(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のコア板が積層されて全体として円筒形状に形成された回転電機のコアの電磁誘導加熱方法において、
円筒状をなす外周側コイルを前記コアの外周側に配置し、
円筒形状をなす内周側コイルであって、巻き線が前記外周側コイルの巻き線よりも高密度である内周側コイルを前記コアの内周側に配置し、
各コイルに交流電流を流すことによりコアを加熱することを特徴とした回転電機のコアの電磁誘導加熱方法。
【請求項２】
前記内周側コイル及び外周側コイルの軸線方向両端がコアの両端面より外方に位置することを特徴とした請求項１に記載の回転電機のコアの電磁誘導加熱方法。
【請求項３】
前記コアの両端面間に貫設された収容孔内に永久磁石を収容するとともに、前記収容孔を塞ぐようにコアの一端面にコアを構成しない金属板を当て、この状態で前記各コイルに交流電流を流すことを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の回転電機のコアの電磁誘導加熱方法。
【請求項４】
複数枚のコア板が積層されて全体として円筒形状に形成された回転電機のコアの電磁誘導加熱装置において、
それぞれ円筒状をなすとともに、同軸上に配置され、交流電流が流される内周側コイル及び外周側コイルと、
前記コアを支持し、そのコアを前記内周側コイル及び外周側コイルの間において両コイルと同軸上に位置するコイル間位置と、そのコイル間位置の外側に離脱する離脱位置とに相対移動させる移動手段とを備え、
前記内周側コイルの巻き線が外周側コイルの巻き線よりも高密度であることを特徴とする回転電機のコアの電磁誘導加熱装置。
【請求項５】
前記移動手段は、コアの下面に設けられた板をその下面側から支持した状態で昇降される昇降部材と、コアの上面を押さえた状態で昇降される押さえ部材とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項６】
前記押さえ部材は、セラミックによって構成されたことを特徴とする請求項５に記載の電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数枚のコア板が積層されて全体として円筒形状に形成された回転電機におけるロータコア等のコアを、電磁誘導加熱により加熱するための電磁誘導加熱方法及び電磁誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転電機のロータでは、複数枚のコア板が積層されることにより、全体として円筒形状をなすロータコアが構成されている。そして、このロータコアの両端面間に貫設された複数の収容孔内に永久磁石が収容されるとともに、その永久磁石と収容孔との間の隙間に熱硬化性合成樹脂が射出されることにより、永久磁石がロータコアに対して一体化されている。この場合、射出成形時における合成樹脂の流動性や硬化性を良好にするために、その射出成形に先立って、ロータコアの各収容孔に永久磁石を収容した状態で、ロータコアに対して電磁誘導加熱方法等により加熱処理が施される。
【０００３】
そして、従来、この種の回転電機のコアの電磁誘導加熱方法としては、例えば特許文献１に開示されるような方法が提案されている。この従来方法においては、図７に示すように、ロータコアＷの軸線方向の両端面に対応して、一対の加熱コイル４１，４２が配置される。この状態で、両加熱コイル４１，４２に交流電流が流されることにより、加熱コイル４１，４２の周辺に磁界が発生し、その磁界によってロータコアＷの両端面に渦電流が流れる。このとき、抵抗熱として発生するジュール熱により、ロータコアＷの加熱が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３５８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、この従来の電磁誘導加熱方法では、前記のように加熱コイル４１，４２がロータコアＷの両端面に対向配置される。この場合、各コア板Ｗａの表面にコーティングが施されて、隣接するコア板Ｗａ間が絶縁されていることもあって、渦電流がロータコアＷの端面側のコア板Ｗａ以外のコア板Ｗａには生じにくい。よって、ロータコアＷの両端面付近のコア板Ｗａについては加熱され易いが、ロータコアＷの厚さ方向の中間部付近のコア板Ｗａについては加熱され難くて、せいぜい熱伝導によって加熱される程度である。従って、ロータコアＷの全体を均一に加熱しようとすれば、きわめて時間がかかるものであった。そして、場合によっては、端面側のコア板Ｗａの外面側のみが高温になって、その端面側のコア板Ｗａが反るように湾曲して、他のコア板Ｗａとずれてしまうこともあった。
