制振ユニット
【課題】回転電気機械の駆動時に発生する振動を効果的に抑制する。
【解決手段】動吸振器５０Ａは、一端が取り付け部を介してモータ１００の外周面、あるいは固定子に直接取り付けられた板ばね５４Ａと板ばね５４Ａの他端の上面部に取り付けられた錘５６Ａとを備える。動吸振器５０Ｂも同様の構成である。一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂは、駆動時に発生する電磁力による振動モードにおける腹Ｓ１と節Ｐ１の間隔に相当する間隔を開けて取り付けられる。振動モードが円周方向（固定子１２０の周方向）に回転しても、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂのそれぞれが、振動モードを構成する腹と節の間隔だけ円周方向に位相のずれた２つのモード成分を各々制振するため、効果的にモータ１００の振動を抑制できる。
【解決手段】動吸振器５０Ａは、一端が取り付け部を介してモータ１００の外周面、あるいは固定子に直接取り付けられた板ばね５４Ａと板ばね５４Ａの他端の上面部に取り付けられた錘５６Ａとを備える。動吸振器５０Ｂも同様の構成である。一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂは、駆動時に発生する電磁力による振動モードにおける腹Ｓ１と節Ｐ１の間隔に相当する間隔を開けて取り付けられる。振動モードが円周方向（固定子１２０の周方向）に回転しても、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂのそれぞれが、振動モードを構成する腹と節の間隔だけ円周方向に位相のずれた２つのモード成分を各々制振するため、効果的にモータ１００の振動を抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転電気機械の駆動時に発生する振動による騒音を抑制する制振ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業設備、輸送機器、家電機器等の様々な機器の動力源として、三相誘導電動機、ＤＣブラシモータ、ブラシレスモータ等の回転電気機械が広く利用されている。回転電気機械は、回転子とこの回転子の外周部に配置された固定子とで構成され、例えば、三相誘導電動機の場合、固定子に電流を流して回転磁界を発生させ、これが回転子の巻線を切ることにより巻線に電流が流れ、この電流と回転磁界により電磁力が発生し、回転駆動力を得ている。また、発電機の場合、回転子は直流磁界を発生させ、これが固定子巻線を切ることにより固定子巻線に電圧が発生する。
【０００３】
このようにモータや発電機のような回転電気機械では、回転磁界が重要な役割をはたしているが、この回転磁界は固定子や回転子のスロット数の影響も受けながら、多くの周波数成分をもつ電磁力として固定子と回転子に作用している。回転電気機械においては、この電磁力により、主に固定子が半径方向に振動し、電磁騒音の原因となっている。
【０００４】
このような電磁騒音を防止するために、動吸振器を取り付けて回転電気機械の振動を抑制する手法が利用されている。例えば、特開２０００−４６１０３号公報の中で、従来例として複数の動吸振器を取り付けることによって振動を軽減させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４６１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の動吸振器を用いた制振方法では以下のような問題がある。すなわち、回転電気機械の駆動時に発生する電磁力は円周方向に様々な形状のパターンが同時に存在し、それが固定子の円周方向に回転するため、固定子の振動においても同様に円周方向に分布した振動形状のパターン（振動モード）が円周方向に回転する。これに対して、従来の動吸振器ではこの回転する振動モードに応じた最適な位置に最適な個数の動吸振器を取り付けていないので、十分な振動抑制効果を得られないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電気機械の駆動時に発生する振動を効果的に抑制することが可能な制振ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、回転電気機械に取り付けられる一対の制振装置から成る制振ユニットであって、一対の制振装置のそれぞれが、回転電気機械の外周面に取り付けられた弾性部材と、弾性部材の端部に取り付けられた慣性部材とを備え、回転電気機械の駆動時に回転電気機械に作用する電磁力に基づく固定子の振動モードに応じた所定の位置に配置されたものである。
【０００９】
