JP2015084312A - ロータコア加熱装置及びロータコア焼き嵌め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの軸方向長さの違いに対応できるロータコア加熱装置を提供する。
【解決手段】中空円柱形状のロータコア１５０の内径コイル１１０及び外径コイル１２０を高周波加熱するロータコア加熱装置１００であって、ロータコア１５０の軸方向の一側端面に隙間を設けて配置され、その一側端面と対向するようにロータコア１５０の外形形状と略同一な外形形状の磁束遮蔽治具１７０を備え、磁束遮蔽治具１７０は、銅で構成されるロータコア加熱装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコア加熱装置及びロータコア焼き嵌め方法の技術に関する。

ロータコアは、モータの一構成部品である。モ−タは、密閉ケ−ス内に回転自在に保持されかつ一端部にロータが一体形成されてなるシャフトと、シャフトに外嵌されたロ−タコアと、密閉ケ−ス側に固定されロ−タの外周面に所定隙間を存して対向するステ−タと、から構成されている。

モ−タを製造するには、シャフトにロ−タコアを外嵌する必要がある。ロ−タコアを外嵌する方法としては焼き嵌め方法が知られている。ロ−タコアのシャフトへの焼き嵌めでは、ロータコア加熱装置によってロ−タコアを加熱し、加熱されたロ−タコアをシャフトに嵌めた後に冷却している。

例えば、特許文献１には、中空円柱形状のロータコアの内周側面をコイルによって高周波加熱（ＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）加熱）する第一の加熱ヒータと、中空円柱形状のロータコアの外周側面をコイルによってＩＨ加熱する第二の加熱ヒータと、を備えるロータコア加熱装置が開示されている。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて、特許文献１に代表される従来のロータコア加熱装置５００の構成について説明する。
なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、従来のロータコア加熱装置５００の構成を断面視にて模式的に表している。また、以下では、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す軸方向に従って説明する。

ロータコア加熱装置５００は、シャフト（図示略）にロ−タコア５５０を焼き嵌めするために、ロータコア５５０をＩＨ加熱する装置である。ロータコア加熱装置５００は、内径コイル５１０と、外径コイル５２０と、ＩＨ加熱器（図示略）と、を備えている。

ロ−タコア５５０は、円柱形状に形成され、軸方向に中空部５６０が形成されている（図５（Ａ）参照）。ロータコア５５０は、複数の鋼板を積層して構成されている。

内径コイル５１０は、螺旋形状に構成され、ロ−タコア５５０の内周側（中空部５６０）に配置されている。内径コイル５１０は、中空部５６０にて、軸方向に向かって螺旋を描くように配置されている。

外径コイル５２０は、螺旋形状に構成され、ロ−タコア５５０の外周側に配置されている。外径コイル５２０は、ロータコア５５０の外周を軸方向に向かって螺旋を描くように配置されている。

ＩＨ加熱器は、内径コイル５１０及び外径コイル５２０に交流電流を流し、内径コイル５１０及び外径コイル５２０の周囲に磁力線を発生させるものである。

なお、図５（Ａ）では、ロ−タコア５５０の軸方向の長さと内径コイル５１０及び外径コイル５２０の軸方向の長さとが略同一のロ−タコア５５０を表している。また、図５（Ｂ）では、ロ−タコア５５０の軸方向の長さが内径コイル５１０及び外径コイル５２０の軸方向の長さよりも短いロ−タコア５８０を表している。

図６を用いて、従来のロータコア加熱装置５００の作用について説明する。
なお、図６では、従来のロータコア加熱装置５００の作用を断面視にて模式的に表している。また、図６では、ロ−タコアの軸方向の長さが内径コイル５１０及び外径コイル５２０の軸方向の長さよりも短いロ−タコア５８０を表している。

内径コイル５１０及び外径コイル５２０の周囲に磁力線が発生すると、近傍に配置されたロータコア５８０が磁力線の影響を受けて、ロータコア５８０の中に渦電流が流れる。ロータコア５８０には電気抵抗があるため、ロータコア５８０に電流が流れると、ジュール熱が発生して、ロータコア５８０が自己発熱する。

