(57)【要約】      （修正有）【課題】導体部分の加工等を必要とすることなく、ジュール損失となる渦電流を抑制することができる電動機を提供する。【解決手段】電動機は、ステータと、その内周側にエアギャップを介して配置され軸方向に延在する中空状のスロット４ａが円周方向に沿って複数形成されるロータ３と、を有している。ロータ３は、スロット４ａに対応するスロット開口６ａが形成された第１の鋼板６及び第２の鋼板７を軸方向交互に積層して構成されている。第１の鋼板６は、その周縁部とスロット開口６ａとの間を貫通する貫通部６ｂを有し、また、第２の鋼板７は、その周縁部とスロット開口との間を貫通する貫通部７ｂを有する。そして、第１の鋼板６における貫通部６ｂと第２の鋼板７における貫通部７ｂとは、スロット中心Ｃｓを境に互い違いとなり、かつ、貫通部６ｂ，７ｂをなす鋼板のエッジ部分がスロット中心Ｃｓと一致する関係に配設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
固定子の内周側にエアギャップを介して配置され、かつ、軸方向に延在する中空状のスロットが円周方向に沿って複数形成される可動子と、を有し、
前記可動子は、それぞれに前記スロットに対応するスロット開口が形成された第１の鋼板及び第２の鋼板を軸方向にかけて交互に積層して構成され、
前記第１の鋼板は、当該第１の鋼板の周縁部と前記スロット開口との間を貫通する貫通部を有し、前記貫通部の少なくとも一部が隣り合う前記第２の鋼板により分断されることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記第２の鋼板は、当該第２の鋼板の周縁部と前記スロット開口との間を貫通する貫通部を有し、
前記第１の鋼板及び前記第２の鋼板は、前記スロット開口及び前記貫通部とを含む開口形状がスロット中心に対して非対称に構成されるとともに、
前記第１の鋼板における前記貫通部と前記第２の鋼板における前記貫通部とは、前記スロット中心を境に互い違いとなる関係に配設されることを特徴とする請求項１に記載された電動機。
【請求項３】
前記第２の鋼板は、当該第２の鋼板の周縁部と前記スロット開口との間が貫通されない構成であることを特徴とする請求項１に記載された電動機。
【請求項４】
前記第１の鋼板における前記貫通部と前記第２の鋼板における前記貫通部とは、隣り合う前記貫通部が軸方向において連通する関係に配設されることを特徴とする請求項２に記載された電動機。
【請求項５】
前記可動子は、隣り合う第１の鋼板と第２の鋼板とがスキューされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機として、かご形誘導電動機が知られている。かご形誘導電動機では、トルクに寄与しない高調波磁束がロータ表面に鎖交することにより、導体のロータ表面付近に渦電流が発生し、ジュール損失が発生するという問題がある。
【０００３】
この点に関する対策の一つとして、例えば特許文献１には、以下に示す構成の誘導電動機が開示されている。誘導電動機において、回転子は、固定子の内周部に所定の間隙を介して固定子と同心円状に配設されると共に、周方向に所定の間隔をもって配設されかつ軸方向に連続して形成された複数のスロットを有している。そして、スロットの回転子表面側に該スロットと貫通する貫通部を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６０２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された回転子では、スロット内の導体を鋳造にて形成する際に、当該貫通部に導体が流れ込まないようにする必要がある。この場合、金型で貫通部を埋めておく方法が考えられるが、このような狭い部位を金型で埋めることは困難が予想される。そのため、鋳造後に、貫通部における導体を加工などにより除去する方法が考えられるが、加工に伴うコストアップが懸念される。