JP2020117768A - モータコアの焼鈍装置及びモータコアの焼鈍方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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より確実に除去する。【解決手段】焼鈍装置１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環状に形成された誘導コイル１０と、誘導コイル１０に交流電流を印加する交流電源２０と、水平面内で誘導コイル１０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と、被焼鈍モータコアＣの温度を測定する温度測定機構１６と、を有し、移動機構は、温度測定機構１６での測定結果に基づく被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布に応じて、上記相対位置を変化させる。【選択図】図３

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コア（rotor；ロータ）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コア（stator；ステータ）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）。

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１〜４など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１〜３に開示の方法では、モータコアの内周部に形成された鉄心溝（スロット）周辺のひずみを除去する場合においても、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４には、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、モータコアの外側及び内側にそれぞれ設けられた環状の誘導コイル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する方法が開示されている。

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）などの駆動モータや発電機のモータコアの生産においては、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１〜３に開示される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。

特許文献４に開示される、モータコアの外方及び内方にそれぞれ設けられた環状の誘導コイルを用いてモータコアの内周部及び外周部を加熱する焼鈍方法は、焼鈍すべきひずみが内周側にある場合も外周側にある場合も短時間で除去するためのものである。しかし、特許文献４の方法では、本発明者らの調査によれば、後に具体的に説明する通り、短時間でのひずみの除去の確実性に関し改善の余地があることが判明した。
この点は、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に対し、当該コアの内側に配設された環状の誘導コイルのみで焼鈍を行う場合や、焼鈍すべきひずみが主に外周側に形成された回転子コアに対し、当該コアの外側に配設された環状の誘導コイルのみで焼鈍を行う場合も、同様である。

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より確実に除去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。）の外方及び内方の一方または双方に当該被焼鈍モータコアと同心円状に配置され環状に形成された誘導コイルと、前記誘導コイルに交流電流を印加する交流電源と、前記誘導コイルの軸方向且つ前記電磁鋼板の積層方向に垂直な面内で、前記誘導コイル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、前記被焼鈍モータコアの温度を測定する温度測定機構と、を有し、前記移動機構は、前記温度測定機構での測定結果に基づく前記被焼鈍モータコアの周方向の温度分布に応じて、前記相対位置を変化させ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、短時間で除去することができる。また、誘導加熱時の被焼鈍モータコアの周方向の温度分布に応じて、電磁鋼板の積層方向に垂直な面内での、誘導コイルと被焼鈍モータコアとの相対位置を変化させるため、より確実に上記ひずみを除去することができる。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。

さらに、例えば印加する交流電流の周波数を調整することで、表皮効果により渦電流の浸透深さを調整したり、誘導コイルにより発生する磁束を制御することで、加熱する部位を調整することができるので、例えばティース部（図５等参照）の奥と手前といった、輻射加熱では温度分布の制御が困難な箇所についても、最適な条件で焼鈍を行うことができる。

前記移動機構は、前記被焼鈍モータコアの高温部が前記誘導コイルから遠ざかるように、及び／または、前記被焼鈍モータコアの低温部が前記誘導コイルに近付くように、前記相対位置を変化させてもよい。

前記被焼鈍モータコアと前記誘導コイルとを、当該誘導コイルの軸方向且つ前記電磁鋼板の積層方向に延在する軸を中心に、相対的に回転させる回転駆動機構をさらに有してもよい。

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、をさらに有してもよい。

前記誘導コイルにより加熱された被焼鈍モータコアの加熱部を冷却する冷却装置をさらに有してもよい。

別な観点による本発明は、上記モータコアの焼鈍装置を用いて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に応じた下記式（１）における浸透深さδとなるように決定された交流電源の周波数ｆの交流電流により、前記被焼鈍モータコアを誘導加熱し、前記被焼鈍モータコアの外周面及び／または内周面を７５０〜８５０℃になるまで昇温させることを特徴としている。
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：前記被焼鈍モータコアの体積抵抗率
μ：前記被焼鈍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

