JPH1141872A

JPH1141872A - 電動機の回転子

Info

Publication number: JPH1141872A
Application number: JP19001997A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Ogawa; 薫小川; Kanji Mizutani; 完治水谷; Akiji Yamada; 旭司山田; Yukiro Endo; 幸郎遠藤; Hiromitsu Fuku; 裕光富久; Koichiro Ohara; 光一郎大原; Takashi Watabe; 隆渡部; Izumi Shimizu; 泉清水; Yoshiharu Saito; 嘉治斉藤; Shigeaki Kanai; 重明金井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3880692B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】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の回転子を提供する
こと。【解決手段】全閉形のスロット５ｃを有する回転子鉄
心５ａに予め導体バー７ａを挿入し、鋳造型により、少
なくとも一方のエンドリング７ｃを導電材料で形成した
とき、スロット５ｃ内の導体バー７ａとの間の空隙部分
にも溶融状態の導電材料が充填され、これによりエンド
リング一体形のがご形巻線を形成するようにした電動機
の回転子において、鋳造型の中を真空にした状態で、低
圧鋳造により、エンドリングが形成されるようにしたも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の回転子に
係り、特に比較的小容量の汎用かご形誘導電動機に好適
な回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機として
は、従来からかご形誘導電動機が広く使用されている。
ところで、当初、このような汎用小型誘導電動機の回転
子としては、電磁鋼板を積層して形成した回転子鉄心の
スロット(かご形巻線収納用の溝、又は孔)に、所定の断
面形状の銅製の導体バーを１本づつ挿入し、これら複数
本の導体バーの両端部にエンドリングをロー付け溶接し
てかご型巻線を形成させたものが、主として用いられて
いた。

【０００３】しかしながら、このような回転子では、か
ご形巻線の製作に手間が掛るのでコストアップになり易
い上、電磁鋼板の積層体からなる回転子鉄心のスロット
に、後からかご形巻線用の導体バーを挿入しなければな
らないので、そのスロットの大きさよりかなり小さい断
面積の導体バーでないと挿入することができず、従っ
て、所望の充分に低い抵抗値のかご形巻線が得られず、
電動機としての電気特性が低下してしまうという不具合
があった。

【０００４】そこで、汎用小型誘導電動機としては、従
来から、導体バー及びエンドリングからなるかご形巻線
をアルミニウム材のダイカスト鋳造で形成した、いわゆ
るキャストロータが広く使用されている。図１４は、こ
のようなキャストロータを用いた従来技術によるかご形
誘導電動機の一例を示したもので、この図において、１
はハウジングで、鋳鉄など鉄系材料やアルミニウムなど
の軽金属材料の鋳造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。

【０００５】１ａは放熱フィンで、軸方向に沿って並ん
だ複数の条片として、ハウジング１の外周に放射状に配
列され、ハウジング１と一体的に形成されている。２
Ａ、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、ケイ素鋼板などの電磁鋼板を複数枚積層
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ているスロットに巻回された固
定子コイル３ｂとで構成され、ハウジング１内に挿入し
た上で、その内周部に嵌合し、固定されている。

【０００６】５は回転子で、中心に軸孔を有する円板形
状に打ち抜かれたケイ素鋼板を複数枚積層して形成され
た回転子鉄心と、その両端面に配置されたエンドリング
部７及び図示されていない導体部からなるかご形巻線と
で構成されている。そして、このエンドリング部７と、
導体部からなるかご形巻線がアルミニウムのダイキャス
ト鋳造により形成され、さらに、このエンドリング７に
内部冷却用の内ファン８が一体的に形成されている。

【０００７】回転軸６は回転子５に取付けられ、これを
保持した状態で、軸受４Ａ、４Ｂにより、エンドブラケ
ット２Ａ、２Ｂに対して回転自在に保持されている。そ
して、この回転軸６の一方の端部(図では右端部)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(図では左端部)で、エンドブラケ
ット２Ａを挿通して外部に突出した部分には、外部冷却
用の外ファン９が装着されている。

【０００８】１０はエンドカバーで、外ファン９を覆う
ものであり、一方が開放された皿状の短い円筒形に形成
され、その底面に相当する一方の端面には外気を取り込
むための開孔１０ａが設けられ、その開放端は、このエ
ンドカバー１０がエンドブラケット２Ａに組み付けられ
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が形成されるように形
成されている。

