JP2004304912A

JP2004304912A - アキシャルギャップ型誘導電動機

Info

Publication number: JP2004304912A
Application number: JP2003094780A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Terakubo; 英隆寺久保; Hisao Igarashi; 久男五十嵐; Takushi Fujioka; 琢志藤岡; Tomonori Kojima; 智則小嶋; Shinichiro Katagiri; 紳一郎片桐; Shinichi Yamada; 伸一山田; Yoichi Tanabe; 洋一田邊; Takayuki Shinohara; 孝之篠原
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4348982B2

Abstract

【課題】本発明は、回転子鉄心に形成されたスロットに回転子導体板を挿入することで構成される回転子を有するアキシャルギャップ型の誘導電動機において始動時のトルクを向上させる簡易な方法を提供する。
【解決手段】回転子導体板の間に強磁性体からなる異種回転子導体板を介在させ、前記回転子導体板を銅板で形成し前記異種回転子導体板を電磁鋼板で形成したことにより、加工性のよい、２次抵抗の低い２次導体を形成することができ、始動時の２次周波数の高い時においてもトルクの高い誘導電動機を容易でかつ安価につくることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれがほぼ円盤状に形成されており、同一の回転軸に所定のエアギャップをもって対向的に配置される固定子と回転子とを含むアキシャルギャップ型誘導電動機に関し、さらに詳しく言えば、複数のスロットが形成された回転子鉄心に円板状の回転子導体板を、複数枚挿入して積層して回転子を構成することを特徴とするアキシャルギャップ型誘導電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型の誘導電動機においては、回転導体は回転子の回転子鉄心に設けられたスロットにアルミニウムをダイキャストで形成し、誘導電動機の二次回路を構成している。このような誘導電動機において、そのトルクを向上しようとする場合の手段として、回転導体からなる二次回路の抵抗を調整させる必要がある。
【０００３】
しかしながら、アルミニウムの抵抗値は比較的大きく、回転導体の形状などを工夫するとしても二次回路の抵抗を減少させるには限界がある。また、抵抗値がアルミニウムより小さい金属材料、例えば、銅などを用いる場合には、これらをダイキャストされる回転導体として製造しようとしても、これらの金属材料の融点が比較的高く、回転子鉄心への影響などを考慮すると実際には製造は困難であった。
【０００４】
これに対し、一般的な電動機が固定子と回転子とのエアーギャップがラジアル方向（径方向）に設けられているのとは異なり、図４のようにアキシャルギャップ型誘導電動機の固定子１と回転子２とは、軸方向に配設され、この間のエアーギャップは、アキシャル方向（軸方向）に設けられている。また、回転子２は、回転子鉄心１０、回転軸３と回転子鉄心１０を接続する回転子フレーム９からなる。
【０００５】
従って、アキシャルギャップ型誘導電動機においては、図５のようにスロット１３が形成されている回転子鉄心１０の面が平面であるため、円板状の回転子導体板１１を、図５のように、前記回転子鉄心１０の前記複数のスロット１３に複数枚挿入して積層した回転子２を構成することができる（例えば特許文献１参照）。そして、この回転子導体板１１がアキシャルギャップ型誘導電動機の２次回路を形成する。
【０００６】
上記のような回転子２であると、スロット１３に回転子導体板１１を挿入するだけで回転子２は製造できるので、その製造が容易となる。また、回転子導体板１１は、電気抵抗値の低い銅などにより形成することができるため、回転子２の二次回路の抵抗を容易に低くすることができる。このため、誘導電動機のトルクを上げることができる。さらに、回転子鉄心１０に挿入する回転子導体板１１の枚数を変化させることにより、二次回路の抵抗を容易に調整することも可能となる。
【０００７】
更に、このような誘導電動機は固定子１が軸受部４を介し回転軸３を保持する構造となっているため、ブラケットのような部品を必要とすることなく、直接固定子１を介して空気調和機等に設置することが可能となる。
【０００８】
