JP4159308B2

JP4159308B2 - 車両用回転電機とその製造方法

Info

Publication number: JP4159308B2
Application number: JP2002125524A
Authority: JP
Inventors: 知二熊野; 和隆東根; 力開道; 博幸菊地; 博文新; 武雄福田; 収田中
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003324862A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される電動機や発電機等の回転電機の電磁鋼板の加工とそれを用いた積層鉄心の加工工程において、鉄心の切断、打ち抜き等によって生じた鉄心表面を絶縁被膜によって被覆処理し、絶縁性、耐食性、鉄心製作性等に極めて優れる鉄心を備える車両用回転電機とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無方向性電磁鋼板を電動機（モーター）や発電機の回転子や固定子の鉄心に使用する場合、電磁鋼板コイルをスリットし、これを所定の形状に打ち抜き加工し、所定枚数積層し、溶接、かしめ、ボルト締め、バンドクランプ、金型或いは接着等によりクランプし、鉄心とされる。この際、大型電動機の場合には、必要に応じて焼鈍やワニス処理等が施される。小型電動機の場合には焼鈍、ブルーイング、アルミダイキャスト等の工程を経て組み立てられる。
【０００３】
電磁鋼板表面には通常、絶縁被膜処理を施されているが、ワニス処理やブルーイング焼鈍は回転子積層鉄心の外周面、固定子積層鉄心の内周面、側面、スロットの内面等（打ち抜き、剪断等による加工面：以下、「積層鉄心面」という）の耐食性や絶縁性を向上する目的で行われるものである。このようにして用いられる電磁鋼板の表面絶縁被膜は、耐食性、打ち抜き性、溶接性、絶縁性に影響する。特に、絶縁性向上に付いては、積層時に鋼板板間の絶縁性を向上することによる渦電流損失による鉄損増加を抑えるために数々の研究がなされてきた。
【０００４】
従来、鋼板表面の絶縁被膜剤としては、無機系、有機系、無機−有機複合系の被膜剤が使用され用途や目的に応じて適用されてきた。一般に、無機系被膜は耐熱性や溶接性に優れるが打ち抜き性が劣る。一方、有機被膜の場合には打ち抜き性、密着性が優れるが耐熱性と溶接性が劣る欠点がある。近年では、このような両者の欠点を解決すべく、中間的な性能を発揮できる無機−有機系被膜が一般的に用いられるようになった。しかしながら、鋼板製造時に形成する絶縁被膜のみでは絶縁性が十分でない場合や、焼鈍工程を含む場合、絶縁性が極めて低下することから、ワニス処理等の絶縁が必要となっている。
【０００５】
特に、近年では、打ち抜きや切断加工で生じた積層鉄心面の絶縁が、電動機効率に大きい影響を及ぼすことが見出され、工業的に優れた鉄心積層鉄心面処理技術の開発の要望が高まり、また、この時鉄心製作に関しての作業性が容易である事も望まれている。特に、車両用回転電機では、その目的が地球環境問題対策での省エネルギーであるため電動機効率の向上が必須である。
【０００６】
しかしながら、従来、一般的に行われて来た積層鉄心面の絶縁処理方法では、耐食性や絶縁性向上にそれなりに有効ではあるものの、密着性や膜強度、絶縁性が不十分であった。即ち、ブルーイング処理の場合、絶縁性、耐食性に乏しいばかりでなく、安定性に劣り、熱処理工程に多大なコストアップをもたらす。次に、有機化合物や有機化合物を主体とするワニス処理の場合、耐食性や絶縁性についてはそれなりに有効であるものの、密着性、膜強度、絶縁性、耐熱性等が不十分である。特に、塗れ性不良の問題は前処理として洗浄や焼鈍を必要とする。