JP5256724B2 - A rotor core manufacturing method, a rotor core manufactured by the manufacturing method, a rotor thereof, an embedded magnet type rotating electric machine having the rotor, and a vehicle, an elevator, and a processing machine using the rotating electric machine. - Google Patents
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Description
本発明は、ロータコア内部にマグネットを装着するタイプのロータを有する埋込磁石型回転電機に関し、特にそのロータコアの製造方法、該製造方法により製造されたロータコア、およびそのロータ、並びに該ロータを有する埋込磁石型回転電機、さらに該回転電機を用いた車両、昇降機、および加工機に関する。 The present invention relates to an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor of a type in which a magnet is mounted inside a rotor core, and in particular, a manufacturing method of the rotor core, a rotor core manufactured by the manufacturing method, a rotor thereof, and an embedded having the rotor. The present invention relates to a magnet-type rotating electrical machine, and further to a vehicle, an elevator, and a processing machine using the rotating electrical machine.
ロータコア内部にマグネットを装着するタイプのロータを有する埋込磁石型回転電機は、従来より、常に高出力化と高効率化の改良がなされてきた。高出力化の手段の1つに高速回転化があり、高効率化の手段の1つにロータコアでの鉄損の低減があった。そのため、ロータコアの材質として一般的に鉄損の低い電磁鋼板が用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。 BACKGROUND ART Conventionally, an embedded magnet type rotating electric machine having a rotor of a type in which a magnet is mounted inside a rotor core has always been improved for higher output and higher efficiency. One of the means for increasing the output is high-speed rotation, and one of the means for increasing the efficiency is reduction of iron loss in the rotor core. For this reason, an electromagnetic steel sheet having a low iron loss has been generally used as the material of the rotor core (see, for example, Patent Document 1).
図12は従来のロータコア内部にマグネットを装着する埋込磁石型回転電機のロータコア例であり、特許文献1の図2に示されているものである。
図12において、ロータコア1は1極当たり2個のマグネットを装着するために2つのマグネット装着孔2、3が設けられている。この2つのマグネット装着孔2、3の周りの外周側にはアウターブリッジ部15を有し、同内周側の2つのマグネット装着孔2、3に挟まれた位置にはセンターブリッジ部16を有する。
一般的に埋込磁石型回転電機のロータコア1は、マグネットの磁束を有効にステータコアへと導くため、洩れ磁束通路となるマグネット装着孔2、3の周りのブリッジ部の幅を最小に設計しようと試みる。そのため、ロータの最大回転速度はブリッジ部の機械強度限界より制限される場合が多い。高速回転化を達成するための手段として、ロータコアに使用する電磁鋼板の強度を上げることが考えられるが、高強度でかつ鉄損の低い電磁鋼板の実現は困難であった。
特許文献1記載の発明では、鉄損の低い電磁鋼板を用いながらブリッジ部の強度を向上させる方法が示されている。具体的には、アウターブリッジ部の一部11とセンターブリッジ部の一部12を加工硬化させ、さらに加熱処理によって熱履歴を与えることで強度の向上を得ている。
FIG. 12 shows an example of a rotor core of an embedded magnet type rotating electrical machine in which a magnet is mounted inside a conventional rotor core, which is shown in FIG.
In FIG. 12, the
In general, the
In invention of
一方、本出願人は、マグネットの磁束集中によりロータコアを意図的に磁束飽和させてロータコア表面近くの部分での磁束密度変化を低減することで、鉄損の低い電磁鋼板を用いなくともロータコアの鉄損を低く止め得る方法を見出した。
この方法によれば、磁束の交番しないロータコアにヒステリシス特性の良い電磁鋼板を用いる必要がなく、同じ板厚で、より高強度な鋼板を用いることができると考え、炭素鋼よりなる高強度な焼入れ鋼板をロータコアに用いて、高速回転化と低い鉄損の両立を確認した。一般的な電磁鋼板の強度限界は、500MPa以下であるものが多いのに対し、前記焼入れ鋼板は、約1600MPaの強度限界を有する。
このように、従来の埋込磁石型回転電機のロータコアは、高速回転化と低い鉄損の両立が図られてきたのである。
According to this method, it is not necessary to use a magnetic steel sheet with good hysteresis characteristics for the rotor core where the magnetic flux does not alternate, and it is possible to use a higher strength steel sheet with the same thickness, and a high strength quenching made of carbon steel. Using steel plates for the rotor core, both high-speed rotation and low iron loss were confirmed. In general, the strength limit of a general electromagnetic steel sheet is 500 MPa or less, whereas the quenched steel sheet has a strength limit of about 1600 MPa.
