WO2018221449A1

WO2018221449A1 - 電動機

Info

Publication number: WO2018221449A1
Application number: PCT/JP2018/020323
Authority: WO
Inventors: 峻谷口; 大輔三須; 真琴松下; 芳武上條; 活徳竹内; 寿郎長谷部
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝インフラシステムズ株式会社
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2018-12-06
Also published as: JP2018207632A; EP3633833A1; EP3633833A4; CN110114964A; TWI685188B; TW201907656A

Abstract

実施形態の電動機は、固定子と、回転子と、を持つ。固定子は、固定子鉄心と、複数の固定子ティースと、複数の固定子スロットと、を持つ。複数の固定子ティースは、固定子コイルが巻回され、かつ周方向に並んで設けられている。複数の固定子スロットは、周方向に隣接する固定子ティース間に形成され固定子コイルが収納される。回転子は、回転子鉄心と、複数の回転子ティースと、複数の回転子スロットと、を持つ。回転子鉄心は、固定子鉄心と径方向で対向する面を持つ。複数の回転子ティースは、周方向に並んで面に設けられている。複数の回転子スロットは、周方向に隣接する回転子ティース間に形成され、導体バーが収納される。そして、ｍを自然数とし、固定子スロットの個数をＮｓｓとし、回転子スロットの回転軸線に対して傾斜した回転子スキュー角をθｒｓとしたとき、回転子スキュー角θｒｓは、θｒｓ＝３６０／（Ｎｓｓ・ｍ）を満たすように設定されている。

Description

電動機

　本発明の実施形態は、電動機に関する。

　電動機として、例えば誘導電動機がある。誘導電動機は、複数の固定子スロットを有する略円筒状の固定子鉄心に、固定子コイルが配置された固定子と、固定子の径方向内側に設けられ、固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、により構成されている。
　回転子は、回転軸線回りに回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に外嵌固定された回転子鉄心と、を有している。回転子鉄心には、径方向に沿って延びる複数の回転子ティースが放射状に配置されており、周方向で隣接する回転子ティース間に、回転子スロットが形成されている。この回転子スロットには、導体バーが挿入されている。

　このような構成のもと、誘導電動機は、固定子コイルに電流を供給すると、一次側（固定子側）で発生した磁束によって、導体バー（二次導体）に誘導電流が発生する。これにより、回転子に回転トルクが付与される。
　ここで、一次側は固定子コイルを収納するための固定子スロットを有し、二次側は導体バーを収納するための回転子スロットを有しているので、回転子の回転トルクに寄与しない空間高調波磁束が発生する。すなわち、空間高調波磁束は、固定子と回転子との間の微小隙間近傍に位置する導体バーに高調波二次電流を発生させる。この高調波二次電流は、導体バーに誘導電流を発生させる際の抵抗となり、回転子に回転トルクを発生させるにあたっての損失となる。この損失は、高調波二次銅損と称される。

　ところで、トルクリップルや騒音、振動を低減することを目的として、固定子スロットや回転子スロットを、軸方向に対して傾斜させる、いわゆるスキューさせる構造が知られている。しかしながら、トルクリップルや騒音、振動の低減を目的として固定子スロットや回転子スロットをスキューさせたとしても、空間高調波磁束の影響を低減できない可能性があった。

高橋幸人著、「電気機器設計ＩＩ－交流発電機及び誘導電動機－」、共立出版株式会社、１９５６年、ｐ．１８４－１８７

　本発明が解決しようとする課題は、空間高調波磁束の影響を低減できる電動機を提供することである。

　実施形態の電動機は、固定子と、回転子と、を持つ。固定子は、固定子鉄心と、複数の固定子ティースと、複数の固定子スロットと、を持つ。複数の固定子ティースは、固定子コイルが巻回され、かつ周方向に並んで設けられている。複数の固定子スロットは、周方向に隣接する固定子ティース間に形成され、固定子コイルが収納される。回転子は、回転子鉄心と、複数の回転子ティースと、複数の回転子スロットと、を持つ。回転子鉄心は、固定子鉄心と径方向で対向する面を持つとともに、固定子に対して回転軸線回りに回転自在に設けられている。複数の回転子ティースは、周方向に並んで面に設けられている。複数の回転子スロットは、周方向に隣接する回転子ティース間に形成され、導体バーが収納される。そして、ｍを自然数とし、固定子スロットの個数をＮｓｓとし、回転子スロットの回転軸線に対して傾斜した回転子スキュー角をθｒｓとしたとき、回転子スキュー角θｒｓは、θｒｓ＝３６０／（Ｎｓｓ・ｍ）を満たすように設定されている。

