JP2017158326A - 磁場中熱処理装置、回転機のステータの製造方法、及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの結晶の磁化容易軸を、好ましい方向に揃えることができる磁場中熱処理装置を提供する。【解決手段】加熱炉に支持具が収容されている。支持具は、環状のバックヨーク及びバックヨークから内側に向かって突出した複数のティースを含むステータを、加熱炉内に支持する。磁場印加装置が、支持具に支持されているステータの複数のティースに、バックヨークの動径方向の磁場を印加する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁場中熱処理装置、回転機のステータの製造方法、及び回転機に関する。

下記の特許文献１に、誘導電動機を高効率化するためのステータの構造が開示されている。ステータは、環状のバックヨーク、及びバックヨークからその中心に向かって突出した複数のティースを含む。周方向に隣り合うティースの間の空間をステータスロットという。ステータスロット内のコイル占有率、ステータスロットピッチ、ティース幅を最適化することにより、誘導電動機の効率向上をはかることが可能であることが示されている。

特開２０１５−１８６４０３号公報

ステータは、同一形状に型抜きされた多数の無方向性電磁鋼板を積層して形成される。このため、結晶の磁化容易軸は、面内方向にランダムに配向している。ステータの磁気特性を向上させるために、ステータ内に発生する磁束の方向と、結晶の磁化容易軸の方向とをほぼ平行にすることが好ましい。

従来の磁場中熱処理方法を用いて、結晶の磁化容易軸を一軸方向に揃えることが可能である。ところが、ステータのバックヨークに発生する磁束は、周方向を向き、ティース内に発生する磁束は動径方向を向く。このように、磁束の方向が１つの方向を向かないため、従来の磁場中熱処理方法で、ステータの結晶の磁化容易軸の向きを好ましい方向に揃えることは困難である。同様に、ロータの結晶の磁化容易軸の向きを好ましい方向に揃えることも困難である。

本発明の目的は、回転機の動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含む磁性部材の結晶の磁化容易軸を、好ましい方向に揃えることができる磁場中熱処理装置、及びこの磁性部材の製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、この装置または方法を適用して作製された回転機を提供することである。

本発明の一観点によると、
加熱炉と、
回転機に用いられ、動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含む磁性部材を、前記加熱炉内に支持する支持具と、
前記支持具に支持されている前記磁性部材の、動径方向の磁束が生じる部分に動径方向の磁場を印加する磁場印加装置と
有する磁場中熱処理装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
回転機に用いられ、動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含む磁性部材を準備し、
前記磁性部材の、動径方向の磁束が生じる部分に、動径方向の磁場を印加した状態で前記磁性部材の熱処理を行うことにより、動径方向の磁束が生じる部分の結晶の磁化容易軸を前記動径方向に揃える回転機の磁性部材の製造方法が提供される。

本発明のさらに他の観点によると、
動作中に、動径方向の磁束が生じる部分を含むステータと、
前記ステータに対して回転可能に支持され、動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含むロータと
を有し、
前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方は、動径方向の磁束が生じる部分の結晶の磁化容易軸が動径方向に揃っている回転機が提供される。

磁場印加装置が、ステータのティースに、バックヨークの径方向の磁場を印加した状態で、ステータの磁場中熱処理を行うことができる。この熱処理により、ティースの磁化容易軸が動径方向に揃う。その結果、回転機の動作時におけるステータの磁気特性を向上させることができる。

図１Ａは、回転機のステータが収容された実施例による磁場中熱処理装置の平断面図を示し、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。 図２Ａは、実施例による磁場中熱処理装置を用いて製造された回転機の回転中心軸を含む断面図であり、図２Ｂは、回転中心軸に垂直な断面図である。 図３は、他の実施例による磁場中熱処理装置の断面図である。 図４は、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の断面図である。 図５Ａは、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の断面図であり、図５Ｂは、回転機構のブロック図及び磁場印加装置の概略図である。 図６Ａは、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の断面図であり、図６Ｂは、磁場印加装置の磁心及びコイルの部分側面図である。 図７は、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の断面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれさらに他の実施例による磁場中熱処理装置の平断面図及び縦断面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれさらに他の実施例による磁場中熱処理装置の平断面図及び縦断面図である。 図１０は、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置及び熱処理対象のステータの平断面図である。 図１１は、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置、及び熱処理対象であるロータの平断面図である。 図１２は、アウターロータ型電動機の平断面図である。 図１３は、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置、及び熱処理対象であるアウターロータ型電動機のステータの平断面図である。

