JPH08205486A - ワーク加熱装置およびモータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】モータに用いるロータなどのワークの破損を防
止して、ワークを短時間で加熱でき、ワーク（モータ）
の信頼性および生産性の向上化を図れるワーク加熱装置
およびモータの製造方法を提供する。 【構成】一部にワーク（ロータ）１が挿脱自在に嵌め込
まれる空隙部１１を有する環状鉄心１０と、この環状鉄
心に装着される励磁コイル１２と、この励磁コイルと電
気的に接続され、励磁コイルに印加する高周波可変電源
部１３とを具備し、環状鉄心に交番磁界を通してうず電
流を生じさせ、この鉄損によってロータを均一に急速加
熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばロータリ式圧
縮機の電動機部であるＤＣブラシレスモータを構成する
ロータなどのワークを加熱するワーク加熱装置および、
このロータを使用したモータの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ガス圧縮動作を行うロータリ
式圧縮機は、シリンダやローラなどを備えた圧縮機構部
に回転軸を介して電動機部が連結されてなる。上記シリ
ンダ内にガスを吸込んでローラを偏心回転駆動し、シリ
ンダ内の圧縮空間容量を徐々に減少させて圧縮作用が行
われる。

【０００３】上記電動機部は、普通、ＡＣモータが採用
されており、これは回転軸に外嵌される円筒状のロータ
と、このロータ外周面と狭小の間隙を存して配置され、
電動機部や圧縮機構部を収容する密閉ケース内周壁に固
定されるステータとから構成される。

【０００４】このようなモータを製造するのに、回転軸
にロータを外嵌する必要がある。このロータを外嵌する
手段としては、いわゆる焼き嵌め方法が広く採用されて
いる。すなわち、従来、ロータの外周面側にバーナ等の
加熱装置や高周波電源装置に接続する空心コイルを配置
してロータ外径部を加熱し、この加熱されたロータの内
径部を上記回転軸に嵌めた後、冷却するようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記モータ
の高効率化の要請にともない、ロータリ式圧縮機に用い
るロータとして、ＤＣブラシレスモータを採用する研究
が進められている。このようなＤＣブラシレスモータの
場合は、ロータの外径部近くに磁性材料であるフェライ
トを埋設する構造がとられているので、フェライトの外
周側がより高温に加熱されてしまう。

【０００６】上記ロータ内径部に対する加熱作用は、直
接的に加熱される外径部からの熱がフェライトを介し
て、あるいはこのフェライトの設けられていない狭い部
分を介して伝導することによる。

【０００７】しかし、フェライトの熱伝導率が小さく、
また、フェライトが設けられていない部分は極めて狭い
ので、ロータ内径部の加熱昇温程度は、この外径部と比
較して極めて低い。

【０００８】そのため、ロータ内径部が充分に昇温しな
いうちに外径部が極度に加熱されることになり、両者間
に急激な温度差が生じ、熱衝撃応力によりフェライトあ
るいはロータ本体に亀裂が入る虞れがある。

【０００９】そこで、直接、ロータの内周面側から加熱
昇温させることが考慮される。この場合、今度は外径部
が加熱され難いという不具合が生じて、内外径部の大き
な温度差の発生が避けられない。

【００１０】このような不具合を除去する一つの手段と
して、ロータ内周面側から加熱し、その熱が完全に外径
部に伝導したことを確認し、この状態から、ある程度加
熱温度を上げてさらに内径部を加熱する。

【００１１】そして、熱が完全に外径部に伝導したこと
を確認し、さらに、ある程度加熱温度を上げて内周面側
から加熱する。以下、この作用を繰り返えし、段階的に
加熱すると、内外径部の温度がほとんど均一化して、ロ
ータの焼き嵌めに支障がなくなる。

【００１２】しかしながら、このような手段を採用する
と、工程終了までに時間がかかって、生産性が劣るとい
う欠点が生じてしまう。本発明は上記事情に着目してな
されたものであり、その目的とするところは、モータに
用いるロータなどのワークの破損を防止して、ワークを
短時間で加熱でき、ワーク（モータ）の信頼性および生
産性の向上化を図れるワーク加熱装置およびモータの製
造方法を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明のワーク加熱装置は、請求項１において、
一部にワークが挿脱自在に嵌め込まれる空隙部を有する
環状鉄心と、この環状鉄心に装着される励磁コイルと、
この励磁コイルと電気的に接続され、励磁コイルに印加
する高周波可変電源部とを具備したことを特徴とする。