第１の実施形態の電動機を示す中心軸線に沿った断面図。第１の実施形態の回転子鉄心に導体バーを挿入した状態を示す斜視図。第２の実施形態の固定子鉄心に固定子コイルを配置した状態を示す斜視図。第４の実施形態の電動機の中心軸線に直交する断面図。

　以下、実施形態の電動機を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
　図１は、電動機１の中心軸線Ｃに沿った断面図であり、この中心軸線Ｃを中心にして片側半分だけ示している。
　電動機１は、いわゆる誘導電動機であって、例えば、鉄道車両（不図示）の駆動用に用いられる。

　図１に示すように、電動機１は、固定子２と、固定子２に対して回転自在に設けられた回転子３と、これら固定子２および回転子３を支持するケーシング４と、を備えている。なお、以下の説明では、中心軸線Ｃ方向を単に軸方向、中心軸線Ｃ回りに回転する方向を周方向（回転方向）、軸方向及び周方向に直交する方向を径方向と称する。

　固定子２は、略円筒状の固定子鉄心５を有している。固定子鉄心５は、複数の固定子電磁鋼板６を軸方向に沿って積層したものである。固定子電磁鋼板６は、例えば、鉄にケイ素を添加することによって製造される薄板の鋼板である。
　また、固定子鉄心５の内周面５ａ側には、中心軸線Ｃに向かって突出する複数の固定子ティース７が形成されている。各固定子ティース７は、周方向に沿って等間隔に配置されている。また、各固定子ティース７は、軸方向に沿って延びている。

　また、周方向に隣接する固定子ティース７間に、固定子スロット８が形成される。この固定子スロット８も軸方向に沿って延びている。そして、各固定子スロット８を介して各固定子ティース７に、固定子コイル９が巻回される。固定子コイル９は、固定子鉄心５の軸方向両端から軸方向外側に向かってオーバーハングするように設けられている。このような固定子コイル９には、例えば、架線からパンタグラフ（何れも不図示）を介して供給された直流電力が、交流電力に変換されて供給される。

　また、固定子鉄心５の軸方向両端には、固定子鉄心押え１０が設けられている。固定子鉄心押え１０は、積層された固定子電磁鋼板６（固定子鉄心５）が分離しないように保持するためのものである。固定子鉄心押え１０は、鉄等の金属により略円環状に形成され、その外径は、固定子鉄心５の外径よりも大きく設定されている。また、固定子鉄心押え１０の内径は、この固定子鉄心押え１０と固定子コイル９とが接触しない程度の大きさに設定されている。これら固定子鉄心５と固定子鉄心押え１０は、溶接等により一体化されている。

　回転子３は、中心軸線Ｃを中心に回転可能な回転軸２１を有している。つまり、中心軸線Ｃと回転子３の回転軸線は、一致する。
　回転軸２１の固定子２に対応する位置には、略円柱状の回転子鉄心２２が外嵌固定されている。回転子鉄心２２の外径は、回転子鉄心２２の外周面２２ａと固定子２の固定子ティース７との間に微小隙間が形成されるように設定される。この微小隙間はできる限り小さいことが望ましい。

　回転子鉄心２２も複数の回転子電磁鋼板２３を軸方向に沿って積層して形成される。そして、回転子鉄心２２の径方向中央に、回転軸２１を挿入又は圧入可能な貫通孔２４が軸方向全体に渡って貫通形成されている。これにより、回転軸２１と回転子鉄心２２とが、一体となって回転する。なお、回転子鉄心２２に回転軸２１を挿入する場合、接着剤等を用いて回転子鉄心２２と回転軸２１とを一体化させる。

　また、回転子鉄心２２の軸方向両端には、略円板状の回転子鉄心押え２５が設けられている。回転子鉄心押え２５も鉄等の金属により形成されており、径方向中央に、回転軸２１を挿入または圧入可能な貫通孔２５ａが形成されている。
　このように構成された回転子鉄心押え２５は、積層された回転子電磁鋼板２３（回転子鉄心２２）が分離しないように、且つ回転軸２１に対して軸方向にずれないように保持する役割を有している。

