WO2022097297A1 - ロータ、回転電機およびロータの製造方法 - Google Patents
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- H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
Definitions
- the present disclosure relates to a rotor having a flux barrier, a rotary electric machine, and a method for manufacturing the rotor.
- Induction motors and synchronous motors are known as rotary electric machines, which are the main power sources in industrial machines.
- induction motors which are robust and inexpensive, have become widespread, but with advances in technology, synchronous motors that can achieve higher efficiency than induction motors have also become widespread.
- synchronous motors There are various types of synchronous motors, and among them, reluctance motors that do not use permanent magnets are attracting attention.
- the reluctance motor generates a reluctance torque in the rotor by the magnetic flux generated by the current flowing through the stator coil, and obtains the rotational force to rotate the rotor.
- the rotor core of a reluctance motor has a complex shape with a ridge polarity in order to increase the reluctance torque and improve the electrical performance. The more complex the rotor core, the more difficult it is to manufacture the rotor core.
- the rotor core is configured by laminating a plurality of electrical steel sheets.
- One of the reasons why it is difficult to manufacture a rotor core is the complexity of fixing a plurality of electrical steel sheets.
- a method of fixing the electrical steel sheet a method of welding the outer edges of the electrical steel sheet to each other, a method of forming a groove extending in the axial direction on the outer edge of the electrical steel sheet and crimping it with a metal fitting, etc.
- a method of screwing a plate with a bolt or the like, a method of filling a rotor core with a conductor, and the like are known.
- Patent Document 1 discloses a rotor structure in which a flux barrier that blocks magnetic flux in a rotor is formed in a rotor core, and a plurality of electrical steel sheets are fixed by filling the flux barrier with a conductor. Further, in the rotor according to Patent Document 1, the flux barrier is divided into a plurality of portions in order to ensure the self-startability of the motor, and the conductor is filled only in the portion of the flux barrier located at the peripheral portion of the rotor core. Has been done.
- a bridge is provided in each flux barrier in order to fill the conductor only in the portion of the flux barrier located at the peripheral portion of the rotor core.
- the bridges of the flux barriers are arranged in the radial direction, so that the generated torque tends to decrease. Therefore, according to the technique of Patent Document 1, there is a problem that the drive characteristics of the electric motor are deteriorated.
- the present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a rotor capable of improving the drive characteristics of a rotary electric machine.
- the rotor according to the present disclosure includes a rotor core having a plurality of plate materials superposed on each other.
- the rotor core has a plurality of flux barriers arranged in a radial layer from the center of rotation of the rotor core toward the peripheral edge of the rotor core.
- the plurality of flux barriers include a first flux barrier filled with conductors and a second flux barrier not filled with conductors.
- One or more second flux barriers are arranged between the first flux barriers in the radial direction.
- the rotor according to the present disclosure has the effect of being able to improve the drive characteristics of the rotary electric machine.
- Cross-sectional view of a rotary electric machine having a rotor according to the first embodiment Sectional drawing of the rotor core constituting the rotor which concerns on Embodiment 1.
- a perspective view showing a part of the rotor core constituting the rotor according to the third embodiment Sectional drawing of the rotor core constituting the rotor which concerns on Embodiment 4.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary electric machine having a rotor 3 according to the first embodiment.
- the motor 100 which is a rotary electric machine, has a frame 1, a cylindrical stator 2 fitted and fixed in the frame 1, and a rotor 3 surrounded by the stator 2 and held rotatably.
- the electric motor 100 is a reluctance motor that rotates the rotor 3 by using the reluctance torque.
- the cross section shown in FIG. 1 is a cross section including a rotation axis which is a rotation center of the rotor 3.
- the direction of the rotation axis may be referred to as an axial direction
- the direction of the radius of a circle centered on the rotation axis may be referred to as a radial direction
- the direction along the circumference of the circle may be referred to as a circumferential direction.
- the stator 2 has a stator core 4 and a coil 5 that generates a rotating magnetic field.
- the stator core 4 has a plurality of plates that are superposed on each other in the axial direction.
- Each plate material is an electromagnetic steel plate.
- the rotor 3 has a cylindrical rotor core 6 and a shaft 7 that transmits the rotational force of the rotor 3 to the outside of the motor 100.
- the rotor core 6 has a plurality of plates that are superposed on each other in the axial direction. Each plate material is an electromagnetic steel plate.
- the outer peripheral surface of the rotor core 6 faces the inner peripheral surface of the stator core 4.
- the shaft 7 penetrates the rotor core 6 and is provided coaxially with the rotor core 6.
- the motor 100 has a bearing that rotatably holds the shaft 7.
- the frame 1 has a bracket into which a bearing is fitted. The illustration of the bearing and the bracket is omitted.
- the frame 1 accommodates the stator 2, the rotor 3, and the bearing, and holds the rotor 3 via the bearing.
- the electric motor 100 generates a reluctance torque in the rotor core 6 by the magnetic flux generated by the current flowing through the coil 5, and obtains a rotational force for rotating the rotor 3.
- the rotor core 6 has a plurality of flux barriers 9.
- the plurality of flux barriers 9 are arranged in layers in the radial direction from the center of rotation of the rotor core 6 toward the peripheral edge of the rotor core 6.
- Each flux barrier 9 inhibits the passage of magnetic flux in the rotor core 6.
- Each flux barrier 9 is a hole penetrating the rotor core 6 in the axial direction.
- the portion of the rotor core 6 other than the flux barrier 9 constitutes the magnetic path 8.
- Each plate material constituting the rotor core 6 is formed by punching an electromagnetic steel plate which is a material. By punching the electrical steel sheet, the outer shape of the plate material, the hole through which the shaft 7 is passed, and the hole constituting the flux barrier 9 are formed.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a rotor core 6 constituting the rotor 3 according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a perspective view showing a part of the rotor core 6 constituting the rotor 3 according to the first embodiment.
- FIG. 3 shows a fragment which is one of the four equal parts of the rotor core 6 in the circumferential direction.
- FIG. 2 shows a cross section of the fragment shown in FIG. 3 of the rotor core 6 perpendicular to the axis of rotation.
- each fragment other than the fragments shown in FIGS. 2 and 3 has the same structure as the fragments shown in FIGS. 2 and 3.
- the d-axis is an axis indicating the direction in which the magnetic permeability of the rotor core 6 is high.
- the q-axis is an axis representing a direction in which the magnetic permeability of the rotor core 6 is low.
- the q-axis is a straight line indicating the center of the cross section in the circumferential direction.
- the d-axis is a straight line indicating the end of the cross section in the circumferential direction.
- the flux barrier 9 is referred to as the flux barriers 9a, 9b, 9c, 9d, and 9e without distinction.
- a part of the plurality of flux barriers 9 formed on the rotor core 6 is not shown.
- each flux barrier 9 has an arc shape in which the rotation axis is convex. One end and the other end of the arc of each flux barrier 9 are located on the peripheral edge of the rotor core 6, respectively. In each flux barrier 9, the center of the flux barrier 9 in the direction along the arc of the flux barrier 9 is a position on the q-axis.
- the flux barrier 9a is one of the five flux barriers 9 closest to the peripheral edge of the rotor core 6 on the q-axis.
- the flux barrier 9e is one of the five flux barriers 9 closest to the rotation axis on the q-axis.
- the magnetic path 8a is a portion of the rotor core 6 between the peripheral edge of the rotor core 6 and the flux barrier 9a.
- the magnetic path 8b is a portion of the rotor core 6 between the flux barrier 9a and the flux barrier 9b.
- the magnetic path 8c is a portion of the rotor core 6 between the flux barrier 9b and the flux barrier 9c.
- the magnetic path 8d is a portion of the rotor core 6 between the flux barrier 9c and the flux barrier 9d.
- the magnetic path 8e is a portion of the rotor core 6 between the flux barrier 9d and the flux barrier 9e.
- the magnetic path 8f is a portion of the rotor core 6 between the flux barrier 9e, the d-axis, and the shaft 7.
- the magnetic path 8 is referred to without distinguishing each of the magnetic paths 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, and 8f.
- a part of the plurality of magnetic paths 8 formed in the rotor core 6 is not shown.
- the magnetic paths 8 and the flux barrier 9 are alternately arranged in the q-axis direction. As a result, in the rotor core 6, the magnetic flux passing in the q-axis direction is hindered.
- the number of flux barriers 9 arranged in layers in the radial direction is not limited to five. The number of flux barriers 9 arranged in layers in the radial direction may be a plurality, and may be arbitrary.
- the conductor 10 is filled in each of the odd-numbered flux barriers 9 counting from the one closest to the peripheral edge of the rotor core 6 among the plurality of flux barriers 9 arranged in layers in the radial direction.
- the inside of each even-numbered flux barrier 9 among the plurality of flux barriers 9 is a void.
