(57)【要約】  かご形回転子（１）と、そのようなかご形回転子の製造方法であって、当該かご形回転子は、回転子シャフト（１０）であって、回転子シャフトの軸方向に延伸する複数の貫通路（１２）を備える、強磁性の材料から形成される塊状回転子部分（１１）を有する回転子シャフト（１０）と、複数の導電性の棒要素（２０）であって、それぞれ貫通路（１２）の１つに受容されており、その結果棒要素（２０）が、軸方向に塊状回転子部分（１１）を通って延伸し、棒要素（２０）は、それぞれ１つの第１長手端部と、当該第１長手端部に背向する第２長手端部（２０ａ）とを備える、複数の導電性の棒要素（２０）と、２つの導電性の端部要素（３０，４０）であって、第１長手端部（２０ａ）もしくは第２長手端部（２０ｂ）を電気的に互いに接合しており、その結果棒要素（２０）と端部要素（３０，４０）とによって、短絡されたかごが形成されている、２つの導電性の端部要素（３０，４０）とを備える。棒要素（２０）および／あるいは塊状回転子部分（１１）の長さが変化した場合に、塊状回転子部分（１１）と棒要素（２０）との間で、回転子シャフト（１０）の軸方向での相対的運動が可能となるように、それぞれの棒要素（２０）が貫通路（１２）に受容されている。
2013504997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータのためのかご形回転子（１）であって、
回転子シャフト（１０）であって、前記回転子シャフト（１０）の軸方向（ＡＲ）に、塊状回転子部分（１１）の円周を取り囲んで分散して延伸する複数の貫通路（１２）を備える、強磁性の材料から形成される塊状回転子部分（１１）を有する回転子シャフト（１０）と、
複数の導電性の棒要素（２０）であって、それぞれ前記貫通路（１２）の１つに受容されており、その結果それぞれの前記棒要素（２０）が、前記回転子シャフト（１０）の軸方向（ＡＲ）に前記塊状回転子部分（１１）を貫いて延伸し、前記棒要素（２０）は、それぞれ１つの第１長手端部（２０ａ）と、前記第１長手端部（２０ａ）に背向する第２長手端部（２０ｂ）とを備える、複数の導電性の棒要素（２０）と、
２つの導電性の端部要素（３０，４０）であって、それらのうち第１端部要素（３０）が、前記棒要素（２０）の前記第１長手端部（２０ａ）を電気的に互いに接合し、第２端部要素（４０）が、前記棒要素（２０）の前記第２長手端部（２０ｂ）を電気的に互いに接合しており、その結果棒要素（２０）と端部要素（３０，４０）とによって、短絡されたかごが形成されている、２つの導電性の端部要素（３０，４０）とを備えるかご形回転子（１）において、
前記棒要素（２０）および／あるいは前記塊状回転子部分（１１）の長さが変化した場合に、前記塊状回転子部分（１１）と、その貫通路（１２）に受容されているそれぞれの前記棒要素（２０）との間で、前記回転子シャフト（１０）の軸方向（ＡＲ）での相対的運動が可能となるように、それぞれの前記棒要素（２０）が前記貫通路（１２）に受容されていることを特徴とするかご形回転子（１）。
【請求項２】
それぞれの前記棒要素（２０）は、挟まれずに前記貫通路（１２）に受容されており、その結果、前記塊状回転子部分（１１）と、その貫通路（１２）に受容されているそれぞれの前記棒要素（２０）との間で、前記回転子シャフト（１０）の軸方向（ＡＲ）での阻害されない相対的運動が可能となることを特徴とする請求項１に記載のかご形回転子（１）。
【請求項３】
それぞれの前記棒要素（２０）の外周とそれぞれの前記貫通路（１２）の内周との間に、隙間嵌めが形成されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のかご形回転子（１）。
【請求項４】
各棒要素（２０）の前記第１長手端部及び前記第２長手端部（２０ａ、２０ｂ）のうち１つは、それぞれの前記棒要素（２０）および／あるいは前記塊状回転子部分（１１）の長さが変化した場合に、伝達されるべき電流のために寸法付けられる電気接合を保証しつつ、前記当する前記長手端部（２０ａ、２０ｂ）と前記端部要素（３０，４０）との間で、前記回転子シャフト（１０）の軸方向（ＡＲ）での相対的運動が可能となるように、付属する前記端部要素（３０，４０）と接合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のかご形回転子（１）。
