JP2017051010A - Manufacturing method for rotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a rotor.
従来、回転磁界を形成する固定子と、該固定子の内部に設けられ、回転磁界の形成により回転する回転子とを備えた誘導電動機が知られている。誘導電動機は、入力される交流電源の種類によって、単相誘導電動機と三相誘導電動機とに大別される。このうち三相誘導電動機は、汎用モータとして広く用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, induction motors that include a stator that forms a rotating magnetic field and a rotor that is provided inside the stator and rotates by the formation of the rotating magnetic field are known. Induction motors are broadly classified into single-phase induction motors and three-phase induction motors depending on the type of AC power input. Of these, three-phase induction motors are widely used as general-purpose motors.
三相誘導電動機は、太い導体(バー)がかご形に配置された回転子を有する。回転子は、鉄心と、複数の導体と、エンドリングとを備えている。回転子は、複数の鋼板が積層されてなる鉄心に複数の導体を挿通し、該導体の両端をエンドリングによって固定することにより作製される(例えば、特許文献1を参照)。 The three-phase induction motor has a rotor in which thick conductors (bars) are arranged in a cage shape. The rotor includes an iron core, a plurality of conductors, and an end ring. The rotor is manufactured by inserting a plurality of conductors through an iron core formed by laminating a plurality of steel plates and fixing both ends of the conductors with end rings (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1では、銅線とエンドリングとを摩擦撹拌接合によって固定している。摩擦撹拌接合を用いることにより、ろう付けなどの接合方法と比して低コストで接合を行うことができる。 In Patent Document 1, a copper wire and an end ring are fixed by friction stir welding. By using the friction stir welding, it is possible to perform the bonding at a low cost as compared with a bonding method such as brazing.
しかしながら、特許文献1のように摩擦撹拌接合によって導体とエンドリングとを接合した場合、摩擦撹拌された領域の周辺領域には摩擦による熱のみが伝達される。このため、伝達された熱によって周辺領域の機械的な強度が低下し、回転子の破損などを引き起こすおそれがあった。 However, when the conductor and the end ring are joined by friction stir welding as in Patent Document 1, only heat due to friction is transmitted to the peripheral region of the friction stir region. For this reason, the mechanical strength of the peripheral region is lowered by the transmitted heat, which may cause damage to the rotor.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摩擦撹拌接合を用いて接合を行った場合でも強度を維持することができる回転子の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the manufacturing method of the rotor which can maintain intensity | strength even when it joins using friction stir welding.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回転子の製造方法は、棒状をなす複数の導体と、該複数の導体をそれぞれ挿通可能な複数の挿通孔が形成された筒状をなす鉄心と、前記複数の導体の両端とそれぞれ接合する第1および第2の端絡環とを備えた回転子の製造方法であって、中空円板状をなす母材に前記複数の導体の端部を収容した状態で、前記母材の領域であって当該回転子の中心軸方向で前記鉄心を含む領域を摩擦撹拌することで前記母材と前記複数の導体とを摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合ステップと、前記摩擦撹拌接合ステップ後の母材の表面であって、少なくとも前記複数の導体が延出する側と反対側の表面が、前記摩擦撹拌接合により撹拌されてなる表面となるように該母材を切断して前記第1または第2の端絡環を成形する成形ステップと、を含み、前記摩擦撹拌接合ステップは、前記撹拌部材を自身の中心軸のまわりに自転させながら前記母材の中心軸のまわりに公転させることで摩擦撹拌を行った後、前記撹拌部材の中心軸を通過する前記母材の径方向において、前記自転の方向と、前記公転の方向とが同じ方向である側に前記撹拌部材を移動させて前記摩擦撹拌を行うことで、前記領域の摩擦撹拌を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the rotor manufacturing method according to the present invention includes a plurality of rod-shaped conductors and a plurality of insertion holes through which the plurality of conductors can be inserted. A method of manufacturing a rotor including a cylindrical iron core and first and second end rings that are respectively joined to both ends of the plurality of conductors, wherein the plurality of the cores are formed on a hollow disk-shaped base material. The base material and the plurality of conductors are friction-stirred by friction-stirring the region of the base material and including the iron core in the direction of the central axis of the rotor in a state where the ends of the conductors are accommodated. Friction stir welding step to be joined, and the surface of the base material after the friction stir welding step, at least the surface opposite to the side from which the plurality of conductors extend is agitated by the friction stir welding The base material is cut so that Forming the second end-entanglement ring, and the friction stir welding step revolves around the central axis of the base material while rotating the stirring member around its central axis. After performing frictional stirring, in the radial direction of the base material passing through the central axis of the stirring member, the stirring member is moved to the side where the direction of rotation and the direction of revolution are the same direction. Friction stirring is performed in the region by performing friction stirring.
