JP5953112B2

JP5953112B2 - かご形回転子および回転電機

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Publication number: JP5953112B2
Application number: JP2012112993A
Authority: JP
Inventors: 学押田; 小田　圭二; 圭二小田; 孝行小泉
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: WO2013172120A1; JP2013240234A

Description

本発明は、かご形回転子およびそのかご形回転子を備えた回転電機に関する。

従来、かご形回転子を用いた回転電機が知られている（特許文献１参照）。かご形回転子は、多数の導体バーと一対のエンドリングとを備えている。特許文献１に記載の回転電機では、かご形回転子に対して、両側エンドリングの外径部と回転軸の外径部に、ステンレス、チタンなどの非磁性材料で製作した補強リングが、焼き嵌めなどにより嵌合固定されている。補強リングを設けることにより、回転子を高速で回転させたときの遠心力に起因するエンドリングの変形が抑えられる。

特開２００７−２０２２３５号公報

上記特許文献１に記載の回転電機では、補強リングが焼き嵌めによって回転軸に固定されている。このため、焼き嵌めにより生じる応力に耐えるために、補強リングには回転軸の軸方向に所定の厚みが必要とされる。その結果、特許文献１に記載の回転電機では、補強リングの質量が大きくなり、材料コストが増加してしまう。

本発明に係るかご形回転子は、回転軸と、回転軸の軸方向に平行に延在するスロットが周方向に複数形成された回転子鉄心と、回転子鉄心の各スロット内に収容される複数の導体バーと、回転子鉄心の両端に配置され、導体バーの両端側で導体バー同士を短絡する一対の円筒形状のエンドリングと、一対のエンドリングの外周部のそれぞれに圧入される一対の補強リングと、回転子鉄心の両端において回転軸に設けられる一対の挟持部とを備え、一対の補強リングのそれぞれは、回転軸の軸方向に平行な平面で切断した断面形状がコ字状とされ、エンドリングを覆う覆い部と、覆い部の回転軸側の端部から回転軸に向かって延在し、挟持部と回転子鉄心の端面とで挟持される円環形状の被挟持部とを備え、覆い部は、エンドリングの外周部の表面に当接される円筒形状の筒状当接部と、筒状当接部の一端から回転軸に向かって、エンドリングの端面に沿って延在している円環形状の環状部と、環状部の内周端部から回転子鉄心の端面に向かって延在し、円環形状の被挟持部の外周端部に接続される円筒形状の筒状接続部とを備え、筒状接続部と被挟持部とは、円筒形状のエンドリングの内周側に配置される凹部を構成する。
本発明に係る回転電機は、上記かご形回転子と、かご形回転子の外周側に隙間をあけて設けられた固定子とを備える。

本発明によれば、かご形回転子を高速で回転させたときのエンドリングの変形を抑えることができ、補強リングの質量を小さくすることで低コスト化を図ることのできるかご形回転子およびそのかご形回転子を用いた回転電機を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るかご形回転子を備えた回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図。図１の電力変換装置を示す回路図。本発明の実施の形態に係る回転電機を示す断面模式図。本発明の実施の形態に係るかご形回転子を示す外観斜視図。本発明の実施の形態に係るかご形回転子を示す分解斜視図。かご形回転子を一部破断した斜視図。回転軸の軸方向と平行な面で切断したかご形回転子の側面断面模式図。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断断面図。図７のＩＸ−ＩＸ線切断断面図。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
本発明による回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型電気自動車に適用できる。以下ではハイブリッド型電気自動車を例に説明する。

図１に示すように、ハイブリッド型電気自動車（以下、車両）１００には、エンジン１２０と、第１の回転電機２００と、第２の回転電機２０２と、高電圧のバッテリ１８０とが搭載されている。

バッテリ１８０は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ１８０は、力行走行時には回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２からバッテリ１８０に直流電力が供給される。バッテリ１８０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。

車両１００には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリ（不図示）が搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。

エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御され、バッテリ１８０の充放電は、バッテリ制御装置１８４により制御される。

変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４および電力変換装置６００には、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０が接続されている。

統合制御装置１７０は、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理、その演算処理結果に基づく変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００への制御指令の送信を行う。

