JPH03245745A - 回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば周速度が２５０ｍ／ｓｅｃ以上の高速
回転を可能とする回転子に関する。

［従来の技術］ 従来より、誘導電動機回転子あるいは磁気軸受回転子等
の回転子として、磁気特性及び加工特性こ優れたケイ素
鋼板の圧延材を所定形状にプレス打ち抜きして得た薄板
に絶縁被膜を形成した回転子コアを、適宜積層して円筒
体としたものが知られている。例えば特開昭５０−１０
１８１３号公報には、積層構造のカゴ型単相誘導電動機
の回転子構造が開示されている。

これにより、ケイ素鋼板の優れた磁気特性に基づきヒス
テリシス損が軽減さね、各回転子コアが絶縁されるため
に渦電流損が軽減される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ケイ素鋼板を利用した電動機の回転子はケイ素
鋼板自体の機械的強度が低いため、高速回転（二対して
強度が不足し、利用分野が限定されていた例えば、周速
度２５０ｍ／ｓｅｃ以上の高速回転では、その使用が困
難となる。

これを解決するために、高強度鋼とケイ素鋼とのいわゆ
るサンドイッチ構造により回転子を製作する技術が提案
されている。しがし、ケイ素鋼板自体の機械的強度を改
善するものでなく、高速運転に対する安全性を飛躍的に
向上させることはできなかっｈ 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、高
速回転に対して十分な強度を有し、かつ、高効率を確保
するためにヒステリシス損及び渦電流損の小さな回転子
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の構成した手段は、 磁性体の薄板からなる回転子コアを互いに絶縁しつつ積
層して構成される電動機等の回転子において、 前記回転子コアとして、軟磁性体の超強力鋼に酸化被膜
を形成した高強度回転子コアを使用したことを特徴とす
る回転子をその要旨としている。

［作用］ 本発明の回転子は、回転子コアとして磁化が比較的容易
な磁性体である軟磁性体で、かつ、機械的強度の大きな
超強力鋼を利用する。これにより、回転子コアとして要
求される磁気的特性を満足し、かつ、回転子コア自体の
機械的強度を向上させることができる。

軟磁性体で超強力鋼である鋼材は、一般的に導電率が高
く、これらの鋼板を単に積層するだけでは大きな渦電流
損が発生する。また、これらの鋼板は半硬質磁性体に近
似した特性を有し、ヒステリシス損が大きくなる。そこ
で、これらの軟磁性体で超強力鋼である鋼材を所定値以
下の薄板に形成すると共に酸化被膜を形成してそれぞれ
の回転子コアを電気的に独立させることで鉄損特性を改
善し、目的とする高強度回転子コアとする。

なお、軟磁性体で超強力鋼としては、低炭素含有の鉄−
９ニッケル合金、例えばマルエージング鋼が好ましい。

また、鋼板の厚みは、例えばマルエージング鋼にあって
は０．１５ｍｍ以下にまで薄肉化することが好ましい。

この様な軟磁性体で超強力鋼に上記のごとき酸化被膜を
形成するには、時効処理等の熱処理の過程において雰囲
気中の酸素と反応させる方法が経済的、効率的である。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を挙
げて詳述する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例であるカゴ型誘導電動機用の
回転子１０の断面図、第２図はその回転子１０の構成に
使用された回転子コア１２の斜視図である。

図示するように、回転子１０の機械的構造は以下の点に
おいて従来の回転子と同様である。回転子コア１２の外
形は略環状をしており、その内部孔１２ａにはシャフト
１４が圧入固定される。また、円周状に配列される小孔
１２ｂには二次導体となる導体棒１６が挿入され、各導
体棒１６は回転子１０の両端部にて溶接、ロウ付け、あ
るいはかしめ等で短絡環１８に連結結合される。これら
導体棒１６及び短絡環１８により、適当な枚数だけ積層
された回転子コア１２が連結固定される。

なお、導体棒１６及び短絡環１８は、銅あるいはアルミ
ニューム等の低電気抵抗材にて形成さね電気導通性を有
する。

一方、本実施例の高速回転用電動機の回転子１０は、従
来の回転子と以下の相違点がある。

まず、各回転子コア１２は、板厚０．１５ｍｍのマルエ
ージング鋼板を第２図に示す形状に打ち抜き加工して製
作さ札　その表面には絶縁性の酸化被膜１２ｃが形成さ
れている。

このように薄板形成されたマルエージング鋼（表第３図
に示すような鉄損特性を示す。回転子］０が高速回転す
る場合、すなわち周波数が高い状態での鉄損は、一般的
な回転子材料であるケイ素鋼板に比較しても低く、高効
率の電動機が実現可能であることが明瞭である。

そして、上記のごとき回転子コア１２の良好な鉄損特性
を最大限に引き出すために、回転子コア表面には酸化被
Ｍ１２　ｃが形成される。この酸化被膜１２ｃｆ；Ｌ　
時効処理等の熱処理を空気中等の酸素雰囲気中で行うこ
とにより、簡易に形成される。この酸化被膜１２ｃの絶
縁性によって各回転子コア１２はそれぞれ電気的に独立
した存在となり、渦電流損及びヒステリシス損が軽減さ
札　積層されて回転子１２として製造された後も第３図
に示すような良好な鉄損特性を示す。

以上のごとく構成される本実施例の回転子１０１表次の
ような効果が明らかである。

第−に、総ての回転子コア１２が超強力鋼であるマルエ
ージング鋼により構成されるため、極めて高い機械的強
度を有することになる。従って、高速回転時に作用する
遠心力に対して十分な機械的耐力を示し、例えば周速度
が２５０ｍ／ｓｅｃ以上の高速回転でも安全に連続運転
することができる。

