(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界発生部位を有する回転子と、
前記回転子を前記回転子の軸方向に貫通するように設けられる回転軸と、
前記回転子よりも前記回転子の軸方向両側に各々設けられ、前記回転子の移動を制限する移動制限部材と、
前記移動制限部材よりも前記回転子の軸方向両側に各々設けられ、前記回転軸を保持するスリーブと、
前記回転子の周囲に設けられる固定子と、
前記スリーブ及び前記固定子を保持するフレームと、
前記フレームの外部に設けられ、前記回転子の一方の軸方向において前記回転軸に取り付けられる羽根と、
前記移動制限部材のうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の一方の軸方向に設けられる移動制限部材と、前記スリーブのうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の一方の軸方向に設けられるスリーブと、の間に設けられる第１弾性体と、
前記移動制限部材のうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の他方の軸方向に設けられる移動制限部材と、前記スリーブのうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の他方の軸方向に設けられるスリーブと、の間に設けられる第２弾性体と、を備え、
前記第１弾性体のヤング率は、
前記羽根及び前記回転子と、前記フレーム及び前記固定子と、該第１弾性体と、によって生じる前記回転子の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と一致するように規定された値であり、
前記第２弾性体のヤング率は、
前記羽根及び前記回転子と、前記フレーム及び前記固定子と、該第２弾性体と、によって生じる前記回転子の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と相違するように規定された値であり、
前記回転子は、
前記回転子の磁気中心が前記固定子の磁気中心よりも前記回転子の他方の軸方向側に位置するように設けられている
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁界発生部位は、
回転子鉄心と、二次導体と、を備え、
前記二次導体は、
軸方向にスキューされた導体棒及び短絡環を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁界発生部位は、
回転子鉄心と、永久磁石と、を備え、
前記永久磁石は、
軸方向にスキューされている
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１弾性体及び前記第２弾性体の材質はゴムを含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第１弾性体及び前記第２弾性体の材質は金属を含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第１弾性体の材質は金属を含み、
前記第２弾性体の材質はゴムを含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、羽根の振動及び騒音を防ぐため、ワッシャとファンボス部との間に防振ゴムを設けた回転電機があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６１５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の回転電機は、塵埃が羽根に付着するため、定期的に羽根を清掃する必要があるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を背景としてなされたものであって、羽根の振動及び騒音を低減しつつ、羽根の汚れを軽減する回転電機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転電機は、磁界発生部位を有する回転子と、前記回転子を前記回転子の軸方向に貫通するように設けられる回転軸と、前記回転子よりも前記回転子の軸方向両側に各々設けられ、前記回転子の移動を制限する移動制限部材と、前記移動制限部材よりも前記回転子の軸方向両側に各々設けられ、前記回転軸を保持するスリーブと、前記回転子の周囲に設けられる固定子と、前記スリーブ及び前記固定子を保持するフレームと、前記フレームの外部に設けられ、前記回転子の一方の軸方向において前記回転軸に取り付けられる羽根と、前記移動制限部材のうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の一方の軸方向に設けられる移動制限部材と、前記スリーブのうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の一方の軸方向に設けられるスリーブと、の間に設けられる第１弾性体と、前記移動制限部材のうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の他方の軸方向に設けられる移動制限部材と、前記スリーブのうち前記磁界発生部位よりも前記回転子の他方の軸方向に設けられるスリーブと、の間に設けられる第２弾性体と、を備え、前記第１弾性体のヤング率は、前記羽根及び前記回転子と、前記フレーム及び前記固定子と、該第１弾性体と、によって生じる前記回転子の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と一致するように規定された値であり、前記第２弾性体のヤング率は、前記羽根及び前記回転子と、前記フレーム及び前記固定子と、該第２弾性体と、によって生じる前記回転子の