WO2018220677A1 - 回転電機の回転子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

回転子は、回転子鉄心（３１）と、複数の第１の導体（３３１）と、回転子鉄心（３１）の軸方向の一端側に設けられる第２の導体と、回転子鉄心（３１）の軸方向の他端側に設けられる第３の導体と、を備える。第２の導体は、ｎを高調波次数、ｐを極対数とすると、機械角で３６０／ｎ／ｐの角度に位置する２つのスロット（３１ａ）に挿入される第１の導体（３３１）の一端同士を接続し、第３の導体は、当該２つのスロット（３１ａ）に挿入される第１の導体（３３１）の他端同士を接続し、第２の導体及び第３の導体の断面積は、第１の導体（３３１）の断面積以上である。

Description

回転電機の回転子及び回転電機

　本発明は、巻線型の回転電機の回転子及び当該回転子を備えた回転電機に関する。

　三相誘導型の回転電機は、三相同期型の回転電機に比べて堅牢な構造でかつ製造コストが安く、また電源に直接繋いで始動することができるという利点があるため、多く使用されている。三相誘導型の回転電機を設計する際、固定子の巻線には集中巻ではなく分布巻が多く採用される。これは、集中巻の固定子で発生した起磁力に含まれる２次高調波の磁束がかご形回転子の２次導体に鎖交した際、基本波の磁束に起因して発生する電流とは逆方向の電流が流れることにより、ブレーキトルクが発生して回転トルクが低下すると共に、２次導体の銅損に起因するジュール熱が発生して回転電機の効率が低下するためである。ただし集中巻は、分布巻に比べて巻線の製造が容易であるため固定子の生産性を高めることができ、またコイルエンドの軸方向の高さを抑えることができるため、三相誘導型の回転電機への採用のニーズが高い。

　特許文献１に開示されるかご形回転子には複数のスロットが形成され、複数のスロットのそれぞれには２次導体が挿入されている。そして、機械角で９０［°］の位置に設けられた２つの２次導体が、軸方向の一端及び他端にそれぞれ接続された内側エンドリング及び外側エンドリングによって電気的に接続される。内側エンドリング及び外側エンドリングは、径方向に離れて設けられている。２つの２次導体と２つの内側エンドリングにより１つの環状コイルが形成され、２つの２次導体と２つの外側エンドリングにより１つの環状コイルが形成される。このように構成された環状コイルに電気角で３６０［°］の区間分の２次高調波の磁束が鎖交すると、２つの導体バーでは２次高調波の磁束による正相及び逆相のそれぞれの起電力が相殺され、環状コイルには上記の逆方向の電流が流れない。従って、固定子に集中巻きの巻線を用いた場合でも回転電機のトルク及び効率を向上させることができる。

特開２０１６－１９３１２号公報

　しかしながら特許文献１に開示されるかご形回転子では、２次導体の端部に内側エンドリング及び外側エンドリングが接続されているため、各エンドリングが２次導体に接続する領域である接続点の第１の断面積が２次導体の第２の断面積よりも小さい。そのため第１の断面積が第２の断面積と等しい場合に比べて、環状コイルの２次抵抗が大きくなり、２次抵抗の増加に伴い回転電機の効率が低下するという課題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転電機の効率を向上させることができる回転電機の回転子及び回転電機を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の回転電機の回転子は、周方向に配列される複数のスロットが形成される筒状の回転子鉄心と、スロットに挿入される複数の第１の導体と、回転子鉄心の軸方向の一端側に設けられる第２の導体と、回転子鉄心の軸方向の他端側に設けられる第３の導体と、を備え、第２の導体は、ｎを高調波次数、ｐを極対数とすると、機械角で３６０／ｎ／ｐの角度に位置する２つのスロットに挿入される第１の導体の一端同士を接続し、第３の導体は、当該２つのスロットに挿入される第１の導体の他端同士を接続し、第２の導体及び第３の導体の断面積は、第１の導体の断面積以上であることを特徴とする。

