JP3801477B2 - 同期誘導電動機のロータ及び同期誘導電動機及びファンモータ及び圧縮機及び空気調和機及び冷蔵庫 - Google Patents
同期誘導電動機のロータ及び同期誘導電動機及びファンモータ及び圧縮機及び空気調和機及び冷蔵庫 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導トルクを利用して起動し、リラクタンストルクを利用して同期運転をする同期誘導電動機のロータ及びそれを用いた機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１〜１３は従来の同期電動機（４極）を示す図で、図１１は同期電動機の出力軸側から見た断面図、図１２は同期電動機の出力軸横側から見た断面図、図１３は同期電動機のロータの断面図である。図において、１はロータで出力軸３に圧入等により固定され軸方向に積層されている。１２は中心側に凸となるように半径方向に列設されたスリットで、ロータ１のある磁極から隣合う磁極へ磁気的に導通させるために磁気的に絶縁している。
【０００３】
９はステータで軸方向に電磁鋼板を積層して構成されている。１０はステータ９に巻回された巻線で、巻線１０に電流を流すことにより回転磁界を発生させる。図１３のＢ部は薄肉連結部でスリット１２によってロータ１の各部が分離しないように、ロータ外周部で部分的にお互いに接続されており、ロータの強度を保持している。これらの薄肉連結部におる部分的な接続は、電動機としての磁気的特性を阻害しない範囲でロータ１の補強のため各部に設けることができる。
【０００４】
上記のように構成された同期電動機は、ロータ１の界磁磁極の方向へ起磁力が働くようにステータ９の巻線１０へ励磁電流を流すことにより、ロータ１に回転力を発生させることができる。図１１に示す電動機の場合、リラクタンストルクが働いてステータ９の巻線１０によって作られた回転磁界に追従（同期）してロータが回転する。
【０００５】
また、ロータ１の回転位置を回転位置検出器などで検出すれば、界磁磁束とトルク電流とを任意にかつ正確に制御できるので、高効率電動機である永久磁石型同期電動機と同様に、制御性の優れた電動機といえる。また、一般に使用されている誘導電動機と比較すると、図１１に示す同期電動機はロータに流れる２次電流が不要であり、２次銅損がないためロータの損失が小さく、高効率な電動機となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同期電動機は以上のように構成されているので、以下に示す問題点があった。
図１１に示す同期電動機のロータ１は、上記の性能を出すためにスリット２を設けてリラクタンストルクを発生させている。このため、ロータ形状を保つためにスリット１２の両端部に薄肉連結部を設けて機械的に固定し、それなりの強度を保つようにしているが、高速回転時の遠心力に耐えられる強度を持たせるためには、薄肉連結部を厚くしたり、本数を増したりする必要がある。
【０００７】
また、図１１に示す同期電動機のロータ１における各薄肉連結部は、機能的には不要な磁束が誘起されるため、発生トルクの低減や効率の低下などの問題が発生する。
【０００８】
図１１に示す同期電動機のロータに高速回転時の遠心力に耐えられる強度を持たせるための方策が種々提案されている。
例えば、特開平９−１９１６１８号公報ではスリットに非磁性体で電気的にも不導体の物質を充填し、固化する方法が述べられているが充填物質によって多少強度は増す可能性はあるが、充填物を固化しただけではロータと充填物質との間の結合力は完全とは言えず量産時のバラツキによっては結合力より充填物の重量増加による遠心力の増加の方が大きくなり逆に強度を増す必要が出てくるという問題がある。
【０００９】
また、図１４、１５は実開昭６１-１９９１７７号公報、実開昭６１-１９９１７８１５号公報に開示された誘導電動機のアルミバーの側面に凹凸部を設けた方法を示す図である。これらのものは、アルミニウムとロータとの隙間をなくしてアルミバーの振動による破損防止には効果があるが、凹凸部が受ける遠心力は凹凸部の有無にかかわらず薄肉連結部で受けることになるため応力集中の緩和にはならない。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構造で電動機特性を阻害することなく高速回転の遠心力に耐えることができる同期誘導電動機のロータ及びそれを用いた機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、アルミニウムが充填され、誘導トルクを発生させるためのスロットと、リラクタンストルクを発生させるためのスリットとを有し、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生し前記スリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、遠心力によるロータの膨らみが最も大きい部分に位置するスロットに、支持部材を挿入したことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、複数のスロットに、支持部材を挿入したことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットの中心付近に挿入したことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットに接するように挿入したことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材の挿入穴を有する固定部材をロータの所定の位置に設け、支持部材を挿入穴に挿入固定したことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向両端部に設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向内部に設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材の支持部材の挿入穴を設けない部分を削除したことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材は出力軸挿入穴を備え、出力軸挿入穴に出力軸を固定することを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、誘導トルクを発生させるためのスロットと、リラクタンストルクを発生させるためのスリットとを有し、スリットに充填物質を充填し、スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設けたことを特徴とする。
【００２８】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットによってロータコアが分離しないようにスロットとロータ外周部との間を連結部で連結し、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力により応力が集中する連結部を厚くし、応力集中が最も小さい連結部に向かって徐々に連結部を薄くしたことを特徴とする。
【００２９】
この発明に係る同期誘導電動機は、請求項１〜請求項１２の何れかに記載の同期誘導電動機のロータを用いたことを特徴とする。
【００３０】
この発明に係るファンモータは、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことを特徴とする。
【００３１】
この発明に係る圧縮機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことを特徴とする。
【００３２】
この発明に係る空気調和機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことを特徴とする。
【００３３】
この発明に係る冷蔵庫は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことを特徴とする。
【００３４】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、ロータの内周の中心より最も外側にスロットを設け、該スロットと同じかスロットの内側にスリットを設けたことを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜３は実施の形態１を示す図で、図１は同期誘導電動機のロータの断面図、図２はスリットに凸部を設けた場合の図１Ａ部の拡大図、図３はスリットに凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。図１、２において、１はロータで出力軸３に圧入等により固定され軸方向に積層されている。１３はスロットでアルミニウムなどの非磁性体で導電性の物質を充填し、ロータ１の内周でロータ１の中心よりも最も遠い位置に配置し起動時や非同期時に誘導トルクを発生させるための２次電流が流れる。必要な誘導トルクが発生する形状であれば、どんな形状でもよく、使用する同期誘導電動機の仕様に合わせて任意の形状で良い。２はスリットでロータ１のある磁極から隣合う磁極へ磁気的に導通させるために磁気的に絶縁しており、スロット１３と同じようにアルミニウムなどの非磁性体で導電性の物質を充填している。スロット１３と同じか、スロット１３より内側に配置され、必要なリラクタンストルクを発生させることができる形状であれば、例えば、図１に示すような直線的でなくても、使用する同期誘導電動機の仕様に合わせたけ形状であればどんな形状でもよい。また、スリット２とスロット１３を連続した曲線で連結することにより、それぞれの機能を補強することができる。５は凸部で、スリット２に充填された物質と機械的に結合し、凸部５が立設する方向の力に対しても機械的に結合するように、根元よりも先端の幅が広い楔状をしている。
