JP6161796B2 - 籠型モータの回転子および籠型モータ - Google Patents

Description

本発明は、導体バーと短絡環とを有する籠型モータの回転子および籠形モータに関し、特に、工作機械の主軸スピンドルモータ等に用いられる、高速回転する籠型モータの回転子および籠形モータに関するものである。

従来、籠型モータの回転子は、電磁鋼板を積層して形成した円筒状の回転子コアと、回転子コアの各スロットに配置されている複数の導体バーと、それらに両側端部で繋がる短絡環（エンドリング）から構成されており、モータの回転子軸に焼嵌にて装着されている。
近年、工作機械の主軸スピンドルモータ等に用いられる籠型モータは、高性能化が要求されており、数万回／分の高回転に対応することが求められている。
そして、高速回転する籠型モータの高効率化に対応して、回転子の導体（回転子導体と記す）である、導体バー及び短絡環にアルミニウム（アルミと記す）が用いられるようになっている。

高速回転する籠型モータの回転子は、その構造から、高速回転時に強い遠心力が作用する。また、稼動時の発熱により回転子導体が熱膨張する。すなわち、遠心力の作用と熱膨張により、短絡環は変形するとともに、短絡環に応力が発生する。
また、籠型モータが起動と停止とを繰返すと、短絡環には応力の負荷と解除とが繰返される。すなわち、短絡環に、繰返し応力が加わり金属疲労がおこる。
特に、耐力及び引張強さ等の強度が低く、且つ熱膨張率がわりあい大きいアルミを回転子導体に用いた場合は、短絡環の変形が大きくなり、発生する応力も大きくなる。また、短絡環の疲労強度が低下するとの懸念もある。

回転子導体にアルミを用いているが、遠心力及び熱による短絡環の変形を防止できる籠型モータの回転子が提案されている。それは、回転子鉄心（回転子コア）の外周スロットに鋳込むようにして設けたアルミキャスト製のロータバー（導体バー）とロータバーの両端に設けたアルミキャスト製の短絡環とを備えており、短絡環の外周に鋼製等の保持環を焼嵌で装着するとともに、短絡環と保持環の外端部とを保持して補強するプレートロック（補強カバー）を、ボスを介して回転子軸に設けている回転子である（例えば、特許文献１参照）。

また、回転子導体にアルミを用いているが、起動と停止とを繰返すことにより発生する繰返し応力の振幅を小さくして、金属疲労を防止する籠型モータの回転子が提案されている。それは、円筒状の鉄心コア部（回転子コア）と、鉄心コア部の内部であって周方向に一定間隔で配設された導体バーと、導体バーに繋がれて鉄心コア部の両端面に配設されている短絡環と、その外径が短絡環の内径より大きい補強リング（補強環）とを備え、補強リングを短絡環の内周部に焼嵌するとともに、鉄心コア部と補強リングの内周部にシャフト（回転子軸）を取り付けた回転子である（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１５３４７１号公報（第２頁、第３図） 特開２０１２−２４４８２４号公報（第４頁、第１図）

籠型モータの高速回転時に回転子に加わる遠心力により短絡環は外周方向に変形する。短絡環の変形量は、内周側ほど大きく外周側ほど小さくなる。すなわち、短絡環の内周側ほど引張応力が大きく、且つ径方向よりも周方向の引張応力が大きくなる。
また、回転子導体の発熱により短絡環が熱膨張して変形するが、短絡環と繋がっている導体バーが短絡環より熱膨張が小さい回転子コアに拘束されているので、短絡環の外周方向と軸方向との変形を拘束することとなり、短絡環に圧縮方向の応力が発生する。

籠型モータの起動と停止とを繰返した場合、停止した直後は回転子導体は高温の状態なので、短絡環は熱膨張変形して圧縮方向の応力が作用しており、起動時は逆に遠心力による引張方向の応力が作用している。
そして、起動時の遠心力に基づく周方向の引張応力は、短絡環の内周側が大きいので、繰返し応力の振幅は、短絡環の内周側ほど大きくなる。

特許文献１に記載の回転子は、短絡環の外周に鋼製等の保持環を焼嵌で装着しており、短絡環の変形は防止できる。しかし、短絡環の内周側は拘束されておらず、回転子に加わる遠心力に基づく短絡環内周側の大きな周方向の引張応力を、低減することはできない。
すなわち、籠型モータの起動と停止との繰返しにより、短絡環に発生する繰返し応力の振幅を小さくできず、短絡環が金属疲労を起こしやすいとの問題があった。

特許文献２に記載の回転子は、外径が短絡環の内径より大きい補強リングを短絡環の内周部に焼嵌で装着することで、短絡環には径方向外側に膨張変形させるような力が働き、短絡環内周部には遠心力が加わっていないときも周方向に引張応力が働くようになる。それゆえ、遠心力がない場合と遠心力が加わっている場合との、短絡環内周部における周方向の引張応力の差が小さくなっている。
すなわち、籠型モータの起動と停止との繰返しにより発生する、短絡環内周部の繰返し応力の振幅を小さくしており、金属疲労により短絡環が破壊するのを防止している。

