JP3308973B2 - 非同期電動機の回転子製造方法、同方法により製造された回転子および非同期電動機の回転子製造装置 - Google Patents
非同期電動機の回転子製造方法、同方法により製造された回転子および非同期電動機の回転子製造装置Info
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- JP3308973B2 JP3308973B2 JP50448594A JP50448594A JP3308973B2 JP 3308973 B2 JP3308973 B2 JP 3308973B2 JP 50448594 A JP50448594 A JP 50448594A JP 50448594 A JP50448594 A JP 50448594A JP 3308973 B2 JP3308973 B2 JP 3308973B2
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/0012—Manufacturing cage rotors
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
- B23K1/0018—Brazing of turbine parts
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- Induction Machinery (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、かご形非同期電動機に関する。
更に具体的に言えば、本発明は、かご形非同期電動機
の回転子を形成するために末端リングに回転子バーをろ
う付けする方法の改良、及びこの方法によって形成され
た回転子ケージに関する。
の回転子を形成するために末端リングに回転子バーをろ
う付けする方法の改良、及びこの方法によって形成され
た回転子ケージに関する。
背景としての従来技術の問題 かご形回転子は、積層鉄心内に固定された円周方向に
相隔たっている回転子バーを末端リングに電気的及び機
械的に接続して構成されている。
相隔たっている回転子バーを末端リングに電気的及び機
械的に接続して構成されている。
所望の機械的及び電気的な特性に応じて、回転子バー
は種々の銅合金で形成され、相異なる温度で熱処理され
る。回転子バーおよび末端リングが熱処理される温度は
「時効（エージング）温度」と呼ばれている。かご形回
転子に対するある回転子バー及び末端リングは、クロム
銅合金で形成されており、このクロム銅合金は、回転子
バー及び末端リング所望の機械的及び電気的な特性を確
立するために、900℃前後の温度に熱処理されていた。
この他の回転子バー及び末端リングは、銅、銅合金又は
その他の材料で形成されており、機械的及び電気的な特
性を確立するために加工硬化されている。場合によって
は、加工硬化及び熱処理の組み合わせが用いられてい
る。いずれにせよ、回転子バー及び末端リングをある温
度を超えて加熱すると、その特性が変化する。このよう
な特性が（その特性が得られるようにした方法が加熱、
加工硬化又はその他の何であれ）有害に変化する温度を
本明細書では「過大時効温度」と呼ぶ。
は種々の銅合金で形成され、相異なる温度で熱処理され
る。回転子バーおよび末端リングが熱処理される温度は
「時効（エージング）温度」と呼ばれている。かご形回
転子に対するある回転子バー及び末端リングは、クロム
銅合金で形成されており、このクロム銅合金は、回転子
バー及び末端リング所望の機械的及び電気的な特性を確
立するために、900℃前後の温度に熱処理されていた。
この他の回転子バー及び末端リングは、銅、銅合金又は
その他の材料で形成されており、機械的及び電気的な特
性を確立するために加工硬化されている。場合によって
は、加工硬化及び熱処理の組み合わせが用いられてい
る。いずれにせよ、回転子バー及び末端リングをある温
度を超えて加熱すると、その特性が変化する。このよう
な特性が（その特性が得られるようにした方法が加熱、
加工硬化又はその他の何であれ）有害に変化する温度を
本明細書では「過大時効温度」と呼ぶ。
ろう付けは、回転子バーを回転子の末端リングに結合
することができるようにする１つの方法である。ろう付
けはアメリカ溶接協会によって次のように定義されてい
る。
することができるようにする１つの方法である。ろう付
けはアメリカ溶接協会によって次のように定義されてい
る。
「840゜F（450℃）よりも上で且つベース金属よりも
低い所で液相を有する充填材金属の存在の下に、それを
加熱することにより、材料の癒着を生ずる一群の溶接過
程。充填材金属は、毛管作用により継ぎ目（ジョイン
ト）のぴったりと嵌め合わせられた密着面の間に分布す
る。」 ろう付けの充填材金属が、ろう付けに必要な温度を決定
する。
低い所で液相を有する充填材金属の存在の下に、それを
加熱することにより、材料の癒着を生ずる一群の溶接過
程。充填材金属は、毛管作用により継ぎ目（ジョイン
ト）のぴったりと嵌め合わせられた密着面の間に分布す
る。」 ろう付けの充填材金属が、ろう付けに必要な温度を決定
する。
回転子バーを末端リングにろう付けするために普通用
いられるろう付けの充填材金属の融点は、1150゜Fから1
500゜Fの範囲内である。ろう付けの際、末端リング及び
ろう付けしようとする回転子バーの部分をろう付け充填
材の融点までもって来ることが必要であるが、この温度
は、回転子バー及び末端リングの時効温度よりもかなり
高い。このため、ろう付けにより、回転子バー及び末端
リングはその時効温度を超える温度にさらされる。その
ため、過大時効になる。回転子バー又は末端リングがこ
のような温度にさらされると、その機械的な性質は、こ
の温度、及び回転子バー又は末端リングがこの高い温度
にさらされた時間に比例して劣化する。更に問題を複雑
にするものとして、回転子の鉄心、回転子バー及び末端
リングが大きなヒート・シンクとして作用する。このた
