JP6226794B2 - Squirrel-cage induction motor - Google Patents

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Description

本発明は、かご形誘導電動機の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a squirrel-cage induction motor.

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。   The squirrel-cage induction motor includes a rotor in which a conductor is cast in a slot. A rotor is manufactured by aluminum die casting in which aluminum is embedded in a slot (for example, Patent Document 1). However, in recent years, in order to improve the efficiency of an electric motor, the rotor is formed by copper die casting having higher conductivity than aluminum. A squirrel-cage induction motor that has been manufactured is also in practical use.

特開2003−9483号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-9483

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。   If the conductor in the slot of the rotor is changed, the efficiency of the electric motor may be reduced, or the starting characteristics may be deteriorated.

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。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving the efficiency and starting characteristics of a squirrel-cage induction motor.

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。抵抗値の低い導体は銅線であり、銅線は、ロータの積層鋼板内にある部分については絶縁被覆を有し、ロータの端面から突出する部分については絶縁被覆を有しない。 One embodiment of the present invention is a squirrel-cage induction motor having a rotor made of laminated steel plates and formed with a plurality of slots. A conductor is cast in the slot, a conductor wire having a resistance lower than that of the cast conductor is arranged on the inner periphery of the slot, and a conductor having a resistance higher than that of the cast conductor is arranged on the outer periphery of the slot. Is done. The conductor having a low resistance value is a copper wire, and the copper wire has an insulating coating for a portion in the laminated steel plate of the rotor and does not have an insulating coating for a portion protruding from the end face of the rotor.

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。   According to this aspect, the efficiency of the squirrel-cage induction motor is improved by using a conductor having a low resistance value, and the starting characteristics of the squirrel-cage induction motor can be improved by the conductor having a high resistance value.

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。   Note that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

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。   According to the present invention, the efficiency and starting characteristics of a squirrel-cage induction motor can be improved.

かご形誘導電動機の断面図である。It is sectional drawing of a cage induction motor. 本発明の一実施形態に係るかご形誘導電動機のロータおよび回転軸の断面図である。It is sectional drawing of the rotor and rotating shaft of the cage induction motor which concern on one Embodiment of this invention. 図2のロータの一部の拡大平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of a part of the rotor of FIG. 2.

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。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a squirrel-cage induction motor 10 cut along a vertical plane including a central axis.

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。   The stator 34 is formed by laminating a number of thin plate-like (for example, 0.5 mm thick) electromagnetic steel plates that have been punched into the same shape. The stator 34 is fitted to the inner periphery of the frame 30 by shrink fitting, for example. A coil 38 made of copper wire is wound around a plurality of slots formed in the stator 34.

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。   The rotor 36 is also formed by laminating a number of thin plate-shaped electromagnetic steel plates that have been punched into the same circular shape. In the rotor 36, a circular hole for inserting the rotary shaft 12 is formed in the center, and a plurality of slots 36a having the same shape extending in the radial direction are formed at equal intervals on the outer peripheral side (see FIG. 3). The circular hole of the rotor 36 is fixed to the rotating shaft 12 by an interference fit.

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。   The frame 30 is made of, for example, aluminum die cast, cast iron, or steel plate, and supports the weight of the rotor and the stator and has a role of radiating heat generated in the rotor and the stator to the outside of the electric motor. In order to improve the heat dissipation performance, a large number of heat radiation fins 40 extending in a direction parallel to the rotation axis are installed on the outer periphery of the frame 30.

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。   The rotating shaft 12 is rotatably supported by bearings 16 and 17 on both flanges 14 and 15 extending from the frame 30 to the inner diameter side. The flanges 14 and 15 may be formed integrally with the frame 30, or may be fixed to the frame 30 after being formed separately.

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。   A fan 18 is disposed on the rear end side of the rotary shaft 12. A fan cover 32 is disposed further outside the fan 18.

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。   In the conventional induction motor, a cast conductor such as aluminum or copper is cast into a slot 36 a formed in the rotor 36 by die casting. Short-circuiting rings 37 that are integrated with the conductors in the slots are formed on both end faces of the rotor 36.

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。   On the other hand, in the squirrel-cage induction motor according to the embodiment of the present invention, a conductor having a lower resistance value than the cast conductor and a conductor having a higher resistance value than the cast conductor are disposed in the slot 36a.

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。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotor 36 and the rotating shaft 12 of the squirrel-cage induction motor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged plan view of a part of the rotor 36.

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。   As shown in FIG. 3, a wire 56 or a bar 58 of a conductor (hereinafter also referred to as a low resistance conductor) having a resistance value lower than that of the cast conductor is disposed on the inner peripheral side of the slot 36 a of the rotor 36. In addition, a wire 50 or a bar 51 of a conductor (hereinafter also referred to as a high resistance conductor) having a higher resistance value than the cast conductor is disposed on the outer peripheral side of the slot 36a of the rotor 36.

