JP5324088B2 - Cage rotor for multiphase induction motor and method for manufacturing the same - Google Patents

Cage rotor for multiphase induction motor and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は多相誘導電動機のかご形回転子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a cage rotor for a multiphase induction motor and a method for manufacturing the same.

誘導電動機のかご形回転子は積層鉄心に通した複数の導電バーの両端部をエンドリング（短絡環）で接続して構成されるが、近年では導電バーとエンドリングを摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：ＦＳＷ）により接合することが提唱されつつある（特許文献１等参照）。   A cage rotor of an induction motor is configured by connecting both ends of a plurality of conductive bars passed through a laminated iron core with end rings (short-circuited rings), but in recent years, the conductive bars and end rings are friction stir welded (Friction Stir Welding (FSW) is being proposed (see Patent Document 1).

特開２００２−２９１２１１号公報JP 2002-291111 A

多相誘導電動機では、回転子に対する固定子の内周面の凹凸やインバータの搬送波による電流の導通・遮断による固定子電流の脈動に起因して、固定子から発生し回転子を通る磁束に基本波の磁束だけでなく高調波の磁束が含まれている。上記高調波の磁束成分は回転速度の増大に伴って増大する。高調波電流は表皮効果により導体表面を流れるが、これが導電バーの端部に発生すると導電バーの端部が発熱し誘導電動機の効率低を招来してしまう。   In multi-phase induction motors, the magnetic flux generated from the stator and passing through the rotor is basically caused by the unevenness of the inner peripheral surface of the stator with respect to the rotor and the pulsation of the stator current due to current conduction and interruption by the carrier wave of the inverter. It contains not only wave flux but also harmonic flux. The harmonic magnetic flux component increases as the rotational speed increases. The harmonic current flows on the conductor surface due to the skin effect, but when this occurs at the end of the conductive bar, the end of the conductive bar generates heat, leading to low efficiency of the induction motor.

本発明は上記に鑑みなされたもので、高調波磁束の影響を抑え、結果として効率を向上させることができる多相誘導電動機のかご形回転子及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a squirrel-cage rotor of a multiphase induction motor that can suppress the influence of harmonic magnetic flux and consequently improve efficiency, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために、本発明は、多相誘導電動機のかご形回転子において、導電バーの端面の回転子径方向の内周側部分と短絡環例えばエンドリングとを摩擦撹拌接合して形成し、導電バーの固定子側と短絡環例えばエンドリングとの接続部の電気抵抗を導電バーの回転軸側の接合部の電気抵抗より大きくする構造としたことである。この構造により回転子の電動バーの外周側の高調波電流を抑えることができる。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in a cage rotor of a multiphase induction motor, a friction stir welding is performed on an inner peripheral side portion of a rotor bar in a radial direction of an end surface of a conductive bar and a short-circuit ring, for example, an end ring. The electrical resistance of the connection portion between the stator side of the conductive bar and the short ring, for example, the end ring, is made larger than the electrical resistance of the joint portion on the rotating shaft side of the conductive bar. With this structure, the harmonic current on the outer peripheral side of the electric bar of the rotor can be suppressed.

本発明によれば、固定子の発生磁束を効率的にトルクに変換し効率を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently convert the magnetic flux generated by the stator into torque and improve the efficiency.

以下に説明する実施の形態では上述した課題だけでなく、種々の課題が解決できる。次に解決可能な代表的な課題およびその概要を説明する。   In the embodiments described below, not only the above-described problems but also various problems can be solved. Next, typical problems that can be solved and their outlines will be described.

１．自動車の駆動用回転電機に摩擦撹拌接合を適用することで大きな効果が得られる。   1. A great effect can be obtained by applying friction stir welding to a rotating electrical machine for driving an automobile.

二酸化炭素などの環境問題を改善する上で自動車の駆動装置における効率向上はたいへん重要な課題である。一方自動車の駆動用電動機は停止状態から高速回転運転までたいへん広範囲の状態で使用され、高速回転域での効率向上が望まれている。なお、単に車両走行のための駆動だけでなく高速走行中の車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することも必要であり、純粋な電動機としてのトルク発生機能だけでなく発電機としての機能も以下の実施形態は有している。すなわち以下の実施形態は電動機として動作している状態のみならず発電機としても動作する。なお、電動機運転の常態か発電機運転の状態かは運動エネルギおよび電力エネルギの値が正か負かの違いだけであり、固定子で発生する回転磁界と回転子のすべり角の関係で両方の運転が可能である。両者において動作原理や作用、効果は略同じである。以下の実施の形態の構造は電動機と発電機の両方で使用可能であり、回転電機として考えることができる。   In order to improve environmental problems such as carbon dioxide, improving the efficiency of automobile drive devices is a very important issue. On the other hand, motors for driving automobiles are used in a very wide range of states from a stopped state to high-speed rotation operation, and it is desired to improve efficiency in a high-speed rotation range. In addition, it is necessary not only to drive for driving the vehicle but also to convert the kinetic energy of the vehicle running at high speed into electric energy. Not only the torque generation function as a pure electric motor but also the function as a generator is as follows. The embodiment has. In other words, the following embodiments operate not only as a motor but also as a generator. Note that the normal state of motor operation or the state of generator operation is only the difference between positive and negative values of kinetic energy and power energy, and both of them are related to the rotating magnetic field generated by the stator and the slip angle of the rotor. Driving is possible. In both cases, the operation principle, operation, and effect are substantially the same. The structure of the following embodiment can be used for both an electric motor and a generator, and can be considered as a rotating electric machine.

上述のとおり車両駆動用の回転電機は高速回転域で使用されるので、高調波電流の低減による効率向上効果が大きい。   As described above, since the rotating electrical machine for driving a vehicle is used in a high-speed rotation region, the effect of improving the efficiency by reducing the harmonic current is great.

２．生産性に優れている。   2. Excellent productivity.

摩擦撹拌接合は接合作業において接合部に押圧が掛かるため、機械的形状の端部は作業が難しい問題がある。しかし誘導型回転電機では、導電バーと短絡環との接合部の固定子側を非接合あるいは接合度を低下させることが回転電機の効率向上に繋がるので、電気的な特性改善のみならず作業性が向上する。   Friction stir welding has a problem that it is difficult to work at the end of the mechanical shape because the joint is pressed in the joining work. However, in induction-type rotating electrical machines, non-bonding the joint side between the conductive bar and the short-circuit ring or reducing the degree of joining leads to improved efficiency of the rotating electrical machine. Will improve.

３．製造加工精度が向上する。   3. Manufacturing processing accuracy is improved.

また摩擦撹拌接合の接合作業は接合部に押圧を加えることが必要であり、更に攪拌作業により外側形状が変化する恐れがある。摩擦撹拌接合を使用する本発明では導電バーと短絡環との接合部の固定子側を非接合あるいは接合度を低下させる構造であり、短絡環外周部の押圧の影響を少なくできるので、短絡環たとえばエンドリングの外周側の変形の影響を少なくでき、形状的な精度の低下を抑えることができる。すなわち加工精度が向上する。   Further, the joining work of the friction stir welding needs to apply pressure to the joint, and the outer shape may change due to the stirring work. In the present invention using friction stir welding, the stator side of the joint between the conductive bar and the shorting ring is not joined or the degree of joining is reduced, and the influence of pressing on the outer periphery of the shorting ring can be reduced. For example, it is possible to reduce the influence of deformation on the outer peripheral side of the end ring, and it is possible to suppress a decrease in shape accuracy. That is, the processing accuracy is improved.

４．回転子鉄心の導電バー挿入穴を固定子側においてオープン形状とすることができ、回転電機の特性改善につながる。   4). The conductive bar insertion hole of the rotor core can be formed in an open shape on the stator side, leading to improved characteristics of the rotating electrical machine.

一般の誘導電動機では、導電バーおよび短絡リングを溶解した高温の金属を流し込む方法で形成している。回転子鉄心の導電バー挿入穴を固定子側においてオープン形状とすると溶融した金属が流れ出すこととなり、製造しがたい問題がある。摩擦攪拌接合を使用することで固体金属棒を導電バーとして使用できるので、回転子鉄心の導電バー挿入穴の形状をオープン形状とすることが可能である。このような形状とすることで回転電機の特性を改善できる。さらにその効果に加えて高調波電流を減少でき、さらなる特性改善が可能となる。   In a general induction motor, the conductive bar and the short-circuit ring are formed by pouring a high-temperature metal. If the conductive bar insertion hole of the rotor core has an open shape on the stator side, the melted metal flows out, which is difficult to manufacture. Since the solid metal bar can be used as the conductive bar by using the friction stir welding, the shape of the conductive bar insertion hole of the rotor core can be an open shape. By adopting such a shape, the characteristics of the rotating electrical machine can be improved. Furthermore, in addition to the effect, the harmonic current can be reduced, and further characteristic improvement can be achieved.

５．銅を使用した誘導電動機の製造が可能となり、高い効率の回転電機が得られる。   5. An induction motor using copper can be manufactured, and a highly efficient rotating electrical machine can be obtained.

以下の実施の形態で、銅を主成分とするかごを作ることが可能であり、基本派の電流に対する電気抵抗を小さくでき、効率向上が可能となる。銅は融点が高く溶融させて導電バーや短絡環を製造することに大きな課題がある。摩擦攪拌接合を使用するので製造が容易である。   In the following embodiment, it is possible to make a car mainly composed of copper, and it is possible to reduce the electric resistance against the basic current and to improve the efficiency. Copper has a high problem that it has a high melting point to produce conductive bars and short-circuit rings. Manufacture is easy because friction stir welding is used.

以下に本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

誘導電動機のかご形回転子におけるエンドリングと導電バーの製造方法にはダイキャストや摩擦撹拌接合等による方法がある。   Methods for manufacturing end rings and conductive bars in a cage rotor of an induction motor include die casting and friction stir welding.

ダイキャストによる製造方法は、例えば珪素鋼板等を積層した積層鉄心（積層鉄心）に軸方向に延びるスロットを複数設け、スロットに溶湯を注湯し凝固させることにより導電バーを成形する方法である。エンドリング及び導電バーの素材には、銅やアルミニウムのような導電性に優れた材質が使用される。   The manufacturing method by die casting is a method in which a conductive bar is formed by providing a plurality of slots extending in the axial direction in a laminated iron core (laminated iron core) in which, for example, silicon steel plates are laminated, and pouring and solidifying molten metal in the slots. As the material for the end ring and the conductive bar, a material having excellent conductivity such as copper or aluminum is used.

しかしこのダイキャスト法では、導電バー等に巣欠陥が形成され、電気的特性及び強度特性の信頼性が低下することがある。その結果、歩留まりが低下しコストが高くなる。特に銅又は銅合金をダイキャストに用いる場合、銅又は銅合金の融点が高く（１０８４℃）、銅又は銅合金の溶湯を積層鉄心のスロットに注湯することにより、スロット周囲の積層鉄心のメッキ層が劣化し電磁特性が低下する。メッキ層は、その種類によっては７００〜８００℃で劣化し始めるものもある。また、導電バーを組み入れるスロットを外縁部（外周端部）に設けた歯車型のエンドリングの場合、そのままでは溶湯をエンドリングで保持することができないためダイキャスト法の適用が難しい。   However, in this die casting method, a nest defect is formed in the conductive bar or the like, and the reliability of the electrical characteristics and strength characteristics may be lowered. As a result, the yield decreases and the cost increases. In particular, when copper or copper alloy is used for die casting, the melting point of copper or copper alloy is high (1084 ° C.), and the molten iron of copper or copper alloy is poured into the slot of the laminated core, thereby plating the laminated core around the slot. The layer deteriorates and the electromagnetic properties are reduced. Some plating layers start to deteriorate at 700 to 800 ° C. depending on the type. Further, in the case of a gear-type end ring in which a slot for incorporating a conductive bar is provided at the outer edge (outer peripheral end), it is difficult to apply the die casting method because the molten metal cannot be held by the end ring as it is.

