(57)【要約】【課題】磁性材料と導電性材料とを各々備え、それらを自在に積層することにより回転子を構成することで、磁性材料と導電性材料との構成比率や配置順序を柔軟に調整可能な誘導電動機の回転子を提供すること。【解決手段】誘導電動機の回転子は、外周縁が同径である磁性円環板４と導電性円環板５とを交互にそれぞれのティース２、２ａおよび外周縁を一致して積層し、両端をエンドリング７で狭持する構成である。シャフト軸６は、磁性円環板４の内周縁３に当接して嵌合される。回転子の側面には、磁性円環板４と導電性円環板５とによる溝が互いに連結される。磁性円環板４と導電性円環板５とによる溝には、ダイカスト工法により、銅やアルミニウムなどの導電性材料が充填により一体にされる。【選択図】図４
2013090426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の形状であって外周縁から中心に向かって複数の第１スリットを有する磁性材料基板が、前記第１スリットを一致させて積層されてなる磁性円環板と、
前記磁性円環板と外周縁が同径の円環状の形状であって該外周縁から中心に向かって複数の第２スリットを有する導電性円環板とを、積層して備え、
積層された前記磁性円環板と前記導電性円環板との前記第１および第２スリットへの導電性材料の充填により一体に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】
前記導電性円環板は、円環状の形状であって外周縁から中心に向かって複数の第２スリットを有する導電性材料基板が第２スリットを一致させて積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項３】
前記磁性円環板と前記導電性円環板とは、前記第１および第２スリットの少なくとも一部が互いに一致する位置で積層されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項４】
前記磁性円環板または前記導電性円環板の何れか一方の内周縁の半径は、前記磁性円環板または前記導電性円環板の何れか他方の内周縁の半径に比して、大きいことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の誘導電動機の回転子。
【請求項５】
前記第１および第２スリットへの前記導電性材料の充填は、ダイカスト工法により行なわれることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に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、誘導電動機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、誘導電動機の回転子として、鋼板等磁性材料とＣｕ、Ａｌ板等導電性材料とのクラッド材を用い、該クラッド材にスリット加工を施したものを積層して使用することが開示されている。クラッド板としては、Ｃｕ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｆｅの２層のもの、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｆｅ−Ａｌ等３層のものが例としてあげられ、このうち、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｕの円形のクラッド板の各層の厚みとして、０．５ｍｍ−２．０ｍｍ−０．５ｍｍであるものが例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１６０４５号公報
【特許文献２】特開昭５７−７１２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
背景技術に記載されているクラッド材は、磁性材料と導電性材料とを張り合わせて成形されるところ、張り合わせられる磁性材料および導電性材料の厚みは予め定められた仕様の範囲内に限定されたものとならざるを得ない。各々の材の厚みが様々に異なるクラッド材を多数揃えることは、その加工や管理の手間、それに伴う経済性の悪化からも、材厚が薄くなることに応じて加工性の難度が増すといった技術面からも、現実的ではないからである。
【０００５】
したがって、クラッド材を積層することにより回転子を構成する場合、磁性材料と導電性材料との構成比率や配置順序などは限定されたものとならざるを得ず、両者を好適に配置することは必ずしも容易なことではない。このバランスが崩れることにより、回転子として所望の特性を得ることができない場合も考えられる。
【０００６】
