特開 2024-100522 積層鉄心及びその製造方法

(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】P2024100522

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】積層鉄心及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/18 20060101AFI20240719BHJP

   H02K 15/02 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

H02K1/18 B

H02K15/02 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004581

(22)【出願日】2023-01-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110629

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100166615

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 大輔

(72)【発明者】

【氏名】田村 達二

【テーマコード（参考）】

5H601

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H601AA08

5H601AA09

5H601EE19

5H601GA02

5H601GB05

5H601GB13

5H601GC02

5H601GC12

5H601GC32

5H601KK08

5H601KK21

5H601KK22

5H615AA01

5H615BB14

5H615PP06

5H615SS10

5H615SS16

5H615SS18

5H615SS24

5H615TT34

(57)【要約】

【課題】接着剤を硬化させるための別途の工程や設備を不要にすることが可能な積層鉄心を提供する。
【解決手段】鉄心片７を積層した積層鉄心片３と、隣接する鉄心片７間を接着した接着剤５を硬化させた硬化接着部５Ａと、積層鉄心片３を積層方向に沿って溶接した溶接部１５とを備え、溶接時の熱により接着剤５を硬化させて硬化接着部５Ａを形成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の環状の鉄心片を積層した積層鉄心片と、
前記積層鉄心片を積層方向に沿って溶接した溶接部と、
前記溶接の熱によって接着剤を硬化させる温度を有する前記積層鉄心片の硬化温度部の範囲内に形成され前記積層方向で隣接する鉄心片間を接着した前記接着剤が硬化した硬化接着部と、
を備えた積層鉄心。

【請求項2】

請求項１の積層鉄心であって、
前記硬化接着部は、前記接着剤の全部が硬化してなる、
積層鉄心。

【請求項3】

請求項１の積層鉄心であって、
前記硬化接着部は、前記溶接により前記積層鉄心片に組織変化を伴う熱影響部の外側に備えられる、
積層鉄心。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一項の積層鉄心であって、
前記積層鉄心片は、周回形状のヨーク部にティース部を備え、
前記ヨーク部は、外周に前記積層方向に沿った前記溶接のための凹部を備え、
前記溶接部は、前記凹部に備えられ、
前記硬化接着部は、前記凹部の周方向の幅内且つ前記ヨーク部の外周から径方向の幅の中央までの範囲に配置された、
積層鉄心。

【請求項5】

請求項１～３の何れか一項の積層鉄心の製造方法であって、
前記積層方向で隣接する前記鉄心片間を前記接着剤で接着した積層鉄心片を形成し、
前記積層鉄心片を前記積層方向に沿って溶接して前記溶接部を形成すると共に前記溶接の熱によって前記硬化温度部の範囲内で前記接着剤を硬化させて前記硬化接着部を形成する、
積層鉄心の製造方法。

【請求項6】

請求項５の積層鉄心の製造方法であって、
前記溶接は、前記積層鉄心片を前記積層方向に加圧しながら行う、
積層鉄心の製造方法。

【請求項7】

請求項５の積層鉄心の製造方法であって、
前記硬化温度部の範囲内でのみ前記接着剤による接着を行う、
積層鉄心の製造方法。

【請求項8】

請求項５の積層鉄心の製造方法であって、
前記溶接により前記積層鉄心片に組織変化を伴う熱影響部の外側でのみ前記接着剤による前記接着を行う、
積層鉄心の製造方法。

【請求項9】

請求項５の積層鉄心の製造方法であって、
前記積層鉄心片は、周回形状のヨーク部の内周にティース部を備え、
前記ヨーク部は、外周に前記積層方向で前記溶接のための凹部を備え、
前記凹部の周方向の幅内且つ前記ヨーク部の外周から径方向の幅内の中央までの範囲で前記接着剤を塗布し、
前記溶接により前記凹部に前記溶接部を形成すると共に前記接着剤を硬化させる、
積層鉄心の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電動モーター等に供される積層鉄心及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の積層鉄心としては、例えば特許文献１のように鉄心片間を溶接及び接着したものがある。

【0003】

この積層鉄心は、積層された複数の鉄心片と、積層方向で隣接する鉄心片のティース部間に設けられ硬化した接着剤からなる接着部と、鉄心片間を溶接する溶接部とを備えている。かかる積層鉄心では、磁気特性を劣化させることなく、固定強度を向上させることができるとされている。

【0004】

しかし、接着剤を硬化させるには別途の工程や設備が必要となり、製造が煩雑になるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－０１９３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

