(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に流れる冷却風により冷却されるかご型誘導電動回転子であって、
回転軸と、
上記回転軸に固着された回転子鉄心と、
上記回転子鉄心を回転子軸方向に貫通して延びたロータバーと、
上記ロータバーの回転子軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して回転子周方向に延びたエンドリングと、を備え、
上記エンドリングには、
上記ロータバーと固着された部分で上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向の表面と連続した面を持ち、さらに上記ロータバーの回転子の軸方向に深さを持つ環状溝が上記ロータバーと固着された部分に沿って形成されていることを特徴とするかご型誘導電動機回転子。
【請求項２】
軸方向に流れる冷却風により冷却されるかご型誘導電動回転子であって、
回転軸と、
上記回転軸に固着された回転子鉄心と、
上記回転子鉄心を回転子軸方向に貫通して延びたロータバーと、
上記ロータバーの回転子軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して回転子周方向に延びたエンドリングと、を備え、
上記エンドリングには、
上記ロータバーと固着された部分で上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向の表面と連続した周方向表面と、上記周方向表面に接し上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向表面に対して垂直な径方向表面と、を持つ環状のＬ字型切り欠き溝が形成されていることを特徴とするかご型誘導電動機回転子。
【請求項３】
軸方向に流れる冷却風により冷却されるかご型誘導電動回転子であって、
回転軸と、
上記回転軸に固着された回転子鉄心と、
上記回転子鉄心を回転子軸方向に貫通して延びたロータバーと、
上記ロータバーの回転子軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して回転子周方向に延びたエンドリングと、を備え、
上記エンドリングには、
上記ロータバーと固着された部分で上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向の表面と連続し、半円形断面の溝が上記回転子の周方向に形成された周方向表面と、上記周方向表面に接し上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向表面に対して垂直な径方向表面と、を持つ環状のＪ字型切り欠き溝が形成されていることを特徴とするかご型誘導電動機回転子。
【請求項４】
一端に空気取入口、他端に空気排出口を有する電動機フレームと、
上記電動機フレーム内に支持された固定子と、
上記電動機フレーム内で上記固定子に対して電磁気的作用関係に配置された請求項１乃至３の何れか一項記載のかご型誘導電動機回転子と、を備えることを特徴とするかご型誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、かご型誘導電動機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機に関し、特に鉄道車両等の車両用かご型誘導電動機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は特開昭６−１９７５０４号公報に記載された従来の鉄道車両用かご型誘導電動機の上側半分だけを概略的に示す断面図である。従来のかご型誘導電動機は、一端に空気入口１、他端に空気出口２を有する電動機フレーム３と、電動機フレーム３内に支持された固定子４と、電動機フレーム３内で固定子４に対して電磁気的作用関係に配置され、軸受５により回転可能に支持された回転子６とを備えている。固定子４は、電動機フレーム３の内周に固着された固定子鉄心７と、固定子鉄心７のスロット８に挿入され、コイルエンド９を持つ固定子コイル１０とを備えている。回転子６は、電動機フレーム３に回転可能に支持された回転軸１１と、この回転軸１１に支持クランパ１２および１３により固着された円筒形の回転子鉄心１４とを備えている。この回転子鉄心１４の外周部には、軸方向に延びたスロット１５が周方向等間隔に形成されており、スロット１５内には多数のロータバー１６が挿入されて固着されている。ロータバー１６はその中央の大部分が回転子鉄心１４内に収容され、両端部は回転子鉄心１４から軸方向外側に突出して突出部１７を形成している。ロータバー１６の突出部１７の外端にはロータバー１６を互いに接続させるエンドリング１８が固着されている。回転子鉄心１４には更に、回転軸１１とロータバー１６との間に支持クランパ１２、１３をも共に貫通して軸方向に延びた複数の冷却風通路１９が設けられている。
【０００３】
このようなかご型誘導電動機に於いて、固定子４の固定子コイル１０に三相電流を供給すると、固定子コイル１０に回転磁界が発生し、回転子６のロータバー１６に誘導電流が流れて誘導磁界が発生する。このため、固定子コイル１０の回転磁界とロータバー１６の誘導磁界とが反発し合い、回転子６が回転することになる。このような運転期間中には、電動機の通電部分が発熱するため、外部ファンを駆動して空気入口１から冷却風を電動機フレーム３内部に導入し、空気出口２から排出して電動機を冷却している。