一方、摩擦撹拌接合による製造方法は、円柱状のショルダ部とショルダ部の端面に突設したプローブ（ピン）からなる摩擦撹拌接合用の回転ツールを回転させた状態で被接合材に貫入し、接合する箇所に沿って回転ツールを移動させることによって被接合材を接合する方法である。この接合方法では、回転ツールと被接合材との間に生じる摩擦熱によって被接合材を軟化させ、回転ツールの回転によって被接合材同士の組織を固相で塑性流動させ練り混ぜることで、被接合材同士を強固に接合する。組織の塑性流動現象は被接合材の融点より低い温度で実現されるため、例えばアーク溶接等のように被接合材を溶かして接合する方法と異なり、接合部の強度低下や冷却に伴う変形を抑制することができる。また、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ等の材料を被接合材として溶接する場合、被接合材が溶けた際に気泡が発生し強度や電気特性が低下する。   On the other hand, the manufacturing method by friction stir welding penetrates into a material to be joined in a state where a rotary tool for friction stir welding consisting of a cylindrical shoulder portion and a probe (pin) protruding from the end surface of the shoulder portion is rotated, This is a method for joining materials to be joined by moving a rotary tool along a place to be joined. In this joining method, the material to be joined is softened by frictional heat generated between the rotating tool and the material to be joined, and the structure of the materials to be joined is plastically flowed and mixed in the solid phase by the rotation of the rotating tool. Bonds bonding materials firmly. Since the plastic flow phenomenon of the structure is realized at a temperature lower than the melting point of the material to be joined, unlike a method of melting and joining the material to be joined, such as arc welding, the strength of the joint is reduced and deformation due to cooling is caused. Can be suppressed. In addition, when a material such as Cu, Mg, or Al is welded as a material to be bonded, bubbles are generated when the material to be bonded is melted, resulting in a decrease in strength and electrical characteristics.

多相誘導電動機では、回転子に対する固定子の内周面の凹凸やインバータの搬送波による電流の導通・遮断に起因して、回転数の増大に伴って高調波磁束が発生し、回転子に高調波電流が流れることがある。高調波電流は表皮効果により導体表面を流れるが、これが導電バーの両端部の固定子側表面に発生すると、導電バーの両端部が発熱し誘導電動機の効率を低下させてしまう。特に前述した歯車型のエンドリングを用いる場合、エンドリング外周部に導電バーが露出する構成であるため、導電バーの両端部の外表面付近に高調波電流が生じ易い。   In a multi-phase induction motor, harmonic flux is generated with an increase in the number of rotations due to the unevenness of the inner peripheral surface of the stator relative to the rotor and conduction / cut-off of the current by the carrier wave of the inverter. Wave current may flow. The harmonic current flows on the conductor surface due to the skin effect, but if this occurs on the stator side surface of both ends of the conductive bar, both ends of the conductive bar generate heat, reducing the efficiency of the induction motor. In particular, when the gear-type end ring described above is used, since the conductive bar is exposed on the outer periphery of the end ring, harmonic current is likely to be generated near the outer surface of both end portions of the conductive bar.

また、摩擦撹拌接合に用いられる回転ツールは、一般的に円柱状のショルダ部のプローブを設ける端面が、面中心に向かってプローブの突出方向と反対方向に窪んだ凹状に形成されている（これをコンケイブショルダと記載する）。このような形状の回転ツールを摩擦撹拌接合に用いる場合、回転ツールの進行方向の後方側にある程度（例えば３〜５°）傾けた方が信頼性の高い接合部を形成することができる。この場合、回転ツールの進行方向と直交する面で切断した断面で見た場合、接合部の表面が凹状に形成される。エンドリングと導電バーとの電気的特性を向上させるためにはエンドリングと導電バーとの電気的接触面をできるだけ確保することが望ましいが、この観点においては接合部が凹状に窪むことは接触面積を減少させ電気的特性を低下させる要因になる。   In addition, the rotary tool used for friction stir welding is generally formed in a concave shape in which the end surface on which the probe of the cylindrical shoulder portion is provided is recessed toward the center of the surface in the direction opposite to the protruding direction of the probe (this). Is described as concave shoulder). When the rotary tool having such a shape is used for friction stir welding, a highly reliable joint can be formed by inclining to some extent (for example, 3 to 5 degrees) on the rear side in the traveling direction of the rotary tool. In this case, when viewed in a cross section cut along a plane orthogonal to the traveling direction of the rotary tool, the surface of the joint is formed in a concave shape. In order to improve the electrical characteristics of the end ring and the conductive bar, it is desirable to secure the electrical contact surface between the end ring and the conductive bar as much as possible. It becomes a factor which reduces an area and reduces an electrical property.

また、摩擦撹拌接合では、回転ツールを移動させて接合部を形成していくにあたり、接合部の終端部において回転ツールを抜き出した部分に終端穴（プローブの貫入跡）が残る。仮に導電バーの端面に終端穴が残ると、導電バーの断面積が変化して導電バーに流れる電流に不均質が生じ得る。また、回転子の回転数が上昇すると回転子の温度が部分的に上昇する場合があるため、導電バーの熱伸びについて対策が望まれる。   In the friction stir welding, when the rotary tool is moved to form the joint, a terminal hole (probe penetration mark) remains in a portion where the rotary tool is extracted from the terminal part of the joint. If a terminal hole remains on the end face of the conductive bar, the cross-sectional area of the conductive bar may change, and the current flowing through the conductive bar may become inhomogeneous. Moreover, since the temperature of the rotor may partially increase when the rotational speed of the rotor increases, a countermeasure is desired for the thermal expansion of the conductive bar.

さらに、両エンドリングの間の積層鉄心は電磁鋼板（珪素鋼板等）を積層したものであるが、電磁鋼板と電磁鋼板の間には数ミクロン（例えば３ミクロン）程度の空間ギャップが存在している。通常、積層鉄心は数十枚から数百枚、若しくはそれ以上の電磁鋼板を積層して構成されており、電磁鋼板間のギャップは累積で数百ミクロンにも達し得る。アルミニウム又は銅を被接合材とした場合、被接合材には回転ツールにより数百〜千数百ｋｇの垂直荷重が加わるため、電磁鋼板同士を密着させ隙間をなくした状態で接合しないと、回転ツールをエンドリングに貫入した際に積層鉄心に内在する間隙がクッションとなって回転ツールの貫入箇所が局部的に沈み込み、摩擦攪拌接合による接合部の深度が安定せず、接合部に溝欠陥が生じ得る。また、摩擦攪拌接合中には、回転子の軸方向のみならず径方向にも数十〜数百ｋｇ程度の荷重が発生し、これも接合部の欠陥の原因となり得る。   Furthermore, the laminated iron core between both end rings is a laminate of electromagnetic steel plates (silicon steel plates, etc.), but there is a spatial gap of about several microns (for example, 3 microns) between the electromagnetic steel plates. Yes. Usually, the laminated iron core is formed by laminating several tens to several hundreds of magnetic steel plates or more, and the gap between the magnetic steel plates can reach several hundred microns in total. When aluminum or copper is used as the material to be joined, a vertical load of several hundred to several hundreds of kilograms is applied to the material to be joined by a rotating tool. When the tool penetrates into the end ring, the gap inside the laminated iron core becomes a cushion and the penetration of the rotary tool sinks locally, the depth of the joint due to friction stir welding is not stable, and there is a groove defect in the joint Can occur. Further, during friction stir welding, a load of several tens to several hundred kg is generated not only in the axial direction of the rotor but also in the radial direction, which may cause defects in the joint portion.

それに対し、本実施の形態では、積層鉄心に通した複数の導電バーの両端部を一対のエンドリングで短絡させた構成の多相誘導電動機のかご形回転子において、導電バーの端面とエンドリングとを摩擦撹拌接合により接合する。積層鉄心は、電磁鋼板（例えば珪素鋼板）を軸方向に積層して形成したもので、軸方向に貫通する複数のスロットを有している。エンドリングは、積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され、積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有している。導電バーは積層鉄心及びエンドリングのスロットを貫通し、積層鉄心と一対のエンドリングの合計の軸方向長さ程度の長さを有している。この例では、摩擦撹拌接合による接合態様に特徴があり、導電バーの端面の回転子径方向の内周側部分とエンドリングを摩擦撹拌接合により接合する。すなわち、回転子径方向に見た導電バーの端面の内周側部分をエンドリングと摩擦撹拌接合し、その接合部の外周側の部分にエンドリングに対して接合されていない非接合部を残した構成とする。   In contrast, in the present embodiment, in the cage rotor of the multiphase induction motor in which both ends of the plurality of conductive bars passed through the laminated iron core are short-circuited by a pair of end rings, the end surfaces of the conductive bars and the end rings Are joined by friction stir welding. The laminated iron core is formed by laminating electromagnetic steel plates (for example, silicon steel plates) in the axial direction, and has a plurality of slots penetrating in the axial direction. The end ring is disposed so as to sandwich the laminated iron core from the axial direction, and has a plurality of slots that are continuous in the axial direction with each slot of the laminated iron core. The conductive bar passes through the slots of the laminated core and the end ring, and has a length of about the total axial length of the laminated core and the pair of end rings. In this example, there is a feature in the joining mode by friction stir welding, and the inner peripheral side portion in the rotor radial direction of the end face of the conductive bar and the end ring are joined by friction stir welding. That is, the inner peripheral side portion of the end surface of the conductive bar viewed in the rotor radial direction is friction stir welded to the end ring, and the non-joined portion that is not joined to the end ring is left in the outer peripheral portion of the joint portion. The configuration is as follows.

この場合、エンドリング及び導電バーを摩擦撹拌接合することにより、高強度の接合部が得られ、またエンドリング及び導電バーの素材の融点よりも低温で接合することができるので積層鉄心の表面に施されているメッキ層の劣化を抑制することもできる。   In this case, the end ring and the conductive bar are friction stir welded to obtain a high-strength joint, and can be joined at a temperature lower than the melting point of the end ring and the conductive bar material. It is also possible to suppress deterioration of the applied plating layer.

また本実施の形態では、導電バーの端面の回転子外周側部分にエンドリングと接合されていない非接合部を残したことにより、駆動中にエンドリングの外周表面に高調波電流が発生しても、導電バーにおける高調波電流の流れを抑制することができる。また、前述した歯車型のエンドリングを用いた場合でも同じく効果が得られる。これにより、導電バーの端部の発熱を緩和することができ、回転電気の電気的特性等を向上させることができる。   Further, in this embodiment, since a non-joined portion that is not joined to the end ring is left on the rotor outer peripheral portion of the end face of the conductive bar, harmonic current is generated on the outer peripheral surface of the end ring during driving. Moreover, the flow of the harmonic current in the conductive bar can be suppressed. The same effect can be obtained even when the above-described gear-type end ring is used. Thereby, the heat generation at the end of the conductive bar can be mitigated, and the electrical characteristics of rotating electricity can be improved.

また本実施の形態では、電磁鋼板を軸方向に積層して形成され軸方向に貫通する複数のスロットを有する積層鉄心と、積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有する一対のエンドリングと、積層鉄心及びエンドリングのスロットを貫通した導電バーとを備えた多相誘導電動機の回転子において、摩擦撹拌接合による接合終端部に形成される終端穴が導電バーの端面を避けてエンドリングの端面上に位置するように、導電バーの端面とエンドリングとを摩擦撹拌接合する。この場合、例えば導電バーと導電バーとの間若しくは導電バーの回転子径方向内側又は外側に接合部の終端をもって行くことが考えられる。これにより、導電バーの断面積の変化により導電バーに流れる電流に不均質が発生することを抑制することができ、エンドリングと導電バー同士の電気的特性を向上することができる。   Further, in the present embodiment, a laminated core having a plurality of slots that are formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction and penetrating in the axial direction, and arranged in each slot of the laminated iron core so as to sandwich the laminated core from the axial direction. In a rotor of a multiphase induction motor having a pair of end rings having a plurality of continuous slots in a direction and a conductive bar penetrating the laminated iron core and the slots of the end ring, the rotor is formed at the end of the joint by friction stir welding. The end face of the conductive bar and the end ring are friction stir joined so that the end hole is located on the end face of the end ring avoiding the end face of the conductive bar. In this case, for example, it is conceivable to bring the end of the joint portion between the conductive bars or between the conductive bars or inside or outside the rotor in the rotor radial direction. Thereby, it can suppress that the heterogeneity generate | occur | produces in the electric current which flows into a conductive bar by the change of the cross-sectional area of a conductive bar, and can improve the electrical property of an end ring and conductive bars.