図１Ａ〜図２Ｂを参照して、実施例による磁場中熱処理装置について説明する。
図１Ａに、回転機のステータが収容された磁場中熱処理装置の平断面図を示し、図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける縦断面図を示す。実施例による磁場中熱処理装置は、加熱炉１０及び磁場印加装置２０を含む。

まず、加熱炉１０の構造について説明する。加熱炉１０は、断熱容器１１及び発熱体１３を含む。断熱容器１１は、外周断熱壁１１Ａ、内周断熱壁１１Ｂ、断熱性底板１１Ｃ、及び蓋１１Ｄを含む。内周断熱壁１１Ｂは上端が塞がれ、下端が開放された円筒状の形状を有する。内周断熱壁１１Ｂと外周断熱壁１１Ａとの間に、環状の加熱空間１２が形成される。加熱空間１２の底は、断熱性底板１１Ｃで塞がれている。外周断熱壁１１Ａ、内周断熱壁１１Ｂ、及び断熱性底板１１Ｃからなる容器の上方の開口部が、蓋１１Ｄで塞がれる。ガス導入口１６から加熱炉１０内に不活性ガス、例えば窒素ガスが導入される。加熱炉１０内の不活性ガスは、ガス排出口１７から排出される。

環状の加熱空間１２内に、発熱体１３及び支持具１５が収容されている。熱処理時には、加熱空間１２内に、熱処理対象である環状のステータ３０が収容される。ステータ３０は、支持具１５によって加熱空間１２内に支持される。

次に、ステータ３０の構造について説明する。ステータ３０は、同一形状に型抜きされて積み重ねられた複数の電磁鋼板で構成される。ステータ３０は、環状のバックヨーク３２、及びバックヨーク３２から中心に向かって突出した複数のティース３１を含む。図１Ａでは、６本のティース３１が周方向に等間隔に配置されている例が示されているが、ティース３１の本数は６本に限定されず、６本より多くてもよい。例えば、３６本または４８本のティース３１を配置してもよい。

ステータ３０が支持具１５に支持されている状態で、ティース３１の先端の表面が、加熱炉１０の内周断熱壁１１Ｂの外側の表面に対向する。ティース３１の先端の表面は、内周断熱壁１１Ｂに接触してもよいし、両者の間に微小な間隙を確保してもよい。

次に、磁場印加装置２０の構造について説明する。磁場印加装置２０は、磁心２１と、磁心２１に巻かれたコイル２２とを含む。磁場印加装置２０は、加熱炉１０の内周断熱壁１１Ｂの内側に配置されており、支持具１５に支持されたステータ３０の複数のティース３１の先端によって取り囲まれている。すなわち、磁場印加装置２０は、加熱炉１０の外側に配置されている。ティース３１の先端の表面は、内周断熱壁１１Ｂを介して磁場印加装置２０の磁心２１に対向する。

磁心２１は、中心から各ティース３１に向かって放射状に伸びる巻芯部を含む。巻芯部の各々の端面が、対応するティース３１の先端表面に対向する。巻芯部の各々にコイル２２が巻かれている。磁心２１、１つのティース３１、バックヨーク３２、及び隣のティース３１により、閉磁路が形成される。コイル２２に電流を流すと、この閉磁路に磁束３５が発生し、各ティース３１に、バックヨーク３２の動径方向（以下、単に「動径方向」という。）の磁場が印加される。磁束３５に付された矢印は、磁束の向きの一例を示す。コイル２２に流す電流が直流である場合には、磁束３５の向きは固定される。コイル２２に流す電流が交流である場合に発生する磁束３５は交番磁束になる。

制御装置４０が、発熱体１３に流す電流、及びコイル２２に流す電流を制御する。

次に、図１Ａ及び図１Ｂに示した磁場中熱処理装置を用いてステータを製造する方法について説明する。

まず、図１Ａ及び図１Ｂに示したステータ３０を準備する。この段階では、ステータ３０の各ティース３１にはコイルが巻かれていない。ステータ３０を加熱炉１０内に収容し、支持具１５でステータ３０を支持する。このとき、ティース３１の先端の表面が、磁心２１の巻芯部の端面に対向するように、ステータ３０の姿勢を調節する。