　また、回転子鉄心２２の外周面２２ａ側には、径方向外側（固定子ティース７側）に向かって突出する複数の回転子ティース２９が形成されている。各回転子ティース２９は、周方向に沿って等間隔に配置されている。さらに、周方向に隣接する回転子ティース２９間に、回転子スロット２６が形成される。これら回転子スロット２６には、棒状の導体バー３０が挿入されている。導体バー３０は、銅やアルミ等の導電体で、且つ非磁性体により形成される。導体バー３０の軸方向両端は、それぞれ回転子鉄心押え２５から突出している。この突出した端部に、略円環状の短絡環３１が設けられている。これら短絡環３１によって、複数の導体バー３０が連結されている。なお、短絡環３１の材料は、導体バー３０と同じ材料で、例えばアルミ合金や銅合金により形成されることが好ましい。しかしながら、これに限られるものではない。

　また、回転子鉄心２２の軸方向両端には、略円板状の回転子鉄心押え２５が設けられている。回転子鉄心押え２５も鉄等の金属により形成されており、径方向中央に、回転軸２１を挿入または圧入可能な貫通孔２４が形成されている。
　このように構成された回転子鉄心押え２５は、積層された回転子電磁鋼板２３（回転子鉄心２２）が分離しないように、且つ回転軸２１に対して軸方向にずれないように保持するためのものである。

　固定子２及び回転子３を支持するケーシング４は、固定子２の軸方向両側に配置された略有底筒状の一対の鏡蓋１１，１２と、対応する鏡蓋１１，１２に一体化された一対のベアリングブラケット１３，１４と、により構成されている。
　鏡蓋１１，１２は、それぞれ開口部１１ａ，１２ａを固定子鉄心５側に向けた状態で配置されている。また、鏡蓋１１，１２の開口部１１ａ，１２ａの外周縁には、それぞれ外フランジ部１５，１６が形成されている。

　これら外フランジ部１５，１６の外径は、固定子鉄心押え１０の外径とほぼ同一になるように設定されている。これにより、固定子鉄心押え１０と鏡蓋１１，１２の外フランジ部１５，１６とが軸方向で重なり合う。そして、固定子鉄心押え１０と鏡蓋１１，１２の外フランジ部１５，１６とが、不図示のボルト・ナットにより締結固定される。これにより、鏡蓋１１，１２に固定子２が支持される。

　鏡蓋１１，１２の底部１１ｂ，１２ｂには、それぞれ径方向中央に開口部１１ｃ，１２ｃが形成されている。これら開口部１１ｃ，１２ｃを閉塞するように、対応するベアリングブラケット１３，１４が設けられている。各ベアリングブラケット１３，１４は、それぞれ対応する鏡蓋１１，１２と一体化されている。
　各ベアリングブラケット１３，１４は、それぞれ略円錐台状に形成されており、突出方向が固定子２側を向くように配置されている。各ベアリングブラケット１３，１４の径方向中央には、後述の回転軸２１を挿通可能な挿通孔１３ａ，１４ａが軸方向に沿って貫通形成されている。

　また、各ベアリングブラケット１３，１４の径方向中央には、軸方向外側にそれぞれ軸受収納部１３ｂ，１４ｂが凹設されている。これら軸受収納部１３ｂ，１４ｂに、それぞれ軸受１７，１８が設けられている。これら軸受１７，１８を介し、各ベアリングブラケット１３，１４に回転軸２１が回転自在に支持されている。そして、例えば、鉄道車両の床下（何れも不図示）に、ケーシング４が固定されている。

　図２は、回転子鉄心２２に導体バー３０を挿入した状態を示す斜視図である。なお、図２において、説明を分かり易くするために、回転子鉄心２２の軸方向端面で導体バー３０を切断している。
　同図に示すように、回転子鉄心２２は、各回転子電磁鋼板２３を周方向に所定角度だけずらしながら積層している。これにより、回転子鉄心２２の回転子スロット２６は、軸方向に対して傾斜するように回転子スキュー角θｒｓを有している。
　なお、回転子スキュー角θｒｓについて換言すると、回転子スキュー角θｒｓとは、回転子鉄心２２の軸方向両端（２つの回転子鉄心押え２５側）に配置された各回転子電磁鋼板２３の各々回転子スロット２６の任意の箇所同士を直線で結んだとき（例えば、図２に示す直線Ｌ１）、この直線と軸方向との間の角度をいう。