また本実施の形態では、電磁鋼板を軸方向に積層して形成され軸方向に貫通する複数のスロットを有する積層鉄心と、積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有する一対の銅又は銅合金製のエンドリングと、積層鉄心及びエンドリングのスロットを貫通した銅又は銅合金製の複数の導電バーとを有するかご形多相誘導電動機の回転子の製造する際、導電バーの端面とエンドリングとを摩擦撹拌接合するにあたり、例えば摩擦撹拌接合時のプローブ先端位置が積層鉄心から所定距離（例えば１ｍｍ以上）離れるような回転ツールを使用する等して、摩擦撹拌接合による接合部の軸方向深さをエンドリングの厚みよりも小さくする。これにより、被接合材の融点より低温で施工される摩擦撹拌接合にあって接合部の最深部が積層鉄心に到達しないので、積層鉄心表面のメッキの劣化をより効果的に抑制することができる。   Further, in the present embodiment, a laminated core having a plurality of slots that are formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction and penetrating in the axial direction, and arranged in each slot of the laminated iron core so as to sandwich the laminated core from the axial direction. A cage-type multiphase induction motor having a pair of copper or copper alloy end rings having a plurality of continuous slots and a plurality of copper or copper alloy conductive bars penetrating the laminated core and the end ring slots When manufacturing the rotor of this type, when rotating the end face of the conductive bar and the end ring by friction stir welding, for example, a rotating tool is used so that the probe tip position at the time of friction stir welding is separated from the laminated iron core by a predetermined distance (for example, 1 mm or more) For example, the axial depth of the joint by friction stir welding is made smaller than the thickness of the end ring. Thereby, since it is in friction stir welding constructed at a temperature lower than the melting point of the material to be joined and the deepest part of the joint does not reach the laminated core, the deterioration of the plating on the surface of the laminated core can be more effectively suppressed. .

また本実施の形態においては、電磁鋼板を軸方向に積層して形成され軸方向に貫通する複数のスロットを有する積層鉄心と、積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有する一対のエンドリングと、積層鉄心及びエンドリングのスロットを貫通した複数の導電バーとを有するかご形多相誘導電動機の回転子を製造する際、エンドリングを軸方向両側から治具で押えた状態、またはエンドリングと導電バーを外周側から治具で押さえた状態で、導電バーの端面とエンドリングとを摩擦撹拌接合する。軸方向からエンドリングを押えて摩擦撹拌接合することにより、積層鉄心の電磁鋼板間に空間を圧縮し、回転ツールの貫入による積層鉄心の変形を抑制することができるので、接合部の深さを安定させることができる。また、外周側からエンドリングを押えて摩擦撹拌接合することにより、回転ツールにより発生する横荷重を支持し座堀等の欠陥の発生を抑制することができる。より効果的に接合部の欠陥を抑制するためには、エンドリングを軸方向両側から押えつつ、かつエンドリングと導電バーを外周側から押さえた状態で、摩擦撹拌接合することが好ましい。   In the present embodiment, the laminated iron core is formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction and has a plurality of slots penetrating in the axial direction, and is disposed so as to sandwich the laminated iron core from the axial direction. When manufacturing a rotor of a squirrel-cage multiphase induction motor having a pair of end rings having a plurality of axially continuous slots and a plurality of conductive bars penetrating the laminated core and the slots of the end rings, The end face of the conductive bar and the end ring are friction stir welded with the jig pressed from both sides in the axial direction, or with the end ring and the conductive bar pressed from the outer periphery. By pressing the end ring from the axial direction and friction stir welding, the space between the magnetic steel sheets of the laminated iron core can be compressed, and deformation of the laminated iron core due to the penetration of the rotary tool can be suppressed. It can be stabilized. In addition, by pressing the end ring from the outer peripheral side and performing friction stir welding, it is possible to support the lateral load generated by the rotating tool and suppress the occurrence of defects such as the pit. In order to more effectively suppress defects in the joint portion, it is preferable to perform friction stir welding while pressing the end ring from both sides in the axial direction and pressing the end ring and the conductive bar from the outer peripheral side.

また本実施の形態では、電磁鋼板を軸方向に積層して形成され軸方向に貫通する複数のスロットを有する積層鉄心と、積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有する一対のエンドリングと、積層鉄心及びエンドリングのスロットを貫通した複数の導電バーとを有するかご形多相誘導電動機の回転子を製造する際、円柱状のショルダ部のプローブを突設した端面が面中心に向かってプローブの突出方向（被接合材への貫入方向）に傾斜した回転ツールを用い、導電バーの端面とエンドリングとを摩擦撹拌接合する。上記形状の回転ツールを用いることにより、回転ツールの進行方向に向かってショルダ部の端面が傾斜しているので回転ツール自体を傾斜させる必要がない。したがって、回転軸がエンドリング表面に垂直な状態で回転ツールを移動させることができるため、接合部をショルダ部のコーナ部でえぐることがなく、接合部表面の凹凸を抑制することができる。   Further, in the present embodiment, a laminated core having a plurality of slots that are formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction and penetrating in the axial direction, and arranged in each slot of the laminated iron core so as to sandwich the laminated core from the axial direction. When manufacturing a rotor of a squirrel-cage multiphase induction motor having a pair of end rings having a plurality of continuous slots and a plurality of conductive bars penetrating the laminated core and the slots of the end ring, a cylindrical shoulder The end surface of the conductive bar and the end ring are friction stir welded using a rotating tool whose end surface protruding the probe is inclined in the protruding direction of the probe toward the center of the surface (the direction of penetration into the material to be joined). By using the rotary tool having the above-described shape, the end surface of the shoulder portion is inclined in the traveling direction of the rotary tool, so that it is not necessary to incline the rotary tool itself. Therefore, since the rotary tool can be moved in a state where the rotation axis is perpendicular to the end ring surface, the joint portion does not go out at the corner portion of the shoulder portion, and unevenness on the surface of the joint portion can be suppressed.

以下に図面を用いて本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

＜多相誘導電動機の構成＞
図１は本発明のかご形回転子を備えた多相誘導電動機の一実施例の構造を示す一部破断斜視図、図２は多相誘導電動機を回転軸に直交する面で切断した断面図である。 <Configuration of multiphase induction motor>
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing the structure of an embodiment of a multiphase induction motor having a cage rotor of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the multiphase induction motor cut along a plane orthogonal to the rotation axis. It is.

図１及び図２に示した多相誘導電動機１０は、円筒状のハウジング３０と、ハウジング３０の軸方向両側の端面を構成するエンドブラケット３２と、ファン（不図示）を内部に有し軸方向一方側のエンドブラケット３２に設けられたファンカバー３４と、ハウジング３０の内周部に固定された固定子４０と、固定子４０の内周側に配置された回転子６０と、回転子６０を支えるシャフト８０とを有している。   The multiphase induction motor 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a cylindrical housing 30, end brackets 32 that constitute both end surfaces of the housing 30 in the axial direction, and a fan (not shown) inside. A fan cover 34 provided on one end bracket 32, a stator 40 fixed to the inner peripheral portion of the housing 30, a rotor 60 disposed on the inner peripheral side of the stator 40, and the rotor 60 And a supporting shaft 80.

シャフト８０は、両サイドのエンドブラケット３２に固定した軸受３６により回転自在に保持されている。ファンカバー３４の内部に設けたファンは、このシャフト８０に固定され、シャフト８０の回転とともに回転する。ファン側のエンドブラケット３２及び軸受３６は、ファンとともにファンカバー３４の内部に位置しており、図１では図示されていない。   The shaft 80 is rotatably held by bearings 36 fixed to the end brackets 32 on both sides. The fan provided inside the fan cover 34 is fixed to the shaft 80 and rotates with the rotation of the shaft 80. The fan-side end bracket 32 and the bearing 36 are located inside the fan cover 34 together with the fan, and are not shown in FIG.

固定子４０は、軸方向に延びる固定子スロット５０を周方向に等間隔に多数有する固定子鉄心４２と、この固定子鉄心４２の各固定子スロット５０に巻回された多相（本例では３相）の固定子巻線４４とを備えている。固定子鉄心４２は、軸方向に電磁鋼板（珪素鋼板）を積層して構成されている。各相の固定子巻線４４は、結線４８によってスター結線又はデルタ結線されている。各相の固定子巻線４４には、それぞれ引き出し線４６を介して交流端子（不図示）からの交流電流が供給される。これら引き出し線４６及び結線４８は、それぞれハウジング３０内において固定子巻線４４の外側に配置される。そして、誘導電動機１０の外部の交流電源からの３相交流が交流端子に供給され、それが引き出し線４６を介して固定子巻線４４に供給されることにより、固定子４０は交流電流の周波数に基づく回転磁界を発生させる。この回転磁界により回転子６０の導体に回転子電流を誘導し、この回転子電流と回転磁界との作用により回転子６０に回転トルクを与える。   The stator 40 includes a stator core 42 having a large number of stator slots 50 extending in the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, and a multi-phase wound in each stator slot 50 of the stator core 42 (in this example, And a three-phase stator winding 44. The stator core 42 is configured by laminating electromagnetic steel plates (silicon steel plates) in the axial direction. The stator windings 44 of each phase are star-connected or delta-connected by a connection 48. An AC current from an AC terminal (not shown) is supplied to the stator windings 44 of each phase via lead wires 46, respectively. The lead wire 46 and the connection wire 48 are respectively arranged outside the stator winding 44 in the housing 30. Then, three-phase alternating current from an alternating current power supply outside the induction motor 10 is supplied to the alternating current terminal, and is supplied to the stator winding 44 via the lead wire 46, so that the stator 40 has a frequency of alternating current. A rotating magnetic field based on A rotor current is induced in the conductor of the rotor 60 by the rotating magnetic field, and a rotational torque is applied to the rotor 60 by the action of the rotor current and the rotating magnetic field.

＜回転子の構成＞
図３は回転子６０の概略構成を表す斜視図、図４は分解図である。 <Configuration of rotor>
3 is a perspective view showing a schematic configuration of the rotor 60, and FIG. 4 is an exploded view.

回転子６０は、電磁鋼板（珪素鋼板）６３を軸方向に積層して構成した回転子鉄心（積層鉄心）６２と、回転子鉄心６２を軸方向に貫通する回転子スロット６４に挿入された導電バー６６と、回転子鉄心６２の両端に配置され導電バー６６を電気的に短絡するエンドリング（短絡環）６８とを備えている。   The rotor 60 includes a rotor core (laminated core) 62 formed by laminating electromagnetic steel plates (silicon steel plates) 63 in the axial direction, and a conductive member inserted into a rotor slot 64 penetrating the rotor core 62 in the axial direction. A bar 66 and end rings (short-circuiting rings) 68 that are disposed at both ends of the rotor core 62 and electrically short-circuit the conductive bar 66 are provided.

