(57)【要約】【課題】  本発明はエネルギー変換機器用部材の固定方法を提供する。【解決手段】  エネルギー変換機器を組み立てるとき、エネルギー変換機器用の磁性部材の固定や、前記磁性部材と他の部材との固定を行うにあたり、固定位置精度を確保するための仮固定を行った後に、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するかあるいは結束液に浸漬した後に、乾燥して固着させ固定することを特徴とするエネルギー変換機器用部材の固定方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー変換機器を組み立てるとき、エネルギー変換機器用の磁性部材の固定や、前記磁性部材と他の部材との固定を行うにあたり、固定位置精度を確保するための仮固定を行った後に、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するかあるいは結束液に浸漬した後に、乾燥して固定することを特徴とするエネルギー変換機器用部材の固定方法。
【請求項２】
仮固定力を乾燥結束法による結束力の１／１０以下とすることを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換機器用部材の固定方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のエネルギー変換機器用部材の固定方法を用いたエネルギー変換機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー変換機器に関するものであり、特にエネルギー変換機器用部材の固定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー変換機器として、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る。これらには一般に、磁気回路を形成する鉄心が使用される。
鉄心の多くは電磁鋼板を積層したものが使用され、積層鉄心はケースに焼き嵌めや圧入などで固定される。
この積層鉄心の固定では、機器全体の機械剛性や強度を確保するため、また、振動騒音を抑制するために、焼き嵌めや圧入などによる固定応力を高くする必要がある。しかし、この強い固定応力のために鉄心などの性能が大きく劣化する問題がある。このような問題を回避するために、焼き嵌めや圧入に代わり、モールドなどの採用が考えられる。しかし、モールドは時間を要し、コスト高になる。また、焼き嵌めや圧入による固定応力を制御して必要固定力を保ち、鉄心などの劣化を極力抑制する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法も固定応力の測定と制御が必要であるが、測定が難しく固定応力の制御も非常に難しい。
【０００３】
鉄心の固定や鉄心と他の部材の固定には接着、ボルト固定や填め込みなどがあるが、接着ではボルト締め部分や填め込み部分がないので小形にできるが、正確に固定するためには接着する前に正確な位置に固定して接着するための冶具や設備対応の必要があり、ボルト締めではボルト穴部分に相当するだけ部材を大きくしておくことが必要になる。
【０００４】
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（例えば、特許文献２参照）、本発明はこの新規に開発した乾燥結束法を従来の固定方法の代わりに採用して、固定に伴う応力による機器の電磁気的な性能劣化を防止するための方法を提案するものである。
【０００５】
なお、乾燥結束法とは、電磁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。
【特許文献１】特開２００１−８４２０号公報
【特許文献２】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】
本発明は、エネルギー変換機器用部材としての鉄心の固定や鉄心と他の部材の固定には接着、ボルト固定や填め込みなどがあるが、これらの方法よりも低い固定応力を実現する固定方法とその固定方法による高性能エネルギー変換機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴とするところは、以下の通りである。
（１）  エネルギー変換機器を組み立てるとき、エネルギー変換機器用の磁性部材の固定や、前記磁性部材と他の部材との固定を行うにあたり、固定位置精度を確保するための仮固定を行った後に、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するかあるいは結束液に浸漬した後に、乾燥して固定することを特徴とするエネルギー変換機器用部材の固定方法。
【０００８】
（２）  仮固定力を乾燥結束法による結束力の１／１０以下とすることを特徴とする（１）記載のエネルギー変換機器用部材の固定方法。
【０００９】
（３）  （１）または（２）記載のエネルギー変換機器用部材の固定方法を用いたエネルギー変換機器。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のようにエネルギー変換機器用部材の固定に仮固定と乾燥結束法を適用すると、最終的な機器性能に必要な鉄心固定強度は乾燥結束法で確保するため、磁性部材に加わる固定応力を軽減でき、磁性部材性能の劣化を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のエネルギー変換機器用部材は電気エネルギーや機械エネルギーにおけるエネルギー変換機器に使用される磁性部材であり、例えば、モータ、アクチュエータ、発電機における電機子や界磁の鉄心や継鉄、変圧器、リアクトル、イグニション、チョークコイル、フィルタやインダクタ用の鉄心であり、用途、機種を問わない。
【００１２】
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、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。
【００１３】
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。
【００１４】
エネルギー変換機器用部材は、磁性鋼板を加工したもので、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。
鉄心や継鉄の素材としての磁性鋼板は、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】
鉄心や継鉄などの磁性部材には、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て用いたもの、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をさせたものもあり、変圧器やリアクトルなどのように、巻鉄心、積鉄心など、またカット鉄心、ＥＩ鉄心などがあり、本発明はすべてに適用できる。
