WO2016017256A1 - 誘導電動機 - Google Patents

誘導電動機 Download PDF

Info

Publication number
WO2016017256A1
WO2016017256A1 PCT/JP2015/065165 JP2015065165W WO2016017256A1 WO 2016017256 A1 WO2016017256 A1 WO 2016017256A1 JP 2015065165 W JP2015065165 W JP 2015065165W WO 2016017256 A1 WO2016017256 A1 WO 2016017256A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
induction motor
slot
equation
rotor
conductor rod
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/065165
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和雄 西濱
大祐 郡
平野　聡
元信 飯塚
健一 杉本
公則 澤畠
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Publication of WO2016017256A1 publication Critical patent/WO2016017256A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors

Definitions

  • the present invention relates to an induction motor, and more particularly, to a squirrel-cage induction motor in which a rotor is provided with a massive iron core and a slot is provided in the massive iron core.
  • the conductor rod is short-circuited at its end by a short-circuit ring, and the conductor rod and the short-circuit ring
  • the area of the bonding portion is formed to be large (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 describes a squirrel-cage induction motor in which a rotor is provided with a massive iron core and slots parallel to the radial direction are provided in the massive iron core.
  • the conductor rod is short-circuited at its end by a short-circuit ring, and is formed so that the area of the joint portion between the conductor rod and the short-circuit ring is large.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to the slot shape of a massive iron core of a rotor. However, sufficient consideration has been given to the size and direction of the pressure at the joint at the time of joining, which is closely related to the joint strength between the conductor rod and the bulk iron core, and the area of the slot, which is closely related to the electrical loss of the rotor. Not done.
  • An object of the present invention is to provide a cage induction motor with high reliability and low loss.
  • the induction motor of the present invention is, for example, a squirrel-cage induction motor including a rotor in which a conductor rod is accommodated in a slot of a massive iron core, and the slot is an open slot.
  • the rotor has a shape in which the width gradually decreases linearly from the outer peripheral side toward the inner side.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a method of manufacturing a conductor rod and a lump core of a squirrel-cage induction motor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and shows that equally distributed pressure is simultaneously applied to both sides of a slot side surface.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a method of manufacturing a conductor rod and a lump core of a squirrel-cage induction motor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and shows that equally distributed pressure is simultaneously applied to both sides of a slot side surface.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a method of manufacturing a conductor rod and a lump core of a squirrel-cage induction motor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and the lump iron core applies a load to the conductor rod in the central axis direction of the slot. It is a figure which shows that the thermal stress which gives is produced.
  • a slot that accommodates a conductor rod in a massive iron core of the rotor is an open slot, and the slot extends inward from the outer peripheral side of the rotor. The width gradually decreases linearly.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a squirrel-cage induction motor of Example 1, which is an example of the induction motor of the present invention, as viewed from the direction of the rotation axis.
  • the slot 13 is an open slot, and the width gradually increases inward from the outer peripheral side of the rotor 1.
  • a shape that is smaller and has a circular arc shape inside the slot 13 is provided.
  • the conductor rod 12 can be easily stored from the outer peripheral side of the rotor 1. Since the slot 13 is wider on the outer peripheral side than on the inner side, it seems that the conductor rod 12 tends to jump out to the outer periphery due to centrifugal force when the rotor 1 rotates.
  • the conductor rod 12 is weighted in the direction of the central axis of the slot 13, so that pressure can be applied to both side surfaces of the slot 13 at the same time. Can be joined. In order to obtain a high bonding strength, it is necessary to apply an appropriate amount of pressure uniformly to the bonding surface during bonding.
  • the slot 13 is linearly reduced in width at a portion where the width gradually decreases from the outer peripheral side of the rotor 1 toward the inside, so that the pressure becomes uniform and high bonding strength is obtained.
  • the rotor 1 is composed of the massive iron core 11, the surface of the slot 13 with respect to the rotation axis direction can be flattened. Therefore, at the time of joining, the pressure between the conductor rod 12 and the massive iron core 11 becomes uniform in the direction of the rotation axis, and high joining strength is obtained.
  • the squirrel-cage induction motor in this embodiment can join the massive iron core 11 and the conductor rod 12 with high strength.
  • FIG. 2 is a partial sectional view of the squirrel-cage induction motor of Example 2, which is an example of the induction motor of the present invention, as viewed from the direction of the rotation axis.
  • This embodiment is formed so that the central axis direction of the slot 13 is inclined with respect to the radial direction of the cross section viewed from the rotation axis direction of the rotor 1 in the first embodiment. Since the magnetic flux of the rotor 1 is concentrated on the delay side of the lump core 11, the magnetic resistance of the lump core 11 is reduced by making the slot 13 oblique to the delay side with respect to the rotation direction. Thereby, the current is reduced, the power factor is improved, the primary copper loss is reduced, and the efficiency is improved.
  • FIGS. 3a to 3c are partial cross-sectional views as seen from the direction of the rotation axis showing the method of manufacturing the conductor rod and the lump core of the cage induction motor of Example 3, which is an example of the induction motor of the present invention.
  • the bulk iron core 11 and the conductor rod 12 are joined to each other by arc welding, laser welding, cold spraying, brazing, diffusion bonding or the like in the first or second embodiment.
  • high bonding strength can be obtained by applying an appropriate pressure to the bonding surface.
