JP2011087375A - 誘導電動機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空間高調波による磁束は回転子表面のみに存在することから、回転子導体棒2を回転子スロットの回転子中心寄りへ配置し、回転子導体棒2の外周側表面から回転子鉄心突起部6の内周側表面までを空間とする。固定子のスロットが開放型となっている場合、固定子と回転子との空隙中には空間高調波が多く含まれるが、このように空間を設け空間の深さを回転子スロット幅の3分の1以上の長さとすることで電力損失を低減化できる。なお、上記空間を鉄心にしてしまうと、回転子漏れ磁束が増え電動機特性が低下するので、上記空間に、非磁性で回転子導体棒より5倍以上の抵抗率がある詰め物7を入れ、回転子導体棒2が外周側に移動しないようにを保持させる。
【選択図】 図1
Description
同図において、1は回転子鉄心であり、回転子鉄心1に設けられた半閉型の回転子スロット15には回転子導体棒2が保持され、その開口部には回転子鉄心突起部6が設けられる。
9は固定子鉄心であり、固定子鉄心9は固定子コイル10を保持する開放型スロットを有し、固定子スロットの開口部に固定子コイル10を保持するための固定子スロットの楔8が設けられる。
このため、開放型スロットの開放空隙部に空間高調波磁束が多くなり、これによる高調波二次銅損が多く発生する。
一方、回転子については、回転子スロット15内に導体を挿入している。ここで、この回転子スロット15の開口の幅を狭くすると高調波磁束が入りにくくなるが、電動機特性が低下する。
例えば、特許文献1には、力率悪化が少なく、ダクト形成に支障がないようにするため、回転子溝の開口部の大きさを約0.1mmとし、回転子溝にアルミニウムをダイキャストした回転子を有する回転電機が記載されている。
特許文献2には、複数の回転子スロットを有する回転子鉄心にアルミダイキャストによる二次導体を形成した誘導電動機において、回転子鉄心の外周表面に周方向溝を設け、二次導体の上部の軸方向の一部と、回転子スロットの上部の回転子鉄心の軸方向の一部を削除することで、高調波電流を抑制するようにした誘導電動機が記載されている。
さらに特許文献3には、回転子スロット高調波によって二次導体に発生する損失(高調波二次銅損)を効果的に低減するため、スロット開口部と開口部の内側にスロット開口部と一体的に形成される導体挿入部を備えた回転子スロットにおいて、導体挿入部のスロット開口部に接する部位のスロット幅を、スロット開口部の開口長よりも長く、かつ、固定子のスロット間隔の1/2より短くするようにした誘導電動機が記載されている。
この場合、固定子と回転子との空隙中に発生する起磁力には空間高調波が多く含まれ、この高調波が回転子の開口部からスロット内に入り、回転子導体棒に起電力を発生させ損失となる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、回転子の二次銅損による電力損失を減少させて効率向上を図り、省エネルギー化、環境問題対策を図ることができる誘導電動機を提供することである。
そこで、後述するように、磁界解析を行い、回転子導体の高さと回転子銅損の関係を調べた。
その結果、回転子スロット幅の約3分の1以上、回転子導体棒高さ(回転子径方向の高さ)を短縮すると、元の状態に比べ空間高調波による回転子銅損が半減することが明らかとなった。
しかし、これ以上回転子導体棒高さを短縮しても、あまり効果がないことも同時に明らかとなった。但し、回転子スロットの空いた空間を鉄心にしてしまうと、回転子漏れ磁束が増え電動機特性が低下する。
固定子鉄心に固定子巻線を保持する開放型スロットを有し、回転子の鉄心に導体棒を保持する半閉型の回転子スロットを持つかご形誘導電動機において、回転子スロット内の内周側に回転子導体を配置し、回転子導体棒の外周側を鉄心とせず、詰め物をする。これにより回転子導体棒を内周側に保持させ、電力損失の発生と電動機特性の低下を防止する(図1(b)参照)。
詰め物をする領域の大きさは前述の結果より、回転子スロット幅の3分の1以上の長さを、回転子導体棒の外周側表面から、回転子鉄心突起部の内周側表面まで確保する。
詰め物の材質としては、非磁性であり、回転子導体棒より5倍以上の抵抗率があるという条件を満たすものを用いる。例えば、回転子導体棒に黄銅(R15)を使用している場合、黄銅の20℃における抵抗率が6.6μΩcmであるとすると、物質の温度20℃において33.0μΩcm以上の材料を選定する。
この場合、詰め物大きさ、個数、間隔の空けかたは、回転子導体棒の遠心力による圧力に耐えうる範囲で決定される。分散配置することで渦電流の発生防止、スロットの軸方向全てを詰め物で満たすにことに比べ、材料費の削減に有効である。また、回転子導体棒に直接外気が触れる面積を拡大することで、スロットの軸方向全てを詰め物で満たすにことに比べ冷却効果を高めることができる。
また、詰め物に溝や空洞を設けるなどの加工を施し、回転子スロット内に詰めてもよい。これにより、回転子導体棒に近いところに空気を通すことができ、冷却効果を高めることができる。これは、回転子導体棒の冷却性を重視する場合などに有効である。
このため、空間高調波による電力損失の発生をほとんどなくすことができ、回転子漏れ磁束を増やすことなく、空間高調波による電力損失を抑えることができる。
図1(a)は、前記図6(a)に示したものと同じであり、1は回転子鉄心、2は回転子導体棒、3は保持環、4は短絡環、5は回転子軸である。
図1(b)において、1は回転子鉄心であり、回転子鉄心1に設けられた半閉型の回転子スロット15には回転子導体棒2が保持され、その開口部には回転子鉄心突起部6が設けられる。
