WO1999038244A1

WO1999038244A1 - Moteur

Info

Publication number: WO1999038244A1
Application number: PCT/JP1998/000221
Authority: WO
Inventors: Kenzou Kajiwara; Kouki Nagai; Tetsuo Fujigaki; Miyoshi Takahashi; Hiroyuki Mikami; Heikichi Kuwahara; Kenji Takahashi
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-07-29
Also published as: EP1050949A1; EP1050949A4; CN1286821A; KR20010034236A; JP3855658B2

Description

明

技術分野

この発明は、軸方向および径方向に冷却風を導くための通風ダク卜を鉄心に備えた電動機に関するもので糸ある。

田背景技術

従来の電動機は、実開昭 6 1— 1 56447号公報に記載のような通風構造を備えていた。すなわち、軸方向に連続な軸方向通風ダクトを、固定子鉄心と固定子枠との間および回転子鉄心内部に複数設けていた。また、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙、いわゆるエアギヤップと軸方向通風ダク卜とを連通する径方向通風ダク卜を、固定子鉄心および回転子鉄心に設けていた。しかも、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分に複数配置していた。従来の電動機は、このような通風構造を有することにより、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部の冷却効率の向上を図ろうとしていた。電動機内部において最も高温になる部分は、上述したエアギヤップ近傍の鉄心部分である。これは、エアギャップ近傍の鉄心部分に高調波等の損失が集中して発生するからである。従って、電動機の冷却効率の向上を図るためには、エアギヤップ近傍の鉄心部分の冷却が重要となる。特に、冷却風の冷却効率が低下するエアギヤップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分の冷却が重要となる。

これに対して、従来の電動機は、上述したようにエアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分に径方向通風ダク卜を複数配置し、比較的温度の低い回転子鉄心の軸方向通風ダク卜を流れる冷却風をその部分に導こうとしていたので、大変有効に思えた。

ところが、エアギヤップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分に径方向通風ダクトを複数配置しただけでは、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分の冷却効率の向上を図ることができないと判った。すなわち、これは、回転子鉄心に設けた径方向通風ダクトを流れる冷却風がエアギヤップを流れる冷却風を遮り、冷却風のほとんどが固定子鉄心に設けた径方向通風ダク卜を介して固定子鉄心と固定子枠との間の軸方向通風ダク卜に至ってしまい、エアギャップの下流側にほとんど冷却風が流れなくなってしまうためであった。発明の開示

この発明は、エアギヤップ近傍の鉄心部分に集中する高調波等の損失の発生を抑えて電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機の提供を第 1の目的とするものである。また、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機の提供を第 2の目的とするものである。

本発明に係る第 1 の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、固定子枠と固定子鉄心との間には、軸方向に連続した複数の第 1 の通風ダクトを設け、回転子鉄心には、軸方向に連続した複数の第 2の通風ダクトと、第 2の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第 3の通風ダクトとを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。

この第 1の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風よりも比較的温度の低い第 2の通風ダク卜を流れる冷却風が、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙に導かれ、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の吸熱を効果的に行えると共に、磁性を有する楔によってギヤップ磁束の高調波成分が低減し、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇を低減できる。これにより、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。

また、第 1の電動機においては、第 1の通風ダク卜と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第 4の通風ダク卜を固定子鉄心に設けることが望ましい。

また、第 1の電動機においては、 1 2 0 O rpm を超える回転速度で運転される場合、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側 4 0 %の範囲にあたる回転子鉄心部分に第 3の通風ダク卜を設けることが望ましい。

ここで、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側 4 0 %とは、間隙の軸方向の全長に対する間隙の冷却風下流側端部から冷却風上流側への長さの割合のことである。また、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とは、鉄心の端部間の固定子鉄心と回転子鉄心とに挟まれた空間のことである。

また、第 1の電動機においては、 1 2 0 O rpm 以下の回転速度で運転される場合、軸方向に複数、かつ、ほぼ均等間隔で回転子鉄心に第 3の通風ダク卜を設けることが望ましい。

本発明に係る第 2の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、固定子枠と固定子鉄心との間には、軸方向に連続した複数の第 1 の通風ダクトを設け、回転子鉄心には、軸方向に連続した複数の第 2の通風ダクトと、第 2の通風ダク卜と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第 3の通風ダク卜とを設け、固定子鉄心には、第 1 の通風ダク卜と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第 4の通風ダク卜を設けていると共に、電動機の極数を P，固定子鉄心の内径を D_{S 1}，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法を gとしたとき、

0. 0 1 5≤ g/D_{S I} X P≤ 0. 04 0 の関係が成り立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法 g を設定している。

