JP5490256B2 - 誘導電動機及び圧縮機及び送風機及び空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、誘導電動機に関するもので、特に誘導電動機の固定子鉄心と回転子鉄心の形状に関するものである。また、この誘導電動機を搭載した圧縮機及び送風機、並びにこれらの圧縮機及び送風機を搭載した空気調和機に関する。

従来、誘導電動機の回転子は、スロット形状や、外周部にスリットを設けることにより、力率、漂遊負荷損、騒音等を低減する形状が多く提案されている。

例えば、複数のスロットを有する回転子鉄心と、この回転子鉄心のスロットに収納された二次導体とを備え、二次導体がアルミ・ダイカストにより形成されている誘導電動機において、回転子鉄心の全閉スロットの回転子表面側に、このスロットとは連結されていないスリットを設けるとともに、このスリットの周方向寸法を１．０ｍｍ〜３．５ｍｍ、径方向寸法を１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に設定するようにして、常に力率、漂遊負荷損、騒音などの低減が図れる高性能な誘導電動機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２２４３５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された誘導電動機の回転子形状は、全閉スロット外周部にスリットを設けるため、等価エアギャップの増大、エアギャップ管理、エンドリング形状をスリットにかぶらないようにするなどの課題がある。尚、エアギャップとは、固定子と回転子との間の空隙（通常は、数百μｍ）をいう。

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、回転子の二次導体における二次電流の集中が緩和され、モータ特性を改善することができる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。

この発明に係る誘導電動機は、固定子と、固定子の内側に空隙を介して設けられる回転子と、を有し、回転子の回転子鉄心の回転子スロット内に非磁性且つ導電性の材料が充填されて形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機において、
回転子スロットは、
回転子外周部の近傍に形成される外周スロットと、
外周スロットに連通し、外周スロットの内側に形成される内周スロットと、を備え、
固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に形成されるスロットに挿入される巻線と、を有し、
固定子鉄心は、
外周側に形成されるコアバックと、
コアバックの内周側から放射状に回転子方向に延びて形成される複数のティースと、
隣接する二つのティースの間に形成されるスロットと、
スロットに形成され、空隙に開口しているスロット開口部と、を備え、
回転子スロットの各部の寸法を、
ＴＢ：内周スロットの中心側と回転子外周部との間の最短距離；
ＴＣ：外周スロットの最内周の周方向の幅；
ＴＤ：内周スロットの最外周の周方向の幅；
ＴＥ：内周スロットの端部側と回転子外周部との間の最短距離；
と定義し、さらに、固定子鉄心の各部の寸法を、
ＴＦ：ティースの幅；
ＴＧ：ティース先端部の幅；
ＴＨ：スロット開口部の幅；
と定義するとき、回転子スロットの各部の寸法と固定子鉄心の各部の寸法とは、
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＢ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（１）
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＥ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（２）
の関係を満たすものである。

この発明に係る誘導電動機は、上記構成により、回転子の二次導体における二次電流の集中が緩和され、モータ特性が改善される。

比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の固定子２２０の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の固定子鉄心２２１の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の回転子２１０の斜視図。 比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の回転子２１０の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の回転子鉄心２１１の横断面図。 比較のために示す図で、一般的な誘導電動機２００の回転子２１０における固定子２２０からの磁束の鎖交により発生する二次電流の集中する様子を示す図。 比較のために示す図で、一般的な別の回転子３１０における固定子からの磁束の鎖交により発生する二次電流の集中する様子を示す図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の固定子２０の横断面図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の固定子鉄心２１の横断面図。 図１１の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１０の斜視図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１０の横断面図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子鉄心１１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、回転子スロット１３の拡大図。 実施の形態１を示す図で、ＴＢ（＝ＴＥ）に対する二次銅損／出力［％］の特性を示す図。 実施の形態１を示す図で、ＴＢ（＝ＴＥ）に対するトルクの特性を示す図。 実施の形態１を示す図で、実施例の回転子スロット１３の拡大図。 図１９の部分拡大図。 実施の形態１を示す図で、２気筒回転式圧縮機４００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機の冷媒回路図。 実施の形態１を示す図で、空気調和機の室外機６００の分解斜視図。

実施の形態１．
図１乃至図３は比較のために示す図で、図１は一般的な誘導電動機２００の横断面図、図２は一般的な誘導電動機２００の固定子２２０の横断面図、図３は一般的な誘導電動機２００の固定子鉄心２２１の横断面図である。

図１に示すように、一般的な誘導電動機２００（以下、単にモータと呼ぶ場合もある）は、固定子２２０と、固定子２２０の内側に空隙２３０（エアギャップ）を介して配置される回転子２１０と、を備える。

図２に示すように、固定子２２０は、略リング状の固定子鉄心２２１と、固定子鉄心２２１に形成されるスロット２２５に挿入される巻線２２２と、を備える。巻線２２２は、各ティース２２４に巻回される集中巻、もしくは分布巻である。また、巻線２２２は、単相、もしくは三相である。

固定子鉄心２２１は、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

図３に示すように、固定子鉄心２２１は、外周側にリング状のコアバック２２３が形成され、コアバック２２３の内周側から複数（ここでは、２４個）のティース２２４が放射状に回転子２１０方向に延びている。各ティース２２４の周方向の幅は、径方向に略一定である。

