(57)【要約】      （修正有）【課題】  高速回転時における籠形回転子の遠心力又は発熱による変形及び破壊を確実に防止できる誘導電動機を提供する。【解決手段】誘導電動機は、回転軸１と、回転軸１に固定連結される積層コア２と、積層コア２の周方向に所定間隔で設けられたオープン・スロット内に配置された、積層コア２の軸方向に長い複数の導体部３と、積層コア２の軸方向両端に配置され、複数の導体部３を相互に短絡する一対の短絡環４とを具備する。複数の導体部３及び短絡環４は電気導体の金属基複合材料により成形される。【選択図】  図１
2007097270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定連結される積層コアと、
前記積層コアの周方向に所定間隔で設けられた、前記積層コアの軸方向に長い複数の導体部と、
前記積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部を相互に短絡する一対の短絡環と、
を具備し、前記複数の導体部及び前記短絡環が金属基複合材料により形成されてなることを特徴とする誘導電動機。
【請求項２】
前記複数の導体部のそれぞれが、前記積層コアに軸方向に形成されたオープン・スロット又は貫通穴の中に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の誘導電動機を具備したことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の誘導電動機を具備したことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項５】
回転軸と、該回転軸に固定連結される積層コアと、該積層コアの周方向に所定間隔で設置され、前記積層コアの軸方向に長い複数の導体部と、前記積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部を短絡する一対の短絡環とを具備する誘導電動機の製造方法であって、
前記複数の導体部及び前記短絡環を金属基複合材料により成形することを特徴とする誘導電動機製造方法。
【請求項６】
回転軸と、該回転軸に固定連結された籠型回転子とを備え、該籠型回転子が、積層コアと、該積層コアに設けられた複数の導体部と、該積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部の端部を相互に短絡する一対の短絡環とを備える誘導電動機の製造方法であって、
前記積層コアの周方向に所定間隔で、前記積層コアの軸方向に長い複数のオープン・スロット又は貫通穴を設ける工程と、
それぞれの前記導体部と同形状の導体部骨格材を形成する工程と、
それぞれの前記短絡環と同形状の短絡環骨格材を形成する工程と、
前記導体部骨格材と前記短絡環骨格材とを金属基複合材料で覆う工程と、
それぞれの前記オープン・スロット又は貫通穴に、金属基複合材料で覆われた前記導体部骨格材を配置し、次いで、前記導体部骨格材と、金属基複合材料で覆われた前記短絡環骨格材とを結合する工程と、
を具備することを特徴とする誘導電動機製造方法。
【請求項７】
回転軸と、該回転軸に固定連結される積層コアと、該積層コアに設けられた複数の導体部と、該積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部を相互に短絡する一対の短絡環とを具備する誘導電動機の製造方法であって、
前記積層コアの周方向に所定間隔で、前記積層コアの軸方向に長い複数のオープン・スロット又は貫通穴を設ける工程と、
前記積層コアを所定形状の金型に入れ、次いで、該金型に溶融金属基複合材料を注入して前記導体部と前記短絡環とを前記積層コアと一体に形成する工程と、
を具備することを特徴とする誘導電動機製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転可能な誘導電動機に関し、特に、金属基複合材料（MMC：Metal Matrix Composite）を用いたダイカストによって形成されて高速回転又は高温に起因する変
形を防止した籠型回転子を備えた誘導電動機に関する。
【従来技術】
【０００２】
