(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転するかご形回転子の製造方法であって、
回転子鉄心に形成されたスロットにアルミダイカスト工程によってアルミニウムを充填させてアルミバーを形成するステップと、
前記アルミバーの形成後に前記回転軸を中心にして前記回転子鉄心をねじるステップと、を備え、
前記回転子鉄心には、前記回転軸と垂直な面に対して傾きを持ってスキューが形成され、
前記回転子鉄心をねじるステップにおいて、前記回転軸と垂直な面と前記スキューとがなす角度であるスキュー角が大きくなる方向に前記回転子鉄心をねじることを特徴とするかご形回転子の製造方法。
【請求項２】
前記回転子鉄心をねじるステップにおいて、前記回転軸方向に引っ張る動きをさせることを特徴とする請求項１に記載のかご形回転子の製造方法。
【請求項３】
前記回転子鉄心をねじるステップの後に、ねじりを戻すステップをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のかご形回転子の製造方法。
【請求項４】
前記回転子鉄心のねじりを戻すステップにおいて、前記回転軸方向に圧縮する動きをさせることを特徴とする請求項３に記載のかご形回転子の製造方法。
【請求項５】
前記アルミダイカスト後に外径仕上げ切削を行うステップをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のかご形回転子の製造方法。
【請求項６】
前記回転軸に沿って延びるシャフトを前記回転子鉄心に連結するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のかご形回転子の製造方法。
【請求項７】
複数の電磁鋼板を積層するとともに互いにカシメによって連結させて前記回転子鉄心を形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のかご形回転子の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載された製造方法で製造されたかご形回転子の周囲を囲むように固定子を設けるステップを備えることを特徴とする誘導電動機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かご形回転子の製造方法、誘導電動機の製造方法およびかご形回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機のかご形回転子は、回転子鉄心と二次導体とを備える。回転子鉄心には、周方向に並べて複数の貫通穴（スロット）が形成されている。二次導体は、アルミダイカストによってスロットにアルミニウムが充填されて形成されるアルミバーを含んで構成される。【０００３】
誘導電動機への省資源化、高効率化の要求の高まりによって、損失を減らすことが課題となっている。誘導電動機の損失には、鉄損、一次銅損、二次銅損、機械損などがあり、高性能の材料を用いたり、鉄心形状、コイルの最適化設計を行ったりすることにより損失を減らす努力がなされている。これらの損失以外にも回転子に不要な電流が流れる横流損失がある。【０００４】
横流損失とは、かご形回転子の二次導体にスキューをかけた場合、二次導体と回転子鉄心との間に電位差が発生することで、二次導体と回転子鉄心との間に本来流れるべきでない電流が流れることによって生じる損失である。【０００５】
横流損失の低減方法として、特許文献１に開示されるように、回転子鉄心に絶縁皮膜を形成しアルミニウムとの絶縁を図る方法や、特許文献２に開示されるように、金属の線膨張率の違いを利用しアルミダイカスト後に加熱、冷却することにより回転子鉄心とアルミニウムとの間に空隙を形成し絶縁させる方法や、特許文献３に開示されるように、アルミダイカスト後の回転子をアルカリ溶液に浸漬しアルミを腐食させて絶縁させる方法等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８００５６号公報
【特許文献２】特開昭５６−８３２５０号公報
【特許文献３】特許第２８８１３２８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、これらの方法にはそれぞれ製造面において、皮膜を形成する工程や、加熱、冷却する工程、もしくはアルカリ溶液に浸漬させる工程が必要であり、どれも時間やコストがかかるという問題があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、品質面での問題も生じにくく、より簡単な装置、手順で二次導体と回転子鉄心との間の絶縁を図って電動機の効率の向上を図ることができるかご形回転子の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転軸を中心に回転するかご形回転子の製造方法であって、回転子鉄心に形成されたスロットにアルミダイカスト工程によってアルミニウムを充填させてアルミバーを形成するステップと、アルミバーの形成後に回転軸を中心にして回転子鉄心をねじるステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、回転子鉄心と二次導体との絶縁抵抗が増大し、二次導体から回転子鉄心に電流が流れることを抑制し、電動機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる製造方法で製造されたかご形回転子を備える誘導電動機のかご形回転子と固定子を回転軸に沿って見た断面図である。