【００１４】請求項２において、請求項１記載の上記環
状鉄心は、２分割化され、その分割体の一端部相互間に
上記空隙部が形成されることを特徴とする。請求項３に
おいて、請求項２記載の上記ワークは、その両端部に掛
合部を有しており、上記環状鉄心の分割体における空隙
部を形成する端部に、上記ワーク掛合部に掛止する掛止
部を備えたことを特徴とする。

【００１５】請求項４において、請求項２および請求項
３のいずれかに記載の上記環状鉄心の空隙部を形成する
端部に、焼結電気鉄心を装着したことを特徴とする。請
求項５において、請求項１ないし請求項４のいずれかに
記載の上記環状鉄心の空隙部を形成する端部に、環状鉄
心の磁束密度調整用の凹部を備えたことを特徴とする。

【００１６】請求項６において、請求項１ないし請求項
５のいずれかに記載の上記高周波可変電源部は、ワーク
加熱終了間際に、高周波可変電源の出力周波数もしくは
出力電圧を小さくすることを特徴とする。

【００１７】上記目的を達成するために第２の発明のモ
ータの製造方法は、請求項７として、円筒状のロータを
加熱した後、このロータを回転軸に焼き嵌めすることに
よりモータを製造するモータの製造方法において、環状
鉄心に形成される空隙部に上記ロータを挿脱自在に嵌め
込み、環状鉄心に装着される励磁コイルに高周波可変電
源を印加することによりロータを加熱する工程と、この
ロータ加熱工程の終了間際に、高周波可変電源の出力周
波数もしくは出力電圧を小さくする工程とを具備したこ
とを特徴とする。

【００１８】

【作用】このような構成によれば、ワークの破損を防止
して、このワークを短時間で均一に加熱することがで
き、モータを製造できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図６に、本発明で製造するロータ１（ワー
ク）の構成を示す。このロータ１は同図（Ａ）で示すよ
うに、複数枚の円形プレート２…を同方向に積層してな
るロータ本体３と、このロータ本体３内に挿入されたフ
ェライト４とを有する。上記プレート２は円板状のもの
で、中央部には円形の貫通孔２ａが設けられ、外縁部に
は周方向に沿って円弧状の４つのスリット２ｂ…が設け
られる。

【００２０】ロータ１を組み立てるには、複数枚のプレ
ート２…を貫通孔２ａおよびスリット２ｂを互いに一致
させた状態で積層してロータ本体３を構成した後、プレ
ート２…の積層方向に連通するスリット２ｂ内に、この
スリットと略同形状の横断面を有するフェライト４を嵌
挿する。

【００２１】そして、このロータ本体３の積層方向に沿
う両端面に、中央部に貫通孔５ａを有する一対の押え板
５，５を設け、これら押え板と積層されたプレート２…
を貫通する位置決めピン６の両端部を固着することで、
プレート２…およびフェライト４が固定される。

【００２２】このようにして成形されたロータ１は、同
図（Ｂ）に示すように、内径部１ａと外径部１ｂとを有
する円筒形のワークを構成する。そして、このワークの
内径部１ａに回転軸７を焼き嵌めすることによって取付
けられる。

【００２３】つぎに、上記ロータ１の焼き嵌めを行うた
めに、このロータ１を加熱する加熱装置を図１を参照し
て説明する。図中１０は、環状鉄心である。この環状鉄
心１０は、電磁鋼帯を巻いたもの（いわゆる、巻き鉄心
と呼ばれる）をカットして成形する。もしくは、電磁鋼
板を打抜いて、この切断片を積層して成形する。

