JP2005253275A - 電動機の回転子およびこれに用いられるエンドプレート - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流損を改善した電動機を実現する。
【解決手段】回転子のエンドプレート３０に発生する渦電流の低減を図ることによって渦電流損を改善するため、エンドプレート３０の積層鉄心と接する側の面にローレット加工３１、あるいはスリット加工を行って、積層鉄心とエンドプレート３０との接触面積を低減するようにした。これらの加工をエンドプレート３０に行うことにより、渦電流が流れなければならない距離が増加するので渦電流は流れ難くなり、渦電流損が低減できる。また、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面に、電気絶縁性材料を装着することによっても同様の効果を得ることが可能である。この場合は、エンドプレートを通過する漏れ磁束の量自体が減少するので、渦電流の発生を抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動機の回転子およびこれに用いられるエンドプレートに関わり、特に、エンドプレートに発生する渦電流を抑制することによって、渦電流損を改善する技術に関わるものである。

従来の電動機は、例えば、図１に示すような構造のものが一般的である。図１において、（ａ）は側面図、（ｂ）は横（Ａ−Ａ）断面図である。図１に示す電動機は、界磁束発生源である回転子１０と、この回転子１０を回転させる回転磁界を発生するための固定子１２とから構成されている。

回転子１０は、回転子軸１４と、この回転子軸１４の軸方向に磁性鋼板を複数積層して形成される積層鉄心１６と、積層鉄心１６の軸方向の両端に配され、積層鉄心１６の軸方向の動きを規制する２つのエンドプレート１８と、から構成されている。また、積層鉄心１６の周方向には、所定の間隔を介して軸方向に開口して形成される複数の開口部が配置されており、これら複数の開口部のそれぞれには、磁石１９が嵌挿されている。したがって、２つのエンドプレート１８は、積層鉄心１６の開口部に嵌挿された磁石１９に対しても、軸方向の動きを規制する役割を担っている。

一方、固定子１２は、磁性鋼板を複数積層して形成される固定子鉄心２０を有しており、この固定子鉄心２０が備えるティース２１に対して複数相の固定子コイル２２が複数組巻回されることによって構成されている。この複数相の固定子コイル２２を用いて回転磁界を発生させることにより、回転子１０を回転させることができるようになっている。

このような電動機にあっては、近年、電動機効率向上の要請が非常に高くなっており、この要請の高まりに応じて種々の技術が創案され、開示されている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

特開２００２−１１２４８１号公報 特開２００２−１３６０１３号公報 特開２００２−１３６０６７号公報

ところで、従来の電動機において、回転子１０に使用されるエンドプレート１８については、一般的に銅製のものが用いられていた。そして、このエンドプレート１８には、プレート面に対して垂直方向に磁束が流れ込み（図２中の矢印参照）、しかもこの磁束には変動があるため、エンドプレート面に渦電流が発生し、渦電流損を生じさせてしまうという問題が存在していた。この渦電流損の発生によって電動機効率が低下してしまうのであるが、従来の技術には、エンドプレート面に発生する渦電流を低減し、あるいは、渦電流の発生を防止する技術は存在していなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、エンドプレート面に発生する渦電流を低減することにより、電動機効率の向上を図ることを目的とするものである。

本発明に係る電動機の回転子は、回転子軸と、磁性鋼板を軸方向に積層して形成される積層鉄心と、前記積層鉄心の周方向に所定の間隔を介して配置されるとともに、軸方向に開口して形成される複数の開口部と、前記複数の開口部にそれぞれ嵌挿される磁石と、積層鉄心の軸方向の両端に配され、積層鉄心と磁石の軸方向の動きを規制するエンドプレート対と、を含むものであって、前記エンドプレート対それぞれの積層鉄心と接する側の面には、接触面積を低減するための加工が施されていることを特徴とする。

すなわち、エンドプレートを通過する磁束によってエンドプレート表面に発生する渦電流は、かかる加工面上を流れることになるので、加工を受けていない平面のエンドプレートと比較して渦電流が流れなければならない距離が増加するので、渦電流損を低減することができるのである。

また、本発明に係る電動機の回転子において、前記加工は、ローレット加工又はスリット加工を行うための機械加工であることが好適である。

この機械加工は、プレス加工等の成型加工や、切削加工、研削加工、研磨加工等の除去加工のうちの少なくとも１つによって行うことが可能であり、これらの加工法を用いることによってローレット加工、あるいはスリット加工を実施すればよい。

さらに、本発明に係る電動機の回転子において、前記加工はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に施されるものであって、さらに、エンドプレートの直径をＤ₁、前記加工を受けない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることが好適である。

