JP2015186404A - かご形誘導電動機 - Google Patents
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Abstract
【課題】かご形誘導電動機の効率と始動特性を改善する。
【解決手段】かご形誘導電動機は、積層鋼板で構成され複数のスロット３６ａが形成されたロータ３６を有する。スロット３６ａ内には導体５２が鋳込まれる。スロット内周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体の線材５６または棒材５８が配置される。スロット外周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体５０、５１が配置される。
【選択図】図３
【解決手段】かご形誘導電動機は、積層鋼板で構成され複数のスロット３６ａが形成されたロータ３６を有する。スロット３６ａ内には導体５２が鋳込まれる。スロット内周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体の線材５６または棒材５８が配置される。スロット外周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体５０、５１が配置される。
【選択図】図３
Description
本発明は、かご形誘導電動機の構造に関する。
かご形誘導電動機は、スロット内に導体が鋳込まれたロータを備えている。スロット内にアルミニウムを埋め込むアルミダイキャストでロータを製造するものが主流であるが（例えば特許文献１）、近年では、電動機の効率向上のため、アルミニウムよりも導電率の高い銅のダイキャストでロータを製造したかご形誘導電動機も実用化されている。
ロータのスロット内の導体を変えると、電動機の効率が低下したり、あるいは始動特性が悪化したりするおそれがある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、かご形誘導電動機の効率と始動特性を改善する技術を提供することにある。
本発明のある態様は、積層鋼板で構成され複数のスロットが形成されたロータを有するかご形誘導電動機である。スロット内には導体が鋳込まれ、スロット内周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体の線材または棒材が配置され、スロット外周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体が配置される。
この態様によると、抵抗値の低い導体の使用によってかご形誘導電動機の効率が向上するとともに、抵抗値の高い導体によってかご形誘導電動機の始動特性を改善することができる。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、かご形誘導電動機の効率と始動特性を改善することができる。
図１は、かご形誘導電動機１０を、中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。
ステータ３４は、同一形状に型抜きされた多数の薄板状（例えば、厚さ０．５ｍｍ）の電磁鋼板を積層して形成される。ステータ３４は、フレーム３０の内周に、例えば焼き嵌めによって嵌合される。ステータ３４に形成された複数のスロットには銅線のコイル３８が巻回されている。
ロータ３６も、同一の円形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。ロータ３６には、中央に回転軸１２を挿通するための円形穴が形成されるとともに、その外周側には、径方向に延びる複数の同一形状のスロット３６ａが等間隔に形成されている（図３を参照）。ロータ３６の円形穴は、回転軸１２に締まり嵌めによって固定される。
フレーム３０は、例えばアルミダイキャスト製、鋳鉄製または鋼板製であり、ロータおよびステータの重量を支持するとともに、ロータおよびステータ等で発生する熱を電動機外部に放熱する役割を有する。放熱性能を高めるために、回転軸と平行な方向に延びる多数の放熱フィン４０がフレーム３０の外周に設置される。
回転軸１２は、フレーム３０から内径側に延び出す両側のフランジ１４、１５にそれぞれ軸受１６、１７を介して回転自在に支持されている。フランジ１４、１５は、フレーム３０と一体形成されてもよいし、別々に形成された後でフレーム３０に固定されてもよい。
回転軸１２の後端側には、ファン１８が配置される。ファン１８のさらに外側にはファンカバー３２が配置される。
従来の誘導電動機では、ロータ３６に形成されたスロット３６ａ内に、アルミニウムまたは銅などの鋳込み導体がダイキャスト鋳造により鋳込まれている。ロータ３６の両端面には、スロット内の導体と一体構造となる短絡環３７が形成される。
これに対し、本発明の一実施形態に係るかご形誘導電動機では、スロット３６ａ内に、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体と、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体とが配置される。
図２は、本発明の一実施形態に係るかご形誘導電動機のロータ３６および回転軸１２の断面図、図３は、ロータ３６の一部の拡大平面図である。
