(57)【要約】【課題】回転数の変化に伴って電磁加振周波数が変化する回転電機において、固定子の振動を抑制する。【解決手段】この発明に係る回転電機は、回転軸と、この回転軸に固定され回転軸とともに回転する回転子と、この回転子の外周を囲って設けられ、複数の薄板鋼板が積層された中空円筒形状の固定子鉄心、この固定子鉄心に巻装されたコイルを含む固定子と、前記固定子鉄心の端面に設けられ前記固定子の振動を抑制する制振装置１と、を備え、制振装置１は、基端部が前記固定子鉄心に接続されているとともに先端部が軸線に沿って延び、径方向に弾性変形可能な弾性部材１１と、この弾性部材１１に固定され径方向に揺動可能な錘１０と、弾性部材１１を径方向に押圧するボルト１３と、このボルト１３と弾性部材１１との間に介在し、弾性部材１１の振動を減衰する粘性減衰部材１４と、を有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
この回転軸に固定され回転軸とともに回転する回転子と、
この回転子の外周を囲って設けられ、複数の薄板鋼板が積層された中空円筒形状の固定子鉄心、この固定子鉄心に巻装されたコイルを含む固定子と、
前記固定子鉄心の端面に設けられ前記固定子の振動を抑制する制振装置と、
を備え、
前記制振装置は、基端部が前記固定子鉄心に接続されているとともに先端部が軸線に沿って延び、かつ径方向に弾性変形可能な弾性部材と、
この弾性部材に固定され径方向に揺動可能な錘と、
前記弾性部材を径方向に押圧する押圧手段と、
この押圧手段と前記弾性部材との間に介在し、弾性部材の振動を減衰する減衰部材と、
を有していることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記減衰部材は、前記弾性部材との接触により生じる粘性力による粘性減衰させる粘性減衰部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記減衰部材は、前記弾性部材との接触により生じる摩擦力による摩擦減衰させる摩擦減衰部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記摩擦減衰部材は、断面コの字形状であって対向した片部を有しており、片部間の間隔は、底面側に向かうに従って小さいことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記押圧手段は、先端部が前記減衰部材に当接し回転により軸線方向に進退し、減衰部材に対する押圧力を調整するボルトであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ボルトは、前記弾性部材で支持された断面Ｌ字形状のボルト支持部材に進退可能に
設けられていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ボルトは、前記固定子鉄心から前記錘側に突出した突起部に進退可能に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項８】
前記制振装置は、各振動モードにおける最大振幅位置にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記制振装置は、積層された複数の薄板鋼板と、複数の前記薄板鋼板を挟持する一対のクランパ間との間で形成された空間に配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記回転電機は、エレベーター用巻上機のモータであることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子が回転したときに発生する電磁加振力により振動する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、回転軸とともに回転する回転子と、この回転子を半径方向外側から覆うように構成された固定子とを有する。固定子は、回転子を覆うように構成された固定子鉄心と、固定子鉄心を半径方向から覆う固定子固定子カバーとを有する。
回転電機の駆動時、回転子が回転することにより発生する電磁加振力によって、固定子に振動が発生する。この振動が固定子カバーやその他の機器、部品に伝播し、騒音が発生することがあるため、固定子振動を抑制する必要がある。
特に、固定子の固有振動数と電磁加振周波数とが一致する特殊な条件においては振動増大が顕著となる。
【０００３】
上記の問題に対する最も一般的な対策として、固定子の剛性を高め、電磁加振周波数に比べて固定子の固有振動数を十分高くするような設計が行われる。
しかしながら、このものの場合、固定子の高剛性化に伴って、大型化、質量の増加、コスト増加等の問題が生じる。