本発明に係る別の電動機の回転子は、回転子軸と、磁性鋼板を軸方向に積層して形成される積層鉄心と、前記積層鉄心の周方向に所定の間隔を介して配置されるとともに、軸方向に開口して形成される複数の開口部と、前記複数の開口部にそれぞれ嵌挿される磁石と、積層鉄心の軸方向の両端に配され、積層鉄心と磁石の軸方向の動きを規制するエンドプレート対と、を含むものであって、前記エンドプレート対それぞれの積層鉄心と接する側の面には、電気絶縁性材料が装着されていることを特徴とする。

すなわち、電気絶縁性材料が装着されることによってエンドプレートを通過する漏れ磁束の量が減少するので、結果として渦電流の発生が低減されるのである。この現象は、電気絶縁性材料が有する厚みによってもたらされるものであり、積層鉄心とエンドプレートの電気絶縁性材料以外の部分との距離の効果によって実現しているのである。

また、本発明に係る別の電動機の回転子において、前記電気絶縁性材料はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に装着されるものであって、さらに、エンドプレートの直径をＤ₁、前記電気絶縁性材料が存在しない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることが好適である。

さらに、本発明に係る別の電動機の回転子において、前記電気絶縁性材料は、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面の全面に装着されることとすることもできる。

本発明に係る電動機の回転子に用いられるエンドプレートは、回転子軸の軸方向に積層して積層鉄心を形成する磁性鋼板を軸方向の両側から挟持することによって、積層鉄心の軸方向の動きを規制するようにしたものであって、前記エンドプレートの積層鉄心と接する側の面には、接触面積を低減するための加工が施されていることを特徴とする。

また、本発明に係る電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、前記加工は、ローレット加工又はスリット加工を行うための機械加工であることが好適である。

さらに、本発明に係る電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、前記加工はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に施されるものであって、さらに、エンドプレートの直径をＤ₁、前記加工を受けない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることが好適である。

本発明に係る別の電動機の回転子に用いられるエンドプレートは、回転子軸の軸方向に積層して積層鉄心を形成する磁性鋼板を軸方向の両側から挟持することによって、積層鉄心の軸方向の動きを規制するようにしたものであって、前記エンドプレートの積層鉄心と接する側の面には、電気絶縁性材料が装着されていることを特徴とする。

また、本発明に係る別の電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、前記電気絶縁性材料はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に装着されるものであって、さらに、エンドプレートの直径をＤ₁、前記電気絶縁性材料が存在しない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることが好適である。

さらに、本発明に係る別の電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、前記電気絶縁性材料は、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面の全面に装着されることとすることもできる。

なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明によれば、エンドプレートに発生する渦電流を減少させることができるので、渦電流損を改善した電動機を実現することが可能となる。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

なお、背景技術で示した部材と同一又は類似の部材については、同一符号を付して説明を省略する。

［第１の実施形態］
本実施形態に係るエンドプレート３０の特徴について、図３を用いて説明する。図３において、（ａ）はエンドプレート３０の側面を、（ｂ）はエンドプレート３０の（Ｂ−Ｂ）断面を示す図である。本実施形態に係るエンドプレート３０では、積層鉄心１６と接する側の面に対して、積層鉄心１６との接触面積を低減するためのローレット加工３１が施されていることを特徴としている。

積層鉄心１６との接触面積を低減するためのローレット加工３１を施したのは、エンドプレート３０の面上に発生する渦電流の流れる距離を増加させることによって、渦電流損の低減を図ることを目的とするものである。図４Ａおよび図４Ｂを用いて具体的に説明すると、図４Ａのようにエンドプレート１８面が平坦な場合には、渦電流はこの平坦面上を通過すればよいので、スムーズに流れることができる。一方、図４Ｂのようにエンドプレート３０面がローレット加工３１を受けている場合には、渦電流はこのローレット加工３１のデコボコに沿って流れなければならないので、加工を受けていない平面のエンドプレート１８と比較して渦電流が流れなければならない距離が増加するのである。この距離の増加によって渦電流は流れ難くなり、渦電流損が低減できるので、結果として、電動機効率を向上することが可能となるのである。

このローレット加工３１については、積層鉄心１６と接する側の面の外周側に円環状に施すことが好適である。これは、エンドプレート全面にローレット加工を施したのでは、エンドプレートが本来有している積層鉄心１６と磁石１９を押さえるという機能の維持に悪影響を与えてしまうからである。

