JP2007295756A - 誘導電動機の回転子及び誘導電動機の回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体バーの遠心力に対する強度のばらつきが小さく、信頼性が高く、従来の設備が流用可能な低コストの誘導電動機の回転子及び誘導電動機の回転子の製造方法を得ること。
【解決手段】回転軸孔を有する円環状の電磁鋼板を複数積層して円筒状に形成され、外方壁部１ｃ、内方壁部１ｈ及び側方壁部１ｉ、１ｊを有する略矩形の複数のコアスロット１ａが形成された回転子コア１と、前記回転子コア１の両軸端部に固定され、該回転子コアの１複数のコアスロット１ａに対応する複数の導体スロットが形成された導体リングと、前記コアスロット１ａ及び導体スロットに挿入され、遠心方向へ寄せられてほぼ全長に亘って前記コアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接した複数の導体バー３と、を備える。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、銅バー等の導体バーを組み込んだ誘導電動機の回転子及び誘導電動機の回転子の製造方法に関するものである。

従来の誘導電動機の回転子として、円筒状鉄心（回転子コア）の外周部に軸方向の開口溝（開口スリット）を設けるとともに、この開口溝の側壁に軸方向の凹状溝を形成し、前記開口溝内に外周側開口部から圧入したアルミニウム等の棒状導体（導体バー）を外周側からローレットで押圧、変形させて凹状溝と係合させ、回転子の回転に伴って作用する棒状導体の遠心力が大きくても棒状導体を開口部から飛び出し難くしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−２９４２５２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、回転子コアの外周方向に開口する開口スロット内に外周側開口部から圧入したアルミニウム等の導体バーを外周側からローレットで押圧、変形させて凹状溝と係合させているので、導体バーの変形ばらつきにより、長期間の使用に対する信頼性に欠けるという問題があった。また、アルミニウム等の導体バーを外周側から機械作業であるローレットで押圧、変形させるので、専用の設備、治具が必要となり、製作工数が多くコストアップになるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、導体バーの遠心力に対する強度のばらつきが小さく、信頼性が高く、従来の設備が流用可能な低コストの誘導電動機の回転子及び誘導電動機の回転子の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の誘導電動機の回転子は、回転軸孔を有する円環状の電磁鋼板を複数積層して円筒状に形成され、外方壁部、内方壁部及び側方壁部を有する略矩形の複数のコアスロットが形成された回転子コアと、前記回転子コアの両軸端部に固定され、該回転子コアの複数のコアスロットに対応する複数の導体スロットが形成された導体リングと、前記コアスロット及び導体スロットに挿入され、遠心方向へ寄せられてほぼ全長に亘って前記コアスロットの外方壁部に当接した複数の導体バーと、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、導体バーがコアスロットの外方壁部に当接しているので、回転子が高速回転しても、導体バーの遠心力による変形が抑制され、コアスロット内でたわんで破損することもなく、製品毎の強度のばらつきが小さく信頼性の高い誘導電動機の回転子が得られるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる誘導電動機の回転子及び誘導電動機の回転子の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の誘導電動機の回転子を示す側面図であり、図２は、回転子の正面図であり、図３は、図１のＡ−Ａ線（又は、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線）に沿う断面図であり、図４−１、図４−２及び図４−３は、図３のＤ部拡大図であって、それぞれＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面及びＣ−Ｃ線断面を示す図であり、図５は、治具により導体バーを遠心方向へ寄せている状態を示す図であり、図６は、コアスロット内で導体バーが寄せられる様子を示す図であり、図７−１、図７−２及び図７−３は、それぞれＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面及びＣ−Ｃ線断面において導体バーが寄せられた状態を示す図である。

図１〜図４−３に示すように、実施の形態１の誘導電動機の回転子１０は、中心部に回転軸孔１ｂを有する円環状の薄い電磁鋼板１ｄを複数積層して円筒状に形成された回転子コア１と、回転子コア１の両軸端部に固定された２つの導体リング２と、回転子コア１の複数のコアスロット１ａ及び導体リング２の複数の導体スロット２ａに挿入された複数の導体バー３と、を備えている。

回転子コア１は、中心部に回転軸孔１ｂが形成され、図４−１〜図４−３に示すように、外方壁部１ｃ、内方壁部１ｈ及び側方壁部１ｉ、１ｊを有する略矩形の複数のコアスロット１ａが、放射状に、周方向に等間隔に、環状に配置された円環状の電磁鋼板（珪素鋼板等）１ｄを、芯金等を用いて内径基準で積層し、円筒状に形成されて製造される。

