JPH10280077A - 高圧鋳造用Al合金とそれを用いた鋳造ロータおよび鋳造ロータの製造方法 - Google Patents

高圧鋳造用Al合金とそれを用いた鋳造ロータおよび鋳造ロータの製造方法

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JPH10280077A
JPH10280077A JP8177897A JP8177897A JPH10280077A JP H10280077 A JPH10280077 A JP H10280077A JP 8177897 A JP8177897 A JP 8177897A JP 8177897 A JP8177897 A JP 8177897A JP H10280077 A JPH10280077 A JP H10280077A
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JP
Japan
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casting
rotor
alloy
pressure
cast
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JP8177897A
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Akira Hideno
晃 秀野
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造ロータに好適なAl合金を提供する。 【解決手段】 Mn0.8〜3wt%、Ti0.01〜
0.1wt%、B0.005〜0.01wt%を含む高
圧鋳造用Al合金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧鋳造用Al合
金、特に導電金属をロータコアに鋳込んで形成するロー
タに好適なAl合金と、それを用いたロータおよびその
製造方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】モーター(電動機)には様々な種類が有
るが、産業用の比較的大型のモーターの場合、交流モー
ターが用いられることが多い。モーターを構成するロー
ター(回転子)は、交流モーターの回転子の場合、例え
ば図1に示すようなローターコア(鉄芯)1に設けた穴
2または外周端に設けた溝に、銅材やアルミニウム材等
で形成したローターバーを挿入配置し、その配置した各
々のローターバーの両端をエンドリング(短絡環)で短
絡してローターが組み立てられる。
【0003】上述したような組み立て式のローターの場
合、図1の穴2に、ローターバーを挿入配置し、その配
置した各々のローターバーの両端部をエンドリングで接
合する作業が必要になる。このような作業は概ね手作業
に負う部分が多くローターの組み立て上のコストが大き
い。
【0004】そこで近年は、図1に示すローターコア1
の穴2に、別途用意したローターバーを挿入することに
替え、導電金属を鋳込んでローターを形成する鋳造タイ
プのモーターの需要が多くなりつつある傾向にある。
尚、穴2の替わりに溝が設けられている場合もある。ロ
ータコア1はコア素材10が所定枚重なってなるもので
ある。図中の符号3は軸棒穴である。このような鋳造タ
イプのローターは鋳造ローターとかダイキャストロータ
ー等と呼称されることもあるが、本明細書では鋳造ロー
ターとの呼称を用いることにする。
【0005】導電金属は穴2内に鋳込まれる他、その両
端を短絡するように金型キュビティ(金型により形成さ
れる鋳込み空間)内に一体に鋳込まれる。図2は製造し
た鋳造ローターの模式的外観を示すものである。ロータ
コア1の両脇にはエンドリング4が備わっている。この
エンドリング4は図1における穴2と一体に導電金属が
鋳込まれて形成されたものである。
【0006】図3は鋳造ロータの鋳込み工程を説明する
図である。この図を参照しながら説明する。先ずコア素
材110を所定枚数重ねてロータコア11を形成する。
このロータコア11を所定の金型(上型70と下型7
1)に設置し、鋳込むべき金属(導電金属)の溶湯を湯
