JPH08294242A - 回転電機のロータコアまたはステータコアのスキュー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルクのリップルや発電した出力波形の乱れ
を発生することなく、しかもロータに軸方向力を発生し
ないスロットのスキューを提供する。 【構成】 かご形ロータ４の表面に近い内部に、軸方向
の一方端から他方端まで明けられ、ロータバーを挿入す
るための孔５が、軸方向長さの中央部で山形に見た回転
軸の軸線に対して、同じ角度Ｅ、Ｅで、且つ同じ側に折
れ曲がり、ロータ表面の回転軸に平行な線の垂直２等分
線に対し対称に折れ曲がり、二等辺三角形の２つの等辺
をなしてスキューされる構成であり、また、ロータの表
面の軸方向長さを所定の区画に等分し、隣接する前記各
区画ごとに、前記のスキューされた対称の孔５またはス
ロットが連続されてＷ字状または千鳥状に形成された構
成をも含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機や発電機として
の同期機や誘導機などの回転電機に関し、さらに詳しく
は、特に回転電機において回転子または固定子のスロッ
トのスキューに関する。回転電機、特に大形回転電機で
は、回転子または固定子のコアに巻線するために設けら
れたスロットが、軸方向の一方の端部と他方の端部とで
角度位置が回転軸に対しある角度ひねってスキュー（sk
ewed slot）されて配置される。通常、回転電機ではス
ロットは、出力トルクを均一にしたり、雑音を低下した
り、出力電圧波形のリップル（脈動）をなくし電圧波形
を良くするなどの目的のために所定のスキューにされて
いる。このように、回転方向に所定の角度位置ひねられ
たスロットは、上記のような効果がある反面、軸方向力
が発生し、軸受などが摩耗しやすいという逆効果をもた
らす。本発明は、このようなスキューの前記の効果を保
つとともに、前記の逆効果を解消することの可能な回転
電機のロータコアのスキューの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期機や誘導機などの回転機では、電動
機としてのトルクのリップルや発電機としての出力波形
の改善などの目的で、通常は巻線を収容するスロットを
軸線に対して傾斜した方向、 即ちスキューさせて配置す
る。 かご形誘導機では、スロットに代わりロータバーを挿入
したり、アルミニウムなどを鋳入するための孔にされて
いる場合が多い。前述したように、スキューを施すこと
により、ロータバーや巻線に鎖交する磁束の急激な変化
を抑制してトルクリップルを低減したり、発電電圧の波
形を改善したりする効果がある。電動機を例にとれば、
電動機内部で発生する力は、本来ロータの接線方向の力
のみであるべきであり、これがトルクとなり負荷を回転
させる駆動力となる。しかし、巻線やロータバーを収容
するスロットや孔をスキューすることにより発生する力
は、スキューしたスロットに直角な力となり、この力の
回転方向成分がトルクとなり、軸方向成分が軸方向力す
なわち推力（スラスト力）となる。このような軸方向力
すなわち推力はトルクに比較して小さいため、小型モー
タでは無視できる程度であるが、大形の回転電機では無
視できない程度であり、特にメタル軸受を使用した場
合、軸受にスラスト力がかかり、摩耗が発生する。