【００３６】
図２において、出力軸３に最も近いスリットを第１のスリット２ａとし、その外側のスリットを第２のスリット２ｂ、第３のスリット２ｃとする。また、夫々のスリット両端に連結または近傍にあるスロット１３も同様に第１スロット、第２スロットとする。スリット２やスロット１３によってロータ１の各部分が分離しないように、ロータ外周部の連結部により、ロータ１の各部分が部分的に互いに連結しており、ロータ強度を保持している。
【００３７】
ロータ１が回転すると、ロータ１に遠心力が働く。ロータ１は、スリット２やスロット１３によりロータ１が分離されているため、それぞれのスリット２やスロット１３より外側のロータ１の部分に働いた遠心力は、ロータ１の中心から外側に向かって分離する方向に力が働くことになる。このため、スリット２やスロット１３によりロータ１が分離しないように連結しているロータ１外周部の連結部に応力が集中することになる。さらに、スリット２やスロット１３に挿入されたアルミニウムに働いた遠心力はそれぞれのロータ中心から見て外側に働くため、その外側のスリット２やスロット１３間のストリップで受けることになる。このため、スリット２、またはスロット１３の両端の連結部にはさらに大きな応力が働くことになる（図１のロータ１の中心と凸部５を結ぶ方向）。このため最も中心に近い第１スリット２ａ、またはスロット１３の両端に設けてある連結部に大きな応力が働くことになる。ロータ１の回転数が高速になるにつれて遠心力が大きくなるため連結部に掛かる応力も大きくなる。
【００３８】
スリット２にアルミニウムなどを充填すればアルミニウムとロータの結合により上記遠心力による応力はこの結合部分にもかかるため連結部の応力は緩和される可能性はある。しかし、量産時のバラツキにより必ずしも連結しているとは限らない。
【００３９】
そこで、アルミニウムとロータの結合を確実にするために、第１のスリット２ａにスリット２が遠心力方向に対してロータ１に引っかかるような楔状の凸部５を設け、機械的に結合するようにする。このようにすることにより今まで第１のスリット２ａの外側のストリップで受けていた遠心力を第１のスリット２ａの内側にある凸部５でも受けることになる。
【００４０】
このようにすることで、今まで第１スリット２ａのアルミニウムの遠心力を、第１のスリット２ａ、またはスロット１３の両端の連結部だけで受けていたのが連結部と凸部５で受けることになるため、同じ厚さの連結部でもロータの回転をあげることができる。同じ回転数であれば、連結部を薄くすることができるため電動機の特性を向上することが可能となる。
【００４１】
アルミニウムの充填は、ダイカスト法や溶湯鍛造法などにより注入すればスリットに凹凸部を設けてあっても充填する事は容易であり、そのための金型を変更する必要はない。
【００４２】
また、スリット２の凸部５はロータ１の金型を変えるだけでよく、製造工程を代える必要がないため従来と同じコストでできる。
【００４３】
また、本実施の形態では、スリット２に凸部５を設けるものを説明したが、図３に示すようにスリット２に凹部６を設けても同様の効果を奏する。凹部６もその立設する方向の力に対しても機械的に結合するように、根元よりも先端の幅が広い楔状をしている。
【００４４】
また、本実施の形態では、充填物質にアルミニウムを使用しているが、銅などの別の物質でもよく、非磁性体で導電性の物質であれば同様の効果を奏する。
【００４５】
また、本実施の形態では、スリット２とスロット１３に同じアルミニウムを充填するようにしているが別々の物質を充填しても同様の効果を奏する。例えばスロット１３にアルミニウムをダイカスト法などにより充填し、スリット２には別の例えば銅などをダイカスト法などにより充填してもよい。この場合、スリット２にスロット１３の充填物質が入らないようにカバーをしてからスロット１３に充填すれば、確実にスリット２とスロット１３の充填物質を分離することができる。但し、スリット２に充填する物質は必ずしも導電性の物質にする必要はない。
【００４６】
また、本実施の形態では、充填物質に非磁性体として説明したが、透磁率の低いマグネット等を挿入しても同様の効果を奏する。予め、マグネットを挿入できるように充填物質をあけておき、スリットに挿入するマグネットをスリットの凹凸の形状に加工しておき挿入すれば容易に装着できる。
【００４７】
また、本実施の形態では、スリット２に凹凸部を１個しか設けてないが、２個以上設けても同様の効果を奏する。ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて凹凸部の数や形状を変えても問題はない。
【００４８】
また、本実施の形態では、誘導トルクを発生させるためにスロット１３に流れる２次電流の一部をスリット２にも流せるようにすることで２次抵抗も下げるようにし、また、リラクタンストルクを発生させるためのスリット２の働きをスロット１３にも持たせるようにすることによりリラクタンストルクを大きくできるようにするためにスリット２とスロット１３を連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり、図１（ｂ）のように分離したりしても同様の効果を奏する。この場合、スロット１３の連結部だけで受けていたものが、分離した部分でも受けることができるため、更にロータ強度を増すことができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、ロータの打ち抜き鋼板の形状を全て同じにしているが、ロータの任意の部分の打ち抜き鋼板だけを上記形状にしても同様の効果を奏する。この場合、ロータの運転回転数や電動機の特性に合わせて挿入位置を代える必要がある。
【００５０】
なお、本実施の形態の同期誘導電動機は、マグネットを使用しないためリサイクル性がよい。
【００５１】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるので、ファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００５２】
実施の形態２．
図４、５は実施の形態２を示す図である。図に示した符号が実施の形態１で説明したものと同じものは同じ機能を有するので説明は省略する。図４は複数のスリットに凸部または凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図、図５はスリットに設けた凸部または凹部の形状を楔形以外のものにした場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
図４（ａ）において、実施の形態１と同様に第１のスリット２ａにスリットが遠心力方向に対してロータ１に引っかかるような楔状の凸部を設け、ロータ１とスリットへの充填物質であるアルミニウムとを機械的に結合し、さらに第１のスリット２ａの反対側の辺にも同様の楔状の凹部を設ける。同じように第２のスリット２ｂ、第３のスリット２ｃにも凸部と凹部を設ける
【００５３】
このようにすることにより、第１スリット２ａの凹凸部は第１のスリット２ａのアルミニウムと第１スリット２ａより外側の遠心力を受けるようになる。同様に第２スリット２ｂの凹凸部は第２スリット２ｂのアルミニウムと第２スリット２ｂより外側の遠心力を受けることになる。
【００５４】
このような構造にすることで、今までスリット２、スロット１３の連結部だけで遠心力を受けていたものが各スリットの凹凸部で受けることができるため連結部の応力が緩和して回転数を上げることができる。
【００５５】
スリット２によって分断された磁束の通るロータ部分の面積は、スリット一辺を凸にし反対の辺を凹にすることにより今までと同等の磁路を確保することができるため、電動機の性能が劣化することはない。
【００５６】
アルミニウムの充填は、ダイカスト法や溶湯鍛造法などにより注入すればスリットに凹凸部を設けてあっても充填する事は容易である。
【００５７】
また、同じ回転数であれば薄肉連結部の厚みを薄くすることができるため電動機の特性を向上することができる。
【００５８】
また、図４（Ｂ）のように凹凸部の配置を変えても同様の効果を奏する。
【００５９】
また、本実施の形態では、凹凸部の向きを同一方向にしてあるが、スリットの形状や電動機の特性向上に合わせて任意の形状、方向でも問題はない。
【００６０】
また、本実施の形態では、スリットの凹凸部は１辺に１個にしてあるが、図４（Ｃ）のように、１辺に数個の凹凸部を設けても同様の効果を奏する。ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて凹凸部の数や形状を変えても問題はない。
【００６１】
また、スリット２の凸部はロータの金型を変えるだけでよく、製造工程やコストに関しては従来と同じでできる。
【００６２】
また、本実施の形態の凸凹部は三角形のような楔形のものを示したが、図５の（ａ）乃至（ｃ）のように、丸型、Ｔ型、Ｌ型など遠心力に対してロータとスリット内の充填物質であるアルミニウムとの結合力が働く形状であればどのような形状であっても同様の効果を奏する。
【００６３】
また、本実施の形態では、充填物質にアルミニウムを使用しているが銅などの別の非磁性体で導電性の物質であれば同様の効果を奏する。
【００６４】
