JP7172082B2 - モータコアの焼鈍装置及びモータコアの焼鈍方法 - Google Patents

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板を素材とするモータコアの打ち抜きやかしめ、溶接等によるひずみを除去するための焼鈍を行う焼鈍装置及び焼鈍方法に関するものである。

モータコア（motor core）には、モータ回転軸（出力軸、出力シャフト）回りに固定されて回転する回転子（rotor；ロータ）コアと、回転子コアと同軸でモータケースに固定され、モータ使用時には回転子の外周と自身の内周との電磁力の相互作用で回転子に回転力を生じさせる固定子（stator；ステータ）コアとがあるが、両者を総称してモータコアという場合もある。
無方向性電磁鋼板から所定形状に打ち抜かれた素材を多数枚積層し、かしめやビス止め、溶接等により固着して製作されるモータコア（鉄心）は、当該鋼板の打ち抜きの際や、かしめやビス止め、溶接等による固着の際に生じるひずみにより鉄損が悪化することから、通常、このひずみを除去するために、連続式またはバッチ式の焼鈍炉により所定の時間加熱される。焼鈍炉においては、例えば電熱ヒータなどからの輻射熱及び雰囲気ガスによる伝導熱により加熱される（特許文献１の背景技術を参照）。

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１～５等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。なお、特許文献１～４に開示の方法では、モータコアの全体の焼鈍だけでなく、例えば特許文献１の「固定子コアの内周部のスロット（slot；鉄心溝）周辺の部分焼鈍」においても、当該モータコアの外側に設けられた誘導コイルにより加熱している。また、特許文献５に開示の方法では、モータコアの内周部にスロットが設けられている場合において、モータコアの外側に設けられた誘導コイルとモータコアの内側に設けられた誘導コイルとの両方を用いて当該被焼鈍モータコアの内周部及び外周部を加熱している。

さらにまた、特許文献４には、誘導加熱用コイルが装備された加熱炉内にてモータコアを８００℃以上に加熱後、加熱炉内に当該加熱炉の一端から雰囲気ガスを送り込んで他端から排出しモータコアを冷却することが開示されている。

特開昭６２－２７２８４３号公報 特開２００３－３４２６３７号公報 特開昭５８－１０４１２５号公報 特開昭５８－２２２７６１号公報 特開２０１７－１１０２４３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（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等の駆動モータや発電機のモータコアの生産においては、生産性の向上のために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、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、輻射加熱による短時間焼鈍では、モータコアの高さ方向や、打ち抜き時のひずみが特に大きなティース（teeth；歯）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、特許文献１～４に開示の誘導加熱によるモータコアの焼鈍装置は、焼鈍すべきひずみが主に内周側に形成された固定子コアの焼鈍の場合でも、モータコアの外側に誘導コイルを配設していること等により、加熱に時間を要するため、焼鈍の短時間化には限界があった。
さらに、特許文献５に開示の誘導加熱によるモータコアの焼鈍装置は、誘導加熱後のモータコアの冷却を、例えばモータコアの焼鈍装置の外部で行う必要があること等から、焼鈍の短時間化の面で改善の余地がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、モータコアを構成する電磁鋼板の打ち抜きの際や、かしめやビス止め、溶接等による固着の際に生じたひずみを短時間で除去するモータコアの焼鈍装置及び焼鈍方法を提供する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１個または複数個積層して焼鈍する装置であって、前記１個または複数個積層したモータコア（以下、複数個の場合も含め単に被焼鈍モータコアという。）の外方に当該被焼鈍モータコアと同心円状に配置される環状の外側誘導コイル、及び、前記被焼鈍モータコアの内方に当該被焼鈍モータコアと同心円状に配置される環状の内側誘導コイルのうちのいずれか一方または双方を有し、さらに、前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルに交流電流を印加する交流電源と、前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルにより加熱された前記被焼鈍モータコアのスロット形成面に冷却媒体を噴き付け当該被焼鈍モータコアの加熱された部分を所定温度まで冷却する冷却装置と、前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルと前記被焼鈍モータコアとの相対位置及び前記冷却装置と前記被焼鈍モータコアとの相対位置を変化させる移動機構と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、積層され、かしめやビス止め、溶接等により固着されてモータコア状となった打ち抜き後の電磁鋼板を、その用途に応じて、誘導加熱により加熱し、モータコア用電磁鋼板の打ち抜きの際や、かしめやビス止め、溶接等による固着の際に生じたひずみ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、冷却装置を備えるため、冷却時間を含む焼鈍に要する時間を短縮することができる。なお、本発明が対象とするモータコアは、固定子コア（ステータ）、回転子コア（ロータ）のいずれも含むものである。

