JP4479097B2 - Reluctance motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機に関するものであり、特に商用電源で反抗トルクの大きな負荷を接続した場合でも容易に自己始動が可能で、低騒音のリラクタンスモータを得るためリラクタンスモータのロータを改善したものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来のリラクタンスモータのロータコアの正面図、図9はステータコア、ロータコアの正面図である。
図8において、1aは電磁鋼板などの薄金属部材を円形状に形成したロータコア抜板で、円形状の中心部には、このロータコア抜板1aを回転軸(図示せず)に挿入するための回転軸挿入用の穴部1bが設けられている。2a、2b、2cは半径方向に1極あたり1層以上所定の間隔をおいてプレス加工などの打ち抜き加工により多層に形成された長溝で、円形状の半径方向に偶数極配置されている。長溝2a、2b、2c内は二次導体を有しておらず、空気層となっている。
11はロータコア抜板1aの強度を確保するため、長溝2a、2b、2cの中央部の半径方向に設けられたリブである。また、このロータコア抜板1aの最外周部1cの厚さは、0.35mm以下程度の薄肉で連結されている。このように形成されたロータコア抜板1aを所定のロータコア幅とすべく多数枚積層し圧着カシメにより固着してロータコア1を構成しロータ8(図9)が形成される。
次にステータコアについて説明する。
図9において、7は電磁鋼板などの薄金属部材をドーナツ状に形成したステータコア抜板で、このステータコア抜板7の内周部には、スロット7aが放射状に多数個配設され、このステータコア抜板7を多数枚積層し圧着カシメにより固定すると共に、スロット7a内にステータ巻線(図示せず)を巻回することによりステータ7bが形成されている。
ロータ8とステータ7bは上記のように形成され、図8で示したロータ8が、ステータ7bと僅かな空隙9を介して内設されている。
【0003】
次に上記のように形成されたロータ8、ステータ7b間の磁束および電流の流れる方向について、図9を参照しながら説明する。
上述のステータ7b、ロータ8の構成において、ステータ巻線を3相交流電源に接続することによって、ステータ側に電流が流れるが、この電流は、図9において、図中×(紙面の表面側から裏面側へ)から●(紙面の裏面側から表面側へ)の方向に流れる。電流が流れることによって磁束が発生するが、磁束の流れる方向については、図中符号14で示されている。この磁束が流れることによって、N極、S極が形成されてロータ8が所定の方向に回転を始める。この場合、磁束はN極からS極へと流れるが、一部磁束はN極からS極以外にも流れ(漏れ)よって特性が低下する。
【0004】
上述したように、このリラクタンスモータは、図10で示すロータ8のコア抜板積層方向q軸とこのq軸と電気角が直交するd軸の磁気抵抗の差により発生するリラクタンストルクで回転するモータであり、リラクタンストルクは、d軸とq軸の磁気抵抗の差が大きいほど大きくなる。
また、高速度で回転するリラクタンスモータの場合は、ロータ8の強度確保が必要であり、図8に示す長溝2a、2b、2cの中央部のリブ11と、ロータ最外周部1cの連結される部分の厚さをある程度確保することで、ロータ8の強度を確保している。
【0005】
また、ロータコア1の長溝2a、2b、2cが半径方向に1極あたり1層以上所定の間隔をおいて複数組みに配置された従来のリラクタンスモータにおいては、一般に長溝2a、2b、2cがロータ8の軸中心方向に突形であり、多層でかつ長溝2a、2b、2cが長くなっており、特に長溝2a、2b、2cが3層以上を有するリラクタンスモータではこの傾向は顕著である。ステータ7bとロータ8との間の空隙9を均一とするためロータ8の外周を加工することも考えられるが長溝内が空洞でもあり、またロータ最外周部の厚さが0.35mm以下程度の薄肉で連結されているので加工が困難であった。
またロータ8の外径を加工するため、ロータ最外周部1cの厚さを厚くして加工代を設けておきロータ形成後ロータ最外周部1cの厚さを0.5mm〜1mm程度以上にすることも考えられるが、コア変形などの問題から切削加工に限界があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のリラクタンスモータのロータ8は、長溝2a、2b、2c内に二次導体を有していないので、一般のインダクションモータのように商用電源で自己始動は不可能であり、このため、インバータ等の専用アンプにより始動をしなければならず高価な制御装置が必要となる問題点があった。
