WO2018055701A1 - 誘導電動機の回転子及び誘導電動機 - Google Patents

誘導電動機の回転子及び誘導電動機 Download PDF

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WO2018055701A1
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end ring
reinforcing member
induction motor
peripheral portion
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大輝 守屋
由晴 ▲高▼島
慎次郎 山根
佳樹 岡田
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an induction motor rotor and an induction motor.
  • a rotor of an induction motor disclosed in Patent Document 1 includes a rotor core that is a stratified core, a shaft that penetrates the rotor core, a conductor bar that is a cage bar that penetrates the rotor core, and a rotor core.
  • An end ring that is an annular short-circuit ring provided at a position spaced apart from the end of the first ring, a first reinforcing member that is an annular support ring provided between the end ring and the shaft, and an outer peripheral portion of the end ring And a second reinforcing member that is an annular shrink-fitted ring.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a rotor of an induction motor that can suppress a decrease in service life.
  • the rotor of the induction motor includes a rotor core, a conductor bar passing through the rotor core in the axial direction of the center axis of the rotor core, An annular end ring provided at an end of the core and connected to a conductor bar protruding from the end of the rotor core, and an annular first ring provided between the rotor core and the end ring and in contact with the end ring A reinforcing member.
  • the first reinforcing member is formed with an insertion hole into which a conductor bar protruding from the end of the rotor core is inserted.
  • the rotor of the induction motor according to the present invention has an effect of suppressing a decrease in the life of the rotor.
  • Sectional drawing of the induction motor which concerns on embodiment of this invention Sectional drawing of the rotor of the induction motor which concerns on embodiment of this invention III-III arrow sectional view shown in FIG. 2 is a perspective view of the end ring shown in FIG. The perspective view of the 2nd reinforcement member shown in FIG. The side view seen from the opposite side to the rotor core of the 1st reinforcement member shown in FIG. VII-VII arrow sectional view shown in FIG. Side view of a comparative example for the first reinforcing member shown in FIG. IX-IX arrow cross-sectional view shown in FIG.
  • the figure for demonstrating the state of an end ring when the rotational speed changes in the rotor of the induction motor which concerns on embodiment of this invention.
  • the figure for demonstrating the 2nd modification of the rotor of the induction motor which concerns on embodiment of this invention The figure for demonstrating the modification of the 1st reinforcement member with which the rotor of the induction motor which concerns on embodiment of this invention is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an induction motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of the rotor of the induction motor according to the embodiment of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along arrow III-III shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the end ring shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view of the second reinforcing member shown in FIG. 6 is a side view of the first reinforcing member shown in FIG. 2 as viewed from the side opposite to the rotor core.
  • 7 is a cross-sectional view taken along arrow VII-VII shown in FIG.
  • the stator 1 includes a stator 200 and a rotor 100 provided inside the stator 200.
  • the stator 200 includes a cylindrical housing 210 and a stator core 220 provided inside the housing 210.
  • the stator core 220 is configured by laminating a plurality of thin plates punched in an annular shape from a magnetic steel sheet base material (not shown) in the axial direction D1 of the central axis AX of the rotor core 1.
  • the plurality of thin plates are fixed to each other by caulking, welding, or bonding.
  • a plurality of coils 230 are arranged on the stator core 220.
  • the coil end on one end side of the coil 230 in the axial direction D1 protrudes from the one end surface of the stator core 220 in the axial direction D1.
  • the coil end on the other end side of the coil 230 in the axial direction D1 protrudes from the other end surface of the stator core 220 in the axial direction D1.
  • the rotor 100 includes a cylindrical rotor core 1 and a shaft 2 that penetrates the through hole 1 a of the rotor core 1.
  • the rotor core 1 is provided near the outer peripheral surface of the rotor core 1, and is disposed in each of the plurality of core slots 5 arranged in the direction D2 around the central axis AX of the rotor core 1 and the plurality of core slots 5.
  • a conductor bar 6 penetrating the rotor core 1 in the axial direction D1.
  • the rotor 100 includes an annular end ring 3-1 provided at one end 1b1, which is one end of the rotor core 1 in the axial direction D1, and between the rotor core 1 and the end ring 3-1.
  • An annular first reinforcing member 4-1 provided in contact with the end ring 3-1 and an annular end ring 3 provided at the other end 1 b 2 which is the other end of the rotor core 1 in the axial direction D 1.
  • -1 and an annular first reinforcing member 4-2 provided between the rotor core 1 and the end ring 3-2 and in contact with the end ring 3-2.
  • One end 6a of a conductor bar 6 protruding from one end 1b1 of the rotor core 1 is connected to the end ring 3-1.
  • the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 is in contact with the first reinforcing member 4-1.
  • an inclined surface 3e is formed on the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 at a portion near the end portion 3d on the side opposite to the rotor core 1 of the end ring 3-1. Is done.
  • the inclined surface 3e of the end ring 3-1 has a shape that widens from the rotor core 1 toward the end ring 3-1 in the axial direction D1.
  • the other end 6b of the conductor bar 6 protruding from the other end 1b2 of the rotor core 1 is connected to the end ring 3-2.
  • the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-2 is in contact with the first reinforcing member 4-2.
  • an inclined surface 3e is formed at a portion near the end portion 3d on the side opposite to the rotor core 1 of the end ring 3-2.
  • the inclined surface 3e of the end ring 3-2 has a shape that widens from the rotor core 1 toward the end ring 3-2 in the axial direction D1.
  • the end rings 3-1 and 3-2 have the inclined surface 3 e so that the inner diameter increases in the axial direction D 1 as the distance from the first reinforcing members 4-1 and 4-2 increases.
  • the reason why the inclined surface 3e is formed on the end ring 3-1 and the end ring 3-2 will be described later.
  • the first reinforcing member 4-1 is formed with an insertion hole 4 a for inserting the conductor bar 6 protruding from the one end 1 b 1 of the rotor core 1.
  • the first reinforcing member 4-2 has the insertion hole 4 a of the rotor core 1.
  • An insertion hole 4a for inserting the conductor bar 6 protruding from the other end 1b2 is formed.
  • the inner diameter of the insertion hole 4 a formed in each of the first reinforcing member 4-1 and the first reinforcing member 4-2 is equal to the outer diameter of the conductor bar 6.
  • a through hole 4b is formed at the center of each of the first reinforcing member 4-1 and the first reinforcing member 4-2.
  • the shaft 2 passes through the through holes 4 b of the first reinforcing member 4-1 and the first reinforcing member 4-2 and the through holes 1 a of the rotor core 1.
  • the rotor 100 includes a second reinforcing member 5-1 provided on the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1, and a second reinforcing member 5-2 provided on the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-2.
  • the inner peripheral portion 5a of the second reinforcing member 5-1 is in contact with the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1
  • the inner peripheral portion 5a of the second reinforcing member 5-2 is an outer peripheral portion of the end ring 3-2. It is in contact with 3b.
  • end rings 3-1 and the end ring 3-2 are simply referred to as end rings 3-1 and 3-2
  • first reinforcing member 4-1 and the first reinforcing member 4-2 are simply referred to as the first ring.
  • the second reinforcing member 5-1 and the second reinforcing member 5-2 may be simply referred to as the second reinforcing members 5-1 and 5-2.
  • the outer diameters of the first reinforcing members 4-1, 4-2, the second reinforcing members 5-1, 5-2, and the rotor core 1 are equal in size.
  • the width RDW1 between the outer periphery of the first reinforcing members 4-1 and 4-2 and the insertion hole 4a is from the outer periphery of the second reinforcing members 5-1 and 5-2. It is narrower than the width RDW2 to the inner periphery 5a.
  • the width RDW1 of the first reinforcing members 4-1, 4-2 is increased, the cross-sectional areas of the one end 6a and the other end 6b of the conductor bar 6 in the radial direction D3 of the rotor core 1 are reduced.
  • the end rings 3-1 and 3-2 are reinforced by the first reinforcing members 4-1 and 4-2.
  • the effect is improved.
  • the reinforcing effect is an effect of suppressing the deformation of the end rings 3-1 and 3-2 due to centrifugal force and thermal expansion. Details of the reinforcing effect will be described later. Further, as the width RDW2 of the second reinforcing members 5-1 and 5-2 becomes wider, the diameters of the end rings 3-1 and 3-2 become smaller, and the contact between the end rings 3-1 and 3-2 and the conductor bar 6 becomes smaller. Since the area is reduced, the resistance value at the connection point between the end rings 3-1 and 3-2 and the conductor bar 6 is increased, but the rigidity of the second reinforcing members 5-1 and 5-2 is improved, so that the second value is increased.
