JP3266768B2 - かご型誘導電動機回転子およびかご型誘導電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、かご型誘導電動
機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機に関し、
特に鉄道車両等の車両用かご型誘導電動機回転子および
それを用いたかご型誘導電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２４は特開昭６−１９７５０４号公報
に記載された従来の鉄道車両用かご型誘導電動機の上側
半分だけを概略的に示す断面図である。従来のかご型誘
導電動機は、一端に空気入口１、他端に空気出口２を有
する電動機フレーム３と、電動機フレーム３内に支持さ
れた固定子４と、電動機フレーム３内で固定子４に対し
て電磁気的作用関係に配置され、軸受５により回転可能
に支持された回転子６とを備えている。固定子４は、電
動機フレーム３の内周に固着された固定子鉄心７と、固
定子鉄心７のスロット８に挿入され、コイルエンド９を
持つ固定子コイル１０とを備えている。回転子６は、電
動機フレーム３に回転可能に支持された回転軸１１と、
この回転軸１１に支持クランパ１２および１３により固
着された円筒形の回転子鉄心１４とを備えている。この
回転子鉄心１４の外周部には、軸方向に延びたスロット
１５が周方向等間隔に形成されており、スロット１５内
には多数のロータバー１６が挿入されて固着されてい
る。ロータバー１６はその中央の大部分が回転子鉄心１
４内に収容され、両端部は回転子鉄心１４から軸方向外
側に突出して突出部１７を形成している。ロータバー１
６の突出部１７の外端にはロータバー１６を互いに接続
させるエンドリング１８が固着されている。回転子鉄心
１４には更に、回転軸１１とロータバー１６との間に支
持クランパ１２、１３をも共に貫通して軸方向に延びた
複数の冷却風通路１９が設けられている。

【０００３】このようなかご型誘導電動機に於いて、固
定子４の固定子コイル１０に三相電流を供給すると、固
定子コイル１０に回転磁界が発生し、回転子６のロータ
バー１６に誘導電流が流れて誘導磁界が発生する。この
ため、固定子コイル１０の回転磁界とロータバー１６の
誘導磁界とが反発し合い、回転子６が回転することにな
る。このような運転期間中には、電動機の通電部分が発
熱するため、外部ファンを駆動して空気入口１から冷却
風を電動機フレーム３内部に導入し、空気出口２から排
出して電動機を冷却している。

【０００４】この冷却空気は、空気入口１から電動機フ
レーム３内に入って図１４に矢印で示すような経路を通
って流れる。即ち、空気入口１からの冷却風は固定子コ
イル１０のコイルエンド９を回ってコイルエンド９の径
方向内側で２つの流れに別れる。２つに別れた冷却風の
一方は、コイルエンド９とエンドリング１８との間の間
隙を通って固定子鉄心７と回転子鉄心１４との間の間隙
を軸方向に流れ、出口側でも再びコイルエンド９とエン
ドリング１８との間を通って空気出口２から排出され
る。２つに別れた冷却風の他方は、更に径方向内側に流
れて支持クランパ１２、回転子鉄心１４および支持クラ
ンパ１３に軸方向に形成された冷却風通路１９内に流れ
て冷却風通路１９を通り抜け、下流側の支持クランパ１
３から出て上述の一方の冷却風と合流して電動機フレー
ム３の空気出口２から外部に排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のかご
型誘導電動機に於いては、運転時の発熱の対策として強
制冷却風を流して電動機を冷却している。しかしなが
ら、エンドリング１８は発熱体であるので、回転子鉄心
１４に対して温度が高く、環状であり、鉄心１４が鋼で
あるのに対して銅等の熱膨張係数の大きな導電性材料で
できているため、エンドリング１８が回転子鉄心１４よ
りも大きく膨張する。また、冷却風の温度は風上側より
も風下側の方が高く、風下側のロータバー１６の突出部
１７およびエンドリング１８の冷却が必ずしも十分に行
われないため、それらの熱膨張が比較的大きい。このよ
うなエンドリング１８の熱膨張により、図２５に示すご
とく回転子鉄心１４に対してエンドリング１８が径方向
に熱膨張の差である距離δだけ径方向外側に広がった状
態となり、エンドリング１８の変形に従って、両端をエ
ンドリング１８および回転子鉄心１４に剛体的に結合さ
れたロータバー１６の突出部１７がゆるいＳ字型に変形
させられる。このため、ロータバー１６の突出部１７と
エンドリング１８との接続部Ｐの応力が大きくなる。

【０００６】従来のかご型誘導電動機に於いては、この
ような応力がロータバー１６の突出部１７とエンドリン
グ１８との間の接続部Ｐに発生するのを防ぐために、ロ
ータバー１６の突出部１７の長さを長くして、エンドリ
ング１８と回転子鉄心１４との間の間隔を大きくする必
要があったため、かご型誘導電動機の軸方向寸法が長く
なってしまい、小型化および軽量化の妨げとなってい
た。また、ロータバー１６の長い突出部１７は、高速回
転時の大きな遠心力に耐えるために機械的強度を上げね
ばならず、軽量化および高速化が困難であった。

