(57)【要約】【課題】電源容量を低減できるとともに、ダイカスト時に溶解した金属がロータコアの外周壁面に漏れることがなく、かつ低コストの誘導電動機を得る。【解決手段】この発明に係る誘導電動機は、軸線方向に沿って形成された複数のステータ側スロット４を有するステータコア３、及びステータ側スロット４に巻装されたコイル５を有するステータ１と、薄板鋼板を積層して構成されているとともに軸線方向に沿って形成された複数のロータ側スロット６を有するロータコア７、及びロータ側スロット６にダイカストで鋳込まれた導体８を有するロータ２とを備え、ロータ２は、外周壁面とステータ１の内周壁面との間で空隙長ｇを有して回転自在であって、各ロータ側スロット６は、ステータ１側が閉塞部Ａで閉塞されているとともに、この閉塞部Ａには軸線方向に沿って延びた穴１０が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に沿って形成された複数のステータ側スロットを有するステータコア、及び前記ステータ側スロットに巻装されたコイルを有するステータと、
薄板鋼板を積層して構成されているとともに軸線方向に沿って形成された複数のロータ側スロットを有するロータコア、及び前記ロータ側スロットにダイカストで鋳込まれた導体を有するロータとを備え、
前記ロータは、外周壁面と前記ステータの内周壁面との間で空隙長を有して回転自在である誘導電動機であって、
各前記ロータ側スロットは、前記ステータ側が閉塞部で閉塞されているとともに、この閉塞部には軸線方向に沿って延びた穴が形成されていることを特徴とする誘導電動機。
【請求項２】
前記穴は、前記薄板鋼板を貫通した貫通部を有していることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項３】
前記穴は、前記薄板鋼板に形成された凹部を有していることを特徴とした請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項４】
各前記閉塞部には、それぞれ１個の前記穴が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の誘導電動機。
【請求項５】
各前記閉塞部には、それぞれ複数個の前記穴が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の誘導電動機。
【請求項６】
各前記閉塞部には、複数個の前記穴によりハニカム構造が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の誘導電動機。
【請求項７】
前記閉塞部の周方向の幅ｗと前記空隙長ｇとの関係が、ｗ≧ｇの関係である請求項１から６の何れか１項に記載の誘導電動機。
【請求項８】
前記穴は、エッチング加工により形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の誘導電動機。
【請求項９】
前記穴の径寸法は、前記薄板鋼板の板厚さ以下であることを特徴とする請求項８に記載の誘導電動機。
【請求項１０】
前記ロータコアの両端部には、各前記導体の端部を連結して保持して設けられ、前記ダイカストにより前記導体が形成されると同時に一体に形成されたエンドリングを備えていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の誘導電動機。
【請求項１１】
前記閉塞部において、積層された複数枚の前記薄板鋼板のうち、少なくとも両最外層の薄板鋼板は、表面が平面のリング形状であり、前記ダイカスト時に溶解した金属が前記穴に流入するのを防止したことを特徴とした請求項１から１０の何れか１項に記載の誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、かご形ロータを有する誘導電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かご形ロータを有する誘導電動機は、構造上堅牢であることや低コストである特徴を活かして圧縮機や工作機械など幅広く用いられている。
また、駆動システム全体の低コスト化のためには、駆動用アンプの低コスト化が必要である。
この誘導電動機の駆動用アンプの低コスト化のためには、電源容量を低減する必要がある。ベクトル制御において、定常状態では誘導電動機のトルクＴｍは以下の式（１）より求められる。
【０００３】
【数１】
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ここで、ｐ：極対数、Ｍ：１次巻線と２次導体間の相互インダクタンス、Ｌ２：２次導体の自己インダクタンス、φ２ｄ：２次側の鎖交磁束、ｉ１q：１次相電流である。
【０００４】
電源容量を低減するためには電流を低減する必要がある。
式（１）から、２次導体の自己インダクタンスＬ２を小さくすることで少ない電流でも同じトルクが出力できることが分かる。
