(57)【要約】【課題】  磁性部材寸法精度と電気絶縁性の優れたエネルギー変換機器用部材およびエネルギー変換機器を提供すること。【解決手段】  乾燥することにより結束する機能を有する結束液を塗布あるいは浸漬した後に乾燥して接着や結束する乾燥結束法により複数の磁性鋼板加工片が結束された磁性部材において、前記磁性部材の表面に、前記乾燥結束処理により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする磁性部材。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥することにより結束する機能を有する結束液を塗布あるいは浸漬した後に乾燥して接着や結束する乾燥結束法により複数の磁性鋼板加工片が結束された磁性部材において、前記磁性部材の表面に、前記乾燥結束処理により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする磁性部材。
【請求項２】
乾燥結束法で製作された磁性部材の他部材と接触する表面において、乾燥結束法により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする請求項１記載の磁性部材。
【請求項３】
磁性鋼板の加工片を積層した回転機やリニアモータ用鉄心や継鉄における、回転機やリニアモータの移動子と固定子の間の空隙部表面において、乾燥結束法により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする請求項１記載の磁性部材。
【請求項４】
乾燥結束法で複数の磁性鋼板加工片を結束された磁性部材において、前記磁性部材の表面に、前記乾燥結束処理で同時に生成する膜厚を、絶縁抵抗が前記磁性素材表面の絶縁抵抗値以上となる膜厚、かつ、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以上あるいは磁性素材加工時にできるカエリ高さ以上の膜厚にすることを特徴とする磁性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性部材寸法精度と電気絶縁性に優れた高性能なエネルギー変換機器用磁性部材および高性能エネルギー変換機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機、アクチュエータ、発電機や変圧器、リアクトル等のエネルギー変換機器においては電磁鋼板を積層した積層鉄心が使用されることが多く、この積層鉄心の結束には、かしめ、溶接、ボルト締めなどが多用されている。
しかし、これらの結束法では積層間が全面で固着されないため、鉄心などの機械剛性や強度が完全でなく、振動騒音或いは損失などで発生した熱を伝達除去するための抜熱性に難点がある。
また、かしめ、溶接等による結束方法では積層間の電気的短絡が生じ、交流励磁では短絡電流が発生し、機器性能の低下を引き起こす。
さらに、これらの結束法による固定あるいは一体化に際しては、電磁鋼板に局部的な応力・歪が付加されることになるが、この応力・歪による磁気特性の劣化も無視できない問題である。特に、鉄心の磁気回路上の主磁束が多く通る部分である歯部等に溶接やかしめを施す場合は、前記した問題が顕著になる。
【０００３】
従来、前記した問題を解消すべく、かしめ、溶接、ボルト締めに代えて、接着、モールドなどを採用することにより層間短絡や局部的な応力歪の回避や軽減化が図られている。
例えば、最近発明者等はシリコン化合物を含む液を用いた簡易結束方法（以下、乾燥結束法と記す）を開発したが、この方法は同時に生成する磁性部材表面の膜が前記絶縁などの機能を有するなどの利点も持っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、乾燥結束法とは、エネルギー変換機器に使用される磁性部材が複数の磁性材料から構成される場合に、前記複数個の磁性材料片を配置組み立て、その状態を保ったまま乾燥すれば磁性材料片間を結束する能力を有する液を塗布するか或いは前記液に浸漬し、その後乾燥して、前記の複数個の磁性材料片を結束する方法である。
【０００５】
しかし、これらの方法で作られた鉄心などの磁性部材は、乾燥結束法や接着方法で製作すると磁性部材の表面に結束液や接着剤で生成する膜が生成するため、高精度の寸法を得難く、モータなどのエネルギー変換機器に組み立てるときに多くの問題を生じている。
また、結束液や接着剤で生成する膜は電気絶縁に適用できるが十分な膜厚がないと十分な電気絶縁を得られなかったり、打ち抜き加工でできるカエリで巻かれる導線の絶縁皮膜を破壊するといった問題が生じる場合がある。
