JP3296891B2 - 非同期電気機械の運転方法およびロータの製造方法 - Google Patents

非同期電気機械の運転方法およびロータの製造方法

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JP3296891B2 JP16822093A JP16822093A JP3296891B2 JP 3296891 B2 JP3296891 B2 JP 3296891B2 JP 16822093 A JP16822093 A JP 16822093A JP 16822093 A JP16822093 A JP 16822093A JP 3296891 B2 JP3296891 B2 JP 3296891B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非同期電気機械の運転
方法および非同期電気機械に用いられるロータの製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】入手可能な先行技術に関して、イギリス
特許公報ＧＢ−１４２７８１８、ＧＢ−１４２９８２
６、ドイツ特許公報ＤＥ−２５０２４５５およびＤＥ−
３６４１１４２を参照することができ、それらはいわゆ
るかご形巻線の設計、特にその巻線の機械上の強度の改
善に焦点を当てた非同期電気機械の設計を記載してい
る。従来技術の最適化、主として渦電流損を減少させる
ことによって、電気的値を改善する努力がなされてきて
いる。上記の公報はその解決策に集中しており、回転速
度は比較的遅く、従来の回転速度の範囲内であり、非同
期電気機械が長時間使用されるというところに注目され
たい。
【０００３】従来の伝統的な非同期電気機械の設計にお
いて、その目的は主として渦電流損だけでなく、電流熱
損、磁化損、ヒステリシス損の最適化を図ることであ
る。従来の非同期電気機械の設計においては、いわゆる
ガス摩擦損は無視してよい。
【０００４】一般的で簡単な言葉でいうなら、損失は電
気機械においては生じるものであり、当然非同期電気機
械においても回転速度を関数として次のように生じる。
【０００５】 Ｐh（ｎ）＝ Ｐ0 ＋ Ｐ1ｎ ＋ Ｐ2ｎ2 ＋ Ｐ3ｎ3 …（１） ｎ＝回転速度 Ｐh＝全損失 Ｐ0＝電流熱損と磁化損を含む標準的な構成要素 Ｐ1＝一定値で書くことができるヒステリシス損 Ｐ2＝一定値で書くことができる渦電流損と、回転速度
の２乗に関連して生じる他の損失 Ｐ3＝一定値で書くことができるガス摩擦損 上記の状況において、少なくとも式１で表されるすべて
の指数が実際上整数となるわけではなく、整数に近い分
数であるということに注目されたい。実際、式１は主と
して様々な種類の損失と、回転速度との間の相互関係を
示すためのものである。勿論、一定値Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ
2 ，Ｐ3 は、それらに影響を与える主として物理的な要
素に関連した様々な数値のものを採用する。言い換えれ
ば、前記の用語Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 は与えられた電
気機械の構造において、回転速度のみと関係がある一定
値である。
【０００６】一方、電気機械の設計における目的は、軸
出力に対する全体の損失Ｐh （ｎ）の割合を最小限にす
ることである。すなわち、 Ｐaks（ｎ）＝ ｋ＊ｎ …（２） ｋ＝機械定数、主としてロータあるいは電気機械の容量
によって変わる一定値 したがって、
【０００７】
【数７】
【０００８】式３は軸出力の損失の相対的な割合に基づ
く回転速度の上昇の効果を説明している。回転速度の上
昇は、電流熱損や磁化損（一定値Ｐ0 ）の効果を減少さ
せる。ヒステリシス損は、実質的に一定値を保ってい
る。一方、渦電流損の効果は、回転速度の上昇に比例し
て実質的に上昇し、さらに、ガス摩擦損（一定値Ｐ3 ）
の効果は、回転速度の２乗に比例して実質的に上昇す
る。
【０００９】したがって、高回転速度を有する電気機械
の設計に鑑み、式３は、次の結論を導くために用いられ
るものであって、その結論というのは、渦電流損が最小
とされ、かつガス摩擦損が従来の解決策に比べて、少な
くとも増加すべきではないという対策を効じることによ
って、その渦電流損とガス摩擦損とに関連する一定値
（Ｐ2 およびＰ3 ）の効果を減少させることができると
いうことである。一方、電流熱損と磁化損とに関連した
一定値Ｐ0 の大きさは、回転速度の上昇の効果が前記損
失間の割合に反比例しているため上昇するのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高回転速
度、いわゆる高速度技術、特に従来の非同期電気機械が
有している回転速度を実質的に超える回転速度を適用す
る非同期電気機械に関連している。たとえば、本発明の
非同期電気機械の回転速度はおよそ１０5 ｒｐｍより大
きく、一方、従来の非同期電気機械は、一般的に周速度
は５０ｍ／ｓより小さく、回転速度は１０3 ｒｐｍから
３＊１０3 ｒｐｍである。したがって、本発明におい
て、高速度という用語は、回転部材、特に非同期電気機
械のロータの周速度のことを言い、それは１００ｍ／ｓ
より大きく、一般的には２００ｍ／ｓから５００ｍ／ｓ
であり、１０００ｍ／ｓから２０００ｍ／ｓまでになる
こともあり、最も一般的に適用される回転部材の大き
さ、特にロータの直径の大きさでは、ロータの回転速度
はおよそ１０4 ｒｐｍから１０5 ｒｐｍであり、一般的
には２＊１０4 ｒｐｍから２＊１０5 ｒｐｍであり、１
０6 ｒｐｍにさえなりうるのである。
【００１１】上記で述べられたことから、損失の最適化
という先行技術の考えは、高速技術の応用においては満
足できる結論には達しない。
【００１２】本発明において、驚くべきことにロータと
ステータの間のエアギャップの大きさは、非同期電気機
械における高速技術の応用において、特に効率の点から
決定的な重要性をもっているということが発見されてき
ている。
【００１３】本発明において、驚くべきことに、ロータ
とステータの間のエアギャップは、一定値Ｐ2 ，Ｐ3 の
大きさと反比例することが発見されてきている。言い換
えれば、高速度の応用において、渦電流損とガス摩擦損
とに影響を与える一定値は、物理的な大きさと設計とに
鑑み、変数であり、エアギャップとの関係は、次のよう
な簡単な式で表すことができる。
【００１４】
【数８】
【００１５】 Ｐi＝Ｐ2 またはＰ3 δ＝エアギャップ ｘ＝力の程度≧０ したがって、式１における一定値Ｐ0 は、空気ギャップ
δと次のような相互関係がある。
【００１６】 Ｐ0 ≒ δy …（５） Ｐ0＝電流熱損と磁化損 δ＝エアギャップ ｙ＝力の程度≧０ したがって、本発明による驚くべき発見は、要約すると
次のようであり、ロータとステータとの間のエアギャッ
プは、効率の最適化のための非同期電気機械における高