【図２】図２は、かご形回転子が備える回転子鉄心の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、かご形回転子の斜視図である。
【図４】図４は、かご形回転子の斜視図であって、ねじり工程を説明するための図である。
【図５】図５は、かご形回転子の斜視図であって、ねじり戻し工程を説明するための図である。
【図６】図６は、かご形回転子をねじる工程を説明するための図である。
【図７】図７は、かご形回転子を回転軸に沿って見た図である。
【図８】図８は、かご形回転子の側面図であって、ねじり工程を行う前の状態を示す図である。
【図９】図９は、かご形回転子の側面図であって、ねじり工程中の状態を示す図である。
【図１０】図１０は、スキュー部分の部分拡大図であって、ねじり工程を行う前の状態を示す図である。
【図１１】図１１は、スキュー部分の部分拡大図であって、ねじり工程中の状態を示す図である。
【図１２】図１２は、シャフトを連結させたかご形回転子の側面図である。
【図１３】図１３は、かご形回転子を用いた電動機の回転数とトルク特性の関係を示す図である。
【図１４】図１４は、かご形回転子を用いた電動機の回転数と効率特性の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態にかかるかご形回転子の製造方法、誘導電動機の製造方法およびかご形回転子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。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる製造方法で製造されたかご形回転子を備える誘導電動機のかご形回転子と固定子を回転軸に沿って見た断面図である。図１に示す誘導電動機５０は、かご形回転子３０、固定子４０、シャフト１１を備える。かご形回転子３０は、シャフト１１と重なる回転軸Ｃを中心に回転可能とされる。
【００１４】
図２は、かご形回転子３０が備える回転子鉄心１の概略構成を示す斜視図である。回転子鉄心１には、回転軸Ｃに沿って延びる貫通穴として複数のスロット６が形成されている。スロット６は、周方向に沿って並べて形成されている。
【００１５】
回転子鉄心１は、同じ形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板２が積層されて構成される。電磁鋼板２には、シャフト１１を挿入する穴やスロット６となる穴が形成される。また、電磁鋼板２には、スロット６となる穴から電磁鋼板２の外周にわたって溝が形成されている。電磁鋼板２を周方向にずらしながら積層することで、上述した溝が回転軸Ｃに対して斜めに延びるように連なるスキュー５が回転子鉄心１に形成される。なお、電磁鋼板２同士は、カシメにより連結される。また、以下の説明において、回転子鉄心１のうちスロット６の間に挟まれた部分をティース３という。
【００１６】
図３は、かご形回転子３０の斜視図である。かご形回転子３０は、図２に示した回転子鉄心１とダイカスト部１７とを備える。ダイカスト部１７は、回転子鉄心１に対してアルミダイカストを行うことで形成され、スロット６やスキュー５に充填されたアルミニウムによって構成されるアルミバー７と、回転軸Ｃに沿った回転子鉄心１の両側に設けられるエンドリング部１６とを備える。
【００１７】
ここで、回転子鉄心１の打ち抜き断面は絶縁処理されていないので、スロット６の内側で回転子鉄心１とアルミバー７とが導通状態にある。このため、二次導体であるアルミバー７を流れる電流の一部が回転子鉄心１を介して不要に流れることになる。そこで、本実施の形態では、アルミダイカスト後にアルミバー７が固体となっている状態で、かご形回転子３０をねじって、アルミバー７を回転子鉄心１から剥離させる。
【００１８】
図４は、かご形回転子３０の斜視図であって、ねじり工程を説明するための図である。図５は、かご形回転子３０の斜視図であって、ねじり戻し工程を説明するための図である。図６は、かご形回転子３０をねじる工程を説明するための図である。
【００１９】
図４に示すように、かご形回転子３０の両端を、回転軸Ｃを中心に逆方向に回転させて、かご形回転子３０のねじり工程が行われる。また、図５に示すように、かご形回転子３０の両端を、ねじり工程と逆方向に回転させてねじり戻し工程が行われる。このねじり工程やねじり戻し工程では、例えば図６に示すように、かご形回転子３０の両端付近をチャック８で保持して回転させればよい。
【００２０】
図７は、かご形回転子３０を回転軸Ｃに沿って見た図である。図８は、かご形回転子３０の側面図であって、ねじり工程を行う前の状態を示す図である。図９は、かご形回転子３０の側面図であって、ねじり工程中の状態を示す図である。
【００２１】
図７では、ねじり工程におけるねじり角１０を示している。図８、図９では、回転軸Ｃに垂直な面とスキュー５とがなす角度をスキュー角９ａ，９ｂとして示している。かご形回転子３０に対するねじり工程では、ねじり工程前のスキュー角９ａよりも、ねじり工程中のスキュー角９ｂのほうが大きくなっている。
【００２２】