更に、耐熱性についても、鉄心加工工程にアルミニウムダイキャスト等の熱処理工程を含む場合には不向きである。又、リン酸塩等の無機系絶縁被膜処理の場合、有機系ワニス処理時同様に前処理が必要で、高温度の乾燥が必要である。被膜性能上も厚塗りが困難、密着性不良、焼鈍による絶縁被膜が脱落する等の問題がある。以上の如く、これら従来技術については、作業性・環境や効率の面から問題が多く、更なる改善が望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の積層鉄心面の耐食性、絶縁性を向上するためのブルーイング焼鈍やワニス処理を中心とする絶縁被膜処理では、焼付け後の絶縁被膜の密着性、絶縁性、耐食性、耐熱性、作業性或いは磁気特性において、多くの課題があることから、これらの解決策として極めて迅速かつ容易に積層鉄心面に優れた絶縁被膜を付与し得る車両用回転電機とその製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のワニス処理、ブルーイング等の熱処理に代わる新しい積層鉄心面の有機珪素化合物の絶縁被覆処理技術を有する鉄心として、以下の構成を要旨とする。
（１）二次導体が、アルミニウムを含む導電性材料の鋳造により形成され、電磁鋼板を積層した積層鉄心を有する回転子及び固定子を備えた車両用回転電機において、前記電磁鋼板の打ち抜き後の返りを含む回転子積層鉄心の外周面及び固定子積層鉄心の内周面の凹凸を表す粗さが５〜５０μｍであり、且つ、前記回転子積層鉄心の外周面及び固定子積層鉄心の内周面、並びに側面に平均膜厚０．５〜３０μｍ、耐電圧６０Ｖ以上で有機珪素化合物がＳｉＸ₄、ＲＳｉＸ₃、ＲＳｉＸ₂（ここで、Ｒ：有機基、Ｘ：Ｃｌ、ＯＣＨ₃、ＯＣ₂Ｈ₅）の一般式を有するシランを調整して得られた１種又は２種以上である有機珪素化合物の乾燥絶縁被膜を形成し、前記乾燥絶縁被膜に対向して導電性部材を配置したことを特徴とする車両用回転電機。
（２）二次導体が、アルミニウムを含む導電性材料の鋳造により形成され、電磁鋼板を積層した積層鉄心に複数の二次導体を収容するスロットを有する回転子及び固定子を備えた車両用回転電機において、前記電磁鋼板の打ち抜き後の返りを含む回転子積層鉄心の外周面、固定子積層鉄心の内周面、及び前記スロットの内面の凹凸を表す粗さが５〜５０μｍであり、且つ、回転子積層鉄心の外周面、固定子積層鉄心の内周面、及び前記スロットの内面、並びに側面に平均膜厚０．５〜３０μｍ、耐電圧６０Ｖ以上で有機珪素化合物がＳｉＸ₄、ＲＳｉＸ₃、ＲＳｉＸ₂（ここで、Ｒ：有機基、Ｘ：Ｃｌ、ＯＣＨ₃、ＯＣ₂Ｈ₅）の一般式を有するシランを調整して得られた１種又は２種以上である有機珪素化合物の乾燥絶縁被膜を形成し、前記絶縁被膜に対向して二次導体を配置し、二次導体の両端部に円環状の導電性部材からなるエンドリングを設けることを特徴とする車両用回転電機。
（３）電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き加工し、所定の枚数積層し、かしめ又は溶接でクランプして積層鉄心を形成し、前記回転子積層鉄心の外周面、スロット内面又は側面に少なくともアルミニウムを含む導電性材料を鋳造により設ける車両用回転電機の製造方法において、前記クランプから鋳造工程の間において有機珪素化合物の１種又は２種以上を用いて前記回転子積層鉄心の外周面、スロット内面及び固定子積層鉄心の内周面、並びに側面に絶縁被膜処理することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用回転電機の製造方法。
（４）充填剤として、有機珪素化合物のＳｉＯ₂分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子又はコロイド状溶液、無機−有機複合体粒子又はこれらのエマルジョン溶液の１種又は２種以上を固形分として０．１〜５０質量部添加することを特徴とする請求項３記載の車両用回転電機の製造方法。