【特許文献１】特開２００３−１９３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、磁性部材寸法精度と電気絶縁性に優れたエネルギー変換機器用部材および高性能エネルギー変換機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）乾燥することにより結束する機能を有する結束液を塗布あるいは浸漬した後に乾燥して接着や結束する乾燥結束法により複数の磁性鋼板加工片が結束された磁性部材において、前記磁性部材の表面に、前記乾燥結束処理により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする磁性部材。
【０００８】
（２）乾燥結束法で製作された磁性部材の他部材と接触する表面において、乾燥結束法により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする（１）記載の磁性部材。
【０００９】
（３）磁性鋼板の加工片を積層した回転機やリニアモータ用鉄心や継鉄における、回転機やリニアモータの移動子と固定子の間の空隙部表面において、乾燥結束法により生成された膜厚が、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下であることを特徴とする（１）記載の磁性部材。
【００１０】
（４）乾燥結束法で複数の磁性鋼板加工片を結束された磁性部材において、前記磁性部材の表面に、前記乾燥結束処理で同時に生成する膜厚を、絶縁抵抗が前記磁性素材表面の絶縁抵抗値以上となる膜厚、かつ、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以上あるいは磁性素材加工時にできるカエリ高さ以上の膜厚にすることを特徴とする磁性部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、鉄心と導線との間の絶縁のように鉄心などの磁性部材外面の電気絶縁を乾燥結束と同時に行うことができ、しかも高い絶縁性を確保することができるので、製造コストや時間を節約することが可能となる。
また、従来の接着法を用いる積層結束においては、積層結束法で同時に生成する磁性部材表面膜や積層間からの接着液のはみ出し等により寸法精度を管理することが難しかったが、本発明を適用すると乾燥結束と同時に鉄心の外周寸法をも制御することができる。
特に電磁鋼板の加工片を積層した回転機やリニアモータ用鉄心における回転機やリニアモータの移動子と固定子などの間の空隙を高精度で管理することができるので、モータなどのエネルギー変換機器の高出力化が可能となる。
また、分割鉄心に適用する場合においては、分割鉄心間の電気絶縁を保ったまま高精度寸法の組鉄心ができるので、同様に高出力高効率のモータの製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のエネルギー変換機器用の鉄心や継鉄が適用される機器としては、電動機、アクチュエータ、発電機や変圧器、リアクトルなどがあり、用途、機種を問わない。
電動機、アクチュエータ、発電機は、誘導機タイプ、同期機タイプ、直流機タイプ、リラクタンスタイプ、又はこれらのうち２つ以上のタイプを組み合わせたものがあり、大型からマイクロモータまで含まれる。
また、変圧器は、巻変圧器や積変圧器等をはじめ各種鉄心を用いたものがあり、リアクトルはインバータ、コンバータやチョッパ、電圧電流の位相を調整し力率改善に用いる機器、高調波等を除くフィルタ、イグニションなどに用いるもので、巻タイプや積みタイプ、空隙があるものやないもの、可飽和タイプや飽和させないで使用するもの、カット鉄心を用いるものなどがある。
【００１３】
エネルギー変換機器用の鉄心や継鉄は、磁性鋼板を加工し積層したもので、電機子や界磁の鉄心や継鉄、変圧器鉄心、リアクトル鉄心、電磁石の鉄心や継鉄などとして使用されるものである。
【００１４】
鉄心や継鉄の素材として用いられる磁性鋼板は、電磁鋼板、厚板等の鉄あるいは鉄合金、ニッケルやパーマロイなどのニッケル合金、またコバルトやコバルト合金、更に、アモルファス材、ナノクリスタル材などである。特に、電磁鋼板を打ち抜きして積層した鉄心や継鉄が多用される。
【００１５】
鉄心や継鉄には、回転機などのように一体打ちぬきして積層したもの、分割鉄心を組み合わせたもの、アキシャルギャップ型の回転機に使用されることがある巻鉄心、或いはクローポール鉄心などのように塑性変形させたものもあり、変圧器やリアクトルなどのように巻鉄心、積鉄心、カット鉄心、ＥＩ鉄心などがあり、これらすべてに対し本発明を適用することができる。
【００１６】
