JPH0865934A - 電動機回転子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二次抵抗損失が小さくかつ高トルクで高効率
を得ること。 【構成】 導体バー７ａ，エンドリング７ｂ，内ファン
８を、銅製の微粉末を加圧し、燒結することによって形
成すると、銅製のかご形巻線の方がアルミニウムより約
４０％ほど固有抵抗を小さくでき、それだけ温度上昇を
防止でき、電動機の効率を向上できる。また、上述の如
く二次抵抗を小さくできることから、最大出力，最大ト
ルクを向上できるので、滑りを確実に低減することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的小容量の誘導電
動機などに備えられた回転子及びそのの製造方法に係
り、特に高効率化を図るのに好適な回転子の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機の従来技
術を図５に示す。同図において、１はハウジングで、鋳
鉄など鉄系材料を鋳造することによりほぼ筒状に形成さ
れ、電動機の外被を構成している。１ａは放熱フィン
で、ハウジング１の外周に軸方向に沿った長さをなして
放射状に一体的に形成されている。２Ａ，２Ｂはエンド
ブラケットで、ハウジング１の両側の開口部にそれぞれ
インロー嵌合して取付けられている。３は固定子で、ケ
イ素鋼板を複数枚積層して形成された固定子鉄心３ａ
と、この固定子鉄心３ａの内周部に複数形成されたスロ
ット部に巻回された固定子コイル３ｂとで構成され、ハ
ウジング１の内周部に嵌合しかつ固定されている。５は
回転子で、６は回転子５を取付けた回転軸である。回転
子５は回転軸６の外周部において固定子２と対向位置に
取付けられ、その両端面には図示しない導体バーと、エ
ンドリング７とを有し、さらにエンドリング７と一体的
に形成された内部冷却扇（以下、内ファンと称す）８を
有している。回転軸６は、エンドブラケット２Ａ，２Ｂ
に対し軸受４Ａ，４Ｂを介し回転自在に保持されてい
る。また、回転軸６の一端部（図において右側）はエン
ドブラケット２Ｂを挿通して外部に突出し、出力軸をな
しており、その他端部（図において左側）はエンドブラ
ケット２Ａを挿通して外部冷却扇９（以下、外ファンと
称す）を装着している。１０は外ファン９を覆うエンド
カバーで、その一側面に外気を取り込むための開孔１０
ａを有している。また、エンドカバー１０の開孔１０ａ
と反対側の他端は、開放された円筒形に形成され、エン
ドカバー１０をエンドブラケット２Ａに組み付けたと
き、エンドブラケット２Ａ及びハウジング１の外径部と
の間に径方向の隙間部１０ｂを形成する。

【０００３】この回転電機は、予め固定子３をハウジン
グ１の内周壁に嵌合して固定しておき、その後、この固
定子３内に回転軸６を有する回転子５を挿入し、かつ回
転軸６にエンドブラケット４Ａ，４Ｂ内の軸受４Ａ，４
Ｂが嵌合するよう、エンドブラケット４Ａ，４Ｂをハウ
ジング１の両端にそれぞれインロー嵌合させ、これらを
複数本のボルト（図示せず）により取付ける。そして、
回転軸６の駆動により外ファン９が回転すると、その回
転力によりエンドカバー１０の開孔１０ａから矢印イの
如く外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、隙間部１
０ｂからエンドカバー１０の他端側の外部に吹き出さ
れ、エンドブラケット２Ａ，ハウジング１の放熱フィン
１ａ，エンドブラケット２Ｂの表面を通風することによ
り、冷却作用が得られるようにしている。一方、回転電
機の内部においては、回転子５が回転すると、それに伴
い内ファン８が回転することにより内部空気の流通を発
生させ、発生した流通空気は、回転子５，エンドリング
７，固定子コイル３ｂ及び固定子鉄心３ａを冷却しなが
ら通過した後、ハウジング１に比べ、比較的温度上昇の
低いエンドブラケット２Ａ，２Ｂの内側を通過すること
により冷却されるようにしている。なお、この種に関連
する公知例として、特開昭６１−２５１４４０号公報等
が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、回転子とし
ては、一般に、薄電磁鋼板を積層して回転子鉄心を形成
し、この回転子鉄心に予め成形した銅製の導体バーを挿
入し、挿入した導体バーと、エンドリングとをロー付け
溶接してかご形巻線を形成していたが、これではかご形
巻線の製作上、手間が著しくかかり過ぎ、しかも回転子
鉄心が薄電磁鋼板を積層して形成されるので、かご形巻
線の導体バーを挿入しようとすると、その挿入穴よりか
なり小さい径のものでないと挿入することができず、従
って、所望の径より遙かに小さい形状の導体バーとなっ
てしまうので、電動機としての電気特性が低下する不具
合があった。さらに、導体バーを銅製で成形しようとす
ると、銅（融点約１１００℃）はアルミニウム（融点約
６６０℃）に比較し、溶融温度がかなり高いので、成形
金型が高くつき、しかも耐久性に乏しいと云う不具合が
あり、かつその保守点検が煩雑となる不具合もあった。

