JP6600164B2 - かご形回転子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、かご形回転子の製造方法に関する。

かご形回転子は、回転子鉄心が有するスロットに、アルミニウムなどの導体バーが設けられる。導体バーとしては、鋳造（ダイカスト）により設けられる場合と、予め形成された導体バーをスロットに挿入して設けられる場合とがある。

導体バーを鋳造により設ける場合、回転子鉄心と導体バーの線膨張係数の違いにより、導体バーの冷却後に、スロットの内面と導体バーの外面との間に微少な隙間が形成される。また、予め形成された導体バーをスロットに挿入して設ける場合でも、スロットの内面と導体バーの外面との間に微少な隙間が形成されることが避けられない。前記隙間が形成された状態で、電動機の回転子に使用されると、回転子の起動や停止の際に、導体バーが隙間を介して回転子鉄心に衝突し、損傷が発生するおそれがある。このようなことに対処するため、前記隙間に樹脂などの充填部材を充填することが提案されている。

特開平８−２３７９１９号公報 特開２００１−２５２２２号公報

しかしながら、導体バーを鋳造で設ける場合も、予め形成されたものを挿入して設ける場合も、前記隙間は場所によって不均一になりやすく、このため充填部材の充填も不均一になりやすく、品質が不安定になりやすい。

そこで、スロットの内面と導体バーの外面との間の隙間を極力均一に形成することができ、これに伴いその隙間へ充填される充填部材を極力均一に充填することが可能となり、品質の安定化を図ることができるかご形回転子の製造方法を提供する。

本実施形態のかご形回転子の製造方法は、回転軸が設けられた回転子鉄心に形成されたスロットに導体バーを設ける工程と、前記回転軸の負荷側からねじり力を加えるようにし、前記回転軸の回転方向にあって第１方向とこれとは反対の第２方向の両方向にねじり力を加えることにより前記回転子鉄心にねじり力を加えて前記スロットの内面と前記導体バーの外面との間に隙間を形成する工程と、前記隙間に充填部材を充填する工程と、を備える。

第１実施形態におけるかご形回転子にねじり力を加える状態を概略的に示す正面図 かご形回転子の概略構成を示す縦断正面図 かご形回転子の概略構成を示す縦断側面図 回転子鉄心のスロットとこのスロットに鋳造により設けられた導体バーの熱収縮の差を模式的に説明する図であり、（ａ）は鋳造時の状態を示す図、（ｂ）は冷却後の状態を示す図 かご形回転子を槽内に収容して樹脂（充填部材）を隙間に充填する状態を示す縦断正面図 スロット内面と導体バー外面との間の隙間に樹脂（充填部材）を充填した状態を模式的に示す断面図 第２実施形態を示すもので、かご形回転子に衝撃を付与する状態を概略的に示す正面図 第３実施形態を示すもので、かご形回転子を槽内に収容した状態でかご形回転子にねじり力を加えるとともに、樹脂（充填部材）を隙間に充填する状態を示す縦断正面図 第４実施形態を示すもので、かご形回転子を槽内に収容した状態でかご形回転子にねじり力および衝撃を加えながら樹脂（充填部材）を隙間に充填する状態を示す縦断正面図

以下、複数の実施形態によるかご形回転子の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態について図１から図６を参照して説明する。まず、図１から図３において、かご形回転子を構成する回転子１は、回転子鉄心２と、複数の導体バー３と、エンドリング４と、回転軸５を備えている。このうち回転子鉄心２は、磁性材製の例えばけい素鋼板を多数枚積層して構成されている。この回転子鉄心２には、中央部に軸挿入孔６が形成され、外周部に開放形のスロット７が複数個形成されている。これら軸挿入孔６およびスロット７は、回転子鉄心２の軸方向に延びている。軸挿入孔６に回転軸５が圧入されていて、回転子鉄心２と回転軸５は一体に回転される。回転軸５の軸方向の両端部は回転子鉄心２から外方へ突出していて、一方が負荷が接続される負荷側５ａとされ、他方は反負荷側５ｂとされる。

回転子鉄心２の各スロット７に、例えばアルミニウム製の導体バー３が設けられている。導体バー３は、鋳造、この場合アルミダイカストにより形成されたもので、各スロット７に沿って軸方向に延びている。エンドリング４は、回転子鉄心２の軸方向の両端面に位置させて、各導体バー３に接続された状態で円環状に設けられている。エンドリング４も、導体バー３をアルミダイカストにより形成する際に同時に形成されている。

