JPH02119557A

JPH02119557A - かご形回転子の製造方法

Info

Publication number: JPH02119557A
Application number: JP26924688A
Authority: JP
Inventors: Sumiichi Shibuya; 渋谷　純市; Teruo Washizu; 鷲頭　照雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1990-05-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は１回転中機のかご形回転子の製造方法に関する
。

（従来の技術）一般に回転電機として、種々のものが製作利用されてい
るが、最も一般的によく使われているものに誘導電動機
がある。

誘導電動機のかご形回転子は、溝を有する積層鉄心に溝
を貫通するアルミニウム材のロートルバーと積層鉄心両
端部に配設するエンドリングを同時にダイキャストマシ
ンで、ダイキャスト成形したものが多い。このように製
作された回転子はダイキャスト金型が必要なので量産し
ないとコストメリットが出ない。従って、生産台数の少
ない特殊なものには不向きである。またそのように設計
出来ないものもある５例えば１５０ｗ−２０００ＯＲ／
Ｈの様な小容量でかつ回転子爵周速が２００ｍ／ｓｅｅ
以上の超高速回転電機になると、エンドリングや積層鉄
心が回転中に破壊したり、さらに軸受として空気軸受や
磁気軸受などを利用しなければならないため。

その軸径は回転子外径と段差なしの丸棒状にしなければ
ならない。

従って、鉄系の軸材に直接ロートルバー用の溝やエンド
リング用の溝を堀って、銅バーを叩き込み、両端をエン
ドリングに嵌込み、銀ろう付をして回転子を形成してい
る。

また、最近では第４図に示すように回転子軸（１１）の
外周部に複数のスロット（１２）を配設し、このスロッ
ト内にロートルバー（１３）を配置し、回転子軸（１１
）両端にエンドリング（１４）と押えリング（Ｉ５）を
配置し、外周および端面をキャン（＋６ａ）。

（１６ｂ）　、　（１６ｃ）にて覆い、このキャン（１
６ａ）　、　（１６ｂ）　。

（１６ｃ）内をシール溶接部（Ｉ７）で真空シールした
のち、外部から加熱、加圧して回転子軸（１１）、ロー
トルバー（１３）　、エンドリング（１４）および押え
リング（１５）を同時に固相接合する手段が考えられて
いる。

なお、従来の回転子の構造では、回転子＃ｌ１（１１）
は鉄系で、その他のロートルバー（１３）　、エンドリ
ング（１４）および押えリング（１５）は銅系の材料で
構成されていた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のように製作された誘導電動機の回
転子においても、外周部が２００ｍ／ｓｅｅを超す超高
速回転に耐えないなどの問題点がある。

具体的には銀ろう付の場合、銅バーの叩き込みや嵌込み
による工作精度の不安定さがあり、またこのような高速
回転においては銀ろう何部の接合強度不足や信頼性に欠
け、その工数も大なるものである。

高温および高圧雰囲気にて固相接合する場合、構成され
る回転子軸が鉄系で、ロートルバー、エンドリングおよ
び押えリングが銅系であると、回転子外周部が２００ｍ
／　ｓｅｃを超す超高速回転時の遠心力に耐えない場合
がある。

そこでロートルバーおよびエンドリングは電気的特性の
面から銅系に限定されるが、押えリングは機械的特性が
目的であるために銅系から鉄系、例えばステンレス鋼に
材料を替えることで、超高速回転に耐えるようにするこ
とが考えられる。

しかし、このような材料の組合せ、とくに接合の組合せ
を鉄系と銅系、銅系と銅系の組合せから鉄系と鉄系、銅
系と鉄系および銅系と銅系の組合せに変更すると、同一
条件では固相接合は難しい。

これらの組合せを第１表に表す。

第１表とくに、ロートルバーおよびエンドリングが銅系である
ために、構成される部材を同時に接合する場合、銅系の
融点以下、即ちその接合温度は、銅の劣化を考慮して９
５０℃以下に限定される。

例として、接合温度９００℃、加圧力１０００ｋｇ／　
ｃｘ＆、保持時間２Ｈにおいて、回転子軸とエンドリン
グ、エンドリングとロートルバーおよび回転子軸とロー
トルバーの接合特性が母材同等以上であることを確認し
ている。しかし、回転子軸と押えリングの鉄系同志の接
合は下記に示すように強度不足である。

