(57)【要約】【課題】回転子鉄心にスリットを設けた同期誘導電動機において、回転による遠心力に対する耐力を低減することなく、電動機効率を向上する。【解決手段】回転軸４に最も近いスリット２ａに接続するスロット３ａ、３ｇよりもｄ軸から遠くに位置する少なくとも１対のスロット３ｂ、３ｆを残し、他のスロット３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｇはスリット２ａ、２ｂで接続してｑ軸を磁束の流れにくい方向とする。また、スリットに接続しないスロット３ｂ、３ｆの薄肉連結部を、スリットに接続されたスロットの薄肉連結部より狭くする。また、スロット３ｂ、３ｆを外周に露出する。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、回転軸に最も近いスリットに接続するスロットよりも前記ｄ軸から遠くに位置する少なくとも１対のスロットを残し、他のスロットはスリットで接続される構成としたことを特徴とする同期誘導電動機。
【請求項２】
前記回転子鉄心の径方向で、前記スリットに接続されていないスロットの外周側から前記回転子鉄心の外周までの距離を、前記スリットに接続されているスロットの外周側から前記回転子鉄心の外周までの距離よりも短くなるように構成したことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機。
【請求項３】
前記スリットに接続されていないスロットを前記回転子鉄心の外周に露出させたことを特徴とする請求項１記載の同期誘導電動機。
【請求項４】
前記スリットに接続されていないスロットは、前記回転子鉄心と嵌合する嵌合部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機。
【請求項５】
複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子、前記回転子の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する固定子、を備え、前記固定子で発生する磁束が前記回転子鉄心の前記ｄ軸方向または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向の磁路を通って回転磁界を形成するときの前記磁路における磁束密度を均一化するように、前記磁束の大きい部分のスロット間の幅とスリット間の幅の少なくともいずれか一方の幅を、前記磁束の小さな部分の幅よりも広くしたことを特徴とする同期誘導電動機。
【請求項６】
前記ｑ軸方向または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸方向で、回転軸側のスリット間の幅を外周側のスリット間の幅よりも広くしたことを特徴とする請求項５記載の同期誘導電動機。
【請求項７】
前記回転子鉄心に形成される前記磁路の出入口におけるスロット間の幅を、前記磁路の中央部におけるスリット間の幅よりも広くしたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の同期誘導電動機。
【請求項８】
前記ｄ軸または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸に近いスロット間の幅を、前記ｑ軸または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸に近いスロット間の幅よりも広くしたことを特徴とする請求項５乃至請求項７のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機。
【請求項９】
少なくとも前記回転軸の近くに位置するスリットとその隣のスリットとの間の幅を、前記回転子鉄心に形成される前記磁路の入口側よりも出口側で広くしたことを特徴とする請求項５乃至請求項８のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機。
【請求項１０】
複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子、前記回転子の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する固定子を備え、前記ｑ軸方向または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸方向における前記回転子と前記固定子との距離を、前記ｄ軸方向または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向における距離よりも長くしたことを特徴とする同期誘導電動機。
【請求項１１】
前記回転子鉄心の前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周に、回転軸側に凹状であり前記回転子鉄心の積層方向に伸びる溝を設けたことを特徴とする請求項１０記載の同期誘導電動機。
【請求項１２】
前記回転子鉄心の前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周を、前記ｑ軸または前記ｑ’軸に略垂直な辺で構成したことを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の同期誘導電動機。
【請求項１３】
前記回転子鉄心の外形は、前記ｄ軸または前記ｄ軸を前記回転子の回転方向に所定の角度回転させたｄ’軸を長軸とし、前記ｑ軸または前記ｑ軸を前記回転子の回転方向に所定の角度回転させたｑ’軸を短軸とする楕円状であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機。
【請求項１４】
複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、前記回転子鉄心の少なくとも前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周の形状を、前記外周の内側に設けられているスロットの形状に沿って湾曲させて、前記外周の距離を長くしたことを特徴とする同期誘導電動機。
【請求項１５】
複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、前記ｄ軸または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸を、前記回転子鉄心の圧延方向と略一致するように構成したことを特徴とする同期誘導電動機。
【請求項１６】
互いに直交するｑ軸とｄ軸を備え、磁極突起の極数が２極であることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機を有する圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導トルクを利用して起動し、リラクタンストルクを利用して同期運転をする同期誘導電動機及びそれを用いた圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３１は特開平９−１９１６１８号公報などに示されている従来の４極の同期電動機を示す横断面図、図３２は従来の同期電動機を示すｑ軸での縦断面図である。図において、２１は回転子であり、１ｍｍ程度の厚さの電磁鋼板を回転軸方向に複数枚積層した後に例えばシャフトなどの出力軸となる回転軸４に圧入などにより固定されている。また、２３は固定子であり、回転子２１と同様、回転軸方向に電磁鋼板を積層して形成されている。２４は固定子２３に巻回された巻線で、この巻線２４に電流を流すことにより回転磁界を発生させることができる。２５は回転子２１に設けられている幅が数ミリ程度のスリットで、図３１に示すように回転軸４側に凸形状で複数並列配置されている。そしてスリット２５に交わる方向に形成される複数の磁路を磁気的に絶縁するために内部を空隙にするかあるいは内部に非導電体であり非磁性体の部材が充填されている。また、図３２における１１は回転子２１の積層方向の上下に設けられ、回転子２１を固定すると共にそれ自身導体としても作用することができるエンドリングである。
【０００３】
図３３（ａ）は従来の同期電動機の回転子を示す横断面図であり、図３３（ｂ）は図３３（ａ）の点線Ｂ部分を拡大して示す部分拡大図である。図において、２６は薄肉連結部であり、スリット２５によって回転子２１の各部が分離しないように、スリット２５の外周側で回転子２１の外周部が接続されている。この薄肉連結部２６の厚さによって、回転子２１の遠心力に対する強度が決定される。
【０００４】
このような従来の同期電動機において、回転子２１に存在できる界磁磁束の位置と方向は回転子２１に生じる磁路の位置と方向で定められるので、所望の回転方向へトルクが発生するように固定子２３の巻線２４へ励磁電流を流して、回転子２１に回転トルクを発生させ、回転子２１を所望の方向に回転させる。回転子２１にはスリット２５によって、磁束の流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起が形成され、リラクタンストルクが働くように構成されている。このため、固定子２３の巻線２４によって作られる回転磁界に追従して回転子２１が回転する。これを同期運転と称し、この装置を同期電動機と称している。
【０００５】
上記に述べた同期電動機では起動時にインバータなどの他の装置が必要となる。これに対し、起動時にインバータなどの他の装置を必要としない電動機として、回転子２１に２次導体を設けてエンドリング１１を通して電流が流れる構成にし、固定子２３の巻線２４に電流を流すことによって作られた回転磁界と、その回転磁界によって２次導体に流れる誘導電流とによって、回転磁界の方向に発生する誘導トルクで回転子２１を回転させる構成の誘導電動機がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような回転子に２次導体を有する誘導電動機では、回転子の回転中に常に２次導体に電流が流れることで２次銅損が発生し、電動機効率を向上できないという問題があった。
【０００７】
また、従来の同期電動機において、電動機効率を向上するには以下のようないくつかの問題点があった。
電動機効率を向上するためには、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑとｄ軸方向のインダクタンスＬｄの幅を大きくすることが考えられる。その一例として、回転子２１の外周部を通って漏れる磁束を低減すれば、磁束の流れにくい方向であるｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくできる。ところが、図３３に示すような従来の回転子２１の構成では、外周部を通る磁束を低減するためには薄肉連結部２６の幅を狭くする必要があるが、狭くすると回転子２１の回転による遠心力に耐えられなくなり、回転子２１が歪んでしまうという問題があった。
【０００８】
また、図３４に示す回転子２１で、隣り合うスリット２５の間に磁束が通るのであるが、そのスリット２５間の幅は磁束の入口から出口までのどの位置でもｍ＝ｎであり、また、並列に設けられた複数のスリット間の全ての幅はほぼ同じに構成されていた。ところが回転子２１を通る磁束の大きさは、磁界の中心部では磁束が多く周辺部では少ないというように、場所によって異なっている。さらに、あるスリット間を通っている磁束が途中でスリットを飛び越えて隣のスリット間に移る場合もあり、スリット間を通る磁束の大きさはスリット間への入口側と出口側とで異なっている。このため、幅が同じであるスリット２５を設けた回転子２１では、回転子２１内の磁束密度がばらつき、回転子２１全体として損失を低減できないという問題があった。
