JPH03285542A - 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〕 （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、回転
子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
高調波成分に基づいて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、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。また、このようにスキューする場合に
は、そのスキュー量が適切に設定されていないと、スキ
ュー効果が大幅に低減してしまうが、適切なスキュー量
は理論的に確立されていないため、設計段階においてス
キュー量を決定するのに試作を行なう等の必要があるの
で、多大なコストがかかってしまう不具合がある。

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、鋳
込みによる二次導体を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、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ある
。そして、この場合、回転子の積層鉄心にスキューを行
なわないため、前述の高調波成分による不具合の解決策
としては固定子側の鉄心をスキニーさせて回転子側に磁
束の高調波成分が入り込まないようにしているのである
。従って、固定子のスロットに巻線や絶縁物を収納する
のに手間がかかるため、組立ての作業効率が低下し、特
に自動実装ができなくなる等して多大なコストがかかる
不具合がある。

また、前述の不具合を解決すべく、回転子の積層鉄心を
、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。例えば、実公
昭５２−１７０４５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
の場合でも、鋼板を積層する際にはスロットが一致する
ように位置合わせを行う必要があり、特に全閉形のスロ
ットのときには専用の治具を用いるなどして積層状態の
鋼板を保持しながら形成して行くため、組立て作業に多
くの手間と時間を要する状況であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、鋼板をスキニーすることなく、また積層用の特殊な
治具等を用いる必要がなく、積層鉄心を簡単且つ安価に
製作することができ、しかも、その場合でもスキューし
たものと同様にして、異常トルク、振動或は騒音の抑制
効果が得られるかご形回転子を提供するにある。

Ｃ発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、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
心を形成してなるかご形回転子を対象とし、前記鋼板に
、膨出若しくは切起しにより形成した突出部を設けると
共に、その鋼板の前記打抜部を、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
して一方側に下記条件を満たす距離ｄだけずらした位置
となる非対称形状に形成し、前記積層鉄心を、前記鋼板
を前記スロットの方向と位置とを一致させた状態で前記
突出部が重なるようにして複数枚積層された単位ブロッ
クを複数組合せると共に、各単位ブロック間においては
スロットの方向が互いに異なると共に前記主部が重なる
ように構成したところに特徴ををする。

但し、Ｄ：回転子直径 ２：対応する固定子のスロット数 ｐ：極対数 また、鋼板の打抜部をスロット形成用の打抜き部間の間
隔がその鋼板の外周部まで略同−寸法になるようにして
非対称状態に形成すると良い。

（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１は、打抜部２を有する鋼板３をその内周側に膨
出若しくは切起しにより形成された突出部３ａが重なる
ようにして同じ位置で複数枚積層して単位ブロック４を
形成し、この単位ブロック４を複数（図中では２個の単
位ブロック４Ａ、４Ｂの場合を示す）組み合わせて構成
されている。スロット５は回転軸の軸線に平行に形成さ
れ、その主部５ａに対して、ブリッジ部或は開口部５ｂ
（図中ではスロット５を全閉形のものとし、外周側がブ
リッジ部５ｂとなる場合を示す）は、主部５ａの中心線
ｐから所定距、ｌ！Ｉｄだけずれた位置に形成されてい
ると共に、単位ブロック４９．４Ｂ毎にずれる方向が逆
になるように配置されている。

上述のように、単位ブロック４＾＋４Ｂは、夫々鋼板３
をその突出部３ａが重なるように積層することにより、
第２図に断面で示すように自動的に位置合せがなされる
ので、専用の治具等を用いることなくスロット５の主部
５ａが重なるように配置されると共に、その状態が治具
等により固定しなくとも保持され、簡単且つ迅速に積層
鉄心１を形成することができる。また、積層鉄心１をス
キニーしないで形成することにより、鋼板３の突出部３
ａを同じ位置に形成すれば良いので、鋼板３の製作コス
トが大幅に上昇することはない。