解決しようとする問題点は、接着剤を硬化させるための別途の工程や設備が必要となり、製造が煩雑になる点である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、複数の環状の鉄心片を積層した積層鉄心片と、前記積層鉄心片を積層方向に沿って溶接した溶接部と、前記溶接の熱によって接着剤を硬化させる温度を有する前記積層鉄心片の硬化温度部の範囲内に形成され前記積層方向で隣接する鉄心片間を接着した前記接着剤が硬化した硬化接着部と、を備えた積層鉄心を提供する。

【0008】

また、本発明は、前記積層方向で隣接する前記鉄心片間を前記接着剤で接着した積層鉄心片を形成し、前記積層鉄心片を前記積層方向に沿って溶接して前記溶接部を形成すると共に前記溶接の熱によって前記硬化温度部の範囲内で前記接着剤を硬化させて前記硬化接着部を形成する、積層鉄心の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、接着剤を硬化させる別途の工程や設備を不要にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施例に係る積層鉄心の平面図である。

【図2】図２は、図１の積層鉄心の概略側面図である。

【図3】図３は、図１の溶接前の積層鉄心片の一部を拡大して示す平面図である。

【図4】図４は、図１の積層鉄心の溶接部、硬化温度部、及び硬化接着部を示す概略平面図である。

【図5】図５は、図１の積層鉄心の溶接部周辺を拡大して示す断面図である。

【図6】図６は、図１の積層鉄心片の溶接を含めた積層鉄心の製造工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明は、接着剤を硬化させるための別途の工程や設備を不要にするという目的を、溶接の熱を利用して接着剤を硬化させることで実現した。

【0012】

図のように、積層鉄心１は、積層鉄心片３と、溶接部１５と、硬化接着部５Ａとを備えている。積層鉄心片３は、環状の鉄心片７を積層したものである。溶接部１５は、積層鉄心片３を積層方向に沿って溶接することで形成される。硬化接着部５Ａは、溶接の熱によって接着剤５を硬化させる温度を有する積層鉄心片３の硬化温度部Ｂの範囲内に形成され、積層方向で隣接する鉄心片７間を接着した接着剤５が硬化したものである。

【0013】

硬化接着部５Ａは、接着剤５の一部又は全部が硬化したものからなるが、接着剤５の全部が硬化したものとするのが好ましい。

【0014】

硬化接着部５Ａは、溶接により積層鉄心片３に組織変化を伴う熱影響部Ｃの外側に備えるのが好ましい。

【0015】

積層鉄心片３は、周回形状のヨーク部９にティース部１１を備え、ヨーク部９は、外周に溶接のための凹部１３を備えてもよい。この場合、溶接部１５は、凹部１３に備えられ、硬化接着部５Ａは、凹部１３の周方向の幅内且つヨーク部９の外周から径方向の幅の中央までの範囲に配置される。

【0016】

本発明の積層鉄心の製造方法は、積層方向で隣接する鉄心片７間を接着剤５で接着した積層鉄心片３を形成し、積層鉄心片３を積層方向に沿って溶接して溶接部１５を形成すると共に溶接の熱によって接着剤５を硬化させて硬化接着部５Ａを形成する。

【0017】

溶接は、積層鉄心片３を積層方向に加圧しながら行ってもよい。

【0018】

硬化温度部Ｂの範囲内でのみ接着剤５による接着を行ってもよい。

【0019】

溶接により積層鉄心片３に組織変化を伴う熱影響部Ｃの外側でのみ接着剤５による接着を行ってもよい。

【0020】

積層鉄心片３が周回形状のヨーク部９にティース部１１を備え、ヨーク部９が外周に溶接のための凹部１３を備える場合は、凹部１３の周方向の幅内且つヨーク部９の外周から径方向の幅の中央までの範囲で接着剤による接着を行う。そして、溶接により凹部１３に溶接部１５を形成すると共に接着剤５を硬化させる。

【実施例0021】

［積層鉄心］
図１は、実施例に係る積層鉄心の平面図である。図２は、図１の積層鉄心の概略側面図である。図３は、図１の溶接前の積層鉄心片の一部を拡大して示す平面図である。

【0022】

図１及び図２の積層環状鉄心３を用いた積層鉄心１は、電動モーターや発電機の固定子側に用いられるステーターコア用である。なお、積層鉄心１としては、ローターコア用とすることもできる。

【0023】

この積層鉄心１は、複数の環状の鉄心片７を積層すると共に接着した積層鉄心片３に対し、溶接部１５を形成して鉄心片７を一体化したものである。なお、接着剤５は、後述するように溶接後に硬化接着部５Ａとなる。

