JP2014236618A

JP2014236618A - 誘導モータ

Info

Publication number: JP2014236618A
Application number: JP2013117626A
Authority: JP
Inventors: 米盛　敬; Takashi Yonemori; 敬米盛
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-15

Abstract

【課題】誘導モータにおいて、起動時に、トルク発生に有効に寄与しない無駄な大電流の発生を抑制して、低電流でもって起動トルクを確保できるようにする。【解決手段】回転子が、回転子コア１３と、該回転子コア１３における外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられた複数のスロット１３ｂ内において、ロータシャフトの回転軸心方向に沿って延びる複数のロータバー１４とを有し、上記複数のロータバー１４の２つずつが、該２つのロータバー１４におけるロータシャフト回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対１５とされている。【選択図】図２

Description

本発明は、誘導モータに関する技術分野に属する。

一般に、誘導モータは、かご形回転子を有している。この回転子は、ロータシャフトの回転軸心方向に沿って延びかつ周方向に間隔をあけて設けられた複数のロータバーを有している。これら複数のロータバーは、通常、該ロータバーにおけるロータシャフト回転軸心方向の両端部で、一対の短絡環（エンドリングとも呼ばれる）によって短絡されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２３９３５２号公報

上記のようなかご形回転子を有する従来の誘導モータでは、起動時における回転子（回転子コア）の励磁時に、トルク発生に有効に寄与しない大電流が流れるとともに電流値が安定しないという問題がある。これは、回転子の励磁時に、複数のロータバー及び２つの短絡環からなる複数の閉回路のうちのどの閉回路を電流が流れるかが決まっていないために生じるものである。一方、励磁後の負荷運転時は、動的平衡状態となって電流が流れる閉回路が決まり、電流値に対してトルクが一義的に決まるようになる。

ここで、起動時に回転子の励磁の必要がない永久磁石同期モータでは、上記のようなような起動時（励磁時）の問題は生じないが、コストが高いという問題があり、このため、安価な誘導モータを使用することが望まれている。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、誘導モータにおいて、起動時に、トルク発生に有効に寄与しない無駄な大電流の発生を抑制して、低電流でもって起動トルクを確保できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、固定子と回転子とを備えた誘導モータを対象として、上記回転子は、ロータシャフトの周囲に固定された回転子コアと、該回転子コアにおける外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられた複数のスロット内において、上記ロータシャフトの回転軸心方向に沿って延びる複数のロータバーとを有し、上記複数のロータバーの２つずつが、該２つのロータバーにおける上記回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対とされている、という構成とした。

上記の構成により、複数のロータバーの２つずつが、該２つのロータバーにおけるロータシャフト回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対とされているので、ロータバー対の２つのロータバーからなる独立した閉回路が複数形成される。この結果、誘導モータの起動時に、常に、その各閉回路を電流が流れることになり、トルク発生に有効に寄与しない無駄な大電流の発生を抑制することができて、低電流でもって起動トルクを確保することができる。

本発明の一実施形態では、上記回転子コアの各スロット内には、２つ以上のロータバーが配設されており、上記少なくとも２つのロータバーは、互いに異なる上記ロータバー対のものである。

このことにより、ロータバーの数を出来る限り多くすることができ、負荷運転時に誘導モータに大きなトルクを発生させるようにすることができる。また、ロータバーの数を多くしても、誘導モータの起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を小さくかつ安定させることができる。

上記の場合、上記ロータバー対は、該ロータバー対の上記回転子コアにおける径方向の位置が互いに異なる複数組に分けられていてもよい。

こうすることで、誘導モータの起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を小さくかつ安定させながら、負荷運転時に誘導モータに大きなトルクを発生させるようにすることができる。

上記誘導モータにおいて、上記ロータバー対の２つのロータバーは、上記回転軸心回りの角度で、互いに、上記固定子の極ピッチと同じ角度をなす角度位置に設けられている、ことが好ましい。

