JP2017110243A

JP2017110243A - モータコアの焼鈍装置

Info

Publication number: JP2017110243A
Application number: JP2015243039A
Authority: JP
Inventors: 将人平; Masato Taira; 健郎伊藤; Tateo Ito; 芳明廣田; Yoshiaki Hirota; 保郎大杉; Yasuo Osugi
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-14
Also published as: JP6645163B2

Abstract

【課題】モータコア用電磁鋼板の歪を除去するための焼鈍を、短時間で行う。【解決手段】打ち抜き後の電磁鋼板を積層して形成されるモータコアＣを焼鈍する焼鈍装置は、モータコアＣの外方に、当該モータコアＣと同心円状に配置された環状の外側誘導コイル２０と、モータコアＣの内方に、当該モータコアＣと同心円状に配置された環状の内側誘導コイル２１と、外側誘導コイル２０及び内側誘導コイル２１に交流電流を印加する交流電源３０と、を有する【選択図】図２

Description

本発明は、モータコアの歪を除去するための焼鈍を行う焼鈍装置に関するものである。

従来、電磁鋼板を積層して作成されるモータコア（鉄心）は、当該鋼板の打ち抜きによりの際に生じる歪により鉄損が悪化する。そのため、モータコアの作成にあたっては、この歪を除去するために、打ち抜き後の鋼板が、箱形の焼鈍炉により所定の時間焼鈍される。焼鈍炉においては、例えば電熱ヒータなどにより加熱される。

また近年、電熱ヒータなど輻射加熱とは異なる焼鈍方法として、例えば特許文献１に開示されるような、誘導加熱を用いた方法が知られている。

特開２００８−１９７９号公報

ところで近年、高い生産性が求められるハイブリッド自動車等のモータコアの生産においては、焼鈍時間を短縮することが求められている。しかしながら、例えば電熱ヒータなどを用いた輻射加熱では、加熱時間の短縮には限界がある。また、モータコアの高さ方向や、打ち抜き時の歪が特に大きなティース部の奥と手前とで、温度分布が一様にならないという問題がある。

また、加熱時間の短縮には、誘導加熱を用いることが有用であるが、特許文献１に開示される誘導加熱方法は、積層前の鋼板を加熱しており、電熱ヒータを用いた焼鈍炉のように、積層されてモータコア状となった鋼板の加熱には適用できない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、モータコア用電磁鋼板の歪を除去するための焼鈍を、短時間で行うことを目的としている。

前記の目的を達成するための本発明は、打ち抜き後の電磁鋼板を積層して形成されるモータコアを焼鈍する装置であって、前記モータコアの外方に、当該モータコアと同心円状に配置された環状の外側誘導コイルと、前記モータコアの内方に、当該モータコアと同心円状に配置された環状の内側誘導コイルと、前記外側誘導コイル及び内側誘導コイルに交流電流を印加する交流電源と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、モータコアの外方に外側誘導コイルが、モータコアの内方に内側誘導コイルがそれぞれ設けられているので、積層されてモータコア状となった打ち抜き後の電磁鋼板全体を、誘導加熱により加熱することができる。したがって、モータコア用電磁鋼板の歪を除去するための焼鈍を、短時間で行うことができる。

また、例えば印加する交流電流の周波数を調整することで、表皮効果により渦電流の浸透深さを調整したり、外側誘導コイル及び内側誘導コイルにより発生する磁束を制御することで、加熱する部位を調整することができるので、例えばティース部の奥と手前といった、輻射加熱では温度分布の制御が困難な箇所についても、最適な条件で焼鈍を行うことができる。

前記交流電源は、前記外側誘導コイルと、及び内側誘導コイルとで囲まれる領域内に、逆方向の交流磁束を発生させるように、前記外側誘導コイル及び内側誘導コイルに交流電流を印加してもよい、

前記外側誘導コイルと前記内側誘導コイルは、前記交流電源に対して直列に接続されていてもよい。

前記交流電源により印加される交流電流の周波数は、１０ｋＨｚ以上であってもよい。

前記外側誘導コイルの外方を囲う焼鈍雰囲気調整用の隔壁と、前記隔壁の外方を覆う断熱材と、をさらに有していてもよい。

本発明によれば、モータコア用電磁鋼板の歪を除去するための焼鈍を、短時間で行うことができる。

本実施の形態に係る焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。外側誘導コイル及び内側誘導コイルの間にモータコアを配置した状態を示す斜視図である。モータコアの一部を切り出して斜めから見た説明図である。モータコアの一部を切り出して斜めから見た説明図である。モータコアの一部を切り出して斜めから見た説明図である。モータコアの一部を切り出して斜めから見た説明図である。交流電流の周波数と発熱密度及び表面からの深さの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる焼鈍装置１の構成の概略を示す縦断面図である。焼鈍装置１は、歪を除去するためのモータコアＣの焼鈍を行うものである。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように、焼鈍装置１は、加熱用誘導コイル１０と、当該加熱用誘導コイル１０の外方を囲う焼鈍雰囲気調整用の隔壁１１と、隔壁１１の外方を囲う断熱材１２を有している。

