定子内周形状修正装置和定子内周形状修正方法

摘要

本发明的目的在于对于没有被分割为轭部分和齿部分的定子结构也修正定子内周的形状。该定子内周形状修正装置修正被固定在容器(1b)内周部的定子(4)的内周形状，包括：移位传感器(110)，测定内周部固定在容器(1b)的定子(4)的内周形状；个人计算机(106)，根据定子的内周形状计算出定子内周的变形方向，并且根据定子内周的变形方向、变形量计算出对容器(1b)外侧面加热时的加热方向和加热量；以及煤气喷燃器(101)，根据加热方向及加热量对容器(1b)外侧面进行加热。

说明书

技术领域

本发明涉及一种修正固定在旋转电机的容器内周的定子的内周形状的装置及修正内周形状的方法。

背景技术

对于冷冻、空调用压缩机等，在将旋转电机的定子固定于容器内周的情况下，很多采用热压配合等的配合固定。当容器内周不是正圆时，热压配合会使定子内周的圆度恶化，定子内周和转子外周的空隙(air gap)变得不均匀。其结果是，将出现旋转电机运转时的噪音增大，启动能力下降的问题。在此，所谓圆度，是指根据日本工业标准，圆形状与几何学上的正圆相比失准的大小，用把该圆形状夹于两个同心的几何学上的正圆中时使得两圆间的区域面积最小的半径差表示。

以往，在制造具有被分割为轭部分和齿部分的定子铁芯的旋转电机的方法中，就有从定子铁芯的外周方向向内周方向均等地施加应力，使定子铁芯内周的圆度为0.03mm以下的技术(例如，参考专利文献1)。

专利文献1：JP特许第3678102号公报(权利要求5、[0011]～[0018]段)。

在上述专利文献1的使定子内周的圆度在规定值以下的技术中，存在不能适应被分割为轭部分和齿部分的结构以外的定子结构的问题。

发明内容

本发明就是为了消除上述那样的以往的问题而提出的，其目的在于：提供一种对于不被分割为轭部分和齿部分的定子结构，也能够确保定子内周的圆度在规定值以下的定子内周形状修正装置及修正方法。

本申请的发明是一种修正被固定在旋转电机的容器内周部的定子的内周形状的装置，包括以下结构。即，包括：测定器，其测定被固定在旋转电机的容器内周部的定子的内周形状；运算部件，根据测定的定子的内周形状计算出定子内周的变形方向、变形量，并且根据定子内周的变形方向、变形量，计算出至少从1个方向对容器外侧面进行加热的加热方向和加热量；以及加热机，根据加热方向及加热量，对容器外侧面进行加热。

此外，本申请中的发明是修正被固定在旋转电机的容器内周部的定子的内周形状的方法，具有下述工序。即，包括：

(a)测定被固定在旋转电机的容器内周部的定子的内周形状的工序；

(b)根据测定的定子的内周形状，计算出定子内周的变形方向、变形量的工序；

(c)根据定子内周的变形方向、变形量，计算出至少从1个方向对容器外侧面进行加热的加热方向及加热量的工序；以及

(d)根据上述加热方向及上述加热量，加热上述容器外侧面的工序。

本申请的发明在将定子固定于旋转电机的容器内周部的状态下，测定定子的内周形状，计算出定子内周的变形方向、变形量，并且计算出至少从1个方向对容器外侧面进行加热的加热方向和加热量，对容器外侧面进行局部加热，从而使得在容器外侧面发生局部性的塑性变形，修正定子内周的形状。其结果是即使在被分割为轭部分和齿部分以外的定子结构中，也能修正定子内周的形状。此外还能防止旋转电机运转时的噪音和启动能力的降低。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的定子内周形状修正装置的概要结构图。