め、ろう付けの際に継ぎ目に加えられたエネルギは、回
転子バー及び末端リングが室温にあるときにろう付けを
試みた場合に加えられるのと殆んど同時に急速に運び去
られる。
いられるろう付けの充填材金属の融点は、1150゜Fから1
500゜Fの範囲内である。ろう付けの際、末端リング及び
ろう付けしようとする回転子バーの部分をろう付け充填
材の融点までもって来ることが必要であるが、この温度
は、回転子バー及び末端リングの時効温度よりもかなり
高い。このため、ろう付けにより、回転子バー及び末端
リングはその時効温度を超える温度にさらされる。その
ため、過大時効になる。回転子バー又は末端リングがこ
のような温度にさらされると、その機械的な性質は、こ
の温度、及び回転子バー又は末端リングがこの高い温度
にさらされた時間に比例して劣化する。更に問題を複雑
にするものとして、回転子の鉄心、回転子バー及び末端
リングが大きなヒート・シンクとして作用する。このた
め、ろう付けの際に継ぎ目に加えられたエネルギは、回
転子バー及び末端リングが室温にあるときにろう付けを
試みた場合に加えられるのと殆んど同時に急速に運び去
られる。
米国特許番号第4249098号には、回転子バーが末端リ
ングにはんだ付けされるときに、回転子バーは軽い焼鈍
によって強度が低下し、積層鉄心の下部の積重ね（スタ
ック）、及びそれらの間にある絶縁層は異常に高い温度
にさらされることが述べられている。この米国特許に
は、末端リングをはんだの融点まで加熱し、はんだを溶
融させて、回転子バーの端面と、隣接している末端リン
グの表面部分との間のすき間を埋めさせるはんだ付き作
業が記載されている。
ングにはんだ付けされるときに、回転子バーは軽い焼鈍
によって強度が低下し、積層鉄心の下部の積重ね（スタ
ック）、及びそれらの間にある絶縁層は異常に高い温度
にさらされることが述べられている。この米国特許に
は、末端リングをはんだの融点まで加熱し、はんだを溶
融させて、回転子バーの端面と、隣接している末端リン
グの表面部分との間のすき間を埋めさせるはんだ付き作
業が記載されている。
発明の要約 回転子バーを末端リングにろう付けするためには、回
転子バー及び末端リングの部分がその時効温度よりも高
い温度にさらされる時間を最小限に抑えることが望まし
い。ろう付けされた継ぎ目の強度を最大にするために、
回転子バーと末端リングとがろう付けされた後に、回転
子バーと末端リングとの間に予測可能なすき間を設ける
ことも望ましい。本発明は、この両方の目的を達成する
ことを対象とする。
転子バー及び末端リングの部分がその時効温度よりも高
い温度にさらされる時間を最小限に抑えることが望まし
い。ろう付けされた継ぎ目の強度を最大にするために、
回転子バーと末端リングとがろう付けされた後に、回転
子バーと末端リングとの間に予測可能なすき間を設ける
ことも望ましい。本発明は、この両方の目的を達成する
ことを対象とする。
従って、本発明の主な目的は、回転子バーを末端リン
グにろう付けする方法として、回転子バー及び末端リン
グを著しく弱めることなく、予測可能なように丈夫なろ
う付け継ぎ目を作成する新規で改良された方法を提供す
ることである。
グにろう付けする方法として、回転子バー及び末端リン
グを著しく弱めることなく、予測可能なように丈夫なろ
う付け継ぎ目を作成する新規で改良された方法を提供す
ることである。
本発明の他の目的は、強度を改善した回転子ケージを
提供することである。
提供することである。
本発明を実施する際、回転子の部品を室温でろう付け
治具内で組み立てて、回転子アセンブリ（集成体）を形
成する。即ち、回転子バーは回転子鉄心のスロット内に
位置決めされており、末端リングは回転子バーの端と向
きい合って配置されており、回転子バーの端と末端リン
グとの間にろう付けシムが配置されている。
治具内で組み立てて、回転子アセンブリ（集成体）を形
成する。即ち、回転子バーは回転子鉄心のスロット内に
位置決めされており、末端リングは回転子バーの端と向
きい合って配置されており、回転子バーの端と末端リン
グとの間にろう付けシムが配置されている。
ろう付け治具は、ろう付けの際に回転子アセンブリの
各部分を所定位置に保持している。ろう付け治具は、回
転子バーの熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有して
いる。「ろう付けアセンブリ」という用語は、本明細書
では、ろう付け治具及び回転子アセンブリの組み合わせ
を言うのに用いている。
各部分を所定位置に保持している。ろう付け治具は、回
転子バーの熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有して
いる。「ろう付けアセンブリ」という用語は、本明細書
では、ろう付け治具及び回転子アセンブリの組み合わせ
を言うのに用いている。
ろう付けの前に、ろう付けアセンブリをろう付け予備
温度まで予熱する。ろう付け予備温度は、回転子アセン
ブリ全体の温度がろう付けの際に回転子バー及び末端リ
ングの時効温度よりも高く上昇しないように、この時効
温度よりも十分低くすべきである。ろう付けアセンブリ
がろう付け予備温度まで予熱された後、回転子バーとろ
う付けアセンブリとの熱膨張の差によって、ろう付け継
ぎ目に所定の大きさの圧力が加えられ、継ぎ目がろう付
けされて冷却した後、厚さ0.002〜0.006インチのろう付
け充填材が回転子バーを末端リングに結合するようにす
る。
温度まで予熱する。ろう付け予備温度は、回転子アセン
ブリ全体の温度がろう付けの際に回転子バー及び末端リ
ングの時効温度よりも高く上昇しないように、この時効
温度よりも十分低くすべきである。ろう付けアセンブリ
がろう付け予備温度まで予熱された後、回転子バーとろ
う付けアセンブリとの熱膨張の差によって、ろう付け継
ぎ目に所定の大きさの圧力が加えられ、継ぎ目がろう付
けされて冷却した後、厚さ0.002〜0.006インチのろう付
け充填材が回転子バーを末端リングに結合するようにす
る。
ろう付けアセンブリが予熱された後、このろう付けア
