(57)【要約】【課題】スキューによる回転子のスラスト方向の力を抑制し、振動・騒音を抑制できる構造を備えた誘導電動機を提供する。【解決手段】回転子鉄心５と固定子鉄心２とを電磁鋼板を積層して形成し、この回転子鉄心５の積厚寸法よりも固定子鉄心２の積厚寸法を大きくする。具体的には、回転子鉄心５に対する固定子鉄心２の積厚の比率が１．１５乃至１．２５の範囲となるようにする。また、固定子鉄心２に対する回転子鉄心５の回転軸４の方向の中心位置のずれを、固定子鉄心２の積厚に０．０４を乗じた値よりも小さくする【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心の継鉄部の内周に設けた複数の歯部の両側に形成したスロットに巻線を巻装した固定子と、回転子鉄心の中心に回転軸を備え、前記回転子の外周側に前記回転軸方向に沿って複数のコアスロットを等間隔に形成し、同コアスロットにアルミダイカストによる二次巻線を形成するとともに、前記回転子鉄心の両側に前記二次巻線を接続したエンドリング部を形成した回転子と、同回転子の回転軸を軸支する軸受を備え、前記固定子の両側より取付られたブラケットとからなる誘導電動機において、
前記回転子鉄心に対する前記固定子鉄心の積厚の比率が１．１５乃至１．２５であることを特徴とする誘導電動機。
【請求項２】
前記固定子鉄心に対する前記回転子鉄心の回転軸方向の中心位置のずれが、前記固定子鉄心の積厚に０．０４を乗じた値よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機に係わり、より詳細には振動や騒音を低減させるための固定子および回転子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導電動機は、図６（Ａ）の断面図および図６（Ｂ）の回転子の側面図に示すように、固定子８１の固定子鉄心８１ａの継鉄部の内周に複数の歯部を備えており、この歯部の両側にスロットを形成して巻線８２を巻装する。
一方、回転子８３は、回転子鉄心８３ａの中心に回転軸８４を備え、回転子鉄心８３ａの外周側に回転軸８４方向に沿って複数のコアスロット８３ｂを等間隔に形成し、同コアスロット８３ｂに直接アルミニュウム材をダイカストして、このアルミニュウムからなる二次巻線８３ｃとエンドリング部８３ｄとを接続して形成されている。また、この回転子鉄心８３ａと固定子鉄心８１ｂとは、鋼板を積層した積厚（図６（Ａ）の矢印部分）の寸法がほぼ等しく形成されている。
そして、回転軸８４に向かった歯部の先端面８５と、回転子の外周面８６とを隙間を隔てて相対向させ、回転子８３の回転軸８４を軸受８７によって軸支している。この軸受８７を固定したブラケット８８が、固定子８１を両側から保持している。
【０００３】
この様な電動機では、回転子８３が回転するときにコギングトルクが発生し、このために騒音が発生していた。この解決方法として図６（Ｂ）に示すようにスキューを施すため、二次巻線８３ｃを回転軸８４の軸方向に対して傾斜させて配置することにより騒音の低減を図る構造がある。
さらに、図示しないが、回転子鉄心の軸方向中央に円周方の溝を設け、左右に分割されて円周方向にずらした二次巻線を、この溝に埋設したアルミダイキャストで接続し、回転子の電磁振動により発生するトルク脈動を低下させ、振動・騒音を削減した回転子の構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、回転子にスキューを施すことにより回転子のスラスト方向の力が増大し、回転子の偏りによる振動、つまり騒音が増大してしまうという問題があった。従ってスキューを施すにも限度があり、このスキューによる回転子のスラスト方向の力を抑制する構造が望まれていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１８７２３号公報  （第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上述べた問題点を解決し、スキューによる回転子のスラスト方向の力を抑制し、振動・騒音を抑制できる構造を備えた誘導電動機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、固定子鉄心の継鉄部の内周に設けた複数の歯部の両側に形成したスロットに巻線を巻装した固定子と、回転子鉄心の中心に回転軸を備え、前記回転子の外周側に前記回転軸方向に沿って複数のコアスロットを等間隔に形成し、同コアスロットにアルミダイカストによる二次巻線を形成するとともに、前記回転子鉄心の両側に前記二次巻線を接続したエンドリング部を形成した回転子と、同回転子の回転軸を軸支する軸受を備え、前記固定子の両側より取付られたブラケットとからなる誘導電動機において、
前記回転子鉄心に対する前記固定子鉄心の積厚の比率が１．１５乃至１．２５となる構造にする。
【０００８】
