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かご形誘導電動機の回転部分はかご形回転子です。これは鋼板を積層した円筒形で、表面にはアルミニウムまたは銅の導体が鋳込まれています。運転時には、非回転の固定子巻線が交流電源に接続され、固定子内の交流電流によって回転磁界が発生します。回転子巻線には、変圧器と同様に固定子磁界によって誘導電流が流れますが、回転子の電流は固定子磁界の回転速度から実際の回転速度を引いた値で変化します。固定子の磁界と回転子の電流の相互作用によって、回転子にトルクが発生します。
ローター内のバーの形状を調整することで、モーターの速度-トルク特性を変更でき、例えば、始動電流を最小限に抑えたり、低速トルクを最大化したりすることができる。
かご形誘導電動機は、1キロワット（1.3馬力）未満から数十メガワット（数万馬力）まで、産業界で広く普及しています。構造がシンプルで堅牢、自己始動が可能で、軽負荷から全負荷まで、電源周波数と固定子巻線の極数によって決まる比較的安定した回転速度を維持します。産業界で一般的に使用されている電動機は、通常、IEC規格またはNEMA規格のフレームサイズで、メーカー間で互換性があります。これにより、これらの電動機の導入と交換が容易になります。
ガリレオ・フェラリスは1885年に、2相固定子巻線と固体銅円筒形電機子を備えた誘導機について記述した。1888年、ニコラ・テスラは、短絡された銅回転子巻線と2相固定子巻線を備えた2相誘導電動機の特許を取得した。この設計の発展は商業的に重要になった。1889年、ミハイル・ドリヴォ＝ドブロヴォルスキーは巻線回転子誘導電動機を開発し、その後まもなくかご型回転子巻線を開発した。19世紀末までに、誘導電動機は成長を続ける交流配電システムに広く応用されるようになった。[ 1 ]
モーターのローターは、シャフトに取り付けられた円筒形をしています。内部には、溝に嵌め込まれた縦方向の導電棒（通常はアルミニウムまたは銅製）があり、両端は短絡リングで接続されてかご状の形状を形成しています。このリングと棒で構成された巻線がリスかごに似ていることから、この名前が付けられました。
ローターのソリッドコアは、電磁鋼板の積層体で構成されています。図は、使用される多くの積層体セットのうちの3つを示しています。ローター積層体は、対応するステーター積層体よりも多くのスロットを有しており、ローターのスロット数は、始動時にローターとステーターの歯が磁気的に噛み合うのを防ぐために、ステーターのスロット数の非整数倍である必要があります。[ 2 ]
ローターバーは銅またはアルミニウムのいずれかで作られます。小型モーターでは非常に一般的な構造は、積層板を積み重ねた後にローターに流し込むダイキャストアルミニウムを使用します。大型モーターでは、アルミニウムまたは銅のバーがエンドリングに溶接またはろう付けされます。かご形巻線で発生する電圧は非常に低く、電流は非常に高いため、バーとローター鋼の間には意図的な絶縁層はありません。[ 3 ]
誘導電動機の固定子にある界磁巻線は、回転子を通して回転磁界を発生させます。この磁界と回転子との相対運動により、導体棒に電流が誘導されます。導体内のこれらの電流は、電動機の磁界と相互作用し、回転子に直交する接線方向に作用する力を生み出し、その結果、軸を回転させるトルクが発生します。実際には、回転子は磁界とともに回転しますが、回転速度はわずかに遅くなります。この速度差は滑りと呼ばれ、負荷が増加するにつれて大きくなります。[ 2 ]
導体は、ローターの長さに沿ってわずかに傾斜していることが多く、これは、ステーターのポールピースとの相互作用によって特定の速度で発生する可能性のあるトルク変動を低減し、ローターバーの同じ割合が常に各ステータースロットの下にあるようにするためです。ローターバーがステーターのポールと平行である場合、各バーがステーターのギャップを通過する際に、モーターのトルクは低下し、その後回復します。