この問題に対しては、揺動可能な錘、この錘と固定子鉄心とを連結し径方向に弾性変形可能な弾性部材を有する制振部を用いて固定子振動を抑制する回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の制振部による固定子振動の抑制方法は、制振部を固定子に取り付けることによって、制振対象とする固定子の固有振動数が変化し、電磁加振周波数と一致していたもとの固有振動数での振幅と比較して振幅を大幅に低減させる方法である。
一方、この方法は、制振部を固定子に取り付けによって、表れる固定子の固有振動数は２つ存在し、１つは電磁加振周波数と一致していたもとの固有振動数よりも低い周波数が存在し、もう１つは電磁加振周波数と一致していたもとの固有振動数よりも高い周波数が存在する。そして、表れる２つの固有振動数における振幅は、制振部取り付け前の固定子固有振動数における振幅と同等である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０-１２４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の制振部を有する回転電機は、制振部の取り付けによって表れる２つの固有振動数と電磁加振力とが一致しないようにすることで、固定子の制振効果が得られることから、発電機のようなある一定の回転数で動作し、電磁加振周波数が一意に定まる回転電機には適している。
【０００７】
しかしながら、例えばエレベーターの巻上機に用いられる、回転子の回転数が変化するモータでは、回転数の変化に伴って電磁加振周波数も変化するため、制振部取り付けによって生じる２つの固有振動数においては振幅が増大することになり、制振効果を得ることができないという問題点があった。
【０００８】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、制振装置取り付けによって表れる２つの固有振動数においても振幅を十分に低減でき、回転子の回転数の変化に伴って電磁加振周波数が変動した際でも最大振幅を低減することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る回転電機は、回転軸と、この回転軸に固定され回転軸とともに回転する回転子と、この回転子の外周を囲って設けられ、複数の薄板鋼板が積層された中空円筒形状の固定子鉄心、この固定子鉄心に巻装されたコイルを含む固定子と、前記固定子鉄心の端面に設けられ前記固定子の振動を抑制する制振装置と、を備え、
前記制振装置は、基端部が前記固定子鉄心に接続されているとともに先端部が軸線に沿って延び、かつ径方向に弾性変形可能な弾性部材と、
この弾性部材に固定され径方向に揺動可能な錘と、
前記弾性部材を径方向に押圧する押圧手段と、
この押圧手段と前記弾性部材との間に介在し弾性部材の振動を減衰する減衰部材と、
を有している。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る回転電機によれば、固定子の振動を抑制する制振装置は、基端部が固定子鉄心に接続されているとともに先端部が軸線方向に沿って延び、かつ径方向に弾性変形可能な弾性部材と、この弾性部材に固定され径方向に揺動可能な錘と、前記弾性部材を径方向に押圧する押圧手段と、この押圧手段と前記弾性部材との間に介在し、弾性部材の振動を減衰する減衰部材と、を有している。
従って、制振装置の取り付けによって表れる２つの固有振動数での振幅値を十分に小さくすることができ、回転子の回転数の変化に伴って電磁加振周波数が変動する回転電機でも固定子振動の最大振幅値を簡単に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１のモータが組み込まれたエレベーター用巻上機を示す一部切り欠き側断面図である。
【図２】図１のエレベーター用巻上機の内部を示す正面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】図１の制振装置を示す斜視図である。
【図５】制振部を固定子に付ける前の固定子の振動特性図である。
【図６】制振部を固定子に付けた後の固定子の振動特性図である。
【図７】固定子の１自由度振動モデルを示す図である。
【図８】固定子振動モデルに、減衰の無い制振部モデルを取り付けた２自由度振動モデルを示す図である。
【図９】固子振動モデルに、この発明に係る制振装置モデルを取り付けた２自由度振動モデルを示す図である。
【図１０】図９のモデルにおける固定子の振動特性図である。
【図１１】粘性減衰部材の押し付け力を変化させたときの弾性部材の振動応答変化を示す図である。
【図１２】θ=０°位置が最大振幅となる固定子の楕円モードを示す概略図である。
【図１３】θ=４５°位置が最大振幅となる固定子の楕円モードを示す概略図である。
【図１４】この発明の実施の形態２のモータが組み込まれたエレベーター用巻上機の要部を示す概略側断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３のモータの制振装置を示す斜視図である。
