JP2005278372A - Rotor for induction motor - Google Patents
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Description
本発明は、磁性体からなるコアの軸心周りに該軸心に沿って伸びる複数のスロットを設け、これらスロットに導電材をダイキャストして2次導体部を形成してなり、その周囲に発生する回転磁界と、この回転磁界により2次導体部に生じる誘導電流との相互作用によって回転する誘導電動機の回転子に関するものである。 In the present invention, a plurality of slots extending along the axial center of the core made of a magnetic material are provided, and a conductive material is die-cast in these slots to form a secondary conductor portion. The present invention relates to a rotor of an induction motor that rotates by the interaction between a rotating magnetic field that is generated and an induced current that is generated in a secondary conductor by the rotating magnetic field.
図6(a)は、誘導電動機の回転子を例示する模式断面図である。この回転子30は、磁性体からなるコア(以下、「回転子コア」という。)31の軸心O周りに該軸心Oに沿って伸びる複数のスロット32を有し、これらスロット32を回転子コア31の外周部にある表皮部分(以下、「ブリッジ」という)31Bで空間的に閉じたクローズドスロットと呼ばれるものであり、これらスロット32にアルミニウム等の導電材を流し込んで2次導体部34をダイキャスト成形している。また特にモータ特性の向上を図る場合には、図6(b)の要部断面図に示す如く、ブリッジ31Bにスリット(空間)31sを設けたオープンスロットと呼ばれるものが用いられる。
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view illustrating the rotor of the induction motor. The
また2次導体部には、その始動電流の制限又は始動トルクの増大を目的として、スロットを回転子コアの径方向上下2段に設けてこれらスロットを細長の連結スロットで繋いで2重スロットにし、この2重スロットにアルミニウムを流し込んで上部、下部及び縊れ部からなる2次導体部をダイキャスト成形する所謂、2重かご形導体がある(例えば、特許文献1参照。)。
一方、自動車の駆動源等といった特殊な用途に関しては、近年、小型化、高出力化が求められており、電動機においても、必然的に高速回転化が要求される傾向にある。 On the other hand, with regard to special applications such as a drive source for automobiles, in recent years, there has been a demand for miniaturization and high output, and motors inevitably tend to require high-speed rotation.
しかしながら、高速回転用として誘導電動機を採用した場合、スロットと2次導体部との相互間においては、ダイキャスト成形による固着効果や接着効果はほとんど得られず、また前記スロットは回転子コアの径方向に放射状に伸びる形状、或いは平行に伸びる形状となっているため、回転動作により生じる2次導体部の遠心荷重はブリッジ11Bに集中することになり、特に図6(b)に示すオープンスロットの回転子を用いた誘導電動機においては、2次導体部12から受ける遠心荷重に対してブリッジ11Bに十分な強度を持たせる必要がある。
However, when an induction motor is used for high-speed rotation, there is hardly any sticking effect or adhesive effect by die casting between the slot and the secondary conductor, and the slot has a diameter of the rotor core. Since it has a shape that extends radially in the direction or a shape that extends in parallel, the centrifugal load of the secondary conductor portion caused by the rotating operation is concentrated on the
そこで、遠心荷重に対する対策としては、回転子コア11のブリッジ11Bの径方向寸法(厚さ)を大きくするか、或いは、回転子コア11を強度の高い材料で構成する等が挙げられるが、こうした対策の場合、ブリッジ11Bの厚み増加に伴うモータ特性の低下や回転子コアに高強度材料を採用するに伴う材料コストの増加などの不都合が生じてしまう。また一般的な産業用途で使用される誘導電動機は、1500rpm〜3000rpm程度の回転数で運転されることが多く、2次導体部にかかる遠心荷重も十分に小さいため、上述した問題を生じることがなかった。
Therefore, measures against centrifugal loads include increasing the radial dimension (thickness) of the
一方、2重かご型回転子は、前記の如く、産業用などの商用周波数駆動で始動時に大きなトルクを必要とするモータに採用されており、商用周波数(例えば、50Hz)を投入した瞬間に、回転子表面付近の2次導体部に高い周波数の磁束が交差することによって生じる表皮効果によって、2次導体部の上部の外表面付近に集中する電流を効率よくトルクに変換することを目的としている。この2重かご形回転子を採用した誘導電動機においても、一般的な産業用途の誘導電動機と同様に、運転回転数の範囲は高いものではなく、2次導体部に生じる大きな遠心荷重に対応した構造となっていなかった。 