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1. WO2020129929 - ステータ用接着積層コアおよび回転電機

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明 細 書

発明の名称 ステータ用接着積層コアおよび回転電機

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014  

発明の効果

0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048  

実施例

0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086  

産業上の利用可能性

0087  

符号の説明

0088  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : ステータ用接着積層コアおよび回転電機

技術分野

[0001]
 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2018-235863号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002]
 モータに用いられる積層コアにおいて、電磁鋼板の板厚を薄くすると、電磁鋼板1枚当たりの剛性が低下する。よって、積層枚数が増えるものの、積層コア全体としての剛性も低下する。この場合、モータの運転時に、ロータの回転に伴ってステータの変形や積層コアのずれが生じたりする虞がある。また、積層枚数が増えると、積層コアの製造時おけるハンドリングが困難になり、積層コアの変形や巻線加工が困難になるなどの問題も生じる。
[0003]
 このような問題に対し、例えば下記特許文献1に記載のモータコア(積層コア)のように、接着剤で積層コアの形状を固定することにより、積層コアの機械強度を高めることが行われている。すなわち、この特許文献1に記載のモータコアでは、常温硬化型の瞬間接着剤層が、全てのティース部において、ティース部が延びる方向(半径方向)に沿って延びるように配置されている。また、熱硬化型の有機系接着剤層が、略円環状の電磁鋼板の周方向に沿って、複数配置されている。そして、隣接する電磁鋼板間が、常温硬化型の瞬間接着剤層と熱硬化型の有機系接着剤層とによって接着されている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 日本国特開2016-171652号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 しかし、ティース部における接着剤の強度が高すぎると、接着剤が硬化する際の収縮による圧縮力がティース部に加わり、その磁気特性に悪影響を及ぼす。上記特許文献1に開示の技術では、この問題が認識されておらず、また、当然ながらこの問題を解決するための対策もなされていない。
[0006]
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、機械強度を高めながらもティース部の磁気特性に悪影響を及ぼさない接着構造を備えた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。

課題を解決するための手段

[0007]
 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、コアバック部及びティース部を有してかつ同軸に重ね合わされた複数枚の電磁鋼板と、前記各電磁鋼板間を接着する複数の接着部とを備え、前記各電磁鋼板間において、前記各接着部による、前記ティース部における単位面積あたりの平均接着強度である部分接着強度が、前記コアバック部における単位面積あたりの平均接着強度である部分接着強度よりも低い。
[0008]
(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:前記ティース部における前記部分接着強度を、前記コアバック部における前記部分接着強度で除算した接着強度比の平均値が、0.1以上1.0未満の範囲内にある。
[0009]
(3)上記(1)または(2)に記載の態様において、以下の構成を採用してもよい:前記ティース部における前記部分接着強度の平均値S1が1~15MPaであり、前記コアバック部における前記部分接着強度の平均値S2が15~50MPaであり、前記平均値S1の方が前記平均値S2よりも低い。
[0010]
(4)上記(1)または(2)に記載の態様において、以下の構成を採用してもよい:前記各接着部が同一化学成分を有する接着剤からなり、前記ティース部における前記各接着部の面積率の平均値A1が10~50%であり、前記コアバック部における前記各接着部の面積率の平均値A2が50~100%であり、前記平均値A1の方が前記平均値A2よりも低い。
[0011]
(5)上記(1)~(4)の何れか1項に記載の態様において、前記各接着部の平均厚みが1.0μm~3.0μmであってもよい。
[0012]
(6)上記(1)~(5)の何れか1項に記載の態様において、前記各接着部の平均引張弾性率Eが1500MPa~4500MPaであってもよい。
[0013]
(7)上記(1)~(6)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を含む常温接着タイプのアクリル系接着剤であってもよい。
[0014]
(8)本発明の一態様に係る回転電機は、上記(1)~(7)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。

