内転形電動機用固定子
【課題】本発明は、電動機の効率を殆ど低下させることなく、電動機稼動時に発生する固定子の鋼板の振動を抑制し、振動レベルを低減した電動機用固定子を提供することを目的とする。
【解決手段】鋼板を所定の形状に打抜き、ティース部１５及びヨーク部１３が一体化した１枚の鋼板を複数枚積層し、且つ磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側を含む領域に、溝状の切欠き３１を３個以上６個以下有し、切欠き３１が存在するティースの中心点３点を選定した場合に、前記中心点３点をどの様に選定しても中心点３点が回転対称の位置とならないように、切欠き３１が配置される。
【解決手段】鋼板を所定の形状に打抜き、ティース部１５及びヨーク部１３が一体化した１枚の鋼板を複数枚積層し、且つ磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側を含む領域に、溝状の切欠き３１を３個以上６個以下有し、切欠き３１が存在するティースの中心点３点を選定した場合に、前記中心点３点をどの様に選定しても中心点３点が回転対称の位置とならないように、切欠き３１が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の鉄心に係り、特に打抜かれた鋼板を複数枚積層且つ一体化して製造される内転形電動機用固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から各種電動機の効率向上，低コスト化が強く求められている。一方、冷蔵庫，洗濯機，エアーコンディショナー等に用いられる電動機は高効率，低コスト化に加え、低振動，低騒音のニーズが非常に高い。電動機用固定子は、鋼板を打抜き、所定枚数を積層し、ボルト締め、かしめ、溶接を用いて固着するのが一般的で、その固定子は、ティース部，ヨーク部および巻線コイルを挿入するための空隙部であるスロット部より構成された一体構造であり、巻線コイルの組立て工程を経て、最終的に電動機の一部品として組み込まれる。
【０００３】
固定子を電動機のケースに固定する方法は、固定子外径とほぼ同じ大きさの内径を持つケースに焼嵌めもしくはボルト締め等により固定されている。固定子が電動機に組み込まれる際に、ティース部に巻線コイルが巻かれ、また、その固定子の内側には永久磁石が埋め込まれた回転子が取り付けられている。巻線コイルには交流電流が流され、固定子と回転子の間で回転磁界が発生し、上記電動機が回転作動する。
【０００４】
電動機が稼動する場合は、回転子の永久磁石と固定子ティース先端部の間で吸引，反発を繰返し、電磁加振力が生じる。その回転磁界に伴って生じる電磁加振力は固定子を振動させようとし、とくに半径方向に変形させようとする力（半径方向力）が増大する傾向にある。その半径方向力はティース部先端に集中して作用し、その力はヨーク部を伝播し、ケース部を加振して電動機全体を振動させる。
【０００５】
一般的に、電磁加振されたティース部振動が、ケースに直接伝播しにくい構造とするため、固定子外周に溝状の切欠きを設けて電動機の振動を低減させる方法が取られている。切欠きは、電動機稼動時に固定子内に発生する磁束の流れを極力乱さないようにするため、通常、ティースの外周側に位置するヨークの外周側を含む領域に位置させる。
【０００６】
上記のような切欠きを用いた場合、振動は伝播し難くなる反面、切欠きが存在する固定子周辺は局部的に剛性が低下する問題がある。また、切欠きサイズが大きすぎるとヨーク部の半径方向の幅が小さくなり、磁束が流れ難くなるため、電動機の効率が低下する問題もある。
【０００７】
さらに、図１に示すように、磁極数６極の内転形電動機は略正三角形状となる電磁加振力７１の空間モードを保ちながら回転作動する。切欠きが存在するティースの中心点３点を選定した場合に、その中心点３点がヨーク部の円周方向に回転対称に位置する、つまり略正三角形状に位置する場合、ティース部の外周側に位置するヨーク部の剛性が局部的に低下した切欠き領域を同時に加振するため、固定子の振動が増大する問題がある。
【０００８】
従って、固定子外周に存在する切欠きについては、その個数および面積は極力最小限に留め、効率の良い振動低減対策が求められる。
【０００９】
特許文献１には、ヨーク部外周に切欠きが６等分に配置されたスロット数２４個の内転形電動機用固定子が開示されており、特許文献２には、ヨーク部外周に切欠きが９等分に配置された磁極数６極、スロット数９個の内転形電動機用固定子が開示されている。また、特許文献３には、ヨーク部外周に５ヶ所以上の略直線形状の切欠きを有し、そのうちの４ヶ所の切欠きを含む直線で四角形を構成することを特徴とする単相２極でスロット数２４個の電動機が開示されている。これらの文献で開示された固定子は、切欠きが存在するティースの中心点３点選定した場合、その中心点３点がヨーク部の円周方向に回転対称に位置する形態を包含している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２９７９３６号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８６７３号公報