As described above, the rotor core of the conventional embedded magnet type rotating electric machine has achieved both high speed rotation and low iron loss.
従来の埋込磁石型回転電機において、一般的な電磁鋼板を用いたロータコアでは低い鉄損を実現することは容易であったが、そのために洩れ磁束通路となるマグネット装着孔周りのブリッジ部の幅を最小に設計するため機械的強度に弱く高速回転化を実現することは困難であった。
特許文献1に示した従来の埋込磁石型回転電機においても、一部を加工硬化させた電磁鋼板を用いることで、低い鉄損を維持したまま高速回転化はなされるが、加工硬化による電磁鋼板の強化には限界があり、充分な高速回転化は実現できなかった。
一方、本発明の対象とする焼入れ鋼板を用いたロータコアは、低い鉄損を維持したまま充分な高速回転化を実現できたが、しかしながら高強度であるがゆえに鋼板の硬度も高いため、プレス成形において加工精度の低下と型寿命の低下が問題となった。また、鋼板の全体を焼入れ処理する熱量を要するため、高価な鋼板となる問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低い鉄損を維持したまま高速回転化を実現し、しかも加工も容易で、安価なロータコアの製造方法を提供することにあり、したがってまた、その製造方法により製造されたロータコア、ロータ、そのロータを有する埋込磁石型回転電機、さらに該回転電機を用いた車両、昇降機、および加工機を提供することを目的とする。
In a conventional embedded magnet type rotating electrical machine, it was easy to achieve low iron loss with a rotor core using a general electromagnetic steel sheet. For this reason, the width of the bridge portion around the magnet mounting hole that becomes the leakage flux path Therefore, it is difficult to realize high speed rotation due to weak mechanical strength.
Even in the conventional embedded magnet type rotating electric machine shown in
On the other hand, the rotor core using the hardened steel sheet, which is the subject of the present invention, was able to achieve sufficient high-speed rotation while maintaining a low iron loss, but because of its high strength, the steel sheet has high hardness, so press forming However, the processing accuracy and mold life decreased. Moreover, since the heat quantity which quenches the whole steel plate is required, there also existed a problem which became an expensive steel plate.
The present invention has been made in view of such problems, and is intended to provide an inexpensive method for manufacturing a rotor core that achieves high-speed rotation while maintaining low iron loss, and is easy to process. Accordingly, another object of the present invention is to provide a rotor core manufactured by the manufacturing method, a rotor, an embedded magnet type rotating electric machine having the rotor, a vehicle using the rotating electric machine, an elevator, and a processing machine.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1記載のロータコアの発明は、鋼板を積層して成るロータコア内部に1極当たり2個のマグネットを装着する2つのマグネット装着孔を有するロータにおいて、
前記鋼板が焼入れ性を有する炭素鋼または合金鋼であり、かつ前記2つのマグネット装着孔の周りの前記ロータの外周側のアウターブリッジ部と、前記ロータの内周側の前記2つのマグネット装着孔に挟まれたセンターブリッジ部と、および前記2つのブリッジ部の近傍が焼入れ処理されたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のロータコアにおいて、前記マグネット装着孔が、各極毎に回転子の中心側を頂点とするV字形状であることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載のロータコアにおいて、前記各鋼板が、積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention of the rotor core according to
The steel is a carbon steel or alloy steel having hardenability, and the outer peripheral side of the outer bridge portion of the rotor around the two magnet mounting hole, said two magnet mounting holes of the inner peripheral side of the rotor The sandwiched center bridge portion and the vicinity of the two bridge portions are quenched.
