阅读说明：本技术 感应电动机 (Induction motor ) 是由 三须大辅 小山泰平 松下真琴 长谷部寿郎 于 2018-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种降低由转子的旋转引起的噪音的感应电动机。本实施方式的感应电动机具备产生磁场的定子以及被来自该定子的磁场驱动的转子。转子具备设置于旋转轴的铁芯。多个导体棒插入到设置于铁芯的多个槽内。第一环连接到多个导体棒的一端。第二环连接到多个导体棒的另一端。在铁芯与第一环之间以及铁芯与第二环之间具有间隙。多个导体棒从多个槽跨越间隙连接到第一环或者第二环。导体棒的相对于长度方向的垂直剖面是具有位于转子的外周侧的第一面、位于转子的内周侧的第二面、位于第一面与第二面之间的多个侧面、以及至少在间隙中在第一面与多个侧面之间相对于该第一面以及多个侧面倾斜的倾斜面的多边形。(The invention provides an induction motor which reduces noise caused by rotation of a rotor. The induction motor of the present embodiment includes a stator that generates a magnetic field and a rotor that is driven by the magnetic field from the stator. The rotor includes a core provided on the rotating shaft. The conductor bars are inserted into slots provided in the core. The first ring is connected to one end of the plurality of conductor bars. The second ring is connected to the other end of the plurality of conductor bars. There are gaps between the core and the first ring and between the core and the second ring. A plurality of conductor bars are connected to the first ring or the second ring across the gap from the plurality of slots. The conductor bar has a polygonal shape in a vertical cross section with respect to the longitudinal direction, the polygonal shape having a first surface located on the outer peripheral side of the rotor, a second surface located on the inner peripheral side of the rotor, a plurality of side surfaces located between the first surface and the second surface, and inclined surfaces inclined with respect to the first surface and the plurality of side surfaces at least in the gap between the first surface and the plurality of side surfaces.)

感应电动机

技术领域

本发明的实施方式涉及一种感应电动机。

背景技术

作为感应电动机，已知所谓的笼型感应电动机。笼型感应电动机包括：定子，将定子线圈配置于大致圆筒状的定子铁芯；以及转子，设置于定子的径向内侧并且相对于定子以旋转自如的方式设置。

转子具有固定于旋转轴的铁芯，沿着径向延伸的多个齿以放射状配置于铁芯。在周向上相邻的齿之间形成有槽，导体棒被插入到该槽中。导体棒在转子铁芯的轴向端部上通过短路环来连接。

通常，为了焊接导体棒与短路环，在铁芯端部与短路环之间设置有间隙。然而，由于在该间隙中导体棒露出，所以因转子的旋转导致在导体棒本身或者相邻的导体棒之间的空间中产生伴随着旋转的风噪声。这与感应电动机的噪音的增大有关。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-278642号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

提供一种能够降低由于转子的旋转引起的噪音的感应电动机。

用于解决技术问题的技术手段

本实施方式的感应电动机具备产生磁场的定子以及被来自该定子的磁场驱动的转子。转子具备设置于旋转轴的铁芯。多个导体棒插入到设置于铁芯的多个槽内。第一环连接到多个导体棒的一端。第二环连接到多个导体棒的另一端。在铁芯与第一环之间以及铁芯与第二环之间具有间隙。多个导体棒从多个槽跨越间隙连接到第一环或者第二环。导体棒的相对于长度方向的垂直剖面是多边形，该多边形具有位于转子的外周侧的第一面、位于转子的内周侧的第二面、位于第一面与第二面之间的多个侧面、以及至少在间隙中在第一面与多个侧面之间相对于该第一面以及多个侧面倾斜的倾斜面。倾斜面相对于所述第一面以10度～40度的角度倾斜。相对于第一面平行方向上的倾斜面的宽度小于等于从设置在铁芯的外周侧并与槽连通的槽开口部至相对于第一面平行方向上的槽的拐角部为止的宽度。

