JPH03159546A - かご形回転子の製造方法 - Google Patents

かご形回転子の製造方法

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JPH03159546A
JPH03159546A JP29682889A JP29682889A JPH03159546A JP H03159546 A JPH03159546 A JP H03159546A JP 29682889 A JP29682889 A JP 29682889A JP 29682889 A JP29682889 A JP 29682889A JP H03159546 A JPH03159546 A JP H03159546A
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幹生 山下
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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】
〔産業上の利用分野〕 この発明はかご形回転子の製造方法に関し、特2:回転
子鉄心に溶融した導体材料を加圧充填して回転子導体を
形成する方法に関するものである.
【従来の技術1 第4図(a).(b)は一般的な鋳込み前のかご形回転
子、即ち回転子鉄心を示すもので、(a)は一部切り欠
いて断面を表わす正面図、(b)は側面図である。図中
(1)は回転子鉄心で、円形状鋼板(l a)を積層し
て形成され、積層方向に貫通するスロット(1b)と回
転軸挿入部(IC)を有している。従来、このかご形回
転子は、スロット(1b)と回転軸挿入部(1c)とを
打ち抜いた円形状鋼板(1a)を必要枚数積層して回転
子鉄心(1)を形成し、次にアルミニウムダイカストに
より回転子導体(スロット導体及びエンドリングで構成
される)を形成した後、回転軸を挿入して製造される。 第5図は例えば特開昭56−47555号公報に示され
た従来のかご形回転子の鋳込み装置を示す断面図である
。図中(2)は仮軸、(3)はカラー (4)はナット
であり、前記回転子鉄心(I)は仮軸(2)及びカラー
(3)を介してナット(4)により締め付けられて一体
化されている(5)は成形後製品を取り出すための押出
棒、(6)は溶融したアルミニウムなどの導体材料、(
7)は溶融した導体材料(6)を注入するスリーブ、(
8)は鋳込み圧力を加えるブランジャ、(9)は固定金
型、(10)は中間金型、(11)は移動金型である。 矢印は溶融導体材料(6)の流れを表わす。 従来のかご形回転子のダイカスト法は仮軸(2)、カラ
ー(3)及びナット(4)で一体化した回転子鉄心(1
)を、中間金型(10)の円筒状の空孔に挿入し、中間
金型(1 0)及び移動金型(1l)を固定金型(9)
に加圧して型締めを行う。しかる後、スリーブ(7)に
注入された溶融導体材料(6)がブランジャ(8)によ
って加圧され、回転子鉄心(1)のスロット(1b)の
中を流れ、スロット部及びエンドリング部に高速で充填
され、急速冷却された後、固定金型(9)と中間金型(
10)との間で金型を開き、押出棒(5)によりスロッ
ト導体とエンドリングが形成された回転子鉄心(1)を
押し出す。 第6図(a).(b)はこのようにして得られた従来の
かご形回転子を示すもので、(a)は断面図、(b)は
側面図であり、(1 d)はエンドリング、(1e)は
スロット導体、(6a)は収縮巣(ヒケ巣)である。ダ
イカスト法では、溶融した導体材料(6)を高速で充填
するので、空気やガスを巻込むとともに、凝固が完了す
るまで高圧力を維持しておらず、スロット導体(1e)
、エンドリング(1d)に収縮巣(ヒケ巣)(6a)が
生じ、密度の低下につながっていた。例えば、純アルミ
ニウムの密度は2.7 g/cm3であるがこの従来例
の回転子導体のアルミニウム密度はせいぜい2.6 g
/cm’前後と低かった。この密度低下が回転子に誘起