モータ等の回転電気機械は、駆動時に円周方向に複数のパターン（モード）の電磁力が発生し、そのモードが円周方向に回転する。この電磁力により回転電気機械の固定子が同様のモードで振動し、そのモードが円周方向に回転する。例えば、後述する図５に示すような楕円形状や、三角形状、四角形状等に似た振動モードで振動し、円周方向に回転する。本発明において、一対の制振装置は、回転電気機械の駆動時に発生する電磁力による固定子の振動モード形状に応じた所定の位置、つまり、振動を最も効果的に抑制することが可能な位置に取り付けられる。具体的には、電磁力による回転電気機械の固定子の振動モードにおいて、変位（振幅）が最も大きくなる腹部と変位がほぼ零になる節部との間隔だけ離した位置に取り付けられる。これは以下の理由による。固定子に発生する任意の振動モードは、その腹と節の間隔だけ円周方向に位相のずれた同じ形状の２つのモード成分の合成として表される。そして、その２つのモード成分の大きさが時間とともに変化することにより振動モードの円周方向の移動（回転）が表現される。よって、これら同じ形状で円周方向に腹と節の間隔だけずれた２つのモード成分各々に対して１つの制振装置を設置し、それぞれの振動を抑えることにより、結果として振動モードが回転する固定子の振動を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転電気機械に発生する振動モードに応じて一対の制振装置を回転電気機械に取り付けるので、振動モードが回転しても効果的に回転電気機械の振動を抑制することができ、その結果、振動による電磁騒音を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制振ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図２】モータの構成例を示す断面図である。
【図３】制振ユニットの構成例を示す平面図である。
【図４】図３に示す制振ユニットのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】固定子の振動モードを説明するための図である。
【図６】電磁力による固定子の振動モードを説明するための図である。
【図７】電磁力による固定子の振動モードに応じて一対の動吸振器をモータに取り付けた状態を示す図である。
【図８】制振ユニットの機能例を説明するための図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る制振ユニットの構成例を示す平面図である。
【図１０】図９に示す制振ユニットのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る制振ユニットを各モードに応じて取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
図１〜図８を用いて第１の実施の形態を説明する。
［制振ユニットの構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る制振ユニット５０の構成の一例を示している。制振ユニット５０は、モータ１００の駆動時に作用する電磁力に基づく振動モードに応じて一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂをモータ１００の最適な位置に取り付けることで、モータ１００の駆動時に発生する電磁騒音を効果的に抑制するための装置である。動吸振器５０Ａ，５０Ｂは制振装置の一例であり、その取り付け位置等の詳細については後述する。
【００１３】
［モータの構成例］
まず、モータ１００の構成例について説明する。図２は、モータ１００の構成の一例を模式的に示す断面図である。図２に示すように、モータ１００は、三相誘導モータであり、回転子１１０と固定子１２０とを備えている。回転子１１０は円筒状をなす鉄心１１２を有し、鉄心１１２の中心部には回転軸１１４が設けられている。鉄心１１２の外周部には、複数の導体棒が鉄心１１２の円周方向に所定の間隔を隔てて配置された図示しないかご形巻線が取り付けられている。なお、モータ１００は、回転電気機械の一例を構成している。
【００１４】
固定子１２０は、回転子１１０の外周部を囲むような円筒体であって、その内周面には周方向に複数のスロット１２２が所定の間隔を隔てて設けられている。複数のスロット１２２内のそれぞれには、３相交流巻線１２４が配置されている。３相交流巻線１２４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とで構成され、駆動時に３相交流が印加されるようになっている。固定子１２０の外周面には、一般的には固定子１２０を被覆するカバー部材が貼り付けられているが、本例では固定子１２０と一体物として扱うものとする。
【００１５】