発熱体１３に電流を流すことにより、ステータ３０を加熱する。加熱温度は、ステータ３０の再結晶化温度以上とする。その後、コイル２２に電流を流すことにより、磁心２１、１つのティース３１、バックヨーク３２、及び隣のティース３１からなる閉磁路に磁束３５を発生させる。言い換えると、ティース３１に動径方向の磁場を印加し、バックヨーク３２に周方向の磁場を印加する。この状態で、ステータ３０の温度を徐々に低下させる。温度が低下する過程で、ステータ３０の各結晶粒の結晶方位のうち磁化容易軸の方向が、ステータ３０に印加されている磁場の方向に揃う。

次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、上記実施例による磁場中熱処理装置を用いて製造された回転機について説明する。
図２Ａに、回転機の回転中心軸を含む断面図を示し、図２Ｂに、回転中心軸に垂直な断面図を示す。

回転機のステータ３０が、円筒状のケース５０の中に収容されている。ステータ３０は、図１Ａ及び図１Ｂに示した磁場中熱処理装置により磁化容易軸方向が揃えられたものである。このため、ステータ３０のティース３１の磁化容易軸が動径方向に揃い、バックヨーク３２の磁化容易軸が周方向に揃っている。ここで、「磁化容易軸が動径方向に揃っている状態」は、全ての結晶粒の磁化容易軸が動径方向と平行であることを意味しているわけではない。磁化容易軸の方向には、ある程度のばらつきが許容される。複数の結晶粒の磁化容易軸の方向がランダムではなく、統計的に、磁化容易軸が動径方向を向いている結晶粒が多い場合に、磁化容易軸が動径方向に揃っているといえる。または、動径方向の透磁率が、他の方向の透磁率より高い場合に、磁化容易軸が動径方向に揃っているといえる。

ステータ３０は、焼き嵌めにより、ケース５０内に固定される。図２Ａの断面図では、ティース３１が配置されていない部分が示されており、ティース３１の側面が現れている。ティース３１の各々にコイル３３（図２Ｂ）が巻き付けられている。

ロータ６０がステータ３０の内側に配置されている。ロータ６０のコア６３は、同一形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。ロータ６０のコア６３には、中央に回転軸６５を挿入するための円形の穴が形成されている。回転軸６５は、締まり嵌めによってロータ６０に固定される。

ロータ６０として、例えばかご型ロータが用いられる。かご型ロータは、コア６３、複数の導体バー６１、及び一対のエンドリング６２を含む。導体バー６１の各々は、回転軸６５の軸方向と平行な方向に長く、周方向に等間隔に配置される。エンドリング６２はロータ６０の両端面に配置され、複数の導体バー６１の端部に接続されて、導体バー６１の間を短絡する。

回転軸６５は、一対の軸受６６、６７により、それぞれ端板６８、６９に対して回転可能に支持されている。端板６８、６９は、通しボルト５１によって円筒状のケース５０に固定されており、ケース５０の両端を塞いでいる。回転軸６５の一方の端部にファン７０が取り付けられている。ファン７０は、ファンカバー７１で覆われている。

回転機の動作時には、コイル３３に交流電流を流して回転磁場を生じさせる。この回転磁場により、ロータ６０が回転する。コイル３３を流れる交流電流によって、ティース３１に、動径方向の磁束が発生し、バックヨーク３２に周方向の磁束が発生する。この磁束の向きは、ティース３１及びバックヨーク３２の磁化容易軸の向きに沿っている。このため、ステータ３０の磁気特性が向上し、回転機の効率の向上が図られる。

図２Ａ及び図２Ｂでは、回転機の例として誘導電動機を示したが、実施例による磁場中熱処理装置は、その他の回転機のステータの製造にも適用することができる。例えば、同期電動機、直流電動機、誘導発電機、同期発電機等のステータの製造に、実施例による磁場中熱処理装置を用いることができる。

次に、図３を参照して、他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図３に、本実施例による磁場中熱処理装置の縦断面図を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０が静止した状態で熱処理が行われる。図３に示した実施例では、磁場印加装置２０が、回転機構２５によって、ステータ３０の中心軸を回転中心として回転する。回転機構２５の回転は制御装置４０によって制御される。磁場印加装置２０のコイル２２には、直流電流が流される。

本実施例では、磁場印加装置２０を回転させながら、磁場中熱処理を行う。図１Ａ〜図１Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０の巻芯部と、ステータ３０のティース３１とを対応させたが、磁場印加装置２０を回転させる場合には、磁場印加装置２０の巻芯部と、ステータ３０のティース３１とを対応させる必要はない。例えば、巻芯部の個数をティース３１の本数に一致させる必要はなく、巻芯部の個数を２個、３個、４個等としてもよい。