【０００３】図４と図５は従来技術として、かご形ロー
タ１のロータバーを抜き取り、ロータバー用の孔２のみ
を示す斜視図で、図５は従来技術のかご形ロータ１の展
開図である。図５では、図４の軸方向の両端で、互いに
隣接する孔の中心Ｏ、Ｏ′を連結する一点鎖線ＡとＡ′
に沿って切断した状態で展開し、回転軸３に平行で水平
な方向から見ているので、孔２は溝として示されてい
る。図４と図５を参照して、従来技術のかご形ロータ１
の形状とスキューの作用を説明すると、図４において、
図示しないロータバーを収容する一つの孔２は、外周側
から回転軸３の軸線Ｂを見て、軸線Ｂに対して所定の角
度で傾斜していて、図５に示すように展開すると、全て
の孔２が溝として示され、互いに平行に右上がりに傾斜
して配置されている。なお、図５の矢印Ｃは回転方向
を、矢印Ｄは軸方向をそれぞれ示す。このように傾斜さ
せてスロットを配置することにより、かご形コアに挿入
されたロータバーに鎖交する磁束の急峻な変化を抑制し
て、トルクのリップルを低減したり、発電電圧の波形を
改善したりする効果がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スキューにも
逆効果としての欠点があり、その一つが軸方向力の発生
である。電動機の例で説明すると、本来電動機で発生さ
せる力はロータの接線方向の力であり、これがトルクと
なり他の負荷となる装置などに伝達され駆動力となる。
しかし、ロータバーを収容する孔や、巻線を収容するス
ロットをスキューすると、フレミングの法則により、導
体中を流れる電流によって発生する力はスキューした導
体と直角に生じるため、回転軸の軸線に対するスキュー
の角度の分だけ斜めに生じることになる。図５におい
て、上記の発生力Ｘの回転方向成分Ｙがトルクとなり、
軸方向成分が軸方向力Ｚとなる。この軸方向力Ｚは発電
機においても全く同様に発生する。この軸方向力Ｚは、
トルクに比べてはるかに小さいため、小型モータにおい
ては殆ど問題にはならないが、大型の回転電機において
はその絶対値が大きくなるため集中して軸受に作用し、
しばしば問題を発生することになる。例えば、特にロー
タの回転軸の軸受にメタル軸受を使用した場合、上記の
軸方向力Ｚが軸受にスラスト力として負荷されるため、
軸受が激しく摩耗したり、または、この負荷に耐えるた
めにスラスト軸受を設けるなど軸受の構造が複雑にな
り、製造コストが増大するなどの問題が生じていた。こ
れらの問題は、例示した誘導電動機だけではなく、同期
電動機や発電機などの一般的にスキューを行う回転電機
に共通して生じている。本発明の目的は、このような軸
方向力を発生せず、しかもスキュー本来の目的であるリ
ップル低減効果も十分に有する構造のスキューを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の回転電機のロー
タでは、ロータの表面を軸方向に単一の区画Ｓまたは同
じ長さの２〜６Ｓなどの複数の区画に等分し、各区画ご
とに設けられるスロットまたは孔を回転方向には等しい
角度で、回転軸の軸線方向には対称に傾斜する二等辺三
角形の両等辺となるようにして構成され、これらのスキ
ューされたスロットにより上記の課題を解決した。同じ
長さの複数の区画に等分した場合には、二等辺三角形の
２つの等辺が複数個連続してＷ字状や千鳥状になる。

【０００６】

【作用】上記の構成によるスキューを施した場合には、
二等辺三角形状、Ｗ字状あるいはジグザグ状の対称なス
キューにより、それぞれの区画に発生する軸方向力は軸
方向に反対向きであり、且つそれらの大きさは等しい。
従って、これらの軸方向力は互いに相殺して零になり、
ロータ全体に対しては軸方向力が発生しない。しかも、
回転方向力は区画ごとに分割されているが、それらは同
じ方向に発生しているため、合成されて従来技術と同じ
トルクが得られ、軸方向力つまりスラスト力は相殺され
て発生しない。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の形式のスキューされた孔を
有する回転子の斜視図である。図２は、本発明の回転電
機スキューの一実施例を示す展開図である。図２は、図
１に示したかご形ロータ４のロータバー挿入用の孔５
を、軸方向両端の中心Ｏ、Ｏ′（点線）に沿って従来図
４に準じて切断して外周（紙面の上）から見た展開図で
ある。実際のかご形回転誘導電動機のロータを挿入する
孔は、 ロータコアの軸方向の両端の近くのみに設けられ
るが、 アルミニウムなどを鋳入する場合は通常軸方向両
端間を通じて明けられる。本発明の回転電機のスキュー
は、孔５の配置が従来技術と異なるだけなので、主とし
てこの相違点についてのみ説明する。図２の複数の孔５
は、二等辺三角形として互いに平行であるが、それぞれ
の孔５は軸線方向には同じ角度Ｅ、Ｅで、対称に傾斜し
た二つの部分が合成されたものである。即ち、この例で
のスキューは、図５に示したようなロータコアの円周面
上で右上がりの一方向に向けられた直線状ではなく、軸
方向長さの中央部で方向が変わり折れ曲がるもので、軸
方向の両端を始点とし、中央部を境にして軸線Ｄに対し
て等しい角度Ｅ、Ｅで両端を結ぶ線の垂直二等分線に対
し対称な二等辺三角形の２つの等辺として形成される。
図３は、図２の構成によるスキューを施した孔５内の図
示しない巻線中を流れる電流により発生する力を示す模
式図である。軸方向中央部で傾斜が変わる孔５の、回転
方向Ｃに対して対称な二つの部分によるスキューのそれ
ぞれにより発生する力２つのＸとＸ′は、それぞれの回
転方向成分の力ＹとＹ′は同じ向きで、軸方向成分の力
ＺとＺ′は、相互に反対向きで、それぞれの力の大きさ
は等しい。従って、回転方向成分の力Ｙ、Ｙ′は合成さ
れて、従来技術の場合と同じ大きさが得られ、一方、軸
方向成分の力Ｚ、Ｚ′は大きさが同じで向きが反対であ
るため互いに相殺されて零になり、ロータ全体には軸方
向力が発生しなくなる。

