JP2014165935A - Electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電動機に関する。 Embodiments described herein relate generally to an electric motor.
可変速運転が必要な電動機例えば誘導電動機においては、使い易さ、経済性から、インバータ装置が使われるようになってきている。また、誘導電動機の騒音の低減などの目的からインバータ装置のキャリア周波数を高く設定するようになってきている。このため、インバータ装置の出力電圧の不平衡成分にコモンモード電圧が含まれ、それが駆動される誘導電動機の固定子コイルに印加されることにより、誘導電動機の回転子に静電誘導に基づいて電圧(軸電圧)が発生する。そして、この軸電圧が増大すると、回転子の回転軸を支持している軸受に電流(軸電流)が流れ、電食と呼ばれる腐食を発生させて、軸受の耐久性を悪化させるので、電食の発生を防止する対策が必要である。 In an electric motor that requires variable speed operation, such as an induction motor, an inverter device has been used for ease of use and economy. In addition, for the purpose of reducing the noise of induction motors, the carrier frequency of inverter devices has been set higher. For this reason, a common mode voltage is included in the unbalanced component of the output voltage of the inverter device, and is applied to the stator coil of the induction motor that is driven, thereby causing the rotor of the induction motor to be based on electrostatic induction. Voltage (axis voltage) is generated. When this shaft voltage increases, current (shaft current) flows through the bearing supporting the rotor's rotating shaft, causing corrosion called electrolytic corrosion, which deteriorates the durability of the bearing. It is necessary to take measures to prevent the occurrence of
そこで、従来では、固定子と回転子との間を静電シールドして浮遊静電容量をなくすか或いは分散させて、軸電圧の発生を抑制するようにしているが、構成が複雑になる問題がある。また、このようなことに対処するために、固定子のスロットにおけるスロット開口部側に、通常の楔よりも厚み寸法が大なる絶縁物(介装体)を挿入配置し、スロット内に収容された固定子コイルのスロット開口部側の端部と回転子との間の距離を所定寸法以上となるようにすることで、前記浮遊静電容量を抑制する提案もなされているが、絶縁物が多量に必要となり、コストが高くなるという課題がある。 Therefore, conventionally, the shield between the stator and the rotor is electrostatically shielded to eliminate or disperse the floating capacitance to suppress the generation of the shaft voltage. However, the configuration is complicated. There is. In order to cope with such a situation, an insulator (interposer) having a thickness larger than that of a normal wedge is inserted and disposed on the slot opening side of the stator slot, and is accommodated in the slot. There has also been a proposal to suppress the stray capacitance by making the distance between the end of the stator coil on the slot opening side and the rotor equal to or greater than a predetermined dimension. There is a problem that a large amount is necessary and the cost becomes high.
そこで、簡単な構成で、しかも絶縁物の使用量を少なくできてコストの上昇を抑えながら、軸電圧の発生を抑制することができる電動機を提供する。 In view of the above, an electric motor is provided that has a simple configuration and that can reduce the amount of the insulator used and suppress the increase in cost while suppressing the generation of shaft voltage.
本実施形態の電動機は、機体と、この機体に固定され、固定子鉄心のスロット内にスロット絶縁紙を介して固定子コイルが巻装されて構成された固定子と、この固定子と所定のエアギャップを存して配置され、前記機体に回転軸が軸受を介して回転可能に支持された回転子とを具備し、固定子コイルがインバータ装置により駆動制御される構成である。そして、前記スロットにあって固定子鉄心における回転子側の端面から当該スロットの内部側に所定寸法入った部位に保持溝を設けるとともに、この保持溝に電気絶縁材製の楔を挿入保持させた。 The electric motor of the present embodiment includes a fuselage, a stator that is fixed to the fuselage, and a stator coil is wound in a slot of the stator core via a slot insulating paper, and the stator and a predetermined The rotor is disposed with an air gap, the rotor is rotatably supported on the airframe via a bearing, and the stator coil is driven and controlled by an inverter device. A holding groove is provided in a portion of the slot that has a predetermined dimension on the inner side of the slot from the rotor-side end surface of the stator core, and a wedge made of an electrically insulating material is inserted and held in the holding groove. .