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と相違するように規定された値であり、前記回転子は、前記回転子の磁気中心が前記固定子の磁気中心よりも前記回転子の他方の軸方向側に位置するように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、移動制限部材のうち磁界発生部位よりも回転子の一方の軸方向に設けられる移動制限部材と、スリーブのうち磁界発生部位よりも回転子の一方の軸方向に設けられるスリーブと、の間に設けられる第１弾性体と、移動制限部材のうち磁界発生部位よりも回転子の他方の軸方向に設けられる移動制限部材と、スリーブのうち磁界発生部位よりも回転子の他方の軸方向に設けられるスリーブと、の間に設けられる第２弾性体と、を備え、第１弾性体のヤング率は、羽根及び回転子と、フレーム及び固定子と、該第１弾性体と、によって生じる回転子の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と一致するように規定された値であり、第２弾性体のヤング率は、羽根及び回転子と、フレーム及び固定子と、該第２弾性体と、によって生じる回転子の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と相違するように規定された値であり、回転子は、回転子の磁気中心が固定子の磁気中心よりも回転子の他方の軸方向側に位置するように設けられている。
このため、回転電機の始動時においては、回転子が一方の軸方向に移動して、回転子の一方の軸方向に設けられるスリーブと回転子の一方の軸方向に設けられる移動制限部材が、第１弾性体を挟み込み、羽根及び回転子が大きく前後に振動する。したがって、羽根に付着した塵埃を除去することができる。また、モータの回転速度が上昇すると、羽根が軸力を発生するため、回転子が他方の軸方向に移動して、回転子の他方の軸方向に設けられるスリーブと回転子の他方の軸方向に設けられる移動制限部材が、第２弾性体を挟み込み、羽根及び回転子の振動は低減される。したがって、羽根の振動及び騒音を低減しつつ、羽根の汚れを軽減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の回転子２の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の導体棒２ｂ及び短絡環２ｃの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の固定子１及び回転子２の磁気中心及び回転子２が受ける力を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の導体棒２ｂが受ける力を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００のトルク波形、平均トルク及びトルク脈動の振幅の図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の始動時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の定常回転時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の始動時の回転子２の状態と、その振動特性の模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の定常回転時の回転子２の状態と、その振動特性の模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の周波数とゴム６ａ、６ｂの振幅倍率との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００を示す縦断面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の回転子２の斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の固定子１及び回転子２の磁気中心と、回転子２が受ける力と、を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の永久磁石２０が受ける力を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００のトルク波形、平均トルク、及びトルク脈動の振幅の図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の始動時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きの図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の定常回転時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係る回転電機１００を示す縦断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４に係る回転電機１００を示す縦断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５に係る回転電機１００を示す縦断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態６に係る回転電機１００を示す縦断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態６に係る回転電機１００の減衰率の異なる場合の２つの振幅倍率を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の回転電機１００について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機１００を構成した場合について、図１〜図１２を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００を示す縦断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の回転子２の斜視図である。図４は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の導体棒２ｂ及び短絡環２ｃの斜視図である。図１において、Ｃ１は固定子１の磁気中心、Ｃ２は回転子２の磁気中心を示している。
