(57)【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、
且つ上記鋳造型の部分的な温度制御により、原材料である溶湯よりも純度の高い導電材料を組成分布に含むようになっていることを特徴とする電動機の回転子。
【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。
２Ａ、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６１−２５１４４０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、且つ上記鋳造型の部分的な温度制御により、原材料である溶湯よりも純度の高い導電材料を組成分布に含むようになっ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５ｂ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、５０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５０ａ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５０ａ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５０ｂ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５０ａ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７ｊ、真空引き用上型すきま７ｍへと移動し、真空通路５１ｂ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５１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７ｐ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７ｐ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５ｃ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２．１μΩｃｍ（７５℃）であり、アルミニウムのそれが３．４μΩｃｍ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
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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