JPS63224648A - 交流電動機 - 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】 （発明の産業上の利用分野） 本発明はインバータを電源とする場合の如くにひずみ波
形の電圧により運転される交流電動機に関する。

（従来の運転） 一般に交流電源により運転される交流電動機が冷却ファ
ンやエアダクトなどに原因する通風騒音、またころがり
軸受における機械的騒音の他に電磁励振力により当該電
動機全体が振動することによる所謂電磁的騒音を伴い易
いことは良く知られている。その場合前記電磁励振力は
交流電動機のエアギャップにおける起磁力の分布が階段
状であることがら極間隔の２倍に等しい波長を有する基
本波磁界と共に生ずるその整数分の−の波長を有する高
調波磁界に、固定子電流と回転子電流にもとづく磁界が
固定子鉄心あるいは回転子鉄心のスロット開口に影響さ
れて生ずる高調波磁界が加わって生ずる複雑な高調波磁
界に起因するもので、その際前記高調波磁界による磁束
のうち極数の等しい磁束は切線方向の力即ちトルクを生
ずるが、極数の等しくない磁束は固定子鉄心と回転子鉄
心との間に半径方向の励振力即ち吸引力を生じ、この吸
引力が当該電動機全体を振動させることになり、この振
動に対し固定子枠や固定子鉄心が共振すると振動は極め
て顕著になる。

前記の電磁励振力即ち吸引力の周波数ｆと第１３図に例
示する如き吸引力の分布状態即ち力波のモードにとは、
電源周波数ＦＳ電動機の極数２Ｆ。

回転子鉄心の溝数Ｎｒ、固定子鉄心の溝数Ｎ８　　並に
運転時の回転子の滑りＳなどにより支配される。

例えば顕著な溝高調波励振力の周波数ｆｓＩはで表わさ
れ、またその際の力波のモードＫｇ＋はＫ　ｓ１＝　Ｎ
　Ｑ　　Ｎ　ｒδ２　Ｆ　　　　　　　　　　　　　　
　（２）で表わされる。　（１）式により溝高調波励振
力ｆ８が電源周波数Ｆに従って変化し、また　（２）式
によりその際の力波のモードにが固定子鉄心の溝数Ｎｓ
と回転子鉄心の溝数Ｎｒ並びに極数に関係することが知
られる。

その場合従来の交流電動機においては通常固定電源周波
数即ち６０Ｈｚあるいは５０Ｈ２の商用周波数で定速度
運転が行われるから、当該電動機の極数に応じ経験を元
にして固定子溝数ＮＳと回転子溝数Ｈｒとの組合わせを
選択し、電源周波数Ｆに従って　（１）式から得られる
溝高調波励振力の周波数ｆｔＨなどに対して固定子の鉄
心及び枠に補強を施し、その固有振動数を変えることに
より共振を回避する如くにして低騒音電動機の実現を計
るのが一般である。

第１４図は電動発電機を電源としてその出力周波数を広
範囲に変化させて交流電動機の可変速度運転を行った場
合の各電源周波数毎に運転時の前記電動機の騒音につい
て周波数分析を行ったもので、縦軸に示した電源周波数
の変化に対して各電源周波数毎の発生騒音の周波数を横
軸に示している。この場合は前記電動発電機の出力波形
が正弦波であるから顕著なスペクトル列は１本になって
表われている。第１４図においては電源周波数したがっ
て当該電動機の回転数の変化に伴ってスペクトルの高さ
が変化しており、スペクトルがピーク値を示す回転数に
おいては前記電動機が共振していることが分かる。