（５）絶縁被膜は、浸漬及び／又は噴霧で塗布する請求項３又は請求項４記載の車両用回転電機の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明における鉄心は、電動機や発電機等の回転電機用の鉄心で、電磁鋼板（磁性材料として用いられるステンレス鋼板、鉄板も含む）の積層鉄心（線状、棒状、塊状等の鉄心、粉末成型鉄心なども含む）であるが、特に車両に搭載される回転電機の鉄心に適したものである。今後、このような鉄心は、益々増大する省エネルギーの要求において自動車分野での貢献が非常に期待されている。本発明において、車両用回転電動機とは、電動機だけで走行するいわゆる純粋なゼロエミッションの電気自動車ばかりでなく、（ガソリン）エンジンとモーターを併用または切替えて走行するハイブリッド自動車や、エンジン始動用の発電電動機や空調用コンプレッサの電動機や自動変速機用オイルポンプの電動機等、車両に搭載されるすべての場合の回転電機を意味する。
【００１０】
現在、積層鉄心面に絶縁被膜が施されていないか、殆ど無い部分があり、積層鉄心面で絶縁性がないか或いは乏しい鉄心では、鉄心と接触する部材、例えば誘導機の二次導体、モーターや発電機等における鉄心を固定するケース、ボルト、その他固定部材、巻線、磁石などが鉄心に短絡し、短絡電流による損失の発生増加、トルクや推力或いは出力の低減を引き起こす場合がある。又、積層鉄心面で耐食性が低い場合には、積層鉄心面に錆が発生し易く、この錆は記録装置の記録媒体、エンコーダなどを有する自動車の精密走行用電動機では精密センサに損傷を与えたり、機械的な諸問題を引き起こすので耐食性の向上は重要である。特に、自動車では降雨・降雪時の走行、水溜まり通過時を考慮する必要があり、本技術は効率向上ばかりでなく電動機の運転性能（絶縁性・耐錆性）確保の為にも非常に有効である。
【００１１】
従来、電磁鋼板を用いる鉄心加工工程における積層鉄心面の絶縁や耐食性向上策としては、フープ材を鉄心に打ち抜いた後、ワニス、塗料処理或いはブルーイング等の熱処理が採用されている、しかしながら、従来技術では、ワニス処理を行うに際し、前処理として、打ち抜き時に付着した打ち抜きオイルを除去のための洗浄、焼鈍等を行う必要があり、設備、時間、コスト面で問題があった。更に、形成したワニスの密着力や絶縁性、耐食性が不安定となり、十分な効果が得られにくいことから、ワニス処理の場合には必要以上の厚塗りをせざるを得ない問題があった。又、ブルーイング処理においても、焼鈍のための時間やコストの問題の他、酸化膜の安定性や耐食性、絶縁性効果においても問題であった。また、アルミニウムダイキャストによる鋳造工程を含む鉄心製造法では、鋳造時に絶縁被膜が５００〜８００℃のような高温度の熱処理を受ける事から、従来のワニス、塗料の処理では耐熱性が無いため電動機効率の点で決定的な問題があり、更に異臭・煙が発生し環境対策が必要である。
【００１２】
本発明者等は、このような問題を解決すべく、車両用回転電機に用いる電磁鋼板の打ち抜き条件、液組成、塗布条件及び乾燥或いは焼付け条件に付いて改善に取り組んだ。
その結果、有機珪素化合物を主成分とする被膜剤を、浸漬或いはスプレー塗布することにより、前処理や高温乾燥等を必要とせず、短時間で外観、密着性、耐熱性、耐食性、耐摩耗性、高絶縁性の優れる積層鉄心面被膜処理方法の開発に成功した。さらに、本発明の有機珪素化合物を用いると、アルミニウムダイキャスト後のアルミニウムの積層鉄心面上への不均一な付着が容易に剥離する効果があることを見いだした。
【００１３】
