JP4582947B2 - 誘導電動機のロータおよびロータの製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導電動機ロータの篭形導体をアルミまたはアルミ合金とし、ダイキャストによって製造するロータ構造やその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の篭形の誘導電動機のロータ構造は、図８に示すように、ロータスロット１１３を図のＢ部にて示すように、ロータ外周部１１４から距離Ｃだけ離して密閉した形状としている。これは導体をアルミまたはアルミ合金のダイキャストにて製造するので、外周部１１４から溶けたアルミの漏れを防ぐためであり、開放スロットは採用していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来のロータ構造では図８のＢ部において、漏れ磁束が発生する。これはＣ寸法が大きいとその漏れ磁束量が多くなりモータの出力トルクが減少する。
このもれ磁束を少なくするにはＣ寸法を可能な限り小さくする必要がある。しかし一方、Ｃ寸法を小さくするとロータの外周表面近くに導体が存在することになり、図示しないステータのスロットによって発生する高調波磁束が図８の矢印に示すようにロータスロット内の前記導体に鎖交して高調波の渦電流損失が発生し、いわゆる無負荷鉄損、漂遊負荷損の一因となってモータ効率が低下してしまうという問題点があった。
この渦電流損を低減する目的で特開平８−１４０３１９号公報では、ロータコアにロータスロットを半径方向に２個ずつ配置し、内周側のロータスロット内にのみアルミまたはアルミ合金を充填して導体とする構成が示されている。しかしながらこのロータ構造ではロータ外周側に設けられたスロットと外周との距離が極めて小さいので、外周側スロットを設けることによるコアの機械的強度が低くなることが避けられない。
つまり、コアを構成する薄鋼板（０．３５ｍｍ，０．５ｍｍ，０．６ｍｍ厚さなど）をプレスでスロット打ち抜く際あるいは、外径精度の確保のために、プレス後の外周切削を行うと外周スロットとコア外周との間が座屈変形してしまい、ロータの外周がスロットの有る個所と無い個所とで波打ちの如き様相を呈し、正規な外径寸法を有したロータを得ることが困難という問題点があった。
【０００４】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので前記のようなロータ導体をダイキャストで製造する誘導電動機において、高調波による渦電流損失いわゆる高調波２次銅損を低減した低損失でかつ機械的な強度も充分備えたロータを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る誘導電動機のロータは、ロータのスロットの頂部のみに導体より高い融点の絶縁物が装填されているものである。
【０００６】
また、ロータの頂部付近のスロット側部には、スロット内側に向かって突出した係合部が設けられており、この係合部よりスロットの頂部にかけて、導体より高い融点の絶縁物が装填されているものである。
【０００７】
また、同じくスロット外側に向かう係合部が設けられており、この係合部を含みスロット頂部にかけては導体より高い融点の絶縁物が装填されているものである。
【０００８】
また、前記絶縁物をセラミック系絶縁材とするものである。
【０００９】
また、ロータの頂部付近のスロット側部には、スロットの外側に向う係合部またはスロットの内側に向かって突出した係合部が設けられており、この係合部には非磁性金属性仕切板が装置され、この仕切板のロータ内周側のスロットにアルミまたはアルミ合金の導体が設けられており、前記仕切板は導体より高い融点で、かつ金属性仕切板よりロータ外周側のスロットの頂部に、スロット内空隙あるいは導体より高い融点の絶縁物を備えているものである。
【００１０】
また、金属性仕切板が銅または銅合金とするものである。
【００１１】
また、スロット最頂部とロータ外径との間の寸法が、ロータの積層鋼板の板厚以下とするものである。
【００１２】
また、ロータの製造方法であって、スロットの頂部のみの絶縁物または金属性仕切板の軸方向移動を防止するために、ロータコア端面にダイキャスト用金型を装着して、アルミまたはアルミ合金導体のダイキャストを行うものである。
【００１３】
また、スロットの頂部のみの絶縁物をロータコアに装着剤または両面テープによって仮止めをして、同様にダイキャストを行うものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図によって説明する。
図１は本発明を適用した誘導電動機の断面側面図であり、図２はスロット部の部分詳細を示す図である。薄板磁性鋼板よりなるコア２には、ロータスロット３がプレス打ち抜きによって円周上に複数設けられており、このコア２を所定数積層してロータ１を構成する。そして前記積層後のロータのスロット内には後述するアルミまたはアルミ合金よりなる篭状導体４がダイキャストによって製造され設けられている。図２に示すようにロータスロット３の頂部３ａ付近のスロット側部には、スロットの内側に向って突出した係合部５が形成されており、この係合部５よりコア外周側の前記スロット頂部３ａには、アルミまたはアルミ合金よりなる導体も高い融点を有する絶縁物６が装填されている。絶縁物６の具体例としてはセラミックス系絶縁物があげられる。前記絶縁物６は係合部５で保持されるので、スロット３内での脱落防止のための治具等は必要としない。このように積層されたロータ１のスロット３内に絶縁物６を装填後、アルミまたはアルミ合金をダイキャストによって充填するが、その際、図３に示すように絶縁物６を金型７によってロータ１の両端面から軸方向移動防止のために押圧保持する。これは、ダイキャスト時に溶融したアルミの圧力によって、ロータ１から絶縁物６が飛び出すことがあるからである。