したがって第７図に例示する如く積層鉄心４９の外周面
に沿って配置された所要個数の軸方向のリブ４３を、積
層鉄心４９を両側から押圧するプレスリング４４に対し
溶接して軸方向の剛性を高める如くにした固定子鉄心４
１を、第８図に例示する如くステーあるいはカバー兼用
の構造部材４６により両側のブラケット部４５を連結し
てなる枠４２を加熱してその内部に挿入し、固定子鉄心
４１のプレスリング４４の外周面と枠４２のブラケット
部４５の内周面との間に強固な焼きばめが打われる如く
にしてなる第９図に例示する如き固定子、あるいは第１
０図に例示する如く積層鉄心５９をその外周面に設けた
クランマ５８により押圧固定してなる固定子鉄心５１を
第１１図（Ａ）（Ｂ）　　に例示する如く所要個数のリ
ブ５７により両側のブラケット　５５を連結し、リブ５
７の外側にカバー兼用の構造部材５６を設けてなる枠５
２を加熱してその内部に挿入し、固定子鉄心５１の外周
面と枠５２のリブ５７の内側の面との間で強固な焼きば
めが行われる如くにしてなる第１２図に例示する如き固
定子を備える従来の交流電動機が正弦波と見なし得る交
流電源により運転される限り、可変速度運転においても
第１４図に示す如き電磁励振力の周波数に対して固定子
側が共振しないように、固定子鉄心あるいは固定子枠を
適宜補強する如くにすれば良い。第１４図に示すデータ
がらは当該電動機を５０Ｈ２の電源で運転した場合に比
較して６０Ｈｚの電源で運転した場合に振動、したがっ
て騒音が高くなることがそのピーク値から知られるから
、この場合は６ｏＨｚ［源による運転に際して固定子鉄
心あるいは枠を補強し、固定子の固有振動数を前記騒音
スペクトルの振動数から引き離すことにより比較的容易
に当該電動機の発生騒音を低減することが可能である。

（発明が解決しようとする問題点） しかし交流電動機をインバータを電源として可変速度運
転を行う場合の如く電源の出力波形が著しくひずんでい
る場合には事情が異なって来る。

この場合は交流電動機のエアギャップにおける主磁束自
体が最初から多数の高調波を含んでいる上に回転子鉄心
、固定子鉄心の溝に原因する溝高調波が重畳するから、
それらが原因で生ずる電磁励振力即ち半径方向の吸引力
にもとづく固定子の振動も複雑になり、その可変速度運
転の全範囲にわたって騒音を低減することは従来の正弦
波電源により運転される交流電動機の場合の如くには簡
単でない。

第１５図は前記の電動機をインバータを介して可変速度
運転を行った場合のインバータの各出力周波数毎の運転
時の騒音を前述と同様にして周波数分析を行ったもので
、電源周波数の変化を縦軸に発生騒音の周波数を横軸に
して示したもので、この場合には顕著なスペクトル列が
複数個現われる上に各スペクトル列において固定子の共
振を伴うと思われるピーク値が随所に現われ、多くの周
波数において共振状態にあることが分かる。前記のピー
ク値について振動モードＫを解析すると固定子鉄心と固
定子枠とを含む振動系が多く、特に固定子の鉄心と枠と
を円環と見なせるモードで振動する場合の騒音が高いこ
とが知られる。

したがってその出力波形のひずみが大であるインバータ
により可変速度運転を行う交流電動機の場合には、第９
図あるいは第１２図に例示する交流電動機の如き構成で
、その固定子の鉄心あるいは枠を適宜補強してその固有
振動数を変えるという共振回避手段では、特定の電磁励
振力に対する共振は回避することができるにしても広い
可変周波数の全範囲にわたって分布する多くの電磁励振
力に対する共振を回避することは不可能であるから、イ
ンバータにより可変速度運転を行う交流電動機において
は従来行われている如き騒音低減手段は全く無力である
という問題点を擁している。

本発明は波形のひずみの大きい交流電源により可変速度
運転を行う際に発生する騒音を低減するために励振力に
対する共振を回避する如くにした従来の一般的な構造の
交流電動機に伴う前述の如き問題点を解決し、簡単な手
段によりそのひずみ波形電源による可変速運転の全範囲
にわたり前述の如き騒音を極力低減し得る如くにした交
流電動機を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記の目的を達成するために本発明ではインバータを電
源とする場合の如くにひずみ波形の電圧により運転され
る交流電動機において、前記電動機の固定子鉄心の外周
面に不等間隔で複数個の軸方向のリブを、また該鉄心を
収納する固定子枠の内周面に同様にかつ同数の軸方向の
第１のリブを前記鉄心のリブと接合し得る如くにしてそ
れぞれ設け、前記鉄心のリブと前記枠の第１のリブとを
接合する際に前記リブ相互の向い合う位置が接合の組毎
に交互に反対になり、かつその接合面が常に前記電動機
の中心軸を指向する如くにする一方、前記双方のリブの
接合面の間に前記リブ相互が半径方向に相対的に運動し
得る如くに相互間の接合面圧を調整する適宜の面圧調整
手段を設け、該面圧調整手段を前記電動機の外部から操
作しかつ固定し得る如くにするとともに、前記枠の内周
面に前記第１のリブ相互の間に同様に軸方向の第２のリ
ブを適宜に設け、かつ該第２のリブの前記固定子鉄心の
外周面に対向する端面に前記第２のリブの前記端面と前
記鉄心の外周面との間の半径方向の間隔が極めて微細に
なる如くに調整し得る間隔調整手段を設け、該間隔調整
手段を前記電動機の外部から操作しかつ固定し得る如く
にするものである０ （作用） 本発明にかかわる交流電動機を前述の如くに構成するこ
とにより、ひずみ波形の電源によって可変速運転を行う
場合の電磁起振力により当該電動機に生ずる振動エネル
ギを、その際に起る前記固定子鉄心のリブと前記固定子
枠の第１のリブとの接合面における相対運動における滑
り摩擦と１前記枠の第２のリブの先端の面と前記鉄心の
外周面との間に生ずる半径方向の衝突における衝撃とに
より吸収消費する如くにして共振時における振動レベル
を低減しその際に生ずる騒音の低下を計ることができる
。