【請求項５】
それぞれのずれ可能な前記長手端部（２０ａ、２０ｂ）とそれぞれの付属の前記端部要素（３０，４０）との間に、中間嵌めが形成されていることを特徴とする請求項４に記載のかご形回転子（１）。
【請求項６】
前記端部要素（３０，４０）はそれぞれリング状に形成されており、各端部要素（３０，４０）は、少なくとも２つの部品から形成されており、各端部要素（３０，４０）の少なくとも２つの部品は、電気的に互いに接合されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のかご形回転子（１）。
【請求項７】
前記塊状回転子部分（１１）の前記貫通路（１２）はそれぞれ、分割加工によって、前記塊状回転子部分（１１）に作られることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のかご形回転子（１）の製造方法。
【請求項８】
前記塊状回転子部分（１１）の前記貫通路（１２）はそれぞれ、切削加工および／あるいは除去加工によって、前記塊状回転子部分（１１）に作られることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記塊状回転子部分（１１）の前記貫通路（１２）はそれぞれ、穿孔および／あるいは放電加工によって、前記塊状回転子部分（１１）に作られることを特徴とする請求項７あるいは８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書きに記載のかご形回転子と、そのようなかご形回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層された、すなわち多くの個々の強磁性の板で構成された、電気モータのためのロータが知られている。
【０００３】
しかしながら、非常に高い回転数で、および／あるいは汚染された腐食性のあるいはコントロール不能の環境での使用のためには、積層されたこの構造は、物理的な限界に突き当たるかあるいは許容できなくなりかねない。
【０００４】
強磁性の材料から成る、一体型のマッシブロータもしくは回転子（塊状回転子（Massivlaeufer））の使用は、ここでは望ましい解決法を提供する。なぜなら、この構造は、機械的な強度と、ロータの力学的安定性及び単純な構成と、部材の大幅な削減とに関して著しい利点を示すからである。
【０００５】
塊状回転子の様々な構造は、従来技術において実現されており、たとえば平滑な塊状回転子、スリットを有する塊状回転子、外部スリーブを有する塊状回転子、短絡されたかごを有する塊状回転子などが使用されている。
【０００６】
短絡されたかごを有して形成されている、電気モータのかご形回転子は、典型的に、塊状回転子部分を有する強磁性の回転子シャフトと、複数の導電性の棒状の導体と、導電性の端部リングとを備えてよい。
【０００７】
冒頭で述べられたようなかご形回転子は、特許文献１から知られている。このかご形回転子では、複数の円錐状の導体棒（棒要素）が、縮退によって、かご形回転子の塊状回転子部分を貫いて軸方向に延在する円錐状の孔（貫通路）に挿入されている。言い換えれば、導体棒は、塊状回転子部分と堅固に接合されている。それによって、導体棒は通例、塊状回転子部分とは別の材料からなっており、それゆえ別の熱膨張特性を有するので、かご形回転子が加熱された場合にはかご形回転子全体が歪み、それがアンバランスあるいはひびすらもたらしかねない。
【０００８】
