetermined plurality of cores be equal to or less than half (N/2 or less). Further, the intensity of the laser beam is set so that by heating the unit iron core in the uppermost layer, at the same time, one or more unit iron cores in the lower layer can be heated to a temperature higher than that at which the coating exhibits adhesive ability.
  • the coatings formed on the plate surfaces of the multiple unit cores exhibit their adhesive ability, and the multiple unit cores are bonded together. can do. Therefore, the laminated iron core can be manufactured efficiently.
  • the uppermost unit core 1 each time a plurality of unit cores 1 are laminated, for example, two unit cores 1, the two unit cores 1 laminated this time are bonded to each other, and the laminated cores 1 are It is necessary to glue it to unit core 1 that was in space 3. Therefore, it is necessary to increase the intensity of the laser beam, and the lower the layer, the more difficult the temperature is to rise, which may cause variations in adhesive strength depending on the layer.
  • the uppermost unit core 1 is heated each time one unit core 1 is laminated as in this embodiment, it is possible to prevent variations in adhesive strength depending on the layer. be.
  • the pressure section 5 applied pressure during laser light irradiation.
  • pressurization may be performed before or after the laser beam irradiation.
  • the height of the bottom surface 3a of the stacking space 3 may be made variable. In this case, by lowering the bottom surface 3a as the number of stacked unit cores 1 increases, it becomes possible to maintain the height position of the unit core 1 in the uppermost layer substantially constant. This eliminates the need to move the pressurizing section 5 up and down in accordance with the height of the uppermost unit core 1. Moreover, if the distance between the laser oscillator 4 and the unit iron core 1 of the uppermost layer can be kept constant, and the intensity of the laser beam is kept constant, a constant heating effect can be obtained.
  • FIG. 2 illustrates a case where the device is a rotating electric machine. Further, FIG. 2 shows a cross section of the rotating electrical machine when the rotating electrical machine is cut perpendicularly to the center line 0 of the rotating electrical machine.
  • the xy plane direction is the plate surface direction of the unit core.
  • the rotating electric machine includes a stator 510 and a rotor 520.
  • Stator 510 includes a stator core 511 and a stator coil 512.
  • the rotor 520 has a rotor core 521 and permanent magnets 522a to 522l.
  • Both stator core 511 and rotor core 521 may be laminated cores manufactured by using the laminated core manufacturing method of this embodiment, or only one of them may be a laminated core manufactured by using the laminated core manufacturing method of this embodiment. It may also be a laminated core manufactured by using.
  • FIG. 2 illustrates a case where the stator core 511 has six teeth 511a to 511f.
  • the configuration of the IPM motor is not limited to the configuration illustrated in FIG. 2 as long as at least one of the stator core and the rotor core is manufactured by using the laminated core manufacturing method of this embodiment.
  • a flux barrier may be formed in the rotor core.
  • FIG. 2 illustrates a case where the rotating electric machine is an IPM (Interior Permanent Magnet) motor.
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • rotating electric machines are not limited to IPM motors.
  • the rotating electric machine may be a motor other than an IPM motor.
  • the rotating electric machine may be a generator.

