(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸と嵌合し、前記回転軸と一体に回転する回転子と、
前記回転子の外周面と間隔をあけて対向する固定子と、
を備え、
前記回転子は、
前記回転軸と嵌合し、中心軸が前記回転軸と一致する円筒の形状であり、前記回転軸と平行に延びる複数の溝が前記円筒の外周側に形成される回転子鉄心と、
それぞれが、前記回転子鉄心の前記外周側に形成される前記溝に収容され、前記回転軸と平行な方向の端部の両方が前記回転子鉄心より外側に突出する導体である複数の回転子バーと、
前記複数の回転子バーを挟んで主面が前記回転軸と平行な方向に対向し、それぞれが、前記複数の回転子バーの前記端部と接合されることで前記複数の回転子バーを電気的に接続する導体であって、前記回転軸と直交する断面の形状が環状である一対の短絡環と、
前記回転軸の方向に、前記回転子鉄心を狭んで設けられ、前記回転子鉄心の前記回転軸の方向への移動および変形を抑制する、前記回転軸と直交する断面の形状が環状である一対の鉄心押さえ部材と、
前記一対の短絡環のそれぞれと前記回転子鉄心との間であって、少なくとも一部が前記鉄心押さえ部材の外周面と対向する位置に設けられ、前記短絡環と少なくとも１つの前記回転子バーの内周面の少なくとも一部とに固着され、前記固着された前記少なくとも１つの前記回転子バーの前記少なくとも一部の前記回転子鉄心の外周面の接線方向への曲げ変形を抑制する変形抑制部と、を有し、
前記変形抑制部の前記回転子鉄心に近い前記回転軸の方向の端部は、前記短絡環の外周面の前記回転子鉄心に近い前記回転軸の方向の端部より、前記回転子鉄心の近くに位置する、
車両用かご形誘導電動機。
【請求項２】
前記変形抑制部の前記回転子鉄心に近い前記回転軸の方向の端部は、前記鉄心押さえ部材の外周面より径方向の外側に位置する、
請求項１に記載の車両用かご形誘導電動機。
【請求項３】
前記変形抑制部は、前記回転軸と直交する断面の形状が環状であり、前記変形抑制部の外周面は、前記複数の回転子バーのそれぞれにおいて、前記端部を含む前記回転子バーの前記少なくとも一部と固着され、前記変形抑制部の内周面の少なくとも一部は、前記鉄心押さえ部材の外周面と対向し、前記変形抑制部の前記短絡環に対向する面は前記短絡環と固着される、
請求項１または２に記載の車両用かご形誘導電動機。
【請求項４】
前記変形抑制部は、前記回転軸と直交する断面の形状が環状であり、前記回転軸と平行に延びる、前記回転子バーと同数の第２の溝が外周側に形成され、
前記第２の溝は、前記回転子バーの内周面と、前記回転軸に沿って延びる前記回転子バーの側面の内、前記回転子バーの内周面に連続する一部とのみに嵌合し、
前記変形抑制部の内周面の少なくとも一部は、前記鉄心押さえ部材の外周面と対向し、
前記変形抑制部の前記短絡環に対向する面は前記短絡環と固着される、
請求項１または２に記載の車両用かご形誘導電動機。
【請求項５】
それぞれが、隣接する前記回転子バーの間に設けられ、前記回転軸を挟んで対向する少なくとも１組の前記変形抑制部を備え、
前記変形抑制部は、前記短絡環と前記隣接する前記回転子バーの少なくとも一方とに固着され、
前記変形抑制部は、前記回転子鉄心に対向する面から前記回転子鉄心に向かって突出し、かつ、前記隣接する前記回転子バーのいずれにも固着されない突出部を有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用かご形誘導電動機。
【請求項６】
前記鉄心押さえ部材と前記回転子鉄心との間に設けられる端板をさらに備え、
前記変形抑制部と前記端板との間隔は、前記端板の前記回転軸の方向の厚みの半分以下である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用かご形誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道車両に用いられる車両用かご形誘導電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道車両を駆動する主電動機には、かご形誘導電動機が用いられる。かご形誘導電動機が有するかご形の回転子導体は、回転子鉄心の外周側に回転軸に平行に形成された溝に棒状の回転子バーを挿入し、回転子バーの両端に環状の導体である短絡環を接合させることで形成される。固定子鉄心に形成された溝に設けられる固定子コイルに交流電流が流れることで回転磁界が発生する。かご形の回転子導体が、回転磁界と鎖交することにより、誘導起電圧が発生する。誘導起電圧により、閉回路を形成するかご形の回転子導体に誘導電流が流れ、回転子鉄心に磁極が発生する。回転子鉄心の磁極と回転磁界の磁極との相互作用により、回転子鉄心の外周面の接線方向の力が回転子鉄心に発生し、回転軸の出力トルクとなる。【０００３】
