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感应电动机的转子、以及使用该转子的感应电动机
申请号	CN201180026254.5	申请日	2011-05-25	公开(公告)号	CN102918754B	公开(公告)日	2015-03-11
申请人	矢崎总业株式会社;			发明人	饭塚弘; 胜亦信; 西乡勉; 吉永聪;
摘要	公开了一种转子 (4)，该转子(4)可旋转地布置在感应电动机 (1)的定子 (2)的中空部(3)的内部，并且通过从由该定子(2)在该中空部(3)的内部形成的磁场接收磁力下而旋转。该转子(4)包括：一对环状导体(10,10)；以及多个条状导体(11)，其连接在该一对环状导体(10,10)之间并且被构造成连同该一对环状导体(10,10)一起形成筐形状。环状导体(10,10)和条状导体(11)分别由复合材料形成，该复合材料由导电芯导体(12)以及以电接触状态附着到该芯导体(12)的外周的碳纳米管结构(15)构成。
权利要求	1.一种感应电动机的转子，该转子可旋转地布置在所述感应电动机的定子的中空部的内部，并且该转子在由所述定子在所述中空部的内部形成的磁场的磁力下旋转，所述转子包括：一对环状导体；以及多个条状导体，该多个条状导体连接在所述一对环状导体之间，并且被构造成连同所述一对环状导体一起形成筐形状，其中，所述环状导体和所述条状导体分别由复合材料形成，该复合材料具有导电的芯导体和以电接触状态附着到该芯导体的外周的碳纳米管结构。 2.根据权利要求1所述的感应电动机的转子，其中，所述芯导体是铜条或铝条。 3.根据权利要求2所述的感应电动机的转子，其中，所述碳纳米管结构是：由多个碳纳米管的组合体而形成，通过将由纳米金属颗粒形成的导体附着到各个所述碳纳米管的表面、各个所述碳纳米管中以及各个所述碳纳米管之间，所述碳纳米管结构受到润湿性改善处理，以及在所述碳纳米管结构以编织形状附着到所述芯导体的所述外周上的状态下，用铝浸渍所述碳纳米管结构或者通过铝的压粉成型来处理所述碳纳米管结构。 4.根据权利要求2所述的感应电动机的转子，其中，所述碳纳米管结构是：由多个碳纳米管的组合体而形成，通过将由纳米金属颗粒形成的导体附着到各个所述碳纳米管的表面、各个所述碳纳米管中以及各个所述碳纳米管之间，所述碳纳米管结构受到润湿性改善处理，以及在所述碳纳米管结构被用铝浸渍或通过铝的压粉成型而处理的同时，所述碳纳米管结构横向地缠绕在所述芯导体的所述外周上。 5.一种感应电动机，包括：定子，该定子被构造成在它的中空部的内部形成磁场；以及转子，该转子可旋转地布置在所述定子的所述中空部的内部，并且该转子被构造成：在来自由所述定子形成的磁场的磁力下，该转子旋转，其中，所述转子包括一对环状导体和连接在所述一对环状导体之间的多个条状导体，其中，所述一对环状导体和所述多个条状导体形成筐形状，并且其中，所述环状导体和所述条状导体分别由复合材料形成，该复合材料具有导电的芯导体和以电接触状态附着到该芯导体的外周的碳纳米管结构。
说明书全文	感应电动机的转子、以及使用该转子的感应电动机技术领域 [0001] 本发明涉及一种感应电动机，并且具体地，涉及一种感应电动机的转子以及使用该转子的感应电动机，该转子在接收由定子产生的磁场的磁力的同时通过电磁感应而旋转。背景技术 [0002] 在专利文献1和2中所公开的感应电动机包括：定子，其在中空部的内部产生旋转磁场；以及转子，其可旋转地布置在定子的中空部的内部并且通过接收由定子产生的磁场的磁力而旋转。 [0003] 所述定子包括：定子芯，在该定子芯中具有中空部；以及定子线圈，该定子线圈被缠绕在定子芯的内周部分上，并且当电流流向定子线圈时，在中空部的内部形成磁场。 [0004] 通过与旋转轴一体地形成芯部分以及筐状导体部分而形成所述转子。筐状导体部分包括一对环状导体(端环)和形成在该一对环状导体之间的多个条状导体(导体条)。 [0005] 因此，当转子可旋转地布置在定子的中空部的内部并且电流流向定子线圈时，从定子线圈产生的磁场被施加到转子。因此，由于该磁场而在条状导体中产生电流(涡电流)，并且由于在该条状导体中产生的电流而在转子中产生了电磁力。转子通过在该转子中产生的电磁力而旋转。