(57)【要約】【課題】  回転電機において、回転子に設置するエンドリング形状により、始動特性を向上させる回転電機を提供する。【解決手段】  本発明は、巻線を巻装した固定子と、回転子と、を有する回転電機であって、回転子は、かご形二次巻線と回転子鉄心とが結合されており、回転子鉄心に複数設けられた貫通溝に回転子バーを有し、回転子バーの軸方向端面にエンドリングを複数設け、複数のエンドリングは、異なる内径を有しており、内径の大きい外側エンドリングは、内径の小さい内側エンドリングよりも、径方向幅が小さいことを特徴とする回転電機である。【選択図】図２
2010011635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻装した固定子と、回転子と、を有する回転電機であって、
前記回転子は、かご形二次巻線と回転子鉄心とが結合されており、
前記回転子鉄心に複数設けられた貫通溝に、回転子バーを有し、
前記回転子バー又は前記回転子鉄心の軸方向端面に、エンドリングを複数設けることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
複数の前記エンドリングは、異なる内径を有しており、内径の大きい外側エンドリングは、内径の小さい内側エンドリングよりも、径方向幅が小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記エンドリングは、少なくとも一つが前記回転子鉄心に埋設されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転子バー又は前記回転子鉄心の軸方向端面に凹部を設け、前記エンドリングを、前記凹部に設けることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子バー又は前記回転子鉄心の軸方向端面の表面に前記エンドリングを設けることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
最外周側に位置するエンドリングのみが、前記凹部に設けられ、前記最外周側に位置するエンドリング以外のエンドリングが、前記回転子バー又は前記回転子鉄心の軸方向両端面の表面に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記最外周側に位置するエンドリングと、前記回転子鉄心の軸方向断面と、が平面であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項８】
前記内側エンドリングの断面が、軸方向に絞られる形状になっていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項９】
前記内側エンドリングの断面が、曲面を有する形状となっていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記回転子鉄心の内部に、永久磁石が埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記外側エンドリングの外径が、前記回転子鉄心の外径と略同一の大きさであることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記エンドリングは、導電体材料を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記外側エンドリングは、前記内側エンドリングよりも抵抗が高い材料を用いることを特徴とする請求項１２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かご形導体を用いる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機に用いられるかご形回転子では回転子鉄心の軸方向外部にエンドリングを一個用意し、回転子鉄心内に設置された回転子バーに接合することが一般的である。特許文献１又は２では騒音低減や定常特性を向上させる構成について開示している。また、特許文献３又は４には、エンドリングを複数個用意する技術が開示されている。ここでは高速回転時の耐久性および回転子の加工性を向上させる技術について開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６５６２６号公報
【特許文献２】特開平８−１４９７６８号公報
【特許文献３】特開平１０−５２０１４号公報
【特許文献４】特開平７−２３１６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転子にかご形導体を用いる回転電機において、かご形導体の材料には従来技術ではアルミまたは銅が使用される。この様な導電率の高い材料を用いることにより、定格時における導体内での損失を低下させることができ、高効率化を図ることができる。しかし、始動時において、かご形導体内には定格時に比べ数倍の電流が流れるが、導電率の高い材料であると抵抗が低いため、導体内により大きな電流が流れ、必要な電源の容量が大きくなる。また、回転子のかご形導体の抵抗と始動トルクは比例し、この比例推移と呼ばれる現象のため、導電率の高い材料であると始動トルクが小さくなり、始動特性が低下する。