　ここで、回転子スキュー角θｒｓは、ｍを自然数とし、固定子２の固定子スロット８の個数をＮｓｓとしたとき、
　θｒｓ＝３６０／（Ｎｓｓ・ｍ）　・・・（１）
を満たすように設定されている。すなわち、回転子スキュー角θｒｓは、回転子スロット２６の個数ではなく、固定子スロット８の個数に基づいて設定される。なお、本第１の実施形態では、ｍ＝１とし、θｒｓ＝３６０／Ｎｓｓに設定されている。しかしながら、ｍは自然数であればよい。

　このような構成のもと、電動機１を動作させるには、不図示のインバータを介して固定子コイル９に通電を行う。不図示のインバータは、固定子コイル９に所定の周波数の電流を供給するための制御機器である。具体的には、固定子コイル９に三相交流の電流を供給する。すると、固定子鉄心５の所定の固定子ティース７に主磁束が形成される。そして、主磁束が形成される固定子ティース７が回転子３の回転方向（周方向）に沿って順次切り替えられる（形成される主磁束が回転移動する）。

　また、主磁束は、固定子ティース７を介して回転子ティース２９に流れる。このとき、回転子スロット２６に導体バー３０が挿入されているので、回転子スロット２６に固定子２の主磁束が鎖交し、且つ主磁束の変化があると導体バー３０に二次電流が発生する。この二次電流と固定子２の磁束により、回転子３に回転トルクが発生する。

　ここで、前述したように、回転子鉄心２２には、固定子２の主磁束の他に、回転子スロット２６の影響により空間高調波磁束が発生する。この空間高調波磁束は、固定子２と回転子３との微小隙間近傍に発生するので、回転子スロット２６（導体バー３０）を周方向に横切るように流れ、これが電動機１の高調波二次銅損となる。以下、回転子スキュー角θｒｓを、上記式（１）に基づいて設定することによって、高調波二次銅損が低減される理由について詳述する。

　例えば、図２に示す任意の導体バー３０Ａ（３０）に流れる電流をｉｒｎとしたとき、この電流ｉｒｎは、下記式（２）に示すように、導体バー３０Ａの周方向両側の回転子ティース２９を通る磁束Φ１と磁束Φ２の時間微分の差に比例する。すなわち、各回転子ティース２９に周方向に順番に番号を付した時、ｎ番目とｎ＋１番目との間に存在する導体バー３０に流れる電流ｉｒｎは、

　を満たす。
　また、磁束Φに含まれる回転子３側から見た固定子スロット８の影響による高調波磁束（以下、固定子スロット高調波磁束という）をΦｎｈとしたとき、固定子スロット高調波磁束Φｎｈは、基本波磁束Φｎ０に比例すると考える。導体バー３０からみた基本波磁束Φｎ０は、すべり周波数ｆｓで回転し、各回転子スロット２６の位相は機械角で２π／Ｎｒｓずつずれる。このため、磁極数をｐとしたとき、電気角では、２πｐ／Ｎｒｓずつずれて、下記式（３）となる。

　一方、固定子スロット高調波磁束Φｎｈの周波数ｆｎｈは、
　ｆｎｈ＝（インバータの周波数ｆ）×（固定子スロット８の個数Ｎｓｓ）／ｐ
　・・・（４）
を満たす。そして、各回転子スロット２６の位相は機械角で２π／Ｎｒｓずつずれるので、下記式（５）となる。

　上記式（５）を変形すると、下記式（６）が導き出せる。

　また、上記式（３）と上記式（６）とに基づいて、下記式（７）を導くことができる。

　上記式（７）を上記式（２）に代入すると、下記式（８）が導き出せる。

　さらに、上記式（８）を変形し、回転子スロット２６をスキューさせた場合の二次空間高調波電流は、回転子スキュー角θｒｓをＳとし、回転子電磁鋼板２３の積層数をｍとし、回転子電磁鋼板２３の積層されている箇所（順番）をｋ（ｋ＝０～ｍ）で示すとした場合、下記式（９）で表すことができる。

　ここで、回転子スキュー角θｒｓ（＝Ｓ）は、３６０［ｄｅｇ］に対して十分小さいので、ｓｉｎ成分は、数値ｋによってほとんど変化しない。したがって、ｃｏｓ成分の各回転子電磁鋼板２３の合成（回転子鉄心２２全体）がゼロとなれば高調波二次電流の一次成分がほぼゼロとなることが分かる。したがって、ａを自然数としたとき、回転子スキュー角θｒｓ（＝Ｓ）は、下記式（１０）を満たすように設定されていればよい。