  • the width RDW1 of the first reinforcing members 4-1 and 4-2 and the width RDW2 of the second reinforcing members 5-1 and 5-2 are between the end rings 3-1 and 3-2 and the conductor bar 6. It is set in consideration of the resistance value and the reinforcing effect of the end rings 3-1 and 3-2.
  • the outer shapes of the first reinforcing members 4-1, 4-2, the second reinforcing members 5-1 and 5-2, and the rotor core 1 are made to have the same dimensions. Different dimensions may be used. In that case, if the inner peripheral portion 5a of the second reinforcing member 5-1, 5-2 is positioned in the insertion hole 4a of the first reinforcing member 4-1, 4-2, the same as above. An effect is obtained. That is, the second reinforcing members 5-1 and 5-2 may be arranged so as to suppress the first reinforcing members 4-1 and 4-2.
  • the rotor core 1 is configured by laminating a plurality of thin plates punched in an annular shape from a magnetic steel base material (not shown) in the axial direction D1.
  • the plurality of thin plates are fixed to each other by caulking, welding, or bonding.
  • Each of the plurality of core slots 5 extends in the axial direction D1 and penetrates from one end 1b1 of the rotor core 1 to the other end 1b2. Further, as shown in FIG. 3, each of the plurality of core slots 5 is skewed in the axial direction D2.
  • Examples of the material of the end ring 3-1, the end ring 3-2 and the conductor bar 6 include conductor materials such as aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy.
  • the end rings 3-1 and 3-2 and the conductor bar 6 are formed by die casting or brazing using a conductor material.
  • the centrifugal force acting on the object depends not only on the object radius and angular velocity but also on the object mass.
  • the first reinforcing members 4-1 and 4-2 and the second reinforcing members 5-1 and 5-2 are for suppressing deformation of the end rings 3-1 and 3-2 due to centrifugal force and thermal expansion. It is necessary to make it difficult to deform against centrifugal force. Therefore, the first reinforcing members 4-1, 4-2 and the second reinforcing members 5-1, 5-2 have higher tensile strength per unit mass than the materials of the end rings 3-1, 3-2. Material is used. Examples of the material of the first reinforcing members 4-1, 4-2 and the second reinforcing members 5-1, 5-2 include iron, titanium, or carbon fiber reinforced plastic.
  • the first reinforcing member 4-1 includes a first annular portion 41 provided near the inner peripheral portion of the first reinforcing member 4-1 and the first reinforcing member 4. -1 and a second annular portion 42 provided so as to surround the first annular portion 41.
  • the outer diameter OD2 of the second annular portion 42 is larger than the outer diameter OD1 of the first annular portion 41.
  • the width of the first annular portion 41 in the axial direction D1 is larger than the width of the second annular portion 42 in the axial direction.
  • the first reinforcing member 4-1 is formed with a step including the first annular portion 41 and the second annular portion 42.
  • the second annular portion 42 is provided with an insertion hole 4 a as shown in FIGS. 6 and 7 near the outer peripheral portion of the second annular portion 42.
  • the first reinforcing member 4-1 is formed by integrally molding the first annular portion 41 and the second annular portion 42, and the first reinforcing member 4-1 is manufactured separately. A combination of the first annular portion 41 and the second annular portion 42 may be used.
  • the first reinforcing member 4-2 is configured in the same manner as the first reinforcing member 4-1.
  • the first reinforcing member 4-1 is attached to one end 1b1 of the rotor core 1, and the first reinforcing member 4-2 is attached to the other end 1b2. Thereafter, the conductor bar 6 and the end rings 3-1 and 3-2 are integrally formed by die casting using the above-described conductor material.
  • the inner peripheral portions 3a of the end rings 3-1 and 3-2 are in contact with the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 shown in FIG. Further, end portions 3c of end rings 3-1 and 3-2 on the side of rotor core 1 are in contact with end portion 42a on the opposite side of rotor core 1 of second annular portion 42 shown in FIG. That is, the end rings 3-1 and 3-2 are arranged so as to be in contact with the steps of the first reinforcing members 4-1, 4-2.
  • the outer peripheral portion 3b of each of the end rings 3-1 and 3-2 is cut, and the second reinforcing members 5-1 and 5-2 shown in FIG.
  • the outer peripheral portions 3b of 1 and 3-2 are tightly fitted.
  • the end ring 3-1 is shrink-fitted to the second reinforcing member 5-1
  • the end ring 3-2 is shrink-fitted to the second reinforcing member 5-2.
  • the through holes 4b of the first reinforcing members 4-1 and 4-2 and the through holes 1a of the rotor core 1 are finished to the same dimensions, and the shaft 2 is placed inside the through holes 4b and the through holes 1a. It is tightly fitted.
  • the shaft 2 is shrink-fitted inside the through hole 4b and the through hole 1a.
  • X-rays are emitted from the outer peripheral portion 3b side of the end rings 3-1 and 3-2.
  • a flaw detection inspection is performed by irradiation. The flaw detection inspection is performed at this timing because the specific gravity of the materials constituting the second reinforcing members 5-1 and 5-2 and the end rings 3-1 and 3-2 is different.
  • 3-2 and the second reinforcing members 5-1 and 5-2 are X-rays of energy suitable for the inspection of the end rings 3-1 and 3-2. This is because it is difficult to transmit -1,5-2.
  • the end rings 3-1 and 3- 2 can be accurately inspected.
  • the end rings 3-1 and 3-2 are subjected to a force spreading outward in the radial direction D3 due to centrifugal force during rotation.
  • one end 6a of the conductor bar 6 protruding from one end 1b1 of the rotor core 1 is inserted into the insertion hole 4a of the first reinforcing member 4-1, and the other end of the rotor core 1 is inserted.
  • the other end portion 6b of the conductor bar 6 protruding from the portion 1b2 is inserted into the insertion hole 4a of the first reinforcing member 4-2.
  • both ends of the conductor bar 6 protruding from the rotor core 1 are inserted into the insertion holes 4a of the first reinforcing members 4-1 and 4-2. Touch.
  • deformation of both ends of the conductor bar 6 is suppressed, and deformation of the end rings 3-1 and 3-2 is also suppressed. Therefore, the stress amplitude generated in the end rings 3-1 and 3-2 each time the rotor 100 is repeatedly started and stopped is reduced, or the end rings 3-1 and 3 are changed each time the rotation speed of the rotor 100 changes. -2 is reduced, the fatigue life of the end rings 3-1 and 3-2 can be improved.
  • the reinforcing effect of the end rings 3-1 and 3-2 by the first reinforcing members 4-1 and 4-2 will be specifically described.
  • FIG. 8 is a side view of a comparative example for the first reinforcing member shown in FIG. 9 is a cross-sectional view taken along arrow IX-IX shown in FIG.
  • Differences between the first reinforcing members 4-1 and 4-2 shown in FIGS. 6 and 7 and the first reinforcing members 4-1A and 4-2A shown in FIGS. 8 and 9 are as follows. .
  • the first reinforcing members 4-1A and 4-2A include a second annular portion 42A instead of the second annular portion 42 shown in FIG. (2)
  • the second annular portion 42A is not provided with the insertion hole 4a shown in FIG. 7, and the outer diameter OD3 of the second annular portion 42A is outside the second annular portion 42 shown in FIG. It is smaller than the diameter OD2 and larger than the outer diameter OD1 of the first annular portion 41.
  • FIG. 10 is a view showing a state in which the end ring is deformed when the rotor of the induction motor using the first reinforcing member according to the comparative example shown in FIGS. 8 and 9 is rotated.
  • a rotor 100A of the induction motor shown in FIG. 10 includes a rotor core 1, a conductor bar 6, an end ring 3-1, and a second reinforcing member 5-1, and a first reinforcing member shown in FIGS.
  • a member 4-1A is provided.
  • the outer peripheral portion of the second annular portion 42 ⁇ / b> A is in contact with the conductor bar 6. That is, the plurality of conductor bars 6 are provided in contact with the outer circumferences of the first reinforcing members 4-1A and 4-2A.
  • the outer shapes of the conductor bar 6, the end ring 3-1 and the second reinforcing member 5-1 when the rotor 100A is stopped are indicated by solid lines, and the rotor 100A of the induction motor rotates at high speed.
  • the outer shapes of the conductor bar 6, the end ring 3-1 and the second reinforcing member 5-1 which are deformed during the operation are indicated by dotted lines.