【００２４】上記環状鉄心１０は、正面視でほぼ矩形状
をなし、側面視で所定の肉厚寸法を有する。一側辺は欠
落形成されていて、この欠落部分を空隙部１１と呼ぶ。
上記空隙部１１の長手方向を形成する環状鉄心１０の端
面（以下、抜板面と呼ぶ）１０ａ，１０ａ相互間隔寸法
は、加熱すべきロータ１の全長寸法とほぼ一致する。す
なわち、ロータ１は空隙部１１である抜板面１０ａ，１
０ａ間に挿脱自在に嵌挿できるようになっている。

【００２５】環状鉄心１０における空隙部１１と対向す
る側辺部には、励磁コイル１２が巻装される。この励磁
コイル１２は、高周波可変電源部１３に電気的に接続さ
れる。上記高周波可変電源部１３は、商用周波数よりも
高い周波数の電流を出力するものである。

【００２６】このように加熱装置として、空隙部１１を
備えた環状鉄心１０と、この環状鉄心に装着される励磁
コイル１２およびこの励磁コイルに電気的に接続される
高周波可変電源部１３を備えればよく、簡素な構成です
む。

【００２７】ロータ１を加熱するにあたって、環状鉄心
１０に形成される空隙部１１にロータを嵌挿し、適宜な
手段を用いて位置決め固定する。高周波可変電源部１３
は、励磁コイル１２に商用周波数よりも高い周波数の電
流を流す。その影響を受けて環状鉄心１０は磁化され、
この形状に沿う環状方向（矢印方向）に交番磁界が形成
され、磁束が導かれる。

【００２８】上記空隙部１１を形成する抜板面１０ａの
面方向は、環状鉄心１０に導かれる磁束の流れる方向
（矢印方向）に対して垂直である。この抜板面１０ａに
平行な方向に磁束が通る場合には鉄損が小さいが、抜板
面に垂直な方向に磁束が通る場合には、大きなうず電流
が生じて鉄損が非常に大きくなることは周知である。

【００２９】空隙部１１に配置される上記ロータ１は、
抜板面１０ａと垂直な方向に配置されるところから、環
状鉄心１０に交番磁界を形成するとロータに大きなうず
電流が生じ、それにともなう大きな鉄損によってロータ
は急速に加熱される。

【００３０】この鉄損は、磁束密度および交番周波数に
比例して大きくなるため、高周波数可変電源部１３を用
いて、必ず商用周波数よりも大きな周波数にて励磁する
ことが必要である。

【００３１】上記ロータ１は、全体的に、かつ急速に加
熱され、温度上昇する。先に説明した内径部１ａと外径
部１ｂとに温度差が生じないばかりか、プレート２部分
とフェライト４部分にも温度差がない。

【００３２】所定温度に上昇したことを確認したら、空
隙部１１からロータ１を取り外して、この内径部１ａに
回転軸７を嵌挿する。すなわち、ロータ１の焼き嵌め工
程が完了し、このロータを用いたモータが形成されるこ
とになる。

【００３３】このようにして、ロータ加熱装置として、
環状鉄心１０と、励磁コイル１２および高周波可変電源
部１３との簡素な構成ですみ、小形化を得られる。そし
て、高い加熱効率が得られる一方、温度上昇速度の調整
が容易であり、ロータ１に対して温度ムラのない加熱が
得られる。

【００３４】なお上記高周波可変電源部１３は、商用周
波数よりも高い周波数を励磁コイル１２に供給するので
あるが、必ずしも、ロータ１に対する加熱時に一定値を
保持することはない。

【００３５】すなわち、加熱開始時から終了時までの間
に、出力周波数または出力電圧、もしくはその両方を適
宜変化させて調整するようにしてもよい。その結果、時
間的にロータ１の温度上昇速度を変えることができる。

【００３６】たとえば、加熱終了近くで温度上昇速度が
小さくなるように出力周波数または出力電圧、もしくは
その両方を制御することにより、予め設定した加熱温度
を正確に得られる。

【００３７】図２に示すような、環状鉄心１０Ａを採用
してもよい。この場合、成形された環状鉄心１０Ａの全
体的な形状構造は変わりがないが、２分割されることが
特徴である。

【００３８】それぞれの分割体１００ａ，１００ｂの分
割位置として、上部側の抜板面１０ａと、空隙部１１と
対向する側辺部で、かつ上部側の抜板面１０ａと同位置
が設定される。