【図１６】図１５の弾性部材及び摩擦減衰部材を示す断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態４のモータが組み込まれたエレベーター用巻上機の要部を示す概略側断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態５のモータが組み込まれたエレベーター用巻上機の内部を示す正面面である。
【図１９】この発明の実施の形態５のモータが組み込まれたエレベーター用巻上機の内部を示す正面面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のモータ２１が組み込まれたエレベーター用巻上機を示す一部切り欠き側断面図、図２は図１のエレベーター用巻上機の内部を示す正面図、図３は図１の要部拡大図、図４は図１の制振装置１を示す斜視図である。
図１のエレベーター用巻上機は、モータ２１と、このモータ２１の回転力により巻掛けされた主索ロープ（図示せず）を移動させる綱車７とを備えている。
実施の形態１の回転電機であるモータ２１は、軸受台６に回転自在に支持され水平方向に延びているとともに端部に綱車７が固定された回転軸５と、この回転軸５に固定され回転軸５とともに回転する回転子４と、回転子４の外側を囲って設けられた固定子２０と、この固定子２０を覆った固定子カバー９と、固定子２０の端面に設けられた制振装置１と、を備えている。
【００１４】
軸受台６に片持ち支持された固定子２０は、第１のクランパ２ａ及び第２のクランパ２ｂにより挟持された複数枚の電磁鋼板からなる円筒形状の固定子鉄心３と、この固定子鉄心の内径側に形成され軸線方向に延びて形成されたスロット（図示せず）に巻装されたコイル８と、を備えている。
【００１５】
このエレベーター用巻上機は、コイル８に電流を流すことで、コイル８には回転磁界が生じ、この回転磁界と同じ周期で回転子４が回転する。そして、回転子４の回転に連動して綱車７が回転軸５を通じて回転することで、綱車７に巻掛けられた主索ロープが移動し、エレベーター乗りかご（図示せず）が昇降する。
【００１６】
上記制振装置１では、円柱形状であって半径方向に弾性変形可能な弾性部材１１の基端部が第１のクランパ２ａに螺着されている。この鉄製の弾性部材１１の先端部は、軸線方向に沿って延びているとともに、径方向に揺動可能な円柱形状の鉄製の錘１０が固定されている。弾性部材１１にはＬ字形状のボルト支持部材１２の長片部が貫通して、ボルト支持部材１２は弾性部材１１に支持されている。このボルト支持部材１２の短片部には、回転により軸線方向に沿って進退する押圧手段であるボルト１３が貫通している。このボルト１３は、振動絶縁部材１５を介して固定子カバー９を貫通している。ボルト１３の先端部と弾性部材１１との間には、粘性減衰部材１４が介在している。この直方体形状の粘性減衰部材１４は、例えばゴム製である。
このボルト１３は、固定子カバー９から露出したボルト１３の頭部を回転させることで、半径方向に沿って進退し、弾性部材１１に対する粘性減衰部材１４の押圧力を調整することで弾性部材１１の振動の減衰を調整するようになっている。
なお、振動絶縁部材１５は、錘１０の振動が、弾性部材１１及びボルト１３を介して固定子カバー９に伝達するのを絶縁するものである。
【００１７】
ここで、図５に示すような振動特性を有する固定子２０について考える。
図５は横軸に周波数、縦軸に固定子２０の振幅を表している。
図５のように周波数ｆ１に固有振動数を有する固定子２０に、固有振動数をｆ１近傍に調整した、前記特許文献１に記載の制振部を取り付けると、固定子２０の振動特性は図６のように変化する。
このとき、周波数ｆ１においては振幅がａ１からａへ減少しており、特に振幅低減効果が高いことが分かる。
従って、回転子４の回転数が一定のモータのように、固定子２０の振動の原因となる電磁加振周波数が周波数ｆ１で一定のモータについては固定子２０の振幅低減効果が得られる。
【００１８】
一方、この実施の形態のエレベーター用巻上機用のモータ２１では、周波数ｆＬ及びｆＨにおいて、弾性部材１１の振動を減衰させる制振装置１を備えている。
この制振装置１は、特に固定子２０の共振の中でも特に固定子２０の端部（軸受台６に片持ち支持された固定子２０の自由端側）が半径方向に振動する円環モードの制振を目的とする。
固定子２０の円環モードの振動現象を模擬する１自由度系モデルを図７に示す。
また、固定子２０の１自由度系モデルに前記特許文献１に記載の制振部の振動現象を模擬する１自由度系モデルを取り付けた２自由度系モデルを図８に示す。
【００１９】
以下では図７及び図８の振動モデルを用いて、制振部の動作原理について説明する。
図７の振動モデルにおける質量ｍ１は、制振対象とする固定子円環振動モードの制振部の取り付け位置の等価質量である。
同じく剛性ｋ１は、制振対象とする固定子円環振動モードの制振部の取り付け位置の等価剛性である。図７の１自由度系の固有振動数ｆ１は、次式で示される。
