JPH04165945A - 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】 「発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、外周部に導体収納用のスロット形成部が複数
形成された鋼板を積層してなる積層鉄心を有するかご形
回転子に関する。

（従来の技術） 一般に、この種のかご形回転子は、予め外周部に複数の
スロット形成部を打抜き加工等により形成した磁性鋼板
を多数枚積層して積層鉄心を形成し、この積層鉄心のス
ロットにアルミニウム等の二次導体を鋳込み等の方法で
形成し、二次導体の端部をエンドリングにより連結した
状態にしてかご形導体が形成されている。

この場合、上記回転子が駆動された状態において、固定
子からギャップ部を介して積層鉄心に入る磁束は、高調
波成分を含んだものとなっており、この磁束の高調波成
分により二次導体に高調波起電力を発生させることにな
る。ところが、このような高調波起電力は回転子にとっ
て異常トルクとして作用し、結果的には脈動トルクとな
ったり振動或は騒音の原因となるものである。

そこで、従来、このような高調波成分による悪影響を抑
制するために、回転子に所謂スキューを施した積層鉄心
が用いられている。これは、鋼板を積層する際に、スロ
ットの位置を周方向に僅かずつずらしてゆくもので、例
えば全体として固定子スロットの１ピッチ分だけずらす
ものがある。

このようにすることにより、磁束の高調波成分により二
次導体に発生する起電力の位相が僅かずつずれるので、
全体としての起電力の高調波成分が打ち消され、異常ト
ルクに寄与する分が抑制されるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来構成のものでは、次の
ような不具合があった。

即ち、まず第１に、鋼板をスキューさせながら積層する
際に、そのピッチを調節するのに特殊な治具を必要とす
ると共に、その調整に多大な時間を要するため（特にス
ロットが全開形のものでは、積層した状態でスロットの
位置が外周方向がら見えないため手間がかかる）、コス
トアップが避けられなくなる。

第２に、このようなスキューされたスロットを白゛する
積層鉄心に二次導体を収納する際には、例えばアルミニ
ウム等の金属を鋳込みにより形成する必要がある。この
ときスロット内において、鋼板の積層部分の段差ができ
ているところに巣等の欠陥部分が発生する場合が生ずる
。そして、このような欠陥部分は、回転子をアンバラン
スにするため、特に高速回転においては回転状態の安定
性を低下させる不具合がある。

第３に、このような回転子に生ずる不具合を解決すべく
、例えば、特開昭６４−８１６４７号公報に示されるよ
うに、二次導体を鋳込みにより形成しないで棒状の二次
導体を直接スロットに圧入するようにしたものがある。

つまり、この場合には、固定子側の鉄心をスキューさせ
ることにより、回転子側はスキューを行わないでスロッ
トを形成して二次導体を圧入により収納するようにした
もので、これにより強度を増加させて回転子を高速回転
に充分耐え得る構造とするものである。しかし、この場
合には、固定子側の鉄心をスキューさせているので、固
定子のスロットに巻線や絶縁物を収納するのに手間がか
かって、組立の作業効率が低下し、特に自動実装ができ
なくなる等、多大なコストがかかる不具合がある。

さらに、前述の不具合を解決すべく、鋼板の積層時にス
キューを行なわずにスキュー効果のみを得ようとするも
のが考えられているが、例えば、実公昭５２−１７０４
５号公報に示されたものは、スロットの開口部或はブリ
ッジ部に当たる部分をスロットの中心線からずらして形
成したものである。しかしながら、この場合には、ずれ
量の論理的な値が示されておらす、寸法がずれている場
合にはスキュー効果が殆どなくなってしまう等、実際に
適用する場合には実験等により最適値を求める必要があ
り、設計コストが大きくなってしまう不具合があった。

本発明は、上記＋１１情に鑑みてなされたもので、その
１」的は、積層鉄心にスキューを施すことなくスキュー
効果と同等の異常トルク、振動及び騒音抑制効果を得る
ことができ、しかも、積層鉄心の温度上昇を極力抑える
ことができるかご形回転子を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のかご形回転子は、外周部に導体を収納するため
のスロット形成用の打抜部が形成された鋼板を所定枚数
積層して積層鉄心を形成して成るものを対象とし、前記
鋼板の打抜部は、その外周側のブリッジ部或は開口部が
前記導体が収納される主部の中心線に対して一方側に（
Ａ）式が満たす距離ｄだけずれた位置となる非対称形状
に形成され、前記積層鉄心は、前記鋼板を前記打抜部か
合致するようにして複数枚積層された単位ブロックを軸
方向に複数組合せ構成すると共に、隣接する単位ブロッ
クどうしは、一方が他方に対して裏返しの状態で且つ前
記主部が合致するように配置され、更に、各単位ブロッ
ク間には前記スロット内における前記導体とスロット内
周との間の隙間に連通ずるダクト部が介在されていると
ころに特徴を有する。