された二次電流の導通を妨げひいては回転トルクを低下
させていた。従って、現状では密度低下(収縮巣による
導通低下)を考慮して、回転子導体の材料特性を十二分
に発揮させる設計がなされていない。そこで、所望のモ
ータ特性を得るために、回転子の厚さを増したり一次側
の固定子の巻線を太くする等の手段が取られている。そ
のため、モータ自身が大きくなり、小型軽量化のための
支障となるばかりでなく、余分な材料が必要でコスット
アップにつながっていた。さらに、スロット導体(1e
)内に生じた巣により回転子の強度低下が生じ、高速回
転時の断線及び破壊につながる危険性があった。 上記のような問題点を解決するため、最近ではスロット
及びエンドリングが形成される空間(以下エンドリング
部と記す)内に、溶融した導体材料、例えば溶融アルミ
ニウムを遅い流動速度で充填させ、上記溶融アルミニウ
ムを4 0 0 kg/ cm”以上の高圧下で凝固さ
せる溶湯鍛造法(加圧凝固鋳造法)が導入されている。 第7図は例えば特開昭62−1 2357号公報に示さ
れた従来のかご形回転子の鋳込み装置を示す断面図で、
図中(5)は押出棒、(14)はノックアウトポンチで
、押出棒(5)を連動して上昇させる。(15)はポン
チ、(16)はプレス等のスライド、(17)は支柱、
(l1)は上型で、支柱(l7)によりスライド(16
)と連結されている。(9)は下型で、溶融アルミニウ
ム(6)を収容する湯溜り(9a)が設けられ、押出棒
(5)を備えている。上型(11)と下型(9)で回転
子鉄心(1)を嵌合挿入できるキャビティ (9c)と
キャビティ(9c)へ溶融アルミニウム(6)を導入す
るゲート(9b)が構成されている。(20)はプレス
のボルスタ、(21)はノックアウト用下板で、ノック
アウトボンチ(14)にネジ止めされている。(4l)
はキャビティ (9c〉上端のゲート(9b)と対向す
る位置に設けられたガス排出口である。なお、第8図は
第7図におけるポンチ(15)が下降し、下型(9)の
湯溜り(9a)に押し込まれた充填、加圧状態を示す拡
大断面図である。 まず、円周方向に均等に設けた多数のスロット(lb)
及び回転軸挿入部(1 c)を打ち抜いた円形の薄鉄板
(1a)をスロット(1b)が積層方向に貫通するよう
に多数積み重ねて回転子鉄心とする。次いで、上型(1
1)及び下型(9)を約250℃に予熱しておき、下型
(9)のキャビティ(9C)内に上記多数個のスロット
(1b)を有するかご形回転子鉄心(1)をそのスロッ
ト(1b)が重力方向となるように嵌合挿入し、スライ
ド(l6)を下降し、支柱(l7)により連結した上型
(11)を下型(9)に加圧して型締めを行う。その後
、上型(l1)の注入口(11a)より溶融アルミニウ
ム(6)を下型(9)の湯溜り(9a)にその液面がゲ
ート(9b)以下であるように注入し、速やかに上ボン
チ(15)を下降させ、湯溜り(9a)に溜った溶融ア
ルミニウム(6)を押出しミキャビテイ (9C)内の
回転子鉄心(1)のスロット(1b)とエンドリング部
に遅い流動速度で溶融アルミニウム(6)を流し込む.
溶融アルミニウム(6)の流動速度は、上ボンチ(l5
)のスピードを制御しながら行う。溶融アルミニウム(
6)はゲート(9a)近傍のスロットから順に上方へ満
たされ、ゲート(9a)近傍の上端エンドリング部から
ガス排出口(4l)に到達する。溶融アルミニウム(6
)充填後、溶融または半溶融状態で約4 0 0 Kg
/ am2以上の高圧力を加えて凝固させる。上型(1
1)と下型(9)を開き、押出棒(5)により回転子導
体が形成された回転子鉄心(1)を押出す。 第9図(a),(b)は溶湯鍛造で得られたかご形回転
子の例を示すもので、(a)は断面図、(b)は側面図
である.このように溶湯鍛造法では溶融アルミニウムを
低速で充填するため、空気やガスの巻込みが少なく、さ
らに凝固完了まで高圧力を維持するので、収縮巣が生ず
ることなく高密度の電気導体を得ることができる. 第10図は溶湯鍛造で得られたアルミニウム密度が2.
