CN112655141B - 笼型转子及旋转电机 - Google Patents

Abstract

笼型转子(3)具有轴(1)、转子铁心(4)以及插槽(5a)，该插槽(5a)具有外周缘部(R30)、内周缘部(R31)、第1侧缘部(L40)以及第2侧缘部(L41)，外周缘部(R30)位于转子铁心(4)的外周侧，在一端设置第1角部(R20)，在另一端设置第2角部(R21)，相对于与转子铁心(4)为同心圆的、将第1角部(R20)和第2角部(R21)连结的虚拟的圆周而向外周侧呈凸形状，内周缘部(R31)位于内周侧，在一端设置与第1角部(R20)相比曲率半径小的第3角部(R22)，在另一端设置与第2角部(R21)相比曲率半径小的第4角部(R23)，相对于与转子铁心(4)为同心圆的、将第3角部(R22)和第4角部(R23)连结的虚拟的圆周而向外周侧呈凸形状，第1侧缘部(L40)将第1角部(R20)和第3角部(R22)进行连接，第2侧缘部(L41)将第2角部(R21)和第4角部(R23)进行连接。

Description

笼型转子及旋转电机

技术领域

本发明涉及一种笼型转子及具有笼型转子的旋转电机。

背景技术

近年，在工业用途的旋转电机中，要求机械加工中的生产节拍时间的缩短化，或者要求应对难切削材料的切削加工，由此电动机的效率提高、高速旋转化的需求变得非常高。

在工业用途的旋转电机中，坚固且牢固的感应式旋转电机被经常使用，但对于感应式旋转电机的高速旋转化而言，需要避免下述情况，即，具有转子二次导体的转子铁心由于在旋转时产生的离心力而发生变形。

另外，在感应式旋转电机中，在原理上在转子中也会流过电流，因此为了电动机的效率提高而抑制由电流引起的转子的发热成为课题，需要减小电流流动的转子二次导体的电阻。

在现有的转子中，以在转子的插槽的周缘部减小由与高速旋转相伴的离心力而产生的最大应力为目的，存在下述转子：在周向形成有长条的插槽的转子(例如，参照专利文献1)、具有朝向半径方向的内侧及外侧凸出的凸形状的插槽的转子(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平06－253511

专利文献2：日本特开2014－209838号公报

发明内容

但是，如果如专利文献1所记载的转子所示在周向形成长条的插槽，则在插槽和转子铁心的外周之间形成的电桥部也在周向进行长条化。在旋转时，会对二次导体即导体条作用离心力，因此如果电桥部长条化，则对卡挂于电桥部的导体条作用的离心力的范围也会变宽，与此相伴，在该电桥部产生的周向的应力范围变宽。因此，如果不与旋转速度相应地确保电桥部整体的尺寸，则会导致强度降低，因此需要在电桥部确保一定的厚度。但是，如果电桥部变得过厚，则从定子产生的磁通经过电桥部，不与导体条交链而返回至定子的漏磁通增加，导致效率降低。

并且，通过热装配、压入等将轴与转子的内径结合，进行来自转子的扭矩传递，但在高速旋转用的转子中，为了确保刚性，要求应用更大直径的轴。但是，如果增大转子铁心的内径，则从插槽底部至内径为止的径向距离(后轭)减小，容易由于在高速旋转时产生的离心力而发生变形，因此通过与轴的热装配、压入等而产生的紧固量变小，在通过轴进行的扭矩传递时产生障碍。

为了抑制变形，确保后轭的尺寸，使刚性提高是有效的，但如专利文献2所记载的转子所示，在朝向径向的内侧及外侧凸出的凸形状的插槽中，由于朝向内径侧凸出，因此难以确保尺寸。另一方面，在减小插槽面积，以该插槽形状确保后轭的尺寸的情况下，插槽面积变小，由此二次导体的电阻增加，导致效率降低。

本发明就是为了解决上述这样的问题而提出的，其目的在于，提供能够抑制由应力引起的变形，确保插槽的刚性，并且能够削减二次导体的电阻的笼型转子及具有该笼型转子的旋转电机。