この第 2の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と第 3の通風ダクトを流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、第 3の通風ダクトを流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、第 4の通風ダクトを流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、第 3の通風ダク卜以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、上記関係式を満足するように回転子鉄心との間の間隙の寸法を設定していることによって、電動機の最大トルクを 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇を 1 0 0 K以下，電動機の力率を 7 8 %以上とすることができる。すなわち、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。

また、第 2の電動機においては、 1 2 0 0rpm を超える回転速度で運転される場合、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側 4 0 %の範囲にあたる回転子鉄心部分および固定子鉄心部分に第 3の通風ダク卜および第 4の通風ダク卜を設けることが望ましい。

また、第 2の電動機においては、 1 2 0 O rpm 以下の回転速度で運転される場合、軸方向に複数、かつ、ほぼ均等間隔で回転子鉄心および固定子鉄心に第 3の通風ダクトおよび第 4の通風ダクトを設けることが望ましい。

本発明に係る第 3の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心の回転軸の一端側に冷却ファンを備え、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。

この第 3の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風よりも比較的温度の低い冷却風が、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙に導かれ、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の吸熱を効果的に行えると共に、磁性を有する楔によってギヤップ磁束の高調波成分が低減し、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇を低減できる。これにより、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。

また、第 3の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。

本発明に係る第 4の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心の回転軸の一端側に冷却ファンを備え、回転子鉄心および固定子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設けていると共に、電動機の極数を P，固定子鉄心の内径を D _{S I} , 固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法を g としたとき、

0 . 0 1 5≤ g / D _{s l} X P≤ 0 . 0 4 0

の関係が成リ立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法 g を設定している。

この第 4の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜を流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜を流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、固定子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜を流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクト以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、上記関係式を満足するように回転子鉄心との間の間隙の寸法 gを設定していることによって、電動機の最大トルクを 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇を 1 0 0 K以下，電動機の力率を 7 8 %以上とすることができる。すなわち、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。

本発明に係る第 5の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、外気を一端部より取り入れ、かつ、他端部より排出する端部構造を備え、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。

この第 5の電動機によれば、上述した第 3の電動機と同様に、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。また、第 5の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。

本発明に係る第 6の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、外気を一端部より取り入れ、かつ、他端部より排出する端部構造を備え、回転子鉄心および固定子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を設けていると共に、電動機の極数を P , 固定子鉄心の内径を D _{S 1}，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法を gとしたとき、

0 . 0 1 5≤ g / D _{5 i} X P≤ 0 . 0 4 0 の関係が成リ立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法 g を設定している。

この第 6の電動機によれば、上述した第 4の電動機と同様に、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。本発明に係る第 7の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロッ卜には、磁性を有する楔を挿入していると共に、スロッ卜開口部の径方向寸法を 0〜 0 . 8 mm の範囲となるように設定している。

ここで、スロット開口部とは、固定子鉄心の内周表面部から楔までのスロット空間をいい、スロット開口部の怪方向寸法とは、固定子鉄心の内周表面部から楔まで寸法をいう。

この第 7の電動機によれば、ギヤップ磁束の高調波成分を上述した第 3の電動機よりも低減でき、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇も上述した第 3の電動機より低減できる。これにより、電動機の冷却効率の向上を上述した第 3の電動機よリも図ることができる。また、第 7の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。

また、第 7の電動機においては、スロット開口部の径方向寸法を 0〜 0 . 3 mm の範囲に設定することが望ましい。

本発明に係る第 8の電動機は、電動機の最大トルクが 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇が 1 0 0 K以下の電動機であって、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。

この第 8の電動機によれば、上述した第 3の電動機と同様に、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。

また、第 8の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。

本発明に係る第 9の電動機は、電動機の最大トルク力 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇が 1 0 0 K以下の電動機であって、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心および固定子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を設けていると共に、電動機の力率を 7 8 %以上としている。

この第 9の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜を流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなリ、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜を流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、固定子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜を流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダク卜以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、電動機の最大トルクを 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇を 1 0 0 K以下，電動機の力率を 7 8 %以上とすることができる。すなわち、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。

本発明に係る第 1 0の電動機は、固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、固定子枠と固定子鉄心との間には、軸方向に連続した複数の第 1 の通風ダク卜を設け、回転子鉄心には、軸方向に連続した複数の第 2の通風ダクトと、第 2の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第 3の通風ダクトとを設け、固定子鉄心には、第 1 の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第 4の通風ダク卜を設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入していると共に、電動機の極数を P，固定子鉄心の内径を D _{s l}，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法を gとしたとき、