【０００４】
この冷却空気は、空気入口１から電動機フレーム３内に入って図１４に矢印で示すような経路を通って流れる。即ち、空気入口１からの冷却風は固定子コイル１０のコイルエンド９を回ってコイルエンド９の径方向内側で２つの流れに別れる。２つに別れた冷却風の一方は、コイルエンド９とエンドリング１８との間の間隙を通って固定子鉄心７と回転子鉄心１４との間の間隙を軸方向に流れ、出口側でも再びコイルエンド９とエンドリング１８との間を通って空気出口２から排出される。２つに別れた冷却風の他方は、更に径方向内側に流れて支持クランパ１２、回転子鉄心１４および支持クランパ１３に軸方向に形成された冷却風通路１９内に流れて冷却風通路１９を通り抜け、下流側の支持クランパ１３から出て上述の一方の冷却風と合流して電動機フレーム３の空気出口２から外部に排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のかご型誘導電動機に於いては、運転時の発熱の対策として強制冷却風を流して電動機を冷却している。しかしながら、エンドリング１８は発熱体であるので、回転子鉄心１４に対して温度が高く、環状であり、鉄心１４が鋼であるのに対して銅等の熱膨張係数の大きな導電性材料でできているため、エンドリング１８が回転子鉄心１４よりも大きく膨張する。また、冷却風の温度は風上側よりも風下側の方が高く、風下側のロータバー１６の突出部１７およびエンドリング１８の冷却が必ずしも十分に行われないため、それらの熱膨張が比較的大きい。このようなエンドリング１８の熱膨張により、図２５に示すごとく回転子鉄心１４に対してエンドリング１８が径方向に熱膨張の差である距離δだけ径方向外側に広がった状態となり、エンドリング１８の変形に従って、両端をエンドリング１８および回転子鉄心１４に剛体的に結合されたロータバー１６の突出部１７がゆるいＳ字型に変形させられる。このため、ロータバー１６の突出部１７とエンドリング１８との接続部Ｐの応力が大きくなる。
【０００６】
従来のかご型誘導電動機に於いては、このような応力がロータバー１６の突出部１７とエンドリング１８との間の接続部Ｐに発生するのを防ぐために、ロータバー１６の突出部１７の長さを長くして、エンドリング１８と回転子鉄心１４との間の間隔を大きくする必要があったため、かご型誘導電動機の軸方向寸法が長くなってしまい、小型化および軽量化の妨げとなっていた。また、ロータバー１６の長い突出部１７は、高速回転時の大きな遠心力に耐えるために機械的強度を上げねばならず、軽量化および高速化が困難であった。
【０００７】
従って、この発明は従来のかご型誘導電動機の上述のような問題点を解決するためになされたもので、熱膨張によりロータバーに発生する応力を軽減した小型で軽量のかご型誘導電動機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のかご型誘導電動機回転子は、軸方向に流れる冷却風により冷却されるかご型誘導電動回転子であって、回転軸と、上記回転軸に固着された回転子鉄心と、上記回転子鉄心を回転子軸方向に貫通して延びたロータバーと、上記ロータバーの回転子軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して回転子周方向に延びたエンドリングと、を備え、上記エンドリングには、上記ロータバーと固着された部分で上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向の表面と連続した面を持ち、さらに上記ロータバーの回転子の軸方向に深さを持つ環状溝が上記ロータバーと固着された部分に沿って形成されている。
【００１５】
請求項２記載のかご型誘導電動機回転子は、軸方向に流れる冷却風により冷却されるかご型誘導電動回転子であって、回転軸と、上記回転軸に固着された回転子鉄心と、上記回転子鉄心を回転子軸方向に貫通して延びたロータバーと、上記ロータバーの回転子軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して回転子周方向に延びたエンドリングと、を備え、上記エンドリングには、上記ロータバーと固着された部分で上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向の表面と連続した周方向表面と、上記周方向表面に接し上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向表面に対して垂直な径方向表面と、を持つ環状のＬ字型切り欠き溝が形成されている。
【００１６】
請求項３記載のかご型誘導電動機回転子は、軸方向に流れる冷却風により冷却されるかご型誘導電動回転子であって、回転軸と、上記回転軸に固着された回転子鉄心と、上記回転子鉄心を回転子軸方向に貫通して延びたロータバーと、上記ロータバーの回転子軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して回転子周方向に延びたエンドリングと、を備え、上記エンドリングには、上記ロータバーと固着された部分で上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向の表面と連続し、半円形断面の溝が上記回転子の周方向に形成された周方向表面と、上記周方向表面に接し上記ロータバーの回転子径方向外側および内側の回転子周方向表面に対して垂直な径方向表面と、を持つ環状のＪ字型切り欠き溝が形成されている。