本発明では、有機珪素化合物を塗布するが、それとしては、ＳｉＸ_４、ＲＳｉＸ_３、ＲＳｉＸ_２の一般式を有するシランを調整して得られた１種又は２種以上である（ここで、Ｒ：有機基、Ｘ：Ｃｌ、ＯＣＨ_３、ＯＣ_２Ｈ_５である）。その具体的物質としては以下のものがある。
【００１４】
代表的なクロロシランとしては、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、トリフロロプロピルトリクロロシラン、ヘプタデカフロロデシルトリクロロシラン等があげられる。
【００１５】
代表的なトリアルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｉ−プロピルトリメトキシシラン、ｉ−プロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が含まれる。
【００１６】
代表的なテトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキキシラン、テトラブトキシシラン、テトラベンチルオキシシラン、テトラヘキシルオキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、等をあげることができる。
【００１７】
この他、ジメチルメトキシシラン、フェニルメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカトリフルオロデシルトリメトキシシラン等も上記シランと同様に用いることができる。
【００１８】
一般的には有機珪素化合物は、クロロシラン又はアルコキシシランを無溶媒又は有機溶媒中で加水分解、重合して用いられる。用いるシランの種類を調整することにより、柔らかいものから硬い樹脂まで得られる。本発明で用いるシリコン樹脂としては、好ましくはアルコキシシランを出発剤とするシリコン樹脂である。これはクロロシランの様に塩化水素を発生しないため取り扱いが有利なためである。本発明の適用されるシラン化合物としては、熱硬化型、水分硬化型の何れでも良い。
【００１９】
また、実際の回転電機の鉄心に適用する場合は、速乾性が求められ、乾燥条件が重要で、このため、使用目的に応じて溶媒の種類、濃度、乾燥温度、粘度及び雰囲気ガスの湿度条件を変更して処理する。特に、水分硬化型のシランの場合は、湿度の調整は重要となる。
【００２０】
本発明においては、積層鉄心面の絶縁被膜剤の処理方法に特徴がある。
液組成としては、有機珪素化合物は上記の１種又は２種以上を用いることを特徴とする。これらの溶液に鉄心材料を浸漬するか、スプレーで被覆処理することにより、打ち抜き時形成された鉄の露出面である積層鉄心面やスロット部に均一で緻密な塗膜を形成できる。また、高い絶縁抵抗や耐電圧を得ようとする場合には、前記有機珪素化合物に充填剤として、有機珪素化合物のＳｉＯ_２分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子、有機樹脂紛体粒子、無機酸化物と有機樹脂の複合物粒子及び／またはこれらのエマルジョン溶液、コロイド溶液の１種または２種以上を固形分として０．１〜５０質量部添加することにより、極めて顕著な絶縁性と耐電圧の向上効果が得られ、更に、複合効果として積層鉄心面や鋼板表面への付着力を改善する。この際に添加する充填物としては、無機物質の場合、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ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２及び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質量部添加配合する。
【００２１】
