DE102012004293B4

DE102012004293B4 - Herstellungsverfahren eines Kurzschlussläufers eines Induktionsmotors, wobei ein Endring mit einer Stange verlötet ist

Info

Publication number: DE102012004293B4
Application number: DE102012004293.0A
Authority: DE
Inventors: Daisuke HAYAHI; Masamoto Fukuda; Hisashi Maeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2032-03-03
Also published as: CN102684435A; JP2012191789A; US20120228985A1; CN102684435B; JP5155420B2; DE102012004293A1

Abstract

Herstellungsverfahren eines Kurzschlussläufers (10) eines Induktionsmotors, umfassend die Schritte:Bilden einer plattierten Schicht (24) auf einer gesamten Oberfläche eines Endrings (14), wobei der Endring (14) einen Durchgangsschlitz (18) aufweist, in dem eine Läuferstange (20) eingesetzt ist und wobei der Endring (14) eine Einzelplattenstruktur aufweist;Lokalisieren des Endrings (14) und der Läuferstange (20) bei vorbestimmten Zusammenbaupositionen; undErwärmen und Schmelzen der plattierten Schicht (24), so dass der Endring (14) und die Läuferstange (20) unter Verwendung der geschmolzenen plattierten Schicht als ein Lötmaterial verbunden werden, wobei die plattierte Schicht (24), die auf einem Abschnitt ausgebildet ist, der sich von einer Verbindungsstelle zwischen dem Endring (14) und der Läuferstange (20) unterscheidet, in den Durchgangsschlitz (18) durch Erwärmen des gesamten Endrings (14) fließt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren eines Kurzschlussläufers eines Induktionsmotors, wobei ein Endring mit einer Stange verlötet ist.
Im Allgemeinen wird ein Kurzschlussläufer eines Induktionsmotors durch drei Hauptkomponenten gebildet, d.h. einen geschichteten Kern, der durch Lochen eines magnetischen Stahlbogens hergestellt wird, schlitzförmige leitfähige Einheiten, die in einer Vielzahl von Schlitzen positioniert sind, die in dem Kern gebildet sind, und einen Endring zum Kurzschließen der leitfähigen Einheiten bei beiden Enden des Läufers. Üblicherweise werden zur Verringerung der Kosten die schlitzförmigen leitfähigen Einheiten und der Endring einstückig mit dem Läuferkern durch Spritzgießen von Aluminium gebildet.
In den vergangenen Jahren wurde gewünscht, die durch einen Motor erzeugte Wärme zu verringern, wodurch dann Kupfer oder eine Kupferlegierung mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als Aluminium als das Metall verwendet werden kann, das einen leitfähigen Abschnitt eines Läufers des Motors bildet. Der Schmelzpunkt von Kupfer oder der Kupferlegierung ist höher als jener von Aluminium, und somit ist es schwierig, einen Spritzgießvorgang oder dergleichen zur Herstellung des Motors zu verwenden, da der Läuferkern ein magnetischer Stahlbogen ist, der durch den Spritzgießvorgang beeinträchtigt werden kann. Wird Kupfer oder eine Kupferlegierung für den leitfähigen Abschnitt des Läufers verwendet, ist deshalb ein Verfahren wohlbekannt, in dem eine leitfähige Einheit des Schlitzabschnitts als ein stangenförmiges Element aufgebaut ist, der Endring zum Kurzschließen als eine dünne kreisförmige Scheibe aufgebaut ist, durch die sich die leitfähige Schlitzeinheit erstreckt, und die leitfähige Einheit mit dem Endring durch Löten oder dergleichen verbunden ist. Im Falle des Lötens wird durch Verwendung von Hochfrequenz oder eines Ofens, um ein Lötfüllmetall zu schmelzen und die leitfähige Einheit mit dem Endring zu verbinden, die Temperatur auf etwa 800 Grad angehoben.
Als ein Beispiel des Lötens einer Kupferstange und eines Kupferendrings liegt ein herkömmliches Verfahren vor, in dem Lötfüllmaterial nahe einer Lücke zwischen der Kupferstange und dem Kupferendring positioniert wird, und dann erhitztes und geschmolzenes Füllmaterial derart in die Lücke fließt, dass die Stange und der Endring verbunden werden. Zum Beispiel offenbart die JP 2004-254 433 A ein Herstellungsverfahren eines Kurzschlussläufers, wobei eine Stange 1 auf die Seite einer inneren Oberfläche eines Durchgangslochs 7 eines Endrings 2 bewegt wird, die einem Läuferkern 3 gegenüberliegt, und dann ein drahtförmiges Lötfüllmaterial 4 innerhalb einer Ausnutzung 11 positioniert wird, um die Stange 1 zu halten, bevor die Temperatur nicht eine Löttemperatur erreicht hat. Nachdem die Temperatur die Löttemperatur erreicht hat, wird das Durchgangsloch 7 des Endrings 2 aufgrund einer Wärmeausdehnung des Endrings 2 derart bewegt, dass die Stange 1 im Wesentlichen bei dem Mittelpunkt des Durchgangslochs 7 des Endrings 2 positioniert wird, und wird dann ein Vakuummikrowellenlöten oder ein Athmosphärengasmikrowellenlöten ausgeführt.