  • equally distributed pressures can be simultaneously applied to both sides of the side surface of the slot 13, so that the conductor rod 12 is applied with a load of an appropriate size in the direction of the central axis of the slot 13.
  • the massive iron core 11 and the conductor rod 12 can be joined with high strength.
  • the gap between the conductor rod 12 and the massive iron core 11 can be adjusted by moving the conductor rod 12 in the direction of the central axis of the slot 13.
  • the gap between the conductor rod 12 and the massive iron core 11 is increased, and in the brazing, the receiving port into which the solder is poured widens. After pouring the solder, the position of the conductor rod 12 can be moved to make the size of the gap between the conductor rod 12 and the massive iron core 11 appropriate.
  • the gap between the conductor rod 12 and the massive iron core 11 can be adjusted by moving the position of the conductor rod 12 in the direction of the central axis of the slot 13. Even when the accuracy of the processing dimensions of the slot 13 is low, the gap between the conductor rod 12 and the massive iron core 11 can be taken with high accuracy.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the slot area ratio of the rotor and the number of slots of the rotor in the squirrel-cage induction motor of Example 4, which is an example of the induction motor of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a ratio of maximum values of rotor slot areas that can be taken when ⁇ is ⁇ / N with respect to the case where ⁇ is 0.
  • the number N of slots 13 and the radial direction in the portion where the width of the slot 13 gradually decreases linearly from the outer peripheral side to the inside of the rotor 1 in the first to third embodiments.
  • the height of the portion where the width of the slot 13 gradually decreases linearly from the outer peripheral side to the inner side of the rotor 1 according to the size of each angle ⁇ ( ⁇ shown in FIG. 1) is Hs.
  • Wso ⁇ D / N-Wto (Formula 2) As shown in FIG. 1, when the angle with respect to the radial direction in the portion where the width of the slot 13 gradually decreases linearly from the outer periphery side of the rotor 1 to the inside, ⁇ is the inner width of the slot 13. Wsi is expressed by the following equation.
  • Wso Wsi (Formula 14) Wsi is expressed by the following equation by substituting (Equation 2) into (Equation 14).
  • Hs is expressed by the following expression from (Expression 4).
  • Wsi ⁇ (D-2Hs) / N-Wti (Formula 26) Wsi is expressed by the following equation by substituting (Equation 12) into (Equation 26).
  • Wsi ⁇ (D-2Hs) / N- ⁇ ti ( ⁇ D / N) (Formula 27) Wsi is expressed by the following equation when (Equation 27) is arranged for Hs.
  • Wsi ( ⁇ D / N) (1 - ⁇ ti)-(2 ⁇ / N) Hs (Equation 28) Wso is expressed by the following equation from (Equation 3).
  • Wso Wsi + 2 Hs Tan ( ⁇ ) (Formula 29) Wso is expressed by the following equation by substituting (Equation 28) into (Equation 29).
  • Wso ( ⁇ D / N) (1 - ⁇ ti)-(2 ⁇ / N) Hs + 2 Hs Tan ( ⁇ ) (Equation 30) Wso is expressed by the following equation when (Equation 30) is arranged for Hs.
  • N D 2 (1 - ⁇ ti) 2 / (1-2 N / ⁇ ) + N D 2 (0.125 ( ⁇ / N) 2 (1 - ⁇ ti) 2 + (1-0.5 ( ⁇ / N)) ( ⁇ / N) (1 - ⁇ ti) (Hs / D) + (0.5 ( ⁇ / N) 2 - 2 ( ⁇ / N) + Tan ( ⁇ )) (Hs / D) 2)
  • N D 2 0.25 N D 2 (1 - ⁇ ti) 2 / (1-2 N / ⁇ ) + N D 2 (0.125 ( ⁇ / N) 2 (1 - ⁇ ti) 2 + (1-0.5 ( ⁇ / N)) ( ⁇ / N) (1 - ⁇ ti) (Hs / D) + (0.5 ( ⁇ / N) 2 - 2 ( ⁇ / N) + Tan ( ⁇ )) (Hs / D) 2)
  • the quotient obtained by dividing (Expression 34) by N D 2 is as follows.
  • ⁇ ti 1-2Hs / D-N Wso / ( ⁇ D) + 2 Hs N Tan ( ⁇ ) / ( ⁇ D) (Formula 40) ⁇ ti is expressed by the following equation when (Equation 2) is substituted into (Equation 40).
  • the rotor slot area according to the present invention becomes larger as ⁇ is closer to 1 than the maximum possible area when ⁇ is 0 with a small Hs.
  • Hs / D / (1 - ⁇ tmin) is about 0.15 or more, and the slot area according to the present invention is larger than the maximum possible rotor slot area when ⁇ is 0.
  • Hs / D / (1 - ⁇ tmin) is about 0.15 or more
  • the conductivity of only the outer peripheral surface of the conductor rod 12 is reduced in the first to fourth embodiments.
  • a high-frequency eddy current is generated on the outer peripheral surface of the conductor rod 12 due to the structure of the squirrel-cage induction motor and the distortion of the voltage applied from the driving device of the squirrel-cage induction motor.
  • the conductivity of the portion where the high frequency eddy current is generated the generation of eddy current is suppressed and the efficiency is improved by reducing the copper loss.
  • the resistivity of only the surface of the massive iron core 11 is reduced in the first to fifth embodiments.