一方、鋳造ではなく棒状の導体をスロットに軸方向から挿入し、エンドリングと接合する方法もあるが、鋳造に比べ生産性が著しく低下し得策ではない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通部に対応して導体部分の加工を行うことなく、ジュール損失を抑制することができる電動機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明に係る電動機は、それぞれにスロットに対応するスロット開口が形成された第１の鋼板及び第２の鋼板を軸方向にかけて交互に積層して構成される。ここで、第１の鋼板は、当該第１の鋼板の周縁部とスロット開口との間を貫通する貫通部を有し、この貫通部の少なくとも一部が隣り合う第２の鋼板により分断されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の鋼板における貫通部の少なくとも一部が隣り合う第２の鋼板により分断されている。そのため、渦電流の電流路が、導体と第２の鋼板とを繰り返す構造となるので、電流路が分断され渦電流が流れ難くなる。その結果、貫通部に対応して導体部分の加工を行う必要もなく、ジュール損失を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態にかかる電動機の要部を模式的に示す説明図
【図２】ロータの要部を模式的に示す斜視図
【図３】第１の鋼板の要部を模式的に示す斜視図
【図４】第２の鋼板の要部を模式的に示す斜視図
【図５】第１の鋼板及び第２の鋼板を示す上面図
【図６】第１の実施形態に係るロータの変形例を模式的に示す斜視図
【図７】第１の鋼板の別形態を示す上面図
【図８】第１の鋼板の別形態を示す上面図
【図９】第２の実施形態に係る電動機についてのロータの構成を模式的に示す斜視図
【図１０】第３の実施形態に係る電動機についてのロータの構成を模式的に示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる電動機１の要部を模式的に示す説明図である。本実施形態にかかる電動機１は、かご形誘導電動機であり、ラジアルギャップのインナーロータ型として構成されている。この電動機１は、断面がリング状のステータ（固定子）２と、シャフト（図示しない）に連結されたロータ（可動子）３とを備えており、ロータ３は、ステータ２の内周側にエアギャップを介して配置されている。
【００１１】
ステータ２は、例えば電磁鋼板といった鋼板を軸方向に複数積層して構成されている。ステータ２は、図示しない複数のステータティース（図示せず）を有し、個々のステータティースは、円筒形状のバックヨーク部の内周側に周方向に沿って等間隔に配置され、ロータ３側に突出した格好となっている。各ステータティースには、インシュレータ（絶縁部材）を介してステータ巻線が巻回されている。
【００１２】
ステータ２は、焼きばめ等の方法を用いて、筒状のステータケース７に嵌合させることによりステータケース７の内部に格納される。これにより、ステータ２は、周方向の全域において外周側から外力が全体的に作用した状態でステータケース７によって固定保持されている。
【００１３】
図２は、ロータ３の要部を模式的に示す斜視図である。ロータ３は、ロータコア４を主体に構成され、その中心部にシャフトが嵌合される。ロータコア４には、軸方向に延在する中空状のスロット４ａが円周方向に沿って複数形成されており、個々のスロット４ａの内部には、例えば導電性材料が鋳込まれることで、ロータバー（導体）５が形成されている。
【００１４】
ロータコア４は、例えば電磁鋼板といった鋼板を軸方向に複数積層して構成されている。具体的には、ロータコア４は、第１の鋼板６と第２の鋼板７とを軸方向にかけて交互に積層して構成されている。
【００１５】
図３は、第１の鋼板６の要部を模式的に示す斜視図である。第１の鋼板６はロータコア４に対応した所定の形状を有する鋼板（電磁鋼板）である。第１の鋼板６には、スロット４ａ形状に対応するスロット開口６ａと、第１の鋼板６の周縁部６ｃとスロット開口６ａとの間を貫通する貫通部６ｂとが一体的に形成されている。スロット開口６ａ及び貫通部６ｂは、スロット４ａの数及び位置に対応して複数形成されており、本実施形態では、円周方向に存在するすべてのものが同一の形状に設定されている。
