WO2009093345A1 - 誘導電動機及び密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

　特別な駆動回路を使用しなくても高い起動トルクが得られるとともに、通常運転時の効率が良好な誘導電動機を提供することを目的とする。この発明に係る誘導電動機は、二重かご形二次導体を形成した回転子１１を有する誘導電動機において、回転子１１は、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心１１ａと、回転子鉄心１１ａの外周縁に沿って設けられ、導電性材料が充填された外層スロット４０ａと、外層スロット４０ａの半径方向内側に配置され、導電性材料が充填された内層スロット４０ｂと、外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部８２とを備えたことを特徴とする。

Description

誘導電動機及び密閉型圧縮機

　この発明は、二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機及び誘導電動機を備えた密閉型圧縮機に関するものである。

　ロータスロットのアルミをダイキャストしてかご形導体を形成したロータの渦電流損失発生をなくすために、ロータコアの半径方向に内周側ロータスロットおよび外周側ロータスロットの２個ずつのロータスロットを配し、内周側ロータスロット内にのみアルミまたはアルミ合金を充填してかご形導体をなすロータバーが形成され、外周側ロータスロットは何も充填されない空の空間とされ、ロータ表面近くに電気抵抗の低い物質が存在しないので、渦電流の発生がなく、ＰＷＭ（パルス幅変調）による損失を大幅に低減でき、ＰＷＭ駆動誘電モータの効率、とくに低負荷時の効率が向上する誘導モータのロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　また、かご形誘導電動機の回転子において、そのスロット部が、回転子の外周縁に沿って同心に交互に且つ等間隔に回転軸に平行に配置されている大小２種で同数の外側スロット群と、外側スロット群中の小さいスロットの半径方向内側端に連続して、半径方向内方に延在する内側スロット群であって、それぞれの内側スロットはその半径方向中間部が円周方向に拡大されて断面積が大きくされている内側スロット群とから構成されている誘導電動機の回転子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８－１４０３１９号公報 特開平１－１２９７３８号公報

　しかしながら、上記特許文献１に記載された誘導電動機は、回転子の外周側ロータスロットにはアルミが充填させていないため、インバータなどの特別な駆動回路を有しない誘導電動機の起動時に十分な起動トルクが得られないという課題があった。

　また、上記特許文献２に記載された誘導電動機は、内側スロットに連結していない大きな外側スロットが主磁路を妨げる場所に配置させているため、運転時の誘導電動機の電流が増加し、効率が悪化するという課題があった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、特別な駆動回路を使用しなくても高い起動トルクが得られるとともに、通常運転時の効率が良好な誘導電動機及びそれを用いた密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

　この発明に係る誘導電動機は、二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機において、
　回転子は、
　複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心と、
　回転子鉄心の外周縁に沿って設けられ、導電性材料が充填された外層スロットと、
　外層スロットの半径方向内側に配置され、導電性材料が充填された内層スロットと、
　外層スロットと内層スロットとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部とを備えたことを特徴とする。

　外層スロットは、半径方向の寸法より円周方向の寸法の方が長い横長形状であることを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、内周薄肉部の半径方向の厚さを、回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、外層スロットの回転子鉄心の外周側に外周薄肉部を設け、外周薄肉部の半径方向の厚さを、回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、外周薄肉部に外部に連通する開口部を設け、外層スロットをオープンスロットにすることを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、二重かご形二次導体が回転子鉄心の積層方向両端面にエンドリングを有し、エンドリングの縦方向断面形状に段を設けたことを特徴とする。

　二重かご形二次導体は、外層スロット内に形成される外層導体バーと、内層スロット内に形成される内層導体バーとを有し、外層導体バーに連結する部分のエンドリングの高さを低く、内層導体バーに連結する部分のエンドリングの高さを高くしたことを特徴とする。

　二重かご形二次導体は、外層スロット内に形成される外層導体バーと、内層スロット内に形成される内層導体バーとを有し、外層導体バー用の外層エンドリングと内層導体バー用の内層エンドリングを設けることを特徴とする。

　内層導体バーを構成する導電性材料は、外層導体バーを構成する導電性材料より低抵抗材であることを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機において、
　回転子は、
　複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心と、
　回転子鉄心の外周縁に沿って設けられ、導電材料が充填された外層スロットと、
　外層スロットの半径方向内側に配置され、導電材料が充填された内層スロットと、
　外層スロットと内層スロットとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部とを備え、外層スロットの両側面と回転子の中心のなす角度を、隣り合う外層スロットの近接側側面と回転子の中心のなす角度より大きくしたことを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機において、
　回転子は、
　複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心と、
　回転子鉄心の外周縁に沿って設けられ、導電材料が充填された外層スロットと、
　外層スロットの半径方向内側に配置され、導電材料が充填された内層スロットと、
　外層スロットと内層スロットとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部とを備え、外層スロットの両側面と回転子の中心のなす角度の内側に内層スロットを配置したことを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、外層スロットの数を内層スロットの数より多くしたことを特徴とする。

