JP2016015887A - 電気機械回転子バー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
元金属電気機械回転子バーに関するものである。
れることが多い。例えば、回転子バーはしばしばアルミニウムで作られており、その理由
は、アルミニウムの電気特性、及びアルミニウムを「加工」することに関連したコストの
ためである。
しばしば増大させることができることが分かっている。換言すると、電気抵抗の相対的に
低い回転子バーを持つ電気機械は、電気抵抗の相対的に高い回転子バーを持つ同等の電気
機械よりも一層効率よく動作する傾向がある(すなわち、回転子バーの抵抗が減少するに
つれて、電気機械の運転効率はしばしば増大する)。
ニウムよりも低い電気抵抗を持つ材料で製造されている。例えば、銅より成る回転子バー
が製造されている。しかしながら、アルミニウムと比べて銅の融点が高いこと、及び銅の
加工が難しいことに起因して、銅の回転子バーはアルミニウムの回転子バーよりもコスト
が高くなる傾向がある。
置及び方法を提供することは望ましいであろう。
に電気的に結合するように構成された第1の結合要素とを含む。前記複数の回転子バーの
各々の回転子バーは、第1の電気抵抗率を持つ第1の金属材料と、前記第1の材料の周り
に流し込み成形(cast)された第2の金属材料とを含み、前記第2の金属材料は、第1の電
気抵抗率よりも大きい第2の電気抵抗率を持つ。前記第1の金属材料は第1の端部及び該
第1の端部とは反対側の第2の端部を持ち、また前記第1の結合要素は前記第1の金属材
料の前記第1の端部に結合されている。
複数のバーを挿入して、該複数のバーを一緒に電気的に結合する工程を含む。前記複数の
バーの各々のバーは、第1の電気抵抗率を持つ第1の金属材料を含む。本方法はまた、前
記回転子バー・ハウジングの中に挿入された前記複数のバーの周りに第2の金属材料を流
し込み成形する工程を含む。前記第2の金属材料は、前記第1の電気抵抗率よりも大きい
第2の電気抵抗率を持つ。
の各々の回転子バーを一緒に電気的に結合するように構成された第1の電気的結合リング
とを含む。前記複数の回転子バーの各々の回転子バーは、金属バーと、該金属バーの少な
くとも大部分を取り囲む金属被覆とを含む。各々の金属バーは、第1の電気抵抗率を持つ
第1の材料を含み、また各々の金属被覆は、前記第1の電気抵抗率よりも大きい第2の電
気抵抗率を持つ。
が示されている。図1の実施形態によれば、電気機械100は回転軸線102を持ち、そ
れを中心として回転する。図示していないが、当業者には理解されるように、回転軸線1
02に沿っているシャフトが回転することにより、電気機械100は回転する。電気機械
100は複数の冷却フィン104(仮想線で示す)を含むことができると考えられる。し
かしながら、冷却フィン104の無い実施形態、又は図1に示されているものよりも多数
又は少数の冷却フィンを持つ実施形態も想定される。
られる。例えば、このような電気機械には、誘導電動機又は発電機のような誘導機が含ま
れる。しかしながら、より一般的に云えば、このような電気機械には、電動機、発電機、
又は同様な機械が含まれる。図2に関して以下に示されるように、電気機械100は複数
の回転子バーを含む。
2に沿った断面図が示されている。電気機械100は、電気機械100の鉄心材料108
(すなわち、回転子バー・ハウジング)の中に延在する複数の回転子バー106を含み、
複数の回転子バー106の各々の回転子バーは少なくとも第1の金属材料110及び第2
の金属材料112を含む。第1の金属材料110は第1の電気抵抗率を持ち、また第2の
金属材料112は第1の電気抵抗率よりも大きい第2の電気抵抗率を持つ。ここで、各々
の回転子バー106が上側部分114及び下側部分116を含んでいることに留意された
い。
び/又は銀材料を含み、他方、第2の金属材料112はアルミニウム材料を含む。しかし
ながら、第1の金属材料110は銅又は銀以外の材料で構成することができると想定され
る。例えば、第1の金属材料110は対応する第1の電気抵抗率を持つ第1の種類のアル
ミニウムで構成することができ、また第2の金属材料112は第1の電気抵抗率とは異な
る対応する第2の電気抵抗率を持つ第2の種類のアルミニウムで構成することができる。
このような実施形態によれば、第1の金属材料110の第1の種類のアルミニウムは、第
2の金属材料112の第2の種類のアルミニウムよりも小さい電気抵抗率を持つ。ここで
、第2の金属材料112はアルミニウム以外の材料で構成できることに留意されたい。
周りに流し込み成形された材料である。
響をより多く受ける。下側部分116の電気抵抗率が減少すると、電気機械100の運転
効率は増大する。
響を受けることがある。例えば、上側部分114の電気抵抗率が増大すると、始動トルク