【０００７】従って、この発明は従来のかご型誘導電動
機の上述のような問題点を解決するためになされたもの
で、熱膨張によりロータバーに発生する応力を軽減した
小型で軽量のかご型誘導電動機回転子およびそれを用い
たかご型誘導電動機を得ることを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のかご型誘
導電動機回転子は、軸方向に流れる冷却風により冷却さ
れるかご型誘導電動機回転子であって、回転軸と、上記
回転軸に固着された回転子鉄心と、上記回転子鉄心を軸
方向に貫通して延びたロータバーと、上記ロータバーの
軸方向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して
周方向に延びたエンドリングと、上記ロータバーの上記
回転子鉄心よりも軸方向外側の部分の側面に立設された
放熱フィンと、上記ロータバーの径方向内側で上記回転
子を軸方向に貫通して延び、上記回転子鉄心の冷却風上
流側端に入口開口を持ち、冷却風下流側端に出口開口を
持つ複数の冷却風通路と、上記冷却風通路の出口開口近
傍に設けられて、上記冷却風通路からの冷却風を上記ロ
ータバーおよび上記エンドリングに向けて偏向させる偏
向装置とを備えている。

【０００９】請求項２記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、偏向装置が、径方向に延びた複数の羽根を持
ち冷却風を径方向に送出する遠心送風装置を備えてい
る。

【００１０】請求項３記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、偏向装置が、回転子鉄心を回転軸上で保持す
るクランパに設けられている。

【００１１】請求項４記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、エンドリングに放熱要素が設けられている。

【００１２】請求項５記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、放熱要素が、エンドリングの径方向内側面に
設けられた多数の軸方向溝である。

【００１３】請求項６記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、軸方向溝が、回転子の軸心に対して傾斜して
いる。

【００１４】請求項７記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、放熱要素が、エンドリングに形成された多数
の軸方向穴である。

【００１５】請求項８記載のかご型誘導電動機回転子に
於いては、軸方向穴が、回転子の軸心に対して傾斜して
いる。

【００１６】請求項９記載のかご型誘導電動機は、一端
に空気取入口、他端に空気排出口を有する電動機フレー
ムと、電動機フレーム内に支持された固定子と、電動機
フレーム内で固定子に対して電磁気的作用関係に配置さ
れた上述の電動機回転子とを備えている。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は後に図１０に関連して説明
する本発明の実施形態としての鉄道車両用かご型誘導電
動機と共に用いることのできる構造を持ったかご型誘導
電動機の上側半分だけを概略的に示す断面図である。か
ご型誘導電動機は、一端に空気入口１、他端に空気出口
２を有する電動機フレーム３と、電動機フレーム３内に
支持された固定子４と、電動機フレーム３内で固定子４
に対して電磁気的作用関係に配置され、軸受５により回
転可能に支持された回転子２６とを備えている。固定子
４は、電動機フレーム３の内周に固着された固定子鉄心
７と、固定子鉄心７のスロット８に挿入され、コイルエ
ンド９を持つ固定子コイル１０とを備えている。

【００２０】回転子２６は、電動機フレーム３に回転可
能に支持された回転軸１１と、この回転軸１１に冷却風
の流れ方向に見て上流側の第１の支持クランパ２７およ
び下流側の第２の支持クランパ２８により固着された円
筒形の回転子鉄心１４とを備えている。この回転子鉄心
１４の外周部には、軸方向に延びたスロット１５が周方
向等間隔に形成されており、スロット１５内には多数の
ロータバー２９が挿入されて固着されている。ロータバ
ー２９はその中央の大部分が回転子鉄心１４のスロット
１５内に収容され、両端部は回転子鉄心１４から軸方向
外側に突出して突出部３０を形成している。ロータバー
２９の冷却風の流れ方向に見て上流側の突出部３０の外
端にはロータバー２９を互いに接続する第１のエンドリ
ング３１が固着されており、ロータバー２９の冷却風の
流れ方向に見て下流側の突出部３０の外端には第２のエ
ンドリング３２が固着されている。回転子鉄心１４には
更に、回転軸１１とロータバー２９との間に支持クラン
パ２７および２８をも共に貫通して軸方向に延び、周方
向等間隔に配置された複数の冷却風通路３３が設けられ
ている。

【００２１】図２乃至図４に良く示されているように、
かご型誘導電動機の回転子２６には、ロータバー２９の
径方向内側で回転子鉄心１４ならびに第１および第２の
支持クランパ２７および２８を含む回転子２６を軸方向
に貫通して延び、周方向に等間隔に配置された冷却風通
路３３を備えている。冷却風通路３３は、冷却風上流側
の第１の支持クランパ２７に形成された入口開口３４
と、冷却風下流側の第２の支持クランパ２８に形成され
た出口開口３５とを持っている。また、第２の支持クラ
ンパ２８は、冷却風通路３３の出口開口３５の近傍に一
体に設けられて、冷却風通路３３の出口開口３５からの
冷却風の流れ方向をロータバー２９の突出部３０および
エンドリング３２に向けて偏向させる偏向装置３６を備
えている。