附图说明

图1是示出第一实施方式的感应电动机的结构例的剖视图。

图2是示出转子的结构例的立体图。

图3是示出转子铁芯的结构例的侧视图。

图4是示出转子的相对于轴向的垂直剖面的一部分的图。

图5是示出第一实施方式的导体棒30的结构例的剖视图。

图6是示出导体棒30的一端部的结构例的立体图。

图7是示出倾斜面31的倾斜角与由转子3的旋转产生的风噪声之间的关系的图。

图8是示出第二实施方式的导体棒30的结构例的剖视图。

图9是示出第二实施方式的导体棒30的一端部的结构例的立体图。

图10是示出第三实施方式的导体棒30以及槽S的结构例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。本实施方式不旨在限定本发明。附图是示意性的或者概念性的，各部分的比率等不限于必须与现实的比率相同。在说明书和附图中，关于已有的附图，对与上述的要素同样的要素赋予相同的附图标记并适当省略详细说明。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式的感应电动机1的结构例的剖视图。在图1中，仅示出了感应电动机1的沿着中心轴C的单侧一半的结构。感应电动机1例如是用于铁道车辆(未图示)的驱动的电动机。

感应电动机1具备定子2、相对于定子2以旋转自如的方式设置的转子3、以及支承定子2和转子3的壳体4。定子2被固定于壳体4。转子3被构成为能够以中心轴C为中心相对于定子2旋转。感应电动机1向定子(一次侧)2供给电流，并且通过由定子2产生的磁场而在转子(二次导体)3中产生感应电流。通过来自定子的磁场，转子获得旋转转矩而被旋转驱动。

此外，在以下的说明中，将中心轴C方向简称为轴向，将围绕中心轴C旋转的方向简称为周向(旋转方向)，将与轴向以及周向正交的方向简称为径向(放射方向)。

定子2具有大致圆筒状的定子铁芯5。定子铁芯5是沿着轴向层叠多个电磁钢板6而得到的。电磁钢板6例如是通过在铁中添加硅来制造的薄板的钢板。

在定子铁芯5的内周面侧设置有朝向中心轴C突出的多个定子齿7。各定子齿7沿着周向大致等间隔地配置。在周向上相邻的定子齿7之间分别设置有定子槽8。定子线圈9通过各定子槽8卷绕于各定子齿7。定子线圈9设置成从定子铁芯5的轴向两端朝向轴向外侧悬置。对于这样的定子线圈9，例如，从架线经由受电弓(均未图示)供给的直流电力被转换为交流电力并供应给定子线圈9。

在定子铁芯5的轴向两端分别设置有定子铁芯按压件10。定子铁芯按压件10以使构成定子铁芯5的层叠的多个电磁钢板6不发生分离的方式，从轴向两侧按压并保持多个电磁钢板6。定子铁芯按压件10通过铁等的金属形成为大致圆环状，其外径设定为比定子铁芯5的外径大。另外，定子铁芯按压件10的内径设定为，该定子铁芯按压件10与定子线圈9不发生接触的程度的大小。所述定子铁芯5与定子铁芯按压件10通过焊接等而一体化。

壳体4包括：配置于定子2的轴向两侧的筒状的一对镜盖11、12；以及分别与镜盖11、12一体化的一对轴承支架13、14。镜盖11、12分别以使开口部11a、12a朝向定子铁芯5侧的状态配置。另外，在镜盖11、12的开口部11a、12a的外周缘分别形成有外凸缘部15、16。

外凸缘部15、16的外径设定成与定子铁芯按压件10的外径几乎相同。由此，定子铁芯按压件10和镜盖11、12的外凸缘部15、16在轴向上重叠。而且，定子铁芯按压件10和镜盖11、12的外凸缘部15、16通过未图示的螺栓和/或螺母被紧固固定。由此，定子2被支承于镜盖11、12。

