JP5589061B2 - 鋳造短絡棒を有するかご形回転子 - Google Patents

Description

本発明は、非同期機用かご形回転子およびその製造方法に関する。かご形回転子はロータコアと短絡環と短絡棒とを含む。

三相誘導機とも称される三相非同期機は発電機または電動機のいずれかとして利用することができる。非同期機はロータとも称される受動回転子を有し、この回転子は常時または時々短絡される。回転子が常時短絡される場合、この回転子はかご形回転子とも称される。非同期機のかご形巻線は導電性短絡棒と短絡環とから成る。短絡棒はロータ積層鉄心に挿通され、末端を短絡環によって導電結合されている。

小型機では一般にアルミニウムかご形巻線が利用される。その際、かご形巻線一式がアルミニウム鋳物から製造される。このため、マンドレル上にあるロータコアを取り囲むダイカスト型に液状溶湯が高圧高速下に押し込まれ、そこで次に溶湯が凝固する。

大きなかご形巻線は、射出装置の最大容積によってかご寸法が限定されているので一式を鋳造することができない。それゆえに高性能非同期機では既製の棒が利用される。この既製の棒は一般に銅製である。銅棒はロータの磁性積層鉄心に挿入される。次いで銅棒は同じ材料から成る両外にある短絡環内で蝋付けまたは溶接される。

特許文献１には、電気機械用かご形回転子が記載されている。このかご形回転子では回転子棒の末端が短絡環の正面側窪み内に突出する。硬蝋によって回転子棒は電気的、機械的に短絡環と結合される。

硬蝋付けまたは溶接によってかごの個別部品を結合する方法はきわめて時間と費用を要する。そこで、短絡環を銅棒に吹き付けまたは鋳込む数多くの開発がなされている。この目的のために事前に短絡棒がロータコアに引き入れられる。この方法では短絡棒を短絡環に蝋付けまたは溶接することによる支出が省かれる。

特許文献２には、非同期機用かご形回転子が記載されている。回転子積層鉄心のスロット内に短絡棒が配置されている。短絡環はアルミニウムダイカスト法で製造される。短絡棒はその末端が鋳込み短絡環と結合されている。

鋳込み短絡環を使った方法では、棒の引き入れプロセスにおいてにロータ積層板の積層誤差を補償し、膠着することのないようにするために、短絡棒が大きな半径方向遊隙を有する。しかしこの大きな公差は平衡時もしくは運転中にロータ動力学的に定義不能な挙動をもたらす。このような回転子を装備した電動機または発電機の直接的接続はロータ棒の振動励起を生じる。

独国特許発明第３８３４４６６号明細書 独国特許出願公開第４３０８６８３号明細書

本発明の課題は、僅かな支出で安価に製造できるかご形回転子を提供することである。短絡棒と短絡環との蝋付けまたは溶接は避けねばならない。同時に、ロータ動力学的に定義不能な挙動が現れることのないようにロータコア内で短絡棒は極力僅かな半径方向遊隙を有しなければならない。

この課題は、本発明によれば、ロータコアが短絡環と一緒に積層され、ロータコアが空洞を備えており、短絡環が開口を有し、これらの開口がロータコアの空洞と共に流路を形成し、一方のロータ末端にダイカスト装置が配置され、ダイカスト装置内の通路を通して流路に溶湯が充填され、凝固した溶湯を充填した流路がかご形回転子の短絡棒を形成することによって解決される。

本発明によればロータコアが短絡環と一緒に、短絡棒なしに積層して仕上げられる。ロータコアが空洞を備えている。空洞はスロットまたは孔のいずれかとすることができる。短絡環が開口を有し、これらの開口はロータコアの空洞とで充填されるべき流路を形成する。ロータコアおよび短絡環内に自由通路が存在する。次に、完全なものにされたロータ末端で自由通路の上にダイカスト装置が配置される。反対側の通路末端は主に対向保持部で閉鎖される。引き続きダイカスト装置が単数または複数の流路を充填する。こうして、短絡環およびロータコア内で凝固した棒がかごを完全なものにするまで短絡環は順次製造される。

本方法は、高性能電動機において利用されるかご形回転子を製造するのに特に適している。本方法は主に、銅かご形巻線を有するかご形回転子を製造するのに利用される。溶湯が流路を完全に満たすので、これによって製造された棒は半径方向遊隙を有しておらず、ロータ動力学的に定義不能な挙動は防止される。本方法はさまざまな形状のロータ棒、例えば滴状棒、丸棒、深溝棒または二重棒に対して利用することができる。

特別好ましいと実証されたのは、短絡環が流路に圧入される溶湯よりも低い溶融温度を有する素材から成る場合である。これにより、こうして製造されたロータ棒は銅環と溶かし合わせることができる。本発明に係る方法では主に銅銀合金から成る短絡環が利用される。凝固した棒はかご形回転子の合着をもたらす。