  • the squirrel-cage induction motor high-frequency eddy currents are generated on the outer peripheral surface of the massive iron core 11 due to the structure of the squirrel-cage induction motor and the distortion of the voltage applied from the driving device of the squirrel-cage induction motor.
  • the resistivity of the portion where the high-frequency eddy current is generated the generation of electrical resistance loss is suppressed, and the efficiency is improved by reducing the copper loss.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

　信頼性の高い、損失の小さいかご形誘導電動機を提供するため、本発明の誘導電動機は、塊状鉄心１１のスロット１３に導体棒１２が収納された回転子１を備える誘導電動機であって、スロット１３は、オープンスロットであり、かつ、回転子１の外周側から内側に向かって徐々に幅が線形的に小さくなる形状を有する誘導電動機であることを特徴とする。

Description

誘導電動機
　本発明は誘導電動機に関し、特に、回転子に塊状鉄心を備え、その塊状鉄心にスロットが設けられた、かご形の誘導電動機に関する。
　従来、回転子に塊状鉄心を備え、径方向に平行なスロットが塊状鉄心に設けられたかご形誘導電動機として、導体棒が、その端部で短絡環によって短絡され、その導体棒と短絡環との接合部位の面積が大きくなるように形成されたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第６９３３６４７号明細書
　特許文献１には、回転子に塊状鉄心を備え、径方向に平行なスロットが塊状鉄心に設けられたかご形誘導電動機が記載されている。このかご形誘導電動機では、導体棒は、その端部で短絡環によって短絡されており、その導体棒と短絡環の接合部位の面積が大きくなるように形成されている。
　上記特許文献１には、回転子の塊状鉄心のスロット形状に関する技術が開示されている。しかし、導体棒と塊状鉄心の接合強度に密接に関係する接合時における接合部位の圧力の大きさや向き、並びに回転子の電気的な損失に密接に関係するスロットの面積については、十分な検討が行われていない。
　本発明の目的は、信頼性の高い、損失の小さいかご形誘導電動機を提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明の誘導電動機は、例えば、塊状鉄心のスロットに導体棒が収納された回転子を備えるかご形の誘導電動機であって、前記スロットは、オープンスロットであり、かつ、前記回転子の外周側から内側に向かって徐々に幅が線形的に小さくなる形状を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、信頼性の高い、損失の小さいかご形誘導電動機を提供することが可能となる。
本発明の一実施例によるかご形誘導電動機を回転軸方向から見た部分断面図である。 本発明の一実施例によるかご形誘導電動機を回転軸方向から見た部分断面図である。 本発明の一実施例によるかご形誘導電動機の導体棒と塊状鉄心の製造方法を示す回転軸方向から見た部分断面図であって、スロットの側面の両側に等分布な圧力が同時に加わることを示す図である。 本発明の一実施例によるかご形誘導電動機の導体棒と塊状鉄心の製造方法を示す回転軸方向から見た部分断面図であって、導体棒と塊状鉄心との隙間が調整可能に構成されることを示す図である。 本発明の一実施例によるかご形誘導電動機の導体棒と塊状鉄心の製造方法を示す回転軸方向から見た部分断面図であって、スロットの中心軸方向に、塊状鉄心が導体棒に加重を与えるような熱応力が生じることを示す図である。 本発明の一実施例による回転子のスロット面積の関係図である。 本発明の一実施例による回転子のスロットの半径方向の高さを示す図である。 本発明の一実施例による回転子のスロットの半径方向の高さを示す図である。
　本発明の誘導電動機の一実施形態であるかご形誘導電動機は、例えば、回転子の塊状鉄心に導体棒を収納するスロットがオープンスロットにされ、そのスロットが回転子の外周側から内側に向かって徐々に幅が線形的に小さくなるという特徴を有する。
　以下、図面に基づいて、本発明の誘導電動機の実施形態を、各実施例として詳細に説明する。
　図１は、本発明の誘導電動機の一実施例である実施例１のかご形誘導電動機を回転軸方向から見た部分断面図である。
　塊状鉄心１１のスロット１３に導体棒１２が収納された回転子１を備える誘導電動機において、スロット１３は、オープンスロットであり、かつ、回転子１の外周側から内側に向かって徐々に幅が線形的に小さくなり、かつ、スロット１３の内側にて円弧状に幅が小さくなる形状が備えられている。
　スロット１３は、オープンスロットで、かつ回転子１の外周側から内側に向かって徐々に幅が小さくなっているため、導体棒１２を回転子１の外周側から容易に収納できる。スロット１３は内側よりも外周側の幅が広くなるため、一見、回転子１が回転した際の遠心力によって、導体棒１２が外周側に飛び出し易くなるように思われるが、導体棒１２を塊
状鉄心１１に接合する際に、導体棒１２をスロット１３の中心軸方向に加重することで、スロット１３の両側面に同時に圧力を加えられるようになり、塊状鉄心１１に導体棒１２を高い強度で接合できる。高い接合強度を得るためには、接合時に、適切な大きさの圧力を接合面に均一に加えることが必要である。したがって、スロット１３は、回転子１の外周側から内側に向かって徐々に幅が小さくなる部位において、線形的に幅を小さくすることによって、圧力が均一となり、高い接合強度が得られる。回転子１は塊状鉄心１１で構成されているため、スロット１３の回転軸方向に対する面についても平らにすることができる。したがって、接合時において、導体棒１２と塊状鉄心１１との圧力が回転軸方向に対しても均一となり、高い接合強度が得られる。これらのことから、本実施例におけるかご形誘導電動機は、塊状鉄心１１と導体棒１２を高い強度で接合できる。