  • the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 is in contact with the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 when the rotor 100A is stopped. Since the second reinforcing member 5-1 is shrink-fitted to the end ring 3-1, the compressive force from the second reinforcing member 5-1 is applied to the end ring 3-1. Therefore, a frictional force is generated between the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 and the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1. This frictional force serves to suppress the deformation of the end ring 3-1 when the rotor 100A is rotated and when it is thermally expanded.
  • a force that spreads outward in the radial direction D3 by centrifugal force acts on the end ring 3-1 when the rotor 100A rotates. Since this force increases as the rotational speed of the rotor 100A increases, the end ring 3-1 is deformed with the connection point with the conductor bar 6 as a fulcrum. At this time, the end ring 3-1 has a radial direction as shown in FIG. 10 against the friction force generated between the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 and the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41.
  • the amount of positional deformation increases.
  • the inner and outer diameters of the end ring 3-1 are repeatedly expanded and contracted. The metal fatigue in the progress.
  • the one end 6a of the conductor bar 6 connected to the end ring 3-1 is deformed outward in the radial direction D3 with the one end 1b1 of the rotor core 1 as a fulcrum.
  • the metal at the one end portion 6a of the conductor bar 6 is increased. Fatigue goes on.
  • the rotor 100A may need to be replaced in a period shorter than the design life.
  • one end portion 6a of the conductor bar 6 is inserted into the insertion hole 4a of the first reinforcing member 4-1, so that one end portion of the rotor core 1 is rotated during rotation.
  • the deformation of the conductor bar 6 protruding from 1b1 outward in the radial direction D3 is suppressed by the first reinforcing member 4-1. Accordingly, the deformation of the one end portion 6a of the conductor bar 6 is suppressed as compared with the rotor 100A shown in FIG. 10, and the reinforcing effect of the end ring 3-1 connected to the conductor bar 6 is enhanced.
  • the stress amplitude generated in the end ring 3-1 is reduced, and the fatigue life of the end ring 3-1 can be improved. As a result, a decrease in the life of the rotor 100 is suppressed.
  • the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 in the inner peripheral portions 3a of the end rings 3-1 and 3-2 of the rotor 100 according to the present embodiment is used.
  • the reason why the width ADW3 in the axial direction D1 of the contact portion is narrower than the width ADW5 in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 3b of the end rings 3-1 and 3-2 will be described.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the state of the end ring when the rotation speed changes in the rotor of the induction motor according to the first modification.
  • FIG. 12 is a view for explaining the state of the end ring when the rotation speed changes in the rotor of the induction motor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a rotor 100 according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 11 illustrates a rotor 100B that is a first modification of the rotor 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 11 and FIG. 12 show, in order from the top, the rotor in the stop state, in the high-speed rotation state, and in the return from the high-speed rotation state to the stop state.
  • a rotor 100B shown in FIG. 11 includes an end ring 3-1A instead of the end ring 3-1 shown in FIG. 12, and a first reinforcing member 4-1 shown in FIG. A reinforcing member 4-1B is provided.
  • the first reinforcing member 4-1B includes a first annular portion 41A instead of the first annular portion 41 shown in FIG. (3)
  • the rotor 100 shown in FIG. 12 has an effect of suppressing a decrease in the life of the rotor as compared with the rotor 100B shown in FIG. 11 against deformation of the conductor bar 6 due to thermal expansion.
  • the entire inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1A is in contact with the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41A, and the axial direction D1 of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1A Is equal to the width in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1A.
  • the width ADW2 in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41A is equal to the width ADW1 of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1A.
  • the width ADW3 in the axial direction D1 of the portion of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 that is in contact with the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 is the end ring.
  • 3-1 is narrower than the width ADW5 in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 3b.
  • the width ADW4 in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 is narrower than the width ADW5 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1, and the inner diameter of the end ring 3-1. It is equal to the width ADW3 of the peripheral portion 3a.
  • the width ADW3 of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 shown in FIG. 12 is narrower than the width ADW1 of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1A shown in FIG. 11, and the first annular shape shown in FIG.
  • the width ADW4 of the outer peripheral portion 41a of the portion 41 is narrower than the width ADW2 of the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41A shown in FIG.
  • the end ring 3-1A is in contact with the end 42a of the second annular portion 42.
  • the conductor bar 6 thermally expands in the axial direction D1
  • the end ring 3-1A has the first ring as shown in FIG. It moves in the axial direction D1 against the frictional force between the outer peripheral portion 41a of the annular portion 41A and the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1A. Since the end ring 3-1A moves away from the second annular portion 42, a gap G1 is generated between the end portion 42a of the second annular portion 42 and the end ring 3-1A.
  • the contact area between the two objects is actually non-linear between the load and the frictional force.
  • the friction force tends to be smaller as the width becomes narrower. Since the width ADW3 of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 in FIG. 12 is narrower than the width ADW5 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1, the first annular portion 41 and the end ring 3-1 in FIG.
  • the contact area is smaller than the contact area of the first annular portion 41A and the end ring 3-1A in FIG.
  • the frictional force between the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 and the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 is such that the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41A shown in FIG. It becomes smaller than the frictional force between the inner peripheral portion 3a of 1A.
  • the frictional force between the outer peripheral part 41a of the first annular part 41 and the inner peripheral part 3a of the end ring 3-1 is simply referred to as a first frictional force
  • the frictional force between the outer peripheral part 41a and the inner peripheral part 3a of the end ring 3-1A is simply referred to as a second frictional force.
  • the end ring 3-1 is in contact with the end 42a of the second annular portion 42.
  • the end ring 3-1 is caused by the thermal expansion of the conductor bar 6 so that the end ring 3-1 has an outer peripheral portion of the first annular portion 41 as shown second from the top in FIG. It moves in the axial direction D1 against the frictional force between 41a and the inner periphery 3a of the end ring 3-1. Since the end ring 3-1 moves away from the second annular portion 42, a gap G3 is generated between the end portion 42a of the second annular portion 42 and the end ring 3-1, and one end portion 6a of the conductor bar 6 is formed. Is stretched and elastically deformed.
  • the end ring 3-1 moves in the axial direction D1 as shown in the third position from the top in FIG.
  • the first frictional force in the rotor 100 is smaller than the second frictional force in the rotor 100B shown in FIG. 11, in the rotor 100, the end portion 42a of the second annular portion 42 and the end ring.
  • the gap generated between 3-1 can be narrower than the gap G ⁇ b> 2 shown in FIG. 11 or can be eliminated.
  • the reinforcing effect of suppressing the deformation of the end ring 3-1 outward in the radial direction D3 due to the centrifugal force during rotation can be enhanced as compared with the rotor 100B shown in FIG.
  • the width ADW3 of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1 shown in FIG. 12 is equal to the width ADW5 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1
  • the width ADW4 of the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 is shown. Is made narrower than the width ADW5 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1, the first frictional force in the rotor 100 becomes smaller than the second frictional force in the rotor 100B shown in FIG.
  • the inner peripheral portion of the end ring 3-1 can be obtained by providing the aforementioned inclined surfaces 3e on the end rings 3-1 and 3-2. It is desirable to make the width ADW3 of 3a narrower than the width ADW5 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1. This will be described below.
  • FIG. 13 is a view for explaining a second modification of the rotor of the induction motor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows a partially enlarged view of a rotor 100C according to a modification. Differences between the rotor 100C and the rotor 100 shown in FIG. 2 are as follows. (1)
  • the rotor 100C includes an end ring 3-1B instead of the end ring 3-1 shown in FIG. (2)
  • the inclined surface 3e shown in FIG. 2 is omitted, the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1B has a flat surface shape, and the axis of the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1B.
  • the width in the direction D1 is equal to the width in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1B.
  • the width in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 41a of the first annular portion 41 is narrower than the width in the axial direction D1 of the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1B.
  • the outer shapes of the conductor bar 6, the end ring 3-1B, and the second reinforcing member 5-1 when the rotor 100C is stopped are indicated by solid lines, and the rotor 100C is rotating at high speed.
  • the outer shapes of the conductor bar 6, the end ring 3-1B, and the second reinforcing member 5-1 that are sometimes deformed are indicated by dotted lines.
  • the end ring 3-1B Since the end ring 3-1B is connected to one end portion 6a of the conductor bar 6 provided near the outer peripheral surface of the rotor core 1, the end ring 3-1B when the rotor 100C is rotating is The conductor bar 6 is deformed with the connection point with the one end 6a as a fulcrum. For this reason, the largest stress amplitude is generated in the corner portion 3f between the inner peripheral portion 3a and the end portion 3d of the end ring 3-1B than the stress amplitude generated in the portion other than the corner portion 3f.
