JP4157614B2 - 回転電気機械の振動および騒音を低減する方法、該方法を実施するための回転電気機械のステータの連結装置、このような装置を具備する回転電気機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電気機械の振動および騒音を低減する方法、同方法を実施するための回転電気機械のステータの連結装置、および、このような装置を具備する回転電気機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電気機械内の騒音および振動の理由のうちの一つは、内部にステータが取り付けられるケーシングに、ステータの動的応力が伝達されることによる。これらの動的応力、とくに電磁性のものは、振動の形態を有し、ステータの内径半径上で発生する。これらの振動は、ケーシング内のステータの連結点を介してケーシングに伝達する。その際、ケーシングの隔壁が増幅装置の役割を果たし、その結果、音響騒音および振動が発生する。
【０００３】
既知の実施の形態では、ステータは、回転機械の端部フランジに結合された金属ビームに吊下される。したがって、ケーシングの振動表面は制限される。しかしながら、ビームのたわみの影響のため、この装置は出力において限度がある。
【０００４】
別の既知の実施の形態では、ステータは、金属ブロック型の連結システムとともにケーシングに連結される。ここでも、金属ブロックの剛性が等方的であるため、音響騒音および振動の低減に関する結果は不十分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら既知の技術の結果が不十分であることは、ステータとケーシングの間に高い剛性を与える必要があることによるものである。実際、ロータとステータの間において大きな静的偏心が生じないように回転電気機械の静的応力を吸収するためには、ステータと、支持構造（ケーシング）の間に高い剛性を与えることが必要である。この偏心により、動的および静的励振力の振幅が大きくなる。偏心が大きいと、振動の振幅の増大、およびロータへのステータの固着が生じることがある。
【０００６】
残念ながら、騒音を発生する振動にとっては、このように必然的に高い剛性が、ステータからケーシングへの振動の格好の通路となる。
【０００７】
本発明の目的のうちの一つは、先行技術よりもはるかに振動が少なくより静粛な回転機械を得ることができる、ステータをケーシングに連結する装置を提供することである。
【０００８】
この目的のため、出願人は、ステータの静的および動的応力、ならびにステータをケーシングに連結するのに使用する材料のレオロジーを深く考察した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
したがって本発明は、ロータと、ロータと同軸のステータと、ケーシングとを含み、ステータが多数の別々の連結点で本体に連結される回転電気機械の振動および騒音を低減する方法に関する。
【００１０】
この方法によれば、
− 回転電気機械の静的応力を計算し、
− ケーシング、ロータおよびステータの静的剛性を計算し、
− 接線方向剛性の寄与分の合力が回転電気機械の静的応力を負担し、ステータの軸方向または径方向移動量が所定の値以下になるように、ケーシング、ステータとロータの間の平衡位置を基準として、ケーシングへのステータの各連結点について、接線方向剛性の寄与分を計算し、
− ステータの動的応力を計算し、
− ケーシングおよびステータの動的剛性を計算し、
− 径方向剛性の寄与分の合力が、ケーシングへの所定の伝達係数でステータの動的応力を解放するように、各連結点について、径方向剛性の寄与分を計算し、
− 各連結点に関し、当該連結点について、計算された接線方向剛性の寄与分に等しい接線方向成分Ｋｔと、当該連結点について計算された径方向剛性の寄与分に等しい径方向成分Ｋｒとを含む異方性剛性を有するステータをケーシングへ連結する要素を作製し、
− ステータをケーシング内に取り付け、連結要素によりケーシングの連結点に吊下する。
【００１１】
本発明は、ロータと、ロータと同軸のステータと、ステータとロータとの間のギャップと、ステータ用の連結点を具備するケーシングとを含む回転電気機械のステータ用の連結装置にも関する。
【００１２】
本発明によれば、連結装置は、連結点とステータの間に取り付けた連結要素を含む。
【００１３】
