JP7398920B2 - かご型ロータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文によるかご型ロータに関するものである。

公知のかご型ロータにおいては、閉鎖された溝を有するロータ積層コアが、溝に埋入された、良好な導電性を有する材料から成るロータバーを含んでおり、当該ロータバーのバー端部は、ロータ積層コアの端面から突出しているとともに、コンパクトな短絡環に硬質はんだ付け又は硬質溶接されている。ロータ積層コアのめくれ及び不都合な振動を防止するために、必要に応じて、端面側における個別のコンパクトな押圧リングがロータ積層コアへ適合される。更にロータ積層コアの溝内へのロータバーの軸方向の変位を回避するために、ロータバーは、ロータ積層コアに機械的に固結されている。

特許文献１からかご型巻線を有するかご型ロータが知られている。かご型巻線は導電性のロータバーを含んでおり、当該ロータバーは、ロータ積層コアの閉鎖された溝に配置されているとともに、その端面から突出している。突出した端部は、良導性の短絡環と電気的に接続されている。短絡環は、ロータ積層に合わせて、良好な導電性を有する材料から成る溝付けされた積層コアとして形成されているとともに、端面の押圧体として、全面において熱を伝達するように、ロータ積層コアに密に接触しつつその閉鎖された溝においてロータバーと固結されている。特徴は、短絡環のための導電性の個別シートが、ロータ積層よりも大きな厚さを有しているものの、その他の点では、ロータ積層と同一の形状及び大きさを有していることである。かご型ロータの製造時には、短絡環及びロータ積層は、共通にパケット化され、端面で挿入されるロータバーが装着され、その後、積層コア（パケット）全体を軸方向に押圧しつつロータバーのバー端部を短絡環に硬質はんだ付けする。

非同期機のかご型ロータにおいては、時間の経過において、様々な用途のために、選択された特性を備え、各用途に特に適したかごバーの異なる形状が形成された。

ロータ積層コアにおけるロータバーの配置に関する更なる発展は、特許文献２及び特許文献３から見て取れる。両文献には、ロータバーを有する、径方向に閉鎖された、又は部分的に開放された溝凹部を備えた非同期機のかご型ロータが記載されており、ロータバーは、溝凹部に配置されているとともに、金属製のエポキシ接着剤又はこれに代えて発泡材料で固定されている。

積層コア（シート）の周方向に見て、全ての凹部はその断面において同一である。このとき、溝凹部において軸方向にはめ込まれるべきガイドバーは、十分な径方向の遊びを有している。溝凹部の幾何学的な構成も、また寸法も、かご型ロータの磁気特性と、ひいては最終的に非同期機の要求される動作特性とに影響する。

したがって、シートあるいは積層コアの溝凹部にはロータバーが軸方向に挿設されており、当該ロータバーは、溝凹部とのプレスばめを有していない。ロータバーは、あらかじめ短絡環と結合されることができ、半かごを形成する。積層コアとアルミニウム又は銅から成るバーの間の溝凹部内にいまや残る空間は、発泡材料又はエポキシ樹脂で充填されることができ、発泡材料又はエポキシ樹脂は、より小さな粒径の強磁性の粒子で置換えられることも可能である。このとき、エポキシ接着剤のオーム抵抗は、電磁鋼板のオーム抵抗よりも大きく、これは、溝におけるバーの絶縁を意味し、これにより、鋳造されたバーを有する従来の構造に比してわずかな電流損失を生じさせる。

傾斜したかご型ロータにおけるロータ積層コアには、非同期機の効率にネガティブな影響を及ぼす積層コアの横断電流が生じることが一般的に知られている。積層コアの横断電流は、重要な態様において、好ましくは傾斜して構成された非同期機で生じ、そのステータの溝分割は、ロータ溝分割と同一でない。

独国特許出願公開第３４２１５３７号明細書 欧州特許出願公開第３１４５０５９号明細書 欧州特許出願公開第３１６８９６９号明細書

本発明の基礎をなす課題は、ロータバーに関してかご型ロータを発展形成することである。

本発明は、かご型ロータに関して、請求項１の特徴によって描写されている。別の従属請求項は、本発明の有利な形成及び発展形成に関するものである。

本発明は、シャフトと、内部に配置されたロータバーを有するロータ積層コアと、ロータバーのバー端部がロータ積層コアから通過する凹部を有する短絡環とを有する、かご型ロータを含んでいる。ロータバーは、その表面において、少なくとも部分的に電気的な絶縁層を備えており、電気的な絶縁層は、ロータバーの表面にのみ材料結合式に結合されている。かご型ロータは、特に、非同期機における使用のために設けられている。これは、特にかご型ロータのかごを有する傾斜してバー型銅製ロータであってよい。