【０００５】そこで、従来技術では、導体バー及びエン
ドリングからなるかご形巻線として、アルミニウム材を
用い、これをダイカスト鋳造で形成していた。しかしな
がら、アルミニウムをダイカスト鋳造した回転子の製造
方法にあっては、回転子に大なるトルクを発生させるた
め、回転子に大きな電流を流すと、ジュール損失（以
下、二次抵抗損失と云う）が発生し、そのため、回転子
の温度上昇が著しくなる問題があるばかりでなく、また
回転子の温度上昇によって二次抵抗値が大きくなる結
果、前記二次抵抗損失がいっそう増加し、電動機の滑り
が増加して性能の低下をきたすと云う問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、銅材を用いているにも拘わらず、回転子を簡単か
つ確実に形成することができ、以て二次抵抗損失が小さ
くかつ高トルクで高効率の電動機を得ることができる電
動機回転子を提供することにあり、他の目的は、上記回
転子を的確に製造し得る電動機回転子の製造方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、薄板の電磁
鋼板を所定枚数積層して形成される積層鉄心と、該積層
鉄心のかご形巻線用の孔に軸方向に沿って挿通される導
体バー，該導体バーの両端に設けられるエンドリングか
らなるかご形巻線部とを有して回転子を構成する電動機
において、前記かご形巻線部を、銅製の微粉末を燒結し
て形成したことを特徴とするものである。

【０００８】また本発明方法では、予め成形金型に積層
鉄心をセットしておき、該積層鉄心のかご型巻線用の孔
及びエンドリング成形金型内に銅製の微粉末を夫々加圧
充填しかつ燒結し、回転子のかご形巻線部を銅製の微粉
末で燒結形成したことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明では、上述の如く、回転子のかご形巻線
を、銅製の微粉末を燒結することによって形成すると、
銅製のかご形巻線の方がアルミニウムより約４０％ほど
固有抵抗を小さくすることができ、それだけ温度上昇を
防止できる。そのため、銅製のかご形巻線を有する回転
子を用いた電動機にあっては、アルミニウムのかご形巻
線を有する回転子を用いた従来技術に比較し、二次抵抗
を計算上で約４０％小さくすることができる結果、二次
抵抗損失が４０％小さくなり、電動機の効率として確実
に向上させることができる。また、上述の如く二次抵抗
を４０％小さくできることから、最大出力として１０
％，最大トルク２％向上させることができるので、滑り
を確実に低減することができる。

【００１０】さらに、本発明の製造方法においては、予
め燒結金型内に積層鉄心をセットし、このセットした積
層鉄心のかご型巻線用の孔に銅製の微粉末を加圧しなが
ら充填し、かつ燒結することによってかご形巻線を成形
するので、銅材を用いているにも拘わらず、銅の溶融温
度より低い温度で成形できる。そのため、銅を溶融して
成形することが不要になり、従って、金型が高くつくの
を抑えることができるばかりでなく、金型が耐久性のあ
るものとなり、かつ成形した後で切削加工等の加工処理
が不要になるほどの品質のものが得られるので、成形後
の加工が不要となる。これに加え、銅製の導体バーを用
いたものに比較すると、積層鉄心のかご形巻線用の孔に
一本ずつ挿通させること手間を省くことがなくなると共
に、エンドリングを溶接することも不要になり、製作が
極めて容易となり、しかも導体バーの径がかご形巻線用
の孔とほぼ同程度の大きさにできるので、電気特性が低
下するおそれもない。従って、二次抵抗損失が小さくか
つ高トルクで高効率の電動機を得ることのできる回転子
を容易に製作することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図４によ
り説明する。図１は本発明方法を適用した汎用誘導電動
機を示す上半分破断した全体図、図２は回転子を示す断
面説明図、図３は回転子の積層鉄心にかご形巻線を成形
するときの説明図、図４はかご形巻線を成形した後の状
態を示す説明図である。