（発明の実施例） 次に図面に表わされた実施例にもとづいて本発明の詳細
な説明する。

本発明の交流電動機においては、第１図に例示する如く
積層鉄心９の外周面に沿って所要個数の軸方向のリブ３
を不等間隔に設け、積層鉄心９を軸方向に押圧する両側
のプレスリング４に溶接して軸方向の剛性を高める如く
にした固定子鉄心１を、同様に不等間隔にかつ交互に設
けられた第１のリブ７αと第２のリブ７ｈとにより両側
のブラケット５を連結し、外側を覆うカバーなどの構成
部材６が設けられた固定子枠２に挿入する如くにしてい
る。その際固定子枠２の前記リブ７α及び７ｂの内側面
に沿って固定子鉄心１を円滑に挿入し得る如くに、プレ
スリング４に枠２の前記リブ７ｃＬ及び７ｂに対応する
個所に切り欠き部８が形成されている。また前記鉄心１
を前記枠ｚ内に挿入した後前記鉄心１のリブ３と前記枠
２の第１のリブ７αとは相互に接合し得る如くに配置さ
れているが、その際第３図に例示する如くリブ３と第１
のリブ７αとが相互の接合面を間にしてそれぞれの占め
る位置が各接合組毎に交互に反対になり、かつ前記接合
面が常に当該電動機の中心軸を指向する如くになってい
る◇更にリブ３とリブ７αとの何れか一方の接合面、第
３図の実施例においてはリブ’Ｉａの接合面に第４図（
Ａ）に示す如き溝１１が形成され、溝１１の内部に鉄あ
るいは非鉄金属または合成樹脂もしくはそれらの複合材
からなるスリッパメタル１２が、複数個の面圧調整用ボ
ルト１３によって相手側であるリブ３の接合面に適宜の
面圧で押圧される如くに調節された後固定ボルト１４に
より固定保持される如くに配置されている。その際面圧
調整用ボルト１３と固定用ボルト１４とは枠２のリブ７
αの近傍テカバー６に設けられた穴１５を通して操作さ
れ、スリッパメタル１２の位置決定後は前記各ポル）　
１３．１４は溶接などの手段で回り止めが施される。

−力筒２のリブ７ｈは固定子枠２の内周面において隣り
合った第１のリブ７αの間に位蓋し、その内器端部の面
が前記鉄心１の外周面に対して適宜の狭い間隔を保持す
る如くにされている。その際リブ７ｈの端面と鉄心１の
外周面との間の前記間隔は実験的には工ないし３μｍが
最適であることが知られているが、前記電動機において
実際に加さにより前記の狭い間隔を実現することは製造
技術上困難で製造コストの面からも著しく不利であるか
ら、第５図（Ａ）　（Ｂ）　　に例示する如くリブ７ｂ
の固定子鉄心１の外周面に対向する端面に溝２１を形成
し、溝２１の内部に配置される間隔調整用コマ２２を複
数個の間隔調整用ボルト２３によりコマ２２と前記鉄心
１の外周面との間隔を所定の値になる如くに調整した後
固定用ボルト２４によりコマ２２を固定し溶接などの手
段により回り止めを施す如くにしている。

