JP3880692B2

JP3880692B2 - Electric motor rotor

Info

Publication number: JP3880692B2
Application number: JP19001997A
Authority: JP
Inventors: 薫小川; 完治水谷; 旭司山田; 幸郎遠藤; 裕光富久; 光一郎大原; 隆渡部; 泉清水; 嘉治斉藤; 重明金井
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH1141872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の回転子に係り、特に比較的小容量の汎用かご形誘導電動機に好適な回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的小容量の汎用誘導電動機としては、従来からかご形誘導電動機が広く使用されている。
ところで、当初、このような汎用小型誘導電動機の回転子としては、電磁鋼板を積層して形成した回転子鉄心のスロット(かご形巻線収納用の溝、又は孔)に、所定の断面形状の銅製の導体バーを１本づつ挿入し、これら複数本の導体バーの両端部にエンドリングをロー付け溶接してかご型巻線を形成させたものが、主として用いられていた。
【０００３】
しかしながら、このような回転子では、かご形巻線の製作に手間が掛るのでコストアップになり易い上、電磁鋼板の積層体からなる回転子鉄心のスロットに、後からかご形巻線用の導体バーを挿入しなければならないので、そのスロットの大きさよりかなり小さい断面積の導体バーでないと挿入することができず、従って、所望の充分に低い抵抗値のかご形巻線が得られず、電動機としての電気特性が低下してしまうという不具合があった。
【０００４】
そこで、汎用小型誘導電動機としては、従来から、導体バー及びエンドリングからなるかご形巻線をアルミニウム材のダイカスト鋳造で形成した、いわゆるキャストロータが広く使用されている。
図１４は、このようなキャストロータを用いた従来技術によるかご形誘導電動機の一例を示したもので、この図において、１はハウジングで、鋳鉄など鉄系材料やアルミニウムなどの軽金属材料の鋳造によりほぼ筒状に形成され、電動機の外被を構成している。
【０００５】
１ａは放熱フィンで、軸方向に沿って並んだ複数の条片として、ハウジング１の外周に放射状に配列され、ハウジング１と一体的に形成されている。
２Ａ、２Ｂはエンドブラケットで、ハウジング１の両側の開口部にそれぞれインロー嵌合して取付けられている。
３は固定子で、ケイ素鋼板などの電磁鋼板を複数枚積層して形成された固定子鉄心３ａと、この固定子鉄心３ａの内周部に複数形成されているスロットに巻回された固定子コイル３ｂとで構成され、ハウジング１内に挿入した上で、その内周部に嵌合し、固定されている。
【０００６】
５は回転子で、中心に軸孔を有する円板形状に打ち抜かれたケイ素鋼板を複数枚積層して形成された回転子鉄心と、その両端面に配置されたエンドリング部７及び図示されていない導体部からなるかご形巻線とで構成されている。
そして、このエンドリング部７と、導体部からなるかご形巻線がアルミニウムのダイキャスト鋳造により形成され、さらに、このエンドリング７に内部冷却用の内ファン８が一体的に形成されている。
【０００７】
回転軸６は回転子５に取付けられ、これを保持した状態で、軸受４Ａ、４Ｂにより、エンドブラケット２Ａ、２Ｂに対して回転自在に保持されている。
そして、この回転軸６の一方の端部(図では右端部)はエンドブラケット２Ｂを挿通して外部に突出し、出力軸をなしており、その他端部(図では左端部)で、エンドブラケット２Ａを挿通して外部に突出した部分には、外部冷却用の外ファン９が装着されている。
【０００８】
１０はエンドカバーで、外ファン９を覆うものであり、一方が開放された皿状の短い円筒形に形成され、その底面に相当する一方の端面には外気を取り込むための開孔１０ａが設けられ、その開放端は、このエンドカバー１０がエンドブラケット２Ａに組み付けられたとき、エンドブラケット２Ａ及びハウジング１の外径部との間に径方向の隙間部１０ｂが形成されるように形成されている。
【０００９】
この誘導電動機は、予め固定子３をハウジング１の内周壁に嵌合して固定しておき、その後、この固定子３内に回転軸６を有する回転子５を挿入し、かつ回転軸６にエンドブラケット２Ａ、２Ｂ内の軸受４Ａ、４Ｂが嵌合するよう、エンドブラケット４Ａ、４Ｂをハウジング１の両端にそれぞれインロー嵌合させ、これらを複数本のボルト(図示せず)により取付けることにより組立られている。
【００１０】
そして、回転子５により外ファン９が回転すると、エンドカバー１０の開孔１０ａから、矢印イで示すように外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、隙間部１０ｂからエンドカバー１０の他端側の外部に吹き出され、エンドブラケット２Ａ、ハウジング１の放熱フィン１ａ、エンドブラケット２Ｂの表面を通風することにより、冷却作用が得られるようになっている。
【００１１】
一方、電動機の内部では、回転子５が回転すると、それに伴い内ファン８が回転して内部の空気に流れを発生させ、発生した空気流が回転子５、エンドリング７、固定子コイル３Ｂ及び固定子鉄心３Ａを冷却しながら通過した後、ハウジング１に比べ、比較的温度上昇の低いエンドブラケット２Ａ、２Ｂの内側を通過することにより冷却されるようにしている。
なお、この種の技術として、関連する公知例としては、特開昭６１−２５１４４０号公報等が挙げられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、かご形巻線に適用した際での、アルミニウムの導電材料としての適格性について、充分な配慮がされているとは言えず、かご形誘導電動機の高性能化を図る上で問題があった。
すなわち、かご形誘導電動機の高性能化の一方途として、かご形巻線の低抵抗化があるが、アルミニウムの導電率(約３．４μΩｃｍ、７５℃)は、銅の導電率(約２．１μΩｃｍ、７５℃)よりもかなり低く、従って、二次抵抗(かご形巻線の抵抗)の低減が充分に図れず、この結果、従来技術では、充分な高性能化が得られないのである。
【００１３】
また、二次抵抗損失が大きくなると、回転子の温度上昇が著しくなるという問題が生じる上、この回転子の温度上昇が二次抵抗値の増加をもたらし、更に二次抵抗損失を増加させることになり、この結果、従来技術では、電動機の滑りが増加して更なる性能の低下をきたしてしまう。
【００１４】
一方、上記したように、回転子鉄心のスロットに予め成形した銅製の導体バーを挿入し、挿入した導体バーと、エンドリングとをロー付け溶接してかご形巻線を形成するようにした従来技術では、これも上記したように、かご形巻線の製作上、手間が著しくかかり過ぎ、しかも回転子鉄心が薄電磁鋼板を積層して形成されるので、かご形巻線の導体バーを挿入しようとすると、そのスロットよりかなり小さい径のものでないと挿入することができず、従って、所望の径より遙かに小さい形状の導体バーとなってしまうので、電動機としての電気特性が低下する不具合があった。
【００１５】
しかして、要求される電気特性を得るの必要な太さの導体バーを用いた場合には、今度は、挿入を容易にするため、スロットの寸法を導体バーの寸法より大きくしなければならないが、この場合には、回転子鉄心の体積が少なくなるので磁束密度が増加し、この結果、励磁電流が増え、電動機としての電気特性が低下するという問題があった。そして、この場合、導体バーにスキューを付けようとすると、さらにかご形巻線用のスロットを大きくする必要があり、一層、不具合が増してしまう。
【００１６】
また、誘導電動機を始動する場合には、一般に大きな電流が導体バーに流れるが、このため、導体バーには大きな電磁力が掛かり、この結果、導体バーに大きな加振力、いわゆる電磁振動力が働いてしまう。
このとき導体バーとスロットの間に隙間があると、導体バーがスロット内で動き、長時間の繰り返しにより導体バーとエンドリングの接合部が破壊されるという問題があった。
【００１７】
一方、このような隘路の打開策として、銅によるかご形巻線の鋳造化が考えられるが、この場合、次の点が新たな隘路となってしまう。
