JP2024076130A - ロータコアの加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアを均一に誘導加熱する。【解決手段】電動モータのロータコアを誘導加熱する加熱装置は、ロータコアの中心孔内に配置される誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルへ交流電流を供給する交流電源と、ロータコアの第１端面に配置されるとともに、ロータコアの第１端面に対向する第１対向面を有する第１磁束遮蔽板とを備える。第１磁束遮蔽板の第１対向面は、第１内側領域と、第１内側領域の径方向外側に位置する第１外側領域とを有する。第１内側領域は、第１外側領域よりも第１端面に向けて突出している。第１内側領域がロータコアの第１端面に当接したときに、第１外側領域とロータコアの第１端面との間に隙間が形成される。【選択図】図１

Description

本明細書は、ロータコアを誘導加熱する加熱装置に関する。

特許文献１には、中空円形形状を有するロータコアを、ロータコア内周側面に配置されたコイルにより高周波加熱するロータコア加熱装置が開示されている。このロータコア加熱装置は、ロータコアの軸方向の両端面に配置される一対の磁束遮蔽板を備える。

特開２０１７－０５０１６９号公報

上記した加熱装置では、磁束遮蔽板が、ロータコアに対して全面的に当接するように構成されている。このような構成であると、ロータコア又は磁束遮蔽板に存在する製造誤差に起因して、磁束遮蔽治具がロータコアの端面に対して均一に密着しないおそれがある。特に、ロータコアの貫通孔の周辺において、磁束遮蔽治具とロータコアの端面との間に隙間が生じていると、ロータコアを誘導加熱したときに、意図しない磁束の集中が生じることによって、ロータコアが局所的に過熱されることも想定される。本明細書は、このような問題を回避又は抑制し得る技術を提供する。

本明細書は、電動モータのロータコアを誘導加熱する加熱装置に具現化される。第１の態様において、前記ロータコアは、第１端面と、軸方向において前記第１端面とは反対に位置する第２端面と、前記第１端面から前記第２端面まで前記軸方向に沿って延びる中心孔と、を備えてもよい。前記加熱装置は、前記ロータコアの前記中心孔内に配置される誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルへ電気的に接続されており、前記誘導加熱コイルへ交流電流を供給する交流電源と、前記ロータコアの前記第１端面に配置されるとともに、前記ロータコアの前記第１端面に対向する第１対向面を有する第１磁束遮蔽板と、を備えてもよい。前記第１磁束遮蔽板の前記第１対向面は、第１内側領域と、前記第１内側領域の径方向外側に位置する第１外側領域とを有してもよい。前記第１内側領域は、前記第１外側領域よりも前記第１端面に向けて突出していてもよい。前記第１内側領域が前記ロータコアの前記第１端面に当接したときに、前記第１外側領域と前記ロータコアの前記第１端面との間に隙間が形成されてもよい。

上記の構成によると、加熱装置は、ロータコアの第１端面に対向する第１対向面を有する第１磁束遮蔽板を備える。第１対向面は、第１内側領域と、第１内側領域の径方向外側に位置する第１外側領域と、を有し、第１内側領域は、第１外側領域よりも第１端面に向けて突出している。このような構成によるとロータコアの中心孔に隣接する中央部分において、ロータコアと第１磁束遮蔽板との密着性を高めることができる。この結果、ロータコアが局所的に過熱されることが回避又は抑制される。

第２の態様では、前記第１の態様において、前記第１磁束遮蔽板の前記第１内側領域は、前記第１端面における前記中心孔の周縁の全体に当接してもよい。

第３の態様では、前記第２の態様において、前記第１磁束遮蔽板は、前記第１内側領域によって取り囲まれた領域に開口を有する貫通孔を有してもよい。前記第１磁束遮蔽板の前記貫通孔の径は、前記ロータコアの前記中心孔の径よりも小さくてもよい。

第４の態様では、前記第１から第３の態様のいずれか１つの態様において、前記ロータコアの前記第２端面に配置されるとともに、前記ロータコアの前記第２端面に対向する第２対向面を有する第２磁束遮蔽板をさらに備えてもよい。前記第２磁束遮蔽板の前記第２対向面は、第２内側領域と、前記第２内側領域の径方向外側に位置する第２外側領域とを有してもよい。前記第２内側領域は、前記第２外側領域よりも前記第２端面に向けて突出しており、前記第２端面に当接してもよい。