誘導電動機においては、電動機に要求される特性に応じて、回転子にも様々な特性が要求される。回転子に要求される特性は、磁性材料と導電性材料との構成比率や配置順序などが寄与するところ大である。電動機の特性を最大限に引き出すために各種の特性を変更する場合や、要求される特性が異なる電動機を設計する場合などには、磁性材料と導電性材料との構成比率や配置順序を様々に変更して回転子の特性を変更する必要がある。しかしながら、磁性材料と導電性材料との組み合わせのバリエーションが限定されているクラッド材では、こうした変更に柔軟に対応することができず問題である。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、磁性材料と導電性材料とを各々備え、それらを自在に積層することにより回転子を構成することで、磁性材料と導電性材料との構成比率や配置順序を柔軟に調整可能な誘導電動機の回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に係る誘導電動機の回転子は、円環状の形状で外周縁から中心に向かう複数の第１スリットを有する磁性円環板と、磁性円環板と外周縁が同径の円環状の形状で外周縁から中心に向かう複数の第２スリットを有する導電性円環板とを、積層して備えている。積層された磁性円環板と導電性円環板とは、第１および第２スリットに導電性材料が充填されて一体にされている。磁性円環板は、円環状の形状で外周縁から中心に向かう複数の第１スリットを有する磁性材料基板が第１スリットを一致させて積層されるものである。
【０００９】
本願に係る誘導電動機の回転子では、磁性材料基板の積層枚数に応じて磁性円環板の厚みが調整される。磁性円環板と導電性円環板とは、それぞれ、第１スリットと第２スリットとを備えて積層される。積層された際の第１および第２スリットには導電性材料が充填される。
【００１０】
更に、本願に係る誘導電動機の回転子において、導電性円環板は、円環状の形状で外周縁から中心に向かう複数の第２スリットを有する導電性材料基板が第２スリットを一致させて積層されている。
【００１１】
更に、本願に係る誘導電動機の回転子において、磁性円環板と導電性円環板とは、第１および第２スリットの少なくとも一部が互いに一致する位置で積層されている。第１および第２スリットが完全に一致して積層されている場合には、積層された第１および第２スリットにより、回転子の側面において回転軸の方向に直線状に伸びる溝が形成される。あるいは、第１および第２スリットがスリットの側端部を一致させないで積層される場合には、回転子の側面を蛇行状あるいは螺旋状に曲線を描く溝が形成される。
【００１２】
更に、本願に係る誘導電動機の回転子において、磁性円環板または導電性円環板の何れか一方は、磁性円環板または導電性円環板の何れか他方に比して、内周縁の半径が大きく開口されている。回転子の回転軸は、磁性円環板または導電性円環板の何れか他方に固定されている。
【００１３】
更に、本願に係る誘導電動機の回転子において、第１および第２スリットへの導電性材料の充填は、ダイカスト工法により行なわれることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本願に係る誘導電動機の回転子によれば、磁性材料基板が積層されて磁性円環板を構成するので、磁性材料基板の積層枚数に応じて磁性円環板の厚みを調整することができる。これにより、導電性円環板との間で積層して回転子を構成する場合、磁性材料で構成される領域と導電性材料で構成される領域との比率を調整することができる。誘導電動機の動作特性を調整することができる。
【００１５】
また、磁性円環板は磁性材料基板が積層されて構成されるので、磁性円環板内の渦電流を抑制することができ、磁性円環板に磁束が鎖交する場合の鉄損を低減することができる。
【００１６】
また、円環状の形状で外周縁から中心に向かう複数の第２スリットを有する導電性材料基板を第２スリットを一致させて積層して、導電性円環板が構成されることにより、導電性円環板の厚みを調整することができる。磁性円環板の厚みを調整することができることと併せて、誘導電動機の回転子における、磁性材料で構成される領域と導電性材料で構成される領域との比率を、さらに柔軟に調整することができる。
【００１７】
また、第１および第２スリットの少なくとも一部が互いに一致して磁性円環板および導電性円環板が積層されることにより、磁性円環板と導電性円環板とを積層した場合にできる第１スリットおよび第２スリットによる窪みは互いに連続して直線状あるいは曲線状の溝になる。直線状あるいは曲線状の溝に導電性材料を充填すればよく、単独の窪みに充填する場合に比して導電性材料の充填を確実に行うことができる。
【００１８】