【００１６】
第１の鋼板６におけるスロット開口６ａは、スロット中心Ｃｓに対して線対称（左右対称）に構成されている。一方、第１の鋼板６における貫通部６ｂは、スロット中心Ｃｓからずれた位置に配置されており、スロット開口６ａ及び貫通部６ｂを含む全体的な開口形状は、スロット中心Ｃｓに対して非対称に構成されている。具体的には、第１の貫通部６
ｂは、スロット中心Ｃｓに対して左右の一方向（例えば図２，３に示す右方向）にずれた位置に配置され、本実施形態では、当該貫通部６ｂを画定する鋼板６のエッジ部分がスロット中心Ｃｓと一致するように設定されている。
【００１７】
図４は、第２の鋼板７の要部を模式的に示す斜視図である。第２の鋼板７は、第１の鋼板６と同様に、ロータコア４に対応した所定の形状を有する鋼板（電磁鋼板）である。第２の鋼板７には、スロット４ａ形状に対応するスロット開口７ａと、第２の鋼板７の周縁部７ｃとスロット開口７ａとの間を貫通する貫通部７ｂとが一体的に形成されている。スロット開口７ａ及び貫通部７ｂは、スロット４ａの数及び位置に対応して複数形成されており、本実施形態では、円周方向に存在するすべてのものが同一の形状に設定されている。
【００１８】
第２の鋼板７におけるスロット開口６ａは、スロット中心Ｃｓに対して線対称（左右対称）に構成されている。一方、第２の鋼板７における貫通部７ｂは、スロット中心Ｃｓからずれた位置に配置されており、スロット開口７ａ及び貫通部７ｂを含む全体的な開口形状は、スロット中心Ｃｓに対して非対称に構成されている。具体的には、第２の貫通部７ｂは、スロット中心Ｃｓに対して左右の他方向（例えば図２，４に示す左方向）にずれた位置に配置され、本実施形態では、当該貫通部７ｂを画定する鋼板７のエッジ部分がスロット中心Ｃｓと一致するように設定されている。
【００１９】
第１の鋼板６及び第２の鋼板７を交互に積層したロータコア４では、各貫通部６ｂ，７ｂがスロット４ａへと通じる空間を構成している。そして、第１の鋼板６における貫通部６ｂと第２の鋼板７における貫通部７ｂとが、スロット中心Ｃｓを境に互い違いとなる位置に分散して配置されている。換言すれば、軸方向に沿って捉えた場合、第１の鋼板６における貫通部６ｂは隣り合う第２の鋼板７により分断され、また、第２の鋼板７における貫通部７ｂは隣り合う第１の鋼板６により分断されている。
【００２０】
このような形態のロータコア４は、第１の鋼板６及び第２の鋼板７を交互に積層することで作成される。ここで、第１の鋼板６及び第２の鋼板７は、それぞれ独立の鋼板として形成することもできる。しかしながら、本実施形態に示すスロット開口６ａ，７ａ及び貫通部６ｂ，７ｂの形態であれば、第１の鋼板６（図５（ａ）参照）は、これを裏面側から眺めた場合に第２の鋼板７（図５（ｂ）参照）と形状的に対応する。そこで、第１の鋼板６及び第２の鋼板７のうちいずれか一方の形状に対応する鋼板を作成し、当該鋼板を１枚毎に表裏を逆転させながら順次積層することで、上記のロータコア４を作成することができる。
【００２１】
このように本実施形態において、電動機１は、ステータ２と、ステータ２の内周側にエアギャップを介して配置され、かつ、軸方向に延在する中空状のスロット４ａが円周方向に沿って複数形成されるロータ３と、を有している。ロータ３は、それぞれにスロット４ａに対応するスロット開口６ａ，７ａが形成された第１の鋼板６及び第２の鋼板７を軸方向にかけて交互に積層して構成されている。第１の鋼板６は、第１の鋼板６の周縁部６ｃとスロット開口６ａとの間を貫通する貫通部６ｂを有し、スロット開口６ａ及び貫通部６ｂとを含む開口形状がスロット中心Ｃｓに対して非対称に構成されている。また、第２の鋼板７は、第２の鋼板７の周縁部７ｃとスロット開口７ａとの間を貫通する貫通部７ｂを有し、スロット開口７ａ及び貫通部７ｂとを含む開口形状がスロット中心Ｃｓに対して非対称に構成されている。そして、第１の鋼板６における貫通部６ｂと第２の鋼板７における貫通部７ｂとは、スロット中心Ｃｓを境に互い違いとなる関係、かつ、貫通部６ｂ，７ｂをなす鋼板６，７のエッジ部分がスロット中心Ｃｓと一致する関係に配設されている。これにより、第１の鋼板６における貫通部６ｂは、隣り合う第２の鋼板７により分断され、また、第２の鋼板７における貫通部７ｂは、隣り合う第１の鋼板６により分断されるこ
