旋转电机的转子的制作方法

1.本发明的实施方式涉及具有转子条的旋转电机的转子。


背景技术：

2.作为旋转电机的一例，已知有具有笼型的转子构造的感应电动机。笼型的转子具备转子铁芯、埋入于转子铁芯的多根转子条、以及在转子铁芯外连接各转子条的端环。转子条插通在设置于转子铁芯的插槽中。转子条的轴向两端部(条端)从转子铁芯的两端面分别朝外侧突出。通过对转子条实施模锻加工，例如形成模锻槽，由此将转子条固定于转子铁芯的插槽。通常，模锻槽形成在转子铁芯的范围内，而不形成于条端。
3.在从转子铁芯的端面到端环之间，多个条端呈排列为圆周状的状态，随着转子的旋转，条端以径流风扇的方式发挥作用。即，随着转子的旋转，风沿着径向流动，并且在条端的外周侧产生以与转子的圆周速度接近的速度流动的风。在电动机的运转时，在转子条中流动电流，转子条由于焦耳损失而发热，但通过上述风的流动来冷却转子条以及转子。近年来，随着钎焊技术的进步，条端长度逐渐变小。由此，条端的散热面积减少而冷却性能降低。其结果，转子的温度上升变大。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开平11-18344号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.本发明的实施方式的课题在于提供一种能够实现冷却性能提高的旋转电机的转子。
9.用于解决课题的手段
10.根据实施方式，旋转电机的转子具备：旋转轴，绕中心轴线旋转自如；转子铁芯，同轴地固定于上述旋转轴，具有：位于轴向的一端侧的第1端面及位于轴向的另一端侧的第2端面；与上述中心轴线同轴的外周面；多个插槽，分别沿着轴向贯通地形成，在上述第1端面及上述第2端面上开口，在上述外周面的周向上隔开间隔地设置；以及多个开口部，分别形成于上述外周面，沿着上述轴向延伸，并且与上述插槽连通；多根转子条，分别插通在上述插槽中，具有从上述第1端面沿着轴向伸出的第1条端以及从上述第2端面沿着轴向伸出的第2条端；环状的第1端环，固定于上述第1条端的伸出端；以及环状的第2端环，固定于上述第2条端的伸出端。上述转子条分别具有沿着上述轴向延伸且与上述开口部对置的模锻槽以及与上述模锻槽连续地形成于上述第1条端的第1端部模锻槽，上述第1端部模锻槽从上述第1端面的位置朝向上述第1端环向上述转子铁芯的径向外侧倾斜地延伸。
附图说明
11.图1是表示实施方式的旋转电机的一部分的纵截面图。
12.图2是放大表示沿着图1的线a-a的上述旋转电机的转子的一部分的截面图。
13.图3是将上述转子的轴向的一端部局部切断表示的侧视图。
14.图4是沿着图3的线b-b的上述转子的外周部的截面图。
15.图5是示意性地表示上述转子条的一个条端的截面图。
16.图6a是沿着图3的线c-c的转子条端的截面图。
17.图6b是放大表示上述转子条端的模锻槽部分的截面图。
18.图7a是沿着图3的线d-d的转子条端的截面图。
19.图7b是放大表示上述转子条端的模锻槽部分的截面图。
20.图8是示意性地表示上述转子条以及模锻槽的图。
21.图9是放大表示第1变形例的转子的条端部分的截面图。
22.图10是表示第2变形例的转子的转子条部分的截面图。
23.图11是表示第3变形例的转子的转子条部分的截面图。
24.图12是表示第4变形例的转子的转子条部分的截面图。
25.图13是表示第5变形例的转子的转子条部分的截面图。
具体实施方式
26.以下，参照附图对各种实施方式进行说明。另外，对实施方式整体共通的构成标注相同的符号，省略重复的说明。此外，各图是用于促进实施方式及其理解的示意图，其形状、尺寸、比例等存在与实际装置不同之处，这些能够参考以下的说明以及公知技术而适当设计变更。
27.(实施方式)
28.图1是表示沿着实施方式的旋转电机的中心轴线分割为一半的部分的纵截面图。
29.如图1所示，旋转电机10例如构成为内转子型的旋转电机。旋转电机10具备内部被密闭的壳体12、配置在壳体12内的定子(stator)14、以及笼型的转子(rotor)16。