また、ロータ8はロータコア抜板1aの部材である薄金属部材は、製造上にひずみが発生し易く、さらに薄金属部材をプレス加工によって所定の大きさのロータコア抜板1aに打ち抜かれ多数枚積層するので、製作誤差によっては、ロータ外径を加工する必要があるが、ロータコア抜板1aの最外周部1cの厚さが0.35mm以下程度と薄肉であり、図8のロータ最外周部の薄肉連結部1cが加工により破れるなど外径加工が容易でなかった。
また、薄金属部材を積層して圧着カシメによって形成されたロータ8は、ロータ8の外径加工するに強度が小さいため切削・研削によってロータ8の外径加工を施して真円にできないため、図8の空隙9が不均一となり、大きな磁気騒音が発生しやすい。同時に空隙9が不均一であるので漏れ磁束が多くなるため、突極比の低下につながりリラクタンスモータの電気的特性の効率、力率を著しく低下させるなどの問題点があった。
【0007】
この発明は、大掛かりな起動制御装置を必要とせずに迅速に同期状態に立ち上がるよう自己始動できるとともに、電気的特性を低下させることなく磁気騒音の低減したリラクタンスモータを提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明のリラクタンスモータは、二次導体を有すると共に、円形状の薄金属部材から構成され、中心部にロータ軸貫通穴を有するロータコアを多数枚積層固着して構成するロータを備えたリラクタンスモータにおいて、上記ロータ軸貫通穴の周りに上記ロータ軸貫通穴方向に突出すると共に、複数ブロックに配置して磁極を構成する長溝を形成し、且つこの長溝のうち、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1/2以上の位置に延在する長溝部分における両側部分の溝幅の一部を、他の長溝部分の溝幅より狭くし、この長溝に二次導体を充填したものである。
【0011】
ロータコアの外径を加工したものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るリラクタンスモータのステータコア、ロータコアの正面図である。
図1において、7は電磁鋼板などの薄金属部材をドーナツ状に形成したステータコア抜板で、このステータコア抜板7の内周部には、スロット7aが放射状に多数個配設され、このステータコア抜板7を多数枚積層し圧着カシメにより固定すると共に、スロット7a内にステータ巻線(図示せず)を巻回することによりステータが形成されている。
ステータ巻線に3相交流電源を接続することによって、回転磁界が発生する。ロータ8は後述するロータコアが多数枚積層され、上記ステータコア7と僅かな空隙9を介して内設されている。
【0013】
次にロータコアについて説明する。
図2において、1aは例えば電磁鋼板などの薄金属部材からなるロータコア抜板で、その周方向の90°の角度内で分割した4ヵ所にそれぞれ、外周円の中心軸方向に湾曲する円弧状であって、各々同一溝幅に設定された複数の長溝2a、2b、2c、2d、2eが多層に形成されるようプレス加工、レーザ加工などによって加工されている。さらにロータコア抜板1aの中心部には、回転軸挿入用の穴部1bが設けられている。このように形成されたロータコア抜板1aを所定のコア幅とすべく多数枚積層し圧着カシメなどにより固着してロータコア1を構成している。
なお、上記実施例では長溝2a、2b、2c、2d、2eは、5層の円弧状の溝を例にとって説明したが、長溝は5層に限定されるものではない。
【0014】
上述したロータコア1の長溝2a、2b、2c、2d、2e内に、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料を後述するダイキャスト法により充填する。4a、4b、4c、4d、4e、4f(図3)は長溝2a、2b、2c、2d、2e内に充填された非磁性材料の二次導体で、図4に示すように、積層されたロータコア1の両端部にこの二次導体とそれぞれ電気的接続し連結した一対の短絡環6が形成されている。5はロータ外径である。ロータコア1の長溝2a、2b、2c、2d、2e内に、非磁性の導電性材料の二次導体が充填され、一対の短絡環6が形成されてなるロータ8は、図3に示すように、回転軸15に挿入され焼きばめなどによって固着、装着される。
【0015】
以上述べたロータ8の電流、磁束の流れの方向について、図1を参照して説明する。
ステータ巻線を3相交流電源に接続することによって、回転磁界が発生するが、電流の流れる方向は、図中×(紙面の表面側から裏面側へ)から●(紙面の裏面側から表面側へ)の方向に流れ、また磁束の流れる方向については、図中14で示され、これによりN極、S極がロータ8の円周方向に交互に形成されてロータ8が所定の円周方向へ回転する。また長溝2a、2b、2c、2d、2e内に二次導体が充填されているので、磁束はN極からS極へとその殆どが流れるため図8で示した長溝2a、2b、2cが空気層となっている従来のものと比べ特性が向上する。
