JP3083446B2 - 高周波モータの回転子 - Google Patents

高周波モータの回転子

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JP3083446B2 JP06075760A JP7576094A JP3083446B2 JP 3083446 B2 JP3083446 B2 JP 3083446B2 JP 06075760 A JP06075760 A JP 06075760A JP 7576094 A JP7576094 A JP 7576094A JP 3083446 B2 JP3083446 B2 JP 3083446B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層コアに導体棒が貫
通した高周波モータの回転子に関し、特に高速回転する
回転子に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、高速回転する回転子では、回転
子の回転を円滑化するため、および異常トルクの発生を
抑えるために、積層コア導電性の導体棒を貫通配置し、
積層コアの両端に配置した導電性の短絡環と導体棒の端
とを電気的に結合した所謂カゴ型回転子が知られてい
る。一方、高速回転する回転子では、遠心力による積層
コアの変形を防ぐべく、積層コアを構成する薄板の材料
に、機械的強度の高い材料が望まれる。積層コアに機械
的強度の高い材料を用いたカゴ型回転子の一例として
は、特開昭64−81647号公報に開示された技術が
知られている。この技術は、積層コアの薄板に、アモル
ファス磁性材を用い、導体棒と短絡環とを圧入によって
結合したものである。
【0003】導体棒と短絡環とを圧入によって結合した
理由は、導体棒と短絡環とを例えばアルミニウム材料を
用いて鋳造する技術では、鋳造アルミニウムの温度が7
00℃とアモルファス磁性材の結晶化温度を越え、アモ
ルファス磁性材が非結晶質から結晶質に変態し、積層コ
アの磁気特性や、機械的強度が低下してしまうため、ア
モルファス磁性材に高熱を与えない圧入技術を採用した
ものである。なお、アモルファス磁性材に代わって時効
処理を施して機械的強度を高めた積層コア(例えば、マ
ルエージング綱など)を使用しても、鋳造技術を用いて
導体棒と短絡環と一体鋳造しても、鋳造時の熱で時効処
理に悪影響を与えるため、導体棒と短絡環とを圧入技術
で結合している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、回転子が高
速回転する際、導体棒にかかる遠心力によって、導体棒
が短絡環の結合部分を回転外方向に押し、導体棒と短絡
環との間に部分的な隙間が発生し、その隙間に錆等の腐
食が発生、進行し、導体棒と短絡環との電気抵抗が大き
くなる可能性がある。このため、従来の回転子では、長
期的な信頼性が損なわれる不具合を有していた。
【0005】
【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、長期に使用しても、導体棒と短絡
環との間の電気抵抗を長期に亘って小さく抑えることの
できる信頼性に優れた高周波モータの回転子の提供にあ
る。
【0006】
〔請求項1による手段〕
高周波モータの回転子は、磁性体の薄板を多数積層して
なる積層コアと、この積層コアを軸方向へ貫通してなる
導電性の導体棒と、前記積層コアの端部に設けられ、前
記導体棒と電気的に結合された導電性の短絡環とを備
え、前記導体棒における前記短絡環に面する表面には、
前記導体棒と融点の近い耐腐食性のメッキ層が形成さ
れ、前記短絡環における前記導体棒に面する表面には、
前記短絡環と融点の近い耐腐食性のメッキ層が形成さ
れ、前記導体棒と前記短絡環とは、局所加熱溶接によっ
て、前記積層コアから離れた側の互いに対向する表面の
一部において結合されたことを特徴とする。
【0007】〔請求項2による手段〕 請求項1の高周波モータの回転子は、前記短絡環の外周
側に、前記短絡環及び前記導体棒が変形するのを防止す
るための補強リングを配置したことを特徴とする。
【0008】
【0009】
【発明の作用】〔請求項1の作用〕 導体棒と短絡環の互いに対向するそれぞれの表面には、
