TW201815023A - 感應電動機之轉子及感應電動機 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種感應電動機300之轉子100，係具備有：環狀的端環3-1、3-2，係設置於轉子鐵芯1的端部，且連接於自轉子鐵芯1之端部突出的導體桿6；以及環狀的第一補強構件4-1、4-2，係設置於轉子鐵芯1及端環3-1、3-2之間，且與端環3-1、3-2接觸；於第一補強構件4-1、4-2係形成有要插入自轉子鐵芯1之端部突出之導體桿6的插入孔4a。
Description
本發明係關於一種感應電動機之轉子及感應電動機。
近年來，對於工具機用的感應電動機的高速旋轉化的需求高騰。轉子高速旋轉時，設置於感應電動機之轉子的端環會受離心力而變形。因此，每當反覆進行感應電動機的啟動及停止時或者每當轉子旋轉速度變化時，會對端環及導體桿的連接點施加應力，而降低轉子的疲勞壽命。
專利文獻1所揭示的感應電動機的轉子係具備有：作為積層鐵心(laminated core)的轉子鐵芯；貫穿於轉子鐵芯的軸體；貫穿於轉子鐵芯之作為籠型桿的導體桿；設置於從轉子鐵芯之端部分隔固定距離之位置之作為環狀短路環的端環；設置於端環與軸體之間之作為環狀支持環的第一補強構件；以及設置於端環之外周部之作為環狀熱嵌環的第二補強構件。由於第二補強構件熱嵌於端環，所以會對端環施加來自第二補強構件的壓縮力。藉此， 抑制轉子旋轉時之端環的變形。
專利文獻1：日本特開平9-103054號公報
然而，在專利文獻1所揭示的感應電動機的轉子中，由於轉子旋轉時存在於轉子鐵芯的端部與端環之間的導體桿會變形，所以無法期待抑制連接於導體桿之端環變形的效果，而會有在較設計壽命還短的期間就需要更換轉子的課題。
本發明係有鑑於上述課題所研創者，目的在於獲得一種可抑制壽命降低的感應電動機的轉子。
為解決上述的課題並達成目的，本發明的感應電動機之轉子係具備有：轉子鐵芯；朝轉子鐵芯之中心軸的軸線方向貫穿轉子鐵芯的導體桿；設置於轉子鐵芯的端部，且連接於自轉子鐵芯之端部突出的導體桿的環狀之端環；以及設置於轉子鐵芯及端環之間，且與端環接觸的環狀的第一補強構件。於第一補強構件係形成有要插入自轉子鐵芯之端部突出之導體桿的插入孔。
本發明的感應電動機之轉子係發揮可抑制 轉子之壽命降低的效果。
1‧‧‧轉子鐵芯
1a、4b‧‧‧貫通孔
1b1、6a‧‧‧一端部
1b2、6b‧‧‧另一端部
2‧‧‧軸桿
3-1、3-1A、3-1B、3-2‧‧‧端環
3a、5a‧‧‧內周部
3b、41a‧‧‧外周部
3c、3d、41b、42a‧‧‧端部
3e‧‧‧傾斜面
3f‧‧‧角部
4-1、4-1A、4-1B、4-1C、4-2C、4-2、4-2A‧‧‧第一補強構件
4a‧‧‧插入孔
5‧‧‧鐵芯插槽
5-1、5-2‧‧‧第二補強構件
6‧‧‧導體桿
41、41A、41B‧‧‧第一環狀部
41c‧‧‧螺絲孔
42、42A‧‧‧第二環狀部
100、100A、100B、100C‧‧‧轉子
200‧‧‧定子
210‧‧‧殼體
220‧‧‧定子鐵芯
230‧‧‧線圈
300‧‧‧感應電動機
AX‧‧‧中心軸
D1‧‧‧軸線方向
D2‧‧‧繞軸線旋轉之方向
D3‧‧‧徑方向
OD1、OD2、OD3‧‧‧外徑尺寸
ADW1、ADW2、ADW3、ADW4、ADW5、RDW1、RDW2‧‧‧寬度
G1、G2、G3‧‧‧間隙
第1圖係本發明之實施形態的感應電動機的剖面圖。
第2圖係本發明之實施形態的感應電動機之轉子的剖面圖。
第3圖係沿著第2圖所示之箭頭III-III線的剖面圖。
第4圖係第2圖所示之端環的立體圖。
第5圖係第2圖所示之第二補強構件的立體圖。
第6圖係從係第2圖所示之第一補強構件的轉子鐵芯之對面側觀看的側視圖。
第7圖係沿著第6圖所示之箭頭VII-VII線的剖面圖。
第8圖係相對於第6圖所示之第一補強構件之比較例的側視圖。
第9圖係沿著第8圖所示之箭頭IX-IX線的剖面圖。