しかし、短絡環の外周側が拘束されていないので、短絡環の径方向への熱膨張変形を抑制することができず、温度上昇と共に上記焼嵌め効果が低減する。
それと、鉄心コア部と補強リングとを回転子軸に焼嵌で装着する工程において、想定された温度以上で焼嵌すると、短絡環と補強リングとの熱膨張変形量の差が焼嵌代を超えてしまい、補強リングが外れたり又は位置ずれしたりするとの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、短絡環の径方向の変形を抑制するとともに、補強カバーが外れたり又は位置ずれしたりするのを防止する。さらに、補強環が外れたり又は位置ずれしたりするのを防止するとともに、籠型モータの起動と停止との繰返しにより、短絡環に発生する繰返し応力の振幅を小さくして、短絡環の金属疲労による破壊を防止する籠型モータの回転子と、この回転子を用いた信頼性に優れた籠型モータを得ることである。

本発明に係わる第１の籠型モータの回転子は、回転子コアの周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔を充填している導体バーと、各導体バーの端部と繋がっている短絡環と、短絡環の軸方向端面と接する補強カバーとを備えたものであって、導体バーと短絡環とが一体物であり、補強カバーが、胴体部と胴体部の外周面から垂直方向に突出した環状の鍔部とを有する円筒体であり、胴体部の外周面と短絡環の内周面とが接しており、保持環が、内周面を鍔部と短絡環との外周面に固着されているものである。

本発明に係わる第２の籠型モータの回転子は、回転子コアの周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔を充填している導体バーと、各導体バーの端部と繋がっている短絡環と、短絡環の軸方向端面と接する補強カバーとを備えたものであって、導体バーと短絡環とが一体物であり、補強カバーが、平面形状が短絡環の軸方向の端面の形状と同じであり、且つ導体バーと対向する部分に短絡環突出部挿入孔を形成しており、補強環が、外周面を補強カバーと短絡環との内周面に固着されており、保持環が、内周面を補強カバーと短絡環との外周面に固着されているものである。

本発明に係わる第３の籠型モータの回転子は、回転子コアの周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔を充填している導体バーと、各導体バーの端部と繋がっている短絡環と、短絡環の軸方向端面と接する補強カバーとを備えたものであって、導体バーと短絡環とが一体物であり、補強カバーが、胴体部と胴体部の内周面から垂直方向に突出した環状の鍔部とを有する円筒体であり、胴体部の内周面を短絡環の外周面に固着されており、補強環が、外周面を鍔部と短絡環との内周面に固着されているものである。

本発明に係わる籠型モータは、回転子に第１から第３のいずれかの籠型モータの回転子を用いたものである。

本発明に係わる回転子は、上記のように構成されているため、短絡環の径方向の変形を抑制できるとともに、補強カバーが外れたり又は位置ずれしたりするのを防止できる。さらに、補強環が外れたり又は位置ずれしたりするのを防止できるとともに、モータの起動と停止との繰返しにより短絡環に発生する繰返し応力の振幅を小さくして、短絡環の金属疲労破壊を防止できる。
そして、この回転子を用いた籠型モータは、使用時の回転子に発生する不具合を低減しており、信頼性に優れている。

本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。 図１の本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＡ−Ａ断面の模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子における、回転子コアに鋳造で導体バーと短絡環とを装着する手段を説明する模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子における、アルミ溶湯が固化した後に金型から取出された、アルミで封止されている回転子コアと補強カバーとの封止体を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。 図５の本発明の実施の形態２に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＢ−Ｂ断面の模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態３に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。 図７の本発明の実施の形態３に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＣ−Ｃ断面の模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態４に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。 図９の本発明の実施の形態４に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＤ−Ｄ断面の模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態５に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。 図１１の本発明の実施の形態５に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＥ−Ｅ断面の模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態６に係わる籠型モータの側面模式図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。
図２は、図１の本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＡ−Ａ断面の模式図（ｂ）とである。
図２では、本実施の形態の籠型モータの回転子１００における全体部分の平面と断面とを示している。

図１と図２とに示すように、本実施の形態の籠型モータの回転子１００は、電磁鋼板を積層して形成した円筒状の回転子コア１と、回転子コア１を軸方向に貫通しており且つ回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔１ａの各々を充填している導体バー４と、各導体バー４の端部と繋がっている短絡環５と、短絡環５の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバー６と、回転子コア１が装着される回転子軸２とを備えている。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子１００は、短絡環５が、回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている全ての導体バー４と一体の物になっており、各導体バー４の両方の端部で、回転子コア１の軸方向の端面と接して配置されている。
補強カバー６が、胴体部６ａと胴体部６ａの軸方向一端側の外周面から垂直方向に突出した環状の鍔部６ｂとを有する円筒体であり、円筒体の円周方向と直交する断面の形状がＬ字状であり、且つ回転子軸２に装着されている。

また、補強カバー６は、胴体部６ａの外周面が短絡環５の内周面と接しており、胴体部６ａの軸方向内側の端面が回転子コア１の軸方向端面と接しており、胴体部６ａの内周面が回転子軸２の外周面と接しており、鍔部６ｂの軸方向内側の面が短絡環５の軸方向端面と接している。それと、補強カバー６の鍔部６ｂの導体バー４と対向する部分に、短絡環５の軸方向突出部５ａが挿入される孔（短絡環突出部挿入孔と記す）６ｃが形成されている。
保持環７が、その内周面を短絡環５の外周面と補強カバー６の鍔部６ｂの外周面との各々と接して設けられている。