  • the stress amplitude generated in the portion near the inner peripheral portion 3a of the end ring 3-1B is larger than the stress amplitude generated in the portion near the outer peripheral portion 3b of the end ring 3-1B.
  • the stress amplitude generated in the end ring 3-1B near the end 3d on the side opposite to the rotor core 1 is the stress amplitude generated in the end ring 3-1B near the end 3c on the rotor core 1 side. Bigger than. Accordingly, the largest stress amplitude in the entire end ring 3-1B is generated in the corner 3f between the inner peripheral portion 3a and the end 3d of the end ring 3-1B that is farthest from the fulcrum during rotation. Therefore, the corner portion 3f is deteriorated the fastest in the end ring 3-1B as a whole, and the deterioration of the end ring 3-1B proceeds from the corner portion 3f as a starting point.
  • an inclined surface 3e is formed between the inner peripheral portion 3a and the end portion 3d of the end ring 3-1.
  • the portion of the end ring 3-1 that deteriorates the fastest is removed, so that the rotor 100 shown in FIG. 2 has the rotor 100C shown in FIG.
  • the inclined surfaces 3e of the end rings 3-1 and 3-2 shown in FIG. 2 are not limited to a flat surface shape, and may be a curved shape.
  • FIG. 14 is a view for explaining a modification of the first reinforcing member provided in the rotor of the induction motor according to the embodiment of the present invention. Differences between the first reinforcing members 4-1 and 4-2 shown in FIG. 6 and the first reinforcing members 4-1C and 4-2C shown in FIG. 14 are as follows. (1) The first reinforcing members 4-1C and 4-2C include a first annular portion 41B instead of the first annular portion 41 shown in FIG. (2) A plurality of screw holes 41c arranged in the axial direction D2 are formed at the end 41b of the first annular portion 41B opposite to the rotor core 1.
  • the weight of the rotor 100 may be unbalanced depending on the position and size of the insertion holes 4a.
  • the unbalance is that the interval between the insertion holes 4a adjacent to each other in the axial direction D2 is not uniform, and the distance from the center of each of the plurality of insertion holes 4a arranged in the axial direction D2 to the central axis AX is uniform. Say not. This unbalance generates vibration when the rotor 100 rotates.
  • screws (not shown) are provided in some of the screw holes 41c among the plurality of screw holes 41c formed in the first annular portion 41B.
  • weight imbalance is improved.
  • a method for improving the weight imbalance in addition to providing the screw hole 41c, a method for improving the weight imbalance by notching a part of the first reinforcing members 4-1C and 4-2C;
  • a method of improving the weight imbalance by applying a ballast material typified by an epoxy resin to the first reinforcing members 4-1C and 4-2C can be exemplified.
  • the weight unbalance can be improved simply by fastening a screw (not shown) to the screw hole 41c, so that the work for correcting the weight unbalance is easy.
  • the manufacturing time of the rotor 100 can be shortened.
  • the rotor 100 including the second reinforcing members 5-1 and 5-2 has been described.
  • the second reinforcing members 5-1 and 5-2 may be omitted.
  • the rotor 100 is provided with the first reinforcing members 4-1 and 4-2. Can suppress the deformation of the end rings 3-1 and 3-2.
  • the deformation of the end rings 3-1 and 3-2 can be suppressed even in a speed range higher than a constant rotational speed.
  • the example in which the conductor bar 6 is formed by die casting on the first reinforcing members 4-1, 4-2 manufactured in advance has been described.
  • the first reinforcing members 4-1, 4-2 are described. May be formed by shrink fitting after forming the conductor bar 6 by brazing.
  • the first reinforcing members 4-1 and 4-2 are shrink-fitted into the conductor bar 6, some of the conductor bars 6 out of the plurality of conductor bars 6 are attached to the first reinforcing members 4-1 and 4-2.
  • the first reinforcing members 4-1 and 4-2 in the middle of fitting may stay at unintended positions due to expansion due to contact.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

