JP6976038B2 - Manufacturing method of magnetic member of rotating machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転機の磁性部材の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic member of a rotating machine.
下記の特許文献1に、誘導電動機を高効率化するためのステータの構造が開示されている。ステータは、環状のバックヨーク、及びバックヨークからその中心に向かって突出した複数のティースを含む。周方向に隣り合うティースの間の空間をステータスロットという。ステータスロット内のコイル占有率、ステータスロットピッチ、ティース幅を最適化することにより、誘導電動機の効率向上をはかることが可能であることが示されている。 The following Patent Document 1 discloses a structure of a stator for improving the efficiency of an induction motor. The stator includes an annular back yoke and a plurality of teeth protruding from the back yoke toward its center. The space between the adjacent teeth in the circumferential direction is called a status lot. It has been shown that it is possible to improve the efficiency of induction motors by optimizing the coil occupancy rate, status lot pitch, and teeth width in the status lot.
ステータは、同一形状に型抜きされた多数の無方向性電磁鋼板を積層して形成される。このため、結晶の磁化容易軸は、面内方向にランダムに配向している。ステータの磁気特性を向上させるために、ステータ内に発生する磁束の方向と、結晶の磁化容易軸の方向とをほぼ平行にすることが好ましい。 The stator is formed by laminating a large number of non-oriented electrical steel sheets stamped into the same shape. Therefore, the easy axis of magnetization of the crystal is randomly oriented in the in-plane direction. In order to improve the magnetic characteristics of the stator, it is preferable that the direction of the magnetic flux generated in the stator and the direction of the easy axis of magnetization of the crystal are substantially parallel.
従来の磁場中熱処理方法を用いて、結晶の磁化容易軸を一軸方向に揃えることが可能である。ところが、ステータのバックヨークに発生する磁束は、周方向を向き、ティース内に発生する磁束は動径方向を向く。このように、磁束の方向が1つの方向を向かないため、従来の磁場中熱処理方法で、ステータの結晶の磁化容易軸の向きを好ましい方向に揃えることは困難である。同様に、ロータの結晶の磁化容易軸の向きを好ましい方向に揃えることも困難である。 It is possible to align the easy axis of magnetization of a crystal in the uniaxial direction by using a conventional heat treatment method in a magnetic field. However, the magnetic flux generated in the back yoke of the stator faces the circumferential direction, and the magnetic flux generated in the teeth faces the radial direction. As described above, since the direction of the magnetic flux does not point in one direction, it is difficult to align the direction of the easy axis of magnetization of the crystal of the stator in a preferable direction by the conventional heat treatment method in a magnetic field. Similarly, it is difficult to align the direction of the easy-to-magnetize axis of the rotor crystal in a preferable direction.
本発明の目的は、回転機の動作中に動径方向の磁束が生じる部分を含む磁性部材の結晶の磁化容易軸を、好ましい方向に揃えることができる回転機の磁性部材の製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a magnetic member of a rotating machine capable of aligning the easy axis of magnetization of the crystal of the magnetic member including a portion where a magnetic flux in the radial direction is generated during the operation of the rotating machine in a preferable direction. That is.
本発明の一観点によると、
回転機に用いられ、周方向に並ぶ複数の第1部分と前記複数の第1部分を周方向に接続する第2部分とを含み、動作中に前記複数の第1部分に動径方向の磁束が生じる磁性部材を、加熱炉内の支持具に支持し、
前記支持具に支持されている前記磁性部材を加熱し、
前記支持具に支持されている前記磁性部材に、周方向に隣り合う2つの第1部分に印加される磁場が動径方向に関して相互に反対向きになるように、磁場印加装置から前記複数の第1部分に磁場を印加した状態で、前記磁性部材の温度を低下させる回転機の磁性部材の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention
Used in a rotating machine, it includes a plurality of first portions arranged in the circumferential direction and a second portion connecting the plurality of first portions in the circumferential direction, and magnetic flux in the radial direction to the plurality of first portions during operation. The magnetic member that produces the magnetic flux is supported by the support in the heating furnace,
The magnetic member supported by the support is heated to heat the magnetic member.
The plurality of first portions from the magnetic field applying device so that the magnetic fields applied to the two first portions adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other in the radial direction to the magnetic member supported by the support. Provided is a method for manufacturing a magnetic member of a rotating machine that lowers the temperature of the magnetic member in a state where a magnetic field is applied to one portion.
磁場印加装置が、第1部分に径方向の磁場を印加した状態で、磁性部材の磁場中熱処理を行うことができる。この熱処理により、第1部分の磁化容易軸が動径方向に揃う。その結果、回転機の動作時における第1部分の磁気特性を向上させることができる。 The magnetic field applying device can perform heat treatment in the magnetic field of the magnetic member in a state where a magnetic field in the radial direction is applied to the first portion. By this heat treatment, the easily magnetized axes of the first portion are aligned in the radial direction. As a result, the magnetic characteristics of the first portion during operation of the rotating machine can be improved.
