(57)【要約】  高調波磁束に起因した損失を低減して、高効率の回転電機を提供する。  回転子鉄心２の径方向に、内径側ブリッジ７を介して、内径側回転子スロット４及び外径側回転子スロット６を形成する。外径側回転子スロット６の外径側の肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部１０を形成する。
2015001601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、固定子内に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記回転子は、多数の薄板磁性鋼板の積層体からなる回転子鉄心と、該回転子鉄心に形成された密閉構造の内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットと、前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体及び前記外径側回転子スロット内に形成された外径側回転子導体を備えた二重かご構造を有し、
前記外径側回転子スロットは、外径側の左右肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記曲線部は、前記外径側回転子スロットの周方向幅が、前記回転子鉄心の外径方向に至るにしたがって漸減するように形成することを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記曲線部の内径側の端部は、前記外径側回転子スロットの径方向長さの半分よりも内径側に配置することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記曲線部の内径側の端部から外径側の端部までの周方向幅は、前記外径側回転子スロットの径方向長さの半分より大きく取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】
前記内径側回転子導体及び前記外径側回転子導体の導電率をσ（Ｓ／ｍ）、比透磁率をμｒ（Ｈ／ｍ）、回転電機の１秒当たりの回転数をＮ、固定子スロット数をＮｓとしたとき、前記外径側回転子スロットの径方向高さを、√（１／π・Ｎ・Ｎｓ・μｒ・σ）で表される固定子スロット高調波の表皮深さよりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
回転電機を駆動するインバータのキャリア周波数をｆｃ、前記内径側回転子導体及び前記外径側回転子導体の導電率をσ（Ｓ／ｍ）、比透磁率をμｒ（Ｈ／ｍ）としたとき、前記外径側回転子スロットの径方向高さを、√（１／π・ｆｃ・μｒ・σ）で表されるインバータキャリア高調波の表皮深さよりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転子鉄心が、前記内径側ブリッジを介して前記内周側回転子スロット及び前記外周側回転子スロットが形成された第１の薄板磁性鋼板と、前記内径側ブリッジを有しておらず、前記内周側回転子スロットに相当する部分及び前記外周側回転子スロットに相当する部分が一連となったブリッジ無しスロットが形成された第２の薄板磁性鋼板との積層体をもって構成され、前記第１の薄板磁性鋼板に形成された前記内径側ブリッジ、前記内周側回転子スロット及び前記外周側回転子スロットが、前記第２の薄板磁性鋼板に形成された前記ブリッジ無しスロットに重ね合わされていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子鉄心が、複数の薄板磁性鋼板の積層体をもって構成されており、前記薄板磁性鋼板の周方向には、前記内径側ブリッジを介して前記薄板磁性鋼板の径方向に形成された前記内周側回転子スロット及び前記外周側回転子スロットと、前記内径側ブリッジを有しておらず、前記内周側回転子スロットに相当する部分及び前記外周側回転子スロットに相当する部分が一連となったブリッジ無しスロットとが一定ピッチで形成され、互いに接して配置された２枚の前記薄板磁性鋼板の一方に形成された前記内径側ブリッジ、前記内周側回転子スロット及び前記外周側回転子スロットを、他方の薄板磁性鋼板に形成された前記ブリッジ無しスロットに重ね合わせたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体、及び、前記外径側回転子スロット内に形成された外径側回転子導体のうち、少なくとも前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体を、前記内径側回転子スロット内に挿入された銅バーと、前記内径側回転子スロットと前記銅バーとの間に充填されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１０】
