CN102035327B - 鼠笼式转子及鼠笼式转子的制造方法 - Google Patents

鼠笼式转子及鼠笼式转子的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及鼠笼式转子及鼠笼式转子的制造方法。本发明的鼠笼式转子，具有：沿转子旋转轴方向开有多个圆周方向的槽孔的转子铁芯；配置在转子铁芯的转子旋转轴方向的两侧，并且与圆周方向的多个槽孔相对应地开有圆周方向的多个贯通孔的一对端环；以及分别插入多个槽孔和多个贯通孔中的多根杆件。多根杆件的两端部与一对端环分别通过钎焊结合；一对端环分别由多个板构件叠层而成，多根杆件与一对端环分别被预先夹持安装在多个板构件之间并在转子加热时熔渗的钎料钎焊在一起。

Description

鼠笼式转子及鼠笼式转子的制造方法
技术领域
本发明涉及感应式电动机所使用的鼠笼式转子及鼠笼式转子的制造方法。
背景技术
铜或铜合金制的导体杆穿过转子铁芯的槽孔，该导体杆的两端部与一对端环通过钎焊分别结合而成的鼠笼式转子已经公知。专利文件1(日本特开2004-254433号公报-JP2004-254433A)记载的鼠笼式转子形成为，在各端环的转子旋转轴方向的外侧端面上分别形成有用于配置钎料的槽，通过转子的加热而使钎料熔融，并使已熔融的钎料流入到槽的内部方向的端环与导体杆之间的间隙。
然而，上述专利文件1记载的鼠笼式转子，为了在端环的外侧端面上形成用于配置钎料的槽则端环的板厚增厚，材料费增加，并且由于需要进行槽的加工，加工成本也增加。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述问题。
根据本发明的一个方案，本发明的鼠笼式转子，具有：沿转子旋转轴方向开有多个圆周方向的槽孔的转子铁芯；配置在转子铁芯的转子旋转轴方向的两侧，并且与圆周方向的多个槽孔相对应地开有圆周方向的多个贯通孔的一对端环；以及分别插入多个槽孔和多个贯通孔中的多根杆件。多根杆件的两端部与一对端环分别通过钎焊结合，一对端环分别由多个板构件叠层而成，杆件与一对端环分别被预先夹持安装在多个板构件之间并在转子加热时熔渗的钎料钎焊在一起。
根据本发明的其他实施方式，鼠笼式转子的制造方法包括以下工序：在沿转子旋转轴方向开有多个圆周方向的槽孔的转子铁芯的转子旋转轴方向的两侧，设有分别将多个板构件叠层而成的一对端环，将与多个槽孔相对应地开有圆周方向的多个贯通孔的一对端环以在多个板构件之间夹持安装了钎料的状态进行配置，并且分别将多根杆件插入多个槽孔和多个贯通孔中而形成转子组装件的工序；对转子组装件进行加热的工序；在转子组装件加热时，对一对端环的两侧施加压缩力，从而使被夹持安装在多个板构件之间的钎料熔渗到多根杆件与多个贯通孔的间隙中，利用熔渗的钎料将多根杆件与一对端环钎焊在一起的工序。
附图说明
图1是本发明的实施方式的鼠笼式转子的剖视图。
图2是构成图1的鼠笼式转子的转子铁芯的俯视图。
图3是表示图1的鼠笼式转子的制造工序(转子加热前的状态)的图。
图4是表示图1的鼠笼式转子的制造工序(达到钎焊温度时的状态)的图。
具体实施方式
下面，参照图1-图4对作为本发明的实施方式进行说明。图1是沿转子的旋转轴向剖切本发明的实施方式的鼠笼式转子100的剖视图。鼠笼式转子100一体地具有：大致圆筒形状的转子铁芯1，配置在转子铁芯1的轴向两端部的一对导电性的端环2，以及贯通转子铁芯1和一对端环2的多根导电性的杆件3。这种鼠笼式转子100一体地安装在旋转轴101上，如众所周知那样用作感应电动机的转子。另外，虽然省略了图示，但在鼠笼式转子100的周围配置形成旋转磁场的定子而构成感应电动机。