【0016】
次に、以上述べたロータにおいて、溝数と電気的特性、ダイキャスト性の関係について図5を参照して説明する。
図は、7.5KW、4Pのリラクタンスモータを用いて実験した結果得られたモータの電気的特性の一つである効率と溝数との関係を示すもので、X軸方向に溝数、Y軸方向に効率をとっている。この図からも明らかなように効率は、溝数が1個〜5個程度までは上昇し、5個以上は、飽和状態となっている。
また、溝幅については、0.6mm〜5mm幅にて実験を行ったが、実験の結果および製作性(加工性)、モータの電気的特性を考慮し判断すれば、2mm〜3mmが適切な溝幅である。
さらに、ダイキャスト性は、溝数が1個から2個、3個と増加する程ほぼ比例して悪化している。
【0017】
次に上記ロータの製造方法について図2、図3を参照して説明する。
まずロータコア抜板1aを所定コア幅とすべく多数枚積層し、次に積層されたロータコア抜板1aの両端面部にC形の芯金を配置しロータコア1の固定を行う。次に積層されたロータコア抜板1aの回転軸挿入用の穴部1aをダイキャスト金型内の芯金に挿入しロータコア1をダイキャスト金型内に型締めし固定する。
ダイキャスト金型内にアルミニュウムなどの非磁性材料の溶融金属を充填し、次に、この溶融金属に圧力を加え上記ロータコア1の各長溝2a、2b、2c、2d、2e内に充填するとともに、ロータコア1の両端部に、各長溝2a、2b、2c、2d、2e内の溶融金属と電気的接続し連結した一対の短絡環6を一体形成しロータ8を構成する。
【0018】
次に、上記リラクタンスモータの動作について説明する。
図1のステータ側のスロット7aに巻回されたステータ巻線を3相交流電源に接続すると、それにより回転磁界が発生して空隙9を介して内設されているロータ8の長溝2a、2b、2c、2d、2e内の導電性のある導体に発生した電流と、上記回転磁界との電磁力によって、ロータ8が回転し始める。すなわち回転始動時には、ステータとロータ8のかご形の二次導体とによってインダクションモータとして機能するので、リラクタンスモータには従来必要としていた始動用の制御装置を設けることなく、かつリラクタンスモータ自身に自己始動の機能を備えることなく始動することができる。
【0019】
実施の形態2.
実施の形態2について、図6を参照して説明する。
図において、ロータコア1の夫々の長溝2a、2b、2c、2d、2eの一部にくびれ3a、3b、3c、3dを設け溝の一部を狭くしてある。始動時に電流がロータコア1の上部表面に集中して実効二次抵抗を高くする、いわゆる表皮効果は二次導体を2つの溝に分けると、始動時に大部分の電流がロータコア1の表面側に位置する長溝の導体に流れて表皮効果が更に大きくなり、始動トルクが増大する。
なお、上記実施例ではくびれ3a、3b、3c、3dの位置をロータ8の外周表面の近傍部に設けたが、この位置は外周の近傍部に限定されるものではない。またくびれは全ての長溝に設けなくてもよい。
さらにまた長溝2a、2b、2c、2d、2e内には、上述した非磁性の導電性材料を二次導体として充填することは言うまでもない。
【0020】
さらにまた、図6において、長溝2a、2b、2c、2d、2eのくびれ3a、3b、3c、3dを効果的に設けるには、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1/2以上の位置に設けられた長溝(2a、2b、2c、2d、2e)に、くびれ3a、3b、3c、3dを設けると、表皮効果を効果的に得ることができる。
なお、上述したくびれ3a、3b、3c、3dは、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1/2以下の位置に設けられた長溝に、くびれを設けても表皮効果はあまり効果はなく期待できない。
【0021】
さらにまた、図2、図6で述べた上記実施例では長溝2a、2b、2c、2d、2e内に、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料をダイキャスト法により充填したが、さらにこの非磁性の導電性材料にセラミックスなど非磁性材料の絶縁体を粒子状、粉体状または固体状として上記非磁性の導電性材料に混入させて長溝2a、2b、2c、2d、2e内に充填させてもよい。
非磁性材料の絶縁体を混入させたことにより、二次抵抗を大きくすることができ、したがって始動トルクが大きくなり、商用電源で反抗トルクの大きな負荷を接続した場合であっても自己始動が可能である。
【0022】
実施の形態3.
