JP2015186274A

JP2015186274A - Rotor of rotary electric machine and rotary electric machine including the same

Info

Publication number: JP2015186274A
Application number: JP2014057858A
Authority: JP
Inventors: 相木　宏介; Kosuke Aiki; 宏介相木; 甲橋本; Ko Hashimoto
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotor of a rotary electric machine capable of improving an output during high-speed rotation by suppressing self-inductance.SOLUTION: A rotor 100 has a rotor core 10 at which a plurality of slots 14 each for storing a rotor conductor 16 are provided. A width of a portion sandwiched between mutually neighboring slots 14 along a circumferential direction at the rotor core 10 is made narrower toward a gap with a stator along a radial direction.

Description

本発明は、回転電機の回転子及びそれを備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine including the same.

金属導体が挿入されるスロットを有するかご形回転子を備えた回転電機が知られている。このような回転電機において、スロットがピッチ角αで複数設けられ、スロットの内端部の頂角がピッチ角αと同一の鋭角二等辺三角形に形成された内側スロットと、外周方向に突出して曲率半径ｒの半円形に形成された外側スロットと、を有する構成が開示されている（特許文献１）。 2. Description of the Related Art A rotating electric machine having a cage rotor having a slot into which a metal conductor is inserted is known. In such a rotating electric machine, a plurality of slots are provided with a pitch angle α, and an inner slot formed in an acute isosceles triangle with the apex angle of the inner end portion of the slot being the same as the pitch angle α, and a curvature protruding in the outer peripheral direction. A configuration having an outer slot formed in a semicircular shape with a radius r is disclosed (Patent Document 1).

また、外部スロット及び内部スロットを繋ぐスリットを有するかご形回転子であって、隣り合うスロットのスリット同士を回転子の周方向にずらすと共に軸方向に連通させた構造が開示されている（特許文献２）。 Further, there is disclosed a cage rotor having a slit connecting an external slot and an internal slot, wherein the slits of adjacent slots are shifted in the circumferential direction of the rotor and communicated in the axial direction (Patent Document). 2).

特開２０１２−２５７４３９号公報JP 2012-257439 A 特開２０１３−５４６２号公報JP 2013-5462 A

ところで、導体を格納するスロットに挟まれた回転子ティース（鉄心）の幅は、回転子の径方向に沿って外側に向かって広くなるか、又は径方向に沿って略一定となるように構成されている。このような構成とした場合、図６に示すように、スロットを横切る磁束線が多くなる。 By the way, the width | variety of the rotor teeth (iron core) pinched | interposed into the slot which accommodates a conductor becomes wide toward the outer side along the radial direction of a rotor, or it is comprised so that it may become substantially constant along a radial direction. Has been. In such a configuration, as shown in FIG. 6, the number of magnetic flux lines crossing the slot increases.

特に、特許文献１に係る構成では、回転子外周部の二次抵抗が大きくなり、始動電流は抑制されるが、高速回転時において回転子鉄心外周部で周方向に沿った磁束が増え、高速回転時の出力を高めることができない。 In particular, in the configuration according to Patent Document 1, the secondary resistance of the outer periphery of the rotor is increased and the starting current is suppressed, but the magnetic flux along the circumferential direction increases at the outer periphery of the rotor core during high-speed rotation, and high speed The output during rotation cannot be increased.

また、特許文献２に係る構成では、回転子のスリットの周辺部において軸方向に沿った漏れ磁束が増え、高負荷時や高速回転時において高調波二次銅損が増加する要因となると共に、出力が低下する要因となる。 Further, in the configuration according to Patent Document 2, the leakage magnetic flux along the axial direction increases in the peripheral portion of the slit of the rotor, which becomes a factor of increasing the harmonic secondary copper loss at the time of high load or high speed rotation, It becomes a factor that the output decreases.