なお、積層鉄心１６と磁石１９を押さえるという機能を維持しつつ渦電流損の低減効果を発揮することが可能な、最も好適な加工範囲が発明者の研究によって明らかとなっている。図５に示すとおり、エンドプレート３０の直径をＤ₁、エンドプレート３０の加工を受けない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７、および、ローレット深さ１ｍｍ以上という条件を満たすようにローレット加工３１を施すようにすればよい。

なお、ローレット加工３１については、プレス加工等の成型加工や、切削加工、研削加工、研磨加工等の除去加工のうちの少なくとも１つから選択される機械加工によって行うことが可能である。

［第２の実施形態］
上述した第１の実施形態においては、渦電流の発生を抑えるために、エンドプレート３０の面上にローレット加工３１を施した場合について説明した。本実施形態では、このローレット加工に代えて、スリット加工４１を行う場合について説明する。

本実施形態に係るエンドプレート４０は、図６に示すような形状を有しており、第１の実施形態で説明したローレット加工３１と同様、本実施形態のスリット加工４１についても、渦電流が流れなければならない距離を増加させ、渦電流を流れ難くすることによって渦電流損の低減を図るものである。

このスリット加工４１についても、ローレット加工３１と同様、エンドプレート４０の直径をＤ₁、エンドプレート４０の加工を受けない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７、および、スリット深さ１ｍｍ以上という条件を満たすようにスリット加工４１を施すことが好適である。また、スリット加工４１については、プレス加工等の成型加工や、切削加工、研削加工、研磨加工等の除去加工のうちの少なくとも１つから選択される機械加工によって行うことが可能である。

なお、図６においては、スリット加工４１が８箇所実施されている場合を例示しているが、渦電流が流れなければならない距離を増加させるという役割からも明らかな通り、スリット加工４１の実施箇所が多いほど、渦電流損低減効果が発揮される。

［第３の実施形態］
上述した第１および第２の実施形態では、ローレット加工やスリット加工をエンドプレート面上に実施することによって渦電流が流れなければならない距離を増加させ、渦電流損の低減を図った場合を説明した。本実施形態に係るエンドプレートは、図７において示すように、エンドプレート５０の積層鉄心と接する側の面に電気絶縁性材料５１を装着したことを特徴とするものである。

電気絶縁性材料５１は、例えば、セラミックス等であって、電気絶縁性材料５１が装着されることによって積層鉄心１６とエンドプレート本体５０ａとの間隔が距離（α）だけ広がるので、エンドプレート５０を通過する漏れ磁束の量が減少する。その結果、渦電流の発生が低減されるので、電動機効率を向上することができるというものである。この現象は、電気絶縁性材料５１が有する厚み（α）によってもたらされるものであり、積層鉄心１６とエンドプレート５０の電気絶縁性材料以外の部分（エンドプレート本体５０ａ）との距離の効果によって実現しているのである。

なお、電気絶縁性材料５１の装着場所については、ローレット加工３１やスリット加工４１と同様、エンドプレート５０の直径をＤ₁、エンドプレート５０のうち電気絶縁性材料５１が装着されない部分の直径をＤ₂とした場合に、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７、および、電気絶縁性材料５１の厚み（α）が１ｍｍ以上という条件を満たすように電気絶縁性材料５１を装着することが好適であるが、積層鉄心１６や磁石１９の押さえ機能が維持出来ることから、エンドプレート本体５０ａの積層鉄心１６と接する側の面の全面に装着することも可能である。

また、電気絶縁性材料５１の装着方法については、接着剤を用いた接着や機械的構造による接続等、種々の方式を採用することが可能である。

以上説明した第１ないし第３の実施形態に係るエンドプレート３０，４０，５０の効果について、図８を用いて説明する。図８において示した結果は、ステータ外径２７０φｍｍ、ロータ外径１６０φｍｍのモータ体格を有するモータにおいて、回転数：３０００ｒｐｍ、周波数ｆ：２００Ｈｚ、電流値：１００Ａｒｍｓの作動条件下での鉄損比を示したものである。

図８に示す結果からも明らかな通り、従来のエンドプレート１８と比較して、本発明に係るエンドプレートの全てにおいて鉄損比が減少しており、エネルギー損失の低減が明らかとなった。したがって、本発明によれば渦電流損低減の効果によって、電動機効率の向上を実現することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

一般的な電動機の構造を説明するための図である。 回転子が有するエンドプレートのプレート面に対して垂直方向に流れ込む磁束について説明するための図である。 ローレット加工を施したエンドプレートを示す図である。 エンドプレート面が平坦な場合の渦電流の様子を説明するための図である。 エンドプレート面がローレット加工を受けている場合の渦電流の様子を説明するための図である。 ローレット加工径、スリット加工径と鉄損の関係を示す図である。 スリット加工を施したエンドプレートを示す図である。 電気絶縁性材料を装着したエンドプレートを示す図である。 従来のエンドプレートと本発明に係るエンドプレートの鉄損比を比較した図である。