Die JP H08-294 256 A offenbart ein Herstellungsverfahren für einen Läufer für einen Induktionsmotor, wobei eine Aussparung 5 zum Aufnehmen von geschmolzenem Lötmaterial in einem Endring 4 gebildet wird, der aus sauerstofffreiem Kupfer hergestellt ist, ein Lötflussmittel 6 bei der Aussparung 5 und einem Ende einer Läuferstange 3 angelegt wird und ein Lötmaterial 7, das durch Biegen eines stabförmigen Silberlötmaterials aufgebaut wird, in das Ende der Läuferstange 3 eingefügt wird. Dann wird der Endring 4 mittels eines Drehtisches 9 gedreht, die Läuferstange 3 eng an die Aussparung 5 des Endrings 4 angefügt, wenn die Temperatur des Endrings 4 mittels eines Brenners 10 800 Grad Celsius erreicht, so dass die Temperatur der Läuferstange 3 die Löttemperatur erreicht, und wird nach Schmelzen des Lötmaterials 7 die Erwärmung gestoppt und der Läufer auf natürliche Art und Weise gekühlt.
Andererseits liegt eine herkömmliche Technik zum Lokalisieren eines Lötmaterials bei einem Verbindungspunkt zwischen Komponenten und dann zum Schmelzen des Lötmaterials unter Verwendung eines Gasbrenners zum Verbinden der Komponenten vor. Zum Beispiel offenbart die JP H04-222 446 A einen elektrischen Kurzschlussläufermotor, in dem ein kurzschließender Ring 3 angehoben wird, so dass eine untere Oberfläche einer Drehstage 3 an eine Ausnutzung 3a des kurzschließenden Rings 3 angefügt wird, der kurzschließende Ring 3 und die Drehstange 2 durch Annähern eines Gasbrenners 5 oder einer Mikrowellenspule 6 von unten erwärmt werden und der kurzschließende Ring 3 und die Drehstange 2 mittels Zuführung eines Silberlötstabs oder -films in die Ausnutzung 3 verlötet werden.
In dem Verfahren der JP 2004-254 433 A oder der JP H08-294 256 A kann sich die Produktionszeit vor dem Löten erhöhen, wie die Verarbeitung oder das Lokalisieren des Lötmaterials. Demgegenüber ist es in dem Verfahren der JP H04-222 446 A erforderlich, das Lötmaterial während des Lötens kontinuierlich zuzuführen, was zu einer erhöhten Herstellungszeit führt.
Die Druckschrift DE 10 2009 053 666 A1 kann ausgelegt werden als Offenbarung eines Lötverfahrens zum Löten einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreiem Kupfer auf einfache Weise bei Unterdrückung von Erosion, sowie von Verbundbauteilen, die dieses Verfahren verwenden. Bereitgestellt wird ein Lötverfahren, bei welchem an den jeweiligen Oberflächen von Bauteilen aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder aus sauerstofffreiem Kupfer eine erste Plattierungsschicht aus einem ersten Metall durch Plattieren gebildet, und auf dieser ersten Plattierungsschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall durch Plattieren gebildet wird, und wobei die Bauteile, auf denen die erste Plattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet wurden, aneinander angelegt und durch Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.
Die Druckschrift US 3 375 385 A zeigt einen Rotor eines Elektromotors. Der Rotor besteht aus einer Vielzahl einzelner Bleche mit Durchgangslöchern zur Aufnahme von Leiterstangen, wobei die Bleche entlang der Zentralachse (Welle) des Rotors gestapelt sind. Es liegen keine Leiterendringe im eigentlichen Sinne vor, aber es wird eine leitfähige Lötmittelschicht in Achsrichtung radial einwärts der überstehenden Leiterstangen auf das jeweils letzte Blech aufgetragen, die anschließend erwärmt wird und die Leiterstangen mit den Blechen verbindet. Zusätzlich wird danach auf den Umfang der Bleche eine weitere Lötmittelschicht aufgetragen. Alternativ werden zwei weitere Bleche gestanzt, die jedoch aus leitfähigem Lötmittel bestehen und jeweils in Achsrichtung abschließend auf die konventionellen Bleche gestapelt werden.
Kurzfassung der Erfindung
Deshalb liegt die Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen eines Herstellungsverfahrens eines Kurzschlussläufers eines Induktionsmotors, wobei ein Lokalisieren des Lötmaterials nicht erforderlich ist, um die Produktionszeit für das Löten zu senken, und es wird eine Stange mit einer Leichtigkeit mit einem Endring verbunden.
Erfindungsgemäß wird ein Herstellungsverfahren für einen Kurzschlussläufer gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachstehende Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher. Es zeigen:

