JPH04295260A

JPH04295260A - かご形回転子

Info

Publication number: JPH04295260A
Application number: JP5539691A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Sato; 忠幸佐藤; Sadayoshi Hibino; 日々野　定良; Sukeyasu Mochizuki; 資康望月
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1992-10-20
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JP2878860B2

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］

【０００１】

【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。

【０００２】

【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の二次導体を鋳込
む方法で形成し、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。

【０００３】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いは騒音の原因となるもので
ある。

【０００４】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。これにより、磁束の高調波成分で二次
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来構成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（特にスロットが全閉形
のものでは、積層した状態でスロットの位置が外周方向
か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。

【０００６】第２に、このようなスキューされたスロッ
トを有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
差部に欠陥となる巣の発生する場合が生ずる。そして、
このような欠陥分部は、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。

【０００７】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な
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。更に、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
するものが実公昭５２−１７０４５号公報に示され、ス
ロットの開口部或いはブリッジ部に当たる部分をスロッ
ト中心線からずらして形成されている。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ず、
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。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、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］

【０００９】

【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い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
するラジアルダクト部とそのラジアルブクト部へ冷却空
気を供給する軸方向のダクトが介在されているところに
特徴を有する。　　　　　　｛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

【００１０】

【作用】本発明のかご形回転子によれば、図１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。この単位ブロック３１，３２はラジアルダク
ト部３４（図４参照）を介して組合わされる。そして、
このラジアルダクト部３４は、各単位ブロック３１，３
２におけるスロット２５のブリッジ部３５，３６を含ん
だ断面積を有している。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３５，３６（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３５，３６となる場合
を示す）は、主部３０ａの中心線ｌ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
，３２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、欠陥となる巣の発生を低減
できる。また、スロット２５の内周側には軸方向のダク
ト４０が設けられており、各単位ブロック３１，３２の
ラジアルダクト部３４へ冷却風が送られる。

【００１１】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。

【００１２】即ち、図２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
φＡ　及びφＢ　は流入経路が異なり、位相差α（電気
角）が生ずる。磁束φＡ　及びφＢ　により二次導体２
６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φ
Ａ　及びφＢ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Ｄ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。　　　　　　α＝２ｄπ／τ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（１）但し、　　τ＝πＤ／２ｐ

【００１３】一方、誘起電圧ｅＡ　及びｅＢ　は夫々図
３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＋ｅＢ　として表わされる値である。磁束φＡ
　及びφＢ　には高調波成分が含まれ、これにより誘起
電圧ｅＡ　及びｅＢ　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Ｋｓｎは次
式によって与えられる。　　　　　　Ｋｓｎ＝｜ｅＡ　＋ｅＢ　｜／｜ｅＡ　｜
＋｜ｅＢ　｜　　　　　　　　　　　　…（２）

【００
１４】いま、単位ブロック３１，３２の厚さを同じ寸法
とすると｜ｅＡ　｜＝｜ｅＢ　｜となり、図３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Ｏ
Ａの２倍の長さ２ｒに等しくなる。また、同式の分子に
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。　　　　　　ｑ／２ｒ＝２Ｒｓｉｎα／４Ｒｓｉｎ（α
／２）　　　　　　　　　　　　　　＝ｃｏｓ（α／２
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（３）また、第ｎ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
。　　　　　　Ｋｓｎ＝ｃｏｓ（ｎα／２）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（４
）

【００１５】さて、一般に、異常トルク，振動或いは
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。　　　　　　μｓ＝（ｚ／ｐ）±１　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（５）（但し、ｚは固定子スロット数とする）

【００
１６】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Ｋｓｎ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、　　　　　　πｐ／（ｚ＋ｐ）　　≦α≦　　πｐ／（
ｚ−ｐ）　　　　　　　　　　　　…（６）この結果に
基づいて式（４）に示されるスキュー係数Ｋｓｎ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、　　　　　　Ｋｓ１　＝ｃｏｓ（α／２）　　　　　　
　　　　　　＝ｃｏｓ｛πｐ／２（ｚ＋ｐ）｝　　　　
　　　　　　　　　　　　…（７ａ）（ｂ）αの上限値
で、　　　　　　Ｋｓ１　＝ｃｏｓ｛πｐ／２（ｚ−ｐ）｝
　　　　　　　　　　　　　　　　…（７ｂ）ここで、
一般的な場合には、固定子のスロット数ｚが極対数ｐに
比べて大きいので（例えばｚ＝４８，ｐ＝２）、第（７
ａ），（７ｂ）式の値は略１になる。一方、式（５）で
示されるμｓ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、　　　　　　Ｋｓｎ＝ｃｏｓ｛π（ｚ±ｐ）／２（ｚ±
ｐ）｝　　　　　　　　　　…（８）ここで、固定子の
スロット数ｚが極対数ｐに比べて大きい一般的な場合を
考えると、　　　　　　Ｋｓｎ〜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
ｓ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，振動或いは騒音の原因となる次数μｓ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
ューを行なった場合と同様の効果が得られる。