本発明に係る方法において有利であると実証されたのは、短絡環の開口がロータコアから離れる側に向かって拡張され、主に円錐状に拡張して実施されている場合である。これにより、短絡環内で凝固した溶湯がくさび状栓を形成し、この栓は棒と環との間の結合が緩むのに対抗して働く。

本発明の好ましい１実施形態においてダイカスト装置の対向保持部がキャビティを有する。このキャビティは短絡環の開口に続いている。キャビティ内でスケールが受容される。このスケールは、酸化性雰囲気と合せて高温によって溶湯表面に生成する薄い酸化物層、例えば酸化銅である。

本発明の他の変更態様では短絡環の開口および／またはロータコアの空洞が半径方向で開口している。その場合、ロータコアまたはロータは閉鎖する境界要素によって取り囲まれる。溶湯が確実に流路内に封入されたままとなるように、境界要素は境界要素内壁をロータコアに押し付ける締付装置を備えている。これにより、完全に開口しまたは部分的に開口した空洞から鋳物または溶湯が流出し得ることは防止される。境界要素は溝付管とすることができる。

本発明の応用時に特別好ましいと実証されたのは、充填されるべき流路が鋳造操作の前に排気される場合である。付加的に、ロータコアは鋳造操作の前に加熱することができる。

大型ロータを製造する場合、両方の側にダイカスト装置を設けることもできる。このため、充填されるべき流路は鋳造操作の前に排気しなければならず、または流路用排気機構を設けねばならない。

本発明に係る方法は多重かご、主に二重かごの製造にも利用することができる。

本発明のその他の特徴と利点は実施例の説明と図面とに基づいて、そして図面そのものから明らかとなる。

閉鎖流路を有するかご形回転子を製造するための装置の正面図である。 Ａ‐Ａに沿った縦断面図である。 Ｂ部分の拡大図である。 Ｃ‐Ｃに沿った横断面図である。 Ｄ部分の拡大図である。 半径方向で開口した流路を有するかご形回転子を製造するための装置の正面図である。 Ａ‐Ａに沿った縦断面図である。 Ｂ部分の拡大図である。 Ｃ‐Ｃに沿った横断面図である。 Ｄ部分の拡大図である。

図１ａ〜図１ｅは本発明に係る方法を実施するための装置をさまざまな図で示す。

図１ａは対向保持部２を備えた積層ロータコア３を平面図で示しており、このロータコアが軸１３に配置されている。ロータコア３はマンドレル上に配置することもできる。この図にＡ‐Ａ断面が書き込まれており、その断面図が図１ｂに示してある。

図１ａのＡ‐Ａ線に沿った縦断面図である図１ｂに認めることができるように、ロータコア３は‐ここに一部のみ示した‐ダイカスト装置１とその対向保持部２との間に位置決めされている。ロータコア３は短絡環４と一緒に積層して仕上げて提供される。短絡環４は開口５を備えている。これらの開口は短絡環４の中間周面に均一に分散配置されており、ロータコア３内の空洞６と一致している。ロータコア３は長手方向において空洞６で覆われている。ロータコア３のもとで空洞６は半径方向外側を閉鎖されている。そのことは特に図１ｅの拡大図で明らかとなる。短絡環４の開口５はロータコア３の空洞６と同じ幾何学的横断面を有する。開口と空洞は両方で流路を形成する。これらの流路は短絡棒製造用の鋳型を形成する。

図１ｃに認められるように、ダイカスト装置１が突起７を有し、この突起が中空円筒体として形成されている。突起７は短絡環４とロータコア３の端部とを環状に取り囲む。短絡環４およびロータコア３の外径は、本方法に許容される公差が守られるように突起７の内径に調整されている。ダイカスト装置１内に溶湯用通路８が設けられている。この通路８は短絡環４の開口５への移行部で拡大している。図１ｃに認められるように短絡環４の開口５はロータコア３から離れる側に向かって円錐状に拡大して実施されている。これにより、短絡環４の開口５内で凝固した溶湯は棒と環４との間の結合が緩むのに対抗して働く楔状栓となる。

図１ｂに示す対向保持部２がやはり突起９を有し、この突起は中空円筒体として形成されており、短絡環４とロータコア３の一部とを取り囲む。それに加えて対向保持部２は単数または複数のキャビティ１０を有し、キャビティの直径は短絡環４に向かって拡大している。通路８およびキャビティの拡大は溶湯凝固後に装置および対向保持部をロータコアから取り出すのを容易とする。キャビティ１０は短絡環４の開口５に続いており、スラグまたはスケールを受容または貯蔵するのに役立つ。

本発明に係る方法では一方のロータ末端で短絡環４の開口５の上にダイカスト装置１が配置される。反対側のロータ末端は対向保持部２で閉鎖される。引き続き銅溶湯は単数または複数の流路に押し込まれる。流路の数は構造寸法に依存している。こうして流路が順次充填される。

こうして製造されたロータ棒が銅短絡環４と一層良好に溶け合うように、短絡環４の合金の溶融温度は銅棒の溶融温度より下である。本実施例では銅銀合金が短絡環４用素材として選択される。