また、本発明にかかる回転子の製造方法は、上記の発明において、前記摩擦撹拌接合ステップは、径方向で隣り合う撹拌領域の一部を互いに含むように前記撹拌部材を移動させて摩擦撹拌を行うことを特徴とする。 In the rotor manufacturing method according to the present invention, in the above invention, the friction stir welding step moves the stirring member so as to include a part of the stirring regions adjacent in the radial direction to perform friction stirring. It is characterized by performing.
本発明によれば、摩擦撹拌接合を用いて接合を行った場合でも強度を維持することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the strength can be maintained even when the friction stir welding is used.
以下、本発明を実施するための形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. The drawings referred to in the following description only schematically show the shape, size, and positional relationship so that the contents of the present invention can be understood. That is, the present invention is not limited only to the shape, size, and positional relationship illustrated in each drawing.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる回転子の構成を示す斜視図である。図2は、本実施の形態1にかかる回転子の構成を示す断面図である。図1,2に示す回転子1は、誘導電動機に用いられ、固定子の内部に設けられて該固定子の回転磁界に応じて回転するものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the rotor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the rotor according to the first embodiment. A rotor 1 shown in FIGS. 1 and 2 is used in an induction motor, is provided inside a stator, and rotates according to a rotating magnetic field of the stator.
回転子1は、太い導体(バー)がかご形に配置されたかご形回転子である。回転子1は、複数のバー(導体)10と、エンドリング(端絡環)11,12と、鉄心13と、を備えている。
The rotor 1 is a cage rotor in which thick conductors (bars) are arranged in a cage shape. The rotor 1 includes a plurality of bars (conductors) 10, end rings (end-entangled rings) 11 and 12, and an
バー10は、例えば銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、角柱状(棒状)をなしている。バー10は、回転子1の構成に応じて複数設けられる。なお、本明細書では、16本のバー10を用いるものとして説明するが、この数に限らず、設計に応じた数だけ設けられる。また、角柱状をなすもののほか、円柱状など棒状をなすものであれば適用可能である。
The
エンドリング11,12は、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。エンドリング11(第1の端絡環)は、摩擦撹拌接合により複数のバー10の一端とそれぞれ接合されている(図2の撹拌領域R)。エンドリング12(第2の端絡環)は、摩擦撹拌接合により複数のバー10の他端とそれぞれ接合されている。
The end rings 11 and 12 are formed using copper, aluminum, a copper alloy, or an aluminum alloy, and have a hollow cylindrical shape. The end ring 11 (first end ring) is joined to one end of each of the plurality of
鉄心13は、例えば複数の電磁鋼板13aが積層されてなる。電磁鋼板13aは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼(例えば鉄にケイ素を添加したもの)を用いて形成され、中空円盤状をなしている。また、電磁鋼板13aには、板厚方向に貫通し、バー10を挿通可能な貫通孔が、バー10の数に応じて複数形成されている。鉄心13は、複数の電磁鋼板13aが端面を揃えて積層されることにより、円筒状をなすとともに、複数の貫通孔が連通することによりバー10を挿通する挿通孔131を形成している。なお、鉄心13は、中心軸と直交する断面の外縁が円をなすものに限らず、楕円や多角形をなすものであってもよい。
The
回転子1は、複数の電磁鋼板13aが積層されてなる鉄心13の挿通孔131に複数のバー10が挿通され、該バー10の両端がエンドリング11,12によってそれぞれ固定されることで作製される。また、回転子1の中空空間には、誘導電動機のシャフトが挿通する。
The rotor 1 is manufactured by inserting a plurality of