すなわち、銅のダイカスト鋳造について考えてみると、ダイカスト鋳造の加圧力は１２０ＭＰａ(１２０×１０３ｋＰａ)であり、低圧鋳造の加圧力４９〜１６３ｋＰａに比して極めて大きい。
【００１８】
また、銅の融点は１０８３℃で、アルミニウムの融点６６０℃に比してかなり高く、このため、アルミニウムの場合に比して鋳造型の劣化が激しく、寿命が短い。
更にまた、アルミニウムによるダイカスト鋳造の場合は、ビスケットがほぼ１００％再利用できるが、銅の場合はビスケットが再利用できず、歩留りが悪いという問題点がある。
【００１９】
また、従来技術では、前述のように導体バー及びエンドリングからなるかご形巻線を、材料等の問題でダイキャストにより成形できない場合には、かご形巻線をロー付け溶接により成形していたが、この場合、そのエンドリングとしては、例えばプレスによる打抜き加工や塑性変形加工、或いは素材からの削り出し加工などの方法により成形し、導体バーは定尺のバー素材を切断するなどの加工により成形するため、エンドリング部の材料の歩留りが悪いという問題点があった。
【００２０】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、銅材を用いているにも拘わらず、材料の歩留りが良く、簡単かつ確実に回転子巻線が形成でき、これにより、二次抵抗損失が小さくかつ高トルクで高効率の電動機を得ることができる電動機の回転子を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、全閉形のスロットを有する回転子鉄心に、スロット内導体とエンドリングからなるかご形巻線を備えた電動機の回転子において、上記スロット内導体が、上記スロット内に予め挿入した導体バーと、上記スロット内の上記導体バーとの間の空隙部分に溶融状態で充填した後、固化した導電材料で形成され、上記エンドリングの少なくとも一方が、鋳造型の中を真空にした状態で、低圧鋳造した導電材料で形成され、且つ上記鋳造型の部分的な温度制御により、原材料である溶湯よりも純度の高い導電材料を組成分布に含むようになっているようにして達成される。
【００２２】
この結果、本発明によれば、導体バーとスロットの間に空隙が存在しても、そこには、後から導電材料が充填されるので、スロットよりも細い導体バーを用いることができる。
この結果、導体バーの挿入が容易になる上、エンドリングと導体バーの溶接作業が一方のエンドリングだけで済むので、製作が極めて容易となる。
【００２３】
さらに、導体バーとスロットの隙間には導電材料が鋳込み材として充填されるため、両者間の隙間は完全に塞がり、この結果、導体バーが電磁振動力を受けても、該導体バーがスロット内で振動する虞れが無くなるので、長時間にわたって始動が繰り返されたとしても、従来技術のように、導体バーとエンドリングとの接続部が破壊される虞れはなくなる。
【００２４】
また、本発明では、低圧鋳造で鋳込むので、導体バーと鋳込み材を銅にすることができ、この結果、以下の利点が得られる。
すなわち、まず、銅の方が、アルミニウムより約４０％ほど固有抵抗が低いので、二次抵抗も４０％、少なくすることができ、それだけ温度上昇を抑えることができる。
また、このように、二次抵抗損失が４０％少なくできる結果、電動機の滑りが減少し、効率を確実に向上させることができ、例えば、出力３.７ｋＷの汎用４極誘導電動機での計算値において、最大出力を１０％、最大トルクは２％、それぞれ向上できる。
【００２５】
このとき、エンドリング成形用の鋳造型を真空にした上で、低圧鋳造によりエンドリングを形成しているので、エンドリングと導体バーの接合部付近に発生するガスの排除が充分で、このため、エンドリングと導体バーの接合が、エンドリング成形部が気体中にあるときに低圧鋳造により形成した場合より強固にでき、且つ接合部の電気的特性が良好になるので、回転子全体の機械的特性と電気的特性を向上させることができる。
【００２６】
さらに、このとき、エンドリングの鋳造型の温度分布を調整し、鋳込んだ導電材料が凝固するときの位置をエンドリングの厚さ方向に時間的にずらすようにしてもよく、これによれば、導体バーとエンドリングの接合をより強固なものにすることができ、接合部の電気的特性をさらに良好にすることができる。
【００２７】
また、このように、エンドリングの鋳造型の温度を調整することにより、エンドリング成形部の温度を長時間高温に保つことができるため、導体バーとエンドリングの接合部付近に発生するガスをより多く取り除くことができ、これによっても、導体バーとエンドリングの接合をより強固なものにすることができ、接合部の電気的特性をさらに良好にすることができる。
【００２８】
また、このとき、一方のエンドリングだけではなく、両側のエンドリングの形成に本発明を適用しても良く、この場合には、更に回転子の機械的特性と、電気的特性を向上させることができる。
また、この場合には、エンドリングの溶接が不要になるので、製作が極めて容易となる。
【００２９】
また、本発明では、鋳造型の内部が真空に引かれた状態でエンドリングが成形され、且つ低圧鋳造であるため、ビスケットの再利用率はほぼ１００％になり、この結果、材料の歩留りが格段に向上され、さらに低圧鋳造によっているため、溶湯(溶融した導通材料)の加圧力が小さいため、鋳造型の損耗が少なく、寿命が長くなるので、信頼性が高く、二次抵抗損失が小さく、かつ高トルクで高効率の電動機を、ローコストで容易に製作することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電動機の回転子について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による回転子５を用いた誘導電動機の一例で、図において、７ａは導体バー、７ｂ、７ｃはエンドリングであり、その他、この回転子５の構成以外は、図１４で説明した従来の誘導電動機と同じである。
従って、以下、この回転子５について、主として説明する。
【００３１】
まず、この回転子５の回転子鉄心５ａは、電磁鋼板から図３に示す形状に打ち抜いた回転子鉄板５ｂを所定枚数、積層して形成されている。
そして、この回転子鉄板５ｂには、図示のように、その外周部の近傍に、周方向に並んで配置されたかご形巻線収納用のスロット(孔)５ｃが所定個数、形成してあるり、この回転子鉄板５ｂを所定枚数、図４に示すように積層して回転子鉄心５ａを形成する。
【００３２】
そして、この図１の本発明の実施形態による回転子５が、従来技術と異なる点は、図２に示すように、回転子鉄心５ａに施されるかご形巻線のうち、スロット５ｃ内に挿通される部分が、銅の導体バー７ａと、この導体バー７ａとスロット５ｃとの間に存在する空隙内に溶融した状態で充填した銅で形成されている点にある。
【００３３】
このため、まず回転子鉄心５ａのスロット５ｃ内に、所定の太さの導体バー７ａを軸方向に沿ってそれぞれ挿通し、これら導体バー７ａの一方の端部に、予め所定の形状で、所定の位置に複数の孔が設けられているエンドリング７ｂを嵌合させた上で、ろう付け部Ｓで示すように、両者をろう付けなどの方法で接合して一体化する。
【００３４】
次に、所定の鋳造型を用い、真空状態で銅の溶湯(溶解している銅)による低圧鋳造を行い、これにより、導体バー７ａとスロット５ａとの間に存在する空隙内に溶融された銅が充填され、さらにこの充填された部分の銅と一体に、導体バー７ａの他方の端部に銅のエンドリング７ｃが鋳造されるようにしたものである。
【００３５】
次に、この実施形態による真空状態での低圧鋳造による銅の鋳込みと、エンドリング７ｃを成形する方法について詳細に説明する。
まず、図５は、このときに使用する鋳造装置の一実施形態で、図において、５０はダイキャスト用の鋳造型、５１は真空引き用の上型、５２は鋳造炉、５３は真空引き用のチャンバ、５４は加熱装置である。
鋳造型５０は、図６に示すように、エンドリング７ｃの形状に合わせて作られたリング状の鋳造型部分５０ａと、溶湯通路５０ｂを備え、さらに加熱線５０ｃが設けてある金属性の鋳型(金型)で、エンドリング鋳造時、図５に示すように、鋳造炉５２の上に設置されて使用される。
【００３６】
そして、このため溶湯通路５０ｂの下側には溶湯管路Ｐが取り付けてあり、この溶湯管路Ｐの下端は、図５に示すように、鋳造炉５２の上に鋳造型５０が設置されたとき、鋳造炉５２内の溶湯Ｍ内に入り込むようになっている。