前記被焼鈍モータコアの内部の温度を５００℃以下に抑えながら前記外周面及び／または内周面を７５０〜８５０℃になるまで昇温させてもよい。

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、短時間でより確実に除去することができる。

ひずみを短時間で確実に除去することができない理由を検討するために行った実験の結果を示す図である。 モータコアにおいて誘導加熱による昇温が不十分な領域が存在する原因を説明する図である。 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図であり、上記焼鈍装置の一部を縦断面で示している。 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２実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す図であり、上記焼鈍装置の一部を縦断面で示している。 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図であり、上記焼鈍装置の一部を縦断面で示している。 第３実施形態にかかる焼鈍装置を用いた焼鈍処理を説明するためのものであって、焼鈍装置の隔壁内の様子を示す図である。 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図であり、上記焼鈍装置の一部を縦断面で示している。

まず、本発明を完成するに至った経緯について説明する。
前述のように、本発明者らの調査により、モータコアの外方及び内方の一方または双方にそれぞれ設けられた環状の誘導コイルを用いて被焼鈍モータコアを加熱する焼鈍方法では、短時間でのひずみの除去の確実性に関し改善の余地があることが判明した。具体的には、この焼鈍方法では、ひずみを除去するために十分と考えられる設定温度で設定時間に亘って焼鈍を行った場合に、目的の鉄損値が得られないこと、すなわち、ひずみを除去し切れないことがあった。

この理由としては、モータコアにおいて誘導加熱による昇温が不十分な領域が存在することが推察されるため、本発明者らは以下のような実験を行った。
すなわち、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内方に環状の誘導コイルを設け、固定子コアを回転させながら誘導加熱した場合において、固定子コアの内周部の先端面の温度の時間変化を観測する試験を行った。図１にその試験結果を示す。なお、この試験においては、固定子コアの温度の測定位置を当該固定子コアの回転によらず固定とし、誘導コイルに供給される交流電流を、周波数５０ｋＨｚ、１２００Ａとし、固定子コアの回転速度を３０ｒｐｍとし、固定子コアは、厚さ１０ｍｍ、外径２１０ｍｍ、内径１３４ｍｍとした。また、温度は熱画像に基づいて算出した。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、誘導コイルによる加熱を開始すると、固定子コアの温度は、経時的に単純増加するのではなく増減を繰り返し、平均値としては徐々に増加し設定温度付近の７５０℃で略一定になっていた。しかし、固定子コアの平均温度が設定温度付近に到達した直後において、当該固定子コアが一回転する２秒の間に、当該固定子コアの温度は増減し、具体的には、設定温度から±３０℃程度増減していた。つまり、本発明者らが推察したとおり、モータコアにおいて設定温度に到達していない領域、すなわち、モータコアにおいて誘導加熱による昇温が不十分な領域が存在していた。

そして、この試験では、図１（Ｂ）に示すように、固定子コアの温度の増減の周期が、固定子コアが１回転する時間と略一致していた。
このことから、固定子コアにおいて誘導加熱による昇温が不十分な領域が存在する原因としては、図２（Ａ）に示すように、誘導コイルＸの中心軸Ｐ１、固定子コアＹの中心軸Ｐ２とのずれ、より具体的には、誘導コイルＸの中心軸Ｐ１と略一致する固定子コアＹの回転軸Ｐ３と、固定子コアＹの中心軸Ｐ２とのずれが考えられる。なぜならば、誘導コイルＸの中心軸Ｐ１と略一致する固定子コアＹの回転軸Ｐ３と、固定子コアＹの中心軸Ｐ２とがずれている場合、図２（Ａ）に示すように固定子コアＹにおいて誘導コイルＸに近接し他の領域に比べて過剰に加熱される領域Ｒ１は、図２（Ｂ）に示すように、固定子コアＹが回転しても誘導コイルＸに近接したままであり過剰に加熱されるからである。