【特許文献３】特開２００６−２３８５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の問題点に鑑み、電動機の効率を殆ど低下させることなく、電動機稼動時に発生する固定子の鋼板の振動を抑制し、振動レベルを低減した電動機用固定子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するため、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）鋼板を所定の形状に打抜き、ティース部及びヨーク部が一体化した１枚の鋼板を複数枚積層し、且つ磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部の外周側に位置するヨークの外周側を含む領域に、溝状の切欠きを３個以上６個以下有し、前記切欠きが存在するティース部の中心点３点を選定した場合に、前記中心点３点をどの様に選定しても前記中心点３点が回転対称の位置とならないように、前記切欠きが配置されることを特徴とする内転形電動機用固定子。
（２）切欠きがヨーク部円周の半円内に偏在している状態ではないことを特徴とする（１）記載の内転形電動機用固定子。なお、半円内に偏在している状態ではないとは、切り欠きがｎ個あるとしたときに、ｎ−１個は半円内に偏在したとしても、少なくとも１つの切り欠きはその半円内には存在しない状態をいう。
（３）切欠きの断面形状を三角形とし、切欠きの深さがヨーク部の厚みの０．３〜０．５倍であり、長さがティース部の幅の０．８〜１．４倍であることを特徴とする（１）又は（２）の内転形電動機用固定子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、電動機の効率を殆ど低下させることなく、電動機稼動時に発生する固定子の鋼板の振動を抑制し、電動機の振動レベルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電磁加振力の空間モードを示す図である。
【図２】内転形電動機用固定子の形態を示す図である。
【図３】内転形電動機用固定子の形状を示す図である。
【図４】固定子ＡとＢの周波数特性を示す図である。
【図５】固定子ＡとＢの固有振動モードを示す図である。
【図６】磁束流れの概要を示す図である。
【図７】切欠き断面形状の例を示す図である。
【図８】内転形電動機用固定子の作成例を示す図である。
【図９】（a）切欠きが４個有している固定子の作成例を示す図である。（b）切欠きが５個有している固定子の作成例を示す図である。（c）切欠きが６個有している固定子の作成例を示す図である。
【図１０】（a）切欠き形状の作成例を示す図である。（b）切欠き形状の作成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に関し、図面を用いて具体的に説明する。
【００１６】
図２は、本発明の前提となる、エアコン及び冷蔵庫の圧縮機等に使用される磁極数６極、スロット数９個の内転形電動機の断面図である。図２に示すように内転形電動機は、固定子１１と回転子１２からなり、固定子１１は環状のヨーク部１３、ヨーク部内周１４から径方向内側に伸びる９本のティース部１５および巻線コイル２２を挿入するための空隙部である９個のスロット部１７から構成されている。固定子１１は固定子外径とほぼ同じ大きさの内径を持つケース２１に焼嵌めもしくはボルト締め（図示せず）により固定されている。また、固定子１１は、内転形電動機に固定子１１が組み込まれる前に、直接ティース部１５に巻線コイル２２が巻かれた集中巻の固定子である。その固定子の内側には６個の永久磁石２３が埋め込まれた回転子１２が軸を中心に回転自在に取り付けられている。
【００１７】
巻線コイル２２には交流電流が流され、固定子１１と回転子１２の間で磁界が発生し、電動機が回転作動する。電動機が稼動する場合は、回転子１２の永久磁石２３と固定子１１のティース先端部１６の間で吸引，反発を繰返し、電磁加振力７１が生じる。電磁加振力７１がケース２１に直接伝播しにくい構造とするため、固定子外周に溝状の切欠き３１が設けられている。切欠き３１は、電動機稼動時に固定子内に発生する磁束の流れを極力乱さないようにするため、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側を含む領域に位置させる。
【００１８】
磁極数６極の内転形電動機は、図１に示すような略正三角形状となる電磁加振力の空間モードを保ちながら回転作動する。切欠き３１が存在するティース部１５の中心点３点を選定した場合に、その中心点３点がヨーク部の円周方向に対称に位置する、つまり三角形状に位置した場合、ティース部の外周側に位置するヨーク部の剛性が局部的に低下した切欠き領域を同時に加振するため、固定子の振動が増大する。