また、本実施の形態では、スリット２とスロット１３に同じアルミニウムを充填するようにしているが、夫々別の物質を充填しても同様の効果を奏する。スロット１３に例えばアルミニウムをダイカスト法などにより充填し、スリット２には別の例えば銅などをダイカスト法などにより充填してもよい。この場合、スリット２にスロット１３の充填物質が入らないようにカバーをしてからスロット１３に充填すれば、確実にスリット２とスロット１３の充填物質を分離することができる。但し、スリット２に充填する物質は必ずしも導電性の物質にする必要はない。
【００６５】
また、本実施の形態では、充填物質に非磁性体として説明したが、透磁率の低いマグネット等を挿入しても同様の効果を奏する。スリットに挿入するマグネットをスリットの凹凸の形状に加工しておき挿入すれば容易に装着できる。
【００６６】
また、本実施の形態では、スリットとスロットを連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり分離したりしても同様の効果を奏する。
【００６７】
なお、本実施の形態では、ロータの打ち抜き鋼板の形状を全て同じにしているが、ロータの任意の部分の打ち抜き鋼板だけを上記形状にしても同様の効果を奏する。この場合、ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて挿入位置を代える必要がある。
【００６８】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるのでファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００６９】
実施の形態３．
図６〜９は実施の形態３を示す図である。図に示した符号が実施の形態１で説明したものと同じものは同じ機能を有するので説明は省略する。図６は同期誘導電動機のロータの断面図、図７は複数のスロットに支持部材を挿入した同期誘導電動機のロータの断面図、図８は固定部材を示す図、図９はロータに固定部材を取付けた状態を示す図である。
【００７０】
図６において、１４はＳＵＳ等の材質の支持部材で、スロット１３に挿入されている。ロータ１が回転するとロータ１に遠心力が発生し各連結部に応力が働く。このとき薄い連結部に多少の歪が発生し、ロータ１全体としては図６（ａ）の上下方向に膨らもうとする。
【００７１】
図６に示すように、遠心力により膨らみが最も大きくなる部分に位置するスロット１３に支持部材１４を挿入することにより、コアの膨らみをスロット１３に充填されているアルミニウムが受け、さらにこのアルミニウムの中に挿入された支持部材１４で受けることになる。支持部材１４は上下のエンドリング１１が受け、エンドリング１１が受けた力はエンドリング１１全体に分散するため、コアで支えていた遠心力を、支持部材１４を介してロータ全体で遠心力による膨らみを押えることができる。
【００７２】
支持部材１４はロータ１に挿入し、その後通常のダイカスト法等によりアルミニウム等の充填物質を充填すればよく、従来の工程で行うことができる。
【００７３】
なお、本実施の形態は、実施の形態１、２と組み合わせることにより更に効果を増す。
【００７４】
また、遠心力が大きく図６のように支持部材１４が１本では耐えられない場合には、図７のように別のスロット１３にも同じように支持部材１４を挿入しても良い。ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて支持部材１４の本数や太さ挿入位置を変えても問題はない。
【００７５】
また、本実施の形態では、支持部材１４をスロット１３に挿入しただけであるが、図８（ａ）のように支持部材を圧入などによって結合するための支持部材挿入穴１７を設けた固定部材を、図９のようにロータの両端部に設け支持部材１４を固定しても良く、このようにすることにより更に強度を増すことができる。固定部材１５を出力軸挿入穴１８に出力軸を圧入などにより固定すればさらに強度を増すことができる。
【００７６】
固定部材１５は、ロータの両端部だけでなく、図９（ｂ）のようにロータの軸方向内部に設置しても同様の効果を奏する。この場合、ロータ１の打ち抜き鋼板の一部を固定部材１５となるようにしても問題はない。
【００７７】
ロータコアを積層した後に、支持部材１４と固定部材１５を固定しダイカスト法などにより充填すればよく今までの工程を大きく変更することなく生産することができる。
【００７８】
また、図８（ｂ）のように支持部材挿入穴１７のないところを削除することにより、ダイカスト法によるアルミニウムなどの充填を容易にすることもできる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、支持部材１４をＳＵＳとして説明したが、遠心力に耐えるものであれば銅等のＳＵＳ以外の物質でも同様の効果を奏する。また、支持部材１４は導電性でも非導電性でも同様の効果を奏するため、使用する電動機の特性に合わせて決めて問題はない。
【００８０】
なお、本実施の形態では、支持部材１４をスロット１３の中心に設けるような図になっているが、上記説明のように支持部材１４の材料は遠心力に耐える強度があれば、導電性等の特性を問わないため、スロット１３に接していても同様の効果を奏する。
【００８１】
また、本実施の形態では、誘導トルクを発生させるためにスロット１３に流れる２次電流の一部をスリット２にも流せるようにすることで２次抵抗も下げるようにし、また、リラクタンストルクを発生させるためのスリット２の働きをスロット１３にも持たせるようにすることによりリラクタンストルクを大きくできるようにするためにスリットとスロットを連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり分離したりしても同様の効果を奏する。この場合、スロット１３の連結部だけで受けていたものが、分離した部分でも受けることができるため、更にロータ強度を増すことができる。
【００８２】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるのでファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００８３】
実施の形態４．
図１０は実施の形態４を示す図で、ロータの断面図である。図に示した符号が実施の形態１で説明したものと同じものは同じ機能を有するので説明は省略する。図に示すように、スリット２やスロット１３によってロータが分離しないようにスリット２やスロット１３の両端を連結部で連結している。ロータ１が回転することによって発生する遠心力は、構造上この連結部で受けることになる。
【００８４】
遠心力によってロータ１が歪まないようにするために、連結部を厚くする必要がある。しかし、連結部を厚くすると、ロータ１のある磁極から隣合う磁極へスリット間を通って流れていたものが連結部にも流れるようになるため、モータとしての性能が悪くなる。
【００８５】
そこで、連結部を全て厚くするのではなく、遠心力の影響が最も小さい図１０Ａ部の連結部を遠心力に耐えることができる最も薄い幅δ１とし、遠心力の影響が最も大きい図１０Ｂ部の連結部を遠心力に耐えることができる幅δ２（δ２＞δ１）とし、δ１とδ２を通る楕円状の連結幅とする。Ａ部の連結部はＡ部近傍のスロット１３のアルミニウムによる遠心力に耐えるだけでよいため非常に薄くすることができる。このため、ここを通る磁束も従来と同じ量にすることができる。
【００８６】
このため、図１０Ｂ部の連結部を厚くしても、連結部に流れる磁束の量は連結部全体を厚くしたときに比べて非常に少なくすることができ、かつ遠心力による膨らみを押えることができる。
【００８７】
また、本実施の形態の形状はロータの金型を変えるだけでよく、製造工程やコストに関しては従来と同じでできる。
【００８８】
なお、本実施の形態は、実施の形態１乃至３と組み合わせることにより更に効果を増す。
【００８９】
なお、本実施の形態では、ロータの打ち抜き鋼板の形状を全て同じにしているが、ロータの任意の部分の打ち抜き鋼板だけを上記形状にしても同様の効果を奏する。この場合、ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて挿入位置や枚数を代える必要がある。
【００９０】
また、本実施の形態では、充填物質にアルミニウムを使用しているが銅などの別の非磁性体で導電性の物質であれば同様の効果を奏する。
【００９１】
また、本実施の形態では、誘導トルクを発生させるためにスロット１３に流れる２次電流の一部をスリット２にも流せるようにすることで２次抵抗も下げるようにし、また、リラクタンストルクを発生させるためのスリット２の働きをスロット１３にも持たせるようにすることによりリラクタンストルクを大きくできるようにするためにスリットとスロットを連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり図１（ｂ）のように分離したりしても同様の効果を奏する。この場合、分離した部分の外側部分を円形にし内側部分を楕円状に変えても同様の効果を奏する。また、外側と内側で形状の異なる楕円状にしても同様の効果を奏する。また、スロット１３の連結部だけで受けていたものが、分離した部分でも受けることができるため、更にロータ強度を増すことができる。
【００９２】
また、本実施の形態では、連結部を楕円形状としたが、図１０（ｂ）のように最も内側のＣ部の連結部だけを他の連結部より厚いδ３にしてもよく、最も内側だけでなくその次の連結部を同じように厚くしてもよい。この場合、少なくとも一ヶ所の連結部は電動機の特性を維持するために最小の厚みにしておく必要がある。
【００９３】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるのでファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００９４】