　本発明に係る回転電機の回転子は、回転電機の効率を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図 図１に示す固定子の斜視図 図２に示す固定子鉄心の斜視図 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の斜視図 図４に示す導体バーの斜視図 図４に示す回転子鉄心に形成されるスロットと導体バーとを示す図 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の製造方法を説明するための第１の斜視図 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の製造方法を説明するための第２の斜視図 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の製造方法を説明するための第３の斜視図 回転子鉄心の一端から見た回転子の図 軸方向と直交する方向の回転子の断面図 比較例に係る誘導機の回転子に用いられるかご型の導体バーを示す図 本発明の実施の形態１に係る回転子に設けられた導体バーを示す図 固定子で発生する起磁力に含まれる周波数成分を示す図 本発明の実施の形態２に係る回転子の斜視図 図１５に示す回転子鉄心の分解斜視図 図１６に示す第１の回転子鉄心の断面図 図１７に示す第２の回転子鉄心の断面図 図１７に示す第３の回転子鉄心の断面図 図１７に示す第４の回転子鉄心の断面図 図１５に示す導体バーの斜視図 図１８に示す第１の回転子鉄心に挿入された導体バーの接続図

　以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機の回転子及び回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。回転電機１００は、有底円筒状のフレーム１０と、フレーム１０の内側に設けられる固定子２０と、固定子２０の内側に設けられる回転子３０と、フレーム１０の開口部を閉塞する端板４０と、フレーム１０の底部１０ａに嵌め込まれる軸受１４ａと、端板４０に嵌め込まれる軸受１４ｂとを備える。実施の形態１では回転電機１００を３相２極対の誘導機として説明する。

　フレーム１０及び端板４０によりハウジング２が構成される。固定子２０は、フレーム１０の内側に設けられる固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に組み付けられるインシュレータ２２と、インシュレータ２２を介して固定子鉄心２１に集中巻きで巻き付けられる巻線２３とを備える。固定子鉄心２１の中心軸ＡＸの軸方向は、図１中に矢印Ｄ１で示される方向である。固定子鉄心２１の中心軸ＡＸの周方向は、図１中に矢印Ｄ２で示される方向である。

　フレーム１０及び端板４０のそれぞれの材料には、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、又は鉄合金を例示できる。インシュレータ２２の材料には、ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅ　Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙ　Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　Ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）又は液晶ポリマー（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）といった絶縁性の樹脂を例示できる。

　回転子３０は、筒状の回転子鉄心３１と、回転子鉄心３１を貫通するシャフト３２とを備える。回転子鉄心３１の軸方向Ｄ１の一端及び他端から突き出るシャフト３２の一部は、軸受１４ａ及び軸受１４ｂに貫通する。回転子３０は軸受１４ａ，１４ｂを介してフレーム１０及び端板４０に支持される。

　回転子鉄心３１には複数のスロット３１ａが形成され、複数のスロット３１ａのそれぞれには導体バー３３が設けられている。導体バー３３にはマグネットワイヤが用いられ、マグネットワイヤは導電性の電線であり、その材料には銅又は銅合金を例示できる。スロット３１ａは、回転子鉄心３１の外周面寄りに形成され、中心軸ＡＸの周方向Ｄ２に配列される。複数のスロット３１ａのそれぞれは、軸方向Ｄ１に伸び、回転子鉄心３１の一端部から他端部に貫通する。

　固定子鉄心２１及び回転子鉄心３１のそれぞれは、不図示の電磁鋼板母材から環状に打ち抜かれた複数の薄板を、中心軸ＡＸの軸方向Ｄ１に積層して構成される。複数の薄板は、かしめ、溶接又は接着で相互に固定される。

　図２は図１に示す固定子の斜視図であり、図３は図２に示す固定子鉄心の斜視図である。図３に示すように固定子鉄心２１は、環状のヨーク２１ａと、ヨーク２１ａの内側に設けられる複数のティース２１ｂとを備える。

　複数のティース２１ｂのそれぞれは、ヨーク２１ａから中心軸ＡＸに向かって伸びると共に、周方向Ｄ２に離間して放射状に配列される。ティース２１ｂは、ヨーク２１ａから中心軸ＡＸ方向に伸びる基部２１ｂ１と、基部２１ｂ１の内側に設けられる先端部２１ｂ２とを備える。先端部２１ｂ２は、周方向Ｄ２に伸びる形状である。先端部２１ｂ２の内周面２１ｂ２１は、図１に示す回転子３０と対向する。固定子鉄心２１には、軸方向Ｄ１に伸びる複数のスロット２１ｃが形成される。スロット２１ｃは、周方向Ｄ２に隣り合うティース２１ｂとヨーク２１ａとにより形成される空間である。