　このように、上述の第１の実施形態の回転子鉄心２２は、回転子スロット２６が回転子スキュー角θｒｓを有するように形成している。そして、回転子スキュー角θｒｓを、上記式（１）を満たすように設定している。このため、回転子スロット２６に挿入された導体バー３０に発生する高調波二次電流を抑えることができ、電動機１の高調波二次銅損を低減できる。

　なお、上述の第１の実施形態では、式（１０）において、ａ＝１の例を示している。しかしながら、これに限られるものではなく、回転子スキュー角θｒｓ（＝Ｓ）が上記式（１０）を満たす場合は、電動機１の高調波二次銅損を低減できる。

（第２の実施形態）
　次に、図３に基づいて、第２の実施形態について説明する。
　図３は、固定子鉄心５に固定子コイル９を配置した状態を示す斜視図である。なお、図３において、説明を分かり易くするために、固定子コイル９を固定子鉄心５の軸方向端面で切断している。また、本第２の実施形態において、上述の第１の実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する（以下の実施形態についても同様）。

　本第２の実施形態において、電動機１は、固定子２と、固定子２に対して回転自在に設けられた回転子３と、これら固定子２および回転子３を支持するケーシング４と、を備えている点、固定子２０２は、複数の固定子電磁鋼板６を積層してなる固定子鉄心２０５を有している点、回転子３は、複数の回転子電磁鋼板２３を積層してなる回転子鉄心２２を有している点等の基本的構成は、前述の第１の実施形態と同様である（以下の実施形態についても同様）。

　ここで、上述の第１の実施形態と本第２の実施形態との相違点は、第１の実施形態では、回転子鉄心２２の回転子スロット２６をスキューさせ、固定子鉄心５の固定子スロット８はスキューさせていないのに対し、第２の実施形態では、回転子鉄心２２の回転子スロット２６をスキューさせず、固定子鉄心２０５の固定子スロット２０８をスキューさせている点にある。

　より具体的には、固定子鉄心２０５は、各固定子電磁鋼板６を周方向に所定角度だけずらしながら積層している。これにより、固定子鉄心２０５の固定子スロット２０８は、軸方向に対して傾斜するように固定子スキュー角θｓｓを有している。
　なお、固定子スキュー角θｓｓについて換言すると、固定子スキュー角θｓｓとは、固定子鉄心２０５の軸方向両端（２つの固定子鉄心押え１０側）に配置された各固定子電磁鋼板６の各々固定子スロット２０８の任意の箇所同士を直線で結んだとき（例えば、図３における直線Ｌ２）、この直線と軸方向との間の角度をいう。

　ここで、固定子スキュー角θｓｓは、上記式（１）を満たすように設定されている。すなわち、固定子スキュー角θｓｓは、回転子スロット２６の個数ではなく、固定子スロット８の個数に基づいて設定される。なお、本第２の実施形態では、ｍ＝１とし、θｓｓ＝３６０／Ｎｓｓに設定されている。しかしながら、ｍは自然数であればよい。

　このように、回転子スロット２６に代わって、固定子スロット２０８を、上記式（１）を満たすようにスキューさせた場合であっても、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について説明する。
　本第３の実施形態では、固定子スロット８及び回転子スロット２６の何れもスキューされておらず、固定子スロット８及び回転子スロット２６は、軸方向に沿って延びている。この点において、第３の実施形態は、前述の第１の実施形態や第２の実施形態と異なる。
　また、本第３の実施形態では、固定子スロット８の個数Ｎｓｓ及び回転子スロット２６の個数Ｎｒｓが、ｍを自然数とし、ｎを０以上の整数としたとき、下記式（１１）を満たすように設定されている。この点、前述の第１の実施形態や第２の実施形態と異なる点である。

　すなわち、固定子スロット８の個数Ｎｓｓ及び回転子スロット２６の個数Ｎｒｓは、

を満たすように設定されている。以下、固定子スロット８の個数Ｎｓｓ及び回転子スロット２６の個数Ｎｒｓを、上記式（１１）を満たすように設定することによって、高調波二次銅損が低減される理由について詳述する。