も増大し得る。このようなシナリオは、例えば、交流60Hz電源からの直入れ始動のよ
うに固定周波数電源から電気的に励起するときに生じ得る。
少なくとも増大するのに役立つ。本発明の実施形態はまた、電気機械の始動トルクを増大
し及び/又は電気機械の始動電流を制限するのに役立つことができる。例えば、第2の金
属材料112の電気抵抗率を高くすることにより、上側部分114の電気抵抗率を高くす
ると、始動トルクを増大し及び/又は始動電流を制限することができる。更に、下側部分
116が第2の金属材料112よりも低い電気抵抗率を持つ第1の金属材料110を含ん
でいるので、対応する電気機械(例えば、電気機械100)の運転効率は増大する。
大し、並びに/又は始動電流を制限するように選択することができ、 他方、第1の金属
材料110は運転効率を最大にし又は増大するように選択することが可能である。この場
合もやはり、第2の金属材料112により上側部分114の電気抵抗率を高くすると、電
気機械100の始動トルク又は始動電流について好ましい効果を得ることができ、他方、
下側部分116の第1の金属材料110の電気抵抗率を低くすることにより下側部分11
6が、電気機械100の運転効率について好ましい効果を持つことができる。
とができると考えられる。しかしながら、回転子バー106の上側部分114は予成形さ
れた要素とすることができると想定される。このような実施形態では、予成形された要素
は第2の材料112と同じ材料で構成することができ、或いは別の材料で構成することが
できる。いずれの場合でも、予成形された要素は、第1の材料110の電気抵抗率よりも
高い電気抵抗率を持つ。
抗率の回転子バーを使用する利点を利用するために用いることができることに留意された
い。当業者には理解されるように、典型的には、完全に銅で作られた回転子バーを用いる
電気機械を製造することは、完全にアルミニウムで作られた回転子バー(すなわち、典型
的には、銅の回転子バーよりも高い電気抵抗率を持つ回転子バー)を用いる電気機械を製
造するよりも高価である。このような製造コストの差は、銅の方が融点が高いと云うこと
に関連付けることができ、銅はより高価な道具及び製造方法を必要とすることがある。例
えば、しばしば銅を流し込み成形することの方が、アルミニウムを流し込み成形すること
よりも高価である。
利点を利用する回転子バーの製造コストを最小にすることができる。例えば、第1の金属
材料110は、適切な寸法を持つ予め購入した銅のバーとすることができ、或いは適切な
寸法を持つように機械加工することができるのに対して、第2の金属材料112は第1の
金属材料110の周りに流し込み成形することができる。従って、第1の金属材料110
を流し込み成形する必要性を無くすことができる。
実施形態に従った回転子バーを製造する例を示す。
108内の開口部118が示されている。図4には、その中に第1の金属材料110が挿
入された開口部118が示されている。第1の金属材料110はバー又はバー状材料とす
ることができると考えられる。図示のように、第1の金属材料110上には介在材料12
0を設けることができると考えられる。介在材料120は被覆(例えば、アルミニウム、
ニッケル又は他の種類の被覆)とすることができる。また、介在材料120は絶縁材料と
することもできると考えられる。しかしながら、介在材料の無い実施形態も考えられるこ
とに留意されたい。介在材料120についての詳細は図5に関して説明する。
ている空所を満たして、第1の金属材料110の周りに及び介在材料120(存在する場
合)の周りに流し込み成形されることを例示している。介在材料120は、存在する場合
、第1の材料110から流し込み成形材料112を少なくとも部分的に電気的に隔離する
ように構成された電気絶縁体とすることができる。それに加えて、又はその代わりに、介
在材料120は、第1の材料110と流し込み成形材料112との間の付着又は結合を高
めるように構成された被覆(例えば、アルミニウム被覆)とすることができる。図4に関
して前に説明したように、介在材料120の無い実施形態も考えられる。従って、図5に
示される介在材料120が存在してもしなくても、第1の金属材料110の周りの流し込
み成形材料112は回転子バー106を形成する。
いことに留意されたい。例えば、図4の実施形態に示されているように、第1の材料11
0/介在材料120の底部部分122は、回転子鉄心108との間に流し込み成形材料1
12が存在せずに回転子鉄心108に隣接する。従って、流し込み成形材料112は、開
口部118内の第1の材料110の位置に依存して、第1の材料の挿入体110を完全に
取り囲むか又は部分的に取り囲むことができる。
含む。第1の金属材料110は流し込み成形材料112よりも低い電気抵抗を持つ。従っ