つぎに、回転子1の製造方法について図3〜図11を参照して説明する。図3〜6は、本実施の形態1にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。図7は、本実施の形態1にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する平面図である。図8は、本実施の形態1にかかる回転子の製造方法を説明する模式図である。図9は、本実施の形態1にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する平面図である。図10,11は、本実施の形態1にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。なお、図10,11は、回転子1の中心軸N0(バー10の長手方向)を通過し、かつこの中心軸N0と平行な平面を切断面とする部分断面図である。 Next, a method for manufacturing the rotor 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are perspective views schematically illustrating the method for manufacturing the rotor according to the first embodiment. FIG. 7 is a plan view schematically illustrating the method for manufacturing the rotor according to the first embodiment. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the method for manufacturing the rotor according to the first embodiment. FIG. 9 is a plan view schematically illustrating the method for manufacturing the rotor according to the first embodiment. 10 and 11 are cross-sectional views illustrating the configuration of the main part of the rotor according to the first embodiment. 10 and 11 are partial cross-sectional views in which a plane passing through the central axis N0 (longitudinal direction of the bar 10) of the rotor 1 and parallel to the central axis N0 is a cut surface.
まず、母材120に形成された貫通孔120aにバー10の一端部を収容する(図3参照)。母材120は、エンドリング12を形成するためのものであって、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。母材120は、外径がエンドリング12の外径より大きく、内径がエンドリング12の内径より小さい。上述した処理により、母材120から複数のバー10が延出した状態となる。
First, one end of the
つぎに、母材120から延出している複数のバー10に対して複数の電磁鋼板13aを順次差し込む(図4参照)。
Next, the plurality of
その後、母材110に形成された貫通孔110aに、鉄心13(電磁鋼板13a)から延出したバー10の他端部を差し込む(図5参照)。母材110は、エンドリング11を形成するためのものであって、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。母材110は、外径がエンドリング11の外径より大きく、内径がエンドリング11の内径より小さい。バー10に母材110を差し込んだ際、バー10の端面は、母材110の端面と同一平面上にあるか、若干貫通孔110aの開口端より内部側に位置した状態となっている。
Thereafter, the other end of the
続いて、母材110とバー10とを摩擦撹拌接合により接合する(図6参照:摩擦撹拌接合ステップ)。摩擦撹拌接合では、撹拌部材200を用いて接合処理を行う。撹拌部材200は、先端にプローブ201を同軸上に有するショルダ202を備える。プローブ201およびショルダ202は、円筒状をなし、プローブ201の外径はショルダ202の外径より小さい。また、本実施の形態1では、ショルダ202の外径が、母材110の外径と内径との差よりも小さいものとして説明する。ショルダ202は、自身の中心軸N1のまわりに回転(自転)可能である(矢印Y1)。ショルダ202が回転すると、ショルダ202に取り付けられているプローブ201も連動して回転する。
Subsequently, the
摩擦撹拌接合では、ショルダ202を回転させながら母材110の表面(バー10が延出する側と反対側の表面)に押し当てることで発生した摩擦熱により母材110およびバー10が軟化して、さらにショルダ202の回転力によって接合部周辺が塑性流動して練り混ざり、その後固化することで母材110の一部とバー10の端部とが一体化する。摩擦撹拌接合を用いることにより、接合後の金属組織が微細化するため、高い接合強度を得ることができる。また、摩擦撹拌接合は、銅などの材料を融点以下の低温で接合することができるとともに、接合後の残留応力や変形が、溶融溶接した場合の残留応力や変形と比して小さい。
In friction stir welding, the
摩擦撹拌接合では、ショルダ202を、中心軸N1のまわりに回転(図6の矢印Y1)させながら、母材110の中心軸N2のまわりに周回(公転:図6の矢印Y2)させることによって、各バー10と母材110とを接合する。ショルダ202の外径が、母材110の外径と内径との差よりも小さいため、図7に示すように、撹拌部材200を母材110の径方向に移動させて複数回撹拌処理を行なう。図7に示す軌跡L1〜L4は、ショルダ202の周回によりプローブ201の中心軸が描く軌跡を示している。
In the friction stir welding, the