そのため、統合制御装置１７０には、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４から、それぞれの状態を表す情報が、通信回線１７４を介して入力される。これらの制御装置は、統合制御装置１７０より下位の制御装置である。統合制御装置１７０は、これらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。

バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいて電力変換装置６００を制御し、バッテリ１８０の充電が必要と判断したときは、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。

電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。そのため、電力変換装置６００にはインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このようなパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２が電動機としてあるいは発電機として運転される。

回転電機２００，２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御することにより、供給された直流電力を三相交流電力に変換し回転電機２００，２０２に供給する。

一方、回転電機２００，２０２を発電機として運転する場合には、回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、固定子巻線に三相交流電力が発生する。発生した三相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより充電が行われる。

図２に示すように、電力変換装置６００には、第１の回転電機２００のための第１のインバータ装置と、第２の回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。

第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。

電流センサ６６０，６６２、駆動回路６５２，６５６は、制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８に接続され、さらに、制御回路６４８には、送受信回路６４４を介した通信回線１７４が接続されている。送受信回路６４４は、送受信回路基板６４２に設けられ、第１、第２のインバータ装置で共通に使用される。送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。

制御回路６４８は各インバータ装置の制御部を構成しており、パワー半導体素子２１を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、統合制御装置１７０からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０，６６２のセンサ出力、回転電機２００，２０２に搭載された回転センサ、すなわちレゾルバ（不図示）のセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２，６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。

駆動回路６５２，６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。駆動回路６５２，６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０，６２０の各パワー半導体素子２１のゲートにそれぞれ出力される。

パワーモジュール６１０，６２０における直流側の端子には、コンデンサモジュール６３０が電気的に並列に接続され、コンデンサモジュール６３０は、パワー半導体素子２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成する。コンデンサモジュール６３０は、第１、第２のインバータ装置で共通に使用される。

パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００，２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。パワーモジュール６１０，６２０は、回転電機２００，２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧バッテリ１８０に供給する。

パワーモジュール６１０，６２０は図２に記載のごとく三相ブリッジ回路を備えており、三相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体素子２１と下アームを構成するパワー半導体素子２１とを備え、それらのパワー半導体素子２１は直列に接続されている。

パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、略同様に構成されており、ここではパワーモジュール６１０を代表して説明する。

パワーモジュール６１０は、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴは、コレクタ電極、エミッタ電極およびゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴのコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴのエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴのコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴのエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

各相のアームは、ＩＧＢＴのエミッタ電極とＩＧＢＴのコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。
なお、図２では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。

各相の各上アームのＩＧＢＴのコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴのエミッタ電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００，２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。

回転電機２００，２０２は略同様に構成されているので、以下、回転電機２００を代表的に説明する。

図３に示すように、回転電機２００はハウジング２１２と、ハウジング２１２の内部に保持された固定子２３０とを有し、固定子２３０は固定子鉄心２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２の内側には、回転子２５０が隙間２２２を介して回転可能に保持されている。換言すれば、回転子２５０の外周側に隙間２２２をあけて固定子鉄心２３２が配設されている。回転子２５０は、回転子鉄心２５２と、複数の導体バー２８１と、一対のエンドリング２８２と、回転軸２１８とを備えており、回転子鉄心２５２は円柱状の回転軸２１８に固定されている。

ハウジング２１２は、軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、回転軸２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。回転軸２１８には、回転子２５０の回転位置や回転速度を検出するレゾルバ（不図示）が設けられ、レゾルバの出力は、図２に示した制御回路６４８に入力される。

図２を参照して説明すると、制御回路６４８は、レゾルバの出力に基づいて駆動回路６５２を制御する。駆動回路６５２はパワーモジュール６１０をスイッチング動作させて、バッテリ１８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。制御回路６４８は、同様にして駆動回路６５６を介してパワーモジュール６２０もスイッチング動作させ、バッテリ１８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。この三相交流電力は固定子巻線２３８に供給され、固定子２３０に回転磁界が発生する。三相交流電流の周波数はレゾルバの検出値に基づいて制御され、三相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバの検出値に基づいて制御されて、固定子巻線２３８に三相交流電力が供給される。

