JP2012175727A

JP2012175727A - 誘導電動機に用いる回転子及び誘導電動機

Info

Publication number: JP2012175727A
Application number: JP2011032140A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Satake; 康之佐武
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】誘導電動機に用いる回転子の製造効率を向上する。
【解決手段】ロータバー１５は、アルミニウム製の複数の第１導体２０１を積層した導体群２０と、銅製の複数の第２導体２１１を積層した導体群２１とから構成されている。挿通孔１２１内に位置する第１導体２０１の周面にはエナメル製の絶縁被膜２２が施されており、挿通孔１２１内に位置する第２導体２１１の周面にはエナメル製の絶縁被膜２３が施されている。第１導体２０１の基材は、平角導体であり、第２導体２１１の基材は、平角導体である。ロータバー１５は、複数の平角導体を積層した状態で挿通孔１２１に合う形状に成形して得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータコアの挿通孔に挿通されてロータコアの端面から突出するロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機に用いる回転子及び誘導電動機に関する。

誘導電動機では、渦電流損は、ロータバーの外周表面で多く発生する。この渦電流は、回転子の表面付近でロータバーに多く流れる。又、渦電流は、ロータバーの導電率が小さいほど大きくなり、ジュール熱となって電力を消費する。つまり、ロータバーの銅損が発生する。

特許文献１に開示の誘導電動機では、複数の導体を導体バー（ロータバー）の半径方向に包み重ねて導体バーの径方向に多層に構成した導体バーが開示されている。このような多層構造は、導電率の高い材料を用いた導体バーにおいても渦電流の発生を抑制する。

複数の導体を導体バーの半径方向に包み重ねて導体バーの径方向に多層にする多層構造を得る１つの手段としては、パイプ形状の導体内に別のパイプ形状の導体を圧入する工程を複数回繰り返す手段がある。別の手段としては、中心側の部材の外周面に鋳造する工程を複数回繰り返したり、あるいは中心側の部材の外周面に圧着する工程を複数回繰り返す手段がある。

特開平１０−９８８４３号公報

しかし、これらの手段では、繰り返し工程数が多く、製造効率が非常に悪い。
本発明は、誘導電動機に用いる回転子の製造効率を向上することを目的とする。

請求項１乃至請求項９の発明は、ロータバーがロータコアの挿通孔に挿通されており、前記ロータコアの端面から突出する前記ロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機に用いる回転子を対象とし、請求項１の発明では、前記ロータバーは、周面に絶縁被膜を施された複数の導体を束ねた状態で前記挿通孔に合う形状に成形されている。

束ねられた複数の導体を挿通孔に合う形状に成形してロータバーを得る工程数は少なく、製造効率が高い。又、絶縁被膜は、渦電流の発生の抑制に寄与する。
好適な例では、前記導体は、第１導体と、前記第１導体の電気抵抗よりも小さい電気抵抗を有する第２導体とであり、前記ロータバーは、前記ロータコアの外周側に配置された複数の前記第１導体からなる第１導体群と、前記ロータコアの回転中心側に配置された複数の前記第２導体からなる第２導体群とから構成されている。

電気抵抗の異なる第１導体群と第２導体群とのこのような配置は、誘導電動機の始動時の始動トルクを増大する上で好ましい。
好適な例では、前記複数の第１導体の基材は、第１平角導体であり、前記複数の第２導体の基材は、第２平角導体であり、前記複数の第１平角導体及び前記複数の第２平角導体は、前記ロータコアの径方向に積層されている。

平角導体は、束ねやすい。
好適な例では、前記複数の第１平角導体の横断面形状は、同形同大であり、前記複数の第２平角導体の横断面形状は、同形同大である。

同形同大とは、同一形状であって同一な大きさの意味である。第１平角導体の横断面形状の統一化及び第２平角導体の横断面形状の統一化は、製造効率の向上に寄与する。
好適な例では、前記第１導体は、アルミニウム製であり、前記第２導体は、銅製である。

好適な例では、前記導体は、第３導体と、前記第３導体の磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗を有する第４導体とであり、前記ロータバーは、前記ロータコアの外周側に配置された複数の前記第３導体からなる第３導体群と、前記ロータコアの回転中心側に配置された複数の前記第４導体からなる第４導体群とから構成されている。

