TWI539724B - 籠型馬達的轉子及籠型馬達 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種具有導體條及短路環的籠型馬達的轉子及籠型馬達，特別是關於使用於工作機械之主軸的轉軸馬達等之高速旋轉之籠型馬達的轉子及籠型馬達。
以往，籠型馬達的轉子係由積層電磁鋼板而形成之圓筒狀的轉子鐵芯、配置於轉子鐵芯之各槽之複數條導體條、以及在兩側端部連接該等複數條導體條之短路環(端環)所構成，且以熱嵌合安裝至馬達之轉子軸。
近年來，使用於工作機械之主軸的轉軸馬達等之籠型馬達係要求高性能化，也期盼能對應數萬轉/分之高轉速。
於是，因應高速旋轉之籠型馬達的高效率化，對屬於轉子之導體(以下記載為轉子導體)之導體條及短路環係採用鋁金屬(以下記載為鋁)。
高速旋轉之籠型馬達的轉子係因其構造，在高速旋轉時，會作用有很強的離心力。此外，由於運作時之發熱，會使轉子導體受熱膨脹。亦即，受離心力之作用及熱膨脹，會使短路環變形，並且對短路環產生應力。
此外，反覆進行籠型馬達的啟動與停止時，即對短路環反覆進行應力之加載與解除。亦即，會對短路環反覆施予應力而發生金屬疲勞。
特別是，當轉子導體採用耐力及拉伸強度等之強度較低且熱膨脹率比率較大之鋁的情形下，短路環之變形會變大，產生之應力亦變大。此外，亦會有短路環之疲勞強度降低之疑慮。
曾提案有一種籠型馬達的轉子，其雖採用鋁作為轉子導體，惟可防止因離心力及熱造成之短路環的變形。該籠型馬達的轉子係具備：以嵌鑄而設置在轉子鐵芯(轉子芯部)之外周槽之鋁鑄製的轉子條(導體條)；及設置在轉子條之兩端之鋁鑄製的短路環，並以熱嵌合將鋼等製作之保持環安裝在短路環之外周，並且經由凸座將用以保持並補強短路環與保持環之外端部的板狀鎖件(補強罩)設置在轉子軸(例如，參照專利文獻1)。
此外，亦提案有一種籠型馬達的轉子，其雖採用鋁作為轉子導體，惟縮小因反覆啟動及停止所產生之反覆應力之振幅，而防止金屬疲勞。該籠型馬達的轉子，其轉子係具備：圓筒狀的鐵芯心部(轉子鐵芯)；在鐵芯心部之內部按圓周方向以固定間隔配設的導體條；連接於導體條並配設於鐵心心部之兩端面的短路環；及外徑大於短路環之內徑的補強環(補強環)，且將補強環熱嵌合於短路環之內周部，並且在鐵芯心部與補強環之內周部安裝軸構件(轉子軸)(例如，參照專利文獻2)。
專利文獻1：日本特開平6-153471號公報(第2頁、第3圖)
專利文獻2：日本特開2012-244824號公報(第4頁、第1圖)
籠型馬達在高速旋轉時因施予在轉子之離心力使短路環朝外周方向變形。短路環之變形量係愈靠近內周側愈大愈靠近外周側愈小。亦即，短路環中愈靠近內周側拉伸應力愈大，且圓周方向之拉伸應力較徑方向還大。
此外，轉子導體之發熱會造成短路環熱膨脹而變形，惟由於與短路環連接之導體條會受到熱膨脹小於短路環之轉子鐵芯的限制，故會限制短路環之外周方向與軸方向之變形，而於短路環產生壓縮方向之應力。
當反覆進行籠型馬達的啟動與停止之情形，剛停止時，轉子導體由於為高溫狀態，故短路環係因熱膨脹變形而使壓縮方向之應力起作用，反之，於啟動時，由離心力造成之拉伸方向之應力起作用。
並且，啟動時之離心力造成之圓周方向的拉伸應力係於短路環之內周側較大，故反覆應力之振幅係愈靠近短路環之內周側愈大。
專利文獻1所記載之轉子係以熱嵌合將鋼等製作之保持環安裝在短路環之外周，可防止短路環之變形。然而，短路環之內周側未被限制，無法降低因施於轉子之離心力造成之短路環內周側之較大的圓周方向之拉伸應力。
亦即，因籠型馬達之反覆的啟動與停止，會有無法減小產生在短路環之反覆應力的振幅而容易造成短路環金屬疲勞之問題。
專利文獻2所記載之轉子係以熱嵌合之方式將外徑大於短路環之內徑之補強環安裝在短路環之內周部，藉此使朝徑方向外側膨脹變形之力量作用於短路環，即使在未對短路環內周部施予離心力時，拉伸應力亦朝圓周方向作用。因此，在無離心力之情形與施予離心力之情形下之短路環內周部之圓周方向之拉伸應力之差減小。
亦即，減小了因籠型馬達之反覆的啟動與停止所產生之短路環內周部的反覆應力之振幅，防止因金屬疲勞而使短路環損壞。
然而，由於短路環之外周側未被限制，故無法抑制短路環之朝徑方向的熱膨脹變形，且隨著溫度上升，前述熱嵌合的效果將會降低。
並且，在以熱嵌合將鐵芯心部與補強環安裝在轉子軸之步驟中，當以預定溫度以上進行熱嵌合時，會有短路環與補強環之熱膨脹變形量之差超過熱嵌合限度而致使補強環脫落或位置偏移之問題。
本發明係有鑑於前述之問題點所開發者，其目的在於抑制短路環之徑方向之變形，並且防止補強罩脫落或位置偏移。進而，獲得一種籠型馬達的轉子及使用該轉子之可靠性優良的籠型馬達，該籠型馬達的轉子係可防止補強環脫落或位置偏移，並且可減小因籠型馬達之反覆的啟動與停止造成之產生在短路環之反覆應力之振幅，而防止因短路環之金屬疲勞造成的損壞。
本發明之第一籠型馬達的轉子，係具備：導體條，係填充於在轉子鐵芯之圓周方向以一定間隔配置之複數個槽孔；短路環，與各導體條之端部連接；以及補強罩，與短路環之軸方向端面接觸；其中，導體條與短路環係以鑄造形成之一體物；補強罩係具有軀幹部及環狀之凸緣部之圓筒體，該凸緣部係從該軀幹部之軸方向一端側之外周面朝垂直方向突出者；軀幹部之外周面與短路環之內周面接觸；保持環係內周面接觸於凸緣部與短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝。
本發明之第二籠型馬達的轉子，係具備：導體條，係填充於在轉子鐵芯之圓周方向以一定間隔配置之複數個槽孔；短路環，與各導體條之端部連接；以及補強罩，與短路環之軸方向端面接觸；其中，導體條與短路環係以鑄造形成之一體物；補強罩係平面形狀與短路環之軸方向之端面之形狀相同，並且在對向導體條之部分形成短路環突出部插入孔；補強環係將外周面接觸於補強罩與