【００２２】偏向装置３６は、ほぼ円環状の支持クラン
パ２８に一体に形成され、回転子鉄心１４の冷却風通路
３３からの軸方向の冷却風の流れを径方向成分を持つよ
うに偏向させる流路であり、図示の例では、偏向装置３
６から出た冷却風がロータバー突出部３０にもエンドリ
ング３２にも当たるような形状にされている。また、偏
向装置３６の流路内には図４に示すように径方向に延び
た放射状の複数の羽根３７が設けられており、羽根３７
は回転子鉄心１４に周方向に等間隔に形成された複数の
冷却風通路３３の間にこれらを区切るような配置で設け
られている。この羽根３７は、流路３６と共に冷却風を
径方向に送出する遠心送風装置を構成している。

【００２３】このようなかご型誘導電動機に於いては、
運転期間中に電動機の通電部分が発熱するため、外部フ
ァンを駆動して空気入口１から冷却風を電動機フレーム
３内部に導入し、空気出口２から排出して電動機を冷却
している。この冷却空気は、空気入口１から電動機フレ
ーム３内に入って図１に矢印で示すような経路を通って
流れる。即ち、空気入口１からの冷却風は固定子コイル
１０のコイルエンド９を回ってコイルエンド９の径方向
内側で２つに別れる。２つに別れた冷却風の一方は、コ
イルエンド９とエンドリング３１との間の間隙を通って
固定子鉄心７と回転子鉄心１４との間の間隙を軸方向に
流れ、出口側でも再びコイルエンド９とエンドリング３
１との間を通って空気出口２から排出される。２つに別
れた冷却風の他方は、更に径方向内側に流れて上流側の
第１の支持クランパ２７の入口開口３４から冷却風通路
３３内に流れて冷却風通路３３通り抜け、下流側の第２
の支持クランパ２８に形成された出口開口３５から軸方
向に出る。冷却風通路３３の出口開口３５はそのまま連
続して偏向装置３６の通路３７に接続されているので、
冷却風は偏向されて径方向外向きに流れることになる。
偏向装置３６の通路３７はその径方向外端が広げられて
いるため、冷却風も広げられ、ロータバー２９の突出部
３０にも、この突出部３０の先端に設けられた下流側の
第２のエンドリング３２にも当たって、これらを冷却す
るようにされている。突出部３０およびエンドリング３
２を冷却した空気は上述の一方の冷却風と合流して電動
機フレーム３の空気出口２から外部に排出される。

【００２４】このような構成のかご型誘導電動機に於い
ては、偏向装置３６を設けることにより、回転子鉄心１
４に設けた冷却風通路３３からの冷却風が確実にエンド
リング３２およびロータバー２９の突出部３０に向けら
れて、これらの冷却効率が高められる。また、偏向装置
３６に羽根３７を利用した遠心送風装置が設けられてい
るので、冷却風が多量になって冷却効率がより高くな
リ、かご型誘導電動機回転子およびそれを用いたかご型
誘導電動機が小型で軽量になる。

【００２５】このかご型誘導電動機回転子２６の下流側
の第２のエンドリング３２には放熱要素４０が設けられ
ている。図３に示す放熱要素４０は、エンドリング３２
の径方向内側面に形成された多数の軸方向溝４１と、軸
方向溝４１の間に形成された放熱フィン４２とを備えて
いる。この構成によれば、エンドリング３２がより高い
効率で冷却でき、偏向装置３６と共に用いるとエンドリ
ング３２の冷却に大きな効果が得られる。

【００２６】図５および６に示すかご型誘導電動機回転
子に於いては、放熱要素が、第２のエンドリング３２に
形成された多数の軸方向穴４５である。軸方向穴４５
は、エンドリング３２の内周側面の近傍で同一円周上に
配列されており、この軸方向穴４５を通って冷却風が流
れて、エンドリング３２を冷却する。

【００２７】図７に示すかご型誘導電動機回転子に於い
ては、第２のエンドリング４６の放熱要素の軸方向溝４
７および軸方向溝４７により形成される放熱フィン４８
が回転子軸心に対して径方向に傾斜していて、軸方向溝
４７の冷却風の上流側の端部よりも下流側の端部の方が
径方向外側に位置している。このため、軸方向溝４７内
に入った冷却風にエンドリング４６の回転による遠心力
が作用し、放熱フィン４８間の冷却風の流れを促進する
という効果が得られる。

【００２８】図８に示すかご型誘導電動機回転子に於い
ては、第２のエンドリング５０の放熱要素を構成する軸
方向穴５１が、回転子軸心に対して径方向に傾斜してい
て、軸方向穴５１の上流側の端部よりも下流側の端部の
方が径方向外側に位置している。このため、軸方向穴５
１内に入った冷却風にエンドリング５０の回転による遠
心力が作用し、軸方向穴５１内の冷却風の流れを促進す
るという効果が得られる。

【００２９】図９に示すかご型誘導電動機回転子に於い
ては、第２のエンドリング５２の放熱要素が周方向溝５
３および周方向溝５３間に形成された周方向の放熱フィ
ン５４とにより構成されている。放熱フィン５４がエン
ドリング５２の回転方向に延びているので、周方向溝５
３内に回転による空気の流れができやすく、この点で冷
却効果が高い。図示の例では、このように周方向に延び
た放熱フィン５４を備えた放熱要素と共に、勾配が比較
的ゆるやかで羽根５５により周方向に仕切られた通路５
６を持っていて冷却空気の流れ方向を比較的広い範囲に
軸方向に広げて偏向させる偏向装置５７が設けられてい
る。図１から図８に示した構造をこの実施形態に併用す
ることもできる。