但し、Ｄ１回転子直径 ２：対応する固定子のスロット数 ｐ：極対数 （作用） 本発明のかご形回転子によれば、第１図に示す如く、積
層鉄心２４は、打抜部３０を有する鋼板２９を同じ位置
で複数枚積層して単位ブロック３１．３２を形成してい
る。そして、この単位ブロック３１．３２はダクト部３
４（第４図参照）を介して組み合わされている。そして
、このダクト部３４は、各単位ブロック３１．３２にお
けるスロット２５内周と導体２６間の隙間３５．３６と
連通している。さらに、前記スロット２５は回転軸の軸
線に平行に形成され、その主部３０ａに対して、ブリッ
ジ部或は開口部３０ｂ（図中ではスロット２５を全閉形
のものとし、外周側がブリッジ部３０ｂとなる場合を示
す）は、主部３０ａの中心線Ωから所定距離ｄだけずれ
た位置に形成されていると共に、単位ブロック３１．３
２毎にずれる方向が逆になるように配置されている。

これにより、外形上においては、スロット２５の主部３
０ａが回転軸の軸線に対して傾斜のない形状とされ、二
次導体２６を鋳込み形成する際に、鋼板２９の積層状態
で段差がなくなることにより、巣等の欠陥の発生を低減
できる。また、スロット２５内周と導体２６との間の隙
間３５．３６はダクト部３４を介して連通しているので
、スロット２５の隙間３５．３６内に流入した冷却風は
、単位ブロック３１．３２間の接合面でせき止められる
ことなく、円滑に対流するようになり、その冷却風の対
流によって積層鉄心２４の放熱が促進される。

また、電気的特性としては以下に示す原理により、スキ
ューした場合のものと同様の効果が得られ、回転子の駆
動に伴う異常トルク発生や振動。

騒音を極力抑制できるものとなる。

即ち、第２図に示すように、固定子側からギャップを介
して単位ブロック３１．３２に入り込む磁束Φ４及びΦ
８は流入経路が異なり、位相差α（電気角）が生ずる。

磁束Φ３及びΦ８により二次導体２６に誘起される電圧
を夫々ｅＡ及びｅＢとすると、これも同様に位相差αが
生ずる。この位相差αは磁束Φ９及びΦ８の磁路の周方
向のずれに相当する距離２ｄにより生ずるもので、具体
的には、極対数ｐと積層鉄心２４の外径りにより表わさ
れる極ピッチτにより、次式のように与えられる。

τ 但し、 一方、誘起電圧ｅＡ及びｅ８は夫々第３図に示すように
ベクトル量として表わされる量であり、実際に回転子の
導体２６に発生する電圧ｅはこれらの和ｅ−ｅＡ十ｅｌ
ｌとして表わされる値である。

磁束Φ４及びΦ８には高調波成分が含まれ、これにより
誘起電圧ｅＡ及びｅ、にも高調波成分が生ずる。しかし
、両者の間には位相差αがあるため、これらの合成値と
なる誘起電圧ｅに含まれる高調波成分の度合いは各次数
に応じて異なる値となる。

このような誘起電圧ｅに含まれる高調波成分の度合いを
示すスキュー係数Ｋ　ｓ　ｎは次式によって与えられる
。

いま、単位ブロック３１．３２の厚さを同じ寸法とする
と、ｔｅＡ　１＝ｌｅＢ　ｌとなり、第３図に概念図に
ベクトルで示すように、式（２）の分母の値は線分ＯＡ
の２倍の長さ２ｒに等しくなる。

また、間代の分子にあるベクトル和の大きさは同図中線
分ＯＢの長さｑに等しくなる。そして、これらの値を式
（２）に対応して表わすと、次のように算出される。

２ｒ　　　　４Ｒｓｉｎ（α／２） −ｃｏｓ　（α／２）　　　　　　　　　　　・・・（
３）また、第０次高調波においては位相角αがｎ倍とな
るので、αをｎαに置き換えると、結局式（２）のスキ
ュー係数Ｋｓｎは、次式のように表わせる。

Ｋ　ｓ　ｎ　−ｃｏｓ　（ｎ　α／２）　　　　−（４
）さて、一般に、異常トルク、振動或は騒音を発生しや
すい高調波は、固定子スロットによる溝高調波によるも
のであることは良く知られているところであるが、その
高調波の次数μｓは、次のように表わされる。