近年、ターボ分子ポンプを初めとする高速回転機器の能力向上のために、回転軸駆動用モータの高速化及び高出力化が進められている。図３は、一般に使用される誘導電動機における籠形回転子の構造を示す図である。図３において、回転軸１に対して積層コア２が固定され、積層コア２のスリットに二次側の導体部３が設けられる。積層コア２の端面には短絡環４が設けられ、二次側の導体部３及び短絡環４は銅又はアルミニウムのダイカストにより一体的に形成される。こうして籠形回転子が構成される。一般に使用されている誘導電動機はこうした構造の籠形回転子を備えるものが主流である。
【０００３】
このような構造の籠形回転子を備えた誘導電動機を高速化すると、回転軸１の両端部に配置される短絡環４は、高速回転時の遠心力及び二次電流による発熱によって弾性変形を生じることがあり、そのような場合には回転バランス精度に悪影響を及ぼすのみならず、籠形回転子が破壊されることもある。そこで、こうした問題を解決するために、図４に示すように、ステンレス等の高剛性材料からなる別体の環状要素を、短絡環４の補強部材５として、短絡環４を包囲するように回転軸１に固定配置することにより、短絡環１の変形を防止した、高速回転用の籠形回転子が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１０５５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上で説明したように、従来の高速回転用の籠形回転子に用いられる補強部材５は、短絡環４の外周面に接する筒状部５１と回転子コア１に接する筒状部５２とを備えた環状の外郭要素であり、回転軸１に一体形成された短絡環４を被覆するように配置され、回転軸１に焼きバメ等で固着される。したがって、遠心力により短絡環４に生じ得る変形は、補強部材５の筒状部５１、５２が短絡環４を固く支持することによって防止される。
【０００５】
しかしながら、図４に示す従来の補強部材５では、筒状部５１が片持ち式に固定支持されているので、高速化がさらに進むと、筒状部５１の自由端が遠心力によってそれ自体外方へ変形し、短絡環４の変形を支持しきれなくなるという課題があった。また、軸方向に配置されている導体部３がオープン・スロット内に設けられている場合には、短絡環４と同様に、導体部３も遠心力と二次電流による発熱とに起因して変形してしまうという課題もある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みて提案されたものであり、本発明の目的は、超高速回転時及び高熱時にも遠心力及び二次電流による発熱による変形及び破壊がなく且つ信頼性の高い籠形回転子を備えた誘導電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本願の請求項１の発明は、
回転軸と、
前記回転軸に固定連結される積層コアと、
前記積層コアの周方向に所定間隔で設けられた、前記積層コアの軸方向に長い複数の導
体部と、
前記積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部を相互に短絡する一対の短絡環と、
を具備し、前記複数の導体部及び前記短絡環が金属基複合材料のダイカストにより、前記積層コアと一体に形成されてなることを特徴とする誘導電動機、
を提供する。
【０００８】
請求項２の発明は、前記複数の導体部のそれぞれが、前記積層コアに軸方向に形成されたオープン・スロット又は貫通穴の中に配置されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の誘導電動機を具備したことを特徴とする真空ポンプを提供する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の誘導電動機を具備したことを特徴とするスピンドル装置を提供する。
請求項５の発明は、
回転軸と、該回転軸に固定連結される積層コアと、該積層コアの周方向に所定間隔で設置され、前記積層コアの軸方向に長い複数の導体部と、前記積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部を短絡する一対の短絡環とを具備する誘導電動機の製造方法であって、
前記複数の導体部及び前記短絡環を金属基複合材料により成形することを特徴とする誘導電動機製造方法、
を提供する。
【００１０】
請求項６の発明は、
回転軸と、該回転軸に固定連結された籠型回転子とを備え、該籠型回転子が、積層コアと、該積層コアに設けられた複数の導体部と、該積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部の端部を相互に短絡する一対の短絡環とを備える誘導電動機の製造方法であって、