隣接する二つのティース２２４の間に、スロット２２５（空間）が形成される。スロット２２５の数は、ティース２２４の数と同じ２４個である。各ティース２２４の周方向の幅は、径方向に略一定であるので、スロット２２５の周方向の幅は、内側（回転子２１０側）から外側（コアバック２２３側）に向かって徐々に大きくなる。スロット２２５は空隙２３０（図１参照）に開口していて、ここをスロット開口部２２５ａ（スロットオープニング）と呼ぶ。巻線２２２は、スロット開口部２２５ａから挿入される。

図４乃至図６は比較のために示す図で、図４は一般的な誘導電動機２００の回転子２１０の斜視図、図５は一般的な誘導電動機２００の回転子２１０の横断面図、図６は一般的な誘導電動機２００の回転子鉄心２１１の横断面図である。

図４に示すように、回転子２１０は、回転子鉄心２１１と、アルミバー２１２（図５参照）と、積層方向の両端部に形成される一対のエンドリング２１７とで構成されるかご形二次導体と、を備える。アルミバー２１２とエンドリング２１７はダイキャストにより同時にアルミを鋳込むことで製作される。尚、かご形二次導体は、アルミ以外に銅で形成される場合もある。

図５に示すように、回転子２１０は、回転子鉄心２１１の複数（３０個）の回転子スロット２１３に、アルミが鋳込まれてアルミバー２１２が形成される。既に述べたように、アルミバー２１２は、積層方向の両端部に形成される一対のエンドリング２１７とでかご形二次導体を構成する。

回転子鉄心２１１も固定子鉄心２２１と同様、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

図６に示すように、回転子鉄心２１１は、断面の形状が略円形で、外周縁に沿って、複数（３０個）の回転子スロット２１３が周方向に略等間隔に形成されている。隣接する二つの回転子スロット２１３の間に回転子ティース２１４が形成される。回転子ティース２１４の数は、回転子スロット２１３の数と同じ３０個である。回転子ティース２１４の周方向の幅は、径方向に略一定である。従って、回転子スロット２１３の周方向幅は、内側から外周に向かって徐々に大きくなっている。回転子鉄心２１１の中央部に、駆動軸（図示せず）が嵌合する軸孔２１６が開けられている。回転子スロット２１３と軸孔２１６との間の鉄心部分をコアバック２１５と呼ぶ。

回転子スロット２１３には、非磁性体且つ導電性の材料（例えば、アルミ）が充填されているため、回転子スロット２１３に固定子２２０の磁束が鎖交し、且つ磁束の変化があるとアルミバー２１２に二次電流が発生し、その二次電流と固定子２２０からの磁束によりトルクが発生する。

理想的には固定子２２０からの磁束が回転子２１０の回転子スロット２１３の一部をまたぐことなく、一気に磁束が変化することにより回転子スロット２１３内に発生する二次電流が一定となる。

図７、図８は比較のために示す図で、図７は一般的な誘導電動機２００の回転子２１０における固定子２２０からの磁束の鎖交により発生する二次電流の集中する様子を示す図、図８は一般的な別の回転子３１０における固定子からの磁束の鎖交により発生する二次電流の集中する様子を示す図である。

図７に示すように、一般的な誘導電動機２００の回転子２１０は、回転子スロット２１３と回転子２１０の外周との径方向の幅Ｄ１が狭いため、固定子２２０からの磁束が回転子スロット２１３の一部（回転子スロット２１３の外周側の頂点付近から右上隅）を鎖交する。図７における矢印は、固定子２２０からの磁束の流れを示す。

回転子スロット２１３の一部のみ磁束が鎖交する影響により、回転子スロット２１３の固定子２２０からの磁束が鎖交した部分に集中して二次電流が流れる。その影響から、回転子スロット２１３全体に二次電流が流れる場合と比べて二次抵抗が大きく、二次銅損が増加し効率が悪化する課題があった。この二次銅損は漂遊負荷損、もしくは高調波二次銅損と呼ばれる場合もある。

図８に示す一般的な別の回転子３１０は、回転子２１０と回転子スロット３１３の形状が異なる。回転子スロット２１３の外周側の形状が円弧であるのに対して、回転子スロット３１３の外周側が平面になっている。この回転子３１０においても、回転子２１０と同様、回転子スロット３１３と回転子３１０の外周との径方向の幅Ｄ２が狭いため、固定子からの磁束が回転子スロット３１３の一部（回転子スロット３１３の外周側の中央付近から右上隅）を鎖交する。図８における矢印は、固定子からの磁束の流れを示す。尚、回転子スロット３１３には、アルミバー３１２が鋳込まれる。

回転子スロット３１３の一部のみ磁束が鎖交する影響により、回転子スロット３１３の固定子からの磁束が鎖交した部分に集中して二次電流が流れる。そのため、回転子スロット３１３全体に二次電流が流れる場合と比べて二次抵抗が大きく、二次銅損が増加し効率が悪化する課題があった。

図９乃至図１４は実施の形態１を示す図で、図９は誘導電動機１００の横断面図、図１０は誘導電動機１００の固定子２０の横断面図、図１１は誘導電動機１００の固定子鉄心２１の横断面図、図１２は図１１の部分拡大図である。

図９に示すように、本実施の形態の誘導電動機１００は、固定子２０と、固定子２０の内側に空隙３０（エアギャップ）を介して配置される回転子１０と、を備える。

図１０に示すように、固定子２０は、略リング状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に形成されるスロット２５に挿入される巻線２２と、を備える。巻線２２は、各ティース２４に巻回される集中巻、もしくは分布巻である。また、巻線２２は、単相、もしくは三相である。