According to a second aspect of the present invention, in the rotor core according to the first aspect, the magnet mounting hole is V-shaped with the center side of the rotor as a vertex for each pole .
According to a third aspect of the present invention, in the rotor core according to the first or second aspect, each of the steel plates has a non-conductive coating layer or a non-conductive compound layer formed by surface treatment on the laminated surface. .
請求項4記載のロータコアの製造方法の発明は、焼入れ性を有する鋼板を設定の形状に加工して積層後、積層して成るロータコア内部に1極当たり2個のマグネットを装着する2つのマグネット装着孔を有するロータコアの製造方法において、前記ロータコアの焼入れ処理は、 前記2つのマグネット装着孔の周りの前記ロータの外周側のアウターブリッジ部と、前記ロータの内周側の前記2つのマグネット装着孔に挟まれたセンターブリッジ部と、および前記2つのブリッジ部の近傍のみ焼入れ処理することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載のロータコアの製造方法において、前記ロータコアの焼入れ処理が、前記マグネット装着孔に火炎を通風して、前記ブリッジ部とブリッジ部の近傍を含むマグネット装着孔周りを焼入れ処理することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項4記載のロータコアの製造方法において、前記ロータコアの焼入れ処理が、前記マグネット装着孔に加熱した浸炭性ガスを通風して前記ブリッジ部とブリッジ部の近傍を含むマグネット装着孔周りをガス浸炭焼入れ処理することを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項4記載のロータコアの製造方法において、前記ロータコアの焼入れ処理が、前記マグネット装着孔にレーザトーチを挿入して前記ブリッジ部とブリッジ部の近傍をレーザビーム照射による加熱により焼入れ処理することを特徴とする。
請求項8記載のロータの発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載のロータコアと、前記ロータコアの前記マグネット装着孔に装着されたマグネットとから構成されることを特徴とする。
請求項9記載の埋込磁石型回転電機の発明は、請求項8記載のロータと、前記ロータを内部空間内に軸受を介して支持し自己のスロット内にコイルを巻回した固定子と、を備えたことを特徴とする。
請求項10記載の車両の発明は、請求項9記載の埋込磁石型回転電機を、車輪を駆動するための駆動用モータもしくは発電機として用いたことを特徴とする。
請求項11記載の昇降機の発明は、請求項9記載の埋込磁石型回転電機を、駆動用モータとして用いたことを特徴とする。
請求項12記載の加工機の発明は、請求項9記載の埋込磁石型回転電機を、駆動用モータとして用いたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a rotor core, wherein two magnets are mounted so that two magnets are mounted per pole inside a rotor core formed by laminating a hardened steel plate into a set shape and laminating. In the method for manufacturing a rotor core having holes, the hardening process of the rotor core is performed on the outer bridge portion on the outer peripheral side of the rotor around the two magnet mounting holes and on the two magnet mounting holes on the inner peripheral side of the rotor. Only the sandwiched center bridge portion and the vicinity of the two bridge portions are quenched .
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a rotor core according to the fourth aspect , the quenching process of the rotor core blows a flame through the magnet mounting hole and includes the bridge portion and the vicinity of the bridge portion. It is characterized by quenching the surroundings.
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a rotor core according to the fourth aspect , the quenching treatment of the rotor core includes the vicinity of the bridge portion and the bridge portion by passing a carburizing gas heated in the magnet mounting hole. It is characterized by gas carburizing and quenching around the magnet mounting hole.
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a rotor core according to the fourth aspect , the quenching process of the rotor core is performed by inserting a laser torch into the magnet mounting hole and heating the bridge portion and the vicinity of the bridge portion by laser beam irradiation. It is characterized by quenching.
An invention of a rotor according to an eighth aspect is characterized by comprising the rotor core according to any one of the first to third aspects and a magnet mounted in the magnet mounting hole of the rotor core.
The invention of an embedded magnet type rotating electrical machine according to claim 9 includes the rotor according to claim 8, a stator in which the rotor is supported in an internal space via a bearing, and a coil is wound in its own slot, It is provided with.