本発明では磁性鋼板の加工片を積層した鉄心の製造工程において加工片を積層結束する場合に、乾燥することにより磁性材料片同士を結束する能力を発揮する液を塗布するか或いは浸漬し、次いで乾燥して一体化する乾燥結束法を適用する。
【００１７】
磁性材料片同士を結束する能力を発揮する液（以下、結束液と記す。）は、乾燥することにより磁性鋼板の積層間や鉄心、継鉄と他の部材間を結束する能力を有する液であり、この液を塗布するか或いは結束液に浸すことにより磁性鋼板や鉄心、継鉄の外側に結束液を付着させたり磁性鋼板や鉄心、継鉄の接触部に結束液を含ませ、その後、結束液を乾燥させ磁性鋼板や鉄心、継鉄間を結束する。
【００１８】
結束液としては、上記の結束能力を有し、乾燥が容易で所定の結束力を得られるものが好ましい。例えば、純シリコンポリマー及び変性シリコンポリマーの１種または２種以上を主成分とする結束液は、高温でもある程度の結束力が期待できるので好ましい。
【００１９】
純シリコンポリマーは、公知のアルコキシランを無溶媒或いは有機溶媒中で加水分解し、重合して製造する。この際、用いるシランの種類を変えることにより種々の性能を有する塗膜を得ることが可能である。
変性シリコンポリマーは、純シリコンポリマーを有機樹脂により変性を行ったものであり、変性方法としては公知のコールドブレンドや縮合反応等によって変性が行われたものである。
【００２０】
純シリコンポリマーとしてアルコキシランの部分加水分解物を製造する場合に、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、モノメチルトリイソブポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、モノビニルトリエトキシシランの一種または２種以上を用いる。
【００２１】
変性シリコンポリマーとして、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマーの１種または２種以上を用いる。
【００２２】
また、結束膜に高い絶縁抵抗や耐電圧を得ようとする場合には、前記シリコンポリマーに充填剤として純シリコンポリマー或いは変性シリコンポリマーのＳｉＯ２分１００重量部当り、無機酸化物粉体粒子又はコロイド状溶液、有機樹脂粉体粒子又はこれらのエマルジョン溶液の１種または２種以上を固形分として０．１〜５０重量部添加する。この充填剤を添加する複合効果として鉄心端面や鋼板表面への付着力が改善される。
【００２３】
添加する無機粉体粒子或いはコロイド状物質として、一次粒子径７〜５０００ｎｍのＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及び／又はこれらの複合物質の中から選ばれる１種または２種以上を０．１〜５０重量部添加配合する。
【００２４】
加工片は、磁性鋼板を打ち抜き、剪断、レーザカット、放電加工で加工された磁性部材片であり、その後、曲げや引っ張り変形したものも含まれる。
【００２５】
本発明では、乾燥結束法で複数の磁性鋼板加工片を結束された磁性部材において、前記磁性部材の表面に、前記乾燥結束処理で同時に生成する膜厚を、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以下として磁性部材の寸法精度を高くする。
または、生成膜厚を、絶縁抵抗が前記磁性素材表面の絶縁抵抗値以上である膜厚、かつ、磁性鋼板加工片の加工断面の表面粗度値以上あるいは磁性素材加工時にできるカエリ高さ以上の膜厚にして層間絶縁を確保する。
【００２６】
膜厚の調整方法としては、乾燥結束法に用いる液の種類や濃度の選定による調整方法、スプレー処理による調整方法、ファンやブロアなどにより付着液を吹き飛ばして調整する方法等がある。
また、乾燥結束法に用いる液の種類や濃度を選定したり、処理回数を複数回行うことによって膜厚を厚くすることができる。
【００２７】
表面粗度は、鋼板表面プロフィールのｐｅａｋｔｏ ｐｅａｋ値とする。また、乾燥結束法による生成膜厚は生成している表面の平均膜厚を意味し、機器分析などで測定することができる。
【実施例１】
【００２８】
本発明をファンモータ用電機子鉄心に適用し、高効率で低騒音のファンモータを得ることができた。
電機子鉄心は一体打ち抜き鉄心１１で、仮止めは、層間短絡の影響が小さい鉄心の継鉄部１３の外周側にカシメ１４を施している。
鉄心は図１のように結束液［エポキシ変性ポリマー（濃度５０％、溶剤トルエン）１００ｇに対し、エポキシ樹脂を更に３０ｇ添加した混合液］１６に浸漬した。
その後、１００℃の熱風で鉄心表面、特にボルト穴１７の表面の結束液を吹き飛ばして仮乾燥を行い、完全な乾燥結束を行うため引き続き１００℃×３Ｈｒの乾燥硬化処理を行った。
