JP4582947B2 - Induction motor rotor and rotor manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導電動機ロータの篭形導体をアルミまたはアルミ合金とし、ダイキャストによって製造するロータ構造やその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の篭形の誘導電動機のロータ構造は、図8に示すように、ロータスロット113を図のB部にて示すように、ロータ外周部114から距離Cだけ離して密閉した形状としている。これは導体をアルミまたはアルミ合金のダイキャストにて製造するので、外周部114から溶けたアルミの漏れを防ぐためであり、開放スロットは採用していない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来のロータ構造では図8のB部において、漏れ磁束が発生する。これはC寸法が大きいとその漏れ磁束量が多くなりモータの出力トルクが減少する。
このもれ磁束を少なくするにはC寸法を可能な限り小さくする必要がある。しかし一方、C寸法を小さくするとロータの外周表面近くに導体が存在することになり、図示しないステータのスロットによって発生する高調波磁束が図8の矢印に示すようにロータスロット内の前記導体に鎖交して高調波の渦電流損失が発生し、いわゆる無負荷鉄損、漂遊負荷損の一因となってモータ効率が低下してしまうという問題点があった。
この渦電流損を低減する目的で特開平8−140319号公報では、ロータコアにロータスロットを半径方向に2個ずつ配置し、内周側のロータスロット内にのみアルミまたはアルミ合金を充填して導体とする構成が示されている。しかしながらこのロータ構造ではロータ外周側に設けられたスロットと外周との距離が極めて小さいので、外周側スロットを設けることによるコアの機械的強度が低くなることが避けられない。
つまり、コアを構成する薄鋼板(0.35mm,0.5mm,0.6mm厚さなど)をプレスでスロット打ち抜く際あるいは、外径精度の確保のために、プレス後の外周切削を行うと外周スロットとコア外周との間が座屈変形してしまい、ロータの外周がスロットの有る個所と無い個所とで波打ちの如き様相を呈し、正規な外径寸法を有したロータを得ることが困難という問題点があった。
【0004】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので前記のようなロータ導体をダイキャストで製造する誘導電動機において、高調波による渦電流損失いわゆる高調波2次銅損を低減した低損失でかつ機械的な強度も充分備えたロータを提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る誘導電動機のロータは、ロータのスロットの頂部のみに導体より高い融点の絶縁物が装填されているものである。
【0006】
また、ロータの頂部付近のスロット側部には、スロット内側に向かって突出した係合部が設けられており、この係合部よりスロットの頂部にかけて、導体より高い融点の絶縁物が装填されているものである。
【0007】
また、同じくスロット外側に向かう係合部が設けられており、この係合部を含みスロット頂部にかけては導体より高い融点の絶縁物が装填されているものである。
【0008】
また、前記絶縁物をセラミック系絶縁材とするものである。
【0009】
また、ロータの頂部付近のスロット側部には、スロットの外側に向う係合部またはスロットの内側に向かって突出した係合部が設けられており、この係合部には非磁性金属性仕切板が装置され、この仕切板のロータ内周側のスロットにアルミまたはアルミ合金の導体が設けられており、前記仕切板は導体より高い融点で、かつ金属性仕切板よりロータ外周側のスロットの頂部に、スロット内空隙あるいは導体より高い融点の絶縁物を備えているものである。
【0010】
また、金属性仕切板が銅または銅合金とするものである。
【0011】
また、スロット最頂部とロータ外径との間の寸法が、ロータの積層鋼板の板厚以下とするものである。
【0012】
また、ロータの製造方法であって、スロットの頂部のみの絶縁物または金属性仕切板の軸方向移動を防止するために、ロータコア端面にダイキャスト用金型を装着して、アルミまたはアルミ合金導体のダイキャストを行うものである。