- the flux barrier 9 filled with the conductor 10 is referred to as a first flux barrier, and the flux barrier 9 not filled with a conductor is referred to as a second flux barrier.
- the conductor 10 is a non-magnetic metal such as aluminum or an aluminum alloy.
- the first flux barrier 9a, the third flux barrier 9c, and the fifth flux barrier 9e from the closest to the peripheral edge of the rotor core 6 are each the first flux. It is a barrier. Further, each of the second flux barrier 9b and the fourth flux barrier 9d is a second flux barrier.
- the first flux barrier and the second flux barrier are arranged alternately in the radial direction.
- the current is less likely to flow between the conductors 10 of each of the first flux barriers than in the case where the first flux barriers are adjacent to each other without passing through the second flux barrier in the radial direction.
- the electric motor 100 can reduce the cross current loss by reducing the current flowing between the conductors 10 in the rotor core 6.
- each of the even-numbered flux barriers 9 counting from the one closest to the peripheral edge of the rotor core 6 among the plurality of flux barriers 9 arranged in layers in the radial direction is the first flux barrier. Is also good.
- each of the odd-numbered flux barriers 9 among the plurality of flux barriers 9 is the second flux barrier.
- the motor 100 can reduce the cross flow loss by arranging the first flux barrier and the second flux barrier alternately in the radial direction.
- one second flux barrier is arranged between the first flux barriers in the radial direction.
- the number of the second flux barriers arranged between the first flux barriers is not limited to one, and may be plural. That is, in the rotor core 6, one or more second flux barriers may be arranged between the first flux barriers in the radial direction. By arranging one or more second flux barriers between the first flux barriers, it is possible to reduce the cross flow loss.
- the rotor 3 has a plurality of flux barriers 9 arranged in a radial direction in the rotor core 6, and one or more second flux barriers are interposed between the first flux barriers.
- the rotor 3 can have a larger salient pole ratio as compared with the case where the bridge for filling the conductor 10 is provided only in the portion of the flux barrier 9 located on the peripheral edge of the rotor core 6. As a result, the rotor 3 has the effect of being able to improve the drive characteristics of the rotary electric machine.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of a rotor core 6A constituting the rotor 3 according to the second embodiment.
- FIG. 5 is a perspective view showing a part of the rotor core 6A constituting the rotor 3 according to the second embodiment.
- the bridge 11 is formed in the center of the first flux barrier.
- the configuration of the rotor 3 according to the second embodiment other than the rotor core 6A is the same as the configuration of the rotor 3 according to the first embodiment other than the rotor core 6.
- the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first embodiment will be mainly described.
- each of the three flux barriers 9a, 9c, and 9e is a first flux barrier filled with the conductor 10.
- a bridge 11 is formed at a position on the q-axis of the flux barriers 9a, 9c, and 9e. That is, the bridge 11 is formed at the center of the first flux barrier in the direction along the arc of the first flux barrier.
- the bridge 11 short-circuits adjacent magnetic paths 8 with the first flux barrier in between. That is, the bridge 11 formed in the flux barrier 9a short-circuits the magnetic paths 8a and the magnetic paths 8b adjacent to each other with the flux barrier 9a interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 11 formed in the flux barrier 9c short-circuits the magnetic paths 8c and the magnetic paths 8d adjacent to each other with the flux barrier 9c interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 11 formed in the flux barrier 9e short-circuits the magnetic paths 8e and the magnetic paths 8f adjacent to each other with the flux barrier 9e interposed therebetween in the radial direction.
- the rotor core 6A receives centrifugal force due to the rotation of the rotor 3 when the motor 100 is operated. Further, at the time of manufacturing the rotor core 6A, the rotor core 6A receives the pressure when the conductor 10 is filled in the flux barrier 9. By forming the bridge 11 in each first flux barrier of the rotor core 6A, the mechanical strength of the rotor core 6A is ensured. Therefore, the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6A due to an external force such as a centrifugal force due to the rotation of the rotor 3 or a pressure when the conductor 10 is filled.
- a second flux barrier on which the bridge 11 is not formed is arranged between the first flux barriers in the radial direction.
- the rotor 3 can have a larger salient pole ratio as compared with the case where the bridge 11 is formed in all of the plurality of flux barriers 9 arranged in the radial direction in the rotor core 6A.
- the second flux barrier is arranged between the first flux barriers, so that the cross flow loss can be reduced.
- the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6A and improve the drive characteristics of the rotary electric machine. By reducing the deformation of the rotor core 6A, the roundness of the rotor core 6A centered on the rotation axis can be increased.
- the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6A and improve the drive characteristics of the rotary electric machine by forming the bridge 11 in each of the first flux barriers.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a rotor core 6B constituting the rotor 3 according to the third embodiment.
- FIG. 7 is a perspective view showing a part of the rotor core 6B constituting the rotor 3 according to the third embodiment.
- the bridge 12 is formed in the center of the second flux barrier.
- the configuration of the rotor 3 according to the third embodiment other than the rotor core 6B is the same as the configuration of the rotor 3 according to the first embodiment other than the rotor core 6.
- the same components as those in the first or second embodiment are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first or second embodiment will be mainly described.
- each of the two flux barriers 9b and 9d is a second flux barrier in which the conductor 10 is not filled.
- a bridge 12 is formed at a position on the q-axis of the flux barriers 9b and 9d. That is, the bridge 12 is formed at the center of the second flux barrier in the direction along the arc of the second flux barrier.
- the bridge 12 short-circuits the adjacent magnetic paths 8 with the second flux barrier in between. That is, the bridge 12 formed in the flux barrier 9b short-circuits the magnetic paths 8b and the magnetic paths 8c adjacent to each other with the flux barrier 9b interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 12 formed in the flux barrier 9d short-circuits the magnetic paths 8d and the magnetic paths 8e adjacent to each other with the flux barrier 9d interposed therebetween in the radial direction.
- the mechanical strength of the rotor core 6B is ensured by forming the bridge 12 in each second flux barrier of the rotor core 6B. Therefore, the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6B due to an external force such as a centrifugal force due to the rotation of the rotor 3 or a pressure when the conductor 10 is filled. By reducing the deformation of the rotor core 6B, the roundness of the rotor core 6B centered on the rotation axis can be increased.
- a first flux barrier in which a bridge 12 is not formed is arranged between the second flux barriers in the radial direction.
- the rotor 3 can have a larger salient pole ratio as compared with the case where the bridge 12 is formed in all of the plurality of flux barriers 9 arranged in the radial direction in the rotor core 6B.
- the second flux barrier is arranged between the first flux barriers, so that the cross flow loss can be reduced.
- the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6B and improve the drive characteristics of the rotary electric machine.
- the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6B and improve the drive characteristics of the rotary electric machine by forming the bridge 12 in each of the second flux barriers.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of a rotor core 6C constituting the rotor 3 according to the fourth embodiment.
- FIG. 9 is a perspective view showing a part of the rotor core 6C constituting the rotor 3 according to the fourth embodiment.
- FIG. 10 is an enlarged view of a portion X shown in FIG. 8 in the cross section of the rotor core 6C constituting the rotor 3 according to the fourth embodiment.
- the distance between the end of the arc in the first flux barrier and the peripheral edge of the rotor core 6C is different from the distance between the end of the arc in the second flux barrier and the peripheral edge of the rotor core 6C.
- the configuration of the rotor 3 according to the fourth embodiment other than the rotor core 6C is the same as the configuration of the rotor 3 according to the first embodiment other than the rotor core 6.
- the same components as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to third embodiments will be mainly described.
- the region of the rotor core 6C between one end of the flux barrier 9 in the direction along the arc of the flux barrier 9 and the portion of the peripheral edge of the rotor core 6C facing the one end functions as a bridge. Further, the region of the rotor core 6C between the other end of the flux barrier 9 in the direction along the arc of the flux barrier 9 and the peripheral edge of the rotor core 6C facing the other end functions as a bridge.
- the bridge is formed on the peripheral edge of the rotor core 6C.
- each of the bridge on one end side of the flux barrier 9 and the bridge on the other end side of the flux barrier 9 short-circuits the adjacent magnetic paths 8 with the flux barrier 9 in between.
- the end of the flux barrier 9 refers to each of one end and the other end of the flux barrier 9 in the direction along the arc of the flux barrier 9.
- the bridges 13a, 13b, 13c, 13d, 13e are bridges formed on the peripheral edge of the rotor core 6C.
- the bridge 13a is a region between the end of the flux barrier 9a and the peripheral edge of the rotor core 6C facing the end.
- the interval La is the width of the bridge 13a in the direction along the arc of the flux barrier 9a. That is, the interval La is the interval between the end of the flux barrier 9a and the portion of the peripheral edge of the rotor core 6C facing the end.
