(57)【要約】【課題】モータの電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子の２次導体部に発生する遠心荷重を回転子のコアに効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる誘導電動機の回転子を提供する。【解決手段】電磁鋼材からなりその軸心周りに仕切られて該軸心に沿って伸びる複数のスロット12を有する回転子コア11と、これらスロット12に導電材をダイキャスト成形してなる２次導体部14とを備え、周囲に発生する回転磁界と、この回転磁界により２次導体部14に生じる誘導電流との相互作用によって回転する誘導電動機の回転子において、各スロット12を仕切るティース11Ｔの両側面にそれぞれ凹部12rを設け、当該凹部１２rが互いに向き合うティース11Ｔの側面において互い違いに配置されてなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなるコアの軸心周りに該軸心に沿って伸びる複数のスロットを設け、これらスロットに導電材をダイキャストして２次導体部を形成してなる誘導電動機の回転子において、
各スロットを仕切るティースの両側面にそれぞれ凹部を設け、当該凹部が互いに向き合うティースの側面において互い違いに配置されてなることを特徴とする誘導電動機の回転子。
【請求項２】
前記凹部の断面形状を円弧形にしてなる請求項１に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項３】
前記凹部の断面形状を角形にしてなる請求項１又は２に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項４】
前記凹部の断面形状を三角形にしてなる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項５】
前記ティースは、前記凹部を設けた一側面と反対側の他側面にあって前記凹部と同心円上の位置に凸部を設けてなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の誘導電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体からなるコアの軸心周りに該軸心に沿って伸びる複数のスロットを設け、これらスロットに導電材をダイキャストして２次導体部を形成してなり、その周囲に発生する回転磁界と、この回転磁界により２次導体部に生じる誘導電流との相互作用によって回転する誘導電動機の回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６（ａ）は、誘導電動機の回転子を例示する模式断面図である。この回転子30は、磁性体からなるコア（以下、「回転子コア」という。）31の軸心Ｏ周りに該軸心Ｏに沿って伸びる複数のスロット32を有し、これらスロット32を回転子コア31の外周部にある表皮部分（以下、「ブリッジ」という）31Ｂで空間的に閉じたクローズドスロットと呼ばれるものであり、これらスロット32にアルミニウム等の導電材を流し込んで２次導体部34をダイキャスト成形している。また特にモータ特性の向上を図る場合には、図６（ｂ）の要部断面図に示す如く、ブリッジ31Ｂにスリット（空間）31ｓを設けたオープンスロットと呼ばれるものが用いられる。
【０００３】
また２次導体部には、その始動電流の制限又は始動トルクの増大を目的として、スロットを回転子コアの径方向上下２段に設けてこれらスロットを細長の連結スロットで繋いで２重スロットにし、この２重スロットにアルミニウムを流し込んで上部、下部及び縊れ部からなる２次導体部をダイキャスト成形する所謂、２重かご形導体がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−１６３１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、自動車の駆動源等といった特殊な用途に関しては、近年、小型化、高出力化が求められており、電動機においても、必然的に高速回転化が要求される傾向にある。
【０００５】
しかしながら、高速回転用として誘導電動機を採用した場合、スロットと２次導体部との相互間においては、ダイキャスト成形による固着効果や接着効果はほとんど得られず、また前記スロットは回転子コアの径方向に放射状に伸びる形状、或いは平行に伸びる形状となっているため、回転動作により生じる２次導体部の遠心荷重はブリッジ11Ｂに集中することになり、特に図６（ｂ）に示すオープンスロットの回転子を用いた誘導電動機においては、２次導体部12から受ける遠心荷重に対してブリッジ11Ｂに十分な強度を持たせる必要がある。
【０００６】
そこで、遠心荷重に対する対策としては、回転子コア11のブリッジ11Ｂの径方向寸法（厚さ）を大きくするか、或いは、回転子コア11を強度の高い材料で構成する等が挙げられるが、こうした対策の場合、ブリッジ11Ｂの厚み増加に伴うモータ特性の低下や回転子コアに高強度材料を採用するに伴う材料コストの増加などの不都合が生じてしまう。また一般的な産業用途で使用される誘導電動機は、１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度の回転数で運転されることが多く、２次導体部にかかる遠心荷重も十分に小さいため、上述した問題を生じることがなかった。