図1A〜図2Bを参照して、実施例による磁場中熱処理装置について説明する。
図1Aに、回転機のステータが収容された磁場中熱処理装置の平断面図を示し、図1Bに、図1Aの一点鎖線1B−1Bにおける縦断面図を示す。実施例による磁場中熱処理装置は、加熱炉10及び磁場印加装置20を含む。
The heat treatment apparatus in a magnetic field according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 2B.
FIG. 1A shows a plan sectional view of a heat treatment device in a magnetic field in which a stator of a rotary machine is housed, and FIG. 1B shows a vertical sectional view of the alternate long and
まず、加熱炉10の構造について説明する。加熱炉10は、断熱容器11及び発熱体13を含む。断熱容器11は、外周断熱壁11A、内周断熱壁11B、断熱性底板11C、及び蓋11Dを含む。内周断熱壁11Bは上端が塞がれ、下端が開放された円筒状の形状を有する。内周断熱壁11Bと外周断熱壁11Aとの間に、環状の加熱空間12が形成される。加熱空間12の底は、断熱性底板11Cで塞がれている。外周断熱壁11A、内周断熱壁11B、及び断熱性底板11Cからなる容器の上方の開口部が、蓋11Dで塞がれる。ガス導入口16から加熱炉10内に不活性ガス、例えば窒素ガスが導入される。加熱炉10内の不活性ガスは、ガス排出口17から排出される。
First, the structure of the
環状の加熱空間12内に、発熱体13及び支持具15が収容されている。熱処理時には、加熱空間12内に、熱処理対象である環状のステータ30が収容される。ステータ30は、支持具15によって加熱空間12内に支持される。
The
次に、ステータ30の構造について説明する。ステータ30は、同一形状に型抜きされて積み重ねられた複数の電磁鋼板で構成される。ステータ30は、環状のバックヨーク32、及びバックヨーク32から中心に向かって突出した複数のティース31を含む。図1Aでは、6本のティース31が周方向に等間隔に配置されている例が示されているが、ティース31の本数は6本に限定されず、6本より多くてもよい。例えば、36本または48本のティース31を配置してもよい。
Next, the structure of the
ステータ30が支持具15に支持されている状態で、ティース31の先端の表面が、加熱炉10の内周断熱壁11Bの外側の表面に対向する。ティース31の先端の表面は、内周断熱壁11Bに接触してもよいし、両者の間に微小な間隙を確保してもよい。
With the
次に、磁場印加装置20の構造について説明する。磁場印加装置20は、磁心21と、磁心21に巻かれたコイル22とを含む。磁場印加装置20は、加熱炉10の内周断熱壁11Bの内側に配置されており、支持具15に支持されたステータ30の複数のティース31の先端によって取り囲まれている。すなわち、磁場印加装置20は、加熱炉10の外側に配置されている。ティース31の先端の表面は、内周断熱壁11Bを介して磁場印加装置20の磁心21に対向する。
Next, the structure of the magnetic
磁心21は、中心から各ティース31に向かって放射状に伸びる巻芯部を含む。巻芯部の各々の端面が、対応するティース31の先端表面に対向する。巻芯部の各々にコイル22が巻かれている。磁心21、1つのティース31、バックヨーク32、及び隣のティース31により、閉磁路が形成される。コイル22に電流を流すと、この閉磁路に磁束35が発生し、各ティース31に、バックヨーク32の動径方向(以下、単に「動径方向」という。)の磁場が印加される。磁束35に付された矢印は、磁束の向きの一例を示す。コイル22に流す電流が直流である場合には、磁束35の向きは固定される。コイル22に流す電流が交流である場合に発生する磁束35は交番磁束になる。
The
制御装置40が、発熱体13に流す電流、及びコイル22に流す電流を制御する。
The
次に、図1A及び図1Bに示した磁場中熱処理装置を用いてステータを製造する方法について説明する。 Next, a method of manufacturing the stator by using the heat treatment apparatus in the magnetic field shown in FIGS. 1A and 1B will be described.
まず、図1A及び図1Bに示したステータ30を準備する。この段階では、ステータ30の各ティース31にはコイルが巻かれていない。ステータ30を加熱炉10内に収容し、支持具15でステータ30を支持する。このとき、ティース31の先端の表面が、磁心21の巻芯部の端面に対向するように、ステータ30の姿勢を調節する。
First, the
発熱体13に電流を流すことにより、ステータ30を加熱する。加熱温度は、ステータ30の再結晶化温度以上とする。その後、コイル22に電流を流すことにより、磁心21、1つのティース31、バックヨーク32、及び隣のティース31からなる閉磁路に磁束35を発生させる。言い換えると、ティース31に動径方向の磁場を印加し、バックヨーク32に周方向の磁場を印加する。この状態で、ステータ30の温度を徐々に低下させる。温度が低下する過程で、ステータ30の各結晶粒の結晶方位のうち磁化容易軸の方向が、ステータ30に印加されている磁場の方向に揃う。
The
次に、図2A及び図2Bを参照して、上記実施例による磁場中熱処理装置を用いて製造された回転機について説明する。
図2Aに、回転機の回転中心軸を含む断面図を示し、図2Bに、回転中心軸に垂直な断面図を示す。
Next, with reference to FIGS. 2A and 2B, a rotary machine manufactured by using the heat treatment apparatus in a magnetic field according to the above embodiment will be described.
