JPH04308445A - 回転電機の回転子導体 - Google Patents
回転電機の回転子導体Info
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- JPH04308445A JPH04308445A JP9789691A JP9789691A JPH04308445A JP H04308445 A JPH04308445 A JP H04308445A JP 9789691 A JP9789691 A JP 9789691A JP 9789691 A JP9789691 A JP 9789691A JP H04308445 A JPH04308445 A JP H04308445A
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Landscapes
- Induction Machinery (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の回転子導体
に関するもので、特に軽量で高強度を必要とする大型回
転電機あるいは超高速回転電機の回転子導体に関するも
のである。
に関するもので、特に軽量で高強度を必要とする大型回
転電機あるいは超高速回転電機の回転子導体に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】回転電機例えば誘導電動機の回転子導体
は、回転特性に適した抵抗値が必要であると共に、起動
時あるいは低速回転域における発熱による熱応力にも十
分耐えられる強度が求められ、その材料には従来よりア
ルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金が一般
に用いられている。
は、回転特性に適した抵抗値が必要であると共に、起動
時あるいは低速回転域における発熱による熱応力にも十
分耐えられる強度が求められ、その材料には従来よりア
ルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金が一般
に用いられている。
【０００３】誘導電動機の回転子の構造を図１および図
２に示す。図１は縦断面図、図２は側面図であり、符号
１は回転子鉄心、２は回転子導体、３は短絡環、４は回
転子軸である。回転子導体２は回転子鉄心１に形成され
た溝１ａに納められ、かつその両端は短絡環３の溝３ａ
に嵌め込まれている。回転子導体２と短絡環３は銀ロウ
によって接合されている。これは接合面積を十分確保し
、起動時や低速回転域での発熱あるいは高速回転域にお
ける遠心力などに十分耐えられるようにするためである
。
２に示す。図１は縦断面図、図２は側面図であり、符号
１は回転子鉄心、２は回転子導体、３は短絡環、４は回
転子軸である。回転子導体２は回転子鉄心１に形成され
た溝１ａに納められ、かつその両端は短絡環３の溝３ａ
に嵌め込まれている。回転子導体２と短絡環３は銀ロウ
によって接合されている。これは接合面積を十分確保し
、起動時や低速回転域での発熱あるいは高速回転域にお
ける遠心力などに十分耐えられるようにするためである
。
【０００４】回転子導体２と短絡環３の材質は通常、前
者が黄銅で、後者が銅の組合せがよく使用されている。 また小型機ではアルミニウムのダイキャスト材が使用さ
れている。
者が黄銅で、後者が銅の組合せがよく使用されている。 また小型機ではアルミニウムのダイキャスト材が使用さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】回転子導体と短絡環の
材質は熱伝導性が良好であるので、これらを銀ロウによ
り接合する際には、大容量の熱源を必要とし、回転子導
体は長時間高温にさらされることになる。その結果、回
転子導体は軟化し、強度低下を招く。
材質は熱伝導性が良好であるので、これらを銀ロウによ
り接合する際には、大容量の熱源を必要とし、回転子導
体は長時間高温にさらされることになる。その結果、回
転子導体は軟化し、強度低下を招く。
【０００６】また、かご形誘導電動機は起動時に定格電
流に比し大きな電流が流れ、大きな電磁力を発生するた
め、回転子導体は短絡環空隙において振動を発生し、大
きな応力を受ける。さらに起動電流によって回転子導体
および短絡環は高温になるため径方向への熱伸びによる
熱応力を受けると共に、回転による遠心力としての応力
を受ける。
流に比し大きな電流が流れ、大きな電磁力を発生するた
め、回転子導体は短絡環空隙において振動を発生し、大