 67 g / cm3のかご形回転子のトルク特性及
び効率を、2.57g ,/crn’のダイカスト品と
対比して示す特性図である。縦軸はトルク(kg−cm
)及び効率(%)をそれぞれ表わし、横軸は回転数(r
pm )を表わしており、(イ)は溶湯鍛造品のトルク
特性曲線、(口)はダイカスト品のトルク特性曲線、(
ハ)は溶湯鍛造品の効率特性曲線、(二)はダイカスト
品の効率特性曲線である。図から明らかなように、溶湯
鍛造によるアルミニウムが高密度のものの方がモータの
トルク特性も効率も向上している。 このように、溶湯鍛造によればモータ特性をダイカスト
法に比べ向上させることができ、そのため回転子導体の
材料特性を十二分に発揮させる回転子の限界設計がなさ
れ、モータの小型軽量化、省資材あるいはコストダウン
が可能となる。 しかしながら、上記溶湯鍛造法による場合でも、例えば
エンドリングの断面積に比べ個々のスロットの断面積が
比較的小さい場合には、溶融アルミニウムが下エンドリ
ング部からスロット、さらに上エンドリング部へと充填
され、凝固する過程において、上エンドリング部よりス
ロット部が先に凝固する。その際、加圧力も下エンドリ
ング部からスロット、上エンドリング部の順に伝えられ
るが、スロットが先に凝固すれば、その圧力は上エンド
リング部には伝わらない。そのため上エンドリングには
凝固が完了するまで高圧力をかけることができず、収縮
巣が発生する。また、下エンドリング部の断面積に比べ
ゲートの断面積が小さい場合にも同様に下エンドリング
部に収縮巣が発生する.ゲートは一般に型開き作用だけ
で切断するため、断面積が小さいのが好まれる。 [発明が解決しようとする課題1 以上のように、従来のダイカスト法では、かご形回転子
の回転子導体全体に収縮巣が発生する。 また溶湯鍛造法では、溶融導体材料の凝固にばらつきが
生じ、例えば上エンドリング部よりスロット部が先に凝
固する場合には上エンドリング部に収縮巣が発生する。 そのため電気導通の低下をきたして、モータのトルク、
効率に悪影響を及ぼすという問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、スロット導体及びエンドリングを形成する溶
融導体材料全体に、凝固が完了するまで高圧力が加えら
れ、収縮巣のない健全な回転子導体が得られるかご形回
転子の製造方法を提供することを目的とし、結果として
モータの効率及びトルク特性が向上し、モータの小型軽
量化が図れるかご形回転子を得ようとするものである.
【課題を解決するための手段】 この発明に係るかご形回転子の製造方法は、回転子鉄心
に溶融した導体材料を加圧充填して凝固させ、スロット
導体とこれに接続され前記回転子鉄心両端面に配設され
るエンドリングとを形成する際に、予め前記回転子鉄心
の外周を囲む中間金型とその下に配された下型の分割面
にスペーサを配しておき、前記溶融導体材料充填後、前
記スペーサを引抜くことにより、前記回転子鉄心の鋳込
み装置に具備された型締め機構の圧力と前記鋳込み装置
に具備された前記溶融導体材料を加圧充填するための加
圧機構の圧力とにより前記中間金型と下型とが閉じて当
接するようにしたものであるまた、回転子鉄心を金型内
で軸方向に移動可能に保持しておき、前記溶融導体材料
を加圧充填して、充填した前記溶融導体材料が凝固する
に従って発生する差圧で前記回転子鉄心が軸方向に移動
するようにすると共に、前記中間金型と下型との問に配
されたスペーサを引抜くことにより、前記中間金型と下
型が閉じるようにしたものである。 〔作用〕 この発明においては、溶融導体材料充填後、スペーサを
引抜くことにより、回転子鉄心の鋳込み装置に具備され
た型締め機構の圧力と鋳込み装置に具備された溶融導体
材料を加圧充填するための加圧機構の圧力とにより中間
金型と下型とが閉じて当接するようにしているので、回
転子鉄心を介して圧力低下をきたすおそれのある上エン
ドリング部をも加圧でき、収縮巣の発生を防止できる.