为了解决上述的课题，达到目的，本发明所涉及的笼型转子具有：圆筒状的转子铁心，其是在中心部设置有圆形孔的圆板状部件在轴经由圆形孔在轴线方向层叠多个而成的；以及插槽，其具有外周缘部、内周缘部、第1侧缘部和第2侧缘部，该外周缘部位于转子铁心的外周侧，在一端设置有第1角部及在另一端设置有第2角部，相对于与转子铁心为同心圆的、将第1角部和第2角部连结的虚拟的圆周而向外周侧呈凸形状，该内周缘部位于转子铁心的内周侧，在一端设置有与第1角部相比曲率半径小的第3角部及在另一端设置有与第2角部相比曲率半径小的第4角部，相对于与转子铁心为同心圆的、将第3角部和第4角部连结的虚拟的圆周而向外周侧呈凸形状，该第1侧缘部将第1角部和第3角部进行连接，该第2侧缘部将第2角部和第4角部进行连接，该插槽在转子铁心的周向等间隔地配置多个，在轴线方向延伸。

另外，本发明所涉及的旋转电机具有上述的笼型转子。

发明的效果

根据本发明所涉及的笼型转子，能够抑制由在层叠的转子铁心产生的应力引起的变形，增大旋转速度，并且能够削减二次导体的电阻，提高旋转效率。

另外，根据本发明所涉及的旋转电机，由于具有上述的笼型转子，因此实现旋转效率的提高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的旋转电机的一部分的结构的概略剖视图。

图2是表示在图1的旋转电机中附加有套筒的方式下的一部分的结构的概略剖视图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的结构的概略剖视图。

图4是将图3的转子的一部分放大而表示的局部放大图。

图5是表示图4的转子的插槽的侧缘部所成的角的局部放大。

图6是用于对本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的动作原理进行说明的局部放大图。

图7是本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的插槽和圆形插槽及卵形插槽的对比例。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的笼型转子的结构的局部放大图。

图9是表示图8的转子的插槽的外周缘部的直线部所成的角及侧缘部所成的角的局部放大图。

图10是表示本发明的实施方式3所涉及的笼型转子的结构的局部放大图。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的实施方式所涉及的笼型转子、及具有该笼型转子的旋转电机详细地进行说明。对在各实施方式中共通的结构要素，标注相同的标号而省略说明。此外，本发明不受本实施方式限定。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机200的一部分的结构的概略剖视图。旋转电机200设置有：壳体13；轴1，其在壳体13能够旋转地支撑于轴承；转子3，其配置于轴1的外径侧；以及定子9，其经由气隙而与转子3的外径侧相对配置。转子3是在层叠的转子铁心4的轴向的两端部设置有短路环7a的感应型(IM：Induction motor)的旋转电机的转子。

在沿旋转中心轴线100的轴线方向贯通的、转子3的贯通孔2中，与贯通孔2的形状相匹配的轴1通过热装配、压入、或者压入和热装配、压入和冷装配的组合等进行固定。图1、2所示的轴1具有中空孔1a，但并不限定于此，也可以由轴的剖面堵塞的实心轴构成。

转子铁心4是由层叠体构成的，呈圆筒状，该层叠体是从薄钢板即电磁钢板通过冲压冲裁等形成的、在中心部具有圆形孔的圆板状部件经由圆形孔在轴1的旋转中心轴线100的轴线方向层叠多个而成的。如图3所示，在转子铁心4的外周侧，插槽5a在周向等间隔地配置多个。插槽5a是被转子铁心4的外周部包围，不具有插槽开口的闭合插槽。在插槽5a的内部空间插入导体条7b。在导体条7b的两端部，为了抑制导体条7b由于离心力而飞出，分别配置短路环7a。导体条7b及短路环7a是通过使用铝、铝合金这样的导体材料的压铸而成型的。此外，作为板状部件的导体材料，也可以使用电阻比铁小的铜或者铜合金。

定子9是由定子铁心10和在定子铁心10的周向等间隔地配置的多个线圈11构成的。定子铁心10例如是将电磁钢板的薄板进行层叠而形成的。多个线圈11经由与在旋转电机200的外部设置的未图示的动力源连接的动力线12得到电力而进行驱动。

