(57)【要約】【課題】煩雑な作業をしなくとも回転子鉄心と回転子導体との間の電気的絶縁性を確実にでき、高効率な誘導機用回転子及びその製造方法並びに誘導機を提供する。【解決手段】誘導機用回転子（３）において、スロット（１３）の内周面にこれを覆うように酸素イオンの含有層（１４）を形成し、導体溶融金属をスロット（１３）に流し込み回転子導体（１５）を形成するとともに含有層（１４）から導体溶融金属に酸素イオンが転写されて回転子鉄心（７）と回転子導体（１５）との間に金属酸化物からなる絶縁層（２２）を生成することを特徴とする。【選択図】図１
2010074882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に複数のスロットを形成した回転子鉄心と、
前記スロットの内周面にこれを覆うように形成した酸素イオンを含有する含有層と、
導体溶融金属が前記スロットに供給されて形成された複数の回転子導体と、
前記回転子鉄心と前記回転子導体との間に、前記導体溶融金属に前記含有層から酸素イオンが転写されて生成された金属酸化物からなる絶縁層とを有する誘導機用回転子。
【請求項２】
前記含有層は、鉄さび層であることを特徴とする請求項１記載の誘導機用回転子。
【請求項３】
前記含有層は、酸素イオンを含有する化成処理皮膜層であることを特徴とする請求項１記載の誘導機用回転子。
【請求項４】
前記鉄さび層は、四酸化三鉄皮膜からなる層であることを特徴とする請求項２記載の誘導機用回転子。
【請求項５】
前記化成処理皮膜層は、りん酸マンガン皮膜からなる層であることを特徴とする請求項３記載の誘導機用回転子。
【請求項６】
前記化成処理皮膜層は、りん酸亜鉛カルシウム皮膜からなる層であることを特徴とする請求項３記載の誘導機用回転子。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の誘導機用回転子を用いたことを特徴とする誘導機。
【請求項８】
外周部に複数のスロットを形成した回転子鉄心を有する誘導機用回転子において、
前記スロットの内周面にこれを覆うように酸素イオンの含有層を形成し、導体溶融金属を前記スロットに流し込み回転子導体を形成するとともに前記含有層から前記導体溶融金属に酸素イオンが転写されて前記回転子鉄心と前記回転子導体との間に金属酸化物からなる絶縁層を生成することを特徴とする誘導機用回転子の製造方法。
【請求項９】
前記含有層は、鉄さび層であることを特徴とする請求項８記載の誘導機用回転子の製造方法。
【請求項１０】
前記含有層は、酸素イオンを含有する化成処理皮膜層であることを特徴とする請求項８記載の誘導機用回転子の製造方法。
【請求項１１】
前記鉄さび層は、四酸化三鉄皮膜からなる層であることを特徴とする請求項９記載の誘導機用回転子の製造方法。
【請求項１２】
前記化成処理皮膜層は、りん酸マンガン皮膜からなる層であることを特徴とする請求項１０記載の誘導機用回転子の製造方法。
【請求項１３】
前記化成処理皮膜層は、りん酸亜鉛カルシウム皮膜からなる層であることを特徴とする請求項１０記載の誘導機用回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率の誘導機、これに用いられるかご形の誘導機用回転子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高効率のかご形の誘導機、例えば誘導電動機を得るためには、回転子鉄心とこの回転子鉄心の外周部のスロットに備えられる回転子導体との間の電気的絶縁性の確保が重要になる。
そこで、回転子鉄心と回転子導体との間に、リン酸塩皮膜又は四酸化三鉄からなる第一層と、セラミックス塗料の第二層とを設けて、回転子鉄心と回転子導体とを電気的絶縁している例がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３１６６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の発明では、回転子鉄心のスロットに回転子導体を形成する際、あらかじめ２層の絶縁膜（層）を当該スロットの内周面を覆うようにしておかなければならず、煩雑であり作業性が悪かった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、煩雑な作業をしなくとも回転子鉄心と回転子導体との間の電気的絶縁性を確実にでき、高効率な誘導機用回転子及びその製造方法並びに誘導機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、請求項１記載の誘導機用回転子は、外周部に複数のスロットを形成した回転子鉄心と、前記スロットの内周面にこれを覆うように形成した酸素イオンを含有する含有層と、導体溶融金属が前記スロットに供給されて形成された複数の回転子導体と、前記回転子鉄心と前記回転子導体との間に、前記導体溶融金属に前記含有層から酸素イオンが転写されて生成された金属酸化物からなる絶縁層とを有する。
