鼠籠式轉子及鼠籠式轉子的製造方法
2023-05-31 09:03:56 3
專利名稱：鼠籠式轉子及鼠籠式轉子的製造方法
技術領域：
本發明涉及感應式電動機所使用的鼠籠式轉子及鼠籠式轉子的製造方法。
技術背景
銅或銅合金制的導體杆穿過轉子鐵芯的槽孔，該導體杆的兩端部與一對端環通 過釺焊分別結合而成的鼠籠式轉子已經公知。專利文件1(日本特開2004-2M433號公 報-JP2004-2M433A)記載的鼠籠式轉子形成為，在各端環的轉子旋轉軸方向的外側端面 上分別形成有用於配置釺料的槽，通過轉子的加熱而使釺料熔融，並使已熔融的釺料流入 到槽的內部方向的端環與導體杆之間的間隙。
然而，上述專利文件1記載的鼠籠式轉子，為了在端環的外側端面上形成用於配 置釺料的槽則端環的板厚增厚，材料費增加，並且由於需要進行槽的加工，加工成本也增 加。發明內容
本發明的目的就在於解決上述問題。
根據本發明的一個方案，本發明的鼠籠式轉子，具有沿轉子旋轉軸方向開有多個 圓周方向的槽孔的轉子鐵芯；配置在轉子鐵芯的轉子旋轉軸方向的兩側，並且與圓周方向 的多個槽孔相對應地開有圓周方向的多個貫通孔的一對端環；以及分別插入多個槽孔和多 個貫通孔中的多根杆件。多根杆件的兩端部與一對端環分別通過釺焊結合，一對端環分別 由多個板構件疊層而成，杆件與一對端環分別被預先夾持安裝在多個板構件之間並在轉子 加熱時熔滲的釺料釺焊在一起。
根據本發明的其他實施方式，鼠籠式轉子的製造方法包括以下工序在沿轉子旋 轉軸方向開有多個圓周方向的槽孔的轉子鐵芯的轉子旋轉軸方向的兩側，設有分別將多個 板構件疊層而成的一對端環，將與多個槽孔相對應地開有圓周方向的多個貫通孔的一對端 環以在多個板構件之間夾持安裝了釺料的狀態進行配置，並且分別將多根杆件插入多個槽 孔和多個貫通孔中而形成轉子組裝件的工序；對轉子組裝件進行加熱的工序；在轉子組裝 件加熱時，對一對端環的兩側施加壓縮力，從而使被夾持安裝在多個板構件之間的釺料熔 滲到多根杆件與多個貫通孔的間隙中，利用熔滲的釺料將多根杆件與一對端環釺焊在一起 的工序。
圖1是本發明的實施方式的鼠籠式轉子的剖視圖。
圖2是構成圖1的鼠籠式轉子的轉子鐵芯的俯視圖。
圖3是表示圖1的鼠籠式轉子的製造工序(轉子加熱前的狀態)的圖。
圖4是表示圖1的鼠籠式轉子的製造工序(達到釺焊溫度時的狀態)的圖。
具體實施方式
下面，參照圖1-圖4對作為本發明的實施方式進行說明。圖1是沿轉子的旋轉軸 向剖切本發明的實施方式的鼠籠式轉子100的剖視圖。鼠籠式轉子100 —體地具有大致 圓筒形狀的轉子鐵芯1，配置在轉子鐵芯1的軸向兩端部的一對導電性的端環2，以及貫通 轉子鐵芯1和一對端環2的多根導電性的杆件3。這種鼠籠式轉子100 —體地安裝在旋轉 軸101上，如眾所周知那樣用作感應電動機的轉子。另外，雖然省略了圖示，但在鼠籠式轉 子100的周圍配置形成旋轉磁場的定子而構成感應電動機。
圖2是從端環一側觀察轉子鐵芯1的俯視圖。轉子鐵芯1是將大致環狀的薄板狀 電磁鋼板疊層而成的疊層體，在轉子鐵芯1的中央部分開有用於插入旋轉軸101的貫通孔 10。在轉子鐵芯1的外周面附近，沿轉子的旋轉軸向貫通轉子鐵芯1，開有多個分布在圓周 方向的圓形槽孔11。
如圖1所示，一對端環2分別由銅或銅合金制的多片(圖中為兩片)板構件21疊 層構成。端環2與圖2的轉子鐵芯1呈相同的平面形狀，在端環2的中央部分開有用於插 入旋轉軸101的貫通孔20，在端環2的外周面附近，與槽孔11相對應地開有多個分布在圓 周方向的圓形貫通孔22。