【００３９】このように、環状鉄心１０Ａを分割化する
と、ロータ１を空隙部１１に装着する作業および加熱後
にここから取り外しする作業が容易化し、作業性の向上
を図れる。

【００４０】そして、空隙部１１と対向する側辺部にお
いては、ロータ１を装着した後、適宜な手段を用いて確
実な連結固定が必要であること、ロータ加熱後には上記
連結手段を容易に取り外しできるようにすることは、言
う迄もない。

【００４１】図３に示すような、環状鉄心１０Ｂを採用
してもよい。この場合、先に説明した２分割化した環状
鉄心を前提とする。そして、空隙部１１を形成する抜板
面１０ａ，１０ａそれぞれに、凹部状の掛合部（上部側
のみ図示する）１５を形成する。この掛合部１５は、ロ
ータ１の上下端面に設けられる、バランサ用の突部であ
る掛止部１６が掛止可能な寸法形状をなす。

【００４２】空隙部１１にロータ１を装着する際には、
掛合部１５にロータ掛止部１６を掛止する。したがっ
て、ロータ１を空隙部１１に位置決め固定でき、加熱作
用中における位置変動や脱落などの事故を確実に阻止す
る。

【００４３】さらに、掛合部１５に掛止部１６を掛止す
ることによって、環状鉄心１０とロータ１とが密着し、
磁気抵抗が減少して、ロータに対する加熱効率の向上に
つなげられる。

【００４４】図４に示すような、環状鉄心１０Ｃを採用
してもよい。この場合、空隙部１１を形成する端部に焼
結電気鉄心２０が装着される。焼結電気鉄心２０の抜板
面１０ａには、先に説明したような掛合部１５を設け
て、ロータ１の掛止部１６を掛止させ、確実な位置決め
をなすことは変わりがない。

【００４５】環状鉄心１０Ｃに焼結電気鉄心２０を設け
ることにより、抜板面１０ａに形成する掛合部１５であ
る凹部加工が容易になり、加工性の向上を図れる。そし
て、焼結電気鉄心２０は環状鉄心１０Ｃと比較して鉄損
が小さく、この部分における温度上昇を小さくでき、ロ
ータ１の交換作業が容易となる。

【００４６】図５に示すような、環状鉄心１０Ｄを採用
してもよい。この場合、同図（Ａ）に示すように、プレ
ート２Ａに中心部から周辺部に曲成される逆円弧状にス
リット２ｄが形成され、この形状に沿うようにしてフェ
ライト４Ａが設けられるタイプのロータ１Ａを対象とす
る。

【００４７】そして、フェライト４Ａから外周側を鉄心
Ａ部２２、フェライト４Ａから内周側を鉄心Ｂ部２３と
したとき、鉄心Ａ部２２と対向する環状鉄心１０Ｄの板
抜面部位に磁束密度調整用としての凹部２５が設けられ
る。

【００４８】このような構成で空隙部１１にロータ１Ａ
を装着して磁束を通すと、上記凹部２５を設けたことに
より、これと対向するフエライト４Ａから外周側の鉄心
Ａ部２２における磁束密度が、フエアライト４Ａから内
周側の鉄心Ｂ部２３における磁束密度よりも小さくな
る。

【００４９】すなわち、鉄心Ａ部２２に対する加熱温度
を、鉄心Ｂ部２３に対する加熱温度よりも低くすること
ができる。これらの温度差は、上記磁束密度調整用の凹
部２５の位置および空間容量を調整することにより、任
意に設定できる。

【００５０】つぎに、このようにして焼き嵌めされたロ
ータ１と回転軸７とを用いたロータリ式圧縮機の構成
と、その組み立てについて説明する。図７に示すよう
に、ロータリ式圧縮機は密閉ケース３０を有する。この
密閉ケース３０内の下部には圧縮機構部３１が設けら
れ、上部には電動機部であるＤＣブラシレスモータ３２
が設けられる。