磁気抵抗の異なる第１導体群と第２導体群とのこのような配置は、誘導電動機の始動時の始動トルクを増大する上で好ましい。
好適な例では、前記複数の第３導体の基材は、第３平角導体であり、前記複数の第４導体の基材は、第４平角導体であり、前記複数の第３平角導体は、前記ロータコアの径方向に積層されており、前記複数の第４平角導体は、前記ロータコアの周方向に積層されている。

第３平角導体を基材とする第３導体の配置状態と、第４平角導体を基材とする第４導体の配置状態とは、第４導体群における磁気抵抗を第３導体群における磁気抵抗よりも大きくする。

好適な例では、前記複数の第３平角導体の横断面形状は、同形同大であり、前記複数の第４平角導体の横断面形状は、同形同大である。
第３平角導体の横断面形状の統一化及び第４平角導体の横断面形状の統一化は、製造効率の向上に寄与する。

好適な例では、前記第３導体は、アルミニウム製であり、前記第４導体は、銅製である。
請求項１０の発明は、回転子を構成するロータコアの挿通孔にロータバーが挿通されており、前記ロータコアの端面から突出する前記ロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機を対象とし、前記回転子は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の回転子である。

本発明は、誘導電動機に用いる回転子の製造効率を向上することができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す誘導電動機の断面図。回転子の斜視図。（ａ）は、回転子の部分側断面図。（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図。（ａ）は、ロータバーの製造方法を説明するための模式図。（ｂ）は、ロータバーの一部破断側面図。（ｃ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。（ｄ）は、ロータバーの側面図。第２の実施形態を示し、（ａ）は、部分側断面図。（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。（ｃ）は、第３平角導体及び第４平角導体を束ねた状態を示す断面図。第３の実施形態を示し、（ａ）は、部分側断面図。（ｂ）は、リッツ線を束ねた状態を示す断面図。（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。第４の実施形態を示し、（ａ）は、部分側断面図。（ｂ）は、丸線を束ねた状態を示す断面図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示すように、誘導電動機１０を構成する筒状のステータ１０１の筒内には回転子１１が回転可能に設けられている。回転子１１を構成するロータコア１２には複数の挿通孔１２１がロータコア１２の軸方向に貫設されている。複数の挿通孔１２１は、回転軸１１１を通すロータコア１２の軸孔１２２の周囲に環状に配列されており、各挿通孔１２１にはロータバー１５が嵌合して止着されている。

図２に示すように、ロータコア１２の両端にはアルミニウム製の短絡環１３，１４が接合されている。短絡環１３には複数の嵌合孔１８が短絡環１３の軸方向に貫設されており、各嵌合孔１８にはロータバー１５の第１端部１６が嵌合して止着されている。短絡環１４には複数の嵌合孔１９が短絡環１４の軸方向に貫設されており、各嵌合孔１９にはロータバー１５の第２端部１７が嵌合して止着されている。

図３（ｂ）に示すように、ロータバー１５は、アルミニウム製の複数の第１導体２０１をロータコア１２の径方向に積層した導体群２０と、銅製の複数の第２導体２１１をロータコア１２の径方向に積層した導体群２１とから構成されている。導体群２０は、ロータコア１２の外周側に配置された第１導体群であり、導体群２１は、導体群２０よりもロータコア１２の回転中心側に配置された第２導体群である。

図３（ａ）に示すように、挿通孔１２１内に位置する第１導体２０１の周面にはエナメル製の絶縁被膜２２が施されており、挿通孔１２１内に位置する第２導体２１１の周面にはエナメル製の絶縁被膜２３が施されている。絶縁被膜２２，２３は、ロータバー１５とロータコア１２との間の電気的絶縁を行なう。

次に、ロータバー１５の製造方法を図４に基づいて説明する。
図４（ａ）に示すように、第１導体２０１の基材である第１平角導体２０１Ａを巻いたドラム２４から第１平角導体２０１Ａが引き出されると共に、第２導体２１１の基材である第２平角導体２１１Ａを巻いたドラム２５から第２平角導体２１１Ａが引き出される。平角導体２０１Ａ，２１１Ａは、エナメル製の絶縁被膜２２，２３の表面にワニスを塗布した自己融着線の一種である。ドラム２４から引き出された第１平角導体２０１Ａは、配置決め治具２６の通し孔（図示略）に通され、ドラム２５から引き出された第２平角導体２１１Ａは、配置決め治具２６の通し孔（図示略）に通される。