【００３０】図１０に示すかご型誘導電動機回転子に於
いては、回転子のロータバー２９の回転子鉄心１４より
も軸方向外側の突出部分３０部分に多数の放熱フィン５
９が設けられている。放熱フィン５９自体は公知のもの
でも良く、例えばロータバー２９の突出部３０の側面に
立設された多数の平行な板状の部材、波状の板部材ある
いは螺旋状に巻き付けた帯状体でも良い。このような放
熱フィン５９によりロータバー２９の突出部３０の冷却
効果がよりいっそう高くなる。

【００３１】図１１に示すかご型誘導電動機回転子に於
いては、回転子の冷却風の流れ方向で上流側の第１のエ
ンドリング３１の径方向内側面に、回転子軸に対して傾
斜した軸方向溝６０および軸方向溝６０により形成され
る放熱フィン６１により構成された放熱装置が設けられ
ている。軸方向溝６０および放熱フィン６１は回転子軸
心に対して径方向に傾斜していて、軸方向溝６０の冷却
風の上流側の端部よりも下流側の端部の方が径方向外側
に位置しているので、軸方向溝６０内に入った冷却風に
エンドリング３１の回転による遠心力が作用し、放熱フ
ィン６１間の冷却風に軸方向の流れが生じ、エンドリン
グ３１自体だけでなく、それに接続されたロータバー２
９の突出部３０の冷却も促進するという効果が得られ
る。

【００３２】図１２乃至図１４にはかご型誘導電動機の
参考例を示す。このかご型誘導電動機の回転子６３は、
ロータバー２９の回転子鉄心１４よりも軸方向外側の突
出部分３０に設けられて、ロータバー２９に発生する応
力を軽減させる応力軽減装置６４を備えている。図１２
には応力軽減装置６４を単独で回転子に設けた例を示し
てあるが、この応力軽減装置６４をこれまで説明してき
た実施の形態と適当に組み合わせて使用することもでき
る。

【００３３】応力軽減装置６４は、この例では図１４に
良く示されているようにロータバー２９の突出部分３０
だけに、その一方の側面から他方の側面に亙って中央部
を切り込んで形成された軸方向のスリット６５である。
スリット６５は、ロータバー２９の中央の回転子鉄心１
４のスロットに挿入される部分（ａ₁）にほぼ等しい範
囲を除いた両端の幅（ｈ）の突出部分３０（Ｌ）に形成
されたスリットであって、突出部分３０の幅（ｈ）方向
のほぼ中央に幅（ａ₂）だけ切り込んだものである。ス
リット６５の両側には幅（ａ₃）および幅（ａ₄）の部分
がある。ロータバー２９は図１４のように形成した後に
回転子鉄心１４のスロットに挿入してスエッジ固定す
る。スリット６５を設けない範囲（ａ₁）が回転子鉄心
１４の軸方向寸法よりも小さいと、ロータバー２９の回
転子鉄心１４に対するスエッジ固定の強度が低下するの
で、この寸法（ａ₁）は回転子鉄心１４の軸方向寸法と
等しくするのが良い。スリット６５の幅（ａ₂）は、ロ
ータバー２９の幅（ｈ）を小さくするためになるべく小
さい方が良い。スリット６５の両側の部分の幅（ａ₃、
ａ₄）は、これらが互いに等しい場合に後に説明する発
生モーメントを緩和する効果が最も大きい。

【００３４】先に説明したとおり、かご型誘導電動機の
運転中には熱膨張のためにロータバー２９の突出部３０
に図２５に示すような変形が起こる。このとき、図２５
に於いてエンドリング１０と回転子鉄心１４との間の径
方向の相対的変位をδとし、ロータバー２９の突出部３
０の縦弾性係数をＥ、エンドリング３２と回転子鉄心１
４との間の距離即ち突出部分３０の長さをＬ、突出部分
３０の径方向幅をｈ、突出部分３０の断面二次モーメン
トをＩとし、ロータバー２９の突出部３０の断面が長手
方向に一様であるとすると、材料力学の梁理論より、ロ
ータバー突出部３０のエンドリング１０に対する接続部
Ｐ近傍の発生モーメントＭは、両端の境界条件が固定端
の場合には、次の（１）式の通りとなる。 Ｍ ＝ （１２・Ｅ・Ｉ・δ）／Ｌ² ・・・・・・（１） 実際の境界条件は固定端ではないので、実際のモーメン
トＭ’はこの式（１）で計算されるモーメントＭよりも
小さくなるが、次の（２）式の関係がある。 Ｍ’ ∝ （Ｅ・Ｉ・δ）／Ｌ² ・・・・・・（２） 更に、ロータバー２９の突出部３０のエンドリング３２
との間の接続部近傍の最大応力σは、次の通りとなる。 σ ＝ Ｍ’／（Ｉ／ρ）・α ・・・・・・（３） ここでρは応力を求める位置の断面における曲げの中立
面からの距離であり、ロータバー突出部３０の断面が回
転子周方向の対称軸を有するとき、ρ＝ｈ／２となる。
αは応力集中係数である。（２）式および（３）式の関
係から、 σ ∝ （δ・Ｅ・ρ）／Ｌ² ・・・・・・・（４） の関係が得られる。即ち最大発生応力σはρの大きさに
比例するといえる。

