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轉子及其制造方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201310050105.3

申請日:

2013.02.08

公開號:

CN103248184B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02K 17/16申請日:20130208|||公開
IPC分類號: H02K17/16; H02K15/02 主分類號: H02K17/16
申請人: 發那科株式會社
發明人: 梶屋貴史
地址: 日本山梨縣
優先權: 2012.02.14 JP 2012-029745
專利代理機構: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243 代理人: 張敬強;嚴星鐵
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310050105.3

授權公告號:

103248184B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2013.09.18|||2013.08.14

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種轉子及其制造方法。本發明的轉子,具備:形成有收放旋轉軸的貫通孔的圓筒狀的鐵芯;以及箱形導體,其包括沿旋轉軸的收放方向延伸并以規定間隔配置在鐵芯的外周的多個導體桿、以及形成在上述多個導體桿的兩端的一對環狀的導體端環,在導體端環的外表面的至少一部分,形成有通過噴涂固相狀態的導體粒子而形成的導體加固層。

權利要求書

權利要求書
1.   一種轉子(10、50、60、70、80、90),具備:
形成有收放旋轉軸(16)的貫通孔(18)的圓筒狀的鐵芯(12);以及
箱形導體(14),其包括沿上述旋轉軸(16)的收放方向延伸并以規定間隔配置在該鐵芯(12)的外周的多個導體桿(20)、以及形成在上述多個導體桿(20)的兩端(20a、20a)的一對環狀的導體端環(22),
該轉子(10、50、60、70、80、90)的特征在于,
在上述導體端環(22)的外表面(22a、22b、22c)的至少一部分上,形成有通過噴涂固相狀態的導體粒子(36)而形成的導體加固層(28、52、62、74、82、92)。

2.   根據權利要求1所述的轉子(90),其特征在于,
還在上述鐵芯(12)的外表面(12a)的至少一部分上形成有上述導體加固層(92)。

3.   根據權利要求1或2所述的轉子(10、50、60、70、80、90),其特征在于,
形成上述導體加固層(28、52、62、74、82、92)的導體粒子(36)是由非磁性材料構成的粒子。

4.   根據權利要求3所述的轉子(10、50、60、70、80、90),其特征在于,
上述非磁性材料是不銹鋼、鈦或鈦合金。

5.   一種制造方法,其用于制造轉子(10、50、60、70、80、90),該轉子具備:
形成有收放旋轉軸(16)的貫通孔(18)的圓筒狀的鐵芯(12);以及
箱形導體(14),其包括沿上述旋轉軸(16)的收放方向延伸并以規定間隔配置在該鐵芯(12)的外周的多個導體桿(20)、以及形成在上述多個導體桿(20)的兩端(20a、20a)的一對環狀的導體端環(22),
該制造方法的特征在于,包括:
在上述導體端環(22)的外表面(22a、22b、22c)的至少一部分上通過噴涂固相狀態的導體粒子(36)來形成導體加固層(28、52、62、74、82、92)。

6.   根據權利要求5所述的制造方法,其特征在于,
還包括:在上述鐵芯(12)的外表面(12a)的至少一部分上,通過噴涂固相狀態的導體粒子(36)來形成導體加固層(92)。

