JPH0686516A - かご形回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はモータ用かご形回転子の製造方法に
関するもので、銅導電材料を用いて鋳造欠陥が皆無と
し、更に細径スロット内部にまで均一に回転子導体を形
成させることができたので機械的特性に優れかつ電気的
得性にも優れた高性能モータ用かご形回転子が得られ
る。 【構成】 図１において、スロット２内部に絶縁層９を
設けた回転子鉄心６を固定金型１２と回転子鉄心片１の
積厚調整機能を兼ね備えた空気排出溝２２ｂ付き可動金
型１１のアウタ押型２３及びインナ押型１３により強固
に締め付け、銅または銅合金の導電材料を加圧鋳造して
スロット２内に回転子導体５及び回転子鉄心６の両端に
左右エンドリング３，４を同時に一体成形したかご形回
転子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高性能モータ用かご形回
転子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から図６に示すように一般のモータ
用かご形回転子は全閉形または全開形等のスロットを設
けた複数板の回転子鉄心片１をシャフト１０により積層
固着して円柱状の回転子鉄心６を製作し、この回転子鉄
心６のスロット内の空洞部及び回転子鉄心両端の左右エ
ンドリングの空洞部に導電材料としてアルミニウムある
いはアルミニウム合金を加圧鋳造して成形し、最後に回
転子鉄心６の外周部及び左右エンドリングを機械加工し
てかご形回転子を製作していた。この加圧鋳造方法は固
定金型１２と可動金型１１を有しこの可動金型１１には
回転子鉄心６が装着される空洞部がありシャフト１０に
より位置決めされ、その後固定金型１２と可動金型１１
で型締めを行い回転子導体５と左右エンドリング３，４
となる導電材料を別の溶解装置（図示しない）で溶解
し、これを必要量容器で汲み出し加圧鋳造するスリーブ
１４の注入口１５より流し込みチップ１７が装着したプ
ランジャ１６で高圧、高速で押してやり、回転子鉄心６
のスロット内部に回転子導体５及び回転子鉄心６両端の
左右に短時間で溶解した導電材料をゲート１８より流動
させて射出して製作していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の加圧鋳造方法で
は溶融した導電材料を高圧で短時間に射出しスロット内
部等に注入するため既にスリーブ１４の内部及び回転子
鉄心６のスロット２の内部等に空気があるので射出時に
固定金型１２と可動金型１１との押付面の幅が約０．２
mmの空気排出溝２２ａのみでは完全に空気を排出するこ
とができず導電材料中に空気の巻き込みを生じ、また導
電材料が凝固収縮すると引け巣が回転子導体５の中央部
及び左右エンドリング３，４の中央部に発生し内部欠陥
は避けられない状況であった。しかも溶融した導電材料
が回転子鉄心６を構成している回転子鉄心片１の間に侵
入することになるので回転子導体５が短絡する。

【０００４】このように製作したモータ用かご形回転子
は高速回転になると内部欠陥による強度的に不利になる
ばかりか回転子導体が短絡したことによるトルク低下に
よりモータの性能の面で劣ることになりモータの効率化
の障害となる。また導電材料がアルミニウムでは比抵抗
が高いのでモータの温度上昇を招き、しかもモータの小
形化が困難となり特に真空中での使用ではモータ回転軸
あるいは軸受部まで高熱が伝わり高速回転が困難となっ
ていた。そこでアルミニウムより比抵抗が小さい銅また
は銅合金を用いて従来から採用されてきた加圧鋳造法を
用いてもアルミニウムの加圧鋳造と同様に、回転子導体
及び左右エンドリング内部にはボイド、引け巣等の鋳造
欠陥が発生するので、この問題を解消するため例えば特
開昭６２−７７０４１，特開昭６２−１００１５２のよ
うに回転子導体及びエンドリングの鋳造成形時又は成形
後に左右エンドリングを押圧加工することも提案されて
いる。しかしこの方法では比較的大きな鋳造欠陥に対し
ては効果があるが、小さい欠陥に対しては完全に潰すこ
とができず密度の向上及び抵抗値の減少の効果は少な
い。この押圧加工はエンドリングの両端方向から回転軸
都平行に大荷重をかけて加圧成形するのでかご形回転子
の変形、回転子鉄心片の位置ずれ等の悪影響も生じるこ
とになる。一度鋳造成形されたボイド、引け巣等の鋳造
欠陥は皆無にすることは困難である。