【０００９】
また、スリット間の幅に対して磁束が大きい部分では磁束飽和が発生するまでの磁束の大きさが小さいため、それほど出力を上げることができないという問題があった。
また、高容易磁束方向を持つ材料を使用すると、回転子２１の鉄損を低下させて電動機効率を向上することができるが、一方ではコストが高くなるという問題があった。
【００１０】
この発明は、起動時には回転子に２次導体を有し、この２次導体とエンドリングに電流が流れる構成で固定子の巻線に電流を流すことで、起動時にインバータなどの他の装置を必要とすることなく起動できる誘導電動機と、同期運転時に２次導体に電流が流れることなく運転できる同期電動機との両方の働きを兼ね備えた同期誘導電動機において、誘導トルクを大きくしてスムーズに同期運転に引き込むことができ、電動機効率を向上できる同期誘導電動機を得ることを目的とする。
【００１１】
さらに、同期誘導電動機の同期運転時に、上記のような同期電動機の問題点を解消でき、簡単な構造で回転子の回転による遠心力に対する耐力を低下することのない同期誘導電動機を得ることを目的とする。
特に、上記のような同期誘導電動機の効率の向上に寄与する要因として、回転子の構成に対して以下のようなことが考えられる。
１）　ｑ軸方向のインダクタンスＬｑとｄ軸方向のインダクタンスＬｄの幅を大きくして、突極比を大きくする。
２）　回転子を通過する磁束密度を均一化し、鉄損を小さくする。
３）　回転子を構成する回転子鉄心部材自体の磁束の通りやすい方向をｄ軸方向として、突極比を大きくする。
１）〜３）を考慮して、電動機効率を向上することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係わる同期誘導電動機は、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、回転軸に最も近いスリットに接続するスロットよりも前記ｄ軸から遠くに位置する少なくとも１対のスロットを残し、他のスロットはスリットで接続される構成としたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明の請求項２に係わる同期誘導電動機は、前記回転子鉄心の径方向で、前記スリットに接続されていないスロットの外周側から前記回転子鉄心の外周までの距離を、前記スリットに接続されているスロットの外周側から前記回転子鉄心の外周までの距離よりも短くなるように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明の請求項３に係わる同期誘導電動機は、前記スリットに接続されていないスロットを前記回転子鉄心の外周に露出させたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、この発明の請求項４に係わる同期誘導電動機は、前記スリットに接続されていないスロットに、前記回転子鉄心と嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明の請求項５に係わる同期誘導電動機は、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子、前記回転子の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する固定子、を備え、前記固定子で発生する磁束が前記回転子鉄心の前記ｄ軸方向または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向の磁路を通って回転磁界を形成するときの前記磁路における磁束密度を均一化するように、前記磁束の大きい部分のスロット間の幅とスリット間の幅の少なくともいずれか一方の幅を、前記磁束の小さな部分の幅よりも広くしたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明の請求項６に係わる同期誘導電動機は、前記ｑ軸方向または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸方向で、回転軸側のスリット間の幅を外周側のスリット間の幅よりも広くしたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、この発明の請求項７に係わる同期誘導電動機は、前記回転子鉄心に形成される前記磁路の出入口におけるスロット間の幅を、前記磁路の中央部におけるスリット間の幅よりも広くしたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、この発明の請求項８に係わる同期誘導電動機は、前記ｄ軸または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸に近いスロット間の幅を、前記ｑ軸または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸に近いスロット間の幅よりも広くしたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、この発明の請求項９に係わる同期誘導電動機は、少なくとも前記回転軸の近くに位置するスリットとその隣のスリットとの間の幅を、前記回転子鉄心に形成される前記磁路の入口側よりも出口側で広くしたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、この発明の請求項１０に係わる同期誘導電動機は、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子、前記回転子の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する固定子を備え、前記ｑ軸方向または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸方向における前記回転子と前記固定子との距離を、前記ｄ軸方向または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向における距離よりも長くしたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、この発明の請求項１１に係わる同期誘導電動機は、前記回転子鉄心の前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周に、回転軸側に凹状であり前記回転子鉄心の積層方向に伸びる溝を設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、この発明の請求項１２に係わる同期誘導電動機は、前記回転子鉄心の前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周を、前記ｑ軸またはｑ’軸に略垂直な辺で構成したことを特徴とするものである。
【００２４】
また、この発明の請求項１３に係わる同期誘導電動機は、前記回転子鉄心の外形を、前記ｄ軸または前記ｄ軸を前記回転子の回転方向に所定の角度回転させたｄ’軸を長軸とし、前記ｑ軸または前記ｑ軸を前記回転子の回転方向に所定の角度回転させたｑ’軸を短軸とする楕円状であることを特徴とするものである。
【００２５】
また、この発明の請求項１４に係わる同期誘導電動機は、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、前記回転子鉄心の少なくとも前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周の形状を、前記外周の内側に設けられている前記スロットの形状に沿って湾曲させて、前記外周の距離を長くしたことを特徴とするものである。
【００２６】
また、この発明の請求項１５に係わる同期誘導電動機は、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、前記ｄ軸または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸を、前記回転子鉄心の圧延方向と略一致するように構成したことを特徴とするものである。
【００２７】
また、この発明の請求項１６に係わる同期誘導電動機は、互いに直交するｑ軸とｄ軸を備え、磁極突起の極数が２極であることを特徴とするものである。
【００２８】
また、この発明の請求項１７に係わる圧縮機は、請求項１乃至請求項１６のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機を有するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る同期誘導電動機（以下、ＳｙＩＭと記す）を示す横断面図である。また、図２は実施の形態１に係るＳｙＩＭの回転子を示す斜視図で、回転軸として設けられる出力軸は省略している。
図において、１は磁性体である電磁鋼板により構成された回転子鉄心で、例えば１ｍｍ以下の厚さの電磁鋼板が複数枚積層されることにより回転子３０を構成する。２、１２はスリットで、複数のスリットで構成され、内部に非磁性体で導電性材である例えばアルミニウムが充填されている。３、１３はスロットで、複数のスロットで構成され、スリット２、１２と同様、内部に非磁性体で導電性材である例えばアルミニウムが充填されている。４は回転軸で、圧入や焼き嵌めなどにより回転子３０に固着されている。また、９ａは磁性体である電磁鋼板により構成された固定子鉄心で、例えば１ｍｍ以下の厚さの電磁鋼板が複数枚積層されて固定子９を構成する。９ｂは固定子鉄心９ａのスロットであり、巻線１０が巻回されている。固定子９は回転子３０の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する。
【００３０】
図１に示すように、スロット３、１３は、回転子鉄心１の外周の内側で回転子鉄心１の中心より最も遠い位置に、回転子鉄心１の中心に対して放射状に略均等に配置され、起動時や非同期時に誘導トルクを発生させるための２次電流が流れる。このスロット３、１３は、必要な誘導トルクが発生する形状であればどんな形状でもよく、使用する同期誘導電動機の仕様に合わせて任意の形状にすればよい。
また、スリット２、１２は磁束の流れやすい方向であるｄ軸と磁束の流れにくい方向であるｑ軸が得られるように、放射状に配置されたスロット３、１３間をｄ軸に対して略平行になるように例えば直線状に接続する。さらに、ｄ軸とｑ軸が回転子鉄心１の略中心を通って直交するようにスリット２、１２が配設されて、２極の磁極突起が形成される。即ち、スリット２、１２の長手方向（ｄ軸の方向）の両端部にスロット３、１３が例えば連結して接続されている。このスリット２、１２によって、ｑ軸方向に磁気的に絶縁してリラクタンストルクを発生させる。スリット２、１２の形状は、必要なリラクタンストルクを発生させることができる形状であればどんな形状でもよく、例えば、図１に示すような直線的でなくても、使用するＳｙＩＭの仕様に合わせた形状にすればよい。また、スリット２、１２には非磁性体を充填せずに空間で構成してもよい。
【００３１】
また、スロット３、１３のうちのｑ軸に対称に配置されているスロット同士を、スリット２、１２によって連結して接続することにより、それぞれの機能を補強することができる。即ち、スロット３、１３を２次導体として作用させる時には２次銅損を小さくでき、磁気突起を利用した同期運転ではｑ軸とｄ軸のリラクタンスＬｑ、Ｌｄの幅を大きくできる。