図３に示すように、固定子２３０は、円筒形状の固定子鉄心２３２と、この固定子鉄心２３２に挿着される固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２は、円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。固定子鉄心２３２を構成する電磁鋼板は厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。

固定子鉄心２３２は、固定子鉄心２３２の軸方向に延在する複数のスロット（不図示）が周方向に等間隔となるように電磁鋼板を積層して形成されている。スロットには、スロット形状に対応した絶縁紙（不図示）が設けられ、固定子巻線２３８を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相の相巻線が収容されている。スロットの間に形成されるティースは、固定子巻線２３８によって発生した回転磁界を回転子２５０に導き、回転子２５０に回転トルクを発生させる。

なお、本実施の形態では、固定子巻線２３８の巻き方として分布巻を採用している。分布巻とは、複数のスロットを跨いで離間した２つのスロットに各相の相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心２３２に巻かれる巻線方式である。

図４〜図９を参照して、本実施の形態に係るかご形回転子（以下、単に回転子と記す。）について説明する。図４および図５は回転子２５０の外観斜視図および分解斜視図である。図６は回転子２５０を一部破断した斜視図である。図７は回転軸２１８の軸方向と平行な面で切断した回転子２５０の側面断面模式図である。図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断断面図であり、図９は図７のＩＸ−ＩＸ線切断断面図である。

本実施の形態に係る回転子２５０は、棒状の回転軸２１８（図５参照）と、円筒形状の回転子鉄心２５２（図５参照）と、複数の長尺平板状の導体バー２８１（図６〜図８参照）と、一対の円筒形状のエンドリング２８２（図５および図６参照）と、一対の補強リング２６０Ａ，２６０Ｂ（図４〜図７参照）と、筒部材２７０（図５〜図７参照）とを備えている。

図５に示すように、回転軸２１８は、円柱形状の軸本体部２１８ｂを有している。回転軸２１８には、軸本体部２１８ｂの外径よりも大きい外径を有するフランジ２１８ａが回転軸２１８の端部近傍に設けられている。フランジ２１８ａは、軸本体部２１８ｂから外方に突出するように回転軸２１８に一体的に設けられている。筒部材２７０は、円筒形状の部材であって、図６に示すように、回転軸２１８の軸本体部２１８ｂに圧入されることで回転軸２１８に設けられている。

図５に示すように、回転子鉄心２５２は、回転軸２１８が挿通される貫通孔２５１を有する円筒形状とされている。回転子鉄心２５２は円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。回転子鉄心２５２を構成する電磁鋼板は厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。図８に示すように、回転子鉄心２５２には、回転軸２１８の軸方向に平行に延在する複数のティース２５２ａおよび複数のスロット２５２ｂがそれぞれ周方向に等間隔となるように形成されている。

図８に示すように、回転子鉄心２５２のティース２５２ａの幅（円周方向長さ）は、回転軸２１８側（根元部）から径方向外方に向かってほぼ一定の幅とされている。その結果、隣接するティース２５２ａにより区画されるスロット２５２ｂの幅は、外周側（開口側）が最大で、外周側から径方向内方に向かって徐々に幅が狭くなり、回転軸２１８側で最小となっている。

図８に示すように、回転軸２１８の軸方向に延在する各スロット２５２ｂ内には導体バー２８１が収容されている。図５〜図７に示すように、回転子鉄心２５２の両端には、一対のエンドリング２８２が配置されている。

一対のエンドリング２８２と複数の導体バー２８１は、たとえばアルミダイカストによって一体的に成形されている。このため、図６および図７に示すように、各スロット２５２ｂ内に収容された導体バー２８１同士は、導体バー２８１の両端で一対のエンドリング２８２によって短絡されている。

図８に示すように、導体バー２８１は、回転子鉄心２５２のスロット２５２ｂの形状とほぼ同じ外形形状を有している。導体バー２８１は、回転軸２１８の軸方向と直交する平面で切断した断面形状が回転子２５０の外周側から中心側に向かって徐々に厚さが薄くなる先細り形状とされ、回転軸２１８側の形状が円弧に形成されている。