【００１２】
図１に示されるように、回転電機１００は、円環状の固定子１と、固定子１の内側に配置され、固定子１に対して回転可能な回転子２と、固定子１及び回転子２を支持するフレーム３と、回転軸４と、移動制限部材５と、ゴム６ａと、ゴム６ｂと、スリーブ７と、羽根１０と、を備える。
【００１３】
固定子１は、回転子２と同軸に配置されている、スキューされた磁界発生部位を有する部材である。また、固定子１は、回転子２の外周を囲む円環状の固定子鉄心１ａと、固定子鉄心１ａにそれぞれ設けられ、固定子鉄心１ａの周方向へ並べられた複数の電機子巻線１ｂと、を有している。固定子１は、固定子巻線がフレーム筒部内に嵌められた状態でフレーム３に支持されている。
【００１４】
固定子鉄心１ａは、回転軸４の軸線方向に積層された複数枚の電磁鋼板（磁性体）により構成されている。また、固定子鉄心１ａは、フレーム筒部の内周面に沿った円環状のバックヨーク部（図示省略）と、バックヨーク部から径方向内側へそれぞれ突出し、固定子鉄心１ａの周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の磁極ティース部（図示省略）と、を有している。各磁極ティース部は、固定子鉄心１ａの周方向について等間隔に配置されている。
【００１５】
回転子２は、円筒形の回転子鉄心２ａと、回転子鉄心２ａの円周面に等間隔に並べられた複数の導体棒２ｂと、複数の導体棒２ｂを回転子鉄心２ａの軸方向両端で短絡させる短絡環２ｃと、を備える。回転子２は、磁界発生部位を有する部材である。
【００１６】
回転子鉄心２ａは、回転軸４の軸線方向に積層された複数枚の電磁鋼板（磁性体）により構成されている。また、回転子鉄心２ａは、回転軸４の外周面に沿った円環状のバックヨーク部と、バックヨーク部から径方向外側へそれぞれ突出し、回転子鉄心２ａの周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の回転子ティース部と、を有している。各回転子ティース部は、回転子鉄心２ａの周方向について等間隔に配置されている。
【００１７】
導体棒２ｂは、例えば、アルミニウム、銅などの導体で構成されている部材である。導体棒２ｂは、回転子鉄心２ａの隣り合う回転子ティースの間に挿入されている。また、導体棒２ｂの方向は、回転軸４と並行ではなく、一定の角度が付いたスキューがかかっている。短絡環２ｃは、アルミニウム、銅などの導体からなり、各導体棒２ｂを回転子２の軸方向両端で短絡させている。
【００１８】
なお、導体棒２ｂ及び短絡環２ｃは、回転子鉄心２ａに溶融した金属を流し込むダイカストによって製作されても良いし、金属棒を隣り合う回転子ティースの間に挿入し、金属製の円環に半田付け、またはろう付けによって作成してもよい。また、導体棒２ｂの抵抗を低減するために、銅でできた棒などの抵抗率の低い金属棒を隣り合う回転子ティースの間に挿入し、その後、ダイカストで導体棒２ｂと短絡環２ｃを作成してもよい。
【００１９】
フレーム３は、固定子１を囲む円筒状のフレーム筒部を有する部材である。また、フレーム３には、図１及び図２に示すように、フレーム筒部の中心軸線上に配置された回転軸４が固定されている。回転子２は、スリーブ７を介してフレーム３に回転自在に取り付けられている。また、回転子２は、スリーブ７を介してフレーム３に支持されている。
【００２０】
移動制限部材５は、回転子２の軸方向両端の回転軸４にそれぞれ取り付けられ、回転子２及び回転軸４の軸方向の可動範囲を制限する。羽根１０は、回転軸４と同一回転軸を持つように回転軸４に取り付けられ、図１では羽根１０が左側に風を送る場合の構成が示されている。羽根１０が左側に風を送ると、羽根１０は反作用を受けて、回転軸４に右側の軸力を与える。始動時には羽根１０の回転速度が低く風量が小さいため軸力は小さいものの、定常回転時には羽根１０の回転が上がり風を送る量が増加するため、右方向に向かう軸力も増加する。
【００２１】
羽根１０は回転軸４に右側の軸力を与えるため、回転子２の磁気中心Ｃ２は固定子１の磁気中心Ｃ１から見て常に図１の紙面右側にずれるように可動範囲が制限されている。回転子２の磁気中心Ｃ２が固定子１の磁気中心Ｃ１から見て常に図１の紙面右側にずれているため、回転子２は始動時のみならず定常時においても軸方向左側に向かう力を受ける。
【００２２】
図１に示されるように、回転子２よりも図１の紙面左側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と反対方向、すなわち軸方向左側）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間にはゴム６ａが設けられている。ゴム６ａのヤング率は、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１と、ゴム６ａと、からなる系の共振周波数がトルクの脈動周波数と一致するように規定される値となっている。
【００２３】
このため、羽根１０が発生する軸方向右側に向かう力よりも、回転子２が磁気中心に引き寄せられる軸方向左側に向かう力が大きい始動時には、回転子２が左側に移動して、移動制限部材５及びスリーブ７がゴム６ａを挟み込み、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１と、ゴム６ａと、からなる系の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と一致して、羽根１０及び回転子２が大きく振動する。このため、羽根１０に付着した塵埃を払い落とすことができる。
