(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼鈑製の複数の積層コアが積層されてなり、互いに平行に延びる複数のスロットを有するロータコアと、
前記複数のスロットにそれぞれ挿通され、挿通される前記スロットの長さよりも長い金属性の複数のロータバーと、
前記ロータコアの端部であって前記複数のスロットが伸びる方向の両端部にそれぞれ設けられ、前記複数のロータバーを短絡する二つのエンドリングと、
を備えるかご型ロータにおいて、
前記エンドリングは、前記エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で前記端部に吹き付けることにより形成されたことを特徴とするかご型ロータ。
【請求項２】
前記複数のロータバーの端部は、前記エンドリングの内部に埋まっていることを特徴とする請求項１に記載のかご型ロータ。
【請求項３】
前記エンドリングは、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または２に記載のかご型ロータ。
【請求項４】
前記エンドリングは、アルミナ、タングステンまたはジルコニウムを分散材として含有する銅または銅合金からなることを特徴とする請求項３に記載のかご型ロータ。
【請求項５】
鋼鈑製の複数の積層コアが積層されてなり、互いに平行に延びる複数のスロットを有するロータコアと、
前記複数のスロットにそれぞれ挿通され、挿通される前記スロットの長さよりも長い金属性の複数のロータバーと、
前記ロータコアの端部であって前記複数のスロットが伸びる方向の両端部にそれぞれ設けられ、前記複数のロータバーを短絡する二つのエンドリングと、
を備えるかご型ロータの製造方法において、
前記エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で前記端部に吹き付けることによって前記エンドリングを形成することを特徴とするかご型ロータの製造方法。
【請求項６】
前記エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で前記複数のロータバーの端部を埋めるまで前記ロータコアの端部に吹き付けることによって前記エンドリングを形成することを特徴とするかご型ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かご型ロータおよびかご型ロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かご型ロータを製造する技術として、ロータコアを鋳型に固定し、型内にロータバーおよびエンドリングの材料となる溶融金属を充填して、ロータバーおよびエンドリングを鋳造により一体成型して製造する技術が知られている（特許文献１を参照）。また、かご型ロータを製造する技術として、ロータコアに多数のロータバーを挿通後、ロータバーとエンドリングとを溶接あるいはろう付けで接合する製造する技術も知られている（特許文献２、または３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２９０７号公報
【特許文献２】特開２００７−２０２２３５号公報
【特許文献３】特開２００２−３３５６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようにロータを鋳造で製造する場合、鋳造時の空気の巻き込みや内部のガスなどにより鋳造欠陥が発生する場合がある。
【０００５】
また、特許文献２および３のように、ロータバーとエンドリングとを溶接あるいはろう付けで接合し組み立てる場合、溶接あるいはろう付けの箇所が多いため時間を要するとともに、接合時の熱やろう材ひけによる強度低下および電気的不具合が起こる可能性があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内部欠陥や強度低下等の発生を防止して、製造に要する時間を削減しうるかご型ロータおよびかご型ロータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るかご型ロータは、鋼鈑製の複数の積層コアが積層されてなり、互いに平行に延びる複数のスロットを有するロータコアと、前記複数のスロットにそれぞれ挿通され、挿通される前記スロットの長さよりも長い金属性の複数のロータバーと、前記ロータコアの端部であって前記複数のスロットが伸びる方向の両端部にそれぞれ設けられ、前記複数のロータバーを短絡する二つのエンドリングと、を備えるかご型ロータにおいて、前記エンドリングは、前記エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で前記端部に吹き付けることにより形成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のかご型ロータは、上記発明において、前記複数のロータバーの端部は、前記エンドリングの内部に埋まっていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のかご型ロータは、上記発明において、前記エンドリングは、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金からなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のかご型ロータは、上記発明において、前記エンドリングは、アルミナ、タングステンまたはジルコニウムを分散材として含有する銅または銅合金からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のかご型ロータの製造方法は、鋼鈑製の複数の積層コアが積層されてなり、互いに平行に延びる複数のスロットを有するロータコアと、前記複数のスロットにそれぞれ挿通され、挿通される前記スロットの長さよりも長い金属性の複数のロータバーと、前記ロータコアの端部であって前記複数のスロットが伸びる方向の両端部にそれぞれ設けられ、前記複数のロータバーを短絡する二つのエンドリングと、を備えるかご型ロータの製造方法において、前記エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で前記端部に吹き付けることによって前記エンドリングを形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のかご型ロータの製造方法は、上記発明において、前記エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で前記複数のロータバーの端部を埋めるまで前記ロータコアの端部に吹き付けることによって前記エンドリングを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のかご型ロータは、エンドリングを構成する固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度で、ロータコアの端部に吹き付けてエンドリングを形成することにより、内部欠陥や接合時の熱による強度低下を発生することなく、短時間で製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータの構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のかご型ロータの縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータの製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータの製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータの製造工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータの製造に使用される溶射装置の概要を示す説明図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態の変形例に係るかご型ロータの構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、図８のかご型ロータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るかご型ロータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータ１の構成を示す斜視図である。図２は、図１のかご型ロータ１の縦断面図である。かご型ロータ１は、ロータコア２と、ロータバー５と、エンドリング３および４と、を備える。
【００１７】
ロータコア２は、中心部に回転軸を挿通するためのシャフト孔６を有する中空円盤状のケイ素鋼板製の積層板を積層してなる。ロータコア２のシャフト孔６の周囲には、ロータバー５を挿通する複数のスロット７が周方向に設けられている。
【００１８】
ロータバー５は、矩形柱状、方形柱状または円柱状の細長い棒状体である。ロータバー５は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、金、銀、あるいは白金などの電気伝導率の高い金属を切削または鋳造して成型する。かご型ロータ１を回転数の高い用途に使用する場合には、ロータバー５に大電流を流すことになる。このため、電気抵抗値や機械的強度を考慮して、ロータバー５に使用する材料を選定する。たとえば、高回転数用のかご型ロータ１には、電気抵抗が低く、機械的強度が高い銅または銅合金が主として使用される。また、かご型ロータ１の使用用途に応じて、分散材を添加した金属材料でロータバー５を形成することにより、ロータバー５の強度や熱膨張率を調整することができる。銅または銅合金の分散材として、アルミナ、タングステン、ジルコニウムなどが１質量％以下で使用される。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金の分散材として、炭化ケイ素等が使用される。
【００１９】
なお、本発明の一実施の形態では、ロータバー５を予め切削等により成型後、スロット７に挿通しているが、スロット７の長さが短い場合（ロータコア２の長さが短い）などにおいては、ロータバー５を、後述するコールドスプレー法を用いることにより、ロータバー５の材料粉末を直接スロット７に積層して形成することも可能である。