μ５　＝−十１　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（５）（但し、Ｚは固定子スロット数とする）従っ
て、上記式（５）に示される次数における本発明の場合
のスキュー係数Ｋ　ｓ　ｎの値は、式（４）に基づいて
次のように算出される。即ち、まず、設定された距離ｄ
の範囲（Ａ）に対して、位相差αの範囲は、式（１）よ
り、 この結果に基づいて式（４）に示されるスキュー係数Ｋ
ｓｎのうち、まず１次（ｎ＝１）の場合について求める
と、 （ａ）αの下限値で、 Ｋ　ｓ　１　＝ｃｏｓ　（（Ｚ／　２）（ｂ）αの上限
値で、 ＝　１２− ここで、一般的な場合には、固定子のスロット数２が極
対数ｐに比べて大きいので（例えばｚ＝４８、ｐ−２）
、第（７ａ）、（７ｂ）式の値は略１になる。

一方、式（５）で示されるμ５次の高調波によるスキュ
ー係数Ｋｓｎは、距離ｄの上限値及び下限値の夫々に対
応して、 ここで、固定子のスロット数２が極対数ｐに比べて大き
い一般的な場合を考えると、 Ｋｓ　ｎ　−ｃｏｓ（π／２）　＝０　　　−　（９）
となって、式（５）に示す回転子に悪影響を及ぼす第μ
５次のスキュー係数Ｋｓｎを略ゼロとすることができる
。従って、いずれの場合においても導体に誘起される電
圧のうち、回転子の回転力として有効に作用する１次の
成分に対してはスキュー係数を略１にすることができ、
異常トルク、振動或は騒音の原因となる次数Ｉｔ　ｓの
高調波成分の誘起電圧を極力低減させることができ、ス
キューを行った場合と同様の効果が得られるのである。

尚、このようにして導出されるスキュー係数を種々の条
件に応じて算出した結果を第５図に示す。

この場合、従来のスキューを行った場合の係数値を併記
しており、そのときのスキュー係数Ｋ　ｎ　ｓ′は次式
で与えられている。

この結果からもわかるように、従来のスキューを行った
場合には、距離ｄの値が式（Ａ）の範囲においても殆ど
０．６以上の大きな値となるのに対し、本発明のものは
０．１以下或はその近傍の値となり、十分大きなスキュ
ー効果が得られている。

（実施例） 以下、本発明をモータに適用した場合の一実施例につい
て第６図乃至第９図を参照しながら説明する。

まず、全体構成を断面で示す第６図において、固定ｒ−
１９は、固定子鉄心２０と図示しないスロットに収納さ
れた固定予巻！Ｊｉ１２１からなるもので、固定子鉄心
２０は、スロット部分が打抜き形成された鋼板をスキュ
ーしないで積層することにより形成されている。

一方、かご形回転子２２は、図示しない軸受に支持され
た回転軸２３とこの回転軸２３に嵌着された積層鉄心２
４からなり、その積層鉄心２４にはスロット２５が外周
部に沿って多数形成されている。そして、積層鉄心２４
のスロット２５には、二次導体２６がダイキャスト（鋳
込み成形）されると共にそれらの端部を連結するように
前記二次導体２６と一体でダイキャストされたエンドリ
ング２７が設けられてかご形導体２８が構成されている
。

次に、かご形回転子２２について詳細に述べる。

積層鉄心２４を構成する鋼板２９は、ケイ素鋼板等の磁
性板からなり、外径寸法をＤとする円盤状のもので、第
７図に示すように外周部に所定間隔を存してスロット２
５形成用の打抜部３０が多数形成されている。この打抜
部３０は、二次導体２６がダイキャストされる主部３０
ａと、スキュー効果を発生させるためのブリッジ部３０
ｂとが次の関係で配置形成されている。即ち、ブリッジ
部３０ｂの位置は、主部３０ａの中心線ρに対して所定
の距離ｄだけ一方側にすれるように配置されている。そ
して、距離ｄは、前述した′式（Ａ）に示す条件を満た
す値として、次のように設定されている。

ｄ＝（πＤ）／（４ｚ）　　　　　　・・・（イ）この
ような鋼板２９を同一位置で（つまりスキューしないで
）所定枚数積層して全体の厚さＬから連通部３３の幅Ｓ
を減じた（Ｌ−５）の１／２の厚みの単位ブロック３１
．３２を形成している。

