JP7488157B2 - 回転電機の回転子、回転子の製造方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、回転電機の回転子、回転子の製造方法に関する。

従来、いわゆるかご形誘導電動機のような回転電機の回転子は、鉄心となる鋼板を積層した鋼板群に、導電材料であるアルミニウムや銅などをダイカストまたは溶湯鍛造することにより形成されている。この場合、導電材料と鋼板群の鋼板とが短絡すると、漏れ電流が生じ、回転電機の効率の低下を招く。そこで、鋼板群は、例えば絶縁皮膜や絶縁層を形成するなど絶縁処理が施されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、絶縁処理が施された絶縁鋼板群は、後続するダイカスト工程において、電気的な効率の向上のために軸方向の全長の調整が必要となる場合がある。この場合、絶縁鋼板群は、絶縁処理が施されていることから、積層状態の鋼板の枚数の調整が困難であるという問題がある。

特開平８－３１７６１６号公報

そこで、電気的な効率の低下を招くことなく、鋼板群の枚数の調整が容易な回転電機の回転子および回転子の製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態の回転電機の回転子は、１枚以上の鋼板が積層され、絶縁処理が施されている絶縁鋼板群と、前記絶縁鋼板群とともに鉄心を構成し、前記絶縁鋼板群の少なくとも一方の端部側に設けられ、絶縁処理が施されていない１枚以上の未処理鋼板と、を備える。
また、本実施形態の回転子の製造方法は、積層された１枚以上の鋼板に絶縁処理を施して一体の絶縁鋼板群に加工する工程と、前記絶縁鋼板群の少なくとも一方の端部側に、絶縁処理が施されていない未処理鋼板を１枚以上追加する工程と、前記未処理鋼板が追加された前記絶縁鋼板群を鉄心として、導体でダイカスト加工する工程と、を含む。

一実施形態による回転子の鉄心を示す模式図 一実施形態による固定子の鉄心において、絶縁鋼板群を示す模式的な部分断面図 一実施形態による固定子の鉄心の要部を、図２の矢印III方向から見た模式図 一実施形態による固定子の鉄心を型に収容した状態を示す模式的な断面図

以下、一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転電機の回転子１０は、絶縁鋼板群１１および未処理鋼板１２を備えている。これら絶縁鋼板群１１および未処理鋼板１２は、回転子１０の鉄心１３を構成している。絶縁鋼板群１１は、図２に示すように例えば電磁鋼板などからなる１枚以上の鋼板１４が積層されている。絶縁鋼板群１１は、各鋼板１４に形成されているスロット１５を有している。スロット１５は、回転子１０の軸方向において、絶縁鋼板群１１を軸方向へ貫いている。すなわち、絶縁鋼板群１１を構成する鋼板１４は、スロット１５となる開口を有している。そして、鋼板１４を積層して絶縁鋼板群１１を構成することにより、積層された鋼板１４を軸方向へ貫くスロット１５が形成される。

回転子１０は、図２および図３に示すようにスロット１５の内部に設けられている導体１６を備えている。導体１６は、絶縁鋼板群１１を軸方向へ貫くスロット１５の内側に充填されている。回転子１０は、絶縁皮膜１７を備えている。絶縁皮膜１７は、スロット１５を形成する鋼板１４の内側となる面に設けられている。すなわち、導体１６は、絶縁皮膜１７を挟んでスロット１５に収容されている。これにより、絶縁鋼板群１１を構成する鋼板１４と導体１６との間は、絶縁皮膜１７によって絶縁されている。導体１６は、例えばアルミニウムや銅などの導電材料をダイカストによりスロット１５へ鋳込むことによりスロット１５の内側に設けられる。導体は、金属の単体に限らず、導電性の合金であってもよい。また、導体１６は、ダイカストに限らず、例えば溶湯鍛造によって設けてもよい。さらに、鋼板１４は、自己融着電磁鋼板であってもよい。

