JP2001338825A

JP2001338825A - 焼鈍積層鉄心の製造方法

Info

Publication number: JP2001338825A
Application number: JP2000159776A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kaido; 力開道; Takeaki Wakizaka; 岳顕脇坂; Kazufumi Hanzawa; 和文半澤; Shinichi Kanao; 真一金尾; Makoto Ito; 良伊藤; Norito Abe; 憲人阿部
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】焼鈍した積層鉄心を固定する際に、その焼鈍
効果が低減しない高性能積層鉄心の製造方法を提供する
こと。【解決手段】エネルギー変換する機器用積層鉄心を焼
鈍したのち固定する場合に、焼鈍した積層鉄心の積層厚
さが焼鈍前より大きくならないように成形焼鈍するこ
と。或いはエネルギー変換する機器用積層鉄心を焼鈍し
たのち固定する場合に、積層方向の振動特性が積層鉄心
の焼鈍前後で変わらないか、あるいはその変化が小さく
なるように成形焼鈍すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ、トランスな
どのエネルギー変換機鉄心の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】モータ、発電機、変圧器、リアクトル等
のエネルギー変換機器では、高効率化が重要であり、ま
た小形高出力化の為にも低損失化が重要である。機器の
損失には機械損、巻線損（銅損）とともに、鉄心での損
失、即ち鉄損があり、エネルギー変換機器用鉄心には、
高透磁率、低鉄損が求められる。

【０００３】鉄心を高透磁率、低鉄損にするには、高性
能の鉄心素材を使用すると共に、鉄心加工時に生じる歪
を除去したり、鉄心素材の磁性を向上させるために、鉄
心を焼鈍すること等がなされている。ここで、鉄心加工
時に生じる歪としては、積層鉄心をつくるために、スリ
ットや打ち抜きを行い、固定積層化のためのカシメや溶
接を行うことで生じる。

【０００４】しかし、モータ、発電機等のエネルギー変
換機器では、鉄心は磁気回路構成部材だけでなく、推力
或いは応力を保持、伝達する役割があり、鉄心を十分に
固定する必要があるので、一般にはボルト締め、焼き嵌
め、圧入等などで固定する必要がある。また、静止機器
での鉄心の固定は必要である。このような場合、性能改
善の焼鈍処理を行い、鉄心の性能が向上しても、この鉄
心を固定すると、焼鈍鉄心の性能向上による改善効果が
軽減されることが一般的である。そこで、焼鈍による改
善効果が軽減されないような方策が必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うに焼鈍した積層鉄心を固定する場合に、固定により焼
鈍効果が低減する問題を解決することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、（１）エネルギー変換する機器用積層鉄心を焼鈍したの
ち固定する場合に、焼鈍した積層鉄心の積層厚さが焼鈍
前より大きくならないように成形焼鈍することを特徴と
する焼鈍積層鉄心の製造方法。（２）エネルギー変換する機器用積層鉄心を焼鈍したの
ち固定する場合に、積層方向の振動特性が積層鉄心の焼
鈍前後で変わらないか、あるいはその変化が小さくなる
ように成形焼鈍することを特徴とする焼鈍積層鉄心の製
造方法。にある。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明における磁気を用いたエネ
ルギー変換する機器とは、モータ、発電機等等の電気機
械エネルギー機器や、トランス、インダクタ、チョーク
コイル等である。この磁気を用いたエネルギー変換する
機器には一般に鉄心を用いるが、本発明ではその鉄心は
板状或いは帯状の鉄心素材を積層した積層鉄心である。
板状或いは帯状の鉄心素材は電磁鋼板、薄板や薄帯軟質
磁性材料である。

【０００８】本発明では、鉄心性能改善のために、積層
鉄心を焼鈍する。この焼鈍は、鉄心加工時に生じる歪を
除去したり、鉄心素材の磁性を向上させるためのもので
ある。鉄心加工時に生じる歪としては、積層鉄心をつく
るために、スリットや打ち抜きを行い、固定積層化のた
めのカシメや溶接等を行う場合に生じる。焼鈍による鉄
心素材の磁性は、焼鈍による内部歪の除去、結晶粒径の
アップや集合組織の改善などが考えられる。

