JP6373788B2 - Rotating electrical machine and method for manufacturing the rotor - Google Patents
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Description
本発明は、電磁鋼板等の軟磁性薄板積層体で鉄心(コア)が形成された回転子(ロータ)を用いる三相かご型誘導モータ等の回転電機(モータ)に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine (motor) such as a three-phase squirrel-cage induction motor using a rotor (rotor) in which an iron core (core) is formed of a soft magnetic thin plate laminate such as an electromagnetic steel plate.
回転電機(モータ)は、電力量の40%使用する最大電力消費機器であり、発電におけるCO2ガス放出削減による地球温暖化防止の観点から、モータには損失低減、高効率化による電気エネルギー消費量の低減が求められている。 Rotating electric machine (motor) is the maximum power consuming device that uses 40% of the electric energy, from the viewpoint of preventing global warming by reducing the CO 2 gas discharged in the power generation, the loss reduction in the motor, the electric energy consumption by high efficiency There is a need to reduce the amount.
モータの損失は、固定子(ステータ)コアに発生する鉄損、ステータ巻線の1次銅損、ロータ内導体の2次銅損、ベアリングの摩擦損、冷却ファンでの風損による機械損および漂遊負荷損に大別される。 Motor loss includes iron loss that occurs in the stator (stator) core, primary copper loss of the stator winding, secondary copper loss of the conductor in the rotor, friction loss of the bearing, mechanical loss due to wind loss in the cooling fan, and It is roughly divided into stray load loss.
これらの損失中、鉄損、銅損が主たる損失構成要素となり、これら主損失低減を目的として、モータ設計の高度化、材料特性向上といった技術改善が積極的に行われてきており、これらの主たる損失低減はほぼ限界に近づいてきている。 Among these losses, iron loss and copper loss are the main loss components. For the purpose of reducing these main losses, technological improvements such as advanced motor design and improved material characteristics have been actively carried out. Loss reduction is approaching its limit.
残る損失の中では、漂遊負荷損は、全損失に対する割合が比較的高く、効率面での影響度を有している。漂遊負荷損については、その発生機構に関しては未解明の部分が多く、低減余地が多く残された損失となっている。漂遊負荷損は、主にモータ内に不可避的に発生する高調波磁束に起因するとされ、例えば、特許文献1に記載されるように、三相かご型誘導モータに関し、ロータのスロット外周部にスリットを設ける手法が漂遊負荷損低減手法として提案されている。
Among the remaining losses, stray load loss has a relatively high ratio to the total loss, and has an effect on efficiency. As for the stray load loss, there are many unexplained parts regarding the generation mechanism, and there is much room for reduction. The stray load loss is mainly caused by the harmonic magnetic flux inevitably generated in the motor. For example, as described in
特許文献1では、スロット外周部のスリットとスロット間にブリッジ部を形成し、ダイキャストにより形成される2次導体(ロータバー)がスリット内に押出されないようにする必要がある。この場合、ブリッジ部幅が0.3〜0.5mmと狭くなるために、ロータコアの打抜き時に金型損傷が起き易くなり、金型費の増大をもたらし、モータ製作コストが高くなるという問題がある。
In
本発明は、上記従来技術のような問題がなく、漂遊負荷損が低減された高効率モータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-efficiency motor having no problem as in the prior art and having reduced stray load loss.
本発明は、漂遊負荷損低減に関し、鋭意検討した結果得られたものであり、ロータ製作最終工程で外周が切削等の機械加工を施されるロータの表面を熱処理し、ロータコア表面応力を制御することで、漂遊負荷損を低減できることを見出し、本発明に至った。 The present invention has been obtained as a result of diligent research regarding stray load loss reduction, and heat treatment is performed on the surface of the rotor whose outer periphery is subjected to machining such as cutting in the final rotor manufacturing process, thereby controlling the rotor core surface stress. As a result, it was found that stray load loss can be reduced, leading to the present invention.