【０００９】この誘導電動機は、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２Ａ、２Ｂ内の軸受４Ａ、
４Ｂ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)により取付けることにより
組立られている。

【００１０】そして、回転子５により外ファン９が回転
すると、エンドカバー１０の開孔１０ａから、矢印イで
示すように外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、隙
間部１０ｂ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なっている。

【００１１】一方、電動機の内部では、回転子５が回転
すると、それに伴い内ファン８が回転して内部の空気に
流れを発生させ、発生した空気流が回転子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、この種の
技術として、関連する公知例としては、特開昭６１−２
５１４４０号公報等が挙げられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、かご
形巻線に適用した際での、アルミニウムの導電材料とし
ての適格性について、充分な配慮がされているとは言え
ず、かご形誘導電動機の高性能化を図る上で問題があっ
た。すなわち、かご形誘導電動機の高性能化の一方途と
して、かご形巻線の低抵抗化があるが、アルミニウムの
導電率(約３．４μΩｃｍ、７５℃)は、銅の導電率(約
２．１μΩｃｍ、７５℃)よりもかなり低く、従って、
二次抵抗(かご形巻線の抵抗)の低減が充分に図れず、こ
の結果、従来技術では、充分な高性能化が得られないの
である。

【００１３】また、二次抵抗損失が大きくなると、回転
子の温度上昇が著しくなるという問題が生じる上、この
回転子の温度上昇が二次抵抗値の増加をもたらし、更に
二次抵抗損失を増加させることになり、この結果、従来
技術では、電動機の滑りが増加して更なる性能の低下を
きたしてしまう。

【００１４】一方、上記したように、回転子鉄心のスロ
ット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
巻線を形成するようにした従来技術では、これも上記し
たように、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、
そのスロット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。

【００１５】しかして、要求される電気特性を得るの必
要な太さの導体バーを用いた場合には、今度は、挿入を
容易にするため、スロットの寸法を導体バーの寸法より
大きくしなければならないが、この場合には、回転子鉄
心の体積が少なくなるので磁束密度が増加し、この結
果、励磁電流が増え、電動機としての電気特性が低下す
るという問題があった。そして、この場合、導体バーに
スキューを付けようとすると、さらにかご形巻線用のス
ロットを大きくする必要があり、一層、不具合が増して
しまう。

【００１６】また、誘導電動機を始動する場合には、一
般に大きな電流が導体バーに流れるが、このため、導体
バーには大きな電磁力が掛かり、この結果、導体バーに
大きな加振力、いわゆる電磁振動力が働いてしまう。こ
のとき導体バーとスロットの間に隙間があると、導体バ
ーがスロット内で動き、長時間の繰り返しにより導体バ
ーとエンドリングの接合部が破壊されるという問題があ
った。

【００１７】一方、このような隘路の打開策として、銅
によるかご形巻線の鋳造化が考えられるが、この場合、
次の点が新たな隘路となってしまう。すなわち、銅のダ
イカスト鋳造について考えてみると、ダイカスト鋳造の
加圧力は１２０ＭＰａ(１２０×１０３ｋＰａ)であり、
低圧鋳造の加圧力４９〜１６３ｋＰａに比して極めて大
きい。

【００１８】また、銅の融点は１０８３℃で、アルミニ
ウムの融点６６０℃に比してかなり高く、このため、ア
ルミニウムの場合に比して鋳造型の劣化が激しく、寿命
が短い。更にまた、アルミニウムによるダイカスト鋳造
の場合は、ビスケットがほぼ１００％再利用できるが、
銅の場合はビスケットが再利用できず、歩留りが悪いと
いう問題点がある。

【００１９】また、従来技術では、前述のように導体バ
ー及びエンドリングからなるかご形巻線を、材料等の問
題でダイキャストにより成形できない場合には、かご形
巻線をロー付け溶接により成形していたが、この場合、
そのエンドリングとしては、例えばプレスによる打抜き
加工や塑性変形加工、或いは素材からの削り出し加工な
どの方法により成形し、導体バーは定尺のバー素材を切
断するなどの加工により成形するため、エンドリング部
の材料の歩留りが悪いという問題点があった。

