JP2010263757A - かご形誘導機における回転子及びかご形誘導機 - Google Patents

Abstract

【課題】かご形誘導機における回転子の外周面側の冷却効果を高めつつ、回転子の強度低下を抑制する。
【解決手段】ロータコア１６は、磁性体（電磁鋼板）製の複数枚のコア板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを積層して構成されている。回転軸１７内には供給通路２２が形成されている。第１コア板３０Ｂには第１通路要素２５１が軸通し孔１１６から径方向に掘り下げてから周方向に分岐する形状に形成されている。第２コア板３０Ｃには複数の第２通路要素２９１が第２コア板３０Ｃの外周から軸通し孔１１６に向けて掘り下げる形状に形成されている。第１コア板３０Ｂと第２コア板３０Ｃとを接合した場合、複数の第２通路要素２９１は、第１通路要素２５１に接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コア板を積層して構成されたロータコアの周方向に複数のスロットを配列して備えているかご形誘導機における回転子及びかご形誘導機に関する。

かご形誘導機としては、ロータコアの周方向に並んだ状態で二次導体としての複数の導体をロータコアに収容するとともに、複数の導体の両端を短絡環で短絡して回転子を構成したものが知られている。このかご形誘導機では、ステータコアに巻回された固定子巻線に電流が流されると、固定子から磁束が発生し、この磁束がロータコアの周方向に並んだ導体と順に鎖交することによって、各導体に順に電流が流れ、導体を流れる電流と磁束との相互作用によって回転子が回転する。

回転子における発熱は、その表面付近（導体付近）での発熱量が大きい。そのため、例えば、特許文献２では、回転子の表面付近の冷却を行なうために、回転軸から径方向に延びる流路が隣り合う導体間に配置される構成が開示されている。この流路は、径方向の供給側流路と、軸方向の除熱流路と、径方向の排出側流路とから構成されている。回転軸外から回転軸内へ導入された液体冷媒は、供給側流路、除熱流路及び排出側流路を流れて回転子の表面付近を冷却した後に再び回転軸内へ導入されて回転軸外へ流出する。

なお、特許文献１では、ステータコアを構成する積層板に切り欠きを設け、切り欠きを設けた積層板を重ね合わせることにより冷媒供給孔を形成する構成が開示されている。冷媒供給孔は、回転子の外周面と固定子の内周面との間の空隙に達しており、冷媒供給孔に供給された冷媒は、回転子の外周面に達して回転子の外周面を冷却する。

特開平５−３２８６６９号公報 特開２００８−２１９９６０号公報

特許文献２に開示の回転子では、隣り合う導体間に導体に沿って除熱通路を配置する構成であるために回転子の外周面側へは冷媒が供給されず、回転子の外周面側の冷却効果が充分でない。ここで、特許文献１に開示された、切り欠きを設けた積層板を重ね合わせることにより冷媒供給孔を形成する構成を特許文献２に適用し、除熱通路を回転子の外周面側に開口して冷媒を回転子の外周面側へ供給することも考えられるが、その場合には、ロータコアの中心側に多数の切り欠きを設けなければならず、ロータコアの強度が低下するという不具合がある。

本発明は、かご形誘導機における回転子の外周面側の冷却効果を高めつつ、回転子の強度低下を抑制することを目的とする。

本発明は、コア板を積層して構成されたロータコアが環状の固定子の内側に設けられており、前記ロータコアは、その周方向に配列された複数のスロットを備えており、前記スロット内には導体が設けられており、前記ロータコアを含む回転子に冷却流体を供給する供給通路が設けられており、前記ロータコアの外周面に開口する冷却通路が前記供給通路に連通しているかご形誘導機における回転子を対象とし、請求項1の発明では、前記コア板は、前記供給通路に接続する第１通路を有する第１コア板と、前記ロータコアの外周面に至る複数の第２通路を有する第２コア板との少なくとも２種類であり、１つの前記第２コア板の第２通路の本数は、１つの前記第1コア板の第1通路の本数よりも多く、前記第１コア板の少なくとも１つと前記第２コア板の少なくとも１つとは、隣り合っており、前記第２コア板に隣り合う前記第１コア板の第１通路と、前記第１コア板に隣り合う前記第２コア板の第２通路とは、前記冷却通路を構成するように接続している。