漂遊負荷損は、高調波磁束がモータのコア表面に作用する結果、コア表面に渦電流が流れることで生じることが定性的に説明されている。従って、高調波磁束がコアに流れにくくすることで、漂遊負荷損の低減が可能になる。その手段として、本発明では、ロータコア外周の機械加工後に表面に熱処理を施し、ロータコア表面応力をコントロールすることで、ロータコア半径方向に高調波磁束が流れにくくし、その結果、コア表面の高調波磁束浸透による渦電流損失の低減による低漂遊負荷損化が可能になる。 It is qualitatively explained that stray load loss is caused by eddy current flowing on the core surface as a result of the harmonic magnetic flux acting on the core surface of the motor. Therefore, stray load loss can be reduced by making it difficult for the harmonic magnetic flux to flow to the core. As a means for this, in the present invention, the surface of the rotor core is subjected to heat treatment after machining and the rotor core surface stress is controlled to make it difficult for harmonic flux to flow in the radial direction of the rotor core. Low stray load loss can be achieved by reducing eddy current loss due to infiltration.
本発明の代表的な「回転電機」の一例を挙げるならば、回転子鉄心が軟磁性体薄板の積層体で形成され、その外周面が機械加工され、表面熱処理が施された回転子を用いる回転電機であって、回転子外周面の円周方向表面応力が0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPaの範囲内であることを特徴とするものである。 To give an example of a typical “rotary electric machine” of the present invention, a rotor in which a rotor core is formed of a laminate of soft magnetic thin plates, its outer peripheral surface is machined, and surface heat treatment is used is used. The rotating electrical machine is characterized in that the circumferential surface stress of the outer peripheral surface of the rotor is in the range of 0 to 700 MPa, and the axial surface stress is in the range of 0 to 200 MPa.
また、本発明の代表的な「回転電機の回転子の製造方法」の一例を挙げるならば、軟磁性薄板の積層体で形成された回転子鉄心の外周面を機械加工する工程と、前記回転子鉄心の外周面の表面を熱処理して、回転子外周面の円周方向表面応力が0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPaの範囲内とする工程と、を備えるものである。 Further, as an example of a representative “method for manufacturing a rotor of a rotating electric machine” of the present invention, a step of machining an outer peripheral surface of a rotor core formed of a laminate of soft magnetic thin plates, and the rotation Heat treating the outer peripheral surface of the core and setting the circumferential surface stress of the rotor outer peripheral surface within a range of 0 to 700 MPa and an axial surface stress within a range of 0 to 200 MPa. Is.
本発明によれば、ロータコア外周の機械加工後の表面の熱処理により、ロータコア表面の円周方向応力を0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向応力を0〜200MPaの範囲内にコントロールすることにより、漂遊負荷損が低減された高効率モータを提供することができる。 According to the present invention, by controlling the circumferential stress on the rotor core surface within the range of 0 to 700 MPa and the axial stress within the range of 0 to 200 MPa by heat treatment of the surface after machining of the outer periphery of the rotor core. A high-efficiency motor with reduced stray load loss can be provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
出力2.2kW、4極の三相かご型誘導モータのロータを対象とした実施例、比較例を用いる。ロータには、外径109mm、厚さ0.5mmの電磁鋼板コアからなる積厚81mmの積層コアを用いた。ロータコアには、28のスロットが設けられ、スロット内にダイキャストによるアルミニウムのロータバーが形成されている。ロータバーのダイキャスト後に、ロータコア中央のシャフト孔にシャフトを焼嵌めし、最終工程としてステータ/ロータ間に所定のギャップを設けるための外周加工が施されている。ロータコアは、クローズドスロットであり、1スロット分のスキューが施されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
An example and a comparative example for a rotor of an output 2.2 kW, four-pole three-phase squirrel-cage induction motor are used. As the rotor, a laminated core having an outer thickness of 109 mm and an electromagnetic steel plate core having a thickness of 0.5 mm and a stack thickness of 81 mm was used. The rotor core is provided with 28 slots, and an aluminum rotor bar is formed in the slot by die casting. After die casting of the rotor bar, the shaft is shrink-fitted into the shaft hole at the center of the rotor core, and as a final step, outer periphery processing is performed to provide a predetermined gap between the stator / rotor. The rotor core is a closed slot and is skewed by one slot.