１１は回転子鉄心１のスリット２、１２及びスロット３、１３に充填されたアルミニウム等の充填物質が回転子鉄心１の上下両端部で短絡形成しているエンドリング（短絡環）である。回転子３０の外観は従来の誘導電動機と同様である。
【００３２】
図１、図２で示す同期誘導電動機の動作について説明する。電動機の起動時に、固定子９で発生した回転磁界によって回転子鉄心１のスロット３、１３に誘導電流が流れ、誘導トルクが発生する。発生した誘導トルクによって、回転子鉄心１は回転方向に回転し始める。また、回転子鉄心１のスリット２、１２によって固定子鉄心１に作られた突極に比例したリラクタンストルクが発生する。誘導トルクとリラクタンストルクにより回転子鉄心１の回転数が上がり、任意の回転数に達したときに回転子鉄心１の回転と回転磁界の回転が一致する同期回転数で運転することになる。同期運転時は、固定子９で発生した磁束８をスロット３、１３が横切ることが無いためスロット３、１３には誘導電流がほとんど流れなくなる。このため、同期運転時は、誘導トルクではなくリラクタンストルクが支配的となる回転トルクにより回転子鉄心１は同期運転をすることになる。
【００３３】
ここで示す固定子９で生成された磁束は、回転子鉄心１の位置によって２極の磁極突起を有する構成である。回転子３０をスムーズに回転させるため、回転子鉄心１のスリット２、１２及びスロット３、１３の形状は、図に向かってｄ軸の上側と下側では１８０度の回転対称になるように構成している。
【００３４】
従来の回転子は４以上の偶数の極数で構成されており、例えば図３１のスリット２５の形状ではｄ軸とｑ軸の角度は４５度である。これに対し、この実施の形態では、ｄ軸とｑ軸の角度を９０度にすることにより極数を２極とした。２極にすることにより従来の誘導機と同じように商用電源（５０／６０Ｈｚ）を印加した時の回転子３０の回転数を１５００及び１８００ｒ／ｍｉｎで回転できるようになった。この電動機を圧縮機に搭載した場合、出力の低下が起こることが無く、むしろ、ＳｙＩＭは同期運転を行うことにより商用電源で運転する場合誘導電動機より出力を出すことができる。特に、エアコンや冷蔵庫など冷凍空調装置に用いられる圧縮機や、ファンモータなどにこの同期誘導電動機を用いることで、圧縮機やファンモータの能力不足が生じるのを防止できる。
【００３５】
図３は極数が２極である他の構成例のＳｙＩＭの回転子鉄心１を示す上面図である。図ではスリット２、１２とスロット３、１３の充填物質をわかりやすいように格子で表示している。図１に示した構成では、スロット３、１３とスリット２、１２を連結した形状は、回転軸４側に向かって凸形状に湾曲しているが、図３の構成では、回転軸４側に向かって凹形状に湾曲した形状となっている。このような構成の回転子鉄心１でも、極数を２極にすることができる。このため、図１に示した回転子鉄心１と同様、圧縮機などに搭載した場合、出力の低下が起こることが無く、むしろ、誘導電動機と違いＳｙＩＭは同期運転を行うことにより商用電源で運転する場合に誘導電動機より出力を出すことができる。
なお、図３のスリット２、１２及びスロット３、１３はなめらかに連結してあるので、その境がはっきりしない構成であるが、スリット２、１２の間にくびれを設けてもいいし、またスリット２、１２とスロット３、１３とを数ミリ程度間隔をあけて分離して構成してもよい。スリット２、１２とスロット３、１３とを数ミリ程度分離して構成しても、ｑ軸方向に磁気的に絶縁する作用は連結して接続する場合と同様であり、実質的には接続されているとすることができる。
【００３６】
さらに、この実施の形態では、図１や図３に示した極数を２極としたＳｙＩＭの電動機効率の向上を図ることのできる構成について述べる。
図４は実施の形態１によるＳｙＩＭの１つの回転子鉄心を示す上面図である。図ではスリット２、１２とスロット３、１３の充填物質をわかりやすいように格子で表示している。スリット２、１２は、それぞれ２つのスリット２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂで構成され、また、スロット３、１３は、それぞれ７つのスロット３ａ〜３ｇ、１３ａ〜１３ｇで構成されている。回転軸４に最も近いスリットを第１スリット２ａ、１２ａとし、その外側のスリットを第２スリット２ｂ、１２ｂとする。また、スロットも同様に回転軸４に近いものから外周へ向かって、第１スロット３ａ、３ｇ、１３ａ、１３ｇ、第２スロット３ｂ、３ｆ、１３ｂ、１３ｆ、第３スロット３ｃ、３ｅ、１３ｃ、１３ｅ、第４スロット３ｄ、１３ｄとする。
【００３７】
この実施の形態では、スロット３ａ〜３ｇ、１３ａ〜１３ｇのすべてをスリット２、１２で連結するのではなく、スロット３、１３の一部は回転子鉄心１を構成する電磁鋼板で連結されるように構成している。図４に示すように、例えばｄ軸の上半分では、ｑ軸方向において最も回転軸４に近い第１スリット２ａに接続されるスロット３ａ、３ｇよりもｄ軸から遠くに配置されているスロット３ｂ〜３ｆのうちの少なくとも一対のスロット、例えば第２スロット３ｂ、３ｆを残し、他のスロット３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｇをスリット２ａ、２ｂで接続する。ｄ軸の下半分でも同様に、ｑ軸方向において最も回転軸４に近い第１スリット１２ａに接続されるスロット１３ａ、１３ｇよりもｄ軸から遠くに配置されているスロット１３ｂ〜１３ｆのうちの少なくとも一対のスロット、例えば第２スロット１３ｂ、１３ｆを残し、他のスロット１３ａ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆをスリット１２ａ、１２ｂで接続する。ここでスロット３ｄ、１３ｄはスリットを含む一塊で構成しており、誘導トルクとリラクタンストルクの両方のトルクの発生に作用する。
【００３８】
図５は回転子鉄心１のたの構成例であり、図３に示す構成の回転子鉄心１において、スロット３、１３のすべてをスリット２、１２で接続するのではなく、スロット３、１３の一部のスロット３ｂ，３ｆ，１３ｂ，１３ｆを残し、他のスロット３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｇ、１３ａ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆをスリット２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂで接続した構成例である。スロット３ｂ，３ｆ，１３ｂ，１３ｆは回転子鉄心１を構成する電磁鋼板で接続されることになる。
【００３９】
また、図６は図４に示した回転子鉄心１の点線○の部分を拡大して示す部分拡大図である。図において、１５は幅ｔ１、例えば１ｍｍ以下の幅の薄肉連結部であり、この薄肉連結部１５によって、各スロット３、１３の外周側で回転子鉄心１の外周部を互いに接続しており、回転時に遠心力がかかっても回転子鉄心１の各部分が分離しないように、回転子３０の強度を保っている。
ところが、薄肉連結部１５が形成されているために、回転子鉄心１の外周部を通る漏れ磁束や高調波鉄損により回転子鉄心１で発生する損失が大きくなり、ＳｙＩＭとしての効率が低下する。
即ち、薄肉連結部１５はＳｙＩＭの効率向上の点からは幅を小さくすることが要求され、回転子３０の強度向上の点からは幅を大きくすることが要求されるという相反する構成が好ましいことになる。そこで図１で示したようにすべてのスロット３、１３をスリット２、１２で連結するように構成すると、ここに充填する充填物質と回転子鉄心１との接触部での密着性は保証されず、遠心力に対する強度が弱いものとなる。このため、図４、図５に示すようにスリット２、１２で接続しないスロット３ｂ、３ｆ、１３ｂ、１３ｆを設けて遠心力に対する強度低下を防止する。図６のようにスリット２に連結していないスロット３ｂの部分の遠心力に対する強度は、薄肉連結部１５だけでなくその内側の回転子鉄心１部分で強度を持つことになるので、すべてのスロット３、１３をスリット２、１２で接続した場合に比べ、遠心力に対する強度を高めることができる。
さらに、スリット２、１２が並設されるｑ軸方向において強度が低下するので、スリット２、１２で接続しないスロットは、ｑ軸方向において回転軸４に最も近いスリット２ａが接続するスロット３ａ、３ｇよりもｄ軸から遠くに配置されているスロット、例えばスロット３ｂ、３ｆとしている。
【００４０】
誘導トルクは常に回転方向にトルクを発生させるが、リラクタンストルクは突極の位置と磁束の方向によって発生する回転トルクの方向が異なってくる。このため、回転子鉄心１の起動から同期運転までの間は、誘導トルクは常に回転方向に発生しているが、リラクタンストルクは回転子鉄心１の回転位置と回転磁界との位置関係によって、回転方向とその逆方向に交互に回転トルクを発生している。このため、同期運転まで間は、リラクタンストルクは回転の働きを部分的に阻害することになる。そこで、スリット２、１２に接続されないスロット３、１３を一つ、またはそれ以上設けると、同期までの回転中に発生するリラクタンストルクに対する誘導トルクの割合が大きくなり、スムーズに同期運転まで到達することができる。
【００４１】
さらに、スロット３、１３の一部を、スリット２、１２で連結しないことにより、すべてのスロット３、１３をスリット２、１２で連結する構成にした場合よりも、薄肉連結部１５の幅を狭くでき、薄肉連結部１５を通る漏れ磁束や高調波鉄損を小さくできる。従って、回転子鉄心１で発生する損失を小さくでき、ＳｙＩＭとしての効率を向上できる。
【００４２】
なお、図４、図５ではスロット３ｂ、３ｆをスリットで接続しない構成としたが、これに限るものではなく、他の一対のスロット３ｃ、３ｅをスリットで連結しないようにしてもよい。また、ｑ軸に対称に配置されているスロット、例えばスロット３ｃ、３ｅやスロット３ｂ、３ｆを１対のスロットとしてスリットで接続しない構成に限るものではなく、例えばスロット３ｂ、３ｅをスリットで接続せずに、スロット３ｃ、３ｆをスリットで接続するような構成にしてもよい。また、スロットがさらに多く設けられている場合、１対以上の複数のスロットをスリットで接続しないようにしてもよい。
【００４３】
また、スリット２、１２で接続しないスロット３、１３は、回転軸４に最も近いスリットに接続されたスロットよりも少なくともｄ軸から遠くに位置していれば、どのスリットでもよく、その数も１対以上であればいくつでもよい。スリット２、１２の数が減ることでｑ軸方向に磁束が流れやすくなる場合には、スリットの幅を太くするなどで対応できる。また、ｑ軸方向でスリット２、１２に接続しないスロット３、１３が隣り合っていてもよい。
【００４４】
また、図１、図３、図４、図５に示した回転子鉄心１では、ｑ軸のスロット３ｄ、１３ｄをスリット２、１２と連結して一塊に構成し、２次導体となるスロット３、１３の作用と、ｑ軸方向に磁気的に絶縁するスリット２、１２の作用を有するように構成したが、分割してｑ軸の両側に配置してスロット３、１３の作用のみとしてもよい。
【００４５】
また、図７は、この実施の形態に係る回転子鉄心１のさらに他の構成例を示す部分拡大図である。この構成例は、回転子鉄心１の径方向で、スリットに接続されていないスロット３ｂの外周側から回転子鉄心１の外周までの距離（ｔ２）を、スリットに接続されているスロット３ａ、３ｃの外周側から回転子鉄心１の外周までの距離（ｔ１）よりも短くなるように構成した。実際には、スリット２と連結していないスロット３ｂ近傍の回転子鉄心１の外周部を切り欠いて、薄肉連結部１５の幅をｔ１からｔ２（ｔ１＞ｔ２）のように薄くしている。例えばｔ１＝０．５ｍｍ程度とし、ｔ２＝０．３ｍｍ程度とする。