このことで、誘導モータの起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を出来る限り小さくかつ安定させることができるとともに、負荷運転時に誘導モータに大きなトルクを発生させるようにすることができる。

上記誘導モータにおいて、上記各ロータバー対は、１本の線状部材を折り曲げてその両端部を接合することで形成されてなる、ことが好ましい。

このことにより、ロータバー対を容易にかつ安価に製造することができ、誘導モータのコストを低減することができる。

以上説明したように、本発明の誘導モータによると、複数のロータバーの２つずつが、該２つのロータバーにおけるロータシャフト回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対とされていることで、誘導モータの起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を出来る限り小さくかつ安定させることができて、低電流でもって起動トルクを確保することができる。

本発明の実施形態に係る誘導モータを示す断面図である。誘導モータの回転子における回転子コア及びロータバーの構成を示す斜視図である。固定子コア及び回転子コアを、周方向に展開した状態で示す図であって、ロータシャフトの回転軸心方向の一側から見た図である。本発明の実施形態に係る誘導モータ（一点鎖線及び実線）と、通常の誘導モータ（二点鎖線及び実線）との電流−トルク特性を示すグラフである。実施形態２を示す図３相当図である。実施形態３を示す図３相当図である。実施形態４を示す図３相当図である。実施形態５を示す図３相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る誘導モータ１を示す。この誘導モータ１は、回転磁界を発生する環状の固定子２と、この固定子２に対し径方向内側に配設され、固定子２との磁気的作用により回転する回転子１１とを備えている。

固定子２は、略円環状のコアバック部３ａと該コアバック部３ａから径方向内側に突出しかつ周方向に間隔をあけて並ぶ複数のティース部３ｂとを有する、磁性材料からなる固定子コア３（固定子鉄心）と、通電により磁束を発生させる固定子巻線４とを備えている（図１では、固定子巻線４は簡略化して描いている）。この固定子巻線４は、複数のティース部３間に形成された固定子スロット３ｃに挿入されて、ティース部３ｂに巻回されている。本実施形態では、固定子２の極数は８であり（極対数は４となる）、固定子２の極ピッチ（角度）は４５°（＝３６０°／８）である。各極ピッチ間に３つのティース部３ｂが設けられている。

回転子１１は、ロータシャフト１２と、このロータシャフト１２の周囲に固定されかつ磁性材料からなる回転子コア１３（回転子鉄心）と、ロータシャフト１２の回転軸心方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿って延びる複数（偶数個）のロータバー１４とを有している。ロータシャフト１２が回転子コア１３の中心部に形成された挿入孔１３ａに圧入されることで、回転子コア１３がロータシャフト１２の周囲に固定されることになる。

複数のロータバー１４は、アルミニウム又は銅等の非磁性かつ導電性の金属で構成された断面円形の線状部材からなっていて、回転子コア１３における外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられた複数の回転子スロット１３ｂ内に配設されている。本実施形態では、各回転子スロット１３ｂ内に１つのロータバー１４が配設されている。各回転子スロット１３ｂは、本実施形態では、回転子コア１３の径方向外側（固定子２の側）に開放された切欠き状もので構成されているが、回転子コア１３を上記回転軸心方向に貫通する貫通孔で構成してもよい。

従来からある通常の誘導モータの場合には、複数のロータバー１４の上記回転軸心方向の両側にそれぞれ配置された２つの短絡環によって、全ロータバー１４の両端部をそれぞれ短絡するが、本実施形態では、そのような短絡環は存在しない。すなわち、本実施形態では、図２に示すように、複数のロータバー１４の２つずつが、該２つのロータバー１４における上記回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対１５とされている。ロータバー対１５は、２つのロータバー１４と、これらを接続する、該両ロータバー１４と一体の２つの接続部１４ａとで構成されていると言える。また、ロータバー対１５は、回転子コア１３（２つの回転子スロット１３ｂ）に取り付けられた状態にある。