【００１７】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表１に示す。

【００１８】

【表１】この場合、従来のスキューを行な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Ｋｎｓ´は次式で
与えられている。　　　　　　Ｋｎｓ´＝ｓｉｎ｛（ｎα／２）／（ｎα
／２）｝　　　　　　…（１０）

【００１９】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
下或い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。

【００２０】

【実施例】以下、本発明をモータに適用した場合の一実
施例について図５乃至図７を参照しながら説明する。

【００２１】まず、全体構成を断面で示す図５において
、固定子１９は、固定子鉄心２０と図示しないスロット
に収納された固定子巻線２１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。

【００２２】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２４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を構成する
。

【００２３】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はケイ素鋼板か
らなり、外径寸法をＤとする円盤状のもので、図６に示
すように外周部に所定間隔を存してスロット２５形成用
の打抜部３０を多数形成する。この打抜部３０は、二次
導体２６がダイキャストされる主部３０ａと、スキュー
効果を発生させるためのブリッジ部３５，３６とが次の
関係で配置形成する。即ち、ブリッジ部３５，３６の位
置は、主部３０ａのの中心線ｌに対して所定の距離ｄだ
け一方側にずれるように配置する。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
）

【００２４】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、全体の厚さＬか
ら連通部３３の幅Ｓの倍数を減じた厚みになるように同
じ厚さの単位ブロック３１，３２で一対を形成する。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、この連通部３３には、
スロット２５と同数のラジアルダクト部３４が形成され
る。これら各ラジアルダクト部３４は、図６に示すよう
に各単位ブロック３１，３２におけるスロット２５の二
次導体２６のブリッジ部３５，３６に連通し、打抜部３
０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をラジアルダクト部３４を介して打抜
部３０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３５，３６の位置が距離２ｄだけずれ、それをラジ
アルダクト部３４が包含する様な位置関係となる。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／ｚ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（ロ）となる。従ってスキュー係数Ｋｓｎは
、式（７ａ），（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）　　　　　　Ｋｓ１　＝ｃｏｓ（πｐ／２ｚ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（ハ
）（ｂ）μｓ次の場合｛μ＝ｚ／（ｐ±１）｝　　　　
　　Ｋｓｎ＝ｃｏｓ［π／２｛１±（ｐ／ｚ）｝］　　
　　　　　　　　　　…（ニ）いま、例えばステータの
スロット数ｚを３６として計算すると表２に示すように
なる。

【００２５】

【表２】

【００２６】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に値は１７次，
１９次共に０．０８７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Ｋｓ
ｎ´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１５％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
。

【００２７】図７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
ーを行なった場合の特性、さらに一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上昇する際にトルクが
低下して異常トルク発生状態となるのに対し、本実施例
は高調波トルクの減少によりトルクの低下が改善され、
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、始動がスム
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。

【００２８】本実施例では、単位ブロック３１，３２の
間に連通するラジアルダクト部３４を介在させたので、
単位ブロック３１の内周側に設けられた軸方向ダクト４
０より流入した冷却風は、単位ブロック３１，３２の間
のラジアルダクト部３４を通して円滑にラジアル方向に
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。

【００２９】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よいし、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。

【００３０】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を全閉形のものとしたが
、これに限らず半閉形のものでもよいし、普通かご形以
外の二重かご形，深溝かご形のものでもよいし、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、単位ブロック３１，３２を４個設けた場
合について述べたが、これに限らず、１対以上であって
も良い。

【００３１】

【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ットを
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、欠陥となる巣の発生
を極力抑制できる。さらに、二次導体を圧入することも
できる。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いは開口部を
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
、回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。

【００３２】更に、各単位ブロック間のラジアルダクト
に連通する軸方向ダクト部を介在させたので、回転子の
軸方向から流入した冷却風は、単位ブロック間のラジア
ルダクトを円滑に対流する様になり、固定子，回転子両
方の積層鉄心および導体の放熱が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】

【図１】層鉄心の外観を一部を破断して示す斜視図。

【図２】スロットに入り込む磁束の状態を示す説明図。

【図３】導体に誘起される起電力を示す説明図。

【図４】積層鉄心の部分横断面図。

【図５】全体構成の縦断側面図。

【図６】積層鉄心の部分横断平面図。

【図７】回転数とトルクの相関を示す特性図。

【符号の説明】

１９…固定子、　　　　　　　　　　　　　　　　２０
…固定子鉄心、２２…かご形回転子、　　　　２３…回
転軸、２４…積層鉄心、　　　　　　　　　　　　　　
２５…スロット、２６…二次導体、　　　　　　　　　
　　　　　２７…エンドリング、２８…かご形導体、　
　　　　　　　　　　　２９…鋼板、３０…打抜部、　
　　　　　　　　　　　　　　　３０ａ…主部、３１，
３２…単位ブロック、　　　　３３…連通部、３４…ダ
クト部、　　　　　　　　　　　　　　３５，３６…ブ
リッジ部、４０…軸方向ダクト。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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いは開口
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
（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間を連
通するダクト部が介在されており、さらに単位ブロック
の内径側に軸方向ダクトを有し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