同一工程、同一条件で製作されたロータを複数製作し、任意のロータを夫々の条件で熱処理し、漂遊負荷損と表面応力(残留応力)を測定し、漂遊負荷損と表面応力との間の相関性を評価した。 A plurality of rotors manufactured in the same process and under the same conditions are manufactured, arbitrary rotors are heat-treated under the respective conditions, stray load loss and surface stress (residual stress) are measured, and the difference between stray load loss and surface stress is measured. Correlation was evaluated.
漂遊負荷損の測定では、ステータを固定し、夫々の条件で熱処理されたロータを差し替えて測定し、ステータ特性のバラつきの影響を排除した。ステータのスロット数は、36である。漂遊負荷損測定は、日本工業規格JIS C4034−2−1に準拠して行った。 The stray load loss was measured by fixing the stator and replacing the heat-treated rotor under each condition to eliminate the effect of variations in stator characteristics. The number of slots in the stator is 36. The stray load loss measurement was performed in accordance with Japanese Industrial Standard JIS C4034-2-1.
表面応力は、X線応力測定法により測定した。測定エリアは、ロータコア中央の4mm×4mmの矩形領域とし、sinψ2法によりロータコアの円周方向および軸方向の表面応力を求めた。 The surface stress was measured by an X-ray stress measurement method. The measurement area was a rectangular area of 4 mm × 4 mm in the center of the rotor core, and the surface stress in the circumferential direction and the axial direction of the rotor core was determined by the sin ψ2 method.
図1は、実施例、比較例に用いたロータ1に対し、測定した表面応力の方向を図示したものである。図において、ロータ1の軸方向に対応する符号5が軸方向表面応力を、ロータ1の円周方向に対応する符号6が円周方向表面応力を表す。ロータ1は、ロータコア2内のスロット(図示せず)、両端のエンドリング3および冷却フィン(図示せず)がダイキャストにより一括成形されて、その後に、シャフト4が焼嵌めされている。漂遊負荷損の測定後にロータ1をステータから取り外し、ロータコア2の中央部に波長0.2291nmのCrKα特性X線を照射し、軸方向表面応力5、円周方向表面応力6を測定した。回折面は(211)面とした。
FIG. 1 illustrates the direction of the measured surface stress with respect to the
表1に、本発明における実施例と比較例の漂遊負荷損と表面応力の測定結果を示した。漂遊負荷損は、200V/50Hzでの値である。表面応力値は、プラスの場合は引張応力を、マイナスの場合は圧縮応力が作用していることを示す。 Table 1 shows the measurement results of stray load loss and surface stress in Examples and Comparative Examples of the present invention. The stray load loss is a value at 200 V / 50 Hz. When the surface stress value is positive, tensile stress is applied, and when it is negative, compressive stress is applied.
〔表1〕
[Table 1]
実施例1から実施例5、および比較例2は、周波数23kHz、10kWの高周波誘導加熱電源を用いて表面加熱した場合の測定結果であり、実施例1の誘導加熱Aから比較例2の誘導加熱Fの順に加熱時間を長くして試験した結果である。具体的には、誘導加熱AからFの順に、加熱時間を75,100,150,200,250,300秒と長時間化し、加熱時間の影響を評価した。 Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 are measurement results when surface heating is performed using a high-frequency induction heating power source with a frequency of 23 kHz and 10 kW. From induction heating A of Example 1 to induction heating of Comparative Example 2 It is the result of testing by increasing the heating time in the order of F. Specifically, the heating time was increased to 75, 100, 150, 200, 250, and 300 seconds in the order of induction heating A to F, and the influence of the heating time was evaluated.