图2是表示实施本发明的实施例1的定子内周形状修正的产品例子的概要截面图。

图3是表示本发明的实施例1的定子内周形状修正方法的流程图。

图4是用于说明本发明的实施例1的定子内周形状、变形方向及变形量的图。

图5是定子内周为理想的形状即正圆时的横截面图。

图6是定子内周与正圆相比呈变形形状时的横截面图和按照本发明的实施例1修正了定子内周的形状时的横截面图。

图7是用于说明本发明的实施例1中的定子内周形状修正原理的局部横截面图。

图8是表示本发明的实施例1的基于加热的变形修正量与加热量的关系的图。

图9是说明本发明的实施例1的被修正体的加热范围的截面图。

图10是用于说明定子内周形状(测定曲线CLd)近于三角形时的变形方向的图。

图11是用于说明定子内周形状(测定曲线CLd)近于四边形时的变形方向的图。

图12是表示本发明的实施例2的被修正体的容器与定子间的配合部的横截面图。

图13是用于说明本发明的实施例2的定子内周形状修正的横截面图。

图14是表示本发明的实施例2的基于加热的变形修正量与加热量的关系的图。

附图标记的说明

1a：上部密闭容器；1b：中间密闭容器(容器)；1c：下部密闭容器；4：定子；5：空隙；6：主轴；7：转子；101：煤气喷燃器(加热机)；102：喷燃器滑动机构；103：喷燃器滑动用电动机；104：工件旋转台；105：旋转用电动机；106：个人计算机(运算部件、判定部件)；107：定序器(sequencer)；108：气体流量控制机；109：传感器滑动机构；110：移位传感器(测定器)；111：传感器滑动电动机

具体实施方式

实施例1

以下，参照附图详细说明本发明的实施例1的定子内周形状修正方法及定子内周形状修正装置。图1是表示本实施例的定子内周形状修正装置的概要结构图，图2是表示实施本实施例的定子内周的形状修正的产品例的概要截面图。

首先，根据图2，说明实施定子内周形状修正的产品例子。图2示出了内置旋转电机的冷冻、空调机用的压缩机。图2中，旋转电机由定子4和转子7构成。定子4和转子7之间的圆筒状空间被称为空隙5。将定子4热压配合地固定于压力容器即中间密闭容器1b的内周部。将转子7与主轴6热压配合而固定。主轴6由内置于压缩机构2的滑动轴承(未图示)旋转自由地支持。本例的压缩机构2是旋转型的压缩机构，在未图示的3个焊接点上被焊接固定于中间密闭容器1b上。端子8具有向设于定子4的绕线9供应电流的作用，被焊接固定于上部密闭容器1a。通过硬焊将压缩前的气体吸入口即消声器3固定在中间密闭容器1b上，将由压缩机构2压缩后的气体向外部排出的喷出管10固定在上部密闭容器1a上。由消声器3吸入的气体经压缩机构2压缩后，喷出到由上部密闭容器1a、中间密闭容器1b以及下部密闭容器1c形成的密闭空间内，进而通过喷出管10喷出至外部。在本实施例的情况下，如图5所示，定子4具有环状的定子轭4a和从定子轭4a向内周方向凸设的定子齿部4b。另外，在本实施例中，所谓定子内周是指在正交于定子4的轴方向的平面上截断的截面图5中的、将定子齿部4b的顶端部分连接而成的圆周。另外，定子4的形状只要符合本发明的要旨就不限于图5所示的形状。

接着，根据图1，说明本实施例的定子内周形状修正装置。在图1中，被修正体100正处于图2所示的压缩机产品的组装过程中的状态，是将定子4固定在中间密闭容器1b(以下，称为“容器1b”)上的状态。

由旋转用电动机105旋转驱动承载有被修正体100的工件旋转台104。旋转用电动机105内安装有未图示的编码器，可以将旋转用电动机105的旋转角度输出至个人计算机106。