第５の態様では、前記第４の態様において、前記ロータコアの前記第１端面に配置された前記第１磁束遮蔽板と、前記ロータコアの前記第２端面に配置された前記第２磁束遮蔽板との少なくとも一方を、前記ロータコアに向けて押圧する押圧装置をさらに備えてもよい。

第１実施例の加熱装置にロータコアをセットした状態の断面図である。 磁束遮蔽板の斜視図である。 ロータコアの部分上面図である。 各種のグラフである。 第２実施例の加熱装置にロータコアをセットした状態の断面図である。

（第１実施例）
本実施例の加熱装置２は、ロータコア１０を誘導加熱する装置である。ロータコア１０は、シャフト（図示省略）に装着されることによって、電動モータのロータを構成する。電動モータのロータは、電動モータのケース内において回転自在に保持される。通常、電動モータは、ケース内に収容されたステータをさらに備える。ステータは、隙間を介してロータを取り囲むように配置される。電動モータは、例えば、電動車の駆動用モータとして採用される。

図１に示されるように、ロータコア１０は、第１端面１０Ａと、第２端面１０Ｂと、を備える。第２端面１０Ｂは、軸方向（即ち図面のＺ軸方向）において、第１端面１０Ａとは反対に位置する。ロータコア１０は、中心孔１２をさらに備える。中心孔１２は、第１端面１０Ａから第２端面１０Ｂまで、軸方向に沿って延びる。

ロータコア１０は、一対の非磁性体プレート１４さらに備える。一対の非磁性体プレート１４は、第１端面１０Ａ及び第２端面１０Ｂのそれぞれに位置している。各々の非磁性体プレート１４は、例えば、ステンレスによって構成される。なお、図１では図示省略しているが、ロータコア１０は、第１端面１０Ａと第２端面１０Ｂとの間で、複数の鋼板が積層された構造を有する。第１端面１０Ａに配置される非磁性体プレート１４は、複数の溶接個所Ｗ（図３参照）において第１端面１０Ａに溶接され、固定されている。また、第２端面１０Ｂに配置される非磁性体プレート１４は、複数の溶接個所Ｗにおいて第２端面１０Ｂに溶接され、固定されている。図３中の点Ｍは、溶接個所Ｗの近傍の位置であり、後述するひずみ測定場所を示す。

図３に示されるように、ロータコア１０には、複数の磁石孔１６が設けられている。複数の磁石孔１６には、それぞれ永久磁石１８が挿入される。複数の磁石孔１６は、ロータコア１０の外縁部に沿って、円周方向に配列されている。各々の磁石孔１６は、軸方向に延びている。磁石孔１６内の永久磁石１８は、例えば樹脂によって固定される。

ロータコア１０の加熱装置２は、誘導加熱（ＩＨ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）によってロータコア１０を加熱する。図１に示されるように、加熱装置２は、誘導加熱コイル４０を備える。誘導加熱コイル４０は、ロータコア１０の中心孔１２内に配置される。誘導加熱コイル４０は、ケーブル４２を介して、誘導加熱発振電源４４と電気的に接続されている。誘導加熱発振電源４４は、誘導加熱コイル４０へ交流電流を供給する交流電源である。誘導加熱コイル４０に交流電流が供給されることによって、ロータコア１０は誘導加熱される。加熱装置２は、シャフトにロータコア１０を焼き嵌めする前に、ロータコア１０を加熱するために利用される。

加熱装置２は、第１端面１０Ａに配置される第１磁束遮蔽板２０Ａを備える。図１及び図２に示されるように、第１磁束遮蔽板２０Ａは、第１端面１０Ａに対向する対向面２１Ａを有する。対向面２１Ａは、内側領域２２Ａと、内側領域２２Ａの径方向外側に位置する外側領域２３Ａと、を有する。内側領域２２Ａは、外側領域２３Ａよりも、第１端面１０Ａに向けて突出している。図２に示されるように、第１磁束遮蔽板２０Ａの径方向の寸法はＲ１であり、内側領域２２Ａの径方向の寸法はＲ２である。特に限定はされないが、本実施例では、Ｒ２はＲ１の半分の値である。変形例では、Ｒ２はＲ１の半分の値より大きくてもよいし、小さくてもよい。

