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CN109217506B - 转子和电动机 - Google Patents

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CN109217506B CN201810679564.0A CN201810679564A CN109217506B CN 109217506 B CN109217506 B CN 109217506B CN 201810679564 A CN201810679564 A CN 201810679564A CN 109217506 B CN109217506 B CN 109217506B
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Abstract

本发明提供转子和电动机。该转子降低自端环作用于转子芯的应力集中、且能够更容易地进行制作。转子(10)包括：转子芯(12)，其呈筒状，且固定于能够绕轴心旋转的旋转轴(11)的外周面侧，该转子芯具有多个第1狭缝(121)和多个第2狭缝(122)，该多个第1狭缝在所述转子芯的周向(D2)上互相空开间隔地配置并沿着旋转轴的轴向(D1)贯穿所述转子芯，该多个第2狭缝位于转子芯的比第1狭缝靠内周侧的位置，在转子芯的周向上互相空开间隔地配置并沿着旋转轴的轴向贯穿所述转子芯；以及二次导体(13)，其具有配置于第1狭缝和第2狭缝的多个导体杆(131、132)和分别位于转子芯的两端面侧并连结多个导体杆的端部的环状的一对端环(133)。

Description

转子和电动机
技术领域
本发明涉及转子和具备该转子的电动机。
背景技术
以往以来，作为一种电动机的转子，公知有笼型转子。笼型转子通过相对于在旋转轴固定的圆筒状的转子芯沿着转子芯的周向空开间隔地配置多个导体杆而形成。导体杆设于在轴向上贯穿转子芯的狭缝的内部。而且，与旋转轴独立地，与转子芯的轴向上的两端面相邻地形成有连结(短路)多个导体杆的端部的一对环状的端环。
在笼型转子进行动作时，电流在设于电动机的定子的线圈上流动。通过由此产生的旋转磁通与在导体杆中产生的感应电流交链，产生使笼型转子绕轴心旋转的力。与笼型转子为一体的端环也绕笼型转子的轴心旋转。
在端环上由于转子的旋转而作用有朝向转子的径向外侧方向的离心力。由于端环与导体杆相比质量较大，因此，在端环上作用有更大的离心力。在转子高速旋转时，由于作用于端环的离心力也增大，因此，在导体杆的两端部集中的应力也增大。增大的应力作用于与导体杆的两端部相邻的转子芯的外周部。为了使转子更高速且稳定地旋转，考虑采用抑制应力在转子芯的外周部集中的结构、或增加转子芯的外周部的厚度而提高安全率的方法。在这两个方法中，若增厚转子芯的外周部，则对电动机的性能产生影响，因此，优选采用抑制应力的集中的结构的方法。
作为抑制应力集中于转子芯的方法，提案有一种在转子芯的两端面形成有大致L字状的孔并直到孔的内部浇铸而形成端环的转子(例如参照专利文献1)。而且，提案有一种在导体杆的两端部形成有沿着轴向延伸的孔的感应电动机(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2013－236425号公报
专利文献2：日本特开2014－128091号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献1所述的转子，通过直到大致L字状的孔的内部形成(浇铸)端环并进行保持，从而防止应力在转子芯的外周部集中。然而，在浇铸端环时，与L字状相配合地浇铸与孔相对应的部分并不容易。而且，为了在转子芯的端面形成L字状的孔，需要花费很多工夫。
根据专利文献2所述的感应电动机，通过与作用于导体杆的应力相对应地使孔变形，从而降低作用于转子芯的外周部的离心力。然而，在导体杆的两端部形成孔并不容易，且认为所形成的孔对感应电动机的特性产生影响。
本发明的目的在于提供一种降低自端环作用于转子芯的应力集中、且能够更容易地进行制作的转子和电动机。
用于解决问题的方案