前記冷却装置は、前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルと、前記被焼鈍モータコアの軸方向に沿って並べられて配置されていてもよい。

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。

前記被焼鈍モータコアを内部に収容する焼鈍雰囲気調整用の隔壁と、前記隔壁の外方または内方を覆う断熱材と、をさらに有していてもよい。

前記被焼鈍モータコアと前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルとを相対的に回転させる回転駆動機構を有していてもよい。

別な観点による本発明は、前記のいずれかのモータコアの焼鈍装置を用いて、前記被焼鈍モータコアの外周面及び／または内周面に導入されているひずみを除去する、モータコアの焼鈍方法であって、前記ひずみの導入深さと下記式（１）における浸透深さδとを対応づけ、下記式（１）から求まる交流電源の周波数ｆの交流電流により、前記モータコアを誘導加熱し、前記モータコアの内部の温度を５００℃以下に抑えながら前記モータコアのスロット形成面を７５０～８５０℃になるまで昇温させることを特徴とする、モータコアの焼鈍方法。
δ＝５０３×（ρ／（μ・ｆ））^１／２ …（１）
ここで、
δ：誘導加熱を生じさせる渦電流の浸透深さ
ρ：前記モータコアの体積抵抗率
μ：前記モータコアの透磁率
ｆ：前記交流電源により印加される交流電流の周波数

本発明によれば、モータコアを構成する電磁鋼板の打ち抜きの際や、かしめやビス止め、溶接等による固着の際に生じたひずみを除去するためのモータコアの焼鈍を、短時間で行うことができる。

本発明の第１実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。 内側誘導コイルに対し被焼鈍モータコアを配置した状態を示す斜視図である。 モータコアを貫通孔方向から見た上面図で、周方向の一部を切り出した部分上面図である。 本発明の第１実施形態にかかる焼鈍装置を用いた焼鈍方法の一例を示す説明図である。 本発明の第１実施形態にかかる焼鈍装置により焼鈍された被焼鈍モータコアの部位による温度履歴の差異を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる焼鈍装置が備える回転駆動部の説明図である。 本発明の第３実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。 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。 被焼鈍モータコアの部位による昇温態様の差異を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施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の構成の概略を示す縦断面図である。図２は、焼鈍装置の内側誘導コイルに対し被焼鈍モータコア（焼鈍対象のモータコアを１個または複数個軸方向にならべたモータコアの集合体をいう場合と、被焼鈍モータコアが占める領域であり、装置の説明の便宜上、その領域にあたかも被焼鈍モータコアが存在するものとして扱う場合とがある。）を配置した状態を示す概略斜視図である。図３は一般的なモータコア（固定子コア）の一部を部分上面図で模式的に示す図である。なお、モータコアには、モータ回転軸側の回転子コアとその外側の固定子コアがあり、以下の説明では主に固定子コアの焼鈍を例にして説明するが、本発明は回転子コアの焼鈍にも適用できることから両者を区別する必要はなく、両者を総称するモータコアの用語を用いている。また、本明細書及び図面において、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の焼鈍装置１は、無方向性電磁鋼板から所定形状に打ち抜かれた素材を複数枚積層し、かしめやビス止め、溶接等により固着して製作された被焼鈍モータコアＣの焼鈍を行い、打ち抜きの際や、かしめやビス止め、溶接等による固着の際に生じたひずみ（以下、「打ち抜き等によるひずみ」という場合がある。）のうち主に被焼鈍モータコアＣの内周面に生じたひずみを除去するものである。この焼鈍装置１は、焼鈍用誘導コイルとしての内側誘導コイル１０と、冷却装置１１と、隔壁１２と、断熱材１３を有している。

隔壁１２は、被焼鈍モータコアＣを内部に収容する焼鈍雰囲気調整のためのものであり、例えば下面が開口した略円筒形状の蓋部１２ａと、上面が開口した有底の容器部１２ｂを有しており、例えば水封により隔壁１２の内部を気密に維持することができる。蓋部１２ａには、隔壁１２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１２ｃが接続されている。

容器部１２ｂには、内側誘導コイル１０と被焼鈍モータコアＣとの相対位置及び冷却装置１１と被焼鈍モータコアＣとの相対位置を変化させる移動機構を変化させる移動機構の一例として、後述のコイル載置台１４及びコア載置台１５が設けられている。これら載置台１４、１５の詳細については後述するが、これら載置台１４、１５のうち、被焼鈍モータコアＣが載置されるコア載置台１５は被焼鈍モータコアＣの軸方向（図１のＺ方向。内側誘導コイル１０、冷却装置１１の軸方向も一致する。）に沿って被焼鈍モータコアＣを移動可能に構成されている。