上述したように、図６では、ロ−タコアの軸方向の長さが内径コイル５１０及び外径コイル５２０の軸方向の長さよりも短いロ−タコア５８０を表している。ロータコア５８０が磁力線の影響を受けるとき、ロータコア５８０の軸方向の上側端面には、磁束が集中し（図６における地点Ｃ）、異常な発熱によってロータコア５８０の上側端部に位置する鋼板にめくれが発生する場合がある。

例えば、１枚の鋼板にめくれが発生した場合には、その鋼板のめくれは、他の鋼板との伝熱を断熱することになるので、さらにめくれが大きくなり塑性域まで達し、ロータコア５８０が変形する場合がある。

そのため、従来では、ロータコアの軸方向長さに対応した専用のロータコア加熱装置を用意する必要があり、設備費のコストが嵩んでいた。そこで、ロータコアの軸方向の長さ違いに対応できる汎用性の高いロータコア加熱装置が望まれている。

特開平０７−０２２１６８号公報

本発明の解決しようとする課題は、ロータコアの軸方向の長さ違いに対応できるロータコア加熱装置及びロータコア焼き嵌め方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、中空円柱形状のロータコアの内周側面及び外周側面をコイルで高周波加熱するロータコア加熱装置であって、前記ロータコアの軸方向の一側端面に隙間を設けて配置され、該一側端面と対向するように該ロータコアの外形形状と略同一な外形形状の磁束遮蔽治具を備え、前記磁束遮蔽治具は、銅で構成されるものである。

請求項２においては、請求項１記載のロータコア加熱装置において、前記磁束遮蔽治具は、前記ロータコアの軸方向の両側端面に対向するように隙間を設けて配置され、前記ロータコアの内周側面に配置されるコイルは、該ロータコアに対し、該コイルの軸方向の両端が共に該ロータコアから突出するように配置されているものである。

請求項３においては、ロータコアをシャフトに焼き嵌めして締結させるロータコア焼き嵌め方法であって、請求項１又は２記載のロータコア加熱装置を用いてロータコアの内径を加熱して拡径させ、前記内径が拡径されたロータコアにシャフトを焼き嵌めして締結させるものである。

本発明のロータコア加熱装置及びロータコア焼き嵌め方法によれば、ロータコアの軸方向の長さ違いに対応できる。

第一実施形態のロータコア加熱装置の構成を示した模式図。 第一実施形態のロータコア加熱装置の作用を示した模式図。 第二実施形態のロータコア加熱装置の構成を示した模式図。 第二実施形態のロータコア加熱装置の作用を示した模式図。 従来のロータコア加熱装置の構成を示した模式図。 従来のロータコア加熱装置の作用を示した模式図。

［第一実施形態］
図１を用いて、ロータコア加熱装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、ロータコア加熱装置１００の構成を断面視にて模式的に表している。また、以下では、図１に示す軸方向に従って説明する。

ロータコア加熱装置１００は、本発明のロータコア加熱装置に係る第一実施形態である。ロータコア加熱装置１００は、シャフト（図示略）にロ−タコア１５０を焼き嵌めするために、ロータコア１５０をＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）加熱する装置である。

ロータコア１５０は、モータ（図示略）の一構成部品である。モ−タは、密閉ケ−ス（図示略）内に回転自在に保持されかつ一端部にロ−ラが一体形成されてなるシャフト（図示略）と、シャフトに外嵌されたロ−タコア１５０と、密閉ケ−ス側に固定されロ−タの外周面に所定隙間を存して対向するステ−タ（図示略）と、から構成されている。

モ−タを製造するには、シャフトにロ−タコア１５０を外嵌する必要がある。ロ−タコア１５０を外嵌する方法としては焼き嵌め方法が知られている。ロ−タコア１５０のシャフトへの焼き嵌めでは、ロータコア加熱装置１００によってロ−タコア１５０を加熱し、加熱されたロ−タコア１５０をシャフトに嵌めた後に冷却している。

ロータコア加熱装置１００は、内径コイル１１０と、外径コイル１２０と、ＩＨ加熱器（図示略）と、磁束遮蔽治具１７０と、を備えている。ロ−タコア１５０は、円柱形状に形成され、軸方向に中空部１６０が形成されている。ロータコア１５０は、複数の鋼板を積層して構成されている。