次に、図３に示した実施例の優れた効果について説明する。図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例では、熱処理時にステータ３０（図１Ａ）に静磁場が印加される。ステータ３０内で磁束密度に空間的なばらつきが生じている場合、熱処理の結果に、磁束密度のばらつきが反映される。

これに対し、図３に示した実施例では、磁場印加装置２０の回転に伴って磁場も回転する。このため、磁束密度に空間的なばらつきある場合でも、このばらつきが時間的に平均化される。その結果、ステータ３０内において、磁場中熱処理効果の空間的なばらつきを低減することができる。

回転機（図２Ａ、図２Ｂ）の動作時には、ステータ３０によって回転磁場が形成される。熱処理時の回転磁場は、回転機の動作時における回転磁場と類似である。このため、回転機の動作中の磁場と同等の条件で、ステータ３０の磁場中熱処理が行われることになる。これにより、ステータ３０の磁化容易軸方向を、回転機の動作に適した方向とすることができる。

次に、図４を参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図３に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図４に、本実施例による磁場印加装置の縦断面図を示す。図３に示した実施例では、回転機構２５（図３）が磁場印加装置２０（図３）を回転させる。これに対し、本実施例では、回転機構２５が加熱炉１０の内周断熱壁１１Ｂ及び支持具１５を回転させる。熱処理時に磁場印加装置２０は静止している。内周断熱壁１１Ｂを回転可能にするために、内周断熱壁１１Ｂは、断熱性底板１１Ｃ及び外周断熱壁１１Ａから分離されている。内周断熱壁１１Ｂと断熱性底板１１Ｃとの間に間隙が生じる。この間隙を通して、加熱炉１０内の不活性ガスが排出される。

図４に示した実施例においても、ステータ３０に対して磁場が相対的に回転する。このため、図３に示した実施例と同様の効果が得られる。

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図３に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図５Ａに、本実施例による磁場中熱処理装置の断面図を示す。図３に示した実施例では、磁場印加装置２０を機械的に回転させることによって回転磁場を形成した。図５Ａ及び図５Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０のコイル２２に交流電流を流すことにより、回転磁場を形成する。

図５Ｂに、回転機構２５のブロック図及び磁場印加装置２０の概略図を示す。磁心２１の複数の巻芯部に、それぞれコイル２２が巻かれている。回転機構２５がインバータを含み、インバータから複数のコイル２２に、それぞれ位相の異なる交流電流が供給される。各コイル２２に流す電流の位相を調整することにより、ステータ３０の中心軸を回転中心として回転する回転磁場を形成することができる。

図５Ａ〜図５Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０を機械的に回転させることなく、電気的に回転磁場を発生させることができる。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図６Ａに、本実施例による磁場中熱処理装置の縦断面図を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０が加熱炉１０の外に配置されている。これに対し、図６Ａに示した実施例では、磁場印加装置２０が加熱炉１０の内部に収容されている。

磁場印加装置２０が加熱炉１０の内部に収容されているため、磁場中熱処理時に磁場印加装置２０の磁心２１及びコイル２２の温度も上昇する。コイル２２の巻線は、一般に絶縁被膜で覆われている。絶縁被膜の耐熱温度は磁場中熱処理温度より低いため、本実施例による磁場中熱処理装置のコイル２２には、絶縁被膜で覆われた巻線を用いることができない。

図６Ｂに、磁場印加装置２０の磁心２１及びコイル２２の部分側面図を示す。コイル２２の巻線として、絶縁被覆で覆われていない導線が用いられる。巻線間の短絡を防止するために、コイル２２の軸方向に隣り合う巻線同士が接触しないように、かつ動径方向に重ならないように、巻線が磁心２１に巻かれている。コイル２２の巻き数を１ターンのみとしてもよい。磁心２１には、絶縁性磁性材料が用いられる。

コイル２２の巻線は、加熱炉１０の壁面に取付けられた端子２６を介して制御装置４０に接続される。

磁場印加装置２０でステータ３０に効率的に磁場を印加するために、磁心２１に、熱処理温度において強磁性を維持する磁性材料を用いることが好ましい。例えば、磁心２１として、ステータ３０に用いられている磁性材料のキュリー温度よりも高いキュリー温度を持つ磁性材料を用いることが好ましい。

