CN112292803B - 转子及旋转电机 - Google Patents

Abstract

转子具有转子铁心(21)，其形成有对作为导体的转子导体(23)进行收容的转子槽(22)。转子槽(22)具有：内槽(26)，其是第1槽；以及外槽(27)，其是与第1槽相比位于转子铁心(21)的外周面(25)侧而与第1槽相连的第2槽。相比于在转子导体(23)流动的电流中的与转子的驱动频率相同频率的成分即基波成分的趋肤深度，第1槽中的外周面(25)侧的端(26a)和外周面(25)之间的间隔大，且相比于趋肤深度，第2槽中的外周面(25)侧的相反侧的端(27a)和外周面(25)之间的间隔小。

Description

转子及旋转电机

技术领域

本发明涉及作为双重鼠笼式转子的转子、及具有转子的旋转电机。

背景技术

在感应式的旋转电机中，为了实现在旋转电机启动时产生的启动扭矩的增大，广泛使用双重鼠笼式转子。鼠笼式转子具有：转子导体，其是收容于转子铁心的转子槽的导体；以及2个短路环，它们与转子导体连接。在双重鼠笼式转子所具有的转子槽中，设置有位于转子铁心的中心侧的内槽和位于转子铁心的外周面侧的外槽。在双重鼠笼式转子中，通过使启动时在转子中流动的电流集中于外槽，使在转子中流动的电流的电阻增大，从而启动扭矩增大。

在旋转电机中的电能的损耗中存在下述损耗：由设置于定子的绕组的电阻成分产生的损耗即一次铜损、由转子导体的电阻成分产生的损耗即二次铜损、以及在定子铁心和转子铁心中磁通交链而产生的损耗即铁损。除此以外，由定子槽引起的谐波磁通与转子导体交链而产生的损耗，即，所谓的谐波二次铜损也设为旋转电机中的电能的损耗的其中1个。谐波磁通是比转子的驱动频率高的频率的成分即谐波成分的电流流过转子铁心而产生的。高频成分是不有助于转子的驱动的成分。

在专利文献1中公开了下述技术，即，为了不使旋转电机的驱动效率降低而得到期望的启动扭矩，向内槽和外槽中的一者插入与转子导体不同导电率的导体。

专利文献1：日本特开平1－252144号公报

发明内容

在上述的专利文献1所公开的结构中，由于各转子槽的内槽及外槽的配置，有时产生来自转子槽的漏电流。另外，由于内槽和外槽的配置，有时启动扭矩减少。因此，在上述专利文献1的技术中，存在有时由于漏电流的发生而旋转电机的驱动效率降低这样的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够提高旋转电机的驱动效率的转子。

为了解决上述的课题，达到目的，本发明所涉及的转子具有转子铁心，该转子铁心形成有对导体进行收容的转子槽。转子槽具有：第1槽；以及第2槽，其与第1槽相比位于转子铁心的外周面侧，与第1槽相连。相比于在导体流动的电流中的与转子的驱动频率相同频率的成分即基波成分的趋肤深度，第1槽中的外周面侧的端和外周面之间的间隔大，且相比于趋肤深度，第2槽中的外周面侧的相反侧的端和外周面之间的间隔小。

发明的效果

本发明所涉及的转子具有下述效果，即，能够使旋转电机的驱动效率提高。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的剖视图。

图2是图1所示的旋转电机的侧视图。

图3是表示图1所示的旋转电机所具有的转子铁心中的设置有1个转子槽的部分的图。

图4是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的要部的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的转子及旋转电机详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1所涉及的旋转电机100的剖视图。旋转电机100是具有双重鼠笼式转子的三相感应电动机。旋转电机100具有：圆筒状的定子10；转子20，其被定子10包围而进行旋转驱动；以及轴30，其设置于转子20的中心。转子20是双重鼠笼式转子。在图1中示出了与转子20的旋转中心即中心轴AX正交的剖面。在图1中省略了表示剖面的阴影。此外，有时将中心轴AX延伸的方向称为轴向，将沿以中心轴AX为中心的圆的方向称为圆周方向。

