JPH01295636A - 電動機の鉄心構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は電動機の鉄心の構造に係り、特に固定子鉄心の
鉄心寸法に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は電動機の騒音の低減を図ったもので、電動機の
固定子鉄心のたわみ量ｄ０が一定の値となるように固定
子鉄心寸法を定めた構造とすることにより、電磁音を低
減して騒音の低い高効率の電動機を提供することができ
る。

Ｃ９従来の技術 電動機の固定子鉄心の設計に際し、固定子鉄心の固有振
動数および電磁振動のモードと周波数との関係式につい
ては次のようなことが知られている。即ち第４図に示す
ような内部構成の電動機において、固定子の内径をＤ　
（ａｍ）　、固定子鉄心の厚さ（最小部）をｈ　（ＣＩ
）　、固定子鉄心の平均径をＤｓ（ｃｍ）、固定子鉄心
の外径をＤｅ（ｃｍ）で表した場合に固有振動数ｆ　（
Ｈｚ）は以下の式で算出されることが知られている。

但し、ｍ：モード数、に：６１を含めた鉄心重量と歯を
除いた鉄心重量の比。

また電磁振動のモードｍ：と周波数の間には、次に示す
表１の関係がある。

但し、Ｌ−に：正の整数、Ｎ、：固定子スロット数、Ｎ
ｔ：回転子スロット数、Ｐ：極対数。

Ｓ：すべり、ｆｏ　：電源周波数。

上記の関係式により算出される電動機の振動周波数等の
要因を含めて、電動機のフレームは構造上の強度を考慮
してその形状が決定される。第５図は従来の鋳造構造の
フレームの電動機の構成を表したもので、鋳造により外
周部に冷却用フィンｔｘｔを形成したフレーム１０１の
内部に固定子コイル１０３を巻装した固定子鉄心１０２
が配設されている。固定子鉄心１０２と僅少の空隙を有
して回転子鉄心１０５が回転軸１０７に固設され、回転
子鉄心１０５には回転子コイルｌ′０６が巻装されてい
る。回転軸１０７は軸受１０８を備えたブラケット１０
４によって支持され、ブラケット１０４はフレーム１０
１に嵌合して強固に固設されている。

上記の鋳造構造のフレームを備えた電動機が発生する騒
音の周波数を分析したグラフが第６図である。この騒音
周波数分布グラフは横軸に発生する騒音の周波数（ＫＨ
ｚ）をとり、縦軸に騒音レベル値（ｄＢ）をとって、被
測定機として電源電圧２２０Ｖ、６０Ｈｚ出力２．２Ｋ
Ｗ−４Ｆの電動機について実施したもので、グラフは鋳
物フレームの電動機のオーバーオール値を示し、測定点
４点の平均騒音レベルは５１．３ｄＢを示している。

一方、近時溶接技術の進歩にともない小形機ではフレー
ムを鋼板構造とする電動機が主流になりつつある。これ
は小形電動機の小形化、軽量化。

価格の低廉化の要求にこたえたもので、第１図は鋼板構
造のフレームの電動機の構成を表している。

排気用の打抜窓を形成した鋼板製フレームｌの内部に固
定子コイルを巻装した固定子鉄心２が配設され、回転子
鉄心５が固定子鉄心２と僅少の空隙を有して回転軸７に
固設されている。回転子鉄心５には回転子コイル６が巻
装され、回転軸７は軸受８を備えたブラケット４に支持
され、ブラケット４とフレーム７は嵌合して強固に固設
されている。

上記の鋼板構造のフレームを備えた電動機が発生する騒
音を周波数で分析したグラフが第７図である。この騒音
周波数分布グラフは横軸に発生する騒音の周波数（ＫＨ
ｚ）をとり、縦軸に騒音レベル値（ｄＢ）をとったもの
で、被測定機として前記の鋳物フレームと同じ出力の２
．２ＫＷ−４Ｐ（ＩＩ源電圧２２０Ｖ６０Ｈｚ）の電動
機について実施した。第７図のグラフは測定点４点の平
均騒音レベルが６０．４ｄＢであることを示し、特にそ
のピークが特定の周波数において生じていることを示し
ている。

第８図は上記の鋼板フレームを備えた電動機の内部の構
成の配設関係を示したもので、固定子鉄心２′の外径Ｄ
ｅをＤｅ＝１７５　（ｉｘ）、固定子鉄心の厚さｈ′を
ｈ’　＝１６．６（ｘｘ　）、固定子鉄心の内径Ｄ′を
Ｄ’＝１０５（ｘｘ）に形成している。

上記の比較から明らかなように鋼板フレームは従来の鋳
物フレームと比較して機械的剛性が低下するため電磁音
による騒音のレベルが高くなるのである。一般に用いら
れるポンプ、ファン等の小形電動機では身近な環境に置
かれるため、低騒音化への要求は非常に大きいものがあ
る。また価格面でも相当に厳しい要求があり、コストダ
ウンと共に鋼板フレームの電動機の低騒音化は必要であ
る。