　この発明に係る密閉型圧縮機は、上記誘導電動機を備えたことを特徴とする。

　この発明に係る誘導電動機は、上記構成により、起動トルクを高くするとともに通常運転時に高効率な誘導電動機を得ることができる。

　実施の形態１．
　以下、実施の形態１について図面を参照しながら説明する。図１乃至図６は実施の形態１を示す図で、図１は誘導電動機１００の横断面図、図２は誘導電動機１００の回転子１１の横断面図、図３は誘導電動機１００の回転子１１の斜視図、図４乃至図６は誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図である。

　図１に示す誘導電動機１００は、二極の単相誘導電動機である。誘導電動機１００は、固定子１２と、回転子１１とを備える。

　固定子１２は、固定子鉄心１２ａと、固定子鉄心１２ａの固定子スロット１２ｂに挿入される主巻線２０ｂおよび補助巻線２０ａとを備える。尚、固定子スロット１２ｂには巻線（主巻線２０ｂおよび補助巻線２０ａ）と固定子鉄心１２ａとの間の絶縁を確保するために絶縁材（例えば、スロットセル、ウエッジ等）が挿入されるが、ここでは省略する。

　固定子鉄心１２ａは、板厚が０．１～１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される。

　固定子鉄心１２ａには、内周縁に沿って固定子スロット１２ｂが形成されている。固定子スロット１２ｂは、周方向に等間隔に配置される。固定子スロット１２ｂは、半径方向に延在している。固定子スロット１２ｂは、内周縁に開口している。この開口部から巻線（主巻線２０ｂおよび補助巻線２０ａ）が挿入される。図１の例では、固定子鉄心１２ａは、２４個の固定子スロット１２ｂを備える。

　固定子鉄心１２ａの外周面には、外周円形状を略直線状に切り欠いた略直線部をなす切欠き１２ｃが四箇所に設けられている。四箇所の切欠き１２ｃは、隣合うもの同士が略直角に配置される。

　密閉型圧縮機に図１の誘導電動機１００を使用する場合、固定子１２は密閉型圧縮機の円筒状の密閉容器の内周に焼き嵌めされる。密閉型圧縮機の内部では、冷媒が誘導電動機１００を通過する。そのため、誘導電動機１００には、冷媒の通路が必要である。切欠き１２ｃを設けることにより、固定子１２と密閉容器との間に冷媒の通路が形成される。誘導電動機１００の冷媒の通路には、この固定子鉄心１２ａの外周面の切欠き１２ｃによるもの以外に、例えば、回転子１１の風穴、固定子１２と回転子１１との間の空隙がある。

　固定子スロット１２ｂには、巻線２０が挿入される。巻線２０は、主巻線２０ｂと、補助巻線２０ａとからなる。

　主巻線２０ｂは、同心巻方式の巻線である。図１の例では、固定子スロット１２ｂ内の内側（回転子１１側）に、主巻線２０ｂが配置される。ここでは、同心巻方式の主巻線２０ｂは、大きさ（周方向の長さが特に）が異なる五個のコイルからなる。そして、それらの五個のコイルの中心が同じ位置になるように固定子スロット１２ｂに挿入される。そのため、同心巻方式と呼ばれる。

　主巻線２０ｂは、固定子スロット１２ｂ内の内側、外側のどちらに配置してもよい。主巻線２０ｂを固定子スロット１２ｂ内の内側に配置すると、固定子スロット１２ｂ内の外側に配置する場合に比べてコイルの長さが短くなる。また、主巻線２０ｂを固定子スロット１２ｂ内の内側に配置すると、固定子スロット１２ｂ内の外側に配置する場合に比べて漏れ磁束が少なくなる。よって、主巻線２０ｂを固定子スロット１２ｂ内の内側に配置すると、固定子スロット１２ｂ内の外側に配置する場合に比べて主巻線２０ｂのインピーダンス（抵抗値、漏れリアクタンス）が小さくなる。そのため、誘導電動機１００の特性が良くなる。

　主巻線２０ｂに電流を流すことで、主巻線磁束が生成される。この主巻線磁束の向きは、図１の上下方向である。この主巻線磁束の波形ができるだけ正弦波になるように、主巻線２０ｂの五個のコイルの巻数が選ばれる。主巻線２０ｂに流れる電流は交流であるから、主巻線磁束も電流に従って大きさ向きを変える。

