JP2003264943A - 電動機 - Google Patents
電動機Info
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Abstract
なく、十分にトルク脈動による振動および騒音を低減す
る電動機およびこれを搭載した機器を提供することを目
的とする。 【解決手段】 ティース先端幅広部14の径方向幅をW
t、ティース内径側端部から、ヨーク15と交差するテ
ィース12根元部までの長さをLtとしたとき、径方向
の長さLsがLs>Wtかつ(0.1×Lt)<Ls<
(0.7×Lt)であるとともに、電動機の極数をPと
した時に、前記切欠きの内径側開口部の回転方向幅が回
転子中心に対して開き角(機械角)、(5/P)<θ<
(16/P)[°]の範囲にある開口した切欠きを設け
る構成とした。
Description
振動、低騒音を可能とする集中巻電動機、およびこれを
搭載した高効率で、かつ低騒音、低振動である機器、例
えば、密閉型圧縮機、冷凍機器(冷蔵庫、冷凍庫、製氷
機、ショーケース、自販機)、空気調和機(エアーコン
ディショナー、除湿機)若しくは電子回路冷却システム
またはカーアクチュエータおよびこれを搭載した自動車
等に関するものである。
冷蔵庫の圧縮機等に使用される集中巻電動機は、図12
に示すように固定子40と回転子50から構成されてい
る。
ス42の外周側をつなぐ略環状のヨーク45からなる。
内径部に沿って周方向に突出したティース先端幅広部4
4を有する。固定子鉄心41の外周には、冷媒通路46
を有する。これは、固定子40が密閉型圧縮機の圧縮機
フレーム(図示せず)に焼きばめ圧入された時、密閉型
圧縮機の圧縮機フレームと固定子鉄心41との間に貫通
孔を有することになり、冷媒の通路となる。
ム、インシュレータ等:図示せず)を介して直接3相巻
線43U、43V、43Wが施される。巻線は、U、
V、W相の3相であり、互いにスター結線されており、
同時に3相中の2相が通電して駆動される120°矩形
波通電である。また、印加電圧はPWM制御によって変
化させられる。
に、固定子40と同心円状に、回転自在に保持されてお
り、図12における回転子鉄心51は、永久磁石52が
埋設されている埋め込み磁石型回転子を示している。
ず)が取り付き、回転子鉄心51に設けられた間通孔に
リベット(図示せず)を通し、かしめることで固定され
ている。また、軸孔53には軸が入る。
3U,43V,43Wに流れる電流による回転磁界によ
って、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合わ
せた回転力によって、シャフトを中心にして回転する。
機においては、その構造上ティースに磁束が集中して流
れることから、無通電時のコギングトルクが大きくなる
傾向にあった。
によって駆動される電動機においては、固定子巻線に電
流を通電することによって生じる磁極位置が電気角で1
80°の位置とならないため、トルク脈動を生じやす
い。
P極Nスロットの電動機においては、コギングトルクに
よってn×f×(PとNの最小公倍数)[Hz](但
し、nは自然数)、各相の通電切替によるトルク脈動に
よってn×f×(6×P/2)[Hz]で表される振動
を生じる。
ては、極数PとNとの比が2:3であるため、前記のコ
ギングトルクによる振動とトルク脈動による振動の周波
数が一致する。
グトルクとトルク脈動による振動によって、騒音が増大
するという問題があった。
音対策としては、ティース先端幅広部に切欠きを1箇所
ないしは複数箇所設けることにより、コギングトルクに
よって発生する振動、騒音の次数を上げるという手法が
用いられており、この場合、効率などの電動機の特性低
下を損なわないために、通常切欠きの径方向長さはティ
ース幅広部の径方向厚さよりも短くしている。
2:3である集中巻電動機においては、回転周波数の1
2n次(nは自然数)の振動、騒音に対して、コギング
トルクよりも通電時のトルク脈動の影響の方がはるかに
大きいため、従来のコギングトルク対策で行っていた切
欠き部のように、径方向長さがティース先端幅広部の径
方向厚さよりも小さい場合には、回転子から出た磁束が
1つのティース先端幅広部内にて短絡して回転子に戻っ
たり、ティース内部における磁束が径方向と平行に流れ
ない等の、集中巻において顕著に現れる磁束分布が変化
しないために、トルク脈動を十分に減少させることがで