FIG. 2A shows a cross-sectional view including the rotation center axis of the rotary machine, and FIG. 2B shows a cross-sectional view perpendicular to the rotation center axis.
回転機のステータ30が、円筒状のケース50の中に収容されている。ステータ30は、図1A及び図1Bに示した磁場中熱処理装置により磁化容易軸方向が揃えられたものである。このため、ステータ30のティース31の磁化容易軸が動径方向に揃い、バックヨーク32の磁化容易軸が周方向に揃っている。ここで、「磁化容易軸が動径方向に揃っている状態」は、全ての結晶粒の磁化容易軸が動径方向と平行であることを意味しているわけではない。磁化容易軸の方向には、ある程度のばらつきが許容される。複数の結晶粒の磁化容易軸の方向がランダムではなく、統計的に、磁化容易軸が動径方向を向いている結晶粒が多い場合に、磁化容易軸が動径方向に揃っているといえる。または、動径方向の透磁率が、他の方向の透磁率より高い場合に、磁化容易軸が動径方向に揃っているといえる。
The
ステータ30は、焼き嵌めにより、ケース50内に固定される。図2Aの断面図では、ティース31が配置されていない部分が示されており、ティース31の側面が現れている。ティース31の各々にコイル33(図2B)が巻き付けられている。
The
ロータ60がステータ30の内側に配置されている。ロータ60のコア63は、同一形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。ロータ60のコア63には、中央に回転軸65を挿入するための円形の穴が形成されている。回転軸65は、締まり嵌めによってロータ60に固定される。
The
ロータ60として、例えばかご型ロータが用いられる。かご型ロータは、コア63、複数の導体バー61、及び一対のエンドリング62を含む。導体バー61の各々は、回転軸65の軸方向と平行な方向に長く、周方向に等間隔に配置される。エンドリング62はロータ60の両端面に配置され、複数の導体バー61の端部に接続されて、導体バー61の間を短絡する。
As the
回転軸65は、一対の軸受66、67により、それぞれ端板68、69に対して回転可能に支持されている。端板68、69は、通しボルト51によって円筒状のケース50に固定されており、ケース50の両端を塞いでいる。回転軸65の一方の端部にファン70が取り付けられている。ファン70は、ファンカバー71で覆われている。
The
回転機の動作時には、コイル33に交流電流を流して回転磁場を生じさせる。この回転磁場により、ロータ60が回転する。コイル33を流れる交流電流によって、ティース31に、動径方向の磁束が発生し、バックヨーク32に周方向の磁束が発生する。この磁束の向きは、ティース31及びバックヨーク32の磁化容易軸の向きに沿っている。このため、ステータ30の磁気特性が向上し、回転機の効率の向上が図られる。
During operation of the rotating machine, an alternating current is passed through the
図2A及び図2Bでは、回転機の例として誘導電動機を示したが、実施例による磁場中熱処理装置は、その他の回転機のステータの製造にも適用することができる。例えば、同期電動機、直流電動機、誘導発電機、同期発電機等のステータの製造に、実施例による磁場中熱処理装置を用いることができる。 In FIGS. 2A and 2B, an induction motor is shown as an example of a rotating machine, but the heat treatment device in a magnetic field according to the embodiment can also be applied to the manufacture of a stator of another rotating machine. For example, a magnetic field heat treatment apparatus according to an embodiment can be used for manufacturing a stator such as a synchronous motor, a DC motor, an induction generator, and a synchronous generator.
