JPH1098858A

JPH1098858A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JPH1098858A
Application number: JP24985296A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Ohara; 光一郎大原; Akiji Yamada; 旭司山田; Hiromitsu Fuku; 裕光富久; Takashi Yasuhara; 隆安原; Kanji Mizutani; 完治水谷; Kaoru Ogawa; 薫小川; Yoshiharu Saito; 嘉治斉藤; Yoichiro Asano; 洋一郎浅野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】かご形巻線に銅を用いても、簡単かつ確実に
かご形巻線の形成が可能で、これにより充分に二次抵抗
損失が抑えられ、高トルクで高効率の電動機を容易に得
ることができるようにした回転電機の回転子を提供する
こと。【解決手段】回転子鉄板５ｂの積層体からなる回転子
鉄心５ａの、かご形巻線収納用のスロット５ｃを、図示
のように、全開口形にしておき、ここに外周側から導体
バー７ａを、矢印イに示すようにして挿入し、ポンチ１
１により、矢印ロに示すように加圧した後、電極１２を
スロット５ｃの開口端角部５５に当て、電極１２と回転
子鉄心５ａの間に電流を流して加熱し、角部５５を軟化
させてから矢印ハに示すように加圧し、半開口形のスロ
ットにするための舌片部５６を形成させて回転子とした
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導型回転電機の
回転子に係り、特に比較的小容量の汎用かご形誘導電動
機の回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機として
は、従来からかご形誘導電動機が広く使用されている。
ところで、当初、このような汎用小型誘導電動機の回転
子としては、電磁鋼板を積層して形成した回転子鉄心の
スロット(かご形巻線収納用の溝)に、所定の断面形状の
銅製の導体バーを１本づつ挿入し、この挿入した複数本
の導体バーの両端部にエンドリングをロー付け溶接して
かご型巻線を形成させたものが、主として用いられてい
た。

【０００３】しかしながら、このような回転子では、か
ご形巻線の製作に手間が掛るのでコストアップになり易
い上、電磁鋼板の積層体からなる回転子鉄心のスロット
に、後からかご形巻線用の導体バーを挿入しなければな
らないので、そのスロットの大きさよりかなり小さい断
面積の導体バーでないと挿入することができず、従っ
て、所望の充分に低い抵抗値のかご形巻線が得られず、
電動機としての電気特性が低下してしまうという不具合
があった。

【０００４】一方、このような隘路の打開策として、か
ご形巻線の鋳造化が考えられるが、この場合には、銅の
融点がかなり高い点が新たな隘路となってしまう。すな
わち、銅の融点は約１１００℃で、融点が約６６０℃の
アルミニウムよりもかなり高温なので、これによるダイ
キャスト鋳造では成形金型が高価につき、しかも耐久性
に乏しいと云う不具合があり、且つその保守点検が煩雑
になるという不具合も生じてしまうのである。

【０００５】そこで、汎用小型誘導電動機としては、従
来から、導体バー及びエンドリングからなるかご形巻線
をアルミニウム材のダイカスト鋳造で形成した、いわゆ
るキャストロータが広く使用されている。

【０００６】図９は、このようなキャストロータを用い
た従来技術によるかご形誘導電動機の一例を示したもの
で、この図において、１はハウジングで、鋳鉄など鉄系
材料やアルミニウムなどの軽金属材料の鋳造によりほぼ
筒状に形成され、電動機の外被を構成している。１ａは
放熱フィンで、軸方向に沿って並んだ複数の条片とし
て、ハウジング１の外周に放射状に配列され、ハウジン
グ１と一体的に形成されている。２Ａ、２Ｂはエンドブ
ラケットで、ハウジング１の両側の開口部にそれぞれイ
ンロー嵌合して取付けられている。

【０００７】３は固定子で、ケイ素鋼板などの電磁鋼板
を複数枚積層して形成された固定子鉄心３ａと、この固
定子鉄心３ａの内周部に複数形成されているスロットに
巻回された固定子コイル３ｂとで構成され、ハウジング
１内に挿入した上で、その内周部に嵌合し、固定されて
いる。

