WO1997003490A1 - Rotor a cage - Google Patents

Description

明 細 書

籠形回転子

技 術 分 野

本発明は、 高速回転時での端絡環の変形を防止するだ めの補強部材を備えた、 誘導電動機の籠形回転子に関 ^

Ό。

B 、 技

近年、 特に工作機械の分野では、 機械の加工能力を向 上させるために、 主軸駆動用のス ピン ドルモー夕の高速 化及び高出力化が進め られて いる。 ス ピン ドルモー夕 と して一般に使用 される誘導電動機には、 積層コアの外周 面近傍で軸心方向へ貫通形成された複数の孔に配置され る複数の導体棒と、 積層コ アの軸方向両端でそれら導体 棒を相互に連結する一対の端絡璟とからなる導体部分を、 錶造工程によ り 一体成形 してなる籠形回転子を備えたも のがある。 このよ う な籠形回転子を備えた誘導電動機を 高速化する と、 高速回転時の遠心力によって端絡璟が撓 んだ り破壊さ れた り するおそれがある。

そ こで、 鉄やステ ン レ ス等の高剛性材料からなる別体 の補強部材を、 各端絡璟を包囲 して回転子に固定配置す る こ と に よ り、 端絡環の変形を防止 した高速回転用の籠 形回転子が知 られて い る。 なお、 端絡環の 「変形」 と い う用語は、 こ こ では弾性変形、 塑性変形、 破壊、 破断等 に よっ て端絡環の形や状態が一時的又は恒久的に変わる こ と を意味する ものである。 従来、 高速用籠形回転子の端絡環補強部材と して、 端 絡璟の筒状部分の外周面を被覆する筒状壁部と端絡環の 外側面を被覆する環状の端壁部と を備えた断面略 L字状 の環状要素か らなる ものが知 られて いる。 この補強部材 によれば、 遠心力によ る端絡環の変形 （半径方向の変形） はその筒状壁部によ って防止される。 しか し、 この筒状 壁部はその基端が端壁部の外周縁に結合 しているが先端 は自由端になっ て いるので、 軸が高速回転する と遠心力 に よ り この筒状壁部自体が半径方向外方へ撓み、 端絡環 を支持できな く なる と い う 問題があった。

このよ うな問題を解決する もの と して、 1方向を関口 した断面 U字状 （その開口側は回転軸側に向け られる ） の環状要素か らなる端絡璟補強部材を備えた籠形回転子 が、 特開平 6 — 1 0 5 5 1 1号公報に開示されている。 こ れを図 6 A及び図 6 Aの E — E の線に沿ってみた端面 図である図 6 B によ り 説明する と、 この補強部材 1 2 2 は、 端絡璟 1 2 0の外周面を被覆する筒状部分 1 2 6 と、 筒状部分 1 2 6 の軸方向一端緣か ら半径方向内側に延長 されて端絡璟 1 2 0 の軸心方向外端面を被覆する端壁部 1 3 0 と、 筒状部分 1 2 6 の軸方向他端縁から半径方向 内側に延長されて積層コ ア 1 1 4 と端絡環 1 2 0 との間 に挟持さ れる多孔壁部 1 2 8 とを一体に備える。

多孔壁部 1 2 8 には、 導体棒 1 1 8 を配置する積層コ ァ 1 1 4 の複数の穴 1 1 6 に対応 して複数の穴 1 3 2が 設け られる。 この補強部材 1 2 2 を、 積層コア 1 1 4の 穴群 1 1 6 と多孔壁部 1 2 8 の穴群 1 3 2 とが整列する よ う に積層コ ア 1 1 4 の铀方向両端に配置 した状態で、 導体棒 1 1 8及び端絡環 1 2 0 を一体的に鎵造成形する こ と によ り、 各補強部材 1 2 2が積層コア 1 1 4及び端 絡璟 1 2 0 に固定的に連結される。 .

