JPH02237448A - 鋳造回転子製造装置 - Google Patents

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〕 （産桑上の利用分野） 本発明は誘導電動機等に使用されるＵ造回転子の製造装
冒に係り、特に＠素な装置構成を有し、ガス欠陥の発生
が少ない＃Ｓ造回転子を効率的に製造し得る鋳造回転子
製造装置に関する。

（従来の技術） 一般に大型の誘導電動機の回転子は、予めスロツ１〜を
穿設した多数の鉄心要素を多数ｌａ層して形成された回
転子鉄心の各スロットに銅棒を打ら込み、銅捧の両端面
にそれぞれエンドリングを配設し、エンドリングと銅棒
とを銀ろう付けすることにより一体に形成される。さら
に回転子鉄心を貫通して取り付けられた回転軸周上に冷
却羽根を別途設けて、回転子鉄心、銅棒、エンドリング
、冷Ｗ羽根を相互に一体的に組立てて構成される。

一方小型の誘導電動機においては、円板状珪素鋼板を多
数８！１層して回転子鉄心を構成し、回転子鉄心を締め
付けた状態で、ダイカスト鋳造法により回転子鉄心の両
端部およびスロットに溶融金属を注入し、スロットバー
、エンドリングおよび冷却用羽根を一体成形して形成さ
れる鋳造回転子が一般に広く使用されている。

従来、この鋳造回転子を製造する装置は、回転子鉄心の
軸方向の両端面にエンドリングを形成するための金属製
のエンドリング形成用型と、このエンドリング形成用型
に隣接して配置される金属製の冷郎羽根形成用型とを備
えて構成されている。

また冷却羽根形成用型の頂部には、型内に混入または発
生したガスや空気を型外部に排出するガス抜き穴が設け
られている。

鋳造時において溶融金属は辺下部の型に形成された瀉口
から注入され、注入された溶融金属は順次下部エンドリ
ング、回転子鉄心のスロット、上部エンドリングおよび
冷却羽根を形成する各型のキャどティを満たしながら上
行ずる。

一方溶融金属の注入時に発生したガスやキャビティ内の
空気は順次、ガス抜き穴を通り、型外に排出される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の鋳造回転子製造装置においては、
冷却羽根を多数穿設した複雑な形状を有する鋳造回転子
を鋳造する場合に、溶融金属中に含まれるガスまたはキ
ャビティ内に存在している空気等が密閉されたキャビテ
ィ内で逃げ場を失って残留し、いわゆる巣を形成してｓ
ＩＩｆ！欠陥を発生させる割合が高い。特に製品となる
鋳造回転子の冷却羽根の基端部において巣が発生する割
合が高い。

このような巣の発生を防止するために、最上部に配設さ
れる冷却羽根形成用型の頂部にガス抜き穴が設けられる
。しかし、このガス抜き穴は溶融金属を注入する際に、
目詰りし易い。そのためガス抜き穴に近い最終凝固部と
なるエンドリングおよび冷却羽根の根元部に巣が発生し
易くなる。

このように成形した冷却羽根の根元部に巣が発生した鋳
造回転子を高速度で回転させると、遠心力によって冷却
羽根の根元部に作用する応力が増大し、その応力値が許
容応力以上になると、冷却羽根の変形または折損を起こ
し、Ｒ柊的には電動機自体を損壊するおそれがある。

またエンドリング部に巣が発生した場合には、エンドリ
ング断面積が減少するため、回転子導体を流れる電流密
度が高くなり、エンドリング部の温度が急上昇する。こ
の温度上昇によってエンドリング部の強痘が低下し、変
形や亀裂を発生させるおそれも生じる。

また溶融金属を最下段の成形用型の潟口から上方に押し
上げる方式でエンドリング部および冷却羽根を一体成形
する場合には、回転子鉄心のスロット内を上昇する溶融
金属が上部エンドリングおよび冷却羽根を成形する型の
キャビティ内の空気を完全に徘出する以前に、溶融金属
の充填が完了し凝固してしまうために、上部エンドリン
グ部にもガス欠陥が発生し易い。

また従来の鋳造回転子製造装置においては、ガス抜き穴
としてのペンドブラグの容量と、鋳込速度との整合化が
困難であるために鋳造作業性が恕いという問題もある。

すなわち鋳型キャビティ内の空気等をキャビティ外へ排
出するために最上部の鋳型の頂部にベントプラグが設け
られる。しかしこのベントプラグのガス排出容量は、鋳
込速度から篩出される空気排出量より一般に低い値に設
定されている。そのため、鋳造時にキャビティ内の圧力
が高まり、空気やガスが残留し易くなる。