說明書

說明書轉子及其制造方法
技術領域
本發明涉及用于例如感應電動機的具備箱形導體的轉子及其制造方法。
背景技術
近年來,對旋轉電動機的高速化的要求變高。由于當使電動機高速旋轉時,作用在轉子的零件上的離心力增大,因此導體端環變形,有些情況下有可能導致破損。因此,提出了例如將加固部件安裝在導體端環上的對策(參照日本特開平3?261354號公報、日本特開平10?127022號公報、日本專利第2838896號說明書、日本專利第2911315號說明書)。但是,這種加固部件需要根據轉子的形狀、尤其根據導體端環的形狀特別地形成。因此,需要管理的部件種類增加,結果導致成本增加。并且,如果轉子的形狀復雜,則加固部件的加工成本也隨之增大。另外,在應使轉子的鐵芯歪斜的場合,因加固部件的尺寸及形狀的制約,有時也會也限制歪斜量。
另外,也可以參照榊和彥著“冷噴涂的概要及其輕金屬覆膜”、輕金屬、社團法人輕金屬學會、2006年7月、第56卷第7號、376頁~385頁。
發明內容
本發明的目的在于提供轉子、尤其無論導體端環的形狀如何都能夠加固轉子的轉子及其制造方法。
根據本申請的第一發明,提供一種轉子,具備:形成有收放旋轉軸的貫通孔的圓筒狀的鐵芯;以及箱形導體,其包括沿上述旋轉軸的收放方向延伸并以規定間隔配置在該鐵芯的外周的多個導體桿、以及形成在上述多個導體桿的兩端的一對環狀的導體端環,在上述導體端環的外表面的至少一部分上,形成有通過噴涂固相狀態的導體粒子而形成的導體加固層。
根據本申請的第二發明,在第一發明中,還在上述鐵芯的外表面的至少一部分上形成有上述導體加固層。
根據本申請的第三發明,在第一或第二發明中,形成上述導體加固層的導體粒子是由非磁性材料構成的粒子。
根據本申請的第四發明,在第三發明中,上述非磁性材料是不銹鋼、鈦或鈦合金。
根據本申請的第五發明,提供一種制造方法,其用于制造轉子,該轉子具備:形成有收放旋轉軸的貫通孔的圓筒狀的鐵芯;以及箱形導體,其包括沿上述旋轉軸的收放方向延伸并以規定間隔配置在該鐵芯的外周的多個導體桿、以及形成在上述多個導體桿的兩端的一對環狀的導體端環,該制造方法包括:在上述導體端環的外表面的至少一部分上通過噴涂固相狀態的導體粒子來形成導體加固層。
根據本申請的第六發明,在第五發明中,還包括:在上述鐵芯的外表面的至少一部分上,通過噴涂固相狀態的導體粒子來形成導體加固層。
本發明的效果如下。
根據上述第一發明,導體加固層通過噴涂固相狀態的導體粒子而形成。因此,無論被加固部件例如導體端環是哪種形狀,都能容易地形成加固結構體。另外,由于能夠將導體加固層直接形成在導體端環上,因此不需要固定螺栓等追加的固定機構。
根據上述第二發明,對鐵芯也形成導體加固層。因此,轉子的結構強度進一步增大,能夠與電動機的進一步高速化對應。
根據上述第三發明,由于導體加固層由非磁性材料形成,因此能夠有效地防止磁通泄露等。
根據上述第四發明,由于使用比強度充分大的材料,因此形成了堅固的導體加固層。
根據上述第五發明,通過噴涂固相狀態的導體粒子來形成導體加固層。因此,無論被加固部件是哪種形狀,都能夠容易地形成加固結構層。另外,由于能夠將導體加固層直接形成在導體端環上,因此能夠省略螺栓固定等追加的作業。
根據上述第六發明,通過噴涂固相狀態的導體粒子來對鐵芯也形成導體加固層。因此,不需要另外準備追加的加固部件便能進一步增大轉子的結構強度。
這些及其他本發明的對象、特征及優點參照附圖所表示的本發明的示例的實施方式的詳細說明而更加明確。
附圖說明
圖1是概略地表示本發明的第一實施方式的轉子的剖視圖。
圖2是說明形成導體加固層的工序的圖。
圖3是概略地表示本發明的第二實施方式的轉子的剖視圖。
圖4是概略地表示本發明的第三實施方式的轉子的剖視圖。
圖5是概略地表示本發明的第四實施方式的轉子的剖視圖。
圖6是概略地表示本發明的第五實施方式的轉子的剖視圖。
圖7是概略地表示本發明的第六實施方式的轉子的剖視圖。
具體實施方式
下面,參照附圖說明本發明的實施方式。請注意在圖示的實施方式中,各結構要素考慮附圖的可視性或說明上的方便,存在未按照實際使用的比例尺表示的情況。圖1是概略地表示本發明的第一實施方式的轉子10的剖視圖。轉子10具備大致圓筒狀的鐵芯12、箱形導體14。在鐵芯12上形成有收放具有旋轉軸線X的旋轉軸16的貫通孔18。箱形導體14具備沿旋轉軸16的收放方向延伸并以規定間隔配置在鐵芯12的外周的多個導體桿20、以及形成在這些多個導體桿20的兩方的端部20a、20a上的一對環狀的導體端環22。