【００１９】
請求項４記載のかご型誘導電動機回転子は、一端に空気取入口、他端に空気排出口を有する電動機フレームと、上記電動機フレーム内に支持された固定子と、上記電動機フレーム内で上記固定子に対して電磁気的作用関係に配置された請求項１乃至３の何れか一項記載のかご型誘導電動機回転子と、を備えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は後に図１２乃至図２３に関連して説明する本発明の実施形態としての鉄道車両用かご型誘導電動機と共に用いることのできる構造を持ったかご型誘導電動機の上側半分だけを概略的に示す断面図である。かご型誘導電動機は、一端に空気入口１、他端に空気出口２を有する電動機フレーム３と、電動機フレーム３内に支持された固定子４と、電動機フレーム３内で固定子４に対して電磁気的作用関係に配置され、軸受５により回転可能に支持された回転子２６とを備えている。固定子４は、電動機フレーム３の内周に固着された固定子鉄心７と、固定子鉄心７のスロット８に挿入され、コイルエンド９を持つ固定子コイル１０とを備えている。
【００２１】
回転子２６は、電動機フレーム３に回転可能に支持された回転軸１１と、この回転軸１１に冷却風の流れ方向に見て上流側の第１の支持クランパ２７および下流側の第２の支持クランパ２８により固着された円筒形の回転子鉄心１４とを備えている。この回転子鉄心１４の外周部には、軸方向に延びたスロット１５が周方向等間隔に形成されており、スロット１５内には多数のロータバー２９が挿入されて固着されている。ロータバー２９はその中央の大部分が回転子鉄心１４のスロット１５内に収容され、両端部は回転子鉄心１４から軸方向外側に突出して突出部３０を形成している。ロータバー２９の冷却風の流れ方向に見て上流側の突出部３０の外端にはロータバー２９を互いに接続する第１のエンドリング３１が固着されており、ロータバー２９の冷却風の流れ方向に見て下流側の突出部３０の外端には第２のエンドリング３２が固着されている。回転子鉄心１４には更に、回転軸１１とロータバー２９との間に支持クランパ２７および２８をも共に貫通して軸方向に延び、周方向等間隔に配置された複数の冷却風通路３３が設けられている。
【００２２】
図２乃至図４に良く示されているように、かご型誘導電動機の回転子２６には、ロータバー２９の径方向内側で回転子鉄心１４ならびに第１および第２の支持クランパ２７および２８を含む回転子２６を軸方向に貫通して延び、周方向に等間隔に配置された冷却風通路３３を備えている。冷却風通路３３は、冷却風上流側の第１の支持クランパ２７に形成された入口開口３４と、冷却風下流側の第２の支持クランパ２８に形成された出口開口３５とを持っている。また、第２の支持クランパ２８は、冷却風通路３３の出口開口３５の近傍に一体に設けられて、冷却風通路３３の出口開口３５からの冷却風の流れ方向をロータバー２９の突出部３０およびエンドリング３２に向けて偏向させる偏向装置３６を備えている。
【００２３】
偏向装置３６は、ほぼ円環状の支持クランパ２８に一体に形成され、回転子鉄心１４の冷却風通路３３からの軸方向の冷却風の流れを径方向成分を持つように偏向させる流路であり、図示の例では、偏向装置３６から出た冷却風がロータバー突出部３０にもエンドリング３２にも当たるような形状にされている。また、偏向装置３６の流路内には図４に示すように径方向に延びた放射状の複数の羽根３７が設けられており、羽根３７は回転子鉄心１４に周方向に等間隔に形成された複数の冷却風通路３３の間にこれらを区切るような配置で設けられている。この羽根３７は、流路３６と共に冷却風を径方向に送出する遠心送風装置を構成している。
【００２４】
このようなかご型誘導電動機に於いては、運転期間中に電動機の通電部分が発熱するため、外部ファンを駆動して空気入口１から冷却風を電動機フレーム３内部に導入し、空気出口２から排出して電動機を冷却している。この冷却空気は、空気入口１から電動機フレーム３内に入って図１に矢印で示すような経路を通って流れる。即ち、空気入口１からの冷却風は固定子コイル１０のコイルエンド９を回ってコイルエンド９の径方向内側で２つに別れる。２つに別れた冷却風の一方は、コイルエンド９とエンドリング３１との間の間隙を通って固定子鉄心７と回転子鉄心１４との間の間隙を軸方向に流れ、出口側でも再びコイルエンド９とエンドリング３１との間を通って空気出口２から排出される。２つに別れた冷却風の他方は、更に径方向内側に流れて上流側の第１の支持クランパ２７の入口開口３４から冷却風通路３３内に流れて冷却風通路３３通り抜け、下流側の第２の支持クランパ２８に形成された出口開口３５から軸方向に出る。冷却風通路３３の出口開口３５はそのまま連続して偏向装置３６の通路３７に接続されているので、冷却風は偏向されて径方向外向きに流れることになる。偏向装置３６の通路３７はその径方向外端が広げられているため、冷却風も広げられ、ロータバー２９の突出部３０にも、この突出部３０の先端に設けられた下流側の第２のエンドリング３２にも当たって、これらを冷却するようにされている。突出部３０およびエンドリング３２を冷却した空気は上述の一方の冷却風と合流して電動機フレーム３の空気出口２から外部に排出される。