ここで、加熱線５０ｃは鋳造型部分５０ａの周辺部に設けられた抵抗発熱用の電熱線、又は誘導加熱用のコイルで構成され、鋳込み時、鋳造型部分５０ａの温度を制御するのに使用される。
【００３７】
上型５１は、図７に示すように、回転子５が収まる部分５１ａと真空通路５１ｂを備え、エンドリング鋳造時、図５に示すように、鋳造型５０の上に重ね合わせて使用される。
鋳造炉５２は、密閉した容器として作られ、図示してない加熱手段を備え、内部に溶解した銅の溶湯Ｍを蓄える働きをすると共に、これも図示してない不活性ガスの加圧手段を備え、溶湯Ｍの上部に残されている空間Ｇ内の不活性ガスの圧力が必要に応じて高められるように構成されている。
【００３８】
また、この鋳造炉５２には溶湯管路Ｐが設けてあり、さらに、この溶湯管路Ｐには加熱装置５４が設けてあり、これにより内部の溶湯Ｍの温度が低下し、凝固してしまう虞れがないようにしてある。
なお、エンドリング成形用の鋳造型５０に設けられる溶湯通路５０ｂと溶湯管路Ｐは、複数であってもよい。
そして、これら鋳造型５０と上型５１、それに鋳造炉５２からなる鋳造装置はチャンバ５３の中に設置されている。
【００３９】
つぎに、この図５の鋳造装置を用いた回転子のエンドリングの鋳込み成形処理について説明する。
まず、図３、図４に示した積層回転子鉄心５ａのスロット孔５ｃに、図２に示すように、導体バー７ａを挿通させ、この導体バー７ａに、ろう付け部Ｓで一方のエンドリング７ｂが取り付けられた状態の回転子半完成品を用意する。
従って、このときの回転子半完成品では、図２におけるエンドリング７ｃは存在していない。
【００４０】
次に、この回転子半完成品を、図５に示すように、エンドリング７ｂが上側になるようにして、鋳造型５０の鋳造型部分５０ａ１内に装着し、次いで図示のように、この上に上型５１を被せ、鋳造型５０に重ね合わせる。
そして、この後、上述のごとく、この半完成品が装着された鋳造型５０を鋳造炉５２上に設置する。
【００４１】
次いで、上記した加圧手段により、鋳造炉５２内に不活性ガスを送り込み、空間Ｇを４９ｋＰａ〜１６３ｋＰａ程度に加圧し、これにより、溶湯Ｍが溶湯管路Ｐを通って上方に押し上げられ、鋳造型５０の鋳造型部分５０ａ内に流れ込み、さらに導体バー７ａと、回転子鉄心５ａのスロット５ｃとの間の空隙部７ｅに流れ込んで行くようにする。
【００４２】
このとき、溶湯Ｍに掛かる圧力が、上記ように４９ｋＰａ〜１６３ｋＰａ程度で、周知のダイカスト工法の場合に比してかなり低くなっており、これが、この実施形態で、低圧鋳造法という名称の所以となっているものである。
一方、このときさらに、図示してない真空ポンプなどの気体吸引装置により、チェンバ５３内を５ｋＰａ以下の真空に保ち、これにより、上型５１の真空通路５１ｂを介して、部分５１ａ内と、鋳造型５０の鋳造型部分５０ａ内が真空に引かれるようにする。
【００４３】
従って、鋳造炉５２内の溶湯Ｍは、空間Ｇ内の圧力と、チェンバ５３内の真空により、図５に実線の矢印で示すように、溶湯管路Ｐ通ってエンドリング成形用の鋳造型部分５０ａ内に移動し、鋳造完了後、エンドリング７ｃを形成することになる。
さらに溶湯Ｍは、導体バー７ａの方へも移動し、導体バー７ａとスロット５ｃとの間の隙間にも充填され、導体バー７ａと共にかご形巻線のスロット内導体を形成することになる。
【００４４】
ここで、溶湯Ｍの注入時、導体バー７ａの下端部とエンドリング７ｃの接合部７ｐなど、内部でガスが発生する虞れがある。
しかし、この実施形態では、チャンバ５３内を真空にし、エンドリング鋳造型部分５０ａ内が真空になるようにしてあるので、発生したガスは真空に引かれ、図中に破線の矢印で示すように、鋳造型部分５０ａからエンドリング成形用鋳造型すきま７ｊ、真空引き用上型すきま７ｍへと移動し、真空通路５１ｂを通り、真空引き用チャンバ５３内に移動し、上記した真空ポンプなどの気体吸引装置により外部に吸い出されてしまう。
【００４５】
従って、この実施形態によれば、鋳込みに際して、溶湯Ｍが酸化したり、凝固後に欠陥が発生したりする虞れを確実に抑えることができる。
なお、上型５１に具備される真空通路５１ｂは複数であってもよい。
次に、加熱線５０ｃについて説明する。
【００４６】
この加熱線５０ｃは、上記したように、鋳造型部分５０ａの周囲に設けられた電熱線、又は誘導加熱用のコイルなどで構成され、鋳造型部分５０ａの温度を所定値に保ち、これにより、導体バー７ａと、鋳込み形成された後のエンドリング７ｃとの接合が確実に得られるようにする。
このときの温度は９００〜１２００℃程度である。
【００４７】
さらに、この加熱線５０ｃは、鋳込み時、鋳造型部分５０ａの温度を、図では上下方向にわたって部分的に制御することができるように、電熱線、又は誘導加熱用のコイルが複数の群に分けて通電制御ができるように構成してある。
そして、溶湯Ｍを注入し、形成されたエンドリング７ｃと導体バー７ａが接合した後、加熱線５０ｃによる加熱動作を、図では上側の、回転子鉄心５ａに近い部分から順に停止させてゆき、鋳造型部分５０ａの温度が上側から下側に向かって順次低下してゆくようにする。
このときの加熱停止開始時間や、次の群による加熱停止までの時間などの条件は、ここには示さないが、適切な条件となるようにする。
【００４８】
これにより、鋳造型部分５０ａ内の溶湯Ｍは、回転子鉄心５ａに近い部分、つまり上側から冷えてゆき、回転子鉄心５ａに近い部分から凝固し始め、溶湯通路５０ｂ付近が最後に凝固する。
ここで、液体が部分的に凝固し始めた状態では、まだ凝固していない液体の部分と、既に凝固した部分とで不純物濃度に差を生じるという物性があり、この物性は偏析として周知である。
そして、液体が銅の溶湯の場合、通常、不純物濃度は、液体の部分の方が高くなるので、先に凝固した部分の純度が上がる。
【００４９】
そこで、鋳造型部分５０ａ内の溶湯Ｍが全て凝固し、エンドリング７ｃが形成された時点では、本来、このエンドリング７ｃ内に存在すべき筈であった不純物の大部分は、加熱装置５４により溶湯Ｍの溶融温度以下にならないように加熱されている溶湯管路Ｐ内の溶湯Ｍに移ってしまうことになる。
従って、この実施形態によれば、原材料である溶湯Ｍよりも純度の高い銅で成形されたエンドリング７ｃを得ることができ、図８に示すように、低い二次抵抗のかご形巻線を備えた回転子を容易に得ることができる。
【００５０】
また、この実施形態によれば、エンドリングと導体バーの溶接作業が一方のエンドリング７ｂだけで済むため、製作が極めて容易となる。
また、上述のように、導体バーとスロットの隙間が無くなるため、導体バー７ａが電磁振動力を受けても、スロット５ｃ内で振動する虞れがないため、長時間の始動繰り返しによっても、導体バー７ａとエンドリングとの接合部が破壊される虞れがない。
さらにまた、上述のように、エンドリング７ｃが純度の高い銅で形成されるため、電動機のすべりや損失が減少し、特性が一層向上する。
【００５１】
また、上述のように、エンドリング成形用の鋳造型部分５０ａ内が真空に引かれた状態で鋳込みされるので、エンドリング７ｃと導体バー７ａの接合部７ｐから発生するガスが充分に取除かれることになり、この接合部７ｐの接合が、気体中で低圧鋳造により形成した場合に比して、より強固になると共に、この接合部７ｐの電気的特性もさらに良好になり、回転子の機械的特性と電気的特性が向上する。
【００５２】
さらにこのとき、上述のように、エンドリング成形用鋳造型部分５０ａの温度を調整して、最適な温度でエンドリング７ｃが形成できるため、この接合部７ｐの電気的特性がさらに改善され、回転子の機械的特性と電気的特性が向上する。
【００５３】
また、このようにエンドリング成形よう鋳造型部分５０ａの温度を調整し、この部分を、より長時間、高温に保つことができるので、エンドリング７ｃと導体バー７ａの接合部７ｐ付近に発生するガスをより多く取り除くことができ、この結果、上述のように、エンドリング７ｃと導体バー７ａの接合部７ｐの接合は、より強固になると共に、電気的特性がさらに良好になり、回転子の機械的特性と電気的特性が向上する。
【００５４】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