誘導電動機３００の回転子１００は、回転子鉄心１の端部に設けられ、回転子鉄心１の端部から突き出る導体バー６に接続された環状のエンドリング３－１，３－２と、回転子鉄心１及びエンドリング３－１，３－２の間に設けられ、エンドリング３－１，３－２に接する環状の第１の補強部材４－１，４－２とを備え、第１の補強部材４－１，４－２には、回転子鉄心１の端部から突き出る導体バー６が挿入される挿入孔４ａが形成されている。

Description

誘導電動機の回転子及び誘導電動機
　本発明は誘導電動機の回転子及び誘導電動機に関する。
　近年、工作機械用の誘導電動機に対する高速回転化のニーズが高まっている。回転子が高速回転している時、誘導電動機の回転子に設けられたエンドリングは遠心力により変形する。そのため、誘導電動機の起動及び停止が繰り返される度に、又は回転子の回転速度が変化する度に、エンドリング及び導体バーの接続点には応力が加わり、回転子の疲労寿命が低下する。
　特許文献１に開示される誘導電動機の回転子は、成層鉄心である回転子鉄心と、回転子鉄心に貫通する軸と、回転子鉄心に貫通するかご形バーである導体バーと、回転子鉄心の端部から一定距離隔てた位置に設けられる環状の短絡リングであるエンドリングと、エンドリングと軸との間に設けられる環状の支持リングである第１の補強部材と、エンドリングの外周部に設けられる環状の焼き嵌めリングである第２の補強部材とを備える。エンドリングに第２の補強部材が焼き嵌めされるため、エンドリングには第２の補強部材からの圧縮力が付加される。これにより回転子の回転時におけるエンドリングの変形が抑制される。
特開平９－１０３０５４号公報
　しかしながら特許文献１に開示される誘導電動機の回転子では、回転子が回転した際に回転子鉄心の端部とエンドリングとの間に存在する導体バーが変形するため、導体バーに接続されたエンドリングの変形を抑制する効果が期待できず、設計寿命よりも短い期間で回転子の交換を要するという課題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、寿命の低下を抑制できる誘導電動機の回転子を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の誘導電動機の回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心の中心軸の軸線方向に回転子鉄心を貫通する導体バーと、回転子鉄心の端部に設けられ、回転子鉄心の端部から突き出る導体バーに接続された環状のエンドリングと、回転子鉄心及びエンドリングの間に設けられ、エンドリングに接する環状の第１の補強部材とを備える。第１の補強部材には、回転子鉄心の端部から突き出る導体バーが挿入される挿入孔が形成されていることを特徴とする。
　本発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子の寿命の低下を抑制できるという効果を奏する。
本発明の実施の形態に係る誘導電動機の断面図 本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子の断面図 図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図 図２に示すエンドリングの斜視図 図２に示す第２の補強部材の斜視図 図２に示す第１の補強部材の回転子鉄心とは反対側から見た側面図 図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図 図６に示す第１の補強部材に対する比較例の側面図 図８に示すＩＸ－ＩＸ矢視断面図 図８及び図９に示す比較例の第１の補強部材を用いた誘導電動機の回転子が回転した際にエンドリングが変形する様子を示す図 第１の変形例に係る誘導電動機の回転子において回転速度が変化した時のエンドリングの状態を説明するための図 本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子において回転速度が変化した時のエンドリングの状態を説明するための図 本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子の第２の変形例を説明するための図 本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子が備える第１の補強部材の変形例を説明するための図
　以下に、本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子及び誘導電動機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は本発明の実施の形態に係る誘導電動機の断面図である。図２は本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子の断面図である。図３は図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。図４は図２に示すエンドリングの斜視図である。図５は図２に示す第２の補強部材の斜視図である。図６は図２に示す第１の補強部材の回転子鉄心とは反対側から見た側面図である。図７は図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図である。
　図１に示す誘導電動機３００は、固定子２００と、固定子２００の内側に設けられる回転子１００とを備える。固定子２００は、筒状のハウジング２１０と、ハウジング２１０の内側に設けられる固定子鉄心２２０とを備える。固定子鉄心２２０は、不図示の電磁鋼板母材から環状に打ち抜かれた複数の薄板を、回転子鉄心１の中心軸ＡＸの軸線方向Ｄ１に積層して構成される。複数の薄板は、かしめ、溶接又は接着で相互に固定される。固定子鉄心２２０には複数のコイル２３０が配置されている。軸線方向Ｄ１におけるコイル２３０の一端側のコイルエンドは、固定子鉄心２２０の一端面から軸線方向Ｄ１に突き出ている。軸線方向Ｄ１におけるコイル２３０の他端側のコイルエンドは、固定子鉄心２２０の他端面から軸線方向Ｄ１に突き出ている。
　回転子１００は、筒状の回転子鉄心１と、回転子鉄心１の貫通穴１ａに貫通するシャフト２とを備える。回転子鉄心１は、回転子鉄心１の外周面寄りに設けられ、回転子鉄心１の中心軸ＡＸの軸線周り方向Ｄ２に配列された複数のコアスロット５と、複数のコアスロット５のそれぞれに設けられ軸線方向Ｄ１に回転子鉄心１を貫通する導体バー６とを有する。
　また回転子１００は、軸線方向Ｄ１における回転子鉄心１の一方の端部である一端部１ｂ１に設けられた環状のエンドリング３－１と、回転子鉄心１及びエンドリング３－１の間に設けられ、エンドリング３－１に接する環状の第１の補強部材４－１と、軸線方向Ｄ１における回転子鉄心１の他方の端部である他端部１ｂ２に設けられた環状のエンドリング３－１と、回転子鉄心１及びエンドリング３－２の間に設けられ、エンドリング３－２に接する環状の第１の補強部材４－２とを備える。
　エンドリング３－１には、回転子鉄心１の一端部１ｂ１から突き出る導体バー６の一端部６ａが接続される。エンドリング３－１の内周部３ａは第１の補強部材４－１に接する。図２及び図４に示すように、エンドリング３－１の内周部３ａには、エンドリング３－１の回転子鉄心１とは反対側の端部３ｄ寄りの部分に傾斜面３ｅが形成される。エンドリング３－１の傾斜面３ｅは、軸線方向Ｄ１において回転子鉄心１からエンドリング３－１に向かって広がる形状である。エンドリング３－２には、回転子鉄心１の他端部１ｂ２から突き出る導体バー６の他端部６ｂが接続される。エンドリング３－２の内周部３ａは第１の補強部材４－２に接する。エンドリング３－２の内周部３ａには、エンドリング３－２の回転子鉄心１とは反対側の端部３ｄ寄りの部分に傾斜面３ｅが形成される。エンドリング３－２の傾斜面３ｅは、軸線方向Ｄ１において回転子鉄心１からエンドリング３－２に向かって広がる形状である。すなわち、エンドリング３－１，３－２は、軸線方向Ｄ１において、第１の補強部材４－１，４－２から離れるにつれて内径が広がるように傾斜面３ｅを有する。エンドリング３－１及びエンドリング３－２に傾斜面３ｅが形成される理由は後述する。
　第１の補強部材４－１には、回転子鉄心１の一端部１ｂ１から突き出る導体バー６を挿入する挿入孔４ａが形成され、第１の補強部材４－２には、回転子鉄心１の他端部１ｂ２から突き出る導体バー６を挿入する挿入孔４ａが形成される。第１の補強部材４－１及び第１の補強部材４－２のそれぞれに形成された挿入孔４ａの内径は、導体バー６の外径と等しい。第１の補強部材４－１及び第１の補強部材４－２のそれぞれの中心部には貫通穴４ｂが形成される。シャフト２は、第１の補強部材４－１及び第１の補強部材４－２のそれぞれの貫通穴４ｂと回転子鉄心１の貫通穴１ａとに貫通している。
　また回転子１００は、エンドリング３－１の外周部３ｂに設けられた第２の補強部材５－１と、エンドリング３－２の外周部３ｂに設けられた第２の補強部材５－２とを備える。第２の補強部材５－１の内周部５ａはエンドリング３－１の外周部３ｂに接しており、第２の補強部材５－２の内周部５ａはエンドリング３－２の外周部３ｂに接している。
　以下では、エンドリング３－１及びエンドリング３－２を単にエンドリング３－１，３－２と称し、第１の補強部材４－１及び第１の補強部材４－２を単に第１の補強部材４－１，４－２と称し、第２の補強部材５－１及び第２の補強部材５－２を単に第２の補強部材５－１，５－２と称する場合がある。