きな応力を受ける。さらに起動電流によって回転子導体
および短絡環は高温になるため径方向への熱伸びによる
熱応力を受けると共に、回転による遠心力としての応力
を受ける。
【０００７】このため回転電機が大型化、高速化した場
合、従来使用されていたアルミニウム、アルミニウム合
金、銅または銅合金では、これらの応力に耐えることが
できず、導体の破損などが発生するという問題があった
。本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑
み、大型化、高速化に耐え得る堅牢で効率のよい回転電
機を構成できる回転子導体を提供することにある。
合、従来使用されていたアルミニウム、アルミニウム合
金、銅または銅合金では、これらの応力に耐えることが
できず、導体の破損などが発生するという問題があった
。本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑
み、大型化、高速化に耐え得る堅牢で効率のよい回転電
機を構成できる回転子導体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明の回転子導体は、アルミニウムまたはアルミニウム合
金のマトリックス中に、セラミックス短繊維およびセラ
ミックスウィスカーのいずれか一方または双方を、導体
長手方向に配向させて分散させた複合材よりなることを
特徴とするものである。
明の回転子導体は、アルミニウムまたはアルミニウム合
金のマトリックス中に、セラミックス短繊維およびセラ
ミックスウィスカーのいずれか一方または双方を、導体
長手方向に配向させて分散させた複合材よりなることを
特徴とするものである。
【０００９】また本発明の回転子導体は、前記複合材の
外周にアルミニウムまたはアルミニウム合金を被覆した
ことを特徴とするものである。
外周にアルミニウムまたはアルミニウム合金を被覆した
ことを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】前記のような複合材よりなる回転子導体は、マ
トリックス（基材）がアルミニウムまたはアルミニウム
合金であるため、銅または銅合金製の回転子導体よりき
わめて軽量である。またアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金はその中に分散させた強化材（セラミックス短繊
維、セラミックスウィスカー）により強化されているた
め、高強度、高疲労強度が得られる。さらに短繊維また
はウィスカー状の強化材は導体長手方向に配向されてい
るため、ランダム配向の場合に比べ３〜５割の強度向上
をもたらす。また複合材であるため基材の導電性が大き
く損なわれることがなく、良好な導電性が得られる。
トリックス（基材）がアルミニウムまたはアルミニウム
合金であるため、銅または銅合金製の回転子導体よりき
わめて軽量である。またアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金はその中に分散させた強化材（セラミックス短繊
維、セラミックスウィスカー）により強化されているた
め、高強度、高疲労強度が得られる。さらに短繊維また
はウィスカー状の強化材は導体長手方向に配向されてい
るため、ランダム配向の場合に比べ３〜５割の強度向上
をもたらす。また複合材であるため基材の導電性が大き
く損なわれることがなく、良好な導電性が得られる。
【００１１】なおマトリックスには導電性の面からは純
アルミニウムを使用することが好ましく、強度の面から
はアルミニウム合金を使用することが好ましい。またセ
ラミックス短繊維としては、炭素短繊維（ミルドファイ
バー）、アルミナ短繊維、アルミナシリカ短繊維、ジル
コニア短繊維等を使用することができる。セラミックス
ウィスカーとしては、ＳｉＣウィスカー、９Ａｌ２ Ｏ
３ ・２Ｂ２ Ｏ３ ウィスカー、黒鉛ウィスカー、Ｋ
２ Ｏ・６ＴｉＯ２ ウィスカー、Ｓｉ３ Ｎ４ ウィ
スカー、ＴｉＢ２ ウィスカー等を使用することができ
る。
アルミニウムを使用することが好ましく、強度の面から
はアルミニウム合金を使用することが好ましい。またセ
ラミックス短繊維としては、炭素短繊維（ミルドファイ
バー）、アルミナ短繊維、アルミナシリカ短繊維、ジル
コニア短繊維等を使用することができる。セラミックス
ウィスカーとしては、ＳｉＣウィスカー、９Ａｌ２ Ｏ
３ ・２Ｂ２ Ｏ３ ウィスカー、黒鉛ウィスカー、Ｋ
２ Ｏ・６ＴｉＯ２ ウィスカー、Ｓｉ３ Ｎ４ ウィ