また、上記試験とは異なり、モータコアが回転子コアである場合や、誘導コイルがモータコアの外方や外方及び内方の双方に設けられている場合も、誘導コイルの中心軸とモータコアの中心軸とがずれていると、モータコアにおいて誘導加熱による昇温が不十分な領域が生じると考えられる。

このような、モータコアにおける、誘導加熱による昇温が不十分な領域も、時間経過と共に、他の領域からの伝熱などにより昇温し設定温度に達すると考えられる。しかし、このような設定温度に達するまでのタイムラグは、短時間の焼鈍に対し大きな影響があり、具体的には、例えば、焼鈍の設定時間が短い場合、熱処理が不十分となりひずみが除去し切れないという結果を招く。

以下に説明する本発明の実施形態は上記の点を踏まえたものである。

（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３は、本実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す図であり、焼鈍装置の一部を断面で示している。図４は、焼鈍装置の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５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３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。）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誘導コイル１０と、隔壁１１と、断熱材１２を有している。

隔壁１１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１１ａと、上面が開口した有底の容器部１１ｂを有しており、例えば水封により隔壁１１の内部を気密に維持することができる。蓋部１１ａには、隔壁１１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１３が接続されている。
また、容器部１１ｂには、後述のコイル載置台１４と、コア載置台１５とが設けられている。

断熱材１２は、隔壁１１の外方を覆うものであり、配設すればモータコアの焼鈍装置の熱効率を高めることができ好ましい。なお、断熱材１２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３では、断熱材１２の設置位置として隔壁１１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、誘導コイル１０及び隔壁１１等と干渉しない位置であれば、隔壁１１の内方を覆うように配設されていてもよい。

誘導コイル１０は、例えば図４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５に示すように、当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（slot；鉄心溝）Ｃｃを有している。したがって、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、上記スロットＣｃに加えて、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４のＺ方向）の全長にわたって形成されている。

誘導コイル１０の説明に戻る。
誘導コイル１０は、図３及び図４に示すように、軸方向の厚さが被焼鈍モータコアＣと略同じになるように形成されている。
また、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、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４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、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４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、被焼鈍モータコアＣ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Ｃの内周部における、誘導電流の浸透深さ（後述の式（１）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の表層およびバックヨーク部Ｃｂの内周面の表層に局在しているひずみを、焼鈍することができる。

続いて、コイル載置台１４、コア載置台１５について説明する。
コイル載置台１４は、載置板１４ａと脚部１４ｂとを有する。
載置板１４ａは、誘導コイル１０が載置される板状部材である。
脚部１４ｂは、載置板１４ａを支持する部材である。

コア載置台１５は、移動機構としての載置板１５ａと、回転駆動機構としての回転板１５ｂと、脚部１５ｃとを有する。

載置板１５ａは、被焼鈍モータコアＣが載置される環状且つ板状の部材であり、被焼鈍モータコアＣの軸方向（図３のＺ方向。被焼鈍モータコアＣの電磁鋼板の積層方向に一致。）に垂直な面内（図３のＸＹ平面内。以下、「水平面内」ということがある。）で移動自在に構成されている。この載置板１５ａは、当該載置板１５ａ自体が移動することにより、当該載置板１５ａに載置された被焼鈍モータコアＣを水平面内で移動させる。

回転板１５ｂは、回転自在に構成された、環状且つ板状の部材であり、その回転の中心軸が、被焼鈍モータコアＣの軸方向（図３のＺ方向）と同方向に延在するように設けられている。回転板１５ｂは、載置板１５ａと脚部１５ｃとの間に設けられており、当該回転板１５ｂ自体が回転することにより、当該回転板１５ｂに載置板１５ａを介して載置された被焼鈍モータコアＣを回転させる、回転板１５ｂの中心軸は、上述のように被焼鈍モータコアＣの軸方向と同方向に延在するように設けられている他、誘導コイル１０の中心軸方向と同方向に延在するように設けられている。また、回転板１５ｂは、エンコーダ（図示せず）を内蔵しており、当該エンコーダから、回転板１５ｂの回転角度すなわち回転板１５ｂの向きを示すエンコーダ信号が後述の制御部３０に出力される。