1 einen schematischen Aufbau eines Kurzschlussläufers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine vergrößerte Ansicht einer Umgebung eines Endrings, wenn jede Komponente des Läufers zusammengebaut ist; und
3 eine vergrößerte Ansicht der Umgebung des Endrings, nachdem der Läufer über die Löttemperatur hinaus erwärmt wurde.

Ausführliche Beschreibung
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kurzschlussläufers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine Querschnittsansicht entlang einer Drehachse des Läufers gezeigt ist. Der Kurzschlussläufer 10 weist einen Läuferkern 12, der aus einem Siliziumstahlbogen oder einer Siliziumstahlplatte hergestellt ist, und einen Endring 14 auf, der aus reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist und bei beiden Enden des Läuferkerns 12 relativ zu einer Drehachse des Läuferkerns positioniert ist. Der Läufer 10 weist weiterhin zumindest eine leitfähige Läuferstange 20, die aus reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist und aufgebaut ist, um in ein in dem Läuferkern 12 gebildetes Durchgangsloch 16 und in einen in dem Endring 14 gebildeten Durchgangsschlitz 18 eingefügt zu werden, und eine Fixierung 22 auf, die aufgebaut ist, um die vorstehend beschriebenen Komponenten oder den Läufer zu fixieren.
Die Form des Durchgangsschlitzes 18 des Endrings 14 ist im Wesentlichen komplementär zu der äußeren Form der leitfähigen Stange 20. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede einer inneren Oberfläche des Durchgangsschlitzes 18 und einer äußeren Oberfläche der leitfähigen Stange 20 eine zylindrische Oberfläche. Der Durchgangsschlitz 18 und die leitfähige Stange 20 können jedoch andere Formen aufweisen, solange sie im Wesentlichen komplementär zueinander sind. Obwohl der Durchgangsschlitz 18 als eine Ausfräsung oder eine Ausschneidung bei dem radialen Umfangsabschnitt des Endrings gebildet werden kann, ist es in Anbetracht der Lötstärke bevorzugt, dass der radiale Querschnitt des Durchgangsschlitzes 18 vollständig von Material umgeben ist, das den Endring 14 bildet.
In der Erfindung, bevor der Läufer 10 wie in 1 gezeigt zusammengebaut wird, wird eine plattierte Schicht (vorzugsweise eine silberplattierte Schicht) 24 auf zumindest einem/r des Endrings 14 und der leitfähigen Stange 20 gebildet. Es ist erforderlich, dass die silberplattierte Schicht 24 auf zumindest einem/r des Endrings 14 und der leitfähigen Stange 20 gebildet wird, so dass die plattierte Schicht 24 zumindest auf einer Verbindungsstelle oder -oberfläche zwischen dem Endring 14 und der leitfähigen Stange 20 gebildet wird. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird die silberplattierte Schicht 24 auf einer gesamten Oberfläche des Endrings 14 gebildet. Mittels dessen fällt ein Silberplattieren leichter als ein Bilden einer silberplattierten Schicht lediglich auf der Verbindungsstelle, und es lässt sich der nachstehend beschriebene Vorteil erreichen.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird ein Herstellungsverfahren des Läufers 10 beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, wird zuerst die silberplattierte Schicht 24 zuvor auf (in diesem Fall der gesamten Oberfläche von) dem Endring 14 gebildet, und wird jede Komponente des Läufers 10 bei einer vorbestimmten Zusammenbauposition zusammengebaut und positioniert. Wie in 2 gezeigt, die eine vergrößerte Ansicht der Verbindungsstelle zwischen dem Endring 14 und der leitfähigen Stange 20 zeigt, kann in dieser Hinsicht eine Lücke zwischen dem Durchgangsschlitz 18 des Endrings 14 und der leitfähigen Stange 20 vorliegen. Mit anderen Worten muss jede leitfähige Stange 20 nicht präzise an dem Mittelpunkt eines jeden Schlitzes 18 des Endrings 14 ausgerichtet werden.