そして、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３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４Ａ及び４Ｂに入り込む磁束Φカ及び
Φ３は流入経路が異なり、位相差α（電気角）が生ずる
。磁束Φ９及びΦ８によりスロット５内に収納された二
次導体６に誘起される電圧を夫々ｅＡ及びｅｓとすると
、これも同様に位相差αｂ（生ずる。この位相差αは磁
束Φ４及びΦＢの磁路の差に相当する距離２ｄにより生
ずるもので、具体的には、極対数ｐと積層鉄心１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。

２ｄπ α　　＝ ・・・（１〉 しｐ 一方、誘起電圧ｅＡ及びｅ８は夫々第４図に示すように
ベクトル量として表わされる二であり、実際に二次導体
６に発生する電圧ｅはこれらの和ｅ−ｅＡ十ｅ［ｌとし
て表わされる値である。磁束Φ６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ｅＲ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。

いま、単位ブロック４Ａ、４ｍの厚さを同じ寸法とする
と、１ｅＡｆ−！ｅｓｌとなり、第４図に概念的にベク
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、開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。

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、ａをｎｆｆ１．：Ｉ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。

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μ、は、次のように表わされる。

μ膠　　＝　−±　１ ・・・（５） （但し、２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ニー
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　　　　　　　　　　　　　ＫＰ ≦　α　≦ ２＋ρ　　　　　　　　　χ＋ρ ・・・（６） 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、 Ｋｓ、　＝　ｃｏｓ（号） 限値の夫々に対応して、 但し、士は順不同 ここで、分子分母の復号が同符号の場合は、Ｋｓｎ＝　
ＣＯｍ　＝Ｑ ・・・（９） （ｂ）、αの上限値で、 ・・・ｗｃｏｓ（是１ ・・・（７ｂ） 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（ＰＪ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８８次の高調波によるスキュ
ー係数Ｋｇｎは、距ｆｉｄの上限値及び下となって常に
ゼロとなる。また、異符号の場合は、上述同様、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、 Ｋｓｎ　＃　ｃｏｓ（）＝０ ・・・（１０） となって、式（５）に示す回転子に悪影響を及ぼす第８
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−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柾々の条
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、そのスキニー係数Ｋｎ　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、十分大きなスキニ
ー効果が得られている。

また、上述の鋼板３を用いる際に、打抜部２により形成
されるスロット５間の間隔寸法が外周部で狭くなってい
る場合（第１図参照）には、その間隔寸法Ｓをスロット
間の幅ｋに略等しくなるように形成することにより、肩
の部分３ｂにより磁束がそこで集中して磁束密度が大き
くなることがなくなる。これにより、鋼板３のスロット
形成部分に前述のような加工を行った場合でも、それに
よって磁束密度の大きいところを生じさせることはない
。

（実施例） 以下、本発明をモータに適用した場合の第１の実施例に
ついて第６図乃至第１０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９図において、固定子１
１は、固定子鉄心１２と図示しないスロットに収納され
た固定予巻１１１３からなるもので、固定子鉄心１２は
、スロット部分が打抜き形成された鋼板１４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。

かご形回転子１５は、図示しない軸受に支持された回転
軸１６とこの回転軸１６に嵌着された積層鉄心１７から
なり、その積層鉄心１７にはスロット１８が外周部に沿
って多数形成されている。

積層鉄心１７のスロット１８には、二次導体１９が圧入
されると共にそれらの端部を連結するように固定された
エンドリング２０が設けられてかご形導体２１が構成さ
れている。

次に、かご形回転子１５について詳細に述べる。

積層鉄心１７を構成する鋼板２２は、けい素鋼板。

冷間圧延鋼板或はアモルファス磁性材等の磁性板からな
り、外径寸法をＤとする円盤状のもので、第６図に示す
ように外周部に所定間隔を存してスロット１８形成用の
打抜部２３が多数形成されている。この打抜部２３は、
主部２３ａとスキュー効果を発生させるためのブリッジ
部２３ｂとが次の関係で配置形成されている。即ち、ブ
リッジ部２３ｂの位置は、主部２３ｇの中心！！１ｇに
対して所定の距離ｄだけ一方側にずれるように配置され
ている。そして、その距Ｍｄ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。