回転子バーと短絡環とは、銀ろう付けまたは溶接によって接合される。銀ろう付けまたは溶接が不十分であるために、回転子バーと短絡環との電気的接触が不十分である場合、回転子バーが電磁振動または回転振動によって振動し、回転子バーが折損することがある。そこで、特許文献１に開示されるかご形誘導電動機においては、回転子バーと短絡環の回転子鉄心側端面との下部接触部に短絡環側に肉部が形成され、肉部と回転子バーとが銀ろう付または溶接により接続される。短絡環に肉部が形成されることにより、回転子バーとの銀ろう付けまたは溶接のすみ肉部が、両側および肉部の下面にもできる。これにより、銀ろう付けまたは溶接の信頼性が増し、また回転子バーの最大応力点における応力集中が緩和されて回転子バーの折損事故が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−９１６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
主電動機として用いられる誘導電動機に印加される交流電圧は、インバータによって直流から交流に変換された矩形波状の電圧であるため、固定子コイルに流れる交流電流には高調波が含まれる。そのため、固定子で発生する回転磁界、かご形の回転子導体に流れる誘導電流、および回転子軸の出力トルクにも高調波が含まれる。出力トルクには、トルクリップルと呼ばれる、高調波周波数での変動が生じる。【０００６】
回転子鉄心の回転数には、トルクリップルと同じ周波数での微小変動が生じる。回転子バーに接合される短絡環には、トルクリップルと同じ周波数で、回転子鉄心に対して、相対的なねじり振動が生じる。ねじり振動は微小振動であり、短絡環と接合されている回転子バーに発生する応力は、十分に小さい。しかしながら、トルクリップルの周波数が回転子導体のねじり固有振動数と一致すると、共振状態となるため、回転子導体に過大な応力が発生する。【０００７】
トルクリップル周波数が回転子導体のねじり固有振動数と一致するのを防ぐため、回転子導体のねじり固有振動数は十分に高い値に設定される。しかしながら、経年劣化のため、ねじり固有振動数が低下すると、トルクリップル周波数が回転子導体のねじり固有振動数と一致するために、回転子導体に過大な応力が発生することがある。また鉄道車両を駆動する主電動機として用いられるかご形誘導電動機においては、固定子コイルに流れる交流電流の基本周波数（インバータ周波数）が変動するため、トルクリップル周波数も変動する。そのため、トルクリップル周波数が変動しても、回転子導体のねじり固有振動数と一致しないように、回転子導体のねじり固有振動数を設定する必要がある。【０００８】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、鉄道車両を駆動するかご形誘導電動機において、回転子バーに過大な応力が発生することを抑制することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の車両用かご形誘導電動機は、回転可能に支持される回転軸、回転軸と嵌合し、回転軸と一体に回転する回転子、および回転子の外周面と間隔をあけて対向する固定子を備える。回転子は、回転子鉄心、複数の回転子バー、一対の短絡環、一対の鉄心押さえ部材、および変形抑制部を有する。回転子鉄心は、回転軸と嵌合し、中心軸が回転軸と一致する円筒の形状であり、回転軸と平行に延びる複数の溝が円筒の外周側に形成される。複数の回転子バーのそれぞれは、回転子鉄心の外周側に形成される溝に収容され、回転軸と平行な方向の端部の両方が回転子鉄心より外側に突出する導体である。一対の短絡環は、複数の回転子バーを挟んで主面が回転軸と平行な方向に対向し、それぞれが、複数の回転子バーの端部と接合されることで複数の回転子バーを電気的に接続する導体であって、回転軸と直交する断面の形状が環状である。一対の鉄心押さえ部材は、回転軸の方向に回転子鉄心を挟んで設けられ、回転子鉄心の回転軸の方向への移動および変形を抑制する。鉄心押さえ部材の回転軸と直交する断面の形状は環状である。変形抑制部は、一対の短絡環のそれぞれと回転子鉄心との間であって、少なくとも一部が鉄心押さえ部材の外周面と対向する位置に設けられる。変形抑制部は、短絡環と少なくとも１つの回転子バーの内周面の少なくとも一部とに固着され、固着された少なくとも１つの回転子バーの少なくとも一部の回転子鉄心の外周面の接線方向への曲げ変形を抑制する。変形抑制部の回転子鉄心に近い回転軸の方向の端部は、短絡環の外周面の回転子鉄心に近い回転軸の方向の端部より、回転子鉄心の近くに位置する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転子バーの少なくとも一部の回転子鉄心の外周面の接線方向への曲げ変形を抑制することで、車両用かご形誘導電動機において、回転子バーに過大な応力が発生することを抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転子の断面図
【図２】実施の形態１に係る回転子の断面図
【図３】実施の形態１に係る回転子の部分断面図
【図４】実施の形態１に係る回転子を径方向の外側から見た図
【図５】回転子バーの変形の例を示す図
【図６】実施の形態１における回転子バーの変形の例を示す図
【図７】本発明の実施の形態２に係る回転子の部分断面図
【図８】実施の形態２に係る回転子を径方向の外側から見た図
【図９】本発明の実施の形態３に係る回転子の部分断面図
【図１０】実施の形態３に係る回転子を径方向の外側から見た図
【図１１】実施の形態３に係る変形抑制部を示す図
【図１２】本発明の実施の形態４に係る回転子の部分断面図
【図１３】実施の形態４に係る回転子を径方向の外側から見た図
【図１４】実施の形態４における回転子バーの変形の例を示す図
【図１５】本発明の実施の形態５に係る回転子の部分断面図