回転子鉄心６２を構成する電磁鋼板６３は、パンチング加工又はエッチング加工により形成され、これらの加工工程で回転子スロット６４も同時成形される。電磁鋼板６３の表面にはメッキ処理が施されている。メッキ処理としては、無機、有機又は半有機皮膜等が一般的である。回転子スロット６４は電磁鋼板６３の外周側に周方向に等間隔に成形され、電磁鋼板６３を積層することにより回転子鉄心６２の軸方向に延在する。各回転子スロット６４に導電バー６６が挿入されることにより、導電バー６６が回転子鉄心６２の周方向に等間隔で配置される。本例では、回転子スロット６４が回転子鉄心６２の内部を通り回転子鉄心６２の内部に完全に埋設される構成を例示しているが、回転子スロット６４の回転子径方向外側（固定子４０側）が軸方向に延びるスリットによって開口する形状としても良い。   The electromagnetic steel plate 63 constituting the rotor core 62 is formed by punching or etching, and the rotor slot 64 is simultaneously formed by these processing steps. The surface of the electromagnetic steel plate 63 is plated. As the plating treatment, an inorganic, organic or semi-organic film is generally used. The rotor slots 64 are formed at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral side of the electromagnetic steel plate 63, and extend in the axial direction of the rotor core 62 by stacking the electromagnetic steel plates 63. By inserting the conductive bar 66 into each rotor slot 64, the conductive bar 66 is arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core 62. In this example, a configuration in which the rotor slot 64 passes through the rotor core 62 and is completely embedded in the rotor core 62 is illustrated. 40 side) may be opened by a slit extending in the axial direction.

エンドリング６８は、銅を主材料とする材質で形成されており、導電バー６６に係合するスロット６９を外周部に有している。スロット６９は、エンドリング６８を軸方向に貫通し周方向に等間隔で複数設けられており、エンドリング６８の外周面より内部に全体が埋設された構成とする場合もあるが、本例ではスロット６９の外周側（固定子４０側）が開口している。そのため、エンドリング６８は、軸方向から見ると歯車形に形成されており、ここに係合する導電バー６６の端部の固定子４０との対向側の面は露出する。本例の場合、エンドリング６８のスロット６９は導電バー６６の断面形状とほぼ同形に形成されており、スロット６９に導電バー６６の端部が入り込むことにより、スロット６９を導電バー６６で埋めてエンドリング６８を円形状にしている。なお、図１に図示したように、エンドリング６８の端面（軸方向を向く面）に軸方向に延びるファンが設けられる場合もあるが、図３以降ではエンドリング６８の端面はフラットなものとする。   The end ring 68 is made of copper as a main material, and has a slot 69 that engages with the conductive bar 66 on the outer peripheral portion. A plurality of slots 69 are provided at equal intervals in the circumferential direction through the end ring 68, and there are cases where the whole is embedded inside the outer peripheral surface of the end ring 68. The outer peripheral side (stator 40 side) of the slot 69 is open. Therefore, the end ring 68 is formed in a gear shape when viewed from the axial direction, and the surface of the end portion of the conductive bar 66 that engages with the end ring 68 is opposed to the stator 40. In the case of this example, the slot 69 of the end ring 68 is formed substantially in the same shape as the cross-sectional shape of the conductive bar 66, and the end of the conductive bar 66 enters the slot 69 so that the slot 69 is filled with the conductive bar 66. The end ring 68 is circular. As shown in FIG. 1, a fan extending in the axial direction may be provided on the end surface (surface facing in the axial direction) of the end ring 68. However, in FIG. 3 and later, the end surface of the end ring 68 is assumed to be flat. To do.

導電バー６６は、導電材料、例えば銅を主材料とする導体により形成され、断面形状は回転子スロット６４の開口形状とほぼ同形の断面形状で、長さは両エンドリング６８と回転子鉄心６２の軸方向長さとほぼ同寸法である。したがって、導電バー６６の端面はエンドリング６８の端面（軸方向を向く面）とほぼ面一となっている。各導電バー６６は、両端に接合されたエンドリング６８によって電気的に短絡されており、回転磁界により電圧が誘起され電流が流れる。この電流と回転磁界との作用により回転子６０に回転トルクが発生する。導電バー６６とエンドリング６８は摩擦拡散接合により接合される（詳細は後述）。なお、本例では、導電バー６６の断面形状は半楕円形を例示しているが、断面形状は限定されず、円形、楕円形、半円形、菱形、矩形等の他の形状に置き換えることもできる。   The conductive bar 66 is formed of a conductive material, for example, a conductor whose main material is copper, and has a cross-sectional shape that is substantially the same as the opening shape of the rotor slot 64, and has a length of both end rings 68 and the rotor core 62. Is approximately the same dimension as the axial length of Therefore, the end surface of the conductive bar 66 is substantially flush with the end surface of the end ring 68 (surface facing the axial direction). Each conductive bar 66 is electrically short-circuited by end rings 68 joined to both ends, a voltage is induced by a rotating magnetic field, and a current flows. A rotational torque is generated in the rotor 60 by the action of the current and the rotating magnetic field. The conductive bar 66 and the end ring 68 are joined by friction diffusion welding (details will be described later). In this example, the cross-sectional shape of the conductive bar 66 is exemplified as a semi-elliptical shape, but the cross-sectional shape is not limited, and may be replaced with other shapes such as a circular shape, an elliptical shape, a semi-circular shape, a rhombus shape, and a rectangular shape. it can.

なお、前述したように電磁鋼板を積層して固定子鉄心４２及び回転子鉄心６２を構成したことにより、渦電流の発生による鉄損の低減作用が得られる。渦電流損の大きさは板厚に伴って増大するので、板厚を薄くするほど渦電流損は急激に減少する。   As described above, the stator iron core 42 and the rotor iron core 62 are configured by laminating the electromagnetic steel plates, so that an effect of reducing iron loss due to generation of eddy current can be obtained. Since the magnitude of the eddy current loss increases with the plate thickness, the eddy current loss decreases rapidly as the plate thickness is reduced.

＜回転子の製造方法＞
ここでは、本実施例における回転子６０の製造工程を説明する。 <Method for manufacturing rotor>
Here, the manufacturing process of the rotor 60 in the present embodiment will be described.

回転子６０を製造する際、まず摩擦攪拌接合をする前に、図３に示した状態にエンドリング６８、導電バー６６及び回転子鉄心６２を組み立てる。   When manufacturing the rotor 60, first, before the friction stir welding, the end ring 68, the conductive bar 66, and the rotor core 62 are assembled in the state shown in FIG.

図５は図４中のＡ−Ａ断面による断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

前述したように、電磁鋼板６３を積層した回転子鉄心６２には数百ミクロンの隙間が存在するため、回転子鉄心６２とエンドリング６８を治具７１により軸方向（図５の場合上下方向）からクランプし、回転子鉄心６２中の電磁鋼板６３間の隙間を除外する。図５に例示した治具７１は、例えばエンドリング６８の中心孔の内径ｒよりも径が大きな大径部と内径ｒよりも径が小さな小径部とを有し、小径部をエンドリング６８の中心孔に入れて中心孔周りを大径部で押える構成である。大径部からの小径部の突出量は、エンドリング６８の厚みの範囲に止め、小径部先端が回転子鉄心６２に干渉しないようにする必要がある。   As described above, since there is a gap of several hundred microns in the rotor core 62 on which the electromagnetic steel plates 63 are laminated, the rotor core 62 and the end ring 68 are axially moved by the jig 71 (in the vertical direction in FIG. 5). And the gap between the electromagnetic steel sheets 63 in the rotor core 62 is excluded. The jig 71 illustrated in FIG. 5 has, for example, a large-diameter portion whose diameter is larger than the inner diameter r of the center hole of the end ring 68 and a small-diameter portion whose diameter is smaller than the inner diameter r. It is the structure which puts in a center hole and presses the circumference of a center hole with a large diameter part. The amount of protrusion of the small-diameter portion from the large-diameter portion needs to be stopped within the range of the thickness of the end ring 68 so that the tip of the small-diameter portion does not interfere with the rotor core 62.

また、摩擦攪拌接合時に発生する横荷重に対してエンドリング６８と導電バー６６が座堀しないように、エンドリング６８の端面６８ａとほぼ面一となる端面７５ａを有する複数の治具７５によりエンドリング６８及び回転子鉄心６２を径方向外側からクランプする。図５に例示した治具７５は、クランプ面が回転子鉄心６２とエンドリング６８の外周面の段差に対応した形状をしており、エンドリング６８及び回転子鉄心６２に径方向外側から軸方向の位置によって押圧力の差が大きくならないように一様に押圧する。各治具７５は、周方向に適当な間隔をもってエンドリング６８及び回転子鉄心６２をクランプする。   In addition, the end ring 68 and the conductive bar 66 are not end up against a lateral load generated at the time of friction stir welding, and the end is provided by a plurality of jigs 75 having end faces 75a that are substantially flush with the end face 68a of the end ring 68. The ring 68 and the rotor core 62 are clamped from outside in the radial direction. In the jig 75 illustrated in FIG. 5, the clamp surface has a shape corresponding to the step between the outer peripheral surfaces of the rotor core 62 and the end ring 68, and the end ring 68 and the rotor core 62 are axially extended from the radially outer side. The pressure is uniformly pressed so that the difference in the pressing force does not become large depending on the position. Each jig 75 clamps the end ring 68 and the rotor core 62 at an appropriate interval in the circumferential direction.

このとき、本例ではエンドリング６８の端面６８ａと導電バー６６の端面６６ａを面一にした場合を例示したが、導電バー６６は、その端面６６ａがエンドリング６８の端面６８ａから若干突出する長さであっても良い。この場合は、エンドリング６８の端面６８ａから突出した部分は摩擦攪拌接合時にバリとして除去される。   In this example, the end face 68a of the end ring 68 and the end face 66a of the conductive bar 66 are illustrated as being flush with each other, but the conductive bar 66 has a length in which the end face 66a slightly protrudes from the end face 68a of the end ring 68. It may be. In this case, the portion protruding from the end face 68a of the end ring 68 is removed as a burr during friction stir welding.

図６は摩擦撹拌接合の様子を表した図である。   FIG. 6 is a diagram showing the state of friction stir welding.

図６において、摩擦攪拌接合用の回転ツール８０は、円柱状のショルダ部８１の端面（被接合材への貫入方向を向いた端面）８２に同軸上にピン状のプローブ８３を突設した構成であり、端面８２は面中心（プローブ８３）に向かってプローブ８３の突出方向に傾斜した曲面を構成している。ショルダ部８１の直径はプローブ８３の直径より大きく（例えば２〜３倍程度）、エンドリング６８の幅Ｘ（外径と内径の差の半分）より小さい。プローブ８３の長さはエンドリング６８の厚さより小さくする。回転ツール８０の先端形状を図７に拡大して示した。   In FIG. 6, a rotary tool 80 for friction stir welding has a configuration in which a pin-like probe 83 is projected coaxially on an end surface (an end surface facing the penetration direction into the material to be joined) 82 of a cylindrical shoulder portion 81. The end surface 82 forms a curved surface that is inclined in the protruding direction of the probe 83 toward the surface center (probe 83). The diameter of the shoulder portion 81 is larger than the diameter of the probe 83 (for example, about 2 to 3 times) and smaller than the width X of the end ring 68 (half the difference between the outer diameter and the inner diameter). The length of the probe 83 is made smaller than the thickness of the end ring 68. The tip shape of the rotary tool 80 is shown enlarged in FIG.

