CN102738988A - 笼型转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在导体上确保充分的强度的笼型转子及其制造方法。根据本发明，导体粒子以固态朝向铁心或导条进行喷射。其结果，在所形成的涂层中能够显著地抑制导体的晶粒的肥大化。并且，能够形成导体的致密的涂层的层叠体。其结果，导体端环能够可靠地接合在铁心及导条上。而且，由于导体粒子不熔融，因此能够抑制导体粒子熔融时因热收缩而形成于不同部件之间的间隙的形成。其结果，能够抑制导体的劣化。从而，能够充分地确保导体的强度。能够提高笼型转子的作为产品的可靠性。

Description

笼型转子及其制造方法

技术领域

本发明涉及使用于例如感应电动机的笼型转子及其制造方法。

背景技术

在例如日本特开2011-10498号公报中公开了如下笼型感应电动机，该笼型感应电动机具备：转子铁心；隔着间隔地设置在该转子铁心的外周附近的多个转子线槽；埋入这些转子线槽内的转子导体；以及设置在转子铁心的两端的端环；在此，转子铁心做成在电磁钢板的两端设置端板的结构，端板使转子线槽的面积大于电磁钢板。

另外，在日本特许4560755号公报中公开了制造使用于感应电动机的转子的方法。在该制造方法中，利用金属喷镀形成沿转子的铁心的外周面并以环状扩大的一对导体端环。在金属喷镀中，作为已熔融的例如铜之类的导体高速地喷射在铁心的外周面上。之后，已喷涂的导体瞬间被冷却。这样在铁心的外周面上形成导体的保护膜。由该保护膜在铁心上形成导体端环。

树的“冷喷的概要及其轻金属保护膜”(轻金属，社团法人轻金属学会，2006年7月，第56卷第7号，p.376-p.385)中记载有“冷喷是如下技术：如图2所示，使温度低于材料粉末的熔点或软化温度的气体利用头细尾宽形状的拉瓦尔喷管成为超音速流，在其流动中投入材料粒子而使其加速，并使其以固态高速地与基体材料冲突，从而形成保护膜”的内容。

再有，伊藤等的“由冷喷制作而成的铝保护膜的机械特性”(材料，社团法人日本材料学会，2007年6月，第56卷第6号，p.550-p.555)中记载有“冷喷保护膜的密度与纯铝轧制材料相比稍微低，气孔率为2.52％。另外，大气中等离子喷镀保护膜的密度更低，气孔率为7.49％”的内容。另外，记载有“冷喷保护膜的杨氏模量与大气中的等离子喷镀保护膜相比显著地显示出高值，显示出纯铝轧制材料的杨氏模量的80％左右的值”的内容。

根据现有的金属喷镀，需要在使导体熔融之后迅速冷却导体。该冷却导体时的管理比较困难。其结果，因冷却时的管理而存在产生导体的晶粒的肥大化、即退火的可能性。这样的晶粒的肥大化会使所形成的导体劣化。从而，不能在导体端环上确保充分的强度。这样的转子欠缺作为产品的可靠性。

发明内容

本发明是鉴于上述事实而进行的发明，其目的在于提供能够确保导体具有充分的强度的笼型转子及其制造方法。

为了达成上述目的，根据本发明的一个方案，能够提供如下笼型转子，该笼型转子具备：

铁心；

形成于上述铁心上并沿上述铁心的旋转中心轴线延伸的多个狭长孔；

设置在上述狭长孔内的导条；以及

设置于在上述铁心的旋转中心轴线的方向上被规定的上述铁心的两端，由上述导条相互连接的一对导体端环；

上述导条及上述一对导体端环的至少任意一个由喷射固态的导体粒子而形成的涂层材料构成。

在最优的实施方式中，上述狭长孔形成于上述铁心的内部或者与上述铁心的外周面邻接，并且上述导条由喷射到上述狭长孔内的上述导体粒子的涂层材料形成。

另外，在最优的实施方式中，上述导体端环由从上述铁心的外周方向朝向上述铁心的旋转中心轴线喷射的上述导体粒子的涂层材料、或者朝向上述铁心的旋转中心轴线喷射到上述铁心的端面上的上述导体粒子的涂层材料形成。

