JP2012191789A - エンドリングとバーをろう付けする誘導電動機のかご形ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ろう付け接合時の工数を削減すべく、ろう材の配置工程を必要とせず、容易にバーとエンドリングを接合できる構成を備えた誘導電動機のかご形ロータ、及び該かご形ロータの製造方法の提供。
【解決手段】ロータコア１０を組み立てる工程の前に、予めエンドリング１４及び導体バー２０の少なくとも一方に銀メッキ層２４を形成しておく。ロータ１０を銀メッキ層２４の融点以上の温度まで加熱し、銀メッキ層２４を溶融させることにより、溶融した銀メッキがろう材として作用し、エンドリング１４と導体バー２０とが接合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンドリングとバーがろう付けされた誘導電動機のかご形ロータ、及び該かご形ロータの製造方法に関する。

一般的に、誘導電動機のかご形ロータは、主に３つの要素、すなわち、電磁鋼板から打ち抜いたコアの積層体、コアに配置された複数のスロット穴部に配置されるスロット導体、及びロータの両端面でスロット導体を短絡するエンドリング、とから構成される。このうち、スロット導体及びエンドリングは、主に製造コストと材料コストの観点から、ロータコアにアルミニウムをダイキャスト成形で一体に鋳込んで鋳造により形成されることが一般的である。

近年、モータの低発熱化が求められており、ロータの導体部の金属をアルミニウムよりも電気抵抗の低い銅または銅合金を用いる場合がある。一方銅や銅合金は、融点がアルミニウムよりも高く、ロータコアの材料である電磁鋼板に影響を与え得るため、アルミダイキャストのような製造方法を採用することが難しい。従って、ロータ導体部に銅または銅合金を用いる場合には、スロット部の導体を棒状の部材とし、短絡用のエンドリングを薄い円盤にスロット導体を貫通させるなどの加工を施した部材として、両者をろう付けなどの手法で接合する方法が広く知られている。ろう付けの場合、高周波加熱や加熱炉において約８００度まで温度を上げ、ろう材を溶融させて両者を接合する。

銅バーと銅エンドリングのろう付け手法の例として、銅バーと銅エンドリングの隙間付近に予めろう材を配置しておき、加熱され溶融したろう材を銅バーと銅エンドリングの隙間に流し込み接合する手法が一般的である。例えば特許文献１には、かご形ロータの製造方法が開示されており、ここでは、ろう付け温度到達前には、バー１をエンドリング２の貫通穴７の内面の反ロータコア３中心側に寄せるとともに、バー１を拘束するように溝１１内に線材状のろう材４を配置し、ろう付け温度到達後には、エンドリング２の熱膨張によって、エンドリング２の貫通穴７の移動に伴って、バー１がエンドリング２の貫通穴７のほぼ中央に位置するようにして、真空高周波ろう付けあるいは雰囲気ガス中高周波ろう付けする、とされている。

また特許文献２には、インダクションモータ用ロータの製造方法が開示されており、ここでは、無酸素銅製のエンドリング４に溶融したろう材を溜めるための凹部５が設けられ、凹部５とロータバー３の端部にろう付用のフラックス６を塗布し、ロータバー３の端部に棒状の銀ろうを曲げたろう材７を差し込み、エンドリング４を回転台９を用いて回転させ、バーナ１０の加熱によりエンドリング４が約８００℃になった時点でロータバー３をエンドリング４の凹部５に密着させてろう付温度に上昇させ、ろう材７がぬれた後に、加熱を止めてロータ全体を自然冷却させる、とされている。

また、ろう材を接合部分に配置し、ガスバーナによりろう材を溶融して接合することも一般的な手法である。例えば特許文献３にはかご形回転電機が開示されており、ここでは、短絡環３を下から持ち上げて溝３ａの内部に回転子バー２の下端面を当接させ、ガスバーナ５又は高周波コイル６を下から接近させて短絡環３と回転子バー２を加熱し、溝３ａに銀ろう棒又は銀ろう箔を供給して短絡環３と回転子バー２とをろう付けする、とされている。

特開２００４−２５４４３３号公報 特開平８−２９４２５６号公報 特開平４−２２２４４６号公報

特許文献１及び２のような手法では、ろう材の加工やろう材の配置作業等の、ろう付け前の作業工数が多くなるという課題がある。一方、特許文献３のような手法では、ろう付け作業時にろう材を供給し続ける必要があり、手作業工程が増え、工数が多くなるという課題がある。