【０００７】
一方、２重かご型回転子は、前記の如く、産業用などの商用周波数駆動で始動時に大きなトルクを必要とするモータに採用されており、商用周波数（例えば、５０Ｈｚ）を投入した瞬間に、回転子表面付近の２次導体部に高い周波数の磁束が交差することによって生じる表皮効果によって、２次導体部の上部の外表面付近に集中する電流を効率よくトルクに変換することを目的としている。この２重かご形回転子を採用した誘導電動機においても、一般的な産業用途の誘導電動機と同様に、運転回転数の範囲は高いものではなく、２次導体部に生じる大きな遠心荷重に対応した構造となっていなかった。
【０００８】
また上記した従来の２重かご型回転子の場合、上下スロットを繋ぐ連結スロットの側壁が上下スロットの側壁に比べてスロット内部に突出するため、上下スロットと連結スロットとの間に形成される段差部分で２次導体部の遠心荷重を受けることができるが、２重かご形でない回転子の場合と比べて２次導体部の断面積は相対的に減少してしまうため、２次抵抗の増加に伴うモータ損失の増大、効率の低下、モータ発熱など電気的特性の低下を招く。更に誘導電動機をインバータで駆動する場合、最大トルクを発生させるのに最適な周波数で駆動できるため、敢えて２重かご形回転子を採用する必要はない。
【０００９】
本発明の解決すべき課題は、上述した事実に鑑みてなされたものであり、モータの電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子の２次導体部から回転子コアに加わる遠心荷重を効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる誘導電動機の回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明である誘導電動機の回転子は、磁性体からなるコアの軸心周りに該軸心に沿って伸びる複数のスロットを設け、これらスロットに導電材をダイキャストして２次導体部を形成してなる誘導電動機の回転子において、各スロットを仕切るティースの両側面にそれぞれ凹部を設け、当該凹部が互いに向き合うティースの側面において互い違いに配置されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、前記ティースに設けた凹部の断面形状は、円弧形、角形若しくは三角形又はこれらの組み合わせからなる形状とすることができる。また、本発明において、前記ティースは、凹部を設けた一側面と反対側の他側面にあって前記凹部と同心円上の位置に凸部を設けてなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁性体からなるコアの各スロットを仕切るティースの両側面にそれぞれ凹部を設けたことにより、当該凹部に係合する突起が２次導体部に成形されるため、モータ特性や材料コストの増加を招くブリッジの厚さ寸法の変更を行うことなく、２次導体部から前記コアに加わる遠心荷重を効果的に分散させることができる。また、かかる構成によれば、２次導体部の断面積を減少させる要素がないため、回転子の電気的特性の低下や２次導体部の局所的な強度低下を防止することができる。更に、本発明によれば、各ティースに設けた凹部を互いに向き合うティースの側面において互い違いに配置することにより、各凹部が互いに前記コアの径方向にずれた位置となるため、ティースの両側面に凹部を設けても、ティースに沿って形成される磁束経路は十分に確保される。
【００１３】
即ち、本発明によれば、回転子の電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子の２次導体から前記コアに加わる遠心荷重を効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる。
【００１４】
また本発明において、ティースに設けた凹部の断面形状を円弧形とすれば、当該凹部にはエッジが存在しないため、凹部間の距離、即ち、ティース幅はエッジが存在する場合と比較して大きくなる。このため、エッジが存在する凹部形状の場合よりも凹部の深さ(高さ)を大きくすることができ、高い遠心強度が得られると共に、ティースの磁束経路、即ち、回転子の電気的特性を容易に確保することができる。
【００１５】
また本発明において、ティースに設けた凹部の断面形状を角形にすれば、２次導体部側の凸となる部分(スロットでは凹部)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部(２次導体部側の凸となる部分)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティースの両側面にそれぞれ凹部を設けたことによるティース内の磁束経路の減少、即ち、回転子における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。
【００１６】
また本発明において、ティースに設けた凹部の断面形状を三角形にすれば、ティースに設けた凹部の断面形状を角形にすれば、２次導体部側の凸となる部分(スロットでは凹部)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部(２次導体部側の凸となる部分)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティースの両側面にそれぞれ凹部を設けたことによるティース内における磁束経路の減少、即ち、回転子における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。