Als nächstes wird der Läufer 10 auf die Temperatur (z.B. 800° Celsius) erwärmt, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der silberplattierten Schicht 24 ist, mittels Hochfrequenzerwärmung oder durch Lokalisieren des Läufers in einem Ofen. Aufgrund dessen dient die geschmolzene plattierte Schicht als Lötmaterial, und es werden der Endring 14 und die leitfähige Stange 20 miteinander verbunden (oder verlötet). In der Erfindung ist es durch das zuvor erfolgte Bilden der silberplattierten Schicht 24 nicht erforderlich, Lötmaterial während des Lötens zu lokalisieren oder zuzuführen, aber nichtsdestoweniger lässt sich die Bondingstärke erreichen, die äquivalent jener des herkömmlichen Lötens unter Verwendung von Lötmaterial ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der gesamte Läufer erwärmt. Es kann jedoch auch lediglich die Verbindungsstelle zwischen dem Endring 14 und der leitfähigen Stange 20 oder deren Nähe erwärmt werden. Durch Bilden der silberplattierten Schicht 24 auf der gesamten Oberfläche des Endrings 14, wie in dem Ausführungsbeispiel, und durch Erwärmen der Gesamtheit des Läufers 10 oder der Gesamtheit des Endrings 14 fließt ein Großteil der silberplattierten Schicht, die auf einem Abschnitt (z.B. der oberen Oberfläche 26 und der unteren Oberfläche 28 des Endrings 14) gebildet ist, der sich von der Verbindungsstelle zwischen dem Endring 14 und der leitfähigen Stange 20 unterscheidet, aufgrund einer Kapillarwirkung oder dergleichen in den Schlitz 18, wie in 3 gezeigt, die den Zustand zeigt, in dem die silberplattierte Schicht 24 geschmolzen ist (d.h. die Temperatur des Läufers die Löttemperatur erreicht hat). Deshalb füllt die geschmolzene plattierte Schicht die Lücke zwischen dem Durchgangsschlitz 18 und der leitfähigen Stange 20, wodurch sich eine hohe Bondingstärke erreichen lässt.
Damit die vorstehend beschriebene Flusswirkung der geschmolzenen plattierten Schicht in den Schlitz 18 erleichtert werden kann, kann oder können die obere und/oder die untere Oberfläche des Endrings 14 eine Steigung, die hin zu dem Schlitz 18 fällt, oder eine Ausnutzung aufweisen, die in Fluidverbindung mit dem Schlitz 18 steht.
Zusätzlich kann der Endring 14 durch Schichten einer Vielzahl von dünnen Bögen oder Platten gebildet werden, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind. Es ist jedoch in Anbetracht der Kosten und der Anzahl von Produktionsvorgängen vorteilhaft, den Endring 14 als eine Einzelplattenstruktur durch maschinelles Verarbeiten eines einzelnen Bogens oder einer einzelnen Platte zu bilden, der oder die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Gemäß der Erfindung ist das Lokalisieren des Lötmaterials während des Lötens nicht erforderlich, da die plattierte Schicht als das Lötmaterial verwendet wird. Des Weiteren sind ein zuvor erfolgtes Verarbeiten des Lötmaterials in eine vorbestimmte Form und ein manuelles und fortwährendes Zuführen des Lotmaterials während des Lötens nicht erforderlich.
Durch Bilden des Endrings als eine Einzelplattenstruktur wird der Produktionsvorgang des Endrings vereinfacht, wodurch die Produktionskosten des Läufers verringert werden können.
Durch Bilden der plattierten Schicht auf der gesamten Oberfläche des Endrings fließt die geschmolzene Schicht während des Lötens zwischen die Bondingoberflächen des Endrings und der leitfähigen Stange, wodurch der Endring und die leitfähige Stange einstückig verbunden werden können.

Claims

Herstellungsverfahren eines Kurzschlussläufers (10) eines Induktionsmotors, umfassend die Schritte: Bilden einer plattierten Schicht (24) auf einer gesamten Oberfläche eines Endrings (14), wobei der Endring (14) einen Durchgangsschlitz (18) aufweist, in dem eine Läuferstange (20) eingesetzt ist und wobei der Endring (14) eine Einzelplattenstruktur aufweist; Lokalisieren des Endrings (14) und der Läuferstange (20) bei vorbestimmten Zusammenbaupositionen; und Erwärmen und Schmelzen der plattierten Schicht (24), so dass der Endring (14) und die Läuferstange (20) unter Verwendung der geschmolzenen plattierten Schicht als ein Lötmaterial verbunden werden, wobei die plattierte Schicht (24), die auf einem Abschnitt ausgebildet ist, der sich von einer Verbindungsstelle zwischen dem Endring (14) und der Läuferstange (20) unterscheidet, in den Durchgangsschlitz (18) durch Erwärmen des gesamten Endrings (14) fließt.