センブリがろう付け予備温度にある間に、ろう付け充填
材を溶融させて、回転子バー、ろう付け充填材及び末端
リングの間に結合部を作成するのに十分な温度で、炎ろ
う付け過程によって、ろう付け継ぎ目をろう付けする。
ろう付け温度は回転子バーの時効温度よりも高いけれで
も、ろう付けの際に熱が加えられるのは、30秒程度の非
常に短い時間の間であり、その結果、非常に局所的であ
るため、回転子バーの機械的及び電気的な特性は目立っ
て犠牲になることがない。その熱は、ろう付けアセンブ
リの一層低温の部分へと急速に散逸される。
センブリがろう付け予備温度にある間に、ろう付け充填
材を溶融させて、回転子バー、ろう付け充填材及び末端
リングの間に結合部を作成するのに十分な温度で、炎ろ
う付け過程によって、ろう付け継ぎ目をろう付けする。
ろう付け温度は回転子バーの時効温度よりも高いけれで
も、ろう付けの際に熱が加えられるのは、30秒程度の非
常に短い時間の間であり、その結果、非常に局所的であ
るため、回転子バーの機械的及び電気的な特性は目立っ
て犠牲になることがない。その熱は、ろう付けアセンブ
リの一層低温の部分へと急速に散逸される。
この方法に従ってろう付けされた回転子ケージは、所
定の厚さを有しているろう付け充填材によって回転子バ
ーが末端リングに結合されて構成されている継ぎ目を有
している。
定の厚さを有しているろう付け充填材によって回転子バ
ーが末端リングに結合されて構成されている継ぎ目を有
している。
図面の簡単な説明 第１図は予めろう付けされた回転子アセンブリの概略
横断面図であって、回転子バーと末端リングとの間のろ
う付けシムの配置を示す図である。
横断面図であって、回転子バーと末端リングとの間のろ
う付けシムの配置を示す図である。
第２図は第１図の円で囲んだ部分の拡大した概略部分
図であって、回転子バーと末端リングとの間のろう付け
シムの配置を示す図である。
図であって、回転子バーと末端リングとの間のろう付け
シムの配置を示す図である。
第３図はろう付け治具内に設けられている予めろう付
けされた回転子アセンブリの概略横断面図である。
けされた回転子アセンブリの概略横断面図である。
第４図はろう付けシム及び回転子バーの相対的な寸法
を示す概略図である。
を示す概略図である。
第５図は第４図の構成を上から見た図である。
第６図、第７図及び第８図はろう付け作業の種々の段
階におけるろう就け治具及び回転子アセンブリを示す概
略図である。
階におけるろう就け治具及び回転子アセンブリを示す概
略図である。
発明の詳しい説明 本発明のろう付け方法は、３つの主な工程を含んでい
る。即ち、ろう付け充填材の配置、ろう付けアセンブリ
の予熱、及び炎ろう付け等によるろう付けである。
る。即ち、ろう付け充填材の配置、ろう付けアセンブリ
の予熱、及び炎ろう付け等によるろう付けである。
ろう付けされた継ぎ目（ジョイント）の強度が、ろう
付け作業が行われた後にろう付け充填材を含んでいる回
転子バーと末端リングとの間の距離（「すき間」）、充
填材料、並びに末端リング及び回転子バーの組成に関係
することが知られている。例えば、回転子バー及び末端
リングが、当業者に知られたCDA18200と同様なクロム銅
合金で形成されており、ろう付け充填材がBAg １であ
る場合、すき間の厚さが約0.002インチ〜約0.006インチ
の範囲であるときに、ろう付けされた継ぎ目は最適の強
度を有する。
付け作業が行われた後にろう付け充填材を含んでいる回
転子バーと末端リングとの間の距離（「すき間」）、充
填材料、並びに末端リング及び回転子バーの組成に関係
することが知られている。例えば、回転子バー及び末端
リングが、当業者に知られたCDA18200と同様なクロム銅
合金で形成されており、ろう付け充填材がBAg １であ
る場合、すき間の厚さが約0.002インチ〜約0.006インチ
の範囲であるときに、ろう付けされた継ぎ目は最適の強
度を有する。
第１図は、かご形回転子の回転子アセンブリ10の横断
面を図式的に示しており、ろう付け充填材の配置を示し
ている。本発明の一実施例では、900゜Fで熱処理された
クロム銅合金の回転子バー12が積層鉄心14内に配設され
ている。ろう付け充填材16の0.010インチのシムが、第
２図に示すように、各々の回転子バーの端（又は端面）
18と末端リング20との間に配置されている。組み立ての
際、回転子バーの端及び末端リングの底部には、3A型ろ
う付け融剤又は当業者に知られたその他の適当なろう付
け融剤が塗られるが、この融剤は、回転子バー及び末端
リングの表面を綺麗にするのを助けると共に、これから
説明する予備ろう付け工程（又は予熱工程）の間に酸化
が積み重なるのを防止する助けになる。
面を図式的に示しており、ろう付け充填材の配置を示し
ている。本発明の一実施例では、900゜Fで熱処理された
クロム銅合金の回転子バー12が積層鉄心14内に配設され
ている。ろう付け充填材16の0.010インチのシムが、第
２図に示すように、各々の回転子バーの端（又は端面）
18と末端リング20との間に配置されている。組み立ての
際、回転子バーの端及び末端リングの底部には、3A型ろ
う付け融剤又は当業者に知られたその他の適当なろう付
け融剤が塗られるが、この融剤は、回転子バー及び末端
リングの表面を綺麗にするのを助けると共に、これから
説明する予備ろう付け工程（又は予熱工程）の間に酸化
が積み重なるのを防止する助けになる。
ろう付けシムは更に第４図及び第５図に示されてい
る。ろう付けシム16は回転子バー12の端面18よりも幅が
広い。幅の広いろう付け16の余分のろう付け充填材が、
ろう付けされた継ぎ目の隅肉を作成する。
る。ろう付けシム16は回転子バー12の端面18よりも幅が
広い。幅の広いろう付け16の余分のろう付け充填材が、
ろう付けされた継ぎ目の隅肉を作成する。
素早いろう付け過程を容易にするために、ろう付けア
センブリの予熱工程が必要である。回転子鉄心14、回転
子バー12、末端リング20及びろう付け治具22が、大きな