【００１９】
このことから、本発明者らは、図２に示す磁極数６極の内転形電動機用固定子に関して、その振動特性と切欠き配置の関係を、有限要素法を用いて解析的に調査した。
【００２０】
図３は、解析に用いた固定子形状の例を示す。図３（ａ）の固定子は、切欠き３１がティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に３箇所存在し、且つ、円周方向に回転対称な位置に配置されている。一方、図３（ｂ）の固定子は、図３（ａ）の固定子と同様に切欠き３１が、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に３箇所存在しているが、円周方向に非回転対称な位置に配置されている。
【００２１】
磁極数６極の内転形電動機は前述のように略正三角形状となる電磁加振力の空間モードを保ちながら回転作動することから、その加振形態を再現するため、円周方向に対称な位置のティース先端部１６の３方向に動荷重４１を作用させ、固定子の周波数応答解析を行った。図３（ａ）の固定子では３方向の動荷重が同時に３箇所の切欠き３１が位置するティース先端部１６に作用された場合、振動が大きくなり、また、図３（ｂ）の固定子では３方向の動荷重のうち２方向の動荷重が、２箇所の切欠き３１が位置するティース先端１６に作用された場合、振動が大きくなる。
【００２２】
図４は、図３に示したそれぞれの固定子における周波数応答特性の代表例である。その応答特性は、図３に示す応答評価点４２におけるもので、単位動荷重あたりの加速度を振動値として評価している。
【００２３】
図５は、有限要素法による固有モード解析より得られた、図３に示したそれぞれの固定子の固有振動モードである。各固定子は図５に示す三角形状の固有振動モードを有しており、図４の周波数応答特性での４ｋＨｚ付近に存在する各ピーク周波数は、三角形状の固有モードにおける一次の固有振動数に相当する。
【００２４】
図４，５に示されているように、図３（ｂ）に示す固定子は、図３（ａ）に示す固定子より、ピーク振動時における振動値が３〜４ｄＢ小さくなる。したがって、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に切欠き３１を円周方向に回転対称に位置させないことが、電動機稼動時の振動低減に有効であることがわかる。なお、切欠き３１の個数は２個以下であると、電磁加振力７１が固定子１１を通じてケース２１へ直接伝播し易くなり、少なくとも３個以上は必要である。また、スロット数９個（ティース数９個）の固定子の場合、７個以上となると、切欠き３１が存在するティース部の中心点３点を選定して、その３点をどのように選定しても円周方向に回転対称に位置させない配置を取り得ないことから、６個以下が望ましい。
【００２５】
さらに、電動機の回転バランスを考慮した場合、切欠き３１を円周方向に分散して配置することにより、電磁加振力作用時に固定子の偏った変形を防止することができる。したがって、切欠きを、特にヨーク円周の半円内に偏って配置しないようにして、振動低減に加えて変形を防止するようにしてもよい。
【００２６】
一方、上記磁極数６極でスロット数が９個の固定子が内転形電動機に組み込まれ、巻線コイルには交流電流が流され、電動機が作動する場合、図６に示されるようにティース部１５を径方向に流れる磁束５１をつなぐヨーク部の磁束５２は、斜線部で示す領域５３の範囲に集中する傾向にある。その磁束が集中する領域５３は、半径方向にはヨーク部の厚みＹの０．５倍程度の範囲となる。従って、電動機の鉄損を悪化させないために、切欠き３１は、磁束５１、５２の磁束の流れを乱さない位置に存在することが好ましい。
【００２７】
しかし、切欠きは三角形断面形状とし、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に有することが好ましく、切欠き深さＤはヨーク部の厚みＹの０．５倍以下、切欠き長さＷはティース部の幅Ｔの１．４倍以下が好ましい。
【００２８】
一方、切欠き３１の大きさが極度に小さくなると電磁加振力がケース２１に直接伝播し易くなり、切欠き深さＤはヨーク厚みＹの０．３倍以上で、切欠き長さＷはティース部の幅Ｔの０．８倍以上が好ましい。また、切欠き３１の形状は図７に示すように、ティース部中心軸１９に対して非対称な三角形断面形状であってもよい。
【００２９】
以上のことから、磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部１５の外周側に位置するヨークの外周側１８を含む領域に切欠き３１を、円周方向に回転対称に位置しないことが、電動機稼動時の振動低減に有効であるといえる。
【実施例１】
【００３０】