0 . 0 1 5≤ g / D _{S I} X P≤ 0 . 0 4 0

の関係が成り立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法 g を設定している。

この第 1 0の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風よりも比較的温度の低い第 2の通風ダク卜を流れる冷却風が、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙に導かれ、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の吸熱を効果的に行えると共に、磁性を有する楔によってギヤップ磁束の高調波成分が低減し、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇を低減できる。しかも、固定チ鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と第 3の通風ダク卜を流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、第 3の通風ダクトを流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、第 4の通風ダク卜を流れる冷却風と、固定子鉄心と回子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、第 3の通風ダク卜以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の却を行えると共に、上記関係式を満足するように回転子鉄心との間の間隙の寸法 g を設定していることによって、電動機の大卜ルクを 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇を 1 0 0 K以下，電動機の力率を 7 8 %以上とすることができる。従って、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の鉄心部分に集中する高調波等の損失の発生を抑えて電動機の冷却効率の向上を図ることができると共に、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。図面の簡単な説明

第 1 図は、この発明の第 1 の実施例であるかご形誘導電動機を示した縦断面図である。第 2図は、第 1 図の II— II断面図である。第 3図は、第 2図の III部分を拡大した拡大断面図である。第 4図は、第 1 図の VI部分を拡大した拡大斜視図である。第 5図は、この発明の第 2の実施例であるかご形誘導電動機を示した縦断面図である。第 6図は、 g / D _{s l} X Pの関係式に対する電動機の温度上昇の関係を示した図面である。第 Ί 図は、 g Z D _{s :} X Pの閲係式に対する電動機の最大トルクの関係を示した図面である。第 8図は、 g Z D _{s l} X Pの関係式に対する電動機の力率の関係を示した図面である。第 9図は、 g Z D _s X Pの関係式に対する電動機の総損失とその定格出力との比の関係を示した図面である。第 1 o図は、エアギャップ寸法に対する電動機特性（効率，力率）および電動機内最高温度の関係を示した図面である。究明を実施するための最良の形態

以下、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

この発明の第 1 の実施例のかご形誘導電動機の構造を第 1 図〜第 4図に基づいて説明する。 1 は、円筒形状の固定子枠であり、その内周側には、円筒形状の固定子鉄心 2を設けている。固定子鉄心 2の内周側には、間隙、いわゆるエアギヤップ 1 0を介して回転子鉄心 3 を設けている。 4は、回転子鉄心 3 を外周に嵌合した回転子軸である。

固定子鉄心 2には、軸方向に速続した複数のスロッ卜 1 5 を、周方向に所定の間隔で配設している。複数のスロッ卜 1 5には、固定子巻線 5 を収めている。また、複数のスロッ卜 1 5には、第 3図に示すように、 T字形状の楔 1 6 を挿入し、固定子巻線 5が脱落しないようにしている _c 楔 1 6には、例えば、電気学会，マグネティックス研究会資料， M A G - 8 5 - 1 6 0 ( 1 9 8 5年発行）第 3 3頁〜第 3 9頁に記載されているように、透磁率 1 0〜 5 0 μ H / m程度の磁性を有している楔を使川している。

ここで、スロット 1 5の開口幅を w，固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6 までの距離を h，スロット 1 5の開口幅 wと固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6までの距離 hとの積で表されるスロッ卜 1 5の開口部の断面積を S _{h w}としたとき、固定子鉄心 2の内周表面部から磁性楔 1 6 までの距離 hを 0〜 0 . 8匪、好ましくは、 0〜 0 . 3 mmの範囲に設定し、スロット 1 5の開口部の断面積 S _{h w}を小さくしている。これは、スロッ卜 1 5に挿入した磁性を有する楔 1 6により、ギャップ磁束の高調波成分を低減するためである。

すなわち、スロット 1 5の開口幅 wに応じて生じるギャップパ一ミアンスの脈動成分により、ギャップ磁束の高調波成分は顕著になる。このギヤップ磁束の高調波成分が顕著になると、磁束の表皮効果によってェァギャップ 1 0近傍に高調波損失が集中し、エアギャップ 1 0近傍の温度が高くなり、電動機内部の温度が上昇する。このため、スロット 1 5 に磁性を有する楔 1 6 を挿入し、ギャップ磁束の高調波成分の低減を図つている。

しかし、固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6までの距離 hを小さくしなければ、その効果は小さい。また、そうしなければ、スロット漏れ磁束の増加を招き電動機特性が悪化する。このため、本実施例においては、固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6 までの距離 hを 0〜 0 . 8 mm、好ましくは、 0〜 0 . 3 MIの範囲に設定している。

回転子鉄心 3には、軸方向に連続な複数のスロッ卜 1 8 を、周方向に所定の間隔で配設している。複数のスロッ卜 1 8には、回転子巻線 6 を収めている。

固定子枠 1 と固定子鉄心 2 との間には、軸方向に連続な複数の軸方向通風ダクト 7 を、周方向に所定の間隔で配設している。固定子鉄心 2には、複数の軸方向通風ダクト 7 とエアギャップ 1 0とを連通する複数の径方向通風ダクト 9 aを、周方向に所定の間隔で配設している。しかも、エアギヤップ 1 0を流れる冷却風の下流側 4 0 %の範囲にあたる固定子鉄心部分の 2ケ所に設けている。