　また、固定子スロット１２ｂには、主巻線２０ｂと同様の同心巻方式の補助巻線２０ａが挿入される。図１では、補助巻線２０ａは、固定子スロット１２ｂ内の外側に配置されている。補助巻線２０ａに電流を流すことで補助巻線磁束が生成される。この補助巻線磁束の向きは、主巻線磁束の向きに直交する（図１の左右方向）。補助巻線２０ａに流れる電流は交流であるから、補助巻線磁束も電流に従って大きさ向きを変える。

　一般的には主巻線磁束と補助巻線磁束のなす角度が電気角で９０度（ここでは極数が二極であるため、機械角も９０度である）になるように、主巻線２０ｂと補助巻線２０ａとが固定子スロット１２ｂに挿入される。

　図１の例は、補助巻線２０ａは大きさ（周方向の長さが特に）が異なる三個のコイルからなる。そして、それらの三個のコイルの中心が同じ位置になるように固定子スロット１２ｂに挿入される。

　補助巻線磁束の波形ができるだけ正弦波になるように、補助巻線２０ａの三個のコイルの巻数が選ばれる。

　補助巻線２０ａと直列に運転コンデンサ（図示せず）を接続したものに主巻線２０ｂを並列接続させる。その両端を単相交流電源へ接続する。運転コンデンサを補助巻線２０ａに直列に接続することにより、補助巻線２０ａに流れる電流の位相を主巻線２０ｂに流れる電流の位相より進めることができる。

　主巻線２０ｂと補助巻線２０ａの固定子鉄心１２ａにおける位置を電気角で９０度ずらし、且つ主巻線２０ｂと補助巻線２０ａの電流の位相を異なるようにすることにより、二極の回転磁界が発生する。

　また、回転子１１は回転子鉄心１１ａとかご形二次導体を備える。回転子鉄心１１ａは、固定子鉄心１２ａと同様に板厚が０．１～１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層して製作される。

　一般的には回転子鉄心１１ａは固定子鉄心１２ａと同一の材料から打ち抜くことが多いが、回転子鉄心１１ａは固定子鉄心１２ａとで材料を変えても構わない。

　回転子鉄心１１ａには半径方向外周側に、回転子鉄心１１ａの外周縁に沿って設けられる外層スロット４０ａと、外層スロット４０ａの内側に設けられた内層スロット４０ｂからなる二重かご形状の回転子スロット４０を有する（図２参照）。

　外層スロット４０ａおよび内層スロット４０ｂには、共に導電性材料であるアルミが鋳込まれ、回転子１１の積層方向端面に設けられたエンドリング３２（図３参照）と共に二重かご形二次導体を形成する。外層スロット４０ａにアルミが鋳込まれて外層アルミバー３０ａ（外層導体バーの一例）が形成される。また内層スロット４０ｂにアルミが鋳込まれて内層アルミバー３０ｂ（内層導体バーの一例）が形成される。アルミバー３０は、外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂとで構成される。一般的にアルミバー３０とエンドリング３２はダイキャストにより同時にアルミを鋳込むことで製作される。

　図１に示す回転子１１では、二重かご形状を構成する外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂとは電磁鋼板からなる内周薄肉部８２（図４参照）によって分離されている。回転子スロット４０内部の外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂはエンドリング３２によって電気的に連結されている。

　二重かご形状の回転子１１を有する誘導電動機１００は一般的な特徴として、起動時はすべり周波数（回転磁界の周波数と回転子１１の回転数との差）が高くなる。内層アルミバー３０ｂの漏れ磁束は、外層アルミバー３０ａの漏れ磁束より多くなる。すべり周波数が大きい起動時には、リアクタンス分により電流分布が決まり、二次電流は外層アルミバー３０ａに主に流れる。そのため、起動特性が改善される。

　また通常運転時は、すべり周波数が低いので、二次電流は外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂの両方に流れるため、二次抵抗が小さくなる。従って、二次銅損が低くなることで、高効率化が実現できるという特性を有している。また単相交流電源で駆動される単相誘導電動機は、三相交流電源で駆動される三相誘導電動機と比較すると、起動トルクが低くなる傾向がある。

　本実施の形態では、外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂは内周薄肉部８２により分離されている。そのため、起動時に内周薄肉部８２に磁束が流れやすくなり、外層アルミバー３０ａのみに二次電流を流すことができるため、更に高い起動トルクを得ることができる。

　起動トルクが高くなるということは、低い電源電圧で同一の起動トルクを得るということである。つまり何らかの原因で電源電圧が低くなった場合でも、起動できるという信頼性の高い誘導電動機を得ることができる。