発明の効果

[0015]
 本発明の上記各態様によれば、機械強度を高めながらもティース部の磁気特性に悪影響を及ぼさない接着構造を備えた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。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 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。
[図2] 同ステータ用接着積層コアの側面図である。
[図3] 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を複数例、示す図である。
[図4] 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。
[図5] 表1A及び表1Bに示す実施例を示す図であって、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度との関係を示すグラフである。
[図6] 表2A及び表2Bに示す実施例を示す図であって、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度との関係を示すグラフである。
[図7] 表3A及び表3Bに示す実施例を示す図であって、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度との関係を示すグラフである。
[図8] 表3A及び表3Bに示す実施例を示す図であって、ティース部位置における面積率と、コアバック部位置における面積率との関係を示すグラフである。

発明を実施するための形態

[0017]
 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。
[0018]
 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。
[0019]
 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。
[0020]
 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。
[0021]
 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。
[0022]
 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。
[0023]
 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、複数枚の電磁鋼板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。
[0024]
 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YPを、380MPa以上540MPa以下に設定することができる。
[0025]
 Si:2.5%~3.9%
 Al:0.001%~3.0%
 Mn:0.05%~5.0%
 残部:Fe及び不純物
[0026]
 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。
[0027]
 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、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。
[0028]
 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。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。
[0029]
 電磁鋼板40の板厚が薄くなるに連れて次第に鉄損の改善効果が飽和する。また、電磁鋼板40が薄くなるに連れて電磁鋼板40の製造コストは増す。そのため、鉄損の改善効果および製造コストを考慮すると電磁鋼板40の厚さは0.10mm以上とすることが好ましい。
 一方で電磁鋼板40が厚すぎると、電磁鋼板40のプレス打ち抜き作業が困難になる。そのため、電磁鋼板40のプレス打ち抜き作業を考慮すると、電磁鋼板40の厚さは0.65mm以下とすることが好ましい。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。そのため、各電磁鋼板40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。
[0030]
 ステータコア21を形成する複数の電磁鋼板40は、例えば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形成されている。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、油面接着性のある、(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、の何れかを含んだ接着剤を用いることができる。
[0031]
 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(常温接着タイプ)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。
[0032]
 接着部41の常温(20℃~30℃)における平均引張弾性率は、1500MPa~4500MPaの範囲内とされる。接着部41の平均引張弾性率は、1500MPa未満であると、積層コアの剛性が低下する不具合が生じる。そのため、接着部41の平均引張弾性率の下限値は、1500MPa、より好ましくは1800MPaとされる。逆に、接着部41の平均引張弾性率が4500MPa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、4500MPa、より好ましくは3650MPaとされる。各接着部41の平均引張弾性率は、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より調整できる。
