(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、この固定子に対向して配置された回転子とを有し、
前記回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心の軸方向に形成された複数スロットにそれぞれ挿通される複数の導体バーと、これらの導体バーの両端に設けられた短絡環とを有し、
前記回転子鉄心は、前記複数のスロットが打ち抜かれた鋼板を複数枚積層して形成される回転電機であって、
前記回転子鉄心の軸方向の両端部に位置する前記鋼板は、その一方の面のみにおいて、前記スロットの周囲に形成された面取り部を備え、
前記面取り部の形成された面が、前記回転子鉄心の軸方向の両端部側に面することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機において、
前記鋼板の全ては、その一方の面において、前記スロットの周囲に形成された面取り部を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２記載の回転電機において、
前記回転子鉄心は、偶数枚の前記鋼板を積層して形成されるとともに、
前記面取り部が形成された面が、前記回転子鉄心の軸方向において、交互に位置することを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項２記載の回転電機において、
前記導体バー及び前記短絡環は、ダイキャストにより一体成形されることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１記載の回転電機において、
前記導体バーは、前記スロットの中に挿入されるとともに、
前記導体バーの両端部に、それぞれ、前記短絡環が固定されることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機などの回転電機に係り、特に、導体バーを用いる誘導電動機等に好適な回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の比較的小容量の誘導電動機の回転子は、例えば、回転子鉄心と、導体バーと、エンドリングによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。電磁鋼板を複数枚積層して形成された回転子鉄心のスロットには、複数本の導体バーが配置され、導体バーの両端には、短絡環が固定されている。導体バー及び短絡環の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、もしくは銅または銅合金を用いている。導体バー及び短絡環は、鋳造方式にて一体成形されるため、量産性が良いものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２２９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、特許文献１に記載された構成を有する回転子では、通常始動に導体バーに電流が流れはじめることにより、導体バーと短絡環に急激な温度上昇が生じ、同時に回転による遠心力が負荷される。また、回転軸が拘束されているような異常起動状態においては、回転による負荷はないが、通常よりも導体バーに大電流が流れる時間が長く、導体バーと短絡環に大きな温度上昇が生じる。温度上昇に伴う熱変形によって軸方向に膨張し、また回転変形に伴う始動時には、遠心力による径方向への膨張が同時に生じる。導体バーが膨張し、短絡環と回転子鉄心の間にすき間が生じると、短絡環は軸方向に角度をもってたわむ変形をすることが可能となる。そのため、短絡環の膨張変形に吸収するために導体バーが短絡環膨張方向に引っ張られ、導体バーに曲げ変形を生じる。この曲げ変形によって、導体バーの短絡環の付け根部には大きな引張り応力が発生する。この引張荷重が、起動停止および異常起動の繰り返しによって、繰返し負荷されるため、導体バーの疲労破壊の原因となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、導体バーと短絡環の付け根部に生じる高い引張応力を低減でき、高速領域まで回転させることができることにより、高出力な回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、固定子と、この固定子に対向して配置された回転子とを有し、前記回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心の軸方向に形成された複数スロットにそれぞれ挿通される複数の導体バーと、これらの導体バーの両端に設けられた短絡環とを有し、前記回転子鉄心は、前記複数のスロットが打ち抜かれた鋼板を複数枚積層して形成される回転電機であって、前記回転子鉄心の軸方向の両端部に位置する前記鋼板は、その一方の面のみにおいて、前記スロットの周囲に形成された面取り部を備え、前記面取り部の形成された面が、前記回転子鉄心の軸方向の両端部側に面するようにしたものである。 
かかる構成により、導体バーと短絡環の付け根部に生じる高い引張応力を低減でき、高速領域まで回転させることができることにより、高出力な回転電機を得られるものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記鋼板の全ては、その一方の面において、前記スロットの周囲に形成された面取り部を備えるようにしたものである。
