WO1994019857A1 - Procede de fabrication d'un induit a cage d'ecureuil destine a un moteur a induction - Google Patents

Description

明細書 誘導電動機の籠形回転子の製造方法 技術分野

本発明は、 誘導電動機の籠形回転子の製造方法に関し、 特に、 铸 造によって形成された端絡環の高速回転時の変形を防止する補強部 材を備えた高速誘導電動機の籠形回転子の製造方法に関する。

背景技術

工作機械のスゼン ドルモータ等に使用される誘導電動機には、 二 次導体及び端絡環を铸造により積層コアに一体的に形成した籠形回 転子を備えるものがある。 この種の籠形回転子を備えた誘導電動機 を高速化すると、 積層コアの軸方向両端に配置される端絡環は、 高 速回転時の遠心力によって撓んだり破壊されたりする危惧がある。 そこで、 鉄ゃステンレス等の高剛性材料からなる別体の補強部材を. 端絡環を包囲して回転子に固定配置することにより、 端絡環の変形 を防止した高速回転用の籠形回転子が知られている。

従来の高速用籠形回転子の端絡環補強部材は、 端絡環の筒状の半 径方向外周面に接する筒状壁部と端絡環の軸方向端面に接する端壁 部とを備えた略 L字状の周部断面を有する環状要素からなる。 この 補強部材は、 端絡環の外表面を被覆して、 一般に端壁部が端絡環の 軸方向端面にボルト等の固定手段によって固定される。 したがって, 遠心力による端絡環の変形は補強部材の筒状壁部によって防止され る。 しかしながら、 このような構造では、 筒状壁部が端壁部を介し て端絡環に片持ち式に支持されるので、 回転子の径寸法や回転速度 が大きくなると、 遠心力により筒状壁部 体が外方へ橈み、 端絡環 を支持できなくなる課題があった。

この課題を解決可能な関連技術として、 本願の出願人は、 国際特 許出願 PCT/JP93/01335号 （同時係属出願） において、 端絡環の半径 方向外表面を包囲する筒状壁部と、 積層コアの二次導体用貫通穴の 各々に連通する複数の孔を備え、 筒状壁部の一端縁から半径方向内 方へ延長されて端絡環と積層コアの軸方向端面との間に挟持される 多孔壁部と、 筒状壁部の他端縁から半径方向内方へ延長され、 多孔 壁部の反対側で端絡環の軸方向外表面に当接される端壁部とを備え た補強部材を具備する籠形回転子を開示している。 この籠形回転子 の铸造時には、 まず一対の補強部材を、 多孔壁部の複数の孔が積層 コアの複数の貫通穴のそれぞれに連通するように積層コアの各端面 に当接配置し、 その状態で積層コア及び補強部材を治具によって支 持する。 次いで、 治具に支持された積層コア及び補強部材を铸型に 定置し、 一方の補強部材の端壁部の中心開口から溶湯を注入して、 複数の二次導体及び一対の端絡環を铸造成形する。 それにより補強 部材は、 端絡環及び積層コアによって固定的に保持されることとな り、 その筒状壁部は多孔壁部及び端壁部を介して強固に両端支持さ れるので、 補強部材自体の変形が確実に防止される。

上記の関連技術による端絡環補強部材の铸造工程では、 湯流れを 安定化して铸造の質を向上させるために、 铸造キヤビティからのェ ァ抜きを円滑に行なうことが要求される。 その目的で、 湯口の反対 側に配置される他方の補強部材に多数のエア抜き孔を設けることが 考えられる。 しかしながら、 補強部材の強度を確保するためには、 補強部材にエア抜き孔を設けないことが望ましい。 発明の開示

本発明の目的は、 高速回転時の端絡環の変形や破壊を防止する補 強部材の強度を維持しつつ、 二次導体及び端絡環の高品質の铸造を 可能にする誘導電動機の籠形回転子の製造方法を提供することにあ る