回転子鉄心 3には、軸方向に連続な複数の軸方向通風ダクト 8 を、周方向に所定の間隔で配設している。また、回転子鉄心 3には、複数の軸方向通風ダク卜 8 とエアギャップ 1 0とを連通する複数の径方向通風ダク卜 9 bを、周方向に所定の間隔で配設している。しかも、エアギヤップ 1 0を流れる冷却風の下流側 4 0 %の範囲にあたる回転子鉄心部分の 2ケ所に設けている。尚、径方向通風ダクト 9 aと径方向通風ダクト 9 bとは、互いに対向する配置となっている。

ここで、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の下流側 4 0 %とは、エアギャップ 1 0の軸方向の全長に対するエアギャップ 1 0の冷却風下流側端部から冷却風上流側への長さの割合のことである。

回転子鉄心 3に設けた複数の径方向通風ダクト 9 bは、第 4図に示すように、スロット 1 6 とほぼ同形状の環状のダク卜間スぺーサ 1 7 を、軸方向に複数分割した回転子鉄心 3間の各スロット 1 6間に設けて形成している。回転子卷線 6は、その内周部を貫通している。

また、本実施例では、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の冷却効率の向上を図るために、エアギャップ 1 0 の寸法を次式が成り立つように設定している。

0. 0 1 5≤ g/D_{S I} X P≤ 0. 0 4 0 … （数 1 ) 尚、 gはエアギャップ 1 0の寸法、 D_s ,は固定子鉄心 2の内径、 Pは電動機の極数を示している。

すなわち、スロット 1 5に挿入した磁性を有する楔 1 6の効果が激減しないように、また、スロット漏れ磁束の増加を招き電動機の特性が悪化しないように、固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6までの距離 hを 0〜 0.8mm、好ましくは、 0〜◦ . 3 mmの範囲に設定した場合、それに合わせて、エアギャップ 1 0の寸法 gを変える必要がある。さもないと、エアギャップ 1 0の通風容量が小さくなつて、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の風量，風圧が径方向通風ダク卜 9 bを流れる冷却風よりも小さくなり、径方向通風ダク卜 9 bを流れる冷却風がエアギヤップ 1 0を流れる冷却風を遮るようになる。この結果、エアギャップ 1 0の下流側には、ほとんど冷却風が流れず、エアギャップ 1 0の下流側の冷却効率が低下する。

従って、エアギャップ 1 0の寸法 gを大きくすればよい力単に大きくしただけでは、励磁アンペアターンの増大を招き電動機の特性が悪化する。このため、本実施例においては、数 1の関係が成り立つように、エアギャップ 1 0の寸法 gを設定し、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の冷却効率の向上を図っている。

固定子枠 1 の両端には、通風口 1 2 aを備えたドーナツッ形状のブラケット 1 2を設け、固定子枠 1 を両側から塞いでいる。ブラケッ卜 1 2 の内周部には、軸受装置 1 3 を設け、回転子軸 4 を回転自在に支承している。回転子軸 4の一端部には、冷却フアン 1 1 を設けている。冷却フアン 1 1 を設けた電動機の端部は、入気口 1 4 aを備えたファンカバー 1 4によリ覆われている。

次に、本実施例のかご形誘導電動機内における冷却風の流れを第 1 図に基づいて説明する。第 1 図中の矢印は、その冷却風の流れを示している。

回転子軸 4の回転により冷却ファン 1 1 が回転すると、ファンカバ一 1 4の入気口 1 4 aから冷却風として外気が取リ込まれ、ブラケット 1 2の通風口 1 2 aから電動機内部に送り込まれる。電動機内部に送り込まれた冷却風は、軸方向通風ダクト 7，軸方向通風ダクト 8，エアギヤップ 1 0の 3つに分かれ、固定子鉄心 2，回転子鉄心 3 を冷却する。軸方向通風ダクト 8 を流れる冷却風は、回転子鉄心 3の内部を冷却しながら流れ、径方向通風ダク卜 9 bとの分岐部分において軸方向と径方向とに分かれる。軸方向の冷却風は、回転子鉄心 3の内部を冷却しながら軸方向通風ダクト 8 を下流側に流れ、電動機内部に流れ出る。一方、径方向の冷却風は、回転子鉄心 3の内部を冷却しながら径方向通風ダク卜 9 bを流れ、エアギャップ 1 0に流れ出る。エアギャップ 1 0に流れ出た冷却風は、エアギャップ 1 0の上流よりその近傍を冷却しながら流れてきた冷却風と合流する。