本発明の１つの態様は、回転子導体を格納する複数のスロットが設けられた回転子鉄心を有する回転子であって、前記回転子鉄心において互いに隣り合う前記スロットに挟まれた部分の周方向に沿った幅が径方向に沿って固定子との空隙に向かって狭くなることを特徴とする回転電機の回転子である。 One aspect of the present invention is a rotor having a rotor core provided with a plurality of slots for storing a rotor conductor, and a circumferential direction of a portion sandwiched between the slots adjacent to each other in the rotor core The rotor of the rotating electrical machine is characterized in that the width along the diameter decreases toward the gap between the stator and the stator along the radial direction.

本発明の別の態様は、上記回転電機の回転子と、前記回転子に対して前記空隙を介して配置された固定子と、を備えることを特徴とする誘導型回転電機である。 Another aspect of the present invention is an induction-type rotating electrical machine comprising: the rotor of the rotating electrical machine described above; and a stator disposed with respect to the rotor via the gap.

ここで、前記回転子導体は、前記スロットに注入され、回転子の軸方向端部において短絡されていることが好適である。 Here, it is preferable that the rotor conductor is injected into the slot and short-circuited at an axial end portion of the rotor.

また、前記回転子導体は、前記スロットに挿入されたコイルを巻回してなることが好適である。 Further, it is preferable that the rotor conductor is formed by winding a coil inserted into the slot.

本発明によれば、自己インダクタンスを抑制し、高速回転時の出力を向上した回転子及びそれを備えた回転電機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the self-inductance can be suppressed and the rotor which improved the output at the time of high speed rotation, and a rotary electric machine provided with the same can be provided.

本発明の実施の形態における回転電機の回転子及び固定子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the rotor and stator of a rotary electric machine in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における回転子の拡大図である。It is an enlarged view of the rotor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における回転子内部に発生する磁束のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the magnetic flux which generate | occur | produces inside the rotor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における回転子を用いた誘導電動機の効果（回転数とトルクとの関係）を示す図である。It is a figure which shows the effect (relationship between rotation speed and torque) of the induction motor using the rotor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における回転電機の別の構成を示す図である。It is a figure which shows another structure of the rotary electric machine in embodiment of this invention. 従来の回転子内部に発生する磁束のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the magnetic flux which generate | occur | produces inside the conventional rotor.

図１は、本発明の実施の形態における回転電機の回転子１００の回転軸方向に直交する断面図を示す。回転子１００は、所定の空隙（ギャップ）を介して中空円筒形状の固定子２００内に配置され、外部からの供給される電力によって発生する磁界の影響を受けて固定子２００内において回転する。本発明の実施の形態における回転子１００は、誘導型回転電機等に適用することができる。 FIG. 1 is a cross-sectional view orthogonal to the rotational axis direction of a rotor 100 of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. The rotor 100 is arranged in a hollow cylindrical stator 200 through a predetermined gap (gap), and rotates in the stator 200 under the influence of a magnetic field generated by electric power supplied from the outside. The rotor 100 in the embodiment of the present invention can be applied to an induction type rotating electrical machine or the like.

回転子１００は、電磁鋼板をプレス打ち抜き加工した略円形の回転子鉄心板を複数重ね合わせることによって円柱形状とされた回転子鉄心１０を備える。ここで、回転子鉄心板は、例えば、板厚が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好適である。 The rotor 100 includes a rotor core 10 that is formed into a cylindrical shape by overlapping a plurality of substantially circular rotor core plates obtained by press punching electromagnetic steel sheets. Here, the rotor core plate preferably has a plate thickness of 0.1 mm to 0.5 mm, for example.

回転子鉄心１０には、図１に示すように、中心部に回転子１００の回転中心となる回転軸（図示しない）を通すための軸穴１２が設けられる。 As shown in FIG. 1, the rotor core 10 is provided with a shaft hole 12 through which a rotation shaft (not shown) serving as the rotation center of the rotor 100 passes.

また、回転子鉄心１０の外縁部には、回転子１００の周方向に等間隔に回転子導体１６を格納するためのスロット１４が形成される。すなわち、複数のスロット１４が回転子鉄心１０の周方向に沿って所定のピッチ角αで等間隔に設けられる。 In addition, slots 14 for storing the rotor conductors 16 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the rotor 100 at the outer edge of the rotor core 10. That is, a plurality of slots 14 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the rotor core 10 at a predetermined pitch angle α.