鋳造に伴うキャビティ内の空気体積の減少速度と、ベン
１・プラグよりの排出速度を等しくずる方法としては、
ベントプラグのガス抜き面積を増大させるか、または溶
融金属の上昇速度（ｌ込流速）を低減させる方法がある
。

しかしながら溶融金属の鋳込み流速は、一般に回転子鉄
心に穿設したスロット形状により制限を受け、スロット
断面積から潟流れ停止を発生しないための臨界流速が下
記（１）式に基づいて設定される。

ここで、ｐｖは加圧速度、■は溶融金属の充填体積、Ｖ
は流速、γは溶融金属の比重、Ａは加圧浴面積、ｔは鋳
込時間をそれぞれ示す。

鋳造時に回転子鉄心のスロット内を上昇する溶融金５は
、回転子鉄心に熱を奪われながら上昇するため、鉄心界
面では凝固層が形成ざれ易い。この凝固層の厚さは流速
が小さくなるほど増大し、臨界流速以下になると潟流れ
が停止し潟回り不良となる。そのため溶融金属は、必ず
臨界流速以上の速度で鋳込む必要がある。

またベントプラグのガス抜き面積を増大させると、鋳造
の最終段階において、ガス抜き部から溶融金属が噴出飛
散し、作業性および安全性が極めて悪化してしまう。そ
のためベントプラグのガス抜き面積を増大する方法も限
界があり、またスロット内における潟回り不良が発生し
ない臨界流速より大幅に低い流速で鋳造を行なうと成形
用型部位によっては回転子鉄心温度、溶融金属温度、流
速等のばらつきを発生する危険があり、いずれにしろ均
一な品質を有する鋳造回転子が得られない問題点がある
。

一方従来装置においては、回転子鉄心の喘面周上に突設
される多数の冷却羽根を形成する型とし・て、金Ｊ［ｊ
型を使用している。この型の形状は複雑であり、その型
の製造が困難であり、また高コストを要する上に、鋳造
後において離型が困難であり、作業性が極めて悪いとい
う欠点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、簡素な装Ｍ構成を有し、鋳造時にガス欠陥を発生
することが少なく、品質が優れた鋳造回転子を効率的に
製造し得る鋳造回転子製造装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成ずるため本発明は、スロットを穿設した
鉄心要素を積層して形成した回転子鉄心を水平方向に配
置し、エンドリング形成用型および冷却羽根成形用型を
上記回転子鉄心に装着した状態で、キャピティおよび回
転子鉄心のスロツ］・に溶融金属を型底部より充填し、
エンドリングおよび冷却羽根を一体に成形する鋳造回転
子製造装置において、上記冷郎羽根形成用型を砂型で形
成するとともに、型内に混入または発生したガスや空気
を収容し、かつ溶融金属が凝固する際に生じる収縮ｍを
補うために溶融金属を補給する押湯を上記砂型の上部に
配設したことを特徴とする。

また押潟を形成する空間部に連通し、その空間部を減圧
する減圧装置を取付けるとよい。

さらに冷却羽根を成形する砂型本体を、回転子鉄心のス
ロットの軸方向の開口面に対向して配設することが好ま
しい。

そして冷却羽根を成形する砂型の内表面の表面粗さを１
００〜２００８に設定することが望ましい。

（作用》 上記構成に係る鋳造回転子製造装置によれば、鋳造時に
型底部よりキャビティに注入ざれた溶融金属はエンドリ
ング成形用型、回転子鉄心のスロットおよび砂型のキャ
ビティを順次満たしエンドリングを含む回転子導体部お
よび冷却羽根を一体に成形する。

一方溶融金属の注入時に発生したガスやキレごティ内の
空気は順次上方に移動し、押關に効果的に収容される。

したがってエンドリング部および冷却羽根部において空
気の残留による巣が形成ざれることが効果的に防止され
、欠陥のない高品質の鋳造回転子を提供することができ
る。

また押潟を設けているため、溶融金属が凝固する際に収
縮しても、溶融金属が型内に補給されるため引け巣など
の欠陥が発生することがなく、表面が緻密な鋳造回転子
を形成することができる。

さらに冷却羽根成形用型が、従来のように金゛型ではな
く砂型で形成されているため、鋳造後における型の崩壊
性が優れており、ｖＩ造回転子を型から取り出す離型操
作が極めて容易となり、製造効率を大幅に改善すること
ができる。

