(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子枠の内側に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心の内側に間隙を介して設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心に設けられた軸方向の第１通風ダクトと、前記回転子鉄心に設けられ前記第１通風ダクトと前記間隙とを連通する第２通風ダクトと、前記固定子枠と前記回転子鉄心との間に複数設けられた軸方向の第３通風ダクトと、前記固定子鉄心に設けられ前記第３通風ダクトと前記間隙とを連通してなる第４通風ダクトとを備え、電動機の極数をＰ、前記固定子鉄心の内径をＤsi、前記間隙の寸法をｇとしたとき、
０.０１５≦ｇ／Ｄsi×Ｐ≦０.０４０
の関係が成り立つように前記間隙の寸法ｇを設定してなる電動機。
【請求項２】
前記第２通風ダクト及び前記第４通風ダクトは、前記間隙を流れる冷却風の下流側４０％の範囲にあたる部分に設けられている請求項１記載の電動機。
【請求項３】
前記第２通風ダクト及び前記第４通風ダクトは、軸方向に複数、かつほぼ均等間隔に設けられている請求項１記載の電動機。
【請求項４】
１２００rpm を超える回転速度で運転される請求項２記載の電動機。
【請求項５】
１２００rpm 以下の回転速度で運転される請求項３記載の電動機。
【請求項６】
固定子鉄心と、該固定子鉄心の内側に間隙を介して設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けられ冷却風を径方向に流通する通風ダクトと、前記回転子鉄心の回転軸の一端側に設けられた冷却ファンとを備え、電動機の極数をＰ、前記固定子鉄心の内径をＤsi、前記間隙の寸法をｇとしたとき、
０.０１５≦ｇ／Ｄsi×Ｐ≦０.０４０
の関係が成り立つように前記間隙の寸法ｇを設定してなる電動機。
【請求項７】
固定子鉄心と、該固定子鉄心の内側に間隙を介して設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けられ冷却風を径方向に流通する通風ダクトと、外気を一端部より取り入れ他端部より排出する端部構造とを備え、電動機の極数をＰ、前記固定子鉄心の内径をＤsi、前記間隙の寸法をｇとしたとき、
０.０１５≦ｇ／Ｄsi×Ｐ≦０.０４０
の関係が成り立つように前記間隙の寸法ｇを設定してなる電動機。
【請求項８】
固定子枠の内側に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心の内側に間隙を介して設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心に設けられた軸方向の第１通風ダクトと、前記回転子鉄心に設けられ前記第１通風ダクトと前記間隙とを連通する第２通風ダクトと、前記固定子枠と前記回転子鉄心との間に複数設けられた軸方向の第３通風ダクトと、前記固定子鉄心に設けられ前記第３通風ダクトと前記間隙とを連通してなる第４通風ダクトと、前記固定子鉄心の複数のスロットに挿入された磁性を有する楔とを備え、電動機の極数をＰ、前記固定子鉄心の内径をＤsi、前記間隙の寸法をｇとしたとき、
０.０１５≦ｇ／Ｄsi×Ｐ≦０.０４０
の関係が成り立つように前記間隙の寸法ｇを設定してなる電動機。
【請求項９】
固定子鉄心と、該固定子鉄心の内側に間隙を介して設けられた回転子鉄心と、該回転子鉄心及び前記固定子鉄心に設けられ冷却風を径方向に流通する通風ダクトとを備え、電動機の極数をＰ、前記固定子鉄心の内径をＤsi、前記間隙の寸法をｇとしたとき、
０.０１５≦ｇ／Ｄsi×Ｐ≦０.０４０
の関係が成り立つように前記間隙の寸法ｇを設定してなる電動機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、軸方向および径方向に冷却風を導くための通風ダクトを鉄心に備えた電動機に関するものである。
背景技術
従来の電動機は、実開昭６１−１５６４４７号公報に記載のような通風構造を備えていた。すなわち、軸方向に連続な軸方向通風ダクトを、固定子鉄心と固定子枠との間および回転子鉄心内部に複数設けていた。また、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙、いわゆるエアギャップと軸方向通風ダクトとを連通する径方向通風ダクトを、固定子鉄心および回転子鉄心に設けていた。しかも、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分に複数配置していた。従来の電動機は、このような通風構造を有することにより、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部の冷却効率の向上を図ろうとしていた。
電動機内部において最も高温になる部分は、上述したエアギャップ近傍の鉄心部分である。これは、エアギャップ近傍の鉄心部分に高調波等の損失が集中して発生するからである。従って、電動機の冷却効率の向上を図るためには、エアギャップ近傍の鉄心部分の冷却が重要となる。特に、冷却風の冷却効率が低下するエアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分の冷却が重要となる。
これに対して、従来の電動機は、上述したようにエアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分に径方向通風ダクトを複数配置し、比較的温度の低い回転子鉄心の軸方向通風ダクトを流れる冷却風をその部分に導こうとしていたので、大変有効に思えた。