　図２は、本発明の誘導電動機の一実施例である実施例２のかご形誘導電動機を回転軸方向から見た部分断面図である。
　本実施例は、実施例１において、回転子１の回転軸方向から見た断面の半径方向に対して、スロット１３の中心軸方向が斜めになるように形成される。回転子１の磁束は、塊状鉄心１１の遅れ側に集中するため、回転方向に対してスロット１３を遅れ側に斜めにすることで、塊状鉄心１１の磁気抵抗が小さくなる。それによって、電流が低減されて力率が向上し、一次銅損が低減されて効率が向上する。
　図３ａ～図３ｃは、本発明の誘導電動機の一実施例である実施例３のかご形誘導電動機の導体棒と塊状鉄心の製造方法を示す回転軸方向から見た部分断面図である。
　本実施例は、実施例１乃至実施例２において、塊状鉄心１１と導体棒１２が、アーク溶接、レーザ溶接、コールドスプレー、ロウ付け、拡散接合などにより接合される。
　拡散接合は、接合面に適切な圧力を加えることで、高い接合強度が得られる。本実施例では、図３ａに示すように、スロット１３の側面の両側に等分布な圧力を同時に加えることができるため、導体棒１２に適切な大きさでスロット１３の中心軸方向に加重を与えることで、塊状鉄心１１と導体棒１２を高い強度で接合できる。
　本実施例では、図３ｂに示すように、導体棒１２の位置をスロット１３の中心軸方向に移動させることで、導体棒１２と塊状鉄心１１との隙間を調整できる。導体棒１２の位置を外周側に移動すると、導体棒１２と塊状鉄心１１との隙間が大きくなり、ロウ付けでは、ロウを流し入れる受け口が広がる。ロウを流し入れた後、導体棒１２の位置を移動させて、導体棒１２と塊状鉄心１１との隙間の大きさを適切にすることができる。
　また、本実施例では、図３ｂに示すように、導体棒１２の位置をスロット１３の中心軸方向に移動させることで、導体棒１２と塊状鉄心１１との隙間を調整できるため、導体棒１２とスロット１３の加工寸法の精度が低い状態であっても、高い精度で導体棒１２と塊状鉄心１１との隙間をとれる。
　アーク溶接、レーザ溶接、コールドスプレー、ロウ付け、拡散接合ともに、接合時には導体棒１２に熱を与えるため、導体棒１２の温度が常温よりも高い状態で、導体棒１２と塊状鉄心１１が接合される。したがって、導体棒１２が常温となった状態では、本実施例のように、導体棒１２が塊状鉄心１１の外周側から内側に向かって徐々に幅が小さくなっているため、図３ｃに示すように、スロット１３の中心軸方向に、塊状鉄心１１が導体棒１２に加重を与えるような熱応力が生じた状態になる。したがって、本実施例の構成とすることで、外周側方向に生じる遠心力による応力を緩和できることになる。
　図４は、本発明の誘導電動機の一実施例である実施例４のかご形誘導電動機における回転子のスロット面積比と回転子のスロット数との関係を示す図であり、具体的には、θが０の場合に対して、θがπ／Ｎにおいて取り得る回転子スロット面積の最大値の比を示した図である。本実施例は、実施例１乃至実施例３において、スロット１３の個数Nと、回転子１の外周側から内側に向かって徐々にスロット１３の幅が線形的に小さくなる部分における半径方向に対しての角度θ（図１に示したθ）の大きさに応じて、スロット１３が回転子１の外周側から内側に向かって徐々に幅が線形的に小さくなる部分の高さをHs、塊状鉄心１１の外径をD、隣り合うスロット１３の間隔に対する塊状鉄心１１の最小幅をτtminとしたときに次式で得られる値を図５又は図６で示した範囲とする。
　　Hs / D / ( 1 -τtmin )　　　（式１）
図１に示すように、塊状鉄心１１の外径をD、スロット１３の個数をN、塊状鉄心１１の外周側の幅をWtoとすると、スロット１３の外周側の幅Wsoは次式で表される。
　　Wso = πD / N  - Wto　　　（式２）
図１に示すように、回転子１の外周側から内側に向かって徐々にスロット１３の幅が線形的に小さくなる部分における半径方向に対しての角度をθとすると、スロット１３の内側の幅Wsiは次式で表される。
　　Wsi = Wso - 2 Hs Tan (θ)　　　（式３）
図１に示すように、塊状鉄心１１の内側の幅Wtiは次式で表される。
　　Wti =π(D - 2Hs ) / N  - Wsi　　　（式４）
よって、スロット１３の面積Sは次式で表される。
　　S = N ( 0.5 Hs ( Wso + Wsi ) + 0.125 Wsi2 )　　　（式５）
本実施例においては、Wsiが0となる場合にSが最大となり、あるWti、D、NにおいてSが最大となる Hsは、（式４）より次式で表される。
　　Hs = 0.5 ( D - Ｎ Wti /π)　　　（式６）
同様に、Wsoは（式３）より次式で表される。
　　Wso =  2 Hs Tan (θ)　　　（式７）
同様に、Sは（式５）より次式で表される。
　　S = N ( 0.5 Hs Wso )　　　（式８）
Sは、（式６）を（式７）に代入し、さらに（式８）に代入すると、次式で表される。
　　S = 0.25 N Tan (θ) ( D - Ｎ Wti /π)2　　　（式９）
Wto >= Wti の範囲では、θがπ/ N の場合に、Sは最大となるため、それを（式９）に代入すると、Sは次式で表される。
　　S = 0.25 N Tan (π/ N ) ( D - Ｎ Wti /π)2　　　（式１０）
スロットピッチτに対するWtiをτtiとすると、τtiは次式で表される。
　　τti = Wti / (πD / N )　　　（式１１）
Wtiは（式１１）より次式で表される。
　　Wti =τti (πD / N )　　　（式１２）
Sは（式１２）を（式１０）に代入して次式で表される。
　　S = 0.25 N Tan (π/ N ) ( 1 -τti )2 D2　　　（式１３）