(第1の実施形態)
以下、誘導電動機に適用した第1の実施形態について図1から図3を参照して説明する。図2に示すように、誘導電動機Mの固定子1は、固定子鉄心2に複数相例えば三相の固定子コイルたるU相コイル3、V相コイル4、W相コイル5が巻装されて構成されている。固定子鉄心2は、例えば電磁鋼板をプレスなどにより円環状に打ち抜いて形成された複数枚の鉄心材が積層された円筒状をなしており、その内周側に、U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5が挿入されるスロット6が複数個例えば36個形成されている。各U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5は、導体例えば銅線に絶縁被覆を施したエナメル線などのコイル線7(図1参照)を巻回することにより構成されている。この実施形態では、固定子鉄心2には、径方向外周側から内周側に向かってU相コイル3、V相コイル4、W相コイル5が順に装着されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment applied to an induction motor will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 2, the stator 1 of the induction motor M includes a
各U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5は、複数個例えば4個(4極)の単位コイル3a、4a、5aから構成されている。各4個の単位コイル3a、4a、5aは、それぞれ直列に接続されており、各直列回路の一方の端子は、各相の電源端子に接続され、また、各直列回路の他方の端子は、中性点に接続されている。つまり、固定子鉄心2には、各相の電源端子間にスター結線された固定子コイル(U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5)が巻装されている。
Each of the
かご型の回転子8は、回転子鉄心9と、この回転子鉄心9の内周側に設けられている回転軸10とを備えている。回転子鉄心9は、電磁鋼板からなる複数枚の円環状の鉄心材を積層して一体的に結着することで形成されていて、円筒状をなしている。回転子8は、固定子1の界磁空間に、その外周面と固定子2の内周面との間に所定のエアギャップを存して配置され、固定子1に対して回転可能になっている。回転軸10は、回転子鉄心9を鉄心材の積層方向に貫いており、回転子鉄心9に固定されている。回転子鉄心9の外周部には、周方向に沿って多数の導体9aが埋設されており、これらは、図示しないエンドリングにより短絡接続されている。
The squirrel-
図3に示すように、誘導電動機Mの機体11は、円筒状のフレーム12と、その両端の開口部に装着された軸受ブラケット13、14とから構成されている。そして、前記固定子1は、フレーム12の内周面に嵌合固定され、回転子8の回転軸10は、軸受ブラケット13、14に図示しない軸受たる玉軸受を介して支持されている。なお、回転子8の回転軸10における軸受ブラケット13側たる反負荷側の端部には、冷却ファン(図示せず)が取り付けられている。
As shown in FIG. 3, the
ここで、固定子鉄心2に設けられている各相の固定子コイル(U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5)の巻装工程につき、図1を参照して簡単に説明する。
図1に示すように、固定子鉄心2のスロット6には、その内壁にスロット絶縁紙15が貼り付けられることにより、スロット6に巻装される各相の固定子コイル(U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5)と固定子鉄心2(スロット6の内壁)との間を絶縁するためのスロット絶縁が施されている。
Here, the winding process of the stator coils (
As shown in FIG. 1, the
固定子鉄心2のスロット6は、半閉型のスロットで、回転子8側に開口部6aを有している。スロット絶縁されたスロット6には、まず、U相コイル3が開口部6aを介して挿入巻装される。即ち、U相コイル3は、スロット6内にスロット絶縁紙15を介して巻装される。ここで、U相コイル3を構成するコイル線7は、導体たる銅線の径(サイズ)が例えば0.75φに設定されて、1つのスロット6当たり52本収納されている。スロット絶縁紙15の両端部は、スロット6内の開口部6a側において二重になるように重ねられている。
The