回転ツール８０を用いる際には、回転子６０の中心（軸線）をレーザ変位計により測定し、例えばショルダ部８１のコーナ部（端面８２の外縁部）８４がエンドリング６８又は導電バー６６の外縁部６７から所定の距離（例えば０．５ｍｍ）だけ内側に位置するように回転ツール８０をセットした。すなわち、回転ツール８０のエンドリング６８及び導電バー６６との接触部の軌跡の最外部が、計測した回転子３０の中心周りにエンドリング６８の直径よりも僅かに小さな円を描くように回転ツール８０の位置を決める。回転ツール８０をエンドリング６８又は導電バー６６の端面に貫入する際には、回転ツール８０の傾きを０°とし（エンドリング６８の端面６８ａに対して垂直とし）、回転ツール８０を回転させ、コーナ部８４がエンドリング６８の端面６８ａ又は導電バー６６の端面６６ａに接触するまで貫入する。したがって、回転ツール８０の実質的な貫入深さはプローブ８３の先端部からコーナ部８４までの垂直距離である。摩擦撹拌接合の条件を例示すると、例えばスピンドル回転数（回転ツール８０の回転数）を１０００ｒｐｍ、走行速度（回転ツール８０の移動速度）を２００ｍｍ／分程度とする。回転数の適用範囲は３００〜２５００ｒｐｍと広く、走行速度は回転数に依存して適正範囲がある。例えば回転数１０００ｒｐｍの場合、走行速度を１００〜４００ｍｍ／分の領域で設定すると健全な接合部が得られる。   When the rotary tool 80 is used, the center (axis line) of the rotor 60 is measured by a laser displacement meter. For example, the corner portion (outer edge portion of the end face 82) 84 of the shoulder portion 81 is the outer edge of the end ring 68 or the conductive bar 66. The rotary tool 80 was set so as to be located at a predetermined distance (for example, 0.5 mm) from the portion 67. That is, the rotation tool is such that the outermost portion of the locus of the contact portion between the end ring 68 and the conductive bar 66 of the rotation tool 80 draws a circle slightly smaller than the diameter of the end ring 68 around the measured center of the rotor 30. Determine the position of 80. When penetrating the rotary tool 80 into the end face of the end ring 68 or the conductive bar 66, the rotary tool 80 is inclined at 0 ° (perpendicular to the end face 68a of the end ring 68), and the rotary tool 80 is rotated. The corner portion 84 penetrates until the end surface 68a of the end ring 68 or the end surface 66a of the conductive bar 66 comes into contact. Therefore, the substantial penetration depth of the rotary tool 80 is a vertical distance from the tip end portion of the probe 83 to the corner portion 84. As an example of the friction stir welding conditions, for example, the spindle rotational speed (the rotational speed of the rotary tool 80) is set to 1000 rpm, and the traveling speed (the moving speed of the rotary tool 80) is set to about 200 mm / min. The application range of the rotational speed is as wide as 300 to 2500 rpm, and the traveling speed has an appropriate range depending on the rotational speed. For example, when the rotational speed is 1000 rpm, a sound joint can be obtained by setting the traveling speed in the region of 100 to 400 mm / min.

図８に本実施例に例示する接合部の軌跡を示す。   FIG. 8 shows the trajectory of the joint illustrated in this embodiment.

摩擦撹拌接合による接合部９０は、開始点９１から回転子６０と同心円状の軌跡を描いて一周し、開始点９１に戻ったら導電バー６６の端面６６ａを避けた位置に終了点９２をとるようにする。本例では開始点９１に戻ったら回転ツール８０をそのまま内周側に移動させ、導電バー６６よりも内周側にプローブ８３が回避した後に回転ツール８０をエンドリング６８から引き抜く。すなわち、終了点９２に形成される終端穴（プローブ８３の貫入跡）を導電バー６６よりも内周側の位置に形成する。終了点９２は、導電バー６６の内周側の他、隣り合う導電バー６６，６６の間の位置としても良い。導電バー６６よりも外周側にスペースがある場合は外周側を終了点９２としても良い。   The joint 90 by friction stir welding makes a round from the start point 91 while drawing a concentric locus with the rotor 60, and when returning to the start point 91, the end point 92 is taken at a position avoiding the end face 66a of the conductive bar 66. To. In this example, when returning to the start point 91, the rotary tool 80 is moved to the inner peripheral side as it is, and after the probe 83 avoids the inner peripheral side of the conductive bar 66, the rotary tool 80 is pulled out from the end ring 68. That is, a terminal hole (a trace of penetration of the probe 83) formed at the end point 92 is formed at a position on the inner peripheral side with respect to the conductive bar 66. The end point 92 may be a position between the adjacent conductive bars 66 and 66 in addition to the inner peripheral side of the conductive bar 66. When there is a space on the outer peripheral side of the conductive bar 66, the outer peripheral side may be set as the end point 92.

このようにして円周状の軌跡を描いて摩擦攪拌接合による接合部９０を形成することにより、各導電バー６６とエンドリング６８とが金属接合される。   In this way, by forming a joint 90 by friction stir welding while drawing a circumferential trajectory, each conductive bar 66 and the end ring 68 are metal-joined.

＜摩擦撹拌接合による接合部＞
図９は回転子６０の中心軸を通る平面で切断した接合部９０の断面の模式図である。 <Joint part by friction stir welding>
FIG. 9 is a schematic diagram of a cross section of the joint 90 cut along a plane passing through the central axis of the rotor 60.

接合部９０の表面９０ａはエンドリング６８の端面６８ａとほぼ同じ高さであり、回転ツール８０の通過による断面積の変化はほぼ発生しない。導電バー６６の断面においては、導電バー６６の端面６６ａのうち回転子の中心側の部分は接合部９０にカバーされているが、接合部９０の外周側（固定子側）には幅ｄの非接合部９３が形成されている。回転子の径方向外側から見た場合、この非接合部９３においては導電バー６６の端部は周囲のエンドリング６８の端面６８ａと接合されておらず、単に周囲のエンドリング６８のスロット６９の内壁に当接、或いは僅かな間隙を介して離間している。また、接合部９０の深さ寸法はエンドリング６８の厚みよりも小さく、接合部９０のエンドリング端面６８ａからの最深部と回転子鉄心６２の端面６２ａとの間には距離Ｄが確保されている。例えばエンドリング６８の厚みｔが５ｍｍの場合、回転ツール８０の先端部からコーナ部８４までの貫入方向距離（回転ツール８０の貫入深さ）を４ｍｍかそれよりも若干小さい値とすることで、１ｍｍ程度の距離Ｄが確保される。   The surface 90a of the joint 90 is substantially the same height as the end surface 68a of the end ring 68, and the change in the cross-sectional area due to the passage of the rotary tool 80 hardly occurs. In the cross section of the conductive bar 66, a portion of the end surface 66 a of the conductive bar 66 on the center side of the rotor is covered by the joint portion 90, but the outer peripheral side (stator side) of the joint portion 90 has a width d. A non-joining portion 93 is formed. When viewed from the outside in the radial direction of the rotor, the end portion of the conductive bar 66 is not joined to the end face 68a of the surrounding end ring 68 in the non-joining portion 93, and simply the slot 69 of the surrounding end ring 68. It abuts on the inner wall or is separated by a slight gap. Further, the depth dimension of the joint portion 90 is smaller than the thickness of the end ring 68, and a distance D is secured between the deepest portion from the end ring end surface 68 a of the joint portion 90 and the end surface 62 a of the rotor core 62. Yes. For example, when the thickness t of the end ring 68 is 5 mm, the penetration direction distance (penetration depth of the rotary tool 80) from the tip end portion of the rotary tool 80 to the corner portion 84 is set to 4 mm or a slightly smaller value. A distance D of about 1 mm is ensured.

＜実施例の作用効果＞
図１０は固定子４０からの発生磁束を模式的に表した図で、回転軸に直交する面で切断した誘導発電機１０の断面において固定子４０と回転子６０の対向部を図示している。 <Effects of Example>
FIG. 10 is a diagram schematically showing the magnetic flux generated from the stator 40, and illustrates the facing portion of the stator 40 and the rotor 60 in the cross section of the induction generator 10 cut along a plane orthogonal to the rotation axis. .

多相交流回転電機（本例では３相交流回転電機）では、固定子からの磁束に含まれている高調波磁束によって回転子に表面損が発生する。特に、かご型誘導電動機においては、固定子鉄心と回転子鉄心との空隙が極めて狭いので表面損が増加する傾向にある。かご型誘導電動機では、鉄損における表面損の占める割合が比較的大きく効率低下につながる。   In a multi-phase AC rotating electric machine (three-phase AC rotating electric machine in this example), a surface loss occurs in the rotor due to harmonic magnetic flux included in the magnetic flux from the stator. In particular, in a squirrel-cage induction motor, the surface loss tends to increase because the gap between the stator core and the rotor core is extremely narrow. In the squirrel-cage induction motor, the ratio of the surface loss to the iron loss is relatively large, leading to a reduction in efficiency.

図１０において、固定子鉄心４２の内周面（回転子鉄心６２との対向面）には、周方向に所定間隔で固定子スロット５０が並んでいる。固定子スロット５０の内部には、三相の固定子巻線４４が組込まれており、この固定子巻線４４に供給される３相交流電流の周波数に基づいて回転磁界が発生する。なお、周方向に隣り合う固定子スロット５０の間には固定子ティース５２が存在し、これら固定子ティース５２が、回転子６０への又は回転子６０からの磁束を通す磁気通路として作用する。これら固定子ティース５２は、各々ほぼ同一形状でほぼ同一の断面積である。図１０では、固定子スロット５０の内部に固定子巻線４４が径方向に２組配置されているが、これは一例であり、さらに多数の固定子巻線が挿入される場合もある。「Ｕ」「Ｖ」「Ｗ」の表示は、固定子巻線４４がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線であることを示している。固定子鉄心４２の内周面側には、空隙δを介して回転子鉄心６２が対向し、この回転子鉄心６２の表面近傍には導電バー６６が回転軸方向に延びて埋設されている。   In FIG. 10, stator slots 50 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the stator core 42 (the surface facing the rotor core 62). A three-phase stator winding 44 is incorporated in the stator slot 50, and a rotating magnetic field is generated based on the frequency of the three-phase alternating current supplied to the stator winding 44. Note that stator teeth 52 exist between the stator slots 50 adjacent in the circumferential direction, and these stator teeth 52 act as magnetic paths through which the magnetic fluxes to or from the rotor 60 pass. These stator teeth 52 have substantially the same shape and substantially the same cross-sectional area. In FIG. 10, two sets of stator windings 44 are arranged in the radial direction inside the stator slot 50. However, this is an example, and a larger number of stator windings may be inserted. The indications “U”, “V”, and “W” indicate that the stator winding 44 is a U-phase, V-phase, or W-phase winding. On the inner peripheral surface side of the stator core 42, a rotor core 62 is opposed via a gap δ, and a conductive bar 66 is embedded in the vicinity of the surface of the rotor core 62 so as to extend in the direction of the rotation axis.

このように構成されたかご型誘導電動機において、その運転時における空隙δにおける磁束Φを解析すると、空隙δには図１０に図示したように回転子６０を回転させる基本波磁束Φｂの他、脈動する比較的小さな高調波脈動磁束Φ０がある。なお、図１０に示した基本波磁束Φｂと高調波脈動磁束Φ０の波形は平均値を示したものである。実際の基本波磁束と高調波脈動磁束は、図１０中に代表線を矢印で示したような磁路を通る。例えば、図１０中の基本波磁束に直交する点線を表したが、この点線は矢印（代表線）以外にも矢印近傍に無数の基本波磁束の磁路が形成されることを表している。   When analyzing the magnetic flux Φ in the gap δ during the operation of the cage induction motor configured as described above, the gap δ includes a pulsation in addition to the fundamental magnetic flux Φb that rotates the rotor 60 as illustrated in FIG. There is a relatively small harmonic pulsating magnetic flux Φ0. The waveforms of the fundamental wave magnetic flux Φb and the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 shown in FIG. 10 indicate average values. The actual fundamental wave flux and the harmonic pulsation flux pass through the magnetic path as shown by the arrow in FIG. For example, although a dotted line orthogonal to the fundamental wave magnetic flux in FIG. 10 is shown, this dotted line represents that innumerable magnetic paths of the fundamental wave magnetic flux are formed in the vicinity of the arrow in addition to the arrow (representative line).

高調波脈動磁束Φ０は、主として固定子４０と回転子６０との間のパーミアンス変動により生じ、又は固定子巻線４４が固定子スロット５０の内部に挿入されているために生ずる起磁力の凹凸によって生ずるものである。また、要因としてはインバータの搬送波による電流の導通／遮断も考えられる。この高調波脈動磁束Φ０は回転子６０のトルクを得る上では不要な成分である。   The harmonic pulsation magnetic flux Φ0 is mainly caused by permeance fluctuation between the stator 40 and the rotor 60, or due to unevenness of magnetomotive force caused by the stator winding 44 being inserted into the stator slot 50. It happens. Another possible cause is conduction / cut-off of current by the carrier wave of the inverter. The harmonic pulsating magnetic flux Φ0 is an unnecessary component for obtaining the torque of the rotor 60.