　本実施の形態では、第１の補強部材４－１，４－２、第２の補強部材５－１，５－２及び回転子鉄心１のそれぞれの外径は等しい寸法である。
　図２に示すように、第１の補強部材４－１，４－２の外周部から挿入孔４ａまでの間の幅ＲＤＷ１は、第２の補強部材５－１，５－２の外周部から内周部５ａまでの幅ＲＤＷ２よりも狭い。第１の補強部材４－１，４－２の幅ＲＤＷ１が広くなるほど、回転子鉄心１の径方向Ｄ３における導体バー６の一端部６ａ及び他端部６ｂの断面積が小さくなり、導体バー６の抵抗値は増加するが、第１の補強部材４－１，４－２の剛性が向上するため第１の補強部材４－１，４－２によるエンドリング３－１，３－２の補強効果は向上する。補強効果とは、遠心力及び熱膨張に起因したエンドリング３－１，３－２の変形を抑制する効果である。補強効果の詳細は後述する。また第２の補強部材５－１，５－２の幅ＲＤＷ２が広くなるほど、エンドリング３－１，３－２の直径が小さくなり、エンドリング３－１，３－２及び導体バー６の接触面積が小さくなるため、エンドリング３－１，３－２及び導体バー６の接続点における抵抗値は増加するが、第２の補強部材５－１，５－２の剛性が向上するため第２の補強部材５－１，５－２によるエンドリング３－１，３－２の補強効果は向上する。そのため第１の補強部材４－１，４－２の幅ＲＤＷ１及び第２の補強部材５－１，５－２の幅ＲＤＷ２は、エンドリング３－１，３－２及び導体バー６の間の抵抗値と、エンドリング３－１，３－２の補強効果とを勘案して設定される。
　本実施の形態では、第１の補強部材４－１，４－２、第２の補強部材５－１，５－２及び回転子鉄心１の外形を等しい寸法としたが、それぞれの外径を異なる寸法にしても良い。その場合には、第２の補強部材５－１，５－２の内周部５ａが第１の補強部材４－１，４－２の挿入孔４ａに位置するようにすれば、上記と同じ効果が得られる。すなわち、第２の補強部材５－１，５－２により、第１の補強部材４－１，４－２を抑えるように配置すれば良い。
　回転子鉄心１は、不図示の電磁鋼板母材から環状に打ち抜かれた複数の薄板を軸線方向Ｄ１に積層して構成される。複数の薄板は、かしめ、溶接又は接着で相互に固定される。
　複数のコアスロット５のそれぞれは、軸線方向Ｄ１に延び、回転子鉄心１の一端部１ｂ１から他端部１ｂ２に貫通している。また図３に示すように、複数のコアスロット５のそれぞれは、軸線周り方向Ｄ２にスキューされている。
　エンドリング３－１、エンドリング３－２及び導体バー６の材料としてはアルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金といった導体材料を例示できる。導体材料を用いたダイカスト又はろう付けにより、エンドリング３－１，３－２及び導体バー６が形成される。
　物体に作用する遠心力は、物体の半径及び角速度だけでなく物体の質量にも依存する。第１の補強部材４－１，４－２及び第２の補強部材５－１，５－２は、遠心力及び熱膨張に起因したエンドリング３－１，３－２の変形を抑制するため、遠心力に対して変形し難くする必要がある。そのため第１の補強部材４－１，４－２及び第２の補強部材５－１，５－２には、エンドリング３－１，３－２の材料よりも単位質量当たりの引張り強度の高い材料が用いられる。第１の補強部材４－１，４－２及び第２の補強部材５－１，５－２の材料としては、鉄、チタン又は炭素繊維強化プラスチックを例示できる。
　図６及び図７に示すように第１の補強部材４－１は、第１の補強部材４－１の内周部寄りに設けられた第１の環状部４１と、第１の補強部材４－１の外周部寄りに設けられ、第１の環状部４１を取り囲むように設けられた第２の環状部４２とを備える。第２の環状部４２の外径ＯＤ２は第１の環状部４１の外径ＯＤ１よりも大きい。また、第１の環状部４１の軸線方向Ｄ１における幅は、第２の環状部４２の軸線方向における幅よりも大きい。すなわち、第１の補強部材４－１には、第１の環状部４１と第２の環状部４２とからなる段差が形成される。第２の環状部４２には、第２の環状部４２の外周部寄りに、図６及び図７で示されるような挿入孔４ａが設けられる。第１の環状部４１及び第２の環状部４２が一体成型されることにより第１の補強部材４－１が形成されるが、第１の補強部材４－１は、個別に製作された第１の環状部４１及び第２の環状部４２を組み合わせたものでも良い。また、第１の補強部材４－２は第１の補強部材４－１と同様に構成される。
　回転子１００の製作時には、まず回転子鉄心１の一端部１ｂ１に第１の補強部材４－１が、他端部１ｂ２に第１の補強部材４－２が取り付けられる。その後、前述した導体材料を用いて、ダイカストにより導体バー６及びエンドリング３－１，３－２が一体成型される。
　エンドリング３－１，３－２の内周部３ａは、図７に示す第１の環状部４１の外周部４１ａに接する。またエンドリング３－１，３－２の回転子鉄心１側の端部３ｃは、図７に示す第２の環状部４２の回転子鉄心１とは反対側の端部４２ａに接する。すなわち、エンドリング３－１，３－２は、第１の補強部材４－１，４－２の段差に接するように配置される。
　次に、エンドリング３－１，３－２のそれぞれの外周部３ｂに切削加工が施され、図５で示す第２の補強部材５－１，５－２に切削加工後のエンドリング３－１，３－２の外周部３ｂがしまり嵌めされる。本実施の形態では、第２の補強部材５－１にエンドリング３－１が焼き嵌めされ、第２の補強部材５－２にエンドリング３－２が焼き嵌めされる。最後に第１の補強部材４－１，４－２のそれぞれの貫通穴４ｂと回転子鉄心１の貫通穴１ａとが同一寸法に仕上げ加工され、貫通穴４ｂ及び貫通穴１ａの内側にシャフト２がしまり嵌めされる。本実施の形態では、貫通穴４ｂ及び貫通穴１ａの内側にシャフト２が焼き嵌めされる。
　なおエンドリング３－１，３－２は、第２の補強部材５－１，５－２に焼き嵌めされる前に、エンドリング３－１，３－２の外周部３ｂ側からＸ線を照射することにより探傷検査が行われる。このタイミングで探傷検査が行われるのは、第２の補強部材５－１，５－２及びエンドリング３－１，３－２のそれぞれを構成する材料の比重が異なるため、エンドリング３－１，３－２及び第２の補強部材５－１，５－２に焼き嵌めされた状態では、エンドリング３－１，３－２の検査に適したエネルギーのＸ線が第２の補強部材５－１，５－２を透過し難いためである。第２の補強部材５－１，５－２に焼き嵌めされる前にエンドリング３－１，３－２の外周部３ｂ側からＸ線を照射することにより、エンドリング３－１，３－２の内部を精度良く検査できる。
　エンドリング３－１，３－２には、回転時に遠心力により径方向Ｄ３の外側に広がる力が作用する。本実施の形態では、回転子鉄心１の一端部１ｂ１から突き出た導体バー６の一端部６ａが第１の補強部材４－１の挿入孔４ａに挿入されると共に、回転子鉄心１の他端部１ｂ２から突き出た導体バー６の他端部６ｂが第１の補強部材４－２の挿入孔４ａに挿入される。そのためエンドリング３－１，３－２に遠心力が作用した際、回転子鉄心１から突き出た導体バー６の両端部は、第１の補強部材４－１，４－２の挿入孔４ａに接する。これにより導体バー６の両端部の変形が抑制され、エンドリング３－１，３－２の変形も抑制される。従って、回転子１００の起動及び停止が繰り返される度にエンドリング３－１，３－２に生じる応力振幅が低減され、又は回転子１００の回転速度が変化する度にエンドリング３－１，３－２に生じる応力振幅が低減されるため、エンドリング３－１，３－２の疲労寿命の向上を図ることができる。以下では、第１の補強部材４－１，４－２によるエンドリング３－１，３－２の補強効果を具体的に説明する。
　図８は図６に示す第１の補強部材に対する比較例の側面図である。図９は図８に示すＩＸ－ＩＸ矢視断面図である。図６及び図７に示す第１の補強部材４－１，４－２と、図８及び図９に示す第１の補強部材４－１Ａ，４－２Ａとの相違点は以下の通りである。
　（１）第１の補強部材４－１Ａ，４－２Ａは、図７に示す第２の環状部４２の代わりに第２の環状部４２Ａを備える。
　（２）第２の環状部４２Ａには図７に示す挿入孔４ａが設けられておらず、第２の環状部４２Ａの外径寸法ＯＤ３は、図７に示す第２の環状部４２の外径ＯＤ２よりも小さく、かつ、第１の環状部４１の外径ＯＤ１よりも大きい。
　図１０は図８及び図９に示す比較例に係る第１の補強部材を用いた誘導電動機の回転子が回転した際にエンドリングが変形する様子を示す図である。図１０に示す誘導電動機の回転子１００Ａは、回転子鉄心１、導体バー６、エンドリング３－１及び第２の補強部材５－１を備えると共に、図８及び図９に示す第１の補強部材４－１Ａを備える。図１０に示されるように、第２の環状部４２Ａの外周部は導体バー６に接する。すなわち、複数の導体バー６は第１の補強部材４－１Ａ，４－２Ａの外周に接するように設けられる。
　図１０には、回転子１００Ａが停止している時における導体バー６、エンドリング３－１及び第２の補強部材５－１の外形が実線で示され、誘導電動機の回転子１００Ａが高速回転している時に変形した導体バー６、エンドリング３－１及び第２の補強部材５－１の外形が点線で示される。
　回転子１００Ａの停止時におけるエンドリング３－１の内周部３ａは、第１の環状部４１の外周部４１ａに接する。エンドリング３－１には第２の補強部材５－１が焼き嵌めされているため、第２の補強部材５－１からの圧縮力がエンドリング３－１に付加されている。そのため第１の環状部４１の外周部４１ａとエンドリング３－１の内周部３ａとの間には摩擦力が生じる。この摩擦力は、回転子１００Ａの回転時及び熱膨張時におけるエンドリング３－１の変形を抑制する働きをする。