【０００８】上記の例では、軸方向の中央部で傾斜角度
が変わる二本の部分により構成されるスキューを施した
が、一般的には二本の部分に限定されるものではなく、
ロータの円周面を軸方向に複数個の区画に区分し、それ
ぞれに傾斜が異なる部分からなる二等辺三角形状のスキ
ューの複数個をＷ字状に、あるいはさらに多く区分され
て千鳥状にスキューしたスロットとすることもできる。
このような構造のロータを製作する場合、かご形ロータ
の場合はロータバーをダイキャストによるものとすれ
ば、スロットが折れ曲がっていても問題はなく、容易に
製作することができる。また、回転界磁型同期機の電機
子に本発明のスキューを適用する場合には、ステータの
巻線スロットにこのようなロータの回転方向に対して対
称なスキューを施し、コイルの形状も同様のスキュー形
状にすれば製作できる。また、 回転電機のステータのス
ロットも同様にスキュー形状にすることができることは
勿論である。

【０００９】

【発明の効果】本発明による回転電機のスキューは、従
来技術の構成によるスキューの効果と同様にスキュー本
来の目的であるトルクリップルの除去や電圧波形の改善
効果を有すると共に、軸方向力を発生しないため、軸受
にスラスト力がかからず、軸受構造の簡略化や軸受の長
寿命化が達成されるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の形式のスキューされた孔を有する回転
子の斜視図である。

【図２】本発明の回転電機のスキューの一実施例を示
す、スロットの中心に沿って切断した展開図である。

【図３】図１の構成によるスキューされた孔中のロータ
バーに発生する力を示す模式図である。

【図４】従来技術の一例として、誘導機のかご形ロータ
のロータバーを取り除き、孔だけを示す斜視図である。

【図５】図４のかご形ロータを一点鎖線Ａに沿って軸線
Ｂの方向に切断し、外周側から見た展開図である。

【符号の説明】

４ ロータ ５ ロータバー用の孔 Ａ、Ａ′ 孔の中心線 Ｂ 回転軸の軸線 Ｃ 回転方向 Ｄ 軸方向 Ｅ 傾斜角度 Ｘ、Ｘ′ 発生する力の方向 Ｙ、Ｙ′ 力の回転方向成分 Ｚ、Ｚ′ 力の軸方向成分

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電機のロータコアの全円周面に設け
   られた複数のスロットとして、前記ロータコアの軸方向
   長さが少なくとも一つの区画に区分されて、前記スロッ
   トは前記の各区画ごとに、前記のスロットの一方端の中
   心を通り軸線に平行な線上に前記のスロットの他方端が
   位置し、前記のスロットはロータコアの表面の前記の平
   行な線の両端から等しい傾斜角度で、前記平行な線の垂
   直二等分線に対して対称にスキューされて形成されてい
   ることを特徴とする回転電機のロータコアのスキュー。
2. 【請求項２】 前記回転電機がかご形誘導電動機であ
   り、そのロータコアの軸方向の一方端で円周面に近い半
   径方向内部の軸方向の一方端に一方の開口が、対応する
   他方の開口が他方端に設けられ、それぞれを通過してロ
   ータバーを配置するための複数の孔であって、前記ロー
   タコアはその軸方向長さが少なくとも一つの区画に区分
   されて、前記各区画ごとに、前記の孔の他方端の中心は
   前記孔の一方端の中心を通り軸線に平行な線上に位置さ
   れ、これらの孔は、それぞれの端部から等しい角度で、
   前記の両端の中心を結ぶ線の垂直二等分線に対称にスキ
   ューされて形成されていることを特徴とする回転電機の
   ロータコアのスキュー。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の回転電機のロ
   ータコアのスロットまたは孔のスキューにおいて、前記
   ロータコアは、その軸方向長さが２個以上の区画に区分
   され、それぞれの区画のスロットまたはロータバー挿入
   用の孔のスキューが、二等辺三角形の２つの等辺が連続
   してＷ字状または千鳥状に配列されていることを特徴と
   する回転電機のロータコアのスキュー。
4. 【請求項４】 回転電機のステータコアの全内周面に設
   けられた複数のスロットのスキューが、前記ステータコ
   アの軸方向長さを少なくとも一つの区画として、前記各
   区画ごとに、軸方向には等しい角度で対称にされたスキ
   ューにされていることを特徴とする回転電機のステータ
   コアのスキュー。