JP2011199919A - Stator of electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機のステータの構造に関する。 The present invention relates to a structure of a stator of an electric motor.
ステータのティース先端の開口部に、絶縁部材で形成したウェッジを設置することにより、ティースの周方向の振動を抑制し、電動機の音振性能の向上を図る技術が特許文献1に開示されている。
ところで、電動機においては、ステータのティース先端と回転子の間に発生する径方向の電磁力が回転子の回転に伴って周期的に変動し、これが加振力となって固定子を円環振動させる。このステータの円環振動が固定子外周側のケースに伝播し、ケースが径方向に振動して音が発生する。特に加振力の周期的な変動と円環振動が一致すると、ステータが共振して大きな騒音を発生する。 By the way, in an electric motor, the radial electromagnetic force generated between the teeth of the stator and the rotor periodically fluctuates with the rotation of the rotor, and this becomes an excitation force that causes the stator to ring. Let This annular vibration of the stator propagates to the case on the outer peripheral side of the stator, and the case vibrates in the radial direction to generate sound. In particular, when the periodic fluctuation of the excitation force coincides with the ring vibration, the stator resonates and generates a large noise.
特許文献1に記載の技術では、ティース先端の周方向の動きを制限することでティースの周方向の振動を抑制しているが、ティースの周方向振動は加振力と共振することがなく、ステータが径方向に振動することもないので、騒音の抑制効果が乏しいという問題があった。
In the technique described in
そこで本発明では、ステータの径方向の振動を抑制することによって騒音を抑制することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to suppress noise by suppressing vibration in the radial direction of the stator.
本発明の電動機のステータは、ヨーク部と、ヨーク部から内周方向へ突出する複数のティース部と、を有する電磁鋼板を電動機の回転軸方向に積層してなり、隣り合う前記ティース部と前記ヨーク部とで形成するスロット部が周方向に複数並ぶ。そして、隣接する2つのスロットではヨーク部の剛性が異なり、かつ同一のスロットでは回転軸方向の一端側と他端側でヨーク部の剛性が異なる。 The stator of the electric motor of the present invention is formed by laminating electromagnetic steel sheets having a yoke portion and a plurality of teeth portions protruding from the yoke portion in the inner circumferential direction in the direction of the rotation axis of the electric motor. A plurality of slot portions formed with the yoke portion are arranged in the circumferential direction. The rigidity of the yoke portion differs between two adjacent slots, and the rigidity of the yoke portion differs between the one end side and the other end side in the rotation axis direction in the same slot.
本発明によれば、ステータが円環振動する際にティース部が捩れて、せん断歪みが生じる。電磁鋼板を積層してなるステータでは、ティース部にせん断歪みが発生すると各電磁鋼板間に摩擦力が生じ、この摩擦力がステータの円環振動を減衰させる抵抗として働くので、ステータの振動に起因する電動機の振動騒音が低減する。 According to the present invention, when the stator vibrates in an annular shape, the tooth portion is twisted and shear strain is generated. In a stator made by laminating electromagnetic steel sheets, if shear strain occurs in the teeth, a frictional force is generated between each electromagnetic steel sheet, and this frictional force acts as a resistance that attenuates the annular vibration of the stator. The vibration noise of the motor is reduced.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、第1実施形態を適用する電動機1の軸方向から見た断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