きなかった。
分に行うことも困難であった。これは、回転子内部に永
久磁石を埋設している場合には、より顕著である。
雑にすることなく、さらに特性を損なわない一方で、十
分にトルク脈動による振動および騒音を低減する電動
機、およびこれを搭載した高効率で、かつ低振動、低騒
音な機器を提供することを目的とする。
に本発明の電動機は、ティース内径側に、ティース先端
幅広部の径方向幅をWt、ティース内径側端部から、ヨ
ークと交差するティース根元部までの長さをLtとした
とき、径方向の長さLsがLs>Wtかつ(0.1×L
t)<Ls<(0.7×Lt)であるとともに、電動機
の極数をPとした時に、前記切欠きの内径側開口部の回
転方向幅が回転子中心に対して開き角(機械角)、(5
/P)<θ<(16/P)[°]の範囲にある開口した
切欠きを設ける構成とした。
側端部との間にブリッジ部を有するように切欠きを設
け、前記ブリッジ部の径方向幅をLbとしたとき、
(0.1×Lt)<(Ls+Lb)<(0.7×Lt)
かつLb<Wtであるとともに、電動機の極数をPとし
た時に、前記切欠きの内径側端部の回転方向幅が回転子
中心に対して開き角(機械角)、(5/P)<θ<(1
6/P)[°]の範囲としても良い。
コギングトルクおよびトルク脈動による振動および騒音
の低減を図ることができる。
の構造であるため、固定子および回転子の構造が複雑に
ならず、生産性を悪化させたり、余分な生産設備を必要
とするといった問題を生じることはない。
に影響がなく、振動および騒音が低減できるように最適
化することによって、電動機の効率を低下させずにコギ
ングトルクおよびトルク脈動による振動、騒音のみを低
減することができる。
転方向に対して略等間隔かつ略半径方向に配置された複
数のティースと前記ティースの内径側に設けられたティ
ース先端幅広部と前記ティースの外周部に配置された環
状のヨークとを有し、隣接するティースの間にスロット
(巻線用溝)が設けられた固定子鉄心の前記ティース
に、集中巻線を施してなる固定子と、前記固定子の内周
に僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回
転子鉄心の内部に永久磁石を配置してなる回転子により
構成される電動機において、前記ティースにティース内
径側に開口した切欠きを設け、前記ティース先端幅広部
の径方向幅をWt、前記ティース内径側端部から、前記
ヨークと交差するティース根元部までの長さをLtとし
た時に、前記切欠きの径方向の長さLsがLs>Wtか
つ(0.1×Lt)<Ls<(0.7×Lt)であると
ともに、電動機の極数をPとした時に、前記切欠きの内
径側開口部の回転方向幅が回転子中心に対して開き角
(機械角)、(5/P)<θ<(16/P)[°]の範
囲にあることを特徴とした電動機であり、回転子鉄心内
部の永久磁石からティースを介して隣接する永久磁石へ
の漏れ磁束を抑制することが可能であり、また、切欠き
の寸法の最適化により、効率等の電動機の電気的特性が
低下することはない。
て略等間隔かつ略半径方向に配置された複数のティース
と前記ティースの内径側に設けられたティース先端幅広
部と前記ティースの外周部に配置された環状のヨークと
を有し、隣接するティースの間にスロット(巻線用溝)
が設けられた固定子鉄心の前記ティースに、集中巻線を
施してなる固定子と、前記固定子の内周に僅かな空隙を
介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心の内部
に永久磁石を配置してなる回転子により構成される電動
機において、前記ティースに切欠きを設け、前記切欠き
の内径側端部とティース内径側端部との間にブリッジ部
を有しており、前記切欠きの径方向長さをLs、前記ブ
リッジ部の径方向幅をLb、ティース内径側端部から、
前記ヨークと交差するティース根元部までの長さをLt
とした時に、(0.1×Lt)<(Ls+Lb)<
(0.7×Lt)かつLb<Wtであるとともに、電動
機の極数をPとした時に、前記切欠きの内径側端部の回
転方向幅が回転子中心に対して開き角(機械角)、(5
/P)<θ<(16/P)[°]の範囲にあることを特
徴とした電動機であり、回転子鉄心内部の永久磁石から
ティースを介して隣接する永久磁石への漏れ磁束を抑制
することが可能であり、また、切欠きの寸法の最適化に
より、効率等の電動機の電気的特性が低下することはな
い。