【図１６】実施の形態５に係る回転子を径方向の外側から見た図
【図１７】実施の形態５における回転子バーの変形の例を示す図
【図１８】実施の形態５に係る回転子を径方向の外側から見た図
【図１９】実施の形態５に係る回転子を径方向の外側から見た図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転子の断面図である。車両用かご形誘導電動機は、回転子１、回転軸７、および、軸受を介して回転軸７を回転可能に支持するハウジングに固定され、回転子１の外周面と間隔をあけて対向する固定子を備える。図１は、回転軸７に平行な面での断面図である。図１には、回転子１および回転軸７のみ図示した。図２は、実施の形態１に係る回転子の断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線での断面図である。図３は、実施の形態１に係る回転子の部分断面図である。図３は、図１の破線で示すＢ部分の拡大図である。図４は、実施の形態１に係る回転子を径方向の外側から見た図である。
【００１４】
回転子１は、回転軸７と嵌合する。回転子１は、回転軸７と嵌合し、中心軸が回転軸７と一致する円筒の形状である回転子鉄心１１、および回転子鉄心１１が保持する回転子導体１０を備える。回転子鉄心１１の円筒の外周側には、回転軸７と平行に延びる複数の溝１７が形成される。回転子導体１０は、回転子バー１２および短絡環１３を有する。溝１７には、導体である複数の回転子バー１２のそれぞれが収容される。回転子バー１２の回転軸７と平行な方向の端部の両方は、回転子鉄心１１より外側に突出する。回転子１は、それぞれ、複数の回転子バー１２を挟んで主面が回転軸７の方向に対向する一対の短絡環１３をさらに備える。短絡環１３は、複数の回転子バー１２の端部と接合されることで複数の回転子バー１２を電気的に接続する導体である。短絡環１３の回転軸７と直交する断面の形状は環状である。回転子１は、回転軸７の方向に、回転子鉄心１１を挟んで設けられる、回転軸７と直交する断面の形状が環状である一対の鉄心押さえ部材１４，１８をさらに備える。鉄心押さえ部材１４，１８によって、薄板の積層体である回転子鉄心１１の回転軸７の方向のずれおよび移動が抑制される。
【００１５】
実施の形態１においては、一対の鉄心押さえ部材１４，１８は、端板１５を介して、回転子鉄心１１を挟んで設けられる。端板１５は、薄板の積層体である回転子鉄心１１の開き、すなわち回転軸７に平行な方向のずれを抑制する。端板１５は、回転軸７と直交する断面が環状であり、外周側に溝１７に応じた形状の溝が形成される。回転子１は、短絡環１３のそれぞれと、回転子鉄心１１との間であって、少なくとも一部が鉄心押さえ部材１４，１８の外周面と対向する位置に設けられる変形抑制部１６をさらに備える。変形抑制部１６は、短絡環１３と、少なくとも１つの回転子バー１２の少なくとも一部とに固着され、固着された少なくとも１つの回転子バー１２の少なくとも一部の回転子鉄心１１の外周面の接線方向への曲げ変形を抑制する。
【００１６】
実施の形態１においては、変形抑制部１６の回転軸７と直交する断面の形状は環状である。また短絡環１３と変形抑制部１６とは一体成形される。すなわち、短絡環１３と変形抑制部１６の一体成形品の回転軸７を通る断面の形状は略Ｌ字型である。変形抑制部１６の外周面は、複数の回転子バー１２のそれぞれにおいて、端部を含む回転子バー１２の少なくとも一部と固着される。変形抑制部１６の内周面の少なくとも一部は、鉄心押さえ部材１４，１８の外周面と対向する。短絡環１３と変形抑制部１６とは一体成形されているため、変形抑制部１６の短絡環１３に対向する面は短絡環１３と一体化されている。図３の例では、点線で囲まれた範囲で示すように、回転子バー１２は、短絡環１３と、銀ろう付けまたは溶接により接合される。また回転子バー１２の回転軸７と対向する面の一部と変形抑制部１６とが接合される。図４において、短絡環１３および変形抑制部１６を、ドットの塗りつぶしによって示した。変形抑制部１６が短絡環１３と回転子バー１２の端部を含む回転子バー１２の少なくとも一部と固着することで、回転子バー１２の少なくとも一部の回転子鉄心１１の外周面の接線方向への曲げ変形が抑制される。
【００１７】
図５は、回転子バーの変形の例を示す図である。図５に示す回転子６は、図４に示す回転子１と同様に、図示しない回転軸と嵌合し、中心軸が回転軸と一致する円筒の形状である回転子鉄心６１、および回転子鉄心６１が保持する回転子導体６０を備える。回転子６は、回転軸と嵌合し、回転軸と一体に回転する。回転子鉄心６１の円筒の外周側には、回転軸と平行に伸びる複数の溝６６が形成される。回転子導体６０は、回転子バー６２および短絡環６３を有する。溝６６には、導体である複数の回転子バー６２のそれぞれが収容される。回転子バー６２の回転軸と平行な方向の端部の両方は、回転子鉄心６１より外側に突出する。回転子６は、それぞれ、複数の回転子バー６２を挟んで主面が回転軸と平行な方向に対向する一対の短絡環６３をさらに備える。短絡環６３の回転軸と直交する断面の形状は環状である。回転子６は、回転軸と直交する断面の形状が環状である鉄心押さえ部材６４をさらに備える。回転子６は、回転子鉄心６１に対して鉄心押さえ部材６４の反対側に設けられる、図示しない鉄心押さえ部材をさらに備え、該鉄心押さえ部材と鉄心押さえ部材６４とは、端板６５を介して、回転軸の方向に回転子鉄心６１を挟んで設けられる。