内径コイル１１０は、螺旋形状に構成され、ロ−タコア１５０の内周側（中空部１６０）に配置されている。内径コイル１１０は、中空部１６０にて、軸方向に向かって螺旋を描くように配置されている。

外径コイル１２０は、螺旋形状に構成され、ロ−タコア１５０の外周側に配置されている。外径コイル１２０は、ロータコア１５０の外周を軸方向に向かって螺旋を描くように配置されている。

ＩＨ加熱器は、内径コイル１１０及び外径コイル１２０に交流電流を流し、内径コイル１１０及び外径コイル１２０の周囲に磁力線を発生させるものである。

磁束遮蔽治具１７０は、円柱形状に形成され、軸方向に中空部１８０が形成されている。磁束遮蔽治具１７０は、銅で構成されている。磁束遮蔽治具１７０の軸方向の断面視形状は、ロータコア１５０の断面視形状と略同一とされている。

磁束遮蔽治具１７０は、ロータコア加熱装置１００によりロータコア１５０を加熱する際には、ロータコア１５０の軸方向の上側に配置されている。磁束遮蔽治具１７０は、ロータコア１５０に密着することなく、隙間を設けて配置されている。本実施形態では、磁束遮蔽治具１７０の軸方向の長さとロータコア１５０の軸方向の長さとを足したものは、内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さと略同一とされている。

なお、内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さは、被加熱対象となることが想定されるロータコアのうちで最長の軸方向長さと略同一長さであることが望ましい。

また、ロータコア１５０の軸方向端面の内周側は、磁束が集中し異常な発熱が生じやすい。一方、ロータコア１５０の軸方向端面の外周側は、内周側と比較して、磁束が集中し異常な発熱が生じる場合は少ない。そのため、磁束遮蔽治具１７０の外形は、ロータコア１５０の外形と略同一としているものの、磁束遮蔽治具１７０の外径は、ロータコア１５０の外径より大きくても良い。

図２を用いて、ロータコア加熱装置１００の作用について説明する。
なお、図２では、ロータコア加熱装置１００の作用を断面視にて模式的に表している。

内径コイル１１０及び外径コイル１２０の周囲に磁力線が発生すると、近傍に配置されたロータコア１５０が磁力線の影響を受けて、ロータコア１５０の中に渦電流が流れる。ロータコア１５０には電気抵抗があるため、ロータコア１５０に電流が流れると、ジュール熱が発生して、ロータコア１５０が自己発熱する。

このとき、磁束遮蔽治具１７０がロータコア１５０の軸方向の上側に配置されているため、ロータコア１５０の軸方向の上側端面に磁束が集中することが防止される。磁束は、あたかもロータコア１５０の軸方向の長さが内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さと略同一であるかのように分布する。

そのため、ロータコア１５０の軸方向の上側端面には、磁束が集中することがなく（図２における地点Ａ）、異常な発熱によって鋼板のめくれが発生することを防止できる。

ロータコア加熱装置１００の効果について説明する。
ロータコア加熱装置１００では、ロータコア１５０の軸方向の高さに対応した磁束遮蔽治具１７０を、ロータコア１５０の軸方向の高さ違いに対応して複数用意することによって、ロータコア１５０の軸方向長さの違いに対応できる。

すなわち、１組の内径コイル１１０及び外径コイル１２０に対して、磁束遮蔽治具１７０の軸方向の長さとロータコア１５０の軸方向の長さとを足したものが内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さと略同一となるように、磁束遮蔽治具１７０を複数用意することによって、ロータコアの軸方向長さの違いに対応できる。

本実施形態では、磁束遮蔽治具１７０を銅の構成としたが、これに限定されない。例えば、鉄のように磁性を有する物質であれば、本発明と同様の作用効果を得ることができる。

本実施形態では、磁束遮蔽治具１７０の軸方向の長さとロータコア１５０の軸方向の長さとを足したものが内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さと略同一とされる構成としたが、これに限定されない。

磁束遮蔽治具１７０の軸方向の長さとロータコア１５０の軸方向の長さとを足したものが内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さよりも長い場合であっても、或いは、磁束遮蔽治具１７０の軸方向の長さとロータコア１５０の軸方向の長さとを足したものが内径コイル１１０及び外径コイル１２０の軸方向の長さよりも短い場合であっても、本発明と同一の作用効果を有する。