ヒート・シンクとして作用する。回転子アセンブリを予
熱する前に、回転子バーを末端リングにろう付けしたと
すると、ろう付け過程で加えられた熱又はエネルギは、
加えるのと殆んど同時に、継ぎ目から運び去られる。
センブリの予熱工程が必要である。回転子鉄心14、回転
子バー12、末端リング20及びろう付け治具22が、大きな
ヒート・シンクとして作用する。回転子アセンブリを予
熱する前に、回転子バーを末端リングにろう付けしたと
すると、ろう付け過程で加えられた熱又はエネルギは、
加えるのと殆んど同時に、継ぎ目から運び去られる。
クロム銅のバー及び末端リングの特性の劣化を最小限
に抑えるためには、素早いろう付け過程が必要である。
クロム銅のバー及び末端リングは過大時効の影響を受け
易い。本発明の一例で、回転子バーに用いられているク
ロム銅合金は、900゜Fで熱処理された。この温度を超え
ると、時効温度よりも高い温度、及びこの温度にさらさ
れた時間に比例して、機械的な特性が劣化する。
に抑えるためには、素早いろう付け過程が必要である。
クロム銅のバー及び末端リングは過大時効の影響を受け
易い。本発明の一例で、回転子バーに用いられているク
ロム銅合金は、900゜Fで熱処理された。この温度を超え
ると、時効温度よりも高い温度、及びこの温度にさらさ
れた時間に比例して、機械的な特性が劣化する。
予熱する前、融剤を塗った回転子鉄心アセンブリ（鉄
心、バー、末端リング及びろう付けシム）が、第３図に
示すように、ろう付け治具22内に装入されて、「ろう付
けアセンブリ」23を形成している。
心、バー、末端リング及びろう付けシム）が、第３図に
示すように、ろう付け治具22内に装入されて、「ろう付
けアセンブリ」23を形成している。
好ましい実施例では、ろう付け治具22は、回転子の継
ぎ目をろう付けする便宜のために、基部上で回転可能な
スピンドル26を有している基板24を含んでいる。柱28が
スピンドル26の中心から突出しており、下側揺台30をス
ピンドルの上に中心合わせするように作用する。
ぎ目をろう付けする便宜のために、基部上で回転可能な
スピンドル26を有している基板24を含んでいる。柱28が
スピンドル26の中心から突出しており、下側揺台30をス
ピンドルの上に中心合わせするように作用する。
下側揺台30は、その中心に柱32を有している基板31を
含んでいる。基板31の中心及び中心柱32は、中心合わせ
柱28に嵌まるように構成されている中空の開口34と、ボ
ルト46を受け入れるように構成されているねじ孔44とを
有している。４つの支持バー36が基板に固定されてお
り、互いに約90゜の角度を成して半径方向外向きに伸び
ている。スタッド38が支持バー36から概して垂直に上向
きに伸びており、基板の中心から半径方向外側に配置さ
れており、末端リング20を支持している。支持バー36か
ら概して垂直に上向きに伸びている位置決め柱42が、基
板の中心から軸方向に配置されており、末端リング20を
ろう付け治具の上で中心合わせしている。このため、位
置決め柱42の頭部43は、末端リング20の内側半径21に突
合わせになるか、又は内側半径21に隣接するように位置
決めされている。
含んでいる。基板31の中心及び中心柱32は、中心合わせ
柱28に嵌まるように構成されている中空の開口34と、ボ
ルト46を受け入れるように構成されているねじ孔44とを
有している。４つの支持バー36が基板に固定されてお
り、互いに約90゜の角度を成して半径方向外向きに伸び
ている。スタッド38が支持バー36から概して垂直に上向
きに伸びており、基板の中心から半径方向外側に配置さ
れており、末端リング20を支持している。支持バー36か
ら概して垂直に上向きに伸びている位置決め柱42が、基
板の中心から軸方向に配置されており、末端リング20を
ろう付け治具の上で中心合わせしている。このため、位
置決め柱42の頭部43は、末端リング20の内側半径21に突
合わせになるか、又は内側半径21に隣接するように位置
決めされている。
上側揺台50は、その中心に中心柱52を有している基板
51を含んでいる。基板51の中心部及び中心柱52が、ボル
ト46の頭よりも大きくなるように構成されている中空開
口54と、ボルト46を受け入れて位置決めすると共にボル
ト46が回転することができるように構成されている、ね
じなしの一層小さい開口55とを画成している。４つの支
持バー56が基板51に固定されており、互いに約90゜の角
度を成して半径方向外向きに伸びている。スタッド58が
支持バー56から概して垂直に下向きに伸びていると共
に、基板の中心から半径方向外側に配置されており、ろ
う付けアセンブリ30が加熱されるときに、末端リング20
に圧力を加える。位置決め柱62が支持バー56から概して
垂直に下向きに伸びており、基板の中心からは、ろう付
け治具上で末端リング20を中心合わせするように位置決
めされている。位置決め柱62の頭部63が、末端リング20
の内側半径21に接するか、又は内側半径21にに隣接する
ように位置決めされている。
51を含んでいる。基板51の中心部及び中心柱52が、ボル
ト46の頭よりも大きくなるように構成されている中空開
口54と、ボルト46を受け入れて位置決めすると共にボル
ト46が回転することができるように構成されている、ね
じなしの一層小さい開口55とを画成している。４つの支
持バー56が基板51に固定されており、互いに約90゜の角
度を成して半径方向外向きに伸びている。スタッド58が
支持バー56から概して垂直に下向きに伸びていると共
に、基板の中心から半径方向外側に配置されており、ろ
う付けアセンブリ30が加熱されるときに、末端リング20
に圧力を加える。位置決め柱62が支持バー56から概して
垂直に下向きに伸びており、基板の中心からは、ろう付
け治具上で末端リング20を中心合わせするように位置決
めされている。位置決め柱62の頭部63が、末端リング20
の内側半径21に接するか、又は内側半径21にに隣接する
ように位置決めされている。
スタッド38及び58は、当業者に知られた、市場で入手