　図２に示すように固定子鉄心２１の軸方向Ｄ１の両側にインシュレータ２２が設けられ、インシュレータ２２を介して固定子鉄心２１へマグネットワイヤをコイル状に巻き付けることにより巻線２３が得られる。

　図４は本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の斜視図であり、図５は図４に示す導体バーの斜視図であり、図６は図４に示す回転子鉄心に形成されるスロットと導体バーとを示す図である。

　図４に示す回転子３０の回転子鉄心３１には、図１に示すシャフト３２を挿入する貫通孔３２ａが形成されると共に、周方向Ｄ２に等間隔に配列される複数のスロット３１ａが形成される。複数のスロット３１ａのそれぞれには導体バー３３が挿入されている。

　図５に示すように導体バー３３は、１本のマグネットワイヤを折り曲げて環状に形成したものであり、図４に示すスロット３１ａに挿入される直線状の２つの第１の導体３３１と、２つの第１の導体３３１のそれぞれの一端同士を連結する第２の導体３３２と、２つの第１の導体３３１のそれぞれの他端同士を連結する第３の導体３３３とを備える。

　第１の導体３３１はスロット３１ａ内部に設けられ、第２の導体３３２及び第３の導体３３３はスロット３１ａ外部に設けられる。そのため第１の導体３３１と第２の導体３３２の接続領域は、スロット３１ａを構成する空間の内、回転子鉄心３１の軸方向Ｄ１の一端３１ｃ寄りの空間に位置し、第１の導体３３１と第３の導体３３３の接続領域は、スロット３１ａを構成する空間の内、回転子鉄心３１の軸方向Ｄ１の他端３１ｄ寄りの空間に位置する。

　第２の導体３３２は、図４に示すように回転子鉄心３１の軸方向Ｄ１の一端３１ｃ側に設けられる。第３の導体３３３は、図４に示すように回転子鉄心３１の軸方向Ｄ１の他端３１ｄ側に設けられる。符号３３４で示される部分は、２つの第３の導体３３３のそれぞれの端部が溶接又はろう付けにより電気的に接合される接合部である。２つの第３の導体３３３が接合されることにより、図５に示すような環状コイルである導体バー３３が形成される。前述したように導体バー３３は、１本のマグネットワイヤを折り曲げることで環状に形成されたものであるため、第１の導体３３１、第２の導体３３２及び第３の導体３３３のそれぞれの断面積が等しい。

　図４の回転子３０には図５の環状の導体バー３３が複数設けられている。図５の導体バー３３を構成する２つの第１の導体３３１のそれぞれは、図６に示すように、中心軸ＡＸを中心として機械角で９０［°］、すなわち電気角で１８０［°］に位置する２つのスロット３１ａに挿入されている。

　以下では図７から図９を用いて回転子３０の製造手順を説明する。図７は本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の製造方法を説明するための第１の斜視図であり、図８は本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の製造方法を説明するための第２の斜視図であり、図９は本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の製造方法を説明するための第３の斜視図である。

　回転子３０を製造する場合、まず図７のように１本のマグネットワイヤをＵ字状に折り曲げることで導体バー３３が形成される。第２の導体３３２の中心部は、軸方向Ｄ１と直交する平面上で一定角度に折り曲げられている。

　次に図８のように、Ｕ字状に成形された複数の導体バー３３は、第２の導体３３２が互いに軸方向Ｄ１に重なるようにして配列される。このように配列された導体バー３３群は、第３の導体３３３から回転子鉄心３１のスロット３１ａへ挿入される。

　次に図９のように、回転子鉄心３１の他端３１ｄ側に突き出た複数の第３の導体３３３の内、径方向内側に配列される第３の導体３３３群が回転子鉄心３１を他端３１ｄから見て反時計回り方向に折り曲げられ、径方向外側に配列される第３の導体３３３群が時計回り方向に折り曲げられる。最後に、図５に示すように第３の導体３３３同士が溶接又はろう付けにより接合される。