ざらに押濶を形成する空間部に連通した減圧装置を付設
し、溶融金属を注入するキＶヒテイ内を減圧することに
より、瀉流れが改善されるとともに、特にキャビティ内
の空気が円滑に押４方向に吸引されるため、ガス欠陥の
発生がより効果的に抑止される。

そして冷却羽根を成形する砂型の本体を、スロットの軸
方向の開口に対向するように配設することによって、鋳
造時にエンドリング成形用型内に進入した溶融金属は、
スロットから直接砂型のキャビティ内に流入することな
く、一旦、冷却羽根成形用型としての砂型本体に衝突し
て反転し、エンドリング成形用型のキャビティを満たし
、しかる後に砂型内に順次流入する。

したがって、エンドリング部における空気等の滞留部が
形成されず、欠陥のない鋳造回転子を形成することがで
きる。

さらに冷却羽根を形成する砂型の内表面の表面粗さを１
００〜２０ＯＳに設定することにより、鍛造品としての
冷却羽根表面も同程度の表面粗さに調整することができ
る。そして、表面を目荒しした冷却羽根は、円滑な表面
を有する従来の冷却羽根と比較して表面積が大きく、放
熱特性をより向上させることができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係る鋳造回転子製造装置の一実
施例を示す平断面図である。

すなわち本実施例に係るｌ造回転子製造装置は、スロッ
ト１を穿設した鉄心要素２を積層して形成した回転子鉄
心３を水平方向に配置し、上部エンドリング形成用型４
、下部エンドリング成形用型９および冷却羽根成形用型
５を上記回転子鉄心３に装着した状態で、キャビティ６
および回転子鉄心３のスロット１に溶融金属７を型底部
より充填し、エンドリングおよび冷Ｗ羽根を一体に成形
する鋳造回転子製造装置において、上記冷却羽根形成用
型５を砂型で形成するとともに、型４，５内に混入また
は発生したガスや空気を収容し、かつ溶融金底７が凝固
する際に生じる収縮量を補うために溶融金属を補給する
押１８を上記砂型５ａの上部に配設して構成される。

また第２図に示すように回転子鉄心３の外周部に穿設し
た各スロツ１・１の外周側の開口１ａに対向する下部エ
ンドリング成形用型９には溝状の瀉だまり１０が形成ざ
れる。

さらに、上部エンドリング成形用型４の上面には、冷却
羽根成形用型５としての砂型５ａが嵌装されている。こ
の砂型５ａは第３図に示すように鋳造される冷却羽根の
高さに等しい厚さ含有し、円板状に形成され、その外周
部には冷却羽根を形成するための羽根成形空聞１１が所
要数だけ均等に穿設されている。

一方第１図に示すように、上部エンドリング成形用型４
の上面には上型１２が配置ざれ、この上型７２内部に押
潟８が形成ざれ、押潟８の上部にガス抜き穴としてのベ
ントプラグ１３が配設される。

また、下部エンドリング成形用型９の下面には、潟口１
４を形成した瀉口型１５および下型１６が装着され、こ
れらの型材は金型連結ボルト１７によって一体的に固定
される。

鋳造工程に先立って、鉄心要素２，２・・・を積層して
形成された回転子鉄心３は、鋳造機の型締力以上の荷重
を負荷された状態で押え板１８によって溶接固定される
。

一休化された型内に収納された回転子鉄心３は、型とと
もに鋳造に必要な温度（３００〜４００℃）に予熱され
る。

鋳造時には、予熱された下型１６を図示しない鋳造機に
固定し、次に湯口型１５を挿入し、回転子鉄心３および
上型１２を固定した状態で、鋳造機によって締め付ける
。

次に潟口１４を通して、溶融アルミニウムなどの溶融金
ｆｉ７を型内のキャごティ６に注入する。

注入された溶融金１ｉ！ｉ７は、下部エンドリング成形
用型９、回転子鉄心３のスロット１および砂型５ａのキ
Ｖビティを順次満たしながら押湯８方向に流れる。

一方、溶融金屁７の注入時に発生したガスやキャビティ
６内の空気は順次上方に移動し、ざらに押潟８に押し出
される。そして最終的にベントブラグ１３を通り型外に
排出される。

また各スロット１内を流れる溶融金Ｒ７の一部は開口１
ａ方向に流れ、さらに第２図に示す湯だまり１０に流入
する。このとき、溶融金ｆｆ７中に含有されていた気泡
も潟だより１０内に円滑に流入するため、スロット１の
外周端面にガス欠陥が発生することが少ない。