定子10具有定子铁心11，该定子铁心11形成有对绕组进行收容的多个定子槽12。定子铁心11是作为磁体的多个硅钢板向轴向层叠而构成的。定子铁心11具有后轭15和从后轭15向转子20侧凸出的多个定子齿14。各定子齿14在圆周方向上彼此隔开间隔而配置。定子槽12设置于各定子齿14之间。定子槽12是转子20侧开放的空间。在定子槽12内配置有通过将绕组卷绕而构成的定子线圈13。在定子线圈13直接连结50Hz或者60Hz的系统电源。

转子20具有转子铁心21，该转子铁心21形成有对转子导体23进行收容的多个转子槽22。转子铁心21是作为磁体的多个硅钢板向轴向层叠而构成的。在外周面25和定子10之间设置有间隙。外周面25是转子铁心21中的从中心轴AX远离的方向侧的面。在转子铁心21中的外周面25侧的部分设置有多个转子齿24。各转子齿24在圆周方向上彼此隔开间隔而配置。转子槽22设置于各转子齿24之间。转子槽22在图1所示的平面中是封闭的空间。转子导体23配置于各转子槽22内。在转子导体23的材料中使用铝或者铝合金这样的非磁性的金属材料。

图2是图1所示的旋转电机100的侧视图。旋转电机100具有沿圆周方向设置的2个短路环40。1个短路环40通过转子铁心21中的轴向上的一端而与转子导体23连接。另1个短路环40通过转子铁心21中的轴向上的另一端而与转子导体23连接。

图3是表示图1所示的旋转电机100所具有的转子铁心21中的设置有1个转子槽22的部分的图。转子槽22具有：内槽26，其是第1槽；外槽27，其是与第1槽相连的第2槽；以及狭缝28，其将内槽26和外槽27相连。

内槽26是转子槽22中的位于中心轴AX侧的部分。内槽26的外形是下述形状，即，圆周方向上的内槽26的宽度随着朝向中心轴AX侧而变窄，并且中心轴AX侧的部分和外周面25侧的部分具有倒圆角。内槽26的外形并不限定于图3所示的形状，可以设为任意形状。

外槽27与内槽26相比位于外周面25侧。外槽27的外形成为圆形。该圆形的直径比圆周方向上的内槽26的最大宽度小。外槽27的外形并不限定于圆形，设为任意形状。

狭缝28设置于内槽26中的外周面25侧的端26a和外槽27中的与外周面25侧的相反侧即中心轴AX侧的端27a之间。圆周方向上的狭缝28的宽度比圆周方向上的内槽26的最大宽度窄，且比圆周方向上的外槽27的最大宽度窄。

在狭缝28中宽度变窄，由此在狭缝28中，磁阻变小。在狭缝28中磁阻变小，由此内槽26中的电感变大。在旋转电机100启动时，在转子20中流动的电流集中于外槽27，由此在转子20中流动的电阻增大。由此，旋转电机100使启动扭矩增大。

在转子铁心21中，除了与转子20的驱动频率相同频率的成分即基波成分的电流以外，在转子铁心21流动的电流中的比转子20的驱动频率高的频率的成分即谐波成分的电流也流动。高频成分是无助于转子20的驱动的成分。高频成分是由于在定子铁心11形成的定子槽12的数量和定子线圈13而产生的。

将转子导体23的导电率设为σ，将转子导体23的导磁率设为μ，将使转子20驱动的交流电流的角频率设为ω，在转子导体23中流动的电流中的基波成分的趋肤深度即Hf通过下式(1)表示。

【式1】

外槽27的端27a和外周面25之间的间隔即H1小于趋肤深度即Hf。内槽26的端26a和外周面25之间的间隔即H2大于趋肤深度即Hf。即，H1＜Hf＜H2的关系成立。此外，趋肤深度设为在电流流过导电性物质的情况下，电流密度为导电性物质的表面中的电流密度的1/e的位置和表面之间的距离。“e”是自然对数的底。趋肤深度是随着频率提高而在导电性物质的表面有助于电流流动的趋肤效应的指标。