内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットを有する所定枚数の薄板磁性鋼板を形成する工程と、各薄板磁性鋼板の内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットを重ね合わせて所定枚数の薄板磁性鋼板を積層し、回転子鉄心を構成する工程と、前記回転子鉄心に形成された前記内径側回転子スロット及び前記外径側回転子スロットのうち、少なくとも前記内径側回転子スロット内に銅バーを挿入する工程と、前記内径側回転子スロットと前記銅バーの隙間に、アルミニウム又はアルミニウム合金をダイカストにより充填する工程とを含むことを特徴とする回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かご形回転子を有する誘導電動機等の回転電機と、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のかご形回転子は、薄板磁性鋼板をもって形成され、厚さ方向に所定数積層される回転子鉄心と、各回転子鉄心の周方向に複数形成された回転子スロットと、積層された回転子鉄心の各回転子スロット内に一連に設けられた回転子導体から構成される。回転子導体の形成方法としては、回転子スロット内に銅バーを挿入する方法と、回転子スロット内にアルミニウム又はアルミニウム合金等の溶融金属をダイカストする方法とがある。ダイカスト法による場合は、溶融金属の漏れを防ぐため、銅バー挿入法による場合とは異なり、回転子鉄心に開放スロットを形成することができず、回転子スロットの外周側端部を回転子鉄心の外周より内側に形成して、密閉形状とする必要がある。【０００３】
密閉形状の回転子スロットが形成されたかご形回転子を持つ回転電機については、固定子スロットやインバータ駆動時のリップル電流に起因する高調波磁束がかご形回転子に鎖交することで回転子導体に渦電流損を生じ、効率の低下を招くことが指摘されている。高調波磁束は、かご形回転子の比較的外周部を通ることから、効率の低下を抑制するためには、回転子スロットの外周側端部からコアの外周までの寸法はできるだけ小さい方が望ましい。しかしながら、回転子スロットは、プレス打ち抜きによって形成されるので、回転子スロットを高能率かつ高精密に形成するためには、回転子スロットの外周側端部と回転子鉄心の外周との間にある程度の間隔を設けざるを得ない。このような事情から、回転子スロットの外周側端部から回転子鉄心の外周までの間隔を小さくするのではなく、他の手段でこの種の回転電機の効率を高める方法が、従来種々提案されている。【０００４】
例えば、特開２００２−３１５２８２号公報には、回転子スロットの外周側の頂部に絶縁物を装填し、回転子導体と高調波磁束の鎖交量を少なくすることで損失を低減する構成が開示されている。また、特開平８−１４０３１９号公報には、回転子鉄心の半径方向に内周側スロット及び外周側スロットの２つを設け、内周側スロットにのみ導体を充填し、渦電流の発生部位を削除することで損失の低減を図る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１５２８２号公報
【特許文献２】特開平８−１４０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２に開示の手段によると、回転子導体の外周側の端部から回転子鉄心の外周までの距離が大きくなるので、本来回転子導体に鎖交させるべき、回転電機の出力となる主磁束についても回転子導体の外周側を通ってしまい、回転子導体への鎖交磁束量が減少してしまう可能性がある。【０００７】
また、回転電機を誘導電動機として駆動する場合、始動時には回転していない回転子に対して固定子からある回転速度で回転する磁界が作用するため、回転子から見ると高調波磁束となって導体に鎖交する。ただし、始動時の高調波磁束と運転時に回転子に作用し、損失発生要因となる高調波磁束は周波数が異なっている場合が多い。この場合、特許文献１，２に開示の技術のように、高調波磁束の鎖交量を低減する方法や導体自体を内周側に配置する構成とすると、始動時の鎖交磁束についても導体に鎖交する磁束自体が少なくなるため、始動時に十分なトルクが得られなくなる可能性がある。【０００８】