ところが、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分に径方向通風ダクトを複数配置しただけでは、エアギャップを流れる冷却風の下流側にあたる鉄心部分の冷却効率の向上を図ることができないと判った。すなわち、これは、回転子鉄心に設けた径方向通風ダクトを流れる冷却風がエアギャップを流れる冷却風を遮り、冷却風のほとんどが固定子鉄心に設けた径方向通風ダクトを介して固定子鉄心と固定子枠との間の軸方向通風ダクトに至ってしまい、エアギャップの下流側にほとんど冷却風が流れなくなってしまうためであった。
発明の開示
この発明は、エアギャップ近傍の鉄心部分に集中する高調波等の損失の発生を抑えて電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機の提供を第１の目的とするものである。また、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機の提供を第２の目的とするものである。
本発明に係る第１の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、固定子枠と固定子鉄心との間には、軸方向に連続した複数の第１の通風ダクトを設け、回転子鉄心には、軸方向に連続した複数の第２の通風ダクトと、第２の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第３の通風ダクトとを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。
この第１の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風よりも比較的温度の低い第２の通風ダクトを流れる冷却風が、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙に導かれ、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の吸熱を効果的に行えると共に、磁性を有する楔によってギャップ磁束の高調波成分が低減し、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇を低減できる。これにより、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
また、第１の電動機においては、第１の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第４の通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。
また、第１の電動機においては、１２００ｒｐｍを超える回転速度で運転される場合、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側４０％の範囲にあたる回転子鉄心部分に第３の通風ダクトを設けることが望ましい。
ここで、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側４０％とは、間隙の軸方向の全長に対する間隙の冷却風下流側端部から冷却風上流側への長さの割合のことである。また、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とは、鉄心の端部間の固定子鉄心と回転子鉄心とに挟まれた空間のことである。
また、第１の電動機においては、１２００ｒｐｍ以下の回転速度で運転される場合、軸方向に複数、かつ、ほぼ均等間隔で回転子鉄心に第３の通風ダクトを設けることが望ましい。
本発明に係る第２の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、固定子枠と固定子鉄心との間には、軸方向に連続した複数の第１の通風ダクトを設け、回転子鉄心には、軸方向に連続した複数の第２の通風ダクトと、第２の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第３の通風ダクトとを設け、固定子鉄心には、第１の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第４の通風ダクトを設けていると共に、電動機の極数をＰ，固定子鉄心の内径をＤｓｉ，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法をｇとしたとき、
０．０１５≦ｇ／Ｄｓｉ×Ｐ≦０．０４０
の関係が成り立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定している。
この第２の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と第３の通風ダクトを流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、第３の通風ダクトを流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、第４の通風ダクトを流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、第３の通風ダクト以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、上記関係式を満足するように回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定していることによって、電動機の最大トルクを１６０％以上，電動機の機内温度上昇を１００Ｋ以下，電動機の力率を７８％以上とすることができる。すなわち、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