本実施の形態の籠型モータの回転子１００を形成する部品の材質について説明する。
回転子コア１を形成するコア片には、上記のように、電磁鋼板が用いられている。導体バー４と短絡環５とにはアルミニウム（アルミと記す）が用いられており、導体バー４と短絡環５とは、鋳造により形成された一体物となっている。補強カバー６には、アルミより熱膨張率が小さい非磁性体のステンレス鋼が用いられており、保持環７には、ステンレス鋼と同程度の熱膨張率であり、引張強さが高いクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）が用いられている。

本実施の形態の籠型モータの回転子１００の製造方法の一例を説明する。
所定の加工方法により、回転子コア１と補強カバー６と保持環７と回転子軸２とを作製する。
次に、回転子コア１に鋳造で導体バー４と短絡環５とを装着する。
図３は、本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子における、回転子コアに鋳造で導体バーと短絡環とを装着する手段を説明する模式図である。
図３は、回転子コア１に鋳造で導体バー４と短絡環５とを装着する手段の一例である。

まず、仮軸部品１２へ、下方から順番に、下方の補強カバー６と回転子コア１と上方の補強カバー６とをセットする。
次に、図３に示すように、補強カバー６と回転子コア１とがセットされた仮軸部品１２を、金型１４の端部ブロック１４ｂに押え金１３を介してボルト１１で保持することにより、金型１４のキャビティ１４ａ内に、補強カバー６と回転子コア１とを配置する。
次に、金型１４をダイカストマシン１５にセットする。
本実施の形態ではダイカストマシン１５は縦型である。

次に、ダイカストマシン１５のピストン１６が上昇して、矢印Ｌで示すように、アルミニウム溶湯（アルミ溶湯と記す）を、金型１４の湯口１４ｃからキャビティ１４ａ内に注入する。
キャビティ１４ａ内に注入されたアルミ溶湯は、下方の補強カバー６の鍔部６ｂに形成された短絡環突出部挿入孔６ｃを通過して、下方の補強カバー側の短絡環部分９を充填する。さらに、矢印Ｍで示すように、アルミ溶湯が、回転子コア１を軸方向に貫通しており且つ回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている全てのスロット孔１ａを充填する。さらに、スロット孔１ａを通過したアルミ溶湯が、上方の補強カバー側の短絡環部分９を充填した後、矢印Ｎで示すように、上方の補強カバー６の鍔部６ｂに形成された短絡環突出部挿入孔６ｃを通過して、金型１４のランナー部１４ｄを充填する。

アルミ溶湯が、キャビティ１４ａ内を上記のように流れるので、アルミ溶湯が巻込んだガスは、最終的には、ランナー部１４ｄに集められており、短絡環部分９及びスロット孔１ａの部分のアルミに、ガスによりボイドが発生するのを防止している。
また、本実施の形態のダイカストマシン１５は、部分加圧シリンダを備えている。そして、図３に示すように、部分加圧シリンダに繋がったプランジャー１８により、アルミ溶湯が凝固する際、ランナー部１４ｄの上部からアルミ溶湯全体に圧力を加えることが可能である。
それゆえ、例え、短絡環の中にガス留が発生しても、あるいは凝固の遅い部位に引けが発生しても、圧力によりそれらを消滅させて、気泡欠陥及び巣欠陥といった鋳造欠陥が発生するのを防止できる。

次に、金型内のアルミ溶湯を冷却して固化する。
図４は、本発明の実施の形態１に係わる籠型モータの回転子における、アルミ溶湯が固化した後に金型から取出された、アルミで封止されている回転子コアと補強カバーとの封止体を示す断面模式図である。
図４では、仮軸部品１２も示している。
次に、図４に示す、回転子コア１と補強カバー６とがアルミで封止された封止体１０から、湯口形状部１９とランナー形状部２０とを切断して除去する。

次に、仮軸部品１２を取外した後、軸方向両側にある、アルミで鋳包まれた補強カバー６の鍔部６ｂの外周部と短絡環５の外周部とを、外径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、補強カバー６の鍔部６ｂの外径と短絡環５の外径とは、保持環７の内径より焼嵌代分だけ大きくしてある。次に、保持環７を、同外径の補強カバー６と短絡環５との外周面に焼嵌で装着する。
次に、回転子コア１の内周面と補強カバー６の内周面とを、内径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、回転子コア１の内径と補強カバー６の内径とは、回転子軸２の外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、回転子コア１と補強カバー６とを、回転子軸２に同時に焼嵌で装着して、籠型モータの回転子１００が完成する。

本実施の形態の籠型モータの回転子１００は、補強カバー６の胴体部６ａが短絡環５で鋳包まれている。そして、鋳包む短絡環５を形成するアルミが、鋳包まれている補強カバー６を形成するステンレス鋼よりも、熱膨張率が大きいので、短絡環５が液状から固化し、さらに冷却する過程での短絡環５の収縮量は、補強カバー６の収縮量より大きくなる。
そこで、短絡環５の内周面が、補強カバー６の胴体部６ａの外周面と接しているので、短絡環５が収縮しきれず、補強カバー６を締付ける抱きつき現象が起こり、短絡環５の内周面には、補強カバー６を焼嵌で装着した場合と同じように、短絡環５を径方向外側に膨張させるような力が働く。