このようにスリットと接続していないスロット３ｂの薄肉連結部１５の幅を小さくすることで、図６に示した構成よりも磁束がｔ２の幅の薄肉連結部１５で通りにくくなる。回転子鉄心１の外周部を通る磁束が通りにくくなることにより、ｑ軸側のインダクタンスＬｑが小さくなり、回転子鉄心１の突極比を大きくすることができる。また、この部分での高調波鉄損を抑制することができ、ＳｙＩＭの効率や力率を向上することできる。
【００４６】
図１や図３に示したように、すべてのスロット３、１３がスリット２、１２に接続しているような回転子鉄心１の場合、回転子鉄心１の回転によって発生する遠心力に対する強度は、スリット２、１２やスロット３、１３の端面とそこに充填されている充填物質との結合（接着）と、回転子鉄心１の薄肉連結部１５の強度によってほぼ決定される。ここで、充填物質との結合は信頼性が少なく、薄肉連結部１５の強度だけでほぼ決定されることになる。このため、ＳｙＩＭの仕様によって薄肉連結部１５の幅が必然的に決まってしまい、ＳｙＩＭの効率を向上するために、薄肉連結部１５の幅を小さくしてｑ軸のインダクタンスＬｑを小さくすることができない。そこで、ＳｙＩＭの仕様に応じて薄肉連結部１５の幅をｔ１として回転子鉄心１を決定し、回転軸４方向に積層した後、図７に示すように、スリットと接続していないスロット３ｂの外周部を積層方向に切り欠くことにより、スロット３ｂの外周側の薄肉連結部１５の幅をｔ１からｔ２にする。
スリットに接続していないスロット３ｂの部分の遠心力に対する強度は、薄肉連結部１５だけでなくその内側の回転子鉄心１部分で強度を持つことになる。このため、スロット３ｂの薄肉連結部１５はスロット３ｂに充填されている充填物質に働く遠心力に対する強度を保つだけでよく、これを考慮してｔ２を設定すればよい。このようにしてスロット３ｂの外周側の薄肉連結部１５の幅を今まで以上に薄くすることができる。
なお、回転子鉄心１を積層してから薄肉連結部１５を積層方向に切り欠いて製造するのに限らず、回転子鉄心１を打ち抜く時に、回転軸４の中心から外周までの距離を変化させてもよい。回転子鉄心１の外形を完全な円とする必要はなく、スリットに接続されていないスロット３ｂの付近での回転軸中心から外周までの距離を、スリットに接続されるスロットの付近での回転軸中心から外周までの距離を短くしてもよい。このように構成することで、スリットに接続されていないスロット３ｂの外周側の薄肉連結部１５を、スリットに接続されるスロットの外周側の薄肉連結部１５よりも短くでき、この後、回転子鉄心１を積層して製造しても、同様の効果を奏する。
【００４７】
また、スリットに接続されていないスロット３ｂにおける薄肉連結部１５の幅を狭くする他の構成例を以下に示す。
図８はこの実施の形態のさらに他の構成例による回転子鉄心１を示す部分拡大図である。スリットと連結していないスロット３ｂの位置を回転子鉄心１の外周側に移動、または外周まで広げることにより、スロット３ｂの薄肉連結部１５の幅をｔ１からｔ２にして狭くする。この様に構成した場合にも上記と同様、磁束が薄肉連結部１５を通りにくくなり、回転子鉄心１の外周部での磁束の漏れや高調波鉄損を抑制することができ、ＳｙＩＭの効率や力率が向上することできる効果を奏する。
【００４８】
また、図９はこの実施の形態のさらに他の構成例による回転子鉄心１を示す部分拡大図である。図９ではスロット３ｂを外周の縁まで形成して外周に露出させている。この構成により、スリットと連結していないスロット３ｂの薄肉連結部１７の外周は不連続になって磁気的に絶縁される。このため、磁束が薄肉連結部１７を更に通りにくくなり、回転子鉄心１の外周部での磁束の漏れや高調波鉄損を抑制することができ、ＳｙＩＭの効率や力率をさらに向上できる。
この場合、図に示す様にスロット３ｂの回転方向の幅ｈ１より露出部の回転方向の幅ｈ２を小さくすれば、ｈ２に隣接している薄肉連結部１７によってスロット３ｂが押さえられている構成となる。このため、スロット３ｂに充填されている充填物質が回転子鉄心１の回転によって飛ばされるのを防ぐことができる。
【００４９】
また、図１０（ａ）〜（ｄ）はそれぞれこの実施の形態のさらに他の構成例による回転子鉄心１を示す部分拡大図である。図９において、スロット３ｂの露出部の磁気的な絶縁の効果を上げるためにさらに露出部の幅ｈ２を大きくする必要がある場合には、図１０（ａ）〜（ｄ）のそれぞれのようにスロット３ｂの一部に凹凸による嵌合部１８を形成し、回転子鉄心１を構成する電磁鋼板に形成した凹凸と嵌合させる。この嵌合部１８によってスロット３ｂ内に充填している充填物質を回転子鉄心１に強固に固定でき、回転した時に遠心力によってスロット３ｂ内の充填物質が飛び出すのを防止できる。図１０（ａ）〜図１０（ｂ）はいずれも、嵌合部１８によって回転時の遠心力に対して十分な強度を有し、かつ回転子鉄心１の外周部に十分な幅の非磁性体を形成でき、回転子鉄心１の外周部での磁束の漏れや高調波鉄損を抑制することができ、ＳｙＩＭの効率や力率をさらに向上できる効果を奏する。
または、回転子３０の少なくとも外周の縁に露出しているスロット３ｂをＳＵＳなどの非磁性体で覆ってもよい。
また、図７や図８のようにスロットの外周側に薄肉連結部１５を形成したスロットにおいて、図１０に示すような嵌合部１８を設ければ、さらに遠心力に対して十分な強度を有するものとなる。
【００５０】
また、図１、図３、図４、図５に示した回転子鉄心１では、ｄ軸方向にスロット３、１３を配置していないが、図１１に示すようにｄ軸方向にも、例えばスロット３ｈ、３ｉ、１３ｈ、１３ｉを配置してもよい。図１１に示した構成は図４の構成にスロット３ｈ、３ｉ、１３ｈ、１３ｉを配置したものを示している。このようにｄ軸方向にもスロット３、１３を配置することにより、発生する誘導トルクが大きくなり、さらに均一になるため、起動時から同期運転に至る過程で、さらにスムーズに回転数が上昇することになる。もちろん図１、図３、図５の構成にｄ軸方向に、スリットに接続しないスロット３ｈ、３ｉ、１３ｈ、１３ｉを配置しても同様である。
【００５１】
また、この実施の形態ではスリット２、１２やスロット３、１３の形状を変更することで、電動機効率の向上を図っており、スリット２、１２やスロット３、１３の形状の変更した電動機の製造に際し、回転子鉄心１の金型を変えるだけでよく、製造工程を変更する必要がないため、従来の製造コストと同様のコストで製造できる。
【００５２】
実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２に係わる同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。図において、図４と同一符号は同一、または相当部分を示し、詳しい説明を省略する。８、８ａ、８ｂは固定子で発生した磁束の進入方向、θは回転角を示している。この回転子鉄心１が複数枚積層され、出力軸４に圧入等により固定され、回転子を形成している。図１に示す様に回転子の周囲に所定の間隔を空けて固定子が配設される。
【００５３】
固定子で発生した磁界は、回転子鉄心１のスリット２、１２により磁気的に絶縁されているため、スリット２、１２間、例えばスリット２ａとスリット２ｂの間を通って固定子の他の磁極に導通する。固定子で発生した磁極の方向が図１２の右から左、または左から右に通る磁界が発生しているときに、回転子鉄心１の回転位置が図１２に示すような位置であればリラクタンスが最も小さい。また、回転子鉄心１の回転位置が図１２に対して９０度の回転した位置であればリラクタンスが最も大きくなる。リラクタンスが最も小さい方向をｄ軸、最も大きい方向をｑ軸といい、ｄ軸とｑ軸の間の回転角θで回転子鉄心１に回転トルクが発生し、その大きさはｄ軸またはｑ軸との回転角θにより変化する。
【００５４】
回転子鉄心１に任意の負荷が掛かった状態で同期運転をしている場合、回転子鉄心１に負荷と釣合うトルクを発生させるための回転角θで回転子が回転している。回転子鉄心１の回転位置が図１２に示す状態の場合、固定子が発生した磁界の方向は図１２の横方向（ｄ軸に一致する方向）ではなく、回転子の回転方向（反時計方向）に所望する回転トルクが発生するための回転角θだけ回転した磁束８の方向となる。回転角θは磁束の方向をｄ軸からの反時計回りの角度で表し、通常、回転角θは０〜５０度の範囲で使用される。この場合、固定子で発生した磁束８の大部分は、図１２に向かって回転子鉄心１の右上方向から入ってきて、左下から固定子の反対磁極に入っていく。回転子鉄心１はスリット２、１２によって磁気的に絶縁されているために、磁束８はスリット２、１２に沿って通っていくことになるが、磁束の一部はスリット２、１２を飛び越えて通ることになる。スリット２、１２を飛び越える磁束の量や位置は、固定子の磁界の大きさや、回転子鉄心１が発生しているトルク、及びスリット２、１２やスロット３、１３の形状によって変化する。
【００５５】
固定子で発生した磁束８の分布は、図１２に示す磁束８の中心部（この例ではロータ回転角θ）が強く磁束８ａや磁束８ｂにようにロータ回転角θを中心として磁束８から遠いほど弱くなっている。また、負荷の大きさによって、回転子鉄心１に入ってくる磁束の角度θが変化する。図１３は横軸にロータの回転角θ、縦軸に磁束φを示すグラフである。負荷が小さい場合は、回転角θは小さいところで釣り合うため、図１３のφ２のような磁束分布となる。逆に、負荷が大きい場合は、回転角θは大きいところで釣り合うため、φ３のような磁束分布となる。また、その中間の負荷では、φ１のような磁束分布となる。
【００５６】
図１４は図１２の点線○で示した部分を拡大して示す部分拡大図である。図中、矢印は磁束の方向を示すと共に矢印の太さは磁束の大きさを示す。スリット２、１２は回転子鉄心１の回転軸４側から外周部まで一定の間隔に配置されているのが一般的である。このため、例えば、磁束８の大きさによってスリット２、１２間の回転子鉄心１で発生する鉄損が変わってくる。即ち、スリット２ａとスリット２ｂの間の幅（以下、ストリップと記す）Ｗ１を通る磁束は、スリット２ｂとスリット２ｃの間のストリップＷ２を通る磁束に比べ、磁束の中心に近い磁束が通るため磁束の大きさは大きい。ところがストリップＷ１とストリップＷ２の幅が同じだと、ストリップＷ２で発生する鉄損よりストリップＷ１で発生する鉄損のほうが大きいことになる。また、磁束８の大きさによっては、ストリップでの磁束の飽和が発生しＳｙＩＭの効率や特性が低下する可能性が出てくる。
そこで、この実施の形態では、固定子で発生する磁束が回転子鉄心１のｄ軸方向またはｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向の磁路を通って回転磁界を形成するときの磁路における磁束密度が均一化するように、磁束の大きい部分のスロット間の幅とスリット間の幅の少なくともいずれか一方の幅を、磁束の小さな部分の幅よりも広くした。スリットとスロットは、ｄ軸の上半分と下半分では回転軸４の中心に対してほぼ１８０度で点対称に構成されている。ここでスリット間とは、ｄ軸の上半分または下半分に形成されているスリットのうちで、隣接するスリットの間の回転子鉄心の部分を意味し、スロット間とは、ｄ軸の上半分または下半分に形成されているスロットのうちで、隣接するスロットの間の回転子鉄心の部分を意味する。
【００５７】
図１５はこの実施の形態に係る回転子鉄心１を示す部分拡大図である。図１４の点線○部とほぼ同一の部分を示している。この実施の形態では、スリット２、１２の間の電磁鋼板の部分であるストリップを通過する磁束の大きさにあわせて、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３となるように、ストリップの幅を変えている。例えば、磁束の大きさの大きいストリップＷ１の幅は、磁束の大きさの小さいストリップＷ２より広くさらに磁束の大きさの小さいストリップＷ３の幅をストリップＷ２よりも狭くしてある。ストリップのそれぞれの幅は、回転子鉄心１の大きさ、積層高さ、トルクなどにより鉄損等が最も少なくなるように設定すればよい。これにより、回転子鉄心１内でＳｙＩＭの効率に影響する部分の磁束密度を均一にできるため、回転子鉄心１の鉄損が下がりＳｙＩＭの性能を向上できる。また、磁束飽和となる磁束の大きさも従来に比べ大きくすることができるため、ＳｙＩＭの出力を向上することができる。
