CN107251383A - 笼型旋转电机及其转子以及转子制造方法 - Google Patents

Abstract

笼型旋转电机具有转子和定子。转子具有：转子轴；转子铁芯(12)，被固定于转子轴，在周向上相互隔开间隔地形成有轴向贯通孔；多个转子棒(13)，处于转子铁芯(12)的径向表面附近，被设置为在轴向贯通孔(50)内充满除去其径向顶端部(50b)的空间，转子铁芯外的两侧的端部相互电耦合；以及两个环状的短路环，处于转子铁芯(12)的轴向的两侧的外部，与多个转子棒(13)的端部的任一个都电耦合。定子具有定子铁芯和定子线圈。

Description

笼型旋转电机及其转子以及转子制造方法

技术领域

本发明涉及笼型旋转电机及其转子以及转子的制造方法。

背景技术

针对笼型旋转电机中尤其是小容量的电机，大多使用通过压铸铝制造的电机。压铸铝是将设置转子棒的部分设为空洞、通过向该空洞注入铝进行铸造来形成铝制的笼的方法。此时，通常短路环也一体地被铸造。

另外，已知以下技术：向转子铁芯的笼型绕组用的孔以及端环成形模具内分别加压填充铜制的微小粉末来进行烧结，由此将笼型绕组和端环一体地形成(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-65934号公报

发明内容

发明所要解决的课题

通过缩窄转子棒的桥部、即转子棒的径向外侧端部与转子铁芯的径向外侧之间的部分的径向的宽度来降低漏电感。因此，通过尽量缩窄该间隔来降低励磁电流，实现效率的提高。

另一方面，通过在转子表面的周向上扩宽该转子棒的区域，与转子棒交链的高次谐波磁通增加。由于高次谐波磁通而涡电流流动，高次谐波二次铜损增加。其结果是，整体的效率改善效果降低。

因此，本发明的目的在于实现具有转子棒的笼型旋转电机的效率的提高。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明涉及的笼型旋转电机的特征在于，具备转子以及定子，上述转子具有：转子轴，被枢轴支承为能够旋转并在旋转轴中心沿着轴向延伸；转子铁芯，被固定于上述转子轴，在周向上相互隔开间隔地形成有轴向贯通孔，且沿着上述轴向延伸；多个转子棒，处于上述转子铁芯的径向表面附近，沿着上述轴向延伸，被设置为在上述轴向贯通孔内充满除去该轴向贯通孔的径向顶端部的空间，上述转子铁芯外的两侧的端部相互电耦合；以及两个环状的短路环，处于上述转子铁芯的上述轴向的两侧的外部，与上述多个转子棒的端部的任一个均电耦合，上述定子具有：定子铁芯，在上述转子铁芯的外周与上述转子铁芯隔开间隔地配设，形成有多个齿，上述多个齿相互在周向上隔开间隔地排列，沿着上述轴向延伸且向半径方向的内侧突出；以及定子线圈，被卷绕于上述多个齿。

另外，本发明涉及的笼型旋转电机的转子的特征在于，具有：转子轴，被枢轴支承为能够旋转并在旋转轴中心沿着轴向延伸；转子铁芯，被固定于上述转子轴，在周向上相互隔开间隔地形成有轴向贯通孔，且沿着上述轴向延伸；多个转子棒，处于上述转子铁芯的径向表面附近，沿着上述轴向延伸，被设置为在上述轴向贯通孔内充满除去该轴向贯通孔的径向顶端部的空间，上述转子铁芯外的两侧的端部相互电耦合；以及两个环状的短路环，处于上述转子铁芯的上述轴向的两侧的外部，与上述多个转子棒的端部的任一个均电耦合。