【0013】
また、スロットの頂部のみの絶縁物をロータコアに装着剤または両面テープによって仮止めをして、同様にダイキャストを行うものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下この発明の実施の形態1を図によって説明する。
図1は本発明を適用した誘導電動機の断面側面図であり、図2はスロット部の部分詳細を示す図である。薄板磁性鋼板よりなるコア2には、ロータスロット3がプレス打ち抜きによって円周上に複数設けられており、このコア2を所定数積層してロータ1を構成する。そして前記積層後のロータのスロット内には後述するアルミまたはアルミ合金よりなる篭状導体4がダイキャストによって製造され設けられている。図2に示すようにロータスロット3の頂部3a付近のスロット側部には、スロットの内側に向って突出した係合部5が形成されており、この係合部5よりコア外周側の前記スロット頂部3aには、アルミまたはアルミ合金よりなる導体も高い融点を有する絶縁物6が装填されている。絶縁物6の具体例としてはセラミックス系絶縁物があげられる。前記絶縁物6は係合部5で保持されるので、スロット3内での脱落防止のための治具等は必要としない。このように積層されたロータ1のスロット3内に絶縁物6を装填後、アルミまたはアルミ合金をダイキャストによって充填するが、その際、図3に示すように絶縁物6を金型7によってロータ1の両端面から軸方向移動防止のために押圧保持する。これは、ダイキャスト時に溶融したアルミの圧力によって、ロータ1から絶縁物6が飛び出すことがあるからである。
なお、この金型7は2次導体を結ぶ図1に示したエンドリング4aを2次導体形成時に同時に形成する機能も有する。このような本実施の形態1に示す誘導電動機では、図2の矢印で示したような、図示省略したステータのスロットによって発生する高調波磁束Φがロータスロット3内の2次導体であるアルミまたはアルミ合金導体4に鎖交することによって発生する高周波の渦電流損失が低減する。つまり、高調波磁束Φは主にロータ1の外周部に近い個所を通るので、本実施の形態1では前記磁束Φはスロット頂部3a内の絶縁物6と鎖交し、導体4との鎖交が少なく、導体中の発生する渦電流が大幅に減少し、損失の少ない電動機が得られる。
【0015】
またこの実施の形態1に示した構成では、スロット頂部3aには絶縁物6が、スロット3内にはアルミ導体が密に充填されているので、機械的に強固な構造となりアルミダイキャスト後にロータ1の外周を切削加工を行ってもスロット部の変形等はほとんど生じない。なお、外周の切削加工はこのような誘導電動機において、外周部の真円度確保によってアンバランスによる振動を除去すること、および薄板磁性鋼板のプレス打ち抜き時の残留応力によって鋼板の鉄損値が増加した外周部分を除去することを目的としたものであり、損失の少ない誘導電動機を得るには必要不可欠な作業である。
またさらに前記のようにスロット3内の剛性が増しているため図2に示すスロット最頂部とロータ1の外径との間のブリッジ部8の寸法Hをプレス打ち抜きのみでは製造困難な板厚以下の寸法を切削加工によって設定することが可能となり、さらに損失を減少させるという効果もある。
このようにこの実施の形態1のロータは導体4と鎖交する磁束Φを減少させるとともに、機械的に強固で切削加工に耐え得るロータ構造を兼ね備えたものであるので、損失が少なく、低振動な誘導電動機を得ることができる。
【0016】
実施の形態2.
なお図2では係合部がスロット3の内側にコアが突出した凸状の形状を示したが、図4の図4(A)〜図4(I)に示すようなスロットの内側や外側に向う係合部であってもよい。
またさらに、図5に示すようにスロット3内に係合部を形成せず、絶縁物6をコア2に接着剤や両面テープ等によって貼り付け仮止めを行いその後ダイキャストを行なってもよい。この場合、ダイキャスト時の湯圧によって絶縁物6はスロット頂部3aに押し上げられ、前記接着剤や両面テープが焼失したとしてもアルミ導体の製造に支障は生じない。従って、この方法を採用しても工程が増えるが、コア2および絶縁物6に突起を設けることが不要となる効果がある。
【0017】
実施の形態3.