以下、図６Ａ及び図６Ｂに示した実施例の優れた効果について説明する。図６Ａ及び図６Ｂに示した実施例においても、図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例と同様に、ティース３１の磁化容易軸を動径方向に揃え、バックヨーク３２の磁化容易軸を周方向に揃えることができる。

図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０の磁心２１とステータ３０のティース３１との間に内周断熱壁１１Ｂが配置されている。このため、磁心２１とティース３１との間隔を、内周断熱壁１１Ｂの厚さより狭くすることができない。これに対し、図６Ａ及び図６Ｂに示した実施例では、磁心２１とティース３１との間に断熱壁が配置されない。このため、磁心２１とティース３１とを、より近づけることができる。磁心２１とティース３１との間隙が狭くなることにより、磁路の磁気抵抗が小さくなる。その結果、ステータ３０に、より効率的に磁場を印加することが可能になる。

磁場印加装置２０を加熱炉１０の内部に収容した状態で、図３に示した実施例のように磁場印加装置２０を機械的に回転させて回転磁場を発生させてもよい。その他の構成として、図４に示した実施例のように、支持具１５及びステータ３０を機械的に回転させてもよい。さらに、その他の構成として、図５Ａ及び図５Ｂに示した実施例のように、磁場印加装置２０によって発生する磁場を電気的に回転させてもよい。

次に、図７を参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図５Ａ及び図５Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図７に、本実施例による磁場中熱処理装置の縦断面図を示す。磁場印加装置２０のコイル２２に、冷却流路４５が熱的に結合している。冷却媒体供給装置４６から冷却流路４５に冷却用の不活性流体が供給される。冷却流路４５を流れた不活性流体は、回収流路４７を通ってガス導入口１６まで輸送された後、加熱炉１０内に導入される。不活性流体として、例えば液化窒素を用いることができる。この場合、コイル２２を冷却することによって液化窒素が気化し、窒素ガスが加熱炉１０内に導入される。

図７に示した実施例においては、冷却用の不活性流体でコイル２２を冷却することができるため、コイル２２の過度の温度上昇を回避することができる。さらに、冷却用の不活性流体は、コイル２２を冷却した後、加熱炉１０内に導入される。このため、冷却用の不活性流体をより有効に利用することができる。

本実施例では、図３に示した実施例による磁場中熱処理装置のコイル２２に冷却流路４５を熱的に結合させたが、その他の構成として、図４に示した実施例による磁場中熱処理装置のコイル２２に冷却流路４５を熱的に結合させてもよい。

次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０の磁心２１がステータ３０の内側に配置されているが、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例では、磁場印加装置２０の磁心２１がステータ３０の外側に配置されている。

図８Ａ及び図８Ｂに、それぞれ本実施例による磁場中熱処理装置の平断面図及び縦断面図を示す。加熱炉１０は、外周断熱壁１１Ａ、断熱性底板１１Ｃ、及び蓋１１Ｄを含む。本実施例の加熱炉１０には、図１Ａ及び図１Ｂに示した内周断熱壁１１Ｂが設けられていない。

磁場印加装置２０は、磁場発生装置２８と補助ヨーク３４とを含む。磁場発生装置２８は、磁心２１及びコイル２２を含む。磁心２１は、環状部分２１Ａと複数の巻芯部２１Ｂとで構成される。磁心２１及び補助ヨーク３４は、加熱炉１０内に収容されている。環状部分２１Ａは、支持具１５に支持されたステータ３０を取り囲む。巻芯部２１Ｂの各々は、環状部分２１Ａからその中心軸に向かって突出している。巻芯部２１Ｂの先端は、ステータ３０の外側の表面に対向し、巻芯部２１Ｂの先端とステータ３０との間に、間隙が形成される。巻芯部２１Ｂは、平面視において、ティース３１を外側に向かって延長した延長線上に配置されている。巻芯部２１Ｂの各々にコイル２２が巻かれている。

補助ヨーク３４は、複数のティース３１の先端の表面によって囲まれた領域に配置されており、ティース３１の先端の表面に対向する。補助ヨーク３４の形状は、例えば円柱状である。複数のティース３１の先端の表面と補助ヨーク３４との間に、間隙が形成される。補助ヨーク３４は磁性材料で形成されており、補助ヨーク３４内に、複数のティース３１内に形成される動径方向の磁路同士を接続する磁路が形成される。