これらの組合せを接合温度と接合強度の関係図である第
５図を用いて説明すると、鉄系と銅系および銅系と銅系
の適正な接合温度（接合強度が母材同等以上もしくは破
断部が母材である場合）は７５０℃〜９５０℃である。

一方、鉄系同志の組合せでは１０００℃〜１３００℃の
範囲である。

このように第５図に示す条件範囲は一例であるが、同一
条件で接合した場合、健全な接合が得られにくい。

本発明は回転子分周速２００ｍ／ｓｅｅ以上の超高速に
耐える回転電機のかご回転子の製造方法を提供すること
にある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明においては、回転
子軸の鉄心部外周に複数の軸方向スロットを配設し、ス
ロット内に銅系のロートルバー回転子軸の鉄心部の両端
に銅系のエンドリング、さらにその外側に鉄系の高強度
材料からなる押えリングを配設し、押えリングと回転子
軸をアーク溶接又は電子ビーム溶接等で接合して一体化
し。

その後、外周を真空中でキャンにて覆い、キャンと押え
リングを電子ビーム溶接で真空シールした後、外部から
高温および高圧を加え、ロートルバーとエンドリングと
回転子軸の鉄心部と押えリングとを一体に固相接合し、
その後キャンを切除する。

（作　用）このように構成されたかご形回転子は、鉄系からなる回
転子軸および鉄系の高強度材料からなる押えリングが溶
接により一体化され、また回転子軸の鉄心部と銅系から
なるロートルバーおよびエンドリングが高温および高圧
下にて固相接合され、各部材は相互に固着し一体化する
。そして最後に不用なキャンを切除することにより、高
効率のかご形回転子が得られる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について、第１図ないし第３図
を参照して説明する。

第１図、第２図において（１）は炭素鋼製の回転子軸で
あり、回転子軸（１）の外周鉄心部（１ａ）には複数個
のダブテール状スロット（２）を軸方向に配設し、スロ
ット（２）には断面が矩形状のロートルバー（３）を挿
入する。回転子軸（１）の両端にはエンドリング（４）
とエンドリング（４）を支えるステンレス鋼製の押えリ
ング（５）を配設し、回転子軸（１）の外周に、回転子
軸（１）、スロット（２）、ロートルバー（３）、エン
ドリング（４）、押えリング（５）を覆うようにキャン
（６）を設ける。この際キャン（６）の内部には押えリ
ング（５）の外周のすき間（７）、エンドリング側面の
楔状のすき間（７ａ）　、　（７ｂ）、　ロートルバー
側面のダブテール溝状のすき間（７Ｃ）、ロートルバー
側面のすき間（７ｄ）が形成されるようにする。

従って、スロット（２）は鉄心部（１ａ）の外周側が狭
く、内周側が広くなっており、鉄心部（１ａ）の軸方向
長は外周側が長く、内周側が短くなるように製作しであ
る。

このようにした後、回転子軸（１）と、回転子軸（１）
の両端に配設した押えリング（５）をアーク溶接あるい
は電子ビーム溶接により接合部（８）を設け、一体化す
る。

その後１回転子軸（１）の外周に設けたキャン（６）と
押えリング（５）を真空チャンバ（図示せず）内にて電
子ビーム溶接により接合部（９）を設け、キャン（６）
内およびスロット（２）、ロートルバー（３）、エンド
リング（４）、押えリング（５）およびすき間（７）　
、　（７ａ）、　（７ｂ）、　（７ｃ）　、　（７ｄ）
の、それぞれの接触部および雰囲気を真空雰囲気のｌ　
Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下の圧力に保つようにする。

なお、鉄心部（１ａ）とその両端に設ける押えリング（
５）の接合強度は回転子の周速による遠心力に耐える強
度が必要であり、一方、押えリング（５）とキャン（６
）の接合強度は、高温および高圧の雰囲気に耐える接合
強度が必要であるので強固に溶接することは勿論である
。

回転子軸（１）およびキャン（６）内を真空雰囲気にし
た後、高温および高圧にすることが可能な炉に入れ、徐
々に昇温、昇圧（雰囲気はＡｒガスなど）を行い、温度
が８００〜９００℃、圧力が５００〜１０００ｋｇ／ｄ
の雰囲気において１〜２時間保持すると、ロートルバー
（３）とエンドリング（４）はすき間（７）、（７ａ）
。

