(57)【要約】【課題】渦電流を抑制可能な積層コアを提供する。【解決手段】積層コア３００は、複数の鉄心片３１０を積層してなる。鉄心片３１０はそれぞれ、鋼板３２０から切り出された後、積層前に、個別に絶縁コーティングされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層される複数の鉄心片を備え、前記鉄心片はそれぞれ、鋼板から切り出された後、積層前に、個別に絶縁コーティングされていることを特徴とする積層コア。
【請求項２】
前記鋼板は、切り出し前において絶縁コーティングされていないことを特徴とする請求項１に記載の積層コア。
【請求項３】
積層コアの製造方法であって、
鋼板から同一形状の鉄心片を切り出すステップと、
前記鉄心片を絶縁コーティングするステップと、
絶縁コーティングされた前記鉄心片を積層し、固定するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。
【請求項４】
前記鉄心片は、型枠を用いて鋼板を打ち抜き加工して生成されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層コアに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電動機のひとつに、インナーロータ型のブラシレスモータ（以下、単に回転電動機ともいう）が知られている。回転電動機は、インナーロータとアウターステータを備える。アウターステータは、ステータコアと、それに巻装された巻線（コイル）を有し、ステータコアは、プレス加工により切断、成形された薄型の鉄心片が積層されて構成される。図１（ａ）、（ｂ）は、回転電動機のステータコア１００の構成を示す図である。図１（ａ）は、鉄心片１０の平面図であり、図１（ｂ）は、鉄心片１０の断面図であり、図１（ｃ）はステータコア１００全体を示す斜視図である。鉄心片１０は、環状のヨーク１２、複数のティース（歯部）１４、複数のスロット（溝）１６、複数の溶接溝１８を備える。
【０００３】
複数のティース１４は、環状のヨーク１２から内側に突起している。隣接する２つのティース１４の間には、巻線（不図示）が巻装されるスロット１６が設けられる。ヨーク１２の外側には、複数の溶接溝１８が設けられる。
【０００４】
図１（ｃ）に示すように、ステータコア１００は円筒形状を有し、複数の鉄心片１０が積層されて構成される。複数の鉄心片１０同士は、ヨーク１２の外側に設けられた溶接溝１８において溶接によって機械的に接続される。
【０００５】
図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ｃ）のステータコア１００に生ずる磁束および渦電流を示す図である。なお図２（ａ）では、ティース１４や溶接溝１８は特に図示せず、ステータコア１００を円筒として簡略化して示している。図２（ｂ）は図２（ａ）のステータコア１００のＡ−Ａ線断面図である。
【０００６】
スロット１６に巻装される巻線（不図示）に交流電流を流すことにより、ステータコア１００の側面に対して垂直方向つまり径方向に交流の磁界Ｂが発生する。磁界Ｂの時間変化に応じて、ファラデーの電磁誘導の法則から誘導起電力が発生し、磁界Ｂを妨げるように鉄心に渦電流ｉが流れようとする。
【０００７】
回転電動機においては、渦電流ｉは出力に寄与しない損失となるため好ましくない。渦電流ｉを低減するために、鉄心片１０の表面を絶縁層でコーティングする技術が提案されている。具体的には、あらかじめ鉄心片１０を切り出す前の電磁鋼板の表面を絶縁コートしておき、それから鉄心片１０を切り出す。こうして得られた鉄心片１０を積層することで、図２（ｂ）に示すように、鉄心片１０の各層の間に絶縁層１１が存在することなり、積層方向（Ｚ方向）の電気抵抗が高くなり、渦電流ｉが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２３３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、図２（ｂ）のステータコア１００について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図３（ａ）〜（ｂ）は、鉄心片１０の製造工程を示す図である。図３（ａ）には、表面が絶縁層でコーティングされた鋼板２００が示される。この鋼板２００から、プレス加工により鉄心片１０が切り出される。こうして得られた鉄心片１０は、打ち抜き加工で生ずるバリによって、図３（ｂ）に示すように、コーティング層が削り取られた欠損部２０２が発生し、積層したときの鉄心片１０の層間インピーダンスが低下するという問題がある。
【００１０】