【００２４】
図１に示されるように、回転子２よりも図１の紙面右側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と同じ方向、すなわち軸方向右側）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間にはゴム６ｂが設けられている。ゴム６ｂのヤング率は、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１と、ゴム６ｂと、からなる系の共振周波数がトルクの脈動周波数と相違するように規定される値となっている。
【００２５】
このため、回転子２が磁気中心に引き寄せられる軸方向左側に向かう力よりも、羽根１０が発生する軸方向右側に向かう力が大きい定常回転時には、回転子２が右側に移動して、スリーブ７及び移動制限部材５がゴム６ｂを挟み込み、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１と、ゴム６ｂと、からなる系の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と一致せず、羽根１０及び回転子２の振動が減衰する。このため、羽根１０の振動及び騒音を低減できる。
【００２６】
以上のような効果により、羽根１０を清掃する作業なしに羽根１０の塵埃を除去でき、羽根１０と回転軸４の間にボスゴムを挟んだり、吸音材及び遮音材等を使用したりすることなく、振動及び騒音を低減できる安価な回転電機１００を提供することができる。
【００２７】
図２に示されるように、ティースは４本設けられている。ティースが４本である理由は、コンデンサモータの場合はティースの本数が２の倍数となるためである。なお、３相モータの場合はティースが３の倍数となる。各電機子巻線１ｂは、各磁極ティース部に個別に設けられている。従って、各電機子巻線１ｂは、固定子鉄心１ａの周方向について等間隔に配置されている。固定子１には、各電機子巻線１ｂへの通電により回転磁界が発生する。回転子２は、固定子１の回転磁界の発生により回転軸４の軸線を中心に回転される。
【００２８】
図３において、回転子２は、回転子鉄心２ａと、導体棒２ｂと、短絡環２ｃと、を備える。導体棒２ｂは回転子２の外周面に露出しているが、回転子鉄心２ａの回転子ティース先端部を接続し、外周面に導体棒２ｂが露出しない構造を採用することもできる。図４に示されるように、導体棒２ｂ及び短絡環２ｃは、導電性の高い金属で構成される。導体棒２ｂは、回転軸４に対して一定の角度が付いたスキューがかかっている。
【００２９】
図５は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の固定子１及び回転子２の磁気中心及び回転子２が受ける力を示す図である。図５において、Ｆ１は回転子２が受ける力を示している。
【００３０】
固定子１の磁気中心と回転子２の磁気中心とが一致する場合、スラスト力は発生しない。一方で、図５に示す例においては、固定子１の磁気中心と回転子２の磁気中心とがずれているため、磁束密度の分布が回転子２の左半分と右半分で異なり、右半分よりも左半分が強くなる。このため、回転子２は左側に吸引される力を受ける。電源を投入すると、回転子２が固定子１の磁気中心に向かって移動するため、羽根１０を大きく振動させることができ、羽根１０の塵埃を落とす能力が高まる。
【００３１】
図６は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の導体棒２ｂが受ける力を示す図である。図６に示されるように、回転子２の回転方向は左側から見て反時計回りとなっている。このとき、導体棒２ｂが受ける力はＦ２となる。導体棒２ｂにはスキュー角度θが付いているため、導体棒２ｂに垂直にかかる力は回転子２の周方向とは一致しない。ここで、スキュー角度θを用いて周方向の力Ｆ３を表現すると、Ｆ３＝Ｆ２×Ｃｏｓθとなる。また、スキュー角度θを用いて軸方向の力Ｆ４を表現すると、Ｆ４＝Ｆ２×Ｓｉｎθとなる。
【００３２】
図７は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の回転子２のトルク波形、平均トルク及びトルク脈動の振幅の図である。なお、図７の横軸には時間を規定し、図７の縦軸にはトルクを規定している。また、図７のグラフ上には、時間経過に伴うトルク波形、回転子２が受ける平均トルクＡ、及びトルク脈動の振幅Ｂが示されている。導体棒２ｂのスキュー角度をθとすれば、平均軸力Ａ´はＡ´＝Ａ×Ｔａｎθとなり、軸力の振幅Ｂ´はＢ´＝Ｂ×Ｔａｎθとなる。トルク脈動は、単相コンデンサモータであれば電源周波数の２倍の脈動が大きく、３相モータであれば電源周波数の６倍の脈動が大きい。単相コンデンサモータの電源周波数の２倍の脈動は、始動時が特に大きく、始動時に羽根１０を大きく振動させることができる。
【００３３】
図８は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の始動時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。図８において、Ｗ１は羽根１０が回転して発生する風を示し、Ｆ５は回転子２が固定子１の磁気中心に引き寄せられる力を示し、Ｆ６は羽根１０が発生させる風Ｗ１の反作用による力を示している。
【００３４】
回転電機１００の始動時は、羽根１０の回転速度が遅く、風量が少ないため、反作用による力Ｆ６は力Ｆ５よりも小さい。このため、回転子２は図８の紙面左方向に移動し、回転子２よりも図８の紙面左側に設けられるスリーブ７及び移動制限部材５がゴム６ａを挟み込み、羽根１０及び回転子２が大きく振動する。したがって、羽根１０に付着した塵埃を払い落とすことができる。これにより、羽根１０を清掃する作業なしに羽根１０の塵埃を除去でき安価な回転電機１００を提供することができる。