口8から金型内に流し込む。その溶湯が凝固した後、金
型を外し、その他切削加工等を適宜施して、ローターバ
ー相当部20とエンドリング相当部60とが一体となっ
た鋳造ロータが得られる。尚、図3の例ではエンドリン
グ相当部60にフィン相当部61となる部分が備わって
いる。
【0007】尚、上記導電金属としては、通常Al材料
が適用されることが多い。Al材料を用いれば、製造し
たローターの軽量化に大きく寄与する。また比較的鋳造
が行いやすい利点もある。ローターの軽量化は、モータ
ー全体の重量低減への寄与の他、回転部分であるロータ
ーの重量が低減することで、回転に伴うエネルギーロス
の低減や追従性の向上に貢献する。また近年は電力制御
素子等が発達し、モーターの回転数制御技術も進み、高
速回転型や速度可変型、高起動トルク型等のモーターも
増えてきている。このようなモーター用としても、ロー
ターの軽量化が望まれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来は、鋳造ローター
はダイキャスト法或いは低圧鋳造法によって製造される
ことが多かった。しかし、これらの鋳造法では適用しや
すいAl合金の組成が大きく制限され、一般的にはSi
を数%含むAl合金が多く使われていた。しかしこれら
のAl合金では比抵抗が小さく、起動時のトルク特性が
高いモーターには適しにくいという問題がある。
【0009】起動時のトルク特性を高めるために、比抵
抗が高いAl合金を適用する必要がある。しかしこれら
の高比抵抗のAl合金は、一般に鋳造性が悪くダイキャ
スト法や低圧鋳造法では内部欠陥ができやすいという問
題があった。
【0010】鋳造ローターとして、その鋳造部分に空洞
等の内部欠陥が多いと、ローターの強度が低下する上
に、空洞によってローターの重量バランスが崩れてしま
う。こうなるとローターの回転安定性が低下し、それを
組み込んだモーターに振動発生や静寂性の低下などの問
題が生じたり、これがローターの疲労破壊の原因になる
こともある。これらの問題は特に高速回転用のモーター
において著しくなる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した事情に
鑑み、内部欠陥の少ない高品質の鋳造ローターにも適し
た高圧鋳造用Al合金と、それを用いた鋳造ロータを提
供することを目的としたものである。即ち本発明は、高
圧鋳造用Al合金として、Mn;0.8〜3wt%、T
i;0.01〜0.1wt%、B;0.005〜0.0
1wt%を含み残部不純物とAlとで構成されている。
また、更にCu;0.2〜1wt%またはMg;0.5
〜1.3wt%の少なくとも一方、または更にZr;
0.05〜0.2wt%またはV;0.05〜0.2w
t%の少なくとも一方を含む高圧鋳造用Al合金を提供
する。
【0012】これらの合金は高圧鋳造ロータ用の鋳造合
金として好適である。本発明では、これらの高圧鋳造用
Al合金を、鋳造圧力50MPa以上の高圧鋳造法で鋳
込んで形成した鋳造ロータが提供される。また鋳造ロー
タの製造方法として、これらの高圧鋳造用Al合金を鋳
造圧力50MPa以上の高圧鋳造法でロータコアに鋳込
む鋳造ロータの製造方法が望ましい。こうして鋳込んだ
ローターは鋳造欠陥が少なく高品質なものになる。
【0013】
【発明の実施の形態】鋳造ローターに用いる導電金属と
しては、高い比抵抗を有する他に、モーターの運転時に
掛かる遠心力に耐える強度が必要である。特に高速回転
型のモーターの場合は特に高い強度と高い比抵抗の両立
が望まれる。本発明のAl合金はMn;0.8〜3wt
%、Ti;0.01〜0.1wt%、B;0.005〜
0.01wt%を必須成分とするAl−Mn系の合金で
あり、高比抵抗を有すると共に凝固温度範囲が狭く、指
向性の高い凝固形態が得られやすいものである。
【0014】本発明の合金成分について説明する。Mn
はAl合金の強度を向上させるが、一方では比抵抗を大
きく低下させる元素である。高速回転型や高トルク特性
を有するモーターを得るには、比抵抗で3〜7μΩcm
程度の値が望ましいので、強度と比抵抗の兼ね合いでM
nは0.8〜3wt%の含有が望ましい。
【0015】TiやBは結晶粒を微細化し、本発明合金