(1)本发明涉及一种转子(例如，后述的转子10)，该转子包括：转子芯(例如，后述的转子芯12)，其呈筒状，且固定于能够绕轴心旋转的旋转轴(例如，后述的旋转轴11)的外周面侧，该转子芯具有多个第1狭缝(例如，后述的第1狭缝121)和多个第2狭缝(例如，后述的第2狭缝122)，该多个第1狭缝在所述转子芯的周向(例如，后述的周向D2)上互相空开间隔地配置并沿着所述旋转轴的轴向(例如，后述的轴向D1)贯穿所述转子芯，该多个第2狭缝位于所述转子芯的比所述第1狭缝靠内周侧的位置，在所述转子芯的周向上互相空开间隔地配置并沿着所述旋转轴的轴向贯穿所述转子芯；以及二次导体(例如，后述的二次导体13)，其具有配置于所述第1狭缝和所述第2狭缝的多个导体杆(例如，后述的第1导体杆131、第2导体杆132)和分别位于所述转子芯的两端面侧并连结多个所述导体杆的端部的环状的一对端环(例如，后述的端环133)。
(2)在(1)所述的转子中，可以是，多个所述第1狭缝以互相大致等间隔配置，具有互相大致相同的截面积，多个所述第2狭缝以互相大致等间隔配置，具有互相大致相同的截面积。
(3)在(1)或(2)所述的转子中，可以是，所述第1狭缝和所述第2狭缝配置于在所述转子芯的周向上成为不同的相位的位置。
(4)涉及一种电动机(例如，后述的电动机1)，该电动机包括：转子，其为(1)～(3)中任一项所述的转子；以及定子(例如，后述的定子20)，其呈圆筒状，在内部配置有所述转子。
发明的效果
采用本发明，能够提供降低自端环作用于转子芯的应力集中、且能够更容易地进行制作的转子和电动机。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的电动机的概略结构的主视图。
图2是图1的A－A线剖视图。
图3是表示一实施方式的电动机的转子芯的概略结构的立体图。
图4是图3的B－B线剖视图。
图5是表示一实施方式的电动机的端环和转子芯的概略结构的立体图。
图6是将一实施方式的电动机的转子芯的端部放大后的局部剖视图。
图7是表示另一实施方式的电动机的转子芯的概略结构的立体图。
附图标记说明
1、2、电动机；10、转子；11、旋转轴；12、32、转子芯；13、二次导体；20、定子；121、第1狭缝；122、322、第2狭缝；131、第1导体杆(导体杆)；132、第2导体杆(导体杆)；133、端环；CL、轴心；D1、轴向；D2、周向；D3、径向外侧方向；M、线段；N、角的垂直平分线；Q1、Q2、中心；F、离心力；T、力矩。
具体实施方式
以下，参照图1～图6说明本发明的转子和电动机的一实施方式。
图1是表示本发明的一实施方式的电动机1的概略结构的主视图。图2是图1的A－A线剖视图。图3是表示一实施方式的电动机1的转子芯12的概略结构的立体图。图4是图3的B－B线剖视图。图5是表示一实施方式的电动机1的端环133和转子芯12的概略结构的立体图。图6是将一实施方式的电动机1的转子芯12的端部放大后的局部剖视图。
如图1和图2所示，本实施方式的电动机1包括转子10和定子20。本实施方式的电动机1为笼型感应电动机。
转子10包括旋转轴11、转子芯12、以及二次导体13。
旋转轴11为棒状体。旋转轴11在轴向两侧借助轴承(未图示)以能够旋转的方式支承于电动机1的外壳(未图示)。即，旋转轴11能够绕轴心CL旋转。另外，在图2中，用点划线表示旋转轴11的轴心CL。而且，在以下的说明中，还将旋转轴11的轴向简称为“轴向D1”。
如图1～图4所示，转子芯12通过在轴向D1上层叠环状(圆盘状)的电磁钢板而形成为圆筒状(筒状)。转子芯12固定于在其中央部分配置的旋转轴11的外周面。转子芯12包括多个第1狭缝121和多个第2狭缝122。
第1狭缝121形成为沿着轴向D1贯穿的贯通孔。具体而言，第1狭缝121形成为自转子芯12的一侧的端面朝向另一侧的端面在轴向D1上贯穿的贯通孔，具有互相大致相同的截面积。第1狭缝121的截面积没有限定，例如，为10mm2～100mm2。“大致相同的截面积”不仅包含严格相同的截面积，还包含功能上被视为相同的截面积的截面积(以下相同)。
第1狭缝121沿着转子芯12的周向D2互相空开间隔地配置多个。换言之，如图1所示，第1狭缝121在以旋转轴11的轴心CL(转子芯12的旋转中心)为中心的假想圆R1上配置多个。第1狭缝121的个数没有限定，例如为10个～50个。第1狭缝121在假想圆R1上以大致等间隔配置。“大致等间隔”不仅包含严格的等间隔，还包含功能上被视为等间隔的间隔(以下相同)。
第2狭缝122形成为沿着轴向D1贯穿的贯通孔。具体而言，第2狭缝122形成为自转子芯12的一侧的端面朝向另一侧的端面在轴向D1上贯穿的贯通孔，具有比第1狭缝121的截面积小的截面积、且具有互相大致相同的截面积。第2狭缝122的截面积没有限定，例如为10mm2～100mm2。
第2狭缝122沿着转子芯12的周向D2互相空开间隔地配置多个。第2狭缝122配置于比第1狭缝121靠内周侧的位置。换言之，如图1所示，第2狭缝122在以旋转轴11的轴心CL(转子芯12的旋转中心)为中心的假想圆R2、且是直径小于配置第1狭缝121的假想圆R1的直径的假想圆R2上配置多个。第2狭缝122的个数没有限定，例如为10个～50个。第2狭缝122在假想圆R2上以大致等间隔配置。
在本实施方式中，第1狭缝121和第2狭缝122配置于在转子芯12的周向D2上成为不同的相位的位置。具体而言，第2狭缝122(优选的是，其中心Q2)配置于连结第1狭缝121的中心Q1和旋转轴11的轴心CL的线段M与周向D2上相邻的线段M所成的角的垂直平分线N上。也就是说，第1狭缝121和第2狭缝122在周向D2上错开半个间距。
二次导体13利用浇铸而形成。二次导体13例如使用铝合金形成。如图1、图2、图5以及图6所示，二次导体13包括多个第1导体杆(导体杆)131、多个第2导体杆(导体杆)132、以及一对端环133。
第1导体杆131通过在第1狭缝121内浇铸例如铝合金而形成。第1导体杆131在转子芯12的周向D2上空开间隔地配置，并沿着旋转轴11的轴向D1贯穿转子芯12。第1导体杆131在转子芯12的周向D2上以大致等间隔配置。第1导体杆131的配置、截面积与第1狭缝121相同。
第2导体杆132通过在第2狭缝122内浇铸例如铝合金而形成。第2导体杆132在转子芯12的周向D2上空开间隔地配置，并沿着旋转轴11的轴向D1贯穿转子芯12。第2导体杆132在转子芯12的周向D2上以大致等间隔配置。第2导体杆132的配置、截面积与第2狭缝122相同。
一对端环(短路环)133呈环状，利用浇铸而与第1导体杆131和第2导体杆132一体形成。一对端环133分别与转子芯12的两端面相邻配置，连结第1导体杆131的端部和第2导体杆132的端部。即，一对端环133分别以覆盖转子芯12的端面的方式与转子芯12的端面相邻配置。
详细而言，在转子芯12的一侧的端面侧，多个第1导体杆131的一侧的端部和多个第2导体杆132的一侧的端部利用一个端环133机械连结以及电连结。同样地，在转子芯12的另一侧的端面侧，多个第1导体杆131的另一侧的端部和多个第2导体杆132的另一侧的端部利用另一端环133机械连结以及电连结。
定子20固定于电动机1的外壳(未图示)。定子20包括定子芯21和线圈22。
定子芯21形成为大致圆筒形状。定子芯21通过在轴向D1上层叠多张电磁钢板而形成。
线圈22卷绕于定子芯21。线圈22例如由U相、V相以及W相的三相的线圈22形成。在各个线圈22中的向定子芯21的轴向D1的两侧突出的部分被设为线圈端部23。
以上的电动机1如下所述地进行动作。
首先，通过电流在定子20的线圈22中流动，产生旋转磁通。而且，在第1导体杆131和第2导体杆132中产生感应电流。通过旋转磁通与感应电流交链，旋转轴11、转子芯12以及二次导体13绕旋转轴11的轴心旋转。
通过转子芯12和二次导体13旋转，在转子芯12和二次导体13上作用有离心力F和力矩T。特别是，由于作用于端环133的离心力F和力矩T，在端环133上作用有使端环133向径向外侧方向D3变形的力。
相对于此，由于不仅与端环133一体地形成有第1导体杆131，还与端环133一体地形成有第2导体杆132，因此，第1导体杆131和第2导体杆132支承端环133。由此，在作用于端环133的离心力F和力矩T中的经由第1导体杆131和第2导体杆132而作用于转子芯12的外周部的离心力F和力矩T分散(减少)。由此，即使在转子10高速旋转这样的严酷的环境下，也能够稳定地使用转子10。
根据本实施方式的转子10和电动机1，例如起到以下的效果。
本实施方式的转子10包括：转子芯12，其呈筒状，且固定于能够绕轴心旋转的旋转轴11的外周面侧，该转子芯12具有多个第1狭缝121和多个第2狭缝122，该多个第1狭缝121在转子芯12的周向D2上互相空开间隔地配置并沿着旋转轴11的轴向D1贯穿转子芯12，该多个第2狭缝122位于转子芯12的比第1狭缝121靠内周侧的位置，在转子芯12的周向D2上互相空开间隔地配置并沿着旋转轴11的轴向D1贯穿转子芯12；以及二次导体13，其具有多个第1导体杆131和多个第2导体杆132以及环状的一对端环133，该多个第1导体杆131和多个第2导体杆132配置于第1狭缝121和第2狭缝122，该环状的一对端环133分别位于转子芯12的两端面侧并连结多个第1导体杆131的端部和多个第2导体杆132的端部。
因而，通过旋转轴11的旋转，即使在端环133上作用有离心力和力矩，端环133也能够被第1导体杆131和第2导体杆132支承。由此，由于在第1导体杆131和第2导体杆132上作用有在端环133上作用的离心力和力矩的一部分，因此，能够抑制向转子芯12的外周部的应力集中。而且，由于仅通过在转子芯12设置第1狭缝121和第2狭缝122就能够抑制应力集中，因此，能够更容易地进行制造。