【００３５】
図９は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の定常回転時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。図９において、Ｗ２は羽根１０が回転して発生する風を示し、Ｆ７は回転子２が固定子１の磁気中心に引き寄せられる力を示し、Ｆ８は羽根１０が発生させる風Ｗ２の反作用による力を示している。
【００３６】
回転電機１００の定常回転時は、羽根１０の回転速度が上がっており、風量が多いため、反作用Ｆ８はＦ７よりも大きくなる。このため、回転子２は図８の紙面右方向に移動し、回転子２よりも図９の紙面右側に設けられるスリーブ７及び移動制限部材５がゴム６ｂを挟み込み、羽根１０及び回転子２の振動が小さくなる。したがって、羽根１０の振動及び騒音を低減できる。これにより、羽根１０と回転軸４との間にボスゴムを挟んだり、吸音材及び遮音材などを使用したりしなくても振動及び騒音を低減できる安価な回転電機１００を提供することができる。
【００３７】
図１０は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の始動時の回転子２の状態と、その振動特性の模式図である。図１０に示されるように、始動時のため、左側の共振となるようなヤング率を持ったゴム６ａが挟み込まれている。フレーム３が回転電機１００よりも質量の大きい構造物や建築物などに固定されている場合、近似的に振動しないと考えてよく、共振させたい周波数は電源周波数の２倍又は６倍と低いため、回転子２及び羽根１０は近似的に剛体として扱える。
【００３８】
このとき、回転子２及び羽根１０が質量となり、ゴムがバネ及びダンパーとなる系とみなせる。この系を電源周波数の２倍又は６倍で共振するヤング率を有するゴムを挿入すればよい。ゴムは組成及び形状によりヤング率を調整できるため、容易に本発明を実現でき、またゴムは安価であることから、安価な回転電機１００を提供することができる。
【００３９】
図１１は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の定常回転時の回転子２の状態と、その振動特性の模式図である。図１１において、定常回転時のため、右側の振動を減衰させるようなヤング率を持ったゴムが挟み込まれている。フレーム３が回転電機１００よりも質量の大きい構造物や建築物などに固定されている場合、それは近似的に振動しないと考えてよく、加えられる振動の周波数は電源周波数の２倍又は６倍と低いため、回転子２及び羽根１０は近似的に剛体として扱える。
【００４０】
このとき、回転子２及び羽根１０が質量となり、ゴムがバネ及びダンパーとなる系とみなせる。この系を電源周波数の２倍又は６倍の振動を減衰させるヤング率をもったゴムを挿入すればよい。ゴムは組成及び形状によりヤング率を調整できるため、容易に本発明を実現でき、またゴムは安価であることから、安価な回転電機１００を提供することができる。
【００４１】
図１２は本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の周波数とゴム６ａ、６ｂの振幅倍率との関係を示す図である。図１２において、周波数ωは、加えられる力の周波数である。また、共振周波数ω０は次の式で表される。ｋはゴムのヤング率、ｍは羽根１０及びロータの合計質量である。
【数１】
0006429713.tif 000002
【００４２】
また、ｘｓは静加重を受けるときの変位であり次のように示される。
ｘｓ＝ｍ／ｋ
【００４３】
振幅倍率ｘａ／ｘｓは静加重をかけたときの変異量の何倍になるかを示すものである。
振幅倍率ｘａ／ｘｓの式は、次のように示される。
【数２】
0006429713.tif 000003
【００４４】
図１２においては、減衰率ξを０．１としている。このとき、共振周波数ω０の時の振幅倍率は５となる。ここで、ゴムのヤング率を１／１０にすると、ω０´はω０の１／√１０倍となり、ω０での振幅倍率は約１１％となる。このように、電源周波数の２倍又は６倍の振動で共振するヤング率を有するゴムと、ヤング率を小さくして振動を減衰させるヤング率を有するゴムと、を用いることで、始動時には回転子２と羽根１０が大きく振動して羽根１０に付着した塵埃を落とし、定常回転時には振動が減衰して振動及び騒音が低減された回転電機１００を提供することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態１に係る回転電機１００は、ゴム６ａのヤング率は、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１と、該ゴム６ａと、によって生じる回転子２の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と一致するように規定された値であり、ゴム６ｂのヤング率は、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１と、該ゴム６ｂと、によって生じる回転子２の軸方向の振動の共振周波数がトルク脈動の周波数と相違するように規定された値であり、回転子２は、回転子２の磁気中心が固定子１の磁気中心よりも回転子２の他方の軸方向側に位置するように設けられている。
このため、回転電機１００の始動時においては、回転子２が一方の軸方向に移動して、回転子２の一方の軸方向に設けられるスリーブ７と回転子２の一方の軸方向に設けられる移動制限部材５が、ゴム６ａを挟み込み、羽根１０及び回転子２が大きく前後に振動する。したがって、羽根１０に付着した塵埃を除去することができる。また、モータの回転速度が上昇すると、羽根１０が軸力を発生するため、回転子２が他方の軸方向に移動して、回転子２の他方の軸方向に設けられるスリーブ７と回転子２の他方の軸方向に設けられる移動制限部材５が、ゴム６ｂを挟み込み、羽根１０及び回転子２の振動は低減される。したがって、羽根１０の振動及び騒音を低減しつつ、羽根１０の汚れを軽減できる回転電機１００を提供することができる。また、設備を管理するコストを抑制しつつ安価な回転電機１００を提供することができる。