実施の形態3について、図1、図4を参照して説明する。
実施の形態3によれば、長溝2a、2b、2c、2d、2e内に、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料を充填するとともに、この充填された溶融金属と電気的接続した一対の短絡環6を一体形成してロータ8を構成し、さらにロータ8外周部を切削加工または研削加工を施すものである。
長溝内に導電性のある材料を充填しロータを中実構造にした後に外周部を切削加工または研削加工を施したので、切削加工時または研削加工時のロータ変形を抑制でき、従来不可能であった外周部の加工と薄肉連結とを両立させることができる。外周部の加工によって得られたロータ外径の寸法精度が極めて高いのでステータコア7とロータ8との僅かな空隙9の長さが0.2mm以下の寸法長さで構成することができ、コア積層方向q軸の磁束を増やすことができるので、突極比を大きくでき電気的特性の高効率、高力率のリラクタンスモータを得ることができる。
また、ロータ8外周部を切削加工または研削加工を施したので、空隙9を均一にでき騒音を抑制でき低騒音なリラクタンスモータを得ることができる。
【0023】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4に係るリラクタンスモータのロータコアの正面図である。図において、このロータコアは従来例にて示したロータコアを用いている。
所定のコア幅に積層固着されたロータコアの長溝4a、4b、4c内にアルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料をダイキャスト法により充填する。この長溝4a、4b、4c内に充填された非磁性材料の二次導体とそれぞれ電気的接続し連結した一対の短絡環6をロータコアの両端部に形成しているので、ロータの半径方向および円周方向において機械的強度を向上することができる。
長溝4a、4b、4c内に、導電性のある材料を溶融し充填したので、回転始動時には、ステータ1とロータ8のかご形の二次導体とによってインダクションモータとして機能する。
以上の構成により上述した長溝(図1、図2)が外周円に対して逆方向に湾曲する円弧状のロータコアと比べ二次導体の充填がし易く作業性が向上する。また、長溝4a、4b、4cの近傍部にリブ11が設けられているので、ロータコア抜板1aの強度を確保することができる。
【0024】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【0025】
この発明のリラクタンスモータは、二次導体を有すると共に、円形状の薄金属部材から構成され、中心部にロータ軸貫通穴を有するロータコアを多数枚積層固着して構成するロータを備えたリラクタンスモータにおいて、上記ロータ軸貫通穴の周りに上記ロータ軸貫通穴方向に突出すると共に、複数ブロックに配置して磁極を構成する長溝を形成し、上記長溝に二次導体を充填したので、高価な制御装置を必要とすることなく自己始動可能なリラクタンスモータを得ることができる。
【0026】
また、ロータコアに設けられた長溝の溝幅の一部を狭くしたので、始動トルクが増大し電気的特性も向上するとともに、高価な制御装置を必要とすることなく自己始動が可能なリラクタンスモータを得ることができる。
【0027】
また、ロータコアに設けられた長溝のうち、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1/2以上の位置に設けられた上記長溝は、溝幅の一部を狭くしたので、始動トルクが増大し電気的特性も向上するとともに、高価な制御装置を必要とすることなく自己始動が可能なリラクタンスモータを得ることができる。
【0028】
また、ロータコアの外径を加工したので、始動トルクが増大し電気的特性も向上するとともに、低騒音で高価な制御装置を必要とすることなく自己始動が可能となり、磁気騒音を低減したリラクタンスモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのステータコア、ロータコアの正面図である。
【図2】 この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのロータコアの正面図である。
【図3】 この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのロータの一部を破断した斜視図である。
【図4】 この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのロータの正面図である。
【図5】 この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータの溝数と電気的特性、ダイキャスト性の関係を示す図である。
【図6】 この発明の一実施の形態であるロータコアの正面図である。
【図7】 この発明の一実施の形態であるロータの一部破断正面図である。
【図8】 従来のリラクタンスモータのロータコアの正面図である。
【図9】 従来のリラクタンスモータのステータコア、ロータコアの正面図である。
【図10】 d軸、q軸の説明図である。
【符号の説明】
1 ロータコア、 1a ロータコア抜板、 1b 回転軸挿入用の穴部、2a、2b、2c、2d 長溝、3a、3b、3c、3d くびれ、4a、4b、4c、4d、4e、4f 二次導体、 5 ロータ外径、 6 短絡環、8 ロータ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a synchronous motor using reluctance torque. In particular, the rotor of a reluctance motor can be easily self-started even when a load having a large resistance torque is connected to a commercial power source and a low-noise reluctance motor can be obtained. Is an improvement.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a front view of a rotor core of a conventional reluctance motor, and FIG. 9 is a front view of a stator core and a rotor core.
In FIG. 8, reference numeral 1a denotes a rotor core punched plate in which a thin metal member such as an electromagnetic steel plate is formed in a circular shape, and the rotor core punched plate 1a is inserted into a rotating shaft (not shown) at the center of the circular shape. A hole 1b for inserting the rotation shaft is provided. 2a, 2b, and 2c are long grooves formed in multiple layers by punching such as pressing at a predetermined interval of one or more layers per one pole in the radial direction, and even poles are arranged in a circular radial direction. The long grooves 2a, 2b, and 2c do not have a secondary conductor but are an air layer.