【００２５】
このような構成のかご型誘導電動機に於いては、偏向装置３６を設けることにより、回転子鉄心１４に設けた冷却風通路３３からの冷却風が確実にエンドリング３２およびロータバー２９の突出部３０に向けられて、これらの冷却効率が高められる。また、偏向装置３６に羽根３７を利用した遠心送風装置が設けられているので、冷却風が多量になって冷却効率がより高くなリ、かご型誘導電動機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機が小型で軽量になる。
【００２６】
かご型誘導電動機回転子２６の下流側の第２のエンドリング３２には放熱要素４０が設けられている。図３に示す放熱要素４０は、エンドリング３２の径方向内側面に形成された多数の軸方向溝４１と、軸方向溝４１の間に形成された放熱フィン４２とを備えている。この構成によれば、エンドリング３２がより高い効率で冷却でき、偏向装置３６と共に用いるとエンドリング３２の冷却に大きな効果が得られる。
【００２７】
図５および６に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、放熱要素が、第２のエンドリング３２に形成された多数の軸方向穴４５である。軸方向穴４５は、エンドリング３２の内周側面の近傍で同一円周上に配列されており、この軸方向穴４５を通って冷却風が流れて、エンドリング３２を冷却する。
【００２８】
図７に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、第２のエンドリング４６の放熱要素の軸方向溝４７および軸方向溝４７により形成される放熱フィン４８が回転子軸心に対して径方向に傾斜していて、軸方向溝４７の冷却風の上流側の端部よりも下流側の端部の方が径方向外側に位置している。このため、軸方向溝４７内に入った冷却風にエンドリング４６の回転による遠心力が作用し、放熱フィン４８間の冷却風の流れを促進するという効果が得られる。
【００２９】
図８に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、第２のエンドリング５０の放熱要素を構成する軸方向穴５１が、回転子軸心に対して径方向に傾斜していて、軸方向穴５１の上流側の端部よりも下流側の端部の方が径方向外側に位置している。このため、軸方向穴５１内に入った冷却風にエンドリング５０の回転による遠心力が作用し、軸方向穴５１内の冷却風の流れを促進するという効果が得られる。
【００３０】
図９に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、第２のエンドリング５２の放熱要素が周方向溝５３および周方向溝５３間に形成された周方向の放熱フィン５４とにより構成されている。放熱フィン５４がエンドリング５２の回転方向に延びているので、周方向溝５３内に回転による空気の流れができやすく、この点で冷却効果が高い。図示の例では、このように周方向に延びた放熱フィン５４を備えた放熱要素と共に、勾配が比較的ゆるやかで羽根５５により周方向に仕切られたな通路５６を持っていて冷却空気の流れ方向を比較的広い範囲に軸方向に広げて偏向させる偏向装置５７が設けられている。
【００３１】
図１０に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、回転子のロータバー２９の回転子鉄心１４よりも軸方向外側の突出部分３０部分に多数の放熱フィン５９が設けられている。放熱フィン５９自体は公知のものでも良く、例えばロータバー２９の突出部３０の側面に立設された多数の平行な板状の部材、波状の板部材あるいは螺旋状に巻き付けた帯状体でも良い。このような放熱フィン５９によりロータバー２９の突出部３０の冷却効果がよりいっそう高くなる。
【００３２】
図１１に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、回転子の冷却風の流れ方向で上流側の第１のエンドリング３１の径方向内側面に、回転子軸に対して傾斜した軸方向溝６０および軸方向溝６０により形成される放熱フィン６１により構成された放熱装置が設けられている。軸方向溝６０および放熱フィン６１は回転子軸心に対して径方向に傾斜していて、軸方向溝６０の冷却風の上流側の端部よりも下流側の端部の方が径方向外側に位置しているので、軸方向溝６０内に入った冷却風にエンドリング３１の回転による遠心力が作用し、放熱フィン６１間の冷却風に軸方向の流れが生じ、エンドリング３１自体だけでなく、それに接続されたロータバー２９の突出部３０の冷却も促進するという効果が得られる。
【００３３】
実施の形態１．
図１２乃至図１４には本発明のかご型誘導電動機の実施の形態を示す。このかご型誘導電動機の回転子６３は、ロータバー２９の回転子鉄心１４よりも軸方向外側の突出部分３０に設けられて、ロータバー２９に発生する応力を軽減させる応力軽減装置６４を備えている。図１２には応力軽減装置６４を単独で回転子に設けた例を示してあるが、この応力軽減装置６４をこれまで説明してきた図１から図１１に示した構造と適当に組み合わせて使用することもできる。