轉子10與未圖示的定子協作而能夠形成感應電動機。定子具備多相的線圈。在例如三相交流的電流流過這些線圈時,定子產生旋轉磁場。與此相對,在箱形導體14的導體桿20上產生電流,利用旋轉磁場與電流的相互作用得到轉子10的旋轉驅動力。
鐵芯12通過在旋轉軸線X的方向上層疊例如對硅鋼板進行沖裁而形成的多個板材而形成。在鐵芯12上沿鐵芯12的圓周方向以隔有規定間隔的方式形成沿旋轉軸線X的方向延伸的多個插槽24。
導體桿20配置在鐵芯12的插槽24內。導體桿20的兩方的端部20a、20a收放在形成在導體端環22上的貫通孔26中。導體桿20的兩個端面優選以與導體端環22的端面22b處于相同的平面的方式形成。導體桿20及導體端環22例如由銅、銅合金、鋁及鋁合金等導電性材料形成。
在本實施方式中,如圖1所示,在導體端環22的外周面22a上形成有導體加固層28。導體加固層28如更詳細地后述那樣,通過噴涂固相狀態的導體粒子而形成。導體粒子優選為非磁性材料,以便磁通不會通過導體加固層28泄露。作為用于形成導體加固層28的非磁性材料,例如可舉出不銹鋼、鈦或鈦合金。
這樣,通過在導體端環22的外周面22a上形成導體加固層28,增大了導體端環22的結構強度。這種結構在增大轉子10的旋轉速度的場合尤其有效。在不形成導體加固層28而使導體端環22的外周面22a露出的狀態下,若以較高速度使轉子旋轉時,因離心力導體端環22變形,根據情況存在破損的危險。但是,在本實施方式的轉子10中,如上所述,利用鈦或鈦合金等比強度比較高的材料形成導體加固層28。因此,即使使轉子10高速度旋轉,也能維持充分的強度,因此能夠防止導體端環22破損,延長電動機的耐用壽命。另外,由于導體加固層28直接形成在導體端環22上,因此無需固定螺栓等追加的固定機構。
接著,參照圖2對轉子10的制造方法進行說明。圖2是說明形成導體加固層28的工序的圖。另外,由于導體加固層28的形成工序以外能夠應用公知的方法,因此省略詳細的說明。
圖2表示冷噴涂裝置30的一部分。在本實施方式中,冷噴涂裝置30用于利用冷噴涂法噴涂出固相狀態的導體粒子。冷噴涂法是將粒子狀的物質投入常溫高壓氣體或被加熱了的高壓氣體的氣流中,使粒子狀的物質以固相狀態與對象部件碰撞而形成覆膜的方法。根據這種冷噴涂法,能夠不產生熱變性就形成強度大的金屬覆膜。作為比較可能的成膜方法,已知有金屬噴涂法。在金屬噴涂法中,由于金屬一旦被熔融,就需要快速地冷卻。但是,若冷卻溫度的管理不當,則會產生結晶結構的肥大化等,作為結果,金屬層的強度下降。相對與此,若是冷噴涂法,則由于不會如上述那樣產生導體材料的熱變性,所以能夠得到更有效的加固作用。
如圖所示,冷噴涂裝置30具備:向外殼32的內部空間34供給導體粒子36的導體粒子供給管38;供給高壓、例如數MPa的動作氣體的動作氣體供給管40;以及將動作氣體加速到超音速的拉伐爾噴嘴42。作為導體粒子36,使用例如具有大約1μm~50μm的粒徑的不銹鋼、鈦或鈦合金等導電性材料。動作氣體例如是氮氣、氦氣或空氣等。動作氣體可以通過設在冷噴涂裝置30上的加熱器(未圖示)加熱。在該場合,噴嘴入口34a的動作氣體的溫度根據冷噴涂裝置30的規格設定為例如到攝氏大約1000度的范圍。動作氣體的溫度越高,氣體速度、進而導體粒子36的噴涂速度越大。因此,一般地,動作氣體的溫度越高,導體粒子36的附著效率越大。因此,動作氣體的溫度優選在不超過導體粒子36的熔點的范圍內設定得盡可能高。
拉伐爾噴嘴42具有其流道面積形成得小的喉部42a,并且形成為朝向出口42b流道面積逐漸擴大。利用這種拉伐爾噴嘴42,將導體粒子36從大約300m/s加速到大約1000m/s范圍的速度。導體粒子36從拉伐爾噴嘴42的出口42b噴出,與對象部件、在本實施方式中為導體端環22的外周面22a碰撞并以固相狀態附著。通過這樣無數的導體粒子36附著到導體端環22的外周面22a上,形成導體加固層28。在形成導體加固層28時使用夾具,使得導體粒子36僅附著在期望的范圍內。這樣形成的導體加固層28雖不進行特別限定,但為了對對象部件賦予充分的結構強度,具有大概數mm~數十mm范圍的厚度。
導體加固層28在后續工序中例如利用切削加工整形為期望的形狀。例如如圖1所示,導體加固層28的外周面形成為與鐵芯12的外周面12a處于相同的平面。這樣,根據將導體粒子以固相狀態噴涂的冷噴涂法,無論被加固部件、例如導體端環22或鐵芯12具有哪種形狀,都能夠容易地形成導體加固層。另外,由于導體加固層能夠直接形成在被加固部件上,所以能夠省略螺栓固定等追加的作業。