図2は、実施例1〜5、比較例2のロータの加熱に用いた誘導加熱の模式図を示したものである。ロータ1の周囲にソレノイドコイル状の誘導コイル7を配して高周波電流を流して加熱した。誘導コイル7は、銅管製で通電時に水冷される。
FIG. 2 is a schematic diagram of induction heating used for heating the rotors of Examples 1 to 5 and Comparative Example 2. A solenoid coil-
実施例6、比較例3は、ロータの表面加熱に火炎加熱法を適用した結果である。火炎には、アセチレン、酸素混合バーナー火炎を用い、実施例6の火炎加熱Aでは、酸素圧力を2.5kg/cm2とし、比較例3の火炎加熱Bでは、酸素圧力を5.0kg/cm2とした。アセチレンガスは、上記酸素圧力で火炎状態が最適形状を示すように流量調整した。 Example 6 and Comparative Example 3 are the results of applying the flame heating method to the surface heating of the rotor. As the flame, an acetylene and oxygen mixed burner flame was used. In the flame heating A of Example 6, the oxygen pressure was 2.5 kg / cm 2, and in the flame heating B of Comparative Example 3, the oxygen pressure was 5.0 kg / cm 2. 2 . The flow rate of the acetylene gas was adjusted so that the flame state shows the optimum shape at the oxygen pressure.
実施例7は、アルミナ粉末に高温ガスを吹き込み熱処理する流動層加熱によりロータの表面を加熱した結果である。アルミナ流動層の温度を600°Cとし、ロータの浸漬時間を1分間とした。 Example 7 is the result of heating the surface of the rotor by fluidized bed heating in which high temperature gas was blown into the alumina powder and heat treated. The temperature of the alumina fluidized bed was 600 ° C., and the immersion time of the rotor was 1 minute.
比較例1は、ロータコア外周は、機械加工されているが、その後に熱処理されない一般的なロータである。本発明では、比較例1を基準にその漂遊負荷損からの増減で効果有無を判断した。そして、このロータとの漂遊負荷損の差により、ロータ加熱効果の良否を判定した。 Comparative Example 1 is a general rotor in which the outer periphery of the rotor core is machined but not heat-treated thereafter. In the present invention, the presence / absence of the effect was determined by the increase / decrease from the stray load loss based on Comparative Example 1. And the quality of the rotor heating effect was determined by the difference in stray load loss with this rotor.
表1からわかるように、ロータの表面が熱処理されることで比較例1のロータコア外周機械加工状態から表面応力が緩和され、応力レベルが低下し、それに伴い、漂遊負荷損が低下することがわかる。 As can be seen from Table 1, the surface of the rotor is heat-treated, so that the surface stress is relaxed from the machining state of the outer periphery of the rotor core of Comparative Example 1, the stress level is lowered, and accordingly, the stray load loss is lowered. .
図3は、熱処理されていない比較例1の、機械加工されたロータコア外周の金属組織を示す顕微鏡写真である。図は、機械加工外周面11近傍の組織を示したものである。機械加工における切削工具刃先は、図3の左方から右方に移動し、ロータコア表面を切削している。図3には、機械加工外周面から半径方向に100μm程度入った領域には、コア材の電磁鋼板初期組織である再結晶粒12の存在が明瞭に観察され、コア外周の機械加工の影響が及ばないことがわかる。これに対し、外周機械加工面の半径方向直下には、切削加工で生じた剪断帯が明瞭に観察され、塑性歪みの残留が容易に理解できる。
FIG. 3 is a photomicrograph showing the metal structure of the outer periphery of the machined rotor core of Comparative Example 1 that has not been heat-treated. The figure shows the structure in the vicinity of the machined outer
一方、本発明に用いたX線応力測定におけるX線の浸透深さが、数μmであることを考えると、表1の表面応力は、塑性歪みに対応した応力値であることが理解できる(X線応力測定では、基本的に歪みを計測している。)。 On the other hand, considering that the penetration depth of X-rays in the X-ray stress measurement used in the present invention is several μm, it can be understood that the surface stress in Table 1 is a stress value corresponding to plastic strain ( In X-ray stress measurement, strain is basically measured.)