また、第２の電動機においては、１２００ｒｐｍを超える回転速度で運転される場合、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側４０％の範囲にあたる回転子鉄心部分および固定子鉄心部分に第３の通風ダクトおよび第４の通風ダクトを設けることが望ましい。
ここで、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風の下流側４０％とは、間隙の軸方向の全長に対する間隙の冷却風下流側端部から冷却風上流側への長さの割合のことである。また、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とは、鉄心の端部間の固定子鉄心と回転子鉄心とに挟まれた空間のことである。
また、第２の電動機においては、１２００ｒｐｍ以下の回転速度で運転される場合、軸方向に複数、かつ、ほぼ均等間隔で回転子鉄心および固定子鉄心に第３の通風ダクトおよび第４の通風ダクトを設けることが望ましい。
本発明に係る第３の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心の回転軸の一端側に冷却ファンを備え、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。
この第３の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風よりも比較的温度の低い冷却風が、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙に導かれ、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の吸熱を効果的に行えると共に、磁性を有する楔によってギャップ磁束の高調波成分が低減し、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇を低減できる。これにより、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
また、第３の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。
本発明に係る第４の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心の回転軸の一端側に冷却ファンを備え、回転子鉄心および固定子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設けていると共に、電動機の極数をＰ，固定子鉄心の内径をＤｓｉ，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法をｇとしたとき、
０．０１５≦ｇ／Ｄｓｉ×Ｐ≦０．０４０
の関係が成り立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定している。
この第４の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクトを流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクトを流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、固定子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクトを流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクト以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、上記関係式を満足するように回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定していることによって、電動機の最大トルクを１６０％以上，電動機の機内温度上昇を１００Ｋ以下，電動機の力率を７８％以上とすることができる。すなわち、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
本発明に係る第５の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、外気を一端部より取り入れ、かつ、他端部より排出する端部構造を備え、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。
この第５の電動機によれば、上述した第３の電動機と同様に、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
また、第５の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。
