JPH03265449A - かご形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電動機のかご形回転子に関し、特にアルミ
ニウムダイキャストによって形成される二次導体と回転
子鉄心との電気的絶縁を良好且つ均一にし、音、振動及
び電気特性を改善した回転子に間する。

〔従来技術〕

一般に誘導電動機のかご形回転子は、外周部近傍に円周
に沿って複数のスロットと、中心にシャフト孔とを有す
る円形薄鉄板を打ち抜き、これを所定枚数積層して回転
子鉄心を形成し、次にこの鉄心にアルミニウム又はアル
ミニウム合金等の良導体をダイキャストして、各スロッ
ト内を充填するバーと、各バーを軸方向両端で短絡する
エンドリングよりなるかご形二次導体を形成するように
製作されている。

上記二次導体のバーはスロット内壁を形成する鉄心の打
ち抜き面と直接接触しているため、積層鉄板間が短絡さ
れることによる渦電流損の増大、及び二次導体内を流れ
る電流が鉄心へ漏洩することによる漂遊負荷損の増大が
生じ、電動機の加速領域のトルクが減少してしまうとい
った問題が存在する。この問題を軽減するために、一般
に二次導体と鉄心間には電気的絶縁を形成するための処
理が施される。その一般的な例として、特開昭６０−９
３５１号公報に開示されるように、積層形成された鉄心
に対してダイキャスト前に電気絶縁性のコーティングを
施しておくものがある。このコーティングとしては、鉄
心を炉中で５００〜６００℃程度に加熱して水蒸気処理
を施して四酸化三級（Ｆｅ３０４）の皮膜を形成ｌノた
もの、あるいは鉄心をリン酸塩溶液に浸漬してリン酸塩
皮膜を形成したもの等が存在する。

またダイキャスト後に電気的絶縁を形成するものとして
は、特開昭５６−８３２５０号公報に開示される回転子
がある。これは回転子を炉中で３００〜５００℃程度に
加熱した後冷却することここより、鉄とアルミニウムの
線膨張係数の相違を利用して鉄心と二次導体間に除閉を
形成したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、誘導電動機のかご形回転子のスロット形状を半
開スロットとすることにより、電源の偶数調波成分の電
磁音を低減できることは周知であり、例えば昭和５６年
電気学会全国大会講演論文集第９２５頁（論文番号７４
６）に示されている。

ところが上記半閉スロットとすることにより、固定子ス
ロットリップル分に起因する電磁音が増大してしまう。

この電磁音を生じる電磁力波の周波数ｆは、 １°ＮＳ”　（１−５）ｆｏ　　　　・・・（１）１゛
２ 但し Ｐ　：極対数 Ｎｓ：固定子スロット数 Ｓ　：ずへり ｆｏ：電源周波数 ｋ　＝１．２．３・・・ て表され、この周波数成分子の音が問題となフてくる。

この理由は、第４図に示すような半閉スロワ）Ｉのエア
ギャップ側表面にはスロットの開口部２が存在して、強
磁性体である鉄と反磁性体であるアルミニウムが混在す
るため磁気抵抗の変化が激しく、一方固定子スロットリ
ップル分に起因する磁束は回転子のエアギャップ側の表
面近くに存在するため、この磁気抵抗の影響を受は易く
、そのため一般に半開スロットの形状は磁束分布への影
響を生じ易い構成となっている。特に間口部２の境界部
分６において、二次導体のバー３と鉄心４との絶縁が回
転子全周にわたって良好に形成されていないと、回転子
が１回転する問にバー３と鉄心４との絶縁状態が不均一
に変化することになり、この結果固定子スロットリップ
ル分に起因する磁束の分布が空間的に不均一となって、
電磁音が増大してしまう。またこの電磁音はレヘルの変
動を伴うため、非常に耳障りな騒音となる。

この対策として、回転子外径を切削することによってバ
ーと鉄心の接触抵抗を小さくし、回転子表面に渦を流が
流れ易く形成して固定子スロットに起因する磁束のリッ
プル分を回転子表面で打ち消すように製作すればよいが
、この場合は回転子の表面における渦電流損や漂遊負荷
損が増大するため電動機効率の低下が著しいものとなっ
てしまう。従フて一般的に最も望ましい解決手段は、前
述した二次導体と鉄心間の電気的！ｅ綽を形成する処理
によって、バーと鉄心との！！縁状態を良好に形成し、
各スロットの相互で均一な絶縁状態を形成することであ
る。