ただし、一番幅の狭いストリップＷ３の幅は、回転子鉄心１を製造する際の打ち抜きに耐える幅として０．３〜０．５ｍｍ程度にするのが好ましい。
【００５８】
なお、ここではｑ軸方向で、回転軸４側のスリット間の幅を外周側のスリット間の幅よりも広くした構成について述べたが、ｑ軸から回転方向に所定角度θ傾けたｑ’軸方向で、回転軸４側のスリット間の幅を外周側のスリット間の幅よりも広くしても、同様の効果を奏する。この所定角度θは、０〜５０度の間で設定される。
また、ここでは図１２における回転子鉄心１のｄ軸の上側の部分について説明したが、回転子鉄心１の極数が２極の場合には、回転軸４の中心を回転中心として、１８０度の回転対称になるように構成する。
また、スリット２、１２、スロット３、１３が図１２のように構成されている回転子鉄心１のスリット間の幅について説明したが、実施の形態１における図３、図４、図５、図１１のような構成の回転子鉄心１にも適用することができ、上記と同様の効果を奏する。
【００５９】
また前述の様に、固定子によって作られる磁束８と回転子鉄心１との回転角θは回転子鉄心１のスリット２、１２やスロット３、１３の形状、負荷トルクなどにより回転方向に回転角θだけ進んだ方向になっている。このため、回転子鉄心１を通る磁束は、スリット２、１２によって磁気的に絶縁されているために各ストリップを通って反対側の磁極に入る時に、一部の磁束は、スリット２、１２を飛び越えて次のストリップに入るものも存在する。つまり、ストリップＷ２を通っていた磁束の一部がスリット２ｂを飛び越えてストリップＷ１に入ってくる磁束が存在するということである。このため、例えば、ストリップＷ１を通る磁束は、ｄ軸の上側ではｑ軸の右側より左側の方が多くなる。
【００６０】
このため、図１６では、スリット２、１２を飛び越える磁束を考慮して、磁路の下流側のストリップの幅を広くしている。図中、矢印は磁束の方向を示すと共に太さは磁束の大きさを示す。少なくとも回転軸４の近くに位置するスリット２ａとその隣のスリット２ｂとの間の幅Ｗ１を、回転子鉄心１に形成される磁路の入口側（図に向かって右側）よりも出口側（図に向かって左側）で広くすることで、磁束密度を均一化できる。図１６では、図１５で説明した構成のｑ軸方向で回転軸４の中央側のストリップの幅を外周側より広くすると共に、磁束の流れの下流側が広くなるようにスリット２、１２を傾けたり、幅を変化させている。具体的には、ストリップの幅は、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３とし、横方向（ｄ軸方向）のどこであってもこの関係が満たされる。さらに、ストリップＷ１に関しては図に向かってｑ軸の右から左に向かうに従って、幅を大きくしている。ストリップＷ２も同様、横方向で同じ幅ではなく、磁束８の大きさ及びスリット２、１２を飛び越える磁束を考慮して、幅を変化させている。さらにはストリップＷ１に関しては、例えば内側のスリット２ａの壁をｄ軸に平行とし、外側のスリット２ｂの壁を回転方向のストリップ幅が広くなる様にα度傾斜させる。これにより、ｑ軸の左側のＷ１の幅がｑ軸の右側のＷ１の幅よりも広くなり、左側に多くの磁束を通すことができる。従って、ストリップＷ１は最も多くの磁束が通るのに加えて、ストリップＷ２、Ｗ３からスリット２ｂ、２ｃを飛び越えた分だけ多くなっても、磁束密度を均一にできる。ストリップＷ２についても同様であり、ｑ軸の右側よりも左側の幅を広くする。ストリップＷ３に関しては通る磁束も少なく、ｑ軸の左側ではスリット２ｃを飛び越えて隣接するストリップＷ２に流れるので、ｑ軸の右側よりも幅を狭く、または同様にした。
このようにこの実施の形態ではスリット２、１２の間のストリップの幅を変化させて、磁路における磁束密度が一様になるようにすることにより、回転子鉄心１の鉄損を低下できる。これにより、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。なお、ここでもｑ軸を基準にしてスリット間の幅を変化させたが、ｑ軸を回転方向に所定の角度θだけ傾けたｑ’軸を基準にしても同様の効果を奏する。
【００６１】
また、図１５、図１６では、スリット間の幅（ストリップの幅）を回転子鉄心１の回転軸側を広く外周に行くほど狭くしてあるが、モータの特性や使用負荷によってはストリップＷ１よりＷ２を広くしても回転子鉄心１内の磁束分布を均一化でき損失分布を均一化できる場合もある。
また、図１６では、複数のスリット２、１２を並設している構成の回転子鉄心１で、少なくとも回転軸４に最も近い位置に配置されるストリップにおいて、ｑ軸の回転方向側を広くしたが、ＳｙＩＭの使用条件や回転子鉄心１のスリット２、１２やスロット３、１３の形状によっては、回転方向と反対側を広くした方がよい場合もある。例えばスリット２、１２内にマグネットを挿入している場合などは、磁束が多くなる部分で、スリット２、１２を広くした方が磁束が通りやすくなり、磁束密度を均一化できる。
【００６２】
次に、図１７に示す回転子鉄心１の上面図における点線○の部分の構成について述べる。図１８は、図１７の点線○の部分を拡大して示す部分拡大図である。図中、図１２と同一符号は同一、または相当部分を示し、説明を省略する。
【００６３】
図１２の説明と同様、図１７において、固定子で発生した磁束は、回転子鉄心１の右上方向（回転角θだけ反時計回りに回転した方向）から入ってくる。回転子鉄心１の発生するトルクは、磁束８と回転子鉄心１との回転角θによって変化する。回転角θが大きくなるにしたがって、回転子鉄心１で発生するトルクは大きくなり、ある一定以上回転角θが大きくなるとトルクは小さくなってくる傾向にある。通常、回転角θは０〜５０度の範囲で使用し、比例してトルクが大きくなっていく範囲で使用する。
【００６４】
負荷変動にあわせ、負荷とつり合うトルクが発生するように回転角θが変化する。回転角θが変化すると、回転子鉄心１に入ってくる磁束８の進入角が変化することになる。このため、回転子鉄心１への磁束の出入口部分では、磁束の大きさの変化に合わせて方向も変化するため、鉄損が大きくなる。従来は図３４に示すようにスリット２５間の幅（ストリップ幅）は、磁束８の入口から出口まで一定の幅ｍ＝ｎになっている。このように構成されている場合は、磁束の出入口となる回転子鉄心１の外周部での損失が大きくなる。
【００６５】
そこで図１８に示すように、回転子鉄心１内部の磁束の通るスリット２ａ、２ｂの間の幅Ｗ１やスリット２ｂ、２ｃの間の幅Ｗ２に対し、スロット３ａ、３ｂの間の幅Ｗ４やスロット３ｂ、３ｃの間の幅Ｗ５が広くなるように構成する。このように構成することで、磁束の変化の大きい回転子鉄心１への磁路の出入口部での磁束密度が下がり、進入する磁路の出入口部即ちスロット３ａ、３ｂ間と、出入口部の間の中央部即ちスリット２ａ、２ｂ間とで、磁束密度を均一化でき鉄損を低減できる。回転子鉄心１内でＳｙＩＭの効率に影響する部分の磁束密度を下げることにより鉄損が下がり、ＳｙＩＭの性能を向上することができる。また、磁束飽和になりやすい磁束の出入口部の磁束密度を下げることによって、固定子で発生させる磁束の大きさも従来に比べ大きくすることができるため、ＳｙＩＭの出力を向上することができる。
【００６６】
また、図１９に示す様に、回転子鉄心１の回転方向で、ｄ軸に最も近いスロット３ａとその隣のスロット３ｂとの間の幅Ｗ４を、これに続くスロット間の幅Ｗ５よりも広くし、更にスロット間の幅Ｗ５を回転方向に隣のスロット間の幅Ｗ６よりも広くすると、さらに磁束密度を均一化できる。固定子で発生した磁束８の分布は、磁束８の中心部が強く磁束８ａや磁束８ｂのように磁束８から遠いほど弱くなっている。回転子鉄心１に入ってくる磁束の大きさに合わせてスロット３、１３間の幅を変えることで、回転子鉄心１の外周部で発生する鉄損を低減できる。大きい磁束８が通るスロット３ａと３ｂの間の幅Ｗ４を広くし、それより小さい磁束８ａが通るスロット３ｂと３ｃの間の幅Ｗ５をＷ４より狭くする。即ちｄ軸に近いスロット間の幅を、ｑ軸に近いスロット間の幅よりも広くする。このように構成することで、図１８の構成よりもさらに回転子鉄心１内でＳｙＩＭの効率に影響する部分の磁束密度を下げることにより鉄損が下がりＳｙＩＭの効率を向上できる。
ここで、磁束はｄ軸、またはｄ軸を回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向から回転子鉄心１に進入するので、ｄ軸またはｄ’軸に近いスロット間の幅を、ｑ軸またはｑ’軸に近いスロット間の幅よりも広くすればよい。この所定角度は、０＜θ＜５０度の範囲で設定される。
【００６７】
図２０に、ｄ’軸及びｑ’軸を基準にしてスロット間の幅を構成した構成例を示す。固定子によって作られる磁束８は、回転子鉄心１のスリット２、１２やスロット３、１３の形状、負荷トルクなどにより回転子鉄心１のｄ軸から回転方向に回転角θだけ進んだ方向になっている。磁束の大きさは、ｄ軸から回転方向に回転角θ進んだｄ’軸方向が最も大きく、これから離れるほど小さくなる。この磁束の大きさに合わせて回転子鉄心１の磁路の幅を形成することで、磁束を均一化する。
具体的には、ｄ’軸を基準とし、このｄ’軸に最も近いスロット３、１３間の幅を最も広くし、このｄ’軸から回転方向に進んだ部分に配置されているスロット間の幅を次第に狭くする。即ちＷ４≧Ｗ５≧Ｗ６≧Ｗ６’とする。更にｑ’軸を基準とし、このｑ’軸に最も近いスロット間の幅を最も狭くし、この軸から回転方向に進んだ部分に配置されているスロット間の幅を次第に広くする。即ちＷ４’≧Ｗ５’とする。
【００６８】
このようにスロット３、１３間の幅を磁路の方向及び磁束の大きさによって変化させることにより、回転子鉄心１での鉄損を小さくできるため、磁束の大きさや変化の大きい回転子鉄心１への磁束の出入口部で磁束密度が下がり、磁束密度を均一化して鉄損を低下できる。回転子鉄心１内でＳｙＩＭの効率に影響する部分の磁束密度を下げることにより鉄損が下がりＳｙＩＭの効率を向上できる。また、磁束飽和になりやすい回転子鉄心１の磁束の出入口部の磁束密度を下げることによって、固定子で発生させる磁束の大きさも従来に比べ大きくすることができるため、ＳｙＩＭの出力を向上できる。
なお、図に向かってｄ軸の下側の構成は、磁極が２極の場合にはｄ軸の上側を回転軸４を中心に１８０度回転させたものと同様である。
【００６９】
なお、この実施の形態は、図１に示した回転子鉄心１に適用した場合について述べたが、図３、図４、図５、図１１に示した構成の回転子鉄心１にも適用できる。また、これらの構成の回転子鉄心に、実施の形態１で記載した少なくともいずれか１つの構成を兼ね備えるようにすると、さらに電動機効率の向上を図ることができる。
【００７０】
実施の形態３．
図２１は、この発明の実施の形態３における同期誘導電動機の回転子鉄心１を示す上面図である。図中、図１と同一符号は、同一または相当部分を示し、説明を省略する。回転子鉄心１は、例えばけい素鋼板などの電磁鋼板を１ｍｍ程度の厚さに圧延した後、スロット３、１３やスリット２、１２や回転軸４を圧入する穴を形成する。そして、この回転子鉄心１を複数枚積層し、スロット３、１３やスリット２、１２に導電性材や非磁性体を充填し、回転軸４を圧入する。図２１において、回転子鉄心１に示す矢印Ｐの伸びる方向が圧延工程での圧延方向を示している。
【００７１】