各連結要素は、機械の静的応力を部分的に負担する接線方向成分Ｋｔと、ケーシングに対するステータの動的応力を部分的に負担する径方向成分Ｋｒとを含む異方性剛性を有する。
【００１４】
接線方向成分Ｋｔの合力は、ギャップより小さな所定の値以下のステータの軸方向または径方向移動量で回転電気機械の静的応力を負担する。
【００１５】
径方向成分Ｋｒの合力は、ケーシングへの所定の伝達係数でステータの動的応力を解放する。
【００１６】
最後に本発明は、前述のような連結装置を含むステータ吊下型回転電気機械にも関する。
【００１７】
連結要素が異方性を有することにより、ステータの正しい支持（静的応力に対する大きな接線方向剛性）と、ステータの動的応力によって発生する振動の効果的な径方向吸収効果（低い径方向剛性）とを得ることができる。
【００１８】
本発明の他の長所および特徴は、図面を参照して行う以下の説明から明らかになろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ステータの静的応力は主に、ステータの自重、ステータとロータの間の静的磁力、電磁反応（ロータが回転する場合はステータの逆反応）トルク、回転機械の移動（搭載回転機械、推進モータ、地震等）によりステータ上に誘導される慣性力である。
【００２０】
これらの静的応力により、ロータに対するステータの離心が発生する。したがって、離心を制限するためには、これらの応力の合力方向において連結装置の剛性が高くなければならない。これは、接線方向の高い剛性をステータの連結点に組み合わせることによって実現することができる。
【００２１】
また、ケーシングの振動ならびに騒音の主要な原因であるステータの動的応力は、振動型の径方向変形を生じさせる。したがって、径方向においては、連結装置の剛性は、振動をかなりの程度吸収できるようなものでなければならない。
【００２２】
これができるのは、連結点における径方向の剛性が低い場合である。
【００２３】
本発明はまず、ロータ１と、ロータ１と同軸なステータ２と、ケーシング３とを含み、ステータ２が多数の別々の連結点４で本体に連結される回転電気機械の振動および騒音を低減する方法に関する。
【００２４】
この方法によれば、
− 回転電気機械の静的応力を計算する。これら応力としては主に、ステータ２の自重、ステータ２とロータ１の間の静的磁力、電磁反応（ロータ１が回転する場合はステータ２の逆反応）トルク、回転機械の移動（搭載回転機械、推進モータ等）によりステータ２上に誘導される慣性力が含まれる。
【００２５】
回転電気機械の種々の形態、たとえば、
＊ 公称荷重をともなう場合、
＊ 始動トルクによる荷重をともなう場合、
＊ 短絡トルクによる荷重をともなう場合、
＊ 慣性力（地震）による荷重をともなう場合
についてこれらの計算を行うことができる。
【００２６】
− 接線方向剛性の寄与分の合力が回転電気機械の静的応力を負担し、ステータの軸方向または径方向移動量が所定の値以下になるように、ケーシング３へのステータ２の各連結点について、接線方向剛性Ｋｔの寄与分を計算する。軸方向または径方向移動量は、形態に応じてあらかじめ決められる。たとえば公称ではギャップ１０の１０％、始動トルクに対してはギャップ１０の１５％である。
【００２７】
− ステータ２の動的応力を計算する。これは機械の動作中にステータ２内に発生する応力である。
【００２８】
− ケーシングおよびステータ３の動的剛性を計算する。
【００２９】
− 径方向剛性の寄与分の合力が、ケーシング３への伝導について所定の係数でステータ２の動的応力を解放するように、各連結点４について、径方向剛性Ｋrの寄与分を計算する。
【００３０】
− 各連結点４について、ステータ２をケーシング３へ連結する、異方性剛性を有する要素５を作製する。
【００３１】
この異方性剛性は、当該連結点５について、形態の如何にかかわらず所与の安全性のために計算された接線方向剛性の寄与分に等しい接線方向成分Ｋｔと、当該連結点５について計算された径方向剛性の寄与分に等しい径方向成分Ｋｒとを含む。
【００３２】
− 次の段階では、ステータ２をケーシング３内に取り付け、作製した連結要素５によりケーシング３の連結点４に吊下する。
【００３３】
本発明はまた、ロータ１と、ロータ１と同軸なステータ２と、ステータ２とロータ１との間のギャップ１０と、ステータ２用の連結点５を具備するケーシング３とを含む回転電気機械のステータ２用の連結装置にも関する。