導体リング２は、図２に示すように、回転子コア１と内径及び外径が同一で、所定の厚さの円環状に形成され、回転子コア１の複数のコアスロット１ａに対応する位置に、コアスロット１ａと同一幅の、外方に開口する放射状の導体スロット２ａが形成されて製造される。

円筒状の回転子コア１の両軸端部に導体リング２を固定し、銅バー等の四角柱状の導体バー３を、コアスロット１ａ及び導体スロット２ａを貫通するように挿入する。導体バー３の挿入性を良くするため、コアスロット１ａの縦横寸法は、導体バー３の縦横寸法より大きくしてあり、また、それぞれの電磁鋼板１ｄは周方向に少しずれていることもあるので、コアスロット１ａと導体バー３の相対位置は、図４−１〜図４−３に示すように、図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面で異なる場合がある。

図４−１〜図４−３に示す形態では、導体バー３は、回転子コア１の一方の端部から他方の端部に向かって、コアスロット１ａの外方左寄りの位置から内方右寄りの位置へ斜めに挿入されている。図４−２及び図４−３に示すように、導体バー３の外側とコアスロット１ａの外方壁部１ｃとの間に隙間がある状態で、導体バー３と導体リング２とをロウ付け等で接合固定し、回転子１０を高速回転させると、遠心力により、導体バー３が隙間分撓み、撓み変形により、ロウ付け接合部付け根で破断される。

実施の形態１の回転子１０では、導体バー３と導体リング２とをロウ付け等で固定する前に、図５に示すように、円錐台状に形成された２つの導体バー拡径治具４の円錐面を導体バー３の内側端に当接させ、軸方向に押圧することにより、図６に示すように、導体バー３を遠心方向へ寄せ、図７−１〜図７−３に示すように、回転子コア１のほぼ全長に亘ってコアスロット１ａの外方壁部１ｃに導体バー３の外側を当接させる。

その後、図示しないコア押さえで導体リング２及び回転子コア１を軸方向に加圧した状態で導体リング２と導体バー３とをロウ付け等で接合固定する。また、導体リング２から突出した導体バー３の端部を削り落とすとともに、回転子１０の軸端部と外周部とを切削加工して精密な円筒状の回転子１０を製造する。

実施の形態１の誘導電動機の回転子１０及び誘導電動機の回転子１０の製造方法によれば、導体バー３が、ほぼ全長に亘ってコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接しているので、回転子１０が高速回転しても、導体バー３の遠心力による変形が抑制され、コアスロット１ａ内でたわんで破損することもなく、製品毎の強度のばらつきが小さく信頼性の高い誘導電動機の回転子１０及び誘導電動機の回転子１０の製造方法が得られる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２の回転子の導体リングを示す正面図であり、図９は、図８のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、図１０は、コアスロットに導体バーを挿入した後に実施の形態２の導体リングを組付けている状態を示す側面図である。図８〜図１０に示すもので図１〜図７−３に示すものと同一又は同等のものには同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８及び図９に示すように、実施の形態２の導体リング２は、導体スロット２ａの内方壁部２ｂを、回転子１０の軸方向に傾斜させている。図９に示す内方壁部２ｂの最大外径Ｄ₂は、図１０に示すように、導体バー３がコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接したときの、導体バー３の内側同士の内径Ｄ₁とほぼ同一寸法としている。

実施の形態２の回転子１０を組立てるときには、導体リング２を回転子コア１に組付ける前に、導体バー３を回転子コア１のコアスロット１ａに挿入する。次に、導体リング２の導体スロット２ａの内方壁部２ｂの小径側を回転子コア１の軸端部に向け、導体リング２を軸端部に近づけ、導体バー３の先端部を導体スロット２ａに挿入する。

図示しないコア押さえで導体リング２を回転子コア１方向へ押圧し、導体リング２を回転子コア１の軸端部に近づけるに従って、導体スロット２ａの傾斜した内方壁部２ｂの楔作用により、導体バー３が遠心方向へ寄せられ、導体バー３の先端部が内方壁部２ｂの最大外径部を通過すると、導体バー３の外側がコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接する。