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Abstract

加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板を金型（２）でプレスして単位鉄心（１）とする工程と、金型（２）でプレスした単位鉄心（１）を積層して、最上層の単位鉄心（１）の板面を複数の一部の領域で加熱し、その下層の単位鉄心（１）に複数の領域で部分的に接着させる工程とを有する。このように、プレス加工と積層を一連の動作として略同時に行い、工数が増えないようにして、積層鉄心の製造の効率化を図ることができる。

Description

積層鉄心の製造方法、製造装置、積層鉄心及び回転電機
　本発明は、積層鉄心の製造方法、製造装置、積層鉄心及び回転電機に関する。本願は、２０２２年９月８日に日本に出願された特願２０２２－１４２８５３号に基づき優先権を主張し、その内容を全てここに援用する。
　モータやトランス等の鉄心（コア）として、積層鉄心が用いられる。積層鉄心は、表面を絶縁処理した薄い鋼板を積層した鉄心であり、渦電流による損失を少なくする効果を奏する。
　特許文献１には、単位鉄芯の積層面の一部分を積層面において固着する積層鉄芯が開示されている。固着部を一部とすることで、鉄損特性を改善することができる。
　また、特許文献２には、表面を加熱すると接着能を発揮する皮膜が表面に施されている電磁鋼板を積層してコアを製造するに際し、電磁鋼板を加工し、積層する直前に局部加熱手段により、主に前記皮膜を加熱し、皮膜の接着能を発揮させ、電磁鋼板積層間を全体あるいは部分的に接着させ、コアを一体化させることが開示されている。
特開２００２－１５１３３５号公報 特許第３７４５４９０号公報
　特許文献２の製造方法では、プレス機で打ち抜かれたコア素材が、プレス機のシリンダに磁気吸引された状態で、赤外線加熱機による加熱位置に運ばれ、その後、積層位置に運ばれる。
　このように、コア素材を加熱位置、積層位置に移動させる必要があり、効率的とはいえない。
　また、プレス機のシリンダに磁気吸引された状態でコア素材が加熱されるため、コア素材の全面に被膜が施されている場合、コア素材がプレス機のシリンダに接着するおそれがある。そのため、積層位置でうまく積層できなくなり、また、プレス機の補修が必要になることがあり、その点でも効率的とはいえない。
　本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、積層鉄心の製造の効率化を図ることを目的とする。
　本発明の積層鉄心の製造方法は、加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板を金型でプレスして単位鉄心とする工程と、前記金型でプレスした前記単位鉄心を積層して、最上層の前記単位鉄心の板面を複数の一部の領域で加熱し、その下層の前記単位鉄心に複数の領域で部分的に接着させる工程とを有することを特徴とする。
　本発明の積層鉄心の製造装置は、加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板をプレスして単位鉄心とする順送金型と、前記順送金型の最終プレス工程を経た前記単位鉄心を積層する積層スペースと、前記積層スペースの上部に設置され、前記積層スペースで積層した最上層の前記単位鉄心の板面を複数の一部の領域で加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする。
　本発明の積層鉄心は、加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板を金型でプレスして単位鉄心とする工程と、前記金型でプレスした前記単位鉄心を積層して、最上層の前記単位鉄心の板面を複数の一部の領域で加熱し、その下層の前記単位鉄心に複数の領域で部分的に接着させる工程とを経て製造されることを特徴とする。
　本発明の回転電機は、前記積層鉄心を有することを特徴とする。
　本発明によれば、積層鉄心の製造の効率化を図ることができる。
図１Ａは、実施形態に係る積層鉄心の製造方法及び製造装置を説明するための図である。 図１Ｂは、実施形態に係る積層鉄心の製造方法及び製造装置を説明するための図である。 図１Ｃは、実施形態に係る積層鉄心の製造方法及び製造装置を説明するための図である。 図２は、回転電機の一例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