【００１８】
回転子６は、回転子１が備える変形抑制部１６のように、短絡環６３と回転子バー６２の少なくとも一部とに固着される部材を有さない。短絡環６３が回転子鉄心６１に対して回転軸の軸回りの方向にねじれると、短絡環６３のねじれに応じて回転子バー６２の一部が回転子鉄心６１の外周面の接線方向に曲げ変形する。図５の例では、回転子バー６２と短絡環６３とが接合される位置から、回転子バー６２が収容される回転子鉄心６１の外周側に形成された溝６６の内部の位置までの長さＬ１の回転子バー６２の一部が変形する。回転子バー６２は溝６６に収容されているため、回転子バー６２の曲げ変形は、長さＬ１の回転子バー６２の変形部分の両端の傾きが０である固定支持状態で生じる。回転子バー６２の曲げ変形における、回転子バー６２の端部の回転子鉄心１１の外周面の接線方向における変位量はδ１である。長さＬ１の回転子バー６２の変形部分の一端である溝６６の内部の位置は、回転子鉄心６１の薄板のばらつき、溝６６と回転子バー６２との間の隙間の大きさ等に応じて決まる。
【００１９】
回転子バー６２の変形についての断面二次モーメントをＩとし、縦弾性係数をＥとすると、１本の回転子バー６２の端部を回転子鉄心１１の外周面の接線方向にδ１だけ変位させる、回転子鉄心１１の外周面の接線方向における力Ｆは、下記（１）式で表される。
【００２０】
【数１】
0006587773.tif 000002
【００２１】
回転子バー６２の本数をＺとし、回転子バー６２と回転軸との中心間距離をＲとすると、回転子バー６２のそれぞれの端部を、回転子鉄心１１の外周面の接線方向にδ１だけ変位させるために必要な、短絡環６３をねじるトルクＴは、下記（２）式で表される。
【００２２】
【数２】
0006587773.tif 000003
【００２３】
回転子バー６２の端部が回転子鉄心１１の外周面の接線方向にδ１だけ変位する際の、短絡環６３のねじれ角度φは、下記（３）式で表される。
【００２４】
【数３】
0006587773.tif 000004
【００２５】
回転子バー６２の端部が回転子鉄心１１の外周面の接線方向にδ１だけ変位する際の、回転子鉄心６１に対する短絡環６３のねじり剛性Ｋは、下記（４）式で表される。
【００２６】
【数４】
0006587773.tif 000005
【００２７】
短絡環６３の回転軸の軸回り方向の回転における慣性モーメントをＪとすると、短絡環６３が回転子鉄心６１に対してねじり振動する際の回転子導体６０のねじり固有振動数ｆ０は、下記（５）式で表される。
【００２８】
【数５】
0006587773.tif 000006
【００２９】
回転子バー６２の材質、寸法および本数、ならびに回転子鉄心６１の外径が同じであるとみなせる場合、回転子導体６０のねじり固有振動数を増大させるためには、上記（５）式における慣性モーメントＪおよび回転子バー６２の変形部分の長さＬ１を低減させる必要がある。短絡環６３の回転軸に平行な断面の断面積を低減することで、慣性モーメントＪを低減することができる。しかしながら、短絡環６３の断面積を低減すると、電流密度が増大し、その結果、短絡環６３の温度が上昇してしまう。
【００３０】
そのため、本実施の形態１では、回転子バー１２の変形部分の長さを短くすることで、回転子導体１０のねじり固有振動数を増大させる。図６は、実施の形態１における回転子バーの変形の例を示す図である。図５の例と同様に、短絡環１３が回転子鉄心１１に対して回転軸７の軸回りの方向にねじれると、短絡環１３のねじれに応じて回転子バー１２の一部が曲げ変形する。図６の例では、回転子バー１２と変形抑制部１６とが接合される部分の回転子鉄心１１の側の端部から溝１７の内部の位置までの長さＬ２の回転子バー１２の一部が変形する。変形抑制部１６を設けることで、回転子バー１２と変形抑制部１６とが接合される部分において、回転子バー１２は変形しない。図６の例では、回転子バー１２の端部の回転子鉄心１１の外周面の接線方向の変位量はδ２である。Ｌ２はＬ１より短く、δ２はδ１より小さい。すなわち、変形抑制部１６を設けることで、回転子バー１２の一部の曲げ変形が抑制される。一方、短絡環１３の一部を回転子鉄心１１の方向に突出させて変形抑制部１６を形成することで、慣性モーメントＪは増大する。図６の例の場合の慣性モーメントＪが図５の例の場合の慣性モーメントＪの、例えば、１．２倍であり、回転子バー１２の変形部分の長さＬ２を、例えばＬ１の６０％の長さであるとすると、回転子導体１０のねじり固有振動数ｆ１は、下記（６）式で表される。
【００３１】
【数６】
0006587773.tif 000007
【００３２】
上述の例では、実施の形態１に係る回転子１の回転子導体１０のねじり固有振動数ｆ１は、変形抑制部１６を有さない回転子６の回転子導体６０のねじり固有振動数ｆ０の２倍であるとみなせる。変形抑制部１６を設けることで、回転子バー１２の変形部分の長さを短くし、回転子導体１０のねじり固有振動数を増大させることが可能である。これにより、回転子１の回転子導体１０が共振状態となるのを防ぎ、回転子導体１０に過大な応力が生じることを抑制することが可能である。
【００３３】