図８は、本発明の第１の実施例における内転形電動機用固定子を示すものである。ティース部１５の先端の半径Ｒｔ＝３０ｍｍ、ヨーク部１３の内周の半径Ｒｉ＝４５ｍｍ、ヨーク部１３の外周側１８の端面の半径Ｒｏ＝５５ｍｍで、ティース部１５の幅Ｔは１２ｍｍ、ヨーク部１３の厚みＹは１０ｍｍ、スロット部１７の個数は９個であり、磁極数は６極である。積層される鋼板の１枚の板厚は０．３５ｍｍで積層高さは４０ｍｍであり、積層鋼板は、各ティース部１５の外周側にある溶接部（図示せず）によって固着されている。また、固定子１１は電動機のケース２１にボルト締め（図示せず）により固定されている。
【００３１】
溝状の切欠き３１は、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側１８を含む領域に３箇所配置させており、切欠き３１の深さＤは４ｍｍで、ヨーク部１３の厚みＹの０．４倍あり、切欠き３１の幅Ｗは１６ｍｍで、ティース部１５の幅Ｔの約１．３倍である。切欠き３１の相互の位置関係は、円周方向に非回転対称であると共に、切欠き３１を有していないティースが円周方向に非回転対称に配置されている。
【００３２】
比較例として、図３（a）に示す固定子の形状で、溝状の切欠き３１をティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に３箇所、円周方向に対称に配置させた固定子１１を作成した。
【００３３】
試験は、回転数３０００[ｒｐｍ]、トルク３[Ｎｍ]の条件で各固定子を装着した電動機を稼動させ、ケース外周部に加速度計を装着して、ケースの振動加速度を測定した。振動加速度レベルは１０ｋＨzまでの周波数範囲まで測定し、オーバーオール値[ｄＢ]で評価した。測定後、振動加速度データを詳細に分析した結果、図８に示す本発明例の固定子を装着した電動機の振動加速度レベルは、比較例である図３（a）に示す固定子を装着した電動機の振動加速度レベルより３〜４ｄＢ下回っていることを確認した。
【００３４】
また、図８に示すとおり、各切欠き３１は、磁束を乱さないティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側１８に位置しており、電動機の効率を殆ど低下させることはなかった。
【実施例２】
【００３５】
図９は、本発明の第２の実施例における内転形電動機用固定子を示すものである。実施例１と同一形状のものについては、同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図９(ａ)は、切欠きを４個有している固定子の作成例で、図９(ｂ)は、切欠きを５個有している固定子の作成例であり、図９（ｃ）は切欠きが６個有している固定子の作成例である。実施例１と同様に、切欠き３１は、ヨーク部１３の円周の半円内に偏在しないように分散して配置している。切欠き３１を分散配置することにより、電磁加振力が作用した場合に、固定子の偏った変形を防止することが出来、回転バランス上安定した構造となる。
【実施例３】
【００３７】
図１０は、本発明の第３の実施例における内転形電動機用固定子を示すものである。実施例１と同一形状のものについては、同一符号を付して説明を省略する。図１０（ａ）は、三角形断面形状の切欠き３個を実施例１と同様に円周方向に非回転対称に配置させたもので、切欠きの深さＤはヨーク部の厚みの０．３倍となる３．０ｍｍとしている。また、切欠きの幅Ｗは、ティース部の中心軸から円周方向にティース部の幅の０．８倍となるように９．６ｍｍとしている。一方、図１０（ｂ）は、三角形断面形状の切欠きを実施の形態１と同様に切欠き３個を円周方向に非回転対称に配置させたもので、切欠きの深さＤはヨークの厚みの０．５倍となる５．０ｍｍである。また、切欠きの幅Ｗは、ティースの中心軸から円周方向にティース部の幅の１．４倍となるように１６．８ｍｍとしている。これらの固定子は、切欠き形状が磁束の流れを阻害することなく、所定の電動機性能を維持し、且つ、電磁加振力が電動機ケースへ伝播する現象を緩和して振動低減効果を有した構造となっている。
【符号の説明】
【００３８】
１１ 固定子
１２ 回転子
１３ ヨーク部
１４ ヨーク部内周
１５ ティース部
１６ ティース先端部
１７ スロット部
１８ ヨーク部の外周側
１９ ティース部中心軸
２１ ケース
２２ 巻線コイル
２３ 永久磁石
３１ 切欠き
４１ 動荷重
４２ 応答評価点
５１ 径方向に流れる磁束
５２ ヨーク部の磁束
５３ 磁束が集中する領域
７１ 電磁加振力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の鉄心に係り、特に打抜かれた鋼板を複数枚積層且つ一体化して製造される内転形電動機用固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から各種電動機の効率向上，低コスト化が強く求められている。一方、冷蔵庫，洗濯機，エアーコンディショナー等に用いられる電動機は高効率，低コスト化に加え、低振動，低騒音のニーズが非常に高い。電動機用固定子は、鋼板を打抜き、所定枚数を積層し、ボルト締め、かしめ、溶接を用いて固着するのが一般的で、その固定子は、ティース部，ヨーク部および巻線コイルを挿入するための空隙部であるスロット部より構成された一体構造であり、巻線コイルの組立て工程を経て、最終的に電動機の一部品として組み込まれる。
