(57)【要約】【課題】  エンドリングとロータバーの溶接熱による強度劣化を抑え、溶接割れを防止し、信頼性の高い高速回転用のかご形ロータおよび電動機を得る。【解決手段】  本発明のかご形ロータは、回転軸７に積層される積層コア２と、積層コアに設けられた複数の貫通穴４に挿入されるロータバー５と、ロータバーを短絡し接続するエンドリング３とを備え、ロータバーおよびエンドリングの材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、ロータバーをエンドリングに設けた導体挿入部に挿入して高エネルギビームを照射して溶融接続したもので、ロータバー、及びエンドリングを展伸材のAｌ-Mｇ-Ｓｉ系合金とし、ロータバーとエンドリングの導体挿入部の少なくとも一方に切欠を設けて空間部を形成しこの空間部に溶化材を装填したものである。【選択図】    図１
2007202235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に積層される積層コアと、前記積層コアに設けられた複数の貫通穴に挿入されるロータバーと、前記ロータバーを短絡し接続するエンドリングとを備え、前記ロータバーおよび前記エンドリングの材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、前記ロータバーを前記エンドリングに設けた導体挿入部に挿入して高エネルギビームを照射して溶融接続したかご形ロータにおいて、
前記ロータバー、及び前記エンドリングを展伸材のAｌ-Mｇ-Ｓｉ系合金とし、前記ロータバーと前記エンドリングの前記導体挿入部の少なくとも一方に切欠を設けて空間部を形成しこの空間部に溶化材を装填して溶融接続したことを特徴とするかご形ロータ。
【請求項２】
前記溶化材はAｌ-Ｓｉ系またはAｌ-Mｇ系の合金であることを特徴とする請求項１記載のかご形ロータ。
【請求項３】
前記エンドリングの外周部および前記回転軸の双方に嵌合する嵌合部を有した補強リングを設けたことを特徴とする請求項１記載のかご形ロータ。
【請求項４】
請求項１から３記載のかご形ロータを用いて固定子に組み込んだことを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドリングおよびロータバーに導電率に優れるアルミ合金を適用し、エンドリングとロータバーを溶接により接合する構造のかご形ロータに関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来のエンドリングとロータバーを溶接接合する方法としてはアルミ合金の溶接法として一般的に適用されているアーク溶接法の一種であるTIG溶接あるいはMIG溶接法がある。また、アーク溶接法に比べ、溶接母材への入熱範囲がきわめて狭く、かつ溶接深さを深くすることが可能な溶接法である電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接などの局部加熱溶接法が適用されている（例えば、特許文献１）。
図７において、エンドリングとロータバーの外周部から電子ビーム溶接により、エンドリングとロータバーを短絡、接合させている。
【特許文献１】特開昭５４−１０９０８（第５−５頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のTIG溶接あるいはMIG溶接法では、溶接母材への入熱量が極めて多く、かつ広範囲にわたるため、A6000系アルミ合金のような熱処理型アルミ合金では、熱による強度低下が著しい。そのため、強度が必要な高速回転用かご形ロータにおいては、エンドリングの強度を回復させるために、再熱処理を行うなどの手間が発生するという問題があった。さらに、A6000系アルミ合金は、Aｌ-Mｇ-Ｓｉ系合金であり、溶接金属部が溶融し、凝固する過程において、デンドライト境界部に偏析した低融点合金のために収縮応力による凝固割れを起こし、HAZ部においても液化割れを起こす可能性が高い合金であり、この割れがエンドリングあるいはロータバーに亀裂として残り、エンドリングおよびロータバーの信頼性が著しく低下するという問題もあった。