JP2018130804A - ロータコアの加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの内周側に配置された誘導コイルの加熱性能を向上することである。【解決手段】ロータコア１００の内周側に配置された内周側コイル４１によりロータコア１００を誘導加熱する加熱装置１であって、内周側コイル４１は、往コイル４２と、往コイル４２の一端で折り返されて、他端に向かって螺旋状に巻回された還コイル４３と、往コイル４２及び還コイル４３の内側に配置され、磁性材料からなる芯部材４４とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアの加熱装置に関し、特に、回転電機のロータコアを電磁誘導により加熱する加熱装置に関する。

回転電機のロータコアは、複数の円環状の鋼板を積層して円筒形状に構成されている。ロータコアは、その中心部にシャフトを焼き嵌めする等の目的のために、電磁誘導加熱方式の加熱装置により加熱される。

加熱装置の一例として、特許文献１には、ロータコアの外周側および内周側に、ロータコアと同軸となるように外周側コイルおよび内周側コイルをそれぞれ配置し、この２つのコイルによってロータコアに対して電磁誘導加熱を行う加熱装置が記載されている。

特開２０１２−２４０２５４号公報

特許文献１に記載の加熱装置では、ロータコアの外周側および内周側の両側からロータコアを加熱しているが、ロータコアの生産性を向上するために、加熱装置の加熱性能の向上が求められている。

外周側コイルでは、コイル巻数を増大することにより加熱性能を向上することができる。しかし、内周側コイルでは、ロータコアの内径やコイル線径等の制約によってコイル巻数の増大には限界があり、加熱性能の向上が困難である。

そこで、本発明では、ロータコアの内周側に配置された誘導コイルの加熱性能を向上することを目的とする。

本発明のロータコアの加熱装置は、円筒形状のロータコアの内周側に配置された誘導コイルにより前記ロータコアを誘導加熱する加熱装置であって、前記誘導コイルは、往コイルと、前記往コイルの一端で折り返されて、他端に向かって螺旋状に巻回された還コイルと、前記両コイルの内側に配置され、磁性材料からなる芯部材とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ロータコアの内周側に配置された誘導コイルの加熱性能を向上することができる。すなわち、ロータコアの加熱速度を向上することができ、その結果、ロータコアの生産性を向上することができる。

第１の実施形態の加熱装置の概略構成図である。 第１の実施形態における内周側コイルの拡大図であり、（Ａ）は内周側コイルの側面図であり、（Ｂ）は内周側コイルの平面図である。 第１の実施形態の加熱装置の要部拡大図である。 第２の実施形態における内周側コイルの拡大図であり、（Ａ）は内周側コイルの側面図であり、（Ｂ）は内周側コイルの平面図である。

第１の実施形態の加熱装置１は、例えば、回転電機に用いられるロータコア１００の製造時、このロータコア１００を電磁誘導加熱する際に使用される。まず、ロータコア１００について説明する。ロータコア１００は、複数枚の円環状の電磁鋼板を軸方向に積層して一体に連結して構成されている。このため、ロータコア１００は円筒形状の磁性体部品となる。ロータコア１００の中央部にはシャフトが固定される。また、ロータコア１００の円環部には、周方向に沿って複数の永久磁石が埋設されている。

次に、加熱装置１について説明する。図１に示すように、加熱装置１は、ロータコア１００を載置する載置台２と、この載置台２を昇降する昇降装置３と、ロータコア１００を加熱する誘導コイル４と、誘導コイル４に交流電流を供給する電力供給装置５とを備えている。

載置台２および昇降装置３は、誘導コイル４の下方に配置されている。載置台２は、ロータコア１００を保持する保持機構を備えている。載置台２の下部には、昇降装置３が設けられている。昇降装置３は、載置台２を昇降するシリンダ等のアクチュエータを備えており、載置台２を、ロータコア１００を加熱する加熱位置と、加熱後のロータコア１００を次工程に搬出する搬出位置（図１に示す位置）とに上下移動する。

誘導コイル４は、ロータコア１００の外周側からロータコア１００を誘導加熱する外周側コイル４０と、ロータコア１００の内周側からロータコア１００を誘導加熱する内周側コイル４１とを備えている。外周側コイル４０および内周側コイル４１は、図示しない支持部にそれぞれ固定されている。すなわち、外周側コイル４０と内周側コイル４１とは一体的に固定されている。また、外周側コイル４０および内周側コイル４１は、電力供給装置５に電気的に直列接続されている。