ロータバー対１５の２つのロータバー１４は、上記回転軸心回りの角度で、互いに、固定子２の極ピッチと同じ角度（本実施形態では、４５°）をなす角度位置に設けられている。本実施形態では、上記回転軸心方向の一側から見た図３に示すように、回転子コア１３の周方向に並ぶ複数のロータバー１４において相隣接する２つのロータバー１４を挟むその更に両側に位置する２つのロータバー１４がロータバー対１５とされ、複数のロータバー対１５が、回転子コア１３の周方向に、予め決められた角度（本実施形態では、相隣接する２つの回転子スロット１３ｂがなす上記回転軸心回りの角度）の分だけ、互いにずれた状態で、回転子コア１３の周方向に並んでいる。尚、図３では、理解し易いように、固定子コア３及び回転子コア１３を周方向に展開した状態で描いているとともに、固定子巻線４を省略している。

上記各ロータバー対１５は、１本の線状部材を折り曲げてその両端部を溶接等により接合することで形成されてなる。具体的には、２つのロータバー１４と２つの接続部１４ａのトータル長さと略同じ長さの１本の線状部材を略Ｕ字状（略コ字状）に折り曲げ、その略Ｕ字状の両側部分を、回転子コア１３の所定の２つの回転子スロット１３ｂに挿入し、その後に、上記両側部分の少なくとも一方を折り曲げて、上記線状部材の両端部を接合する。これにより、ロータバー対１５が回転子コア１３に取り付けられた状態になる。このことを繰り返して全てのロータバー対１５を回転子コア１３に取り付ける。最後に、回転子コア１３の挿入孔１３ａにロータシャフト１２を挿入することで、回転子１１が完成する。尚、回転子コア１３の挿入孔１３ａにロータシャフト１２を挿入した後に、ロータバー対１５を回転子コア１３に取り付けるようにしてもよい。

ここで、ロータバー１４における上記回転軸心方向の両側に、短絡環がそれぞれ配置されて、該短絡環によって全ロータバー１４の両端部がそれぞれ短絡された通常の誘導モータ（従来の誘導モータ）の場合には、図４に二点鎖線で示すように、起動時における回転子コア１３の励磁時に、トルク発生に有効に寄与しない大電流が流れるとともに電流値が安定しない（電流−トルク特性が複数描かれているように、一定でない）という問題がある。これは、回転子コア１３の励磁時に、複数のロータバー１４及び２つの短絡環１６からなる複数の閉回路のうちのどの閉回路を電流が流れるかが決まっていないために生じるものである。一方、励磁後の負荷運転時には、動的平衡状態となって電流が流れる閉回路が決まり、図４に実線で示すように、電流値に対してトルクが一義的に決まるようになる。

これに対し、本実施形態に係る誘導モータ１では、複数のロータバー１４の２つずつが、該２つのロータバー１４における上記回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対１５とされているので、ロータバー対１５の２つのロータバー１４（及び接続部１４ａ）からなる独立した閉回路が複数形成される。この結果、誘導モータ１の起動時に、常に、その各閉回路を電流が流れることになり、よって、図４に一点鎖線で示すように、起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を出来る限り小さくかつ安定させることができて、低電流でもって起動トルクを確保することができる。また。励磁後の負荷運転時は、上記通常の誘導モータの場合と同様の電流−トルク特性が得られる（図４の実線参照）。

尚、上記実施形態１では、上記ロータバー対１５を、１本の線状部材を折り曲げてその両端部を接合することで形成したが、これに限らず、例えば、２つのロータバー１４の一端部同士及び他端部同士を、ロータバー１４とは別の部材（接続部１４ａに相当する部材）でそれぞれ接合することでロータバー対１５を形成するようにしてもよい（後述の実施形態２〜５も同様）。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２を示し（尚、以下の各実施形態では、図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する）、回転子コア１３の各回転子スロット１３ｂに、２つのロータバー１４を回転子コア１３の径方向に並ぶように配設したものである。