【０００５】従来法の金型予熱温度は溶解した導電材料
を加圧鋳造した時の金型への熱伝達した熱を利用して次
の導電材料を加圧鋳造するため金型予熱温度は１３０〜
２００℃程度で、溶解した導電材料と金型予熱温度の温
度差が大きく湯回り不良などの問題も生じ品質が不安定
であった。更にかご形回転子の小形化に対してはより細
径スロットとなるので金型予熱温度が低いためにスロッ
ト内部にまで導電材料が注入できずに途中で凝固してし
まう問題もあった。スリーブ予熱温度も同様に溶解材料
の熱によりスリーブ全体が暖められ、この熱を利用して
次の溶解材料をスリーブ内へ注入して溶融した状態で射
出していた。毎回加圧鋳造時の溶解材料からのスリーブ
への熱伝達によりスリーブ加熱を行っていたのでスリー
ブ予熱温度は不安定であり、金型予熱温度と同様に均一
に予熱温度を推持することは困難であった。また、回転
子鉄心の予熱は金型予熱温度を利用して行っていたため
温度ムラ及び目的とした予熱温度に達するまで長時間を
要していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は上述した
従来の欠点を解消し、スロット内面に絶縁層を設けた回
転子鉄心を固定金型と回転子鉄心片積厚調整機能を兼ね
備えた空気排出溝付き可動金型中のアウタ押型及びイン
ナ押型により強固に締め付けており、無酸化雰囲気中で
溶解した導電材料を加圧鋳造してスロット内に回転子導
体及び回転子鉄心両端に左右エンドリングを同時に一体
成形し、しかも金型予熱温度及びスリーブ予熱温度をヒ
ータ等の加熱源で均一に加熱し回転子鉄心予熱温度も均
一に推持したことにより細径スロット内部にまで銅また
は銅合金の導電材料を鋳込むことができるかご形回転子
の製造方法を提供するものである。

【０００７】

【作用】この発明においてスロットを有した回転子鉄心
片をシャフトにより複数枚固着積層した回転子鉄心のス
ロットを貫通するように合わせこのスロット内面に絶縁
層を設けた回転子鉄心を固定金型と回転子鉄心片の積厚
調整機能を兼ね備えた空気排出溝付き可動金型中のアウ
タ押型及びインナ押型により強固に締め付けられている
ので、回転子導体及び左右エンドリング内部のボイド、
引け巣等を皆無にできるため強度特性が向上し高速回転
に充分に対処でき、また回転子鉄心片間への導電材料の
侵入がなく回転子導体の短絡がないため漂遊負荷損が減
少し運転効率を向上できる。しかも金型予熱温度、スリ
ーブ予熱温度はヒータ等の加熱源で均一に加熱して得ら
れ、回転子鉄心の予熱温度も均一に維持したため上記と
の重畳効果により小形モータ用かご回転子の細径スロッ
トまで均一に銅または銅合金の導電材料を鋳込むことが
可能で従来のような鋳造欠陥は大巾に減少し、機械的特
性に優れかつ電気的特性が向上できる。

【０００８】

【実施例】以下本発明を図１乃至図５に基づいて説明す
る。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す加圧鋳造装
置の概略の説明図、図２はシャフト１０に固着積層した
回転子鉄心２１の断面図、図３は回転子鉄心片１のスロ
ット２の内面に絶縁層９を設けた一部拡大図である。ま
た図４は本発明の製造方法で得られたかご形回転子８の
断面図、図５は図４の側面図である。

【００１０】この発明のかご形回転子８はスロット２を
有した回転子鉄心片１をシャフト１０により複数枚固着
積層した回転子鉄心６のスロット２を貫通するように合
わせこのスロット２内部に、７０度乃至８０度のリン酸
塩処理槽に約３０分漬けることにより形成される絶縁層
９を設けた回転子鉄心６を固定金型１２と回転子鉄心片
１の積厚調整機能を兼ね備えた空気排出溝２２ｂ付き可
動金型１１のアウタ押型２３及びインナ押型１３により
強固に締め付け、無酸化雰囲気中で溶解した銅または銅
合金の導電材料を加圧鋳造してスロット２内に回転子導
体５及び左右エンドリング３，４を同時に一体成形し、
最後に寸法確保のため機械加工をしたものでこのかご形
回転子を図４、図５に示す。このかご形回転子８は回転
子鉄心６の外周を点線２５まで研削したため、回転子導
体５は全開形となる。ここで図示はしていないが、スロ
ット２の丸形部と方形部の間をテーパとすることによ
り、強度上更に有利である。