以下に説明する実施形態は、回転子の両側のエンドリングを、何れも真空状態で、低圧鋳造により形成するようにしたもので、更に、この実施形態では、スロットにスキュー(ひねり)が設けられている回転子に適用した場合を示したものである。
【００５５】
まず、図１０と図１１に示すように、回転子鉄心５ａのかご形巻線用のスロット５ｃの形状を、正方形、又は長方形などの多角形にし、これに合わせて、導体バー７ａの断面形状も正方形、又は長方形などの多角形にする。
次に、この回転子鉄心用の鉄板を順次１枚ずつ或る所定の角度だけ回動させては積層してゆき、これにより図９のイ方向から見たときは、図１０にハッチングを付して、Ｘで示す位置にあるスロット５ｃが、図９のロ方向から見たときは、図１１にＹで示してある位置にくるようにし、これにより、１スロット分のスキューが与えられるようにした上で、溶接などの方法で相互に固着させて回転子鉄心５ａとする。
【００５６】
次に、この回転子鉄心５ａの各スロット５ｃに、図９)に示すように、導体バー７ａを夫々挿通させる。
そうすると、上記したスロット５ｃのスキューのため、スロット５ｃに挿入した導体バー７ａに軽い曲げ応力がかかるので、図示のように、回転子鉄心５ａの両側に、均等に導体バー７ａの端部７ｅが突き出した状態で、導体バー７ａを回転子鉄心５ａに保持させることができる。
そこで、この図９に示す状態の回転子を回転子半完成品とし、図１２に示す鋳造装置により、導体バー７ａの両端部に、順次、エンドリング７ｂとエンドリング７ｃを形成し、図１３に示す回転子を得るのである。
【００５７】
この図１２に示した鋳造装置は、基本的には図５に示した鋳造装置と同じであるが、この場合は、上型５１の上型すきま７ｍの形状が、鋳造型５０のエンドリング鋳造型部分５０ａとほぼ同じに作られている。
そして、最初、回転子半完成品の下側に一方のエンドリング、例えばエンドリング７ｂを形成した後、次に回転子半完成品を上下反対にし、他方のエンドリング７ｃを形成する。従って、この実施形態では、一方のエンドリング７ｂと他方のエンドリング７ｃの形状は同一形状になる。
【００５８】
こうして、この実施形態によれば、図１３に示すように、スキューを持った回転子を得ることができ、始動特性やトルク脈動特性に優れた誘導電動機を容易に得ることができる。
そして、この図１２の鋳造装置による回転子によれば、エンドリング７ｂ、７ｃの何れについても、導体バー７ａとの溶接処理は不要であり、より一層、製造を容易にすることができる。
なお、その他の効果は、図５の場合と同じであるので、説明は省略する。
【００５９】
ここで、以上の実施形態による効果について、以下説明する。
まず、回転子５のかご形巻線が全て銅で形成できる。
この場合、銅の固有抵抗が約２．１μΩｃｍ（７５℃）であり、アルミニウムのそれが３．４μΩｃｍであるので、銅のかご形巻線の方がアルミニウムより約４０％ほど固有抵抗を小さくすることができ、それだけ温度上昇が抑えられる。
【００６０】
この結果、本発明の実施形態による回転子５を用いた電動機によれば、アルミニウムのかご形巻線を有する回転子を用いた従来技術に比較して、二次抵抗損失が４０％小さくなり、電動機の効率を確実に１％向上させることができる。
この数値は、単純に考えると小さいものであるが、アルミニウムのダイカスト成形によるがご型誘導電動機との対比では、顕著な効果となる。
【００６１】
また、上述の通り、二次抵抗が４０％小さくできることから、例えば３．７ｋＷ、４Ｐの汎用誘導電動機において、二次抵抗は計算上で約４０％小さくすることができ、この結果、最大出力は１０％、最大トルクは２％向上させることができるので、滑りを確実に低減することができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、エンドリングが真空状態で低圧鋳造により成形するため、材料の歩留りがほぼ１００％にでき、回転子のかご形巻線をロー付溶接して成形する場合、またかご形巻線部が銅ではあるが、通常のダイキャスト成形する場合に比して、材料の歩留りが格段に向上する。
【００６３】
また、低圧鋳造によっているため、かご形巻線部が銅のダイキャスト成形による場合に比して、鋳造型に加わる鋳造加圧力が極めて小さくでき、従って、鋳造型の寿命が長くなり、コストを抑えることができる。
【００６４】
従って、上記実施形態によれば、信頼性が高く、二次抵抗損失が小さく、且つ高トルクで高効率の電動機を得るのに必要な回転子をローコストで容易に得るこことができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明による効果を列挙すれば、以下の通りである。
１．製作に際して、材料の歩留りが良い。
２．エンドリングの溶接回数が低減でき、製作が極めて容易である。
３．導体バーとスロットの隙間にも鋳込み材が充填されるので、導体バーに電磁振動力が加わっても動かず、導体バーとエンドリングの接合部が破壊される虞れがなくなる。
４．導体バーとエンドリングの接合部の温度が、接合に適した温度に保てるので、確実な接合が容易に得られる。
【００６６】
５．導体バーとエンドリングの接合部に発生するガスが効果的に取り除けるので、接合部の接合がより強固にでき、接合部に電磁振動力が働いても確実に接合を維持することができる。
【００６７】
６．銅材によりかご形巻線が形成できるので、アルミニウム材よりも約４０％ほど固有抵抗が小さく、その分、温度上昇が抑えられ、二次抵抗損失の減少と滑りの確実な低減を得ることができ、電動機の信頼性と性能を確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電動機の回転子を用いた誘導電動機の一例を示す一部断面による側面図である。
【図２】本発明による電動機の回転子の一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による回転子鉄心の正面図である。
【図４】本発明の一実施形態による回転子鉄心の側面図である。
【図５】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の一例を示す説明図である。
【図６】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の一例における鋳造型の説明図である。
【図７】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の一例における上型の説明図である。
【図８】本発明による回転子の一実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明による回転子の他の一実施形態における回転子半完成品を示す断面図である。
【図１０】本発明による回転子の他の一実施形態における回転子鉄心を一方から見た正面図である。
【図１１】本発明による回転子の他の一実施形態における回転子鉄心を他方から見た正面図である。
【図１２】本発明による回転子の他の一実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の他の一例を示す説明図である。
【図１４】従来技術による誘導電動機の一例を示す一部断面による側面図である。
【符号の説明】
５回転子
５ａ回転子鉄心
５ｃスロット
７ａ導体バー
７ｂ、７ｃエンドリング
７ｅ導体バーとかご形巻線用の溝との隙間
７ｊエンドリング成形用鋳造型すきま
７ｋ溶湯移動用パイプ温度調節部
７ｍ真空引き用上型すきま
７ｐ導体バーとエンドリングの接合部
５０鋳造型
５０ａエンドリング成形用の鋳造形部
５０ｂ溶湯通路
５０ｃ加熱線(加熱手段)
５１真空引き用の上型
５１ａ回転子５が収まる部分
５１ｂ真空通路
５２鋳造炉
５３真空引き用のチャンバ
５４加熱装置
Ｇ空間
Ｍ溶湯[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotor for an electric motor, and more particularly to a rotor suitable for a general-purpose squirrel-cage induction motor having a relatively small capacity.
