CN106716798A - 感应电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方式的感应电动机具有定子和转子。定子在具有多个定子槽的定子铁芯配置有定子线圈。转子的转子铁芯具有多个转子齿、以及形成于多个转子齿之间并配置有转子导通部的转子槽。转子齿具有齿本体部和凸缘部。齿本体部沿着转子铁芯的径方向延伸。凸缘部从齿本体部的顶端沿着转子铁芯的旋转方向延伸。而且，在凸缘部的径方向外侧的外周面的至少一部分形成有低洼面。与齿本体部的径方向外侧的端面相比，低洼面朝着旋转方向顶端更远离定子铁芯。另外，凸缘部朝着旋转方向顶端变细。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及感应电动机。
背景技术
作为感应电动机，知晓所谓的使用了笼型转子的笼型感应电机。该笼型感应电动机包括：定子，在具有多个定子槽的大致圆筒状的定子铁芯配置有定子线圈；以及转子，与定子相比，设置在径方向内侧，并设置成相对于定子旋转自如。
转子具有旋转轴以及外嵌固定于该旋转轴的转子铁芯。在转子铁芯上呈放射状地配置有沿着径方向延伸的多个转子齿，并在周方向上邻接的转子齿之间形成有转子槽。在该转子槽中配置有转子导条(导体条)。在转子导条的轴方向两端设置有端环，该端环以环绕旋转轴的周围的方式形成为环状。这些转子导条和端环构成为二次导体。
而且，通过在定子侧产生的磁场、与基于该磁场在二次导体中产生的感应电流的相互作用，使转子旋转。
近年来，正在进行感应电动机的效率限制(领跑者限制)。另外，例如在用作铁路车辆的主电动机的感应电动机中，从节能化、低噪音化、更加小型化等的观点出发，也在进行效率提高。
在此，在谋求感应电动机小型化、高转矩化时，需要提高在定子铁芯与转子铁芯之间形成的空隙部的磁通密度。但是，空间高次谐波成分也会变多，由此造成的高次谐波二次铜损(转子侧的铜损)也会变大，电机特性有可能恶化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-087375号公报
专利文献2：日本特开平9-289761号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使损耗降低等的电机特性得到提高并实现小型化、高效率化的感应电动机。
用于解决技术问题的手段
本发明的实施方式的感应电动机具有定子和转子。定子在具有多个定子槽的定子铁芯配置有定子线圈。转子具有设置成相对于定子旋转自如的转子铁芯。转子铁芯具有多个转子齿、以及形成于多个转子齿之间并配置有转子导通部的转子槽。转子齿具有齿本体部和凸缘部。齿本体部沿着转子铁芯的径方向延伸。凸缘部从齿本体部的顶端沿着转子铁芯的旋转方向延伸。而且，在凸缘部的径方向外侧的外周面的至少一部分形成有低洼面。与齿本体部的径方向外侧的端面相比，低洼面朝着旋转方向顶端更远离定子铁芯。另外，凸缘部朝着旋转方向顶端变细。
附图说明
图1是示出第一实施方式的感应电动机的概略结构图。
图2是沿着图1的A-A线的剖视图。
图3是图2的B部分放大图。
图4是示出第一实施方式的转子铜损的相对值的变化的图。
图5是示出第二实施方式的感应电动机的概略结构图。
图6是沿着图5的D-D线的剖视图。
图7是示出第三实施方式的感应电动机的概略结构图。
图8是沿着图7的H-H线的剖视图。
图9是示出第四实施方式的感应电动机的概略结构图。
图10是示出第五实施方式的凸缘部的放大平面图。
具体实施方式
下面，参照附图，对实施方式的感应电动机进行说明。
(第一实施方式)
首先，根据图1至图4，对第一实施方式进行说明。
图1是感应电动机1的概略结构图。图2是沿着图1的A-A线的剖视图。
如图1、图2所示，感应电动机1具备大致圆筒状的定子2以及转子3，该转子3与定子2相比设置在径方向内侧，并设置成相对于定子2旋转自如。
此外，在下面的图中，为了便于理解说明，适当地变更了各部件的缩尺。另外，在以下的说明中，将转子2的轴方向简称为轴方向，将转子2的旋转方向称为周方向，并将转子2的径方向简称为径方向进行说明。
定子2具有大致圆筒状的定子铁芯4。定子铁芯4例如沿着轴方向层叠有多个电磁钢板。定子铁芯4的轴方向两端通过定子铁芯压板4a保持。此外，电磁钢板是通过向铁中添加硅而制造出的薄板的钢板。