特許文献１の従来技術のようにθが0の場合においては、Wsoは（式３）より次式で表される。
　　Wso = Wsi　　　（式１４）
Wsiは、（式１４）に（式２）を代入すると、次式で表される。
　　Wsi = πD / N  - Wto　　　（式１５）
Hsは、（式４）より次式で表される。
　　Hs = 0.5 ( D - N Wti /π- N Wsi /π)　　　（式１６）
以上より、（式１４）と（式１５）と（式１６）を（式５）に代入すると、次式が得られる。
　　S = 0.5 N ( ( D - N Wti /π) (πD / N ) + ( 0.5 - N/π)  (πD / N )2
　　　　　　- ( ( D - N Wti /π) + 2 ( 0.5 - N/π) (πD / N ) ) Wto
　　　　　　+ ( 0.5 - N/π) Wto2 )　　　（式１７）
（式１７）のSが最大となるWtoは、二次方程式 ax2 + bx + c = 0の解の公式より次式となる。
　　Wto = - b / (2a)
　　　　= ( D - N Wti /π) / ( 1 - 2 N/π) + (πD / N )　　　（式１８）
Sは、（式１７）に（式１２）を代入すると次式で表される。
　　S = 0.5 N ( D ( 1 -τti ) (πD / N ) + ( 0.5 - N/π)  (πD / N )2
　　　　　　- ( D ( 1 -τti ) + 2 ( 0.5 - N/π) (πD / N ) ) Wto
　　　　　　+ ( 0.5 - N/π) Wto2 )　　　（式１９）
Wtoは、（式１８）に（式１２）を代入すると次式で表される。
　　Wto = D ( 1 -τti ) / ( 1 - 2 N/π) + (πD / N )　　　（式２０）
Sは、（式２０）を（式１９）に代入すると次式で表される。
　　S = 0.5 N ( D ( 1 -τti ) (πD / N ) + ( 0.5 - N /π)  (πD / N )2
　　　　- ( D ( 1 -τti ) + 2 ( 0.5 - N /π) (πD / N ) )
　　　　×( D ( 1 -τti ) / ( 1 - 2 N /π) + (πD / N ) )
　　　　+ ( 0.5 - N /π) ( D ( 1 -τti ) / ( 1 - 2 N /π) + (πD / N ) )2 )
　　　　（式２１）
Sは、（式２１）をDについて整理すると、D2の関数として次式で表される。
　　S = 0.5 N D2 ( ( 1 -τti ) (π/ N ) + ( 0.5 - N /π) (π/ N )2
　　　　-  ( ( 1 -τti ) + 2 ( 0.5 - N /π) (π/ N ) )
　　　　× ( ( 1 -τti ) / ( 1 - 2 N /π) + (π/ N ) )
　　　　+ ( 0.5 - N /π) ( ( 1 -τti ) / ( 1 - 2 N /π) + (π/ N ) )2 )
　　　　（式２２）
Sは、（式２２）を ( 1 -τti ) について整理すると、 ( 1 -τti )2の関数として次式で表される。
　　S = 0.25 N D2 ( 1 -τti )2 / ( 2 N /π- 1 )　　　（式２３）
本実施例におけるSの最大値と、特許文献１の従来技術におけるSの最大値の比Spuは、（式１３）/（式２３）となり、次式で表される。
　　Spu = ( 2 N /π- 1 ) Tan (π/ N )　　　（式２４）
Tan (π/ N )は、Nがπに対して大きい場合は、π/ Nと等しくなるため、Spuは次式で近似される。
　　Spu ≒ ( 2 N /π- 1 ) (π/ N ) ≒ 2　　（式２５）
　図４の縦軸は（式２４）で得られる値である。Spuは、常に1を超えており、本実施例において取り得るスロット面積の最大値は、θが0の特許文献１の従来技術の場合よりも常に大きくできることが示されている。またNがπに対して大きい場合は、 Spuが（式２５）のように2に近づいていることも確認される。本実施例のように、スロット１３の面積Sが大きくなれば、導体棒１２の面積を大きくでき、導体棒１２の電流の密度が小さくなり、銅損低減により効率が向上する。
　本実施例において、Wsiが0よりも大きくなり、Sが最大とならない場合でも、θが0の特許文献１の従来技術よりもSを大きくできる範囲がある。あるHs、Wti、D、NにおけるWsiは、（式４）より次式で表される。
　　Wsi = π(D - 2Hs ) / N  - Wti　　　（式２６）
Wsiは（式２６）に（式１２）を代入すると次式で表される。
　　Wsi = π(D - 2Hs ) / N  -τti (πD / N )　　　（式２７）
Wsiは、（式２７）をHsについて整理すると次式で表される。
　　Wsi = (πD / N ) ( 1 -τti ) - ( 2π/ N ) Hs　　　（式２８）
Wsoは、（式３）より次式で表される。
　　Wso = Wsi + 2 Hs Tan (θ)　　　（式２９）
Wsoは、（式２９）に（式２８）を代入すると次式で表される。
　　Wso = (πD / N ) ( 1 -τti ) - ( 2π/ N ) Hs + 2 Hs Tan (θ)　　　（式３０）
Wsoは、（式３０）をHsについて整理すると次式で表される。
　　Wso = (πD / N ) ( 1 -τti ) + 2 ( Tan (θ) -π/ N ) Hs　　　（式３１）
Sは、（式５）に（式２８）と（式３１）を代入すると次式で表される。
　　S = N ( 0.125 D2 (π/ N )2 ( 1 -τti )2
　　　　+ D ( 1 - 0.5 (π/ N ) ) (π/ N ) ( 1 -τti ) Hs
　　　　+ ( 0.5 (π/ N )2 - 2 (π/ N ) + Tan (θ) ) Hs2 )　　　（式３２）
Sは、（式３２）を Hs / D について整理すると、Hs / D の関数として次式で表される。
　　S = N D2 ( 0.125 (π/ N )2 ( 1 -τti )2
　　　　+ ( 1 - 0.5 (π/ N ) ) (π/ N ) ( 1 -τti ) ( Hs / D )