配置決め治具２６を通された第１平角導体２０１Ａ及び第２平角導体２１１Ａは、誘導加熱機２７を通されて加熱される。誘導加熱機２７を通されて加熱された第１平角導体２０１Ａ及び第２平角導体２１１Ａは、引き抜き成形ダイス３３の成形孔（図示略）を通されて、挿通孔１２１に合う横断面形状のロータバー基材１５Ａに成形される。

引き抜き成形ダイス３３の成形孔３３１を通されて成形されたロータバー基材１５Ａは、図４（ｂ）に示すように切断されて所定長のロータバー１５Ｂに形成される。図４（ｂ），（ｃ）は、平角導体２０１Ａ，２１１Ａを束ねた状態を示す。ロータバー１５Ｂは、絶縁被膜２２，２３の両端部を図４（ｃ）に示すように剥がされる。そして、ロータバー１５Ｂの平角導体２０１Ａ，２１１Ａ両端部の部位が溶接されてロータバー１５に形成される。

以上の説明のように、ロータバー１５は、絶縁被膜２２を施された複数の第１平角導体２０１Ａ及び絶縁被膜２３を施された複数の第２平角導体２１１Ａを束ねた状態で挿通孔１２１に合う形状に成形して得られる。

挿通孔１２１に合う形状に成形されたロータバー１５は、例えばロータコア１２を加熱して拡大した挿通孔１２１に通され、その後にロータコア１２が常温に戻ることで挿通孔１２１内に固定される。挿通孔１２１から突出するロータバー１５の第１端部１６は、短絡環１３の嵌合孔１８に嵌合して固定され、挿通孔１２１から突出するロータバー１５の第２端部１７は、短絡環１４の嵌合孔１９に嵌合して固定される。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。
ステータ１０１のコイル（図示略）への通電により回転する回転子１１におけるロータバー１５には渦電流が生じる。しかし、第１導体２０１の周面が絶縁被膜２２によって被覆されていると共に、第２導体２１１の周面が絶縁被膜２３によって被覆されているので、各導体２０１，２１１に生じる渦電流は、隣接する導体に生じる渦電流と相互に影響し合って低減する。

一般に、誘導電動機１０のすべりの大きい始動時には、回転子１１の外周表面付近のロータバー１５に電流が多く流れる。ロータバー１５を構成する導体群２０の各第１導体２０１は、銅に比べて電気抵抗の高いアルミニウムで形成されており、ロータバー１５においては、ロータコア１２の中心側よりも外周側の方が電気抵抗が高い。そのため、誘導電動機１０の始動時に回転子１１の外周側の表面付近でロータバー１５に流れる電流が制限されて小さくなり、始動トルクが大きくなる。すべりの小さな定常運転時には、低い電気抵抗の導体群２１に主に電流が流れて低い二次抵抗になって損失が低減される。

つまり、本実施形態の誘導電動機１０は、始動時には、すべりが大きくて回転子電流の周波数が高いことによって回転子電流が回転子表面側に集中することを利用した二重かご型誘導電動機である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）束ねられた複数の平角導体２０１Ａ，２１１Ａを挿通孔１２１に合う形状に成形してロータバー１５を得る工程数は、特許文献１における工程数に比べて少なく、製造効率が高い。

（２）各導体２０１，２１１の周面に施した絶縁被膜２２，２３は、渦電流の発生の抑制に寄与する。
（３）電気抵抗の大きい導体群２０をロータコア１２の外周側に配置すると共に、電気抵抗の小さい導体群２１をロータコア１２の中心側に配置した構成は、誘導電動機１０の始動時の始動トルクを増大する。

（４）複数の第１平角導体２０１Ａ及び複数の第２平角導体２１１Ａの横断面形状を同形同大の長方形状とした構成では、複数の第１平角導体２０１Ａ及び複数の第２平角導体２１１Ａを束ねやすく、平角導体２０１Ａ，２１１Ａの横断面形状の統一化は、製造効率の向上に寄与する。