ボルト穴内径寸法も公差内で維持されるので、ボルトが穴に入らないなどの問題は生じない。また、ボルト固定寸法精度を維持することができ、鉄心厚さ寸法も公差内で確保されたので、電機子鉄心をモータ内で高精度に組み立てることができた。
【実施例２】
【００２９】
効率が法的に規制されている汎用モータの電機子鉄心に適用し、カシメや鉄心固定における鉄心特性劣化を抑制し高効率の汎用モータを製作した。
図２において、電機子鉄心は一体打ち抜き鉄心２１で、仮止めは層間短絡の影響が小さい鉄心の継鉄部２３の外周側にカシメ２６を施したのち、鉄心をケース２９に圧入した。圧入する際の締め代は従来の大きさより小さく鉄心固定位置に確実に維持できる１／１００ｍｍ程度とした。
【００３０】
圧入後、結束液（トルエン中に濃度６０％の純シリコンポリマー（Ｒ（ＳｉＯＲ）３組成）を溶かしたシリコーン溶液）をケース２９と鉄心２１の接触部２７と結束液流し込み用の溝部２８に吸い込ませた。
その後、スロット側からの結束液流し込みと鉄心と導線間の絶縁処理のために、図２のように鉄心のスロットオープン部２５をスペーサ３０で塞ぎ、前記の結束液をスロット２４内にスプレー３１で吹き付け、続けて熱風を吹き付け乾燥させた。
【００３１】
スプレー吹きつけ、熱風による乾燥を繰り返し、スロット内面の結束液による絶縁膜の厚さを０．２mmになるように調整した。０．２mmにした理由は、一体打ち抜きでの加工部の剪断面の粗度約０．１mm、カエリの高さ０．０３mmより厚くして、鉄心素材の表面絶縁皮膜の抵抗値以上の電気絶縁を保つためである。
巻線はインサータでスロットに挿入し仮固定した後、前記の結束液を巻線内と鉄心巻線間に吸い込ませて完全に巻線を鉄心に固定した。
【００３２】
本実施例における圧入は従来の締め代の１／３以下に小さくして鉄心への応力を軽減して、鉄心特性の劣化を１／３以下に抑制することができた。
また巻線と鉄心間の絶縁は鉄心の層間結束やケース鉄心間固定を兼ね合わせたため、コスト、工程上の有利となった。
さらに鉄心、巻線、ケースとの一体固定であるので固定子自身の機械剛性を高くすることができた。これは騒音振動面においても従来の技術として比較して非常に有利な効果でもある。
【実施例３】
【００３３】
電気自動車用の８極、１２スロットのＩＰＭモータに１２個の分割鉄心を組み合わせた固定子鉄心を用いた。
分割鉄心継鉄部の外周で外周部周方向の両端近傍にレーザ溶接により、積層体の仮止めをした。
【００３４】
その後、歯部を積層方向両端より挟み、結束液［エポキシ変性シリコンポリマー溶液（濃度５０％、溶剤トルエン）］に浸漬し、液より取り出した後、固定子組み立ての際、隣接する他の分割鉄心と接する部分を８０℃の熱風を吹き出すブロアで高圧吹きつけを行い、接触部の余分な結束液を除去乾燥し、一体打ち抜きでの加工部の剪断面の粗度以下として分割鉄心組み立て後の寸法精度を維持した。層間結束を確実にするため、その後更に８０℃の乾燥炉で３時間、乾燥させた。
この乾燥結束法を用いた分割鉄心１２個を組み合わせて固定子を組み立て、その後、締め代２／１００ｍｍでケースに圧入した。
【００３５】
本発明を活用したので、組み立て後の寸法精度特に鉄心外径精度を維持できたため、締め代の調整も容易である。この締め代はケースへの固定が圧入だけである場合より小さく固定力が不十分であるため、ケースと鉄心の固定力を高めるため前記の結束液をケースと鉄心間に浸漬させ乾燥結束し補強した。
従来の継鉄部外周と歯先にレーザ溶接した分割鉄心と比べ、分割鉄心組み合わせ状態の外周寸法精度は打ち抜き寸法誤差内であり、ケースへの圧入後の特性は本実施例では締め代が１／３であり、圧入による鉄損増加代は従来の分割鉄心圧入法のそれと比較して１／２以下であった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】浸漬状態の一体打ち抜き鉄心を示す模式図である。
【図２】モータステータを示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１：一体打ち抜き鉄心
１２：歯部
１３：継鉄部
１４：Ｖ型カシメ
１５：鉄心を挟むアーム
１６：結束液
１７：ボルト穴
２１：鉄心
２２：歯部
２３：継鉄部
２４：スロット
２５：スロットオープン部
２６：Ｖ型カシメ
２７：ケースと鉄心の接触部
２８：溝部
２９：ケース
３０：スペーサ
３１：スプレー
【図１】
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【図２】
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