JP4672083B2

JP4672083B2 - 誘導電動機の回転子及び誘導電動機及び圧縮機及び送風機及び空気調和機

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Publication number: JP4672083B2
Application number: JP2009547920A
Authority: JP
Inventors: 浩二矢部; 勇人吉野; 和彦馬場; 智明及川; 貴弘堤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2011-04-20
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Description

この発明は、誘導電動機の回転子に関するもので、特に誘導電動機の回転子のスロット形状に関するものである。また、誘導電動機の回転子を利用した誘導電動機、誘導電動機を搭載した圧縮機及び送風機、圧縮機及び送風機を搭載した空気調和機に関するものである。

誘導電動機の回転子形状は、二重かご形状などにより起動トルクや停動トルク、効率の改善を目的とした形状が多く提案されている。

例えば、外側スロットと内側スロットを連結するスリット部に中間バーを配設した二重かご形回転子鉄心において、中間バーを外側スロット近傍は狭く、内側スロット近傍は広くした回転電機の回転子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６２−６８４６８号公報

上記特許文献１に記載された回転子形状は二重かご形状であり、さらに中間バーの形状を工夫することにより特性を向上させることを特徴としている。しかし、回転子外側の外側スロットと、回転子内側の内側スロットを連結するスリット部が存在する。そのスリット部が存在することにより、スロットが回転子中心部方向に大きくなる。回転子ティース（スロット間の鉄心部分）幅を一定とすることにより、回転子ティースの磁束密度が一定となるバランスのよい設計をする場合、スロットの面積を大きくできないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転子ティースの磁束飽和部分を一箇所に集中させることにより、電動機の特性を改善することができる誘導電動機の回転子及び誘導電動機及び圧縮機及び送風機及び空気調和機を提供することを目的とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、スロットを、隣り合うスロット間の回転子ティースの周方向幅が、回転子鉄心の外周側が中心側よりも狭くなるような形状としたことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、スロットは略Ｔ字形状であり、スロットを回転子鉄心の外周部に位置する外層スロットと、外層スロットの内側に位置する内層スロットとで構成し、スロットは、外層スロットの周方向の幅を、内層スロットの周方向の幅よりも広くし、スロットは、隣合う外層スロット間の回転子ティースの周方向幅を、隣合う内層スロット間の回転子ティースの周方向幅より狭くなるようにしたことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、スロットは略Ｔ字形状であり、スロットを回転子鉄心の外周部に位置する外層スロットと、外層スロットの内側に位置する内層スロットとで構成し、スロットは、外層スロットの周方向の幅を、内層スロットの周方向の幅よりも広くし、スロットは、隣合う外層スロット間の回転子ティースの周方向の幅を、隣合う内層スロット間の回転子ティースの周方向の幅より狭くなるようにし、スロットは、外層スロットと内層スロットとの間に連結スロットを有し、スロットは、隣合う連結スロットの間の回転子ティースの周方向の幅を、隣合う外層スロット間の回転子ティースの周方向の幅と、隣合う内層スロット間の回転子ティースの周方向の幅よりも大きくしたことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、外層スロットの半径方向幅をＡ、内層スロットの半径方向幅をＢと定義し、ＡとＢとは、
Ａ＜０．５Ｂ
の関係を満たすことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、外層スロットの半径方向幅をＡ、外層スロットの周方向幅をＣと定義し、ＡとＣとは、
Ａ＜０．５Ｃ
の関係を満たすことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心は電磁鋼板を積層して構成され、連結スロットの半径方向幅を電磁鋼板の一枚の厚さと略同一とすることを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、スロットは、夫々が連通した外層スロットと、中層スロットと、内層スロットとを備え、外層スロットの周方向の幅、中層スロットの周方向の幅、内層スロットの周方向の幅の関係を、
外層スロットの周方向の幅＞中層スロットの周方向の幅＞内層スロットの周方向の幅とし、
さらに隣合う外層スロット間の回転子ティースの周方向の幅、隣合う中層スロット間の回転子ティースの周方向の幅、隣合う内層スロット間の回転子ティースの周方向の幅の関係を、
外層スロット間の回転子ティースの周方向の幅＜隣合う中層スロット間の回転子ティースの周方向の幅＜隣合う内層スロット間の回転子ティースの周方向の幅
とすることを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、外層スロットの半径方向幅をＧ、中層スロットの半径方向幅をＨ、内層スロットの半径方向幅をＩと定義し、Ｇ、Ｈ、Ｉは、
Ｇ＋Ｈ＜０．５Ｉ
の関係を満たすことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、外層スロットは回転子鉄心の外周部との間に薄肉部を備え、薄肉部の半径方向幅を略一定にすることを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、スロットは、隣り合うロットの間の回転子ティースの周方向の幅が、回転子鉄心中心に向かうにつれ広くなる略三角形状であり、スロットと回転子鉄心の外周部との間の薄肉部の半径方向幅を加工可能な最小寸法で略一定にすることを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、固定子のスロットの内周部に開口部を備え、外層スロット又は略三角形状のスロットの外側の周方向幅を、固定子の開口部の周方向幅より大きくすることを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、回転子鉄心のスロットは、回転子鉄心の外周部に開口する開口部を備えることを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機は、上記誘導電動機の回転子を備えたことを特徴とする。