　起動トルクをアップさせる別の方式として、単相誘導電動機の補助巻線２０ａと直列に接続されている運転コンデンサの容量を大きくする方式がある。また、運転コンデンサと並列に起動コンデンサとリレーを設けるなど、単相誘導電動機の外付け回路で対策を行う方式がある。しかし、いずれの方式においてもコストアップを伴う。本実施の形態では、特段の外付け回路を使用していないため、運転コンデンサなどの回路を含めた運転システムとして低コストな単相誘導電動機を得ることができる。

　また外層スロット４０ａは半径方向の寸法より円周方向の寸法の方が長い、横長形状である。また外層スロット４０ａの外周部の回転子鉄心１１ａには、略一定の厚さ（半径方向）の外周薄肉部８１が形成されている。外層スロット４０ａを円形状にすると、外周薄肉部８１の一部分（円中心の外側部分）を細くすることはできるが、円中心から離れた部分は外周薄肉部８１が厚くなってしまう。誘導電動機の起動時は、回転子外周表面に磁束が流れるため、外周薄肉部８１が厚くなると、外周薄肉部８１への漏れ磁束が増加してしまい、外層スロット４０ａに鎖交する磁束が低下し、外層スロット４０ａに二次電流が有効に流れなくなり、起動トルクが低下するという課題があった。

　ここでは、外層スロット４０ａを周方向に横長形状にすると共に、外周薄肉部８１を略一定の厚さで細くする。それにより、起動時に外周薄肉部８１への漏れ磁束が減少して、内周薄肉部８２に磁束が流れ、外層スロット４０ａへの鎖交磁束が増加し、外層スロット４０ａに効果的に二次電流が流れることにより、高い起動トルクを得ることができる。

　外周薄肉部８１の厚さは回転中の遠心力に対する強度を確保する必要がある。また製造可能な範囲で細くした方が大きな起動トルクが得られることを考慮すると、回転子鉄心１１ａを構成する電磁鋼板の厚さ（０．１～１．５ｍｍ）程度にすることが望ましい。

　図４に示すように、外層スロット４０ａの両側面と回転子中心のなす角度をθ１、隣り合う外層スロット４０ａの近接側の側面のなす角度をθ２とする。本実施の形態では、θ１＞θ２となるように構成し、また内層スロット４０ｂは外層スロット４０ａのなす角度θ１の内側に収まるように構成されている。それにより、起動トルクを確保しつつ、通常運転時の誘導電動機１００の高効率化を実現している。

　起動トルクを大きくするためには、外層スロット４０ａの断面積を小さくして、二次抵抗を大きくすることが効果的であるが、通常運転時の高効率化を行うためには、外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂの両方からなる二次抵抗を低くして、二次銅損を低くする必要がある。

　θ１を小さくして、外層スロット４０ａの断面積を小さくすることで起動トルクは高くなる。しかし、外層スロット４０ａの断面積が小さくなると、通常運転時の二次抵抗が高くなる。内層スロット４０ｂを回転子中心方向に長くすれば、内層スロット４０ｂの断面積が大きくすることは可能である。しかし、中心方向はスロットの幅が細くなるため、所望の断面積を得るためには、内層スロット４０ｂが軸孔３１に近づいてしまうことがある。内層スロット４０ｂが長くなると言うことは、回転子１１における磁束密度が高い歯部の長さが長くなるため、効率が悪化することがある。また回転子１１を密閉型圧縮機に搭載した場合、回転軸近傍に冷媒流路用の風穴を設けることがあるが、内層スロット４０ｂが風穴に近づくと、磁束密度が高くなり、効率が悪化する課題がある。

　更に回転子１１の中心方向はスロットの幅が細くなるため、ダイキャストによりアルミを鋳込んだ場合、内層スロット４０ｂの回転子１１中心側はアルミが流れ込みにくくなる。結果として二次抵抗を低くできず、効率が悪化する可能性もある。

　別の手段として内層スロット４０ｂの横幅（周方向）を大きくすることで所望の断面積を得ることができる。しかし、内層スロット４０ｂの横幅が大きくなるということは、通常運転時の磁束の通路である歯幅ｃ（図４参照）が細くなることである。歯幅ｃが細くなると磁気抵抗が増加するため、通常運転時のトルクを得るために必要な電流が増加し、誘導電動機１００の効率が悪化する課題がある。

　本実施の形態では、内層スロット４０ｂに対して、外層スロット４０ａの横幅を大きくしている。外層スロット４０ａは回転子鉄心１１ａの外側にあるため、横幅寸法を少し大きくするだけで、スロット面積が大きくなり、通常運転時の二次抵抗を低くすることが可能である。ただし起動時の二次抵抗も低くなり、起動トルクが低下してしまうこともあるため、ここでは、外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂの間に内周薄肉部８２を設けることで、起動時に外層スロット４０ａに効果的に二次電流を流すことができ、起動トルクを改善させると共に、通常運転時の電動機の効率も改善させるという効果がある。

