JP2000060059A

JP2000060059A - 回転電機

Info

Publication number: JP2000060059A
Application number: JP10227843A
Authority: JP
Inventors: Koji Kobayashi; 孝司小林; Kenzo Kajiwara; 憲三梶原; Hironori Shiohata; ▲宏▼規塩幡; Kanako Nemoto; 佳奈子根本; Motoya Ito; 元哉伊藤; Kaoru Kawabata; 薫川端; Hiroyuki Mikami; 浩幸三上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】回転電機の振動を低減し、振動による騒音を低
減する。【解決手段】Ａ−Ａでは、高剛性部は端子箱用台座５，
脚６の取り付け部Ｅ１，Ｅ２，Ｇ１，Ｇ２及び補強リブ
９ａと９ｄの５カ所で、５の倍数以外の振動モードを抑
制できる。Ｂ−Ｂでは、高剛性部は円弧Ｈ１，Ｈ２，Ｉ
１，Ｉ２と補強リブ９ｃと９ｆの４カ所で、２の倍数以
外の振動モードを抑制できる。Ｃ−Ｃでは、６本の補強
リブ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆが配置されて
おり、３の倍数以外の振動モードを抑制できる。従っ
て、２，３，５の最小公倍数の３０の振動モード以外の
振動を抑制できるので、振動による変位を非常に小さく
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転電機に係り、特
に、電磁振動及び騒音の低減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の固定子巻線の起磁力分布は正
弦波（基本波）に空間高調波が重畳した分布を有し、こ
の分布は固定子電流に比例して時間変動する。また固定
子の内径側は巻線の開口部と鉄心のティース部が交互に
概略等間隔で存在するから、固定子の磁気パーミアンス
分布も固定子のスロットを周期とするリップルを有す
る。従って、固定子がエアギャップに作る磁束密度は、
固定子の起磁力分布と固定子の磁気パーミアンスの積で
あるので、磁束密度は空間高調波成分を有する。

【０００３】回転電機が誘導電動機の場合、回転子鉄心
には回転子バーが略等間隔に配置されている。回転子バ
ーは回転子の軸方向の端部にてエンドリングで電気的に
短絡されている。

【０００４】回転子バーには、固定子で発生する回転磁
界と回転子の回転運動で発生する誘導電流とが発生す
る。この誘導電流が作る起磁力分布は、正弦波に高調波
成分が重畳した分布である。したがって、回転子がエア
ギャップに作る磁束密度も同様にリップルを有し、なお
かつ磁束密度自体が回転移動するので、磁束密度は時間
的に変動する。

【０００５】エアギャップの磁束密度は固定子が作る磁
束密度と回転子が作る磁束密度とを合成したものである
から、エアギャップでの磁束密度は基本波成分に高調波
成分が重畳した分布を持ち、時間とともに変動する。

【０００６】エアギャップにおいて磁束密度は高調波成
分を有するので、固定子に作用する電磁力も高調波成分
を生じる。

【０００７】また、回転子が永久磁石を有する永久磁石
回転子である場合も、回転子バーの誘導電流が高調波成
分を有する起磁力を発生するのと同様に、永久磁石も高
調波成分を有する回転磁場を形成する。したがって、永
久磁石回転子が回転する時に、径方向の電磁力脈動が生
じる。

【０００８】モータの電磁騒音の主要な原因として、固
定子の円環振動がある。固定子に作用する径方向電磁力
が固定子の円環振動を引き起こし、固定子の円環振動が
固定子外周側の固定子枠に伝搬し、固定子枠が振動して
音となる。特に、径方向の電磁力高調波成分の空間次数
および周波数が、固定子の共振モードおよび共振周波数
に一致すると、固定子が共振して大きな騒音を発生す
る。空間次数の低い共振モードでは振動変位が大きくな
り、騒音が大きくなる。

【０００９】特開平9−322469 号公報は、固定子枠本体
の底壁と側壁にウェイトを取り付けて、固定子枠の振動
を低減することを記載する。

【００１０】特開平7−203657 号公報は、固定子枠の
強度を維持するために、固定子が軸方向に複数に分割さ
れたブロック毎に円周方向位置を変化させた突部を有す
ることを記載する。