　すなわち、上記式（８）で、２πｐ／Ｎｒｓは微小である。このため、上述の第１の実施形態と同様の考え方でｓｉｎ成分の大きさはほとんど変化しない。ｃｏｓ成分がほぼ同じになるように固定子スロット８の個数Ｎｓｓ及び回転子スロット２６の個数Ｎｒｓを設定すれば、導体バー３０を流れる二次空間高調波電流が小さくなり、高調波二次銅損が低減される。ここで、ｃｏｓ成分を同じ大きさにするためには、下記式（１２）とする。

　また、高調波二次銅損を小さくするという観点で考えた場合、ｃｏｓ成分を完全に同一に設定する必要はない。すなわち、実用上で考慮すると、上記式（１１）を満たせばよい。
　したがって、上述の第３の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

　なお、本第３の実施形態では、例えば、ｍ＝１とし、ｎ＝２としている。しかしながら、これに限られるものではなく、上記式（１１）又は上記式（１２）を満たすことにより、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

　また、上述の第１～第３の実施形態では、電動機１は、回転子鉄心２２の回転子スロット２６に挿入された導体バー３０をローターバーとして機能させ、導体バー３０に誘導電流を発生させて回転子３に回転トルクを発生させる、いわゆる誘導電動機である場合について説明した。しかしながら、電動機１の導体バー３０をダンパーバーとして機能させ、電動機１をいわゆる同期電動機として構成してもよい。

（第４の実施形態）
　次に、図４に基づいて、第４の実施形態について説明する。
　図４は、電動機４０１の中心軸線Ｃに直交する断面図である。なお、図４では、電動機４０１の１／４セクター、すなわち、１／４周の周角度領域分のみを示している。
　この第４の実施形態の電動機４０１は、回転子４０３の回転子鉄心４２２に流れる固定子２の主磁束にリラクタンストルクを発生させて回転子４０３を回転させる、いわゆる同期リラクタンス型回転電機である。この点において、第４の実施形態は、前述の第１～第３の実施形態と異なる点である。

　ここで、通常の同期リラクタンス型回転電機の始動時には、固定子鉄心５と回転子鉄心２２との相対位置を検出し、この相対位置に基づいて所定の固定子コイル９に給電を行う必要がある。しかしながら、本第４の実施形態における電動機４０１は、導体バー４３０を用いてこの導体バー４３０に誘導電流を発生させ、インバータを用いずに同期リラクタンス型回転電機を始動させることが可能な、いわゆる自己始動型の同期リラクタンス型回転電機である。以下、詳述する。

　電動機４０１の固定子２の基本的構成は、前述の第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
　回転子４０３の回転子鉄心４２２は、複数の回転子電磁鋼板４２３を軸方向に沿って積層して形成される。回転子鉄心４２２の径方向中央には、中心軸線Ｃ方向に貫通する貫通孔２４が形成されている。この貫通孔２４に、回転軸２１が圧入等され、回転軸２１と回転子鉄心４２２とが一体となって回転する。

　さらに、回転子鉄心４２２には、１／４周の周角度領域のそれぞれに、４層の空洞部（フラックスバリア）４１，４２，４３，４４（第１空洞部４１、第２空洞部４２、第３空洞部４３、第４空洞部４４）が径方向に並んで形成されている。すなわち、最も回転軸２１に近い位置（回転子鉄心４２２の径方向最内側）に第１空洞部２１が形成され、この第１空洞部４１から、回転軸２１から離間する方向（径方向外側）に向かって順に第２空洞部４２、第３空洞部４３、第４空洞部４４が並んで形成されている。そして、第４空洞部４４が、回転軸２１から最も離間した位置（径方向最外側）に配置されている。

　また、各空洞部４１～４４は、固定子コイル９に通電した際に形成される磁束の流れに沿うように形成されている。つまり、各空洞部４１～４４は、周方向の中央が最も径方向内側に位置するように（径方向内側に向かって凸形状となるように）、湾曲形成されている。これにより、回転子鉄心４２２には、磁束の流れ易い方向と磁束の流れにくい方向が形成される。