【００２０】
ｆ１＝（１／２π）  √（ｋ１／ｍ１）
【００２１】
図８の２自由度系における制振部の質量ｍ２は錘１０の質量であり、剛性ｋ２は弾性部材１１の剛性である。制振部のみの固有振動数ｆ２は次式で示される。
【００２２】
ｆ２＝（１／２π）  √（ｋ２／ｍ２）
【００２３】
ここで、固定子２０の等価質量ｍ１に対する制振部の質量ｍ２の比をμ、固定子２０の固有振動数に対する制振部の固有振動数の比をνとする。
【００２４】
図７及び図８の振動モデルにおける固定子２０の振動特性は図６のようになる。
図６は、制振部を取り付けることで、図７の１自由度系でのピークが、２つに分かれることを示している。ただし、図６のように２つに分かれたピークの高さが一致するためにはνが一定の条件を満たす場合である。振幅を変位で評価するとき、νの条件は次の式で表される。
【００２５】
ν＝１／（１＋μ）
【００２６】
実際の調整作業では、νが上記の条件を満たすように制振部の固有振動数ｆ２を、錘１０の位置を変化させて調整する。錘１０を片持ち梁形状の弾性部材１１の先端側に移動させると固有振動数ｆ２は低下し、固定端側に移動すると固有振動数ｆ２は増加する。
【００２７】
図６の２つに分かれたピークのうち低い周波数ｆLは固定子２０と制振部とが同位相で半径方向に振動するモード、高い周波数ｆHは固定子２０と制振部とが逆位相で半径方向に振動するモードである。
また、｜ｆL-ｆH｜で表されるとｆLとｆHとの周波数の差は、各々の１自由度系モデルに示した質量の比μによって決定され、質量比が大きいほど前記周波数の差が大きくなる。
【００２８】
制振部を有する図６の振動特性では、固定子２０の固有振動数ｆ１では振幅が大幅に低減するが、ｆL及びｆHでは固定子２０の１自由度系の振幅と同じ振幅ａLが発生する。
回転子４の回転数の変動と共に電磁加振力が変動するエレベーター用巻上機ではｆL及びｆHにて振動問題が発生する。
【００２９】
これに対して、図８の２自由度系モデルに減衰要素を付加した、図９のモデルによる振動特性を図１０に示す。
図１０に示すように、この実施の形態の制振装置１を備えることで、固有振動数ｆL及びｆHの振幅をａ２まで大幅に低減することが可能となる。
なお、この制振装置１は、特許文献１に記載の制振部に、制振部の弾性部材を径方向に押圧するボルト１３、及び粘性減衰部材１４と付設したものである。
固有振動数ｆL及びｆHの振幅ａ２は、図９のモデルにおける減衰ｃ２の値によって決まる。
【００３０】
この実施の形態においては、制振装置１の減衰調整を、ボルト１３を用いて粘性減衰部材１４を弾性部材１１に押し付ける力を変化させることで行う。試験より取得した、粘性減衰部材１４の押し付け力を変化させたときの片持ち梁形状の弾性部材１１の先端での応答例を図１１に示す。
図１１に示すとおり、押し付け力を大きくするほどピークの鋭さが小さくなり、減衰が大きくなっていることが分かる。
また、図１１からは、固有振動数もわずかに変化していることが分かる。
従って、錘１０の位置調整による固有振動数調整に加えて、図１１のように粘性減衰部材１４の押し付け力を変化させることで制振装置１の固有振動数も微調整可能といえる。
【００３１】
制振装置１は、制振対象とする円環モードにおいて固定子２０半径方向へ最大振幅となる位置へ取り付ける。従って、図１２のような楕円モード１６の場合、θ=０、９０、１８０、２７０°の位置への取り付けが最適となる。
また、固定子２０が真円に近い円筒形状の場合、同一周波数に位相の異なる同一形状の振動モードが存在する。例えば、図１３に示した楕円モード１７の場合には、θ=４５、１３５、２２５、３１５°の位置への取り付けが最適となる。
前記楕円モード１６，１７に限らず、円環モードの固定子半径方向が最大振幅となる位置に制振装置１を取り付けるのが最適となる。
【００３２】
この実施の形態によれば、制振装置１は、弾性部材１１の振動の減衰を調整する機能を有することで、制振装置１取り付けによって表れる２つの固有振動数ｆL及びｆHでの振幅値を十分に小さくすることができ、エレベーター用巻上機の回転数の変化に伴って電磁加振周波数が変動した際でも固定子振動の最大振幅値を低減することができる。
また、固定子２０の円環振動モードにおいて最も振幅の大きい片持ち支持状態の固定子の自由端側の端部に制振装置１を設けたことで最も大きな制振効果が得られる。
【００３３】
また、ボルト１３は、弾性部材１１で支持されたＬ字形状のボルト支持部材１２に進退可能に設けられているので、ボルト１３による押圧力を簡単な構成で粘性減衰部材１４に及ぼすことができる。
【００３４】
実施の形態２．
図１４は、この発明の実施の形態２のモータ２１を示す要部断面図である。
この実施の形態では、実施の形態１のボルト支持部材１２の代わりに、第１のクランパ２ａに軸線方向に突出した突起部２ａ１が設けられている。この突起部２ａ１には、ボルト１３が螺着して貫通するボルト穴が形成されている。