次に、図3を参照して、他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図1A及び図1Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, with reference to FIG. 3, the heat treatment apparatus in a magnetic field according to another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 1A and 1B will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図3に、本実施例による磁場中熱処理装置の縦断面図を示す。図1A及び図1Bに示した実施例では、磁場印加装置20が静止した状態で熱処理が行われる。図3に示した実施例では、磁場印加装置20が、回転機構25によって、ステータ30の中心軸を回転中心として回転する。回転機構25の回転は制御装置40によって制御される。磁場印加装置20のコイル22には、直流電流が流される。
FIG. 3 shows a vertical cross-sectional view of the heat treatment apparatus in a magnetic field according to this embodiment. In the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the heat treatment is performed in a state where the magnetic
本実施例では、磁場印加装置20を回転させながら、磁場中熱処理を行う。図1A〜図1Bに示した実施例では、磁場印加装置20の巻芯部と、ステータ30のティース31とを対応させたが、磁場印加装置20を回転させる場合には、磁場印加装置20の巻芯部と、ステータ30のティース31とを対応させる必要はない。例えば、巻芯部の個数をティース31の本数に一致させる必要はなく、巻芯部の個数を2個、3個、4個等としてもよい。
In this embodiment, the heat treatment in the magnetic field is performed while rotating the magnetic
次に、図3に示した実施例の優れた効果について説明する。図1A及び図1Bに示した実施例では、熱処理時にステータ30(図1A)に静磁場が印加される。ステータ30内で磁束密度に空間的なばらつきが生じている場合、熱処理の結果に、磁束密度のばらつきが反映される。
Next, the excellent effects of the examples shown in FIG. 3 will be described. In the embodiments shown in FIGS. 1A and 1B, a static magnetic field is applied to the stator 30 (FIG. 1A) during the heat treatment. When there is a spatial variation in the magnetic flux density in the
これに対し、図3に示した実施例では、磁場印加装置20の回転に伴って磁場も回転する。このため、磁束密度に空間的なばらつきある場合でも、このばらつきが時間的に平均化される。その結果、ステータ30内において、磁場中熱処理効果の空間的なばらつきを低減することができる。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 3, the magnetic field also rotates with the rotation of the magnetic
回転機(図2A、図2B)の動作時には、ステータ30によって回転磁場が形成される。熱処理時の回転磁場は、回転機の動作時における回転磁場と類似である。このため、回転機の動作中の磁場と同等の条件で、ステータ30の磁場中熱処理が行われることになる。これにより、ステータ30の磁化容易軸方向を、回転機の動作に適した方向とすることができる。
During operation of the rotating machine (FIGS. 2A and 2B), a rotating magnetic field is formed by the
次に、図4を参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図3に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, with reference to FIG. 4, a heat treatment apparatus in a magnetic field according to still another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIG. 3 will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図4に、本実施例による磁場印加装置の縦断面図を示す。図3に示した実施例では、回転機構25(図3)が磁場印加装置20(図3)を回転させる。これに対し、本実施例では、回転機構25が加熱炉10の内周断熱壁11B及び支持具15を回転させる。熱処理時に磁場印加装置20は静止している。内周断熱壁11Bを回転可能にするために、内周断熱壁11Bは、断熱性底板11C及び外周断熱壁11Aから分離されている。内周断熱壁11Bと断熱性底板11Cとの間に間隙が生じる。この間隙を通して、加熱炉10内の不活性ガスが排出される。
FIG. 4 shows a vertical cross-sectional view of the magnetic field applying device according to this embodiment. In the embodiment shown in FIG. 3, the rotation mechanism 25 (FIG. 3) rotates the magnetic field application device 20 (FIG. 3). On the other hand, in this embodiment, the
図4に示した実施例においても、ステータ30に対して磁場が相対的に回転する。このため、図3に示した実施例と同様の効果が得られる。
Also in the embodiment shown in FIG. 4, the magnetic field rotates relative to the
次に、図5A及び図5Bを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図3に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, with reference to FIGS. 5A and 5B, a heat treatment apparatus in a magnetic field according to still another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIG. 3 will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図5Aに、本実施例による磁場中熱処理装置の断面図を示す。図3に示した実施例では、磁場印加装置20を機械的に回転させることによって回転磁場を形成した。図5A及び図5Bに示した実施例では、磁場印加装置20のコイル22に交流電流を流すことにより、回転磁場を形成する。
FIG. 5A shows a cross-sectional view of the heat treatment apparatus in a magnetic field according to this embodiment. In the embodiment shown in FIG. 3, a rotating magnetic field is formed by mechanically rotating the magnetic
図5Bに、回転機構25のブロック図及び磁場印加装置20の概略図を示す。磁心21の複数の巻芯部に、それぞれコイル22が巻かれている。回転機構25がインバータを含み、インバータから複数のコイル22に、それぞれ位相の異なる交流電流が供給される。各コイル22に流す電流の位相を調整することにより、ステータ30の中心軸を回転中心として回転する回転磁場を形成することができる。
FIG. 5B shows a block diagram of the
図5A〜図5Bに示した実施例では、磁場印加装置20を機械的に回転させることなく、電気的に回転磁場を発生させることができる。