回転子バー６２は、回転子鉄心６１の外周側に形成された溝６６に挿入され、スエッジとよばれるかしめ作業によって固定される。回転子バー６２から溝６６の対向する二面のそれぞれへの突っ張り力が生じることで、回転子６を有する車両用かご形誘導電動機の使用中に、回転子バー６２が溝６６の中で回転軸の方向に移動することが抑制される。車両用かご形誘導電動機の使用時の回転子バー６２の温度変化による伸縮によって、該突っ張り力が低下することがある。突っ張り力が低下すると、両端に短絡環６３が接合されている回転子バー６２が回転軸の方向に回転子鉄心６１に対して変位する。回転子バー６２の変位により、回転子６全体のバランスに偏りが生じ、振動が増大する。そこで、実施の形態１に係る回転子１においては、図３に示すように、変形抑制部１６と端板１５との間隔Ｗ１を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とする。これにより、回転子バー１２の回転子鉄心１１に対する回転軸７の方向の変位を、端板１５の回転軸７の方向の厚みの半分以下に抑えることができ、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。
【００３４】
回転子バー１２は、回転子鉄心１１の周方向に間隔をあけて位置する。回転子１の回転によって、回転子バー１２の内周側の空気が、外周側に排出される。すなわち、回転子１は、ファンとしての機能を有する。回転子１の外周面と対向する固定子は、固定子鉄心、および回転軸７と平行な方向に固定子鉄心の外側に突出する固定子コイルを備える。回転子バー１２の内周側から外周側に排出された空気が固定子コイルに衝突すると、騒音が発生する。この騒音の周波数は、回転子１の回転周波数に回転子バー１２の本数を乗じた値である。回転子１の回転数に応じて、騒音の周波数は変化する。車両用かご形誘導電動機のハウジング内部の空間の共鳴周波数と騒音の周波数とが一致すると、騒音はピュアトーンとなり、騒音は大幅に増大する。上述のように、変形抑制部１６と端板１５との間隔Ｗ１を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の内周側から外周側へ排出される空気の風量が低減され、騒音の増大が抑制される。
【００３５】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態１に係る車両用かご形誘導電動機によれば、回転子１に変形抑制部１６を設けることで、回転子バー１２に過大な応力が発生することを抑制することが可能である。また変形抑制部１６と端板１５との間隔Ｗ１を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の変位による振動の増大および騒音の増大を抑制することが可能である。
【００３６】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る回転子の部分断面図である。図７は、図３と同様に、実施の形態２に係る回転子２の断面図の一部を拡大した図である。図８は、実施の形態２に係る回転子を径方向の外側から見た図である。実施の形態２に係る回転子２が備える回転子導体２０は、実施の形態１に係る回転子１が備える回転子導体１０が有する短絡環１３に代えて、短絡環２１および変形抑制部２２を有する。短絡環２１と変形抑制部２２はそれぞれ独立した部材である。実施の形態１と同様に、一対の短絡環２１は、複数の回転子バー１２を挟んで主面が回転軸７と平行な方向に対向する。短絡環２１は、複数の回転子バー１２の端部と接合されることで複数の回転子バー１２を電気的に接続する導体である。短絡環２１の回転軸７と直交する断面の形状は環状である。
【００３７】
変形抑制部２２の回転軸７と直交する断面の形状は環状である。変形抑制部２２の外周面は、複数の回転子バー１２のそれぞれにおいて、端部を含む回転子バー１２の少なくとも一部と固着される。変形抑制部２２の内周面の少なくとも一部は、鉄心押さえ部材１４，１８の外周面と対向する。変形抑制部２２の短絡環２１に対向する面は、短絡環２１と銀ろう付けまたは溶接によって接合される。図７の例では、回転子バー１２は、短絡環２１と、銀ろう付けまたは溶接により接合される。変形抑制部２２の外周面は、回転子バー１２の端部から連続する回転子バー１２の回転軸７と対向する面の一部と接合される。短絡環２１および変形抑制部２２に分割することで、製造コストを低減することが可能である。
【００３８】
実施の形態２に係る回転子２における、回転子バー１２の曲げ変形は図６と同様である。図６の例と同様に、短絡環２１が回転子鉄心１１に対して回転軸７の軸回りの方向にねじれると、短絡環２１のねじれに応じて回転子バー１２の一部が回転子鉄心１１の外周面の接線方向に曲げ変形する。変形抑制部２２を設けることで、回転子バー１２と変形抑制部２２とが接合される部分において、回転子バー１２は変形しない。変形抑制部２２を設けることで、回転子バー１２の変形部分の長さを短くし、回転子導体２０のねじり固有振動数を増大させることが可能である。これにより、回転子２の回転子導体２０が共振状態となるのを防ぎ、回転子導体２０に過大な応力が生じることを抑制することが可能である。
【００３９】