短路環之內周面且緊配嵌合地被安裝；保持環係將內周面接觸於補強罩與短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝。
本發明之第三籠型馬達的轉子，係具備：導體條，係填充於在轉子鐵芯之圓周方向以一定間隔配置之複數個槽孔；短路環，與各導體條之端部連接；以及補強罩，與短路環之軸方向端面接觸；其中，導體條與短路環係以鑄造形成之一體物；補強罩係具有軀幹部及環狀之凸緣部之圓筒體，該凸緣部係從該軀幹部之內周面朝垂直方向突出者，且該補強罩係將軀幹部之內周面接觸於短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝；補強環係將外周面接觸於凸緣部與短路環之內周面且緊配嵌合地被安裝。
本發明之籠型馬達係於轉子採用如第一至第三中任一之籠型馬達的轉子者。
本發明之轉子，由於如前述之方式構成，故可抑制短路環之徑方向之變形，並且可防止補強罩脫落或位置偏移。再者，可防止補強環脫落或位置偏移，並且可縮小因受馬達之反覆啟動與停止而產生在短路環之反覆應力之振幅，因而可防止短路環之金屬疲勞損壞。
並且，採用此轉子之籠型馬達係可降低產生在使用中的轉子之不良影響而可靠性優良。
1‧‧‧轉子鐵芯
1a‧‧‧槽孔
2、63‧‧‧轉子軸
4‧‧‧導體條
5‧‧‧短路環
5a、55a‧‧‧突出部
6、26、36、46、56‧‧‧補強罩
6a、36a、46a、56a‧‧‧軀幹部
6b、36b、46b‧‧‧凸緣部
6c、26c、56c‧‧‧短路環突出部插入孔
7‧‧‧保持環
9‧‧‧短路環部分
10‧‧‧密封體
11‧‧‧螺絲
12‧‧‧替代軸構件
13‧‧‧按壓金具
14‧‧‧模具
14a‧‧‧空腔
14b‧‧‧端部塊
14c‧‧‧鑄口
14d‧‧‧熔流道部
15‧‧‧壓鑄機
16‧‧‧活塞
18‧‧‧塞罩
19‧‧‧鑄口形狀部
20‧‧‧熔流道形狀部
29、39‧‧‧補強環
55‧‧‧短路環
56b‧‧‧第一凸緣部
56d‧‧‧第二凸緣部
61‧‧‧轉子
62‧‧‧定子
64‧‧‧框體
65‧‧‧壁部
66‧‧‧軸承
600‧‧‧籠型馬達
100、200、300、400、500‧‧‧籠型馬達的轉子
第1圖係本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子的剖
面示意圖。
第2圖係於第1圖之本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及A-A剖面之示意圖(b)。
第3圖係說明於本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子中，以鑄造將導體條與短路環安裝在轉子鐵芯之手法的示意圖。
第4圖係顯示於本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子中，在熔態鋁固化之後從模具取出之以鋁密封轉子鐵芯與補強罩之密封體的剖面示意圖。
第5圖係本發明之實施形態2之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第6圖係於第5圖之本發明之實施形態2之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及B-B剖面之示意圖(b)。
第7圖係本發明之實施形態3之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第8圖係於第7圖之本發明之實施形態3之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及C-C剖面之示意圖(b)。
第9圖係本發明之實施形態4之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第10圖係於第9圖之本發明之實施形態4之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及
D-D剖面之示意圖(b)。
第11圖係本發明之實施形態5之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第12圖係於第11圖之本發明之實施形態5之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及E-E剖面之示意圖(b)。
第13圖係本發明之實施形態6之籠型馬達之側面示意圖。
第1圖係本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第2圖係於第1圖之本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及A-A剖面之示意圖(b)。
第2圖係顯示本實施形態之籠型馬達的轉子100之整體部分的平面與剖面。
如第1圖與第2圖所示，本實施形態之籠型馬達的轉子100係具備：積層電磁鋼板而形成之圓筒狀的轉子鐵芯1；填充於各個朝軸方向貫穿轉子鐵芯1並且按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之複數個槽孔1a的導體條4；與各導體條4之端部連接的短路環5；與短路環5之軸方向端面接觸並且在中心部具有孔的補強罩6；