另外，本发明的笼型旋转电机的转子的制造方法的特征在于，具有：顶端部插入部件设定步骤，在形成于转子铁芯的轴向贯通孔的径向顶端部设定沿着轴向延伸的顶端部插入部件；铸型组装步骤，在上述顶端部插入部件设定步骤之后，对形成上述轴向贯通孔并设定了上述顶端部插入部件的上述转子铁芯与端部的铸型进行组装而形成一体化的铸型；填充步骤，在上述铸型组装步骤之后，向上述一体化的铸型流入转子棒用的熔化的金属；以及铸型拆卸步骤，从上述一体化的铸型拆下上述转子铁芯和短路环部分的铸型。

发明效果

根据本发明，能够实现具有转子棒的笼型旋转电机的效率的提高。

附图说明

图1是示出实施方式所涉及的笼型旋转电机的构成的纵剖面图。

图2是图1的II-II线向视横向部分剖面图。

图3是示出实施方式所涉及的转子制造方法的步骤的流程图。

图4是对实施方式所涉及的笼型旋转电机与以往的笼型旋转电机的各自的各频率的焦耳热损失进行比较的图表。

图5是对实施方式所涉及的笼型旋转电机与以往的笼型旋转电机的各自的合计的焦耳热损失进行比较的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的笼型旋转电机进行说明。

图1是示出实施方式所涉及的笼型旋转电机的构成的纵剖面图。笼型旋转电机100具有转子10、定子20、轴承31以及框架32。

转子10具有转子轴11、转子铁芯12、转子棒13、短路环(端环)14以及端环风扇15。转子轴11由两个轴承31枢轴支承为能够旋转，并沿轴向延伸。转子铁芯12在中央形成有供转子轴11贯通的中心开口，例如是将强磁性材料的硅钢钢板在轴向层叠的圆筒形状。另外，在转子铁芯12上，在中心开口的径向外侧、即转子铁芯12的径向外侧附近在周向上相互隔开间隔形成有轴向贯通孔50(图2)。

转子棒13是导电体，被设置于形成在转子铁芯12上的轴向贯通孔50的各个中。短路环14是将从转子铁芯12的轴向的两端突出的转子棒13彼此电连接的环状的导电体。

定子20具有定子铁芯21以及定子线圈22。定子铁芯21主要是强磁性材料制，被设置于转子铁芯12的径向外侧，并隔开间隙与转子铁芯12对置。定子线圈22具有导体以及定子铁芯21外的连接部，所述导体形成于定子铁芯21并沿着轴向延伸，收纳于未图示的槽内。

框架32收纳转子铁芯12以及定子20。轴承31将转子轴11的轴向的两侧枢轴支承为能够旋转。轴承31被框架32静止固定。

端环风扇15是与短路环14一体成形的风扇，对框架32内的冷却用气体进行搅拌。在框架32内产生的热通过被端环风扇15搅拌的冷却用气体而到达框架32，并被框架32外的外扇35驱动而传递到被释放到外部大气中的空气中。

图2是图1的II-II线向视横向部分剖面图。形成于转子铁芯12的轴向贯通孔50具有附带在径向延伸的阶梯且大致长方形的剖面形状的矩形部分50a以及径向顶端的径向顶端部50b。径向顶端部50b是在周向的中央与转子铁芯12的外周的距离最小、在大致径向外侧具有顶点的三角形的剖面形状。此外，以径向顶端部50b为中心的形状并不限于三角形。为了尽量限制转子铁芯12内的漏磁通，只要考虑极力减小与径向外周的间隔以及确保该部分的转子铁芯的构造强度这两者来进行设定即可。因此，如果能够实现这两个目的，例如该部分的剖面形状可以是具有圆弧的形状。

在矩形部分50a中收纳有转子棒13。具体而言，将矩形部分50a作为铸型，通过铸造填充具有导电性的金属。另外，在径向顶端部50b中设置有非导电性且是非磁性体的顶端部插入部件51。在转子棒13的铸造时，以将顶端部插入部件51安装到径向顶端部50b的状态进行。

在铸造时，使转子棒13的转子铁芯12外的部分、短路环14以及端环风扇15等的两侧的端部的铸型与转子铁芯12接合，将转子铁芯12内的转子棒13、短路环14以及端环风扇15一体地进行铸造。