次に、図５の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図５（ａ）に示すロータバー１５Ｃは、アルミニウム製の導体群２０と銅製の導体群２８とから構成されている。ロータバー１５Ｃは、図４（ａ）に示すロータバー製造装置と同様の装置を用いて成形されている。

図５（ｂ）に示すように、ロータバー１５Ｃを構成する導体群２８は、導体群２０を構成する導体２０１とは異なる横断面形状の複数の導体２８１を束ねて構成されている。導体２０１は、ロータコア１２の径方向に積層するように束ねられた第３導体である。導体２８１は、ロータコア１２の周方向に積層するように束ねられた第４導体である。

図５（ｃ）に示すように、導体２８１の基材である第４平角導体２８１Ａの長方形の短辺は、導体２０１の基材である第３平角導体２０１Ａの短辺より短く、第４平角導体２８１Ａの長方形の長辺は、第３平角導体２０１Ａの長方形の長辺よりも長い。図５（ｃ）に示すように束ねられた平角導体２０１Ａ，２８１Ａは、図５（ｂ）に示すように挿通孔１２１に合うように成形される。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。又、導体群２８を構成する第４導体２８１の横断面形状がロータコア１２の径方向に細長く、且つ第４導体２８１がロータコア１２の周方向に積層されているため、第４導体２８１で生じる渦電流がステータ１０１の磁束の侵入を抑制する。つまり、第４導体である導体２８１は、第３導体である導体２０１の磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗を有する。これは、誘導電動機の力率の改善をもたらす。

次に、図６の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図６（ａ）に示すロータバー１５Ｄは、アルミニウム製の第１導体群２９と銅製の第２導体群３０とから構成されている。第１導体群２９は、ロータコア１２の外周側に配置されており、第２導体群３０は、第１導体群２９よりもロータコア１２の中心側に配置されている。

図６（ｂ）に示すように、第１導体群２９は、アルミニウム芯材の複数本の素線２９１を撚ったリッツ線によって構成されており、第２導体群３０は、銅芯材の複数本の素線３０１を撚ったリッツ線によって構成されている。符号２９２は、エナメル製の絶縁被膜を示し、符号３０２は、エナメル製の絶縁被膜を示す。図６（ｂ）に示すように束ねられた導体群２９，３０は、図６（ｃ）に示すように挿通孔１２１に合う形状に成形される。

第３の実施形態では、第１の実施形態における（１）〜（３）項と同様の効果が得られる。又、リッツ線の素線２９１，３０１の横断面積が小さいため、導体群２９，３０における渦損失が第１，２の実施形態に比べて低減される。

次に、図７の第４の実施形態を説明する。第３の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図７（ａ）に示すロータバー１５Ｅは、アルミニウム製の第１導体群３１と銅製の第２導体群３２とから構成されている。第１導体群３１は、ロータコア１２の外周側に配置されており、第２導体群３２は、第１導体群３１よりもロータコア１２の中心側に配置されている。

図７（ｂ）に示すように、第１導体群３１は、アルミニウム芯材の複数本の丸線３１１によって構成されており、第２導体群３２は、銅芯材の複数本の丸線３２１によって構成されている。符号３１２は、エナメル製の絶縁被膜を示し、符号３２２は、エナメル製の絶縁被膜を示す。図７（ｂ）に示すように束ねられた導体群３１，３２は、挿通孔１２１に合う形状に成形される。

第４の実施形態では、第１の実施形態における（１）〜（３）項と同様の効果が得られる。又、丸線３１１，３２１の横断面積が小さいため、導体群３１，３２における渦損失が第１，２の実施形態に比べて低減される。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、導体群２０を構成する第１導体２０１と、導体群２１を構成する第２導体２１１とをいずれも銅製としてもよい。

○第２の実施形態において、導体群２０を構成する導体２０１と、導体群２８を構成する導体２８１とをいずれも銅製としてもよい。
○第３の実施形態において、導体群２９を構成するリッツ線の素線２９１と、導体群２８を構成するリッツ線の素線３０１とをいずれも銅製としてもよい。

○丸線のエナメル線を束ねて導体群を構成してもよい。
○ロータバーの両端に連結される短絡環１３，１４をダイカストで形成してもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。