ここで、プローブ201の自転方向Y1と、ショルダ202の公転方向Y2とを母材110の径方向でみたとき、プローブ201の中心を通過する軌跡Lを境に、自転方向Y1が公転方向Y2と同じ方向である領域と、自転方向Y1が公転方向Y2と反対方向である領域とに分けられる。以下、自転方向Y1が公転方向Y2と同じ方向である領域を「前進領域」、自転方向Y1が公転方向Y2と反対方向である領域を「後進領域」という(図8参照)。なお、ここでいう自転方向と公転方向とが「同じ方向」であるとは、ショルダ202の中心軸N1を通過する母材の径方向において、回転方向における接線方向の成分が同じ方向であることをいう。
Here, when the rotation direction Y1 of the
前進領域と後進領域とでは摩擦撹拌接合後の硬度が異なっており、後進領域の硬度が、前進領域の硬度よりも大きくなる。このため、本実施の形態1では、前進領域側に撹拌部材200を移動させて撹拌処理を行なう。具体的には、母材110において内径側が後進領域、外径側が前進領域となる場合は、撹拌部材200を外径側に移動させて撹拌処理を行なう。図7に示す軌跡で説明すれば、軌跡L1、軌跡L2、軌跡L3、軌跡L4の順で撹拌処理が行われる。
The forward region and the reverse region have different hardnesses after the friction stir welding, and the reverse region has a hardness greater than the forward region. For this reason, in this Embodiment 1, the stirring
軌跡間の距離(ショルダ202の径方向の移動距離)は、プローブ201の径以上、ショルダ202の径以下である。上述した距離を満たせば、前進領域側のプローブ201で撹拌された領域を、後進領域側のプローブ201で再撹拌することができる。このように、相対的に硬度が小さくなる前進領域側を、プローブ201の後進領域側で再撹拌処理を行なうことで、前進領域側で撹拌した領域を後進領域側で撹拌した際の硬度に成形することができる。なお、軌跡間の距離をショルダ202の径とした場合、移動前後のショルダ202の位置において重複する領域はないが、後進領域側のプローブ201によって、前回前進領域側で撹拌された領域の一部を撹拌することができ、前進領域の一部を再撹拌することは可能である。
The distance between the tracks (the movement distance in the radial direction of the shoulder 202) is not less than the diameter of the
摩擦撹拌により接合された撹拌領域Rは、当該回転子1の中心軸N0(母材110の中心軸N2)の方向でみたときに鉄心13を含んでいる。また、撹拌領域Rのうち、一回の摩擦撹拌により接合された撹拌領域R1、例えば軌跡L4を移動した際の撹拌領域R1は、母材110の表面において円環状をなしている(図9参照)。なお、この撹拌領域R1の径方向(母材110の径方向)の長さ(幅)は、ショルダ202の外径と略等しい。ショルダ202の外径を調整することにより、撹拌領域R1の幅を調整することができる。また、撹拌領域R1は、図10に示す断面図のように、母材110との境界が弧状をなしている。
The stirring region R joined by friction stirring includes the
ここで、摩擦撹拌接合において、摩擦撹拌された領域(撹拌領域R)の周辺領域は摩擦による熱のみが伝達される。例えば、撹拌領域Rの周辺領域には、撹拌されずに摩擦熱のみが伝達した熱影響領域H11,H12が生じる(図10参照)。熱影響領域H11,H12は、ショルダ202の移動方向に沿って、それぞれ円環状に形成される。熱影響領域H11,H12が発生すると、この領域の機械的な強度が熱により低下し、回転子1の破損などを引き起こすおそれがある。そのため、本実施の形態1では、母材110の一部を切断して、母材110から熱影響領域H11,H12を除去する処理を施す。
Here, in friction stir welding, only the heat due to friction is transferred to the peripheral region of the friction stir region (stirring region R). For example, heat-affected regions H11 and H12 in which only frictional heat is transmitted without stirring are generated in the peripheral region of the stirring region R (see FIG. 10). The heat affected areas H11 and H12 are each formed in an annular shape along the moving direction of the
母材110の径方向において、外周側および内周側で母材110を切断する切断位置C1,C2間の距離をt1、熱影響領域H11,H12間の最短距離をt2とすると、t1≦t2が成り立つ。また、本実施の形態1では、鉄心13の外周側と内周側との間の径(幅)をt3、バー10の径をt4、母材110の表面における撹拌領域R1の幅をt5とすると、鉄心13の外周側と内周側との間の径t3が切断位置間の距離t1以下であり(t3≦t1)、バー10の径t4が撹拌領域R1の幅t5より小さい(t4<t5)。また、撹拌領域Rは、中心軸N2(鉄心13の中心軸)方向で鉄心13を含んでいる。
In the radial direction of the
上述した関係を満たす切断位置C1,C2で母材110を切断することにより、図11に示すエンドリング11を成形することができる(成形ステップ)。エンドリング11は、熱影響領域H11,H12を有しないため、熱によりエンドリングとしての機械的な強度が低下することを抑制し、エンドリング11としての強度を維持したものとなっている。
The
また、エンドリング12についても、上述したエンドリング11の製造工程と同様にして、摩擦撹拌接合後に母材120を切断することにより成形することができる。
The