また、短絡環５の外周面には、保持環７が、その内周面を接して焼嵌で装着されているので、短絡環５を径方向内側に収縮させるような力が働く。従って、短絡環５は、径方向の両側から補強カバー６と保持環７とに押されて膨張変形が抑制されることにより、圧縮応力が加わる。
また、短絡環５の軸方向端面も補強カバー６で拘束されており、短絡環５の軸方向の膨張変形も抑制されている。
つまり、短絡環５は、温度上昇及び遠心力負荷の少なくとも一方による膨張変形を、補強カバー６と保持環７とにより三方向から拘束されて押されているので、短絡環５には、常に圧縮応力が働いている。
それゆえ、本実施の形態の籠型モータの回転子１００は、モータの起動と停止とを繰返した場合の短絡環５に発生する応力の振幅が小さく、短絡環５の金属疲労の寿命を向上させることが可能である。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子１００は、短絡環５と補強カバー６の鍔部６ｂとの外周面に保持環７が、焼嵌で装着されているので、温度上昇による短絡環５の径方向外側への熱膨張変形が抑制されている。それと、補強カバー６の胴体部６ａが短絡環５で鋳包まれている。
すなわち、補強カバー６の鍔部６ｂの外周面が保持環７で締付けられており、補強カバー６の胴体部６ａの外周面が短絡環５で締付けられている。
それゆえ、回転子コア１と補強カバー６とを回転子軸２に焼嵌で装着する場合に、想定以上に加熱されても、あるいは、籠型モータの駆動により回転子１００が高温になっても、補強カバー６が、緩んで、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止される。

また、補強カバー６の鍔部６ｂに形成された短絡環突出部挿入孔６ｃに、短絡環５の軸方向突出部５ａが嵌っている。そこで、回転子軸２へ焼嵌するために加熱すると、あるいは、籠型モータの駆動により高温になると、軸方向突出部５ａが熱膨張して、短絡環５により補強カバー６が強固に保持されることになり、この面からも、補強カバー６が、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止される。
なお、本実施の形態の籠型モータの回転子は、焼嵌で装着している部品を圧入など他の締め付ける方法で装着しても良い。すなわち、締り嵌めで装着されれば良い。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。
図６は、図５の本発明の実施の形態２に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＢ−Ｂ断面の模式図（ｂ）とである。
図６では、本実施の形態の籠型モータの回転子２００における全体部分の平面と断面とを示している。

図５と図６とに示すように、本実施の形態の籠型モータの回転子２００は、電磁鋼板を積層して形成した円筒状の回転子コア１と、回転子コア１を軸方向に貫通しており且つ回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔１ａの各々を充填している導体バー４と、各導体バー４の端部と繋がっている短絡環５と、短絡環５の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバー２６と、回転子コア１が装着されている回転子軸２とを備えている。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子２００は、短絡環５が、回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている全ての導体バー４と一体の物になっており、各導体バー４の両方の端部で、回転子コア１の軸方向の端面と接して配置されている。
また、補強カバー２６が、平面形状が短絡環５の軸方向の端面の形状と同じであるドーナツ盤状であり、導体バー４と対向する部分に、短絡環突出部挿入孔２６ｃが形成されている。

補強環２９が、その外周面を短絡環５の内周面と補強カバー２６の内周面とに接するとともに、その軸方向内側の端面を回転子コア１の軸方向端面に接して設けられている。また、補強環２９が、その内周面を回転子軸２の外周面と接して回転子軸２に装着されている。
保持環７が、その内周面を短絡環５の外周面と補強カバー２６の外周面との各々と接して設けられている。

本実施の形態の籠型モータの回転子２００は、補強カバー２６には非磁性のステンレス鋼が用いられており、補強環２９には保持環７と同様のクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）が用いられている。その他の部品の材質は、実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態の籠型モータの回転子２００の製造方法の一例を説明する。
実施の形態１と同様にして、図４に示す回転子コア１と補強カバー６とがアルミで封止された封止体１０を作製する。次に、封止体１０から、湯口形状部１９とランナー形状部２０を切断した後、仮軸部品１２を取外す。
次に、アルミで鋳包まれた補強カバー６の鍔部６ｂの外周部と、短絡環５の外周部とを、旋盤で外径が等しくなるように一緒に切削加工する。この時、鍔部６ｂの外径と短絡環５の外径とは、保持環７の内径より焼嵌代分だけ大きくしてある。鍔部６ｂの外径は、後述する補強カバー２６の外径である。

次に、補強カバー６の胴体部６ａを旋盤の切削加工により除去して、ドーナツ盤状の補強カバー２６を作製するとともに、補強カバー２６の内周面と短絡環５の内周面とを、内径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、補強カバー２６の内径と短絡環５の内径とは、補強環２９の外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、補強環２９を、短絡環５の内周面と補強カバー２６の内周面とに焼嵌で装着する。

次に、保持環７を、同外径の短絡環５と補強カバー２６との外周面に焼嵌で装着する。
次に、回転子コア１の内周面と補強環２９の内周面とを、内径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、回転子コア１の内径と補強環２９の内径とは、回転子軸２の外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、回転子コア１と補強環２９とを、回転子軸２に同時に焼嵌で装着して、籠型モータの回転子２００が完成する。