【0024】

各鉄心片７は、環状に形成された板材（電磁鋼板）であり、単一の環状の板材又は複数の円弧状の板材を組み合わせたものの何れであってもよい。この鉄心片７を積層した積層鉄心片３は、周回形状のヨーク部９にティース部１１を備えている。

【0025】

ヨーク部９は、径方向の幅Ｒを有する周回形状、特に円環状に形成されている。このヨーク部９は、内周に複数のティース部１１が周方向に間隔を空けて設けられている。ヨーク部９の外周には、溶接部１５が形成される。

【0026】

本実施例のヨーク部９は、その外周に積層鉄心片３の鉄心片７を溶接するための凹部１３を備えている。凹部１３は、ヨーク部９の外周形状に対する径方向の凹状の部分であり、積層方向に沿って伸びる。この凹部１３内には、溶接用の突起部１３ａが備えられている。突起部１３ａは、周方向の中央部に設けられているが、中央部に限られるものではない。

【0027】

なお、径方向とは、積層鉄心１の径に沿った方向であり、周方向とは、積層鉄心１の外周に沿った方向であり、積層方向とは、鉄心片７を重ねる方向であり、積層鉄心１の軸心に沿った方向である。

【0028】

本実施例において、ヨーク部９の径方向の幅Ｒは１０～３０ｍｍである。積層鉄心片３の積層方向の鉄心片７間の隙間は１～５μｍとなっている。ただし、ヨーク部１１の径方向の幅Ｒ及び鉄心片７間の隙間は、積層鉄心１の仕様により自由に設定できる。

【0029】

図４は、図１の積層鉄心の溶接部、硬化温度部、及び硬化接着部を示す概略平面図である。

【0030】

硬化接着部５Ａは、積層鉄心片３の硬化温度部Ｂの範囲内で、鉄心片７間を接着する接着剤５が硬化して形成されている。硬化温度部Ｂの範囲内とは、積層方向から見た鉄心片７の平面視における範囲内をいう。従って、硬化接着部５Ａと硬化温度部Ｂは、積層方向に重なって設けられている。なお、硬化接着部５Ａは、全溶接部１５に対する硬化温度部Ｂに設けられているが、一部の溶接部１５に対する硬化温度部Ｂにのみ設けてもよい。

【0031】

硬化温度部Ｂは、後述する溶接時の熱によって、積層鉄心片３の一部が接着剤５を硬化させる温度を有する部分である。硬化温度部Ｂは、溶接部１５を中心とした扇形の領域となっている。

【0032】

接着剤５の硬化温度は、例えば１００～３００℃であり、硬化時間は、エポキシ系であれば８０℃で３０分、１２０℃で１０分、１４０℃で５分程度である。従って、硬化温度部Ｂは、接着剤５の硬化時間以上の間、硬化温度以上に保たれる部分となる。ただし、硬化温度部Ｂは、接着剤５の耐熱温度を下回る必要がある。なお、溶接後に温度低下するが室温まで冷えるには８時間程度要するため、接着剤５の硬化に問題はない。

【0033】

接着剤５の耐熱温度は、耐熱条件（軟化、劣化、分解等）によっても異なるが、エポキシ系であれば２５０℃程度である。耐熱の一つの指標となるガラス転移点は、エポキシ系であれば例えば１００～２００℃である。

【0034】

硬化温度部Ｂの温度や範囲は、後述する溶接のパワー等の溶接条件とで設定することが可能である。

【0035】

硬化接着部５Ａを構成する接着剤５は、熱硬化性の接着剤である。ただし、接着剤５は、熱硬化性に加えて、嫌気性等の他の性質を含んでもよい。この接着剤５は、硬化温度部Ｂの範囲内に一部又は全部が塗布される。本実施例では、硬化温度部Ｂの範囲内に接着剤５の全部が塗布される。従って、硬化温度部Ｂ内にのみ硬化接着部５Ａが形成される。なお、硬化温度部Ｂ外に接着剤５の一部が位置する場合は、その接着剤５の一部が硬化せずに残る。

【0036】

本実施例において、接着剤５の塗布は、矩形の範囲Ａ内で行われる。範囲Ａは、凹部１３の周方向の幅Ｌ内且つヨーク部１１の外周から径方向の幅Ｒの中央までの範囲である。

【0037】

この範囲Ａでの塗布により接着剤５は、その一部又は全部を硬化温度部Ｂ内に位置させることが可能となる。つまり、硬化接着部５Ａは、凹部１３の周方向の幅Ｌ内且つヨーク部１１の外周から径方向の幅Ｒの中央までの範囲に配置される。なお、接着剤５は、図３のように、積層鉄心片３の加圧によって円形に拡がるため、この拡がった状態において一部又は全部が硬化温度部Ｂ内に位置すればよい。