て、下側部分116の実効電気抵抗が上側部分114の実効電気抵抗よりも低い。下側部
分116の実効電気抵抗が相対的に低いことにより、電気機械100は、流し込み成形材
料112のみを含む回転子バーを用いた同等の電気機械(図示せず)よりも高い運転効率
を持つ。
電気抵抗を持っているので、電気機械100は、第1の金属材料110として用いられる
材料(例えば、銅)のみを含んでいる同等の電気機械(図示せず)よりも高い始動トルク
を持つことができる。更に、回転子バー106の構成はまた、始動電流を制限するのに役
立つことができる。
2の相対的に高い電気抵抗特性から得られる利点を持つと共に、第1の金属材料110の
相対的に低い電気抵抗特性から得られる利点も持つことができる。
部分の分解図が示されている。ここで、図1のフィン104は図示されていないことに留
意されたい。図6に示されているように、電気機械100は、第1の結合要素124(す
なわち、第1のリング)と、その中に複数の開口部118を持つ回転子鉄心108と、第
2の結合要素126(すなわち、第2のリング)とを含む。分解図には複数の回転子バー
106も示されており、各々の回転子バー106は第1の金属材料110及び第2の金属
材料112を含んでいる。ここで、第2の金属材料112が例示の目的で2つの構成要素
(すなわち、第1のリング124の隣の1つの構成要素と第2のリング126の隣のもう
1つの構成要素)として示されていることに注意されたい。第2の金属材料112が第1
の金属材料110の周りに流し込み成形される実施形態によれば、第2の金属材料112
は1つの構成要素である。
介在材料120)を結合することができると考えられる。介在材料が絶縁体である場合、
第1の金属材料110並びに第1及び第2の結合要素124,126が一緒に電気的に結
合されるが、第2の金属材料112からは実質的に電気的に隔離されるように、第1及び
第2の結合要素124,126はまた実質的に絶縁材料で囲まれる。
110は第2の金属材料112よりも低い電気抵抗を持つ。第1の金属材料110は、開
口部118の中に配置されるバー又はバー状材料とすることができる。一実施形態によれ
ば、いったん各々の金属材料110が各々の開口部118の中に配置されると、第1及び
第2の結合要素124,126がそれに結合される。第1及び第2の結合要素124,1
26は図6の実施形態では円形又はリング形状であるとして示されているが、他の形状も
考えられる。
開口部118の中へ流し込み成形することができる。このような場合、第1の金属材料1
10は流し込み成形する必要が無いので、第1の金属材料110の流し込み成形に関連し
た製造コストを不要とすることができる。図1及び図6に示された実施形態によれば、第
2の金属材料112は第1及び第2の結合要素124,126の周りにも流し込み成形さ
れる。
7−7に沿った断面図が示されている。第1の回転子バー128及び第2の回転子バー1
30が図7に示されており、この場合、各々の回転子バー128,130は第1の金属材
料110及び第2の金属材料112を含む。また図7には第1のリング124(すなわち
、第1の結合要素)及び第2のリング126(すなわち、第2の結合要素)も示されてお
り、この場合、各々のリング124,126は、第1及び第2の回転子バー128,13
0を、電気機械100の円周に沿って配置された他の回転子バー(図示せず)に電気的に
結合する。第1及び第2のリング124,126は第1の材料110にろう付けすること
により、それらの間の電気的結合を可能にし又は改善することができると考えられる。
フィン104)を含んでいないことに留意されたい。しかしながら、図1についての説明
で述べたように、冷却フィンを持つ電気機械100のような電気機械の実施形態も考えら
れる。
の前に第1の金属材料110を第1のリング124及び第2のリング126に固定するた
めの工程を示す。
136と整列させる。図9では、圧迫工具132により第1及び第2の端部134,13
6に圧力を加えて、第1及び第2の端部134,136を変形させて、それらが第1のリ
ング124の一部分及び第2のリング126の一部分とそれぞれ重なり合うようにする。
図10に示されているように、圧迫工具132を変形した第1及び第2の端部134,1
36から取り去ることにより、第1の金属材料110と第1及び第2のリング124,1
26との間に形成された低抵抗接触部138を残す。このように形成されたこれらの低抵
抗接触部138は、第1及び第2のリング124,126が前に述べたように全ての回転
子バー106を一緒に電気的に結合することを確実にする。
成形の前に第1の金属材料110を第1のリング124及び第2のリング126に固定す
るための工程を示す。
ている第1の金属材料110の第1の端部142と整列させ、また第2のねじ込みキャッ