そして押Ｉｉ８がほぼ溶融金属７で満たされた状態を確
認して、溶融金属７を凝固せしめ、型開きを行ない鋳造
回転子を取り出す。

このｖＪ造回転子は第４図に示すように回転子鉄心３の
下面部に形成された下部エンドリング１９と、上面部に
形成された上部エンドリング２０と、上部エンドリング
２０の上面周上に突設された多数の冷却羽根２１と、押
潟鋳物２２とが一体に成形ざれている。上部エンドリン
グ２０と下部エンドリング１９とは、スロット部２３に
よって一休に結合されている。

型より取り出した鋳造回転子の冷却羽根２１には砂型５
ａが固着している。しかしこの砂型５ａは加熱すること
により容易に崩壊し、除去することができる。なお従来
のように冷却羽根成形用型を金型で形成した場合は、鋳
造後に型を除去することが囚がである。しかるに本実ｆ
ＩＩＶＡでは、砂型で構成しているため、その除去操作
が非常に容易であり、鋳造回転子の製造効率を大幅に改
善することができる。

また第３図に示す砂型５ａの羽根成形空間１１は回転子
の回転中心Ｏに対して放射状に形成しているが、第５図
に示すようにこの羽根成形空間１１ａの長手方向を、回
転中心Ｏを通る中心線Ｃに対して回転方向Ｒに所定の傾
斜角度θをもって形成することにより、冷却用空気の吸
込過を増大することができる。傾斜角度θは１０〜３０
度が好ましい範囲である。このように冷却効率を高める
ことにより、特性値の変化が少ない回転子を提供するこ
とができる。

さらに、押潟８を形成する空間部に連通した真空ボンブ
などの減圧装置（図示せず》を付設し、溶融金民を注入
するキャビティ６内を減圧し、低圧鋳造法などの加圧鋳
造法や他のｖＩ迄法と組み合せて鋳込操作を行なうこと
により、溶融金舅の瀉流れがざらに改善される。特にキ
ャビティ６内の空気等の気体成分が迅速に押潟８方向に
吸引されるため、ガス欠陥の発生が効果的に防止される
とともに鋳込時間を大幅に短縮することができる。

さらに冷却羽根２１を形成する砂型５ａの内表面の表面
粗さを１００〜２００８ｋｍ設定することにより、！８
造品としての冷却羽根２１表面も同程度の表面粗さに調
整することができる。この表面粗さの調整は、砂型５ａ
の原材料となる砂の粒径を適宜選択することによりなさ
れる。

そして、表面を目荒しした冷却羽根２１は、円滑な表面
を有する従来の冷却羽根と比較して表面積が大きく、放
熱特性をより向上させることができる。

なお冷却効率をより向上させる対策として、冷却羽根２
１の側面部に空気を還流させるための貫通孔を形成して
もよい。

さらに第６図に示すように冷却羽根２１を形成する砂型
５ａの本体２４を、回転子鉄心３のスロッｉ〜１の軸方
向の開口面２５に対向するような位置関係で配設するこ
とにより上部エンドリング２０部にガス欠陥のない鋳造
回転子を形成することができる。

すなわち上記位置関係にあれば、スロット１を上方向に
抜けた溶融金属７は、矢印で示すように一旦、砂型木体
２４の底面に衝突して上部エンドリング成形用型のキャ
ビティを満たし、しかる後に砂型５ａのキャビティに順
次流入する。したがって回転子鉄心３上面に仮想線で示
すような空気溜り２６を発生することがなく、欠陥のな
い高品質な鋳造回転子を形成することができる。

以上説明した実施例においては、１個の回転子鉄心３の
上下而にエンドリング１９．２０および冷却羽根２１を
一体に鋳造成形する例で示したが、上下面にエンドリン
グ成形用型および冷却羽根を装着した回転子鉄心を多数
用意し、それぞれの型のキャビティを連通ずるようにし
て上下方向に多段に重ね合せ、複数個の鋳造回転子を同
時に鋳造成形ずることも可能である。この鋳造方式によ
れば回転子の製造効率を飛躍的に向上させることができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る鋳造回転子製造装置によれ
ば、鋳造時に型底部よりキャビテイに注入された溶融金
属はエンドリング成形用型、回転子鉄心のスロットおよ
び砂型のキセビテイを順次満たしエンドリングを含む回
転子導体部および冷ＩＪ羽根を一体に成形することがで
きる。

