JP2704666B2 - 誘導電動機 - Google Patents

誘導電動機

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JP2704666B2
JP2704666B2 JP1332444A JP33244489A JP2704666B2 JP 2704666 B2 JP2704666 B2 JP 2704666B2 JP 1332444 A JP1332444 A JP 1332444A JP 33244489 A JP33244489 A JP 33244489A JP 2704666 B2 JP2704666 B2 JP 2704666B2
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政勝 白根
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アイチ―エマソン電機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電動機に関し、特にその振動及び騒音を
低減するための構造に関する。
〔従来技術〕
一般に誘導電動機は、その所要出力や極数等に応じ
て、第1図に示すような固定子鉄心1と回転子鉄心2の
体格が決定される。固定子鉄心1が収納される外枠体を
基準とした場合、即ち固定子鉄心1の外径を規制してこ
れを一定値に固定すると、極数に応じて固定子鉄心1の
内径が適正な範囲に定まり、次に磁気的及び電気的に適
正配分がなされて、これらの結果固定子スロット3及び
回転子スロット4のそれぞれの総断面積が決定される。
固定子スロット3は、その総断面積が大きく変動しな
い範囲でスロット数の変更が可能であるが、このスロッ
トに収納される巻線の相数及び極数によって巻線効率の
良いスロット数は自ずと限定され、また隣接するスロッ
ト間に存在する歯部の幅が機械的強度上あまり細くでき
ない点、さらには巻線を形成及び装着するための治具類
もスロット数の変更に伴って変更する必要がある点等の
理由から、一般に固定子スロット数の変更は容易ではな
い。
一方回転子スロット4は、同期クローリングトルク並
びに非同期クローリングトルクを抑制するような数に設
定する必要があり、一般に回転子スロットル数NRは次
式によって設定される。
NR=6ρ−2 …(1) NR=6ρ …(2) NR=6ρ+2 …(3) ここでρは任意の自然数である。ところが実際には、
上記(2)式又は(3)式によって回転子スロット数N
Rを選定した場合は、電動機の運転領域における同期ク
ローリングトルク十分に抑制できないため、通常は上記
(1)式によって回転子スロット数NRを選定してい
る。
また回転子スロット数を固定子スロット数より多くす
ることによって漂遊負荷損の低減効果があることが一般
に知られており、この結果、上記(1)式に基づく回転
子スロット数は、固定子スロット数より多くなる値に設
定することが一般的な手法となっている。この場合回転
子スロット数があまり多過ぎると、湯流れが悪化して巣
が多発する等のダイキャスト上の問題があり、これらの
結果、固定子スロット数をNSとしたとき、 NR=1.10〜1.25NS …(4) なる範囲に概ね設定されている。そしてこの回転子の場
合は、ダイキャストによって導体が形成されるため、上
記湯流れに留意する点以外には、スロット数の変更に伴
う治具類の変更等の必要はほとんどなく、また電動機特
性への影響度も比較的少ないため、一般にスロット数の
変更は容易である。
〔発明が解決しようとする課題〕
固定子鉄心の周波数応答特性は、第2図に示すよう
に、加振周波数Fに対してI1,I2,I3…なるそれぞれ1
次,2次,3次…の各次モードのイナータンスIのピークを
有している。
従来の回転子鉄心においては、回転子スロット数に起
因する電磁加振力、及びこの回転子スロット数と固定子
スロット数との相互関係に起因する変形モードについて
は何等考慮されていないため、上記回転子スロット数に
起因する電磁加振力の周波数が固定子鉄心の固定振動数
の2次モードの共振点F2付近に存在する場合、2次モー
ドの振動が増幅され、この2次モードの共振点F2が特に
耳障りな周波数領域にあるために、電動機の振動及び騒
音を非常に耳障りなものとなってしまう問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、スロット数30の2極用の固定子鉄心を有す
るものにおいて、回転子スロット数を固定子スロット数
よりも少なくし、この回転子スロット数に起因する電磁
加振力の周波数のうち最低次のものを、前記固定子鉄心
の固有振動数の2次モードの共振点よりも低い周波数域
に存在する反共振点の近辺となるように設定するもので
ある。
〔作用〕
回転子スロット数に起因する電磁加振力のうち、固定
子に変形を与え易い低次モードの加振周波数が固定子鉄
心の固有振動数の反共振点付近の周波数域に存在するこ
とにより、該電磁加振力による固定子の振動が抑制され
る。
また該電磁加振力の周波数において、回転子スロット
数と固定スロット数との相互関係に起因する固定子鉄心
の変形モードが高次のものに設定されることにより、2
次モードの振動が増幅されることがなくなる。
〔実施例〕
一般に、回転子スロット数に起因する電磁加振力の周
波数fは次式によって算出される。
ここでf0は電源周波数、Kは自然数、NRは回転子ス
ロット数、Pは極対数、Sはすべりである。
また上記K=1における電磁加振力による固定子鉄心
の変形モードMは、固定子スロット数をNSとすれば、
上記(5)式の周波数においては、 M=|NR−NS|−2P …(8) となり、上記(6)式の周波数においては、 M=|NR−NS| …(9) となり、上記(7)式の周波数においては、 M=|NR−NS|+2P …(10) となる。
また固定子鉄心1の固有振動数の共振点は、そのヨー
ク部の幅に比例、ヨーク部の径の自乗に反比例して上下
し、従って一般に固定子鉄心の外径が大きい場合は該共
振点は比較的低いポイントに存在する。いま例えば外径
がφ150mm、内径がφ85mm、スロット数30の2極用の固
定子鉄心の場合、第2図に示した2次モードの共振点F2