自己インダクタンスＬ２を低減する方法の１つとして、インダクタンスは、磁気抵抗の逆数に比例するため、各ロータ側スロットのステータ側に開口部を形成してスロットをオープンスロット化して、磁気抵抗を大きくし、漏れ磁束を低減する方法がある。
ロータの製造方法としてアルミダイカストが通常用いられるが、アルミダイカストでは溶解したアルミニウムを各ロータ側スロットに鋳込む。このため、オープンスロット化したロータコアに直接ダイカストを行うとアルミニウムがロータ側スロットの開口部から漏れるので、その後ロータコアの外周壁面の加工が必要となる。
【０００５】
この問題を解決するために、ロータコアをオープンスロットとした場合に、ロータ側スロットの断面形状よりもやや小さめの銅バーをスロットに挿入し、ロータコア両端部で、銅エンドリングと銅バーの圧入及び熱溶着とにより一体化することが提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２０６３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このものの場合、銅バーとともに銅バーを保持するための銅エンドリングが必要となるために、部品点数及び組立工数が増加し、ロータを製造する場合、アルミダイカストと比較してコスト高になるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであって、電源容量を低減できるとともに、ダイカスト時に溶解した金属がロータコアの外周壁面に漏れることがなく、かつ低コストの誘導電動機を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る誘導電動機は、軸線方向に沿って形成された複数のステータ側スロットを有するステータコア、及び前記ステータ側スロットに巻装されたコイルを有するステータと、薄板鋼板を積層して構成されているとともに軸線方向に沿って形成された複数のロータ側スロットを有するロータコア、及び前記ロータ側スロットにダイカストで鋳込まれた導体を有するロータとを備え、前記ロータは、外周壁面と前記ステータの内周壁面との間で空隙を有して回転自在である誘導電動機であって、各前記ロータ側スロットは、前記ステータ側が閉塞部で閉塞されているとともに、この閉塞部には軸線方向に沿って延びた穴が形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る誘導電動機によれば、ロータの各ロータ側スロットは、ステータ側が閉塞部で閉塞されているので、ダイカスト時に溶解した金属がスロットからロータコアの外周壁面に洩れることはなく、また閉塞部には軸線方向に沿って延びた穴が形成されているので、所謂クローズスロットタイプのロータと比較して磁気抵抗が大きくなり、漏れ磁束が低減し、電源容量が低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における誘導電動機を示す部分断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１のロータの変形例を示す全体斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２におけるロータコアを示す部分拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態３におけるロータコアを示す部分拡大図である。
【図６】この発明の実施の形態５におけるロータを示す部分縦断面図である。
【図７】図６のロータの変形例を示す部分縦断面図である。
【図８】この発明の実施の形態６におけるロータの部分縦断面図である。
【図９】図６のロータの変形例を示す部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明を各実施の形態について、図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符合を付して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の誘導電動機を示す部分断面図である。
この誘導電動機は、円筒形状のステータ１と、このステータ１と同軸線上でステータ１の内側に空隙長ｇを介して設けられたロータ２とを備えている。
ステータ１は、薄板鋼板を積層して構成され内周壁面側に周方向に等分間隔で軸線方向に沿って形成されたステータ側スロット４を有するステータコア３と、このステータ側スロット４に巻装されたコイル５とを有している。
ロータ２は、薄板鋼板を積層して構成され外周側に周方向に等分間隔で軸線方向に沿って形成されたロータ側スロット６を有するロータコア７と、各ロータ側スロット６に挿入された棒状のアルミニウム製の導体８と、ロータコア７の両端面に設けられ各導体８を連結したアルミニウム製のエンドリング９（後述する図３参照）とを有している。
エンドリング９は、ロータ側スロット６にアルミダイカストで鋳込まれて導体８が形成されると同時に形成される。
