JP6379587B2

JP6379587B2 - 誘導電動機

Info

Publication number: JP6379587B2
Application number: JP2014072179A
Authority: JP
Inventors: 英男廣瀬
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015195673A

Description

本発明は、誘導電動機に関するものである。

従来、ポンプ等の駆動においては、特許文献１に提案されているような三相誘導電動機が用いられている。そして、このような三相誘導電動機については、省エネルギー化を図る観点から所定の基準を具備することが求められており、かかる基準を具備するものについては高効率誘導電動機と称されている。

特開平１０−１７４３８９号公報

ところで、このような高効率誘導電動機は、十分に高い電動機効率を得ることができるものの、定格回転速度が高くなるという特性を有する。そのため、かかる高効率誘導電動機をポンプやファン等の駆動に用いる場合、電動機効率を高くすることができるが、電動機の回転速度が高くなってしまう。ここでポンプ等の駆動においては、使用する電力は回転速度の３乗に比例することが知られており、これにより、ポンプ等の駆動に高効率誘導電動機を用いた場合、電動機効率を高くすることができても、回転速度の向上に伴い消費電力が増大してしまい、結果として省エネルギー化を図ることができない虞れがあった。

また、高効率誘導電動機は、始動電流が大きくなる傾向があるという特性を有しているため、始動電流が大きくなることに対して配線用遮断器、電磁開閉器等を適正検討する必要がある等、何らかの対策を取る必要があった。

本発明は、上記実情に鑑みて、回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対しても省エネルギー化を図ることができるとともに、始動電流の低減化を図ることができる誘導電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る誘導電動機は、出力が１１０ｋＷ以下となる誘導電動機において、導電率が所定の大きさの第１の回転子と、導電率が前記第１の回転子よりも小さい第２の回転子とのいずれか一方が択一的に用いられるものであり、かつ前記第１の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５未満となる一方、前記第２の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５以上となることを特徴とする。

また、本発明に係る誘導電動機は、出力が１１０ｋＷを超え、かつ３７５ｋＷ以下となる誘導電動機において、導電率が所定の大きさの第１の回転子と、導電率が前記第１の回転子よりも小さい第２の回転子とのいずれか一方が択一的に用いられるものであり、かつ前記第１の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３未満となる一方、前記第２の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３以上となることを特徴とする。

また本発明は、上記誘導電動機において、前記第１の回転子と前記第２の回転子とでは、円筒状の回転子コアの回転子導体の導電率が異なることを特徴とする。

また本発明は、上記誘導電動機において、前記第１の回転子と前記第２の回転子とでは、円筒状の回転子コアに形成されるコアスロットの断面積が異なることを特徴とする。

また本発明は、上記誘導電動機において、前記第１の回転子及び前記第２の回転子の少なくとも一方には、筐体を構成するブラケットよりも外部に露出する構成要素に目印となる加工が施されていることを特徴とする。

本発明によれば、出力が１１０ｋＷ以下であって、導電率が所定の大きさの第１の回転子と、導電率が第１の回転子よりも小さい第２の回転子とのいずれか一方が択一的に用いられるものであり、かつ第１の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５未満となるので、第１の回転子を用いた場合には、いわゆる高効率誘導電動機としての機能を発揮して、十分に高い電動機効率を得ることができ、省エネルギー化を図ることができる。そして、例えばポンプやファン等のように回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対して適用される場合には、第２の回転子を用いることで、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５以上とすることができ、これにより回転数を低下させることができ、結果的に回転速度を低下させることができる。このように回転速度を低下させることで、電動機効率が低下しても消費電力の低減化を図ることができる。また、上記誘導電動機では、第１の回転子よりも導電率の低い第２の回転子を用いる場合には、回転子導体の電気抵抗を大きくすることができ、これにより始動電流の低減化を図ることができる。従って、回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対しても省エネルギー化を図ることができるとともに、始動電流の低減化を図ることができるという効果を奏する。