【００２０】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、銅材を用いているにも拘わら
ず、材料の歩留りが良く、簡単かつ確実に回転子巻線が
形成でき、これにより、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の回転
子を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、全閉形のス
ロットを有する回転子鉄心に、スロット内導体とエンド
リングからなるかご形巻線を備えた電動機の回転子にお
いて、上記スロット内導体が、上記スロット内に予め挿
入した導体バーと、上記スロット内の上記導体バーとの
間の空隙部分に溶融状態で充填した後、固化した導電材
料で形成され、上記エンドリングの少なくとも一方が、
鋳造型の中を真空にした状態で、低圧鋳造した導電材料
で形成されているようにして達成される。

【００２２】この結果、本発明によれば、導体バーとス
ロットの間に空隙が存在しても、そこには、後から導電
材料が充填されるので、スロットよりも細い導体バーを
用いることができる。この結果、導体バーの挿入が容易
になる上、エンドリングと導体バーの溶接作業が一方の
エンドリングだけで済むので、製作が極めて容易とな
る。

【００２３】さらに、導体バーとスロットの隙間には導
電材料が鋳込み材として充填されるため、両者間の隙間
は完全に塞がり、この結果、導体バーが電磁振動力を受
けても、該導体バーがスロット内で振動する虞れが無く
なるので、長時間にわたって始動が繰り返されたとして
も、従来技術のように、導体バーとエンドリングとの接
続部が破壊される虞れはなくなる。

【００２４】また、本発明では、低圧鋳造で鋳込むの
で、導体バーと鋳込み材を銅にすることができ、この結
果、以下の利点が得られる。すなわち、まず、銅の方
が、アルミニウムより約４０％ほど固有抵抗が低いの
で、二次抵抗も４０％、少なくすることができ、それだ
け温度上昇を抑えることができる。また、このように、
二次抵抗損失が４０％少なくできる結果、電動機の滑り
が減少し、効率を確実に向上させることができ、例え
ば、出力３.７ｋＷの汎用４極誘導電動機での計算値に
おいて、最大出力を１０％、最大トルクは２％、それぞ
れ向上できる。

【００２５】このとき、エンドリング成形用の鋳造型を
真空にした上で、低圧鋳造によりエンドリングを形成し
ているので、エンドリングと導体バーの接合部付近に発
生するガスの排除が充分で、このため、エンドリングと
導体バーの接合が、エンドリング成形部が気体中にある
ときに低圧鋳造により形成した場合より強固にでき、且
つ接合部の電気的特性が良好になるので、回転子全体の
機械的特性と電気的特性を向上させることができる。

【００２６】さらに、このとき、エンドリングの鋳造型
の温度分布を調整し、鋳込んだ導電材料が凝固するとき
の位置をエンドリングの厚さ方向に時間的にずらすよう
にしてもよく、これによれば、導体バーとエンドリング
の接合をより強固なものにすることができ、接合部の電
気的特性をさらに良好にすることができる。

【００２７】また、このように、エンドリングの鋳造型
の温度を調整することにより、エンドリング成形部の温
度を長時間高温に保つことができるため、導体バーとエ
ンドリングの接合部付近に発生するガスをより多く取り
除くことができ、これによっても、導体バーとエンドリ
ングの接合をより強固なものにすることができ、接合部
の電気的特性をさらに良好にすることができる。

【００２８】また、このとき、一方のエンドリングだけ
ではなく、両側のエンドリングの形成に本発明を適用し
ても良く、この場合には、更に回転子の機械的特性と、
電気的特性を向上させることができる。また、この場合
には、エンドリングの溶接が不要になるので、製作が極
めて容易となる。

【００２９】また、本発明では、鋳造型の内部が真空に
引かれた状態でエンドリングが成形され、且つ低圧鋳造
であるため、ビスケットの再利用率はほぼ１００％にな
り、この結果、材料の歩留りが格段に向上され、さらに
低圧鋳造によっているため、溶湯(溶融した導通材料)の
加圧力が小さいため、鋳造型の損耗が少なく、寿命が長
くなるので、信頼性が高く、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、ローコストで容易に製
作することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電動機の回転
子について、図示の実施形態により詳細に説明する。図
１は、本発明の一実施形態による回転子５を用いた誘導
電動機の一例で、図において、７ａは導体バー、７ｂ、
７ｃはエンドリングであり、その他、この回転子５の構
成以外は、図１４で説明した従来の誘導電動機と同じで
ある。従って、以下、この回転子５について、主として
説明する。

