JPH02237449A

JPH02237449A - 鋳造回転子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02237449A
Application number: JP5616289A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Aiga; 俊郎相賀; Masaharu Tamiya; 田宮　正治
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-20
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JP2693556B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、誘導電動機に使用ざれるＵ造回転子およびそ
の￥Ｊ遣方法に係り、特に高強度を有し、量産性および
電気的特性に優れたＵ造回転子およびその製造方法に関
する。

（従来の技術）従来から広く使用されているかご形Ｌｉ　７？電動機の
回転子１は一般に第２図に示すように、回転子鉄心２と
回転子導体３とを回転軸４に一体に組み付けて構成され
る。回転子鉄心２は、渦電流による損失を防止するため
に第３図に示すように薄い円板状のケイ素鋼板より成る
鉄心要素板５を多数積層して形成され、各鉄心要素板５
の外周部には第４図に示すようなスロット６が穿設され
ている。

また回転子導体３は第５図に示すように銅棒（スロット
バー）７をかご状に配設し、その両端をエンドリング（
短絡環》８と呼ばれる環状の銅板で一体に接合したもの
である。各銅棒７は、回転子鉄心２のスロット６に差し
込まれ、回転子鉄心２の両端に一体に接合されたエンド
リング８，８によって固定される。

誘導起電力による渦電流は、上記銅棒７とエンドリング
８．８を循環して流れ、この渦電流と回転磁界との電磁
力によって回転子１が回転する。

ところで近年、出力の小さい誘導電動機に使用される回
転子として銅捧７やエンドリンク８，８の部分を、溶融
した純アルミニウムで鋳込んで成形する鋳造回転子が多
用化されている。

この鋳造回転子の製造方法としてはダイカスト法や低圧
鋳造法が広く使用されている。ダイカスト法は、アルミ
ニウムなどの軟質な金属を金型へ圧力を加えて鋳込む方
法であり、一方低圧鋳造法は密閉した炉内に圧縮空気を
送り、１５〜５０ｋＰａ程度の低圧力を炉内のアルミニ
ウム潟而に働かせ、溶潟を押し上げて金型に注入するよ
うにしたものである。

いずれも、予めスロットを穿設した鉄心要素板を多数積
層して締め付けた状態で純アルミニウムまたはその溶潟
をスロット内に注入し、エンドリングを含む回転子導体
および冷却フィンをー・体に成形する方法である。

この鋳造回転子によれば、従来の銅材Ｊ：りアルミニウ
ム材の方が導電率が低いため、回転子自体をやや大型に
する必要があるが、冷却フィンも同時に形成することが
可能であり、填産性にも優れているため、広く用いられ
ている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら従来の鋳造回転子の回転子導体の材料とし
ては上述のように主として純アルミニウムまたは、純ア
ルミニウムにクロムやマンガン等を微量に添加したアル
ミニウム合金材料が使用されているため、その機械的特
性が低いという公点がある。

純アルミニウムに微量のクロムおよびマンガンを添加し
た高抵抗材料は主として、高トルク用電！）ＩＩの回転
子導体に使用されている。このような純アルミニウムを
基本として調整された高抵抗材料であっても、その常温
時または高温時における強度特性はほぼ純アルミニウム
と同程度である。

例えば常温（２０℃）での引張り強度は７〜８　Ｋｇ／
一であり、２００℃では約２．０Ｋ９／ｄと低い埴とな
る。

一方、回転子が毎分５０００回転で回転している際の遠
心力による各部位の応力測定を行った結果、エンドリン
グ内径側において１．９Ｋ９／一という最大応力が検出
された。従って従来の材料では、高温時における強度の
余裕が少なく、短期間の運転によってエンドリングが破
損してしまうおそれがあった。

また従来材料である純アルミニウムで回転子導体を鋳造
成形するとスロット内を通過する溶潟の潟流れ（流動性
）が劣り、製品に巣が発生し易く、寿命が短くなる欠点
がある。

一方、流動性に優れたアルミニウム合金を採用すると電
動機としての電気的特性が低下してしまう欠点があった
。すなわち特にａｉ　＋−ルク電動機に使用される回転
子導体の電気伝導率の基準値は３１〜３２１ＡＣＳ％の
範囲（ＩＡＣＳ％は国際標準軟銅の電気伝導率を１００
％として訂算した値をいう。）に設定されており、この
基準値を満足し、高強度を有するとともに良好な流動性
を有する材料を選択することは困難であった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、常温および高温度においても強度特性が優れ、ま
た鋳造時における流動性が良好であり、かつ電ｌＪ機と
しての電気的特性が優れた鋳造回転子およびその製造方
法を提供することを目的とする。

（発明の構成〕（課題を解決するための手段と作用）本願発明者らは、回転子導体を構成する合金元素の種類
、組成を種々変えて、実験を行った結果、重吊パーセン
トでケイ素を４％以上６％以下、銅を１．０％以上１．
５％以下、鉄を０．１％以上０．５％以下、クロムを０
．１％以下、マンガンを０．０５％以下含有し、残部が
実質的にアルミニウムから成るアルミニウム合金で形成
した回転子導体を備えた鋳造回転子を形成したときに、
強度特性に優れ、また鋳造時にお（プる材料の流動性が
良好であり、電気的特性も優れたｖ鋳造回転子が得られ
た知見に基づいて本願第１番目の発明を完成したもので
ある。