【００１６】
本発明では、エネルギー変換機器の組立工程においてエネルギー変換機器用の磁性部材の固定や、前記磁性部材と他の部材との固定を行うにあたり、固定位置精度を確保するための仮固定を行った後に、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するかあるいは結束液に浸漬した後に、乾燥して積層結束する方法（以下、乾燥結束法と記す）で固定を行う。
【００１７】
結束液としては、上記の結束能力を有するものであり、好ましくは乾燥が容易であることや所定の結束力を得やすく、高温でもある程度の結束力が期待できる液組成として、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液が良い。
【００１８】
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、重合して製造される。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が得られる。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
磁性部材をケースや基板などに固定する位置精度を確保するための仮固定の手段としては、焼き嵌めや圧入、バンド締め、ボルト締めなどを採用することができる。
仮固定の焼き嵌め、圧入やボルト締めは、乾燥結束法を実施する上で固定位置に正確に仮固定するためのもので、仮固定の強度は乾燥結束法を実施する間、固定位置を維持できる強度で良く、機器駆動時に必要とする強度である必要はない。例えば、仮固定の強度、すなわち、仮固定力は乾燥結束法による結束力の１／１０以下で良い。
機器駆動時に必要とする強度は乾燥結束法を実施した後に得られればよいので、焼き嵌めや圧入などで生じる固定による応力歪の影響が軽減もしくは回避するため、焼き嵌め代、圧入代やボルト締め強度を小さくすることができる。
また、鉄心や継鉄に対して巻線、永久磁石、センサの固定を行うにあたり、固定位置精度を確保するためのバンド締めや仮接着などの仮固定を行った後に、乾燥結束法で固定を行っても良い。この際においても仮固定の強度、すなわち、仮固定力は乾燥結束法による結束力の１／１０以下で良い。
【実施例１】
【００２４】
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。電機子鉄心は図１に示され、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１６を施したのち、鉄心をケース１９に圧入する。圧入する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。
【００２５】
圧入後、図２のように結束液（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１９と鉄心１１の接触部１７の結束液流し込み用の溝部１８に吸い込ませ、８５℃で５時間乾燥させた。
本発明の乾燥結束法によるケースと鉄心の固定は、圧入方向と逆方向に、今回の仮固定の圧入の力の１０倍の力で加圧しても鉄心はケースから動かないものであった。
【００２６】
今回の圧入は従来の締め代より小さくして、鉄心への応力を軽減して、鉄心の鉄損特性の劣化を従来法の１／２以下に抑制した。
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が高くでき騒音振動面でも有利である。
【実施例２】
【００２７】
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に、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。
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、接触部の結束液を除去乾燥した。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。
【００２８】
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。
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同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は１／２以下であった。
【実施例３】
【００２９】
図３に示される昇圧チョッパを本発明の方法で製作した。図４は図３の縦断面図である。先ず、チョッパ用鉄心２１、２２の製造法を説明する。
板厚０．２ｍｍ電磁鋼板を短冊状に打ち抜きカシメを行った。カシメは短冊片の中央にＶカシメ２３で一カ所施され、短冊片の積層仮結束の目的で行われた。カシメを一つとした理由は複数個施すと層間短絡による性能劣化を回避するためである。なお、単一のカシメで積層方向を確保するためＶカシメとした。
【００３０】
カシメは従来施されている複数個でなく、また、カシメの深さは板厚の３／４であり、従来一般的な板厚の３／２より小さくして鉄心性能のカシメ応力による劣化を抑制した。
その後、結束液［純シリコンポリマーとして、濃度４０％（溶剤、イソプロピルアルコール）溶］にディップし、膜厚３０μｍになるように塗布し、１２０℃×３Ｈｒの乾燥硬化処理を行いチョッパ用鉄心２１、２２を製作した。
【００３１】
次に、チョッパの組み立てを行う。チョッパ用鉄心２２に既に成型された巻線２７をはめ込み、空隙スペーサと二つの鉄心２２の間隔を保持するスペーサをかねたスペーサ２４を用いて図４のように組み立て、仮留め用のゴム２５、２６で固定した。
その後、鉄心を製作したときと同様に同じ結束液を用いて鉄心、巻線、スペーサを一体固定した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】Ｖカシメを示す説明図である。
【図２】図１に示す鉄心の平面図である。
【図３】昇圧チョッパの平面図である。
【図４】昇圧チョッパの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１：鉄心
１２：歯部
１３：継鉄部
１４：スロット
１５：スロットオープン部
１６：Ｖカシメ
１７：ケースと鉄心の接触部
１８：溝部
１９：ケース
２１，２２：チョッパ用鉄心
２３：Ｖカシメ
２４：スペーサ
２５，２６：仮留め用のゴム
２７：巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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