断熱材１３は、隔壁１２の外方を覆うものである。この断熱材１３は、配設すれば被焼鈍モータコアＣの焼鈍装置１の熱効率を高めることができ好ましい。なお、断熱材１３の材質や形態等は特に限定されるものではなく、例えば公知の珪酸カルシウムやアルミナ等の無機系材料等の素材を綿状、布状、板状、発泡体状等の様々な形態に加工したものを用いることができる。また、図１では、断熱材１３の設置位置として隔壁１２の外方を囲うように配設されている例を示しているが、これに限らず、被焼鈍モータコアＣ及び隔壁１２等と干渉しない位置であれば、隔壁１２の内方を覆うように配設されていてもよい。

内側誘導コイル１０は、例えば図２に示すように、被焼鈍モータコアＣの内方に、当該被焼鈍モータコアＣと同心円状に配置された環状の部材である。ところで、ここでの被焼鈍モータコアＣは、固定子コアであり円筒状に形成され、図３に示すように、該被焼鈍モータコアＣの内周部に等間隔で形成されたスロットＣｃ（slot；鉄心溝）を有している。したがって、内側誘導コイル１０は、被焼鈍モータコアＣの外周側と内周側のうち、スロットＣｃが形成された側と対向する内周側に設けられている、と説明することができる。

なお、被焼鈍モータコアＣは、スロットＣｃ間に設けられた隔壁であるティース（teeth；歯）部Ｃａと、ティース部Ｃａの外周端を連結するバックヨーク（back
yoke；後ヨーク、後継鉄）部Ｃｂとを有する。また、スロットＣｃは、モータコアＣにおける軸方向（図２のＺ方向。電磁鋼板の積層方向に一致。）の全長にわたって形成されている。

内側誘導コイル１０の説明に戻る。
内側誘導コイル１０は、図１及び図２に示すように、被焼鈍モータコアＣより軸方向の厚さが大きく形成されている。
また、内側誘導コイル１０には、交流電流を印加する交流電源２０が接続されている。さらに、内側誘導コイル１０は、交流電流を印加することで、被焼鈍モータコアＣの軸方向（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２０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。なお、電源周波数可変の作用効果については後述する。

上述のように、内側誘導コイル１０及び交流電源２０により被焼鈍モータコアＣの軸方向（図２のＺ方向）に沿って磁束が発生するため、被焼鈍モータコアＣに誘導電流が生じ、該誘導電流により被焼鈍モータコアＣを加熱することができる。特に、本実施の形態によれば、上述の磁束を打ち消すべく、被焼鈍モータコアＣの内周部の外表面の全域に、すなわち、固定子コアのティース部Ｃａの表面（バックヨーク部Ｃｂの内周面を含む）の全域に、誘導電流が流れるため、被焼鈍モータコアの内周部における、誘導電流の浸透深さ（後述の式（１）、図１０等、参照）に応じた表層域を、誘導加熱することができる。したがって、モータコアの鉄損の要因となる、被焼鈍モータコアＣの内周部の表層に局在しているひずみ、より具体的には、固定子コアのティース部Ｃａの表層及びバックヨーク部Ｃｂの内周面の表層に局在しているひずみを、所定の温度で焼鈍することができる。

冷却装置１１は、内側誘導コイル１０により加熱された被焼鈍モータコアＣの内周面すなわちスロット形成面に冷却媒体を噴き付け、当該被焼鈍モータコアＣを冷却するものであり、隔壁１２内に設けられている。本例では、冷却装置１１は、被焼鈍モータコアＣの軸方向に沿って内側誘導コイル１０と並べられており、具体的には内側誘導コイル１０より鉛直方向下方に位置する。
なお、冷却装置１１の冷却媒体は、被焼鈍モータコアＣに錆が生じるのを防ぐため、窒素ガス等の不活性ガスや水素ガス等の還元性ガスが用いられる。

また、本実施形態の焼鈍装置１では、隔壁１２内を低酸素雰囲気とするために、ガス供給管１２ｃを介して、前述のように窒素ガス等の雰囲気ガスが当該隔壁１２内に供給されている。そして、図示は省略するが、隔壁１２の蓋部１２ａには、隔壁１２内の圧力が所定の範囲内に収まるように排気管が接続されている。

続いて、内側誘導コイル１０と被焼鈍モータコアＣとの相対位置及び冷却装置１１と被焼鈍モータコアＣとの相対位置を変化させる移動機構の一例であるコイル載置台１４及びコア載置台１５について説明する。