電動機1は交流モータであり、回転を伝達するシャフト2に連結したロータ3と、ロータ3の周囲を取り囲むステータ4と、ステータ4の外周側を覆うケース5と、を備えている。
The
ロータ3は、円筒状に形成したステータ4の内周側に所定の微小間隔を空けて配置したインナー型の回転子であり、ロータコア31と、ロータコア31の内部に埋め込んだ永久磁石32等で構成する。
The
ロータコア31は、渦電流を防止するために薄い板状の鋼板を積層して形成したものであり、その内部の外周近くには、軸方向から見たときに円環状になるよう複数の永久磁石32を固定する。これらの永久磁石32は、ロータ31をステータ4に組み付けた状態で、後述するステータ4の電磁石との間に磁路を形成する。
The
ステータ4は、円筒状に形成した固定子である。このステータ4は、渦電流を防止するために電磁鋼板を軸方向に積層して形成したもので、ヨーク部40と、ヨーク部40から中心方向に歯状に突出したティース部41と、ティース部41を覆うように被せる絶縁部材6と、ティース部41の周囲に絶縁部材6を介して巻き回したコイル42と、を備える。
The
隣り合うティース部41とヨーク部40の内周面とで形成される空間をスロット43としたときに、スロット43に臨むヨーク部内周面には溝51、52を設ける。この溝51、52の詳細については後述する。
When a space formed by the
なお、ステータ4は、図1に示した円盤状の電磁鋼板を軸方向に積層して形成してもよいし、図1に示した円断面を周方向に複数に分割した、いわゆる分割タイプとしてもよい。
The
図2は、溝51について説明するための図であり、(a)はステータ4を図1と同様に電動機1の軸方向から見た正面図、(b)は(a)のII−II線に沿った断面図、(c)はステータ4を(a)と反対側から見た背面図である。
2A and 2B are views for explaining the
図2(a)に示すように、ステータ4には6個のスロット43が、周方向に等間隔で並ぶ。このうち溝51を設けるスロット43は3個であり、溝51を設けるスロット43と設けないスロット43が交互に並ぶ。
As shown in FIG. 2A, six slots 43 are arranged in the
ここでいう溝51及び後述する溝52とは、ヨーク部40のスロット43に臨む面からステータ4の径方向外側に向けて設ける切り込みのことをいう。
The
一方、溝52についても、図2(c)に示すように溝52を設けるスロット43と設けないスロット43も交互に並ぶ。ただし、溝51を設けたスロット43には溝52を設けず、溝52を設けたスロット43には溝51を設けない。つまり、溝51を設けたスロット43と溝52を設けたスロット43が周方向に交互に並ぶ。
On the other hand, as for the
また、図2(b)に示すように、溝51はステータ4の一端から軸方向に沿ってステータ4の中央付近まで伸び、溝52はステータ4の他端から軸方向に沿ってステータ4の中央付近まで伸びる。ただし、溝51と溝52の軸方向長さは、いずれもステータ4の軸方向長さの半分を超えないように設定する。
As shown in FIG. 2B, the
次に、溝51、52を設けたことによる作用効果について説明する。
Next, the function and effect obtained by providing the
電動機1を運転させると、ティース部41の内周側先端とロータ3との間に作用する電磁力がロータ3の回転に伴って周期的に変化し、これにより固定子であるステータ4に円環振動が発生する。この円環振動の形態を観察したところ、図3に示すような振動モードとなることがわかった。
When the
図4は、図3の振動モードのなかで最も発音効率が高いn=0の振動モードにおけるステータ4の変形について調べた結果を示しており、(a)は本実施形態について、(b)は比較のための溝51、52を設けないステータ(これを従来型という)について示している。
FIG. 4 shows the result of examining the deformation of the
従来型では、振幅と位相が軸方向の一端から他端まで一様である。これに対して本実施形態のステータ4では、溝51、52を設けたことにより剛性が軸方向で一様ではなくなるので、軸方向両端部で振動モードの振幅および位相がずれてティース部41が捩れ、この捩れによってせん断歪みが発生する。ステータ4は薄板を軸方向に多数積層して構成しているので、ティース部41にせん断歪みが発生すると各薄板間に摩擦が生じる。そして、この摩擦がステータ4の円環振動を減衰させる抵抗として働くので、ステータ4の振動に起因する電動機1の振動騒音が低減する。
In the conventional type, the amplitude and phase are uniform from one end to the other end in the axial direction. On the other hand, in the
図5は、上記の振動低減効果を示す図である。横軸は周波数[Hz]、縦軸は振動強度[dB]を示しており、実線は本実施形態の振動について、破線は従来型の振動について示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating the above-described vibration reduction effect. The horizontal axis indicates the frequency [Hz], the vertical axis indicates the vibration intensity [dB], the solid line indicates the vibration of the present embodiment, and the broken line indicates the conventional vibration.