9は固定子鉄心であり、固定子鉄心9は固定子コイル10を保持する開放型スロットを有し、固定子コイル10を保持するための固定子スロットの楔8が設けられる。
回転子導体棒2の外周側表面から回転子鉄心突起部6の内周側表面の間には詰め物7を満たして、回転子導体棒2を回転子の内周側に保持している。この長さLは、回転子スロット幅Dの3分の1以上の長さである。
なお、図1(b)など、以下に説明する図では、分かりやすくするため、回転子スロット15の内壁と回転子導体棒2、詰め物7の外表面の間に隙間があるように示しているが、実際には、回転子スロット15の内壁と回転子導体棒2、詰め物7の間にはほとんど隙間がない。
なお、図1(b)において、回転子導体棒2の形状は径方向の長さが図6に示した一般的な回転子導体棒2より短く、通常行う回転子鉄心と短絡環との間の回転子導体棒の加工を行う必要がないため、回転子軸に対して直交する方向から見た形状は図1(a)に示すように例えば直方体となる。
このことを磁界解析により確認した。
磁界解析による回転子銅損の計算結果を表1に示す。ここで、解析対象は1時間定格出力150kW、定格電圧550V、定格周波数75Hzの鉄道車両駆動用誘導電動機であり、回転子スロット寸法は、23.1mm×7.4mmである。
磁界解析を行った結果、図2に示すように、回転子スロット幅の約3分の1の長さで回転子導体棒2の高さを短縮すると、元の状態に比べ回転子銅損が半減することが明らかとなった。しかし、これ以上回転子導体棒2の高さを短縮しても、あまり効果がないことも同時に明らかとなった。
詰め物7は、回転子導体回転子の軸方向から、回転子スロット15の回転子導体棒2の外周側表面から回転子鉄心突起部の内周側表面の間の空間に挿入する。
また、詰め物7を分割形とする場合、分割状態のまま詰め込むか、若しくは接着剤などにより一体形とほぼ同じ状態として、回転子スロット15に挿入する場合がある。分割数および分割された後の大きさは、挿入作業の作業性などにより決定される。
詰め物7は、回転子スロット15に回転子導体棒2を挿入した後に、挿入する。
図4に、上記のように詰め物を間隔をあけて詰めた本発明の他の実施例を示す。
図4(a)において、1は回転子鉄心、2は回転子導体棒、3は保持環、4は短絡環、5は回転子軸、7は詰め物である。
図4(a)においては、詰め物7を軸方向に間隔を空けて回転子スロット15内に詰めており、例えば図4(a)の線C−Cで切った回転子スロット15の断面は、図4(b)に示すように、回転子導体棒2の外周側表面から回転子鉄心突起部6の内周側表面までの間は空間である。
なお、回転子の軸方向中央まで詰め物7を移動させる場合、木材などを用いて奥まで押し込む。
図5(a)においては、詰め物7にU字型の溝7−1を彫り、通風により冷却効果を高めることができる。溝の側壁となっている部分を回転子突起部6に当てることにより、回転子導体棒2を回転子スロット内径側に保持している。
図5(b)においては詰め物7の中央部を空洞にすることで通風路を確保しつつ、強度を保てる構造としている。
樹脂を充填する際、回転子スロット両端を回転導体棒2の隙間から樹脂が流れ出ないようにしっかりと養生する。充填する量としては、図1(b)に示したように回転子鉄心突起部6の回転子スロット内側が浸るぐらいまで若しくは、図5(c)のように回転子鉄心突起部6の外径側表面の位置まで充填し、回転子の表面の凹凸がなくなる状態とする。
ダイヤモンドについては工業用の人工ダイヤモンドであれば、形を自由に形成することが可能である。
炭素化合物は直流電動機のブラシとして使用されている材質等を用いる。
2 回転子導体棒
3 保持環
4 短絡環
5 回転子軸
6 回転子鉄心突起部
7 詰め物
7−1 溝
8 固定子スロット楔
9 固定子鉄心
10 固定子コイル
15 回転子スロット
Claims (4)
- 固定子鉄心に固定子巻線を保持する開放型スロットを有し、回転子の鉄心に導体棒を保持する半閉型の回転子スロットを持つかご形誘導電動機において、
回転子スロット内の回転子導体棒の外周側に、スロット幅の3分の1 以上の深さで詰め物がしてあり、該詰め物が非磁性で、回転子導体棒より5倍以上の抵抗率があるもので形成されている
ことを特徴とする誘導電動機。 - 上記詰め物が、回転子スロット内に軸方向に間隔を空けて詰められている
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導電動機。 - 上記詰め物に、溝もしくは空洞が設けらられている
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導電動機。 - 請求項1、2または請求項3にいずれかに記載の回転子を有する車両駆動用誘導電動機。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2009237171A JP2011087375A (ja) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | 誘導電動機 |
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JP2009237171A JP2011087375A (ja) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | 誘導電動機 |
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2009
- 2009-10-14 JP JP2009237171A patent/JP2011087375A/ja active Pending
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