在镜盖11、12的底部11b、12b分别在径向中央形成有开口部11c、12c。为了封闭开口部11c、12c，设置有相对应的轴承支架13、14。轴承支架13、14分别与相对应的镜盖11、12一体化。

轴承支架13、14分别形成为大致圆锥台状，并且配置成突出方向朝向定子2侧。旋转轴21能够插通的插通孔13a、14a沿着轴向贯穿轴承支架13、14的径向中央。另外，轴承收纳部13b、14b分别在轴向外侧凹设于轴承支架13、14的径向中央。轴承17、18分别设置于轴承收纳部13b、14b。旋转轴21通过轴承17、18以旋转自如的方式支承于各轴承支架13、14。而且，例如，壳体4被固定在铁道车辆的地板下(均未图示)。

转子3具有以能够以中心轴C为中心旋转的方式被支承的旋转轴21。大致圆柱状的转子铁芯22(以下，简称为铁芯22)被外嵌固定于旋转轴21。铁芯22的外径设定成在铁芯22的外周面22a与定子2的定子齿7之间形成微小间隙。

铁芯22也沿着轴向层叠多个电磁钢板23而形成。在铁芯22的径向中央设置有通孔24。旋转轴21跨越整个轴向贯穿通孔24，并且与铁芯22成为一体而以中心轴C为中心旋转。此外，在将旋转轴21向铁芯22插入的情况下，通过压入和热压配合等来使铁芯22与旋转轴21一体化。

在铁芯22的轴向两端设置有大致圆板状的转子铁芯按压件25(以下，也简称为铁芯按压件25)。铁芯按压件25也通过铁等金属形成，并且在径向中央形成有通孔25a。旋转轴21跨越整个轴向贯穿通孔25a，并且与铁芯22成为一体并以中心轴C为中心旋转。铁芯按压件25具有以使构成铁芯22的层叠的电磁钢板23不分离的方式并且不相对于旋转轴21在轴向上偏离的方式进行保持的作用。

图2是示出转子3的结构例的立体图。图3是示出铁芯22的结构例的侧视图。图4是示出转子3的相对于轴向的垂直剖面的一部分的图。

转子3具备旋转轴21、铁芯22、导体棒30、第一短路环41、第二短路环42以及铁芯按压件25。

如图2所示，旋转轴21沿着中心轴C具有细长形状，并且能够以中心轴C为中心旋转。铁芯22被固定于旋转轴21，并且具有朝向径向外侧突出的多个齿T。如图4所示，在周向Dr上相邻的多个齿T之间设置有槽S。齿T在周向上大致等间隔地排列。多个齿T的周向的宽度分别大致相等。因此，槽S也伴随于此，在周向上大致等间隔地排列，并且槽S的周向的宽度也分别大致相等。如图2以及图3所示，槽S是在齿T之间在轴向上延伸的空间，并且能够插入导体棒30。另外，如图4所示，槽S与设置在铁芯22的外周侧的槽开口部OP连通。槽开口部OP的周向Dr的宽度比槽S的周向的宽度窄，使得导体棒30不脱离槽开口部OP。如图2以及图3所示，在铁芯22的轴向两端，为了使构成铁芯22的层叠的多个电磁钢板23不分离，设置有铁芯按压件25。

导体棒30插入到槽S内。导体棒30与槽S同样地沿着轴向具有细长形状，并且导体棒30比槽S长。因此，导体棒30从铁芯22的轴向的两端突出。突出的导体棒30的一端与第一短路环41连接，其另一端与第二短路环42连接。由此，多个导体棒30通过第一短路环41以及第二短路环42来连结，并且电连接。对于导体棒30，使用铜和铝等导电体且非磁性体的材料。

如图2以及图3所示，第一短路环41例如通过焊接等与多个导体棒30的一端连接。第二短路环42例如通过焊接等与多个导体棒30的另一端连接。对于第一短路环41以及第二短路环42，使用铜和铝等导电体且非磁性体的材料。

