(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、複数の磁性薄板の積層体からなり、該軸に固定される積層コアと、該積層コアの外周面に近接して軸方向へ貫通形成された複数の貫通穴に配置される複数の導体棒及び該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環からなり、鋳造工程により一体成形される導体部分と、該端絡環をそれぞれに被覆して該端絡環の変形を防止する一対の補強部材とを備えた籠形回転子において、
前記補強部材の各々は、
外側に開口する略Ｌ字状周部断面を有した環状要素からなり、
前記端絡環の内周側に配置されて前記軸に接触する筒状内壁と、
該筒状内壁の軸方向一端縁から前記積層コアの外径と略同一の外径を呈するまで半径方向外側に延長され、前記端絡環の軸方向外端面を被覆する環状端壁と、
前記筒状内壁の軸方向他端縁から半径方向外側に延長され、前記積層コアと前記端絡環との間に挟持される環状係止壁とを一体的に備えること、
を特徴とする籠形回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導機の籠形回転子に関し、特に、積層コア上で鋳造成形された端絡環の高速回転時の変形を防止する補強部材を備えた籠形回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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タの高速化及び高出力化が進められている。スピンドルモータ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方向へ貫通形成された複数の穴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環とからなる導体部分を、鋳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環が撓んだり破壊されたりする危惧がある。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、各端絡環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、本明細書では弾性変形、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示すものである。
【０００３】
従来、高速用籠形回転子の端絡環補強部材として、端絡環の筒状の外周面を被覆する筒状壁部と端絡環の軸方向外端面を被覆する端壁部とを備えた略Ｌ字状周部断面を有する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は筒状壁部によって防止されるが、筒状壁部は端壁部を介して軸又は端絡環に片持ち式に支持されるので、高速回転時の遠心力により筒状壁部自体が外方へ撓み、端絡環を支持できなくなる課題があった。
【０００４】
このような課題を解決するものとして、内周側に開口する略コ字状周部断面を有した環状要素からなる端絡環補強部材を備えた籠形回転子が、特開平６−１０５５１１号公報に開示されている。この補強部材は、端絡環の外周面を被覆する筒状壁部と、筒状壁部の軸方向一端縁から半径方向内側に延長されて端絡環の軸方向外端面を被覆する端壁部と、筒状壁部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と端絡環との間に挟持される多孔壁部とを一体に備える。多孔壁部には、導体棒を配置する積層コアの複数の穴に対応して複数の孔が設けられる。この補強部材を、積層コアの穴群と多孔壁部の孔群とが整列するように積層コアの軸方向両端に配置した状態で、導体棒及び端絡環を一体的に鋳造成形することにより、各補強部材が積層コア及び端絡環に固定的に連結される。このような構成によれば、補強部材の筒状壁部は端壁部及び多孔壁部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、補強部材はそれ自体の変形を生じることなく、遠心力による端絡環の変形を防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−１０５５１１号公報に開示された籠形回転子の端絡環補強部材は、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っ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板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、それにより略コ字状周部断面を画定する筒状壁部、端壁部及び多孔壁部が形成される。さらに、多孔壁部に複数の孔が明けられる。
【０００６】
このような成形工程においては、補強部材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囲に維持することが、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ようとすると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３００００ｒｐｍ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１５０００ｒｐｍ〜３００００ｒｐｍ）ではこのような補強部材は過剰設備となり、コストの増加が問題となる。