移位传感器110是测定被修正体100的定子的内周形状的接触式传感器，相当于权利要求书中所说的测定器。移位传感器110安装于传感器滑动机构109上。另外，传感器滑动机构109基于传感器滑动电动机111可以在图示上下方向上移动。移位传感器110被保持在定子4内周的规定的高度位置，与旋转用电动机105的旋转同步地，经过1圈计测上述被保持的高度位置上的定子内周的半径方向的移位。即，移位传感器110可以测定上述保持高度位置上的定子4的内周形状。另外，作为测定器，除了接触式的移位传感器110外，也可以使用非接触式的移位传感器或其它的能够测定定子内周形状的用具。

煤气喷燃器101用于修正定子4的内周形状，相当于权利要求书中所述的加热机。煤气喷燃器101安装于喷燃器滑动机构102，喷燃器滑动机构102基于喷燃器滑动用电动机103可以在图示上下方向上移动。煤气喷燃器101安装有气体流量控制机108，使得可以对煤气喷燃器加热时的单位时间内的热量进行管理。另外，作为加热机，除了煤气喷燃器101以外，例如还可以使用激光焊接机、TIG焊接机等电弧焊接机、高频加热机。

个人计算机106对由移位传感器110计测的数据进行处理，起到计算定子4的内周的圆度、定子内周的变形方向和变形量、用于修正定子内周的变形的加热方向及加热量的、权利要求书中所述的运算部件的作用。此外，个人计算机106还起到用于判断定子内周的圆度的好坏的、权利要求书中所述的判定部件的作用。定序器107是接收来自个人计算机106的指令，控制本装置的动作的定序器。定序器107起到基于喷燃器用电动机103控制煤气喷燃器101的上下移动速度及移动范围，基于气体流量控制机108控制加热时的热量来调整加热量的作用。

图3是表示本发明的实施例1的定子内周形状修正方法的流程图。以下，根据图3的流程图，说明本实施例的定子内周形状修正方法。

步骤1：工件装载

将被修正体100装载于工件旋转台104上。

步骤2：定子内周测定

由传感器滑动电动机111在图示上下方向上驱动传感器滑动机构109，使移位传感器110移动到被修正体100的定子4内周的规定高度位置。然后，由旋转用电动机105旋转驱动工件旋转台104，使被修正体100以其轴为中心旋转至少1圈以上，由移位传感器110测定定子内周的半径方向的移动量。这时，按旋转用电动机105的每个规定的旋转角度，将移位传感器110的测定值向个人计算机106的记录部件输出并记录。接着，由个人计算机106的运算部件，根据上述规定的旋转角度和该时的移位传感器的输出值，计算出定子4的内周形状。

步骤3：变形方向和变形量计算、加热方向计算

接着，个人计算机106的运算部件根据步骤2中计算出的定子4的内周形状，计算出定子内周的变形方向和变形量，并且计算出由煤气喷燃器101向被修正体100的容器1b的外侧面的加热方向及加热量。在此，加热量用由气体流量控制机108控制的单位时间内的热量与由煤气喷燃器101的上下移动速度及移动范围决定的加热时间的乘积表示。

步骤4：加热

由喷燃器滑动电动机103在图示上下方向上驱动喷燃器滑动机构102，使煤气喷燃器101移动到被修正体100的容器1b的规定的加热高度。由旋转用电动机105使被修正体100旋转直到煤气喷燃器101的加热方向(火焰的方向)变为步骤3中计算出的加热方向为止。接着，点燃喷燃器101，以规定的加热量对容器1b的外侧面的规定范围进行加热。

步骤5：定子内周测定、定子内周圆度判定

与步骤2相同地，由移位传感器110测定定子内周的形状。接着，由个人计算机106的运算部件计算出定子内周的圆度。在此，所谓定子内周的圆度是指定子内周与几何学上的真正的圆(正圆)相比失准的大小，在把定子内周形状夹于两个同心的几何学上的圆(正圆)中时，用使得两圆间的区域最小的半径差来表示。并且，个人计算机106的运算部件判定上述计算出的定子内周的圆度是否在预先确定的允许范围内。在定子内周的圆度不在上述允许范围内的情况下，定子内周形状不满足规定的精度，返回步骤2重复上述处理。

