(57)【要約】【課題】ロータコアと、複数の導体バー及びエンドリングを含む二次導体とを有する誘導機の回転子に関し、誘導機の高回転化に効率よく対応可能な誘導機の回転子を提供する。【解決手段】ロータ１は、回転軸１０に固設されたロータコア２０と、複数の導体バー３１及びエンドリング３５を有する二次導体３０を有している。ロータコア２０は、回転軸１０の周囲に分散配置された複数のスロット２５に対して外径側となる位置に、カシメ加工部２６を夫々有している。カシメ加工部２６は、複数のコアプレート２１同士を相互に積層固定してロータコア２０を作成する為のカシメ加工に伴い、ロータコア２０の径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、コアプレート２１の一部をせん断して、前記回転軸１０の軸方向へ塑性変形させることによって形成される。【選択図】図５
2016178805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に配設された回転軸と、
前記回転軸の軸方向に対して複数の磁性鋼板を積層して固設され、前記回転軸の周りに分散配置され、前記回転軸方向に延びる複数のスロットを有するロータコアと、
前記ロータコアの各スロット内に配置される導電材からなる複数の導体バーと、前記回転軸の軸方向における前記ロータコアの端面において、前記複数の導体バーの端部を相互に接続する端絡環とを含む二次導体と、を有する誘導機の回転子であって、
前記ロータコアは、
当該ロータコアを構成する一の磁性鋼板を、他の磁性鋼板に対して積層状態で接合する為のカシメ加工を施すことによって形成されるカシメ加工部を、前記スロットに対して径方向外側となる位置に有する、
ことを特徴とする誘導機の回転子。
【請求項２】
請求項１記載の誘導機の回転子であって、
前記カシメ加工部は、
前記ロータコアの径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、前記磁性鋼板の一部をせん断して、前記回転軸の軸方向へ塑性変形させることによって形成されている
ことを特徴とする誘導機の回転子。
【請求項３】
請求項２記載の誘導機の回転子であって、
前記一の磁性鋼板における前記カシメ加工部は、
前記回転軸の軸方向一方側に位置する他の磁性鋼板のカシメ加工部に対して、周方向へ所定量変位した位置で、当該他の磁性鋼板を積層固定している
ことを特徴とする誘導機の回転子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の誘導機の回転子であって、
前記カシメ加工部は、
前記ロータコアの径方向に関して、前記磁性鋼板の外縁と、前記スロットの外径側端部との間における前記磁性鋼板の外縁よりの位置に形成されている
ことを特徴とする誘導機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導機の回転子の一つとして、かご形回転子が知られている。このようなかご形回転子は、回転軸に固定されたロータコアと、ロータコアにおける回転軸の周りに分散配置された複数の導体バー及び、ロータコアの軸方向端面において各導体バーの端部を短絡する端絡環を含む二次導体とによって構成されている。
【０００３】
そして、これらの誘導機においては、効率の低下を抑制する為の一つの方法として、ロータコアの外径側表面における磁束の短絡を防止する方法がある。この方法を用いた誘導機の回転子に関する発明として、特許文献１記載の発明が知られている。
【０００４】
特許文献１記載の回転電機のかご形回転子は、回転軸の周囲に分散配置される閉スロット状に形成された複数のスロットに対して、アルミニウム等の導電材をダイキャストして導体バーを配置した後、各スロットの外径側に位置する橋絡部を引き抜き除去するように構成されている。当該かご形回転子によれば、各橋絡部の引き抜き除去を行うことで、スロットの外径側に、磁束の短絡や渦電流等の発生部位を少なくすることができ、もって、効率の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１９５３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１記載のかご形回転子の場合、橋絡部の引き抜き除去という加工が必要となってしまうため、かご形回転子の製造における加工コストが増大してしまうことになる。又、特許文献１の場合、鋼板を積層することで複数のスロットを有するロータコアを作成し、各スロットに対して導電材をダイキャストした後に、各橋絡部の引き抜き除去を行う為、多くの鋼板を積層してロータコアを作成した場合には、橋絡部の切断性が悪くなり、橋絡部の引き抜き除去ができない虞がある。
【０００７】