なお、母材110(および母材120)の切り出し処理において、例えば、t1≦0.7t5を目安として外周側および内周側で母材110を切断する切断位置C1,C2間の距離t1を設定して切断位置を決定するものであってもよい。
In the cutting process of the base material 110 (and the base material 120), for example, the distance t between the cutting positions C1 and C2 at which the
また、母材110(および母材120)の切り出し処理では、t1≦t2を満たし、熱影響領域H11,H12を有しないエンドリング11(エンドリング12)を形成することができれば、図10に示す断面においてバー10の中心軸に対して左右対称に切り出さなくてもよい。母材110とバー10とが撹拌接合し、かつ切断後のエンドリング11が熱影響領域H11,H12を含まなければ母材110の切り出し位置(切断面の位置)はいかなる場所であってもよく、鉄心13の側面の一部を切断する位置であってもよい。
Further, in the cutting process of the base material 110 (and the base material 120), if the end ring 11 (end ring 12) that satisfies t 1 ≦ t 2 and does not have the heat affected regions H11 and H12 can be formed, FIG. It is not necessary to cut out symmetrically with respect to the central axis of the
上述した実施の形態1によれば、回転子1において、前進領域側のプローブ201によって撹拌された領域を後進領域側のプローブ201で再撹拌し、母材110とバー10とを摩擦撹拌接合で接合した際に生じた熱影響領域(熱影響領域H11,H12)を除去したエンドリング(エンドリング11,12)を形成するようにしたので、摩擦撹拌接合を用いて接合を行った場合でも強度を維持することができる。
According to the first embodiment described above, in the rotor 1, the region stirred by the
なお、上述した実施の形態1において、バー10およびエンドリング11,12を同一の材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。バー10およびエンドリング11,12を構成する材料の組み合わせは、任意に設計可能である。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1において、母材の一方の表面に、バー10を嵌め合わせ可能な複数の凹部を設けて、母材に対してバー10を位置決めするようにしてもよい。この際、母材とバー10とが異なる材料によって形成され、母材の硬度がバー10の硬度よりも小さい場合は、摩擦撹拌により母材を塑性流動により混合するとともに、バー10については、先端部のみを摩擦撹拌することによって、両者を接合する。
Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, you may make it position the
(実施の形態1の変形例1)
上述した実施の形態1では、バー10において、貫通孔110aに挿通された部分すべてが摩擦撹拌接合されるものとして説明したが、貫通孔110aに挿通されている一部が摩擦撹拌接合されるものであってもよい。図12は、本実施の形態1の変形例1にかかる回転子の要部の構成を示す断面図であって、図1等に示す回転子1の中心軸N0(バー10の長手方向)を通過し、かつこの中心軸N0と平行な平面を切断面とする断面図である。図12に示すように、プローブ201のショルダ202からの突出長さが、母材110の厚さよりも小さい撹拌部材200を用いて摩擦撹拌接合を行うことにより、バー10の一部を内部に含み、少なくともバー10が延出する側と反対側の表面が摩擦撹拌されてなる表面となるように成形されたエンドリング11aであってもよい(図12に示す撹拌領域R2)。
(Modification 1 of Embodiment 1)
In the first embodiment described above, it has been described that all the parts inserted into the through
このように、少なくともバー10が延出する側と反対側の表面が摩擦撹拌されてなる表面となっていれば、エンドリングが、摩擦撹拌されていない領域を一部に含んでいてもよい。
Thus, as long as at least the surface opposite to the side from which the
(実施の形態1の変形例2)
図13は、本発明の実施の形態1の変形例2にかかる回転子の構成を示す斜視図である。本変形例2では、各エンドリングが、二つの中空円板状の部材を積層してなる。図13に示す回転子1aは、上述した複数のバー10(図2等を参照)および鉄心13と、エンドリング(端絡環)21,22と、を備えている。
(Modification 2 of Embodiment 1)
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of the rotor according to the second modification of the first embodiment of the present invention. In the second modification, each end ring is formed by laminating two hollow disk-shaped members. The
エンドリング21(第1の端絡環)は、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなす第1部材21aと、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、第1部材21aと同一形状をなす中空円柱状をなす第2部材21bと、を積層してなる。エンドリング21は、少なくともバー10側の部材(本変形例2では、第2部材21b)が摩擦撹拌接合により複数のバー10の一端とそれぞれ接合されている。
