主電動機の内部構造と銅ダイキャスト回転子外観
株式会社日立インダストリアルプロダクツ(以下、日立インダストリアルプロダクツ)は、銅ダイキャスト*1回転子*2を、鉄道車両用主電動機向けとしては世界で初めて製品化*3し、質量の軽量化を実現しました。日立インダストリアルプロダクツが従来から持っている高効率技術に、軽量化技術を加えることで、今後の鉄道車両のさらなる省電力化・環境負荷低減に貢献します。
今回、日立インダストリアルプロダクツは主電動機の構成部品である回転子のさらなる軽量化に向けて、鉄道車両用主電動機向けの銅ダイキャスト回転子を開発しました。銅ダイキャスト回転子は、導体である銅をダイキャストにより製造した回転子で、従来の銅バーとエンドリング*4をロウ付けにより接合した回転子(以下、銅バータイプ)よりも、質量を約15kg低減することができます。今後、対象となる鉄道車両案件から適用していきます。
*1ダイキャスト: 溶かした金属を金型に流し込んで加圧成形する鋳造法。*2回転子: 主電動機を構成する回転部品。ここではかご形回転子のことを示す。*3当社調べ(鉄道車両用主電動機に銅ダイキャスト回転子を用いること。)*4エンドリング: 回転子導体である銅バーの両端を電気的に接続し、短絡するリング材料。銅や黄銅が用いられる。
開発の背景と課題
日立インダストリアルプロダクツが従来から持つ主電動機の回転子ラインアップは、鉄心内のスロットに棒状の銅バーを挿入して構成する銅バータイプと、アルミ導体をダイキャストにて製造するアルミダイキャストタイプの2種類です。
当社はカーボンニュートラル社会の実現に貢献するため、主電動機の高効率化を進めており、高効率製品には回転子の導体にアルミよりも低損失である銅材料を適用した銅バータイプを採用しております。
効率化と軽量化の両立に向けて、銅ダイキャストの適用を検討したところ、銅材料適用による効率化を維持しながら、構造を簡略化することにより、部品点数の削減が可能となりました。しかし、銅の融点(約1086℃)が、アルミの融点(約660℃)より高温であることから、素材となる銅を融解した湯の温度が高温となり、品質よく鋳込むことが極めて難しく、また鉄道車両用主電動機向けであるため大型回転子へのダイキャストが必要であるという課題がありました。
日立インダストリアルプロダクツはアルミダイキャストタイプで培った技術を銅に応用し、銅ダイキャスト回転子の試作・検証を複数年繰り返し行うことで、鉄道車両用主電動機として最適な設計・検証方法を確立し、高品質な銅ダイキャスト回転子の開発・製品化します。
「国際鉄道技術専門見本市 -InnoTrans 2024」での紹介について
銅ダイキャスト回転子は、2024年9月24日(火)～27日(金)にドイツ・ベルリンで開催される「「国際鉄道技術専門見本市 -InnoTrans 2024」に展示予定です。
- 日立インダストリアルプロダクツのウェブサイト『「国際鉄道技術専門見本市 -InnoTrans 2024」に出展』
日立インダストリアルプロダクツについて
日立インダストリアルプロダクツは、産業・流通、水インフラ、ヘルスケア、家電・空調システム、計測分析システム、ビルシステムなどの幅広い領域でプロダクトをデジタルでつなぐ「コネクティブインダストリーズ」の中で、プロダクト事業を通じてお客さまの環境価値の向上に貢献します。
お問い合わせ先
株式会社日立インダストリアルプロダクツ
営業統括本部 電機システム技術部 ビルトインドライブグループ[担当:中込、小林]
〒101-0021 東京都千代田区外神田一丁目5番1号 住友不動産秋葉原ファーストビル
電話 : 03-6271-7068(直通)
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主電機的內部結構和銅鑄造轉子的外觀
日立工業產品株式會社（以下簡稱日立工業產品）是世界上首家將銅鑄造*1轉子*2用於鐵路車輛主電機的企業，並實現了產品化*3，實現了質量的輕量化。通過將日立工業產品一直具有的高效率技術與輕量化技術相結合，將進一步爲未來鐵路車輛的節能減排貢獻力量。
此次，日立工業產品爲了進一步減輕主電機組件迴轉子的質量，開發了適用於鐵路車輛主電機的銅鑄造迴轉子。銅鑄造迴轉子是通過銅導體進行壓鑄製造的轉子，與傳統的銅棒和端環*4通過焊接連接的轉子（以下稱銅棒類型）相比，可以減少大約15kg的質量。今後將應用於鐵路車輛案例中。
*1壓鑄製造：將熔化的金屬流入模具進行加壓成型的鑄造方法。*2轉子：構成主電機的旋轉部件。在此指籠形轉子。*3根據本公司調查（使用銅鑄造迴轉子用於鐵路車輛主電機。）*4端環：用於將轉子導體銅棒的兩端進行電連接，短路的環材料。使用銅或黃銅。
開發背景和挑戰
日立工業產品一直擁有的主電機轉子產品線包括插入銅棒構成銅棒類型和通過壓鑄製造鋁導體的鋁壓鑄類型的兩種。
爲了實現碳中和社會的目標，我們推進主電機的高效化，並採用了銅材料應用的銅棒型，該材料比鋁損失更低，以實現高效產品。
爲了實現效率和輕量化的雙重目標，我們考慮了銅的壓鑄應用，並通過簡化結構，實現從銅材料應用中保持效率提高，並且減少了部件數量。然而，由於銅的熔點（約1086℃）比鋁的熔點（約660℃）要高，所以將銅作爲原料熔解的溫度較高，使得鑄注質量非常困難，同時由於是用於鐵路車輛的主電機，因此需要對大型轉子進行壓鑄。
日立工業產品公司將鋁壓鑄技術應用於銅材料，並通過多年的銅壓鑄轉子的試製和驗證，爲鐵路車輛的主電機確定了最佳設計和驗證方法，並開發和生產了高品質的銅壓鑄轉子。
關於在「國際鐵道技術專業展覽會 - InnoTrans 2024」的介紹
銅壓鑄轉子將在2024年9月24日（星期二）至27日（星期五）在德國柏林舉辦的「國際鐵道技術專業展覽會 - InnoTrans 2024」上展示。
- 日立工業產品的網站《參加「國際鐵道技術專業展覽會 - InnoTrans 2024」》
關於日立工業產品
日立工業產品在連接工業、流通、水務基礎設施、醫療保健、家電空調系統、測量分析系統和樓宇系統等廣泛領域，通過產品業務爲提高客戶環境價值做出貢獻。
聯繫方式
Hitachi Industrial Products Co., Ltd.
營業總部 電機系統技術部 內置驅動組[負責人: 中込、小林]
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