は2000Hz近辺となり、この周波数近辺の加振周波数によ
って2次モードの共振が生じ易い構成となる。また固定
子鉄心の各次モードの共振点の谷間となる反共振点は最
も振動し難い周波数域であり、上記固定子鉄心の場合、
1次モードと2次モードの各共振点F1,F2の谷間に存在
する反共振点F4は1200Hz近辺に存在する。
従来の設計手法によれば、上記固定子に対して、回転
子スロット数は(1)式及び(4)式に基づいて34個設
けられる。しかしこのスロット数に設定すると、後述す
る試算結果によっても明らかなように、回転子スロット
数に起因する電磁加振力の周波数が、固定子鉄心の2次
モードの共振点F2の近辺に存在し、2次モードの振動が
増幅されて非常に耳障りな騒音を発するものとなってし
まう。従って本発明品の場合は、上記固定子に対する回
転子スロット数を34個よりも少ない範囲で(1)式のみ
に基づいて選定し、この結果22個とする。このように設
定することにより、回転子スロット数に起因する電磁加
振力の周波数のうち最低次のものを、固定子鉄心の反共
振F4近辺へ移動させることができ、回転子スロット数に
起因する電磁加振力が固定子の振動へ及ぼす影響が微少
となる。
上記体格の固定子鉄心に対して、回転子スロット数N
Rをそれぞれ22及び34とした場合の(5)乃至(10)式
に基づく電磁加振力の周波数f及びその変形モードMの
試算計算を表1に示す。尚、電源周波数f0=60Hz,係数
K=1,極対数P=1,すべりS=0.03をそれぞれ用いた。
表1から明らかなように、回転子スロット数を34から
32に変更することにより、回転子スロット数に起因する
電磁加振力の周波数のうち最低次のもの同士を比較する
と、1859Hzから1160Hzへと低下し、固定子鉄心の2次モ
ードの共振点である2000Hz近辺を避けて、反共振点であ
る1200Hz近辺へ設定される。従って固定子が振動し難い
構成となる。またこの電磁加振力による固定子鉄心の低
次の変形モードも、2次モードから6次モードへと次数
が増加し、この結果やはり振動し難い構成となる。即
ち、2次モードの変形は固定子鉄心の如く円筒形状のも
のにおいては楕円形の変形となって現れ、節数が少ない
ために非常に振動し易いモードであるのに対し、6次モ
ードの変形は多角形変形となり、節数が多くなって振動
し難いモードとなるためである。
第3図及び第4図は、上記誘導電動機において0dB=1
0Gとた場合の振動加速度を測定した特性図であり、第3
図は回転子スロット数が22の本発明によるもの、第4図
は34の従来のものをそれぞれ示している。また図中A点
は、5KHzまでの振動加速度のオーバーオール値を示す。
図より明らかなように、本発明による電動機は、従来品
と比較して、2000Hz近辺の2次モードの振動が十分抑制
されており、この結果振動し難い特性となっている。
尚、実施例のように、本発明は(5)式における回転
子スロット数NRを小さくして、回転子スロット数に起
因する電磁加振力の周波数fのうち最低次のものを固定
子鉄心の2次モードの共振点よりも低い周波数域に存在
する反共振点の近辺となるように設定するものである
が、これはスロット数30の固定子に対して、これよりも
回転子スロット数を少なくしてダイキャスト時の湯流れ
を良好にするためである。従って、この場合は標遊負荷
損の増加を伴うものである。しかしながら、一般に上記
過振周波数が固定子鉄心の2次モードの共振点の近辺に
存在する従来の電動機にあっては、振動抑制のために回
転子にスキューを施す必要があるのに対し、本発明のも
のは回転子にスキューを施すことなく、且つ振動抑制効
果もスキューより格段に大きく、この結果スキューに伴
う種々の弊害が取り除かれるものである。即ち、ダイキ
ャスト時の湯流れが良好となって巣等のダイキャスト不
良が減少し、また回転子バーにスラスト力が発生しない
ため軸受部に機械的損失が生じることなく、さらに該回
転子バーの総断面積が大きくなってトルクが増加する等
の利点が生じるものである。そして振動の低減によって
解消される損失分をこれに考慮すれば、これら利点の作
用によって、電動機の効率面においては従来品と略同等
に構成できるものである。
また電動機仕様に応じて、回転子スロット数に起因す
る電磁加振力の周波数のうち最低次のものを、回転子鉄
心の反共振点F3近辺に設定しても同様の効果が得られ、
いずれにしても回転子スロット数を減少させる方向へ設
定して、固定子鉄心の変形モードが低次となる該電磁加
振力の周波数のうち最低次のものを2次モードの共振点
よりも低い周波数域に存在する反共振点の近辺となるよ
うに設定すればよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、回転子スロット数に起因する電軸加
振力の周波数及びその変形モードを考慮した構成である
ため、2次モードの振動を抑制して音の静かな電動機が
構成できる特長がある。
また回転子スロット数を減少させる方向へ選定するも
のであり、且つスキューも不要となるため、ダイキャス
ト性が向上して回転子の品質面においても優れた電動機
が構成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は誘導電動機の固定子鉄心及び回転子鉄心を示す
平面図、第2図は固定子鉄心の周波数応答特性図、第3
図は本発明による誘導電動機の振動特性図、第4図は従
来の誘導電動機の振動特性図である。 1……固定子鉄心、2……回転子鉄心、3……固定子ス
ロット、4……回転子スロット、5……シャフト孔。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スロット数30の2極用の固定子鉄心を有す
    るものにおいて、回転子スロット数を固定子スロット数
    よりも少なくし、この回転子スロット数に起因する電磁
    加振力の周波数のうち最低次のものを、前記固定子鉄心
    の固有振動数の2次モードの共振点よりも低い周波数域
    に存在する反共振点の近辺となるように設定したことを
    特徴とする誘導電動機。
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