　図１０は回転子鉄心の一端から見た回転子の図であり、図１１は軸方向と直交する方向の回転子の断面図である。図１０のように回転子３０では複数の第２の導体３３２が重なり合っている。図１１に示すように１つのスロット３１ａには、２つの第１の導体３３１が挿入されている。これにより、図４に示すように周方向Ｄ２に隣接する接合部３３４同士が干渉することがない。

　ここで導体バー３３は、前述したように、第１の導体３３１、第２の導体３３２及び第３の導体３３３のそれぞれの断面積が等しい。具体的には、第２の導体３３２及び第３の導体３３３のそれぞれが伸びる方向と直交する方向の第２の導体３３２及び第３の導体３３３の断面積を第１の断面積とし、第１の導体３３１が伸びる方向と直交する方向の第１の導体３３１の断面積を第２の断面積としたとき、第１の断面積及び第２の断面積は、第１の断面積＝第２の断面積の関係となる。

　なお第１の断面積及び第２の断面積は、第１の断面積＞第２の断面積でもよい。すなわち、第２の導体３３２又は第３の導体３３３への第１の導体３３１の接続点の断面積は、第１の導体３３１の断面積以上である。つまり、第２の断面積は第１の断面積以下となるため、第１の断面と第２の断面が接合する領域の断面積は、第１の断面積よりも小さくなる。第１の断面は第２の導体３３２及び第３の導体３３３の断面であり、第２の断面は第１の導体３３１の断面である。

　このように実施の形態１に係る回転子３０は、第１の断面積及び第２の断面積が第１の断面積≧第２の断面積の関係となるため、第１の断面積及び第２の断面積が第１の断面積＜第２の断面積の関係となる特許文献１のかご形回転子に比べて、２次抵抗の局所的な増加が無く、回転電機１００の効率が向上する。

　なお、本実施の形態では第２の断面積はスロット３１ａ内部全体で一定とする。

　また実施の形態１に係る回転電機１００では、図４に示すように、回転子３０を軸方向Ｄ１から平面視したとき、１つの接合部３３４を構成する２つの第３の導体３３３が径方向に配列されている。そのため回転子３０の回転時に複数の接合部３３４は、放熱用ファンと同様に機能し、回転電機１００内部の空気が撹拌され、回転電機１００の冷却性能が向上する。

　また実施の形態１に係る回転子３０では、高調波に起因する電流が導体バー３３に流れるのを抑制できる。このことを図１２から図１４を用いて具体的に説明する。

　図１２は比較例に係る誘導機の回転子に用いられるかご型の導体バーを示す図であり、図１３は本発明の実施の形態１に係る回転子に設けられた導体バーを示す図であり、図１４は固定子で発生する起磁力に含まれる周波数成分を示す図である。図１４には、分布巻の固定子と集中巻の固定子とで発生する起磁力の基本波及び２次から９次までの高調波の大きさが示される。縦軸は起磁力を表す。図１４に示すように、集中巻の固定子から発生する２次高調波の起磁力は、基本波の起磁力の約半分であり、集中巻の固定子から発生する高調波は分布巻の固定子から発生する高調波と比較して多いことが分かる。

　図１２に示す導体バー３３Ａは、不図示の回転子鉄心に形成されるスロットへ挿入される複数の導体バー６３と、複数の導体バー６３のそれぞれの一端部を接続する短絡環６５ａと、複数の導体バー６３のそれぞれの他端部を接続する短絡環６５ｂとを備える。

　導体バー３３Ａでは複数の導体バー６３が電気的に並列に接続されているため、固定子からの回転磁界が回転子に印加された際、導体バー３３Ａには、回転トルクを発生するための基本波Ｆの磁束に起因して発生する電流Ｉｆの流れと、２次高調波の磁束に起因して発生する電流Ｉｓｈの流れとが発生する。電流Ｉｓｈ１は、電気角で０［°］から１８０［°］までの正相の２次高調波の磁束に起因して生じる電流である。電流Ｉｓｈ２は、電気角で１８０［°］から３６０［°］までの逆相の２次高調波の磁束に起因して生じる電流である。