【００１４】
ロータ側スロット６のステータコア３側は閉塞部Ａで閉塞されている。
この閉塞部Ａには、図２に示すように、各薄板鋼板を貫通した一連の貫通部により形成された６個の穴１０が形成されている。
この例では、周方向の穴閉塞部の幅ｗ=０．２５ｍｍ、穴１０の径が０．０５ｍｍ、隣接する穴１０の中心軸線間の距離が０．１ｍｍである。
また、上記穴閉塞部の幅ｗと上記空隙長ｇとの関係は、（２）式に示す関係にある。
【００１５】
ｗ≧ｇ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
【００１６】
上記実施の形態の誘導電動機では、コイル５に電流を流すことで、ステータ１には回転磁界が生じ、この磁界がロータ２を鎖交し、導体８には誘導電流が流れ、この誘導電流が流れたことにより、フレミングの左手の法則により、各導体８には一方向に電磁力が作用する。
この結果、ロータ２は、ロータ２の中心軸線を貫通したシャフト（図示せず）を中心に回転する。
【００１７】
この実施の形態による誘導電動機によれば、導体８を鋳込む各ロータ側スロット６は、ステータ１側が閉塞部Ａで閉塞されているので、アルミダイカスト時に溶解したアルミニウムが各ロータ側スロット６から漏れることがない。
また、少ない電流でも同じ出力トルクを得るためには、式（１）から分かるように、導体８の自己インダクタンスＬ２を小さくすればよく、自己インダクタンスは、磁気抵抗の逆数に比例することから、磁気抵抗を大きくする必要性がある。
この実施の形態では、ロータ側スロット６の閉塞部Ａに、複数個の穴１０を形成したので、閉塞部Ａでの磁路断面積は、穴１０がない場合と比較して小さく、閉塞部Ａにおける磁気抵抗が大きくなり、ロータ２側からの鎖交磁束が外周壁面に沿って流れる、所謂漏れ磁束を低減し、多くの鎖交磁束がステータ１側に流れるので、少ない一次電流でも同じ出力トルクを得ることができ、電源容量を低減することが可能となる。
また、閉塞部Ａに、複数個の穴１０を形成したので、導体８からの遠心力は、各穴１０間の部位で支持され、周速１００ｍ/ｓｅｃ以上の高速回転時に有効である。
【００１８】
また、この実施の形態では、閉塞部Ａの幅ｗと空隙長ｇとの関係は、上記（２）式に示す関係にあり、幅ｗは空隙長ｇよりも大きい。
空隙長gは、ステータコア３、ロータコア７の寸法公差等によりある値以上に小さく設定することが不可能であり、この値以上に閉塞部Ａの幅ｗが大きくなるようにして、閉塞部Ａの磁気抵抗が大きくなるようにしている。
また、エンドリング９は、アルミダイカスト時に各導体８と同時に形成され、別個にエンドリングを用意し、このエンドリングを各導体８に組み付ける面倒な作業は不要である。
【００１９】
なお、アルミダイカスト時に、各穴１０にアルミニウムが侵入しても、アルミニウムは空気と同様に、非磁性であり、導体８のインダクタンス低減効果はさほど変化がない。
また、各ロータ側スロット６の閉塞部Ａにおける穴１０の数は６個に限定するものではなく、例えば図３に示すように、４個であってもよく、要は閉塞部Ａの磁路断面積を小さくするようにすればよい。
また、個々の穴１０の形状についても円形に限定されるものではなく、例えば多角形、楕円形でもよい。
【００２０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の誘電電動機を示すロータ２の部分拡大断面図である。
この実施の形態では、ロータコア７の各閉塞部Ａにそれぞれ穴１０Ａが形成されている。
穴１０Ａの径方向の内側、及び外側のそれぞれの狭小部の寸法は、０．１ｍｍ程度である。
他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２１】
この実施の形態では、ロータコア７の各閉塞部Ａにおける磁路断面積が小さく、各閉塞部Ａにおいて大きな磁気抵抗が確保され、少ない一次電流でも同じ出力トルクを得ることができ、電源容量を低減することが可能となる。
また、ロータ２の回転に伴い、ロータコア７の各閉塞部Ａには、導体８からの遠心力が肉厚の小さい狭小部に作用し、ロータ２の高速回転では不向きであるものの、実施の形態１のものと比較して、穴１０Ａの形成が簡単である。
【００２２】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３の誘電電動機を示すロータ２の部分拡大断面図である。
この実施の形態のロータコア７の各閉塞部Ａでは、複数個の穴１０Ｂによりハニカム構造が形成されている。
他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２３】
この実施の形態では、ロータコア７の各閉塞部Ａにおける磁路断面積が小さく、各閉塞部Ａでは大きな磁気抵抗が確保され、少ない一次電流でも同じ出力トルクを得ることができ、電源容量を低減することが可能となる。