固定子鉄心２１は、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

図１１に示すように、固定子鉄心２１は、外周側にリング状のコアバック２３が形成され、コアバック２３の内周側から複数（ここでは、２４個）のティース２４が放射状に回転子１０方向に延びている。各ティース２４の周方向の幅は、径方向に略一定である。

隣接する二つのティース２４の間に、スロット２５（空間）が形成される。スロット２５の数は、ティース２４の数と同じ２４個である。各ティース２４の周方向の幅は、径方向に略一定であるので、スロット２５の周方向の幅は、内側（回転子１０側）から外側（コアバック２３側）に向かって徐々に大きくなる。スロット２５は空隙３０（図９参照）に開口していて、ここをスロット開口部２５ａ（スロットオープニング）と呼ぶ。巻線２２は、スロット開口部２５ａから挿入される。

ここで、固定子鉄心２１の各部の寸法を、図１２に示すように、定義しておく。
ＴＦ：ティース２４の幅；
ＴＧ：ティース先端部２４ａの幅；
ＴＨ：スロット開口部２５ａの幅。

図１３乃至図１６は実施の形態１を示す図で、図１３は誘導電動機１００の回転子１０の斜視図、図１４は誘導電動機１００の回転子１０の横断面図、図１５は誘導電動機１００の回転子鉄心１１の横断面図、図１６は回転子スロット１３の拡大図である。

図１３に示すように、回転子１０は、回転子鉄心１１と、アルミバー１２（図１４参照、非磁性且つ導電性の材料）と、積層方向の両端部に形成される一対のエンドリング１７とで構成されるかご形二次導体と、を備える。アルミバー１２とエンドリング１７は、ダイキャストにより同時にアルミを鋳込むことで製作される。尚、かご形二次導体は、アルミ以外に銅で形成される場合もある。

図１４に示すように、回転子１０は、回転子鉄心１１の複数（３０個）の回転子スロット１３に、アルミが鋳込まれてアルミバー１２が形成される。既に述べたように、アルミバー１２は、積層方向の両端部に形成される一対のエンドリング１７とでかご形二次導体を構成する。

回転子鉄心１１は、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

図１５に示すように、回転子鉄心１１は、断面の形状が略円形で、外周縁に沿って、複数（３０個）の回転子スロット１３が周方向に略等間隔に形成されている。隣接する二つの回転子スロット１３の間に回転子ティース１４が形成される。回転子ティース１４の数は、回転子スロット１３の数と同じ３０個である。回転子ティース１４の周方向の幅は、径方向に略一定である。従って、回転子スロット１３の周方向幅は、内側から外周に向かって徐々に大きくなっている。回転子鉄心１１の中央部に、駆動軸（図示せず）が嵌合する軸孔１６が開けられている。回転子スロット１３と軸孔１６との間の鉄心部分をコアバック１５と呼ぶ。

図１６に示すように、回転子スロット１３は、回転子外周部に近い外周スロット１３ａと、外周スロット１３ａに連通し、外周スロット１３ａの内側に形成される内周スロット１３ｂとから構成される。外周スロット１３ａの形状は、略三角形であり、内周スロット１３ｂの形状は、一般的な回転子３１０の回転子スロット３１３（図８参照）に似ている。

ここで、回転子スロット１３の各部の寸法を定義しておく。
ＴＡ：外周スロット１３ａと回転子外周部との間の最短距離；
ＴＢ：内周スロット１３ｂの中心側と回転子外周部との間の最短距離；
ＴＣ：外周スロット１３ａの最内周の周方向の幅；
ＴＤ：内周スロット１３ｂの最外周の周方向の幅；
ＴＥ：内周スロット１３ｂの端部側と回転子外周部との間の最短距離。

この回転子スロット１３の各部の寸法と、固定子鉄心２１の各部の寸法との関係を、
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＢ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（１）
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＥ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（２）
とすることで、回転子スロット１３をかすめる磁束を低減することが可能で、二次電流の集中を避けることができ、二次銅損の低減に有効である。この原理に関して以下に説明する。尚、ＴＦ、ＴＧ、ＴＨは、図１２を参照。

先ず、固定子２０からの磁束がなぜ回転子スロット１３をかすめるように流れるかについて説明する。

通常、回転子スロット１３には非磁性体（例えば、アルミ）が充填されているため、磁束は透磁率の高い部分である回転子鉄心１１部分を通る。しかし、その通過する部分が磁気飽和し、透磁率が低下すると磁束は回転子スロット１３をかすめて通る。

固定子２０からの磁束により磁気飽和しないようにすれば、回転子スロット１３をかすめるような磁束は発生しない。式（１）、式（２）は、固定子２０からの磁束により磁気飽和しないようにするための関係式であり、各式について説明する。

式（１）、式（２）は、回転子鉄心１１の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度が、固定子鉄心２１のティース２４の磁束密度より低くなるような状態を表す式である。

式（１）、式（２）の、ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２は、固定子２０のティース２４から発生した磁束が最も分散したときの状態に対応している。

固定子２０のティース２４から発生した磁束が最も広がる場合は、スロット開口部２５ａの中心から隣り合うスロット開口部２５ａの中心まで広がる。つまり、一つのティース２４について、ティース先端部２４ａの幅ＴＧとスロット開口部２５ａの幅の半分ＴＨ／２が二カ所存在するため、ティース２４から発生した磁束は、（ＴＧ＋ＴＨ）の幅に広がる。