图2是表示在本实施方式所涉及的旋转电机200的结构中，在轴1和转子3之间附加有套筒8的结构的概略剖视图。轴1如上所述，通过热装配、压入或者压入和热装配、压入和冷装配的组合等而固定于转子3。但是，在轴1的形状不适于该固定方法的情况下，也能够首先将转子3和套筒8通过热装配、压入或者压入和热装配、压入和冷装配的组合等进行固定，然后将套筒8和轴1通过螺钉紧固、油压进行固定，因此通过附加套筒8，从而制造变得容易。并且，在希望将轴1和转子3设为能够拆装的结构的情况下，也能够应用套筒8。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的笼型转子的结构的、与旋转中心轴线100正交的剖面的剖视图。在转子铁心4中，在周向上等间隔地配置有多个插槽5a。在相邻的插槽5a之间，设置有供来自定子9的磁通经过的齿部。各插槽5a呈同一形状。另外，将转子铁心4的中心设为中心点P。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的结构的一部分的剖视图的放大图。插槽5a在转子铁心4的外周侧由外周缘部R30a和从外周缘部R30a的两端部沿径向延伸的直线部即侧缘部L40、L41形成，在内周侧由将侧缘部L40、L41连接的内周缘部R31形成。

具体地说，外周缘部R30a在其一端具有第1角部R20，在另一端具有第2角部R21，且与虚拟的圆周C1相比朝向外周侧呈凸形状，该圆周C1与转子铁心为同心圆，即，中心为中心点P，将第1角部R20和第2角部R21连结。另外，内周缘部R31与外周缘部R30a相比配置于内周侧，在一端具有第3角部R22，在另一端具有第4角部R23，且与虚拟的圆周C2相比朝向外周侧呈凸形状，该圆周C2与转子铁心为同心圆，即，中心为中心点P，将第3角部R22和第4角部R23连结。此外，第3角部R22和第4角部R23小于第1角部R20、第2角部R21的任意的曲率半径。

并且，在径向延伸的直线部即第1侧缘部L40将第1角部R20和第3角部R22进行连接，同样地，在径向延伸的直线部即第2侧缘部L41将第2角部R21和第4角部R23进行连接。另外，插槽5a以经过外周缘部R30a的中心即顶点P1和转子铁心4的中心的中心线110为轴，呈左右对称的形状。

图5是表示实施方式1所涉及的笼型转子的结构的一部分的剖视图。在这里，如果将第1侧缘部L40和第2侧缘部L41相交的角度设为θ1，则θ1优选是0°≤θ1≤90°。

图6是用于对本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的动作原理进行说明的图，在图中，是表示笼型转子的结构的一部分的剖视图的放大图，将磁通的流向通过箭头示出。将从定子9产生的磁通设为磁通70，在插槽内，将在转子3的外周附近流过的磁通设为磁通71a，将在作为后面记述的对比例的扇形插槽6a内的一部分流过的磁通设为磁通71b，将在转子铁心4的齿部流过的磁通设为磁通71c，将在转子铁心4的后轭部流过的磁通设为磁通71d。

在这里，作为对比例而使用通过图6的虚线部表示的扇形插槽6a，对磁通的流动和插槽形状之间的关系进行说明。扇形插槽6a与插槽5a相比较，与外周缘部R30a相当的部分接近直线形状，与插槽5a的第1角部R20相当的部分相比于插槽5a的第1角部R20而位于转子铁心4的外周侧，转子3的外周和该部分之间的径向距离即电桥部的距离变小。

在简单的形状即扇形插槽6a中，在转子3的外周和扇形插槽6a的外周缘部的顶点之间的径向距离即电桥部的磁饱和的程度高的情况下，受到从定子9产生的磁通70，会产生磁通71a和磁通71b。由此，对于扭矩产生而言有效的磁通量减小，并且由于磁通71b而在形成于插槽内的导体条7b发生谐波二次铜损，旋转效率降低。