以及安裝轉子鐵芯1的轉子軸2。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子100中，短路環5係與按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之全部的導體條4形成為一體之物，且在各導體條4之兩方的端部，與轉子鐵芯1之軸方向之端面接觸而配置。
補強罩6係具有軀幹部6a及凸緣部6b的圓筒體，與圓筒體之圓周方向垂直之剖面的形狀為L字狀，並且安裝至轉子軸2，而該凸緣部6b係從軀幹部6a之軸方向一端側的外周面朝垂直方向突出之環狀者。
此外，補強罩6係軀幹部6a之外周面與短路環5之內周面接觸，軀幹部6a之軸方向內側之端面與轉子鐵芯1之軸方向端面接觸，軀幹部6a之內周面與轉子軸2之外周面接觸，而凸緣部6b之軸方向內側之面與短路環5之軸方向端面接觸。並且，在補強罩6之凸緣部6b之對向導體條4之部分，形成有供短路環5之軸方向突出部5a插入的孔(以下記載為短路環突出部插入孔)6c。
保持環7係其內周面與短路環5之外周面及補強罩6之凸緣部6b之外周面之各者接觸而設置。
在此說明形成本實施形態之籠型馬達的轉子100的構件之材質。
形成轉子鐵芯1之鐵芯片係如前所述，採用電磁鋼板。導體條4與短路環5係採用鋁金屬(以下記載為鋁)，且導體條4與短路環5係由鑄造所形成之一體物。補強罩6係採用熱膨脹率小於鋁之非磁性體的不鏽鋼，而保持環7
係採用與不鏽鋼為相同程度之熱膨脹率，且拉伸強度高之鉻鉬合金鋼(SCM；Chromium Molybdenum Steel)。
在此說明本實施形態之籠型馬達的轉子100之製造方法的一例。
藉由預定之加工方法，製作轉子鐵芯1、補強罩6、保持環7、及轉子軸2。
接著，以鑄造將導體條4與短路環5安裝至轉子鐵芯1。
第3圖係說明於本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子中，以鑄造將導體條與短路環安裝至轉子鐵芯之手法的示意圖。
第3圖係以鑄造將導體條4與短路環5安裝至轉子鐵芯1之手法的一例。
首先，自下方起依序將下方之補強罩6、轉子鐵芯1、及上方之補強罩6設置於替代軸構件12。
接著，如第3圖所示，利用螺絲11，將設置有補強罩6與轉子鐵芯1之替代軸構件12隔著按壓治具13保持於模具14之端部塊14b，藉此，將補強罩6與轉子鐵芯1配置於模具14之空腔14a內。
接著，將模具14設置在壓鑄機(die-casting machine)15。
在本實施形態中壓鑄機15係從縱型壓鑄機。
接著，使壓鑄機15之活塞16上升，如箭頭L所示，從模具14之鑄口14c將熔態鋁金屬(以下記載為熔態鋁)注入至空腔14a內。
注入至空腔14a內的熔態鋁係通過形成在下方之補強罩6之凸緣部6b的短路環突出部插入孔6c，而填充下方之補強罩側的短路環部分9。進而，如箭頭M所示，熔態鋁係填充朝軸方向貫穿轉子鐵芯1並且按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置的所有的槽孔1a。再者，通過槽孔1a之熔態鋁係在填充了上方之補強罩側的短路環部分9之後，如箭頭N所示，通過形成在上方之補強罩6之凸緣部6b的短路環突出部插入孔6c，而填充模具14之熔流道部14d。
因熔態鋁係如上述地流入空腔14a內，熔態鋁所夾帶之氣體最後將彙集至熔流道部14d，故可防止在短路環部分9及槽孔1a之部分的鋁中產生因氣體造成的空隙。
此外，本實施形態之壓鑄機15係具備部分加壓汽缸。並且，如第3圖所示，藉由連接在部分加壓汽缸之塞罩18(plunger)，在熔態鋁凝固之際，能夠從熔流道部14d之上部對熔態鋁整體施予壓力。
故此，例如，即使在短路環之中發生氣體殘留，或者即使在凝固較慢之部位發生收縮，皆藉由壓力使諸該問題消失，並可防止產生氣泡缺陷及縮孔缺陷等之鑄造缺陷。
接著，將模具內之熔態鋁冷卻固化。
第4圖係顯示於本發明之實施形態1之籠型馬達的轉子中，在熔態鋁固化之後從模具取出之以鋁密封轉子鐵芯與補強罩之密封體的剖面示意圖。
在第4圖中亦顯示替代軸構件12。
接著，從第4圖顯示之以鋁密封轉子鐵芯1與補強罩6之密封體10，切斷並除去鑄口形狀部19與熔流道形狀部20。
接著，拆除替代軸構件12之後，將位於軸方向兩側之以鋁所鑄接之補強罩6之凸緣部6b的外周部及短路環5的外周部，一併利用車床來切削加工，俾使之外徑相等。此時，補強罩6之凸緣部6b的外徑與短路環5的外徑，係設為大於保持環7之內徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合將保持環7安裝至相同外徑之補強罩6與短路環5之外周面。
接著，將轉子鐵芯1之內周面及補強罩6之內周面，一併利用車床來切削加工，俾使之內徑相等。此時，轉子鐵芯1之內徑與補強罩6之內徑，係設為小於轉子軸2之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合同時將轉子鐵芯1與補強罩6安裝至轉子軸2，而完成籠型馬達的轉子100。
本實施形態之籠型馬達的轉子100係以短路環5鑄接補強罩6之軀幹部6a。並且，形成鑄接之短路環5的鋁，由於熱膨脹率大於形成被鑄接之補強罩6的不鏽鋼，故短路環5從液狀固化進而冷卻之步驟中，短路環5之收縮量大於補強罩6之收縮量。
因此，由於短路環5的內周面接觸於補強罩6之軀幹部6a的外周面，故短路環5未完全收縮，產生緊固補強罩6之緊握現象，且在短路環5之內周面係與以熱嵌合安裝
補強罩6之情形相同地，使短路環5朝徑方向外側膨脹之力量係發生作用。