モータ１００を回転させる起動時に、３相交流巻線１２４に一定周波数の３相交流を印加すると、Ｎ極とＳ極の磁石を時間とともに円周方向に回転させたような回転磁界が発生する。回転磁界が発生すると、回転子１１０のかご形巻線に電流が誘導される。これにより、固定子１２０の３相交流巻線１２４による回転磁界と、回転子１１０のかご形巻線による電流との間で電磁力（トルク）が発生し、回転子１１０が回転する。モータ１００は、起動すると同期速度近くまで加速する。
【００１６】
［動吸振器の構成例］
次に、動吸振器５０Ａ，５０Ｂの構成例について説明する。図３は動吸振器５０Ａ，５０Ｂの概略構成の一例を示す平面図であり、図４は図３に示す動吸振器５０Ａ，５０ＢのＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図４では、モータ１００の内部の断面構成は公知の構成と同様であるため便宜上省略して図示している。また、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ同一の構成であるため、以下では動吸振器５０Ａについてのみ説明する。
【００１７】
図３および図４に示すように、動吸振器５０Ａは、その復元力と慣性力によりモータ１００との間に相対変位を生じさせることでモータ１００の振動エネルギーを吸収するものであり、取り付け部５２Ａと板ばね５４Ａと錘５６Ａとを備えている。
【００１８】
取り付け部５２Ａは、板ばね５４Ａを浮かせた状態でモータ１００に取り付けるために所定の厚みを有した直方体形状、あるいは円柱形状からなり、モータ１００の固定子１２０に取り付けられている。取り付け部５２Ａには、例えば金属材料、あるいは、アクリルやウレタン等の硬質の樹脂材料等が用いられ、モータ１００に対向する面が固定子１２０の周面に沿うような形状に加工されている。
【００１９】
板ばね５４Ａは、弾性部材の一例であり、所定の弾性係数を有する帯状の平板部材であって、例えば鋼等の金属材料や樹脂材料からなる。この板ばね５４Ａの基端（一端）は、取り付け部５２Ａおよび板ばね５４Ａに穿設されたねじ孔６０Ａにねじ５８Ａが締結されることで取り付け部５２Ａに固定される。これにより、板ばね５４Ａは、モータ１００の外周面から浮いた（所定間隔だけ離れた）状態とされ、その先端（他端）が自由端とされる。板ばね５４Ａはその長手方向がモータ１００の回転軸１１４方向に沿うようにして配置され、板ばね５４Ａの長手方向の長さがモータ１００の回転軸１１４方向における長さよりも短くなるように選定され、モータ１００の設置スペースからはみ出さないようにされている。ただし、モータ１００の設置スペースに余裕があるのならば、回転軸１１４方向の長さより長くてもよく、方向も任意方向でよい。
【００２０】
錘５６Ａは、慣性部材の一例であり、板ばね５４Ａの先端側の上面（モータ１００とは反対側の面）に接着剤にて取り付けられている。なお、上記板ばね５４Ａの固定子１２０への取り付けおよび上記錘５６Ａの板ばね５４Ａへの取り付けは、上記に限らず、ねじ止め、接着剤あるいは溶接等を適宜、組合わせて取り付けてもよい。
【００２１】
［電磁力における振動モード例］
図５は、モータ１００の固定子１２０の振動モードの一例を示している。図５において、実線は固定子１２０の本来の外形形状であり、点線が固定子１２０の振動モードである。
【００２２】
モータ１００が駆動すると、固定子１２０と回転子１１０との鉄心相互を吸引する電磁力が固定子１２０を多角形に変形させる。この電磁力による変形の大きさが時間とともに周期的に変化することで振動する。この振動は、図５に示すように、モータ１００を構成する極数に応じて、例えば「モード０」〜「モード４」のような振動モードに分類され、極数、固定子および回転子のスロット数により振動モードが決まってくる。
【００２３】
図５において、「モード０」の場合、径方向に一様に拡大、縮小して振動する。「モード１」は節が２つある振動モードで、腹と節の間の角度は９０°である。「モード２」は節が４つある振動モードで、楕円に似た変形をし、腹と節との間の角度は４５°となる。「モード３」は節が６つある振動モードで、三角形に似た変形をし、腹と節との間の角度は３０°となる。「モード４」は節が８つある振動モードで、四角形に似た変形をし、腹と節との間の角度が２２．５°となる。さらに、これら以外にも腹と節の数がさらに多いモードも存在する。電磁力のモードが回転しているために、固定子に発生するこれらの振動モードも円周方向に回転する。
【００２４】
［２極モータへの動吸振器の取り付け例］
続けて、モータ１００の極数が「２極」の場合における動吸振器５０Ａ，５０Ｂの取り付け例について説明する。発生する振動モードは固定子および回転子のスロット数により決まるが、モータ１００の極数が「２極」の場合、振動モードは、例えば図５に示した「モード２」と「モード４」の２つのモードの発生が考えられる。これは、「モード２」のパターンで振動する場合もあるし、「モード４」のパターンで振動する場合もあるし、「モード２」および「モード４」の双方のパターンで同時に振動する場合もあることを意味している。本例では、「モード２」のみが発生する場合について説明する。