- the bridge 13a short-circuits the magnetic paths 8a and the magnetic paths 8b adjacent to each other with the flux barrier 9a interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 13b is a region between the end of the flux barrier 9b and the peripheral edge of the rotor core 6C that faces the end.
- the interval Lb is the width of the bridge 13b in the direction along the arc of the flux barrier 9b. That is, the interval Lb is the interval between the end of the flux barrier 9b and the peripheral edge of the rotor core 6C that faces the end.
- the bridge 13b short-circuits the magnetic paths 8b and the magnetic paths 8c adjacent to each other with the flux barrier 9b interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 13c is a region between the end of the flux barrier 9c and the peripheral edge of the rotor core 6C that faces the end.
- the interval Lc is the width of the bridge 13c in the direction along the arc of the flux barrier 9c. That is, the interval Lc is the interval between the end of the flux barrier 9c and the portion of the peripheral edge of the rotor core 6C facing the end.
- the bridge 13c short-circuits the magnetic paths 8c and the magnetic paths 8d adjacent to each other with the flux barrier 9c interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 13d is a region between the end of the flux barrier 9d and the peripheral edge of the rotor core 6C that faces the end.
- the interval Ld is the width of the bridge 13d in the direction along the arc of the flux barrier 9d. That is, the interval Ld is the interval between the end of the flux barrier 9d and the portion of the peripheral edge of the rotor core 6C facing the end.
- the bridge 13d short-circuits the magnetic paths 8d and the magnetic paths 8e adjacent to each other with the flux barrier 9d interposed therebetween in the radial direction.
- the bridge 13e is a region between the end of the flux barrier 9e and the peripheral edge of the rotor core 6C that faces the end.
- the interval Le is the width of the bridge 13e in the direction along the arc of the flux barrier 9e. That is, the interval Le is the interval between the end of the flux barrier 9e and the portion of the peripheral edge of the rotor core 6C facing the end.
- the bridge 13e short-circuits the magnetic paths 8e and the magnetic paths 8f adjacent to each other with the flux barrier 9e interposed therebetween in the radial direction.
- each of the interval La, the interval Lc, and the interval Le is larger than each of the interval Lb and the interval Ld.
- a region to function as a bridge is secured between the end of each flux barrier 9 and the peripheral edge of the rotor core 6C.
- the width of the bridge adjacent to the end of the first flux barrier is greater than the width of the bridge adjacent to the end of the second flux barrier, thereby mechanically between the first flux barrier and the rotor core 6C. The strength is secured.
- the rotor 3 can reduce the distortion of the outer shape of the rotor core 6C due to the pressure applied from the first flux barrier filled with the conductor 10 toward the peripheral edge of the rotor core 6C.
- the roundness of the rotor core 6C centered on the rotation axis can be increased. Further, the rotor 3 can reduce the internal stress of the rotor core 6C by ensuring the mechanical strength between the first flux barrier and the rotor core 6C.
- the rotor core 6C can secure the mechanical strength that can withstand the pressure or centrifugal force when the conductor 10 is filled.
- the rotor 3 can reduce the cross flow loss by arranging the second flux barrier between the first flux barriers. As described above, the rotor 3 can secure the mechanical strength of the rotor core 6C and can improve the drive characteristics of the rotary electric machine. Since the rotor 3 can secure the mechanical strength of the rotor core 6C, the deformation of the rotor core 6C can be reduced.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotor core 6D constituting the rotor 3 according to the fifth embodiment.
- FIG. 12 is a perspective view showing a part of the rotor core 6D constituting the rotor 3 according to the fifth embodiment.
- a bridge is formed at a position on a concentric circle with the circle which is the peripheral edge of the rotor core 6D.
- the configuration of the rotor 3 according to the fifth embodiment other than the rotor core 6D is the same as the configuration of the rotor 3 according to the first embodiment other than the rotor core 6.
- the same components as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to fourth embodiments will be mainly described.
- the bridges 14b, 14c, 14d, 14e are bridges formed at positions concentrically with the circle which is the peripheral edge of the rotor core 6D.
- the conductor 10 is filled in the portion on the rotation axis side of the bridges 14b, 14c, 14d, 14e.
- the bridge 14b is formed at two locations on the concentric circles of the flux barrier 9b.
- the bridge 14b short-circuits the magnetic paths 8b and the magnetic paths 8c that are adjacent to each other with the flux barrier 9b interposed therebetween.
- the conductor 10 is filled in the portion of the flux barrier 9b between the two bridges 14b.
- the bridge 14b is formed on both sides of the portion of the flux barrier 9b where the conductor 10 is filled.
- the bridge 14c is formed at two locations on the concentric circles of the flux barrier 9c.
- the bridge 14c short-circuits the adjacent magnetic paths 8c and the magnetic paths 8d with the flux barrier 9c interposed therebetween.
- the conductor 10 is filled in the portion of the flux barrier 9c between the two bridges 14c.
- the bridge 14c is formed on both sides of the portion of the flux barrier 9c where the conductor 10 is filled.
- the bridge 14d is formed at two locations on the concentric circles of the flux barrier 9d.
- the bridge 14d short-circuits the adjacent magnetic paths 8d and the magnetic paths 8e with the flux barrier 9d interposed therebetween.
- the conductor 10 is filled in the portion of the flux barrier 9d between the two bridges 14d.
- the bridge 14d is formed on both sides of the portion of the flux barrier 9d where the conductor 10 is filled.
- the bridge 14e is formed at two locations on the concentric circles of the flux barrier 9e.
- the bridge 14e short-circuits the magnetic paths 8e and the magnetic paths 8f that are adjacent to each other with the flux barrier 9e in between.
- the conductor 10 is filled in the portion of the flux barrier 9e between the two bridges 14e.
- the bridge 14e is formed on both sides of the portion of the flux barrier 9e where the conductor 10 is filled.
- the flux barrier 9a closest to the peripheral edge of the rotor core 6D is outside the concentric circles. Therefore, the flux barrier 9a is not provided with a bridge. Further, the conductor 10 is not filled in the flux barrier 9a.
- the conductor 10 is filled in the portion on the rotation axis side of the position where the bridges 14b, 14c, 14d, 14e are formed.
- the rotor 3 can reduce the distortion of the outer shape of the rotor core 6D due to the pressure when the conductor 10 is filled in the rotor core 6D.
- the rotor core is more than the position where the bridges 14b, 14c, 14d, 14e are formed.
- the centrifugal force due to the rotation of the rotor 3 becomes smaller.
- the rotor 3 can reduce the deformation of the rotor core 6D due to centrifugal force.
- a continuous skew may be formed in the rotor core 6D so that the portion filled with the conductor 10 extends diagonally with respect to the rotation axis.
- bridges 14b, 14c, 14d, 14e at positions on the concentric circles in the rotor core 6D, a skew can be formed in the rotor core 6D.
- the motor 100 can reduce vibration and noise by forming a skew on the rotor core 6D.
- the bridges 14b, 14c, 14d, 14e are formed on four of the five flux barriers 9 arranged in layers in the radial direction, but the flux barrier 9 on which the bridges are formed is formed. The number of may be changed as appropriate.
- the bridges 14b, 14c, 14d, 14e are formed on the four bridges 14b, 14c, 14d, 14e excluding the flux barriers 9a outside the concentric circles, but at least one of the four flux barriers 9b, 9c, 9d, 9e is formed.
- the bridge may not be formed.
- the flux barrier 9 in which the bridge is formed and the flux barrier 9 in which the bridge is not formed may be arranged alternately in the radial direction.
- the conductor 10 is filled in the portion on the rotation axis side of the bridges 14b, 14c, 14d, 14e. And said. Also in the fifth embodiment, as in the first to fourth embodiments, one or more flux barriers 9 not filled with the conductor 10 may be arranged between the flux barriers 9 filled with the conductor 10. In this case, the motor 100 can reduce the cross current loss by reducing the current flowing between the conductors 10 in the rotor core 6D.
- the rotor 3 can secure the mechanical strength of the rotor core 6D by forming the bridges 14b, 14c, 14d, 14e on the rotor core 6D. Since the rotor 3 can secure the mechanical strength of the rotor core 6D, the deformation of the rotor core 6D can be reduced.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a rotor core 6E constituting the rotor 3 according to the sixth embodiment.
- FIG. 14 is a perspective view showing a part of the rotor core 6E constituting the rotor 3 according to the sixth embodiment.
- FIG. 15 is an enlarged view of a portion XV shown in FIG. 13 in the cross section of the rotor core 6E constituting the rotor 3 according to the sixth embodiment.
- the recess 16 is formed in the rotor core 6E before the conductor 10 is filled in the first flux barrier at the time of manufacturing the rotor 3.
- a method of manufacturing the rotor 3 having the rotor core 6E will be described.
- the same components as those in the first to fifth embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to fifth embodiments will be mainly described.