【０００７】
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環補強部材を備え、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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、高速回転時の遠心力による端絡環の変形が、まず端絡環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から始まることに着目して成されたものである。このような端絡環の撓曲を防止するためには、端絡環の少なくとも軸方向外端面を固定的に支持できる補強部材を用いればよい。
【０００９】
したがって本発明は、軸と、複数の磁性薄板の積層体からなり、軸に固定される積層コアと、積層コアの外周面に近接して軸方向へ貫通形成された複数の貫通穴に配置される複数の導体棒及び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環からなり、鋳造工程により一体成形される導体部分と、端絡環をそれぞれに被覆して端絡環の変形を防止する一対の補強部材とを備えた籠形回転子において、補強部材の各々は、外側に開口する略Ｌ字状周部断面を有した環状要素からなり、端絡環の内周側に配置されて軸に接触する筒状内壁と、筒状内壁の軸方向一端縁から積層コアの外径と略同一の外径を呈するまで半径方向外側に延長され、端絡環の軸方向外端面を被覆する環状端壁と、筒状内壁の軸方向他端縁から半径方向外側に延長され、積層コアと端絡環との間に挟持される環状係止壁とを一体的に備えることを特徴とする籠形回転子を提供する。
【００１０】
複数の導体棒及び一対の端絡環からなる導体部分を、積層コアの複数の貫通穴内、並びに各補強部材の筒状内壁、環状端壁、環状係止壁、及び積層コアの軸方向端面によって画成される各環状空間内で一体的に鋳造成形すると、導体部分が積層コアと両補強部材とを一体に保持する。その状態で、各補強部材の環状端壁は端絡環の軸方向外端面を被覆して、高速回転時の遠心力による端絡環の撓曲を防止する。外側に開口する略Ｌ字状周部断面を有した環状要素からなる補強部材は、切削加工が容易であり、製造コストの高騰を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には、共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１〜図３は、本発明の１つの実施形態による籠形回転子１０を示す。籠形回転子１０は、軸１２と、珪素鋼板等の磁性薄板の積層体からなり、積層体の軸方向両端面間に貫通形成される中心穴１４にて軸１２に嵌着固定される積層コア１６と、積層コア１６の外周面に近接して周方向略等間隔配置で軸方向へ貫通形成された複数の周辺貫通穴１８のそれぞれに配置される複数の導体棒２０、及び積層コア１６の軸方向両端に配置され、複数の導体棒２０を相互に機械的かつ電気的に連結する一対の端絡環２２からなる導体部分と、各々の端絡環２２を被覆する一対の補強部材２４とを備える。
【００１２】
複数の導体棒２０と一対の端絡環２２とは、例えばアルミニウム、銅等の電気良導性金属材料からダイカスト等の鋳造工程を経て一体成形され、それにより積層コア１６の積層構造が一体に固定されるとともに積層コア１６と各補強部材２４とが一体的に連結される。なお、導体棒２０は、電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２０すなわち周辺貫通穴１８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。
【００１３】
図４（ａ）及び（ｂ）にさらに明確に示すように、補強部材２４は、外側に開口する略Ｌ字状周部断面を有した環状要素からなり、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。各補強部材２４はそれぞれ、積層コア１６の中心穴１４の径と略同一の内径を有する筒状内壁２６と、筒状内壁２６の軸方向一端縁から積層コア１６の外径と略同一の外径を呈するまで半径方向外側に延長される環状端壁２８と、筒状内壁２６の軸方向他端縁から積層コア１６の複数の周辺貫通穴１８の半径方向最内部によって規定される径以下の外径を呈するまで半径方向外側に延長される環状係止壁３０とを一体的に備える。好ましくは環状端壁２８の半径方向外端縁には、環状係止壁３０に向かって軸方向へ筒状に延長された延長部３２が形成される。
【００１４】
後述する鋳造工程により、複数の導体棒２０及び一対の端絡環２２からなる導体部分を一体成形すると、各補強部材２４の筒状内壁２６は端絡環２２の内周面を被覆し、環状端壁２８は端絡環２２の軸方向外端面を被覆し、環状係止壁３０は積層コア１６の軸方向端面と端絡環２２との間に挟持され、延長部３２は端絡環２２の外周面に部分的に係合する（図１参照）。また、軸１２に積層コア１６を嵌着すると、各補強部材２４の筒状内壁２６は軸１２に接触する。