コイル載置台１４は、内側誘導コイル１０が載置される載置板１４ａと、該載置板１４ａを支持する脚部１４ｂとを有する。脚部１４ｂには、載置板１４ａの下方に冷却装置１１が固定される。
コア載置台１５は、被焼鈍モータコアＣが載置される載置板１５ａと、該載置板１５ａを支持する脚部１５ｂとを有する。なお、コイル載置台１４の脚部１４ｂの被焼鈍モータコアＣの軸方向の長さは固定であるのに対し、コア載置台１５の脚部１５ｂは、例えば伸縮自在に構成され、その被焼鈍モータコアＣの軸方向の長さは可変である。

次に、焼鈍装置１を用いた焼鈍方法について、図４を用いて説明する。図４（Ａ）は、加熱中の隔壁１２内の様子を示し、図４（Ｂ）は冷却中の隔壁１２内の様子を示す。
被焼鈍モータコアＣの焼鈍の際は、まず、例えば、図４（Ａ）に示すように、内側誘導コイル１０における被焼鈍モータコアＣの軸方向の中央部分に被焼鈍モータコアＣが対向するように、コア載置台１５の載置板１５ａを移動させる。そして、上述のように対向した状態で、交流電源２０から内側誘導コイル１０への電力供給を開始し、被焼鈍モータコアＣの加熱を開始する。

加熱の際に交流電源２０が内側誘導コイル１０に印加する交流電流の大きさ及び印加時間は、被焼鈍モータコアＣの焼鈍すべきひずみが生じている部分（以下、ひずみ導入部）すなわち内周部の表層の最高到達温度が７５０～８５０℃となり、より具体的には、上記内周部の表層の最高到達温度が７５０～８５０℃で被焼鈍モータコアＣの内部の最高到達温度が５００℃以下となるものが選択される。

なお、前述のように、交流電源２０の周波数が可変であるため、該周波数を調整することで、表皮効果により、被焼鈍モータコアＣの誘導加熱を生じさせる渦電流すなわち誘導電流の浸透深さを調整できる。したがって、例えば被焼鈍モータコアＣのひずみの態様に応じて交流電源２０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。そこで、本実施形態にかかる焼鈍方法において、交流電源２０の周波数ｆは、焼鈍により除去すべきひずみの導入深さと下記式（１）の渦電流の浸透深さδとを対応付け、例えば同等の深さとなるような下記式（１）から求まる周波数が選択される。
δ＝５０３×（ρ／（μ・ｆ））^１／２ …（１）
ここで、
δ：誘導加熱を生じさせる渦電流の浸透深さ
ρ：被焼鈍モータコアＣの体積抵抗率
μ：被焼鈍モータコアＣの透磁率
ｆ：交流電源２０により印加される交流電流の周波数、である。

上述のような加熱の終了後、交流電源２０からの電力供給を停止する。

その後、冷却装置１１からの冷却媒体の噴出、具体的には、冷却装置１１から外側へ向けた冷却媒体の噴出を開始させる。それと共に、図４（Ｂ）に示すように、冷却装置１１における被焼鈍モータコアＣの軸方向の中央部分に被焼鈍モータコアＣが対向するように、コア載置台１５の脚部１５ｂを縮めさせて、被焼鈍モータコアＣが載置された載置板１５ａを上記軸方向に沿って移動させる。これにより、内側誘導コイル１０で加熱された被焼鈍モータコアＣの加熱部が冷却装置１１により冷却されるようにする。そして、被焼鈍モータコアＣが所定温度まで冷却されたところで、冷却装置１１からの冷却媒体の噴出を停止し、被焼鈍モータコアＣの焼鈍が完了する。

本実施形態では、被焼鈍モータコアＣのスロット形成部分すなわち内周部のみを焼鈍すればよい場合において、上述のように被焼鈍モータコアＣの内方に配置される内側誘導コイル１０により焼鈍する。そのため、特許文献１～３のように被焼鈍モータコアの外側に設けられた誘導コイルにより当該被焼鈍モータコアの内周部のひずみを焼鈍する場合に比べて、少ない電力で且つ短時間で焼鈍を行うことができる。なぜならば、特許文献１～３の誘導加熱装置では、誘導コイルを被焼鈍モータコアの外側に設けているため、内周部のひずみ導入部を加熱するには誘導電流の浸透深さを大きくする必要があり、その結果、バックヨーク部等のひずみ導入部以外も加熱されるのに対して、本実施形態では、被焼鈍モータコアの内側に内側誘導コイル１０を設置し、誘導電流の浸透深さを非常に小さくすることで、スロット形成部分のひずみ導入部のみを狙って加熱できるからである。