外周側コイル４０は、ロータコア１００の外径よりも大きい内経を有するコイルである。外周側コイル４０の軸方向の長さは、ロータコア１００の軸方向の長さよりも長くなるように設定されている

内周側コイル４１は、ロータコア１００の内径よりも小さい外経を有するコイルである。内周側コイル４１の軸方向の長さも、ロータコア１００の軸方向の長さよりも長くなるように設定されている。すなわち、図３に示すように、ロータコア１００を加熱位置に配置したとき、ロータコア１００の外周面は外周側コイル４０によって覆われる状態となり、ロータコア１００の内周側には内周側コイル４１が近接配置される状態となる。

また、内周側コイル４１の巻数は、外周側コイル４０の巻数よりも高密度となるように設定されている。すなわち、内周側コイル４１と外周側コイル４０との巻数比は、内周側コイル４１が大きくなるように設定されている。なお、内周側コイル４１の詳しい構成については後述する。

電力供給装置５は、交流電流を供給する高周波電源５０と、高周波電源５０からの電力を増幅するとともに最適化して、誘導コイル４に供給する整合器５１と、高周波電源５０から誘導コイル４への交流電流の供給量を制御する制御部５２と、ロータコア１００の温度を検出する温度センサ５３とを備えている。制御部５２は、温度センサ５３からの検出温度に基づき、誘導コイル４への交流電流の供給量を制御する。

ここで、内周側コイル４１について図２を参照して説明する。内周側コイル４１は、往コイル４２と、往コイル４２の外側に配置された還コイル４３と、往コイル４２の内側に配置された棒状の芯部材４４とを備えている。

内周側コイル４１は、１本の導線から構成されており、往側引出線４２ａから螺旋状の往側巻線部４２ｂ（往コイル４２）を形成し、往コイル４２の先端から往側引出線４２ａに向かって折り返され、往コイル４２の外側で螺旋状に巻回されて還側巻線部４３ｂ（還コイル４３）を形成し、往側引出線４２ａと平行して還側引出線４３ａが引き出されて構成されている。このとき、還側巻線部４３ｂ（還コイル４３）は、還コイル４３を流れる電流の向きが往コイル４２に流れる電流の向きと同じになるように巻回されている。

還コイル４３は、往コイル４２の径よりも大きい経を有している。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、往コイル４２の外側に、還コイル４３が配置されている。このように、還側巻線部４３ｂ（還コイル４３）が往側巻線部４２ｂ（往コイル４２）の外側に配置されているので、往コイル４２の内側が空間となり、この空間に芯部材４４が配置されている。芯部材４４は、例えば、フェライトコア等の磁性材料から形成されている。芯部材４４は、往コイル４２の中心軸上に配置されており、往コイル４２の両端からわずかに突出している。

次に、加熱装置１によりロータコア１００を加熱する場合について図１、３を参照して説明する。昇降装置３が載置台２を上昇させて、ロータコア１００を加熱する加熱位置に移動する。この加熱位置では、内周側コイル４１がロータコア１００の内周側に位置し、外周側コイル４０がロータコア１００の外周側に位置している。

この加熱位置において、外周側コイル４０および内周側コイル４１に電力供給装置５より交流電流が供給される。そして、外周側コイル４０と内周側コイル４１とに発生する磁界によって、ロータコア１００の内周側および外周側に渦電流が流れる。特に、図中、矢印Ｆで示すように、ロータコア１００の内周側では、芯部材４４により磁束密度が増大し、ロータコア１００の内周側に流れる渦電流が増大する。この結果、抵抗熱として発生するジュール熱も増大し、ロータコア１００の加熱速度が向上する。

そして、ロータコア１００の加熱が終了すると、昇降装置３により載置台２を下降して、ロータコア１００を次工程に搬出する搬出位置に移動する。載置台２は、ロータコア１００の保持を解除する。その後、ロータコア１００は図示しない搬出機構によって次工程に搬出される。