【０００８】５は回転子で、図１０に示すように、周辺
部に円周方向に沿って配置された、ほぼ楕円形の孔５ｅ
を複数個有し、中心に軸孔を有する円板形状に打ち抜か
れたケイ素鋼板などの電磁鋼板５ｄを複数枚積層して形
成された回転子鉄心５ａと、その両端面に配置されたエ
ンドリング部７及び孔５ｅ内に充填された導体部７ｅと
からなるかご形巻線とで構成されている。

【０００９】そして、このエンドリング部７と、導体部
７ｅからなるかご形巻線がアルミニウムのダイキャスト
鋳造により形成され、さらに、このエンドリング７に内
部冷却用の内ファン８が一体的に形成されている。

【００１０】回転軸６は回転子５に取付けられ、これを
保持した状態で、軸受４Ａ、４Ｂにより、エンドブラケ
ット２Ａ、２Ｂに対して回転自在に保持されている。そ
して、この回転軸６の一方の端部(図では右端部)はエン
ドブラケット２Ｂを挿通して外部に突出し、出力軸をな
しており、その他端部(図では左端部)で、エンドブラケ
ット２Ａを挿通して外部に突出した部分には、外部冷却
用の外ファン９が装着されている。

【００１１】１０はエンドカバーで、外ファン９を覆う
ものであり、一方が開放された皿状の短い円筒形に形成
され、その底面に相当する一方の端面には外気を取り込
むための開孔１０ａが設けられ、その開放端は、このエ
ンドカバー１０がエンドブラケット２Ａに組み付けられ
たとき、エンドブラケット２Ａ及びハウジング１の外径
部との間に径方向の隙間部１０ｂが形成されるように形
成されている。

【００１２】この誘導電動機は、予め固定子３をハウジ
ング１の内周壁に嵌合して固定しておき、その後、この
固定子３内に回転軸６を有する回転子５を挿入し、かつ
回転軸６にエンドブラケット２Ａ、２Ｂ内の軸受４Ａ、
４Ｂが嵌合するよう、エンドブラケット４Ａ、４Ｂをハ
ウジング１の両端にそれぞれインロー嵌合させ、これら
を複数本のボルト(図示せず)により取付けることにより
組立られている。

【００１３】そして、回転子５により外ファン９が回転
すると、エンドカバー１０の開孔１０ａから、矢印イで
示すように外気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、隙
間部１０ｂからエンドカバー１０の他端側の外部に吹き
出され、エンドブラケット２Ａ、ハウジング１の放熱フ
ィン１ａ、エンドブラケット２Ｂの表面を通風すること
により、冷却作用が得られるようになっている。

【００１４】一方、電動機の内部では、回転子５が回転
すると、それに伴い内ファン８が回転して内部の空気に
流れを発生させ、発生した空気流が回転子５、エンドリ
ング７、固定子コイル３Ｂ及び固定子鉄心３Ａを冷却し
ながら通過した後、ハウジング１に比べ、比較的温度上
昇の低いエンドブラケット２Ａ、２Ｂの内側を通過する
ことにより冷却されるようにしている。

【００１５】なお、この種の技術として、関連する公知
例としては、特開昭６１−２５１４４０号公報等が挙げ
られる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、かご
形巻線に適用した際での、アルミニウムの導電材料とし
ての適格性について、充分な配慮がされているとは言え
ず、かご形誘導電動機の高性能化を促進する点で問題が
あった。

【００１７】すなわち、かご形誘導電動機の高性能化の
一方途として、かご形巻線の低抵抗化があるが、アルミ
ニウムの導電率(約３．４μΩｃｍ、７５℃)は、銅の導
電率(約２．１μΩｃｍ、７５℃)よりもかなり低く、従
って、二次抵抗(かご形巻線の抵抗)の低減が充分に図れ
ず、この結果、従来技術では、充分な高性能化が得られ
ないのである。