On the other hand, as described above, the double squirrel-cage rotor is employed in a motor that requires a large torque at the time of start-up by commercial frequency drive for industrial use, and at the moment when the commercial frequency (for example, 50 Hz) is applied, The object is to efficiently convert the current concentrated in the vicinity of the outer surface of the upper portion of the secondary conductor portion into torque by the skin effect caused by the high frequency magnetic flux intersecting the secondary conductor portion in the vicinity of the rotor surface. . In the induction motor using this double squirrel-cage rotor, the range of the operating rotational speed is not high as in the case of general industrial induction motors, and it corresponds to a large centrifugal load generated in the secondary conductor. It was not structured.
また上記した従来の2重かご型回転子の場合、上下スロットを繋ぐ連結スロットの側壁が上下スロットの側壁に比べてスロット内部に突出するため、上下スロットと連結スロットとの間に形成される段差部分で2次導体部の遠心荷重を受けることができるが、2重かご形でない回転子の場合と比べて2次導体部の断面積は相対的に減少してしまうため、2次抵抗の増加に伴うモータ損失の増大、効率の低下、モータ発熱など電気的特性の低下を招く。更に誘導電動機をインバータで駆動する場合、最大トルクを発生させるのに最適な周波数で駆動できるため、敢えて2重かご形回転子を採用する必要はない。 Further, in the case of the conventional double cage type rotor described above, the side wall of the connecting slot that connects the upper and lower slots protrudes into the slot as compared to the side wall of the upper and lower slots, so that a step formed between the upper and lower slots and the connecting slot. Although it is possible to receive the centrifugal load of the secondary conductor part at the part, since the cross-sectional area of the secondary conductor part is relatively reduced compared to the case of the rotor that is not a double cage type, the secondary resistance is increased. As a result, motor loss increases, efficiency decreases, and motor characteristics such as heat generation decrease. Further, when the induction motor is driven by an inverter, it can be driven at an optimum frequency for generating the maximum torque, and therefore it is not necessary to adopt a double squirrel-cage rotor.
本発明の解決すべき課題は、上述した事実に鑑みてなされたものであり、モータの電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子の2次導体部から回転子コアに加わる遠心荷重を効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる誘導電動機の回転子を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention has been made in view of the above-mentioned facts, and from the secondary conductor portion of the rotor to the rotor core while suppressing a decrease in electric characteristics and performance of the motor and an increase in material cost. It is an object of the present invention to provide a rotor for an induction motor that can effectively disperse a centrifugal load applied to the motor and can easily realize a high-speed rotation operation.
本発明である誘導電動機の回転子は、磁性体からなるコアの軸心周りに該軸心に沿って伸びる複数のスロットを設け、これらスロットに導電材をダイキャストして2次導体部を形成してなる誘導電動機の回転子において、各スロットを仕切るティースの両側面にそれぞれ凹部を設け、当該凹部が互いに向き合うティースの側面において互い違いに配置されてなることを特徴とするものである。 In the rotor of the induction motor according to the present invention, a plurality of slots extending along the axis of the core made of a magnetic material are provided, and a conductive material is die-cast into these slots to form a secondary conductor portion. The rotor of the induction motor thus configured is characterized in that recesses are provided on both side surfaces of the teeth partitioning each slot, and the recesses are alternately arranged on the side surfaces of the teeth facing each other.