在最优的实施方式中，上述狭长孔一边绕上述铁心的旋转中心轴线旋转一边以螺旋状延伸。

另外，根据本发明的其他的方案，能够提供如下笼型转子的制造方法，该笼型转子具备：

铁心；

形成于上述铁心上并沿上述铁心的旋转中心轴线延伸的多个狭长孔；

设置在上述狭长孔内的导条；以及

设置于在上述铁心的旋转中心轴线的方向上被规定的上述铁心的两端，由上述导条相互连接的一对导体端环，

该笼型转子的制造方法包括如下工序：

使上述导条及上述一对导体端环的至少任意一个通过喷射固态的导体粒子形成涂层而形成。

在最优的实施方式中，上述狭长孔形成于上述铁心的内部、或者与上述铁心的外周面邻接，在形成上述导条时，将上述导体粒子喷射到上述狭长孔内。

另外，在最优的实施方式中，在形成上述导体端环时，上述导体粒子从上述铁心的外周方向朝向上述铁心的旋转中心轴线、或者从上述铁心的旋转中心轴线的方向朝向上述铁心的端面进行喷射。

另外，在最优的实施方式中，上述狭长孔一边绕上述旋转中心轴线旋转一边以螺旋状延伸。

附图说明

通过参照附图对以下的最优的实施方式进行说明，能够更加明确本发明的上述或其他的目的、特征及优点。

图1是本发明的第一实施方式的笼型转子的沿旋转中心轴线的剖视图。

图2是本发明的第一实施方式的笼型转子的与旋转中心轴线正交的剖视图。

图3是大致表示本发明的第一实施方式的笼型转子的制造工序的剖视图。

图4是本发明的第二实施方式的笼型转子的沿旋转中心轴线的剖视图。

图5是大致表示本发明的第二实施方式的笼型转子的制造工序的剖视图。

图6是本发明的第三实施方式的笼型转子的沿旋转中心轴线的剖视图。

图7是大致表示本发明的第三实施方式的笼型转子的制造工序的剖视图。

图8是本发明的第四实施方式的笼型转子的沿旋转中心轴线的剖视图。

图9是本发明的第四实施方式的笼型转子的与旋转中心轴线正交的剖视图。

图10是大致表示本发明的第四实施方式的笼型转子的制造工序的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是本发明的第一实施方式的笼型转子10的沿旋转中心轴线的剖视图，图2是本发明的第一实施方式的笼型转子10的与旋转中心轴线正交的剖视图。该笼型转子10安装在例如圆柱状的旋转轴11上。笼型转子10具备：圆筒形状的铁心12；配置于在旋转轴11、即铁心12的旋转中心轴线13方向上被规定的铁心12的两端而夹住铁心12的一对环状的导体端环14a、14b；以及与旋转中心轴线13平行地贯通铁心12的多个导条15。

众所周知，笼型转子10用作感应电动机的转子。若在感应电动机上组装笼型转子10，则在旋转中心轴线13周围配置有在笼型转子10的周围生成旋转磁场的定子。在例如多相感应电动机中，借助于通过交流电而生成的旋转磁场的感应作用，在笼型转子10的导体上产生感应电流。通过该电流与旋转磁场的磁通量，在笼型转子10上产生旋转力。此外，在此省略定子的图示。

铁心12由在旋转中心轴线13的方向上层叠多个环状薄板的层叠体形成，其中环状薄板是将薄板的电磁钢板打穿而成。在铁心12的中心形成有沿旋转中心轴线13延伸的贯通孔16。贯通孔16用于放入旋转轴11。在旋转中心轴线13的周围被规定的铁心12的外周面的附近，在铁心12的内部等间隔地在旋转中心轴线13的周围形成有多个狭长孔17。狭长孔17与旋转中心轴线13平行地延伸。狭长孔17在旋转中心轴线13的方向上贯通铁心12。在狭长孔17内配置有上述的导条15。导条15相互连接一对导体端环14a、14b。

在导体端环14a、14b的中心形成有沿旋转中心轴线13延伸的贯通孔18。贯通孔18用于放入旋转轴11。另外，在下侧的导体端环14b上，在旋转中心轴线13的周围被规定的导体端环14b的外周面的附近等间隔地在旋转中心轴线13的周围形成有贯通孔19。贯通孔19形成在与狭长孔17对应的位置上且在旋转中心轴线13的方向上贯通导体端环14b。贯通孔19用于放入导条15的下端。