【００１１】特開平5−304742 号公報は、スプリング棒
を固定子鉄心の円環振動モードの節となる部位に集中的
に配設し、かつ鉄心支え板にも円環振動モードの節とな
る部位に円弧状の切欠を設けて、固定子鉄心の磁気振動
が固定子枠に伝達するのを防止することを記載する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】固定子枠にウェイトを
取り付ける従来技術では、電動機自体の重量が増加し、
なおかつウェイトを取りつける工数が増える。

【００１３】固定子のブロック毎に突部を有する従来技
術では、突部は軸方向に断続して設けられているから、
中型及び大型の回転電機においては回転時のトルクの反
力を受ける際に、固定子の接線方向の力に対して、固定
子鉄心の突部は十分な強度を有していない。したがっ
て、振動は低減されるが、突部が回転電機の機械的強度
を向上させる機能は小さい。スプリング棒を固定子鉄心
に設ける従来技術においても、スプリング棒自体の強度
は小さいから、スプリング棒が回転電機の機械的強度を
向上させる機能は小さい。

【００１４】本発明の目的は、回転電機の振動を低減
し、振動による騒音を低減することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、回転電機の固定子枠の外周側に、軸方向高
剛性部材、および、周方向高剛性部材が設けられ、軸方
向高剛性部材の数は、軸方向によって異なることにあ
る。

【００１６】固定子枠には、軸方向高剛性部材の数に対
応する振動モードのみの振動が生じる、言い換えれば、
軸方向高剛性部材の数に対応する振動モード以外の振動
は起こらない。本発明の特徴によれば、軸方向高剛性部
材の数が軸方向で異なるから、軸方向で固定子枠に生じ
る振動のモードが異なる、すなわち、軸方向で振動が抑
制される振動モードが異なる。さらに、軸方向の各軸方
向高剛性部材の数に対応する各振動モードの最小公倍数
以外の振動モードの振動も抑制される。固定子枠全体と
しては、軸方向の軸方向高剛性部材の数が固定されてい
る場合にくらべて、振動が抑制される振動モードが多い
ので、固定子枠の振動がより低減される。したがって、
回転電機の振動を低減し、振動による騒音を低減する事
ができる。

【００１７】また、軸方向高剛性部材または周方向高剛
性部材に端子箱台座，吊り具または脚を設けてもよく、
端子箱台座，吊り具または脚が軸方向高剛性部材または
周方向高剛性部材を兼ねてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】固定子と固定子枠を備えた回転電
機において、固定子の共振モードの次数が小さいほど、
振動の変位が大きくなる。

【００１９】固定子の接線方向の力に対して強度を持た
せるために、軸方向に連続した固定子支持材を固定子鉄
心の外周側表面に設けて固定子枠に固定子を支持する
と、固定子支持材を介して、固定子の円環振動が一様に
固定子枠に振動が伝わる。固定子枠が共振モードと一致
した場合、大きな振動が発生し、騒音が大きくなってし
まう。固定子支持材が設けられているので、固定子鉄心
の外周側表面で共振を避ける対策はとれない。したがっ
て、固定子枠に共振を避ける対策を施す必要がある。

【００２０】固定子枠の振動モードを説明する。図５は
振動モードの模式図である。図５の（ａ）は固定子枠１
の楕円に変形する（振動モードｍ＝２）の例である。図
５の（ａ）の右図は固定子枠の円周を直線上に展開した
ものである。円周上に２つの波長が存在する。したがっ
て振動の節１８の個数は４個である。同様に図５の
（ｂ）と図５の（ｃ）は振動モードｍ＝３とｍ＝４の振
動モードの模式図を示す。振動の節の点の数は振動モー
ドｍ＝３とｍ＝４でそれぞれ６，８個の振動の節が存在
する。すなわち振動のモード数ｍに対して、振動の節の
数をｋとすると、以下の関係式が成り立つ。

【００２１】ｋ＝２ｍ …式（１）また、可変速回転電機あるいは定速回転電機の始動時や
停止時において、駆動電源周波数が変化すると、ある共
振周波数で異なる形状の振動モードが現れる。したがっ
て複数の振動モードを抑制する固定子枠の構造が必要に
なる。