また、第１磁束遮蔽板２０Ａは、貫通孔２４Ａをさらに有する。貫通孔２４Ａは、内側領域２２Ａ内に開口を有しており、内側領域２２Ａと同軸に位置している図２に示されるように、貫通孔２４Ａの径方向の寸法はＲ３である。図１に示されるように、貫通孔２４Ａの径方向の寸法Ｒ３（図１では図示省略）は、ロータコア１０の中心孔１２の径方向の寸法よりも小さい。内側領域２２Ａは、ロータコア１０の第１端面１０Ａにおける中心孔１２の周縁の全体に当接している。内側領域２２Ａがロータコア１０の第１端面１０Ａに当接したときに、外側領域２３Ａとロータコア１０の第１端面１０Ａとの間には隙間が形成される。

加熱装置２は、第２端面１０Ｂに配置される第２磁束遮蔽板２０Ｂをさらに備える。第２磁束遮蔽板２０Ｂは、第１磁束遮蔽板２０Ａと同様の構成を有する。即ち、第２磁束遮蔽板２０Ｂは、ロータコア１０の第２端面１０Ｂに対向する対向面２１Ｂを有し、対向面２１Ｂは、内側領域２２Ｂと外側領域２３Ｂとを有する。内側領域２２Ｂは、外側領域２３Ｂよりも、第２端面１０Ｂに向けて突出している。また、第２磁束遮蔽板２０Ｂは貫通孔２４Ｂを有しており、その貫通孔２４Ｂは内側領域２２Ｂ内に開口を有する。図１に示されるように、第２端面１０Ｂに配置される第２磁束遮蔽板２０Ｂは、第１端面１０Ａに配置される第１磁束遮蔽板２０Ａとは上下方向（即ちＺ軸方向）の向きが反対向きである。

第２磁束遮蔽板２０Ｂは、対向面２１Ｂとは反対側からベース部分５０によって支持される。第２磁束遮蔽板２０Ｂがベース部分５０によって支持されることで、ロータコア１０には、第１磁束遮蔽板２０Ａの重量が負荷される。第１磁束遮蔽板２０Ａの重量は、ロータコア１０をＺ軸負の方向（即ち紙面下方向）に押圧する。これにより、ロータコア１０の一方の非磁性体プレート１４と第１磁束遮蔽板２０Ａとの間、及び、ロータコア１０の他方の非磁性体プレート１４と第２磁束遮蔽板２０Ｂとの間が、それぞれ密着する。

特に、本実施例の加熱装置２では、第１磁束遮蔽板２０Ａと第２磁束遮蔽板２０Ｂのそれぞれが、ロータコア１０に向けて突出する内側領域２２Ａ、２２Ｂを有し、内側領域２２Ａ、２２Ｂのみにおいてロータコア１０と接触する。これにより、ロータコア１０には、その中心孔１２に隣接する中心部分（即ち、第１端面１０Ａにおける中心孔１２の周縁の全体、及び、第２端面１０Ｂにおける中心孔１２の周縁の全体）において、押圧力が強く作用する。その結果、中心孔１２に隣接する中心部分において、非磁性体プレート１４と磁束遮蔽板２０Ａ、２０Ｂとの間に、隙間が形成されることを避けることができる。

ここで、ロータコア１０の誘導加熱において、従来の磁束遮蔽板が利用されたときの比較例を想定する。上記の実施例では、磁束遮蔽板２０Ａ、２０Ｂに、ロータコア１０に向けて突出する内側領域２２Ａ、２２Ｂが設けられている。これに対して、比較例である従来の磁束遮蔽板では、ロータコアへの対向面がフラットに形成されている。

図４の各グラフは、比較例の誘導加熱で測定された指標と、本実施例の誘導加熱で測定された指標と、を対比して示す。詳しくは、図４（Ａ）は、非磁性体プレート１４の最高到達温度を示す。図４（Ｂ）は、図３中の点Ｍ（即ち溶接個所Ｗの近傍）における最大ひずみ値を示す。図４（Ｃ）は、誘導加熱後のロータコア１０の温度（加熱後温度）を示す。図４（Ａ）～図４（Ｃ）のそれぞれにおいて、左側のグラフが比較例を示しており、右側のグラフが本実施例を示している。