スカー、ＴｉＢ２ ウィスカー等を使用することができ
る。
【００１２】短繊維やウィスカーよりなる強化材の含有
率は、強度向上の程度と加工性を勘案して定めればよく
、例えば２〜３５ ｖｏｌ％とすることが好ましい。２
ｖｏｌ％未満では強度向上が不十分な場合があり、３
５ ｖｏｌ％を越えると熱間押出などの加工が困難にな
る場合がある。
率は、強度向上の程度と加工性を勘案して定めればよく
、例えば２〜３５ ｖｏｌ％とすることが好ましい。２
ｖｏｌ％未満では強度向上が不十分な場合があり、３
５ ｖｏｌ％を越えると熱間押出などの加工が困難にな
る場合がある。
【００１３】また前記複合材の外周にアルミニウムまた
はアルミニウム合金の被覆を設けると、他の導体と接合
（ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、拡散接合、ＥＢ溶接、ロウ
付け、半田付け等）する時の、接合性を良くするのに有
効である。被覆の厚さは０．１〜２．０ ｍｍ程度にす
ることが好ましい。０．１ｍｍ未満では接合性改善効果
が不十分な場合があり、２．０ ｍｍを越えると複合材
の強度低下をもたらす場合がある。
はアルミニウム合金の被覆を設けると、他の導体と接合
（ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、拡散接合、ＥＢ溶接、ロウ
付け、半田付け等）する時の、接合性を良くするのに有
効である。被覆の厚さは０．１〜２．０ ｍｍ程度にす
ることが好ましい。０．１ｍｍ未満では接合性改善効果
が不十分な場合があり、２．０ ｍｍを越えると複合材
の強度低下をもたらす場合がある。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１
ＳｉＣウィスカー１０ ｖｏｌ％のプリフォームを製作
し、これを５００ ℃に加熱保持して溶湯鍛造用の金型
内にセットし、その金型内に純アルミニウムの溶湯を注
入して、溶湯鍛造法により上記プリフォーム中にアルミ
ニウム溶湯を含浸させ、加圧凝固させて、複合材ビレッ
トを作製した。このビレットを押出温度４５０ ℃、押
出比１５で熱間押出した後、抽伸加工して誘導電動機の
回転子導体 （ローターバー）の形状に加工した。
し、これを５００ ℃に加熱保持して溶湯鍛造用の金型
内にセットし、その金型内に純アルミニウムの溶湯を注
入して、溶湯鍛造法により上記プリフォーム中にアルミ
ニウム溶湯を含浸させ、加圧凝固させて、複合材ビレッ
トを作製した。このビレットを押出温度４５０ ℃、押
出比１５で熱間押出した後、抽伸加工して誘導電動機の
回転子導体 （ローターバー）の形状に加工した。
【００１５】実施例２
実施例１と同様にして複合材ビレットを製作し、このビ
レットの外周にアルミニウムパイプを嵌合して、押出温
度４５０ ℃、押出比１２で熱間押出を行った後、抽伸
加工して、厚さ０．５ ｍｍのアルミニウム被覆を有す
る誘導電動機の回転子導体の形状に加工した。
レットの外周にアルミニウムパイプを嵌合して、押出温
度４５０ ℃、押出比１２で熱間押出を行った後、抽伸
加工して、厚さ０．５ ｍｍのアルミニウム被覆を有す
る誘導電動機の回転子導体の形状に加工した。
【００１６】実施例３
実施例１と同様にしてＳｉＣウィスカー１７ ｖｏｌ％
のプリフォームとＡＡ記号５０５０アルミニウム合金の
複合材ビレットを作製し、これを押出温度４５０ ℃、
押出比１０で熱間押出した後、抽伸加工して誘導電動機
の回転子導体の形状に加工した。
のプリフォームとＡＡ記号５０５０アルミニウム合金の
複合材ビレットを作製し、これを押出温度４５０ ℃、
押出比１０で熱間押出した後、抽伸加工して誘導電動機
の回転子導体の形状に加工した。
【００１７】実施例４
実施例１と同様にしてＳｉＣウィスカー１５ ｖｏｌ％
のプリフォームとＡＡ記号６１５１アルミニウム合金の
複合材ビレットを作製し、このビレットの外周にアルミ
ニウムパイプを嵌合して、押出温度５００ ℃、押出比
１５で熱間押出を行った後、抽伸加工して、厚さ０．３
ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動機の回転子
導体の形状に加工した。
のプリフォームとＡＡ記号６１５１アルミニウム合金の
複合材ビレットを作製し、このビレットの外周にアルミ
ニウムパイプを嵌合して、押出温度５００ ℃、押出比
１５で熱間押出を行った後、抽伸加工して、厚さ０．３
ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動機の回転子