この発明に係る圧縮機は、上記誘導電動機を備えたことを特徴とする。

この発明に係る送風機は、上記誘導電動機を備えたことを特徴とする。

この発明に係る空気調和機は、上記圧縮機を備えたことを特徴とする。

この発明に係る誘導電動機の回転子は、スロットを隣り合うスロット間の回転子ティースの周方向幅が回転子鉄心の外周側が中心側よりも狭くなるような形状とし、磁束飽和部分を一箇所に集中させることにより、誘導電動機の特性を改善することができる。

実施の形態１．
図１、図２は比較のために示す一般的な誘導電動機１００を示す図で、図１は回転子１（固定子２も含む）の横断面図、図２はダイキャストなどにより非磁性体且つ導電性（例えば、アルミ、銅等）の材料がスロット内に充填され回転子１端部にエンドリング７が形成された回転子１の斜視図である。

図１は誘導電動機１００の横断面図であるが、固定子２は巻線等の図示を省略している。

固定子２は、全体がリング状で、内周側に複数のスロット２ａと、スロット２ａの間にティース２ｂとを形成している。外周側は、磁路となるコアバック２ｃになっている。固定子２の内側に、回転子１が空隙を介して配置される。

回転子１の回転子鉄心１ａの構成を説明する。回転子鉄心１ａは、外周側に複数のスロット３と、スロット３の間に回転子ティース４を形成している。回転子鉄心１ａの中央部に、駆動軸（図示せず）が嵌合する軸孔６が開けられている。スロット３と軸孔６との間の鉄心部分をコアバックと呼ぶ。

回転子１には、スロット３内にアルミ等が鋳込まれてかご形二次導体が形成される。かご形二次導体は、スロット３内に形成される複数のアルミバーの両端をエンドリング７（図２参照）で短絡する構成である。

図１に示す一般的な回転子１では、周方向に存在する多数のスロット３の間に位置する回転子ティース４の周方向の幅を一定としている。これにより、回転子ティース４の磁束密度が一定となり、バランスのよい設計となる。その場合、スロット３は、周方向の幅が外から内に徐々に小さくなる形状になっている。

しかし、二次抵抗（回転子１のかご形二次導体の抵抗）を低減させて高効率化するため、スロット３の周方向の幅を大きくしてスロット３面積を拡大すると、回転子ティース４の周方向の幅が小さくなる。そのため、回転子ティース４の磁気飽和の影響により、二次抵抗を低減する効果が小さくなってしまう。

また、スロット３を二重かご形状として高効率化を図る方法もある。二重かご形状の回転子を有する誘導電動機は一般的な特徴として、起動時はすべり周波数が高くなるため、回転子外周側に磁束が流れ、主として抵抗の高い外層スロットのみに二次電流が流れることで、起動トルクが高くなる。また通常運転時は、すべり周波数が低いので、二次電流は外層スロットと内層スロットの両方に流れるため、二次抵抗が小さくなり、二次銅損が低くなることで、高効率化が実現できるという特性を有している。

しかし、二重かご形状の回転子は、一般的に外層スロットと内層スロットの間に連結スロットが存在する。そのため、スロットが回転子中心方向に長くなり、風穴や、駆動軸（シャフト）の影響によりスロットを中心方向に長くできない形状では、二重かご形スロットの適用は困難である。

図３乃至図９は実施の形態１を示す図で、図３は回転子鉄心１ａのＴ字形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図４は二重かご形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図５は回転子鉄心１ａの外周部付近（固定子２を含む）の部分拡大平面図、図６は二重かご形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図７は変形例の回転子鉄心１ａのＴ字形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図８は変形例の二重かご形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図９は二重かご形状のスロット３の詳細を示す部分拡大平面図である。

図３のスロット３の形状はＴ字形状である。外層スロット３ａと内層スロット３ｂとで、スロット３を構成する。周方向の幅の広い外層スロット３ａが回転子鉄心１ａの外周部に位置する。外層スロット３ａの内側（回転子鉄心１ａの中心側）に周方向の幅の狭い内層スロット３ｂが位置する（内層スロット３ｂの周方向の幅は、外層スロット３ａの周方向の幅より狭い）。外層スロット３ａと内層スロット３ｂとは直接連結している。

スロット３の形状をＴ字形状とすることにより、スロット３間の回転子ティース４の周方向の幅が回転子外周部の方が狭い形状となっている。即ち、外層スロット３ａ間の回転子ティース４の周方向の幅が、内層スロット３ｂ間の回転子ティース４の周方向の幅よりも小さい。尚、外層スロット３ａ間、内層スロット３ｂ間の各々の回転子ティース４の周方向の幅は、各スロット間の最小ティース幅とする。

このように、図３に示すＴ字形状のスロット３は、一部の回転子ティース４（外層スロット３ａ間）の周方向の幅を狭くし、他の回転子ティース４（内層スロット３ｂ間）の周方向の幅を広げることにより、磁気飽和部分を一部の回転子ティース４（外層スロット３ａ間）の一箇所に集中させ、他の回転子ティース４（内層スロット３ｂ間）の磁気飽和を緩和させることが可能である。