在此，为了通过焊接等对第一短路环41以及第二短路环42与导体棒30之间进行连接，如图3所示，在铁芯22(齿T)与第一短路环41之间以及铁芯22与第二短路环42之间设置有间隙(空腔)50。空腔50在导体棒30的轴向的两端部设置于在周向上相邻的多个导体棒30之间。导体棒30从槽S跨越空腔50与第一短路环41或者第二短路环42连接。空腔50在转子3的制造中是必须的，但是如上述那样，其在通常的运转时成为风噪声的原因。这导致感应电动机的噪音的增大。

图5是示出第一实施方式的导体棒30的结构例的剖视图。图5示出了图4的虚线框B的剖面的放大图。在铁芯22中设置有在轴向(图5的纸面垂直方向)上延伸的槽S。槽S内被插入同样地在轴向上延伸的导体棒30。

如图5所示，槽的相对于长度方向的垂直剖面的形状为与导体棒30的相对于长度方向的垂直剖面的形状大致相似形状，并且比导体棒30的相对于长度方向的垂直剖面的形状略大。由此，导体棒30能够插入到槽S内。在将导体棒30插入到槽S内的状态下，成为在槽S之间形成微小间隙的程度。因此，导体棒30的周向的宽度与槽S的周向的宽度几乎相同或者略小。

插入到槽S的导体棒30例如经由槽开口部OP使用锻造加工、铆接、粘接剂等而被固定在槽S内。

在铁芯22的外周侧，导体棒30的端部被倒角并且具有倾斜面31。此外，在本实施方式中，倾斜面31设置于在空腔50中露出的部分，并且未设置于插入到槽S内的部分。

图6是示出导体棒30的一端部的结构例的立体图。导体棒30具有从空腔50露出的导体部30a、以及插入到槽S内的导体部30b。导体棒30的相对于长度方向(轴向)的垂直剖面包括：第一面F1，位于转子3的外周侧；第二面F2，位于转子3的内周侧；以及多个侧面(第三面以及第四面)F3、F4，位于第一面F1与第二面F2之间。进一步，在被空腔50露出的导体部30a中，导体棒30在第一面F1与侧面F3、F4之间具有两个倾斜面31。倾斜面31相对于第一面F1以及侧面F3、F4倾斜。换言之，倾斜面31相对于周向(旋转方向)以及径向倾斜。由此，导体棒30的相对于轴向的垂直剖面为大致六边形。此外，在隐藏在槽S内的导体部30b中，导体棒30的相对于轴向的垂直剖面为包括第一面F1、第二面F2以及侧面F3、F4的大致长方形。此外，倾斜面31可以是平面，但是也可以是曲面。另外，倾斜面31也可以具有某种程度的凹凸。

这样，通过对在空腔50中露出的导体棒30的外周侧的第一面F1的两端部进行倒角并设置倾斜面31，由转子3的旋转引起的导体棒30和/或空腔50的风噪声降低。由此，可以抑制感应电动机1的噪音。

图7是示出倾斜面31的倾斜角与由转子3的旋转产生的风噪声之间的关系的图。倾斜面31的倾斜角表示倾斜面31相对于第一面F1或者旋转方向的倾斜角。即，倾斜面31的倾斜角是由图6的θ表示的角度。此外，该图是通过热流体分析来计算在空腔50中产生的噪音得到的结果。

当倾斜角θ过小时，倾斜面31几乎与第一面F1(周向或者旋转方向)共面，因此风噪声(声压水平)几乎不降低。另一方面，当倾斜角θ过大时，倾斜面31靠近侧面F3、F4(径向)，因此风噪声(声压水平)还是不降低。

例如，为了使声压水平小于等于115dB，倾斜角θ优选为大约10度～大约40度。特别是，在倾斜角θ为大约30度左右时，声压水平小于110dB。因此，可以说，更优选地，倾斜角θ为大约30度左右。通过这样设定倾斜面31的倾斜角，由转子3的旋转引起的导体棒30和/或空腔50的风噪声进一步降低。

