特開 2023-118416 発電機の製造方法、及び発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023118416

(43)【公開日】2023-08-25

(54)【発明の名称】発電機の製造方法、及び発電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/02 20060101AFI20230818BHJP

【ＦＩ】

H02K15/02 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022021358

(22)【出願日】2022-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 悠太

(72)【発明者】

【氏名】小林 祐次

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615BB02

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP02

5H615PP06

5H615SS02

5H615SS05

5H615SS18

5H615SS21

5H615SS33

(57)【要約】

【課題】優れた発電性能を有する発電機及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発電機の製造方法は、複数の電磁鋼板を準備する工程と、複数の電磁鋼板から選択された電磁鋼板の第１主面及び第２主面の少なくとも一方の全面にピーニングする工程と、ピーニングされた電磁鋼板を含む複数の電磁鋼板を用いて積層体を形成する工程と、を含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電磁鋼板を準備する工程と、
前記複数の電磁鋼板から選択された電磁鋼板の第１主面及び第２主面の少なくとも一方の全面にピーニングする工程と、
ピーニングされた前記電磁鋼板を含む前記複数の電磁鋼板を用いて積層体を形成する工程と、
を含む、発電機の製造方法。

【請求項2】

前記電磁鋼板は、前記第１主面及び前記第２主面に絶縁層を有し、
前記ピーニングする工程では、前記ピーニングされる主面の前記絶縁層の表面に、結晶方位を変化させた塑性加工層を形成する、
請求項１に記載の発電機の製造方法。

【請求項3】

前記塑性加工層の厚さは、１μｍ～５０μｍである、請求項２に記載の発電機の製造方法。

【請求項4】

前記塑性加工層は、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～１００％である、請求項２又は３に記載の発電機の製造方法。

【請求項5】

前記ピーニングする工程では、前記複数の電磁鋼板それぞれの前記第１主面及び前記第２主面に対してピーニングする、請求項１～４の何れか一項に記載の発電機の製造方法。

【請求項6】

複数の電磁鋼板の積層体を有し、
前記複数の電磁鋼板それぞれは、第１主面及び第２主面に絶縁層を有し、
前記複数の電磁鋼板のうちの少なくとも一つの電磁鋼板における前記絶縁層の表面全体は、塑性加工層であり、
前記塑性加工層は、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～１００％である、発電機。

【請求項7】

前記塑性加工層の厚さは、１μｍ～５０μｍである、請求項６に記載の発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電機の製造方法、及び発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、電磁鋼板を積層させた発電機用のコアの製造方法を開示する。製造方法は、永久磁石が配置される電磁鋼板の開口の周囲の一部のみを硬化させる。硬化部分の面積は、電磁鋼板の全体の表面積の１％～２０％である。特許文献１は、硬化部分の総和が２０％を超えて大きくなると、電磁鋼板を積層した積層体全体の鉄損が多くなることを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－７９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の製造方法は、発電量を向上させる観点から改善の余地がある。本開示は、優れた発電性能を有する発電機及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る発電機の製造方法は、以下の工程を含む。
（１）複数の電磁鋼板を準備する工程
（２）複数の電磁鋼板から選択された電磁鋼板の第１主面及び第２主面の少なくとも一方の全面にピーニングする工程
（３）ピーニングされた前記電磁鋼板を含む前記複数の電磁鋼板を用いて積層体を形成する工程

【0006】

この製造方法によれば、複数の電磁鋼板が準備される。そして、複数の電磁鋼板から選択された電磁鋼板の第１主面及び第２主面の少なくとも一方の全面がピーニングされる。そして、ピーニングされた電磁鋼板を含む複数の電磁鋼板を用いて積層体が形成される。この製造方法は、電磁鋼板の主面がピーニングされていない電磁鋼板を用いる場合と比べて、優れた発電性能を有する発電機を製造できる。

【0007】

一実施形態においては、電磁鋼板は、第１主面及び第２主面に絶縁層を有し、ピーニングする工程では、ピーニングされる主面の絶縁層の表面に、結晶方位を変化させた塑性加工層を形成してもよい。この製造方法は、電磁鋼板の絶縁層の全面が塑性加工層を有する発電機を製造できる。

【0008】

一実施形態においては、塑性加工層の厚さは、１μｍ～５０μｍであってもよい。この製造方法は、電磁鋼板の絶縁層の極表面を加工することにより、電磁鋼板の主面がピーニングされていない電磁鋼板を用いる場合と比べて、優れた発電性能を有する発電機を製造できる。

【0009】

一実施形態においては、塑性加工層は、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～１００％であってもよい。この製造方法は、塑性加工層の結晶配向を制御することにより、電磁鋼板の主面がピーニングされていない電磁鋼板を用いる場合と比べて、優れた発電性能を有する発電機を製造できる。