【００３４】
連結装置は、連結点５とステータ２の間に取り付けた連結要素５を含む。
【００３５】
各連結要素５は、機械の静的応力を部分的に負担する接線方向成分Ｋｔと、ケーシングに対するステータの動的応力を部分的に負担する径方向成分Ｋｒとを含む異方性剛性を有する。
【００３６】
接線方向成分Ｋｔの合力は、ギャップより小さな所定の値以下のステータの軸方向または径方向移動量で回転電気機械の静的応力を負担し、
径方向成分Ｋｒの合力は、ケーシングへの所定の伝達係数でステータの動的応力を解放する。
【００３７】
一実施の形態では、鋼板８とエラストマ層９とを交互に重ねたものを含むエラストマ製積層複合材から連結要素５が作製される。この積層複合材は構造上、直交（せん断）方向剛性よりもはるかに高い積層（引っ張り、圧縮）方向剛性を有する。
【００３８】
図１に示す実施の形態では、装置は八つの連結要素を含み、これら連結要素は、等間隔で４５°、１３５°、２２５°、３１５°のところに位置する二つの横方向面（うち一つを図示）内に四つ毎に分布する。
【００３９】
各連結要素５は、両端の、ケーシング３への取り付け点６と、中央の、ステータ２への取り付け点７を含む。積層方向は、中央の取り付け点７におけるステータ２の接線に平行である。このようにして各連結要素５は、径（せん断）方向において低い剛性Ｋｒと、接線（引っ張り、圧縮）方向において高い剛性Ｋｔとを有する。
【００４０】
もちろん、連結要素の数を少なくするよう本装置を最適化することができる。最少の場合、ステータのアセンブリに対し、三つの連結要素があればよい。
【００４１】
本発明は、本発明による連結装置を具備する回転電気機械にも関する。
【００４２】
もちろん、本発明は前述の利用または実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば本発明から逸脱することなく多くの変形例が可能である。とくに、本発明の範囲から逸脱することなく、連結要素の形状、数量および配置を変えることが可能である。同様に、本発明の範囲から逸脱することなく、回転機械の静的または動的応力の計算の形態を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による機械の横断面の略図である。
【図２】図１の連結要素を等価のばねに置き換えた図である。
【符号の説明】
１ ロータ
２ ステータ
３ ケーシング
４ 連結点
５ 連結要素
６ ケーシングへの取り付け点
７ ステータへの取り付け点
８ 鋼板
９ エラストマ層
１０ ギャップ
Ｋｒ 径方向剛性
Ｋｔ 接点方向剛性

Claims (2)

1. ロータ（１）と、ロータ（１）と同軸のステータ（２）と、ステータ（２）とロータ（１）との間のギャップ（１０）と、ステータ（２）用の複数の連結点（４）を具備するケーシング（３）とを含む回転電気機械のステータ（２）用の連結装置であって、
   複数の連結点（４）とステータ（２）の間にそれぞれ取り付けた複数の連結要素（５）を含み、
   各連結要素（５）が、機械の静的応力を部分的に負担する接線方向成分Ｋｔと、ケーシングに対するステータの動的応力を部分的に解放する径方向成分Ｋｒとからなり、接線方向成分Ｋｔが、径方向成分Ｋｒよりも高い異方性剛性を有し、
   接線方向成分Ｋｔの合成が、ギャップ（１０）より小さな所定の値以下のステータの軸方向または径方向移動量で、回転電気機械の静的応力を負担し、
   径方向成分Ｋｒの合成が、ケーシングへの所定の伝達係数でステータの動的応力を解放し、
   連結要素（５）が、ステータ（２）とケーシング（１）の間に配設されたエラストマ（９）および鋼板（８）の積層複合材を材料とし、各連結要素の積層方向が、当該の連結要素が取り付けられる、ステータ（２）の対応する取り付け点（７）におけるステータ（２）の接線に平行であり、各連結要素（５）が、両端に、ケーシング（３）への取り付け点（６）と、中央に、ステータ（２）への取り付け点（７）を含むことを特徴とする装置。
2. ロータ（１）と、ロータ（１）と同軸のステータ（２）と、ステータ（２）とロータ（１）との間のギャップ（１０）と、ステータ（２）用の連結点（４）を具備するケーシング（３）とを含み、請求項１に記載の連結装置を含むことを特徴とする回転電気機械。

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