スロット１４に金属導体（例えば、アルミニウム系金属等）を注入して回転子導体１６を回転子鉄心１０と一体鋳造することによって回転子１００が形成される。例えば、スロット１４の回転子鉄心１０の外縁部側に開口１４ａを設け、回転子鉄心１０の軸方向から金属導体を注入することにより回転子導体１６を形成することができる。回転子導体１６の軸方向端部は短絡される。ただし、これに限定されるものではなく、スロット１４に導電性のコイルを巻回して回転子導体１６としてもよい。 A rotor 100 is formed by injecting a metal conductor (for example, aluminum-based metal) into the slot 14 and casting the rotor conductor 16 integrally with the rotor core 10. For example, the rotor conductor 16 can be formed by providing an opening 14 a on the outer edge side of the rotor core 10 in the slot 14 and injecting a metal conductor from the axial direction of the rotor core 10. The axial end of the rotor conductor 16 is short-circuited. However, the present invention is not limited to this, and the rotor conductor 16 may be formed by winding a conductive coil around the slot 14.

図２は、スロット１４の拡大図である。図２に示すように、スロット１４は、隣り合うスロット１４によって挟まれた回転子鉄心１０の周方向に沿った幅が径方向に沿って固定子２００との空隙に向かって狭くなるように形成される。すなわち、互いに隣り合うスロット１４の間の回転子鉄心１０の部分の固定子２００との空隙側の幅Ｗ１が回転中心軸側の幅Ｗ２よりも狭くなるように構成される。 FIG. 2 is an enlarged view of the slot 14. As shown in FIG. 2, the slot 14 is formed such that the width along the circumferential direction of the rotor core 10 sandwiched between adjacent slots 14 becomes narrower toward the gap with the stator 200 along the radial direction. Is done. In other words, the width W1 on the air gap side with the stator 200 in the portion of the rotor core 10 between the adjacent slots 14 is configured to be narrower than the width W2 on the rotation center axis side.

なお、スロット１４の回転子鉄心１０の外縁部側には幅狭く絞られた開口１４ａが設けられることが多い。したがって、隣り合うスロット１４によって挟まれた回転子鉄心１０の周方向に沿った幅とは、回転子鉄心１０の外縁部の極近くの部分において幅狭に形成された部分を除いた部分の幅を意味する。すなわち、固定子２００との空隙側の回転子鉄心１０の幅Ｗ１は、スロット１４の空隙側の最先端部を除いて、回転中心側から空隙に向う径方向に沿った長さＬの空隙側から１０％以内に位置する最も狭い幅とする。また、回転中心軸側の回転子鉄心１０の幅Ｗ２は、回転中心側から空隙に向う径方向に沿った長さＬの回転中心側から１０％以内に位置する最も広い幅とする。 In many cases, an opening 14a narrowed down is provided on the outer edge of the rotor core 10 in the slot 14. Therefore, the width along the circumferential direction of the rotor core 10 sandwiched between adjacent slots 14 is the width of the portion excluding the portion formed narrow in the portion near the outer edge of the rotor core 10. Means. That is, the width W1 of the rotor core 10 on the air gap side with respect to the stator 200 is the air gap side having a length L along the radial direction from the rotation center side toward the air gap, except for the most distal portion on the air gap side of the slot 14. The narrowest width located within 10% from the center. The width W2 of the rotor core 10 on the rotation center axis side is the widest width located within 10% from the rotation center side of the length L along the radial direction from the rotation center side toward the gap.