また、この単位ブロック３１と、同様にして形成され打
抜部３０が裏返しに配置された単位ブロック３２との間
には、連通部３３が介在されており、−１６＝ この連通部３３には、スロット２５と同数のダクト部３
４が形成されている。これら各ダクト部３４は、第７図
に示すように各単位ブロック３１゜３２におけるスロッ
ト２５と二次導体２６の隙間３５．３６に連通し、打抜
部３０を包含する様な形状を成している。そして、両単
位ブロック３１゜３２をダクト部３４を介して打抜部３
０の主部３０ａが重なるようにして組合わせた状態にし
て積層鉄心２４を構成している。従って、積層鉄心２４
のスロット２５を回転軸２６の軸方向から見た場合、各
スロット２５は、両単位ブロック３１゜３２間でブリッ
ジ部３０ｂの位置が距離２ｄだけずれ、それをダクト部
３４が包含する様な位置関係となる。

上記した構成の積層鉄心２４を製造するには、下記の様
な方法がある。

単位ブロック３１．３２と連通部３３を接合する際に、
予めスロット２５の隙間３５．３６に、水溶性又は二次
導体２６より低融点の合金で作られた中子を挿入し、同
様にして連通部３３のダクト部３４にも中子を挿入して
おく。そして、金型内に前記中子が装着された積層鉄心
２４を装着し、その金型内に溶湯を７＋大して二次導体
２６及びエンドリング２７を一体にダイキャストする。

そして、中子は、成形後に水で溶かしたり或いは加熱し
て取り除く。尚、二次導体２６より低融点の合金で作ら
れた中子は、表面にスロット絶縁塗料等を塗布して耐熱
コーディングしておけば、溶湯から中子を保護すること
ができる。

一方、固定子鉄心２０も回転子２２と同じく中間にスペ
ーサ３７を介在させて軸方向寸法を回転子２２と揃えて
いる。

ところで、本実施例におけるかご形回転子２２は、回転
状態においては以下に示すようなスキュー効果が得られ
る。

即ち、本実施例においては、前述した距離ｄを式（イ）
に示すように設定しているので、式（６）に相当する位
相差αの値は、 α＝ｐπ／２　　　　　　　　　・・・（ロ）となる。

従って、スキュー係数Ｋｓｎは、式（７％式％ ａ）、（７ｂ）及び式（８）に対応して次のような値が
得られる。

（ａ）１次の場合（’ｎ−１） （ｂ）μ５次の場合　（μｓ＝ｚ／ｐ±１）いま、例え
ばステータのスロット数２を３６として計算すると第８
図に示すようになる。この結果、式（ハ）におけるスキ
ュー係数Ｋｓｎの値は０．９９６であるから略１と見な
せ、また、式（ニ）におけるスキュー係数Ｋｓｎの値は
１７次。

１９次共に０．０８−７であるから略ゼロと見なせる。

そこで、従来と本実施例とのスキュー係数Ｋｓｎ及びＫ
ｓｎ’を比較すると、１７次、１９次で本実施例の場合
が従来の１３％から１５９６に低下している。従って、
高調波トルクが減少するので、異常トルクの発生は極力
抑制されると共に、振動、騒音の発生も低減されるので
ある。第９図＝　１９− には、本実施例のかご形回転子を用いたモータの回転速
度とトルクとの関係を示している。図中、破線で本実施
例の特性を示し、実線で従来のスキューを行った場合の
特性、さらに−点鎖線でスキューしない場合の特性を示
している。この結果によれば、スキューしないものにお
いて回転数が」−Ｈする際にトルクが低−ドして異常ト
ルク発生状態となるのに対し、本実施例は高調波！・ル
クの減少により！・ルクの低ドか敗訴され、そのスキュ
ー効果は従来のスキューしたものと同等以上の特性を示
していることがわかる。従って、始動かスムーズに行な
えると共に、短時間で加速が行なえるのである。

ところで、上記構成からダクト部３４を取り除き、両単
位ブロック３１．，３２を直接に重ね合わせた場合を考
えると、この構成では、スロット２５内周と二次導体２
６との間に隙間３５が形成されたとしても、この隙間３
５は、両単位ブロック３１、’３２接合面にて塞がれて
しまう。このため、スロット２５内の隙間３５に外気が
入っても、前記両単位ブロック３１．３２の接合面にて
せき１１−められてしまい、折角の隙間３５も、冷却風
の通風部としてａ効に機能しなくなってしまう。

その点、本実施例では、単位ブロック３１，３２の間に
、前記隙間３５．３６と連通するダクト部３４を介在さ
せたので、単位ブロック３１の隙間３５より流入した冷
却風は、上述した場合とは異なり、単位ブロック３１．
３２の接合面においてせき止められることもなく、ダク
ト部３４を通して、円滑に他方の単位ブロック３２に流
入する。