発進、停止を繰り返す車両１００に搭載される回転電機２００は、速度、トルクの変動が激しく、高速回転するので、遠心力に起因するエンドリング２８２の変形、疲労破壊が問題となる。本実施の形態では、図４〜図７に示すように、エンドリング２８２の変形、疲労破壊を防止するために一対の補強リング２６０Ａ，２６０Ｂを設けている。

補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの材料は、エンドリング２８２の変形を抑えるために、アルミニウムや銅、炭素鋼等に比べて強度の高い高強度ステンレス鋼やチタン合金等が採用される。なお、アルミニウムや銅に比べて、ステンレス鋼やチタン合金は導電率が低く、２次電流によって補強リング２６０Ａ，２６０Ｂに誘導される電流を抑え、２次導体損失を低減することができる。

一対の補強リング２６０Ａ，２６０Ｂのそれぞれは同じ形状であるため、以下では、補強リング２６０Ａの構造を代表例として説明する。図４〜図７に示すように、補強リング２６０Ａは、円筒形状のエンドリング２８２を覆う覆い部２６９と、回転子鉄心２５２の端面と挟持部（フランジ２１８ａまたは筒部材２７０）とにより挟持される被挟持部２６４とを有している。

図６および図７に示すように、覆い部２６９は、回転軸２１８の軸方向に平行な平面で切断した断面形状がコ字状とされ、エンドリング２８２の外周面、端面および内周面を覆っている。図５に示すように、補強リング２６０Ａには、回転子２５０の中心に向かって窪む凹部２６８が形成されており、この凹部２６８はエンドリング２８２の内周側に配設される。被挟持部２６４は、凹部２６８の底板部分であって、回転軸２１８が挿通される貫通孔２６４ｈを有する円環形状とされ、図６および図７に示すように、覆い部２６９の回転軸２１８側の端部から回転軸２１８に向かって延在している。図５に示されている貫通孔２６４ｈの径は、回転軸２１８の径よりも若干大きく形成されている。

図６に示すように、覆い部２６９は、筒状当接部２６１と、環状部２６２と、筒状接続部２６３とを備えている。筒状当接部２６１は、円筒形状とされ、図７および図９に示すように、内周面がエンドリング２８２の外周部２８２ａの外周表面全体に当接されている。

図５に示すように、環状部２６２は、円環形状とされ、図６および図７に示すように、一方の面がエンドリング２８２の円環形状の端面に微小な隙間を空けて延在する。環状部２６２は、筒状当接部２６１の一端から略直角に曲がって、エンドリング２８２の端面に沿いながら回転軸２１８に向かって延在している。

筒状接続部２６３は、円筒形状とされ、環状部２６２の内周端部から回転子鉄心２５２の端面に向かって、すなわち回転子２５０の中心に向かって延在し、円環形状の被挟持部２６４の外周端部に接続されている。

上述したように、補強リング２６０Ｂも同様の形状とされている。図６および図７に示すように、本実施の形態では、補強リング２６０Ａは、回転子鉄心２５２の一端面２５２ｃ側に配設されるエンドリング２８２に圧入され、補強リング２６０Ｂは、回転子鉄心２５２の他端面２５２ｄ側に配設されるエンドリング２８２に圧入されている。

補強リング２６０Ａの被挟持部２６４は、回転軸２１８に一体的に設けられたフランジ２１８ａと、回転子鉄心２５２の一端面２５２ｃとで挟持されている。補強リング２６０Ｂの被挟持部２６４は、回転軸２１８に配設された筒部材２７０と、回転子鉄心２５２の他端面２５２ｄとで挟持されている。

回転子鉄心２５２を回転軸２１８に取り付けるには、たとえば補強リング２６０Ａ，２６０Ｂが組み付けられた回転子鉄心２５２を回転軸２１８に圧入し、フランジ２１８ａに補強リング２６０Ａの被挟持部２６４を当接させ、フランジ２１８ａと回転子鉄心２５２の一端面２５２ｃとによって被挟持部２６４を挟持する。筒部材２７０を回転軸２１８の軸本体部２１８ｂに圧入し、筒部材２７０を補強リング２６０Ｂの被挟持部２６４に当接させ、筒部材２７０と回転子鉄心２５２の他端面２５２ｄとによって被挟持部２６４を挟持する。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）かご形回転子２５０は、一対のエンドリング２８２の外周部２８２ａのそれぞれに圧入される一対の補強リング２６０Ａ，２６０Ｂと、回転子鉄心２５２の両端において回転軸２１８に設けられるフランジ２１８ａおよび筒部材２７０とを含んで構成されている。本実施の形態では、フランジ２１８ａと回転子鉄心２５２の一端面２５２ｃとで補強リング２６０Ａを挟持し、筒部材２７０と回転子鉄心２５２の他端面２５２ｄとで補強リング２６０Ｂを挟持するようにした。