ロータコアの外周面に至る通路を構成する第２通路のみがあり、且つ第２通路が供給通路に連通している場合を想定すると、この場合にはロータコアの中心側にも第２通路の全てが通ることになり、ロータコアの強度が低下する。本発明の構成では、ロータコアの中心側を通る第１通路の本数が第２通路よりも少ない。そのため、第２通路の本数よりも少ない第１通路が供給通路に接続する本発明の構成は、回転子の外周面側の冷却効果を高めるために第２通路の本数を多くした場合であってもロータコアの強度低下の抑制に寄与する。

好適な例では、前記第１通路は、前記供給通路に接続するように前記ロータコアの径方向に延びる基幹通路と、前記基幹通路に接続するように前記ロータコアの周方向に延びる枝管通路とを備えており、前記第２通路は、前記枝管通路に接続している。

周方向に延びる枝管通路の存在は、第２通路と第１通路との接続を容易にする。
好適な例では、前記第１通路は、前記スロットの配列領域の最小半径よりも内側に設けられている。

好適な例では、前記第２通路は、隣り合う前記スロットの間の全てに設けられている。
好適な例では、前記コア板は、前記第１コア板と、前記第２コア板と、前記第１通路及び前記第２通路のいずれも有していない第３コア板との３種類であり、前記第３コア板の少なくとも１つと、前記第１コア板及び前記第２コア板の少なくとも一方とが隣り合っている。

好適な例では、前記ロータコアの外周面には、前記ロータコアの回転軸線の方向に向かうにつれて前記ロータコアの周方向に向かう溝が設けられている。
溝は、ロータコアの回転に伴ってロータコアの外周面上の流体をロータコアの軸線方向へ移動させる機能を備える。このような溝は、流体の流れを良くして冷却効果を高める。

好適な例では、前記回転子は、前記ロータコアに貫通された回転軸を含み、前記供給通路は、前記回転軸の内部に形成されており、前記供給通路は、前記回転軸の外周面に開口する出口を備えている。

回転軸内の供給通路にある冷却流体は、供給通路の出口、第１通路及び第２通路を経由してロータコアの外周面へと流出する。
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転子を備えたかご形誘導機である。

本発明は、かご形誘導機における回転子の外周面側の冷却効果を高めつつ、回転子の強度低下を抑制できるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す側断面図。 部分拡大側断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は、コア板３０Ａを示す端面図。（ｂ）は、コア板３０Ｂを示す端面図。（ｃ）は、コア板３０Ｃを示す端面図。 別の実施形態を示すロータコア１６の側面図。 別の実施形態を示し、（ａ）は、コア板３０Ｄを示す端面図。（ｂ）は、コア板３０Ｅを示す端面図。（ｃ）は、コア板３０Ｄ，３０Ｅを重ねた状態を示す端面図。 別の実施形態を示し、（ａ）は、コア板３０Ｆを示す端面図。（ｂ）は、コア板３０Ｇを示す端面図。（ｃ）は、コア板３０Ｆ，３０Ｇを重ねた状態を示す端面図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４について説明する。
図１に示すように、かご形誘導機Ｍは、モータハウジング１０と、モータハウジング１０の内周面に固定された環状の固定子１１と、モータハウジング１０に回転可能に支持された回転子１５とを備えている。

図３に示すように、かご形誘導機Ｍを構成する固定子１１は、環状のステータコア１２と、ステータコア１２の内周に複数配列されたティース１２１間のスロット１２２に施された巻線１３とからなる。スロット１２２は、環状の固定子１１の周方向に等ピッチで配列されている。