According to a tenth aspect of the present invention, the interior permanent magnet type electric rotating machine according to the ninth aspect is used as a driving motor or a generator for driving wheels.
An elevator according to an eleventh aspect of the invention is characterized in that the interior magnet type rotating electrical machine according to the ninth aspect is used as a drive motor.
The invention of the processing machine according to
請求項1〜4記載の発明によると、埋込磁石型回転電機のロータコアは、積層された炭素鋼や合金鋼などの焼入れ性を有する鋼板よりなり、モータの最大回転速度を制限するブリッジ部が焼入れ処理により強化されているため、低い鉄損を維持したまま、高速回転化を実現できるようになる。
また、請求項5記載の発明によると、ロータコアを構成する鋼板が、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有するため、従来の電磁鋼板と同様に渦電流による鉄損の増加を防止できる。
According to invention of Claims 1-4, the rotor core of an embedded magnet type | mold rotary electric machine consists of a steel plate which has hardenability, such as laminated carbon steel and alloy steel, and the bridge | bridging part which restrict | limits the maximum rotational speed of a motor is provided. Since it is strengthened by the quenching process, high-speed rotation can be realized while maintaining low iron loss.
In addition, according to the invention of
また、請求項6記載の発明によると、ロータコアが鋼板を設定の形状に加工して積層後、焼入れ処理するため、プレス成形等の形状加工工程において鋼板は軟質であり、加工精度の低下と型寿命の低下が問題とならない。また、マグネット装着孔を利用して、ロータの最大回転速度を制限するブリッジ部とブリッジ部の近傍のみを焼入れ処理するため、焼入れ処理に要する熱量が最小でよく、ロータ外周部にあるアウターブリッジ部とロータ内周部にあるセンターブリッジ部を同時に焼入れ処理できるため、処理に要する手間も少なく、安価にロータコアを製造できる。
また、請求項7記載の発明によると、マグネット装着孔に火炎を通風してブリッジ部とブリッジ部の近傍を含むマグネット装着孔周りを焼入れ処理するため、処理に要する手間も少なく、安価にロータコアを製造できる。
また、請求項8記載の発明によると、マグネット装着孔に加熱した浸炭性ガスを通風してブリッジ部とブリッジ部の近傍を含むマグネット装着孔周りをガス浸炭焼入れ処理するため、処理に要する手間も少なく、安価にロータコアを製造できる。
また、請求項9記載の発明によると、マグネット装着孔にレーザトーチを挿入してブリッジ部とブリッジ部の近傍をレーザビーム照射による加熱をもって、焼入れ処理するため、処理に要する手間も少なく、安価にロータコアを製造できる。
また、請求項10記載の発明によると、請求項1〜5のいずれか1項記載のロータコアと、前記ロータコアの前記マグネット装着孔に装着されたマグネットとから構成されるロータとするため、低い鉄損を維持したまま、高速回転化を実現できる。
また、請求項11記載の発明によると、ロータとして請求項10記載のロータを用いたため、低い鉄損を維持したまま、高速回転化を実現できる。
また、請求項12〜14記載の発明によると、請求項11に記載された埋込磁石型回転電機を、低損失で、高速回転可能な駆動用モータもしくは発電機として用いることにより、車両、昇降機、加工機におけるエネルギー消費量や効率の改善を実現することができる。
According to the invention of claim 6, since the rotor core processes the steel sheet into a set shape and laminates and quenches, the steel sheet is soft in the shape processing step such as press forming, and the processing accuracy is reduced and the die A decrease in service life is not a problem. Also, because the magnet mounting hole is used to quench the bridge part that limits the maximum rotational speed of the rotor and the vicinity of the bridge part, the amount of heat required for the quenching process can be minimized, and the outer bridge part located on the outer periphery of the rotor Since the center bridge portion in the inner peripheral portion of the rotor can be quenched at the same time, the labor required for the processing can be reduced and the rotor core can be manufactured at low cost.
