JP2012110210A - かご形誘導電動機の回転子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ロータコアを構成する電磁鋼板の積厚方向が上下方向になるようにロータコアをキャビティ(C1、C2)内に収める。0.05[m/sec]以上0.2[m/sec]以下の低速層流充填速度で液相の純アルミニウムを、キャビティ(C1、C2)の下方からキャビティ(C1、C2)内に供給する。キャビティ(C1、C2)内に収められているロータコア200に接触しているときのアルミニウムの温度を、630[℃]以上660[℃]以下にする。
【選択図】 図6
Description
また、かご型誘導電動機の効率を向上させる方法として、電動機のトルクを上げることにより、銅損を低減させることが考えられる。しかしながら、このようにすると、電動機の大きさが大きくなるという問題点があった。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、大きさを変えることなく従来よりも高効率のかご形誘導電動機を製造できるようにすることを目的とする。
図1Aは、三相かご形誘導電動機の概略構成の一例を示す図である。尚、以下の説明では、「三相かご形誘導電動機」を必要に応じて「電動機」と略称する。また、説明の都合上、各図では、必要な部分のみを簡略化及び省略化して示している。
モータ部101は、電動機としての回転動作を行う部分である。ブレーキ部102とギアヘッド部103は、モータ部101の回転の制動等を行う部分である。尚、電動機は、モータ部101を有していれば、必ずしも、ブレーキ部102とギアヘッド部103とを有していなくてもよい。
図1において、本実施形態の電動機100のモータ部101は、回転子(ロータ)110と、固定子(ステータ)120と、回転軸(モータシャフト)130と、通しボルト140と、を有する。
図2において、回転子110のコア200は、28個のスロット201〜228と、回転軸挿入孔229と、を有する。スロット201〜228は、クローズドスロットである。スロット201〜228は、回転子110のコア200の外周部において、回転子110のコア200の周方向に略等間隔で配置される。回転軸挿入孔229は、回転子110のコア200の中央部に配置される。回転軸挿入孔229には、回転軸130が挿入される。
図3において、固定子120のコア300は、36個のスロット301〜336と、4個のボルト通し孔337〜340と、4個の電流バランス調整孔341〜344と、を有する。
ボルト通し孔337〜340は、固定子120のコア300の外周部において、固定子120のコア300の周方向に略等間隔で配置される。
固定子120のスロット301〜336には、コイルが配置される。また、以下の説明では、「固定子120のコア300」を必要に応じて「ステータコア300」と称する。
まず、ステップS1において、ロータコア形成処理が行われる。ロータコア形成処理は、ロータコア200を形成する処理である。図5は、ロータコア200の縦断面の一例を示す図である。具体的に図5は、図2のI−I方向から見た断面図である。ロータコア形成処理は公知の方法で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
図6は、成形装置の縦断面の一例を示す図である。成形装置は、例えば、株式会社木村工業製のREC鋳造装置により実現できる。この成形装置の金型として、二次導体となる回転子110のかご部の形状に合うキャビティを形成する金型が用いられる。この成形装置(REC鋳造装置)の詳細については、例えば、特許第3921513号公報及び特許第4523483号公報に記載されている。本明細書では、特許第3921513号公報及び特許第4523483号公報に記載されている内容を取り入れて、成形装置を説明することができる。よって、ここでは、その詳細な説明を省略する。また、図6では、成形装置のうち、本実施形態の説明で必要な部分のみを簡略化及び省略化して示している。
上型ユニット61と、下型ユニット62とが合わさったときに形成されるキャビティC1、C2の中に、ロータコア200が収められる。具体的に説明すると、ロータコア200を構成する電磁鋼板の積厚方向を上下方向(図6のY1方向及びY2方向)にした状態で、2つのロータコア200がキャビティC1、C2の中に個別に収められる。このように図6に示す成形装置は、2つの回転子110を一度に製造することができる。
(1)従来のアルミダイカストよりも充填速度と充填温度を低くする。
(2)半凝固状態のアルミニウムを用いる。
これにより、充填中にアルミニウムに混ざる空気の量を従来よりも低減させた導体バーを、その両端に配置されるエンドリングと一体で形成することができる。
次に、ステップS4において、ランナー部切削処理が行われる。ランナー部切削処理は、ステップS2の半凝固処理で注入されたアルミニウムの端部を切断して、アルミニウムの供給側と回転子110側とを切り離す処理である。ランナー部切削処理も公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
