专利名称：转子及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于例如感应电动机的具备箱形导体的转子及其制造方法。
背景技术：
近年来，对旋转电动机的高速化的要求变高。由于当使电动机高速旋转时，作用在转子的零件上的离心力增大，因此导体端环变形，有些情况下有可能导致破损。因此，提出了例如将加固部件安装在导体端环上的对策(参照日本特开平3-261354号公报、日本特开平10-127022号公报、日本专利第2838896号说明书、日本专利第2911315号说明书)。但是，这种加固部件需要根据转子的形状、尤其根据导体端环的形状特别地形成。因此，需要管理的部件种类增加，结果导致成本增加。并且，如果转子的形状复杂，则加固部件的加工成本也随之增大。另外，在应使转子的铁芯歪斜的场合，因加固部件的尺寸及形状的制约，有时也会也限制歪斜量。另外，也可以参照榊和彦著“冷喷涂的概要及其轻金属覆膜”、轻金属、社团法人轻金属学会、2006年7月、第56卷第7号、376页 385页。
发明内容
本发明的目的在于提供转子、尤其无论导体端环的形状如何都能够加固转子的转子及其制造方法。根据本申请的第一发明，提供一种转子，具备:形成有收放旋转轴的贯通孔的圆筒状的铁芯；以及箱形导体，其包括沿上述旋转轴的收放方向延伸并以规定间隔配置在该铁芯的外周的多个导体杆、以及形成在上述多个导体杆的两端的一对环状的导体端环，在上述导体端环的外表面的至少一 部分上，形成有通过喷涂固相状态的导体粒子而形成的导体加固层。根据本申请的第二发明，在第一发明中，还在上述铁芯的外表面的至少一部分上形成有上述导体加固层。根据本申请的第三发明，在第一或第二发明中，形成上述导体加固层的导体粒子是由非磁性材料构成的粒子。根据本申请的第四发明，在第三发明中，上述非磁性材料是不锈钢、钛或钛合金。根据本申请的第五发明，提供一种制造方法，其用于制造转子，该转子具备:形成有收放旋转轴的贯通孔的圆筒状的铁芯；以及箱形导体，其包括沿上述旋转轴的收放方向延伸并以规定间隔配置在该铁芯的外周的多个导体杆、以及形成在上述多个导体杆的两端的一对环状的导体端环，该制造方法包括:在上述导体端环的外表面的至少一部分上通过喷涂固相状态的导体粒子来形成导体加固层。根据本申请的第六发明，在第五发明中，还包括:在上述铁芯的外表面的至少一部分上，通过喷涂固相状态的导体粒子来形成导体加固层。本发明的效果如下。
根据上述第一发明，导体加固层通过喷涂固相状态的导体粒子而形成。因此，无论被加固部件例如导体端环是哪种形状，都能容易地形成加固结构体。另外，由于能够将导体加固层直接形成在导体端环上，因此不需要固定螺栓等追加的固定机构。根据上述第二发明，对铁芯也形成导体加固层。因此，转子的结构强度进一步增大，能够与电动机的进一步高速化对应。根据上述第三发明，由于导体加固层由非磁性材料形成，因此能够有效地防止磁通泄露等。根据上述第四发明，由于使用比强度充分大的材料，因此形成了坚固的导体加固层。根据上述第五发明，通过喷涂固相状态的导体粒子来形成导体加固层。因此，无论被加固部件是哪种形状，都能够容易地形成加固结构层。另外，由于能够将导体加固层直接形成在导体端环上，因此能够省略螺栓固定等追加的作业。根据上述第六发明，通过喷涂固相状态的导体粒子来对铁芯也形成导体加固层。因此，不需要另外准备追加的加固部件便能进一步增大转子的结构强度。这些及其他本发明的对象、特征及优点参照附图所表示的本发明的示例的实施方式的详细说明而更加明确。
图1是概略地表示本发明的第一实施方式的转子的剖视图。图2是说明形成导体加固层的工序的图。图3是概略地表示本发明`的第二实施方式的转子的剖视图。图4是概略地表示本发明的第三实施方式的转子的剖视图。图5是概略地表示本发明的第四实施方式的转子的剖视图。图6是概略地表示本发明的第五实施方式的转子的剖视图。图7是概略地表示本发明的第六实施方式的转子的剖视图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。请注意在图示的实施方式中，各结构要素考虑附图的可视性或说明上的方便，存在未按照实际使用的比例尺表示的情况。图1是概略地表示本发明的第一实施方式的转子10的剖视图。转子10具备大致圆筒状的铁芯12、箱形导体14。在铁芯12上形成有收放具有旋转轴线X的旋转轴16的贯通孔18。箱形导体14具备沿旋转轴16的收放方向延伸并以规定间隔配置在铁芯12的外周的多个导体杆