符号の説明

１０ 回転子、１２ 固定子、１４ 回転子軸、１６ 積層鉄心、１８，３０，４０，５０ エンドプレート、１９ 磁石、２０ 固定子鉄心、２１ ティース、２２ 固定子コイル、３１ ローレット加工、４１ スリット加工、５０ａ エンドプレート本体、５１ 電気絶縁性材料。

Claims (12)

1. 回転子軸と、
   磁性鋼板を軸方向に積層して形成される積層鉄心と、
   前記積層鉄心の周方向に所定の間隔を介して配置されるとともに、軸方向に開口して形成される複数の開口部と、
   前記複数の開口部にそれぞれ嵌挿される磁石と、
   積層鉄心の軸方向の両端に配され、積層鉄心と磁石の軸方向の動きを規制するエンドプレート対と、
   を含む電動機の回転子であって、
   前記エンドプレート対それぞれの積層鉄心と接する側の面には、接触面積を低減するための加工が施されていることを特徴とする電動機の回転子。
2. 請求項１に記載の電動機の回転子において、
   前記加工は、ローレット加工又はスリット加工を行うための機械加工であることを特徴とする電動機の回転子。
3. 請求項１又は２に記載の電動機の回転子において、
   前記加工はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に施されるものであって、さらに、
   エンドプレートの直径をＤ₁、
   前記加工を受けない部分の直径をＤ₂とした場合に、
   Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることを特徴とする電動機の回転子。
4. 回転子軸と、
   磁性鋼板を軸方向に積層して形成される積層鉄心と、
   前記積層鉄心の周方向に所定の間隔を介して配置されるとともに、軸方向に開口して形成される複数の開口部と、
   前記複数の開口部にそれぞれ嵌挿される磁石と、
   積層鉄心の軸方向の両端に配され、積層鉄心と磁石の軸方向の動きを規制するエンドプレート対と、
   を含む電動機の回転子であって、
   前記エンドプレート対それぞれの積層鉄心と接する側の面には、電気絶縁性材料が装着されていることを特徴とする電動機の回転子。
5. 請求項４に記載の電動機の回転子において、
   前記電気絶縁性材料はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に装着されるものであって、さらに、
   エンドプレートの直径をＤ₁、
   前記電気絶縁性材料が存在しない部分の直径をＤ₂とした場合に、
   Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることを特徴とする電動機の回転子。
6. 請求項４に記載の電動機の回転子において、
   前記電気絶縁性材料は、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面の全面に装着されることを特徴とする電動機の回転子。
7. 回転子軸の軸方向に積層して積層鉄心を形成する磁性鋼板を軸方向の両側から挟持することによって、積層鉄心の軸方向の動きを規制するようにした電動機の回転子に用いられるエンドプレートであって、
   前記エンドプレートの積層鉄心と接する側の面には、接触面積を低減するための加工が施されていることを特徴とするエンドプレート。
8. 請求項７に記載の電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、
   前記加工は、ローレット加工又はスリット加工を行うための機械加工であることを特徴とするエンドプレート。
9. 請求項７又は８に記載の電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、
   前記加工はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に施されるものであって、さらに、
   エンドプレートの直径をＤ₁、
   前記加工を受けない部分の直径をＤ₂とした場合に、
   Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることを特徴とするエンドプレート。
10. 回転子軸の軸方向に積層して積層鉄心を形成する磁性鋼板を軸方向の両側から挟持することによって、積層鉄心の軸方向の動きを規制するようにした電動機の回転子に用いられるエンドプレートであって、
    前記エンドプレートの積層鉄心と接する側の面には、電気絶縁性材料が装着されていることを特徴とするエンドプレート。
11. 請求項１０に記載の電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、
    前記電気絶縁性材料はエンドプレートの積層鉄心と接する側の面の外周側に円環状に装着されるものであって、さらに、
    エンドプレートの直径をＤ₁、
    前記電気絶縁性材料が存在しない部分の直径をＤ₂とした場合に、
    Ｄ₂／Ｄ₁＝０．９５〜０．７であることを特徴とするエンドプレート。
12. 請求項１０に記載の電動機の回転子に用いられるエンドプレートにおいて、
    前記電気絶縁性材料は、エンドプレートの積層鉄心と接する側の面の全面に装着されることを特徴とするエンドプレート。
    
    

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