請求項８に記載の誘導機用回転子の製造方法は、外周部に複数のスロットを形成した回転子鉄心を有する誘導機用回転子において、前記スロットの内周面にこれを覆うように酸素イオンの含有層を形成し、導体溶融金属を前記スロットに流し込み回転子導体を形成するとともに前記含有層から前記導体溶融金属に酸素イオンが転写されて前記回転子鉄心と前記回転子導体との間に金属酸化物からなる絶縁層を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、回転子鉄心のスロットの内周面にこれを覆うように酸素イオンの含有層を形成しているため、当該スロットに導体溶融金属を流し込み回転子導体を形成する過程中に、含有層の酸素イオンが当該導体溶融金属に転写して、回転子鉄心と回転子導体との間に金属酸化物からなる絶縁層が生成される。この金属酸化物からなる絶縁層により、回転子鉄心と回転子導体との間の絶縁性は確保され、高効率の誘導機用回転子を容易に得ることができる。すなわち、スロットの内周面には、導体溶融金属を流し込む際に、前もって酸素イオンの含有層を一層だけ形成すればよく、それ以上の煩雑な作業を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態を図１ないし図５を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態に係るかご形誘導電動機１を示し、これは固定子２と、この固定子２の内周側に隙間を介して位置する回転子３とを備えている。
固定子２は、固定子鉄心２ａに、複数のコイル５が装着されて構成されている。固定子鉄心２ａは、多数枚の円環状の珪素鋼板が積層されて円筒状をなし、図示しないリベット等で積層方向が一体に結着されている。又、固定子鉄心２ａの内周面には、コイル５を収納させるためのスロット６が複数箇所、例えば１２箇所に形成されている。
【０００７】
回転子３は、図４及び図５に示すように、円環状の多数の珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心７と、回転子鉄心７の内周部に設けられた回転軸９を有しており、回転子鉄心７の軸方向両端部８、８に円環状をなしたアルミニウム製の短絡環１０、１０が設けられている。この短絡環１０の軸方向の面には、図４に示すように軸方向外側へ突出するアルミニウム製の複数の冷却フィン１１が一体に形成されている。
【０００８】
前記回転子鉄心７には、図５に示すように、中央部に回転軸９が挿通される軸孔部１２が形成され、外周部に円形のスロット１３が周方向に所定の間隔、例えば一定の間隔を存して複数形成されている。
図２は、回転子鉄心７の外周部の部分拡大図である。スロット１３の内周面には、これを覆うようにして酸素イオンを含有する四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）の含有層１４が形成されている。四酸化三鉄は鉄さびの一種である。
【０００９】
この四酸化三鉄の含有層１４は、以下の方法で回転子鉄心７のスロット１３の内周面に形成される。まず、スロット１３の内周面に付着している油脂及び錆を脱脂及び酸化スケール除去により洗浄する。その後、回転子鉄心７を苛性ソーダの水溶液中に浸漬させスロット１３の表面に四酸化三鉄の含有層１４が形成される。なお、回転子鉄心７を構成する珪素鋼板７ａの表面は電気的絶縁コーティング材により被覆されているためスロット１３以外の部分では四酸化三鉄は形成されない。四酸化三鉄の含有層１４の形成後、回転子鉄心７は水洗い、湯洗で苛性ソーダの水溶液を洗い落し、乾燥されて、アルミダイキャスト工程に入る。
【００１０】
次に、アルミダイキャストにより回転子鉄心７から回転子３を製造する方法について説明する。回転子３の回転子導体１５、短絡環１０及び冷却フィン１１は、アルミダイキャストにより一体に成形されている。図３には、アルミダイキャストに用いる金型１６が示されている。金型１６は、金型１６内に回転子鉄心７を収容する空間を有し、回転子鉄心７の軸方向に型開きするプレート１７、１７を備えた構成である。このプレート１７、１７には、回転子鉄心７に短絡環１０及び冷却フィン１１を成形するキャビティ１８、１８が形成されている。又、各プレート１７、１７には、図示しない溶融されたアルミニウムを、外部からキャビティ１８、１８に送るためのゲート１９、１９が形成されている。
【００１１】
次に、回転子鉄心７を金型１６の所定の位置に載置し、溶融されたアルミニウムをキャビティ１８、１８へ供給してアルミダイキャストを行い、溶融されたアルミニウムは回転子鉄心７のスロット１３に流れ込み回転子導体１５を成形するとともに、回転子鉄心７の軸方向の両端部８、８に短絡環１０、１０及び複数の冷却フィン１１が成形される。
上記アルミダイキャスト後、金型１６の型開きが行われて、回転子導体１５、短絡環１０及び冷却フィン１１が形成された回転子鉄心７の取り外しが行われる。金型１６から回転子鉄心７を取り外した後、その軸孔部１２に回転軸９を挿入して回転子３が完成する。