これにより、回転子２５０を高速で回転させたときの遠心力に起因するエンドリング２８２の変形を抑えることができる。本実施の形態では、エンドリング２８２の外周部２８２ａの外周表面が筒状当接部２６１により押さえられるため、エンドリング２８２の周方向の引張応力を抑えることができ、エンドリング２８２内の鋳巣に応力が集中することによる疲労破壊が防止されている。さらに、環状部２６２がエンドリング２８２の端面に対して微小な隙間を空けて延在している。環状部２６２は、回転子２５０が高速で回転したときに、軸方向に変形するエンドリング２８２の端面に当接することになるため、エンドリング２８２の軸方向の変形を極力抑えることができる。

（２）本実施の形態によれば、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂは焼き嵌めや圧入によって回転軸２１８に固定されておらず、圧入応力に耐えるための所定の厚みが不要なので、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの厚みを薄くできる。これに対して、特許文献１に記載の技術では、補強リングが焼き嵌めによって回転軸に固定されている。このため、特許文献１に記載の補強リングでは、焼き嵌めにより生じる応力に耐えるために、所定の厚みが必要とされ、補強リングの質量が大きくなってしまうおそれがある。補強リングの材料は、上述したように、エンドリングの変形を抑えるために、炭素鋼等に比べて強度の高い高強度ステンレス鋼やチタン合金等が採用される。このため、補強リングの質量の増加は、コストの増加を招いてしまう。

本実施の形態では、筒部材２７０を回転軸２１８に圧入し、フランジ２１８ａと回転子鉄心２５２との間で補強リング２６０Ａを挟持し、筒部材２７０と回転子鉄心２５２との間で補強リング２６０Ｂを挟持するようにした。筒部材２７０は、回転軸２１８に圧入されるため、所定の厚みが必要とされる。しかしながら、筒部材２７０は、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂに比べて高い強度を必要としないため、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの材料に比べて低廉な炭素鋼等の材料を選定できる。このため、本実施の形態によれば、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの質量を小さくすることで回転子２５０および回転電機２００の低コスト化を図ることができる。

（３）本実施の形態では、上記したように、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂを焼き嵌めや圧入によって回転軸２１８に固定する必要がない。このため、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの貫通孔２６４ｈの径に高い寸法精度が要求されることがなく、製作を容易に行うことができる。

特許文献１に記載の技術では、補強リングを焼き嵌めにより回転軸に固定するため、補強リングの内径には高い寸法精度が要求され、この要求を満足するために切削加工等を行う必要がある。その結果、特許文献１に記載の技術では、補強リングの製造コストの増加を招いてしまう。これに対して、本実施の形態では、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの被挟持部２６４に設けられる貫通孔２６４ｈは、回転軸２１８の軸本体部２１８ｂが挿通可能な大きさに形成されていればよく、内径寸法に所定の精度が要求されていないので、プレス加工等により容易に貫通孔２６４ｈを形成することができる。このため、本実施の形態によれば、補強リング２６０Ａ，２６０Ｂの製造コストの低減を図ることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上記実施の形態では、補強リング２６０Ａをフランジ２１８ａと回転子鉄心２５２の一端面２５２ｃとで挟持し、補強リング２６０Ｂを筒部材２７０と回転子鉄心２５２の他端面２５２ｄとで挟持した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。一対の筒部材を、フランジを有していない円柱状の回転軸の両端側に圧入し、一対の筒部材のうちの一方と回転子鉄心２５２の一端面２５２ｃとで補強リング２６０Ａを挟持し、一対の筒部材のうちの他方と回転子鉄心２５２の他端面２５２ｄとで補強リング２６０Ｂを挟持するようにしてもよい。

