JP5080664B2

JP5080664B2 - 誘導電動機のかご型ロータ

Info

Publication number: JP5080664B2
Application number: JP2011037981A
Authority: JP
Inventors: 貴史梶屋; 尚志前田; 正幹福田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: US20120217839A1; CN102651596A; DE102012003195A1; US8791618B2; JP2012175878A

Description

本発明は、誘導電動機のかご型ロータに関する。

誘導電動機のかご型ロータは、ロータコアと、ロータコアのスロット穴に通された複数のバーと、ロータコアの両端面において複数のバーを接合するエンドリングとを主に含んでいる。製造コストおよび材料コストの観点から、複数のバーおよびエンドリングはダイキャスト成型でアルミニウムから一体的に作成されていることが多い。

ところが、近年では、高出力および低発熱の誘導電動機が求められている。このため、誘導電動機のロータの導体部をアルミニウムよりも抵抗の低い金属、例えば銅または銅合金から作成する場合がある。

さらに、電動機には高速化も求められてきている。しかしながら、銅または銅合金などの融点はアルミニウムの融点よりも高いので、ダイキャストによりロータの導体部を形成する際に、ロータコアの電磁鋼板に影響を与える可能性がある。このため、銅または銅合金などの金属からロータの導体部を作成する場合には、ダイキャストを採用するのが困難である。

それゆえ、銅または銅合金などの金属を用いてロータの導体部を形成する場合には、複数のバーと、これらバーを受容する複数の孔が形成されたエンドリングとを作成し、次いで、これらバーとエンドリングとを鑞付けなどで接合している。しかしながら、鑞付け時に約８００度まで温度を上げると、金属が焼きなまってその強度が低下する。このため、そのようにして形成されたロータを含む電動機を高速回転すると、遠心力によってエンドリングの孔が変形し、ロータが破損する可能性がある。

このため、従来技術においては、エンドリングの外側に補強部材を取付けることが行われている。例えば、特許文献１においては、断面Ｕ字形状の補強部材をエンドリングの端面に取付けることが開示されている。また、特許文献２〜特許文献４では、断面Ｌ字形状の補強部材（エンドリング押さえ）または補強リングをエンドリングの端面に、溶接、鑞付けあるいは冷間/熱間等方圧加圧などによって固定することが提案されている。

さらに、特許文献５においては、エンドリングの外側に鉄系の高強度材料からなる押さえリングを取付け、アーク溶接又は電子ビーム溶接等で接合する方法が提案されている。さらに、特許文献６には、電磁鋼板よりもスロットの面積が大きい端版をエンドリングとロータコアとの間に取付け、それにより、応力集中を緩和して信頼性を向上させることが開示されている。

特許第２９１１３１５号特開平１０−１２７０２２号公報特開平３−２６１３５４号公報特許第２８３８８９６号特開平２−１１９５５７号公報特開２０１１−１０４９８号公報

しかしながら、特許文献１ではアルミニウムダイカストによりバーとエンドリングとを一体的に形成することを前提としているので、バーとエンドリングとを別々に形成する場合には、特許文献１の手法を採用できない。また、特許文献２〜特許文献４の場合には、バーとエンドリングとの接合状態を外方から目視で確認するのが難しいという問題がある。

さらに、特許文献５においては、押さえリングをエンドリングの端面にアーク溶接または電子ビーム溶接で接合する箇所が比較的多く、またキャンを最終的に切除する必要があるの。このため、特許文献５では、製造の工数が多くなり、また製造コストも高くなる。さらに、特許文献６においてスロット面積が大きくなると、スロットと外径との間の厚みが小さくなるので、特許文献６のロータの信頼性は必ずしも向上するとは限らない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ダイキャスト以外の製造方法で製造可能であり、入手容易な材料を用いてエンドリングを補強すると共に、外方からバーとエンドリングとの間の接合状態を容易に確認することのできる誘導電動機のかご型ロータを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、複数のスロット穴が形成されたロータコアと、前記スロット穴の各々に挿入されていて銅または銅合金からなる複数の導体バーと、前記ロータコアの両端面にて前記複数のバーに接合していて銅または銅合金からなる二つの導体エンドリングと、少なくとも一方の前記導体エンドリングに取付けられていて、銅または銅合金よりも比強度の大きい材料から形成されると共に前記導体エンドリングを挟む二つの補強部材エンドリングと、を具備し、前記導体エンドリングおよび前記補強部材エンドリングは互いに鑞付けにより接合され、さらに、前記複数の導体バーが前記導体エンドリングおよび前記補強部材エンドリングを通って延びていることを特徴とする誘導電動機のかご型ロータが提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記複数のバーは前記スロット穴に概ね対応した形状を有する。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記補強部材エンドリングは、前記導体エンドリングと相似形である。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記補強部材エンドリングが非磁性体の鉄系材料から形成される。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記非磁性体の鉄系材料が、ステンレス鋼である。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記補強部材エンドリングが回転軸と締結される。