従来型で最も振動強度が高い周波数(n=0の振動モードの場合の周波数)において、本実施形態と従来型の振動強度を比較すると、図5に示すように本実施形態の方が、明らかに振動強度が低くなっていることがわかる。 Comparing the vibration intensity of the present embodiment with that of the conventional type at the frequency with the highest vibration intensity in the conventional type (frequency in the case of the vibration mode of n = 0), the present embodiment is clearer as shown in FIG. It can be seen that the vibration intensity is low.
以上により本実施形態では、次のような効果をえることができる。 As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)隣接する2つのスロット43ではヨーク部40の剛性が異なり、かつ同一のスロット43では回転軸方向の一端側と他端側でヨーク部40の剛性が異なるので、ステータ4が円環振動する際にティース部41が捩れるように変形する。この際に電磁鋼板間に発生する摩擦力によって振動が減衰し、騒音が低減する。
(1) Since the rigidity of the
(2)隣接するスロット43間のヨーク部40に溝部を設けるか否かによって、隣接するスロット43間及び同一スロット43の回転軸方向両端間の剛性を異ならせる。このため、電磁鋼板成形用の抜き型の形状を変更するだけで溝51、52を設けることができる。つまり、溝51、52を設けるための新たな部材が必要ないので、コスト増加を防止できる。
(2) The rigidity between the adjacent slots 43 and between both ends in the rotation axis direction of the same slot 43 is made different depending on whether or not the groove portion is provided in the
(3)回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない溝51を備えるヨーク部40と、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない溝部52を備えるヨーク部40とが周方向に交互に並ぶ。したがって、電磁鋼板成形用の抜き型は1種類だけ用意すれば済むので、コスト増加を防止できる。
(3) A
(4)隣接するスロット43の一方に設けた溝51の軸方向長さと他方に設けた溝部52の軸方向長さを加算した値が、ステータ4の軸方向長さ以下であるので、ヨーク部40の径方向厚が全周にわたって薄くなる部分がない。これにより共振周波数の低下を抑制することができる。
(4) Since the value obtained by adding the axial length of the
第2実施形態について説明する。 A second embodiment will be described.
図6は、本実施形態のステータ4について説明するための図であり、(a)はステータ4を図1と同様に電動機1の軸方向から見た正面図、(b)は(a)のVI−VI線に沿った断面図、(c)はステータ4を(a)と反対側から見た背面図である。
6A and 6B are diagrams for explaining the
磁気回路の構成上、隣り合うティース部41の先端は開放している必要がある。つまり、スロット43はステータ4の内周側に向けて開放している必要がある。
Due to the configuration of the magnetic circuit, the tips of
本実施形態では、図6(a)、(c)に示すように、セラミックや樹脂等の絶縁部材で形成した接続部材61、62をこの開放している空隙部に挟み込むように配置する。
In this embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6C, the
図6(a)に示すように、接続部材61はステータ4の一端から他端に向けて延びるが、他端まで到達しない軸方向長さである。この接続部材61を配置するスロット43と配置しないスロット43が周方向に交互に並ぶ。
As shown in FIG. 6A, the connecting
一方、接続部材62はステータ4の他端から一端に向けて延びるが、一端まで到達しない軸方向長さである。そして、接続部材61と同様に、接続部材62を配置するスロット43と設けないスロット43が交互に並ぶ。
On the other hand, the
ただし、接続部材61を配置したスロット43には接続部材62を配置せず、接続部材62を設けたスロット43には接続部材61を配置しない。つまり、接続部材61を配置したスロット43と接続部材62を配置したスロット43が周方向に交互に並ぶ。
However, the
また、図6(b)に示すように、軸方向に沿った断面上で接続部材61と接続部材62の軸方向位置が重ならないようにする。
Further, as shown in FIG. 6B, the axial positions of the connecting
上記のように接続部材61または接続部材62を配置すると、配置した部位では隣り合うティース部41が支えあうことでティース部41の周方向の振動を抑制できる。一方、配置しない部位ではこのような効果はないので、ティース部41の周方向への振動は接続部材61、62を配置した部位に比べて大きくなる。
When the
したがって、電動機1を運転してステータ4が円環振動したときに、ステータ4の変形は軸方向で一様にはならず、ティース部41が積層平面でせん断されるように捩れ、ティース部41にせん断歪みが生じる。ステータ4は薄板を軸方向に多数積層して構成しているので、ティース部41にせん断歪みが発生すると各薄板間に摩擦が生じる。そして、この摩擦がステータ4の円環振動を減衰させる抵抗として働くので、ステータ4の振動に起因する電動機1の振動騒音が低減する。
Therefore, when the
以上により本実施形態では、第1実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as in the first embodiment, the following effects can be obtained.