【0038】

一例として、接着剤５の塗布時の体積は、０．０４～０．１９μＬとされ、鉄心片７の積層方向の隙間が１～５μｍであり、接着剤５の拡がった状態での直径は、ほぼ７ｍｍとなる。また、本実施例では、接着剤５の全部が硬化接着部５Ａとなるため、硬化接着部５Ａの直径もほぼ７ｍｍとなる。つまり、積層方向で隣接する鉄心片７間の隙間に応じて、接着剤５が所定の径となるように接着剤５の塗布量が調整される。ただし、硬化接着部５Ａの直径の大きさは、積層鉄心１の仕様により自由に設定できる。

【0039】

溶接部１５は、積層鉄心片３を積層方向に沿って溶接することで形成されている。本実施例の溶接部１５は、溶接ビードであり、凹部１３内の突起部１３ａを溶融・凝固させることで形成され、積層方向で積層鉄心片３の全域にわたる。

【0040】

突起部１３ａは、溶接後において消失しているが、突起部１３ａの一部が残ってもよい。なお、突起部１３ａの平面形状は、台形形状であるが、任意に設定可能である。積層鉄心１がローターコアの場合、溶接部１５は、積層鉄心１の内周部等に形成することができる。

【0041】

図５は、図１の積層鉄心の溶接部周辺を拡大して示す断面図である。

【0042】

図５のように、溶接部１５を囲む円弧状のライン内は溶接による扇形の熱影響部Ｃである。熱影響部Ｃは、溶接時の熱により、溶融していないが、鉄心片７に組織変化、機械的性質の変化を伴う範囲である。機械的性質は、微細構造や特性である。この熱影響部Ｃは、図４の硬化温度部Ｂ内に位置し、溶接部１５を中心としたより狭い領域となっている。

【0043】

熱影響部Ｃでの温度は、鉄心片７が電磁鋼板の場合、溶接後７秒で６００℃以上となる。熱影響部Ｃ内に位置し、溶接部１５の溶接ビードの範囲Ｄでの温度は、溶接後７秒で１５００℃以上となる。熱影響部Ｃの温度は、接着剤５の耐熱温度よりも高いため、硬化接着部５Ａは、全部が熱影響部Ｃの外側に備えられる。これにより、硬化した接着剤５からなる硬化接着部５Ａの劣化等を低減できる。

【0044】

ただし、接着剤５は、一部が熱影響部Ｃ内に塗布されてもよい。この場合、熱影響部Ｃ内の接着剤５は劣化し易くなるため、熱影響部Ｃの外側の硬化接着部５Ａが接着の主体となる。

【0045】

［製造方法］
図６は、図１の積層鉄心片の溶接を含めた積層鉄心の製造工程図である。

【0046】

図６の製造工程は、積層工程ＳＡ及び溶接工程ＳＢを備えている。積層工程ＳＡでは、積層方向で隣接する鉄心片７間を接着剤５で接着した積層鉄心片３を形成する。溶接工程ＳＢでは、積層鉄心片３を積層方向に沿って溶接して溶接部１５を形成すると共に溶接の熱によって硬化温度部Ｂの範囲内で接着剤５を硬化させて硬化接着部５Ａを形成する。

【0047】

本実施例の積層工程ＳＡは、接着剤塗布Ｓ１、プレスＳ２、及び積層（仮接着）Ｓ３を含む。溶接工程ＳＢは、溶接治具に対する挿入Ｓ４、加圧Ｓ５、溶接Ｓ６、硬化（本接着）Ｓ７を含む。

【0048】

接着剤塗布Ｓ１では、帯状の磁性鋼板の鉄心片７となる部分に対して接着剤５が塗布される。この接着剤５の塗布は周知の手法によって実現可能である。塗布された接着剤５は、各鉄心片７の範囲Ａとなる部分内に位置し、点状を呈している。塗布する接着剤５の体積は、例えば０．０４～０．１９μＬとしている。

【0049】

プレスＳ２では、接着剤５が塗布された帯状の磁性鋼板から金型装置により鉄心片７を順次打ち抜き、積層（接着）Ｓ３では、接着剤５を介在させて鉄心片７を積層していく。

【0050】

このプレスＳ２及び積層Ｓ３は、例えばパンチにより打ち抜かれた鉄心片７をダイ内に保持することによって行うことができる。このとき、積層方向で隣接する鉄心片７間が接着剤５により仮接着される。所定数の鉄心片７が積層されると積層鉄心片３が形成される。仮接着とは、硬化前の接着剤５の表面張力や粘性力によって積層鉄心片３の鉄心片７同士が接着された接着形態をいう。