【００５１】このＤＣブラシレスモータ３２は、密閉ケ
ース３０の内面に固定されたステータ３３と、このステ
ータの内側に配置された上記ロータ１とから構成され
る。ロータ１は、回転軸７に焼き嵌めされることは、先
に説明した通りである。

【００５２】上記圧縮機構部３１は、回転軸７の下部
に、仕切り板３４を介して上下に配設された２つのシリ
ンダ３５，３５の内部を貫通し、略１８０°の位相差を
もって形成される２つの偏心部３６，３６を上記シリン
ダ内に位置させている。

【００５３】上記回転軸７は、各シリンダ３５，３５を
閉塞し、固定する軸受部材３７，３８で回転自在に枢支
される。また、この軸受部材３７，３８によって固定さ
れた上記シリンダ３５，３５は、板金フレーム３９によ
って密閉ケース３０に固定される。

【００５４】上記各偏心部３６，３６には、ローラ４
０，４０が嵌合される。シリンダ３５，３５は、上記仕
切り板３４および軸受部材３７，３８で上下を区画さ
れ、その内周面とローラとで三日月状の圧縮空間４１，
４１が形成される。

【００５５】また、各シリンダ３５，３５内には、圧縮
空間４１，４１を高圧側と低圧側に仕切る図示しないブ
レードが設けられている。このブレードは、ばね部材な
どによってローラ４０側へ弾性的に付勢されており、シ
リンダ３５に設けられたブレード溝を出入りして、その
先端部をローラに常に接触させている。

【００５６】両シリンダ３５，３５にはそれぞれ吸込み
管４２，４２が形成され、その一端側は密閉ケース３０
の外側に設けられる気液分離器４３に接続されている。
一方、密閉ケース３０の上端部には導出管４４が接続さ
れる。

【００５７】しかして、ＤＣブラシレスモータ３２に通
電すると回転軸７が回転駆動され、それによってローラ
４０はシリンダ３５内で偏心回転を行う。このことで、
気液分離器４３を介して各吸込管４２，４２から，それ
ぞれのシリンダ３５，３５内の圧縮空間４１，４１にガ
スが吸込まれ、ローラ４０，４０の偏心回転にともなっ
て圧縮される。

【００５８】つぎに、このロータリ式圧縮機の組み立て
について説明する。上記回転軸７にロータ１を焼き嵌め
する前に、回転軸７の下端部にシリンダ３５や軸受部材
３７，３８等からなる圧縮機構部３１を組み付ける。そ
して、この後、回転軸７の上端部に、上述の手段をもっ
て加熱されたロータ１を焼き嵌め、冷却することによっ
て、ロータの取付け固定がなされる。

【００５９】ついで、ロータ１に埋設されたフェライト
４を着磁し、組み立てられた圧縮機構部３１、回転軸７
およびロータ１を密閉ケース３０内に挿入し、板金フレ
ーム３９にてケース３０内に取付け固定する。

【００６０】ついで、上記ステータ３３を密閉ケース３
０内周壁に固定し、その他の部品を組み付けることで、
ＤＣブラシレスモータ３２を内蔵したロータリ式圧縮機
を成形できる。

【００６１】なお、上記実施例においては、ワークとし
て、ＤＣブラシレスモータ３２を構成するロータ１を適
用して説明したが、これに限定されるものではなく、焼
き嵌めを施すような円筒形のワークであれば全て適用で
きる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、空隙部を
有する環状鉄心と、この環状鉄心に装着される励磁コイ
ルと、この励磁コイルと電気的に接続され、励磁コイル
に印加する高周波可変電源部とでワーク加熱装置を構成
したから、従来の装置と比較して、簡素な構成となり、
廉価に提供できてコストの低減に寄与するとともに装置
の小形化を図ることができ、据え付けスペースの大幅低
減となる。

【００６３】そして、ワークに対する加熱効率の向上が
得られ、温度上昇速度の調整が容易で、温度ムラの少な
い理想の加熱作用をなす。ワークとしてロータを適用す
ることにより、モータの信頼性の向上を得るとともに生
産性の向上に繋げられるなどの効果を奏する。

【００６４】なお、上記環状鉄心を２分割化して、その
分割体の一端部相互間に空隙部を形成するようにしたか
ら、ワークの空隙部に対する挿脱作業が容易になり、作
業性の向上を図れる。