本発明は、このような従来字術の課題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、高調波磁束に起因した損失を低減し、効率を向上した回転電機を提供することにある。また、主磁束の漏れを防いでトルクを損なわず、運転時の効率向上を図った回転電機を提供することにある。さらには、このような回転電機を高能率に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、回転電機に関しては、固定子と、固定子内に回転可能に配置された回転子とを有し、前記回転子は、多数の薄板磁性鋼板の積層体からなる回転子鉄心と、該回転子鉄心に形成された密閉構造の内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットと、前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体及び前記外径側回転子スロット内に形成された外径側回転子導体を備えた二重かご構造を有し、前記外径側回転子スロットは、外径側の左右肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部を有することを特徴とする。【００１０】
また、回転電機の製造方法に関しては、内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットを有する所定枚数の薄板磁性鋼板を形成する工程と、各薄板磁性鋼板の内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットを重ね合わせて所定枚数の薄板磁性鋼板を積層し、回転子鉄心を構成する工程と、前記回転子鉄心に形成された前記内径側回転子スロット及び前記外径側回転子スロットのうち、少なくとも前記内径側回転子スロット内に銅バーを挿入する工程と、前記内径側回転子スロットと前記銅バーの隙間に、アルミニウム又はアルミニウム合金をダイカストにより充填する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の回転電機は、外径側回転子スロットの外径側の左右肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部を有するので、回転電機の損失を低減し、効率を向上することができる。【００１２】
また、本発明の回転電機の製造方法は、回転子鉄心に形成された内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットのうち、少なくとも内径側回転子スロット内に銅バーを挿入する工程と、内径側回転子スロットと銅バーの隙間に、アルミニウム又はアルミニウム合金をダイカストにより充填する工程を含むので、導電性に優れた回転子導体を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る回転電機の要部断面図である。
【図２】実施形態に係る二重かご形回転子の斜視図である。
【図３】実施例１に係る二重かご形回転子の軸方向断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】実施例１に係る二重かご形回転子に形成されるスロット部の説明図である。
【図６】実施例２に係る二重かご形回転子に形成されるスロット部の説明図である。
【図７】変形例１に係る二重かご形回転子に形成されるスロット部の説明図である。
【図８】変形例２に係る二重かご形回転子に形成されるスロット部の説明図である。
【図９】変形例３に係る二重かご形回転子に形成されるスロット部の説明図である。
【図１０】実施例３に係る二重かご形回転子の側面図及び拡大図である。
【図１１】実施例３に係る二重かご形回転子の他の例を示す側面図及び拡大図である。
【図１２】実施例３に係る二重かご形回転子のさらに他の例を示す側面図及び拡大図である。
【図１３】実施例３に係る第１薄板磁性鋼板の拡大図である。
【図１４】実施例３に係る第２薄板磁性鋼板の拡大図である。
【図１５】実施例３に係る第２薄板磁性鋼板に形成される内径側ブリッジの寸法を示す図である。
【図１６】実施例４に係る薄板磁性鋼板の拡大図である。
【図１７】実施例５に係る薄板磁性鋼板の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る回転電機の実施の形態を、三相誘導電動機を例にとり、実施例毎に図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に示すように、実施の形態に係る回転電機１００は、同心に配置されたかご形回転子１及び固定子６５を有する。かご形回転子１は、シャフト（出力軸）９と、シャフト９に固定された回転子鉄心２と、回転子鉄心２に設けられた内径側回転子導体３及び外径側回転子導体５と、これら内径側回転子導体３及び外径側回転子導体５の両端を接続する短絡環７０を備えている。したがって、本例のかご形回転子１は、二重かご形構造となる。これに対して、固定子６５は、固定子鉄心６０と、固定子鉄心６０に形成された固定子スロット６１と、固定子スロット６１に巻き回された固定子巻線６２を備えている。【００１６】