ところが従来の絶縁処理の場合、ダイキャスト前の鉄心
にコーティングを施すものにおいては、ダイキャスＩ・
時の熱や高温高圧の溶湯の衝撃力によって鉄心スロット
部の！ｅ縁皮駁が部分的に破壊されて、スロット部の電
気的絶縁強度が低下してしまう問題がある。またこの現
象はダイキャスト型の湯口近傍のスロット、あるいは比
較的大きな打ち抜きパリの存在するスロットにおいて特
に顕著であり、この部分ではアルミニウムの鉄心への融
着が生じているため、電気的絶縁強度は各スロット相互
で不均一に形成されることになる。

また電気的絶縁の形成に際してダイキャスト後の回転子
に熱処理を施すものにおいては、前述したアルミニウム
の鉄心への融着部分を膨張、収縮作用ｔこよって完全に
引き離すことは十分に行われず、往々にして電気的絶縁
の改善不足となり、この場合もやはり電気的絶縁強度が
部分的に低下すると共に、この絶縁強度が各スロット相
互で不均一に形成されてしまう。これら絶縁強度の不均
一によって、回転子の円周方向に並ぶバーの絶縁状態が
、回転子が１回転する間に不均一に変化することになり
、この結果、電動機の固定子スロットに起因する磁束の
リップル分の分布が空間的に不均一となって変動を伴う
電磁騒音を発する原因となる。また固定子磁束の分布も
空間的に不均一となり、固定子と回転子間のマグネット
プルが不均一に作用するため、やはり変動を伴う電磁騒
音を生じ易い。

また近年の回転子鉄心は、鉄心自体に設けたカシメクラ
ンプ部によって自動積層して内外径の積層精度を向上さ
せ、内外径を切削加工しないものが多用されているが、
シャフトに組み付ける前に熱処理を施す必要のある例え
ば冷凍機用電動機の如きビルト・イン・タイプの電動機
の回転子においては、この鉄心に絶縁のための熱処理が
施されると軸方向に変形を生じて内径の軸方向真直度が
悪くなるため、シャフト挿入時にいわゆるカジリを生じ
て挿入不良となったり、シャフト挿入後もシャフトに対
する回転子外径のフレが増大して固定子と回転子間のエ
アギャップが均一とならないため、このフレに起因する
変動騒音の増大等の問題が生じていた。

また一般に、鉄心の打ち抜き公差等の関係によりダイキ
ャスト型と鉄心間には部分的な隙間が生しるため、ダイ
キャスト時にこの隙間に湯が漏れることにより、第５図
に示すような濶バリ５が生し易い。この湯バリ５は電動
機の運転中に剥がれ易いため、冷凍機用電動機の如き冷
媒中への異物の放出が制限されているものにおいては品
質上の問題が生じる。また湯バリ５の存在によって、固
定子と回転子間のエアギャップを均一化するためのゲー
ジが挿入できなかったり、特性面においては漂遊負荷損
が増加したりする問題がある。従って上記内外径を切削
加工しない回転子の場合は品質低下が著しく、またこの
湯バリを取り除くためには新たな工程が付加されて工数
増加を来すものであった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数の半閉スロットを有する薄鉄板を積層し
て形成された回転子鉄心にアルミニウムをダイキャスト
してバー及びエンドリングよりなるかご形二次導体を形
成した後、この一体化された鉄心と二次導体の全体をア
ルカリ溶液に浸漬してかご形回転子を形成するものであ
る。

アルカリ溶液としては水酸化ナトリウム（Ｎａ０Ｈ）、
水酸化カリウム（にＯＨ）　　等の水溶液を任意に選定
して使用し、また浸漬時閉は、アルカリによるバーの腐
食が若干進行する程度で且つ鉄心部分の腐食がほとんど
生じない範囲とし、アルカリ溶液の濃度及び温度と関連
して適宜設定する。」二記浸漬時閏は、長く設定すれば
品質的に安定したものが得られるが、生産性の面では短
時間処理が好ましく、両者の兼ね合いにより通常数十分
程度に設定すれば問題ない。