また、ロータ２の回転に伴い、ロータコア７の各閉塞部Ａには、導体８からの遠心力が作用するも、各閉塞部Ａでは、複数個の穴１０Ｂによりハニカム構造が形成されているので、閉塞部Ａの強度は、実施の形態２のものと比較して増大し、ロータ２の高速回転に有効である。
【００２４】
実施の形態４．
一般的に金型による打ち抜きで、ロータ側スロット６、及び穴１０，１０Ａ，１０Ｂを構成する貫通部を形成する場合、貫通部における打ち抜き最小径寸法は薄板鋼板厚さと同等であり、誘導電動機に用いられる薄板鋼板は厚さ０．３５ｍｍや０．５ｍｍ程度である。
従って、薄板鋼板厚さ以下の径寸法の貫通部を形成したい場合や、閉塞部Ａの厚さｔ（図２参照）を０．３５ｍｍ以下としたい場合には、金型により、閉塞部Ａの穴１０，１０Ａ，１０Ｂは勿論閉塞部Ａも形成することが困難である。
【００２５】
このように、金型による打ち抜きで形成できない、薄板鋼板厚さ以下の径寸法の穴１０，１０Ａ，１０Ｂは、エッチングにより形成される。
このエッチング加工によると、φ５０μm程度の小さい穴１０，１０Ａ，１０Ｂでも形成することができ、金型の打ち抜きに比べて形成される穴１０，１０Ａ，１０Ｂの自由度が高い。
また、エッチングによる加工は、金型による打ち抜きと比較してロータコア７を構成する鋼板の歪量が小さいため、ロータコア７で発生する鉄損を低減し高効率化が可能である。
【００２６】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５の誘電電動機を示すロータ２の要部拡大断面図である。
この実施の形態では、閉塞部Ａにおいてロータコア７の各薄板鋼板１１の両面からハーフエッチングにより、それぞれ凹部１２が形成されている。
軸線方向に配列された各凹部１２により、穴１０Ｃが構成されている。
例えば、凹部１２の溝の深さは、ロータコア７の鋼板の肉厚が０．３５ｍｍのした場合、０．１５ｍｍ程度の深さである。
この実施の形態による誘導電動機によれば、穴１０Ｃには、軸線方向において一定間隔で仕切り部が形成されているので、各閉塞部Ａの強度が向上し、アルミダイカスト時に穴１０Ｃが圧力で変形するのを防ぐことができる。
【００２７】
なお、図７に示すように、各薄板鋼板１１の上面にハーフエッチングにより凹部１３を形成するようにしてもよい。
このようにして形成された穴１０Ｄについても、軸線方向において一定間隔で仕切り部が形成されているので、図６に示した穴１０Ｃと同様に、各閉塞部Ａの強度が向上し、アルミダイカスト時に穴１０Ｄが圧力で変形するのを防ぐことができる。
また、貫通部を有する薄板鋼板１１と凹部１２，１３を有する各薄板鋼板１１とを組み併せてロータコア７を形成するようにしてもよい。
【００２８】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６の誘電電動機を示すロータ２の要部拡大断面図である。
この実施の形態では、積層された複数枚の薄板鋼板１１のうち、最上層の薄板鋼板１１Ａと最下層の薄板鋼板１１Ａとは、表面が平面のリング形状である。閉塞部Ａにおいて、最上層の薄板鋼板１１Ａと最下層の薄板鋼板１１Ａとの間の各薄板鋼板１１では、貫通部１４が形成されている。
この実施の形態の誘導電動機によれば、最上層の薄板鋼板１１Ａと最下層の薄板鋼板１１Ａとは、表面が平面のリング形状であり、貫通部１４が形成されてなく、閉塞部Ａの強度は、閉塞部Ａにおいて全薄板鋼板に貫通部を有するステータコア３と比較して高い。
従って、アルミダイカスト時に、導体８とエンドリング９とが同時に一体で形成される際に、穴１０Ｅにアルミニウムが流入し、穴１０Ｅが変形するのを防止することができる。
また、貫通部１４を有する薄板鋼板１１の代わりに、図９に示すように両面に凹部１２を有する薄板鋼板１１であってもよいし、図７に示す、片面に凹部１３を有する薄板鋼板１１を用いてもよい。
なお、薄板鋼板１１Ａの枚数は、ステータコア３の必要強度に応じて調整すればよい。
【００２９】
なお、上記の各実施の形態では、アルミダイカストで導体８が形成されると同時にエンドリング９も形成される誘導電動機について説明したが、この発明は、アルミダイカストで形成された導体に、別途形成したエンドリングを組み付けた誘導電動機にも適用することができる。
また、アルミダイカストに限定されるものではなく、例えば銅ダイカストであってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  ステータ、２  ロータ、３  ステータコア、４  ステータ側スロット、５  コイル、６  ロータ側スロット、７  ロータコア、８  導体、９  エンドリング、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ，１０Ｅ  穴、１１，１１Ａ  薄板鋼板、１２，１３  凹部、１４  貫通部、Ａ  閉塞部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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