【０００８】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記回転子鉄心は、偶数枚の前記鋼板を積層して形成されるとともに、前記面取り部が形成された面が、前記回転子鉄心の軸方向において、交互に位置するようにしたものである。
【０００９】
（４）上記（２）において、好ましくは、前記導体バー及び前記短絡環は、ダイキャストにより一体成形されるものである。
【００１０】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記導体バーは、前記スロットの中に挿入されるとともに、前記導体バーの両端部に、それぞれ、前記短絡環が固定されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導体バーと短絡環の付け根部に生じる高い引張応力を低減でき、高速領域まで回転させることができることにより、高出力化できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の構成について説明する。
【００１４】
本実施形態では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機に基づいて説明する。本実施形態のハイブリット自動車用電動機は、車輪を駆動する駆動用のモータの機能と、発電を行う発電機の機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって、夫々の機能を切り替えるようにしている。
【００１５】
最初に、図１〜図３を用いて、本実施形態による回転電機の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の全体構成を示す側面断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる回転子の斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる回転子の要部の斜視図である。なお、各図において、同一符号は、同一部分を示している。
【００１６】
図１に示すように、誘導型回転電機は、軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有している。ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられ、水路形成部材２２の一端はハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が固定子４とハウジング１との間に形成される。冷却水の取入口３２から冷却水が水路２４に取入れられ、冷却水は水路２４から排出口３４に排出されて回転電機を冷却する。ハウジング１とカバー２は、複数本、例えば６本のボルト３によって締結されている。
【００１７】
ハウジング１の内周に設けられた水路形成部材２２の内側には、固定子４が焼き嵌め等で固定されている。固定子４は、周方向等間隔に、複数のスロットが設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット内に巻回された３相の固定子巻線とによって構成されている。この実例では、８極４８スロットで、固定子巻線はスター結線にて結線されており、それぞれの相は、一対の固定子コイルが並列に接続された２Ｙ結線となっている。
【００１８】
また、固定子鉄心４１２の内周には、固定子鉄心４１２と対向するように微小な隙間を介して回転可能に回転子５が配置されている。回転子５はシャフト６に固定されており、シャフト６と一体に回転する。シャフト６はその両サイドにおいて、ハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた軸受として作用するボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。これらのベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のベアリング７ａは、略四角形状の固定板８によって固定されている。ハウジング１の底部側のベアリング７ｂは、ハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。このため、固定子４に対して回転子５が相対回転するようになっている。シャフト６のカバー２側端にスリーブ９及びスペーサ１０を介してナット１１によって取付けられたプーリー１２によって、シャフト６の回転力が外部に出力される、もしくは、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力される。尚、スリーブ９の外周及びプーリー１２の内周は、若干、円錐形状となっているため、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６が強固に一体化され、一体的に回転できるようになっている。
【００１９】
回転子５は、図１及び図３に示すように、回転軸方向に延びる導体バー５１１を等間隔で周方向に全周に渡って有しており、図２に示すように、回転軸方向両端にて各導体バー５１１を短絡させるよう一対の短絡環５１２が連結されたかご型回転子である。図３に示すように、導体バー５１１は、磁性体からなる回転子鉄心５１３に埋め込まれている。
【００２０】