- a rotor core 6E having a plurality of flux barriers 9 is formed by superimposing a plurality of plate materials.
- the position facing the end of the first flux barrier and the position facing the end of the second flux barrier on the peripheral edge 18 side of the first flux barrier are the positions of the rotating shaft.
- a recess 16 recessed toward the side is formed.
- a notch forming the recess 16 is formed on the peripheral edge 18 of each plate material constituting the rotor core 6E.
- the flux barrier 9e is a first flux barrier filled with the conductor 10.
- the flux barrier 9d is a second flux barrier located on the peripheral edge 18 side of the rotor core 6E with respect to the flux barrier 9e in the q-axis direction, and is a second flux barrier adjacent to the flux barrier 9e via the magnetic path 8e. be.
- the bridge 15d formed on the peripheral edge of the rotor core 6E is a region between the end of the flux barrier 9d and the portion 16d of the peripheral edge 18 of the rotor core 6E facing the end.
- the bridge 15e formed on the peripheral edge of the rotor core 6E is a region between the end of the flux barrier 9e and the portion 16e of the peripheral edge 18 of the rotor core 6E facing the end.
- the portion 17e is a portion of the peripheral edge 18 of the rotor core 6E between the portions 16d and 16e. That is, the portion 17e is a portion of the peripheral edge 18 of the rotor core 6E that constitutes the magnetic path 8e.
- the recess 16 is formed over the portion 16d, the portion 17e, and the portion 16e.
- the conductor 10 is filled in the first flux barrier.
- pressure is applied from the first flux barrier toward the recess 16 on the peripheral edge portion of the rotor core 6E where the recess 16 is formed.
- the portion of the peripheral edge of the rotor core 6E where the recess 16 is formed is deformed in the radial direction away from the rotation axis.
- the recess 16 is deformed by filling the first flux barrier of the rotor core 6E having the recess 16 with the conductor 10.
- the shape of the portion of the rotor core 6E where the recess 16 was formed changes to a shape along a circle centered on the rotation axis.
- the shape of the rotor core 6E centered on the rotation axis can be made into a shape close to a perfect circle by utilizing the pressure when the conductor 10 is filled.
- the broken lines shown in FIGS. 13 and 15 indicate a circle centered on the axis of rotation.
- FIGS. 13 to 15 show a state in which the conductor 10 is filled in the flux barrier 9 and a recess 16 for convenience of explanation.
- the recess 16 disappears, and the entire peripheral edge 18 of the rotor core 6E becomes a uniform circle in a cross section perpendicular to the rotation axis.
- the roundness of the rotor core 6E centered on the rotation axis can be increased, and the rotor core 6E with less distortion of the outer shape can be obtained.
- the electric motor 100 can obtain stable drive characteristics by reducing the distortion of the outer shape of the rotor core 6E.
- the recess 16 is a position of the peripheral edge 18 of the rotor core 6E facing the end of the first flux barrier and a position facing the end of the second flux barrier on the peripheral edge 18 side of the first flux barrier. It suffices if it is formed on at least one of the above. As a result, distortion of the outer shape of the rotor core 6E can be reduced.
- the rotor core 6E has a plurality of flux barriers 9 in the radial direction so that one or more second flux barriers are arranged between the first flux barriers. It may be lined up. In this case, the rotor core 6E is formed with recesses 16 for each first flux barrier. As a result, it is possible to manufacture the rotor 3 having the rotor core 6E with less distortion of the outer shape and capable of reducing the cross flow loss.
- the recess 16 similar to the rotor core 6E may be formed in the rotor cores 6, 6A, 6B, 6C, 6D. As a result, distortion of the outer shape of the rotor cores 6, 6A, 6B, 6C, and 6D can be reduced.
- each of the above embodiments shows an example of the contents of the present disclosure.
- the configurations of each embodiment can be combined with other known techniques.
- the configurations of the respective embodiments may be appropriately combined. It is possible to omit or change a part of the configuration of each embodiment without departing from the gist of the present disclosure.
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Abstract
ロータは、互いに重ね合わせられた複数の板材を有するロータコア(6)を備える。ロータコア(6)は、ロータコア(6)の回転中心からロータコア(6)の周縁へ向かう径方向に層状に並べられた複数のフラックスバリア(9)を有する。複数のフラックスバリア(9)は、導体(10)が充填されている第1のフラックスバリアと、導体(10)が充填されていない第2のフラックスバリアとを含む。径方向において第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されている。
Description
本開示は、フラックスバリアを有するロータ、回転電機およびロータの製造方法に関する。
誘導電動機と同期電動機は、産業機械における主たる動力源である回転電機として知られている。従来は、堅牢かつ安価である誘導電動機が広く普及していたが、技術の進歩によって、誘導電動機よりも高い効率を達成することができる同期電動機も普及してきている。同期電動機にはさまざまな種類が存在しているが、その中でも、永久磁石を使用しないリラクタンスモータが注目されている。
リラクタンスモータは、ステータコイルに電流が流れることにより生じる磁束によってロータにリラクタンストルクを発生させて、ロータを回転させる回転力を得る。リラクタンスモータのロータコアは、リラクタンストルクを増大させて電気的性能を向上させるために、突極性を持たせた複雑な形状となる。ロータコアが複雑な形状となるほど、ロータコアの製造が難しくなる。