回転子ティース４全体が磁気飽和すると、回転子ティース４全体の透磁率が低くなる。しかし、スロット３をＴ字形状にすることにより、磁気飽和は一部の回転子ティース４（外層スロット３ａ間）の一箇所に集中するため、透磁率が低い部分が短くなり（径方向に）、結果的にモータ効率が向上する。

また、図４に示すように、スロット３を外層スロット３ａと内層スロット３ｂとを連結スロット３ｃで連結する二重かご形状とすることも可能である。隣合う連結スロット３ｃの間の回転子ティース４の周方向の幅は、外層スロット３ａ間の回転子ティース４の周方向の幅と、内層スロット３ｂ間の回転子ティース４の周方向の幅よりも大きい。尚、隣合う連結スロット３ｃの間の回転子ティース４の周方向の幅は、隣合う連結スロット３ｃの間の最大ティース幅とする。

図３、図４において、スロット３の各部の寸法を次のように定義する。
Ａ：外層スロット３ａの半径方向幅
Ｂ：内層スロット３ｂの半径方向幅
Ｃ：外層スロット３ａの周方向幅
Ｐ：連結スロット３ｃの半径方向幅
Ｌ：薄肉部８の半径方向幅

ＡとＢとの関係を、
Ａ＜０．５Ｂ（１）
とする。磁気飽和が集中する外層スロット３ａ間の回転子ティース４の半径方向幅（外層スロット３ａの半径方向幅Ａ）が、磁気飽和が緩和される内層スロット３ｂ間の回転子ティース４の半径方向幅（内層スロット３ｂの半径方向幅Ｂ）の１／２以下になる。ＡをＢの１／２以上にすると磁気飽和を集中させる部分が長くなり、逆に効率が悪化してしまう。そのため、ＡをＢの１／２以下とし、磁気飽和を集中させる部分を短くすると、外層スロット３ａ間の回転子ティース４の磁気飽和のモータ特性への影響が小さくなり、モータ効率が向上する。

また、ＡとＣとの関係を、
Ａ＜０．５Ｃ（２）
とする。外層スロット３ａの周方向幅Ｃが、外層スロット３ａの半径方向幅Ａの２倍以上になる。即ち、回転子鉄心１ａにおける外周部の薄肉部８の周方向の長さが、外層スロット３ａの半径方向幅Ａの２倍以上になる。そのため、外層スロット３ａ間の回転子ティース４が磁気飽和しても、ＣがＡの２倍以上であるため、薄肉部８は外層スロット３ａ間の回転子ティースより十分長く、薄肉部８に磁束が漏れることなく、磁束を有効に使用することができる。

薄肉部８は薄肉に構成され、回転子鉄心１ａの外周部を漏れる磁束を低減する目的がある。薄肉部８の半径方向幅Ｌは、加工可能（電磁鋼板の打ち抜き加工が可能）な最小寸法とする。電磁鋼板の打ち抜き加工が可能な最小寸法は、一般的には電磁鋼板の板厚と同程度である。電磁鋼板の板厚は、０．１〜１．５ｍｍ程度である。薄肉部８の半径方向幅Ｌを加工可能な最小寸法で一定にすることにより、漏れ磁束を低減でき、磁束を有効に使用することができる。

また、図５において、外層スロット３ａの周方向幅Ｃを、固定子２のスロット２ａのスロットオープニング（開口部）の周方向幅Ｓより大きくする。これにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。

さらに、薄肉部８の半径方向幅Ｌが一定である部分がスロットオープニングの周方向幅Ｓより大きくすることにより、一層有効に磁束を使用することができる。

また、図４において、外層スロット３ａと内層スロット３ｂ間に連結スロット３ｃを設けることにより、二重かご形状の特性を持たせることができる。しかし、連結スロット３ｃの半径方向幅Ｐが大きすぎると、スロット３の半径方向の長さが同一の場合、内層スロット３ｂの面積が小さくなる。すると、スロット３全体の面積が小さくなり、回転子１の二次抵抗が大きくなる。二次抵抗が大きくなると、モータ効率が低下する。

従って、連結スロット３ｃの半径方向幅Ｐは、可能な限り小さい方がよい。一般的に回転子鉄心１ａを構成する電磁鋼板の板厚（０．１〜１．５ｍｍ）と同程度が加工可能な最小寸法である。従って、連結スロット３ｃの半径方向幅Ｐを、電磁鋼板の板厚と同程度の寸法とする。それにより、回転子１の二次抵抗が大きくならず、二重かご形状の特性を持たせることが可能となる。

また、図６に示すように、回転子鉄心１ａのスロット３をオープンスロットにすることも有効である。スロット３は、外層スロット３ａが回転子鉄心１ａの外周部に開口部３ｄを備える。

スロット３に開口部３ｄを設けることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。モータ効率が改善される。

