JP2001008420A

JP2001008420A - 高性能回転機磁心とその製造方法

Info

Publication number: JP2001008420A
Application number: JP11172974A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kaido; 力開道; Takeaki Wakizaka; 岳顕脇坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、磁心の歪測定値に基づき磁心にお
ける締めつけ歪を低減し、高性能回転機磁心を製造す
る。【解決手段】回転機磁心の歪を、磁気ヘッド法、簡易
巻線法、エックス線回折法、機械振動特性の測定法、圧
入力に基づく計算より測定する。この歪測定値に基づ
き、磁心における締めつけ歪を調整する。この調整は外
周枠の内径、もしくは磁心の外径を調整することにより
行うことができる。回転機の外側磁心を締めつけ状態で
外周枠に固定する連続製造ラインにおいては、前記測定
値に基づき、締めつけ歪を測定した磁心における締めつ
け歪を再調整するか、もしくは次の外周枠に固定する磁
心に対する締めつけ条件を調整する。本発明により高性
能回転機磁心を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機（電動機、
発電機等、磁心を用いた電気機械エネルギー変換機）に
関するもので、特に、高性能回転機磁心の製造方法と、
この製造方法によって製造された高性能回転機磁心に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転機の効率は、回転機の性能のなかで
も、最も重要な性能のひとつであり、この効率を高める
には、回転機磁心の性能を高める必要がある。また、回
転機の磁心は、駆動回転力に対し、十分に固定されてい
ることが必要であり、このため、磁心は、溶接、かし
め、ボルト締め、焼きばめ、圧入等により、回転機の外
周枠に固定される。

【０００３】しかし、磁心を、回転機の外周枠に、溶
接、かしめ、もしくはボルト締めで固定すると、溶接
部、かしめ部、もしくは、ボルト締め部に生じる歪が、
回転機磁心の性能を劣化させる原因となる。また、磁心
を、焼きばめ、圧入等で固定すると、磁心に対して圧縮
力が作用して締めつけ歪が生じ、この歪が原因で、磁心
の性能が劣化し、磁心の鉄損が増加すると共に、磁心の
磁化特性も劣化する。

【０００４】したがって、磁心を、溶接、かしめ、ボル
ト締め、焼きばめ、圧入等により、回転機の外周枠に固
定する場合、溶接部、かしめ部、ボルト締め部等に生じ
る歪や、上記締めつけ歪が原因で起きる磁心性能の劣化
を抑制し、かつ、駆動回転力に対する磁心の保持をも損
なうことなく、磁心に対する固定力および／または締め
つけ力を、適正範囲に調整することは、回転機の効率を
高める上で、非常に重要なことである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、回転機の効率
を高めるため、上記固定力および／または締めつけ力
を、適正範囲に調整するのには、外周枠の径、もしく
は、磁心の内径を、１／１００ｍｍオーダーの精度で調
整する必要があるが、これまでのところ、このような精
度での調整は、困難であり、まして、回転機の連続製造
ラインで、このような調整を行うことは、実際上、不可
能に近いという課題があった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決する高性能回転
機磁心の製造方法を提供し、併せて、この製造方法によ
って製造された高性能回転機磁心を提供することを目的
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁心を回転機
の外周枠に固定し、高性能回転機磁心を製造する方法に
おいて、上記目的を達成するため、次の手法ないし手段
を採用することを特徴とするものである。（１）締めつけ状態で外周枠に固定された磁心に生じる
締めつけ歪を測定し、この測定値に基づき、磁心に対す
る締めつけ条件を調整して、締めつけ歪を所定の範囲に
制御する。この制御により、駆動回転力に対し磁心を保
持しつつ、磁心の性能劣化を抑制した高性能回転機磁心
を製造することができる（請求項１の発明）。

【０００８】（２）締めつけ状態で外周枠に固定された
磁心に生じる締めつけ歪を測定し、この測定値に基づ
き、締めつけ歪を測定した磁心における締めつけ歪を再
調整するか、もしくは、次に外周枠に固定する磁心に対
する締めつけ条件を調整して、締めつけ歪を所定の範囲
に制御する。この制御により、駆動回転力に対し磁心を
保持しつつ、磁心の性能劣化を抑制した高性能回転機磁
心を、連続製造ラインで製造することができるする（請
求項２の発明）。