20、以及形成在这些多个导体杆20的两方的端部20a、20a上的一对环状的导体端环22。转子10与未图示的定子协作而能够形成感应电动机。定子具备多相的线圈。在例如三相交流的电流流过这些线圈时，定子产生旋转磁场。与此相对，在箱形导体14的导体杆20上产生电流，利用旋转磁场与电流的相互作用得到转子10的旋转驱动力。铁芯12通过在旋转轴线X的方向上层叠例如对硅钢板进行冲裁而形成的多个板材而形成。在铁芯12上沿铁芯12的圆周方向以隔有规定间隔的方式形成沿旋转轴线X的方向延伸的多个插槽24。
导体杆20配置在铁芯12的插槽24内。导体杆20的两方的端部20a、20a收放在形成在导体端环22上的贯通孔26中。导体杆20的两个端面优选以与导体端环22的端面22b处于相同的平面的方式形成。导体杆20及导体端环22例如由铜、铜合金、铝及铝合金等导电性材料形成。在本实施方式中，如图1所示，在导体端环22的外周面22a上形成有导体加固层28。导体加固层28如更详细地后述那样，通过喷涂固相状态的导体粒子而形成。导体粒子优选为非磁性材料，以便磁通不会通过导体加固层28泄露。作为用于形成导体加固层28的非磁性材料，例如可举出不锈钢、钛或钛合金。这样，通过在导体端环22的外周面22a上形成导体加固层28，增大了导体端环22的结构强度。这种结构在增大转子10的旋转速度的场合尤其有效。在不形成导体加固层28而使导体端环22的外周面22a露出的状态下，若以较高速度使转子旋转时，因离心力导体端环22变形，根据情况存在破损的危险。但是，在本实施方式的转子10中，如上所述，利用钛或钛合金等比强度比较高的材料形成导体加固层28。因此，即使使转子10高速度旋转，也能维持充分的强度，因此能够防止导体端环22破损，延长电动机的耐用寿命。另外，由于导体加固层28直接形成在导体端环22上，因此无需固定螺栓等追加的固定机构。接着，参照图2对转子10的制造方法进行说明。图2是说明形成导体加固层28的工序的图。另外，由于导体加固层28的形成工序以外能够应用公知的方法，因此省略详细的说明。
图2表示冷喷涂装置30的一部分。在本实施方式中，冷喷涂装置30用于利用冷喷涂法喷涂出固相状态的导体粒子。冷喷涂法是将粒子状的物质投入常温高压气体或被加热了的高压气体的气流中，使粒子状的物质以固相状态与对象部件碰撞而形成覆膜的方法。根据这种冷喷涂法，能够不产生热变性就形成强度大的金属覆膜。作为比较可能的成膜方法，已知有金属喷涂法。在金属喷涂法中，由于金属一旦被熔融，就需要快速地冷却。但是，若冷却温度的管理不当，则会产生结晶结构的肥大化等，作为结果，金属层的强度下降。相对与此，若是冷喷涂法，则由于不会如上述那样产生导体材料的热变性，所以能够得到更有效的加固作用。如图所示，冷喷涂装置30具备:向外壳32的内部空间34供给导体粒子36的导体粒子供给管38 ;供给高压、例如数MPa的动作气体的动作气体供给管40 ;以及将动作气体加速到超音速的拉伐尔喷嘴42。作为导体粒子36，使用例如具有大约I μ m 50 μ m的粒径的不锈钢、钛或钛合金等导电性材料。动作气体例如是氮气、氦气或空气等。动作气体可以通过设在冷喷涂装置30上的加热器(未图示)加热。在该场合，喷嘴入口 34a的动作气体的温度根据冷喷涂装置30的规格设定为例如到摄氏大约1000度的范围。动作气体的温度越高，气体速度、进而导体粒子36的喷涂速度越大。因此，一般地，动作气体的温度越高，导体粒子36的附着效率越大。因此，动作气体的温度优选在不超过导体粒子36的熔点的范围内设定得尽可能闻。拉伐尔喷嘴42具有其流道面积形成得小的喉部42a，并且形成为朝向出口 42b流道面积逐渐扩大。