【００１５】
このような補強部材２４の構成によれば、導体部分の鋳造成形により、各補強部材２４は環状係止壁３０を介して積層コア１６に固定的に支持され、かつ筒状内壁２６を介して軸１２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２４の環状端壁２８は、端絡環２２の軸方向外端面を被覆して、高速回転時の遠心力による端絡環２２の、特に内周縁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２２の外周面に部分的に係合する補強部材２４の延長部３２は、環状端壁２８が外縁領域で軸方向外側へ撓むことを防止するために有効である。
【００１６】
補強部材２４によるこのような端絡環補強作用は、籠形回転子１０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２２の変形を確実に防止することができるものである。しかも補強部材２４は、外側に開口する略Ｌ字状周部断面を有した環状要素からなるので、筒状内壁２６、環状端壁２８及び環状係止壁３０を形成するための切削加工が、環状要素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。
【００１７】
次に図５を参照して、籠形回転子１０の製造工程の一例を説明する。まず、中心穴１４及び周辺貫通穴１８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１６を形成する。次いで各補強部材２４を、それらの環状係止壁３０を積層コア１６の軸方向各端面に当接させた状態で、積層コア１６に同心状に配置する。このとき、積層コア１６の軸方向両端面、並びに両補強部材２４の筒状内壁２６、環状端壁２８及び環状係止壁３０によって、積層コア１６の軸方向両端に半径方向外方へ開口する環状空間３４がそれぞれ形成される。
【００１８】
前述のように、補強部材２４の環状係止壁３０の外径は、積層コア１６の複数の周辺貫通穴１８の半径方向最内部によって規定される径以下であるので、環状係止壁３０は積層コア１６の軸方向両端面における複数の周辺貫通穴１８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３４は、積層コア１６の複数の周辺貫通穴１８に、流体の円滑な流通が可能なように連通される。
【００１９】
このように各補強部材２４を積層コア１６の軸方向両端に配置した状態で、積層コア１６及び各補強部材２４を治具３６により一体的に支持して、型３８の鋳造空間に収容し、鋳造を実施する。このとき一方の補強部材２４が、型３８の湯口４０側に配置され、環状空間３４が湯口４０に連通される。また鋳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２４は、積層コア１６の複数の周辺貫通穴１８の各々に対向する環状端壁２８の各部位に、空気抜き用の小孔４２を備えることが好ましい（図４参照）。
【００２０】
鋳造を実施すると、溶融アルミニウム等の溶湯は例えば加圧下で、湯口４０から環状空間３４に流れ込み、次いで積層コア１６の複数の周辺貫通穴１８に流入し、さらに反湯口側の環状空間３４に流入する。その状態で溶湯が固化して、複数の導体棒２０及び一対の端絡環２２からなる導体部分が一体成形される（図１）。鋳造の完了した積層コア１６は、治具３６と共に型３８から取出され、次いで治具３６が取外される。このようにして、導体部分の鋳造成形により一体化された積層コア１６及び一対の補強部材２４を、例えば焼き嵌めにより軸１２（図１）に固定して、図１の籠形回転子１０が形成される。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、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環補強部材を備えた籠形回転子が提供される。したがって、本発明の籠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低コストで生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る籠形回転子の一部断面正面図である。
【図２】図１の線II−IIに沿った籠形回転子の断面図である。
【図３】図１の線 III−III に沿った籠形回転子の断面図である。
【図４】補強部材の図で、（ａ）線ａ−ａに沿った断面図、及び（ｂ）矢視線ｂから見た端面図、である。
【図５】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る。
【符号の説明】
１２…軸
１６…積層コア
１８…周辺貫通穴
２０…導体棒
２２…端絡環
２４…補強部材
２６…筒状内壁
２８…環状端壁
３０…環状係止壁
３２…延長部
３４…環状空間
【図１】
0003718541.tif 000002
【図２】
0003718541.tif 000003
【図３】
0003718541.tif 000004
【図４】
0003718541.tif 000005
【図５】
0003718541.tif 000006