【００１８】また、二次抵抗損失が大きくなると、回転
子の温度上昇が著しくなるという問題が生じる上、この
回転子の温度上昇が二次抵抗値の増加をもたらし、更に
二次抵抗損失を増加させることになり、この結果、従来
技術では、電動機の滑りが増加して更なる性能の低下を
きたしてしまう。

【００１９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的は、かご形巻線に銅を用いて
も、簡単かつ確実にかご形巻線の形成が可能で、これに
より充分に二次抵抗損失が抑えられ、高トルクで高効率
の電動機を容易に得ることができるようにした回転電機
の回転子を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、半開口形の
スロットを有する回転子鉄心に、導体バーとエンドリン
グからなるかご形巻線を備えた回転電機の回転子におい
て、上記スロットの半開口部が、全開口形のスロットを
有する回転子鉄心の該スロット内に上記導体バーを装着
後、該スロットの開口部両端部の変形加工により形成さ
れるようにして達成される。

【００２１】全開口形のスロットを有する回転子鉄心に
よれば、かご形巻線を構成する導体バーを回転子鉄心の
外周側から容易にスロット内に挿入することができるの
で、導体バーとして銅の細条部材を用いることができ
る。

【００２２】また、全開口形のスロットを有する回転子
鉄心を用いたにも係らず、最終的には半開口形のスロッ
トを有する回転子鉄心になるので、スロットを半開口形
にしたことによる特性の向上を確実に得ることができ
る。

【００２３】そして、回転子のかご形巻線を銅で形成し
たことにより、以下かの利点が得られる。すなわち、ま
ず、銅の方が、アルミニウムより約４０％ほど固有抵抗
が低いので、二次抵抗も４０％、少なくすることがで
き、それだけ温度上昇を抑えることができる。

【００２４】また、このように、二次抵抗損失が４０
％、少なくできる結果、電動機の効率を確実に向上させ
ることができ、例えば、出力３.７ｋＷの４極汎用誘導
電動機での計算値において、最大出力を１０％、最大ト
ルクは２％、それぞれ向上できるので、滑りを確実に低
減することができる。

【００２５】結果として、本発明による回転子によれ
ば、予め半開口スロット構造にした場合に比して、導体
バーの挿入が容易で、しかも導体バーの断面積をスロッ
トの断面積いっぱいにまで大きくできるので、モートル
の電気特性を充分に向上でき、二次抵抗損失が少なく、
高トルクで高効率の性能の良い誘導電動機を容易に得る
ことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による誘導電動機の
回転子について、図示の実施形態により詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施形態による回転子５を用い
た誘導電動機の一例で、図において、７ａは導体バー、
７ｂ、７ｃはエンドリングであり、その他、この回転子
５の構成以外は、図１０で説明した従来の誘導電動機と
同じである。従って、以下、この回転子５について主と
して説明する。

【００２７】まず、この回転子５の回転子鉄心５ａは、
図３に示す形状に電磁鋼板から打ち抜いた回転子鉄板５
ｂを所定枚数、積層して形成されているが、この回転子
鉄板５ｂには、図示のように、その外周部から中心に向
って所定の深さに切れ込んだ形で、かご形巻線収納用の
スロット(溝)５ｃが所定個数、形成してある。

【００２８】そして、これらのスロット５ｃは、図１０
に示した従来技術における孔５ｅとは異なり、この図３
から明らかなように、回転子鉄板５ｂの内周側の底部か
ら均一な幅で外周に向かって放射状に進み、外周部で、
そのままの幅で開放された、いわゆる全開口形に作られ
ており、これにより、図４に示すように、回転子鉄心５
ａの外周側から、これらのかご形巻線用のスロット５ｃ
に、それぞれ導体バー７ａを挿入することができるよう
に構成してある。

【００２９】この導体バー７ａは帯板状の銅の部材(細
条部材)で作られ、その厚さは、スロット５ｃの幅とほ
ぼ同じか、僅かに小さな寸法で、幅が、スロット５ｃよ
りも所定寸法だけ短く作られているもので、これを、図
４に矢印イで示すように、回転子鉄心５ａの外周側か
ら、かご形巻線用のスロット５ｃ内に挿入する。