 なお、平均引張弾性率Eは、共振法により測定される。具体的には、JIS R 1602:1995に準拠して平均引張弾性率を測定する。
[0033]
 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により行う。
 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。
[0034]
 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。
[0035]
 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、加熱する場合の手段としては、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。
[0036]
 安定して十分な接着強度を得るために、接着部41の厚さは1μm以上とすることが好ましい。
 一方で接着部41の厚さが100μmを超えると接着力が飽和する。また、接着部41が厚くなるに連れて占積率が低下し、積層コアの鉄損などの磁気特性が低下する。したがって、接着部41の厚さは1μm以上100μm以下、さらに好ましくは1μm以上10μm以下とすることが好ましい。
 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。
[0037]
 接着部41の平均厚みは、1.0μm以上3.0μm以下とすることがより好ましい。接着部41の平均厚みが1.0μm未満であると、前述したように十分な接着力を確保できない。そのため、接着部41の平均厚みの下限値は、1.0μm、より好ましくは1.2μmとされる。逆に、接着部41の平均厚みが3.0μmを超えて厚くなると、熱硬化時の収縮による電磁鋼板40の歪み量が大幅に増えるなどの不具合を生じる。そのため、接着部41の平均厚みの上限値は、3.0μm、より好ましくは2.6μmとされる。
[0038]
 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。
[0039]
 図3に、接着部41の形成パターンの例を示す。図3では、一点鎖線を境として2つの形成パターン41A,41Bを一つの図に纏めて示している。形成パターン41Aを採用した場合には、電磁鋼板40の全面がこのような塗布パターンに形成される。一方、形成パターン41Bを採用した場合には、電磁鋼板40の全面がこのような塗布パターンに形成される。
 まず、形成パターン41Aの場合は、積層コアの積層方向各位置において、コアバック部22の平均面積率とティース部23の平均面積率とが互いに等しくなるように接着部41を形成しているが、用いた接着剤自体の成分は互いに異なっている。コアバック部22では、円形をなす点状の接着部41が複数、環状配置されている。コアバック部22上にある各接着部41は、各ティース部23の幅方向中央位置と電磁鋼板40の中心軸線Oとを結ぶ仮想直線EL1上に重ねて配置されている。
[0040]
 一方、ティース部23では、一つのティース部23につき2箇所の接着部41が仮想直線EL1に重なるように並んで配置されている。コアバック部22における接着部41の径寸法の方が、ティース部23における接着部41の径寸法よりも大きくなっている。そのため、コアバック部22における接着部41の数は、ティース部23における接着部41の数よりも少ないが、面積率は互いに同じになっている。すなわち、コアバック部22の全面積に対する同コアバック部22上の各接着部41の面積和の比率と、ティース部23の全面積に対する同ティース部23上の各接着部41の面積和の比率とが、同じになっている。
[0041]
 互いに重なり合う電磁鋼板40間のトータルの接着強度に対し、これをコアバック部22とティース部23とに分けた部分強度として考えた場合、使用する接着剤が同じであれば、コアバック部22における部分接着強度とティース部23における部分接着強度は互いに同じになる。しかし、この形成パターン41Aでは、コアバック部22に形成する接着部41の形成に用いる接着剤の接着強度が、ティース部23に形成する接着部41の形成に用いる接着剤の接着強度よりも高くなっている。
[0042]
 その結果、各電磁鋼板40間において、各接着部41による、ティース部23における単位面積あたりの平均接着強度が、コアバック部22における単位面積あたりの平均接着強度よりも低くなっている。より具体的には、ティース部23における単位面積あたりの部分接着強度を、コアバック部22における単位面積あたりの部分接着強度で除算した接着強度比の平均値が、0.1以上1.0未満の範囲内にある。この接着強度比の平均値の上限値は、好ましくは0.8であり、より好ましくは0.6である。また、接着強度比の平均値の下限値は、好ましくは0.15であり、より好ましくは0.2である。
[0043]
 続いて、図3に示す形成パターン41Bの場合は、積層コアの積層方向各位置において、コアバック部22とティース部23とで部分接着強度の平均値又は面積率の平均値が互いに異なっている。
 具体的に言うと、部分接着強度の平均値で比較した場合には、ティース部23における前記部分接着強度の平均値S1が1~15MPaであり、コアバック部22における前記部分接着強度の平均値S2が15~50MPaになっている。そして、平均値S1の方が平均値S2よりも低くなっている。
 なお、平均値S1の下限値は、好ましくは2MPaであり、より好ましくは3MPaである。また、平均値S1の上限値は、好ましくは10MPaであり、より好ましくは8MPaである。一方、平均値S2の下限値は、好ましくは20MPaであり、より好ましくは30MPaである。また、平均値S2の上限値は、好ましくは45MPaであり、より好ましくは40MPaである。ただし、平均値S1の方を平均値S2よりも低くする点は変わらない。
[0044]