在定子铁芯4的内周面侧形成有朝着定子铁芯4的径方向中心突出的多个定子齿5。沿着周方向等间隔地配置这些定子齿5。另外，在周方向上邻接的定子齿5之间分别形成有定子槽6。而且，在各个定子槽6中配置有定子线圈7。
转子3配置在定子铁芯4的径方向中心，并具有被未图示的轴承旋转自如地支承的旋转轴8。在旋转轴8的与定子铁芯4对应的位置，外嵌固定有大致圆柱状的转子铁芯9。转子铁芯9例如沿着轴方向层叠有多个电磁钢板。在转子铁芯9的径方向内侧形成有能够插入或者压入旋转轴8的贯通孔9a。在该贯通孔9a中插入有旋转轴8。
另外，在转子铁芯9的外周面侧，形成有朝着径方向外侧突出的多个转子齿10。沿着周方向等间隔地、呈放射状地配置这些转子齿10。另外，转子齿10的剖面形成为大致T字状。转子齿10包括沿着径方向延伸的齿本体部11、以及从齿本体部11的顶端沿着周方向延伸的凸缘部12。
图3是图2的B部分放大图。
如该图中详细示出的那样，在凸缘部12，在径方向外侧的外周面设置有低洼部16。遍及转子齿10的整个轴方向设置有低洼部16。通过设置低洼部16，凸缘部12形成为，以该凸缘部12的外周面与齿本体部11的侧面的延长线L相交的点为基点P，朝着周方向的顶端逐渐变细。
在此，低洼部16为倾斜面17，该倾斜面17形成于凸缘部12的外周面，并形成为，从基点P开始朝着凸缘部12的周方向顶端，逐渐比齿本体部11的径方向外侧的端面更远离定子铁芯9。此外，将在后面说明低洼部16的作用。
如图1所示，在这样形成的转子齿10之间形成有转子槽13。而且，在该转子槽13的被齿本体部11和凸缘部12包围的部位，配置有剖面为大致矩形状的转子导条14。转子导条14为铜或铝等的导电体，并且由非磁性体构成。
另外，在转子导条14的轴方向两端分别设置有圆环状的端环15。该端环15也由与转子导条14相同的材料构成。
接下来，对形成于转子齿10的低洼部16的作用进行说明。
首先，对感应电动机1的动作进行说明。
为了使感应电动机1动作，对定子线圈7通电。当对定子线圈7通电时，在定子铁芯4中形成磁通。该磁通经由定子齿5穿过转子齿。于是，在转子导条14以及端环15中产生感应电流，并通过该感应电流与在定子铁芯4中形成的磁通的相互作用，使转子3旋转。
在此，虽然磁通穿过转子齿10，但是磁通很少穿过形成于在周方向上相邻的转子齿10之间的转子槽13。即，当在转子铁芯9的外周面观察时，在形成有转子齿10的部位和形成有转子槽13的部位，磁通密度的变化较大。在这样的状态下，当转子3旋转时，与转子3的旋转角相对应地产生磁通的变动，该磁通的变化变成空间高次谐波，并导致高次谐波二次铜损(转子导条14的铜损)变大。这是因为，虽然为了降低转子导条14的漏电感而将转子导条14配置在转子铁芯9的外周面侧，但是，在这种情况下，在转子导条14的径方向外侧由空间高次谐波造成的影响会变大，高次谐波二次铜损会增加。
在此，在转子齿10的凸缘部12形成有低洼部16。因此，凸缘部12与定子2之间的空隙朝着凸缘部12的周方向的顶端逐渐变大。换言之，由于凸缘部12形成为朝着顶端变细，因此磁通难以穿过凸缘部12。
因此，转子齿10与转子槽13之间的磁通密度的变化不会急剧变化，而是平缓变化。另外，磁通难以穿过凸缘部12的周方向的顶端侧，相应地，在该顶端侧，由径方向上对置的转子导条14的径方向外侧的空间高次谐波造成的影响变小。
再有，通过在凸缘部12设置低洼部16，与未设置低洼部16的情况相比，凸缘部12的顶端侧的漏磁通也会减少，漏电感也很少发生增减。
在此，根据图4，对低洼部16的形状与高次谐波二次铜损(转子导条14的铜损(转子铜损))之间的关系进行详细说明。
图4是示出将纵轴设为转子铜损的相对值(％)、并将横轴设为低洼部16的深度的相对值(％)时的、转子铜损的相对值的变化的图。此外，在图4中，对于转子铜损的相对值，将未设置低洼部16的情况设为100％。另外，对于低洼部16的深度的相对值，将未设置低洼部16的情况设为0％。即，低洼部16的深度的相对值为100％是指，形成了相当于凸缘部12的径方向的壁厚的低洼部16。
如图4所示，能够确认低洼部16的深度的相对值越大，转子铜损的相对值越小。
因此，根据上述第一实施方式，通过在凸缘部12的周方向的顶端侧设置低洼部16，不会将转子导条14配置得靠近转子铁芯9的径方向内侧，能够降低由指向转子导条14的空间高次谐波的影响造成的高次谐波二次铜损。因此，能够提供小型、高效率的感应电动机1。
(第二实施方式)
接下来，根据图3、图5、图6，对第二实施方式进行说明。