[0002]
[Prior art]
A squirrel-cage induction motor has been widely used as a general-purpose induction motor having a relatively small capacity.
By the way, initially, as a rotor of such a general-purpose small induction motor, a slot of a rotor core (a groove or a hole for storing a squirrel-cage winding) formed by laminating electromagnetic steel plates has a predetermined cross-sectional shape. One in which copper conductor bars are inserted one by one and end rings are brazed and welded to both ends of the plurality of conductor bars to form a squirrel-cage winding has been mainly used.
[0003]
However, in such a rotor, it takes a lot of time to manufacture a squirrel-cage winding, which tends to increase the cost. In addition, a conductor for a squirrel-cage winding is later inserted into a slot of a rotor core made of a laminate of electromagnetic steel sheets. Since the bar has to be inserted, it cannot be inserted unless the conductor bar has a cross-sectional area considerably smaller than the size of the slot. Therefore, a cage winding with a sufficiently low resistance value cannot be obtained. As a result, there is a problem that the electrical characteristics of the device deteriorate.
[0004]
Thus, as a general-purpose small induction motor, a so-called cast rotor in which a cage winding made of a conductor bar and an end ring is formed by die casting of an aluminum material has been widely used.
FIG. 14 shows an example of a squirrel-cage induction motor according to the prior art using such a cast rotor. In this figure, reference numeral 1 denotes a housing, which is obtained by casting a ferrous material such as cast iron or a light metal material such as aluminum. It is formed in a substantially cylindrical shape and constitutes the outer casing of the electric motor.
[0005]
Reference numeral 1a denotes a heat radiating fin, which is radially arranged on the outer periphery of the housing 1 as a plurality of strips arranged in the axial direction, and is integrally formed with the housing 1.
Reference numerals 2A and 2B denote end brackets, which are attached to the openings on both sides of the housing 1 by inlay fitting.
Reference numeral 3 denotes a stator, which is a stator core 3a formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates such as silicon steel plates, and a stator wound around a plurality of slots formed in the inner peripheral portion of the stator core 3a. The coil 3b is configured to be inserted into the housing 1 and then fitted and fixed to the inner peripheral portion thereof.
[0006]
Reference numeral 5 denotes a rotor, a rotor core formed by laminating a plurality of silicon steel plates punched into a disk shape having a shaft hole in the center, end ring portions 7 disposed on both end faces thereof, and the illustrated figure. It consists of a squirrel-cage winding consisting of no conductors.
The end ring portion 7 and a squirrel-cage winding made of a conductor portion are formed by die casting of aluminum, and an inner fan 8 for internal cooling is integrally formed on the end ring 7.
[0007]
The rotating shaft 6 is attached to the rotor 5 and is held rotatably with respect to the end brackets 2A and 2B by the bearings 4A and 4B in a state where the rotating shaft 6 is held.
One end portion (right end portion in the figure) of the rotating shaft 6 is inserted through the end bracket 2B and protrudes outside to form an output shaft, and the other end portion (left end portion in the figure) is the end bracket 2A. The external fan 9 for external cooling is attached to the portion that is inserted through and protrudes to the outside.
[0008]
Reference numeral 10 denotes an end cover which covers the outer fan 9 and is formed in a short dish-like cylindrical shape with one open, and an opening 10a for taking in outside air is provided on one end surface corresponding to the bottom surface thereof. The open end is formed so that a radial gap 10b is formed between the end bracket 2A and the outer diameter portion of the housing 1 when the end cover 10 is assembled to the end bracket 2A. Yes.
[0009]
In this induction motor, the stator 3 is fitted and fixed in advance to the inner peripheral wall of the housing 1, and then the rotor 5 having the rotating shaft 6 is inserted into the stator 3. Assemble the end brackets 4A and 4B by inlay fitting on both ends of the housing 1 so that the bearings 4A and 4B in the end brackets 2A and 2B fit, and attach them with a plurality of bolts (not shown). It has been.
[0010]
Then, when the outer fan 9 is rotated by the rotor 5, the outside air is sucked from the opening 10a of the end cover 10 as shown by the arrow A, and the sucked air flows from the gap 10b to the other end side of the end cover 10. The air is blown out of the air and the air is blown through the surfaces of the end bracket 2A, the heat dissipating fins 1a of the housing 1 and the end bracket 2B so that a cooling action is obtained.
[0011]
On the other hand, when the rotor 5 is rotated inside the electric motor, the inner fan 8 is rotated accordingly to generate a flow in the internal air, and the generated air flow is generated by the rotor 5, the end ring 7, the stator coil 3B, and the like. After passing through the stator core 3A while being cooled, the stator core 3A is cooled by passing through the inside of the end brackets 2A and 2B, which have a relatively low temperature rise compared to the housing 1.
In addition, as this kind of technique, related publicly known examples include Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-251440.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The above prior art cannot be said to give sufficient consideration to the suitability of aluminum as a conductive material when applied to a squirrel-cage winding, and in order to improve the performance of a squirrel-cage induction motor. There was a problem.
That is, as one way of improving the performance of the squirrel-cage induction motor, there is a reduction in resistance of the squirrel-cage winding, but the conductivity of aluminum (about 3.4 μΩcm, 75 ° C.) is the conductivity of copper (about 2. Therefore, the secondary resistance (the resistance of the squirrel-cage winding) cannot be sufficiently reduced, and as a result, sufficient performance cannot be achieved with the prior art.
[0013]
In addition, when the secondary resistance loss increases, there arises a problem that the temperature rise of the rotor becomes significant, and this temperature rise of the rotor causes an increase in the secondary resistance value, and further increases the secondary resistance loss. As a result, in the prior art, the slippage of the electric motor is increased and the performance is further deteriorated.
[0014]
On the other hand, as described above, a copper conductor bar formed in advance is inserted into the slot of the rotor core, and the inserted conductor bar and the end ring are brazed and welded to form a cage winding. In the technology, as described above, too much labor is required in the production of the squirrel-cage winding, and the rotor core is formed by laminating thin electromagnetic steel plates. If you try to do so, it can only be inserted if it has a diameter that is considerably smaller than the slot. Therefore, the conductor bar has a shape that is much smaller than the desired diameter. was there.
[0015]
Thus, when a conductor bar having a thickness necessary to obtain the required electrical characteristics is used, the slot size must be larger than the conductor bar size in order to facilitate insertion. In this case, since the volume of the rotor core is reduced, the magnetic flux density is increased. As a result, there is a problem that the excitation current is increased and the electrical characteristics as the motor are deteriorated. In this case, if the conductor bar is to be skewed, it is necessary to further increase the slot for the squirrel-cage winding, which further increases the problem.