【発明の効果】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持することにより、遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。また、ロータ全体で遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【００９５】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、遠心力によるロータの膨らみが最も大きい部分に位置するスロットに支持部材を挿入したことにより、遠心力によるロータの膨らみを押える効果が大きい。
【００９６】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、複数のスロットに支持部材を挿入したことにより、より一層遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【００９７】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットの中心付近に挿入したことにより、スロットの導電性物質の遠心力による膨らみを受け止めることができる。
【００９８】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットに接するように挿入したことにより、遠心力による膨らみを受け止めることができる。
【００９９】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材の挿入穴を有する固定部材をロータの所定の位置に設け、支持部材を挿入穴に挿入固定したことにより、ロータの強度を増すことができる。
【０１００】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向両端部に設けたことにより、ロータの強度を増すことができる。
【０１０１】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向内部に設けたことにより、ロータコアの一部を固定部材とすることもできる。
【０１０２】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材の支持部材の挿入穴を設けない部分を削除したことにより、ダイカスト法による導電物質の充填を容易にすることができる。
【０１０３】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材は出力軸挿入穴を備え、出力軸挿入穴に出力軸を固定することにより、ロータの強度をさらに増すことができる。
【０１０４】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持すると共に、スリットに充填物質を充填し、スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設けることにより、スリットまたはスロット端部のロータコア連結部の応力集中を緩和できるとともに、遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【０１１１】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持すると共に、スリットに充填物質を充填し、スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設け、スロットによってロータコアが分離しないようにスロットとロータ外周部との間を連結部で連結し、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力により応力が集中する連結部を厚くし、応力集中が小さい連結部に向かって徐々に連結部を薄くしたことにより、より一層遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【０１１２】
この発明に係る同期誘導電動機は、請求項１〜請求項１２の何れかに記載の同期誘導電動機のロータを用いたことにより、高速回転に耐えることができる。
【０１１３】
この発明に係るファンモータは、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことにより、高速回転に耐えることができる。
【０１１４】
この発明に係る圧縮機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことにより、高速回転に耐えることができる。
【０１１５】
この発明に係る空気調和機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことにより、夫々を高速で運転することができる。
【０１１６】
この発明に係る冷蔵庫は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことにより、夫々を高速で運転することができる。
【０１１７】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、ロータの内周の中心より最も外側にスロットを設け、スロットと同じかスロットの内側にスリットを設けたことにより、誘導トルク及びリラクタンストルクを有効に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、同期誘導電動機のロータの断面図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、スリットに凸部を設けた場合の図１Ａ部の拡大図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、スリットに凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
【図４】 実施の形態２を示す図で、複数のスリットに凸部または凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
【図５】 実施の形態２を示す図で、スリットに設けた凸部または凹部の形状を楔形以外のものにした場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
【図６】 実施の形態３を示す図で、同期誘導電動機のロータの断面図である。
【図７】 実施の形態３を示す図で、複数のスロットに支持部材を挿入した同期誘導電動機のロータの断面図である。
【図８】 実施の形態３を示す図で、固定部材を示す図である。
【図９】 実施の形態３を示す図で、ロータに固定部材を取付けた状態を示す図である。
【図１０】 実施の形態４を示す図で、ロータの断面図である。
【図１１】 従来の同期電動機の出力軸側から見た断面図である。
【図１２】 従来の同期電動機の出力軸横側から見た断面図である。
【図１３】 従来の同期電動機のロータを示す断面図である。
【図１４】 従来の誘導電動機のスロット部分を示す断面図である。
【図１５】 従来の誘導電動機のスロット部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ロータ、２ スリット、３ 出力軸、４ 開口部、５ 凸部、６ 凹部、１１ エンドリング、１３ スロット、１４ 支持部材、１５ 固定部材、１７ 支持部材挿入穴、１８ 出力軸挿入穴。
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導トルクを利用して起動し、リラクタンストルクを利用して同期運転をする同期誘導電動機のロータ及びそれを用いた機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１〜１３は従来の同期電動機（４極）を示す図で、図１１は同期電動機の出力軸側から見た断面図、図１２は同期電動機の出力軸横側から見た断面図、図１３は同期電動機のロータの断面図である。図において、１はロータで出力軸３に圧入等により固定され軸方向に積層されている。１２は中心側に凸となるように半径方向に列設されたスリットで、ロータ１のある磁極から隣合う磁極へ磁気的に導通させるために磁気的に絶縁している。
【０００３】
９はステータで軸方向に電磁鋼板を積層して構成されている。１０はステータ９に巻回された巻線で、巻線１０に電流を流すことにより回転磁界を発生させる。図１３のＢ部は薄肉連結部でスリット１２によってロータ１の各部が分離しないように、ロータ外周部で部分的にお互いに接続されており、ロータの強度を保持している。これらの薄肉連結部におる部分的な接続は、電動機としての磁気的特性を阻害しない範囲でロータ１の補強のため各部に設けることができる。
【０００４】
上記のように構成された同期電動機は、ロータ１の界磁磁極の方向へ起磁力が働くようにステータ９の巻線１０へ励磁電流を流すことにより、ロータ１に回転力を発生させることができる。図１１に示す電動機の場合、リラクタンストルクが働いてステータ９の巻線１０によって作られた回転磁界に追従（同期）してロータが回転する。
【０００５】
また、ロータ１の回転位置を回転位置検出器などで検出すれば、界磁磁束とトルク電流とを任意にかつ正確に制御できるので、高効率電動機である永久磁石型同期電動機と同様に、制御性の優れた電動機といえる。また、一般に使用されている誘導電動機と比較すると、図１１に示す同期電動機はロータに流れる２次電流が不要であり、２次銅損がないためロータの損失が小さく、高効率な電動機となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同期電動機は以上のように構成されているので、以下に示す問題点があった。