上記目的を達成するために、 本発明は、 軸方向へ延びる複数の貫 通穴を外周面に近接して備え、 軸に同心に固定される積層コアと、 積層コアの貫通穴に配置される複数の二次導体と、 積層コアの軸方 向両端で二次導体を相互に連結する一対の端絡環とを具備する誘導 電動機の籠形回転子の製造方法であって、

a ) 積層コアの外径と略同一の外径を有して軸方向へ延びる筒状 壁部と、 積層コアの貫通穴の各々に連通可能な複数の孔を備え、 筒 状壁部の一端縁から半径方向内方へ延長される環状の多孔壁部と、 筒状壁部の他端縁から多孔壁部と略平行かつ相互離間して半径方向 内方へ延長される環状の端壁部とをそれぞれに備えた一対の補強部 材を用意し、

b ) 積層コアの軸方向両端面に、 複数の貫通穴と複数の孔とが連 通するように多孔壁部を当接してそれぞれ補強部材を配置し、 その 状態で、 積層コアと一対の補強部材とを治具によって固定的に支持 し、

c ) 治具によって支持された積層コアと一対の補強部材とを铸型 内に配置し、

d ) 铸型内で、 それぞれの補強部材の筒状壁部、 多孔壁部、 及び 端壁部に包囲される環状空間と、 補強部材の多孔壁部の複数の孔と、 積層コアの複数の貫通穴とによって形成される連続したキヤビティ に、 他方の補強部材の端壁部の中心開口からキヤビティ内の気体を 排出しつつ、 一方の補強部材の端壁部の中心開口から溶湯を注入し、 e ) キヤビティ内で溶湯を固化し、 それにより、 補強部材の多孔 壁部が積層コアの軸方向端面と端絡環との間に挟持され、 かつ補強 部材の筒状壁部及び端壁部が端絡環の表面を被覆するように、 複数 の二次導体と一対の端絡環とを一体的に成型し、

f ) 成型された複数の二次導体と一対の端絡環とを備えた積層コ ァ及び補強部材を治具と共に铸型から取出し、 積層コア及び補強部 材から治具を脱離する、

各ステップを備えた方法を提供する。

溶湯の注入と同時に、 キヤビティ内の気体は、 湯口系統の反対側 に配置される補強部材の端壁部の中心開口から排出される。 その結 果、 湯流れが改善され、 铸造欠陥の極めて少ない高品質の二次導体 及び端絡環が成型される。 この方法によれば、 エア抜き側の補強部 材はエア抜き孔を備える必要が無いので、 剛性を維持できる。 図面の簡単な説明

本発明の上記及び他の目的、 特徵、 及び利点を、 添付図面に示す 実施例に基づいて説明する。 同添付図面において、

図 1 は、 本発明に係る方法によって製造された籠形回転子の断面 図、

図 2は、 図 1 の籠形回転子の補強部材の、 線 I I - Πから見た端面 図、

図 3は、 図 1 の籠形回転子を製造するための本発明の一実施例に よる製造方法の説明図で、 未完成の籠形回転子を治具と共に断面図 で示す図、 及び

図 4は、 図 3に示した治具の一構成要素の斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

図面を参照すると、 図 1 は、 本発明の方法によって製造される高 速誘導電動機の籠形回転子 1 0を示す。 籠形回転子 1 0は、 軸 1 2 と、 珪素鋼板等の磁性薄板の積層体からなり、 軸 1 2に固定される 積層コア 1 4 と、 積層コア 1 4の外周部に近接して軸方向へ貫通形 成された複数の貫通穴 1 6のそれぞれに配置される複数の二次導体 1 8 と、 積層コア 1 4の軸方向両端に配置され、 複数の二次導体 1 8を相互に短絡する一対の端絡環 2 0 と、 各々の端絡環 2 0を被覆 する一対の補強部材 2 2 とを備える。 複数の二次導体 1 8 と一対の 端絡環 2 0 とは、 例えばアルミニウムダイカスト等の铸造工程によ り一体成型され、 それにより積層コア 1 4及び補強部材 2 2が一体 的に連結される。 なお、 二次導体 1 8は、 電動機の作動中のトルク むらを低減するために、 周知のように軸線に関し傾斜して配置され てもよい。