実施の形態１と同様に、変形抑制部２２と端板１５との間隔Ｗ２を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とする。これにより、回転子バー１２の回転子鉄心１１に対する回転軸７の方向の変位を、端板１５の回転軸７の方向の厚みの半分以下に抑えることができ、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。また変形抑制部２２と端板１５との間隔Ｗ２を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の内周側から外周側へ排出される空気の風量が低減され、騒音の増大が抑制される。
【００４０】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態２に係る車両用かご形誘導電動機によれば、回転子２に変形抑制部２２を設けることで、回転子バー１２に過大な応力が発生することを抑制することが可能である。また短絡環２１および変形抑制部２２に分割することで、製造コストを低減することが可能である。変形抑制部２２と端板１５との間隔Ｗ２を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の変位による振動の増大および騒音の増大を抑制することが可能である。
【００４１】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る回転子の部分断面図である。図９は、図３と同様に、実施の形態３に係る回転子３の断面図の一部を拡大した図である。実施の形態３に係る回転子３が備える回転子導体３０は、実施の形態１に係る回転子１が備える回転子導体１０が有する短絡環１３に代えて、短絡環３１および変形抑制部３２を有する。短絡環３１の形状は、実施の形態２に係る回転子２が備える回転子導体２０が有する短絡環２１と同様である。図１０は、実施の形態３に係る回転子を径方向の外側から見た図である。図１１は、実施の形態３に係る変形抑制部を示す図である。
【００４２】
変形抑制部３２の回転軸７と直交する断面の形状は環状である。変形抑制部３２の外周面には、回転子バー１２と同数の溝３３が形成される。溝３３は、回転子バー１２の端部を含む回転子バー１２の少なくとも一部と嵌合する。溝３３と回転子バー１２の少なくとも一部とが嵌合することで、変形抑制部３２が回転子バー１２の少なくとも一部に固着される。変形抑制部３２の内周面の少なくとも一部は、鉄心押さえ部材１４，１８の外周面と対向する。変形抑制部３２の短絡環３１に対向する面は、短絡環３１と銀ろう付けまたは溶接によって接合される。
【００４３】
実施の形態３に係る回転子３における、回転子バー１２の回転子鉄心１１の外周面の接線方向への曲げ変形は、図６と同様である。図６の例と同様に、短絡環３１が回転子鉄心１１に対して回転軸７の軸回りの方向にねじれると、短絡環３１のねじれに応じて回転子バー１２の一部が曲げ変形する。変形抑制部３２を設けることで、回転子バー１２と変形抑制部３２に形成される溝３３とが嵌合する部分において、回転子バー１２は変形しない。変形抑制部３２を設けることで、回転子バー１２の変形部分の長さを短くし、回転子導体３０のねじり固有振動数を増大させることが可能である。これにより、回転子３の回転子導体３０が共振状態となるのを防ぎ、回転子導体３０に過大な応力が生じることを抑制することが可能である。回転子バー１２と変形抑制部３２とは、回転子バー１２と溝３３が嵌合した状態で、銀ろう付けまたは溶接によって接合されてもよい。
【００４４】
実施の形態１と同様に、変形抑制部３２と端板１５との間隔Ｗ３を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とする。これにより、回転子バー１２の回転子鉄心１１に対する回転軸７の方向の変位を、端板１５の回転軸７の方向の厚みの半分以下に抑えることができ、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。また変形抑制部３２と端板１５との間隔Ｗ３を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の内周側から外周側へ排出される空気の風量が低減され、騒音の増大が抑制される。
【００４５】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態３に係る車両用かご形誘導電動機によれば、回転子３に変形抑制部３２を設けることで、回転子バー１２に過大な応力が発生することを抑制することが可能である。変形抑制部３２と端板１５との間隔Ｗ３を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の変位による振動の増大および騒音の増大を抑制することが可能である。
【００４６】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４に係る回転子の部分断面図である。図１２は、図３と同様に、実施の形態４に係る回転子４の断面図の一部を拡大した図である。図１３は、実施の形態４に係る回転子を径方向の外側から見た図である。実施の形態４に係る回転子４において、回転子バー４２の端部が回転子鉄心１１の外側に突出する長さは、実施の形態１における回転子バー１２の端部が回転子鉄心１１の外側に突出する長さよりも短い。実施の形態４に係る回転子４が備える回転子導体４０は、実施の形態１に係る回転子１が備える回転子導体１０が有する短絡環１３に代えて、短絡環４１を有する。一対の短絡環４１は、複数の回転子バー４２を挟んで主面が回転軸７と平行な方向に対向する。短絡環４１は、複数の回転子バー４２の端部と接合されることで、複数の回転子バー４２を電気的に接続する導体である。短絡環４１の回転軸７に沿った断面の形状は、回転軸７の中心から端部に向かう方向の窪みを有する凹状である。短絡環４１の窪みに、例えば、銀ろう付けまたは溶接によって、回転子バー４２が接合される。短絡環４１の少なくとも一部の内周面は、鉄心押さえ部材１４，１８の外周面と対向する。短絡環４１と回転子鉄心１１との間隔Ｗ４は、短絡環４１と回転子バー４２との上記接合の作業に要する空隙に応じて定められた範囲内の値である。例えば、短絡環４１と回転子鉄心１１との間は、短絡環４１と回転子バー４２との接合の作業に必要な最低限の距離としてもよい。