図３に示すように、ロータ３６のスロット３６ａの内周側に、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体（以下、低抵抗導体とも呼ぶ）の線材５６または棒材５８が配置される。また、ロータ３６のスロット３６ａの外周側に、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体（以下、高抵抗導体とも呼ぶ）の線材５０または棒材５１が配置される。
低抵抗導体および高抵抗導体の線材または棒材をスロット３６ａ内に配置した後、スロット内にできる空隙に、溶融した鋳込み導体５２がダイキャストマシンによって鋳込まれる。こうすることで、スロット内での低抵抗導体および高抵抗導体の移動が防止される。
なお、図３では一部スロットのみに低抵抗導体、鋳込み導体および高抵抗導体が収められた様子が描かれているが、実際には全てのスロットに同様にこれらの導体が配置される。全てのスロットに低抵抗導体の線材５６または棒材５８のいずれかが配置されてもよいし、一部のスロットに低抵抗導体の線材５６が、残りのスロットに低抵抗導体の棒材５８が配置されてもよい。
図２に示すように、スロット内に配置される低抵抗導体の線材５６（または棒材５８）および高抵抗導体の線材５０（または棒材５１）は、ロータ３６の軸方向長さよりもやや長く予め切断しておき、各スロット内に挿入するとよい。スロット内への溶融した鋳込み導体の導入は、線材または棒材の挿入後に従来のダイキャストマシンを使用して行うことができる。こうすることで、ロータの製造コストの増加を抑えることができる。
鋳込み導体がアルミニウムである場合、低抵抗導体は例えば銅であり、高抵抗導体は例えば高抵抗アルミニウム、マグネシウム、亜鉛である。
上記のように、スロットの外周側に、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体を配置すると、かご形誘導電動機の始動時に電流が集中するスロットの外周側の抵抗が大きくなるので、かご形誘導電動機の始動特性を改善することができる。しかしながら、抵抗の上昇によって、かご形誘導電動機の効率は低下してしまう。
本実施形態では、スロットの内周側に、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体の線材または棒材を配置している。これによって、スロット内に流れる電流が増加するので、高抵抗導体の配置によるかご形誘導電動機の効率の低下を抑制することができる。
スロットの外周側に配置する高抵抗導体の線材または棒材の大きさは、始動電流の改善と電動機の効率低下とのトレードオフになるので、両者のバランスを見ながら適宜選択される。
低抵抗導体として銅を選択する場合、線材５６として市販の銅線を使用してもよい。市販の銅線を使用することの利点としては、安価に入手可能であり、ステータコイルとしても使われているので、一般的な銅ダイキャストに比べてロータの製造コストを抑制できる、線径が豊富である、比較的柔らかくスロット内に挿通しやすい、などがある。
銅線のうち、スロットへの挿入後にロータの積層鋼板内にある部分については、エナメル等の絶縁被覆が施された状態のまま使用することが好ましい。これにより、銅線間が絶縁された状態を保つので、ロータに発生する磁界と平行な成分を有する迷走電流が流れにくくなるため、損失を抑制できる。
なお、銅線のうちスロットへの挿入後にロータの端面から突出する部分については、銅線の延びる方向によらず電流が流れるように、予め絶縁被覆を除去しておくことが好ましい。
実施の形態では、鋳込み導体がアルミニウムの場合、スロット内周側にアルミニウムよりも抵抗値の低い銅の線材または棒材、スロット外周側にアルミニウムよりも抵抗値の高い高抵抗アルミニウムの線材または棒材を配置することを述べた。本発明は、鋳込み導体がアルミニウム以外の場合でも適用することができる。例えば銅ダイキャストの場合には、スロット内周側に銅よりも抵抗値の低い材料の線材または棒材、スロット外周側に銅よりも抵抗値の高い材料の線材または棒材を配置すればよい。
本発明のかご形誘導電動機のロータは、既存のアルミダイキャストマシンを使用して製造することに限定されず、新規に設計されたダイキャストマシンを用いてロータを製造してもよい。また、導体を鋳込む方法はダイキャストに限定されず、例えば鋳造であってもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
１０ 誘導電動機、 ３４ ステータ、 ３６ ロータ、 ３６ａ スロット、 ５０ 高抵抗導体の線材、 ５１ 高抵抗導体の棒材、 ５２ 鋳込み導体、 ５６ 低抵抗導体の線材、 ５８ 低抵抗導体の棒材。
Claims (3)
- 積層鋼板で構成され複数のスロットが形成されたロータを有するかご形誘導電動機であって、
スロット内には導体が鋳込まれ、
スロット内周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の低い導体の線材または棒材が配置され、
スロット外周側には、鋳込み導体よりも抵抗値の高い導体が配置される
ことを特徴とするかご形誘導電動機。 - 前記抵抗値の低い導体は銅線であることを特徴とする請求項１に記載のかご形誘導電動機。
- 前記抵抗値の高い導体は線材または棒材であることを特徴とする請求項１または２に記載のかご形誘導電動機。
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