【０００６】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、コアの両端付近のコア板から厚さ方向の中間部付近のコア板までムラなく均一に加熱することができる回転電機のコアの電磁誘導加熱方法及び電磁誘導装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は、複数枚のコア板が積層されて全体として円筒形状に形成された回転電機のコアの電磁誘導加熱方法において、円筒状をなす外周側コイルを前記コアの外周側に配置し、円筒形状をなす内周側コイルであって、巻き線が前記外周側コイルの巻き線よりも高密度である内周側コイルを前記コアの内周側に配置し、各コイルに交流電流を流すことによりコアを加熱することを特徴としている。
【０００８】
従って、この発明の加熱方法においては、内周側コイル及び外周側コイルに交流電流が流されることにより、それらのコイルの周辺に磁界が発生し、その磁界によってコアの各コア板に渦電流が流れる。このため、各コア板の表面に樹脂コーティングが施されていても、積層状態の各コア板に渦電流が有効に流れて、その際に抵抗熱として発生するジュール熱により、コアの両端付近のコア板から厚さ方向の中間部付近のコア板まで均一に加熱される。よって、コアを短時間に効率よく加熱することができて、作業時間の短縮及び消費エネルギの削減を図ることができる。
【０００９】
前記の加熱方法において、前記内周側コイル及び外周側コイルの軸線方向両端をコアの両端面より外方に位置させるように配置するとよい。
【００１０】
前記の加熱方法において、前記コアの両端面間に貫設された収容孔内に永久磁石を収容するとともに、前記収容孔を塞ぐようにコアの一端面にコアを構成しない金属板を当て、この状態で前記各コイルに交流電流を流すようにするとよい。
【００１１】
また、この発明は、複数枚のコア板が積層されて全体として円筒形状に形成された回転電機のコアの電磁誘導加熱装置において、それぞれ円筒状をなすとともに、同軸上に配置され、交流電流が流される内周側コイル及び外周側コイルと、前記コアを支持し、そのコアを前記内周側コイル及び外周側コイルの間において両コイルと同軸上に位置するコイル間位置と、そのコイル間位置の外側に離脱する離脱位置とに移動させる移動手段とを備え、前記内周側コイルの巻き線が外周側コイルの巻き線よりも高密度であることを特徴としている。
【００１２】
従って、この発明の加熱装置においては、移動手段によりコアを内周側コイルと外周側コイルとの間のコイル間位置と、そのコイル間位置の外側の離脱位置とに移動させながら、コアを高能率で均一に加熱することができる。
【００１３】
前記の構成において、前記移動手段は、コアの下面に設けられた板をその下面側から支持した状態で昇降される昇降部材と、コアの上面を押さえた状態で昇降される押さえ部材とを備えることが好ましい。
【００１４】
前記の構成において、前記押さえ部材は、セラミックによって構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、この発明によれば、コアの両端付近のコア板から中間部付近のコア板まで均一に加熱することができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態の回転電機のロータコアの電磁誘導加熱装置を示す断面図。
【図２】図１の加熱装置によるロータコアの加熱方法を示す断面図。
【図３】同ロータコアの加熱方法を図２に続いて示す断面図。
【図４】図３におけるロータコアの加熱状態を拡大して示す部分断面図。
【図５】（ａ）は図４のロータコアの平面図、（ｂ）は収容孔内を示す一部拡大断面図。
【図６】ロータコアを示す分解斜視図。