【００４６】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機１００を構成した場合について、図１３〜図２０を参照して説明する。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００４７】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る回転電機１００を示す縦断面図である。図１４は、図１３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１５は本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の回転子２の斜視図である。
【００４８】
図１３〜図１５に示されるように、回転子２は、円筒形の回転子鉄心２ａと、回転子鉄心２ａの円周面に等間隔に並べられた複数の永久磁石２０と、を備える。永久磁石２０の貼り付け方向は、回転軸４と並行ではなく、一定の角度が付いたスキューがかかっている。
【００４９】
図１６は本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の固定子１及び回転子２の磁気中心と、回転子２が受ける力と、を示す図である。図１６に示されるように、Ｃ３は固定子１の磁気中心、Ｃ４は回転子２の磁気中心を示し、Ｆ９は回転子２が受ける力を示している。
【００５０】
固定子１の磁気中心と、回転子２の磁気中心と、が一致する場合、スラスト力は発生しない。一方で、図１６では、固定子１の磁気中心と、回転子２の磁気中心と、がずれているため、磁束密度の分布が、回転子２の左半分と回転子２の右半分とで異なり、回転子２の右半分よりも回転子２の左半分が強くなる。このため、回転子２は、図１６の紙面左側に吸引される力を受ける。回転子２には永久磁石２０が取り付けられているため、電源が投入されていなくても、回転子２の軸方向の力が発生し、電源投入時に回転子２が急激に固定子１の磁気中心に引き寄せられて衝撃音を発生しない利点がある。
【００５１】
図１７は本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の永久磁石２０が受ける力を示す図である。図１７において、回転子２の回転方向は左側から見て反時計回りとなっている。すなわち、図１７において、回転子２の回転方向は、図１７の紙面左側から紙面右側を見たときに反時計回りとなっている。このとき、永久磁石２０が受ける力はＦ１０となる。導体棒２ｂにはスキュー角度θが付いているため、導体棒２ｂに垂直にかかる力は回転子２の周方向とは一致しない。ここで、スキュー角度θを用いて周方向の力Ｆ１１はＦ１１＝Ｆ１０×Ｃｏｓθと示すことができる。また、スキュー角度θを用いて軸方向の力Ｆ１２はＦ１２＝Ｆ１０×Ｓｉｎθと表すことができる。
【００５２】
図１８は本発明の実施の形態２に係る回転電機１００のトルク波形、平均トルク、及びトルク脈動の振幅の図である。図１８において、トルクの時間波形、回転子２が受ける平均トルクＣ、トルク脈動の振幅Ｄが示されている。このとき、導体棒２ｂのスキュー角度をθとすれば、平均軸力Ｃ´はＣ´＝Ｃ×Ｔａｎθと表すことができる。また、導体棒２ｂのスキュー角度をθとすれば、軸力の振幅Ｄ´はＤ´＝Ｄ×Ｔａｎθと表すことができる。トルク脈動は、３相モータであれば電源周波数の６倍の脈動が大きい。
【００５３】
図１９は本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の始動時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。図１９において、Ｗ３は羽根１０が回転して発生する風向きである。Ｆ１３は回転子２が固定子１の磁気中心に引き寄せられる力、Ｆ１４は羽根１０が発生させる風Ｗ３の反作用による力である。始動時は、羽根１０の回転速度が遅く、風量が少ないため、反作用Ｆ１４はＦ１３よりも小さい。
【００５４】
したがって、回転子２は図１９の紙面左方向に移動し、回転子２よりも図１９の紙面左側に設けられるスリーブ７及び移動制限部材５が、ゴム６ａを挟み込み、羽根１０及び回転子２が大きく振動する。このため、羽根１０に付着した塵埃を払い落とすことができる。また、電源投入時だけでなく、電源遮断時においても、回転子２が磁気中心に引き寄せられるため、羽根１０の回転速度が遅くなってくると上述したことと同じ現象が起こり、羽根１０が大きく振動して塵埃を振り落とすことができる。これにより、羽根１０を清掃する作業なしに羽根１０の塵埃を除去でき安価な回転電機１００を提供することができる。
【００５５】
図２０は本発明の実施の形態２に係る回転電機１００の定常回転時に回転子２に加わる軸方向の力と、羽根１０が回転して発生する風向きと、を示す図である。図２０において、Ｗ４は羽根１０が回転して発生する風向きである。図２０において、Ｆ１５は回転子２が固定子１の磁気中心に引き寄せられる力を示している。図２０において、Ｆ１６は羽根１０が発生させる風Ｗ４の反作用による力である。
【００５６】
回転電機１００の定常回転時は、羽根１０の回転速度が上がっており、風量が多いため、反作用Ｆ１６はＦ１５よりも大きくなる。このため、回転子２は図２０の紙面右方向に移動し、回転子２の図２０の紙面右方向に設けられているスリーブ７及び移動制限部材５がゴム６ｂを挟み込み、羽根１０及び回転子２の振動が小さくなる。このため、羽根１０の振動及び騒音を低減できる。これにより、羽根１０と回転軸４との間にボスゴムを挟んだり、吸音材及び遮音材などを使用したりしなくても振動及び騒音を低減できる安価な回転電機１００を提供することができる。
