JP2008161024A

JP2008161024A - 回転電機の回転子及び回転電機

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Publication number: JP2008161024A
Application number: JP2006349763A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Hayashi; 裕人林; Masaharu Nakajima; 正晴中島
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP5040300B2

Abstract

【課題】エンドリングと二次導体とをロウ付で接合し、回転子鉄心と二次導体との間の絶縁を確保することができる回転電機の回転子及び回転電機を提供する。
【解決手段】
電動機は、二次導体としての銅バー８が挿通される挿通孔７を備えた回転子鉄心６と、回転子鉄心６と絶縁された状態で挿通孔７に挿通される銅バー８とを備えている。さらに、電動機は、複数の銅バー８がそれぞれ挿入される挿入孔１６が複数設けられたエンドリング９を備えている。そして、銅バー８は、両端に本体部１２より細い挿入端部１３を有する段付形状に形成されるとともに、挿入端部１３が挿入孔１６に挿入されている。挿入端部１３は、その長さＴ３がエンドリング９の厚みより短いため、挿入孔１６と銅バー８とによって、ロウ材Ｒを収容可能な凹状のロウ材収容部１８が構成される。また、銅バー８とエンドリング９とは、ロウ付けされて電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の回転子及び回転電機に関する。

一般的に、回転電機としては、アルミダイカストによって形成されたアルミニウム製の二次導体を備えた回転子鉄心と、エンドリングとからなる回転子を使用する回転電機が知られている。また、例えば、鉄道用誘導モータや工作機械用スピンドルの駆動源として用いられる回転電機としては、銅又は銅合金によって構成された二次導体を用いているものが知られている。そして、従来、二次導体を銅又は銅合金からなるロータバーによって構成し、ロータバーとエンドリングとをロウ付けすることで接合した回転子が提案されている（特許文献１参照）。

図４に示すように、特許文献１に記載の回転子は、全閉スロット３０が設けられたロータ鉄心３１と、バー挿入孔３２が設けられたエンドリング３３とを備えている。そして、ロータバー３４には、一方の端部に外形寸法が小さい小径部３５が設けられ、ロータバー３４は段付状に形成されている。そして、特許文献１においては、ロータバー３４とエンドリング３３とをロウ付けする際に、ロータバー３４を小径部３５側から全閉スロット３０に挿入し、ロータ鉄心３１から突出した小径部３５をバー挿入孔３２に嵌合させてロウ付けしている。
特開２００２−３３５６５９号公報

ところが、特許文献１に記載の回転子においては、ロータバー３４の端面がエンドリング３３の端面と同一平面上に配置した状態でロウ付けが行われる構成を採用している。したがって、ロータバー３４の端面にロウ材を配置してロウ付けを行なう際、溶けたロウ材がエンドリング３３の外側にまで溢れてしまうことがある。また、ロウ材の量が多すぎて、ロウ材がエンドリング３３とロータバー３４との隙間を伝ってロータ鉄心３１とロータバー３４との間の絶縁を確保するために設けられた絶縁空間にまで浸入するおそれがある。このような事態が生じると、ロータ鉄心３１とロータバー３４との間の絶縁空間がロウ材によって埋められて、ロータバー３４とロータ鉄心３１との絶縁状態が確保できなくなるおそれがあった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンドリングと二次導体とをロウ付けによって接合しても、回転子鉄心と二次導体との間の絶縁を確保することができる回転電機の回転子及び回転電機を提供する。

請求項１に記載の発明は、二次導体が挿通される挿通孔を備えた回転子鉄心と、前記回転子鉄心と絶縁された状態で前記挿通孔に挿通される複数の前記二次導体と、前記二次導体の両端がそれぞれ挿入される挿入孔が複数設けられたエンドリングとを備え、前記二次導体は、両端に本体部より細い挿入端部を有する段付形状に形成された銅バーで構成されており、前記挿入端部は、その長さが前記エンドリングの厚さより短く形成され、前記挿入孔と前記挿入端部とから、ロウ材を収容可能なロウ材収容部が構成され、前記二次導体と前記エンドリングとは、ロウ付けされて電気的に接続されていることを要旨とする。