本発明によれば、出力が１１０ｋＷを超えて３７５ｋＷ以下であって、導電率が所定の大きさの第１の回転子と、導電率が第１の回転子よりも小さい第２の回転子とのいずれか一方が択一的に用いられるものであり、かつ第１の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３未満となるので、第１の回転子を用いた場合には、いわゆる高効率誘導電動機としての機能を発揮して、十分に高い電動機効率を得ることができ、省エネルギー化を図ることができる。そして、例えばポンプやファン等のように回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対して適用される場合には、第２の回転子を用いることで、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３以上とすることができ、これにより回転数を低下させることができ、結果的に回転速度を低下させることができる。このように回転速度を低下させることで、電動機効率が低下しても消費電力の低減化を図ることができる。また、上記誘導電動機では、第１の回転子よりも導電率の低い第２の回転子を用いる場合には、回転子導体の電気抵抗を大きくすることができ、これにより始動電流の低減化を図ることができる。従って、回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対しても省エネルギー化を図ることができるとともに、始動電流の低減化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である誘導電動機を模式的に示す側面図である。図２−１は、本発明の実施の形態である誘導電動機を模式的に示す側面図である。図２−２は、図２−１で示した第２の回転子を構成する回転軸の負荷側の端面を示す説明図である。図３は、第１の回転子を構成する回転子コアの断面図である。図４は、第２の回転子を構成する回転子コアの断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る誘導電動機の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である誘導電動機を模式的に示す側面図であり、一部を断面で示している。ここで例示する誘導電動機は、出力が１１０ｋＷ以下となる三相誘導電動機と称されるもので、モータフレーム１０と、反負荷側ブラケット２０と、負荷側ブラケット３０と、固定子４０と、第１の回転子５０と、ファンカバー６０とを備えて構成されている。

モータフレーム１０は、筒状に形成されており、その内部に固定子４０や第１の回転子５０等の誘導電動機の駆動部を収納するものである。

反負荷側ブラケット２０は、モータフレーム１０とともに筐体を構成するもので、モータフレーム１０の反負荷側開口を閉塞する態様で該モータフレーム１０に取り付けられている。この反負荷側ブラケット２０は、環状の反負荷側軸受２１を保持するものである。

負荷側ブラケット３０は、モータフレーム１０とともに筐体を構成するもので、モータフレーム１０の負荷側開口を閉塞する態様で該モータフレーム１０に取り付けられている。この負荷側ブラケット３０は、環状の負荷側軸受３１を保持するものである。

固定子４０は、固定子コア４１を備えている。固定子コア４１は、内周側にティースが形成された環状の電磁鋼板を複数枚積層して筒状に形成されており、その外周面はモータフレーム１０の内周面に固着されている。また、固定子コア４１のティースには、固定子巻線４２が巻回されている。また、図には明示しないが、固定子４０には、駆動用の三相電力を固定子巻線４２に供給するための固定子用配線が接続されている。

第１の回転子５０は、固定子４０の内周側において所定の空隙を介して該固定子４０に対向配置されている。この第１の回転子５０は、回転子コア５１と、回転軸５２と、回転子導体５３とを備えて構成されている。

回転子コア５１は、中心部に回転軸孔５１ａを有する円環状の電磁鋼板を複数枚積層して円筒状に形成されたものである。このような回転子コア５１においては、回転軸孔５１ａの周囲において周方向に沿って所定間隔毎に設けられたコアスロット５１ｂ（図３参照）が設けられている。

回転軸５２は、回転子コア５１の回転軸孔５１ａを貫通する態様で設けられており、より詳細には、回転軸５２の外周面より径方向外部に突出する態様で形成された図示せぬ突部が回転子コア５１の回転軸孔５１ａの内周面に形成された凹部５１ｃ（図３参照）に進入することにより、回転軸５２は、回転子コア５１に一体的に回転可能に貫通している。この回転軸５２は、上記反負荷側軸受２１及び上記負荷側軸受３１に軸支されており、更に反負荷側ブラケット２０及び負荷側ブラケット３０を貫通する態様で設けられている。尚、図中の符号５２ａは、負荷を取り付けるための凸部である。

そして、回転軸５２の反負荷側端部、すなわち反負荷側ブラケット２０を貫通して外部に露出する端部には、電動機の冷却用の冷却ファン６１が取り付けられている。

回転子導体５３は、導体とリング部とから構成されている。導体は、アルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミニウム等とも称する）のような磁性材料からなるものである。この導体は、上記回転子コア５１ｂの各コアスロット５１ｂに鋳込まれて形成されるものである。ここでコアスロット５１ｂは、回転子コア５１の軸方向に沿って設けられているので、回転子コア５１の両端面には導体の端部が露出することとなる。