図４（Ａ）に示されるように、本実施例の構成によると、非磁性体プレート１４の最高到達温度を、比較例の構成よりも低くすることができる。これは、以下のような理由による。誘導加熱コイル４０に交流電流が供給されることによって、磁束が生じる。非磁性体プレート１４と磁束遮蔽板２０Ａ，２０Ｂとの密着性が悪いと、この磁束が非磁性体プレート１４に集中する。この結果、非磁性体プレート１４が過熱し、非磁性体プレート１４の最高到達温度が比較的高くなる（図４（Ａ）の左側のグラフ参照）。一方、上記の通り、本実施例の加熱装置２では、非磁性体プレート１４と磁束遮蔽板２０Ａ，２０Ｂとの密着性を高めることができる。このために、本実施例の構成によると、比較例の構成と比較して、非磁性体プレート１４の過熱が抑制されることで、非磁性体プレート１４の最高到達温度を低くすることができる（図４（Ａ）の右側のグラフ参照）。

また、図４（Ｂ）に示されるように、本実施例の構成によると、非磁性体プレート１４の点Ｍにおける最大ひずみ値を、比較例の構成よりも小さくすることができる。これは、以下のような理由による。非磁性体プレート１４が過熱されると、ロータコア１０の径方向外側の部分（例えばロータコア１０の第１端面１０Ａと非磁性体プレート１４とが溶接される溶接部分の近傍）に比較的大きな力がかかる。この力に起因して、非磁性体プレートの溶接部の近傍における最大ひずみ値が比較的大きくなってしまう（図４（Ｂ）の左側のグラフ参照）。一方、上記の通り、本実施例の構成によると、比較例の構成と比較して、非磁性体プレート１４の最高到達温度を低くすることができる。このために、本実施例の構成によると、比較例の構成と比較して、非磁性体プレート１４の溶接部近傍（即ち図３中の点Ｍ）にかかる力を低減させることができる。この結果、本実施例の構成によると、比較例の構成と比較して、非磁性体プレート１４の溶接部近傍（即ち図３中の点Ｍ）における最大ひずみ値を小さくすることができる。

また、図４（Ｃ）に示されるように、本実施例の構成によると、ロータコア１０加熱後温度は、比較例の構成によるロータコアの加熱後温度と略同一である。即ち、本実施例の加熱装置２によって製造されるロータは、比較例の加熱装置によって製造されるロータと同等の性能を有する。従って、本実施例の構成によると、比較例の構成と比較して、非磁性体プレートの最高到達温度及び最大ひずみ値を低減させつつ、比較例の構成によるロータと同等の性能を有するロータを製造することができる。

（第２実施例）
続いて、図５を参照して、第２実施例を説明する。第２実施例の加熱装置１０２は、第１実施例の加熱装置２とは、Ｚ軸方向に反対向きに（即ちベース部分５０が紙面上側に位置するように）構成される。なお、図５では、図１と同様の構成には同一の参照符号を付しており、その詳細な説明を省略する。

第２実施例の加熱装置１０２は、さらに、押圧装置１１０を備える。押圧装置１１０は、第１磁束遮蔽板２０Ａの対向面２１Ａと反対側の面（符号省略）に対向するように配置される。押圧装置１１０はアクチュエータ１１２を備える。図５の矢印に示されるように、押圧装置１１０は、ロータコア１０をＺ軸正の方向に押圧する。このために、非磁性体プレート１４と磁束遮蔽板２０Ａ，２０Ｂとの間の密着性をさらに高めることができる。

（対応関係）
誘導加熱発振電源４４が、本技術の「交流電源」の一例に相当する。対向面２１Ａ、内側領域２２Ａ、外側領域２３Ａが、それぞれ、本技術の「第１対向面」、「第１内側領域」、「第１外側領域」の一例に相当する。対向面２１Ｂ、内側領域２２Ｂ、外側領域２３Ｂが、それぞれ、本技術の「第２対向面」、「第２内側領域」、「第２外側領域」の一例に相当する。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。