た切欠きが、回転方向に対するティース中央と回転子中
心とを結ぶ線から角度θsだけ傾いて設けられ、θs<
20[°]であることを特徴とした請求項1あるいは請
求項2に記載の電動機であり、切欠きの傾き方向に磁束
の流れを誘導することができる。
た切欠きに、非磁性材料を埋設したことを特徴とした請
求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電動機であ
り、切欠きを設けることによって生じるティースの振動
を抑制することができる。
た切欠きに埋設する非磁性材料が電気絶縁性を有するこ
とを特徴とする請求項4に記載の電動機であり、効率等
の電動機特性を損なうことなくティースの振動を抑制す
ることができる。
求項5のいずれか1項に記載の電動機を搭載したことを
特徴とする機器であり、機器の低振動、低騒音を図るこ
とができる。
11を参照して説明する。
ンや冷蔵庫の圧縮機等に使用される集中巻電動機は、固
定子10と回転子20からなり、固定子10は、固定子
鉄心11に設けられた6本のティース12に、巻線と固
定子鉄心間に絶縁物(図示せず)を介して直接3相巻線
13U、13V、13Wを施してなる。
ィース12と、回転子20外周に面し、ティース12の
先端に、通常幅広に配置されたティース先端幅広部14
と、各ティース間を連結する略環状のヨーク15からな
る。また固定子鉄心11の外周には、冷媒通路16を有
する。
縮機フレーム(図示せず)に焼きばめ圧入された時、圧
縮機の圧縮機フレームと固定子鉄心11との間に貫通孔
を有することになり、冷媒の通路となる。
7が設けられている。なお、図1は切欠き17がティー
ス内径側に開口している場合、図2は切欠き17とティ
ース内径側端部との間にブリッジ部18を設けた場合を
示している。
化させたときにおける、トルク脈動の基本波形に対する
高調波含有率を表している。なお、図3の横軸αは、α
=Ls/Lt(Ltはティース内径側から、ティース1
2とヨーク15が交差するティース根元部までの長さ)
で表され、極数P=4、スロット数=6であるときの特
性を示している。
に開口している場合を示しているが、図2のようにブリ
ッジ部18を設けた場合(即ち開口していない場合)に
は、前記LsをLs+Wb(Wbはブリッジ部18の径
方向厚さ)として置換えて考えれば良い。
周波数の12倍成分(12次)の振動、騒音への影響が
問題となるが、図3から0.1<α<0.7とすること
によって、切欠き無し(即ちα=0)に比べて、12次
成分の高調波を2%以上低減できることが分かる。
音を最小にするためにはα=0.4であることが望まし
いが、一方で24次成分が増加することから、0.1<
α<0.7の範囲内で、12次および24次双方の振
動、騒音レベルの目標を達成できる寸法とすれば良いと
いえる。
θを変化させたときの、トルク脈動の基本波に対する高
調波含有率を表している。なお、図4の横軸βは、β=
θ×P(Pは極数)で表され、スロット数=6であると
きの特性を示している。この場合も図3と同様に、回転
周波数の12倍成分(12次)の振動、騒音への影響が
問題となるが、図4から5<β<16とすることによっ
て、切欠き無し(即ちβ=0)に比べて、12次成分の
高調波を2.5%以上低減できることが分かる。また、
24次および36次成分についてはβを小さくする程、
高調波含有率が低くなる。
β=11であることが望ましいが、電動機のコア打ち抜
き等の生産性を考慮しながら5<β<16の範囲内でβ
値を決定すれば、振動、騒音が低減できる上に、生産性
の良い電動機を得ることができる。
範囲で構成された電動機と、切欠きが無い電動機の平均
トルクおよびトルク脈動を比較したものである。
場合でも平均トルクはほとんど変わらないため、切欠き
が無い電動機に対して、効率などの特性をほとんど損な
うことが無い。また、トルク脈動も増加しない。このよ
うに、本発明の電動機によれば、回転周波数の12n次
(nは自然数)に当たる振動、騒音を低減あるいは目標
値に対して最適に調整できる上に、電動機の特性をほと
んど損なうことが無い。
状であったり、切欠き17の外径側あるいは(および)
内径側端部の形状が略円弧状であっても良い。
るティース中央と回転子中心とを結ぶ線に対して切欠き
17が傾きを有していても良い。この場合、切欠き17
の傾きθsは、電動機の特性を損なわないためにθs<
20[°]であることが望ましい。