この発明によれば、挿入端部をエンドリングの挿入孔に挿入してロウ付けを行なう時、ロウ材をロウ材収容部に配置した後、ロウ材を溶かしてロウ材収容部から二次導体とエンドリングとの間の隙間に流し込むことができる。この時、ロウ付けに用いるロウ材は、ロウ材収容部に収容可能な量であるか否かを目安にして準備すればよいため、多量のロウ材が溶けて、ロウ材がエンドリングと二次導体との間の隙間だけでなく回転子鉄心と二次導体との間にまで浸入することを抑制できる。また、二次導体は段付状に形成されているためロウ付けの時にほぼ水平になる部分において、重力に起因してロウ材に作用する流れ方向の力は抑制されるため、ロウ材が回転子鉄心と二次導体との間に浸入することをより抑制することができる。したがって、回転子鉄心と二次導体との間の絶縁状態を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ロウ材収容部の容積は、前記二次導体と前記エンドリングとがロウ付けされる前の状態において前記挿入端部と前記エンドリングとの間に形成される隙間の体積と同等であることを要旨とする。

ここで、「同等」とは、厳密に一致していなくともよく、寸法公差の範囲内における誤差は同等であるものとする。
この構成によれば、ロウ付けを行う際、ロウ材収容部内にちょうど収まる程度のロウ材を準備して、そのロウ材をロウ材収容部に配置すれば、過不足無い量のロウ材を用いて二次導体とエンドリングとを接合することができる。したがって、ロウ付けを行う際、ロウ材の量が多過ぎて、溶融したロウ材が回転子鉄心と二次導体との間の隙間に浸入して二次導体と回転子鉄心との間の絶縁状態が阻害されることを回避できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記二次導体は、長手方向と直交する方向の断面が楔状に形成されており、厚さの薄い側が前記回転子鉄心の内周側に位置する状態で接合されていることを要旨とする。

この発明によれば、回転子鉄心に要求される強度を確保しつつ二次導体の断面積を、厚さを一定にした二次導体に比べて大きくすることができ、厚さが一定の二次導体に比べて二次導体を通る電流量を増加させることができ、回転電機の高効率化を図ることができる。

請求項４に記載の発明の回転電機は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明の回転子を備えている。
この発明の回転電機は、対応する前記請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明の作用、効果を奏する。

本発明によれば、エンドリングと二次導体とをロウ付けによって接合しても、回転子鉄心と二次導体との間の絶縁を確保することができる。

以下、本発明をかご型誘導電動機の回転子に具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、かご型誘導電動機の固定子（ステータ）１には、円筒状で内側に複数のティース２が等間隔で設けられている。そして、ティース２にはコイル（巻線）３が巻かれている。そして、固定子１の内側には、回転子（ロータ）４が配置されている。

回転子４は、円筒形状であるとともに、内部に電動機の回転軸５が挿通されることで固定子１内に回転可能に設けられている。図２に示すように、回転子４は、円筒形状の回転子鉄心６と、回転子鉄心６に複数設けられた挿通孔７に挿通される二次導体としての銅バー８と、銅バー８の図２における上下端部と接合するエンドリング９とから構成されている。

回転子鉄心６は、複数の電磁鋼板製のプレートが積層されることで構成されている。回転子鉄心６には、かご型誘導電動機の回転軸５が挿通される軸孔１０が設けられるとともに、軸孔１０を取り囲むように複数の挿通孔７が設けられている。

複数の挿通孔７は、断面楔状に形成されるとともに、回転子鉄心６の周方向に沿うように等間隔で配列されている。また、挿通孔７は、回転子鉄心６の軸方向に沿って一直線状に延びるように形成されている。そして、挿通孔７と回転子鉄心６の内周との間の最短距離は、挿通孔７と回転子鉄心６の外周との間の最短距離より長くなるように設定されている。挿通孔７は、軸方向から見た場合の外形が、回転子鉄心６に接触しない状態で銅バー８を挿通可能な大きさに形成されている。すなわち、銅バー８が挿通孔７に挿通されている時に、銅バー８と回転子鉄心６との間には互いを絶縁状態とするための絶縁空間１１（図３（ｃ）参照）が確保され、直接導通することなく絶縁状態となっている。