本発明は、磁束の短絡等に起因する効率の低下を、より簡易な構成で抑制可能な誘導機の回転子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る誘導機の回転子は、回転可能に配設された回転軸と、前記回転軸の軸方向に対して複数の磁性鋼板を積層して固設され、前記回転軸の周りに分散配置され、前記回転軸方向に延びる複数のスロットを有するロータコアと、前記ロータコアの各スロット内に配置される導電材からなる複数の導体バーと、前記回転軸の軸方向における前記ロータコアの端面において、前記複数の導体バーの端部を相互に接続する端絡環とを含む二次導体と、を有する誘導機の回転子であって、前記ロータコアは、当該ロータコアを構成する一の磁性鋼板を、他の磁性鋼板に対して積層状態で接合する為のカシメ加工を施すことによって形成されるカシメ加工部を、前記スロットに対して径方向外側となる位置に有することを特徴とする。
【０００９】
当該誘導機の回転子は、回転軸と、複数のスロットを有するロータコアと、複数の導体バーと端絡環とを含む二次導体と、を有している。当該誘導機の回転子によれば、前記ロータコアは、前記スロットに対して径方向外側となる位置にカシメ加工部を有しており、カシメ加工部は、カシメ加工に伴う塑性変形によって磁気抵抗が悪化している為、導体バー外径側における磁束の短絡等を抑制することができ、もって、誘導機における効率の低下をより簡易な構成で抑制し得る。又、カシメ加工部は、磁性鋼板を積層してロータコアを作成する過程で、カシメ加工を随時行うことで形成することができるので、ロータコアの積厚が大きい回転子に対しても、磁束の短絡等を抑制することができる。
【００１０】
そして、本発明の他の側面に係る誘導機の回転子は、請求項１記載の誘導機の回転子であって、前記カシメ加工部は、前記ロータコアの径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、前記磁性鋼板の一部をせん断して、前記回転軸の軸方向へ塑性変形させることによって形成されていることを特徴とする。
【００１１】
当該誘導機の回転子において、前記カシメ加工部は、前記ロータコアの径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、前記磁性鋼板の一部をせん断して、前記回転軸の軸方向へ塑性変形させることによって形成されている為、各磁性鋼板を積層してロータコアを作成する際に、各スロット及びカシメ加工部をスキューさせることができ、コギングトルクやトルクリップルを抑制し得る。
【００１２】
又、本発明の他の側面に係る誘導機の回転子は、請求項２記載の誘導機の回転子であって、前記一の磁性鋼板における前記カシメ加工部は、前記回転軸の軸方向一方側に位置する他の磁性鋼板のカシメ加工部に対して、周方向へ所定量変位した位置で、当該他の磁性鋼板を積層固定していることを特徴とする。
【００１３】
当該誘導機の回転子において、一の磁性鋼板における前記カシメ加工部は、前記回転軸の軸方向一方側に位置する他の磁性鋼板のカシメ加工部に対して、周方向へ所定量変位した位置で、当該他の磁性鋼板を積層固定している為、各スロット及びカシメ加工部は、スキュー構造とすることができる。これにより、当該誘導機の回転子は、磁束の短絡等を抑制すると同時に、コギングトルクやトルクリップルを抑制することができる。
【００１４】
そして、本発明の他の側面に係る誘導機の回転子は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の誘導機の回転子であって、前記カシメ加工部は、前記ロータコアの径方向に関して、前記磁性鋼板の外縁と、前記スロットの外径側端部との間における前記磁性鋼板の外縁よりの位置に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
当該誘導機の回転子において、前記カシメ加工部は、前記ロータコアの径方向に関して、前記磁性鋼板の外縁と、前記スロットの外径側端部との間における前記磁性鋼板の外縁よりの位置に形成されている為、カシメ加工部による磁性鋼板同士の固定作用と、カシメ加工部による磁束の短絡等の抑制とを、効果的に両立することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ロータコアの各スロットに対して、径方向外側となる位置にカシメ加工部を形成しつつ、磁性鋼板を積層固定することで、磁束の短絡等をより簡易な構成で抑制可能な誘導機の回転子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る誘導機のロータの概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係るスロット及びカシメ加工部を示す断面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図４】本実施形態に係るカシメ加工部の位置関係を示す側面説明図である。