耐腐食性のメッキ層が形成される。また、導体棒と短絡
環は、加熱によって結合されるが、その結合時の熱が積
層コアの影響を与えないように、局所加熱溶接によっ
て、積層コアから離れた側の互いに対向する表面の一部
において結合される。ここで、回転子が回転された時、
導体棒は回転による遠心力を受け、この遠心力に応じた
付勢力が積層コア及び短絡環に作用する。この作用によ
って、導体棒と短絡環の局所加熱によって結合されてい
ない表面間に隙間が生じる場合がある。このように、導
体棒と短絡環の互いに対向する表面間に隙間が生じる場
合であっても、導体棒及び短絡環の互いに対向するそれ
ぞれの表面に耐腐食性のメッキ層が形成されているの
で、その隙間部分において錆等の腐食の発生を防止でき
る。
【0010】〔請求項2の作用〕 回転子が回転された時、導体棒は回転による遠心力を受
けるが、この導体棒に作用する遠心力、短絡環の外周側
に配置した補強リングが受け、短絡環及び前記導体棒が
変形するのを防ぐことができる。
【0011】
【0012】
【発明の効果】〔請求項1の効果〕上記の請求項1の作
用で示したように、導体棒と短絡環は、局所加熱溶接に
よって、積層コアから離れた側の互いに対向する表面の
一部において結合されるため、結合時の熱が積層コアの
影響を与えない。このように接合時の熱が、積層コアへ
伝わるのを抑えることができるため、積層コアを構成す
る薄板の磁気特性や機械的強度が、熱で低下するのを防
ぐことができる。さらに、導体棒に加わる遠心力の作用
によって、導体棒と短絡環の局所加熱によって結合され
ていない表面間に隙間が生じた場合であっても、導体棒
及び短絡環の互いに対向するそれぞれの表面には耐腐食
性のメッキ層が形成されているので、その隙間部分に錆
等の腐食は生じず、導体棒と短絡環との間における電気
抵抗を長期に亘って小さく抑えることができる。このた
め、長期に亘って高周波モータの回転子の信頼性を高く
確保できる。
【0013】〔請求項2の効果〕上記の請求項2の作用
で示したように、導体棒に作用する遠心力を短絡環の外
周側に配置した補強リングが受けて、短絡環及び前記導
体棒が変形するのを防ぐことができるため、導体棒と短
絡環の局所加熱によって結合されていない表面間に隙間
が生じるのを防ぐことができる。また、短絡環及び前記
導体棒の変形が防止できるため、長期に亘って高周波モ
ータの回転子の信頼性を高く確保できる。
【0014】
【0015】
【実施例】次に、本発明の高周波モータの回転子を、図
に示す一実施例に基づき説明する。 〔実施例の構成〕図1ないし図4は本発明の実施例を示
すもので、図1は回転子の断面図、図2は高周波モータ
の主要部の断面図、図3は回転子の斜視図である。本実
施例の高周波モータ1は、例えば工作機械用超高速スピ
ンドル、繊維機械、遠心分離機、光学機械等に使用され
る高周波誘導モータで、高周波電源によって駆動されて
高速度で回転する。高周波モータ1は、図2に示すよう
に、回転軸2に固定された回転子3と、回転軸2を軸受
(例えば、空気軸受、磁気軸受、オイルミスト軸受等、
図示しない)を介して回転自在に支持するハウジング
(図示しない)に固定された固定子4とを備える。な
お、回転子3と固定子4との間は、一定のギャップを有
し、また、回転軸2は、ハウジングに対して軸方向のス
ライドが規制されている。
【0016】回転子3は、図1および図3にも示すもの
で、回転軸2の周囲に固定された積層コア11と、この
積層コア11を軸方向に貫通する複数の導体棒12と、
積層コア11の軸方向の両端において導体棒12の端と
電気的かつ機械的に結合された2つの短絡環13とから
構成される。
【0017】積層コア11は、マルエージング綱やアモ
ルファス磁性材など、磁気特性や機械的強度に優れた材
質よりなり、表面に絶縁処理が施された円環状の薄板1
4を多数積層し、円環状内部に回転軸2に圧入して回転
軸2に固定されたものである。なお、円環状の各薄板1
4には、導体棒12を挿通する複数の貫通穴15が等間
隔に形成されている。
【0018】導体棒12は、導電性に優れた銅(他に、
銅合金、アルミニウムなど)よりなる断面円形(他に、
長丸、矩形、台形、L字型など)の棒で、積層コア11