[0016]
In addition, when starting an induction motor, generally a large current flows through the conductor bar. For this reason, a large electromagnetic force is applied to the conductor bar, and as a result, a large excitation force, so-called electromagnetic vibration force, is applied to the conductor bar. I will work.
At this time, if there is a gap between the conductor bar and the slot, there is a problem that the conductor bar moves in the slot, and the joint between the conductor bar and the end ring is broken by repeated for a long time.
[0017]
On the other hand, as a breakthrough for such a bottleneck, casting of a squirrel-cage winding with copper is conceivable, but in this case, the following points become a new bottleneck.
That is, when considering the die casting of copper, the pressure of die casting is 120 MPa (120 × 103 kPa), which is very large compared to the pressure of 49 to 163 kPa of low pressure casting.
[0018]
Further, the melting point of copper is 1083 ° C., which is considerably higher than the melting point of aluminum, 660 ° C. Therefore, the casting mold is severely deteriorated and the life is short as compared with the case of aluminum.
Furthermore, in the case of die casting with aluminum, the biscuits can be reused almost 100%, but in the case of copper, the biscuits cannot be reused, resulting in a poor yield.
[0019]
Further, in the prior art, as described above, when the squirrel-cage winding composed of the conductor bar and the end ring cannot be formed by die casting due to a problem of materials, the squirrel-cage winding is formed by brazing welding. However, in this case, the end ring is formed by a method such as punching or plastic deformation using a press, or cutting out from a material, and the conductor bar is formed by processing such as cutting a fixed bar material. In order to form, there was a problem that the yield of the material of an end ring part was bad.
[0020]
The object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and despite the fact that a copper material is used, the yield of the material is good and a rotor winding can be formed easily and reliably. Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotor for an electric motor that can obtain a high-efficiency electric motor with low secondary resistance loss and high torque.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a rotor for a motor having a squirrel-cage winding consisting of a conductor in an slot and an end ring in a rotor core having a fully-closed slot, and the conductor in the slot is inserted in the slot in advance. After the gap between the bar and the conductor bar in the slot is filled in a molten state, it is formed of a solidified conductive material, and at least one of the end rings is in a state where the casting mold is evacuated. Formed by a low-pressure cast conductive material and by partial temperature control of the casting mold. As a result, the composition distribution includes conductive materials with higher purity than the raw material molten metal. To be achieved.
[0022]
As a result, according to the present invention, even if there is a gap between the conductor bar and the slot, the conductor bar is filled later with the conductive material, so that a conductor bar thinner than the slot can be used.
As a result, the conductor bar can be easily inserted and the end ring and the conductor bar can be welded only by one end ring, which makes the manufacture extremely easy.
[0023]
Further, since the conductive material is filled as a casting material in the gap between the conductor bar and the slot, the gap between the two is completely closed. As a result, even if the conductor bar is subjected to electromagnetic vibration force, the conductor bar remains in the slot. Therefore, even if the start is repeated for a long time, there is no possibility that the connection portion between the conductor bar and the end ring is broken as in the prior art.
[0024]
Moreover, in this invention, since it casts by low pressure casting, a conductor bar and a casting material can be made into copper, As a result, the following advantages are acquired.
That is, first, the specific resistance of copper is about 40% lower than that of aluminum, so the secondary resistance can be reduced by 40%, and the temperature rise can be suppressed accordingly.
Further, as a result of the secondary resistance loss being reduced by 40% as described above, the slip of the motor can be reduced and the efficiency can be reliably improved. For example, the calculated value in a general-purpose four-pole induction motor with an output of 3.7 kW The maximum output can be improved by 10% and the maximum torque by 2%.
[0025]
At this time, since the end ring is formed by low-pressure casting after the casting mold for forming the end ring is evacuated, it is sufficient to eliminate the gas generated near the joint between the end ring and the conductor bar. The end ring and conductor bar can be joined more firmly than when formed by low pressure casting when the end ring forming part is in the gas, and the electrical characteristics of the joined part are improved. Characteristics and electrical characteristics can be improved.
[0026]
Furthermore, at this time, the temperature distribution of the casting mold of the end ring may be adjusted so that the position where the cast conductive material solidifies may be shifted in time in the thickness direction of the end ring. In addition, the bonding between the conductor bar and the end ring can be made stronger, and the electrical characteristics of the bonded portion can be further improved.
[0027]
In addition, by adjusting the temperature of the casting mold of the end ring in this way, the temperature of the end ring forming part can be kept high for a long time, so the gas generated near the joint between the conductor bar and the end ring can be reduced. More can be removed, and this also makes it possible to further strengthen the bonding between the conductor bar and the end ring and further improve the electrical characteristics of the bonding portion.
[0028]
At this time, the present invention may be applied not only to one end ring but also to the formation of end rings on both sides. In this case, the mechanical characteristics and electrical characteristics of the rotor are further improved. Can do.
Further, in this case, since the end ring is not required to be welded, the manufacturing becomes extremely easy.
[0029]
In the present invention, since the end ring is molded in a state where the inside of the casting mold is evacuated and the casting is performed at a low pressure, the recycling rate of the biscuits becomes almost 100%. As a result, the yield of the material is increased. Because it is remarkably improved and further by low pressure casting, the applied pressure of the molten metal (molten conductive material) is small, so the wear of the casting mold is small and the life is long, so the reliability is high and the secondary resistance loss is small. In addition, a high torque and high efficiency motor can be easily manufactured at low cost.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the rotor of the electric motor according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
FIG. 1 is an example of an induction motor using a rotor 5 according to an embodiment of the present invention. In the figure, 7a is a conductor bar, 7b and 7c are end rings, and other than the configuration of this rotor 5 This is the same as the conventional induction motor described in FIG.
Therefore, the rotor 5 will be mainly described below.
[0031]
First, the rotor core 5a of the rotor 5 is formed by laminating a predetermined number of rotor iron plates 5b punched out of electromagnetic steel sheets into the shape shown in FIG.
The rotor iron plate 5b is formed with a predetermined number of slots (holes) 5c for accommodating cage windings arranged side by side in the circumferential direction in the vicinity of the outer peripheral portion thereof as shown in the figure. Thus, a predetermined number of the rotor iron plates 5b are stacked as shown in FIG. 4 to form the rotor core 5a.
[0032]
The difference between the rotor 5 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and the prior art is that, as shown in FIG. 2, in the cage-shaped winding applied to the rotor core 5a, in the slot 5c. The inserted portion is formed of copper conductor bar 7a and copper filled in a melted state in a gap existing between conductor bar 7a and slot 5c.
[0033]
For this reason, first, a conductor bar 7a having a predetermined thickness is inserted into the slot 5c of the rotor core 5a along the axial direction, and a predetermined shape is formed in advance at one end of the conductor bar 7a. After fitting the end ring 7b provided with a plurality of holes at the position, the two are joined and integrated by a method such as brazing, as indicated by a brazing portion S.
[0034]
Next, using a predetermined casting mold, low pressure casting with a molten copper (melted copper) was performed in a vacuum state, and thereby, the molten metal was melted in the gap existing between the conductor bar 7a and the slot 5a. Copper is filled, and a copper end ring 7c is cast at the other end of the conductor bar 7a integrally with the filled copper.
[0035]
Next, the casting of copper by low pressure casting in a vacuum state according to this embodiment and the method of forming the end ring 7c will be described in detail.
First, FIG. 5 is an embodiment of a casting apparatus used at this time. In the figure, 50 is a casting mold for die casting, 51 is an upper mold for vacuuming, 52 is a casting furnace, and 53 is for vacuuming. The chamber 54 is a heating device.