図１１に示す同期電動機のロータ１は、上記の性能を出すためにスリット２を設けてリラクタンストルクを発生させている。このため、ロータ形状を保つためにスリット１２の両端部に薄肉連結部を設けて機械的に固定し、それなりの強度を保つようにしているが、高速回転時の遠心力に耐えられる強度を持たせるためには、薄肉連結部を厚くしたり、本数を増したりする必要がある。
【０００７】
また、図１１に示す同期電動機のロータ１における各薄肉連結部は、機能的には不要な磁束が誘起されるため、発生トルクの低減や効率の低下などの問題が発生する。
【０００８】
図１１に示す同期電動機のロータに高速回転時の遠心力に耐えられる強度を持たせるための方策が種々提案されている。
例えば、特開平９−１９１６１８号公報ではスリットに非磁性体で電気的にも不導体の物質を充填し、固化する方法が述べられているが充填物質によって多少強度は増す可能性はあるが、充填物を固化しただけではロータと充填物質との間の結合力は完全とは言えず量産時のバラツキによっては結合力より充填物の重量増加による遠心力の増加の方が大きくなり逆に強度を増す必要が出てくるという問題がある。
【０００９】
また、図１４、１５は実開昭６１-１９９１７７号公報、実開昭６１-１９９１７８１５号公報に開示された誘導電動機のアルミバーの側面に凹凸部を設けた方法を示す図である。これらのものは、アルミニウムとロータとの隙間をなくしてアルミバーの振動による破損防止には効果があるが、凹凸部が受ける遠心力は凹凸部の有無にかかわらず薄肉連結部で受けることになるため応力集中の緩和にはならない。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構造で電動機特性を阻害することなく高速回転の遠心力に耐えることができる同期誘導電動機のロータ及びそれを用いた機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、アルミニウムが充填され、誘導トルクを発生させるためのスロットと、リラクタンストルクを発生させるためのスリットとを有し、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生し前記スリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、遠心力によるロータの膨らみが最も大きい部分に位置するスロットに、支持部材を挿入したことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、複数のスロットに、支持部材を挿入したことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットの中心付近に挿入したことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットに接するように挿入したことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材の挿入穴を有する固定部材をロータの所定の位置に設け、支持部材を挿入穴に挿入固定したことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向両端部に設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向内部に設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材の支持部材の挿入穴を設けない部分を削除したことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材は出力軸挿入穴を備え、出力軸挿入穴に出力軸を固定することを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、誘導トルクを発生させるためのスロットと、リラクタンストルクを発生させるためのスリットとを有し、スリットに充填物質を充填し、スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設けたことを特徴とする。
【００２８】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットによってロータコアが分離しないようにスロットとロータ外周部との間を連結部で連結し、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力により応力が集中する連結部を厚くし、応力集中が最も小さい連結部に向かって徐々に連結部を薄くしたことを特徴とする。
【００２９】
この発明に係る同期誘導電動機は、請求項１〜請求項１２の何れかに記載の同期誘導電動機のロータを用いたことを特徴とする。
【００３０】
この発明に係るファンモータは、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことを特徴とする。
【００３１】
この発明に係る圧縮機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことを特徴とする。
【００３２】
この発明に係る空気調和機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことを特徴とする。
【００３３】
この発明に係る冷蔵庫は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことを特徴とする。
【００３４】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、ロータの内周の中心より最も外側にスロットを設け、該スロットと同じかスロットの内側にスリットを設けたことを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜３は実施の形態１を示す図で、図１は同期誘導電動機のロータの断面図、図２はスリットに凸部を設けた場合の図１Ａ部の拡大図、図３はスリットに凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。図１、２において、１はロータで出力軸３に圧入等により固定され軸方向に積層されている。１３はスロットでアルミニウムなどの非磁性体で導電性の物質を充填し、ロータ１の内周でロータ１の中心よりも最も遠い位置に配置し起動時や非同期時に誘導トルクを発生させるための２次電流が流れる。必要な誘導トルクが発生する形状であれば、どんな形状でもよく、使用する同期誘導電動機の仕様に合わせて任意の形状で良い。２はスリットでロータ１のある磁極から隣合う磁極へ磁気的に導通させるために磁気的に絶縁しており、スロット１３と同じようにアルミニウムなどの非磁性体で導電性の物質を充填している。スロット１３と同じか、スロット１３より内側に配置され、必要なリラクタンストルクを発生させることができる形状であれば、例えば、図１に示すような直線的でなくても、使用する同期誘導電動機の仕様に合わせたけ形状であればどんな形状でもよい。また、スリット２とスロット１３を連続した曲線で連結することにより、それぞれの機能を補強することができる。５は凸部で、スリット２に充填された物質と機械的に結合し、凸部５が立設する方向の力に対しても機械的に結合するように、根元よりも先端の幅が広い楔状をしている。
【００３６】
図２において、出力軸３に最も近いスリットを第１のスリット２ａとし、その外側のスリットを第２のスリット２ｂ、第３のスリット２ｃとする。また、夫々のスリット両端に連結または近傍にあるスロット１３も同様に第１スロット、第２スロットとする。スリット２やスロット１３によってロータ１の各部分が分離しないように、ロータ外周部の連結部により、ロータ１の各部分が部分的に互いに連結しており、ロータ強度を保持している。
【００３７】
ロータ１が回転すると、ロータ１に遠心力が働く。ロータ１は、スリット２やスロット１３によりロータ１が分離されているため、それぞれのスリット２やスロット１３より外側のロータ１の部分に働いた遠心力は、ロータ１の中心から外側に向かって分離する方向に力が働くことになる。このため、スリット２やスロット１３によりロータ１が分離しないように連結しているロータ１外周部の連結部に応力が集中することになる。さらに、スリット２やスロット１３に挿入されたアルミニウムに働いた遠心力はそれぞれのロータ中心から見て外側に働くため、その外側のスリット２やスロット１３間のストリップで受けることになる。このため、スリット２、またはスロット１３の両端の連結部にはさらに大きな応力が働くことになる（図１のロータ１の中心と凸部５を結ぶ方向）。このため最も中心に近い第１スリット２ａ、またはスロット１３の両端に設けてある連結部に大きな応力が働くことになる。ロータ１の回転数が高速になるにつれて遠心力が大きくなるため連結部に掛かる応力も大きくなる。
【００３８】
スリット２にアルミニウムなどを充填すればアルミニウムとロータの結合により上記遠心力による応力はこの結合部分にもかかるため連結部の応力は緩和される可能性はある。しかし、量産時のバラツキにより必ずしも連結しているとは限らない。
【００３９】
そこで、アルミニウムとロータの結合を確実にするために、第１のスリット２ａにスリット２が遠心力方向に対してロータ１に引っかかるような楔状の凸部５を設け、機械的に結合するようにする。このようにすることにより今まで第１のスリット２ａの外側のストリップで受けていた遠心力を第１のスリット２ａの内側にある凸部５でも受けることになる。
【００４０】