この実施の形態では、図２１のように、回転子鉄心１内部の磁束の通りやすいｄ軸方向と回転子鉄心１の圧延方向をほぼ同じ方向となるようにした。圧延されてロール巻された電磁鋼板の場合、長手方向を圧延方向、これと直交する方向を直角方向と呼んでいる。一般に、回転子鉄心１の材料である電磁鋼板などは、圧延方向とその直角方向とで異なる磁気抵抗を示し、磁束の通りやすさが違っている。通常、圧延方向が磁束の通りやすい方向になっているので、圧延方向と回転子鉄心１の磁束の通りやすいｄ軸方向をほぼ一致させることにより、ｄ軸とｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑの大きさに差ができ、突極比を大きくしてＳｙＩＭの電動機効率を向上することができる。
【００７２】
また、この実施の形態の他の構成例を図２２に示す。これは図４に示した構成の回転子鉄心１に適用したものである。図２１と同様、圧延方向と回転子鉄心１の磁束の通りやすいｄ軸方向をほぼ一致させることにより、ｄ軸とｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑの大きさに差ができ、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。さらに、スリットに接続されないスロット３ｂ、３ｆ、１３ｂ、１３ｆを設けているので、遠心力に対する強度を保持できる。
【００７３】
また、この実施の形態のさらに他の構成例を図２３に示す。同期運転では回転子鉄心１の磁束の流れやすいｄ軸方向に対して、磁束８は回転角θだけ回転方向に傾けたｄ’軸方向から回転子鉄心１に進入する。図２３では、これに合わせて圧延方向Ｐをｄ’軸方向に略一致させている。この回転角θはかかる負荷の大きさによって０〜５０度の間で変化するので、回転子鉄心１の圧延方向Ｐをｄ軸方向から回転方向に０〜５０度回転した位置に合わせる。圧延方向Ｐのｄ軸方向からの回転角θの大きさは、スリット２、１２やスロット３、１３、ＳｙＩＭの使用条件を考慮して決定すればよい。
このように、圧延方向と回転子鉄心１に磁束が進入する方向であるｄ’軸方向をほぼ一致させることにより、ｄ軸方向とｑ軸方向のインダクタンスＬｄ、Ｌｑの大きさに差ができ、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。
【００７４】
このように回転子鉄心１の圧延方向を回転子鉄心１に形成するスリット２、１２やスロット３、１３の位置や磁路に応じて決定すれば、さらにｄ軸方向とｑ軸方向のインダクタンスＬｄ、Ｌｑの大きさに差ができ、ＳｙＩＭの電動機効率が向上する。
【００７５】
なお、図２３では、圧延方向Ｐをｄ軸から回転方向に回転させているが、スリット２、１２やスロット３、１３やＳｙＩＭの使用条件によっては、回転子鉄心１を製造する際の圧延方向をｄ軸方向から反回転方向に回転させたほうがよい場合もある。例えばスリット２、１２を飛び越える磁束８を積極的に活用する場合は、圧延方向Ｐをｄ軸から回転方向に回転させ、逆にスリット２、１２を極力飛び越えないようにする場合は、圧延方向Ｐをｄ軸から反対方向に回転させるといった設計ができるため、設計の自由度を広げることができる。
【００７６】
また、この実施の形態による回転子鉄心１の製造において、圧延方向と磁束の流れやすいｄ軸、またはｄ’軸を任意の角度で設定して加工するだけなので、製造工程やコストには影響しない。また、ＳｙＩＭの仕様にあわせ、回転子鉄心１の型の取り付け角度を変えるだけでよいため、同じ型で色々な特性のＳｙＩＭを容易に製造することができる。
【００７７】
なお、この実施の形態は、図１または図４に示した回転子鉄心１に適用した場合について述べたが、図３、図５、図１１に示した構成の回転子鉄心１にも適用できる。また、これらの構成の回転子鉄心に、実施の形態１及び実施の形態２で記載した少なくともいずれか１つの構成を兼ね備えるようにすると、さらに電動機効率の向上を図ることができる。
【００７８】
また、この実施の形態では、回転子鉄心１を製造する際の圧延方向の磁気抵抗が直角方向の磁気抵抗よりも小さくなるということを利用したものである。これと同様に、回転子鉄心１の材質に磁気異方性材料を使用し、磁束の通りやすい方向をｄ軸またはｄ’軸に合わせても同様の効果を奏する。
【００７９】
実施の形態４．
図２４は、この発明の実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。図中、図１と同一符号は同一、または相当部分を示し、説明を省略する。また、図ではスリット２、１２とスロット３、１３の充填物質をわかりやすいように格子で表示している。
図において、１９ａは溝であり、回転子鉄心１のｑ軸方向の外周に、回転軸側に凹状であり回転子鉄心１の積層方向に伸びるように構成している。
【００８０】
ＳｙＩＭの効率は、磁束の流れやすいｄ軸方向のインダクタンスＬｄと磁束の流れにくいｑ軸方向のインダクタンスＬｑとの差や比の大きさでほぼ決定され、効率を向上させるためには、Ｌｄを大きくするかＬｑを小さくする必要がある。この実施の形態では、図２４に示すように、回転子鉄心１の外周部のｑ軸方向に溝１９ａを設けている。この溝１９ａによって、ｑ軸方向における回転子鉄心１の外周と固定子との距離は、ｄ軸方向における距離よりも長くなり、ｑ軸方向の磁束が流れにくくなってインダクタンスＬｑが小さくなる。溝１９ａは、回転子鉄心１の外周から一番外側のスリット２ｃ、１２ｃまでの間に設けており、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄにはほとんど影響しないため、ＳｙＩＭの効率を向上できる。
また、回転子鉄心１の外周部に設けた溝１９ａによって、外周部での漏れ磁束や高調波鉄損を低減できるため、さらにＳｙＩＭの効率を向上できる。
なお、この溝９ａは回転子鉄心１の積層方向に伸びるものとしているが、回転子の上端から下端まで伸びていなくてもよい。溝９ａを設けた回転子鉄心１と溝９ａを設けない回転子鉄心１とが積層方向で混在していても、溝９ａを設けた回転子鉄心１を一部に設けることで、この部分のインダクタンスＬｑをある程度小さくすることができ、効率を向上できる。
【００８１】
また、この実施の形態の他の構成例を図２５に示す。図のように、回転子鉄心１のほぼｑ軸方向の外周部が、ｑ軸に略垂直な辺になるように切り欠いた切り欠き部１９ｂを構成する。これにより、図２４に示した構成と同様、ｑ軸方向における回転子鉄心１の外周と固定子との距離が、ｄ軸方向における距離よりも広がって、磁束が流れにくくなり、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑが小さくなる。切り欠き部１９ｂはｑ軸にほぼ垂直になるように切り欠いているので、ｄ軸に沿った磁束の流れに影響を及ぼすことはない。即ち、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄにはほとんど影響しないため、突極比が大きくなりＳｙＩＭの効率を向上することができる。また、回転子鉄心１の外周部を切り欠くことにより、この部分での高調波鉄損を低減できるため、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。
【００８２】
図２４、図２５では、ｑ軸方向における回転子と固定子との距離を、ｄ軸方向における回転子と固定子との距離よりも長くしたことによって、ｑ軸方向とｄ軸方向のインダクタンスＬｑ、Ｌｄの差を大きくでき、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。
なお、溝１９ａや切り欠き部１９ｂの形状は上記の形状に限るものではない。例えば図２４の溝１９ａはｑ軸を含む四角形状にしているが、三角形や多角形にしてもよい。また、図２５の切り欠き部１９ｂは、回転子鉄心１の円周の一部を円弧ではなくｑ軸に垂直かつｄ軸に平行な直線で辺とすることで形成したが、これに限るものではなく、曲線で構成してもよい。
また、溝９ａ及び切り欠き部９ｂはｑ軸を含むように構成されていなくてもよく、ｑ軸方向の外周近傍や、ｑ軸から回転方向に所定の回転角θ傾けたｑ’軸方向の外周近傍に設けてもよい。ｑ’軸方向の回転子鉄心１と固定子との間の距離を、ｄ’軸方向の距離よりも大きくすることによって、ｑ軸方向とｄ軸方向のインダクタンスの差を大きくでき、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。
【００８３】
また、例えば図２６に示すように、回転子鉄心１の外形を磁束の流れやすいｄ軸を長軸とし、磁束の流れにくいｑ軸方向を短軸とした楕円状にしてもよい。この場合にはｑ軸方向の回転子鉄心１と固定子との間の空間１９ｃが広がり、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができる。さらに、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄにはほとんど影響しないため、ＳｙＩＭの効率を向上できる。また、ｑ軸方向の距離を広げることにより高調波鉄損を低減でき、ＳｙＩＭの効率を向上できる。
【００８４】
また、図２７に示すように、回転子鉄心１の外形を、ｑ軸を回転方向に回転角θだけ傾けたｑ’軸を短軸、ｄ軸を回転方向に回転角θだけ傾けたｄ’軸を長軸とした楕円状とする。
ＳｙＩＭが同期運転中の磁束の流れやすいｄ軸に対して固定子で作られる磁束８が回転方向に０〜５０度程度の回転角θだけ進んでいることを考慮し、ｑ’軸方向における回転子鉄心１と固定子との距離がｄ’軸方向の距離よりも大きくなるように構成する。このため、同期運転時に、ｑ’軸方向に空間１９ｃができ、回転子鉄心１と固定子との間の距離を、ｄ’軸方向の距離よりも大きくすることによって、ｑ’軸方向のインダクタンスを小さくできる。この構成では、ｄ’軸方向のインダクタンスＬｄにはほとんど影響しないため、リラクタンストルクを大きくして、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。また、ｑ’軸方向の回転子鉄心１と固定子との距離を広げることにより高調波鉄損を低減でき、ＳｙＩＭの効率を向上できる。
【００８５】
また、さらに図２６、図２７に示す構成に加え、溝９ａや切り欠き部１９ｂをｑ軸方向の外周部に設け、回転子鉄心１と固定子との間の距離がｑ軸方向においてｄ軸方向よりも大きくなるように構成してもよい。
【００８６】
また、この実施の形態は、図１に示した回転子鉄心１に適用した場合について述べたが、回転子鉄心１に配置されるスリット２、１２及びスロット３、１３は、従来の構成でもよいし、図３、図４、図５、図１１に示した構成の回転子鉄心１にも適用できる。また、これらの構成の回転子鉄心に、実施の形態１ないし実施の形態３で記載した少なくともいずれか１つの構成を兼ね備えるようにすると、さらに電動機効率の向上を図ることができる。
【００８７】
実施の形態５．
図２８は、この発明の実施の形態５における同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。図中、図１と同一符号は同一、または相当部分を示し、説明を省略する。また、図ではスリット２、１２とスロット３、１３の充填物質をわかりやすいように格子で表示する。
【００８８】
ＳｙＩＭの効率を決定する要因の１つとして、磁束の流れやすいｄ軸方向のインダクタンスＬｄと磁束の流れにくいｑ軸方向のインダクタンスＬｑとの差や比の大きさがある。ｄ軸方向のインダクタンスＬｄを大きくするか、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることで、インダクタンスＬｄとインダクタンスＬｑの差を大きくすれば、効率を向上できる。この実施の形態では、回転子鉄心１の外周部の磁束を流れにくくすることにより、インダクタンスＬｑを小さくしている。