【００２２】次に、図６及び図７を用いて、固定子枠の
振動モードと高剛性部材の関係を説明する。図６は固定
子枠１に高剛性部材１７を４カ所設けた場合の振動モー
ドｍ＝２の場合の振動の模式図である。固定子枠に電磁
力等の外力が伝搬してきたときに、高剛性部材は振動の
節となる。したがって固定子の高剛性部材の個数ｋの場
合において、振動のモード数ｎ（整数）は自然数ｌとす
ると、以下の式で示される。

【００２３】ｎ＝（１／２）ｋ …式（２）したがって、振動モードｍ＝２に対して、固定子枠に周
方向に４箇所、高剛性部材の数が４であると、振動の節
の数が４の倍数である場合は、高剛性部材１７が振動の
節になるので、振動を抑制することができない。そこで
高剛性部材１７の個数を図７に示すように、６個とす
る。式（２）から振幅が大きくなる振動のモード数ｎは
３の倍数になる。振動モードｍ＝２あるいは振動モード
ｍ＝４等の３の倍数でない振動モードを抑制することが
できる。

【００２４】しかし、図８に示すように、振動モードが
３の倍数のときは、高剛性部材の周方向の間で１個以上
の振動波が発生しうるので、振動モードの振動を抑制す
ることができない。ここで、図８は振動モードの斜視模
式図である。一般的に軸方向に一様なｋ個の高剛性部材
を設けると、式（２）で示される振動モードｎの振動を
抑制できない。

【００２５】そこで、上記問題を解決する手段を図９〜
図１２を用いて説明する。図９は固定子枠の概略模式図
である。軸方向によって、高剛性部材の配置及び個数を
変えた例である。図１０は図９におけるＰ−Ｐの断面図
である。断面Ｐ−Ｐにおいては高剛性部材１７の個数は
５個であるので、５の倍数である振動モード以外は振動
を抑制できる効果がある。ここで、高剛性部材１７ｅは
剛性を高めるために、両端を周方向補強リブ１９ａとブ
ラケット２ａに接続されている。他の高剛性部材も同様
にして、少なくとも一端を周方向補強リブやブラケット
の高剛性部材に接続されている。

【００２６】図１１に断面Ｑ−Ｑを示す。断面Ｑ−Ｑに
おいては高剛性部材の数は６個であるので、３の倍数で
ある振動モード以外の振動を抑制することができる。断
面Ｒ−Ｒを図１２に示す。断面Ｒ−Ｒにおいて高剛性部
材の数は４個であるので、２の倍数である振動モード以
外の振動を抑制することができる。この事例では２また
は３または５の倍数以外の振動を抑制することができ
る。すなわち２，３と５の最小公倍数である３０の倍数
以外の振動を抑制することができる。また振動振幅は概
略振動モード数の４乗に逆比例するので、３０の倍数の
振動モードは非常に振動振幅は小さい。

【００２７】したがって、高剛性部材の個数をｋ１，ｋ
２，…，ｋｊとするとき、式（２）で求められるｎ１，
ｎ２，…，ｎｊの最小公倍数以外の振動モードの振動を
抑制することができる。ここで、ｊは周方向補強部材で
固定子枠を軸方向に区分した数である。この高剛性化す
る手段として、電源の端子箱台座や脚部及び吊り具及び
補強リブの固定子枠の厚さを増す手段がある。または、
固定子は十分なトルク反力に耐え得るために、固定子枠
に固定子を嵌合構造にしたり、固定子の積み厚と略同等
の長さの固定子支持材を用いて、固定子と固定子枠に接
続する。

【００２８】（実施例）本発明の実施例である回転電機
の外観図を図１に示す。図２に、図１のＡ−Ａ断面図を
示す。固定子枠１の前後にブラケット２ａ，２ｂがあ
る。固定子枠１の下部に脚６が備えられている。固定子
枠１の上部に端子箱４が端子箱用台座５を介して設けら
れている。固定子枠１の側面部には吊り具用穴１０を有
する吊り具８が取り付けられている。さらに固定子枠１
の軸方向に沿って、補強リブ９が設けられている。補強
リブ９の両端はブラケット２あるいは吊り具８あるいは
脚６のいずれかと接続されている。本実施例では、吊り
具，端子箱台座，脚が高剛性部材を兼ねている。