【００３１】まず、この回転子５の回転子鉄心５ａは、
電磁鋼板から図３に示す形状に打ち抜いた回転子鉄板５
ｂを所定枚数、積層して形成されている。そして、この
回転子鉄板５ｂには、図示のように、その外周部の近傍
に、周方向に並んで配置されたかご形巻線収納用のスロ
ット(孔)５ｃが所定個数、形成してあるり、この回転子
鉄板５ｂを所定枚数、図４に示すように積層して回転子
鉄心５ａを形成する。

【００３２】そして、この図１の本発明の実施形態によ
る回転子５が、従来技術と異なる点は、図２に示すよう
に、回転子鉄心５ａに施されるかご形巻線のうち、スロ
ット５ｃ内に挿通される部分が、銅の導体バー７ａと、
この導体バー７ａとスロット５ｃとの間に存在する空隙
内に溶融した状態で充填した銅で形成されている点にあ
る。

【００３３】このため、まず回転子鉄心５ａのスロット
５ｃ内に、所定の太さの導体バー７ａを軸方向に沿って
それぞれ挿通し、これら導体バー７ａの一方の端部に、
予め所定の形状で、所定の位置に複数の孔が設けられて
いるエンドリング７ｂを嵌合させた上で、ろう付け部Ｓ
で示すように、両者をろう付けなどの方法で接合して一
体化する。

【００３４】次に、所定の鋳造型を用い、真空状態で銅
の溶湯(溶解している銅)による低圧鋳造を行い、これに
より、導体バー７ａとスロット５ａとの間に存在する空
隙内に溶融された銅が充填され、さらにこの充填された
部分の銅と一体に、導体バー７ａの他方の端部に銅のエ
ンドリング７ｃが鋳造されるようにしたものである。

【００３５】次に、この実施形態による真空状態での低
圧鋳造による銅の鋳込みと、エンドリング７ｃを成形す
る方法について詳細に説明する。まず、図５は、このと
きに使用する鋳造装置の一実施形態で、図において、５
０はダイキャスト用の鋳造型、５１は真空引き用の上
型、５２は鋳造炉、５３は真空引き用のチャンバ、５４
は加熱装置である。鋳造型５０は、図６に示すように、
エンドリング７ｃの形状に合わせて作られたリング状の
鋳造型部分５０ａと、溶湯通路５０ｂを備え、さらに加
熱線５０ｃが設けてある金属性の鋳型(金型)で、エンド
リング鋳造時、図５に示すように、鋳造炉５２の上に設
置されて使用される。

【００３６】そして、このため溶湯通路５０ｂの下側に
は溶湯管路Ｐが取り付けてあり、この溶湯管路Ｐの下端
は、図５に示すように、鋳造炉５２の上に鋳造型５０が
設置されたとき、鋳造炉５２内の溶湯Ｍ内に入り込むよ
うになっている。ここで、加熱線５０ｃは鋳造型部分５
０ａの周辺部に設けられた抵抗発熱用の電熱線、又は誘
導加熱用のコイルで構成され、鋳込み時、鋳造型部分５
０ａの温度を制御するのに使用される。

【００３７】上型５１は、図７に示すように、回転子５
が収まる部分５１ａと真空通路５１ｂを備え、エンドリ
ング鋳造時、図５に示すように、鋳造型５０の上に重ね
合わせて使用される。鋳造炉５２は、密閉した容器とし
て作られ、図示してない加熱手段を備え、内部に溶解し
た銅の溶湯Ｍを蓄える働きをすると共に、これも図示し
てない不活性ガスの加圧手段を備え、溶湯Ｍの上部に残
されている空間Ｇ内の不活性ガスの圧力が必要に応じて
高められるように構成されている。