導体バー３およびエンドリング４をアルミダイカストにより設ける場合、溶融したアルミニウムが回転子鉄心２の各スロット７に流れて充填される。この状態では、図４（ａ）に示すように、導体バー３を形成するアルミニウムがスロット７内に隙間なく充填された状態となる。

この後、冷却されてアルミニウムが固化すると、回転子鉄心２を構成するけい素鋼板と、導体バー３を構成するアルミニウムの線膨張率の差により、図４（ｂ）に示すように、回転子鉄心２におけるスロット７の内面と導体バー３の外面との間に微少な隙間Ｇが形成されるようになる。図４（ｂ）においては、その隙間Ｇは、導体バー３の周りにほぼ均一に形成された状態で示されているが、実際にはほぼ均一に形成されるとは限らない。

このように、回転子鉄心２におけるスロット７の内面と導体バー３の外面との間に微少な隙間Ｇが形成されたままの回転子１が電動機として組み立てられて使用されると、特に回転子１の起動や停止に伴い、導体バー３が隙間Ｇを介して回転子鉄心２に衝突し、損傷が発生しやすくなる。これに対処するため、前記隙間Ｇに充填部材として樹脂を充填するのであるが、本実施形態においては、樹脂を充填する前に、次のことを行う。

図１に示すように、回転子鉄心２に回転軸５を圧入した状態で、回転軸５の反負荷側５ｂを、図示しない固定装置で回転しないように固定し、回転軸５の負荷側５ａに回転軸５の回転方向（円周方向）にねじり力を加える（矢印Ａ参照）。このとき、ねじり力は、回転子１の回転方向の第１方向およびこれとは反対の第２方向の両方向に加える。このように回転軸５にねじり力を加えることで、回転子鉄心２にもねじり力が加えられる。これにより、回転子鉄心２におけるスロット７の内面と導体バー３の外面との間の隙間Ｇが極力均一に形成されることが期待できる。

この後、図５に示すように、槽８内に収容された液体状の充填部材である樹脂９、例えば溶融状態のエポキシ樹脂中に回転子１を入れる。これにより、前記隙間Ｇに溶融状態の樹脂９が充填されるようになる。この後、回転子１を槽８から取り出して、樹脂９を固化させる。これにより、図６に示すように、各スロット７の隙間Ｇに充填部材である樹脂９が充填され固化された状態となる。この後、回転子１は、バランス調整をして、製造が終了する。

上記した実施形態においては、回転子鉄心２の各スロット７に導体バー３を設けた後、回転子鉄心２にねじり力を加えてスロット７の内面と導体バー３の外面との間に隙間Ｇを強制的に形成し、この後、前記隙間Ｇに充填部材である樹脂９を充填するようにした。これによれば、回転子鉄心２にねじり力を加えることで、前記隙間Ｇを全体にほぼ均一に形成することが可能になる。これに伴い、その隙間Ｇに充填される樹脂９を極力均一に充填することが可能となり、品質の安定化を図ることが可能となる。

また、回転子鉄心２に設けられた回転軸５を利用し、この回転軸５の負荷側５ａからねじり力を加えることで、回転子鉄心２にねじり力を良好に加えることが可能となる。さらに、回転軸５の回転方向にあって第１方向とこれとは反対の第２方向の両方向にねじり力を加えるようにしたことにより、一方向のみに比べて、隙間Ｇを一層均一に、しかも良好に形成することが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態について主に図７を参照して説明する。この実施形態においては、前記隙間Ｇに樹脂９を充填させる前において、衝撃付与装置１１により回転子鉄心２に衝撃を加えるようにする。衝撃付与装置１１としては、例えばピストンバルブ１２により往復駆動される衝撃部材１３を備えていて、その衝撃部材１３を往復動させて回転子鉄心２の表面に衝突させることで、回転子鉄心２に衝撃を加える構成となっている。

この衝撃付与装置１１を用いて回転子鉄心２に衝撃を加えるタイミングとしては、回転子鉄心２にねじり力を加えながら行ってもよいし、あるいはねじり力を加えた後、またはねじり力を加える前に行うようにしてもよい。このように回転子鉄心２に衝撃を加えるようにすることで、前記隙間Ｇ（図４（ｂ）参照）を一層均一に、しかも一層良好に形成することが期待できるようになる。

なお、このように隙間Ｇを形成した後は、第１実施形態と同様に、槽８内に収容された液体状の樹脂９中に回転子１を入れて、隙間Ｇに樹脂９を充填させ、この後、回転子１を取り出してその樹脂９を固化させる。