（２）本発明は、一対のエンドリング２８２と複数の導体バー２８１はダイカストによって一体的に成形される場合に限定されない。導体バー２８１とエンドリング２８２とを別部材として成形し、回転子鉄心２５２に多数の導体バー２８１とエンドリング２８２とを組み付けて接合する組立式のかご形回転子に本発明を適用してもよい。接合方法としては、アーク溶接、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）、ロウ付け、超音波半田付けなどの種々の接合方法により導体バー２８１とエンドリング２８２とを接合することができる。

導体バー２８１とエンドリング２８２とを接合したかご形回転子に本発明を適用することで、接合部内に形成されているボイドに応力が集中し、疲労破壊してしまうことを防止することができる。

（３）スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極、ソース電極およびゲート電極の３つの電極を備えている。ＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、図２のダイオード３８を設ける必要がない。

（４）回転電機２００，２０２は、他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などにも利用することもできる。

（５）上記実施の形態では、導体バー２８１およびエンドリング２８２の材料には、アルミニウムあるいは銅を採用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、導電率の高い種々の金属材料を採用することができる。なお、純銅や純アルミニウムは軟らかく加工しやすく、また導電率も高いのでモータ効率の向上を図ることができる。つまり、製造上の観点およびモータ効率向上の観点から、導体バー２８１およびエンドリング２８２の材料は、純銅あるいは純アルミニウムとするのが好適である。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

２００，２０２回転電機、２１２ハウジング、２１４エンドブラケット、２１６軸受、２１８回転軸、２１８ａフランジ、２１８ｂ軸本体部、２３０固定子、２３２固定子鉄心、２３８固定子巻線、２５０回転子、２５１貫通孔、２５２回転子鉄心、２５２ａティース、２５２ｂスロット、２５２ｃ一端面、２５２ｄ他端面、２８１導体バー、２６０Ａ補強リング、２６０Ｂ補強リング、２６１筒状当接部、２６２環状部、２６３筒状接続部、２６４被挟持部、２６４ｈ貫通孔、２６８凹部、２６９覆い部、２７０筒部材、２８２エンドリング、２８２ａ外周部

Claims

回転軸と、
前記回転軸の軸方向に平行に延在するスロットが周方向に複数形成された回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の各スロット内に収容される複数の導体バーと、
前記回転子鉄心の両端に配置され、前記導体バーの両端側で前記導体バー同士を短絡する一対の円筒形状のエンドリングと、
前記一対のエンドリングの外周部のそれぞれに圧入される一対の補強リングと、
前記回転子鉄心の両端において前記回転軸に設けられる一対の挟持部とを備え、
前記一対の補強リングのそれぞれは、
前記回転軸の軸方向に平行な平面で切断した断面形状がコ字状とされ、前記エンドリングを覆う覆い部と、
前記覆い部の前記回転軸側の端部から前記回転軸に向かって延在し、前記挟持部と前記回転子鉄心の端面とで挟持される円環形状の被挟持部とを備え、
前記覆い部は、
前記エンドリングの外周部の表面に当接される円筒形状の筒状当接部と、
前記筒状当接部の一端から前記回転軸に向かって、前記エンドリングの端面に沿って延在している円環形状の環状部と、
前記環状部の内周端部から前記回転子鉄心の端面に向かって延在し、前記円環形状の被挟持部の外周端部に接続される円筒形状の筒状接続部とを備え、
前記筒状接続部と前記被挟持部とは、円筒形状の前記エンドリングの内周側に配置される凹部を構成することを特徴とするかご形回転子。
請求項１に記載のかご形回転子において、
前記一対の挟持部のうちの一方は、前記回転軸の本体部から外方に突出するように前記回転軸に一体的に設けられたフランジであり、
前記一対の挟持部のうちの他方は、前記回転軸に圧入される筒部材であることを特徴とするかご形回転子。
請求項１に記載のかご形回転子と、
前記かご形回転子の外周側に隙間をあけて設けられた固定子とを備えたことを特徴とする回転電機。
請求項２に記載のかご形回転子と、
前記かご形回転子の外周側に隙間をあけて設けられた固定子とを備えたことを特徴とする回転電機。