なお、この金型７は２次導体を結ぶ図１に示したエンドリング４ａを２次導体形成時に同時に形成する機能も有する。このような本実施の形態１に示す誘導電動機では、図２の矢印で示したような、図示省略したステータのスロットによって発生する高調波磁束Φがロータスロット３内の２次導体であるアルミまたはアルミ合金導体４に鎖交することによって発生する高周波の渦電流損失が低減する。つまり、高調波磁束Φは主にロータ１の外周部に近い個所を通るので、本実施の形態１では前記磁束Φはスロット頂部３ａ内の絶縁物６と鎖交し、導体４との鎖交が少なく、導体中の発生する渦電流が大幅に減少し、損失の少ない電動機が得られる。
【００１５】
またこの実施の形態１に示した構成では、スロット頂部３ａには絶縁物６が、スロット３内にはアルミ導体が密に充填されているので、機械的に強固な構造となりアルミダイキャスト後にロータ１の外周を切削加工を行ってもスロット部の変形等はほとんど生じない。なお、外周の切削加工はこのような誘導電動機において、外周部の真円度確保によってアンバランスによる振動を除去すること、および薄板磁性鋼板のプレス打ち抜き時の残留応力によって鋼板の鉄損値が増加した外周部分を除去することを目的としたものであり、損失の少ない誘導電動機を得るには必要不可欠な作業である。
またさらに前記のようにスロット３内の剛性が増しているため図２に示すスロット最頂部とロータ１の外径との間のブリッジ部８の寸法Ｈをプレス打ち抜きのみでは製造困難な板厚以下の寸法を切削加工によって設定することが可能となり、さらに損失を減少させるという効果もある。
このようにこの実施の形態１のロータは導体４と鎖交する磁束Φを減少させるとともに、機械的に強固で切削加工に耐え得るロータ構造を兼ね備えたものであるので、損失が少なく、低振動な誘導電動機を得ることができる。
【００１６】
実施の形態２．
なお図２では係合部がスロット３の内側にコアが突出した凸状の形状を示したが、図４の図４（Ａ）〜図４（Ｉ）に示すようなスロットの内側や外側に向う係合部であってもよい。
またさらに、図５に示すようにスロット３内に係合部を形成せず、絶縁物６をコア２に接着剤や両面テープ等によって貼り付け仮止めを行いその後ダイキャストを行なってもよい。この場合、ダイキャスト時の湯圧によって絶縁物６はスロット頂部３ａに押し上げられ、前記接着剤や両面テープが焼失したとしてもアルミ導体の製造に支障は生じない。従って、この方法を採用しても工程が増えるが、コア２および絶縁物６に突起を設けることが不要となる効果がある。
【００１７】
実施の形態３．
図６に実施の形態３のスロット部の詳細断面図を示す。このスロット３には前記した実施の形態１の同様の係合部５が設けられていて、この係合部５に非磁性かつアルミより融点の高い金属で形成した仕切板９が装着されている。仕切板９の具体例としては非磁性ステンレスや銅および銅合金などがあげられる。仕切板９はロータ１に挿入すると係合部５で保持されることになり、スロット３内部への脱落防止のための治具等は不要である。そして実施の形態１と同じくロータ１の両端面から金型７によって金属性仕切板９を保持しダイキャストを行う。以上のように製造されたロータは、スロット頂部３ａには金属性仕切板９によって形成されたスロット内空隙１０があり、この空隙１０にはアルミ導体４が充填されてなく、空隙１０そのものであってもよく、また絶縁物を充填してもよい。
従って、この実施の形態３の構成でも、スロット３の外周部に２次導体が存在せず、空隙１０を形成しているので、ステータスロットの高調波に起因する高周波の渦電流が２次導体に流れることが極めて少なく、損失の少ない誘導電動機が得られる。
ここで高調波磁束の大部分が鎖交する深さは約１ｍｍ〜２ｍｍ程度であるので、空隙１０の寸法もそれと同程度に設けている。図６に示すように金属性仕切板９として銅を用い、その厚さｄとし、空隙寸法をδとすると、銅の抵抗率はアルミのおおよそ６０％程度であるので、概ねｄをδの１．５倍程度とすると、空隙１０を設けたことによって増加した２次抵抗分を仕切板９抵抗が下がったことで補うことができるために、空隙１０によって２次銅損が増加することを抑制できる。
なお、図６では係合部５がスロット３の外側に向うよう設けてあるが、図７に示すようにスロット３の内側に突出した凸部を有するような係合部５であってもよく、さらには、図４（Ｅ）〜図４（Ｉ）に示したスロット形状であってもよい。また、上記以外にこの実施の形態３の構成の誘導電動機のロータも、前記した実施の形態１と同様の作用、効果を奏する。さらに、以上の実施の形態１〜３では回転型誘導電動機の例で説明したが、アルミダイキャストで２次導体を形成するリニアモータや誘導始動する同期リラクタンスモータの始動用２次導体に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成および製造方法を採用しているので、以下に示すような効果を奏する。
【００１９】