〔実施例1 以下、この発明の実施例を図について説明する.第1図
はこの発明の第1の実施例に係わるかご形回転子の製造
装置を示す断面構成図であり、前記従来のものと同一ま
たは相当部分には同一符号を付して説明を省略する.図
において、(IIA)は上型(11)と中間金型(lO
)とで形或される上エンドリング部である。中間金型(
1 0)は積層された回転子鉄心(1)の外周を覆って
おり、回転子鉄心(1)の層間から溶融導体材料(6)
が飛散するのを防止している。(9A)は上下に分割さ
れた下型で、下部にはスリーブ(7)が一体化されかつ
このスリーブ(7)と嵌合摺動して溶融導体材料(6)
を加圧するための加圧ブランジャ(8)との間で湯溜り
(9a)が形成されている。また、下型(9A)の上部
とスリーブ(7)とは摺動可能に嵌合されている.下型
(9A)の上部には、下エンドリング部(IOB)と湯
溜り(9a)とから溶融導体材料(6)を導入するため
のゲート(9b)が設けられている。また、(32)は
中間金型(1 0)と下型(9A)との間にすき間を与
えるための例えば円周方向に4分割されたくさび形など
のスペーサ、(31)はロッド(31a)を介してスペ
ーサ(32)を半径方向に引抜くための油圧シリンダな
どの引抜き装置であり、下型(9A)の上部に固定され
ている。(41)は上型(l1)と中間金型(10)と
の間に放射状に多数設けられたガス排出口で、溶融導体
材料(6)が加圧ブランジャ(8)により充填されるに
際し、ガスを型外に導く。 なお、スペーサ(32)は中間金型(l O)と下型(
9A)の上部との間に上型(11)と中間金型(10)
とが一体となって下降し、また下型(9A)の上部が上
昇するための加圧代(L)分のすき間を与えるような形
状に設計されている。 加圧代(L)は下エンドリング部(IOB)に充填され
た溶融導体材料(6)が凝固(液相から固相に相変態)
するときの体積収縮量を予め算出することにより、その
長さを決定する。また、仮軸(2)の下端と下型(9A
)の上部にも少なくとも(L)のすき間を与え、下型(
9A)の上部と中間金型(10)が接近できるよう配慮
しているまず、仮軸(2)に回転子鉄心(1)をはめ込
み、ざらに仮軸(2)を上型(11)の穴に挿入し、ナ
ット(4)により上型(11)に固定する。さらに、回
転子鉄心部分を中間金型(lO)に嵌合装入し、以上組
み合わせた金型全体を上部可動側金型(70)として、
スライド(16)に固定する。スペーサ(32)は予め
引抜き装置(31)により押し出されて図の位置にあり
、その内周面は下エンドリング部(IOB)の外周壁の
一部を構成している。加圧ブランジャ(8)は予め所定
の位置まで下降しており、この状態で図示されない給湯
装置により湯溜り(9a)に溶融導体材料(6)が注が
れ、次に下型(9A)の上部をスリーブ(7)と嵌合し
、ふた締めする。次いで、上部可動金型(70)が下降
し、中間金型(10)の下端がスペーサ(32)に当接
して型締めがなされる。最後に加圧ブランジャ(8)が
上昇する。 この過程で溶融導体材料(6)がゲート(9b)、下エ
ンドリング部(IOB)、スロット(lb)を経て上エ
ンドリング部(IIA)に到達する。この際、溶融導体
材料(6)の流速は過度にガスや空気を巻込むことのな
いよう、比較的低速(レイノルズ数が2万以下)にする
のがよい。 予め、型内やスロット内にあったガスや空気は大部分が
ガス排出口(41)で排出され、溶融導体材料(6)が
このガス排出口(4l)に達すると、この部分の導体材
料(6)は急速に冷却されて凝固し出口をふさぐ。 この時点より加圧ブランジャ(8)による加圧力が急速
に立上がり、湯溜り(9a)及びゲート(9b)を介し
て製品に4 0 0 kg/ Cm2以上の高圧力が加
えられる。この際、ゲート(9b)内及びスロット(l
b)内に充填された溶融導体材料(6)が先に凝固し、
次に上下のエンドリング部(1 lA).(IOB)が
凝固し始める。そして、凝固(相変態)に伴う体積収縮
により上下エンドリング部(IIA),(IOB)内の
圧力が低下する。既に述べたようにゲート(9b)は全
体が凝固してから、上部可動金型(70)をスライド(
16)により引上げる型開き作用で切断できるようにす
