JPH067740B2 - 回転電機の回転子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は回転電機の回転子の製造方法に関する。

（従来の技術） 超高速回転電機として回転子が２極の爪形磁極を有する
回転電機が実用化されつつあり、既に実用化された例と
して特公昭56−4091号公報の如く、一対の爪形磁極の極
間を非磁性金属体にて肉盛り溶接する方法がある。

第６図にこの製造方法で製作された回転子の断面を示
す。(1)は磁極であって、この磁極(1)間に肉盛り溶接で
非磁性金属体(2)を形成している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の製造方法によったものは磁極(1)
は設計通り機械加工にて製作できるが、非磁性金属体
(2)を肉盛溶接する際、磁極(1)を溶かすため、磁極(1)
と肉盛り金属との境界面(14)が、図に示すような凹凸面
になってしまう。この乱れた境界面(14)を有する磁極で
構成される回転電機は磁束分布が不規則になるため、振
動が多く発生したり、設計通りの電気的特性が得られ
ず、重量当りの出力も十分でなくなる可能性がある。さ
らに肉盛り溶接時には磁極(1)の材料と非磁性金属体(2)
の材料との組合せ上、溶接部の高温割れを防ぐために、
予熱，後熱および溶接１パスごとのパス間温度の管理な
どが必要である。

また、一対の爪形磁極の極間は、狭隘なため、肉盛り溶
接時に使用する溶加棒を0.8〜1.2mm程度の細径のものに
限定せざるを得ない。従って、この狭隘な箇所の溶接に
対しては、高度な施工技術を有する熟練した作業者が必
要となる。加えて、細径の溶加棒を使用するために溶接
施工に時間が掛かり、能率の向上が望めない。

本発明の目的は極めて強固な接合強度を得ることがで
き、かつ接合時間を短縮して大幅な能率向上を図ること
のできる回転電機の回転子の製造方法を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明による回転子の製造方
法は夫々一端に軸および他端にダブティルを有し、軸線
に対し所定半径の磁極面を持ち、軸線と所定角度で交わ
る傾斜軸線に沿って軸側のダブティル断面が大きく、先
端に行く程ダブティル断面が小さくなるように構成した
一対の爪形磁極と、両面に磁極のダブティルと組むダブ
ティル溝を有する非磁性金属体とを備え、磁極に非磁性
金属体を挟み込み、それらを筒状の金属容器内に収め、
真空雰囲気のもとで接合面の境界線内部を真空に保つよ
うにシールしてカプセルを形成する第１工程と、この第
１工程で製作したカプセルを不活性ガス雰囲気の加熱炉
内に入れ、圧力および温度を所定の値に保って回転子に
不活性ガスによる等方圧を加え、固相接合にて磁極と磁
性金属体とを接合する第２工程と、この第２工程で磁極
に接合された金属容器を機械加工に掛けて除去し、所定
形状の回転子に仕上げる第３工程とからなるものであ
る。

（作用） 高い継手強度を要求される金属材料の接合においては加
熱により材料を溶融させる溶融溶接法（たとえば高密度
ビーム溶接法）が使用されるが、材料を融点以上に加熱
するには大量の熱を加えなければならず、このため入熱
により材料組織の変化および劣化が大きくなる欠点があ
る。入熱を制限して材料の変質および劣化を最小限に抑
え、しかも高い接合強度が得られる方法として本発明に
おいては固相接合法に着目する。これは高温（たとえば
1200℃程度）での操作となるが、いわゆる溶接ではな
く、材料を溶融させる必要はなく、溶融による入熱が制
限されることから、材料の変質および劣化は少なくな
り、接合方法としてより望ましい方法である。

本発明は固相接合の適用のために、磁極と非磁性金属体
との接合面の各部で平面を保っているダブティル構造を
用いる。これは平面で構成することで加工が容易とな
り、接合面での空隙の発生を抑える効果があり、しかも
ダブティルで組むことから単一平面同士の接合による継
手強度の低下を補うことができる。この磁極と非磁性金
属体とは金属容器に収めて接合面の境界線内部を真空に
保つようにシールする。この真空シールは接合面に金属
容器外側のガス圧が作用するようにするためで、これに
より内部圧力の上昇により結果的に接合面に圧力が加え
られなくする可能性をなくすことができる。また、この
シールの目的は接合面にガスそのものが入らないように
するためでもある。こうして、第１工程を経てカプセル
を得る。