【図５】本実施形態に係るカシメ加工部とスロットの位置関係を示す説明である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る誘導機の回転子を、誘導機に用いられるかご形回転子であるロータ１に適用した実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
先ず、本実施形態に係るロータ１の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態に係るロータ１は、かご型回転子として構成されており、三相交流電流によって回転磁束を発生させるステータと共に、かご型三相誘導電動機を構成する。当該誘導電動機においては、ステータから発生する回転磁束と、かご型回転子として構成されたロータ１の導体バー３１に発生する誘導電流とが鎖交することにより、ロータ１に回転力が発生する。
【００２０】
尚、当該誘導電動機においては、ロータ１は、略円筒形状を為すステータの径方向内側において、回転軸１０の軸芯周りに回転可能に支持されており、上述したロータ１、ステータは、ケース（図示せず）内部に収容されている。
【００２１】
図１に示すように、ロータ１は、回転軸１０に固設され、複数のスロット２５を有するロータコア２０と、複数の導体バー３１及びエンドリング３５を有する二次導体３０と、を有している。回転軸１０は、誘導電動機の軸方向両側において、軸受を介してケース（図示せず）に回転可能に支持されている。
【００２２】
本実施形態に係るロータコア２０は、略円盤状に形成された複数の電磁鋼板製のコアプレート２１を複数枚積層することによって構成されている。各コアプレート２１は、回転軸孔２２と、複数のスロット２５とを有している為、複数枚のコアプレート２１を積層してロータコア２０を構成すると、当該ロータコア２０は、回転軸１０が挿通される回転軸孔２２を内部に有する円筒形状を為す。又、当該ロータコア２０の外周面は、誘導電動機を構成する場合、円筒形状に形成されたステータの内周面（回転軸１０側の面）と間隔を隔てた状態で対向するように構成されている。
【００２３】
図１に示すように、回転軸孔２２は、当該ロータコア２０の中心部に形成されており、回転軸１０によって挿通される。ロータコア２０は、回転軸孔２２に挿通された回転軸１０に対して固定されている。そして、ロータコア２０の外周面には、一定間隔で複数のスロット２５が形成されており。回転軸１０を取り囲むように、ロータコア２０の外周面側に分散配置されている（図１、図２参照）。
【００２４】
そして、当該ロータコア２０における各スロット２５の径方向外側には、カシメ加工部２６が形成されている。当該カシメ加工部２６は、ロータコア２０を構成する複数のコアプレート２１を積層して固定する為のカシメ加工によって形成されており、コアプレート２１の一部を軸方向に塑性変形させることによって、各コアプレート２１を相互に固定している。各カシメ加工部２６の詳細については、後に図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
図１等に示すように、導体バー３１は、当該ロータコア２０の外周面に分散配置された複数のスロット２５内に配設されている。複数の導体バー３１は、アルミニウム等の導電材をロータコア２０の各スロット２５内にダイキャストすることによって形成されており、ロータコア２０の周方向に沿って、等間隔で分散配置されている。各導体バー３１は、ロータコア２０の軸方向に対して傾斜して延びるように配設されている。即ち、スキューが付けられている。尚、図１は、説明の為スキューを表現せず、導体バー３１に沿った断面としている。
【００２６】
エンドリング３５は、端絡環又は短絡環と呼ばれる部材であり、図１に示すように、回転軸１０の軸方向におけるロータコア２０の両端面に沿って配置されている。当該エンドリング３５は、ロータコア２０の軸方向端面に設置された成形型（図示せず）内に、アルミニウム等の導電材をダイキャストすることによって円環状に形成されており、各導体バー３１と一体に形成されている。これにより、各導体バー３１は、一対のエンドリング３５と一体に形成されることによって短絡されている。
【００２７】
次に、本実施形態に係るロータ１における各カシメ加工部２６の構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。上述したように、各カシメ加工部２６は、各スロット２５の外径側に位置するコアプレート２１の一部に対して、カシメ加工用器具（図示せず）を用いたカシメ加工を施し、軸方向に塑性変形させることによって形成され、各コアプレート２１を相互に固定している。
【００２８】