このことが、かご形回転子の寿命の短縮、ひいては当該かご形回転子が装備された電気モータの早期の故障をもたらしかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国実用新案第７００００６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、駆動中の歪みがより少ないかご形回転子を提供することである。さらに本発明の課題は、そのようなかご形回転子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は、請求項１に記載のかご形回転子と、請求項７に記載の方法とによって解決される。本発明のさらなる形態は、それぞれの従属請求項において定義されている。
【００１２】
本発明に従えば、電気モータのためのかご形回転子は、回転子シャフトであって、回転子シャフトの軸方向に、塊状回転子部分の円周を取り囲んで分散して延伸する複数の貫通路を備える、強磁性の材料から形成される塊状回転子部分を有する回転子シャフトと、複数の導電性の棒要素であって、それぞれ貫通路の１つに受容されており、その結果それぞれの棒要素が、回転子シャフトの軸方向に塊状回転子部分を貫いて延伸し、棒要素は、それぞれ１つの第１長手端部と、当該第１長手端部に背向する第２長手端部とを備える、複数の導電性の棒要素と、２つの導電性の端部要素であって、それらのうち第１端部要素が、棒要素の第１長手端部を電気的に互いに接合し、第２端部要素が、棒要素の第２長手端部を電気的に互いに接合しており、その結果棒要素と端部要素とによって、短絡されたかごが形成されている、２つの導電性の端部要素とを備える。
【００１３】
本発明に係るかご形回転子は、棒要素および／あるいは塊状回転子部分の長さが変化した場合に、塊状回転子部分と、その貫通路に受容されているそれぞれの棒要素との間で、回転子シャフトの軸方向での相対的運動が可能となるように、それぞれの棒要素が貫通路に受容されていることで優れている。
【００１４】
たとえば加熱に伴って棒要素および／あるいは塊状回転子部分の長さが変化した場合に、塊状回転子部分と棒要素との間で、回転子シャフトの軸方向での相対的運動が可能となることによって、塊状回転子部分ひいてはかご形回転子全体は、駆動中に電気モータで、従来のかご形回転子ほど大きく、あるいはまったく歪まないであろう。
【００１５】
それによって、かご形回転子の寿命の短縮、ひいては当該かご形回転子が装備された電気モータの早期の故障をもたらしかねないアンバランスとひびとを回避することができる。
【００１６】
好ましくは、塊状回転子部分は、回転子シャフトに一体的に成形されており、その結果回転子シャフトと塊状回転子部分とは、同じ材料から作られている。
【００１７】
本発明の形態には、回転子シャフトと塊状回転子部分との間で力接続的および／あるいは形状接続的な接合が行われる必要がなく、これら２つは１つの部品から、たとえば回転によって製造可能であるという利点がある。これによって製造コストと、かご形回転子の考えられ得る問題点とが削減される。
【００１８】
本発明に従えば、棒要素が一定の力を克服して、軸方向に、塊状回転子部分に対して相対的に移動可能なように、それぞれの棒要素は貫通路に受容されていてよい。棒要素を貫通路にそのように軸受けすることは、たとえば小さな力での締まり嵌め、中間嵌め、隙間嵌めによって、あるいは、棒要素を貫通路に隙間嵌めにおける力よりも小さな力で受容することによってさえも、実現されていてよい。
【００１９】
好ましくは、それぞれの棒要素は、挟まれずに貫通路に受容されており、その結果、塊状回転子部分と、その貫通路に受容されているそれぞれの棒要素との間で、回転子シャフトの軸方向での阻害されない相対的運動が可能となる。好ましくは、それぞれの棒要素の外周とそれぞれの貫通路の内周との間に、隙間嵌めが形成されている。
【００２０】
それによって、一方では棒要素が阻害されずに塊状回転子部分に対して相対的にずれ可能であり、他方では交換が必要ならば、容易かつ素早く交換可能である。
【００２１】
たとえば非同期モータのような、本発明に係るかご形回転子を装備された電気モータの駆動時には、棒要素は回転数の上昇によって、そのそれぞれの貫通路の径方向外側の部分に対してますます強く圧迫され、その結果棒要素の振動は減少し、磁束が改善される。それによって塊状回転子部分と棒要素との加熱が、減少する。