【００３８】また、この鋳造炉５２には溶湯管路Ｐが設
けてあり、さらに、この溶湯管路Ｐには加熱装置５４が
設けてあり、これにより内部の溶湯Ｍの温度が低下し、
凝固してしまう虞れがないようにしてある。なお、エン
ドリング成形用の鋳造型５０に設けられる溶湯通路５０
ｂと溶湯管路Ｐは、複数であってもよい。そして、これ
ら鋳造型５０と上型５１、それに鋳造炉５２からなる鋳
造装置はチャンバ５３の中に設置されている。

【００３９】つぎに、この図５の鋳造装置を用いた回転
子のエンドリングの鋳込み成形処理について説明する。
まず、図３、図４に示した積層回転子鉄心５ａのスロッ
ト孔５ｃに、図２に示すように、導体バー７ａを挿通さ
せ、この導体バー７ａに、ろう付け部Ｓで一方のエンド
リング７ｂが取り付けられた状態の回転子半完成品を用
意する。従って、このときの回転子半完成品では、図２
におけるエンドリング７ｃは存在していない。

【００４０】次に、この回転子半完成品を、図５に示す
ように、エンドリング７ｂが上側になるようにして、鋳
造型５０の鋳造型部分５０ａ１内に装着し、次いで図示
のように、この上に上型５１を被せ、鋳造型５０に重ね
合わせる。そして、この後、上述のごとく、この半完成
品が装着された鋳造型５０を鋳造炉５２上に設置する。

【００４１】次いで、上記した加圧手段により、鋳造炉
５２内に不活性ガスを送り込み、空間Ｇを４９ｋＰａ〜
１６３ｋＰａ程度に加圧し、これにより、溶湯Ｍが溶湯
管路Ｐを通って上方に押し上げられ、鋳造型５０の鋳造
型部分５０ａ内に流れ込み、さらに導体バー７ａと、回
転子鉄心５ａのスロット５ｃとの間の空隙部７ｅに流れ
込んで行くようにする。

【００４２】このとき、溶湯Ｍに掛かる圧力が、上記よ
うに４９ｋＰａ〜１６３ｋＰａ程度で、周知のダイカス
ト工法の場合に比してかなり低くなっており、これが、
この実施形態で、低圧鋳造法という名称の所以となって
いるものである。一方、このときさらに、図示してない
真空ポンプなどの気体吸引装置により、チェンバ５３内
を５ｋＰａ以下の真空に保ち、これにより、上型５１の
真空通路５１ｂを介して、部分５１ａ内と、鋳造型５０
の鋳造型部分５０ａ内が真空に引かれるようにする。

【００４３】従って、鋳造炉５２内の溶湯Ｍは、空間Ｇ
内の圧力と、チェンバ５３内の真空により、図５に実線
の矢印で示すように、溶湯管路Ｐ通ってエンドリング成
形用の鋳造型部分５０ａ内に移動し、鋳造完了後、エン
ドリング７ｃを形成することになる。さらに溶湯Ｍは、
導体バー７ａの方へも移動し、導体バー７ａとスロット
５ｃとの間の隙間にも充填され、導体バー７ａと共にか
ご形巻線のスロット内導体を形成することになる。

【００４４】ここで、溶湯Ｍの注入時、導体バー７ａの
下端部とエンドリング７ｃの接合部７ｐなど、内部でガ
スが発生する虞れがある。しかし、この実施形態では、
チャンバ５３内を真空にし、エンドリング鋳造型部分５
０ａ内が真空になるようにしてあるので、発生したガス
は真空に引かれ、図中に破線の矢印で示すように、鋳造
型部分５０ａからエンドリング成形用鋳造型すきま７
ｊ、真空引き用上型すきま７ｍへと移動し、真空通路５
１ｂを通り、真空引き用チャンバ５３内に移動し、上記
した真空ポンプなどの気体吸引装置により外部に吸い出
されてしまう。

【００４５】従って、この実施形態によれば、鋳込みに
際して、溶湯Ｍが酸化したり、凝固後に欠陥が発生した
りする虞れを確実に抑えることができる。なお、上型５
１に具備される真空通路５１ｂは複数であってもよい。
次に、加熱線５０ｃについて説明する。