图2是从端环一侧观察转子铁芯1的俯视图。转子铁芯1是将大致环状的薄板状电磁钢板叠层而成的叠层体，在转子铁芯1的中央部分开有用于插入旋转轴101的贯通孔10。在转子铁芯1的外周面附近，沿转子的旋转轴向贯通转子铁芯1，开有多个分布在圆周方向的圆形槽孔11。
如图1所示，一对端环2分别由铜或铜合金制的多片(图中为两片)板构件21叠层构成。端环2与图2的转子铁芯1呈相同的平面形状，在端环2的中央部分开有用于插入旋转轴101的贯通孔20，在端环2的外周面附近，与槽孔11相对应地开有多个分布在圆周方向的圆形贯通孔22。
各杆件3与端环2同样地由铜或铜合金构成。杆件3呈大致圆柱形，其断面形状与转子铁芯1的槽孔11和端环2的贯通孔22相似。各杆件3分别贯通槽孔11和贯通孔22，杆件3的两端部通过例如银钎料等钎料4与端环2结合。
这样，在本实施方式中，端环2和杆件3分别由电阻比铝低的铜或铜合金构成。因此，与作为构成材料使用铝的情况比较，可以抑制感应电动机本身的发热。另一方面，由于铜或铜合金的熔点比铝高，因而难以通过像铝压铸件那样铸造成形来制造鼠笼式转子。因此，在本实施方式中，如下所述那样通过钎焊来结合端环2和杆件3。
图3、图4是表示本实施方式的鼠笼式转子100的制造工序的图，图3表示的是转子加热前的状态，图4表示的是转子加热后(达到钎焊温度时)的状态。在制造鼠笼式转子100的场合，首先，借助于夹具5组装如图3所示的临时组装件，即转子组装件105。夹具5具有：圆筒部51，安装在圆筒部51下侧的下侧突缘部52，以及安装在圆筒部51上侧的上侧突缘部53。下侧突缘部52固定在圆筒部51上，上侧突缘部53沿圆筒部51的外周面可滑动地设置。虽然省略了图示，但圆筒部51和上侧突缘部53通过弹簧部件连接，如图中的箭头所示，利用该弹簧部件总是对转子组装件105在上下方向作用压缩的弹簧力。
转子组装件105例如像图示那样将夹具5上下竖立设置地进行组装。即，将夹具5的下侧突缘部52的底面竖立设置在基座50上，沿着圆筒部51依次叠层端环2(一对板构件21)，转子铁芯1及端环2(一对板构件21)，并且从上方将杆件3插入转子铁芯1的槽孔11和上下各端环2的贯通孔22中。所插入的杆件3的底面与基座50的上表面接触，由此，规定了相对于转子铁芯1和端环2的杆件3的上下方向的位置。此外，在这里，将夹具5的底面与杆件3的底面设定为相同的高度，但也可以设定为不同的高度。
端环2虽由一对板构件21构成，但在组装转子组装件105时，如图3所示，可将预先成形为薄片状的大致环状的薄片钎料41安装成夹在一对板构件21之间。另外，在薄片钎料41上与图2的槽孔11相对应地开有多个贯通孔42。薄片钎料41在转子加热时，如后述那样填充在端环2的贯通孔22与杆件3之间的间隙中。薄片钎料41的体积(厚度及直径)考虑该间隙的大小决定。
在以上的工序之后，将上侧突缘部53安装在圆筒部51的上侧。这时，通过圆筒部51和上侧突缘部53之间的弹簧部件对上侧端环2的上下端面与下侧端环2的上下端面分别在上下方向施加压缩力(弹簧力)。