【００３５】このかご型誘導電動機回転子に於いて、図
１４のスリット６５の位置がａ₃＝ａ₄となるように加工
すると、上述の応力を求める位置の断面における曲げの
中立面からの距離ρとａ₃、ａ₄およびｈとの関係は、ρ
＝ａ₃／２＝ａ₄／２＝ｈ／４となる。従って、この発明
のスリット６５を有するロータバー２９の突出部３０の
ρは、スリットを持たないロータバーのρ＝ｈ／２に対
して１／２倍となり、応力σも１／２となる。従って、
スリット６５を有するロータバー突出部３０に掛かる応
力がスリット６５の無いものと同じ大きさでもよい場合
には、突出部３０の長さＬを１／２^1/2にすることがで
き、かご型誘導電動機を小型軽量化することができる。

【００３６】ａ₃とａ₄とが異なる場合、例えばａ₃>ａ₄
とすると、ρ＝ａ₃／２となるので、スリットの無い場
合に対して距離ρと応力σとはａ₃／ｈ倍（>１／２）と
なる。

【００３７】図１５および図１６に示すかご型誘導電動
機回転子に於いては、ロータバー２９の突出部分３０に
設けられて径方向寸法が縮減された加工部分である応力
軽減装置６６を備えている。この例の応力軽減装置６６
は加工部分がスタンパ等により圧縮塑性加工によって形
成された部分であって、ロータバー２９の突出部分３０
の大部分の径方向寸法が元の寸法ｈ₁よりも縮減されて
寸法ｈ₂とされ、他方縮減された部分の周方向寸法は元
の寸法ｂ₁よりも大きな寸法ｂ₂に膨張されている。ロー
タバー２９の突出部分３０のこの圧縮塑性加工部分のｄ
₂の断面積は、加工されてない部分ｄ₁の断面積とほぼ等
しい。このようなロータバーは、圧縮塑性加工前の断面
形状が長手方向に一様なものを回転子鉄心１４のスロッ
トに挿入し、その後上述のように径方向に圧縮塑性加工
して図１５および図１６の構成を得る。

【００３８】このような圧縮塑性加工による応力軽減装
置６６を備えたロータバー２９の突出部分３０を持った
かご型誘導電動機に於いては、ロータバー２９の突出部
３０に図２５に示すものと同様な熱膨張による変形が生
ずると、（２）式で表されるように、ロータバー突出部
３０の断面二次モーメントＩに比例するモーメントＭ’
がロータバー突出部３０のエンドリング３２との接続部
近傍に発生する。ロータバー突出部３０の断面二次モー
メントＩは、断面形状が長方形とすると、Ｉ＝１／２・
ｂ・ｈ³で得られる。ｂはロータバー突出部３０の周方
向幅寸法、ｈはロータバー突出部３０の径方向幅寸法で
ある。図１５および図１６に示す例では突出部３０が圧
縮塑性加工されているので、断面２次モーメントは次の
通りとなる。 Ｉ₂ ＝ １／２・ｂ₂・ｈ₂ ³ ・・・・・・（５） 一方、径方向に圧縮されてない場合の断面２次モーメン
トＩ₁は、 Ｉ₁ ＝ １／２・ｂ₁・ｈ₁ ³ ・・・・・・（６） となり、ロータバー２９の突出部分３０を径方向に圧縮
加工することによって断面２次モーメントはＩ₂／Ｉ₁＝
（ｈ₂／ｈ₁）³・（ｂ₂／ｂ₁）倍に減少し、同時にロー
タバー２９の突出部３０のエンドリング３２との接続部
近傍に発生するモーメントは、（２）式より、（ｈ₂／
ｈ₁）³・（ｂ₂／ｂ₁）倍に減少する。

【００３９】ロータバー２９の突出部３０のエンドリン
グ３２との接続部近傍の最大発生応力σは、（３）式か
ら σ ＝ Ｍ／（Ｉ／ρ）・α ・・・・・・（７） となる。しかしながら、突出部３０はエンドリング３２
との接続部近傍では圧縮加工されていないので、Ｉ／ρ
は従来のものと同じになり、最大発生応力σはモーメン
トＭに比例することになリ、（ｈ₂／ｈ₁）³・（ｂ₂／ｂ
₁）倍に緩和される。更に、（２）式より、モーメント
Ｍは１／Ｌ²に比例するので、圧縮塑性加工を施してい
ない場合と同じ応力とするためには、圧縮塑性加工を施
した場合のＬは（（ｈ₂／ｈ₁）³・（ｂ₂・ｂ₁））^1/2で
よいため、かご型誘導電動機の小形化が図れる。

【００４０】この例に於いては、圧縮塑性加工により、
図１６に示す如くロータバー２９の突出部３０の周方向
の元の幅寸法ｂ₁に対して、加工部分の周方向幅寸法ｂ₂
が大きくなっている。従って、回転子鉄心１４に対する
エンドリング３２の回転軸回りの捩じれモードの固有振
動数が高くなり、回転子２の振動特性が向上する効果も
ある。