各导条15的上端最好与铁心12的上端面配置在同一平面上。但是，在本发明的实施方式中并不特别限定于此。各导条15的上端与上侧的导体端环14a接合。另一方面，各导条15的下端最好与下侧的导体端环14b的下端面配置在同一平面上。但是，在本发明的实施方式中并不特别限定于此。各导条15的下端与导体端环14b接合。导条15的截面形状与狭长孔17的截面形状大致一致。这样的导体端环14a、14b及导条15由例如铜或铜合金、铝、铝合金之类的导电材料形成。对于形成方法在下面进行详细叙述。

其次，对笼型转子10的制造方法进行说明。首先，准备铁心12的组装体。在形成铁心12、即电磁钢板的层叠体时，使用例如圆柱状的夹具20。导体端环14b配置在铁心12的下端。接着，在铁心12的狭长孔17内配置导条15。导条15的下端配置在导体端环14b的贯通孔19内。在该实施方式中，使用通过例如机械加工预先形成为规定形状的导体端环14b和导条15。在导体端环14b及导条15上使用例如铜之类的导电材料。

之后，由冷喷法形成上侧的导体端环14a。在实施冷喷法时，如图3所示，使用拉瓦尔喷管21。拉瓦尔喷管21形成有随着朝向其前端的出口而变宽的流道。在流道内朝向前端导入超音速流的气体22。气体22的流速设定为例如300～1200m/s。另一方面，在气体22的流动中投入导体粒子23。气体22设定为低于导体粒子23的熔点或软化温度的温度。在导体粒子23上使用例如铜之类的导电材料。导体粒子23的粒径设定为例如1～50μm。气体22的温度设定为例如常温～500℃左右。

在该实施方式中，拉瓦尔喷管21沿旋转中心轴线13进行配置。使拉瓦尔喷管21的前端与铁心12的上端面面对。超音速流的导体粒子23从拉瓦尔喷管21的前端喷出。喷出的导体粒子23喷射到铁心12及导条15上。由于气体22的温度设定成低于导体粒子23的熔点的温度，因此导体粒子23以固态与铁心12及导条15冲突。这样在铁心12的上端面及导条15的上端面上逐渐形成导体涂层。通过使拉瓦尔喷管21绕旋转中心轴线13旋转移动，或者铁心12绕旋转中心轴线13旋转，在铁心12的上端面形成规定厚度的涂层材料、即导体端环14a。

根据这种冷喷法，通过导体粒子23与铁心12及导条15冲突，在铁心12及导条15上形成涂层的层叠体。其结果，在形成导体端环14a的同时，导体端环14a与铁心12和导条15接合。之后，通过冷喷法向下侧的导体端环14b与导条15的间隙喷射导体粒子23。其结果，在导体端环14b的贯通孔19的内周面与导条15的外周面之间形成导体粒子23的涂层。这样使下侧的导体端环14b与导条15相互接合。之后，将夹具20从铁心12移开。此外，在夹具20的表面上实施例如涂层难以附着的加工。

如上所述，根据本发明的制造方法，导体粒子23由于投入到比其熔点低的温度的气体22内，因此以固态喷射到铁心12及导条15上。其结果，在已形成的涂层中，能够显著地抑制导体的晶粒的肥大化。并且，能够形成导体的致密的涂层的层叠体。其结果，导体端环14a与铁心12及导条15可靠地接合。而且，由于导体不熔融，因此能够抑制导体熔融时因热收缩而形成于不同部件之间的间隙的形成。其结果，能够抑制导体的劣化。从而，能够充分地确保导体的强度。能够提高笼型转子10作为产品的可靠性。而且，在实施冷喷法时，只需确立比较小规模的设备足矣。能够实现低成本化。

另一方面，在现有的金属喷镀、压铸及钎焊中，使导体熔融。其结果，由因熔融而产生的晶粒的肥大化使导体的强度降低。另外，在利用例如压铸的制造方法中，在导体中生成铸造气孔。铸造气孔会使导体的强度进一步降低。另外，由于在例如钎焊中需要高度的技术，因此由钎焊的不充分的接合而产生应力向接合部集中的现象，从而使导体的强度降低。这样的导体的强度的降低会使产品的可靠性降低。另外，对于例如金属喷镀，与冷喷法相比，密度降低5％而使局部的刚性降低，因此使产品的可靠性降低(伊藤等)。另外，由于在压铸及钎焊上需要较大规模的设备，因此导致成本增加。再有，就利用日本特许第4560755号公报所记载的镀金的导体的形成而言，由于为了形成数mm以上的膜非常需要时间，因此并不高效。