一方、ラジアルギャップ型誘導電動機においては、始動時のトルクを向上させるため、回転子に二重かご型という形状のスロット２１が形成されることがある。図６ａにおいてはラジアルギャップ型誘導電動機における、二重かご型のスロット２１にアルミダイキャストされた回転子鉄心２２の断面図が図示されている。図６ｂは二重かご型スロット２１の拡大図である。二重かご型スロットはスロット中央部にくびれた部分２３を有することが特徴である。
【０００９】
二重かご型のスロット２１のような深溝型のスロットの場合には、図６ｂの下部は上部に比べて漏れインダクタンスが高く、始動時の二次周波数の高い間は、導体内の電流は上部に多く分布する。従って実効抵抗が増し、始動トルクが大きくなり、かつ始動電流が小さくなる。
【００１０】
これに対し、電動機の始動状態が終了した後、二次周波数が低くなると、上記のようなインダクタンスのかたよりはあっても、リアクタンスの効果は小さくなるので、電流は一様に分布し、実効抵抗が小さくなって、良好な運転特性となる。二重かご型スロット２１はこの効果をさらに有効に得るために設けられる。
【００１１】
図７は従来のラジアルギャップ型誘導電動機の回転子における深溝型及び二重かご型スロット周辺に形成される磁束２４の分布を示し、図７ａは通常の深溝型スロット２５、図７ｂは二重かご型スロット２１である。二重かご型スロット２１は深溝型スロットの一種であり、図７ｂに示すように二重かご型であると、くびれた部分２３を通る磁束２４が増加する。従って、通常の深溝型スロットの場合よりも磁束２４をスロットに形成された回転導体付近に集中させることができるため、磁束２４を無駄なく電流に変換することができる。
【００１２】
つまり、始動時の２次周波数が高い間では２次電流を上部に集中して発生させることができ、更に運転時には上部及び下部に電流を集中して発生させることができ、その結果、誘導電動機のトルクを向上させることができる。（例えば非特許文献１参照）
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１０２２２８号公報
【非特許文献１】
坪島茂彦、「図解誘導電動機」、第１版、東京電機大学出版局、昭和５７年２月、ｐ．１２０−１２２
【００１４】
アキシャルギャップ型誘導電動機においては、上記したように回転子鉄心１０に形成されたスロットに回転子導体板１１を挿入して回転子２を構成する。従って、従来ラジアルギャップ型誘導電動機で採用していた二重かご型のスロットをアキシャルギャップ型誘導電動機では構造上採用できないという問題があり、始動時のトルクを向上させる簡易な構成が求められていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はアキシャルギャップ型誘導電動機において、始動時のトルクを向上させることのできるアキシャルギャップ型誘導電動機を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、複数のスロットを有し、テープ状の金属板を巻回して形成された回転子鉄心と、前記スロットに挿入される複数の回転子導体板とからなる回転子を有するアキシャルギャップ型の誘導電動機において、前記複数の回転子導体板の間に強磁性体からなる異種回転子導体板を介在させたことを特徴とする。
【００１７】
また、前記回転子導体板を銅板で形成し前記異種回転子導体板を電磁鋼板で形成したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、従来技術と同一部分には同一符号を付して説明する。図１は本発明によるアキシャルギャップ型誘導電動機の内部構造を概略的に示す断面図、図２はその回転子の分解斜視図、図３は回転子のスロットを拡大した図である。
【００１９】
このアキシャルギャップ型誘導電動機は、図１に示すように、ほぼ円盤状をなす固定子１と、固定子の両側に所定のエアギャップをもって対向的に配置される一対の回転子２とを含み、一対の回転子２は同一の回転軸３を共有している。また、固定子１は、その内周側に回転軸３を支持する軸受部４を備えている。
【００２０】
固定子１は、環状（いわゆるドーナツ状）に形成された固定子鉄心５と、その内周側に同軸的に挿入された軸受部４とを備え、それらが合成樹脂６によって一体的にモールドされている。この例において、軸受部４は、ギャップ面維持を容易にするために２個のボールベアリング７を備えているが、他の軸受手段が採用されてもよい。また、固定子鉄心５は図示しないコアメンバーに分割され、それらが環状に連結されることにより構成されている。そしてそれぞれのコアメンバーには、磁束が回転軸方向に向くようコイル８が巻回されている。
【００２１】