速度の応用において増加されるのであり、その理由は、
式１と関連した渦電流損とガス摩擦損との一定値Ｐ2 お
よびＰ3 が、順に、回転速度の２乗または３乗に比例し
ており、高速度の応用においてこれらの特定の損失に大
きな影響を与えており、前記エアギャップの大きさと反
比例するからである（式４）。一方、電流熱損と磁化損
とに影響を与える一定値Ｐ0 の値は、たとえばより大き
な磁化電流を許容することによって、全損失の上昇を引
起こすことなく、上昇させられうるのであるが、その理
由は、高速度の応用において、この一定値Ｐ0 の重要性
は、全損失から見て無視できるものであるからである。
【００１７】したがって本発明の目的は、非同期電気機
械の高速度への適用において、技術的設計によって渦電
流損をできるだけ、しかしながら少なくともガス摩擦損
はいかなる場合にも従来の設計技術と比べて上昇しない
という方法で最小限にすることができる非同期電気機械
の運転方法および非同期電気機械に用いられるロータの
製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステータと関
連して回転できる導電性ロータと、それらの間のエアギ
ャップから成り、ロータ６とステータ２との間のエアギ
ャップδが実質的に次式で設定されることを特徴とする
非同期電気機械の運転方法である。
【００１９】
【数９】
【００２０】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６の周速度は１００ｍ／ｓより大きい。
【００２１】また本発明は、非同期電気機械におけるロ
ータ６の周速度が、一般的には２００ｍ／ｓから５００
ｍ／ｓであり、ロータ６の回転速度が２＊１０4 ｒｐｍ
から２＊１０5 ｒｐｍであり、最大の場合１０6 ｒｐｍ
となることを特徴とする。
【００２２】また本発明は、前記ロータ６は軸部７と関
連して導電性被覆層を有し、前記被覆層８が、連続性を
有し全ロータ６の動作表面領域にわたって延びるように
形成されることを特徴とする。
【００２３】また本発明は、前記被覆層８の厚さが幾分
変化しやすく、ロータ６の半径方向における最も薄い被
覆層の厚さと最も厚い被覆層の厚さとの割合は１：１０
より小さく、少なくとも或る被覆層の領域において、半
径方向における被覆層８の厚さは、ロータの外径Ｄr の
０．５％よりは厚く、０．７％が好ましく、１％より厚
くなることさえあり、２０％よりは小さいということを
特徴とする。
【００２４】また本発明は、前記被覆層８が、少なくと
もステータ２に向かってロータ６の長手方向に実質的に
均等の厚さを有する層から成ることを特徴とする。
【００２５】また本発明は、前記被覆層８が、少なくと
もステータ２に向かって、一様の材料層セクション８ｂ
と、ロータ６に含まれる軸部７に形成された溝７ａに敷
かれた被覆層材料セクション８ｃとを含む結合体から成
ることを特徴とする。
【００２６】また本発明は、前記一様の材料層セクショ
ン８ｂが、前記ステータ２に向かって少なくともロータ
６の長手方向に均等の厚さを有する層であることを特徴
とする。
【００２７】また本発明は、前記被覆層８が、少なくと
も或る動作表面領域にわたって領域またはセクションを
含み、前記被覆層は異なる表面形状を有することを特徴
とする。
【００２８】また本発明は、被覆層８の表面形状が、溝
または隆起を含むことを特徴とする。
【００２９】また本発明は、前記被覆層８が、端セクシ
ョン８ａを含み、その端セクション８ａの半径方向の厚
さが、ステータ２と一直線上にある被覆層８のセクショ
ンの半径方向の厚さを超えることを特徴とする。
【００３０】また本発明は、被覆層８の最大の厚さが次
式で設定されることを特徴とする。
【００３１】
【数１０】
【００３２】 δp＝付着度（ＭＰａ） ｎ＝電気機械の回転速度（ 1／ｍｉｎ） Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） δpt＝被覆層密度（ｋｇ／ｍ3） この式によれば、ロータ６の少なくとも或る動作表面領
域にわたる前記被覆層８は、０．２ｍｍ以上の半径方向
の厚さを有しており、０．５ｍｍから５ｍｍの厚さを有
するのが好ましく、１ｍｍから１０ｍｍの半径方向の厚
さを有することさえある。
【００３３】また本発明は、前記溝７ａが軸部７などの
長手方向に実質的に延びるように適合され、溝７ａに含
まれるスロットが好適には所定の間隔でロータの周方向
に延びることを特徴とする。
【００３４】また本発明は、前記溝７ａが相互に十字形
に交差する溝の結合から成り、少なくとも或る溝の長手
方向が軸部７の長手方向とは異なることを特徴とする。
また本発明は、ロータ６の前記軸部７が、少なくとも半
径方向において、特に中実の軸部構造７を有する場合、
４００ＭＰａより大きな降伏点を有することを特徴とす
る。また本発明は、ロータ６の前記軸部７が、少なくと
も半径方向において、特に中空の軸部構造７を有する場
合、８００ＭＰａより大きな降伏点を有することを特徴
とする。
【００３５】また本発明は、ステータと関連して回転で
きる導電性ロータと、それらの間のエアギャップから成
り、前記ロータ６は、軸部７と関連して導電性被覆層を
有し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ６の動作
表面領域にわたって延びるように形成され、ロータ６と
ステータ２との間のエアギャップδが実質的に次式で設
定され、
【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６を、１００ｍ／ｓより大きい周速度で
運転される非同期電気機械に用いられるロータの製造方
法であって、前記被覆層が、好ましくは直線の運動量の
変化に基づく付着技術、特にブラスト被覆法を利用する
ことによって軸部７の表面に適用され、そのブラスト被
覆法においては、軸部７に付着し、最適には５０ＭＰａ
より大きく、好ましくは１００ＭＰａより大きな付着度
（δp ）を有する、形を強固にされた被覆層８を得るこ
とを特徴とする非同期電気機械に用いられるロータの製
造方法である。
【００３６】また本発明は、ステータと関連して回転で
きる導電性ロータと、それらの間のエアギャップから成
り、前記ロータ６は、軸部７と関連して導電性被覆層を
有し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ６の動作
表面領域にわたって延びるように形成され、ロータ６の
前記軸部７が、少なくとも半径方向において、特に中実
の軸部構造７を有する場合、４００ＭＰａより大きな降
伏点を有し、ロータ６とステータ２との間のエアギャッ
プδが実質的に次式で設定され、
【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６を、１００ｍ／ｓより大きい周速度で
運転される非同期電気機械に用いられるロータの製造方
法であって、前記被覆層が、好ましくは直線の運動量の