写真に示されている積層板は、固定子に36本、回転子に40本のバーを備えています。36と40の最大公約数は4であるため、固定子と回転子のバーは同時に4本までしか整列せず、トルクの変動も低減されます。
ローターのバーの数は、誘導電流がステーターコイルにどの程度フィードバックされるか、ひいてはステーターコイルを流れる電流の量を決定します。フィードバックが最も少ない構造は、ローターバーの数を素数にしたものです。
鉄心は、回転子導体を通して磁場を伝達する役割を果たします。回転子内の磁場は時間とともに変化するため、鉄心は変圧器の鉄心に似た構造を採用し、鉄心エネルギー損失を低減しています。鉄心は、ワニス絶縁で隔てられた薄い積層板で構成されており、鉄心内部を循環する渦電流を低減しています。材料には、純鉄の数倍の抵抗率を持つ低炭素高ケイ素鉄が用いられており、渦電流損失をさらに低減するとともに、保磁力が低いためヒステリシス損失も低減されています。
単相モーターと三相モーターは、幅広いサイズにおいて同じ基本設計が用いられています。三相モーターのローターは、設計分類に合わせてバーの深さや形状が異なります。一般的に、太いバーは起電力に対する抵抗が低いため、低スリップ時でもトルクが大きく効率が良いです。スリップが増加すると、表皮効果によって有効深さが減少し、抵抗が増加するため、効率は低下しますがトルクは維持されます。
ローターバーの形状と深さは、誘導電動機の速度-トルク特性を変化させるために使用できます。静止状態では、回転磁界がローターバーを高速で通過し、ローターバーに線間周波数の電流を誘導します。表皮効果により、誘導電流は巻線の外側の縁に流れやすい傾向があります。電動機が加速すると、滑り周波数が低下し、誘導電流は巻線のより深い部分に流れます。ローターバーの形状をテーパー状にして異なる深さでの抵抗を変化させるか、高インピーダンスと低インピーダンスのローターを並列に組み合わせた二重かご形構造を構築することにより、電動機は静止状態および同期速度付近で、トルクを増減するように構成できます。[ 3 ]
かご形回転子の動作原理を説明するために、単相モータの固定子と銅管（回転子）を用いることができます。固定子に十分な交流電力を印加すると、固定子内部で交流磁場が回転します。銅管を固定子内部に挿入すると、銅管に誘導電流が発生し、この電流によって銅管内に独自の磁場が生じます。固定子の回転磁場と銅管回転子の誘導磁場との相互作用によりトルクが発生し、回転が生じます。
同期電動機には、回転子にかご形巻線が埋め込まれている場合があり、これは電動機の始動トルクを増加させ、同期速度まで加速する時間を短縮するために使用されます。同期電動機のかご形巻線は、一般的に同等の定格の誘導電動機のものよりも小さくなります。回転子が固定子の回転磁界と同じ速度で回転している場合、かご形巻線には電流が誘導されず、定常状態では巻線は同期電動機の動作にそれ以上影響を与えません。
一部の機械のリスかご型巻線は、負荷や系統の擾乱に対する減衰効果を提供し、この役割においては、アモルティサー巻線と呼ばれることがあります。大型の機械では、個々の極面にのみアモルティサーバーがあり、極間では接続されていない場合があります。リスかご型巻線は連続運転の熱を放散するのに十分な大きさではないため、大型同期機には、機械が電源電圧との同期を失ったことを検出するための保護リレーがよくあります。 [ 4 ]
三相かご形誘導電動機は発電機としても使用できます。そのためには、電動機に無効負荷がかかり、励磁電流を供給するために電力系統またはコンデンサ群に接続される必要があります。電動機を発電機として動作させるには、回転子を固定子の同期速度よりも速く回転させる必要があります。これにより、電動機は残留磁気を蓄積した後、発電を開始します。