しかしながら、添加した場合の安定性、強度、絶縁効果、耐熱性等を総合すると、無機系添加剤の方がより低コストで良好な分散と安定した絶縁性、密着性改善効果が得られるため有利である。特に、熱処理工程を含む場合には効果が顕著である。
【００２２】
又、添加剤を有機珪素化合物に添加するに際しては、より均一な分散が望ましく、予め、紛体物質をアルコール等の溶剤に分散後添加すると優れた分散効果が得られ、均一な厚みの塗膜を得るのに有利である。溶液を塗布後の鉄心の乾燥にあたっては、常温乾燥でも良いが、短時間の乾燥や工程を効率化しようとする場合には、３００℃以下の乾燥炉中で３０秒以上の乾燥をすると、脱水、脱溶剤が十分に進み、良好な被膜性能が得られる。好ましい乾燥方法としては徐加熱するのが良好な被膜特性が得られる。これは、急速に加熱すると、水、アルコール等の溶剤の乾燥が急速に生じ、凸沸状の表面欠陥が生じやすいことによる。
【００２３】
本発明の液を用いて重ね塗りを行い、厚膜を得ようとする場合には、先ず、充填剤入りの溶液を塗布し、常温〜１２０℃で低温乾燥後、次いで充填剤を含まない液を処理乾燥するのが、厚膜化と良好な絶縁性能を得るのに有利である。重ね塗りに際しては、充填剤入りの被膜剤を乾燥後平均膜厚で０．５〜１０μｍになるよう塗布し、次いで充填剤を添加しない溶液を処理し、乾燥後で１〜２０μｍとなるように塗布するのがよい。充填剤入りを少なく処理するのは充填剤による凹凸を平坦化するためには充填剤なしの方を多めに塗布する組み合わせが、高絶縁性と均一で密着性、耐食性等を兼ね備えた絶縁被膜が得られやすいことによる。
このような被膜剤の処理にあたっては、従来の有機系ワニスや無機系絶縁剤を使用する場合のように、洗浄、焼鈍のような前処理は必ずしも必要とせず、打ち抜きした鉄心材料をクランプした後、直接絶縁被膜処理できる利点がある。
【００２４】
絶縁剤溶液で処理する場合は、溶剤の種類、溶剤の割合、濃度、粘性、積層鉄心面の粗さ等を制御することにより、積層鉄心面への溶液付着性を制御する。浸漬法においては、引き抜き速度、スプレー法の場合には、ノズル形状、噴射速度等を前記溶液条件と組み合わせて制御することにより所定の膜厚みに塗布する。この際、所望の膜厚みが得られない場合には、一度塗膜処理後、低温で乾燥し、再度浸漬やスプレー処理を行うことにより、厚膜が得られる。
【００２５】
水分硬化型の有機珪素化合物を用いる場合の乾燥条件は、短時間乾燥を必要とする場合は、湿度を、５０〜９０％とすることにより極めて迅速な積層鉄心面処理が可能となる。
熱硬化型の有機珪素化合物を用いる場合の乾燥条件は、常温〜１２０℃程度の乾燥で十分であるが、短時間乾燥を必要とする場合は、３００℃程度までの乾燥を行うことにより極めて迅速な積層鉄心面処理が可能となる。
【００２６】
次に、本発明の限定理由について述べる。
先ず、高絶縁性を有する鉄心材料の限定理由について述べる。
本発明における車両用回転電機の鉄心の特徴は、有機珪素化合物を乾燥・焼付け処理され、平均厚みで０．５〜３０μｍの絶縁被膜を積層鉄心面に有し、その耐電圧が６０Ｖ以上である。本発明者等は回転電機の鉄心の絶縁性と鉄心の効率について調査したところ、積層鉄心面の絶縁性を向上することにより、鉄心と接触する部材との電気絶縁性の改善効果が得られ、損失増加と出力低下を引き起こす短絡電流が抑制され、回転電機のトルク（推力）や出力が増加した。例えば、１０kW回転数が２０００〜６０００rpmのハイブリット自動車の誘導電動機では少なくとも６０Ｖの耐電圧が必要である。
【００２７】
本発明のように有機珪素化合物で得られる塗膜は、溶液中に含まれるアルコール類等の溶剤分の脱溶剤過程で層状や三次元的な硬化によるＳｉＯ_２主体の膜を低温、短時間乾燥で緻密で密着性の優れた絶縁被膜を形成する。特に、乾燥後膜厚で０．５μｍ以上とすることで６０Ｖ以上の高耐電圧が得られることから、膜厚の下限を０．５μｍとした。しかしながら、膜厚が３０μｍ超では乾燥や焼付け条件によっては処理後の被膜密着性が低下したり、亀裂を生じ、積層鉄心面での安定性に欠ける。特に、熱処理加工を受ける場合には密着不良が生じる場合がある。又、乾燥に長時間を要したり、コストアップにも繋がるため、上限は３０μｍに制限される。