リング部は、例えばアルミニウム等のような磁性材料から形成された円環状のもので、回転子コア５１の軸方向両端面に形成されている。このリング部は、回転子コア５１の両端面において各コアスロット５１ｂに鋳込まれた導体と一体的に形成されており、これによりリング部は、各コアスロット５１ｂ内の各導体をその両端で短絡している。

ファンカバー６０は、反負荷側ブラケット２０の外部域、すなわち冷却ファン６１や回転軸５２の負荷側端部を覆う態様でモータフレーム１０に取り付けられている。

このような誘導電動機においては、図２−１に示すように、第１の回転子５０の代わりに第２の回転子７０を用いることができる。つまり、図２−１に例示する誘導電動機は、モータフレーム１０と、反負荷側ブラケット２０と、負荷側ブラケット３０と、固定子４０と、第２の回転子７０と、ファンカバー６０とを備えて構成されている。

第２の回転子７０は、固定子４０の内周側において所定の空隙を介して該固定子４０に対向配置されている。この第２の回転子７０は、回転子コア７１と、回転軸７２と、回転子導体７３とを備えて構成されている。

回転子コア７１は、中心部に回転軸孔７１ａを有する円環状の電磁鋼板を複数枚積層して円筒状に形成されたものである。このような回転子コア７１においては、回転軸孔７１ａの周囲において周方向に沿って所定間隔毎に設けられたコアスロット７１ｂ（図４参照）が設けられている。

回転軸７２は、回転子コア７１の回転軸孔７１ａを貫通する態様で設けられており、より詳細には、回転軸７２の外周面より径方向外部に突出する態様で形成された図示せぬ突部が回転子コア７１の回転軸孔７１ａの内周面に形成された凹部７１ｃに進入することにより、回転軸７２は、回転子コア７１に一体的に回転可能に貫通している。この回転軸７２は、上記反負荷側軸受２１及び上記負荷側軸受３１に軸支されており、更に反負荷側ブラケット２０及び負荷側ブラケット３０を貫通する態様で設けられている。尚、図中の符号７２ａは、負荷を取り付けるための凸部である。

そして、回転軸７２の反負荷側端部、すなわち反負荷側ブラケット２０を貫通して外部に露出する端部には、冷却ファン６１が取り付けられている。

また、回転軸７２の負荷側端部、すなわち負荷側ブラケット３０を貫通して外部に露出する部分には、図２−２に示すように、刻印７５のような目印となる加工が施されている。

回転子導体５３は、導体とリング部とから構成されている。導体は、アルミニウム等のような磁性材料からなるものである。この導体は、上記回転子コア７１ｂの各コアスロット７１ｂに鋳込まれて形成されるものである。ここでコアスロット７１ｂは、回転子コア７１の軸方向に沿って設けられているので、回転子コア７１の両端面には導体の端部が露出することとなる。

リング部は、例えばアルミニウム等のような磁性材料から形成された円環状のもので、回転子コア７１の軸方向両端面に形成されている。このリング部は、回転子コア７１の両端面において各コアスロット７１ｂに鋳込まれた導体と一体的に形成されており、これによりリング部は、各コアスロット７１ｂ内の各導体をその両端で短絡している。

ここで回転子導体７３の導電率は、第１の回転子５０を構成する回転子導体５３の導電率よりも小さいものである。よって、第２の回転子７０は、第１の回転子５０よりも導電率が低いものである。

以上説明したように、本実施の形態の誘導電動機においては、第１の回転子５０と第２の回転子７０とのいずれかを択一的に用いることができる。そして、第１の回転子５０を用いる場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５未満となり、その一方、第２の回転子７０を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５以上となる。

このように上記誘導電動機においては、第１の回転子５０を用いた場合には、いわゆる高効率誘導電動機としての機能を発揮して、十分に高い電動機効率を得ることができ、省エネルギー化を図ることができる。

そして、例えばポンプやファン等のように回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対して適用される場合には、第２の回転子７０を用いることで、「すべり」と称される同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５以上とすることができる。このようにすべりを０．０５以上とすることで、回転数を低下させることができ、結果的に回転速度を低下させることができる。このように回転速度を低下させることで、電動機効率が低下しても消費電力の低減化を図ることができる。

尚、第１の回転子５０は、回転子コア５１と、回転軸５２と、回転子導体５３と、反負荷側軸受２１、負荷側軸受３１とを一体的にユニット化しておくとともに、同様に、第２の回転子７０は、回転子コア７１と、回転軸７２と、回転子導体７３と、反負荷側軸受２１と、負荷側軸受３１とを一体的にユニット化しておくことにより、第１の回転子５０と第２の回転子７０との組み替えを容易に実施することができる。