そこで本発明は、ろう付け接合時の作業工数を削減すべく、ろう材の配置工程を必要とせず、容易にバーとエンドリングを接合できる構成を備えた誘導電動機のかご形ロータ、及び該かご形ロータの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロータバー及びエンドリングをろう付けによって接合する誘導電動機のかご形ロータであって、前記エンドリング及び前記ロータバーの少なくとも一方の接合面にメッキ層が形成され、該メッキ層が前記ろう付けのためのろう材として作用することにより前記エンドリングと前記ロータバーが接合されていることを特徴とする、誘導電動機のかご形ロータを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の誘導電動機のかご形ロータにおいて、前記エンドリングは一枚板構造を有する、誘導電動機のかご形ロータを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の誘導電動機のかご形ロータにおいて、前記メッキ層は前記エンドリングの全面に形成される、誘導電動機のかご形ロータを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導電動機のかご形ロータにおいて、前記エンドリング及び前記ロータバーは銅又は銅合金から作製され、前記メッキ層は銀メッキ層である、誘導電動機のかご形ロータを提供する。

請求項５に記載の発明は、誘導電動機のかご形ロータの製造方法であって、エンドリング及びロータバーの一方又は双方において、少なくとも前記エンドリングと前記ロータバーとの接合面にメッキ層を形成する工程と、前記エンドリング及び前記ロータバーを所定の組立位置に配置する工程と、前記メッキ層を加熱して溶融させ、溶融した該メッキ層をろう材として前記エンドリング及び前記ロータバーを接合する工程と、を有することを特徴とする、誘導電動機のかご形ロータの製造方法を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の誘導電動機のかご形ロータの製造方法において、前記メッキ層を形成する工程において、前記メッキ層は前記エンドリングの全面に形成される、製造方法を提供する。

本発明によれば、メッキ層をろう材として使用するため、ろう付け作業時にろう材を配置する等の作業が不要となる。またメッキ層をろう材として使用するため、予めろう材を所定形状に加工しておく等の作業が不要となる。さらに、手作業により、ろう付け時にろう材を外部から供給し続ける必要がなくなる。

エンドリングを一枚板構造とすることにより、エンドリングの製造工程が簡単となり、ロータの製造コストが削減できる。

エンドリングの全面にメッキ層を形成しておくことにより、ろう付け時に溶融したメッキがエンドリングと導体バーとの接合面間に流れ込み、エンドリングと導体バーが一体に接合される。

本発明の一実施形態に係るかご形ロータの概略構成を示す図である。 ロータの各構成要素を組み付けた状態における、エンドリング付近の拡大図である。 ロータをろう付け温度以上に加熱した後における、エンドリング付近の拡大図である。

図１は、本発明に係る誘導電動機のかご形ロータ１０の概略構成を示す図であり、該ロータの回転軸方向の断面図を表している。かご形ロータ１０は、珪素鋼板製のロータコア１２と、ロータコア１２の回転軸方向両端部に配置された純銅又は銅合金からなるエンドリング１４と、ロータコア１２に形成された貫通穴１６及びエンドリング１４に形成された貫通スロット１８内に挿入可能に構成された純銅又は銅合金からなる１つ以上の導体バー２０と、上記各構成要素を固定する治具２２とを有する。

エンドリング１４に形成される貫通スロット１８の形状は、導体バー２０の外形と概ね相補形状であり、図示例では貫通スロット１８の内面及び導体バー２０の外面はいずれも円筒状表面である。しかし貫通スロット１８及び導体バー２０は、概ね相補形状であれば他の形状を具備してもよい。また貫通スロット１８は、エンドリングの周方向外周に切り欠き状に設けることも可能であるが、後述するろう付け強度の観点からは、その径方向断面はエンドリング１４を構成する材料に完全に囲繞されていることが好ましい。

本発明では、ロータコア１０を図１のように組み立てる工程の前に、予めエンドリング１４及び導体バー２０の少なくとも一方にメッキ層、好ましくは銀メッキ層２４を形成しておく。銀メッキ層２４は、少なくとも、ロータコア１０を組み立てた際のエンドリング１４と導体バー２０との接合部位においてエンドリング１４及び導体バー２０の少なくとも一方に形成しておく必要がある。図１の例では、エンドリング１４の全面に銀メッキ層２４が形成されており、これは上記接合部位にのみ銀メッキ層を形成するよりも銀メッキ工程が容易であり、また後述するような利点も有する。

以下、図２及び図３を参照しつつロータコア１２の製造方法について説明する。先ず上述したように、エンドリング１４に銀メッキ層２４を（ここではその全面に）予め形成しておき、次に図１に示すようにロータコア１２の各構成要素を組み付け、所定の組立位置に配置する。ここで、エンドリング１４と導体バー２０との接合部位を拡大表示した図２に示すように、エンドリング１４の貫通スロット１８と導体バー２０との間には隙間があってもよく、換言すれば各導体バー２０は、エンドリング１４の各スロット２０の中心に正確に位置決めされていなくともよい。