【００４６】この加熱線５０ｃは、上記したように、鋳
造型部分５０ａの周囲に設けられた電熱線、又は誘導加
熱用のコイルなどで構成され、鋳造型部分５０ａの温度
を所定値に保ち、これにより、導体バー７ａと、鋳込み
形成された後のエンドリング７ｃとの接合が確実に得ら
れるようにする。このときの温度は９００〜１２００℃
程度である。

【００４７】さらに、この加熱線５０ｃは、鋳込み時、
鋳造型部分５０ａの温度を、図では上下方向にわたって
部分的に制御することができるように、電熱線、又は誘
導加熱用のコイルが複数の群に分けて通電制御ができる
ように構成してある。そして、溶湯Ｍを注入し、形成さ
れたエンドリング７ｃと導体バー７ａが接合した後、加
熱線５０ｃによる加熱動作を、図では上側の、回転子鉄
心５ａに近い部分から順に停止させてゆき、鋳造型部分
５０ａの温度が上側から下側に向かって順次低下してゆ
くようにする。このときの加熱停止開始時間や、次の群
による加熱停止までの時間などの条件は、ここには示さ
ないが、適切な条件となるようにする。

【００４８】これにより、鋳造型部分５０ａ内の溶湯Ｍ
は、回転子鉄心５ａに近い部分、つまり上側から冷えて
ゆき、回転子鉄心５ａに近い部分から凝固し始め、溶湯
通路５０ｂ付近が最後に凝固する。ここで、液体が部分
的に凝固し始めた状態では、まだ凝固していない液体の
部分と、既に凝固した部分とで不純物濃度に差を生じる
という物性があり、この物性は偏析として周知である。
そして、液体が銅の溶湯の場合、通常、不純物濃度は、
液体の部分の方が高くなるので、先に凝固した部分の純
度が上がる。

【００４９】そこで、鋳造型部分５０ａ内の溶湯Ｍが全
て凝固し、エンドリング７ｃが形成された時点では、本
来、このエンドリング７ｃ内に存在すべき筈であった不
純物の大部分は、加熱装置５４により溶湯Ｍの溶融温度
以下にならないように加熱されている溶湯管路Ｐ内の溶
湯Ｍに移ってしまうことになる。従って、この実施形態
によれば、原材料である溶湯Ｍよりも純度の高い銅で成
形されたエンドリング７ｃを得ることができ、図８に示
すように、低い二次抵抗のかご形巻線を備えた回転子を
容易に得ることができる。

【００５０】また、この実施形態によれば、エンドリン
グと導体バーの溶接作業が一方のエンドリング７ｂだけ
で済むため、製作が極めて容易となる。また、上述のよ
うに、導体バーとスロットの隙間が無くなるため、導体
バー７ａが電磁振動力を受けても、スロット５ｃ内で振
動する虞れがないため、長時間の始動繰り返しによって
も、導体バー７ａとエンドリングとの接合部が破壊され
る虞れがない。さらにまた、上述のように、エンドリン
グ７ｃが純度の高い銅で形成されるため、電動機のすべ
りや損失が減少し、特性が一層向上する。

【００５１】また、上述のように、エンドリング成形用
の鋳造型部分５０ａ内が真空に引かれた状態で鋳込みさ
れるので、エンドリング７ｃと導体バー７ａの接合部７
ｐから発生するガスが充分に取除かれることになり、こ
の接合部７ｐの接合が、気体中で低圧鋳造により形成し
た場合に比して、より強固になると共に、この接合部７
ｐの電気的特性もさらに良好になり、回転子の機械的特
性と電気的特性が向上する。

【００５２】さらにこのとき、上述のように、エンドリ
ング成形用鋳造型部分５０ａの温度を調整して、最適な
温度でエンドリング７ｃが形成できるため、この接合部
７ｐの電気的特性がさらに改善され、回転子の機械的特
性と電気的特性が向上する。

【００５３】また、このようにエンドリング成形よう鋳
造型部分５０ａの温度を調整し、この部分を、より長時
間、高温に保つことができるので、エンドリング７ｃと
導体バー７ａの接合部７ｐ付近に発生するガスをより多
く取り除くことができ、この結果、上述のように、エン
ドリング７ｃと導体バー７ａの接合部７ｐの接合は、よ
り強固になると共に、電気的特性がさらに良好になり、
回転子の機械的特性と電気的特性が向上する。