１番目の発明においては、製造時に導体バーと導体エンドリングとの間の接合状態を目視で容易に確認することができる。また、比強度の大きい二つの補強部材エンドリングが導体エンドリングおよび導体バーを支持するので、遠心力に基づく導体エンドリングの周方向の変形が抑えられる。従って、導体エンドリングとロータコアとの間の周方向の変形量の差を排除できる。さらに、補強部材エンドリングの間に導体エンドリングを支持できるので、遠心力による導体エンドリングおよび導体バーの周方向の変形を抑えられる。さらに、ロータを堅固に作成することができる。

２番目の発明においては、ロータを堅固に作成することができる。
３番目の発明においては、ロータの回転時に導体エンドリングが不均等に変形するのを抑えられる。
４番目および５番目の発明においては、導体エンドリングの変形を抑えることができる。
６番目の発明においては、更にエンドリングの変形を抑えることができるため、１番目から５番目の発明の効果を上げることができる。

（ａ）本発明の第一の実施形態におけるかご型ロータの側断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示される矢印Ａから見た、かご型ロータの端面図である。（ａ）本発明の第二の実施形態におけるかご型ロータの側断面図である。（ｂ）図２（ａ）に示される矢印Ａから見た、かご型ロータの端面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）は本発明の第一の実施形態におけるかご型ロータの側断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示される矢印Ａから見た、かご型ロータの端面図である。図１（ａ）に示されるかご型ロータ１０は、ロータコア１とを含んでいる。ロータコア１は、かご型ロータ１０のコアとして一般的な材料、例えば電磁鋼板の積層体から構成されている。また、ロータコア１には、軸線方向に延びる複数のスロット穴（図示しない）が形成されている。

これらスロット穴のそれぞれには、銅または銅合金からなる導体バー２が挿入されている。導体バー２の外形はスロット穴の形状に概ね等しいものとする。図１（ａ）に示されるように、導体バー２はロータコア１よりも長く、その両端はロータコア１の端面から突出している。

図１（ｂ）から分かるように、一つの実施形態においては、３０個の導体バー２が配置されている。ただし、他の数の導体バー２を採用した場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。

さらに、ロータコア２の両端面のそれぞれには、銅または銅合金からなる導体エンドリング３（短絡環）が配置されている。導体バー２の両端は、導体エンドリング３に形成された孔（図示しない）を貫通して突出している。これら導体エンドリング３のそれぞれは導体バー２の端部近傍で全ての導体バー２に接合している。従って、複数の導体バー３と一対の導体エンドリング４とは相互に短絡している。

なお、導体バー２と導体エンドリング３とは鑞付けにより互いに接合されるのが好ましく、それにより、ロータ１０を堅固に作成することができる。ただし、他の手法、例えば溶接により導体バー２と導体エンドリング３とが接合されていてもよい。

本発明においてはダイカストにより導体バー２および導体エンドリング３を一体的に形成しているわけではない。また、このように別々に作成された導体バー２および導体エンドリング３を互いに接合しているので、本発明におけるロータ１０の製造時には、導体バー２と導体エンドリング３との間の接合状態を目視で容易に確認することができる。

さらに、少なくとも一方の導体エンドリング３の外側端面（図１（ａ）においては両方の導体エンドリング３の外側端面）には、補強部材エンドリング４が配置されている。補強部材エンドリング４は、導体エンドリング３よりも比強度の大きい材料、例えば非磁性体の鉄系材料から形成されている。補強部材エンドリング４を形成する好ましい材料は、ステンレス鋼である。

図１（ａ）においては、補強部材エンドリング４の横断面は導体エンドリング３の横断面およびロータコア１の横断面と概ね同様であり、導体エンドリング３と同軸に配置されている。あるいは、補強部材エンドリング４の横断面は導体エンドリング３の横断面およびロータコア１の横断面の相似形であってもよい。このような場合には、ロータの回転時であっても導体エンドリング３等が不均等に変形するのを避けられる。