在该状态下，利用高频加热或使用加热炉等，将转子组装件105加热到薄片钎料41熔融的温度(例如800℃左右)。由此，薄片钎料41熔融，被夹具5的弹簧力挤碎。被挤碎的薄片钎料41如图4所示，由于毛细管现象而熔渗到一对端环2的贯通孔22与杆件3之间的间隙中，使各端环2的一对板构件21的端面彼此接触，在该状态下将杆件3与端环2钎焊在一起。
这时，为了消除转子铁芯1的槽孔11与杆件3之间的间隙，将槽孔11和杆件3的直径设定成使下式(1)成立。
Dbar(1+kbar·ΔT)＝Dslot(1+kcore·ΔT)        (1)
其中，Dbar为室温下的杆件3的直径，kbar为杆件3的线膨胀系数，Dslot为室温下的转子铁芯1的槽孔的直径，kcore为转子铁芯1的线膨胀系数，ΔT为室温与钎焊温度之差。
若分别将铜与电磁钢板的代表性的物理性质值(例如kbar＝1.8×10-5，kcore＝1.2×10-5)代入上式(1)的kbar、kcore中，并且将代表性的温度条件(例如室温为20℃，钎焊温度为800℃，ΔT＝780℃)代入ΔT中，则为下式(2)。
Dbar/Dslot＝0.9954        (2)
因此，若将杆件3的直径设定为槽孔11直径的99.54％，则在转子加热时在杆件3与槽孔之间没有间隙，可以防止钎料41流入到杆件3与槽孔11之间的间隙中。
再有，在本实施方式中，为了在转子加热时在端环2的贯通孔22与杆件3之间在圆周方向产生均匀的间隙，按下式(3)设定转子铁芯1的槽孔11与端环2的贯通孔22的间距圆的直径。
Dring-p(1+kring·ΔT)＝Dcore-p(1+kcore·ΔT)    (3)
其中，Dring-p为室温下的端环2的贯通孔的间距圆的直径，kring为端环2的线膨胀系数(对于铜kring＝1.8×10-5)，Dcore-p为室温下的转子铁芯1的槽孔的间距圆的直径。
若分别将铜与电磁钢板的代表性的物理性质值(例如kring＝1.8×10-5，kcore＝1.2×10-5)代入上式(3)的kring、kcore中，并且将代表性的温度条件(例如室温为20℃，钎焊温度为800℃，ΔT＝780℃)代入ΔT中，则为下式(2)。
Dring-p/Dcore-p＝0.9954        (4)
因此，若将端环2的贯通孔22的间距圆的直径设定为转子铁芯1的槽孔11的间距圆的直径的99.54％，则在转子加热时在贯通孔22与杆件3之间在圆周方向产生均匀的间隙，可以得到杆件3的稳定的钎焊强度。
若采用本实施方式，可以得到如下的作用效果。
(1)将薄片钎料41夹持安装在多个板构件(一对板构件)21之间，在转子加热时(达到钎焊温度时)由于钎料41熔渗端环2的贯通孔22与杆件3之间的间隙中，因而不必超过钎焊范围而加厚端环2，可以抑制材料费，并且通过减薄端环2还能使鼠笼式转子100小型化。也不必在端环2进行槽加工，可以抑制加工成本。
(2)由于为了在转子加热时消除转子铁芯1的槽孔11与杆件3之间的间隙而设定了槽孔11和杆件3的直径，因而，可以防止熔融了的钎料41流入到槽孔11与杆件3之间的间隙中。另外，在钎焊时由于可以用槽孔11对杆件3进行定位，因而杆件3的定位不必用另外的方法进行。
(3)为了在转子加热时在端环2的贯通孔22与杆件3之间在圆周方向产生均匀的间隙，设定了转子铁芯1的槽孔11与端环2的贯通孔22的间距圆的直径，因而能将杆件3稳定地钎焊到端环2上，提高了钎焊的可靠性。
(4)由于在夹具5的内部设有弹簧部件，在转子加热时对各端环2的上下端面施加了压缩力，因而可以很容易地使被夹持安装在一对板构件21的之间的薄片钎料41熔渗到杆件3与贯通孔22之间的间隙中。