次にロータ１０を、高周波加熱や加熱炉内への配置によって銀メッキ層２４の融点以上の温度（例えば８００℃）まで加熱し、銀メッキ層２４を溶融させる。これにより、溶融した銀メッキがろう材として作用し、エンドリング１４と導体バー２０とが接合（ろう付け）される。従って本発明では、予め銀メッキ層２４を形成しておくことにより、ろう付け作業に伴うろう材の配置や供給は不要としつつ、従来のろう材を使用したろう付けと同等の接合強度を得ることができる。

なお上述の例では、ロータ全体を加熱しているが、エンドリング１４と導体バー２０との接合部位又はその周辺のみを部分的に加熱する工程を採用してもよい。但し、図示例のようにエンドリング１４全面に銀メッキ層２４を形成しておき、ロータ１０全体又はエンドリング１４全体を加熱すると、銀メッキ層２４が溶融した状態（すなわちロータがろう付け温度に到達した後の状態）を示す図３からわかるように、エンドリング１４と導体バー２０との接合部位以外の部分、例えばエンドリング１４の上面２６及び下面２８）に形成され溶融した銀メッキの大半が毛細管現象等によって貫通スロット１８内に流れ込み、貫通スロット１８と導体バー２０との間の隙間を埋め、接合強度の高い好適な接合状態を得ることができる。

また上述したような、溶融した銀メッキのスロット１８内への流れ込みを促進するために、エンドリング１４の上面又は下面に、貫通スロット１８に向かって下り勾配となる傾斜面や、貫通スロット１８に連通する溝を形成してもよい。

なおエンドリング１４は、銅又は銅合金からなる薄板を積層して構成することも可能であるが、１枚の銅又は銅合金を機械加工して構成されるいわゆる一枚板構造とする方が、製造工程数及びコスト等の観点から有利である。

１０ かご形ロータ
１２ ロータコア
１４ エンドリング
１６ 貫通穴
１８ スロット
２０ 導体バー
２２ 治具
２４ 銀メッキ層

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロータバー及びエンドリングをろう付けによって接合する誘導電動機のかご形ロータであって、前記エンドリングは前記ロータバーが挿入される貫通スロットを有し、前記エンドリングの全面にメッキ層が形成され、前記エンドリングと前記ロータバーとの接合部位以外の部分に形成されていたメッキ層が溶融して前記貫通スロット内に流れ込んで前記ろう付けのためのろう材として作用することにより前記エンドリングと前記ロータバーが接合されていることを特徴とする、誘導電動機のかご形ロータを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の誘導電動機のかご形ロータにおいて、前記エンドリング及び前記ロータバーは銅又は銅合金から作製され、前記メッキ層は銀メッキ層である、誘導電動機のかご形ロータを提供する。

請求項４に記載の発明は、誘導電動機のかご形ロータの製造方法であって、ロータバーが挿入される貫通スロットを有するエンドリングの全面にメッキ層を形成する工程と、前記エンドリング及び前記ロータバーを所定の組立位置に配置する工程と、前記エンドリングと前記ロータバーとの接合部位以外の部分に形成されていたメッキ層が溶融して前記貫通スロット内に流れ込むように前記メッキ層を加熱して溶融させ、溶融したメッキ層をろう材として前記エンドリング及び前記ロータバーを接合する工程と、を有することを特徴とする、誘導電動機のかご形ロータの製造方法を提供する。

Claims (6)

1. ロータバー及びエンドリングをろう付けによって接合する誘導電動機のかご形ロータであって、
   前記エンドリング及び前記ロータバーの少なくとも一方の接合面にメッキ層が形成され、該メッキ層が前記ろう付けのためのろう材として作用することにより前記エンドリングと前記ロータバーが接合されていることを特徴とする、誘導電動機のかご形ロータ。
2. 前記エンドリングは一枚板構造を有する、請求項１に記載の誘導電動機のかご形ロータ。
3. 前記メッキ層は前記エンドリングの全面に形成される、請求項１又は２に記載の誘導電動機のかご形ロータ。
4. 前記エンドリング及び前記ロータバーは銅又は銅合金から作製され、前記メッキ層は銀メッキ層である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導電動機のかご形ロータ。
5. 誘導電動機のかご形ロータの製造方法であって、
   エンドリング及びロータバーの一方又は双方において、少なくとも前記エンドリングと前記ロータバーとの接合面にメッキ層を形成する工程と、
   前記エンドリング及び前記ロータバーを所定の組立位置に配置する工程と、
   前記メッキ層を加熱して溶融させ、溶融した該メッキ層をろう材として前記エンドリング及び前記ロータバーを接合する工程と、
   を有することを特徴とする、誘導電動機のかご形ロータの製造方法。
6. 前記メッキ層を形成する工程において、前記メッキ層は前記エンドリングの全面に形成される、請求項５に記載の製造方法。

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