　図４に示すように、内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法をａ、外層スロット４０ａの回転子外周側端部から内層スロット４０ｂの回転子内周側端部の寸法をｂとした場合、ｂ＞５ａにすることで起動トルクを高くすると共に、通常運転時の誘導電動機１００の効率を高くすることが可能である。

　また図５に示すように、外周薄肉部８１と同様に、内周薄肉部８２も略一定の厚さ（半径方向）で細くすることが望ましい。起動時は内周薄肉部８２に磁束を流すことで起動トルクを改善させることができる。しかし、通常運転時に内周薄肉部８２に磁束が漏れてしまうと、主に外層スロット４０ａに磁束が鎖交し、内層スロット４０ｂに鎖交する磁束が少なくなる。結果として、二次抵抗増加により効率が低下する。内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａを余り厚くするのは得策ではない。

　ここでは内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａを細くしているため、通常運転時の内周薄肉部８２への漏れ磁束を低減することができる。その結果高効率な誘導電動機を得ることができる。内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａは製造可能な範囲で細くした方が良いが、余り細くしすぎると、起動時のすべり周波数が高い状況においても、外層スロット４０ａに磁束が鎖交しなくなる可能性がある。そのため、内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａは、回転子鉄心１１ａを構成する電磁鋼板の厚さの１～３倍程度にすることが望ましい。

　またここでは、外周薄肉部８１の半径方向の略中心を通る円と、内周薄肉部８２の半径方向の略中心を通る円を同心にしているが、図６に示すように内周薄肉部８２を回転子鉄心１１ａの円周方向に対して傾けて構成しても良い。内周薄肉部８２を傾けた場合、回転子１１の回転方向が一方向であれば（図６では反時計方向）、起動時により有効に内周薄肉部８２に漏れ磁束が流れ込むことができ、更に起動トルクを改善することが可能である。

　本実施の形態では、二次導体の材質としてアルミを使用するが、導電性材料であれば良く、銅などを用いても良い。あるいは内層スロット４０ｂに棒状の銅材を入れた後に、ダイキャストでアルミを鋳込んでも良い。またエンドリング３２部に穴の空いた円板状の銅を配置させた後に、ダイキャストで外層スロット４０ａおよび内層スロット４０ｂにアルミを鋳込んでも良い。

　固定子スロット１２ｂに挿入される巻線２０（主巻線２０ｂ、補助巻線２０ａ）は、同心巻方式の巻線を示したが、重ね巻方式や波巻方式でも同様の効果を得ることができる。

　また単相交流電源で駆動される単相誘導電動機について説明したが、固定子スロット１２ｂに三相巻線を挿入し、三相交流電源で駆動される三相誘導電動機においても同様の効果を得ることができる。

　ここでは固定子鉄心１２ａの外周面の切欠き１２ｃを四箇所の場合について説明したが、それ以上の箇所に設けても良く、また切欠き１２ｃを設けない円形状の固定子鉄心１２ａを用いても良い。

　以上のように本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂは内周薄肉部８２により分離されているため、起動時に内周薄肉部８２に磁束が流れやすくなり、外層アルミバー３０ａのみに二次電流を流すことができるため、更に高い起動トルクを得ることができる。
（２）外層スロット４０ａを周方向に横長形状にすると共に、外周薄肉部８１を略一定の厚さで細くすることにより、起動時に内周薄肉部８２に磁束が流れ、外層スロット４０ａへの鎖交磁束が増加し、外層スロット４０ａに効果的に二次電流が流れることにより、高い起動トルクを得ることができる。
（３）外層スロット４０ａの両側面と回転子中心のなす角度θ１、隣り合う外層スロット４０ａの近接側の側面のなす角度θ２とを、θ１＞θ２となるように構成し、また内層スロット４０ｂは外層スロット４０ａのなす角度θ１の内側に収まるように構成することにより、起動トルクを確保しつつ通常運転時の誘導電動機１００の高効率化を実現している。
（４）内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａ、外層スロット４０ａの回転子外周側端部から内層スロット４０ｂの回転子内周側端部の寸法ｂとの関係を、ｂ＞５ａにすることで起動トルクを高くすると共に、通常運転時の誘導電動機１００の効率を高くすることが可能である。
（５）内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａは製造可能な範囲で細くした方が良いが、余り細くしすぎると、起動時のすべり周波数が高い状況においても、外層スロット４０ａに磁束が鎖交しなくなる可能性があるため、内周薄肉部８２の半径方向の幅寸法ａは、回転子鉄心１１ａを構成する電磁鋼板の厚さの１～３倍程度にすることが望ましい。
（６）内周薄肉部８２を回転子鉄心１１ａの円周方向に対して傾けて構成することにより、回転子１１の回転方向が一方向であれば、起動時により有効に内周薄肉部８２に漏れ磁束が流れ込むことができ、更に起動トルクを改善することが可能である。