図２、図３に示すように、各カシメ加工部２６は、カシメ加工用器具を用いたカシメ加工を施すことによって、ロータコア２０の径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、前記コアプレート２１の一部をせん断して、前記回転軸１０の軸方向へ塑性変形させることで形成されている。当該カシメ加工部２６は、カシメ加工に伴うコアプレート２１の塑性変形によって、磁気抵抗が悪化する為、スロット２５及び導体バー３１の外径側における磁束の端絡等を抑制することができ、もって、誘導電動機における効率の低下をより簡易な構成で抑制し得る。
【００２９】
そして、各カシメ加工部２６は、コアプレート２１を積層してロータコア２０を作成する過程で、カシメ加工を随時行うことで形成することができるので、ロータコア２０の積厚が大きいロータ１を製造する場合であっても、ロータコア２０の外種面側における磁束の短絡等を抑制することができる。
【００３０】
そして、各カシメ加工部２６は、ロータコア２０の径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、塑性変形させて形成されている為、或るコアプレート２１における前記カシメ加工部２６を、軸方向他方側に位置するコアプレート２１のカシメ加工部２６に対して周方向へ所定量変位した位置に位置させて、各コアプレート２１を積層してロータコア２０を作成することができる（図３参照）。
【００３１】
図４に示すように、当該ロータ１は、各スロット２５及び各カシメ加工部２６を、軸方向へ向かうにつれて、所定の周方向へ変位した位置としたスキュー構造とすることができ、ロータ１外周面側における磁束の短絡等を抑制すると同時に、コギングトルクやトルクリップルを抑制することができる。
【００３２】
続いて、本実施形態に係るロータ１におけるカシメ加工部２６の配置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。上述したように、各カシメ加工部２６は、ロータコア２０における各スロット２５の径方向外側部分に、カシメ加工を施すことによって形成されている。ここで、ロータコア２０（若しくはロータコア２０を構成するコアプレート２１）における各スロット２５に対するカシメ加工部２６の位置関係について説明する。
【００３３】
尚、以下の説明においては、ロータコア２０（又は、コアプレート２１）の径方向に関し、回転軸１０の軸心Ｃから各スロット２５の外径側端部までの寸法を、「第１寸法ＬＡ」といい、回転軸１０の軸心Ｃからコアプレート２１（ロータコア２０）の外縁までの寸法を、「第２寸法ＬＢ」という（図１参照）。そして、ロータコア２０（又は、コアプレート２１）の径方向において、各スロット２５の外径側端部と、ロータコア２０の外縁との間の寸法を「加工可能範囲幅Ｗ」といい、スロット２５の外径側にカシメ加工部２６を形成し得る範囲を示す（図１参照）。当該加工可能範囲幅Ｗは、第１寸法ＬＡと第２寸法ＬＢの差分として算出される。
【００３４】
図５に示すように、本実施形態に係るカシメ加工部２６は、前記ロータコア２０の径方向に関して、加工可能範囲幅Ｗにおけるロータコア２０（コアプレート２１）の外縁よりの位置に形成されている。より詳細に説明すると、ロータコア２０の径方向に関して、加工可能範囲幅Ｗの１／２となる位置を「基準寸法Ｄ」とした場合に、各カシメ加工部２６は、径方向に関するカシメ加工部２６の中央部分が当該基準寸法Ｄよりも径方向外側となる位置に形成される。
【００３５】
各カシメ加工部２６を、各スロット２５の外径側に位置する加工可能範囲において、ロータコア２０の外周面よりに形成することによって、ロータコア２０の外周面側における短絡磁束の経路に、磁気抵抗が悪化したカシメ加工部２６を配置することができる。つまり、図５に示すように、各カシメ加工部２６を、各スロット２５に対して配置することによって、当該ロータ１は、ロータコア２０の外周面側における磁束の短絡を、各カシメ加工部２６によって、効果的に抑制することができる。又、各カシメ加工部２６は、上述したように、ロータコア２０を構成するコアプレート２１同士を積層固定する役割を果たしている。従って、当該ロータ１によれば、各カシメ加工部２６に、コアプレート２１同士の積層固定という機能と、ロータコア２０外周側における磁束の短絡等の抑制という機能を持たせ、且つ、両者を効率的よく実現させることができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係るロータ１は、回転軸１０と、複数のスロット２５を有するロータコア２０と、複数の導体バー３１とエンドリング３５とを含む二次導体３０と、を有しており、誘導電動機を構成するステータから発生する回転磁束と、各導体バー３１に発生する誘導電流とが鎖交すること発生する回転力によって、回転可能に構成されている。
【００３７】
ここで、当該ロータ１によれば、ロータコア２０における各スロット２５に対して径方向外側となる位置に、カシメ加工部２６が夫々形成されており、カシメ加工部２６は、カシメ加工に伴う塑性変形によって磁気抵抗が悪化している為、各スロット２５内の導体バー３１外径側における磁束の短絡等を抑制することができ、もって、誘導電動機における効率の低下をより簡易な構成で抑制し得る。又、各カシメ加工部２６は、複数のコアプレート２１を積層してロータコア２０を作成する過程で、カシメ加工を随時行うことで形成することができるので、ロータコア２０の積厚が大きいロータに対しても、磁束の短絡等を抑制することができる。
