JP2011083155A - Vibration reduction motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータに関するものであり、運転時のフレームの振動を低減させるものである。 The present invention relates to a motor, and reduces vibration of a frame during operation.
モータは、固定子鉄心、回転子鉄心、コイル、シャフト、フレームにより構成されている。 The motor is composed of a stator core, a rotor core, a coil, a shaft, and a frame.
モータを運転した時には、ギャップを通る磁束により、固定子鉄心と回転子鉄心に電磁力がはたらき、フレームを振動させる原因となる。図3は電磁力によりフレームが振動し、騒音を発する仕組みである。 When the motor is operated, electromagnetic force acts on the stator core and the rotor core due to the magnetic flux passing through the gap, causing the frame to vibrate. FIG. 3 shows a mechanism in which the frame vibrates due to electromagnetic force and generates noise.
固定子鉄心に働く電磁力は、ギャップの磁束密度の高い場所、すなわち磁極のある場所で大きくなる。電磁力はギャップを狭くするように働き、固定子鉄心は内側へ引っ張られるため、鉄心は変形する。磁極のない場所は、磁極のある場所に比べ電磁力は小さいため、磁極付近でギャップを狭くする働きとは逆に、固定子鉄心は外側に変形する。固定子鉄心を変形させる電磁力の分布は、鉄心を内側に引っ張る力の数に対応したモードで表す。図4のように2箇所引っ張られる場合をモード2、または、2次モードと呼ぶ。同様に3箇所の時はモード3となる。
The electromagnetic force acting on the stator core increases at a location where the gap has a high magnetic flux density, that is, a location where there is a magnetic pole. The electromagnetic force works to narrow the gap, and the stator core is pulled inward, so the iron core is deformed. Since the electromagnetic force is smaller in the place without the magnetic pole than in the place with the magnetic pole, the stator core deforms outward, contrary to the action of narrowing the gap near the magnetic pole. The distribution of electromagnetic force that deforms the stator core is represented by a mode corresponding to the number of forces that pull the core inward. The case where two places are pulled as shown in FIG. 4 is referred to as
分布巻モータの場合、起磁力分布が正弦波に近い分布であるので、磁極の強さは磁束が鉄心から出るN極と、磁束が鉄心に入るS極では等しい。そのため、極数と等しい電磁力モードが発生する。 In the case of a distributed winding motor, since the magnetomotive force distribution is a distribution close to a sine wave, the magnetic pole strength is equal between the N pole where the magnetic flux exits the iron core and the S pole where the magnetic flux enters the iron core. Therefore, an electromagnetic force mode equal to the number of poles is generated.
集中巻モータの場合、各相の巻線がそれぞれ1つのティースに巻かれているため、起磁力分布は正弦波状にはならない。3相巻線でU相の電流が最大となる瞬間を例にすると、U相の電流が最大の時は、他のV相とW相には1/2の電流が流れている。磁極の強さは比較すると、U相のティースがN極を作るとき、V相とW相のティースはそれぞれ1/2の強さのS極を作ることになる。そのため、この瞬間では電磁力が大きく働いている場所はU相のティースだけであり、モードは極数の1/2の次数の電磁力モードが発生する。 In the case of a concentrated winding motor, each phase winding is wound around one tooth, so the magnetomotive force distribution is not sinusoidal. Taking the instant at which the U-phase current is maximum in the three-phase winding as an example, when the U-phase current is maximum, 1/2 current flows in the other V-phase and W-phase. Comparing the strengths of the magnetic poles, when the U-phase teeth make the N pole, the V-phase and W-phase teeth each make the S pole of 1/2 strength. Therefore, at this moment, the only place where the electromagnetic force is working is the U-phase teeth, and the mode generates an electromagnetic force mode of the order of 1/2 the number of poles.
電磁力のモード次数が低い時は、フレームが変形しやすく、これが振動の原因となる。また、運転条件により電磁力の周波数がフレームの固有振動数と一致または近接する場合は大きな振動と騒音を発生する。 When the mode order of electromagnetic force is low, the frame is easily deformed, which causes vibration. Further, when the frequency of the electromagnetic force coincides with or is close to the natural frequency of the frame depending on the operating conditions, large vibration and noise are generated.