【００５４】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。以下に説明する実施形態は、回転子の両側のエン
ドリングを、何れも真空状態で、低圧鋳造により形成す
るようにしたもので、更に、この実施形態では、スロッ
トにスキュー(ひねり)が設けられている回転子に適用し
た場合を示したものである。

【００５５】まず、図１０と図１１に示すように、回転
子鉄心５ａのかご形巻線用のスロット５ｃの形状を、正
方形、又は長方形などの多角形にし、これに合わせて、
導体バー７ａの断面形状も正方形、又は長方形などの多
角形にする。次に、この回転子鉄心用の鉄板を順次１枚
ずつ或る所定の角度だけ回動させては積層してゆき、こ
れにより図９のイ方向から見たときは、図１０にハッチ
ングを付して、Ｘで示す位置にあるスロット５ｃが、図
９のロ方向から見たときは、図１１にＹで示してある位
置にくるようにし、これにより、１スロット分のスキュ
ーが与えられるようにした上で、溶接などの方法で相互
に固着させて回転子鉄心５ａとする。

【００５６】次に、この回転子鉄心５ａの各スロット５
ｃに、図９)に示すように、導体バー７ａを夫々挿通さ
せる。そうすると、上記したスロット５ｃのスキューの
ため、スロット５ｃに挿入した導体バー７ａに軽い曲げ
応力がかかるので、図示のように、回転子鉄心５ａの両
側に、均等に導体バー７ａの端部７ｅが突き出した状態
で、導体バー７ａを回転子鉄心５ａに保持させることが
できる。そこで、この図９に示す状態の回転子を回転子
半完成品とし、図１２に示す鋳造装置により、導体バー
７ａの両端部に、順次、エンドリング７ｂとエンドリン
グ７ｃを形成し、図１３に示す回転子を得るのである。

【００５７】この図１２に示した鋳造装置は、基本的に
は図５に示した鋳造装置と同じであるが、この場合は、
上型５１の上型すきま７ｍの形状が、鋳造型５０のエン
ドリング鋳造型部分５０ａとほぼ同じに作られている。
そして、最初、回転子半完成品の下側に一方のエンドリ
ング、例えばエンドリング７ｂを形成した後、次に回転
子半完成品を上下反対にし、他方のエンドリング７ｃを
形成する。従って、この実施形態では、一方のエンドリ
ング７ｂと他方のエンドリング７ｃの形状は同一形状に
なる。

【００５８】こうして、この実施形態によれば、図１３
に示すように、スキューを持った回転子を得ることがで
き、始動特性やトルク脈動特性に優れた誘導電動機を容
易に得ることができる。そして、この図１２の鋳造装置
による回転子によれば、エンドリング７ｂ、７ｃの何れ
についても、導体バー７ａとの溶接処理は不要であり、
より一層、製造を容易にすることができる。なお、その
他の効果は、図５の場合と同じであるので、説明は省略
する。

【００５９】ここで、以上の実施形態による効果につい
て、以下説明する。まず、回転子５のかご形巻線が全て
銅で形成できる。この場合、銅の固有抵抗が約２．１μ
Ωｃｍ（７５℃）であり、アルミニウムのそれが３．４
μΩｃｍであるので、銅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、
それだけ温度上昇が抑えられる。

【００６０】この結果、本発明の実施形態による回転子
５を用いた電動機によれば、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て、二次抵抗
損失が４０％小さくなり、電動機の効率を確実に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、アルミニウムのダイカスト成形によ
るがご型誘導電動機との対比では、顕著な効果となる。

【００６１】また、上述の通り、二次抵抗が４０％小さ
くできることから、例えば３．７ｋＷ、４Ｐの汎用誘導
電動機において、二次抵抗は計算上で約４０％小さくす
ることができ、この結果、最大出力は１０％、最大トル
クは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。

【００６２】また、上記実施形態では、エンドリングが
真空状態で低圧鋳造により成形するため、材料の歩留り
がほぼ１００％にでき、回転子のかご形巻線をロー付溶
接して成形する場合、またかご形巻線部が銅ではある
が、通常のダイキャスト成形する場合に比して、材料の
歩留りが格段に向上する。