30.壳体12具有大致圆筒状的框架18、安装于框架18的轴向一端并封闭该一端的圆盘状的第1托架19、以及安装于框架18的轴向另一端并封闭该另一端的圆盘状的第2托架20。在第1托架19的中心部螺栓固定有内置了轴承b1的第1轴承壳22a。在第2托架20的中心部螺栓固定有内置了轴承b2的第2轴承壳22b。轴承b1以及轴承b2沿着旋转电机10的中心轴线c1排列配置。
31.定子14具有圆筒状的定子铁芯24以及卷绕于定子铁芯24的定子线圈28。定子铁芯24以其外周面与框架18的内周面卡合的状态支承于框架18，且与中心轴线c1同轴地配置。在定子铁芯24的轴向两端面上固定有环状的一对铁芯按压件26a、26b。定子铁芯24通过层叠多张由磁性材料、例如硅钢板形成的环状的金属板而构成。在定子铁芯24的内周部形成有分别沿着轴向延伸的多个插槽。定子线圈28以埋入这些插槽的状态安装于定子铁芯24。定子线圈28的线圈端28e从定子铁芯24的两端面沿着轴向伸出。
32.转子16具备旋转轴30、转子铁芯(转子铁心)32、埋入转子铁芯32的多根转子条40、以及与转子条40的两端连接的一对端环42a、42b。旋转轴30与中心轴线c1同轴地配置在壳
体12内，轴向的一端部以及另一端部分别由轴承b1、b2支承为旋转自如。旋转轴30的驱动侧端部30a朝机外伸出。在驱动侧端部30a安装有用于连接驱动齿轮装置等的接头。
33.转子铁芯32通过层叠多张由磁性材料、例如硅钢板形成的环状的金属板而构成，形成为大致圆筒形状。转子铁芯32安装于旋转轴30的轴向的大致中央部，与中心轴线c1同轴地配置在定子铁芯24的内侧。转子铁芯32的外周面隔开间隙g与定子铁芯24的内周面对置。转子铁芯32的轴向长度形成为与定子铁芯24的轴向长度大致相等。此外，转子铁芯32具有位于轴向的一端的第1端面32a以及位于轴向的另一端的第2端面32b。第1端面32a以及第2端面32b与中心轴线c1大致正交地延伸。
34.转子铁芯32由安装于旋转轴30的一对铁芯按压件34a、34b以从轴向两端侧夹持的方式支承。铁芯按压板34a、34b形成为环状，其外径形成为小于转子铁芯32的外径。
35.图2是沿着图1的线a-a的转子的截面图，图4是放大表示转子的转子条部分的截面图。
36.如图1以及图2所示，在转子铁芯32以及铁芯按压件34a、34b上形成有多个沿着轴向贯通它们的通风管道44。多个通风管道44绕中心轴线c1在圆周方向上隔开一定间隔地设置。
37.在转子铁芯32的外周部形成有分别沿着轴向延伸的多个插槽(槽)50，多个插槽50在圆周方向上隔开一定间隔地排列。各插槽50沿着轴向贯通转子铁芯32而延伸，并在第1端面32a以及第2端面32b上开口。此外，各插槽50经由具有周向的宽度w2的开口部52在转子铁芯32的外周开口。开口部52遍及转子铁芯32的轴向的全长而延伸。插槽50的截面形状例如形成为矩形状。插槽50的周向的宽度w1被设定为大于开口部52的周向的宽度w2。
38.转子条40插通在各插槽50中，并沿着转子铁芯32的轴向延伸。转子条40的截面形状例如形成为与插槽50的截面形状对应的大小(尺寸)的矩形状。如图2以及图4所示，转子条40具有相互对置的一对短边侧面(上表面41a以及下表面41b)以及相互对置的一对长边侧面(一对侧面41c)。转子条40以上表面41a朝向转子铁芯32的外周面的状态、即上表面41a与开口部52对置的状态，配置在插槽50中。
39.如图1所示，转子条40的长度方向的一端部(第1条端)40a从转子铁芯32的第1端面32a朝外侧伸出。转子条40的长度方向的另一端部(第2条端)40b从转子铁芯32的第2端面32b朝外侧伸出。第1条端40a的伸出长度与第2条端40b的伸出长度被设定为大致相等。
40.作为模锻加工的一例，通过在转子条40的上表面41a上形成模锻槽60，由此将转子条40凿密固定于转子铁芯32的插槽50。即，将转子条40的一对侧面41c按压于转子铁芯32并固定于转子铁芯32。