最後に、ステップS5において、ベアリング圧入処理が行われる。ベアリング圧入処理は、回転子110に対してベアリングを取り付ける処理である。ベアリング圧入処理も公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
次に、本発明の実施例を説明する。
以下の仕様の電動機を作製した。
定格:200[V]、50[Hz]、0.75[kW]
固定子の外径(直径):135[mm]
固定子の積厚(高さ):65[mm]
固定子のスロットの数:36
固定子の巻線の巻数:39[回]
固定子の巻線の線径(直径):0.65[mm]
回転子の外径(直径):81.5[mm]
回転子の積厚(高さ):65[mm]
回転子の極数:4
回転子のスロットの数:28
図7は、本実施例と比較例におけるアルミニウムの充填条件を示す図である。ここで、充填に際し、実施例でも比較例でも同一の純アルミニウムを使用した。
実施例1〜3は、ステップS2の半凝固鋳造処理における低速層流充填速度が異なる。実施例1では、低速層流充填速度を0.06[m/sec]とし、実施例2では、低速層流充填速度を0.07[m/sec]とし、実施例3では、低速層流充填速度を0.15[m/sec]とした。実施例1〜3におけるその他の製造条件は同じである。一方、比較例では、プランジャーピストンの移動速度を1.5[m/sec]とした。
また、充填時のアルミニウムの温度は、何れも、ロータコア200に接触しているときのアルミニウムの温度である。
図8に示すように、ステップS2の半凝固鋳造処理を行って回転子を作製すると、アルミダイカストで回転子を作製した場合よりも、電動機の効率を約1.5[%]も向上させることができることが分かる。すなわち、回転子の仕様と、回転子を作製するために使用する材料とが同じであるのにも関わらず、比較例よりの実施例1の方が、電動機の効率を約1.5[%]も向上させることができることが分かる。
図9に示すように、ステップS2の半凝固鋳造処理を行って回転子を作製すると、アルミダイカストで回転子を作製した場合よりも、電動機の効率のバラつきを抑制できることが分かる。
図10に示すように、実施例1の電動機のトルク特性1001と、比較例の電動機のトルク特性1002は、概ね同じである。したがって、電動機の大きさを大きくしなくても、高効率の電動機を作製できることが分かる。よって、電動機の顧客から見れば、既存の電動機を本実施形態の電動機に置き換えることにより、電動機で駆動する装置側の設計を大きく変更しなくても、高効率の電動機を得ることができる。例えば、電動機をギア付きのものとする場合、ギアヘッド部の大きさが変わると、当該電動機で駆動する装置の設計を大きく見直さなくてはならない。これに対し、本実施形態の電動機では、このような設計の見直しの負担を軽減させることができる。
110 回転子
120 固定子
130 回転軸
140 通しボルト
200 回転子のコア(ロータコア)
201〜228 スロット
229 回転軸挿入孔
300 固定子のコア(ステータコア)
301〜336 スロット
337〜340 ボルト通し孔
341〜344 電流バランス調節孔
Claims (4)
- ロータコアの面方向の形状と同一の形状に加工された複数の鋼板を積層することにより、周方向に略等間隔で形成された複数のスロットを有するロータコアを形成するロータコア形成工程と、
前記ロータコアを構成する複数の鋼板の積厚方向を上下方向にした状態で、前記スロットの下から上に向けて、固相と液相とが混合された固液共存状態の純アルミニウムを供給して、ロータのかご部の領域を充填する半凝固鋳造工程、を有することを特徴とするかご形誘導電動機の回転子の製造方法。 - 前記半凝固鋳造工程は、充填時の純アルミニウムの温度を630[℃]以上660[℃]以下にすることによって、固相と液相とが混合された固液共存状態の純アルミニウムを、前記スロットの下から上に向けて供給することを特徴とする請求項1に記載のかご形誘導電動機の回転子の製造方法。
- 前記半凝固鋳造工程は、鋼板の積厚方向を上下方向にした状態で前記ロータコアが内部に収まっているキャビティ内に、当該キャビティの下方から液相の純アルミニウムを供給し、
前記ロータコアに接触しているときの前記純アルミニウムの温度は、630[℃]以上660[℃]以下であり、
前記キャビティに進入するときの前記液相の純アルミニウムの速度である低速層流充填速度は、0.05[m/sec]以上0.2[m/sec]以下の速度であることを特徴とする請求項2に記載のかご形誘導電動機の回転子の製造方法。 - 前記半凝固鋳造工程は、前記固液共存状態の純アルミニウムの、前記キャビティ内への供給が終了すると、当該キャビティ内を加圧することを特徴とする請求項3に記載のかご形誘導電動機の回転子の製造方法。
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