【００３４】
応力軽減装置６４は、この例では図１４に良く示されているようにロータバー２９の突出部分３０だけに、その一方の側面から他方の側面に亙って中央部を切り込んで形成された軸方向のスリット６５である。スリット６５は、ロータバー２９の中央の回転子鉄心１４のスロットに挿入される部分（ａ1）にほぼ等しい範囲を除いた両端の幅（ｈ）の突出部分３０（Ｌ）に形成されたスリットであって、突出部分３０の幅（ｈ）方向のほぼ中央に幅（ａ2）だけ切り込んだものである。スリット６５の両側には幅（ａ3）および幅（ａ4）の部分がある。ロータバー２９は図１４のように形成した後に回転子鉄心１４のスロットに挿入してスエッジ固定する。スリット６５を設けない範囲（ａ1）が回転子鉄心１４の軸方向寸法よりも小さいと、ロータバー２９の回転子鉄心１４に対するスエッジ固定の強度が低下するので、この寸法（ａ1）は回転子鉄心１４の軸方向寸法と等しくするのが良い。スリット６５の幅（ａ2）は、ロータバー２９の幅（ｈ）を小さくするためになるべく小さい方が良い。スリット６５の両側の部分の幅（ａ3、
ａ4）は、これらが互いに等しい場合に後に説明する発生モーメントを緩和する効果が最も大きい。
【００３５】
先に説明したとおり、かご型誘導電動機の運転中には熱膨張のためにロータバー２９の突出部３０に図２５に示すような変形が起こる。このとき、図２５に於いてエンドリング１０と回転子鉄心１４との間の径方向の相対的変位をδとし、ロータバー２９の突出部３０の縦弾性係数をＥ、エンドリング３２と回転子鉄心１４との間の距離即ち突出部分３０の長さをＬ、突出部分３０の径方向幅をｈ、突出部分３０の断面二次モーメントをＩとし、ロータバー２９の突出部３０の断面が長手方向に一様であるとすると、材料力学の梁理論より、ロータバー突出部３０のエンドリング１０に対する接続部Ｐ近傍の発生モーメントＭは、両端の境界条件が固定端の場合には、次の（１）式の通りとなる。
Ｍ  ＝  （１２・Ｅ・Ｉ・δ）／Ｌ２    ・・・・・・（１）
実際の境界条件は固定端ではないので、実際のモーメントＭ’はこの式（１）で計算されるモーメントＭよりも小さくなるが、次の（２）式の関係がある。
Ｍ’  ∝  （Ｅ・Ｉ・δ）／Ｌ２          ・・・・・・（２）
更に、ロータバー２９の突出部３０のエンドリング３２との間の接続部近傍の最大応力σは、次の通りとなる。
σ  ＝  Ｍ’／（Ｉ／ρ）・α          ・・・・・・（３）
ここでρは応力を求める位置の断面における曲げの中立面からの距離であり、ロータバー突出部３０の断面が回転子周方向の対称軸を有するとき、ρ＝ｈ／２となる。αは応力集中係数である。（２）式および（３）式の関係から、
σ  ∝  （δ・Ｅ・ρ）／Ｌ２          ・・・・・・・（４）
の関係が得られる。即ち最大発生応力σはρの大きさに比例するといえる。
【００３６】
本発明のかご型誘導電動機回転子に於いて、図１４のスリット６５の位置がａ3＝ａ4となるように加工すると、上述の応力を求める位置の断面における曲げの中立面からの距離ρとａ3、ａ4およびｈとの関係は、ρ＝ａ3／２＝ａ4／２＝ｈ／４となる。従って、この発明のスリット６５を有するロータバー２９の突出部３０のρは、スリットを持たないロータバーのρ＝ｈ／２に対して１／２倍となり、応力σも１／２となる。従って、スリット６５を有するロータバー突出部３０に掛かる応力がスリット６５の無いものと同じ大きさでもよい場合には、突出部３０の長さＬを１／２１／２にすることができ、かご型誘導電動機を小型軽量化することができる。
【００３７】
ａ3とａ4とが異なる場合、例えばａ3>ａ4とすると、ρ＝ａ3／２となるので、スリットの無い場合に対して距離ρと応力σとはａ3／ｈ倍（>１／２）となる。
【００３８】
実施の形態２．
図１５および図１６に示すかご型誘導電動機回転子に於いては、ロータバー２９の突出部分３０に設けられて径方向寸法が縮減された加工部分である応力軽減装置６６を備えている。この例の応力軽減装置６６は加工部分がスタンパ等により圧縮塑性加工によって形成された部分であって、ロータバー２９の突出部分３０の大部分の径方向寸法が元の寸法ｈ1よりも縮減されて寸法ｈ2とされ、他方縮減された部分の周方向寸法は元の寸法ｂ1よりも大きな寸法ｂ2に膨張されている。
ロータバー２９の突出部分３０のこの圧縮塑性加工部分のｄ2の断面積は、加工されてない部分ｄ1の断面積とほぼ等しい。このようなロータバーは、圧縮塑性加工前の断面形状が長手方向に一様なものを回転子鉄心１４のスロットに挿入し、
その後上述のように径方向に圧縮塑性加工して図１５および図１６の構成を得る。
【００３９】
このような圧縮塑性加工による応力軽減装置６６を備えたロータバー２９の突出部分３０を持ったかご型誘導電動機に於いては、ロータバー２９の突出部３０に図２５に示すものと同様な熱膨張による変形が生ずると、（２）式で表されるように、ロータバー突出部３０の断面二次モーメントＩに比例するモーメントＭ’がロータバー突出部３０のエンドリング３２との接続部近傍に発生する。ロータバー突出部３０の断面二次モーメントＩは、断面形状が長方形とすると、Ｉ＝１／２・ｂ・ｈ３で得られる。ｂはロータバー突出部３０の周方向幅寸法、ｈはロータバー突出部３０の径方向幅寸法である。図１５および図１６に示す例では突出部３０が圧縮塑性加工されているので、断面２次モーメントは次の通りとなる。