【０００９】（３）前記（１）もしくは（２）の方法に
おいて、前記締めつけ歪を、磁気ヘッド法、エックス
線、電子線、中性子線等の回折法、固有振動特性の測定
法、もしくは、簡易巻線法により測定する（請求項３の
発明）。（４）前記（１）もしくは（２）の方法において、前記
締めつけ歪を、磁心を外周枠に圧入する圧入力に基づい
て測定する（請求項４の発明）。

【００１０】（５）前記（１）〜（４）のいずれかの方
法において、前記測定値に基づき、外周枠の内径を調整
し、締めつけ歪を所定の範囲に制御する（請求項５の発
明）。（６）前記（１）〜（４）のいずれかの方法において、
前記測定値に基づき、磁心の外径を調整し、締めつけ歪
を所定の範囲に制御する（請求項６の発明）。

【００１１】そして、前記（１）〜（６）のいずれかの
方法により、駆動回転力に対する磁心の保持と、磁心の
性能劣化の抑制がバランスしたことを特徴とする高性能
回転機磁心（請求項７の発明）を製造する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の高性能回転機磁心（請求
項７の発明）を製造する本発明の製造方法（請求項１〜
６の発明）は、回転機の磁心を、溶接、かしめ、また
は、ボルト締め等で一体化したり、もしくは、回転機の
外側磁心を、焼きばめ、または、圧入等により、締めつ
け状態で、外周枠に固定する場合に適用されるものであ
るが、回転機以外の磁心を固定する際にも、固定応力、
歪により、磁心の磁気特性が劣化するような場合、適用
できるものである。

【００１３】本発明の製造方法においては、溶接、かし
め等で生じる固定応力歪や、締めつけ歪の測定は、締め
つけ歪が原因で起きる磁気特性劣化を、磁気ヘッドで検
出する方法（実施例１）、磁心における内部歪を、エッ
クス線、電子線、中性子線等の回折により測定する方法
（実施例２、３）、もしくは、締めつけ応力により変化
する磁心や外周枠の固有振動特性を測定する方法によっ
て行う。

【００１４】また、簡易巻線法（図４、参照）を用い、
歪によって生じる磁心の継鉄部における磁気特性の変化
を求め、この変化から締めつけ歪を求めることができ
る。さらに、回転機の外周枠に磁心を圧入する場合に
は、その圧入力から、締めつけ圧力および／または歪を
計算し、この計算値を用いることができる（実施例
４）。

【００１５】本発明の製造方法においては、締めつけ歪
の測定結果に基づいて、外周枠の内径や、外周枠に接す
る磁心の外径を調整し、締めつけ歪が原因となる磁心性
能の劣化を抑制しつつ、駆動回転力に対する磁心の保持
をバランス良く、維持・確保できるように、締めつけ歪
や固定応力歪を、適正な範囲に調整する。外周枠の内径
の調整は、鋼板を丸めて溶接して外周枠を形成する時、
直径を調節する方法、できあがった外周枠の内径を、機
械加工で強制的に広げたり、縮めたりする方法、もしく
は、磁心が外周枠に締めつけ状態で固定されている時、
締めつけ歪に応じて条件（温度、時間）を変えて焼鈍
し、歪を調整する方法等、種々の方法によって行うこと
ができる。

【００１６】外周枠に接する磁心の外径の調整は、磁心
の外周を研磨して、その外径を調整する方法、磁心を打
ち抜く際、温度を調整して熱膨張変化を利用する方法
等、いずれの方法によっても行うことができる。回転機
の連続製造ラインで、回転機の外側磁心を、締めつけに
より外周枠に固定し、その後、締めつけ歪を測定し、こ
の測定値に基づいて、締めつけ歪や固定応力歪を調整す
る場合、締めつけ歪を測定した磁心における締めつけ歪
を再調整するか、もしくは、締めつけ歪の測定値に基づ
き、次に外周枠に固定する磁心に対する締めつけ条件を
調整する。