ロータコアは、複数の電磁鋼板を積層することによって構成される。ロータコアの製造が難しくなる理由の1つとして、複数の電磁鋼板を固定することの複雑さが挙げられる。電磁鋼板の固定方法としては、電磁鋼板の外縁同士を溶接する方法、電磁鋼板の外縁に軸方向へ延ばされた溝を形成して金具等によってかしめる方法、軸方向におけるロータコアの両端に板を設けてボルト等によって板をねじ止めする方法、ロータコアに導体を充填する方法などが知られている。また、近年は、産業機械の小型化または産業機械の効率向上を目的として、電動機のフレームを廃し、ステータおよびロータを産業機械に直接組み込む、いわゆるビルトインタイプの電動機の需要が高まっている。ビルトインタイプの電動機では、ロータの自己保持が必要となることから、電磁鋼板の固定方法が課題となる。
特許文献1には、ロータにおける磁束を阻止するフラックスバリアがロータコアに形成され、フラックスバリアに導体が充填されていることによって複数の電磁鋼板が固定されているロータの構造が開示されている。また、特許文献1にかかるロータでは、電動機の自己始動性を確保するために、フラックスバリアが複数の部分に分割されており、フラックスバリアのうちロータコアの周縁部に位置する部分にのみ導体が充填されている。
導体が充填されているロータコアを有する電動機では、導体間に電流が流れることによる損失、すなわち横流損の発生による駆動特性の低下が問題となる。横流損が発生すると、電動機全体の損失が大きくなることで、電動機の効率などの駆動特性が低下することになる。特許文献1に開示されているロータコアには、ロータコアの径方向に配列されている各フラックスバリアに導体が充填されているため、径方向において互いに隣り合うフラックスバリアの導体間に電流が流れることによる横流損が発生し易い。また、特許文献1に開示されているロータコアでは、フラックスバリアのうちロータコアの周縁部に位置する部分にのみ導体を充填するために、各フラックスバリアにブリッジが設けられている。特許文献1に開示されているロータコアでは、各フラックスバリアのブリッジが径方向に並べられていることによって、突極比が小さくなることから、発生トルクが低下し易い。そのため、特許文献1の技術によると、電動機の駆動特性が低下するという問題があった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、回転電機の駆動特性を向上可能とするロータを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるロータは、互いに重ね合わせられた複数の板材を有するロータコアを備える。ロータコアは、ロータコアの回転中心からロータコアの周縁へ向かう径方向に層状に並べられた複数のフラックスバリアを有する。複数のフラックスバリアは、導体が充填されている第1のフラックスバリアと、導体が充填されていない第2のフラックスバリアとを含む。径方向において第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されている。
本開示にかかるロータは、回転電機の駆動特性を向上させることができるという効果を奏する。
以下に、実施の形態にかかるロータ、回転電機およびロータの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるロータ3を有する回転電機の断面図である。回転電機である電動機100は、フレーム1と、フレーム1内に嵌め込まれて固定されている円筒状のステータ2と、ステータ2に囲われており回転可能に保持されているロータ3とを有する。電動機100は、リラクタンストルクを利用してロータ3を回転させるリラクタンスモータである。なお、図1に示す断面は、ロータ3の回転中心である回転軸を含む断面である。以下の説明では、回転軸の方向を軸方向、回転軸を中心とする円の半径の方向を径方向、当該円の円周に沿う方向を周方向と称することがある。
図1は、実施の形態1にかかるロータ3を有する回転電機の断面図である。回転電機である電動機100は、フレーム1と、フレーム1内に嵌め込まれて固定されている円筒状のステータ2と、ステータ2に囲われており回転可能に保持されているロータ3とを有する。電動機100は、リラクタンストルクを利用してロータ3を回転させるリラクタンスモータである。なお、図1に示す断面は、ロータ3の回転中心である回転軸を含む断面である。以下の説明では、回転軸の方向を軸方向、回転軸を中心とする円の半径の方向を径方向、当該円の円周に沿う方向を周方向と称することがある。
ステータ2は、ステータコア4と、回転磁界を発生するコイル5とを有する。ステータコア4は、軸方向において互いに重ね合わせられた複数の板材を有する。各板材は、電磁鋼板である。
ロータ3は、円筒状のロータコア6と、ロータ3の回転力を電動機100の外部へ伝えるシャフト7とを有する。ロータコア6は、軸方向において互いに重ね合わせられた複数の板材を有する。各板材は、電磁鋼板である。ロータコア6の外周面は、ステータコア4の内周面に対向している。シャフト7は、ロータコア6を貫通しており、ロータコア6と同軸上に設けられている。
電動機100は、シャフト7を回転自在に保持する軸受を有する。フレーム1は、軸受が嵌め込まれたブラケットを有する。軸受とブラケットとの図示は省略する。フレーム1は、ステータ2、ロータ3および軸受を収容するとともに、軸受を介してロータ3を保持する。電動機100は、コイル5に電流が流れることにより生じる磁束によってロータコア6にリラクタンストルクを発生させて、ロータ3を回転させる回転力を得る。
ロータコア6は、複数のフラックスバリア9を有する。複数のフラックスバリア9は、ロータコア6の回転中心からロータコア6の周縁へ向かう径方向に層状に並べられている。各フラックスバリア9は、ロータコア6において磁束が通ることを阻害する。各フラックスバリア9は、軸方向においてロータコア6を貫いた孔である。ロータコア6のうちフラックスバリア9以外の部分は、磁路8を構成する。
ロータコア6を構成する各板材は、材料である電磁鋼板の打ち抜きによって形成される。電磁鋼板の打ち抜きによって、板材の外形と、シャフト7が通される孔と、フラックスバリア9を構成する孔とが形成される。
図2は、実施の形態1にかかるロータ3を構成するロータコア6の断面図である。図3は、実施の形態1にかかるロータ3を構成するロータコア6の一部を示す斜視図である。図3には、ロータコア6を周方向において4等分したうちの1つである断片を示している。図2には、ロータコア6のうち図3に示す断片における、回転軸に垂直な断面を示している。ロータコア6を4等分したうち図2および図3に示す断片以外の各断片は、図2および図3に示す断片と同様の構成を有する。
d軸は、ロータコア6における透磁率が高い方向を表す軸である。q軸は、ロータコア6における透磁率が低い方向を表す軸である。図2に示す断面において、q軸は、当該断面のうち周方向における中心を示す直線である。d軸は、当該断面のうち周方向における端を示す直線である。
ロータコア6のうち図2および図3に示す部分には、径方向に層状に並べられた5つのフラックスバリア9a,9b,9c,9d,9eが形成されている。なお、フラックスバリア9とは、フラックスバリア9a,9b,9c,9d,9eの各々を区別せずに称したものとする。図1に示す断面では、ロータコア6に形成されている複数のフラックスバリア9のうちの一部については図示を省略している。
図2に示す断面において、各フラックスバリア9は、回転軸の方が凸とされた円弧状である。各フラックスバリア9のうち円弧の一端と他端とは、それぞれロータコア6の周縁部にある。各フラックスバリア9において、フラックスバリア9の円弧に沿った方向におけるフラックスバリア9の中心は、q軸上の位置である。フラックスバリア9aは、q軸上において、5つのフラックスバリア9のうちロータコア6の周縁に最も近い1つである。フラックスバリア9eは、q軸上において、5つのフラックスバリア9のうち回転軸に最も近い1つである。
磁路8aは、ロータコア6のうち、ロータコア6の周縁とフラックスバリア9aとの間の部分である。磁路8bは、ロータコア6のうち、フラックスバリア9aとフラックスバリア9bとの間の部分である。磁路8cは、ロータコア6のうち、フラックスバリア9bとフラックスバリア9cとの間の部分である。磁路8dは、ロータコア6のうち、フラックスバリア9cとフラックスバリア9dとの間の部分である。磁路8eは、ロータコア6のうち、フラックスバリア9dとフラックスバリア9eとの間の部分である。磁路8fは、ロータコア6のうち、フラックスバリア9eとd軸とシャフト7との間の部分である。なお、磁路8とは、磁路8a,8b,8c,8d,8e,8fの各々を区別せずに称したものとする。図1に示す断面では、ロータコア6に形成されている複数の磁路8のうちの一部については図示を省略している。
ロータコア6では、q軸方向において磁路8とフラックスバリア9とが交互に配列されている。これにより、ロータコア6では、q軸方向へ通る磁束が妨げられている。なお、ロータコア6において、径方向において層状に並べられたフラックスバリア9の数は5つに限られない。径方向において層状に並べられたフラックスバリア9の数は複数であれば良く、任意であるものとする。
実施の形態1では、径方向において層状に並べられた複数のフラックスバリア9のうちロータコア6の周縁に最も近い1つから数えて奇数番目の各フラックスバリア9に、導体10が充填されている。複数のフラックスバリア9のうち偶数番目の各フラックスバリア9の内部は空隙である。以下の説明にて、導体10が充填されているフラックスバリア9を第1のフラックスバリア、導体が充填されていないフラックスバリア9を第2のフラックスバリア、とする。導体10は、アルミニウムまたはアルミニウム合金といった非磁性の金属である。
図2および図3に示す例では、ロータコア6の周縁に最も近い方から1番目のフラックスバリア9aと、3番目のフラックスバリア9cと、5番目のフラックスバリア9eとの各々は、第1のフラックスバリアである。また、2番目のフラックスバリア9bと4番目のフラックスバリア9dとの各々は、第2のフラックスバリアである。
実施の形態1では、第1のフラックスバリアと第2のフラックスバリアとが、径方向において交互に並べられている。この場合、径方向において第1のフラックスバリア同士が第2のフラックスバリアを介さずに隣り合う場合と比べて、各第1のフラックスバリアの導体10同士の間に電流が流れにくくなる。電動機100は、ロータコア6において導体10同士の間に流れる電流を低減できることによって、横流損の低減が可能となる。
なお、ロータコア6において、径方向において層状に並べられた複数のフラックスバリア9のうちロータコア6の周縁に最も近い1つから数えて偶数番目の各フラックスバリア9が、第1のフラックスバリアであっても良い。この場合、複数のフラックスバリア9のうち奇数番目の各フラックスバリア9が、第2のフラックスバリアである。この場合も、電動機100は、第1のフラックスバリアと第2のフラックスバリアとが径方向において交互に並べられることで、横流損を低減できる。
図2および図3に示す例では、径方向において第1のフラックスバリア同士の間に1つの第2のフラックスバリアが配置されている。第1のフラックスバリア同士の間に配置される第2のフラックスバリアは1つに限られず、複数であっても良い。すなわち、ロータコア6では、径方向において第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されていれば良い。第1のフラックスバリア同士の間に1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されることによって、横流損の低減が可能となる。
実施の形態1によると、ロータ3は、ロータコア6において径方向に層状に並べられた複数のフラックスバリア9を有し、第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されていることによって、横流損の低減が可能となる。また、ロータ3は、フラックスバリア9のうちロータコア6の周縁部に位置する部分にのみ導体10を充填するためのブリッジが設けられる場合と比べて、突極比を大きくすることができる。以上により、ロータ3は、回転電機の駆動特性を向上させることができるという効果を奏する。
実施の形態2.