【０００３】
固定子を電動機のケースに固定する方法は、固定子外径とほぼ同じ大きさの内径を持つケースに焼嵌めもしくはボルト締め等により固定されている。固定子が電動機に組み込まれる際に、ティース部に巻線コイルが巻かれ、また、その固定子の内側には永久磁石が埋め込まれた回転子が取り付けられている。巻線コイルには交流電流が流され、固定子と回転子の間で回転磁界が発生し、上記電動機が回転作動する。
【０００４】
電動機が稼動する場合は、回転子の永久磁石と固定子ティース先端部の間で吸引，反発を繰返し、電磁加振力が生じる。その回転磁界に伴って生じる電磁加振力は固定子を振動させようとし、とくに半径方向に変形させようとする力（半径方向力）が増大する傾向にある。その半径方向力はティース部先端に集中して作用し、その力はヨーク部を伝播し、ケース部を加振して電動機全体を振動させる。
【０００５】
一般的に、電磁加振されたティース部振動が、ケースに直接伝播しにくい構造とするため、固定子外周に溝状の切欠きを設けて電動機の振動を低減させる方法が取られている。切欠きは、電動機稼動時に固定子内に発生する磁束の流れを極力乱さないようにするため、通常、ティースの外周側に位置するヨークの外周側を含む領域に位置させる。
【０００６】
上記のような切欠きを用いた場合、振動は伝播し難くなる反面、切欠きが存在する固定子周辺は局部的に剛性が低下する問題がある。また、切欠きサイズが大きすぎるとヨーク部の半径方向の幅が小さくなり、磁束が流れ難くなるため、電動機の効率が低下する問題もある。
【０００７】
さらに、図１に示すように、磁極数６極の内転形電動機は略正三角形状となる電磁加振力７１の空間モードを保ちながら回転作動する。切欠きが存在するティースの中心点３点を選定した場合に、その中心点３点がヨーク部の円周方向に回転対称に位置する、つまり略正三角形状に位置する場合、ティース部の外周側に位置するヨーク部の剛性が局部的に低下した切欠き領域を同時に加振するため、固定子の振動が増大する問題がある。
【０００８】
従って、固定子外周に存在する切欠きについては、その個数および面積は極力最小限に留め、効率の良い振動低減対策が求められる。
【０００９】
特許文献１には、ヨーク部外周に切欠きが６等分に配置されたスロット数２４個の内転形電動機用固定子が開示されており、特許文献２には、ヨーク部外周に切欠きが９等分に配置された磁極数６極、スロット数９個の内転形電動機用固定子が開示されている。また、特許文献３には、ヨーク部外周に５ヶ所以上の略直線形状の切欠きを有し、そのうちの４ヶ所の切欠きを含む直線で四角形を構成することを特徴とする単相２極でスロット数２４個の電動機が開示されている。これらの文献で開示された固定子は、切欠きが存在するティースの中心点３点選定した場合、その中心点３点がヨーク部の円周方向に回転対称に位置する形態を包含している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２９７９３６号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８６７３号公報
【特許文献３】特開２００６−２３８５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の問題点に鑑み、電動機の効率を殆ど低下させることなく、電動機稼動時に発生する固定子の鋼板の振動を抑制し、振動レベルを低減した電動機用固定子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するため、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）鋼板を所定の形状に打抜き、ティース部及びヨーク部が一体化した１枚の鋼板を複数枚積層し、且つ磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部の外周側に位置するヨークの外周側を含む領域に、溝状の切欠きを３個以上６個以下有し、前記切欠きが存在するティース部の中心点３点を選定した場合に、前記中心点３点をどの様に選定しても前記中心点３点が回転対称の位置とならないように、前記切欠きが配置されることを特徴とする内転形電動機用固定子。
（２）切欠きがヨーク部円周の半円内に偏在している状態ではないことを特徴とする（１）記載の内転形電動機用固定子。なお、半円内に偏在している状態ではないとは、切り欠きがｎ個あるとしたときに、ｎ−１個は半円内に偏在したとしても、少なくとも１つの切り欠きはその半円内には存在しない状態をいう。