本実施例では、コイル２２が加熱炉１０内に収容されるため、図６Ａ及び図６Ｂに示した実施例と同様に、コイル２２の巻線として、絶縁被覆で覆われていない導線が用いられる。

コイル２２に電流が流れると、当該コイル２２が巻かれている巻芯部２１Ｂ、磁心２１の環状部分２１Ａ、隣の巻芯部２１Ｂ、及びステータ３０のバックヨーク３２を通る閉磁路に磁束３６が発生するとともに、当該コイル２２が巻かれている巻芯部２１Ｂ、磁心２１の環状部分２１Ａ、隣の巻芯部２１Ｂ、隣の巻芯部２１Ｂに対応するティース３１、補助ヨーク３４、及び当該コイル２２が巻かれている巻芯部２１Ｂに対応するティース３１を通る閉磁路に磁束３７が発生する。

このように、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例においても、ステータ３０のティース３１に動径方向の磁場を印加し、バックヨーク３２に周方向の磁場を印加することができる。

図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例において、図３に示した実施例と同様に、磁心２１を機械的に回転させてもよいし、図４に示した実施例と同様に、ステータ３０を回転させてもよいし、図５Ａ及び図５Ｂに示した実施例と同様に、回転磁場を形成してもよい。

図８Ａでは、補助ヨーク３４の形状が円柱状である例を示したが、その他の形状としてもよい。例えば、補助ヨーク３４の平断面を、中心軸から各ティース３１に向かって放射状に広がる形状としてもよい。

次に、図９Ａ及び図９Ｂを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図９Ａ及び図９Ｂに、それぞれ本実施例による磁場中熱処理装置の平断面図及び縦断面図を示す。図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例では、磁場発生装置２８が加熱炉１０の中に収容されている。これに対し、本実施例では、磁場発生装置２８が加熱炉１０の外に配置されている。このため、磁心２１の巻芯部２１Ｂとステータ３０との間に、加熱炉１０の外周断熱壁１１Ａが配置される。

本実施例では、図９Ａ及び図９Ｂに示した実施例と比べて、磁心２１の巻芯部２１Ｂとステータ３０との間の間隙が広がってしまう。このため、磁束３６、３７が通っている磁路の磁気抵抗が増加してしまう。ただし、巻芯部２１Ｂに巻かれているコイル２２の温度上昇が抑制されるため、コイル２２の巻線に、絶縁被覆で覆われた導線を用いることができる。このため、コイル２２の巻き数を増やし、起磁力を高めることができる。

次に、図１０を参照してさらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図１０に、本実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置２０、及び熱処理対象のステータ３０の平断面図を示す。図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例による磁場印加装置２０の補助ヨーク３４は、複数の磁性部材３８で構成される。１つの磁性部材３８は、相互に隣り合う２つのティース３１の先端の表面に対向し、両者の間に磁路を形成する。この磁路に、磁束３７が発生する。各磁性部材３８の平断面の形状は、例えば円弧状である。

図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例では、１つのティース３１内の磁路は、補助ヨーク３４を介して、その両側のティース３１内の磁路に連続している。これに対し、本実施例では、１つのティース３１内の磁路は、一方の側のティース３１内の磁路のみに連続する。本実施例においても、各ティース３１内を動径方向に通過する閉磁路が形成される。このため、磁場印加装置２０は、ティース３１に動径方向の磁場を印加することができる。

図１０に示した実施例の補助ヨーク３４は、図９Ａ及び図９Ｂに示した実施例において、円柱状の補助ヨーク３４を代替することも可能である。

次に、図１１を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。図８Ａ及び図８Ｂでは、かご型電動機のステータが磁場中で熱処理される。本実施例では、かご型電動機のロータが磁場中で熱処理される。

図１１に、本実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置２０、及び熱処理対象であるロータ６０（図２Ａ、図２Ｂ）のコア６３の平断面図を示す。コア６３は、円柱状の外形を有し、複数のスロット６４が設けられている。スロット６４は、周方向に等間隔に並んでいる。コア６３の中心には、回転軸６５（図２Ａ）が挿入される円形の穴が設けられている。複数のスロット６４の中に、それぞれ導体バー６１が配置される。磁場中熱処理を行う段階では、スロット６４の中に導体バー６１は配置されていない。

コア６３を取り囲むように、磁場印加装置２０が配置されている。磁場印加装置２０は、図８Ａに示した実施例による磁場印加装置２０と同様に、磁心２１とコイル２２とを含む。磁心２１は、環状部分２１Ａと巻芯部２１Ｂとで構成される。