導体の形状に加工した。
【００１８】実施例５
実施例１と同様にして、Ｋ２ Ｏ・６ＴｉＯ２ ウィス
カー１０ ｖｏｌ％のプリフォームと純アルミニウムの
複合材ビレットを作製し、このビレットの外周にアルミ
ニウムパイプを嵌合して、押出温度４５０ ℃、押出比
１５で熱間押出を行った後、抽伸加工して、厚さ０．５
ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動機の回転子
導体の形状に加工した。
カー１０ ｖｏｌ％のプリフォームと純アルミニウムの
複合材ビレットを作製し、このビレットの外周にアルミ
ニウムパイプを嵌合して、押出温度４５０ ℃、押出比
１５で熱間押出を行った後、抽伸加工して、厚さ０．５
ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動機の回転子
導体の形状に加工した。
【００１９】実施例６
実施例１と同様にして、９Ａｌ２ Ｏ３ ・２Ｂ２ Ｏ
３ ウィスカー１５ ｖｏｌ％のプリフォームと純アル
ミニウムの複合材ビレットを作製し、このビレットの外
周にアルミニウムパイプを嵌合して、押出温度４５０
℃、押出比１５で熱間押出を行った後、抽伸加工して、
厚さ０．５ ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動
機の回転子導体の形状に加工した。
３ ウィスカー１５ ｖｏｌ％のプリフォームと純アル
ミニウムの複合材ビレットを作製し、このビレットの外
周にアルミニウムパイプを嵌合して、押出温度４５０
℃、押出比１５で熱間押出を行った後、抽伸加工して、
厚さ０．５ ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動
機の回転子導体の形状に加工した。
【００２０】実施例７
実施例１と同様にして、アルミナ短繊維１５ ｖｏｌ％
のプリフォームと純アルミニウムの複合材ビレットを作
製し、このビレットの外周にアルミニウムパイプを嵌合
して、押出温度４５０ ℃、押出比１０で熱間押出を行
った後、抽伸加工して、厚さ０．５ ｍｍのアルミニウ
ム被覆を有する誘導電動機の回転子導体の形状に加工し
た。
のプリフォームと純アルミニウムの複合材ビレットを作
製し、このビレットの外周にアルミニウムパイプを嵌合
して、押出温度４５０ ℃、押出比１０で熱間押出を行
った後、抽伸加工して、厚さ０．５ ｍｍのアルミニウ
ム被覆を有する誘導電動機の回転子導体の形状に加工し
た。
【００２１】実施例８
実施例１と同様にして、炭素短繊維（ミルドファイバー
）１５ ｖｏｌ％のプリフォームと純アルミニウムの複
合材ビレットを作製し、このビレットの外周にアルミニ
ウムパイプを嵌合して、押出温度４５０ ℃、押出比１
３で熱間押出を行った後、抽伸加工して、厚さ０．５
ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動機の回転子導
体の形状に加工した。
）１５ ｖｏｌ％のプリフォームと純アルミニウムの複
合材ビレットを作製し、このビレットの外周にアルミニ
ウムパイプを嵌合して、押出温度４５０ ℃、押出比１
３で熱間押出を行った後、抽伸加工して、厚さ０．５
ｍｍのアルミニウム被覆を有する誘導電動機の回転子導
体の形状に加工した。
【００２２】実施例９
粉末アルミニウムとＳｉＣウィスカーを混合、圧粉して
ＳｉＣウィスカー占有率１５ｖｏｌ％の圧粉体を作製し
た後、５５０ ℃、１０００気圧でＨＩＰ処理 （熱間
静水圧プレス） し、複合材ビレットを作製した。この
ビレットを押出温度４５０ ℃、押出比１５で熱間押出
した後、抽伸加工して誘導電動機の回転子導体の形状に
加工した。
ＳｉＣウィスカー占有率１５ｖｏｌ％の圧粉体を作製し
た後、５５０ ℃、１０００気圧でＨＩＰ処理 （熱間
静水圧プレス） し、複合材ビレットを作製した。この
ビレットを押出温度４５０ ℃、押出比１５で熱間押出
した後、抽伸加工して誘導電動機の回転子導体の形状に
加工した。
【００２３】実施例１０
実施例９と同様にして複合材ビレットを作製し、このビ
レットの外周にアルミニウムパイプを嵌合して、押出温
度４５０ ℃、押出比１２で熱間押出を行った後、抽伸
加工して、厚さ０．５ ｍｍのアルミニウム被覆を有す
る誘導電動機の回転子導体の形状に加工した。
レットの外周にアルミニウムパイプを嵌合して、押出温
度４５０ ℃、押出比１２で熱間押出を行った後、抽伸
加工して、厚さ０．５ ｍｍのアルミニウム被覆を有す