隔壁１１は、例えば下面が開口した略円筒形状の蓋部１１ａと、上面が開口した有底の容器部１１ｂを有しており、例えば水封により隔壁１１の内部を気密に維持することができる。蓋部１１ａには、隔壁１１の内部に例えば窒素などの雰囲気ガスを供給するガス供給管１３が接続されている。

容器部１１ｂには、モータコアＣ及び加熱用誘導コイル１０を載置する載置台１４が設けられている。

加熱用誘導コイル１０は、例えば図２に示すように、複数の電磁鋼板が積層して形成されたモータコアＣの外方に、当該モータコアＣと同心円状に配置された環状の外側誘導コイル２０と、モータコアＣの内方に、当該モータコアＣと同心円状に配置された環状の内側誘導コイル２１と、を有している。

外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１には、交流電流を印加する交流電源３０が、例えば直列に接続されている。また、各外側誘導コイル２０及び内側誘導コイル２１は、交流電流を印加することで、モータコアＣの長手方向（図２のＺ方向）に沿って磁束が発生するように構成されている。

交流電源３０は、例えば周波数可変に構成されており、本実施の形態では、例えば周波数１０ｋＨｚの交流電流を印加するように設定されている。また、外側誘導コイル２０のアンペア巻数（アンペアターン）は、例えば１０００ＡＴ、内側誘導コイル２１のアンペア巻数は、例えば３０００ＡＴに設定されている。

本実施の形態にかかる焼鈍装置１は、以上のように構成されている。次に、焼鈍装置１でモータコアＣの歪を除去するための誘導加熱を行う方法について、図３を用いて説明する。図３は、モータコアＣの内周部に形成されるスロットを挟んだティース部Ｃａの内の片側、及びティース部Ｃａと連続するバックヨーク部Ｃｂの一部を切り出して斜めから見た説明図である。また、ティース部Ｃａ側には内側誘導コイル２１を、バックヨーク部Ｃｂ側には外側誘導コイル２０を、それぞれ描図している。

交流電源３０は、外側誘導コイル２０のバックヨーク部Ｃｂ側（図３のＸ方向正方向側）の面の側に、例えばＹ方向の正方向に向かうように電流Ｉａが流れたときに、内側誘導コイル２１のティース部Ｃａ側とは反対側（図３のＸ方向正方向側）の面の側に、例えばＹ方向の負方向に向かう電流Ｉｂが流れるように加熱用誘導コイル１０に接続されている。

そして、交流電源３０により加熱用誘導コイル１０により交流電流を印加すると、例えば図３に示すように、モータコアＣのバックヨーク部Ｃｂには、外側誘導コイル２０による磁束Φａが、モータコアＣを上から下に向かう方向（図３のＺ方向負方向）に発生する。また、モータコアＣのティース部Ｃａには、内側誘導コイル２１による磁束Φｂが、磁束Φａと同方向（図３のＺ方向負方向）に発生する。そうすると、磁束Φａと磁束Φｂが重畳する領域では、この磁束Φａと磁束Φｂとが強め合うと共にモータコアＣ上面に垂直に進入する。その結果、例えば図４に示すように、モータコアＣの上面では、この磁束Φａと磁束Φｂとにより強め合う磁束を打ち消すべくＹ方向に沿って互いに逆向きに誘導電流Ｉｎ１が流れ、ティース部Ｃａの表面では、ティース部Ｃａを周回するように誘導電流Ｉｎ２が流れる。

そして本実施の形態では、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１とが交流電源３０に直列に接続されているので、モータコアＣの上面では、誘導電流Ｉｎ１が打消し合うことで、誘導加熱による発熱が極わずかに抑えられる。その一方、ティース部Ｃａでは、誘導電流Ｉｎ２が打ち消し合うことなく一方向に流れるので、ティース部Ｃａでは誘導加熱により所定の温度で焼鈍が行われる。

したがって本実施の形態によれば、モータコアＣの外方に設けられた外側誘導コイル２０と、モータコアＣの内方に設けられた内側誘導コイル２１により、打ち抜き後の電磁鋼板が積層されたモータコアＣの全体を、誘導加熱により加熱することができる。したがって、モータコア用電磁鋼板の歪を除去するための焼鈍を、短時間で行うことができる。

また、本実施の形態では、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１で囲まれる領域内、具体的にはモータコアＣに対応する領域に対して、逆方向の磁束Φａ、Φｂを発生させるように交流電流を印加するにあたり、外側誘導コイル２０のアンペア巻数と、内側誘導コイル２１のアンペア巻数を異なる値に設定している。したがって、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１に交流電源３０に直列に接続している場合でも、換言すれば、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１とに印加する電流値が同じであっても、各外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１から発生する磁束Φａ、Φｂの強度（磁束密度）を変化させ、それにより、誘導電流Ｉｎ１が打消し合う領域を調整できる。したがって、加熱が不要な領域で誘導電流Ｉｎ１が打消し合うようにアンペア巻数を設定することで、所望の領域のみを効率的に加熱し、誘導加熱にかかる消費電力を低減することができる。