　　　　+ ( 0.5 (π/ N )2 - 2 (π/ N ) + Tan (θ) ) ( Hs / D )2 )　　　（式３３）
本実施例におけるSと、θが0の特許文献１の従来技術におけるSの最大値が等しくなるHsは、（式３３）と（式２３）が等しくなる場合であり、次式で表される。
　　0 = 0.25 N D2 ( 1 -τti )2 / ( 1 - 2 N /π) 
　　　　+ N D2 ( 0.125 (π/ N )2 ( 1 -τti )2
　　　　+ ( 1 - 0.5 (π/ N ) ) (π/ N ) ( 1 -τti ) ( Hs / D )
　　　　+ ( 0.5 (π/ N )2 - 2 (π/ N ) + Tan (θ) ) ( Hs / D )2 )　　　（式３４）
（式３４）をN D2で除した商は次式となる。
　　0 = 0.25 ( 1 -τti )2 ( 0.5 (π/ N )2 + 1 / ( 1 - 2 / (π/ N ) ) )
　　　　+ ( 1 - 0.5 (π/ N ) ) (π/ N ) ( 1 -τti ) ( Hs / D )
　　　　+ ( 0.5 (π/ N )2 - 2 (π/ N ) + Tan (θ) ) ( Hs / D )2　　　（式３５）
（式３５）を （ 1 -τti ）2 について整理すると次式となる。
　　0 = 0.25  ( 0.5 (π/ N )2 + 1 / ( 1 - 2 / (π/ N ) ) )
　　　　+ ( 1 - 0.5 (π/ N ) ) (π/ N ) ( Hs / D / ( 1 -τti ) )
　　　　+ ( 0.5 (π/ N )2 - 2 (π/ N ) + Tan (θ) ) ( Hs / D / ( 1 -τti ) )2
　　　　（式３６）
Wto >= Wti の範囲で、Sが最大となるθであるπ/ N に対する比をαとすると、θは次式で表される。
　　θ= α(π/ N )　　　（式３７）
（式３７）を（式３６）に代入すると次式で表される。
　　0 = 0.25  ( 0.5 (π/ N )2 + 1 / ( 1 - 2 / (π/ N ) ) )
　　　　+ ( 1 - 0.5 (π/ N ) ) (π/ N ) ( Hs / D / ( 1 -τti ) )
　　　　+ ( 0.5 (π/ N )2 - 2 (π/ N ) + Tan (α(π/ N ) ) ) 
　　　　　( Hs / D / ( 1 -τti ) )2　　　（式３８）
本実施例において、Wto <= Wti の範囲を考える。τtiは、（式１１）に（式４）を代入すると、次式で表される。
　　τti = １ - 2Hs/D  - N Wsi/ (πD)　　　（式３９）
τtiは、（式３９）に（式３）を代入すると、次式で表される。
　　τti = １ - 2Hs/D  - N Wso/ (πD) + 2 Hs N Tan (θ)/ (πD)　　　（式４０）
τtiは、（式４０）に（式２）を代入すると、次式で表される。
　　τti = - 2Hs/D  + N Wto/ (πD) + 2 Hs N Tan (θ)/ (πD)　　　（式４１）
スロットピッチτに対するWtoをτtoとすると、τtoは次式で表される。
　　τto = Wto / (πD / N )　　　（式４２）
Wtoは（式４２）より次式で表される。
　　Wto =τto (πD / N )　　　（式４３）
τtiは、（式４０）に（式４３）を代入すると、次式で表される。
　　τti = τto  + 2 Hs/D (N Tan (θ)/ π - 1 )　　　（式４４）
Sは、（式３３）に（式４４）を代入すると、次式で表される。
　　S = N D2 ( 0.125 (π/ N )2  (1 -τto)2  
　　　　+ ( 1 - 0.5 Tan (θ) ) (π/ N ) (1 -τto) ( Hs / D ) 
　　　　+ 0.5 Tan (θ) (Tan (θ) - 2 ) ( Hs / D )2 )　　　（式４５）
本実施例におけるSと、θが0の特許文献１の従来技術におけるSの最大値が等しくなるHsは、（式４５）と（式２３）が等しくなる場合であり、次式で表される。
　　0 = 0.25 N D2 ( 1 -τto )2 / ( 1 - 2 N /π)
　　　　+ N D2 ( 0.125 (π/ N )2 ( 1 -τto )2
　　　　+ ( 1 - 0.5 Tan (θ) ) (π/ N ) ( 1 -τto ) ( Hs / D )
　　　　+ 0.5 Tan (θ) ( Tan (θ) - 2 ) ( Hs / D )2 )　　　（式４６）
（式４６）をN D2で除した商は次式となる。
　　0 = 0.25 ( 1 -τto )2 ( 0.5 (π/ N )2 + 1 / ( 1 - 2 / (π/ N ) ) )
　　　　+ ( 1 - 0.5 Tan (θ) ) (π/ N ) ( 1 -τto ) ( Hs / D )
　　　　+ 0.5 Tan (θ) ( Tan (θ) - 2 ) ( Hs / D )2　　　（式４７）
（式４７）を （ 1 -τto ）2 について整理すると次式となる。
　　0 = 0.25 ( 0.5 (π/ N )2 + 1 / ( 1 - 2 / (π/ N ) ) )
　　　　+ ( 1 - 0.5 Tan (θ) ) (π/ N ) ( Hs / D / ( 1 -τto ) )
　　　　+ 0.5 Tan (θ) ( Tan (θ) - 2 ) ( Hs / D / ( 1 -τto ) )2　　　（式４８）
(式４８)に（式３７）を代入すると次式で表される。
　　0 = 0.25 ( 0.5 (π/ N )2 + 1 / ( 1 - 2 / (π/ N ) ) )
　　　　+ ( 1 - 0.5 Tan (α(π/ N )) ) (π/ N ) ( Hs / D / ( 1 -τto ) )
　　　　+ 0.5 Tan (α(π/ N )) ( Tan (α(π/ N )) - 2 ) 
　　　　　( Hs / D / ( 1 -τto ) )2　　　（式４９）