此外，转子棒13并不限于由铸造而形成。即，可以通过将具有与矩形部分50a的形状相匹配的剖面形状的导电性金属的棒插入到矩形部分来进行组装。在该情况下，可以不在顶端部分安装顶端部插入部件51而直接保持空间。

图3是示出转子制造方法的步骤的流程图。首先，在转子铁芯12的轴向贯通孔50的朝向径向外侧的顶端的部分即径向顶端部50b配置顶端部插入部件51(步骤S01)。接着，在径向顶端部50b配置顶端部插入部件51，组装形成了转子棒13形成用的空洞部分的转子铁芯12、双方的端部的铸型、即短路环14以及端环风扇15的铸型(步骤S02)。

接着，向转子铁芯12的轴向贯通孔50的矩形部分50a以及两端部的铸型流入导体棒用金属(步骤S03)。其结果是，在端部形成短路环14以及端环风扇15，并且转子铁芯12的轴向贯通孔50内除去设置有径向顶端部50b的部分的空间由导体棒用金属充满。此处，导体棒用金属是导电体材料，例如是铝。或者，可以是铜。在经过预定的时间后，拆下两端的铸型，进行铸造部分的表面精加工(步骤S04)。接着，进行转子10以外的部分的制作以及向笼型旋转电机的组装(步骤S05)。

以往，通过减小转子棒的桥、即从转子棒的顶端到转子铁芯的径向外侧表面的距离，由此限制通过该部分的磁力线并降低漏电感。另一方面，转子棒的区域扩展到转子表面附近会导致高次谐波磁通大量交链，由此涡电流流动，高次谐波的二次铜损增加。其结果是，整体的效率改善效果变差。

在本实施方式中，通过在轴向贯通孔50的径向顶端部50b设置非磁性且非导电性的顶端部插入部件51，由此抑制转子棒13的区域扩展到转子表面附近。另外，漏磁通通过的径向顶端部50b限制从顶端部插入部件51到转子铁芯12的径向外侧表面的距离。其结果是，能够实现整体的效率的改善。

图4是对实施方式所涉及的笼型旋转电机和以往的笼型旋转电机各自的各频率的焦耳热损失进行比较的图表。横轴是频率的次数。次数为1是基本频率、即电源频率。纵轴是基于分析结果的损失，单位是焦耳(J)。在各个次数中，左侧是现有类型试制机的焦耳热损失，右侧是改良机的焦耳热损失。

此处，现有类型试制机为现有方式、即在轴向贯通孔50的径向顶端部50b也存在转子棒13的笼型旋转电机的试制品。另外，改良机是在基于本实施方式的轴向贯通孔50的径向顶端部50b具有顶端部插入部件51的笼型旋转电机100。此外，关于各个试制机的分析结果针对4P-132kW-400V-50Hz的额定规格而示出。

当对现有型试制机和改良机的以各频率的次数计的焦耳热损失进行比较时，如图4所示，特别是在1次频率时，改良机与现有型试制机相比，焦耳热损失约为88％，降低10％以上。

图5是对实施方式所涉及的笼型旋转电机与以往的笼型旋转电机的各自的合计的焦耳热损失进行比较的图表。当对现有类型试制机和改良机的各自的全部焦耳热损失进行比较时，如图5所示，改良机与现有型试制机相比，焦耳热损失大幅度降低，约为76％、即约3/4。

如以上那样，根据本发明，能够实现具有转子棒的笼型旋转电机的效率的提高。

至此，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式作为例子而示出，并不意味着对发明的范围进行限定。例如，在实施方式中，示出了在径向顶端部50b设置有顶端部插入部件51的情况，当在磁场弱的情况下等，空间由于基本上是非导电性、非磁性的，因此包括铸造的情况在内，可以在径向顶端部50b不设置顶端部插入部件51而直接保持空间。

