JPH09322469A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁加振力による固定子枠本体の底壁及び振
動を小さくし得ると共に、運転中の騒音を低減すること
ができ、しかも、製造性を向上させることができる回転
電機の固定子。 【解決手段】 固定子枠本体の底壁と、この底壁の径方
向の両端辺部に立設された側壁と、この側壁を連結する
連結壁及び連結壁外壁と、前記固定子枠本体の内部に軸
方向に延びる複数の軸方向リブを円筒状に配設して成る
固定子枠と、鋼板を積層して成り前記軸方向リブの内部
に嵌合支持される固定子鉄心とを備えた回転電機の固定
子において、前記側壁と底壁の面に対して、振動モード
の腹の位置各中央に、振動モードの節ｍ，ｎで分割した
ブロックごとの重量の１／５以上のウエイトを取付け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプや冷凍機や
送風機等に使用される数百ｋＷクラスの大型の回転電機
に好適する回転電機の固定子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の回転電機の固定子の一例を図１
５乃至図２０に示す。これら図１５乃至図１８におい
て、固定子枠１の本体２は、底壁３と、この底壁３の径
方向の両端辺部に立設された側壁４，５と底壁３の軸方
向の両端辺部に立設され、上記両側壁４，５の各端部を
連結する連結壁６，７と底壁３の軸方向の中央部に立設
され、上記両側壁４，５の各中央部を連結する補強壁８
とを有して構成されている。ここで、連結壁６，７はそ
れぞれ外壁６ａ，７ａと内壁６ｂ，７ｂとから構成され
ている。上記外壁６ａ，７ａの外面は、軸受ブラケット
を取付けるための取付面となっている。尚、連結壁６，
７及び補強壁８には、固定子鉄心９を出し入れするため
に、固定子鉄心９の外径と略同径であって略円形をなす
貫通孔８ａが形成されている（補強壁８についてだけ図
１８に示す）。

【０００３】また、固定子枠本体２の内部には、軸方向
に伸びる複数（例えば１０個）の軸方向リブ１０ａ〜１
０ｊが円筒状に配設されている。この場合、軸方向リブ
１０ａ〜１０ｊは、両端部が連結壁６，７の内壁６ｂ，
７ｂに一体に連結されていると共に、中央部が補強壁８
に一体に連結されている。そして、円筒状に配設された
軸方向リブ１０ａ〜１０ｊの内部には、固定子鉄心９が
圧入されて嵌合支持される構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来構成
では、固定子鉄心９の電磁力加振力によって生ずる固定
子鉄心９の電磁加振力が、補強壁８を通して固定子枠本
体２の側壁４，５及び底壁３に伝わって該側壁４，５及
び底壁３の固有振動数と一致して共振する。このため回
転電機の出力が大きいものの場合、側壁４，５及び底壁
３の振動がかなり大きくなり、運転中の騒音が大きくな
ることもあった。

【０００５】さらに、最近においては、電動機をインバ
ータにより速度制御することが多くなってきている。こ
のインバータによる速度制御においては、電圧及び電流
波形に歪を生じて電動機の固定子鉄心９に磁束高調波が
発生し、その電磁加振力の周波数と側壁４，５及び底壁
３の固有振動数と一致する共振の問題があり、大きな騒
音となっている。これらインバータを用いた速度制御の
場合は周波数可変となるため、共振を避けることは困難
である。

【０００６】この電磁加振力には、基本波磁束によるも
のと、固定子鉄心９及び回転子のスロットの影響で生じ
るスロット高調波磁束によるものとがある。このうち基
本波磁束による電磁加振力は電源周波数ｆｏの２倍の周
波数となる。また、スロット高調波磁束による電磁加振
力は、固定子９のスロット数Ｑｓと回転子のスロット数
Ｑｒとの組合せ及び磁極数Ｐにより異なり、その発生周
波数ｆｅは、（１）式で示される。