　図５及び図６は、あるNとαにおけるHs / D / ( 1 -τtmin ) を示す。図５は、(式３８)の関係を図示しており、Wto >= Wtiの範囲でありτtmin =τtiとしておりα<= 1となる。図６は、(式４９)の関係を図示しており、Wto <= Wti の範囲でありτtmin =τtoとしておりα>=　1となる。本発明は、縦軸の値を図５および図６で示した値よりも大きくする。そうすることで、αが0（θが0）で取り得る回転子スロット面積の最大値よりも、α> 0とする本発明によるスロット面積を大きくすることができる。本実施例ように、スロット１３の面積Sが大きくなれば、導体棒１２の面積を大きくでき、導体棒１２の電流の密度が小さくなり、銅損低減により効率が向上する。
　本発明による回転子スロット面積は、αが1に近いほど、小さなHsでαが0の場合に取り得る最大面積よりも大きくなることが、両図からわかる。αが１に近い場合は、Hs / D / ( 1 -τtmin ) が約0.15以上で、αが0の場合に取り得る回転子スロット面積の最大値よりも、本発明によるスロット面積が大きくなることが、両図からわかる。
　本実施例は、実施例１乃至実施例４において、導体棒１２の外周側の表面のみの導電率を小さくしている。かご形誘導電動機は、その構造や、かご形誘導電動機の駆動装置から印加される電圧のひずみなどに起因した、高い周波数の渦電流が、導体棒１２の外周側の表面に発生する。本実施例のように、その高い周波数の渦電流が発生する部位の導電率を小さくすることで、渦電流の発生を抑制し、銅損低減による効率の向上が図られる。
　本実施例は、実施例１乃至実施例５において、塊状鉄心１１の表面のみの抵抗率を小さくしている。かご形誘導電動機は、その構造や、かご形誘導電動機の駆動装置から印加される電圧のひずみなどに起因した、高い周波数の渦電流が、塊状鉄心１１の外周側の表面に発生する。本実施例のように、その高い周波数の渦電流が発生する部位の抵抗率を小さくすることで、電気抵抗損の発生を抑制し、銅損低減による効率の向上が図られる。
　実施例１乃至実施例６の構成は、同期発電機の回転子に適用することでも、以上で示した効果が期待される。
　　１…回転子
　　１１…塊状鉄心
　　１２…導体棒
　　１３…スロット

Claims (7)

  1. 　塊状鉄心のスロットに導体棒が収納された回転子を備えるかご形の誘導電動機であって、
    　前記スロットは、オープンスロットであり、かつ、前記回転子の外周側から内側に向かって徐々に幅が線形的に小さくなる形状を備える
    ことを特徴とする誘導電動機。
  2. 　請求項１に記載の誘導電動機において、
    　前記スロットの内側にて円弧状に幅が小さくなる形状を備える
    ことを特徴とする誘導電動機。
  3. 　請求項１に記載の誘導電動機において、
    　前記回転子の回転軸方向から見た断面の半径方向に対して、前記スロットの中心軸方向が斜めになるように形成される
    ことを特徴とする誘導電動機。
  4. 　請求項１に記載の誘導電動機において、
    　前記塊状鉄心と前記導体棒とが、アーク溶接、レーザ溶接、コールドスプレー、ロウ付け、および拡散接合のいずれかにより互いに接合される
    ことを特徴とする誘導電動機。
  5. 　請求項１に記載の誘導電動機において、
    　前記回転子の外周側から内側に向かって徐々に前記スロットの幅が線形的に小さくなる部分の高さHsと、前記塊状鉄心の外径Dと、隣り合う前記スロットの間隔に対する前記塊状鉄心の最小幅τtminとが、Hs / D / ( 1 -τtmin ) > 0.15の関係を有する
    ことを特徴とする誘導電動機。
  6. 　請求項１に記載の誘導電動機において、
    　前記導体棒の外周側の表面のみの導電率が他の部分の導電率より小さい
    ことを特徴とするかご形誘導電動機。
  7. 　請求項１に記載の誘導電動機において、
    　前記塊状鉄心の外周側の表面のみの抵抗率が他の部分の抵抗率より小さい
    ことを特徴とする誘導電動機。
PCT/JP2015/065165 2014-08-01 2015-05-27 誘導電動機 WO2016017256A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-157293 2014-08-01
JP2014157293A JP2016036193A (ja) 2014-08-01 2014-08-01 誘導電動機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016017256A1 true WO2016017256A1 (ja) 2016-02-04

Family

ID=55217161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/065165 WO2016017256A1 (ja) 2014-08-01 2015-05-27 誘導電動機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2016036193A (ja)
WO (1) WO2016017256A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629452A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines rotors für eine elektrische rotierende maschine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7209638B2 (ja) * 2017-12-12 2023-01-20 東芝三菱電機産業システム株式会社 かご形誘導回転電機の設計方法
JP7382293B2 (ja) * 2020-07-10 2023-11-16 東芝三菱電機産業システム株式会社 塊状回転子、回転電機、および回転子スロット形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1098843A (ja) * 1996-09-20 1998-04-14 Hitachi Ltd 回転電機