本実施の形態の籠型モータの回転子２００も、温度上昇及び遠心力負荷の少なくとも一方による短絡環５の膨張変形を、補強環２９と保持環７と補強カバー２６との各々により、短絡環５の内周面側と外周面側と端面側との三方向で拘束することで、短絡環５に常に圧縮応力が働いている。
それゆえ、本実施の形態の籠型モータの回転子２００も、モータの起動と停止とを繰返した場合の短絡環５に発生する応力の振幅を小さくでき、短絡環５の金属疲労の寿命を向上させることが可能である。

本実施の形態の籠型モータの回転子２００では、短絡環５と補強環２９との間の焼嵌代の設定値から、短絡環５に働く圧縮応力が推測可能であり、籠型モータの仕様に応じて短絡環５に加わる応力の振幅を調整できるので、回転子サイズや回転数等の仕様が異なっても短絡環５に十分な金属疲労の寿命を保持できるとの利点がある。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子２００は、補強環２９に、ステンレス鋼の補強カバー２６と熱膨張率が近いクロムモリブデン鋼が用いられている。また、短絡環５と補強カバー２６との外周面に保持環７が、焼嵌で装着されており、温度上昇による短絡環５の径方向外側への熱膨張変形が抑制されている。また、短絡環５と補強カバー２６との内周面に補強環２９が焼嵌で装着されている。

すなわち、補強カバー２６の外周面が保持環７で締付けられており、補強カバー２６の内周面が補強環２９で押圧されている。また、補強環２９の外周面が、短絡環５と補強カバー２６とで締付けられている。
それゆえ、回転子コア１と補強環２９とを回転子軸２に焼嵌で装着する場合に、想定以上に加熱されても、あるいは、籠型モータの駆動により回転子２００が高温になっても、補強カバー２６及び補強環２９が、緩んで、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止される。

また、補強カバー２６に形成された短絡環突出部挿入孔２６ｃに、短絡環５の軸方向突出部５ａが嵌っている。そこで、回転子軸２へ焼嵌するために加熱すると、あるいは、籠型モータの駆動により高温になると、軸方向突出部５ａが膨張して、短絡環５により補強カバー２６が強固に保持されることになり、この面からも、補強カバー２６が、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止される。
なお、本実施の形態の籠型モータの回転子は、焼嵌で装着している部品を圧入など他の締め付ける方法で装着しても良い。すなわち、締り嵌めで装着されれば良い。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。
図８は、図７の本発明の実施の形態３に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＣ−Ｃ断面の模式図（ｂ）とである。
図８では、本実施の形態の籠型モータの回転子３００における全体部分の平面と断面とを示している。

図７と図８とに示すように、本実施の形態の籠型モータの回転子３００は、電磁鋼板を積層して形成した円筒状の回転子コア１と、回転子コア１を軸方向に貫通しており且つ回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔１ａの各々を充填している導体バー４と、各導体バー４の端部と繋がっている短絡環５と、短絡環５の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバー３６と、回転子コア１が装着されている回転子軸２とを備えている。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子３００は、短絡環５が、回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている全ての導体バー４と一体の物になっており、各導体バー４の両方の端部で、回転子コア１の軸方向の端面と接して配置されている。
補強カバー３６が、胴体部３６ａと胴体部３６ａの軸方向一端側の内周面から垂直方向に突出した環状の鍔部３６ｂを有する円筒体であり、円筒体の円周方向と直交する断面の形状が逆Ｌ字状である。

また、補強カバー３６は、胴体部３６ａの内周面が短絡環５の外周面と接しており、鍔部３６ｂの軸方向内側の面が短絡環５の軸方向端面と接している。
補強環３９が、その外周面を短絡環５の内周面と補強カバー３６の鍔部３６ｂの内周面とに接するとともに、その軸方向内側の端面を回転子コア１の軸方向端面に接して、回転子軸２に装着されている。
本実施の形態の籠型モータの回転子３００は、補強カバー３６にはクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）が用いられており、補強環３９には非磁性のステンレス鋼が用いられている。
その他の部品の材質は、実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態の籠型モータの回転子３００の製造方法の一例を説明する。
本実施の形態の籠型モータの回転子３００の製造では、仮軸部品へ回転子コア１をセットする。次に、回転子コア１がアルミで封止された封止体を作製する。次に、この封止体から湯口形状部とランナー形状部を切断した後、仮軸部品を取外す。
次に、短絡環５の外周部を旋盤で切削加工する。切削後の短絡環５の外径は、補強カバー３６の胴体部３６ａの内径より焼嵌代分だけ大きくしてある。次に、補強カバー３６を、短絡環５の外周面に焼嵌で装着する。

次に、旋盤で補強カバー３６の鍔部３６ｂの内周面と短絡環５の内周面とを一緒に切削加工し、これらの内径を揃える。切削後の短絡環５の内径と補強カバー３６の鍔部３６ｂの内径とは、補強環３９の外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、補強環３９を、短絡環５の内周面と補強カバー３６の鍔部３６ｂの内周面とに焼嵌で装着する。
次に、回転子コア１の内周面と補強環３９の内周面とを、内径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、回転子コア１の内径と補強環３９の内径とは、回転子軸２の外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、回転子コア１と補強環３９とを、回転子軸２に同時に焼嵌で装着して、籠型モータの回転子３００が完成する。