第10圖係顯示於採用第8圖及第9圖所示之比較例之第一補強構件的感應電動機之轉子於旋轉時端環變形狀況之圖。
第11圖係用以說明在第一變形例的感應電動機之轉子中，旋轉速度變化時之端環的狀態之圖。
第12圖係用以說明在本發明之實施形態的感應電動機之轉子中，旋轉速度變化時之端環的狀態之圖。
第13圖係用以說明本發明之實施形態的感應電動機之轉子的第二變形例之圖。
第14圖係用以說明具備本發明之實施形態的感應電動機之轉子的第一補強構件的變形例之圖。
以下，根據附圖詳細說明本發明之實施形態的感應電動機之轉子及感應電動機。本發明係不受以下實施形態所限定。
第1圖係本發明之實施形態的感應電動機的剖面圖。第2圖係本發明之實施形態的感應電動機之轉子的剖面圖。第3圖係沿著第2圖所示之箭頭III-III線的剖面圖。第4圖係第2圖所示之端環的立體圖。第5圖係第2圖所示之第二補強構件的立體圖。第6圖係從第2圖所示之第一補強構件的與轉子鐵芯為相反側處觀看的側視圖。第7圖係沿著第6圖所示之箭頭VII-VII線的剖面圖。
第1圖所示之感應電動機300係具備有定子200以及設置於定子200之內側的轉子100。定子200係具備有筒狀的殼體210以及設置於殼體210之內側的定子鐵芯220。定子鐵芯220係以朝轉子鐵芯1之中心軸AX的軸線方向D1積層由未圖示之電磁鋼板母材所沖壓成環狀的複數片薄板之方式所構成。複數片薄板係以鉚接、銲接或接著之方式彼此固定。在定子鐵芯220係配置有複數個線圈230。於軸線方向D1的線圈230的一端側的線圈端部係從定子鐵芯220的一端面朝軸線方向D1突出。於軸 線方向D1的線圈230的另一端側的線圈端部係從定子鐵芯220的另一端面朝軸線方向D1突出。
轉子100係具備有筒狀的轉子鐵芯1以及貫穿於轉子鐵芯1的貫穿孔1a的軸桿2。轉子鐵芯1係具備有複數個鐵芯插槽5以及導體桿6，該鐵芯插槽5係設置於靠近轉子鐵芯1的外周面之處，且朝繞著中心軸AX軸線旋轉的方向D2排列，而該導體桿6係設置於複數個鐵芯插槽5的各槽。
而且，轉子100係具備有環狀的端環3-1、環狀的第一補強構件4-1、環狀的端環3-2以及環狀的第一補強構件4-2，該環狀的端環3-1係設置於軸線方向D1中屬於轉子鐵芯1之一方之端部的一端部1b1，該環狀的第一補強構件4-1係設置於轉子鐵芯1及端環3-1之間，且與端環3-1接觸，該環狀的端環3-2係設置於軸線方向D1中屬於轉子鐵芯1之另一方之端部的另一端部1b2，而該環狀的第一補強構件4-2係設置於轉子鐵芯1及端環3-2之間，且與端環3-2接觸。
在端環3-1係連接有自轉子鐵芯1之一端部1b1突出之導體桿6的一端部6a。端環3-1的內周部3a係與第一補強構件4-1接觸。如第2圖及第4圖所示，端環3-1的內周部3a係於靠近與端環3-1的轉子鐵芯1為相反側的端部3d之部分形成有傾斜面3e。端環3-1的傾斜面3為在軸線方向中自轉子鐵芯1朝向端環3-1擴展的形狀。端環3-2連接自轉子鐵芯1的另一端部1b2突出之導體桿 6的另一端部6b。端環3-2的內周部3a係與第一補強構件4-2連接。端環3-2的內周部3a係於靠近與端環3-2的轉子鐵芯1為相反側的端部3d之部分形成有傾斜面3e。端環3-2的傾斜面3e為在軸線方向D1中自轉子鐵芯1朝向端環3-2擴展的形狀。亦即，端環3-1、3-2係具有內徑隨著遠離第一補強構件4-1、4-2而擴展的傾斜面3e。於端環3-1及端環3-2形成傾斜面3e的理由茲容後述。
在第一補強構件4-1形成有插入孔4a，該插入孔4a係插入自轉子鐵芯1之一端部1b1突出的導體桿6，且於第一補強構件4-2係形成有插入孔4a，該插入孔4a係插入自轉子鐵芯1之另一端部1b2突出的導體桿6。各自形成於第一補強構件4-1及第一補強構件4-2的插入孔4a的內徑係與導體桿6的外徑相等。於第一補強構件4-1及第一補強構件4-2之各自的中心部係形成有貫通孔4b。軸桿2係貫穿於第一補強構件4-1及第一補強構件4-2之各自的貫通孔4b及轉子鐵芯1的貫通孔1a。
