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公開番号2021005990
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120319
出願日20190627
発明の名称誘導電動機
出願人株式会社豊田自動織機,株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類H02K 17/16 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】製造を複雑化させることなく振動を低減できる誘導電動機を提供する。
【解決手段】誘導電動機は、円柱状のロータコア21を軸方向に貫通するとともにロータコア21の周方向に複数形成された貫通孔23に配置された導体バー24を有するロータと、円筒状のステータコア31を軸方向に貫通するとともにステータコア31の内周面に開口するスロット34がステータコア31の周方向に複数形成されたステータとを備える。貫通孔23の数とスロット34の数との差は、極数の整数倍でない。ロータコア21の径方向における導体バー24の外周面24aと、ロータコア21の外周面21aとの最短距離である距離Aは、ロータコア21の周方向に隣り合う2つの貫通孔23について、一方の貫通孔23の内周面23aを構成する第1内面231と、他方の貫通孔23の内周面23aを構成する第2内面232との距離である距離Bよりも長い。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
円柱状のロータコアを軸方向に貫通するとともに前記ロータコアの周方向に複数形成された導体配置部内に配置された二次導体を有するロータと、
前記ロータコアの径方向において前記ロータの外側に配置され、円筒状のステータコアを軸方向に貫通するとともに前記ステータコアの内周面に開口するスロットが前記ステータコアの周方向に複数形成されたステータと、
を備え、
前記ロータコアの周方向における前記導体配置部の数と前記ステータコアの周方向における前記スロットの数との差は、極数の整数倍でない誘導電動機であって、
前記ロータコアの径方向における前記二次導体の外周面と前記ロータコアの外周面との最短距離をAとし、
前記ロータコアの周方向に隣り合う2つの前記導体配置部について、一方の前記導体配置部の内周面を構成する内面のうち他方の前記導体配置部側に位置する内面と、他方の前記導体配置部の内周面を構成する内面のうち一方の前記導体配置部側に位置する内面との距離をBとしたとき、
前記距離Aは、前記距離Bよりも長いことを特徴とする誘導電動機。
続きを表示(約 300 文字)【請求項2】
前記導体配置部は、貫通孔である請求項1に記載の誘導電動機。
【請求項3】
前記ロータコア及び前記ステータコアの径方向において、前記ロータコアの外周面と、前記ロータコアの外周面と対向する前記ステータコアのティースの端面との間に形成されたギャップの寸法をGとしたとき、
前記距離Aは、前記ギャップの寸法Gの10倍以上である請求項1又は請求項2に記載の誘導電動機。
【請求項4】
前記ロータコアの周方向における前記導体配置部の数は51であり、前記ステータコアの周方向における前記スロットの数は54である請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の誘導電動機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、誘導電動機に関する。
続きを表示(約 7,100 文字)【背景技術】
【0002】
誘導電動機は、円柱状のロータコアを軸方向に貫通するとともにロータコアの周方向に複数形成された導体配置部内に配置された二次導体を有するロータを備える。また、誘導電動機は、ロータコアの径方向においてロータの外側に配置され、円筒状のステータコアを軸方向に貫通するとともにステータコアの内周面に開口するスロットがステータコアの周方向に複数形成されたステータを備える。このような誘導電動機では、運転時の振動の低減が望まれている。特に、ロータコアの導体配置部の数とステータコアのスロットの数との差が極数の整数倍でないとき、振動が増大することが知られている。
【0003】