ティース２４の磁束密度をＢ、誘導電動機１００の積厚をＬとしたとき、一つのティース２４の磁束量は、Ｂ×ＴＦ×Ｌになる。この磁束量Ｂ×ＴＦ×Ｌが（ＴＧ＋ＴＨ）の幅に広がり、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＡ〜ＴＢ〜ＴＥ部分）の幅はＴＤ／２であるため、片側の薄肉部（寸法ＴＡ〜ＴＢ〜ＴＥ部分）に入り込む磁束量を求めると、
Ｂ×ＴＦ×Ｌ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２
となる。

このときの回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度を求めると、内周スロット１３ｂの中心側では、
Ｂ×ＴＦ×Ｌ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２／Ｌ／ＴＢ
また、内周スロット１３ｂの端部側では、
Ｂ×ＴＦ×Ｌ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２／Ｌ／ＴＥ
となる。

つまり、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度を、ティース２４の磁束密度Ｂよりも大きくしないようにするためには、ＴＢとＴＥを、
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２
以上にすれば良いことがわかる。

次に、式（１）、式（２）の、ＴＤ／２について説明する。
ＴＤ／２は、最も固定子２０のティース２４から発生した磁束が集中したときを示している。

最も磁束が集中する状態は、ティース２４からの磁束がティース先端部２４ａで広がらない場合である。ティース２４の磁束密度をＢ、誘導電動機１００の積厚をＬとしたとき、一つのティース２４の磁束量は、Ｂ×ＴＦ×Ｌになる。

さらに、ティース２４からの磁束がティース先端部２４ａで広がらず、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＡ〜ＴＢ〜ＴＥ部分）の周方向の幅はＴＤ／２であるため、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＡ〜ＴＢ〜ＴＥ部分）に入り込む磁束量を求めると、
Ｂ×ＴＦ×Ｌ／ＴＦ×ＴＤ／２
即ち、
Ｂ×Ｌ×ＴＤ／２
となる。

また、このときの回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度を求めると、内周スロット１３ｂの中心側では、
Ｂ×Ｌ×ＴＤ／２／Ｌ／ＴＢ
また、内周スロット１３ｂの端部側では、
Ｂ×Ｌ×ＴＤ／２／Ｌ／ＴＥ
となる。

回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度をＢとするためにはＴＢ、ＴＥの値を、
ＴＤ／２
とすればよい。

また、この状態は磁束がティース先端部２４ａで広がらず、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＡ〜ＴＢ〜ＴＥ部分）に入り込んだ状態を示しており、これ以上回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＡ〜ＴＢ〜ＴＥ部分）に磁束が入り込むことはない。そのため、ＴＢ、ＴＥの寸法を、
ＴＤ／２
より大きくすると、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度を低くすることは可能であるが、回転子スロット１３の面積も小さくなるため、二次抵抗が増加し、二次銅損の増加につながる。そのため、ＴＢ、ＴＥは最大で、
ＴＤ／２
とする。また、ＴＢ、ＴＥは、
ＴＤ／２
よりも小さくしてもよい。

つまり、
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＢ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（１）
ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＥ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（２）
とすることで、回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度を、固定子鉄心２１のティース２４の磁束密度以下に設定することが可能となる。また、ＴＢ、ＴＥを、最大でも、
ＴＤ／２
とすることで、過度に回転子鉄心１１の片側の薄肉部（寸法ＴＢ〜ＴＥ部分）の磁束密度を低くして、二次銅損悪化につながることを抑えることができる。

図１７、図１８は実施の形態１を示す図で、図１７はＴＢ（＝ＴＥ）に対する二次銅損／出力［％］の特性を示す図、図１８はＴＢ（＝ＴＥ）に対するトルクの特性を示す図である。

電圧、周波数、回転数を一定としたとき、エアギャップを０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍとし、図１７にＴＢ（＝ＴＥ）と二次銅損／出力［％］の特性、図１８にＴＢ（＝ＴＥ）とトルクの特性を示す。図１７のＴＢ（＝ＴＥ）と二次銅損／出力［％］の特性から、ＴＢを変化したときの出力に対する二次銅損の割合が以下のように変化することが確認できた。

図１７からＴＢを０．５ｍｍから大きくしていくと、急激に二次銅損／出力［％］が低くなることが確認できる。これはＴＢを大きくすることで、固定子２０からの磁束が回転子スロット１３をかすめて二次電流が集中するのを低減していることを示している。また、ＴＢが１．０ｍｍあたりから低減が緩やかになり、１．５〜２．０ｍｍでボトムを迎え、その後緩やかに増加する。さらに、この傾向は、エアギャップ（空隙３０）を、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で変更しても、大きく変化しないことが図１７より確認できる。

さらに図１８から、ＴＢを大きくするとトルクが低下している。これはＴＢを大きくすることで回転子スロット１３の面積が小さくなり二次抵抗が増加するためである。

誘導電動機では、二次抵抗が増加すると最大トルク（停動トルク）時の滑りが大きくなる（回転数が下がる）傾向がある。従って、回転数を一定の解析においては、二次抵抗が増加するとトルクは小さくなる。

以上のことから、ＴＢとＴＥは、二次銅損／出力が急激に大きくなる０．５ｍｍ近傍で使用しないほうが望ましく、さらにＴＢとＴＥを大きくしすぎてもトルクが低下するため、ＴＢとＴＥは式（１）、（２）の範囲で使用することが好ましい。ＴＢとＴＥの数値の一例を以下に示す。