图4是本发明的第二实施方式的笼型转子10a的沿旋转中心轴线13的剖视图。在与上述的笼型转子10相同的结构上标上相同的参照符号。笼型转子10a与上述相同地安装在旋转轴11上。在该笼型转子10a中，除了上侧的导体端环14a以外，导条15也由上述的冷喷法形成。其结果，导体端环14a与导条15一体形成。在下侧的导体端环14b上与上述相同地形成有贯通孔19。即，在导体端环14b上使用预先机械加工成规定形状的加工品。导条15的下端配置在贯通孔19内。

在制造该笼型转子10a时，与上述相同地在安装于夹具20上的铁心12的组装体上安装导体端环14b。之后，如图5所示，在铁心12的各狭长孔17内插入拉瓦尔喷管21。此时，导体端环14b的下端面只要由例如夹具(未图示)塞住即可。导体粒子23由冷喷法逐渐喷射在各狭长孔17内。通过使拉瓦尔喷管21沿着旋转中心轴线13进行移动，在狭长孔17内逐渐形成涂层的层叠体。这样在各狭长孔17内形成涂层材料、即导条15。

之后，拉瓦尔喷管21沿着旋转中心轴线13进行配置。与上述相同，由冷喷法在铁心12的上端面上形成涂层材料、即导体端环14a。根据这样的笼型转子10a的制造方法，能够实现与上述相同的作用效果。另外，在上述的笼型转子10a中，也可以在下侧的导体端环14b上省略贯通孔19的形成。通过省略这样的贯通孔19的形成，在向狭长孔17内喷射导体粒子23时，不需要由夹具塞住导体端环14b的贯通孔19。

图6是本发明的第三实施方式的笼型转子10b的沿旋转中心轴线13的剖视图。在与上述的笼型转子10、10a相同的结构上标上相同的参照符号。笼型转子10b与上述相同地安装在旋转轴11上。在该笼型转子10b中，除了上侧的导体端环14a及导条15以外，下侧的导体端环14b也由上述的冷喷法形成。其结果，导体端环14a、14b与导条15一体形成。另外，由于没有使用预先机械加工成规定形状的加工品，因此下侧的导体端环14b上没有形成贯通孔19。

在制造该笼型转子10b时，如例如图7所示，拉瓦尔喷管21朝向外周。笼型转子10b绕旋转中心轴线13进行旋转，并朝向铁心12及旋转中心轴线13喷射导体粒子23。其结果，在铁心12的下端形成涂层材料、即导体端环14b。之后，与上述相同地在各狭长孔17内形成导条15。在铁心12的上端由与导体端环14b相同的方法形成导体端环14a。之后，将夹具20从铁心12移开。这样的笼型转子10b的制造方法能够实现与上述相同的作用效果。

图8是本发明的第四实施方式的笼型转子10c的沿旋转中心轴线13的剖视图。图9是本发明的第四实施方式的笼型转子10c的与旋转中心轴线13正交的剖视图。在与上述的笼型转子10、10a、10b相同的结构上标上相同的参照符号。笼型转子10c与上述相同地安装在旋转轴11上。在该笼型转子10c中，狭长孔17的外端与铁心12的外周面邻接。其结果，导条15在铁心12的外周面向外侧露出。在笼型转子10c中，导体端环14a、14b及导条15由冷喷法形成。导体端环14a、14b和导条15一体形成。

在制造该笼型转子10c时，与上述相同，拉瓦尔喷管21朝向外周，且绕旋转中心轴线13进行旋转。导体粒子23朝向铁心12及旋转中心轴线13进行喷射。其结果，在铁心12的上端及下端分别形成导体端环14a、14b。之后，如图10所示，拉瓦尔喷管21沿各狭长孔17与旋转中心轴线13平行地沿铁心12的外周面移动。其结果，在各狭长孔17内形成涂层材料、即导条15。之后，将夹具20从铁心12移开。这样的笼型转子10c的制造方法能够实现与上述相同的作用效果。

