JPH04105529A - 電動機の回転子 - 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】 産業上の利用分野 本発明は電動機の回転子に係り、特にルームエアコンや
扇風機等の送風用小型電動機をサイリスク等で可変速制
御する場合に発生する電磁騒音を抑制するために好適な
電動機の回転子に関する。

従来の技術 小型電動機は家庭電器製品において便利な駆動手段とし
て多用されているが、近年、電子制御技術の発達に伴な
って機器の状態に応じて電動機を可変速に制御する方式
がふえ、その際発生する電磁騒音の低減が問題となる場
合が多い。

従来この種の電動機としては、誘導電動機が一般によ（
用いられる。以下その構成を第４図により説明する。

固定子側は、固定子巻線１を巻装した固定子鉄心２がフ
レーム３に固定されている。一方回転子側は、アルミダ
イカストによる回転子巻線（図示せず）を施した回転子
鉄心４がシャフト５に圧入固定され軸受６．６によりエ
ンドブラケット７．７に回転自在に支持されている。上
記構成において、固定子巻線１に外部から交流電圧を印
加することにより、固定子鉄心２と回転子鉄心４の間の
エアギャップ８に回転磁界が発生し、回転子鉄心４とシ
ャフト５は一体に回転する。

発明が解決しようとする課題 家庭電器製品では小型のコンデンサラン型の単相誘導電
動機が用いられることが多（、この場合、固定子巻線１
のうち主巻線と補助巻線の起磁力のアンバランスにより
回転トルク中に電源周波数ｆの２倍の周波数の脈動トル
ク（以下２ｆトルクと呼ぶ）成分が含まれてくる。この
２ｆトルクはシャフトから負荷のファンに伝達され、前
記ファンに２ｆ周波数近辺の固有振動数が存在する場合
、共振音となって製品の騒音増大を招（。

また、前記コンデンサラン型の単相誘導電動機をサイリ
スタ等の位相制御により可変速に運転しようとする場合
、正弦波の電源電圧がある位相で切除された歪波形とな
るため、電源電圧自身が数多（の高調波を重畳した形に
なり、回転トルク中には２ｆｎ（ｎは正の整数）の周波
数の脈動トルク成分が発生する。

一般に送風装置のファンは薄肉の翼部を有しているため
、数百上の周波数領域に複数個のねじり固有振動数が存
在し、前記２ｆｎの脈動トルクとの共振を避けきること
は極めて困難である。特に低回転数でファンが運転され
た場合、ランダムな周波数成分をもつ風切音のレベルが
下がるのに較べ、前記２ｆｎの共振音が笛が鳴りつづく
ように耳ざわりな音として残り、機器の使用快適性を著
しく損なう結果となる。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、回転トル
ク中の脈動成分に基づ（電磁騒音を低減した電動機を提
供しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、回転子鉄心とシャ
フトとをラジアル型のボールベアリング。

ニードルベアリング等のころがり軸受により回転自在に
支承し、かつ回転子鉄心とシャフトとをゴム状弾性体（
以下、ダンパーゴムと呼ぶ）により固着もしくは係合し
、回転子鉄心部の回転トルクをシャフトに伝達する電動
機の回転子を用いる。

作用 本発明は上記構成により、正規の回転トルク以外の２ｆ
ｎの周波数の脈動トルクがシャフトを介して負荷に伝達
されるのを抑制しようとするものであり、以下その防振
をねじり振動のモデルを用いて説明する。尚、簡略化す
るため前記振動モデルはファンの代りに負荷に剛体円板
を用いたもので説明する。

回転子鉄心の慣性モーメントをＪＩ、シャフト及び負荷
の慣性モーメントを加え合せたものをＪ２、ダンパーゴ
ムのねじりばね定数をにθとすると、この振動系の固有
振動数ｆθは、 通常ファン負荷ではＪ　２　＞　Ｊ　＋であり、この場
合、となる。また回転子鉄心における脈動トルクの値を
Ｔｉｎ、シャフトを経て負荷へ伝達される脈動トルクを
Ｔ２ゎとした場合、脈動トルクの伝達率は、振動絶縁の
理論より、 ここでζ＝ｃ　／＜２　Ｊｒ詠７＞でＣは振動系の粘性
減衰係数、またＰ＝ｆｘ／ｆｅ、ｆｘは任意の周波数と
する。伝達率の周波数変化の傾向としては、ζ＝Ｏとし
た場合ｆｘ＝ｏ　（Ｐ＝Ｏ）で１、ｆｘ＝ｆｅ（Ｐ＝１
）で極大値、ｆ　Ｘ＝、／’Ｎ　ｆ　ｅ　（Ｐ　　Ｊ’
Ｚ　）で１、ｆｘ≧、ηｆθでは単調に減少する。従っ
て今、１００士以上の周波数で防振を効かせたいとする
と系の固有振動数ｆθが７１Ｈｚ（１００／４）以下に
なるように、ＪＩ、にθを設定すればよいことになる。

尚、上記ｆｅは電動機の基本回転数より高い値に設定す
ることは言うまでもない。仮にｆθを４０Ｈｚに設定し
た場合、ζ＝Ｏとすると、１００七で伝達率は１１５．
２５．２００七でｌ／２４になり、脈動トルクは大幅に
減衰されて負荷に伝わることになる。

実際のファン負荷状態では、ファンやシャフトの固有振
動数やダンパーゴムをはじめ各部の粘性減衰の影響があ
り、連成した系としてとらえる必要がある。加振実験等
による実験的な確認を併用するものであるが、基本的に
は上記の防振の原理が適用できる。