(5)隣接するティース部41の互いに対向する面の少なくとも一部を接続する接続部材61、62を配置するか否かによって、隣接するスロット43間及び同一スロット43の回転軸方向両端間の剛性を異ならせるので、磁気回路に影響を与えることなく剛性を異ならせることができる。
(5) Rigidity between adjacent slots 43 and between both ends in the rotation axis direction of the same slot 43 depending on whether or not connecting
(6)回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない接続部材61を備えるスロット43と、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない接続部材62を備えるスロット43とが周方向に交互に並ぶ。したがって、接続部材61、62は1種類だけ製作すれば足りるので、コスト増加を防止できる。
(6) A slot 43 including a connecting
(7)隣接するスロット43の一方に設けた接続部材61の軸方向長さと他方に設けた接続部材62の軸方向長さを加算した値が、ステータ4の軸方向長さ以下なので、接続した部分とそうでない部分の境界におけるせん断変形をより大きくすることができる。これにより、振動の減衰効果をより大きくすることができる。
(7) Since the value obtained by adding the axial length of the connecting
第3実施形態について説明する。 A third embodiment will be described.
図7は、本実施形態のステータ4について説明するための図であり、(a)はステータ4を図1と同様に電動機1の軸方向から見た正面図、(b)は(a)のVII−VII線に沿った断面図、(c)はステータ4を(a)と反対側から見た背面図である。
7A and 7B are diagrams for explaining the
図7(a)に示すように、ステータ4には6個のスロット43が、周方向に等間隔で並ぶ。このうち溝51を設けるスロット43は3個であり、溝51を設けるスロット43と設けないスロット43が交互に並ぶ。
As shown in FIG. 7A, the
一方、溝52についても、図7(c)に示すように溝52を設けるスロット43と設けないスロット43が交互に並ぶ。ただし、溝51を設けたスロット43と溝52を設けたスロット43は周方向に交互に並ぶ。
On the other hand, as for the
また、図7(b)に示すように、溝51はステータ4の一端から軸方向に沿ってステータ4の中央付近まで伸び、溝52はステータ4の他端から軸方向に沿ってステータ4の中央付近まで伸びる。ただし、溝51と溝52の軸方向長さは、いずれもステータ4の軸方向長さの半分を超えないように設定する。
7B, the
さらに、図7(a)、(c)に示すように、セラミックや樹脂等で形成した接続部材61、62を隣接するティース部41間の空隙部に挟み込むように配置する。
Further, as shown in FIGS. 7A and 7C, the
図7(a)に示すように、接続部材61はステータ4の他端から一端に向けて延びるが、一端まで到達しない軸方向長さである。この接続部材61を配置するスロット43は溝51を設けるスロット43である。
As shown in FIG. 7A, the connecting
一方、接続部材62はステータ4の一端から他端に向けて延びるが、他端まで到達しない軸方向長さである。接続部材62を配置するスロット43は溝52を設けるスロット43である。
On the other hand, the
また、図7(b)に示すように、軸方向に沿った断面上で接続部材61と接続部材62の軸方向位置が重ならないようにする。
Further, as shown in FIG. 7B, the axial positions of the connecting
すなわち、溝51、52を設けた側の軸方向端部では隣接するティース部41間が開放しており、溝51、52を設けない側の軸方向端部では接続部材61、62によってティース部41間を接続する。
That is, the
上記のように、本実施形態のステータ4は、溝51、52を設けた軸方向範囲ではティース部41の先端は開放しており、溝51、52を設けていない軸方向範囲では接続部材61、62でティース部41の先端部が接続されている。
As described above, in the
これにより、溝51、52を設けたスロット43に隣接するティース部41の周方向への振動が接続部材61、62により妨げられることがない。また、溝51、52及び接続部材61、62の軸方向長さの設定次第で、溝51、52を設けることによる共振周波数の低下と、接続部材61、62を配置することによる共振周波数の上昇のバランスを調整することができる。すなわち、上述したティース部41のせん断変形をより大きくすることが可能であり、せん断変形によって生じる摩擦による振動減衰効果をより大きくすることができる。