本実施の形態の籠型モータの回転子３００も、温度上昇及び遠心力負荷の少なくとも一方による短絡環５の膨張変形を、補強環３９と補強カバー３６との各々により、短絡環５の内周面側と外周面側と端面側との三方向で拘束することで、短絡環５に常に圧縮応力が働いており、短絡環５における応力の、モータ起動時と停止時との差が小さくなっている。
それゆえ、本実施の形態の籠型モータの回転子３００も、モータの起動と停止とを繰返した場合の短絡環５に発生する応力の振幅を小さくでき、短絡環５の金属疲労の寿命を向上させることが可能である。

本実施の形態の籠型モータの回転子３００は、短絡環５と補強環３９との間の焼嵌代の設定値から、短絡環５に働く圧縮応力が推測可能であり、籠型モータの仕様に応じて短絡環５に加わる応力の振幅を調整できるので、回転子サイズや回転数等の仕様が異なっても短絡環５に十分な金属疲労の寿命を保持できるとの利点がある。

本実施の形態の籠型モータの回転子３００は、短絡環５の外周面に補強カバー３６が焼嵌で装着されており、補強カバー３６の胴体部３６ａの内周面が短絡環５の外周面と接しているので、補強カバー３６が保持環の機能を有しており、温度上昇による短絡環５の径方向外側への熱膨張変形が抑制されている。また、短絡環５と補強カバー３６の鍔部３６ｂとの内周面に補強環３９が焼嵌で装着されている。

すなわち、補強カバー３６の胴体部３６ａの内周面が短絡環５で押圧されており、補強カバー３６の鍔部３６ｂの内周面が補強環３９で押圧されている。また、補強環３９の外周面が、短絡環５と補強カバー３６の鍔部３６ｂとで締付けられている。
それゆえ、回転子コア１と補強環３９とを回転子軸２に焼嵌で装着する場合に、想定以上に加熱されても、あるいは、籠型モータの駆動により回転子３００が高温になっても、補強カバー３６及び補強環３９が、緩んで、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止される。

また、補強カバー３６が保持環の機能を有しており、保持環を省くことができるので、部品点数を少なくできる。
また、補強カバー３６の鍔部３６ｂに孔がなく、加工工数を減らすことができるので、製造コストを低減できる。
また、補強カバー３６及び補強環３９の装着前に、短絡環５の、内周面と外周面と軸方向端面とを確認できるので、短絡環５の鋳造品質の検査が容易である。
なお、本実施の形態の籠型モータの回転子は、焼嵌で装着している部品を圧入など他の締め付ける方法で装着しても良い。すなわち、締り嵌めで装着されれば良い。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。
図１０は、図９の本発明の実施の形態４に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＤ−Ｄ断面の模式図（ｂ）とである。
図１０では、本実施の形態の籠型モータの回転子４００における全体部分の平面と断面とを示している。

図９と図１０とに示すように、本実施の形態の籠型モータの回転子４００は、電磁鋼板を積層して形成した円筒状の回転子コア１と、回転子コア１を軸方向に貫通しており且つ回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔１ａの各々を充填している導体バー４と、各導体バー４の端部と繋がっている短絡環５と、短絡環５の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバー４６と、回転子コア１が装着されている回転子軸２とを備えている。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子４００は、短絡環５が、回転子コア１の周方向に一定間隔で配置されている全ての導体バー４と一体の物になっており、各導体バー４の両方の端部で、回転子コア１の軸方向の端面と接して配置されている。
補強カバー４６が、胴体部４６ａと胴体部４６ａの軸方向一端側の外周面から垂直方向に突出した環状の鍔部４６ｂとを有する円筒体であり、円筒体の円周方向と直交する断面の形状がＬ字状であり、且つ回転子軸２に装着されている。

また、補強カバー４６は、胴体部４６ａの外周面が短絡環５の内周面と接しており、胴体部４６ａの軸方向内側の端面が回転子コア１の軸方向端面と接しており、胴体部４６ａの内周面が回転子軸２の外周面と接しており、鍔部４６ｂの軸方向内側の面が短絡環５の軸方向端面と接している。
保持環７が、その内周面を、短絡環５の外周面と補強カバー４６の鍔部４６ｂの外周面との各々と、接して設けられている。
本実施の形態の籠型モータの回転子４００では、補強カバー４６には非磁性のステンレス鋼が用いられ、その他の部品の材質は実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態の籠型モータの回転子４００の製造方法の一例を説明する。
本実施の形態の籠型モータの回転子４００の製造は、仮軸部品へ回転子コア１をセットする。次に、回転子コア１がアルミで封止された封止体を作製する。次に、この封止体から湯口形状部とランナー形状部を切断した後、仮軸部品を取外す。
次に、旋盤で短絡環５の内周面を切削加工する。この時、短絡環５の内径は補強カバー４６の胴体部４６ａの外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、補強カバー４６を、短絡環５の内周面に焼嵌で装着する。

次に、補強カバー４６の鍔部４６ｂの外周部と短絡環５の外周部とを、外径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、補強カバー４６の鍔部４６ｂの外径と短絡環５の外径とは、保持環７の内径より焼嵌代分だけ大きくしてある。次に、保持環７を、同外径の補強カバー４６と短絡環５との外周面に焼嵌で装着する。
次に、回転子コア１の内周面と補強カバー４６の内周面とを、内径が等しくなるように一緒に旋盤で切削加工する。この時、回転子コア１の内径と補強カバー４６の内径とは、回転子軸２の外径より焼嵌代分だけ小さくしてある。次に、回転子コア１と補強カバー４６とを、回転子軸２に同時に焼嵌で装着して、籠型モータの回転子４００が完成する。