また、図３、図４、図６に示す外層スロット３ａの形状は四角形状である。図７に示すように、例えば外層スロット３ａを楕円形状とする。また、図８ではそれに加えて内層スロット３ｂの外側部分の角部を丸くする。そのように構成することにより、金型の打ち抜き性が向上し、生産性が向上する。さらに、スロット３内に非磁性且つ導電性の材料（アルミや銅など）を充填する際に、外層スロット３ａが四角形状では角に充填しにくい。外層スロット３ａを楕円形状にすることにより、角がなくなるため充填率が向上する。また、磁気飽和部分もさらに集中する（磁気飽和する回転子ティース４部分の半径方向の長さが短くなる）ため、さらにモータ効率を向上させることができる。

図９に示すように、外層スロット３ａの両側側面と回転子鉄心１ａの中心とのなす角度をθ１、隣り合う外層スロット３ａの近接側の両側面と回転子鉄心１ａの中心とのなす角度をθ２とする。本実施の形態では、θ１＞θ２となるように構成する。また内層スロット３ｂは、外層スロット３ａのなす角度θ１の内側に収まるように構成されている。

このように構成することにより、起動トルク、停動トルク（最大トルク）及び運転効率のバランスが良い誘導電動機１００を得ることができる。

起動トルクを高くするためには、外層スロット３ａの断面積を小さくして、二次抵抗を大きくすることが効果的である。しかし、通常運転時の高効率化を行うためには、外層スロット３ａと内層スロット３ｂの両方からなる二次抵抗を低くして、二次銅損を低くする必要がある。

起動トルクを高くするためにはθ１を小さくして、外層スロット３ａの断面積を小さくした方が良い。しかし、外層スロット３ａの断面積が小さくなると、通常運転時の二次抵抗が高くなる。内層スロット３ｂを回転子鉄心１ａ中心方向に長くすれば、内層スロット３ｂの断面積を大きくすることは可能である。しかし、中心方向はスロットの幅が細くなるため（回転子ティース４の周方向幅が一定の場合）、所望の断面積を得るためには、内層スロット３ｂが回転軸に近づいてしまうことがある。内層スロット３ｂが長くなると言うことは、回転子における磁束密度が高い回転子ティース４の長さが長くなるため、効率が悪化することがある。

また中心方向はスロットの幅が細くなるため、ダイキャストによりアルミを鋳込んだ場合、内層スロット３ｂの回転子鉄心１ａ中心側はアルミが流れ込みにくくなり、結果として二次抵抗を低くできず、モータ効率が悪化する可能性もある。

別の手段として内層スロット３ｂの横幅を大きくすることで所望の断面積を得ることができる。しかし、内層スロット３ｂの横幅が大きくなるということは、通常運転時の磁束の通路である歯幅（回転子ティース４の周方向幅）が細くなることである。歯幅が細くなると磁気抵抗が増加するため、通常運転時のトルクを得るために必要な電流が増加し、モータ効率が悪化する課題がある。

以上のようにこの実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）スロット３をＴ字形状にすることにより、磁気飽和は一部の回転子ティース４（外層スロット３ａ間）の一箇所に集中するため、透磁率が低い部分が短くなり、結果的にモータ効率が向上する。
（２）スロット３を外層スロット３ａと内層スロット３ｂとを連結スロット３ｃで連結する二重かご形状とすることでも、同様の効果を奏する。
（３）外層スロット３ａの半径方向幅Ａと内層スロット３ｂの半径方向幅Ｂとの関係を、Ａ＜０．５Ｂとすることにより、外層スロット３ａ間の回転子ティース４の磁気飽和のモータ特性への影響が小さくできる。
（４）外層スロット３ａの半径方向幅Ａと外層スロット３ａの周方向幅Ｃとの関係を、Ａ＜０．５Ｃとすることにより、外層スロット３ａ間の回転子ティース４が磁気飽和しても、薄肉部８に磁束が漏れることなく、磁束を有効に使用することができる。
（５）薄肉部８の半径方向幅Ｌを加工可能な最小寸法（電磁鋼板の板厚の０．１〜１．５ｍｍ程度）で一定にすることにより、漏れ磁束を低減でき、磁束を有効に使用することができる。
（６）外層スロット３ａの周方向幅Ｃを、固定子２のスロット２ａのスロットオープニング（開口部）の周方向幅Ｓより大きくすることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。
（７）さらに、薄肉部８の半径方向幅Ｌが一定である部分がスロットオープニングの周方向幅Ｓより大きくすることにより、一層有効に磁束を使用することができる。
（８）連結スロット３ｃの半径方向幅Ｐを、電磁鋼板の板厚と同程度の寸法とすることにより、回転子１の二次抵抗が大きくならず、二重かご形状の特性を持たせることが可能となる。（９）スロット３に開口部３ｄを設けることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができ、モータ効率が改善される。
（１０）図７のスロット３では、外層スロット３ａを楕円形状とする。また、図８のスロット３ではそれに加えて内層スロット３ｂの外側部分の角部を丸くすることにより、金型の打ち抜き性が向上し、生産性が向上する。さらに、スロット３内に非磁性且つ導電性の材料を充填する際に、角がなくなるため充填率が向上する。また、磁気飽和部分もさらに集中するため、さらにモータ効率を向上させることができる。
（１１）外層スロット３ａの両側側面と回転子鉄心１ａの中心とのなす角度θ１と、隣り合う外層スロット３ａの近接側の両側面と回転子鉄心１ａの中心とのなす角度θ２との関係を、θ１＞θ２となるように構成することにより、起動トルク、停動トルク（最大トルク）及び運転効率のバランスが良い誘導電動機１００を得ることができる。