【０００５】
本発明の目的は回転子のエンドリング形状を工夫することにより、始動特性を向上させ、定格特性も維持させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の課題を解決するため、本発明では、回転子のかご形導体のうち、エンドリングを片側で複数個用意し、エンドリングの最も内径の大きいものを回転子鉄心の軸方向表面の最も外側に設置し、また始動時におけるエンドリング内での電流密度分布の非一様性を確保し、かご形導体内部の実効抵抗を上昇させることにより、始動電流を抑制すると同時に始動トルクを大きく得られる構造を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このような構造の回転子を有する回転電機にすることにより、始動時におけるエンドリング内の実効抵抗を上昇させることができるため、エンドリング内での電流を抑制することができ、始動トルクも多く得ることができるため、始動特性を向上させることができる。また、エンドリング内での電流密度分布の非一様性を確保できることも可能となり、始動特性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の回転電機は、巻線を巻装した固定子と、回転子と、を有する回転電機であって、回転子は、かご形二次巻線と回転子鉄心とが結合されており、回転子鉄心に複数設けられた貫通溝に回転子バーを有し、回転子バー又は回転子鉄心の軸方向端面にエンドリングを複数設けることを特徴とし、複数のエンドリングが、異なる内径を有しており、内径の大きい外側エンドリングは、内径の小さい内側エンドリングよりも、径方向幅が小さいことを特徴とする。
【０００９】
また、エンドリングは、少なくとも一つが前記回転子鉄心に埋設されており、又は、回転子バー又は回転子鉄心の軸方向端面に凹部を設け、エンドリングを、凹部に設けることを特徴とする。
【００１０】
さらに、回転子鉄心の軸方向端面の表面に、その他のエンドリングを設けることを特徴とする。
【００１１】
例えば、最外周側に位置するエンドリングのみが、凹部に設けられ、最外周側に位置するエンドリング以外のエンドリングが、回転子バー又は回転子鉄心の軸方向両端面の表面に設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、最外周側に位置するエンドリングと、回転子鉄心の軸方向断面と、が平面であること、内側エンドリングの断面が、軸方向に絞られる形状になっていること、又はその断面が、曲面を有する形状となっていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明は、回転子鉄心の内部に、永久磁石が埋め込まれていることを特徴とし、外側エンドリングの外径が、回転子鉄心の外径と略同一の大きさであることを特徴とする。
【００１４】
以下、本発明の実施例について図を用いて具体的に説明する。
【００１５】
本発明は、回転電機の回転子の構成により、前記回転電機の種々の特性を改善するものである。以下の図面に示す実施形態の例に基づいて、本発明の回転電機について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１から図６に本実施の形態１を示す。図１に示すように、本実施の形態は、固定子巻線１と、固定子巻線１を有する固定子鉄心２とで構成される固定子３と、回転子バー２１と、外側エンドリング２２と内側エンドリング２３と、回転子バー２１を有する回転子鉄心２４とシャフト２５から構成される回転子７と、固定子３および回転子７を収納するためのフレーム８とで構成される。
【００１７】
始動時において、回転子鉄心２４内では、回転子バー２１に電流が流れ始めたとき、回転子バー２１の径方向内側では、その周囲の材料の透磁率が高いため漏れ磁束が大きくなり、回転子バー２１の外側よりも漏れリアクタンスが大きくなる。そのため、回転子バー２１内を流れる電流は、回転子バー２１の径方向外側付近に集中し、内側付近にはほとんど流れず、回転子バー２１内では電流密度分布が非一様になる。この表皮効果と呼ばれる現象のため、回転子バー２１内では実効抵抗が増加し、始動電流が小さくなり、また、比例推移の関係から、始動トルクを上昇させることができる。
【００１８】
本実施の形態における回転子７のエンドリングは、回転子鉄心２４の軸方向端部に設置された径方向外側の外側エンドリング２２と内側の内側エンドリング２３の２本によって構成される。
【００１９】
本実施例では、回転子バー２１に接続されるエンドリングを径方向内側と外側の２本設置しているが、従来技術のエンドリングは１本のみ回転子バー終端部に接続されており、回転子鉄心よりも突出している。このため、従来技術の形態ではバー内で非一様である電流がエンドリング内部で一様となり実効抵抗が増加しないが、エンドリングを２本用意することによって回転子バー２１内部で非一様となった電流密度分布を維持することができ、外側エンドリング２２と内側エンドリング２３によって構成されるかご形導体の実効抵抗が増加し、始動時の電流がさらに抑制でき、比例推移の関係から始動トルクをより多く得られるため、始動特性が向上する。