【００４７】
図１４は、実施の形態４における回転子バーの変形の例を示す図である。短絡環４１が回転子鉄心１１に対して回転軸７の軸回りの方向にねじれると、短絡環４１のねじれに応じて回転子バー４２の一部が回転子鉄心１１の外周面の接線方向に曲げ変形する。図１４の例では、短絡環４１と接合される部分の回転子鉄心１１の側の端部から溝１７の内部の位置までの長さＬ３の回転子バー４２の一部が変形する。回転子バー４２と短絡環４１とが接合される部分において、回転子バー４２は変形しない。図１４の例では、回転子バー４２の端部の回転子鉄心１１の外周面の接線方向の変位量はδ３である。Ｌ３はＬ１より短く、δ３はδ１より小さい。すなわち、短絡環４１と回転子鉄心１１との間隔Ｗ４を、短絡環４１と回転子バー４２との接合作業に要する空隙に応じて定められた範囲内の値とすることで、回転子バー４２の曲げ変形が抑制される。上記定められた範囲を可能な限り小さい値とすることで、回転子バー４２の変形部分の長さを短くし、回転子導体４０のねじり固有振動数を増大させることが可能である。これにより、回転子４の回転子導体４０が共振状態となるのを防ぎ、回転子導体４０に過大な応力が生じることを抑制することが可能である。
【００４８】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態４に係る車両用かご形誘導電動機によれば、回転子４の短絡環４１と回転子鉄心１１との間隔Ｗ４を、短絡環４１と回転子バー４２との接合作業に要する空隙に応じて定められた範囲内の値とすることで、回転子バー４２に過大な応力が発生することを抑制することが可能である。
【００４９】
（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５に係る回転子の部分断面図である。図１５は、図３と同様に、実施の形態５に係る回転子５の断面図の一部を拡大した図である。図１６は、実施の形態５に係る回転子を径方向の外側から見た図である。実施の形態５に係る回転子５が備える回転子導体５０は、実施の形態１に係る回転子１が備える回転子導体１０が有する短絡環１３に代えて、短絡環５１および変形抑制部５２を備える。実施の形態１と同様に、一対の短絡環５１は、複数の回転子バー１２を挟んで主面が回転軸７と平行な方向に対向する。短絡環５１は、複数の回転子バー１２の端部と接合されることで複数の回転子バー１２を電気的に接続する導体である。短絡環５１の回転軸７と直交する断面の形状は環状である。回転子５は、回転軸と直交する断面の形状が環状である鉄心押さえ部材５３をさらに備える。回転子５は、回転子鉄心１１に対して鉄心押さえ部材５３の反対側に設けられる、図示しない鉄心押さえ部材をさらに備え、該鉄心押さえ部材と鉄心押さえ部材５３とは、端板１５を介して、回転軸７の方向に回転子鉄心１１を挟んで設けられる。図１５の例では、実施の形態５に係る回転子５が備える鉄心押さえ部材５３の形状は、実施の形態１に係る回転子１が備える鉄心押さえ部材１４の形状と異なる。なお回転子５は、鉄心押さえ部材１４，１８を備えてもよい。
【００５０】
実施の形態５に係る回転子５は、それぞれが、隣接する回転子バー１２の間に設けられ、回転軸７を挟んで対向する少なくとも１組の変形抑制部５２を備える。変形抑制部５２は、全ての隣接する回転子バー１２の間に設けられてもよいし、一部の隣接する回転子バー１２の間に設けられてもよい。変形抑制部５２は、短絡環５１と、隣接する回転子バー１２の少なくとも一方とに銀ろう付けまたは溶接によって接合される。図１６の例では、変形抑制部５２は、短絡環５１と、隣接する回転子バー１２のそれぞれとに接合される。
【００５１】
図１７は、実施の形態５における回転子バーの変形の例を示す図である。短絡環５１が回転子鉄心１１に対して回転軸７の軸回りの方向にねじれると、短絡環５１のねじれに応じて回転子バー１２の一部が回転子鉄心１１の外周面の接線方向に曲げ変形する。図１７の例では、回転子バー１２と変形抑制部５２とが接合される部分の回転子鉄心１１の側の端部から溝１７の内部の位置までの長さＬ４の回転子バー１２の一部が変形する。変形抑制部５２を設けることで、回転子バー１２と変形抑制部５２とが接合される部分において、回転子バー１２は変形しない。図１７の例では、回転子バー１２の端部の回転子鉄心１１の外周面の接線方向の変位量はδ４である。Ｌ４はＬ１より短く、δ４はδ１より小さい。
【００５２】
変形抑制部５２は、実施の形態１に係る回転子１が有する変形抑制部１６と比べて小さい。そのため、変形抑制部５２を設けても、慣性モーメントＪは変化しないとみなすことができる。変形抑制部５２が接合される回転子バー１２の本数がＺ１であり、回転子バー１２の変形部分の長さＬ４が、例えばＬ１の６０％の長さであるとすると、回転子導体５０のねじり固有振動数ｆ２は、下記（７）式で表される。