本発明に係る第６の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、外気を一端部より取り入れ、かつ、他端部より排出する端部構造を備え、回転子鉄心および固定子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設けていると共に、電動機の極数をＰ，固定子鉄心の内径をＤｓｉ，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法をｇとしたとき、
０．０１５≦ｇ／Ｄｓｉ×Ｐ≦０．０４０
の関係が成り立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定している。
この第６の電動機によれば、上述した第４の電動機と同様に、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
本発明に係る第７の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入していると共に、スロット開口部の径方向寸法を０〜０．８ｍｍの範囲となるように設定している。
ここで、スロット開口部とは、固定子鉄心の内周表面部がら楔までのスロット空間をいい、スロット開口部の径方向寸法とは、固定子鉄心の内周表面部から楔まで寸法をいう。
この第７の電動機によれば、ギャップ磁束の高調波成分を上述した第３の電動機よりも低減でき、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇も上述した第３の電動機より低減できる。これにより、電動機の冷却効率の向上を上述した第３の電動機よりも図ることができる。
また、第７の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。
また、第７の電動機においては、スロット開口部の径方向寸法を０〜０．３ｍｍの範囲に設定することが望ましい。
本発明に係る第８の電動機は、電動機の最大トルクが１６０％以上，電動機の機内温度上昇が１００Ｋ以下の電動機であって、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入している。
この第８の電動機によれば、上述した第３の電動機と同様に、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
また、第８の電動機においては、径方向に冷却風を導く通風ダクトを固定子鉄心に設けることが望ましい。
本発明に係る第９の電動機は、電動機の最大トルクが１６０％以上，電動機の機内温度上昇が１００Ｋ以下の電動機であって、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、回転子鉄心および固定子鉄心には、径方向に冷却風を導く通風ダクトを設けていると共に、電動機の力率を７８％以上としている。
この第９の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクトを流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクトを流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、固定子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクトを流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、回転子鉄心に設けた径方向に冷却風を導く通風ダクト以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、電動機の最大トルクを１６０％以上，電動機の機内温度上昇を１００Ｋ以下，電動機の力率を７８％以上とすることができる。すなわち、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
本発明に係る第１０の電動機は、固定子粋の内側に設けた固定子鉄心と、間隙を介して固定子鉄心の内側に設けた回転子鉄心とを有し、固定子枠と固定子鉄心との間には、軸方向に連続した複数の第１の通風ダクトを設け、回転子鉄心には、軸方向に連続した複数の第２の通風ダクトと、第２の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第３の通風ダクトとを設け、固定子鉄心には、第１の通風ダクトと、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙とを連通する第４の通風ダクトを設け、固定子鉄心の複数のスロットには、磁性を有する楔を挿入していると共に、電動機の極数をＰ，固定子鉄心の内径をＤｓｉ，固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法をｇとしたとき、
０．０１５≦ｇ／Ｄｓｉ×Ｐ≦０．０４０
の関係が成り立つように固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定している。