そして、スロット6において、固定子鉄心2における回転子8側の端面から当該スロット6の内部側に(径方向に)所定寸法L1、例えば3.5mm入った部位に一対の保持溝16が対向する状態で設けられていて、この保持溝16に電気絶縁材製の薄板状の楔17が軸方向から挿入されて保持されている。楔17を保持溝16に挿入保持させることにより、スロット6内のコイル線7が開口部6a側へ移動することを規制している。この場合、保持溝16の幅寸法は例えば0.5mmに設定されている。また、楔17は、例えばポリエステルフィルムとPET(ポリエチレンテレフタラート)不織布との張り合わせ品で薄板状に構成されていて、厚み寸法は、保持溝16に挿入し得るように例えば0.5mmよりやや小に設定されている。なお、楔17は、電気絶縁材製であれば、ガラスマット積層成形品で構成してもよい。以上の構成の結果、固定子1の固定子鉄心2の内周面と回転子8の回転子鉄心9の外周面との間のエアギャップGの寸法を例えば0.3mmとした場合、固定子1のスロット6内に収納されたU相コイル3の開口部6a側の端部端面と回転子8の回転子鉄心9の内周面との間の浮遊静電容量用の距離L2は、例えば4.0mm以上に設定されている。
In the
U相コイル3が巻装されると、U相コイル3との電気角が120°ずれるようにしてU相コイル3が巻装されたのとは別のスロット6にV相コイル4が巻装され、続いて、V相コイル4との電気角が120°ずれるように位置してV相コイル4が巻装されたのとは別のスロット6にW相コイル5が巻装される。この場合、V相コイル4が巻装されたスロット6及びW相コイル5が巻装されたスロット6にも、楔17が配置されている。
When the
次に、誘導電動機Mの駆動回路の構成につき、図3を参照して簡単に説明する。図1に示すスロット断面構造を有する一実施形態の誘導電動機Mは、三相4極で、定格出力1.5kW、電圧−周波数(400/400/440V−50/60/60Hz)の使用可能な仕様である。インバータ装置18は、整流回路及び平滑回路からなる直流電源回路、半導体スイッチング素子たるIGBTを三相ブリッジ接続してなるインバータ回路及び制御手段たる制御回路から構成されている。
Next, the configuration of the drive circuit of the induction motor M will be briefly described with reference to FIG. The induction motor M according to an embodiment having the slot cross-sectional structure shown in FIG. 1 has three phases and four poles, can be used with a rated output of 1.5 kW, and a voltage-frequency (400/400/440 V-50 / 60/60 Hz). It is a specification. The
インバータ装置18において、直流電源回路は、交流電源端子が400V、60Hzの交流電源19に接続されて、直流駆動電源及び直流制御電源を作成し、直流駆動電源電圧をインバータ回路の直流入力端子に与え、直流制御電源電圧を制御回路に与えるようになっている。インバータ回路は、PWM制御により三相の交流電源を作成して、三相の出力端子から出力リアクトル20を介して固定子1の固定子コイルの各相の電源端子に与えるようになっている。そして、制御回路は、所定の条件に基づいて、インバータ回路をPWM制御するようになっている。
In the
本実施形態では、図1に示すように、スロット6にあって固定子鉄心2における回転子8側の端面から当該スロット6の内部側に所定寸法L1入った部位に一対の保持溝16を設け、この保持溝16に電気絶縁材製の楔17を挿入配置して、固定子1のスロット6内に収納されたU相コイル3(V相コイル4、W相コイル5)の開口部6a側の端部端面と回転子8の回転子鉄心9の内周面との間の浮遊静電容量用の距離L2を4.0mm以上に設定して、これらの間の浮遊静電容量を低減したので、軸電圧の低減を図ることができる。これにより、軸受(玉軸受)における電食の発生を防止でき、軸受の寿命を大幅に延長することができる。しかも、固定子1のスロット6内に保持溝16を設けるとともに、その保持溝16に楔17を挿入配置するだけの簡単な構成で実現することができる。さらに、楔17の位置を保持溝16の位置で保持できるので、従来の介装体の厚みでコイル線7の位置を規制する場合とは違い、絶縁物の使用量を少なくでき、コストの上昇も抑えることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a pair of
また、上記実施形態においては、1つのスロット6に収納されるU相コイル3(V相コイル4、W相コイル5)のコイル線7における銅線の径(サイズ)は、誘導電動機Mの温度上昇の規格を満足する中の最も細いサイズに設定されているので、スロット6を含む固定子鉄心2の寸法を変更しなくとも、スロット6内に楔17を配置するスペースを確保することができる。