本実施例ではブラケットはない。ラジアルギャップ型電動機では、通常ブラケットと呼ばれる固定子と軸受部を固定するため電動機の外郭となる部品が用いられるが、アキシャルギャップ型の電動機では固定子１が軸受部４を介し回転軸３を保持する構造となっているため、ブラケットのような部品を必要とすることなく、直接固定子１を通じて空気調和機等に設置することが可能となるからである。なお、当然ながらブラケットを用いてもよい。
【００２２】
回転子２は回転子フレーム９、回転子鉄心１０、回転子導体板１１及び異種回転子導体板１２よりなる。そして、この回転子導体がアキシャルギャップ型誘導電動機の２次回路を形成する。以下、図１、図２を使用して、この回転子２の構成について詳細に説明する。
【００２３】
回転軸３には鉄製の回転子フレーム９が、圧入または螺子止め等により固定され、回転子フレーム９には、回転子鉄心１０が接着等により固定されている。さらに、後述するように、回転子鉄心１０に設けられたスロット１３に回転子導体板１１及び異種回転子導体板１２が挿入されている。この回転子２と固定子１との間には、上記で説明したように、エアーギャップがアキシャル方向に形成されている。
【００２４】
回転子鉄心１０は、図示しないテープ状の金属板を、プレスで打ち抜いて、複数の挿入切欠を所定間隔毎に形成し、巻回する。本実施例においては、この金属板には、加工の容易性及びコスト性を考慮し、電磁鋼板が使用されている。この場合に、内周部は上記で説明したように回転軸３が通るように、空洞部１４を形成しておく。このように巻回したテープ状の金属板において、挿入切欠は、図２に示すように、径方向において所定間隔毎に積層され放射状のスロット１３を形成することになる。なお、本実施例においてはテープ状の金属板を巻回する前に挿入切欠を形成したが、巻回した後に回転子鉄心１０に切削により放射状のスロットを設けてもよい。
【００２５】
一方、円板状の回転子導体板１１は、図２に図示されるようにその中心部に軸を通す空洞部１４を有し、径方向に扇状に形成された開口部１５を複数個有している。そして、この回転子導体板１１の開口部１５を、図２に示されるように回転子鉄心１０のスロット１３にそれぞれ挿入する。なお、５枚の導体板は接着により鉄心に固定される。それぞれ回転子導体板及び異種回転子導体板に接着剤を塗布して挿入するか、又は５枚を挿入したあと接着剤を回転子鉄心の表面に塗布することにより接着する。
【００２６】
ここで、図２に示される本実施例の回転子２には、４枚の円板状の回転子導体板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、１１ｄと１枚の強磁性体からなる異種回転子導体板１２ｅが回転子表面から、１１ａ，１１ｂ，１２ｅ、１１ｃ、１１ｄの順序で積層されている。
【００２７】
本実施例では４枚の回転子導体板１１ａ〜１１ｄはそれぞれ銅で形成されており、真中の異種回転子導体板１２は強磁性体である電磁鋼板で形成されている。また、回転子導体板１１ａ〜１１ｄは同一のものを用いており、さらに異種回転子導体板１２ｅは回転子導体板１１ａ〜１１ｄと形状は同一で、厚さのみ異なっている。実際には異種回転子導体板１２ｅは回転子導体板１１ａ〜１１ｄより薄く形成されている。本実施例においては、回転子鉄心の厚さを１５ミリメートル、スロットの深さを４．５ミリメートルとし、回転子導体板１１ａ〜１１ｄの厚さは１ミリメートル、異種回転子導体板１２ｅを０．５ミリメートルとしている。
【００２８】
このように回転子導体板１１及び異種回転子導体板１２を積層すると、図３のように深溝型のスロットとなるため、図の下部は上部に比べて漏れインダクタンスが高く、始動時の二次周波数の高い間は、導体内の電流は上部に分布する。従って実効抵抗が増し、始動トルクが大きくなり、かつ始動電流が小さくなる。これに対し、電動機の始動状態が終了した後、二次周波数が低くなると、上記のようなインダクタンスのかたよりはあっても、リアクタンスの効果は小さくなるので、電流は一様に分布し、実効抵抗が小さくなって、良好な運転特性となる。
【００２９】
さらに、上２枚の回転子導体板１１ａ、１１ｂと下２枚の回転子導体板１１ｃ、１１ｄの間に上下の強磁性体で形成された異種回転子導体板１２ｅを介在させることにより、図３に示すように、強磁性体である異種回転子導体板１２ｅを通る磁束１６が増加し、磁束１６を導体板付近に集中させることができるため、磁束１６を効率よく電流に変換することができる。
【００３０】
従って、始動時の２次周波数が高い間では２次電流を上部に集中して発生させることができ、更に運転時には上部及び下部に電流を集中して発生させることができ、効率のよい運転ができる。
【００３１】
また、４枚の回転子導体板１１ａ〜１１ｄは銅で形成されることにより、加工性のよく、２次抵抗の低い回転子導体板を形成することができる。さらに、回転子導体板１１ａ〜１１ｄを同一形状にすることにより、同一金型で製造が可能となり、製造コストを安価にすることができる。