ととなる。
【００２２】
ここで、本実施形態に係るロータ３と、スロット開口及び貫通部を含む開口形状がスロット中心Ｃｓを基準に線対称となる電磁鋼板を積層したロータとを比較する。比較例に係るロータでは、ロータが回転するとスロット高調波磁束がロータに発生し、ロータバーとエンドリング部で形成される閉回路内に、高調波電流が流れる。その結果、ロータバー先端部に大きなジュール損失が発生する。一方、本実施形態に係るロータ３では、渦電流の電流路が、導体（ロータバー５）と鋼板６，７とを繰り返す構造となるため、電流路が分断され流れ難い構造とされる。その結果、ロータバー５先端に発生するジュール損失を抑制することができる。
【００２３】
かかる構成によれば、軸方向において個々の貫通部６ｂ，７ｂが隣り合う鋼板６，７によって分断されることで、渦電流を抑制することができる。そのため、貫通部６ｂ，７ｂに対応して導体部分を加工しなくとも、ジュール損失を有効に抑制することができる。
【００２４】
上述した実施形態では、貫通部６ｂ，７ｂをなす鋼板６，７のエッジ部分がスロット中心Ｃｓと一致する関係に配設されている。しかしながら、図６に示すように、貫通部６ｂ，７ｂをなす鋼板６，７のエッジ部分が、隣り合う鋼板６，７と完全にオーバーラップするように個々の貫通部６ｂ，７ｂを設定してもよい。
【００２５】
また、ロータ３の作成方法としては、上述した形態に限定されない。図７及び図８は、第１の鋼板６の形態を示す説明図である。図７に示す第１の鋼板６では、上半分と下半分とで貫通部６ｂの位置が左右で異なっている。この場合、第２の鋼板７は、当該第１の鋼板６を１８０度回転させることで得ることができる。したがって、図７に示す第１の鋼板６を形成し、当該鋼板６を１８０度転積することで、ロータコア４を作成することができる。また、図８に示す第１の鋼板６では、回転方向について９０度周期で貫通部６ｂの位置が左右で異なっている。この場合、第２の鋼板７は、当該第１の鋼板６を９０度回転させることで得ることができる。したがって、図８に示す第１の鋼板６を形成し、当該鋼板６を９０度転積することで、ロータコア４を作成することができる。また、これ以外にも、回転方向についてスロット数の約数ｎ毎に貫通部６ｂの位置が左右で異なる鋼板を作成し、当該鋼板６を３６０／ｎ度転積することで、ロータコア４を作成することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る電動機１についてのロータ３の構成を模式的に示す斜視図である。第２の実施形態に係るロータ３が、第１の実施形態のそれと相違する点は、第２の鋼板７の形態である。なお、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、以下相違点を中心に説明を行う。
【００２７】
本実施形態に係る第２の鋼板７には、第１の実施形態に示す貫通部７ｂが形成されておらず、第２の鋼板７の周縁部７ｃとスロット開口７ｂとの間が貫通されない構成となっている。
【００２８】
第１の鋼板６及び第２の鋼板７を交互に積層したロータコア４では、図９に示すように、第１の鋼板６における貫通部６ｂのみがスロット４ａへと通じる空間を構成している。このような形態であっても、これを軸方向に沿って捉えた場合、第１の貫通部６ｂは隣り合う第２の鋼板７により分断された構成となっている。
【００２９】