此外，轉子100係具備有設置於端環3-1之外周部3b的第二補強構件5-1，以及設置於端環3-2之外周部3b的第二補強構件5-2。第二補強構件5-1的內周部5a係與端環3-1的外周部3b接觸，而第二補強構件5-2的內部周5a係與端環3-2的外周部3b接觸。
以下，會有將端環3-1及端環3-2簡稱為端環3-1、3-2的情形，將第一補強構件4-1及第一補強構件4-2簡稱為第一補強構件4-1、4-2的情形，將第二補強構 件5-1及第二補強構件5-2簡稱為第二補強構件5-1、5-2的情形。
在本實施形態中，第一補強構件4-1、4-2、第二補強構件5-1、5-2及轉子鐵芯1之各自的外徑為相等的尺寸。
如第2圖所示，自第一補強構件4-1、4-2之外周部至插入孔4a之間的寬度RDW1係比自第二補強構件5-1、5-2之外周部至內周部5a的寬度RDW2狹窄。第一補強構件4-1、4-2的寬度RDW1愈寬，轉子鐵芯1之徑方向D3的導體桿6之一端部6a及另一端部6b的剖面面積愈小，且導體桿6的電阻值愈增加，惟因第一補強構件4-1、4-2之剛性的提升而提升藉由第一補強構件4-1、4-2之端環3-1、3-2的補強效果。補強效果係指抑制肇因於離心力及熱膨脹之端環3-1、3-2的變形之效果。補強效果茲容後述。此外，第二補強構件5-1、5-2的寬度RDW2愈擴展，端環3-1、3-2的直徑愈小，端環3-1、3-2及導體桿6的接觸面積愈變縮小，故而增加端環3-1、3-2及導體桿6之連接點的電阻值，惟因第二補強構件5-1、5-2之剛性的提升而提升藉由第二補強構件5-1、5-2之端環3-1、3-2的補強效果。因此，第一補強構件4-1、4-2的寬度RDW1及第二補強構件5-1、5-2的寬度RDW2係考量端環3-1、3-2及導體桿6之間的電阻值及端環3-1、3-2的補強效果來設定。
在本實施形態中，將第一補強構件4-1、 4-2、第二補強構件5-1、5-2、以及轉子鐵芯1的外形設為相等的尺寸，惟亦可將各自的外形設為相異的尺寸。該情形，只要將第二補強構件5-1、5-2之內周部5a設為位於第一補強構件4-1、4-2的插入孔4a，即可獲得與上述相同的效果。亦即，只要以藉由第二補強構件5-1、5-2抑制第一補強構件4-1、4-2之方式配置即可。
轉子鐵芯1係以朝軸線方向D1積層由未圖示之電磁鋼板母材所沖壓成環狀的複數片薄板之方式構成。複數片薄板係以鉚接、銲接或接著之方式彼此固定。
複數個鐵芯插槽5各自係朝軸線方向D1延伸，且從轉子鐵芯1的一端部1b1朝另一端部1b2貫通。此外，如第3圖所示，複數個鐵芯插槽5各自係朝繞著軸線旋轉之方向D2偏斜(skew)。
就端環3-1、端環3-2及導體桿6的材料而言，係可例示如鋁、鋁合金、銅或銅合金的導體材料。使用該導體材料並藉由壓鑄或硬焊(brazing)而形成端環3-1、3-2及導體桿6。
作用在物體的離心力，不僅取決於物體的半徑及角速度，也取決於物體的質量。第一補強構件4-1、4-2及第二補強構件5-1、5-2係為了抑制肇因於離心力及熱膨脹所造成之端環3-1、3-2的變形，必須設成對於離心力難以變形。因此，第一補強構件4-1、4-2及第二補強構件5-1、5-2係採用每單位質量的拉伸強度比端環3-1、3-2之材料還高的材料。就第一補強構件4-1、4-2及第二補強 構件5-1、5-2的材料而言可例示鐵、鈦或碳纖維強化塑料。
如第6圖及第7圖所示，第一補強構件4-1係具備有第一環狀部41及第二環狀部42，該第一環狀部41係設置於靠近第一補強構件4-1之內周部，而該第二環狀部42係設置於靠近第一補強構件4-1的外周部，且設置成圍繞著第一環狀部41。第二環狀部42之外徑OD2係較第一環狀部41之外徑OD1還大。此外，第一環狀部41之軸線方向D1的寬度係較第二環狀部42之軸線方向D1的寬度還大。亦即，第一補強構件4-1係形成有由第一環狀部41及第二環狀部42所構成的段差。在第二環狀部42，於靠近第二環狀部42之外周部，設置有如第6圖及第7圖所示的插入孔4a。第一環狀部41及第二環狀部42係藉由一體成型來形成第一補強構件4-1，惟第一補強構件4-1亦可為組合個別製作的第一環狀部41及第二環狀部42而成者。此外，第一補強構件4-2係與第一補強構件4-1同樣之方式所構成。