【００２８】
また、アルミニウムダイキャストにより積層鉄心面に導電性部材を形成（配置）する手法は製造コストの低減に有効であるが、従来は短絡が大きいため回転電機の効率の点で課題があったが、本発明をアルミニウムダイキャストの前処理としても適用すると、回転電機の効率の向上とアルミニウムの付着剥離効果による工程簡略化が達成できてその効用は大きい。
【００２９】
更に、電磁鋼板の打ち抜き時の返りを含めて粗さが確保されれば、本発明の塗布液が容易に積層鉄心面に付着することを見いだした。積層鉄心面の粗さは、積層鋼板の各１枚の打ち抜き返りを含む積層鉄心面の全体凹凸を意味する。図１にテトラエトキシシラン（５０）、メチルトリメトキシシラン（５０）、フェニルトリエトキシシラン（５０）の場合の積層鉄心面の粗さ（Ｒａ）と耐電圧の関係を塗布膜厚み毎に示す。但し、粗さ５０μｍを超えて本発明のシリコン系ポリマーを塗付すると、ポリマーが付着し過ぎて積層鉄心面に凹凸が出来て回転電機の回転が円滑にならない。また下限は、５μｍ未満では積層鉄心面がスムースとなって有機珪素化合物が極めて付着し難いので５μｍとする。
【００３０】
ＳｉＸ_４、ＲＳｉＸ_３、ＲＳｉＸ_２の一般式（Ｒ：有機基、Ｘ：Ｃｌ、ＯＣＨ_３、ＯＣ_２Ｈ_５）を有するシランを調整して得られた１種又は２種以上である必要性は、ＳｉＸ_４系成分が多いほど被膜が硬く耐摩耗性に優れるが、ＲＳｉＸ_３系または/及びＲＳｉＸ_２系を添加すると、弾力性が発現し乾燥膜の割れを抑える効果があり衝撃に対して有効となる。適用する場合に応じて各成分系の配合を変えることが出来る。
また、本発明のシリコン系ポリマーを塗付するにあたり、浸漬及び／または噴霧を適用するのは、工業生産に有用で安価に適用でき実際的であるためである。
【００３１】
これら有機珪素化合物により積層鉄心面に処理された溶液は、脱溶媒脱水や硬化反応が同時に行われるため、乾燥が極めて速く、その過程で緻密・強固なＳｉＯ_２主体の被膜を形成する。又、形成された絶縁被膜は緻密で耐食性があり、圧縮応力に強い性質や耐摩耗性があり、また離型性に優れるため、後工程で種々の加工を行う場合に有利である。
これらの塗布にあたっては浸漬法、スプレー等があるが、浸漬法の方が塗布設備が簡単で、液の使用効率を考えると有利である。
【００３２】
更に、熱硬化型の場合は早期に乾燥させるためには脱溶媒のために乾燥炉が望まれるが、水分硬化型の場合は、湿度の確保でよく温度を上げる必要はない。
共に耐熱性があるため大気中での７００℃程度でのアルミニウムダイキャストに充分耐えうる。また、従来は表面に付着したアルミニウムを除くために軽度の研削等の余分な工程が必要であったが、本発明ではアルミニムと鉄心の間に硬化したシリコン系ポリマーが存在するために、ダイキャスト時に付着したアルミニウムが容易に剥離する。このため余分な工程が不要となる。
【００３３】
【実施例】
図２〜図４を参照しながら回転電機の一例として誘導電動機の回転子について説明する。
図２は回転子１０を分解して示す斜視図であり、図３は回転子１０の斜視図であり、図４は図２に示す回転子１０の回転子鉄心１１の一部を破断して示す斜視図である。回転子１０は、例えば、かご形回転子をなすものであって、電磁鋼板が積層されて成る略円筒状の回転子鉄心１１と、回転子鉄心１１の外周面上において周方向に所定間隔をおいて配置され、径方向内方に向かう複数のスロット１２、…、１２と、各スロット１２、…、１２内に設けられた二次導体１３、…、１３と、各二次導体１３、…、１３と一体に形成され、回転子鉄心１１の外周部近傍の両側面１１Ａ、１１Ａを挟み込むようにして覆う略円環状のエンドリング１４、１４と、スロット１２と二次導体１３との間に設けられた絶縁層１５とを備えて構成されている。