コイル２２に電流を流すと、巻芯部２１Ｂ、環状部分２１Ａ、コア６３のうち相互に隣り合うスロット６４の間の部分、及びスロット６４よりも内周側の部分を含む閉磁路に磁束８０が発生し、巻芯部２１Ｂ、環状部分２１Ａ、コア６３のうちスロット６４よりも外周側の部分を含む閉磁路に磁束８１が発生する。

磁束８０、８１が発生している状態で熱処理を行うことにより、相互に隣り合うスロット６４の間の部分の結晶の磁化容易軸を、動径方向に揃えることができる。回転機の動作時には、相互に隣り合うスロット６４の間の部分に動径方向の磁束が発生する。磁化容易軸方向が、回転機の動作時に発生する磁束の方向とほぼ平行であるため、回転機の効率の向上を図ることができる。

図１１に示した実施例では、コア６３に対して外部磁場が静止した状態で磁場中熱処理が行われる。その他の構成として、コア６３に対して回転磁場を印加して磁場中熱処理を行ってもよい。回転磁場を発生する構造として、例えば図３に示した実施例、図４に示した実施例、または図５Ａ、図５Ｂに示した実施例の構造を適用することができる。

次に、図１２及び図１３を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１１に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。本実施例では、アウターロータ型回転機のステータの磁場中熱処理を行う。

図１２に、一般的なアウターロータ型回転機の回転軸に垂直な断面図を示す。ステータ９０の外側に、円環状のアウターロータ９５が配置されている。ステータ９０は、円盤状の中心部９１、及び中心部９１から動径方向に伸びる複数のティース９２を含む。ティース９２に、それぞれコイル９３が巻き付けられている。

アウターロータ９５は円環状の永久磁石であり、動径方向及び周方向の２方向に着磁されている。アウターロータ９５の内周面に、周方向にＳ極とＮ極とが交互に並び、外周面にも、周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶ。コイル９３に電流を流して回転磁場を発生させることにより、アウターロータ９５に回転力（トルク）を与えることができる。

図１３に、本実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置２０、及び熱処理対象であるステータ９０の平断面図を示す。ステータ９０を取り囲むように、磁場印加装置２０が配置されている。磁場印加装置２０は、図１１に示した実施例の磁場印加装置２０と同様の平断面形状を持ち、環状部分２１Ａと巻芯部２１Ｂとで構成される。巻芯部２１Ｂに巻かれたコイル２２に電流を流すと、巻芯部２１Ｂ、環状部分２１Ａ、ステータ９０のティース９２、中心部９１を通る閉磁路に、磁束９６が発生する。

磁束９６が発生した状態でステータ９０の熱処理を行うことにより、ステータ９０のティース９２の結晶の磁化容易軸を、動径方向に揃えることができる。アウターロータ型回転機においても、動作中にティース９２に動径方向の磁束が発生する。磁束の向きと磁化容易軸の向きとが揃っているため、アウターロータ型回転機の効率の向上を図ることができる。

上述のように、回転機のステータ及びロータ、アウターロータ型回転機のステータ等に、動径方向の磁場を印加した状態で熱処理を行うことにより、回転機の効率を高めることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 加熱炉
１１ 断熱容器
１１Ａ 外周断熱壁
１１Ｂ 内周断熱壁
１１Ｃ 断熱性底板
１１Ｄ 蓋
１２ 加熱空間
１３ 発熱体
１５ 支持具
１６ ガス導入口
１７ ガス排出口
２０ 磁場印加装置
２１ 磁心
２１Ａ 環状部分
２１Ｂ 巻芯部
２２ コイル
２５ 回転機構
２６ 端子
２８ 磁場発生装置
３０ ステータ
３１ ティース
３２ バックヨーク
３３ コイル
３４ 補助ヨーク
３５、３６、３７ 磁束
３８ 磁性部材
４０ 制御装置
４５ 冷却流路
４６ 冷却媒体供給装置
４７ 回収流路
５０ ケース
５１ 通しボルト
６０ ロータ
６１ 導体バー
６２ エンドリング
６３ ロータのコア
６５ 回転軸
６６、６７ 軸受
６８、６９ 端板
７０ ファン
７１ ファンカバー
８０、８１ 磁束
９０ ステータ
９１ 中心部
９２ ティース
９３ コイル
９５ アウターロータ
９６ 磁束

Claims (17)