図１に示すように、かご形誘導機Ｍを構成する回転子１５は、円柱形状のロータコア１６と、ロータコア１６の軸通し孔１６１に挿通して固定された回転軸１７と、ロータコア１６の両端に接合された一対の短絡環１８，１９とを備えている。環状の固定子１１の内側に設けられたロータコア１６には複数のスロット２０が回転子１５の回転軸線１５１の方向に貫通するように形成されている。各スロット２０内には導体２１が充填されている。導体２１は、その両端が短絡環１８，１９に固定されて短絡されている。

ステータコア１２は、磁性体（電磁鋼板）製の複数枚のコア板１４を積層して構成されており、ロータコア１６は、磁性体（電磁鋼板）製の複数枚のコア板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを積層して構成されている。

回転子１５は、巻線１３への通電制御によって回転軸線１５１を中心にして回転する。
回転軸１７内には供給通路２２及び排出通路２３が形成されている。供給通路２２の入口２２１は、回転軸１７の一方の端面に開口しており、供給通路２２の出口２２２は、環状のステータコア１２の環内において回転軸１７の外周面１７１に開口している。排出通路２３の入口２３１は、回転軸１７の他方の端面側の外周面１７１に開口しており、排出通路２３の出口２３２は、回転軸１７の他方の端面に開口している。

図２に示すように、ロータコア１６には冷却通路２４が形成されている。冷却通路２４は、供給通路２２の出口２２２に接続していると共に、ロータコア１６の外周面１６０に開口している。冷却通路２４は、供給通路２２の出口２２２に接続する第１通路２５と、第１通路２５から分岐する一対の第２通路２９とからなる。

図３に示すように、第１通路２５は、出口２２２に接続する基幹通路２６と、基幹通路２６から周方向に分岐する一対の枝管通路２７，２８とから構成されている。一対の第２通路２９は、ロータコア１６の外周面１６０に開口している。供給通路２２の出口２２２及び冷却通路２４は、ロータコア１６の回転軸線１５１の周囲に等角度間隔に複数（本実施形態では４つ）設けられている。第１通路２５は、スロット２０の配列領域の最小半径（回転軸線１５１からスロット２０の内端に至る距離）よりも内側に設けられている。

図４（ａ）は、ロータコア１６を構成する第３コア板３０Ａを示す。図４（ｂ）は、ロータコア１６を構成する第１コア板３０Ｂを示し、図４（ｃ）は、ロータコア１６を構成する第２コア板３０Ｃを示す。各コア板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃには軸通し孔１６１を形成する軸孔３０１が形成されていると共に、スロット２０形成用の形成孔３０２が軸孔３０１の周りに配列するように形成されている。

図４（ｂ）に示すように、第１コア板３０Ｂには第１通路要素２５１が軸孔３０１から径方向へ延びてから周方向に分岐する形状に形成されている。第１通路要素２５１は、径方向に沿って外周側に延びる基幹通路要素２６１と、基幹通路要素２６１に接続するようにロータコア１６の周方向に延びる一対の枝管通路要素２７１，２８１とを備えている。

図４（ｃ）に示すように、第２コア板３０Ｃには第２通路要素２９１が第２コア板３０Ｃの外周から軸孔３０１に向けて延びる形状に形成されている。第２通路要素２９１は、隣り合う形成孔３０２間を通って形成孔３０２の径方向における内端よりもさらに軸孔３０１側に近い深さに形成されている。

本実施形態では、図１に示すように、３枚の第１コア板３０Ｂが連続して積層されていると共に、３枚の第２コア板３０Ｃが連続して積層されている。３枚の第１コア板３０Ｂの基幹通路要素２６１は、基幹通路２６を構成し、３枚の第１コア板３０Ｂの枝管通路要素２７１，２８１は、枝管通路２７，２８を構成する。基幹通路要素２６１、枝管通路要素２７１，２８１は、第１通路要素２５１を構成し、第１通路要素２５１は、第１通路２５を構成し、３枚の第２コア板３０Ｃの第２通路要素２９１は、第２通路２９を構成する。