本実施の形態で算出した各寸法は、
ティース２４の幅ＴＦ＝４ｍｍ
ティース先端部２４ａの幅ＴＧ＝６ｍｍ
スロット開口部２５ａの幅ＴＨ＝３ｍｍ
内周スロット１３ｂの最外周の周方向の幅ＴＤ＝４ｍｍ
である。

上記の各数値を式（１）、式（２）に代入すると、
０．８９≦ＴＢ≦２
０．８９≦ＴＥ≦２
となる。

ＴＢ、ＴＥの下限値は、０．８９ｍｍとなり、０．５ｍｍ近傍から外れており、二次銅損／出力が緩やかになっている部分である。また、上限値は２ｍｍであり、二次銅損／出力のボトム近傍である。以上のことから、ＴＢ、ＴＥは、式（１）、式（２）の範囲に設定することで二次銅損／出力を小さくでき、さらにトルク低下も抑えることができる。

また、固定子２０からの磁束の流れから、ＴＢがＴＥよりも大きいと有効に使用されない電磁鋼板部分が存在するため、内周スロット１３ｂの中心側と回転子外周部との間の最短距離ＴＢと、内周スロット１３ｂの端部側と回転子外周部との間の最短距離ＴＥとの関係は、ＴＢ≦ＴＥが好ましい。

さらに、外周スロット１３ａと回転子外周部との間の最短距離ＴＡを、回転子鉄心１１を構成する電磁鋼板の板厚Ｔよりも小さくすることにより、回転子スロット１３と回転子外周部との間から漏れる磁束を減らすことが可能であり、磁束を有効に使用することができ高出力、高効率化に有効である。これについて以下に説明する。

外周スロット１３ａと回転子外周部との間の最短距離ＴＡは、一般的に可能な限り小さくする場合が多い。これは回転子スロット１３と回転子外周部との間を通り回転子スロット１３に鎖交しない磁束をできるだけ少なくし、固定子２０からの磁束を有効に使用するためである。

しかし、図７、図８のような通常の回転子スロット２１３、３１３の場合、回転子スロット２１３、３１３と回転子外周部の径方向の幅を小さくすると、周方向の幅も長いため、固定子からの磁束が回転子スロットをかすめるため、磁束を有効に使用することはできるが、二次銅損が悪化する課題があった。

しかし、本実施の形態の回転子スロット１３（図１６に示す形状）であれば、外周スロット１３ａと回転子外周部との間の最短距離ＴＡを小さくしても、固定子２０からの磁束が回転子スロット１３をかすめることもなく、また固定子２０からの磁束を有効に使用することができる。

更に、外周スロット１３ａと回転子外周部との間の最短距離ＴＡを、回転子鉄心１１を構成する電磁鋼板の板厚Ｔよりも小さくすることにより、外周スロット１３ａと回転子外周部の径方向の薄肉部が打ち抜き歪みにより磁気特性が劣化する。

外周スロット１３ａと回転子外周部の径方向の薄肉部の磁気特性が劣化することで、飽和磁束密度が小さくなるため、外周スロット１３ａと回転子外周部との間を通り回転子スロット１１３に鎖交しない磁束を低減することができる。

しかも通常の回転子スロット２１３、３１３（図７、図８）であれば、周方向の幅も長いため、固定子からの磁束が回転子スロット２１３、３１３をかすめるため二次銅損も悪化するが、本実施の形態の回転子スロット１３（図１６参照）であれば、固定子２０からの磁束が回転子スロット１３をかすめるのを防止することができ、二次銅損の悪化も低減することができる。

図１６に示すように、本実施の形態の回転子スロット１３は、回転子外周部に近い外周スロット１３ａと、外周スロット１３ａに連通し、外周スロット１３ａの内側に形成される内周スロット１３ｂとで構成される。さらに、外周スロット１３ａの最内周の周方向の幅ＴＣは、内周スロット１３ｂの最外周の周方向の幅ＴＤよりも小さく、且つ外周スロット１３ａの周方向の幅は、回転子外周部に向かうに従い小さくなることにより、回転子外周部近傍のスロットが小さくなる。

スロット内に流れる二次電流は回転子外周部近傍に集中するため、回転子外周部近傍のスロットが小さいことにより二次電流の集中部分を小さくすることができ、二次銅損が低減しモータの高効率化が可能である。

また、金型の打ち抜き製を考慮して、外周スロット１３ａの最内周の周方向の幅ＴＣは、電磁鋼板の厚さＴ（０．１〜１．５ｍｍ）に対して１．５倍以上の幅を持たせる。また、最内周の周方向の幅ＴＣを電磁鋼板の厚さＴ（０．１〜１．５ｍｍ）に対して１．５倍以上にすることで、外周スロット１３ａの周方向の幅は回転子外周部に向かうに従い徐々に小さくすることができる。

また、外周スロット１３ａにより、固定子２０の磁束が回転子スロット１３をかすめるように流れるのを防止できるので、内周スロット１３ｂの最外周の周方向の幅ＴＤを外周スロット１３ａの最内周の周方向の幅ＴＣよりも大きくして、内周スロット１３ｂの面積が大きくなるようにしている。内周スロット１３ｂの面積が大きくなると、二次抵抗が小さくなり、モータ効率が向上する。

また、本実施の形態の回転子スロット１３は、通常の回転子スロットに比べて、外周スロット１３ａが小さいため、回転子スロット１３と回転子外周部との間の薄肉部が少なくなり、金型による打ち抜き性が改善され、金型のメンテナンスや寿命が改善する効果もある。