このようにすることで、今まで第１スリット２ａのアルミニウムの遠心力を、第１のスリット２ａ、またはスロット１３の両端の連結部だけで受けていたのが連結部と凸部５で受けることになるため、同じ厚さの連結部でもロータの回転をあげることができる。同じ回転数であれば、連結部を薄くすることができるため電動機の特性を向上することが可能となる。
【００４１】
アルミニウムの充填は、ダイカスト法や溶湯鍛造法などにより注入すればスリットに凹凸部を設けてあっても充填する事は容易であり、そのための金型を変更する必要はない。
【００４２】
また、スリット２の凸部５はロータ１の金型を変えるだけでよく、製造工程を代える必要がないため従来と同じコストでできる。
【００４３】
また、本実施の形態では、スリット２に凸部５を設けるものを説明したが、図３に示すようにスリット２に凹部６を設けても同様の効果を奏する。凹部６もその立設する方向の力に対しても機械的に結合するように、根元よりも先端の幅が広い楔状をしている。
【００４４】
また、本実施の形態では、充填物質にアルミニウムを使用しているが、銅などの別の物質でもよく、非磁性体で導電性の物質であれば同様の効果を奏する。
【００４５】
また、本実施の形態では、スリット２とスロット１３に同じアルミニウムを充填するようにしているが別々の物質を充填しても同様の効果を奏する。例えばスロット１３にアルミニウムをダイカスト法などにより充填し、スリット２には別の例えば銅などをダイカスト法などにより充填してもよい。この場合、スリット２にスロット１３の充填物質が入らないようにカバーをしてからスロット１３に充填すれば、確実にスリット２とスロット１３の充填物質を分離することができる。但し、スリット２に充填する物質は必ずしも導電性の物質にする必要はない。
【００４６】
また、本実施の形態では、充填物質に非磁性体として説明したが、透磁率の低いマグネット等を挿入しても同様の効果を奏する。予め、マグネットを挿入できるように充填物質をあけておき、スリットに挿入するマグネットをスリットの凹凸の形状に加工しておき挿入すれば容易に装着できる。
【００４７】
また、本実施の形態では、スリット２に凹凸部を１個しか設けてないが、２個以上設けても同様の効果を奏する。ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて凹凸部の数や形状を変えても問題はない。
【００４８】
また、本実施の形態では、誘導トルクを発生させるためにスロット１３に流れる２次電流の一部をスリット２にも流せるようにすることで２次抵抗も下げるようにし、また、リラクタンストルクを発生させるためのスリット２の働きをスロット１３にも持たせるようにすることによりリラクタンストルクを大きくできるようにするためにスリット２とスロット１３を連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり、図１（ｂ）のように分離したりしても同様の効果を奏する。この場合、スロット１３の連結部だけで受けていたものが、分離した部分でも受けることができるため、更にロータ強度を増すことができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、ロータの打ち抜き鋼板の形状を全て同じにしているが、ロータの任意の部分の打ち抜き鋼板だけを上記形状にしても同様の効果を奏する。この場合、ロータの運転回転数や電動機の特性に合わせて挿入位置を代える必要がある。
【００５０】
なお、本実施の形態の同期誘導電動機は、マグネットを使用しないためリサイクル性がよい。
【００５１】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるので、ファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００５２】
実施の形態２．
図４、５は実施の形態２を示す図である。図に示した符号が実施の形態１で説明したものと同じものは同じ機能を有するので説明は省略する。図４は複数のスリットに凸部または凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図、図５はスリットに設けた凸部または凹部の形状を楔形以外のものにした場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
図４（ａ）において、実施の形態１と同様に第１のスリット２ａにスリットが遠心力方向に対してロータ１に引っかかるような楔状の凸部を設け、ロータ１とスリットへの充填物質であるアルミニウムとを機械的に結合し、さらに第１のスリット２ａの反対側の辺にも同様の楔状の凹部を設ける。同じように第２のスリット２ｂ、第３のスリット２ｃにも凸部と凹部を設ける
【００５３】
このようにすることにより、第１スリット２ａの凹凸部は第１のスリット２ａのアルミニウムと第１スリット２ａより外側の遠心力を受けるようになる。同様に第２スリット２ｂの凹凸部は第２スリット２ｂのアルミニウムと第２スリット２ｂより外側の遠心力を受けることになる。
【００５４】
このような構造にすることで、今までスリット２、スロット１３の連結部だけで遠心力を受けていたものが各スリットの凹凸部で受けることができるため連結部の応力が緩和して回転数を上げることができる。
【００５５】
スリット２によって分断された磁束の通るロータ部分の面積は、スリット一辺を凸にし反対の辺を凹にすることにより今までと同等の磁路を確保することができるため、電動機の性能が劣化することはない。
【００５６】
アルミニウムの充填は、ダイカスト法や溶湯鍛造法などにより注入すればスリットに凹凸部を設けてあっても充填する事は容易である。
【００５７】
また、同じ回転数であれば薄肉連結部の厚みを薄くすることができるため電動機の特性を向上することができる。
【００５８】
また、図４（Ｂ）のように凹凸部の配置を変えても同様の効果を奏する。
【００５９】
また、本実施の形態では、凹凸部の向きを同一方向にしてあるが、スリットの形状や電動機の特性向上に合わせて任意の形状、方向でも問題はない。
【００６０】
また、本実施の形態では、スリットの凹凸部は１辺に１個にしてあるが、図４（Ｃ）のように、１辺に数個の凹凸部を設けても同様の効果を奏する。ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて凹凸部の数や形状を変えても問題はない。
【００６１】
また、スリット２の凸部はロータの金型を変えるだけでよく、製造工程やコストに関しては従来と同じでできる。
【００６２】
また、本実施の形態の凸凹部は三角形のような楔形のものを示したが、図５の（ａ）乃至（ｃ）のように、丸型、Ｔ型、Ｌ型など遠心力に対してロータとスリット内の充填物質であるアルミニウムとの結合力が働く形状であればどのような形状であっても同様の効果を奏する。
【００６３】
また、本実施の形態では、充填物質にアルミニウムを使用しているが銅などの別の非磁性体で導電性の物質であれば同様の効果を奏する。
【００６４】
また、本実施の形態では、スリット２とスロット１３に同じアルミニウムを充填するようにしているが、夫々別の物質を充填しても同様の効果を奏する。スロット１３に例えばアルミニウムをダイカスト法などにより充填し、スリット２には別の例えば銅などをダイカスト法などにより充填してもよい。この場合、スリット２にスロット１３の充填物質が入らないようにカバーをしてからスロット１３に充填すれば、確実にスリット２とスロット１３の充填物質を分離することができる。但し、スリット２に充填する物質は必ずしも導電性の物質にする必要はない。
【００６５】
また、本実施の形態では、充填物質に非磁性体として説明したが、透磁率の低いマグネット等を挿入しても同様の効果を奏する。スリットに挿入するマグネットをスリットの凹凸の形状に加工しておき挿入すれば容易に装着できる。
【００６６】
また、本実施の形態では、スリットとスロットを連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり分離したりしても同様の効果を奏する。
【００６７】
なお、本実施の形態では、ロータの打ち抜き鋼板の形状を全て同じにしているが、ロータの任意の部分の打ち抜き鋼板だけを上記形状にしても同様の効果を奏する。この場合、ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて挿入位置を代える必要がある。
【００６８】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるのでファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００６９】
実施の形態３．
図６〜９は実施の形態３を示す図である。図に示した符号が実施の形態１で説明したものと同じものは同じ機能を有するので説明は省略する。図６は同期誘導電動機のロータの断面図、図７は複数のスロットに支持部材を挿入した同期誘導電動機のロータの断面図、図８は固定部材を示す図、図９はロータに固定部材を取付けた状態を示す図である。
【００７０】
図６において、１４はＳＵＳ等の材質の支持部材で、スロット１３に挿入されている。ロータ１が回転するとロータ１に遠心力が発生し各連結部に応力が働く。このとき薄い連結部に多少の歪が発生し、ロータ１全体としては図６（ａ）の上下方向に膨らもうとする。
【００７１】
図６に示すように、遠心力により膨らみが最も大きくなる部分に位置するスロット１３に支持部材１４を挿入することにより、コアの膨らみをスロット１３に充填されているアルミニウムが受け、さらにこのアルミニウムの中に挿入された支持部材１４で受けることになる。支持部材１４は上下のエンドリング１１が受け、エンドリング１１が受けた力はエンドリング１１全体に分散するため、コアで支えていた遠心力を、支持部材１４を介してロータ全体で遠心力による膨らみを押えることができる。