鋼板フレームに発生する電磁音を低減させるためには、
第１に電動機の設計によって決まる電磁力の周波数と、
鉄心の固有振動数を極力離れたものとする。第２には電
動機の剛性を高める等の手法が用いられていた。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 しかし、設計によって決まる電磁力の周波数と鉄心の固
有振動数が離れて一致しない場合でも、電動機の剛性が
小さい場合には電磁力により鉄心がその周波数で振動し
電磁音が発生する。また電動機の剛性を高めれば騒音は
低減するが、一般的に電動機の体格が大となりコストア
ップの原因となり、フレームに鋼板を採用するうえで改
善が求められていた。

本発明は上記の課題に鑑み成されたもので・電動機の低
騒音化を容易とする鉄心構造の提供を目的とする。

Ｅ９課題を解決するための手段 本発明は、固定子鉄心の剛性を高めるために、固定子鉄
心の厚さを大きくしたことを特徴としたもので、その手
段は電動機の固定子鉄心の基本波磁束密度によるたわみ
量ｄ０を算出して、固定子鉄心が下記のたわみＩｔｄ０
（１０−■ｃｍ）を満足すＦ８作用 上記の手段を用いることにより、フレームに鋼板等の剛
性の小さい材質のものを採用しても固定子鉄心の剛性の
向上により、騒音の発生が抑制される。

Ｇ、実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。第２図は本発明の要部である電動機固定子鉄心の配設
関係を示す図である。最初に本実施例の構成を説明する
。

本実施例の電動機は第１図に示すようにフレームに鋼板
を用いた誘導電動機で、その構成は前記従来の技術にお
いて説明したように鋼板フレームｌによって電動機の外
殻を形成している。本発明は鋼板フレーム１の機械的剛
性が低い点を固定子鉄心の剛性の向上を図ることにより
改善するもので、固定子コイル３を巻装する固定子鉄心
２の構造を第２図に示す寸法に形成した。

即ち、出力が２　、２　Ｋｌで４極、２２０Ｖ、６０Ｈ
ｚの電動機における固定子鉄心２の厚さｈをｈ＝２０．
１（ｘｇ）に、固定子鉄心２のスロットの長さり、をり
、＝１４．９　（Ｉ宜）に、回転子鉄心５の内径りをＤ
＝１００（ｘｘ）に、固定子鉄心２の外径ＤｅをＤｅ＝
１７５（ｗｉｔ）に形成している。このように固定子鉄
心２の厚さｈを大きく構成することによる電動機のフレ
ームの機械的剛性の向上を評価する手段として固定子鉄
心のたわみ量による評価が簡易で且つ好適であると考え
られる。

第４図に示した構成から成る固定子鉄心の基本波磁束に
対するたわみ量ｄ０を求める算出式としが知られている
。［但しＢｏ：基本波平均磁束密度（Ｔ）、Ｄ：固定子
内径（ｃｉ＋）　、　Ｄｓ　：　　鉄心の平均径（ａｍ
）、ｐ：極対数、ｈ：鉄心の厚さ（最小部）（Ｃ履）］ 上記の（２）式を利用して構成した本実施例の出力２．
２ＫＩ　４極、２２０Ｖ、６０Ｈｚの電動機が発生する
騒音を周波数で分析したグラフが第３図である。第３図
のグラフは縦軸に騒音レベル値［ｄＢ］をとり、横軸に
発生する騒音の周波数［Ｋ　Ｈｚ］をとったもので、上
記の構成から成る本実施例の作用として大幅な騒音の低
下を示している。

即ち、第８図に示す構成の従来の剛板フレームの標準固
定子鉄心の電動機が発生する第７図の騒音のレベルと比
較して１３．４　［ｄＢ］減少し、低騒音化の目的を達
成している。上記の作用の確認により、２２０Ｖ、６０
Ｈｚの条件における鋼板フレームの各出力別、極対数側
に標準的な従来の鉄心の設計値によるたわみ量と、本発
明の設計の鉄心によるたわみ量ｄ０を（２）式により計
算して、夫々の騒音レベルを測定して表にまとめたもの
が表２乃至表５である。

表２２極標準的鉄心の場合 表３　本発明の２極低騒音化鉄心の場合表４４極標準的
鉄心の場合 表５　本発明の４極低騒音化鉄心の場合上記の実施例か
ら明らかなように表３における２極の電動機の騒音値は
表２の従来の標準的鉄心のものと比較して０．４〜４．
４ｄＢ減少したことが明らかで、また４極の場合には表
５に示されたように表４の電動機と比較して８〜１３．
４ｄＢだけ騒音が低下している。このことから固定子鉄
心２の鉄心の厚さを大きく構成して機械的剛性を向上す
ることが、電動機の騒音の低減に大きく作用することが
明らかとなった。