此外，由於短路環5之外周面係接觸保持環7之內周面並以熱嵌合安裝，故使短路環5朝徑方向內側收縮之力量發生作用。因此，短路環5係從徑方向之兩側對補強罩6與保持環7施壓而抑制膨脹變形，藉此施予壓縮應力。
此外，短路環5之軸方向端面亦以補強罩6加以限制，使短路環5之軸方向的膨脹變形亦受限制。
換言之，由於短路環5藉由補強罩6與保持環7從三方向限制並施壓因溫度上升及離心力負載之至少一方造成的膨脹變形，故壓縮應力係恆常地作用於短路環5。
因此，本實施形態之籠型馬達的轉子100係可縮小馬達之反覆啟動與停止之情形下產生在短路環5之應力的振幅，使短路環5之金屬疲勞的壽命提升。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子100，由於保持環7係以熱嵌合安裝在短路環5與補強罩6之凸緣部6b的外周面，故抑制因溫度上升造成之往短路環5之徑方向外側的熱膨脹變形。並且，補強罩6之軀幹部6a係以短路環5加以鑄接。
亦即，補強罩6之凸緣部6b的外周面以保持環7加以緊固，且補強罩6之軀幹部6a的外周面以短路環5加以緊固。
因此，以熱嵌合將轉子鐵芯1與補強罩6安裝於轉子
軸2之情形，即使加熱至預定以上，或者，即使轉子100因籠型馬達之驅動而達高溫，均可防止補強罩6鬆動而脫落或位置偏移。
此外，短路環5之軸方向突出部5a係嵌入至形成於補強罩6之凸緣部6b的短路環突出部插入孔6c。因此，當為了熱嵌合至轉子軸2而加熱時，或者，因籠型馬達之驅動而達高溫時，軸方向突出部5a係熱膨脹，補強罩6係藉由短路環5牢固地保持，由此觀點，亦可防止補強罩6脫落或位置偏移。
另外，本實施形態之籠型馬達的轉子中，利用熱嵌合所安裝之構件亦可藉由迫緊等其他之緊固方法來安裝。亦即，只要可緊配嵌合地安裝即可。
第5圖係本發明之實施形態2之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第6圖係於第5圖之本發明之實施形態2之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及B-B剖面之示意圖(b)。
第6圖係顯示本實施形態之籠型馬達的轉子200之整體部分之平面與剖面。
如第5圖與第6圖所示，本實施形態之籠型馬達的轉子200係具備：積層電磁鋼板而形成之圓筒狀的轉子鐵芯1；填充於各個朝軸方向貫穿轉子鐵芯1並且按
轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之複數個槽孔1a的導體條4；與各導體條4之端部連接的短路環5；與短路環5之軸方向端面接觸並且在中心部具有孔的補強罩26；以及安裝轉子鐵芯1的轉子軸2。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子200中，短路環5係與按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之全部的導體條4形成為一體之物，且在各導體條4之兩方的端部，與轉子鐵芯1之軸方向之端面接觸而配置。
此外，補強罩26係平面形狀與短路環5之軸方向之端面形狀為相同的甜甜圈(doughnut)盤狀，且在對向導體條4之部分形成有短路環突出部插入孔26c。
補強環29係其外周面接觸於短路環5之內周面及補強罩26之內周面，並且補強環29之軸方向內側之端面接觸於轉子鐵芯1之軸方向端面而設置。此外，補強環29係其內周面與轉子軸2之外周面接觸而安裝至轉子軸2。
保持環7係其內周面與短路環5之外周面及補強罩26之外周面之各者接觸而設置。
本實施形態之籠型馬達的轉子200中，補強罩26係採用非磁性體的不鏽鋼，補強環29係採用與保持環7相同之鉻鉬合金鋼(SCM)。而其他之構件之材質係與實施形態1相同。
接著，說明本實施形態之籠型馬達的轉子200之製造方法的一例。
與實施形態1相同地，製作第4圖所示之以鋁密封轉子鐵芯1與補強罩6之密封體10。接著，在從密封體10切斷鑄口形狀部19與熔流道形狀部20之後，拆除替代軸構件12。
接著，利用車床將以鋁鑄接之補強罩6之凸緣部6b的外周部及短路環5的外周部一併切削加工，俾使之外徑相等。此時，凸緣部6b之外徑與短路環5之外徑係設為大於保持環7之內徑達熱嵌合限度量。凸緣部6b之外徑係後述之補強罩26的外徑。
接著，藉由車床之切削加工除去補強罩6之軀幹部6a以製作甜甜圈盤狀的補強罩26，並且將補強罩26之內周面及短路環5之內周面一併利用車床切削加工，俾使之內徑相等。此時，補強罩26之內徑與短路環5之內徑係設為小於補強環29之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合將補強環29安裝至短路環5之內周面及補強罩26之內周面。
接著，以熱嵌合將保持環7安裝至相同外徑之短路環5與補強罩26的外周面。
接著，將轉子鐵芯1之內周面及補強環29之內周面一併利用車床來切削加工，俾使之內徑相等。此時，轉子鐵芯1之內徑與補強環29之內徑係設為小於轉子軸2之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合同時地將轉子鐵芯1與補強環29安裝至轉子軸2，而完成籠型馬達的轉子200。
本實施形態之籠型馬達的轉子200亦藉由
補強環29、保持環7、及補強罩26之各者，在短路環5之內周面側、外周面側、及端面側之三方向限制因溫度上升及離心力負載之至少一方造成之短路環5的膨脹變形，故壓縮應力係恆常地作用於短路環5。