【００１２】この実施例は、図１に示すように、ハウジ
ング１，エンドブラケット２Ａ・２Ｂ，固定子３，軸受
４Ａ・４Ｂ，回転子５，回転軸６，外ファン９，エンド
カバー１０を有して構成されている。そして、回転子５
は、薄電磁鋼板を所定枚積層して形成された積層鉄心５
ａと、その積層鉄心５ａのかご形巻線用の孔７ｃに軸方
向に沿って挿入される導体バー７ａ，該導体バー７ａの
両端に設けられるエンドリング７ｂ，該エンドリング７
ｂと一体的に成形される内ファン８からなるかご形巻線
部とを有して構成されている。この点は従来技術と同様
である。

【００１３】そして、この実施例において前記従来技術
と異なるのは、回転子５の積層鉄心５ａとかご形巻線と
のうち、該かご形巻線を、銅製の微粉末を圧縮させかつ
燒結させることによって形成したものである。この銅製
からなるかご形巻線は例えば、図３に示すように、予め
積層鉄心５ａを燒結金型５０内にセットし、このセット
した燒結金型５０において、積層鉄心５ａに形成されて
いるかご形巻線用の孔７ｃに銅製の微粉末を加圧して充
填すると共に、エンドリングを７ｂを成形するためのエ
ンドリング金型７ｄ内にも銅製の微粉末を加圧して充填
し、その後、これら銅製の微粉末を燒結することによっ
て導体バー７ａとエンドリング７ｂとが一体的に形成さ
れる。この場合、エンドリング７ｂには図３及び図４で
は図示してないが、内ファン８も一体的に銅製の微粉末
で燒結成形している。

【００１４】上述の如く、回転子５の導体バー７ａ，エ
ンドリング７ｂ，内ファン８からなるかご形巻線を、銅
製の微粉末を加圧し、燒結することによって形成する
と、銅製ものは、その固有抵抗が約２．１μΩｃｍ（７
５℃）であり、アルミニウムのそれが３．４μΩｃｍで
あるので、銅製のかご形巻線の方がアルミニウムより約
４０％ほど固有抵抗を小さくすることができ、それだけ
温度上昇を防止できる。そのため、銅製のかご形巻線を
有する回転子５を用いた電動機にあっては、アルミニウ
ムのかご形巻線を有する回転子を用いた従来技術に比較
し、例えば３．７ｋＷ４Ｐの汎用モートルにおいて二次
抵抗を計算上で約４０％小さくすることができる結果、
二次抵抗損失が４０％小さくなり、電動機の効率として
確実に１％向上させることができる。この数値は、単純
に考えると小さいものであるが、アルミニウムをダイカ
スト成形した誘導電動機においては顕著な効果となる。
また、上述の如く二次抵抗を４０％小さくできることか
ら、最大出力として１０％，最大トルク２％向上させる
ことができるので、滑りを確実に低減することができ
る。

【００１５】さらに、本発明回転子の製造方法において
は、予め燒結金型５０内に積層鉄心５ａをセットし、こ
のセットした積層鉄心５ａのかご型巻線用の孔７ｃに銅
製の微粉末を加圧して充填し、かつ燒結することによっ
てかご形巻線を成形するので、銅材を用いているにも拘
わらず、銅の溶融温度（約１１００℃）より低い温度で
成形できる。そのため、銅を溶融して成形することが不
要になり、従って、金型が高くつくのを抑えることがで
きるばかりでなく、金型が耐久性のあるものとなり、か
つ成形した後で切削加工等の加工処理が不要になるほど
の品質のものが得られるので、成形後の加工が不要とな
る。これに加え、銅製の導体バーを用いたものに比較す
ると、積層鉄心５ａのかご形巻線用の孔７ｃに一本ずつ
挿通させること手間を省くことがなくなると共に、エン
ドリング７ｂを溶接することも不要になり、製作が極め
て容易となり、しかも導体バー７ａの径がかご形巻線用
の孔７ｃとほぼ同程度の大きさにできるので、電気特性
が低下するおそれもない。従って、二次抵抗損失が小さ
くかつ高トルクで高効率の電動機を得ることのできる回
転子を容易に製作することができる。またさらに、かご
形巻線が燒結によって成形されると導体バー７ａが若干
収縮し、そのため図４に示すように、かご形巻線用の孔
７ｃ内において積層鉄心５ａとの間にわずかの隙間７ｅ
が生じるが、この隙間７ｅは、積層鉄心５ａと導体バー
７ａとを絶縁することになり、誘導電動機のトルク特性
を改善する機能を果たす。この隙間７ｅには絶縁物等を
充填し、積層鉄心５ａに対して導体バー７ａを位置決め
すれば、トルク特性の改善をいっそう的確なものとする
ことができる。なお実験では、前述した構成の誘導電動
機をインバータで駆動し、その歪波形に含有する高調波
の影響による回転子の発熱について測定した場合、発熱
を明らかに低減できることが確認された。