　回転子１００Ａの回転時におけるエンドリング３－１には、遠心力により径方向Ｄ３の外側に広がる力が作用する。この力は回転子１００Ａの回転速度が高まるに従い増加するため、エンドリング３－１は、導体バー６との接続点を支点にして変形する。このときエンドリング３－１は、エンドリング３－１の内周部３ａと第１の環状部４１の外周部４１ａとの間に生じる摩擦力に抗して、図１０に示すように径方向Ｄ３の外側に広がる。
　回転子１００Ａの回転速度が高まるに従いエンドリング３－１の位置変形量が増加するため、回転子１００Ａの回転速度が低い時に比べてエンドリング３－１に生じる応力振幅、すなわち回転時と停止時の位置変形量が大きくなる。回転子１００Ａの回転及び停止が繰り返される度に、又は回転子１００Ａの回転速度が変化する度に、エンドリング３－１の内径及び外径が拡大と縮小とを繰り返すため、エンドリング３－１における金属疲労が進む。一方、エンドリング３－１の位置変形に伴い、エンドリング３－１に接続される導体バー６の一端部６ａは、回転子鉄心１の一端部１ｂ１を支点にして径方向Ｄ３の外側に変形する。従って、回転子１００Ａの回転及び停止が繰り返される度に、又は回転子１００Ａの回転速度が変化する度に、導体バー６の一端部６ａに応力が加わるため、導体バー６の一端部６ａにおける金属疲労が進む。その結果、回転子１００Ａでは、設計寿命よりも短い期間で回転子１００Ａの交換を要する場合がある。
　一方、本実施の形態に係る回転子１００では、導体バー６の一端部６ａが第１の補強部材４－１の挿入孔４ａに挿入されているため、回転時には、回転子鉄心１の一端部１ｂ１から突き出た導体バー６の径方向Ｄ３外側への変形は、第１の補強部材４－１により抑制される。これにより、図１０に示す回転子１００Ａに比べて導体バー６の一端部６ａの変形が抑制され、導体バー６に接続されるエンドリング３－１の補強効果が高まる。従って回転子１００では、図１０に示す回転子１００Ａに比べて、エンドリング３－１に生じる応力振幅が低減され、エンドリング３－１の疲労寿命の向上を図ることができる。その結果、回転子１００の寿命の低下が抑制される。
　次に、図１１及び図１２を用いて、本実施の形態に係る回転子１００のエンドリング３－１，３－２の内周部３ａの内、第１の環状部４１の外周部４１ａに接する部分の軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ３が、エンドリング３－１，３－２の外周部３ｂの軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ５よりも狭い理由を説明する。
　図１１は第１の変形例に係る誘導電動機の回転子において回転速度が変化した時のエンドリングの状態を説明するための図である。図１２は本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子において回転速度が変化した時のエンドリングの状態を説明するための図である。図１２では本発明の実施の形態に係る回転子１００について、図１１では本実施の形態に係る回転子１００の第１の変形例である回転子１００Ｂについて説明する。図１１及び図１２には、上から順に、停止状態の時、高速回転状態の時、高速回転状態から停止状態に戻った時と、における回転子が示される。
　なお、図１１の回転子１００Ｂを用いても、導体バー６が第１の補強部材４－１Ｂの貫通穴に挿入されているため、回転時における遠心力によるエンドリング３－１Ａ及び導体バー６の径方向Ｄ３外側への位置変形を抑制するという本実施の形態に係る効果が得られることは言うまでもない。
　図１１に示す回転子１００Ｂと図１２に示す回転子１００との相違点は以下の通りである。
　（１）図１１に示す回転子１００Ｂは、図１２に示すエンドリング３－１の代わりにエンドリング３－１Ａを備え、図１２に示す第１の補強部材４－１の代わりに第１の補強部材４－１Ｂを備える。
　（２）第１の補強部材４－１Ｂは、図１２に示す第１の環状部４１の代わりに第１の環状部４１Ａを備える。
　（３）図１２で示す回転子１００は、熱膨張による導体バー６の変形に対して図１１に示す回転子１００Ｂに比べて回転子の寿命の低下を抑制する効果が得られる。
　図１１に示す回転子１００Ｂでは、エンドリング３－１Ａの内周部３ａ全体が第１の環状部４１Ａの外周部４１ａに接しており、エンドリング３－１Ａの内周部３ａの軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ１が、エンドリング３－１Ａの外周部３ｂの軸線方向Ｄ１における幅と等しい。また回転子１００Ｂでは、第１の環状部４１Ａの外周部４１ａの軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ２が、エンドリング３－１Ａの内周部３ａの幅ＡＤＷ１と等しい。
　これに対して図１２に示す回転子１００では、エンドリング３－１の内周部３ａの内、第１の環状部４１の外周部４１ａに接する部分の軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ３が、エンドリング３－１の外周部３ｂの軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ５よりも狭い。また回転子１００では、第１の環状部４１の外周部４１ａの軸線方向Ｄ１における幅ＡＤＷ４は、エンドリング３－１の外周部３ｂの幅ＡＤＷ５よりも狭く、かつ、エンドリング３－１の内周部３ａの幅ＡＤＷ３と等しい。なお、図１２に示すエンドリング３－１の内周部３ａの幅ＡＤＷ３は、図１１に示すエンドリング３－１Ａの内周部３ａの幅ＡＤＷ１よりも狭く、図１２に示す第１の環状部４１の外周部４１ａの幅ＡＤＷ４は、図１１に示す第１の環状部４１Ａの外周部４１ａの幅ＡＤＷ２よりも狭い。
　図１１の上から１番目に示す停止状態の回転子１００Ｂでは、エンドリング３－１Ａが第２の環状部４２の端部４２ａに接している。
　ここで、回転子が回転駆動される際、発熱により温度が上昇し、回転子部材が熱膨張する。エンドリング３－１，３－２や導体バー６は熱膨張率の高い部材で形成されているため、熱膨張による形状変形が生じる。回転子が停止すると温度が低下するため、熱サイクルによる形状変化により、回転子の寿命が低下する場合がある。図１１及び図１２では、熱膨張の影響を簡単に説明するため、熱膨張の影響が大きい軸線方向Ｄ１の変形に着目する。
　回転子１００Ｂは回転速度が高くなるに従い温度が上昇するため、導体バー６が軸線方向Ｄ１に熱膨張し、エンドリング３－１Ａは、図１１の上から２番目に示すように、第１の環状部４１Ａの外周部４１ａとエンドリング３－１Ａの内周部３ａとの間の摩擦力に抗して、軸線方向Ｄ１に移動する。エンドリング３－１Ａが第２の環状部４２から遠ざかるため、第２の環状部４２の端部４２ａ及びエンドリング３－１Ａの間には隙間Ｇ１が生じる。
　その後、回転子１００Ｂの回転速度が低くなるに従い温度が低下するため、エンドリング３－１Ａは、導体バー６の熱収縮により図１１の上から３番目に示すように軸線方向Ｄ１に移動して第２の環状部４２に近づく。このとき導体バー６が収縮する力が、第１の環状部４１Ａの外周部４１ａ及びエンドリング３－１Ａの内周部３ａの間の摩擦力と釣り合ったところで、エンドリング３－１Ａの移動が停止する。従って、第２の環状部４２及びエンドリング３－１Ａの間には、隙間Ｇ１よりも狭い隙間Ｇ２が生じる。隙間Ｇ２に存在する導体バー６は、第２の環状部４２に支持されないため、隙間Ｇ２が無い時に比べて、エンドリング３－１Ａの遠心力による径方向Ｄ３外側への変形に対する補強効果が低下する。
　ここで、エンドリング３－１と第１の補強部材４－１との間における摩擦力に関して、荷重と摩擦力との間には実際には非線形性があるため、２つの物体間の接触面積が狭くなるほど摩擦力は小さくなる傾向にある。図１２のエンドリング３－１の内周部３ａの幅ＡＤＷ３はエンドリング３－１の外周部３ｂの幅ＡＤＷ５よりも狭いため、図１２の第１の環状部４１及びエンドリング３－１の接触面積は、図１１の第１の環状部４１Ａ及びエンドリング３－１Ａの接触面積よりも狭い。従って、第１の環状部４１の外周部４１ａとエンドリング３－１の内周部３ａとの間の摩擦力は、図１１に示す第１の環状部４１Ａの外周部４１ａとエンドリング３－１Ａの内周部３ａとの間の摩擦力よりも小さくなる。以下では、第１の環状部４１の外周部４１ａとエンドリング３－１の内周部３ａとの間の摩擦力を単に第１の摩擦力と称し、図１１に示す第１の環状部４１Ａの外周部４１ａとエンドリング３－１Ａの内周部３ａとの間の摩擦力を単に第２の摩擦力と称する。
　図１２の上から１番目に示す停止状態の回転子１００では、エンドリング３－１が第２の環状部４２の端部４２ａに接している。
　回転子１００の回転速度が高くなるに従い、導体バー６の熱膨張に起因して、エンドリング３－１は、図１２の上から２番目に示すように、第１の環状部４１の外周部４１ａとエンドリング３－１の内周部３ａとの間の摩擦力に抗して軸線方向Ｄ１に移動する。エンドリング３－１が第２の環状部４２から遠ざかるため、第２の環状部４２の端部４２ａ及びエンドリング３－１の間には、隙間Ｇ３が生じると共に、導体バー６の一端部６ａが引き延ばされて弾性変形する。
　その後、回転子１００の回転速度が低くなるに従い、エンドリング３－１は、導体バー６の収縮力により、図１２の上から３番目に示すように軸線方向Ｄ１に移動する。前述したように回転子１００における第１の摩擦力は図１１に示す回転子１００Ｂにおける第２の摩擦力よりも小さいため、回転子１００では、第２の環状部４２の端部４２ａ及びエンドリング３－１の間に生じる隙間を、図１１に示す隙間Ｇ２よりも狭くでき、又は無くすことができる。その結果、回転子１００では、図１１に示す回転子１００Ｂに比べて回転時の遠心力による径方向Ｄ３外側へのエンドリング３－１の変形を抑制する補強効果を高めることができる。