1. 加熱炉と、
   回転機に用いられ、動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含む磁性部材を、前記加熱炉内に支持する支持具と、
   前記支持具に支持されている前記磁性部材の、動径方向の磁束が生じる部分に動径方向の磁場を印加する磁場印加装置と
   有する磁場中熱処理装置。
2. 前記磁性部材は、環状のバックヨーク及び前記バックヨークから内側に向かって突出した複数のティースを含むステータであり、
   前記磁場印加装置は、前記支持具に支持された前記ステータの前記複数のティースの先端によって取り囲まれており、前記複数のティースに動径方向の磁場を印加する請求項１に記載の磁場中熱処理装置。
3. 前記磁場印加装置は、前記磁性部材を取り囲むように配置され、動径方向の磁場が生じる部分を磁路の一部とする磁場を発生する請求項１に記載の磁場中熱処理装置。
4. 前記磁性部材は、環状のバックヨーク及び前記バックヨークから内側に向かって突出した複数のティースを含むステータであり、
   前記磁場印加装置は、
   前記バックヨークの外側に配置され、前記バックヨークを磁路の一部とする磁場を発生する磁場発生装置と、
   前記複数のティースのうち１つのティースの先端から他のティースの先端までの磁路を形成する補助ヨークと
   を含む請求項１に記載の磁場中熱処理装置。
5. 全記磁性部材は回転機のロータのコアであり、前記コアは、円柱状の外形を有し、前記コアに周方向に並んだ複数のスロットが設けられており、
   前記磁場印加装置は、前記コアのうち相互に隣り合う前記スロットの間の部分に、前記ロータの動径方向の磁場を発生する請求項１に記載の磁場中熱処理装置。
6. 前記磁場印加装置によって発生する磁場を、前記磁性部材の中心軸を回転中心として回転させる回転機構を、さらに有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁場中熱処理装置。
7. 前記回転機構は、前記磁場印加装置と前記支持具に支持された前記磁性部材との一方を他方に対して機械的に回転させる請求項６に記載の磁場中熱処理装置。
8. 前記回転機構は、前記磁場印加装置によって発生する磁場を電気的に回転させる請求項６に記載の磁場中熱処理装置。
9. 前記加熱炉は、前記支持具に支持された前記磁性部材と前記磁場印加装置との間に配置された断熱壁を含み、前記磁場印加装置は、前記加熱炉の外に配置されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁場中熱処理装置。
10. 前記磁場印加装置は、
    前記加熱炉の中に配置された絶縁性磁性材料からなる磁心と、
    前記磁心に巻かれたコイルと
    を含み、
    前記コイルの巻線として、絶縁被膜で覆われていない導線が用いられ、軸方向に隣り合う巻線同士が接触していない請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁場中熱処理装置。
11. 前記磁場印加装置を冷却する不活性流体を流す冷却流路を、さらに有し、
    前記冷却流路を流れた前記不活性流体が、前記加熱炉内に導入される請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁場中熱処理装置。
12. 回転機に用いられ、動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含む磁性部材を準備し、
    前記磁性部材の、動径方向の磁束が生じる部分に、動径方向の磁場を印加した状態で前記磁性部材の熱処理を行うことにより、動径方向の磁束が生じる部分の結晶の磁化容易軸を前記動径方向に揃える回転機の磁性部材の製造方法。
13. 動作中に、動径方向の磁束が生じる部分を含むステータと、
    前記ステータに対して回転可能に支持され、動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含むロータと
    を有し、
    前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方は、動径方向の磁束が生じる部分の結晶の磁化容易軸が動径方向に揃っている回転機。
14. 前記ステータは、環状のバックヨーク及び前記バックヨークから内側に向かって突出した複数のティースを含み、
    前記ティースの各々にの結晶の磁化容易軸が動径方向に揃っている請求項１３に記載の回転機。
15. 前記バックヨークの結晶の磁化容易軸が周方向に揃っている請求項１４に記載の回転機。
16. 前記ロータは、円柱状の外形を有するコアを含み、前記コアに、周方向に並ぶ複数のスロットが設けられており、相互に隣り合う前記スロットの間の部分の結晶の磁化容易軸が動径方向に揃っている請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の回転機。
17. 前記ロータは前記ステータの外側に配置されており、
    前記ステータは、中心部、及び前記中心部から外側に向かって動径方向に伸びる複数のティースを含み、前記ティースの各々の結晶の磁化容易軸が動径方向に揃っている請求項１３に記載の回転機。

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