形状としたもの、図8は切欠き17の外径側端部の形状
を略円弧状としたものを示している。
く、ティース12そのものの振動によって生じる電動機
の振動、騒音を抑制するために、図9に示したように、
切欠き17に非磁性金属材料19を埋設し、ティース1
2の剛性を上げても良い。このことによって、電動機の
振動、騒音をさらに低減できる上に、非磁性であること
で磁束分布が切欠き無しの場合とほぼ同様となるため、
電動機の特性低下を最小限に抑えることが可能となる。
充填することも有効である。樹脂材料を使用することに
よって、ティース12の剛性が上がりさらに低振動、低
騒音化が図れる上に、非磁性かつ絶縁性であることによ
って、磁束分布が切欠き無しの場合と同等となり、ほと
んど電動機の特性を損なうことが無い。樹脂材料として
は、PPS、PET、PBT、PA、PTFE、LCP
等の樹脂が使用できる。
ように、冷媒中で使用される場合に特に好適である。さ
らに、固定子鉄心11を構成する鉄系材料よりも樹脂の
熱膨張係数を大きくすることで、電動機運転時の発熱に
よってティース12間をより強固に保持することがで
き、よりティース12の振動を抑制可能となる。特に高
温で使用される場合には効果が大きくなる。
れるバッテリーである場合、すなわち、電動機の巻線の
端子間にかかる電圧が50V以下、例えば、12、24
または42V等である時、機器の低振動、低騒音化とと
もに、電動機の効率が高いため長時間運転が可能であ
る。
載した密閉型圧縮機を示している。図10において、密
閉型圧縮機100は、圧縮機内部を外部に対して密閉状
態とするためのフレーム101と圧縮を行うメカ部10
2と固定子10および回転子20から構成されている。
固定子10は圧縮機フレーム101に対して焼きばめあ
るいは圧入によって固定されており、回転子20は、メ
カ部102から伸びている軸103に対して焼きばめあ
るいは圧入によって固定されている。
慮すれば、冷媒はHFCまたは自然冷媒(CO2、アン
モニアなど)などが好適である。
同様に、機器の低振動化、低騒音化と小型化、低コスト
化を実現することが可能であり、このカーアクチュエー
タを自動車に用いることで、自動車の低振動化、低騒音
化と小型化、低コスト化を実現できる。
する冷凍サイクルを示すものであり、密閉型圧縮機、凝
縮機および蒸発機から構成されており、各種機器に搭載
される。冷凍機器(冷蔵庫、冷凍庫、製氷機、ショーケ
ース、自販機)、空気調和機(エアーコンディショナ
ー、除湿機)若しくは電子回路冷却システム等に搭載さ
れている。
によれば、ティース内径側に開口した切欠きを設け、前
記切欠きの径方向の長さLsがLs>Wtかつ(0.1
×Lt)<Ls<(0.7×Lt)(ただしWtは前記
ティース先端幅広部の径方向幅、Ltは前記ティースの
内径側端部から、ヨークと交差するティース根元部まで
の長さ)である上に、前記切欠きの内径側開口部の回転
方向幅が回転子中心に対して開き角(機械角)、(5/
P)<θ<(16/P)[°](ただしPは極数)の範
囲であることによって、効率などの電動機特性を損なう
事無く、回転周波数の12n次(nは自然数)に当たる
振動、騒音を低減あるいは調整することができる。
を設け、前記切欠きの内径側端部とティース内径側端部
との間にブリッジ部を有している場合、前記切欠きの径
方向の長さLsが(0.1×Lt)<(Ls+Lb)<
(0.7×Lt)かつLb<Wt(ただしWtは前記テ
ィース先端幅広部の径方向幅、Ltは前記ティースの内
径側端部から、ヨークと交差するティース根元部までの
長さ、Lbはブリッジ部の厚さ)である上に、前記切欠
きの内径側端部の回転方向幅が回転子中心に対して開き
角(機械角)、(5/P)<θ<(16/P)[°]
(ただしPは極数)の範囲であることによって、効率な
どの電動機特性を損なう事無く、回転周波数の12n次
(nは自然数)に当たる振動、騒音を低減あるいは調整
することができる。
中央と回転子中心とを結ぶ線から20[°]未満の角度
θs[°]傾けることによって、電動機の振動、騒音を
より低減することができる。
よって、ティースそのものの振動によって生じる電動機
の振動、騒音を低減できるために、電動機の振動、騒音
をさらに抑制することができる上に、電動機の特性低下
を最小限に抑えることが可能となる。
る材料とすることで、電動機の特性損失をより低減でき
る。
る電動機を密閉型圧縮機、冷凍機器、空気調和機若しく