Reference numeral 11 denotes a rib provided in the radial direction at the center of the long grooves 2a, 2b, and 2c in order to ensure the strength of the rotor core blank 1a. Further, the outermost peripheral portion 1c of the rotor core blank 1a is connected with a thickness of about 0.35 mm or less. A large number of the rotor core blanks 1a formed in this way are stacked so as to have a predetermined rotor core width, and fixed by crimping caulking to constitute the rotor core 1 to form the rotor 8 (FIG. 9).
Next, the stator core will be described.
In FIG. 9, reference numeral 7 denotes a stator core punch plate in which a thin metal member such as an electromagnetic steel plate is formed in a donut shape. A large number of slots 7a are arranged radially on the inner peripheral portion of the stator core punch plate 7, A large number of plates 7 are laminated and fixed by crimping caulking, and a stator winding 7b is formed by winding a stator winding (not shown) in the slot 7a.
The rotor 8 and the stator 7b are formed as described above, and the rotor 8 shown in FIG. 8 is provided through the stator 7b and a slight gap 9.
[0003]
Next, the direction in which the magnetic flux and current flow between the rotor 8 and the stator 7b formed as described above will be described with reference to FIG.
In the configuration of the stator 7b and the rotor 8 described above, a current flows to the stator side by connecting the stator winding to a three-phase AC power source. This current is shown in FIG. Flows in the direction from ● (from the back side to the front side). Magnetic flux is generated by the flow of current, and the direction in which the magnetic flux flows is indicated by reference numeral 14 in the figure. When this magnetic flux flows, N pole and S pole are formed, and the rotor 8 starts to rotate in a predetermined direction. In this case, the magnetic flux flows from the N pole to the S pole, but a part of the magnetic flux flows from the N pole to other than the S pole (leakage), so that the characteristics are deteriorated.
[0004]
As described above, this reluctance motor is a motor that rotates with the reluctance torque generated by the difference in the magnetic resistance between the q-axis of the core-extracting direction of the rotor 8 shown in FIG. 10 and the d-axis whose electrical angle is orthogonal to the q-axis. The reluctance torque increases as the difference between the d-axis and q-axis magnetic resistances increases.
In the case of a reluctance motor that rotates at a high speed, it is necessary to ensure the strength of the rotor 8, and the rib 11 at the center of the long grooves 2a, 2b, and 2c shown in FIG. 8 is connected to the outermost periphery 1c of the rotor. The strength of the rotor 8 is ensured by securing the thickness of the portion to some extent.
[0005]
In the conventional reluctance motor in which the long grooves 2a, 2b and 2c of the rotor core 1 are arranged in a plurality of sets at a predetermined interval in the radial direction with one or more layers per pole, the long grooves 2a, 2b and 2c are generally formed in the rotor 8 This tendency is conspicuous in a reluctance motor having a projecting shape in the axial center direction, having multiple layers and elongated long grooves 2a, 2b, and 2c, and in particular, having three or more long grooves 2a, 2b, and 2c. In order to make the gap 9 between the stator 7b and the rotor 8 uniform, it is conceivable to process the outer periphery of the rotor 8, but the inside of the long groove is also a cavity, and the thickness of the outermost periphery of the rotor is about 0.35 mm or less. Processing was difficult because they were thin and connected.
Further, in order to process the outer diameter of the rotor 8, a thickness of the rotor outermost peripheral portion 1c is increased to provide a machining allowance, and after the rotor is formed, the thickness of the rotor outermost peripheral portion 1c is set to about 0.5 mm to 1 mm or more. However, there was a limit in cutting due to problems such as core deformation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the rotor 8 of the conventional reluctance motor does not have a secondary conductor in the long grooves 2a, 2b, and 2c, it cannot be self-started with a commercial power supply like a general induction motor. Therefore, there is a problem that an expensive control device is required because it must be started by a dedicated amplifier.
In addition, the rotor 8 is a thin metal member that is a member of the rotor core blank 1a, and is likely to be distorted during manufacture. Further, the thin metal member is stamped into a rotor core blank 1a of a predetermined size by pressing, and a large number of sheets are laminated. Therefore, depending on the manufacturing error, it is necessary to machine the rotor outer diameter. However, the outermost peripheral portion 1c of the rotor core blank 1a is as thin as 0.35 mm or less, and the outermost peripheral portion of the rotor shown in FIG. Outer diameter processing was not easy because the connecting portion 1c was broken by processing.
In addition, since the rotor 8 formed by laminating thin metal members and crimping caulking is not strong enough to process the outer diameter of the rotor 8, the outer diameter of the rotor 8 can be processed by cutting / grinding and cannot be made into a perfect circle. The air gap 9 in FIG. 8 becomes non-uniform, and a large magnetic noise is likely to occur. At the same time, since the air gap 9 is not uniform, the leakage magnetic flux increases, leading to a decrease in the salient pole ratio, and there is a problem that the efficiency and power factor of the reluctance motor are remarkably reduced.