前述の如くに構成された本発明の交流電動機においては
負荷トルクとして固定子鉄心１に働く力は前記リブ３と
リブｌａとの接合面において支持され、また電磁起振力
によって生ずる固定子鉄心１と固定子枠２との間に働く
半径方向の吸引力の振動エネルギはリブ３とリブ７αと
の接合面における半径方向の相対運動の際の滑り摩擦と
、リブ７ｂの端面における間隔調整用コマｚ２と固定子
鉄心１との間の衝突の際の衝撃とにより消費されて振動
そのものが抑制されるからその騒音も当然低減される。

その際の振動エネルギの消費量は具体的には減衰比率ξ
＝０／ａ０（但しＣは減衰係数、Ｃ０は限界減衰係数）
として把握することができる。本発明の交流電動機にお
いて測定した減衰比率ξ１は０．０３５ないし０．０１
５の範囲にあり、これを第９図あるいは第１２図に例示
する従来の交流電動機について測定した減衰比率ξ２の
値０．００１ないし０．０１５に比較すると、本発明の
如き交流電動機の構造においてはその減衰能は１０倍な
いし３５倍に上昇したことになる。その場合の振動振幅
の共振倍率はｒ　／　ｆｆ１ｏ＝ｌ　／　２・ξであり
、また振動に伴う騒音の音圧は構造物の振動速度に比例
することを考えると、騒音レベルの変化量Ａはそれぞれ 減衰比率１０倍の場合で Ａ　＝　２０　Ｌ０９　（１／１ｏ＞＝　−２０ｄＢ減
衰比率３５倍の場合で Ａ＝２０１Ｏダ（１／３５）＝　−３０ｄＢとなり、騒
音が大幅に低減することが分かる。

次に第６図（Ａ）　（Ｂ）　　は固定子枠２の第２のリ
ブ７ｂの固定子鉄心１の外周面に対向する端面に設ける
間隔調整手段の別の実施例で、この場合はリブ７ｂの端
面に形成される溝３１がその底面の一部に軸方向に傾斜
面３１（！を備え、かつ溝３１の内部に配置される間隔
調整用こま３２が溝３１の傾斜面３１のに対応する傾斜
面３２ｃＬを有するとともに、前記こま３ｚをリブ７６
に保持させるために軸方向にこま３２を貫通するスタッ
ド１８がリブ７ｂの軸方向の両側面から外に突出する部
分にナツト１９を備え、スタッド１８を操作することに
よりこ亥３２が軸方向に移動して固定子鉄心１の外周面
との間の間隔の微細な調整を行い得る如くにしている。

以上説明した実施例においては固定子鉄心１のリブ３と
固定子枠２のリブ７αとの接合面における面圧調整手段
としてのスリッパメタル１２を前記枠２側のリブ７８に
設ける如くにしたが、これを前記鉄心１（［のリブ３に
設ける如くにしても効果面において変りはない。