銅バー８は、一直線状に延びている本体部１２と、本体部１２の両端に突出形成されるとともに、本体部１２より細い挿入端部１３とから構成されている。即ち、銅バー８は、両端部が段付状に形成されている。そして、本体部１２の端面が、当接面１４となる。

本体部１２及び挿入端部１３は、銅バー８の長手方向と直交する方向における断面形状（以下、単に断面形状と記載する。）がそれぞれ楔状に形成されている。すなわち、本体部１２及び挿入端部１３は、徐々に厚さが薄くなるように形成されている。なお、本体部１２及び挿入端部１３の厚さとは、本体部１２及び挿入端部１３における両側面間の間隔を意味している。

本体部１２は、その長さＴ１が回転子鉄心６の軸方向の長さＴ２と同じ長さとなるように形成されている。挿入端部１３は、本体部１２より断面積が小さく、長さＴ３が本体部１２の長さＴ１より短くなるように形成されている。そして、挿入端部１３は、本体部１２が挿通孔７に挿通されている状態において回転子鉄心６から突出する。挿入端部１３は、エンドリング９に設けられた挿入孔１６に挿入されて図２における回転子４の上下両側に設けられた一対のエンドリング９と接合されている。なお、この時、挿入端部１３は、厚さの薄い側が回転子鉄心６の内周側に位置し、かつ、本体部１２の当接面１４がエンドリング９の端面と当接した状態になっている。

エンドリング９は、銅バー８と同様に銅製である。エンドリング９は、その肉厚が挿入端部１３の長手方向における長さＴ３より厚くなるように形成されている。エンドリング９には、厚さ方向に沿って延びる貫通孔からなる挿入孔１６が形成されている。挿入孔１６は、その平面視した場合の外形が挿入端部１３の断面形状と同じ形状に設定されている。そして、図３（ａ）に示すように、一対のエンドリング９が挿入端部１３にロウ付けによって接合されると組み付けられた状態の回転子４となる。

図２に示すように、挿入孔１６は、各挿通孔７と対応する位置に設けられている。そして、図３（ｂ）に示すように、挿入孔１６の内周と挿入端部１３との間には、挿入孔１６に挿入端部１３が挿入された状態において溶けたロウ材Ｒが入り込むことのできる隙間１７が形成されている。挿入孔１６には、挿入端部１３の一部（厚さの厚い側）が挿入孔１６の内周面に当接した状態で挿入されている。図３（ｃ）に示すように、挿入孔１６に挿入端部１３が挿入された状態で、挿入端部１３と挿入孔１６とによって凹状のロウ材収容部１８が構成される。銅バー８とエンドリング９とは、銀ロウによってロウ付けされることで接合されている。また、銅バー８とエンドリング９とが接合されることに伴って、エンドリング９と回転子鉄心６とは接合される。

ロウ材収容部１８は、ロウ付けが行なわれていない段階において挿入端部１３と挿入孔１６との間に存在する隙間１７と連通している。ロウ材収容部１８は、凹部であるため溶けたロウ材Ｒが外側に溢れ出ることを抑制する。ロウ材収容部１８の容積は、銅バー８とエンドリング９との間に存在する隙間の体積と同等の体積である。なお、「同等」とは、厳密に一致していなくともよく、寸法公差の範囲内における誤差は同等であるものとする。

次に、前記のように構成された回転子４の製造方法について説明する。
回転子４を製造する際には、まず、回転子鉄心６を準備し、回転子鉄心６の挿通孔７に銅バー８を挿通する。銅バー８が挿通孔７に挿通されると、回転子鉄心６から挿入端部１３が突出した状態となり、この状態で一方のエンドリング９が回転子鉄心６と当接するまで挿入端部１３を一方のエンドリング９の挿入孔１６に挿入させる。図３（ｃ）に示すように、挿入端部１３が挿入孔１６に挿入されると、挿入孔１６と挿入端部１３とによって凹状のロウ材収容部１８が形成される。このロウ材収容部１８が形成された後、ロウ材収容部１８にロウ材Ｒを配置するため各挿入端部１３の端面に銀ロウからなるペースト状のロウ材Ｒを配置する。この時、配置するロウ材Ｒの量は、ロウ材収容部１８に収まる程度の量に設定されている。