本発明において、前記ティースに設けた凹部の断面形状は、円弧形、角形若しくは三角形又はこれらの組み合わせからなる形状とすることができる。また、本発明において、前記ティースは、凹部を設けた一側面と反対側の他側面にあって前記凹部と同心円上の位置に凸部を設けてなる。 In this invention, the cross-sectional shape of the recessed part provided in the said tooth | gear can be made into the shape which consists of circular arc shape, a square shape, a triangle, or these combination. In the present invention, the teeth are provided on the other side surface opposite to the one side surface provided with the concave portion and provided with a convex portion at a position concentrically with the concave portion.
本発明によれば、磁性体からなるコアの各スロットを仕切るティースの両側面にそれぞれ凹部を設けたことにより、当該凹部に係合する突起が2次導体部に成形されるため、モータ特性や材料コストの増加を招くブリッジの厚さ寸法の変更を行うことなく、2次導体部から前記コアに加わる遠心荷重を効果的に分散させることができる。また、かかる構成によれば、2次導体部の断面積を減少させる要素がないため、回転子の電気的特性の低下や2次導体部の局所的な強度低下を防止することができる。更に、本発明によれば、各ティースに設けた凹部を互いに向き合うティースの側面において互い違いに配置することにより、各凹部が互いに前記コアの径方向にずれた位置となるため、ティースの両側面に凹部を設けても、ティースに沿って形成される磁束経路は十分に確保される。 According to the present invention, since the recesses are provided on both side surfaces of the teeth that partition the slots of the core made of the magnetic material, the protrusions that engage with the recesses are formed on the secondary conductor portion. The centrifugal load applied to the core from the secondary conductor portion can be effectively dispersed without changing the thickness of the bridge that causes an increase in material cost. Further, according to such a configuration, since there is no element that reduces the cross-sectional area of the secondary conductor portion, it is possible to prevent a decrease in electrical characteristics of the rotor and a local decrease in strength of the secondary conductor portion. Furthermore, according to the present invention, the concave portions provided in the teeth are alternately arranged on the side surfaces of the teeth facing each other, so that the concave portions are shifted from each other in the radial direction of the core. Even if the recess is provided, the magnetic flux path formed along the teeth is sufficiently secured.
即ち、本発明によれば、回転子の電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子の2次導体から前記コアに加わる遠心荷重を効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる。 That is, according to the present invention, it is possible to effectively disperse the centrifugal load applied to the core from the secondary conductor of the rotor while suppressing the decrease in the electrical characteristics and performance of the rotor and the increase in the material cost. High-speed rotation operation can be easily realized.
また本発明において、ティースに設けた凹部の断面形状を円弧形とすれば、当該凹部にはエッジが存在しないため、凹部間の距離、即ち、ティース幅はエッジが存在する場合と比較して大きくなる。このため、エッジが存在する凹部形状の場合よりも凹部の深さ(高さ)を大きくすることができ、高い遠心強度が得られると共に、ティースの磁束経路、即ち、回転子の電気的特性を容易に確保することができる。 Further, in the present invention, if the cross-sectional shape of the recess provided in the teeth is an arc shape, since there is no edge in the recess, the distance between the recesses, that is, the tooth width is compared with the case where the edge exists. growing. For this reason, the depth (height) of the recess can be made larger than in the case of the recess having an edge, and a high centrifugal strength can be obtained, and the magnetic flux path of the teeth, that is, the electrical characteristics of the rotor can be improved. It can be secured easily.
また本発明において、ティースに設けた凹部の断面形状を角形にすれば、2次導体部側の凸となる部分(スロットでは凹部)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部(2次導体部側の凸となる部分)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティースの両側面にそれぞれ凹部を設けたことによるティース内の磁束経路の減少、即ち、回転子における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。 In the present invention, if the cross-sectional shape of the concave portion provided in the tooth is square, the strength of the convex portion on the secondary conductor side (the concave portion in the slot) in the centrifugal direction can be sufficiently secured, and the strength Since it is easy to secure, the depth (height) of the concave portion (the convex portion on the secondary conductor portion side) can be kept small. It is possible to minimize the decrease of the magnetic flux path in the rotor, that is, the deterioration of the electrical characteristics of the rotor.
