JP2010011635A - Rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
【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【Task】
In a rotating electrical machine, a rotating electrical machine that improves the starting characteristics by an end ring shape installed in a rotor is provided.
[Solution]
The present invention relates to a rotating electrical machine having a stator wound with a winding and a rotor, and the rotor includes a squirrel-cage secondary winding and a rotor core, and the rotor core A plurality of through-grooves are provided with a rotor bar, and a plurality of end rings are provided on the axial end surface of the rotor bar. The plurality of end rings have different inner diameters. The rotating electrical machine is characterized in that the radial width is smaller than that of the inner end ring having a small inner diameter.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、かご形導体を用いる回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine using a cage conductor.
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。
In a squirrel-cage rotor used in a rotating electrical machine, it is common to prepare one end ring outside the rotor core in the axial direction and join it to a rotor bar installed in the rotor core.
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。 In a rotating electric machine using a squirrel-cage conductor for a rotor, aluminum or copper is used as a material for the squirrel-cage conductor in the prior art. By using such a material with high conductivity, loss in the conductor at the time of rating can be reduced, and high efficiency can be achieved. However, at the time of start-up, several times the current flows in the cage conductor compared to the rated value, but if the material has high conductivity, the resistance is low, so a larger current flows in the conductor and the required power capacity is reduced. growing. Further, the resistance of the squirrel cage conductor and the starting torque are proportional, and because of a phenomenon called proportional transition, the starting torque is reduced and the starting characteristic is deteriorated if the material has high conductivity.
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。 An object of the present invention is to improve the starting characteristics and maintain the rated characteristics by devising the end ring shape of the rotor.
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。 In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, among the rotor cage conductors, a plurality of end rings are prepared on one side, and the end ring having the largest inner diameter is the outermost surface in the axial direction of the rotor core. In addition, the non-uniformity of the current density distribution in the end ring during start-up is ensured, and the effective resistance inside the squirrel-cage conductor is increased so that the starting current can be suppressed and at the same time a large starting torque can be obtained. Characterized by structure.
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。 By making the rotating electrical machine having the rotor of such a structure, the effective resistance in the end ring at the time of starting can be increased, so that the current in the end ring can be suppressed and the starting torque is also large. Therefore, the starting characteristics can be improved. In addition, non-uniformity of the current density distribution in the end ring can be ensured, and the starting characteristics are improved.
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。 The rotating electrical machine of the present invention is a rotating electrical machine having a stator around which windings are wound, and a rotor, and the rotor has a squirrel-cage secondary winding and a rotor iron core, The rotor core has a rotor bar in a plurality of through-grooves provided in the rotor core, and a plurality of end rings are provided on the end surface in the axial direction of the rotor bar or the rotor core. The plurality of end rings have different inner diameters. The outer end ring having a larger inner diameter has a smaller radial width than the inner end ring having a smaller inner diameter.
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。 In addition, at least one of the end rings is embedded in the rotor core, or a recess is provided in the axial end surface of the rotor bar or the rotor core, and the end ring is provided in the recess.
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。 Furthermore, another end ring is provided on the surface of the axial end surface of the rotor core.
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。 For example, only the end ring located on the outermost peripheral side is provided in the recess, and end rings other than the end ring located on the outermost peripheral side are installed on the surfaces of the axial end surfaces of the rotor bar or the rotor core. It is characterized by being.
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。 Further, the end ring located on the outermost peripheral side and the axial cross section of the rotor core are flat, the cross section of the inner end ring is shaped to be squeezed in the axial direction, or the cross section is The shape is a curved surface.
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。 Furthermore, the present invention is characterized in that a permanent magnet is embedded in the rotor core, and the outer diameter of the outer end ring is substantially the same as the outer diameter of the rotor core. And
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。 Examples of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
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。 The present invention improves various characteristics of the rotating electrical machine by the configuration of the rotor of the rotating electrical machine. The rotating electrical machine of the present invention will be described based on examples of embodiments shown in the following drawings.
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。
1 to 6 show the first embodiment. As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a
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。
At the time of start-up, when current starts to flow through the
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。
The end ring of the rotor 7 in the present embodiment is constituted by two radially outer
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。
In this embodiment, two end rings connected to the
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。
The
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。 2 shows the configuration of the rotor of the rotating electrical machine according to the present embodiment, FIG. 3 is a schematic view of the rotor 7 of FIG. 1 viewed from the axial direction, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3 to 6 are not shown in the drawing for the sake of simplicity.
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。
As shown in FIG. 4, the
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。
In this embodiment, the
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。
As shown in FIG. 4, the
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。
As shown in FIG. 5, the
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。
Since the outermost
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。
In this embodiment, the
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。
As the
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。
A second embodiment is shown in FIGS. This embodiment differs from the first embodiment in the shape of the
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。
The outermost
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。
A third embodiment is shown in FIGS. The present embodiment differs from the first and second embodiments in the installation position of the end ring, and the
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
By installing the
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。
A fourth embodiment is shown in FIGS. This embodiment is different from the first to third embodiments in that a
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
21
Claims (13)
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。 A rotating electrical machine having a stator wound with windings and a rotor,
In the rotor, a cage secondary winding and a rotor iron core are combined,
A plurality of through-grooves provided in the rotor core have a rotor bar,
A rotating electrical machine comprising a plurality of end rings provided on an axial end surface of the rotor bar or the rotor core.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008168038A JP2010011635A (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Rotating electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008168038A JP2010011635A (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Rotating electrical machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010011635A true JP2010011635A (en) | 2010-01-14 |
Family
ID=41591433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008168038A Pending JP2010011635A (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Rotating electrical machine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010011635A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108400659A (en) * | 2017-06-28 | 2018-08-14 | 奥克斯空调股份有限公司 | motor and air conditioner |
CN110556991A (en) * | 2019-09-27 | 2019-12-10 | 深圳市百盛传动有限公司 | Novel synchronous reluctance rotor structure |
CN113726044A (en) * | 2021-09-15 | 2021-11-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | Motor rotor and self-starting synchronous reluctance motor |
-
2008
- 2008-06-27 JP JP2008168038A patent/JP2010011635A/en active Pending
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CN110556991A (en) * | 2019-09-27 | 2019-12-10 | 深圳市百盛传动有限公司 | Novel synchronous reluctance rotor structure |
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