The end ring 21 (first end ring) is formed using copper, aluminum, a copper alloy, or an aluminum alloy, and uses a
エンドリング22(第2の端絡環)は、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなす第1部材22aと、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、第1部材22aと同一形状をなす中空円柱状をなす第2部材22bと、を積層してなる。エンドリング22は、少なくともバー10側の部材(本変形例2では、第2部材22b)が摩擦撹拌接合により複数のバー10の一端とそれぞれ接合されている。
The end ring 22 (second end ring) is formed using copper, aluminum, a copper alloy, or an aluminum alloy, and uses a hollow cylindrical
本変形例2のように、エンドリングは、複数の部材を積層してなるものであってもよい。なお、複数の部材の板厚は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、複数の部材は、同一の材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。 As in the second modification, the end ring may be formed by laminating a plurality of members. In addition, the plate | board thickness of a some member may be the same, and may differ. Further, the plurality of members may be formed using the same material, or may be formed using different materials.
(実施の形態1の変形例3)
図14は、本実施の形態1の変形例3にかかる回転子の要部の構成を示す斜視図である。図15は、本実施の形態1の変形例3にかかる回転子の製造方法を説明する図である。摩擦撹拌接合では、撹拌処理の終点(ショルダ202の停止位置)においてプローブ201の跡が残ることがある。プローブ201の跡が残ると、塑性流動による混合の均一性が低下して接合強度の低下を引き起こすおそれがある。
(Modification 3 of Embodiment 1)
FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of a main part of the rotor according to the third modification of the first embodiment. FIG. 15 is a diagram illustrating a method for manufacturing the rotor according to the third modification of the first embodiment. In the friction stir welding, a trace of the
本変形例3にかかる母材130は、図14に示すように、円環状をなす円環部131と、円環部131の側面の一部に設けられ、該側面から円環部131の径方向に延出する延出部132と、を有する。円環部131には、バー10を挿通するための貫通孔131aが形成されている。延出部132は、径方向および幅方向(表面において径方向と直交する方向)の長さがショルダ202の径以上となるように突出している。
As shown in FIG. 14, the
母材130とバー10とを接合する際には、図15に示すように、各軌跡L1〜L4において、円環部131の周方向に一周した後、延出部132に到達するようにショルダ202を移動させる。このような軌跡を描くようにショルダ202が移動することにより、撹拌処理の終点(ショルダ202の停止位置)におけるプローブ201の跡が円環部131から外れた位置となるため、成形後のエンドリングにプローブ201の跡が残ることはない。この際、延出部132は、撹拌部材200が移動する側に設けることが、複数回摩擦撹拌処理を行なった場合でも、ショルダ202の移動跡を少なくする点で好ましい。例えば、軌跡L1、軌跡L2、軌跡L3、軌跡L4の順で摩擦撹拌を行う場合、軌跡L4側(母材130の外周側)に延出部132を設ける。
When the
本変形例3では、成形後のエンドリングにプローブ201の跡が残らないようにしたので、プローブ201の跡の残存により塑性流動による混合の均一性が低下して接合強度の低下を引き起こすことはなく、摩擦撹拌接合を用いて接合を行った場合でも一層確実に強度を維持することが可能となる。
In Modification 3, since the trace of the
(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2について説明する。図16は、本実施の形態2にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。なお、図1等で上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。本実施の形態2に係る回転子は、上述した実施の形態1と同じであり、製造方法が異なる。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a perspective view for schematically explaining the method for manufacturing the rotor according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the component mentioned above in FIG. The rotor according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, and the manufacturing method is different.