（７ｂ）　、　（７ｃ）　、　（７ｄ）に見合う体積分
だけ外周側へ出しであるので、ロートルバー（３）とス
ロット（２）で形成されたすき間（７ｃ）、エンドリン
グ（４）と回転子軸（１）および押えリング（５）で形
成されたすき間（７ａ）、　（７ｂ）、回転子軸（１）
とロートルバー（３）とキャン（６）で形成されたすき
間（７ｄ）、押えリング（５）とエンドリング（４）と
キャン（６）で形成されたすき間（７）はなくなり、各
部材はキャン（６）と共に固相接合され、ロートルバー
（３）およびエンドリング（４）はダブテール形になり
、一体化する。その後。

キャン（６）を削って除去し、第３図に示すかご形回転
子を得る。

次に作用について述べる。このようにして鉄系（炭素鋼
）からなる回転子軸（１）と鉄系（ステンレス鋼）から
なる押えリング（５）はアーク溶接又は電子ビーム溶接
等の溶融溶接により強固に接合される。

一方、各部材の銅系（銅）からなるロートルバー（３）
、エンドリング（４）は銅系同志の固相接合によリ、ま
た銅系と鉄系の異種金属の組合せである日−トル／＜−
（３）と回転子軸（１）およびエンドリング（４）と押
えリンク（５）も銅系材料が変形し、ダブテール結合に
なってすき間（７ａ）　、（７ｂ）　、　（７ｃ）を埋
め、同様に固相接合により強固に接合するので回転運動
に対し堅牢な回転子となると共に機械的特性や電気的特
性が向上する。

また高温および高圧の雰囲気にするための真空シールを
目的としたシールの溶接の接合部（９）が従来の押えリ
ング（１５）と回転子軸（１１）およびキャン（１６）
　（ａ）　、　（ｂ）、　（ｃ）と押えリング（１５）
のシール溶接部（１７）の２ケ所からキャン（６）と押
えリング（５）の１ケ所に接合ケ所が減少することから
、耐高温および耐高圧の真空シール性の信頼性が向上す
る。

またその溶接工数も低減する。

なお、上記実施例では回転子軸の鉄心部（１ａ）が塊状
のものについて説明したが、細い軸に珪素鋼板を積み重
ねた鉄心でもよい。さらに各種構成部材の形状は接合に
より一体化した後、高速回転により各種構成部材間が離
脱することのない形状であればダブテール形でなくて凸
形等の他の形状にしてもよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば回転子の押えリング
を高強度材の鉄系にすることで超高速回転に耐えるよう
になる。またこれらを構成する部材を、鉄系同志は溶融
溶接等による接合、鉄系と銅系の組合せは高温および高
圧雰囲気による固相接合によりかご形回転子を形成する
ので、複雑な形状の組合せでかつ異種金属の組合せにお
いてもその接合部の信頼性が高い。従って、このような
製造方法によると堅牢で電気特性および機械的特性に優
れたかご形回転子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の方法によるかご形回転子の
製造過程における各部材の配置を示す要部縦断面図、第
２図は第１図の■−■線に沿う矢視断面図、第３図は第
１図および第２図の製造過程を経て製造された回転子を
示す上半部縦断面図、第４図は従来の方法の製造過程に
おける上半部縦断面図、第５図は接合条件を示すための
高温および高圧雰囲気による固相接合法の接合温度と接
合強度の関係を示す説明図である。１・・・回転子軸、　　　　　　　　ｌａ・・・鉄心部
、２・・・スロット、　　　　　　　３・・・ロートル
バー４・・・エンドリング、　　　　　５・・・押えリ
ング、６・・・キャン、　　　　　　　　８，９・・・
接合部。代理人　弁理士　大　胡　典　夫第　　４　　図 →傅を１崖　（゛り第　　５図

Claims

【特許請求の範囲】

回転子軸の鉄心部外周に複数の軸方向スロットを配設し
、スロット内に銅系のロートルバー、回転子軸の鉄心部
の両端に銅系のエンドリング、さらにその外側に鉄系の
高強度材料からなる押えリングを配設し、押えリングと
回転子軸をアーク溶接又は電子ビーム溶接等で接合して
一体化し、その後、外周を真空中でキャンにて覆い、キ
ャンと押えリングを電子ビーム溶接で真空シールした後
、外部から高温、および高圧を加え、ロートルバーとエ
ンドリングと回転子軸の鉄心部と押えリングとを一体に
固相接合し、その後キャンを切除することを特徴とした
かご形回転子の製造方法。