この高調波脈動磁束Φ０が回転状態にある回転子６０に入ると、回転子鉄心６２に高調波鉄損を発生させ、さらに導電バー６６に高調波の渦電流を誘起して高調波渦電流損を発生する。この高調波鉄損及び高調波渦電流損が表面損となる。高調波渦電流損は、導電バー６６、特に空隙δ寄りの導電バー６６に発生し、高調波鉄損は、空隙δ寄りの回転子鉄心６２に発生する。ここで、高調波脈動磁束Φ０に起因する回転子６０の各部の磁束密度の大きさをＢｈ、回転子６０での高調波脈動磁束Φ０の周波数（すなわち高調波脈動磁束Φ０が回転子に入射されたときの回転子の座標系でみた周波数）をｆｎと定義した場合、Ｂｈ，ｆｎは、次のようになる。   When this harmonic pulsating magnetic flux Φ0 enters the rotating rotor 60, a harmonic iron loss is generated in the rotor core 62, and a harmonic eddy current is induced in the conductive bar 66 to cause the harmonic eddy current loss. Is generated. This harmonic iron loss and harmonic eddy current loss become surface loss. Harmonic eddy current loss occurs in the conductive bar 66, particularly in the conductive bar 66 near the gap δ, and harmonic iron loss occurs in the rotor core 62 near the gap δ. Here, the magnitude of the magnetic flux density of each part of the rotor 60 caused by the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 is Bh, and the frequency of the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 in the rotor 60 (that is, the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 is incident on the rotor). Bh and fn are as follows, when fn is defined as the frequency seen in the coordinate system of the rotor at that time.

例えば、固定子スロット５０数をＮ５、回転子６０の回転速度をｎ（ｒｐｓ）とした場合、この状態の回転子６０に入射される高調波脈動磁束Φ０の周波数ｆｎは、ｆｎ＝Ｎ５×ｎとなる。このとき、回転子６０の磁束密度であるＢｈ及び回転子６０に入射される高調波脈動磁束Φ０の周波数であるｆｎを用いると、高調波渦電流損Ｗｅは、
Ｗｅ∝ｆｎ２×Ｂｈ２ ・・・（１）
と表される。 For example, when the number of stator slots 50 is N5 and the rotational speed of the rotor 60 is n (rps), the frequency fn of the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 incident on the rotor 60 in this state is fn = N5 × n It becomes. At this time, when using Bh which is the magnetic flux density of the rotor 60 and fn which is the frequency of the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 incident on the rotor 60, the harmonic eddy current loss We is
We∝fn 2 × Bh 2 (1)
It is expressed.

一方、高調波鉄損Ｗｈは、渦電流損Ｗｉｅとヒステリシス損Ｗｉｈとに分けられる。この渦電流損Ｗｉｅは上式（１）と同様に表わされ、又ヒステリシス損Ｗｉｈは、
Ｗｉｈ∝ｆｎ１〜１．５×Ｂｈ１．５〜２ ・・・（２）
と表される。 On the other hand, the harmonic iron loss Wh is divided into an eddy current loss Wie and a hysteresis loss Wih. The eddy current loss Wie is expressed in the same manner as the above equation (1), and the hysteresis loss Wih is
Wih∝fn 1-1.5 × Bh 1.5-2 (2)
It is expressed.

これらの式（１）及び式（２）からわかるように両損失ＷｅとＷｉｈは、高調波脈動磁束Φ０の周波数ｆｎと回転子の磁束密度Ｂｈとが増加するとともに急増することが判る。   As can be seen from these equations (1) and (2), both losses We and Wih increase rapidly as the frequency fn of the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 and the magnetic flux density Bh of the rotor increase.

この問題となる高周波脈動磁束Φ０を観察すると、この高調波脈動磁束Φ０は、固定子スロット５０の数に基づいていることが判った。この現象は固定子鉄心４２と回転子鉄心６２との間のパーミアンスが、固定子スロット５０の部分と固定子ティース５２の部分とでは異なることに起因している。固定子巻線４４が固定子スロット５０の内部に位置しているので、起磁力が固定子スロット５０に対応した階段状態で変化するためである。   When observing the high-frequency pulsating magnetic flux Φ0 that causes this problem, it was found that the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 is based on the number of stator slots 50. This phenomenon is caused by the fact that the permeance between the stator core 42 and the rotor core 62 differs between the stator slot 50 and the stator teeth 52. This is because the magnetomotive force changes in a staircase state corresponding to the stator slot 50 because the stator winding 44 is positioned inside the stator slot 50.

空隙δのある時点における瞬時の磁束分布は、正弦波状の基本波成分Φｂに高調波脈動磁束Φ０が重畳している。固定子巻線４４が固定子鉄心４２の固定子スロット５０に組込まれているので、高調波脈動磁束Φ０は固定子ティース５２に対応する部分で大きくなり、固定子スロット５０に対応する部分で小さくなる。   In the instantaneous magnetic flux distribution at a certain time of the gap δ, the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 is superimposed on the sinusoidal fundamental wave component Φb. Since the stator winding 44 is incorporated in the stator slot 50 of the stator core 42, the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 increases at a portion corresponding to the stator teeth 52 and decreases at a portion corresponding to the stator slot 50. Become.

したがって、固定子４０と回転子６０との間の空隙δの磁束分布は、図１１に示したように固定子鉄心４２の固定子ティース５２及び固定子スロット５０に対応して変化する。この高調波脈動磁束Φ０を詳細に観察すると、ある特定の固定子ティース５２の部分で常に大きな値となり、しかもそれが周期的に現れる。このように、各々の固定子ティース５２の磁束の大きさは固定子ティース５２によって異なり、高調波脈動磁束Φ０はある特定の周期で高調波脈動磁束Φ０の大きい部分が現れることが観測された。   Therefore, the magnetic flux distribution in the gap δ between the stator 40 and the rotor 60 changes corresponding to the stator teeth 52 and the stator slots 50 of the stator core 42 as shown in FIG. When this harmonic pulsation magnetic flux Φ0 is observed in detail, it always becomes a large value at a certain portion of the stator teeth 52, and it appears periodically. Thus, it was observed that the magnitude of the magnetic flux of each stator tooth 52 differs depending on the stator teeth 52, and the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 appears to have a large portion of the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 at a specific period.

図１１において「Ｕ」と表示した固定子巻線４４はＵ相巻線、「Ｖ」と表示した固定子巻線４４はＶ相巻線、「Ｗ」と表示した固定子巻線４４はＷ相巻線である。   In FIG. 11, the stator winding 44 labeled “U” is a U-phase winding, the stator winding 44 labeled “V” is a V-phase winding, and the stator winding 44 labeled “W” is a W-phase winding. It is a phase winding.

高調波脈動磁束Φ０の大きく現れる位置は、隣り合う固定子スロット５０に組込まれた固定子巻線４４に流れる電流の位相が互いに異なっている部分である。すなわち、固定子ティース５２のうち「Ａ」と表示した固定子ティース５２は、左側の固定子スロット５０にはＷ相とＵ相との固定子巻線４４が、右側の固定子スロット５０にはＵ相とＵ相との固定子巻線４４が配置されている。ここでは隣り合う固定子巻線４４の電流位相が異なっている。「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」と表示した固定子ティース５２も同様の状態であり、互いに隣り合う固定子巻線４４の電流位相が異なっている。   The position where the harmonic pulsation magnetic flux Φ0 appears is a portion where the phases of the currents flowing through the stator windings 44 incorporated in the adjacent stator slots 50 are different from each other. That is, among the stator teeth 52, the stator teeth 52 indicated as “A” have a W-phase and U-phase stator winding 44 in the left stator slot 50 and a right stator slot 50. U-phase and U-phase stator windings 44 are arranged. Here, the current phases of the adjacent stator windings 44 are different. The stator teeth 52 labeled “B”, “C”, and “D” are also in the same state, and the current phases of the stator windings 44 adjacent to each other are different.

これに対し、固定子鉄心４２の「Ｅ」と表示した固定子ティース５２は、左右両側の固定子巻線４４が形成される固定子スロット５０には、ともにＷ相とＵ相の固定子巻線４４が配置されており、隣り合う固定子巻線４４の電流位相が等しい。それぞれ「Ｆ」「Ｇ」「Ｈ」と表示した固定子ティース５２も同じく、隣り合う固定子スロット５０に形成される固定子巻線４４の電流位相が等しい状態にある。これらＥ〜Ｈの固定子ティースに対応する空隙δでの高調波脈動磁束Φ０は小さくなっている。   On the other hand, the stator teeth 52 indicated by “E” of the stator core 42 are both W-phase and U-phase stator windings in the stator slots 50 in which the stator windings 44 on both the left and right sides are formed. Line 44 is arranged and the current phases of adjacent stator windings 44 are equal. Similarly, the stator teeth 52 labeled “F”, “G”, and “H” are in a state where the current phases of the stator windings 44 formed in the adjacent stator slots 50 are equal. The harmonic pulsation magnetic flux Φ0 in the gap δ corresponding to the stator teeth E to H is small.

なお、図１１は三相・二層・短節巻の固定子巻線の例であるが、実験すると三相・一層・短節巻の固定子巻線についても同じ現象が確認される。すなわち、隣り合う固定子巻線４４の電流位相が異なる場合に、高調波脈動磁束Φ０が部分的に大きくなる。   FIG. 11 shows an example of a three-phase, two-layer, and short-pitch stator winding, but the same phenomenon is confirmed in a three-phase, one-layer, and short-pitch stator winding. That is, when the current phases of the adjacent stator windings 44 are different, the harmonic pulsating magnetic flux Φ0 partially increases.

このように、多相誘導電動機では、その構造上、高調波脈動磁束の発生を回避することは難しく、これにより導電バーに発生する高調波電流による発熱をいかにして抑えるかが更なる効率向上を狙う上で重要である。   In this way, it is difficult to avoid the generation of harmonic pulsating magnetic flux in the multiphase induction motor due to its structure, and this will further improve the efficiency of how to suppress the heat generation due to the harmonic current generated in the conductive bar. It is important in aiming.

そこで本実施例では、高調波脈動磁束が表示効果により導体表面付近を流れる特性に着目し、前述した如く導電バー６６の端部６６ａのうち固定子側に幅ｄの非接合部９３を形成した。すなわち、非接合部９３においては、導電バー６６とエンドリング６８とが離間している、或いは当接していても電気抵抗が高くなっているので、導電バー６６に高調波電流が流れ難い。言い換えれば、高調波脈動磁束が入り込む領域を避けて接合部９０が形成されている。これにより、高調波電流による導電バー６６の発熱を抑え、固定子の発生磁束を効率的にトルクに変換し効率を向上させることができる。   Therefore, in this embodiment, paying attention to the characteristic that the harmonic pulsating magnetic flux flows near the conductor surface due to the display effect, as described above, the non-joint portion 93 having the width d is formed on the stator side of the end portion 66a of the conductive bar 66. . That is, in the non-joint portion 93, since the electrical resistance is high even if the conductive bar 66 and the end ring 68 are separated from or in contact with each other, the harmonic current hardly flows through the conductive bar 66. In other words, the junction 90 is formed avoiding the region where the harmonic pulsating magnetic flux enters. As a result, the heat generation of the conductive bar 66 due to the harmonic current can be suppressed, and the magnetic flux generated by the stator can be efficiently converted into torque to improve the efficiency.