それに加えて、本実施形態では、上述のように、加熱用誘導コイルとしての内側誘導コイル１０に加えて冷却装置１１が設けられているため、被焼鈍モータコアＣの加熱された部分の所定温度までの冷却を含めた、被焼鈍モータコアＣの焼鈍に要する時間を、大幅に短縮することができる。さらに、本実施形態では、上述のように、冷却装置１１から被焼鈍モータコアＣのスロット形成面に冷却媒体を噴き付けているため、特許文献４のように加熱炉内に送り込んだ雰囲気ガスにより冷却する場合に比べて、上記スロット形成面を急速に冷却することができる。

また、本実施形態では、被焼鈍モータコアＣにおけるひずみ導入部である内周部の表層の最高到達温度が７５０～８５０℃で、被焼鈍モータコアＣの内部の最高到達温度が５００℃以下となるように誘導加熱を行う。つまり、本実施形態では、被焼鈍モータコアＣにおけるひずみ導入部を局所的に誘導加熱している。したがって、少ない投入熱量で上記ひずみ導入部を焼鈍することができる。言い換えれば、所望の領域のみを効率的に加熱し、焼鈍のための誘導加熱にかかる消費電力を低減することができる。

図５は、本実施形態にかかる焼鈍装置１により被焼鈍モータコアＣを加熱したときの温度履歴、具体的には、交流電源２０から交流電流を３分間内側誘導コイル１０に供給して被焼鈍モータコアＣを加熱し、その後、冷却装置１１による冷却は行わずに被焼鈍モータコアＣを自然冷却させたときの温度履歴を示す図である。図５の横軸は時間、縦軸は温度を示す。
本実施形態にかかる焼鈍装置１によれば、被焼鈍モータコアＣのひずみ導入部である内周部を３分という非常に短い時間で７５０～８５０℃まで昇温できる。また、昇温の際、被焼鈍モータコアＣのコア内部は５００℃以下に維持されているので、すなわち、焼鈍の際に被焼鈍モータコアＣ全体に与えられる熱量が抑えられているため、冷却装置１１による冷却を行わずとも、約８分という非常に短い時間で５００℃まで冷却することができ、冷却装置１１を用いればより短時間で冷却することができる。

さらに、本実施形態では、上記式（１）における内側誘導コイル１０による誘導電流の浸透深さδが、焼鈍により除去すべきひずみの導入深さ相当であるため、ひずみ導入部分を高効率で局所的に加熱することができる。

また、本実施形態では、冷却装置１１が、被焼鈍モータコアＣの軸方向すなわち被焼鈍モータコアＣの移動方向に沿って内側誘導コイル１０と並べられて配置されているため、冷却装置１１による冷却を、内側誘導コイル１０による加熱に続けて行うことができる。したがって、内側誘導コイル１０と冷却装置１１との間の距離、及び、内側誘導コイル１０と冷却装置１１との間での被焼鈍モータコアＣの移動距離を小さくできるので、焼鈍装置１のサイズを大型化させずに短時間で焼鈍を完了させることができる。

なお、冷却装置１１は、所定の位置、例えば、内側誘導コイル１０による加熱が冷却装置１１による冷却により阻害されるのを防ぐことができる所定の位置に設けられるのが好ましい。

上述のコイル載置台１４及びコア載置台１５は、内側誘導コイル１０と被焼鈍モータコアＣとの相対位置及び冷却装置１１と被焼鈍モータコアＣとの相対位置を変化させる移動機構を構成するが、本発明の移動機構はこれに限定されるものではない。例えば、コア載置台１５の脚部１５ｂにおける被焼鈍モータコアＣの軸方向の長さを固定とし、コイル載置台１４の脚部１４ｂの上記軸方向の長さを可変とし、被焼鈍モータコアＣを上記軸方向に移動させるようにしてもよい。また、両脚部１４ｂ、１５ｂの双方を、上記軸方向の長さを可変とするものにしてもよい。

なお、以上の例では、冷却媒体の噴出開始タイミングは、交流電源２０からの電力供給の停止時であったが、この例に限られず、上記電力供給の停止前から冷却媒体の噴出を開始していてもよい。
また、以上の例では、交流電源２０からの電力供給の開始タイミングは、内側誘導コイル１０における被焼鈍モータコアＣの軸方向の中央部分に被焼鈍モータコアＣが対向する状態になってからであったが、この例に限られず、その前から上記電力供給を開始してもよい。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。図７は、図６の焼鈍装置が備える後述の回転駆動部の説明図である。
図６の焼鈍装置１は、第１実施形態の焼鈍装置と同様の構成部材に加えて、回転駆動部３０が設けられている。