あるいは、鉄心片１０の内側面２０４および外側面２０６はいずれもコーティングされていないため、隣接する鉄心片１０がそれらの側面２０４、２０６において導通し、その経路で渦電流が流れやすくなるという問題もある。
【００１１】
この問題は、ステータコアのみなくロータコアにおいても生じうる。あるいは、誘導電動機やリニアモータなど、コアを有するその他の形式の電動機にも生じうる。さらにはトランス（変圧器）や磁気ギアなどに使用されるコアにおいても生じうる。なお、上述の問題を当業者の一般的な技術常識としてとらえてはならず、本発明者が独自に認識したものである。
【００１２】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、渦電流を抑制可能な積層コアの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある態様は、積層コアに関する。積層コアは、積層される複数の鉄心片を備える。鉄心片はそれぞれ、鋼板から切り出された後、積層前に、個別に絶縁コーティングされる。
【００１４】
この態様によると、プレス加工による打ち抜きによって、コーティングが損傷するおそれがないため、コアの積層方向のインピーダンスを高く維持でき、渦電流を抑制できる。また絶縁層の厚みの管理が容易となる。このコアを電動機に使用した場合、損失を低減し効率を高めることができる。なお、本明細書において、「絶縁コーティング」は、絶縁膜を塗布する場合や、酸化被膜を形成する場合なども含む。
【００１５】
鋼板は、切り出し前において絶縁コーティングされていなくてもよい。これにより、モータやトランスを用途として市販される高価な電磁鋼板ではなく、安価な鋼板を用いることができ、コストを下げることができる。
【００１６】
本発明の別の態様は、積層コアの製造方法に関する。この製造方法は、鋼板から同一形状の鉄心片を切り出すステップと、鉄心片を絶縁コーティングするステップと、絶縁コーティングされた鉄心片を積層し、固定するステップと、を備える。
【００１７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る積層コアによれば、渦電流を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、回転電動機のステータコアの構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ｃ）のステータコアに生ずる磁束および渦電流を示す図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｂ）は、鉄心片の製造工程を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態に係る積層コアの製造方法を示す図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る積層コアと比較技術に係るコアを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施の形態に係る積層コア３００について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図４（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態に係る積層コア３００の製造方法を示す図である。
実施の形態に係る積層コア３００は、複数の鉄心片３１０を積層し、それらを溶接して接合することで構成される。鉄心片３１０はそれぞれ、鋼板から型枠を用いて切り出された後、積層前に、個別に絶縁コーティングされている。
【００２２】
図４（ａ）には、鉄心片３１０を切り出す前の鋼板３２０が示される。鋼板３２０は、絶縁コーティングされていてもよいが、後述の工程で絶縁コーティングされること、コーティングされた鋼板３２０は高価であることなどに鑑みて、コーティングされていない鋼板３２０を用いてもよい。
【００２３】
図４（ｂ）に示すような型枠３２２を用いて、図４（ｃ）に示す鉄心片３１０が切り出される。続いて、図４（ｄ）に示すように円筒状の鉄心片３１０の表面、すなわち上下底面および内側面、外側面が、絶縁膜（絶縁層）３１２によりコーティングされる。コーティングの方法としては、浸漬塗り、ハケ塗り、ローラー塗り、あるいは吹きつけ塗装などが例示されるが、特に限定されず、公知の技術を用いればよい。特許文献１には、コア表面に絶縁皮膜を形成する方法が開示されており、その手法を利用してもよい。
【００２４】
あるいは、絶縁膜３１２として、酸化被膜を鉄心片３１０の表面に形成してもよい。
【００２５】