ｚ また、鋼板２２の内周側には、第７図にも拡大して示す
ように、円形の孔部２４ａとその縁部に設けられた切起
し部２４ｂにより突出部２４が形成されている。この切
起し部２４ｂは、第８図に示すように例えば４箇所に形
成されており、積層状態では第２図に示したように、互
いに位置決めするようになることにより、特殊な治具あ
るいは技術を要することがなく、簡単且つ迅速に積層し
て行くことができる。また、突出部２４の形成位置は、
スキューを行わないので鋼板２２に対してずれて行くこ
とがないため、同一のものを製作すれば良く、簡単な抜
き型で安価に製作できるものである。

そして、このような鋼板２２を同一位置で（つまりスキ
ニーしないで）所定枚数聞届して全体の厚さＬの１／２
の厚みの単位ブロック２５を形成し、この単位ブロック
２５と、同様にして形成され打抜部２３が裏返しに配置
された単位ブロック２６とを打抜部２３の主部２３ｇが
重なるようにして組合わせた状態にして積層鉄心１７を
構成している（第９図参照）。従って、積層鉄心１７の
スロット１８を回転軸１６の軸方向に見た場合、各スロ
ット１８は、単位ブロック２５と２６との間でブリッジ
部２３ｂの位置が距離２ｄだけずれた位置関係となる（
第３図参照）。

このように形成されたかご形回転子１５によれば、回転
状態において、以下に示すようなスキニー効果が得られ
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、 πｐ α　　＝　　□ ・・・（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） （ｂ）μ３次の場合〔μ５−（ｚ／ｐ）±１〕いま、例
えばステータのスロット数２を３６とし、極対数ｐを２
として計算すると第１０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０．９９
６であるから略１と見なせ、また、式（ニ）におけるス
キニー係数Ｋｓｎの値は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
とのスキニー係数Ｋｓｎ及びＫｓｎ’を比較すると、１
７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。

第１１図乃至第１３図は本発明の第２の実施例を示して
おり、以下第１の実施例と異なる部分についてのみ説明
する。

即ち、この第２の実施例においては、鋼板２２に代えて
鋼板２２′を用いて積層鉄心１７′を形成しており、そ
の鋼板２２′の形状を第１２図に示す。鋼板２２′に形
成された打抜部２３′の形状は、打抜き部分として外周
側でブリッジ部２３ｂとは反対側に位置する肩部２３ｃ
が残されたものとなっている。これにより、第１１図に
示すような形状のスロット１８′が形成される。この場
合に、スロット１８′が形成される打抜部２３′におい
て、隣り合う主部２３ａ間の距離をｋとすると、肩部２
３ｃがないときの外周側の最短距離Ｓに対して距離６′
の寸法は距離にと略同じになるように広げられている。

上記構成によれば、積層鉄心１７′に入込む磁束Φは、
￥４１３図に示すように、スロット１８′間で局部的に
集中する部分がなくなり、略均−な磁束密度を保持でき
るようになる。

換言すれば、肩部２３ｃが設けられていない場合には、
設計上の都合によっては、上述の最短距離Ｓがスロット
間の距離によりも短くなるため、この部分で磁束Φの密
度が大きくなり、第１図に示しているような積層鉄心１
７がその部分で過熱状態となったり、或は特性が劣化し
たりする等の不具合が生じてしまうのである。そして、
従来ではこれを防止するために、本来必要な磁束密度を
得るためには、スロット間をさらに広くしたり或は積層
鉄心１７を大形化したりしていたが、本実施例の積層鉄
心１７′のように肩部２３ｃを設けて磁束Φの集中を避
けることにより上述の不具合を防止することができ、第
１の実施例の効果に加えて、積層鉄心１７′の小形、軽
量化が図れるものである。