[0007]
An object of the present invention is to provide a reluctance motor capable of self-starting so as to quickly rise to a synchronized state without requiring a large-scale start-up control device and reducing magnetic noise without deteriorating electrical characteristics. It is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A reluctance motor according to the present invention is a reluctance motor including a rotor that has a secondary conductor and is formed of a circular thin metal member and is configured by laminating and fixing a large number of rotor cores having a rotor shaft through hole at the center. , Projecting in the direction of the rotor shaft through-hole around the rotor shaft through-hole, and forming a long groove constituting a magnetic pole by being arranged in a plurality of blocks, and the core radial dimension of the long groove from the rotor shaft center portion is formed. A part of the groove width of both side portions in the long groove portion extending to a position of 1/2 or more is made narrower than the groove width of the other long groove portion, and the long groove is filled with the secondary conductor.
[0011]
The outer diameter of the rotor core is processed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a front view of a stator core and a rotor core of a reluctance motor according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 7 denotes a stator core punch plate in which a thin metal member such as an electromagnetic steel plate is formed in a donut shape. A large number of slots 7a are arranged radially on the inner peripheral portion of the stator core punch plate 7, A large number of plates 7 are stacked and fixed by crimping, and a stator is formed by winding a stator winding (not shown) in the slot 7a.
A rotating magnetic field is generated by connecting a three-phase AC power source to the stator winding. A large number of rotor cores, which will be described later, are stacked on the rotor 8, and the rotor 8 is provided through the stator core 7 and a small gap 9.
[0013]
Next, the rotor core will be described.
In FIG. 2, 1a is a rotor core blank made of a thin metal member such as an electromagnetic steel plate, and is arcuately curved in the central axis direction of the outer circumference circle at each of four locations divided within an angle of 90 ° in the circumferential direction. Thus, a plurality of long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e, each set to the same groove width, are processed by press processing, laser processing, or the like so as to be formed in multiple layers. Further, a hole 1b for rotating shaft insertion is provided at the center of the rotor core blank 1a. A large number of rotor core blanks 1a formed in this way are laminated to have a predetermined core width and fixed by crimping caulking or the like to constitute the rotor core 1.
In the above-described embodiment, the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e have been described using five arc-shaped grooves as an example, but the long grooves are not limited to five layers.
[0014]
The long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e of the rotor core 1 described above are filled with a nonmagnetic conductive material such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, brass, and stainless steel by a die casting method described later. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, and 4f (FIG. 3) are non-magnetic secondary conductors filled in the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e, and are stacked as shown in FIG. A pair of short-circuit rings 6 are formed at both ends of the rotor core 1 and are electrically connected and connected to the secondary conductor. 5 is an outer diameter of the rotor. As shown in FIG. 3, the rotor 8 in which the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e of the rotor core 1 are filled with the secondary conductor of the nonmagnetic conductive material and the pair of short-circuit rings 6 is formed. It is inserted into the rotary shaft 15 and fixed and attached by shrink fitting or the like.
[0015]
The direction of current and magnetic flux flow of the rotor 8 described above will be described with reference to FIG.
A rotating magnetic field is generated by connecting the stator windings to a three-phase AC power source, but the direction of current flow is from x (from the front side to the back side of the page) to ● (from the back side to the front side of the page). The direction in which the magnetic flux flows is indicated by 14 in the figure, whereby the north and south poles are alternately formed in the circumferential direction of the rotor 8 so that the rotor 8 is in a predetermined circumferential direction. Rotate to. In addition, since the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are filled with the secondary conductor, most of the magnetic flux flows from the N pole to the S pole, so that the long grooves 2a, 2b, and 2c shown in FIG. The characteristics are improved compared to conventional layers.
[0016]
Next, in the rotor described above, the relationship between the number of grooves, electrical characteristics, and die-casting properties will be described with reference to FIG.
The figure shows the relationship between the efficiency and the number of grooves, which is one of the electrical characteristics of the motor obtained as a result of experiments using 7.5KW, 4P reluctance motors. It is efficient in the axial direction. As is apparent from this figure, the efficiency increases when the number of grooves is about 1 to 5, and 5 or more are saturated.
In addition, the experiment was conducted with a width of 0.6 mm to 5 mm for the groove width. However, 2 mm to 3 mm is appropriate if it is determined in consideration of the experimental results, manufacturability (workability), and electric characteristics of the motor. The groove width.
Furthermore, the die-casting property deteriorates almost proportionally as the number of grooves increases from one to two or three.