そのまま、導体リング２を押圧して回転子コア１の軸端部に当接させ、その後、導体リング２及び回転子コア１を軸方向に加圧した状態で導体リング２と導体バー３とをロウ付け等で接合固定する。また、導体リング２から突出した導体バー３の端部を削り落とすとともに、回転子１０の軸端部と外周部とを切削加工して精密な円筒状の回転子１０を製作する。

実施の形態２の誘導電動機の回転子１０及び誘導電動機の回転子１０の製造方法によれば、導体バー３が、ほぼ全長に亘ってコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接しているので、回転子１０が高速回転しても、導体バー３の遠心力による変形が抑制され、コアスロット１ａ内でたわんで破損することもなく、製品毎の強度のばらつきが小さく信頼性の高い誘導電動機の回転子１０及び誘導電動機の回転子１０の製造方法が得られる。また、導体バー拡径治具４のような特殊な治具を用いずに回転子１０を組立てることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３の回転子を示す側面図であり、図１２は、図１１のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、図１３は、図１２のＧ部拡大図であり、図１４は、実施の形態３の回転子の変形例を示す図１２のＧ部拡大図である。図１１〜図１４に示すもので図１〜図７−３に示すものと同一又は同等のものには同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１１〜図１３に示すように、実施の形態３の回転子コア１のコアスロット１ａは、略矩形に形成され、外方壁部１ｃ、内方壁部１ｈ及び側方壁部１ｉ、１ｊを有し、内方壁部１ｈに先端が尖った突起部１ｆが設けられている。突起部１ｆは複数設けてもよい。突起部１ｆの先端と外方壁部１ｃとの距離は、導体バー３の高さと同じか、少し小さくしてある。

回転子コア１の両軸端部に導体リング２を固定し、導体バー３を、コアスロット１ａ及び導体スロット２ａを貫通するように挿入すると、導体バー３は、突起部１ｆにより遠心方向へ寄せられてコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接した状態でコアスロット１ａ及び導体スロット２ａに挿入される。

突起部１ｆの先端と外方壁部１ｃとの距離が、導体バー３の高さより少し小さいときは、突起部１ｄの先端が少し導体バー３に喰い込んだ状態で、導体バー３がコアスロット１ａ内を摺動するが、突起部１ｄの先端が尖っているので、摺動抵抗はそれほど大きくならない。

図１４に示す変形例のように、回転子コア１のコアスロット１ａを、外方壁部１ｃ、内方壁部１ｈ及び側方壁部１ｉ、１ｊを有する略矩形に形成し、内方壁部１ｈに先端が尖った複数（２つ）の突起部１ｆを設け、一方の側方壁部１ｉに先端が尖った複数（２つ）の突起部１ｅを設けるようにしてもよい。突起部１ｆの先端と外方壁部１ｃとの距離は、導体バー３の高さと同じか少し小さくし、突起部１ｅの先端と他方の側方壁部１ｊとの距離は、導体バー３の幅と同じか少し小さくする。

回転子コア１の両軸端部に導体リング２を固定し、導体バー３を、コアスロット１ａ及び導体スロット２ａを貫通するように挿入すると、導体バー３は、突起部１ｆにより遠心方向へ寄せられてコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接し、かつ、突起部１ｅにより他方の側方壁部１ｊに当接した状態でコアスロット１ａ及び導体スロット２ａに挿入される。全ての導体バー３が、外方壁部１ｃ及び他方の側方壁部１ｊに当接するので、全てのコアスロット１ａと導体バー３の相対位置が均一となり、回転子１０の重心位置を回転軸心に完全に一致させることができる。

実施の形態３の誘導電動機の回転子１０及び誘導電動機の回転子１０の製造方法によれば、導体バー３が、ほぼ全長に亘ってコアスロット１ａの外方壁部１ｃに当接しているので、回転子１０が高速回転しても、導体バー３の遠心力による変形が抑制され、コアスロット１ａ内でたわんで破損することもなく、製品毎の強度のばらつきが小さく信頼性の高い誘導電動機の回転子１０及び誘導電動機の回転子１０の製造方法が得られる。また、導体バー拡径治具４のような特殊な治具を用いずに回転子１０を組立てることができる。

なお、以上説明した実施の形態１〜３の回転子コア１のコアスロット１ａは、外方壁部１ｃが閉じたクローズドスロットとしたが、コアスロット１ａは、外方壁部１ｃの中央部が開口したオープンスロットとしてもよい。