図4は、実施の形態2にかかるロータ3を構成するロータコア6Aの断面図である。図5は、実施の形態2にかかるロータ3を構成するロータコア6Aの一部を示す斜視図である。ロータコア6Aでは、第1のフラックスバリアの中心にブリッジ11が形成されている。実施の形態2にかかるロータ3のうちロータコア6A以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態2では、上記の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。
図4は、実施の形態2にかかるロータ3を構成するロータコア6Aの断面図である。図5は、実施の形態2にかかるロータ3を構成するロータコア6Aの一部を示す斜視図である。ロータコア6Aでは、第1のフラックスバリアの中心にブリッジ11が形成されている。実施の形態2にかかるロータ3のうちロータコア6A以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態2では、上記の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。
図4において、3つのフラックスバリア9a,9c,9eの各々は、導体10が充填されている第1のフラックスバリアである。各フラックスバリア9a,9c,9eのうちq軸上の位置に、ブリッジ11が形成されている。すなわち、ブリッジ11は、第1のフラックスバリアの円弧に沿った方向における第1のフラックスバリアの中心に形成されている。
ブリッジ11は、第1のフラックスバリアを挟んで隣り合う磁路8同士を短絡させる。すなわち、フラックスバリア9aに形成されているブリッジ11は、径方向においてフラックスバリア9aを挟んで隣り合う磁路8aと磁路8bとを短絡させる。フラックスバリア9cに形成されているブリッジ11は、径方向においてフラックスバリア9cを挟んで隣り合う磁路8cと磁路8dとを短絡させる。フラックスバリア9eに形成されているブリッジ11は、径方向においてフラックスバリア9eを挟んで隣り合う磁路8eと磁路8fとを短絡させる。
ロータコア6Aは、電動機100の運転時には、ロータ3の回転による遠心力を受ける。また、ロータコア6Aの製造時において、ロータコア6Aは、フラックスバリア9に導体10が充填される際の圧力を受ける。ロータコア6Aの各第1のフラックスバリアにブリッジ11が形成されていることによって、ロータコア6Aの機械的強度が確保される。このため、ロータ3は、ロータ3の回転による遠心力または導体10が充填される際の圧力といった外力によるロータコア6Aの変形を低減できる。
径方向において第1のフラックスバリア同士の間には、ブリッジ11が形成されていない第2のフラックスバリアが配置されている。ロータ3は、ロータコア6Aにおいて径方向に並べられている複数のフラックスバリア9の全てにブリッジ11が形成される場合と比べて、突極比を大きくすることができる。
さらに、ロータ3は、実施の形態1の場合と同様に、第1のフラックスバリア同士の間に第2のフラックスバリアが配置されることによって、横流損の低減が可能となる。以上により、ロータ3は、ロータコア6Aの変形を低減でき、かつ、回転電機の駆動特性を向上させることができる。ロータコア6Aの変形を低減できることによって、回転軸を中心とするロータコア6Aの真円度を高くすることができる。
ロータコア6Aでは、実施の形態1のロータコア6の場合と同様に、径方向において第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されていれば良い。この場合も、ロータ3は、各第1のフラックスバリアにブリッジ11が形成されることによって、ロータコア6Aの変形を低減でき、かつ、回転電機の駆動特性を向上させることができる。
実施の形態3.
図6は、実施の形態3にかかるロータ3を構成するロータコア6Bの断面図である。図7は、実施の形態3にかかるロータ3を構成するロータコア6Bの一部を示す斜視図である。ロータコア6Bでは、第2のフラックスバリアの中心にブリッジ12が形成されている。実施の形態3にかかるロータ3のうちロータコア6B以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態3では、上記の実施の形態1または2と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1または2とは異なる構成について主に説明する。
図6は、実施の形態3にかかるロータ3を構成するロータコア6Bの断面図である。図7は、実施の形態3にかかるロータ3を構成するロータコア6Bの一部を示す斜視図である。ロータコア6Bでは、第2のフラックスバリアの中心にブリッジ12が形成されている。実施の形態3にかかるロータ3のうちロータコア6B以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態3では、上記の実施の形態1または2と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1または2とは異なる構成について主に説明する。
図6において、2つのフラックスバリア9b,9dの各々は、導体10が充填されていない第2のフラックスバリアである。各フラックスバリア9b,9dのうちq軸上の位置に、ブリッジ12が形成されている。すなわち、ブリッジ12は、第2のフラックスバリアの円弧の沿った方向における第2のフラックスバリアの中心に形成されている。
ブリッジ12は、第2のフラックスバリアを挟んで隣り合う磁路8同士を短絡させる。すなわち、フラックスバリア9bに形成されているブリッジ12は、径方向においてフラックスバリア9bを挟んで隣り合う磁路8bと磁路8cとを短絡させる。フラックスバリア9dに形成されているブリッジ12は、径方向においてフラックスバリア9dを挟んで隣り合う磁路8dと磁路8eとを短絡させる。
ロータコア6Bの各第2のフラックスバリアにブリッジ12が形成されていることによって、ロータコア6Bの機械的強度が確保される。このため、ロータ3は、ロータ3の回転による遠心力または導体10が充填される際の圧力といった外力によるロータコア6Bの変形を低減できる。ロータコア6Bの変形を低減できることによって、回転軸を中心とするロータコア6Bの真円度を高くすることができる。
径方向において第2のフラックスバリア同士の間には、ブリッジ12が形成されていない第1のフラックスバリアが配置されている。ロータ3は、ロータコア6Bにおいて径方向に並べられている複数のフラックスバリア9の全てにブリッジ12が形成される場合と比べて、突極比を大きくすることができる。
さらに、ロータ3は、実施の形態1の場合と同様に、第1のフラックスバリア同士の間に第2のフラックスバリアが配置されることによって、横流損の低減が可能となる。以上により、ロータ3は、ロータコア6Bの変形を低減でき、かつ、回転電機の駆動特性を向上させることができる。
ロータコア6Bでは、実施の形態1のロータコア6の場合と同様に、径方向において第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されていれば良い。この場合も、ロータ3は、各第2のフラックスバリアにブリッジ12が形成されることによって、ロータコア6Bの変形を低減でき、かつ、回転電機の駆動特性を向上させることができる。
実施の形態4.
図8は、実施の形態4にかかるロータ3を構成するロータコア6Cの断面図である。図9は、実施の形態4にかかるロータ3を構成するロータコア6Cの一部を示す斜視図である。図10は、実施の形態4にかかるロータ3を構成するロータコア6Cの断面のうち、図8に示す部分Xの拡大図である。実施の形態4では、第1のフラックスバリアにおける円弧の端とロータコア6Cの周縁との間隔が、第2のフラックスバリアにおける円弧の端とロータコア6Cの周縁との間隔とは異なる。実施の形態4にかかるロータ3のうちロータコア6C以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態4では、上記の実施の形態1から3と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から3とは異なる構成について主に説明する。
図8は、実施の形態4にかかるロータ3を構成するロータコア6Cの断面図である。図9は、実施の形態4にかかるロータ3を構成するロータコア6Cの一部を示す斜視図である。図10は、実施の形態4にかかるロータ3を構成するロータコア6Cの断面のうち、図8に示す部分Xの拡大図である。実施の形態4では、第1のフラックスバリアにおける円弧の端とロータコア6Cの周縁との間隔が、第2のフラックスバリアにおける円弧の端とロータコア6Cの周縁との間隔とは異なる。実施の形態4にかかるロータ3のうちロータコア6C以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態4では、上記の実施の形態1から3と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から3とは異なる構成について主に説明する。
ロータコア6Cのうち、フラックスバリア9の円弧に沿った方向におけるフラックスバリア9の一端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該一端に対向する部分との間の領域は、ブリッジとして機能する。また、ロータコア6Cのうち、フラックスバリア9の円弧に沿った方向におけるフラックスバリア9の他端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該他端に対向する部分との間の領域は、ブリッジとして機能する。実施の形態4において、ブリッジは、ロータコア6Cの周縁部に形成されている。
フラックスバリア9の一端側のブリッジとフラックスバリア9の他端側のブリッジとの各々は、フラックスバリア9を挟んで隣り合う磁路8同士を短絡させる。以下の説明において、フラックスバリア9の端とは、フラックスバリア9の円弧に沿った方向におけるフラックスバリア9の一端と他端との各々を称したものとする。
図8から図10において、ブリッジ13a,13b,13c,13d,13eは、ロータコア6Cの周縁部に形成されているブリッジである。ブリッジ13aは、フラックスバリア9aの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端に対向する部分との間の領域である。間隔Laは、フラックスバリア9aの円弧に沿った方向におけるブリッジ13aの幅である。すなわち、間隔Laは、フラックスバリア9aの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端に対向する部分との間隔である。ブリッジ13aは、径方向においてフラックスバリア9aを挟んで隣り合う磁路8aと磁路8bとを短絡させる。
ブリッジ13bは、フラックスバリア9bの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間の領域である。間隔Lbは、フラックスバリア9bの円弧に沿った方向におけるブリッジ13bの幅である。すなわち、間隔Lbは、フラックスバリア9bの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間隔である。ブリッジ13bは、径方向においてフラックスバリア9bを挟んで隣り合う磁路8bと磁路8cとを短絡させる。
ブリッジ13cは、フラックスバリア9cの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間の領域である。間隔Lcは、フラックスバリア9cの円弧に沿った方向におけるブリッジ13cの幅である。すなわち、間隔Lcは、フラックスバリア9cの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間隔である。ブリッジ13cは、径方向においてフラックスバリア9cを挟んで隣り合う磁路8cと磁路8dとを短絡させる。
ブリッジ13dは、フラックスバリア9dの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間の領域である。間隔Ldは、フラックスバリア9dの円弧に沿った方向におけるブリッジ13dの幅である。すなわち、間隔Ldは、フラックスバリア9dの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間隔である。ブリッジ13dは、径方向においてフラックスバリア9dを挟んで隣り合う磁路8dと磁路8eとを短絡させる。
ブリッジ13eは、フラックスバリア9eの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間の領域である。間隔Leは、フラックスバリア9eの円弧に沿った方向におけるブリッジ13eの幅である。すなわち、間隔Leは、フラックスバリア9eの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端と対向する部分との間隔である。ブリッジ13eは、径方向においてフラックスバリア9eを挟んで隣り合う磁路8eと磁路8fとを短絡させる。
第1のフラックスバリアの円弧に沿った方向における第1のフラックスバリアの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端に対向する部分との間隔は、第2のフラックスバリアの円弧に沿った方向における第2のフラックスバリアの端と、ロータコア6Cの周縁のうち当該端に対向する部分との間隔よりも長い。すなわち、間隔La、間隔Lcおよび間隔Leの各々は、間隔Lbおよび間隔Ldの各々よりも大きい。
このように、ロータコア6Cには、各フラックスバリア9の端とロータコア6Cの周縁との間に、ブリッジとして機能させる領域が確保されている。また、第1のフラックスバリアの端に隣接するブリッジの幅は、第2のフラックスバリアの端に隣接するブリッジの幅よりも大きいことによって、第1のフラックスバリアとロータコア6Cとの間における機械的強度が確保されている。これにより、ロータ3は、導体10が充填された第1のフラックスバリアからロータコア6Cの周縁の方へ圧力が加わることによる、ロータコア6Cの外形の歪みを低減できる。ロータコア6Cの外形の歪みを低減できることによって、回転軸を中心とするロータコア6Cの真円度を高くすることができる。また、ロータ3は、第1のフラックスバリアとロータコア6Cとの間における機械的強度が確保されていることによって、ロータコア6Cの内部応力を低減できる。
さらに、第1のフラックスバリアとロータコア6Cとの間における機械的強度が確保されていることによって、ロータ3にかかる遠心力に対する耐性を確保することもできる。以上により、ロータコア6Cは、導体10が充填される際の圧力または遠心力に耐え得る機械的強度を確保することができる。
ロータ3は、実施の形態1の場合と同様に、第1のフラックスバリア同士の間に第2のフラックスバリアが配置されることによって、横流損の低減が可能となる。以上により、ロータ3は、ロータコア6Cの機械的強度を確保することができ、かつ、回転電機の駆動特性を向上させることができる。ロータ3は、ロータコア6Cの機械的強度を確保可能であることによって、ロータコア6Cの変形を低減できる。
実施の形態5.