【0010】

一実施形態においては、ピーニングする工程では、複数の電磁鋼板それぞれの第１主面及び第２主面に対してピーニングしてもよい。この製造方法は、積層体に含まれる電磁鋼板の全てが塑性加工層を有するため、さらに優れた発電性能を有する発電機を製造できる。

【0011】

本開示の他の側面に係る発電機は、複数の電磁鋼板の積層体を有する。複数の電磁鋼板それぞれは、第１主面及び第２主面に絶縁層を有する。複数の電磁鋼板のうちの少なくとも一つの電磁鋼板における絶縁層の表面全体は塑性加工層である。塑性加工層は、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～１００％である。

【0012】

この発電機によれば、複数の電磁鋼板のうちの少なくとも一つの電磁鋼板における絶縁層の表面全体が塑性加工層である。この発電機は、塑性加工層の結晶配向が制御されているため、主面全体に塑性加工層を有さない電磁鋼板のみを有する場合と比べて、優れた発電性能を有する。

【0013】

一実施形態においては、塑性加工層の厚さは、１μｍ～５０μｍであってもよい。この発電機は、電磁鋼板の絶縁層の極表面が塑性加工層であり、主面全体に塑性加工層を有さない電磁鋼板のみを有する場合と比べて、優れた発電性能を有する。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、優れた発電性能を有する発電機及びその製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態に係る発電システムの概要図である。

【図2】一実施形態に係る発電機のコアの斜視図である。

【図3】図２の電磁鋼板の一例を示す平面図である。

【図4】図２の電磁鋼板の一例を示す断面図である。

【図5】発電機の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附す。

【0017】

（発電システムの構成）
図１は、一実施形態に係る発電システムの概要図である。発電システム２０は、ブレード２１、増速機２２、ブレーキ装置２３、及び、発電機２４を備える。ブレード２１は、動力伝達軸Ｍを介して、増速機２２、ブレーキ装置２３、及び、発電機２４に接続される。ブレード２１は、水、風、蒸気（温められた空気）などを受けて回転する。増速機２２は、動力伝達軸Ｍの回転速度を増幅する。ブレーキ装置２３は動力伝達軸Ｍの回転速度を低下させる。増速機２２及びブレーキ装置２３によって動力伝達軸Ｍの回転が制御される。発電機２４は、動力伝達軸Ｍの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。発電機２４は、コア１及びステータ２を備え、逆起電力によって発電を行う。

【0018】

（発電機のコアの構成）
図２は、一実施形態に係る発電機のコアの斜視図である。図２に示されるように、コア１は、ロータコアであり、ステータに対して回転するジェネレータ部品である。コア１は、複数の電磁鋼板１０を有する。複数の電磁鋼板１０は、圧着、固定又は接着されることによって積層体とされる。積層体は、一例として円筒形状であり、中心には軸穴が設けられる。

【0019】

図３は、図２の電磁鋼板の一例を示す平面図である。図３に示される電磁鋼板１０は、軟磁性材料で形成された円盤形状の部材である。電磁鋼板１０は、一例として、全方向に磁気特性を有する無方向性電磁鋼板である。電磁鋼板１０は、中央に軸穴１１が形成される。軸穴１１は、発電機２４の動力伝達軸Ｍが配置される貫通穴である。電磁鋼板１０の外縁には、ロータスロット１２が形成される。ロータスロット１２は、永久磁石が配置される貫通穴である。電磁鋼板１０は、厚さ０．３ｍｍ～１．０ｍｍ程度である。

【0020】

図４は、図２の電磁鋼板の一例を示す断面図である。図４に示されるように、電磁鋼板１０は、軟磁性材料で形成された本体１００を有する。本体１００は、第１主面１００ａ及び第２主面１００ｂを有する。第１主面１００ａには、渦電流の発生を抑制するために第１絶縁層１０１が形成される。同様に、第２主面１００ｂには、渦電流の発生を抑制するために第２絶縁層１０２が形成される。

【0021】

第１絶縁層１０１の表面全体（全面）には、第１塑性加工層１０１Ａが形成される。第１塑性加工層１０１Ａは、第１絶縁層１０１を塑性加工することによって形成される。塑性加工の一例は、ピーニングである。ピーニングは、例えばショットピーニング、バニシング、又は、レーザピーニングである。第１塑性加工層１０１Ａは、第１絶縁層１０１の結晶方位を変化させることで形成される。第１塑性加工層１０１Ａは、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～１００％である。第１塑性加工層１０１Ａは、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～６０％となってもよい。第１塑性加工層１０１Ａの厚さは、１μｍ～５０μｍであってもよい。第２絶縁層１０２の表面全体（全面）には、第１絶縁層１０１と同様に、第２塑性加工層１０２Ａが形成される。第２塑性加工層１０２Ａは、第２絶縁層１０２を塑性加工することによって形成される。第２塑性加工層１０２Ａの形成方法や寸法形状などは第１塑性加工層１０１Ａと同一である。