ロータスロットに２次導体であるアルミまたはアルミ合金導体が設けられると共に前記ロータのスロットの頂部のみに導体より高い融点の絶縁物が装填されているので、ステータスロットによって発生するロータ表面を通る高調波磁束と２次導体との鎖交磁束が減少して渦電流損の少ない電動機が得られると共に、機械的強度も充分にあり、ダイキャスト後にロータ外周の切削加工が可能となり低振動かつプレス時の残留応力が除去された鉄損の少ない電動機が得られる。
【００２０】
また、スロット頂部付近にスロットの内側または外側に向って係合部が設けられているので、絶縁物または金属性仕切板を強固にスロット内に装着することができ、ダイキャスト時の落下や移動、ズレ等を防止でき、機械的に強固なロータ構造を得ることができる。
【００２１】
さらに、絶縁物がセラミック系絶縁材であるので、ダイキャスト時の溶融アルミ温度に対しても耐えることが可能である。
【００２２】
また、係合部には非磁性でかつ導体より高い融点の銅または銅合金の仕切板を装着し、かつ金属性仕切板よりロータ外周側のスロットの頂部に、空隙あるいは導体より高い融点の絶縁物を備えているので、機械的に強固なロータとなるばかりでなく、２次銅損の増加を抑制し、鎖交磁束量が少なくなり２次導体の渦電流損を低減することができる。
【００２３】
また、スロット最頂部とロータ外径との間のブリッジ部寸法を、コア板厚以下としているので、損失の少ない電動機を得ることができる。
【００２４】
また、スロットの頂部のみの絶縁部またはスロット係合部に金属性仕切板を装填装着するとともに、軸方向に金型によって押圧、保持しているのでダイキャスト時の導体湯圧によって落下や移動、ズレを生じることなく、機械的に強固な、安定したロータ構造が得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の誘導電動機の断面、側面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のスロット部の部分詳細図である。
【図３】 この発明の実施の形態１のスロット部の部分詳細図である。
【図４】 この発明の実施の形態２のスロット部の部分詳細図である。
【図５】 この発明の実施の形態２のスロット部の部分詳細図である。
【図６】 この発明の実施の形態３のスロット部の部分詳細図である。
【図７】 この発明の実施の形態３のスロット部の部分詳細図である。
【図８】 従来の誘導電動機のロータ構造を示す図面である。
【符号の説明】
１ ロータ、２ コア、３ スロット、３ａ スロット頂部、４ 導体、
５ 係合部、６ 絶縁物、７ 金型、８ ブリッジ部、９ 金属性仕切板、
１０ スロット内空隙、Ｈ ブリッジ部寸法、Φ 磁束。

Claims (9)

1. 誘導電動機のロータであって、前記ロータのスロットにはアルミまたはアルミ合金の導体が設けられていると共に、前記ロータのスロットの頂部のみに前記導体より高い融点を有する絶縁物が装填されていることを特徴とする誘導電動機のロータ。
2. 前記ロータのスロットの頂部付近のスロット側部にスロットの内側に向かって突出した係合部が設けられており、前記係合部から前記スロットの頂部にかけて、導体より高い融点を有する絶縁物が装填されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機のロータ。
3. 前記ロータのスロットの頂部付近のスロット側部にスロットの外側に向う係合部が設けられており、前記係合部を含み前記スロットの頂部にかけて、導体より高い融点を有する絶縁物が装填されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機のロータ。
4. 絶縁物がセラミック系絶縁材であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の誘導電動機のロータ。
5. 誘導電動機のロータであって、前記ロータのスロットの頂部付近のスロット側部には、前記スロットの外側に向う係合部または前記スロットの内側に向って突出した係合部が設けられており、前記係合部には金属性仕切板が装着され、前記金属性仕切板より前記ロータ内周側のスロット内には、アルミまたはアルミ合金の導体が設けられており、前記金属性仕切板は非磁性でかつ前記導体より高い融点を有し、かつ前記金属性仕切板よりロータ外周側のスロットの頂部に、スロット内空隙あるいは前記導体より高い融点を有する絶縁物を備えたことを特徴とする誘導電動機のロータ。
6. 前記金属性仕切板が、銅もしくは銅合金であることを特徴とする請求項５に記載の誘導電動機のロータ。
7. 前記スロット最頂部とロータ外径との間の寸法が前記ロータを構成する積層鋼板の板厚以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の誘導電動機のロータ。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の誘導電動機のロータの製造法であって、前記スロットの頂部のみの絶縁物または前記金属性仕切板のロータ軸方向移動を防止するためロータコア端面にダイキャスト用金型を装着して、前記絶縁物または金属性仕切板を押圧しスロット内にアルミまたはアルミ合金導体のダイキャストを行うことを特徴とする誘導電動機のロータの製造法。
9. 請求項１記載の誘導電動機のロータの製造法であって、前記スロットの頂部のみの絶縁物をロータコアに接着剤または両面テープによって仮止めをして、スロット内にアルミまたはアルミ合金導体のダイキャストを行うことを特徴とする誘導電動機のロータの製造法。

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