利用这种拉伐尔喷嘴42，将导体粒子36从大约300m / s加速到大约1000m / s范围的速度。导体粒子36从拉伐尔喷嘴42的出口 42b喷出，与对象部件、在本实施方式中为导体端环22的外周面22a碰撞并以固相状态附着。通过这样无数的导体粒子36附着到导体端环22的外周面22a上，形成导体加固层28。在形成导体加固层28时使用夹具，使得导体粒子36仅附着在期望的范围内。这样形成的导体加固层28虽不进行特别限定，但为了对对象部件赋予充分的结构强度，具有大概数mm 数十mm范围的厚度。导体加固层28在后续工序中例如利用切削加工整形为期望的形状。例如如图1所示，导体加固层28的外周面形成为与铁芯12的外周面12a处于相同的平面。这样，根据将导体粒子以固相状态喷涂的冷喷涂法，无论被加固部件、例如导体端环22或铁芯12具有哪种形状，都能够容易地形成导体加固层。另外，由于导体加固层能够直接形成在被加固部件上，所以能够省略螺栓固定等追加的作业。接着，对本发明的其他实施方式进行说明。在以下的说明中，适当省略与第一实施方式的结构要素相关且与上述内容重复的说明。另外，对与上述第一实施方式的结构要素相同或对应的结构要素标注相同的参照符号。图3是概略地表示本发明的第二实施方式的转子50的剖视图。在本实施方式的转子50中，导体加固层52除了导体端环22的外周面22a之外，还形成在导体端环22的端面22b上。即使在本实施方式中，也可以如上述那样使用夹具，以便在需要的范围内形成导体加固层52。也可以改变冷喷涂装置30或转子50的姿势而从多个方向喷涂导体粒子36。根据本实施方式，无论导体端环22的形状如何，都能够对导体端环22的外周面22a及端面22b进行加固。图4是概略地表示本发明的第三实施方式的转子60的剖视图。在本实施方式的转子60中，导体加固层62除了导体端环22的外周面22a及端面22b外，还形成在导体端环22的内周面22c上。即使在本实施方式中，也可以如上所述那样使用夹具，以便在需要的范围内形成导体加固层62。也可以改变冷喷涂装置30或转子60的姿势而从多个方向喷涂导体粒子36。根据本实施方式，无论导体端环22的形状如何，都能够对导体端环22的外周面22a、端面22b及内周面22c的全部进行加固。图5是概略地表示本发明的第四实施方式的转子70的剖视图。在本实施方式的转子70中，在导体端环22的内周面22c与旋转轴16的外周面之间的间隙中配置有环状的平衡环72。平衡环72为了减少例如通过铸造制造导体端环22的场合产生的气孔等因制造上的缺陷而产生的转子的不良状况而配置。并且，在本实施方式中，导体加固层74形成于导体端环22的端面22b及平衡环72的端面。即使在本实施方式中，也可以如上所述那样使用夹具，以便在需要的范围内形成导体加固层74。也可以改变冷喷涂装置30或转子70的姿势而从多个方向喷涂导体粒子36。根据本实施方式，无论导体端环22及平衡环72的形状如何，都能够对导体端环22及平衡环72的双方进行加固。图6是概略地表示本发明的第五实施方式的转子80的剖视图。即使在本实施方式的转子80中，也与上述第四实施方式相同，在导体端环22的内周面22c与旋转轴16的外周面之间的间隙中配置有平衡环72。在本实施方式中，导体加固层82除了导体端环22的端面22b及平衡环72的端面外，还形成在导体端环22的外周面22a上。即使在本实施方式中，也可以如上所述那样使用夹具，以便在需要的范围内形成导体加固层82。也可以改变冷喷涂装置30或转子80的姿势而从多个方向喷涂导体粒子36。根据本实施方式，无论导体端环22及平衡环72的形状如何，都能够对导体端环22及平衡环72这两方进行加固。图7是概略地表示本发明的第六实 施方式的转子90的剖视图。在本实施方式的转子90中，导体加固层92除了导体端环22的外周面22a、端面22b及内周面22c外，还形成在铁芯12的外周面12a上。即使在本实施方式中，也可以如上所述那样使用夹具，以便在需要的范围内形成导体加固层92。也可以改变冷喷涂装置30或转子90的姿势而从多个方向喷涂导体粒子36。