【００１７】
また本発明において、前記ティースが前記凹部を設けた一側面と反対側の他側面にあって前記凹部と同心円上の位置に凸部を設けたものであれば、当該ティースにおける軸心周り方向の幅がその両側面それぞれに設けた凹部によって減少せずに済むため、ティース内における磁束経路への影響、即ち、回転子の電気的特性への影響がほとんど生じることなく、２次導体部で発生する遠心荷重を前記コアに効果的に分散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る回転子10を採用する誘導電動機（以下、「モータ」という。）100の一形態であって、その側面を示す要部断面図である。
【００２０】
モータ100は、所謂、三相交流モータであって、ケースＣ内に軸受Ｂによって回転自在に支持されたシャフトＳを有し、このシャフトＳと同軸（軸心Ｏ）上に一体に設けられたかご形回転子10と、このかご形回転子10を取り囲むように軸心Ｏ周りに180°間隔で配置された固定子20とを備え、これら固定子20に、120°の位相差のある３相交流電流を流すことにより、ケースＣ内にて回転子10の周囲に回転磁界を発生させることができる。
【００２１】
かご形回転子10は、複数の電磁鋼板11ａを軸心Ｏに沿って積層してなる回転子コア11を有し、この回転子コア11の前後端面に配した短絡環13を複数の２次導体部14で連結したものである。
【００２２】
図２は、回転子コア11を形成する電磁鋼板11ａの正面図である。
【００２３】
電磁鋼板11ａは、シャフトＳを固定する開口Ｈと、その軸心Ｏ周りに複数のスロット12とを有するディスク状のものであって、この電磁鋼板11ａを図１に示す如くシャフトＳに沿って複数個積層することにより、軸心Ｏ周りに仕切られて軸心Ｏに沿って伸びる複数のスロット12を有する回転子コア11が形成される。スロット12は、その内部をブリッジ11Ｂによって封鎖されたクローズドスロットである。
【００２４】
２次導体部14は、回転子コア11の前後端面に短絡環13を配したのち軸心Ｏに沿って伸びるスロット12それぞれにアルミニウム等の導電材をダイキャストすることにより、短絡環13を連結してなる。これにより、かご形回転子10は、各固定子20に流す交流電流によって回転子10の周囲に発生する回転磁界Ｂと、この回転磁界Ｂにより２次導体部14に生じる誘導電流Ｉとの相互作用によって軸心Ｏ周りをシャフトＳと共に回転する。
【００２５】
ところで、本形態にあっては、図２の一点鎖線に示すように、回転子コア11に、各スロット12を仕切るティース11Ｔの両側面にそれぞれ凹部12ｒを設け、凹部12rが互いに向き合うティース11Ｔの側面において互い違いに配置されている。これにより、図３(ａ)に示す如く、２次導体部14は、スロット14と同じほぼ台形の外観形状を有し、そのティース11Ｔとの接触面にはそれぞれ軸心Ｏ周りに凸となる凸部14ｐが形成されるため、この凸部14ｐと係合する凹部12ｒが２次導体部14の遠心荷重を受けることになる。
【００２６】
かかる構成によれば、回転子コア11の各スロット12を仕切るティース11Ｔの両側面にそれぞれ凹部12ｒを設けたことにより、図３(ａ)に示す如く、当該凹部12ｒに係合する凸部14ｐが２次導体部14の円周方向側面それぞれに成形されるため、モータ特性や材料コストの増加を招くブリッジ11Ｂの厚さ寸法Ｌ1の変更を行うことなく、２次導体部14から回転子コア11に加わる遠心荷重を効果的に分散させることができる。また、かかる構成によれば、図３(ａ)に示す如く、２次導体部14の円周方向側面に凸部14ｐが形成されることにより、２次導体部14としての断面積は増加する方向になるため、回転子10の電気的特性には有利である。更に、かかる構成によれば、各ティース11Ｔに設けた凹部12ｒを互いに向き合うティース11Ｔの側面において互い違いに配置することにより、各凹部12ｒが互いに回転子コア11の径方向Ｒにずれた位置となるため、ティース11Ｔの両側面に凹部12ｒを設けても、図３(ａ)の破線に示す如く、ティース11Ｔに沿って形成される磁束経路ΦLは十分に確保される。
【００２７】
即ち、本発明によれば、回転子10の電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子10の２次導体14からブリッジ11Ｂに加われる遠心荷重を効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる。
【００２８】
また本発明においては、ティース11Ｔに設けた凹部12ｒの断面形状を円弧形とすれば、当該凹部12ｒにはエッジが存在しないため、凹部12ｒの距離、即ち、ティース11Ｔの幅(ティース11Ｔの軸心Ｏにおける径方向幅)Ｌ2はエッジが存在した場合と比較して大きくなる。このため、エッジが存在する凹部形状の場合よりも凹部12ｒの深さ(高さ)を大きくすることができ、高い遠心強度が得られると共に、ティース11Ｔの磁束経路Φ、即ち、回転子10の電気的特性を容易に確保することができる。なお、凹部12ｒは、１つに限らず複数設けることもでき、図３(ｂ)には、その一例を示す。但し、この場合、各ティース11Ｔに設けた凹部12ｒを互いに向き合うティース11Ｔの側面において、凹部12ｒを同数にする必要はない。