因此，本實施形態之籠型馬達的轉子200亦可縮小馬達之反覆啟動與停止之情形下產生在短路環5之應力的振幅，使短路環5之金屬疲勞的壽命提升。
本實施形態之籠型馬達的轉子200，由於可從短路環5與補強環29之間的熱嵌合限度之設定值，推測作用於短路環5之壓縮應力，而能夠因應籠型馬達之規格而調整施於短路環5之應力的振幅，故具有即使轉子尺寸、轉數等之規格不同，亦可對短路環5保持充分之金屬疲勞之壽命的優點。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子200係於補強環29採用熱膨脹率與不鏽鋼之補強罩26接近之鉻鉬合金鋼。此外，保持環7係以熱嵌合安裝至短路環5與補強罩26之外周面，而抑制因溫度上升造成之往短路環5之徑方向外側的熱膨脹變形。此外，補強環29係以熱嵌合安裝至短路環5與補強罩26之內周面。
亦即，補強罩26的外周面以保持環7加以緊固，且以補強環29施壓於補強罩26的內周面。此外，以短路環5與補強罩26緊固補強環29的外周面。
因此，以熱嵌合將轉子鐵芯1與補強環29安裝於轉子軸2之情形，即使加熱至預定以上，或者，即使轉子200
因籠型馬達之驅動而達高溫，均可防止補強罩26及補強環29鬆動而脫落或位置偏移。
此外，短路環5之軸方向突出部5a係嵌入至形成於補強罩26的短路環突出部插入孔26c。因此，當為了熱嵌合至轉子軸2而加熱時，或者，因籠型馬達之驅動而達高溫時，軸方向突出部5a係膨脹，而補強罩26係藉由短路環5牢固地保持，由此觀點，亦可防止補強罩26脫落或位置偏移。
另外，本實施形態之籠型馬達的轉子中，利用熱嵌合所安裝之構件亦可藉由迫緊等其他之緊固方法來安裝。亦即，只要可緊配嵌合地安裝即可。
第7圖係本發明之實施形態3之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第8圖係於第7圖之本發明之實施形態3之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及C-C剖面之示意圖(b)。
第8圖係顯示本實施形態之籠型馬達的轉子300之整體部分之平面與剖面。
如第7圖與第8圖所示，本實施形態之籠型馬達的轉子300係具備：積層電磁鋼板而形成之圓筒狀的轉子鐵芯1；填充於各個朝軸方向貫穿轉子鐵芯1並且按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之複數個槽孔1a
的導體條4；與各導體條4之端部連接的短路環5；與短路環5之軸方向端面接觸並且在中心部具有孔的補強罩36；以及安裝轉子鐵芯1的轉子軸2。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子300中，短路環5係與按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之全部的導體條4形成為一體之物，且在各導體條4之兩方的端部，與轉子鐵芯1之軸方向之端面接觸而配置。
補強罩36係具有軀幹部36a及凸緣部36b的圓筒體，且與圓筒體之圓周方向垂直之剖面的形狀為倒L字狀，而該凸緣部36b係從軀幹部36a之軸方向一端側的內周面朝垂直方向突出之環狀者。
此外，補強罩36係軀幹部36a之內周面與短路環5之外周面接觸，而凸緣部36b之軸方向內側之面與短路環5之軸方向端面接觸。
補強環39係其外周面接觸於短路環5的內周面及補強罩36之凸緣部36b的內周面，並且補強環39之軸方向內側之端面接觸於轉子鐵芯1之軸方向端面，而安裝至轉子軸2。
本實施形態之籠型馬達的轉子300係於補強罩36採用鉻鉬合金鋼(SCM)，於補強環39採用非磁性體之不鏽鋼。
而其他構件之材質係與實施形態1相同。
接著，說明本實施形態之籠型馬達的轉子300之製造方法之一例。
本實施形態之籠型馬達的轉子300之製造中，將轉子
鐵芯1設置於替代軸構件。接著，製作以鋁密封轉子鐵芯1之密封體。接著，在從此密封體切斷鑄口形狀部與熔流道形狀部之後，拆除替代軸構件。
接著，利用車床切削加工短路環5之外周部。切削後之短路環5的外徑係設為大於補強罩36之軀幹部36a之內徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合將補強罩36安裝至短路環5之外周面。
接著，利用車床，將補強罩36之凸緣部36b的內周面及短路環5的內周面一併切削加工，使該等的內徑對齊。切削後之短路環5的內徑與補強罩36之凸緣部36b的內徑係設為小於補強環39之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合之方式將補強環39安裝至短路環5的內周面及補強罩36之凸緣部36b的內周面。
接著，將轉子鐵芯1的內周面及補強環39的內周面一併利用車床切削加工，俾使之內徑相等。此時，轉子鐵芯1的內徑與補強環39的內徑係設為小於轉子軸2之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合同時地將轉子鐵芯1與補強環39安裝至轉子軸2，而完成籠型馬達的轉子300。
本實施形態之籠型馬達的轉子300亦藉由補強環39與補強罩36之各者，在短路環5之內周面側、外周面側、及端面側之三方向限制因溫度上升及離心力負載之至少一方造成之短路環5的膨脹變形，故壓縮應力係恆常地作用於短路環5，而使短路環5中之馬達啟動時與停止時之應力的差縮小。
因此，本實施形態之籠型馬達的轉子300亦可縮小馬達之反覆啟動與停止之情形下產生在短路環5之應力的振幅，使短路環5之金屬疲勞的壽命提升。