また、前記固定子鉄心に対する前記回転子鉄心の回転軸方向の中心位置のずれを、前記固定子鉄心の積厚に０．０４を乗じた値よりも小さくする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明による誘導電動機を詳細に説明する。
図１（Ａ）は本発明による誘導電動機に使用される回転子および固定子の一実施例を示す断面図である。
図示しないが従来例と同様に、固定子１の固定子鉄心２の継鉄部の内周には複数の歯部を備えており、この歯部の両側にスロットを形成して巻線が巻装されている。
一方、回転子３は、回転子鉄心５の中心に回転軸４を備え、回転子鉄心５の外周側に回転軸４方向に沿って複数のコアスロットを等間隔に形成し、同コアスロットに直接アルミニュウム材をダイカストして、このアルミニュウムからなる二次巻線６とエンドリング部７とを接続して形成されている。なお二次巻線６には、従来例の図６（Ｂ）のようにスキューが施されている。
【００１０】
この回転子鉄心５と固定子鉄心２とは電磁鋼板を積層して形成されており、本願の特徴は、この回転子鉄心５の積厚寸法よりも固定子鉄心２の積厚寸法を大きくすることである。この構造により、回転子鉄心５の両側面の円周部分が、回転子鉄心５の両側面の内周部分の磁力により左右から吸引され、常に、固定子鉄心２の回転軸４方向の中心に回転子鉄心５の回転軸４方向の中心が位置するようになる。これはすなわち、回転子３の左右のずれ、つまり、スラスト方向の力が減少することを意味しており、結果的に振動を低減させて騒音を抑制できる。
この効果を検証するため、本出願人は以下の実験を行なった。
【００１１】
本出願人は、まずこのスラスト方向の力を従来の固定子と回転子を用いて測定した。ここで、固定子の直径は９５ｍｍ、固定子鉄心と回転子鉄心の積厚とは共に２０ｍｍであり、回転数は７２０回転／毎分である。なお、駆動電源は５０Ｈｚの正弦波を位相制御なしで印加した。
この結果が図７であり、細線の波形がトルクを表し、太線の波形がスラスト力を表し、プラス方向とマイナス方向は回転軸の左右の方向を表している。この図では５０ｍＳ以降に状態が安定していることがわかる。図８はこの安定状態を拡大した図であり、スラスト力は平均−０．６１５Ｎ、振幅は０．１９６Ｎとなる。本出願人は、このスラスト力（振動）を小さくすれば騒音を低減させることができると考えた。
【００１２】
続いて本出願人は本発明による回転子と固定子と用いて同様の測定を行なった。図４および図５は、固定子鉄心の積厚を除いて従来例と同じ条件で測定した結果を示している。つまり、固定子の直径は９５ｍｍ、固定子鉄心の積厚は２５ｍｍ、回転子鉄心の積厚は２０ｍｍであり、回転数は７２０回転／毎分である。また、駆動電源は５０Ｈｚの正弦波を位相制御なしで従来例と同様に印加した。
この結果が図４であり、細線の波形がトルクを表し、太線の波形がスラスト力を表し、プラス方向とマイナス方向は回転軸の左右の方向を表している。この図では５０ｍＳ以降に状態が安定していることがわかる。図５はこの安定状態を拡大した図であり、スラスト力は平均０．１１０Ｎ、振幅は０．０４５Ｎとなる。
このように、従来例、つまり固定子鉄心と回転子鉄心との積厚が同じ場合よりもスラスト力が約１／４程度に低減されていることが判明した。
【００１３】
さらに本出願人は、回転子鉄心の積厚と固定子鉄心の積厚の比率を変えながら、５台のサンプルを用いて印加電圧の周波数６０Ｈｚの６倍の周波数（３６０Ｈｚ）と８倍の周波数（４８０Ｈｚ）におけるスラスト方向の加速度を測定した。なお、負荷として空気調和機用のクロスフローファン（図示せず）を回転軸に接続し、印加電圧を５０％（位相角０度〜９０度、１８０度〜２７０度までをカットオフ）とし、高調波成分が最大となる状態で測定した。なお、測定箇所は負荷を接続した回転軸の反対方向の加速度検出面（図１（Ａ）参照）であり、ここに加速度センサのピックアップを装着した。
【００１４】
図２はこの測定結果をグラフに表したものである。図２（Ａ）は高調波成分が３６０Ｈｚ、図２（Ｂ）は４８０Ｈｚでの振動（加速度）データである。それぞれのグラフの縦軸方向は加速度を表しており、横軸には回転子鉄心の積厚に対する固定子鉄心の積厚の比率（積厚比率）ごとに、５台のサンプル（１〜５）と５台の平均値をそれぞれ棒グラフとして記載している。従って、図２のグラフでは左から右に向かうに従って積厚比率が小さい場合のデータとなっており、それは従来の構造（積厚比率が１．０）に近づくことを意味している。なお、図３のグラフも縦軸、横軸の表現方法は同じである。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は後述する回転子の軸方向のセンターずれのデータである。
【００１５】
図２（Ａ）のデータの各平均値を比較すると、積厚比率が１．２５の場合が最も振動（加速度）が小さいことが、また、積厚比率が大きくなるほど従来品よりも振動が少なく、図の矢印で示すような振動低減効果があることが読み取れる。さらに、図２（Ｂ）のデータからは、積厚比率が１．１５の場合に従来品と同等であり、これより積厚比率が大きい場合、つまり、積厚比率が１．２５の場合に振動が小さいことが読み取れる。