　なお図１２に示すエンドリング３－１の内周部３ａの幅ＡＤＷ３が、エンドリング３－１の外周部３ｂの幅ＡＤＷ５と等しい場合でも、第１の環状部４１の外周部４１ａの幅ＡＤＷ４をエンドリング３－１の外周部３ｂの幅ＡＤＷ５よりも狭くすることにより、回転子１００における第１の摩擦力は図１１に示す回転子１００Ｂにおける第２の摩擦力よりも小さくなる。但し、エンドリング３－１，３－２の劣化の進行を抑制する観点では、前述した傾斜面３ｅをエンドリング３－１，３－２に設けることにより、エンドリング３－１の内周部３ａの幅ＡＤＷ３をエンドリング３－１の外周部３ｂの幅ＡＤＷ５よりも狭くすることが望ましい。このことを以下に説明する。
　図１３は本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子の第２の変形例を説明するための図である。図１３には、変形例に係る回転子１００Ｃの部分拡大図が示される。回転子１００Ｃと図２に示す回転子１００との相違点は以下の通りである。
　（１）回転子１００Ｃは、図２に示すエンドリング３－１の代わりにエンドリング３－１Ｂを備える。
　（２）エンドリング３－１Ｂでは図２に示す傾斜面３ｅが省かれ、エンドリング３－１Ｂの内周部３ａは平坦な面形状であり、エンドリング３－１Ｂの内周部３ａの軸線方向Ｄ１における幅は、エンドリング３－１Ｂの外周部３ｂの軸線方向Ｄ１における幅と等しい。なお第１の環状部４１の外周部４１ａの軸線方向Ｄ１における幅は、エンドリング３－１Ｂの外周部３ｂの軸線方向Ｄ１における幅よりも狭い。
　図１３には、回転子１００Ｃが停止している時における導体バー６、エンドリング３－１Ｂ及び第２の補強部材５－１の外形が実線で示され、回転子１００Ｃが高速回転している時に変形した導体バー６、エンドリング３－１Ｂ及び第２の補強部材５－１の外形が点線で示される。
　エンドリング３－１Ｂは、回転子鉄心１の外周面寄りに設けられた導体バー６の一端部６ａに接続されているため、回転子１００Ｃが回転している時のエンドリング３－１Ｂは、導体バー６の一端部６ａとの接続点を支点にして変形する。そのためエンドリング３－１Ｂの内周部３ａ及び端部３ｄの間の角部３ｆには、角部３ｆ以外の部分に生じる応力振幅よりも最も大きな応力振幅が生じる。
　具体的には、エンドリング３－１Ｂの内周部３ａ寄りの部分に生じる応力振幅は、エンドリング３－１Ｂの外周部３ｂ寄りの部分に生じる応力振幅よりも大きくなる。またエンドリング３－１Ｂの回転子鉄心１とは反対側の端部３ｄ寄りの部分に生じる応力振幅は、エンドリング３－１Ｂの回転子鉄心１側の端部３ｃ寄りの部分に生じる応力振幅よりも大きくなる。従って、回転時の支点から最も遠い位置にあるエンドリング３－１Ｂの内周部３ａ及び端部３ｄの間の角部３ｆには、エンドリング３－１Ｂ全体の中で最も大きな応力振幅が生じるため、角部３ｆは、エンドリング３－１Ｂ全体の中でも最も早く劣化し、角部３ｆを起点にしてエンドリング３－１Ｂの劣化が進行する。
　図２に示す回転子１００のエンドリング３－１には、エンドリング３－１の内周部３ａ及び端部３ｄの間に傾斜面３ｅが形成される。傾斜面３ｅが形成されたエンドリング３－１では、エンドリング３－１全体の中でも最も早く劣化する部分が除去されているため、図２に示す回転子１００は、図１３に示す回転子１００Ｃに比べて、エンドリング３－１の疲労寿命の向上を図ることができる。なお図２に示すエンドリング３－１，３－２の傾斜面３ｅは、平坦な面形状に限定されず、湾曲形状でもよい。
　図１４は本発明の実施の形態に係る誘導電動機の回転子が備える第１の補強部材の変形例を説明するための図である。図６に示す第１の補強部材４－１，４－２と図１４に示す第１の補強部材４－１Ｃ，４－２Ｃとの相違点は以下の通りである。
　（１）第１の補強部材４－１Ｃ，４－２Ｃは、図６に示す第１の環状部４１の代わりに第１の環状部４１Ｂを備える。
　（２）第１の環状部４１Ｂの回転子鉄心１とは反対側の端部４１ｂには、軸線周り方向Ｄ２に配列された複数のねじ穴４１ｃが形成される。
　第２の環状部４２には複数の挿入孔４ａが形成されているため、挿入孔４ａの位置及び大きさにより、回転子１００の重量にアンバランスが生じる可能性がある。アンバランスとは、軸線周り方向Ｄ２に隣接する挿入孔４ａ同士の間隔が均一ではなく、また軸線周り方向Ｄ２に配列された複数の挿入孔４ａのそれぞれの中心から中心軸ＡＸまでの距離が均一ではないことを言う。このアンバランスにより回転子１００が回転した際に振動を発生する。第１の補強部材４－１Ｃ，４－２Ｃを備えた回転子１００では、第１の環状部４１Ｂに形成された複数のねじ穴４１ｃの内、一部のねじ穴４１ｃに不図示のねじが締結されることにより、重量のアンバランスが改善される。重量のアンバランスを改善する方法としては、ねじ穴４１ｃを設ける以外にも、第１の補強部材４－１Ｃ，４－２Ｃの一部を切り欠くことで重量のアンバランスを改善する方法と、エポキシ樹脂に代表されるバラスト材を第１の補強部材４－１Ｃ，４－２Ｃに塗布することで重量のアンバランスを改善する方法とを例示できる。但し図１４に示す第１の補強部材４－１Ｃ，４－２Ｃでは、不図示のねじをねじ穴４１ｃに締結するだけで重量のアンバランスを改善できるため、重量のアンバランスの修正作業が容易化され、回転子１００の製造時間を短縮できる。
　なお本実施の形態では、第２の補強部材５－１，５－２を備えた回転子１００を説明したが、第２の補強部材５－１，５－２は省略してもよい。第２の補強部材５－１，５－２が省略されている場合でも、回転子１００には第１の補強部材４－１，４－２が設けられているため、一定の回転速度以下においてはエンドリング３－１，３－２の変形を抑制できる。第２の補強部材５－１，５－２を備えることにより、一定の回転速度より高い速度域においてもエンドリング３－１，３－２の変形を抑えることができる。
　また本実施の形態では、予め製作された第１の補強部材４－１，４－２にダイカストにより導体バー６を形成する例を説明したが、第１の補強部材４－１，４－２は、ろう付けにより導体バー６を形成した後、焼き嵌めにより形成しても良い。第１の補強部材４－１，４－２を導体バー６に焼き嵌めする場合、複数の導体バー６の内、一部の導体バー６が第１の補強部材４－１，４－２に接することにより膨張して、嵌め込み途中の第１の補強部材４－１，４－２が意図しない位置で留まる可能性がある。ダイカストで第１の補強部材４－１，４－２を形成することにより、第１の補強部材４－１，４－２の製造作業の失敗に起因した歩留りの低下が抑制される。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　回転子鉄心、１ａ，４ｂ　貫通穴、１ｂ１，６ａ　一端部、１ｂ２，６ｂ　他端部、２　シャフト、３－１，３－１Ａ，３－１Ｂ，３－２　エンドリング、３ａ，５ａ　内周部、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，４－２　第１の補強部材、４ａ　挿入孔、５　コアスロット、５－１，５－２　第２の補強部材、６　導体バー、４１，４１Ａ，４１Ｂ　第１の環状部、４１ｃ　ねじ穴、４２，４２Ａ　第２の環状部、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ　回転子、２００　固定子、２１０　ハウジング、２２０　固定子鉄心、２３０　コイル、３００　誘導電動機。

Claims (7)

  1. 　回転子鉄心と、
    　前記回転子鉄心の中心軸の軸線方向に前記回転子鉄心を貫通する導体バーと、
    　前記回転子鉄心の端部に設けられ、前記端部から突き出る前記導体バーに接続された環状のエンドリングと、
    　前記回転子鉄心及び前記エンドリングの間に設けられ、前記エンドリングに接する環状の第１の補強部材と
    　を備え、
    　前記第１の補強部材には、前記端部から突き出る前記導体バーが挿入される挿入孔が形成されていることを特徴とする誘導電動機の回転子。
  2. 　前記エンドリングの外周部に設けられ、内周部が前記エンドリングの外周部に接する第２の補強部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の回転子。
  3. 　前記第１の補強部材は、
    　第１の環状部と、
    　前記第１の環状部の外周に設けられ、前記第１の環状部よりも前記軸線方向の幅が小さい第２の環状部と
    　を備え、
    　前記挿入孔は、前記第２の環状部に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導電動機の回転子。
  4. 　前記エンドリングは、前記軸線方向における前記第１の環状部の外周部に接する部分の幅が、前記軸線方向における前記エンドリングの外周部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の誘導電動機の回転子。
  5. 　前記エンドリングは、前記軸線方向において前記第１の補強部材と接する部分から離れるにつれて内径が広がることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の誘導電動機の回転子。
  6. 　前記第１の補強部材には、前記回転子鉄心の中心軸の軸線周り方向に配列された複数のねじ穴が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の誘導電動機の回転子。
  7. 　請求項１から請求項６の何れか一項に記載の誘導電動機の回転子を備えたことを特徴とする誘導電動機。
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