図２及び図３に示す回転子鉄心５１３は、厚さ０．０５〜１ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。図２及び図３に示すように、回転子鉄心５１３の内周側には、軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられている。また、外周側には、夫々の導体バー５１１が配置される複数の空間が設けられている。回転子鉄心５１３は、固定子側に導体バー５１１を有しており、導体バー５１１の内側に磁気回路を作るための回転子ヨーク５１（図１）を有している。
【００２１】
本実施形態では固定子は８極の固定子巻線を有しており、極数が２極や４極の誘導電動機に比べ、回転子ヨーク５３０に形成される磁気回路の径方向の厚さを薄くできる。８極より極数を増やす方が前記厚さを薄くできるが、１２極以上では出力および効率が低下する問題がある。従ってエンジン始動機能も含め車両走行用の回転電機は６極から１０極、特に８極あるいは１０極が良好である。
【００２２】
回転子５の夫々の導体バー５１１及び短絡環５１２は、アルミによって構成されており、回転子鉄心５１３にダイキャストによって一体となるように成形している。尚、回転子鉄心の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。
【００２３】
また、ハウジング１の底部側には、回転速度や回転子位置を検出するための回転センサ１３が設けられている。尚、回転センサ１３はレゾルバを用いても構わない。
【００２４】
次に、図４を用いて、本実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板の構成について説明する。  
図４は、本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板の構成を示す斜視図である。なお、図４において、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００２５】
回転子鉄心５１３は、厚さ０．０５〜１．０ｍｍの電磁鋼板を打ち抜き加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。打ち抜き加工された電磁鋼板の内周側には、軽量化の為に空洞部５１４が周方向等間隔に設けられている。また、外周側には、導体バーが配置されるスロット５１１が設けられている。
【００２６】
また、打ち抜き加工された電磁鋼板の一方の面であって、かつ、スロット５１１の周囲には、面取り部５４１が形成されている。面取り部５４１は、ダイス押し付けにより成形される。面取り部５４１の断面形状は、円弧状としている。
【００２７】
すなわち、厚さ０．０５〜１．０ｍｍの電磁鋼板に対して、ダイス押し付けにより、面取り部５４１に相当する形状を加工し、次に、打ち抜き加工により、図４に示す形状に成形する。ここで、面取り部５４１の形成されたスロット５１１は、回転子鉄心の一端側に向かって広がっている形状となっている。
【００２８】
なお、打ち抜き加工に代えて、エッチング加工を用いることもできる。この場合、厚さ０．０５〜１．０ｍｍの電磁鋼板に対して、ダイス押し付けにより、面取り部５４１に相当する形状を加工し、次に、エッチング加工により、図４に示す形状に成形する。
【００２９】
なお、面取り部５４１の断面形状は、円弧状に代えて、テーパー状とすることもできる。この場合、ダイスの先端形状を変更し、ダイス押し付けにより、面取り部５４１に相当する形状を成形する。
【００３０】
次に、図５を用いて、本実施形態による回転電機の回転子の構成について説明する。  
図５は、本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子の構成を示す断面図である。なお、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の要部を拡大した状態を示している。
また、図５において、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００３１】
本実施形態では、回転子鉄心５１３は、図４に示した打ち抜き加工された電磁鋼板を偶数枚用い、２枚１組として、１枚目の電磁鋼板に対して、２枚目の電磁鋼板を反転させて、これらを組み合わせ所定の厚さに積層したものとしている。積層された状態は、図５に示すようになる。
【００３２】
図５（Ｂ）に拡大して図示するように、面取り部５４１の断面形状は、円弧状である。２枚１組として、１枚目の電磁鋼板に対して、２枚目の電磁鋼板を反転させて、これらを組み合わせることで、２枚積層された電磁鋼板の、導体バー５１４が成形されるスロットの内周側は、半円状となる。
【００３３】
導体バー５１５及び短絡環５１２は、アルミニウムによって構成されており、回転子鉄心５１３にダイキャストによって一体となるように成形している。なお、回転子鉄心５１３の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。
【００３４】
ダイキャストによって、導体バー５１５及び短絡環５１２を一体整形することで、導体バー５１５の表面には、積層された磁性鋼板のスロットの内周面の凹凸形状に応じた、凹凸部分を容易につくり出すことができる。
【００３５】
ここで、導体バー５１５の凸部は、面取り部５４１に倣った円弧状となる。面取り部５４１がない場合には、スロットの断面形状には角部があり、この角部に応力が集中する。それに対して、面取り部５４１を成形した上で、導体バー５１５をダイキャストにより成形することで、角部に生じる応力集中を防ぐことができる。さらに、凹凸部を複数にすることで応力集中を分散させることができる。