【００６５】環状鉄心の分割体における空隙部を形成す
る端部に、ワーク掛合部に掛止する掛止部を備えたか
ら、環状鉄心とワークが完全密着して磁気抵抗の低減を
図ることができ、加熱効率が向上するとともにワークの
確実な位置決め固定をなす。

【００６６】環状鉄心の空隙部を形成する端部に、焼結
電気鉄心を装着したから、空隙部の加工が容易となり、
しかも鉄損が少なくなって環状鉄心自体の温度上昇が小
さくなり耐久性が向上し、ワークの交換作業が容易にな
る。

【００６７】環状鉄心の空隙部を形成する端部に、環状
鉄心の磁束密度調整用の凹部を備えたから、ワークに対
して部分的に温度上昇を調整することができ、加熱効率
がより向上する。

【００６８】高周波可変電源部は、ワーク加熱終了間際
に、高周波可変電源の出力周波数もしくは出力電圧を小
さくするようにしたから、ワークに対する加熱終了近く
での温度上昇を押えて、必要な加熱温度の正確な制御を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、ワーク（ロータ）加
熱装置の概略の斜視図。

【図２】他の実施例の、環状鉄心の正面図。

【図３】図２の一部を拡大するとともに縦断面にした
図。

【図４】他の実施例の、環状鉄心とワーク（ロータ）の
一部縦断面図。

【図５】（Ａ）は他の実施例の、ロータの平面図。
（Ｂ）は環状鉄心とワーク（ロータ）の一部縦断面図。

【図６】（Ａ）はワークであるロータの分解した斜視
図。（Ｂ）はロータに対する回転軸の焼き嵌め工程を説
明する図。

【図７】ロータリ式圧縮機の縦断面図。

【符号の説明】

１…ワーク（ロータ）、１１…空隙部、１０…環状鉄
心、１２…励磁コイル、１３…高周波可変電源部、１０
０ａ，１００ｂ…分割体、１５…掛合部、１６…掛止
部、２０…焼結電気鉄心、２５…（磁束密度調整用の）
凹部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一部にワークが挿脱自在に嵌め込まれる空
   隙部を有する環状鉄心と、 この環状鉄心に装着される励磁コイルと、 この励磁コイルと電気的に接続され、励磁コイルに印加
   する高周波可変電源部とを具備したことを特徴とするワ
   ーク加熱装置。
2. 【請求項２】上記環状鉄心は、２分割化され、その分割
   体の一端部相互間に上記空隙部が形成されることを特徴
   とする請求項１記載のワーク加熱装置。
3. 【請求項３】上記ワークは、その両端部に掛合部を有し
   ており、 上記環状鉄心の分割体における空隙部を形成する端部
   に、上記ワーク掛合部に掛止する掛止部を備えたことを
   特徴とする請求項２記載のワーク加熱装置。
4. 【請求項４】上記環状鉄心の空隙部を形成する端部に、
   焼結電気鉄心を装着したことを特徴とする請求項２およ
   び請求項３のいずれかに記載のワーク加熱装置。
5. 【請求項５】上記環状鉄心の空隙部を形成する端部に、
   環状鉄心の磁束密度調整用の凹部を備えたことを特徴と
   する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のワーク
   加熱装置。
6. 【請求項６】上記高周波可変電源部は、ワーク加熱終了
   間際に、高周波可変電源の出力周波数もしくは出力電圧
   を小さくすることを特徴とする請求項１ないし請求項５
   のいずれかに記載のワーク加熱装置。
7. 【請求項７】円筒状のロータを加熱した後、このロータ
   を回転軸に焼き嵌めすることによりモータを製造するモ
   ータの製造方法において、 環状鉄心に形成される空隙部にロータを挿脱自在に嵌め
   込み、上記環状鉄心に装着される励磁コイルに高周波可
   変電源を印加することによりロータを加熱する工程と、 このロータ加熱工程の終了間際に、高周波可変電源の出
   力周波数もしくは出力電圧を小さくする工程とを具備し
   たことを特徴とするモータの製造方法。