を鋳造する際の鋳造割れの発生を抑制する。その含有量
はTi;0.01〜0.1wt%、B;0.005〜
0.01wt%が良い。これより少量であると、鋳造割
れの抑制効果が乏しい。一方これより多く含有すると、
TiB2 の凝縮体が生成し、逆に鋳造品の健全性が低下
してしまう。
【0016】更に上記成分に加え、Cu;0.2〜1w
t%またはMg;0.5〜1.3wt%の少なくとも一
方を含ませると良い。これらはAl合金の強度を一層高
める効果がある。しかしCuを1wt%を超えて、或い
はMgを1.3wt%を超えて含有させると、ポロシテ
ィー等の鋳造欠陥が生じやすくなってしまう。
【0017】ところで特に高負荷が掛かるモーターの場
合、その運転時にローター等が150℃以上の高温にな
ることがある。このようなモーターに用いるAl合金の
場合、高温下での高い強度特性が要求される。そこで、
本発明のAl合金に更にZrを0.05〜0.2wt
%、Vを0.05〜0.2wt%含有させると良い。こ
れらを含有させることで、高温強度と高温疲労強度が向
上する。含有量は何れも0.05wt%未満では効果が
乏しく、一方、0.2wt%を超えて含有させると、Z
r若しくはVとAlとの金属間化合物が多量に発生し、
これらは介在物となり鋳造品の健全性が低下してしま
う。
【0018】本発明に係わるAl合金はMnを0.8〜
3wt%含む合金である。このようなAl−Mn系合金
はその凝固温度範囲(即ち液相線と固相線間の温度)が
狭く、凝固しやすい合金として知られている。例えばM
nが3wt%程度の含有であっても、凝固温度範囲は3
0℃程度と非常に狭いものになる。従って鋳造の際、流
動長さが短くなり鋳造しにくい合金となる。
【0019】そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、本
発明のAl合金を、鋳込み温度を十分に高くし、更に高
圧鋳造法を適用して鋳造することで、凝固収縮によるポ
ロシティーの発生を抑制し内部欠陥の少ない優れた鋳造
ローターが得られることを見い出した。即ち、本発明の
Al合金のように凝固温度範囲の狭い合金は鋳造時にい
わゆるマッシーな凝固形態にならず、鋳造ローターの外
周側から順次凝固が進行する、いわゆるスキンフォーメ
ーションタイプの凝固形態になりやすい。この場合、更
に高圧鋳造法を用いることで、鋳造型やローターコアと
溶湯との間に生ずるエアーギャップの生成が遅れ、一層
スキンフォーメーションタイプの凝固形態の傾向が進
む。この結果、ポロシティやボイド等の内部欠陥が少な
い優れた鋳造ローターが得られるのである。
【0020】また本発明の合金は通常の鋳造において
は、凝固の終了直前の凝固収縮時に最終凝固部に引張応
力がかかり、鋳造割れが発生するが、これに対しても微
細化材の添加だけでなく、高圧鋳造が有力になる。本発
明の合金を鋳造する際は、鋳造方法にもよるが、その鋳
造圧力は50MPa以上が望ましい。特に望ましいのは
50〜120MPaである。圧力は50MPa未満では
内部欠陥が生じやすく、一方120MPaを超えるよう
な高い圧力は設備コスト等の上昇につながり望ましく。
【0021】
【実施例】表1に記す組成のAl合金を図1に示すよう
なローターコア1に鋳込んだ。Al合金は図1の穴2
と、図3に示すエンドリング4とが一体になるように鋳
込まれている。
【0022】本発明例では、溶湯温度750℃の溶湯を
使用し、キャビティ内で凝固前においても730℃を確
保し、高圧鋳造機にて鋳造圧力を60MPaで凝固が終
了するまで加圧を継続した。凝固後、穴2内に鋳込まれ
た部分を、その穴の長手方向に沿って切り出し、その特
性を調べた。またポロシティ等の欠陥の発生状況も検査
した。
【0023】鋳造時の溶湯温度が730℃以下である
と、強度等は上記本発明例と同等程度になっても、粗大
な化合物が晶出したりして、高速回転時の疲労特性等が
低下しやすい。従って溶湯温度は少なくとも730℃以
上にすることが望ましい。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】表1に記す本発明例No.1〜3は、M
n,Ti、Bを添加した高比抵抗材で、本発明例No.