変化に基づく付着技術、特にブラスト被覆法を利用する
ことによって軸部７の表面に適用され、そのブラスト被
覆法においては、軸部７に付着し、最適には５０ＭＰａ
より大きく、好ましくは１００ＭＰａより大きな付着度
（δp ）を有する、形を強固にされた被覆層８を得るこ
とを特徴とする非同期電気機械に用いられるロータの製
造方法である。
【００３７】また本発明は、ステータと関連して回転で
きる導電性ロータと、それらの間のエアギャップから成
り、前記ロータ６は、軸部７と関連して導電性被覆層を
有し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ６の動作
表面領域にわたって延びるように形成され、ロータ６の
前記軸部７が、少なくとも半径方向において、特に中空
の軸部構造７を有する場合、８００ＭＰａより大きな降
伏点を有し、ロータ６とステータ２との間のエアギャッ
プδが実質的に次式で設定され、
【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６を、１００ｍ／ｓより大きい周速度で
運転される非同期電気機械に用いられるロータの製造方
法であって、前記被覆層が、好ましくは直線の運動量の
変化に基づく付着技術、特にブラスト被覆法を利用する
ことによって軸部７の表面に適用され、そのブラスト被
覆法においては、軸部７に付着し、最適には５０ＭＰａ
より大きく、好ましくは１００ＭＰａより大きな付着度
（δp ）を有する、形を強固にされた被覆層８を得るこ
とを特徴とする非同期電気機械に用いられるロータの製
造方法である。
【００３８】また本発明は、溝７ａ、あるいは軸部７に
与えられ実質的に軸部７の長手方向に延びている溝７ａ
に関連したセクションにおけるスロットの数が、次式で
設定されることを特徴とする。
【００３９】
【数１１】
【００４０】 Ｑr＝溝の数 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） また本発明は、ロータ６の周速度が１００ｍ／ｓより大
きく、一般的には２００ｍ／ｓから５００ｍ／ｓである
ことを特徴とする。
【００４１】また本発明は、前記ロータは、溝７ａが形
成された軸部７を有し、その軸部７が、スロット４を有
するステータ２と関連して非同期電気機械に取付けら
れ、溝７ａ、あるいは実質的にロータ６に含まれる軸部
７の長手方向に延びている溝７ａに関連したセクション
における溝の数が、次の条件を満たすことを特徴とす
る。
【００４２】 Ｑr ≧ Ｑs Ｑr＝ロータにおける溝の数 Ｑs＝ステータにおけるスロットの数 また本発明は、被覆層８の横断面領域に対する、負荷を
与えられたロータトルクを引起こす電流の割合が、実質
的に次式で設定されることを特徴とする。
【００４３】
【数１２】
【００４４】 Ｊ＝電流密度（Ａ／ｍｍ2） Ｑs＝ステータのスロット数 Ｎu＝ステータのスロット内に延びる導線の数 Ｉ1＝ステータを流れる電流の直接波（Ａ）の実効値 δ1＝ステータを流れる電流と、電圧の直接波との位相
角 Ａr＝ロータの被覆層の平均横断面積（図１のセクショ
ンＩＩ−ＩＩ）（ｍｍ2 ） ｋ＝負荷率（Ａ／ｍｍ2）、（変動範囲１〜２．５） Ｄr＝ロータの直径（ｍｍ） また本発明は、ロータの負荷率（ｋ）の通常の平均値が
１より小さいことを特徴とする。
【００４５】また本発明は、前記負荷率（ｋ）の瞬時値
が２．５より小さいことを特徴とする。
【００４６】また本発明は、前記ステータ２は巻線を有
するスロット４を含み、ステータのスロット４における
スロット数が次の条件を満たすことを特徴とする。
【００４７】
【数１３】
【００４８】 Ｑs＝ステータにおけるスロットの数 Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） また本発明は、前記ステータにはスロット４が設けら
れ、ロータ６か、ロータ６に含まれ軸部７の長手方向に
延びている溝７ａを有する軸部７か、実質的に軸部７の
長手方向に部分的に延びているスロットかに関連して非
同期電気機械に取付けられているステータであって、溝
７ａの数あるいはロータ６に備えられる軸部７に形成さ
れる溝の長手方向に延びる溝の数が次の条件を満たすこ
とを特徴とする。
【００４９】 Ｑr ≧ Ｑs Ｑr＝ロータにおける溝の数 Ｑs＝ステータにおけるスロットの数 また本発明は、ステータ２におけるスロットの数が偶数
値で割切れることを特徴とする。
【００５０】また本発明は、３相非同期電気機械におい
て、ステータ２の巻線３が、少なくとも２つの互いに段
階的に実行された３相インバータに結合されることを特
徴とする。
【００５１】また本発明は、前記ステータの巻線３が、
１つの２相インバータに結合されることを特徴とする。
【００５２】また本発明は、直径に関する限り、ステー
タ２で使用するための巻線３の個々のフィラメントが次
の条件を満たすことを特徴とする。
【００５３】
【数１４】
【００５４】 ｐ＝機械における端子対の数 ｎ＝電気機械の回転速度（ｒｐｍ） ｄs＝フィラメントの直径（ｍｍ） また本発明は、前記巻線３がいわゆるリッツ線で形成さ
れ、そのリッツ線によってワイヤフィラメントの直径は
０．４ｍｍより小さく、好適には０．１ｍｍより小さく
なることを特徴とする。
【００５５】
【作用】上記の目的を達成し、先行技術の問題をできる
だけ取除くために、本発明の非同期電気機械の運転方法
は、主としてロータとステータとの間のエアギャップが
実質的に次式となることを特徴とする。
【００５６】
【数１５】
【００５７】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
で、１が適切である一定値；単位（ｍｍ） Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
０で、４００が適切である一定値；単位（ｍ／ｓ／ｍ
ｍ） ロータは１００ｍ／ｓより大きい周速度を有している。
【００５８】上述されたように設計された非同期電気機
械は、高速回転するロータで高効率を達成することがで
きる。
【００５９】特に、ガス摩擦損に鑑み、ロータの直径と
回転速度とによって、ガス摩擦損は次のように得られ
る。
【００６０】
【数１６】
【００６１】ガス摩擦損を除去するためには、エアギャ
ップに当てられる効果的に軸方向に向けられた冷風が必
要である。高速度を応用するという本発明によって、エ
アギャップが特に増えるときは、空気ブラストのような
冷却ガスが大変高効率で得られる。
【００６２】エアギャップが小さいままである電気機械
の、大きさに関する従来の説明によれば、実際小さな機
械における最大のものはロータの直径の１％であり、中
間サイズの機械における最大のものはロータの直径の
０．５％である。Ｈｕｅｔｔｅの「Taschenbuecher der
Technik,Energietechnik，Bend 1 Maschinen」（工
学、エネルギー、機械１の本）によれば、小さな機械に
おいて、
【００６３】
【数１７】
【００６４】そして、中間サイズの機械において、
【００６５】
【数１８】
【００６６】ｐ＝偶数の極数 電気機械について、１９７２年、Ｖｏｇｔ．Ｋの「Elek
trische Maschinen，Berechnungen rotierender elektr
ischer Maschinen」（回転する電気機械の計算式）によ
れば、 δ ≒（０．２５−０．４）＊(Ｐmek)1/4 …（８ｃ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ｐmek＝電力（ｋＷ） 特に、従来の解決策における渦電流損（一定値Ｐ2 ）に
関しては、ステータおよびロータに流れる電流、ならび
にステータおよびロータの溝によってエアギャップに沿
うエアギャップ誘導密度の分布が不連続になるという結
果になり、換言すると、エアギャップの誘導密度のサイ
ン波の分布は高調波成分を含み、誘導または磁束密度の
分布は、階段状になる。エアギャップ磁束以外の速度で
のロータの回転と、不連続磁束密度の分布とが、ロータ
とステータとにおける渦電流損を上昇させる。
【００６７】エアギャップが増加するにつれて、不連続
磁束密度を有する高調波の構成要素と渦電流損とは減少
する。従来の電気機械の大きさに関する説明によって得
られたエアギャップの値で計算された渦電流損は、数１
０倍も高い。
【００６８】上記で指摘したように、本発明によるエア
ギャップの大きさは、高速度応用技術での困難性におい
て、全損失をうまく制御するのを容易にする。
【００６９】
【００７０】公知のロータの構造に関しては、いわゆる
かご形巻線の解決策を進展させることを目的とした、す
でに参照文献で説明されている先行技術を参照すること
ができる。かご形巻線の解決策は、もし、高速度への応
用において、現在利用できる構造で設計されれば、少な
くとも有利なものではなく、その構造において、ロータ
とステータとの間のエアギャップは式６で表され、ロー
タの周速度は１００ｍ／ｓより大きいという特徴に基づ
いて設計されている。
【００７１】本発明における驚くべき発見は、高速度へ
の応用において、高導電性材料でできたロータの被覆層
は、ロータの全動作表面を連続的に覆うように設計され
なければならず、これはロータの本質的な特徴であると
いうことである。少なくとも、ロータの周の長さの一部
にわたって被覆層が０．２ｍｍより厚い半径方向の厚さ
を有することが望ましい。
【００７２】同量の有効電流がステータとロータとの横
断面領域毎に流れることは以前から知られている。ロー
タの中を流れる電流は、電流熱損をできるだけ少なくす
るために、実質的に高導電性被覆層の中を流れるべきで
ある。したがって、高導電性被覆層の横断面領域は、被
覆層の平均半径をできるだけ大きくするという方法、換
言すれば、被覆層が、実質的に一様な分布をもつ軸部の
外周で、最大範囲に存在するようにするという方法で最
大化されるべきである。
【００７３】本発明の非同期電気機械の運転方法におい
て、被覆層の横断面領域に対する負荷を与えられたロー
タトルクを得る電流の割合は、実質的に次式で表され
る。
【００７４】
【数１９】
【００７５】 Ｊ＝電流密度（Ａ／ｍｍ2） Ｑs＝ステータの溝の数 Ｎu＝ステータの溝に延びる導線の数 Ｉ1＝ステータを流れる電流の中の直接波（Ａ）の実効
値 δ1＝ステータを流れる電流と、電圧の直接波との位相
角 Ａr＝ロータの被覆層の平均横断面積（ｍｍ2）（図１の
セクションＩＩ−ＩＩ） ｋ＝負荷率（Ａ／ｍｍ2）（変動範囲１〜２．５） Ｄr＝ロータの直径（ｍｍ） ロータの負荷率の通常の平均値は１より小さい。さらに
ロータの負荷率の瞬時値は、２．５より小さい。
【００７６】製造技術に関しては、直線の運動量の急速
な変化に基づく製造技術を利用することによって、磁気
的導電性軸部の一番上に被覆されるのが好ましく、非常
に一般的であり、たとえば充分な厚みをもった被覆層を
与えると同時に、軸部と被覆層との間に充分にしっかり
した付着を与えることができる、いわゆるブラスト被覆
をするのが好ましく、非常に一般的である。本発明にお
ける発見は、付着度が次のように定義されることであ
る。
【００７７】 δｐ ＞ ５０ＭＰａ、好ましくは１００ＭＰａより大きい …（10） したがって、導電性被覆層の可能な限り最大の厚さｈ
（ｍｍ）は、次式のように計算される。
【００７８】
【数２０】
【００７９】 δp＝付着度（ＭＰａ） ｎ＝電気機械の回転速度（ｒｐｍ） Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） δpt＝被覆層材料の密度（ｋｇ／ｍ3） 勿論、一般的に次のようなロータの軸部材料の降伏点
（Ｒe，δ0.2）が必要である。
【００８０】 Ｒe ＞ ４００ＭＰａ …（12） 製造技術に関して、上記の基準を満たす材料は、被覆層
が軸部上で充分な厚さを有する中実の形を保持した層か
ら成るロータを提供することができる。さらに、よく知
られているように、銅のような高導電性材料は柔らか
く、低破壊強度を有している。本発明のロータが、たと
えば直線の運動量の急速な変化に基づく製造技術を利用
することによって製造されるとき、圧力に対して弱い抵
抗力を有するような、機械的に柔らかく、導電性被覆層
の材料は、ロータに抵抗力と耐久性とがある構造を与え
るために軸部の外表面に付着され、中実に形成される。
【００８１】本発明によれば、軸部は、被覆層材料で満
たされる溝を有する。溝の数は次のように決定される。
【００８２】
【数２１】
【００８３】 Ｑr＝ロータにおける溝の数 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） ロータの被覆層は、一様の厚さを有する材料層であるこ
とができるし、あるいは一様の厚さを有する材料層の成
分と、軸の溝に埋められた被覆層材料成分との複合物か
ら成ることもできる。どのようなタイプの被覆層の構造
が利用されるかは幾つかの要因に基づいており、その要
因においては、結合された効果が特定の非同期電気機械
の設計段階において最大限に活用されなければならな
い。軸部の溝はエアギャップ磁束密度に不連続性を与
え、さらにステータで生み出された損失を増加させる。
溝によって生み出された損失は、溝の数を増加させるこ
とによって減少させることができる。溝によって誘導さ
れた渦電流損は、Ｑr が無限である状況に対応して、実
質的に一様の厚さを有する中実の被覆層を使用すること
によってほとんど無視できるものである。中実あるいは
連続性のある被覆層は、ステータの巻線を流れる磁化電
流の需要を増し、ステータの溝において生じた銅損を増
加させる。したがって、１つの選択肢は、軸部で作ら
れ、被覆層材料を与えられた溝と、その上に敷かれた連
続性を有する被覆層とから成るロータを用いることであ
る。
【００８４】しかしながら、様々なロータの構造に基づ
いて計算された損失相互間の違いは小さく、本質的な特
徴は、エアギャップと用いられる被覆層の状態とに関係
する。したがって、ロータの被覆層構造の最終的な選択
は、主に製造できる可能性に依存している。
【００８５】
【００８６】
【００８７】主として従来の電気機械を扱った利用でき
る先行技術に関して、１９７２年のＶｏｇｔ Ｋ．によ
る「Elektrische Maschinen,Berechnung rotierenderel
ektrischer Maschinen」（回転する電気機械の計算式）
が参照される。これによると、非同期電気機械における
スロットのピッチは、一般的に１０ｍｍから４５ｍｍ
（小さな機械における最小表示）で、結果として生じる
スロットの数は、
【００８８】
【数２２】
【００８９】ステータのスロットは、エアギャップ磁束
密度において不連続性を引起こし、渦電流損を上昇させ
る。したがって、本発明における驚くべき発見というの
は、高速度への応用において、エアギャップは従来の電
気機械設計の説明と比べてスロット数を増加させること
によって生じ、そのエアギャップは式６で表され、ロー
タの周速度が１００ｍ／ｓより大きいという特徴に基づ
いて生じるのであり、エアギャップ磁束密度の不連続性
に対するスロットの効果は減少させられるので、スロッ
ト誘導損を減少させることが可能であるということであ
る。
【００９０】ステータの或る本質的な特徴によれば、ス
テータのスロットの数は次のようにならなければならな
い。
【００９１】
【数２３】
【００９２】 Ｑs＝ステータのスロットの数 Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） さらに、ロータに含まれる溝の数は、ステータに含まれ
るスロットの数に関連して次の条件を満たす。
【００９３】 Ｑr ≧ Ｑs …（15） 交流が、ステータのスロットに設置された導線におい
て、いわゆる電流増強を生み、それはいわゆる交流抵抗
とステータ損とを上昇させる。
【００９４】電流増強の交流抵抗に対する上昇効果は、
周波数の２乗と、導線に含まれるフィラメントの直径の
２乗とに比例する（１９７２年のＶｏｇｔ Ｋ．の「El
ektrische Maschinen,Berechnung rotierender elektri
sche Maschinen」（回転する電気機械の計算式）によ
る）。したがって、本発明におけるもう１つの驚くべき
発見というのは、高速度への応用において、エアギャッ
プは電流上昇の効果を著しく増加させないために生じ、
そのエアギャップは、式６で表されロータの周速度が１
００ｍ／ｓより大きいという非同期電気機械の特徴に基
づいて生じるものであり、フィラメントの直径は従来の
解決策に比べて減少されなければならない。
【００９５】さらに、本発明のステータの或る本質的な
特徴によれば、スロットにおいて使用される個々のフィ
ラメントの直径は次の条件を満たさなければならない。
【００９６】
【数２４】
【００９７】 ｐ＝機械における端子対の数 ｎ＝電気機械の回転速度（ｒｐｍ） ｄs＝フィラメントの直径（ｍｍ） 回転機械を有するための最小の位相数は２であることは
明らかである。位相数が増加するにつれて、ステータの
スロットの中を流れる電流によって引起こされるエアギ
ャップ磁束の不連続性は一様になり始め、それによって
誘導される損失は減少し始める。
【００９８】高速度非同期電気機械の位相数ｍは次のよ
うであるべきである。
【００９９】 ｍ ≧ ２ …（17）
【０１００】
【実施例】図１は本発明の一実施例の非同期電気機械の
縦断面図であり、図２はその切断面線ＩＩ−ＩＩから見
た断面図である。図の参照番号１は管状の物体を表し、
その内側に巻線３とともにステータ２が配置されてい
る。ステータ２は内表面にスロット４を含み、それは式
１４によって上述されたように設計されている。一方、
スロット４に配置された巻線は、フィラメントの直径に
関する限り、上記の式１５によって設計されている。
【０１０１】１つの好適な実施例によれば、ステータの
巻線３はいわゆるリッツ線（ＬＩＴＺ−ｗｉｒｅ）を使
用することによって設計され、そこでは個々の導線フィ
ラメントの直径は０．４ｍｍより小さく、好適には０．
１ｍｍより小さく、０．１ｍｍであることもある。ステ
ータのスロット数は、３相非同期電気機械において、好
適には偶数のスロット数値で割切ることができ、１２で
割切るのが適切である。少なくともいくつかの応用にお
いて、損失を最小限にするという点から、ステータの巻
線は互いに段階的に実行された（図示せず）少なくとも
２つの３相インバータ（周波数トランス）を制御するの
に適するように結合される。
【０１０２】ステータ２は穴５を有し、その穴５にはロ
ータ６が取付けられ、このロータ６はその長手方向の軸
線Ｐのまわりに回転可能であり、本体１（図示せず）に
回転可能に取付けられる。ロータ６は軸部７とその外表
面の被覆層の結合とから成る。被覆層８は少なくともス
テータ２と巻線３との領域にわたってロータ６の長手方
向に延びるように適合される。
【０１０３】軸部７は少なくとも磁気導電性を有するも
のか、導電性を有するものかである。示された実施例に
おいて、前記軸部７は中実の構造を有しているが、中空
であることも勿論可能である。軸部７はその材料は好適
には適切な鋼であり、特に軸部７が中実の構造を有する
とき、その降伏点は少なくとも半径方向においては４０
０ＭＰａより大きい。特に、軸部７が中空構造を有する
ように設計された場合は、軸部７の材料はより引張強度
を有する材料でなければならず、１つの適切な降伏点
は、少なくとも半径方向においてはたとえば８００ＭＰ
ａである。特に図２に関連して、軸部７にはロータの長
手方向に実質的に式１３に対応する数の溝７ａが形成さ
れていることに注目されたい。特に図４においては別の
例が示されており、そこでの軸部７は表面が滑らかであ
り、換言すれば溝の数は原則として無限である。
【０１０４】ロータ６は、銅、特に形を強固にした銅の
ような高導電性材料から成る被覆層８を備えている。前
記被覆層８の目的は、明らかに非同期電気機械を流れる
全電流のための導体として役立つことであり、それによ
って被覆層８の横断面領域に対するロータ６のトルクを
生じさせる電流（アンペア）の割合は、式９によれば一
般的に４０Ａ／ｍ2 より小さい。特に、前記被覆層８を
軸部７の外表面につける好適な方法は、いわゆるブラス
ト被覆技術である。勿論、被覆層に対して、他の類似し
た方法を用いることも可能であり、そこで被覆される材
料は、下層、本発明においては特に軸部７にたとえば直
線の運動量を大きく変化させることによって付着させら
れ、その直線の運動量の変化によって、被覆層の材料は
被覆形成の間に形を強固にされやすい。銅に加えて、被
覆層８の材料はアルミニウムや適切な合金や複合物のよ
うな別の高導電性材料から成ることができるというのは
明らかである。被覆層８は、特に被覆層８の８ａの領域
にわたってより厚くなることが可能であり、８ａの領域
はロータの長手方向にあるステータ２の端の外側の被覆
層８の端にあり、それは従来の解決策においては短絡領
域、いわゆる短絡リングを備えている。セクション８ａ
の長さは、ロータ６の長手方向において、巻線３の領域
以内、あるいは領域以上に延びることによって変化する
ことが可能であるが、ほとんどの場合において、前記セ
クション８ａは実質的に巻線３の端で終わる。この点で
特に図３が参照される。特にステータ２と巻線３とにお
いて、被覆層の厚さはロータ６の半径方向において、実
質的に少なくとも０．２ｍｍであり、好ましくは０．５
ｍｍから５ｍｍであり、１ｍｍから１０ｍｍにさえな
る。特に被覆層８の端のセクション８ａは半径方向にお
いて最も被覆層の厚い部分である。
【０１０５】図２は図４で示される均等の厚さを有する
材料層と違って、たとえば均等か異なる厚さを有する材
料層セクション８ｂと軸部７の溝７ａに配置された被覆
材料セクション８ｃとの結合から成る被覆構造を示して
いる。当然、ほとんどの場合において、被覆層８は被覆
層が上述の様式で軸部７の外表面に付着された後にその
外表面を機械加工されることは明らかであり、それは前
記被覆層８に対応する溝と、たとえば図２で示される溝
７ａを含むように機械加工され、換言すれば完成したロ
ータにおける被覆層８の外表面は、軸部７の外側の被覆
層８の表面と同一平面である。
【０１０６】上記の方法は、高速度の応用に適用される
回転速度と周速度とに耐えることのできる被覆層８を得
るために使用されることができ、特にその場合の周速度
は１００ｍ／ｓを超えるかもしれないし、２００ｍ／ｓ
から５００ｍ／ｓさえ超えるかもしれず、最大１０００
ｍ／ｓまでであり、回転速度は２＊１０4 ｒｐｍから２
＊１０5 ｒｐｍであり１０6 ｒｐｍにさえなる。これら
の解決策において、その解決策は特に高周速度で動作す
ることを意図しており、軸部７のために降伏点が１００
０ＭＰａより大きいような材料を用いることが必要であ
る。
【０１０７】本発明の基本的な概念によれば、式６で定
義されるように設計されるエアギャップδは、ステータ
２の穴５の表面と被覆層８の外表面との間に形成され、
図２によれば、エアギャップは（Ｄs −Ｄr ）／２とな
るであろう。
【０１０８】被覆層８は少なくとも部分的に領域やセク
ションを含むことができ、そこでの半径方向における被
覆層の厚さは、１：１０好ましくは１：４から１：６よ
り大きい割合では変化しない。
【０１０９】さらに被覆層は、たとえば溝や隆起を有す
るセクションや領域を含む異なる表面形状を有していて
もよい。半径方向における被覆層８の厚さは、少なくと
も或る被覆層の領域においてはロータの外径Ｄr の０．
５％より厚く、好ましくは０．７％であって、１％より
厚いことさえあり、２０％を超えない（小さな直径を有
している場合）。
【０１１０】本発明の利点をさらに説明するために、次
の一連の試験が行われ、すべての試験の構成は、電気工
学の点から高品質基準を満たす非同期電気機械を提供す
ることを目的とした。
【０１１１】試験機械Ａ この試験機械は、特にロータに関して、次の主要な大き
さをもった銅材料から成る、いわゆるかご形の解決策
（例としてＧＢ−１，４２７，８１８を参照）を使用す
ることによって、利用可能な先行技術の知識に基づいて
設計された。すべての試験機械におけるステータの長さ
は１４０ｍｍであった。
【０１１２】 ｎ＝１．５＊１０5 ｒｐｍ Ｄr＝７０ｍｍ δ＝０．７０ｍｍ（δ≒０，２＋Ｄr ／１０００≒０．
３；式８ａ） Ｑs＝２４（Ｄr ／３．２；式１３） Ｑr＝２６ 試験機械において、軸部の溝の深さは最大２ｍｍであっ
た。
【０１１３】試験機械Ｂ（４つの変形） ｎ＝１．５＊１０5 ｒｐｍ Ｄr＝７０ｍｍ δ＝３ｍｍ（式６） Ｑs1＝２４あるいはＱS2＝３６（式１４） Ｑr1＝２６あるいはＱr2＝４０（式１５） 被覆層の厚さは１ｍｍから２ｍｍであり、換言すればロ
ータの溝の深さは最大ほぼ１．０ｍｍであった。（ロー
タは図２で示されたとおりである）。
【０１１４】試験機械Ｃ ｎ＝１．５＊１０5 ｒｐｍ Ｄr＝７０ｍｍ δ1＝２ｍｍ、δ2 ＝３ｍｍあるいはδ3 ＝４ｍｍ（式
６） Ｑs1＝２４あるいはＱs2＝３６（式１４） Ｑr＝∞ ロータは図４で示されたとおりであり、被覆層の厚さは
ほぼ１ｍｍであった。
【０１１５】以下は、各々の試験機械における軸出力に
関連した電気的損失を示す試験結果を表形式で説明して
いる。
【０１１６】試験結果
【０１１７】
【表１】
【０１１８】
【発明の効果】試験結果における本質的な特徴は、非同
期電気機械が本発明の基本的概念によってエアギャップ
とロータとの構造を有しているとき、電気的損失は、従
来の技術で製造され、高速度の範囲で動作する非同期電
気機械と比べて、最善の状態で１５％より大きく減少す
るということである。エアギャップの意義は極めて重要
なものであり、ステータにおけるスロットとロータとだ
けでなく、ロータの構造も損失に影響を与える。一連の
試験は、その方面において技術を有する人に、少なくと
も実験に基づく効果を活かすために、各々の設計作業に
おける、必要な最初の情報を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の非同期電気機械の縦断面図
である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であ
る。
【図３】図１のロータの構造に最も近い切断面線ＩＩＩ
−ＩＩＩの断面図である。
【図４】選択できる可能性をもって設計された図２と類
似した図１におけるロータの断面図である。
【符号の説明】
２ ステータ ３ 巻線 ４ スロット ５ 穴 ６ ロータ ７ 軸部 ８ 被覆層
フロントページの続き (73)特許権者 500258053 14845 Ｗｅｓｔ 64ｔｈ Ａｖｅｎｕ ｅ，Ａｒｖａｄａ，ＣＯ ＵＳＡ

Claims (31)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステータと関連して回転できる導電性ロ
    ータと、それらの間のエアギャップから成り、ロータ６
    とステータ２との間のエアギャップδが実質的に次式で
    設定されることを特徴とする非同期電気機械の運転方
    法。 【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
    で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
    で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
    ０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６の周速度は１００ｍ／ｓより大きい。
  2. 【請求項２】 非同期電気機械におけるロータ６の周速
    度が、一般的には２００ｍ／ｓから５００ｍ／ｓであ
    り、ロータ６の回転速度が２＊１０4 ｒｐｍから２＊１
    ０5 ｒｐｍであり、最大の場合１０6 ｒｐｍとなること
    を特徴とする請求項１記載の運転方法。
  3. 【請求項３】 前記ロータ６は軸部７と関連して導電性
    被覆層を有し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ
    ６の動作表面領域にわたって延びるように形成されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の運転方法。
  4. 【請求項４】 前記被覆層８の厚さが幾分変化しやす
    く、ロータ６の半径方向における最も薄い被覆層の厚さ
    と最も厚い被覆層の厚さとの割合は１：１０より小さ
    く、少なくとも或る被覆層の領域において、半径方向に
    おける被覆層８の厚さは、ロータの外径Ｄr の０．５％
    よりは厚く、０．７％が好ましく、１％より厚くなるこ
    とさえあり、２０％よりは小さいということを特徴とす
    る請求項３記載の運転方法。
  5. 【請求項５】 前記被覆層８が、少なくともステータ２
    に向かってロータ６の長手方向に実質的に均等の厚さを
    有する層から成ることを特徴とする請求項３または４記
    載の運転方法。
  6. 【請求項６】 前記被覆層８が、少なくともステータ２
    に向かって、一様の材料層セクション８ｂと、ロータ６
    に含まれる軸部７に形成された溝７ａに敷かれた被覆層
    材料セクション８ｃとを含む結合体から成ることを特徴
    とする請求項３または４記載の運転方法。
  7. 【請求項７】 前記一様の材料層セクション８ｂが、前
    記ステータ２に向かって少なくともロータ６の長手方向
    に均等の厚さを有する層であることを特徴とする請求項
    ６記載の運転方法。
  8. 【請求項８】 前記被覆層８が、少なくとも或る動作表
    面領域にわたって領域またはセクションを含み、前記被
    覆層は異なる表面形状を有することを特徴とする請求項
    ３，４または６記載の運転方法。
  9. 【請求項９】 被覆層８の表面形状が、溝または隆起を
    含むことを特徴とする請求項８記載の運転方法。
  10. 【請求項１０】 前記被覆層８が、端セクション８ａを
    含み、その端セクション８ａの半径方向の厚さが、ステ
    ータ２と一直線上にある被覆層８のセクションの半径方
    向の厚さを超えることを特徴とする請求項３〜９のいず
    れか１つに記載の運転方法。
  11. 【請求項１１】 被覆層８の最大の厚さが次式で設定さ
    れることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１つに記
    載の運転方法。 【数２】 δp＝付着度（ＭＰａ） ｎ＝電気機械の回転速度（ 1／ｍｉｎ） Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） δpt＝被覆層密度（ｋｇ／ｍ3） この式によれば、ロータ６の少なくとも或る動作表面領
    域にわたる前記被覆層８は、０．２ｍｍ以上の半径方向
    の厚さを有しており、０．５ｍｍから５ｍｍの厚さを有
    するのが好ましく、１ｍｍから１０ｍｍの半径方向の厚
    さを有することさえある。
  12. 【請求項１２】 前記溝７ａが軸部７などの長手方向に
    実質的に延びるように適合され、溝７ａに含まれるスロ
    ットが好適には所定の間隔でロータの周方向に延びるこ
    とを特徴とする請求項６記載の運転方法。
  13. 【請求項１３】 前記溝７ａが相互に十字形に交差する
    溝の結合から成り、少なくとも或る溝の長手方向が軸部
    ７の長手方向とは異なることを特徴とする請求項６記載
    の運転方法。
  14. 【請求項１４】 ロータ６の前記軸部７が、少なくとも
    半径方向において、特に中実の軸部構造７を有する場
    合、４００ＭＰａより大きな降伏点を有することを特徴
    とする請求項３記載の運転方法。
  15. 【請求項１５】 ロータ６の前記軸部７が、少なくとも
    半径方向において、特に中空の軸部構造７を有する場
    合、８００ＭＰａより大きな降伏点を有することを特徴
    とする請求項３記載の運転方法。
  16. 【請求項１６】 ステータと関連して回転できる導電性
    ロータと、それらの間のエアギャップから成り、 前記ロータ６は、軸部７と関連して導電性被覆層を有
    し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ６の動作表
    面領域にわたって延びるように形成され、 ロータ６とステータ２との間のエアギャップδが実質的
    に次式で設定され、 【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
    で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
    で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
    ０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６を、１００ｍ／ｓより大きい周速度で
    運転される非同期電気機械に用いられるロータの製造方
    法であって、 前記被覆層が、好ましくは直線の運動量の変化に基づく
    付着技術、特にブラスト被覆法を利用することによって
    軸部７の表面に適用され、そのブラスト被覆法において
    は、軸部７に付着し、最適には５０ＭＰａより大きく、
    好ましくは１００ＭＰａより大きな付着度（δp ）を有
    する、形を強固にされた被覆層８を得ることを特徴とす
    る非同期電気機械に用いられるロータの製造方法。
  17. 【請求項１７】 ステータと関連して回転できる導電性
    ロータと、それらの間のエアギャップから成り、 前記ロータ６は、軸部７と関連して導電性被覆層を有
    し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ６の動作表
    面領域にわたって延びるように形成され、 ロータ６の前記軸部７が、少なくとも半径方向におい
    て、特に中実の軸部構造７を有する場合、４００ＭＰａ
    より大きな降伏点を有し、 ロータ６とステータ２との間のエアギャップδが実質的
    に次式で設定され、 【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
    で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
    で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
    ０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６を、１００ｍ／ｓより大きい周速度で
    運転される非同期電気機械に用いられるロータの製造方
    法であって、 前記被覆層が、好ましくは直線の運動量の変化に基づく
    付着技術、特にブラスト被覆法を利用することによって
    軸部７の表面に適用され、そのブラスト被覆法において
    は、軸部７に付着し、最適には５０ＭＰａより大きく、
    好ましくは１００ＭＰａより大きな付着度（δp ）を有
    する、形を強固にされた被覆層８を得ることを特徴とす
    る非同期電気機械に用いられるロータの製造方法。
  18. 【請求項１８】 ステータと関連して回転できる導電性
    ロータと、それらの間のエアギャップから成り、 前記ロータ６は、軸部７と関連して導電性被覆層を有
    し、前記被覆層８が、連続性を有し全ロータ６の動作表
    面領域にわたって延びるように形成され、 ロータ６の前記軸部７が、少なくとも半径方向におい
    て、特に中空の軸部構造７を有する場合、８００ＭＰａ
    より大きな降伏点を有し、 ロータ６とステータ２との間のエアギャップδが実質的
    に次式で設定され、 【数１】 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ） Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ） ｕ＝周速度（ｍ／ｓ） δ＝エアギャップ（ｍｍ） Ａ＝０．３以上の大きさで、好適には０．７から１．５
    で、１が適切である一定値 Ｂ＝１５０以下の大きさで、好適には５０から１００
    で、７０が適切である一定値 Ｃ＝１２００以下の大きさで、好適には３００から６０
    ０で、４００が適切である一定値；単位ｍ／ｓ／ｍｍ そして、ロータ６を、１００ｍ／ｓより大きい周速度で
    運転される非同期電気機械に用いられるロータの製造方
    法であって、 前記被覆層が、好ましくは直線の運動量の変化に基づく
    付着技術、特にブラスト被覆法を利用することによって
    軸部７の表面に適用され、そのブラスト被覆法において
    は、軸部７に付着し、最適には５０ＭＰａより大きく、
    好ましくは１００ＭＰａより大きな付着度（δp ）を有
    する、形を強固にされた被覆層８を得ることを特徴とす
    る非同期電気機械に用いられるロータの製造方法。
  19. 【請求項１９】 溝７ａ、あるいは軸部７に与えられ実
    質的に軸部７の長手方向に延びている溝７ａに関連した
    セクションにおけるスロットの数が、次式で設定される
    ことを特徴とする請求項６，１２または１３記載の運転
    方法。 【数３】 Ｑr＝溝の数 Ｄr＝ロータの外径（ｍｍ）
  20. 【請求項２０】 ロータ６の周速度が１００ｍ／ｓより
    大きく、一般的には２００ｍ／ｓから５００ｍ／ｓであ
    ることを特徴とする請求項３記載の運転方法。
  21. 【請求項２１】 前記ロータは、溝７ａが形成された軸
    部７を有し、その軸部７が、スロット４を有するステー
    タ２と関連して非同期電気機械に取付けられ、溝７ａ、
    あるいは実質的にロータ６に含まれる軸部７の長手方向
    に延びている溝７ａに関連したセクションにおける溝の
    数が、次の条件を満たすことを特徴とする請求項３，
    ６，１２または１３記載の運転方法。 Ｑr ≧ Ｑs Ｑr＝ロータにおける溝の数 Ｑs＝ステータにおけるスロットの数
  22. 【請求項２２】 被覆層８の横断面領域に対する、負荷
    を与えられたロータトルクを引起こす電流の割合が、実
    質的に次式で設定されることを特徴とする請求項３，４
    または１１記載の運転方法。 【数４】 Ｊ＝電流密度（Ａ／ｍｍ2） Ｑs＝ステータのスロット数 Ｎu＝ステータのスロット内に延びる導線の数 Ｉ1＝ステータを流れる電流の直接波（Ａ）の実効値 δ1＝ステータを流れる電流と、電圧の直接波との位相
    角 Ａr＝ロータの被覆層の平均横断面積（図１のセクショ
    ンＩＩ−ＩＩ）（ｍｍ2） ｋ＝負荷率（Ａ／ｍｍ2） 、（変動範囲１〜２．５） Ｄr＝ロータの直径（ｍｍ）
  23. 【請求項２３】 ロータの負荷率（ｋ）の通常の平均値
    が１より小さいことを特徴とする請求項２２記載の運転
    方法。
  24. 【請求項２４】 前記負荷率（ｋ）の瞬時値が２．５よ
    り小さいことを特徴とする請求項２２または２３記載の
    運転方法。
  25. 【請求項２５】 前記ステータ２は巻線を有するスロッ
    ト４を含み、ステータのスロット４におけるスロット数
    が次の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の運
    転方法。 【数５】 Ｑs＝ステータにおけるスロットの数 Ｄs＝ステータの内径（ｍｍ）
  26. 【請求項２６】 前記ステータにはスロット４が設けら
    れ、ロータ６か、ロータ６に含まれ軸部７の長手方向に
    延びている溝７ａを有する軸部７か、実質的に軸部７の
    長手方向に部分的に延びているスロットかに関連して非
    同期電気機械に取付けられているステータであって、溝
    ７ａの数あるいはロータ６に備えられる軸部７に形成さ
    れる溝の長手方向に延びる溝の数が次の条件を満たすこ
    とを特徴とする請求項２５記載の運転方法。 Ｑr ≧ Ｑs Ｑr＝ロータにおける溝の数 Ｑs＝ステータにおけるスロットの数
  27. 【請求項２７】 ステータ２におけるスロットの数が偶
    数値で割切れることを特徴とする請求項２５記載の運転
    方法。
  28. 【請求項２８】 ３相非同期電気機械において、ステー
    タ２の巻線３が、少なくとも２つの互いに段階的に実行
    された３相インバータに結合されることを特徴とする請
    求項２７記載の運転方法。
  29. 【請求項２９】 前記ステータの巻線３が、１つの２相
    インバータに結合されることを特徴とする請求項２５記
    載の運転方法。
  30. 【請求項３０】 直径に関する限り、ステータ２で使用
    するための巻線３の個々のフィラメントが次の条件を満
    たすことを特徴とする請求項１記載の運転方法。 【数６】 ｐ＝機械における端子対の数 ｎ＝電気機械の回転速度（ｒｐｍ） ｄs＝フィラメントの直径（ｍｍ）
  31. 【請求項３１】 前記巻線３がいわゆるリッツ線で形成
    され、そのリッツ線によってワイヤフィラメントの直径
    は０．４ｍｍより小さく、好適には０．１ｍｍより小さ
    くなることを特徴とする請求項３０記載の運転方法。
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