根据本实施方式，无论导体端环22及平衡环72的形状如何，都能够对导体端环22及铁芯12这两方进行加固。根据本实施方式，能够提供不改变形成铁芯12的材料自身就能够与电动机的高速旋转对应的转子90。导体杆及导体端环的结构并未参照附图而限定于上述形式。例如，也可以利用上述的冷喷涂法来形成导体杆及导体端环的至少一方。在该场合，导体杆及导体端环通过将铜、铜合金、铝或铝合金等金属粒子以固相状态喷出而形成。在图示的实施方式中，各插槽24相对于旋转轴线X平行地延伸，但本发明并不限定于这种样式。例如，在层叠形成的铁芯歪斜的场合，即以在铁芯的两端部互相在圆周方向上相反地扭转的方式形成的场合，各插槽形成螺旋路径。在这种实施方式中，导体杆沿插槽的路径形成为螺旋状。在两端歪斜的实施方式中，导体端环的形状也变得更加复杂。但是，根据利用冷喷涂法来形成导体加固层的本发明，能适当地提高转子的结构强度。另外，作为第六实施方式，说明了在铁芯12的外周面12a上还形成导体加固层92的例子，但在铁芯12的外周面12a上追加形成导体加固层这一技术方案自身能与其他实施方式任意组合。以上，使用本发明的示例的实施方式图示并说明了本发明，但本领域技术人员当然能理解为可在不脱离本发明 的精神及范围内进行上述或多种变更、省略、追加。
权利要求
1.一种转子(10、50、60、70、80、90)，具备: 形成有收放旋转轴(16)的贯通孔(18)的圆筒状的铁芯(12);以及 箱形导体(14)，其包括沿上述旋转轴(16)的收放方向延伸并以规定间隔配置在该铁芯(12)的外周的多个导体杆(20)、以及形成在上述多个导体杆(20)的两端(20a、20a)的一对环状的导体端环(22)， 该转子(10、50、60、70、80、90)的特征在于， 在上述导体端环(22)的外表面(22a、22b、22c)的至少一部分上，形成有通过喷涂固相状态的导体粒子(36)而形成的导体加固层(28、52、62、74、82、92)。
2.根据权利要求1所述的转子(90)，其特征在于， 还在上述铁芯(12)的外表面(12a)的至少一部分上形成有上述导体加固层(92)。
3.根据权利要求1或2所述的转子(10、50、60、70、80、90)，其特征在于， 形成上述导体加固层(28、52、62、74、82、92)的导体粒子(36)是由非磁性材料构成的粒子。
4.根据权利要求3所述的转子(10、50、60、70、80、90)，其特征在于， 上述非磁性材料是不锈钢、钛或钛合金。
5.一种制造方法，其用于制造转子(10、50、60、70、80、90)，该转子具备: 形成有收放旋转轴(16)的贯通孔(18)的圆筒状的铁芯(12);以及 箱形导体(14)，其包括沿上述旋转轴(16)的收放方向延伸并以规定间隔配置在该铁芯(12)的外周的多个导体杆(20)、以及形成在上述多个导体杆(20)的两端(20a、20a)的一对环状的导体端环(22)， 该制造方法的特征在于，包括: 在上述导体端环(22)的外表面(22a、22b、22c)的至少一部分上通过喷涂固相状态的导体粒子(36)来形成导体加固层(28、52、62、74、82、92)。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于， 还包括:在上述铁芯(12)的外表面(12a)的至少一部分上，通过喷涂固相状态的导体粒子(36)来形成导体加固层(92)。
全文摘要
本发明提供一种转子及其制造方法。本发明的转子，具备形成有收放旋转轴的贯通孔的圆筒状的铁芯；以及箱形导体，其包括沿旋转轴的收放方向延伸并以规定间隔配置在铁芯的外周的多个导体杆、以及形成在上述多个导体杆的两端的一对环状的导体端环，在导体端环的外表面的至少一部分，形成有通过喷涂固相状态的导体粒子而形成的导体加固层。
文档编号H02K17/16GK103248184SQ20131005010
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月8日 优先权日2012年2月14日
发明者梶屋贵史 申请人:发那科株式会社