るため、一般にはその最上端部の径が極めて細く作られ
ている。そのため、上エンドリング部(IlA)とスロ
ット(1b)及び下エンドリング部(IOB)とゲート
(9b)間の凝固時間の差は、後者の方が大きいことが
多い。従つて、上エンドリング部(IIA)に比べ下エ
ンドリング部(IOB)はより大きな収縮巣が発生する
ことが多い。 この実施例はこの下エンドリング部(IOB)の収縮巣
な防止するためのもので、ゲート(9b)が凝固して湯
道がふさがれた後に、引抜き装置(31)によりスペー
サ(32)を引抜くものである。これにより、スライド
(16)の加圧力により上部可動金型(70)が下降す
ると共に加圧ブランジャ(8)の加圧力により下型(9
A)の上部が浮上して下エンドリング部(IOB)が強
圧され、その凝固まで加圧力が持続されるので収縮巣が
防止される。この際、加圧代(L)は下エンドリング部
(IOB)の体積と溶融導体材料(6)の固有の凝固収
縮量とから予め算出しておけばよい。また、スペーサ(
32)を引抜くことにより、下エンドリング部(IOB
)の外周上部は一瞬大気に開放されるが、この時点では
下エンドリング部(IOB)の外部は凝固が進行してい
るので、溶融導体材料(6)が型外にもれることばない
。 次に、この発明の第2の実施例を第2図について説明す
る。構成は第1の実施例とほぼ同一であるが、回転子鉄
心(1)の上端と上型(1l)の上エンドリング部(I
IA)の内壁を形成する部分の下端にも加圧代(L)が
設けられ、さらにスペーサ(32)による上部可動金型
(7o)と下型(9A)の間の加圧代及び仮軸(2)の
下端と下型(9A)の上部とのすき間が2Lに設定され
ている点が異なっている。 加工の手順も第1の実施例と全く同様であるがこの場合
スペーサ(32)を引抜くことにより下エンドリング部
(IOB)に強圧が加わると、回転子鉄心(1)の下端
にも強圧が加わり、回転子鉄心(1)がその圧力で浮上
して上エンドリング部(IIA)を強圧する。こうして
、スロット(1b)やゲート(9b)が先に凝固しても
、上下のエンドリング部(r IA),(IOB)にも
おのずと強圧が加わり、収縮巣を防止する。 なお、この実施例では加圧代をLまたは2L,すなわち
一方のエンドリング部につきLとしたがエンドリング部
の体積と導体材料の材質とによりおのずと収縮量が決ま
るので、加圧代をLより大きくしておいてもよい.また
、引抜き装置(3l)は油圧シリンダの場合を示したが
、モータなどでもよい。スペーサ(32)の断面は大略
くさび形状の場合を示したが、片側のみテーバでもよい
し、長方形などでもよい。さらに、この実施例では一個
取りの成形法の場合を示したが、第7図に示すような多
数個取りの場合でも同じ方法が適用できる。 上記各実施例では中間金型(10)の下部と下型(9A
)の上部との間にスペーサ(32)を、両者を分断する
かたちで設けたものを示したが、第3図に示すように中
間金型(10)の下部を下型(9A)の上部に摺動可能
に嵌合する構造とすれば、スペーサ(32)を引いたと
きに湯が漏れないし、スペーサ(32)を動かす機構(
3l)を上下させなくてもよい. [発明の効果] 以上のように、この発明によれば回転子鉄心を介して圧
力低下をきたすおそれのある上エンドリング部をも加圧
できるので、収縮巣の発生を防止し健全な回転子導体が
得られ、回転子導体が強固となり遠心力などによる破損
が防止できるとともに電気抵抗が減少し、モータの効率
及びトルク特性が向上し、モータの小型軽量化が図れる
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第lの実施例に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図、第2図はこの発明の第2
の実施例に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構
成図、第3図はこの発明のさらに異なる実施例に係わる
かご形回転子の製造装置を示す断面構成図、第4図(a
),(b)は一般的な回転子鉄心を示し、(a)は一部
切り欠いて断面を表わす正面図、(b)は側面図、第5
図は従来のかご形回転子の鋳込み装置を示す断面図、第