第二に、回転子コア］２は板厚○−１５ｍｍに薄肉化さ
れると共に表面に酸化被膜が形成さねそれぞれの回転子
コアは電気的に独立に構成される。このため、高速回転
時の鉄損特性が大幅に改善さ札発熱が低くなり、連続し
た高速回転を高効率に達成する。

なお、上記実施例では誘導電動機用の回転子１０に本発
明を適用した例を示したが、その他の電機的回転子につ
いても適用可能であり、この場合にも機械的強度に優れ
た高速回転用の電動機として優れた効果を発揮する。

また、上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱し
ない種々の態様により具現化してもよい。

例えば、短絡環１８と導体棒１６との連結方法は、両部
材の材質等に応じて適宜決定される。

更に、鉄損の影響を受は難い箇所の回転子コアのみの厚
さを他の部位の回転子コアより厚くして使用することも
可能である。次に、この回転子コアの厚みを変更した他
の実施例について詳述する。

第４図は、他の実施例である回転子２０の左端部を拡大
した構成説明図である。図示する回転子コア２２は、前
述の実施例同様に高速回転に適したマルエージング鋼を
薄肉化したもので、各回転子コア２２は表面に形成され
た酸化被膜２２ｃによりそれぞれ電気的に独立している
ことは前述の実施例と同様である。なお、その他の構成
部位に付した数値符号の第−桁は、前述の実施例の該当
する構成部位に付した数値符号と同一であり、シャフト
２４及び短絡環２８を表している。

本実施例の回転子２０は、前述の実施例である回転子］
０と比較して、回転子両端部に位置する回転子コア３０
の厚みが他の回転子コア２２に比較して数倍程度厚く形
成されている点で相違する。

また、現実に多数の回転子コア２２を積層した場合、各
回転子コア２２の厚さのばらつき、反り、更には組み付
け、加工作業の精度に起因して完全な円筒形状に整列せ
ず、その端面が回転軸に対して角度θだけ傾くことが一
般的である。そこで、より一般的な回転子の構成を説明
するため、第４図にはこの様な傾き角度θが存在する回
転子２０を図示している。

この様に回転軸に対して角度θだけ傾いた端面に短絡環
２８をそのまま装着した場合、次の不都合が生じる。回
転子２０の遠心破壊に対する機械的強度を一層向上させ
るため、短絡環２８の外周を補強リング３２にて覆い、
完成時に第５図に示すような構造とする場合がある。こ
の場合、短絡環２８と補強リング３２との間に隙間が存
在しては、補強リング３２を設けた効果が無くなる。そ
こで、回転子２０の端面が回転軸に対して角度θだけ傾
いている場合には、最外側の回転子コア、本実施例の場
合には回転子コア３０を切削し、補強リング３２との密
着性を高めなければならない。

上記目的のために切削される回転子コア３０の切削部分
を第４図にハツチを付して示している。

図示するように、角度θの大きさによってはかなりの切
削加工が必要となり、その分だけ機械的強度は低下する
ことになる。

しかし、本実施例の回転子２０にあっては、最外側の回
転子コア３０は他の部位の回転子コア２２に比較して肉
厚に形成されている。従って、第４図に示すような切削
加工により最も肉薄となった回転子コア３０の部分でも
、他の回転子コア２２と同程度の厚さ、すなわち回転子
コア２２と同程度の機械的強度を保証することができる
。

この様に、本実施例の回転子２０によれば、補強リング
３２を利用する場合に回転子コア３０を切削加工しよう
とも、他の回転子コア２２と同程度あるいはそれ以上の
機械的強度を確保することができ、高速回転に容易に対
処することができる。

また、この様に肉厚に構成される回転子コア３０は、回
転子２０の最外側に位置する回転子コアのみであるから
、回転子２０の全体に対して与える鉄損の増加は無視で
きるほど（こ微小であり、前ｇ１実施例同様に高効率の
電機回転機を構成するこ２ができる。

なお、上記２種の実施例の回転子１０．２０＠実際に製
作するに際し、その他の高効率、高回東に寄与する技術
を併用してもよい。例えば、回も子１０．２０の風損を
低減するため回転子コア１２．２２及びシャフト１４．
２４の表面を可能ん限り鏡面仕上げとしたり、放熱性を
高めるためにシャフト１４．２４の材質を選別して黒体
放射を利用するなど、各種の技術が適宜併用される。

［発明の効果］ 実施例を挙げて詳述したごとく、本発明の回を子は、回
転子コアとして軟磁性体の超強力鋼（３酎化被膜を形成
した高強度回転子コアを使用することを特徴とするもの
である。

すなわち、本発明の回転子コアは、その素材上の特性と
して磁化が容易で、かつ、大きな機械的強度を有する。

これにより、回転子コアとして要求される磁気的特性を
満足し、かつ、回転子コア自体の機械的強度を向上させ
ることができる。

また、各回転子コアを所定値以下の薄板に形成し、その
表面に酸化被膜を形成することで、それぞれの回転子コ
アを電気的に独立させて鉄損特性を改善することができ
る。

従って、上記各構成要件を満足する本発明の回転子は、
高速回転に対して十分な強度を有し、かつ、ヒステリシ
ス損及び渦電流損の小さな高効率の回転子となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例である回転子の断面図、第２図はそ
の回転子コアの斜視図、第３図はその回転子コアの鉄損
特性図、第４図は第２実施例である回転子の端部拡大断
面医　第５図はその回転子に補強リングを使用したとき
の説明図、をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　磁性体の薄板からなる回転子コアを互いに絶縁しつ
   つ積層して構成される電動機等の回転子において、 前記回転子コアとして、軟磁性体の超強力鋼に酸化被膜
   を形成した高強度回転子コアを使用したことを特徴とす
   る回転子。