【００１７】図８に、回転機の連続製造ラインにおい
て、磁気ヘッド法、エックス線、電子線、中性子線等の
回折法、固有振動特性の測定法、簡易巻線法等によって
得た、締めつけ歪の測定結果を、締めつけ歪や固定応力
歪の調整のため、どのようにフィードバックするかを示
す。例えば、曲げ加工した鋼板を溶接して外周枠を作
り、その外周枠に、打ち抜いた磁心を圧入して、回転機
磁心（製品）を製造するような場合、上記歪測定結果
を、鋼板製外周枠製造工程にフィードバックして、外周
枠の内径を調整する。

【００１８】また、上記歪測定結果を、磁心の外周研磨
工程にフィ−ドバックして、外周研磨量を調整してもよ
い。また、図９には、回転機の連続製造ラインにおい
て、外周枠への磁心圧入時における圧入力に基づき締め
つけ圧力および／もしくは歪を計算し、この計算値をフ
ィードバックする場合を示す。圧入力が、締めつけによ
る過分な磁性劣化量を抑制する基準値より大きい場合
は、外周枠の内径を大きく、もしくは、磁心の外径を小
さくし、締めつけ歪みの低減を図る。

【００１９】なお、磁心の外径を小さくするには、磁心
の外周を研磨してもよいが、打ち抜く鋼板の温度を高く
し、熱膨張した鋼板から磁心を打ち抜いてもよい。この
ようにして打ち抜いた磁心の外径は、常温では、常温で
打ち抜いた磁心の外径より小さくなる。

【００２０】

【実施例】［実施例１］図１に、一実施例を示す。この
実施例においては、回転機の外側磁心１を、締めつけ状
態で外周枠３に固定する場合に、外側磁心１の継鉄部５
における磁気特性を磁気ヘッド６により測定する。磁気
ヘッド６には、図２に示すように、測定励磁用１次巻線
７と磁束探索用２次巻線９が巻かれていて、磁気ヘッド
６の磁心８に流れる磁束（図中、太点線）、即ち磁束探
索用２次巻線９により検出される磁束が一定になるよう
に測定励磁用１次巻線７で励磁し、その電流波形より、
外側磁心１の継鉄部５における保磁力を検出する。外周
枠３による締めつけ歪により、外側磁心１の継鉄部５に
圧縮力が加わって、締めつけ歪が生じると、その結果、
保磁力が増加し、外側磁心１の鉄損、励磁力が増加す
る。それ故、保磁力測定により、締めつけ歪を測定で
き、かつ、外側磁心１の鉄損、励磁力の増加を推定でき
る。保磁力測定の結果、締めつけ歪が大きすぎると判断
される場合には、次の製品における外周枠３の内径や外
側磁心１の外径を調整して、締めつけ歪を低減するよう
にする。［実施例２］図３に、他の実施例を示す。この実施例に
おいては、図１と同じ回転機の外側磁心１に、エックス
線１１を照射し、エックス線回折法によって、外側磁心
１の継鉄部５における内部歪を測定した。磁心１の外径
は１２０ｍｍである。締めつけ前には、内部歪は殆ど測
定されなかったが、締めつけ量を変化させたところ、外
側磁心１の外径は小さくなり、締めつけ歪量は０．０２
〜０．０６ｍｍとなり、１７〜５０×１０^-5の歪を測定
することができた。