回転駆動部３０は、コア載置台１５を回転するものであり、例えば、モータ等から構成され、コア載置台１５の載置板１５ａを支持する脚部１５ｂの根元に設けられる。コア載置台１５の回転軸を被焼鈍モータコアＣの中心軸と一致させておき、回転駆動部３０でコア載置台１５を回転させることにより、被焼鈍モータコアＣをその中心軸を中心として回転させることができる。すなわち、回転駆動部３０は、被焼鈍モータコアＣを回転するものでもある。また、コア載置台１５の回転軸を被焼鈍モータコアＣの中心軸だけでなく、内側誘導コイル１０の中心軸と一致させておき、回転駆動部３０でコア載置台１５を回転させることにより、図７に示すように、被焼鈍モータコアＣを内側誘導コイル１０に対して回転させることができる。すなわち、回転駆動部３０は、内側誘導コイル１０と被焼鈍モータコアＣとを相対的に回転させることができる。

ところで、回転駆動部を有しない第１実施形態では、内側誘導コイル１０の巻き方によっては、該コイル１０が発生させる磁束が、内側誘導コイル１０の周方向すなわち被焼鈍モータコアＣの周方向で不均一となる場合がある。その場合、上記磁束により被焼鈍モータコアＣ内に生じる誘導電流が当該被焼鈍モータコアＣの周方向で不均一となり、その結果、上記誘導電流により加熱された被焼鈍モータコアＣには周方向に温度差が発生する。
本実施形態のように回転駆動部３０を設け、内側誘導コイル１０と被焼鈍モータコアＣとを相対的に回転させることにより、上述の周方向の温度差が生じるのを防ぐことができる。

なお、回転駆動部３０による回転速度は、内側誘導コイル１０による加熱時間の間に少なくとも１回転するような速度であり、好ましくは上記加熱時間の間に１０回転するような速度である。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。
以上の第１及び第２実施形態の焼鈍装置では、被焼鈍モータコアＣの内方に当該被焼鈍モータコアＣと同心円状に配置される環状の部材である内側誘導コイル１０を有していた。そして、これらの実施形態では、焼鈍対象である被焼鈍モータコアＣは、固定子コアであり、その内周部にスロットやティースが形成されていた。
それに対し、図８に示すように、本実施形態にかかる焼鈍装置１は、加熱用誘導コイルとして被焼鈍モータコアＣの外方に当該被焼鈍モータコアＣと同心円状に配置される環状の部材である外側誘導コイル４０を有する。そして、焼鈍対象である被焼鈍モータコアＣは、回転子コアであり、図示は省略するが、その外周部にスロットやティースが形成されている。なお、外側誘導コイル４０は、被焼鈍モータコアＣの外周側と内周側のうち、スロットが形成された側と対向する側である外周側に設けられている、と説明することができる。

なお、本実施形態において、第１及び第２実施形態におけるコイル載置台１４の代わりに設けられるコイル載置台４１は、コア載置台１５の外方を覆うように設けられていることを除き、コイル載置台１４と同様の構成を有すると共に同様に機能する。

また、本実施形態において、冷却装置１１の代わりに設けられる冷却装置４２は、外側誘導コイル４０により加熱された被焼鈍モータコアＣの外周面すなわちスロット形成面に冷却媒体を噴き付け、当該被焼鈍モータコアＣを冷却するものである。

本実施形態では、回転子コアである被焼鈍モータコアＣのスロット形成部分すなわち外周部のみを焼鈍すればよい場合において、上述のように被焼鈍モータコアＣの外方に配置される外側誘導コイル４０により焼鈍する。そのため、少ない電力で且つ短時間で焼鈍を行うことができる。

それに加えて、本実施形態でも、上述のように、加熱用誘導コイルとしての外側誘導コイル４０に加えて冷却装置４２が設けられているため、被焼鈍モータコアＣの加熱された部分の所定温度までの冷却を含めた、被焼鈍モータコアＣの焼鈍に要する時間を、大幅に短縮することができる。

また、本実施形態においても、被焼鈍モータコアＣにおけるひずみ導入部である外周部の表層の最高到達温度が７５０～８５０℃で、被焼鈍モータコアＣの内部の最高到達温度が５００℃以下となるように誘導加熱を行うことで、少ない投入熱量で上記ひずみ導入部を焼鈍することができる。さらに、本実施形態においても、例えば、前述の式（１）における外側誘導コイル４０による誘導電流の浸透深さδが焼鈍により除去すべきひずみの導入深さ相当となるように交流電源の周波数を選択することで、ひずみを確実に除去することができる。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す縦断面図である。
第１～第３実施形態の焼鈍装置は、内側誘導コイル１０と外側誘導コイル４０のうちのいずれか一方を有していた。それに対し、本実施形態の焼鈍装置１は、図９に示すように、内側誘導コイル１０と外側誘導コイル４０の双方を有している。