図１９は実施の形態１を示す図で、実施例の回転子スロット１３の拡大図、図２０は図１９の部分拡大図である。図１６では各部の寸法の定義を明確にするために、回転子スロット１３の丸取りを省略したが、実際には回転子スロット１３の各コーナは丸取りされている。回転子スロット１３の実施例の一例を図１９、図２０により説明する。

回転子スロット１３は、図１９に示すように各コーナが丸取りされている。回転子鉄心１１を打ち抜く金型は、各角に通常面取りが施されるためである。

また、各寸法は図２０に示す通りである。

次に、本実施の形態の回転子１０を用いる誘導電動機１００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。ここでは、本実施の形態の回転子１０を用いる誘導電動機１００を搭載する圧縮機（具体的には、２気筒ロータリ圧縮機）について説明する。

図２１は実施の形態１を示す図で、２気筒回転式圧縮機４００の縦断面図である。図２１を参照しながら、２気筒回転式圧縮機４００（密閉型圧縮機の一例）の構成を説明する。２気筒回転式圧縮機４００は、高圧雰囲気の密閉容器２内に、本実施の形態の固定子２０と回転子１０とからなる誘導電動機１００と、誘導電動機１００により駆動される圧縮機構部５００とを収納している。誘導電動機１００は、単相誘導電動機である。

ここでは、密閉型圧縮機の一例として、２気筒回転式圧縮機４００について説明するが、その他のスクロール圧縮機、１シリンダの回転式圧縮機、複数段の回転式圧縮機、スイング回転式圧縮機、ベーン型圧縮機、往復式圧縮機等でもよい。

誘導電動機１００の回転力は、回転軸８の主軸８ａを介して圧縮機構部５００に伝達される。

回転軸８は、誘導電動機１００の回転子１０に固定される主軸８ａと、主軸８ａの反対側に設けられる副軸８ｂと、主軸８ａと副軸８ｂとの間に所定の位相差（例えば、１８０°）を設けて形成される主軸側偏芯部８ｃ及び副軸側偏芯部８ｄと、これらの主軸側偏芯部８ｃと副軸側偏芯部８ｄとの間に設けられる中間軸８ｅとを有する。

主軸受６は、回転軸８の主軸８ａに摺動のためのクリアランスを持って嵌合され、回転自在に主軸８ａを軸支する。

また、副軸受７は、回転軸８の副軸８ｂに摺動のためのクリアランスを持って嵌合され、回転自在に副軸８ｂを軸支する。

圧縮機構部５００は、主軸８ａ側の第１のシリンダ５ａと、副軸８ｂ側の第２のシリンダ５ｂとを備える。

第１のシリンダ５ａは、円筒状の内部空間を有し、この内部空間に、回転軸８の主軸側偏芯部８ｃに回転自在に嵌合する第１のピストン９ａ（ローリングピストン）が設けられる。さらに、主軸側偏芯部８ｃの回転に従って往復運動する第１のベーン（図示せず）が設けられる。

第１のベーンは第１のシリンダ５ａのベーン溝内に収納され、背圧室に設けられるベーンスプリング（図示せず）でベーンが常に第１のピストン９ａに押し付けられている。２気筒回転式圧縮機４００は、密閉容器２内が高圧であるから、運転を開始するとベーンの背面（背圧室側）に密閉容器２内の高圧とシリンダ室の圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリングは主に２気筒回転式圧縮機４００の起動時（密閉容器２内とシリンダ室の圧力に差がない状態）に、第１のベーンを第１のピストン９ａに押し付ける目的で使用される。第１のベーンの形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）略直方体である。尚、後述する第２のベーンも同様の構成である。

第１のシリンダ５ａには、冷凍サイクルからの吸入ガスが通る吸入ポート（図示せず）が、第１のシリンダ５ａの外周面からシリンダ室に貫通している。第１のシリンダ５ａには、略円形の空間であるシリンダ室を形成する円の縁部付近（誘導電動機１００側の端面）を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。

回転軸８の主軸側偏芯部８ｃに回転自在に嵌合する第１のピストン９ａ、第１のベーンを収納した第１のシリンダ５ａの内部空間の軸方向両端面を、主軸受６と仕切板２７とで閉塞して圧縮室を形成する。

第１のシリンダ５ａは、密閉容器２の内周部に固定される。

第２のシリンダ５ｂも、円筒状の内部空間を有し、この内部空間に、回転軸８の副軸側偏芯部８ｄに回転自在に嵌合する第２のピストン９ｂ（ローリングピストン）が設けられる。さらに、副軸側偏芯部８ｄの回転に従って往復運動する第２のベーン（図示せず）が設けられる。第１のピストン９ａ、第２のピストン９ｂを単に、「ピストン」と定義する。

第２のシリンダ５ｂにも、冷凍サイクルからの吸入ガスが通る吸入ポート（図示せず）が、第２のシリンダ５ｂの外周面からシリンダ室に貫通している。第２のシリンダ５ｂには、略円形の空間であるシリンダ室を形成する円の縁部付近（誘導電動機１００とは反対側の端面）を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。

回転軸８の副軸側偏芯部８ｄに回転自在に嵌合する第２のピストン９ｂ、第２のベーンを収納した第２のシリンダ５ｂの内部空間の軸方向両端面を、副軸受７と仕切板２７とで閉塞して圧縮室を形成する。