【００４１】ロータバー２９の全長に亙って圧縮塑性加
工を施して、その全長に亙って径方向幅を圧縮して周方
向幅を膨張させると、図１７に示す回転子鉄心１４のス
ロット１５の周方向幅が大きくなってスロット１５間の
回転子鉄心１４の歯部の幅ｅが小さくなり過ぎ、回転子
鉄心１４のこの部分の機械的強度が低下してしまうこと
がある。

【００４２】図１８に示すかご型誘導電動機回転子の応
力軽減装置６７は、ロータバー２９の突出部３０に設け
られて径方向幅寸法だけが縮減された加工部分であっ
て、この加工部分は、ロータバー２９の突出部分３０の
径方向外側および内側の表面を切削加工により削り落し
て形成したものである。従って、図１５及び図１６に示
すものと異なり、ロータバー突出部分３０の周方向幅寸
法が増大しているようなことはない。

【００４３】この例の応力軽減装置に於いても、ロータ
バーに切削加工を施すことにより、ロータバー突出部３
０の径方向幅寸法だけがｈ₁がｈ₂に減少するので、ロー
タバー突出部３０の断面２次モーメントが（ｈ₂／ｈ₁）
³倍に減少する。また、同時にロータバー２９の突出部
分３０とエンドリング３２との間の接続部Ｐ近傍に発生
するモーメントおよび応力も（ｈ₂／ｈ₁）³倍に減少す
る。なお、このように切削加工を施したロータバー突出
部３０に発生する応力が、切削加工を施してない場合の
ロータバー突出部３０に発生する応力と等しくなれば良
いという条件の場合には、この発明のかご型誘導電動機
回転子の突出部３０の長さＬを（（ｈ₂／ｈ₁）³）^1/2倍
にできるため、かご型誘導電動機回転子の軽量化および
小形化が実現できる。

【００４４】図１９及び図２０に示す応力軽減装置６８
は、ロータバー２９の突出部３０の径方向内側表面部に
だけ全長（Ｌ）に亙って施した切削加工部分である。即
ち、ロータバー２９の突出部３０の回転子鉄心１４とエ
ンドリング３２との間の部分の軸方向長さＬの全体に切
削加工が施されている。従って、回転子鉄心１４のスロ
ット内に挿入された部分のロータバー２９の径方向幅寸
法はｈ₁であり、突出部３０の径方向幅寸法はｈ₂であ
る。

【００４５】このかご型誘導電動機回転子の応力軽減装
置６８に於いては、熱膨張により図２５に示すような相
対変位δがエンドリング３２と回転子鉄心１４との間に
生ずると、ロータバー２９の突出部３０とエンドリング
３２との間の接続部近傍に（４）式で表されるように、
ロータバー２９の突出部３０のρに比例する最大発生応
力σが発生する。しかしながら、回転子鉄心１４のスロ
ット内に挿入された部分のロータバー２９の径方向幅寸
法はｈ₁であり、突出部３０の径方向幅寸法はｈ₂であっ
て、ｈ₂＜ｈ₁であるので、先に説明した例と同様に、応
力を軽減することができる。また、応力を軽減する必要
がないばあいには、ロータバー突出部３０の長さＬを短
くすることができ、かご型誘導電動機の小形軽量化を実
現できる。

【００４６】図２１に示すかご型誘導電動機回転子の応
力軽減装置７０は、エンドリング７１に設けられて応力
をそこに集中させる切り込み部分であり、この切り込み
部分は、ロータバー２９の突出部分３０の径方向外側の
周方向表面７２および内側の周方向表面７３にそれぞれ
接する位置でエンドリング７０の周方向に延び、軸方向
の深さを持つ２本の平行な環状溝７４および７５であ
る。

【００４７】このような環状溝７４および７５を持つ応
力軽減装置を備えたかご型誘導電動機回転子に於いて
は、図２５に示す応力集中部であるロータバー突出部分
３０とエンドリング７１との間の接続部分Ｐに環状溝７
４および７５が形成されているので、接続部分Ｐに発生
していた応力の一部がエンドリング７１の環状溝７４お
よび７５に移行してロータバー突出部分３０に作用する
応力が少なくなる。エンドリング７１は周方向に連続し
た一体の環状部材であって機械的強度が大きいので、熱
膨張により発生する応力を機械的強度の大きなエンドリ
ング７１により受け止めることができ、ロータバーの突
出部分３０が負担すべき応力が小さくなる。従って、ロ
ータバー２９の突出部分３０の軸方向長さを短くするこ
とができ、かご型誘導電動機回転子の軸方向寸法の減少
および軽量化が可能である。

【００４８】図２２に示すかご型誘導電動機回転子の応
力軽減装置７０に於いては、切り込み部分が、ロータバ
ー２９の突出部分３０の径方向外側の周方向表面７２に
接する周方向表面７６と、ロータバー２９の突出部分３
０の内側の周方向表面７３に接する周方向表面７７と、
これらの周方向表面７６および７７に対してそれぞれ垂
直な径方向の環状平面７８および７９とを持ち、全体と
して環状のＬ字型切り欠き溝８０である。