回転子鉄心２は、図２に示すように、薄板磁性鋼板をもって形成されており、所定枚数を厚さ方向に積層することにより、全体形状が円筒状に形成される。これら所定枚数の回転子鉄心２は、その中心孔内にシャフト９を挿入することにより、一体化される。【００１７】
回転子鉄心２には、図３及び図４に示すように、シャフト９の軸心を中心とする円周上に、内径側回転子スロット４及び外径側回転子スロット６が一定間隔で形成されている。これら内径側回転子スロット４及び外径側回転子スロット６は、いずれも密閉形状に形成される。内径側回転子スロット４の外周端と外径側回転子スロット６の内周端の間には、所定寸法の内径側ブリッジ７が形成され、外径側回転子スロット６と回転子鉄心２の外周端の間には、所定寸法の外径側ブリッジ８が形成される。内径側ブリッジ７及び外径側ブリッジ８の幅は、内径側回転子スロット４及び外径側回転子スロット６を高能率かつ高精度にプレス打ち抜き可能な値に設定される。【００１８】
内径側回転子スロット４内及び外径側回転子スロット６内には、アルミニウム又はアルミニウム合金をダイカストすることによって、内径側回転子導体３及び外径側回転子導体５が形成される。内径側回転子導体３及び外径側回転子導体５のダイカスト法については、公知に属する事項であり、かつ本発明の要旨でもないので説明を省略する。上述したように、各内径側回転子導体３及び各外径側回転子導体５の両端は、短絡環７０（図１参照）により接続される。【００１９】
内径側回転子スロット４の平面形状（内径側回転子導体３の断面形状）は、図３及び図４に示すように、角部に丸みを有する略扇形に形成される。内径側回転子スロット４の外径側の端部は、直線形に形成される。【００２０】
一方、外径側回転子スロット６の平面形状（外径側回転子導体５の断面形状）は、図３乃至図５に示すように、内径側回転子スロット４及び外径側回転子スロット６の中心を通る回転子鉄心２の半径方向線Ｘ−Ｘを中心として、その左右両側の外径側の肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部１０が、左右対称形に形成されている。外径側回転子スロット６の内径側の端部は、内径側回転子スロット４の外径端と対向する直線形に形成され、この直線部と曲線部１０とは、円弧で繋がれている。これにより、外径側回転子スロット６の周方向幅は、図５に示すように、かご形回転子１の外径側に至るに従い、曲線部１０に沿ってｓ１、ｓ２、ｓ３と概ね累乗で減少する。【００２１】
導体に流れる高調波電流は、その周波数が高くなるほど、表皮効果により導体の外径側に集中して流れるので、高調波電流が作る磁束も、高調波電流の周波数が高くなるほど、導体の外径側に集中して流れる。図５は、固定子スロットの影響やインバータ駆動時のリップル電流に起因する高調波磁束３１、３２、３３のうち、最も周波数の高い高調波磁束３３は、外径側回転子導体５の外径側の端部に近い部分を通り、最も周波数の低い高調波磁束３１は、外径側回転子導体５の内径側の端部に近い部分を通り、それらの中間の周波数を有する高調波磁束３２は、外径側回転子導体５の中央部分を通ることを示している。なお、高調波磁束３１、３２、３３よりも周波数が低い主磁束３０は、内径側回転子導体３よりもさらに内径側を通って固定子鉄心６０に戻る。【００２２】
実施例１に係る外径側回転子スロット６は、外径側の肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部１０を左右対称形に形成したので、周波数の高い高調波磁束ほど、外径側回転子スロット６を横切る長さが短くなる。外径側回転子スロット６を横切る部分の磁気抵抗は、磁束が外径側回転子スロット６を横切る長さに反比例するから、外径側回転子導体５を流れる高調波電流の周波数が高いほど、高調波電流が作る磁束が通りやすくなる。即ち、インダクタンスが周波数増加に伴って大きくなる。【００２３】
回転子導体３，５に流れる電流は、すべり周波数で導体全体に流れて回転電機の出力になる基本波成分と、高調波磁束に起因して導体に流れて損失となる高調波成分に分けて考えることができる。すべり周波数は一般に固定子電流に比べ低い周波数であることから、基本波成分については、回転子漏れ磁束によるインダクタンスの影響は小さく、流れる電流の大きさには抵抗の影響が大きい。一方、高調波電流は、固定子スロットやインバータ駆動に起因する高調波磁束によって生じるため、数ｋＨｚ以上の比較的高い周波数となることが多く、インダクタンスの影響が大きくなる。したがって、本実施形態のように、外径側回転子導体６に流れる高調波電流によるインダクタンスを増加して、インピーダンスを高めると、損失の原因となる高調波電流を選択的に低減できるので、高効率な回転電機を提供することが可能となる。また、始動時の鎖交磁束についても減少することがないので、始動時に十分なトルクが得られる。
