(57)【要約】【課題】電磁鋼板が積層されて構成される積層コアの焼鈍において、加熱時間を短縮して生産性の向上を図る。【解決手段】ソレノイド１の内周に前記積層コア９を配設し、ソレノイド１に交流電気を通電して積層コア９を所定の温度に誘導加熱し、その後、積層コア９を徐冷する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電磁鋼板が積層されて構成される積層コアの焼鈍方法であって、
ソレノイドの内周に前記積層コアを配設し、前記ソレノイドに交流電気を通電して前記積層コアを所定の温度に誘導加熱し、その後、前記積層コアを徐冷することを特徴とする積層コアの焼鈍方法。
【請求項２】
前記ソレノイドの内周に、複数の前記積層コアを配設し、複数の前記積層コアを同時に加熱することを特徴とする請求項１に記載の積層コアの焼鈍方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層コアの焼鈍方法に関する。詳しくは、電磁鋼板などが積層されて構成される積層コアの焼鈍方法であって、ひずみを除去して鉄損を減少させるための焼鈍方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機に適用される一般的な積層コアは、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いて積層させ、溶接やカシメなどによって接合することによって形成される。ところで、電磁鋼板を打ち抜き加工する際に、ひずみが生じることがある。電磁鋼板にひずみが生じると、鉄損が増加して電動機のエネルギー効率が低下する。このため、たとえば特許文献１〜３に記載のように、打ち抜いた電磁鋼板を積層して接合した後に、ひずみを除去するために焼鈍が実施されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５４−１８０３号公報
【特許文献２】特開平１１−３３２１８３号公報
【特許文献３】特開昭５９−１２３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁鋼板により形成される積層コアの焼鈍においては、たとえば、加熱炉を用いて７５０℃以上に加熱し、さらに均熱化のために２時間程度にわたって加熱を継続し、その後徐冷するという方法が用いられる。このように、積層コアの焼鈍においては、積層コアを長時間にわたって加熱する必要がある。このため、積層コアの焼鈍は生産性が低いという問題点があった。そこで、生産性の向上を図るために、加熱時間を短縮したいという要請があった。加熱時間を短縮するため、たとえば特許文献３には、積層コアを誘導加熱する構成が開示されている。しかしながら、特許文献３には、具体的な加熱方法は開示されていない。また、短時間で加熱する方法としては、積層コアに通電してジュール熱によって加熱する方法が考えられる。しかしながら、通電によって加熱する方法では、積層コアの寸法が大きいと、電極を均一に接触させることが困難である。このため、積層コアを短時間で均一に加熱することが困難である。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、積層コアの焼鈍において、加熱時間を短縮して生産性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、複数の電磁鋼板が積層されて構成される積層コアの焼鈍方法であって、ソレノイドの内周に前記積層コアを配設し、前記ソレノイドに交流電気を通電して前記積層コアを所定の温度に誘導加熱し、その後、前記積層コアを徐冷することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、積層コアをソレノイドの内周に収容して誘導加熱する構成であるから、積層コアの全体に誘導電流（渦電流）を流して加熱することができる。このため、このような構成によれば、短時間で断面内部まで短時間で加熱することができる。また、積層コアが、ソレノイドの内周に収容されるから、積層コアの全体が誘導加熱される。このため、積層コアの全体を短時間で加熱できる。したがって、焼鈍における加熱時間の短縮を図ることができ、積層コアの生産効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる積層コアの焼鈍方法を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる積層コアの焼鈍方法を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、実施例における積層コアの温度の数値計算の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態および実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
（実施形態）
図１は、実施形態にかかる焼鈍方法を模式的に示す斜視図である。図２は、実施形態にかかる焼鈍方法を模式的に示す断面図である。