　図１２では電流Ｉｆ及び電流Ｉｓｈ１が時計回り方向に流れているのに対して、電流Ｉｓｈ２は反時計回りに流れていることが分かる。このように回転トルクに寄与しない電流Ｉｓｈ２が導体バー３３Ａに流れると、ブレーキトルクが発生して回転トルクが低下すると共に、導体バー３３Ａの銅損に起因するジュール熱が発生して回転電機の効率が低下する。

　実施の形態１に係る回転子３０の導体バー３３では、機械角で９０［°］に位置する２つのスロット３１ａに挿入される第１の導体３３１が第２の導体３３２及び第３の導体３３３により接続されているため、図１２に示す電流Ｉｓｈ１，Ｉｓｈ２が流れない。具体的には、２次高調波の周期は基本波の周期の半分であるため、図１３に示すように、２次高調波が印加される導体バー３３では、２次高調波の磁束による正相及び逆相のそれぞれの起電力が相殺され、電流Ｉｓｈ１，Ｉｓｈ２が流れない。

　このように実施の形態１に係る回転子３０には２次高調波に起因する電流が流れないため、固定子２０の巻線２３が集中巻であっても、高効率な誘導機を実現できる。また実施の形態１に係る回転子３０には、マグネットワイヤで構成される導体バー３３が用いられるため、導体バー３３の結線を容易に行うことができる。

　なお実施の形態１では、機械角で９０［°］に位置する２つのスロット３１ａに挿入される第１の導体３３１が電気的に接続されているが、第１の導体３３１の接続位置は、これに限定されるものではない。すなわち、相殺したい高調波次数と任意の極対とに応じて、機械角で３６０／ｎ／ｐの角度に位置する２つのスロット３１ａに挿入される２つの第１の導体３３１の軸方向Ｄ１の一端同士が接続されると共に、当該２つの第１の導体３３１の軸方向Ｄ１の他端同士が接続される構成としてもよい。ｎは高調波次数であり、ｐは極対数である。このような構成とすることで、本実施の形態に係る回転子３０は、環状コイルの２次抵抗の増加を抑制しながら、ｎ次の高調波に起因する電流を低減することができる。

　なお実施の形態１では、１本のマグネットワイヤを折り曲げて環状に形成された導体バー３３が用いられているが、導体バー３３は、１本のマグネットワイヤの代わりに、複数のマグネットワイヤをより合わせた撚り線で構成されたものでもよい。撚り線を用いることにより、同じ断面積で比較したとき、撚り線で構成される導体バー３３の曲げ加工が容易になる。また導体バー３３を構成するマグネットワイヤ又は撚り線は、絶縁被膜でコーティングされたものが望ましい。絶縁被膜でコーティングされることにより、隣接する導体同士が物理的に離間して設けられるため、高調波による損失抑制の効果がより一層向上する。

　また実施の形態１に係る回転子３０を備えた回転電機１００は、極対数と固定子ティースであるティース２１ｂの数との比が２：３でありかつ集中巻の巻線が設けられる固定子２０を備え、固定子２０の巻線が２：３の集中巻を例示する。この場合、ｎが２であり、第２の導体３３２が機械角で３６０／２／ｐの角度に位置する２つのスロット３１ａに挿入される第１の導体３３１の一端同士を接続し、第３の導体３３３が当該２つのスロット３１ａに挿入される第１の導体３３１の他端同士を接続する。以上のように構成することで、集中巻の回転電機１００において特に損失が大きくなる２次高調波を相殺することができる。

実施の形態２．
　実施の形態１では１本のマグネットワイヤを折り曲げて環状に形成された導体バー３３が用いられているが、実施の形態２では、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金といった非磁性導体材料を用いてダイカストにより形成された導体バーを備えた回転子の構成例を説明する。それ以外は実施の形態１と同様である。

　図１５は本発明の実施の形態２に係る回転子の斜視図であり、図１６は図１５に示す回転子鉄心の分解斜視図であり、図１７は図１６に示す第１の回転子鉄心の断面図であり、図１８は図１７に示す第２の回転子鉄心の断面図であり、図１９は図１７に示す第３の回転子鉄心の断面図であり、図２０は図１７に示す第４の回転子鉄心の断面図であり、図２１は図１５に示す導体バーの斜視図であり、図２２は図１８に示す第１の回転子鉄心に挿入された導体バーの接続図である。