脚部１５ｃは、回転板１５ｂを介して載置板１５ａを支持する部材である。

さらに、焼鈍装置１は、図３に示すように、温度測定機構１６及び制御部３０を有する。

温度測定機構１６は、誘導加熱されている被焼鈍モータコアＣの温度を測定する。具体的には、温度測定機構１６は、被焼鈍モータコアＣの内周部の先端面の温度を測定し、より具体的には、ティース部Ｃａの先端面に相当する位置の温度を測定する。なお、温度測定機構１６は固定されており、当該温度測定機構１６による被焼鈍モータコアＣの温度測定位置は、当該被焼鈍モータコアＣの回転角度によらず一定である。

この温度測定機構１６は、例えば放射温度計から構成され、被焼鈍モータコアＣの被測定対象部分からの可視光または赤外光を受光する受光ヘッド１６ａと、受光ヘッド１６ａで受光した可視光または赤外光の強度から被測定対象部分の温度を算出する本体部１６ｂと、受光ヘッド１６ａで受光された光を本体部１６ｂに導光する光ファイバケーブル１６ｃとを有する。例えば、本体部１６ｂは、隔壁１１の外側に設けられる。また、隔壁１１の外側に設けられた本体部１６ｂと、隔壁１１内に配設された受光ヘッド１６ａとを接続するため、光ファイバケーブル１６ｃは、例えば隔壁１１の蓋部１１ａを貫通するように設けられる。光ファイバケーブル１６ｃは、断熱材１２を貫通するように設けられることもある。
なお、少なくとも、受光ヘッド１６ａと光ファイバケーブル１６ｃの最外周部を構成する被覆部とは、耐熱性の高い材料であり誘導コイル１０からの誘導加熱の影響を受けない非金属材料、で形成される。

制御部３０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、焼鈍装置１における処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、交流電源２０や載置板１５ａ、回転板１５ｂなどの動作を制御して、焼鈍装置１における熱処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部３０にインストールされたものであってもよい。

この制御部３０は、回転板１５ｂのエンコーダからの出力と、温度測定機構１６による被焼鈍モータコアＣの温度測定結果に基づいて、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布、より具体的には、被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布を取得する。そして、制御部３０は、この取得した被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布に基づいて、載置板１５ａを制御し、載置板１５ａにより、被焼鈍モータコアＣを水平面内で移動させる。具体的には、制御部３０は、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布に基づいて、被焼鈍モータコアの高温部を特定し、当該高温部が誘導コイル１０から遠ざかるように、載置板１５ａを制御する。より具体的には、制御部３０は、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布に基づいて、被焼鈍モータコアＣの内周部で最も温度が高い領域を特定し、特定された領域が誘導コイル１０から遠ざかるように、載置板１５ａを制御する。
なお、これに代えて、制御部３０は、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布に基づいて、被焼鈍モータコアＣの低温部や内周部で最も温度が低い領域を特定し、該特定された低温部や領域が誘導コイル１０に近付くように、載置板１５ａを制御するようにしてもよい。

次に、焼鈍装置１を用いた焼鈍方法について説明する。
まず、被焼鈍モータコアＣをコア載置台１５の載置板１５ａ上に載置する。この際、コア載置台１５の回転板１５ｂの中心軸（すなわち被焼鈍モータコアＣの回転軸）と被焼鈍モータコアＣの中心軸とは必ずしも一致しない。一致するよう位置合わせして載置することは被焼鈍モータコアＣの焼鈍の短時間化を妨げることもある。なお、被焼鈍モータコアＣをコア載置台１５に載置する際、コイル載置台１４の載置板１４ａ上には、誘導コイル１０が、その中心軸がコア載置台１５の回転板の中心軸（すなわち被焼鈍モータコアＣの回転軸）と略一致するように載置されている。誘導コイル１０は、焼鈍対象の被焼鈍モータコアＣを交換する度に交換する必要がなく、多数の焼鈍対象の被焼鈍モータコアＣで共通して用いられる。したがって、誘導コイル１０の中心軸とコア載置台１５の回転板１５ｂの中心軸とを略一致させるための位置合わせは、被焼鈍モータコアＣの位置合わせに比べて、被焼鈍モータコアＣの焼鈍の短時間化を妨げるものではない。