另外，如图5或者图6所示，相对于第一面F1平行方向上的倾斜面31的宽度设为W31，并且，如图5所示，从槽开口部OP的端部到相对于第一面F1平行方向上的槽的拐角部为止的宽度设为Ws。在这种情况下，宽度W31优选小于等于宽度Ws。这是因为，由此在对导体棒30进行了锻造加工时能够将导体棒30可靠地固定于槽S内。此外，通常，导体棒30的端部以大约0.5mm左右的半径形成有圆角。因此，倾斜面31的宽度W31大于等于0.5mm。

此外，倾斜面31设置于导体棒30的外周侧的第一面F1的两端，但是也可以设置于导体棒30的内周侧的第二面F2的两端。

(第二实施方式)

图8是示出第二实施方式的导体棒30的结构例的剖视图。在第二实施方式中，在铁芯22的外周侧，导体棒30的整个端部被倒角，并且具有倾斜面31。即，在第二实施方式中，倾斜面31设置于在空腔50中露出的导体部30a、以及插入到槽S内的导体部30b这两者。

图9是示出第二实施方式的导体棒30的一端部的结构例的立体图。参照图9可知，倾斜面31设置于导体部30a和导体部30b这两者。倾斜面31的形状以及大小可以与第一实施方式的倾斜面31的形状以及大小相同。另外，第二实施方式的其他结构可以与第一实施方式的相对应的结构相同。

这样，倾斜面31也可以沿着导体棒30的延伸方向设置于整体。第二实施方式能够获得与第一实施方式同样的效果。另外，通过将倾斜面31设置于整个导体棒30，导体棒30的加工变得比较容易。即，在导体棒30的制造中，导体部30a和导体部30b无需进行不同的加工，进行相同的加工即可。由此，制造成本降低。例如，导体棒30可以在制造阶段中在长度方向上通过按压等被进行倒角加工。

(第三实施方式)

图10是示出第三实施方式的导体棒30以及槽S的结构例的剖视图。在第三实施方式中，使用第二实施方式的导体棒30。进一步，在第三实施方式中，槽S的相对于长度方向的垂直剖面为与导体棒30的相对于长度方向的垂直剖面的形状大致相似的形状，并且比导体棒30的相对于长度方向的垂直剖面的形状略大。

例如，槽S的相对于长度方向(轴向)的垂直剖面包括：第一内表面FS1，位于转子3的外周侧；第二内表面FS2，位于转子3的内周侧；以及多个内侧面FS3、FS4，位于第一内表面FS1与第二内表面FS2之间。进一步，槽S在第一内表面FS1与内侧面FS3、FS4之间具有内倾斜面33。内倾斜面33相对于第一内表面FS1以及内侧面FS3、FS4倾斜。换言之，内倾斜面33相对于周向(旋转方向)以及径向倾斜。由此，槽S的相对于轴向的垂直剖面成为大致六边形。此外，内倾斜面33可以是平面，也可以为曲面。另外，内倾斜面33也可以具有某种程度的凹凸。

槽S的内倾斜面33以与导体棒30的倾斜面31的倾斜角θ大致相等的角度相对于第一内表面FS1倾斜。即，优选地，槽S的内倾斜面33相对于第一内表面FS1(周向或者旋转方向)以大约10度～大约40度的角度倾斜。特别是，优选地，在倾斜面31的倾斜角θ为大约30度左右的情况下，槽S的内倾斜面33的倾斜角也为大约30度左右。由此，能够容易地将导体棒30插入到槽S，并且，导体棒30与槽S之间不会产生多余的间隙。因此，导体棒30变得容易固定在槽S内。

第三实施方式的其他结构可以与第二实施方式的相对应的结构相同。因此，第三实施方式能够获得与第二实施方式相同的效果。

虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包含在发明的保护范围及主旨中，并且同样地被包含在权利要求书所记载的发明及其等同的保护范围内。