图5是第二实施方式的感应电动机201的概略结构图，相当于沿着上述图2的C-C线的剖视图。图6是沿着图5的D-D线的剖视图。此外，在下面的说明中，对与第一实施方式相同的结构赋予相同的附图标记，并省略说明(在下面的实施方式中也一样)。
如图5、图6所示，在该第二实施方式中，在转子齿10的凸缘部12形成的低洼部16(倾斜面17)，并未形成于凸缘部12的整个轴方向，而是形成于避开转子齿10的轴方向两端的位置。这一点与上述第一实施方式不同。此外，避开转子齿10的轴方向两端的位置的剖面形状(沿着图5中的E-E线的剖面的形状)与上述第一实施方式中的图3相同。
在此，当如上述第一实施方式那样在转子齿10的凸缘部12设置低洼部16时，能够降低高次谐波二次铜损，另一方面，由于设置了低洼部16，因此，与之相应地，转子铁芯9的刚性减弱，会导致该转子铁芯9中的转子导条14的保持强度减弱。
与此相对地，通过如本第二实施方式那样在转子齿10的凸缘部12中的、避开轴方向两端的位置形成低洼部16，能够提高凸缘部12的轴方向两端的刚性。
另外，由于在转子铁芯9的轴方向两端会产生磁通泄漏，因此，与转子铁芯9的轴方向中央部的高次谐波二次铜损相比，存在转子铁芯9的轴方向两端的高次谐波二次铜损较小的趋势。因此，即使在转子铁芯9的轴方向两端未形成低洼部16时，作为转子3整体，也能够充分降低高次谐波二次铜损。
因此，根据上述第二实施方式，既能够确保转子铁芯9的刚性，又能够降低高次谐波二次铜损。
此外，在凸缘部12中，能够任意地设定未形成低洼部16的部位的轴方向的宽度。另外，作为未形成低洼部16的部位的轴方向的宽度的设定方法，可以考虑如下的方法。
即，低洼部16的形成范围越广，越能够抑制高次谐波二次铜损，另一方面，未形成低洼部16的范围越广，越能够提高转子铁芯9的刚性。因此，根据想要抑制的高次谐波二次铜损的相对值(％)与想要确保的转子铁芯9的刚性之间的平衡，来设定未形成低洼部16的部位的轴方向的宽度。
(第三实施方式)
接下来，根据图7、图8，对第三实施方式进行说明。
图7是第三实施方式的感应电动机301的概略结构图，相当于沿着上述图2的C-C线的剖视图。图8是沿着图7的H-H线的剖视图。
如图7、图8所示，在该第三实施方式中，在转子齿10的凸缘部12形成的低洼部16(倾斜面17)的倾斜斜度被设定成，朝着轴方向中央逐渐变陡。这一点与上述第一实施方式不同。
此外，转子齿10的轴方向两端的剖面形状(沿着图7中的F-F线的剖面的形状)与上述第二实施方式中的图6相同。另外，转子齿10的轴方向两端与轴方向中央之间、且该转子齿10的轴方向两端与轴方向中央之间的轴方向中央的剖面形状(沿着图7中的G-G线的剖面的形状)与上述第一实施方式中的图3相同。
在此，如在上述第二实施方式中说明的那样，高次谐波二次铜损朝着转子铁芯9的轴方向中央变大。因此，通过与高次谐波二次铜损的大小相对应地使低洼部16(倾斜面17)的倾斜斜度变化，能够有效地降低高次谐波二次铜损。另外，由于尽量不切除凸缘部12，因此，能够确保转子铁芯9的刚性，从而能够抑制转子铁芯9的转子导条14的保持力下降。
(第四实施方式)
接下来，根据图9，对第四实施方式进行说明。
图9是第四实施方式的感应电动机401的概略结构图，相当于沿着上述图2的C-C线的剖视图。
如图9所示，在该第四实施方式中，沿着轴方向隔开间隔地配置形成于转子齿10的凸缘部12的低洼部16。这一点与上述第一实施方式不同。
此外，转子齿10的在凸缘部12形成有低洼部16的部位的剖面形状(沿着图9中的I-I线的剖面的形状)与上述第二实施方式中的图6相同。另外，转子齿10的未在凸缘部12形成低洼部16的部位的剖面形状(沿着图9中的J-J线的剖面的形状)与上述第一实施方式中的图3相同。
在凸缘部12形成的低洼部16的轴方向的宽度被设定为规定宽度。而且，沿着轴方向等间隔地配置有多个(例如在本实施方式中为四个)低洼部16。换言之，在凸缘部12中，形成有低洼部16的部位和未形成低洼部16的部位沿着轴方向交替配置。
在此，当在凸缘部12形成低洼部16时，能够降低高次谐波二次铜损，另一方面，由于等效空隙部磁阻会增加，因此，会导致感应电动机401的旋转力矩减少。因此，通过在凸缘部12交替地配置形成有低洼部16的部位和未形成低洼部16的部位，既能够减少高次谐波二次铜损，又能够确保感应电动机401的旋转力矩。