被焼鈍モータコアＣの載置後、交流電源２０から誘導コイル１０への電力の供給を開始し、被焼鈍モータコアＣの加熱を開始する。

この加熱の際に交流電源２０が誘導コイル１０に供給する交流電流の大きさ及び供給時間は、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、下記式（１）により与えられる渦電流の浸透深さδが、焼鈍により除去すべきひずみの導入深さと同等となるように選択される。
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。

また、この加熱の際、所定のタイミングで、制御部３０が、温度測定機構１６による被焼鈍モータコアＣの内周部の温度測定結果に基づいて、被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布を取得する。上記「所定のタイミング」とは、例えば、加熱開始後に被焼鈍モータコアＣの被測温対象部が初めて設定温度に到達してから所定時間経過した時である。制御部３０は、例えば、上記所定時間経過した時から、被焼鈍モータコアＣが少なくとも１回転するまでの間、温度測定機構１６から温度情報を取得すると共に、被焼鈍モータコアＣを回転させている回転板１５ｂのエンコーダから当該回転板１５ｂの回転角度を示すエンコーダ信号を取得する。そして、制御部３０は、これらに基づいて、被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布を取得する。

制御部３０は、この取得した被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布に基づいて、被焼鈍モータコアＣの内周部で最も温度が高い領域を特定する。特定された領域が誘導コイル１０の中心軸から所定距離分遠ざかるように、制御部３０は載置板１５ａを制御して被焼鈍モータコアＣを水平面内で移動させる。
なお、このように被焼鈍モータコアＣを移動させた後でも、被焼鈍モータコアＣの中心軸と誘導コイル１０の中心軸が一致しないことがあるため、以後、例えば、所定時間経過毎に、上述と同様な、被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布の取得と、周方向の温度分布に基づく被焼鈍モータコアＣの水平面内での移動とが、繰り返される。

そして、本焼鈍方法では、例えば、加熱の開始から設定時間経過後、交流電源２０からの電力供給を停止する。
その後、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、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、被焼鈍モータコアＣの内周部の表層の温度分布に基づいて、誘導コイル１０に対して被焼鈍モータコアＣを移動させる。したがって、被焼鈍モータコアＣにおいて誘導加熱による昇温が不十分な領域が生じるのを防ぐことができ、その結果、加熱時間が短くても、打ち抜き等によるひずみをより確実に除去することができる。
また、打ち抜き等によるひずみをより確実に除去する方法として、焼鈍に関する設定温度を大きくしたり設定時間を長くしたりする方法が考えられるが、この方法に比べて、エネルギーの消費量を減らすことができる。
なお、無方向性電磁鋼板の種類によっては、温度が高過ぎる環境に長時間曝された場合に、無方向性電磁鋼板内の結晶に問題が生ずることがある。それに対し、本実施形態では、焼鈍に関する設定温度より例えば３０℃以上高い領域が生じたとしても、測温結果に基づいて被焼鈍モータコアＣを移動させることで当該領域の温度を下げることができるため、上述のような問題を回避することができる。

さらに、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。

さらにまた、本実施形態では、上記式（１）における誘導コイル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、誘導コイル１０の中心軸方向と同方向に延在する回転板１５ｂの中心軸を中心に被焼鈍モータコアＣを回転させているため、以下の効果がある。すなわち、被焼鈍モータコアＣを回転させない場合、誘導コイル１０の巻き方によっては、誘導コイル１０が発生させる磁束が、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ことがある。このとき、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生じることがある。それに対し、回転板１５ｂの中心軸を中心に被焼鈍モータコアＣを回転させているため、誘導コイル１０の巻き方に起因した被焼鈍モータコアＣの周方向の温度差の発生を防ぐことができる。