し得るニッケルをベースとした合金であるインコネル
（INCONEL）で作成されていることが好ましい。これ
は、継ぎ目をろう付けするときにスタッドが受ける熱の
ような高い熱が反復的に加えられる状態で非常に安定で
ある。
し得るニッケルをベースとした合金であるインコネル
（INCONEL）で作成されていることが好ましい。これ
は、継ぎ目をろう付けするときにスタッドが受ける熱の
ような高い熱が反復的に加えられる状態で非常に安定で
ある。
ろう付け治具22は、本質的には上側揺台及び下側揺台
の２つの別々の部分をボルト46で結合して構成されてい
る。こうして結合されたアセンブリはスピンドルに載っ
かっており、回転することができ、それによって各々の
回転子バー／末端リングの継ぎ目のろう付けをやり易く
している。ろう付け治具は、鋼、又は回転子バーよりも
熱膨張率が一層小さいその他のある材料で作成されてい
ることが好ましい。このため、ろう付けアセンブリが予
熱サイクルで加熱されるときに、ろう付け治具22は、銅
のバーと鋼のろう付け治具との間の異なる熱膨張率を利
用することにより、受動的に圧縮力を加える。鉄心アセ
ンブリがろう付け治具内で予熱されるとき、銅は鋼より
も一層膨張し、治具に圧接する。ろう付け治具は、予熱
温度で所望の予備荷重を設定するように設計されてお
り、ろう付けの際に0.010インチのろう付けシムが溶融
した後に、回転子バーが約0.002インチ〜約0.006インチ
のすき間距離まで沈み込むことを保証するのに十分な圧
縮荷重を加える。ろう付け温度は予熱温度よりも高い
が、熱が非常に局所的に限られているので、ろう付け温
度が予熱温度よりも高いことによっては継ぎ目に荷重は
加わらない。
の２つの別々の部分をボルト46で結合して構成されてい
る。こうして結合されたアセンブリはスピンドルに載っ
かっており、回転することができ、それによって各々の
回転子バー／末端リングの継ぎ目のろう付けをやり易く
している。ろう付け治具は、鋼、又は回転子バーよりも
熱膨張率が一層小さいその他のある材料で作成されてい
ることが好ましい。このため、ろう付けアセンブリが予
熱サイクルで加熱されるときに、ろう付け治具22は、銅
のバーと鋼のろう付け治具との間の異なる熱膨張率を利
用することにより、受動的に圧縮力を加える。鉄心アセ
ンブリがろう付け治具内で予熱されるとき、銅は鋼より
も一層膨張し、治具に圧接する。ろう付け治具は、予熱
温度で所望の予備荷重を設定するように設計されてお
り、ろう付けの際に0.010インチのろう付けシムが溶融
した後に、回転子バーが約0.002インチ〜約0.006インチ
のすき間距離まで沈み込むことを保証するのに十分な圧
縮荷重を加える。ろう付け温度は予熱温度よりも高い
が、熱が非常に局所的に限られているので、ろう付け温
度が予熱温度よりも高いことによっては継ぎ目に荷重は
加わらない。
予熱温度でろう付けされる継ぎ目に最適量の予備荷重
又は破砕力を加えるために、ボルト46の寸法は、下記の
式に従って定められる。
又は破砕力を加えるために、ボルト46の寸法は、下記の
式に従って定められる。
破砕力＝（回転子バーの銅の伸び） −（ろう付け治具の伸び） 破砕力＝［（銅のバーの長さ×銅のα） ＋２×（長さ） −（ボルトの長さ×ボルトのα） −（揺台（１）の長さ×α） −（揺台（２）の長さ×揺台（２）のα］ ×ΔTE この式における記号αは熱膨張係数であり、ΔTempは室
温から予熱温度までの温度変化である。
温から予熱温度までの温度変化である。
第６図は、予熱及びろう付け過程の間の末端リングの
熱的な成長によって、どのように末端リング及び回転子
バーにある程度の回転が生ずるかを示す概略図である。
継ぎ目が形成されるときに、末端リングは拡大状態にあ
る。リングが冷却するときに継ぎ目にはかなりの動きが
あるので、BAg １のような共晶に近いろう付け充填材
を用いることができる。非共晶充填材（大きな２相領域
又はスラッシュ範囲を有する充填材）を用いる場合に
は、冷却中のリングの動きの大きさにより、継ぎ目に高
温裂け目が生ずる。
熱的な成長によって、どのように末端リング及び回転子
バーにある程度の回転が生ずるかを示す概略図である。
継ぎ目が形成されるときに、末端リングは拡大状態にあ
る。リングが冷却するときに継ぎ目にはかなりの動きが
あるので、BAg １のような共晶に近いろう付け充填材
を用いることができる。非共晶充填材（大きな２相領域
又はスラッシュ範囲を有する充填材）を用いる場合に
は、冷却中のリングの動きの大きさにより、継ぎ目に高
温裂け目が生ずる。
本発明の一例では、回転子バーは、長さが約10.9イン
チであり、ヒール幅が約0.9インチである。第６図に示
す低温アセンブリは、回転子バー12の上に末端リングを
中心合わせするために、末端リング20の外側舌片72を用
いている。末端リングの内側舌片71と回転子バー12のヒ
ール73との間には約0.060インチの初期すき間がある。
ろう付け過程には、ろう付け充填材が流動して正しく濡
らすように、両方の部分がろう付け温度にあることが必
要であるが、回転子バーの先端と末端リングの小さな一
部とだけがろう付け温度にあればよい。第７図はろう付
け中のリングを示す。末端リング20は、継ぎ目がろう付
けされるときに、末端リング20の内側舌片71と回転子バ
ー12のヒール73との間に約0.010インチ〜約0.030インチ
の範囲内の小さなすき間を有するような寸法にされてい
る。小さなすき間によって、ろう付け充填材はバー12の
ヒール73と末端リング20の内側舌片71との間を芯のよう
に上がっていくことができる。これによって、ろう付け
表面が多少多くなり、疲労を抑制する助けになる隅肉が
形成される。リングの内側舌片の寸法は、次の式によっ
て決定される。
チであり、ヒール幅が約0.9インチである。第６図に示
す低温アセンブリは、回転子バー12の上に末端リングを
中心合わせするために、末端リング20の外側舌片72を用
いている。末端リングの内側舌片71と回転子バー12のヒ