According to the seventh aspect of the present invention, since the flame is blown through the magnet mounting hole and the periphery of the magnet mounting hole including the bridge portion and the vicinity of the bridge portion is quenched, there is less labor required for the processing, and the rotor core can be manufactured at low cost. Can be manufactured.
Further, according to the invention described in claim 8, since the carburizing gas heated in the magnet mounting hole is ventilated to perform gas carburizing and quenching treatment around the magnet mounting hole including the bridge portion and the vicinity of the bridge portion, the labor required for the processing is also reduced. The rotor core can be manufactured at low cost at a low cost.
According to the ninth aspect of the present invention, since the laser torch is inserted into the magnet mounting hole and the bridge portion and the vicinity of the bridge portion are subjected to quenching treatment by heating with laser beam irradiation, the labor required for the treatment is reduced and the rotor core is inexpensive. Can be manufactured.
According to the invention described in claim 10, since the rotor is constituted by the rotor core according to any one of
Further, according to the invention described in
Further, according to the invention described in
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの形状の一部を示すものである。
図1において、ロータコア21には1極当たり2個のマグネットを装着するために2つのマグネット装着孔22、23が設けられている。この2つのマグネット装着孔22、23の周りのロータ20の外周側にはアウターブリッジ部24(太線縞模様の部位)を有し、同内周側の2つのマグネット装着孔22、23に挟まれた位置にはセンターブリッジ部25(太線縞模様の部位)を有する。これら2つのマグネット装着孔22、23の周りのブリッジ部26とブリッジ部の近傍27は焼入れ処理により強化されている。
マグネット装着孔22、23にマグネット19(図3参照)を装着し、ロータ20が高速で回転する時、ブリッジ部24、25において、遠心力による応力が最大となるため、ロータ20の最大回転速度を増大するにはブリッジ部24、25の強度を向上すれば充分で、他の部分の強度を向上する必要はないことが実験でも確認された。
ロータコア21は、積層された炭素鋼や合金鋼などの焼入れ性を有する鋼板よりなり、焼入れ処理により約1600MPaの強度限界を有する高強度な鋼板となるため、本実施例のロータは充分な高速回転化を実現できる。
FIG. 1 shows a part of the shape of a rotor core of an embedded magnet type rotating electric machine according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the
When the magnet 19 (see FIG. 3) is mounted in the
The
図2は、第1実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコア21を説明する図で、(a)は外観斜視図、(b)は鋼板1枚の断面図である。
図2において、ロータコア21を構成する鋼板21aは、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層21bを有する。 そのため、従来の電磁鋼板と同様に渦電流による鉄損の増加を防止できる。
また、ロータコア21は、鋼板21aを設定の形状に加工して積層後、焼入れ処理する。そのため、プレス成形等の形状加工工程において鋼板は軟質であり、加工精度の低下と型寿命の低下が問題とならない。
FIGS. 2A and 2B are views for explaining the
In FIG. 2, the
The
図3は、第1実施例を示す埋込磁石型回転電機用ロータの断面図で、(a)は軸方向断面図、(b)は1枚の鋼板について軸と直角方向の断面図である。
図3において、ロータ20は、図2に示したロータコア21のマグネット装着孔22、23にマグネット19を装着し、シャフト28に嵌合させ、負荷側プレート29Lと反負荷側プレート29Cにより軸方向を固定されている。
本実施例のロータ20は、ロータコア21の1極当たり2個のマグネットの挟角を充分狭く設計し、マグネットより発する磁束をロータ表面に磁束集中させることにより、ロータコア21を意図的に磁束飽和させ、回転中のロータコア21表面近くの部分での磁束密度変化を低減することで、ロータコア21の鉄損を低く止めている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor for an embedded magnet type rotating electrical machine showing the first embodiment, where (a) is a cross-sectional view in the axial direction, and (b) is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the axis for one steel plate. .