この第１０の電動機によれば、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風よりも比較的温度の低い第２の通風ダクトを流れる冷却風が、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙に導かれ、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙の吸熱を効果的に行えると共に、磁性を有する楔によってギャップ磁束の高調波成分が低減し、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の温度上昇を低減できる。しかも、固定鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風と第３の通風ダクトを流れる冷却風との風圧がほぼ等しくなり、第３の通風ダクトを流れる冷却風は、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙において、第４の通風ダクトを流れる冷却風と、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙を流れる冷却風とに分流し、第３の通風ダクト以降にあたる固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙部分の冷却を行えると共に、上記関係式を満足するように回転子鉄心との間の間隙の寸法ｇを設定していることによって、電動機の最大トルクを１６０％以上，電動機の機内温度上昇を１００Ｋ以下，電動機の力率を７８％以上とすることができる。従って、固定子鉄心と回転子鉄心との間の間隙近傍の鉄心部分に集中する高調波等の損失の発生を抑えて電動機の冷却効率の向上を図ることができると共に、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
この発明の第１の実施例のかご形誘導電動機の構造を第１図〜第４図に基づいて説明する。１は、円筒形状の固定子枠であり、その内周側には、円筒形状の固定子鉄心２を設けている。固定子鉄心２の内周側には、間隙、いわゆるエアギャップ１０を介して回転子鉄心３を設けている。４は、回転子鉄心３を外周に嵌合した回転子軸である。
固定子鉄心２には、軸方向に連続した複数のスロット１５を、周方向に所定の間隔で配設している。複数のスロット１５には、固定子巻線５を収めている。また、複数のスロット１５には、第３図に示すように、Ｔ字形状の楔１６を挿入し、固定子巻線５が脱落しないようにしている。楔１６には、例えば、電気学会，マグネティックス研究会資料，ＭＡＧ−８５−１６０（１９８５年発行）第３３頁〜第３９頁に記載されているように、透磁率１０〜５０μＨ／ｍ程度の磁性を有している楔を使用している。
ここで、スロット１５の開口幅をｗ，固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離をｈ，スロット１５の開口幅ｗと固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈとの積で表されるスロット１５の開口部の断面積をＳｈｗとしたとき、固定子鉄心２の内周表面部から磁性楔１６までの距離ｈを０〜０．８ｍｍ、好ましくは、０〜０．３ｍｍの範囲に設定し、スロット１５の開口部の断面積Ｓｈｗを小さくしている。これは、スロット１５に挿入した磁性を有する楔１６により、ギャップ磁束の高調波成分を低減するためである。
すなわち、スロット１５の開口幅ｗに応じて生じるギャップパーミアンスの脈動成分により、ギャップ磁束の高調波成分は顕著になる。このギャップ磁束の高調波成分が顕著になると、磁束の表皮効果によってエアギャップ１０近傍に高調波損失が集中し、エアギャップ１０近傍の温度が高くなり、電動機内部の温度が上昇する。このため、スロット１５に磁性を有する楔１６を挿入し、ギャップ磁束の高調波成分の低減を図っている。
しかし、固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈを小さくしなければ、その効果は小さい。また、そうしなければ、スロット漏れ磁束の増加を招き電動機特性が悪化する。このため、本実施例においては、固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈを０〜０．８ｍｍ、好ましくは、０〜０．３ｍｍの範囲に設定している。
回転子鉄心３には、軸方向に連続な複数のスロット１８を、周方向に所定の間隔で配設している。複数のスロット１８には、回転子巻線６を収めている。
固定子枠１と固定子鉄心２との間には、軸方向に連続な複数の軸方向通風ダクト７を、周方向に所定の間隔で配設している。固定子鉄心２には、複数の軸方向通風ダクト７とエアギャップ１０とを連通する複数の径方向通風ダクト９ａを、周方向に所定の間隔で配設している。しかも、エアギャップ１０を流れる冷却風の下流側４０％の範囲にあたる固定子鉄心部分の２ケ所に設けている。
回転子鉄心３には、軸方向に連続な複数の軸方向通風ダクト８を、周方向に所定の間隔で配設している。また、回転子鉄心３には、複数の軸方向通風ダクト８とエアギャップ１０とを連通する複数の径方向通風ダクト９ｂを、周方向に所定の間隔で配設している。しかも、エアギャップ１０を流れる冷却風の下流側４０％の範囲にあたる回転子鉄心部分の２ケ所に設けている。尚、径方向通風ダクト９ａと径方向通風ダクト９ｂとは、互いに対向する配置となっている。
ここで、エアギャップ１０を流れる冷却風の下流側４０％とは、エアギャップ１０の軸方向の全長に対するエアギャップ１０の冷却風下流側端部から冷却風上流側への長さの割合のことである。
回転子鉄心３に設けた複数の径方向通風ダクト９ｂは、第４図に示すように、スロット１６とほぼ同形状の環状のダクト間スペーサ１７を、軸方向に複数分割した回転子鉄心３間の各スロット１６間に設けて形成している。回転子巻線６は、その内周部を貫通している。