本実施の形態の籠型モータの回転子４００も、温度上昇及び遠心力負荷の少なくとも一方による短絡環５の膨張変形を、保持環７と補強カバー４６との各々により、短絡環５の外周面側と内周面側と端面側との三方向で拘束することで、短絡環５に常に圧縮応力が働いており、短絡環５における応力の、モータ起動時と停止時との差が小さくなっている。
それゆえ、本実施の形態の籠型モータの回転子４００も、モータの起動と停止とを繰返した場合の短絡環５に発生する応力の振幅を小さくでき、短絡環５の金属疲労の寿命を向上させることが可能である。

本実施の形態の籠型モータの回転子４００も、短絡環５と補強カバー４６の胴体部４６ａとの間の焼嵌代の設定値から、短絡環５に働く圧縮応力が推測可能であり、籠型モータの仕様に応じて短絡環５に加わる応力の振幅を調整できるので、回転子サイズや回転数等の仕様が異なっても短絡環５に十分な金属疲労の寿命を保持できるとの利点がある。

また、本実施の形態の籠型モータの回転子４００は、短絡環５と補強カバー４６の鍔部４６ｂとの外周面に保持環７が、焼嵌で装着されているので、短絡環５の温度上昇による径方向外側への熱膨張変形が抑制されている。また、補強カバー４６が、短絡環５の内周面に焼嵌で装着されている。
すなわち、補強カバー４６の鍔部４６ｂの外周面が保持環７で締付けられており、補強カバー４６の胴体部４６ａの外周面が短絡環５で締付けられている。
それゆえ、回転子コア１と補強カバー４６とを回転子軸２に焼嵌で装着する場合に、想定以上に加熱されても、あるいは、籠型モータの駆動により回転子４００が高温になっても、補強カバー４６が、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止される。

また、補強カバー４６の鍔部４６ｂに孔がなく、加工工数を減らすことができるので、製造コストを低減できる。
また、補強カバー４６及び保持環７の装着前に、短絡環５の、内周面と外周面と軸方向端面とを確認できるので、短絡環５の鋳造品質の検査が容易である。
なお、本実施の形態の籠型モータの回転子は、焼嵌で装着している部品を圧入など他の締め付ける方法で装着しても良い。すなわち、締り嵌めで装着されれば良い。

実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係わる籠型モータの回転子の断面模式図である。
図１２は、図１１の本発明の実施の形態５に係わる籠型モータの回転子における、矢印Ｘで示す方向から見た平面模式図（ａ）とＥ−Ｅ断面の模式図（ｂ）とである。
図１２では、本実施の形態の籠型モータの回転子５００における全体部分の平面と断面とを示している。

図１１と図１２とに示すように、本実施の形態の籠型モータの回転子５００は、補強カバー５６と短絡環５５との形状が異なる以外、実施の形態１の籠型モータの回転子１００と同様である。
図１１に示すように、本実施の形態の補強カバー５６は、胴体部５６ａと、胴体部５６ａの軸方向一端側の外周面から垂直方向に突出した環状の第１の鍔部５６ｂと、胴体部５６ａの軸方向他端側の外周面から垂直方向に突出した環状の第２の鍔部５６ｄとを有する円筒体であり、回転子軸２に装着されている。
それと、第１の鍔部５６ｂの導体バー４と対向する部分に、短絡環５５の軸方向突出部５５ａが挿入される短絡環突出部挿入孔５６ｃが形成されている。

第１の鍔部５６ｂは胴体部５６ａの軸方向の外側にあり、第２の鍔部５６ｄは胴体部５６ａの軸方向の内側にある。
そして、胴体部５６ａの外周面から第２の鍔部５６ｄの外周面までの距離が、胴体部５６ａの外周面から第１の鍔部５６ｂの外周面までの距離より小さく、且つ径方向における、胴体部５６ａの外周面から導体バー４の最内側の位置までの距離よりも小さくなっている。

本実施の形態の籠型モータの回転子５００は、実施の形態１の籠型モータの回転子１００と同様な効果を有する。
さらに、補強カバー５６が、第１の鍔部５６ｂと第２の鍔部５６ｄとを有するので、他の部分に比べて熱膨張率の大きなアルミ製の短絡環５５が温度上昇により膨張する時には、補強カバー５６の第１の鍔部５６ｂの部分が短絡環５５で保持される。そして、短絡環５５が冷却により収縮する時には、補強カバー５６の第２の鍔部５６ｄの部分が短絡環５５で保持される。
すなわち、本実施の形態の籠型モータの回転子５００は、温度上昇時だけでなく、籠型モータが停止して回転子が冷却する時も、補強カバー５６が短絡環５５に軸方向で適切に保持される。

