(57)【要約】【課題】かご型ロータを安価に構成する。【解決手段】ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔１１が開口されたロータコア１と、ロータコア１のロータ回転軸方向両側に配置されるとともに、スロット孔１１に対応して周方向複数の貫通孔２２が開口された一対のエンドリング２と、複数のスロット孔１１および複数の貫通孔２２にそれぞれ挿入された複数の棒体３とを備える。エンドリング２は、複数の板部材２１を積層してなり、棒体３とエンドリング２とは、予め板部材２１の間に挟装されてロータ加熱時に溶出するろう材４１により、ろう付けされる。【選択図】図３
2011083126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔が開口されたロータコアと、
前記ロータコアのロータ回転軸方向両側に配置されるとともに、前記スロット孔に対応して周方向複数の貫通孔が開口された一対のエンドリングと、
前記複数のスロット孔および前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された複数の棒体とを備え、
前記複数の棒体の両端部と前記一対のエンドリングとがそれぞれろう付けされてなるかご型ロータであって、
前記エンドリングは、複数の板部材を積層してなり、前記棒体と前記エンドリングとは、予め前記板部材の間に挟装されてロータ加熱時に溶出するろう材により、ろう付けされていることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のかご型ロータにおいて、
前記棒体は、前記ロータコアよりも線膨張係数の大きい材質により構成されるとともに、ロータ加熱時に前記棒体の外周面と前記スロット孔の内周面との隙間が塞がれるように形成されていることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のかご型ロータにおいて、
前記エンドリングは、前記ロータコアよりも線膨張係数の大きい材質により構成され、ロータ加熱時に前記複数の貫通孔のピッチ円直径と前記複数のスロット孔のピッチ円直径とが互いに等しくなるように形成されていることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のかご型モータにおいて、
前記棒体および前記エンドリングは、それぞれ銅または銅合金により構成されることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項５】
ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔が開口されたロータコアの両側に、複数の板部材の間にろう材を挟装してなり、前記複数のスロット孔に対応して複数の貫通孔が開口された一対のエンドリングを配置するとともに、前記複数のスロット孔および前記複数の貫通孔にそれぞれ複数の棒体を挿入して、ロータ組立品を形成する工程と、
前記ロータ組立品を加熱する工程と、
前記ロータ組立品の加熱時に、前記複数の板部材の間に挟装されたろう材を前記棒体と前記貫通孔との隙間に溶出させ、溶出させたろう材により前記棒体と前記一対のエンドリングとがろう付けされるように、前記一対のエンドリングの両側に圧縮力を付与する工程とを含むことを特徴とするかご型ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機に用いられるかご型ロータおよびかご型ロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータコアのスロット孔に銅または銅合金製の導体バーを挿通し、その導体バーの両端部に、それぞれろう付けにより一対のエンドリングを接合してなるかご型ロータが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、各エンドリングの外側端面に、ろう材を配置するための溝をそれぞれ形成し、ロータの加熱によってろう材を溶融させ、溶融したろう材を、溝の奥方のエンドリングと導体バーとの隙間に流れ込ませる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５４４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載のかご型ロータでは、エンドリングの外側端面に、ろう材を配置するための溝を形成するため、エンドリングの厚さが厚くなり、材料費が増加するとともに、溝加工が必要となるため、加工コストも増加する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔が開口されたロータコアと、ロータコアのロータ回転軸方向両側に配置されるとともに、スロット孔に対応して周方向複数の貫通孔が開口された一対のエンドリングと、複数のスロット孔および複数の貫通孔にそれぞれ挿入された複数の棒体とを備え、複数の棒体の両端部と一対のエンドリングとがそれぞれろう付けされてなるかご型ロータであって、エンドリングは、複数の板部材を積層してなり、棒体とエンドリングとは、予め板部材の間に挟装されてロータ加熱時に溶出するろう材により、ろう付けされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、予め複数の板部材の間に挟装したろう材により棒体とエンドリングをろう付けするので、エンドリングに溝加工を施す必要がなく、エンドリングを薄肉化することができ、かご型ロータを安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態に係るかご型ロータの断面図である。