【００４９】このような環状のＬ字型の切り欠き溝８０
である応力軽減装置７０を備えたかご型誘導電動機回転
子に於いては、図２１に示す例の場合と同様に、接続部
近傍に現れるＰ点の応力は一部がエンドリング７１のＬ
字型切り欠き溝８０に移行して、ロータバー突出部分３
０の応力が軽減される。従って、ロータバー２９の突出
部分３０の軸方向長さを短くすることができ、かご型誘
導電動機回転子の軸方向寸法の減少および軽量化が可能
である。

【００５０】図２３に示すかご型誘導電動機回転子の応
力軽減装置７０に於いては、切り込み部分が、ロータバ
ー２９の突出部分３０の径方向外側の周方向表面７２に
接してそこから連続して延びてほぼ半円形断面の周方向
溝を形成する周方向表面８１と、ロータバー２９の突出
部分３０の内側の周方向表面７３に接してそこから連続
して延びてほぼ半円形断面の周方向溝を形成する周方向
表面８２と、これらの周方向表面８１および８２に対し
てそれぞれ垂直な径方向の環状平面８３および８４とを
持ち、全体として環状のＪ字型切り欠き溝８５である。

【００５１】この例に於いても、先に説明したものと同
様の応力軽減効果があり、ロータバー２９の突出部分３
０の軸方向長さ即ち回転子鉄心１４とエンドリング７１
との間の距離を小さくでき、かご型誘導電動機の軸方向
寸法の減少および軽量化が実現できる。また、環状のＪ
字型切り欠き溝８５はほぼ半円形断面の周方向溝を持つ
曲率半径の比較的大きなものであるので、エンドリング
７１が受け持つ応力を集中させずに分散させて負担する
ことができ、より一層応力軽減効果が高くなるので、ロ
ータバー突出部分３０の軸方向寸法を短くして軽量化す
ることができるようになる。

【００５２】かご型誘導電動機回転子は、軸方向に流れ
る冷却風により冷却されるかご型誘導電動機回転子であ
って、回転軸と、回転軸に固着された回転子鉄心と、回
転子鉄心を軸方向に貫通して延びたロータバーと、ロー
タバーの軸方向両端に固着されて、回転子鉄心から離間
して周方向に延びたエンドリングと、ロータバーの径方
向内側で回転子を軸方向に貫通して延び、回転子鉄心の
冷却風上流側端に入口開口を持ち、冷却風下流側端に出
口開口を持つ複数の冷却風通路と、冷却風通路の出口開
口近傍に設けられて、冷却風通路からの冷却風をロータ
バーおよびエンドリングの少なくとも一方に向けて偏向
させる偏向装置とを備えているので、熱膨張によりロー
タバーに発生する応力を軽減した小型で軽量のかご型誘
導電動機回転子およびそれを用いたかご型誘導電動機が
得られる。この偏向装置は、径方向に延びた複数の羽根
を持ち冷却風を径方向に送出する遠心送風装置を備え、
また回転子鉄心を回転軸上で保持するクランパに設けら
れているので、冷却風の流れを積極的に発生させること
ができ、また部品点数を増やさないで済む。

【００５３】また、この発明のかご型誘導電動機回転子
に於いては、エンドリングに放熱要素が設けられ、放熱
要素は、エンドリングの径方向内側面に設けられた多数
の軸方向のまたは軸に対して傾斜した溝、あるいはエン
ドリングに形成された多数の軸方向のまたは傾斜した穴
である。従って、エンドリングの冷却が効率良くおこな
われる。

【００５４】また、ロータバーの回転子鉄心よりも軸方
向外側の部分である突出部分の側面に設けられた放熱フ
ィンを備えているので、ロータバー自体を効率良く冷却
することができる。

【００５５】更に、かご型誘導電動機回転子に於いて
は、ロータバーの回転子鉄心よりも軸方向外側の部分に
設けられて、ロータバーに発生する応力を軽減させる応
力軽減装置を備えているので、ロータバーの応力を軽減
でき、かご型誘導電動機回転子の小形化および軽量化を
実現できる。応力軽減装置は、ロータバーに設けられた
軸方向のスリット、あるいは径方向寸法が縮減された加
工部分であり、加工部分が圧縮塑性加工部分であって、
径方向寸法が縮減され周方向寸法が膨張されたもの、あ
るいは切削加工部分であって径方向寸法が縮減されたも
のである。従って、比較的簡単に加工することができ
る。また、応力軽減装置は、エンドリングに設けられ応
力をそこに集中させる切り込み部分を備えており、切り
込み部分が、ロータバーの径方向外側および内側の周方
向表面に接する位置で周方向に延び、軸方向の深さを持
つ環状溝、あるいはロータバーの径方向外側および内側
の周方向表面に接する周方向表面と、この周方向表面に
対して垂直な径方向平面とを持つ環状のＬ字型切り欠き
部溝、あるいはロータバーの径方向外側および内側の周
方向表面に接する周方向表面と、この周方向表面に対し
て垂直な径方向平面と、周方向表面に設けられて径方向
の深さを持つ断面が半円形の周方向溝とを持ち、全体と
して環状のＪ字型切り欠き溝である。従って、比較的簡
単に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明と共に用いることのできるかご型誘
導電動機を示す概略側面断面図である。