【００６３】また、低圧鋳造によっているため、かご形
巻線部が銅のダイキャスト成形による場合に比して、鋳
造型に加わる鋳造加圧力が極めて小さくでき、従って、
鋳造型の寿命が長くなり、コストを抑えることができ
る。

【００６４】従って、上記実施形態によれば、信頼性が
高く、二次抵抗損失が小さく、且つ高トルクで高効率の
電動機を得るのに必要な回転子をローコストで容易に得
るこことができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明による効果を列挙すれば、以下の
通りである。１．製作に際して、材料の歩留りが良い。２．エンドリングの溶接回数が低減でき、製作が極めて
容易である。３．導体バーとスロットの隙間にも鋳込み材が充填され
るので、導体バーに電磁振動力が加わっても動かず、導
体バーとエンドリングの接合部が破壊される虞れがなく
なる。４．導体バーとエンドリングの接合部の温度が、接合に
適した温度に保てるので、確実な接合が容易に得られ
る。

【００６６】５．導体バーとエンドリングの接合部に発
生するガスが効果的に取り除けるので、接合部の接合が
より強固にでき、接合部に電磁振動力が働いても確実に
接合を維持することができる。

【００６７】６．銅材によりかご形巻線が形成できるの
で、アルミニウム材よりも約４０％ほど固有抵抗が小さ
く、その分、温度上昇が抑えられ、二次抵抗損失の減少
と滑りの確実な低減を得ることができ、電動機の信頼性
と性能を確実に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による電動機の回転子を用
いた誘導電動機の一例を示す一部断面による側面図であ
る。

【図２】本発明による電動機の回転子の一実施形態を示
す断面図である。

【図３】本発明の一実施形態による回転子鉄心の正面図
である。

【図４】本発明の一実施形態による回転子鉄心の側面図
である。

【図５】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の
一例を示す説明図である。

【図６】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の
一例における鋳造型の説明図である。

【図７】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置の
一例における上型の説明図である。

【図８】本発明による回転子の一実施形態を示す断面図
である。

【図９】本発明による回転子の他の一実施形態における
回転子半完成品を示す断面図である。

【図１０】本発明による回転子の他の一実施形態におけ
る回転子鉄心を一方から見た正面図である。

【図１１】本発明による回転子の他の一実施形態におけ
る回転子鉄心を他方から見た正面図である。

【図１２】本発明による回転子の他の一実施形態を示す
断面図である。

【図１３】本発明による回転子の製造に用いる鋳造装置
の他の一例を示す説明図である。

【図１４】従来技術による誘導電動機の一例を示す一部
断面による側面図である。

【符号の説明】

５回転子５ａ回転子鉄心５ｃスロット７ａ導体バー７ｂ、７ｃエンドリング７ｅ導体バーとかご形巻線用の溝との隙間７ｊエンドリング成形用鋳造型すきま７ｋ溶湯移動用パイプ温度調節部７ｍ真空引き用上型すきま７ｐ導体バーとエンドリングの接合部５０鋳造型５０ａエンドリング成形用の鋳造形部５０ｂ溶湯通路５０ｃ加熱線(加熱手段) ５１真空引き用の上型５１ａ回転子５が収まる部分５１ｂ真空通路５２鋳造炉５３真空引き用のチャンバ５４加熱装置Ｇ空間Ｍ溶湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤幸郎千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者富久裕光千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者大原光一郎千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者渡部隆千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者清水泉東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者斉藤嘉治東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者金井重明千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全閉形のスロットを有する回転子鉄心
に、スロット内導体とエンドリングからなるかご形巻線
を備えた電動機の回転子において、上記スロット内導体が、上記スロット内に予め挿入した
導体バーと、上記スロット内の上記導体バーとの間の空
隙部分に溶融状態で充填した後、固化した導電材料で形
成され、上記エンドリングの少なくとも一方が、鋳造型の中を真
空にした状態で、低圧鋳造した導電材料で形成されてい
ることを特徴とする電動機の回転子。
【請求項２】請求項１の発明において、上記エンドリングの少なくとも一方が、上記鋳造型の部
分的な温度制御による組成分布を有していることを特徴
とする電動機の回転子。