例えば、特許文献1には、振動を低減するための構成が開示されている。特許文献1に開示の回転電機のロータは、円筒状の第1〜第4コア部材が軸方向に並べて配置されることで構成されたロータコアと、各コア部材の外周面に形成された導体配置部としてのスキュー内に配置された二次導体とを備える。4つのコア部材は、ロータコアの軸方向の一端側に位置する第1及び第2コア部材のスキューが連続するとともに、他端側に位置する第3及び第4コア部材のスキューが連続するように配置されている。また、4つのコア部材は、第1及び第2コア部材のスキューと第3及び第4コア部材のスキューとが不連続となるように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2006−230189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の構成により振動の低減を図る場合、誘導電動機の製造が複雑化してしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造を複雑化させることなく振動を低減できる誘導電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記問題点を解決するための誘導電動機は、円柱状のロータコアを軸方向に貫通するとともに前記ロータコアの周方向に複数形成された導体配置部内に配置された二次導体を有するロータと、前記ロータコアの径方向において前記ロータの外側に配置され、円筒状のステータコアを軸方向に貫通するとともに前記ステータコアの内周面に開口するスロットが前記ステータコアの周方向に複数形成されたステータと、を備え、前記ロータコアの周方向における前記導体配置部の数と前記ステータコアの周方向における前記スロットの数との差は、極数の整数倍でない誘導電動機であって、前記ロータコアの径方向における前記二次導体の外周面と前記ロータコアの外周面との最短距離をAとし、前記ロータコアの周方向に隣り合う2つの前記導体配置部について、一方の前記導体配置部の内周面を構成する内面のうち他方の前記導体配置部側に位置する内面と、他方の前記導体配置部の内周面を構成する内面のうち一方の前記導体配置部側に位置する内面との距離をBとしたとき、前記距離Aは、前記距離Bよりも長いことを要旨とする。
【0007】
誘導電動機の運転時、ステータコアのティースにはラジアル力が作用し、極の切り替わりに応じて、ラジアル力が大きくなる強領域と、ラジアル力が小さくなる弱領域とが交互に現れる。距離Aを距離Bよりも長くすることにより、強領域におけるラジアル力の合計と弱領域におけるラジアル力の合計との差は小さくなる。よって、ステータコアに作用するラジアル力のアンバランスが低減され、誘導電動機の振動を低減できる。また、ロータコアにおける導体配置部の位置を変更するだけで振動を低減できるため、誘導電動機の製造は複雑化しない。
【0008】
また、上記誘導電動機について、前記導体配置部は、貫通孔である。
また、上記誘導電動機について、前記ロータコア及び前記ステータコアの径方向において、前記ロータコアの外周面と、前記ロータコアの外周面と対向する前記ステータコアのティースの端面との間に形成されたギャップの寸法をGとしたとき、前記距離Aは、前記ギャップの寸法Gの10倍以上であるのが好ましい。
【0009】
これによれば、強領域におけるラジアル力の合計と弱領域におけるラジアル力の合計との差が最も小さくなるため、ステータコアに作用するラジアル力のアンバランスがより低減される。よって、誘導電動機の振動をより低減できる。
【0010】
また、上記誘導電動機について、前記ロータコアの周方向における前記導体配置部の数は51であり、前記ステータコアの周方向における前記スロットの数は54である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、製造を複雑化させることなく振動を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
実施形態の誘導電動機の断面図。
図1における2−2線断面図。
図2の一部拡大図。
実施形態におけるラジアル力とステータコアの周方向における角度との関係を示すグラフ。
比較例の誘導電動機の断面図。
図5の一部拡大図。
比較例におけるラジアル力とステータコアの周方向における角度との関係を示すグラフ。
バランス度、音圧レベル、及び距離Aの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、誘導電動機を具体化した一実施形態について説明する。
図1及び図2に示すように、誘導電動機10は、回転軸11と、回転軸11に固定され、回転軸11と一体回転するロータ(回転子)12と、回転軸11の径方向においてロータ12の外側に配置されたステータ(固定子)13とを備える。
【0014】
ロータ12は、円柱状のロータコア21を備える。ロータコア21は、例えば複数の電磁鋼板が積層されることにより形成される。ロータコア21の中央には、ロータコア21を軸方向に貫通する挿通孔22が形成されている。ロータ12は、挿通孔22に挿通された回転軸11にロータコア21が固定されることにより回転軸11と一体化されている。
【0015】
また、ロータコア21には、ロータコア21を軸方向に貫通する複数の導体配置部としての貫通孔23が形成されている。複数の貫通孔23は、ロータコア21の周方向に等間隔を空けて配置されている。本実施形態では、ロータコア21の周方向における貫通孔23の数は「51」である。