絶縁鋼板群１１は、例えばプレスなどによって所定の形状に打ち抜かれた鋼板１４を積層することによって構成される。鋼板１４は、スロット１５や図示しない回転軸部材が設けられる穴部１８などを有している。積層された鋼板１４は、少なくともスロット１５を形成する内壁に絶縁皮膜１７が形成される。絶縁皮膜１７は、例えばいわゆるチラノワニスなどで形成されている。絶縁皮膜１７となるチラノワニスは、チタンセラミックス樹脂系塗料をシンナーなどで希釈したものである。この希釈された処理液は、積層された鋼板１４のスロット１５に対応する位置に充填される。そして、充填されたチラノワニスを焼き付けなどによって乾燥させることにより、スロット１５を形成する鋼板１４の内壁には絶縁皮膜１７が形成される。この絶縁皮膜１７は、概ね数μｍ程度の厚みでスロット１５を形成する内壁面に概ね均一に形成される。

未処理鋼板１２は、回転子１０の軸方向において、図１に示すように絶縁鋼板群１１の少なくとも一方の端部側に設けられている。未処理鋼板１２は、回転子１０の軸方向における鉄心１３の全長を調整するために設けられる。絶縁鋼板群１１と未処理鋼板１２とによって構成される回転子１０の鉄心１３は、後続するダイカストや溶湯鋳造の工程において、導体１６が設けられる。この導体１６を形成する工程では、鉄心１３は導体１６の注入のために、図４に示すように所定の形状の型２０に収容される。このとき、型２０に収容される鉄心１３は、寸法の調整のために、回転子１０の軸方向において予め設定された全長である設定全長に調整する必要がある。例えば、型２０は、回転子１０の軸方向の両端にそれぞれ取り付けられる上型２１および下型２２を有している。そして、この上型２１と下型２２との間の距離は、鉄心１３の設定全長に規定される。上型２１と下型２２との間に収容された鉄心１３は、スロット１５に導体１６が形成される。

仮に絶縁鋼板群１１の全長が鉄心１３の設定全長よりも大きいとき、設定全長とするには絶縁鋼板群１１から積層された鋼板１４を除去する処理が必要となる。しかし、絶縁鋼板群１１は、導体１６を形成する前処理である絶縁処理の工程において、積層された複数の鋼板１４のスロット１５に一体的に絶縁皮膜１７が形成されている。そのため、絶縁皮膜１７が形成された絶縁鋼板群１１からこれを構成する鋼板１４を除去することは困難であるとともに、鋼板１４を除去したとしても絶縁皮膜１７の再形成など煩雑な工程を必要とする。そこで、本実施形態では、絶縁鋼板群１１を構成する鋼板１４の枚数を調整することにより、回転子１０の軸方向における絶縁鋼板群１１の全長を鉄心１３の設定全長よりもやや小さく設定する。そして、絶縁鋼板群１１の軸方向の端部に未処理鋼板１２を追加することにより、この未処理鋼板１２によって鉄心１３の全長を設定全長に調整する。

未処理鋼板１２は、絶縁鋼板群１１を構成する鋼板１４と同一の形状または厚みであってもよいし、調整のために簡略化された形状または厚みであってもよい。このように、本実施形態では、回転子１０の鉄心１３は、積層された鋼板１４のスロット１５となる開口に絶縁皮膜１７が形成されている絶縁鋼板群１１と、絶縁皮膜１７のない未処理鋼板１２とによって構成されている。この場合、鉄心１３は、数十枚～数百枚程度の鋼板１４で構成される絶縁鋼板群１１に、多くても数枚程度の未処理鋼板１２が追加されるにすぎない。本実施形態の場合、絶縁鋼板群１１を構成する鋼板１４は、約１００枚程度である。また、未処理鋼板１２の厚みは、数ｍｍ程度である。そのため、追加された未処理鋼板１２は、回転子１０の電気的な特性にほとんど影響を及ぼさない。

次に、上記の構成による回転子１０の製造方法について説明する。
絶縁鋼板群１１を構成する鋼板１４は、軸方向の全長が予め設定された設定全長よりもわずかに小さくなるように所定の枚数が積層される。鋼板１４は、スロット１５に対応する開口および回転軸部材が貫く穴部１８などが予め形成されている。積層された鋼板１４は、絶縁処理として絶縁皮膜１７が形成される。絶縁皮膜１７は、例えばチラノワニスなどによって形成される。これにより、積層された鋼板１４は、少なくともスロット１５に対応する位置の内壁に絶縁皮膜１７が一体に形成された絶縁鋼板群１１となる。