【実施例２】
【００２４】
図６を用いて、実施例２に係る回転電機を説明する。実施例２に係る回転電機は、実施例１に係る回転電機１００の回転子鉄心２に形成される外径側回転子スロット６の各部の寸法を最適化したことを特徴とする。【００２５】
外径側回転子スロット６に形成される曲線部１０の内径側の端部１１は、図６に示すように、外径側回転子スロット６の径方向長さ２ｄの半分よりも内径側に配置する。また、曲線部１０の内径側の端部１１から外径側の端部１３までの周方向幅ｅは、外径側回転子スロット６の径方向長さの半分ｄより大きく取り、外径側回転子スロット６の周方向幅が外径方向に向かって縮小する比率を高くする。これにより、高調波電流を効率的に低減することができ、回転電機の損失を軽減することができる。【００２６】
なお、図６に示す外径側回転子スロット６の径方向高さ２ｄは、主要高調波の周波数から算出できる表皮深さに応じて決めることが望ましい。一般に、回転子導体に流れる電流の高調波成分は、固定子巻線に通電される電流の周波数に対して固定子スロット数の整数倍、あるいはインバータキャリア周波数の整数倍が主要となることが多い。したがって、回転子導体の導電率をσ（Ｓ／ｍ）、比透磁率をμｒ（Ｈ／ｍ）、回転電機の１秒当たりの回転数をＮ、固定子スロット数をＮｓ、回転電機を駆動するインバータのキャリア周波数をｆｃ（Ｈｚ）とすると、外径側スロット６の径方向高さ２ｄは、
√（１／π・Ｎ・Ｎｓ・μｒ・σ）で求められる固定子スロット高調波の表皮深さ、又は√（１／π・ｆｃ・μｒ・σ）で求められるインバータキャリア高調波の表皮深さのいずれか影響が大きいものよりも小さく設定する。【００２７】
最も影響の大きい高調波の表皮深さ程度に外径側回転子スロット６の径方向高さ２ｄを設定すると、同周波数の高調波電流が作る磁束は内径側ブリッジ７を通るから、インダクタンスが大きく影響の大きな高調波に対してインピーダンスを高め、効果的に高調波電流を低減できる。また、上述のように高調波の整数倍の成分に対して、曲線部１０の内径側の端部を外径側回転子スロット６の径方向長さ２ｄの半分よりも内径側に設定すると、高調波電流の表皮深さ以下の範囲で特に外径側スロット６の周方向幅を小さくできるので、高調波電流の低減、ひいては損失低減により効果的である。【００２８】
なお、実施例１及び実施例２に係る回転電機においては、回転子鉄心２に形成される外径側回転子スロット６の曲線部１０を左右対称とし、かつ左右の曲線部１０の間に外径側に向けて凸なランド部（図５のｓ３）を設けたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。外径側回転子スロット６の形状については、図７〜図９に示すように種々変更することができる。【００２９】
（１）図７の例においては、左右の曲線部１０の間にランド部が形成されない形状としている。【００３０】
（２）図８の例においては、左側の曲線部１０ａと右側の曲線部１０ｂを、内径側回転子スロット４及び外径側回転子スロット６の中心を通る回転子鉄心２の半径方向線Ｘ−Ｘに対して、左右非対称な形状としている。【００３１】
（３）図９の例においては、左右の曲線部１０の間にランド部１０ｃを形成し、かつ、そのランド部１０ｃの形状を、内径側に向けて凸な曲線としている。
【実施例３】
【００３２】
次に、図１０乃至図１４を用いて、実施例３に係る回転電機を説明する。実施例３に係る回転電機は、同一構成の薄板磁性鋼板を所定枚数積層して回転子鉄心２を構成するのではなく、回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板を積層して、回転子鉄心２を構成することを特徴とする。【００３３】
図１０は回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板４１，４２を１枚ずつ交互に積層した例であり、図１１は回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板４１，４２を３枚ずつ交互に積層した例である。また、図１２は回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板４１，４２のうち、薄板磁性鋼板４１を１枚につき、薄板磁性鋼板４２を２枚ずつ交互に積層した例である。【００３４】
薄板磁性鋼板４１は、図１３に示すように、実施例１及び実施例２に係る回転電機６５に用いられる薄板磁性鋼板と同様に、内径側ブリッジ７を介して内周側回転子スロット４及び外周側回転子スロット６が形成されている。これに対して、薄板磁性鋼板４２は、図１４に示すように、内径側ブリッジ７を有しておらず、内周側回転子スロット４に相当する部分及び外周側回転子スロット６に相当する部分が一連となったブリッジ無しスロット１２が形成されている。【００３５】