（３）切欠きの断面形状を三角形とし、切欠きの深さがヨーク部の厚みの０．３〜０．５倍であり、長さがティース部の幅の０．８〜１．４倍であることを特徴とする（１）又は（２）の内転形電動機用固定子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、電動機の効率を殆ど低下させることなく、電動機稼動時に発生する固定子の鋼板の振動を抑制し、電動機の振動レベルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電磁加振力の空間モードを示す図である。
【図２】内転形電動機用固定子の形態を示す図である。
【図３】内転形電動機用固定子の形状を示す図である。
【図４】固定子ＡとＢの周波数特性を示す図である。
【図５】固定子ＡとＢの固有振動モードを示す図である。
【図６】磁束流れの概要を示す図である。
【図７】切欠き断面形状の例を示す図である。
【図８】内転形電動機用固定子の作成例を示す図である。
【図９】（a）切欠きが４個有している固定子の作成例を示す図である。（b）切欠きが５個有している固定子の作成例を示す図である。（c）切欠きが６個有している固定子の作成例を示す図である。
【図１０】（a）切欠き形状の作成例を示す図である。（b）切欠き形状の作成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に関し、図面を用いて具体的に説明する。
【００１６】
図２は、本発明の前提となる、エアコン及び冷蔵庫の圧縮機等に使用される磁極数６極、スロット数９個の内転形電動機の断面図である。図２に示すように内転形電動機は、固定子１１と回転子１２からなり、固定子１１は環状のヨーク部１３、ヨーク部内周１４から径方向内側に伸びる９本のティース部１５および巻線コイル２２を挿入するための空隙部である９個のスロット部１７から構成されている。固定子１１は固定子外径とほぼ同じ大きさの内径を持つケース２１に焼嵌めもしくはボルト締め（図示せず）により固定されている。また、固定子１１は、内転形電動機に固定子１１が組み込まれる前に、直接ティース部１５に巻線コイル２２が巻かれた集中巻の固定子である。その固定子の内側には６個の永久磁石２３が埋め込まれた回転子１２が軸を中心に回転自在に取り付けられている。
【００１７】
巻線コイル２２には交流電流が流され、固定子１１と回転子１２の間で磁界が発生し、電動機が回転作動する。電動機が稼動する場合は、回転子１２の永久磁石２３と固定子１１のティース先端部１６の間で吸引，反発を繰返し、電磁加振力７１が生じる。電磁加振力７１がケース２１に直接伝播しにくい構造とするため、固定子外周に溝状の切欠き３１が設けられている。切欠き３１は、電動機稼動時に固定子内に発生する磁束の流れを極力乱さないようにするため、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側を含む領域に位置させる。
【００１８】
磁極数６極の内転形電動機は、図１に示すような略正三角形状となる電磁加振力の空間モードを保ちながら回転作動する。切欠き３１が存在するティース部１５の中心点３点を選定した場合に、その中心点３点がヨーク部の円周方向に対称に位置する、つまり三角形状に位置した場合、ティース部の外周側に位置するヨーク部の剛性が局部的に低下した切欠き領域を同時に加振するため、固定子の振動が増大する。
【００１９】
このことから、本発明者らは、図２に示す磁極数６極の内転形電動機用固定子に関して、その振動特性と切欠き配置の関係を、有限要素法を用いて解析的に調査した。
【００２０】
図３は、解析に用いた固定子形状の例を示す。図３（ａ）の固定子は、切欠き３１がティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に３箇所存在し、且つ、円周方向に回転対称な位置に配置されている。一方、図３（ｂ）の固定子は、図３（ａ）の固定子と同様に切欠き３１が、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に３箇所存在しているが、円周方向に非回転対称な位置に配置されている。
【００２１】
磁極数６極の内転形電動機は前述のように略正三角形状となる電磁加振力の空間モードを保ちながら回転作動することから、その加振形態を再現するため、円周方向に対称な位置のティース先端部１６の３方向に動荷重４１を作用させ、固定子の周波数応答解析を行った。図３（ａ）の固定子では３方向の動荷重が同時に３箇所の切欠き３１が位置するティース先端部１６に作用された場合、振動が大きくなり、また、図３（ｂ）の固定子では３方向の動荷重のうち２方向の動荷重が、２箇所の切欠き３１が位置するティース先端１６に作用された場合、振動が大きくなる。
【００２２】
図４は、図３に示したそれぞれの固定子における周波数応答特性の代表例である。その応答特性は、図３に示す応答評価点４２におけるもので、単位動荷重あたりの加速度を振動値として評価している。
【００２３】
図５は、有限要素法による固有モード解析より得られた、図３に示したそれぞれの固定子の固有振動モードである。各固定子は図５に示す三角形状の固有振動モードを有しており、図４の周波数応答特性での４ｋＨｚ付近に存在する各ピーク周波数は、三角形状の固有モードにおける一次の固有振動数に相当する。