【００２０】
外側エンドリング２２は径方向の幅が内側エンドリング２３より薄い形状になっている。始動時において回転子バー２１に流れる電流は径方向外側付近に集中するが、外側エンドリング２２を内側エンドリング２３より薄くすることによって、回転子バー２１から流れてくる電流がエンドリング内で流れる領域をより制限でき、エンドリング内の実効抵抗が上昇し、始動電流が減少するとともに始動トルクが増加する。
【００２１】
図２に本実施の形態における回転電機の回転子の構成を示し、図３は図１の回転子７を軸方向から見た概観図、図４は図３中のＡ−Ａ間の断面図、図５は図４中のＢ−Ｂ間の断面図、図６は図４中のＣ−Ｃ間の断面図である。図３から図６は簡略化のため、シャフト部は図上には掲載しない。
【００２２】
図４に示すように、回転子鉄心２４には軸方向表面に凹部が設置され、外側エンドリング２２が回転子鉄心２４の凹部に設置される。外側エンドリング２２を凹部に設置することにより、外側エンドリング２２の内部でも始動時において表皮効果の影響が得られ、エンドリング内部での電流の非一様性を確保できるため、回転子バー２１と外側エンドリング２２および内側エンドリング２３によって構成されるかご形導体の実効抵抗は増加する。また、内側エンドリング２３を回転子鉄心２４の軸方向表面に設置することにより、定格時における漏れリアクタンスの上昇を抑制し、定格特性を向上させる。
【００２３】
本実施例では、内側エンドリング２３を回転子鉄心２４の軸方向表面に設置しているが、回転子鉄心２４の軸方向表面に内側エンドリング２３を埋め込む凹部を設けることにより、始動時における内側エンドリング２３付近での漏れリアクタンスを増加させることにより、エンドリング内の表皮効果の影響をより増加させることができ、始動特性を向上させることができる。このとき、内側エンドリング２３の軸方向の幅は、凹部の高さと等しいか、その高さより大きいもしくは小さいものでも可能である。内側エンドリング２３の軸方向幅が凹部の高さと等しい場合、回転子鉄心２４と内側エンドリング２３とによる回転子の軸方向断面は平面になるが、凹部より大きい場合、内側エンドリング２３は回転子鉄心２４の表面からはみ出ている形状となり、凹部より小さい場合、内側エンドリング２３の埋め込み部分がくぼんでいる形状となる。
【００２４】
図４に示すように、外側エンドリング２２は軸方向端部が、回転子鉄心２４の端部より突出しており、その外径は回転子鉄心２４の外径と等しく、外側エンドリング２２と径方向に隣り合う回転子鉄心の最外周部２６が軸方向にずれることを防ぐ働きをする。
【００２５】
図５に示すように、外側エンドリング２２と内側エンドリング２３に回転子バー２１が嵌め込まれるような形状の穴や溝を設け、回転子バー２１は外側エンドリング２２および内側エンドリング２３に嵌め込むための形状に加工され、回転子鉄心２４に回転子バー２１を設置した後、外側エンドリング２２および内側エンドリング２３を回転子鉄心２４の軸方向側に設置される。外側エンドリング２２と内側エンドリング２３に穴や溝を設けることにより、回転子バー２１と外側エンドリング２２および内側エンドリング２３をロウ付けまたはＴＩＧ溶接または摩擦攪拌接合などによって接合できる。
【００２６】
回転子バー２１および外側エンドリング２２と径方向に隣り合う回転子鉄心の最外周部２６は、外側エンドリング２２により回転子鉄心２４と一体化できないため、回転子鉄心の最外周部２６が回転子の回転に対し空回りするおそれがある。そのため、図６に示すように、回転子鉄心の最外周部２６の内径側に凹部を設置し、回転子バー２１の外周側に設置されたくさびを嵌めることにより、回転子鉄心の最外周部２６の空回りを防止する。本実施例においては、くさびを回転子バー２１に設置しているが、外側エンドリング２２に設置してもよい。また、回転子鉄心の最外周部２６は電磁鋼板を積層した回転子鉄心２４と同一としているが、必ずしも同一の材料ではなく、塊状の鉄などの材料を用いることも可能である。塊状の鉄などの材料にすることで、回転子鉄心の最外周部２６の機械的強度が増し、外側エンドリング２２が外周側に膨らむことを抑えることができる。
【００２７】
本実施例では、回転子バー２１と外側エンドリング２２および内側エンドリング２３は結合作業によって形成されるが、ダイカストや二色成型によって形成することも可能である。ダイカストによって形成することで、外側エンドリング２２と内側エンドリング２３の穴や溝が不要となり、回転子バー２１の形状も簡潔となる。さらに、二色成型によって形成することで、回転子バー２１と外側エンドリング２２および内側エンドリング２３の結合部分の形状を簡潔にしつつ、外側エンドリング２２と内側エンドリング２３とを異なる材料で形成することができる。外側エンドリング２２と内側エンドリング２３の材料は銅であるが、外側エンドリング２２と内側エンドリング２３はアルミおよび真鋳などの導電体を用いることができる。外側エンドリング２２は内側エンドリング２３よりも抵抗率の高い材料を用いることで始動時の電流をさらに抑制でき、始動トルクもより多く得ることができる。