また本発明において、ティースに設けた凹部の断面形状を三角形にすれば、ティースに設けた凹部の断面形状を角形にすれば、2次導体部側の凸となる部分(スロットでは凹部)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部(2次導体部側の凸となる部分)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティースの両側面にそれぞれ凹部を設けたことによるティース内における磁束経路の減少、即ち、回転子における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。 In the present invention, if the cross-sectional shape of the concave portion provided in the tooth is triangular, if the cross-sectional shape of the concave portion provided in the tooth is square, the portion of the convex portion on the secondary conductor side (the concave portion in the slot) is centrifuged. The strength in the direction can be sufficiently secured and the strength can be easily secured, so that the depth (height) of the concave portion (the convex portion on the secondary conductor side) can be kept small. The decrease in the magnetic flux path in the teeth, that is, the decrease in the electrical characteristics in the rotor due to the concave portions provided on both side surfaces of the teeth can be minimized.
また本発明において、前記ティースが前記凹部を設けた一側面と反対側の他側面にあって前記凹部と同心円上の位置に凸部を設けたものであれば、当該ティースにおける軸心周り方向の幅がその両側面それぞれに設けた凹部によって減少せずに済むため、ティース内における磁束経路への影響、即ち、回転子の電気的特性への影響がほとんど生じることなく、2次導体部で発生する遠心荷重を前記コアに効果的に分散させることができる。 Further, in the present invention, if the teeth are on the other side opposite to the one side where the recess is provided and a convex part is provided at a position concentrically with the recess, the teeth in the direction around the axis of the tooth are provided. Since the width does not need to be reduced by the concave portions provided on both side surfaces, the influence on the magnetic flux path in the teeth, that is, the influence on the electrical characteristics of the rotor hardly occurs. The centrifugal load to be distributed can be effectively dispersed in the core.
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る回転子10を採用する誘導電動機(以下、「モータ」という。)100の一形態であって、その側面を示す要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of an embodiment of an induction motor (hereinafter referred to as “motor”) 100 that employs a
モータ100は、所謂、三相交流モータであって、ケースC内に軸受Bによって回転自在に支持されたシャフトSを有し、このシャフトSと同軸(軸心O)上に一体に設けられたかご形回転子10と、このかご形回転子10を取り囲むように軸心O周りに180°間隔で配置された固定子20とを備え、これら固定子20に、120°の位相差のある3相交流電流を流すことにより、ケースC内にて回転子10の周囲に回転磁界を発生させることができる。
The
かご形回転子10は、複数の電磁鋼板11aを軸心Oに沿って積層してなる回転子コア11を有し、この回転子コア11の前後端面に配した短絡環13を複数の2次導体部14で連結したものである。
The squirrel-
図2は、回転子コア11を形成する電磁鋼板11aの正面図である。