【００３４】
回転子鉄心１１は、Ｓｉ；３．０％、Ａｌ；０．６５％、Ｍｎ；０．３％を含有する板厚０．３５mmの無方向性電磁鋼板の冷延コイルを連続焼鈍ラインで焼鈍後、絶縁被膜剤として、固形分で重クロム酸Ｍｇ４５０質量部、硼酸１２０質量部、アクリル−スチレン樹脂エマルジョン５質量部からなる溶液を同ラインにて焼付け後の質量で１．２g/m²になるように塗布し、板温３５０℃で焼き付け処理を行い、次いで、このコイルから１０kW、５０Ｖの走行駆動用モーターの回転子鉄心（内径１７０mm外径３２０mm）を７０mm高さにかしめて製作した。
【００３５】
この回転子鉄心１１を、表１左部に示す組成の溶液を用いて鉄心１１のスロット１２の内面に付着する被膜剤の乾燥後の塗膜厚みを変更して浸漬処理し、常温で乾燥し、１００℃×１０分間の焼付け処理を行い絶縁層１５を形成した。その後、この鉄心のスロット１２内にアルミニウムやアルミニウム合金や銅等の溶湯を流し込んで成形するダイキャストや遠心鋳造や低圧鋳造等の鋳造方法により二次導体１３を形成すると共に、同等の導体材料からなるエンドリング１４、１４も同一工程の鋳造により一体に成形し上記誘導電動機の回転子を製作した。このように製作した回転子を用いた誘導電動機の無負荷特性より損失を求めて本発明の効果を確認した。
この試験における鉄心の被膜状況、焼鈍前後の積層鉄心面耐電圧及び電動機効率の評価結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
この試験の結果、本発明の絶縁被膜剤を積層鉄心面に処理した場合、光沢の良い透明被膜を形成し、極めて優れた耐食性と耐熱性を示した。これに対し、比較例の従来ワニスや絶縁被膜剤を処理した場合には、打ち抜き時に付着した油の影響が大で、絶縁被膜が不均一に付着したため、耐食性が本発明剤を塗布した鉄心に比較して極めて劣る結果となった。また、比較例１、２において前処理としてアセトンを用いて油洗浄を行った場合も、積層鉄心面被膜の付着状況が不均一で、被膜特性においても本発明に比しかなり劣る結果となった。
又、鉄心の損失低減率の比較結果は、このようにモーター性能においても本発明の絶縁処理を行うと従来の無絶縁処理や従来処理に比べ、明らかに損失が低減しており、モーターの高効率化が実現した。
【００３８】
切り板材を用いて、バーコーターによる塗布試験を行った場合の被膜特性は、本発明剤を用いた場合、耐食性、絶縁性、密着性のいずれにおいても極めて良好な特性を示した。特に、これに対し、比較例１の従来の有機系ワニスの場合、耐食性、密着性が本発明に比し極めて悪く、焼鈍後の被膜がほぼ焼失し、黒変し、耐食性、絶縁性特性が本発明に比し極めて劣り、電動機の効率向上が認められなかった。
【００３９】
【発明の効果】
車両用回転電機において使用される鉄心において、積層鉄心面で、二次導体、ケース、ボルトなどと短絡すると、機器の損失が増加し、トルク、推力や出力は低下し、更にはこれらの性能がばらつく原因ともなるので、積層鉄心面の絶縁処理は機器性能の向上、安定化に非常に重要であり、この絶縁処理が短時間で容易にできることは工業的に価値がある。さらに、アルミニウムダイキャスト後の付着アルミニムの剥離も容易になり工程が省略できる。
【００４０】