即ち、固定子鉄心２の構成をたわみ量ｄＯが小さな値に
なるようにすることにより騒音は減少する。

しかしたわみ量ｄｏを小さくするには、固定子鉄心２の
内径りを小さく、固定子鉄心２の厚さｈを大に構成する
必要があるが、内径りは電動機の出力に大きく関係して
、定格出力を満足させるために内径りを小さくすること
には限界がある。また固定子鉄心２の厚さｈはスロット
寸法に関係し、厚さｈを大とするとスロット寸法り、が
削減されて巻装する巻線の収容が困難となる。上記の相
関する各種条件により、電動機の特性を満足させて且つ
騒音値を減少させるための固定子鉄心２のたわみ量ｄｏ
（１（Ｉ”　ｃｍ　）は、 が適当である。

次に上記（２）式を用いて固定子鉄心の厚さ寸法を算出
する例を説明する。

電動機が２．２ＫＷ、４Ｐｔ’２００Ｖ、５０Ｈｚの定
格の場合、電動機の固定子鉄心２の外径ＤｅをＤｅ＝　
１７５（ｘ　ＩＩ　）、内径りを１）＝１００（ｔ、ｗ
）。

基本波平均磁束密度Ｂ０をＢ、＝０．６３Ｔとして、Ｐ
＝２固定子鉄心の平均径ＤｓをＤｓ＝Ｄｅ−ｈとすると
、 ｄｏ＝２．８〜５．６　Ｘｌ０−”を代入してｈを求め
るとｈ＝２．４０−１　、９５　（ｃ＋ｍ）が固定子鉄
心の好適な厚さとして算出される。この算出値を基礎に
特性面１作業性を加えた検討により実際の設計値を決定
する。

本発明の実施にあっては上記実施例に限定されるもので
はなく、例えば実施する電動機のフレームは鋼板フレー
ムに限定されず、従来の鋳物フレームに用いても良く、
この場合には騒音の発生レベルはより低減することは当
然である。

なお、発明の詳細な説明に用いた（１）０（２）式の出
典は、 Ｐ　、　Ｌ　：　Ａｉｇｅｒ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｍ
ａｃｈｉｎｅｓ、　２ｎｄ　Ｅｄ（１９７０）　Ｇｏｒ
ｄｏｎ　ａｎｄ　Ｂｒｅａｃｈ　５ｃｉｅｎｃｅＰｕｂ
Ｌｉｓｈｅｒによる。

Ｈ１発明の詳細 な説明したように、本発明は電動機の固定子鉄心の基本
磁束密度によるたわみ量ｄ０を算出して、固定子鉄心が
下記のたわみ量ｄｏ（１０−＠ｃｘ）を満足する鉄心寸
法に形成したので、その効果として第１に電磁音が低減
して鋼板フレームを採用しても低騒音化が達成される。

第２に固定子の剛性の向上によって、従来の騒音対策と
して重要なポイントとされていたスロット数の組合せ要
因の影響は比較的小さくなり設計の自由度が向上する。

第３に固定子鉄心の厚さが従来より厚くなるので磁束密
度Ｂ０を大きくした設計が可能となり、同一体格であっ
ても出力を大きくすることができる。

第４に固定子鉄心の厚さが厚くなるのでコア部の磁束密
度は低減する。電動機の固定子鉄損の大部分が発生する
コア部での鉄損が減少して電動機の効率が向上すると共
に、鉄心外周上に設けられる溶接溝、カシメ溝、そろえ
溝、ボルト通し溝等の局部に磁束の集中する現象が緩和
されて同様に電動機の効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた鋼板フレームの電動機
の構成を示した図で、第２図は本実施例の固定子鉄心の
構造図で、第３図は本実施例の電動機の騒音を測定した
グラフで、第４図は本発明の詳細な説明する固定子鉄心
の構成図で、第５図は従来の鋳造フレームの電動機の構
成を示す図で、第６図は鋳造フレームの電動機の騒音の
測定グラフで、第７図は従来の固定子鉄心設計による調
板フレームの電動機の騒音の測定グラフで、第８図は従
来の固定子鉄心の構造図を示したものである。 ｌ・・・鋼板フレーム、２・・・固定子鉄心、２ａ・・
・固定子スロット％ｄ６・・・固定子鉄心のたわみ潰、
Ｄ・・・固定子内径、Ｄｓ・・・鉄心の平均径、Ｐ・・
・極対数、ｈ・・・固定子鉄心の厚さ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 １１下、　　　　　（ＫＨｚ） 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動機の固定子鉄心の基本波磁束密度によるたわ
   み量ｄ＿０を算出して、固定子鉄心が下記のたわみ量ｄ
   ＿０（１０＾−＾■ｃｍ）を満足する鉄心寸法に形成し
   たことを特徴とする電動機の鉄心構造。 ▲数式、化学式、表等があります▼