なお、被焼鈍モータコアＣの回転速度は、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。

また、被焼鈍モータコアＣを上述のように回転させることに代えて、誘導コイル１０を同様に回転させることによっても、誘導コイル１０の巻き方に起因した被焼鈍モータコアＣの周方向の温度差の発生を防ぐことができる。なぜならば、上記温度差の発生の防止には、被焼鈍モータコアＣと誘導コイル１０とを、当該誘導コイル１０の軸方向且つ当該被焼鈍モータコアＣの軸方向に延在する軸を中心に、相対的に回転させることが肝要であるからである。
なお、被焼鈍モータコアＣではなく誘導コイル１０を回転させる場合は、後述の第２実施形態のように、被焼鈍モータコアＣの周方向に沿って、温度測定機構１６を複数設けておくことで、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布を取得することができる。

（第２実施形態）
図６は、本実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す図であり、焼鈍装置の一部を断面で示している。第１実施形態では、被焼鈍モータコアＣと誘導コイル１０とを、当該誘導コイル１０の軸方向且つ当該被焼鈍モータコアＣの軸方向に延在する軸を中心に、相対的に回転させていた。

それに対し、本実施形態にかかる焼鈍装置１は、被焼鈍モータコアＣと誘導コイル１０とを相対的に回転させるための機構を設けておらず、代わりに、図６に示すように、被焼鈍モータコアＣの周方向に沿って、温度測定機構１６が複数設けられている。図では、温度測定機構１６が２つ示されているが、３以上設けられていることが好ましく、８つ以上であることがより好ましい。

本実施形態において、制御部３０は、複数の温度測定機構１６での測温結果及び記憶部（図示せず）に記憶された各温度測定機構１６の位置情報に基づいて、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布、より具体的には、被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布を取得する。そして、制御部３０は、第１実施形態と同様に、この取得した被焼鈍モータコアＣの内周部の周方向の温度分布に基づいて、載置板１５ａを制御し、載置板１５ａにより、被焼鈍モータコアＣを水平面内で移動させる。具体的には、制御部３０は、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布に基づいて、被焼鈍モータコアの高温部を特定し、当該高温部が誘導コイル１０から遠ざかるように、載置板１５ａを制御する。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す図であり、焼鈍装置の一部を断面で示している。
本実施形態にかかる焼鈍装置１は、図３に例示した第１実施形態にかかる焼鈍装置の構成に加えて、冷却装置４０を有する

冷却装置４０は、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１１内に設けられている。本例では、冷却装置４０は、被焼鈍モータコアＣの軸方向に沿って誘導コイル１０と並べられており、具体的には誘導コイル１０より鉛直方向下方に位置する。
冷却装置４０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。

なお、隔壁１１内には、当該隔壁１１内を低酸素雰囲気とするために、ガス供給管１３を介して、前述のように窒素ガス等の雰囲気ガスが供給されている。そのため、冷却装置４０から冷却媒体として冷却ガスを噴き付けると隔壁１１内の圧力が高くなってしまうおそれがある。これを防ぐため、隔壁１１の蓋部１１ａには排気管（図示せず）が接続されている。

また、本実施形態では、コイル載置台４１の脚部４１ａにおける載置板１４ａの下方に冷却装置４０が設けられている。コア載置台１５の被焼鈍モータコアの軸方向（図のＺ方向）の長さは固定であるのに対し、コイル載置台４１の脚部４１ａは、例えば伸縮自在に構成されているため、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、本実施形態にかかる焼鈍装置１を用いた焼鈍方法について図８を用いて説明する。本実施形態にかかる焼鈍方法は第１実施形態にかかる焼鈍方法と冷却工程のみが異なるため冷却工程のみ説明する。図８は、冷却工程中の隔壁１１内の様子を示す図である。