【０００９】このようにして、積層鉄心を焼鈍したもの
は、焼鈍する前より、機械剛性が低下する。この機械剛
性の低下は、積層固定時に生じていた積層固定の応力が
焼鈍により解放され、積層間の応力が低下するためと考
えられ、同時に積層厚さは増加し、積層方向の機械共振
モードも変化する。鉄心の機械剛性が低下すると、鉄心
を枠等に固定する場合に、固定応力が加わると、鉄心が
変形し、鉄心性能が劣化する。

【００１０】そこで、焼鈍による鉄心の剛性低下を抑制
するために、焼鈍後の積層板厚変化や積層方向の機械特
性変化を抑制するように、成形焼鈍を行う。積層鉄心の
成形焼鈍とは、積層した鉄心を積層方向に加圧状態或い
は積層厚さ固定状態で歪取り焼鈍することである。積層
面を抑えたり、保持するためには面全体をできるだけ均
一に加圧すると良い。積層鉄心を従来の方法、即ち応力
フリーの状態あるいは密着積層状態にない状態で焼鈍す
ると、積層間の応力が解放されると共に、積層固定によ
り密着化していたものが維持できなくなり、積層厚さが
大きくなり、機械剛性低下による積層方向の機械共振特
性が変化し、積層方向の共振が低振動周波数側に生じた
りする。そこで、積層鉄心に成形焼鈍を行うと、積層状
態の占積率を高く維持した状態で固定されるので、焼鈍
前の積層鉄心の占積率より高くなり、積層方向の共振が
低振動周波数側に生じ難い。

【００１１】成形焼鈍による機械剛性を維持しているこ
とを確認するために、積層板厚や積層方向の機械振動特
性を測定し、積層板厚が大きくなってないことや積層方
向の機械振動特性が変化してないことを確認する。ここ
で、積層方向の機械振動特性が変化しないとは、モーダ
ル解析における振動の伝達関数の周波数特性が焼鈍後に
新たに、共振ピークが生じないか、或いは生じてもその
ピークの大きさが小さいことを意味する。焼鈍後、焼鈍
ピークが生じても、そのピークの振動周波数近傍の、焼
鈍前に生じているピークの高さより１／２以下であれば
その変化は小さいとする。

【００１２】また、本発明では、積層方向の機械振動特
性が変化しないか、或いはその変化が小さくなるとは、
成形焼鈍を施さない従来法で焼鈍した積層鉄心より少し
でも無焼鈍のものに近ければ良いが、その効果を明確に
発揮させるには、振動周波数特性のピークが低振動周波
数側にシフトしないか、あるいは、無焼鈍の積層鉄心の
ピークｆ_h0、成形焼鈍を施さない従来法で焼鈍した積層
鉄心のピークｆ_h1に対して、ｆ_h≧（ｆ_h0＋２ｆ_h1）／
３であると良い。無焼鈍と従来法の焼鈍でのピークのシ
フトを求め、成形焼鈍の場合に無焼鈍に近ければ、機械
剛性は無焼鈍に近いものとなっていることが確認でき
る。

【００１３】枠に固定した積層鉄心の性能を維持するた
めには、焼鈍後の積層板厚が焼鈍前より小さいことや、
積層方向の振動特性が積層鉄心の焼鈍前後で変わらない
ことが確認できれば積層鉄心の機械剛性の維持を確認で
きる。