步骤6：工件卸载

在步骤5中定子内周圆度落入上述允许范围内时，定子内周形状满足规定的精度，则从工件旋转台104上卸下被修正体100。

接着，进而详细说明图3的流程图的定子形状修正方法的步骤。首先，利用附图说明步骤2中得到的定子内周的形状。设步骤2中个人计算机106取得的移位传感器110的测定数据为D(θn)(n为数据点数)。θn是与移位传感器110的测定数据D(θn)同时由个人计算机106取得的旋转用电动机105的旋转角度的数据。这里，数据点数n越多则测定精度越高，被修正体100旋转1圈至少需要4点以上。图4是将被测定的移位传感器110的数据D(θn)绘制于以被修正体100的旋转中心为原点O的X-Y坐标中的图。在图4中，粗实线CLd为连结移位传感器110的数据D(θn)的曲线，表示定子的内周形状。在此，图4中的移位传感器110的数据D(θn)的坐标用以下的公式(1)表示。

(D(θn)×cos(θn)、D(θn)×sin(θn))…      (1)

定子4通常是通过冲压加工对钢板打孔，层叠多张上述钢板，以铆接等方法固定层叠后的钢板而成形的。而由于这些加工、层叠及固定时产生的误差、偏差，定子4的内周形状变得不是正圆。此外，由于将定子4固定于容器1b时，大多为用热压配合等的配合固定，因此，在容器1b的内周不是正圆的情况下，由于配合而使定子4的内周的圆度进一步恶化。因此，如图4所示，用移位传感器110测定的定子内周的形状与理想的形状即正圆相比发生了变形。

本实施例的目标是使定子内周接近理想的形状即正圆。以下利用附图说明其理由。图5是定子内周为理想的形状即正圆时的横截面图，图6(a)是定子内周呈与正圆相比有了变形的形状时的横截面图。如图5所示，在定子内周为理想的形状即正圆，转子7与定子4同轴地配设的情况下，定子4的内周与转子7的外周之间的空隙Gp整圈都是均匀的。旋转电机驱动时产生的噪音较小，且启动能力良好。但是，如图6(a)所示，在定子内周呈与正圆相比有变形的形状的情况下，空隙Gp1、Gp2在整圈上是不均匀的，所以旋转电机驱动时产生的噪音大，且启动能力变差。

接着，说明步骤3的定子内周的变形方向和变形量的计算。个人计算机106的运算部件用最小二乘法等对步骤2中得到的定子内周形状进行椭圆近似处理。即，如图4所示，个人计算机106将依照移位传感器110的测定数据D(θn)作出的曲线CLd向虚线所示的椭圆近似曲线CLs进行近似处理。然后，求出该椭圆近似曲线CLs的长轴方向P和短轴方向Q，设该长轴方向P为变形方向，短轴方向Q为变形直角方向。此外，设定子圆周与理想的形状即正圆相比变形的量为变形量δ，用以下的公式(2)定义。

δ＝Lp-Lq(Lp是长轴长度，Lq是短轴长度)  ...(2)

接着，说明基于步骤3的加热方向的计算及步骤4的加热的修正原理。图7(a)、(b)分别是表示用煤气喷燃器101对被修正体100的容器1b的外侧面进行加热前和加热后的、容器1b及定子4的形状的部分截面图。如图7(b)所示，如果用煤气喷燃器101局部地加热容器1b的外侧面，则容器1b的加热部H热膨胀，在加热部H的周围产生如图所示的热变形应力Ph，发生热塑性变形，容器1b向外侧变形为“<”的形状。由于该塑性变形，使定子4的内周也与上述同样地变形。在此，如果设定子内周加热前的加热部H的曲率为ρ1{ρ1＝1/R1(曲率半径)}，加热后的曲率为ρ2{ρ2＝1/R2(曲率半径)}，则以下的公式(3)成立。

ρ1＜ρ2…  (3)