【図７】従来の回転電機のロータコアの電磁誘導加熱方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、この発明を具体化した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
はじめに、図５（ａ）（ｂ）及び図６に従ってロータコアＷの構成を説明する。ロータコアＷは複数枚のコア板Ｗａが積層されてコア本体ＷＡが構成されている。コア本体ＷＡには、その周方向に沿って複数の収容孔Ｗｂが厚さ方向に貫設されており、その収容孔Ｗｂ内には永久磁石Ｍが収容されている。収容孔Ｗｂ内には永久磁石Ｍを固定するためのエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂Ｒが充填されている。コア本体ＷＡの中心には回転軸（図示しない）を通すための軸孔Ｗｃが貫設されている。
【００１８】
次に、この実施形態の電磁誘導加熱装置１１の構成を説明する。図１に示すように、フレーム１２の上下方向の中央部にはコアとしてのロータコアＷを載置するための載置台１３が設けられる。図４及び図５に示すように、そして、ロータコアＷの各収容孔Ｗｂ内に永久磁石Ｍが収容されるとともに、各収容孔Ｗｂの下面側を塞ぐように、ロータコアＷの下端面にコアを構成せず、コア板Ｗａより厚い金属板Ｐが当てられた状態で、ロータコアＷが載置台１３上に載置され、この状態の載置台１３が図示しない搬送装置によりフレーム１２内に搬入されて、所定位置に設置される。
【００１９】
前記載置台１３の位置の上方においてフレーム１２には、それぞれ円筒形状をなす内周側コイル１４及び外周側コイル１５が上下方向に延びる一軸線を中心にして同心上に配置されている。載置台１３の位置の上方においてフレーム１２には、押圧装置１６が配置されている。この押圧装置１６は、フレーム１２に昇降可能に支持された昇降板１７と、その昇降板１７の下部に複数の支持ロッド１８を介して支持された押さえ部材としての押さえ板１９と、昇降板１７を昇降動作させるシリンダ等のアクチュエータ２０とから構成されている。押さえ板１９はセラミックよりなる円環状の非磁性体により形成され、内周側コイル１４と外周側コイル１５との間において、載置台１３上のロータコアＷの上端面に接離可能に対向配置されている。そして、アクチュエータ２０により昇降板１７が下降されることによって、押さえ板１９がロータコアＷの上端面に当接され、ロータコアＷがコア板Ｗａの積層方向の上方から押圧される。
【００２０】
前記載置台１３の位置の下方においてフレーム１２には、移動手段としての移動装置２１が配置されている。この移動装置２１は、フレーム１２に上下動可能に支持された移動板２２と、その移動板２２上に立設された昇降部材としての複数の移動ロッド２３と、移動板２２を上下動させるための作動機構２４とから構成されている。図３及び図４に示すように、前記移動ロッド２３は、載置台１３の孔１３ａを通って前記金属板Ｐの下面の凹部Ｐａに係合する。作動機構２４は、モータ等のアクチュエータ２５と、そのアクチュエータ２５によりプーリ２６，２７及びベルト２８を介して回転されるボールネジ２９と、そのボールネジ２９に螺合するナット３０とから構成されている。そして、作動機構２４により移動板２２及び移動ロッド２３が上下動されることにより、ロータコアＷが内周側コイル１４及び外周側コイル１５の間において両コイル１４，１５と同軸上に位置するコイル間位置Ｓ１（図３参照）と、そのコイル間位置Ｓ１よりも外側下方に離脱する離脱位置Ｓ２（図１及び図２参照）とに移動される。
【００２１】
図４に示すように、前記内周側コイル１４及び外周側コイル１５は、それらの軸線方向の両端部がロータコアＷの両端面より軸方向の外方に突出するように形成されている。すなわち、内周側コイル１４及び外周側コイル１５の軸線方向の長さＬ１が、ロータコアＷの軸線方向の長さＬ２よりも長くなるように設定されている。例えばロータコアＷの軸線方向の長さＬ２が７０ｍｍの場合、金属板Ｐの板厚Ｌ３が９ｍｍ、両コイル１４，１５の軸線方向の長さＬ１が１４０ｍｍ、ロータコアＷの上端面から上方への両コイル１４，１５の突出長さＬ４が２５ｍｍ、金属板Ｐの下端面から下方への両コイル１４，１５の突出長さＬ５が３６ｍｍとなるように設定されている。
【００２２】