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。   After the wire rods or rods of the low resistance conductor and the high resistance conductor are disposed in the slot 36a, the molten cast conductor 52 is cast into a gap formed in the slot by a die casting machine. By doing so, the movement of the low resistance conductor and the high resistance conductor in the slot is prevented.

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。   Although FIG. 3 shows a state in which the low resistance conductor, the cast conductor and the high resistance conductor are accommodated only in some slots, actually, these conductors are similarly arranged in all slots. Either the low resistance conductor wire 56 or the bar 58 may be disposed in all slots, or the low resistance conductor wire 56 may be disposed in some slots, and the low resistance conductor rod 58 may be disposed in the remaining slots. It may be arranged.

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。   As shown in FIG. 2, the low resistance conductor wire 56 (or bar 58) and the high resistance conductor wire 50 (or bar 51) disposed in the slot are slightly longer than the axial length of the rotor 36. It may be cut in advance and inserted into each slot. The molten cast conductor can be introduced into the slot using a conventional die-cast machine after the wire or bar is inserted. By doing so, an increase in the manufacturing cost of the rotor can be suppressed.

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。   When the cast conductor is aluminum, the low resistance conductor is, for example, copper, and the high resistance conductor is, for example, high resistance aluminum, magnesium, or zinc.

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。   As described above, when a conductor having a higher resistance value than the cast conductor is disposed on the outer peripheral side of the slot, the resistance on the outer peripheral side of the slot where current concentrates at the start of the squirrel-cage induction motor increases. Can improve the starting characteristics. However, the efficiency of the squirrel-cage induction motor decreases due to the increase in resistance.

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。   In the present embodiment, a conductor wire or bar having a lower resistance than the cast conductor is disposed on the inner peripheral side of the slot. As a result, the current flowing in the slot increases, so that a decrease in the efficiency of the squirrel-cage induction motor due to the arrangement of the high resistance conductor can be suppressed.

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。   The size of the wire or rod of the high resistance conductor arranged on the outer peripheral side of the slot is a trade-off between the improvement of the starting current and the reduction in the efficiency of the electric motor.

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。   When copper is selected as the low resistance conductor, a commercially available copper wire may be used as the wire 56. The advantage of using a commercially available copper wire is that it can be obtained at a low price and is also used as a stator coil. Abundant, relatively soft and easy to insert into the slot.

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。   Of the copper wire, the portion in the laminated steel sheet of the rotor after being inserted into the slot is preferably used with an insulation coating such as enamel. Thereby, since the state where the copper wires are insulated is maintained, a stray current having a component parallel to the magnetic field generated in the rotor is less likely to flow, so that loss can be suppressed.

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。   In addition, it is preferable to remove the insulating coating in advance so that a current flows in a portion of the copper wire that protrudes from the end face of the rotor after being inserted into the slot, regardless of the direction in which the copper wire extends.

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。   In the embodiment, when the cast conductor is aluminum, a copper wire or rod having a lower resistance value than aluminum on the inner circumferential side of the slot, and a high resistance aluminum wire or rod having a higher resistance value than aluminum on the outer circumferential side of the slot Said to arrange. The present invention can be applied even when the cast conductor is other than aluminum. For example, in the case of copper die casting, a wire or bar made of a material having a resistance value lower than that of copper may be arranged on the inner circumferential side of the slot, and a wire or bar made of a material having a higher resistance value than copper may be arranged on the outer circumference side of the slot. .

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。   The rotor of the squirrel-cage induction motor of the present invention is not limited to manufacturing using an existing aluminum die casting machine, and the rotor may be manufactured using a newly designed die casting machine. Further, the method of casting the conductor is not limited to die casting, and may be casting, for example.

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。   The embodiment of the present invention has been described above. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to combinations of the respective components, and such modifications are within the scope of the present invention.

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。   10 induction motor, 34 stator, 36 rotor, 36a slot, 50 high resistance conductor wire, 51 high resistance conductor rod, 52 cast conductor, 56 low resistance conductor wire, 58 low resistance conductor rod.

Claims (2)

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、
前記抵抗値の低い導体は銅線であり、
前記銅線は、前記ロータの積層鋼板内にある部分については絶縁被覆を有し、前記ロータの端面から突出する部分については絶縁被覆を有しないことを特徴とするかご形誘導電動機。
A squirrel-cage induction motor having a rotor composed of laminated steel plates and formed with a plurality of slots,
A conductor is cast into the slot,
In the inner circumferential side, lower conductors of resistance than cast conductors are arranged,
On the outer periphery side of the slot, a conductor having a higher resistance value than the cast conductor is disposed ,
The low resistance conductor is a copper wire,
The squirrel-cage induction motor according to claim 1, wherein the copper wire has an insulating coating for a portion in the laminated steel plate of the rotor and does not have an insulating coating for a portion protruding from the end face of the rotor .
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に記載のかご形誘導電動機。 The squirrel-cage induction motor according to claim 1, wherein the conductor having a high resistance value is a wire or a bar.
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