このよ うな構成によれば、 補強部材 1 2 2 の筒状部分 1 2 6 は端壁部 1 3 0 及び多孔壁部 1 2 8 を介 して両端 支持されるので、 毎分数万回転に達する超高速回転時に も、 補 部材 1 2 2 はそれ自体の変形を生 じる こ とな く、 遠心力による端絡璟 1 2 0 の変形を防止する こ とができ る。

特開平 6 - 1 0 5 δ 1 1 号公報に開示された籠形回転 子の端絡璟補強部材 1 2 2 は、 鉄、 ステ ン レス等の'高強 度金属材料の丸棒か ら、 切断、 切削等の機械加工によつ て前述の よ う な形状に成形される。 この と き、 丸棒から 半加工さ れた環状ブラ ン クの中心穴の周壁に沿って、 内 周側に開口する環状凹部が中 ぐ り され、 それによ り 断面 略 U字状の、 筒状部分 1 2 6、 端壁部 1 3 0及び多孔壁 部 1 2 8 の一体物が形成される。 さ ら に、 多孔壁部 1 2 8 に複数の孔 1 3 2 があけ られる。

この よ う な成形工程にお いては、 補強部材 1 2 2の内 周側に開口する環状凹部を中 ぐ り する段階の加工精度を 許容範固 に維持する こ とが、 特にステン レス等の高強度 金属材料を用 いる場合に困難であ り、 この加工精度を維 持 しょ う とする補強部材の製造コス トが高騰する傾向が あった。 毎分数万回転 （ 回転子の外径にもよるが、 例え ば 3 0 0 0 0 r p m以上） に達する超高速回転を要求さ れる籠形回転子には、 コス ト を度外視しても上記補強部 材 1 2 2 を使用する こ とが望まれるが、 超高速に至 らな い高速回転領域 （回転子の外径にもよるが、 例えば 1 5 0 0 0 r p m〜 3 0 0 0 0 r p m ) ではこのよ うな補強 部材 1 2 2 は過剰設備とな り、 コ ス トの増加が問題とな る。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 高速回転時に遠心力による端絡環の 変形を防止でき、 しかも機械加工が容易な端絡璟補強部 材を備え、 以て高い信頼性を有した誘導機を低コス トで 生産可能にする籠形回転子を提供するこ と にある。

上記目的を達成するため、 本発明の籠形回転子は、 回 転軸と、 回転軸に固定連結される磁性薄板を多数積層 し た積層コア と、 積層コ アに設けられた複数の貫通孔に配 置される複数本の導体棒と、 該積層コアの軸心方向両端 部に配置され、 該導体棒を相互に連結する一対の端絡環 とからなる籠形回転子において、 上記端絡環には、 積層 コ アの中心貫通孔の径と珞同一の内径を有する管状部分 と、 この管状部分の軸心方向一端から に半径方向外側に 広がる環状の端壁と、 上記管状部分の軸心方向他端から 半径方向外側に広がる環状の係止壁とがそれぞれ一体的 に形成さ れた補強部材が設け られて、 上記補強部材を構 成する管状部分は上記端絡璟と上記回転軸と に挟まれ、 上記璟状の端壁は上記端絡璟の軸心方向外端面のほぼ全 域を被覆 し、 ま た、 上記環状の係止壁は上記積層コアと 上記端絡環と に挟ま れた状態となる よう に して いる。

望ま し く は、 上記補強部材は、 その環状の端壁に、 そ の外周緣から、 管状部分の軸心と平行な方向に相手側の 補強部材の方に向かってわずかな距離だけ延びた管状の 延長部が、 その環状端壁と一体的に形成される。

以上の構成を もつ本発明の籠形回転子は、 高速回転時 の遠心力 によ る端絡環のの内周縁部分が軸に沿って半径 方向外方へめ く れ上がるよ う な撓曲を防止する こ とがで き る端絡環補強部材を備える こ と になる。 また、 その端 絡璟補強部材を機械加工する こ と も容易にでき る。 した がって、 本発明の蘢形回転子を使用 して、 高い構造信頼 性を有 した高速誘導機を ί氐コス 卜 で生産する こ とが可能 となる。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 1 は本発明に係る蘢形回転子の一部断面正面図であ 、