図１ｄは装置の図１ｂに書き込まれたＣ‐Ｃ断面によるロータコアの断面図である。短絡棒を成形または受容するための長円形横断面構成を有する閉鎖空洞６を認めることができる。この平面図でさらに部分的に認めることができるのはここで円形のキャビティ１０である。

図１ｄの横断面図の部分拡大図Ｄである図１ｅにはっきり認めることができるように、ロータコア３の空洞６と短絡環４の開口５は半径方向外側を閉鎖されている。

図２ａ〜図２ｅは、かご形回転子を製造するための別の装置の当該図である。図１ａ〜図１ｅの図とは異なり、図２ｂと図２ｃでは、ロータコア３の空洞６と短絡環４の開口５が半径方向外側を開口して形成されていることを認めることができる。ここに示した実施形態では短絡棒の製造過程においてロータ全体が溝付管の態様の閉鎖する境界要素１１によって取り囲まれている。溝付管１１がロータコア３を完全に包み込む。ここで一体化された締付装置１２の代わりに、外部の‐ここに図示しない‐締付装置が単一部分構成または多部分構成の境界要素１１をロータコア３およびその開口空洞６に密封して押し付けることもできる。これにより、鋳物または溶湯が空洞６から流出し得ることは防止される。

締付装置１２は図２ｄと図２ｅに示すように境界要素１１のうち長手溝の隙間幅を決定する側に配置しておくことができる。均一に分布した締付装置１２によって境界要素１１は密封して押し付けられ、長手溝は常にロータコアの２つの空隙６の間に延設されている。

ダイカスト装置１のこの実施形態では、突起７とその内側半径が境界要素１１の壁厚寸法だけ大きく実施されている。こうして境界要素１１は短絡環４も保持する。

Claims (16)

1. 非同期機用かご形回転子を製造するための方法であって、前記かご形回転子がロータコア（３）と短絡環（４）と短絡棒とを含み、前記ロータコア（３）が前記短絡環（４）と一緒に積層され、前記ロータコア（３）が空洞（６）を備え、前記短絡環（４）が開口（５）を有し、前記開口が、前記ロータコア（３）の前記空洞（６）と共に流路を形成しており、一方のロータ末端にダイカスト装置（１）が配置され、前記ダイカスト装置（１）内の通路（８）を通して前記流路に溶湯が充填され、凝固した溶湯で充填された前記流路が前記かご形回転子の前記短絡棒を形成するものにおいて、
   前記短絡環（４）は前記流路に圧入される溶湯よりも低い溶融温度を有する素材から成ることを特徴とする方法。
2. 他方のロータ末端に対向保持部（２）が配置されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記他方のロータ末端に第２ダイカスト装置が配置されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記流路に銅溶湯が充填されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記短絡環（４）が銅銀合金から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記短絡環（４）の前記開口（５）は前記ロータコア（３）から離れる側に向かって拡張して実施されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
7. 前記短絡環（４）の前記開口（５）は前記ロータコア（３）から離れる側に向かって円錐状に拡張して実施されていることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記対向保持部（２）は前記短絡環（４）の開口（５）に続くキャビティ（１０）を有することを特徴とする請求項２記載の方法。
9. 前記短絡環（４）の前記開口（５）および／または前記ロータコア（３）の前記空洞（６）が半径方向で開口しており、単一部分構成または多部分構成の境界要素（１１）によって前記ロータが取り囲まれ、前記境界要素（１１）が少なくとも１つの締付装置（１２）を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
10. 充填されるべき前記流路が鋳造操作の前に排気されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
11. 前記ロータが鋳造操作の前に加熱されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
12. 非同期機用かご形回転子であって、ロータコア（３）と短絡環（４）と短絡棒とを含み、前記ロータコア（３）が空洞（６）を備え、前記短絡環（４）が開口（５）を有し、前記開口が前記ロータコア（３）の前記空洞（６）と共に流路を形成しており、凝固した溶湯で充填された前記流路によって前記短絡棒が形成され、前記短絡環（４）が前記開口（５）の周りの領域で、鋳込まれた前記短絡棒と融合されているものにおいて、前記短絡環（４）は前記短絡棒よりも低い溶融温度を有する素材から成ることを特徴とするかご形回転子。
13. 前記短絡棒が銅から成ることを特徴とする請求項１２記載のかご形回転子。
14. 前記短絡環（４）が銅銀合金から成ることを特徴とする請求項１２または１３記載のかご形回転子。
15. 前記短絡環（４）の前記開口内の鋳込まれた前記短絡棒は前記ロータコア（３）から離れる側に向かって拡張して実施されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項記載のかご形回転子。
16. 前記短絡環（４）の前記開口内の鋳込まれた前記短絡棒は前記ロータコア（３）から離れる側に向かって円錐状に拡張して実施されていることを特徴とする請求項１５記載のかご形回転子。

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