【0022】

（発電機の変形例）
コア１は、ロータコアに限定されず、ステータコアであってもよい。コア１は、モータの回転子として採用されてもよい。電磁鋼板１０は、第１絶縁層１０１及び第２絶縁層１０２のうちの一方のみを備えてもよい。電磁鋼板１０は、第１絶縁層１０１及び第２絶縁層１０２を備えなくてもよい。複数の電磁鋼板１０のうちの少なくとも一つの電磁鋼板１０のみが塑性加工層を有してもよい。

【0023】

（発電機の製造方法）
図５は、発電機の製造方法の一例を示すフローチャートである。製造方法Ｍ１においては、最初に、準備工程（Ｓ１０）が実行される。準備工程（Ｓ１０）では、複数の電磁鋼板１０が準備される。具体的には、準備工程（Ｓ１０）は、圧延工程（Ｓ１２）及び絶縁コーティング工程（Ｓ１４）を含む。

【0024】

圧延工程（Ｓ１２）では、原料をローラなどで圧延して薄い板（図４の本体１００）にする。圧延は、熱間圧延でもよいし、冷間圧延でもよい。また、焼鈍などの工程を適宜組み合わせてもよい。圧延工程（Ｓ１２）が終了すると、絶縁コーティング工程（Ｓ１４）が実行される。

【0025】

絶縁コーティング工程（Ｓ１４）では、板の主面の全面に絶縁層（図４の第１絶縁層１０１、第２絶縁層１０２）を形成する。例えば、板の主面に絶縁コーティング液がロータなどによって塗布される。絶縁コーティング液が固化することで絶縁層が形成される。準備工程（Ｓ１０）が終了すると、打抜工程（Ｓ１６）が実行される。

【0026】

打抜工程（Ｓ１６）では、図３に示される軸穴１１及びロータスロット１２が、例えばパンチング装置などによって打ち抜きで形成される。打抜工程（Ｓ１６）が終了すると、ピーニング工程（Ｓ１８）が実行される。

【0027】

ピーニング工程（Ｓ１８）では、絶縁層の表面がピーニングされ、塑性加工層が絶縁層の表面に形成される（図４の第１塑性加工層１０１Ａ、第２塑性加工層１０２Ａ）。ピーニング工程では、例えば、ショットピーニング、バニシング、又は、レーザピーニングが用いられる。ピーニングは、表面に平行な面が（００１）面又は（０１１）面となる結晶が表面全体の３０％～１００％となるように実施される。そして、ピーニングは、塑性加工層の厚さが１μｍ～５０μｍとなるように実施される。ピーニング工程（Ｓ１８）が終了すると、形成工程（Ｓ２０）が実行される。

【0028】

形成工程（Ｓ２０）では、複数の電磁鋼板１０を圧着、固定又は接着し、積層体を形成する。以上の工程を経て、電磁鋼板１０が形成される。形成工程（Ｓ２０）の後に、コア１とステータ２とを組み付けて発電機が完成する。

【0029】

（発電機の製造方法の変形例）
ピーニング工程（Ｓ１８）は、絶縁コーティング工程（Ｓ１４）と打抜工程（Ｓ１６）の間に実行されてもよい。ピーニング工程（Ｓ１８）では、複数の電磁鋼板１０それぞれの第１絶縁層１０１及び第２絶縁層１０２の全面にピーニングしてもよい。あるいは、複数の電磁鋼板１０から選択された電磁鋼板１０の第１絶縁層１０１及び第２絶縁層１０２の全面にピーニングしてもよい。製造方法Ｍ１によって製造されるコア１は、ロータコアに限定されず、ステータコアであってもよい。製造方法Ｍ１によって製造されるコア１は、モータの回転子として採用されてもよい。

【0030】

以上、例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

【実施例0031】

以下、発電機の効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
（実施例１）
複数の電磁鋼板１０の両面をショットピーニングし、その後、積層体とした。ショットピーニングは、ガラスビーズを媒体とし、噴射圧力０．２［ＭＰａ］、噴射量１．９６［ｋｇ／ｍｉｎ］で行った。
（実施例２）
複数の電磁鋼板１０の両面をバニシングし、その後、積層体とした。バニシングは、ガラスビーズで押圧力を付与し、摺動速度１３，５００［ｒｐｍ］、クロスフィード５０［μｍ］、噴射量１．９６［ｋｇ／ｍｉｎ］で行った。
（比較例）
未処理の複数の電磁鋼板１０を積層体とした。

【0032】

（発電量増加の効果確認）
積層体をコアとし、回転数を制御しながら、電流計及び電圧計で発電量を確認した。実施例１，２は、比較例と比べて、発電量が向上していることが確認された。このように、電磁鋼板１０をピーニングすることによって、発電量が向上することが確認された。

【符号の説明】

【0033】

１…コア、１０…電磁鋼板、１０１…第１絶縁層、１０１Ａ…第１塑性加工層、１０２…第２絶縁層、１０２Ａ…第２塑性加工層、２４…発電機。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】