また、前記内周側コイル１４の巻き線が外周側コイル１５の巻き線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１４と外周側コイル１５との巻き線の巻き数比は、内周側コイル１４が大きくなるように設定されている。例えば内周側コイル１４と外周側コイル１５との巻き線の巻き数比が、１０対６となるように設定されている。
【００２３】
次に、前記のように構成された電磁誘導加熱装置１１によりロータコアＷを加熱する場合の作用について説明する。
この電磁誘導加熱装置１１の運転時には、ロータコアＷの各収容孔Ｗｂ内に永久磁石Ｍを収容するとともに、下端面に金属板Ｐを当てた状態で、ロータコアＷが載置台１３上に載置され、この状態の載置台１３が図示しない搬送装置によりフレーム１２内に搬入される。このため、図１に示すように、ロータコアＷが内周側コイル１４及び外周側コイル１５の下方の離脱位置Ｓ２に配置される。この状態で、押圧装置１６のアクチュエータ２０が作動されて、図２に示すように、昇降板１７が下降されて、押さえ板１９がロータコアＷの上端面に当接され、ロータコアＷがコア板Ｗａの積層方向の上方から押圧される。その後、移動装置２１における作動機構２４のアクチュエータ２５が作動されると、移動板２２及び移動ロッド２３が上方に移動され、そのロッド２３が金属板Ｐの下面の凹部Ｐａに係合される。そして、ロータコアＷが金属板Ｐとともに押さえ板１９と移動ロッド２３との間に挟持された状態で離脱位置Ｓ２から押し上げられる。このため、図３及び図４に示すように、ロータコアＷが内周側コイル１４と外周側コイル１５との間のコイル間位置Ｓ１に配置される。
【００２４】
この状態において、内周側コイル１４及び外周側コイル１５に交流電流が供給される。そして、コイル１４，１５に発生する磁界によって、図５に矢印で示すように、ロータコアＷの各コア板Ｗａの内周側及び外周側に渦電流が流れる。そして、この際に抵抗熱として発生するジュール熱により、ロータコアＷが永久磁石Ｍ及び金属板Ｐとともに発熱によって加熱される。この場合、ロータコアＷの内周及び外周に対向して内周側コイル１４及び外周側コイル１５が近接して配置されていることにより、各コア板Ｗａがその内周及び外周から加熱される。このため、結果として、中間部付近のコア板Ｗａとの間で加熱むらが発生するおそれがなく、コア本体ＷＡの全体が均一に加熱される。
【００２５】
そして、ロータコアＷの加熱が終了すると、前記の場合とは逆順に、移動装置２１における作動機構２４のアクチュエータ２５の作動により、移動板２２及び移動ロッド２３が下方に移動される。この移動により、ロータコアＷ及び金属板Ｐが押さえ板１９と移動ロッド２３との間に挟持された状態で、図３に示すコイル間位置Ｓ１から図２に示す離脱位置Ｓ２に移動される。その後、押圧装置１６のアクチュエータ２０の作動により、昇降板１７が上昇されて、図１に示すように、押さえ板１９がロータコアＷの上端面から離間される。この状態で、図示しない搬送装置により、加熱処理済みのロータコアＷが載置台１３とともにフレーム１２内からから搬出されて、図示しない合成樹脂の射出成形工程に搬送される。
【００２６】
引き続き、加熱処理前の後続のロータコアＷが載置台１３とともにフレーム１２内に搬入されて、前記と同様な加熱動作が繰り返し行われる。
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００２７】
（１）  この実施形態においては、円筒形状をなす内周側コイル１４及び外周側コイル１５をコアＷの内周側及び外周側に同心状に配置した状態で、各コイル１４，１５に交流電流を流すようにしている。このため、コイル１４，１５の周辺に発生する磁界によって、コアＷの各コア板Ｗａの内周及び外周付近に渦電流が流れる。従って、積層状態の各コア板Ｗａが抵抗熱として発生するジュール熱により、コアＷの両端付近のコア板Ｗａから厚さ方向の中間部付近のコア板Ｗａまで均一に加熱される。その結果、コアＷを短時間に効率よく加熱することができて、作業時間の短縮及び消費エネルギの削減を図ることができる。
【００２８】
（２）  この実施形態においては、前記内周側コイル１４及び外周側コイル１５の軸線方向両端をコアＷの両端面より外方に位置させるようにしている。すなわち、内周側コイル１４及び外周側コイル１５の軸線方向の長さＬ１が、コアＷの軸線方向の長さＬ２よりも大きくなるようにしている。このため、コアＷの両端面付近のコア板Ｗａが加熱不足になるのを防止することができて、積層状態の複数枚のコア板Ｗａを一層均一に加熱することができる。