与此相对，本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的插槽5a，考虑磁通70的流动的优化，外周缘部R30a与将第1角部R20和第2角部R21连结的虚拟的圆周相比向外周侧呈凸形状，因此第1角部R20和第2角部R21与对比例的扇形插槽6a的情况相比位于径向的内周侧，其结果，从转子铁心4的外周至外周缘部R30a为止的径向的距离(电桥部)宽幅地形成，因此能够减小磁通71b。即，能够减小在插槽5a内即导体条7b流过的磁通，形成磁通71c、磁通71d，因此不在导体条7b发生谐波二次铜损，能够使旋转效率提高。

并且，插槽5a的第3角部R22、第4角部R23小于第1角部R20、第2角部R21的曲率半径。由此，插槽5a的第1侧缘部L40和第2侧缘部L41呈朝向转子3的中心方向相交叉的角度这样的形状，因此从磁通71c向磁通71d流动的效率良好，能够使旋转效率提高。

图7是本发明的实施方式1所涉及的笼型转子的插槽5a和作为现有技术的圆形插槽6b及卵形插槽6c的对比例。卵形插槽6c通常来说，以旋转中心轴线100为中心以规定的角度发生偏斜而平行地设置。如图7所示那样，插槽5a能够确保比卵形插槽6c的后轭距离H51大的后轭距离H50。另外，能够确保比插槽5a、圆形插槽6b大的插槽面积。

由此，能够针对由在轴1插入时、或者转子3旋转时发生的转子铁心4的应变60而产生的、施加于转子铁心4的应力61，保持刚性，并且实现通过确保插槽面积而引起的导体条7b的电阻减小，能够抑制转子3的发热，因此旋转效率提高。

以上，根据本发明的实施方式1所涉及的笼型转子，通过具有如插槽5a那样的插槽形状，从而能够确保后轭而保持转子铁心4的刚性，能够防止转子铁心4损坏。

另外，通过减小在导体条7b中流动的磁通，从而还能够抑制谐波二次铜损的发生。并且，能够通过确保插槽面积而实现导体条7b的电阻减小，能够抑制转子3的发热，因此具有旋转效率提高这一效果。

实施方式2.

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的笼型转子的结构的一部分的剖视图的放大图。本发明的实施方式2所涉及的笼型转子的插槽5b与实施方式1的插槽5a相比较，将第1角部R20和第2角部R21连接的外周缘部的形状存在差异。

插槽5b以经过外周缘部R30b的中心点即顶点P2和笼型转子的圆周的中心的中心线110为轴，呈左右对称的形状。另外，插槽5b具有：第1直线部L32，其从外周缘部R30b的顶点P2将第1角部R20连接；以及第2直线部L33，其从外周缘部R30b的顶点P2将第2角部R21连接。

图9是表示实施方式2所涉及的笼型转子的结构的一部分的剖视图的放大图。在这里，如果将第1直线部L32及第2直线部L33相交的角度设为θ2和，则θ2优选成为90°≤θ2≤插槽5a的外周缘部R30b的曲率半径。

如上所述，将外周缘部R30b的一部分由第1直线部L32及第2直线部L33构成，由此与实施方式1的插槽5a的外周缘部R30a的曲率半径相比，插槽5b的外周缘部R30b和第1及第2直线部所成的角θ2变小。由此，从转子铁心4的外周至外周缘部R30b为止的径向距离(电桥部)与实施方式1的插槽5a相比能够宽幅地形成，电桥部的面积增加，因此即使在从定子9产生的磁通70更强的情况下，也能够减轻在转子铁心4的外周附近的电桥部中流动的磁通71a的磁饱和。

以上，根据本实施方式2所涉及的笼型转子，能够确保转子铁心4的外周附近的电桥部的面积，因此即使在来自扭矩高的定子9的磁通强的情况下，也能够具有减小磁饱和，优化在转子铁心4流过的磁通的流动，能够使旋转效率提高这一效果。

鉴于上述的实施方式1及实施方式2所涉及的笼型转子的特性，在扭矩比较小，发生磁饱和的程度低的情况下，确保二次导体即导体条7b的面积，减小二次导体的电阻的实施方式1的插槽5a的方式是优选的，在扭矩高，发生磁饱和的程度高的情况下，确保磁通流动的面积的实施方式2的插槽5b的方式是优选的。

实施方式3.