上記各回転子スロット１３ｂ内の２つのロータバー１４は、互いに異なるロータバー対１５のものであり、そのうちの１つのロータバー１４は、当該ロータバー１４に対して、回転子コア１３の周方向の一方側の位置であって上記回転軸心回りの角度で上記固定子の極ピッチと同じ角度（本実施形態では、４５°）をなす角度位置に設けられたロータバー１４と接続部１４ａを介して接続され、もう１つのロータバー１４は、当該ロータバー１４に対して、回転子コア１３の周方向の他方側の位置であって上記回転軸心回りの角度で上記固定子の極ピッチと同じ角度（本実施形態では、４５°）をなす角度位置に設けられたロータバー１４と接続部１４ａを介して接続されている。

本実施形態においても、各回転子スロット１３ｂは、回転子コア１３の径方向外側（固定子２の側）に開放された切欠き状もので構成されているが、回転子コア１３を上記回転軸心方向に貫通する貫通孔で構成してもよい。この場合、各回転子スロット１３ｂは、回転子コア１３の径方向に並ぶ独立の２つの断面円形の貫通孔で構成されることになるが、回転子コア１３の周方向において同じ位置（上記回転軸心回りで同じ角度位置）にあって上記回転軸心からの距離が互いに異なる複数の貫通孔は、同じ回転子スロット１３ｂを構成するものとする。すなわち、各回転子スロット１３ｂ内における２つのロータバー１４間に非導電性部材が配設されているとする。

また、本実施形態においても、上記実施形態１と同様の製造方法により回転子１１が製造される。

本実施形態では、複数のロータバー対１５を、上記実施形態１よりも密に回転子コア１３の周方向に並べることができ、この結果、ロータバー１４（ロータバー対１５）の数を多くすることができ、負荷運転時に誘導モータ１に大きなトルクを発生させるようにすることができる。また、このようにロータバー１４（ロータバー対１５）の数が多くなっても、全てのロータバー１４の両端部を２つの短絡環でそれぞれ短絡する構成とは異なり、誘導モータ１の起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を小さくかつ安定させることができる。

尚、上記実施形態２では、回転子コア１３の各回転子スロット１３ｂに２つのロータバー１４を配設したが、３つ以上のロータバー１４（互いに異なるロータバー対１５のもの）を配設するようにしてもよい。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３を示す。本実施形態では、ロータバー対１５は、該ロータバー対１５の回転子コア１３における径方向の位置が互いに異なる複数組（本実施形態では、２組であって、径方向外側の組及び径方向内側の組）に分けられている。

本実施形態においても、上記実施形態２と同様に、回転子コア１３の各回転子スロット１３ｂ内に２つのロータバー１４（互いに異なるロータバー対１５のもの）が回転子コア１３の径方向に並ぶように配設されているが、その各回転子スロット１３ｂ内の２つのロータバー１４は、上記組が異なるロータバー対１５のものである。

径方向外側の組のロータバー対１５の周方向の並び、及び、径方向内側の組のロータバー対１５の周方向の並びは共に、上記実施形態１と同様である。

本実施形態においても、各回転子スロット１３ｂは、回転子コア１３の径方向外側（固定子２の側）に開放された切欠き状もので構成されているが、回転子コア１３を上記回転軸心方向に貫通する貫通孔で構成してもよい。また、本実施形態においても、上記実施形態１と同様の製造方法により回転子１１が製造される。

本実施形態においても、上記実施形態２と同様に、誘導モータ１の起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を小さくかつ安定させながら、負荷運転時に誘導モータ１に大きなトルクを発生させるようにすることができる。

（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４を示し、回転子コア１３の各回転子スロット１３ｂ内に４つのロータバー１４（互いに異なるロータバー対１５のもの）を回転子コア１３の径方向に並ぶように配設したものである。本実施形態においても、上記実施形態３と同様に、ロータバー対１５は、該ロータバー対１５の回転子コア１３における径方向の位置が互いに異なる２組（径方向外側の組及び径方向内側の組）に分けられている。