接著,對本發明的其他實施方式進行說明。在以下的說明中,適當省略與第一實施方式的結構要素相關且與上述內容重復的說明。另外,對與上述第一實施方式的結構要素相同或對應的結構要素標注相同的參照符號。
圖3是概略地表示本發明的第二實施方式的轉子50的剖視圖。在本實施方式的轉子50中,導體加固層52除了導體端環22的外周面22a之外,還形成在導體端環22的端面22b上。即使在本實施方式中,也可以如上述那樣使用夾具,以便在需要的范圍內形成導體加固層52。也可以改變冷噴涂裝置30或轉子50的姿勢而從多個方向噴涂導體粒子36。根據本實施方式,無論導體端環22的形狀如何,都能夠對導體端環22的外周面22a及端面22b進行加固。
圖4是概略地表示本發明的第三實施方式的轉子60的剖視圖。在本實施方式的轉子60中,導體加固層62除了導體端環22的外周面22a及端面22b外,還形成在導體端環22的內周面22c上。即使在本實施方式中,也可以如上所述那樣使用夾具,以便在需要的范圍內形成導體加固層62。也可以改變冷噴涂裝置30或轉子60的姿勢而從多個方向噴涂導體粒子36。根據本實施方式,無論導體端環22的形狀如何,都能夠對導體端環22的外周面22a、端面22b及內周面22c的全部進行加固。
圖5是概略地表示本發明的第四實施方式的轉子70的剖視圖。在本實施方式的轉子70中,在導體端環22的內周面22c與旋轉軸16的外周面之間的間隙中配置有環狀的平衡環72。平衡環72為了減少例如通過鑄造制造導體端環22的場合產生的氣孔等因制造上的缺陷而產生的轉子的不良狀況而配置。并且,在本實施方式中,導體加固層74形成于導體端環22的端面22b及平衡環72的端面。即使在本實施方式中,也可以如上所述那樣使用夾具,以便在需要的范圍內形成導體加固層74。也可以改變冷噴涂裝置30或轉子70的姿勢而從多個方向噴涂導體粒子36。根據本實施方式,無論導體端環22及平衡環72的形狀如何,都能夠對導體端環22及平衡環72的雙方進行加固。
圖6是概略地表示本發明的第五實施方式的轉子80的剖視圖。即使在本實施方式的轉子80中,也與上述第四實施方式相同,在導體端環22的內周面22c與旋轉軸16的外周面之間的間隙中配置有平衡環72。在本實施方式中,導體加固層82除了導體端環22的端面22b及平衡環72的端面外,還形成在導體端環22的外周面22a上。即使在本實施方式中,也可以如上所述那樣使用夾具,以便在需要的范圍內形成導體加固層82。也可以改變冷噴涂裝置30或轉子80的姿勢而從多個方向噴涂導體粒子36。根據本實施方式,無論導體端環22及平衡環72的形狀如何,都能夠對導體端環22及平衡環72這兩方進行加固。
圖7是概略地表示本發明的第六實施方式的轉子90的剖視圖。在本實施方式的轉子90中,導體加固層92除了導體端環22的外周面22a、端面22b及內周面22c外,還形成在鐵芯12的外周面12a上。即使在本實施方式中,也可以如上所述那樣使用夾具,以便在需要的范圍內形成導體加固層92。也可以改變冷噴涂裝置30或轉子90的姿勢而從多個方向噴涂導體粒子36。根據本實施方式,無論導體端環22及平衡環72的形狀如何,都能夠對導體端環22及鐵芯12這兩方進行加固。根據本實施方式,能夠提供不改變形成鐵芯12的材料自身就能夠與電動機的高速旋轉對應的轉子90。
導體桿及導體端環的結構并未參照附圖而限定于上述形式。例如,也可以利用上述的冷噴涂法來形成導體桿及導體端環的至少一方。在該場合,導體桿及導體端環通過將銅、銅合金、鋁或鋁合金等金屬粒子以固相狀態噴出而形成。
在圖示的實施方式中,各插槽24相對于旋轉軸線X平行地延伸,但本發明并不限定于這種樣式。例如,在層疊形成的鐵芯歪斜的場合,即以在鐵芯的兩端部互相在圓周方向上相反地扭轉的方式形成的場合,各插槽形成螺旋路徑。在這種實施方式中,導體桿沿插槽的路徑形成為螺旋狀。在兩端歪斜的實施方式中,導體端環的形狀也變得更加復雜。但是,根據利用冷噴涂法來形成導體加固層的本發明,能適當地提高轉子的結構強度。
另外,作為第六實施方式,說明了在鐵芯12的外周面12a上還形成導體加固層92的例子,但在鐵芯12的外周面12a上追加形成導體加固層這一技術方案自身能與其他實施方式任意組合。
以上,使用本發明的示例的實施方式圖示并說明了本發明,但本領域技術人員當然能理解為可在不脫離本發明的精神及范圍內進行上述或多種變更、省略、追加。

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