【００８９】
図２８では、回転子鉄心１の外周形状を、スロット３、１３の外周に沿って湾曲させた複数の円弧をつなげた構成とする。これにより回転子鉄心１の外周部の磁束の流れる距離が長くなるため、磁束が流れにくくなり、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができる。この様な外周形状にしても、ｄ軸方向にスロットが配設されていない構成ではｄ軸方向のインダクタンスＬｄにはほとんど影響しないため、ＳｙＩＭの効率を向上できる。
また、回転子鉄心１の外周の距離を長くすることにより、外周部での高調波鉄損を低減できるため、さらにＳｙＩＭの効率を向上できる。
なお、この外周形状は、全てのスロット３、１３の外周の回転子鉄心１の形状を湾曲するのに限るものではなく、少なくともｑ軸に近いスロット３、１３の設けられた回転子鉄心１の外周をスロット３、１３の外形に沿って湾曲させることで、効果を奏する。ただし、ｑ軸からｑ軸の回転方向に回転角θだけ傾けたｑ’軸方向のスロット３、１３が設けられた回転子鉄心１の外周形状を、スロット３、１３の外形に沿って湾曲させれば、磁束８の方向がｄ’軸方向から進入する場合、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくできる効果を奏する。
ここで、回転子鉄心１の外周は、スロット３、１３の外形にピッタリと沿って湾曲させていなくてもよく、ある程度スロット３、１３の外形に沿わせることで、外周の距離を長く構成すれば効果を奏する。
【００９０】
また、この実施の形態の他の構成例を図２９に示す。回転子鉄心１の外周形状をスロット３、１３の外周に沿って湾曲させ、さらにｑ軸方向のスロット３ｄ、１３ｄをｑ軸でくびれるような形状にする。この様に構成することで、図２８の構成よりもさらにｑ軸方向における回転子鉄心１の外周部の磁束の流れる距離を長くでき、磁束が流れにくくなり、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくできるので、ＳｙＩＭの効率を向上できる。また、外周部での高調波鉄損を低減できるため、ＳｙＩＭの効率をさらに向上することができる。
【００９１】
また、この実施形態のさらに他の構成例を図３０に示す。図のように、少なくともｄ軸近傍にあるスロット３、１３、この場合はスロット３ａ、３ｂ、３ｆ、３ｇ、１３ａ、１３ｂ、１３ｆ、１３ｇの配置されている回転子鉄心１の外周はそのままとし、その他のスロット３ｃ，３ｄ、３ｅ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの配置されている回転子鉄心１の外周の形状を、スロット３、１３の外周に沿って湾曲させる。
これにより、回転子鉄心１の外周部の磁束の流れる距離が長くなるため、磁束が流れにくくなり、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができる。さらに、ｄ軸近傍にあるスロット３、１３では回転子鉄心１の外周部はそのままの形状としているので、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄへの影響が図２８に示した構成よりも小さくなるため、ＳｙＩＭの効率を向上できる。また、回転子鉄心１の外周部を長くすることにより、外周部での高調波鉄損を低減できるため、ＳｙＩＭの効率を向上することができる。また、外周部を磁束が通りにくい構成なので薄肉連結部を厚くしてもよく、回転子の遠心力に対する耐力を向上できる。
【００９２】
また、図３０において、ｑ軸方向ではなくｑ’軸方向の回転子鉄心１の外形を、その近傍にあるスロット３、１３の外周に沿って湾曲させても同様である。この時にはｄ’軸近傍にあるスロット３、１３では回転子鉄心１の外形はそのままの形状とすればよい。
また、図３０に示す構成で、図２９に示したようにスロット３ｄ、１３ｄのｑ軸で回転軸４側にくびれるように構成し、スロット３ｄ、１３ｄの外側を２つの円弧で構成すれば、インダクタンスＬｑがさらに小さくなると共に、外周部での高調波鉄損がさらに低減され、ＳｙＩＭの効率をさらに向上できる。
【００９３】
なお、この実施の形態は、図１に示した回転子鉄心１に適用した場合について述べたが、図３、図４、図５、図１１に示した構成の回転子鉄心１にも適用できる。また、これらの構成の回転子鉄心に、実施の形態１〜実施の形態４で記載した少なくともいずれか１つの構成を兼ね備えるようにすると、さらに電動機効率の向上を図ることができる。
【００９４】
また、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれにおいて、充填物質にアルミニウムを使用しているが、銅などの別の材質でもよく、非磁性体で導電性材であれば同様の効果を奏する。
また、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれでは、スリット２、１２とスロット３、１３に同じアルミニウムを充填するようにしているが別々の物質を充填しても同様の効果を奏する。スリット２、１２に例えばアルミニウムをダイカスト法などにより充填し、スロット部３、１３には別の例えば導電率の良い銅などをダイカスト法などにより充填してもよい。このように構成すれば、スリット２、１２を機能させるのに最適な材質の充填物質を用い、また、スロット３、１３を機能させるのに最適な別の材質の充填物質を用いれば、両者の効果を高めることができる。製造においては、スリット２、１２にスロット３、１３の充填物質が入らないようにカバーをしてからスロット３、１３に充填すれば、確実にスリット２、１２とスロット３、１３の充填物質を分離することができる。この場合、スリット２、１２に充填する物質は必ずしも導電性材にする必要はない。
【００９５】
また、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれでは、スリット２、１２の充填物質に非磁性体を充填したが、マグネット等の磁性体をスリット２、１２の一部または全部に挿入してもよい。スリット２、１２に磁性体を挿入した場合には、磁束がスリットを通ることができ、磁束を多くとおすことができるので、電動機の出力を上げることができるという効果を奏する。製造する際には、予め、マグネットを挿入できるように充填物質をあけておき、スリット２、１２に挿入するマグネットをスリット２、１２の凹凸に合う形状に加工しておいてここに挿入すれば容易に装着できる。
【００９６】
また、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれでは、スリット２、１２とスロット３、１３を連続した曲線で連結し接続しているが、スリット２、１２とスロット３、１３の間にくびれを設けたり数ミリ程度の間隔を開けて分離したりしても、スリット２、１２とスロット３、１３のｑ軸方向に対して磁気的に絶縁する作用は実質的には連結して接続する場合と同一であり、同様の効果を奏する。
【００９７】
また、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態４、実施の形態５では互いに直交するｑ軸とｄ軸を備え、磁極突起の極数を２極として大きな回転数で運転できる構成のものについて説明したが、２極以上の極数でも同様の効果を奏する。２極突起の場合にはｄ軸、ｑ軸は直交し、極間の角度は１８０度なので、回転子鉄心１の構成を回転子鉄心の回転軸の中心を中心として１８０度で回転対称に構成しているが、４極の場合には極間の角度は９０度となるので、回転子鉄心１の構成を回転子鉄心の回転中心を中心として９０度で回転対称に構成すればよい。もっと多い極数になっても同様であり、極間の角度で回転対称に構成すればよい。
【００９８】
また、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれによるＳｙＩＭは、永久磁石などのマグネットを使用しないため、コストが高くなるのを防止でき、リサイクル性がよい。
【００９９】
なお、実施の形態１〜実施の形態５で示す同期誘導電動機は、従来の誘導電動機に比べ、同期運転時は回転子の２次銅損が発生せず高効率運転が可能となり、同程度の効率の電動機で比較すると小型化できる。このためこの同期誘導電動機をファンモータとして用いる送風機、圧縮機、エアコンや冷蔵庫等の冷凍空調装置に用いると、装置全体として効率の向上を図ることができ、また、小型化できる。小型化することで、軽量化でき、運搬しやすいという効果にもつながる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１の発明によれば、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられて誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、回転軸に最も近いスリットに接続するスロットよりも前記ｄ軸から遠くに位置する少なくとも１対のスロットを残し、他のスロットはスリットで接続される構成としたことにより、回転子の回転による遠心力に対する耐力を低下させることなく、起動時または非同期時にリラクタンストルクよりも誘導トルクを大きくしてスムーズに同期運転に引き込むことで電動機効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１０１】
また、この発明の請求項２の発明によれば、前記回転子鉄心の径方向で、前記スリットに接続されていないスロットの外周側から前記回転子鉄心の外周までの距離を、前記スリットに接続されているスロットの外周側から前記回転子鉄心の外周までの距離よりも短くなるように構成したことにより、回転子の外周部に流れる磁束を低減して、電動機の効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１０２】
また、この発明の請求項３の発明によれば、前記スリットに接続されていないスロットを前記回転子鉄心の外周に露出させたことにより、回転子の外周部に流れる磁束をさらに低減して、電動機の効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１０３】
また、この発明の請求項４の発明によれば、前記スリットに接続されていないスロットは、前記回転子鉄心と嵌合する嵌合部を有することにより、回転子の回転による遠心力に対する耐力を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１０４】
また、この発明の請求項５の発明によれば、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられて誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子、前記回転子の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する固定子、を備え、前記固定子で発生する磁束が前記回転子鉄心の前記ｄ軸方向または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向の磁路を通って回転磁界を形成するときの前記磁路における磁束密度を均一化するように、前記磁束の大きい部分のスロット間の幅とスリット間の幅の少なくともいずれか一方の幅を、前記磁束の小さな部分の幅よりも広くしたことにより、回転子全体の鉄損を低減して電動機効率を向上でき、また、磁束飽和までの磁束の大きさをあげて電動機の出力を上げることができる同期誘導電動機が得られる。
【０１０５】