図6に実施の形態3のスロット部の詳細断面図を示す。このスロット3には前記した実施の形態1の同様の係合部5が設けられていて、この係合部5に非磁性かつアルミより融点の高い金属で形成した仕切板9が装着されている。仕切板9の具体例としては非磁性ステンレスや銅および銅合金などがあげられる。仕切板9はロータ1に挿入すると係合部5で保持されることになり、スロット3内部への脱落防止のための治具等は不要である。そして実施の形態1と同じくロータ1の両端面から金型7によって金属性仕切板9を保持しダイキャストを行う。以上のように製造されたロータは、スロット頂部3aには金属性仕切板9によって形成されたスロット内空隙10があり、この空隙10にはアルミ導体4が充填されてなく、空隙10そのものであってもよく、また絶縁物を充填してもよい。
従って、この実施の形態3の構成でも、スロット3の外周部に2次導体が存在せず、空隙10を形成しているので、ステータスロットの高調波に起因する高周波の渦電流が2次導体に流れることが極めて少なく、損失の少ない誘導電動機が得られる。
ここで高調波磁束の大部分が鎖交する深さは約1mm〜2mm程度であるので、空隙10の寸法もそれと同程度に設けている。図6に示すように金属性仕切板9として銅を用い、その厚さdとし、空隙寸法をδとすると、銅の抵抗率はアルミのおおよそ60%程度であるので、概ねdをδの1.5倍程度とすると、空隙10を設けたことによって増加した2次抵抗分を仕切板9抵抗が下がったことで補うことができるために、空隙10によって2次銅損が増加することを抑制できる。
なお、図6では係合部5がスロット3の外側に向うよう設けてあるが、図7に示すようにスロット3の内側に突出した凸部を有するような係合部5であってもよく、さらには、図4(E)〜図4(I)に示したスロット形状であってもよい。また、上記以外にこの実施の形態3の構成の誘導電動機のロータも、前記した実施の形態1と同様の作用、効果を奏する。さらに、以上の実施の形態1〜3では回転型誘導電動機の例で説明したが、アルミダイキャストで2次導体を形成するリニアモータや誘導始動する同期リラクタンスモータの始動用2次導体に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0018】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成および製造方法を採用しているので、以下に示すような効果を奏する。
【0019】
ロータスロットに2次導体であるアルミまたはアルミ合金導体が設けられると共に前記ロータのスロットの頂部のみに導体より高い融点の絶縁物が装填されているので、ステータスロットによって発生するロータ表面を通る高調波磁束と2次導体との鎖交磁束が減少して渦電流損の少ない電動機が得られると共に、機械的強度も充分にあり、ダイキャスト後にロータ外周の切削加工が可能となり低振動かつプレス時の残留応力が除去された鉄損の少ない電動機が得られる。
【0020】
また、スロット頂部付近にスロットの内側または外側に向って係合部が設けられているので、絶縁物または金属性仕切板を強固にスロット内に装着することができ、ダイキャスト時の落下や移動、ズレ等を防止でき、機械的に強固なロータ構造を得ることができる。
【0021】
さらに、絶縁物がセラミック系絶縁材であるので、ダイキャスト時の溶融アルミ温度に対しても耐えることが可能である。
【0022】
また、係合部には非磁性でかつ導体より高い融点の銅または銅合金の仕切板を装着し、かつ金属性仕切板よりロータ外周側のスロットの頂部に、空隙あるいは導体より高い融点の絶縁物を備えているので、機械的に強固なロータとなるばかりでなく、2次銅損の増加を抑制し、鎖交磁束量が少なくなり2次導体の渦電流損を低減することができる。
【0023】
また、スロット最頂部とロータ外径との間のブリッジ部寸法を、コア板厚以下としているので、損失の少ない電動機を得ることができる。
【0024】
また、スロットの頂部のみの絶縁部またはスロット係合部に金属性仕切板を装填装着するとともに、軸方向に金型によって押圧、保持しているのでダイキャスト時の導体湯圧によって落下や移動、ズレを生じることなく、機械的に強固な、安定したロータ構造が得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の誘導電動機の断面、側面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1のスロット部の部分詳細図である。
【図3】 この発明の実施の形態1のスロット部の部分詳細図である。
【図4】 この発明の実施の形態2のスロット部の部分詳細図である。
【図5】 この発明の実施の形態2のスロット部の部分詳細図である。
【図6】 この発明の実施の形態3のスロット部の部分詳細図である。
【図7】 この発明の実施の形態3のスロット部の部分詳細図である。
【図8】 従来の誘導電動機のロータ構造を示す図面である。
【符号の説明】
1 ロータ、2 コア、3 スロット、3a スロット頂部、4 導体、
5 係合部、6 絶縁物、7 金型、8 ブリッジ部、9 金属性仕切板、
10 スロット内空隙、H ブリッジ部寸法、Φ 磁束。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotor structure in which a saddle-shaped conductor of an induction motor rotor is made of aluminum or an aluminum alloy and is manufactured by die casting, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 8, the conventional rotor structure of a saddle-shaped induction motor has a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional rotor structure, a leakage magnetic flux is generated at a portion B in FIG. If the C dimension is large, the amount of magnetic flux leakage increases and the output torque of the motor decreases.