於轉子100的製作時，首先於轉子鐵芯1的一端部1b1安裝第一補強構件4-1，且於另一端部1b2安裝第一補強構件4-2。接著，採用前述的導體材料，並藉由壓鑄來一體成型導體桿6及端環3-1、3-2。
端環3-1、3-2的內周部3a係與第7圖所示之第一環狀部41的外周部41a接觸。此外，端環3-1、3-2的轉子鐵芯1側的端部3c係與第7圖所示之第二環狀部42的與轉子鐵芯1為相反側的端部42a接觸。亦即，端 環3-1、3-2係配置成與第一補強構件4-1、4-2的段差接觸。
接著，對端環3-1、3-2各自的外周部3b施予切削加工，且切削加工後的端環3-1、3-2的外周部3b係與第5圖所示之第二補強構件5-1、5-2緊密嵌合。在本實施形態中，端環3-1熱嵌第二補強構件5-1，且端環3-2熱嵌第二補強構件5-2。最後，第一補強構件4-1、4-2各自的貫通孔4b及轉子鐵芯1的貫通孔1a係被修整加工成相同尺寸，而軸桿2與貫通孔4b及貫通孔1a的內側緊密嵌合。在本實施形態中，軸桿2熱嵌至貫通孔4b及貫通孔1a的內側。
另外，端環3-1、3-2在與第二補強構件5-1、5-2熱嵌之前，藉由自端環3-1、3-2之外周部3b側照射X光線來進行探傷檢查。在這個時間點進行探傷檢查是因為：由於第二補強構件5-1、5-2及端環3-1、3-2各自構成之材料的比重相異，所以在端環3-1、3-1與第二補強構件5-1、5-2熱嵌的狀態，適用於端環3-1、3-2之檢查之能量的X光線難以透射第二補強構件5-1、5-2。藉由在要與第二補強構件5-1、5-2熱嵌之前，從端環3-1、3-2的外周部3b側照射X光線，可高精度地檢查端環3-1、3-2的內部。
在端環3-1、3-2會有於旋轉時因受離心力而朝徑方向D3之外側擴展之力量作用。在本實施形態中，自轉子鐵芯1之一端部1b1突出的導體桿6的一端部6a係插入至第一補強構件4-1的插入孔4a，並且自轉子鐵芯1之另一端部1b2突出的導體桿6的另一端部6b係插入至 第一補強構件4-2的插入孔4a。因此，當離心力作用於端環3-1、3-2時，自轉子鐵芯1突出的導體桿6的兩端部係與第一補強構件4-1、4-2的插入孔4a接觸。藉此，抑制導體桿6之兩端部的變形，且亦抑制端環3-1、3-2的變形。因此，降低每當反覆進行轉子100的啟動及停止時於端環3-1、3-2產生的應力振幅，或者降低每當轉子100的旋轉速度變化時於端環3-1、3-2產生的應力振幅，故而可謀求端環3-1、3-2之疲勞壽命的提升。以下，將具體說明藉由第一補強構件4-1、4-2所產生之端環3-1、3-2的補強效果。
第8圖係相對於第6圖所示之第一補強構件之比較例的側視圖。第9圖係沿著第8圖所示之箭頭IX-IX線的剖面圖。於第6圖及第7圖所示之第一補強構件4-1、4-2與於第8圖及第9圖所示之第一補強構件4-1A、4-2A的相異點如下。
(1)第一補強構件4-1A、4-2A係具備有替代第7圖所示之第二環狀部42的第二環狀部42A。
(2)在第二環狀部42A係未設置有第7圖所示的插入孔4a，且第二環狀部42A的外徑尺寸OD3係較於第7圖所示之第二環狀部42的外徑OD2還小，並且較第一環狀部41的外徑OD1還大。
第10圖係顯示於採用第8圖及第9圖所示之比較例之第一補強構件的感應電動機之轉子於旋轉時端環變形狀況之圖。於第10圖所示的感應電動機之轉子100A係具備有轉子鐵芯1、導體桿6、端環3-1、及第二 補強構件5-1，並且具備有於第8圖及第9圖所示的第一補強構件4-1A。如第10圖所示，第二環狀部42A的外周部係與導體桿6接觸。亦即，複數根導體桿6係設置成與第一補強構件4-1A、4-2A的外周接觸。
第10圖係以實線顯示轉子100A於停止時之導體桿6、端環3-1及第二補強構件5-1的外形，且以虛線顯示感應電動機之轉子100A於高速旋轉時經變形之導體桿6、端環3-1及第二補強構件5-1的外形。