ロウ材Ｒを配置した後、回転子４を図示しない炉の中に、ロウ材収容部１８が上になるように配置して、一方のエンドリング９に設けられた挿入孔１６と、その挿入孔１６に挿入された挿入端部１３の部位とを対象に７００〜８００℃程度で加熱を行う。すると、ペースト状のロウ材Ｒが溶融し、溶融したロウ材Ｒがロウ材収容部１８から挿入孔１６と挿入端部１３との間の隙間に流れ込む。なお、ロウ材収容部１８の寸法公差に起因して、銅バー８とエンドリング９との間の隙間に入り込むことができるロウ材Ｒよりロウ材収容部１８に配置されたロウ材Ｒが多い場合があるが、このような場合、余分なロウ材Ｒはロウ材収容部１８に溜まって残る。そして、ロウ材Ｒが挿入孔１６と挿入端部１３との間の隙間に流れ込み、そのロウ材Ｒが当接面１４にまで至る。当接面１４はロウ付けが行なわれる時ほぼ水平な面となっているため、ロウ材Ｒが当接面１４にまで至ると、重力に起因してロウ材Ｒに作用するロウ材Ｒの流れ方向の力は抑制される。そのため、ロウ材Ｒが当接面１４上を通過して銅バー８と回転子鉄心６との間の隙間にまで流れ込むことは抑制される。挿入孔１６と挿入端部１３との間の隙間にロウ材Ｒが流れ込んだ状態でロウ材Ｒを冷却して凝固させると、一方のエンドリング９と銅バー８とのロウ付けが完了する。

なお、本実施例では、挿入孔１６に挿入端部１３の一部（厚さの厚い側）が挿入孔１６の内周面に当接した状態で挿入されている。したがって、ロウ材Ｒは主に挿入端部１３の厚さが薄い側に入り込む。しかし、挿入孔１６の内周面に当接した挿入端部１３の厚さが厚い側（当接した側）に入り込むことを否定するものでは無い。

その後、他方のエンドリング９と銅バー８とのロウ付けを行なう。この時には、挿入端部１３の端面にロウ材Ｒを配置した後、炉の中で他方のエンドリング９に設けられた挿入孔１６とその挿入孔１６に挿入されている挿入端部１３とを対象に加熱して、ロウ材Ｒを溶融させる。なお、炉の中において、一方のエンドリング９に設けられた挿入孔１６とその挿入孔１６に挿入されている挿入端部１３とは、加熱されて固まったロウが溶けないような位置に配置される。

この実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）エンドリング９に設けられている挿入孔１６と、挿入端部１３とによってロウ付け時にロウ材Ｒを収容可能な凹状のロウ材収容部１８が設けられている。したがって、ロウ材収容部１８にロウ材Ｒを配置する時、ロウ材収容部１８に収容できる量であるか否かを目安にしてロウ材Ｒを準備すれば、ロウ材Ｒが回転子鉄心６と銅バー８との間にまで浸入することを抑制し、回転子鉄心６と銅バー８との絶縁状態を確保することができる。

（２）銅バー８は、段付形状に形成されているため、溶融したロウ材Ｒは、エンドリング９と銅バー８との間の隙間に流れ込んだ後、銅バー８の当接面１４において重力に起因してロウ材Ｒに作用するロウ材Ｒの流れ方向の力は抑制される。したがって、ロウ付けを行う際、溶融したロウ材Ｒが回転子鉄心６と銅バー８との間にまで浸入することを抑制できる。

（３）ロウ材収容部１８の容積は、隙間１７の体積と同等である。したがって、ロウ材収容部１８内に収まる程度のロウ材Ｒを準備して、そのロウ材Ｒをロウ材収容部１８内に配置すれば、過不足のない適正な量のロウ材Ｒを用いて、銅バー８とエンドリング９とを接合することができる。