【０００７】

【数１】 となる。ただし、Ｓはすべりである。

【０００８】このスロット高調波磁束による発生周波数
ｆｅは、１０００Ｈｚから２０００Ｈｚ程度となる。し
かし、電磁加振力となる加振周波数と、底壁３及び側壁
４，５の固有振動数が近接しているか、或いは一致して
いる場合には、振動が拡大されて大きな振動及び騒音が
生じる。

【０００９】そして、側壁４，５及び底壁３の共振した
周波数の固有振動モードを測定したものを図１９及び図
２０に示す。この振動モードは、周辺支持長方形板の節
ｍ，ｎを持つ振動モードを表すことが判った。

【００１０】このような欠点を解消する構成として、図
２１に示すような固定子が考えられている。この構成で
は、固定子鉄心９の外周部の両側部に軸方向リブ１１
ａ，１１ｂを溶接すると共に、固定子枠本体１２の底壁
１３上に上方へ向けて突設した支持台１４ａ，１４ｂ上
に上記軸方向リブ１１ａ，１１ｂを載置支持させる構成
となっている。上記構成によれば、軸方向リブ１１ａ，
１１ｂが固定子枠本体１２の側壁１５に接触することが
なくなるから、側壁１５の振動を小さくすることができ
るようになる。この為、回転電機の出力が大きいものの
場合であっても、側壁１５の振動を小さくすることがで
き運転中の騒音を小さくし得る。

【００１１】しかし、上記構成の場合、固定子鉄心９の
鉄心と固定子枠本体１２に取付ける軸受ブラケットの軸
心との同心調整作業が、大変面倒で製造性が相当悪くな
るという問題点があった。

【００１２】そこで、本発明の目的は、電磁加振力によ
る固定子枠本体の底壁及び振動を小さくし得ると共に、
運転中の騒音を低減することができ、しかも、製造性を
向上させることができる回転電機の固定子を提供するに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明の請求項１は、固定
子枠本体の底壁と、この底壁の径方向の両端辺部に立設
された側壁と、この側壁を連結する連結壁及び連結壁外
壁と、前記固定子枠本体の内部に軸方向に延びる複数の
軸方向リブを円筒状に配設して成る固定子枠と、鋼板を
積層して成り前記軸方向リブの内部に嵌合支持される固
定子鉄心とを備えた回転電機の固定子において、前記側
壁と底壁の面に対して、振動モードの腹の位置各中央
に、振動モードの節ｍ，ｎで分割したブロックごとの重
量の１／５以上のウエイトを取付けたことに特徴を有す
る。

【００１４】この構成によれば、側面と底壁の固有振動
数と電磁加振力の周波数と一致しても、振動モードの腹
の振動振幅が大きい部分にウエイトを固定することによ
り、固有振動数を低下することができ、電磁加振力の周
波数に対して共振回避でき、騒音低減効果が得られる。

【００１５】請求項２は、ウエイトを側壁及び底壁に、
ネジ穴，溶接，通し穴，マグネット，接着剤固定で取付
けることに特徴を有する。この構成によれば、ウエイト
の固定方法は変わってもよいから、構造性がより一層に
向上を図ることができる。更に製造完了時の確認試験、
又は現地据え付けや運転時間経年後の騒音が大きくなっ
た場合にも、重量を変更して取付け可能な構造のため、
騒音低減効果が得られる。

【００１６】請求項３は、ウエイトの取付けを振動モー
ドの腹の最大変位点に点接触の固定で取付けることを特
徴を有する。この構成によれば、ウエイトの取付けを振
動モードの腹の最大変位点に点接触の固定で取付けるこ
とによって、固有振動数の低下率が一番大きくなる。つ
まり、面，線接触で固定することにより、側壁と底壁に
対して補強の効果として剛性が大きくなり、固有振動数
が高くなってしまう。しかし、ウエイトを点接触にする
ことにより剛性を上げることがなく、ウエイトの重量分
が効果的に作用するため、固有振動数の低下率を大きく
でき、共振回避され騒音低減効果が得られる。