次に、回転子鉄心部をシャフトに対して回転可能に支持
する手段としては、ボール、ニードル等のラジアル型の
ころがり軸受を用いることにより、ダンパーゴムの脈動
トルクに基づ（微小ねじり変位に支障を与えず、かつ回
転子鉄心の径方向に変位が極力少なく支持できるもので
ある。この場合、ボール、ニードル等の微小なガタッキ
を防止するために軟質ゴムのコーチイブやグリースの封
入等の処置を軸受内部に施してお（のがよい。

実施例 以下、本発明における実施例を第１図〜第３図で説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例を示す電動機回転子の縦
断面図である。図に示すように回転子鉄心１１はボール
ヘアリング１２．１２によりシャフト１３に回転可能に
支持されている。ダンパーゴム１４はあらかじめ金属製
の外筒１５及び内筒１６と加硫接着成形されたものを用
い、外筒１５は回転子鉄心１１の内径部に、また内筒１
６はシャフト１３の外径部に接着もしくは圧入等の方法
で固着保持される。また、ボールベアリング１２．１２
はシールド板のないオープンタイプのものを用い、ボー
ル及び保持器の部分をシリコーンゴム１７でコーティン
グし、ボール部のガタッキをな（すようにしている。

本実施例を６極、５０Ｗのコンデンサラン型単相誘導電
動機に適用した場合、回転子鉄心１１は外径５０醜、積
厚４３ｍｍでその慣性モーメントは、１　、６　ｇ−ｃ
＋ｇ＋・Ｓ２であった。シャフト１３は直径φ１２■で
あり、ダンパーゴム１４は、材質は耐熱性の良好なエチ
レンアクリルゴム（デュポン（４）製、商品名ベイマッ
ク）の硬度４５°の配合のものを用い、形状はゴム部の
長さが２０　ｍ　、厚みが６ｍのものが良好であった。

この防振ゴムの形状、硬度は、加振実験により求めたも
ので、第１図の電動機回転子をボールベアリング１２．
１２の外輪で支承し、シャフト１３の先端を固定し、固
定子鉄心部１１の外周を周方向に加振して同外周上で９
０°離れた位置に振動ピックアップを固定し、円周方向
の振動加速度の周波数応答特性をＦＦＴアナライザーで
求めるという加振測定の常法によった。本実施例のダン
パーゴム１４を用いた場合、前記測定によるねじり方向
の固有振動数は６５Ｈｚであった。

上記構成において、回転子鉄心部１１に発生した脈動ト
ルク成分を含む回転トルクは、ダンパーゴム１４を介し
てシャフト１３へ伝達されるが、正規の駆動トルク（２
０Ｈｚ以下）は減衰を受けず、２ｆｎの周波数成分を有
する脈動トルクのみ大きく減衰されて伝わることになり
、大きな防振効果が得られる。

次に、本実施例の電動機（６極、５０Ｗ、コンデンサラ
ン型単相誘導電動機）をファン負荷で実際にサイリスク
位相制御で３７Ｏｒｐｍの回転数で運転した場合の騒音
の周波数分析結果を第２図（ａ）に、また従来例の電動
機回転子を組込んで同様にサイリスタ運転した場合の結
果を第２図（ｂ）に示す。従来例の結果では、２ｆｎの
周波数の異音のピークが数多（みられるのに較べ、本実
施例による結果では、それらピークの大半が風切音のレ
ベルまで低下して目立たなくなり、大幅な騒音低減効果
を示している。

第３図は本発明による第２の実施例を示す電動機回転子
の縦断面図である。

尚、第１の実施例は、ダンパーゴムを回転子鉄心部の内
側に設けた場合の例であるが、第３図に示すように、ダ
ンパーゴムを外側に設ける方式、即ち、ダンパーゴム２
１の一端を回転子鉄心２２の外側端面に固定し、他端を
シャフト２３に圧入等で固定された押え板２４で保持し
、回転子鉄心２２の回転トルクをダンパーゴム２１．２
１を介してシャフト２３に伝える構成でも同様の効果が
得られることはいうまでもない。

発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、ル
ームエアコンや扇風機等の送風用小型電動機をサイリス
タ等で速度制御する場合に問題となりやすい脈動トルク
成分に基づく電磁騒音の抑制ができ、安価な制御装置を
用いて低騒音の送風装置が達成できる。

また本発明は、電動機の回転トルク中の脈動成分がシャ
フト側から負荷へ伝達され電磁騒音となる場合一般に適
用が可能で、送風装置以外や、他の永久磁石式同期電動
機のコギング対策等にも有効な騒音低減手段を提供しう
るちのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による電動機回転子の縦
断面図、第２図（ａ）は本発明の第１の実施例による電
動機回転子を用いた場合の騒音の周波数分析結果を示す
図、第２図（ｂ）は従来例の電動機回転子を用いた場合
の騒音の周波数分析結果を示す図、第３図は本発明の第
２の実施例による電動機回転子の縦断面図、第４図は従
来の誘導電動機の縦断面図である。 １・・・・・・固定子巻線、２・・・・・・固定子鉄心
、３・・・・・・フレーム、４．１１．２２・・・・・
・回転子鉄心、５゜１３．２３・・・・・・シャフト、
６・・・・・・軸受、７・・・・・・エンドブラケット
、８・・・・・・エアギャップ、１２・・・・・・ボー
ルベアリング、１４．２１・・・・・・ダンパーゴム（
ゴム性弾性体〉、１５・・・・・・外筒、１６・・・・
・・内筒、１７・・・・・・シリコーンゴムコーティン
グ、２４・・・・・・押え板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子鉄心とシャフトとをラジアル型のボールベアリン
   グ、ニードルベアリング等のころがり軸受により回転自
   在に支承し、かつ回転子鉄心とシャフトとをゴム状弾性
   体により固着もしくは係合し、回転子鉄心の回転トルク
   をシャフトに伝達する電動機の回転子。