また、本実施例では、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ１０を流れる冷却風の冷却効率の向上を図るために、エアギャップ１０の寸法を次式が成り立つように設定している。
０．０１５≦ｇ／Ｄｓｉ×Ｐ≦０．０４０            …（数１）
尚、ｇはエアギャップ１０の寸法、Ｄｓｉは固定子鉄心２の内径、Ｐは電動機の極数を示している。
すなわち、スロット１５に挿入した磁性を有する楔１６の効果が激減しないように、また、スロット漏れ磁束の増加を招き電動機の特性が悪化しないように、固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈを０〜０．８ｍｍ、好ましくは、０〜０．３ｍｍの範囲に設定した場合、それに合わせて、エアギャップ１０の寸法ｇを変える必要がある。さもないと、エアギャップ１０の通風容量が小さくなって、エアギャップ１０を流れる冷却風の風量，風圧が径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風よりも小さくなり、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風がエアギャップ１０を流れる冷却風を遮るようになる。この結果、エアギャップ１０の下流側には、ほとんど冷却風が流れず、エアギャップ１０の下流側の冷却効率が低下する。
従って、エアギャップ１０の寸法ｇを大きくすればよいが、単に大きくしただけでは、励磁アンペアターンの増大を招き電動機の特性が悪化する。このため、本実施例においては、数１の関係が成り立つように、エアギャップ１０の寸法ｇを設定し、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ１０を流れる冷却風の冷却効率の向上を図っている。
固定子枠１の両端には、通風口１２ａを備えたドーナッツ形状のブラケット１２を設け、固定子枠１を両側から塞いでいる。ブラケット１２の内周部には、軸受装置１３を設け、回転子軸４を回転自在に支承している。回転子軸４の一端部には、冷却ファン１１を設けている。冷却ファン１１を設けた電動機の端部は、入気口１４ａを備えたファンカバー１４により覆われている。
次に、本実施例のかご形誘導電動機内における冷却風の流れを第１図に基づいて説明する。第１図中の矢印は、その冷却風の流れを示している。
回転子軸４の回転により冷却ファン１１が回転すると、ファンカバー１４の入気口１４ａから冷却風として外気が取り込まれ、ブラケット１２の通風口１２ａから電動機内部に送り込まれる。電動機内部に送り込まれた冷却風は、軸方向通風ダクト７，軸方向通風ダクト８，エアギャップ１０の３つに分かれ、固定子鉄心２，回転子鉄心３を冷却する。
軸方向通風ダクト８を流れる冷却風は、回転子鉄心３の内部を冷却しながら流れ、径方向通風ダクト９ｂとの分岐部分において軸方向と径方向とに分かれる。軸方向の冷却風は、回転子鉄心３の内部を冷却しながら軸方向通風ダクト８を下流側に流れ、電動機内部に流れ出る。一方、径方向の冷却風は、回転子鉄心３の内部を冷却しながら径方向通風ダクト９ｂを流れ、エアギャップ１０に流れ出る。エアギャップ１０に流れ出た冷却風は、エアギャップ１０の上流よりその近傍を冷却しながら流れてきた冷却風と合流する。
この時、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風とエアギャップ１０を流れる冷却風は、ほぼその風圧が等しいので、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風がエアギャップ１０を流れる冷却風を遮ることがない。また、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風は、回転子鉄心３と共に回転する径方向通風ダクト９ｂおよびダクト間スペーサ１７によってファン効果が得られる。
エアギャップ１０の下流側において合流した冷却風は、その合流部分において軸方向と径方向に分かれる。軸方向の冷却風は、エアギャップ１０近傍を冷却しながらエアギャップ１０を下流側に流れ、電動機内部に流れ出る。
この時、エアギャップ１０を流れる冷却風よりも比較的温度の低い軸方向通風ダクト８の冷却風を、径方向通風ダクト９ｂを介してエアギャップ１０の比較的高温部分である下流側に導くことができるので、エアギャップ１０の高温部分の吸熱を効果的に行うことができ、エアギャップ１０の下流側の冷却効率の向上が図れる。
一方、径方向の冷却風は、固定子鉄心２の内部を冷却しながら径方向通風ダクト９ａを流れ、軸方向通風ダクト７に流れ出る。軸方向通風ダクト７に流れ出た冷却風は、軸方向通風ダクト７の上流より固定子鉄心２の外周側を冷却しながら流れてきた冷却風と合流する。合流した冷却風は、固定子鉄心２の外周側を冷却しながら軸方向通風ダクト７を下流側に流れ、電動機内部に流れ出る。そして、軸方向通風ダクト７，軸方向通風ダクト８，エアギャップ１０から電動機内部に流れ出た冷却風は、ブラケット１２の通風口１２ａから電動機外部に流れ出る。
次に、数１に示した数値範囲を第６図〜第９図に基づいて説明する。
本発明者らは、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ１０を流れる冷却風の冷却効率の向上が図れるエアギャップ１０の寸法を得るために、実験を行った。まず、本発明者らは、数１の関係式に対する電動機の温度上昇，最大トルク，力率および電動機の総損失とその定格出力との比の関係を実験より求めた。次に、実験により求めた特性と、電動機が満足しなければならない規定値等とをつき合わせた。そして、いずれの規定値等をも満足できる数１に示した数値範囲を得た。