即，通过被修正体100的容器1b的局部加热，可以使加热部H附近的定子内周的曲率增大(曲率半径减小)。因此，如果对图4及图6(b)所示的与定子内周的变形方向P正交的变形直角方向Q附近施加适当的热量，则如图6(b)所示，可以使变形直角方向Q附近的定子内周的曲率增大，变形方向P的曲率减小，可以使定子4的内周形状接近理想的形状即正圆形状。

接着，说明步骤3中的加热量的计算的方法。设加热被修正体100的变形正交方向Q的加热部H时的变形方向P的变形修正量为δm，预先求出变形修正量δm与加热量Hq的关系。该关系如图8所示用以下公式(4)表示。

Hq＝K(δm)  …  (4)

在此，用由定子4的齿的形状、定子4的钢板的层叠数、容器1b及定子4的材质等决定的函数表示变形修正量δm与加热量Hq的关系。

因为用上述公式(2)求出的变形量δ可以与变形修正量δm不相等，所以将变形量δ带入公式(4)的变形修正量δm，就可以求出期望的加热量Hq。

下面，说明步骤4的加热工序。煤气喷燃器101如图9的截面图所示那样，线状地加热被修正体100的容器1b的外侧面(加热范围的H范围)。

接着，说明步骤5的定子内周圆度的判断。在定子内周圆度的判断中，例如，可以设上述公式(2)的变形量δ在规定的阈值δth以下时为合格，设其在规定的阈值δth以上时为不合格。在此，规定的阈值由旋转电机的噪音、启动能力等质量管理条件决定。

如上所述，根据本实施例1，在将定子4固定于容器1b的状态下，测定定子4的内周形状，根据测定出的定子的内周形状计算出定子内周的变形方向和变形量，并且计算出加热容器外侧面时的加热方向和加热量，并加热容器1b的外侧面，因此即使是被分割为轭部分和齿部分的结构以外的定子结构，也可以修正定子内周的形状，可以防止旋转电机运转时的噪音和启动能力的下降。

另外，由于根据定子4的内周形状计算出定子内周的圆度并判断定子内周的圆度是否在允许范围内，所以可以自动且高精度地修正定子内周的形状。

另外，由于生成与定子4的内周形状近似的椭圆近似曲线，设椭圆近似曲线的长轴方向为变形方向，设短轴方向为变形正交方向，设加热容器外侧面时的加热方向为变形正交方向附近，所以可以自动且高精度地修正定子内周的形状。

进而，由于根据变形修正量和加热量的关系，计算出对容器外侧面进行加热时的加热量，所以可以自动且高精度地修正定子内周的形状。

另外，在上述说明中，在步骤2中，是将移位传感器110构成为测定定子4的规定高度位置的内周形状，但也可以测定多个高度位置的内周形状，这时，由传感器滑动电动机111移动移位传感器110的高度，多次重复步骤2的测定动作，计算计测到的旋转角度θn的数据的平均，从而计算公式(1)的坐标值。

此外，在图9的说明中，是由煤气喷燃器101线状地加热被修正体100的容器1b的外侧面，但对容器1b与定子4的配合部分或产生了变形的部分等，也可以采用点状加热。

实施例2

本发明的实施例2以被修正体100的定子4和容器1b的固定位置(配合位置)分布于多个位置，而不是一整圈的情况为对象。

图10是在实施例1的步骤2中得到的定子内周形状(测定曲线CLd)接近于三角形时的示意图，图11是实施例1的步骤2中得到的定子内周形状(测定曲线CLd)接近于四边形时的示意图。通常，在将定子4固定(配合)于容器1b的内周部的情况下，在固定(配合)位置不是整圈而是3个位置时，如图10所示那样定子内周形状为三角形状，如果是4个位置，则如图11所示定子内周形状成为四边形状。这时的三角形状或四边形状等的多边形形状与理想的多边形形状(从中心到顶点的距离恒定)不同，从中心到顶点的距离不是恒定的。但是，在这些情况下，仍然可以与实施例1的步骤2同样地，用最小二乘法等分别用椭圆近似曲线CLs进行近似，可以与实施例1的步骤3同样地，计算定子内周的变形方向及变形量。