ここで、円周方向、軸方向、半径方向の塑性歪みをそれぞれ、εθ、εZ、εrとすると、各塑性歪み間には、次の式1の関係が近似的に成立する。
Here, assuming that plastic strains in the circumferential direction, the axial direction, and the radial direction are ε θ , ε Z , and ε r , the relationship of the following
εθ+εz+εr=0 ・・・(1)
この式から、円周方向の塑性歪みおよび軸方向の塑性歪みが正の値で大きければ、半径方向の塑性歪みが負の値で大きくなる。上記したように、表面応力の存在は、歪みの存在と同義であるから、コア表面の軸方向応力或いは円周方向応力により、コア外周機械加工面の直下領域においてコア半径方向の塑性歪みεrが発生し、そのレベルが、機械加工された初期状態から実施例の熱処理により軽減される。ここで、コア表面の応力が正の値であれば、コア半径方向の歪みは負の値となり、コア半径方向の塑性歪みは圧縮方向の歪みとなる。
ε θ + ε z + ε r = 0 (1)
From this equation, if the plastic strain in the circumferential direction and the plastic strain in the axial direction are large with positive values, the plastic strain in the radial direction is large with negative values. As described above, since the presence of surface stress is synonymous with the presence of strain, the plastic strain ε r in the core radial direction in the region immediately below the core outer peripheral machining surface due to axial stress or circumferential stress on the core surface. The level is reduced by the heat treatment of the embodiment from the machined initial state. Here, if the stress on the core surface is a positive value, the strain in the core radial direction is a negative value, and the plastic strain in the core radial direction is a strain in the compression direction.
ところで、コア材の電磁鋼板は、圧縮歪み(応力)の作用で透磁率が大きく低下することが知られている(非特許文献1参照)。また、ステータコアに設けられたスロット等の影響を受け、モータのステータ、ロータ間の空隙には高調波磁束が発生する(非特許文献2参照)。この高調波磁束による渦電流損が漂遊負荷損の一因となり、本発明の実施例、比較例において得られた結果は、主にロータコアの透磁率と高調波磁束による渦電流の関係から説明され得る。 By the way, it is known that the magnetic steel sheet of the core material has a significant decrease in magnetic permeability due to the action of compressive strain (stress) (see Non-Patent Document 1). Further, under the influence of a slot or the like provided in the stator core, harmonic magnetic flux is generated in the gap between the stator and rotor of the motor (see Non-Patent Document 2). This eddy current loss due to the harmonic magnetic flux contributes to stray load loss, and the results obtained in the examples and comparative examples of the present invention are explained mainly from the relationship between the magnetic permeability of the rotor core and the eddy current due to the harmonic magnetic flux. obtain.
図4に、非特許文献1から引用した電磁鋼板の比透磁率と応力の関係を示す。横軸は印加応力を表し、正の値は引張応力を、負の値は圧縮応力を示す。圧縮応力の作用で透磁率が急激に低下することがわかる。図においては、磁束密度Bが0.5T,1.0T,1.5Tのグラフが示されている。
FIG. 4 shows the relationship between the relative magnetic permeability and stress of the electromagnetic steel sheet cited from
高調波磁束の浸透深さδは、高調波磁束の周波数をf、コア材の比抵抗をρ、透磁率をμとして、次の式2で表される。
The penetration depth δ of the harmonic magnetic flux is expressed by the following
δ=(ρ/πfμ)1/2 ・・・(2)
この式から、透磁率μが増加すると高調波磁束の浸透深さδは減少する。
δ = (ρ / πfμ) 1/2 (2)
From this equation, as the magnetic permeability μ increases, the penetration depth δ of the harmonic magnetic flux decreases.