［第二実施形態］
図３を用いて、ロータコア加熱装置２００の構成について説明する。
なお、図３では、ロータコア加熱装置２００の構成を断面視にて模式的に表している。また、以下では、図３に示す軸方向に従って説明する。

ロータコア加熱装置２００は、本発明のロータコア加熱装置に係る第二実施形態である。ロータコア加熱装置２００は、シャフト（図示略）にロ−タコア２５０を焼き嵌めするために、ロータコア２５０をＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）加熱する装置である。

ロータコア２５０は、モータ（図示略）の一構成部品である。モ−タは、密閉ケ−ス（図示略）内に回転自在に保持されかつ一端部にロ−ラが一体形成されてなるシャフト（図示略）と、シャフトに外嵌されたロ−タコア２５０と、密閉ケ−ス側に固定されロ−タの外周面に所定隙間を存して対向するステ−タ（図示略）と、から構成されている。

モ−タを製造するには、シャフトにロ−タコア２５０を外嵌する必要がある。ロ−タコア２５０を外嵌する方法としては焼き嵌め方法が知られている。ロ−タコア２５０のシャフトへの焼き嵌めでは、ロータコア加熱装置２００によってロ−タコア２５０を加熱し、加熱されたロ−タコア２５０をシャフトに嵌めた後に冷却している。

ロータコア加熱装置２００は、内径コイル２１０と、外径コイル２２０と、ＩＨ加熱器（図示略）と、磁束遮蔽治具２７０と、を備えている。ロ−タコア２５０は、円柱形状に形成され、軸方向に中空部２６０が形成されている。ロータコア２５０は、複数の鋼板を積層して構成されている。

内径コイル２１０は、螺旋形状に構成され、ロ−タコア２５０の内周側（中空部２６０）に配置されている。内径コイル２１０は、中空部２６０にて、軸方向に向かって螺旋を描くように配置されている。内径コイル２１０の軸方向の長さは、ロータコア２５０の軸方向の長さよりも長いものとされている。

内径コイル２１０は、ロータコア２５０に対して、内径コイル２１０の軸方向の上下端側が共にロータコア２５０から突出するように配置されている。より詳細には、内径コイル２１０は、軸方向において、内径コイル２１０の中央部とロータコア２５０の中央部とが略一致する位置に配置されていることが好ましい。

外径コイル２２０は、螺旋形状に構成され、ロ−タコア２５０の外周側に配置されている。外径コイル２２０は、ロータコア２５０の外周を軸方向に向かって螺旋を描くように配置されている。

ＩＨ加熱器は、内径コイル２１０及び外径コイル２２０に交流電流を流し、内径コイル２１０及び外径コイル２２０の周囲に磁力線を発生させるものである。

磁束遮蔽治具２７０は、円柱形状に形成され、軸方向に中空部２８０が形成されている。磁束遮蔽治具２７０は、銅で構成されている。磁束遮蔽治具２７０の軸方向の断面視形状は、ロータコア２５０の断面視形状と略同一とされている。

磁束遮蔽治具２７０は、ロータコア加熱装置２００によりロータコア２５０を加熱する際には、ロータコア２５０の軸方向の上側及び下側に配置されている。それぞれの磁束遮蔽治具２７０は、ロータコア２５０に密着することなく、隙間を設けて配置されている。

また、ロータコア２５０の軸方向端面の内周側は、磁束が集中し異常な発熱が生じやすい。一方、ロータコア２５０の軸方向端面の外周側は、内周側と比較して、磁束が集中し異常な発熱が生じる場合は少ない。そのため、磁束遮蔽治具２７０の外形は、ロータコア２５０の外形と略同一としているものの、磁束遮蔽治具２７０の外径は、ロータコア２５０の外径より大きくても良い。

図４を用いて、ロータコア加熱装置２００の作用について説明する。
なお、図４では、ロータコア加熱装置２００の作用を断面視にて模式的に表している。

内径コイル２１０及び外径コイル２２０の周囲に磁力線が発生すると、近傍に配置されたロータコア２５０が磁力線の影響を受けて、ロータコア２５０の中に渦電流が流れる。ロータコア２５０には電気抵抗があるため、ロータコア２５０に電流が流れると、ジュール熱が発生して、ロータコア２５０が自己発熱する。