　図１Ａ～図１Ｃを参照して、実施形態に係る積層鉄心の製造方法及び製造装置を説明する。積層鉄心とは、表面を絶縁処理した薄い鋼板（本願において「単位鉄心」と称する）を積層した鉄心である。
　実施形態に係る積層鉄心の製造装置は、電磁鋼板をプレスして単位鉄心１とする順送金型２と、順送金型２の最終プレス工程を経た単位鉄心１を積層する積層スペース３とを備える。
　順送金型２は、図１Ａ～図１Ｃでは簡単に示すが、金型内で複数のプレス工程を実施できるようにし、図中の矢印Ａに示すように、１ショットごとに次の工程へ自動で材料を送りながら次々とプレスしていく金型である。これにより、電磁鋼板を少しずつ打ち抜いて、複雑な形状の単位鉄心１を作ることができる。順送金型２の最終プレス工程を経た単位鉄心１は、所定の形状（例えば所定の外径及び内径を有するリング形状）に打ち抜かれた薄い円板状を有する（特許文献１等を参照）。
　順送金型２に入れる段階で、単位鉄心１の材料となる電磁鋼板には、加熱により接着能を発揮する接着剤を含むコーティングが施されて、接着剤を含有する被膜が設けられている。例えば製造元から出荷される、電磁鋼板を巻いたコイルの状態で、既に接着剤を含有する被膜が設けられているようにすればよい。
　絶縁性能を確保することに加えて錆が発生することを抑制すること等を目的として、一般に、電磁鋼板の板面には絶縁被膜が設けられる。例えば、接着剤を含有する被膜は、この絶縁被膜に接着剤を含有させたものとしてもよい。また、絶縁被膜とは別に、接着剤を含有する被膜が設けられるようにしてもよい。接着剤を含有する被膜とは、接着剤のみからなる被膜も含み、例えば、絶縁被膜の上に接着剤を塗布したものでもよい。なお、絶縁被膜の上に接着剤を部分的に塗布したものでもよい。
　接着剤を含有する被膜は、単位鉄心１の２つの板面である表面及び裏面に設けられるのが好ましい。単位鉄心１が積層されたときに相互に対向する２つの板面に、被膜が存在するので、単位鉄心１同士の接着をより確実に行うことができるからである。ただし、単位鉄心１が積層されたときに相互に対向する２つの板面のうちの少なくとも一方の板面の全体に、被膜が存在すればよい。したがって、被膜は、単位鉄心１の２つの板面のうちの一方の板面のみに設けられてもよい。なお、被膜は単位鉄心１の板面の全面積を覆うように形成されることが好ましいが、単位鉄心１の板面の全面積の５割以上に形成してもよく、７割以上、又は、９割以上に形成してもよい。
　被膜は、接着能を発揮する際に、被接着物（本実施形態では単位鉄心１）を接着することができない状態から、被接着物を接着することができる状態に変化する。したがって、被膜の状態は、加熱により、被接着物に接着することができない状態から、被接着物に接着することができる状態に変化する。接着能を発揮するかどうかは、例えば、以下の方法で確認してもよい。
　まず、単位鉄心１に使用される電磁鋼板と同じ構成を有する電磁鋼板から、長方形の電磁鋼板を２枚切り出す。このとき、２枚の電磁鋼板の板面の全体に設けられている被膜は、接着能を発揮していない状態（すなわち加熱されていない状態）である。また、２枚の電磁鋼板のサイズは、幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍである。このような２枚の電磁鋼板の先端部分の板面同士を重ね合わせる。重ね合わせられる領域（先端部分の板面）のサイズは、幅３０ｍｍ×長さ１０ｍｍである。先端部分の板面同士が重ね合わせられた２枚の電磁鋼板を、鋼板温度：１８０℃、圧力：１０ＭＰａ、及び加圧時間：１時間の条件で接着する。なお、鋼板温度（＝１８０℃）は、被膜の成分等によって異なる。鋼板温度は、被膜が接着能を発揮する温度として予め定められている温度以上とする。このようにして接着された２枚の電磁鋼板を試験片とする。雰囲気温度：２５℃及び引張速度：３ｍｍ／分の条件で試験片の剪断引張強度を測定する。剪断引張強度を接着面積（＝３００ｍｍ２）で除した数値を接着強度（ＭＰａ）として算出する。接着強度が２．５ＭＰａ以上であれば、接着能を発揮していると判定することができる。