ール73との間には約0.060インチの初期すき間がある。
ろう付け過程には、ろう付け充填材が流動して正しく濡
らすように、両方の部分がろう付け温度にあることが必
要であるが、回転子バーの先端と末端リングの小さな一
部とだけがろう付け温度にあればよい。第７図はろう付
け中のリングを示す。末端リング20は、継ぎ目がろう付
けされるときに、末端リング20の内側舌片71と回転子バ
ー12のヒール73との間に約0.010インチ〜約0.030インチ
の範囲内の小さなすき間を有するような寸法にされてい
る。小さなすき間によって、ろう付け充填材はバー12の
ヒール73と末端リング20の内側舌片71との間を芯のよう
に上がっていくことができる。これによって、ろう付け
表面が多少多くなり、疲労を抑制する助けになる隅肉が
形成される。リングの内側舌片の寸法は、次の式によっ
て決定される。
Dia（内側） ＝Dia（鉄心）・｛（１＋鉄心のα・予熱ΔＴ）／ （１＋銅のα・ろう付け平均ΔＴ）｝ この式において、αは熱膨張係数であり、「予熱Δ
Ｔ」は室温と予熱温度との差であり、「ろう付け平均Δ
Ｔ」は、室温とろう付け中の末端リングの平均温度との
差である。
Ｔ」は室温と予熱温度との差であり、「ろう付け平均Δ
Ｔ」は、室温とろう付け中の末端リングの平均温度との
差である。
回転子アセンブリ10が冷却するにつれて、末端リング
20及び鉄心14はもとの寸法に戻ろうとする。末端リング
20は、それが結合されている回転子バー12によって拘束
されているので、もとの形状に復帰することができな
い。こうして、末端リング20はバーの拘束によって内向
きに曲がり、バーは、末端荷重及び末端モーメントを有
する片持ちばりのように撓む。第８図は、冷却後の末端
リング20及び回転子バー12の形状を誇張して示す。
20及び鉄心14はもとの寸法に戻ろうとする。末端リング
20は、それが結合されている回転子バー12によって拘束
されているので、もとの形状に復帰することができな
い。こうして、末端リング20はバーの拘束によって内向
きに曲がり、バーは、末端荷重及び末端モーメントを有
する片持ちばりのように撓む。第８図は、冷却後の末端
リング20及び回転子バー12の形状を誇張して示す。
この過程が早く済み、ろう付け充填材の融点が低けれ
ば低いほど、ろう付け後のクロム銅の回転子バーの強度
は一層高くなる。本発明の好ましい一実施例では、ろう
付けシムはBAg １充填材で作成されている。BAg １ろ
う付け充填材は共晶に近く（融点及び液化点は等し
い）、他のろう付け充填材料に比べて液化温度が比較的
低い。BAg １充填材の融点は1150゜Fである。BAg １
充填材の組成は、約45％の銀、24％のカドミウム及び約
31％の銅で構成されている。同様な性質を有するこの他
のろう付け充填材も用いることができる。
ば低いほど、ろう付け後のクロム銅の回転子バーの強度
は一層高くなる。本発明の好ましい一実施例では、ろう
付けシムはBAg １充填材で作成されている。BAg １ろ
う付け充填材は共晶に近く（融点及び液化点は等し
い）、他のろう付け充填材料に比べて液化温度が比較的
低い。BAg １充填材の融点は1150゜Fである。BAg １
充填材の組成は、約45％の銀、24％のカドミウム及び約
31％の銅で構成されている。同様な性質を有するこの他
のろう付け充填材も用いることができる。
本発明の一実施例では、回転子バーは、長さが約10イ
ンチ〜11インチであり、CDA18200と同様なクロム銅合金
で形成されている。内側舌片71と外側舌片72との間の末
端リングの空間は約１インチである。末端リングは、そ
の中心では約0.52インチの厚さであり、内側舌片71及び
外側舌片72の所では約0.72インチの厚さである。鉄心は
鋼製であって、高さが7.4インチであり、直径が10.9イ
ンチである。末端リングは回転子バーと同じクロム銅合
金で形成されている。ろう付けアセンブリ30を約600゜F
〜約700゜F、好ましくは約650゜Fに予熱する。回転子鉄
心を予熱する温度は、回転子ベース及び末端リングの時
効温度、並びに回転子鉄心アセンブリ及びろう付け治具
の熱容量の関数である。回転子アセンブリ及びろう付け
治具は、大きなヒート・シンクとして作用する。部分を
予熱しないと、継ぎ目に加えられた熱又はエネルギは殆
んど直ちに運び去られる。異なる寸法を有しているか、
及び／又は異なる材料で作成されている回転子鉄心アセ
ンブリ、並びに種々の寸法を有しているろう付け治具で
は、ろう付けアセンブリを予熱する最適温度は、経験的
に決定することができる。
ンチ〜11インチであり、CDA18200と同様なクロム銅合金
で形成されている。内側舌片71と外側舌片72との間の末
端リングの空間は約１インチである。末端リングは、そ
の中心では約0.52インチの厚さであり、内側舌片71及び
外側舌片72の所では約0.72インチの厚さである。鉄心は
鋼製であって、高さが7.4インチであり、直径が10.9イ
ンチである。末端リングは回転子バーと同じクロム銅合
金で形成されている。ろう付けアセンブリ30を約600゜F
〜約700゜F、好ましくは約650゜Fに予熱する。回転子鉄
心を予熱する温度は、回転子ベース及び末端リングの時
効温度、並びに回転子鉄心アセンブリ及びろう付け治具
の熱容量の関数である。回転子アセンブリ及びろう付け
治具は、大きなヒート・シンクとして作用する。部分を
予熱しないと、継ぎ目に加えられた熱又はエネルギは殆
んど直ちに運び去られる。異なる寸法を有しているか、
及び／又は異なる材料で作成されている回転子鉄心アセ
ンブリ、並びに種々の寸法を有しているろう付け治具で
は、ろう付けアセンブリを予熱する最適温度は、経験的
に決定することができる。
一旦ろう付けアセンブリを所望の温度まで予熱した
ら、手持ちトーチ等によって、ろう付け充填材を溶融す
るのに十分な熱を加えることによって、（回転子バーの
端、ろう付けシム及び末端リングによって形成されてい
る）継ぎ目をろう付けすることができる。予熱過程の
後、手持ちトーチを用いて各々の継ぎ目をろう付けする