実施の形態２．
図１０乃至図１３は実施の形態２を示す図で、図１０は回転子鉄心１ａの外層スロット、中層スロット及び内層スロットを備えるスロット３を示す部分拡大平面図、図１１は回転子鉄心１ａの外周部付近（固定子２を含む）の部分拡大平面図、図１２は変形例の回転子鉄心１ａの外層スロット、中層スロット及び内層スロットを備えるスロット３を示す部分拡大平面図、図１３は別の変形例の回転子鉄心１ａの外層スロット、中層スロット及び内層スロットを備えるスロット３を示す部分拡大平面図である。

図１０に示す回転子鉄心１ａのスロット３は、外層スロット３ａ、中層スロット３ｅ及び内層スロット３ｂを備える。各層のスロットが連通している。そして、外層スロット３ａの周方向の幅、中層スロット３ｅの周方向の幅、内層スロット３ｂの周方向の幅の関係を、外層スロット３ａの周方向の幅＞中層スロット３ｅの周方向の幅＞内層スロット３ｂの周方向の幅とする。さらに、外層スロット３ａ間の回転子ティース４の周方向の幅＜隣合う中層スロット３ｅ間の回転子ティース４の周方向の幅＜隣合う内層スロット３ｂ間の回転子ティース４の周方向の幅とする。尚、外層スロット３ａ間、中層スロット３ｅ間、内層スロット３ｂ間の各々の回転子ティース４の周方向の幅は、各スロット間の最小ティース幅とする。

従って、回転子ティース４幅は、回転子鉄心１ａの内周部よりも回転子鉄心１ａの外周部の方が狭い形状となっている。

実施の形態１で説明したように、一部分の回転子ティース４の周方向幅を狭くし、他の回転子ティース４部分の周方向幅を広げることにより、磁気飽和部分を一箇所に集中させ、他の回転子ティース４部分の磁気飽和を緩和させる。それにより、回転子ティース４全体が磁気飽和せず、一部分の回転子ティース４に磁気飽和が集中するため、透磁率が低い部分が短くなり、結果的にモータ効率が向上する。回転子ティース４幅を、図１０に示すように三段形状とすることにより、さらに磁気飽和は分散され、よりモータ効率を向上させることが可能である。

図１０に示すスロットの各部の寸法を次のように定義する。
Ｇ：外層スロット３ａの半径方向幅
Ｈ：中層スロット３ｅの半径方向幅
Ｉ：内層スロット３ｂの半径方向幅
Ｄ：外層スロット３ａの周方向幅、
Ｌ：外層スロット３ａと回転子鉄心１ａの外周部との間隔

Ｇ、Ｈ、Ｉの関係を、
Ｇ＋Ｈ＜０．５Ｉ（３）
とする。磁気飽和が集中する外層スロット３ａの間の回転子ティース４の半径方向の幅（外層スロット３ａの半径方向幅Ｇ）及び中層スロット３ｅの間の回転子ティース４の半径方向の幅（中層スロット３ｅの半径方向幅Ｈ）が、磁気飽和が緩和される内層スロット３ｂの間の回転子ティース４の半径方向の幅（内層スロット３ｂの半径方向幅Ｉ）の１／２以下となる。そのため、実施の形態１で示したように外層スロット３ａ間の回転子ティース４及び中層スロット３ｅの間の回転子ティース４の磁気飽和のモータ特性への影響が小さくなる。

また、Ｇ＋ＨとＤとの関係を、
Ｇ＋Ｈ＜０．５Ｄ（４）
とする。外層スロット３ａの周方向幅Ｄが、外層スロット３ａの半径方向幅Ｇと中層スロット３ｅ半径方向幅Ｈとの和の２倍以上になる。即ち、回転子鉄心１ａにおける外周部の薄肉部８の周方向の長さが、外層スロット３ａの半径方向幅Ｇと中層スロット３ｅ半径方向幅Ｈとの和の２倍以上になる。そのため、実施の形態１で示したように外層スロット３ａ及び中層スロット３ｅ間の回転子ティース４が磁気飽和しても、薄肉部８に磁束が漏れることなく、磁束を有効に使用することができる。

実施の形態１と同様、薄肉部８は薄肉に構成され、回転子鉄心１ａの外周部を漏れる磁束を低減する目的がある。薄肉部８の半径方向幅Ｌは、加工可能（電磁鋼板の打ち抜き加工が可能）な最小寸法とする。電磁鋼板の打ち抜き加工が可能な最小寸法は、一般的には電磁鋼板の板厚と同程度である。電磁鋼板の板厚は、０．１〜１．５ｍｍ程度である。薄肉部８の半径方向幅Ｌを加工可能な最小寸法で一定にすることにより、漏れ磁束を低減でき、磁束を有効に使用することができる。