【００３６】
以上説明したように、回転子鉄心５１３の導体バー５１５の入るスロット５１１に面取り部５４１を形成し、交互に組み合わせて積層することで、この凹凸部によって導体バー５１５の軸方向変形が回転子鉄心５１３によって拘束され、短絡環５１２と回転子鉄心５１３の間のすき間が生じていない。そのため導体バー５１５の曲げ変形が起こらずに、導体バー５１５と短絡環５１２の付け根部は引張状態とならない。したがって、付け根部の引張応力は低減でき疲労強度が高くなり、高速領域まで回転させることができ、高出力な回転電機が可能となる。
【００３７】
また、回転子鉄心５１３の導体バー５１５の入るスロット５１１に面取り部５４１を形成し、交互に組み合わせて積層することで、回転子鉄心５１３の両端部が開となっているため、導体バー５１５のダイキャスト鋳造の湯流れ性が向上できる。
【００３８】
また、回転子鉄心５１３の導体バー５１５の入るスロット５１１に面取り部５４１を形成する工程において、抜き工程の型をほとんど変更することなく、１段階で予備抜き工程を行い２段階で抜き工程にすることでスロット５１１に面取り部５４１を形成することが可能であることから、従来の設備で生産することができる。
【００３９】
ここで、図６及び図７を用いて、本実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板の他の構成について説明する。  
図６は、本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板の他の構成を示す斜視図である。図７は、本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板のその他の構成を示す斜視図である。なお、図６及び図７において、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００４０】
図５に示す回転鉄心５１３５に用いられる打ち抜き加工のされた電磁鋼板は、半閉のスロット５１１（オープンスロット）を有していたのに対して、図６に示す回転鉄心５１３Ａに用いられる打ち抜き加工のされた電磁鋼板は、全閉のスロット５１１Ａ（クローズスロット）を有している。このような場合でも、電磁鋼板の一方の面で、かつ、スロット５１１Ａの周囲には、面取り部５１４Ａが形成されている。
【００４１】
また、図７に示す回転鉄心５１３Ｂに用いられる打ち抜き加工のされた電磁鋼板は、二重かご形のスロット５１１Ｂを有している。このような場合でも、電磁鋼板の一方の面で、かつ、スロット５１１Ｂの周囲には、面取り部５１４Ｂが形成されている。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、モータ外形をほとんど変更することなく、回転子鉄心のスロットに面取り部を設けることにより、導体バーと短絡環の付け根部に生じる高い引張応力を低減でき、高速領域まで回転させることができ、高出力な回転電機を得ることができる。
【００４３】
次に、図８を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機の回転子の構成について説明する。  
図８は、本発明の第２の実施形態による回転電機の回転子の構成を示す断面図である。なお、図８において、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００４４】
本実施形態では、回転子鉄心５１３Ｃは、図４に示した打ち抜き加工された電磁鋼板を複数枚用い、１枚を除いて、全て面取り部が形成されている側を同じ側となるように積層し、最後の１枚は、電磁鋼板を反転させて積層するものである。積層された状態は、図８に示すようになる。
【００４５】
導体バー５１５Ｃ及び短絡環５１２は、アルミニウムによって構成されており、回転子鉄心５１３Ｃにダイキャストによって一体となるように成形している。なお、回転子鉄心５１３Ｃの両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３Ｃから軸方向両端に突出するように設けられる。
【００４６】
ダイキャストによって、導体バー５１５Ｃ及び短絡環５１２を一体整形することで、導体バー５１５Ｃの表面には、積層された磁性鋼板のスロットの内周面の凹凸形状に応じた、凹凸部分を容易につくり出すことができる。図４に示した面取り部５４１を成形した上で、導体バー５１５Ｃをダイキャストにより成形することで、角部に生じる応力集中を防ぐことができる。さらに、凹凸部を複数にすることで応力集中を分散させることができる。
【００４７】
以上説明したように、回転子鉄心５１３Ｃの導体バー５１５Ｃの入るスロットに面取り部５４１を形成し、組み合わせて積層することで、この凹凸部によって導体バー５１５Ｃの軸方向変形が回転子鉄心５１３Ｃによって拘束され、短絡環５１２と回転子鉄心５１３Ｃの間のすき間が生じていない。そのため導体バー５１５Ｃの曲げ変形が起こらずに、導体バー５１５Ｃと短絡環５１２の付け根部は引張状態とならない。したがって、付け根部の引張応力は低減でき疲労強度が高くなり、高速領域まで回転させることができ、高出力な回転電機が可能となる。
【００４８】
また、回転子鉄心５１３Ｃの導体バー５１５Ｃの入るスロットに面取り部５４１を形成し、積層するとともに、最後の１枚を反転して積層することで、回転子鉄心５１３の両端部が開となっているため、導体バー５１５のダイキャスト鋳造の湯流れ性が向上できる。
【００４９】