各杆件3與端環2同樣地由銅或銅合金構成。杆件3呈大致圓柱形，其斷面形狀 與轉子鐵芯1的槽孔11和端環2的貫通孔22相似。各杆件3分別貫通槽孔11和貫通孔 22，杆件3的兩端部通過例如銀釺料等釺料4與端環2結合。
這樣，在本實施方式中，端環2和杆件3分別由電阻比鋁低的銅或銅合金構成。因 此，與作為構成材料使用鋁的情況比較，可以抑制感應電動機本身的發熱。另一方面，由於 銅或銅合金的熔點比鋁高，因而難以通過像鋁壓鑄件那樣鑄造成形來製造鼠籠式轉子。因 此，在本實施方式中，如下所述那樣通過釺焊來結合端環2和杆件3。
圖3、圖4是表示本實施方式的鼠籠式轉子100的製造工序的圖，圖3表示的是轉 子加熱前的狀態，圖4表示的是轉子加熱後(達到釺焊溫度時)的狀態。在製造鼠籠式轉 子100的場合，首先，藉助於夾具5組裝如圖3所示的臨時組裝件，即轉子組裝件105。夾具 5具有圓筒部51，安裝在圓筒部51下側的下側突緣部52，以及安裝在圓筒部51上側的上 側突緣部53。下側突緣部52固定在圓筒部51上，上側突緣部53沿圓筒部51的外周面可 滑動地設置。雖然省略了圖示，但圓筒部51和上側突緣部53通過彈簧部件連接，如圖中的 箭頭所示，利用該彈簧部件總是對轉子組裝件105在上下方向作用壓縮的彈簧力。
轉子組裝件105例如像圖示那樣將夾具5上下豎立設置地進行組裝。即，將夾具 5的下側突緣部52的底面豎立設置在基座50上，沿著圓筒部51依次疊層端環2 ( —對板 構件21)，轉子鐵芯1及端環2 ( 一對板構件21)，並且從上方將杆件3插入轉子鐵芯1的槽 孔11和上下各端環2的貫通孔22中。所插入的杆件3的底面與基座50的上表面接觸，由 此，規定了相對於轉子鐵芯1和端環2的杆件3的上下方向的位置。此外，在這裡，將夾具 5的底面與杆件3的底面設定為相同的高度，但也可以設定為不同的高度。
端環2雖由一對板構件21構成，但在組裝轉子組裝件105時，如圖3所示，可將預 先成形為薄片狀的大致環狀的薄片釺料41安裝成夾在一對板構件21之間。另外，在薄片 釺料41上與圖2的槽孔11相對應地開有多個貫通孔42。薄片釺料41在轉子加熱時，如後 述那樣填充在端環2的貫通孔22與杆件3之間的間隙中。薄片釺料41的體積(厚度及直徑)考慮該間隙的大小決定。
在以上的工序之後，將上側突緣部53安裝在圓筒部51的上側。這時，通過圓筒部 51和上側突緣部53之間的彈簧部件對上側端環2的上下端面與下側端環2的上下端面分 別在上下方向施加壓縮力(彈簧力)。
在該狀態下，利用高頻加熱或使用加熱爐等，將轉子組裝件105加熱到薄片釺料 41熔融的溫度(例如800°C左右)。由此，薄片釺料41熔融，被夾具5的彈簧力擠碎。被擠 碎的薄片釺料41如圖4所示，由於毛細管現象而熔滲到一對端環2的貫通孔22與杆件3 之間的間隙中，使各端環2的一對板構件21的端面彼此接觸，在該狀態下將杆件3與端環 2釺焊在一起。
這時，為了消除轉子鐵芯1的槽孔11與杆件3之間的間隙，將槽孔11和杆件3的 直徑設定成使下式(1)成立。
Dbar (l+kbar · Δ Τ) = Dslot (l+kcore · Δ Τ)(1)
其中，Dbm為室溫下的杆件3的直徑，kb 為杆件3的線膨脹係數，Dsl。t為室溫下的 轉子鐵芯1的槽孔的直徑，kcore為轉子鐵芯1的線膨脹係數，Δ T為室溫與釺焊溫度之差。