於轉子100A之停止時之端環3-1的內周部3a係與第一環狀部41的外周部41a接觸。由於端環3-1熱嵌第二補強構件5-1，所以來自第二補強構件5-1的壓縮力會施加至端環3-1。因此，於第一環狀部41的外周部41a與端環3-1的內周部3a之間產生摩擦力。該摩擦力係發揮抑制於轉子100A之旋轉時及熱膨脹時之端環3-1的變形。
於轉子100A之旋轉時會有因受離心力而朝徑方向D3之外側擴展的力量作用於端環3-1。該力量會隨著轉子100A之旋轉速度的上升而增加，因此端環3-1以與導體桿6的連接點作為支點而變形。此時，端環3-1會抵抗產生於端環3-1之內周部3a與第一環狀部41之外周部41a之間的摩擦力，而如第10圖所示之方式朝徑方向D3的外側擴展。
由於端環3-1的位置變形量會隨著轉子100A的旋轉速度的上升而增加，所以於端環3-1產生的應力振幅比轉子100A之旋轉速度較低時變大，也就是旋轉 時與停止時的位置變形量會變大。每當反覆進行轉子100A的旋轉及停止時，或者每當轉子100A的旋轉速度變化時，端環3-1的內徑及外徑反覆地擴大和縮小，因此於端環3-1的金屬疲勞會進展。另一面，隨著端環3-1的位置變形，連接於端環3-1的導體桿6的一端部6a係以轉子鐵芯1的一端部1b1為支點而朝徑方向D3的外側變形。因此，反覆進行轉子100A的旋轉及停止時，或者每當轉子100A的旋轉速度變化時，會對導體桿6的一端部6a施加應力，故而於導體桿6的一端部6a的金屬疲勞會進展。結果，轉子100A會有在比設計壽命還短的期間需要更換轉子100A的情形。
另一方面，在本實施形態的轉子100中，由於導體桿6的一端部6a係插入至第一補強構件4-1的插入孔4a，所以自轉子鐵芯1之一端部1b1突出的導體桿6之往徑方向D3外側的變形，則受第一補強構件4-1所抑制。藉此，較第10圖所示的轉子100A抑制導體桿6之一端部6a的變形，且提高連接於導體桿6的端環3-1的補強效果。因此，在轉子100中，較第10圖所示之轉子100A，降低於端環3-1產生的應力振幅，且可謀求端環3-1之疲勞壽命的提升。結果，抑制轉子100之壽命的降低。
接著，使用第11圖及第12圖，說明本實施形態之轉子100的端環3-1、3-2的內周部3a之內，與第一環狀部41之外周部41a接觸的部分的軸線方向D1的寬度ADW3，較端環3-1、3-2之外周部3b的軸線方向D1之 寬度ADW5還狹窄的理由。
第11圖係用以說明在第一變形例的感應電動機之轉子中，旋轉速度變化時之端環的狀態之圖。第12圖係用以說明在本發明之實施形態的感應電動機之轉子中，旋轉速度變化時之端環的狀態之圖。在第12圖，係針對本發明之實施形態的轉子100加以說明，而在第11圖，係針對本發明之轉子100的第一變形例的轉子100B加以說明。第11圖及第12圖，由上往下的順序分別顯示於停止狀態時、高速旋轉狀態時、從高速旋轉狀態返回停止狀態時的轉子。
另外，即使採用第11圖的轉子100B，由於導體桿6亦插入至第一補強構件4-1B的貫通孔，故此當然可獲得抑制因受旋轉時之離心力所造成端環3-1A及導體桿6之往徑方向D3外側之位置變形的本實施形態的效果。
第11圖所示之轉子100B與第12圖所示之轉子100之相異點如下。
(1)第11圖所示的轉子100B係具備有替代第12圖所示之端環3-1的端環3-1A，且具備有替代第12圖所示之第一補強構件4-1的第一補強構件4-1B。
(2)第一補強構件4-1B係具備有替代第12圖所示之第一環狀部41的第一環狀部41A。
(3)在第12圖所示的轉子100就對於因受熱膨脹所造成之導體桿6的變形較第11圖所示的轉子100B可獲得抑制轉子之壽命降低的效果。
在第11圖所示的轉子100B中，端環3-1A的內周部3a整體與第一環狀部41A的外周部41a接觸，而端環3-1A的內周部3a的軸線方向D1的寬度ADW1與端環3-1A的外周部3b的軸線方向D1的寬度相等。而且，在轉子100B中，第一環狀部41A的外周部41a的軸向方向D1的寬度ADW2係與端環3-1A的內周部3a的寬度ADW1相等。