【００３０】次いで、導体バー７ａをスロット５ｃに装
着後、このスロット５ｃの外周端の両側にあるスロット
角部５５を、スロット５ｃの内側に入り込むようにして
変形させ、舌片部５６を形成させて導体バー７ａがスロ
ット５ｃから飛び出さないようにすると共に、いわゆる
半開口形(半閉溝形ともいう)のスロット構造が得られる
ようにする。

【００３１】すなわち、導体バー７ａをスロット５ｃに
装着後、まず、スロット５ｃに収納された導体バー７ａ
の上面を、図の矢印ロで示すように、回転子５(回転子
鉄心５ａ)の外周側から、ポンチ１１により回転子中心
に向かって加圧し、これにより導体バー７ａに厚み方向
の塑性変形が現われ、スロット５ｃと導体バー７ａとの
隙間がなくなり、導体バー７ａがスロット５ｃ内に堅固
に装着されるようにする。

【００３２】次に、スロット角部５５に、図の矢印ハに
示すように、ポンチの機能を兼ね備えた電極１２を押し
当て、この電極１２と回転子鉄心５ａの間に通電して、
これらスロット角部５５を加熱軟化させ、この状態で回
転子中心に向かって加圧し、これによりスロット角部５
５を変形させ、スロット５ｃの内側に入り込んだ形状の
舌片部５６を形成させ、半開口構造が得られるようにす
るのである。

【００３３】そして、以下、図２に示すように、導体バ
ー７ａの両端にエンドリング７ｂ、７ｃを溶接し、これ
らが電気的に、且つ機械的に堅固に結合され、回転子鉄
心５ａに強固に装着されるようにして、回転子５を構成
するのである。なお、この図２は、図３の鎖線Ａ−Ａ’
による切断図である。

【００３４】従って、この実施形態によれば、まず、回
転子鉄心のスロット５ｃが、図３に示すように全開口形
になっていて、回転子５の外周部で大きく開口されてお
り、この状態のままで回転子５の外周方向から導体バー
７ａを挿入することができるので、スロット５ｃ内への
導体バー７ａの収納作業が極めて簡単になり、この結
果、導体バー７ａの材質として銅を用いることができ
る。

【００３５】しかして、このように、かご形巻線用のス
ロット５ｃを、回転子５の外周部で大きく開口されたま
まにしておいたとすると、固定子３と回転子５の間の空
隙寸法が、スロット５ｃが有る部分と無い部分で異なっ
てしまい、同じにならない。

【００３６】そして、この結果、スロット５ｃが有る部
分で開口の深さだけ空隙が大きくなって、誘導電動機の
励磁電流が増加し、力率が低下したり、磁束の脈動が現
われてしまって、回転中での磁気騒音が増加したりする
ので、高性能が得られなくなってしまう。

【００３７】しかるに、この実施形態によれば、スロッ
ト５ｃ内への導体バー７ａの収納作業が終わった後で、
容易に半開口構造(半閉溝構造)が得られるので、銅の導
体バー７ａが用いられることと相俟って、誘導電動機の
高性能化を充分に得ることができる。

【００３８】次に、上記実施形態において、上述の如
く、導体バー７ａと、エンドリング７ｂ、７ｃからなる
かご形巻線を銅で形成したことによる効果について説明
する。まず、銅は、固有抵抗が約２．１μΩｃｍ(７５
℃)でるのに対して、アルミニウムの固有抵抗は、同じ
く７５℃で３．４μΩｃｍである。

【００３９】従って、銅のかご形巻線の方が、アルミニ
ウムのものより約４０％ほど固有抵抗を小さくすること
ができ、それだけ温度上昇が少なくなる。

【００４０】この結果、例えば４極で出力が３．７ｋＷ
の汎用誘導電動機において、銅のかご形巻線を有する回
転子を用いた電動機では、アルミニウムのかご形巻線を
有する従来の電動機に比して、計算上、二次抵抗が約４
０％小さくなるので、二次抵抗損失も４０％小さくな
り、従って、電動機の効率を確実に１％向上させること
ができる。