極数の少ないモータでは低次の電磁力モードが発生するため、振動や騒音が発生しやすい。なお、大型機は小型機に比べ高次の電磁力モードまで考慮する必要がある。 A motor with a small number of poles generates a low-order electromagnetic force mode, so that vibration and noise are likely to occur. In addition, it is necessary to consider a higher-order electromagnetic force mode for a large machine compared to a small machine.
電磁力によるフレームの振動を低減する方法として、フレームの剛性を高めるほか、フレームに加工や材料付加を行い、固有振動数を変えるなどの方法が従来技術として知られている。 As a method for reducing the vibration of the frame due to the electromagnetic force, a method of increasing the rigidity of the frame, changing the natural frequency by processing or adding material to the frame, and the like is known as a conventional technique.
しかしながら、従来技術は、発生する電磁力モードに対する振動低減方法であるため、発生する電磁力モードそのものを低減することはできないという課題がある。 However, since the conventional technique is a vibration reduction method for the generated electromagnetic force mode, there is a problem that the generated electromagnetic force mode itself cannot be reduced.
請求項1の発明によれば、
交流電動機や直流電動機などのモータにおいて、固定子鉄心と回転子鉄心の一方の片端を、他方の片端に対し、電磁力モードを打ち消すように周方向へずらすことにより、フレームの振動を低減させるモータ。
According to the invention of claim 1,
In motors such as AC motors and DC motors, motors that reduce frame vibration by shifting one end of the stator core and rotor core in the circumferential direction so as to cancel the electromagnetic force mode relative to the other end .
請求項2の発明によれば、
請求項1のモータにおいて、鉄心をずらす角度を電気角90度とすることを特徴としたモータ。
According to the invention of
The motor according to claim 1, wherein an angle at which the iron core is shifted is an electrical angle of 90 degrees.
請求項3の発明によれば、
請求項1のモータにおいて、鉄心をずらす角度を電気角180度とすることを特徴としたモータ。
According to the invention of
2. The motor according to claim 1, wherein an angle at which the iron core is shifted is an electrical angle of 180 degrees.
本発明は、モータにおいて、電磁力モードを発生させないことを目的として、固定子鉄心と回転子鉄心の片端を、他方の片端に対し周方向へずらすことを最も主要な特徴とする。
例えば、固定子鉄心と回転子鉄心を積厚の中央部を境に、周方向へずらしてもよい。低次の電磁力モードを打ち消すように周方向へずらすことができ、フレームの振動や、振動により発生する騒音を低減させることができる。
The main feature of the present invention is that one end of the stator core and the rotor core is shifted in the circumferential direction with respect to the other end in order to prevent the electromagnetic force mode from being generated in the motor.
For example, the stator core and the rotor core may be shifted in the circumferential direction with the central portion of the thickness being the boundary. The low-order electromagnetic force mode can be shifted in the circumferential direction so as to cancel out, and the vibration of the frame and the noise generated by the vibration can be reduced.
本発明のモータは、周方向の位置関係が異なる2つの鉄心を持つため、発生する電磁力モードの位相がずれるという利点がある。 Since the motor of the present invention has two iron cores having different positional relations in the circumferential direction, there is an advantage that the phase of the generated electromagnetic force mode is shifted.
振動の原因となる低次の電磁力モードが打ち消されるように鉄心をずらすことで、フレームの振動を低減することができる。フレームの振動を低減させることにより、振動により発生する騒音の低減も図ることができる。 The vibration of the frame can be reduced by shifting the iron core so that the low-order electromagnetic force mode that causes the vibration is canceled. By reducing the vibration of the frame, it is possible to reduce the noise generated by the vibration.
誘導電動機、同期電動機、スイッチトリラクタンスモータのほか、直流電動機にも適用することができる。 In addition to induction motors, synchronous motors, and switched reluctance motors, the present invention can also be applied to DC motors.
打ち消されるモード次数に対して2倍の次数のモードが発生するため、高次のモードまで問題となる大型機では高次のモードによる振動を低減することは難しい。 Since a mode having an order twice that of the canceled mode order is generated, it is difficult to reduce the vibration caused by the high-order mode in a large machine that has a problem up to the high-order mode.
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、鉄心とコイルの構造を示した図である。図2は、本発明の断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing the structure of an iron core and a coil. FIG. 2 is a cross-sectional view of the present invention.