【００２２】
本発明の実施形態に従えば、各棒要素の第１長手端部と第２長手端部の少なくとも１つは、それぞれの棒要素および／あるいは塊状回転子部分の長さが変化した場合に、伝達されるべき電流のために寸法付けられる電気接合を保証しつつ、該当する長手端部と端部要素との間で、回転子シャフトの軸方向での相対的運動が可能となるように、付属する端部要素と接合されている。
【００２３】
言い換えれば、一方では、棒要素が、かご形回転子の駆動時に意図せず貫通路から外れることがないように、かつ最大限伝達されるべき誘導電流（渦電流）が常に、この接合を介して伝達可能なように、たとえば挟まれて、あるいはたとえばネジと圧力バネとの組み合わせによって連結されて、該当する長手端部が端部要素に充分に堅固に保持されている。他方で、たとえば加熱に伴って棒要素および／あるいは塊状回転子部分の長さが変化した場合に、長さの変化を補償するために、該当する長手端部は、一定の力を克服して、軸方向に、端部要素に対して相対的に移動することが可能である。
【００２４】
それによって、塊状回転子部分もしくはかご形回転子全体が歪むことが、確実に回避される。
【００２５】
本発明に従えば、端部要素は、棒要素の長手端部を受容するために、盲凹部および／あるいは貫通凹部を備えてよい。盲凹部では、それぞれの盲凹部の底部とそれぞれの長手端部との間に、遊びが充分あることが保証されるべきであり、その結果棒要素の長手方向の膨張を受容することが可能である。
【００２６】
本発明に従えば、両長手端部を、上記のように軸方向に移動可能に、両端部要素に受容することができる。
【００２７】
本発明の実施形態に従えば、それぞれのずれ可能な長手端部とそれぞれの付属の端部要素との間に、中間嵌めが形成されている。
【００２８】
中間嵌めは一方では、該当する長手端部が端部要素に充分に堅固に保持されていることを保証し、その結果棒要素が、かご形回転子の駆動時に意図せずそれぞれの貫通路から外れることがなく、かつ最大限伝達されるべき誘導電流（渦電流）が常に、この接合を介して伝達可能であり、他方では、たとえば加熱に伴って棒要素および／あるいは塊状回転子部分の長さが変化した場合に、該当する長手端部は、一定の力（ここでは、中間嵌めによって発生するクランプ力）を克服して、軸方向に、端部要素に対して相対的に移動することが可能であることを保証し、その結果長さの変化が補償される。
【００２９】
本発明の実施形態に従えば、端部要素はそれぞれリング状に形成されており、各端部要素は、少なくとも２つの部品で形成されており、各端部要素の少なくとも２つの部品は、電気的に互いに接合されている。
【００３０】
端部要素を複数部品、たとえば２つの部品あるいはまた３つの部品で実施することによって、その取り付けが容易となる。なぜなら、より少ない数の棒要素が同時にもしくは部品ごとにはめ込まれ得るからである。それによって、製造の精密度（たとえばピッチ角、貫通路の直径）に関しても、公差をより大きく選択することができ、ひいてはコストを削減できる。
【００３１】
本発明のさらなる実施形態に従えば、短絡されたかごを備える塊状回転子部分を有するかご形回転子が提供され、かご形回転子は、強磁性の回転子シャフトであって、当該回転子シャフトに一体的に成形された塊状回転子部分を有する強磁性の回転子シャフトと、複数の導電性の棒要素（棒状の導体）と、導電性の一体型のあるいは複数の部品から成る端部要素（好ましくは端部リング）とを備え、かつ棒要素は、穿たれたあるいは削り取られた穴で回転子シャフトの塊状回転子部分に挿入されている。
【００３２】
本発明のさらなる実施形態に従えば、棒要素は、円形、楕円形、多角形あるいはその他の各プロフィール断面を備えてよい。
【００３３】
本発明のさらなる実施形態に従えば、棒要素は、一体型のあるいは複数の部品から成る端部要素（好ましくは端部リング）と、小さな力であるいは堅固に接合されている。
【００３４】