そして、本実施形態の焼鈍装置１及び焼鈍方法では、焼鈍対象である被焼鈍モータコアＣが、その内周部にスロットが形成された固定子コアである場合、内側誘導コイル１０と外側誘導コイル４０のうち、内側誘導コイル１０を用いて、被焼鈍モータコアＣのスロット形成部分である内周部のみを焼鈍する。
また、本実施形態の焼鈍装置１及び焼鈍方法では、焼鈍対象である被焼鈍モータコアＣが、その外周部にスロットが形成された回転子コアである場合、内側誘導コイル１０と外側誘導コイル４０のうち、外側誘導コイル４０を用いて、被焼鈍モータコアＣのスロット形成部分である外周部のみを焼鈍する。
したがって、本実施形態の焼鈍装置１及び焼鈍方法でも、第１実施形態及び第３実施形態と同様な効果を得ることができる。

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。

（試験例１）
本発明の試験例１として、本発明の第１実施形態に係る焼鈍装置１を用いて、固定子コアである被焼鈍モータコア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。被焼鈍モータコアＣの外径は１３４ｍｍ、内径は６７ｍｍ、その軸方向の厚さは１０ｍｍとした。なお、被焼鈍モータコアＣの体積抵抗率は面内で５．２ｅ^－７Ω・ｍ、軸方向は無限大とした。内側誘導コイル１０は、外形５８ｍｍ、直径方向の厚み８ｍｍ、上記軸方向の厚みを１７ｍｍとした。また、内側誘導コイル１０の上記軸方向の中心位置と、被焼鈍モータコアＣの上記軸方向の中心位置とを一致させた。さらに、内側誘導コイル１０には水冷用の配管が設けられ、また、内側誘導コイル１０は磁性体コアに巻かれているものとした。

そして、内側誘導コイル１０に交流電流を印加する交流電源２０の周波数を１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚに変化させて、被焼鈍モータコアＣのティース部先端における上記軸方向の中心位置について、図１０に示すデータを得た。図１０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１０に示すように、交流電源２０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２０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深さ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ひずみの深さは、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、図１０の結果によれば、交流電源２０の周波数は、概ね１０ｋＨｚ以上に設定すれば、ほぼ板厚分の深さすなわちひずみの深さに発熱を集中させることができる。

（試験例２）
本発明の試験例２として、本発明の第１実施形態に係る焼鈍装置１を用い、交流電源２０の周波数を５０ｋＨｚ、内側誘導コイル１０のアンペア巻数（アンペアターン）を２０００ＡＴとして、固定子コアである被焼鈍モータコアＣを誘導加熱した場合の温度履歴についてシミュレーションを行った。交流電源２０の周波数及び内側誘導コイル１０のアンペア巻以外の条件は試験例１のシミュレーションと同じとした。

図１１は、試験例２における、被焼鈍モータコアＣのティース部先端面における中心部分と、ティース部根元におけるコア内部の中心部分の温度履歴を示す図である。
図１１に示すように、焼鈍装置１を用い交流電源の周波数を５０ｋＨｚとして誘導加熱すると、ひずみ導入部である被焼鈍モータコアＣのティース部先端面を選択的に加熱することができる。

（試験例３）
本発明の試験例３として、本発明の第１実施形態に係る焼鈍装置１を用い、試験例２と同様な条件で、被焼鈍モータコアＣのティース部が８５０℃に到達するまで実際に誘導加熱する試験を行い、その後、冷却装置１１を用いて窒素ガス吹付によって２００℃まで冷却を行った。なお、試験例３の試験条件は、内側誘導コイル１０のアンペア巻数のみが試験例２と異なり、該アンペア巻数は１１００ＡＴとした。
表１は、試験例３の結果を示すものである。

なお、表１の比較例１は、特許文献１～４と同様に、内周部にスロットが形成された固定子コアである被焼鈍モータコアの外側に設けられた誘導コイルにより当該被焼鈍モータコアを加熱し、その後自然放冷した例である。また、比較例２は試験例３と同じ加熱条件で冷却装置１１による積極的な冷却を行なわず、放冷した例である。

表１に示すように、比較例１では、被焼鈍モータコアＣのティース部を室温から８５０℃まで昇温させるのに要した時間は、誘導加熱のための交流電源の電源出力１ｋＷで１４００秒であり、８５０℃までの昇温に対する投入熱量すなわち消費電力は１４００ｋＪであった。それに対し、試験例３では被焼鈍モータコアＣのティース部を室温から８５０℃まで昇温させるのに要した時間は、交流電源２０の電源出力５ｋＷで１００秒であり、８５０℃までの昇温に対する投入熱量は５００ｋＪであり、比較例１の約１／３である。