【００２５】
図６は、「モード２」の場合におけるモータ１００の固定子１２０の振動モードの一例を示している。図６において、実線は固定子１２０の本来の外形形状を示し、点線は電磁力により変形した所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外形形状を示している。
【００２６】
略楕円形状の長軸方向の円弧部分が本来の外形形状に対して外側に変位して変位がプラスとなり、楕円形状の短軸方向の窪んだ円弧部分が本来の外形形状に対して内側に変位して変位がマイナスとなる。本例では、プラス側の変位が最大の部位を腹Ｓ１，Ｓ３と呼び、マイナスが側の変位の絶対値が最大の部位を腹Ｓ２，Ｓ４と呼ぶ。また、その変位のプラス側の最大点である腹とマイナス側の変位の絶対値が最大の点である腹との間の中間部は、ほとんど振動せず振幅がゼロの節となる。本例では、この点を節Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と呼ぶ。「モード２」の場合、隣接する腹と節との間の角度が例えば４５°となっている。
【００２７】
図７は、図６に示す「モード２」の場合における一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂの取り付け位置の一例を示している。
【００２８】
図７に示すように、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂのうち動吸振器５０Ａは、所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外周面上の腹Ｓ１に対応した位置に取り付けられる。動吸振器５０Ｂは、腹Ｓ１の位置を基準としたとき、この腹Ｓ１から時計周り方向に４５°離れた節Ｐ１に対応した固定子１２０の外周面に取り付けられる。すなわち、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂは、腹Ｓ１と節Ｐ１との間の４５°間隔でモータ１００の固定子１２０に取り付けられる。もちろん、上記取り付け位置に限定されることはなく、一対の動吸振器５０Ａと５０Ｂとの間隔が４５°ならば固定子１２０の円周上の任意の位置に取り付ければよい。更に、この間隔も４５°ではなく、腹と節の間隔を満たすように１３５°間隔あるいは２２５°間隔等でもよい。しかし一般的には、動吸振器５０Ａ，５０Ｂは、離れた腹と節の位置よりも、隣接した腹と節の位置のそれぞれに取り付けることが好ましい。これは、位置が近い方が製造段階において効率的に取り付け作業を行うことができるからである。
【００２９】
［一対の動吸振器の機能例］
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂをモータ１００に取り付けた場合における動吸振器５０Ａ，５０Ｂの機能の一例を説明するための図である。以下では、図７に示した位置に動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けた場合について説明する。また、固定子１２０の振動モードは時計回りに回転するものとする。なお、図において、実線は固定子１２０の本来の外形形状を示し、点線はそれぞれの時刻における固定子１２０の外形形状を示している。
【００３０】
図８（Ａ）に示すように、動吸振器５０Ａが振幅が最大となる腹Ｓ１に位置し、動吸振器５０Ｂが振幅が略零の節Ｐ１に位置する時刻では、動吸振器５０Ａによる制振効果により固定子１２０の振動が抑制される。
【００３１】
続けて、図８（Ｂ）に示すように、動吸振器５０Ａが振幅が略零の節Ｐ４に位置し、動吸振器５０Ｂが振幅が最大となる腹Ｓ１に位置する時刻では、動吸振器５０Ｂによる制振効果が作用し、固定子１２０の振動が抑制される。
【００３２】
続けて、図８（Ｃ）に示すように、動吸振器５０Ａが振幅が最大となる腹Ｓ４に位置し、動吸振器５０Ｂが振幅が略零の節Ｐ４に位置する時刻では、動吸振器５０Ａによる制振効果が作用し、固定子１２０の振動が抑制される。以降、このような動作が繰り返し実行される。
【００３３】
本例では動吸振器５０Ａおよび５０Ｂが、腹や節に位置する時刻について説明したが、その中間の任意の時刻においても制振効果が作用することを、以下の制御理論を用いて説明する。
【００３４】
［制振理論について］
一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを振動モードの腹と節の間隔に相当する位置に取り付けた場合における制振理論について説明する。
【００３５】