Moreover, in the said embodiment, the diameter (size) of the copper wire in the
(参考形態)
図4に参考形態を示す。この参考形態では、固定子鉄心2において、スロット22の開口部22a側の形状が上記実施形態とは異なっている。具体的には、スロット22の開口部22aからスロット22の内部までの距離を大きく確保するため、スロットチップ部23の径方向寸法L3を、図1の場合よりも大きく設定している。この場合、スロットチップ部23とは、スロット22の周方向の幅に対して開口部22aの周方向の幅を狭めるために周方向に突出した部分のことである。スロットチップ部23の径方向寸法L3は、この場合4mm以上に設定している。スロット22の内部には、開口部22a側に位置させて楔24が挿入配置されている。なお、スロット絶縁紙15は、両端部は二重に重ねられてはおらず、開口部22a側が開放され、軸方向から見てU字状をなしている。楔24は、スロット絶縁紙15の開放部分を開口部22a側から塞ぐように配置されている。
(Reference form)
FIG. 4 shows a reference form. In this reference form, in the
以上の構成の結果、固定子1の固定子鉄心2の内周面と回転子8の回転子鉄心9の外周面との間のエアギャップGの寸法を例えば0.3mmとした場合、固定子1のスロット22内に収納されたU相コイル3(V相コイル4、W相コイル5)の開口部22a側の端部端面と回転子8の回転子鉄心9の内周面との間の浮遊静電容量用の距離L4は、例えば4.3mm以上に設定されている。
As a result of the above configuration, when the dimension of the air gap G between the inner peripheral surface of the
この参考形態においても、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、スロット22内に収納されたU相コイル3(V相コイル4、W相コイル5)の開口部22a側の端部端面と回転子8の回転子鉄心9の内周面との浮遊静電容量用の距離L4を4.0mm以上確保できるので、これらの間の浮遊静電容量を低減でき、軸電圧の低減を図ることができる。これにより、軸受(玉軸受)における電食の発生を防止でき、軸受の寿命を大幅に延長することができる。しかも、スロットチップ部23の径方向寸法を所定寸法以上に設定するという簡単な構成で実現することができる。さらに、楔24としては通常の厚さのものでよく、従来の介装体の厚みでコイル線7の位置を規制する場合とは違い、絶縁物の使用量を少なくでき、コストの上昇も抑えることができる。
Also in this reference embodiment, the same effect as that of the above embodiment can be obtained. That is, the floating static between the end surface on the
(その他の実施形態)
上記実施形態では、4極の誘導電動機について述べたが、極数はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、固定子コイルは、スター結線されているが、デルタ結線されていてもよい。
上記実施形態では、インバータ装置により駆動される三相の誘導電動機に適用した例を示したが、電動機はこれに限定されない。例えば、インナーロータ型或いはアウターロータ型の永久磁石同期電動機に適用することができる。
(Other embodiments)
Although the four-pole induction motor has been described in the above embodiment, the number of poles is not limited to this.
In the above embodiment, the stator coils are star-connected, but may be delta-connected.
In the said embodiment, although the example applied to the three-phase induction motor driven by an inverter apparatus was shown, an electric motor is not limited to this. For example, the present invention can be applied to an inner rotor type or outer rotor type permanent magnet synchronous motor.