また、この発明の請求項６の発明によれば、前記ｑ軸方向または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸方向で、回転軸側のスリット間の幅を外周側のスリット間の幅よりも広くしたことにより、回転子鉄心を通る磁路での磁束密度を均一化でき、全体としての損失を低減して電動機効率を向上でき、また、磁束飽和までの磁束の大きさをあげて電動機の出力を上げることができる同期誘導電動機が得られる。
【０１０６】
また、この発明の請求項７の発明によれば、前記回転子鉄心に形成される前記磁路の出入口におけるスロット間の幅を、前記磁路の中央部におけるスリット間の幅よりも広くしたことにより、回転子鉄心を通る磁路での磁束密度を均一化でき、全体としての損失を低減して電動機効率を向上でき、また、磁束飽和までの磁束の大きさをあげて電動機の出力を上げることができる同期誘導電動機が得られる。
【０１０７】
また、この発明の請求項８の発明によれば、前記ｄ軸または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸に近いスロット間の幅を、前記ｑ軸または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸に近いスロット間の幅よりも広くしたことにより、回転子鉄心を通る磁路での磁束密度を均一化でき、全体としての損失を低減して電動機効率を向上でき、また、磁束飽和までの磁束の大きさをあげて電動機の出力を上げることができる同期誘導電動機が得られる。
【０１０８】
また、この発明の請求項９の発明によれば、少なくとも前記回転軸の近くに位置するスリットとその隣のスリットとの間の幅を、前記回転子鉄心に形成される前記磁路の入口側よりも出口側で広くしたことにより、回転子鉄心を通る磁路での磁束密度を均一化でき、全体としての損失を低減して電動機効率を向上でき、また、磁束飽和までの磁束の大きさをあげて電動機の出力を上げることができる同期誘導電動機が得られる。
【０１０９】
また、この発明の請求項１０の発明によれば、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、外周の内側に設けられて誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子、前記回転子の周囲に所定の間隔を有するように配置され回転磁界を発生する固定子を備え、前記ｑ軸方向または前記ｑ軸から回転方向に所定角度傾けたｑ’軸方向における前記回転子と前記固定子との距離を、前記ｄ軸方向または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸方向における距離よりも長くしたことにより、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができ、電動機効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１１０】
また、この発明の請求項１１の発明によれば、前記回転子鉄心の前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周に、回転軸側に凹状であり前記回転子鉄心の積層方向に伸びる溝を設けたことにより、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができ、電動機効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１１１】
また、この発明の請求項１２の発明によれば、前記回転子鉄心の前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周を、前記ｑ軸または前記ｑ’軸に略垂直な辺で構成したことにより、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができ、電動機効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１１２】
また、この発明の請求項１３の発明によれば、前記回転子鉄心の外形は、前記ｄ軸または前記ｄ軸を前記回転子の回転方向に所定の角度回転させたｄ’軸を長軸とし、前記ｑ軸または前記ｑ軸を前記回転子の回転方向に所定の角度回転させたｑ’軸を短軸とする楕円状にしたことにより、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑを小さくすることができ、電動機効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１１３】
また、この発明の請求項１４の発明によれば、複複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、前記回転子鉄心の外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、前記回転子鉄心の少なくとも前記ｑ軸方向または前記ｑ’軸方向の外周の形状を、前記外周の内側に設けられているスロットの形状に沿って湾曲させて、前記外周の距離を長くしたことにより、ｑ軸側のインダクタンスＬｑを小さくすることができ電動機効率を向上できる同期誘導電動機が得られる。
【０１１４】
また、この発明の請求項１５の発明によれば、複数枚積層される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に設けられ磁束の流れやすい方向であるｄ軸及び磁束の流れにくい方向であるｑ軸で磁極突起を形成してリラクタンストルクを発生させる複数のスリットと、外周の内側に設けられ誘導トルクを発生させる複数のスロットと、前記スロットに充填された導電性材と、を有する回転子を備え、前記ｄ軸または前記ｄ軸から回転方向に所定角度傾けたｄ’軸を、前記回転子鉄心の圧延方向と略一致するように構成したことにより、電動機の効率を向上することができ、また、圧延方向により電動機の特性を変えることができるため、設計の自由度を増すことができる同期誘導電動機が得られる。
【０１１５】
また、この発明の請求項１６の発明によれば、互いに直交するｑ軸とｄ軸を備え、磁極突起の極数を２極としたことにより、４極以上の極数で構成された電動機と同レベルの電源を印加した時の回転数を大きくでき、出力の低下を防止できる同期誘導電動機が得られる。
【０１１６】
また、この発明の請求項１７の発明によれば、請求項１乃至請求項１６のうちのいずれか１項に記載の同期誘導電動機を有することにより、効率を向上した同期誘導電動機を用い、能力不足が生じるのを防止でき、また同様の能力であれば小型化できる圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る同期誘導電動機を示す横断面図である。
【図２】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す上面図である。
【図４】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。
【図５】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す上面図である。
【図６】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の一部を拡大して示す部分拡大図である。
【図７】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す部分拡大図である。
【図８】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す部分拡大図である。
【図９】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す部分拡大図である。
【図１０】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す部分拡大図である。
【図１１】実施の形態１に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す上面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。
【図１３】実施の形態２に係り、横軸にロータ回転角θを示し、縦軸に磁束φを示すグラフである。
【図１４】実施の形態２に係る同期電動誘導機の回転子鉄心を示す部分拡大図である。
【図１５】実施の形態２に係る同期電動誘導機の回転子鉄心を示す部分拡大図である。
【図１６】実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す部分拡大図である。
【図１７】実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。
【図１８】実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を拡大して示す部分拡大図である。
【図１９】実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す部分拡大図である。
【図２０】実施の形態２に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す部分拡大図である。
【図２１】この発明の実施の形態３に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。
【図２２】実施の形態３に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す上面図である。
【図２３】実施の形態３に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す上面図である。
【図２４】この発明の実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子を示す上面図である。
【図２５】実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す上面図である。
【図２６】実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す上面図である。
【図２７】実施の形態４に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す部分拡大図である。
【図２８】この発明の実施の形態５に係る同期誘導電動機の回転子鉄心を示す上面図である。
【図２９】実施の形態５に係る同期誘導電動機の回転子鉄心の他の構成例を示す上面図である。
【図３０】実施の形態５に係る同期誘導電動機の回転子鉄心のさらに他の構成例を示す上面図である。
【図３１】従来の４極の同期電動機を示す横断面図である。
【図３２】従来の同期電動機を示す縦断面図である。
【図３３】従来の同期電動機の回転子を示す横断面図（図３３（ａ））、及び部分拡大図（図３３（ｂ））である。
【図３４】従来の同期電動機の回転子鉄心を示す上面図である。
【符号の説明】
１　回転子鉄心、２、２ａ、２ｂ　スリット、３、３ａ〜３ｇ　スロット、４回転軸、８　磁束、９　固定子、１０　巻線、１２、１２ａ、１２ｂ　スリット、１３、１３ａ〜１３ｇ　スロット、１５　薄肉連結部、１７　薄肉連結部、１８　嵌合部、１９ａ　溝、１９ｂ　切り欠き部、１９ｃ　空間、３０　回転子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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