モータ１００の駆動時の電磁力による固定子１２０の半径方向の変位uは、N個の振動モードを考慮すれば、下記式（１）で記述される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここに
θ：固定子の円周方向の座標（rad）、反時計回りを正とする
i：固定子の円周方向の振動モードを表す整数（i＝１,・・・,N）
（図５における「モード０」は実質的に振動モードが回転しないので除外している）
ai：θ＝０に腹をもつモードiの変位
bi：θ＝π／２iに腹をもつモードiの変位
また、n個の動吸振器（j＝1,・・・, n）の変位は、xj（j＝1,・・・, n）で記述される。動吸振器５０Ａ，５０Ｂの２個だけ考える時は、n＝2となる。
さらに，以下のように定義する。
【００３８】
r：固定子を厚さが薄いリングと考えたときの半径
ρ：固定子の密度
E：固定子の縦弾性係数
I：固定子の断面２次モーメント
A：固定子の断面積
Fscos(Ωst＋sθ)：電磁力の交流分のうち、モードsとして円周方向に分布し，角速度Ωsでθの負の方向（ここでは時計回り）に回転するもの
s：固定子および回転子のスロット数により決まる電磁力のモードを表す整数
Ωs：モードsをもつ電磁力の角振動数で、電源周波数Ω／２π（50Hz，あるいは60Hz）、すべり率、固定子のスロット数により決まる
Fs：モードsの電磁力の振幅
これらを前提として、固定子１２０の運動方程式を導出する。
【００３９】
簡単のため、電磁力としてFscos(Ωst＋sθ)の成分のみ考慮すれば、固定子１２０の上記式（１）のcosiθのモードの変位aiの運動方程式は、下記式（２）のように導出される。
【００４０】
【数２】
【００４１】
同様に、固定子１２０の上記式（１）のsiniθのモードの変位biの運動方程式は、下記式（３）のように導出される。
【００４２】
【数３】
【００４３】
動吸振器の運動方程式は下記式（４）のように導出される。
【００４４】
【数４】
【００４５】
ここに
mj：動吸振器jの慣性部材の質量
kj：動吸振器jの弾性部材の弾性係数
以下では、簡単のため、電磁力、およびそれに基づく固定子の振動モードの円周方向の波を２波（i＝s＝２）とした場合における、固定子１２０および動吸振器５０Ａ，５０Ｂの運動方程式を導出する。
【００４６】
上記の条件とした場合、固定子１２０の半径方向の変位は下記式（５）で与えられる。
【００４７】
【数５】
【００４８】
固定子１２０の半径方向の運動方程式は、上記式（５）を上記式（２），式（３）に代入すると、それぞれ下記式（６），式（７）で記述される。
【００４９】
【数６】
【００５０】
また、モード２を完全に制振するための動吸振器５０Ａ，５０Ｂの設置位置は、例えば、θ1＝０，θ2＝π／（２i）＝π／４となる。
θ1＝０に設置された動吸振器５０Ａの運動方程式は、下記式（８）で記述される。
【００５１】
【数７】
【００５２】
θ2＝π／４に設置された動吸振器５０Ｂの運動方程式は、下記式（９）で記述される。
【００５３】
【数８】
【００５４】
上記式（６）〜式（９）から、式（６）と式（８）が連立し、式（７）と式（９）が連立していることがわかる。すなわち、式（６）で記述されるcos2θモード成分は動吸振器５０Ａで制振され、式（７）で記述されるsin2θモード成分は動吸振器５０Ｂで制振されるメカニズムになっていることが分かる。各連立微分方程式を解くことにより、
【００５５】
【数９】
【００５６】
のとき、ａ2＝ｂ2＝０となり、結局、式（５）からｕ＝０となることがわかる。以上より、第１の実施の形態によれば、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを式（１０）の条件を満たすように設計し、各々θ1＝０とθ2＝π／４に設置すれば、モード２の電磁振動を完全に制振できる。
【００５７】
＜２．第２の実施の形態＞
図９および図１０を用いて第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態では、モータ１００としてインバータ制御されたモ−タやＳＲモータ等の回転速度が変化するモータを用いるため、動吸振器として減衰効果を合わせ持つ部材を用いている点において上記第１の実施の形態と相違している。なお、その他の制振ユニット１５０の構成は、上記第１の実施の形態の制振ユニット５０と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図９は制振ユニット１５０の概略構成の一例を示す平面図であり、一対の動吸振器１５０Ａ、１５０Ｂは第１の実施形態と同様に、振動モードの腹と節の間隔に相当する間隔をもって配置される。図１０は図９に示す制振ユニット１５０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、制振ユニット１５０を構成する一対の動吸振器１５０Ａ，１５０Ｂはそれぞれ同一の構成であるため、以下では動吸振器１５０Ａについてのみ説明する。