Ｉ2  ＝  １／２・ｂ2・ｈ2３        ・・・・・・（５）
一方、径方向に圧縮されてない場合の断面２次モーメントＩ1は、
Ｉ1  ＝  １／２・ｂ1・ｈ1３        ・・・・・・（６）
となり、ロータバー２９の突出部分３０を径方向に圧縮加工することによって断面２次モーメントはＩ2／Ｉ1＝（ｈ2／ｈ1）３・（ｂ2／ｂ1）倍に減少し、同時にロータバー２９の突出部３０のエンドリング３２との接続部近傍に発生するモーメントは、（２）式より、（ｈ2／ｈ1）３・（ｂ2／ｂ1）倍に減少する。
【００４０】
ロータバー２９の突出部３０のエンドリング３２との接続部近傍の最大発生応力σは、（３）式から
σ  ＝  Ｍ／（Ｉ／ρ）・α            ・・・・・・（７）
となる。しかしながら、突出部３０はエンドリング３２との接続部近傍では圧縮加工されていないので、Ｉ／ρは従来のものと同じになり、最大発生応力σはモーメントＭに比例することになリ、（ｈ2／ｈ1）３・（ｂ2／ｂ1）倍に緩和される。更に、（２）式より、モーメントＭは１／Ｌ２に比例するので、圧縮塑性加工を施していない場合と同じ応力とするためには、圧縮塑性加工を施した場合のＬは（（ｈ2／ｈ1）３・（ｂ2・ｂ1））１／２でよいため、かご型誘導電動機の小形
化が図れる。
【００４１】
この例に於いては、圧縮塑性加工により、図１６に示す如くロータバー２９の突出部３０の周方向の元の幅寸法ｂ1に対して、加工部分の周方向幅寸法ｂ2が大きくなっている。従って、回転子鉄心１４に対するエンドリング３２の回転軸回りの捩じれモードの固有振動数が高くなり、回転子２の振動特性が向上する効果もある。
【００４２】
ロータバー２９の全長に亙って圧縮塑性加工を施して、その全長に亙って径方向幅を圧縮して周方向幅を膨張させると、図１７に示す回転子鉄心１４のスロット１５の周方向幅が大きくなってスロット１５間の回転子鉄心１４の歯部の幅ｅが小さくなり過ぎ、回転子鉄心１４のこの部分の機械的強度が低下してしまうことがある。
【００４３】
実施の形態１０．
図１８に示すかご型誘導電動機回転子の応力軽減装置６７は、ロータバー２９の突出部３０に設けられて径方向幅寸法だけが縮減された加工部分であって、この加工部分は、ロータバー２９の突出部分３０の径方向外側および内側の表面を切削加工により削り落して形成したものである。従って、図１５及び図１６に示すものと異なり、ロータバー突出部分３０の周方向幅寸法が増大しているようなことはない。
【００４４】
この例の応力軽減装置に於いても、ロータバーに切削加工を施すことにより、ロータバー突出部３０の径方向幅寸法だけがｈ1がｈ2に減少するので、ロータバー突出部３０の断面２次モーメントが（ｈ2／ｈ1）３倍に減少する。また、同時にロータバー２９の突出部分３０とエンドリング３２との間の接続部Ｐ近傍に発生するモーメントおよび応力も（ｈ2／ｈ1）３倍に減少する。なお、このように切削加工を施したロータバー突出部３０に発生する応力が、切削加工を施してない場合のロータバー突出部３０に発生する応力と等しくなれば良いという条件の場合には、この発明のかご型誘導電動機回転子の突出部３０の長さＬを（（ｈ2／ｈ1）３）１／２倍にできるため、かご型誘導電動機回転子の軽量化および小形化
が実現できる。
【００４５】
実施の形態３．
図１９及び図２０に示す応力軽減装置６８は、ロータバー２９の突出部３０の径方向内側表面部にだけ全長（Ｌ）に亙って施した切削加工部分である。即ち、ロータバー２９の突出部３０の回転子鉄心１４とエンドリング３２との間の部分の軸方向長さＬの全体に切削加工が施されている。従って、回転子鉄心１４のスロット内に挿入された部分のロータバー２９の径方向幅寸法はｈ1であり、突出部３０の径方向幅寸法はｈ2である。
【００４６】
このかご型誘導電動機回転子の応力軽減装置６８に於いては、熱膨張により図２５に示すような相対変位δがエンドリング３２と回転子鉄心１４との間に生ずると、ロータバー２９の突出部３０とエンドリング３２との間の接続部近傍に（４
）式で表されるように、ロータバー２９の突出部３０のρに比例する最大発生応力σが発生する。しかしながら、回転子鉄心１４のスロット内に挿入された部分のロータバー２９の径方向幅寸法はｈ1であり、突出部３０の径方向幅寸法はｈ2であって、ｈ2＜ｈ1であるので、先に説明した実施の形態と同様に、応力を軽減することができる。また、応力を軽減する必要がないばあいには、ロータバー突出部３０の長さＬを短くすることができ、かご型誘導電動機の小形軽量化を実現できる。
【００４７】
実施の形態４．
図２１に示すかご型誘導電動機回転子の応力軽減装置７０は、エンドリング７１に設けられて応力をそこに集中させる切り込み部分であり、この切り込み部分は、ロータバー２９の突出部分３０の径方向外側の周方向表面７２および内側の周方向表面７３にそれぞれ接する位置でエンドリング７０の周方向に延び、軸方向の深さを持つ２本の平行な環状溝７４および７５である。
【００４８】