　実施の形態２．
　以下、実施の形態２について図面を参照しながら説明する。図７は実施の形態２を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図である。

　図７に示すように、外層スロット４０ａの外側の外周薄肉部８１の一部を開口して開口部４０ａ－１を設け、外層スロット４０ａをオープンスロットにしたものである。

　誘導電動機１００の起動時は、回転子１１の外周表面に磁束が流れるが、外周薄肉部８１を設けると漏れ磁束の一部は外周薄肉部８１に流れることになる。外層スロット４０ａをオープンスロットにすることで外周薄肉部８１への漏れ磁束が大幅に低減し、内周薄肉部８２へより磁束が流れることになる。そのため起動時の外層スロット４０ａに流れる二次電流が増加して、起動トルクを大きくすることができる。

　開口部４０ａ－１にはアルミを入れても良いし、入れなくても良い。開口部４０ａ－１にアルミを入れない場合は、外周薄肉部８１を設けた回転子鉄心１１ａを積層した後に、ダイキャストによりアルミを鋳込み、その後に開口部４０ａ－１となるように機械加工をする方法がある。

　開口部４０ａ－１にアルミを入れる場合は、初めからオープンスロット形状である回転子鉄心１１ａを積層した後にダイキャストを行えば、開口部４０ａ－１にアルミが入り込む。但しこの場合は、ダイキャスト時に開口部４０ａ－１からアルミが漏れてしまうために、回転子鉄心１１ａの外周部に円筒状のケースを取り付けてからダイキャストを行う方法がある。それでもアルミが漏れてしまう場合は、ダイキャスト後に回転子１１の外周を切削するなどの加工を行っても良い。

　開口部４０ａ－１にアルミを入れない場合は、ダイキャスト時に円筒状のケースが不要になるという効果がある。また開口部４０ａ－１にアルミを入れた場合は、等価的に外層スロット４０ａの断面積が拡大することになる。それにより、通常運転時の二次抵抗が低くなり、高効率化が実現できる効果がある。

　以上のように本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）外周薄肉部８１の一部を開口部４０ａ－１にすることで外周薄肉部８１への漏れ磁束が大幅に低減し、内周薄肉部８２へより磁束が流れることになり、起動時の外層スロット４０ａに流れる二次電流が増加して、起動トルクを大きくすることができる。
（２）開口部４０ａ－１にアルミを入れた場合は、等価的に外層スロット４０ａの断面積が拡大することにより、通常運転時の二次抵抗が低くなり、高効率化が実現できる効果がある。

　実施の形態３．
　以下、実施の形態３について図面を参照しながら説明する。図８、図９は実施の形態３を示す図で、図８は誘導電動機１００の回転子１１の横断面図、図９は誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図である。

　図８、図９に示すように、内層スロット４０ｂの数に対して外層スロット４０ｃを多く配置したものである。ここで示す例は、外層スロット４０ｃの数は、内層スロット４０ｂの数の二倍である。

　誘導電動機１００の起動時は、既に述べたようにすべり周波数が高いため、回転子１１の外周表面により多くの磁束が流れている。外周表面に流れる磁束をより効果的に外層スロット４０ｃに鎖交させることにより、起動トルクを大きくすることができる。

　本実施の形態では、外層スロット４０ｃの数を内層スロット４０ｂの数の二倍にすることにより、起動時に回転子１１の外周表面に流れる漏れ磁束を内層スロット４０ｂに効果的に鎖交させることができ、起動トルクを大きくすることができる。

　スロットの数を増加させた外層スロット４０ｃは円周方向に対して等間隔に配置させても良いが、外層スロット４０ｃを歯幅中心に配置してしまうと、通常運転時に主磁束の流れを妨げ、電流増加により効率が低下してしまうことがある。その場合は、外層スロット４０ｃの位置を歯幅中心線上からずらして配置することで、主磁束の流れの妨げを防止し、高効率な誘導電動機１００を得ることができる。

　ここでは外層スロット４０ｃの数を内層スロット４０ｂの二倍にしたものについて説明したが、外層スロット４０ｃの数が内層スロット４０ｂの数より多ければ、同様の効果を得ることができる。ここでは外層スロット４０ｃをすべて同じ大きさにしたものについて説明したが，大きさを変更しても同様の効果を得ることができる。