〔作用〕

かご形回転子をアルカリ溶液に浸漬すると、回転子のか
ご形二次導体を構成するアルミニウムがアルカリによっ
て腐食される。この作用は、例えば該アルカリが水酸化
ナトリウムとすれば、下式に示され゛る反応により進行
し、反応の結果アルミニウムが腐食されてアルミン酸塩
と水素を生成する。

一方、回転子鉄心を構成する鉄も類似の反応によって腐
食されるが、この反応のためには高温と高濃度のアルカ
リを必要とするため、室温では反応速度が遅くなる。こ
れに対し、（２）式に示すようなアルミニウムの反応は
アルミニウムのイオン化傾向が大きく、室温でも急速に
進行するため、通常の室温中における短時間の処理によ
って、回転子はその内外径及びスロット内壁等にはほと
んど寸法変化を生じることなく、二次導体のみが腐食さ
れることになる。

二次導体のバーの部分においては、鉄心の外径部又は内
径部より積層間に浸透したアルカリ溶液によってバーの
外周部表面から腐食が生しる。また鉄心の外径部のスロ
ット開口部においては、バーと鉄心の境界部分からアル
カリ溶液が浸透して行くため、このスロット開口部の境
界部分が顕著に腐食され、同時に外径部の湯パリも腐食
されて消失する。この腐食は化学反応であるため、すへ
てのバーにおいて均−且つ確実に進行し、この結果、ア
ルミニウムが鉄心と強固に融着した部分は勿論、各バー
外周部と鉄心スロット問には確実に微小隙間が形成され
、バーの一本一本と鉄心間の電気的ｗ！縁強度はその水
準が向上されると共に、各スロット相互で均一なものと
なる。

〔実施例〕

第１図は、半閉スロットの回転子を用いた誘導電動機の
騒音を１／３オクターブバンドで周波数分析した結果の
一例を示すものであり、（ａ）はダイキャスト後にアル
カリ溶液への浸漬処理を施した本発明による回転子を使
用した場合、（ｂ）はダイキャスト後に加熱処理を施し
た従来の回転子を使用した場合をそれぞれ示している。

尚、ダイキャスト前の鉄心にコーティングを施した回転
子の場合も第１図（ｂ）に示す騒音特性と略同等の傾向
を示し、従って第１図（ｂ）は概ね従来の回転子に共通
する騒音特性を表している。また固定子は（ａ）。

（ｂ）共同−のものを使用し、出力が７６−１極対数が
１、スロット数は２０てあり、周波数５０Ｈｚの電源に
よって２８９２ｒｐ■（すへり＝３．６％）にて運転し
た。

第１図（ｂ）に示されるように、従来の回転子を使用す
ると、５００Ｈｚ及び１ｏ００Ｈｚの周波数域で変動音
を生じていることがわかる。この場合、５００Ｈｚの音
は、電源の偶数調波成分の加振源とシャフト系の固有振
動数が共振して生しているものであり、また１０００Ｈ
ｚの音は、固定子スロットリップル分に起因する磁束に
よる電磁音である。即ち、固定子スロットリップル分に
起因する電磁力波の周波数ｆを前述の（１）式を用いて
計算するとｆ　＝　９１６Ｈｚ。

１０１２Ｈｚとなり、１０００Ｈｚ成分の音となる。

上記従来の回転子に対し、第１図（ａ）に示される本発
明による回転子を使用した場合は、５００Ｈｚ及び１０
００）１ｚの周波数域における変動音が大幅に削減され
ていることがわかる。これは、各バー外周部の腐食に伴
ってアルミニウムの鉄心への融着部分も腐食されること
により、回転子の円周方向に並ぶバーの絶縁状態が均一
に形成され、一方、第３図に示すように、スロット開口
部２におけるバー３と鉄心４の境界部分６が大きく腐食
されることにより、スロット開口部の絶縁レベルが向上
してスロット相互で均一化され、回転子が１回転する間
に該絶縁状態の変動が均一となり、このため電源の偶数
調波成分の電磁力波及び固定子スロットリップル分に起
因する磁束と基本波磁束の合成による電磁力波それぞれ
の空間的分布が均一となって、固定子と回転子閏のマグ
ネットプルの対角成分が相殺されて均一に働き、これら
の結果変動を伴う電磁騒音を生じ難い構成となっている
ためである。