各補強部材 2 2は、 その内径部 2 4で半径方向内方へ開口する略 U字状の周部断面を有した環状要素からなり、 鉄、 ステンレス等の 高剛性材料から、 例えば切削加工により形成される。 各補強部材 2 2は、 積層コア 1 4の外径に略等しい外径を有する筒状壁部 2 6 と, 筒状壁部 2 6の軸方向両端縁から半径方向内方へ延長される輪状の 多孔壁部 2 8及び端壁部 3 0 とを備える。 多孔壁部 2 8は、 積層コ ァ 1 4の貫通穴 1 6にそれぞれ連通する複数の孔 3 2を備える （図 2参照） 。 後述する铸造工程により、 各壁部に包囲される環状キヤ ビティに端絡環 2 0を形成すると、 各補強部材 2 2の筒状壁部 2 6 は端絡環 2 0の半径方向外周面を被覆し、 多孔壁部 2 8は積層コア 1 の軸方向端面と端絡環 2 0 との間に挟持され、 端壁部 3 0は端 絡環 2 0の軸方向外端面に当接される。 本発明によれば、 補強部材 2 2に鐯造時のエア抜き孔を設ける必要が無いので、 各補強部材 2 2は同一のものを使用できる。

上記構成を有する籠形回転子 1 0の製造方法を、 本発明の一実施 例として図 3を参照して以下に説明する。 まず、 各補強部材 2 2 (説明のため 2 2 a , 2 2 bで示す） を、 その多孔壁部 2 8を積層 コア 1 4の軸方向各端面に当接させた状態で、 積層コア 1 4に同心 状に配置する。 このとき多孔壁部 2 8は、 その複数の孔 3 2が積層 コア 1 4の複数の貫通穴 1 6のそれぞれに連通するようにして、 積 層コア 1 4の端面に当接される。 その状態で積層コア 1 4及び各補 強部材 2 2 a , 2 2 bを、 図 3に示す治具 3 に固定し、 かつ、 铸 型 3 6内に定置して、 铸造を実施する。

治具 3 4は、 積層コア 1 4の軸孔 3 8に揷入されるマン ドレル部 4 0 と、 マン ドレル部 4 0の軸方向両端にボルト 4 2によって連結 され、 積層コア 1 4の積曆構造を一体に保持すると共に各補強部材 2 2 a , 2 2 bを積層コア 1 4の各端面に当接保持する一対の締結 部 4 4 , 4 6 とを備える。 ここで各補強部材 2 2 a , 2 2 bは、 治 具 3 4によって積層コア 1 4を両補強部材 2 2 a , 2 2 b間に所定 圧力下で挟持できるように、 その多孔壁部 2 8が積層コア 1 4の内 周面を越えてさらに半径方向内方へ延長される。 この延長部分 4 8 は、 後述するように铸造工程後に除去される。 したがって治具 3 .4 によれば、 まずマンドレル部 4 0が積層コア 1 4の軸孔 3 8に挿入 され、 次いで積層コア 1 4の軸方向両端に上記のように補強部材 2 2 a , 2 2 bを配置した後、 マンドレル部 4 0に各締結部 4 4 , 4 6が連結される。

—方の締結部 4 4は、 マンドレル部 4 0に対向する側の外周部に 環状に延びる窪部 5 0を備える。 窪部 5 0の末端、 すなわち締結部 4 4の軸方向一端部に形成される小径端部 5 2は、 補強部材 2 2 a の端壁部 3 0の中心開口 3 1内に略同心に配置され、 それにより小 径端部 5 2 と端壁部 3 0 との間に環状の隙間 G 1が形成される。 締 結部 4 4の小径端部 5 2 と補強部材 2 2 aの多孔壁部 2 8 との間に はスぺーサ 5 4が配設され、 ボルト 4 2を締着することによりスぺ ーサ 5 4を介して締結部 4 4から補強部材 2 2 aの多孔壁部 2 8に 所定圧力が付与される。 スぺ一サ 5 4は、 締結部 4 4の窪部 5 0に 連通する湾曲面 5 6を有し、 さらに締結部 4 4の窪部 5 0が、 铸型