上述したように、回転子鉄心２に形成される内周側ブリッジ７は、外径側回転子導体５を流れる高調波電流が作る磁束の経路となることから、図１５に示すように、内周側ブリッジ７の径方向幅ｂは、外径側回転子導体５を流れる高調波磁束に対してかご形回転子１の自己インダクタンスを高める上で重要な役割を果たしている。しかし、内周側ブリッジ７の径方向幅ｂが大きすぎると、回転子導体全体を鎖交すべき主磁束が当該内周側ブリッジ７を通ってしまうため、内径側回転子導体３の鎖交磁束量が減少して、回転電機の出力が低下する。一方、薄板磁性鋼板をパンチにより打ち抜いて回転子鉄心２を製作する場合、打ち抜き時の変形や破断を避けるため、内周側ブリッジ７の径方向幅ｂについては、鋼板の厚みに応じた制限値が決まる。一般的に多く用いられる薄板磁性鋼板の厚みは概ね０．３〜０．５ｍｍ程度であるから、打ち抜き時による径方向幅ｂの制限値も概ね薄板磁性鋼板の厚み以上であることが多い。このため、主磁束の減少を避けられる寸法よりも打ち抜き時の制限寸法の方が大きくなる場合がある。【００３６】
そこで、図１０に示すように、内径側ブリッジ７を有する薄板磁性鋼板４１とブリッジ無しスロット１２が形成された薄板磁性鋼板４２とを１枚ずつ交互に積層すると、例えば内周側ブリッジ７の径方向幅ｂを打ち抜き上の制約で１．０ｍｍとして作成した鋼板を用いても、回転子鉄心２の磁気回路全体では、各薄板磁性鋼板毎に径方向幅が０．５ｍｍの内径側ブリッジ７を形成したものと等価となり、主磁束の漏れを低減できる。また、図１１に例示するように、内径側ブリッジ７を有する薄板磁性鋼板４１とブリッジ無しスロット１２が形成された薄板磁性鋼板４２とを複数枚ずつ交互に積層した場合にも、同様の効果が得られる。さらに、図１２に例示するように、内径側ブリッジ７を有する薄板磁性鋼板４１を１枚につき、ブリッジ無しスロット１２が形成された薄板磁性鋼板４２を２枚ずつ交互に積層した場合には、例えば内周側ブリッジ７の径方向幅ｂを打ち抜き上の制約で１．０ｍｍとして作成した鋼板を用いても、回転子鉄心２の磁気回路全体では、各薄板磁性鋼板毎に径方向幅が０．３３ｍｍの内径側ブリッジ７を形成したものと等価となり、主磁束の漏れを低減できる。回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板を何枚ずつ積層するかは、構成したい径方向幅ｂや製作上の都合により適宜設定できる。【００３７】
このように、実施例３に係る回転電機は、回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板を適宜積層することにより、回転子鉄心２に形成される内周側ブリッジ７の径方向幅ｂを最適化するので、内周側ブリッジ７における主磁束の漏れを低減できて、回転電機の出力低下を最小化することができる。
【実施例４】
【００３８】
次に、図１６を用いて、実施例４に係る回転電機を説明する。実施例４に係る回転電機は、回転子スロットの形状が異なる２種類の薄板磁性鋼板を積層して、回転子鉄心２を構成するのではなく、内径側ブリッジ７を有する回転子スロットと、内径側ブリッジ７を有しない回転子スロット１２とが周方向に所要の配列で形成された薄板磁性鋼板を積層して、回転子鉄心２を構成することを特徴とする。【００３９】
図１６の例では、薄板磁性鋼板の周方向に、内径側ブリッジ７を介して径方向に配置された内周側回転子スロット４及び外周側回転子スロット６と、内径側ブリッジ７を有しておらず、内周側回転子スロット４に相当する部分及び外周側回転子スロット６に相当する部分が一連となったブリッジ無しスロット１２とが、１つずつ交互にかつ一定ピッチで形成されている。【００４０】
薄板磁性鋼板にこのような配列で各回転子スロットを形成すると、ブリッジ無しスロット１２上に、内径側ブリッジ７を介して径方向に配置された内周側回転子スロット４及び外周側回転子スロット６を重ねるように、互いに接して配置される各薄板磁性鋼板の周方向位置を調整することにより、図１０と同様の回転子鉄心２を構成することができる。なお、内径側ブリッジ７を介して径方向に配置された内周側回転子スロット４及び外周側回転子スロット６と、ブリッジ無しスロット１２との配列は、１つずつ交互にかつ一定ピッチであることに限定されるものではなく、これらの各回転子スロットを複数個ずつ交互に一定ピッチで形成することもできる。また、実施例３に係る回転電機と同様に、各回転子スロットの配列が異なる２種類の薄板磁性鋼板を積層して、回転子鉄心２を構成することもできる。【００４１】
実施例４に係る回転電機も、実施例３に係る回転電機と同様の効果を有する。