電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接などの局部加熱溶接法においても、熱による強度劣化は最小限に抑えることができるものの、A6000系アルミ合金に対しては、TIG溶接あるいはMIG溶接同様の凝固割れを起こす可能性が高く、エンドリングおよびロータバーの信頼性の低下を招く可能性があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、溶接熱によるエンドリングの強度低下と強度を回復させるための再熱処理の手間の発生を防止し、さらに、エンドリングおよびロータバーの溶接部の凝固割れを防止し、信頼性の高い、高速回転用かご形ロータおよびこれを用いた電動機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】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、回転軸に積層される積層コアと、前記積層コアに設けられた複数の貫通穴に挿入されるロータバーと、前記ロータバーを短絡し接続するエンドリングとを備え、前記ロータバーおよび前記エンドリングの材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とし、前記ロータバーを前記エンドリングに設けた導体挿入部に挿入して高エネルギビームを照射して溶融接続したかご形ロータにおいて、前記ロータバー、及び前記エンドリングを展伸材のAｌ-Mｇ-Ｓｉ系合金とし、前記ロータバーと前記エンドリングの前記導体挿入部の少なくとも一方に切欠を設けて空間部を形成しこの空間部に溶化材を装填して溶融接続したものである。
請求項２に記載の発明は、前記溶化材をAｌ-Ｓｉ系またはAｌ-Mｇ系の合金としたものである。
請求項３に記載の発明は、前記エンドリングの外周部および前記回転軸の双方に嵌合する嵌合部を有した補強リングを設けたものである。
請求項４に記載に発明は、請求項１から３に記載のかご形ロータを用いて固定子に組み込んだ電動機としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１、２に記載の発明によれば、エンドリングとロータバーの溶接部にあらかじめ設けた空間部に溶化材を配置した後、電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接などの高エネルギービームを溶化材に照射し、溶接母材である前記エンドリングおよび前記ロータバーとともに溶融し、前記エンドリングと前記ロータバーを接合することにより、エンドリングの強度低下を最小限に抑えることができ、強度回復のための再熱処理の必要もなく、コストを抑制することができるとともに、溶接時の凝固割れ、HAZ部の液化割れが防止でき、信頼性の高い高速回転用のかご形ロータおよび電動機を得ることができる。
請求項３、４に記載の発明によれば、回転軸に嵌合し、かつ、エンドリングの外周部に嵌合してなる補強リングを両側のエンドリングの積層コアと対向しない端面側に設けることにより、かご形ロータの回転により発生するエンドリングの膨張変形を抑えることができるため、振動、軸振れの発生が少ない高速回転用かご形ロータおよび電動機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の実施例１を示すかご形ロータの概略図であり（ａ）は側面の断面図、（ｂ）は正面図である。図２は、エンドリングとロータバー部に溶接前にあらかじめ配置された溶加材の状態を示した部分拡大図である。図において、１はかご形ロータ、２は積層コア、３はエンドリング、４は貫通穴、５はロータバー、６は溶接部、７は回転軸、８は溶加材である。なお、図中、同じ機能には同一の符号を付している。
ロータバー５、及びエンドリング３は、Aｌ-Mｇ-Ｓｉ系のアルミ合金(A6000系)展伸材の加工品を用いた。また、溶化材８は、Aｌ-Ｓｉ系のアルミ合金(A4047)またはAｌ-Mｇ系のアルミ合金(A5356)を用いた。
本実施例のかご形ロータ１は、積層コア２の両側に配置されたエンドリング３、積層コア２の軸方向に設けた複数の貫通穴４、複数の貫通穴４に貫通配置された複数のロータバー５と、溶化材８を介して電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接によりエンドリング３とロータバー５とを短絡した溶接部６と、積層コア２の中心穴に嵌合された回転軸７から構成されている。図２のように、溶接前にはエンドリング３とロータバー５の溶接部６には、エンドリング３により空間部１０が形成されており、エンドリング３とロータバー５の間にエンドリング３とロータバー５の両方に接するように、あらかじめ溶化材８が、必要量配置されている。エンドリング３とロータバー５の溶接部６の空間部１０は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、エンドリング３とロータバー５のいずれかに形成してもよく、またエンドリング３およびロータバー５の双方に形成してもよい。溶化材８は、あらかじめ線材を所定の長さに切断し、リング状に成形するか、板材を所定の形状に打ち抜き成形するか、板材を所定の大きさに切断し、筒状に成形して供する。