【００２１】エックス線回折法で歪を求めた外側磁心１
の継鉄部５におけるヒステリシスループを、図４に示す
ような簡易巻線法（１２は測定励磁用１次巻線、１３は
磁束探索用２次巻線である。）により求めたところ、図
５に示すようなヒステリシスループとなった。図５にお
いて、２１は、締めつけ前の状態で無歪の場合、２２
は、エックス線回折法による歪測定値が１７×１０^-5で
ある場合（締めつけ歪量０．０２ｍｍ）、２３は、同値
が２１×１０^-5である場合（締めつけ歪量０．０２５ｍ
ｍ）、２４は、同値が４２×１０^-5である場合（締めつ
け歪量０．０５ｍｍ）、２５は、同値が５０×１０^-5で
ある場合（締めつけ歪量０．０６ｍｍ）のヒステリシス
ループである。図６、及び、図７は、それぞれ、これら
の場合における磁心の鉄損と締めつけ量の関係、及び、
保磁力と締めつけ量の関係を示すものである。なお、図
中では数例の結果を追加している。いずれの場合におい
ても、締めつけ量が増大すると、磁心の鉄損及び保磁力
が増大している。図７の横軸は、締めつけ前の磁心の外
径１２０ｍｍに対する締めつけ後の磁心の変形量、即
ち、締めつけ量（ｍｍ）を示す。例えば、締めつけ量が
０．０２４ｍｍであると、歪は２０×１０^-5となる。［実施例３］回転機の連続製造ラインにおいて、曲げ加
工した鋼板を溶接して、内径約２７０ｍｍの外周枠を作
り、その外周枠に、打ち抜いた磁心（外径２７０ｍｍ）
を圧入する。磁心の固定と締めつけによる磁性劣化を考
慮して、磁心締めつけ歪（磁心の実際変形量）の目標値
を０．０３ｍｍとする。回転機磁心（製品）における締
めつけ歪をエックス線回折法（図２参照）により測定
し、その歪測定結果を、図８に従い外周枠製造工程にフ
ィードバックして、外周枠の内径を調整するか、もしく
は、打ち抜いた磁心の外周を研磨する工程にフィードバ
ックして、その研磨量を調整するかして、外周枠による
締めつけ歪を調整した。

【００２２】内径約２７０ｍｍの外周枠を、長さ８４８
ｍｍの平板を曲げ加工して作る場合、歪測定値が０．０
６ｍｍであると、外周枠製造工程における平板切断工程
にフィードバックして、平板長さを切断するところで、
０．１ｍｍ（０．０３π）ほど、長くなるように補正す
る。逆に、歪測定値が０．０２ｍｍであると、同じく、
該平板切断工程にフィードバックして、平板長さを切断
するところで、０．０３ｍｍ（０．０１π）ほど、短く
なるように補正する。［実施例４］実施例３と同じ連続製造ラインにおいて、
外周枠への磁心圧入時における圧入力に基づいて締めつ
け圧力を計算し（図９参照）、実施例３と同様に、外周
枠製造工程にフィードバックして、外周枠の内径を調整
するか、もしくは、打ち抜いた磁心の外周を研磨する工
程にフィードバックして、その研磨量を調整するかし
て、外周枠による締めつけ歪を調整した。

【００２３】最適締めつけ歪に対応する圧入力目盛りが
１００（締めつけ歪０．０３ｍｍ相当）になるように設
定する。圧入力目盛りが１６０（締めつけ歪０．０５ｍ
ｍ相当）ならば、外周枠製造工程における平板切断工程
にフィードバックして、平板長さを切断するところで、
０．０６ｍｍ（０．０２π）ほど、長くなるように補正
する。逆に、圧入力目盛りが６０（締めつけ歪０．０２
ｍｍ相当）ならば、同じく、該平板切断工程にフィード
バックして、平板長さを切断するところで、０．０３ｍ
ｍ（０．０１π）ほど、短くなるように補正する。

【００２４】

【発明の効果】本発明の製造方法では、回転機の磁心の
歪を、磁気ヘッド、エックス線回折、機械振動測定等に
より測定し、この歪測定値を基に、磁心の歪を調整し、
高性能回転機磁心をつくることができる。磁心は、溶
接、かしめ、ボルト締め等により、外周枠に必ず固定さ
れるので、磁心の歪を低減することは回転機の性能上、
大きい問題である。本発明の製造方法においては、磁心
の歪を定量的に測定することができるので、その測定値
に基づいて、直ちに、歪を低減する対策を取ることがで
きる。回転機の外側磁心を、外周枠により締めつける場
合には、歪が磁心全体に生じ磁心劣化が大きいが、本発
明の製造方法においては、締めつけ歪を検出し、締めつ
け量を調整するので、過剰な固定力で磁心を固定をする
ことを回避でき、締めつけ歪による磁心特性劣化を最小
限に抑えることが可能である。