　また、積層鉄心から電磁鋼板を採取し、採取した電磁鋼板を用いて前述した試験片と同じ構成を有する試験片を作製してもよい。この場合、当該試験片の接着強度が２．５ＭＰａ以上であれば、積層鉄心において、接着能を発揮していると判定することができる。なお、当該試験片の接着強度が２．５ＭＰａ以上であることは、積層鉄心における電磁鋼板の接着強度が２．５ＭＰａ以上であることに対応する。
　被膜に含有される接着剤は、特定の接着剤に限定されない。例えば、アクリル樹脂接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリエステル接着剤、ポリウレタン接着剤、メラミン樹脂接着剤、及びフェノール樹脂接着剤等の各種の接着剤を使用してもよい。接着剤としてさらに適しているものの例として、加熱により化学反応が進行する熱硬化性有機樹脂接着剤が挙げられる。具体的にはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、及びメラミン樹脂等の樹脂の１種又は２種以上を主成分とする接着剤を使用してもよい。また、ポリエステル樹脂及び／又はアクリル樹脂等に架橋剤を添加することにより熱硬化性を付与したものを使用してもよい。また、加熱により脱水縮合反応が進行して硬化する無機系接着剤を使用してもよい。
　また、被膜に含有される接着剤は、嫌気性の接着剤としてもよい。この場合、被膜に含有される接着剤は、加熱と空気の遮断とにより接着能を発揮することになる。したがって、被膜と被接着物との接着の際に、被膜と被接着物との間に空間が生じないようにする。例えば、絶縁被膜等の被膜の上に接着剤層を形成した後、加熱することと、被膜及び接着剤層をプレスすることと、を行うことにより、接着剤を含有する被膜を形成してもよい。
　積層スペース３は、順送金型２の最終プレス工程の位置に隣り合うようにして配置される。積層スペース３は、例えば順送金型２の搬送路２ａよりも低い位置に底面３ａを有し、最終プレス工程を経た単位鉄心１を不図示のガイドを介して落下させることで、次々に積層する構成になっている。順送金型２の最終プレス工程を経て積層スペース３に順次搬送される単位鉄心１は同じ向きになっているので、その向きを変えないようにして積層スペース３に落下させて積層する。
　積層スペース３の上部には、複数台のレーザ発振器４が設置される。各レーザ発振器４は、積層スペース３で積層した最上層の単位鉄心１（図１Ａの単位鉄心１ａ、図１Ｃの単位鉄心１ｃ）の一部の領域にレーザ光を照射し、この単位鉄心１を部分的に加熱する。レーザ光を利用する場合、部分的に加熱するとは、単位鉄心１の板面の一部の領域を加熱することを意味する。具体的には、レーザ光が単位鉄心１に物理的に当たる領域が単位鉄心１の板面の全面積のうちの一部の領域であると定義できる。これら複数台のレーザ発振器４が、単位鉄心１の板面を複数の一部の領域で加熱する加熱手段として機能する。これら複数の一部の領域のうちの２つ以上の領域を、相互に離隔した位置とする。なお、本実施形態では、加熱する複数の一部の領域の全てが、相互に離隔した位置にある場合を例示する。しかしながら、加熱する複数の一部の領域に、相互に離隔していない２以上の領域が含まれていてもよい。
　ここで、加熱とは、単位鉄心１を、単位鉄心１の板面に形成された接着剤を含有する被膜の接着能が発揮される温度以上に加熱することである。接着剤を含有する被膜の接着能が発揮される温度は、例えば、被膜又は接着剤の製造メーカによって提示される被膜の仕様によって定められる。また、レーザ光が単位鉄心１の板面に当たる領域の形状は、例えば点状とすることができる。レーザ加熱を利用することで、ピンポイントで単位鉄心１を加熱することができ、単位鉄心１が加熱される領域に対応する部分に形成された被膜のみが接着能を発揮し、単位鉄心１同士を複数の領域で部分的に、それぞれ点状に接着させることができる。単位鉄心１同士を複数の領域で部分的に接着することにより、単位鉄心１に付与される圧縮応力を低減させて、積層鉄心の鉄損特性を改善することができる。また、単位鉄心１同士を複数の領域で部分的に接着することにより、単位鉄心１の接着（固定）が十分でなくなるリスクを低減させることができる。なお、レーザ発振器４を使用する例としたが、他の加熱手段を使用するようにしてもよい。他の加熱手段としては、例えば誘導加熱（ＩＨ）、ハロゲンランプ、熱風の吹き付け等があり、いずれの手段を選定してもよい。これらの加熱手段を用いる場合も、単位鉄心１の板面の一部の領域のみを加熱することで、単位鉄心１を部分的に加熱することができる。