かかる構成によれば、第１の実施形態と同様に、ジュール損失を低減することができるとともに、第２の鋼板７に貫通部７ｂが形成されていないので、ロータ３の強度を高めることができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る電動機１についてのロータ３の構成を模式的に示す斜視図である。第３の実施形態に係るロータ３が、第１の実施形態のそれと相違する点は、第１の鋼板６及び第２の鋼板７の形態である。なお、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、以下相違点を中心に説明を行う。
【００３１】
第１の鋼板６における貫通部６ｂは、第１の実施形態と同様、スロット中心Ｃｓに対してずれた位置に配置されており、スロット開口６ａ及び貫通部６ｂを含む開口形状は、スロット中心Ｃｓに対して非対称に構成されている。具体的には、貫通部６ｂは、スロット中心Ｃｓよりも一方向にずれた位置に配置され、かつ、当該貫通部６ｂがスロット中心Ｃｓと重複するように設定されている。
【００３２】
第２の鋼板６における貫通部７ｂは、第１の実施形態と同様、スロット中心Ｃｓに対してずれた位置に配置されており、スロット開口７ａ及び貫通部７ｂを含む開口形状は、スロット中心Ｃｓに対して非対称に構成されている。具体的には、貫通部７ｂは、スロット中心Ｃｓよりも他方向にずれた位置に配置され、かつ、当該貫通部７ｂがスロット中心Ｃｓと重複するように設定されている。
【００３３】
第１の鋼板６及び第２の鋼板７を交互に積層したロータコア４では、図１０に示すように、各貫通部６ｂ，７ｂがスロット４ａへと通じる貫通空間を構成している。そして、第１の貫通部６ｂと第２の貫通部７ｂとが、スロット中心Ｃｓを境に互い違いとなる位置に分散して配置されている。軸方向に捉えた場合、第１の鋼板６における貫通部６ｂと第２の鋼板７における貫通部７ｂは、隣り合う貫通部６ｂ，７ｂが軸方向において連通する関係を有しつつも、第１の貫通部６ｂの一部は、隣り合う第２の鋼板７により分断され、また、第２の貫通部７ｂの一部は隣り合う第１の鋼板６により分断されるようになっている。
【００３４】
貫通部６ｂ，７ｂをなす鋼板６，７のエッジ部分が、隣り合う鋼板６，７とオーバーラップさせた場合には、磁束短絡（漏れ磁束）の原因となるためトルク低下を招く可能性がある。一方、隣り合う貫通部６ｂ，７ｂが軸方向において連通する範囲が、周方向において広くなると、ロータバー５を遮る鋼板部分が少なくなるので、渦電流を妨げる効果は減少する可能性がある。しかしながら、シミュレーション等を用いた検討によると、当該電流はスロット４ａの端部を流れるため、中央部が導体のみになっても損失低減効果は保たれる。これにより、ジュール損失を低減しつつ、トルクの向上を期待することができる。
【００３５】
なお、第２の実施形態及び第３の実施形態に示すように、本発明に係るロータは、第１の鋼板における貫通部の少なくとも一部が隣り合う第２の鋼板により分断されていれば足りる。これにより、渦電流の電流路が導体（ロータバー）と第２の鋼板とを繰り返す構造となるため、電流路が分断され流れ難い構造となる。その結果、ロータバーについて貫通部に相当する導体部分を加工することなく、ジュール損失となる渦電流を抑制することができる。
【００３６】
また、ロータ３において、隣り合う第１の鋼板６と第２の鋼板７とがスキューされていてもよい。これにより、ジュール損失を抑制しつつ、電動機１の特性の向上を図ることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態にかかる電動機について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１      電動機
２      ステータ
３      ロータ
４      ロータコア
４ａ    スロット
５      ロータバー
６      第１の鋼板
６ａ    スロット開口
６ｂ    貫通部
６ｃ    周縁部
７      第２の鋼板
７ａ    スロット開口
７ｂ    貫通部
７ｃ    周縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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