 一方、面積率の平均値で比較した場合には、ティース部23における各接着部41の面積率の平均値A1が10~50%であり、コアバック部22における各接着部41の面積率の平均値A2が50~100%になっている。そして、平均値A1の方が平均値A2よりも低くなっている。なお、各接着部41の単位面積あたりの平均接着強度は、ティース部23及びコアバック部22の各位置で共通の5~50MPaになっている。
 なお、平均値A1の下限値は、好ましくは10%である。また、平均値A1の上限値は、好ましくは30%であり、より好ましくは20%である。一方、平均値A2の下限値は、好ましくは60%であり、より好ましくは70%である。また、平均値A2の上限値は、好ましくは90%であり、より好ましくは80%である。ただし、平均値A1の方を平均値A2よりも低くする点は変わらない。
[0045]
 このように、コアバック部22とティース部23との間で、部分接着強度の平均値又は面積率の平均値を上記のように規定することで、各接着部41の、ティース部23における単位面積あたりの平均接着強度を、コアバック部22における単位面積あたりの平均接着強度よりも低くすることが可能である。
[0046]
 各接着部41の配置について言うと、コアバック部22では、円形をなす点状の接着部41が複数、環状配置されている。コアバック部22の各接着部41は、各ティース部23の幅方向中央位置と電磁鋼板40の中心軸線Oとを結ぶ仮想直線EL2上に重ねて配置されている。
[0047]
 一方、ティース部23では、一つのティース部23につき1箇所の接着部41が仮想直線EL2上に重ねて配置されている。コアバック部22における接着部41の径寸法の方が、ティース部23における接着部41の径寸法よりも大きくなっている。これにより、積層コアの積層方向各位置において、コアバック部22よりもティース部23の方が、部分接着強度の平均値が低く抑えられている。言い換えると、積層コアの積層方向各位置において、コアバック部22よりもティース部23の方が、面積率の平均値が低く抑えられている。
 その結果、各電磁鋼板40間において、各接着部41による、ティース部23における単位面積あたりの平均接着強度が、コアバック部22における単位面積あたりの平均接着強度よりも低くなっている。
[0048]
 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を形成する方の複数の電磁鋼板も、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。
実施例
[0049]
 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。
[0050]
 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。
 モータの平面デザインにより、打抜きステーションは、さらに多数を位置しても良い。
[0051]
 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を備える塗布器131を備える。すなわち、各インジェクタは、図3に示した各接着部41の形成位置に対応した位置に配置されている。各インジェクタのノズル径は、形成する接着部41の大きさに応じて大きさが互いに異なっている。また、前記形成パターン41Aの場合には、コアバック部22に接着剤を塗布するインジェクタに通じる接着剤流路と、ティース部23に接着剤を塗布する他のインジェクタに通じる接着剤流路とを、別々に分けてもよい。この場合、コアバック部22に塗布する接着剤の化学成分と、ティース部23に塗布する接着剤の化学成分とを別々に分けることが出来る。
[0052]
 なお、上記のように1台の接着剤塗布ステーション130で複数種類の接着剤を同時に塗布する構成に代えて、複数台(例えば2台)の接着剤塗布ステーション130を備えて、接着剤を塗り分けるようにしてもよい。この場合は、1台目の接着剤塗布ステーション130でティース部23及びコアバック部22の一方に対して一種類目の接着剤を塗布し、他方に対して2台目の接着剤塗布ステーション130により二種類目の接着剤を塗布する。
[0053]
 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。
[0054]
 以上説明の構成を有する図4の製造装置100において、まずコイルCより電磁鋼板Pを矢印F方向に順次送り出す。そして、この電磁鋼板Pに対し、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から供給される接着剤が点状に塗布される。その際、コアバック部22とティース部23とで接着剤の塗布量又は種類が塗り分けられる。
[0055]
 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、熱硬化型接着の場合には加熱装置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。常温硬化型接着剤の場合には、時間経過とともに接着剤が硬化し、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。
[0056]
 以上説明の製造装置100を用いて、表1A及び表1BのNo.1~No.13に示すステータコア21を製造した。また、比較例製造のために、別の装置を用いてNo.14に示すステータコア21も製造した。
 まず、フープ(コイルC)の板厚は、0.25mmで共通とした。このフープ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。
 続いて、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た(比較例No.14を除く)。
[0057]
 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。
 Si: 3.1%
 Al: 0.7%
 Mn: 0.3%
 残部:Fe及び不純物
[0058]
[表1A]