なお、高調波脈動磁束は回転子６０の回転数が高速であるほど周波数が高くなり、周波数が高くなるほど表皮効果により導体への流入深さは浅くなる。したがって、駆動時の想定回転数が高い誘導電動機、固定子の極数が多い誘導電動機ほど、本構成の適用により得られる効果が大きい。例えば自動車に用いる誘導電動機等は１００００ｒｐｍを超える回転数で駆動する場合があるので、本構成の適用により大きなメリットが期待される。また、非接合部９３の幅ｄは想定周波数や極数に応じて設定することにより、効果的に高調波電流の流れを抑制することができる。但し、基本波磁束による回転トルクを必要十分に誘起するとともに、かつ導電バー６６とエンドリング６８の十分な接合強度を確保するだけの接合部９０の幅は確保する必要がある。本例では距離ｄ＝０．５ｍｍになるように円接合を行ったが、多くの場合、例えばｄ≦１ｍｍにすれば導電バー６６における高調波電流の流れの抑制効果を得ることができる。   Note that the higher the number of rotations of the rotor 60, the higher the frequency of the harmonic pulsating magnetic flux, and the higher the frequency, the shallower the inflow depth into the conductor due to the skin effect. Therefore, an induction motor having a higher assumed number of rotations during driving and an induction motor having a larger number of stator poles have a greater effect obtained by applying this configuration. For example, an induction motor used in an automobile may be driven at a rotational speed exceeding 10,000 rpm, and therefore, a great merit is expected by applying this configuration. Moreover, the width d of the non-joint part 93 can be effectively suppressed by setting the width d according to the assumed frequency and the number of poles. However, it is necessary to sufficiently and sufficiently induce the rotational torque due to the fundamental wave magnetic flux and to secure the width of the joint portion 90 sufficient to ensure sufficient joint strength between the conductive bar 66 and the end ring 68. In this example, the circular bonding is performed so that the distance d = 0.5 mm. However, in many cases, for example, if d ≦ 1 mm, the effect of suppressing the flow of the harmonic current in the conductive bar 66 can be obtained.

また、回転子６０を高速回転するときは発熱を伴うため、導電バー６６の両端は熱膨張する。導電バー６６の端面６６ａの前面を周囲のエンドリング６８に完全に接合してしまうと導電バー６６の両端がそれだけ強く拘束されるため、熱伸びが生じた場合に導電バー６６に撓みが生じ、回転重心、電気的特性、強度特性にアンバランスが生じる恐れがある。このような場合にも、本実施例のように導電バー６６の非接合部９３を確保することにより、導電バー６６の拘束を部分的に解いて導電バー６６の熱伸びを吸収し、回転重心、電気的特性、強度特性のアンバランスの抑制に寄与することができる。   Further, since heat is generated when the rotor 60 is rotated at a high speed, both ends of the conductive bar 66 are thermally expanded. If the front surface of the end surface 66a of the conductive bar 66 is completely joined to the surrounding end ring 68, both ends of the conductive bar 66 are strongly restrained so that the thermal deformation occurs in the conductive bar 66 when thermal expansion occurs. There is a risk of imbalance in the rotational center of gravity, electrical characteristics, and strength characteristics. Even in such a case, by securing the non-joint portion 93 of the conductive bar 66 as in the present embodiment, the conductive bar 66 is partially unconstrained to absorb the thermal elongation of the conductive bar 66, and the rotational center of gravity. In addition, it can contribute to suppression of unbalance of electrical characteristics and strength characteristics.

また、本実施例では、摩擦撹拌接合に用いる回転ツール８０を図７に示したように構成した。すなわちプローブ８３を突設した端面８２を中心に向かって被接合材への貫入方向に傾斜した円錐面（凸形状）とすることにより、図１２のモデル図に示したように接合部９０の表面を平坦化することができる。   In this embodiment, the rotary tool 80 used for friction stir welding is configured as shown in FIG. That is, by forming the end face 82 on which the probe 83 protrudes into a conical surface (convex shape) inclined in the direction of penetration into the material to be joined toward the center, the surface of the joint 90 as shown in the model diagram of FIG. Can be flattened.

一般に広く用いられている回転ツール８０’は、図１３に示したようにプローブ８３’を突設した端面８２’が中心に向かって被接合材への貫入方向と反対方向に退避した形状（凹形状）となっている。通常、この形状の回転ツール８０’は、進行方向に後方側に若干倒して使用されるため、端面８３’の端部８４’が接合部表面を削り、図１４に示したように接合部９０’の表面を窪ませてしまう。この場合、接合部の断面積の減少により接合部の電気抵抗が増大し、誘導電動機の効率低下が懸念される。   As shown in FIG. 13, the rotary tool 80 ′, which is widely used in general, has a shape (recessed) in which an end surface 82 ′ projecting a probe 83 ′ is retracted toward the center in a direction opposite to the penetration direction into the material to be joined. Shape). Normally, the rotary tool 80 ′ having this shape is used by being slightly tilted rearward in the traveling direction, so that the end portion 84 ′ of the end face 83 ′ scrapes the surface of the joint portion, and the joint portion 90 as shown in FIG. 'I will dent the surface. In this case, the electrical resistance of the joint portion increases due to the reduction in the cross-sectional area of the joint portion, and there is a concern that the efficiency of the induction motor is reduced.

それに対し、本例では回転ツール８０を図７に示したように形成することで、接合部９０の表面を平坦化し、接合部９０の断面積の減少を抑制することができる。これにより、導電バー６６とエンドリング６８との電気的接触部をより多く確保し、電気的特性を向上させることができる。これによっても、固定子の発生磁束を効率的にトルクに変換し効率を向上させることができる。なお、単に接合部９０の表面を平坦化するだけなら導電バー６６の外周側に被接合部９３を形成する必要はなく、図７の態様の回転ツール８０を用いて導電バー６６とエンドリング６８とを摩擦撹拌接合すれば足りる。また、高調波電流による効率低下を抑制する限りにおいては、本特徴を適用する必要は必ずしもない。   On the other hand, in this example, by forming the rotary tool 80 as shown in FIG. 7, the surface of the joint 90 can be flattened, and the reduction in the cross-sectional area of the joint 90 can be suppressed. Thereby, more electrical contact portions between the conductive bar 66 and the end ring 68 can be secured, and the electrical characteristics can be improved. Also by this, the magnetic flux generated by the stator can be efficiently converted into torque and the efficiency can be improved. If the surface of the joint portion 90 is simply flattened, it is not necessary to form the joint portion 93 on the outer peripheral side of the conductive bar 66, and the conductive bar 66 and the end ring 68 using the rotary tool 80 of the embodiment of FIG. And friction stir welding are sufficient. In addition, it is not always necessary to apply this feature as long as the efficiency reduction due to the harmonic current is suppressed.

また本実施例によれば、導電バー６６の端面６６ａを避けて摩擦攪拌接合の終了点９２を設定し、終了点９２に残る終端穴が導電バー６６の端面６６ａ上に形成されることを避けることで、接合部９０の断面積の減少を抑制することができる。これにより、上記同様、導電バー６６とエンドリング６８との電気的接触部をより多く確保し、電気的特性を向上させることができる。これによっても固定子の発生磁束を効率的にトルクに変換し効率を向上させることができる。なお、単に導電バー６６の端面６６ａ上に終端穴が形成されることを防止する上では、導電バー６６の外周側に被接合部９３を形成する必要はない。また、高調波電流による効率低下を抑制する限りにおいては、本特徴を適用する必要は必ずしもない。   Further, according to the present embodiment, the end point 92 of the friction stir welding is set avoiding the end surface 66a of the conductive bar 66, and the end hole remaining at the end point 92 is avoided from being formed on the end surface 66a of the conductive bar 66. As a result, a reduction in the cross-sectional area of the joint portion 90 can be suppressed. Thereby, as described above, more electrical contact portions between the conductive bar 66 and the end ring 68 can be secured, and the electrical characteristics can be improved. This also efficiently converts the magnetic flux generated by the stator into torque and improves the efficiency. It is not necessary to form the joined portion 93 on the outer peripheral side of the conductive bar 66 in order to prevent the termination hole from being simply formed on the end surface 66 a of the conductive bar 66. In addition, it is not always necessary to apply this feature as long as the efficiency reduction due to the harmonic current is suppressed.

また、前述したように回転子鉄心（積層鉄心）６２には電磁鋼板６３間に間隙があるので、単に導電バー６６やエンドリング６８を組み込んだ状態で摩擦撹拌接合した場合には、回転ツール８０の貫入箇所が局部的に沈み込み接合部９０の深度が安定せず、図１５に示したように、接合部表面から内部につながった溝欠陥９５が接合部９０に生じ得る。また、摩擦攪拌接合中には、回転子の軸方向のみならず径方向にも数十〜数百ｋｇ程度の荷重が発生するため、何も対策せずに摩擦撹拌接合を施工すると、図１６に示したように導電バー６６やエンドリング６８の固定子側外縁部の座堀９６や接合部９０の溝欠陥９７の欠陥が生じ得る。   Further, as described above, since there is a gap between the electromagnetic steel plates 63 in the rotor core (laminated core) 62, when the friction stir welding is simply performed with the conductive bar 66 and the end ring 68 incorporated, the rotary tool 80 is used. As shown in FIG. 15, a groove defect 95 connected from the surface of the joint portion to the inside can occur in the joint portion 90. Further, during friction stir welding, a load of several tens to several hundred kg is generated not only in the axial direction but also in the radial direction of the rotor. As shown in FIG. 6, defects such as a ground hole 96 at the outer edge of the stator side of the conductive bar 66 and the end ring 68 and a groove defect 97 at the joint 90 may occur.

それに対し、本実施例では導電バー６６とエンドリング６８を摩擦撹拌接合するにあたって、治具７１，７５により導電バー６６とエンドリング６８を軸方向及び径方向からクランプすることにより、上記欠陥の発生を抑制し図１２のような良好な接合断面を得ることができる。これによっても、固定子の発生磁束を効率的にトルクに変換し効率を向上させることができる。なお、単に導電バー６６とエンドリング６８をクランプして接合断面を健全化する上では、導電バー６６の外周側に被接合部９３を形成する必要はない。また、高調波電流による効率低下を抑制する限りにおいては、本特徴を適用する必要は必ずしもない。   On the other hand, in the present embodiment, when the conductive bar 66 and the end ring 68 are friction stir joined, the conductive bar 66 and the end ring 68 are clamped from the axial direction and the radial direction by the jigs 71 and 75, thereby generating the above-described defect. And a good cross section as shown in FIG. 12 can be obtained. Also by this, the magnetic flux generated by the stator can be efficiently converted into torque and the efficiency can be improved. It is not necessary to form the joined portion 93 on the outer peripheral side of the conductive bar 66 in order to simply clamp the conductive bar 66 and the end ring 68 to make the bonding cross section sound. In addition, it is not always necessary to apply this feature as long as the efficiency reduction due to the harmonic current is suppressed.

また本実施例では、施工時の最高温度が被接合材の融点に到達しない摩擦撹拌接合によりエンドリング６８と導電バー６６を接合することにより、例えばアーク溶接やダイキャスト法のような被接合材を溶融させる手法を適用する場合に比べて温度上昇が抑えられる。加えて、接合部９０の最深部が回転子鉄心６２に到達しないように回転ツール８０の貫入深さをエンドリング６８の厚みよりも小さく設定する（距離Ｄを確保する）ことにより、回転ツール８０の直下の位置でも回転子鉄心６２の表面温度をメッキ層が劣化する温度より低温に保つことができるので、回転子鉄心６２の表面に施されたメッキ層の劣化を抑制することができる。これによっても、固定子の発生磁束を効率的にトルクに変換し効率を向上させることができる。なお、単に距離Ｄの確保により回転子鉄心６２のメッキ層の劣化を防止する上では、導電バー６６の外周側に被接合部９３を形成する必要はない。また、高調波電流による効率低下を抑制する限りにおいては、本特徴を適用する必要は必ずしもない。   In this embodiment, the end ring 68 and the conductive bar 66 are joined by friction stir welding at which the maximum temperature during construction does not reach the melting point of the joined material, so that the joined material such as arc welding or die casting is used. The temperature rise can be suppressed as compared with the case of applying the method of melting the slag. In addition, by setting the penetration depth of the rotary tool 80 to be smaller than the thickness of the end ring 68 so that the deepest part of the joint 90 does not reach the rotor core 62 (to ensure the distance D), the rotary tool 80 is set. Since the surface temperature of the rotor core 62 can be kept at a temperature lower than the temperature at which the plating layer deteriorates even at a position immediately below the surface of the rotor core 62, deterioration of the plating layer applied to the surface of the rotor core 62 can be suppressed. Also by this, the magnetic flux generated by the stator can be efficiently converted into torque and the efficiency can be improved. In order to prevent the plating layer of the rotor core 62 from being deteriorated simply by securing the distance D, it is not necessary to form the joined portion 93 on the outer peripheral side of the conductive bar 66. In addition, it is not always necessary to apply this feature as long as the efficiency reduction due to the harmonic current is suppressed.