【０００９】
次に、本実施例のかご形ロータの製造方法について説明する。
（１）工程１  積層コアの両側にエンドリングを取り付ける。
軸方向の寸法が所定の寸法となるように、コアを積層する。この際、コアに、あらかじめ成形された複数個の穴を軸方向にそろえ、貫通穴４を形成するように積層する。その後積層コア２の両側に所定の形状に製作されたエンドリング３をエンドリング３に成形された導体挿入部３ａが積層コア２の貫通穴４に重なるように位置を決め、治具（図示せず）で固定する。積層する前のコアおよびエンドリング３は十分なる洗浄、脱脂を事前に行っておき、作業中は素手で触らないようにする。
（２）工程２  ロータバーを貫通穴に挿入する。
積層コア２と両側のエンドリング３の軸方向寸法の合計値と概同じ長さで、所定の断面形状を有するようにあらかじめ成形されたロータバー５を積層コア２およびエンドリング３の全ての貫通穴４に貫通配置する。この際、ロータバー５の端面と、エンドリング３端面が概同一面になるように、治具（図示せず）を使用してロータバー５の貫通配置を行う。ロータバーは十分なる洗浄、脱脂を事前に行っておき、作業中は素手で触らないようにする。
（３）工程３  溶化材を配置する。
あらかじめ成形された溶化材８を、エンドリング３とロータバー５の間にエンドリング３とロータバー５の両方に接し、容易に脱落しない状態で、必要量配置する。溶化材８は、線材を所定量切断し、リング状に成形するか、板材を所定の形状に打ち抜き成形するか、板材を所定量切断し、筒状に成形するなどしておく。成形した溶化材８は十分なる洗浄、脱脂を行い、作業中は素手で触らないようにする。
同様に他の片側の全てのエンドリング３とロータバー５の空間部１０に溶化材を必要量配置する。
（４）工程４  エンドリングとロータバーを溶接する。
電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接法で、治具（図示せず）を使用し、片側の全てのエンドリング３とロータバー５を順次溶接し、常温程度まで冷却する。この際、ビームを照射する部分を溶化材８とし、溶化材８を介して、エンドリング３とロータバー５を溶融、凝固させるようにする。また、所定の溶接深さを得られるように、ダミーなどを使用し、事前に溶接機の出力を調整、確認しておく。その後、同様に他の片側の全てのエンドリング３とロータバー５を順次溶接し、常温程度まで冷却する。
（５）工程５  仕上げする。
積層コア２の外周、中心穴、エンドリング３の外周、端面などを必要に応じて、切削あるいは研削などにより仕上げを行う。
（６）工程６  回転軸と嵌合固定する。
回転軸と焼きばめなどの方法で嵌合固定する。さらに、必要に応じて、切削あるいは研削などにより仕上げを行う。
【００１０】
実施例１では、このように、エンドリング３とロータバー５を溶接接合する際、エンドリング３とロータバー５の間に溶化材８を配置し、電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接法を適用することにより、溶接熱によるエンドリング３の強度低下を最小限に抑えることが可能になるとともに、溶化材８にビームを照射し、溶化材８を介してエンドリング３とロータバー５を溶融、凝固されることにより、凝固の際、デンドライトの境界に発生する割れ部に、母材であるA6000系と溶化材８（A4047またはA5356）で作られる低融点の合金が十分に補充、充填されながら凝固が進むため、凝固後には割れが発生せず、またHAZ部に対しても同様の作用により、割れは発生しない。したがって、エンドリング３あるいはロータバー５に亀裂として残ることがない。そのため、エンドリング３の強度回復のための再熱処理などのコスト発生を抑制でき、かつ、高速回転用かご形ロータおよび電動機の信頼性を向上させることができる。
【実施例２】
【００１１】