また、被焼鈍モータコアのティース部を室温から８５０℃まで昇温させる方法として、誘導加熱方式により被焼鈍モータコア全体を均一に加熱する方法が考えられる。しかし、この方法では、被焼鈍モータコアの熱容量のみを考慮しても、言い換えれば、損失なく理想的に加熱できたとしても、室温から８５０℃まで昇温させるのに必要な消費電力は６００ｋＪである。試験例３における消費電力５００ｋＪは、この６００ｋＪよりも小さい。つまり、焼鈍装置１を用いた誘導加熱では、非常に少ない消費電力で被焼鈍モータコアのティース部を室温から８５０℃まで昇温させることができる。
さらに、表１の冷却時間に着目すると、冷却を行った試験例３の冷却時間は、積極的な冷却を行わなかった比較例２の１／３程度とすることができる。比較例１と比較例２の冷却はともに自然放冷であり、これらの冷却時間の差はそれぞれへの投入熱量の差に基づくものと考えられる。以上のとおり、本発明によれば、焼鈍装置１を用いた誘導加熱と、冷却装置１１を用いた冷却を組み合わせることで処理時間を短くし、生産性を向上させることができる。

本発明は、モータコアを構成する電磁鋼板の打ち抜きの際に生じたひずみや、打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層した状態でかしめやビス止め、溶接等により固着してモータコアを形成する際に生じたひずみを除去するために、モータコアを焼鈍する際に有用である。

１ 焼鈍装置
１０ 内側誘導コイル
１１ 冷却装置
１２ 焼鈍雰囲気調整用の隔壁
１２ａ 蓋部
１２ｂ 有底の容器部
１２ｃ ガス供給管
１３ 断熱材
１４ コイル載置台
１４ａ 載置板
１４ｂ 脚部
１５ コア載置台
１５ａ 載置板
１５ｂ 脚部
２０ 交流電源
３０ 回転駆動部
４０ 外側誘導コイル
４１ コイル載置台
４２ 冷却装置
Ｃ モータコア（被焼鈍モータコア）
Ｃａ ティース部
Ｃｂ バックヨーク部
Ｃｃ スロット

Claims (6)

1. 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１個または複数個積層して焼鈍する装置であって、
   前記１個または複数個積層したモータコア（以下、複数個の場合も含め単に被焼鈍モータコアという。）の外方に当該被焼鈍モータコアと同心円状に配置される環状の外側誘導コイル、及び、前記被焼鈍モータコアの内方に当該被焼鈍モータコアと同心円状に配置される環状の内側誘導コイルのうちのいずれか一方または双方を有し、さらに、
   前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルに交流電流を印加する交流電源と、
   前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルにより加熱された前記被焼鈍モータコアのスロット形成面に冷却媒体を噴き付け、当該被焼鈍モータコアの加熱された部分を所定温度まで冷却する冷却装置と、
   前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルと前記被焼鈍モータコアとの相対位置及び前記冷却装置と前記被焼鈍モータコアとの相対位置を変化させる移動機構と、を有することを特徴とする、モータコアの焼鈍装置。
2. 前記冷却装置は、前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルと、前記被焼鈍モータコアの軸方向に沿って並べられて配置され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。
3. 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または２に記載のモータコアの焼鈍装置。
4. 前記被焼鈍モータコアを内部に収容する焼鈍雰囲気調整用の隔壁と、
   前記隔壁の外方または内方を覆う断熱材と、をさらに有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のモータコアの焼鈍装置。
5. 前記被焼鈍モータコアと前記外側誘導コイル及び／または前記内側誘導コイルとを相対的に回転させる回転駆動機構を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。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載のモータコアの焼鈍装置を用いて、前記被焼鈍モータコアの外周面及び／または内周面に導入されているひずみを除去する、モータコアの焼鈍方法であって、
   前記ひずみの導入深さと下記式（１）における浸透深さδとを対応づけ、下記式（１）から求まる交流電源の周波数ｆの交流電流により、前記モータコアを誘導加熱し、前記モータコアの内部の温度を５００℃以下に抑えながら前記モータコアのスロット形成面を７５０～８５０℃になるまで昇温させることを特徴とする、モータコアの焼鈍方法。
   δ＝５０３×（ρ／（μ・ｆ））^１／２ …（１）
   ここで、
   δ：誘導加熱を生じさせる渦電流の浸透深さ
   ρ：前記モータコアの体積抵抗率
   μ：前記モータコアの透磁率
   ｆ：前記交流電源により印加される交流電流の周波数

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