を構成する各薄板14の貫通穴15に貫通し、両端が積
層コア11から突出した状態で配置される。
【0019】短絡環13は、導電性に優れた銅(他に、
銅合金、アルミニウムなど)よりなる円環体で、積層コ
ア11の端部から突出する各導体棒12の端を貫通した
状態で挿通する挿通穴16を有する。なお、導体棒12
の端部は、短絡環13の積層コア11とは異なった側の
面とほぼ面一にされる。
【0020】導体棒12と短絡環13とを電気的、且つ
機械的に結合する手段として、次の技術が採用されてい
る。導体棒12の短絡環13と結合される部分の表面に
は、導体棒12および短絡環13と融点の近い耐腐食性
に優れたメッキ層17が形成されている。具体的には、
導体棒12および短絡環13を銅で形成する本実施例で
は、融点が比較的近く、耐腐食性に優れた金によってメ
ッキ層17が形成されている。
【0021】同様に、短絡環13の導体棒12と結合さ
れる部分の表面にも、導体棒12および短絡環13と融
点の近い耐腐食性に優れたメッキ層18が形成されてい
る。具体的には、銅よりなる導体棒12および短絡環1
3に比較的融点が近く、耐腐食性に優れた金のメッキ層
18が形成されている。
【0022】さらに、導体棒12と短絡環13とは、機
械的なカシメ加工に加え、熱が積層コア11に達しない
ように、局所加熱溶接による溶接技術によって結合され
ている。局所加熱溶接の一例としては、レーザ溶接、電
子ビーム溶接がある。溶接による熱が、積層コア11に
影響を与えないように、導体棒12と短絡環13とは、
局所加熱溶接によって、積層コア11から離れた側の互
いに対向する表面の一部において結合されたものであ
る。なお、局所加熱溶接によって接合された溶接部19
を、図1の破線内に示す。
【0023】固定子4は、周知構造のもので、積層コア
11の周囲に配置されたステータコア21、およびステ
ータコア21に取り付けられた巻線22(電機子巻線お
よび界磁巻線)から構成される。
【0024】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。高周波モータ1は作動すると、超高
速で回転する。そして、この高周波モータ1を長期に亘
って使用すると、回転時の遠心力によって、導体棒12
が積層コア11および短絡環13を回転外方向に押し、
積層コア11および短絡環13を変形させるように作用
する。ここで、例えば、回転子3の回転によって、積層
コア11を構成する各薄板14の各貫通穴15が、図4
の破線の状態まで変形し、短絡環13も図4の状態まで
変形したとする。しかるに、導体棒12と短絡環13と
が局所加熱溶接によって結合された箇所(溶接部19)
は、一体化による高い強度で接合されているため、導体
棒12にかかる遠心力で短絡環13が変形し、導体棒1
2と短絡環13との間に隙間が生じるのを抑えることが
できる。
【0025】一方、回転子3の回転が停止し、導体棒1
2の形状が復元した状態では(図4参照)、導体棒12
と短絡環13との間の積層コア11側に隙間Aが生じ
る。しかるに、この隙間A部分の導体棒12および短絡
環13の表面には、金によるメッキ層17、18が形成
されているため、例え、高湿度雰囲気のような悪条件で
使用、保管されても、隙間A部分に錆等の腐食は生じな
い。このため、回転子3が再び回転すると、導体棒12
にかかる遠心力によって隙間Aがなくなり、局所加熱溶
接がなされていない箇所であっても、導体棒12と短絡
環13とが充分な電気的接続がなされる。この結果、回
転中は、導体棒12と短絡環13との電気抵抗が大変小
さくなる。
【0026】高周波モータ1が酷使され、あるいは局所
加熱溶接の接合不良等により、局所加熱溶接による機械
的結合が無くなった場合、導体棒12にかかる遠心力に
よって、短絡環13が変形し、回転子3の回転停止時
に、導体棒12と短絡環13との間に隙間が生じる可能
性がある。しかるに、本実施例では、上述のように、導
体棒12および短絡環13の表面には、金によるメッキ
層17、18が形成されているため、例え、高湿度雰囲
気のような悪条件で使用、保管されても、隙間部分に錆
等の腐食は生じない。このため、回転子3が再び回転す
ると、導体棒12にかかる遠心力によって隙間がなくな