このような環状溝７４および７５を持つ応力軽減装置を備えたかご型誘導電動機回転子に於いては、図２５に示す応力集中部であるロータバー突出部分３０とエンドリング７１との間の接続部分Ｐに環状溝７４および７５が形成されているので、接続部分Ｐに発生していた応力の一部がエンドリング７１の環状溝７４および７５に移行してロータバー突出部分３０に作用する応力が少なくなる。エンドリング７１は周方向に連続した一体の環状部材であって機械的強度が大きいので、熱膨張により発生する応力を機械的強度の大きなエンドリング７１により受け止めることができ、ロータバーの突出部分３０が負担すべき応力が小さくなる。
従って、ロータバー２９の突出部分３０の軸方向長さを短くすることができ、かご型誘導電動機回転子の軸方向寸法の減少および軽量化が可能である。
【００４９】
実施の形態５．
図２２に示すかご型誘導電動機回転子の応力軽減装置７０に於いては、切り込み部分が、ロータバー２９の突出部分３０の径方向外側の周方向表面７２に接する周方向表面７６と、ロータバー２９の突出部分３０の内側の周方向表面７３に接する周方向表面７７と、これらの周方向表面７６および７７に対してそれぞれ垂直な径方向の環状平面７８および７９とを持ち、全体として環状のＬ字型切り欠き溝８０である。
【００５０】
このような環状のＬ字型の切り欠き溝８０である応力軽減装置７０を備えたかご型誘導電動機回転子に於いては、図２１に示す例の場合と同様に、接続部近傍に現れるＰ点の応力は一部がエンドリング７１のＬ字型切り欠き溝８０に移行して、ロータバー突出部分３０の応力が軽減される。従って、ロータバー２９の突出部分３０の軸方向長さを短くすることができ、かご型誘導電動機回転子の軸方向寸法の減少および軽量化が可能である。
【００５１】
実施の形態６．
図２３に示すかご型誘導電動機回転子の応力軽減装置７０に於いては、切り込み部分が、ロータバー２９の突出部分３０の径方向外側の周方向表面７２に接してそこから連続して延びてほぼ半円形断面の周方向溝を形成する周方向表面８１と、ロータバー２９の突出部分３０の内側の周方向表面７３に接してそこから連続して延びてほぼ半円形断面の周方向溝を形成する周方向表面８２と、これらの周方向表面８１および８２に対してそれぞれ垂直な径方向の環状平面８３および８４とを持ち、全体として環状のＪ字型切り欠き溝８５である。
【００５２】
この実施の形態に於いても、先に説明したものと同様の応力軽減効果があり、ロータバー２９の突出部分３０の軸方向長さ即ち回転子鉄心１４とエンドリング７１との間の距離を小さくでき、かご型誘導電動機の軸方向寸法の減少および軽量化が実現できる。また、環状のＪ字型切り欠き溝８５はほぼ半円形断面の周方向溝を持つ曲率半径の比較的大きなものであるので、エンドリング７１が受け持つ応力を集中させずに分散させて負担することができ、より一層応力軽減効果が高くなるので、ロータバー突出部分３０の軸方向寸法を短くして軽量化することができるようになる。
【００５３】
これまで説明して来た図１２乃至図２３に示す本発明の実施形態は図１乃至図１１に示す構造を組合わせて備えることができる。
例えば、かご型誘導電動機回転子は、回転軸と、回転軸に固着された回転子鉄心と、回転子鉄心を軸方向に貫通して延びたロータバーと、ロータバーの軸方向両端に固着されて、回転子鉄心から離間して周方向に延びたエンドリングと、ロータバーの径方向内側で回転子を軸方向に貫通して延び、回転子鉄心の冷却風上流側端に入口開口を持ち、冷却風下流側端に出口開口を持つ複数の冷却風通路と、冷却風通路の出口開口近傍に設けられて、冷却風通路からの冷却風をロータバーおよびエンドリングの少なくとも一方に向けて偏向させる偏向装置とを備えることができ、熱膨張によりロータバーに発生する応力を軽減した小型で軽量のかご型誘導電動機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機が得られる。この偏向装置は、径方向に延びた複数の羽根を持ち冷却風を径方向に送出する遠心送風装置を備え、また回転子鉄心を回転軸上で保持するクランパに設けられているので、冷却風の流れを積極的に発生させることができ、また部品点数を増やさないで済む。
【００５４】
また、かご型誘導電動機回転子に於いては、エンドリングに放熱要素が設けられ、放熱要素は、エンドリングの径方向内側面に設けられた多数の軸方向または軸に対して傾斜した溝、あるいはエンドリングに形成された多数の軸方向のまたは傾斜した穴とすると、エンドリングの冷却が効率良くおこなわれる。
【００５５】
また、ロータバーの回転子鉄心よりも軸方向外側の部分である突出部分に設けられた放熱フィンを備えると、ロータバー自体を効率良く冷却することができる。
【００５６】