他の構成は、実施の形態１のモータ２１と同じである。
実施の形態１では、ボルト支持部材１２は、貫通した弾性部材１１で支持されており、ボルト１３は、「ガタ」により不安定に支持されるおそれがある。
これに対して、この実施の形態では、ボルト１３は、第１のクランパ２ａと一体の突起部２ａ１で支持されており、安定して支持される。
また、ボルト支持部材１２の削減によるコスト及び工数を低減することができる。
【００３５】
実施の形態３．
図１５は、この発明の実施の形態３のモータ２１の制振装置１を示す斜視図である。
この実施の形態では、実施の形態１の粘性減衰部材１４の代わりに、断面コの字形状の鉄製の摩擦減衰部材１８が用いられている。
この摩擦減衰部材１８は、対向した片部１８ａを有しており、片部１８ａ間の間隔は、底面側に向かうに従って小さい。
摩擦減衰部材１８は、ボルト１３による下側方向に押圧されるに従って、弾性部材１１との接触力が増大し、摩擦による減衰が大きくなる。
他の構成は、実施の形態１のモータ２１と同じである。
【００３６】
この実施の形態のモータ２１によれば、摩擦減衰部材１８は鉄製であるので、温度や経年による劣化等による減衰効果の低下が無いという効果がある。
また、片部１８ａ間の間隔は、摩擦減衰部材１８の底面側に向かうに従って小さいので、摩擦減衰部材１８をボルト１３を介して下側方向に移動させる距離を調整することで、弾性部材１１との接触力の調整、即ち減衰調整を簡単に行なうことができる。
また、摩擦減衰部材１８と弾性部材１１との接触面粗さを管理することで減衰調整も可能となる。
【００３７】
実施の形態４．
図１７は、この発明の実施の形態４のモータ２１を示す要部断面図である。
この実施の形態では、制振装置１の弾性部材１１の先端部が第１のクランパ２ａの内側面に螺着されている。
他の構成は、実施の形態１のモータ２１と同じである。
【００３８】
この実施の形態では、第１のクランパ２ａ、第２のクランパ２ｂ及び積層された薄板鋼板により生じた空間に制振装置１が設けられており、実施の形態１〜３のモータ２１と比較してモータ２１の軸線方向の寸法を小さくすることができる。
【００３９】
実施の形態５．
図１８はこの実施の形態のモータ２１の内部を示す正面図である。
この実施の形態では、制振装置１を各振動モードにおける最大振幅位置に複数個配置されている。
図１８は、図１２及び図１３で説明した、固定子２０の最大振幅となる位置にそれぞれ制振装置１を配置した例である。
制振対象とするモードの腹の数をｎ、任意の整数をmとすると、振幅が最大となるある一点を基準に、固定子２０の円周上に以下の角度で配置することで、最大振幅位置に複数個配置することが実現できる。
【００４０】
θ＝３６０°（１＋２ｍ）／４ｎ
【００４１】
図１２及び図１３の楕円モード１６，１７の場合、ｎ=２であるため、図１２のモータ２１の場合には、時計方向に、θ=０、９０、１８０、２７０°の位置に、図１３のモータ２１の場合には、時計方向に、θ=４５、１３５、２２５、３１５°の位置に少なくとも制振装置１を一つ配置することになる。
また、例えば、最大振幅位置に一つの制振装置１を配置する代わりに、図１９のよう二つの制振装置１を配置することも可能である。
この場合、一つの制振装置１で得られる固定子２０の制振効果を二つの制振装置１で実現することで、個々の制振装置１の錘１０の質量を軽量化でき、小型化ができる。
【００４２】
なお、上記各実施の形態では、エレベーター用巻上機に用いられるモータ２１について説明したが、勿論このものに限定されるものではない。
例えば、回転子の回転数が変動する鉄道車両用のモータ、工作機械用のモータ、電機自動車用のモータ等であってもよく、また回転数の変動する発電機にも適用することができる。
また、押圧手段として、ボルト１３を用いて説明したが、他にも例えばバネの弾性力を用いて減衰部材を押圧してもよい。弾性部材１１の形状についても円柱に限らず、例えば角柱などでもよく、粘性減衰部材１４の形状についても直方体に限らず、例えば円板形状などでもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  制振装置、２ａ  第１のクランパ、２ｂ  第２のクランパ、３  固定子鉄心、４  回転子、５  回転軸、６  軸受台、７  綱車、８  コイル、９  固定子カバー、１０  錘、１１  弾性部材、１２  ボルト支持部材、１３  ボルト（押圧手段）、１４  粘性減衰部材、  １５  振動絶縁部材、１６  楕円モード（θ=０°、１８０°位置が最大振幅となる）、１７  楕円モード（θ=４５°、２２５°位置が最大振幅となる）、１８  摩擦減衰部材、１８ａ  片部、２０  固定子、２１  モータ。
【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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