【００２９】図２において、中心にシャフト３があり、
シャフトに回転子１３が結合している。エアギャップ１
２を介して固定子１１が存在する。固定子１１は嵌合構
造により固定子枠１に接続支持されている。Ａ−Ａ断面
においては、剛性の高い部分は端子箱用台座５及び、脚
６の取り付け部であるＥ１，Ｅ２とＧ１，Ｇ２及び補強
リブ９ａと９ｄの５カ所であり、５の倍数以外の振動モ
ードを抑制することができる。

【００３０】図３に図１のＢ−Ｂ断面を示す。吊り具用
穴１０ａ，１０ｂを有する吊り具８は固定子枠１に円弧
Ｈ１，Ｈ２とＩ１，Ｉ２で接続されている。したがっ
て、固定子枠のＢ−Ｂ断面では高剛性部は円弧Ｈ１，Ｈ
２とＩ１，Ｉ２と補強リブ９ｃと９ｆの４カ所である。
２の倍数以外の振動モードを抑制することができる。

【００３１】図４に図１のＣ−Ｃ断面を示す。固定子枠
１に６本の補強リブ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９
ｆが配置されている構造である。したがって、３の倍数
以外の振動モードは抑制することができる。

【００３２】本実施例においては電動機の各断面は高剛
性の配置及び個数が軸方向によって異なる。したがって
本実施例では、２と３，５の最小公倍数である３０の振
動モード以外の振動を抑制できるので、振動による変位
を非常に小さくできる効果がある。

【００３３】本実施例では、吊り具，端子箱台座，脚が
高剛性部材を兼ねるので、補強リブの個数を低減できる
効果がある。

【００３４】高剛性部材の配置及び個数を固定子枠の軸
方向によって変えてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、軸方向で振動が抑制さ
れる振動モードが異なり、さらに、軸方向の各軸方向高
剛性部材の数に対応する各振動モードの最小公倍数以外
の振動モードの振動も抑制されるので、固定子枠全体と
しては、振動が抑制される振動モードが多くなって、固
定子枠の振動がより低減される。したがって、回転電機
の振動を低減し、振動による騒音を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回転電機の外観斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図。

【図５】振動モードの模式図。

【図６】高剛性部材１７が４カ所の場合の振動モードｍ
＝２の場合の振動の模式図。

【図７】高剛性部材１７が６カ所の場合の固定子枠の模
式図。

【図８】高剛性部材１７が６カ所の場合の振動モードｍ
＝３の場合の振動の斜視模式図。

【図９】固定子枠の概略模式図。

【図１０】図９のＰ−Ｐの断面図。

【図１１】図９のＱ−Ｑの断面図。

【図１２】図９のＲ−Ｒの断面図。

【符号の説明】

１…固定子枠、２…前ブラケット、３…シャフト、４…
端子箱、５…端子箱用台座、６…脚、７…ファンカバ
ー、８…吊り具、９…補強リブ、１０…吊り具穴、１１
…固定子、１２…エアギャップ、１３…回転子、１４…
固定子支持材、１５…吊り具用台座、１６…脚側板、１
７…高剛性部材、１８…振動の節、１９…周方向補強リ
ブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩幡 ▲宏▼規茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者根本佳奈子茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者伊藤元哉茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者川端薫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者三上浩幸茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AA08 AB04 5H605 AA04 AA05 BB01 BB05 BB10 CC01 CC02 CC03 CC06 DD39 EC11 FF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子を外側から支持する固定子枠を有す
る回転電機において、前記固定子枠は、回転電機の軸方向に長い軸方向高剛性
部材、および、回転電機の周方向に沿う周方向高剛性部
材を前記固定子枠の外周側に有し、前記軸方向高剛性部材の数は、前記軸方向によって異な
ることを特徴とする回転電機。
【請求項２】前記軸方向高剛性部材または前記周方向高
剛性部材に端子箱台座，吊り具または脚を設けたことを
特徴とする請求項１の回転電機。