(57)【要約】  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。
2018055701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導電動機の回転子及び誘導電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１０３０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る誘導電動機の断面図
【図２】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３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図
【図４】図２に示すエンドリングの斜視図
【図５】図２に示す第２の補強部材の斜視図
【図６】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７】図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図
【図８】図６に示す第１の補強部材に対する比較例の側面図
【図９】図８に示すＩＸ−ＩＸ矢視断面図
【図１０】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
【図１１】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
【図１２】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
【図１３】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
【図１４】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
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
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。
【図１】
2018055701.tif 000003
【図２】
2018055701.tif 000004
【図３】
2018055701.tif 000005
【図４】
2018055701.tif 000006
【図５】
2018055701.tif 000007
【図６】
2018055701.tif 000008
【図７】
2018055701.tif 000009
【図８】
2018055701.tif 000010
【図９】
2018055701.tif 000011
【図１０】
2018055701.tif 000012
【図１１】
2018055701.tif 000013
【図１２】
2018055701.tif 000014
【図１３】
2018055701.tif 000015
【図１４】
2018055701.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月10日(2017.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
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。
【請求項２】
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、
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誘導電動機の回転子。
【請求項３】
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２に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項４】
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、
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誘導電動機の回転子。
【請求項５】
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、
前記複数のねじ穴は、前記第１の補強部材の回転子鉄心とは反対側の端部に形成されてい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。
【請求項６】
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を備えたことを特徴とする誘導電動機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
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、エンドリングの外周部に設けられ、内周部がエンドリングの外周部に接する第２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。
【国際調査報告】
2018055701.tif 000017
2018055701.tif 000018