41.在第1条端40a的伸出端固定有圆环状的端环42a。端环42a与中心轴线c1同轴地配置，将多个条端40a相互连结。在第2条端40b的伸出端固定有圆环状的端环42b。端环42b与中心轴线c1同轴地配置，将多个条端40b相互连结。转子条40以及端环42a、42b例如由铝、铜等具有导电性的金属材料形成。
42.多根转子条40以及一对端环42a、42b构成感应电动机的笼型转子。通过对定子线圈28通电，由此转子铁芯32产生感应而旋转，旋转轴11与转子铁芯32一体地旋转。
43.接着，对模锻槽60进行详细说明。
44.图3是将转子的轴向的一端部局部切断表示的侧视图，图4是沿着图3的线b-b的转
子的外周部的截面图，图5是示意性地表示转子条的一方的条端的截面图。
45.如图3以及图4所示，模锻槽60例如使用具有尖锐成三角形状的外周缘的圆盘状的按压辊r来形成。将按压辊r的外周部通过转子铁芯32的开口部52按压于转子条40的上表面41a，使按压辊r一边旋转一边沿着开口部52移动，由此在转子条40的上表面41a上形成模锻槽60。此时，使按压辊r从转子条40的长度方向的大致中央朝向第1条端40a沿着轴向移动，接着，使按压辊r从转子条40的长度方向的大致中央朝向第2条端40b沿着轴向移动。由此，在转子条40中，遍及位于转子铁芯32的插槽50内的区域的全长形成一定深度的模锻槽60。模锻槽60具有三角形的截面形状，三角形的顶点形成槽的底缘61。
46.如图3所示，在模锻槽60的加工中，使按压辊r朝第1条端40a侧移动到按压辊r的旋转中心c2与转子铁芯32的第1端面32a一致的位置。由此，在第1条端40a形成与模锻槽60连续的第1端部模锻槽60a。如图3以及图5所示，第1端部模锻槽60a从第1端面32a朝向第1条端40a的伸出端伸出为长度l1。第1端部模锻槽60a形成为，从第1端面32a到第1槽端s2为止深度逐渐变浅。即，第1端部模锻槽60a的底缘61a在第1端面32a的位置处，从模锻槽60的底缘61(基端s1)到上表面41a上的第1槽端s2为止朝向转子铁芯32的径向外侧倾斜地延伸。在本实施方式中，底缘61a弯曲成圆弧状而延伸。
47.图6a是沿着图3的线c-c的转子条端的截面图，图6b是将图6a所示的转子条端的模锻槽部分放大表示的截面图，图7a是沿着图3的线d-d的转子条端的截面图，图7b是将图7a所示的转子条端的模锻槽部分放大表示的截面图。
48.如图5、图6a、图6b所示，在设置于第1条端40a的第1端部模锻槽60a中，在接近转子铁芯32的位置(基端部)处，槽的深度与模锻槽60的深度大致相等地形成得较深。通过转子16旋转，产生在第1条端40a的外周侧流动的空气流cf。通过该空气流cf，在第1端部模锻槽60a内生成流速较高且较大的涡流sw1。
49.另一方面，如图7a、图7b所示，在第1端部模锻槽60a中，在远离转子铁芯32的位置(前端部)处，槽的深度形成为比上述基端部处的槽的深度浅。因此，通过空气流cf，在前端部的第1端部模锻槽60a内生成流速较低且较小的涡流sw2。
50.如图5所示，在第1端部模锻槽60a内，在基端侧与前端侧产生的涡流的流速以及静压互不相同。即，在第1端部模锻槽60a的基端侧，涡流的流速较高而静压ps1变小，反之，在第1端部模锻槽60a的前端部，涡流的流速较低而静压ps2变大(ps2》ps1)。由此，在第1端部模锻槽60a内，从流速较低而静压ps2较大的前端部侧朝流速较高而静压ps1较小的基端部侧产生轴向流动af。通过该轴向流动af，第1端部模锻槽60a内的空气从第1端部模锻槽60a的第1槽端(末端)s2的外周侧向第1端部模锻槽60a内流入，并从第1端部模锻槽60a的立起开始点(基端)s1侧朝第1条端40a的外周侧流出。向第1端部模锻槽60a流入而循环的空气，虽然从第1条端40a接受热而升温，但不会变为高温。如此，通过设置模锻槽60以及第1端部模锻槽60a，由此转子条40的散热面积增加，且第1端部模锻槽60a内的空气温度不会变高，因此能够促进第1条端40a的散热。因而，转子条40以及转子铁芯32的冷却性能提高，能够降低转子的温度。