【実施例５】
【００４２】
次に、図１７を用いて、実施例５に係る回転電機を説明する。実施例５に係る回転電機は、内径側回転子スロット４内に銅バー５１を挿入したことを特徴とする。【００４３】
即ち、実施例５に係る回転電機は、図１７に示すように、内径側ブリッジ７を介して径方向に配置された内周側回転子スロット４及び外周側回転子スロット６が、周方向に一定ピッチで形成された回転子鉄心２を有している。内周側回転子スロット４内には、銅バー５１が挿入されており、内周側回転子スロット４の内面と銅バー５１の外面との隙間には、アルミニウム又はアルミニウム合金がダイカストにより充填されている。また、外周側回転子スロット６内にも、アルミニウム又はアルミニウム合金がダイカストにより充填されている。その他については、実施例１に係る回転電機と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して、説明を省略する。【００４４】
銅はアルミニウムに比べて導電率が高いので、回転子導体として好適である、しかしながら、銅はアルミニウムに比べて融点が高いので、ダイカストにより回転子スロット内に充填することがコスト的に困難である。したがって、回転子導体として銅バーを用いる場合には、回転子鉄心に形成された回転子スロット内に固体の銅バーを挿入するという方法が一般にとられるが、実施形態に係る回転子鉄心２のように、比較的複雑な形状を有する回転子スロット内に固体の銅バーを隙間なく挿入することは困難である。そこで、図１６に示すように、内周側回転子スロット４内に固体の銅バー５１を挿入した後に、内周側回転子スロット４の内面と銅バー５１の外面との隙間に、アルミニウム又はアルミニウム合金をダイカストにより充填すると、複雑な形状の内周側回転子スロット４の内面と銅バー５１の外面とを電気的に確実に接続できる。なお、図示は省略するが、外周側回転子スロット６についても、銅バー５１を挿入することができる。【００４５】
実施例５に係る回転電機は、回転子鉄心２に形成された回転子スロット４内に銅バー５１を挿入したので、回転子導体の導電率を高めることができ、回転電機の効率を更に改善することができる。また、内周側回転子スロット４内に固体の銅バー５１を挿入した後に、内周側回転子スロット４の内面と銅バー５１の外面との隙間に、アルミニウム又はアルミニウム合金をダイカストにより充填するので、導電性が良好な内周側回転子導体３を容易に作製することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  回転子
２  回転子鉄心
３  内径側回転子導体
４  内径側回転子スロット
５  外径側回転子導体
６  外径側回転子スロット
７  内径側ブリッジ
８  外径側ブリッジ
９  シャフト
１０、１０ａ〜１０ｃ  曲線部
１１  曲線部の内径側端部
１２  ブリッジ無しスロット
１３  曲線部の外径側端部
３０  主磁束
３１〜３３  高調波磁束
４１、４２  薄板磁性鋼板
５１  銅バー
６０  固定子鉄心
６１  固定子スロット
６２  固定子巻線
６５  固定子
７０  短絡環
【図１】
2015001601.tif 000003
【図２】
2015001601.tif 000004
【図３】
2015001601.tif 000005
【図４】
2015001601.tif 000006
【図５】
2015001601.tif 000007
【図６】
2015001601.tif 000008
【図７】
2015001601.tif 000009
【図８】
2015001601.tif 000010
【図９】
2015001601.tif 000011
【図１０】
2015001601.tif 000012
【図１１】
2015001601.tif 000013
【図１２】
2015001601.tif 000014
【図１３】
2015001601.tif 000015
【図１４】
2015001601.tif 000016
【図１５】
2015001601.tif 000017
【図１６】
2015001601.tif 000018
【図１７】
2015001601.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、固定子内に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記回転子は、多数の薄板磁性鋼板の積層体からなる回転子鉄心と、該回転子鉄心に形成された密閉構造の内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットと、前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体及び前記外径側回転子スロット内に形成された外径側回転子導体を備えた二重かご構造を有し、