また、図１１において、外層スロット３ａの周方向幅Ｄを、固定子２のスロット２ａのスロットオープニング（開口部）の周方向幅Ｓより大きくする。これにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。

また、図１２に示すように、回転子鉄心１ａのスロット３をオープンスロットにすることも有効である。スロット３は、外層スロット３ａが回転子鉄心１ａの外周部に開口部３ｄを備える。

また、図１０乃至図１２に示す外層スロット３ａ、中層スロット３ｅの形状は四角形状であるが、図１３に示すように、外層スロット３ａ、中層スロット３ｅを楕円形状とする。そのように構成することにより、金型の打ち抜き性が向上し、生産性が向上する。さらに、スロット３内に非磁性且つ導電性の材料（アルミや銅など）を充填する際に、外層スロット３ａ、中層スロット３ｅが四角形状では角に充填しにくい。外層スロット３ａ、中層スロット３ｅを楕円形状にすることにより、角がなくなるため充填率が向上する。また、磁気飽和部分もさらに集中する（磁気飽和する回転子ティース４部分の半径方向の長さが短くなる）ため、さらにモータ効率を向上させることができる。

以上のようにこの実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）スロット３を、各層が連通している外層スロット３ａ、中層スロット３ｅ及び内層スロット３ｂを備え、外層スロット３ａの周方向の幅＞中層スロット３ｅの周方向の幅＞内層スロット３ｂの周方向の幅とし、さらに外層スロット３ａ間の回転子ティース４の周方向の幅＜隣合う中層スロット３ｅ間の回転子ティース４の周方向の幅＜隣合う内層スロット３ｂ間の回転子ティース４の周方向の幅とすることにより、磁気飽和は一部の回転子ティース４（外層スロット３ａ間及び中層スロット３ｅ間）の一箇所に集中するため、透磁率が低い部分が短くなり、結果的にモータ効率が向上する。
（２）外層スロット３ａの半径方向幅Ｇと中層スロット３ｅの半径方向幅Ｈとの和と、内層スロット３ｂの半径方向幅Ｉとの関係を、Ｇ＋Ｈ＜０．５Ｉとすることにより、外層スロット３ａ間の回転子ティース４及び中層スロット３ｅの間の回転子ティース４の磁気飽和のモータ特性への影響が小さくできる。
（３）外層スロット３ａの半径方向幅Ｇと中層スロット３ｅ半径方向幅Ｈとの和と、外層スロット３ａの周方向幅Ｄとの関係を、Ｇ＋Ｈ＜０．５Ｄとすることにより、外層スロット３ａ及び中層スロット３ｅ間の回転子ティース４が磁気飽和しても、薄肉部８に磁束が漏れることなく、磁束を有効に使用することができる。
（４）薄肉部８の半径方向幅Ｌを加工可能な最小寸法（電磁鋼板の板厚の０．１〜１．５ｍｍ程度）で一定にすることにより、漏れ磁束を低減でき、磁束を有効に使用することができる。
（５）外層スロット３ａの周方向幅Ｄを、固定子２のスロット２ａのスロットオープニング（開口部）の周方向幅Ｓより大きくすることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。
（６）さらに、薄肉部８の半径方向幅Ｌが一定である部分がスロットオープニングの周方向幅Ｓより大きくすることにより、一層有効に磁束を使用することができる。
（７）スロット３に開口部３ｄを設けることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができ、モータ効率が改善される。
（８）外層スロット３ａ、中層スロット３ｅを楕円形状とすることにより、金型の打ち抜き性が向上し、生産性が向上する。さらに、スロット３内に非磁性且つ導電性の材料を充填する際に、角がなくなるため充填率が向上する。また、磁気飽和部分もさらに集中するため、さらにモータ効率を向上させることができる。

実施の形態３．
図１４乃至図１７は実施の形態３を示す図で、図１４は回転子鉄心１ａの隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図１５は回転子鉄心１ａの外周部付近（固定子２を含む）の部分拡大平面図、図１６は変形例の回転子鉄心１ａの隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３を示す部分拡大平面図、図１７は別の変形例の回転子鉄心１ａの隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３を示す部分拡大平面図である。

図１４に示すスロット３は、隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の周方向の幅が、回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３である。即ち、外周側の回転子ティース４の周方向の幅Ｊ１は、中心側の回転子ティース４の周方向の幅Ｊ２よりも小さい。

そしてスロット３と回転子鉄心１ａの外周部との間の薄肉部８の寸法Ｌを一定とした構成である。

実施の形態１で説明したように、一部分の回転子ティース４の周方向幅を狭くし、他の回転子ティース４部分の周方向幅を広げることにより、磁気飽和部分を一箇所に集中させ、他の回転子ティース４部分の磁気飽和を緩和させる。それにより、回転子ティース４全体が磁気飽和せず、一部分の回転子ティース４に磁気飽和が集中するため、透磁率が低い部分が短くなり、結果的にモータ効率が向上する。図１４に示すように、回転子ティース４の周方向幅を回転子鉄心１ａの中心に向って徐々に広くすることにより、回転子ティース４の磁束密度が回転子鉄心１ａの中心になるほど低くなり、磁気飽和が分散され、よりモータ効率を向上させることが可能である。