[0059]
[表1B]


[0060]
 一方、各接着部41を形成するための接着剤としては、下記より選んで適宜組み合わせて用いた。具体的な組み合わせは、表1Aに示す通りである。
 クロロプレンゴム系接着剤(接着強度:2MPa)
 シアノアクリレートA接着剤(接着強度:5MPa)
 嫌気性接着剤(接着強度:15MPa)
 シアノアクリレートB接着剤(接着強度:24MPa)
 エポキシA接着剤(接着強度:32MPa)
 エポキシB接着剤(接着強度:42MPa)
 エポキシC接着剤(接着強度:64MPa)
 SGA(接着強度:48MPa)
[0061]
 また、表1A及び表1Bの実施例では、全て、ティース部23における接着部41の面積率を、コアバック部22における接着部41の面積率と等しくしている。そのため、表1Aに示す通り、ティース部23における部分接着強度をコアバック部22における部分接着強度で除算した接着強度比が、接着剤強度比と等しくなっている(以上、比較例No.14を除く)。なお、部分接着強度は、ティース部23の部分単体、又はコアバック部22の部分単体での接着強度(接着強度)を示す。
 接着剤塗布後の電磁鋼板40を積層した上で、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。
[0062]
 一方、No.14のステータコア21では、各電磁鋼板40間の接着に接着剤を用いず、各電磁鋼板40間をかしめ部により機械的に接合した。このかしめ部は、コアバック部22とティース部23の双方に形成した。加えて、ティース部23におけるかしめ部の大きさをコアバック部22におけるかしめ部の大きさよりも小さくした。これにより、ティース部23における単位面積あたりの平均接合強度である部分接合強度が、コアバック部22における単位面積あたりの平均接合強度である部分接合強度よりも低くなるように調整した。
[0063]
 以上説明の方法により製造されたNo.1~14の積層コアそれぞれに対し、積層コアの剛性(機械強度)を評価した。機械強度の評価は、打音テストにより判定した。表1Bの「積層コアの剛性」欄において、「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。ここで、「優良」は「1」であり、「良好」は「2」であり、「可」は「3」であり、「不可」は「4」又は「5」の場合である。
[0064]
<打音テスト(騒音評価)>
 積層コアのコアバック部22の外周端部をインパクトハンマーによって半径方向に加振し、その加振源に対して軸方向に180°の方向におけるティース部23の先端とコアバック部22の中央部を測定点として、振動のモーダル解析を行った。また、コアバック部22の半径方向の中央部をインパクトハンマーによって軸方向に加振した場合についても、その加振源に対して軸方向に180°の方向におけるティース部23の先端とコアバック部22の中央部を測定点として、振動のモーダル解析を行った。
[0065]
 評価(判断)は、以下の基準に従って行った。数値が小さいほど、振動を抑制して機械強度が高いことを意味する。
 1(優良):振動ピークが1つないし2つのみ検出される。
 2(良好):振動ピークが数個検出される。
 3(可) :加振方向によっては10個以上の振動ピークが検出される。
 4(不可):主ピークはあるが、10個以上の振動ピークが検出される。
 5(不可):主ピークが無く、10個以上の振動ピークが検出される。
[0066]
 さらに、積層コアの磁気特性も評価した。磁気特性は、直径239.5mmのロータ形状の検出器を持つ回転鉄損シミュレータ(不図示)を用いて鉄損を測定することにより評価した。表1Bの「ティース部の磁気特性」欄において、「優良」は、非常に高い磁気特性が確保できていることを示す。また、「良好」は、高い磁気特性が確保されていることを示す。また、「可」は、必要十分な磁気特性が確保されていることを示す。また、「不可」は、必要最低限の磁気特性よりも低いことを示す。
[0067]
 ここで、まず、接着する前の電磁鋼板40に対して1.5テスラの磁束密度で測定した鉄損の値を、基準値として得た。続いて、各積層コアのそれぞれについて、同じく1.5テスラの磁束密度で鉄損を測定した。そして、各積層コアの鉄損を前記基準値で除算して100%表示することにより、増加率を求めた。例えば表1BのNo.1は、鉄損増加率が105%であり、これは前記基準値に対して鉄損が5%増したことを示す。
 このようにして得られた鉄損増加率が、5%以下(表中の数値が105%以下)である場合を「優良」とし、5%超10%以下(表中の数値が105%超110%以下)を「良好」とし、10%超20%以下(表中の数値が110%超120%以下)を「可」とし、120%超(表中の数値が120%超)を「不可」とした。
[0068]
 表1A及び表1Bに示すように、No.9に示す比較例では、ティース部23での部分接着強度がコアバック部22での部分強度に比べて著しく高いため、ティース部23の磁気特性が低下した。また、コアバック部22での部分接着強度が低すぎたため、積層コアの剛性も低下した。
 また、No.10~12に示す比較例では、ティース部23での部分接着強度がコアバック部22での部分強度に比べて高いため、ティース部23の磁気特性が低下した。
 また、No.14に示す、かしめ部を用いた比較例では、かしめ部の形成によってティース部23に圧縮力が加えられたため、磁気特性を大幅に低下させる結果となった。
 一方、発明例であるNo.1~8及び13においては、積層コアの剛性(機械強度)が高い上に磁気特性も高く、所望の性能を有することが確認された。
[0069]
 また、表1Aに示す、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度との関係を、図5に示す。図5において、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック位置における部分接着強度とが等しくなる境界線B1よりも下方にあるものがNo.9~12の比較例である。No.14は、境界線B1よりも上にあるものの、各電磁鋼板40同士を接着ではなくかしめで接合しているため、上述した通り、特に磁気特性において所望の特性を得るに至らなかった。
[0070]
 境界線B2は、接着強度比が0.1である条件を示している。境界線B2よりも紙面左側に外れている発明例No.13は、積層コアの剛性及び磁気特性の双方において「可」であるものの、ティース部23の結合強度が低く、積層コアの剛性が極僅かに不足する場合も見られたため、「優良」には至らなかった。一方、No.1~8に示す発明例では、積層コアの剛性及び磁気特性のどちらかにおいて「優良」が得られるか、またはそれに準ずる結果となった。この結果より、接着強度比としては、1.0未満であることに加えて0.1以上であることがより好ましいと言える。
[0071]
 続いて、製造装置100を用いて、表2A及び表2BのNo.15~No.29に示すステータコア21を製造した。本実施例では、使用する接着剤を各ケースで代えているものの、ティース部23に塗布する接着剤とコアバック部22に塗布する接着剤とを同じものにした。そのため、接着剤強度比は全て1.00に統一されている。
 一方、面積率については、ティース部23に塗布する接着剤の塗布量と、コアバック部22に塗布する接着剤の塗布量とを異ならせており、その結果として面積率比を各ケースで変えた。
 なお、この表2Bにおいて、積層コアの剛性に関する「優良」、「良好」、「可」、「不可」、の各閾値は、表1Bにおいて説明した通りである。同様に、ティース部の磁気特性に関する「優良」、「良好」、「可」、「不可」、の各閾値も、表1Bにおいて説明した通りである。
[0072]
[表2A]


