(57)【要約】【課題】モータについて、運転時にギャップを通る磁束により、固定子鉄心と回転子鉄心の間に電磁力が生じ、電磁力のモード次数が低い時は、フレームが変形しやすく、これが振動の原因となる。また、運転条件により電磁力の周波数がフレームの固有振動数と一致または近接する場合は大きな振動と騒音を発生する。【解決手段】モータにおいて、固定子鉄心と回転子鉄心の一方の片端を、他方の片端に対し、電磁力モードを打ち消すように周方向へずらすことで、フレームの振動を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機や直流電動機などのモータにおいて、固定子鉄心と回転子鉄心の一方の片端を、他方の片端に対し、電磁力モードを打ち消すように周方向へずらすことにより、フレームの振動を低減させることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１のモータにおいて、鉄心をずらす角度を電気角９０度とすることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１のモータにおいて、鉄心をずらす角度を電気角１８０度とすることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関するものであり、運転時のフレームの振動を低減させるものである。
【背景技術】
【０００２】
モータは、固定子鉄心、回転子鉄心、コイル、シャフト、フレームにより構成されている。
【０００３】
モータを運転した時には、ギャップを通る磁束により、固定子鉄心と回転子鉄心に電磁力がはたらき、フレームを振動させる原因となる。図３は電磁力によりフレームが振動し、騒音を発する仕組みである。
【０００４】
固定子鉄心に働く電磁力は、ギャップの磁束密度の高い場所、すなわち磁極のある場所で大きくなる。電磁力はギャップを狭くするように働き、固定子鉄心は内側へ引っ張られるため、鉄心は変形する。磁極のない場所は、磁極のある場所に比べ電磁力は小さいため、磁極付近でギャップを狭くする働きとは逆に、固定子鉄心は外側に変形する。固定子鉄心を変形させる電磁力の分布は、鉄心を内側に引っ張る力の数に対応したモードで表す。図４のように２箇所引っ張られる場合をモード２、または、２次モードと呼ぶ。同様に３箇所の時はモード３となる。
【０００５】
分布巻モータの場合、起磁力分布が正弦波に近い分布であるので、磁極の強さは磁束が鉄心から出るＮ極と、磁束が鉄心に入るＳ極では等しい。そのため、極数と等しい電磁力モードが発生する。
【０００６】
集中巻モータの場合、各相の巻線がそれぞれ１つのティースに巻かれているため、起磁力分布は正弦波状にはならない。３相巻線でＵ相の電流が最大となる瞬間を例にすると、Ｕ相の電流が最大の時は、他のＶ相とＷ相には１／２の電流が流れている。磁極の強さは比較すると、Ｕ相のティースがＮ極を作るとき、Ｖ相とＷ相のティースはそれぞれ１／２の強さのＳ極を作ることになる。そのため、この瞬間では電磁力が大きく働いている場所はＵ相のティースだけであり、モードは極数の１／２の次数の電磁力モードが発生する。
【０００７】
電磁力のモード次数が低い時は、フレームが変形しやすく、これが振動の原因となる。また、運転条件により電磁力の周波数がフレームの固有振動数と一致または近接する場合は大きな振動と騒音を発生する。
【０００８】
極数の少ないモータでは低次の電磁力モードが発生するため、振動や騒音が発生しやすい。なお、大型機は小型機に比べ高次の電磁力モードまで考慮する必要がある。
【０００９】
電磁力によるフレームの振動を低減する方法として、フレームの剛性を高めるほか、フレームに加工や材料付加を行い、固有振動数を変えるなどの方法が従来技術として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１７１７１８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】誘導機電磁騒音解析技術調査専門委員会、「電気学会技術報告  第１０４８号」、電気学会、２００６年、ｐ．４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来技術は、発生する電磁力モードに対する振動低減方法であるため、発生する電磁力モードそのものを低減することはできないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明によれば、
交流電動機や直流電動機などのモータにおいて、固定子鉄心と回転子鉄心の一方の片端を、他方の片端に対し、電磁力モードを打ち消すように周方向へずらすことにより、フレームの振動を低減させるモータ。
【００１４】
請求項２の発明によれば、
請求項１のモータにおいて、鉄心をずらす角度を電気角９０度とすることを特徴としたモータ。
【００１５】
請求項３の発明によれば、
請求項１のモータにおいて、鉄心をずらす角度を電気角１８０度とすることを特徴としたモータ。
【００１６】
本発明は、モータにおいて、電磁力モードを発生させないことを目的として、固定子鉄心と回転子鉄心の片端を、他方の片端に対し周方向へずらすことを最も主要な特徴とする。
例えば、固定子鉄心と回転子鉄心を積厚の中央部を境に、周方向へずらしてもよい。低次の電磁力モードを打ち消すように周方向へずらすことができ、フレームの振動や、振動により発生する騒音を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のモータは、周方向の位置関係が異なる２つの鉄心を持つため、発生する電磁力モードの位相がずれるという利点がある。
