JP5664936B2 - 回転電機及び回転子 - Google Patents
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Description
まず、図1及び図2を用いて本実施形態の回転電機1の全体構成について説明する。図1及び図2に示すように、回転電機1は、この例では誘導電動機であり、略円筒形の固定子2と、略円筒形の回転子3とを備えている。
回転子3の詳細構成を、上記図1及び図2と、図3とにより説明する。回転子3は、図1及び図2に示すように、回転軸8に固定された回転子鉄心6と、回転子鉄心6の外周部に周方向に沿って設けられた軸方向に貫通する複数のスロット20と、複数のスロット20を充填するように挿入されて配置された導電材からなる複数のロータバー30と、を有している。この例では、各ロータバー30の両端はスロット20から突出しており、ロータバー30と一体に設けられた図示しない短絡リングによって、互いに接続されている。
次に、本実施形態の回転電機1に備えられた上記凸部対31A及び凹部対32Aによる作用について、順を追って説明する。
上述したように、上記回転電機1では、回転子鉄心6の連結部17の半径方向外側に、複数のティース18が設けられる。また回転子鉄心6のスロット20に、導電材からなるロータバー30が挿入されて配置されている。そして、回転子3が回転すると、スロット20内のロータバー30に対し半径方向外側への遠心力が作用する。この遠心力による、ロータバー30のスロット20からの逸脱方向を防止するために、各ティース18から円周方向に延びる複数の上記外縁部19が設けられている。その際、各外縁部19は、スロット20の半径方向外側を覆う周方向長さが長いほど、剛性が高くなり上記逸脱防止効果を確実に得ることができる。しかしながら、外縁部19の周方向長さが長いほど(言い換えれば、スロット20が露出する開口部を小さくするほど)、回転電機1の運転時の鉄損が大きくなり、効率が低下する。
本実施形態の回転電機1における上記のトルク向上作用の一例を比較例と対比しつつ、図4を用いて説明する。ここでは、第1比較例として、スロット20に挿入されて配置されるロータバー30の円周方向の端面に、凸部対31Aも凹部対32Aも設けず、ロータバー30の円周方向の端面が平坦面に形成されている場合を例にとっている。
上述したように、一般に、ロータバー30は、回転子鉄心6のスロット20に対し所定の金属材料を溶融状態で加圧して流し込む、いわゆるダイキャスト成形により製造される。そして、その際、前述したように、ロータバー30を構成する金属材料としては、回転子鉄心6を構成する金属材料より線膨張係数が大きいものが用いられる。したがって、ダイキャスト成形後の冷却時には、ロータバー30のほうが、回転子鉄心6のティース18やスロット20よりも、高い収縮率で収縮する。このため、上記のようにロータバー30とスロット20で凹凸係合させるときに、ロータバー30の周方向の端面において凸部と凹部とを混在させて設けると、収縮時の挙動によりいずれかの凸部(又は凹部)を支点とした回動によりロータバー30の傾斜が生じる恐れがある。
上記のような傾斜挙動を、上記実施形態に対する第2比較例を用いて説明する。ここでは、図5(a)及び図5(b)に示すように、第2比較例として、上記実施形態のロータバー30に対応するロータバー30′の円周方向の各端面に、半径方向に沿って凸部と凹部とが混在配置(具体的には1つの凹部32と1つの凸部31とがこの順に設置)された場合を例に取っている。またこの第2比較例では、上記に対応して、上記実施形態のスロット20に対応するスロット20′の円周方向の端面に、上記ロータバー30′の上記凹部32と係合する1つの凸部22と、上記ロータバー30′の凸部31と係合する1つの凹部21とが、半径方向に沿って設けられている。
これに対し、本実施形態の回転電機1では、前述したように、ロータバー30の端面に、上記のような凸部31と凹部32との混在を避け、複数の凸部31からなる凸部対31A(若しくは複数の凹部32からなる凹部対32A)が設けられる。このような構成の本実施形態の回転電機1におけるロータバー30の収縮時の挙動を、図6を用いて模式的に説明する。
以上説明したように、本実施形態の回転電機1によれば、固定子鉄心6の外縁部19の周方向長さを必要最小限とすることで、磁束を有効に使うことができるため、鉄損を低減することができる。これにより、外縁部19のみにより上記ロータバー30の逸脱防止を図る構造に比べ、ロータバー30に対しより大電流を流すことができる。この結果、回転電機1の大トルク化を図ることができる。
2 固定子
3 回転子
6 回転子鉄心
8 回転軸
17 連結部
18 ティース
19 外縁部
20 スロット
21 凸部
22 凹部
30 ロータバー
31 凸部(収縮締め付け部)
31a 略直線部
31A 凸部対
32 凹部(収縮締め付け部)
32a 略直線部
32A 凹部対
Claims (5)
- 固定子と回転子とを有する回転電機であって、
前記回転子は、
スロットを備えた回転子鉄心と、
前記スロットに配置されたロータバーと、
を有し、
前記スロットは、
前記回転子の回転軸に直交する横断面視において、円周方向両側の端面のうち一方側の第1端面に、複数の凹部を備えた凹部対を有するとともに、他方側の第2端面に、複数の凸部を備えた凸部対を有し、
前記ロータバーは、
前記横断面視において、円周方向両側の端面のうち前記一方側の第3端面に、前記スロットの複数の凹部にそれぞれ係合する複数の凸部を備えた凸部対を有するとともに、前記他方側の第4端面に、前記スロットの複数の凸部にそれぞれ係合する複数の凹部を備えた凹部対を有し、
かつ、
前記スロットは、
前記第1端面の凹部対に備えられた各凹部と、前記第2端面の凸部対に備えられた各凸部とが、それぞれ互いに略同一の半径方向位置に配置されており、
前記ロータバーは、
前記第3端面の凸部対に備えられた各凸部と、前記第4端面の凹部対に備えられた各凹部とが、それぞれ互いに略同一の半径方向位置に配置されている
ことを特徴とする回転電機。 - 前記回転子鉄心は、
前記スロットの半径方向外側の一部を露出させつつそれ以外の部位を覆うように、円周方向に延びる外縁部をさらに備える
ことを特徴とする請求項1記載の回転電機。 - 前記凸部、若しくは、前記凹部、の前記横断面視における断面形状が、前記円周方向に延びる略直線部を備えている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転電機。 - 前記回転子鉄心は、第1金属材料により構成されており、
前記ロータバーは、前記第1金属材料よりも線膨張係数が大きい第2金属材料により構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の回転電機。 - スロットを備えた回転子鉄心と、
前記スロットに配置されたロータバーと、
を有する、回転子において、
前記スロットは、
前記回転子の回転軸に直交する横断面視において、円周方向両側の端面のうち一方側の第1端面に、複数の凹部を備えた凹部対を有するとともに、他方側の第2端面に、複数の凸部を備えた凸部対を有し、
前記ロータバーは、
前記横断面視において、円周方向両側の端面のうち前記一方側の第3端面に、前記スロットの複数の凹部にそれぞれ係合する複数の凸部を備えた凸部対を有するとともに、前記他方側の第4端面に、前記スロットの複数の凸部にそれぞれ係合する複数の凹部を備えた凹部対を有し、
かつ、
前記スロットは、
前記第1端面の凹部対に備えられた各凹部と、前記第2端面の凸部対に備えられた各凸部とが、それぞれ互いに略同一の半径方向位置に配置されており、
前記ロータバーは、
前記第3端面の凸部対に備えられた各凸部と、前記第4端面の凹部対に備えられた各凹部とが、それぞれ互いに略同一の半径方向位置に配置されている
ことを特徴とする回転子。
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