【図２】図１のかご型ロータを構成するロータコアの平面図である。
【図３】図１のかご型ロータの製造工程（ロータ加熱前の状態）を示す図である。
【図４】図１のかご型ロータの製造工程（ろう付け温度到達時の状態）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１〜図４を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るかご型ロータ１００の断面図である。このかご型ロータ１００は、略円筒形状のロータコア１と、ロータコア１の両端部に配置された導電性の一対のエンドリング２と、ロータコア１および一対のエンドリング２を貫通する導電性の複数の棒体３とを一体に備える。かご型ロータ１００は、回転軸１０１に一体に取り付けられ、周知のように誘導電動機の回転子として用いられる。なお、かご型ロータ１００の周囲には、回転磁界を形成する固定子が配置されて誘導電動機が構成されるが、この点の図示は省略する。
【０００９】
図２は、ロータコア１の平面図である。ロータコア１は、略リング状の薄板状電磁鋼板を積層してなる積層体であり、ロータコア１の中央部には、回転軸１０１が挿入される貫通孔１０が設けられている。ロータコア１の外周面近傍には、周方向複数の円形スロット孔１１が、ロータコア１をロータ回転軸方向に貫通して設けられている。
【００１０】
図１に示すように、一対のエンドリング２は、それぞれ銅または銅合金製の複数枚（図では２枚）の板部材２１を積層して構成されている。エンドリング２は、図２のロータコア１と同様の平面視形状をなし、エンドリング２の中央部には、回転軸１０１が挿入される貫通孔２０が設けられ、エンドリング２の外周面近傍には、スロット孔１１に対応して周方向複数の円形貫通孔２２が開口されている。
【００１１】
各棒体３は、エンドリング２と同様、銅または銅合金により構成されている。棒体３は、略円柱形状をなし、その断面形状はロータコア１のスロット孔１１およびエンドリング２の貫通孔２２と相似である。各棒体３は、スロット孔１１および貫通孔２２をそれぞれ貫通し、棒体３の両端部は、例えば銀ろうなどのろう材４を介してエンドリング２に接合されている。
【００１２】
このように本実施の形態では、エンドリング２および棒体３を、それぞれアルミニウムよりも電気抵抗の低い銅または銅合金により構成している。このため、アルミニウムを構成材として用いる場合よりも、誘導電動機自体の発熱を抑えることができる。一方、銅または銅合金は、アルミニウムよりも融点が高いため、アルミダイキャストのような鋳造成形によりかご型ロータを製造することが難しい。したがって、本実施の形態では、エンドリング２と棒体３をろう付けにより接合している。
【００１３】
図３、４は、本実施の形態に係るかご型ロータ１００の製造工程を示す図であり、図３はロータ加熱前の状態を、図４はロータ加熱後（ろう付け温度到達時）の状態を示している。かご型ロータ１００を製造する場合には、まず、治具５を介して図３に示すような仮組立品であるロータ組立品１０５を組み立てる。治具５は、円筒部５１と、円筒部５１の上下両側にそれぞれ取り付けられた下側フランジ部５２および上側フランジ部５３とを有する。下側フランジ部５２は円筒部５１に固定され、上側フランジ部５３は円筒部５１の外周面に沿ってスライド可能に設けられている。図示は省略するが、円筒部５１と上側フランジ部５３とははばね部材を介して連結され、このばね部材によりロータ組立品１０５には、図の矢印に示すように、上下方向に圧縮するような付勢力が常時作用している。
【００１４】
ロータ組立品１０５は、例えば図示のように治具５を上下に立設して組み立てる。すなわち、治具５の下側フランジ部５２の底面を基台５０上に立設し、円筒部５１に沿ってエンドリング２、ロータコア１、エンドリング２を順次積層するとともに、ロータコア１のスロット孔１１および各エンドリング２の貫通孔２２に上方から棒体３を挿入する。このとき棒体３の底面は基台５０の上面に当接し、これによりロータコア１とエンドリング２に対する棒体３の上下方向の位置が規定される。なお、図では治具５の底面と棒体３の底面を同一の高さに設定しているが、異なる高さに設定してもよい。
【００１５】
エンドリング２は一対の板部材２１により構成されるが、ロータ組立品１０５の組立時には、図３に示すように一対の板部材２１の間に、予め薄板状に成形された略リング状の薄板ろう材４１を挟装する。なお、薄板ろう材４１には、図１のスロット孔１１に対応して複数の貫通孔４２が開口されている。薄板ろう材４１は、ロータ加熱時には、後述するようにエンドリング２の貫通孔２２と棒体３の隙間に充填され、薄板ろう材４１の容積（厚さなど）は、この隙間の大きさを考慮して設定される。
【００１６】