この時、径方向通風ダク卜 9 bを流れる冷却風とエアギヤップ 1 0を流れる冷却風は、ほぼその風圧が等しいので、径方向通風ダクト 9 bを流れる冷却風がエアギヤップ 1 0を流れる冷却風を遮ることがない。また、径方向通風ダクト 9 bを流れる冷却風は、回転子鉄心 3 と共に回転する径方向通風ダク卜 9 bおよびダク卜間スぺーサ 1 7によってファン効果が得られる。

エアギャップ 1 0の下流側において合流した冷却風は、その合流部分において軸方向と径方向に分かれる。軸方向の冷却風は、エアギャップ 1 0近傍を冷却しながらエアギャップ 1 0を下流側に流れ、電動機内部に流れ出る。

この時、エアギャップ 1 0を流れる冷却風よりも比較的温度の低い軸方向通風ダク卜 8の冷却風を、径方向通風ダク卜 9 b を介してエアギヤップ 1 0の比較的高温部分である下流側に導くことができるので、エアギャップ 1 0の高温部分の吸熱を効果的に行うことができ、エアギヤップ 1 0の下流側の冷却効率の向上が図れる。

一方、径方向の冷却風は、固定子鉄心 2の内部を冷却しながら径方向通風ダクト 9 aを流れ、軸方向通風ダク卜 7に流れ出る。軸方向通風ダクト 7に流れ出た冷却風は、軸方向通風ダクト 7の上流より固定子鉄心 2の外周側を冷却しながら流れてきた冷却風と合流する。合流した冷却風は、固定子鉄心 2の外周側を冷却しながら軸方向通風ダク卜 7 を下流側に流れ、電動機内部に流れ出る。そして、軸方向通風ダクト 7，軸方向通風ダク卜 8，エアギャップ 1 0から電動機内部に流れ出た冷却風は、ブラケッ卜 1 2の通風口 1 2 aから電動機外部に流れ出る。

次に、数 1 に示した数値範囲を第 6図〜第 9図に基づいて説明する。本発明者らは、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の冷却効率の向上が図れるエアギャップ 1 0の寸法を得るために、実験を行った。まず、本発明者らは、数 1 の関係式に対する電動機の温度上昇，最大トルク，力率および電動機の総 ίβ失とその定格出力との比の閲係を実験より求めた。次に、実験により求めた特性と、電動機が満足しなければならない规定値等とをつき合わせた。そして、いずれの規定値等をも満足できる数 1 に示した数値範囲を得た。

第 6図〜第 9図は、実験により得られた数 1 の関係式に対する電動機の温度上昇，最大トルク，力率および電動機の総損失とその定格出力との比の関係をまとめたものであり、横軸に数 1 の関係式の数値をとり、縦軸にそれぞれの特性の数値をとつている。尚、第 6 〜第 9図の特性図には、 2極， 4極， 6極， 8極の電動機の特性を示した。

第 6図は、数 1 の | 係式に対する ΐίί動機の温度上^の |¾]係をす特性図である。電動機は、 J E C 3 7 (電気学会電気規格調査会標準規格

「誘導機」）等の規格より、その温度上昇を 1 0 0 K以下としなければならない。このことから、本発明者らは、第 6図とその規格値とをつき合わせてみた。この結果、数 1 の関係式の数値範囲を 0 . 0 1 5〜0 , 040 とすれば、 2極， 4極， 6極， 8極の電動機の全てにおいて上記温度上昇の規定値を満足できるということを発見した。

第 7図は、数 1 の関係式に対する電動機の最大トルクの関係を示す特性図である。電動機は、 J E C 3 7等の規格より、その最大トルクを 1 6 0 %以上としなければならない。このことから、本発明者らは、第 7図とその規定値とをつき合わせてみた。この結果、数 1 の関係式の数値範囲を 0 . 0 1 5 以上とすれば、 2極， 4極， 6極， 8極の電動機の全てにおいて上記最大トルクの規定値を満足できるし、上記電動機の温度上昇の规定値も満足できるということを発見した。

第 8図は、数 1 の関係式に対する電動機の力率の関係を示す特性図である。電動機は、電動機の極数と出力によって異なる力 JEM 138 1 (日本電機工業会規格「高圧（ 3 K V級）三相かご形誘導電動機（一般用 F種）の特性及び騒音レベル」）等の规格より、その力率を少なくとも 7 3 . 5 %より大きくしなければならない。このことから、本発明者らは、第 8 図とその規定値とをつき合わせてみた。この結果、数 1 の関係式の数値範囲を 0 . 0 4 0 以下とすれば、 2極， 4極， 6極， 8極の ¾動機の全てにおいて上記力率の規定値を満足できるし、上記電動機の温度上昇の規定値も満足できるということを発見した。ちなみに、 0 . 0 4 0 以下では、 7 8 %以上の力率を得ることができた。