図 2 は図 1 の線 1 1 - 1 1に沿った籠形回転子の断面図で あ り、

図 3 は図 1 の線 1 1 1 - I I Iに沿った籠形回転子の断面図 であ り、

図 4 Αは補強部材の端面図であ り、

図 4 B は図 4 Aの線 a _ a に沿った補強部材の側面図 であ り、 図 5 は図 1 の籠形回転子の製造工程の一例を示す一部 断面正面図であ り、

図 6 A従来技術に よ る補強部材の断面図であ り、 そ し て、

図 6 B は図 6 Aの線 1 1一 1 1に沿った補強部材の端面図 である。

発 明 を 実施 す る た め の最良の 形態 まず、 本発明の 1 つの実施形態による籠形回転子を図 1 〜図 3 を参照 して説明する。

籠形回転子 1 0 は、 回転軸 1 2 と、 回転軸 1 2 に固定 連結される、 珪素鋼板等の磁性薄板を多数積層 した積層 コ ア 1 6 と、 積層コア 1 6 に設けられた複数の軸心方向 の貫通孔 1 8 に配置さ れる複数本の導体棒 2 0 と、 該積 層コア 1 6 の軸心方向両端部に配置され、 該導体棒 2 0 を相互に違結する一対の端絡環 2 2 とからなる。

積層 コ ア 1 6 にはその軸心と同心に中央貫通孔 1 4が 形成さ れ、 そ こ に回転軸 1 2 が貫通する。 さ ら に、 積層 コア 1 6 には、 図 2 に示さ れるよ う に、 その外周部に近 接 して周方向等間隔に、 軸心方向に延びる複数の周辺貫 通孔 1 8 が形成されて いる。 これら周辺貫通孔 1 8 には 導体棒 2 0が嵌合する。 周辺貫通孔 1 8 に嵌合 した導体 棒 2 0 の 1 端及び他端は共にその周辺貫通孔 1 8 から外 に出て、 リ ング状を した端絡環 2 2 と一体結合されてい る。 すなわち、 1 対の端絡璟 2 2 を介して複数の導体棒 2 0 を相互に機械的にかつ電気的に連結 している。 後述 するよ う に、 複数本の導体棒 2 0 と 1 対の端絡環 2 2 と を一体成形する こ と に よ り 導体部分が形成される。

—対の端絡璟 2 2 は、 積層コア 1 6 を挟むよ う な形で 対向配置される。 その状態の端絡環 2 2 は、 その中心が 積層コア 1 6 の中央貫通孔 1 4の軸心と一致して いる。

複数本の導体棒 2 0 と一対の端絡環 2 2 とは、 例えば アルムニゥム、 銅等の電気良導性金属材料からダイ カス ト等の鏡造工程を経て一体成形されるが、 成形 （鎵造） が完了時点では、 積層コ ア 1 6 の周辺貫通孔 1 8 に導体 棒 2 0 が嵌合 し且つ一対の端絡環 2 2 によって積層コア 1 6 が挟ま れた状態となる。

なお、 導体棒 2 0 は、 電動機の作動中の トルクむらを 低減するために、 周知のよ う に軸線に関 し傾斜して配置 さ れて も よ い。 ま た、 導体棒 2 0 の断面形状 （すなわち 周辺貫通孔 1 8 の断面形状〗 は、 図示の円形以外の様々 な形状を採る こ とができ る。

次に補強部材 2 4 の構造について図 4 A及び図 4 B を 参照 して説明する。

補強部材 2 4 は、 積層コ ア 1 6 の中心貫通孔 1 4の径 と略同一の内径を有する管状部分 2 6 と、 この管状部 2 6 の軸心方向一端か ら に半径方向外側に広がった環状の 端壁 2 8 と、 その管状部分 2 6 の軸心方向他端か ら半径 方向外側に広がつた璟状の係止壁 3 0 とがそれぞれ一体 に形成さ れたものである。 上記端壁 2 8 の外径は積層コ ァ 1 6 の外径と ほぼ一致 し、 また、 係止壁 3 0 の外径は. 1 対の補強部材 2 4 でもって積層コア 1 6 の両端緣を挟 んだと き にその積層コ ア 1 6 に形成された複数の周辺貫 通孔 1 8 をこの係止壁 3 0 でもって塞いで しまわない程 度の大き さ とする。

この捕強部材 2 4 は、 鉄、 ステン レス等の高剛性材料 か ら切断、 切削等の機械加工によ り成形される。 さ ら に、 好ま し く は環状端壁 2 8の外周縁からは、 管状部分 2 6 の軸心と平行な方向に内側に向かってわずかな距離だけ 延びた管状の延長部 3 2が、 環状端壁 2 8 と一体的に形 成されて いる。