【００７２】
支持部材１４はロータ１に挿入し、その後通常のダイカスト法等によりアルミニウム等の充填物質を充填すればよく、従来の工程で行うことができる。
【００７３】
なお、本実施の形態は、実施の形態１、２と組み合わせることにより更に効果を増す。
【００７４】
また、遠心力が大きく図６のように支持部材１４が１本では耐えられない場合には、図７のように別のスロット１３にも同じように支持部材１４を挿入しても良い。ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて支持部材１４の本数や太さ挿入位置を変えても問題はない。
【００７５】
また、本実施の形態では、支持部材１４をスロット１３に挿入しただけであるが、図８（ａ）のように支持部材を圧入などによって結合するための支持部材挿入穴１７を設けた固定部材を、図９のようにロータの両端部に設け支持部材１４を固定しても良く、このようにすることにより更に強度を増すことができる。固定部材１５を出力軸挿入穴１８に出力軸を圧入などにより固定すればさらに強度を増すことができる。
【００７６】
固定部材１５は、ロータの両端部だけでなく、図９（ｂ）のようにロータの軸方向内部に設置しても同様の効果を奏する。この場合、ロータ１の打ち抜き鋼板の一部を固定部材１５となるようにしても問題はない。
【００７７】
ロータコアを積層した後に、支持部材１４と固定部材１５を固定しダイカスト法などにより充填すればよく今までの工程を大きく変更することなく生産することができる。
【００７８】
また、図８（ｂ）のように支持部材挿入穴１７のないところを削除することにより、ダイカスト法によるアルミニウムなどの充填を容易にすることもできる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、支持部材１４をＳＵＳとして説明したが、遠心力に耐えるものであれば銅等のＳＵＳ以外の物質でも同様の効果を奏する。また、支持部材１４は導電性でも非導電性でも同様の効果を奏するため、使用する電動機の特性に合わせて決めて問題はない。
【００８０】
なお、本実施の形態では、支持部材１４をスロット１３の中心に設けるような図になっているが、上記説明のように支持部材１４の材料は遠心力に耐える強度があれば、導電性等の特性を問わないため、スロット１３に接していても同様の効果を奏する。
【００８１】
また、本実施の形態では、誘導トルクを発生させるためにスロット１３に流れる２次電流の一部をスリット２にも流せるようにすることで２次抵抗も下げるようにし、また、リラクタンストルクを発生させるためのスリット２の働きをスロット１３にも持たせるようにすることによりリラクタンストルクを大きくできるようにするためにスリットとスロットを連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり分離したりしても同様の効果を奏する。この場合、スロット１３の連結部だけで受けていたものが、分離した部分でも受けることができるため、更にロータ強度を増すことができる。
【００８２】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるのでファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００８３】
実施の形態４．
図１０は実施の形態４を示す図で、ロータの断面図である。図に示した符号が実施の形態１で説明したものと同じものは同じ機能を有するので説明は省略する。図に示すように、スリット２やスロット１３によってロータが分離しないようにスリット２やスロット１３の両端を連結部で連結している。ロータ１が回転することによって発生する遠心力は、構造上この連結部で受けることになる。
【００８４】
遠心力によってロータ１が歪まないようにするために、連結部を厚くする必要がある。しかし、連結部を厚くすると、ロータ１のある磁極から隣合う磁極へスリット間を通って流れていたものが連結部にも流れるようになるため、モータとしての性能が悪くなる。
【００８５】
そこで、連結部を全て厚くするのではなく、遠心力の影響が最も小さい図１０Ａ部の連結部を遠心力に耐えることができる最も薄い幅δ１とし、遠心力の影響が最も大きい図１０Ｂ部の連結部を遠心力に耐えることができる幅δ２（δ２＞δ１）とし、δ１とδ２を通る楕円状の連結幅とする。Ａ部の連結部はＡ部近傍のスロット１３のアルミニウムによる遠心力に耐えるだけでよいため非常に薄くすることができる。このため、ここを通る磁束も従来と同じ量にすることができる。
【００８６】
このため、図１０Ｂ部の連結部を厚くしても、連結部に流れる磁束の量は連結部全体を厚くしたときに比べて非常に少なくすることができ、かつ遠心力による膨らみを押えることができる。
【００８７】
また、本実施の形態の形状はロータの金型を変えるだけでよく、製造工程やコストに関しては従来と同じでできる。
【００８８】
なお、本実施の形態は、実施の形態１乃至３と組み合わせることにより更に効果を増す。
【００８９】
なお、本実施の形態では、ロータの打ち抜き鋼板の形状を全て同じにしているが、ロータの任意の部分の打ち抜き鋼板だけを上記形状にしても同様の効果を奏する。この場合、ロータ１の運転回転数や電動機の特性に合わせて挿入位置や枚数を代える必要がある。
【００９０】
また、本実施の形態では、充填物質にアルミニウムを使用しているが銅などの別の非磁性体で導電性の物質であれば同様の効果を奏する。
【００９１】
また、本実施の形態では、誘導トルクを発生させるためにスロット１３に流れる２次電流の一部をスリット２にも流せるようにすることで２次抵抗も下げるようにし、また、リラクタンストルクを発生させるためのスリット２の働きをスロット１３にも持たせるようにすることによりリラクタンストルクを大きくできるようにするためにスリットとスロットを連続した曲線で連結してあるが、スリットとスロットの間にくびれを設けたり図１（ｂ）のように分離したりしても同様の効果を奏する。この場合、分離した部分の外側部分を円形にし内側部分を楕円状に変えても同様の効果を奏する。また、外側と内側で形状の異なる楕円状にしても同様の効果を奏する。また、スロット１３の連結部だけで受けていたものが、分離した部分でも受けることができるため、更にロータ強度を増すことができる。
【００９２】
また、本実施の形態では、連結部を楕円形状としたが、図１０（ｂ）のように最も内側のＣ部の連結部だけを他の連結部より厚いδ３にしてもよく、最も内側だけでなくその次の連結部を同じように厚くしてもよい。この場合、少なくとも一ヶ所の連結部は電動機の特性を維持するために最小の厚みにしておく必要がある。
【００９３】
なお、このようなロータを用いた同期誘導電動機は、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となるのでファンモータ、圧縮機、エアコン、冷蔵庫等に用いるのに適している。
【００９４】
【発明の効果】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持することにより、遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。また、ロータ全体で遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【００９５】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、遠心力によるロータの膨らみが最も大きい部分に位置するスロットに支持部材を挿入したことにより、遠心力によるロータの膨らみを押える効果が大きい。
【００９６】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、複数のスロットに支持部材を挿入したことにより、より一層遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【００９７】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットの中心付近に挿入したことにより、スロットの導電性物質の遠心力による膨らみを受け止めることができる。
【００９８】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材をスロットに接するように挿入したことにより、遠心力による膨らみを受け止めることができる。
【００９９】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、支持部材の挿入穴を有する固定部材をロータの所定の位置に設け、支持部材を挿入穴に挿入固定したことにより、ロータの強度を増すことができる。
【０１００】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向両端部に設けたことにより、ロータの強度を増すことができる。
【０１０１】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材をロータの軸方向内部に設けたことにより、ロータコアの一部を固定部材とすることもできる。
【０１０２】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材の支持部材の挿入穴を設けない部分を削除したことにより、ダイカスト法による導電物質の充填を容易にすることができる。