このとき、本発明は、ロータ積層コアが、シャフト及び短絡環と共に、接合過程の後コンパクトなかご型ロータ部材を生じさせるという考察に基づいている。ロータ積層コア及び短絡環ではロータバーが通過しており、当該ロータバーは、短絡環の材料と導電的に接続されている。このために、ロータバーは、ロータ積層コアに関して過剰長さを有しており、その結果、当該バー端部は、凹部において短絡環へ突出している。短絡環は、ロータ積層コアの両側においてシャフトに位置決めされる。

積層コアにおいて隣り合うロータバー間の導電性の低減が、ロータバー間の電流を積層コアによって妨げるという目的をもってなされる。このことは、比較的大きな特有の抵抗の絶縁材料において達成される。さらに、試験により、絶縁層の電気的な特性値及び熱的な特性値のほかに、その硬さ及び接着強度が適性について本質的な影響を及ぼすことが示された。したがって、部分的に施された絶縁層においては、当該絶縁層が全ての動作条件においてロータ積層コアとのロータバーの直接的な接触を有効に回避することに留意すべきである。

部材の表面に絶縁層を施す手段は、浸漬コーティング方法を用いたコーティングである。当該コーティングは、３つの段階に分割されることができる。湿潤した状態にあるコーティングへの試験体の浸漬により開始される。そこでは、試験体は、その表面が完全に溶液で湿潤されるまでとどまる。その後、プレパラートが一定の速度で溶液から上方へ引き出される。このとき、過剰な液体は、ワークピース表面から流出し、ワークピースには薄いフィルムのみが残る。当該方法は、ロータバーの表面全体に絶縁材料を施すのに非常に良好に適している。

さらに、電気的な絶縁層には、表面の洗浄後に同一の表面へ層状に施され、ロータバーの表面に材料結合式に結合される繊維絶縁材料が適している。最大の接着強度を保証するために、エアポケットを回避することに留意する必要がある。

コーティング前にワークピースを洗浄することが有利である。このとき、ロータバー表面における絶縁層の均等かつ清浄な結合を達成するために、汚れ粒子及びその他の被覆物が表面から除去される。

特別な利点は、特に傾斜したかご型ロータのロータバーの絶縁によって、非同期機の効率を本質的に向上させることができることにある。非同期機のための、バー型の、銅から構成されたかご型ロータにおける積層コアの横断電流を回避することで、更なる効率向上のために、更にロータ熱損失を低減することが可能である。

検査の範囲において、積層コアの横断電流を回避するために非同期機のロータにおいて使用可能な絶縁材料が、選択された優先的な特性によって発見された。考慮に入れられる絶縁材料は、一方では電気的な特性を満たし、他方では、例えば溶接による熱的な影響にも、また可能な大量生産におけるねじられたロータバーを生産するための変形にも耐える。積層コアの横断電流を回避するために好ましくは考慮に入れられる絶縁材料のうちいくつかは、セラミック、雲母、ポリイミド、合成樹脂混合化合物及び繊維材料混合物であり得る。

本発明の好ましい構成では、短絡環の少なくとも一部が、凹部を有するディスクから層状に構成されたディスクパックで構成されている。

各短絡環は、それ自体、同一又は異なる直径を有する複数の個別のディスクで構成されたディスクパックで構成されている。ディスクは、ディスク表面に、かご型ロータを構成するためのロータバーが必要とされる数と同様の数の凹部を備えている。まずは緩く互いに対して配置される当該個別部材は、コンパクトなかご型ロータへ結合される。

接合結合部を形成するために、隣り合って配置されたディスクは、小さな隙間を溝として備えることができ、当該隙間に沿って、接合結合部を形成することが可能である。ディスク間の溝は、ディスクパックの外周の周囲で延在するとともに、径方向にほぼロータバーのための凹部まで到達する。このようにして、径方向にロータバーのレベルまで到達することができる溝が形成される。ディスクパックにおける個別のディスクをロータバーと結合させるために、当該溝に沿って接合結合部が形成され、当該接合結合部は、個別部材を機械的にも、また電気的にも互いに接続する。隣り合うディスクの互いに接触するディスク表面の間には、１つの接合平面のみが存在する。これに代えて、積層コアから突出するバーを面取り部又は段部で形成された溝の範囲において露出させないことも可能である。ディスクにおける凹部は、径方向に見て、したがって径方向に内側に見て、バーが溶接時にも溶融ゾーンの範囲に位置するように、ディスクの溝のやや内部に位置決めされている。溝の近傍におけるバー範囲は、接合時に、例えばレーザビーム又は電子ビームを用いて生成される溶融物が周囲を流れ、ディスクと導電的に結合される。