【００１８】
振動の原因となる低次の電磁力モードが打ち消されるように鉄心をずらすことで、フレームの振動を低減することができる。フレームの振動を低減させることにより、振動により発生する騒音の低減も図ることができる。
【００１９】
誘導電動機、同期電動機、スイッチトリラクタンスモータのほか、直流電動機にも適用することができる。
【００２０】
打ち消されるモード次数に対して２倍の次数のモードが発生するため、高次のモードまで問題となる大型機では高次のモードによる振動を低減することは難しい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】鉄心構造を示した説明図。
【図２】モータの断面を示した説明図。
【図３】振動や騒音の発生する仕組みを示した説明図。
【図４】モード次数を示した説明図。
【図５】４極の分布巻モータに本発明を適用した時の電磁力モードを示した説明図。
【図６】６極の集中巻モータに本発明を適用した時の電磁力モードを示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、鉄心とコイルの構造を示した図である。図２は、本発明の断面図である。
【００２４】
固定子鉄心と回転子鉄心は積厚の中央部を境に２つに分かれており、固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組、固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組の２つの鉄心を持っている。固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組に対し、固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組は周方向へ位相差を持つようにずらした構造であり、それぞれの鉄心の組で生じる電磁力モードには位相差が生じる。
【００２５】
固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組を基準にすると、固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組は、振動の原因となるモードが打ち消されるように、同じ角度だけずらす。
【００２６】
電磁力の位相をずらすため、コイル３は２つに分かれた鉄心間で、例えば捩るような形で位置を変化させる。
【実施例１】
【００２７】
図５は、４極の分布巻モータに本発明の方法を適用した時の電磁力モードを示した図である。分布巻では、極数と等しい電磁力モードが発生する。よって、４極で分布巻の誘導電動機や永久磁石同期電動機は４次モードが発生するため、固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組に対し、固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組を電気角９０度ずらすことで、位置関係が異なる２つの鉄心がそれぞれ発生させる４次モードを、互いに打ち消す関係となる。
【００２８】
誘導電動機の場合、回転子の二次導体は回転子鉄心２ａと回転子鉄心２ｂの間はコイルと同様に位置を変化するように繋ぐ。もしくは、それぞれの鉄心両端にエンドリングを設ける。
【００２９】
振動の原因となるモード次数が極数と等しい場合、鉄心を電気角９０度ずらすことで、打ち消すことが可能である。
【実施例２】
【００３０】
図６は、６極の集中巻モータに本発明の方法を適用した時の電磁力モードを示した図である。集中巻では、極数の１／２の次数の電磁力モードが発生する。集中巻６極の永久磁石同期電動機は３次モードが発生するため、固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組に対し、固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組を電気角１８０度ずらすことで、位置関係が異なる２つの鉄心がそれぞれ発生させる３次モードを、互いに打ち消す関係となる。
【００３１】
振動の原因となるモード次数が極数の１／２と等しい場合、鉄心を電気角１８０度ずらすことで、打ち消すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明により、モータ駆動時の振動や騒音を低減できるため、多くの産業機器に有効利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１、１ａ、１ｂ    固定子鉄心
２、２ａ、２ｂ    回転子鉄心
３      コイル
４      コイルエンド
５      シャフト
６      フレーム
７      ４極分布巻モータの固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組の電磁力モード
８      ４極分布巻モータの固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組の電磁力モード
９      ６極集中巻モータの固定子鉄心１ａと回転子鉄心２ａの組の電磁力モード
１０    ６極集中巻モータの固定子鉄心１ｂと回転子鉄心２ｂの組の電磁力モード
【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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