また第１図（ａ）と（ｂ）の詳細データを比較したとき
、本発明による回転子を使用した場合は、従来のものに
比べて騒音の平均レベル自体も低下しており、その値は
５００Ｈｚで５ｄＢ、１０００Ｈｚで１Ｏｄ８程度の低
減が達成された。

第１図の騒音特性の測定対象とした誘導電動機の回転数
−トルク特性を第２図に示す。図中実線ＴＩは本発明に
よる回転子を使用した場合、破線Ｔ２は従来製法による
回転子を使用した場合をそれぞれ示している。この図よ
り明らかなように、本発明による回転子を使用した場合
はトルクの増加現象が顕著に現れ、特に加速領域におけ
るトルクが大幅に増加して、曲線Ｔ１とＴ２によって囲
まれる領域の面積に比例した量の加速エネルギーが新た
に得られる。これは、本発明による処理によって回転子
のバーの一本一本における絶縁が確実とこなされる結果
、絶縁強度が部分的に低下することなく、全体的な絶縁
レベルが向上しているためである。

上記絶縁レベルの向上は、電動機特性としても顕著に現
れ、例えば第１図及び第２図に説明した電動機における
特性は下表のようになり、入力及び電流の低減がなされ
て電動機効率がアップしている。

また本発明の別の実施例として、積層形成された鉄心に
対して、あるいは積層前の薄鉄板に対して四酸化玉銑等
の従来製法によるコーティングを形成しておき、この鉄
心にアルミニウムをダイキャストしてかご形回転子を形
成し、次に、このかご形回転子全体をアルカリ溶液に浸
漬して処理してもよい。この場合は、ダイキャストによ
って絶縁皮膜が部分的に破壊された箇所に融着１ノたア
ルミニウムがアルカリによって腐食されて、バーと鉄心
間の電気的絶縁強度の水準向上及び各スロット相互での
絶縁強度の均一化がなされる。特にこの場合は、ダイキ
ャストによって絶縁強度が劣化した部分の修復を目的ど
するものであるため、アルカリによる処理時閉は短縮さ
れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バーと鉄心間の電気的絶縁状態が部分
的に低下することなく各スロット相互で均一に形成でき
るため、電磁力波の空間的分布が均一となって、固定子
と回転子閏のマグネットプルの対角成分が相殺されて均
一に作用するため、特に半閉スロットを有するかご形回
転子において従来問題とされた固定子スロットリップル
分に起因する変動騒音が大幅に低減でき、同時に電源の
偶数調波成分の電磁音に関しても変動幅が削減され、こ
れらの結果電動機の騒音が大幅に低減されるものである
。また加速領域におけるｌ・ルクが増加することにより
、加速時間の短縮や耐久性及び品質の向上が達成される
。同時に電動機効率においても優れたものが製造可能で
ある。

さらに熱処理を伴わないため鉄心部分に変形が生じるこ
とがなく、内外径を切削加工しない回転子におけるシャ
フトの挿入不良や外径のフレの問題が解消され、同時に
このフレに起因する変動騒音の発生も防止できるもので
ある。また半閉スロットから漏れた湯によフて生じる湯
バリが取り除かれるため、回転子の品質向上に大きく寄
与する。

一方、製造面においては、加熱処理等の従来方法と比較
して処理に要する時閉が大幅に短縮されて、生産性が向
上する特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導電動機の騒音を周波数分析した一例を示し
、（ａ）は本発明による回転子を使用した場合の騒音特
性図、（ｂ）は従来の回転子を使用した場合の騒音特性
図、第２図は誘導電動機の回転数−トルク特性を示す特
性図、第３図乃至第５図は回転子のスロット部分を示し
、第３図は本発明の一例を示す要部断面図、第４図及び
第５図は従第１図 周波数（Ｈｚ） 周波数（Ｈｚ） （ａ） （ｂ） 第２図 →　回転数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数の半閉スロットを有する薄鉄板を積層して鉄心を
   形成し、この鉄心にアルミニウムをダイキャストしてか
   ご形二次導体を形成し、一体化された前記鉄心と二次導
   体をアルカリ溶液に浸漬することにより形成したかご形
   回転子。