【００５７】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る回転電機１００を構成した場合について、図２１を参照して説明する。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００５８】
図２１は本発明の実施の形態３に係る回転電機１００を示す縦断面図である。図２１に示されるように、回転電機１００は、ばね６３ａ，６３ｂを有する。ばね６３ａ，６３ｂは、例えば金属製の部材である。
【００５９】
ばね６３ａは、回転子２よりも図２１の紙面左側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と反対方向）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられている。ばね６３ａのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致して共振するように規定されている。
【００６０】
ばね６３ｂは、回転子２よりも図２１の紙面右側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と同一方向）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられている。ばね６３ｂのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致せずに振動を減衰させるように規定されている。
【００６１】
一般に、金属製のばねは、ヤング率の変更が容易で、繰り返し応力に強いという特徴がある。例えば、ベリリウム銅合金やりん青銅などのばねを用いれば、信頼性が高く、安価な回転電機１００を提供することができる。
【００６２】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る回転電機１００を構成した場合について、図２２を参照して説明する。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。図２２は本発明の実施の形態４に係る回転電機１００を示す縦断面図である。図２２に示されるように、回転電機１００は、ウェーブワッシャー６４ａ，６４ｂを有する。ウェーブワッシャー６４ａ，６４ｂは、例えば、金属製の部材である。
【００６３】
ウェーブワッシャー６４ａは、図２２の紙面左側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と同じ方向、すなわち軸方向右側）に位置する移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられている。ウェーブワッシャー６４ａのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致して共振するように規定されている。
【００６４】
ウェーブワッシャー６４ｂは、図２２の紙面右側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と反対方向、すなわち軸方向左側）に位置する移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられている。ウェーブワッシャー６４ｂのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致せずに振動を減衰させるように規定されている。
【００６５】
金属製のウェーブワッシャーは、一周あたりの波数を変更するだけでヤング率が容易に変更でき、繰り返し応力に強く、軸長が短いという特徴がある。例えば、ベリリウム銅合金やりん青銅などのばねを用いれば、信頼性が高く、軸長が短く小型で、安価な回転電機１００を提供することができる。
【００６６】
実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る回転電機１００を構成した場合について、図２３を参照して説明する。なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００６７】
図２３は本発明の実施の形態５に係る回転電機１００を示す縦断面図である。図２３に示されるように、回転電機１００は皿ばね６５ａ，６５ｂを有する。皿ばね６５ａ，６５ｂは、例えば金属製の部材である。
【００６８】
皿ばね６５ａは、回転子２よりも図２３の紙面左側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と反対方向）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられる隙間に位置している。皿ばね６５ａのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致して共振するように規定された値である。
【００６９】
皿ばね６５ｂは、回転子２よりも図２３の紙面右側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と同一方向）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられる隙間に位置している。皿ばね６５ｂのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と相違して振動を減衰させるように規定された値である。
【００７０】