また、磁性円環板または導電性円環板の何れか一方の内周縁の半径を何れか他方に比して大きくしてやれば、何れか他方の円環板を回転子の回転軸に固定しながら、何れか一方の円環板の内方部分の開口面積を大きくすることができ、回転子の軽量化を図ることができる。この場合、磁性円環板と導電性円環板との位置決めは外周縁を一致させることにより行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る磁性材料基板の平面図である。
【図２】磁性材料基板を積層した磁性円環板の斜視図である。
【図３】実施形態に係る導電性円環板の平面図である。
【図４】誘導電動機の回転子の分解斜視図である。
【図５】積層された磁性円環板と導電性円環板との溝の位置が一致する場合の斜視図である。
【図６】積層された磁性円環板と導電性円環板との溝の一部が一致する場合の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、実施形態の誘導電動機の回転子に供される部材である磁性材料基板１の平面図である。回転子のシャフト軸の方向から見た平面図である。磁性材料により成形される円環状の形状を有する薄板である。磁性材料基板１は、外周縁から中心に向かって所定の深さおよび幅のスリットが外周縁の円周方向に所定のピッチで開口されている。これにより、外周縁の円周方向に沿って所定のピッチで、所定の長さおよび幅を有して外周縁の外方に向かって放射状に延びる複数のティース２が形成される。ここで、ティース２の長さ、幅、ピッチは、誘導電動機に要求される特性に応じて、その本数やサイズなどが適宜選択される。磁性材料基板１の中心部は円形状に開口されており、開口の内周縁３は回転子のシャフト軸に当接して、磁性材料基板１とシャフト軸とが嵌合で固定される。尚、磁性材料基板１は、磁性材料を素材として成形されるものであり、フェライトやその他の電磁鋼などの鉄系の素材が使用される。
【００２１】
図２は、磁性材料基板１を積層した磁性円環板４の斜視図である。磁性円環板４は、後述する導電性円環板５と共に、積層されて誘導電動機の回転子を構成する。積層される磁性材料基板１の間で互いのティース２の位置を合わせることにより、各々の磁性材料基板１のスリットが互いに連続して、直線状の溝が形成される。図２では、シャフト軸に平行な直線が形成される場合を示している。尚、積層される各磁性材料基板１における互いのティースの位置関係によっては、溝の形状はその他の形状でも可能である。例えば、螺旋状、蛇行状、その他の曲線状の溝とすることも可能である。
【００２２】
磁性材料基板１を積層することにより、磁性円環板４の板厚が調整できる。また、磁性円環板４は磁性材料基板１を積層して構成されるので、磁性材料基板１が鉄系の素材のような導電性のある材料である場合には、隣接する磁性材料基板１の間は絶縁処理されている。その結果、磁性材料基板１の積層方向、すなわち回転子のシャフト軸の方向に発生する渦電流が抑制される。磁性円環板４に鎖交する磁束によって発生する渦電流を低減することにより、磁性円環板４の鉄損を抑制することができる。
【００２３】
図３は、実施形態の誘導電動機の回転子に供される導電性円環板５の平面図である。回転子のシャフト軸の方向から見た平面図である。導電性円環板５は、導電性材料により成形される円環状の形状を有する。また、磁性円環板４と外周縁が同径である。導電性円環板５には、磁性円環板４と同様に、外周縁から中心に向かって所定の深さおよび幅のスリットが外周縁の円周方向に所定のピッチで開口されている。この場合、所定の深さ、幅、所定のピッチは、磁性円環板４と同じサイズとすることが好ましい。これにより、導電性円環板５には、磁性円環板４のティース２と同形のティース２ａが形成される。導電性円環板５の中心部は円形に開口されている。開口の内周縁３ａの内径は、磁性円環板４の内周縁３の内径よりも大きく開口されている。つまり内周縁３ａの半径は内周縁３の半径に比して大きい。これにより、導電性円環板５の重量が軽減され、後述する回転子の軽量化を図ることができる。
【００２４】
尚、導電性円環板５は、導電性材料を素材として成形されるものであり、銅やアルミニウムなどの導電性素材が使用される。
【００２５】
また、導電性円環板５は、磁性円環板４と同様に、薄板の導電性材料基板を積層して構成することもできる。
【００２６】
図４は、誘導電動機の回転子の分解斜視図である。磁性円環板４と導電性円環板５とを交互に積層し、両端が磁性円環板４となる。なお、説明上、該積層体の両端にエンドリング７が配置されるように図示しているが、実際にはエンドリング７はダイカスト工法により形成される。ダイカスト工法の詳細は後述する。。シャフト軸６は、磁性円環板４の内周縁３に当接して嵌合されて固定される。磁性円環板４、導電性円環板５は外周縁が同径であり、それぞれの外周縁を一致して積層される。これにより、内周縁３ａが内周縁３より広径に開口されている導電性円環板５の位置決めが行われる。同時に、回転子の側面には、磁性円環板４と導電性円環板５とによる溝が互いに連結されて、回転子の側面に沿って直線状、螺旋状、あるいはその他の曲線状に形成される。