本発明のさらなる実施形態に従えば、棒状要素は、強磁性の回転子シャフトに一体的に成形された塊状回転子部分と、小さな力で接合されている。
【００３５】
本発明に従えば、考えられ得る各組み合わせでの、すでに記述された、１つあるいは複数あるいはすべての本発明に係る実施形態に従った、かご形回転子の製造方法において、塊状回転子部分の貫通路がそれぞれ、分割加工によって、塊状回転子部分に作られる。
【００３６】
それによって、一方では、それぞれの棒要素とそれぞれの貫通路との間の望ましい嵌めが、かなり精密に保証され得、他方では、棒状要素が端部要素に位置的にかなり精密に確実に移行され得る。
【００３７】
好ましくは、塊状回転子部分の貫通路はそれぞれ、切削加工および／あるいは除去加工によって、塊状回転子部分に作られる。さらに好ましくは、塊状回転子部分の貫通路はそれぞれ、穿孔および／あるいは放電加工によって、塊状回転子部分に作られる。
【００３８】
言い換えれば、本発明に係る方法の実施形態に従えば、棒要素（棒状導体）の挿入は、円周で塊状回転子部分を貫通する、すなわち、塊状回転子のために備えられた部分を有する、好ましくは隙間のない（vollwandig）もしくはマッシブな回転子シャフトを貫通する、深穴加工および／あるいは成形加工によって実行される。
【００３９】
以下に本発明が、好ましい実施形態に基づいて、かつ添付の図に関連してより詳細に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に従ったかご形回転子の、部分的に切断された概略図である。
【図２】図１のかご形回転子の塊状回転子部分を、図１の線Ａ−Ａに沿って見た横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１と図２とに示されているように、電気モータ（完全には図示されず）のための本発明に係るかご形回転子１は、強磁性の材料で形成される回転子シャフト１０であって、当該回転子シャフトに一体的に成形された、円筒状に直径が大きくなった形状の塊状回転子部分１１を有する回転子シャフト１０と、一定した直径の円形の断面図を有する、複数の導電性の棒要素２０と、それぞれ一体型の２つの端部リングの形状をした、２つの導電性の端部要素３０と４０とを備える。
【００４２】
塊状回転子部分１１は、回転子シャフト１０の軸方向ＡＲに、塊状回転子部分１１の円周を取り囲んで分散して延伸する複数の貫通路１２を備える。
【００４３】
棒要素２０はそれぞれ、貫通路１２の１つに受容されており、その結果それぞれの棒要素２０は、回転子シャフト１０の軸方向ＡＲに塊状回転子部分１１を貫いて延伸し、棒要素２０は、それぞれ１つの第１長手端部２０ａと、当該第１長手端部２０ａに背向する第２長手端部２０ｂとを備える。
【００４４】
２つの端部要素３０，４０の第１（図１で左側の）端部要素３０は、棒要素２０の第１長手端部２０ａを電気的に互いに接合する。２つの端部要素３０，４０の第２（図１で右側の）端部要素４０は、棒要素２０の第２長手端部２０ｂを電気的に互いに接合する。それによって棒要素２０と２つの端部要素３０，４０とが、短絡されたかごを形成する。
【００４５】
たとえば加熱に伴って棒要素２０および／あるいは塊状回転子部分１１の長さが変化した場合に、塊状回転子部分１１と、その貫通路１２に受容されているそれぞれの棒要素２０との間で、回転子シャフト１０の軸方向ＡＲでの相対的運動が可能となるように、それぞれの棒要素２０が貫通路１２に受容されている。
【００４６】
示されている実施形態に従えば、それぞれの棒要素２０は、挟まれずに貫通路１２に受容されており、その結果、塊状回転子部分１１と、その貫通路１２に受容されているそれぞれの棒要素２０との間で、回転子シャフト１０の軸方向ＡＲにおいて阻害されない相対的運動が可能となる。すなわち、貫通路１２内で棒要素２０が移動もしくはずれるために、実質的に、クランプ力を克服する必要はない。
【００４７】
この目的のために、それぞれの棒要素２０の外周（符号無）とそれぞれの貫通路１２の内周（符号無）との間に、隙間嵌め、すなわち、２つの部品が同じ基準寸法を備えるが、貫通路１２の最小内径寸法が棒要素２０の最大外径寸法より常に大きくなるように、異なる公差領域を備える嵌め合いが形成されている。