In FIG. 3, the
In the
図4は、第1実施例を示す埋込磁石型回転電機の径方向断面図、図5は軸方向断面図である。
両図において、埋込磁石型回転電機は、ロータコア21の内部にマグネット19を装着するロータ20を有し、シャフト28に設置された負荷側軸受37(図5)と反負荷側軸受38(図5)を介して、負荷側ブラケット35(図5)と反負荷側ブラケット36(図5)に回転自在に保持されている。
ステータ30はステータコア31とステータコイル32よりなり、フレーム33に保持され、フレーム33は負荷側ブラケットに、反負荷側ブラケットとともに、締結ボルト34で固定されている。ステータコイル32への通電はステータコイル32のリード線39(図5)を通して行われ、ロータ20の反負荷側には、回転位置検出のためのエンコーダ部40が設置されている。
本実施例のロータ20を有する埋込磁石型回転電機は、低い鉄損を維持したまま、高速回転化を実現し、高出力化と高効率化をなし得る。
FIG. 4 is a radial cross-sectional view of the interior magnet type rotating electric machine showing the first embodiment, and FIG. 5 is an axial cross-sectional view.
In both figures, the embedded magnet type rotating electrical machine has a
The
The interior magnet type rotating electric machine having the
図6は、第1実施例を示すロータコア21の焼入れ処理方法を示すものである。
図6において、ロータコア21を入口側導風治具41と出口側導風治具42との間に装着し、火炎を入口側導風治具からロータコア21のマグネット装着孔22、23に通過させる。入口側導風治具41は、ロータコア21に接する側で火炎の通路をロータコア21のマグネット装着孔22、23に分岐し、火炎がマグネット装着孔22、23以外の部分に極力接しない構造となっている。出口側導風治具42も同様である。
火炎は酸素アセチレン炎を用い、マグネット装着孔22、23に通過させ、 鋼板の焼入温度以上の800〜1000℃に加熱した後、熱の拡散を利用し自然急冷する。火炎焼入れは、図1に示したロータコア21のアウターブリッジ部24、センターブリッジ部25とその近傍26、27のような局部焼入れに適した焼入れ方法であり、マグネット装着孔22、23を導風孔に兼ねることで、焼入れ処理に要する熱量が最小でよく、ロータ外周部にあるアウターブリッジ部24とロータ内周部にあるセンターブリッジ部25を同時に焼入れ処理できるため、処理に要する手間も少なく、安価にロータコア21を製造できる。
本実施例のロータコア21は、比較的大きな熱容量を有するため、熱の拡散を利用し自然急冷却したが、比較的小さな熱容量のロータコア21では、火炎による加熱後冷却風を通じて急冷しても良い。或いは、冷却風の温度調整を行い、冷却スピードを精密に管理して、焼入れ処理による鋼板の強化を、より所望の特性となるよう調整しても良い。
FIG. 6 shows a method for quenching the
In FIG. 6, the
The flame is an oxygen acetylene flame, passed through the
Since the
図7は、第1実施例を示すロータコア21の製造方法の工程図で、以上図1〜
図6について説明した内容を纏めたものである。
まず、シャフト28(図3)に負荷側プレート29Lを圧入して一体化する。
一方、鋼板を抜き打ち成形し、積層して一体化する。この積層鋼板を第1実施例に係る図6の方法により火炎加熱した後、冷却することで焼き入れ処理を終え、ロータコア21(図2)が出来上がる。
このロータコア21を先のシャフト28に組み付けた後、マグネット19をマグネット装着孔22、23に挿入し接着して一体化し、さらに、反負荷側プレート29Cを圧入して一体化し、着磁することでロータ20(図3)が完成する。
FIG. 7 is a process diagram of a method of manufacturing the
FIG. 7 summarizes the contents described with reference to FIG. 6.
First, the
On the other hand, the steel sheet is punched and laminated and integrated. The laminated steel sheet is flame-heated by the method of FIG. 6 according to the first embodiment and then cooled to finish the quenching process, and the rotor core 21 (FIG. 2) is completed.