図11は、実施の形態5にかかるロータ3を構成するロータコア6Dの断面図である。図12は、実施の形態5にかかるロータ3を構成するロータコア6Dの一部を示す斜視図である。ロータコア6Dでは、ロータコア6Dの周縁である円との同心円上の位置にブリッジが形成されている。実施の形態5にかかるロータ3のうちロータコア6D以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態5では、上記の実施の形態1から4と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から4とは異なる構成について主に説明する。
図11は、実施の形態5にかかるロータ3を構成するロータコア6Dの断面図である。図12は、実施の形態5にかかるロータ3を構成するロータコア6Dの一部を示す斜視図である。ロータコア6Dでは、ロータコア6Dの周縁である円との同心円上の位置にブリッジが形成されている。実施の形態5にかかるロータ3のうちロータコア6D以外の構成は、実施の形態1にかかるロータ3のうちロータコア6以外の構成と同じである。実施の形態5では、上記の実施の形態1から4と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から4とは異なる構成について主に説明する。
図11および図12において、ブリッジ14b,14c,14d,14eは、ロータコア6Dの周縁である円との同心円上の位置に形成されたブリッジである。ロータコア6Dでは、複数のフラックスバリア9の各々において、ブリッジ14b,14c,14d,14eよりも回転軸側の部分に導体10が充填されている。
ブリッジ14bは、フラックスバリア9bのうち上記同心円上の位置である2か所に形成されている。ブリッジ14bは、フラックスバリア9bを挟んで隣り合う磁路8bと磁路8cとを短絡させる。導体10は、フラックスバリア9bのうち2つのブリッジ14bの間の部分に充填されている。ブリッジ14bは、フラックスバリア9bのうち導体10が充填される部分の両隣に形成されている。
ブリッジ14cは、フラックスバリア9cのうち上記同心円上の位置である2か所に形成されている。ブリッジ14cは、フラックスバリア9cを挟んで隣り合う磁路8cと磁路8dとを短絡させる。導体10は、フラックスバリア9cのうち2つのブリッジ14cの間の部分に充填されている。ブリッジ14cは、フラックスバリア9cのうち導体10が充填される部分の両隣に形成されている。
ブリッジ14dは、フラックスバリア9dのうち上記同心円上の位置である2か所に形成されている。ブリッジ14dは、フラックスバリア9dを挟んで隣り合う磁路8dと磁路8eとを短絡させる。導体10は、フラックスバリア9dのうち2つのブリッジ14dの間の部分に充填されている。ブリッジ14dは、フラックスバリア9dのうち導体10が充填される部分の両隣に形成されている。
ブリッジ14eは、フラックスバリア9eのうち上記同心円上の位置である2か所に形成されている。ブリッジ14eは、フラックスバリア9eを挟んで隣り合う磁路8eと磁路8fとを短絡させる。導体10は、フラックスバリア9eのうち2つのブリッジ14eの間の部分に充填されている。ブリッジ14eは、フラックスバリア9eのうち導体10が充填される部分の両隣に形成されている。
5つのフラックスバリア9のうちロータコア6Dの周縁に最も近いフラックスバリア9aは、上記同心円よりも外側にある。このため、フラックスバリア9aにはブリッジは設けられていない。また、フラックスバリア9aには、導体10は充填されていない。
ロータコア6Dでは、各フラックスバリア9b,9c,9d,9eにおいて、ブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されている位置よりも回転軸側の部分に導体10が充填されている。これにより、ロータ3は、ロータコア6Dに導体10が充填される際の圧力によるロータコア6Dの外形の歪みを低減できる。ロータコア6Dの外形の歪みを低減できることによって、回転軸を中心とするロータコア6Dの真円度を高くすることができる。
また、ブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されている位置よりも回転軸側の部分に導体10が充填されることによって、ブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されている位置よりもロータコア6Dの周縁側の部分に導体10が充填される場合と比べて、ロータ3の回転による遠心力は小さくなる。ロータ3は、遠心力によるロータコア6Dの変形を低減できる。
ロータコア6Dを構成する板材を周方向にずらしながら積層することで、導体10が充填される部分が回転軸に対して斜めに延びるように連なるスキューがロータコア6Dに形成されても良い。ロータコア6Dには上記同心円上の位置にブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されることで、ロータコア6Dにスキューを形成することができる。電動機100は、ロータコア6Dにスキューが形成されることによって、振動および騒音の低減が可能となる。
なお、上記説明では、径方向において層状に並べられた5つのフラックスバリア9のうちの4つにブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されることとしたが、ブリッジが形成されるフラックスバリア9の数は適宜変更しても良い。上記説明では、上記同心円の外側のフラックスバリア9aを除いた4つにブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されることとしたが、4つのフラックスバリア9b,9c,9d,9eのうちの少なくとも1つにはブリッジを形成しないこととしても良い。例えば、ブリッジが形成されているフラックスバリア9と、ブリッジが形成されていないフラックスバリア9とが、径方向において交互に並べられても良い。
上記説明では、上記同心円の外側のフラックスバリア9aを除いた全てのフラックスバリア9b,9c,9d,9eにおいて、ブリッジ14b,14c,14d,14eよりも回転軸側の部分に導体10を充填することとした。実施の形態5においても、実施の形態1から4と同様に、導体10が充填されるフラックスバリア9同士の間に、導体10が充填されない1つ以上のフラックスバリア9が配置されても良い。この場合、電動機100は、ロータコア6Dにおいて導体10同士の間に流れる電流を低減できることによって、横流損を低減できる。
実施の形態5によると、ロータ3は、ロータコア6Dにブリッジ14b,14c,14d,14eが形成されることによって、ロータコア6Dの機械的強度を確保することができる。ロータ3は、ロータコア6Dの機械的強度を確保可能であることによって、ロータコア6Dの変形を低減できる。
実施の形態6.