【００２０】
エンドリング３および４は、ロータコア２のスロット７に挿通されたロータバー５の互いに異なる端部を、それぞれ短絡して接続する。エンドリング３および４は、ロータバー５と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、金、銀、あるいは白金などの電気伝導率の高い金属から形成される。エンドリング３および４は、前記した固相状態の金属材料粉末を、加熱した圧縮ガスにより該金属材料粉末の融点より低い温度でロータバー５の外周部に吹き付ける、いわゆる「コールドスプレー法」により形成する。エンドリング３および４の形成については、後に詳細に説明する。
【００２１】
かご型ロータ１を回転数の高い用途に使用する場合には、エンドリング３および４に大電流を流すことになる。このため、エンドリング３および４に使用する材料を選定する際には、電気抵抗値や機械的強度を考慮して選定する。たとえば、高回転数用のかご型ロータ１には、電気抵抗が低く、機械的強度が高い銅または銅合金が主として使用される。また、かご型ロータ１の使用用途に応じて、分散材を添加した金属材料でエンドリング３および４を形成することにより、エンドリング３および４の強度や熱膨張率を調整することができる。銅または銅合金の分散材として、アルミナ、タングステン、ジルコニウムなどが１質量％以下で使用される。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金の分散材として、炭化ケイ素等が使用される。
【００２２】
次に、図３〜７を参照して、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータ１の製造方法を説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータ１の製造方法を説明するフローチャートである。
【００２３】
図３のフローチャートに示すように、まず、シャフト孔６を有する積層板を積層してロータコア２を形成する（ステップＳ１）。積層板には、シャフト孔６の他に、複数のスロット７用の孔も形成されているため、シャフト孔６およびスロット７用の孔の位置を合わせながら積層板を積層する。
【００２４】
続いて、所定の材料および形状に予め形成されたロータバー５を、すべてのスロット７に挿通する（ステップＳ２）。図４〜６は、かご型ロータ１の製造工程を説明する断面図である。図４に示すように、ここでは、ロータコア２からロータバー５がはみ出す長さを所定の長さｈ２に整えている。
【００２５】
その後、シャフト孔６およびロータバー５の部分をマスクした後（図示せず）、ロータコア２の端部に、エンドリング３および４の金属粉末材料をそれぞれコールドスプレーして、エンドリング３および４を形成する（ステップＳ３）。ロータコア２の一方の端部、例えば、図５に示すようにエンドリング３の材料をコールドスプレーしてエンドリング３を積層形成した後、ロータコア２を反対にして固定し、シャフト孔６およびロータバー５の部分をマスクし（図示せず）、図６に示すようにロータコア２のもう一方の端部に、エンドリング４の材料をコールドスプレーして、エンドリング４を形成する。
【００２６】
コールドスプレーは、図７に示すような溶射装置５０を用いて行う。図７は、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータ１の製造に使用される溶射装置の概要を示す説明図である。溶射装置５０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器４０と、被溶射物に溶射する粉末材料を収容し、スプレーガン４４に供給する粉末供給装置４１と、スプレーガン４４で加熱された圧縮ガスと混合された材料粉末を基材に噴射するガスノズル４５とを備えている。
【００２７】
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。供給された圧縮ガスは、バルブ４２および４３により、ガス加熱器４０と粉末供給装置４１にそれぞれ供給される。ガス加熱器４０に供給された圧縮ガスは、例えば５０〜７００℃に加熱された後、スプレーガン４４に供給される。より好ましくは、基材上に噴射される溶射材料粉末の上限温度を金属材料の融点以下に留めるように圧縮ガスを加熱する。粉末材料の加熱温度を金属材料の融点以下に留めることにより、金属材料の酸化を抑制できるためである。粉末供給装置４１に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置４１内の、例えば、粒径が１０〜１００μｍ程度の材料粉末をスプレーガン４４に所定の吐出量となるように供給する。加熱された圧縮ガスは先細末広形状のガスノズル４５により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。スプレーガン４４に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材に高速で衝突して皮膜を形成する。材料粉末を基材に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータ１の製造に使用可能であり、図７の溶射装置５０に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の一実施の形態では、ロータコア２の軸方向と垂直な端面全体にエンドリング３および４を積層して形成しているが、すべてのロータバー５を短絡し接続できる構造であれば、エンドリング３および４の外径をロータコア２の外径より小さく形成してもよく、また、エンドリング３および４の内径をロータコア２の内径より大きく形成してもよい。
【００２９】
続いて、積層形成したエンドリング３および４の上面、外周面および内周面を切削、研磨等により所定の形状に仕上げる（ステップＳ４）。最終形状として、エンドリング３および４の高さをｈ１とする場合には、ロータバー５のロータコア２からはみ出させる高さｈ２はｈ１より大きくする。
【００３０】
上記のように、ロータバー５を短絡して接続するエンドリング３およびエンドリング４をコールドスプレー法により形成した場合、使用する材料の酸化や熱変質がほとんどなく、緻密で密着力が高いエンドリングを形成することが出来る。また、コールドスプレー法によりエンドリング３およびエンドリング４とロータバー５とを接合した場合、溶接やろう付けに比べて接合時間を大幅に低減することができる。さらに、溶接やろう付け際の熱やろう材ひけによる強度低下や電気的不具合を解消できるだけでなく、鋳造時の空気の巻き込みや内部のガスなどによる鋳造欠陥の発生も解消できるという効果を奏する。
【００３１】
また、近年、ロータバーやエンドリングに銅または銅合金を使用する高速回転用のロータが製造されているが、銅または銅合金は融点が高いため、ロータバーおよびエンドリングを鋳造により一体成型することは困難であった。本発明によれば、銅または銅合金からなるロータバーおよびエンドリングを有するかご型ロータを、鋳造欠陥や接合時の強度低下を発生することなく、短時間で製造することができる。
【００３２】
さらに、従来、鋳造、または溶接もしくはろう付けによる組み立て方式でかご型ロータを製造する場合、ロータバーとエンドリングは同一な材料が使用されていたが、エンドリングをコールドスプレー法で形成することにより、異なる材料を使用することも可能となり、接合等の制限なくエンドリングを構成する材料を選択して、かご型ロータを製造することが可能となる。
【００３３】
なお、本発明の一実施の形態の変形例１に係るかご型ロータとして、図８に示すかご型ロータ１Ａが例示される。図８は、本発明の一実施の形態の変形例１に係るかご型ロータ１Ａの構成を示す斜視図である。図９は、図８のかご型ロータ１の縦断面図である。かご型ロータ１Ａは、エンドリング３Ａおよび４Ａの上面にロータバー５Ａが表出していない。
【００３４】
図９に示すように、スロット７に挿通されるロータバー５Ａは、ロータコア２からわずかにロータバー５がはみ出す程度の長さｈ３とする。長さｈ３は、その後、コールドスプレー法により積層形成されるエンドリング３Ａおよび４Ａにより短絡されて導通できれば、短いほうがよい。
【００３５】
変形例１に係るかご型ロータ１Ａを製造する際、シャフト孔６を有する積層板を積層してロータコア２を形成し、所定の材料および形状に予め形成されたロータバー５Ａを、すべてのスロット７に挿通する。続いて、シャフト孔６の部分をマスクし、ロータバー５Ａの上方部から、エンドリング３Ａの金属粉末材料を、図７に示すような溶射装置５０を用いてコールドスプレーして、エンドリング３Ａを形成する。ロータバー５Ａ部分をマスクせず、その上方部からコールドスプレーしてエンドリング３Ａを形成するので、より簡易にエンドリング３Ａを形成することができる。エンドリング４Ａについても同様に形成し、積層形成したエンドリング３Ａおよび４Ａの上面、外周面および内周面を切削、研磨等により所定の形状に仕上げることにより、かご型ロータ１Ａを形成する。
【００３６】
変形例１に係るかご型ロータ１Ａは、本発明の一実施の形態に係るかご型ロータと同様、コールドスプレー法によりエンドリング３Ａおよびエンドリング４Ａとロータバー５とを接合するため、溶接やろう付けに比べて接合時間を大幅に低減することができる。さらに、溶接やろう付け際の熱やろう材ひけによる強度低下や電気的不具合を解消できるだけでなく、鋳造時の空気の巻き込みや内部のガスなどによる鋳造欠陥の発生も解消できるという効果を奏する。また、本変形例１によれば、コールドスプレー時のマスク部分の構成が簡易となるので、より容易にエンドリング３Ａおよび４Ａを形成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、かご型ロータおよびその製造方法に利用可能であり、特に、高速回転用のかご型ロータに有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１Ａ  かご型ロータ
２  ロータコア
３、３Ａ、４、４Ａ  エンドリング
５、５Ａ  ロータバー
６  シャフト孔
７  スロット
４０  ガス加熱器
４１  粉末供給装置
４２、４３  バルブ
４４  スプレーガン
４５  ガスノズル
５０  溶射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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