（４）銅バー８は、長手方向と直交する方向の断面が楔状に形成され、厚さの薄い側が回転子鉄心６の内周側に位置している。したがって、回転子鉄心６に要求される強度を確保した状態で銅バー８の断面積を大きくすることができ、なおかつ、厚さが一定の二次導体に比べて二次導体を通る電流量を増加させて回転電機の高効率化を図ることができる。

（５）本体部１２は、その長さＴ１が回転子鉄心６の軸方向の長さＴ２と同じ長さとなるように形成されている。したがって、回転子鉄心６と銅バー８，エンドリング９との軸方向の位置決めが確実に行える。また、当接面１４とエンドリング９とが確実に密着し、溶融したロウ材Ｒが回転子鉄心６と銅バー８との間にまで浸入することをより確実に抑制できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 挿入端部１３の断面形状を変更してもよい。例えば、本体部１２の断面形状を楔形状にしたまま、挿入端部１３の断面形状を円形状に変更してもよい。

○ 二次導体としての銅バー８は、その断面形状を変更してもよい。例えば、銅バー８の断面形状を楕円形状や矩形状に変更してもよい。
○ ロウ付けが行なわれる時に水平な面となるように当接面１４を構成する代わりに、当接面１４が挿入端部１３側から本体部１２の外周に向って上方に傾斜する傾斜面となるように変更してもよい。このように構成すれば、ロウ付けする際、ロウ材Ｒが当接面１４上を通過していると、ロウ材Ｒ自体に作用する重力がロウ材Ｒの流れ方向と反対方向に作用するため、ロウ材Ｒが回転子鉄心６と銅バー８との間に浸入することはより抑制される。

○ 挿入孔１６の形状を、挿入端部１３を嵌合可能な形状としてもよい。例えば、挿入孔１６の形状を矩形状に形成し、挿入端部１３を断面矩形状に形成する。
○ ロウ付けを行なう際に用いるロウ材Ｒの種類を変更してもよい。例えば、ロウ材Ｒとして銅ロウ材やアルミロウ材を用いてもよい。

○ 銅バー８とエンドリング９とをロウ付けすることによって接合する代わりに、ロウ付けした場合と同様に高い導電率を得られるのであれば、銅バー８とエンドリング９とを半田付けすることによって接合してもよい。

○ 電動機に限らず発電機に適用してもよい。

本実施形態の回転電機の模式部分平面図。本実施形態の回転子の模式分解斜視図。（ａ）は回転子の模式斜視図、（ｂ）は回転子の模式部分平面図、（ｃ）は回転子のＡ−Ａ線模式断面図。従来技術を示す回転子の模式一部側断面図。

符号の説明

Ｒ…ロウ材、Ｔ１…本体部の長さ、Ｔ２…回転子鉄心の軸方向の長さ、Ｔ３…挿入端部の長さ、１…固定子、４…回転子、６…回転子鉄心、７…挿通孔、８…二次導体としての銅バー、９…エンドリング、１１…絶縁空間、１２…本体部、１３…挿入端部、１６…挿入孔、１７…隙間、１８…ロウ材収容部。

Claims

二次導体が挿通される挿通孔を備えた回転子鉄心と、前記回転子鉄心と絶縁された状態で前記挿通孔に挿通される複数の前記二次導体と、前記二次導体の両端がそれぞれ挿入される挿入孔が複数設けられたエンドリングとを備え、
前記二次導体は、両端に本体部より細い挿入端部を有する段付形状に形成された銅バーで構成されており、
前記挿入端部は、その長さが前記エンドリングの厚さより短く形成され、
前記挿入孔と前記挿入端部とから、ロウ材を収容可能なロウ材収容部が構成され、
前記二次導体と前記エンドリングとは、ロウ付けされて電気的に接続されている回転電機の回転子。
前記ロウ材収容部の容積は、前記二次導体と前記エンドリングとがロウ付けされる前の状態において前記挿入端部と前記エンドリングとの間に形成される隙間の体積と同等である請求項１に記載の回転電機の回転子。
前記二次導体は、長手方向と直交する方向の断面が楔状に形成されており、厚さの薄い側が前記回転子鉄心の内周側に位置する状態で接合されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機の回転子。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転子を備えた回転電機。