【0051】

本実施例の溶接工程ＳＢは、積層鉄心片３を積層方向に加圧しながら溶接を行う。溶接工程ＳＢの溶接治具に対する挿入Ｓ４では、溶接治具上に例えばダイを抜けた積層鉄心３が受けられる。

【0052】

加圧Ｓ５では、押圧装置等で積層鉄心片３に直接または上板を介して荷重を付加することで、或いは上板を例えばボルトの締結によって固定することで、積層鉄心片３を所定の厚さに加圧し保持する。かかる加圧により、鉄心片７間の積層方向の隙間を例えば１～５μｍとし、これに応じて接着剤５が拡がって直径が７ｍｍ程度になる。

【0053】

溶接Ｓ６では、ファイバーレーザー溶接機等によって溶接が行われる。溶接は、凹部１３の突起部１３ａに沿って行われ、積層鉄心片３の積層方向の全域に溶接部１５を形成する。なお、溶接部１５は、積層鉄心片３の積層方向で部分的に形成してもよい。

【0054】

硬化Ｓ７は、積層鉄心片３の積層方向で隣接する鉄心片７間が接着剤５により本接着される。本接着は、硬化した接着剤５によって積層鉄心片３の鉄心片７同士が接着された接着形態をいう。この接着剤５の硬化は、溶接部１５の形成時又は溶接部１５が形成された積層鉄心片３の余熱により行われる。具体的には、溶接によって昇温された硬化温度部Ｂが接着剤５の硬化温度以上を保持したまま接着剤５の硬化時間以上を経過させる。これによって、接着剤５が硬化した硬化接着部５Ａを有する積層鉄心片１を得ることができる。

【0055】

こうして得られた積層鉄心１は、次工程へ搬出される。

【0056】

以上説明したように、本実施例の積層鉄心１では、複数の鉄心片７を積層した積層鉄心片３において、積層方向の隣接する鉄心片７間を接着剤５によって仮接合することができ、カシメを用いることなく一時的に一体化した姿勢を保つことができる。

【0057】

鉄心片７間は薄い接着層となるため占積率（積層密度）はカシメに比較して高く、仮接合を安定させることができる。

【0058】

また、カシメのような鉄心片７間を導通させる部分を無くすこともできる。

【0059】

また、カシメを用いる場合のようにツールの厳格な精度管理を必要とせず、ツールのメンテナンスサイクルを伸ばすことができ、積層鉄心１の生産効率がよい。

【0060】

かかる積層鉄心１は、溶接部１５により積層鉄心片３を積層方向に沿って溶接することで形成される。このとき、隣接する鉄心片７間を仮接合した接着剤５を溶接部１５の溶接に伴って硬化させて硬化接着部５Ａとすることができる。

【0061】

従って、積層鉄心１は、硬化接着部５Ａによって溶接部１５による鉄心片７間の接合をより強固にすることができる。

【0062】

また、接着剤５が硬化接着部５Ａとなることで、接着剤５の流出を抑制できる。従って、積層鉄心１を車両用の電動モーター等に用い、電動モーターをＡＴＦ等の冷媒で冷却する場合において、冷媒に侵された積層鉄心１の接着剤５が冷媒に混入することを抑制できる。塗布された接着剤５の全部が硬化してなる硬化接着部５Ａであれば、より確実に接着剤５の冷媒への混入を抑制できる。

【0063】

しかも、接着剤５は溶接の熱により硬化するため、接着剤５を硬化させる別途の工程や設備を不要にすることができる。このため、硬化接着部５Ａ及び溶接部１５を備えた積層鉄心１を容易に製造することができる。

【0064】

硬化接着部５Ａは、硬化前の接着剤５の時に多少ずれても硬化後の接合機能に影響を与えないため取扱い性がよい。

【0065】

また、本実施例では、積層鉄心片３を積層方向に加圧しながら溶接を行うから、隣接する鉄心片７間の隙間を低減できると共に接着剤５を鉄心片７間で薄く延ばすことができる。これにより、接着剤５は、鉄心片７への当接面積が増加し、伝熱性が高められて確実に硬化される。

【符号の説明】

【0066】

１ 積層鉄心
３ 積層鉄心片
５ 接着剤
５Ａ 硬化接着部
７ 環状鉄心片
９ ヨーク部
１１ ティース部
１３ 凹部
１３ａ 溶接用の突起部
１５ 溶接部
Ｂ 硬化温度部
Ｃ 熱影響部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】