但是，由于定子4不被固定(配合)、密接在容器1b的内周整圈上，所以在下述的本实施例中，在实施例1的步骤3中计算出的加热机向容器1b的外侧面的加热方向及加热量时，以及在步骤4中加热容器1b的外侧面时，需要花时间来说明。

以下，根据附图具体说明本实施例的定子内周的形状修正。图12是表示本实施例2的被修正体100的容器1b和定子4间的配合部的横截面图，容器1b和定子4的固定部(配合部)不是存在于整圈上，而是存在于上下、左右对称的4个位置上，分别称为配合部F1、配合部F2、配合部F3和配合部F4。

在图12的被修正体100中，定子4和容器1b的固定部(配合部)不是整圈，因此即使与实施例1的步骤2同样地从变形方向P的直角方向即变形直角方向Q加热容器1b的外侧面，如图13所示，如果在变形直角方向Q容器1b和定子4没有配合，则即使从变形直角方向Q加热容器1b，也不能通过局部性的塑性变形应力使定子4变形。因此，在本实施例中，如图13所示，对夹着变形方向P的直角方向即变形直角方向Q的2个位置的配合部F1及F2进行加热。并且，设加热配合部F1的方向为加热方向H1，设加热配合部F2的方向为加热方向H2。

接着，说明各个加热方向H1及H2的加热量Hq1及Hq2的计算方法。在对加热方向H1及加热方向H2进行加热时，分别设与加热方向H1及加热方向H2正交的方向的变形修正量为δm1、δm2。这时，如图14所示，预先求出变形修正量δm1和加热量Hq1的关系以及变形修正量δm2和加热量Hq2的关系。用以下的公式(5)表示该关系。

Hq1＝K1(δm1)、Hq2＝K2(δm2)  …  (5)

在此，K1、K2是通过预先求出变形修正量δm1或δm2与加热量Hq1或Hq2的关系而求得的函数，由定子4的齿形状、钢板层叠数、容器1b的钢板材质等决定。

如图13所示，如果设变形方向P的直角方向即变形直角方向Q与加热方向H1间所成的角度为θ1，设变形方向P的直角方向即变形直角方向Q与加热方向H2间所成的角度为θ2，则通过对加热方向H1及加热方向H2进行加热而被修正的全体的变形修正量δm在几何学上用以下的公式表示。

δm＝δm1×cos(θ1)+δm2×cos(θ2)…      (6)

δm1×sin(θ1)＝δm2×sin(θ2)  …  (7)

且，

δm1＝δm×sin(θ2)/sin(θ1+θ2)  …  (8)

δm2＝δm×sin(θ1)/sin(θ1+θ2)  …  (9)

并且，因为经加热加热方向H1、加热方向H2而被修正的全体的变形修正量δm可以与用实施例1的公式(2)计算的变形量δ不相等，所以将δ代入公式(8)及公式(9)的δm，根据公式(5)，可以分别计算加热方向H1及加热方向H2的加热量Hq1及Hq2。

另外，在上述说明中，举例说明了定子4和容器1b的配合部不存在于整圈，而是如图12所示配合部存在于4个位置的情况，但除此以外，在配合部不存在于整圈而是分散在多个位置的情况下，如果与上述同样地计算出加热方向及加热量，也可以修正定子内周的形状。

如上所述，根据本实施例，当定子4和容器1b没有被固定(配合)在变形正交方向Q上时，将对容器外侧面加热时的加热方向设为夹着变形正交方向Q的定子4和容器1b的2个固定位置的加热方向，因此即使定子4与容器1b的固定部(配合部)不存在于整圈时，也可以修正定子内周的形状，进而防止旋转电机运转时的噪音和启动能力的降低。