【００１６】また図示実施例では、導体バー７ａ及びエ
ンドリング７ｂ並びに内ファン８を燒結により形成した
例を示したが、これらの場合と同様にして積層鉄心５ａ
を形成してもよい。即ち、薄電磁鋼板の代わりとして、
磁性材粉末を用い、この粉末を積層鉄心成形用の金型に
充填して圧縮し、その後、燒結することによって薄板を
形成し、該粉末燒結された薄板を、所定枚数積層して積
層鉄心５ａを形成することもできる。一般に回転子は、
固定子より磁気特性がやや低下しても、実用上あまり支
障はなく、上述の如く、粉末燒結された薄板により積層
鉄心５ａを形成した場合、該積層鉄心の外周を切削加工
しなくとも所定寸法の外径が得られるので、トルク特性
のよい、かつ標遊負荷損失の少ない高効率の誘導電動機
を確実に製造することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１に
よれば、回転子のかご形巻線を、銅製の微粉末を燒結す
ることによって形成するように構成したので、銅製のか
ご形巻線の方がアルミニウムより約４０％ほど固有抵抗
を小さくでき、それだけ温度上昇を防止でき、二次抵抗
損失が小さくなると共に、滑りを確実に低減することが
できる結果、電動機の効率として確実に向上させること
ができる効果がある。さらに請求項２によれば、予め燒
結金型内に積層鉄心をセットし、このセットした積層鉄
心のかご型巻線用の孔に銅製の微粉末を加圧しながら充
填し、かつ燒結することによってかご形巻線を成形する
ので、銅材を用いているにも拘わらず、金型が高くつく
のを抑えることができるばかりでなく、金型が耐久性の
あるものとなり、かつ製作が極めて容易となり、しかも
電気特性が低下するおそれもない結果、二次抵抗損失が
小さくかつ高トルクで高効率の電動機を得ることのでき
る回転子を容易に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した汎用誘導電動機を示す上
半分破断した全体図。

【図２】回転子を示す断面説明図。

【図３】回転子の積層鉄心にかご形巻線を成形するとき
の説明図。

【図４】かご形巻線を成形した後の状態を示す説明図。

【図５】従来技術の誘導電動機を示す上半分破断した全
体図。

【符号の説明】

５…回転子、５ａ…積層鉄心、７，７ａ…導体バー、７
ｂ…エンドリング、７ｃ…かご形巻線用の孔、７ｄ…エ
ンドリング用成形金型、８…内部冷却扇。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板の電磁鋼板を所定枚数積層して形成
   される積層鉄心と、該積層鉄心のかご形巻線用の孔に軸
   方向に沿って挿通される導体バー，該導体バーの両端に
   設けられるエンドリングからなるかご形巻線部を有して
   回転子を構成する電動機において、前記かご形巻線部
   を、銅製の微粉末を燒結して形成したことを特徴とする
   電動機回転子。
2. 【請求項２】 薄板の電磁鋼板を所定枚数積層して形成
   される積層鉄心と、該積層鉄心のかご形巻線用の孔に軸
   方向に沿って挿通される導体バー，該導体バーの両端に
   設けられるエンドリングからなるかご形巻線部を有して
   回転子を構成する電動機において、予め成形金型に積層
   鉄心をセットしておき、該積層鉄心のかご型巻線用の孔
   及びエンドリング成形金型内に銅製の微粉末を夫々加圧
   充填しかつ燒結し、回転子のかご形巻線部を銅製の微粉
   末で燒結形成したことを特徴とする電動機回転子の製造
   方法。