第１実施形態と同様に行われる加熱の終了後、交流電源２０から誘導コイル１０への電力供給が停止される。

その後、冷却装置４０からの冷却媒体の噴出、具体的には、冷却装置４０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８に示すように、冷却装置４０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、コイル載置台１４の脚部１４ｂを伸ばして、冷却装置４０を上記軸方向に沿って移動させる。これにより、誘導コイル１０により誘導加熱された被焼鈍モータコアＣの加熱部が冷却装置４０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４０からの冷却媒体の噴出が停止され、被焼鈍モータコアＣの焼鈍が完了する。

本実施形態では、上述のように、誘導コイル１０に加えて冷却装置４０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、本実施形態では、上述のように、冷却装置４０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、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、冷却装置４０が、被焼鈍モータコアＣの軸方向すなわち誘導コイル１０の移動方向に沿って誘導コイル１０と並べられて配置されているため、冷却装置４０による冷却を、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、誘導コイル１０と冷却装置４０との間の距離、及び、誘導コイル１０と冷却装置４０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４０は、所定の位置、例えば、誘導コイル１０による加熱が冷却装置４０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。

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。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態にかかる焼鈍装置の構成の概略を示す図であり、焼鈍装置の一部を断面で示している。
本実施形態にかかる焼鈍装置１は、図７に例示した第３実施形態にかかる焼鈍装置と、誘導コイル５０が異なる。

第３実施形態において、誘導コイル１０は、図７に示したように、軸方向の厚さが被焼鈍モータコアＣと略同じであったが、本実施形態において、誘導コイル５０は、図９に示すように、軸方向の厚さが被焼鈍モータコアＣより小さく形成されており、例えば、その厚さは被焼鈍モータコアＣの厚さの１／５である。

次に、本実施形態にかかる焼鈍装置１を用いた焼鈍方法の加熱工程（熱処理工程）について説明する。
本実施形態にかかる焼鈍装置１を用いて被焼鈍モータコアＣを加熱する際は、まず、例えば、図９に示すように、被焼鈍モータコアＣの下端部と誘導コイル５０の下端部との高さが一致している状態で、交流電源２０から誘導コイル５０への電力供給が開始される。その後、脚部４１ａが伸長され、誘導コイル５０が上方に向かうように、被焼鈍モータコアＣの軸方向（図９のＺ方向）に沿って誘導コイル５０が移動される。これにより、被焼鈍モータコアＣの全体が加熱されるようにする。そして、被焼鈍モータコアＣの上端部と誘導コイル１０の上端部とが一致するまで、脚部４１ａが伸長されたところで、交流電源２０からの電力供給が停止され、被焼鈍モータコアＣの加熱が完了する。
なお、説明は省略するが、本実施形態においても、被焼鈍モータコアＣの周方向の温度分布に基づく、水平面内での誘導コイルと被焼鈍モータコアとの調芯は行われる。

本実施形態にかかる焼鈍装置１では、誘導コイル５０の軸方向の厚さが被焼鈍モータコアＣより小さい。したがって、誘導コイル５０に電力を供給する交流電源２０の電源容量を小さくすることができる。例えば、誘導コイルの軸方向の厚さが被焼鈍モータコアと等しい場合と比べて、誘導コイルの軸方向の厚さが被焼鈍モータコアの１／５である場合は、交流電源２０の電源容量も約１／５となる。

（第３及び第４実施形態にかかる変形例）
被焼鈍モータコアＣの軸方向に関する冷却装置４０及び誘導コイル５０と被焼鈍モータコアＣとの相対位置を変化させるため、冷却装置４０及び誘導コイル５０を上記軸方向に沿って移動させていたが、上記相対位置を変化させるために、被焼鈍モータコアＣを上記軸方向に沿って移動させるようにしてもよい。なお、被焼鈍モータコアＣを上記軸方向に沿って移動させる方法としては、例えば、被焼鈍モータコアＣが載置されるコア載置台１５の脚部１５ｃの上記軸方向の長さを可変とし、コア載置台１５に被焼鈍モータコアＣが載置された状態で脚部１５ｃを伸縮させる方法がある。