【００１１】このかご形回転子８の製造工程は初めに全
閉形または全開形のスロット２を有した回転子鉄心片１
をシャフト１０によりある所定厚さまで複数枚固着積層
した回転子鉄心片１のスロット２を貫通するように合わ
せ、このスロットを中心軸と平行に合わせるかまたはあ
る間隔でスキューエセ、しかもこのスロット２の内面に
は溶解した導電材料の温度に耐えられる絶縁層９を設け
図２に示したような回転子鉄心クミを作る。この時の絶
縁層９は、例えば７０度乃至８０度のリン酸塩槽の中に
かご形回転子８を約３０分漬けることにより形成され
る。これを別の電気炉等の加熱装置を用いて２００〜８
５０℃に予熱しておく。次に予め銅または銅合金の導電
材料を別の溶解装置で溶解する。この場合、導電材料の
機械的特性及び電気的特性を損なうことのないように溶
解時の雰囲気を窒素ガスまたはアルゴンガス中の無酸化
とし溶解温度１１００〜１２５０℃で均一に溶解する。
既に予熱しておいた回転子鉄心クミを可動金型１１の空
洞部にシャフト１０で位置決めして挿入する。この可動
金型１１と固定金型１２はヒータ等の加熱源を装着して
おり、金型予熱温度が２００〜８５０℃に加熱されてお
り、ここで固定金型１１と可動金型１２で、８０ｔから
１００ｔの力で型締めを行うと同時に油圧装置２４が作
動し、油圧装置と連動したアウタ押型２３とインナ押型
１３が図１の矢印（→）の方向に動いて回転子鉄心片１
のすきまが生じないように回転子鉄心６の積厚を調整す
る。この時、油圧装置２４の押圧力は５００kgから８０
０kgが望ましい。

【００１２】スリーブ１４にも金型と同様にヒータ等の
加熱源を装着しているので予熱することができ、その予
熱温度は２００〜１２５０℃である。以上のようにセッ
ティングを行い１回の加圧鋳造に必要な溶解した導電材
料をセラミック製の容器で汲み、その表面に窒素ガス等
を吹きかけることにより無酸化状態として、速やかにス
リーブ１４の注入口１５より流し込みチップ１７を取り
付けたプラジャー１６でゲート流動速度が１０〜５０ｍ
／ｓｅｃになるように射出する。この時の溶解した導電
材料の金型内での流動は、初めにスリーブ内からゲート
１８まで導電材料で充満するようにプランジャー速度が
セットされており、ゲート１８より先は空気で満たされ
ている。更にプランジャーが進むに従い、溶解した導電
材料の溶湯はまず右エンドリング３を形成し、次に回転
子導体５を形成し、最後にアウタ押型２３とインナ押型
１３の間の空気排出溝２２ｂより完全に空気が追い出さ
れると同時に左エンドリング４を形成し溶湯が凝固完了
する。なお、空気排出溝２２ｂの幅は０．１mmから０．
２mm程度が望ましい。

【００１３】このようにして製造されたかご形回転子の
回転子導体５と左右エンドリング３、４の内部には引け
巣、ボイドなどの鋳造欠陥は皆無であり、回転子鉄心片
間への導電材料の侵入も認められず、またスロット内面
の絶縁層も明確に存在し回転子導体と回転子鉄心片とは
完全に絶縁されているので漂遊負荷損が減少し、モータ
効率の向上につながる。上記の絶縁層は前述したように
銅溶湯の高温に耐える絶縁材なら特に問題がなく、例え
ば上記したリン酸塩被膜の他にアルミナ系又はジルコニ
ア系のセラミックス被膜等でも良い。

【００１４】ここで回転子導体と左右エンドリングに鋳
造欠陥が皆無で、しかも回転鉄心片間に導電材料の侵入
を防止して製造できる第１の特徴としは図１に示した可
動金型の中に配置したアウタ押型とインナ押型を設けた
ことにより積厚調整機能と空気排出機能を兼ね備えてい
ることである。銅のような凝固収縮率が大きい導電材料
であっても導電材料の凝固収縮に対して積厚調整機構を
有するアウタ押型及びインナ押型で自動的に追従して作
動するので引け巣に対して好都合であり、鋳造欠陥は形
成されないことになる。空気排出溝が左エンドリングの
形に沿った円周に配置され、かつ、溶湯の湯流れ方向に
沿うように配置されているため、空気の排出が容易とな
る。