プ146を、その中に第2の空洞150が形成されている第1の金属材料110の第2の
端部148と整列させる。図12では、第1及び第2のねじ込みキャップ140,146
が第1の金属材料110の第1及び第2の空洞144,150の中にねじ込まれて、第1
の金属材料110を第1のリング124及び第2のリング126と重なり合わせる。この
ような場合、第1の金属材料110と第1及び第2のリング124,126との間に低抵
抗接触部152が形成される。この態様では、このように形成された低抵抗接触部152
は、第1及び第2のリング124,126が前に述べたように全ての回転子バー106を
一緒に電気的に結合することを確実にする。
た第1及び第2のねじ込みキャップ140,146をそのまま残した状態で、第1の金属
材料110並びに第1及び第2のリング124,126の周りに流し込み成形される。こ
の態様では、第2の金属材料112は第1及び第2のねじ込みキャップ140,146の
周りに流し込み成形される。別の実施形態によれば、第1及び第2のねじ込みキャップ1
40,146は流し込み成形の前に取り除くことができる。
成形の前に第1の金属材料110を第1のリング124及び第2のリング126に固定す
るための工程を示す。
、また第2の座金158を第1の端部156とは反対側の第1の金属材料110の第2の
端部160と整列させる。図14では、第1の座金154を第1の端部156の周りに配
置し、また第2の座金158を第2の端部160の周りに配置する。更に、第1のねじ込
みキャップ162を、その中に第1の空洞164が形成されている第1の金属材料110
の第1の端部156と整列させ、また第2のねじ込みキャップ166を、その中に第2の
空洞168が形成されている第1の金属材料110の第2の端部160と整列させる。図
15に示されているように、第1のねじ込みキャップ162は第1の端部156に結合さ
れ、また第2のねじ込みキャップ166は第2の端部160に結合される。このような場
合、第1の金属材料110は第1のねじ込みキャップ162及び第1の座金154を介し
て第1のリング124と低抵抗接触部170を形成すると共に、また第2のねじ込みキャ
ップ166及び第2の座金158を介して第2のリング126と低抵抗接触部170を形
成する。
転子バーを一緒に電気的に結合するように構成された第1の結合要素とを含む。前記複数
の回転子バーの各々の回転子バーは、第1の電気抵抗率を持つ第1の金属材料と、前記第
1の材料の周りに流し込み成形された第2の金属材料とを含み、前記第2の金属材料は、
第1の電気抵抗率よりも大きい第2の電気抵抗率を持つ。前記第1の金属材料は第1の端
部及び該第1の端部とは反対側の第2の端部を持ち、また前記第1の結合要素は前記第1
の金属材料の前記第1の端部に結合されている。
の中に複数のバーを挿入して、該複数のバーを一緒に電気的に結合する工程を含む。前記
複数のバーの各々のバーは、第1の電気抵抗率を持つ第1の金属材料を含む。本方法はま
た、前記回転子バー・ハウジングの中に挿入された前記複数のバーの周りに第2の金属材
料を流し込み成形する工程を含む。前記第2の金属材料は、前記第1の電気抵抗率よりも
大きい第2の電気抵抗率を持つ。
の各々の回転子バーを一緒に電気的に結合するように構成された第1の電気的結合リング
とを含む。前記複数の回転子バーの各々の回転子バーは、金属バーと、該金属バーの少な
くとも大部分を取り囲む金属被覆とを含む。各々の金属バーは、第1の電気抵抗率を持つ
第1の材料を含み、また各々の金属被覆は、前記第1の電気抵抗率よりも大きい第2の電
気抵抗率を持つ。
装置又はシステムを作成し使用し且つ任意の採用した方法を遂行すること含めて本発明を
実施することができるようにするために、幾つかの例を使用した。本発明の特許可能な範
囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る
。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から差異のない構
造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に
差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。
102 回転軸線
104 冷却フィン
106 回転子バー
108 回転子鉄心
110 第1の金属材料
112 第2の金属材料
114 上側部分
116 下側部分
118 開口部
120 介在材料
122 底部部分
124 第1の結合要素(第1のリング)
126 第2の結合要素(第2のリング)
128 第1の回転子バー
130 第2の回転子バー
132 圧迫工具
134 第1の端部
136 第2の端部
138 低抵抗接触部