また、回転子鉄心５１３Ｃの導体バー５１５Ｃの入るスロットに面取り部５４１を形成する工程において、抜き工程の型をほとんど変更することなく、１段階で予備抜き工程を行い２段階で抜き工程にすることでスロットに面取り部５４１を形成することが可能であることから、従来の設備で生産することができる。
【００５０】
また、図５に示した実施形態では、１枚置きに打ち抜き加工された電磁鋼板を反転する作業工程が必要であるのに対して、最端の１枚のみを反転させる工程を追加することで生産することができるため、製造工程が簡便となる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、モータ外形をほとんど変更することなく、回転子鉄心のスロットに面取り部を設けることにより、導体バーと短絡環の付け根部に生じる高い引張応力を低減でき、高速領域まで回転させることができ、高出力な回転電機を得ることができる。
【００５２】
次に、図９を用いて、本発明の第３の実施形態による回転電機の回転子の構成について説明する。  
図９は、本発明の第３の実施形態による回転電機の回転子の構成を示す断面図である。なお、図９において、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００５３】
本実施形態では、回転子５Ｄの回転子鉄心５１３Ｄは、図４に示したように、スロット５１１が打ち抜き加工された電磁鋼板を２枚用い、他のスロット５１１が打ち抜き加工された電磁鋼板は、面取り部を有しないものを用いている。面取り部のない打ち抜き加工された電磁鋼板を積層するとともに、両端には、図４に示した打ち抜き加工された電磁鋼板を、それぞれ、面取り部５１４が軸方向端部側に位置するように配置する。
【００５４】
導体バー５１５Ｄ及び短絡環５１２Ｄは、銅製である。回転子鉄心５１３Ｄの複数のスロット５１４に、それぞれ銅の導体バー５１５Ｄを挿入し、複数の導体バー５１５の一方の端部に、短絡環５１２をろう付けなどで接続する。なお、図示は省略しているが、複数の導体バー５１５の他方の端部にも、短絡環がろう付けなどで接続される。
【００５５】
以上説明したように、回転子５Ｄの両端には、面取り部５４１を有する打ち抜き加工された電磁鋼板を用い、面取り部が端部側で開であるように組み合わせ、さらに、その中央部には、面取り部のない電磁鋼板を所定の厚さに積層することで、スロット５１１の形状とほぼ同形の導体バー５１５Ｄをスロット５１１にそれぞれ挿入するとき、面取り部５４１によって挿入性が向上する。
【００５６】
また、導体バー５１５Ｄと短絡環５１２Ｄの付け根部において、引張状態のときに面取り部５４１があることより、応力の集中が低減でき、疲労強度が高くなり、高速領域まで回転させることができ、高出力な回転電機が可能となる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、モータ外形をほとんど変更することなく、回転子鉄心のスロットに面取り部を設けることにより、導体バーと短絡環の付け根部に生じる高い引張応力を低減でき、高速領域まで回転させることができ、高出力な回転電機を得ることができる。
【００５８】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、図５，図８，図９に示した各実施形態に共通する点は、少なくとも、複数枚の打ち抜き加工された電磁鋼板を積層して回転子鉄心を形成する際、その軸方向の両端部に位置する電磁鋼板には面取り部が形成されており、その面取り部は、回転子鉄心の軸方向の両端に側に位置する。これにより、導体バーと短絡環の付け根部における応力の集中が低減できる。
【００５９】
また、図５，図８に示した実施形態では、さらに、回転子鉄心の両端部だけなく、中央に位置する打ち抜き加工された電磁鋼板も、面取り部を有するものとすることで、応力集中を分散できる。
【００６０】
ここで、図８の実施形態では、積層される電磁鋼板の内、１枚のみを反転する構成とすることで、作業性を向上できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態による回転電機の全体構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる回転子の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる回転子の要部の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板の他の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による回転電機の回転子鉄心に用いる電磁鋼板のその他の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
５…回転子
６…シャフト
５１１…スロット
５１２…短絡環
５１３…回転子鉄心
５１４…空洞部
５１５…導体バー
５４１…面取り部
【図１】
0005129518.tif 000002
【図２】
0005129518.tif 000003
【図３】
0005129518.tif 000004
【図４】
0005129518.tif 000005
【図５】
0005129518.tif 000006
【図６】
0005129518.tif 000007
【図７】
0005129518.tif 000008
【図８】
0005129518.tif 000009
【図９】
0005129518.tif 000010