Thereby, the vibration in the circumferential direction of the
以上により本実施形態では、第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those in the first embodiment and the second embodiment, the following effects can be obtained.
(8)一のスロット43に溝51、52と接続部材61、62を有し、溝51、52を設けた軸方向範囲では接続部材61、62の配置を禁止し、接続部材61、62を配置した軸方向範囲では溝51、52の配置を禁止する。これにより、溝51、52を設けた軸方向範囲とティース部41を接続した軸方向範囲とが常にずれることになるので、ティース部41のせん断変形せん断変形をより大きくし、振動の減衰効果をより大きくすることができる。
(8) One slot 43 has
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば、上記説明に用いた図面では、軸方向から見た場合の溝51、52の断面形状が長方形になっているが、三角形、台形等であってもよいし、溝51、52の周方向長さが隣接するティース部41間全域にわたってもかまわない。溝51、52の形状、大きさによって得られる効果の大きさは異なるが、ステータ4の剛性が周方向で不均一になれば、ステータ4の振動抑制効果は得られるからである。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. For example, in the drawings used for the above description, the cross-sectional shape of the
また、溝51、52又は接続部材61、62の軸方向長さが図2等に示した長さより短くてもよい。この場合、得られる効果の大きさは変わるものの、軸方向両端部で振動モードの振幅および位相がずれてティース部41に捩れが発生すれば、せん断歪みが発生して振動抑制効果が得られるからである。
Further, the axial length of the
1 電動機
2 シャフト
3 ロータ
4 ステータ
5 ケース
6 絶縁部材
31 ロータコア
32 永久磁石
40 ヨーク部
41 ティース部
42 巻線
51 溝
52 溝
61 接続部材
62 接続部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
隣接する2つの前記スロットでは前記ヨーク部の剛性が異なり、かつ同一の前記スロットでは前記回転軸方向の一端側と他端側で前記ヨーク部の剛性が異なることを特徴とする電動機のステータ。 A slot formed by laminating electromagnetic steel plates having a yoke portion and a plurality of teeth portions projecting inward from the yoke portion in the direction of the rotating shaft of the motor, and formed by the adjacent teeth portion and the yoke portion. In the stator of an electric motor that is arranged in the circumferential direction,
The stator of an electric motor characterized in that the rigidity of the yoke portion is different between two adjacent slots, and the rigidity of the yoke portion is different between one end side and the other end side in the rotation axis direction in the same slot.
前記溝部を設けた軸方向範囲では前記接続部材の配置を禁止し、前記接続部材を配置した軸方向範囲では前記溝部の配置を禁止する請求項1から7のいずれか一つに記載の電動機のステータ。 One slot having the groove and the connecting member;
The electric motor according to any one of claims 1 to 7, wherein the connection member is prohibited from being disposed in an axial range where the groove is provided, and the groove is prohibited from being disposed in an axial range where the connection member is disposed. Stator.
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