　なお、単位鉄心１の加熱は、積層された最上層の１枚の単位鉄心１のみが加熱されるように、レーザ光の強度等を調整することができる。この場合は、積層された複数枚の単位鉄心１のうち、最上層の単位鉄心１以外は加熱されず、最上層及びその直下の一枚（最上層の一つ下層）の単位鉄心１同士のみが接着され、その他の単位鉄心１同士が接着されないようにしてもよい。最上層の単位鉄心１のみが加熱されると、最上層の単位鉄心１とその直下の単位鉄心１との間に形成された被膜の一部が加熱され、接着能が発揮される。そして、最上層、及び、その直下の単位鉄心１が部分的に接着される。これを最上層の単位鉄心１が積層されるごとに繰り返すことにより、積層鉄心の接着強度をばらつきなく確実に確保することができる。
　電磁鋼板に付与される圧縮応力を低減することと、電磁鋼板の接着（固定）が十分でなくなるリスクを低減することと、を両立させる観点から、単位鉄心の板面において加熱される領域は、例えば、ステータコアのティース数をＮｔとする際（ロータコアの場合は、そのロータコアと対にするステータコアのティース数をＮｔとする）、０．３×Ｎｔ個以上、６．０×Ｎｔ個以下としてもよく、０．４×Ｎｔ個以上、４．０×Ｎｔ個以下とするのが好ましく、０．５×Ｎｔ個以上、２．０×Ｎｔ個以下とするのがより好ましい。加熱される領域の数は、例えば、３個以上、もしくは、４個以上としてもよく、さらに、６個以上、もしくは、１２個以上としてもよい。電磁鋼板１０の１つの板面の面積に対する、当該板面における加熱される領域の総面積の割合は、例えば、５％以上、７０％以下とするのが好ましく、１０％以上、５０％以下とするのがより好ましい。例えば、電磁鋼板１０の１つの板面の領域をそれぞれの面積が同じになるように、２個以上、２０個以下、もしくは、３個以上、２０個以下に個に分割することにより得られる複数の分割領域のそれぞれに、加熱される領域が少なくとも１つ存在するようにしてもよい。なお、加熱される領域とは、単位鉄心が、単位鉄心の板面に形成された接着剤を含有する被膜の接着能が発揮される温度以上に加熱される領域のことであり、例えばレーザ光が単位鉄心の板面に当たる領域である。また、加熱される領域において、加熱される単位鉄心と当該単位鉄心と積層方向に隣り合う単位鉄心との板面同士が接着される。よって、加熱される領域の数及び面積は、積層方向に隣り合う単位鉄心の板面同士が接着される領域の数及び面積と一致することが好ましい。
　また、積層スペース３の側部には、積層スペース３で積層した単位鉄心１を加圧する加圧手段として機能する加圧部５が設置される。加圧部５は、積層スペース３に対して上下移動可能であるとともに、積層スペース３から退避可能に構成される。加圧部５は、積層スペース３で積層した最上層の単位鉄心１（図１Ａの単位鉄心１ａ、図１Ｃの単位鉄心１ｃ）の上面を押さえるようにして加圧する。
　以下、実施形態に係る積層鉄心の製造方法を説明する。
　図１Ａに示すように、順送金型２の最終プレス工程を経た１枚の単位鉄心１ｂが積層スペース３にある状態で、順送金型２の最終プレス工程を経た１枚の単位鉄心１ａが積層すると、レーザ発振器４から最上層の単位鉄心１ａの板面の一部の領域にレーザ光を照射し、この単位鉄心１ａを複数の領域で部分的に加熱することで単位鉄心１ａとその下層の単位鉄心１ｂ間の被膜の一部の領域が接着能を発揮して、単位鉄心１ｂに複数の領域で点状に接着させる。嫌気性の接着剤を使用することにより、空気が遮断される単位鉄心１ａの下面と単位鉄心１ｂの上面との間で接着能が発揮される。なお、単位鉄心１ａが積層後、加熱される前は、単位鉄心１ａは被膜の接着能が発揮される温度以上となっていないため、被膜の接着能は発揮されていない。
　このとき、加圧部５により、最上層の単位鉄心１ａの上面を押さえるようにして加圧することにより、単位鉄心１ａと単位鉄心１ｂとの間に隙間ができないようにして、単位鉄心１間の接着強度を高めることができる。
　次に、図１Ｂに示すように、レーザ発振器４によるレーザ光の照射を停止するとともに、加圧部５を積層スペース３から退避させて、順送金型２の最終プレス工程を経た次の１枚の単位鉄心１ｃが積層するのを待機する。