一方溶融金底の注入時に発生したガスやキャビティ内の
空気は順次上方に移動し、押潟に効果的に収容される。

したがってエンドリング部および冷却羽根部において空
気の残留による巣が形成されることが効果的に防止ざれ
、欠陥のない高品質の鋳造回転子を提供することができ
る。

また押湯を設けているため、溶融金属が凝固する際に収
縮しても、溶融金属が型内に補給されるため引け巣など
の欠陥が発生することがなく、表面が緻密な鋳造回転子
を形成することができる。

さらに冷却羽根成形用型が、従来のように金型ではなく
砂型で形成されているため、ＶＩ造後における型の崩壊
性が優れており、鋳造回転子を型から取り出す離型操作
が極めて容易となり、製造効率を大幅に改善することが
できる。

ざらに押湯を形成する空間部に連通した減圧装置を付設
し、溶融金属を注入するキャビティ内を減圧ずることに
より、濶流れが改善されるとともに、特にキャビティ内
の空気が円滑に押潟方向に吸引されるため、ガス欠陥の
発生がより効果的に抑止される。

そして冷却羽根を成形する砂型の本体を、スロッ１・の
軸方向の開口に対向するように配設することによって、
Ｓ造時にエンドリング成形用型内に進入した溶融金属は
、スロットから直接砂型内に流入することなく、一旦、
冷却羽根成形用型としての砂型本体に衝突して反転し、
エンドリング成形用型のキャビテイを満たし、しかる後
に砂型内に順次流入する。

したがって、エンドリング部における空気等の滞留部が
形成されず、欠陥のない鋳造回転子を形成することがで
きる。

さらに冷Ｗ羽根を形成する砂型の内表面の表面粗さを１
００〜２００８に設定することにより、鍛｝Δ品として
の冷却羽根表面も同程度の表面粗さに調整することがで
きる。そして、表面を目荒しした冷却羽根は、円滑な表
面を有する従来の冷却羽根と比較して表面積が大きく、
放熱特性をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造回転子製造装置の一実施例を
示す平断面図、第２図は第１図にお【ブる■−■矢視平
断面図、第３図は砂型の構成例を示す斜視図、第４図は
鋳造直後の鋳造回転子の形状を示す部分斜視図、第５図
は砂型の他の実施例を示す部分平面図、第６図は砂型と
回転子鉄心のスロット間口面との位置関係を示す部分断
面図である。 １・・・スロット、・・・鉄心要素、３・・・回転子鉄
心、４・・・上部エンドリング成形用型、５・・・冷却
羽根成形用型、５ａ，５ｂ・・・砂型、６；・・キャビ
ティ、７・・・溶融金属、８・・・押揚、９・・・下部
エンドリング成形用型、１０・・・潟だまり、１１．１
１ａ・・・羽根成形空間、１２・・・上型、１３・・・
ベントプラグ、１４・・・潟口、１５・・・潟口型、１
６・・・下型、１７・・・金型連結ボル１〜、１８・・
・押え板、１９・・・下部エンドリング、２０・・・上
部エンドリング、２１・・・冷却羽根、２２・・・押濶
鋳物、２３・・・スロット部、２４・・・本体、２５・
・・開口面、２６・・・空気溜り。 第 ｌ 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スロットを穿設した鉄心要素を積層して形成した回
   転子鉄心を水平方向に配置し、エンドリング形成用型お
   よび冷却羽根成形用型を上記回転子鉄心に装着した状態
   で、キャビティおよび回転子鉄心のスロットに溶融金属
   を型底部より充填し、エンドリングおよび冷却羽根を一
   体に成形する鋳造回転子製造装置において、上記冷却羽
   根形成用型を砂型で形成するとともに、型内に混入また
   は発生したガスや空気を収容し、かつ溶融金属が凝固す
   る際に生じる収縮量を補うために溶融金属を補給する押
   湯を上記砂型の上部に配設したことを特徴とする鋳造回
   転子製造装置。 ２、押湯を形成する空間部に連通し、その空間部を減圧
   する減圧装置を備えてなる請求項１記載の鋳造回転子製
   造装置。 ３、冷却羽根を成形する砂型本体を、回転子鉄心のスロ
   ットの軸方向の開口面に対向して配設したことを特徴と
   する請求項１記載の鋳造回転子製造装置。 ４、冷却羽根を成形する砂型の内表面の表面粗さを１０
   ０〜２００Ｓに設定したことを特徴とする請求項１記載
   の鋳造回転子製造装置。