相對於此，第12圖所示的轉子100中，端環3-1之內周部3a之內，與第一環狀部41的外周部41a接觸之部分的軸線方向D1的寬度ADW3較端環3-1之外周部3b的軸線方向D1的寬度ADW5還狹窄。而且，在轉子100中，第一環狀部41之外周部41a的軸線方向D1的寬度ADW4係較端環3-1之外周部3b的寬度ADW5還狹窄，並且，與端環3-1之內周部3a的寬度ADW3相等。另外，於第12圖所示之端環3-1之內周部3a的寬度ADW3係較第11圖所示之端環3-1A之內周部3a的寬度ADW1還狹窄，於第12圖所示之第一環狀部41的外周部41a的寬度ADW4係較第11圖所示之第一環狀部41A的外周部41a的寬度ADW2還狹窄。
在第11圖中上方起算第一個顯示的停止狀態的轉子100B中，端環3-1A係與第二環狀部42的端部42a接觸。
其中，當轉子被旋轉驅動時，因發熱而溫度上昇，轉子構件熱膨脹。端環3-1、3-2及導體桿6係利 用高熱膨脹率的構件形成，所以因熱膨脹產生形狀變形。當轉子停止時溫度下降，所以會有因熱循環所造成的形狀變化，從而轉子壽命降低的情形。在第11圖及的12圖中，為了簡易說明熱膨脹的影響，而著眼於熱膨脹影響較大的軸線方向D1的變形。
由於轉子100B係隨著旋轉速度變高而溫度上昇，所以導體桿6會朝軸線方向D1熱膨脹，而如第11圖中上方起算第二個顯示的端環3-1A係抵抗第一環狀部41A之外周部41a與端環3-1A之內周部3a之間的摩擦力，並朝軸線方向D1移動。由於端環3-1A遠離第二環狀部42，所以在第二環狀部42之端部42a及端環3-1A之間係產生間隙G1。
此後，由於隨著轉子100B的旋轉速度變低而溫度下降，如第11圖中上方起算第三個所顯示的端環3-1A係藉由導體桿6的熱收縮而朝軸線方向D1移動並接近第二環狀部42。此時，導體桿6的收縮力量，在與第一環狀部41A之外周部41a及端環3-1A之內周部3a之間的摩擦力平衡時，端環3-1A的移動停止。因此，在第二環狀部42及端環3-1A之間，產生較間隙G1還狹窄的間隙G2。由於存在於間隙G2的導體桿6未被第二環狀部42支持，所以相較於間隙G2不存在時，對於端環3-1A之因受離心力所造成之往徑方向D2外側的變形的補強效果降低。
其中，關於在端環3-1與第一補強構件4-1之間的摩擦力，由於實際上負重與摩擦力之間具有非線 性，所以兩個物體間的接觸面積愈窄，會有摩擦力愈變小的傾向。第12圖的端環3-1的內周部3a的寬度ADW3較端環3-1的外周部3b的寬度ADW5還狹窄，所以第12圖之第一環狀部41及端環3-1的接觸面積係較第11圖之第一環狀部41A及端環3-1A的接觸面積還狹窄。因此，第一環狀部41之外周部41a與端環3-1之內周部3a之間的摩擦力，係較第11圖所示之第一環狀部41A之外周部41a與端環3-1之內周部3a之間的摩擦力還變小。以下，將第一環狀部41之外周部41a與端環3-1之內周部3a之間的摩擦力簡稱為第一摩擦力，而將第11圖所示之第一環狀部41A之外周部41a與端環3-1A之內周部3a之間的摩擦力簡稱為第二摩擦力。
在第12圖中上方起第一個所示之停止狀態的轉子100中，端環3-1係與第二環狀部42的端部42a接觸。
隨著轉子100之旋轉速度的變高，肇因於導體桿6的熱膨脹，會如第12圖中上方起算第二個顯示的端環3-1抵抗第一環狀部41之外周部41a與端環3-1之內周部3a之間的摩擦力，並朝軸線方向D1移動。由於端環3-1遠離第二環狀部42，所以在第二環狀部42之端部42a及端環3-1之間係產生間隙G3，並且導體桿6a的一端部6a拉伸並彈性變形。
此後，隨著轉子100的旋轉速度變低，而如第12圖中上方起算第三個顯示的端環3-1會受導體桿6 的收縮力而朝軸線方向D1移動。如前述，於轉子100中之第一摩擦力係較第11圖所示之轉子100B中之第二摩擦力還小，所以在轉子100中，可將於第二環狀部42之端部42a及端環3-1之間產生的間隙縮小成較第11圖所示之間隙G2窄縮，或者可消除之。結果，在轉子100中，可較第11圖所示之轉子100B提高將因受旋轉時之離心力所造成的端環3-1往徑方向D3之外側的的變形予以抑制的補強效果。