具体的には、上述した実施の形態1と同様に、母材120に形成された貫通孔120aにバー10の一端部を収容する(図3参照)。つぎに、母材120から延出している複数のバー10に複数の電磁鋼板13aを順次差し込む(図4参照)。続いて、母材110に形成された貫通孔110aに、鉄心13(電磁鋼板13a)から延出したバー10の他端部を差し込む(図5参照)。
Specifically, as in Embodiment 1 described above, one end of the
その後、母材110とバー10とを摩擦撹拌接合により接合する(図16参照:摩擦撹拌接合ステップ)。摩擦撹拌接合では、上述した撹拌部材200を用いて撹拌処理を行うとともに、配管203を介して撹拌後の母材110を冷却するための冷気を母材110に吹き付ける。具体的には、ショルダ202を中心軸N1のまわりに回転(図6の矢印Y1)させながら、母材110の中心軸N2のまわりで周回(図6の矢印Y2)する撹拌部材200に追従して、配管203を中心軸N2のまわりで回転させる。
Thereafter, the
摩擦撹拌を行いながら撹拌後の母材を冷気によって急速に冷却することによって、撹拌により微細化した材料を硬化させることができる。これにより、冷却を行わない場合と比して、一層緻密な結晶粒として硬化させて、母材110の一部とバー10の端部とを一段と強固に一体化することができる。
By rapidly cooling the base material after stirring with cold air while performing frictional stirring, the material refined by stirring can be cured. Thereby, compared with the case where it does not cool, it can be hardened as a finer crystal grain, and a part of
その後は、上述した実施の形態1と同様にして、母材110の一部を切断して、母材110から熱影響領域を除去する処理を施すことで、エンドリング11を成形する(成形ステップ)。また、エンドリング12についても、上述したエンドリング11の製造工程と同様にして、摩擦撹拌接合後に母材120を切断することにより成形することができる。
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment described above, the
上述した実施の形態2によれば、回転子1において、母材110,120とバー10とを摩擦撹拌により接合する際に、撹拌に追従して撹拌後の母材110,120を冷却するようにしたので、摩擦撹拌を用いて接合を行った場合に、一層強固にバー10とエンドリング11,12とを接合することができる。
According to the above-described second embodiment, when the
上述した実施の形態1,2では、成形後のエンドリングの上面、および側面の一部が摩擦撹拌された領域(撹拌領域)を含んでいるものとして説明したが、母材とバーとが撹拌接合し、かつ切断後のエンドリングが熱影響領域を含まなければよい。例えば、撹拌領域の境界が、エンドリングの断面において、図10に示すような略半円状の境界のなす曲線の平均曲率半径より小さい平均曲率半径を有する場合、エンドリングの表面のうち、少なくとも上面(バーと接合する側と反対側の表面)が、摩擦撹拌接合により塑性加工されてなるものであればよい。 In the first and second embodiments described above, it has been described that the upper surface of the end ring after molding and a part of the side surface include a frictionally stirred region (stirring region), but the base material and the bar are stirred. It is only necessary that the end ring after joining and cutting does not include the heat affected zone. For example, when the boundary of the agitation region has an average curvature radius smaller than the average curvature radius of the curve formed by the substantially semicircular boundary as shown in FIG. The upper surface (the surface on the side opposite to the side to be joined with the bar) may be formed by plastic working by friction stir welding.