【０１０３】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、固定部材は出力軸挿入穴を備え、出力軸挿入穴に出力軸を固定することにより、ロータの強度をさらに増すことができる。
【０１０４】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持すると共に、スリットに充填物質を充填し、スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設けることにより、スリットまたはスロット端部のロータコア連結部の応力集中を緩和できるとともに、遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【０１１１】
また、この発明に係る同期誘導電動機のロータは、スロットのアルミニウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、支持部材はロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニウムを短絡するエンドリングを備え、エンドリングで支持部材を支持すると共に、スリットに充填物質を充填し、スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設け、スロットによってロータコアが分離しないようにスロットとロータ外周部との間を連結部で連結し、ロータの回転により発生しスリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力により応力が集中する連結部を厚くし、応力集中が小さい連結部に向かって徐々に連結部を薄くしたことにより、より一層遠心力によるロータの膨らみを押えることができる。
【０１１２】
この発明に係る同期誘導電動機は、請求項１〜請求項１２の何れかに記載の同期誘導電動機のロータを用いたことにより、高速回転に耐えることができる。
【０１１３】
この発明に係るファンモータは、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことにより、高速回転に耐えることができる。
【０１１４】
この発明に係る圧縮機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことにより、高速回転に耐えることができる。
【０１１５】
この発明に係る空気調和機は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことにより、夫々を高速で運転することができる。
【０１１６】
この発明に係る冷蔵庫は、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことにより、夫々を高速で運転することができる。
【０１１７】
この発明に係る同期誘導電動機のロータは、ロータの内周の中心より最も外側にスロットを設け、スロットと同じかスロットの内側にスリットを設けたことにより、誘導トルク及びリラクタンストルクを有効に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、同期誘導電動機のロータの断面図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、スリットに凸部を設けた場合の図１Ａ部の拡大図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、スリットに凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
【図４】 実施の形態２を示す図で、複数のスリットに凸部または凹部を設けた場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
【図５】 実施の形態２を示す図で、スリットに設けた凸部または凹部の形状を楔形以外のものにした場合の図１Ａ相当部分の拡大図である。
【図６】 実施の形態３を示す図で、同期誘導電動機のロータの断面図である。
【図７】 実施の形態３を示す図で、複数のスロットに支持部材を挿入した同期誘導電動機のロータの断面図である。
【図８】 実施の形態３を示す図で、固定部材を示す図である。
【図９】 実施の形態３を示す図で、ロータに固定部材を取付けた状態を示す図である。
【図１０】 実施の形態４を示す図で、ロータの断面図である。
【図１１】 従来の同期電動機の出力軸側から見た断面図である。
【図１２】 従来の同期電動機の出力軸横側から見た断面図である。
【図１３】 従来の同期電動機のロータを示す断面図である。
【図１４】 従来の誘導電動機のスロット部分を示す断面図である。
【図１５】 従来の誘導電動機のスロット部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ロータ、２ スリット、３ 出力軸、４ 開口部、５ 凸部、６ 凹部、１１ エンドリング、１３ スロット、１４ 支持部材、１５ 固定部材、１７ 支持部材挿入穴、１８ 出力軸挿入穴。
Claims (18)
- アルミニュウムが充填され、誘導トルクを発生させるためのスロットと、リラクタンストルクを発生させるためのスリットとを有し、前記スロットの前記アルミニュウム内にＳＵＳ又は銅で構成された支持部材を挿入し、前記支持部材は前記ロータの回転により発生し前記スリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を受けるように構成し、ロータは軸方向両端部にスロットのアルミニュウムを短絡するエンドリングを備え、前記エンドリングで前記支持部材を支持することを特徴とする同期誘導電動機のロータ。
- 前記遠心力によるロータの膨らみが最も大きい部分に位置するスロットに、前記支持部材を挿入したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 複数のスロットに、前記支持部材を挿入したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記支持部材を前記スロットの中心付近に挿入したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記支持部材を前記スロットに接するように挿入したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記支持部材の挿入穴を有する固定部材を前記ロータの所定の位置に設け、前記支持部材を前記挿入穴に挿入固定したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記固定部材を前記ロータの軸方向両端部に設けたことを特徴とする請求項６記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記固定部材を前記ロータの軸方向内部に設けたことを特徴とする請求項６記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記固定部材の前記支持部材の挿入穴を設けない部分を削除したことを特徴とする請求項８記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記固定部材は出力軸挿入穴を備え、前記出力軸挿入穴に出力軸を固定することを特徴とする請求項８記載の同期誘導電動機のロータ。
- 誘導トルクを発生させるためのスロットと、リラクタンストルクを発生させるためのスリットとを有し、前記スリットに充填物質を充填し、前記スリットに凸部及び凹部の少なくとも何れか一方を設け、前記ロータの回転により発生し前記スリットより外側のロータ部分及び充填物質をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力を、前記充填物質とロータコアとの機械的結合により受けることができるように前記凸部及び凹部を構成し、スリットの一辺に複数の凸部又は凹部を設けたことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 前記スロットによってロータコアが分離しないように前記スロットとロータ外周部との間を連結部で連結し、前記ロータの回転により発生し前記スリットより外側のロータ部分をロータ中心側から外側に突出させるように働く遠心力により応力が集中する連結部を厚くし、前記応力集中が最も小さい連結部に向かって徐々に連結部を薄くしたことを特徴とする請求項１１記載の同期誘導電動機のロータ。
- 請求項１〜請求項１２の何れかに記載の同期誘導電動機のロータを用いたことを特徴とする同期誘導電動機。
- 請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことを特徴とするファンモータ。
- 請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたことを特徴とする圧縮機。
- 請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことを特徴とする空気調和機。
- 請求項１３記載の同期誘導電動機を用いたファンモータと、請求項１３記載の同期誘導電動機を用いた圧縮機とを搭載したことを特徴とする冷蔵庫。
- ロータの内周の中心より最も外側にスロットを設け、該スロットと同じか該スロットの内側にスリットを設けたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の同期誘導電動機のロータ。
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