【００１４】

【実施例】（実施例１）モータ鉄心３，１３を焼鈍炉
１，１１で平板の台２，１２において焼鈍し、その後、
モータ枠に焼き嵌めした。モータ鉄心はアウターステー
タ鉄心であり、０．５mm厚の電磁鋼板を打ち抜き、積層
し、カシメを行っているものであり、継鉄部外径２０３
mm、継鉄部内径１７０mmで、積層厚さ８０mm程度であ
る。打ち抜き、積層、カシメした鉄心の厚さはカシメ部
を除いた継鉄部厚さの４８点の平均が８０．２１mmであ
った。従来の焼鈍法として、図１のように、積層鉄心を
積層方向を上にして、抑え無しで、７５０℃、還元雰囲
気で焼鈍した。積層厚さは８０．２９〜８０．４６mmで
平均８０．３６であった。一方、図２のように、同じ積
層枚数の積層鉄心１３の積層上部に、重り１４をおき、
成形焼鈍をしたところ、積層厚さは平均で、８０．１８
mmであった。これらの積層鉄心をモータ枠に焼き嵌めし
た後、継鉄部鉄損をリング測定法で測定したところ、ヒ
ステリシス損が従来法では８３mJであったが、図２の成
形焼鈍をすると、７８mJであった。

【００１５】（実施例２）実施例１と同じ形状の鉄心を
溶接により積層固定し、その後、焼鈍した積層鉄心を含
浸しボルト締めした。焼鈍前の積層厚さは、継鉄部中央
の平均板厚が８０．５３mmであったが、従来焼鈍では積
層厚が８０．４１mm、成形焼鈍では８０．２２mmであっ
た。従来焼鈍の積層鉄心のヒステリシス損は、リング測
定で、８５mJであったが、成形焼鈍では７６mJとなっ
た。

【００１６】（実施例３）モータ鉄心の焼鈍前後の積層
方向の機械振動特性を測定し、鉄心の機械剛性をモーダ
ル解析で評価した。鉄心の大きさは外径２００mm、継鉄
部内径１５５mm、歯部尖端径１２０mmである。積層端面
の継鉄部中央に加速センサーをつけ、その近傍をハンマ
ーで打ち、加速度の伝達関数を測定した。図３は焼鈍前
の特性を示し、図４は従来焼鈍の特性を示す。図４の矢
印ｐの所に、焼鈍前には見られなかったピークが観測さ
れた。一方、図５の成形焼鈍をしたものは、ほぼ焼鈍前
のものに近い。

【００１７】更に、図３〜図５の１６００〜２４００Hz
において、５dBの線で切る中間の周波数で振動周波数
（ピーク）を測定したところ、無焼鈍の鉄心での周波数
ｆ_h0、従来焼鈍鉄心の周波数ｆ_h1、本発明の成形焼鈍鉄
心のｆ_hは、それぞれ２０５０Hz、１９２０Hz、１９９
０Hzである。従って、焼鈍鉄心より高周波数側にあり、
従来焼鈍の鉄心のｆ_h1は最も低い振動周波数側にある。
本発明の成形焼鈍のｆ_hは（ｆ_h0＋２ｆ_h1）／３の１９
６３Hzよりｆ_h0側にあり、従来焼鈍の鉄心より無焼鈍鉄
心に近い。

【００１８】モータ枠に圧入した後の鉄損は、成形焼鈍
したものが従来焼鈍のものより４％ほど低くできてい
る。機械振動特性の測定結果と対応させると、鉄心のピ
ークの発生やシフトにより、鉄心の鉄損を評価すること
もできる。

【００１９】（実施例４）図６に、積層鉄心２１の成形
焼鈍２２の状態を管理するモータ鉄心焼鈍ラインを示
す。成形焼鈍後、２３で積層厚さを測定し、積層厚さが
変化ないか、或いは小さくなっている場合２４には、次
のモータ鉄心をモータ枠に固定する工程２５に送るが、
積層厚さが増えてる場合２６には改めて、再焼鈍を行
う。このようにすることにより、モータに組み込んだ状
態で高性能の鉄心特性を発揮できる。