(5)由于端环2和杆件3由铜和铜合金构成，因而可以抑制感应电动机的发热。
此外，在本实施方式中，虽然将杆件3、转子铁芯1的槽孔11和端环2的贯通孔22分别形成圆形断面，但断面形状也可以是圆形以外的形状。这时，最好各断面为相似形。虽然将两片板构件21叠层构成端环2，但也可以叠层三片以上的板构件21。虽然端环2和杆件3由铜和铜合金构成，但也可以由电阻较小的其它导电性材质构成。
虽然在夹具5的内部设有弹簧部件而对各端环2的上下端面施加了压缩力，但施加压缩力的机构不限定于此。例如，夹具5可以由线膨胀系数至少比转子铁芯1小的材质构成，在转子加热时利用夹具5与鼠笼式转子100的热伸长量之差来施加压缩力。
根据本发明，由于通过预先被夹持安装在多个板构件之间的钎料的熔渗来钎焊杆件和端环，因而不必进行为将钎料配置在端环上的槽加工，可以减薄端环，可以廉价地构成鼠笼式转子。
以上，通过较佳实施方式说明了本发明，但本行业的人员可知，只要在本发明的保护范围内可进行种种修正及变更。

Claims (5)

1.一种鼠笼式转子，具有：
沿转子旋转轴方向开有多个圆周方向的槽孔(11)的转子铁芯(1)；
配置在上述转子铁芯的转子旋转轴方向的两侧，并且与上述圆周方向的多个槽孔相对应地开有圆周方向的多个贯通孔(22)的一对端环(2)；以及
分别插入上述多个槽孔和上述多个贯通孔中的多根杆件(3)；
上述多根杆件的两端部与上述一对端环分别通过钎焊结合；该鼠笼式转子的特征在于，
上述一对端环分别由多个板构件(21)叠层而成，上述多根杆件与上述一对端环分别被钎料(41)钎焊在一起，该钎料(41)是预先夹持安装在上述多个板构件之间并在转子加热时由于毛细管现象而熔渗到一对端环的贯通孔(22)与杆件(3)之间的间隙中的。
2.根据权利要求1所述的鼠笼式转子，其特征在于，
上述多根杆件由线膨胀系数比上述转子铁芯大的材质构成，并且形成为在转子加热时封闭上述多根杆件的外周面与上述多个槽孔的内周面之间的间隙。
3.根据权利要求2所述的鼠笼式转子，其特征在于，
上述一对端环分别由线膨胀系数比上述转子铁芯大的材质构成，并且形成为在转子加热时上述多个贯通孔的间距圆直径与上述多个槽孔的间距圆直径相互相等。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的鼠笼式转子，其特征在于，
上述多根杆件和上述一对端环分别由铜或铜合金构成，
5.一种鼠笼式转子的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
在沿转子旋转轴方向开有多个圆周方向的槽孔(11)的转子铁芯(1)的转子旋转轴方向的两侧，设有分别将多个板构件叠层而成的一对端环(2)，将与上述多个槽孔相对应地开有圆周方向的多个贯通孔(22)的上述一对端环以在上述多个板构件之间夹持安装了钎料(41)的状态进行配置，并且分别将多根杆件(3)插入上述多个槽孔和上述多个贯通孔中而形成转子组装件(105)的工序；
对上述转子组装件进行加热的工序；
在上述转子组装件加热时，对上述一对端环的两侧施加压缩力，从而使被夹持安装在上述多个板构件之间的上述钎料熔渗到上述多根杆件与上述多个贯通孔的间隙中，利用熔渗的上述钎料将上述多根杆件与上述一对端环钎焊在一起的工序。
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