以上の工程の後に、円筒部５１の上端に上側フランジ部５３を取り付ける。これにより、円筒部５１と上側フランジ部５３との間のばね部材によって、エンドリング２の上下端面に上下方向に圧縮力が付与される。
【００１７】
この状態で、高周波加熱あるいは加熱炉等を用いて、ロータ組立品１０５を薄板ろう材４１が溶融する温度（例えば８００℃程度）まで加熱する。これにより薄板ろう材４１は溶融し、治具５のばね力により押しつぶされる。押しつぶされたろう材４１は、図４に示すようにエンドリング２の貫通孔２２と棒体３の隙間に毛細管現象により溶出して、エンドリング２の板部材２１の端面同士が接触された状態となり、この状態でエンドリング２に棒体３がろう付けされる。
【００１８】
このとき、ロータコア１のスロット孔１１と棒体３の隙間をなくすため、スロット孔１１および棒体３の直径は次式(I)が成立するように設定されている。
Ｄbar（１＋ｋbar・ΔＴ）＝Ｄslot（１＋ｋcore・ΔＴ）      (I)
ここで、Ｄbarは、室温での棒体３の直径、ｋbarは、棒体３の線膨張係数、Ｄslotは、室温でのロータコア１のスロット孔直径、ｋcoreは、ロータコア１の線膨張係数、ΔＴは、室温とろう付け温度の差である。
【００１９】
上式(I)のｋbar、ｋcoreにそれぞれ銅と電磁鋼板の代表的な物性値（例えばｋbar＝１．８×１０−５、ｋcore＝１．２×１０−５）を代入するとともに、ΔＴに代表的な温度条件（例えば室温２０℃、ろう付け温度８００℃でΔＴ＝７８０℃）を代入すると、次式(II)となる。
Ｄbar／Ｄslot＝０．９９５４      (II)
したがって、棒体３の直径をスロット孔１１の直径の９９．５４％に設定すれば、ロータ加熱時において棒体３とスロット孔１１の隙間がなくなり、ろう材４１が棒体３とスロット孔１１の隙間に流れ込むことを防ぐことができる。
【００２０】
さらに本実施の形態では、ロータ加熱時にエンドリング２の貫通孔２２と棒体３の間に周方向均等に隙間が生じるように、次式(III)のようにロータコア１のスロット孔１１とエンドリング２の貫通孔２２のピッチ円直径を設定している。
Ｄring-p（１＋ｋring・ΔＴ）＝Ｄcore-p（１＋ｋcore・ΔＴ）      (III)
ここで、Ｄring-pは、室温でのエンドリング２の貫通孔ピッチ円直径、ｋringは、エンドリング２の線膨張係数（銅ではｋring＝１．８×１０−５）、Ｄcore-pは、室温でのロータコア１のスロット孔ピッチ円直径である。
【００２１】
上式(III)のｋring、ｋcoreにそれぞれ銅と電磁鋼板の代表的な物性値（例えばｋring＝１．８×１０−５、ｋcore＝１．２×１０−５）を代入するとともに、ΔＴに代表的な温度条件（例えば室温２０℃、ろう付け温度８００℃でΔＴ＝７８０℃）を代入すると、次式(II)となる。
Ｄring-p／Ｄcore-p＝０．９９５４      (II)
したがって、エンドリング２の貫通孔２２のピッチ円直径をロータコア１のスロット孔１１のピッチ円直径の９９．５４％に設定すれば、ロータ加熱時において貫通孔２２と棒体３の間に周方向均等に隙間が生じ、棒体３の安定したろう付け強度を得ることができる。
【００２２】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）複数の板部材２１の間に薄板ろう材４１を挟装し、ロータ加熱時（ろう付け温度到達時）にエンドリング２の貫通孔２２と棒体３の隙間にろう材４１を溶出させるようにしたので、エンドリング２をろう付け範囲を超えて厚肉化する必要がなく、材料費を抑えることができるとともに、エンドリング２が薄肉化することで、かご型ロータ１００の小型化も可能である。また、エンドリング２に溝加工を施す必要もなく、加工コストも抑えることができる。
【００２３】
（２）ロータ加熱時にロータコア１のスロット孔１１と棒体３の隙間をなくすようにスロット孔１１および棒体３の直径を設定したので、溶融したろう材４１がスロット孔１１と棒体３の隙間に流れ込むことを防ぐことができる。また、ろう付け時に棒体３はスロット孔１１により位置決めされるので、棒体３の位置決めを別途行う必要がない。
（３）ロータ加熱時にエンドリング２の貫通孔２２と棒体３の間に周方向均等に隙間が生じるように、ロータコア１のスロット孔１１とエンドリング２の貫通孔２２のピッチ円直径を設定したので、棒体３を安定してエンドリング２にろう付けすることができ、ろう付けの信頼性が高い。
（４）治具５の内部にばね部材を設けてロータ加熱時にエンドリング２の上下端面に圧縮力を付与するようにしたので、板部材２１間の薄板ろう材４１を棒体３と貫通孔２２の隙間に容易に溶出させることができる。
（５）エンドリング２および棒体３を銅または銅合金により構成したので、誘導電動機の発熱を抑えることができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、棒体３とロータコア１のスロット孔１１とエンドリング２の貫通孔２２をそれぞれ円形断面としたが、断面形状は円形以外であってもよい。この場合、各断面が相似形であることが好ましい。２枚の板部材２１を積層してエンドリング２を構成したが、３枚以上の板部材２１を積層してもよい。エンドリング２および棒体３を銅または銅合金により構成したが、電気抵抗の小さい他の導電性の材質により構成してもよい。
【００２５】