　更には外層スロット４０ｃの数と内層スロット４０ｂの数の最小公倍数を高い数値となるようにそれぞれの数を設定することにより、スロット組合せによる振動・騒音を低減できる効果も得られる。

　以上のように本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）外層スロット４０ｃの数を内層スロット４０ｂの数の二倍にすることにより、起動時に回転子１１の外周表面に流れる漏れ磁束を内層スロット４０ｂに効果的に鎖交させることができ、起動トルクを大きくすることができる。
（２）外層スロット４０ｃの位置を歯幅中心線上からずらして配置することで、主磁束の流れの妨げを防止し、高効率な誘導電動機１００を得ることができる。
（３）外層スロット４０ｃの数と内層スロット４０ｂの数の最小公倍数を高い数値となるようにそれぞれの数を設定することにより、スロット組合せによる振動・騒音を低減できる効果も得られる。

　実施の形態４．
　以下、実施の形態４について図面を参照しながら説明する。図１０乃至図１２は実施の形態４を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の部分縦断面図である。

　本実施の形態の回転子１１は、エンドリング３２の断面形状に段を設けたことを特徴とする。

　二重かご形状の回転子１１を有する誘導電動機１００の特徴は、起動時と通常運転時の二次抵抗を変化させることで、起動トルク増大と通常運転時の高効率化の両立が可能であることである。

　外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂの形状、即ち外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂの形状で二次抵抗の差を設けたとしても、それぞれのアルミバー（スロット外層アルミバー３０ａ、内層アルミバー３０ｂ）はエンドリング３２で連結されている。そのため、起動時の二次抵抗が低くなってしまい、高い起動トルクが得られない可能性がある。

　本実施の形態では、エンドリング３２の形状を段付き形状にしているため、起動時の二次抵抗を高くすることができ、起動トルクを増大させた誘導電動機１００を得ることができる。

　段付き形状としては、図１０に示すように外層アルミバー３０ａに連結する部分のエンドリング３２の高さを低く、内層アルミバー３０ｂに連結する部分のエンドリング３２の高さを高くする形状が、より効果を発揮することができる。

　また図１１に示すように、内層アルミバー３０ｂに連結するエンドリング３２の外側高さを徐々に高くするような傾斜を設けても良い。さらに効果を発揮することができる。

　更に図１２に示すように、外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂとの境界である外周薄肉部８１の部分でエンドリング３２を分離させる。つまり外層アルミバー３０ａ用の外層エンドリング１０１と内層アルミバー３０ｂ用の内層エンドリング１０２をそれぞれ設けることで、更に起動トルクを改善させることが可能である。

　図１２の場合、外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂはお互いがエンドリング３２で連結されていないため、ダイキャストを行う際に、外層スロット４０ａと内層スロット４０ｂに別々に導電性材料を鋳込む必要がある。同じ材料を使用しても良いが、より効果を発揮させるために、外層アルミバー３０ａには高抵抗の材料である、例えばアルミを使用し、内層アルミバー３０ｂには低抵抗の材料である、例えば銅を使用して、外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂの材料を変えることで、更なる起動トルクの改善と通常運転時の高効率化の両立を実現することができる。

　以上のように本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）エンドリング３２の形状を段付き形状にしているため、起動時の二次抵抗を高くすることができ、起動トルクを増大させた誘導電動機１００を得ることができる。
（２）外層アルミバー３０ａに連結する部分のエンドリング３２の高さを低く、内層アルミバー３０ｂに連結する部分のエンドリング３２の高さを高くする形状が、より効果を発揮することができる。
（３）内層アルミバー３０ｂに連結するエンドリング３２の外側高さを徐々に高くするような傾斜を設けても良い。さらに効果を発揮することができる。
（４）外層アルミバー３０ａ用の外層エンドリング１０１と内層アルミバー３０ｂ用の内層エンドリング１０２をそれぞれ設けることで、更に起動トルクを改善させることが可能である。
（５）外層アルミバー３０ａには抵抗率の高い材料である、例えばアルミを使用し、内層アルミバー３０ｂには抵抗率の低い材料である、例えば銅を使用して、外層アルミバー３０ａと内層アルミバー３０ｂの材料を変えることで、更なる起動トルクの改善と通常運転時の高効率化の両立を実現することができる。

実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の横断面図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の斜視図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図。 実施の形態１を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図。 実施の形態２を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図。 実施の形態３を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の横断面図。 実施の形態３を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の回転子スロット４０の拡大図。 実施の形態４を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の部分縦断面図。 実施の形態４を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の部分縦断面図。 実施の形態４を示す図で、誘導電動機１００の回転子１１の部分縦断面図。