このとき、高温下で進行する接合方法においても、その他の部材及び特にロータ積層コアが熱的に損害を受けることなく、接合されるべきディスクの局所的な加熱のみが生じる。短絡環のために用いられる合金は、多くの場合、その良好な導電性により、十分な熱伝導性も有しており、これにより、接合時に加えられる熱エネルギーが熱拡散によって迅速に排出される。

本発明の好ましい構成では、バー端部が、短絡環のディスクパックに導電的に接合されることが可能である。通常、短絡環におけるバー端部の単純な接合は、不十分な電気的な接続につながる。所望の導電的な結合は、個別のディスクの材料が一時的に局所的に溶融され、隣り合うディスクが接合隙間に沿ってバー端部の材料に結合されることで行われることが可能である。したがって、ロータバーと短絡環の間の特に良好な電気的な結合が形成される。本発明の有利な一実施形態においては、接合結合部は、溶接結合部又ははんだ付け結合部であってよい。このとき、レーザビーム溶接又は電子ビーム溶接が好ましい。特に、全周にわたって延びる接合結合部に、このような溶接結合又ははんだ付け結合が特に適している。このとき生じる溶接ビードは、ディスク間に存在する溝の内部で生じるとともに、当該溝を場合によってはディスク端面まで完全に満たすことが可能である。

換言すれば、したがって、個別部分を電気的にも、また機械的にも互いに接合することができるように、径方向において自由にアクセス可能な開口部が隣り合うディスクの間でロータバーのレベルまで延在している。このようにして、非同期機を動作させるための電力線との十分な電気的な接触が形成される。各ディスクに設けられた凹部は、形状及び大きさにおいてロータバーに適合されており、その結果、当該凹部は、わずかな遊びをもって位置決めされることが可能である。

有利には、ロータバーの表面における絶縁層の厚さは、０．０５～０．２５ｍｍであり得る。当該層厚は、好ましい材料について必要な絶縁耐力にとって十分である。

本発明の有利な構成では、ロータ積層コアから出るロータバーのバー端部の表面部分が電気的な絶縁層を備えないことが可能である。ロータの十分な安定性を熱的な接合プロセスによって達成するために、溶接されるべきロータバーの端部の絶縁は不要である。特に、ロータバーと短絡環の間のむきだしの接続箇所は、良好な導電性を有している。

ロータバーの外面全体が絶縁されていれば特に有利である。有利な一実施形態では、ロータバーの、径方向外側に位置する、及び／又は径方向内側に位置する面部分のみが電気的な絶縁層を備えることができる。部分的な絶縁は特に絶縁材料のコスト削減に寄与するが、構造は、非同期機の動作時に、回転力によりバー表面の個別の部分が積層コアに接触することとならないほど十分に大きい必要がある。

有利には、電気的な絶縁層は、０．０５～０．１５ｍｍの厚さ、好ましくは０．０６ｍｍの厚さの接着テープで構成されることができる。一種の繊維絶縁材料は、接着テープである。当該接着テープは、表面の洗浄後、当該表面へ置かれ、表面へ押圧することによって貼付される。最大の接着強度を保証するために、当該プロセスにおいても、エアポケットを回避するように留意する必要がある。接着は、外側から自由にアクセス可能なロータバーの表面に特に適している。通常、積層コアの横断電流は一桁のボルト範囲における最大の電圧によって生じるため、０．０６ｍｍの最も薄いテープ厚さは、必要な絶縁耐力を得るのに既に十分である。しかし、最大の厚さは、接合隙間と、絶縁されたロータバーを積層コアに取り付ける手段とにも依存する。

好ましい一実施形態においては、電気的な絶縁層は、ポリイミド－接着テープで構成されることが可能である。積層コアの横断電流を回避するために調査された一連の絶縁材料であるセラミック、雲母、ポリイミド、合成樹脂混合化合物及び繊維材料混合物から、繊維材料混合物の範囲に由来するポリイミド－接着テープが特に適していると判明した。当該接着テープは特にポリイミドと混合されており、これにより、当該接着テープは、高温に対しても、また１０００Ｖを超えるまでの電気的な絶縁に対しても適している。試験により、ポリイミド－接着テープは、これに用いられる、積層コア溝の様々な寸法を有する全てのロータバー積層コア対において効果的に使用可能であることが示された。しかし、絶縁材料の可能な使用について注目に値することは、接合隙間、したがってロータバーと積層コア溝の間の周設された隙間である。ポリイミド－接着テープでコーティングされたロータバーにおいては、約０．１～０．２ｍｍの接合隙間が取付に十分かつ有利である。