【００２５】本発明の製造方法において採用する歪検出
法は、非破壊検査法の一つであり、回転機の品質管理に
も使用できる。そして、回転機の外側磁心を、締めつけ
状態で外周枠に固定する連続製造ラインにおいて、締め
つけ済みの磁心の締めつけ歪を測定することにより、次
に締めつける磁心の外径、あるいは、外周枠の内径を調
整して、高性能回転機磁心を連続して製造することがで
きる。

【００２６】また、本発明の製造方法は、回転機以外の
どのような磁心にも適用できるものである。特に、高効
率が要求されるエアコンのコンプレッサモータ、電気自
動車の駆動モータ、あるいは、汎用モータなどに適用す
ると、大きな効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気ヘッド法による回転機磁心の歪測定を示す
図である。

【図２】磁気ヘッドの構造を示す図である。

【図３】エックス線回折法による磁心の歪測定を示す図
である。

【図４】簡易巻線法による磁心の歪測定を示す図であ
る。

【図５】ヒステリシスループを示す図である。

【図６】締めつけ歪による鉄損増加を示す図である。

【図７】締めつけ歪による保磁力増加を示す図である。

【図８】回転機の連続製造ラインの態様を示す図であ
る。

【図９】回転機の連続製造ラインの態様を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…磁心２…磁心の歯部３…外周枠４…巻線５…磁心の継鉄部６…磁気ヘッド７、１２…測定励磁用１次巻線８…磁気ヘッドの磁心９、１３…磁束探索用２次巻線１１…エックス線

フロントページの続きＦターム(参考） 5H002 AA03 AB04 AC02 AC03 AC06 5H615 AA01 BB01 BB02 PP07 PP28 SS03 SS04 SS16 SS19 SS20 SS57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁心を回転機の外周枠に固定し、高性能
回転機磁心を製造する方法において、締めつけ状態で外
周枠に固定された磁心に生じる締めつけ歪を測定し、こ
の測定値に基づき、磁心に対する締めつけ条件を調整し
て、締めつけ歪を所定の範囲に制御し、駆動回転力に対
し磁心を保持しつつ、磁心の性能劣化を抑制した高性能
回転機磁心を製造することを特徴とする高性能回転機磁
心の製造方法。
【請求項２】磁心を回転機の外周枠に固定し、高性能
回転機磁心を製造する方法において、締めつけ状態で外
周枠に固定された磁心に生じる締めつけ歪を測定し、こ
の測定値に基づき、締めつけ歪を測定した磁心における
締めつけ歪を再調整するか、もしくは、次に外周枠に固
定する磁心に対する締めつけ条件を調整して、締めつけ
歪を所定の範囲に制御し、駆動回転力に対し磁心を保持
しつつ、磁心の性能劣化を抑制した高性能回転機磁心
を、連続製造ラインで製造することを特徴とする高性能
回転機磁心の製造方法。
【請求項３】前記締めつけ歪を、磁気ヘッド法、エッ
クス線、電子線、中性子線等の回折法、固有振動特性の
測定法、もしくは、簡易巻線法により測定する請求項１
もしくは２記載の高性能回転機磁心の製造方法。
【請求項４】前記締めつけ歪を、磁心を外周枠に圧入
する圧入力に基づいて測定する請求項１もしくは２記載
の高性能回転機磁心の製造方法。
【請求項５】前記測定値に基づき、外周枠の内径を調
整し、締めつけ歪を所定の範囲に制御する請求項１、
２、３もしくは４記載の高性能回転機磁心の製造方法。
【請求項６】前記測定値に基づき、磁心の外径を調整
し、締めつけ歪を所定の範囲に制御する請求項１、２、
３もしくは４記載の高性能回転機磁心の製造方法。
【請求項７】請求項１〜６のいづれかに記載の製造方
法により製造され、駆動回転力に対する磁心の保持と、
磁心の性能劣化の抑制がバランスしていることを特徴と
する回転機磁心。