若分別將銅與電磁鋼板的代表性的物理性質值(例如kba,= 1.8 X ΙΟ"5, kcore = 1.2 X ΙΟ"5)代入上式⑴的kb 、k。。re*，並且將代表性的溫度條件(例如室溫為20°C，釺焊 溫度為800°C，AT = 780 °C )代入Δ T中，則為下式O)。
Dbar/Dslot = 0. 9954(2)
因此，若將杆件3的直徑設定為槽孔11直徑的99. 54%,則在轉子加熱時在杆件3 與槽孔之間沒有間隙，可以防止釺料41流入到杆件3與槽孔11之間的間隙中。
再有，在本實施方式中，為了在轉子加熱時在端環2的貫通孔22與杆件3之間在 圓周方向產生均勻的間隙，按下式(3)設定轉子鐵芯1的槽孔11與端環2的貫通孔22的 間距圓的直徑。
Dring_p (l+kring · Δ Τ) = Dcore_p(l+kcore · Δ Τ) (3)
其中，Dring_p為室溫下的端環2的貫通孔的間距圓的直徑，kring為端環2的線膨脹 係數(對於銅kHng = 1.8X ΙΟ"5)，Dcore_p為室溫下的轉子鐵芯1的槽孔的間距圓的直徑。
若分別將銅與電磁鋼板的代表性的物理性質值(例如kHng = 1.8X ΙΟ"5, kcore = 1. 2X IO-5)代入上式(3)的kring、kcore中，並且將代表性的溫度條件(例如室溫為20°C，釺 焊溫度為800°C，AT = 780 °C )代入Δ T中，則為下式O)。
Dring_p/Dcore_p = 0. 9954(4)
因此，若將端環2的貫通孔22的間距圓的直徑設定為轉子鐵芯1的槽孔11的間 距圓的直徑的99. M%，則在轉子加熱時在貫通孔22與杆件3之間在圓周方向產生均勻的 間隙，可以得到杆件3的穩定的釺焊強度。
若採用本實施方式，可以得到如下的作用效果。
(1)將薄片釺料41夾持安裝在多個板構件(一對板構件)21之間，在轉子加熱時 (達到釺焊溫度時)由於釺料41熔滲端環2的貫通孔22與杆件3之間的間隙中，因而不必 超過釺焊範圍而加厚端環2，可以抑制材料費，並且通過減薄端環2還能使鼠籠式轉子100 小型化。也不必在端環2進行槽加工，可以抑制加工成本。
(2)由於為了在轉子加熱時消除轉子鐵芯1的槽孔11與杆件3之間的間隙而設定5了槽孔11和杆件3的直徑，因而，可以防止熔融了的釺料41流入到槽孔11與杆件3之間 的間隙中。另外，在釺焊時由於可以用槽孔11對杆件3進行定位，因而杆件3的定位不必 用另外的方法進行。
(3)為了在轉子加熱時在端環2的貫通孔22與杆件3之間在圓周方向產生均勻的 間隙，設定了轉子鐵芯1的槽孔11與端環2的貫通孔22的間距圓的直徑，因而能將杆件3 穩定地釺焊到端環2上，提高了釺焊的可靠性。
(4)由於在夾具5的內部設有彈簧部件，在轉子加熱時對各端環2的上下端面施加 了壓縮力，因而可以很容易地使被夾持安裝在一對板構件21的之間的薄片釺料41熔滲到 杆件3與貫通孔22之間的間隙中。
(5)由於端環2和杆件3由銅和銅合金構成，因而可以抑制感應電動機的發熱。
此外，在本實施方式中，雖然將杆件3、轉子鐵芯1的槽孔11和端環2的貫通孔22 分別形成圓形斷面，但斷面形狀也可以是圓形以外的形狀。這時，最好各斷面為相似形。雖 然將兩片板構件21疊層構成端環2，但也可以疊層三片以上的板構件21。雖然端環2和杆 件3由銅和銅合金構成，但也可以由電阻較小的其它導電性材質構成。