【００３２】
また、強磁性体からなる異種回転子導体板１２ｅは電磁鋼板で形成されることにより、加工性がよく、磁気抵抗の低い異種回転子導体板を形成することができ、効率のよいアキシャルギャップ型誘導電動機を構成することができる。さらに、異種回転子導体板１２ｅを回転子導体板１１ａ〜１１ｄと同一形状にすることにより、回転子導体板１１ａ〜１１ｄと同一金型を使用することができ、コストを削減することができる。
【００３３】
また、異種回転子導体板１２ｅの厚さを回転子導体板１１ａ〜１１ｄよりも薄くすることにより、異種回転子導体板１２ｅによる電気抵抗及び磁気抵抗が大きくなりすぎることによる効率及びトルクが低下するのを回避することができる。
【００３４】
上記したように、回転子導体板１１ａ、１１ｂと回転子導体板１１ｃ、１１ｄとの間に異種回転子導体板１２ｅを挿入するだけで二重かご型スロットで得られた効果と同様の効果を得ることができ、始動時のトルクが高いアキシャルギャップ型誘導電動機を容易につくることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本図面におけるスロットの数は便宜上表したものに過ぎず、スロットの数は誘導電動機の使用用途、出力等により決定されるものである。
【００３６】
本実施例においては、４枚の回転子導体板１１ａ〜１１ｄと１枚の異種回転子導体板１２ｅを用い、真中に異種回転子導体板１２ｅを配置したが、例えば、３枚の回転子導体板１１ａ，１１ｂ、１１ｃと一枚の異種回転子導体板１２ｅを用いて、回転子の表面から、回転子導体板１１ａ、異種回転子導体板１２ｅ、回転子導体板１１ｂ、回転子導体板１１ｃの順で積層させても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
このように、回転子導体板１１の枚数、異種回転子導体板１２の枚数、並べ方を適宜変化させることにより、２次抵抗及び始動時のトルクを容易に変えることが可能である。
【００３８】
また、本実施例においては、回転子導体板１１の厚さより異種回転子導体板１２の厚さを薄くしたが、一般的に異種回転子導体板１２ｅの厚さは電気抵抗値、透磁率の値等を考慮して適宜変更されるものである。
【００３９】
また、本実施例においては回転子導体板１１には銅を使用したが、他にも電気抵抗の低い材料を使ってもよい。また、強磁性体からなる異種回転子導体板１２には、電磁鋼板を使用したが、鉄等の電気抵抗の低い強磁性体を使ってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、前記課題を解決するため、複数のスロットを有し、テープ状の金属板を巻回して形成された回転子鉄心と、前記スロットに挿入される複数の回転子導体板とからなる回転子を有するアキシャルギャップ型の誘導電動機において、前記複数の回転子導体板の間に強磁性体からなる異種回転子導体板を介在させたことにより、始動時の２次周波数の高い時においてもトルクの高いアキシャルギャップ型誘導電動機を得ることができる。
【００４１】
そして、始動時においてもトルクの高いアキシャルギャップ型誘導電動機を容易に製作することができる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すアキシャルギャップ型誘導電動機の内部構造を概略的に示す断面図である。
【図２】回転子の斜視図である。
【図３】回転子のスロットを拡大した図である。
【図４】従来技術におけるアキシャルギャップ型誘導電動機の内部構造を概略的に示す断面図である。
【図５】従来技術における回転子の斜視図である。
【図６】従来のラジアルギャップ型誘導電動機における回転子の断面図である。
【図７】従来のラジアルギャップ型誘導電動機の回転子における深溝型及び二重かご型スロットの拡大図である。
【符号の説明】
１固定子
２回転子
３回転軸
４軸受部
５固定子鉄心
６合成樹脂
７ボールベアリング
８コイル
９回転子フレーム
１０回転子鉄心
１１回転子導体板
１２異種回転子導体板
１３スロット
１４空洞部
１５開口部
１６磁束

Claims

複数のスロットを有し、テープ状の金属板を巻回して形成された回転子鉄心と、前記スロットに挿入される複数の回転子導体板とからなる回転子を有するアキシャルギャップ型誘導電動機において、前記複数の回転子導体板の間に強磁性体からなる異種回転子導体板を介在させたことを特徴とするアキシャルギャップ型誘導電動機。
前記回転子導体板を銅板で形成し、前記異種回転子導体板を電磁鋼板で形成したことを特徴とする請求項１のアキシャルギャップ型誘導電動機。