次に、このカプセルを不活性ガス雰囲気の加熱炉内で所
定の圧力、および温度を保って固相接合する。この操作
はカプセル全体に等方圧を作用させて磁性と非磁性金属
体とを接合面で一体化する工程で、このとき金属原子が
相互拡散により結びつき、接合面の各部が同時に接合さ
せて行く。この相互拡散が起こるには部材同士の密着が
不可欠であるが、本発明では等方圧のもとで温度を上
げ、さらに保持時間をかけて平面同士を密着させるもの
で、接合面の各部で方向が相違していても、均一な接合
強度を得ることが可能になる。以上の第２工程を経て仕
上げ前の回転子を得る。

次に、固相接合に用いた金属容器を機械加工に掛けて除
去し、回転子に仕上げる。機械加工は、たとえば旋削加
工で設計どおりの寸法に仕上げる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図ないし第５図を
参照して説明する。

この実施例では、爪形磁極(1)を２個で一対とした２極
の回転子について説明する。まず第４図に回転子の最終
形状を示す。第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う矢視縦断
面図を示す。

このような回転子の磁極(1)は夫々一端に軸(12)を、他
端にダブティルを有し、軸線(Ａ)に対し、設計で決める
所定の半径の磁極面(13)を持ち、軸線(Ａ)と設計で決め
る所定の角度で交わる傾斜軸線(Ｂ)に沿って、前記軸(1
2)側のダブティル断面が大きく、先端に行く程ダブティ
ル断面が小さくなる爪形をしている。中央部に軸線(Ａ)
に対して平行部(11)を設けたのは磁気特性を改良するも
のであって、この平行部は無くてもよい。第２図は軸(1
2)を段付きに旋削する前の同一外形の棒状のものを示
す。この磁極(1)を２個、双方のダブティルが向き合う
ように軸線(Ａ)上に配置する。両面に磁極(1)，(1)のダ
ブティルの組むダブティル溝を有する非磁性金属体(2)
はこれと別に製作しておき、磁極(1)，(1)のダブティル
にダブティル溝を合わせて挟み込む。この場合、両磁極
(1)，(1)は低合金鋼のSNCM630 を使用し、非磁性金属体
(2)はステンレス鋼のSUS304を使用する。これらは全て
脱脂を行ない、清浄な面での組合せとする。このような
組合せ状態で第３図に示すように、金属容器(3)に収め
る。その後金属容器(3)と共に真空容器（図示せず）中
に入れ、金属蓋(4)を真空ビーム溶接により溶接部(5)に
て溶接し、カプセル(6)として構成する。このカプセル
(6)を製作するまでを第１工程とするが、このカプセル
(6)の金属の厚板は真空シールを保持できるものである
ために、２〜３mmとしている。

次に第２工程では、第１工程で製作したカプセル(6)内
の SNCM630材の磁極(1)とSNS304材の非磁性金属体(2)を
接合させるために、不活性ガス(8)であるアルゴンガス
を入れた加熱炉(7)に挿入し、不活性ガス(8)の圧力を約
400kg／cm²にし、その後、加熱炉内の電気ヒータ(9)に
通電し、加熱炉内の温度を上昇させる。その温度は加熱
炉内に設置してある温度測定器(10)にて管理し、約1200
℃まで上昇させる。その時の加熱炉内のアルゴンガスは
温度上昇と共に膨張しようとして、約1000kg／cm²の等
方圧力となる。このような状態で約１〜２時間保持する
ことで、カプセル(6)内の SNCM630材とSNS304材の相互
拡散による固相接合を行なう。その後、徐々に冷却を行
ない、室温近くまで温度を下げ、アルゴンガスを回収す
る。この後、第３工程では加熱炉(7)内から取り出した
カプセル(6)を機械加工に掛けて所定の形状、例えば第
４図に示すような形状に仕上げる。この機械加工を行な
うことによりカプセル(6)の除去と同時に SNCM630材とS
NS304材の磁極(1)，(1)と非磁性金属体(2)から構成され
る回転子を得ることができる。