【００３８】
図２、図３に示すように、各カシメ加工部２６は、前記ロータコア２０の径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、コアプレート２１の一部をせん断して、前記回転軸１０の軸方向へ塑性変形させることによって形成されている。径方向に対して交差する方向に伸びている為、複数のコアプレート２１を積層する際に、スロット２５やカシメ加工部２６の位置を周方向へずらして積層することを許容することができる。
【００３９】
即ち、一のコアプレート２１におけるカシメ加工部２６は、軸方向一方側に位置する他のコアプレート２１のカシメ加工部２６に対して、周方向へ所定量変位した位置で、コアプレート２１同士を相互に積層固定している。これにより、図３、図４に示すように、当該ロータ１によれば、各スロット２５及びカシメ加工部２６を、所謂、スキュー構造とすることができ、各カシメ加工部２６による磁束の短絡等の抑制と同時に、コギングトルクやトルクリップルを抑制することができる。
【００４０】
又、本実施形態に係るロータ１において、各カシメ加工部２６は、前記ロータコア２０の径方向に関して、加工可能範囲幅Ｗにおけるロータコア２０（コアプレート２１）の外縁よりの位置（径方向に関するカシメ加工部２６の中央部分が当該基準寸法Ｄよりも径方向外側となる位置）に形成されている（図５参照）。これにより、当該ロータ１によれば、ロータコア２０の外周面側における短絡磁束の経路に、磁気抵抗が悪化したカシメ加工部２６を配置することができ、ロータコア２０の外周面側における磁束の短絡を、各カシメ加工部２６によって、効果的に抑制することができる。又、ロータコア２０の内径側にカシメを設ける場合に比べて、コアプレート２１の端縁部に隙間が生じにくく、コアプレート２１同士の積層固定に効果的である。そして、当該ロータ１によれば、各カシメ加工部２６に、コアプレート２１同士の積層固定という機能と、ロータコア２０外周側における磁束の短絡等の抑制という機能を持たせ、且つ、両者を効率的よく実現させることができる。
又、ロータコア２０の外周を切削加工する必要がない為、コアプレート２１間の切削加工で生じる短絡による損失（渦損）が発生しない。
【００４１】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら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種々の改良変更が可能である。例えば、二次導体３０である導体バー３１及びエンドリング３５を構成する導電材として、アルミニウム等を挙げていたが、この態様に限定されるものではない。例えば、銅や、アルミニウム合金、銅合金でも良い。又、導体バー３１とエンドリング３５は別材料であってもよい。
【００４２】
又、本実施形態に係る各カシメ加工部２６は、ロータコア２０の径方向に対して交差する方向に伸びる片持ち梁状に、前記コアプレート２１の一部をせん断して、前記回転軸１０の軸方向へ塑性変形させることで形成されているが、この態様に限定されるものではない。本発明におけるカシメ加工部２６は、複数のコアプレート２１同士を積層固定する為のカシメ加工によって、コアプレート２１を軸方向に塑性変形した部分であればよく、その平面形状やせん断の有無については、適宜変更することができる。例えば、丸型や角型の平面形状で、コアプレート２１を凹状に塑性変形させることで、カシメ加工部２６を形成することも可能である。又、各カシメ加工部２６について、ロータコア２０の径方向に対して交差する方向に伸びるが、直線状に伸びる構成に限らず、回転軸中心を中心とした円弧状に伸びるように形成してもよい。
【００４３】
更に、本実施形態においては、図３、図４に示すように、スロット２５及びカシメ加工部２６に関し、スキュー構造を採用していたが、この態様に限定するものではない。各スロット２５及び各カシメ加工部２６が、回転軸１０の軸方向に対して平行を為す直線状に伸びる構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１      ロータ
１０    回転軸
２０    ロータコア
２１    コアプレート
２５    スロット
２６    カシメ加工部
３０    二次導体
３１    導体バー
３５    エンドリング
【図１】
2016178805.tif 000003
【図２】
2016178805.tif 000004
【図３】
2016178805.tif 000005
【図４】
2016178805.tif 000006
【図５】
2016178805.tif 000007