【００１７】請求項４は、側壁の振動モードの腹と底壁
の振動モードの節、或いは側壁の振動モードの節と底壁
の振動モードの腹を補強材で連結させたことに特徴が有
る。この構成によれば、振動モードの節、つまり振動し
ない部分が固定端となり、振動モードの腹を補強剤で連
結することにより、振動モードの腹の振動が抑制され騒
音減衰効果が得られる。

【００１８】請求項５は、側壁及び底壁それぞれの振動
モードの同位相の腹と腹を補強板で連結し、前記振動モ
ードの同位相の腹と腹の間の振動モードの逆位相の腹の
位置する部分に減衰材を介在させたことに特徴を有す
る。この構成によれば、振動モードの同位相の腹と腹と
なる部位は、逆位相の腹となる部位に対して最大に相対
変位が生じることになり、その最大相対変位の発生部位
に減衰材が伸縮して内部摩擦が発生し、振動が抑制され
騒音減衰効果が得られる。

【００１９】請求項６は、複数の軸方向リブのうち前記
固定子鉄心の下部に位置する軸方向リブと底壁と固定子
鉄心の間に減衰材を介在するように構成したことに特徴
を有する。この構成によれば、固定子鉄心と底壁とリブ
の結合部位に対して相対変位が生じることになり、その
相対変位の発生部位に減衰材が伸縮して内部摩擦が発生
し、底壁振動が抑制され騒音減衰効果が得られる。

【００２０】請求項７は、減衰材は、弾性ゴム，エポシ
キ樹脂とすることに特徴を有する。この構成によれば、
その減衰材の材料を弾性ゴム、エポキシ樹脂にすること
により内部減衰が鋼材の金属物質に比べてはるかに大き
くなることを利用し、相対変位の発生部分で減衰材が伸
縮して、振動減衰作用が働き騒音が減少する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施例）以下、本発明の請求項１に対応する第
１の実施例について図１乃至図５を参照しながら説明す
る。尚、従来の回転電機の構成と符号が一致するものは
説明を省略する。

【００２２】まず、図１乃至図３に示すように、固定子
枠本体２の連結壁４，５と連結壁外壁６，７によって囲
まれた側壁４，５と底壁３の面に対し、振動モードの腹
の位置の各中央Ｒに、振動モードの節数ｍ，ｎで分割し
たブロック毎の重量の１／５以上のウエイト１６を取付
けて構成されている。

【００２３】この構成によると、側壁４，５及び底壁３
の固有振動数は、周辺長方形板の振動系を表すことがで
きる。つまり、図１９に示すように振動モードは、長辺
ａ及び短辺ｂに対して平行なｍ，ｎの節線の数を持つ。
また、周辺長方形板の固有振動数Ｗｎは、（２）式によ
って求めることができる。

【００２４】

【数２】

【００２５】但し、ｍ，ｎは夫々の辺ａ，ｂに平行な節
線の数、ｔは板厚、Ｅはヤング率、ｇは重力加速度、ｒ
は単位体積当たりの重さである。しかし、固有振動数と
電磁加振力の周波数が共振する問題は、１０００Ｈｚか
ら２０００Ｈｚの間であり、図１９に示すようにｍ＝
１、ｎ＝１からｍ＝１、ｎ＝３の３つの振動モードであ
り、モード番号で示すと３ｒｄ，４ｔｈ，５ｔｈのみと
限定されるものである。

【００２６】従って、振動モードによってウエイト１６
が、側壁４，５と底壁３の軸方向ａ辺に（ｎ＋１）分割
し、軸直角方向ｂ辺に２分割した夫々の中央Ｒに取付け
られることにより、重量が大きくなり固有振動数が低下
すると共に、重量が増加することにより振動の発生が抑
制される。

【００２７】また、この場合ウエイト１６の重量は、分
割した重量の１／５以上になっているため、（２）式か
ら計算すると固有振動数は１０％程度低下することにな
り共振の影響はなくなる。

【００２８】更に、側壁４，５と底壁３の固有振動モー
ド上の腹の部分にウエイト１６を取付けることにより、
前記固有振動数の低下の１０％より大きく低下させるこ
とができることも測定から判った。