　図１５に示す回転子６０は、筒状の回転子鉄心６１と、回転子鉄心６１に設けられる導体バー６２とを備える。回転子鉄心６１には、図１に示すシャフト３２が挿入される貫通孔６１ａが形成される。

　図１６に示す回転子鉄心６１は、第１の回転子鉄心６１１と、第１の回転子鉄心６１１の軸方向Ｄ１の一端側に設けられる第１の回転子鉄心群６１Ａと、第１の回転子鉄心６１１の軸方向Ｄ１の他端側に設けられる第２の回転子鉄心群６１Ｂとを備える。

　第１の回転子鉄心群６１Ａ及び第２の回転子鉄心群６１Ｂのそれぞれは、第１の回転子鉄心６１１の軸方向Ｄ１の端部に設けられる第２の回転子鉄心６１２と、第３の回転子鉄心６１３と、第４の回転子鉄心６１４とにより構成される。

　第１の回転子鉄心６１１、第２の回転子鉄心６１２、第３の回転子鉄心６１３及び第４の回転子鉄心６１４のそれぞれは、不図示の電磁鋼板母材から環状に打ち抜かれた複数の薄板を軸方向Ｄ１に積層し、かしめ、溶接又は接着で相互に固定されて得られたものである。なお第２の回転子鉄心６１２、第３の回転子鉄心６１３及び第４の回転子鉄心６１４は、鉄損が低くまた磁束密度が高い材料であれば第１の回転子鉄心６１１の材料とは異なる材料で製造してもよい。

　これらの鉄心が、軸方向Ｄ１に第４の回転子鉄心６１４、第３の回転子鉄心６１３、第２の回転子鉄心６１２、第１の回転子鉄心６１１、第２の回転子鉄心６１２、第３の回転子鉄心６１３及び第４の回転子鉄心６１４の順で積層され、かしめ、溶接又は接着で相互に固定されることで回転子鉄心６１が得られる。

　図１７に示す第１の回転子鉄心６１１には、図１に示すシャフト３２が挿入される貫通孔６１１ａと、図２１に示す第１の内側導体６２１１及び第１の外側導体６２２１が挿入される複数のスロット６１１ｂとが形成される。

　図１８に示す第２の回転子鉄心６１２には、図１に示すシャフト３２が挿入される貫通孔６１２１と、複数の第１のスロット６１２２と、複数の第２のスロット６１２３とが形成される。

　第１のスロット６１２２には、図２１に示す第１の内側導体６２１１及び第２の内側導体６２１２の組みが挿入され、又は図２１に示す第１の内側導体６２１１及び第３の内側導体６２１３の組みが挿入される。第２のスロット６１２３には、図２１に示す第１の外側導体６２２１が挿入される。

　図１９に示す第３の回転子鉄心６１３には、図１に示すシャフト３２が挿入される貫通孔６１３１と、複数の第１のスロット６１３２と、複数の第２のスロット６１３３とが形成される。第２のスロット６１３３は、第１のスロット６１３２の径方向外側に設けられる。第１のスロット６１３２には、図２１に示す第２の内側導体６２１２又は第３の内側導体６２１３が挿入される。第２のスロット６１３３には、図２１に示す第１の外側導体６２２１が挿入される。

　図２０に示す第４の回転子鉄心６１４には、図１に示すシャフト３２が挿入される貫通孔６１４１と、複数の第１のスロット６１４２と、複数の第２のスロット６１４３とが形成される。第２のスロット６１４３は、第１のスロット６１４２の径方向外側に設けられる。第１のスロット６１４２には、図２１に示す第２の内側導体６２１２又は第３の内側導体６２１３が挿入される。第２のスロット６１４３には、図２１に示す第２の外側導体６２２２又は第３の外側導体６２２３が挿入される。

　第４の回転子鉄心６１４は、図１６に示すように回転子鉄心６１の両端に設けられる。溶融された上記の非磁性導体材料が図２０に示す第１のスロット６１４２及び第２のスロット６１４３へ充填されることにより、図２１に示す導体バー６２及び図１５に示す回転子６０が得られる。

　なお第２の回転子鉄心６１２、第３の回転子鉄心６１３及び第４の回転子鉄心６１４は、鉄損が低くまた磁束密度が高い材料であれば第１の回転子鉄心６１１の材料とは異なる材料で製造してもよい。