第 9図は、数 1 の関係式に対する電動機の総損失とその定格出力との比の係を -す特性図である。 ΐΐι 機は、 ¾、エネルギーの観点からその総損失を小さくすることが好ましい。従って、電動機の総損失とその定格出力との比の関係も小さくなることが好ましい。このことから、木発明者らは、第 9図に上記電動機の温度上昇，最大トルク，力率の各規定値を満足できる数値範囲、すなわち、 0 . 0 1 5〜 0 . 0 4 0 をつき合わせてみた。この結果、 0 . 0 1 5〜 0 . 0 4 0の数値範囲内であれば、上記の要求を十分に満足できるということを究見した。

このように、本発明者らは、数 1 の関係式の数値範匪を 0. 0 1 5〜0. 040 とし、この数値範面を満足するようにエアギャップ 1 0の寸法を設定すれば、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の冷却効率の向上を図ることができることを発見したのである。尚、第 6図〜第 9図の特性図においては、 2極， 4極， 6極， 8極の電動機の特性のみを示したが、上記数値範囲は、この他の極数であっても有効である。

次に、本実施例のかご形誘導電動機と、他の構造を有するかご形誘導電動機との性能の比較結果を第 1 0図に基づいて説明する。

本発明者らは、本実施例のかご形誘導電動機と、他の構造を有するかご形誘導電動機との性能を比較するために、固定子鉄心のスロッ卜開口部断面積 s _n .,_v，固定子鉄心のスロットに挿入する楔の材質，ラジアルダク卜（径方向通風ダクト）の有無をパラメータとし、エアギャップの寸法 gに対する電動機特性（効率，力率）と電動機内の最高温度を、定格出力の 1 2 0 %出力条件において測定した。この結果、第 1 0図に示す特性図が得られた。

ここで、エアギャップのある寸法 g 1 における特性を比較してみた。ラジアルダクト無，スロット開口部断面積 S _h .,,小，磁性を有する楔使用の第 1 の電動機は、ラジアルダクト無，スロット開口部断面積 S _{h w}小，非磁性楔使用の第 2の電動機よりも電動機特性が向上し、電動機内の最高温度も低いが、両電動機とも電動機内の最高温度が規格値を超えてしまう。

ラジアルダクト無，スロット開口部断面積 s _{n w}大，磁性を有する楔使用の第 3の電動機は、電動機特性が規格値を満足しているものの第 2の電動機よりも低下してしまう。これは、スロット開口部断面積 S _h„犬により、漏れ磁束が著しく増加してしまうためである。また、電動機内の最高温度は、第 1 の電動機よりも低いものの、ラジアルダクト無，スロット開口部断面積 S _{h w}大，非磁性楔使用の第 4の電動機より大きく、かつ、規定値を超えてしまう。これは、第 4の電動機の場合、スロット開口部断面積 S _{h w}の大小変化に対して電動機特性の変化が小さいが、第 3 の電動機の場合、スロット開口部断面積 S _{h w}の大小変化に対して電動機特性の変化が大きくなってしまうためである。

これに対して、本実施例のかご形誘導電動機、すなわち、ラジアルダク卜有，スロット開口部断面積 S _n，._v小，磁性を有する楔使用のかご形誘導電動機は、電動機特性および電動機内の最高温度が規定値を満足すると共に、電動機特性が第 1 の電動機よりも向上し、電動機内の最高温度が第 4の電動機よりも低下した。

従って、本実施例のかご形誘導電動機では、電動機の特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上が図れると共に、上述したいずれの電動機よりも電動機特性，電動機の冷却効率の向上が図れる。

以上説明した第 1の実施例によれば、固定子鉄心 2に設けたスロッ卜 1 5に磁性を有する楔 1 6 を挿入しているので、ギャップ磁束の高調波成分が低減し、エアギャップ 1 0近傍の温度上昇が低減でき、エアギヤップ 1 0近傍の冷却効率を向上できる。また、固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6までの距離 hを 0〜 0 . 8 miR、好ましくは、 0〜 0 . 3 mmの範囲に設定し、スロット 1 5の開口部の断面積 S _{h w}を小さくしているので、上記効果をよリー層向上できる。

また、第 1 の実施例によれば、数 1 の関係が成り立つように、エアギヤップ 1 0の寸法を設定しているので、径方向通風ダク卜 9 bを流れる冷却風とエアギャップ 1 0を流れる冷却風の風圧をほぼ等しくなり、径方向通風ダクト 9 bを流れる冷却風がエアギヤップ 1 0を流れる冷却風を遮ることがなく、エアギャップ 1 0の下流側の冷却効率の向上が図れる。しかも、励磁アンペアターンの増大を招き電動機の特性が悪化することなく冷却効率の向上が図れる。ちなみに、最大トルクは 1 6 0 %以上、機内温度上昇は 1 0 0 K以下、力率は 7 8 %以上を満足できた。次に、この発明に係る他の実施例について説明する。