上述した実施の形態1,2では、摩擦撹拌された領域(撹拌領域)の中心を基準として対称に切断位置を決定するものとして説明したが、母材とバーとが撹拌接合し、かつ切断後のエンドリングが熱影響領域を含まなければ、切断位置間の中心が、撹拌領域の中心からずれた位置であってもよい。 In the first and second embodiments described above, it has been described that the cutting position is determined symmetrically with respect to the center of the friction-stirred region (stirring region), but the base material and the bar are stir-joined and after cutting If the end ring does not include the heat-affected region, the center between the cutting positions may be shifted from the center of the stirring region.
また、上述した実施の形態1,2において、エンドリング11,12と鉄心13とは、摩擦撹拌により接合されていてもよいし、非接合であってもよい。エンドリング11,12と鉄心13とが摩擦撹拌により接合されている場合は、摩擦撹拌によってエンドリングと接する電磁鋼板13aが、板厚の1/3以下で変形しているものを含む。
Moreover, in Embodiment 1, 2 mentioned above, the end rings 11 and 12 and the
また、上述した実施の形態1,2は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは、上記記載から自明である。 Moreover, Embodiment 1 and 2 mentioned above are only the examples for implementing this invention, and this invention is not limited to these. Further, the present invention can form various inventions by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the respective embodiments and modifications. It is obvious from the above description that the present invention can be variously modified according to specifications and the like, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.
以上のように、本発明にかかる回転子の製造方法は、摩擦撹拌接合を用いて接合を行った場合でも強度を維持するのに有用である。 As described above, the method for manufacturing a rotor according to the present invention is useful for maintaining strength even when joining is performed using friction stir welding.
1,1a 回転子
10 バー
11,11a,12 エンドリング
13 鉄心
13a 電磁鋼板
110,120,130 母材
1,
Claims (2)
中空円板状をなす母材に前記複数の導体の端部を収容した状態で、前記母材の領域であって当該回転子の中心軸方向で前記鉄心を含む領域を摩擦撹拌することで前記母材と前記複数の導体とを摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合ステップと、
前記摩擦撹拌接合ステップ後の母材の表面であって、少なくとも前記複数の導体が延出する側と反対側の表面が、前記摩擦撹拌接合により撹拌されてなる表面となるように該母材を切断して前記第1または第2の端絡環を成形する成形ステップと、
を含み、
前記摩擦撹拌接合ステップは、前記撹拌部材を自身の中心軸のまわりに自転させながら前記母材の中心軸のまわりに公転させることで摩擦撹拌を行った後、前記撹拌部材の中心軸を通過する前記母材の径方向において、前記自転の方向と、前記公転の方向とが同じ方向である側に前記撹拌部材を移動させて前記摩擦撹拌を行うことで、前記領域の摩擦撹拌を行う
ことを特徴とする回転子の製造方法。 A plurality of rod-shaped conductors, a cylindrical iron core formed with a plurality of insertion holes through which the plurality of conductors can be inserted, and first and second end junctions respectively joined to both ends of the plurality of conductors A method of manufacturing a rotor with a ring,
In a state in which the ends of the plurality of conductors are accommodated in a hollow disk-shaped base material, the region of the base material and the region including the iron core in the central axis direction of the rotor are frictionally stirred. A friction stir welding step for friction stir welding the base material and the plurality of conductors;
The surface of the base material after the friction stir welding step, wherein at least the surface opposite to the side where the plurality of conductors extend is a surface that is stirred by the friction stir welding. Forming step of cutting and forming the first or second end ring;
Including
The friction stir welding step performs friction stir by revolving around the central axis of the base material while rotating the stirrer around the central axis of the base material, and then passes through the central axis of the stirring member. In the radial direction of the base material, the friction stir of the region is performed by moving the stirring member to the side where the direction of rotation and the direction of revolution are the same direction. A method for manufacturing a rotor.
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