[0073]
[表2B]


[0074]
 表2A及び表2Bに示すNo.23~25の比較例では、ティース部23での部分接着強度がコアバック部22での部分強度に比べて高いため、ティース部23の磁気特性が低下する結果となった。
 また、表2Aに示す、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度との関係を、図6に示す。図6において、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度とが等しくなる境界線B3よりも下方にあるものがNo.23~25の比較例である。
[0075]
 一方、表2Bに示す通り、発明例であるNo.15~22,26~29においては、積層コアの剛性(機械強度)が高い上に磁気特性も高く、所望の性能を有することが確認された。
 加えて、四角枠をなす境界線B4によって囲まれた発明例No.17~20,27は、積層コアの剛性及び磁気特性の両方において「優良」が得られた。この結果より、ティース部23における部分接着強度の平均値S1が3~15MPaであり、コアバック部22における前記部分接着強度の平均値S2が15~50MPaであり、平均値S1の方が平均値S2よりも低いと、より好ましいことが分かった。
[0076]
 続いて、製造装置100を用いて、表3A及び表3BのNo.30~No.47に示すステータコア21を製造した。
 なお、表3Bにおいて、積層コアの剛性に関する「優良」、「良好」、「可」、「不可」、の各閾値は、表1Bにおいて説明した通りである。同様に、ティース部の磁気特性に関する「優良」、「良好」、「可」、「不可」、の各閾値も、表1Bにおいて説明した通りである。
[0077]
 No.30~No.46では、使用する接着剤を各ケースで代えているものの、ティース部23に塗布する接着剤とコアバック部22に塗布する接着剤とを同じもの(同一化学成分を有する接着剤)にした。そのため、接着剤強度比は全て1.00に統一されている。また、面積率については、ティース部23に塗布する接着剤の塗布量と、コアバック部22に塗布する接着剤の塗布量とを異ならせており、その結果として面積率比を各ケースで変えた。
[0078]
 一方、No.47では、ティース部23に塗布する接着剤とコアバック部22に塗布する接着剤とを別物とした。しかも、このNo.47では、ティース部23における接着剤の接着強度が、コアバック部22における接着剤の接着強度よりも低くなるように、両接着剤の組み合わせを選定した。また、面積率については、コアバック部22に塗布する接着剤の塗布量よりもティース部23に塗布する接着剤の塗布量を少なくした。これにより、コアバック部22における面積率よりもティース部23における面積率の方を小さくした。
[0079]
[表3A]