３枚の第２コア板３０Ｃの積層群は、３枚の第１コア板３０Ｂの積層群の両側にそれぞれ配置されている。３枚の第１コア板３０Ｂの１枚と、３枚の第２コア板３０Ｃからなる一方の積層群のうちの１枚とは、隣り合って接合しており、３枚の第１コア板３０Ｂの別の１枚と、３枚の第２コア板３０Ｃからなる他方の積層群のうちの１枚とは、隣り合って接合している。第２通路２９の始端部（ロータコア１６の中心側の端部）は、第１通路２５の枝管通路２７，２８に接続している。

図３は、第１コア板３０Ｂと第２コア板３０Ｃとを接合してある状態を示す。
供給通路２２の入口２２１から供給通路２２へ送られた冷却流体は、供給通路２２の出口２２２、第１通路２５の基幹通路２６、第１通路２５の枝管通路２７，２８及び第２通路２９を経由してロータコア１６の外周面１６０上に流出する。外周面１６０上に流出した冷却流体は、ロータコア１６の外周面１６０とステータコア１２の内周面１２０との間、モータハウジング１０内、排出通路２３の入口２３１及び排出通路２３の出口２３２を経由してモータハウジング１０外へ流出する。このように流れる冷却流体は、ロータコア１６の外周面１６０付近を冷却する。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）第１通路２５は、ロータコア１６の中心側（ロータコア１６の径方向においてスロット２０よりも内側、つまりスロット２０の配列領域の最小半径よりも内側）にあり、ロータコア１６の中心側を通る第１通路２５の本数は、第２通路２９の本数よりも少ない。従って、ロータコア１６の中心側に第２通路２９の本数と同数の径方向通路を形成する場合と比較してロータコア１６の強度低下が抑制される。そのため、第２通路２９の本数よりも少ない第１通路２５を供給通路２２に接続させた構成は、ロータコア１６の外周面１６０付近を冷却しつつロータコア１６の強度低下の抑制に寄与する。

（２）第２通路２９の本数が多いほど、ロータコア１６の外周面１６０付近の冷却効果が向上する。ロータコア１６の周方向に延びる枝管通路２７，２８の存在は、第１通路２５に接続する第２通路２９の本数を増やす上で有利である。

（３）第２通路２９は、隣り合うスロット２０の間の全てに設けられている。これは、ロータコア１６の外周面１６０付近の冷却効果の向上に寄与する。
本発明では以下のような実施形態も可能である。

○図５に示すように、ロータコア１６の外周面１６０に複数の溝３１を設けてもよい。溝３１は、ロータコア１６の回転軸線１５１の方向に向かうにつれてロータコア１６の周方向に向かう形状である。第２通路２９からロータコア１６の外周面１６０へ流出した冷却流体は、ロータコア１６の回転に伴って、溝３１に沿って回転軸線１５１の方向へ移動する。このような機能を備える溝３１の存在は、冷却流体の流れを良くして冷却効果を高める。

○図６（ａ）に示すような形状の第１通路３２を備えた第１コア板３０Ｄ、及び図６（ｂ）に示すような複数の第２通路３３Ａ，３３Ｂを備えた第２コア板３０Ｅを図６（ｃ）に示すように重ね合わせた実施形態も可能である。この場合、第１通路３２と第２通路３３Ａ，３３Ｂとは接続する。

○図７（ａ）に示すような形状の第１通路３４を備えた第１コア板３０Ｆ、及び図７（ｂ）に示すような複数の第２通路３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを備えた第２コア板３０Ｇを図７（ｃ）に示すように重ね合わせた実施形態も可能である。この場合、第１通路３４と第２通路３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃとは接続する。