【００２７】
積層された磁性円環板４と導電性円環板５とにより形成される回転子の側面に形成される溝には、ダイカスト工法により、銅やアルミニウムなどの導電性材料が充填される。磁性円環板４、導電性円環板５の積層体の軸方向両端に配置される図示しないエンドリングは、ダイカスト工法により導電性材料の充填と同時に形成される。ダイカスト工法は、溶融した銅やアルミニウムなどの導電性材料を金型に加圧して圧入する鋳造方式の一種である。回転子の外周縁を覆うように形成された金型を用いることにより、磁性円環板４と導電性円環板５とが積層されて形成される回転子の側面の溝に、導電性材料が充填される。導電性材料を加圧して金型に流し込むことにより、鋳込むより短い期間であって、溝内に隙間なく確実に充填することができる。
【００２８】
また、磁性円環板４を形成している磁性材料基板１の積層枚数を調整することにより磁性円環板４の板厚を調整することができる。また、導電性円環板５について、磁性円環板４と同様に薄板の導電性材料基板を積層する構成としてやれば、導電性円環板５の板厚を調整することができる。また、磁性円環板４と導電性円環板５との積層枚数を調整することもできる。磁性円環板４と導電性円環板５との少なくとも何れか一方の板厚が調整されることにより、また、磁性円環板４と導電性円環板５との積層枚数を調整することにより、誘導電動機の回転子において、磁性材料で構成される領域と導電性材料で構成される領域との比率を調整することができる。誘導電動機に要求される動作特性等の特性に応じて、柔軟に調整することができる。
【００２９】
また、磁性円環板４において、ティース２の長さ、幅、ピッチ、および板厚の調整により、回転子のシャフト軸６に対して垂直方向に鎖交する磁束密度に対応することができる。ティース２の長さ、幅、ピッチ、および板厚を調整することにより、磁路の断面積が調整されて許容される磁束密度を調整することができる。誘導電動機の動作特性に応じた磁束密度において磁気飽和の発生しない構成とすることができる。
【００３０】
また、磁性円環板４は薄板の磁性材料基板１を積層して構成されるので、隣接する磁性材料基板１の間は絶縁処理されることにより、磁性材料基板１の積層方向、すなわち回転子のシャフト軸６の方向に発生する渦電流が抑制される。磁性円環板４に鎖交する磁束によって発生する渦電流を低減することにより、磁性円環板４の鉄損を抑制することができる。
【００３１】
また、導電性円環板５および溝に充填された導電性材料には、磁性円環板４に鎖交する磁束の変化によって誘導電流が流れる。誘導電流は、導電性円環板５および溝に充填された導電性材料を回転子のシャフト軸６に平行な面に沿ってループ状に流れる。導電性円環板５のティース２ａの長さ、幅、およびピッチに応じて、導電性円環板５における電流経路を十分に確保することで、誘導電流にかかる抵抗を小さくすることができる。誘導電流が電流経路の抵抗によりジュール熱に変換される銅損を低減することができる。この場合、導電性円環板５が薄板の導電性材料基板を積層して構成される場合には、導電性円環板５の板厚を調整することによっても電流経路の抵抗を調整することができる。また、誘導電動機の負荷が重い場合には、誘導電流は回転子の表面層からより深い層にも流れる。この場合の銅損を低減するために、内周縁３ａの開口面積を狭くして深い層において誘導電流の流れる経路を十分に確保してやれば負荷が重い場合の電流経路における抵抗を低減することができる。
【００３２】
図５は、積層された磁性円環板４と導電性円環板５とがダイカスト工法により一体化されて形成された回転子の斜視図を示す。合わせて、回転子の側面形状を拡大した斜視図である。磁性円環板４と導電性円環板５とによる溝に充填される導電性材料およびエンドリングの図示は省略して図示している。図５は、磁性円環板４と導電性円環板５とが、ティース２とティース２ａとが重なる位置に積層された場合である。これにより、回転子の側面には、磁性円環板４の溝と導電性円環板５の溝とが互いに連結されてシャフト軸６に平行な直線状の溝が形成される。磁性円環板４と導電性円環板５とによる溝が直線状に形成されるため、ダイカスト工法により導電性材料を充填する際に、溝内に隙間を残すことなく確実に充填することができる。
【００３３】
図６は、積層された磁性円環板４と導電性円環板５とが、ティース２とティース２ａとの一部が重なる位置に積層された場合の斜視図である。磁性円環板４と導電性円環板５とによる溝に充填される導電性材料およびエンドリングの図示は省略して図示している。回転子の側面には、磁性円環板４の溝と導電性円環板５の溝とが互いに連結されて螺旋状の溝が形成される。螺旋状に溝が形成されるため、ダイカスト工法により導電性材料を充填する際に、溝内に隙間を残すことなく確実に導電性材料の充填することができる。