　図２１に示すように導体バー６２は、周方向Ｄ２に配列される４つの第１の導体バー６２１と、周方向Ｄ２に配列される４つの第２の導体バー６２２とを備える。

　第１の導体バー６２１は、直線状の２つの第１の内側導体６２１１と、２つの第１の内側導体６２１１の一端同士を連結する第１の連結用導体である第２の内側導体６２１２と、２つの第１の内側導体６２１１の他端同士を連結する第２の連結用導体である第３の内側導体６２１３とを備える。

　第２の導体バー６２２は、直線状の２つの第１の外側導体６２２１と、２つの第１の外側導体６２２１の一端同士を連結する第１の連結用導体である第２の外側導体６２２２と、２つの第１の外側導体６２２１の他端同士を連結する第２の連結用導体である第３の外側導体６２２３とを備える。

　第１の導体バー６２１及び第２の導体バー６２２は、径方向に離間して配置される。第１の導体バー６２１及び第２の導体バー６２２を軸方向Ｄ１から見たとき、第３の外側導体６２２３を軸方向Ｄ１に向かって投影してなる領域に、第１の外側導体６２２１が設けられている。

　図２２に示すように第１の回転子鉄心６１１に形成された複数のスロット６１１ｂには、第１の内側導体６２１１及び第１の外側導体６２２１が挿入される。第１の内側導体６２１１及び第１の外側導体６２２１は互いに異なるスロット６１１ｂに挿入されている。

　第１の内側導体６２１１は、中心軸ＡＸを中心として機械角で約９０［°］に位置する２つのスロット３１ａに挿入されている。２つのスロット３１ａのそれぞれに挿入された第１の内側導体６２１１は、その一端同士が第２の内側導体６２１２により電気的に接続され、その他端同士が第３の内側導体６２１３により電気的に接続される。

　第１の外側導体６２２１は、中心軸ＡＸを中心として機械角で約９０［°］に位置する２つのスロット３１ａに挿入されている。２つのスロット３１ａのそれぞれに挿入された第１の外側導体６２２１は、その一端同士が第２の外側導体６２２２により電気的に接続され、その他端同士が第３の外側導体６２２３により電気的に接続される。

　約９０［°］としている理由は、相殺したい高調波次数を「ｎ」とし、極対数を「ｐ」としたとき、スロット３１ａに挿入された挿入部同士が電気的に接続されるピッチを機械角で３１０／ｎ／ｐから４１０／ｎ／ｐの間とすることにより、相殺したい高調波次数ｎの高調波による損失を６０％以上低減することができるためである。

　図２２に示す符号Ｘはスロット６１１ｂの径方向の幅を表す。スロット６１１ｂの幅Ｘは、スロット６１１ｂの径方向内側の壁面からスロット６１１ｂの径方向外側の壁面までの長さに等しい。図１６に示す第２の回転子鉄心６１２の軸方向Ｄ１の幅をＹとしたとき、第２の回転子鉄心６１２及びスロット６１１ｂは、幅Ｘ及び幅Ｙが幅Ｘ≦幅Ｙの関係となるように構成されている。すなわち、実施の形態２に係る回転子６０は、第２の内側導体６２１２又は第３の内側導体６２１３への第１の内側導体６２１１の接続点の断面積が第１の内側導体６２１１以上となるように構成されている。また実施の形態２に係る回転子６０は、第２の外側導体６２２２又は第３の外側導体６２２３への第１の外側導体６２２１の接続点の断面積が第１の外側導体６２２１以上となるように構成されている。このように構成することで、実施の形態１と同様に、第１の断面積及び第２の断面積が第１の断面積≧第２の断面積の関係となる。

　なお実施の形態２では、第１の導体バー６２１及び第２の導体バー６２２が用いられているが、何れか一方のみでも実施の形態１と同様の効果が得られる。第１の導体バー６２１及び第２の導体バー６２２の双方を用いた場合、何れか一方のみ用いた場合に比べて、基本波の磁束が鎖交する量が増加して回転トルクが向上する。