実施形態にかかる焼鈍方法においては、積層コア９の加熱のために、内周に積層コイルを収容可能な筒状のソレノイド１（電流励起型のコイル）が用いられる。ソレノイド１の寸法や巻き数は、焼鈍対象である積層コア９の寸法や形状、積層コア９を構成する電磁鋼板９０の特性などに応じて設定される。なお、本実施形態においては、従来一般の構成の積層コア９が焼鈍対象になる。従来一般の積層コア９は、所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板９０が軸線方向に積層され、カシメや溶接などによって接合されることによって構成される。積層コア９は、全体として筒状の構成を有し、内周側には複数の歯９１が形成される。ここでは、電磁鋼板９０の面方向が軸線に直角であるものとする。
図１と図２に示すように、焼鈍対象である積層コア９が、ソレノイド１の内周に配設される。ここで、積層コア９は、電磁鋼板９０の面方向がソレノイド１の内周における磁力線の方向に対して直角になる姿勢で配設される。具体的には、積層コア９は、その軸線がソレノイド１の軸線に平行な姿勢または一致する姿勢で配設される。図１と図２においては、ソレノイド１と積層コア９の軸線が一致する構成を示す。複数の積層コア９を同時に加熱する場合には、複数の積層コア９が、軸線方向に重ねて（換言すると、軸線方向に並べて）配設される。なお、図１と図２においては、２個の積層コア９が重ねて配設される構成を示すが、同時に加熱する積層コア９の数は限定されない。
そして、ソレノイド１に交流電気を通電し、積層コア９を所定の温度に到達するまで誘導加熱する。ここで、「所定の温度」は、７００℃以上であることが好ましい。なお、「所定の温度」は、従来の焼鈍方法と同じく７５０℃であってもよい。また、通電する交流電気の周波数は、積層コア９の断面内部全体にわたって誘導電流を発生させることができる周波数に設定される。すなわち、周波数が高くなると、表皮効果によって積層コア９の断面内部に誘導電流が流れなくなり、その結果、断面内部を誘導加熱できなくなる。そこで、積層コア９の断面内部の全体に誘導電流を流せる周波数として、たとえば、２００Ｈｚが適用される。なお、積層コア９の断面内部にどの程度の誘導電流が流れるかは、積層コア９の寸法や形状、積層コア９を構成する電磁鋼板９０の特性などによって相違するため、具体的な周波数はこれらを考慮して適宜設定される。
積層コア９が所定の温度に到達した後、ソレノイド１への通電を停止して誘導加熱を停止する。その後、積層コア９を徐冷する。徐冷の条件（たとえば、方法や温度履歴）は、従来と同じでよい。たとえば、徐冷には、従来一般の炉冷や空冷と同じ条件が適用できる。このため、徐冷の説明は省略する。
なお、本実施形態においては、積層コア９が所定の温度に到達した後、直ちに誘導加熱を停止して徐冷を開始する。すなわち、加熱炉を用いる従来の焼鈍方法においては、積層コア９が所定の温度に到達した後であっても、均熱化のために所定の時間にわたって（たとえば２時間程度）加熱を継続する。このため、従来の焼鈍方法においては、加熱時間として、「積層コア９が所定の温度に到達するまでの時間」と「均熱化のための時間」が必要であった。これに対して本実施形態では、加熱時間として、「積層コア９が所定の温度に到達するまでの時間」のみが必要であり、「均熱化のための時間」は必要ではない。
【００１１】
積層コア９を構成する電磁鋼板９０の酸化を防止するため、積層コア９の加熱および徐冷は、非酸化性の雰囲気中で実施されることが好ましい。たとえば、図２に示すように、ソレノイド１をチャンバー３の内部に配設するとともに、当該チャンバー３の内部に非酸化性のガスを充填する構成が適用できる。なお、実施形態において使用できるチャンバー３の構成は、特に限定されるものではなく、公知の各種チャンバーが使用できる。要は、内部を非酸化性の雰囲気に保持できる構成であればよい。また、実施形態においては、ソレノイド１を用いて積層コア９を誘導加熱する構成であるため、チャンバー３はヒーターを備えなくてよい。
【００１２】
実施形態によれば、積層コア９をソレノイド１の内周に収容して誘導加熱する構成であるから、積層コア９の全体に誘導電流（渦電流）を流して加熱することができる。このため、このような構成によれば、短時間で積層コア９の断面内部まで加熱することができ、「積層コア９が所定の温度に到達するまでの時間」を短縮できる。すなわち、加熱炉を用いる従来の方法においては、積層コア９に外部から熱を与えて加熱するため、積層コア９の断面内部にまで熱が伝導して所定の温度に到達するまでに相当の時間を要する。さらに、表面と断面内部とで温度差が生じることがあるため、均熱化が必要である。これに対して実施形態によれば、誘導加熱によって、積層コア９自体が断面内部も含めて発熱するため、短時間で所定の温度に到達させることができる。そして、積層コア９がソレノイド１の内周に収容されるから、積層コア９の全体が誘導加熱される。このため、積層コア９の全体を短時間で加熱できる。
したがって、実施形態によれば、焼鈍における加熱時間の短縮を図ることができるから、積層コア９の生産効率の向上を図ることができる。
【００１３】