另外，即便第12圖所示之端環3-1之內周部3a的寬度ADW3與端環3-1之外周部3b的寬度ADW5相等的情形，亦將第一環狀部41之外周部41a的寬度ADW4設為窄於端環3-1之外周部3b的寬度ADW5，而藉此轉子100的第一摩擦力係較第11圖所示之轉子100B的第二摩擦力還小。但是，在抑制端環3-1、3-2之劣化的進行的觀點，藉由在端環3-1、3-2設置前述的傾斜面3e，從而將端環3-1之內周部3a的寬度ADW3設為窄於端環3-1之外周部3b的寬度ADW5者為佳。以下就此點加以說明。
第13圖係用以說明本發明之實施形態的感應電動機之轉子的第二變形例之圖。第13圖係顯示變形例之轉子100C的部分放大圖。轉子100C與第2圖所示之轉子100的相異點如下。
(1)轉子100C係具備有替代第2圖所示之端環3-1的端環3-1B。
(2)在端環3-1B中，省略第2圖所示的傾斜面3e，且 端環3-1B的內周部3a為表面平坦形狀，端環3-1B之內周部3a的軸線方向D1的寬度，係與端環3-1B之外周部3b的軸線方向D1的寬度相等。另外，第一環狀部41之外周部41a的軸線方向D1的寬度係較端環3-1B之外周部3b的軸線方向D1的寬度還窄。
第13圖係以實線顯示轉子100C於停止時之導體桿6、端環3-1B及第二補強構件5-1的外形，且以虛線顯示轉子100C於高速旋轉時經變形之導體桿6、端環3-1B及第二補強構件5-1的外形。
端環3-1B係與設置於靠近轉子鐵心1之外周面的導體桿6的一端部6a連接，所以轉子100C旋轉時的端環3-1B係以與導體桿6的一端部6a之連接點為支點而變形。因此，在端環3-1B之內周部3a及端部3d之間的角部3f係產生最大的應力振幅，其大於產生於角部3f以外之部分的應力振幅。
具體而言，產生於靠近端環3-1B之內周部3a之部分的應力振幅係較產生於靠近端環3-1B之外周部3B之部分的應力振幅還大。此外，產生於靠近端環3-1B之轉子鐵芯1之對面側的端部3d的部分的應力振幅係較產生於靠近端環3-1B之轉子鐵芯1側的端部3c的部分的應力振幅還大。因此，在位於離旋轉時之支點最遠之位置的端環3-1B的內周部3a及端部3d之間的角部3f，係產生在端環3-1B整體之中最大的應力振幅，所以角部3f係在端環3-1B整體當中也最早劣化，且端環3-1B的劣化以角 部3f為起點而進展。
在第2圖所示之轉子100的端環3-1係於端環3-1之內周面3a及端部3d之間形成有傾斜面3e。在形成有傾斜面3e的端環3-1中，由於去除了在端環3-1整體當中最早劣化的部分，所以第2圖所示的轉子100較第13圖所示的轉子100C，可謀求端環3-1之疲勞壽命的提升。另外，第2圖所示之端環3-1、3-2的傾斜面3e，不侷限為表面平坦形狀，亦可彎曲形狀。
第14圖係用以說明具備本發明之實施形態的感應電動機之轉子的第一補強構件的變形例之圖。於第6圖所示之第一補強構件4-1、4-2與於第14圖所示之第一補強構件4-1C、4-2C的相異點如下。
(1)第一補強構件4-1C、4-2C係具備有替代第6圖所示之第一環狀部41的第一環狀部41B。
(2)在第一環狀部41B之與轉子鐵芯1為相反側的端部41b係形成有沿繞著軸線旋轉之方向D2排列的複數個螺絲孔41c。
於第二環狀部42形成有複數個插入孔4a，所以根據插入孔4a的位置及大小，會有轉子100重量產生不平衡的可能性。所謂不平衡係指鄰接於繞著軸線旋轉之方向D2之插入孔4a彼此的間隔不一致，或沿繞著軸線旋轉之方向D2排列的複數個插入孔4a各自的中心至中心軸AX的距離並不一致之情形。該不平衡會導致轉子100旋轉時發生振動。具有第一補強構件4-1C、4-2C的轉子100 中，形成於第一環狀部41B的複數個螺絲孔41c之內，未圖式的螺絲鎖緊至一部分的螺絲孔41c，藉此改善重量不平衡。就改善重量不平衡的方法而言，除設置螺絲孔41c之外，亦可例示有：藉由裁切第一補強構件41C、4-2C的一部分來改善重量不平衡的方法，及藉由對第一補強構件4-1、4-2塗佈以環氧樹脂為代表的配重(Ballast)材來改善重量不平衡的方法。但是，在第14圖所示之第一補強構件4-1C、4-2C中，只要將未圖式的螺絲鎖緊至螺絲孔41c即可改善重量不平衡，故可容易進行重量不平衡的修正作業，且可縮短轉子100的製造時間。