そして、導体バー２の両端は、補強部材エンドリング４の対応する孔（図示しない）に挿入されている。図１（ａ）および図１（ｂ）から分かるように、導体バー２の端面は補強部材エンドリング４の外側端面と概ね同一平面になっている。ただし、導体バー２の両端がそれぞれの補強部材エンドリング４から突出していてもよい。同様に、補強部材エンドリング４は前述した鑞付けまたは溶接により、導体エンドリング３に接合されているものとする。従って、製造時には、導体バー２と導体エンドリング３と補強部材エンドリング４との間の接合状態を目視で容易に確認することができる。なお、補強部材エンドリング４は、例えば焼き嵌めにより回転軸（図示しない）に締結されるものとする。

ロータ１０の動作時に、導体エンドリング３よりも比強度の大きい、回転軸（図示しない）に締結された補強部材エンドリング４が導体エンドリング４を軸方向に支持することになる。従って、遠心力に基づく導体エンドリング３の周方向の変形を抑えることが可能となる。それゆえ、本発明においては、導体エンドリング３とロータコア１との周方向の変形量の差を排除できるのが分かるであろう。このため、本発明においては、高速回転時であっても、ロータ１０が破損するのを避けられる。

さらに、補強部材エンドリング４は入手容易な材料、例えば非磁性体の鉄系材料を用いているので、エンドリング３を容易に補強することができる。例えば補強部材エンドリング４をステンレス鋼から形成した場合には、導体エンドリング３の変形をほぼ確実に抑えられるのが分かるであろう。

図２（ａ）は本発明の第二の実施形態におけるかご型ロータの側断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示される矢印Ａから見た、かご型ロータの端面図である。これら図面に示されるように、第二の実施形態においては、補強部材エンドリング４は排除されている。そして、第一補強部材エンドリング４ａが導体エンドリング３の外側端面に取付けられると共に、第二補強部材エンドリング４ｂが導体エンドリング３の内側端面に取付けられている。

従って、第二の実施形態においては、導体エンドリング３は第一補強部材エンドリング４ａおよび第二補強部材エンドリング４ｂによって両側から挟込まれている。そして、図２（ｂ）に示されるように第一補強部材エンドリング４ａが外側に位置し、また、第二補強部材エンドリング４ｂはロータコア１に当接することとなる。

さらに、図２（ａ）に示されるように、それぞれの導体バー２は第二補強部材エンドリング４ｂおよび導体エンドリング３の対応する孔（図示しない）を貫通し、第一補強部材エンドリング４ａの外側端部まで到達している。図から分かるように、導体バー２の端面は第一補強部材エンドリング４ａの外側端面と概ね同一平面になっている。ただし、導体バー２の両端が第一補強部材エンドリング４ａから突出していてもよい。

第二の実施形態においては、比強度の大きい補強部材エンドリング４によって導体エンドリング３を挟み込んでいる。従って、動作時に導体バー２が周方向に変形するのを、片持ちでなく両持ちで支持できる。それゆえ、第二の実施形態においては、遠心力による導体バー２および導体エンドリング３が周方向に変形するのをさらに抑えられるのが分かるであろう。

１ロータコア
２導体バー
３エンドリング
４補強部材エンドリング
４ａ第一補強部材エンドリング
４ｂ第二補強部材エンドリング
１０ロータ

Claims

複数のスロット穴が形成されたロータコアと、
前記スロット穴の各々に挿入されていて銅または銅合金からなる複数の導体バーと、
前記ロータコアの両端面にて前記複数のバーに接合していて銅または銅合金からなる二つの導体エンドリングと、
少なくとも一方の前記導体エンドリングに取付けられていて、銅または銅合金よりも比強度の大きい材料から形成されると共に前記導体エンドリングを挟む二つの補強部材エンドリングと、を具備し、
前記導体エンドリングおよび前記補強部材エンドリングは互いに鑞付けにより接合され、さらに、前記複数の導体バーが前記導体エンドリングおよび前記補強部材エンドリングを通って延びていることを特徴とする誘導電動機のかご型ロータ。
前記複数のバーは前記スロット穴に概ね対応した形状を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機のかご型ロータ。
前記補強部材エンドリングは、前記導体エンドリングと相似形であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導電動機のかご型ロータ。
前記補強部材エンドリングが非磁性体の鉄系材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の誘導電動機のかご型ロータ。
前記非磁性体の鉄系材料が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項４に記載の誘導電動機のかご型ロータ。
前記補強部材エンドリングが回転軸と締結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の誘導電動機のかご型ロータ。