【図２】 図１の冷却風偏向装置およびエンドリングを
示す拡大図である。

【図３】 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図であ
る。

【図４】 図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

【図５】 この発明と共に用いることのできるかご型誘
導電動機のエンドリングの変形例を示す側面断面図であ
る。

【図６】 図５のＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。

【図７】 図５と同様のエンドリングの変形例を示す断
面図である。

【図８】 図５と同様のエンドリングの変形例を示す断
面図である。

【図９】 この発明の冷却風偏向装置とエンドリングと
の組合せをの一例を示す断面図である。

【図１０】 ロータバーの突出部分に冷却フィンを設け
た例を示す部分図である。

【図１１】 この発明のかご型誘導電動機の冷却風上流
側のエンドリングの変形例を示す図である。

【図１２】 この発明と共に用いることのできるかご型
誘導電動機の別の例を示す概略側面断面図である。

【図１３】 図１２のロータバー突出部分に設けた応力
軽減装置であるスリットの詳細を示す図である。

【図１４】 図１２および図１３のロータバーを示す図
である。

【図１５】 圧縮塑性加工による応力軽減装置を示す図
である。

【図１６】 図１５の突出部分の平面図である。

【図１７】 図１５のロータバーとスロットとの関係を
示す図である。

【図１８】 切削加工による応力軽減装置を示す図であ
る。

【図１９】 ロータバーの突出部分全体を切り欠いた応
力軽減装置を示す図である。

【図２０】 図１９のロータバーを示す図である。

【図２１】 環状溝である応力軽減装置が設けられたエ
ンドリングを示す図である。

【図２２】 Ｌ字型断面の環状溝を持つエンドリングを
示す図である。

【図２３】 Ｊ字型断面の環状溝を持つエンドリングを
示す図である。

【図２４】 従来のかご型誘導電動機の一例を示す概略
側面断面図である。

【図２５】 図２４のロータバーの突出部分がいかに回
転子鉄心とエンドリングとの間で変形し応力を発生する
かを示す拡大図である。

【符号の説明】

２６ 回転子、１１ 回転軸、１４ 回転子鉄心、２９
ロータバー、３０突出部分、３２ エンドリング、３
４ 入口開口、３５ 出口開口、３３ 冷却風通路、３
６ 偏向装置、３７ 羽根、２７、２８ クランパ、４
０ 放熱要素、４１ 軸方向溝、４５ 軸方向穴、５９
放熱フィン、６４ 応力軽減装置、６５ 軸方向のス
リット、６６ 圧縮塑性加工部分、６７ 切削加工部
分、６８切り込み部分、７４ 軸方向環状溝、８０ Ｌ
字型切り欠き部溝、８５ Ｊ字型切り欠き溝。

フロントページの続き (72)発明者 津久井 啓太郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−236690（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−56506（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−159347（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 17/16 H02K 1/20 H02K 1/32 H02K 9/06

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に流れる冷却風により冷却される
   かご型誘導電動機回転子であって、回転軸と、上記回転
   軸に固着された回転子鉄心と、上記回転子鉄心を軸方向
   に貫通して延びたロータバーと、上記ロータバーの軸方
   向両端に固着されて、上記回転子鉄心から離間して周方
   向に延びたエンドリングと、上記ロータバーの上記回転
   子鉄心よりも軸方向外側の部分の側面に立設された放熱
   フィンと、上記ロータバーの径方向内側で上記回転子を
   軸方向に貫通して延び、上記回転子鉄心の冷却風上流側
   端に入口開口を持ち、冷却風下流側端に出口開口を持つ
   複数の冷却風通路と、上記冷却風通路の出口開口近傍に
   設けられて、上記冷却風通路からの冷却風を上記ロータ
   バーおよび上記エンドリングに向けて偏向させる偏向装
   置とを備えたかご型誘導電動機回転子。
2. 【請求項２】 上記偏向装置が、径方向に延びた複数の
   羽根を持ち冷却風を径方向に送出する遠心送風装置を備
   えた請求項１記載のかご型誘導電動機回転子。
3. 【請求項３】 上記偏向装置が、上記回転子鉄心を上記
   回転軸上で保持するクランパに設けられた請求項１およ
   び２のいずれか記載のかご型誘導電動機回転子。
4. 【請求項４】 上記エンドリングに放熱要素が設けられ
   てなる請求項１乃至３のいずれか記載のかご型誘導電動
   機回転子。
5. 【請求項５】 上記放熱要素が、上記エンドリングの径
   方向内側面に設けられた多数の軸方向溝である請求項４
   記載のかご型誘導電動機回転子。
6. 【請求項６】 上記軸方向溝が、上記回転子の軸心に対
   して傾斜した請求項５記載のかご型誘導電動機回転子。
7. 【請求項７】 上記放熱要素が、上記エンドリングに形
   成された多数の軸方向穴である請求項４記載のかご型誘
   導電動機回転子。
8. 【請求項８】 上記軸方向穴が、上記回転子の軸心に対
   して傾斜した請求項７記載のかご型誘導電動機回転子。
9. 【請求項９】 一端に空気取入口、他端に空気排出口を
   有する電動機フレームと、上記電動機フレーム内に支持
   された固定子と、上記電動機フレーム内で上記固定子に
   対して電磁気的作用関係に配置された請求項１乃至８の
   いずれか記載のかご型誘導電動機回転子とを備えたかご
   型誘導電動機。