【００４８】
各端部要素３０，４０は、端部要素３０，４０の周囲を取り囲んで分散して設けられている複数の貫通孔３１もしくは４１を備え、当該貫通孔は、円分割において、貫通路１２の各々に対応する。さらに各端部要素３０，４０は、中心にある受容孔３２もしくは４２を備える。
【００４９】
第１端部要素３０は、中心にあるその受容孔３２によって、回転子シャフト１０の第１長手端部１０ａに被せられており、ネジ接合（図示しない）を介して塊状回転子部分１１と接合されている。棒要素２０の第１長手端部２０ａは、第１端部要素３０の貫通孔３１にはめ込まれており、それぞれの棒要素２０の外周とそれぞれの貫通孔３１の内周（符号は付けられず）との間に、小さな力での締まり嵌め、すなわち、２つの部品が同じ基準寸法を備えるが、貫通孔３１の最大内径寸法が棒要素２０の最小外径寸法より常に小さくなるように、異なる公差領域を備える嵌め合いが形成されている。
【００５０】
各棒要素２０の第１長手端部２０ａは、付加的に、端部要素３０の径方向外側から端部要素３０の径方向内側に向かって貫通孔３１に係合する図示しないグラブネジを介して、貫通孔３１から外れないように守られている。
【００５１】
第２端部要素４０は、中心にあるその受容孔４２によって、回転子シャフト１０の第２長手端部１０ｂに被せられており、ネジ接合（図示されず）を介して塊状回転子部分１１と接合されている。棒要素２０の第２長手端部２０ｂは、第２端部要素４０の貫通孔４１にはめ込まれており、それぞれの棒要素２０の外周とそれぞれの貫通孔４１の内周との間に締まり嵌めの傾向を示す中間嵌め、すなわち、棒要素２０の外径が貫通孔４１の内径に対して少し寸法が大きな嵌め合いが形成されている。
【００５２】
各棒要素２０の第２長手端部２０ｂは、第１長手端部２０ａとは異なり、付加的に、グラブネジを介して、貫通孔４１から外れないように守られてはいない。
【００５３】
それによって各棒要素２０の第２長手端部２０ｂは、たとえば加熱に伴ってそれぞれの棒要素２０および／あるいは塊状回転子部分１１の長さが変化した場合に、伝達されるべき電流のために寸法付けられる電気接合を保証しつつ、第２長手端部２０ｂと第２端部要素４０との間で、回転子シャフト１０の軸方向ＡＲでの相対的運動が可能となるように、付属する第２端部要素４０と接合されている。
【００５４】
言い換えれば、棒要素２０の第２長手端部２０ｂは、一定の力（ここでは、中間嵌めによって発生する小さなクランプ力）を克服して、第２端部要素４０に対して相対的に軸方向ＡＲに移動できるので、その結果として長さの変化が補償され、かつ、かご形回転子１において応力ひいては歪みが生じない。
【００５５】
かご形回転子１の本発明に係る製造方法の実施形態に従えば、塊状回転子部分１１の貫通路１２はそれぞれ、分割加工によって塊状回転子部分１１に作られる。
【００５６】
厳密に言えば、塊状回転子部分１１の貫通路１２はそれぞれ、切削加工および／あるいは除去加工によって、ここでは特に、深穴加工（たとえば横中ぐり盤によって）および／あるいは放電加工によって、塊状回転子部分１１に作られる。
【符号の説明】
【００５７】
１  かご形回転子
１０  回転子シャフト
１０ａ  第１長手端部
１０ｂ  第２長手端部
１１  塊状回転子部分
１２  貫通路
２０  棒要素
２０ａ  第１長手端部
２０ｂ  第２長手端部
３０  端部要素
３１  貫通孔
３２  受容孔
４０  端部要素
４１  貫通孔
４２  受容孔
ＡＲ  軸方向
【図１】
2013504997.tif 000003
【図２】
2013504997.tif 000004
【国際調査報告】
2013504997.tif 000005
2013504997.tif 000006
2013504997.tif 000007
2013504997.tif 000008
2013504997.tif 000009
2013504997.tif 000010