電気的な要求を満たすコーティングについて溶接試験がなされた。溶接試験により、接合時のコーティングへの熱影響が判断されるべきである。このとき、別のコーティングがどの温度に耐え、どの程度ポリイミド－テープが一時的に高温にさらされ得るかを逆推論することが可能である。試験は、第１の短絡環ディスクの直下に設けられたポリイミド－フィルムでも短絡環パックの第１の溝の溶接時に損傷しないままであるという結果となった。バーからのコーティングのはがれも見られない。大量生産に必要な結果の表示を得るために、溶接は、この種のタスクに通常用いられるパラメータで実行される。ディスクパックの全てのディスクが冷却段階なしに直接隣り合って接合される別の溶接サンプルでは、あらかじめ溶接された第１の短絡環ディスク直下の温度が記録された。当該温度は、最大で１８０℃である。基板表面からの接着テープのはがれ又は別の様々な変化は、溶接継ぎ目近傍の接着テープストリップにも、また他の取付けられた接着テープストリップにも見られない。

更に好ましくは、ロータバーが、図心を通って延びる長手軸線を中心とするねじれを有することが可能である。ねじり試験では、例えばポリイミド－接着テープが、その絶縁性の特性が損なわれることなく、機械的な生産時にバーのねじり前にも施されることが可能であることが示された。

本発明の実施例を、概略的な図面に基づいて詳細に説明する。

かご型ロータの概略的な側面図である。 ロータバーを設置装置と共に示す図である。 部分的に施された絶縁層を有する取り付けが完成したロータバーの斜視図である。 長手方向に途切れた部分的な絶縁層を有するロータバーの斜視図である。 ねじられたロータバーの正面図である。

全ての図面において、互いに対応する部材は同一の符号を有している。

図１には、かご型ロータ１の側面図が概略的に示されている。この状態では、ロータ積層コア３がシャフト２に位置決めされているとともに、ロータ積層コア３を端面で密閉する、凹部５１を有する２つの短絡環５と組み合わされている。積層コア３の内部及び短絡環５の内部には、複数のロータバー４が配置されている。ロータバー４のバー端部４１は、短絡環５の凹部５１へ突入し、つづいて、ディスクパック７のそれぞれ最も外側のディスク６と面一に密閉している。この場合、ディスクパック７は、短絡環５の材料結合式の結合のための接合隙間を有する４つのディスク６で構成されている。接合隙間では、接合結合部８が例えば溶接又ははんだ付けによって実現されている。

図２には、絶縁層１０のための設置装置１００を有するロータバー４の図が示されている。この場合、これは、接着テープローラ１０１に位置するポリイミド接着テープ貯蔵部のための自動的な設置装置１００である。接着テープローラ１０１の接着テープの自動的な展開（巻き出し）は、一定の送り速度で行われる。このとき、半製品に接着する接着テープの送りにより生じる引張力は、テープのその各接着テープローラ１０１からの自動的な引き離しを引き起こす。エアポケット又は接着強度にネガティブに作用する類似の欠陥が生じることなく、接着テープを絶縁層１０としてロータバー４の形状に適合させる手段が見いだされた。

欠陥を有さない接着テープをロータバーへガイドするために、ロータバー４の外形に適合された回転する押圧ローラ１０２が用いられる。このために、ロータバー４の半径及び特別な形状が、ネガティブプロファイルとして、合成樹脂から成る押圧ローラ１０２へ設置されている。このとき、ローラは、当該ローラがテープの送りによって駆動されるように支持されている。したがって、あらかじめ供給された接着テープによって、できる限りわずかな材料消費を伴うコーティングが施される。しかしながら、バーへテープを接着させるために、大量生産用に、空圧式の把持装置を用いることも可能である。このような把持装置は、全体的な絶縁コーティングの場合に傑出して、ロータバーの直線的な側面に特に適している。

したがって、接着テープは、ロータバーの一部に沿って気泡が形成されることなく施されることができる。このとき、接着テープによるコーティングは、材料使用に関して、ロータバーの半径のみが接着されることによって最適化されることが有利である。このとき、通過抵抗は、直立したロータにおいても、また横に置かれたロータにおいても十分に大きい。