6図(a).(b)は従来のかご形回転子を示し、(a
)は断面図、(b)は側面図、第7図は従来の溶湯鍛造
法によるかご形回転子の鋳込み装置を示す断面図、第8
図は第7図の部分拡大断面図、第9図(a),(b)は
溶湯鍛造法で得られたかご形回転子を示し、(a)は断
面図、(b)は側面図、第10図は溶湯鍛造法によるか
ご形回転子のトルク特性及び効率をダイカスト品と対比
して示す特性図である. 図において、(1)は回転子鉄心、(1 b)はスロッ
ト、(1d)はエンドリング、(1e)はスロット導体
、(2)は仮軸、(4)はナット、(6)は溶融導体材
料、(8)は加圧ブランジャ(9A)は下型、(9a)
は湯溜り、(9b)はゲート、(10)は中間金型、(
IOB)は下エンドリング部、(11)は上型、(II
A)は上エンドリング部、(L)は加圧代、(16)は
鋳込み装置のスライド、(31)は引抜き装置、(3 
1 a)はロッド、(32〉はスペーサであるなお、図
中同一符号は同一または相当部分を示す。 第 2 図 第 3 図 第 4 図 (aノ (bノ 第 7 図 く 第 10図 回転数 (rpmノ 手 続 補 正 flt (自発) ↑,¥許庁長官殿 1 . 411 fl’の表示 平 特願昭1−296828号 2.発明の名称 かご形回転子の製造方法 3.抽正をする者 111件との関係 ↑、!許出願人 住 所    東京都千代[1−]区丸の内二丁目2番
3丹名 称  (601)三菱電機株式会社代表者 志
 岐 守 哉 4.代 理 住所 人 東京都千代111区丸の内二丁rl2番3′l″J−三
菱電機抹式会社内 (7375)弁理士 人 岩 増 雄 (連餡先03(2]3)3421f.’F.+’l i
m+)5,補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄 明細書の発明の詳細な説明の欄 6.補正の内容 (11明細書の特許請求の範囲を別紙のとおりに訂正す
る。 (2)同第3頁第4行、および第4頁第6行〜第7行の
「溶融した導体材料」をいずれも「溶融導体材料」と訂
正する。 (3)同第5頁第4行の「コスットアップ」を「コスト
アップ」と訂正する。 (4)同第6頁第2行、第6行〜第7行、第7頁第8行
、第11行〜第12行、第14行、第15行、第17行
、および第20行の「溶融アルミニウム」をいずれも「
溶融導体材料」と訂正する。 (5)同第6頁第18行の「円形の薄鉄板」を「円形状
鋼板」と訂正する。 (6)同第16頁第2行の「導体材料」を「溶融導体材
料」と訂正する。 じノト 別      紙 特許請求の範囲 (1)回転子鉄心に溶融した導体材料を加圧充填して凝
固させ、スロット導体とこれに接続されて前記回転子鉄
心両端面に配設されるエンドリングとを形戒するかご形
回転子の製造方法にわいて、前記回転子鉄心の外周を囲
む中間金型とその下に配された下型の分割面に予めスペ
ーサを嵌合しておき、前記溶融導体材料充填後、前記ス
ペーサを引抜くことにより、前記回転子鉄心の鋳込み装
置に具備された型締め機構の圧力と前記溶融導体材料を
加圧充填する加圧機構との圧力により前記中間金型と下
型とを閉じるようにしたことを特徴とするかご形回転子
の製造方法。 (2))回転子鉄心は中間金型内で軸方向に移動可能に
保持されていることを特徴とする請求項1記載のかご形
回転子の製造方法。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転子鉄心に溶融した導体材料を加圧充填して凝
    固させ、スロット導体とこれに接続されて前記回転子鉄
    心両端面に配設されるエンドリングとを形成するかご形
    回転子の製造方法において、前記回転子鉄心の外周を囲
    む中間金型とその下に配された下型の分割面に予めスペ
    ーサを嵌合しておき、前記導体材料充填後、前記スペー
    サを引抜くことにより、前記回転子鉄心の鋳込み装置に
    具備された型締め機構の圧力と前記導体材料を加圧充填
    する加圧機構との圧力により前記中間金型と下型とを閉
    じるようにしたことを特徴とするかご形回転子の製造方
    法。
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