3 6に設けられた湯口 5 8に連通して湯口系統を形成する。 なお、 窪部 5 0及び湾曲面 5 6は、 湯流れを円滑にするために図示のよう に所定の曲率を有することが好ましい。 スぺーサ 5 4は、 締結部 4 4が付与する締結力を積層コア 1 4及び補強部材 2 2 aに確実に伝 え、 それにより補強部材 2 2 aの多孔壁部 2 8がスぺーサ 5 4 とマ ン ドレル部 4 0の肩部 4 1 との間に固定的に挟持される。 さらにス ぺーサ 5 4は、 铸造工程後、 締結部 4 4 とマンドレル部 4 0 との分 離を可能にする作用を果たす。

他方の締結部 4 6は、 マンドレル部 4 0に対向する側に、 補強部 材 2 2 bの端壁部 3 0の中心開口 3 1 に略同心配置で挿入される小 径部 6 0を備える。 小径部 6 0の外径は補強部材 2 2 bの中心開口 3 1 の内径よりも僅かに小さく、 それにより小径部 6 0 と中心開口 3 1 との間に環状の微小隙間 G 2が形成される。 締結部 4 6は、 .そ の軸方向一端部すなわち小径部 6 0の先端を、 補強部材 2 2 bの多 孔壁部 2 8に直接に当接する。 なお小径部 6 0は、 铸造後の締結部

4 6の離脱を容易にするために、 図示のようにマンドレル部 4 0に 向かって徐々に縮径された円錐台形状を有することが好ましい。 ま た、 図 4に示すように、 締結部 4 6の小径部 6 0に隣接する環状の 肩部 6 2には、 半径方向へ延びる複数の溝 6 4が形成される。 締結 部 4 6による締結力は、 小径部 6 0及び肩部 6 2によって補強部材 2 2 bの多孔壁部 2 8及び端壁部 3 0に直接に加えられ、 締結部 4 4 と協働して積層コア 1 4の積層構造及び一対の補強部材 2 2 a ,

2 2 bを一体的に保持する。 締結部 4 6の肩部 6 2に設けた複数の 溝 6 4は、 補強部材 2 2 bの端壁部 3 0 との間に所定の隙間を形成 する。 この隙間は、 铸型 3 6に設けられた空気排出路 6 6に連通し. 補強部材 2 2 bの中心開口 3 1 における小径部 6 0 と端壁部 3 0 と の間の隙間 G 2 と協働して、 铸造時のエア抜き通路として作用する < 治具 3 4に固定支持され、 かつ铸型 3 6内に配置された積層コア 1 4及び補強部材 2 2 a , 2 2 bに対し、 湯口 5 8から補強部材 2 2 aの端壁部 3 0の中心開口 3 1 を通して、 溶融アルミニゥム等の 溶湯を注入する。 溶湯は、 補強部材 2 2 a内の環状空間に流れ込み. 次いで複数の孔 3 2を通って積層コア 1 4の複数の貫通穴 1 6内に 流入し、 さらに他方の補強部材 2 2 bの複数の孔 3 2を通ってその 環状空間に流入する。 このとき上記のように、 補強部材 2 2 bの端 壁部 3 0の中心開口 3 1を通して、 治具 3 4の締結部 4 6の溝 6 4 からエア抜きが行われるので、 複数の二次導体 1 8及び一対の端絡 環 2 0 (図 1 ) に相当する部分が、 铸造欠陥を生じることなく一体 成型される。

铸造工程後、 治具 3 4の締結部 4 4， 4 6がマンドレル部 4 0か ら分雜され、 次いで積層コア 1 4の内周面から内方へ突出する铸片 部分 （図示せず） 、 及び各補強部材 2 2 a， 2 2 bの多孔壁部 2 8 の延長部分 4 8を例えば機械加工によって除去した後、 マンドレル 部 4 0が積層コア 1 4から取り出される。 このときマンドレル部 4 0の、 補強部材 2 2 a , 2 2 bの多孔壁部 2 8に対向する両端面の 周縁には、 多孔壁部 2 8の延長部分を切除する際に工具との接触を 防ぐ凹部 6 8を形成することが好ましい。 それにより、 マン ドレル 部 4 0は損傷を受けず、 その再使用が可能となる。 このようにして. 二次導体 1 8及び端絡環 2 0の铸造成型により一体化された積層コ ァ 1 4及び補強部材 2 2を、 例えば焼き嵌めにより軸 1 2に固定し て、 図 1の回転子 1 0が形成される。