（発明の効果） 本発明は以上に説明した如く、インバータを電源とする
場合の如くにひずみ波形の電圧により運転される交流電
動機において、前記電動機の固定子鉄心の外周面に不等
間隔で複数個の゛軸方向のリブを、また該鉄心を収納す
る固定子枠の内周面に同様にかつ同数の軸方向の＠ｌの
リブを前記鉄心のリブと接合し得る如くにしてそれぞれ
設け、前記鉄心のリブと前記枠の第１のリブとを接合す
る際に前記リブ相互の向い合う位置が接合の組毎に交互
に反対になり、かつその接合面が常に前記電動機の中心
軸を指向する如くにする一方、前記双方のリブの接合面
の間に前記リブ相互が半径方向に相対的に運動し得る如
くに相互間の接合面圧を調整する適宜の面圧調整手段を
設け、該面圧調整手段を前記電動機の外部から操作しか
つ固定し得る如くにするとともに、前記枠の内周面に前
記第１のリフ相互の間に同様に軸方向の第２のリブを適
宜に設け、かつ該第２のリブの前記固定子鉄心の外周面
に対向する端面に前記第２のリブの前記端面と前記鉄心
の外周面との間の半径方向の間隔が極めて微細になる如
くに調整し得る間隔調整手段を設け、該間隔調整手段を
前記電動機の外部から操作しかつ固定し得る如くにする
ことにより、固定子鉄心に半径方向の振動が発生して共
振を起こしても、その振動エネルギは固定子鉄心側のリ
ブと固定子枠側のリブとの接合面における滑り摩擦と固
定子側リブの端面と固定子鉄心との間の衝突により消費
されて減衰するから、その振動振幅は小さくなり、した
がってそれに原因する騒音も低減される上に、前記鉄心
に作用する負荷トルクは前記鉄心側リブと前記枠側リブ
との接合面で支持されるから、ブラケットとプレスリン
グとの接合面圧を従来の電動機の如くに強固にする必要
がなく、したがって前記枠を加熱して前記鉄心を焼きば
めする必要もないから経済的に著しく有利になる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　（Ｂ）　　は本発明の交流電動機の固定
子鉄心の概略縦断面図と概略半切横断面図を第２図は本
発明の交流電動機の固定子枠の概略縦断面図を、第３図
は前記鉄心のリブと前記枠のリブとの配置を例示する概
略横断面図を、第４ｎ（Ａ）（Ｂ）　　は本発明にかか
わる面圧調整手段を例示する概略縦断面図と概略横断面
図とを、第５図（Ａ）（Ｂ）　　及び第６図　（Ａ）（
Ｂ）　　はそれぞれ本発明にかかわる間隔調整手段の異
なった実施例を示す概略横断面図と概略縦断面図とを、
第７図（Ａ）（Ｂ）は従来の交流電動機の固定子鉄心の
概略縦断面図と概略半切横断面図を、第１０図は従来の
交流電動機の固定子鉄心の異なる例による概略縦断面図
を、第８図は従来の電動機の固定子枠の異なる例による
概略縦断面図を、第１１図（Ａ）　（Ｉ　　は従来の電
動機の固定子枠の異なる例を示す概略縦断面図と概略半
切横断面図を、第９図及び第１乙図はそれぞれ従来の電
動機の固定子鉄心と固定子枠との組み立てを例示する概
略縦断面あるいは概略横断面図を、第１３図は電磁起振
力により交流電動機に生ずる力波のモードの例示図を、
第１４図及び第１５図はそれぞれ従来の交流電動機を正
弦波電源及びひずみ波電源で運転した場合の騒音の分析
例を表わす。 １：固定子鉄心、２：固定子枠、３：鉄心側リブ、７ａ
：枠側第１のリブ、７ｂ、２７Ａ　　：枠側第２のリブ
、１６．２６　：間＠調整手段、１７：面圧第４凶 狙繭州１ （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）第６図 に＝１　　　　に＝２　　　に＝３　　　に＝４第１３
図 一一一一一一−驕宮５周濠数 ＯＰＷＲ５ＰＡ　　　ＬＴＮ　　　　　　　　　　２ｋ
ＨｚＴＮＶ、　ＭＯＴＯＲ（Ｒ（ｉ）　５ＯＵＮＤ　　
ｃｈｌｏ　　６）−Ｎｏ６　　　　　　　　００ｔ０５
．９萱馬濠収 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）インバータを電源とする場合の如くにひずみ波形の
   電圧により運転される交流電動機において、前記電動機
   の固定子鉄心の外周面に不等間隔で複数個の軸方向のリ
   ブを、また該鉄心を収納する固定子枠の内周面に同様に
   かつ同個数の軸方向の第１のリブを前記鉄心のリブと接
   合し得る如くにしてそれぞれ設け、前記鉄心のリブと前
   記枠の第１のリブとを接合する際に前記リブ相互の向い
   合う位置が接合の組毎に交互に反対になり、かつその接
   合面が常に前記電動機の中心軸を指向する如くにする一
   方、前記双方のリブの接合面の間に前記リブ相互が半径
   方向に相対的に運動し得る如くに相互間の接合面圧を調
   整する適宜の面圧調整手段を設け、該面圧調整手段を前
   記電動機の外部から操作しかつ固定し得る如くにすると
   ともに、前記枠の内周面に前記第１のリブ相互の間に同
   様に軸方向の第２のリブを適宜に設け、かつ該第２のリ
   ブの前記固定子鉄心の外周面に対向する端面に前記第２
   のリブの前記端面と前記鉄心の外周面との間隔が極めて
   微細になる如くに調整し得る間隔調整手段を設け、該間
   隔調整手段を前記電動機の外部から操作しかつ固定し得
   る如くにしてなることを特徴とする交流電動機。