図３は、本発明の実施例２を示すかご形ロータの側面図、図４は正面図、図５は、エンドリングとロータバー部に溶接前にあらかじめ配置された溶化材の状態を示した部分拡大図である。本実施例のかご形ロータ１は、積層コア２の両側に配置されたエンドリング３と積層コア２の軸方向に設けた複数の貫通穴４および両側のエンドリング３に設けた複数の切欠きに貫通配置された複数のロータバー５と、溶化材８を介して電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接によりエンドリング３とロータバー５とを短絡した接合部６と、積層コア２の中心穴に嵌合された回転軸７から構成されている。図５（ａ）のように、溶接前にはエンドリング３とロータバー５の溶接部６には、エンドリング３に空間が形成されており、エンドリング３とロータバー５の間にエンドリング３とロータバー５の両方に接するように、あらかじめ溶化材８が、必要量配置されている。エンドリング３とロータバー５の溶接部６の空間部は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、ロータバー５またはエンドリング３とロータバー５の双方に形成してもよい。溶化材８は、あらかじめ板材を所定の形状に打ち抜き成形するか、板材を所定の大きさに切断し供する。
【００１２】
次に、本実施例のかご形ロータの製造方法について説明する。
（１）工程１  積層コアの両側にエンドリングを取り付ける。
軸方向の寸法が所定の寸法となるように、コアを積層する。この際、コアに、あらかじめ成形された複数個の穴を軸方向にそろえ、貫通穴４を形成するように積層する。その後積層コア２の両側に所定の形状に製作されたエンドリング３をエンドリング３に成形された複数個の切欠きが積層コア２の貫通穴４に重なるように位置を決め、治具（図示せず）で固定する。積層する前のコアおよびエンドリング３は十分なる洗浄、脱脂を事前に行っておき、作業中は素手で触らないようにする。
（２）工程２  ロータバーを貫通穴に挿入する。
積層コア２と両側のエンドリング３の軸方向寸法の合計値と概同じ長さで、所定の断面形状を有するようにあらかじめ成形されたロータバー５を積層コア２の貫通穴４およびエンドリング３の導体挿入部に貫通配置する。この際、ロータバー５の端面と、エンドリング３端面が概同一面になるように、治具（図示せず）を使用してロータバー５の貫通配置を行う。ロータバーは十分なる洗浄、脱脂を事前に行っておき、作業中は素手で触らないようにする。
工程３から工程６は実施例１と同じ方法であるため、説明を省略する。
（３）工程３  溶化材を配置する。
（４）工程４  エンドリングとロータバーを溶接する。
（５）工程５  仕上げ加工する。
（６）工程６  回転軸と嵌合固定する。
【００１３】
実施例２では、このように、エンドリング３とロータバー５を溶接する際、エンドリング３とロータバー５の間に溶化材８を配置し、電子ビーム溶接あるいはレーザビーム溶接法を適用することにより、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【実施例３】
【００１４】
図６は、本発明の実施例３を示すかご形ロータの側面の断面図である。本実施例は実施例１、実施例２で述べたかご形ロータに対して、両側エンドリング３の外径部と回転軸７の外径部に、ステンレス、チタンなどの非磁性材料で製作した補強リング９が、焼ばめなどにより嵌合固定されている。
【００１５】
このように、補強リング９を両側エンドリング３の外径部と回転軸７の外径部に嵌合固定することにより、回転により発生する膨張変形量が積層コアよりも大きくなるエンドリング３の変形を抑えることができるため、振動、軸振れの発生が少ない高速回転用かご形ロータおよび電動機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例を示すかご形ロータの概略図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図
【図２】本発明の第１実施例を示すかご形ロータの溶接前の部分拡大図
【図３】本発明の第２実施例を示すかご形ロータの側面図
【図４】本発明の第２実施例を示すかご形ロータの正面図
【図５】本発明の第２実施例を示すかご形ロータの溶接前の部分拡大斜視図
【図６】本発明の第３実施例を示すかご形ロータの側断面図
【図７】従来の例を示すかご形ロータの部分斜視図
【符号の説明】
【００１７】
１  かご形ロータ
２  積層コア
３  エンドリング
３ａ  導体挿入部
４  貫通穴
５  ロータバー
６  溶接部
７  回転軸
８  溶加材
９  補強リング
１０  空間部
【図１】
2007202235.tif 000003
【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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