【００２０】（実施例５）図７に、積層鉄心３１の成形
焼鈍３３の状態を管理するモータ鉄心焼鈍ラインを示
す。無焼鈍の積層鉄心における共振振動周波数ｆ_h0が成
形焼鈍を行っていない従来法で焼鈍した積層鉄心ではｆ
_h1に低下した。本発明を用いたモータ鉄心焼鈍の管理ラ
インでは、成形焼鈍後、３３では機械振動共振周波数ｆ
_hを測定し、ｆ_h＞（ｆ_h0＋２ｆ_h1）／３である場合３
４には、次のモータ鉄心をモータ枠に固定する工程３５
に送るが、ｆ_h＜（ｆ_h0＋２ｆ_h1）／３である場合３６
には改めて、再焼鈍を行う。このようにすることによ
り、モータに組み込んだ状態で高性能の鉄心特性を発揮
できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明方法では、エネルギー変換機器を
高効率、小形高出力にするための高性能の積層鉄心を提
供することができる。従来の積層鉄心の焼鈍による性能
改善効果では、機器への固定前では十分発揮できていた
が、鉄心を装置に固定すると、焼鈍による改善効果が低
減する問題があったが、本発明では焼鈍による鉄心性能
改善を効果的に発揮させることができる。

【００２２】また、エネルギー問題、環境問題のため、
また装置の小形軽量化のため、モータには小形軽量、高
効率が要求されるが、本発明を用いることにより、高性
能の鉄心性能が効率よく実現できる。特に、省エネ対
策、環境対策が必要な家電機器、ＦＡ機器、電気自動車
などに適している。さらに、モータ性能のばらつきは、
モータの性能管理、モータ制御において問題であるが、
本発明を用いると、モータ内における鉄心の性能のばら
つきは小さくでき、管理上、並びにモータ制御上におい
ても好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】モータ鉄心を従来法で焼鈍する概略図。

【図２】モータ鉄心を成形焼鈍する概略図。

【図３】モータ鉄心のモーダル解析結果（焼鈍前）。

【図４】モータ鉄心のモーダル解析結果（従来焼鈍）。

【図５】モータ鉄心のモーダル解析結果（成形焼鈍）。

【図６】成形焼鈍状態を管理するモータ鉄心焼鈍ライン
の一例を示すブロック図。

【図７】成形焼鈍状態を管理するモータ鉄心焼鈍ライン
の他の例を示すブロック図。

【符号の説明】

１、１１：焼鈍炉２、１２：平板の鉄心台３、１３：鉄心４：成形重り２１、３１：積層鉄心２２、３２：成形焼鈍２３：積層厚さ測定２４：積層厚さが変化ないか、或いは小さくなっている
場合２５、３５：モータ鉄心をモータ枠に固定する工程２６：積層厚さが増えてる場合３３：機械振動共振周波数ｆ_hの測定３４：ｆ_h＞（ｆ_h0＋２ｆ_h1）／３である場合３６：ｆ_h＜（ｆ_h0＋２ｆ_h1）／３である場合

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者半澤和文福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者金尾真一福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者伊藤良兵庫県姫路市広畑区富士町１番地新日本製鐵株式会社広畑製鐵所内 (72)発明者阿部憲人兵庫県姫路市広畑区富士町１番地新日本製鐵株式会社広畑製鐵所内Ｆターム(参考） 5E062 AC01 AC15 5H002 AA03 AA04 AB01 AB04 AC03 AC10 5H615 AA01 BB01 BB02 PP01 PP06 SS05 SS06 SS25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エネルギー変換する機器用積層鉄心を焼
鈍したのち固定する場合に、焼鈍した積層鉄心の積層厚
さが焼鈍前より大きくならないように成形焼鈍すること
を特徴とする焼鈍積層鉄心の製造方法。
【請求項２】エネルギー変換する機器用積層鉄心を焼
鈍したのち固定する場合に、積層方向の振動特性が積層
鉄心の焼鈍前後で変わらないか、あるいはその変化が小
さくなるように成形焼鈍することを特徴とする焼鈍積層
鉄心の製造方法。