図13は、実施の形態6にかかるロータ3を構成するロータコア6Eの断面図である。図14は、実施の形態6にかかるロータ3を構成するロータコア6Eの一部を示す斜視図である。図15は、実施の形態6にかかるロータ3を構成するロータコア6Eの断面のうち、図13に示す部分XVの拡大図である。実施の形態6では、ロータ3の製造時において、第1のフラックスバリアへ導体10が充填される前におけるロータコア6Eに凹部16が形成されている。実施の形態6では、かかるロータコア6Eを有するロータ3の製造方法について説明する。実施の形態6では、上記の実施の形態1から5と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から5とは異なる構成について主に説明する。
図13は、実施の形態6にかかるロータ3を構成するロータコア6Eの断面図である。図14は、実施の形態6にかかるロータ3を構成するロータコア6Eの一部を示す斜視図である。図15は、実施の形態6にかかるロータ3を構成するロータコア6Eの断面のうち、図13に示す部分XVの拡大図である。実施の形態6では、ロータ3の製造時において、第1のフラックスバリアへ導体10が充填される前におけるロータコア6Eに凹部16が形成されている。実施の形態6では、かかるロータコア6Eを有するロータ3の製造方法について説明する。実施の形態6では、上記の実施の形態1から5と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から5とは異なる構成について主に説明する。
ロータ3の製造方法において、第1の工程では、複数の板材を重ね合わせることによって、複数のフラックスバリア9を有するロータコア6Eを形成する。ロータコア6Eの周縁18のうち、第1のフラックスバリアの端に対向する位置と、第1のフラックスバリアの周縁18側にある第2のフラックスバリアの端に対向する位置とには、回転軸の側へ凹んだ凹部16が形成されている。ロータコア6Eを構成する各板材の周縁18には、凹部16を構成する切り欠きが形成される。切り欠きを有する各板材を積層することによって、凹部16を有するロータコア6Eが形成される。
ここで、図13から図15を参照して、凹部16について説明する。フラックスバリア9eは、導体10が充填される第1のフラックスバリアである。フラックスバリア9dは、q軸方向においてフラックスバリア9eよりもロータコア6Eの周縁18側に位置する第2のフラックスバリアであって、磁路8eを介してフラックスバリア9eと隣り合う第2のフラックスバリアである。
ロータコア6Eの周縁部に形成されているブリッジ15dは、フラックスバリア9dの端と、ロータコア6Eの周縁18のうち当該端に対向する部分16dとの間の領域である。ロータコア6Eの周縁部に形成されているブリッジ15eは、フラックスバリア9eの端と、ロータコア6Eの周縁18のうち当該端に対向する部分16eとの間の領域である。部分17eは、ロータコア6Eの周縁18のうち、部分16dおよび部分16eの間の部分である。すなわち、部分17eは、ロータコア6Eの周縁18のうち磁路8eを構成する部分である。凹部16は、部分16dと、部分17eと、部分16eとにわたって形成されている。
ロータ3の製造方法において、第2の工程では、第1のフラックスバリアに導体10を充填する。第1のフラックスバリアに導体10が充填されることによって、ロータコア6Eのうち凹部16が形成されている周縁部には、第1のフラックスバリアから凹部16の方への圧力が加わる。圧力が加わることによって、ロータコア6Eの周縁部のうち凹部16が形成されている部分は、径方向において回転軸から離れる向きへ変形する。このように、第2の工程では、凹部16を有するロータコア6Eの第1のフラックスバリアに導体10を充填することによって、凹部16を変形させる。
回転軸から離れる向きへ凹部16が変形することよって、ロータコア6Eのうち凹部16が形成されていた部分の形状は、回転軸を中心とする円に沿った形状へ変化する。このようにして、実施の形態6では、導体10が充填される際の圧力を利用することによって、回転軸を中心とするロータコア6Eの形状を、真円に近い形状にすることができる。図13および図15に示す破線は、回転軸を中心とする円を示している。
なお、図13から図15では、説明の都合上、フラックスバリア9に導体10が充填された様子と凹部16とを示している。フラックスバリア9に導体10が充填されることによって凹部16は無くなり、回転軸に垂直な断面において、ロータコア6Eの周縁18の全体が一様な円になる。このように、凹部16が形成されているロータコア6Eへ導体10が充填されることによって、回転軸を中心とするロータコア6Eの真円度を高くすることができ、外形の歪みが少ないロータコア6Eを得ることができる。電動機100は、ロータコア6Eの外形の歪みを少なくできることによって、安定した駆動特性を得ることができる。
なお、凹部16は、ロータコア6Eの周縁18のうち、第1のフラックスバリアの端に対向する位置と、第1のフラックスバリアの周縁18側にある第2のフラックスバリアの端に対向する位置との少なくとも一方に形成されていれば良い。これにより、ロータコア6Eの外形の歪みを少なくすることができる。
ロータコア6Eには、実施の形態1の場合と同様に、第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の第2のフラックスバリアが配置されるように、径方向に複数のフラックスバリア9が並べられても良い。この場合、ロータコア6Eには、各第1のフラックスバリアについて凹部16が形成される。これにより、外形の歪みが少ないロータコア6Eを有し、かつ横流損の低減が可能なロータ3を製造することができる。実施の形態1から5にかかるロータ3を製造する場合に、ロータコア6Eと同様の凹部16を、ロータコア6,6A,6B,6C,6Dに形成しても良い。これにより、ロータコア6,6A,6B,6C,6Dの外形の歪みを少なくすることができる。
以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
1 フレーム、2 ステータ、3 ロータ、4 ステータコア、5 コイル、6,6A,6B,6C,6D,6E ロータコア、7 シャフト、8,8a,8b,8c,8d,8e,8f 磁路、9,9a,9b,9c,9d,9e フラックスバリア、10 導体、11,12,13a,13b,13c,13d,13e,14b,14c,14d,14e,15d,15e ブリッジ、16 凹部、16d,16e,17e 部分、18 周縁、100 電動機。
Claims (7)
- 互いに重ね合わせられた複数の板材を有するロータコアを備え、
前記ロータコアは、前記ロータコアの回転中心から前記ロータコアの周縁へ向かう径方向に層状に並べられた複数のフラックスバリアを有し、
複数の前記フラックスバリアは、導体が充填されている第1のフラックスバリアと、前記導体が充填されていない第2のフラックスバリアとを含み、
前記径方向において前記第1のフラックスバリア同士の間には1つ以上の前記第2のフラックスバリアが配置されていることを特徴とするロータ。 - 前記回転中心である回転軸に垂直な断面において、複数の前記フラックスバリアの各々は、前記回転軸の方が凸とされた円弧状であって、
前記ロータコアのうち前記フラックスバリア以外の部分は磁路を構成し、
前記第1のフラックスバリアの円弧に沿った方向における前記第1のフラックスバリアの中心に、前記第1のフラックスバリアを挟んで隣り合う磁路同士を短絡させるブリッジが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のロータ。 - 前記回転中心である回転軸に垂直な断面において、複数の前記フラックスバリアの各々は、前記回転軸の方が凸とされた円弧状であって、
前記ロータコアのうち前記フラックスバリア以外の部分は磁路を構成し、
前記第2のフラックスバリアの円弧に沿った方向における前記第2のフラックスバリアの中心に、前記第2のフラックスバリアを挟んで隣り合う磁路同士を短絡させるブリッジが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のロータ。 - 前記回転中心である回転軸に垂直な断面において、複数の前記フラックスバリアの各々は、前記回転軸の方が凸とされた円弧状であって、
前記第1のフラックスバリアの円弧に沿った方向における前記第1のフラックスバリアの端と、前記ロータコアの周縁のうち当該端に対向する部分との間隔は、前記第2のフラックスバリアの円弧に沿った方向における前記第2のフラックスバリアの端と、前記ロータコアの周縁のうち当該端に対向する部分との間隔よりも長いことを特徴とする請求項1に記載のロータ。 - 前記ロータコアのうち前記フラックスバリア以外の部分は磁路を構成し、
前記ロータコアの周縁である円との同心円上の位置に、前記フラックスバリアを挟んで隣り合う磁路同士を短絡させるブリッジが形成されており、
複数の前記フラックスバリアの各々において、前記ブリッジよりも前記回転中心側の部分に前記導体が充填されていることを特徴とする請求項1に記載のロータ。 - 請求項1から5のいずれか1つに記載のロータを備えることを特徴とする回転電機。
- 請求項1から5のいずれか1つに記載のロータの製造方法であって、
複数の板材を重ね合わせることによって、複数のフラックスバリアを有するロータコアを形成する第1の工程と、
複数の前記フラックスバリアのうち第1のフラックスバリアに導体を充填する第2の工程と、を含み、
前記第1の工程により形成された前記ロータコアの周縁のうち、前記第1のフラックスバリアの端に対向する部分と、前記第1のフラックスバリアの前記周縁側にある第2のフラックスバリアの端に対向する部分とのうちの少なくとも一方には、前記ロータコアの回転中心の側へ凹んだ凹部が形成されており、
前記第2の工程では、前記凹部を有する前記ロータコアの前記第1のフラックスバリアに前記導体を充填することによって、前記凹部を変形させることを特徴とするロータの製造方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20960849 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20960849 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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