FIG. 2 is a front view of the electromagnetic steel sheet 11a forming the
電磁鋼板11aは、シャフトSを固定する開口Hと、その軸心O周りに複数のスロット12とを有するディスク状のものであって、この電磁鋼板11aを図1に示す如くシャフトSに沿って複数個積層することにより、軸心O周りに仕切られて軸心Oに沿って伸びる複数のスロット12を有する回転子コア11が形成される。スロット12は、その内部をブリッジ11Bによって封鎖されたクローズドスロットである。
The electromagnetic steel plate 11a has a disk shape having an opening H for fixing the shaft S and a plurality of
2次導体部14は、回転子コア11の前後端面に短絡環13を配したのち軸心Oに沿って伸びるスロット12それぞれにアルミニウム等の導電材をダイキャストすることにより、短絡環13を連結してなる。これにより、かご形回転子10は、各固定子20に流す交流電流によって回転子10の周囲に発生する回転磁界Bと、この回転磁界Bにより2次導体部14に生じる誘導電流Iとの相互作用によって軸心O周りをシャフトSと共に回転する。
The
ところで、本形態にあっては、図2の一点鎖線に示すように、回転子コア11に、各スロット12を仕切るティース11Tの両側面にそれぞれ凹部12rを設け、凹部12rが互いに向き合うティース11Tの側面において互い違いに配置されている。これにより、図3(a)に示す如く、2次導体部14は、スロット14と同じほぼ台形の外観形状を有し、そのティース11Tとの接触面にはそれぞれ軸心O周りに凸となる凸部14pが形成されるため、この凸部14pと係合する凹部12rが2次導体部14の遠心荷重を受けることになる。
By the way, in this embodiment, as shown by the one-dot chain line in FIG. 2, the
かかる構成によれば、回転子コア11の各スロット12を仕切るティース11Tの両側面にそれぞれ凹部12rを設けたことにより、図3(a)に示す如く、当該凹部12rに係合する凸部14pが2次導体部14の円周方向側面それぞれに成形されるため、モータ特性や材料コストの増加を招くブリッジ11Bの厚さ寸法L1の変更を行うことなく、2次導体部14から回転子コア11に加わる遠心荷重を効果的に分散させることができる。また、かかる構成によれば、図3(a)に示す如く、2次導体部14の円周方向側面に凸部14pが形成されることにより、2次導体部14としての断面積は増加する方向になるため、回転子10の電気的特性には有利である。更に、かかる構成によれば、各ティース11Tに設けた凹部12rを互いに向き合うティース11Tの側面において互い違いに配置することにより、各凹部12rが互いに回転子コア11の径方向Rにずれた位置となるため、ティース11Tの両側面に凹部12rを設けても、図3(a)の破線に示す如く、ティース11Tに沿って形成される磁束経路ΦLは十分に確保される。
According to such a configuration, the
即ち、本発明によれば、回転子10の電気的特性や性能の低下及び材料コストの増加を抑えながら、回転子10の2次導体14からブリッジ11Bに加われる遠心荷重を効果的に分散させることができると共に、高速回転運転を容易に実現することができる。
That is, according to the present invention, the centrifugal load applied to the
また本発明においては、ティース11Tに設けた凹部12rの断面形状を円弧形とすれば、当該凹部12rにはエッジが存在しないため、凹部12rの距離、即ち、ティース11Tの幅(ティース11Tの軸心Oにおける径方向幅)L2はエッジが存在した場合と比較して大きくなる。このため、エッジが存在する凹部形状の場合よりも凹部12rの深さ(高さ)を大きくすることができ、高い遠心強度が得られると共に、ティース11Tの磁束経路Φ、即ち、回転子10の電気的特性を容易に確保することができる。なお、凹部12rは、1つに限らず複数設けることもでき、図3(b)には、その一例を示す。但し、この場合、各ティース11Tに設けた凹部12rを互いに向き合うティース11Tの側面において、凹部12rを同数にする必要はない。
Further, in the present invention, if the cross-sectional shape of the
またティース11Tに設けた凹部の寸法範囲は様々な変更が可能であり、特に、回転子コア11のブリッジ11Bが受ける遠心荷重、即ち、運転時のモータ回転数の範囲(回転数の高さ)と、モータ体格(回転子10の外形寸法とスロット12の回転子における径方向寸法)とにより凹部の断面形状も併せて変更が可能であり、例えば、ティース11Tの両側面にはそれぞれ角形の断面形状からなる凹部12sを設けてもよい。図4(a)は、その一例であって、凹部12sは、径方向に延びる矩形断面形状からなる。かかる構成によれば、2次導体部14の凸部14p(スロット12では凹部12s)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部12s(凸部14p)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティース11Tの両側面にそれぞれ凹部12sを設けたことによるティース11T内の磁束経路ΦLの減少、即ち、回転子10における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。なお、凹部12sも、1つに限らず複数設けることもでき、図4(b)に、その一例を示す。