そして、実施形態によれば、加熱時間の短縮を図りつつ鉄損を減少させることができる。すなわち、打ち抜き加工された電磁鋼板９０は、外周側はほぼ単純な円形であるのに対して、内周側は歯９１が形成されるために凹凸を有する。このため、内周側は外周側に比較して切口が長く、ひずみが大きい。したがって、鉄損を減少させるためには、内周側が確実に所定の温度に到達するように加熱する必要がある。加熱炉を用いる従来の方法では、積層コア９の表面から熱を与えて内部に熱伝導させるため、肉厚の部分（＝軸線方向に直角な方向で切断した場合の断面の寸法が大きい部分）の断面内部が所定の温度に到達するためには、長い時間を要する。これに対して、実施形態は、誘導加熱によって、積層コア９の全体が断面内部も含めて発熱する構成であるため、肉厚の部分の断面内部についても、短時間で所定の温度に到達するように加熱できる。したがって、積層コア９の内周側において焼鈍の効果が低下しないようにできるから、焼鈍による鉄損の減少の効果を維持できる。このように、実施形態によれば、加熱時間を短縮しつつ、鉄損の減少を図ることができる。
【００１４】
複数の積層コア９を焼鈍する場合には、ソレノイド１の内周に複数の積層コア９を重ねて配設して誘導加熱する。このような構成によれば、複数の積層コア９を同時に加熱できるため、積層コア９の生産性の向上を図ることができる。なお、図１と図２においては、２個の積層コア９が重ねて配設される構成を示すが、重ねて配設される積層コア９の数は限定されない。また、ソレノイド１の軸線方向の寸法は、重ねて配設される複数の積層コア９のすべてを収容できる寸法（＝積層コア９がはみ出さない寸法）に設定される。
【００１５】
また、積層コア９は、電磁鋼板９０の面方向がソレノイド１の磁力線の方向に対して直角な方向を向く姿勢で収容される構成であれば、そうでない構成に比較して、加熱時間の短縮や加熱温度の高温化を図ることができる。すなわち、積層コア９を構成する複数の電磁鋼板９０は互いに絶縁されているため、複数の電磁鋼板９０に跨るような誘導電流は流れず、各電磁鋼板９０に別個の誘導電流が流れる。誘導電流は、ソレノイド１が発する磁力線に直角な方向に流れるから、誘導電流の大きさは、電磁鋼板９０を磁力線に直角な方向に沿って切断した場合の断面積の影響を受ける。そして、電磁鋼板９０は積層コア９の軸線方向に薄く、軸線に直角な方向に延伸する平板であるから、電磁鋼板９０を磁力線に直角な方向で切断した場合の断面積は、積層コア９の軸線が磁力線と平行な場合において最大となる。したがって、積層コア９の軸線とソレノイド１の軸線（＝磁力線）とが平行（一致している場合を含む）であれば、電磁鋼板９０に流れる誘導電流を大きくでき、誘導加熱による発熱量を大きくできる。したがって、このような構成によれば、加熱時間の短縮化や、加熱温度の高温化を図ることができる。
【００１６】
（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。本発明者は、ソレノイド１の内周に積層コア９を配設して誘導加熱する方法について、積層コア９の温度の数値計算を行った。
数値計算の条件は、次のとおりである。ソレノイド１は、外径１７５ｍｍ、内径１５５ｍｍ、軸線方向長さ８０ｍｍの筒状の構成とした。積層コア９は、外径２１０ｍｍ、内径１３５ｍｍ、軸線方向長さ５２ｍｍの筒状の構成とした。なお、積層コア９を構成する電磁鋼板９０は、例えばＪＩＳ  Ｃ  ２５５２に規定されている５０Ａ４７０を用いることができる。ソレノイド１に流す交流電気の電流密度は１２．５Ａ／ｍｍ2とし、周波数は２００Ｈｚとした。
【００１７】
そして、前記条件で積層コア９を加熱した場合における積層コア９の最高温度と最低温度と平均温度とを計算した。図３は、前記条件での数値計算の結果を示すグラフである。図３に示すように、誘導加熱の開始から７分を経過すると、最高温度が１０５０℃に到達し、最低温度が７３０℃に到達し、平均温度が９２０℃に到達した。このように、誘導加熱の開始から７分で、積層コア９の最低温度が「所定の温度」である７００℃を越えた。したがって、本実施例によれば、積層コア９の全体を、所定の温度以上に加熱できることが確認された。
加熱炉を用いる従来の焼鈍方法においては、数時間の加熱時間が必要であったことに比較すると、本発明の実施例によれば、加熱時間の大幅な短縮が可能であることが確認された。このように、本発明の実施例によれば、加熱に間の短縮によって、積層コア９の生産性の向上を図ることが可能であることが確認された。
【００１８】
以上、本発明の各実施形態を、図面を参照して詳細に説明したが、前記各実施形態および実施例は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前記実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、電磁鋼板が積層されて構成される積層コアのひずみを除去するための焼鈍に適用できる。このほか、電磁鋼板が積層されて構成される積層コアに限定されず、他の種々の積層コアの焼鈍にも適用できる。
【符号の説明】
【００２０】
１：ソレノイド、３：チャンバー、９：積層コア、９０：打ち抜かれた電磁鋼板、９１：積層コアの内周側に形成される歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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