　なお実施の形態２では、機械角で約９０［°］に位置する２つのスロット６１１ｂに挿入される第１の内側導体６２１１又は第１の外側導体６２２１が電気的に接続されているが、第１の内側導体６２１１又は第１の外側導体６２２１の接続位置は、これに限定されるものではない。すなわち、相殺したい高調波次数と任意の極対とに応じて、機械角で３６０／ｎ／ｐの角度に位置する２つのスロット６１１ｂに挿入される第１の内側導体６２１１又は第１の外側導体６２２１の軸方向Ｄ１の一端同士が接続されると共に、当該第１の内側導体６２１１又は第１の外側導体６２２１の軸方向Ｄ１の他端同士が接続される構成としてもよい。ｎは高調波次数であり、ｐは極対数である。

　以上に説明したように実施の形態２に係る回転子６０は、ダイカストにより導体バー６２を製造できるため、実施の形態１に係る効果に加えて導体バー６２の製造時間が短縮され、回転子６０の生産効率が向上する。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　２　ハウジング、１０　フレーム、１０ａ　底部、１４ａ，１４ｂ　軸受、２０　固定子、２１　固定子鉄心、２１ａ　ヨーク、２１ｂ　ティース、２１ｂ１　基部、２１ｂ２　先端部、２１ｂ２１　内周面、２１ｃ，３１ａ，６１１ｂ　スロット、２２　インシュレータ、２３　巻線、３０，６０　回転子、３１，６１　回転子鉄心、３１ｃ　一端、３１ｄ　他端、３２　シャフト、３２ａ，６１ａ，６１１ａ，６１２１，６１３１，６１４１　貫通孔、３３，３３Ａ，６２，６３　導体バー、４０　端板、６１Ａ　第１の回転子鉄心群、６１Ｂ　第２の回転子鉄心群、６５ａ，６５ｂ　短絡環、１００　回転電機、３３１　第１の導体、３３２　第２の導体、３３３　第３の導体、３３４　接合部、６１１　第１の回転子鉄心、６１２　第２の回転子鉄心、６１３　第３の回転子鉄心、６１４　第４の回転子鉄心、６２１　第１の導体バー、６２２　第２の導体バー、６１２２，６１３２，６１４２　第１のスロット、６１２３，６１３３，６１４３　第２のスロット、６２１１　第１の内側導体、６２１２　第２の内側導体、６２１３　第３の内側導体、６２２１　第１の外側導体、６２２２　第２の外側導体、６２２３　第３の外側導体。

Claims (8)

1. 　周方向に配列される複数のスロットが形成される筒状の回転子鉄心と、
   　前記スロットに挿入される複数の第１の導体と、
   　前記回転子鉄心の軸方向の一端側に設けられる第２の導体と、
   　前記回転子鉄心の軸方向の他端側に設けられる第３の導体と、
   　を備え、
   　前記第２の導体は、ｎを高調波次数、ｐを極対数とすると、機械角で３６０／ｎ／ｐの角度に位置する２つの前記スロットに挿入される前記第１の導体の一端同士を接続し、
   　前記第３の導体は、当該２つのスロットに挿入される前記第１の導体の他端同士を接続し、
   　前記第２の導体及び前記第３の導体の断面積は、前記第１の導体の断面積以上であることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 　前記第１の導体、前記第２の導体及び前記第３の導体は、マグネットワイヤで構成されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 　前記第１の導体、前記第２の導体及び前記第３の導体は、撚り線で構成されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
4. 　前記第１の導体、前記第２の導体及び前記第３の導体は、絶縁被膜でコーティングされていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の回転電機の回転子。
5. 　前記回転子鉄心の軸方向の一端に設けられ、前記第２の導体を有する第１の回転子鉄心群と、
   　前記回転子鉄心の軸方向の他端に設けられ、前記第３の導体を有する第２の回転子鉄心群と
   　を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
6. 　前記第２の導体は、第２の内側導体と、前記第２の内側導体の径方向外側に設けられる第２の外側導体とにより構成され、
   　前記第３の導体は、第３の内側導体と、前記第３の内側導体の径方向外側に設けられる第３の外側導体とにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
7. 　請求項１から６の何れか一項に記載の回転電機の回転子を備えたことを特徴とする回転電機。
8. 　前記極対数と固定子ティースの数との比が２：３でありかつ集中巻の巻線が設けられる固定子を備え、
   　前記ｎは２であることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。

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