[0080]
[表3B]


[0081]
 その結果、表3A及び表3B示すNo.40~42の比較例では、ティース部23での部分接着強度がコアバック部22での部分強度に比べて高いため、ティース部23の磁気特性が低下する結果となった。
 一方、表3A及び表3Bに示す通り、発明例であるNo.30~39,43~47においては、積層コアの剛性(機械強度)が高い上に磁気特性も高く、所望の性能を有することが確認された。
[0082]
 また、表3Aに示す、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度との関係を、図7に示す。図7において、ティース部位置における部分接着強度と、コアバック部位置における部分接着強度とが等しくなる境界線B5よりも下方にあるものがNo.40~42の比較例である。
[0083]
 さらに、表3Aに示す、ティース部位置における面積率と、コアバック部位置における面積率との関係を、図8に示す。
 図8において四角枠をなす境界線B6によって囲まれた発明例No.30~37は、積層コアの剛性及び磁気特性の両方において「優良」が得られるか、またはそれに準ずる結果となった。この結果より、ティース部23における前記各接着部の面積率の平均値A1が10~50%であり、コアバック部22における前記各接着部の面積率の平均値A2が50~100%であり、平均値A1の方が平均値A2よりも低いと、より好ましいことが分かった。
[0084]
 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。
[0085]
 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。
[0086]
 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。

産業上の利用可能性

[0087]
 本発明によれば、機械強度を高めながらも磁気特性に悪影響を及ぼさない接着構造を備えた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。

符号の説明

[0088]
 10 回転電機
 21 ステータ用接着積層コア
 22 コアバック部
 23 ティース部
 40 電磁鋼板
 41 接着部

請求の範囲

[請求項1]
 コアバック部及びティース部を有してかつ同軸に重ね合わされた複数枚の電磁鋼板と、前記各電磁鋼板間を接着する複数の接着部とを備え、
 前記各電磁鋼板間において、前記各接着部による、前記ティース部における単位面積あたりの平均接着強度である部分接着強度が、前記コアバック部における単位面積あたりの平均接着強度である部分接着強度よりも低い
ことを特徴とするステータ用接着積層コア。
[請求項2]
 前記ティース部における前記部分接着強度を、前記コアバック部における前記部分接着強度で除算した接着強度比の平均値が、0.1以上1.0未満の範囲内にある
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。
[請求項3]
 前記ティース部における前記部分接着強度の平均値S1が1~15MPaであり、
 前記コアバック部における前記部分接着強度の平均値S2が15~50MPaであり、
 前記平均値S1の方が前記平均値S2よりも低い、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のステータ用接着積層コア。
[請求項4]
 前記各接着部が同一化学成分を有する接着剤からなり、
 前記ティース部における前記各接着部の面積率の平均値A1が10~50%であり、
 前記コアバック部における前記各接着部の面積率の平均値A2が50~100%であり、
 前記平均値A1の方が前記平均値A2よりも低い
ことを特徴とする請求項1または2に記載のステータ用接着積層コア。
[請求項5]
 前記各接着部の平均厚みが1.0μm~3.0μmである
ことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載のステータ用接着積層コア。
[請求項6]
 前記各接着部の平均引張弾性率Eが1500MPa~4500MPaである
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載のステータ用接着積層コア。
[請求項7]
 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を含む常温接着タイプのアクリル系接着剤である
ことを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載のステータ用接着積層コア。
[請求項8]
 請求項1~7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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]