【００２９】従って、商用電源５０Ｈｚ，６０Ｈｚの運
転では、（１）式より電磁加振力の発生周波数が計算で
き、又（２）式より、固有振動数と振動モードが計算か
ら得られることから事前に予測できる。更に、問題とな
る固有振動数は商用電源の場合、決まった周波数である
ことからウエイト１６を取り付ける位置は振動モードに
よって位置を決めるもので、目的とする固有振動を効果
的に低下させるものである。例えば、図４に示すように
電源周波数が６０Ｈｚで、（１）式より電磁加振力の周
波数が１７５０Ｈｚである。固有振動数は従来１７５０
Ｈｚであり、共振したときの騒音を図４（ａ）に示すよ
うに、卓越した大きな騒音成分１７５０Ｈｚが検出され
た。

【００３０】そこで、本実施例を適用することにより、
固有振動数が図４（ｃ）に示すように１６８０Ｈｚまで
低減でき（本実施例が実線で、従来例が破線）、図１９
に示したようにモード番号５ｔｈが共振した場合、振動
モードの腹に８ケのウエイト１６を取付けたものであ
る。この効果を見る為、騒音測定した結果を図４（ｂ）
に示すように目的とする固有振動数が適切に低下し、騒
音の卓越周波数の１７５０Ｈｚが低減していることが判
る。

【００３１】更に、図５はインバータ運転で電源周波数
が変化した時の騒音レベルである。この結果からピーク
の周波数が低下すると共に、本発明では共振を起こして
もウエイト１６の重量が増加しているため振動が抑制さ
れ、騒音のピークが小さくなっていることが判る。従っ
て、回転機全体としての振動及び騒音をやはり低減する
ことができる。

【００３２】（第２の実施例）図６は本発明の請求項２
に対応する第２実施例を示すもので、前記ウエイト１６
の取付けを、ネジ穴，溶接，通し穴，マグネット，接着
剤固定で行うものを示しており、このように取付け方法
が変化してもよいことから、取付けが簡易になり製造性
を向上させることができる。また、ウエイトの形状は、
図６で示したものは立方体であるが、どのような形状で
もよい。

【００３３】（第３の実施例）図７は本発明の請求項３
に対応する第３実施例を示すもので、ウエイト１６の取
付けを振動モードの腹の最大変位点Ｒに点接触の固定で
取付けたことを示している。

【００３４】この構成によると、側壁４，５または底壁
３に接触するウエイト１６部分の面積が小さく保ってい
る。従って、振動モードの腹の最大変位点Ｒに点接触の
固定で取付けることによって、固有振動数の低下率が一
番大きくなる。つまり、面、線接触で固定することによ
り、側壁と底壁に対して補強することで剛性が大きくな
り固有振動数が高くなってしまう。従って、ウエイト１
６を点接触することにより、剛性が上がらずウエイト１
６の重量分が効果的に作用するため僅かな重量で、固有
振動数が大きく低下できて共振が回避され騒音低減効果
が得られる。

【００３５】（第４の実施例）図８及び図９は、本発明
の請求項４に対応する第４実施例を示すもので、側壁
４，５の振動モードの腹と底壁３の振動モードの節、ま
たは側壁４，５の振動モードの節と底壁３の振動モード
の腹を補強材１７で連結させたものを示している。この
構成においても、図９に示すように振動モードの腹は振
幅が大きいことから、振幅の小さい振動モードの節に連
結材１７を固定することにより、振動モードの腹の振幅
が抑制され振動が低減する。従って、回転機全体として
の振動及び騒音をやはり低減することができる。

【００３６】（第５の実施例）図１０及び図１１は本発
明の請求項５に対応する第５実施例を示すもので、側壁
４，５及び底壁３の各面での振動モードの同位相の腹Ｗ
と腹Ｚを補強板１８で連結し、逆位相の腹の位置Ｘする
部分に減衰材１９を介在させたことを示している。この
構成においては、運転中に側壁４，５及び底壁３共振す
ると減衰材１９を介在しているので、振動モードの腹と
逆位相の腹では相対変位が生じていることから減衰材１
９が伸縮し、内部摩擦が発生して振動減衰作用が働くこ
とを利用している。従って、回転機全体としての振動及
び騒音をやはり低減することができる。