絶縁鋼板群１１は、上述のようにその全長が設定全長よりもわずかに小さく設定されている。そこで、絶縁鋼板群１１は、軸方向において少なくとも一方の端部側に未処理鋼板１２が追加される。未処理鋼板１２を追加することにより、絶縁鋼板群１１および未処理鋼板１２で構成される鉄心１３は軸方向の全長が予め設定された設定全長に調整される。

絶縁鋼板群１１に未処理鋼板１２が追加されることにより設定全長に調整された鉄心１３は、図４に示すように所定の型２０に収容される。そして、型２０に収容された鉄心１３は、絶縁鋼板群１１と未処理鋼板１２とが一体となってダイカスト加工によってスロット１５に対応する位置に導体１６が形成される。導体１６は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性の金属や導電性の合金によって形成される。

以上説明した回転電機の回転子１０は、絶縁鋼板群１１および未処理鋼板１２で鉄心１３が構成されている。絶縁鋼板群１１は、軸方向における全長が、ダイカストなどにより導体１６を形成する工程において鉄心１３に要求される設定全長よりもわずかに小さく設定されている。そのため、鉄心１３は、絶縁鋼板群１１の一方の端部に未処理鋼板１２を追加することにより、設定全長に調整される。すなわち、鉄心１３は、絶縁皮膜１７が形成された絶縁鋼板群１１に、未処理鋼板１２を追加することにより、その軸方向の全長が設定全長に調整される。そのため、絶縁皮膜１７の形成によって一体となった絶縁鋼板群１１は、設定全長への調整のために、積層された鋼板１４を除去したり、絶縁皮膜１７を再形成したりする必要がない。したがって、鉄心１３の全長の調整のために鋼板群の枚数の調整を容易にすることができる。

また、一実施形態では、絶縁鋼板群１１を構成する１００枚以上の鋼板１４に対して、追加される未処理鋼板１２は多くても数枚である。そのため、未処理鋼板１２に絶縁処理が施されていなくても、漏れ電流は無視できる程度に小さい。したがって、電気的な特性の変化や効率の低下を招くことなく、鉄心１３の全長の調整を容易にすることができる。

一実施形態による回転子１０の製造方法では、鉄心１３は、ダイカスト加工を実施する工程の前に、絶縁鋼板群１１に未処理鋼板１２を追加することによって、設定全長が調整される。すなわち、鉄心１３の設定全長は、未処理鋼板１２を追加するという工程によって調整される。したがって、導体１６のダイカスト加工を実施する前の工程において、鉄心１３の全長の調整のための処理を簡略化することができる。

以上、本発明の複数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、１０は回転子、１１は絶縁鋼板群、１２は未処理鋼板、１３は鉄心、１４は鋼板、１６は導体を示す。

Claims (3)

1. １枚以上の鋼板が互いに絶縁することなく積層され、導体が収容される軸方向へ貫くスロットを有する鋼板群と、
   前記スロットを形成する前記鋼板群の内壁に設けられ、前記鋼板群と前記導体との間を絶縁するとともに、積層された前記鋼板を一体の絶縁鋼板群とする絶縁皮膜と、
   前記絶縁鋼板群とともに鉄心を構成し、前記絶縁鋼板群の少なくとも一方の端部側に設けられ、前記絶縁皮膜が施されていない１枚以上の未処理鋼板と、
   を備える回転電機の回転子。
2. 前記絶縁鋼板群は、チラノワニスによって一体に前記絶縁皮膜が形成されている請求項１記載の回転電機の回転子。
3. １枚以上の鋼板を互いに絶縁することなく積層して、予め設定された設定全長よりもわずかに小さくなるように、鋼板群を構成する工程と、
   前記鋼板群を軸方向へ貫くスロットに対応する前記鋼板群の内壁に、絶縁皮膜を形成して一体の前記絶縁鋼板群に加工する工程と、
   前記絶縁鋼板群の少なくとも一方の端部側に、前記絶縁皮膜が施されていない未処理鋼板を１枚以上追加して、前記設定全長に調整する工程と、
   前記未処理鋼板が追加された前記絶縁鋼板群を鉄心として、ダイカスト加工によって前記スロットの内側に導体を形成する工程と、
   を含む回転子の製造方法。

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