さらに、回転子ティース４と回転子鉄心１ａの外周部の薄肉部８の半径方向幅Ｌを一定とすることにより、回転子鉄心１ａの外周部からの漏れ磁束が少なくなり、高効率な運転が可能である。

また、図１５において、スロット３の外側の周方向幅Ｋを固定子２のスロット２ａのスロットオープニング（開口部）の周方向幅Ｓより大きくする。これにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。

さらに、薄肉部８の半径方向幅Ｌが一定である部分が固定子２のスロットオープニングの周方向幅Ｓより大きくすることにより、一層有効に磁束を使用することができる。

また、図１６に示すように、回転子鉄心１ａのスロット３をオープンスロットにすることも有効である。スロット３は、回転子鉄心１ａの外周部に開口部３ｄを備える。

また、図１４乃至図１６に示すスロット３の回転子鉄心１ａの外周部側の形状を、図１７に示すように、鋭角の両角部に丸みを持たせることにより、金型の打ち抜き性が向上し、生産性が向上する。さらに、スロット３内に非磁性且つ導電性の材料（アルミや銅など）を充填する際に、スロット３が鋭角の両角部を持つ形状では角に充填しにくい。鋭角の両角部に丸みを持たせることにより、角がなくなるため充填率が向上する。

以上のようにこの実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）スロット３を、隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が、回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状にすることにより、回転子ティース４の周方向幅が回転子鉄心１ａの中心に向って徐々に広くなる。よって、回転子ティース４の磁束密度が回転子鉄心１ａの中心になるほど低くなり、磁気飽和が分散され、よりモータ効率を向上させることが可能である。
（２）回転子ティース４と回転子鉄心１ａの外周部の薄肉部８の半径方向幅Ｌを一定とすることにより、回転子鉄心１ａの外周部からの漏れ磁束が少なくなり、高効率な運転が可能である。
（３）スロット３の外側の周方向幅Ｋを固定子２のスロット２ａのスロットオープニング（開口部）の周方向幅Ｓより大きくすることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。
（４）薄肉部８の半径方向幅Ｌが一定である部分が固定子２のスロットオープニングの周方向幅Ｓより大きくすることにより、一層有効に磁束を使用することができる。
（５）スロット３に開口部３ｄを設けることにより、漏れ磁束（固定子２の巻線より生成される磁束が回転子１のスロット３と鎖交しない磁束）が小さくなるため有効に磁束を使用することができる。モータ効率が改善される。
（６）スロット３の回転子鉄心１ａの外周部側の鋭角の両角部に丸みを持たせることにより、金型の打ち抜き性が向上し、生産性が向上する。さらに、スロット３内に非磁性且つ導電性の材料を充填する際に、角がなくなるため充填率が向上する。また、磁気飽和部分もさらに集中するため、さらにモータ効率を向上させることができる。

実施の形態４．
単相の電源により駆動される一定速の単相誘導電動機は、起動トルクが三相誘導電動機に比べ小さく、起動トルク向上の要求が高い。一定速の誘導電動機は起動時の電流が、定格電流に比べ大きく、回転子ティース４が磁気飽和している状態で使用している。実施の形態１乃至３にて示した回転子１のスロット３形状により、磁気飽和を回転子鉄心１ａの外周部に集中させ、内側（回転子鉄心１ａの中心側）の回転子ティース４の磁気飽和が緩和し、起動トルク向上が可能であるため、単相誘導電動機には有効な回転子１のスロット３形状である。

また、実施の形態１乃至３のいずれかの回転子１を用いる誘導電動機を、圧縮機、送風機等に用いることにより、圧縮機、送風機等を高効率化することが可能である。また、これらの圧縮機、送風機等を搭載した空気調和機も高効率化することが可能である。

比較のために示す一般的な誘導電動機１００を示す図で、回転子１（固定子２も含む）の横断面図。比較のために示す一般的な誘導電動機１００を示す図で、ダイカストなどにより非磁性体且つ導電性（例えば、アルミ、銅等）の材料がスロット内に充填され回転子１端部にエンドリング７が形成された回転子１の斜視図。実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１ａのＴ字形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態１を示す図で、二重かご形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態１を示す図で、回転子鉄心１ａの外周部付近（固定子２を含む）の部分拡大平面図。実施の形態１を示す図で、二重かご形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態１を示す図で、変形例の回転子鉄心１ａのＴ字形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態１を示す図で、変形例の二重かご形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態１を示す図で、二重かご形状のスロット３の詳細を示す部分拡大平面図。実施の形態２を示す図で、回転子鉄心１ａの外層スロット、中層スロット及び内層スロットを備えるスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態２を示す図で、回転子鉄心１ａの外周部付近（固定子２を含む）の部分拡大平面図。実施の形態２を示す図で、変形例の回転子鉄心１ａの外層スロット、中層スロット及び内層スロットを備えるスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態２を示す図で、別の変形例の回転子鉄心１ａの外層スロット、中層スロット及び内層スロットを備えるスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態３を示す図で、回転子鉄心１ａの隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態３を示す図で、回転子鉄心１ａの外周部付近（固定子２を含む）の部分拡大平面図。実施の形態３を示す図で、変形例の回転子鉄心１ａの隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３を示す部分拡大平面図。実施の形態３を示す図で、別の変形例の回転子鉄心１ａの隣り合うスロット３の間の回転子ティース４の幅が回転子鉄心１ａ中心に向かうにつれ広くなる略三角形状のスロット３を示す部分拡大平面図。