[0017]
Next, a method for manufacturing the rotor will be described with reference to FIGS.
First, a large number of rotor core blanks 1a are laminated to have a predetermined core width, and then C-shaped cored bars are arranged on both end surfaces of the laminated rotor core blanks 1a to fix the rotor core 1. Next, the rotating shaft insertion hole 1a of the laminated rotor core punching plate 1a is inserted into the core metal in the die cast mold, and the rotor core 1 is clamped and fixed in the die cast mold.
Filling the die-cast mold with a molten metal of a nonmagnetic material such as aluminum, and then applying pressure to the molten metal to fill the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e of the rotor core 1; A pair of short-circuit rings 6 that are electrically connected and connected to the molten metal in each of the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are integrally formed at both ends of the rotor core 1 to constitute the rotor 8.
[0018]
Next, the operation of the reluctance motor will be described.
When the stator winding wound in the stator-side slot 7a in FIG. 1 is connected to a three-phase AC power source, a rotating magnetic field is generated thereby, and the long grooves 2a and 2b of the rotor 8 provided through the gap 9 are provided. The rotor 8 starts to rotate by the electromagnetic force of the current generated in the conductive conductors 2c, 2d, and 2e and the rotating magnetic field. That is, at the start of rotation, the stator and the cage-shaped secondary conductor of the rotor 8 function as an induction motor. Therefore, the reluctance motor is not provided with a conventionally required starting control device, and the reluctance motor itself is self-started. It can start without having the function of.
[0019]
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment will be described with reference to FIG.
In the figure, constrictions 3a, 3b, 3c and 3d are provided in a part of each of the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d and 2e of the rotor core 1, and a part of the groove is narrowed. When starting, the current concentrates on the upper surface of the rotor core 1 to increase the effective secondary resistance. The so-called skin effect divides the secondary conductor into two grooves, so that most of the current is located on the surface side of the rotor core 1 at the start. The skin effect is further increased by flowing in the long groove conductor, and the starting torque is increased.
In the above embodiment, the positions of the constrictions 3a, 3b, 3c and 3d are provided in the vicinity of the outer peripheral surface of the rotor 8, but this position is not limited to the vicinity of the outer periphery. The constriction need not be provided in all the long grooves.
Needless to say, the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are filled with the above-described nonmagnetic conductive material as a secondary conductor.
[0020]
Furthermore, in FIG. 6, in order to effectively provide the constrictions 3a, 3b, 3c, and 3d of the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e, the rotor is located at a position that is 1/2 or more of the core radial dimension from the center of the rotor shaft. When the constrictions 3a, 3b, 3c, and 3d are provided in the provided long grooves (2a, 2b, 2c, 2d, and 2e), the skin effect can be effectively obtained.
The above-mentioned constrictions 3a, 3b, 3c, and 3d cannot be expected because the skin effect is not very effective even if a constriction is provided in a long groove provided at a position of 1/2 or less of the core radial dimension from the rotor shaft center. .
[0021]
Furthermore, in the above-described embodiments described with reference to FIGS. 2 and 6, nonmagnetic conductive materials such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, brass, and stainless steel are provided in the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e. In addition, an insulator made of a nonmagnetic material such as ceramics is mixed into the nonmagnetic conductive material in the form of particles, powder, or solid to the nonmagnetic conductive material. 2b, 2c, 2d, and 2e may be filled.
By incorporating a non-magnetic material insulator, the secondary resistance can be increased, thus increasing the starting torque and enabling self-starting even when a load with a large resistance torque is connected to the commercial power supply. It is.
[0022]
Embodiment 3 FIG.
The third embodiment will be described with reference to FIGS.
According to the third embodiment, the long grooves 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e are filled with a nonmagnetic conductive material such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, brass, and stainless steel. A pair of short-circuit rings 6 electrically connected to the molten metal thus formed are integrally formed to constitute the rotor 8, and the outer peripheral portion of the rotor 8 is subjected to cutting or grinding.
Since the outer groove was cut or ground after filling the long groove with conductive material and making the rotor solid, the rotor deformation at the time of cutting or grinding can be suppressed. It is possible to achieve both the processing of the outer peripheral portion and the thin wall connection. Since the dimensional accuracy of the outer diameter of the rotor obtained by processing the outer peripheral portion is extremely high, the length of the slight gap 9 between the stator core 7 and the rotor 8 can be configured with a dimensional length of 0.2 mm or less. Since the magnetic flux in the direction q-axis can be increased, the salient pole ratio can be increased, and a reluctance motor with high electrical efficiency and high power factor can be obtained.
In addition, since the outer peripheral portion of the rotor 8 is cut or ground, the gap 9 can be made uniform, noise can be suppressed, and a low-noise reluctance motor can be obtained.