【００３７】（第６の実施例）図１２は本発明の請求項
６に対応する第６実施例を示すもので、複数の軸方向リ
ブの内、固定子鉄心の下部に位置する底壁３軸方向リブ
の結合部分の角に、減衰材１９を介在させたことを示し
ており、図１３に示すようにリブと底壁３の相対変位が
生じていることから、減衰材１９が伸縮して内部摩擦が
発生し振動減衰作用が働くことを利用しているので、回
転機全体としての振動及び騒音をやはり低減することが
できる。

【００３８】（第７の実施例）図１４は本発明の請求項
７に対応する第７実施例を示すもので、例えば減衰材１
９の材料は、弾性ゴム，エポキシ樹脂とすることによ
り、内部減衰が鋼材の金属物質に比較して大きいことに
より、振動減衰を増加させることができる。従って、電
磁振動により共振することを殆ど防止することができ
る。これにより、防振性を向上できるから運転騒音を低
減することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の回転電機は以上の説明をしたよ
うに構成されているので、以下のように記載されるよう
な効果を奏する。請求項１の発明によれば、固定子枠本
体の連結壁と結壁外壁によって囲まれた側壁と底壁の面
に対し、振動モードの腹の位置各中央に、振動モードの
節数ｍ，ｎで分割したブロックごとの重量の１／５以上
のウエイトを取付けたことから、側壁と底壁の固有振動
数と電磁加振力の周波数と一致もしくは近接しても、振
動モードの腹の振動振幅が大きい部分にウエイトを固定
することにより、固有振動数を低下できて共振が回避で
きるため騒音低減効果が得られる。

【００４０】請求項２の発明によれば、ウエイトの取付
けを、ネジ穴，溶接，通し穴，マグネット接着剤固定で
行う取付け方法が変わってもよいことから、取付けが簡
易になり製造性を向上させることができる。

【００４１】請求項３の発明によれば、ウエイトの取付
けを振動モードの腹の最大変位点に点接触の固定で取付
けることにより、面，線接触での固定となり側壁と側壁
に対して剛性が大きくなって固有振動数がかえって高く
なってしまうが、ウエイトを点接触にすることによって
剛性が上がらず、ウエイトの重量分が効果的に作用して
固有振動数を低下でき、共振が回避されて騒音低減効果
が得られる。

【００４２】請求項４の発明によれば、底壁の振動モー
ドの節、または側壁の振動モードの節と底壁の振動モー
ドの腹を補強材で連結させたものを示しており、振動モ
ードの腹は振幅が大きいことから、振幅の小さい振動モ
ードの節に連結材を固定することにより、振動モードの
腹の振幅が抑制されて振動が低減し、振動及び騒音をや
はり低減することができる。

【００４３】請求項５の発明によれば、側壁及び底壁の
それぞれの面での振動モードの同位相の腹と腹を補強板
で連結し、逆位相の腹の位置する部分に減衰材を介在さ
せたことを示しており、このものでは、運転中に側壁及
び底壁がすると減衰材を介在しているので、振動モード
の腹と逆位相の腹では相対変位が生じていることから減
衰材が伸縮して内部摩擦が発生し、振動減衰作用が働く
ことを利用して振動及び騒音をやはり低減することがで
きる。

【００４４】請求項６の発明によれば、複数の軸方向リ
ブの内で、固定子鉄心の下部に位置する底壁３軸方向リ
ブの結合部分の角に、減衰材を介在させたことからリブ
と底壁の相対変位が生じて減衰材が伸縮し、内部摩擦が
発生して振動減衰作用が働くことを利用し、振動及び騒
音をやはり低減することができる。