本実施形態では、各回転子スロット１３ｂ内の４つのロータバー１４のうち径方向外側の２つは、上記組が同じロータバー対１５（径方向外側の組のロータバー対１５）のものであり、残りの径方向内側の２つも、上記組が同じロータバー対１５（径方向内側の組のロータバー対１５）のものである。径方向外側の組のロータバー対１５の周方向の並び、及び、径方向内側の組のロータバー対１５の周方向の並びは共に、上記実施形態２と同様である。

本実施形態では、誘導モータ１の起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を小さくかつ安定させながら、ロータバー１４（ロータバー対１５）の数を更に多くすることができ、負荷運転時に誘導モータ１により一層大きなトルクを発生させるようにすることができる。

（実施形態５）
図９は、本発明の実施形態５を示す。本実施形態においても、上記実施形態３及び４と同様に、ロータバー対１５は、該ロータバー対１５の回転子コア１３における径方向の位置が互いに異なる２組（径方向外側の組及び径方向内側の組）に分けられている。尚、本実施形態では、回転子コア１３の回転子スロット１３ｂの数が、上記実施形態１〜４とは異なっている。

各組のロータバー対１５における２つのロータバー１４は、周方向に連続する３つの回転子スロット１３ｂを間に挟む２つの回転子スロット１３ｂにそれぞれ配設されている。そして、各組の複数のロータバー対１５が、回転子コア１３の周方向に、１つの回転子スロット１３ｂを間に挟む２つの回転子スロット１３ｂがなす上記回転軸心回りの角度の分だけ、互いにずれた状態で、回転子コア１３の周方向に並んでいる。

また、２組のロータバー対１５の周方向の位置が、相隣接する２つの回転子スロット１３ｂがなす上記回転軸心回りの角度の分だけ互いにずれている。各回転子スロット１３ｂには、２つのロータバー（互いに異なるロータバー対１５のもの）が配設されているが、これら２つのロータバー１４は、上記組が同じロータバー対１５のものである。相隣接する２つの回転子スロット１３ｂのうちの１つの回転子スロット１３ｂに配設された２つのロータバー１４がそれぞれ含まれるロータバー対１５と、もう１つの回転子スロット１３ｂに配設された２つのロータバー１４がそれぞれ含まれるロータバー対１５とは、上記組が互いに異なる。

本実施形態においても、上記実施形態１〜４と同様に、誘導モータ１の起動時に発生する、トルク発生に有効に寄与しない電流値を小さくかつ安定させることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、ロータバーを有する回転子を備えた誘導モータに有用である。

１誘導モータ
２固定子
１１回転子
１２ロータシャフト
１３回転子コア
１３ｂ回転子スロット
１４ロータバー
１５ロータバー対

Claims

固定子と回転子とを備えた誘導モータであって、
上記回転子は、ロータシャフトの周囲に固定された回転子コアと、該回転子コアにおける外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられた複数のスロット内において、上記ロータシャフトの回転軸心方向に沿って延びる複数のロータバーとを有し、
上記複数のロータバーの２つずつが、該２つのロータバーにおける上記回転軸心方向の両端部で互いに接続されて略四角形状をなすロータバー対とされていることを特徴とする誘導モータ。
請求項１記載の誘導モータにおいて、
上記回転子コアの各スロット内には、２つ以上のロータバーが配設されており、
上記少なくとも２つのロータバーは、互いに異なる上記ロータバー対のものであることを特徴とする誘導モータ。
請求項２記載の誘導モータにおいて、
上記ロータバー対は、該ロータバー対の上記回転子コアにおける径方向の位置が互いに異なる複数組に分けられていることを特徴とする誘導モータ。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の誘導モータにおいて、
上記ロータバー対の２つのロータバーは、上記回転軸心回りの角度で、互いに、上記固定子の極ピッチと同じ角度をなす角度位置に設けられていることを特徴とする誘導モータ。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の誘導モータにおいて、
上記各ロータバー対は、１本の線状部材を折り曲げてその両端部を接合することで形成されてなることを特徴とする誘導モータ。