後述する鑌造工程によ り、 複数の導体棒 2 0 及び一対 の端絡環 2 2 からな る導体部分を一体成形する と、 各補 強部材 2 4 の う ち、 筒状部分 2 6 はその外周面で端絡環 2 2 の内周面を被覆 し、 環状端壁 2 8 は端絡璟 2 2 の外 側面を被覆 し、 璟状係止壁 3 0 は積層コア 1 6 の軸心方 向端面と端絡璟 2 2 との間に挟持され、 また、 延長部 3 2 は端絡環 2 2の外周面に部分的に係合する （図 1参照） c ま た、 回転軸 1 2 に積層コア 1 6 を嵌着する と、 各補強 部材 2 4 の筒状部分 2 6 の内周面は回転軸 1 2 に接触す る。 すなわち、 補強部材 2 4 の筒状部分 2 6 は回転軸 1 2 と端絡璟 2 2 と に挟まれる。

このよ う な補強部材 2 4 の構成によれば、 複数の導体 棒 2 0 及び一対の端絡璟 2 2 からなる導体部分の鑲造成 形にあたって は、 各補強部材 2 4 は環状係止壁 3 0 を介 して積層コア 1 6 に固定的に支持され、 かつ筒状部分 2 6 を介 して回転軸 1 2 に特に半径方向へ固定的に支持さ れる。 その結果、 補強部材 2 4の環状端壁 2 8 は、 端絡 環 2 2 の外側面を被覆 して、 高速回転時の遠心力による 端絡璟 2 2 の、 特に内周緣部分のめ く れ上がり のよ う な 撓曲を防止する。 こ こで、 端絡環 2 2の外周面に部分的 に係合する補強部材 2 4の延長部 3 2 は、 環状端壁 2 8 が外緣領域で軸心方向外側へ撓むの防止するために有効 に働 く。

補強部材 2 4 によ る このよ うな端絡環補強作用は、 籠 形回転子' 1 0が毎分数万回転の超高速回転には至 らない 高速回転領域で使用 さ れる限り において、 端絡環 2 2の 変形を確実に防止する こ とができるものである。 しかも この補強部材 2 4 は、 半径方向外側に開口 した断面 L字 状の環状構造物の形を呈 して いるので、 管状部分 2 6、 環状の端壁 2 8 及び環状の係止壁 3 0 を形成すための切 削加工が、 その環状構造物の外周側から工具刃先を当て る こ と に よ り、 容易に実施でき、 製造コス トの高騰を抑 制する こ とができる。

次に図 5 を参照 して、 籠形回転子 1 0 の製造工程の一 例を説明する。 まず、 中心貫孔 1 4及び周辺貫通孔 1 8 に対応する各開口を備えるべ く 円板状に打抜かれた複数 の磁性薄板を積層 し、 例えばか しめによ り相互に仮固定 して積層コア 1 6 を形成する。 次いで各補強部材 2 4 を. それ らの環状係止壁 3 0 を積層コア 1 6 の各端面に当接 させた状態で、 積層コ ア 1 6 に同心状に配置する。 この と き、 積層コ ア 1 6 の両端面、 並びに両補強部材 2 4の 筒状部分 2 6、 環状端壁 2 8 及び環状係止壁 3 0 によつ て、 積層コア 1 6 の軸心方向両端に半径方向外方へ関口 する環状空間 3 4がそれぞれ形成される。

前述のよ う に、 補強部材 2 4の環状係止壁 3 0の外径 は、 積層コア 1 6 の複数の周辺貫通孔 1 8 を塞ぐ程大き く はないので、 環状係止壁 3 0 は積層コア 1 6 の両端面 における複数の周辺貫通孔 1 8の開口を些かも縮小する こ とがな い。 したがって両環状空間 3 4 は、 積層コア 1 6 の複数の周辺貫通孔 1 8 に、 流体の円滑な流通が可能 なよ う に連通される。