前記外径側回転子スロットは、外径側の左右肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部を有し、
前記回転子鉄心が、内径側ブリッジを介して前記内径側回転子スロット及び前記外径側回転子スロットが形成された第１の薄板磁性鋼板と、
前記内径側ブリッジを有しておらず、前記内径側回転子スロットに相当する部分及び前記外径側回転子スロットに相当する部分が一連となったブリッジ無しスロットが形成された第２の薄板磁性鋼板との積層体をもって構成され、前記第１の薄板磁性鋼板に形成された前記内径側ブリッジ、前記内径側回転子スロット及び前記外径側回転子スロットが、前記第２の薄板磁性鋼板に形成された前記ブリッジ無しスロットに重ね合わされていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
固定子と、固定子内に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記回転子は、多数の薄板磁性鋼板の積層体からなる回転子鉄心と、該回転子鉄心に形成された密閉構造の内径側回転子スロット及び外径側回転子スロットと、前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体及び前記外径側回転子スロット内に形成された外径側回転子導体を備えた二重かご構造を有し、
前記外径側回転子スロットは、外径側の左右肩部に、内径方向に凸な円弧状の曲線部を有し、
前記回転子鉄心が、複数の薄板磁性鋼板の積層体をもって構成されており、前記薄板磁性鋼板の周方向には、内径側ブリッジを介して前記薄板磁性鋼板の径方向に形成された前記内径側回転子スロット及び前記外径側回転子スロットと、
前記内径側ブリッジを有しておらず、前記内径側回転子スロットに相当する部分及び前記外径側回転子スロットに相当する部分が一連となったブリッジ無しスロットとが一定ピッチで形成され、
互いに接して配置された２枚の前記薄板磁性鋼板の一方に形成された前記内径側ブリッジ、前記内径側回転子スロット及び前記外径側回転子スロットを、他方の薄板磁性鋼板に形成された前記ブリッジ無しスロットに重ね合わせたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
前記曲線部は、前記外径側回転子スロットの周方向幅が、前記回転子鉄心の外径方向に至るにしたがって漸減するように形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記曲線部の内径側の端部は、前記外径側回転子スロットの径方向長さの半分よりも内径側に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記曲線部の内径側の端部から外径側の端部までの周方向幅は、前記外径側回転子スロットの径方向長さの半分より大きく取ることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項６】
前記内径側回転子導体及び前記外径側回転子導体の導電率をσ（Ｓ／ｍ）、比透磁率をμｒ（Ｈ／ｍ）、回転電機の１秒当たりの回転数をＮ、固定子スロット数をＮｓとしたとき、前記外径側回転子スロットの径方向高さを、√（１／π・Ｎ・Ｎｓ・μｒ・σ）で表される固定子スロット高調波の表皮深さよりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項７】
回転電機を駆動するインバータのキャリア周波数をｆｃ、前記内径側回転子導体及び前記外径側回転子導体の導電率をσ（Ｓ／ｍ）、比透磁率をμｒ（Ｈ／ｍ）としたとき、前記外径側回転子スロットの径方向高さを、√（１／π・ｆｃ・μｒ・σ）で表されるインバータキャリア高調波の表皮深さよりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項８】
前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体、及び、前記外径側回転子スロット内に形成された外径側回転子導体のうち、少なくとも前記内径側回転子スロット内に形成された内径側回転子導体を、前記内径側回転子スロット内に挿入された銅バーと、前記内径側回転子スロットと前記銅バーとの間に充填されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【国際調査報告】
2015001601.tif 000020
2015001601.tif 000021
2015001601.tif 000022
2015001601.tif 000023