本實施形態之籠型馬達的轉子300，由於可從短路環5與補強環39之間的熱嵌合限度之設定值，推測作用於短路環5之壓縮應力，而能夠因應籠型馬達之規格而調整施於短路環5之應力的振幅，故具有即使轉子尺寸、轉數等之規格不同，亦可對短路環5保持充分之金屬疲勞之壽命的優點。
本實施形態之籠型馬達的轉子300，由於補強罩36以熱嵌合安裝至短路環5之外周面，且補強罩36之軀幹部36a的內周面與短路環5的外周面接觸，故補強罩36具有保持環之功能，抑制因溫度上升造成之往短路環5之徑方向外側的熱膨脹變形。此外，補強環39以熱嵌合安裝至短路環5與補強罩36之凸緣部36b的內周面。
亦即，補強罩36之軀幹部36a的內周面以短路環5施壓，且補強罩36之凸緣部36b的內周面以補強環39施壓。此外，補強環39的外周面以短路環5與補強罩36的凸緣部36b加以緊固。
因此，以熱嵌合將轉子鐵芯1與補強環39安裝於轉子軸2之情形，即使加熱至預定以上，或者，即使轉子300因籠型馬達之驅動而達高溫，均可防止補強罩36及補強環39鬆動而脫落或位置偏移。
此外，由於補強罩36具有保持環之功能，
可省略保持環，故可使減少構件數量。
此外，由於補強罩36之凸緣部36b無孔，可減少加工時數，故可降低製造成本。
此外，由於在補強罩36及補強環39之安裝前，可確認短路環5之內周面、外周面、及軸方向端面，故短路環5之鑄造品質的檢測容易。
另外，本實施形態之籠型馬達的轉子中，利用熱嵌合所安裝之構件亦可藉由迫緊等其他之緊固方法來安裝。亦即，只要可緊配嵌合地安裝即可。
第9圖係本發明之實施形態4之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第10圖係於第9圖之本發明之實施形態4之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及D-D剖面之示意圖(b)。
第10圖係顯示本實施形態之籠型馬達的轉子400之整體部分之平面與剖面。
如第9圖與第10圖所示，本實施形態之籠型馬達的轉子400係具備：積層電磁鋼板而形成之圓筒狀的轉子鐵芯1；填充於各個朝軸方向貫穿轉子鐵芯1並且按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之複數個槽孔1a的導體條4；與各導體條4之端部連接的短路環5；與短路環5之軸方向端面接觸並且在中心部具有孔的補強罩46；
以及安裝轉子鐵芯1的轉子軸2。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子400中，短路環5係與按轉子鐵芯1之圓周方向以固定間隔配置之全部的導體條4形成為一體之物，且在各導體條4之兩方的端部，與轉子鐵芯1之軸方向之端面接觸而配置。
補強罩46係具有軀幹部46a及凸緣部46b的圓筒體，且與圓筒體之圓周方向垂直之剖面的形狀為L字狀，並且安裝於轉子軸2，而該凸緣部46b係從軀幹部46a之軸方向一端側的外周面朝垂直方向突出之環狀者。
此外，補強罩46係軀幹部46a之外周面與短路環5之內周面接觸，軀幹部46a之軸方向內側之端面與轉子鐵芯1之軸方向端面接觸，軀幹部46a之內周面與轉子軸2之外周面接觸，而凸緣部46b之軸方向內側之面與短路環5之軸方向端面接觸。
保持環7係其內周面與短路環5之外周面及補強罩46之凸緣部46b之外周面之各者接觸而設置。
本實施形態之籠型馬達的轉子400，補強罩46係採用非磁性體之不鏽鋼，而其他構件之材質係與實施形態1相同。
接著，說明本實施形態之籠型馬達的轉子400之製造方法之一例。
本實施形態之籠型馬達的轉子400之製造中，將轉子鐵芯1設置於替代軸構件。接著，製作以鋁密封轉子鐵芯1之密封體。接著，在從此密封體切斷鑄口形狀部與熔流
道形狀部之後，拆除替代軸構件。
接著，利用車床切削加工短路環5之內周部。此時，短路環5之內徑係設為小於補強罩46之軀幹部46a之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合將補強罩46安裝至短路環5之內周面。
接著，將補強罩46之凸緣部46b的外周部及短路環5的外周部一併利用車床切削加工，俾使之外徑相等。此時，補強罩46之凸緣部46b的外徑與短路環5的外徑係設為大於保持環7的內徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合將保持環7安裝至相同外徑之補強罩46與短路環5的外周面。
接著，將轉子鐵芯1的內周面及補強罩46的內周面一併利用車床切削加工，俾使之內徑相等。此時，轉子鐵芯1的內徑與補強罩46的內徑係設為小於轉子軸2之外徑達熱嵌合限度量。接著，以熱嵌合同時地將轉子鐵芯1與補強罩46安裝至轉子軸2，而完成籠型馬達的轉子400。
本實施形態之籠型馬達的轉子400亦藉由保持環7及補強罩46之各者，在短路環5之外周面側、內周面側、及端面側之三方向限制因溫度上升及離心力負載之至少一方造成之短路環5的膨脹變形，故壓縮應力係恆常地作用於短路環5，而使短路環5中之馬達啟動時與停止時之應力的差縮小。
因此，本實施形態之籠型馬達的轉子400亦可縮小馬達之反覆啟動與停止之情形下產生在短路環5之應力的振
幅，使短路環5之金屬疲勞的壽命提升。
本實施形態之籠型馬達的轉子400，由於亦可從短路環5與補強罩46之軀幹部46a之間的熱嵌合限度之設定值，推測作用於短路環5之壓縮應力，而能夠因應籠型馬達之規格而調整施於短路環5之應力的振幅，故具有即使轉子尺寸、轉數等之規格不同，亦可對短路環5保持充分之金屬疲勞之壽命的優點。