固定子鉄心と回転子鉄心は積厚の中央部を境に2つに分かれており、固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組、固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組の2つの鉄心を持っている。固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組に対し、固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組は周方向へ位相差を持つようにずらした構造であり、それぞれの鉄心の組で生じる電磁力モードには位相差が生じる。
The stator core and the rotor core are divided into two at the center of the stack. The two cores are a pair of the
固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組を基準にすると、固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組は、振動の原因となるモードが打ち消されるように、同じ角度だけずらす。
Based on the set of the
電磁力の位相をずらすため、コイル3は2つに分かれた鉄心間で、例えば捩るような形で位置を変化させる。
In order to shift the phase of the electromagnetic force, the position of the
図5は、4極の分布巻モータに本発明の方法を適用した時の電磁力モードを示した図である。分布巻では、極数と等しい電磁力モードが発生する。よって、4極で分布巻の誘導電動機や永久磁石同期電動機は4次モードが発生するため、固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組に対し、固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組を電気角90度ずらすことで、位置関係が異なる2つの鉄心がそれぞれ発生させる4次モードを、互いに打ち消す関係となる。
FIG. 5 is a diagram showing an electromagnetic force mode when the method of the present invention is applied to a 4-pole distributed winding motor. In the distributed winding, an electromagnetic force mode equal to the number of poles is generated. Therefore, since a quadruple mode is generated in a 4-pole distributed winding induction motor or a permanent magnet synchronous motor, a set of a
誘導電動機の場合、回転子の二次導体は回転子鉄心2aと回転子鉄心2bの間はコイルと同様に位置を変化するように繋ぐ。もしくは、それぞれの鉄心両端にエンドリングを設ける。
In the case of the induction motor, the secondary conductor of the rotor connects the
振動の原因となるモード次数が極数と等しい場合、鉄心を電気角90度ずらすことで、打ち消すことが可能である。 When the mode order causing vibration is equal to the number of poles, the iron core can be canceled by shifting the electrical angle by 90 degrees.
図6は、6極の集中巻モータに本発明の方法を適用した時の電磁力モードを示した図である。集中巻では、極数の1/2の次数の電磁力モードが発生する。集中巻6極の永久磁石同期電動機は3次モードが発生するため、固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組に対し、固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組を電気角180度ずらすことで、位置関係が異なる2つの鉄心がそれぞれ発生させる3次モードを、互いに打ち消す関係となる。
FIG. 6 is a diagram showing an electromagnetic force mode when the method of the present invention is applied to a 6-pole concentrated winding motor. In the concentrated winding, an electromagnetic force mode of the order of 1/2 the number of poles is generated. Since the concentrated winding 6-pole permanent magnet synchronous motor generates the tertiary mode, the
振動の原因となるモード次数が極数の1/2と等しい場合、鉄心を電気角180度ずらすことで、打ち消すことが可能である。 When the mode order causing vibration is equal to ½ of the number of poles, the iron core can be canceled by shifting the electrical angle by 180 degrees.
本発明により、モータ駆動時の振動や騒音を低減できるため、多くの産業機器に有効利用可能である。 According to the present invention, since vibration and noise during motor driving can be reduced, the present invention can be effectively used for many industrial devices.
1、1a、1b 固定子鉄心
2、2a、2b 回転子鉄心
3 コイル
4 コイルエンド
5 シャフト
6 フレーム
7 4極分布巻モータの固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組の電磁力モード
8 4極分布巻モータの固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組の電磁力モード
9 6極集中巻モータの固定子鉄心1aと回転子鉄心2aの組の電磁力モード
10 6極集中巻モータの固定子鉄心1bと回転子鉄心2bの組の電磁力モード
1, 1a,
Claims (3)
2. The motor according to claim 1, wherein an angle at which the iron core is shifted is an electrical angle of 180 degrees.
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JP2009235016A JP2011083155A (en) | 2009-10-09 | 2009-10-09 | Vibration reduction motor |
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Citations (3)
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WO2004093298A1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-10-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Permanent magnet type motor |
JP2005210855A (en) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Denso Corp | Rotary electric machine |
JP2005348557A (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Toshiba Corp | Rotary electric machine |
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