After assembling the
図8は、本発明の第2実施例を示すロータコア21の焼入れ処理方法を示すものである。
図8において、ロータコア21を入口側導風治具41と出口側導風治具42との間に装着し、加熱器44により高温に加熱した浸炭性ガスを、送風機43により入口側導風治具からロータコア21のマグネット装着孔22、23に通過させる。入口側導風治具41は、ロータコア21に接する側で浸炭性ガスの通路をロータコア21のマグネット装着孔22、23に分岐し、浸炭性ガスがマグネット装着孔22、23以外の部分に極力接しない構造となっていることは第1実施例と同様である。出口側導風治具42も同様である。
浸炭性ガスはプロパンガス等を900〜1000℃に加熱して用い、マグネット装着孔22、23に通過させ、浸炭焼入れを行う。浸炭焼入れは、図1に示したロータコア21のアウターブリッジ部24、センターブリッジ部25とその近傍26、27のような鋼板の表層部の焼入れに適した焼入れ方法であり、マグネット装着孔22、23を導風孔に兼ねることで、ブリッジ部24、25とブリッジ部の近傍26、27を含むマグネット装着孔22、23周りを、最小の熱量で短時間に焼入れ処理できるため、処理に要する手間も少なく、安価にロータコア21を製造できる。
第2実施例が第1実施例と異なる部分は、第1実施例では火炎焼入れが中、高炭素鋼を用いるのに対し、第2実施例の浸炭焼入れは低炭素鋼を用いる点である。
一般的に、ヒステリシス特性は低炭素鋼の方が良好であり、電磁鋼板には及ばないが低鉄損となる。逆に、焼入れ処理による歪が大きく、ロータコア21の形状変形に注意を要する。
第1実施例で説明したように、マグネットより発する磁束をロータ表面に磁束集中させることが充分に出来ない設計の場合、ヒステリシス特性に依存して鉄損が増大するが、本実施例の処理方法によれば、ブリッジ部とブリッジ部の近傍を含むマグネット装着孔22、23周りのみ強化して、その他の部分は比較的低鉄損に止め得るのである。
また、鋼板表面の耐食性向上を兼ね備えたい場合は、浸炭性ガス雰囲気中に0.5〜1%のアンモニアを添加し、浸炭窒化としても良い。
FIG. 8 shows a method for quenching the
In FIG. 8, the
As the carburizing gas, propane gas or the like is heated to 900 to 1000 ° C. and passed through the
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the first embodiment uses high-carbon steel while flame quenching is used, whereas the carburizing and quenching of the second embodiment uses low-carbon steel.
In general, the low carbon steel has better hysteresis characteristics and lower iron loss than the magnetic steel sheet. On the contrary, the distortion due to the quenching process is large, and attention must be paid to the shape deformation of the
As described in the first embodiment, when the design is such that the magnetic flux generated from the magnet cannot be sufficiently concentrated on the rotor surface, the iron loss increases depending on the hysteresis characteristics. According to this, only the
In addition, when it is desired to improve the corrosion resistance of the steel sheet surface, 0.5 to 1% ammonia may be added to the carburizing gas atmosphere to perform carbonitriding.