【００１２】
図１は、回転子３の部分縦断面拡大図である。回転子鉄心７は、その外周部にスロット１３を有する。回転子鉄心７にスロット１３を打ち抜き形成する際、図１に示すようにスロット１３の外周に珪素鋼板７ａの返り部分２０が生ずる。この返り部分２０により、積層される珪素鋼板７ａ間に微小な間隔の隙間２１が生じる。
スロット１３の内周面には酸素イオンを含有する四酸化三鉄の含有層１４が形成され、回転子導体１５と四酸化三鉄の含有層１４との間には絶縁層たる酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層２２が形成されている。これは、アルミダイキャスト工程の際にスロット１３に充填された溶融アルミニウムに四酸化三鉄から酸素イオンが転写して酸化アルミニウムが形成されるからである。なお、転写とは、金属から電子やイオンが移動することをいう。
【００１３】
以上のように、第一の実施形態に係る回転子３は、回転子鉄心７と回転子導体１５との間に体積抵抗率が１０１５Ω・ｃｍ以上と非常に抵抗率の高い酸化アルミニウム層２２と体積抵抗率が１０６Ω・ｃｍ程度の鉄さびである四酸化三鉄の含有層１４を有する。このため、回転子導体１５を流れる誘導電流が回転子鉄心７に漏れることはなく、高効率を得ることができる。
また、四酸化三鉄の含有層１４は、スロット１３の内周面の鉄素地を鉄さびとして腐食して形成されたものであるため、スロット１３の内周面に強固に密着する。このため、アルミダイキャスト工程で高圧・高速でスロット１３に注入される溶融されたアルミニウムにより四酸化三鉄の含有層１４がスロット１３の内周面から剥がされることはない。このため、回転子３は、スロット１３の内周面全体を覆うようにして酸化アルミニウム層２２を形成できるため、回転子鉄心７と回転子導体１５との電気的絶縁を確実なものにすることができる。
【００１４】
さらに、スロット１３の内周面に四酸化三鉄の含有層１４が形成される際、スロット１３の内周面の鉄素地は鉄さびとして腐食され膨張することから回転子鉄心７の珪素鋼板７ａ間の隙間２１を埋めるように働く。このため、珪素鋼板７ａ間の隙間２１に溶融されたアルミニウムが入り込むことが無く、回転子鉄心７の変形や珪素鋼板７ａ間の電気的導通を防止出来るとともに、返り部分２０も鉄さびとして腐食され珪素鋼板７ａの電気的絶縁コーティング材の被覆を破き珪素鋼板７ａ間で電気的導通するのを防止することができる。
また、四酸化三鉄は鉄さびであり、鉄さびの融点は１５００℃程度であるのに対し、アルミニウムの融点は７００℃程度であるため、アルミダイキャスト工程の際、四酸化三鉄の含有層１４は溶融されたアルミニウムにより破壊されることなくスロット１３の内周面全体にわたり酸化アルミニウム層２２を生成することができる。
【００１５】
また、アルミダイキャスト工程で生成される酸化アルミニウム層２２は緻密に生成されるため、酸化アルミニウム層２２の厚さが数ｎｍであっても回転子鉄心７と回転子導体１５との間の電気的絶縁は保たれる。このため、回転子導体１５としてのアルミニウムは低抵抗率を保つことが可能となる。更に、誘導電流は大電流になるため回転子導体１５は高温になるが、酸化アルミニウムの融点は２０００℃を超えるため酸化アルミニウム層２２の耐熱性は十分確保されている。
【００１６】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態を図６を参照して説明する。なお、上記第一の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。第二の実施形態は、スロット１３の内周面をＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３の鉄さびで覆った点に第一の実施形態との相違がある。
図６は、回転子３の部分縦断面拡大図である。ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３の鉄さび（以下、単に鉄さびと称する。）の含有層２３は、回転子鉄心７を水蒸気と酸素の混合ガス中に置くことによりスロット１３の内周面に形成される。
【００１７】
第二の実施形態に係るかご形誘導電動機１用回転子及びかご形誘導電動機１は、スロット１３の内周面に、第一の実施形態と同様に、鉄さびの含有層２３を形成しているため、第二の実施形態に係る回転子３は、回転子鉄心７と回転子導体１５との間に体積抵抗率が１０１５Ω・ｃｍ以上と非常に抵抗率の高い絶縁層たる酸化アルミニウム層２２と体積抵抗率が１０６Ω・ｃｍ程度の鉄さびである四酸化三鉄の含有層１４を有する。このため、回転子導体１５を流れる誘導電流が回転子鉄心７に漏れることはなく、高効率を得ることができる。
【００１８】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態を図７を参照して説明する。なお、上記第一の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。第三の実施形態は、スロット１３の内周面を燐酸塩であるりん酸マンガン皮膜２４で覆った点に第一の実施形態との相違がある。