つまり、本実施例では、冷却風の対流は極めて円滑であ
り、従って、積層鉄心２４は速やかに放熱される様にな
る。

尚、上記実施例においては、二次導体２６をダイキャス
トにより収納する場合のものについて述べたが、これに
限らず、例えば、二次導体を圧入により形成するもので
も良い。この場合、両単位ブロック３１．３２間に連通
部３３を接合した後に、スロット２５の主部３０に二次
導体を圧入する構成としても良いし、或いは、予め二次
導体が収納された単位ブロックを接合する構成としても
良い。

また、上記実施例においては鋼板をケイ素鋼板としたが
、これに限らず、例えば冷間圧延鋼板或いはアモルファ
ス磁性材を使用しても良い。

そして、上記実施例においては、スロット２５を全開形
のものとしたが、これに限らず、半開形のものでもよい
し、普通かご形態外の二重かご形。

深溝かご形のものでも良いし、また、距離ｄの値を式（
イ）のように設定したが、これに限らず、式（Ａ）に示
す範囲であれば良い。

さらに、上記実施例においては、中位ブロック３１．３
２を２個設けた場合について述べたか、これに限らず、
３個以上であっても良い。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明のかご形回転子によれば、
打抜部を同一位置で積層してスロワ！・を回転軸の軸方
向に平行に形成したので、鋳込みにより二次導体を形成
する場合においては、巣−９の欠陥の発生を極力抑制で
き、さらに、二次導体−つつ　− を圧入することもでき、この場合には、高温状態にさら
されないので鋼板としてアモルファス磁性材等の引張り
強度の大きな材料を結晶化させることなく用いることが
できる。しかも、この場合でも、スロットのブリッジ部
或は開口部を主部の中心線から式（Ａ）で示される範囲
の距離ｄに設定したので、スキューを施したのと同様の
効果が得られ、同転子は高調波成分による異常トルクの
発生を極力抑制できると共に、振動、騒音の発生も極力
抑制できる。更に、各単位ブロック間にスロット内の隙
間に連通ずるダクト部を介在させたので、スロット内周
と導体の隙間より流入した冷却風は、単位ブロック間の
接合面でせき止められることなく円滑に対流する様にな
り、積層鉄心の放熱か促進されて冷却性能が向上すると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の詳細な説明するための原理
図で、第１図は積層鉄心の外観を一部を破断して示す斜
視図、第２図はスロットに入り込む磁束の状態を示す説
明図、第３図は導体に誘起される起電力を示す説明図、
第４図は積層鉄心の部分横断面図、第５図は種々の計算
例を示す図である。そして、第６図乃至第９図は本発明
の一実施例を示し、第６図は全体構成の縦断側面図、第
７図は積層鉄心の部分横断平面図、第８図はスキュー係
数の計算結果を示す図、第９図は回転数とトルクの相関
を示す特性図である。 図面中、１９は固定子、２０は固定子鉄心、２２はかご
形回転子、２３は回転軸、２４は積層鉄心、２５はスロ
ット、２６は二次導体、２７はエンドリング、２８はか
ご形導体、２９は鋼板、３０は打抜部、３０ａは主部、
３０ｂはブリッジ部（或いは開口部）、３１．３２は単
位ブロック、３３は連通部、３４はダクト部、３５．３
６は隙間である。 代理人　　弁理士　　佐　藤　　強 （１）　　　（Ｎ く ビ靭 第６図 −第　７　図 」二　〜 ■ ７゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周部に導体を収納するためのスロット形成用の打
   抜部が形成された鋼板を所定枚数積層して積層鉄心を形
   成して成るかご形回転子において、前記鋼板の打抜部は
   、その外周側のブリッジ部或は開口部が前記導体が収納
   される主部の中心線に対して一方側に（Ａ）式を満たす
   距離ｄだけずれた位置となる非対称形状に形成され、前
   記積層鉄心は、前記鋼板を前記打抜部が合致するように
   して複数枚積層された単位ブロックを軸方向に複数組合
   せて構成すると共に、隣接する単位ブロックどうしは、
   一方が他方に対して裏返しの状態で且つ前記主部が合致
   するように配置され、更に、各単位ブロック間には、前
   記スロット内における前記導体とスロット内周との間の
   隙間に連通するダクト部が介在されていることを特徴と
   するかご形回転子。 πＤ／４（ｚ＋ｐ）≦ｄ≦πＤ／４（ｚ−ｐ）・・・・
   ・・　（Ａ）但し、Ｄ：回転子直径 ｚ：対応する固定子のスロット数 ｐ：極対数