符号の説明

１回転子、１ａ回転子鉄心、２固定子、２ａスロット、２ｂティース、２ｃコアバック、３スロット、３ａ外層スロット、３ｂ内層スロット、３ｃ連結スロット、３ｄ開口部、３ｅ中層スロット、４回転子ティース、６軸孔、７エンドリング、８薄肉部、１００誘導電動機。

Claims

回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、
前記スロットは略Ｔ字形状であり、該スロットを前記回転子鉄心の外周部に位置する外層スロットと、前記外層スロットの内側に位置する内層スロットとで構成し、
前記スロットは、前記外層スロットの周方向の幅を、前記内層スロットの周方向の幅よりも広くし、
前記スロットは、隣合う前記外層スロット間の回転子ティースの周方向幅を、隣合う前記内層スロット間の前記回転子ティースの周方向幅より狭くなるようにしたことを特徴とする誘導電動機の回転子。
回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、
前記スロットは略Ｔ字形状であり、該スロットを前記回転子鉄心の外周部に位置する外層スロットと、前記外層スロットの内側に位置する内層スロットとで構成し、
前記スロットは、前記外層スロットの周方向の幅を、前記内層スロットの周方向の幅よりも広くし、
前記スロットは、隣合う前記外層スロット間の回転子ティースの周方向の幅を、隣合う前記内層スロット間の前記回転子ティースの周方向の幅より狭くなるようにし、
前記スロットは、前記外層スロットと前記内層スロットとの間に連結スロットを有し、
前記スロットは、隣合う前記連結スロットの間の前記回転子ティースの周方向の幅を、隣合う前記外層スロット間の前記回転子ティースの周方向の幅と、隣合う前記内層スロット間の前記回転子ティースの周方向の幅よりも大きくしたことを特徴とする誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの半径方向幅をＡ、前記内層スロットの半径方向幅をＢと定義し、ＡとＢとは、
Ａ＜０．５Ｂ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの半径方向幅をＡ、前記内層スロットの半径方向幅をＢと定義し、ＡとＢとは、
Ａ＜０．５Ｂ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの半径方向幅をＡ、前記外層スロットの周方向幅をＣと定義し、ＡとＣとは、
Ａ＜０．５Ｃ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの半径方向幅をＡ、前記外層スロットの周方向幅をＣと定義し、ＡとＣとは、
Ａ＜０．５Ｃ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の回転子。
前記回転子鉄心は電磁鋼板を積層して構成され、前記連結スロットの半径方向幅を前記電磁鋼板の一枚の厚さと略同一とすることを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の回転子。
回転子鉄心のスロット内に非磁性且つ導電性の材料を充填して形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機の回転子において、
前記スロットは、夫々が連通した外層スロットと、中層スロットと、内層スロットとを備え、前記外層スロットの周方向の幅、前記中層スロットの周方向の幅、前記内層スロットの周方向の幅の関係を、
外層スロットの周方向の幅＞中層スロットの周方向の幅＞内層スロットの周方向の幅とし、
さらに隣合う前記外層スロット間の前記回転子ティースの周方向の幅、隣合う前記中層スロット間の前記回転子ティースの周方向の幅、隣合う前記内層スロット間の前記回転子ティースの周方向の幅の関係を、
外層スロット間の回転子ティースの周方向の幅＜隣合う中層スロット間の回転子ティースの周方向の幅＜隣合う内層スロット間の回転子ティースの周方向の幅
とすることを特徴とする誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの半径方向幅をＧ、前記中層スロットの半径方向幅をＨ、前記内層スロットの半径方向幅をＩと定義し、Ｇ、Ｈ、Ｉは、
Ｇ＋Ｈ＜０．５Ｉ
の関係を満たすことを特徴とする請求項８記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットは前記回転子鉄心の外周部との間に薄肉部を備え、前記薄肉部の半径方向幅を略一定にすることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットは前記回転子鉄心の外周部との間に薄肉部を備え、前記薄肉部の半径方向幅を略一定にすることを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの周方向幅を、固定子の開口部の周方向幅より大きくすることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の回転子。
前記外層スロットの周方向幅を、固定子の開口部の周方向幅より大きくすることを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の回転子。
前記回転子鉄心のスロットは、該回転子鉄心の外周部に開口する開口部を備えることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の回転子。
請求項１記載の誘導電動機の回転子を備えたことを特徴とする誘導電動機。
請求項１５記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする圧縮機。
請求項１５記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする送風機。
請求項１６に記載の圧縮機を備えたことを特徴とする空気調和機。