前記積層コアの周方向に所定間隔で、前記積層コアの軸方向に長い複数のオープン・スロット又は貫通穴を設ける工程と、
それぞれの前記導体部と同形状の導体部骨格材を形成する工程と、
それぞれの前記短絡環と同形状の短絡環骨格材を形成する工程と、
前記導体部骨格材と前記短絡環骨格材とを金属基複合材料で覆う工程と、
それぞれの前記オープン・スロット又は貫通穴に、金属基複合材料で覆われた前記導体部骨格材を配置し、次いで、前記導体部骨格材と、金属基複合材料で覆われた前記短絡環骨格材とを結合する工程と、
を具備することを特徴とする誘導電動機製造方法
を提供する。
【００１１】
請求項７の発明は、
回転軸と、該回転軸に固定連結される積層コアと、該積層コアに設けられた複数の導体部と、該積層コアの軸方向両端に配置され、前記複数の導体部を相互に短絡する一対の短絡環とを具備する誘導電動機の製造方法であって、
前記積層コアの周方向に所定間隔で、前記積層コアの軸方向に長い複数のオープン・スロット又は貫通穴を設ける工程と、
前記積層コアを所定形状の金型に入れ、次いで、該金型に溶融金属基複合材料を注入して前記導体部と前記短絡環とを前記積層コアと一体に形成する工程と、
を具備することを特徴とする誘導電動機製造方法、
を提供する。
【作用】
【００１２】
金属基複合材料を用いて導体部及び短絡環を成形したので、導体部及び短絡環の強度及び耐熱性が向上し、遠心力や発熱に起因する変形及び破壊が防止される。
【発明を実施するための好適な形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る誘導電動機の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通じて、同じ参照数字は同一の又は同様の構成要素を指示するものとする。
【００１４】
図1及び図２Ａにおいて、誘導電動機の籠型回転子２０は、電磁鋼板を積層して形成さ
れて回転軸１に嵌め合せにより固定される積層コア２を備える。積層コア２の両端間にわたって、軸方向に長く且つ断面がほぼ釣り鐘型のオープン・スロット６が積層コア２の周方向に且つ所定間隔で複数形成され、それぞれのオープン・スロット６の中に、オープン・スロット６と同型の導体部３が配置される。これらの導体部３の端部どおしを短絡するために、積層コア２の両端面に接して、一対の短絡環４が設けられる。これにより、それぞれの導体部３の両端は短絡環４に電気的に連結され、こうして電気的短絡が成立する。
【００１５】
図２Ａに示すように、導体部３の断面形状をほぼ釣り鐘型とし、導体部３の突出部３１を除いて導体部３の周囲を積層コア２で覆うようにすることにより、電動機の磁気特性を高く維持することができる。なお、断面がほぼ釣り鐘型の導体部に代えて、断面がほぼ長方形の導体部を用いることもできる。
【００１６】
オープン・スロット６の代わりに、図２Ｂに示すように、積層コア２の軸方向に長く且つ断面がほぼ長方形の複数の貫通穴６１を周方向に所定間隔で複数形成し、それぞれの貫通穴６１の中に、貫通穴６１と同型の導体部３を配置するようにしてもよい。
【００１７】
籠形回転子２０は例えば次のような２つの手順で製作できる。第１の方法においては、図１及び図２に示す導体部３及び短絡環４と同じ形状を有する骨格材をそれぞれ多孔状の（ポーラスな）セラミックスで形成する。この場合、短絡環４の骨格材は中央に回転軸１が通る穴を有するドーナッツ形状である。
【００１８】
そこで、導体部３の骨格材と短絡環４の骨格材と積層コア２とを互いに機械的に組み合わせて図示の籠型回転子の構造とするために、例えば、短絡環４の骨格材には、周方向に所定の間隔で複数の円形の開口部７が形成され、一方、棒状の導体部３の骨格材の両端部には、短絡環４の骨格材に形成された開口部７に嵌合される円筒部３２が形成される。なお、開口部７に代えて、円筒部３２が嵌合する凹部又は穴を形成してもよい。
【００１９】