このよ う に各褙強部材 2 4 を積層コア 1 6 の軸心方向 両端に配置 した状態で、 積層コア 1 6 及び各補強部材 2 4 を治具 3 6 によ り 一体的に支持 して、 型 3 8 の鎵造空 間に収容 し、 錶造を実施する。 この と き一方の補強部材 2 4が、 型 3 8 の湯口 4 0 側に配置され、 環状空間 3 4 が湯口 4 0 に連通さ れる c. ま た錄造時の湯流れを安定化 するために、 反湯口側に配置される他方の補強部材 2 4 は、 積層コア 1 6 の複数の周辺貫通孔 1 8 の各々 に対向 する環状端壁 2 8 の各部位に、 空気抜き用の小孔 4 2 を 備える こ とが好ま し い （図 4参照） 。

錶造を実施する と、 溶融アル ミ ニウム等の溶湯は例え ば加圧下で、 湯口 4 0 か ら環状空間 3 4 に流れ込み、 次 いで積層コア 1 6 の複数の周縁貫通孔 1 8 に流入 し、 さ ら に反湯口側の環状空間 3 4 に流入する。 その状態で溶 湯が固化 して、 複数の導体棒 2 0 及び一対の端絡環 2 2 か らなる導体部分が一体成形される （図 1 ) 。 鎳造の完 了 した積層コ ア 1 6 は、 治具 3 6 と共に型 3 8から取出 され、 次いで治具 3 6 が取外される。 このよ う に して、 導体部分の鎳造成形に よ り 一体化された積層コア 1 6 及 び一対の補強部材 2 4 を、 例えば焼き嵌めによ り 回転軸 1 2 (図 1 ) に固定 して、 図 1 の籠形回転子 1 0が形成 される。

Claims

請 求 の 範 囲

回転軸と、 回転軸に固定連結される磁性薄板を多数 積層 した積層コア と、 憒層コアに設け られた複数の貫 通孔に配置される複数本の導体棒と、 該積層コアの軸 心方向両端部に配置され、 該導体棒を相互に連結する

—対の端絡環とか らなる籠形回転子において、

上記端絡環には、

積層コアの中心貫通孔の径と略同一の内径を有す る管状部分と、 この管状部分の軸心方向一端から に半 径方向外側に広がる環伏の端壁と、 上記管状部分の軸 心方向他端から半径方向外側に広がる環状の係止壁と がそれぞれ一体的 に形成さ れた補強部材が設け られて、 上記補強部材を構成する管状部分は上記端絡環と 上記回転軸と に挟ま れ、 上記環状の端壁は上記端絡環 の軸心方向外端面のほぼ全域を被覆し、 また、 上記環 状の係止壁は上記積層 コア と上記端絡環と に挟まれた 状態となる こ とを特徴とする、 上記の籠形回転子。

. 上記補強部材は、 その環状の端壁に、 その外周縁か ら、 管状部分の軸心と平行な方向に相手側の補強部材 の方に向かってわずかな距離だけ延びた管状の延長部 が、 その環状端壁と一体的に形成されて いる、 請求の 範囲第 1 項記載の籠形回転子。

. 回転軸を挿通させる中央貫通孔に対応する位置及び 半径の 1 つの穴と、 導体棒を挿通させる周辺貫通孔に 対応する位置及び半径の複数個の穴と を形成 した同形 多数枚の磁極薄板を相互に固定 して積層コアを形成 し、 積層コアの中心貫通孔の径と略同一の内径を有する 管状部分と、 この管状部分の軸心方向一端から に半径 方向外側に広がる璟状の端壁と、 上記管状部分の軸心 方向他端か ら半径方向外側に広がる環状の係止壁とが それぞれ一体的に形成さ れた補強部材を 1対作成 し、 各補強部材を、 その璟状の端壁が積層コアの軸心方 向端面と当接 し且つ管状部分の軸心が積層コアの軸心 と一致する よ う に配置 して、 1 対の補強部材及び積層 コ.ァを治具によ り 一体的に固定支持し、 もって、 積層 コアの軸心方向両端面と各補強部材との間にそれぞれ 環状の空間を形成 し、

治具によ り積層コ ア と と も に固定された一対の補強 部材の内の一方に形成さ れた環状の空間に湯口を連通 し、

溶融アル ミ 二ユ ウ ム等の溶湯を湯口か ら一方の環状 空間 に流 し込み、 溶湯を さ ら にこの環状空間から周辺 貫通孔に流入させ、 さ ら に、 他方の環状空間に流させ る、

以上の諸段階を含む籠形回転子の製造方法。