ロータコア外周の半径方向の圧縮歪みの低減と伴に、半径方向の透磁率が回復する。それに伴い、半径方向の高調波磁束がロータコアに浸透しにくくなる。本発明の実施例、比較例に用いた誘導モータのロータコアは、上記したようにクローズドスロット形状を有しており、ロータ最外周面とロータバー間には、コア材が介在する。ロータコア外周の半径方向圧縮歪みが大きく、ロータコア半径方向の透磁率が低い場合は、半径方向の高調波磁束が浸透しやすくなり、ロータ最外周面とロータバー間に介在するコアを通過しロータバーに達することが十分に考えられる。その場合は、電気抵抗の低いロータバー内を高調波磁束による渦電流が流れることになり損失が増大する。 The magnetic permeability in the radial direction is restored with a reduction in the radial compressive strain on the outer periphery of the rotor core. Accordingly, the harmonic magnetic flux in the radial direction is less likely to penetrate into the rotor core. The rotor core of the induction motor used in the examples and comparative examples of the present invention has a closed slot shape as described above, and a core material is interposed between the rotor outermost peripheral surface and the rotor bar. When the radial compressive strain on the outer periphery of the rotor core is large and the permeability in the radial direction of the rotor core is low, the harmonic magnetic flux in the radial direction is likely to permeate and pass through the core interposed between the outermost peripheral surface of the rotor and the rotor bar and reach the rotor bar. It is fully conceivable. In this case, an eddy current due to the harmonic magnetic flux flows in the rotor bar having a low electric resistance, and the loss increases.
ロータコア外周の半径方向圧縮歪みの軽減に伴い、半径方向高調波磁束がロータコアに浸透しにくくなれば、高調波磁束による渦電流はロータ最外周面とロータバー間に介在するコア内を流れるのみであり損失が低減する。 If the radial harmonic magnetic flux becomes difficult to penetrate into the rotor core along with the reduction of the radial compressive strain on the outer periphery of the rotor core, the eddy current due to the harmonic magnetic flux only flows in the core interposed between the rotor outermost peripheral surface and the rotor bar. Loss is reduced.
表面加熱による塑性歪みの解放が進むに伴い、比較例2,3のように軸方向表面応力は圧縮応力状態に転じる。この現象は、機械加工時に存在する半径方向の複雑な応力状態によって起こる現象と推察されるが、軸方向の圧縮応力化(圧縮歪み化)に伴う、軸方向透磁率が低下する。
本発明の実施例、比較例に用いた誘導モータのロータコアは、上述したように、スキューされている。スキューされることで、ロータ軸方向に基本波磁束の分布を生じ、漂遊負荷損に含まれる基本波鉄損を生じる。軸方向圧縮応力が作用する場合、透磁率が低くなりスキューによる軸方向磁束分布度合いが激しくなり、基本波鉄損が増大する。そのため、軸方向表面応力は、正の値をとることが好ましい。
As the plastic strain is released by the surface heating, the axial surface stress turns into a compressive stress state as in Comparative Examples 2 and 3. Although this phenomenon is presumed to be caused by a complex stress state in the radial direction that exists during machining, the axial permeability decreases with the compression stress (compression strain) in the axial direction.
As described above, the rotor core of the induction motor used in the examples and comparative examples of the present invention is skewed. By being skewed, a fundamental magnetic flux distribution is generated in the rotor axial direction, and a fundamental iron loss included in the stray load loss is generated. When the axial compressive stress acts, the magnetic permeability decreases, the degree of axial magnetic flux distribution due to skew increases, and the fundamental wave iron loss increases. Therefore, it is preferable that the axial surface stress takes a positive value.
円周方向表面応力については、円周方向に圧縮応力が作用し、ロータコア表面の円周方向透磁率が低下すると、円周方向高調波磁束がロータバーを経由するようになるため、半径方向高調波磁束の場合と同様に、アルミニウムのロータバーに渦電流が発生し、損失が増大することになるため好ましくない。そのため、円周方向表面応力は、正の値をとることが好ましい。 Regarding the circumferential surface stress, if a compressive stress acts in the circumferential direction and the circumferential permeability of the rotor core surface decreases, the circumferential harmonic magnetic flux passes through the rotor bar. As in the case of the magnetic flux, an eddy current is generated in the aluminum rotor bar and the loss increases, which is not preferable. Therefore, it is preferable that the circumferential surface stress has a positive value.