In the embodiment shown in FIGS. 5A to 5B, the rotating magnetic field can be electrically generated without mechanically rotating the magnetic
次に、図6A及び図6Bを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図1A及び図1Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, with reference to FIGS. 6A and 6B, a heat treatment apparatus in a magnetic field according to still another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 1A and 1B will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図6Aに、本実施例による磁場中熱処理装置の縦断面図を示す。図1A及び図1Bに示した実施例では、磁場印加装置20が加熱炉10の外に配置されている。これに対し、図6Aに示した実施例では、磁場印加装置20が加熱炉10の内部に収容されている。
FIG. 6A shows a vertical cross-sectional view of the heat treatment apparatus in a magnetic field according to this embodiment. In the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the magnetic
磁場印加装置20が加熱炉10の内部に収容されているため、磁場中熱処理時に磁場印加装置20の磁心21及びコイル22の温度も上昇する。コイル22の巻線は、一般に絶縁被膜で覆われている。絶縁被膜の耐熱温度は磁場中熱処理温度より低いため、本実施例による磁場中熱処理装置のコイル22には、絶縁被膜で覆われた巻線を用いることができない。
Since the magnetic
図6Bに、磁場印加装置20の磁心21及びコイル22の部分側面図を示す。コイル22の巻線として、絶縁被覆で覆われていない導線が用いられる。巻線間の短絡を防止するために、コイル22の軸方向に隣り合う巻線同士が接触しないように、かつ動径方向に重ならないように、巻線が磁心21に巻かれている。コイル22の巻き数を1ターンのみとしてもよい。磁心21には、絶縁性磁性材料が用いられる。
FIG. 6B shows a partial side view of the
コイル22の巻線は、加熱炉10の壁面に取付けられた端子26を介して制御装置40に接続される。
The winding of the
磁場印加装置20でステータ30に効率的に磁場を印加するために、磁心21に、熱処理温度において強磁性を維持する磁性材料を用いることが好ましい。例えば、磁心21として、ステータ30に用いられている磁性材料のキュリー温度よりも高いキュリー温度を持つ磁性材料を用いることが好ましい。
In order to efficiently apply a magnetic field to the
以下、図6A及び図6Bに示した実施例の優れた効果について説明する。図6A及び図6Bに示した実施例においても、図1A及び図1Bに示した実施例と同様に、ティース31の磁化容易軸を動径方向に揃え、バックヨーク32の磁化容易軸を周方向に揃えることができる。
Hereinafter, the excellent effects of the examples shown in FIGS. 6A and 6B will be described. In the examples shown in FIGS. 6A and 6B, the easy-magnetizing axes of the
図1A及び図1Bに示した実施例では、磁場印加装置20の磁心21とステータ30のティース31との間に内周断熱壁11Bが配置されている。このため、磁心21とティース31との間隔を、内周断熱壁11Bの厚さより狭くすることができない。これに対し、図6A及び図6Bに示した実施例では、磁心21とティース31との間に断熱壁が配置されない。このため、磁心21とティース31とを、より近づけることができる。磁心21とティース31との間隙が狭くなることにより、磁路の磁気抵抗が小さくなる。その結果、ステータ30に、より効率的に磁場を印加することが可能になる。
In the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the inner peripheral heat insulating wall 11B is arranged between the
磁場印加装置20を加熱炉10の内部に収容した状態で、図3に示した実施例のように磁場印加装置20を機械的に回転させて回転磁場を発生させてもよい。その他の構成として、図4に示した実施例のように、支持具15及びステータ30を機械的に回転させてもよい。さらに、その他の構成として、図5A及び図5Bに示した実施例のように、磁場印加装置20によって発生する磁場を電気的に回転させてもよい。
With the magnetic
次に、図7を参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図5A及び図5Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, with reference to FIG. 7, a heat treatment apparatus in a magnetic field according to still another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 5A and 5B will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図7に、本実施例による磁場中熱処理装置の縦断面図を示す。磁場印加装置20のコイル22に、冷却流路45が熱的に結合している。冷却媒体供給装置46から冷却流路45に冷却用の不活性流体が供給される。冷却流路45を流れた不活性流体は、回収流路47を通ってガス導入口16まで輸送された後、加熱炉10内に導入される。不活性流体として、例えば液化窒素を用いることができる。この場合、コイル22を冷却することによって液化窒素が気化し、窒素ガスが加熱炉10内に導入される。
FIG. 7 shows a vertical cross-sectional view of the heat treatment apparatus in a magnetic field according to this embodiment. The
図7に示した実施例においては、冷却用の不活性流体でコイル22を冷却することができるため、コイル22の過度の温度上昇を回避することができる。さらに、冷却用の不活性流体は、コイル22を冷却した後、加熱炉10内に導入される。このため、冷却用の不活性流体をより有効に利用することができる。
In the embodiment shown in FIG. 7, since the
本実施例では、図3に示した実施例による磁場中熱処理装置のコイル22に冷却流路45を熱的に結合させたが、その他の構成として、図4に示した実施例による磁場中熱処理装置のコイル22に冷却流路45を熱的に結合させてもよい。
In this embodiment, the
次に、図8A及び図8Bを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図1A及び図1Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。図1A及び図1Bに示した実施例では、磁場印加装置20の磁心21がステータ30の内側に配置されているが、図8A及び図8Bに示した実施例では、磁場印加装置20の磁心21がステータ30の外側に配置されている。
Next, with reference to FIGS. 8A and 8B, a heat treatment apparatus in a magnetic field according to still another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 1A and 1B will be described, and the description of the common configuration will be omitted. In the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the
図8A及び図8Bに、それぞれ本実施例による磁場中熱処理装置の平断面図及び縦断面図を示す。加熱炉10は、外周断熱壁11A、断熱性底板11C、及び蓋11Dを含む。本実施例の加熱炉10には、図1A及び図1Bに示した内周断熱壁11Bが設けられていない。