此外，本實施形態之籠型馬達的轉子400，由於保持環7係以熱嵌合安裝至短路環5與補強罩46之凸緣部46b的外周面，故抑制因短路環5之溫度上升造成之往徑方向外側的熱膨脹變形。此外，補強罩46係以熱嵌合安裝至短路環5之內周面。
亦即，補強罩46之凸緣部46b的外周面係以保持環7加以緊固，而補強罩46之軀幹部46a的外周面係以短路環5加以緊固。
因此，以熱嵌合將轉子鐵芯1與補強罩46安裝於轉子軸2之情形，即使加熱至預定以上，或者，即使轉子400因籠型馬達之驅動而達高溫，均可防止補強罩46鬆動而脫落或位置偏移。
此外，由於補強罩46之凸緣部46b無孔，可減少加工時數，故可降低製造成本。
此外，由於在補強罩46及保持環7之安裝前，可確認短路環5之內周面、外周面、及軸方向端面，故短路環5之鑄造品質的檢測容易。
另外，本實施形態之籠型馬達的轉子中，利用熱嵌合所安裝之構件亦可藉由迫緊等其他之緊固方法來安裝。亦即，只要可緊配嵌合地安裝即可。
第11圖係本發明之實施形態5之籠型馬達的轉子的剖面示意圖。
第12圖係於第11圖之本發明之實施形態5之籠型馬達的轉子中，從箭頭X所示之方向觀看之平面示意圖(a)、及E-E剖面之示意圖(b)。
第12圖係顯示本實施形態之籠型馬達的轉子500之整體部分之平面與剖面。
如第11圖與第12圖所示，本實施形態之籠型馬達的轉子500中，除了補強罩56與短路環55之形狀不同以外，其餘係與實施形態1之籠型馬達的轉子100相同。
如第11圖所示，本實施形態之補強罩56係具有軀幹部56a、第一凸緣部56b、及第二凸緣部56d之圓筒體，且安裝於轉子軸2，該第一凸緣部56b係從軀幹部56a之軸方向一端側的外周面朝垂直方向突出之環狀者，而該第二凸緣部56d係從軀幹部56a之軸方向另一端側的外周面朝垂直方向突出之環狀者。
並且，在第一凸緣部56b之對向導體條4之部分，形成有插入短路環55之軸方向突出部55a的短路環突出部插
入孔56c。
第一凸緣部56b係位於軀幹部56a之軸方向之外側，而第二凸緣部56d係位於軀幹部56a之軸方向之內側。
並且，從軀幹部56a之外周面起至第二凸緣部56d之外周面為止之距離，係小於從軀幹部56a之外周面起至第一凸緣部56b之外周面為止之距離，並且小於徑方向中自軀幹部56a之外周面起至導體條4之最內側之位置為止的距離。
本實施形態之籠型馬達的轉子500係具有與實施形態1之籠型馬達的轉子100相同之效果。
再者，由於補強罩56具有第一凸緣部56b及第二凸緣部56d，故當熱膨脹率較其他部分大之鋁製的短路環55因溫度上升而膨脹時，補強罩56之第一凸緣部56b之部分係以短路環55加以保持。並且，短路環55因冷卻而收縮時，補強罩56之第二凸緣部56d之部分係以短路環55加以保持。
亦即，本實施形態之籠型馬達的轉子500，不僅在溫度上升時、即使在籠型馬達停止而轉子冷卻時，補強罩56亦在軸方向適當地受到短路環55加以保持。
本實施形態之補強罩56，由於自軀幹部56a之外周面起至第二凸緣部56d之外周面為止之距離，係小於自軀幹部56a之外周面起至第一凸緣部56b之外周面為止之距離，且小於徑方向中自軀幹部56a之外周面起至導
體條4之最內側之位置之距離，故藉由鑄造而將導體條4與短路環55一體成型時，不會使第二凸緣部56d阻礙熔態金屬的流通。
第13圖係本發明之實施形態6之籠型馬達之側面示意圖。
第13圖係透視籠型馬達600之上半部分之框體64之圖。
如第13圖所示，本實施形態6之籠型馬達600係具備：轉子61、配設於轉子61之外側的定子62、以及框體64。定子62之內周面與轉子61之外周面係設置固定之空隙而相對。
此外，轉子61之轉子軸63係可旋轉地保持於設置在框體64之軸方向之兩端的各端壁部65的軸承66。
並且，本實施形態之籠型馬達600中，轉子61係採用實施形態1至實施形態5中任一實施形態之轉子。
本實施形態之籠型馬達600中，由於轉子61係採用實施形態1至實施形態5中任一實施形態之轉子，故可降低產生在使用中的轉子之不良影響而可靠性優良。
另外，本發明在其發明之範圍內，可自由組合各實施形態，或適當地變形、省略各實施形態。
本發明之籠型馬達的轉子，由於使短路環
之金屬疲勞的壽命提升，並且可防止補強罩脫落或位置偏移，故可適用於要求可靠性之高速旋轉的籠型馬達。採用此轉子之籠型馬達係可用於反覆運轉之頻度較多之機械。
1‧‧‧轉子鐵芯
1a‧‧‧槽孔
2‧‧‧轉子軸
4‧‧‧導體條
5‧‧‧短路環
5a‧‧‧突出部
6‧‧‧補強罩
6a‧‧‧軀幹部
6b‧‧‧凸緣部
7‧‧‧保持環
100‧‧‧籠型馬達的轉子
Claims (12)
- 一種籠型馬達的轉子，係具備：導體條，填充於朝軸方向貫穿轉子鐵芯並且於前述轉子鐵芯之圓周方向以固定間隔配置的複數個槽孔之各者；短路環，與各前述導體條之端部連接；以及補強罩，軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸，並且在中心部具有孔；其中，前述導體條與前述短路環係以鑄造形成之一體物；前述補強罩係具有軀幹部及環狀之凸緣部之圓筒體，該凸緣部係從前述軀幹部之軸方向一端側之外周面朝垂直方向突出者；前述軀幹部之外周面與前述短路環之內周面接觸，前述凸緣部將軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸；保持環係將其內周面接觸於前述凸緣部之外周面與前述短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝。
- 如申請專利範圍第1項所述之籠型馬達的轉子，其中，前述補強罩係以前述短路環所鑄接；而前述凸緣部係在於與前述導體條相對向之部分，形成有短路環突出部插入孔。