以上のように本実施形態の電動機によれば、スロットにあって固定子鉄心における回転子側の端面から当該スロットの内部側に所定寸法入った部位に保持溝を設け、この保持溝に電気絶縁材製の楔を挿入保持させた。この構成により、スロット内に収納された固定子コイルのスロット開口部側の端部端面と回転子との間の浮遊静電容量用の距離を所定寸法以上に設定し、これらの間の浮遊静電容量を低減できるので、軸電圧の低減を図ることができる。これにより、軸受における電食の発生を防止でき、軸受の寿命を大幅に延長することができる。しかも、固定子のスロット内に保持溝を設けるとともに、その保持溝に楔を挿入配置するだけの簡単な構成で実現することができる。さらに、楔の位置を保持溝の位置で保持できるので、従来の介装体の厚みで固定子コイルの位置を規制する場合とは違い、絶縁物の使用量を少なくでき、コストの上昇も抑えることができる。 As described above, according to the electric motor of the present embodiment, the holding groove is provided in a portion of the slot that has a predetermined dimension from the rotor-side end surface of the stator core to the inside of the slot, and the insulating groove is electrically insulated. A wedge made of material was inserted and held. With this configuration, the distance for the stray capacitance between the end face on the slot opening side of the stator coil housed in the slot and the rotor is set to a predetermined dimension or more, and the stray static electricity between these is set. Since the electric capacity can be reduced, the shaft voltage can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the electric corrosion in a bearing can be prevented, and the lifetime of a bearing can be extended significantly. In addition, a holding groove can be provided in the slot of the stator, and a simple configuration in which a wedge is inserted and disposed in the holding groove can be realized. Furthermore, since the position of the wedge can be held at the position of the holding groove, unlike the conventional case where the position of the stator coil is regulated by the thickness of the interposed body, the amount of the insulator used can be reduced and the increase in cost can be suppressed. be able to.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
図面中、1は固定子、2は固定子鉄心、3はU相コイル(固定子コイル)、4はV相コイル(固定子コイル)、5はW相コイル(固定子コイル)、3a、4a及び5aは単位コイル、6はスロット、6aは開口部(スロット開口部)、7はコイル線、8は回転子、9は回転子鉄心、10は回転軸、11は機体、15はスロット絶縁紙、16は保持溝、17は楔、18はインバータ装置、22はスロット、22aは開口部(スロット開口部)、23はスロットチップ部、24は楔を示す。 In the drawings, 1 is a stator, 2 is a stator core, 3 is a U-phase coil (stator coil), 4 is a V-phase coil (stator coil), 5 is a W-phase coil (stator coil), 3a, 4a And 5a are unit coils, 6 is a slot, 6a is an opening (slot opening), 7 is a coil wire, 8 is a rotor, 9 is a rotor core, 10 is a rotating shaft, 11 is an airframe, and 15 is slot insulation paper. , 16 is a holding groove, 17 is a wedge, 18 is an inverter device, 22 is a slot, 22a is an opening (slot opening), 23 is a slot tip, and 24 is a wedge.
Claims (2)
この機体に固定され、固定子鉄心のスロット内にスロット絶縁紙を介して固定子コイルが巻装されて構成された固定子と、
この固定子と所定のエアギャップを存して配置され、前記機体に回転軸が軸受を介して回転可能に支持された回転子とを具備し、
前記固定子コイルがインバータ装置により駆動制御される構成の電動機において、
前記スロットにあって前記固定子鉄心における前記回転子側の端面から当該スロットの内部側に所定寸法入った部位に保持溝を設けるとともに、この保持溝に電気絶縁材製の楔を挿入保持させたことを特徴とする電動機。 The aircraft,
A stator fixed to the fuselage and configured by winding a stator coil through a slot insulating paper in a slot of the stator core;
The stator is disposed with a predetermined air gap, and the rotor includes a rotor on which a rotating shaft is rotatably supported via a bearing,
In the electric motor in which the stator coil is driven and controlled by an inverter device,
In the slot, a holding groove is provided in a portion having a predetermined dimension from the end surface on the rotor side in the stator core to the inner side of the slot, and a wedge made of an electrical insulating material is inserted and held in the holding groove. An electric motor characterized by that.
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