一般に、皿ばねは、複数枚重ねるだけでヤング率を容易に変更でき、繰り返し応力に強く、軸長が短いという特徴がある。例えば、ベリリウム銅合金やりん青銅などのばねを用いれば、信頼性が高く、軸長が短く小型で、安価な回転電機１００を提供することができる。また、同じ皿ばねを複数枚重ねるだけでヤング率が変更できることから、共振するヤング率と振動を減衰させるヤング率を同じ皿ばねで実現可能で、生産性に優れた回転電機１００を提供できる。
【００７１】
実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６に係る回転電機１００を構成した場合について、図２４，図２５を参照して説明する。なお、本実施の形態６において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００７２】
図２４は本発明の実施の形態６に係る回転電機１００を示す縦断面図である。図２５は本発明の実施の形態６に係る回転電機１００の減衰率の異なる場合の２つの振幅倍率を示した図である。図２４に示されるように、回転電機１００は、ばね６６ａ，ゴム６６ｂを有する。ばね６６ａは、金属製の部材である。
【００７３】
ばね６６ａは、回転子２よりも図２４の紙面左側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と反対方向、すなわち軸方向左側）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間には、ばね６６ａが設けられている。ばね６６ａのヤング率は、羽根１０及び回転子２とフレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致して共振となるように規定されている。
【００７４】
ゴム６６ｂは、回転子２よりも図２４の紙面右側（回転子２から見て羽根１０が回転軸４に与える軸力と同じ方向、すなわち軸方向右側）に設けられる移動制限部材５とスリーブ７との間に設けられる隙間にはゴム６６ｂが設けられている。ゴム６６ｂのヤング率は、羽根１０及び回転子２と、フレーム３及び固定子１の両者の間の共振周波数がトルクの脈動成分と一致せずに振動を減衰させるように規定されている。
【００７５】
一般に、ゴムは減衰率が高いという特徴があるため、羽根１０の振動及び騒音を低減することができる。金属製のばねは、繰り返し応力に強く、減衰率が低いという特徴があるため、共振時の振幅倍率が大きく、羽根１０を大きく振動させることができる。このため、始動時には塵埃を落とす能力が高く、定常回転時には振動及び騒音を低減する能力が高く、信頼性が高い安価な回転電機１００を提供できる。
【００７６】
図２５に示されるように、図２５の横軸には周波数ωを共振周波数ω０で除した値を規定しており、図２５の縦軸には振幅倍率ｘａ／ｘｓを規定している。図２５においては減衰率が０．０１の場合のグラフを実線で示している。また、図２５においては、減衰率が１．０の場合のグラフを破線で示している。
【００７７】
減衰率が０．０１の場合には、共振時の振幅倍率が高く、羽根１０を大きく振動させることができる。減衰率が１．０の場合には、振動を減衰させることができ、羽根１０の振動及び騒音を低減することができる。
【００７８】
なお、ゴム６ａ、ばね６３ａ、ウェーブワッシャー６４ａ、皿ばね６５ａ、ばね６６ａが、本発明の「第１弾性体」に相当する。また、ゴム６ｂ、ばね６３ｂ、ウェーブワッシャー６４ｂ、皿ばね６５ｂ、ゴム６６ｂが、本発明の「第２弾性体」に相当する。
【符号の説明】
【００７９】
１  固定子、１ａ  固定子鉄心、１ｂ  電機子巻線、２  回転子、２ａ  回転子鉄心、２ｂ  導体棒、２ｃ  短絡環、３  フレーム、４  回転軸、５  移動制限部材、６ａ，６ｂ  ゴム、７  スリーブ、１０  羽根、２０  永久磁石、６３ａ，６３ｂ  ばね、６４ａ，６４ｂ  ウェーブワッシャー、６５ａ，６５ｂ  皿ばね、６６ａ  ばね、６６ｂ  ゴム、１００  回転電機、Ａ  平均トルク、Ａ´  平均軸力、Ｂ  振幅、Ｂ´  振幅、Ｃ  平均トルク、Ｃ´  平均軸力、Ｄ  振幅、Ｄ´  振幅、Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ１１，Ｆ１２  力、Ｆ８，Ｆ１４，Ｆ１６  反作用、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４  風、θ  スキュー角度、ξ  減衰率、ω  周波数、ω０  共振周波数、Ｃ１，Ｃ３  固定子の磁気中心、Ｃ２，Ｃ４  回転子の磁気中心。
【図１】
0006429713.tif 000004
【図２】
0006429713.tif 000005
【図３】
0006429713.tif 000006
【図４】
0006429713.tif 000007
【図５】
0006429713.tif 000008
【図６】
0006429713.tif 000009
【図７】
0006429713.tif 000010
【図８】
0006429713.tif 000011
【図９】
0006429713.tif 000012
【図１０】
0006429713.tif 000013
【図１１】
0006429713.tif 000014
【図１２】
0006429713.tif 000015
【図１３】
0006429713.tif 000016
【図１４】
0006429713.tif 000017
【図１５】
0006429713.tif 000018
【図１６】
0006429713.tif 000019
【図１７】
0006429713.tif 000020
【図１８】
0006429713.tif 000021
【図１９】
0006429713.tif 000022
【図２０】
0006429713.tif 000023
【図２１】
0006429713.tif 000024
【図２２】
0006429713.tif 000025
【図２３】
0006429713.tif 000026
【図２４】
0006429713.tif 000027
【図２５】
0006429713.tif 000028