また、上記誘導電動機では、第１の回転子５０よりも導電率の低い第２の回転子７０を用いる場合には、回転子導体５３よりも回転子導体７３の電気抵抗を大きくすることができ、これにより始動電流の低減化を図ることができる。

従って、本実施の形態である誘導電動機によれば、回転速度が大きくなると消費電力が増大する負荷に対しても省エネルギー化を図ることができるとともに、始動電流の低減化を図ることができる。

また、上記誘導電動機によれば、第２の回転子７０を構成する回転軸７２の負荷側ブラケット３０よりも外部に露出する端部に刻印７５のような目印となる加工が施されているので、利用者に対して、誘導電動機には第２の回転子７０が用いられていることを容易に理解させることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、出力が１１０ｋＷ以下の誘導電動機について説明したが、本発明においては、出力が１１０ｋＷを超え、かつ３７５ｋＷ以下となる誘導電動機においても用いることができる。この場合の誘導電動機も、導電率が所定の大きさの第１の回転子５０と、導電率が第１の回転子５０よりも小さい第２の回転子７０とのいずれか一方が択一的に用いられるものである。そして、第１の回転子５０を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３未満となる一方、第２の回転子７０を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３以上となるものである。

上述した実施の形態では、第２の回転子７０を構成する回転子導体７３の導電率を第１の回転子５０を構成する回転子導体５３の導電率よりも小さくすることで、第２の回転子７０は、第１の回転子５０よりも導電率が低いものであったが、本発明においては、次のようにすることもできる。すなわち、図３及び図４に示すように、第２の回転子７０を構成する回転子コア７１のコアスロット７１ｂの断面積（図４参照）を、第１の回転子５０を構成する回転子コア５１のコアスロット５１ｂの断面積（図３参照）よりも小さくすることで、各コアスロット５１ｂ，７１ｂに鋳込まれる導体の断面積が小さくなる結果、第２の回転子７０の導電率を第１の回転子５０の導電率よりも小さくするようにしてもよい。

上述した実施の形態では、第２の回転子７０を構成する回転軸７２の負荷側の端部に刻印７５等の目印となる加工を施していたが、本発明においては、負荷側の端部に限らず、ブラケットから外部に露出する構成要素に種々の目印となる加工を施すようにしてもよい。

１０モータフレーム
２０反負荷側ブラケット
２１反負荷側軸受
３０負荷側ブラケット
３１負荷側軸受
４０固定子
４１固定子コア
４２固定子巻線
５０第１の回転子
５１回転子コア
５１ａ回転軸孔
５１ｂコアスロット
５１ｃ凹部
５２回転軸
５２ａ突部
５３回転子導体
６０ファンカバー
６１冷却ファン
７０第２の回転子
７１回転子コア
７１ａ回転軸孔
７１ｂコアスロット
７１ｃ凹部
７２回転軸
７２ａ突部
７３回転子導体
７５刻印

Claims

出力が１１０ｋＷ以下となる誘導電動機において、
導電率が所定の大きさの第１の回転子と、導電率が前記第１の回転子よりも小さい第２の回転子とのいずれか一方が択一的に用いられるものであり、かつ前記第１の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５未満となる一方、前記第２の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０５以上となり、
前記第１の回転子及び前記第２の回転子の少なくとも一方には、筐体を構成するブラケットよりも外部に露出する構成要素に目印となる加工が施されていることを特徴とする誘導電動機。
出力が１１０ｋＷを超え、かつ３７５ｋＷ以下となる誘導電動機において、
導電率が所定の大きさの第１の回転子と、導電率が前記第１の回転子よりも小さい第２の回転子とのいずれか一方が択一的に用いられるものであり、かつ前記第１の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３未満となる一方、前記第２の回転子を用いた場合には、同期速度と回転子の速度との差の比が０．０３以上となり、
前記第１の回転子及び前記第２の回転子の少なくとも一方には、筐体を構成するブラケットよりも外部に露出する構成要素に目印となる加工が施されていることを特徴とする誘導電動機。
前記第１の回転子と前記第２の回転子とでは、円筒状の回転子コアの回転子導体の導電率が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導電動機。
前記第１の回転子と前記第２の回転子とでは、円筒状の回転子コアに形成されるコアスロットの断面積が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導電動機。