【００２８】
内側エンドリング２３は回転子鉄心２４端部から軸方向に離れるにつれ、断面形状をしぼることも可能であり、断面形状を変化させることにより、定格時における電流の流れがスムーズになり、外側エンドリング２２および内側エンドリング２３内における実効抵抗の増加を防止し、定格特性を向上できる。また、断面形状をしぼる際、表面が曲面を有する形状とすることで電流の流れがよりスムーズになり、さらに定格特性を向上できる。
【実施例２】
【００２９】
図７から図１０に実施の形態２を示す。本実施の形態は実施の形態１と回転子バー３１および最も外側に位置する外側エンドリング３２と隣り合う回転子鉄心最外周部３６の形状が異なり、回転子鉄心の最外周部３６と回転子バー３１および外側エンドリング３２にくさびが存在しないことが相違する。
【００３０】
回転子鉄心の最外周部３６は焼嵌めによって回転子に固定させ、回転子の回転に対する空回りを防止し、くさびが存在しないことで、回転子バー３１および回転子鉄心の最外周部３６の製造が容易になる。また、外側エンドリング３２と径方向に隣り合うように設置することにより、外側エンドリング３２での表皮効果を促進でき、始動特性を向上することができる。
【実施例３】
【００３１】
図１１から図１３に実施の形態３を示す。本実施の形態は実施の形態１および実施の形態２とエンドリングの設置位置が異なり、回転子鉄心４４に凹部を設置せず、外側エンドリング４２を回転子鉄心４４の軸方向表面に設置されていることが相違する。
【００３２】
外側エンドリング４２を回転子鉄心４４の軸方向表面に設置することにより、実施の形態１に存在したくさびや実施の形態２に存在した焼嵌めが不要となり、製造が容易となる。また、外側エンドリング４２が回転子鉄心４４の表面に設置されることにより、実施の形態１および実施の形態２に対して定格時における漏れリアクタンスが減少し、定格特性が向上する。また、従来技術に対しては、外側エンドリング４２と内側エンドリング４３との二本を設置することで、回転子バー４１内で非均一となった電流密度分布を維持でき、実効抵抗が増加するため始動特性を向上できる
【実施例４】
【００３３】
図１４から図１７に実施の形態４を示す。本実施の形態は実施の形態１ないし実施の形態３に加え、回転子鉄心５４の内部に永久磁石５７を設置した形状となっていることが相違する。回転子鉄心５４に永久磁石５７を設置することにより、定格時において回転子の回転速度が同期速度になり、回転子バー５１に電流が流れなくなり、定格時の回転子バー５１内での銅損が減少し、定格特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の回転電機の構造を示す図。
【図２】実施例１に関わる回転電機の回転子の三次元断面図。
【図３】実施例１に関わる回転電機の回転子の側面図。
【図４】図３におけるＡ−Ａ間の断面図。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ間の断面図。
【図６】図４におけるＣ−Ｃ間の断面図。
【図７】実施例２に関わる回転電機の回転子の側面図。
【図８】図７におけるＡ−Ａ間の断面図。
【図９】図８におけるＢ−Ｂ間の断面図。
【図１０】図８におけるＣ−Ｃ間の断面図。
【図１１】実施例３に関わる回転電機の回転子の側面図。
【図１２】図１１におけるＡ−Ａ間の断面図。
【図１３】図１２におけるＢ−Ｂ間の断面図。
【図１４】実施例４に関わる回転電機の回転子の側面図。
【図１５】図１４におけるＡ−Ａ間の断面図。
【図１６】図１５におけるＢ−Ｂ間の断面図。
【図１７】図１５におけるＣ−Ｃ間の断面図。
【符号の説明】
【００３５】
２１  回転子バー
２２  外側エンドリング
２３  内側エンドリング
２４  回転子鉄心
２５  シャフト
２６  回転子鉄心の最外周部
【図１】
2010011635.tif 000003
【図２】
2010011635.tif 000004
【図３】
2010011635.tif 000005
【図４】
2010011635.tif 000006
【図５】
2010011635.tif 000007
【図６】
2010011635.tif 000008
【図７】
2010011635.tif 000009
【図８】
2010011635.tif 000010
【図９】
2010011635.tif 000011
【図１０】
2010011635.tif 000012
【図１１】
2010011635.tif 000013
【図１２】
2010011635.tif 000014
【図１３】
2010011635.tif 000015
【図１４】
2010011635.tif 000016
【図１５】
2010011635.tif 000017
【図１６】
2010011635.tif 000018
【図１７】
2010011635.tif 000019