る誘導電動機の回転子導体の形状に加工した。
【００２４】以上の各実施例で得られた回転子導体はい
ずれもセラミックスウィスカーまたはセラミックス短繊
維が回転子導体の長手方向に配向したものであった。セ
ラミックスウィスカーまたはセラミックス短繊維の導体
長手方向への配向は熱間押出の際に発生する。各実施例
で得られた回転子導体の性能を表１に示す。ロウ付性の
○は良、◎は優を示す。
ずれもセラミックスウィスカーまたはセラミックス短繊
維が回転子導体の長手方向に配向したものであった。セ
ラミックスウィスカーまたはセラミックス短繊維の導体
長手方向への配向は熱間押出の際に発生する。各実施例
で得られた回転子導体の性能を表１に示す。ロウ付性の
○は良、◎は優を示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
回転子導体は、従来の銅合金製の回転子導体に比べ比重
が１／３ 以下ときわめて軽量であり、しかも銅合金製
の回転子導体に匹敵する高い強度と高い導電性を有して
いるので、軽量性と大きな強度を要求される大型回転電
機あるいは高速回転電機にきわめて好適である。また本
発明の回転子導体はセラミックス短繊維またはセラミッ
クスウィスカーで強化された複合材よりなるため、高温
でも強度の低下が少なく、温度上昇による強度低下で破
壊するおそれがない。このため従来に比較して熱損失密
度を大きくすることが可能となり、回転電機の小型化が
可能となる。
回転子導体は、従来の銅合金製の回転子導体に比べ比重
が１／３ 以下ときわめて軽量であり、しかも銅合金製
の回転子導体に匹敵する高い強度と高い導電性を有して
いるので、軽量性と大きな強度を要求される大型回転電
機あるいは高速回転電機にきわめて好適である。また本
発明の回転子導体はセラミックス短繊維またはセラミッ
クスウィスカーで強化された複合材よりなるため、高温
でも強度の低下が少なく、温度上昇による強度低下で破
壊するおそれがない。このため従来に比較して熱損失密
度を大きくすることが可能となり、回転電機の小型化が
可能となる。
【図１】 誘導電動機の回転子の構造を示す縦断面図
。
。
【図２】 図１の回転子の側面図。
１：回転子鉄心 ２：回転子導体 ３：短
絡環 ４：回転子軸
絡環 ４：回転子軸
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウムまたはアルミニウム合金
のマトリックス中に、セラミックス短繊維およびセラミ
ックスウィスカーのいずれか一方または双方を、導体長
手方向に配向させて分散させた複合材よりなることを特
徴とする回転電機の回転子導体。 - 【請求項２】 請求項１記載の複合材の外周にアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を被覆したことを特徴と
する回転電機の回転子導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9789691A JPH04308445A (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 回転電機の回転子導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9789691A JPH04308445A (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 回転電機の回転子導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04308445A true JPH04308445A (ja) | 1992-10-30 |
Family
ID=14204512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9789691A Pending JPH04308445A (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 回転電機の回転子導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04308445A (ja) |
-
1991
- 1991-04-04 JP JP9789691A patent/JPH04308445A/ja active Pending
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