り、導体棒12と短絡環13とが充分な電気的接続がな
される。この結果、回転中は、導体棒12と短絡環13
との電気抵抗が大変小さくなる。
【0027】〔実施例の効果〕 本実施例では、上記で示したように、導体棒12と短絡
環13は、局所加熱溶接によって、積層コア11から離
れた側の互いに対向する表面の一部において結合される
ため、結合時の熱が積層コア11の影響を与えない。こ
のように接合時の熱が、積層コア11へ伝わるのを抑え
ることができるため、積層コア11を構成する薄板14
の磁気特性や機械的強度が、熱で低下するのを防ぐこと
ができる。また、導体棒12に加わる遠心力の作用によ
って、導体棒12と短絡環13の局所加熱によって結合
されていない表面間に隙間Aが生じた場合であっても、
導体棒12及び短絡環13の互いに対向するそれぞれの
表面には耐腐食性のメッキ層17、18が形成されてい
るので、その隙間A部分に錆等の腐食は生じず、導体棒
12と短絡環13との間における電気抵抗を長期に亘っ
て小さく抑えることができる。このため、長期に亘って
回転子3の信頼性を高く確保できる。
【0028】また、短絡環13には、挿通穴16を設け
る穴開け加工が施されているため、導体棒12と短絡環
13との接合部分に応力集中が生じやすいが、導体棒1
2と短絡環13とが局所加熱溶接によって一体化される
ので、応力集中を軽減し、繰り返し疲労による金属劣化
の耐久性が向上する効果も奏する。
【0029】〔第2実施例〕図5は第2実施例を示すも
ので、回転子3の断面図である。本実施例は、短絡環1
3の外周側に、短絡環13および導体棒12が回転外側
に変形するのを防ぐ機械強度の高い補強リング23(例
えば、ステンレスやインコネルなど)を配置したもので
ある。
【0030】〔変形例〕上記の実施例では、2つの短絡
環を積層コアの両側において導体棒と結合した例を示し
たが、一方の短絡環と導体棒を予め一体化し(例えば、
鋳造による一体化や、溶接技術による一体化など)、一
体化した短絡環付導体棒を積層コアに組付け、他方の短
絡環を本発明を用いて導体棒と結合しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】回転子の断面図である(第1実施例)。
【図2】高周波モータの主要部の断面図である(第1実
施例)。
【図3】回転子の斜視図である(第1実施例)。
【図4】作動説明のための回転子の要部断面図である
(第1実施例)。
【図5】回転子の断面図である(第2実施例)。
【符号の説明】
1 高周波モータ 3 回転子 11 積層コア 12 導体棒 13 短絡環 14 薄板 17 導体棒のメッキ層 18 短絡環のメッキ層 19 溶接部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 聡哉 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−76504(JP,A) 特開 平5−82581(JP,A) 特開 昭54−142511(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体の薄板を多数積層してなる積層コア
    と、 この積層コアを軸方向へ貫通してなる導電性の導体棒
    と、 前記積層コアの端部に設けられ、前記導体棒と電気的に
    結合された導電性の短絡環とを備え、 前記導体棒における前記短絡環に面する表面には、前記
    導体棒と融点の近い耐腐食性のメッキ層が形成され、 前記短絡環における前記導体棒に面する表面には、前記
    短絡環と融点の近い耐腐食性のメッキ層が形成され、 前記導体棒と前記短絡環とは、局所加熱溶接によって
    前記積層コアから離れた側の互いに対向する表面の一部
    において結合されたことを特徴とする高周波モータの回
    転子。
  2. 【請求項2】 前記短絡環の外周側に、前記短絡環及び前記導体棒が変
    形するのを防止するための補強リングを配置したことを
    特徴とする請求項1記載の高周波モータの回転子。
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