As shown in FIG. 6, the casting mold 50 includes a ring-shaped casting mold portion 50a made in accordance with the shape of the end ring 7c, a molten metal passage 50b, and a metallic mold provided with a heating wire 50c. When the end ring is cast in the (die), it is installed on the casting furnace 52 and used as shown in FIG.
[0036]
For this reason, a molten metal pipe P is attached to the lower side of the molten metal passage 50b, and the lower end of the molten metal pipe P is provided with a casting mold 50 on a casting furnace 52 as shown in FIG. At this time, it enters the molten metal M in the casting furnace 52.
Here, the heating wire 50c is composed of a heating wire for resistance heating or a coil for induction heating provided around the casting mold portion 50a, and is used to control the temperature of the casting die portion 50a during casting. Is done.
[0037]
As shown in FIG. 7, the upper die 51 includes a portion 51a in which the rotor 5 can be accommodated and a vacuum passage 51b. When the end ring is cast, the upper die 51 is superimposed on the casting die 50 as shown in FIG. .
The casting furnace 52 is made as a hermetically sealed container and includes a heating means (not shown). The casting furnace 52 functions to store a molten copper M dissolved therein, and also includes an inert gas pressurizing means (not shown). It is comprised so that the pressure of the inert gas in the space G remaining in the upper part of the molten metal M may be raised as needed.
[0038]
Further, the casting furnace 52 is provided with a molten metal pipe P, and further, a heating device 54 is provided in the molten metal pipe P, whereby the temperature of the molten metal M inside is lowered and solidified. There is no fear.
Note that there may be a plurality of the melt passages 50b and the melt pipes P provided in the casting mold 50 for forming the end ring.
A casting apparatus comprising the casting mold 50, the upper mold 51, and the casting furnace 52 is installed in a chamber 53.
[0039]
Next, the casting process of the rotor end ring using the casting apparatus of FIG. 5 will be described.
First, as shown in FIG. 2, the conductor bar 7a is inserted into the slot hole 5c of the laminated rotor core 5a shown in FIGS. 3 and 4, and one end ring is connected to the conductor bar 7a at the brazed portion S. A rotor semi-finished product with 7b attached is prepared.
Therefore, the end ring 7c in FIG. 2 does not exist in the rotor semifinished product at this time.
[0040]
Next, the rotor semi-finished product is mounted in the casting mold portion 50a1 of the casting mold 50 with the end ring 7b facing upward as shown in FIG. The upper die 51 is covered with the upper die 51 and overlapped with the casting die 50.
Thereafter, as described above, the casting mold 50 on which the semi-finished product is mounted is installed on the casting furnace 52.
[0041]
Next, an inert gas is sent into the casting furnace 52 by the above-described pressurizing means, and the space G is pressurized to about 49 kPa to 163 kPa, whereby the molten metal M is pushed upward through the molten pipe P, and the casting is performed. It flows into the casting mold portion 50a of the mold 50, and further flows into the gap 7e between the conductor bar 7a and the slot 5c of the rotor core 5a.
[0042]
At this time, the pressure applied to the molten metal M is about 49 kPa to 163 kPa as described above, which is considerably lower than that in the case of the known die casting method. It is what has become.
On the other hand, at this time, the inside of the chamber 53 is further maintained at a vacuum of 5 kPa or less by a gas suction device such as a vacuum pump (not shown), whereby the inside of the portion 51 a and the casting are formed via the vacuum passage 51 b of the upper mold 51. The casting mold portion 50a of the mold 50 is evacuated.
[0043]
Therefore, the molten metal M in the casting furnace 52 is formed by the pressure in the space G and the vacuum in the chamber 53 through the molten metal pipe P as shown by the solid line arrow in FIG. After moving into 50a and completing the casting, the end ring 7c is formed.
Furthermore, the molten metal M also moves toward the conductor bar 7a, fills the gap between the conductor bar 7a and the slot 5c, and forms the conductor in the slot of the squirrel-cage winding together with the conductor bar 7a.
[0044]
Here, when the molten metal M is poured, there is a possibility that gas is generated inside the lower end portion of the conductor bar 7a and the joint portion 7p of the end ring 7c.
However, in this embodiment, since the inside of the chamber 53 is evacuated and the inside of the end ring casting mold portion 50a is evacuated, the generated gas is evacuated, as shown by the broken arrows in the figure. Then, it moves from the casting mold portion 50a to the casting mold clearance 7j for end ring molding and the upper mold clearance 7m for evacuation, moves through the vacuum passage 51b and into the evacuation chamber 53, and the gas such as the vacuum pump described above. It is sucked out by the suction device.
[0045]
Therefore, according to this embodiment, at the time of casting, the possibility that the molten metal M is oxidized or a defect is generated after solidification can be surely suppressed.
Note that the upper mold 51 may have a plurality of vacuum passages 51b.
Next, the heating wire 50c will be described.
[0046]
As described above, the heating wire 50c is composed of a heating wire provided around the casting mold portion 50a, an induction heating coil, or the like, and maintains the temperature of the casting mold portion 50a at a predetermined value. It is ensured that the conductor bar 7a and the end ring 7c after being cast are obtained.
The temperature at this time is about 900-1200 degreeC.
[0047]
Furthermore, the heating wire 50c is divided into a plurality of groups of heating wires or induction heating coils so that the temperature of the casting mold portion 50a can be partially controlled in the vertical direction in the figure at the time of casting. In this way, it is possible to control energization.
And after injecting the molten metal M and joining the formed end ring 7c and the conductor bar 7a, the heating operation by the heating wire 50c is stopped in order from the upper portion in the drawing, close to the rotor core 5a, The temperature of the casting mold part 50a is gradually decreased from the upper side to the lower side.
Conditions such as the heating stop start time at this time and the time until the heating stop by the next group are not shown here, but are set to appropriate conditions.
[0048]
As a result, the molten metal M in the casting mold portion 50a cools from the portion close to the rotor core 5a, that is, from the upper side, starts to solidify from the portion close to the rotor core 5a, and the vicinity of the molten metal passage 50b finally solidifies.
Here, in a state where the liquid starts to partially solidify, there is a physical property that a difference in impurity concentration occurs between the liquid portion that has not yet solidified and the solidified portion, and this physical property is known as segregation. .
When the liquid is a molten copper, the impurity concentration is usually higher in the liquid portion, so that the purity of the first solidified portion is increased.
[0049]
Therefore, when all of the molten metal M in the casting mold portion 50a is solidified and the end ring 7c is formed, most of the impurities that should have originally existed in the end ring 7c are caused by the heating device 54. It will move to the molten metal M in the molten metal pipe P heated so that it may not become below the melting temperature of the molten metal M.
Therefore, according to this embodiment, it is possible to obtain an end ring 7c formed of copper having a purity higher than that of the molten metal M which is a raw material, and as shown in FIG. The provided rotor can be easily obtained.
[0050]
Further, according to this embodiment, since the end ring and the conductor bar are welded only by one end ring 7b, the manufacture becomes extremely easy.
Further, as described above, since there is no gap between the conductor bar and the slot, there is no possibility of vibration in the slot 5c even if the conductor bar 7a receives electromagnetic vibration force. There is no possibility that the joint between the bar 7a and the end ring will be destroyed.
Furthermore, as described above, since the end ring 7c is formed of high-purity copper, slipping and loss of the electric motor are reduced, and the characteristics are further improved.
[0051]
Further, as described above, since the inside of the casting mold portion 50a for molding the end ring is cast in a vacuum state, the gas generated from the joint 7p between the end ring 7c and the conductor bar 7a is sufficiently removed. As a result, the joint of the joint 7p becomes stronger as compared with the case where the joint 7p is formed by low-pressure casting in a gas, and the electrical characteristics of the joint 7p are further improved. Mechanical and electrical properties are improved.