また、本願第２番目の発明は、回転子鉄心と回転子導体
と冷ｕ１フインとを備えたｖ鋳造回転子の製造方法にお
いて、スロットを穿設した多数の鉄心要素板を積層して
回転子鉄心を形成し、しかる後に重量パーセントでケイ
素４％以上６％以下、銅を１．０％以上１，５％以下、
鉄を０．１％以上０．５％以下、クロムをＯ、１％以下
、マンガンを０．０５％以下含打し残部が実質的にアル
ミニウムから成るアルミニウム合金溶潟を上記回転子鉄
心の端部およびスロッｉ〜内に鋳込み、回転子導体およ
び冷却フィンを一体に鋳造成形することを特徴とする。

以下本発明の限定理由について述べる。

ケイ素（Ｓ１）はアルミニウム合金溶瀾の流動性を改善
し、鋳造性を高めるために添加される。

一般のアルミニウム合金鋳物材料におけるＳｉの添加伍
はΔｇとＳｉとの共晶点に対応づ−６１１．７重量％以
下に設定されるが、共晶点まで添加した場合には電気伝
導度が大幅に低下する。したがって回転子として使用す
る場合においては、溶場の流動性および電気伝導度の両
特性を満足する範囲として４〜６重最％に設定される。

また鉄（Ｆｅ）は、高温もろさを防市し、鋳弓けを低減
するために添加される。特にスロットバーとエンドリン
グとの接続部のように、断面積が急激に変化する部位に
おいては、溶融金属の収縮応力により亀裂が発生し易く
なる。そこで亀裂の発生を防止するためにＦｅが添加さ
れる。Ｆｅの添加量が０．１％未満の場合はその効果が
少ない一方、添加量が０．５％を越えると、ＡＩ−Ｆｅ
化合物が生成して、靭性が著しく低下するため、添加ω
は０．１〜０．５％の範囲に設定される。

また銅（Ｃｕ）はＡｎの基質に固溶して素地を強化し、
回転子導体の強度を向上するために添加される。ＣＵの
含有量が１．０％未満であるとその効果が少なく、一方
含有量が１．５％を越える場合は、アルミニウム合金溶
瀉の流動性が低下し、回転子のｎ造効率が下がり、欠陥
が生じ易くなる。

従って、Ｃｕの添加量は１．０〜１．５％の範囲に設定
される。

さらにクロムは、マンガンとともに回転子導体の電気伝
導度を調整するために添加されるものであり、０．１重
世％を越えると高トルク用回転子に必要とされる電気伝
導度より低下してしまうため、０．１％以下に設定され
る。

またマンガンは、Ｆｅと化合物を形成し耐食性を改善す
るが、含有量が０．０５％を越えると、電気伝導率を急
激に低下させるため、０．０５％以下に設定される。

上記組成から或るアルミニウム合金溶潟を使用した結果
、鋳造時における合金溶揚の流動性が極めて良好であり
、巣の発生が少ない高品質な鋳造回転子が得られた。ま
た従来、個別に製造し組立てを行っていた・エンドリン
グ、スロットバーおよび冷却フィン等を同時に一体！５
造ずることがでぎるため、回転子の最産性を大幅に改善
することができた。

（実施例）次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。

実施例１〜３として、電気伝導率が２７１ＡＣＳ％であ
るアルミニウム合金（ＡＩ−０．２％Ｏｒ，一％０．１
Ｍｎ合金）にＳｉ，Ｃｕ，Ｆｅ成分を添加し、アルミニ
ウム合金溶潟を調製した。

ここで、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｆｅは、アルミニウムの融点（６
６０℃）よりも高いため、３ｉは２０重Ｍ％の８１を含
有するアルミニウム合金として添加する一方、ＣＵおよ
びｌ”ｅはそれぞれＣｕを３０重伍％、ｌ”ｅを１０１
ｆｆｉ％含有するアルミニウム合金として添加し、最終
的に第１表に示す各合金組成に調整した。

次に第１図に示すようにスロット６を穿設した多数の鉄
心要素板５を積層した回転子鉄心２を鋳型内に収容した
後に上記各組成のアルミニウム合金溶濶を、回転子鉄心
２の両端部およびスロット６内に注入し、第１図に示す
ような回転子導体および冷がフィン９を、通常の低圧１
造法によって、鋳造成形した。この鋳造回転子は、鉄道
動力車に１ｈ戟される誘導電ｖＪ礪用回転子である。

そして、鋳造時における各アルミニウム合金溶潟の流肋
性を評価するとともに、得られた各鋳造回転子のエンド
リング８．８部における電気伝導率を測定し、第１表の
右欄に示す結果を得た。ここで流動性の評価は、極めて
流動性が良く短時間に鋳込みが完了したものを◎、流動
性が良く、通常の鋳込み操作が可能なものを０１流動性
が低く、鋳込み操作に長時間を要するものを×とする３
段階で評価した。