【００５９】
図９および図１０に示すように、動吸振器１５０Ａは、弾性減衰部材１５４Ａと錘１５６Ａとを備えている。弾性減衰部材１５４Ａは、例えば、アクリルやウレタン等の樹脂材料からなり、前述した弾性部材５４Ａの機能に加えて、減衰効果も合わせて有している。弾性減衰部材１５４Ａは、この例では、細長の直方体形状により構成され、その長手方向が回転軸１１４の軸方向に沿うようにしてモータ１００の固定子１２０の外周面に取り付けられているが、必ずしも直方体形状である必要はない。錘１５６Ａは、弾性減衰部材１５４Ａと略同一形状の細長の直方体からなり、その長手方向が回転軸１１４方向に沿うようにして弾性減衰部材１５４Ａの上面部に重畳して取り付けられている。
【００６０】
弾性減衰部材１５４Ａおよび錘１５６Ａの両端部のそれぞれには、ねじ孔１６０Ａ，１６２Ａが穿設され、これらのねじ孔１６０Ａ，１６２Ａのそれぞれにねじ１６４Ａ，１６６Ａが締結されることで、弾性減衰部材１５４Ａおよび錘１５６Ａのそれぞれがモータ１００の外周面に取り付け、固定される。
【００６１】
動吸振器１５０Ａの、錘１５６Ａの質量と弾性減衰部材１５４Ａの弾性係数は、前述の制振理論と同様に、電磁振動と共振するようにその比が決定されるが、弾性減衰部材１５４Ａに減衰効果があるため、共振のピークがなだらかになる。すなわち、電磁振動の角振動数に対し、ある特定の角振動数で動吸振器の振動振幅は最大になるが、その角振動数の近傍でも十分大きな振動振幅を維持することができる。
【００６２】
したがって第２の実施の形態によれば、回転速度が変化するモータを用いた場合でも、モータ１００の振動を効果的に抑制することができる。その結果、モータ１００の振動による電磁騒音を確実に防止することができる。なお本例では、弾性効果と減衰効果をあわせ持つ弾性減衰部材を用いたが、弾性部材と減衰部材の組合わせで構成してもよい。また、減衰効果のない弾性部材を用いた一対の動吸振器と、減衰効果のみを持つ減衰部材からなる一対の減衰器を、同一間隔で配置するようにしてもよい。
【００６３】
＜３．第３の実施の形態＞
図１１を用いて第３の実施の形態を説明する。
上記第１および第２の実施の形態では振動モードが単一で発生する場合について説明したが、第３の実施の形態では複数の振動モードが同時に発生する場合について説明する。なお、その他の制振ユニットの構成は、上記第１の実施の形態と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１１は、モータ１００の駆動時に「モード２」と「モード４」とが同時に発生した場合における一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂおよび一対の動吸振器２５０Ａ，２５０Ｂの取り付け状態を示している。このようなケースとしては、例えば２極のモータ１００において、「モード２」の振動がある程度の大きさで発生するとともに、電磁力との共振により「モード４」も発生するような場合が考えられる。なお、図１１において、実線は固定子１２０の本来の外形形状を示し、点線はモード２の場合の電磁力により変形した所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外形形状を示し、一点鎖線はモード４の場合の電磁力により変形した所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外形形状を示している。
【００６５】
ここで、「モード２」については上記第１の実施の形態で説明したので、「モード４」について説明する。モータ１００が回転駆動すると、図１１に示すように、固定子１２０は駆動時に発生する電磁力により四角形状に近い変形をする。略四角形状の角部に相当する位置が本来の外形形状に対して外側に変位して変位がプラスとなり、略四角形状の辺部の中央付近に相当する位置が本来の外形形状に対して内側に変位して変位がマイナスとなる。また、その変位のプラス側の最大点である腹とマイナス側の変位の絶対値が最大の点である腹との間の中間部は、ほとんど振動せず振幅がゼロの節となる。「モード４」の場合、隣接する腹（最大点，最小点）と節との間の角度は２２．５°となっている。
【００６６】
また「モード４」に対応する一対の動吸振器２５０Ａ，２５０Ｂの固有振動数は、前述の式（１０）と同様にモード４の電磁力の角振動数Ω4で決まる固有振動数に設定される。
【００６７】