このように、還側巻線部４３ｂ（還コイル４３）を往側巻線部４２ｂ（往コイル４２）の外側に配置することによって往コイル４２の内側が空間となるので、この空間に芯部材４４を配置することができる。往コイル４２の内側に芯部材４４が配置されることによって、ロータコア１００の内周側における磁束密度が増大してジュール熱も増大し、ロータコア１００の加熱速度を向上することができる。その結果、ロータコア１００の生産性も向上することができる。

また、芯部材４４は、往コイル４２の中心軸上に配置されるので、磁束密度の偏り（ばらつき）が抑制されて、ロータコア１００を均一に加熱することができ、加熱むらを抑制することができる。また、還コイル４３を流れる電流の向きと往コイル４２を流れる電流の向きとが同じ向きになるように、還コイル４３を巻回しているので、磁束が打ち消しあって減少することを抑制することができる。

次に、第２の実施形態について図４を参照して説明する。図４は内周側コイル４５を示す。第２の実施形態では、内周側コイル４５の構成が異なり、その他の構成については第１の実施形態と同様なので、内周側コイル４５の構成について説明し、その他の構成についての説明は省略する。

図４に示すように、内周側コイル４５は、往コイル４６と、往コイル４６と同径の還コイル４７と、往コイル４６の内側に配置された棒状の芯部材４４とを備えている。内周側コイル４５は、線径が異なる２本の導線から構成されている。すなわち、往コイル４６は、線径が大きい導線により形成されており、還コイル４７は、往コイル４６の線径よりも小さい線径の導線により形成されている。

往コイル４６は、線径が大きい導線を用いて往側引出線４６ａから螺旋状の往側巻線部４６ｂによって形成されている。また、還コイル４７は、線径が小さい導線を用いて往コイル４６の先端から、往側引出線４６ａに向かって折り返され、往コイル４６の螺旋部の間を通って螺旋状に巻回された還側巻線部４７ｂによって形成されている。

還コイル４７の還側引出線４７ａは、往側引出線４６ａの線径と同じであり、往側引出線４６ａと平行して引き出されている。このように、内周側コイル４５では、還側巻線部４７ｂ（還コイル４７）の部分のみ導線の線径が小さくなっている。

図４（Ｂ）に示すように、還コイル４７は、往コイル４６と略同径の円上において螺旋状に巻回されている。すなわち、往コイル４６と還コイル４７とが重なるように巻回することによって、往コイル４６の内側が空間となるので、この空間に芯部材４４が配置されている。

そして、第１の実施形態と同様に、外周側コイル４０および内周側コイル４５に交流電流を供給することによって、ロータコア１００の外周側および内周側に渦電流が流れてジュール熱が発生することによりロータコア１００が加熱される。また、往コイル４６の内側に芯部材４４が配置されているので、ロータコア１００の内周側における磁束密度が増大してジュール熱も増大し、ロータコア１００の加熱速度を向上することができ、生産性を向上することができる。

なお、内周側コイル４５に、電力供給装置５より交流電流が供給されると、往コイル４６と還コイル４７とでは、電流の流れる向きが逆になって磁束を打ち消す消磁作用が生じるが、還コイル４７の線径は往コイル４６の線径より小さいので、還コイル４７に流れる電流は、往コイル４６に流れる電流よりも小さい。このため、往コイル４６と還コイル４７とによる各磁束が互いに打ち消し合っても、往コイル４６による磁束のほうが大きいので磁束が消滅することはない。

１ 加熱装置、２ 載置台、３ 昇降装置、４ 誘導コイル、５ 電力供給装置、４０ 外周側コイル、４１，４５ 内周側コイル、４２，４６ 往コイル、４２ａ，４６ａ 往側引出線、４２ｂ，４６ｂ 往側巻線部、４３，４７ 還コイル、４３ａ，４７ａ 還側引出線、４３ｂ，４７ｂ 還側巻線部、４４ 芯部材、５０ 高周波電源、５１ 整合器、５２ 制御部、５３ 温度センサ、１００ ロータコア。

Claims (1)

1. 円筒形状のロータコアの内周側に配置された誘導コイルにより前記ロータコアを誘導加熱する加熱装置であって、
   前記誘導コイルは、
   往コイルと、
   前記往コイルの一端で折り返されて、他端に向かって螺旋状に巻回された還コイルと、
   前記両コイルの内側に配置され、磁性材料からなる芯部材と、
   を含むことを特徴とするロータコアの加熱装置。
   
   
   

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