のに、約30秒かかる。
ら、手持ちトーチ等によって、ろう付け充填材を溶融す
るのに十分な熱を加えることによって、（回転子バーの
端、ろう付けシム及び末端リングによって形成されてい
る）継ぎ目をろう付けすることができる。予熱過程の
後、手持ちトーチを用いて各々の継ぎ目をろう付けする
のに、約30秒かかる。
最初の継ぎ目がろう付けされた後、この最初の継ぎ目
の近くにある回転子バーの端及び末端リングのその近辺
は、約30秒の間、ろう付け充填材の融点近くにとどま
る。最初にろう付けされた継ぎ目から遠く隔たっている
次々の継ぎ目がろう付けされるとき、最初の位置にあっ
たバー及び末端リングを温度はクロム銅の時効温度より
も低くなり、それ以上の性質の劣化は起こらない。上に
述べた例で回転子アセンブリ全体がろう付けされた後、
鉄心、回転子バー及び末端リングの温度は650゜Fの予熱
温度から約800゜Fまで徐々に上昇する。この温度は、90
0゜Fの時効温度よりも低いので、回転子バーのクロム銅
合金に何ら悪影響を及ぼさない。
の近くにある回転子バーの端及び末端リングのその近辺
は、約30秒の間、ろう付け充填材の融点近くにとどま
る。最初にろう付けされた継ぎ目から遠く隔たっている
次々の継ぎ目がろう付けされるとき、最初の位置にあっ
たバー及び末端リングを温度はクロム銅の時効温度より
も低くなり、それ以上の性質の劣化は起こらない。上に
述べた例で回転子アセンブリ全体がろう付けされた後、
鉄心、回転子バー及び末端リングの温度は650゜Fの予熱
温度から約800゜Fまで徐々に上昇する。この温度は、90
0゜Fの時効温度よりも低いので、回転子バーのクロム銅
合金に何ら悪影響を及ぼさない。
フロントページの続き (72)発明者 フライン，ポール・ロイド アメリカ合衆国、16415、ペンシルバニ ア州、フェアビュー、フォックス・パー ク・ドライブ、5139番 (72)発明者 ギアマライズ，アンソニイ・ウイリアム アメリカ合衆国、16505、ペンシルバニ ア州、エリー、リンカーン・アベニュ ー、527番 (72)発明者 メイアー，ジェームス・アレン アメリカ合衆国、16502、ペンシルバニ ア州、エリー、ウォルナット・ストリー ト、716番 (72)発明者 コブリネッツ，ジェームス アメリカ合衆国、16502、ペンシルバニ ア州、エリー、ウエスト・テンス・スト リート、826番 (72)発明者 ルーザー，ジュニア，シャウン・ポール アメリカ合衆国、05851、ベルモント州、 ライドンビレ、パーク・アベニュー、26 番 (56)参考文献 実開 昭59−3750（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−140001（ＪＰ，Ｕ) 西独国特許出願公開4019112（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 17/16
Claims (4)
- 【請求項１】非同期電動機の回転子の末端リングに複数
の回転子バーをろう付けする非同期電動機の回転子製造
方法であって、 （ａ） （１）複数の回転子バーを回転子鉄心のスロッ
トに位置決めし、 （２）各々の末端リングを回転子バーの端面と向かい合
って位置決めし、 （３）各々の回転子バーの各々の端面と該端面に向かい
合った末端リングとの間にろう付けシムを位置決めし
て、ろう付け後の継ぎ目の厚さよりも大きい厚さを有し
ているろう付け前の継ぎ目を画定することにより、回転
子アセンブリを形成する工程と、 （ｂ） 前記回転子バーよりも熱膨張係数が小さいろう
付け治具内に前記回転子アセンブリを位置決めすること
によりろう付けアセンブリを形成する工程と、 （ｃ） （１）ろう付け工程中において前記回転子アセ
ンブリ全体の温度が前記回転子バー及び末端リングの時
効温度よりも高く上昇しないように、前記ろう付けアセ
ンブリを所定の温度に予熱する工程であって、この所定
温度は、前記回転子バー及び末端リングの時効温度より
も十分低い温度であり、 （２）前記回転子バー及びろう付け治具の熱膨張の差に
よりろう付け継ぎ目に所定量の圧力が加わわり、その結
果、前記継ぎ目がろう付け処理されて冷却した後におい
て、所定の厚さを有したろう付け充填材が前記回転子バ
ーの端面を前記末端リングに結合することとなる程度
に、十分に高い温度であり、 （ｄ） 各々のろう付け前の継ぎ目を加熱してろう付け
処理することにより、前記回転子バーの端面を前記末端
リングに結合する工程、 とを備えた、非同期電動機の回転子の末端リングに複数
の回転子バーをろう付けする非同期電動機の回転子製造
方法。 - 【請求項２】前記末端リングの少なくとも一方は、内側
舌片と、外側舌片とを画成しており、前記回転子バー
は、前記回転子アセンブリが加熱されたときに前記内側
舌片が前記回転子バーを前記回転子アセンブリの中心か
ら外向きに強制的に押し出すことがないように、最初は
前記内側舌片から所定の距離の所で前記末端リング内に
配置されている請求項１に記載の非同期電動機の回転子
製造方法。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の方法により作成
された非同期電動機の回転子。 - 【請求項４】回転子バーを末端リングにろう付けしてろ
う付け継ぎ目を形成する際に、かご形回転子アセンブリ
に所定の圧力を維持する非同期電動機の回転子製造装置
であって、 前記回転子アセンブリは、回転子鉄心内に置かれた回転
子バーであって、前記回転子バーと前記末端リングとの
間に置かれたろう付け充填材からなるろう付けシムの上
に位置決めされた端を有する回転子バーを含んでおり、 前記回転子アセンブリを当該装置内に位置決めする位置
決め手段と、 前記回転子バーの端部とろう付けシムと末端リングとが
ろう付け処理されて継ぎ目を形成するときにおいて、ろ
う付け処理された継ぎ目が所定の厚さを有することとな
るように、前記回転子アセンブリの末端リングと回転子
バーとろう付けシムとに所定量の圧力を加える圧力手段
と、 前記ろう付けシムにより前記回転子バーの端部と前記末