【００２９】
（３）  この実施形態においては、前記内周側コイル１４の巻き線が外周側コイル１５の巻き線よりも高密度となるようにしている。すなわち、内周側コイル１４は、コアＷの内周面よりも内方に位置しているため、内周側コイル１４が外周側コイル１５と同密度では、内周側コイル１４の全体の巻き線長さが短くなって加熱機能が不足する。これに対し、この実施形態では、内周側コイル１４と外周側コイル１５との巻き線の巻き数比が、内周側コイル１４ほど大きくなるようにしている。このため、コアＷの内周側が外周側よりも加熱不足になるのを防止することができて、コアＷを半径方向に対しても加熱むらなく均一に加熱することができる。
【００３０】
（４）  この実施形態においては、前記コアＷの両端面間に貫設された収容孔Ｗｂ内に永久磁石Ｍを収容するとともに、収容孔Ｗｂを塞ぐようにコアＷの一端面にコア板Ｗａより厚い金属板Ｐを当て、この状態で各コイル１４，１５に交流電流を流すようにしている。このため、コアＷの収容孔Ｗｂと永久磁石Ｍとの間の隙間に熱硬化性合成樹脂を射出成形するのに先立って、コアＷを永久磁石Ｍ及び金属板Ｐとともに、効果的に加熱することができるとともに、金属板Ｐが蓄熱作用を果たすことになる。従って、加熱終了時から射出終了時までコアＷの冷めやすい下部側を含む全体を高温状態に維持できて、永久磁石を高品質な樹脂で有効に固定できる。
【００３１】
（５）  この実施形態においては、移動装置２１によりコアＷが内周側コイル１４と外周側コイル１５との間のコイル間位置Ｓ１と、そのコイル間位置Ｓ１の外側の離脱位置Ｓ２とに移動されるようになっている。このため、内周側コイル１４及び外周側コイル１５を移動させる構成と比較して、装置の構成を簡単にできる。
【００３２】
（６）  この実施形態においては、押圧装置１６によりコアＷの端面が積層方向に押圧された状態で、移動装置２１によるコアＷのコイル間位置Ｓ１と離脱位置Ｓ２との間の移動、及び加熱が行われるようになっている。このため、コアＷの移動中に、その移動によってコアＷに位置ずれが生じたり、コアＷの加熱中にコア板Ｗａが熱膨張によって湾曲したりするおそれを抑制することができる。
【００３３】
（７）  この実施形態においては、押圧装置１６の押さえ板１９がセラミックによって構成されているため、コアＷが高温になっても変形等の問題が生じないばかりでなく、押さえ板１９の内部に渦電流が生じないため、エネルギーロスを避けることができる。
【００３４】
（変更例）
なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  内周側コイル１４及び外周側コイル１５の軸線方向の長さＬ１や、コアＷのコイル間位置Ｓ１における両コイル１４，１５との対応位置関係を前記実施形態とは異なる数値に変更すること。
【００３５】
・  内周側コイル１４と外周側コイル１５との巻き線の巻き数比を前記実施形態とは異なる比,例えば１０対５等に変更すること。
・  コアＷが固定位置にあって、内周側コイル１４及び外周側コイル１５が昇降されるように構成すること。
【００３６】
・  押さえ部材としての押さえ板１９の材質として、セラミック以外に磁束の影響を受けない非磁性体、例えば耐熱性樹脂やアルミニウム等の金属を用いること。
・  回転電機のステータコアの加熱に本発明を適用すること。
【符号の説明】
【００３７】
１１…電磁誘導加熱装置、１４…内周側コイル、１５…外周側コイル、１６…押圧装置、１７…昇降板、１９…押さえ板、２０…アクチュエータ、２１…移動手段としての移動装置、２２…移動板、２３…移動ロッド、２４…作動機構、２５…アクチュエータ、Ｗ…コアとしてのロータコア、Ｗａ…コア板、Ｗｂ…収容孔、Ｍ…永久磁石、Ｐ…金属板、Ｌ１…コイルの軸線方向の長さ、Ｌ２…コアの軸線方向の長さ、Ｓ１…コイル間位置、Ｓ２…離脱位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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