另外，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。

例如，在实施方式中，示出了注入导体棒用金属、通过铸造将转子棒13以及短路环14一体地形成的情况，但并不限定于此。例如，可以是以下方法：通过对与铸造同样的体系加压填充导体棒用金属的微小粉末而进行烧结，由此将转子棒13与短路环14一体地形成。实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，同样包含于专利请求的范围所记载的发明和与其等同的范围中。

标记说明

10：转子；11：转子轴；12：转子铁芯；13：转子棒；14：短路环；15：端环风扇；20：定子；21：定子铁芯；22：定子线圈；31：轴承；32：框架；35：外扇；50：轴向贯通孔；50a：矩形部分；50b：径向顶端部；51：顶端部插入部件；100：笼型旋转电机。

Claims (7)

1.一种笼型旋转电机，其特征在于，

具备转子以及定子，

上述转子具有：

转子轴，被枢轴支承为能够旋转并在旋转轴中心沿着轴向延伸；

转子铁芯，被固定于上述转子轴，在周向上相互隔开间隔地形成有轴向贯通孔，且沿着上述轴向延伸；

多个转子棒，处于上述转子铁芯的径向表面附近，沿着上述轴向延伸，被设置为在上述轴向贯通孔内充满除去该轴向贯通孔的径向顶端部的空间，上述转子铁芯外的两侧的端部相互电耦合；以及

两个环状的短路环，处于上述转子铁芯的上述轴向的两侧的外部，与上述多个转子棒的端部的任一个均电耦合，

上述定子具有：

定子铁芯，在上述转子铁芯的外周与上述转子铁芯隔开间隔地配设，形成有多个齿，上述多个齿相互在周向上隔开间隔地排列，沿着上述轴向延伸且向半径方向的内侧突出；以及

定子线圈，被卷绕于上述多个齿。

2.如权利要求1所述的笼型旋转电机，其特征在于，

上述笼型旋转电机还具有非磁性且非导电性的顶端部插入部件，该顶端部插入部件设置于上述轴向贯通孔内的径向顶端部并沿着轴向延伸。

3.如权利要求1或2所述的笼型旋转电机，其特征在于，

上述转子棒以及上述短路环通过铸造或者金属制粉末填充后的烧结而一体地形成。

4.如权利要求1至3中任一项所述的笼型旋转电机，其特征在于，

上述轴向贯通孔的剖面形状的径向顶端部的中央突出。

5.一种笼型旋转电机的转子，其特征在于，具有：

转子轴，被枢轴支承为能够旋转并在旋转轴中心沿着轴向延伸；

转子铁芯，被固定于上述转子轴，在周向上相互隔开间隔地形成有轴向贯通孔，且沿着上述轴向延伸；

多个转子棒，处于上述转子铁芯的径向表面附近，沿着上述轴向延伸，被设置为在上述轴向贯通孔内充满除去该轴向贯通孔的径向顶端部的空间，上述转子铁芯外的两侧的端部相互电耦合；以及

两个环状的短路环，处于上述转子铁芯的上述轴向的两侧的外部，与上述多个转子棒的端部的任一个均电耦合。

6.如权利要求5所述的笼型旋转电机的转子，其特征在于，

上述笼型旋转电机的转子还具有非磁性且非导电性的顶端部插入部件，该顶端部插入部件设置于上述轴向贯通孔内的径向顶端部并沿着轴向延伸。

7.一种转子制造方法，是笼型旋转电机的转子的制造方法，其特征在于，具有：

顶端部插入部件设定步骤，在形成于转子铁芯的轴向贯通孔的径向顶端部设定沿着轴向延伸的顶端部插入部件；

铸型组装步骤，在上述顶端部插入部件设定步骤之后，对形成上述轴向贯通孔并设定了上述顶端部插入部件的上述转子铁芯与端部的铸型进行组装而形成一体化的铸型；

填充步骤，在上述铸型组装步骤之后，向上述一体化的铸型流入转子棒用的熔化的金属；以及

铸型拆卸步骤，从上述一体化的铸型拆下上述转子铁芯和短路环部分的铸型。