次いで、ダイカスト製法により又は加圧鋳造法によって、棒状の導体部３の骨格材及び短絡環４の骨格材をアルミニウムで覆う。これにより、多孔質セラミックスの骨格材にアルミニウムが染みこんで、緻密体の複合金属として導体部３及び短絡環４が形成される。こうして形成された導体部３を、予め形成された積層コア２のオープン・スロット６又は貫通穴６１の中に配置し、導体部３の両端の円筒部３２を短絡環４に形成された開口部７に嵌め込んで導体部３と短絡環４とによる嵌合部８を構成する。こうして、積層コア２と導体部３と短絡環４とを、籠型回転子の形に組み立てた状態で所定の金型に入れ、金属基複合材料を用いたアルミニウムのダイカスト製法又は加圧鋳造法により、積層コア２と一体に成形される。これによって、回転軸１に取り付けられるべき籠型回転子２０が構成される。
【００２０】
第２の方法においては、溶融状態のアルミニウムにセラミックスやカーボン等の繊維を加えて金属基複合材料とし、この複合金属を用いてダイカスト製法や加圧鋳造法により導
体部３及び短絡環４を積層コア２に一体に形成する。つまり、軸方向の複数のオープン・スロット６又は貫通穴６１が形成された積層コア２を、短絡環４の形状に構成された金型に入れた後、溶融状態の上記金属基複合材料を金型に注入して成形する。このとき、加圧して成形を行うと更に良い。これにより、それぞれのオープン・スロット６又は貫通穴６１に導体部３が配置され、積層コア２の両側において各導体部３の端部を電気的に短絡する一対の短絡環４が積層コア２と一体に形成される。つまり、金属基複合材料によって積層コア２と導体部３と短絡環４とが一体的に保持された籠形回転子２０が構成される。最後に、この籠形回転子２０の中心穴に回転軸１を挿通して籠形回転子２０を回転軸１に固定する。このように、金属基複合材料を用いて導体部３及び短絡環４を一体に形成したので、導体部３及び短絡環４の強度及び耐熱性が向上し、遠心力や発熱に起因する変形及び破壊が防止される。
【００２１】
上記のとおり、金属基複合材料はアルミニウムにセラミックスやカーボン等の繊維や粒子等を補強材として充填した金属複合材料として知られている（特許文献２及び特許文献３参照）。そこで、多孔質の（ポーラスな）セラミックスで導体部３と短絡環４との骨格材を金属基複合材料で覆い、これらを積層コア２と一体に成形すると、一体の籠形回転子２０が形成されて機械的剛性を高めることができる。これは、通常、電気導体に使用されるアルミニウムの引張強度は５０〜１００Ｎ/ｍｍ2であるのに対して、金属基複合材料では、アルミニウムの引張強度の３〜１０倍程度の高い引張強度が得られるからである。しかも、金属基複合材料を用いると、高温時であっても高強度が維持されるという利点がある。なお、アルミニウムの金属基複合材料に代えて、銅などの電気導体金属の金属基複合材料を用いることもできる。
【００２２】
このように、図１及び図２を用いて上で説明した籠型回転子を備える誘導電動機は高速回転に伴う変形や破壊を防止することができるので、この誘導電動機を真空ポンプやスピンドル装置に適用すると、高速回転の装置を構成することができる。
【特許文献２】特開平６−１９２７７６号公報
【特許文献３】特開平７−２９２４５５号公報
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上、本発明に係る誘導電動機の一つの実施の形態についての説明から明らかなように、本発明は、回転軸に固着される積層コアに軸方向に設けられた複数の導体部と、積層コアの軸方向の両端に配置されて導体部を相互に短絡する一対の短絡環とを、金属基複合材料を用いて形成したので、導体部部及び短絡環の強度及び耐熱性が向上し、高速回転による遠心力又は発熱に起因する変形及び破壊が防止され、信頼性の高い誘導電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る誘導電動機の一つの実施の形態における籠型回転子の要部の断面図である。
【図２Ａ】図１に示す籠形回転子の線Ｘ−Ｘに沿う断面図を示し、オープン・スロットの場合である。
【図２Ｂ】図１に示す籠型回転子の他の構成を示す図で、クローズド・スロットの場合を示す。
【図３】従来の籠形回転子の一例の要部断面図である。
【図４】従来の籠形回転子の他の例の要部断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１：回転軸、  ２：積層コア、  ３：導体部、  ３１：突出部、  ３２：円筒部、  ４：短絡環、  ６：スロット、６１：貫通穴、  ７：開口部、  ８：嵌合部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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