本発明のかご形回転子を備えた多相誘導電動機の構造を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows the structure of the multiphase induction motor provided with the cage rotor of this invention. 本発明のかご形回転子を備えた多相誘導電動機の一実施例の回転軸に直交する面で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the surface orthogonal to the rotating shaft of one Example of the multiphase induction motor provided with the cage rotor of this invention. 本発明のかご形回転子の一実施例の概略構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing schematic structure of one Example of the cage rotor of this invention. 本発明のかご形回転子の一実施例の概略構成を表す分解図である。It is an exploded view showing the schematic structure of one Example of the cage rotor of this invention. 図４中のＡ−Ａ断面による断面図である。It is sectional drawing by the AA cross section in FIG. 本発明のかご形回転子の一実施例の製造の際の摩擦撹拌接合の様子を表した図である。It is the figure showing the mode of the friction stir welding in the case of manufacture of one Example of the cage rotor of this invention. 本発明のかご形回転子の一実施例の製造に用いる回転ツールの先端形状を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the front-end | tip shape of the rotary tool used for manufacture of one Example of the cage rotor of this invention. 本発明のかご形回転子の一実施例の接合部の軌跡を示す図である。It is a figure which shows the locus | trajectory of the junction part of one Example of the cage rotor of this invention. 本発明のかご形回転子の一実施例の中心軸を通る平面で切断した接合部の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the junction part cut | disconnected by the plane which passes along the central axis of one Example of the cage rotor of this invention. 固定子からの発生磁束を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the magnetic flux generated from a stator. 回転子に入る磁束と周方向位置の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the magnetic flux which enters a rotor, and the circumferential direction position. 本発明のかご形回転子の一実施例の接合部の断面を表すモデル図である。It is a model figure showing the cross section of the junction part of one Example of the cage rotor of this invention. 一般の回転ツールの先端形状を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the tip shape of a general rotation tool. 図１３の回転ツールを使用した摩擦撹拌接合により形成された接合部の断面を表すモデル図である。It is a model figure showing the cross section of the junction part formed by the friction stir welding using the rotary tool of FIG. 軸方向からエンドリングをクランプせずに施工した摩擦撹拌接合により形成された接合部の断面を表すモデル図である。It is a model figure showing the cross section of the junction part formed by the friction stir welding constructed without clamping an end ring from an axial direction. 径方向からエンドリング及び回転子鉄心をクランプせずに施工した摩擦撹拌接合により形成された接合部の断面を表すモデル図である。It is a model figure showing the cross section of the junction part formed by friction stir welding constructed without clamping an end ring and a rotor iron core from radial direction.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 多相誘導電動機
３０ 固定子
５０ スロット
６０ 回転子
６３ 電磁鋼板
６２ 回転子鉄心
６６ 導電バー
６６ａ 端面
６８ エンドリング
６８ａ 端面
６９ スロット
７１ 治具
７５ 治具
８０ 回転ツール
８１ ショルダ部
８２ 端面
８３ プローブ
９０ 接合部
９１ 開始点
９２ 終了点
９３ 非接合部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Multiphase induction motor 30 Stator 50 Slot 60 Rotor 63 Electrical steel plate 62 Rotor iron core 66 Conductive bar 66a End surface 68 End ring 68a End surface 69 Slot 71 Jig 75 Jig 80 Rotating tool 81 Shoulder part 82 End surface 83 Probe 90 Joining Part 91 Start point 92 End point 93 Non-joined part

Claims (14)

電磁鋼板を軸方向に積層して形成され、軸方向に貫通する複数のスロットを有する積層鉄心と、
前記積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され、前記積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有する一対のエンドリングと、
前記積層鉄心及び前記エンドリングのスロットを貫通した複数の導電バーと、
前記導電バーの端面における回転子径方向の外周側部分を避けて前記導電バーの端面の回転子径方向の内周側部分と前記エンドリングとを摩擦撹拌接合して形成した接合部と、
前記導電バーの端面における前記接合部の回転子径方向の外周側に形成され、前記エンドリングに対して非接合関係にある非接合部と
を備えたことを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。 A laminated core formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction and having a plurality of slots penetrating in the axial direction;
A pair of end rings that are arranged so as to sandwich the laminated core from the axial direction, and have a plurality of slots that are continuous in the axial direction with each slot of the laminated core;
A plurality of conductive bars passing through the slots of the laminated core and the end ring;
A joint formed by friction stir welding the inner circumferential side portion of the end surface of the conductive bar and the end ring , avoiding the outer peripheral side portion of the end surface of the conductive bar in the rotor radial direction,
A cage of a multiphase induction motor, comprising: a non-joining portion formed on an outer peripheral side of a rotor radial direction of the joint portion on an end face of the conductive bar and having a non-joining relationship with the end ring. Shape rotor. 請求項１の多相誘導電動機のかご形回転子において、前記エンドリングは、前記スロットが外縁部に露出した歯車型エンドリングであることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。   2. A squirrel-cage rotor for a multi-phase induction motor according to claim 1, wherein the end ring is a gear-type end ring with the slot exposed at an outer edge. 請求項１の多相誘導電動機のかご形回転子において、前記接合部の終端部に形成される終端穴を、前記導電バーの端面を避けて前記エンドリングの端面上に位置させたことを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。   The squirrel-cage rotor of the multiphase induction motor according to claim 1, wherein a termination hole formed in a termination portion of the joint portion is positioned on an end surface of the end ring, avoiding an end surface of the conductive bar. A squirrel-cage rotor of a multiphase induction motor. 請求項１〜３のいずれかの多相誘導電動機のかご形回転子において、軸方向にとった前記接合部の深さが前記エンドリングの厚みよりも小さいことを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。   The squirrel-cage rotor of a multiphase induction motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the depth of the joint portion taken in the axial direction is smaller than the thickness of the end ring. A cage rotor. 請求項１〜３のいずれかの多相誘導電動機のかご形回転子において、前記エンドリングを軸方向両側から治具で押えた状態で前記摩擦撹拌接合を施工してなることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。   The squirrel-cage rotor of the multiphase induction motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction stir welding is performed in a state where the end ring is pressed by a jig from both axial sides. Phase induction motor cage rotor. 請求項１〜３のいずれかの多相誘導電動機のかご形回転子において、前記エンドリングを外周側から治具で押さえた状態で前記摩擦撹拌接合を施工してなることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。   The squirrel-cage rotor of the multiphase induction motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction stir welding is performed in a state where the end ring is pressed by a jig from the outer peripheral side. Induction motor cage rotor. 請求項１〜３のいずれかの多相誘導電動機のかご形回転子において、円柱状のショルダ部のプローブを突設した端面が面中心に向かって前記プローブの突出方向に傾斜した回転ツールを用い、前記摩擦撹拌接合を施工してなることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子。   The squirrel-cage rotor of the multiphase induction motor according to any one of claims 1 to 3, wherein a rotating tool in which an end surface projecting a probe of a cylindrical shoulder portion is inclined in a projecting direction of the probe toward a surface center is used. A squirrel-cage rotor for a multiphase induction motor, wherein the friction stir welding is performed. 電磁鋼板を軸方向に積層して形成され、軸方向に貫通する複数のスロットを有する積層鉄心と、前記積層鉄心を軸方向から挟み込むように配置され、前記積層鉄心の各スロットに軸方向に連続する複数のスロットを有する一対のエンドリングと、前記積層鉄心及び前記エンドリングのスロットを貫通した複数の導電バーとを有するかご形多相誘導電動機の製造方法において、
前記導電バーの端面における回転子径方向の外周側部分を避けて前記導電バーの端面の回転子径方向の内周側部分と前記エンドリングとを摩擦撹拌接合し、前記導電バーの端面における前記摩擦攪拌接合による接合部の回転子径方向の外周側に前記エンドリングに対して非接合関係にある非接合部を形成することを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。 A laminated iron core formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction and having a plurality of slots penetrating in the axial direction, and arranged so as to sandwich the laminated iron core from the axial direction, and continuous in the axial direction with each slot of the laminated iron core In a method of manufacturing a squirrel-cage multiphase induction motor having a pair of end rings having a plurality of slots and a plurality of conductive bars penetrating the laminated core and the slots of the end rings,
The end surface of the conductive bar avoids the outer peripheral side portion in the rotor radial direction, frictionally stir-joins the inner peripheral side portion of the end surface of the conductive bar and the end ring, and the end surface of the conductive bar A method of manufacturing a squirrel-cage rotor for a multiphase induction motor, wherein a non-joined portion having a non-joining relationship with respect to the end ring is formed on an outer peripheral side of the joined portion by friction stir welding in the rotor radial direction . 請求項８の多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法において、前記エンドリングは、前記スロットが外縁部に露出した歯車型エンドリングであることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。   9. The method of manufacturing a squirrel-cage rotor for a multi-phase induction motor according to claim 8, wherein the end ring is a gear-type end ring with the slot exposed at an outer edge. Child manufacturing method. 請求項８の多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法において、前記接合部の終端部に形成される終端穴を、前記導電バーの端面を避けて前記エンドリングの端面上に位置させることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。   9. The method of manufacturing a cage rotor for a multiphase induction motor according to claim 8, wherein a termination hole formed in a termination portion of the joint portion is positioned on an end surface of the end ring, avoiding an end surface of the conductive bar. A method of manufacturing a squirrel-cage rotor for a multiphase induction motor. 請求項８の多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法において、軸方向にとった前記接合部の深さを前記エンドリングの厚みよりも小さくすることを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。   9. The method of manufacturing a cage rotor for a multi-phase induction motor according to claim 8, wherein a depth of the joint portion taken in the axial direction is made smaller than a thickness of the end ring. Method for manufacturing a shaped rotor. 請求項８の多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法において、前記エンドリングを軸方向両側から治具で押えた状態で前記摩擦撹拌接合を施工することを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。   9. The method of manufacturing a cage rotor for a multi-phase induction motor according to claim 8, wherein the friction stir welding is performed in a state where the end ring is pressed by a jig from both axial sides. A manufacturing method of a cage rotor. 請求項８の多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法において、前記エンドリングを外周側から治具で押さえた状態で前記摩擦撹拌接合を施工することを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。   9. A method of manufacturing a cage rotor for a multi-phase induction motor according to claim 8, wherein the friction stir welding is performed in a state where the end ring is held by a jig from the outer peripheral side. Method for manufacturing a shaped rotor. 請求項８の多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法において、円柱状のショルダ部のプローブを突設した端面が面中心に向かって前記プローブの突出方向に傾斜した回転ツールを用い、前記摩擦撹拌接合を施工することを特徴とする多相誘導電動機のかご形回転子の製造方法。   9. The method of manufacturing a cage rotor for a multiphase induction motor according to claim 8, wherein a rotating tool in which an end surface projecting a probe of a cylindrical shoulder portion is inclined in a projecting direction of the probe toward the center of the surface, A method of manufacturing a squirrel-cage rotor of a multiphase induction motor, characterized by performing friction stir welding.
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