【００４１】この効率向上１％という数値は、単純に考
えると少ないようであるが、アルミニウムをダイカスト
成形した誘導電動機においては顕著な効果といえる。ま
た、上述の如く二次抵抗を４０％小さくできることか
ら、同じく計算によると、最大出力で１０％、最大トル
クで２％の向上が得られ、滑りを確実に低減することが
できる。従って、この実施形態による回転子によれば、
二次抵抗損失が小さく、且つ高トルクで高効率の誘導電
動機を容易に、しかも確実に得ることができる。

【００４２】次に、スロット５ｃの外周の両側にある端
部５５を変形させ、半閉構造のスロットを得るために使
用するポンチ兼用の電極１２の形状について説明する。
上記実施形態では、図４に示すように、この電極１２と
して、その加圧面が平面のものが用いられているが、図
５に示すように、中心部が山形にくぼんだ電極１２Ａ
や、図６に示すように、角形にくぼんだ電極１２Ｂを用
いても良く、反対に、図７に示すように、中心に突起を
有する電極１２Ｃを用いても良い。

【００４３】一方、図８に示すように、電極１２として
は平面のままで、回転子鉄心５ａのスロット５ｃにある
端部５５に突起を設けたものを使用するようにしてもよ
い。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、予め半開口形スロット
構造にした場合に比して、導体バーの挿入が容易で、し
かも導体バーの断面積をスロットの断面積いっぱいにま
で充分に大きくできる上、銅の導体バーやエンドリング
によるかご型巻線を容易に採用できるので、誘導電動機
の電気特性を充分に向上でき、二次抵抗損失が少なく、
高トルクで高効率の性能の良い誘導電動機を容易に提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転子の一実施形態を用いた誘導
電動機の一部断面による側面図である。

【図２】本発明による回転子の一実施形態を示す断面図
である。

【図３】本発明による回転子の一実施形態による回転子
鉄心の説明図である。

【図４】本発明による回転子の一実施形態における導体
バーの装着とスロットの加工方法を示す説明図である。

【図５】本発明による回転子の一実施形態でスロット加
工に使用する電極の一例を示す説明図である。

【図６】本発明による回転子の一実施形態でスロット加
工に使用する電極の一例を示す説明図である。

【図７】本発明による回転子の一実施形態でスロット加
工に使用する電極の一例を示す説明図である。

【図８】本発明による回転子の一実施形態でスロット加
工に使用する電極の一例を示す説明図である。

【図９】従来技術による誘導電動機の一例を示す一部断
面による側面図である。

【図１０】従来技術による誘導電動機の一例における回
転子鉄心の説明図である。

【符号の説明】

１ハウジング１ａ放熱フィン２Ａ、２Ｂエンドブラケット３固定子３ａ固定子鉄心３ｂ固定子コイル４Ａ、４Ｂ軸受５回転子５ａ回転子鉄心５ｂ回転子鉄板５ｃスロット(かご形巻線収納用の溝) ６回転軸７ａ導体バー７ｂ、７ｃエンドリング８内ファン９外ファン１０エンドカバー１１ポンチ１２電極５５スロット角部５６舌片部(半開口形スロットを形成するための部
材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安原隆東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者水谷完治千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者小川薫千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者斉藤嘉治東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者浅野洋一郎東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半開口形のスロットを有する回転子鉄心
に、導体バーとエンドリングからなるかご形巻線を備え
た回転電機の回転子において、上記スロットの半開口部が、全開口形のスロットを有す
る回転子鉄心の該スロット内に上記導体バーを装着後、
該スロットの開口部両端部の変形加工により形成されて
いることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】請求項１の発明において、上記スロットの開口部両端部の変形加工が、電極を用い
た加圧通電による熱間加工であることを特徴とする回転
電機の回転子。