符号の説明

　１１　回転子、１１ａ　回転子鉄心、１２　固定子、１２ａ　固定子鉄心、１２ｂ　固定子スロット、１２ｃ　切欠き、２０　巻線、２０ａ　補助巻線、２０ｂ　主巻線、３０　アルミバー、３０ａ　外層アルミバー、３０ｂ　内層アルミバー、３０ｃ　外層アルミバー、３１　軸孔、３２　エンドリング、４０　回転子スロット、４０ａ　外層スロット、４０ａ－１　開口部、４０ｂ　内層スロット、４０ｃ　外層スロット、８１　外周薄肉部、８２　内周薄肉部、１００　誘導電動機、１０１　外層エンドリング、１０２　内層エンドリング。

Claims (19)

1. 　二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機において、
   　前記回転子は、
   　複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心と、
   　前記回転子鉄心の外周縁に沿って設けられ、導電性材料が充填された外層スロットと、
   　前記外層スロットの半径方向内側に配置され、導電性材料が充填された内層スロットと、
   　前記外層スロットと前記内層スロットとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部とを備えたことを特徴とする誘導電動機。
2. 　前記外層スロットは、半径方向の寸法より円周方向の寸法の方が長い横長形状であることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
3. 　前記内周薄肉部の半径方向の厚さを、前記回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
4. 　前記内周薄肉部の半径方向の厚さを、前記回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする請求項２記載の誘導電動機。
5. 　前記外層スロットの前記回転子鉄心の外周側に外周薄肉部を設け、前記外周薄肉部の半径方向の厚さを、前記回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
6. 　前記外層スロットの前記回転子鉄心の外周側に外周薄肉部を設け、前記外周薄肉部の半径方向の厚さを、前記回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする請求項２記載の誘導電動機。
7. 　前記外層スロットの前記回転子鉄心の外周側に外周薄肉部を設け、前記外周薄肉部の半径方向の厚さを、前記回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする請求項３記載の誘導電動機。
8. 　前記外層スロットの前記回転子鉄心の外周側に外周薄肉部を設け、前記外周薄肉部の半径方向の厚さを、前記回転子の円周方向に略一定としたことを特徴とする請求項４記載の誘導電動機。
9. 　前記外周薄肉部に外部に連通する開口部を設け、前記外層スロットをオープンスロットにすることを特徴とする請求項５記載の誘導電動機。
10. 　前記二重かご形二次導体は前記回転子鉄心の積層方向両端面にエンドリングを有し、前記エンドリングの縦方向断面形状に段を設けたことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
11. 　前記二重かご形二次導体は、前記外層スロット内に形成される外層導体バーと、前記内層スロット内に形成される内層導体バーとを有し、前記外層導体バーに連結する部分の前記エンドリングの高さを低く、前記内層導体バーに連結する部分の前記エンドリングの高さを高くしたことを特徴とする請求項１０記載の誘導電動機。
12. 　前記二重かご形二次導体は、前記外層スロット内に形成される外層導体バーと、前記内層スロット内に形成される内層導体バーとを有し、前記外層導体バー用の外層エンドリングと前記内層導体バー用の内層エンドリングを設けることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
13. 　前記内層導体バーを構成する導電性材料は、前記外層導体バーを構成する導電性材料より低抵抗材であることを特徴とする請求項１２記載の誘導電動機。
14. 　二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機において、
    　前記回転子は、
    　複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心と、
    　前記回転子鉄心の外周縁に沿って設けられ、導電材料が充填された外層スロットと、
    　前記外層スロットの半径方向内側に配置され、導電材料が充填された内層スロットと、
    　前記外層スロットと前記内層スロットとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部とを備え、前記外層スロットの両側面と前記回転子の中心のなす角度を、隣り合う前記外層スロットの近接側側面と前記回転子の中心のなす角度より大きくしたことを特徴とする誘導電動機。
15. 　二重かご形二次導体を形成した回転子を有する誘導電動機において、
    　前記回転子は、
    　複数枚の電磁鋼板が積層されて形成された回転子鉄心と、
    　前記回転子鉄心の外周縁に沿って設けられ、導電材料が充填された外層スロットと、
    　前記外層スロットの半径方向内側に配置され、導電材料が充填された内層スロットと、
    　前記外層スロットと前記内層スロットとの間に設けられ、電磁鋼板からなる内周薄肉部とを備え、前記外層スロットの両側面と前記回転子の中心のなす角度の内側に前記内層スロットを配置したことを特徴とする誘導電動機。
16. 　前記外層スロットの数を前記内層スロットの数より多くしたことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
17. 　請求項１記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
18. 　請求項１４記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
19. 　請求項１５記載の誘導電動機を備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。

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