假设在H1＞Hf的关系成立的情况下，在转子槽22中，通过趋肤效应，仅在外槽27流动电流。在该情况下，在启动时，使在转子20中流动的电流集中于外槽27，使在转子20中流动的电流的电阻增大，由此能够增大启动扭矩。另一方面，电流不向内槽26流动，电流在外槽27集中地流动，由此从转子槽22向转子槽22外漏出的漏电流增加。

另外，在假设Hf＞H2的关系成立的情况下，电流向外槽27和内槽26两者流动，因此能够减少转子槽22中的漏电流。另一方面，在转子20中流动的电流向外槽27和内槽26扩散，由此在转子20中流动的电流的电阻降低，因此启动扭矩减少。

在实施方式1中，通过满足H1＜Hf＜H2的关系，从而能够对转子槽22中的漏电流进行抑制，并且使启动扭矩增大。

根据实施方式1，端26a和外周面25之间的间隔即H2大于基波成分的趋肤深度即Hf，且端27a和外周面25之间的间隔即H1小于Hf，由此能够对转子槽22中的漏电流进行抑制，并且使启动扭矩增大。旋转电机100能够通过漏电流的抑制和启动扭矩的增大而提高驱动效率。由此，转子20具有能够使旋转电机100的驱动效率提高的效果。

实施方式2.

图4是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机100的要部的图。在实施方式2中，在内槽26中收纳有转子导体23和转子导体50。图4示出旋转电机100所具有的转子铁心21中的设置有1个转子槽22的部分。在实施方式2中，对与上述的实施方式1相同的结构要素标注同一标号，主要对与实施方式1不同的结构进行说明。

在第1导体即转子导体23的材料中使用铝或者铝合金。第2导体即转子导体50是导电率高于转子导体23的导体。在转子导体50的材料中使用铜或者铜类合金。在图4中，转子导体50由转子导体23包围。转子导体50在内槽26中配置于中心轴AX侧的部分。在图4中，转子导体50的外形成为长方形。图4所示的剖面中的转子导体50的外形也可以是长方形以外的形状。

导电率高于转子导体23的转子导体50设置于内槽26内，由此与在内槽26中收纳的导体仅为转子导体23的情况相比，在转子槽22内流过的电流的电阻减少。由此，由转子导体23、50的电阻成分产生的二次铜损减少。

根据实施方式2，转子20与实施方式1同样地，能够使旋转电机100的驱动效率提高，且通过转子导体50的配置而能够减少二次铜损。转子20通过二次铜损的减少，能够进一步提高旋转电机100的驱动效率。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

10定子，11定子铁心，12定子槽，13定子线圈，14定子齿，15后轭，20转子，21转子铁心，22转子槽，23、50转子导体，24转子齿，25外周面，26内槽，26a、27a端，27外槽，28狭缝，30轴，40短路环，100旋转电机。

Claims (4)

1.一种转子，其具有转子铁心，该转子铁心形成有对导体进行收容的转子槽，

该转子的特征在于，

所述转子槽具有：第1槽；以及第2槽，其与所述第1槽相比位于所述转子铁心的外周面侧而与所述第1槽相连，

相比于在所述导体流动的电流中的与所述转子的驱动频率相同频率的成分即基波成分的趋肤深度，所述第1槽中的所述外周面侧的端和所述外周面之间的间隔大，且相比于所述趋肤深度，所述第2槽中的所述外周面侧的相反侧的端和所述外周面之间的间隔小。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述趋肤深度即Hf通过下面的式（1）表示，

【式1】

其中，将所述导体的导电率设为σ，将所述导体的导磁率设为μ，将使所述转子驱动的交流电流的角频率设为ω。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，

在所述第1槽中收容有所述导体即第1导体、和导电率高于所述第1导体的所述导体即第2导体。

4.一种旋转电机，其特征在于，具有：

定子，其具有定子铁心，该定子铁心形成有对绕组进行收容的定子槽；以及

由所述定子包围而进行旋转驱动的权利要求1至3中任一项所述的转子。

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