誘導電動機の高速回転時においてすべり周波数は高く、回転子の周方向の磁気抵抗が低いと高調波による漏れ磁束が増加し、損失が増加する。本実施の形態における回転子１００では、隣り合うスロット１４の間の回転子鉄心１０の幅を固定子２００との空隙に向かって狭くすることにより、回転子１００の周方向の磁気抵抗は固定子２００に近づくほど大きくなる。これにより、図３に示すように、スロット１４を横切る磁束線は従来に比べて少なくなる。その結果、高調波漏れ磁束による出力の低下を抑制できると共に、損失を低減することができる。 When the induction motor rotates at high speed, the slip frequency is high, and if the magnetic resistance in the circumferential direction of the rotor is low, leakage flux due to harmonics increases and loss increases. In the rotor 100 according to the present embodiment, the width of the rotor core 10 between the adjacent slots 14 is narrowed toward the gap with the stator 200, whereby the circumferential magnetic resistance of the rotor 100 is reduced. The closer to 200, the larger it becomes. As a result, as shown in FIG. 3, the number of magnetic flux lines crossing the slot 14 is smaller than in the prior art. As a result, it is possible to suppress a decrease in output due to the harmonic leakage magnetic flux and to reduce a loss.

図４は、図６に示した従来の回転子を用いた誘導電動機と、本実施の形態における回転子１００を用いた誘導電動機と、回転数とトルクとの関係を示す。図４において、実線は本実施の形態における回転子を適用した誘導電動機のトルクを示し、破線は従来の回転子を適用した誘導電動機のトルクを示す。図４に示されるように、本実施の形態における回転子１００では、回転数が高い領域において従来よりも大きなトルクを得ることができる。 FIG. 4 shows the relationship between the number of revolutions and torque, the induction motor using the conventional rotor shown in FIG. 6, the induction motor using the rotor 100 in the present embodiment, and the like. In FIG. 4, the solid line indicates the torque of the induction motor to which the rotor according to the present embodiment is applied, and the broken line indicates the torque of the induction motor to which the conventional rotor is applied. As shown in FIG. 4, in rotor 100 according to the present embodiment, it is possible to obtain a larger torque than in the conventional case in a region where the rotational speed is high.

なお、図５に示すように、回転子１００の内部に空隙（ギャップ）を介して固定子２００を配置し、固定子２００の周りを回転子１００が回転するような構成としてもよい。このような構成においても、隣り合うスロット１４によって挟まれた回転子鉄心１０の周方向に沿った幅が径方向に沿って固定子２００との空隙に向かって狭くなるように形成することにより同様の効果が得られる。 As illustrated in FIG. 5, the stator 200 may be disposed inside the rotor 100 via a gap (gap), and the rotor 100 may be rotated around the stator 200. Even in such a configuration, the width of the rotor core 10 sandwiched between the adjacent slots 14 is reduced in width along the circumferential direction toward the gap with the stator 200 along the radial direction. The effect is obtained.

１０回転子鉄心、１２軸穴、１４スロット、１４ａ開口、１６回転子導体、１００回転子、２００固定子。
10 rotor cores, 12 shaft holes, 14 slots, 14a openings, 16 rotor conductors, 100 rotors, 200 stators.

Claims

回転子導体を格納する複数のスロットが設けられた回転子鉄心を有する回転子であって、前記回転子鉄心において互いに隣り合う前記スロットに挟まれた部分の周方向に沿った幅が径方向に沿って固定子との空隙に向かって狭くなることを特徴とする回転電機の回転子。 A rotor having a rotor core provided with a plurality of slots for storing rotor conductors, wherein a width along a circumferential direction of a portion sandwiched between the slots adjacent to each other in the rotor core is a radial direction. A rotor of a rotating electrical machine, wherein the rotor becomes narrower toward a gap with the stator.

請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
前記回転子導体は、前記スロットに注入され、回転子の軸方向端部において短絡されていることを特徴とする回転電機の回転子。 A rotor for a rotating electrical machine according to claim 1,
The rotor of a rotating electrical machine, wherein the rotor conductor is injected into the slot and short-circuited at an axial end of the rotor.

請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
前記回転子導体は、前記スロットに挿入されたコイルを巻回してなることを特徴とする回転電機の回転子。 A rotor for a rotating electrical machine according to claim 1,
The rotor of the rotating electrical machine, wherein the rotor conductor is formed by winding a coil inserted into the slot.

請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転電機の回転子と、
前記回転子に対して前記空隙を介して配置された固定子と、
を備えることを特徴とする誘導型回転電機。
A rotor for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
A stator disposed through the gap with respect to the rotor;
An induction type rotating electrical machine comprising: