JP4193726B2

JP4193726B2 - 同期誘導電動機の回転子及び圧縮機

Info

Publication number: JP4193726B2
Application number: JP2004047523A
Authority: JP
Inventors: 勇人吉野; 芳雄滝田; 仁川口; 哲藤村; 貴弘堤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: JP2005245052A

Description

本発明は、誘導トルクを用いることによって起動し、リラクタンストルクを用いることによって同期運転する同期誘導電動機の回転子に関するものである。

従来の同期誘導電動機の回転子においては、電磁鋼板により構成された回転子鉄心にリラクタンストルクを発生するように複数のスリット及びスロットが設けられている。そして、一部のスロット面積を拡大して、スロットに導体を設けて短絡環でかご形二次導体を生成し、回転子を構成している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１９７３２５号公報（第６頁、図７）

従来の同期誘導電動機の回転子では、複数の棒状導体部のうちの面積の小さい棒状導体部と、その近傍のスリットとの間の長さが長くなり、この部分のコアシートを通って磁束が流れ、ｑ軸方向の漏れ磁束が増加する。その結果、リラクタンストルクが低下して、電動機の効率が悪化するという課題があった。
また、固定子鉄心（図示せず）に主巻線及び補助巻線からなる巻線が施され、起動コンデンサを介して、固定子巻線に単相交流電源が接続された場合、主巻線及び補助巻線で作られる合成磁界は楕円形状になることが多い。特に電動機の起動時は楕円磁界が強くなり、楕円磁界の方向と回転子鉄心のｄ軸またはｑ軸の方向がほぼ一致してしまうと、スロットに鎖交する磁束がなくなって、スロットに流れる二次電流が小さくなり、電動機を起動できないという課題があった。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ｑ軸方向の漏れ磁束を低減し、効率のよい同期誘導電動機を得ることを目的とする。
また、起動時には誘導トルクによって確実に起動できる信頼性の高い同期誘導電動機を得ることを目的とする。

また、本発明に係わる同期誘導電動機の回転子は、複数枚積層して回転子鉄心を形成する円板状の電磁鋼板と、前記電磁鋼板に設けられ互いに並設されて磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成するための複数のスリットと、前記電磁鋼板の外周近傍に複数設けた導電性材が充填されたスロットであって、その一部を前記スリットの両端部に配置したスロットと、を備え、前記回転子鉄心の回転中心を通り前記スリットの長手方向に延びる方向をＡ軸とし、前記回転中心を通って前記Ａ軸に電気角で９０度ずれた軸をＢ軸として、前記Ａ軸及び前記Ｂ軸のそれぞれに前記スリット及び前記スロットを対称に配置した時の前記スリット及び前記スロットの位置に対し、少なくとも一つの前記スロットを前記対称な位置から前記電磁鋼板の外周に沿ってずれた位置に配置して、前記スリット及び前記スロットで形成される前記ｄ軸及び前記ｑ軸がそれぞれ前記回転中心を通らないように構成したものである。

本発明の同期誘導電動機の回転子は、起動時に流れる二次電流を有効にスロットに流すことができ、さらにｑ軸方向の磁束漏れを低減してリラクタンストルクを増加し、効率のよい同期誘導電動機の回転子を得ることができる。
また、固定子鉄心でできる磁界と回転子鉄心のｄ軸及びｑ軸の方向とをずらすことで起動時に楕円磁界になっても確実にスロットに二次電流を流すことができ、信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。図１は実施の形態１である同期誘導電動機の回転子鉄心を示す断面図であり、回転軸に垂直な方向の断面を示している。同期誘導電動機の一例として、ここでは２極の磁極突起を有する回転子について説明する。
図１において、回転子鉄心１は磁性材である電磁鋼板により構成され、厚さは０．１〜１．５ｍｍ程度の円板状であり複数枚積層して回転子鉄心１を形成する。この回転子鉄心１を構成する電磁鋼板に設けられ互いに並設された複数のスリット２は、内部に非磁性材でかつ導電性材の充填材、例えばアルミニウムが充填されている。また、複数のスロット３が回転子鉄心１を構成する電磁鋼板の外周近傍の円周に沿って設けられ、大部分のスロット３は並設するスリット２の長手方向の延長線上の両端部に配置されている。このスロット３もスリット２と同様に内部に非磁性材でかつ導電性材として、アルミニウムが充填されている。隣り合うスリット２の間は電磁鋼板で構成され、磁路となるストリップ４が形成される。さらに、回転子鉄心１の外周部には、スリット２またはスロット３の外側に０．１〜数ｍｍ程度の薄い部分で連結された電磁鋼板の外周薄肉部５が形成されている。シャフト６は圧入や焼き嵌めなどにより回転子鉄心１に固着され、回転子鉄心１とシャフト６は一体で回転する。またスリット２とスロット３との間の薄肉部７は、０．１〜数ｍｍ程度の幅の磁性材である電磁鋼板であり、スリット２とそのスリット２の端部に配置されたスロット３を分離するように構成されている。以下、この薄肉部７をリブと称する。リブ７によってスリット２と分離されているスロット３の外周側の外周薄肉部５の一部には、非磁性材または空間による非磁性部分である間隙８を設け、電磁鋼板の外周薄肉部５の一部を磁気的に分離している。この非磁性部分は、ここではスロット３の外周側にある外周薄肉部５の一部を例えば切断してオープンにしたオープンスロットとし、なにも充填せずに空間で構成している。また、１０は必要に応じて設けられた開口部で、回転子鉄心１の積層方向に貫通して設けられた穴であり、冷凍サイクルを構成する圧縮機などに本電動機を用いた場合に冷媒などの通路となる。

また、図２は本実施の形態に係る同期誘導電動機の回転子を示す斜視図であり、回転子鉄心１の電磁鋼板の積層方向両端部には、スロット３の充填材料と同一のアルミニウムによるエンドリング９が形成されている。エンドリング９に設けられた穴９ａは、例えばダイカスト法で回転子を成形する際のエンドリング内周型の凸部である。スリット２及びスロット３とエンドリング９に充填されたアルミニウムによって、かご形の二次導体が形成される。

また、回転子鉄心１のスリット２に充填されたアルミニウムは非磁性材であり、図１に示すように回転子鉄心１は磁束の流れやすい方向であるｄ軸と、磁束の流れにくい方向であるｑ軸が形成される。このｑ軸とｄ軸との磁気抵抗に差が生じ、固定子（図示せず）で生成された磁束は回転子の位置によって磁極突起を有し、リラクタンストルクを発生する。

このような構成の同期誘導電動機の特徴は次の通りである。
固定子巻線に５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの商用電源を接続して同期誘導電動機を運転させた場合、かご形の二次導体に二次電流が流れるため、特別な起動装置を必要とせずに電動機を起動することができる。このため、低コストな同期誘導電動機を得ることができる。
また、ｄ軸とｑ軸による磁極突起を有し、リラクタンストルクを発生するので同期運転が可能となるため、通常運転時は二次銅損を低減させた高効率な電動機を得ることができる。

本実施の形態による構成では、図１に示すように、０．１〜数ｍｍ程度の幅のリブ７によってスリット２とスロット３とを分離し、隣り合うストリップ４が電磁鋼板である磁性材で連結される。図３は本実施の形態に係る回転子鉄心の一部を拡大して示す拡大図であり、回転子鉄心１と固定子鉄心１１との位置関係を示している。固定子鉄心１１には固定子スロット１４が設けられ、この中に固定子巻線１２が施されている。電動機の起動時には、固定子巻線１２で作られた磁束は図３の点線矢印で示すように固定子鉄心１１と回転子鉄心１の間の空隙を通り、ストリップ４及びリブ７に流れてスロット３の周りを通る。この磁束によってスロット３に二次電流が流れ、起動トルクを発生する。リブ７を設けない場合には、固定子鉄心１１に発生した磁束が固定子鉄心１１に戻る際、スロット３の周りを通るとは限らなかった。本実施の形態では、リブ７を設けることで、二次電流をより有効にスロット３に流すことができ、電動機の起動性能をより改善させることができる。

一方、リブ７を設けることによりｑ軸方向の磁束の一部はリブ７に流れるため、リブ７がない場合と比較して、ｑ軸方向の磁束が流れやすくなってしまう。その結果、同期運転時にはリラクタンストルクが低下して、電動機の効率を悪化させる方向に作用する。そこで、本実施の形態では、リブ７でスリット２と分離されているスロット３の外周薄肉部５の一部をカットしてオープンスロット８を設けた。このため、外周薄肉部５を通っていたｑ軸方向の磁束の漏れを、オープンスロット８を設けたことで低減させることができ、効率のよい同期誘導電動機の回転子を得ることができる。もちろん、オープンスロット８を設けることで、起動時にも固定子鉄心からの磁束がスロット３の外周薄肉部５を通るのを防ぐので、起動性能を改善するようにも作用する。

図３において、Ｆはオープンスロット８の周方向の長さである。オープンスロット８の周方向の長さＦは、あまり小さいとオープンスロット８を設けない場合と同様に磁束が流れてしまう。即ち起動時には、固定子巻線１２によって作られた磁束が外周薄肉部５に流れて、スロット３に有効に二次電流を流すことを妨げる可能性がある。また、ｑ軸方向の磁束が通り易くなって、同期運転時に効率が低減する可能性がある。このため、オープンスロット８の周方向の長さＦは、ある程度大きく設けたほうがよい。

例えば、図３に示すように、回転子鉄心１とその周囲に配置される固定子鉄心１１の空隙の長さをＧとした場合、オープンスロット８の周方向の長さＦを、空隙の長さＧ以上の長さとすることが望ましい。オープンスロット８の長さＦを空隙の長さＧ以上とすることで、確実に図３に示すように固定子鉄心１１からの磁束がスロット３の周囲に流れて、電動機を起動するのに必要な起動トルクを得ることができる。さらに、同期運転時にもｑ軸方向の漏れ磁束を低減でき、効率の低下を防止できる信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

なお、オープンスロット８は空間ではなく、非磁性材を充填しても同様の効果を得ることができる。例えば非磁性材でかつ導電性材の充填材、例えばアルミニウムを充填した場合には、オープンスロット８の部分も二次電流を流すことができ、スロット３に二次電流が流れやすくなるため、起動性能のよい同期誘導電動機を得ることができる。また、図３に示したようにオープンスロット８になにも充填せず空間で構成した場合は、ニ次銅損を低減でき高効率な同期誘導電動機を得ることができる。
さらに、リブ７を設けることで、回転子の径方向の強度を強くするように作用するので、回転時の遠心力に対する強度を高めることにもなる。

図４は本実施の形態に係る同期誘導電動機の別の構成の回転子鉄心１の一部を示す説明図である。この図はｑ軸方向に回転子鉄心１の半分を示したものである。複数のスロット３の外周側に非磁性部分であるオープンスロット８を設け、隣接するオープンスロット８間の回転中心から見た角度の少なくとも一つが、他の隣接するオープンスロット８間の角度と異なるように、オープンスロット８を配置している。

従来の同期誘導電動機は、通常運転時にはリラクタンストルクを利用して同期運転をしているため、回転子の位置に応じてトルク脈動を発生することが多く、このトルク脈動により振動や騒音を引き起こすことがある。これに対し、図４に示すように、隣接するオープンスロット８間の回転中心から見た角度が、例えばＡ１＝Ａ５＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４になるように、オープンスロット８を配置した。このように構成することで、回転子が回転する際、オープンスロット８が規則的に所定の回転位置にやってくるのではなく不規則になるため、発生するトルク脈動の周波数成分を分散できる。従って低振動や低騒音である同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

このように角度Ａ１〜Ａ５の一部を異なるように構成してもよいし、またすべて異なるように構成してもよい。オープンスロット８間の回転中心から見た角度の少なくとも一つが、他の角度と異なるように構成すれば、ある程度の効果を奏するが、すべて異なるように構成すると、大きな効果が得られる。このオープンスロット８はスロット３の外周側と回転子鉄心１の外周を接続するように設けるので、その位置はスロット３の外周側で周方向にある程度自由度がある。このため、スロット３の位置や大きさを変更しなくても、トルク脈動による振動や騒音を改善できる。

以下、図２に示す回転子の製造方法の一例について説明する。スリット２及びスロット３にはダイカスト法により導電性材で非磁性材であるアルミニウムをエンドリング９と同時に充填して、かご形二次導体を生成する。その際に、オープンスロット８の部分からのアルミニウムの漏れを防止するため、回転子鉄心１の外周にバンドを設ける。回転子鉄心１とバンドの隙間が例えば０．１〜０．３ｍｍ程度になるようにできるだけ小さくすることで、アルミニウムの漏れを防ぐことができる。このように製造すると、回転子鉄心１のオープンスロット８の部分は非磁性材で導電性材であるアルミニウムが充填される。この場合には、起動性のよい同期誘導電動機を得ることができる。

上記のダイカストを行う際、外周のバンドの内側にオープンスロット８の寸法に対応した凸部を設け、その凸部をオープンスロット８の位置に合わせて回転子鉄心１にバンドをセットしてダイカストを行うと、回転子鉄心１のオープンスロット８の部分にはなにも充填されずに空間となる。この場合には、同期運転時に二次銅損を低減でき、効率のよい同期誘導電動機を得ることができる。

回転子鉄心１の素材である電磁鋼板はスリット２が設けられているため、隣り合うスリット２との間には非常の細長いストリップ４が構成されている。高い圧力条件でダイカストを行うと、細長いストリップ４が変形してしまい、振動及び騒音を引き起こす可能性があるが、図２のエンドリング内周部９ａに示すようにエンドリング内周型で電磁鋼板の積層方向の両端からストリップ４を押さえた状態でアルミニウムを充填させることで、ストリップ４の変形を防止することができ、信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

なお、本実施の形態ではスロット３及びスリット２に充填する充填材料として例えばアルミニウムについて述べたが、スロット３に充填する材料は導電性材であれば、銅など他の材質を用いても同様の効果が得られる。また、スリット２に充填する材料は非磁性材であればよく、空間のままでもよい。

また、図２では回転子をスキューせずに積層しているため、オープンスロット８が積層方向にストレートに設けられているが、必要に応じて、例えば積層方向に電磁鋼板を少しずつ回転するようにずらして、スロット３の重なりがずれるように積層し、スキュー角度に対応してオープンスロット８を設けても同様の効果を得ることができる。スキューを設けることで、滑らかに起動でき、起動時の音を分散できる。ただし、あまり大きなスキュー角度にすると、同期運転時に性能が低減することになるので、適度な角度、例えば固定子スロット１４の１ピッチ分程度のスキュー角度が好ましい。

また、固定子巻線は三相巻線で構成され、三相巻線に三相交流電源を印加してもよいし、主巻線及び補助巻線で構成され、補助巻線と直列に運転コンデンサが接続されたものと主巻線とを並列接続したものに単相交流電源を印加してもよい。ここで、運転コンデンサは４μＦ程度から１５０μＦ程度のものを用いるのが望ましい。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図５は実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子を示す断面図である。
回転子鉄心１の回転中心を通りスリット２の長手方向に延びる方向をＡ軸とし、回転中心を通ってＡ軸に電気角で９０度ずれた軸をＢ軸とする。図５には回転子の一例として２極の構成のものを示しているので、Ａ軸とＢ軸とは機械角では９０度の角度をなしている。

そして、Ａ軸及びＢ軸のそれぞれにスリット２及びスロット３を対称に配置すると、図１に示すようにＡ軸とｄ軸は一致し、Ｂ軸とｑ軸は一致する。このスリット２及びスロット３の対称な位置に対し、複数のスロット３のうちの図１に向かってＢ軸（図１ではｑ軸）の左側に配置した８個のスロット３を対称な位置から電磁鋼板の外周に沿って同方向、例えば回転方向または回転方向と逆方向にずれた位置に配置する。ここで、スロット３と電磁鋼板の積層方向両端に位置するエンドリング９とで、かご形二次導体を構成するように、スロット３を電磁鋼板の外周に沿ってずらすようにする。そして、スロット３の位置のずれに応じてスリット２のそれぞれを電磁鋼板に形成されるｄ軸方向の磁路が滑らかになるように配置する。このように、Ａ軸及びＢ軸のそれぞれに対してスリット２及びスロット３のそれぞれを非対称な位置に配置すると、図５に示すようにスリット２及びスロット３で形成されるｄ軸及びｑ軸がそれぞれ回転中心を通らないように構成される。
図中、ＡＯは固定子鉄心（図示せず）の中心であり、回転子の回転中心を示し、ＢＯはスリット２及びスロット３をＡ軸及びＢ軸に非対称に配置した場合に回転子鉄心１に形成されるｑ軸とｄ軸との交点を示している。

従来の電動機において、固定子鉄心（図示せず）に主巻線及び補助巻線からなる巻線が施され、起動コンデンサを介して、固定子巻線に単相交流電源が接続された場合、主巻線及び補助巻線で作られる合成磁界は楕円形状になることが多い。特に電動機起動時は楕円磁界が強くなり、楕円磁界の方向と回転子鉄心１のｄ軸またはｑ軸の方向がほぼ一致してしまうと、スロット３に鎖交する磁束がほとんどなくなり、スロット３に流れる二次電流が小さくなり、電動機を起動することができなくなる場合がある。

本実施の形態では、スリット２及びスロット３をＡ軸及びＢ軸に対して非対称に配置したので、固定子鉄心の中心Ａ０と回転子鉄心のｄ軸及びｑ軸の中心ＢＯがずれることになる。このため、起動時に楕円磁界が発生してもその方向とｄ軸またはｑ軸が一致しないので、スロット３に二次電流が流れて電動機を起動するために必要な誘導トルクを得ることができる。従って、固定子巻線に単相交流電源が接続されて楕円磁界を発生した場合でも確実に電動機を起動することができ、起動性がよく信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

特に図５の構成では、磁束の流れやすいｄ軸の外周部に位置する電磁鋼板に対し、回転中心ＡＯに対して電気角で１８０度ずれた反対側の外周部近傍にスロットの１つが位置するように、スロット３及びスリット２を非対称に配置した。即ち、ｄ軸上の回転子外周部一端Ｃと回転子鉄心１の中心ＡＯに対して電気角で１８０度ずれた位置、この場合は回転子鉄心１の反対側の外周部他端Ｄにスロット３を配置している。固定子鉄心による楕円磁界が、例えば図５のＡ軸と一致するように楕円磁界が発生したとする。このとき、Ａ軸上の外周の一端部Ｃにはスロット３が設けられていないが、Ａ軸上の外周の他端部Ｄにはスロット３が位置するので、このスロット３に二次電流が流れ、誘導トルクによって電動機を起動することができる。このようにｄ軸の一つの外周端部と回転中心ＡＯを結んだ線上で、ｄ軸側の端部Ｃでは電磁鋼板材を配置し、もう一方の端部Ｄではスロット３を配置することが望ましいが、外周の他端部Ｄの近傍にスロット３を配置すれば、楕円磁界になっても起動できない状態を回避できる。

また図５に示すように、少なくとも一つのスリット２とそのスリット２の端部に配置するスロット３とを分離する薄肉部の電磁鋼板でリブ７を設けることにより、図１と同様、さらに有効に二次電流を流すことができ、単相交流電源に接続された電動機においても確実に起動性できる信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

さらに実施の形態１で示したように、リブ７を設けたスロット３のうち、少なくとも一つのスロット３の外周薄肉部５の一部に、そのスロット３と電磁鋼板の外周を接続する非磁性部分のオープンスロット８を設けてもよい。非磁性部分は空間で構成されたオープンスロット８でもよく、また非磁性材を充填して構成してもよい。スロット３の外周側に非磁性部分を設けることで、ｑ軸方向の磁束の漏れを低減でき、起動性よく、かつ効率のよい同期誘導電動機を得ることができる。

図５では、Ｂ軸の向かって左側の８個のスロット３を、Ｂ軸に対称に構成したときの位置から電磁鋼板の外周に沿って同方向にずらして配置すると共に、これに応じてスリット２をずらして配置し、ずらした構成で形成されるｄ軸及びｑ軸が回転子の回転中心を通らないようにしたが、これに限るものではない。例えば、複数のスロット３のみ、または少なくとも一つのスロット３を、その対称な位置から外周に沿ってずらしてＡ軸及びＢ軸に非対称になるように配置すれば、これに伴ってｄ軸及びｑ軸は共にずれるので、回転中心を通らなくなる。ずらして配置するスロットの数はいくつでもよく、特に限定するものではない。
例えば、上記ではＢ軸の向かって左側のスロットのみを移動したが、Ｂ軸の向かって右側のスロットのみを移動しても、上記と同様の構成、作用効果を得ることができる。また、Ｂ軸の左側と右側のスロットの両方を、電磁鋼板の外周に沿って互いに逆方向にずらしてもよいし、同方向にずらしてもよい。電磁鋼板の外周近傍に複数設けられるスロット３をＡ軸及びＢ軸に非対称な位置に配置することで、移動後のスロット３及びスリット２で形成されるｄ軸及びｑ軸が共に回転子の回転中心を通らないように構成すればよい。
このようにして、スロット３はかご形二次導体の一部をなすように、電磁鋼板の外周に沿ってずらし、かつ、スリット２及びスロット３の配置で形成されるｄ軸及びｑ軸が回転中心を通らないように構成すれば、起動時に楕円磁界が発生してもその方向とｄ軸またはｑ軸が一致しないので、スロット３に二次電流が流れて電動機を起動するために必要な誘導トルクを得ることができる。従って、固定子巻線に単相交流電源が接続された場合でも確実に電動機を起動することができ、起動性がよく信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

また、スリット２とスロット３が互いに独立している構成の回転子において、スロット３をずらし、スリット２はそのままの位置でも上記と同様の効果を奏するが、もちろん、スリット２及びスロット３でｄ軸方向に滑らかな磁路ができるように、スロット３の配置位置に伴ってスリット２を配置すれば、同期運転時に効率を高くすることができる。また、スリット２の両端または一端にスロット３が連続している回転子では、スロット３を電磁鋼板の外周に沿ってずらすと、これに伴ってスリット２の位置もずれることになり、ｄ軸方向に滑らかな磁路が構成される。

図６は、本実施の形態による構成を４極の同期誘導電動機に適用した構成例を示す説明図であり、回転子鉄心１の一部を簡略化してスリット２を曲線で示し、この両端に丸印で示すスロット３が設けられているとする。ここでは２つのスロット３の配置をずらすものとして説明する。回転中心ＡＯを通りスリット２の長手方向に伸びる方向をＡ軸、このＡ軸に電気角で９０度ずれた軸をＢ軸とすると、図に示すようにＡ軸は回転中心から電気角で１８０度ずれた位置（機械角では９０度ずれた位置）になる。また、Ｂ軸はＡ軸から機械角で４５度回転した位置になる。Ａ軸、Ｂ軸に対称に配置されているスリット２ｊ、２ｋ及びスロット３ｊ、３ｋを矢印で示すように対称な位置から電磁鋼板の外周に沿ってずれた位置３ｍ、３ｎに配置し、これに伴ってスリットも２ｍ、２ｎに配置する。このように配置されたスリット２ｍ、２ｎ及びスロット３ｍ、３ｎによって、ｄ軸及びｑ軸がＡ軸及びＢ軸から移動して、回転中心ＡＯを通らなくなる。
このようにスリット２及びスロット３をＡ軸及びＢ軸に対して非対称に配置すると、固定子鉄心の中心ＡＯと回転子鉄心のｄ軸及びｑ軸の中心ＢＯがずれることになる。このため、起動時に楕円磁界が発生してもその方向とｄ軸またはｑ軸が一致しないので、２極の場合と同様、スロット３に二次電流が流れて電動機を起動するために必要な誘導トルクを得ることができる。従って、固定子巻線に単相交流電源が接続された場合でも確実に電動機を起動することができ、起動性がよく信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

また、特に図６の構成では、磁束の流れやすいｄ軸の外周部に位置する電磁鋼板に対し、回転中心ＡＯに対して電気角で１８０度ずれた反対側の外周部近傍にスロットの１つが位置するように、スロット３及びスリット２を非対称に配置した。即ち、Ａ軸上の外周の一端部Ｃと回転子鉄心１の中心ＡＯに対して電気角で１８０度ずれた外周の他端部Ｄにスロット３を配置している。このように配置すれば、Ａ軸と一致するように楕円磁界が発生したとしても、外周他端部Ｄのスロット３に電流が流れ、誘導トルクによって電動機を起動することができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３を図に基づいて説明する。図７は実施の形態３である同期誘導電動機の回転子に係り、リブ７近傍を拡大して示す説明図である。リブ７及びスロット３で形成された角部と、リブ７及びスリット２で形成された角部７ａをなるべく小さい寸法の丸取り形状に構成したものである。

回転子鉄心１を電磁鋼板で打ち抜く際に使用される金型には角部（エッジ部）を設けることができないため、リブ７の角部７ａは丸取り形状になる。丸取りの寸法が大きくなると、等価的にリブ７の幅が大きくなったことになるが、リブ７の幅を大きくしすぎると、ｑ軸方向に磁束が流れやすくなることで、電動機の効率が悪化してしまうことがある。本実施の形態では、リブ７の角部７ａをなるべく小さな丸取り形状にしたため、リブ７の幅を最小限に構成でき、ｑ軸方向の漏れ磁束の増大を防ぐことができる。このため、電動機の効率を悪化させることなく、起動性能を確保した信頼性の高い同期誘導電動機を得ることができる。

なお、この丸取り形状は、例えば型抜き工具などの金型やワイヤーカットで電磁鋼板を成形する際に、製造可能な最小の径とするのが望ましい。金型の場合には例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度、ワイヤーカットの場合には使用するワイヤーの径程度に小さくすることが望ましい。
また、この実施の形態におけるリブ７の角部７ａの丸取りは、図１に示す実施の形態１または実施の形態２のどちらにも適用できる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４を図に基づいて説明する。図８は本発明の実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子を示す断面図であり、スロット３とスリット２とを分離する薄肉部であるリブ７の一部に、そのリブ７を通る磁束の流れを妨げる非磁性材または空間による非磁性部分１３を設けたものである。この図では非磁性部分１３として、非磁性材であるアルミニウムを充填している。図９は図８の丸で囲んだａ部を拡大して示す説明図である。

スリット２とスロット３を分離する非導電性材による薄肉部としてリブ７を設けることにより、起動性を改善できる効果がある。しかしながら、リブ７は通常は電磁鋼板であり、磁性材であるため、ｑ軸方向の磁束は外周薄肉部５及びリブ７に流れ、ｑ軸方向の磁束が流れやすくなり、電動機の効率を悪化させてしまうことがある。
本実施の形態は、リブ７の一部の例えば中央部に、スリット２及びスロット３を接続する非磁性部分１３を設けた。非磁性部分１３では磁気抵抗が高くなるため、リブ７を通るｑ軸方向の漏れ磁束を低減することが可能であり、効率のよい同期誘導電動機の回転子を得ることができる。
この非磁性部分１３は、例えばスロット３やスリット２などに充填されている非磁性材でかつ導電性材であるアルミニウムをダイカスト法により充填させると、製造工程を変更することなく回転子鉄心１の形状を変更するだけで製造することができる。

ここで切断された非磁性部分１３の幅は短すぎるとｑ軸方向漏れ磁束が増え、長すぎると起動時などにリブ７に磁路が形成されずに二次電流が流れにくくなり、誘導トルクが低下して、起動性が低下してしまう。このため、電動機の目的に応じて非磁性部分１３の幅寸法を設定することが望ましい。

図８、図９に示した非磁性部分１３は、リブ７を通ると交わるように、スリット２とスロット３とを接続するように設けたが、スリット２とスロット３とを接続しなくてもてもよい。リブ７を流れる磁束をある程度妨げることができれば、どのように構成されていてもよい。

リブ７に設けた非磁性部分１３の位置は、リブ７の中央辺りに設けると、アルミニウムの充填をスムーズに行うことができ、製造上好ましい。もちろん、リブ７の一部のどこに設けても、同期運転時にリブ７を通る磁束の流れを妨げるように設ければ、効果がある。

また、実施の形態１〜実施の形態４において、すべてのスリット２とその近傍に配置されたスロット３との間に、スロット３とスリット２とを分離するリブ７を設けたが、少なくとも一つのスリット２とその端部にあるスロット３とを分離するようにリブ７を設ければ、そのスロット３に有効にニ次電流を有効に流すことができるので、ある程度の効果がある。
また、図１、図３、図４ではスロット３の全てに関し、その外周側にスロット３と電磁鋼板の外周を接続するオープンスロット８を設けたが、これに限るものではない。リブ７で分離されたスロット３のうちで、少なくとも一つのスロット３の外周側に非磁性部分を設けることで、その部分の外周薄肉部５を通る磁束を防止でき、そのスロット３に有効にニ次電流を有効に流すことができ、さらにｑ軸方向の漏れ磁束を低減できるので、ある程度の効果がある。
さらに、図８、図９における非磁性部分１３もすべてのスロット３やリブ７に設けなくてもよく、少なくとも一つに設ければ、ある程度の効果を奏することができる。

実施の形態１〜実施の形態４では、主にｄ軸とｑ軸を有する２極の同期誘導電動機について述べたが、４極以上の電動機に適用しても、同様の効果が得られる。また、二次導体の材質を例えばアルミニウムとしたが、これに限るものではなく他の導電性材でもよい。また、スリット２にもアルミニウムを充填したが、他の非磁性材を充填してもよく、また空間のままでもよく、空間も非磁性部分として作用する。

また、スロット３の面積はこの同期誘導電動機を搭載する装置に応じて適するように構成すればよい。例えば、起動性をよくしたほうがよければある程度スロット３の面積が小さい方が起動時に大きな電流が流れることになり、大きな起動トルクを得ることができる。

なお、実施の形態１〜実施の形態４のいずれかで示した同期誘導電動機を圧縮機に搭載した場合、搭載される電動機が高効率であるため、高効率な圧縮機を得ることができ、その圧縮機を空調機に用いれば省エネルギー化を実現することができる。さらに本実施の形態の同期誘導電動機は永久磁石を用いていないため、電動機を廃棄する際、リサイクル性が良い。

以上述べたように、この発明によれば、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周部近傍に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スリット及び前記スロットのうちの少なくとも前記スロットに充填されるとともに前記回転子両端部にエンドリングを形成する導電性材とを有する同期誘導電動機の回転子において、少なくとも一つの前記スリットと前記スロットを薄肉部の電磁鋼板でリブを設けて分離し、前記リブで分離された前記スリットと前記スロットのうち、少なくとも一つのスロットの回転子外周部をオープンスロットにすることにより、高効率な同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

また、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周部近傍に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スリット及び前記スロットのうちの少なくとも前記スロットに充填されるとともに前記回転子両端部にエンドリングを形成する導電性材とを有する同期誘導電動機の回転子において、スリット及びスロットをｄ軸及びｑ軸に対して非対称配置としたことにより、固定子巻線に単相交流電源が接続された場合でも、確実に電動機を起動することができ、信頼性の高い同期誘導電動機の回転子を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る回転子を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の一部を拡大して示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す部分説明図である。本発明の実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す部分説明図である。本発明の実施の形態３に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の一部を拡大して示す説明図である。本発明の実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の一部を拡大して示す説明図である。

符号の説明

１回転子鉄心
２スリット
３スロット
４ストリップ
５外周薄肉部
６シャフト
７、７ａ薄肉部
８非磁性部分
１１固定子鉄心
１２固定子巻線
１３非磁性部分
１４固定子スロット

Claims

複数枚積層して回転子鉄心を形成する円板状の電磁鋼板と、前記電磁鋼板に設けられ、磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成するよう互いに並設された細長い形状の複数のスリットと、前記電磁鋼板の外周近傍に複数設けた導電性材が充填されたスロットであって、その一部を前記スリットの両端部に配置したスロットと、を備え、前記回転子鉄心の回転中心を通り前記スリットの長手方向に延びる方向をＡ軸とし、前記回転中心を通って前記Ａ軸に電気角で９０度ずれた軸をＢ軸として、前記Ａ軸及び前記Ｂ軸のそれぞれに前記スリット及び前記スロットを対称に配置した時の前記スリット及び前記スロットの位置に対し、少なくとも一つの前記スロットを前記対称な位置から前記電磁鋼板の外周に沿ってずれた位置に配置して、前記スリット及び前記スロットで形成される前記ｄ軸及び前記ｑ軸がそれぞれ前記回転中心を通らないように構成したことを特徴とする同期誘導電動機の回転子。
前記磁束の流れやすいｄ軸が通る前記電磁鋼板の外周部に対し、前記回転中心に対して電気角で１８０度ずれた位置の外周部近傍に前記スロットの１つを配置したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機の回転子。
少なくとも一つの前記スリットとそのスリットの端部に配置する前記スロットとを分離する磁性材の薄肉部を設けたことを特徴とする請求項２記載の同期誘導電動機の回転子。
前記薄肉部で前記スリットと分離された前記スロットのうち、少なくとも一つのスロットの外周側に設けられた電磁鋼板の外周部の一部に設けた非磁性材または空間による非磁性部分を備えたことを特徴とする請求項３記載の同期誘導電動機の回転子。
前記スロットの外周側に設けた非磁性部分の周方向の長さを、前記回転子鉄心とその周囲に配置される固定子鉄心の空隙の長さ以上としたことを特徴とする請求項１または請求項４記載の同期誘導電動機の回転子。
外周側に前記非磁性部分を有するスロットを複数備え、隣接する前記非磁性部分間の前記回転中心から見た角度の少なくとも１つが、他の隣接する非磁性部分間の角度と異なるように前記非磁性部分を配置し、前記回転子が回転する際、前記非磁性部分が不規則に回転位置にくるよう配置したことを特徴とする請求項１または請求項４記載の同期誘導電動機の回転子。
前記スロットと前記スリットとを分離する前記薄肉部の一部に非磁性材または空間による非磁性部分を設けたことを特徴とする請求項３記載の同期誘導電動機の回転子。
単相交流電源を印加して運転することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の同期誘導電動機。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の同期誘導電動機の回転子を備えたことを特徴とする圧縮機。