　ここで、本第４の実施形態において、磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。また、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と称する。すなわち、各空洞部４１～４４は、ｄ軸に沿った径方向において、多層構造となる。
　より詳しくは、回転子鉄心４２２においてｑ軸方向は、各空洞部４１～４４によって磁束の流れが妨げられない方向をｑ軸と称する。すなわち、回転子鉄心４２２の外周面４２２ａの任意の周角度位置に正の磁位（例えば磁石のＮ極を近づける）を与える。また、正の磁位に対して１極分（本実施形態の場合は機械角で９０度）ずれた他の任意の周角度位置に負の磁位（例えば磁石のＳ極を近づける）を与える。そして、このような正の磁位及び負の磁位の位置を周方向へずらしていった場合に最も多くの磁束が流れる時の中心軸線Ｃから任意の位置に向かう方向をｑ軸と定義する。そして、各空洞部４１～４４の長手方向がｑ軸である。

　一方、各空洞部４１～４４によって磁束の流れが妨げられる方向、すなわちｑ軸に対して磁気的に直交する方向をｄ軸と称する。本実施形態では、各空洞部４１～４４によって、中心軸線Ｃに近い領域と遠い領域に分離された２つの回転子鉄心部分が対向する方向に対して平行な方向がｄ軸である。また、本実施形態のように各空洞部４１～４４が多層に形成されている場合（本実施形態では４層）、層の重なり方向がｄ軸である。本第４の実施形態では、ｄ軸は、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交するのに限らず、直交する角度からある程度の角度幅（例えば機械角で１０度程度）をもって交わってよい。

　このように、回転子鉄心４２２は、４極に構成されており、１極当り（回転子鉄心４２２の１／４周の周角度領域）に４層の空洞部４１～４４が形成されていることになる。そして、１極とは、ｑ軸間の領域をいう。つまり、各空洞部４１～４４は、ｄ軸上が最も径方向内側に位置するように、径方向内側に向かって湾曲形成されている。

　また、各空洞部４１～４４は、中心軸線Ｃ方向からみて長手方向両端が回転子鉄心４２２の外周面４２２ａの近傍に位置するように湾曲形成されている。そして、各空洞部４１～４４は、長手方向両端に近い箇所ほどｑ軸に沿うように、且つ長手方向中央に近い箇所ほどｄ軸と直交するように形成されている。
　また、ｑ軸方向において、各空洞部４１～４４の長手方向両端と回転子鉄心４２２の外周面４２２ａとの間には、それぞれブリッジ４５，４６，４７，４８（第１ブリッジ４５、第２ブリッジ４６、第３ブリッジ４７、第４ブリッジ４８）が形成されている。

　ここで、各空洞部４１～４４のうち、第３空洞部４３および第４空洞部４４には、それぞれ３つの導体バー４３０（４３０ａ，４３０ｂ，４３０ｃ）が挿入されている。３つの導体バー４３０は、対応する空洞部４３，４４内に長手方向に沿って等間隔で配置されている。より具体的には、各空洞部４３，４４のｄ軸上に、３つの導体バー４３０のうちの１つ（導体バー４３０ｂ）が配置されている。また、各空洞部４３，４４の長手方向両側に、それぞれ１つずつ導体バー４３０（導体バー４３０ａ，４３０ｃ）が配置されている。各空洞部４３，４４の長手方向両側に配置された導体バー４３０ａ，４３０ｃは、対応するブリッジ４７，４８との間に所定間隔をあけて配置されている。

　また、回転子鉄心４２２の軸方向両端には、不図示の回転子鉄心押えが設けられ、回転子鉄心押えとともに、回転軸２１に回転子鉄心４２２が一体化されている。回転子鉄心４２２に配置された各導体バー４３０は、軸方向両端が回転子鉄心押えから軸方向外側に向かって突出している。この突出した軸方向両端に、それぞれ略円環状の短絡環（不図示）が設けられている。これら短絡環によって、複数の導体バー４３０が連結されている。

　このような構成のもと、電動機４０１を動作させるには、固定子２の固定子コイル９に三相交流の電流を供給する。すると、固定子鉄心５の所定の固定子ティース７に主磁束が形成される。そして、主磁束が形成される固定子ティース７が回転子３の回転方向（周方向）に沿って順次切り替えられる（形成される主磁束が回転移動する）。
　このとき、停止した状態の回転子３が固定子２側の主磁束の回転移動に同期して回転するまでの非同期状態において、回転子鉄心４２２に設けられた導体バー４３０に二次電流が生じる。つまり、各導体バー４３０は、固定子２との間で、回転子３を回転させるための始動トルクを発生する。