図9は、第2実施例を示すロータコア21の製造方法の工程図であり、図7の第1実施例との違いは、第1実施例では火炎加熱した後、冷却することで焼き入れ処理していたのに対して、ここでの焼入れ処理は浸炭焼入れとした点である。
このロータコア21を先のシャフト28に組み付けた後、マグネット19をマグネット装着孔22、23に挿入し接着して一体化し、さらに、反負荷側プレート29Cを圧入して一体化し、着磁することでロータ20(図3)が完成する。
FIG. 9 is a process diagram of a method for manufacturing the
After assembling the
図10は、第3実施例を示すロータコア21の焼入れ処理方法を示すものである。
図において、マグネット装着孔22、23にレーザトーチ45を挿入し、ブリッジ部24、25(図1)とブリッジ部の近傍26、27(図1)をレーザビーム照射による加熱をもって、焼入れ処理する。熱源はYAGレーザ発信器より得たレーザビームを光ケーブル46でレーザトーチ45へ導く。光ケーブル46とレーザトーチ45をトーチステイ47に固定し、レーザビームをマグネット装着孔22、23内より、ブリッジ部24、25とブリッジ部の近傍26、27に照射しながら、トーチステイを移動させ焼入れ処理を行う。
FIG. 10 shows a method for quenching the
In the figure, a
図11は、本発明の第3実施例を示すロータコア21の製造方法の工程図であり、第1実施例の図7および第2実施例の図9との違いは、第1実施例では火炎加熱した後、冷却する焼き入れ処理であり、第2実施例では浸炭焼入れとしていたのに対し、ここでは焼入れ処理をレーザビーム照射による焼入れ処理とした点である。
そして、このロータコア21を先のシャフト28に組み付けた後、マグネット19をマグネット装着孔22、23に挿入し接着して一体化し、さらに、反負荷側プレート29Cを圧入して一体化し、着磁することでロータ20(図3)が完成する。
FIG. 11 is a process diagram of a method of manufacturing a
Then, after assembling the
本発明が、特許文献1と異なる部分は、加工硬化による電磁鋼板の強化ではなく、炭素鋼や合金鋼などの焼入れ性を有する鋼板を用い、マグネット装着孔22、23周りのブリッジ部とブリッジ部の近傍を、焼入れ処理して強化した部分である。
The present invention is different from
本発明の埋込磁石型回転電機は、低い鉄損を維持したまま、高速回転が可能となるため、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車、電気自動車などの駆動用モータや発電機、鉄道車両用の駆動モータや発電機、無停電電源用発電機車に用いる発電機としても有効である。さらに、上記以外に、エレベータ、立体駐車場等の昇降機または風水力用のコンプレッサやブロワ、ポンプ等の流体機械もしくは半導体製造装置や工作機主軸を主とする加工機等の、一般産業用機械の駆動用モータの用途にも有効である。 Since the embedded magnet type rotating electric machine of the present invention can be rotated at high speed while maintaining low iron loss, it is a driving motor or generator for a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, etc., and a drive for a railway vehicle. It is also effective as a generator used in motors, generators, and generator cars for uninterruptible power supplies. In addition to the above, general industrial machinery such as elevators, elevators in multilevel parking lots, fluid machinery such as compressors, blowers, and pumps for wind and hydraulic power, semiconductor manufacturing equipment, and processing machines mainly using machine tool spindles. It is also effective for driving motor applications.
19 マグネット
20 ロータ
21 ロータコア
22、23 マグネット装着孔
24 ロータコアのアウターブリッジ部
25 ロータコアのセンターブリッジ部
26 ロータコアのアウターブリッジ部の近傍
27 ロータコアのセンターブリッジ部の近傍
28 シャフト
29L 負荷側プレート
29C 反負荷側プレート
30 ステータ
31 ステータコア
32 ステータコイル
33 フレーム
34 締結ボルト
35 負荷側ブラケット
36 反負荷側ブラケット
37 負荷側ベアリング
38 反負荷側ベアリング
39 ステータコイルのリード線
40 エンコーダ部
19
Claims (12)
前記鋼板が焼入れ性を有する炭素鋼または合金鋼であり、
かつ前記2つのマグネット装着孔の周りの前記ロータの外周側のアウターブリッジ部と、前記ロータの内周側の前記2つのマグネット装着孔に挟まれたセンターブリッジ部と、および前記2つのブリッジ部の近傍が焼入れ処理されたことを特徴とするロータコア。 In a rotor having two magnet mounting holes for mounting two magnets per pole inside a rotor core formed by stacking steel plates,
The steel plate is carbon steel or alloy steel having hardenability,
And an outer peripheral side of the outer bridge portion of the rotor around the two magnet mounting hole, and a center bridge portion sandwiched between the two magnet mounting holes of the inner peripheral side of the rotor, and of the two bridge portions A rotor core characterized in that the vicinity is quenched.
前記ロータとして請求項8記載のロータを用いたことを特徴とする埋込磁石型回転電機。 In an embedded magnet type rotating electrical machine comprising a rotor and a stator that supports the rotor in an internal space via a bearing and winds a coil in its own slot,
An embedded magnet type rotary electric machine using the rotor according to claim 8 as the rotor .
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