In order to reduce this leakage magnetic flux, it is necessary to make the C dimension as small as possible. On the other hand, if the C dimension is reduced, a conductor exists near the outer peripheral surface of the rotor, and harmonic magnetic flux generated by a stator slot (not shown) is chained to the conductor in the rotor slot as shown by the arrow in FIG. In other words, harmonic eddy current loss occurs, which causes the problem of so-called no-load iron loss and stray load loss, resulting in a reduction in motor efficiency.
In order to reduce this eddy current loss, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-140319 discloses that two rotor slots are arranged in the rotor core in the radial direction and aluminum or an aluminum alloy is filled only in the rotor slot on the inner peripheral side to provide a conductor. The configuration is shown. However, in this rotor structure, the distance between the slot provided on the outer periphery side of the rotor and the outer periphery is extremely small, so it is inevitable that the mechanical strength of the core is reduced by providing the outer periphery side slot.
In other words, when punching a thin steel sheet (0.35 mm, 0.5 mm, 0.6 mm thickness, etc.) constituting the core with a press or performing outer peripheral cutting after pressing to ensure outer diameter accuracy, Between the slot and the outer periphery of the core is buckled and deformed, and the outer periphery of the rotor appears to be wavy between the place with and without the slot, making it difficult to obtain a rotor with a regular outer diameter. There was a problem.
[0004]
The present invention has been made to solve such a problem. In an induction motor in which the rotor conductor as described above is manufactured by die casting, the eddy current loss due to harmonics, so-called harmonic secondary copper loss is reduced, and It is an object of the present invention to provide a rotor having sufficient mechanical strength.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The rotor of the induction motor according to the invention is an insulating material higher conductors only at the top of the rotor slot melting point is loaded.
[0006]
In addition, an engaging portion protruding toward the inside of the slot is provided on the slot side near the top of the rotor, and an insulator having a melting point higher than that of the conductor is loaded from the engaging portion to the top of the slot. It is what.
[0007]
Similarly, an engaging portion is provided toward the outside of the slot, and an insulator having a melting point higher than that of the conductor is loaded on the top of the slot including the engaging portion.
[0008]
Further, the insulator is a ceramic insulating material.
[0009]
In addition, an engaging portion that faces the outside of the slot or an engaging portion that protrudes toward the inside of the slot is provided on the side of the slot near the top of the rotor. This engaging portion has a nonmagnetic metallic partition. A plate is provided, and a conductor made of aluminum or aluminum alloy is provided in a slot on the rotor inner peripheral side of the partition plate. The partition plate has a melting point higher than that of the conductor, and the slot on the rotor outer peripheral side of the metallic partition plate. An insulator having a melting point higher than that of the gap in the slot or the conductor is provided at the top.
[0010]
Further, the metallic partition plate is copper or a copper alloy.