4〜7はMn,Ti、Bの他、CuまたはMgを添加し
た高比抵抗、高強度材である。本発明例No.8〜11
は更にZr、Vを添加して高温強度を向上させたもので
ある。
【0027】表2を見れば判るように、本発明例は、そ
の合金に高圧鋳造法を適用することにより、比較例に比
べ鋳造欠陥が少なく、室温および高温での強度に優れた
高比抵抗の軽量導電金属が鋳込まれたロータが得られた
ことが判る。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の高圧鋳造用
Al合金は、鋳造ロータ用Al合金として、高比抵抗型
の高圧鋳造用合金、特に鋳造ロータ用の合金として適し
ており、本発明の合金によるロータは室温および高温で
の強度が高く、高トルク型、または高速回転型のモータ
に好適なものとなる。また本発明に係わるロータは内部
欠陥が少なく、回転バランスに優れ、高速時にも安定し
た運転ができるものである。また本発明の鋳造ロータは
高速回転用途においても疲労破壊が生じにくいロータで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる鋳造モーターのローターコアの
例を示す説明図である。
【図2】本発明に係わる鋳造モーターの一例を示す説明
図である。
【図3】本発明に係わる鋳造モーターの製造工程を説明
する説明図である。
【符号の説明】
1 ロータコア 10 コア素材 2 穴 3 軸棒穴 4 エンドリング 5 軸棒 11 ロータコア 110 コア素材 20 ローターバー相当部 60 エンドリング相当部 61 フィン相当部 70 上型 71 下型 8 湯口

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mn;0.8〜3wt%、Ti;0.0
    1〜0.1wt%、B;0.005〜0.01wt%を
    含み残部不純物とAlとで構成される高圧鋳造用Al合
    金。
  2. 【請求項2】 更にCu;0.2〜1wt%またはM
    g;0.5〜1.3wt%の少なくとも一方を含む、請
    求項1記載の高圧鋳造用Al合金。
  3. 【請求項3】 更にZr;0.05〜0.2wt%また
    はV;0.05〜0.2wt%の少なくとも一方を含
    む、請求項1または2の何れかに記載の高圧鋳造用Al
    合金。
  4. 【請求項4】 鋳造ロータ用の鋳造合金としての、請求
    項1〜3の何れかに記載の高圧鋳造用Al合金。
  5. 【請求項5】 請求項1〜3の何れかに記載の高圧鋳造
    用Al合金を、鋳造圧力50MPa以上の高圧鋳造法で
    鋳込んで形成した鋳造ロータ。
  6. 【請求項6】 請求項1〜3の何れかに記載の高圧鋳造
    用Al合金を鋳造圧力50MPa以上の高圧鋳造法でロ
    ータコアに鋳込む鋳造ロータの製造方法。
JP8177897A 1997-04-01 1997-04-01 高圧鋳造用Al合金とそれを用いた鋳造ロータおよび鋳造ロータの製造方法 Pending JPH10280077A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100323300B1 (ko) * 1999-10-04 2002-02-06 황해웅 은 무함유 저가의 고강도용 알루미늄 주조합금 및 그 제조방법
JP2014224287A (ja) * 2013-05-16 2014-12-04 日本軽金属株式会社 鋳造性および耐食性に優れたアルミニウム合金鋳物、およびその製造方法,熱交換器
CN105397065A (zh) * 2015-11-10 2016-03-16 苏州三基铸造装备股份有限公司 汽车离合器壳体的挤压铸造生产工艺
CN113839524A (zh) * 2021-09-23 2021-12-24 内蒙古靓固科技有限责任公司 一种电机再制造的铝基复合导条及其制备方法和应用

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Effective date: 20040202