而且，多个第1狭缝121以互相大致等间隔配置，具有互相大致相同的截面积，多个第2狭缝122以互相大致等间隔配置，具有互相大致相同的截面积。因而，能够使各个作用于第1导体杆131和第2导体杆132的离心力F和力矩T均匀地分散，因此，能够在更严酷的条件下使用转子10。
而且，第1狭缝121和第2狭缝122配置于在转子芯12的周向D2上成为不同相位的位置。在第1狭缝121与第2狭缝122之间的距离较近的情况下，由于彼此遮挡磁路，因而对电动机的性能产生不良影响，但在本实施方式中，相邻的第1狭缝121与第2狭缝122之间的间隔较大，因此，能够使对电动机的性能产生的不良影响成为最小限度。
接着，参照图7说明另一实施方式的电动机2。另外，在对电动机2的说明中，对与电动机1共用的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。而且，在对电动机2的说明中，对与电动机1所起到的效果相同的效果，省略其说明。
图7是表示成为变形例的另一实施方式的电动机2的转子芯32的概略结构的立体图。本实施方式的电动机2在代替具有第2狭缝122的转子芯12而包括具有第2狭缝322的转子芯32的方面等与电动机1不同。
电动机2所具有的转子芯32包括多个第1狭缝121和多个第2狭缝322。
第2狭缝322形成为沿着轴向D1贯穿的贯通孔。具体而言，第2狭缝322形成为自转子芯32的一侧的端面朝向另一侧的端面在轴向D1上贯穿的贯通孔，具有与第1狭缝121相同的截面积、且具有互相大致相同的截面积。第2狭缝322沿着转子芯32的周向D2互相空开间隔地配置多个。
第2狭缝322配置于比第1狭缝121靠内周侧的位置。换言之，第2狭缝322在以旋转轴11的轴心CL(转子芯32的旋转中心)为中心的假想圆R2、且是直径小于配置第1狭缝121的假想圆R1的直径的假想圆R2上配置多个。第2狭缝322在假想圆R2上以大致等间隔配置。在本实施方式中，第1狭缝121和第2狭缝322配置于在转子芯32的周向上成为相同的相位的位置。具体而言，第2狭缝322(优选的是，其中心Q2)配置在连结第1狭缝121的中心Q1和旋转轴11的轴心CL的线段M上。
本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更和变形。
例如，在图1所示的实施方式中，设为多个第2导体杆132配置在连结第1导体杆131的中心(第1狭缝121的中心Q1)和旋转轴11的轴心CL的线段M与周向D2上相邻的线段M所成的角的垂直平分线N上，但并不限定于此。
此外，在图1所示的实施方式中，设为多个第2狭缝122具有比第1狭缝121的截面积小的截面积，但并不限定于此。也就是说，多个第2狭缝122还可以具有与第1狭缝121相同的截面积，或者具有比第1狭缝121的截面积大的截面积。
只要转子芯固定于旋转轴的外周面侧，转子芯与旋转轴之间的固定方式就没有限定。只要端环配置于转子芯的两端面侧，端环与转子芯的端面之间的位置关系就没有限定。

Claims (3)

1.一种转子，其特征在于，
该转子包括：
转子芯，其呈筒状，且固定于能够绕轴心旋转的旋转轴的外周面侧，该转子芯具有多个第1狭缝和多个第2狭缝，该多个第1狭缝在所述转子芯的周向上互相空开间隔地配置并沿着所述旋转轴的轴向贯穿所述转子芯，该多个第2狭缝位于所述转子芯的比所述第1狭缝靠内周侧的位置，在所述转子芯的周向上互相空开间隔地配置并沿着所述旋转轴的轴向贯穿所述转子芯；以及
二次导体，其具有配置于所述第1狭缝和所述第2狭缝的多个导体杆和分别位于所述转子芯的两端面侧并连结多个所述导体杆的端部的环状的一对端环，
其中，所述第1狭缝和所述第2狭缝配置于在所述转子芯的周向上成为不同相位的位置，
所述第2狭缝的中心配置于连结所述第1狭缝的中心和所述旋转轴的所述轴心的线段与周向上相邻的所述线段所成的角的垂直平分线上。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，
多个所述第1狭缝以互相大致等间隔配置，具有互相大致相同的截面积，
多个所述第2狭缝以互相大致等间隔配置，具有互相大致相同的截面积。
3.一种电动机，其特征在于，
该电动机包括：
转子，其为根据权利要求1或2所述的转子；以及
定子，其呈圆筒状，在内部配置有所述转子。
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