JP2003009483A (ja) * 2001-06-21 2003-01-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd 永久磁石埋込み型誘導電動機
JP2014108006A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Toyota Industries Corp 回転子、その回転子を備える誘導電動機、及び回転子の製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2574490B2 (ja) * 1989-12-25 1997-01-22 松下精工株式会社 かご形回転子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1098843A (ja) * 1996-09-20 1998-04-14 Hitachi Ltd 回転電機
JP2003009483A (ja) * 2001-06-21 2003-01-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd 永久磁石埋込み型誘導電動機
JP2014108006A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Toyota Industries Corp 回転子、その回転子を備える誘導電動機、及び回転子の製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629452A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines rotors für eine elektrische rotierende maschine
WO2020064413A1 (de) 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines rotors für eine elektrische rotierende maschine
CN112789795A (zh) * 2018-09-28 2021-05-11 西门子股份公司 用于制造旋转电机的转子的方法
US11411475B2 (en) 2018-09-28 2022-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a rotor for an electric rotating machine
CN112789795B (zh) * 2018-09-28 2023-09-05 西门子股份公司 用于制造旋转电机的转子的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016036193A (ja) 2016-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5875886B2 (ja) 回転電機のステータ
JP3707539B2 (ja) 電動機または発電機
JP4728419B2 (ja) かご型ロータおよびかご型ロータの製造方法
US20140197709A1 (en) Assembly conducting wire for rotary electric machine winding and rotary electric machine
US10622853B2 (en) Synchronous reluctance type rotary electric machine
JPWO2016103989A1 (ja) 回転電機の固定子巻線、これを備えた回転電機の固定子、およびこれを備えた回転電機
JP2006129688A (ja) 磁石式発電機
JP5659541B2 (ja) 回転電機のステータコア
WO2016017256A1 (ja) 誘導電動機
WO2016080284A1 (ja) 誘導電動機
US20160079837A1 (en) Squirrel-cage rotor
JP2018068090A (ja) 同期リラクタンス型回転電機
JP2010284035A (ja) 永久磁石回転電機
RU2644570C2 (ru) Активная часть электрической машины, радиальный магнитный подшипник и способ изготовления радиального магнитного подшипника
JP2005348595A (ja) 多相モータ
US20180145549A1 (en) Rotary electric machine and manufacturing method for rotary electric machine
JP6178781B2 (ja) かご型誘導電動機およびかご型誘導電動機用回転子
JP6976038B2 (ja) 回転機の磁性部材の製造方法
JP5810276B2 (ja) 電動機、圧縮機、機器
CA2933273C (en) Short circuit fault tolerant permanent magnet machine
JP2008228515A (ja) 回転電機
JP5058097B2 (ja) 回転電機の電機子
US20020135258A1 (en) Laminated rotor for eddy-current brake and device including such a rotor
JP6739638B2 (ja) 回転電機の回転子及び回転電機
JP2010518801A (ja) ターボ発電機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15827774

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15827774

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1