另外，在本實施形態中，雖然已說明具備第二補強構件5-1、5-2的轉子100，惟亦可省略第二補強構件5-1、5-2。即使在省略第二補強構件5-1、5-2的情況，由於轉子100設置有第一補強構件4-1、4-2，所以在某個程度的旋轉速度以下亦可抑制端環3-1、3-2的變形。藉由具備第二補強構件5-1、5-2，即便在高於某個程度的旋轉速度的速度範圍中亦可抑制端環3-1、3-2的變形。
此外，在本實施形態中，雖然以在預先製作的第一補強構件4-1、4-2藉由壓鑄形成導體桿6為例加以說明，惟第一補強構件4-1、4-2亦可藉由硬焊形成導體桿6之後，藉由熱嵌來形成。對導體桿6熱嵌第一補強構件4-1、4-2時，複數根導體桿6內，一部分的導體桿6與第一補強構件4-1、4-2接觸而膨脹，而有嵌入之途中的第一補強構件4-1、4-2會有滯留在非意圖的位置的可能性。 利用壓鑄來形成第一補強構件4-1、4-2，藉此抑制肇因於第一補強構件4-1、4-2之製造作業失敗所引起的良率的下降。
以上之實施形態所示的構成，係顯示本發明之內容的一範例者，亦可與其他習知技術結合，或在不脫離本發明之要旨的範圍內亦可省略、變更構成的一部分。
Claims (6)
- 一種感應電動機之轉子，係具備有：轉子鐵芯；導體桿，係朝前述轉子鐵芯之中心軸的軸線方向貫穿前述轉子鐵芯；環狀的端環，係設置於前述轉子鐵芯的端部，且連接於自前述端部突出的前述導體桿；環狀的第一補強構件，係設置於前述轉子鐵芯及前述端環之間，且與前述端環接觸；以及第二補強構件，係設置於前述端環的外周部，且其內周部與前述端環的外周部接觸；在前述第一補強構件係形成有要插入自前述端部突出之前述導體桿的插入孔。
- 一種感應電動機之轉子，係具備有：轉子鐵芯；導體桿，係朝前述轉子鐵芯之中心軸的軸線方向貫穿前述轉子鐵芯；環狀的端環，係設置於前述轉子鐵芯的端部，且連接於自前述端部突出的前述導體桿；以及環狀的第一補強構件，係設置於前述轉子鐵芯及前述端環之間，且與前述端環接觸；於前述第一補強構件係形成有要插入從前述端部突出的前述導體桿的插入孔，前述第一補強構件係具備有： 第一環狀部；以及第二環狀部，係設置於前述第一環狀部的外周，且前述軸線方向的寬度較前述第一環狀部還小；前述插入孔係形成於前述第二環狀部。
- 如申請專利範圍第2項所述之感應電動機之轉子，其中，前述端環與前述軸線方向中之前述第一環狀部之外周部接觸的寬度係較前述軸線方向中之前述端環之外周部的寬度還窄。
- 一種感應電動機之轉子，係具備有：轉子鐵芯；導體桿，係朝前述轉子鐵芯之中心軸的軸線方向貫穿前述轉子鐵芯；環狀的端環，係設置於前述轉子鐵芯的端部，且連接於自前述端部突出的前述導體桿；以及環狀的第一補強構件，係設置於前述轉子鐵芯及前述端環之間，且與前述端環接觸；於前述第一補強構件係形成有要插入自前述端部突出之前述導體桿的插入孔，前述端環係隨著在前述軸線方向遠離與前述第一補強構件接觸的部分而內徑逐漸擴展。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之感應電動機之轉子，其中，於前述第一補強構件係形成有朝繞著前述轉子鐵芯之中心軸之軸線之方向排列的複數個螺絲孔， 前述複數個螺絲孔係形成於前述第一補強構件之與轉子鐵芯為相反側的端部。
- 一種感應電動機，係具備有申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之感應電動機之轉子。
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