The dimension range of the recesses provided in the
また複数の凹部を設ける場合、図5(a)に示す如く、円弧形の凹部12rと角形の凹部12sとを組み合わせることも可能である。かかる構成によれば、ティース11Tへの食い込み量が少ない円弧形の凹部12rと、2次導体部14の強度を重視した角形の凹部12sとを併設することにより、ティース11Tの幅L3(図2参照。)が十分確保できない等、凹部の配置に制限がある場合に有効である。
When a plurality of recesses are provided, as shown in FIG. 5A, it is also possible to combine an arc-shaped
更にティース11Tの両側面にはそれぞれ三角形の断面形状からなる凹部12tを設けてもよい。図5(b)は、その一例であって、凹部12tは、遠心荷重を受けるブリッジ11Bに向かうに従って傾斜する斜面12t1と、遠心荷重を受ける垂直面12t2からなる。かかる構成によれば、2次導体部14の凸部14p(スロット12では凹部12t)の遠心方向に対する強度を十分確保することができると共に、その強度の確保が容易であるため、当該凹部12t(凸部14p)の深さ(高さ)を小さく抑えることができるから、ティース11Tの両側面にそれぞれ凹部12tを設けたことによるティース11T内の磁束経路ΦLの減少、即ち、回転子10における電気的特性の低下を最小限に抑えることができる。なお、凹部12tも、1つに限らず複数設けることもでき、また複数の凹部を設ける場合、円弧形の凹部12rと角形の凹部12sとを組み合わせることも可能である。
Further,
また本発明にあっては、図5(c),(d)に例示する如く、ティース11Tが凹部12r,12s(12t)を設けた一側面と反対側の他側面上にあって凹部12r,12s(12t)と同心円上(図中の一点鎖線を参照。)の位置にその凹部12r,12s(12t)と同形の断面形状からなる凸部12pを設けてもよい。かかる構成によれば、当該ティース11Tにおける軸心O周り方向の幅がその両側面それぞれに設けた凹部12r,12s(12t)によって減少せずに済むため、ティース11T内における磁束経路ΦLへの影響、即ち、回転子10の電気的特性への影響がほとんど生じることなく、2次導体部14で発生する遠心荷重を回転子コア11に効果的に分散させることができる。
In the present invention, as illustrated in FIGS. 5C and 5D, the
上述した各形態は、様々な変更を加えることができる。例えば、本形態は、クローズドスロットの回転子で説明したが、本発明は、ブリッジ11Bの強度が確保しにくいオープンスロットの回転子等に用いれば、一層効果的である。
Each form mentioned above can add various change. For example, although the present embodiment has been described with a closed slot rotor, the present invention is more effective when used in an open slot rotor or the like in which the strength of the
10 回転子
11 回転子コア(コア)
11B ブリッジ
11T ティース
12 スロット
12r 円弧形状凹部
12s 角形状凹部
12t 三角形状凹部
13 短絡環
14 2次導体部
10 rotor
11 Rotor core (core)
11B bridge
11T Teeth
12 slots
12r Arc-shaped recess
12s square recess
12t triangular recess
13 Short circuit ring
14 Secondary conductor
Claims (5)
各スロットを仕切るティースの両側面にそれぞれ凹部を設け、当該凹部が互いに向き合うティースの側面において互い違いに配置されてなることを特徴とする誘導電動機の回転子。 In the rotor of the induction motor in which a plurality of slots extending along the axial center of the core made of a magnetic material are provided, and a secondary conductor is formed by die-casting a conductive material in these slots.
A rotor for an induction motor, wherein recesses are provided on both side surfaces of teeth separating each slot, and the recesses are alternately arranged on side surfaces of the teeth facing each other.
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