図5に、本発明における実施例、比較例各点の表面応力状態を示す。各実施例から、図5に示した応力範囲21が漂遊負荷損低減に有効な表面応力状態であることがわかる。すなわち、回転子外周面の円周方向表面応力が0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPaの範囲内とすることが、表遊負荷損の低減に有効な範囲である。
FIG. 5 shows the surface stress state at each point in the examples and comparative examples in the present invention. From each example, it can be seen that the
図6は、本発明における実施例、比較例の軸方向表面応力と漂遊負荷損測定値の関係を示したものである。図6では、最小漂遊負荷損が得られる軸方向表面応力条件の存在を示しているが、これは、スキューによる軸方向基本波磁束分布の影響によるものと考えられる。図6から、回転子外周面の軸方向表面応力としては、漂遊負荷損が55W以下となる、15〜170MPaの範囲がより好ましい。また、表1のデータから、回転子外周面の円周方向表面応力としては、漂遊負荷損が55W以下となる、80〜630MPaの範囲がより好ましい。 FIG. 6 shows the relationship between the axial surface stress and the stray load loss measurement value of the examples and comparative examples of the present invention. FIG. 6 shows the existence of the axial surface stress condition that provides the minimum stray load loss. This is considered to be due to the influence of the axial fundamental wave magnetic flux distribution due to the skew. From FIG. 6, the axial surface stress on the outer peripheral surface of the rotor is more preferably in the range of 15 to 170 MPa where the stray load loss is 55 W or less. From the data in Table 1, the circumferential surface stress on the outer circumferential surface of the rotor is more preferably in the range of 80 to 630 MPa where the stray load loss is 55 W or less.
本発明のロータ(回転子)の製造方法を、以下に記載する。
電磁鋼板等の軟磁性薄板を積層してロータコア(回転子鉄心)を形成し、ロータバーやシャフトを取り付ける。
次に、ロータ/ステータ間に所定のギャップを設けるために、ロータコアの外周に切削等の機械加工を施す。
次に、ロータコアの表面を加熱処理して、回転子外周面の表面応力が所定の範囲(円周方向表面応力が0〜700MPa範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPaの範囲内)となるように、表面加熱する。ロータの表面加熱方法としては、上記実施例に記載した、誘導加熱、火炎加熱、流動層加熱などを用いることができる。加熱の強さや加熱時間を調整することにより、表面応力を上記所定の範囲とすることができる。
A method for manufacturing the rotor (rotor) of the present invention will be described below.
A rotor core (rotor core) is formed by laminating soft magnetic thin plates such as electromagnetic steel plates, and a rotor bar and a shaft are attached.
Next, in order to provide a predetermined gap between the rotor and the stator, machining such as cutting is performed on the outer periphery of the rotor core.
Next, the surface of the rotor core is heat-treated, and the surface stress on the outer peripheral surface of the rotor is in a predetermined range (circumferential surface stress is in the range of 0 to 700 MPa and axial surface stress is in the range of 0 to 200 MPa). The surface is heated so that As a method for heating the surface of the rotor, induction heating, flame heating, fluidized bed heating, or the like described in the above embodiments can be used. By adjusting the heating intensity and the heating time, the surface stress can be controlled within the predetermined range.
本発明の実施例では、ロータの表面加熱方法として。誘導加熱、火炎加熱、流動層加熱の3手法を用い、その効果を検証したが、これらの熱処理方法の他、溶融塩加熱、レーザ加熱、プラズマ加熱法の適用が可能である。 In the embodiment of the present invention, as a method for heating the rotor surface. Although the effect was verified using three methods of induction heating, flame heating, and fluidized bed heating, molten salt heating, laser heating, and plasma heating methods can be applied in addition to these heat treatment methods.
また、本実施の形態では、誘導電動機(IMモータ)を例に説明したが、永久磁石電動機(PMモータ)などの他の形式の電動機についても本発明を用いることができる。 In the present embodiment, the induction motor (IM motor) has been described as an example. However, the present invention can be used for other types of motors such as a permanent magnet motor (PM motor).