端リングとをろう付けして前記継ぎ目を形成するろう付
け手段とを備え、 前記圧力手段の熱膨張係数は前記回転子バーの熱膨張係
数よりも小さい値であることにより、前記回転子アセン
ブリが当該製造装置内で温度上昇環境下に置かれたとき
に、前記圧力手段の伸びが前記回転子バーよりも小さく
なり、そのために、ろう付けシムに所定量の圧力が加え
られてろう付け充填材が所定の厚さを有するろう付け継
ぎ目を生成するようになる、ことを特徴とする、非同期
交流電動機の回転子の末端リングに回転子バーをろう付
けする非同期電動機の回転子製造装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US917,701 | 1992-07-21 | ||
| US07/917,701 US5283941A (en) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | Method for brazing rotor bars to end rings of a rotor for an asynchronous AC motor |
| PCT/US1993/006229 WO1994002983A1 (en) | 1992-07-21 | 1993-06-29 | Method for brazing rotor bars to end rings of a rotor for an asynchronous ac motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07500479A JPH07500479A (ja) | 1995-01-12 |
| JP3308973B2 true JP3308973B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=25439194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50448594A Expired - Fee Related JP3308973B2 (ja) | 1992-07-21 | 1993-06-29 | 非同期電動機の回転子製造方法、同方法により製造された回転子および非同期電動機の回転子製造装置 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5283941A (ja) |
| EP (1) | EP0608399B1 (ja) |
| JP (1) | JP3308973B2 (ja) |
| AU (1) | AU668205B2 (ja) |
| BR (1) | BR9305577A (ja) |
| CA (1) | CA2113001C (ja) |
| DE (1) | DE69308123T2 (ja) |
| MX (1) | MX9304374A (ja) |
| WO (1) | WO1994002983A1 (ja) |
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| US6031303A (en) * | 1997-12-09 | 2000-02-29 | Siemens Automotive Corporation | Method of joining a member of soft magnetic material to a member of hardened material using a brazing technique |
| DE19835847A1 (de) * | 1998-08-07 | 2000-02-10 | Fuerstlich Hohenzollernsche We | Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen, metallischen Verbundkörpers und mit diesem Verfahren hergestellter Außenläufer für einen Radmotor |
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| DE1638373B2 (de) * | 1967-04-15 | 1971-11-25 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur herstellung von kaefigwicklungen fuer induktions motoren |
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| DE4019112C2 (de) * | 1990-06-15 | 1993-11-04 | Grundfos International A S Bje | Verfahren zur herstellung eines rotors |
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1992
- 1992-07-21 US US07/917,701 patent/US5283941A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
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- 1993-06-29 EP EP93916874A patent/EP0608399B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-29 DE DE69308123T patent/DE69308123T2/de not_active Expired - Fee Related
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