以上、 本発明を、 添付図面に示す実施例に関して説明したが、 本 発明は上記の説明をもって限定されるものではなく、 請求の範囲に 記載する発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更及び 修正を実施できるものである。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 誘導電動機の籠形回転子の铸造工程において、 二次導体及び端絡環に対応する铸造キヤビティに溶湯を注入する際 に、 铸造キヤビティから気体が円滑に排出される。 この排出は、 補 強部材の端壁部の内縁部を越えて行なわれるので、 補強部材へエア 抜き孔を形成する必要が無くなる。 その結果、 補強部材の強度を低 下させることなく、 铸造欠陥の無い高品質の二次導体及び端絡環を 成型できる。 したがって本発明によって製造された籠形回転子は、 例えばスピンドルモータ等の高速誘導電動機に利用することにより， 電動機の構造的信頼性を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 軸方向へ延びる複数の貫通穴を外周面に近接して備え、 軸に 同心に固定される積層コアと、 該積層コアの該貫通穴に配置される 複数の二次導体と、 該積層コアの軸方向両端で該二次導体を相互に 連結する一対の端絡環とを具備する誘導電動機の籠形回転子の製造 方法であって、

a ) 前記積層コアの外径と略同一の外径を有して軸方向へ延びる 筒状壁部と、 前記積層コアの前記貫通穴の各々に連通可能な複数の 孔を備え、 該筒状壁部の一端縁から半径方向内方へ延長される環状 の多孔壁部と、 該筒状壁部の他端縁から該多孔壁部と略平行かつ相 互雜間して半径方向内方へ延長される環状の端壁部とをそれぞれに 備えた一対の補強部材を用意し、

b ) 前記積層コアの軸方向両端面に、 前記複数の貫通穴と前記複 数の孔とが連通するように前記多孔壁部を当接してそれぞれ前記補 強部材を配置し、 その状態で、 該積層コアと一対の該補強部材とを 治具によって固定的に支持し、

c ) 前記治具によって支持された前記積層コアと一対の前記補強 部材とを铸型内に配置し、

d ) 前記铸型内で、 それぞれの前記補強部材の前記筒状壁部、 前 記多孔壁部、 及び前記端壁部に包囲される環状空間と、 該補強部材 の該多孔壁部の前記複数の孔と、 前記積層コアの前記複数の貫通穴 とによって形成される連続したキヤビティ に、 他方の該補強部材の 該端壁部の中心開口から該キヤビティ内の気体を排出しつつ、 一方 の該補強部材の該端壁部の中心開口から溶湯を注入し、

e ) 前記キヤビティ内で溶湯を固化し、 それにより、 前記補強部 材の前記多孔壁部が前記積層コアの軸方向端面と前記端絡環との間 に挟持され、 かつ該補強部材の前記筒状壁部及び前記端壁部が該端 絡環の表面を被覆するように、 複数の前記二次導体と一対の該端絡 環とを一体的に成型し、

f ) 成型された複数の前記二次導体と一対の前記端絡環とを備え た前記積層コア及び前記補強部材を前記治具と共に前記铸型から取 出し、 該積層コア及び該補強部材から該治具を脱雜する、 各ステップを備えた方法。

2 . 前記補強部材の前記多孔壁部は、 前記積層コアの内周面を越 えて半径方向内方に延びる延長部分を備え、 前記ステップ b ) は、 前記治具が該延長部分に係合して該積層コア及び一対の該補強部材 を固定支持するステツプを含む請求項 1 に記載の方法。

3 . 前記ステップ d ) は、 一方の前記補強部材の前記端壁部の中 心開口に挿入された前記治具の一部分と該端壁部との間に形成され る隙閬から溶湯を注入し、 かつ他方の前記補強部材の前記端壁部の 中心開口に挿入された該治具の他部分と該端壁部との間に形成され る微小隙間から気体を排出するステップを含む請求項 1 に記載の方 法。

4 . 前記ステップ f ) は、 前記積層コアの内周面から半径方向内 方へ突出する余剰材料を除去するステップを含む請求項 1 に記載の 法。