（変形例１）上記の各実施例では、ロータコア１０の第１端面１０Ａに対向する第１磁束遮蔽板２０Ａが設けられると共に、ロータコア１０の第２端面１０Ｂに対向する第２磁束遮蔽板２０Ｂが設けられている。即ち、上記の各実施例では、加熱装置２，１０２は、２つの磁束遮蔽板２０Ａ，２０Ｂを備えている。これに対して、変形例では、ロータコア１０の第１端面１０Ａに対向する第１磁束遮蔽板２０Ａのみが設けられてもよい。同様に、ロータコア１０の第２端面１０Ｂに対向する第２磁束遮蔽板２０Ｂのみが設けられてもよい。即ち、加熱装置２，１０２は、１つの磁束遮蔽板２０Ａ（又は２０Ｂ）のみを備える構成であってもよい。

（変形例２）第２実施例の加熱装置１０２は、ベース部分５０に代えて、押圧装置を備えてもよい。この場合、Ｚ軸方向の両側（即ち紙面上側及び下側）からロータコア１０を押圧することができるので、非磁性体プレート１４と磁束遮蔽板２０Ａ，２０Ｂとの間の密着性をさらに高めることができる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２，１０２：加熱装置、１０：ロータ、１０Ａ：第１端面、１０Ｂ：第２端面、１２：中心孔、１４：非磁性体プレート、１６：磁石孔、１８：永久磁石、２０Ａ：第１磁束遮蔽板２０Ｂ：第２磁束遮蔽板、２１Ａ，２１Ｂ：対向面、２２Ａ，２２Ｂ：内側領域、２３Ａ，２３Ｂ：外側領域、２４Ａ，２４Ｂ：貫通孔、４０：誘導加熱コイル、４２：ケーブル、４４：誘導加熱発振電源、５０：ベース部材、１１０：押圧装置、１１２：アクチュエータ

Claims (5)

1. 電動モータのロータコアを誘導加熱する加熱装置であって、
   前記ロータコアは、
   第１端面と、
   軸方向において前記第１端面とは反対に位置する第２端面と、
   前記第１端面から前記第２端面まで前記軸方向に沿って延びる中心孔と、
   を備え、
   前記加熱装置は、
   前記ロータコアの前記中心孔内に配置される誘導加熱コイルと、
   前記誘導加熱コイルへ電気的に接続されており、前記誘導加熱コイルへ交流電流を供給する交流電源と、
   前記ロータコアの前記第１端面に配置されるとともに、前記ロータコアの前記第１端面に対向する第１対向面を有する第１磁束遮蔽板と、
   を備え、
   前記第１磁束遮蔽板の前記第１対向面は、第１内側領域と、前記第１内側領域の径方向外側に位置する第１外側領域とを有し、
   前記第１内側領域は、前記第１外側領域よりも前記第１端面に向けて突出しており、
   前記第１内側領域が前記ロータコアの前記第１端面に当接したときに、前記第１外側領域と前記ロータコアの前記第１端面との間に隙間が形成される、
   加熱装置。
2. 前記第１磁束遮蔽板の前記第１内側領域は、前記第１端面における前記中心孔の周縁の全体に当接する、請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記第１磁束遮蔽板は、前記第１内側領域によって取り囲まれた領域に開口を有する貫通孔を有し、
   前記第１磁束遮蔽板の前記貫通孔の径は、前記ロータコアの前記中心孔の径よりも小さい、請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記ロータコアの前記第２端面に配置されるとともに、前記ロータコアの前記第２端面に対向する第２対向面を有する第２磁束遮蔽板をさらに備え、
   前記第２磁束遮蔽板の前記第２対向面は、第２内側領域と、前記第２内側領域の径方向外側に位置する第２外側領域とを有し、
   前記第２内側領域は、前記第２外側領域よりも前記第２端面に向けて突出しており、前記第２端面に当接する、請求項１に記載の加熱装置。
5. 前記ロータコアの前記第１端面に配置された前記第１磁束遮蔽板と、前記ロータコアの前記第２端面に配置された前記第２磁束遮蔽板との少なくとも一方を、前記ロータコアに向けて押圧する押圧装置をさらに備える、請求項４に記載の加熱装置。

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