在这种情况下，当起动感应电动机时，高频电流由于由定子形成的磁场而流向条状导体。 [0006] 与使用永磁体的DC电动机或同步电动机相比，这样的感应电动机能够以简单且坚固的结构形成并且不需要复杂的控制。因此，存在如下优势：能够容易地使用该感应电动机并且能够以相对低的成本来实现恒定速度和可变速率。 [0007] 引用列表 [0008] 专利文献 [0009] 专利文献1：日本专利申请JP 6-165451A [0010] 专利文献2：日本专利申请JP 10-32966A 发明内容 [0011] 顺便提及，如上所述，当在起动时间时高频电流流向条状导体时，条状导体的表面上的电流密度由于趋肤效应而增加，并且因此，高频电流集中在表面上。因此，高频电流流向小横截面积的所述表面。由于这个原因，电阻增加，因电阻值的增加而产生热量，于是发生热损失。因此，在该感应电动机中，由于热损失，转子的轴输出相对于输入功率降低，并且因此出现效率不佳的问题。 [0012] 此外，由于电流因趋肤效应而集中在转子的表面上而产生了热量，所以热量需要被散发到外侧。因此，需要在感应电动机的外周上设置散热片，并且因此出现感应电动机的尺寸增加的问题。 [0013] 本发明的一个目的是提供一种感应电动机的转子以及使用该转子的感应电动机，该转子能够通过降低该转子的表面上的电阻来减小感应电动机的热损失并且能够减小其尺寸。 [0014] 本发明的第一方面是感应电动机的转子，该转子可旋转地布置在所述感应电动机的定子的中空部的内部，并且该转子在由所述定子在所述中空部的内部形成的磁场的磁力下旋转，所述转子包括：一对环状导体；以及多个条状导体，该多个条状导体连接在所述一对环状导体之间，并且被构造成连同所述一对环状导体一起形成筐形状，其中，所述环状导体和所述条状导体分别由复合材料形成，该复合材料具有导电的芯导体和以电接触状态附着到该芯导体的外周的碳纳米管结构。 [0015] 根据第一方面，感应电动机的转子的环状导体和条状导体被形成为复合材料，在该复合材料中，碳纳米管结构在电接触状态下附着到芯导体的外周。因此，即使当在起动感应电动机时高频电流流向条状导体并且电流密度由于趋肤效应而集中在条状导体的表面上时，因为碳纳米管的优异的导电性而使得表面部分的电阻小，所以抑制了热量的产生，并且因此可以使热损失降低。因此，由于可以使感应电动机中的轴输出相对于输入功率的降低下降，所以效率提高。 [0016] 此外，由于转子的热量的产生受到抑制，所以不需要散热片，并且因此可以使感应电动机的尺寸减小。 [0017] 芯导体可以是铜条或铝条。 [0018] 根据上述构造，在感应电动机中通常被用作条状导体的铜或铝作为芯导体使用，并且将碳纳米管结构附着到该芯导体的外周。因此，即使当芯导体的直径减小时，当在恒定转速下使用感应电动机时，也可以获得与现有技术的感应电动机的性能相同的性能。 [0019] 碳纳米管结构可以是：由多个碳纳米管的组合体形成；通过将由纳米金属颗粒形成的导体附着到各个碳纳米管的表面上、各个碳纳米管中以及在各个碳纳米管之间而受到润湿性改善处理；并且在碳纳米管结构以编织形状附着到芯导体的外周上的状态下，被用铝浸渍或通过铝的压粉成型受到处理。 [0020] 根据上述构造，导体附着到碳纳米管的表面上、碳纳米管中以及碳纳米管之间，并且因此电子更容易地进入碳纳米管。因此，由于电子以高速流动，所以可以提高导电性。此外，由于导体附着到在碳纳米管之间，所以电子可以容易地从一个碳纳米管进入到另一个碳纳米管中。此外，由于电子能够以高速流动，所以能够进一步提高导电性。 [0021] 此外，碳纳米管结构以编织形状形成，并且在附着到芯导体的外周上的同时通过用铝浸渍或由压粉成型而形成。因此，可以在碳纳米管结构与铝之间以及在铝与芯导体之间获得令人满意的电接触状态。 [0022] 碳纳米管结构可以是：由多个碳纳米管的组合体形成；通过将由纳米金属颗粒形成的导体附着到各个碳纳米管的表面上、各个碳纳米管中以及在各个碳纳米管之间而受到润湿性改善处理；并且在被用铝浸渍或通过铝的压缩成型受处理的同时，横向地缠绕在芯导体的外周上。 [0023] 根据上述构造，由于电子更容易地进入碳纳米管并且以高速流动，所以可以提高导电性。由于电子可以更容易地从一个碳纳米管进入到另一个碳纳米管中并且可以以高速流动，所以可以提高导电性。 [0024] 此外，由于执行铝的浸渍，可以在碳纳米管结构与铝之间以及在铝与芯导体之间获得令人满意的电接触状态。 [0025] 本发明的第二方面是感应电动机，该感应电动机包括：定子，该定子被构造成在它的中空部的内部形成磁场；以及转子，该转子可旋转地布置在所述定子的所述中空部的内部，并且该转子被构造成：在来自由所述定子形成的磁场的磁力下，该转子旋转，其中，所述转子包括一对环状导体和连接在所述一对环状导体之间的多个条状导体，其中，所述一对环状导体和所述多个条状导体形成筐形状，并且其中，所述环状导体和所述条状导体分别由复合材料形成，该复合材料具有导电的芯导体和以电接触状态附着到该芯导体的外周的碳纳米管结构。 [0026] 根据第二方面，可以获得与第一方面的效果相同的效果。附图说明 [0027] 图1示出感应电动机，其中图1(a)是其剖面图，图1(b)是示出了转子的透视图，并且图1(c)是示出了转子的筐（basket）的透视图。 [0028] 图2是示出了复合材料的透视图，其中呈编织形状的纺丝碳纳米管附着到铜条的表面。 [0029] 图3示出其中纺丝碳纳米管附着到铜条的表面并且纺丝碳纳米管用铝浸渍的复合材料，其中图3(a)是其透视图，并且图3(b)是其剖面图。 [0030] 图4是示出了导体(纳米金属颗粒)附着到碳纳米管的状态的示意图。 [0031] 图5示出第一改进例并且是示出了其中纺丝碳纳米管通过横向缠绕而被附着到铜条的表面的复合材料的透视图。 [0032] 图6示出第二改进例并且示出其中用铝浸渍的纺丝碳纳米管被附着到铜条的表面的复合材料，其中图6(a)是示出了其中碳纳米管用铝浸渍的复合材料的透视图，图6(b)是示出了铜条的透视图，并且图6(c)是示出了铜条被挤压插入到复合材料的中空部中的状态的透视图。 [0033] 图7是比较地示出了铜条的直径以及其中碳纳米管被附着到铜条的表面的复合材料的直径的剖图。具体实施方式 [0034] 在下文中，将基于附图详细地描述根据本发明的实施例的感应电动机的转子。 [0035] 如图1(a)中所示，感应电动机1包括：定子2，其产生旋转磁场；以及转子4，其可旋转地布置在定子2的中空部3的内部并且通过接收由定子2产生的旋转磁场所引起的电磁力而旋转。 [0036] 定子2包括：定子芯6，其具有以圆柱形形状形成在其中的中空部5；以及定子线圈(未示出)，其被缠绕在定子芯6的内周部分上，并且通过流向定子线圈的电流而在中空部3中形成磁场。高频感应电流通过来自所述磁场的磁力而流向转子4，并且通过感应电流和由定子2产生的磁场而产生旋转力，从而使转子4在中空部3的内部旋转。 [0037] 如图1(b)中所示，转子4是通过使芯部分7和筐状导体部8与旋转轴(输出轴)9一体地形成而形成。如图1(c)中所示，筐状导体部8包括一对环状导体(在下文中，称为“端环”)10和10以及连接在一对端环10和10之间的多个条状导体(在下文中，称为“导体条”)11。 [0038] 如图2和图3中所示，该实施例的端环10和10以及导体条11形成为具有导电的芯导体12和碳纳米管结构13的复合材料14，该碳纳米管结构13在电接触状态下附着到芯导体12的外周并且由碳纳米管(在下文中，简称为“CNT”)15形成。 [0039] 芯导体12由形成为铜条的铜芯材料或形成为铝条的铝芯材料形成，并且在任何材料中，导电性是高的，电流密度阻抗是高的，并且高热导率是优异的。在该实施例的示例中，芯导体由形成自铜条的铜芯材料形成。将由形成为编织形状的CNT 15所形成的碳纳米管结构13附着到铜芯材料的外周，并且在这种态下用铝浸渍该碳纳米管结构13。 [0040] 在此处，CNT 15是如下结构：在该结构中，通过结合六个碳获得的六角形形状进一步被结合到另一六角形形状从而具有圆柱形形状，纤维CNT由多个CNT 15形成。使缠结的纤维CNT从多个纤维CNT的组合体延伸从而被均匀地布置，并且将所得结果扭绞以成为具有均一厚度的螺纹，从而形成纺丝CNT。在该实施例中，纤维CNT、纤维CNT的组合体、以及纺丝CNT被称为CNT结构13。 [0041] 此外，由于CNT 15之间的结合力是微弱的并且CNT 15之间的接触电阻是大的，所以在该实施例的复合材料14中，通过以纳米量级将金属纳米颗粒(导体)附着到CNT 15的表面上、CNT 15中、以及CNT 15之间，而在CNT 15上执行改善所谓的可湿性的润湿性改善处理。 [0042] 通过使用在日本专利申请国家公开(特开)No.2009-535294中公开的“organized assembly of carbon and non-carbon and manufacturingmethod thereof(碳和非碳的有序组合体及其制造方法)”的技术作为润湿性改善处理的方法，将形成自金属纳米颗粒18的非碳材料(Fe、Si、Co、Cr、Mn、Mo、Nb、Ta、Th、Ti、U、V、Y、以及Zr)附着到CNT 15的表面、CNT 15中、以及CNT 15之间，如图4中所示。因此，由于假定CNT 15通过金属纳米颗粒18彼此牢固地结合(共价键合)，并且在金属纳米颗粒18之间获得低电阻，所以CNT 15之间的电阻变低。即，当电子穿过CNT 15并且经过金属纳米颗粒18移至相邻的CNT 15时，由于CNT 15之间的电阻低，所以CNT 15之间的导电性高。因此，当通过以使金属纳米颗粒18作为粘合剂附着在CNT 15之间的方式加强单位CNT之间的结合力来降低电接触电阻时，可以在CNT 15之间获得的高电导率。 [0043] 此外，由于电子经过金属纳米颗粒18、容易地经过CNT 15，并且通过附着到CNT15中的金属纳米颗粒18而变得更易于流动，附着所以到CNT 15的表面的金属纳米颗粒18可以获得高电导率。 [0044] 缠结的纤维CNT从由CNT 15形成的纤维CNT的组合体延伸从而被均匀地布置，并且将所得结果扭绞以成为具有均一厚度的螺纹。因此，纺丝CNT以编织形状附着到铜芯材料的表面(外周)上。 [0045] 在编织的CNT结构13附着到作为芯导体12的铜芯材料的外周上的状态下，用铝16浸渍该CNT结构13。为了用铝16浸渍形成所述CNT结构13的纺丝CNT，根据真空压力浸渍方法，用铝16浸渍该纺丝CNT。在这种情况下，纺丝CNT(CNT结构13)可以通过使用在JP2001-107203A中公开的“compound material and manufacturing methodthereof(复合材料及其制造方法)”的技术、在JP 2002-59257A中公开的“compound material（复合材料）”的技术、以及在JP 2002-194515A中公开的“compound material and manufacturing method thereof(复合材料及其制造方法)”的技术而用铝16浸渍。 [0046] 因此，复合材料14由芯导体12和CNT结构13形成，并且感应电动机11的端环10和导体条11由复合材料14形成。 [0047] <第一改进例> [0048] 在上述实施例中，通过将呈编织形状的CNT结构13附着到由铜芯材料形成的芯导体12的外周上而形成编织物，但是在第一改进例中，如图5中所示，CNT结构13是通过横向地缠绕而附着到由铜芯材料形成的芯导体12的外周上。以这种方式，在CNT结构13通过横向地缠绕而附着到由铜芯材料形成的芯导体12的外周上的状态下，通过如在上述实施例中的真空压力浸渍方法用铝16浸渍该CNT结构。 [0049] <第二改进例> [0050] 在上述实施例中，CNT结构13附着到芯导体12的外周上并且用铝16浸渍，但是在第二改进例中，在如在上述实施例那样对CNT 15执行润湿性改善处理的状态下，如图6(a)中图示，将如在上述实施例中那样通过真空压力浸渍方法用铝16浸渍CNT 15的纤维的组合体所获得的复合材料17模制为圆柱形形状(管形状)，并且如图6(c)中所示，将如图6(b)中所示的由铜芯材料形成的芯导体12挤压插入到通过用铝16浸渍CNT纤维的组合体而获得的圆柱形的复合材料17中，从而形成具有芯导体12和复合材料17的复合材料14。 [0051] 此外，在第二改进例中，芯导体12被挤压插入到用铝16浸渍的圆柱形CNT结构13的复合材料17中，但是用铝16浸渍的该圆柱形的CNT结构13的复合材料17的内表面也可以通过经由型锻（swaging)挤压圆柱形的复合材料17的内部而附着到铜芯材料的表面。 [0052] 如上所述，根据该实施例的感应电动机1，当端环10和10以及导体条11由形成有导电的芯导体12以及在电接触状态下附着到该芯导体12的外周的CNT结构13的复合材料14所形成时，即使当由电磁感应产生的高频电流流到端环10和10以及导体条11的表面时，由于由具有高电导率的CNT 15形成的CNT结构13附着到该表面，所以可以减小电阻。 [0053] 此外，由于该表面的电阻可以减小，所以即使当高频电由于趋肤效应而集中在所述表面上时，热产生量也是小的，并且因此热损失减少。此外，由于热产生量降低并且热辐射性能变得令人满意，所以可以使现有技术的感应电动机中所需要的散热片的尺寸减小或可以将该散热片移除。因此，能够减小感应电动机的尺寸，并且例如，当在车辆中使用感应电动机时，可以使安装感应电动机所必需的空间减小。此外，由于通过尺寸的减小可以实现重量的减轻，所以当感应电动机设置在车辆中时，可以使得车辆的重量的减轻。 [0054] 此外，由于CNT结构13比其它导体(铝或铜)轻，所以当在使用铜芯材料时，导体条11或端环10具有相同的必要直径的时候，可以使铜芯材料的直径减小达附着到外周的CNT结构13的程度，可以使感应电动机的整体重量减轻。此外，如图7中所示，当形成该实施例的复合材料14，其中该复合材料14具有与由被设置成现有技术所必需的直径L1的尺寸的铜芯材料19形成的端环10和导体条11相同的导电性时，可以使直径L2小于直径L1。 [0055] 此外，由于使热损失减少，所以能够使轴输出相对于输入功率的下降减小，并且因此能够获得具有高效率的感应电动机。 [0056] 因此，能够实现具有小尺寸、小重量、以及良好的效率的感应电动机。 [0057] 此外，在上述实施例中，还可以通过对CNT结构13进行润湿性改善处理而进一步提高电导率，并且因此可以使电阻进一步降低。因此，即使当高频电流由于趋肤效应而而集中在转子的表面上时，也能够进一步减小从端环10或导体条11产生的热量，并且因此可以使因热量导致的损耗大幅度降低，因而提高感应电动机的效率。 [0058] 此外，可以通过经由真空压力浸渍方法用铝16浸渍CNT结构13而大幅地提高CNT结构13和铜芯材料之间的电接触。甚至在该构造中，电阻降低，并且因此可以获得具有良好的电导率的复合材料。 [0059] 此外，在上述实施例中，CNT结构13以圆柱形形状形成，但是也可以以不同于圆柱形形状的管状形状形成。 [0060] 此外，在上述实施例中，已经描述了通过压力用诸如铜或铝及其合金的导电金属浸渍CNT结构13的示例，但是也可以通过由压粉成型将诸如铜或铝及其合金的导电金属与CNT 15混合而获得压粉体（compact）。 [0061] 此外，在上述实施例中，已经描述了以使芯导体12由形成自铜条的铜芯材料形成并且使CNT 15被作为导电金属的铝浸渍或通过压粉成型而形成的方式，使导电金属芯的周边用导电金属浸渍或通过压粉成型而形成的示例，但是也可以将导电金属布置在用导电金属浸渍或通过压粉成型而形成的CNT结构13的周边上。 [0062] 在下文中，将示出芯导体12和CNT结构13的组合。 [0063] (1)在与导电金属附着的CNT结构环绕中心部的导电芯材料布置的情况下的组合。 [0064] 芯导体12 CNT结构 [0065] (a)铜芯材料铝的附着 [0066] (实施例和改进例) [0067] (b)铝芯材料铜的附着 [0068] (c)铜芯材料铜的附着 [0069] (d)铝芯材料铝的附着 [0070] (2)在与金属附着的CNT结构布置在中心部处并且外周被导电金属(芯导体)覆盖的情况下的组合 [0071] CNT结构芯导体 [0072] (外周导体) [0073] (a)铝的附着铜材料 [0074] (b)铜的附着铜材料 [0075] (c)铝的附着铝 [0076] (d)铜的附着铝 [0077] 在上述组合中，由于在(2)-(a)和(b)中与铜附着的芯导体(外周导体)布置在外周处，所以可以减小腐蚀。 [0078] 此外，由于甚至在(1)-(b)和(c)的情况下，与铜附着的CNT结构也布置在外周中，所以可以减小腐蚀。 [0079] 虽然已经描述了本发明的实施例，但是本发明并不限于以上描述的实施例，并且可以进行各种改进。

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