治具５の内部にばね部材を設けてエンドリング２の上下端面に圧縮力を付与するようにしたが、圧縮力を付与する手段はこれに限らない。例えば、治具５を少なくともロータコア１より線膨張係数の小さい材質により構成し、ロータ加熱時に治具５とかご型ロータ１００の熱伸び量の差により圧縮力を付与するようにしてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のかご型ロータに限定されない。
【符号の説明】
【００２６】
１    ロータコア
１１    スロット孔
２    エンドリング
２１    板部材
２２    貫通孔
３    棒体
４    ろう材
４１    薄板ろう材
５    治具
【図１】
2011083126.tif 000003
【図２】
2011083126.tif 000004
【図３】
2011083126.tif 000005
【図４】
2011083126.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月4日(2011.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔が開口されたロータコアと、ロータコアのロータ回転軸方向両側に配置されるとともに、スロット孔に対応して周方向複数の貫通孔が開口された一対のエンドリングと、複数のスロット孔および複数の貫通孔にそれぞれ挿入された複数の棒体とを備え、複数の棒体の両端部と一対のエンドリングとがそれぞれろう付けされてなるかご型ロータであって、エンドリングは、複数の板部材を積層してなり、棒体とエンドリングとは、予め板部材の間に挟装されてロータ加熱時に一対のエンドリングの両側に付与された圧縮力により溶出するろう材により、ろう付けされていることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上式(III)のｋring、ｋcoreにそれぞれ銅と電磁鋼板の代表的な物性値（例えばｋring＝１．８×１０−５、ｋcore＝１．２×１０−５）を代入するとともに、ΔＴに代表的な温度条件（例えば室温２０℃、ろう付け温度８００℃でΔＴ＝７８０℃）を代入すると、次式(IV)となる。
Ｄring-p／Ｄcore-p＝０．９９５４      (IV)
したがって、エンドリング２の貫通孔２２のピッチ円直径をロータコア１のスロット孔１１のピッチ円直径の９９．５４％に設定すれば、ロータ加熱時において貫通孔２２と棒体３の間に周方向均等に隙間が生じ、棒体３の安定したろう付け強度を得ることができる。
【手続補正３】
【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】
ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔が開口されたロータコアと、
前記ロータコアのロータ回転軸方向両側に配置されるとともに、前記スロット孔に対応して周方向複数の貫通孔が開口された一対のエンドリングと、
前記複数のスロット孔および前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された複数の棒体とを備え、
前記複数の棒体の両端部と前記一対のエンドリングとがそれぞれろう付けされてなるかご型ロータであって、
前記エンドリングは、複数の板部材を積層してなり、前記棒体と前記エンドリングとは、予め前記板部材の間に挟装されてロータ加熱時に前記一対のエンドリングの両側に付与された圧縮力により溶出するろう材により、ろう付けされていることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のかご型ロータにおいて、
前記棒体は、前記ロータコアよりも線膨張係数の大きい材質により構成されるとともに、ロータ加熱時に前記棒体の外周面と前記スロット孔の内周面との隙間が塞がれるように形成されていることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項３】
請求項２に記載のかご型ロータにおいて、
前記エンドリングは、前記ロータコアよりも線膨張係数の大きい材質により構成され、ロータ加熱時に前記複数の貫通孔のピッチ円直径と前記複数のスロット孔のピッチ円直径とが互いに等しくなるように形成されていることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のかご型モータにおいて、
前記棒体および前記エンドリングは、それぞれ銅または銅合金により構成されることを特徴とするかご型ロータ。
【請求項５】
ロータ回転軸方向に周方向複数のスロット孔が開口されたロータコアの両側に、複数の板部材の間にろう材を挟装してなり、前記複数のスロット孔に対応して複数の貫通孔が開口された一対のエンドリングを配置するとともに、前記複数のスロット孔および前記複数の貫通孔にそれぞれ複数の棒体を挿入して、ロータ組立品を形成する工程と、
前記ロータ組立品を加熱する工程と、
前記ロータ組立品の加熱時に、前記複数の板部材の間に挟装されたろう材を前記棒体と前記貫通孔との隙間に溶出させ、溶出させたろう材により前記棒体と前記一対のエンドリングとがろう付けされるように、前記一対のエンドリングの両側に圧縮力を付与する工程とを含むことを特徴とするかご型ロータの製造方法。