（イ）ロータバーがロータコアの挿通孔に挿通されており、前記ロータコアの端面から突出する前記ロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機に用いる回転子において、
前記ロータバーは、周面に絶縁被膜を施された複数の素線を束ねた第１導体群と、周面に絶縁被膜を施された複数の素線を束ねた第２導体群とを前記挿通孔に合う形状に成形して得られ、
前記第１導体群は、前記ロータコアの外周側に配置されており、前記第２導体群は、前記第１導体群よりも前記ロータコアの回転中心側に配置されており、
前記第１導体群の電気抵抗は、前記第２導体群の電気抵抗よりも大きい誘導電動機に用いる回転子。

（ロ）前記第１導体群及び前記第２導体群は、リッツ線である前記（イ）項に記載の誘導電動機に用いる回転子。
（ハ）前記第１導体群の素線及び前記第２導体群の素線は、丸線である前記（イ）項に記載の誘導電動機に用いる回転子。

（ニ）前記第１導体群は、アルミニウム製であり、前記第２導体群は、銅製である前記（イ）乃至（ハ）項のいずれか１項に記載の誘導電動機に用いる回転子。
（ホ）回転子を構成するロータコアの挿通孔にロータバーが挿通されており、前記ロータコアの端面から突出する前記ロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機において、
前記回転子は、前記（イ）乃至（ニ）項のいずれか１項に記載の回転子である誘導電動機。

１０…誘導電動機。１１…回転子。１２…ロータコア。１２１…挿通孔。１２３…第１端面。１２４…第２端面。１３，１４…短絡環。１５，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ…ロータバー。１６…第１端部。１７…第２端部。２０，２９，３１…第１導体群又は第３導体群である導体群。２０１…第１導体又は第３導体。２３１Ａ…第１平角導体又は第３平角導体。２１，３０，３２…第２導体群である導体群。２１１…第２導体。２１１Ａ…第２平角導体。２２，２３，２２Ａ，２３Ａ，２９２，３０２，３１２，３２２…絶縁被膜。２８…第４導体群である導体群。２８１…第４導体である導体。２８１Ａ…第４平角導体。

Claims

ロータバーがロータコアの挿通孔に挿通されており、前記ロータコアの端面から突出する前記ロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機に用いる回転子において、
前記ロータバーは、周面に絶縁被膜を施された複数の導体を束ねた状態で前記挿通孔に合う形状に成形されている誘導電動機に用いる回転子。
前記導体は、第１導体と、前記第１導体の電気抵抗よりも小さい電気抵抗を有する第２導体とであり、前記ロータバーは、前記ロータコアの外周側に配置された複数の前記第１導体からなる第１導体群と、前記ロータコアの回転中心側に配置された複数の前記第２導体からなる第２導体群とから構成されている請求項１に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記複数の第１導体の基材は、第１平角導体であり、前記複数の第２導体の基材は、第２平角導体であり、前記複数の第１平角導体及び前記複数の第２平角導体は、前記ロータコアの径方向に積層されている請求項２に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記複数の第１平角導体の横断面形状は、同形同大であり、前記複数の第２平角導体の横断面形状は、同形同大である請求項３に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記第１導体は、アルミニウム製であり、前記第２導体は、銅製である請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記導体は、第３導体と、前記第３導体の磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗を有する第４導体とであり、前記ロータバーは、前記ロータコアの外周側に配置された複数の前記第３導体からなる第３導体群と、前記ロータコアの回転中心側に配置された複数の前記第４導体からなる第４導体群とから構成されている請求項１に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記複数の第３導体の基材は、第３平角導体であり、前記複数の第４導体の基材は、第４平角導体であり、前記複数の第３平角導体は、前記ロータコアの径方向に積層されており、前記複数の第４平角導体は、前記ロータコアの周方向に積層されている請求項６に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記複数の第３平角導体の横断面形状は、同形同大であり、前記複数の第４平角導体の横断面形状は、同形同大である請求項７に記載の誘導電動機に用いる回転子。
前記第３導体は、アルミニウム製であり、前記第４導体は、銅製である請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の誘導電動機に用いる回転子。
回転子を構成するロータコアの挿通孔にロータバーが挿通されており、前記ロータコアの端面から突出する前記ロータバーの端部が短絡環に連結されている誘導電動機において、
前記回転子は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転子である誘導電動機。