本実施の形態の補強カバー５６は、胴体部５６ａの外周面から第２の鍔部５６ｄの外周面までの距離が、胴体部５６ａの外周面から第１の鍔部５６ｂの外周面までの距離より小さく、且つ径方向における胴体部５６ａの外周面から導体バー４の最内側の位置までの距離よりも小さくなっているので、導体バー４と短絡環５５とを鋳造により一体に成型する時に、第２の鍔部５６ｄが溶湯の流れを阻害することがない。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係わる籠型モータの側面模式図である。
図１３は、籠型モータ６００の上半分のフレーム６４を透視した図となっている。
図１３に示すように、本実施の形態６の籠型モータ６００は、回転子６１と、回転子６１の外側に配設されている固定子６２と、フレーム６４とを備えている。固定子６２の内周面と回転子６１の外周面とが、一定の空隙を設けて対向している。
また、回転子６１の回転子軸６３が、フレーム６４の軸方向の両端の各端壁６５に設けられたベアリング６６に、回転可能に保持されている。
そして、本実施の形態の籠型モータ６００は、回転子６１に実施の形態１から実施の形態５のいずれかの回転子が用いられている。
本実施の形態の籠型モータ６００は、回転子６１に実施の形態１から実施の形態５のいずれかの回転子が用いられているので、使用時に回転子に発生する不具合を低減しており、信頼性に優れている。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明の籠型モータの回転子は、短絡環の金属疲労の寿命が向上しており、且つ補強カバーが、外れたり又は位置ずれしたりするのが防止できるので、信頼性が要求される高速回転の籠型モータに用いられる。この回転子を用いた籠型モータは、繰返し運転の頻度が多い機械に用いられる。

Claims (15)

1. 回転子コアを軸方向に貫通しており且つ上記回転子コアの周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔の各々を充填している導体バーと、各上記導体バーの端部と繋がっている短絡環と、軸方向の面が上記短絡環の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバーとを備えた籠型モータの回転子であって、
   上記導体バーと上記短絡環とが一体物であり、
   上記補強カバーが、胴体部と上記胴体部の軸方向一端側の外周面から垂直方向に突出した環状の鍔部とを有する円筒体であり、
   上記胴体部の外周面と上記短絡環の内周面とが接しており、
   上記鍔部が、軸方向の面を上記短絡環の軸方向端面と接しており、
   保持環が、その内周面を上記鍔部の外周面と上記短絡環の外周面とに固着されている籠型モータの回転子。
2. 上記補強カバーは、上記短絡環で鋳包まれており、
   上記鍔部は、上記導体バーと対向する部分に短絡環突出部挿入孔が形成されている請求項１に記載の籠型モータの回転子。
3. 上記短絡環は、上記胴体部に固着されている請求項１に記載の籠型モータの回転子。
4. 上記補強カバーの内周面と上記回転子コアの内周面とが回転子軸の外周面に固着されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の籠型モータの回転子。
5. 上記補強カバーは、上記胴体部の軸方向の他端側の外周面から垂直方向に突出した環状の鍔部を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の籠型モータの回転子。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の籠型モータの回転子と、前記回転子と対向して配置された固定子を備えた籠型モータ。
7. 回転子コアを軸方向に貫通しており且つ上記回転子コアの周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔の各々を充填している導体バーと、各上記導体バーの端部と繋がっている短絡環と、軸方向の面が上記短絡環の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバーとを備えた籠型モータの回転子であって、
   上記導体バーと上記短絡環とが一体物であり、
   上記補強カバーが、平面形状が上記短絡環の軸方向の端面の形状と同じであるドーナツ盤状であり且つ上記導体バーと対向する部分に短絡環突出部挿入孔を形成しており、
   補強環が、その外周面を上記補強カバーの内周面と上記短絡環の内周面とに固着されており、
   保持環が、その内周面を上記補強カバーの外周面と上記短絡環の外周面とに固着されている籠型モータの回転子。
8. 上記補強環の内周面と上記回転子コアの内周面とが回転子軸の外周面に固着されている請求項７に記載の籠型モータの回転子。
9. 請求項７または請求項８に記載の籠型モータの回転子と、前記回転子と対向して配置された固定子を備えた籠型モータ。
10. 回転子コアを軸方向に貫通しており且つ上記回転子コアの周方向に一定間隔で配置されている複数のスロット孔の各々を充填している導体バーと、各上記導体バーの端部と繋がっている短絡環と、軸方向の面が上記短絡環の軸方向端面と接するとともに中心部に孔を有する補強カバーとを備えた籠型モータの回転子であって、
    上記導体バーと上記短絡環とが一体物であり、
    上記補強カバーが、胴体部と上記胴体部の軸方向一端側の内周面から垂直方向に突出した環状の鍔部とを有する円筒体であり、上記鍔部の軸方向の面を上記短絡環の軸方向端面と接して且つ上記胴体部の内周面を上記短絡環の外周面に固着されており、
    補強環が、その外周面を上記鍔部の内周面と上記短絡環の内周面とに固着されている籠型モータの回転子。
11. 上記補強環の内周面と上記回転子コアの内周面とが回転子軸の外周面に固着されている請求項１０に記載の籠型モータの回転子。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の籠型モータの回転子と、前記回転子と対向して配置された固定子を備えた籠型モータ。
13. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の籠型モータの回転子の製造方法であって、
    上記保持環を上記鍔部と上記短絡環とに締り嵌めで固着する籠型モータの回転子の製造方法。
14. 請求項７または請求項８に記載の籠型モータの回転子の製造方法であって、
    上記補強環を上記補強カバーと上記短絡環とに締り嵌めで固着し、
    上記保持環を上記補強カバーと上記短絡環とに締り嵌めで固着する籠型モータの回転子の製造方法。
15. 請求項１０または請求項１１に記載の籠型モータの回転子の製造方法であって、
    上記短絡環を上記胴体部に締り嵌めで固着する籠型モータの回転子の製造方法。

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