51.另外，如上所述，当使模锻槽加工用的按压辊r从转子铁芯32的中央侧朝向第1端面32a一边旋转一边按压时，转子条40要朝外周侧翘曲，但通过将按压辊r一边旋转一边按压到按压辊r的旋转中心c2与转子铁芯32的第1端面32a一致的位置，由此能够抑制转子条
40的翘曲。不需要抑制翘曲的产生、切削转子条的前端部等的后续加工。
52.图8是示意性地表示转子条以及模锻槽的图。
53.模锻槽可以仅设置于一方的第1条端40a，但也可以设置于双方的条端。如图8所示，根据本实施方式，在第2条端40b形成有与中央的模锻槽60连续的第2端部模锻槽60b。通过在将上述按压辊r按压于转子条40的上表面41a的状态下，使其从转子铁芯32的轴向的中央部朝向第2条端40b沿着轴向一边连续地旋转一边移动，由此在转子条40的上表面41a上形成模锻槽60。在模锻槽60的加工中，使按压辊r朝第2条端40b侧移动到按压辊r的旋转中心c2位于比转子铁芯32的第2端面32b稍微靠近前的位置。由此，在第2条端40b上形成与模锻槽60连续的第2端部模锻槽60b。
54.第2端部模锻槽60b从第2端面32b的位置朝向第2条端40b的伸出端伸出为长度l2。轴向的长度l2与另一端侧的第1端部模锻槽60a的轴向的长度l1不同。即，长度l2被设定得比长度l1短(l2《l1)。第2端部模锻槽60b形成为，从第2端面32b的位置到第2槽端为止深度逐渐变浅。即，第2端部模锻槽60b的底缘61b在第2端面32b的位置处，从模锻槽60的底缘61到上表面41a上的第2槽端为止朝向转子铁芯32的径向外侧倾斜地延伸。在本实施方式中，底缘61b弯曲成圆弧状而延伸。
55.如图8中箭头所示，当转子16旋转时，在第1端部模锻槽60a中，如上所述，通过轴向流动af，空气从第1模锻槽60a的立起末端(第1槽端)s2的外周侧向第1端部模锻槽60a内流入，并从第1端部模锻槽60a的立起开始点(基端)s1侧朝第1条端40a的外周侧流出。
56.在第2端部模锻槽60b中，通过轴向流动，空气从第2端部模锻槽60b的立起末端(第2槽端)的外周侧向第2端部模锻槽60b内流入，并从第2端部模锻槽60b的立起开始点(基端)侧朝第2条端40b的外周侧流出。
57.此外，在轴向长度l1较长的第1端部模锻槽60a中，转子铁芯32的第1端面32a附近的模锻槽较深，通过在第1条端40a的外周侧流动的空气生成流速较高且较大的涡流。另一方面，在轴向长度l2较短的第2端部模锻槽60b中，转子铁芯32的第2端面32b附近的模锻槽较浅，在第2端部模锻槽60b内生成流速较低且较小的涡流。进而，在形成于转子条40的中央部的模锻槽60内，生成从流速较低而静压较大的第2端部模锻槽60b侧朝相反侧的流速较高而静压较低的第1端部模锻槽60a侧流动的轴向流动。空隙、转子铁芯32、开口部52的空气通过模锻槽60朝第1条端40a侧流动，低温空气从第2端部模锻槽60b侧向模锻槽60流入。因此，空隙、转子铁芯32、开口部52附近的转子铁芯、转子条40朝温度更低的空气散热，因此能够促进转子16的散热，实现转子16的温度降低。
58.根据如以上那样构成的本实施方式的旋转电机10的转子16，通过对转子条40的模锻槽60下功夫，能够促进转子条40以及转子铁芯32的冷却，实现冷却性能的提高。由此，能够得到冷却性能提高且实现温度降低的旋转电机的转子。
59.接着，对本发明的变形例的旋转电机的转子进行说明。另外，在以下说明的变形例中，对与上述实施方式相同的部分标注相同的参照符号并省略或简化其详细说明，以与实施方式不同的部分为中心进行详细说明。
60.(第1变形例)
61.图9是将第1变形例的转子的条端部分放大表示的截面图。
62.第1端部模锻槽60a的底缘61a并不限定于在圆弧上倾斜的情况，也可以如图所示
那样从基端s1到末端s2直线地倾斜延伸。
63.在上述那样的第1端部模锻槽60a中，也能够得到与上述实施方式相同的作用效果。
64.(第2变形例)
65.图10是将第2变形例的转子的转子条部分放大表示的截面图。