【００４５】請求項７の発明によれば、減衰材を、弾性
ゴム，エポキシ樹脂とすることで、振動減衰を増加させ
ることができ、電磁振動により共振しても運転騒音を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す固定子枠の斜視
図、

【図２】図１の III−III 線に沿う縦断面図、

【図３】図１の振動モードの節を説明する固定子枠の斜
視図、

【図４】騒音特性及び固有振動数を表す図、

【図５】騒音特性を表す図、

【図６】本発明の第２の実施例を示す図、

【図７】本発明の第３の実施例を示す図、

【図８】本発明の第４の実施例を示す図、

【図９】固定子枠の振動モードを表す図、

【図１０】本発明の第５の実施例を示す図、

【図１１】固定子枠の振動モードを表す図、

【図１２】本発明の第６の実施例を示す図２相当図、

【図１３】固定子枠の振動モードを表す図、

【図１４】本発明の第７の実施例を示す図２相当図、

【図１５】従来構成を示す図１相当図、

【図１６】従来構成を示す固定子枠の上面図、

【図１７】図１６のＫ−Ｋ線に沿う縦断面図、

【図１８】図１６のＬ−Ｌ線に沿う縦断面図、

【図１９】固有振動モードと固有振動スペクトルを説明
する図、

【図２０】振動モードを説明する図、

【図２１】異なる従来構成を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…固定子枠、 ２…固定子枠本体、
３，１３…底壁、 ４，５，１５…
側壁、６，７…連結壁、 ６ａ，７ａ…外
壁、６ｂ，７ｂ…内壁、６ｃ，６ｄ，７ｃ，７ｄ…連結
用軸方向リブ、８…固定子鉄心、 ９ａ〜
９ｈ…軸方向リブ、１０…円環状リブ、 １
１ａ〜１１ｄ…補強リブ、１２…固定子本体、
１４ａ，ｂ…支持台、１６…ウエイト、
１７…連結材、１８…補強板、 １
９…減衰材。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子枠本体の底壁と、この底壁の径方
   向の両端辺部に立設された側壁と、この側壁を連結する
   連結壁及び連結壁外壁と、前記固定子枠本体の内部に軸
   方向に延びる複数の軸方向リブを円筒状に配設して成る
   固定子枠と、鋼板を積層して成り、前記軸方向リブの内
   部に嵌合支持される固定子鉄心とを備えた回転電機の固
   定子において、前記側壁と底壁の面に対して、振動モー
   ドの腹の位置各中央に矩形面での２辺に平行な節数ｍ，
   ｎの振動モードで分割したブロックごとの重量の１／５
   以上のウエイトを取付けたことを特徴とする回転電機の
   固定子。
2. 【請求項２】 前記ウエイトを側壁及び底壁に、ネジ穴
   または溶接または通し穴またはマグネットまたは接着剤
   固定で取付けることを特徴とする請求項１記載の回転電
   機の固定子。
3. 【請求項３】 前記ウエイトの取付けを振動モードの腹
   の最大変位点に点接触の固定で取付けることを特徴とす
   る請求項１記載の回転電機の固定子。
4. 【請求項４】 前記側壁の振動モードの腹と底壁の振動
   モードの節、あるいは側壁の振動モードの節と底壁の振
   動モードの腹を補強材で連結させたことを特徴とする回
   転電機の固定子。
5. 【請求項５】 前記側壁及び底壁それぞれの振動モード
   の同位相の腹と腹を補強板で連結し、前記振動モードの
   同位相の腹と腹の間の振動モードの逆位相の腹の位置す
   る部分に減衰材を介在させたことを特徴とする回転電機
   の固定子。
6. 【請求項６】 前記複数の軸方向リブのうちの前記固定
   子鉄心の下部に位置する軸方向リブと底壁と固定子鉄心
   の間に減衰材を介在するように構成したことを特徴とす
   る回転電機の固定子。
7. 【請求項７】 前記減衰材は弾性ゴム、エポキシ樹脂と
   する請求項５及び請求項６記載の回転電機の固定子。