【００１５】第２の特徴としては導電材料の溶湯温度を
出来るだけ低下させないようにスリーブ内部にヒータ等
の加熱源を設け、かつ固定金型及び可動金型にも同様に
加熱源を設けて湯流れ性を向上させたことにある。すな
わち導電材料が溶解装置からかご形回転子が成形される
まで溶湯の保温を充分に行うことにより、特に小形モー
タ用かご形回転子の３ｍｍ以下のスロットの内部にまで
も均一に充填ができる。このスリーブの予熱温度は２０
０〜１２５０℃で８５０℃までの予熱温度に対しては熱
間金型用銅で良く、これは焼もどし温度より若干高目と
なるが、金型としての機能を低下させずに対処できる。
これ以上になると耐熱性に優れ、耐ヒートクラック性が
あり導電材料と治金学的な反応が少ないアルミ室化物系
のセラミックスが適している。固定金型及び可動金型の
予熱温度は２００〜８５０℃が良く、これも同様に熱間
金型用銅を採用できるので大がかりな設備を必要とせず
コストアップにもつながらない。この最高加熱温度は回
転子鉄心の予熱温度８５０℃と一致する必要があり、こ
れ以上になると回転子鉄心片に用いている珪素銅板の磁
気特性が急激に劣化するためで金型予熱温度は８５０℃
以下に抑える必要がある。 加圧鋳造方法に関連した第
３の特徴としては導電材料の溶解雰囲気を窒素ガスある
いはアルゴンガス中無酸化状態で行い、しかも溶解温度
を１１００〜１２５０℃としたことである。更に溶解装
置より汲み出した溶湯の湯面及びスリーブ内部から回転
子鉄心クミが挿入される空洞内まで溶湯が流動する空間
すべてを上記ガスでおおっても良い。溶解温度は銅溶解
温度（１０８３℃）より高い１１００℃以上が好まし
く、溶湯の品質及び作業性から１２５０℃までが適切で
ある。１２５０℃以上になると無酸化状態にしたとはい
え酸素及び水素等が混入しやすくなる。

【００１６】このような条件下での加圧鋳造時のゲード
流動速度はかご形回転子の大きさにも関係するが１０〜
５０ｍ／ｓｅｃが適しており１０ｍ／ｓｅｃ以下である
と細径スロットの途中で凝固することもあり、５０ｍ／
ｓｅｃ以上になると空気排出が進まないうちに溶湯が充
填され空気を巻き込むおそれもある。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スロット
内面に絶縁層を設けた回転子鉄心を固定金型と回転子鉄
心片の積厚調整機能を兼ね備えた空気排出溝付き可動金
型中のアウタ押型及びインナ押す型により強固に締め付
け、銅の導電材料を加圧鋳造してスロット内に回転子導
体及び左右エンドリングを同時に一体成形したので、回
転子鉄心片間への導電材料の侵入を防止しかつ引け巣、
ボイド等の鋳造欠陥を皆無にすることができ、しかも予
熱した金型、スリーブ回転子鉄心を用いたことより細径
スロット内部にも十分に加圧鋳造が可能となり小形で高
性能モータ用かご形回転子の生産性を大巾に向上するこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す加圧鋳造装置の概略
の説明図。

【図２】 シャフトに固着積層した回転子鉄心の断面
図。

【図３】 回転子鉄心片のスロット内面に絶縁層を設け
た一部拡大図。

【図４】 本発明の製造方法で得られたかご形回転子の
断面図。

【図５】 図４の側面図。

【図６】 従来の加圧鋳造装置の説明図。

【符号の説明】

１は回転子鉄心片、５は回転子導体、６は回転子鉄心、
８はかご形回転子、１３はインナ押型、１９，２０は加
熱源、２２ａ，２２ｂは空気排出溝、２３はアウタ押
型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 国之 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットを有した回転子鉄心片をシャフト
   により複数枚固着積層した回転子鉄心のスロットを貫通
   するように合わせ、このスロット内面に絶縁層を設けた
   回転子鉄心を固定金型と回転子鉄心片の積厚調整機能を
   兼ね備えた空気排出溝付き可動金型中のアウタ押型及び
   インナ押型により強固に締め付け、溶融した導電材料を
   加圧鋳造してスロット内に回転子導体及び回転子鉄心両
   端に左右エンドリングを同時に一体成形したことを特徴
   とするかご形回転子の製造方法。
2. 【請求項２】上記導電材料をアルミニウムより比抵抗が
   小さい銅または銅合金を用い加圧鋳造する際の導電材料
   の溶解雰囲気を無酸化状態とし、更にこの導電材料の溶
   解温度を１１００〜１２５０℃としたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のかご形回転子の製造方法。
3. 【請求項３】上記加圧鋳造の金型及びスリーブ内部にヒ
   ータ等の加熱源を装着させ、金型予熱温度を２００〜８
   ５０℃、スリーブの予熱温度を２００〜１２５０℃と
   し、更に回転子鉄心の予熱温度を２００〜８５０℃とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のかご形
   回転子の製造方法。
4. 【請求項４】上記加圧鋳造時のゲート流動速度を１０〜
   ５０ｍ／ｓｅｃとしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のかご形回転子の製造方法。