66.如图所示，根据第2变形例，转子条40的截面形状形成为，与开口部52对置的上表面(第1边)41a的长度(周向的宽度)大于相反侧的下表面(旋转轴侧的面)(第2边)41b的长度(周向的宽度)的多边形、例如梯形。一对侧面41c以朝向下表面41b变得尖细的方式倾斜。转子铁芯32的插槽50形成为与转子条40对应的尺寸以及形状的截面形状。上表面41a的宽度w1大于开口部52的宽度w2。
67.当将模锻槽加工用的按压辊r的周缘部通过开口部52按压于转子条40的上表面41a时，转子条40以一对侧面41c被朝插槽50的斜面51c按压、同时转子条40的上表面41a侧的肩部43b塑性变形而被朝插槽50的肩部51b按压的状态，固定于转子铁芯32。从转子铁芯32的轴向的一端遍及到另一端，转子条40的侧面41c与插槽50的斜面51c抵接，并且转子条40的肩部43b与插槽50的肩部51b抵接，转子条40与转子铁芯32之间的接触热阻变小。由此，转子条40的发热容易朝热容量较大的转子铁芯32以及旋转轴传递，能够促进转子条40的散热，降低转子条40以及转子铁芯32的温度。此外，在第2变形例中，也能够得到与上述实施方式相同的作用效果。
68.(第3变形例)
69.图11是将第3变形例的转子的转子条部分放大表示的截面图。
70.如图所示，根据第3变形例，转子铁芯32的开口部52形成为，从转子铁芯32的外周面朝向插槽50的上端、即转子条40的上表面41a而宽度逐渐变宽。开口部52的插槽50侧的端部的宽度与上表面41a的宽度w1大致相同。通过如此扩大开口部52的宽度，由此开口部52的截面积变大。
71.在轴向通风方式的转子或者使转子铁芯扭斜的构造的旋转电机中，在转子铁芯32的轴向两侧存在压力差的情况下，机内的空气沿着轴向从开口部52进行通风。此时，通过如上述那样将开口部52的截面积设定得较大，由此通风阻力变小而流量增加。由此，能够促进转子铁芯32以及转子条40的散热，实现转子的温度降低。
72.(第4变形例)
73.图12是将第4变形例的转子的转子条部分放大表示的截面图。
74.如图所示，根据第3变形例，转子铁芯32的开口部52形成为，从转子铁芯32的外周面朝向插槽50的上端、即转子条40的上表面41a而宽度逐渐变宽。开口部52的插槽50侧的端部的宽度被设定为小于上表面41a的宽度w1。通过如此扩大开口部52的宽度，由此开口部52的截面积变大。
75.由于转子条40的上表面41a的宽度w1大于开口部52的下端的宽度，因此当将按压辊r的周缘部按压于转子条40的上表面41a时，转子条40以一对侧面41c被朝插槽50的斜面51c押压、同时转子条40的上表面41a侧的肩部43b塑性变形而被朝插槽50的肩部51b押压的状态，固定于转子铁芯32。从转子铁芯32的轴向的一端遍及到另一端，转子条40的侧面41c与插槽50的斜面51c抵接，并且转子条40的肩部43b与插槽50的肩部51b抵接，转子条40与转
子铁芯32之间的接触热阻变小。此外，通过扩大开口部52的宽度，由此轴向流动的通风阻力变小，通风流量增大。由此，能够促进转子条40以及转子铁芯32的散热，实现转子的冷却性的提高。
76.(第5变形例)
77.图13是将第5变形例的转子的转子条部分放大表示的截面图。
78.如图所示，转子条40的截面形状并不限定于梯形，也可以形成为其他多边形、例如五边形的截面。转子条40具有与开口部52对置的上表面41a以及相反侧的下表面41b，在上表面41a上设置有模锻槽60。转子条40的宽度w1在上表面41a与下表面41b的大致中间成为最大。并且，分别弯曲倾斜的侧面41c被按压于插槽50的对应的斜面。开口部52的插槽侧的端部为，周向的宽度逐渐扩大，并与转子条40的上表面的宽度大致一致。
79.在上述构成的第5变形例中，也能够得到与上述第3变形例以及第4变形例相同的作用效果。
80.另外，对本发明的几个实施方式以及变形例进行了说明，但这些实施方式以及变形例是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及变形包含于发明的范围、主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。