圧縮機構部５００は、第１のシリンダ５ａと主軸受６とをボルト締結し、また第２のシリンダ５ｂと副軸受７とをボルト締結した後、仕切板２７をそれらの間に挟んで、主軸受６の外側から第２のシリンダ５ｂ、及び副軸受７の外側から第１のシリンダ５ａを軸方向にボルト締結し固定する。

主軸受６には、その外側（誘導電動機１００側）に吐出マフラ４０ａが取り付けられる。主軸受６に設けられる吐出弁（図示せず）から吐出される高温・高圧の吐出ガスは、一端吐出マフラ４０ａに入り、その後吐出マフラ４０ａの吐出穴（図示せず）から密閉容器２内に放出される。

副軸受７には、その外側（誘導電動機１００とは反対側）に吐出マフラ４０ｂが取り付けられる。副軸受７に設けられる吐出弁（図示せず）から吐出される高温・高圧の吐出ガスは、一端吐出マフラ４０ｂに入り、その後吐出マフラ４０ｂの吐出穴（図示せず）から密閉容器２内に放出される。

密閉容器２に隣接してアキュムレータ３１が設けられる。吸入管３２ａ、吸入管３２ｂは夫々第１のシリンダ５ａ、第２のシリンダ５ｂとアキュムレータ３１とを連結する。

第１のシリンダ５ａ、第２のシリンダ５ｂで圧縮された冷媒ガスは、密閉容器２に吐出され、吐出管３３から冷凍空調装置の冷凍サイクルの高圧側へ送り出される。

また、誘導電動機１００へは、ガラス端子２８からリード線２９を経由して電力が供給される。

密閉容器２内の底部には、圧縮機構部５００の各摺動部を潤滑する潤滑油２６（冷凍機油）が貯留されている。

圧縮機構部５００の各摺動部への潤滑油の供給は、密閉容器２底部に溜められた潤滑油２６を回転軸８の回転による遠心力により回転軸８の内径に沿って上昇させ、回転軸８に設けられた給油孔（図示せず）より行なう。給油孔から、主軸８ａと主軸受６、主軸側偏芯部８ｃと第１のピストン９ａ、副軸側偏芯部８ｄと第２のピストン９ｂ及び副軸８ｂと副軸受７の間の摺動部に潤滑油が供給される。

上記のように構成される２気筒回転式圧縮機４００は、本実施の形態の回転子１０を用いる誘導電動機１００（単相誘導電動機）を使用することで、高効率化が可能になる。

また、詳細な説明は省くが、圧縮機だけでなく、例えば、送風機に本実施の形態の回転子１０を用いる誘導電動機１００（単相誘導電動機）を使用することで、送風機の高効率化が可能になる。

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。空気調和機の一例を、図２２、図２３を参照しながら説明する。

図２２、図２３は実施の形態１を示す図で、図２２は空気調和機の冷媒回路図、図２３は空気調和機の室外機６００の分解斜視図である。

図２２に示すように、空気調和機の冷媒回路は、冷媒を圧縮する２気筒回転式圧縮機４００、冷房運転と暖房運転とで冷媒の流れる方向を切り替える四方弁５２、冷房運転時は凝縮器、暖房運転時は蒸発器として動作する室外側熱交換器５３、高圧の液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする減圧装置５４（電子制御式膨張弁）、冷房運転時は蒸発器、暖房運転時は凝縮器として動作する室内側熱交換器５５を順次接続して冷凍サイクルを構成する。

図２２の実線矢印は、冷房運転時の冷媒の流れる方向を示す。また、図２２の破線矢印は、暖房運転時の冷媒の流れる方向を示す。

室外側熱交換器５３には室外側送風機５６が設けられ、そして室内側熱交換器５５には室内側送風機５７（横流ファン）が設けられている。

冷房運転時は、２気筒回転式圧縮機４００から圧縮された高温高圧の冷媒が吐出し、四方弁５２を介して室外側熱交換器５３へ流入する。この室外側熱交換器５３では、その風路に設けられた室外側送風機５６により室外の空気が室外側熱交換器５３のフィンとチューブ（伝熱管）の間を通過しながら冷媒と熱交換し、冷媒は冷却されて高圧の液状態になり、室外側熱交換器５３は凝縮器として作用する。その後、減圧装置５４を通過して減圧され低圧の気液二相冷媒となり室内側熱交換器５５に流入する。室内側熱交換器５５では、その風路に取り付けられた室内側送風機５７（横流ファン）の駆動により室内空気が室内側熱交換器５５のフィンとチューブ（伝熱管）の間を通過し冷媒と熱交換することにより、室内空間に吹き出される空気は冷やされ、一方冷媒は空気より熱を受け取り蒸発して気体状態となり（室内側熱交換器５は蒸発器として作用する）、冷媒はその後２気筒回転式圧縮機４００へ戻る。室内側熱交換器５５で冷却された空気により、室内空間を空調（冷房）する。

また、暖房運転時は、四方弁５２が反転することより、冷凍サイクルにおいて上記冷房運転時の冷媒の流れと逆向きに冷媒が流れ、室内側熱交換器５５が凝縮器として、室外側熱交換器５３が蒸発器として作用する。室内側熱交換器５５で暖められた空気により、室内空間を空調（暖房）する。

図２３により空気調和機の室外機６００の構成を説明する。空気調和機の室外機６００は、平面視で略Ｌ字状の室外側熱交換器５３、室外機６００の筐体の底部を構成する底板６８（ベース）、筐体の天面を構成する平板状のトップパネル５９、筐体の前面と一側部を構成する平面視で略Ｌ字状のフロントパネル６０、筐体の他側部を構成するサイドパネル６１、風路（送風機室）と機械室を分けるセパレータ６２、電気品が収納される電気品ボックス６３、冷媒を圧縮する２気筒回転式圧縮機４００、冷媒回路を形成する冷媒配管・冷媒回路部品類６４、室外側熱交換器５３に送風を行う室外側送風機５６等で構成されている。