【００２４】
図４，５に示されているように、図３（ｂ）に示す固定子は、図３（ａ）に示す固定子より、ピーク振動時における振動値が３〜４ｄＢ小さくなる。したがって、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に切欠き３１を円周方向に回転対称に位置させないことが、電動機稼動時の振動低減に有効であることがわかる。なお、切欠き３１の個数は２個以下であると、電磁加振力７１が固定子１１を通じてケース２１へ直接伝播し易くなり、少なくとも３個以上は必要である。また、スロット数９個（ティース数９個）の固定子の場合、７個以上となると、切欠き３１が存在するティース部の中心点３点を選定して、その３点をどのように選定しても円周方向に回転対称に位置させない配置を取り得ないことから、６個以下が望ましい。
【００２５】
さらに、電動機の回転バランスを考慮した場合、切欠き３１を円周方向に分散して配置することにより、電磁加振力作用時に固定子の偏った変形を防止することができる。したがって、切欠きを、特にヨーク円周の半円内に偏って配置しないようにして、振動低減に加えて変形を防止するようにしてもよい。
【００２６】
一方、上記磁極数６極でスロット数が９個の固定子が内転形電動機に組み込まれ、巻線コイルには交流電流が流され、電動機が作動する場合、図６に示されるようにティース部１５を径方向に流れる磁束５１をつなぐヨーク部の磁束５２は、斜線部で示す領域５３の範囲に集中する傾向にある。その磁束が集中する領域５３は、半径方向にはヨーク部の厚みＹの０．５倍程度の範囲となる。従って、電動機の鉄損を悪化させないために、切欠き３１は、磁束５１、５２の磁束の流れを乱さない位置に存在することが好ましい。
【００２７】
しかし、切欠きは三角形断面形状とし、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に有することが好ましく、切欠き深さＤはヨーク部の厚みＹの０．５倍以下、切欠き長さＷはティース部の幅Ｔの１．４倍以下が好ましい。
【００２８】
一方、切欠き３１の大きさが極度に小さくなると電磁加振力がケース２１に直接伝播し易くなり、切欠き深さＤはヨーク厚みＹの０．３倍以上で、切欠き長さＷはティース部の幅Ｔの０．８倍以上が好ましい。また、切欠き３１の形状は図７に示すように、ティース部中心軸１９に対して非対称な三角形断面形状であってもよい。
【００２９】
以上のことから、磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部１５の外周側に位置するヨークの外周側１８を含む領域に切欠き３１を、円周方向に回転対称に位置しないことが、電動機稼動時の振動低減に有効であるといえる。
【実施例１】
【００３０】
図８は、本発明の第１の実施例における内転形電動機用固定子を示すものである。ティース部１５の先端の半径Ｒｔ＝３０ｍｍ、ヨーク部１３の内周の半径Ｒｉ＝４５ｍｍ、ヨーク部１３の外周側１８の端面の半径Ｒｏ＝５５ｍｍで、ティース部１５の幅Ｔは１２ｍｍ、ヨーク部１３の厚みＹは１０ｍｍ、スロット部１７の個数は９個であり、磁極数は６極である。積層される鋼板の１枚の板厚は０．３５ｍｍで積層高さは４０ｍｍであり、積層鋼板は、各ティース部１５の外周側にある溶接部（図示せず）によって固着されている。また、固定子１１は電動機のケース２１にボルト締め（図示せず）により固定されている。
【００３１】
溝状の切欠き３１は、ティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側１８を含む領域に３箇所配置させており、切欠き３１の深さＤは４ｍｍで、ヨーク部１３の厚みＹの０．４倍あり、切欠き３１の幅Ｗは１６ｍｍで、ティース部１５の幅Ｔの約１．３倍である。切欠き３１の相互の位置関係は、円周方向に非回転対称であると共に、切欠き３１を有していないティースが円周方向に非回転対称に配置されている。
【００３２】
比較例として、図３（a）に示す固定子の形状で、溝状の切欠き３１をティース部１５の外周側に位置するヨーク部の外周側１８を含む領域に３箇所、円周方向に対称に配置させた固定子１１を作成した。
【００３３】
試験は、回転数３０００[ｒｐｍ]、トルク３[Ｎｍ]の条件で各固定子を装着した電動機を稼動させ、ケース外周部に加速度計を装着して、ケースの振動加速度を測定した。振動加速度レベルは１０ｋＨzまでの周波数範囲まで測定し、オーバーオール値[ｄＢ]で評価した。測定後、振動加速度データを詳細に分析した結果、図８に示す本発明例の固定子を装着した電動機の振動加速度レベルは、比較例である図３（a）に示す固定子を装着した電動機の振動加速度レベルより３〜４ｄＢ下回っていることを確認した。
【００３４】
また、図８に示すとおり、各切欠き３１は、磁束を乱さないティース部１５の外周側に位置するヨーク部１３の外周側１８に位置しており、電動機の効率を殆ど低下させることはなかった。
【実施例２】
【００３５】