この発明の第 2の実施例のかご形誘導電動機の構造を第 5図に基づいて説明する。本実施例のかご形誘導電動機は、前例のかご形誘導電動機と同様に、スロット 1 5に磁性を有する楔 1 6 を挿入し、固定子鉄心 2 の内周表面部から楔 1 6までの距離 hを 0〜◦ . 8 mm , 好ましくは、 0 〜0 . 3 iMi 範囲に設定し、数 1 の関係が成り立つようにエアギャップ 1 0の寸法を設定しているが、 1 2 0 O rpm 以下の回転速度で運転されることから、径方向通風ダク卜 9 aおよび径方向通風ダク卜 9 bを、固定子鉄心 2および回転子鉄心 3の複数部分にほぼ均等間隔に設けている。すなわち、 1 2 0 O rpm を超える回転速度で運転される場合は、前例の構成でよいが、 1 2 0 O rpm 以下の回転速度で運転される場合は、回転速度の低速に伴って回転子軸 4の一端部に設けた冷却フアン 1 1 の回転も低速になり、電動機内に送り込まれる冷却風の風圧が低下する。このため、電動機内に送り込まれた冷却風の多くは、軸方向通風ダクト 7， 8 を流れ、エアギャップ 1 0には、少しの冷却風しか流れなくなる。これにより、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の冷却効率が低下する。

このようなことから、本実施例では、径方向通風ダクト 9 aおよび径方向通風ダク卜 9 bを、固定子鉄心 2および回転子鉄心 3の複数部分にほぼ均等間隔に設けている。このような構成によれば、軸方向通風ダク卜 8 を流れる冷却風の一部が、径方向通風ダク卜 9 bを介してエアギヤップ 1 0の上流側に供給され、エアギャップ 1 0を流れる冷却風の冷却効率が低下することがない。しかも、固定子鉄心 2に設けたスロット 1 5に磁性を有する楔 1 6 を挿入しているので、ギャップ磁束の高調波成分が低減し、エアギャップ

1 0近傍の温度上昇が低減でき、エアギャップ 1 0近傍の冷却効率を向上できる。また、固定子鉄心 2の内周表面部から楔 1 6までの距離 hを

0〜 0 . 8 min、好ましくは、 0〜 0 . 3 mmの範囲に設定し、スロット 1 5 の開口部の断面積 S _{h w}を小さくしているので、上記効果をより一層向上できる。

また、数 1 の関係が成り立つように、エアギャップ 1 0の寸法を設定しているので、径方向通風ダク卜 9 bを流れる冷却風とエアギヤップ 1 0を流れる冷却風の風圧をほぼ等しくなり、径方向通風ダク卜 9 bを流れる冷却風がエアギャップ 1 0を流れる冷却風を遮ることがなく、ェァギャップ 1 0の下流側の冷却効率の向上が図れる。しかも、励磁アンペアターンの増大を招き電動機の特性が悪化することなく冷却効率の向上が図れる。ちなみに、前例と同様に最大トルクは 1 6 0 %以上、機内温度上昇は 1 0 0 K以下、力率は 7 8 %以上を満足できた。産業上の利用可能性

この発明に係る電動機によれば、エアギヤップ近傍の鉄心部分に集中する高調波等の損失の発生を抑えて電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機を提供できる。また、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機を提供できる。

Claims

請求の範囲

1 . 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、軸方向に連続した第 1 の通風ダクトを前記固定子枠と前記固定子鉄心との間に複数備え、軸方向に連続した第 2の通風ダク卜を前記回転子鉄心に複数備え、前記固定子鉄心の複数のスロットには、楔を挿入してなる電動機において、前記第 2の通風ダク卜と前記間隙とを連通する第 3の通風ダク卜を前記回転子鉄心に設けると共に、前記楔を磁性を有する楔としたことを特徴とする電動機。

2 . 前記第 1の通風ダク卜と前記間隙とを連通する第 4の通風ダク卜を前記固定子鉄心に設けることを特徴とする請求項 1記載の電動機。

3 . 前記第 3の通風ダクトは、前記間隙を流れる冷却風の下流側 4 0 % の範囲にあたる前記回転子鉄心部分に設けられていることを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載の電動機。