（第３実施形態）
第３実施形態について主に図８を参照して説明する。この実施形態においては、槽８内に収容された液体状の樹脂９中に回転子１を入れた状態で、第１実施形態と同様に、回転軸５の反負荷側５ｂを、図示しない固定装置で回転しないように固定し、回転軸５の負荷側５ａに回転軸５の回転方向（円周方向）にねじり力を加えるようにする（矢印Ａ参照）。このときも、ねじり力は、回転子１の回転方向の第１方向およびこれとは反対の第２方向の両方向に加える。このように回転軸５にねじり力を加えることで、回転子鉄心２にもねじり力が加えられる。

これにより、回転子鉄心２におけるスロット７の内面と導体バー３の外面との間の隙間Ｇが極力均一に形成されることが期待できるとともに、その隙間Ｇに樹脂９が良好に充填されるようになる。

（第４実施形態）
第４実施形態について主に図９を参照して説明する。この実施形態においては、第３実施形態と同様に、槽８内に収容された液体状の樹脂９中に回転子１を入れた状態で、回転軸５の反負荷側５ｂを、図示しない固定装置で回転しないように固定し、回転軸５の負荷側５ａに回転軸５の回転方向（円周方向）にねじり力を加えるようにする（矢印Ａ参照）。このときも、ねじり力は、回転子１の回転方向の第１方向およびこれとは反対の第２方向の両方向に加える。これにより、回転子鉄心２におけるスロット７の内面と導体バー３の外面との間の隙間Ｇが極力均一に形成されることが期待できるとともに、その隙間Ｇに樹脂９が良好に充填されるようになる。

さらにこのとき、樹脂９中において、第２実施形態と同様な衝撃付与装置１１を用いて、回転子鉄心２に衝撃を加えるようにする。回転子鉄心２に衝撃を加えることで、隙間Ｇに入っていた空気がその隙間Ｇから出やすくなるので、樹脂９を隙間Ｇに一層良好に充填することができるようになることが期待できる。

（その他の実施形態）
スロット７内に設けられる導体バー３は、アルミニウムに限られず、例えば銅でもよい。また、鋳造（ダイカスト）に限られず、予め形成されたものをスロット７内に挿入して設ける構成のものでもよい。
隙間Ｇに充填部材を充填させるには、例えば回転子１を真空槽内に入れて真空引きした状態で、液体状の充填部材を真空槽内に入れて隙間Ｇに含浸させることで、充填させることもできる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、回転子鉄心にねじり力を加えてスロットの内面と導体バーの外面との間に隙間を形成するようにしたことにより、前記隙間を極力均一に形成することができ、これに伴いその隙間へ充填される充填部材を極力均一に充填することが可能となり、品質の安定化を図ることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は回転子（かご形回転子）、２は回転子鉄心、３は導体バー、４はエンドリング、５は回転軸、５ａは負荷側、７はスロット、８は槽、９は樹脂（充填部材）、１１は衝撃付与装置、Ｇは隙間を示す。

Claims (4)

1. 回転軸が設けられた回転子鉄心に形成されたスロットに導体バーを設ける工程と、
   前記回転軸の負荷側からねじり力を加えるようにし、前記回転軸の回転方向にあって第１方向とこれとは反対の第２方向の両方向にねじり力を加えることにより前記回転子鉄心にねじり力を加えて前記スロットの内面と前記導体バーの外面との間に隙間を形成する工程と、
   前記隙間に充填部材を充填する工程と、を備えるかご形回転子の製造方法。
2. 前記隙間に前記充填部材を充填する前に前記回転子鉄心に衝撃を加えるようにした請求項１に記載のかご形回転子の製造方法。
3. 回転軸が設けられた回転子鉄心に形成されたスロットに導体バーを設ける工程と、
   前記回転子鉄心を液体状の充填部材中に入れた状態で、前記回転軸の負荷側からねじり力を加えるようにし、前記回転軸の回転方向にあって第１方向とこれとは反対の第２方向の両方向にねじり力を加えることにより前記回転子鉄心にねじり力を加えて前記スロットの内面と前記導体バーの外面との間に隙間を形成するとともに、前記隙間に前記充填部材を充填する工程と、を備えるかご形回転子の製造方法。
4. 前記回転子鉄心を液体状の前記充填部材中に入れて前記隙間に前記充填部材を充填する際に、前記回転子鉄心に衝撃を加えるようにした請求項３記載のかご形回転子の製造方法。

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