図９は、本発明の第２の実施例における内転形電動機用固定子を示すものである。実施例１と同一形状のものについては、同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図９(ａ)は、切欠きを４個有している固定子の作成例で、図９(ｂ)は、切欠きを５個有している固定子の作成例であり、図９（ｃ）は切欠きが６個有している固定子の作成例である。実施例１と同様に、切欠き３１は、ヨーク部１３の円周の半円内に偏在しないように分散して配置している。切欠き３１を分散配置することにより、電磁加振力が作用した場合に、固定子の偏った変形を防止することが出来、回転バランス上安定した構造となる。
【実施例３】
【００３７】
図１０は、本発明の第３の実施例における内転形電動機用固定子を示すものである。実施例１と同一形状のものについては、同一符号を付して説明を省略する。図１０（ａ）は、三角形断面形状の切欠き３個を実施例１と同様に円周方向に非回転対称に配置させたもので、切欠きの深さＤはヨーク部の厚みの０．３倍となる３．０ｍｍとしている。また、切欠きの幅Ｗは、ティース部の中心軸から円周方向にティース部の幅の０．８倍となるように９．６ｍｍとしている。一方、図１０（ｂ）は、三角形断面形状の切欠きを実施の形態１と同様に切欠き３個を円周方向に非回転対称に配置させたもので、切欠きの深さＤはヨークの厚みの０．５倍となる５．０ｍｍである。また、切欠きの幅Ｗは、ティースの中心軸から円周方向にティース部の幅の１．４倍となるように１６．８ｍｍとしている。これらの固定子は、切欠き形状が磁束の流れを阻害することなく、所定の電動機性能を維持し、且つ、電磁加振力が電動機ケースへ伝播する現象を緩和して振動低減効果を有した構造となっている。
【符号の説明】
【００３８】
１１ 固定子
１２ 回転子
１３ ヨーク部
１４ ヨーク部内周
１５ ティース部
１６ ティース先端部
１７ スロット部
１８ ヨーク部の外周側
１９ ティース部中心軸
２１ ケース
２２ 巻線コイル
２３ 永久磁石
３１ 切欠き
４１ 動荷重
４２ 応答評価点
５１ 径方向に流れる磁束
５２ ヨーク部の磁束
５３ 磁束が集中する領域
７１ 電磁加振力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を所定の形状に打抜き、ティース部及びヨーク部が一体化した１枚の鋼板を複数枚積層し、且つ磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部の外周側に位置するヨーク部の外周側を含む領域に、溝状の切欠きを３個以上６個以下有し、前記切欠きが存在するティース部の中心点３点を選定した場合に、前記中心点３点をどの様に選定しても前記中心点３点が回転対称の位置とならないように、前記切欠きが配置されることを特徴とする内転形電動機用固定子。
【請求項２】
前記切欠きがヨーク部円周の半円内に偏在している状態ではないことを特徴とする請求項１記載の内転形電動機用固定子。
【請求項３】
前記切欠きの断面形状は三角形であり、切欠きの深さがヨーク部の厚みの０．３〜０．５倍であり、長さがティース部の幅の０．８〜１．４倍であることを特徴とする請求項１又は２記載の内転形電動機用固定子。
【請求項１】
鋼板を所定の形状に打抜き、ティース部及びヨーク部が一体化した１枚の鋼板を複数枚積層し、且つ磁極数が６極でスロット数が９個の固定子において、ティース部の外周側に位置するヨーク部の外周側を含む領域に、溝状の切欠きを３個以上６個以下有し、前記切欠きが存在するティース部の中心点３点を選定した場合に、前記中心点３点をどの様に選定しても前記中心点３点が回転対称の位置とならないように、前記切欠きが配置されることを特徴とする内転形電動機用固定子。
【請求項２】
前記切欠きがヨーク部円周の半円内に偏在している状態ではないことを特徴とする請求項１記載の内転形電動機用固定子。
【請求項３】
前記切欠きの断面形状は三角形であり、切欠きの深さがヨーク部の厚みの０．３〜０．５倍であり、長さがティース部の幅の０．８〜１．４倍であることを特徴とする請求項１又は２記載の内転形電動機用固定子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２８８３３０（Ｐ２０１０−２８８３３０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８４０９（Ｐ２００９−１３８４０９）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１００８７２）アイチエレック株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１００８７２）アイチエレック株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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