図２（Ｂ）のデータでは、積厚比率が１．１と１．０２５の場合には逆に従来品より振動が大きくなっており、図２（Ａ）で振動低減の効果が有るとはいえ、２つの高調波成分、つまり、３６０Ｈｚと４８０Ｈｚの両方で効果があるとは言い難い。積厚比率が１．１５から１．２５の範囲であれば、少なくともどちらかの高調波成分で従来品より振動が低減されており、本願の効果が確認できる。
従って本願による構造、つまり、回転子鉄心に対する固定子鉄心の積厚の比率が１．１５乃至１．２５の場合に従来品よりも回転子のスラスト方向の振動が低減され、騒音が抑制されることが確認できた。
なお、実験データは存在しないが、図２のデータの傾向から類推すると、積厚比率が大きいほど効果が有ると思われる。
【００１６】
次に回転子鉄心と固定子鉄心との回転軸方向のセンター位置ずれについて説明する。前述したように、固定子鉄心の回転軸方向の中心に、回転子鉄心の回転軸方向の中心が位置する場合が最も振動が少ないと考えられるため、回転子鉄心が回転軸方向にずれた場合に、どこまで本願の効果が認められるかを確認した。
このため、本出願人は図１（Ｂ）に示すように、固定子鉄心２の回転軸４方向の中心を基準として、回転子鉄心５の回転軸４方向の中心が負荷側（クロスフローファン接続側）に偏る寸法を＋誤差、負荷側と反対方向へ偏る寸法を−誤差として定義し、＋誤差と−誤差とをそれぞれ１ｍｍとして回転子鉄心を配置して測定を行なった。なお、図２と比較するため、この回転軸方向のセンター位置ずれ以外の測定条件は図２の場合と同じであり、積厚比率が１．２５の場合を測定した。
【００１７】
図３（Ａ）、（Ｂ）はこの測定結果を高調波成分別にグラフ化したものである。図３（Ａ）は高調波成分が３６０Ｈｚ、図３（Ｂ）は４８０Ｈｚでの振動（加速度）データである。
図３（Ａ）または図３（Ｂ）のデータの各平均値を比較すると、回転軸方向のセンター位置ずれ、つまり、＋誤差と−誤差とがそれぞれ１ｍｍの場合は、回転軸方向のセンター位置ずれが無い場合よりも振動が大きくなる場合がある。しかしながら、回転軸方向のセンター位置ずれが無い従来品よりも、図の矢印で示すように振動低減効果があることが確認できた。
この実験では固定子鉄心の積厚が２５ｍｍであるため、＋誤差と−誤差とがそれぞれ１ｍｍの場合は、各々の誤差が固定子鉄心の積厚に対して４％の比率になっている。従って固定子鉄心に対する回転子鉄心の回転軸方向の中心位置のずれが、固定子鉄心の積厚に０．０４を乗じた値よりも小さい場合に振動低減効果があることになる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による誘導電動機によれば、請求項１に係わる発明は、回転子鉄心に対する固定子鉄心の積厚の比率が１．１５乃至１．２５とすることにより、回転子のスラスト方向の力を低減させ、振動や騒音を抑制できる。
【００１９】
また、請求項２に係わる発明は、固定子鉄心に対する回転子鉄心の回転軸方向の中心位置のずれを、固定子鉄心の積厚に０．０４を乗じた値よりも小さくすることにより、確実に回転子のスラスト方向の力を低減させ、振動や騒音を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固定子と回転子との一実施例を示す断面図であり、（Ａ）は、回転子と固定子との回転軸方向の位置ずれがない場合を、（Ｂ）は位置ずれがある場合をそれぞれ示した図である。
【図２】本発明による固定子と回転子との各鉄心の積厚を変化させた場合の実験データであり、（Ａ）は高調波成分が３６０Ｈｚ、（Ｂ）は高調波成分が４８０Ｈｚの場合のスラスト方向の加速度を表すグラフである。
【図３】回転子と固定子との回転軸方向の位置ずれがある場合のスラスト方向の加速度を表す実験データであり、（Ａ）は高調波成分が３６０Ｈｚ、（Ｂ）は高調波成分が４８０Ｈｚの場合のグラフである。
【図４】固定子と回転子との各鉄心の積厚比率が１．２５の場合のトルクとスラスト力波形を表すグラフでる。
【図５】図４の要部を時間的に拡大したグラフである。
【図６】（Ａ）は従来の誘導電動機を示す断面図、（Ｂ）はそれに使用される回転子の側面図である。
【図７】固定子と回転子との各鉄心の積厚比率が１．０の場合（従来品）のトルクとスラスト力波形を表すグラフでる。
【図８】図７の要部を時間的に拡大したグラフである。
【符号の説明】
１  固定子
２  固定子鉄心
３  回転子
４  回転軸
５  回転子鉄心
６  二次巻線
７  エンドリング部
【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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