140 第1のねじ込みキャップ
142 第1の端部
144 第1の空洞
146 第2のねじ込みキャップ
148 第2の端部
150 第2の空洞
152 低抵抗接触部
154 第1の座金
156 第1の端部
158 第2の座金
160 第2の端部
162 第1のねじ込みキャップ
164 第1の空洞
166 第2のねじ込みキャップ
168 第2の空洞
170 低抵抗接触部
Claims (5)
- 複数の回転子バー(106,128,130)と、前記複数の回転子バー(106,128,130)を一緒に電気的に結合するように構成された第1の結合要素(124)と、を有する電気機械(100)であって、
前記複数の回転子バー(106,128,130)の各々の回転子バーが、第1の電気抵抗率を持つ第1の金属材料(110)と、前記第1の材料(110)の周りに流し込み成形されていて、前記第1の電気抵抗率よりも大きい第2の電気抵抗率を持つ第2の金属材料(112)とを含み、
前記第1の金属材料(110)が、第1の端部(134,142,156)、及び該第1の端部(134,142,156)とは反対側の第2の端部(136,148,160)を持ち、また
前記第1の結合要素(124)が前記第1の金属材料(110)の前記第1の端部(134,142,156)に結合されており、
前記第1の金属材料(110)が銅のバーで構成されており、
前記第2の金属材料(112)がアルミニウムで構成されている、
前記複数の回転子バー(106,128,130)の各々の回転子バーが、第1の端部(114)、及び該第1の端部とは反対側の第2の端部(116)を持ち、また前記第1の結合要素(124)が前記複数の回転子バー(106,128,130)の各々の回転子バーの前記第1の端部に電気的に結合されており、
前記電気機械(100)は更に、前記複数の回転子バー(106,128,130)の各々の回転子バーの前記第2の端部に結合された第2の結合要素(126)を有しており、この第2の結合要素(126)が前記複数の回転子バー(106,128,130)を一緒に電気的に結合するように構成されており、
前記第2の金属材料(112)はまた、前記第2の結合要素(126)の部分の周りにも流し込み成形され、
前記複数の回転子バー(106,128,130)の各々の回転子バーは更に、前記第1及び第2の金属材料(110、112)の間に介在材料(120)を有しており、該介在材料(120)は、前記第1の金属材料(110)に対する前記第2の金属材料(112)の付着に役立つように構成されている、電気機械(100)。 - 更に、前記第1の金属材料(110)の第1の端部(142)にねじ込まれている第1のキャップ(140)と、
前記第1の金属材料(110)の前記第1の端部(142)とは反対側の前記第1の金属材料(110)の第2の端部(148)にねじ込まれている第2のキャップ(146)とを有している請求項1記載の電気機械(100)。 - 前記介在材料(120)は、前記第1の金属材料(110)を覆うニッケル被覆で構成されている、請求項1または2に記載の電気機械(100)。
- 前記介在材料(120)は、前記第1の金属材料(110)を覆うアルミニウム被覆で構成されている、請求項1または2に記載の電気機械(100)。
- 電気機械を製造する方法であって、
回転子バー・ハウジングの中に複数のバーを挿入する工程であって、前記複数のバーの各々が、第1の電気抵抗率を持つ第1の金属材料を含み、前記複数のバーの各々のバーは更に、前記第1の金属材料の表面に介在材料を有している、前記挿入する工程と、
前記複数のバーが互いに電気的に結合するように、前記第1の結合要素(124)を前記複数のバーに結合する工程と、
前記回転子バー・ハウジングに挿入された前記複数のバーの周りと、前記第1の結合要
素(124)の一部の周りに前記第1の電気抵抗率よりも大きい第2の電気抵抗率を持つ第2の金属材料(112)を流し込む工程と、
を含み、
前記介在材料(120)は、前記第1の金属材料(110)に対する前記第2の金属材料(112)の付着に役立つように構成されており、
前記複数のバーが互いに電気的に結合ことが、
第1の結合要素(124)を前記複数のバーの第1の端に結合することと、
前記第1の結合要素(124)の反対の位置にある第2の結合要素を前記複数のバーの第2の端に結合することを含み、
前記第1の結合要素(124)を前記複数のバーに結合することが、
各バーの第12の端部に圧力を加えて、該第1の端部を変形させて、それらが前記第1の結合要素(124)の一部分と重なり合うようにすることと、
第2の端部に圧力を加えて、第2の端部を変形させて、それらが第2のリングの一部分と重なり合うようにすることを含むむ方法。
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