なお、例えば図５に示すように、内側誘導コイル２１に流れる電流Ｉｂが図３に示す向きと逆になるように交流電源３０を接続すると、モータコアＣに対応する領域に対して磁束Φａ、Φｂが逆方向に発生する。そうすると、図６に示すように、モータコアＣの上面では、前述の図４の場合のように磁束を打ち消す必要がないためＹ方向に沿って互いに強め合うように誘導電流Ｉｎ１が流れる。その結果、例えばバックヨーク部Ｃｂにおいても誘導加熱が生じ、当該誘導加熱に伴い電力が消費される。したがって、本実施の形態に係る加熱用誘導コイル１０を用いてモータコアＣを加熱する場合は、図３に示すように、外側誘導コイル２０による磁束Φａと、内側誘導コイル２１による磁束Φｂが、モータコアＣに対応する領域において逆方向となるようにすることが好ましい。

また、以上の実施の形態では、交流電源３０の周波数が可変であるので、例えば印加する交流電流の周波数を調整することで、表皮効果により、誘導加熱を生じさせる渦電流の浸透深さを調整できる。したがって、例えばモータコアＣの歪の態度に応じて交流電源３０の周波数を調整して、最適な領域を誘導加熱することができる。

なお、以上の実施の形態では、交流電源３０を外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１に対して直列に接続したが、例えば外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１に対して独立した交流電源を接続してもよい。かかる場合、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１に印加する電流値を制御することで、各磁束Φａ、Φｂの強度分布を制御することができる。但し、図３に示すように、磁束Φａ、Φｂを逆方向に発生させるためには、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１に印加する交流電流の周波数及び位相を同期させる必要があるので、本実施の形態のように、交流電源３０を直列に接続し、各磁束Φａ、Φｂの強度分布の制御は、を外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１のアンペア巻数の設定により行うことが好ましい。

本発明の実施例として、本実施の形態に係る焼鈍装置１を用いてモータコアＣを誘導加熱した場合の発熱密度についてシミュレーションを行った。モータコアＣの外径は２１０ｍｍ、内径は１３４ｍｍとし、電磁鋼板の積厚は５２ｍｍとした。なお、モータコアＣを構成する電磁鋼板の厚みは０．３５ｍｍである。また、モータコアの体積抵抗率は面内で５．２ｅ^−７Ω・ｍ、積層方向は無限大とした。加熱用誘導コイル１０として、外側誘導コイル２０は内径２２０ｍｍ、直径方向の厚み１０ｍｍ、高さを６０ｍｍとした。内側誘導コイル２１は、内径１１４ｍｍ、直径方向の厚み１０ｍｍ、高さを６０ｍｍとした。そして、外側誘導コイル２０と内側誘導コイル２１に交流電流を印加する交流電源３０の周波数を１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚに変化させて、図７に示すデータを得た。図７の横軸は、表面からの深さであり、縦軸は発熱密度である。

図７に示すように、交流電源３０の周波数を高くするほど、表皮効果により表面から深い領域における発熱密度が低下していることが確認できる。したがってこの結果から、交流電源３０の周波数を適宜調整することで、誘導加熱により加熱する領域を設定できることが分かる。なお、電磁鋼板の打ち抜き加工により発生する歪の深さは、一般に電磁鋼板の板厚の半分程度であるので、例えば電磁鋼板の板厚が０．３５ｍｍ程度である場合、交流電源３０の周波数は、概ね１０ｋＨｚ以上に設定すればよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、加熱炉の下部帯雰囲気の温度を測定する際に有用である。

１焼鈍装置
１０加熱用誘導コイル
１１隔壁
１２断熱材
２０外側誘導コイル
２１内側誘導コイル
３０交流電源
Ｃモータコア

Claims

打ち抜き後の電磁鋼板を積層して形成されるモータコアを焼鈍する装置であって、
前記モータコアの外方に、当該モータコアと同心円状に配置された環状の外側誘導コイルと、
前記モータコアの内方に、当該モータコアと同心円状に配置された環状の内側誘導コイルと、
前記外側誘導コイル及び内側誘導コイルに交流電流を印加する交流電源と、を有することを特徴とする、モータコアの焼鈍装置。
前記交流電源は、前記外側誘導コイルと、及び内側誘導コイルとで囲まれる領域内に、逆方向の交流磁束を発生させるように、前記外側誘導コイル及び内側誘導コイルに交流電流を印加することを特徴とする、請求項１に記載のモータコアの焼鈍装置。
前記外側誘導コイルと前記内側誘導コイルは、前記交流電源に対して直列に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載のモータコアの焼鈍装置。
前記交流電源により印加される交流電流の周波数は、１０ｋＨｚ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータコアの焼鈍装置。
前記外側誘導コイルの外方を囲う焼鈍雰囲気調整用の隔壁と、
前記隔壁の外方を覆う断熱材と、をさらに有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータコアの焼鈍装置。