以上のように、この発明のかご型誘導電動機回転子は、ロータバーの回転子鉄心よりも軸方向外側の部分に設けられて、ロータバーに発生する応力を軽減させる応力軽減装置を備えているので、ロータバーの応力を軽減でき、かご型誘導電動機回転子の小形化および軽量化を実現できる。応力軽減装置は、ロータバーに設けられた軸方向のスリット、あるいは径方向寸法が縮減された加工部分であり、加工部分が圧縮塑性加工部分であって、径方向寸法が縮減され周方向寸法が膨張されたもの、あるいは切削加工部分であって径方向寸法が縮減されたものである。従って、比較的簡単に加工することができる。また、応力軽減装置は、エンドリングに設けられ応力をそこに集中させる切り込み部分を備えており、切り込み部分が、ロータバーの径方向外側および内側の周方向表面に接する位置で周方向に延び、軸方向の深さを持つ環状溝、あるいはロータバーの径方向外側および内側の周方向表面に接する周方向表面と、この周方向表面に対して垂直な径方向平面とを持つ環状のＬ字型切り欠き溝、あるいはロータバーの径方向外側および内側の周方向表面に接する周方向表面と、この周方向表面に対して垂直な径方向平面と、周方向表面に設けられて径方向の深さを持つ断面が半円形の周方向溝とを持ち、全体として環状のＪ字型切り欠き溝である。従って、比較的簡単に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明と共に用いることのできるかご型誘導電動機を示す概略側面断面図である。
【図２】  図２の冷却風偏向装置およびエンドリングを示す拡大図である。
【図３】  図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】  図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【図５】  この発明と共に用いることのできるかご型誘導電動機のエンドリングの変形例を示す側面断面図である。
【図６】  図５のＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】  図５と同様のエンドリングの変形例を示す断面図である。
【図８】  図５と同様のエンドリングの変形例を示す断面図である。
【図９】  この発明と共に用いることのできるかご型誘導電動機の冷却風偏向装置とエンドリングとの組合せをの一例を示す断面図である。
【図１０】  ロータバーの突出部分に冷却フィンを設けた例を示す部分図である。
【図１１】  この発明と共に用いることのできるかご型誘導電動機の冷却風上流側のエンドリングの変形例を示す図である。
【図１２】  この発明のかご型誘導電動機を示す概略側面断面図である。
【図１３】  図１２のロータバー突出部分に設けた応力軽減装置であるスリットの詳細を示す図である。
【図１４】  図１２および図１３のロータバーを示す図である。
【図１５】  圧縮塑性加工による応力軽減装置を示す図である。
【図１６】  図１５の突出部分の平面図である。
【図１７】  図１５のロータバーとスロットとの関係を示す図である。
【図１８】  切削加工による応力軽減装置を示す図である。
【図１９】  ロータバーの突出部分全体を切り欠いた応力軽減装置を示す図である。
【図２０】  図１９のロータバーを示す図である。
【図２１】  環状溝である応力軽減装置が設けられたエンドリングを示す図である。
【図２２】  Ｌ字型断面の環状溝を持つエンドリングを示す図である。
【図２３】  Ｊ字型断面の環状溝を持つエンドリングを示す図である。
【図２４】  従来のかご型誘導電動機の一例を示す概略側面断面図である。
【図２５】  図２４のロータバーの突出部分がいかに回転子鉄心とエンドリングとの間で変形し応力を発生するかを示す拡大図である。
【符号の説明】
２６  回転子、１１  回転軸、１４  回転子鉄心、２９  ロータバー、３０  突出部分、３２  エンドリング、３４  入口開口、３５  出口開口、３３  冷却風通路、３６  偏向装置、３７  羽根、２７、２８  クランパ、４０  放熱要素、４１  軸方向溝、４５  軸方向穴、５９  放熱フィン、６４  応力軽減装置、６５  軸方向のスリット、６６  圧縮塑性加工部分、６７  切削加工部分、６８切り込み部分、７４  軸方向環状溝、８０  Ｌ字型切り欠き部溝、８５  Ｊ字型切り欠き溝。
【図１】
0003650351.tif 000002
【図２】
0003650351.tif 000003
【図３】
0003650351.tif 000004
【図４】
0003650351.tif 000005
【図５】
0003650351.tif 000006
【図６】
0003650351.tif 000007
【図７】
0003650351.tif 000008
【図８】
0003650351.tif 000009
【図９】
0003650351.tif 000010
【図１０】
0003650351.tif 000011
【図１１】
0003650351.tif 000012
【図１２】
0003650351.tif 000013
【図１３】
0003650351.tif 000014
【図１４】
0003650351.tif 000015
【図１５】
0003650351.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0003650351.tif 000018
【図１８】
0003650351.tif 000019
【図１９】
0003650351.tif 000020
【図２０】
0003650351.tif 000021
【図２１】
0003650351.tif 000022
【図２２】
0003650351.tif 000023
【図２３】
0003650351.tif 000024
【図２４】
0003650351.tif 000025
【図２５】
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