[0023]
Embodiment 4 FIG.
7 is a front view of a rotor core of a reluctance motor according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, this rotor core uses the rotor core shown in the conventional example.
Nonmagnetic conductive materials such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, brass, and stainless steel are filled into the long grooves 4a, 4b, and 4c of the rotor core laminated and fixed to a predetermined core width by die casting. Since a pair of short-circuit rings 6 electrically connected to and connected to the secondary conductors of the nonmagnetic material filled in the long grooves 4a, 4b, and 4c are formed at both ends of the rotor core, the rotor radial direction and circular Mechanical strength can be improved in the circumferential direction.
Since the conductive material is melted and filled in the long grooves 4a, 4b, and 4c, it functions as an induction motor by the stator 1 and the cage-shaped secondary conductor of the rotor 8 at the start of rotation.
With the above configuration, the secondary conductor can be filled more easily and workability can be improved compared to the arc-shaped rotor core in which the above-described long groove (FIGS. 1 and 2) is curved in the opposite direction with respect to the outer circumference circle. Further, since the ribs 11 are provided in the vicinity of the long grooves 4a, 4b and 4c, the strength of the rotor core blank 1a can be ensured.
[0024]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0025]
A reluctance motor according to the present invention is a reluctance motor including a rotor that has a secondary conductor and is formed of a circular thin metal member and is configured by laminating and fixing a large number of rotor cores having a rotor shaft through hole at the center. Since the long groove forming the magnetic pole is formed in a plurality of blocks and protrudes in the direction of the rotor shaft through hole around the rotor shaft through hole, the long groove is filled with the secondary conductor. It is possible to obtain a reluctance motor capable of self-starting without the need for a motor.
[0026]
In addition, since a part of the groove width of the long groove provided in the rotor core is narrowed, a reluctance motor capable of self-starting without requiring an expensive control device while increasing starting torque and improving electrical characteristics. Obtainable.
[0027]
In addition, among the long grooves provided in the rotor core, the long groove provided at a position of 1/2 or more of the core radial dimension from the center of the rotor shaft has a part of the groove width narrowed. As a result, the reluctance motor capable of self-start without requiring an expensive control device can be obtained.
[0028]
In addition, since the outer diameter of the rotor core has been machined, the starting torque is increased, the electrical characteristics are improved, the self-starting is possible without the need for an expensive control device with low noise, and the reluctance motor has reduced magnetic noise. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a stator core and a rotor core of a reluctance motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a rotor core of a reluctance motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view in which a part of a rotor of a reluctance motor according to an embodiment of the present invention is broken.
FIG. 4 is a front view of a rotor of a reluctance motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of grooves, electrical characteristics, and die castability of a reluctance motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view of a rotor core according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partially cutaway front view of a rotor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front view of a rotor core of a conventional reluctance motor.
FIG. 9 is a front view of a stator core and a rotor core of a conventional reluctance motor.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a d-axis and a q-axis.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor core, 1a Rotor core punching board, 1b Hole for rotating shaft insertion, 2a, 2b, 2c, 2d Long groove, 3a, 3b, 3c, 3d Constriction, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Secondary conductor, 5 Rotor outer diameter, 6 Short ring, 8 Rotor.

Claims (2)

二次導体を有すると共に、円形状の薄金属部材から構成され、中心部にロータ軸貫通穴を有するロータコアを多数枚積層固着して構成するロータを備えたリラクタンスモータにおいて、
上記ロータ軸貫通穴の周りに上記ロータ軸貫通穴方向に突出すると共に、複数ブロックに配置して磁極を構成する長溝を形成し、且つこの長溝のうち、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1/2以上の位置に延在する長溝部分における両側部分の溝幅の一部を、他の長溝部分の溝幅より狭くし、この長溝に二次導体を充填したことを特徴とするリラクタンスモータ。
In a reluctance motor having a rotor that has a secondary conductor and is composed of a circular thin metal member and is configured by laminating and fixing a large number of rotor cores having a rotor shaft through hole in the center,
Projecting in the direction of the rotor shaft through-hole around the rotor shaft through-hole, and forming a long groove constituting a magnetic pole by being arranged in a plurality of blocks, and of the long groove, the core radial dimension is 1 A reluctance motor characterized in that a part of the groove width of both side portions of the long groove portion extending to a position of 2 or more is made narrower than the groove width of the other long groove portions, and a secondary conductor is filled in the long groove.
ロータコアの外径を加工したことを特徴とする請求項1に記載のリラクタンスモータ。  The reluctance motor according to claim 1, wherein an outer diameter of the rotor core is processed.
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