图10是表示本发明的实施方式3所涉及的笼型转子的结构的一部分的剖视图的放大图。本发明的实施方式3所涉及的插槽5c与插槽5a、插槽5b在外周缘部的形状存在差异。

插槽5c以经过外周缘部R30c的中心点即顶点P3和转子的圆周的中心的中心线110为轴，呈左右对称的形状。插槽5c的外周缘部R30c呈从插槽5c的外周缘部R30c的顶点P3直接与第1角部R20及第2角部R21连接这样的曲线形状，且与插槽5c的外周缘部R30c的顶点P3相切的圆的曲率半径，小于第1角部R20及第2角部R21各自的曲率半径。

由此，实施方式3所涉及的笼型转子的插槽5c是比较简单的插槽构造，因此在将导体材料流入至插槽5c而形成导体条7b时，导体材料容易均一地填充，不易产生热量被转子铁心4夺去而产生的块体等。

以上，根据实施方式3所涉及的笼型转子，在实施方式1所涉及的笼型转子所具有的效果的基础上，通过具有单纯的插槽构造，从而还具有制造容易这一效果。

如以上所述，根据实施方式1至3所涉及的笼型转子，能够针对在旋转时在转子铁心产生的应力而保持刚性，因此能够抑制由应力引起的变形，并且通过确保插槽面积，从而能够削减二次导体的电阻，因此能够使旋转效率提高。此外，在发明的范围内，能够将各实施方式适当地变形、省略。

标号的说明

1轴，1a中空孔，2贯通孔，3转子，4转子铁心，5a、5b、5c插槽，6a扇形插槽，6b圆形插槽，6c卵形插槽，7a短路环，7b导体条，8套筒，9定子，10定子铁心，11线圈，12动力线，13壳体，R20第1角部，R21第2角部，R22第3角部，R23第4角部，R30a、R30b、R30c外周缘部，R31内周缘部，L32第1直线部，L33第2直线部，L40第1侧缘部，L41第2侧缘部，H50、H51后轭距离，60应变，61应力，70从定子产生的磁通，71a在转子外周附近流过的磁通，71b在扇形插槽内的一部分流过的磁通，71c在转子铁心的齿部流过的磁通，71d在转子铁心的后轭部流过的磁通，100旋转中心轴线，110中心线，200旋转电机。

Claims (5)

1.一种笼型转子，其具有：

轴，其在轴线方向延伸；

圆筒状的转子铁心，其是在中心部设置有圆形孔的圆板状部件在所述轴上经由所述圆形孔沿所述轴线方向层叠多个而成的；以及

插槽，其具有外周缘部、内周缘部、第1侧缘部和第2侧缘部，该外周缘部位于所述转子铁心的外周侧，在一端设置有第1角部，在另一端设置有第2角部，相对于与所述转子铁心为同心圆的、将所述第1角部和所述第2角部连结的虚拟的圆周而向外周侧呈凸形状，该内周缘部位于所述转子铁心的内周侧，在一端设置有与所述第1角部相比曲率半径小的第3角部，在另一端设置有与所述第2角部相比曲率半径小的第4角部，相对于与所述转子铁心为同心圆的、将所述第3角部和所述第4角部连结的虚拟的圆周而向外周侧呈凸形状，该第1侧缘部将所述第1角部和所述第3角部进行连接，该第2侧缘部将所述第2角部和所述第4角部进行连接，该插槽在所述转子铁心的周向等间隔地配置多个，在所述轴线方向延伸。

2.根据权利要求1所述的笼型转子，其特征在于，

所述外周缘部具有从所述外周缘部的顶点将所述第1角部连接的第1直线部、和从所述外周缘部的顶点将所述第2角部连接的第2直线部。

3.根据权利要求1所述的笼型转子，其特征在于，

所述外周缘部的顶点处的圆弧的曲率半径，小于所述第1角部及所述第2角部的曲率半径。

4.一种旋转电机，其具有权利要求1至3中任一项所述的笼型转子。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

在所述笼型转子的所述转子铁心和所述笼型转子的所述轴之间设置有套筒。

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