このとき、磁束遮蔽治具２７０がロータコア２５０の軸方向の上側及び下側に配置されているため、ロータコア２５０の軸方向の上側端面又は下側端面に磁束が集中することが防止される。磁束は、あたかもロータコア２５０の軸方向の長さが上側に配置された磁束遮蔽治具２７０と下側に配置された磁束遮蔽治具２７０の軸方向の長さとを足したものと略同一であるかのように分布する。

そのため、ロータコア１５０の軸方向の上側端面及び下側端面には、磁束が集中することがなく（図４における地点Ｂ）、異常な発熱によって鋼板のめくれが発生することを防止できる。また、磁束遮蔽治具２７０がロータコア２５０の軸方向の上側及び下側に配置されていることによって、ロータコア２５０が軸方向において均一な磁場を発生し、ロータコア２５０が軸方向において均一に加熱され、ロータコア２５０の内径が均一に拡径される。

ロータコア加熱装置２００の効果について説明する。
ロータコア加熱装置２００では、ロータコア２５０の軸方向長さの違いに対応できる。すなわち、１組の内径コイル２１０及び外径コイル２２０に対して、内径コイル２１０の軸方向長さよりも短い軸方向長さのロータコア２５０であれば、ロータコア２５０の上側及び下側に磁束遮蔽治具２７０を配置することによって、ロータコア２５０の軸方向長さの違いに対応できる。

また、ロータコア加熱装置２００では、磁束遮蔽治具２７０をロータコア２５０の軸方向の上側及び下側に配置することによって、第一実施形態のロータコア加熱装置１００と比較して、ロータコア２５０の軸方向において均一な磁場を発生させ、ロータコア２５０を軸方向において均一に加熱し、ロータコア２５０の内径を均一に拡径できる。

本実施形態では、磁束遮蔽治具２７０を銅の構成としたが、これに限定されない。例えば、鉄のように磁性を有する物質であれば、本発明と同様の作用効果を得ることができる。

ロータコア焼き嵌め方法Ｓ３００について説明する。
ロータコア焼き嵌め方法Ｓ３００は、本発明のロータコア焼き嵌め方法に係る実施形態である。ロータコア焼き嵌め方法Ｓ３００では、ロータコア加熱装置１００又はロータコア加熱装置２００を用いてロータコア１５０又はロータコア２５０の内径を加熱して拡径させ、内径が拡径されたロータコア１５０又はロータコア２５０にシャフトを焼き嵌めして締結させる。

１００ ロータコア加熱装置
１１０ 内径コイル
１２０ 外径コイル
１５０ ロータコア
１６０ 中空部
１７０ 磁束遮蔽治具
２００ ロータコア加熱装置
２１０ 内径コイル
２２０ 外径コイル
２５０ ロータコア
２６０ 中空部
２７０ 磁束遮蔽治具
５００ 従来のロータコア加熱装置

Claims (3)

1. 中空円柱形状のロータコアの内周側面及び外周側面をコイルで高周波加熱するロータコア加熱装置であって、
   前記ロータコアの軸方向の一側端面に隙間を設けて配置され、該一側端面と対向するように該ロータコアの外形形状と略同一な外形形状の磁束遮蔽治具を備え、
   前記磁束遮蔽治具は、銅で構成される、
   ロータコア加熱装置。
2. 請求項１に記載のロータコア加熱装置において、
   前記磁束遮蔽治具は、前記ロータコアの軸方向の両側端面に対向するように隙間を設けて配置され、
   前記ロータコアの内周側面に配置されるコイルは、該ロータコアに対し、該コイルの軸方向の両端が共に該ロータコアから突出するように配置されている、
   ロータコア加熱装置。
3. ロータコアをシャフトに焼き嵌めして締結させるロータコア焼き嵌め方法であって、
   請求項１又は２に記載のロータコア加熱装置を用いてロータコアの内径を加熱して拡径させ、
   前記内径が拡径されたロータコアにシャフトを焼き嵌めして締結させる、
   ロータコア焼き嵌め方法。
   

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