【００１９】
図７は、回転子３の部分縦断面拡大図である。燐酸塩であるりん酸マンガン皮膜２４は、スロット１３の内周面を化成処理することによって生成される。りん酸マンガンの主成分はヒューオリライト（ＰＯ３（ＯＨ））２（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ）であり、その組成には溶融されたアルミニウムに供給し転写できる酸素イオンが比較的多く含まれている。また、燐酸塩の結晶は針状、六角柱などが成長した構造であるため、アルミニウムとの接触面積が非常に多くとれることと、アルミダイキャスト工程の際、溶融されたアルミニウムを留め易いこと、珪素鋼板７ａ間の隙間２１を埋めることができるという作用を持っている。また、りん酸マンガン皮膜２４は、５〜１５μｍの厚さが得られ、剥離強度が高く、アルミダイキャスト工程の際のりん酸マンガン皮膜２４の破損が少ないという特徴がある。
【００２０】
（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態を図８を参照して説明する。なお、上記第一の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。第四の実施形態は、スロット１３の内周面を燐酸塩であるりん酸亜鉛カルシウム皮膜２５で覆った点に第一の実施形態との相違がある。
図８は、回転子３の部分縦断面拡大図である。燐酸塩であるりん酸亜鉛カルシウム皮膜２５は、スロット１３の内周面を化成処理することによって生成される。りん酸亜鉛カルシウムの主成分はショルツァイト（ＣａＺｎ２（ＰＯ４）２・２Ｈ２Ｏ）とホパイト（Ｚｎ３（ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏ）であり、第三の実施形態と同様に、その組成には溶融されたアルミニウムに供給し転写できる酸素イオンが比較的多く含まれている。また、りん酸亜鉛カルシウム皮膜２５は、この皮膜２５組成の性質上柔らかく、化成処理反応も緩やかで皮膜２５の形成の際の寸法変化も少ないという特徴がある。
【００２１】
尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されず、次のような変形、拡張が可能である。
第一乃至第四の実施形態のかご形誘導電動機１の回転子３は全閉形に適用して説明したが、開放形或いは半開形にしてもよい。
本発明を、第一乃至第四の実施形態において、かご形誘導電動機１に適用して説明したが、これに限ることはなく、かご形誘導発電機にも適用可能である。
本発明を、第一乃至第四の実施形態において、アルミダイキャスト工程を適用して説明したが、これに限ることはなく、アルミ化合物、銅、又は銅化合物のダイキャスト工程にも適用可能である。アルミ化合物ダイキャスト工程を行った場合は絶縁層として酸化アルミニウムが生成され、銅、又は銅化合物のダイキャスト工程を行った場合は絶縁層として酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ）が生成される。
【００２２】
第一の実施形態の回転子３は、回転子鉄心７に回転軸９を取付けた後、ダイキャスト工程を行って回転子導体１５、短絡環１０及び冷却フィン１１を形成させてもよい。
本発明は、二重かご形回転子以上のかご形回転子にも適用できる。
その他、上記した構成部品の数、寸法及び材料等について、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施形態の回転子の部分縦断面拡大図
【図２】回転子鉄心の外周部の部分拡大図
【図３】アルミダイキャストに用いる金型の縦断面図
【図４】回転子の部分破断斜視図
【図５】かご形誘導電動機の正面断面図
【図６】本発明の第二の実施形態の回転子の部分縦断面拡大図
【図７】本発明の第三の実施形態の回転子の部分縦断面拡大図
【図８】本発明の第四の実施形態の回転子の部分縦断面拡大図
【符号の説明】
【００２４】
図面中、１はかご形誘導電動機（誘導機）、３は回転子、７は回転子鉄心、７ａは珪素鋼板、１３はスロット、１４は四酸化三鉄（含有層）、１５は回転子導体、２２は酸化アルミニウム層（絶縁層）、２３は鉄さび（含有層）、２４はりん酸マンガン皮膜（含有層）、２５はりん酸亜鉛カルシウム被膜（含有層）を示す。
【図１】
2010074882.tif 000003
【図２】
2010074882.tif 000004
【図３】
2010074882.tif 000005
【図４】
2010074882.tif 000006
【図５】
2010074882.tif 000007
【図６】
2010074882.tif 000008
【図７】
2010074882.tif 000009
【図８】
2010074882.tif 000010