[0011]
Further, the dimension between the top of the slot and the outer diameter of the rotor is equal to or less than the plate thickness of the laminated steel plate of the rotor.
[0012]
Also, in the rotor manufacturing method, in order to prevent the axial movement of the insulator or the metallic partition plate only at the top of the slot, a die-casting die is mounted on the end surface of the rotor core, and an aluminum or aluminum alloy conductor Die casting.
[0013]
Further, the insulator at only the top of the slot is temporarily fixed to the rotor core with a mounting agent or double-sided tape, and die casting is performed in the same manner.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional side view of an induction motor to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a diagram showing details of a slot portion. A plurality of
The mold 7 also has a function of simultaneously forming the
[0015]
In the configuration shown in the first embodiment, the slot top 3a is tightly filled with the
Further, since the rigidity in the
As described above, the rotor according to the first embodiment reduces the magnetic flux Φ interlinked with the
[0016]
In FIG. 2, the engaging portion has a convex shape in which the core protrudes inside the
Furthermore, as shown in FIG. 5, the engaging portion may not be formed in the
[0017]
FIG. 6 shows a detailed sectional view of the slot portion of the third embodiment. The
Therefore, even in the configuration of the third embodiment, since the secondary conductor does not exist in the outer peripheral portion of the
Here, since the depth at which most of the harmonic magnetic flux is interlinked is about 1 mm to 2 mm, the dimension of the
In FIG. 6, the engaging
[0018]
【The invention's effect】
Since the present invention employs the configuration and manufacturing method as described above, the following effects can be obtained.
[0019]
Since the rotor slot is provided with an aluminum or aluminum alloy conductor as a secondary conductor and an insulator having a melting point higher than that of the conductor is loaded only at the top of the rotor slot , harmonics passing through the rotor surface generated by the status lot The interlinkage magnetic flux between the magnetic flux and the secondary conductor is reduced, and an electric motor with low eddy current loss is obtained. Also, the mechanical strength is sufficient, and the outer periphery of the rotor can be cut after die-casting. An electric motor with less iron loss from which residual stress is removed can be obtained.
[0020]
In addition, since an engaging portion is provided near the top of the slot toward the inside or outside of the slot, an insulator or a metallic partition plate can be firmly installed in the slot, and it can be dropped or moved during die casting. , Misalignment and the like can be prevented, and a mechanically strong rotor structure can be obtained.
[0021]
Furthermore, since the insulator is a ceramic insulating material, it can withstand the molten aluminum temperature during die casting.
[0022]
In addition, a partition plate made of copper or copper alloy, which is nonmagnetic and has a melting point higher than that of the conductor, is attached to the engaging portion , and insulation at a melting point higher than that of the air gap or the conductor is formed at the top of the slot on the outer peripheral side of the rotor from the metallic partition plate. is provided with the object, not only the strong rotor machine械的, it is possible to suppress the increase in the secondary copper loss, the flux linkage quantity is reduced eddy current loss in less and less secondary conductor .
[0023]
Moreover, since the bridge part dimension between the slot top part and the rotor outer diameter is not more than the core plate thickness, an electric motor with less loss can be obtained.
[0024]
In addition, the metal partition plate is loaded and mounted on the insulating portion or the slot engaging portion only at the top of the slot , and is pressed and held by the mold in the axial direction, so that it is dropped or moved by the hot metal pressure during die casting, There is an excellent effect that a mechanically strong and stable rotor structure can be obtained without causing a deviation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional side view of an induction motor according to
FIG. 2 is a partial detailed view of a slot portion according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial detail view of a slot portion according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial detail view of a slot portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial detail view of a slot portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial detail view of a slot portion according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial detail view of a slot portion according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a drawing showing a rotor structure of a conventional induction motor.
[Explanation of symbols]
1 rotor, 2 core, 3 slot, 3a slot top, 4 conductor,
5 engaging portion, 6 insulator, 7 mold, 8 bridge portion, 9 metallic partition plate,
10 Air gap in slot, H bridge dimensions, Φ magnetic flux.
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