4 . 前記第 3の通風ダクトは、軸方向に複数、かつ、ほぼ均等間隔で前記回転子鉄心に設けられていることを特徴とする請求項 1又は請求項 2 記載の電動機。

5 . 1 2 0 O rpm を超える回転速度で運転されることを特徴とする請求項 3記載の電動機。

6 . 1 2 0 O rpm 以下の回転速度で運転されることを特徴とする請求項 4記載の電動機。

7 . 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、軸方向に連続した第 1の通風ダクトを前記固定子枠と前記固定子鉄心との間に複数備え、軸方向に連続した第 2の通風ダク卜を前記回転子鉄心に複数備えた電動機において、前記第 2の通風ダク卜と前記間隙とを連通する第 3の通風ダク卜を前記回転子鉄心に設け、前記間隙と前記第 1 の通風ダク卜とを連通する第 4の通風ダク卜を前記固定子鉄心に設けると共に、電動機の極数を P，前記固定子鉄心の内径を D_{S 1}，前記間隙の寸法を g としたとき、

0. 0 1 5≤ g/D_{s i} X P≤ 0. 04 0

の関係が成リ立つように前記間隙の寸法 gを設定したことを特徴とする as- g里刀-h 1微414。

8. 前記第 3の通風ダクト及び前記第 4の通風ダクトは、前記間隙を流れる冷却風の下流側 4 0 %の範囲にあたる前記回転子鉄心部分及び前記固定子鉄心部分に設けられていることを特徴とする請求項 7に記載の電動機。

9. 前記第 3の通風ダクト及び前記第 4の通風ダクトは、軸方向に複数、かつ、ほぼ均等間隔で前記回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けられていることを特徴とする請求項 7記載の電動機。

1 0. 1 2 0 0 rpm を超える回転速度で運転されることを特徴とする請求項 8記載の電動機。

1 1 . 1 2 0 0 rpm 以下の回転速度で運転されることを特徴とする請求項 9記載の電動機。

1 2. 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、該回転子鉄心の回転軸の一端側に冷却ファンを備え、前記固定子鉄心の複数のスロッ卜には、楔を挿入してなる電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心に設け、前記楔を磁性を有する楔としたことを特徴とする電動機。

1 3. 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、該回転子鉄心の回転軸の一端側に冷却ファンを備えた電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けると共に、電動機の極数を P，前記固定子鉄心の内径を D_{S 1}，前記間隙の寸法を gとしたとき、

0. 0 1 5≤ g /D_{s l} X P≤ 0. 04 0 の関係が成り立つように前記間隙の寸法 g を設定したことを特徴とする

1 4. 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、外気を一端部より取リ入れ、かつ、他端部より排出する端部構造を備え、前記固定子鉄心の複数のスロットには、楔を挿入してなる電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心に設け、前記楔を磁性を有する楔としたことを特徴とする電動機。

1 5. 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、外気を一端部より取り入れ、かつ、他端部より排出する端部構造を備えた電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けると共に、電動機の極数を P，前記固定子鉄心の内径を D_{s l}，前記間隙の寸法を gとしたとき、

0. 0 1 5≤ g/D_{5 I} X P≤ 0. 04 0 の関係が成り立つように前記間隙の寸法 gを設定したことを特徴とする電動機。

1 6. 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、前記固定子鉄心の複数のスロットには、楔を挿入してなる電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心に設け、前記楔を磁性を有する楔とし、かつ、前記スロッ卜開口部の径方向寸法を 0〜 0 . 8 mm の範囲となるように設定したことを特徴とする電動機。

1 7 . 前記スロッ卜開口部の径方向寸法を 0〜 0 . 3 iMi の範囲となるように設定したことを特徴とする請求項 1 6記載の電動機。

1 8 . 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、前記固定子鉄心の複数のスロッ卜には、楔を挿入してなる電動機の最大トルクが 1 6 0 %以上，電動機の機内温度上昇が 1 0 0 K以下の電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心に設け、前記楔を磁性を有する楔としたことを特徴とする電動機。

1 9 . 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有した電動機の最大トルク力 1 6 0 % 以上，電動機の機内温度上昇が 1 0 0 K以下の電動機であって、径方向に冷却風を導く通風ダク卜を前記回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けると共に、電動機の力率を 7 8 %以上としたことを特徴とする電動機。

2 0 . 固定子枠の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して該固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有すると共に、軸方向に連続した第 1 の通風ダク卜を前記固定子枠と前記固定子鉄心との間に複数備え、軸方向に連続した第 2の通風ダク卜を前記回転子鉄心に複数備え、前記固定子鉄心の複数のスロットには、楔を挿入してなる電動機において、前記第 2の通風ダク卜と前記間隙とを連通する第 3の通風ダク卜を前記回転子鉄心に設け、前記間隙と前記第 1 の通風ダク卜とを連通する第 4の通風ダク卜を前記固定子鉄心に設けると共に、前記楔を磁性を有する楔とし、かつ、電動機の極数を P，前記固定子鉄心の内径を D_s ^ 前記間隙の寸法を gとしたとき、

0. 0 1 5≤ g/D_{s l} X P≤ 0. 0 4 0 の関係が成り立つように前記間隙の寸法 gを設定したことを特徴とする電動機。