【0016】
図3に示すように、本実施形態の各貫通孔23の内周面23aは、平面状の第1内面231及び第2内面232と、曲面状の第3内面233及び第4内面234とから構成されている。第1内面231及び第2内面232は、ロータコア21の周方向と交差する面であり、ロータコア21の軸方向から見たとき、ロータコア21の径方向に直線状に延びている。第1内面231と第2内面232との距離は、ロータコア21の径方向の外側に向かうにつれて長くなる。ロータコア21の径方向における第1内面231及び第2内面232の両端部のうち、回転軸11側に位置する端部を一端部とし、ロータコア21の外周面21a側に位置する端部を他端部とする。第3内面233は、第1内面231の一端部と第2内面232の一端部とを接続する。第4内面234は、第1内面231の他端部と第2内面232の他端部とを接続する。よって、ロータコア21の径方向において、第4内面234は、第3内面233よりも外側に位置する。ロータコア21の軸方向から見て、第3内面233は、回転軸11に向けて凹となる弧状であり、第4内面234は、ロータコア21の外周面21aに向けて凹となる弧状である。
【0017】
図1及び図2に示すように、ロータ12は、ロータコア21の各貫通孔23に配置された二次導体としての棒状の導体バー24を備える。よって、導体バー24の数は、貫通孔23の数と同数であり、本実施形態では51である。各導体バー24の外周面24aは、各貫通孔23の内周面23aに沿う形状である。各導体バー24の長さは、ロータコア21の軸方向の寸法よりも長い。各導体バー24は、ロータコア21を軸方向に貫通するとともに、ロータコア21の軸方向の両端面から突出している。ロータ12は、ロータコア21の軸方向の一端面に配置され、ロータコア21の軸方向の一端面から突出した各導体バー24の一端部と接合された第1エンドリング25を備える。また、ロータ12は、ロータコア21の軸方向の他端面に配置され、ロータコア21の軸方向の他端面から突出した各導体バー24の他端部と接合された第2エンドリング26を備える。導体バー24、第1エンドリング25、及び第2エンドリング26はそれぞれ、アルミニウム製である。
【0018】
図3に示すように、ロータコア21の径方向において、導体バー24の外周面24aとロータコア21の外周面21aとの最短距離をAとする。本実施形態の距離Aは、4mmである。また、ロータコア21の周方向に隣り合う2つの貫通孔23について、一方の貫通孔23の内周面23aを構成する4つの内面のうち、第1内面231は、他方の貫通孔23側に位置する内面である。また、他方の貫通孔23の内周面23aを構成する4つの内面のうち、第2内面232は、一方の貫通孔23側に位置する内面である。一方の貫通孔23の第1内面231と、他方の貫通孔23の第2内面232とは平行な関係にある。一方の貫通孔23の第1内面231及び他方の貫通孔23の第2内面232の両方と直交する方向において、一方の貫通孔23の第1内面231と他方の貫通孔23の第2内面232との距離をBとする。距離Bは、ロータコア21の径方向において常に一定である。本実施形態の距離Bは、3mmである。よって、距離Aは、距離Bよりも長い。
【0019】
図1及び図2に示すように、ステータ13は、円筒状のステータコア31を備える。ステータコア31は、例えば複数の電磁鋼板が積層されることにより形成される。ステータコア31は、円筒状のヨーク32と、ヨーク32の内周面から径方向に延びる複数のティース33とを有する。本実施形態では、ヨーク32の内周面から54本のティース33が延在している。複数のティース33は、ステータコア31の周方向に間隔をあけて配置されている。各ティース33は、ヨーク32の軸方向全体に亘って延在している。各ティース33におけるヨーク32の内周面とは反対側に位置する端面33aは、ロータコア21の外周面21aに沿った円弧状である。図3に示すように、ステータコア31の周方向に隣り合うティース33の間には、スロット34が設けられている。つまり、ステータ13には、円筒状のステータコア31を軸方向に貫通するとともにステータコア31の内周面に開口するスロット34がステータコア31の周方向に複数形成されている。本実施形態のスロット34の数は「54」である。
【0020】
ステータ13は、ステータコア31に巻回されたコイル35を備える。本実施形態のステータ13は、三相(U相、V相、W相)のコイル35を備える。各相のコイル35の一部は、スロット34を通過している。
【0021】
ステータ13は、ロータコア21の径方向においてロータ12の外側に配置され、ロータコア21の外周面21aは、各ティース33の端面33aと間隔を空けた状態で対向している。つまり、ロータコア21の外周面21aとティース33の端面33aとの間には、ギャップ14が形成されている。ロータコア21及びステータコア31の径方向におけるギャップ14の寸法Gは、上述の距離Aよりも短く、詳細には、距離Aは、ギャップ14の寸法Gの10倍以上に設定される。本実施形態では、距離Aは、ギャップ14の寸法Gの10倍となっている。