- 如申請專利範圍第1項所述之籠型馬達的轉子，其中，前述短路環係緊配嵌合地安裝於前述軀幹部。
- 如申請專利範圍第1項所述之籠型馬達的轉子，其中，前述補強罩之內周面與前述轉子鐵芯之內周面係接觸並緊配嵌合地安裝於轉子軸之外周面。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之籠型馬達的轉子，其中，前述補強罩係具有從前述軀幹部之軸方向之他端側的外周面朝垂直方向突出之環狀的凸緣部。
- 一種籠型馬達，係具備籠型馬達的轉子；及與前述轉子相對向而配置的定子，該籠型馬達的轉子係具備：導體條，填充於朝軸方向貫穿轉子鐵芯並且於前述轉子鐵芯之圓周方向以固定間隔配置的複數個槽孔之各者；短路環，與各前述導體條之端部連接；以及補強罩，軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸，並且在中心部具有孔；其中前述導體條與前述短路環係以鑄造形成之一體物；前述補強罩係具有軀幹部及環狀之凸緣部之圓筒體，該凸緣部係從前述軀幹部之軸方向一端側之外周面朝垂直方向突出者；前述軀幹部之外周面與前述短路環之內周面接觸；前述凸緣部係將軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸；保持環係將其內周面接觸於前述凸緣部之外周面與前述短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝。
- 一種籠型馬達的轉子，係具備：導體條，填充於朝軸方向貫穿轉子鐵芯並且於前述轉子鐵芯之圓周方向以固定間隔配置的複數個槽孔之各者；短路環，與各前述導體條之端部連接；以及補強罩，軸方向之面與前述短路 環之軸方向端面接觸，並且在中心部具有孔；其中，前述導體條與前述短路環係以鑄造形成之一體物；前述補強罩係平面形狀與前述短路環之軸方向之端面形狀為相同之甜甜圈盤狀，並且在與前述導體條相對向之部分形成有短路環突出部插入孔；補強環係將其外周面接觸於前述補強罩之內周面與前述短路環之內周面且緊配嵌合地被安裝；保持環係將其內周面接觸於前述補強罩之外周面與前述短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝。
- 如申請專利範圍第7項所述之籠型馬達的轉子，其中，前述補強環之內周面與前述轉子鐵芯之內周面係接觸於轉子軸之外周面且緊配嵌合地被安裝。
- 一種籠型馬達，其係具備籠型馬達的轉子；及與前述轉子相對向而配置的定子，該籠型馬達的轉子係具備：導體條，填充於朝軸方向貫穿轉子鐵芯並且於前述轉子鐵芯之圓周方向以固定間隔配置的複數個槽孔之各者；短路環，與各前述導體條之端部連接；以及補強罩，軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸，並且在中心部具有孔；其中，前述導體條與前述短路環係以鑄造形成之一體物；前述補強罩係平面形狀與前述短路環之軸方向之端面之形狀同為之甜甜圈盤狀，並且在與前述導體條相對向之部分形成有短路環突出部插入孔；補強環係將其外周面接觸於前述補強罩之內周面 與前述短路環之內周面且緊配嵌合地被安裝；保持環係將其內周面接觸於前述補強罩之外周面與前述短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝。
- 一種籠型馬達的轉子，係具備：導體條，填充於朝軸方向貫穿轉子鐵芯並且於前述轉子鐵芯之圓周方向以固定間隔配置的複數個槽孔之各者；短路環，與各前述導體條之端部連接；以及補強罩，軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸，並且在中心部具有孔；其中，前述導體條與前述短路環係以鑄造形成之一體物；前述補強罩係具有軀幹部及環狀之凸緣部之圓筒體，該凸緣部係從前述軀幹部之軸方向一端側之內周面朝垂直方向突出者，且前述補強罩係將前述凸緣部之軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸並且將前述軀幹部之內周面接觸於前述短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝；補強環係將其外周面接觸於前述凸緣部之內周面與前述短路環之內周面且緊配嵌合地被安裝。
- 如申請專利範圍第10項所述之籠型馬達的轉子，其中，前述補強環之內周面與前述轉子鐵芯之內周面係接觸於轉子軸之外周面且緊配嵌合地被安裝。
- 一種籠型馬達，係具備籠型馬達的轉子；及與前述轉子相對向而配置的定子，該籠型馬達的轉子係具備：導體條，填充於朝軸方向貫穿轉子鐵芯並且於前述轉子鐵芯之圓周方向以固 定間隔配置的複數個槽孔之各者；短路環，與各前述導體條之端部連接；以及補強罩，軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸，並且在中心部具有孔；其中，前述導體條與前述短路環係以鑄造形成之一體物；前述補強罩係具有軀幹部及環狀之凸緣部之圓筒體，該凸緣部係從前述軀幹部之軸方向一端側之內周面朝垂直方向突出者，且前述補強罩係將前述凸緣部之軸方向之面與前述短路環之軸方向端面接觸並且將前述軀幹部之內周面接觸於前述短路環之外周面且緊配嵌合地被安裝；補強環係將其外周面接觸於前述凸緣部之內周面與前述短路環之內周面且緊配嵌合地被安裝。
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