第１通路３４は、ロータコア１６の軸孔３０１から径方向に延びる径方向通路３４１と、径方向に対して交差する方向へ径方向通路３４１の先端（軸孔３０１とは反対側の端部）から延びる交差通路３４２とからなる。この場合、交差通路３４２の延出方向は、ロータコア１６の回転方向とは逆方向である。このような交差通路３４２を用いれば、ロータコア１６の回転に伴って交差通路３４２内の冷却流体が積極的に第２通路３５Ａ，３５Ｂ側へ送られ、冷却効果が向上する。

○ロータコア１６の回転軸線１５１の方向へ間隔を置いて複数の第１通路を設けてもよい。
○１枚の第１コア板３０Ｂのみや、２枚又は４枚以上で第１通路を形成するようにしてもよい。

○１枚の第２コア板３０Ｃのみや、２枚又は４枚以上で第２通路を形成するようにしてもよい。
○第１通路及び第２通路のいずれも備えていない第３コア板３０Ａを用いることなく、第１通路を供えた第１コア板と第２通路を備えた第２コア板とのみでロータコア１６を構成してもよい。

○軸通し孔１６１を供給通路としてもよい。この場合、ロータコア１６は、例えば回転軸１７に取り付けられた支持具を介して回転軸１７に支持される。

１１…固定子。１６…ロータコア。１６０…外周面。１７…回転軸。２０…スロット。２１…導体。２２…供給通路。２２２…出口。２４…冷却通路。２５，３２，３４…第１通路。２６…基幹通路。２７，２７…枝管通路。２９，３３Ａ，３３Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ…第２通路。３０Ａ…第３コア板。３０Ｂ，３０Ｄ，３０Ｆ…第１コア板。３０Ｃ，３０Ｅ，３０Ｇ…第２コア板。３１…溝。Ｍ…かご形誘導機。

Claims (8)

1. コア板を積層して構成されたロータコアが環状の固定子の内側に設けられており、前記ロータコアは、その周方向に配列された複数のスロットを備えており、前記スロット内には導体が設けられており、前記ロータコアを含む回転子に冷却流体を供給する供給通路が設けられており、前記ロータコアの外周面に開口する冷却通路が前記供給通路に連通しているかご形誘導機における回転子において、
   前記コア板は、前記供給通路に接続する第１通路を有する第１コア板と、前記ロータコアの外周面に至る複数の第２通路を有する第２コア板との少なくとも２種類であり、
   １つの前記第２コア板の第２通路の本数は、１つの前記第1コア板の第1通路の本数よりも多く、
   前記第１コア板の少なくとも１つと前記第２コア板の少なくとも１つとは、隣り合って接合しており、
   前記第２コア板に隣り合う前記第１コア板の第１通路と、前記第１コア板に隣り合う前記第２コア板の第２通路とは、前記冷却通路を構成するように接続しているかご形誘導機における回転子。
2. 前記第１通路は、前記供給通路に接続するように前記ロータコアの径方向に延びる基幹通路と、前記基幹通路に接続するように前記ロータコアの周方向に延びる枝管通路とを備えており、前記第２通路は、前記枝管通路に接続している請求項１に記載のかご形誘導機における回転子。
3. 前記第１通路は、前記スロットの配列領域の最小半径よりも内側に設けられている請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載のかご形誘導機における回転子。
4. 前記第２通路は、隣り合う前記スロットの間の全てに設けられている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のかご形誘導機における回転子。
5. 前記コア板は、前記第１コア板と、前記第２コア板と、前記第１通路及び前記第２通路のいずれも有していない第３コア板との３種類であり、前記第３コア板の少なくとも１つと、前記第１コア板及び前記第２コア板の少なくとも一方とが隣り合っている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のかご形誘導機における回転子。
6. 前記ロータコアの外周面には、前記ロータコアの軸線方向に向かうにつれて周方向に向かう溝が設けられている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のかご形誘導機における回転子。
7. 前記回転子は、前記ロータコアに貫通された回転軸を含み、前記供給通路は、前記回転軸の内部に形成されており、前記供給通路は、前記回転軸の外周面に開口する出口を備えている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のかご形誘導機における回転子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転子を備えたかご形誘導機。

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