8A and 8B show a plan sectional view and a vertical sectional view of the heat treatment apparatus in a magnetic field according to this embodiment, respectively. The
磁場印加装置20は、磁場発生装置28と補助ヨーク34とを含む。磁場発生装置28は、磁心21及びコイル22を含む。磁心21は、環状部分21Aと複数の巻芯部21Bとで構成される。磁心21及び補助ヨーク34は、加熱炉10内に収容されている。環状部分21Aは、支持具15に支持されたステータ30を取り囲む。巻芯部21Bの各々は、環状部分21Aからその中心軸に向かって突出している。巻芯部21Bの先端は、ステータ30の外側の表面に対向し、巻芯部21Bの先端とステータ30との間に、間隙が形成される。巻芯部21Bは、平面視において、ティース31を外側に向かって延長した延長線上に配置されている。巻芯部21Bの各々にコイル22が巻かれている。
The magnetic
補助ヨーク34は、複数のティース31の先端の表面によって囲まれた領域に配置されており、ティース31の先端の表面に対向する。補助ヨーク34の形状は、例えば円柱状である。複数のティース31の先端の表面と補助ヨーク34との間に、間隙が形成される。補助ヨーク34は磁性材料で形成されており、補助ヨーク34内に、複数のティース31内に形成される動径方向の磁路同士を接続する磁路が形成される。
The
本実施例では、コイル22が加熱炉10内に収容されるため、図6A及び図6Bに示した実施例と同様に、コイル22の巻線として、絶縁被覆で覆われていない導線が用いられる。
In this embodiment, since the
コイル22に電流が流れると、当該コイル22が巻かれている巻芯部21B、磁心21の環状部分21A、隣の巻芯部21B、及びステータ30のバックヨーク32を通る閉磁路に磁束36が発生するとともに、当該コイル22が巻かれている巻芯部21B、磁心21の環状部分21A、隣の巻芯部21B、隣の巻芯部21Bに対応するティース31、補助ヨーク34、及び当該コイル22が巻かれている巻芯部21Bに対応するティース31を通る閉磁路に磁束37が発生する。
When a current flows through the
このように、図8A及び図8Bに示した実施例においても、ステータ30のティース31に動径方向の磁場を印加し、バックヨーク32に周方向の磁場を印加することができる。
As described above, also in the embodiments shown in FIGS. 8A and 8B, a magnetic field in the radial direction can be applied to the
図8A及び図8Bに示した実施例において、図3に示した実施例と同様に、磁心21を機械的に回転させてもよいし、図4に示した実施例と同様に、ステータ30を回転させてもよいし、図5A及び図5Bに示した実施例と同様に、回転磁場を形成してもよい。
In the examples shown in FIGS. 8A and 8B, the
図8Aでは、補助ヨーク34の形状が円柱状である例を示したが、その他の形状としてもよい。例えば、補助ヨーク34の平断面を、中心軸から各ティース31に向かって放射状に広がる形状としてもよい。
In FIG. 8A, an example in which the shape of the
次に、図9A及び図9Bを参照して、さらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図8A及び図8Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, with reference to FIGS. 9A and 9B, a heat treatment apparatus in a magnetic field according to still another embodiment will be described. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 8A and 8B will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図9A及び図9Bに、それぞれ本実施例による磁場中熱処理装置の平断面図及び縦断面図を示す。図8A及び図8Bに示した実施例では、磁場発生装置28が加熱炉10の中に収容されている。これに対し、本実施例では、磁場発生装置28が加熱炉10の外に配置されている。このため、磁心21の巻芯部21Bとステータ30との間に、加熱炉10の外周断熱壁11Aが配置される。
9A and 9B show a plan view and a vertical cross-sectional view of the heat treatment apparatus in a magnetic field according to this embodiment, respectively. In the embodiment shown in FIGS. 8A and 8B, the
本実施例では、図9A及び図9Bに示した実施例と比べて、磁心21の巻芯部21Bとステータ30との間の間隙が広がってしまう。このため、磁束36、37が通っている磁路の磁気抵抗が増加してしまう。ただし、巻芯部21Bに巻かれているコイル22の温度上昇が抑制されるため、コイル22の巻線に、絶縁被覆で覆われた導線を用いることができる。このため、コイル22の巻き数を増やし、起磁力を高めることができる。
In this embodiment, the gap between the winding
次に、図10を参照してさらに他の実施例による磁場中熱処理装置について説明する。以下、図8A及び図8Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, a heat treatment device in a magnetic field according to still another embodiment will be described with reference to FIG. 10. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 8A and 8B will be described, and the description of the common configuration will be omitted.
図10に、本実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置20、及び熱処理対象のステータ30の平断面図を示す。図8A及び図8Bに示した実施例による磁場印加装置20の補助ヨーク34は、複数の磁性部材38で構成される。1つの磁性部材38は、相互に隣り合う2つのティース31の先端の表面に対向し、両者の間に磁路を形成する。この磁路に、磁束37が発生する。各磁性部材38の平断面の形状は、例えば円弧状である。
FIG. 10 shows a plan sectional view of the magnetic
図8A及び図8Bに示した実施例では、1つのティース31内の磁路は、補助ヨーク34を介して、その両側のティース31内の磁路に連続している。これに対し、本実施例では、1つのティース31内の磁路は、一方の側のティース31内の磁路のみに連続する。本実施例においても、各ティース31内を動径方向に通過する閉磁路が形成される。このため、磁場印加装置20は、ティース31に動径方向の磁場を印加することができる。
In the embodiment shown in FIGS. 8A and 8B, the magnetic path in one
図10に示した実施例の補助ヨーク34は、図9A及び図9Bに示した実施例において、円柱状の補助ヨーク34を代替することも可能である。
The
次に、図11を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図8A及び図8Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。図8A及び図8Bでは、かご型電動機のステータが磁場中で熱処理される。本実施例では、かご型電動機のロータが磁場中で熱処理される。 Next, still another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 8A and 8B will be described, and the description of the common configuration will be omitted. In FIGS. 8A and 8B, the stator of the squirrel-cage motor is heat treated in a magnetic field. In this embodiment, the rotor of the squirrel-cage motor is heat-treated in a magnetic field.