は電子回路冷却システムまたはカーアクチュエータおよ
びこれを搭載した自動車等に搭載することで、これら機
器の低振動、低騒音および高効率化を実現することがで
きる。
る集中巻電動機の断面図
ブリッジ部を設けた集中巻電動機の断面図
トルク脈動の高調波含有率の特性図
を決定する変数βに対するトルク脈動の高調波含有率の
特性図
ける平均トルクとトルク脈動を比較した特性図
面図
ス部の断面図
を有するティース部の断面図
ィース部の断面図
す図
ルを示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 回転方向に対して略等間隔かつ略半径方
向に配置された複数のティースと前記ティースの内径側
に設けられたティース先端幅広部と前記ティースの外周
部に配置された環状のヨークとを有し、隣接するティー
スの間にスロット(巻線用溝)が設けられた固定子鉄心
の前記ティースに、集中巻線を施してなる固定子と、前
記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在
に保持された回転子鉄心の内部に永久磁石を配置してな
る回転子により構成される電動機において、前記ティー
スにティース内径側に開口した切欠きを設け、前記ティ
ース先端幅広部の径方向幅をWt、前記ティース内径側
端部から、前記ヨークと交差するティース根元部までの
長さをLtとした時に、前記切欠きの径方向の長さLs
がLs>Wtかつ(0.1×Lt)<Ls<(0.7×
Lt)であるとともに、電動機の極数をPとした時に、
前記切欠きの内径側開口部の回転方向幅が回転子中心に
対して開き角(機械角)、(5/P)<θ<(16/
P)[°]の範囲にあることを特徴とした電動機。 - 【請求項2】 回転方向に対して略等間隔かつ略半径方
向に配置された複数のティースと前記ティースの内径側
に設けられたティース先端幅広部と前記ティースの外周
部に配置された環状のヨークとを有し、隣接するティー
スの間にスロット(巻線用溝)が設けられた固定子鉄心
の前記ティースに、集中巻線を施してなる固定子と、前
記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向し、回転自在
に保持された回転子鉄心の内部に永久磁石を配置してな
る回転子により構成される電動機において、前記ティー
スに切欠きを設け、前記切欠きの内径側端部とティース
内径側端部との間にブリッジ部を有しており、前記切欠
きの径方向長さをLs、前記ブリッジ部の径方向幅をL
b、ティース内径側端部から、前記ヨークと交差するテ
ィース根元部までの長さをLtとした時に、(0.1×
Lt)<(Ls+Lb)<(0.7×Lt)かつLb<
Wt(ティース先端幅広部の径方向幅)であるととも
に、電動機の極数をPとした時に、前記切欠きの内径側
端部の回転方向幅が回転子中心に対して開き角(機械
角)、(5/P)<θ<(16/P)[°]の範囲にあ
ることを特徴とした電動機。 - 【請求項3】 ティースに設けた切欠きが、回転方向に
対するティース中央と回転子中心とを結ぶ線から角度θ
sだけ傾いて設けられ、θs<20[°]であることを
特徴とした請求項1あるいは請求項2に記載の電動機。 - 【請求項4】 ティースに設けた切欠きに、非磁性材料
を埋設したことを特徴とした請求項1から請求項3のい
ずれか1項に記載の電動機。 - 【請求項5】 ティースに設けた切欠きに埋設する非磁
性材料が電気絶縁性を有することを特徴とする請求項4
に記載の電動機。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれか1項に
記載の電動機を搭載したことを特徴とする機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002062970A JP4114372B2 (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 電動機 |
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JP2002062970A JP4114372B2 (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 電動機 |
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