次に本実施例の作用について説明する。

第３図に示すように、回転子の磁極(1)，(1)と非磁性金
属体(2)である SNCM630材とSNS304材とを容器(3)に入
れ、真空中で蓋(4)を溶接するために、カプセル(6)内、
すなわち、SNCM630材とSNS304材の接合面は真空の雰囲
気である。このカプセル(6)を加熱炉(7)に入れ、アルゴ
ンガスの圧力と温度を上げることで、磁極(1)と非磁性
金属体(2)との接合面において金属原子の相互拡散が始
まり、双方は固相接合により一体化される。このように
金属原子の相互拡散を行なうためには、温度、加圧力、
およびその保持時間が適当でなければならないが、これ
らの条件の前提としては、接合面が清浄であること、接
合面が酸化しないような雰囲気であることが挙げられ
る。そのために、洗浄したり、真空中にてカプセル(6)
に挿入する等の措置をしている。本実施例では不活性ガ
ス(8)であるアルゴンガスを媒体として接合面に圧力を
加えるが、これは等方圧がカプセル全体に加わる特徴が
ある。特に第４図、第５図に示すように、磁極(1)と非
磁性金属体(2)とは継手形状が複雑であるが、加圧方法
が等方圧であるために、接合面全体に一様な圧力が加わ
り、形状に左右されない接合方法となる。

本実施例による接合条件と、接合特性である機械的特性
の一例を示すと、加熱温度が1200℃、加圧力が、1000kg
／cm²、保持時間が２時間の場合、継手強度は62.4kgｆ
／mm² であった。この機械的特性は母材と同等であり、
極めて強固な接合強度を得ることができる。

また、この固相接合は肉盛り溶接にみられるような作業
者が１個づつ仕上げるという非能率なやり方でなく、あ
るまとまった本数の回転子を同時に接合可能な方法であ
り、接合工程における無駄をなくして能率を大きく向上
させることが可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明においては、磁極
と非磁性金属体との継手をダブティルで組み、かつ、そ
の継手を固相接合で接合するようにしたから、継手強度
を飛躍的に高めることができる。また、接合するにあた
り、固相接合で回転子を多数個同時に接合することがで
き、能率を大きく向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に使用される装置の要部を示
す断面図、第２図および第３図は本発明による回転子の
各工程における状態を示す要部切欠立面図、第４図は完
成した回転子を示す要部切欠立面図、第５図は第４図の
Ｖ−Ｖ線に沿う矢視断面図、第６図は従来技術による回
転子を示す断面図である。 １…磁極、 ２…非磁性金属体、 ３…容器、 ４…蓋、 ５…溶接部、 ６…カプセル、 ７…加熱炉、 ８…不活性ガス、 ９…電気ヒータ、 10…温度測定器、 12…軸、 13…磁極面、 14…境界面、 Ａ…軸線、 Ｂ…傾斜軸線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】夫々一端に軸および他端にダブティルを有
   し、軸線に対し所定半径の磁極面を持ち、軸線と所定角
   度で交わる傾斜軸線に沿って軸側の該ダブティル断面が
   大きく、先端に行く程該ダブティル断面が小さくなるよ
   うに構成した一対の爪形磁極と、両面に前記磁極のダブ
   ティルと組むダブティル溝を有する非磁性金属体とを備
   え、前記磁極に前記非磁性金属体を挟み込み、それらを
   筒状の金属容器内に収め、真空雰囲気のもとで接合面の
   境界線内部を真空に保つようにシールしてカプセルを形
   成する第１工程と、この第１工程で製作した前記カプセ
   ルを不活性ガス雰囲気の加熱炉内に入れ、圧力および温
   度を所定の値に保って回転子に不活性ガスによる等方圧
   を加え、固相接合にて前記磁極と前記磁性金属体とを接
   合する第２工程と、この第２工程で前記磁極に接合され
   た前記金属容器を機械加工に掛けて除去し、所定形状の
   回転子に仕上げる第３工程とからなる回転電機の回転子
   の製造方法。