また各アルミニウム合金組成で溶製した材料を使用し、
ＪＩＳ金型引張試験片用金型を用いて試験片を鋳造し、
得られた鋳造材からＪ　１３４号引張試験片を切り出し
、０．２％耐力、引張強さ、伸び、２００℃における高
温引張強度、および応力９Ｋｙ／一における破断繰返し
数を測定し、第１表右図に示す結果を得た。

一方比較例１〜３として第１表左欄に示す組成を有する
アルミニウム合金溶潟または純アルミニウム溶瀉を使用
して実施例１〜３と同様にして鋳造回転子を製造した。

また比較例４〜７としてＪＩＳ　　Ｈ５２０２に規定す
るアルミニウム合金地金の中より比較的に鋳造性が良好
な△Ｃ３Ａ　−　Ｆ，△Ｃ４Ａ−Ｆ．ＡＣ４Ｃ−　Ｆ．
ＡＣ４Ｄ−　Ｆ材を選択し、実施例１〜３と同様にして
鋳造回転子を！ｉＪ’７５し、比較例１〜７についても
鋳造時の流動性を評価し、さらに鋳造部の電気伝導度、
機械的特性を測定し下記第１表に示す結果を得た。

〔以下余白〕

第１表の結果から明らかなように実施例１〜３に示す合
金組成の範囲においては、いずれもアルミニウム合金溶
潟の流動性が良好であり、巣が発生するおそれが少なく
鋳込み時間も短く、品質および土産性に優れた鋳造回転
子が得られる。また電気伝導度も３１．０〜３１．３１
ＡＣＳ％となり高トルク誘導電動機用回転子として最適
である。

また常温のみならずａ温時における強度特性値も従来例
（比較例３〜７）と比較して大幅に改善される。

一方比較例１においては、電気伝導率は高いが、溶湯の
流幼性が低く、鋳造操作に難点がある。またケイ素を多
最に添加した比較例２では、材料溶潟の流動性が極めて
優れているため出産性は優れるが電気伝導率が低く、高
トルク電動機用の回転子としては不適である。

また比較例４〜７に示す合金組成ではいずれも溶瀉の流
動性は良好であるが、電気伝導率が過大になるため高ト
ルク誘導電！７１機用回転子の材料としては不適である
ことがわかる。

このように本実施例に係る鋳造回転子およびその製造方
法によれば、電気伝導率が適正であり、高温強度に優れ
た回転子を提供することがでぎる。

特に鋳造時にお【プるアルミニウム合金溶潟の流動性が
良好であるため、巣の発生が少ない高品質の回転子を効
率的に母産することができる。

また従来、個別に製造して組立てを行っていたエンドリ
ング、スロットバーおよび冷却フィンなどの回転子構成
部材を同時に一体鋳造することができるため、回転子の
聞産性を大幅に改善ずることができる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る鋳造回転子およびその製
造方法によれば、アルミニウム合金溶潟の流動性が良好
であるため、巣の発生が少ない高品質な鋳造回転子を効
率的に製造することができる。

また本発明によれば電気伝導率が適正であり、かつ高温
強度に優れたアルミニウム合金組成としているため、電
気的特性および機械的特性が浸れた回転子を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造回転子の一実施例を示す斜視
図、第２図は従来のかご形回転子の構成例を示す斜視図
、第３図は従来の回転子鉄心の構成例を示す斜視図、第
４図はスロツ１〜の断面形状を示す断面図、第５図は従
来の回転子導体の構成例を示す斜視図である。１・・・回転子、２・・・回転子鉄心、３・・・回転子
導体、４・・・回転軸、５・・・鉄心要素板、６・・・
スロット、７・・・銅捧（スロットバー）、８・・・エ
ンドリング（短絡環〉、９・・・冷却フィン。出願人代理人　　波　多　野　　　　久第２図一２８９−

Claims

【特許請求の範囲】１、重量パーセントでケイ素を４％以上６％以下、銅を
１．０％以上１．５％以下、鉄を０．１％以上０．５％
以下、クロムを０．１％以下、マンガンを０．０５％以
下含有し、残部が実質的にアルミニウムから成るアルミ
ニウム合金で形成した回転子導体を備えたことを特徴と
する鋳造回転子。２、回転子鉄心と回転子導体と冷却フィンとを備えた鋳
造回転子の製造方法において、スロットを穿設した多数
の鉄心要素板を積層して回転子鉄心を形成し、しかる後
に重量パーセントでケイ素４％以上６％以下、銅を１．
０％以上１．５％以下、鉄を０．１％以上０．５％以下
、クロムを０．１％以下、マンガンを０．０５％以下含
有し残部が実質的にアルミニウムから成るアルミニウム
合金溶湯を上記回転子鉄心の端部およびスロット内に鋳
込み、回転子導体および冷却フィンを一体に鋳造成形す
ることを特徴とする鋳造回転子の製造方法。