以上のように、本発明にかかる回転子及び回転子の製造方法は、信頼性が高く、誘導電動機及び誘導電動機の製造方法として有用である。

本発明の実施の形態１の誘導電動機の回転子を示す側面図である。 回転子の正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３のＤ部拡大図であって、Ａ−Ａ線断面図である。 図３のＤ部拡大図であって、Ｂ−Ｂ線断面図である。 図３のＤ部拡大図であって、Ｃ−Ｃ線断面図である。 治具により導体バーを遠心方向へ寄せている状態を示す図である。 コアスロット内で導体バーが寄せられる様子を示す図である。 図４−１のＡ−Ａ線断面において導体バーが寄せられた状態を示す図である。 図４−２のＢ−Ｂ線断面において導体バーが寄せられた状態を示す図である。 図４−３のＣ−Ｃ線断面において導体バーが寄せられた状態を示す図である。 本発明の実施の形態２の回転子の導体リングを示す正面図である。 図８のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 コアスロットに導体バーを挿入した後に実施の形態２の導体リングを組付けている状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態３の回転子を示す側面図である。 図１１のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 図１２のＧ部拡大図である。 実施の形態３の回転子の変形例を示す図１２のＧ部拡大図である。

符号の説明

１ 回転子コア
１ａ コアスロット
１ｃ 外方壁部
１ｈ 内方壁部
１ｉ，１ｊ 側方壁部
１ｅ，１ｆ 突起部
１ｂ 回転軸孔
１ｄ 電磁鋼板
２ 導体リング
２ａ 導体スロット
２ｂ 内方壁部
３ 導体バー
４ 導体バー拡径治具
１０ 回転子

Claims (9)

1. 回転軸孔を有する円環状の電磁鋼板を複数積層して円筒状に形成され、外方壁部、内方壁部及び側方壁部を有する略矩形の複数のコアスロットが形成された回転子コアと、
   前記回転子コアの両軸端部に固定され、該回転子コアの複数のコアスロットに対応する複数の導体スロットが形成された導体リングと、
   前記コアスロット及び導体スロットに挿入され、遠心方向へ寄せられてほぼ全長に亘って前記コアスロットの外方壁部に当接した複数の導体バーと、
   を備えることを特徴とする誘導電動機の回転子。
2. 前記導体スロットの内方壁部は軸方向に傾斜しており、前記導体バーは、前記傾斜により遠心方向へ寄せられることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の回転子。
3. 前記導体バーは、前記コアスロットの内方壁部に設けられた突起部により遠心方向へ寄せられることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の回転子。
4. 前記導体バーは、前記コアスロットの内方壁部及び一方の側方壁部に設けられた突起部により遠心方向及び他方の側方壁部へ寄せられることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の回転子。
5. 回転軸孔を有する円環状の電磁鋼板を複数積層して円筒状に形成され、外方壁部、内方壁部及び側方壁部を有する略矩形の複数のコアスロットが形成された回転子コアを製造する工程と、
   前記回転子コアの両軸端部に固定され、該回転子コアの複数のコアスロットに対応する複数の導体スロットが形成された導体リングを製造する工程と、
   前記コアスロット及び導体スロットに挿入される複数の導体バーを製造する工程と、
   前記複数の導体バーを前記コアスロット及び導体スロットに挿入する工程と、
   を備える誘導電動機の回転子の製造方法において、
   前記複数の導体バーを遠心方向へ寄せ、ほぼ全長に亘って前記コアスロットの外方壁部に当接させる工程をさらに備えることを特徴とする誘導電動機の回転子の製造方法。
6. 前記導体バーを遠心方向へ寄せる工程は、導体バー拡径治具により遠心方向へ寄せる工程であることを特徴とする請求項５に記載の誘導電動機の回転子の製造方法。
7. 前記導体バーを遠心方向へ寄せる工程は、軸方向に傾斜した前記導体スロットの内方壁部により遠心方向へ寄せる工程であることを特徴とする請求項５に記載の誘導電動機の回転子の製造方法。
8. 前記導体バーを遠心方向へ寄せる工程は、前記コアスロットの内方壁部に設けられた突起部により遠心方向へ寄せる工程であることを特徴とする請求項５に記載の誘導電動機の回転子の製造方法。
9. 前記導体バーを遠心方向へ寄せる工程は、前記コアスロットの内方壁部及び一方の側方壁部に設けられた突起部により遠心方向及び他方の側方壁部へ寄せる工程であることを特徴とする請求項５に記載の誘導電動機の回転子の製造方法。

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