（第１〜第４実施形態における変形例１）
以上の第１〜第４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誘導コイル１０、５０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。
焼鈍対象である被焼鈍モータコアが、回転子コアであり、その外周部にスロットやティースが形成されている場合は、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別の誘導コイルが用いられる。なお、上記別の誘導コイルは、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。
この例では、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、被焼鈍モータコアＣの外方に配置される上記別の誘導コイルにより焼鈍する。そのため、この場合においても、少ない電力で且つ短時間で焼鈍を行うことができる。

（第１〜第４実施形態における変形例２）
以上の例では、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誘導コイルは、被焼鈍モータコアＣの内方及び外方のいずれか一方に設けられていたが双方に設けてもよい。

（第１〜第４実施形態における変形例３）
以上の例では、温度測定機構１６は、被焼鈍モータコアＣの内周部の温度を測定していたが、被焼鈍モータコアＣにおける他の部分の温度を測定するようにしてもよい。
また、以上の例では、温度測定機構１６は、放射温度計で構成されているものとしたが、焼鈍時の被焼鈍モータコアＣの温度を測定するものであれば他であってもよい。例えば、温度測定機構１６は、熱画像カメラであってもよい。

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。

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、５０ 誘導コイル
１１ 隔壁
１１ａ 蓋部
１１ｂ 容器部
１２ 断熱材
１３ ガス供給管
１４、４１ コイル載置台
１４ａ 載置板
１４ｂ、４１ａ 脚部
１５ コア載置台
１５ａ 載置板
１５ｂ 回転板
１５ｃ 脚部
１６ 温度測定機構
１６ａ 受光ヘッド
１６ｂ 本体部
１６ｃ 光ファイバケーブル
２０ 交流電源
３０ 制御部
４０ 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 (8)

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。）の外方及び内方の一方または双方に当該被焼鈍モータコアと同心円状に配置され環状に形成された誘導コイルと、
   前記誘導コイルに交流電流を印加する交流電源と、
   前記誘導コイルの軸方向且つ前記電磁鋼板の積層方向に垂直な面内で、前記誘導コイル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、
   前記被焼鈍モータコアの温度を測定する温度測定機構と、を有し、
   前記移動機構は、前記温度測定機構での測定結果に基づく前記被焼鈍モータコアの周方向の温度分布に応じて、前記相対位置を変化させることを特徴とする、モータコアの焼鈍装置。
2. 前記移動機構は、前記被焼鈍モータコアの高温部が前記誘導コイルから遠ざかるように、及び／または、前記被焼鈍モータコアの低温部が前記誘導コイルに近付くように、前記相対位置を変化させ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. 前記被焼鈍モータコアと前記誘導コイルとを、当該誘導コイルの軸方向且つ前記電磁鋼板の積層方向に延在する軸を中心に、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または２に記載のモータコアの焼鈍装置。
4. 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１〜３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１〜４のいずれか一項に記載のモータコアの焼鈍装置。
6. 前記誘導コイルにより加熱された被焼鈍モータコアの加熱部を冷却する冷却装置を有することを特徴とする、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。
7. 請求項１〜６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に応じた下記式（１）における浸透深さδとなるように決定された交流電源の周波数ｆの交流電流により、前記被焼鈍モータコアを誘導加熱し、
   前記被焼鈍モータコアの外周面及び／または内周面を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：前記被焼鈍モータコアの体積抵抗率
   μ：前記被焼鈍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
8. 前記被焼鈍モータコアの内部の温度を５００℃以下に抑えながら前記外周面及び／または内周面を７５０〜８５０℃になるまで昇温させることを特徴とする、請求項７に記載のモータコアの焼鈍方法。

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