【0022】
本実施形態の誘導電動機10は、貫通孔23の数が「51」、スロット34の数が「54」、極数が「6」のかご型三相誘導電動機である。このような誘導電動機10では、運転時に、ステータコア31の各ティース33に各ティース33を変形させようとする径方向への力(以下、ラジアル力という)が作用する。そして、ステータコア31に作用するラジアル力がアンバランスであると、誘導電動機10の振動の要因となる。本実施形態では、貫通孔23の数「51」とスロット34の数「54」との差「−3(=51−54)」は、極数「6」の整数倍ではない。このため、貫通孔23の数とスロット34の数との差が極数の整数倍であるときと比較して、誘導電動機10の効率は良くなるものの、ステータコア31に作用するラジアル力がアンバランスになりやすく、大きな振動が発生しやすい。
【0023】
次に、図4に示すグラフを用いて、ティース33の端面33aに作用するラジアル力と、ステータコア31の周方向における角度との関係について説明する。図4に示すグラフにおいて、縦軸はラジアル力であり、横軸はステータコア31の周方向における角度[度]である。
【0024】
図4に示すグラフは、ラジアル力が増大し、その後、減少する山形状を複数有するとともに、ラジアル力の増減の山は、60度毎(電気角180度毎)に存在している。一方の極に対応する角度領域は、ラジアル力が小さくなる弱領域であり、他方の極に対応する角度領域は、ラジアル力が大きくなる強領域である。本実施形態では、強領域におけるラジアル力のピークは、弱領域におけるラジアル力のピークよりも大きい。弱領域と強領域は、極の切り替わりに応じて交互に現れる。
【0025】
弱領域におけるラジアル力の合計をF1、強領域におけるラジアル力の合計をF2とし、強領域に対する弱領域のラジアル力の合計の比F1/F2をバランス度と定義する。弱領域におけるラジアル力の合計F1と、強領域におけるラジアル力の合計F2との差が小さいほど、バランス度は1に近付く。また、バランス度が1に近いほど、ステータコア31に作用するラジアル力のバランスは良好になるため、誘導電動機10の振動は低減される。
【0026】
本実施形態では、弱領域におけるラジアル力の合計F1と、強領域におけるラジアル力の合計F2とによるバランス度は、ほぼ1となる。
次に、比較例の誘導電動機10について説明する。
【0027】
図5に示すように、比較例の誘導電動機10では、ロータコア21における貫通孔23の位置のみが実施形態の誘導電動機10と異なり、他の構成については、実施形態の誘導電動機10と同じである。よって、実施形態の誘導電動機10と異なる部分についてのみ詳述し、実施形態の誘導電動機10と同じ部分については説明を省略するとともに同じ符号を付す。
【0028】
図6に示すように、各貫通孔23の内周面23aを構成する第1内面231及び第2内面232のロータコア21の径方向への寸法は、実施形態の第1内面231及び第2内面232のロータコア21の径方向への寸法と同じである。また、ロータコア21の径方向において、第3内面233の位置は、実施形態の第3内面233の位置よりも外側に位置し、第4内面234の位置は、実施形態の第4内面234よりも外側に位置する。よって、比較例の各貫通孔23は、ロータコア21の径方向において実施形態の各貫通孔23よりも外側(外周面21a側)に形成されている。ロータコア21の径方向において、導体バー24の外周面24aとロータコア21の外周面21aとの最短距離をCとする。比較例の距離Cは、実施形態の距離Aよりも短い距離となっている。なお、比較例の距離Bは、実施形態と同じであり、距離Cは、距離Bよりも短い。なお、比較例の距離Cは、ギャップ14の寸法Gよりも僅かに長い。
【0029】
次に、図7に示すグラフを用いて、ティース33の端面33aに作用するラジアル力と、ステータコア31の周方向における角度との関係について説明する。図7に示すグラフにおいて、縦軸はラジアル力であり、横軸はステータコア31の周方向における角度[度]である。
【0030】
図7に示すグラフは、ラジアル力が増大し、その後、減少する山形状を複数有するとともに、ラジアル力の増減の山は、60度毎(電気角180度毎)に存在している。一方の極に対応する角度領域は、ラジアル力が小さくなる弱領域であり、他方の極に対応する角度領域は、ラジアル力が大きくなる強領域である。比較例では、弱領域におけるラジアル力のピークは、強領域におけるラジアル力のピークよりも僅かに大きい。弱領域と強領域は、極の切り替わりに応じて交互に現れる。
(【0031】以降は省略されています)

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