図３には、部分的に施された絶縁層１０を有する、取付が完成したロータバー４が全長にわたって斜視図で示されている。当該態様は、ロータバー４全体を接着テープによって湾曲された表面範囲においてのみコーディングすることにある。

図４には、長手軸線において途切れた部分的な絶縁層１０を有するロータバー４の斜視図が示されている。ロータバーを部分コーティングするために、ロータバー４のコーティングされるべき長さに依存して部分的にのみ、接着テープが絶縁層１０として施される。コーティングされない範囲は、特にバー端部４１の範囲において、後の溶接過程に用いられ、更に処理される必要はない。

図５には、ねじられたロータバー４の正面図が示されている。積層コアの横断電流は、特に傾斜して製造されたかご型ロータにおいて生じ得る。当該傾斜は、積層コア全体がその回転軸線を中心としてねじられることで得られる。当該過程により、積層コアの溝もねじられ、これは、ここでも、ロータバーもこれに適合され、したがって同様にねじられる必要があることにつながる。図５に図示された、傾斜されたかご型ロータのために設けられたロータバー４の図示は、図心を通って延びる長手軸線Ａを中心とするねじれを明確に認識させる。まさに大量生産に関して、バーのねじれにおけるコーティングの特性についての認識が重要である。これに基づき、コーティングがねじれの前に施されることができるかどうか、又は当該過程がその後になされる必要があるかどうかが決定される。ポリイミド－接着テープ－コーティングは、ねじられたロータの製造時にはしばしば通常である１０°より広いロータバーのねじれの後にも、エラーなく、エアポケットなく、又は亀裂なく施されることが可能である。貫通抵抗の新たな試験も、接着テープが更にその絶縁特性を満たしていることを示している。

ロータバーのコーティングが有利な、好ましい工程順序は：
１．洗浄後／打抜き前
２．打抜き後／ねじり前
３．ねじり後
コーティングプロセスを製造へ統合する特に好ましい時点は、洗浄と打抜きの間での所望の時間である。

１ かご型ロータ
２ シャフト
３ ロータ積層コア
４ ロータバー
４１ バー端部
５ 短絡環
５１ 凹部
６ ディスク
７ ディスクパック
８ 接合結合部
１０ 絶縁層
１００ 設置装置
１０１ 接着テープローラ
１０２ 押圧ローラ
Ａ 長手軸線

Claims (8)

1. シャフト（２）と、内部に配置されたロータバー（４）を有するロータ積層コア（３）と、前記ロータバー（４）のバー端部（４１）が前記ロータ積層コア（３）から突き入れられる凹部（５１）を有する短絡環（５）とを有する、非同期機のためのかご型ロータ（１）であって、
   －前記ロータバー（４）が、その表面において、少なくとも部分的に電気的な絶縁層（１０）を備えていること、及び
   －前記電気的な絶縁層（１０）が、前記ロータバー（４）の表面にのみ材料結合式に結合されているかご型ロータにおいて、前記ロータ積層コア（３）とロータバー（４）の直接的な接触を有効に回避するために、ロータバー（４）の、径方向内側に位置する面部分のみ、もしくは径方向内側に位置する面部分と径方向の外側に位置する面部分の両方に電気的な絶縁層（１０）を備えていることを特徴とするかご型ロータ（１）。
2. 短絡環（５）の少なくとも一部が、凹部（５１）を有するディスク（６）から層状に構成されたディスクパック（７）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のかご型ロータ（１）。
3. 前記バー端部（４１）が、短絡環（５）の前記ディスクパック（７）に導電的に接合されていることを特徴とする請求項２に記載のかご型ロータ（１）。
4. ロータバー（４）の前記表面における前記絶縁層（１０）の厚さが、０．０５～０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のかご型ロータ（１）。
5. 前記ロータ積層コア（３）から出る前記ロータバー（４）の前記バー端部（４１）の表面部分が電気的な絶縁層（１０）を備えていないことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のかご型ロータ（１）。
6. 前記電気的な絶縁層（１０）が、０．０５～０．１５ｍｍの厚さの接着テープで構成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のかご型ロータ（１）。
7. 前記電気的な絶縁層（１０）が、ポリイミド－接着テープで構成されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のかご型ロータ（１）。
8. 前記ロータバー（４）が、図心を通って延びる長手軸線（Ａ）を中心とするねじれを有していることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のかご型ロータ（１）。

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