[0052]
Further, at this time, as described above, the end ring 7c can be formed at an optimum temperature by adjusting the temperature of the end ring forming casting mold portion 50a. The mechanical and electrical properties of the child are improved.
[0053]
Further, the temperature of the casting mold part 50a for adjusting the end ring is adjusted in this way, and this part can be kept at a high temperature for a longer time. As a result, more gas can be removed. As a result, as described above, the junction 7p between the end ring 7c and the conductor bar 7a becomes stronger and electrical characteristics are further improved. Mechanical and electrical properties are improved.
[0054]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
In the embodiment described below, the end rings on both sides of the rotor are both formed in a vacuum state by low pressure casting. Further, in this embodiment, the slot is provided with a skew (twist). It shows the case where it applies to the rotor which is.
[0055]
First, as shown in FIGS. 10 and 11, the shape of the cage winding slot 5c of the rotor core 5a is changed to a polygon such as a square or a rectangle, and the cross-sectional shape of the conductor bar 7a is adjusted accordingly. Is also a polygon such as a square or a rectangle.
Next, the iron plates for the rotor core are sequentially rotated one by one by a predetermined angle and stacked, so that when viewed from the direction of FIG. 9, hatching is applied to FIG. Then, when the slot 5c at the position indicated by X is viewed from the direction B in FIG. 9, the slot 5c is located at the position indicated by Y in FIG. 11, so that a skew of one slot is given. Then, they are fixed to each other by a method such as welding to form the rotor core 5a.
[0056]
Next, as shown in FIG. 9), the conductor bar 7a is inserted into each slot 5c of the rotor core 5a.
Then, due to the skew of the slot 5c described above, a light bending stress is applied to the conductor bar 7a inserted into the slot 5c, so that the end portions 7e of the conductor bar 7a are evenly provided on both sides of the rotor core 5a as shown in the figure. In the protruding state, the conductor bar 7a can be held by the rotor core 5a.
Therefore, the rotor shown in FIG. 9 is a semi-finished rotor, and end rings 7b and end rings 7c are sequentially formed on both ends of the conductor bar 7a by the casting apparatus shown in FIG. Is obtained.
[0057]
The casting apparatus shown in FIG. 12 is basically the same as the casting apparatus shown in FIG. 5, but in this case, the shape of the upper mold clearance 7 m of the upper mold 51 is the end ring casting of the casting mold 50. It is made almost the same as the mold part 50a.
First, one end ring, for example, the end ring 7b, is formed below the rotor semi-finished product, and then the rotor semi-finished product is turned upside down to form the other end ring 7c. Therefore, in this embodiment, the shape of one end ring 7b and the other end ring 7c is the same.
[0058]
Thus, according to this embodiment, as shown in FIG. 13, a skewed rotor can be obtained, and an induction motor excellent in starting characteristics and torque pulsation characteristics can be easily obtained.
And according to the rotor by the casting apparatus of this FIG. 12, the welding process with the conductor bar 7a is unnecessary about any of the end rings 7b and 7c, and manufacture can be made still easier.
The other effects are the same as in the case of FIG.
[0059]
Here, the effect by the above embodiment is demonstrated below.
First, the cage windings of the rotor 5 can all be made of copper.
In this case, since the specific resistance of copper is about 2.1 μΩcm (75 ° C.) and that of aluminum is 3.4 μΩcm, the copper cage winding makes the specific resistance about 40% smaller than that of aluminum. The temperature rise can be suppressed accordingly.
[0060]
As a result, according to the electric motor using the rotor 5 according to the embodiment of the present invention, the secondary resistance loss is reduced by 40% compared to the conventional technique using the rotor having the aluminum cage winding, The efficiency of the electric motor can be reliably improved by 1%.
Although this numerical value is small when considered simply, it is a remarkable effect in comparison with a cage induction motor by die casting of aluminum.
[0061]
Further, as described above, since the secondary resistance can be reduced by 40%, for example, in a 3.7 kW, 4P general-purpose induction motor, the secondary resistance can be reduced by about 40% in calculation. As a result, the maximum output is Since 10% and the maximum torque can be improved by 2%, the slip can be surely reduced.
[0062]
Further, in the above embodiment, since the end ring is formed by low pressure casting in a vacuum state, the material yield can be almost 100%, and when the squirrel cage winding of the rotor is formed by brazing, Although the winding portion is copper, the yield of the material is remarkably improved as compared with the case of normal die casting.
[0063]
In addition, because of the low-pressure casting, the casting pressure applied to the casting mold can be made extremely small compared to the case where the squirrel-cage winding part is formed by copper die-casting. Can be suppressed.
[0064]
Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to easily obtain a rotor that is highly reliable, has a small secondary resistance loss, and has a high torque and high efficiency, at a low cost.
[0065]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are enumerated as follows.
1. In production, the yield of materials is good.
2. The number of welding of the end ring can be reduced, and manufacturing is extremely easy.
3. Since the casting material is also filled in the gap between the conductor bar and the slot, even if an electromagnetic vibration force is applied to the conductor bar, it does not move, and there is no possibility that the joint between the conductor bar and the end ring is broken.
4). Since the temperature of the joining portion between the conductor bar and the end ring can be maintained at a temperature suitable for joining, reliable joining can be easily obtained.
[0066]
5). Since the gas generated at the joint between the conductor bar and the end ring can be effectively removed, the joint can be more firmly joined, and the joint can be reliably maintained even if an electromagnetic vibration force acts on the joint.
[0067]
6). Since a squirrel-cage winding can be formed from a copper material, the specific resistance is about 40% smaller than that of an aluminum material, so that the temperature rise can be suppressed, and a reduction in secondary resistance loss and a certain reduction in slip can be obtained. This can reliably improve the reliability and performance of the electric motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view showing an example of an induction motor using a rotor of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of a rotor of an electric motor according to the present invention.
FIG. 3 is a front view of a rotor core according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view of a rotor core according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a casting apparatus used for manufacturing a rotor according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view of a casting mold in an example of a casting apparatus used for manufacturing a rotor according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view of an upper mold in an example of a casting apparatus used for manufacturing a rotor according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an embodiment of a rotor according to the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a semi-finished rotor product in another embodiment of a rotor according to the present invention.
FIG. 10 is a front view of a rotor core as viewed from one side according to another embodiment of the rotor according to the present invention.
FIG. 11 is a front view of a rotor core in another embodiment of the rotor according to the present invention as seen from the other side.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing another embodiment of a rotor according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory view showing another example of a casting apparatus used for manufacturing a rotor according to the present invention.
FIG. 14 is a side view with a partial cross section showing an example of an induction motor according to the prior art.
[Explanation of symbols]
5 Rotor
5a Rotor core
5c slot
7a Conductor bar
7b, 7c End ring
7e Clearance between conductor bar and groove for cage winding
7j Casting die clearance for end ring molding
7k Pipe temperature control unit for molten metal movement
7m Upper mold clearance for vacuuming
7p Joint between conductor bar and end ring
50 casting mold
50a Casting part for end ring molding
50b molten metal passage
50c Heating wire (heating means)
51 Upper mold for vacuuming
51a Part where the rotor 5 is accommodated
51b Vacuum passage
52 Casting furnace
53 Chamber for vacuuming
54 Heating device
G space
M molten metal

Claims

In a rotor of an electric motor provided with a squirrel-cage winding consisting of a conductor in an slot and an end ring, on a rotor core having a fully closed slot,
The conductor in the slot is formed of a solidified conductive material after filling a gap portion between the conductor bar previously inserted in the slot and the conductor bar in the slot in a molten state,
At least one of the end rings is formed of a low-pressure cast conductive material in a state where the casting mold is evacuated,
And Ri by the partial temperature control of the casting mold, the rotor of the motor, characterized in that is adapted to contain the composition distribution of the highly conductive material purity than the molten metal as a raw material.