　次の１枚の単位鉄心１ｃが積層すると、図１Ｃに示すように、レーザ発振器４から最上層の単位鉄心１ｃの板面の一部の領域にレーザ光を照射し、この単位鉄心１ｃを部分的に加熱することで単位鉄心１ｃとその下層の単位鉄心１ａ間の被膜の一部の領域が接着能を発揮して、単位鉄心１ａに複数の領域で点状に接着させる。嫌気性の接着剤を使用することにより、空気が遮断される単位鉄心１ｃの下面と単位鉄心１ａの上面との間で接着能が発揮される。なお、単位鉄心１ｃが積層後、加熱される前は、単位鉄心１ｃは被膜の接着能が発揮される温度以上となっていないため、被膜の接着能は発揮されていない。
　このとき、加圧部５により、最上層の単位鉄心１ｃの上面を押さえるようにして加圧することにより、単位鉄心１ｃと単位鉄心１ａとの間に隙間ができないようにして、単位鉄心１間の接着強度を高めることができる。
　また、積層スペース３において積層された単位鉄心１の加熱及び加圧が行われるため、積層と加熱及び加圧とが同じ位置で行われる。
　このような図１Ａ～図１Ｃに示す工程を、必要な単位鉄心１の枚数分だけ繰り返すことにより、積層鉄心を完成させることができる。
　以上述べたように、順送金型２により電磁鋼板をプレスして単位鉄心１とし、この単位鉄心１を積層することを一連の動作として略同時に行うことができる。そして、積層後に積層スペース３において加熱を行うようにしたので、積層位置と加熱位置とを同じ位置にすることができ、その間で単位鉄心１を移動させる必要がない。また、積層後に加熱を行うようにしたので、金型内で単位鉄心１が加熱されて金型に接着するようなこともない。
　このように、プレス加工と積層を一連の動作として略同時に行い、工数が増えないようにして、積層鉄心の製造の効率化を図ることができる。
　なお、積層位置と加熱位置とが同じ位置とは、厳密に同じ位置であることだけに限らず、積層位置と加熱位置とが略同じ位置であることを含む。略同じ位置とは、例えば、積層スペース３内において、積層された単位鉄心１を、単位鉄心１の幅の１／２以下の距離分、積層位置より位置をずらしてから加熱することをいう。
　なお、本実施形態では、単位鉄心１を１枚積層するごとに、最上層の単位鉄心１を加熱することを繰り返すようにしたが、単位鉄心１を所定の複数枚積層するごとに、最上層の単位鉄心１を加熱することを繰り返すようにしてもよい。所定の複数枚は、積層鉄心を完成させるのに必要な単位鉄心１の枚数をＮ枚とすれば、その半分以下（Ｎ／２以下）の枚数とすることが好ましい。また、最上層の単位鉄心を加熱することにより、同時にその下層の１枚以上の単位鉄心を被膜が接着能を発揮する温度以上に加熱することができるように、レーザ光の強度を設定する。最上層の単位鉄心を含む複数枚の単位鉄心を同時に加熱することにより、複数枚の単位鉄心の板面に形成された被膜が各々接着能を発揮し、複数枚の単位鉄心同士をまとめて接着することができる。よって、積層鉄心を効率的に製造することができる。ただし、単位鉄心１を複数枚、例えば２枚積層するごとに、最上層の単位鉄心１を加熱する場合、今回積層した２枚の単位鉄心１を相互に接着するとともに、今回の積層前に積層スペース３にあった単位鉄心１に接着する必要がある。そのため、レーザ光の強度を高くする必要があり、また、下層になるほど温度が上がりにくくなり、層によって接着強度のばらつきが生じるおそれがある。それに対して、本実施形態のように、単位鉄心１を１枚積層するごとに、最上層の単位鉄心１を加熱する場合は、層によって接着強度のばらつきが生じないようにすることが可能である。
　また、図１Ａ、図１Ｃに示すように、レーザ光の照射中に加圧部５で加圧を行うようにした。このようにレーザ光の照射中に加圧を行うことで、接着精度を高めることができる。ただし、これに限定されるものではなく、例えばレーザ光の照射の前や後のタイミングで加圧を行うようにしてもよい。
　また、積層スペース３の底面３ａの高さを可変にする構成としてもよい。この場合、積層する単位鉄心１の枚数が増えるに応じて底面３ａを下げることにより、最上層の単位鉄心１の高さ位置を略一定に保つことが可能になる。これにより、最上層の単位鉄心１の高さに合わせて加圧部５を上下移動させる必要がなくなる。また、レーザ発振器４と最上層の単位鉄心１との距離を一定に保つことができ、レーザ光の強度を一定としておけば、一定の加熱効果を得ることができる。