在如上所述的笼型转子10～10c中，也可以对铁心12实施所谓的倾斜。即，在铁心12中，狭长孔17一边绕旋转中心轴线13旋转一边以螺旋状延伸。换言之，狭长孔17使绕旋转中心轴线13的角度位置随着沿旋转中心轴线13从铁心12的上端朝向下端逐渐变化。根据本发明的制造方法，由于拉瓦尔喷管21能够插入这样的狭长孔17内，因此可以在狭长孔17内可靠地形成导条15。

根据本发明的笼型转子及其制造方法，可以提供能够在导体上确保充分的强度的笼型转子。

虽然参照为了说明而选定的特定的实施方式对本发明进行了说明，但是对本领域技术人员而言，不言而喻在不脱离本发明的基本概念及范围的前提下可以进行多种变更。

Claims (12)

1.一种笼型转子，其特征在于，具备：

铁心(12)；

形成于上述铁心(12)上并沿上述铁心(12)的旋转中心轴线(13)延伸的多个狭长孔(17)；

设置在上述狭长孔(17)内的导条(15)；以及

设置在上述铁心(12)的两端，由上述导条(15)相互连接的一对导体端环(14a、14b)；

上述导条(15)及上述一对导体端环(14a、14b)的至少任意一个由喷射固态的导体粒子(23)而形成的涂层材料构成。

2.根据权利要求1所述的笼型转子，其特征在于，

上述狭长孔(17)与上述铁心(12)的外周面邻接，上述导条(15)由从上述铁心(12)的外周方向喷射到上述狭长孔(17)内的上述导体粒子(23)的涂层材料形成。

3.根据权利要求1所述的笼型转子，其特征在于，

上述狭长孔(17)形成于上述铁心(12)的内部，上述导条(15)由从上述旋转中心轴线方向喷射到上述狭长孔(17)内的上述导体粒子(23)的涂层材料形成。

4.根据权利要求1或2所述的笼型转子，其特征在于，

上述导体端环(14a、14b)由从上述铁心(12)的外周方向朝向上述铁心(12)及上述旋转中心轴线(13)喷射的上述导体粒子(23)的涂层材料形成。

5.根据权利要求1或3所述的笼型转子，其特征在于，

上述导体端环(14a、14b)由从上述铁心(12)的端面方向喷射的上述导体粒子(23)的涂层材料形成。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的笼型转子，其特征在于，

上述狭长孔(17)一边绕上述旋转中心轴线(13)旋转一边以螺旋状延伸。

7.一种笼型转子的制造方法，该笼型转子具备：

铁心(12)；

形成于上述铁心(12)上并沿上述铁心(12)的旋转中心轴线(13)延伸的多个狭长孔(17)；

设置在上述狭长孔(17)内的导条(15)；以及

设置在上述铁心(12)的两端，由上述导条(15)相互连接的一对导体端环(14a、14b)，该笼型转子的制造方法的特征在于，包括如下工序：

使上述导条(15)及上述一对导体端环(14a、14b)的至少任意一个通过喷射固态的导体粒子(23)而形成涂层而形成。

8.根据权利要求7所述的笼型转子的制造方法，其特征在于，

上述狭长孔(17)与上述铁心(12)的外周面邻接，在形成上述导条(15)时，上述导体粒子(23)从上述铁心(12)的外周方向朝向上述旋转中心轴线(13)喷射到上述狭长孔(17)内。

9.根据权利要求7所述的笼型转子的制造方法，其特征在于，

上述狭长孔(17)形成于上述铁心(12)的内部，在形成上述导条(15)时，上述导体粒子(23)从上述旋转中心轴线方向喷射到上述狭长孔(17)内。

10.根据权利要求7或8所述的笼型转子的制造方法，其特征在于，

在形成上述导体端环(14a、14b)时，上述导体粒子(23)从上述铁心(12)的外周方向朝向上述铁心(12)及上述旋转中心轴线(13)进行喷射。

11.根据权利要求7或9所述的笼型转子的制造方法，其特征在于，

在形成上述导体端环(14a、14b)时，上述导体粒子(23)从上述铁心(12)的端面方向进行喷射。

12.根据权利要求7所述的笼型转子的制造方法，其特征在于，

上述狭长孔(17)一边绕上述旋转中心轴线(13)旋转一边以螺旋状延伸。

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