上記のように構成される空気調和機の室外機６００に、本実施の形態の２気筒回転式圧縮機４００、本実施の形態の誘導電動機１００を電動機として用いる室外側送風機５６（送風機）を搭載することにより、空気調和機の高効率化が図れる。

２ 密閉容器、５ａ 第１のシリンダ、５ｂ 第２のシリンダ、６ 主軸受、７ 副軸受、８ 回転軸、８ａ 主軸、８ｂ 副軸、８ｃ 主軸側偏芯部、８ｄ 副軸側偏芯部、８ｅ 中間軸、９ａ 第１のピストン、９ｂ 第２のピストン、１０ 回転子、１１ 回転子鉄心、１２ アルミバー、１３ 回転子スロット、１３ａ 外周スロット、１３ｂ 内周スロット、１４ 回転子ティース、１５ コアバック、１６ 軸孔、１７ エンドリング、２０ 固定子、２１ 固定子鉄心、２２ 巻線、２３ コアバック、２４ ティース、２４ａ ティース先端部、２５ スロット、２５ａ スロット開口部、２６ 潤滑油、２７ 仕切板、２８ ガラス端子、２９ リード線、３０ 空隙、３１ アキュムレータ、３３ 吐出管、４０ａ 吐出マフラ、４０ｂ 吐出マフラ、５２ 四方弁、５３ 室外側熱交換器、５４ 減圧装置、５５ 室内側熱交換器、５６ 室外側送風機、５７ 室内側送風機、５９ トップパネル、６０ フロントパネル、６１ サイドパネル、６２ セパレータ、６３ 電気品ボックス、６４ 冷媒配管・冷媒回路部品類、６８ 底板、１００ 誘導電動機、２００ 誘導電動機、２１０ 回転子、２１１ 回転子鉄心、２１２ アルミバー、２１３ 回転子スロット、２１４ 回転子ティース、２１５ コアバック、２１６ 軸孔、２１７ エンドリング、２２０ 固定子、２２１ 固定子鉄心、２２２ 巻線、２２３ コアバック、２２４ ティース、２２５ スロット、２２５ａ スロット開口部、２３０ 空隙、３１０ 回転子、３１２ アルミバー、３１３ 回転子スロット、４００ ２気筒回転式圧縮機、５００ 圧縮機構部、６００ 室外機。

Claims (7)

1. 固定子と、前記固定子の内側に空隙を介して設けられる回転子と、を有し、前記回転子の回転子鉄心の回転子スロット内に非磁性且つ導電性の材料が充填されて形成されるかご形二次導体を有する誘導電動機において、
   前記回転子スロットは、
   回転子外周部側に形成され、周方向幅が回転子中心から回転子外周部に向かうに従い小さくなる外周スロットと、
   前記外周スロットと連通して前記外周スロットの内側に形成され、周方向幅が回転子中心から回転子外周部に向かうに従い大きくなり、前記外周スロット側の最外周にある部位における周方向幅が前記外周スロットの最内周にある部位における周方向幅よりも大きく形成され、周方向の両端部が前記外周スロットの周方向の両端部よりも周方向外側に位置する内周スロットと、で構成され、
   前記固定子は、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に形成されるスロットに挿入される巻線と、を有し、
   前記固定子鉄心は、
   外周側に形成されるコアバックと、
   前記コアバックの内周側から放射状に回転子方向に延びて形成される複数のティースと、
   隣接する二つの前記ティースの間に形成されるスロットと、
   前記スロットに形成され、前記空隙に開口しているスロット開口部と、を備え、
   前記回転子スロットの各部の寸法を、
   ＴＢ：前記内周スロットの最外周にある部位における周方向中心側と回転子外周部との間の最短距離；
   ＴＣ：前記外周スロットの最内周にある部位における周方向の幅；
   ＴＤ：前記内周スロットの最外周にある部位における周方向の幅；
   ＴＥ：前記内周スロットの最外周にある部位における周方向端部側と回転子外周部との間の最短距離；
   と定義し、さらに、前記固定子鉄心の各部の寸法を、
   ＴＦ：ティースの幅；
   ＴＧ：ティース先端部の幅；
   ＴＨ：スロット開口部の幅；
   と定義するとき、前記回転子スロットの各部の寸法と前記固定子鉄心の各部の寸法とは、
   ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＢ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（１）
   ＴＦ／（ＴＧ＋ＴＨ）×ＴＤ／２≦ＴＥ≦ＴＤ／２ ・・・ 式（２）
   の関係を満たすことを特徴とする誘導電動機。
2. 前記ＴＣは、前記回転子鉄心を構成する電磁鋼板の板厚Ｔに対して、１．５×Ｔ≦ＴＣの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
3. ＴＢ≦ＴＥの関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の誘導電動機。
4. 前記外周スロットと回転子外周部との間の最短距離をＴＡとしたとき、前記ＴＡを前記回転子鉄心を構成する電磁鋼板の板厚Ｔよりも小さくしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導電動機。
5. 請求項４に記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする圧縮機。
6. 請求項４に記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする送風機。
7. 請求項５に記載の圧縮機と、請求項６に記載の送風機と、を備えたことを特徴とする空気調和機。

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