図11に、本実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置20、及び熱処理対象であるロータ60(図2A、図2B)のコア63の平断面図を示す。コア63は、円柱状の外形を有し、複数のスロット64が設けられている。スロット64は、周方向に等間隔に並んでいる。コア63の中心には、回転軸65(図2A)が挿入される円形の穴が設けられている。複数のスロット64の中に、それぞれ導体バー61が配置される。磁場中熱処理を行う段階では、スロット64の中に導体バー61は配置されていない。
FIG. 11 shows a plan sectional view of the magnetic
コア63を取り囲むように、磁場印加装置20が配置されている。磁場印加装置20は、図8Aに示した実施例による磁場印加装置20と同様に、磁心21とコイル22とを含む。磁心21は、環状部分21Aと巻芯部21Bとで構成される。
A magnetic
コイル22に電流を流すと、巻芯部21B、環状部分21A、コア63のうち相互に隣り合うスロット64の間の部分、及びスロット64よりも内周側の部分を含む閉磁路に磁束80が発生し、巻芯部21B、環状部分21A、コア63のうちスロット64よりも外周側の部分を含む閉磁路に磁束81が発生する。
When a current is passed through the
磁束80、81が発生している状態で熱処理を行うことにより、相互に隣り合うスロット64の間の部分の結晶の磁化容易軸を、動径方向に揃えることができる。回転機の動作時には、相互に隣り合うスロット64の間の部分に動径方向の磁束が発生する。磁化容易軸方向が、回転機の動作時に発生する磁束の方向とほぼ平行であるため、回転機の効率の向上を図ることができる。
By performing the heat treatment in the state where the
図11に示した実施例では、コア63に対して外部磁場が静止した状態で磁場中熱処理が行われる。その他の構成として、コア63に対して回転磁場を印加して磁場中熱処理を行ってもよい。回転磁場を発生する構造として、例えば図3に示した実施例、図4に示した実施例、または図5A、図5Bに示した実施例の構造を適用することができる。 In the embodiment shown in FIG. 11, the heat treatment in the magnetic field is performed on the core 63 in a state where the external magnetic field is stationary. As another configuration, a rotating magnetic field may be applied to the core 63 to perform heat treatment in the magnetic field. As the structure for generating the rotating magnetic field, for example, the structure of the example shown in FIG. 3, the example shown in FIG. 4, or the structure of the example shown in FIGS. 5A and 5B can be applied.
次に、図12及び図13を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図11に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。本実施例では、アウターロータ型回転機のステータの磁場中熱処理を行う。 Next, still another embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIG. 11 will be described, and the description of the common configuration will be omitted. In this embodiment, the stator of the outer rotor type rotary machine is heat-treated in a magnetic field.
図12に、一般的なアウターロータ型回転機の回転軸に垂直な断面図を示す。ステータ90の外側に、円環状のアウターロータ95が配置されている。ステータ90は、円盤状の中心部91、及び中心部91から動径方向に伸びる複数のティース92を含む。ティース92に、それぞれコイル93が巻き付けられている。
FIG. 12 shows a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis of a general outer rotor type rotary machine. An annular
アウターロータ95は円環状の永久磁石であり、動径方向及び周方向の2方向に着磁されている。アウターロータ95の内周面に、周方向にS極とN極とが交互に並び、外周面にも、周方向にS極とN極とが交互に並ぶ。コイル93に電流を流して回転磁場を発生させることにより、アウターロータ95に回転力(トルク)を与えることができる。
The
図13に、本実施例による磁場中熱処理装置の磁場印加装置20、及び熱処理対象であるステータ90の平断面図を示す。ステータ90を取り囲むように、磁場印加装置20が配置されている。磁場印加装置20は、図11に示した実施例の磁場印加装置20と同様の平断面形状を持ち、環状部分21Aと巻芯部21Bとで構成される。巻芯部21Bに巻かれたコイル22に電流を流すと、巻芯部21B、環状部分21A、ステータ90のティース92、中心部91を通る閉磁路に、磁束96が発生する。
FIG. 13 shows a plan sectional view of the magnetic
磁束96が発生した状態でステータ90の熱処理を行うことにより、ステータ90のティース92の結晶の磁化容易軸を、動径方向に揃えることができる。アウターロータ型回転機においても、動作中にティース92に動径方向の磁束が発生する。磁束の向きと磁化容易軸の向きとが揃っているため、アウターロータ型回転機の効率の向上を図ることができる。
By heat-treating the
上述のように、回転機のステータ及びロータ、アウターロータ型回転機のステータ等に、動径方向の磁場を印加した状態で熱処理を行うことにより、回転機の効率を高めることができる。 As described above, the efficiency of the rotating machine can be improved by performing the heat treatment in a state where the magnetic field in the radial direction is applied to the stator and rotor of the rotating machine, the stator of the outer rotor type rotating machine, and the like.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described above with reference to Examples, the present invention is not limited thereto. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
10 加熱炉
11 断熱容器
11A 外周断熱壁
11B 内周断熱壁
11C 断熱性底板
11D 蓋
12 加熱空間
13 発熱体
15 支持具
16 ガス導入口
17 ガス排出口
20 磁場印加装置
21 磁心
21A 環状部分
21B 巻芯部
22 コイル
25 回転機構
26 端子
28 磁場発生装置
30 ステータ
31 ティース
32 バックヨーク
33 コイル
34 補助ヨーク