雖然在夾具5的內部設有彈簧部件而對各端環2的上下端面施加了壓縮力，但施 加壓縮力的機構不限定於此。例如，夾具5可以由線膨脹係數至少比轉子鐵芯1小的材質 構成，在轉子加熱時利用夾具5與鼠籠式轉子100的熱伸長量之差來施加壓縮力。
根據本發明，由於通過預先被夾持安裝在多個板構件之間的釺料的熔滲來釺焊杆 件和端環，因而不必進行為將釺料配置在端環上的槽加工，可以減薄端環，可以廉價地構成 鼠籠式轉子。
以上，通過較佳實施方式說明了本發明，但本行業的人員可知，只要在本發明的保 護範圍內可進行種種修正及變更。
權利要求
1.一種鼠籠式轉子，具有沿轉子旋轉軸方向開有多個圓周方向的槽孔(11)的轉子鐵芯(1)； 配置在上述轉子鐵芯的轉子旋轉軸方向的兩側，並且與上述圓周方向的多個槽孔相對 應地開有圓周方向的多個貫通孔02)的一對端環O)；以及分別插入上述多個槽孔和上述多個貫通孔中的多根杆件(3)；上述多根杆件的兩端部與上述一對端環分別通過釺焊結合；該鼠籠式轉子的特徵在於，上述一對端環分別由多個板構件(21)疊層而成，上述多根杆件與上述一對端環分別 被預先夾持安裝在上述多個板構件之間並在轉子加熱時熔滲的釺料Gl)釺焊在一起。
2.根據權利要求1所述的鼠籠式轉子，其特徵在於，上述多根杆件由線膨脹係數比上述轉子鐵芯大的材質構成，並且形成為在轉子加熱時 封閉上述多根杆件的外周面與上述多個槽孔的內周面之間的間隙。
3.根據權利要求2所述的鼠籠式轉子，其特徵在於，上述一對端環分別由線膨脹係數比上述轉子鐵芯大的材質構成，並且形成為在轉子加 熱時上述多個貫通孔的間距圓直徑與上述多個槽孔的間距圓直徑相互相等。
4.根據權利要求1-3中任何一項所述的鼠籠式轉子，其特徵在於， 上述多根杆件和上述一對端環分別由銅或銅合金構成，
5.一種鼠籠式轉子的製造方法，其特徵在於，包括以下工序在沿轉子旋轉軸方向開有多個圓周方向的槽孔(11)的轉子鐵芯(1)的轉子旋轉軸方 向的兩側，設有分別將多個板構件疊層而成的一對端環O)，將與上述多個槽孔相對應地開 有圓周方向的多個貫通孔02)的上述一對端環以在上述多個板構件之間夾持安裝了釺料 (41)的狀態進行配置，並且分別將多根杆件( 插入上述多個槽孔和上述多個貫通孔中而 形成轉子組裝件(105)的工序；對上述轉子組裝件進行加熱的工序；在上述轉子組裝件加熱時，對上述一對端環的兩側施加壓縮力，從而使被夾持安裝在 上述多個板構件之間的上述釺料熔滲到上述多根杆件與上述多個貫通孔的間隙中，利用熔 滲的上述釺料將上述多根杆件與上述一對端環釺焊在一起的工序。
全文摘要
本發明涉及鼠籠式轉子及鼠籠式轉子的製造方法。本發明的鼠籠式轉子，具有沿轉子旋轉軸方向開有多個圓周方向的槽孔的轉子鐵芯；配置在轉子鐵芯的轉子旋轉軸方向的兩側，並且與圓周方向的多個槽孔相對應地開有圓周方向的多個貫通孔的一對端環；以及分別插入多個槽孔和多個貫通孔中的多根杆件。多根杆件的兩端部與一對端環分別通過釺焊結合；一對端環分別由多個板構件疊層而成，多根杆件與一對端環分別被預先夾持安裝在多個板構件之間並在轉子加熱時熔滲的釺料釺焊在一起。
文檔編號H02K15/02GK102035327SQ20101050009
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優先權日2009年10月7日
發明者前田尚志, 福田正幹 申請人:發那科株式會社