　本実施形態の積層鉄心の製造方法を用いることにより製造された積層鉄心を有する機器の構成の一例を示す図である。図２では、機器が回転電機である場合を例示する。また、図２では、回転電機の中心線０に対して垂直に回転電機を切った場合の回転電機の断面を示す。ｘ－ｙ平面方向が、単位鉄心の板面方向である。
　図２において、回転電機は、ステータ５１０と、ロータ５２０と、を有する。ステータ５１０は、ステータコア５１１と、ステータコイル５１２と、を有する。ロータ５２０は、ロータコア５２１と、永久磁石５２２ａ～５２２ｌと、を有する。
　ステータコア５１１とロータコア５２１との双方が、本実施形態の積層鉄心の製造方法を用いることにより製造された積層鉄心であってもよいし、いずれか一方だけが、本実施形態の積層鉄心の製造方法を用いることにより製造された積層鉄心であってもよい。
　図２では、ステータコア５１１が、６個のティース５１１ａ～５１１ｆを有する場合を例示する。なお、ステータコア及びロータコアのうちの少なくとも一方が、本実施形態の積層鉄心の製造方法を用いることにより製造されていれば、ＩＰＭモータの構成は、図２に例示する構成に限定されない。例えば、ロータコアにフラックスバリアが形成されていてもよい。
　また、図２では、回転電機が、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである場合を例示する。しかしながら、回転電機は、ＩＰＭモータに限定されない。例えば、回転電機は、ＩＰＭモータ以外のモータであってもよい。また、回転電機は、発電機であってもよい。
　以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

Claims (9)

  1. 　加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板を金型でプレスして単位鉄心とする工程と、
    　前記金型でプレスした前記単位鉄心を積層して、最上層の前記単位鉄心の板面を複数の一部の領域で加熱し、その下層の前記単位鉄心に複数の領域で部分的に接着させる工程とを有することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
  2. 　積層した前記単位鉄心を加圧する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
  3. 　前記金型は順送金型であり、
    　前記順送金型の最終プレス工程を経た前記単位鉄心を積層することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層鉄心の製造方法。
  4. 　前記単位鉄心を積層する積層位置において、積層された最上層の前記単位鉄心を加熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法。
  5. 　前記単位鉄心を１枚積層するごとに、最上層の前記単位鉄心を加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法。
  6. 　加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板をプレスして単位鉄心とする順送金型と、
    　前記順送金型の最終プレス工程を経た前記単位鉄心を積層する積層スペースと、
    　前記積層スペースの上部に設置され、前記積層スペースで積層した最上層の前記単位鉄心の板面を複数の一部の領域で加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする積層鉄心の製造装置。
  7. 　前記積層スペースで積層した前記単位鉄心を加圧する加圧手段を備え、
    　前記加圧手段を、前記積層スペースから退避可能としたことを特徴とする請求項６に記載の積層鉄心の製造装置。
  8. 　加熱により接着能を発揮する接着剤を含有する被膜が板面に設けられた電磁鋼板を金型でプレスして単位鉄心とする工程と、前記金型でプレスした前記単位鉄心を積層して、最上層の前記単位鉄心の板面を複数の一部の領域で加熱し、その下層の前記単位鉄心に複数の領域で部分的に接着させる工程とを経て製造されることを特徴とする積層鉄心。
  9. 　請求項８に記載の積層鉄心を有することを特徴とする回転電機。
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