本発明によれば、積層鉄心面の絶縁処理が、脱脂洗浄や焼鈍等の前処理なしに、絶縁性、耐食性、密着性、耐熱性、磁気特性改善効果等に極めて優れる絶縁被膜処理を低温且つ短時間で実施できる。このため、本発明は、機器性能の向上と安定化に効果的な手段であって工程が簡単であるため、低コスト化できるので、非常に工業的な価値が高い技術である。車両用電動機の高効率化/低損失化はエネルギー・環境問題において重要であり、この発明を活用することは社会的にも価値がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層鉄心面の粗さと焼鈍後の耐電圧の関係を示す図である。有機珪素化合物は実施例の本発明２〜１０で用いたテトラエトキシシラン（５０）、メチルトリメトキシシラン（５０）、フェニルトリエトキシシラン（５０）の場合である。
【図２】本発明の一実施例の回転子を分解して示す斜視図である。
【図３】図２の回転子の斜視図である。
【図４】図２に示す回転子の回転子鉄心の一部を破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１０回転子１１回転子鉄心
１１Ａ回転子鉄心の側面１２スロット
１３二次導体１４エンドリング
１５絶縁層

Claims

二次導体が、アルミニウムを含む導電性材料の鋳造により形成され、電磁鋼板を積層した積層鉄心を有する回転子及び固定子を備えた車両用回転電機において、前記電磁鋼板の打ち抜き後の返りを含む回転子積層鉄心の外周面及び固定子積層鉄心の内周面の凹凸を表す粗さが５〜５０μｍであり、且つ、前記回転子積層鉄心の外周面及び固定子積層鉄心の内周面、並びに側面に平均膜厚０．５〜３０μｍ、耐電圧６０Ｖ以上で有機珪素化合物がＳｉＸ₄、ＲＳｉＸ₃、ＲＳｉＸ₂（ここで、Ｒ：有機基、Ｘ：Ｃｌ、ＯＣＨ₃、ＯＣ₂Ｈ₅）の一般式を有するシランを調整して得られた１種又は２種以上である有機珪素化合物の乾燥絶縁被膜を形成し、前記乾燥絶縁被膜に対向して導電性部材を配置したことを特徴とする車両用回転電機。
二次導体が、アルミニウムを含む導電性材料の鋳造により形成され、電磁鋼板を積層した積層鉄心に複数の二次導体を収容するスロットを有する回転子及び固定子を備えた車両用回転電機において、前記電磁鋼板の打ち抜き後の返りを含む回転子積層鉄心の外周面、固定子積層鉄心の内周面、及び前記スロットの内面の凹凸を表す粗さが５〜５０μｍであり、且つ、回転子積層鉄心の外周面、固定子積層鉄心の内周面、及び前記スロットの内面、並びに側面に平均膜厚０．５〜３０μｍ、耐電圧６０Ｖ以上で有機珪素化合物がＳｉＸ₄、ＲＳｉＸ₃、ＲＳｉＸ₂（ここで、Ｒ：有機基、Ｘ：Ｃｌ、ＯＣＨ₃、ＯＣ₂Ｈ₅）の一般式を有するシランを調整して得られた１種又は２種以上である有機珪素化合物の乾燥絶縁被膜を形成し、前記絶縁被膜に対向して二次導体を配置し、二次導体の両端部に円環状の導電性部材からなるエンドリングを設けることを特徴とする車両用回転電機。
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き加工し、所定の枚数積層し、かしめ又は溶接でクランプして積層鉄心を形成し、前記回転子積層鉄心の外周面、スロット内面又は側面に少なくともアルミニウムを含む導電性材料を鋳造により設ける車両用回転電機の製造方法において、前記クランプから鋳造工程の間において有機珪素化合物の１種又は２種以上を用いて前記回転子積層鉄心の外周面、スロット内面及び固定子積層鉄心の内周面、並びに側面に絶縁被膜処理することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用回転電機の製造方法。
充填剤として、有機珪素化合物のＳｉＯ₂分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子又はコロイド状溶液、無機−有機複合体粒子又はこれらのエマルジョン溶液の１種又は２種以上を固形分として０．１〜５０質量部添加することを特徴とする請求項３記載の車両用回転電機の製造方法。
絶縁被膜は、浸漬及び／又は噴霧で塗布する請求項３又は請求項４記載の車両用回転電機の製造方法。