【００３４】
以上詳細に説明したように、本願に係る誘導電動機の回転子によれば、磁性材料基板１が積層されて磁性円環板４を構成するので、磁性材料基板１の積層枚数に応じて磁性円環板４の板厚を調整することができる。これにより、導電性円環板５との間で交互に積層して回転子を構成する場合、磁性材料で構成される領域と導電性材料で構成される領域との比率を調整することができる。誘導電動機の動作特性に応じて、回転子における磁気飽和が発生しないように、また鉄損および銅損が低減するように、調整をすることができる。
【００３５】
また、磁性円環板４は複数枚数の磁性材料基板１が積層されて構成され、磁性材料基板１間が絶縁処理されるので、磁性材料基板１の積層方向である回転子のシャフト軸の方向に発生する渦電流を抑制することができる。よって、磁性円環板４に磁束が鎖交する場合の鉄損を低減することができる。
【００３６】
また、円環状の形状で複数のティース２ａを有する薄板の導電性材料基板をティース２ａを一致させて積層して、導電性円環板５が構成されることにより、導電性円環板５の板厚を調整することができる。磁性円環板４と導電性円環板５とがそれぞれ板厚を調整できるので、磁性材料で構成される領域と導電性材料で構成される領域との比率を、さらに柔軟に調整することができる。
【００３７】
また、ティース２とティース２ａとの少なくとも一部が互いに一致して磁性円環板４および導電性円環板５が積層されることにより、磁性円環板４と導電性円環板５とを積層した場合にできる各々スリットによる窪みは互いに連続して直線状あるいは曲線状の溝になる。直線状あるいは曲線状の溝に導電性材料をダイカスト工法により充填すればよく、単独の窪みに充填する場合に比して導電性材料の充填を確実に行うことができる。
【００３８】
また、磁性円環板４または導電性円環板５の何れか一方の内周縁の半径を何れか他方に比して大きくしてやれば、何れか他方の円環板を回転子のシャフト軸６に固定しながら、何れか一方の内周縁の開口面積を大きくすることができ、回転子の軽量化を図ることができる。この場合、磁性円環板４と導電性円環板５との位置決めは外周縁を一致させることにより行う。
【００３９】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、磁性円環板４だけでなく、導電性材料により形成される円環状の形状を有する薄板を積層することにより導電性円環板５の板厚を調整してもよい。磁性材料で構成される領域と導電性材料で構成される領域との比率を実現するにあたり、導電性円環板５の板厚に制限されることなく、比率だけでなく積層した板厚も柔軟に調整することができる。
また、磁性円環板４と導電性円環板５とが交互に積層される場合を例示したが、本願はこれに限定されるものではない。磁性円環板４および導電性円環板５の積層比率、積層順序は、必要とされる特性に応じて変更されても構わない。
また、内周縁３ａが内周縁３よりも大きく開口されている場合を例示したが、本願はこれに限定されない。内周縁３ａが内周縁３と同径であり、導電性円環板５および磁性円環板４が何れもシャフト軸６に当接して固定される構成であってもよい。また、エンドリング７が回転子のシャフト軸６と当接された状態で固定されるのであれば、内周縁３が内周縁３ａと同様に、シャフト軸６の径よりも大きく開口されていることも可能である。
また、エンドリング７の外周縁の径は、磁性円環板４および導電性円環板５と異なっていても構わない。
また、ティースの長さ、幅、ピッチ、磁性円環板４と導電性円環板５とで同じ場合を示したが、これに限定されない。磁性円環板４と導電性円環板５とで異なっていてもよい。
また、磁性円環板４の溝と導電性円環板５の溝とが、直線状、螺旋状、蛇行状、その他の曲線状、直線部分と曲線部分とが混在して連結されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１          磁性材料基板
２、２ａ    ティース
３、３ａ    内周縁
４          磁性円環板
５          導電性円環板
６          シャフト軸
７          エンドリング
【図１】
2013090426.tif 000003
【図２】
2013090426.tif 000004
【図３】
2013090426.tif 000005
【図４】
2013090426.tif 000006
【図５】
2013090426.tif 000007
【図６】
2013090426.tif 000008