第６図〜第９図は、実験により得られた数１の関係式に対する電動機の温度上昇，最大トルク，力率および電動機の総損失とその定格出力との比の関係をまとめたものであり、横軸に数１の関係式の数値をとり、縦軸にそれぞれの特性の数値をとっている。尚、第６図〜第９図の特性図には、２極，４極，６極，８極の電動機の特性を示した。
第６図は、数１の関係式に対する電動機の温度上昇の関係を示す特性図である。電動機は、ＪＥＣ３７（電気学会電気規格調査会標準規格「誘導機」）等の規格より、その温度上昇を１００Ｋ以下としなければならない。このことから、本発明者らは、第６図とその規格値とをつき合わせてみた。この結果、数１の関係式の数値範囲を０．０５〜０．０４０とすれば、２極，４極，６極，８極の電動機の全てにおいて上記温度上昇の規定値を満足できるということを発見した。
第７図は、数１の関係式に対する電動機の最大トルクの関係を示す特性図である。電動機は、ＪＥＣ３７等の規格より、その最大トルクを１６０％以上としなければならない。このことから、本発明者らは、第７図とその規定値とをつき合わせてみた。この結果、数１の関係式の数値範囲を０．０１５以上とすれば、２極，４極，６極，８極の電動機の全てにおいて上記最大トルクの規定値を満足できるし、上記電動機の温度上昇の規定値も満足できるということを発見した。
第８図は、数１の関係式に対する電動機の力率の関係を示す特性図である。電動機は、電動機の極数と出力によって異なるが、ＪＥＭ１３８１（日本電機工業会規格「高圧（３ＫＶ級）三相かご形誘導電動機（一般用Ｆ種）の特性及び騒音レベル」）等の規格より、その力率を少なくとも７３．５％より大きくしなければならない。このことから、本発明者らは、第８図とその規定値とをつき合わせてみた。この結果、数１の関係式の数値範囲を０．０４０以下とすれば、２極，４極，６極，８極の電動機の全てにおいて上記力率の規定値を満足できるし、上記電動機の温度上昇の規定値も満足できるということを発見した。ちなみに、０．０４０以下では、７８％以上の力率を得ることができた。
第９図は、数１の関係式に対する電動機の総損失とその定格出力との比の関係を示す特性図である。電動機は、省エネルギーの観点からその総損失を小さくすることが好ましい。従って、電動機の総損失とその定格出力との比の関係も小さくなることが好ましい。このことから、本発明者らは、第９図に上記電動機の温度上昇，最大トルク，力率の各規定値を満足できる数値範囲、すなわち、０．０１５〜０．０４０をつき合わせてみた。この結果、０．０１５〜０．０４０の数値範囲内であれば、上記の要求を十分に満足できるということを発見した。
このように、本発明者らは、数１の関係式の数値範囲を０．０１５〜０．０４０とし、この数値範囲を満足するようにエアギャップ１０の寸法を設定すれば、電動機の特性の低下を抑えつつ、エアギャップ１０を流れる冷却風の冷却効率の向上を図ることができることを発見したのである。尚、第６図〜第９図の特性図においては、２極，４極，６極，８極の電動機の特性のみを示したが、上記数値範囲は、この他の極数であっても有効である。
次に、本実施例のかご形誘導電動機と、他の構造を有するかご形誘導電動機との性能の比較結果を第１０図に基づいて説明する。
本発明者らは、本実施例のかご形誘導電動機と、他の構造を有するかご形誘導電動機との性能を比較するために、固定子鉄心のスロット開口部断面積Ｓｈｗ，固定子鉄心のスロットに挿入する楔の材質，ラジアルダクト（径方向通風ダクト）の有無をパラメータとし、エアギャップの寸法ｇに対する電動機特性（効率，力率）と電動機内の最高温度を、定格出力の１２０％出力条件において測定した。この結果、第１０図に示す特性図が得られた。
ここで、エアギャップのある寸法ｇ１における特性を比較してみた。ラジアルダクト無，スロット開口部断面積Ｓｈｗ小，磁性を有する楔使用の第１の電動機は、ラジアルダクト価  スロット開口部断面積Ｓｈｗ小，非磁性楔使用の第２の電動機よりも電動機特性が向上し、電動機内の最高温度も低いが、両電動機とも電動機内の最高温度が規格値を超えてしまう。
ラジアルダクト無，スロット開口部断面積Ｓｈｗ大，磁性を有する楔使用の第３の電動機は、電動機特性が規格値を満足しているものの第２の電動機よりも低下してしまう。これは、スロット開口部断面積Ｓｈｗ大により、漏れ磁束が著しく増加してしまうためである。また、電動機内の最高温度は、第１の電動機よりも低いものの、ラジアルダクト無，スロット開口部断面積Ｓｈｗ大，非磁性楔使用の第４の電動機より大きく、かつ、規定値を超えてしまう。これは、第４の電動機の場合、スロット開口部断面積Ｓｈｗの大小変化に対して電動機特性の変化が小さいが、第３の電動機の場合、スロット開口部断面積Ｓｈｗの大小変化に対して電動機特性の変化が大きくなってしまうためである。
これに対して、本実施例のかご形誘導電動機、すなわち、ラジアルダクト有，スロット開口部断面積Ｓｈｗ小，磁性を有する楔使用のかご形誘導電動機は、電動機特性および電動機内の最高温度が規定値を満足すると共に、電動機特性が第１の電動機よりも向上し、電動機内の最高温度が第４の電動機よりも低下した。
従って、本実施例のかご形誘導電動機では、電動機の特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上が図れると共に、上述したいずれの電動機よりも電動機特性，電動機の冷却効率の向上が図れる。