尚、上記各実施例においては、突出部を切起しにより形
成したが、これに限らず、鋼板を膨出加工することによ
り突出部を形成しても良い。

また、上記各実施例においては、二次導体を鋳込みによ
り形成する場合のものについて述べたが、これに限らず
、例えばアルミニウム、銅等の棒状導体を圧入すること
によりスロット内に収納する場合のものに適用しても良
い。

さらに、上記各実施例においては、スロット１８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、また、普通かご形量外として深溝かご形のスロッ
トを有するもの、或は第１４図に示すような二重かご形
のスロット１８′を有する積層鉄心１７″を有するもの
に適用しても良いし、また、距離ｄの値は、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。

そして、上記各実施例においては、単位ブロック２４及
び２５の２個設けた場合について述べたが、これに限ら
ず、３個以上であっても良い等、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲内で種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 請求項１記載のかご形回転子によれば、鋼板の打抜部を
、積層鉄心として構成したときのスロットのブリッジ部
或は開口部が主部の中心線から式（Ａ）で示される範囲
の距離ｄに設定されるようにしたので、鋼板の積層時に
機械的なスキューを施すことなく、スキューを施したの
と同様の効果を得ることができる。これにより、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、また二次
導体を有効に利用できて効率を向上できる。

この場合に、鋼板には突出部が形成されているので、積
層鉄心の形成時に特殊な治具或は技術を必要とすること
なく、簡単且つ迅速に積層できる。

さらに、機械的なスキューを行なわないので、鋼板の突
出部の位置は一定になり、鋼板自体の製作も抜き型が簡
単且つ安価になるという優れた効果を奏する。

請求項２記載のかご形回転子によれば、鋼板の打抜部を
、スロット形成用の打抜部間の間隔が外周部まで略同−
寸法になるようにしたので、スロット間での局部的な磁
束の集中を避けることができ、これに基づき発生する異
常な温度上昇や回転子特性の悪化を防止できる。換言す
れば、磁束密度の低下を図るために大形化する必要がな
く、設計的に小型、軽量化が図れるという優れた効果を
奏するものである。

【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図は突出部を拡大して示す断面図、第３図は
スロットに入り込む磁束の状態を示す説明図、第４図は
導体に誘起される起電力を示す説明図、第右図は種々の
計算例を示す図である。第６図乃至第１０図は本発明の
第１の実施例を示すもので、第６図は鋼板の一部を拡大
して示す図、第７図は突出部を拡大して示す斜視図、第
８図は鋼板全体を示す図、第９図は全体構成の縦断側面
図、第１０図はスキュー係数の＝１算結果を示す図であ
る。第１１図乃至第１４図は本発明の第２の実施例を示
し、第１１図は第１図相当図、第１２図は第６図相当図
、第１３図は磁束の状態を示す作用説明図、第１４図は
第１及び第２の実施例の変形例を示す第１２図相当図で
ある。 図面中、１，１７．１７’及び１７′は積層鉄心、２．
２３及び２３′は打抜部、３，２２及び２２′は鋼板、
４＾＋４Ｂ及び２４．２５は単位ブロック、５．１８．
１８’及び１８′はスロット、５ａ及び２３ａは主部、
５ｂ及び２３ｂはブリッジ部（或は開口部）、６及び１
９は二次導体、１１は固定子、１２は固定子鉄心、１５
はがご形回転子、１６は回転軸、２ｏはエンドリング、
２１はかご形導体、２３ｃは肩部である。

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
   成してなるかご形回転子において、前記鋼板は、膨出若
   しくは切起しにより形成された突出部を有すると共に、
   その鋼板の前記打抜部は、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
   方側に下記条件を満たす距離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
   スロットの方向と位置とを一致させた状態で前記突出部
   が重なるようにして複数枚積層された単位ブロックを複
   数組合せると共に、各単位ブロック間においてはスロッ
   トの方向が互いに異なると共に前記主部が重なるように
   構成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）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 ２、鋼板の打抜部は、スロット形成用の打抜き部間の間
   隔がその鋼板の外周部まで略同一寸法になるようにして
   非対称状態に形成されていることを特徴とする請求項１
   記載のかご形回転子。