此外，在上述第四实施方式中，对沿着轴方向等间隔地配置有轴方向的宽度被设定为规定宽度的低洼部16的情形进行了说明。但是，并不仅限于此，也可以不将各个低洼部16的轴方向的宽度设定为相同。另外，也可以不等间隔地配置各个低洼部16。
(第五实施方式)
图10是第五实施方式的凸缘部12的放大平面图。
如该图所示，上述第一实施方式与第五实施方式的不同之处在于，第一实施方式的低洼部16的形状与第五实施方式的低洼部516的形状不同。
更具体而言，第五实施方式的低洼部516形成于凸缘部12的外周面，并弯曲形成为凹状的面，从而与齿本体部11的径方向外侧的端面相比，朝着凸缘部12的周方向顶端逐渐远离定子铁芯9。即使在形成为这种方式的情况下，也能够取得与上述第一实施方式同样的效果。
此外，也可以将低洼部516弯曲形成为与凹状相反的凸条。换言之，可以以朝着凸缘部12的外周面侧膨出的方式弯曲形成低洼部516。
此外，在上述第一实施方式至第四实施方式中，对如下情形进行了说明：低洼部16、516形成为，以凸缘部12的外周面与齿本体部11的侧面的延长线L相交的点为基点P(参照图3)，朝着周方向的顶端逐渐变细。但是，并不仅限于此。也就是说，如图2、图3所示，以穿过定子槽6的宽度方向中心和旋转轴8的轴心C(转子3的旋转轴线；参照图1)的直线CL1、与穿过转子槽13的宽度方向中心和旋转轴8的轴心C的直线CL2位于同一直线上的状态，形成定子槽6，并在周方向上对置的两个侧面6a之间AR设置低洼部16、516即可。也就是说，在图2、图3中的斜线部设置有低洼部16、516即可。
通过构成为这种方式，既能够尽量确保穿过转子齿10的磁通，从而抑制电机转矩性能下降，又能够降低由空间高次谐波的影响造成的高次谐波二次铜损。
另外，在上述实施方式中，对于感应电动机1、201、301、401来说，能够在各种用途中使用感应电动机1、201、301、401。
根据上述说明的至少一个实施方式，通过在凸缘部12的周方向的顶端侧设置低洼部16、516或贯通孔18，不将转子导条14配置得靠近转子铁芯9的径方向内侧，能够降低由指向转子导条14的空间高次谐波的影响造成的高次谐波二次铜损。因此，能够提供小型、高效率的感应电动机。
虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为示例提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或宗旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明以及其等同的保护范围内。
附图标记说明
1、201、301、401：感应电动机
2：定子
3：转子
4：定子铁芯
7：定子线圈
9：转子铁芯
10：转子齿
11：齿本体部
12：凸缘部
13：转子槽
14：转子导条
16、516：低洼部
17：倾斜面(低洼面)
Claims (4)
1.一种感应电动机，具备：
定子，在具有多个定子槽的定子铁芯配置有定子线圈；以及
转子，具有设置成相对于该定子旋转自如的转子铁芯；
所述转子铁芯具有：
多个转子齿；以及
转子槽，形成于该多个转子齿之间，并配置有转子导通部；
所述转子齿具有：
齿本体部，沿着所述转子铁芯的径方向延伸；以及
凸缘部，从所述齿本体部的顶端沿着所述转子铁芯的旋转方向延伸；
在所述凸缘部的所述径方向外侧的外周面的至少一部分形成有低洼面；
与所述齿本体部的所述径方向外侧的端面相比，所述低洼面朝着所述旋转方向顶端更远离所述定子铁芯；
所述凸缘部朝着所述旋转方向顶端变细。
2.根据权利要求1所述的感应电动机，其特征在于，
以穿过所述定子槽的所述旋转方向的宽度方向中心和所述转子的旋转轴线的直线、与穿过所述转子槽的所述旋转方向的宽度方向中心与所述转子的旋转轴线的直线位于同一直线上的状态，形成所述定子槽，并在所述旋转方向上对置的两个侧面之间形成有所述低洼面。
3.根据权利要求1或2所述的感应电动机，其特征在于，
在避开所述转子齿的轴方向两端的位置形成有所述低洼面。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的感应电动机，其特征在于，
在所述转子齿上，沿着所述转子铁芯的轴方向交替配置形成有所述低洼面的部位和未形成所述低洼面的部位。
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