以上説明した第１の実施例によれば、固定子鉄心２に設けたスロット１５に磁性を有する楔１６を挿入しているので、ギャップ磁束の高調波成分が低減し、エアギャップ１０近傍の温度上昇が低減でき、エアギャップ１０近傍の冷却効率を向上できる。また、固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈを０〜０．８ｍｍ、好ましくは、０〜０．３ｍｍの範囲に設定し、スロット１５の開口部の断面積Ｓｈｗを小さくしているので、上記効果をより一層向上できる。
また、第１の実施例によれば、数１の関係が成り立つように、エアギャップ１０の寸法を設定しているので、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風とエアギャップ１０を流れる冷却風の風圧をほぼ等しくなり、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風がエアギャップ１０を流れる冷却風を遮ることがなく、エアギャップ１０の下流側の冷却効率の向上が図れる。しかも、励磁アンペアターンの増大を招き電動機の特性が悪化することなく冷却効率の向上が図れる。ちなみに、最大トルクは１６０％以上、機内温度上昇は１００Ｋ以下、力率は７８％以上を満足できた。
次に、この発明に係る他の実施例について説明する。
この発明の第２の実施例のかご形誘導電動機の構造を第５図に基づいて説明する。本実施例のかご形誘導電動機は、前例のかご形誘導電動機と同様に、スロット１５に磁性を有する楔１６を挿入し、固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈを０〜０．８ｍｍ、好ましくは、０〜０．３ｍｍ範囲に設定し、数１の関係が成り立つようにエアギャップ１０の寸法を設定しているが、１２００ｒｐｍ以下の回転速度で運転されることから、径方向通風ダクト９ａおよび径方向通風ダクト９ｂを、固定子鉄心２および回転子鉄心３の複数部分にほぼ均等間隔に設けている。
すなわち、１２００ｒｐｍを超える回転速度で運転される場合は、前例の構成でよいが、１２００ｒｐｍ以下の回転速度で運転される場合は、回転速度の低速に伴って回転子軸４の一端部に設けた冷却ファン１１の回転も低速になり、電動機内に送り込まれる冷却風の風圧が低下する。このため、電動機内に送り込まれた冷却風の多くは、軸方向通風ダクト７，８を流れ、エアギャップ１０には、少しの冷却風しか流れなくなる。これにより、エアギャップ１０を流れる冷却風の冷却効率が低下する。
このようなことから、本実施例では、径方向通風ダクト９ａおよび径方向通風ダクト９ｂを、固定子鉄心２および回転子鉄心３の複数部分にほぼ均等間隔に設けている。このような構成によれば、軸方向通風ダクト８を流れる冷却風の一部が、径方向通風ダクト９ｂを介してエアギャップ１０の上流側に供給され、エアギャップ１０を流れる冷却風の冷却効率が低下することがない。
しかも、固定子鉄心２に設けたスロット１５に磁性を有する楔１６を挿入しているので、ギャップ磁束の高調波成分が低減し、エアギャップ１０近傍の温度上昇が低減でき、エアギャップ１０近傍の冷却効率を向上できる。また、固定子鉄心２の内周表面部から楔１６までの距離ｈを０〜０．８ｍｍ、好ましくは、０〜０．３ｍｍの範囲に設定し、スロット１５の開口部の断面積Ｓｈｗを小さくしているので、上記効果をより一層向上できる。
また、数１の関係が成り立つように、エアギャップ１０の寸法を設定しているので、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風とエアギャップ１０を流れる冷却風の風圧をほぼ等しくなり、径方向通風ダクト９ｂを流れる冷却風がエアギャップ１０を流れる冷却風を遮ることがなく、エアギャップ１０の下流側の冷却効率の向上が図れる。しかも、励磁アンペアターンの増大を招き電動機の特性が悪化することなく冷却効率の向上が図れる。ちなみに、前例と同様に最大トルクは１６０％以上、機内温度上昇は１００Ｋ以下、力率は７８％以上を満足できた。
産業上の利用可能性
この発明に係る電動機によれば、エアギャップ近傍の鉄心部分に集中する高調波等の損失の発生を抑えて電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機を提供できる。また、電動機特性の低下を抑えつつ、電動機の冷却効率の向上を図ることができる電動機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の第１の実施例であるかご形誘導電動機を示した縦断面図である。第２図は、第１図のＩＩ−ＩＩ断面図である。第３図は、第２図のＩＩＩ部分を拡大した拡大断面図である。第４図は、第１図の〜ＶＩ部分を拡大した拡大斜視図である。第５図は、この発明の第２の実施例であるかご形誘導電動機を示した縦断面図である。第６図は、ｇ／Ｄｓｉ×Ｐの関係式に対する電動機の温度上昇の関係を示した図面である。第７図は、ｇ／Ｄｓｉ×Ｐの関係式に対する電動機の最大トルクの関係を示した図面である。第８図は、ｇ／Ｄｓｉ×Ｐの関係式に対する電動機の力率の関係を示した図面である。第９図は、ｇ／Ｄｓｉ×Ｐの関係式に対する電動機の総損失とその定格出力との比の関係を示した図面である。第１０図は、エアギャップ寸法に対する電動機特性（効率，力率）および電動機内最高温度の関係を示した図面である。
【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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