35、36、37 磁束
38 磁性部材
40 制御装置
45 冷却流路
46 冷却媒体供給装置
47 回収流路
50 ケース
51 通しボルト
60 ロータ
61 導体バー
62 エンドリング
63 ロータのコア
65 回転軸
66、67 軸受
68、69 端板
70 ファン
71 ファンカバー
80、81 磁束
90 ステータ
91 中心部
92 ティース
93 コイル
95 アウターロータ
96 磁束
10
Claims (11)
前記支持具に支持されている前記磁性部材を加熱し、
前記支持具に支持されている前記磁性部材に、周方向に隣り合う2つの第1部分に印加される磁場が動径方向に関して相互に反対向きになるように、磁場印加装置から前記複数の第1部分に磁場を印加した状態で、前記磁性部材の温度を低下させる回転機の磁性部材の製造方法。 Used in a rotating machine, it includes a plurality of first portions arranged in the circumferential direction and a second portion connecting the plurality of first portions in the circumferential direction, and magnetic flux in the radial direction to the plurality of first portions during operation. The magnetic member that produces the magnetic flux is supported by the support in the heating furnace,
The magnetic member supported by the support is heated to heat the magnetic member.
The plurality of first portions from the magnetic field applying device so that the magnetic fields applied to the two first portions adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other in the radial direction to the magnetic member supported by the support. A method for manufacturing a magnetic member of a rotating machine that lowers the temperature of the magnetic member in a state where a magnetic field is applied to one portion.
前記磁場印加装置は、前記支持具に支持された前記ステータの前記複数のティースの先端によって取り囲まれている請求項1に記載の回転機の磁性部材の製造方法。 The magnetic member is a stator, the second portion is an annular back yoke, and the plurality of first portions are a plurality of teeth protruding inward from the back yoke.
The method for manufacturing a magnetic member of a rotating machine according to claim 1, wherein the magnetic field applying device is surrounded by the tips of the plurality of teeth of the stator supported by the support.
前記磁場印加装置は、
前記バックヨークの外側に配置され、前記バックヨークを磁路の一部とする磁場を発生する磁場発生装置と、
前記複数のティースのうち1つのティースの先端から他のティースの先端までの磁路を形成する補助ヨークと
を含む請求項1に記載の回転機の磁性部材の製造方法。 The magnetic member is a stator, the second portion is an annular back yoke, and the plurality of first portions are a plurality of teeth protruding inward from the back yoke.
The magnetic field application device is
A magnetic field generator arranged outside the back yoke and generating a magnetic field having the back yoke as a part of a magnetic path, and a magnetic field generator.
The method for manufacturing a magnetic member of a rotating machine according to claim 1, further comprising an auxiliary yoke forming a magnetic path from the tip of one of the plurality of teeth to the tip of another tooth.
前記加熱炉の中に配置された絶縁性磁性材料からなる磁心と、
前記磁心に巻かれたコイルと
を含み、
前記コイルの巻線として、絶縁被膜で覆われていない導線が用いられ、前記コイルの軸方向に隣り合う巻線同士が接触していない請求項1乃至8のいずれか1項に記載の回転機の磁性部材の製造方法。 The magnetic field application device is
A magnetic core made of an insulating magnetic material arranged in the heating furnace and
Including the coil wound around the magnetic core
The rotary machine according to any one of claims 1 to 8 , wherein a conducting wire not covered with an insulating coating is used as the winding of the coil, and the windings adjacent to each other in the axial direction of the coil are not in contact with each other. Method of manufacturing magnetic members.
前記冷却流路を流れた前記不活性流体が、前記加熱炉内に導入される請求項1乃至10のいずれか1項に記載の回転機の磁性部材の製造方法。 Further, it has a cooling flow path through which the inert fluid for cooling the magnetic field application device flows.
The method for manufacturing a magnetic member of a rotary machine according to any one of claims 1 to 10, wherein the inert fluid flowing through the cooling flow path is introduced into the heating furnace.
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