　このように、自己始動型の同期リラクタンス型回転電機である電動機４０１では、導体バー４３０がダンパーバーとして機能する。そして、このような電動機４０１の回転子鉄心４２２の各空洞部４１～４４をスキューさせ、この際、各空洞部４１～４４のスキュー角度を上記回転子スキュー角θｒｓとする。そして、この回転子スキュー角θｒｓを、上記の式（１）を満たすように設定することにより、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

　また、電動機４０１において、固定子鉄心５の固定子スロット８をスキューさせ、この際、固定子スロット８のスキュー角度を上記固定子スキュー角θｓｓとする。そして、この固定子スキュー角θｓｓを、上記の式（１）を満たすように設定することにより、前述の第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。

　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、回転子３の回転子スロット２２及び回転子４０２の各空洞部４１～４４の回転子スキュー角θｒｓや、固定子２の固定子スロット２０８の固定子スキュー角θｓｓを、上記式（１）を満たすように設定したり、固定子スロット８の個数Ｎｓｓ及び回転子スロット２６の個数Ｎｒｓを上記式（１１）又は上記式（１２）を満たすように設定したりすることにより、電動機１，４０１の高調波二次銅損を低減できる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims

　固定子鉄心と、固定子コイルが巻回され、かつ周方向に並んで設けられている複数の固定子ティースと、周方向に隣接する前記固定子ティース間に形成され、前記固定子コイルが収納される複数の固定子スロットと、を有する固定子と、
　前記固定子鉄心と径方向で対向する面を有するとともに、前記固定子に対して回転軸線回りに回転自在に設けられた回転子鉄心と、周方向に並んで前記面に設けられた複数の回転子ティースと、周方向に隣接する前記回転子ティース間に形成され、導体バーが収納される複数の回転子スロットと、を有する回転子と、
を備え、
　ｍを自然数とし、前記固定子スロットの個数をＮｓｓとし、前記回転子スロットの前記回転軸線に対して傾斜した回転子スキュー角をθｒｓとしたとき、回転子スキュー角θｒｓは、
　θｒｓ＝３６０／（Ｎｓｓ・ｍ）
を満たすように設定されている
電動機。
　固定子鉄心と、固定子コイルが巻回され、かつ周方向に並んで設けられている複数の固定子ティースと、周方向に隣接する前記固定子ティース間に形成され、前記固定子コイルが収納される複数の固定子スロットと、を有する固定子と、
　前記固定子鉄心と径方向で対向する面を有するとともに、前記固定子に対して回転軸線回りに回転自在に設けられた回転子鉄心と、周方向に並んで前記面に設けられた複数の回転子ティースと、周方向に隣接する前記回転子ティース間に形成され、導体バーが収納される複数の回転子スロットと、を有する回転子と、
を備え、
　ｍを自然数とし、前記固定子スロットの個数をＮｓｓとし、前記固定子スロットの前記回転軸線に対して傾斜した固定子スキュー角をθｓｓとしたとき、固定子スキュー角θｓｓは、
　θｓｓ＝３６０／（Ｎｓｓ・ｍ）
を満たすように設定されている
電動機。
　固定子鉄心と、固定子コイルが巻回され、かつ周方向に並んで設けられている複数の固定子ティースと、周方向に隣接する前記固定子ティース間に形成され、前記固定子コイルが収納される複数の固定子スロットと、を有する固定子と、
　前記固定子鉄心と径方向で対向する面を有するとともに、前記固定子に対して回転軸線回りに回転自在に設けられた回転子鉄心と、周方向に並んで前記面に設けられた複数の回転子ティースと、周方向に隣接する前記回転子ティース間に形成され、導体バーが収納される複数の回転子スロットと、を有する回転子と、
を備え、
　ｍを自然数とし、ｎを０以上の整数とし、前記固定子スロットの個数をＮｓｓとし、前記回転子スロットの個数をＮｒｓとしたとき、前記固定子スロットの個数Ｎｓｓ及び前記回転子スロットの個数Ｎｒｓは、
　Ｎｓｓ＝ｍ・Ｎｒｓ±ｎ
を満たすように設定されている
電動機。
　請求項１～請求項３の何れか１項に記載の電動機は誘導電動機とされ、
　前記導体バーがローターバーとして機能する
電動機。
　請求項１～請求項３の何れか１項に記載の電動機は同期電動機とされ、
　前記導体バーがダンパーバーとして機能する
電動機。