【００２９】
またティース11Ｔに設けた凹部の寸法範囲は様々な変更が可能であり、特に、回転子コア11のブリッジ11Ｂが受ける遠心荷重、即ち、運転時のモータ回転数の範囲（回転数の高さ）と、モータ体格（回転子10の外形寸法とスロット12の回転子における径方向寸法）とにより凹部の断面形状も併せて変更が可能であり、例えば、ティース11Ｔの両側面にはそれぞれ角形の断面形状からなる凹部12ｓを設けてもよい。図４(ａ)は、その一例であって、凹部12ｓは、径方向に延びる矩形断面形状からなる。かかる構成によれば、２次導体部14の凸部14ｐ(スロット12では凹部12ｓ)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部12ｓ(凸部14ｐ)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティース11Ｔの両側面にそれぞれ凹部12ｓを設けたことによるティース11Ｔ内の磁束経路ΦLの減少、即ち、回転子10における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。なお、凹部12ｓも、１つに限らず複数設けることもでき、図４(ｂ)に、その一例を示す。
【００３０】
また複数の凹部を設ける場合、図５(ａ)に示す如く、円弧形の凹部12ｒと角形の凹部12ｓとを組み合わせることも可能である。かかる構成によれば、ティース11Ｔへの食い込み量が少ない円弧形の凹部12ｒと、２次導体部14の強度を重視した角形の凹部12ｓとを併設することにより、ティース11Ｔの幅Ｌ3(図２参照。)が十分確保できない等、凹部の配置に制限がある場合に有効である。
【００３１】
更にティース11Ｔの両側面にはそれぞれ三角形の断面形状からなる凹部12ｔを設けてもよい。図５(ｂ)は、その一例であって、凹部12ｔは、遠心荷重を受けるブリッジ11Ｂに向かうに従って傾斜する斜面12ｔ1と、遠心荷重を受ける垂直面12ｔ2からなる。かかる構成によれば、２次導体部14の凸部14ｐ(スロット12では凹部12ｔ)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部12ｔ(凸部14ｐ)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティース11Ｔの両側面にそれぞれ凹部12ｔを設けたことによるティース11Ｔ内の磁束経路ΦLの減少、即ち、回転子10における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。なお、凹部12ｔも、１つに限らず複数設けることもでき、また複数の凹部を設ける場合、円弧形の凹部12ｒと角形の凹部12ｓとを組み合わせることも可能である。
【００３２】
また本発明にあっては、図５(ｃ)，(ｄ)に例示する如く、ティース11Ｔが凹部12ｒ，12ｓ(12ｔ)を設けた一側面と反対側の他側面上にあって凹部12ｒ，12ｓ(12ｔ)と同心円上（図中の一点鎖線を参照。）の位置にその凹部12ｒ，12ｓ(12ｔ)と同形の断面形状からなる凸部12ｐを設けてもよい。かかる構成によれば、当該ティース11Ｔにおける軸心Ｏ周り方向の幅がその両側面それぞれに設けた凹部12ｒ，12ｓ(12ｔ)によって減少せずに済むため、ティース11Ｔ内における磁束経路ΦLへの影響、即ち、回転子10の電気的特性への影響がほとんど生じることなく、２次導体部14で発生する遠心荷重を回転子コア11に効果的に分散させることができる。
【００３３】
上述した各形態は、様々な変更を加えることができる。例えば、本形態は、クローズドスロットの回転子で説明したが、本発明は、ブリッジ11Ｂの強度が確保しにくいオープンスロットの回転子等に用いれば、一層効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る回転子を採用する誘導電動機の一形態であって、その側面を示す要部断面図である。
【図２】同形態における回転子の回転子コアを形成する電磁鋼板の正面図である。
【図３】(ａ)，(ｂ)はそれぞれ、同形態の回転子を示す要部断面図及び、同形態の変形例である回転子を示す要部断面図である。
【図４】(ａ)，(ｂ)はそれぞれ、本発明の他の形態である回転子を示す要部断面図及び、同形態の変形例である回転子を示す要部断面図である。
【図５】(ａ)は、図３，図４を組み合わせた回転子の変形例を示す要部断面図であり、 (ｂ) ，(ｃ)はそれぞれ、本発明の他の形態である回転子を示す要部断面図及び同形態の変形例である回転子を示す要部断面図であり、(ｄ)は、本発明の更に他の形態である回転子を示す要部断面図である。
【図６】(ａ)，(ｂ)はそれぞれ、従来の誘導電動機の回転子を例示する模式断面図及び他の回転子の要部断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
10  回転子
11  回転子コア(コア)
11Ｂ  ブリッジ
11Ｔ  ティース
12  スロット
12ｒ  円弧形状凹部
12ｓ  角形状凹部
12ｔ  三角形状凹部
13  短絡環
14  ２次導体部
【図１】
2005278372.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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