本実施例によれば、回転子鉄心が軟磁性体薄板の積層体で形成され、その外周面が機械加工された回転電機の回転子において、表面熱処理により回転子外周面の円周方向表面応力が0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPa範囲内とすることにより、漂遊負荷損が低減された高効率モータを提供することができる。 According to this embodiment, in the rotor of a rotating electrical machine in which the rotor iron core is formed of a laminate of soft magnetic thin plates and the outer peripheral surface thereof is machined, the circumferential surface stress of the rotor outer peripheral surface is subjected to surface heat treatment. Is within the range of 0 to 700 MPa and the axial surface stress is within the range of 0 to 200 MPa, a high-efficiency motor with reduced stray load loss can be provided.
1 ロータ
2 ロータコア
3 エンドリング
4 シャフト
5 軸方向表面応力
6 円周方向表面応力
7 誘導加熱コイル
11 外周機械加工面
12 結晶粒
21 有効表面応力領域
DESCRIPTION OF
Claims (10)
回転子外周面の円周方向表面応力が0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPaの範囲内であることを特徴とする回転電機。 The rotor iron core is a rotating electrical machine using a rotor formed of a laminate of soft magnetic thin plates, the outer peripheral surface of which is machined, and subjected to surface heat treatment,
A rotating electrical machine wherein a circumferential surface stress of a rotor outer peripheral surface is in a range of 0 to 700 MPa and an axial surface stress is in a range of 0 to 200 MPa.
前記表面熱処理が施された回転子として、誘導加熱処理された回転子を用いることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electric machine using an induction heating-treated rotor as the rotor subjected to the surface heat treatment.
前記表面熱処理が施された回転子として、火炎加熱処理された回転子を用いることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electric machine using a rotor subjected to flame heating treatment as the rotor subjected to the surface heat treatment.
前記表面熱処理が施された回転子として、流動層加熱処理された回転子を用いることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine using a fluidized bed heat-treated rotor as the rotor subjected to the surface heat treatment.
前記回転子鉄心の外周面の表面を熱処理して、回転子外周面の円周方向表面応力が0〜700MPaの範囲内で、かつ軸方向表面応力が0〜200MPaの範囲内とする工程と、
を備える回転電機の回転子の製造方法。 Machining the outer peripheral surface of the rotor core formed of a laminate of soft magnetic thin plates;
Heat treating the surface of the outer peripheral surface of the rotor core so that the circumferential surface stress of the rotor outer peripheral surface is in the range of 0 to 700 MPa and the axial surface stress is in the range of 0 to 200 MPa;
The manufacturing method of the rotor of a rotary electric machine provided with.
前記回転子鉄心の外周面の表面の熱処理方法として、誘導加熱を用いたことを特徴とする、回転電機の回転子の製造方法。 In the manufacturing method of the rotor of the rotating electrical machine according to claim 6,
A method of manufacturing a rotor of a rotating electrical machine, wherein induction heating is used as a heat treatment method of the outer peripheral surface of the rotor core.
前記回転子鉄心の外周面の表面の熱処理方法として、火炎加熱を用いたことを特徴とする、回転電機の回転子の製造方法。 In the manufacturing method of the rotor of the rotating electrical machine according to claim 6,
A method of manufacturing a rotor of a rotating electrical machine, wherein flame heating is used as a heat treatment method of the outer peripheral surface of the rotor core.
前記回転子鉄心の外周面の表面の熱処理方法として、流動層加熱を用いたことを特徴とする、回転電機の回転子の製造方法。 In the manufacturing method of the rotor of the rotating electrical machine according to claim 6,
A method for manufacturing a rotor of a rotating electrical machine, wherein fluidized bed heating is used as a heat treatment method for the outer peripheral surface of the rotor core.
回転電機が、誘導電動機または永久磁石電動機であることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。 In the manufacturing method of the rotor of the rotating electrical machine according to any one of claims 6 to 9,
A method of manufacturing a rotor of a rotating electrical machine, wherein the rotating electrical machine is an induction motor or a permanent magnet motor.
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