【００５３】
【数７】
0006587773.tif 000008
【００５４】
全ての回転子バー１２に変形抑制部５２が接合された場合、Ｚ１＝Ｚであり、ｆ２は、上記（５）式で表される回転子導体６０のねじり固有振動数ｆ０の２．１５倍である。少なくとも一部の回転子バー１２に変形抑制部５２を接合することで、少なくとも一部の回転子バー１２の一部の曲げ変形が抑制される。変形抑制部５２を設けることで、回転子バー１２の変形部分の長さを短くし、回転子導体５０のねじり固有振動数を増大させることが可能である。これにより、回転子５の回転子導体５０が共振状態となるのを防ぎ、回転子導体５０に過大な応力が生じることを抑制することが可能である。
【００５５】
変形抑制部５２の形状は上述の例に限られない。変形抑制部５２の径方向の外側から見た形状はＶ字型、Ｕ字型、Ｌ字型等でもよい。図１８は、実施の形態５に係る回転子を径方向の外側から見た図である。図１８の例では、変形抑制部５２の径方向の外側から見た形状は三角形であり、変形抑制部５２は、短絡環５１と、隣接する回転子バー１２の一方とに接合される。上述の例と同様に、変形抑制部５２は、全ての隣接する回転子バー１２の間に設けられてもよいし、一部の隣接する回転子バー１２の間に設けられてもよい。
【００５６】
実施の形態１と同様に、変形抑制部５２と端板１５との間隔Ｗ５を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下としてもよい。変形抑制部５２と端板１５との間隔Ｗ５を端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の回転子鉄心１１に対する回転軸７の方向の変位を、端板１５の回転軸７の方向の厚みの半分以下に抑えることができ、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。
【００５７】
図１９は、実施の形態５に係る回転子を径方向の外側から見た図である。図１９の例では、変形抑制部５２は、回転子鉄心１１に対向する面から回転子鉄心１１に向かって突出する突出部５４を有する。図１９の例のように、変形抑制部５２が突出部５４を有する場合は、突出部５４と端板１５との間隔Ｗ６を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とする。これにより、回転子バー１２の回転子鉄心１１に対する回転軸７の方向の変位を、突出部５４と端板１５との間隔以下に抑えることができ、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。
【００５８】
以上説明したとおり、本発明の実施の形態５に係る車両用かご形誘導電動機によれば、回転子５に変形抑制部５２を設けることで、回転子バー１２に過大な応力が発生することを抑制することが可能である。変形抑制部５２と端板１５との間隔Ｗ５を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。また変形抑制部５２に突出部５４を設け、突出部５４と端板１５との間隔Ｗ６を、端板１５の回転軸７の方向の厚みＷ０の半分以下とすることで、回転子バー１２の変位による振動の増大を抑制することが可能である。
【００５９】
本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。変形抑制部１６，２２，３２に突出部５４を設けてもよい。
【００６０】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００６１】
１，２，３，４，５，６  回転子、７  回転軸、１０，２０，３０，４０，５０，６０  回転子導体、１１，６１  回転子鉄心、１２，４２，６２  回転子バー、１３，２１，３１，４１，５１，６３  短絡環、１４，１８，５３，６４  鉄心押さえ部材、１５，６５  端板、１６，２２，３２，５２  変形抑制部、１７，３３，６６  溝、５４  突出部。
【図１】
0006587773.tif 000009
【図２】
0006587773.tif 000010
【図３】
0006587773.tif 000011
【図４】
0006587773.tif 000012
【図５】
0006587773.tif 000013
【図６】
0006587773.tif 000014
【図７】
0006587773.tif 000015
【図８】
0006587773.tif 000016
【図９】
0006587773.tif 000017
【図１０】
0006587773.tif 000018
【図１１】
0006587773.tif 000019
【図１２】
0006587773.tif 000020
【図１３】
0006587773.tif 000021
【図１４】
0006587773.tif 000022
【図１５】
0006587773.tif 000023
【図１６】
0006587773.tif 000024
【図１７】
0006587773.tif 000025
【図１８】
0006587773.tif 000026
【図１９】
0006587773.tif 000027