図１０は、スキュー５部分の部分拡大図であって、ねじり工程を行う前の状態を示す図である。図１１は、スキュー５部分の部分拡大図であって、ねじり工程中の状態を示す図である。図１０および図１１に示すように、ねじり工程前のスキュー角９ａよりも、ねじり工程中のスキュー角９ｂのほうが大きくなることで、アルミバー７が回転方向に曲がり、アルミバー７と電磁鋼板２との間に周方向側への空隙が生じる。また、電磁鋼板２とアルミバー７との間にせん断が発生して、アルミバー７が電磁鋼板２から軸方向側に剥離される。このようなアルミバー７と電磁鋼板２との間での空隙や剥離の発生により、接触抵抗が増大し、アルミバー７から回転子鉄心１に流れる不要な電流を抑制することができる。この空隙や剥離が発生した状態は、スキュー５の段差とアルミバー７の段差が一致しない状態と換言することができる。
【００２３】
かご形回転子３０のねじり工程中には、スキュー角が大きくなることでかご形回転子３０は回転軸Ｃ方向に伸びる動きをする。そのため、電磁鋼板２にも互いに離間する方向に力が加わる。このため、回転子鉄心１のティース３やアルミバー７に無理な力が加わって損傷しないように、かご形回転子３０のねじりに合わせて、回転子鉄心１を回転軸Ｃ方向に引っ張る。
【００２４】
また、かご形回転子３０のねじり戻し工程中には、ねじり工程中とは逆にかご形回転子３０が回転軸Ｃ方向に縮む動きをしようとするため、回転子鉄心１を回転軸Ｃ方向に圧縮することで、ねじり工程前と同じスキュー角９ａへの復帰を図ることができる。
【００２５】
ここで、図７に示すねじり角１０は、回転子鉄心１の回転軸Ｃに沿った長さに依存し、回転子鉄心１が長いほどねじり角１０を大きくすることが望ましい。例えば、回転子鉄心１の長さが１５〜２５ｍｍの場合には、ねじり角１０は１５°〜２５°程度でよい。ねじり角１０が大き過ぎるとアルミバー７やティース３が損傷する場合があるので留意が必要である。
【００２６】
なお、ねじりを戻す工程を省きたい場合には、あらかじめスキュー角９ａを所望角よりも小さくしておき、ねじった状態でスキュー角９ｂが所望角になるようにすることも可能である。ただし、この場合、電磁鋼板２同士に隙間が生じるため、かご形回転子３０に圧縮荷重が加わると変形してしまう恐れがあるため留意が必要である。
【００２７】
また、全くねじりを戻さないのではなく、途中までねじり戻したところを所望のスキュー角にすることも可能である。
【００２８】
図１２は、シャフト１１を連結させたかご形回転子３０の側面図である。シャフト１１のかご形回転子３０への連結は、ねじり工程前であってもよいし、ねじり工程後であってもよい。なお、シャフト１１を連結した後にねじり工程を行う場合には、シャフト１１とかご形回転子３０との連結強度の低下に留意する必要がある。
【００２９】
このように製造されたかご形回転子３０を固定子４０の内側に配置し、図示しない筐体の内部に収容する等の他の工程を行うことで、誘導電動機５０が製造される。
【００３０】
図１３は、かご形回転子を用いた電動機の回転数とトルク特性の関係を示す図である。ねじりが加えられていないかご形回転子のトルクカーブ１２よりも、ねじりが加えられたかご形回転子のトルクカーブ１３のほうが大きなトルク上昇を確認することができる。
【００３１】
図１４は、かご形回転子を用いた電動機の回転数と効率特性の関係を示す図である。ねじりが加えられていないかご形回転子の効率カーブ１４よりも、ねじりが加えられたかご形回転子の効率カーブ１５のほうが効率の向上を確認することができる。このように、図１３，１４からも、かご形回転子にねじりを加えることで、誘導電動機の渦電流損や漂遊負荷損を抑えて電動機の特性向上を図ることができることが確認される。
【００３２】
以上説明した様に、かご形回転子３０にねじりを加えることで、誘導電動機の渦電流損や漂遊負荷損を抑え特性改善を図ることができる。したがって、加熱・冷却を行う設備に比べて簡単な設備で済むため、製造ラインのインライン化や小型化を図ることができる。また、衝撃を加えるという簡単な手順で回転子鉄心１とアルミバー７との間に絶縁処理を施すことができる。また、在庫品増加や工程日数が掛かることなく生産することが可能であり、酸化や高温による熱変形等の品質面の課題も解決が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかるかご形回転子は、アルミダイカスト工程によってアルミバーが形成されるかご形回転子の製造方法に有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１  回転子鉄心、２  電磁鋼板、３  ティース、５  スキュー、６  スロット、７  アルミバー、８  チャック、９ａ，９ｂ  スキュー角、１０  ねじり角、１１  シャフト、１２，１３  トルクカーブ、１４，１５  効率カーブ、１６  エンドリング部、１７  ダイカスト部、３０  かご形回転子、４０  固定子、５０  誘導電動機、Ｃ  回転軸。
【図１】
0005843980.tif 000002
【図２】
0005843980.tif 000003
【図３】
0005843980.tif 000004
【図４】
0005843980.tif 000005
【図５】
0005843980.tif 000006
【図６】
0005843980.tif 000007
【図７】
0005843980.tif 000008
【図８】
0005843980.tif 000009
【図９】
0005843980.tif 000010
【図１０】
0005843980.tif 000011
【図１１】
0005843980.tif 000012
【図１２】
0005843980.tif 000013
【図１３】
0005843980.tif 000014
【図１４】
0005843980.tif 000015