そして図４（ｅ）に示すように、絶縁コーティングされた鉄心片３１０が積層され、溶接などによって固定され、積層コア３００が完成する。溶接による積層のほか、かしめによる積層、あるいは接着による積層（接着積層）を採用してもよい。接着積層には、接着鋼板を積層するもの、鋼板に接着剤を塗布した後に積層して接着するもの、などが含まれる。
【００２６】
以上が実施の形態に係る積層コア３００の構成および製造方法である。続いてその利点を説明する。
【００２７】
実施の形態に係る積層コア３００によれば、鉄心片３１０の切り出し後に絶縁コーティングするため、バリなどの影響により絶縁膜が削り取られることがない。その結果、積層したときの鉄心片１０の層間インピーダンスが低下するという問題を解決できる。
【００２８】
なお、特許文献１には、積層後にコア表面に絶縁被膜を被覆する技術（以下、比較技術と称する）が開示されるが、本願発明とは異なるものであることに留意されたい。すなわち比較技術では、絶縁被膜の形成は、積層モータコアの表層に対して、つまり鉄心片を積層された後の積層モータコアに対して施されるものである。また、比較技術における絶縁処理は、比較技術が図１を参照して説明するように、突極（ティース）とそれに巻装される巻線の間の絶縁、すなわち、突極の側面の絶縁被膜のみに着眼したものであって、渦電流とは無関係である。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る積層コア３００と比較技術に係るコアを説明する図である。
積層モータコアでは積層される鉄心片の間隙はきわめて狭いため、比較技術のように、積層後にティースの部分に電気絶縁被膜を施したとしても、鉄心片と鉄心片の層間に電気絶縁被膜を形成することは不可能である。したがって比較技術では、図５（ｂ）に示すように、欠損部２０２が発生していた場合に、欠損部２０２を電気絶縁膜で覆うことはできず、したがってインピーダンスは低下したままであり、欠損部２０２を含むループに大きな渦電流ｉＬＡＲＧＥが流れてしまう。
【００３０】
これに対して実施の形態に係る積層コア３００によれば、打ち抜き加工後、積層前に絶縁コーティングを施すこととしたため、図５（ａ）に示すように欠損部２０２が存在せず、渦電流を好適に抑制でき、効率を高めることができる。
【００３１】
加えて、従来の方法では、鉄心片３１０の内側面、外側面はいずれもコーティングされていないため、隣接する鉄心片１０がそれらの側面２０４、２０６において導通し、その経路で渦電流が流れやすくなるという問題があった。これに対して実施の形態に係る積層コア３００では、鉄心片３１０の内側面、外側面も上底面、下底面と同様にコーティングされるため、外側面あるいは内側面に流れる渦電流も防止できる。特に渦電流は交流であることから、表皮効果により外側面および内側面に集中する傾向があるため、外側面および内側面のインピーダンスを高めることが可能な本実施の形態に係る積層コア３００は極めて有用である。
【００３２】
また、実施の形態に係る積層コア３００では、鋼板２００からの切り抜き加工後に絶縁コーティング処理を施すこととしているため、元の鋼板２００は絶縁コーティングされている必要はない。従来では、コアの形成用に市販される、絶縁コーティングされた電磁鋼板を用いるのが一般的であったが、電磁鋼板は高価であった。これに対して実施の形態二係る積層コア３００では電磁鋼板ではなく、一般的な安価な鋼板を利用できるため、積層コア３００のコストを大幅に下げることができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３４】
（第１変形例）
実施の形態では、鋼板２００は、切り出し前において絶縁コーティングされていない場合を説明したが、絶縁コーティングされた電磁鋼板を用いてもよい。この場合、コスト上の利点は失われるが、透磁率が高い電磁鋼板を用いることで、積層コア３００としての性能は高められる。
【００３５】
（第２変形例）
本発明は、回転電動機のステータコアのみなく、ロータコアにも適用可能である。また誘導電動機やリニアモータなど、コアを有するその他の形式の電動機にも適用可能である。さらにはトランス（変圧器）や磁気ギアなどに使用されるコアにも適用可能である。すなわち本発明は積層構造を有するコア（鉄心）に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１…回転電動機、２…ステータ、４…ロータ、１００…ステータコア、１０…鉄心片、１２…ヨーク、１４…ティース、１６…スロット、１８…溶接溝、２０…巻線、２２…ティース片、２００…鋼板、３００…積層コア、３１０…鉄心片、３２０…鋼板、３２２…型枠。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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