本例では、図１１に示すように、一対の動吸振器５０Ａ、５０Ｂのうち動吸振器５０Ａが「モード２」の腹Ｓ１に取り付けられ、動吸振器５０Ｂが腹Ｓ１から時計周り方向に４５°離れた節Ｐ１に取り付けられる。また、一対の動吸振器２５０Ａ、２５０Ｂのうち動吸振器２５０Ａが「モード４」の腹Ｓ７に取り付けられ、動吸振器２５０Ｂが腹Ｓ７から時計周り方向に２２．５°離れた節Ｐ７に取り付けられる。したがって、「モード２」の振動モードに対しては一対の動吸振器５０Ａ、５０Ｂが制振効果を発揮し、「モード４」の振動モードに対しては一対の動吸振器２５０Ａ、２５０Ｂが制振効果を発揮する。
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、複数のモードが同時に発生した場合、モードの数と一対の動吸振器から成る制振ユニットの数を同じとし、一対の動吸振器は、それぞれ制振対象のモードの腹と節の間隔に相当する間隔を持った位置に取り付けているため複数の振動モードが同時に発生した場合でも、各振動モードの振動を確実に抑制することができ、振動による電磁騒音を効果的に抑制することができる。
【００６８】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、上記第１〜第３の実施の形態では、モータ１００の円周方向に沿って振動モード（電磁力）が発生する場合について説明したが、これに限定されることはない。例えば、モータ１００が円周方向の振動モードだけでなく、回転軸１１４方向の振動モードもともなう場合、この回転軸１１４方向の振動モードは回転軸方向には移動しないので、回転軸１１４方向の振幅が最も大きな腹の位置を選び、その位置で円周方向の振動モードの腹と節の間隔に相当する位置に一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けることで、効果的に振動を抑制できる。
【００６９】
また、上記第１〜第３の実施の形態では、固定子１２０と外周部を被覆するカバー部材を一体物とみなして、ここに一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けた例を説明したが、これに限定されることはなく、固定子１２０の外周面に密着した被覆カバーに一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けるような構造としても良く、同様の制振効果が得られる。
【００７０】
また、上記実施の形態では、モータ１００として三相誘導モータやＳＲモータを用いた例について説明したが、これに限定されることはなく、それ以外のモータや発電機等の回転電気機械にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
５０，１５０，２５０・・・制振ユニット、５０Ａ，５０Ｂ、１５０Ａ，１５０Ｂ、２５０Ａ，２５０Ｂ・・・動吸振器（制振装置）、５４Ａ，５４Ｂ、２５４Ａ，２５４Ｂ・・・板ばね（弾性部材）、５６Ａ，５６Ｂ、１５６Ａ，１５６Ｂ、２５６Ａ，２５６Ｂ・・・錘（慣性部材）、１００・・・モータ（回転電気機械）、１５４Ａ，１５４Ｂ・・・弾性減衰部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転電気機械の駆動時に発生する振動による騒音を抑制する制振ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業設備、輸送機器、家電機器等の様々な機器の動力源として、三相誘導電動機、ＤＣブラシモータ、ブラシレスモータ等の回転電気機械が広く利用されている。回転電気機械は、回転子とこの回転子の外周部に配置された固定子とで構成され、例えば、三相誘導電動機の場合、固定子に電流を流して回転磁界を発生させ、これが回転子の巻線を切ることにより巻線に電流が流れ、この電流と回転磁界により電磁力が発生し、回転駆動力を得ている。また、発電機の場合、回転子は直流磁界を発生させ、これが固定子巻線を切ることにより固定子巻線に電圧が発生する。
【０００３】
このようにモータや発電機のような回転電気機械では、回転磁界が重要な役割をはたしているが、この回転磁界は固定子や回転子のスロット数の影響も受けながら、多くの周波数成分をもつ電磁力として固定子と回転子に作用している。回転電気機械においては、この電磁力により、主に固定子が半径方向に振動し、電磁騒音の原因となっている。
【０００４】
このような電磁騒音を防止するために、動吸振器を取り付けて回転電気機械の振動を抑制する手法が利用されている。例えば、特開２０００−４６１０３号公報の中で、従来例として複数の動吸振器を取り付けることによって振動を軽減させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４６１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の動吸振器を用いた制振方法では以下のような問題がある。すなわち、回転電気機械の駆動時に発生する電磁力は円周方向に様々な形状のパターンが同時に存在し、それが固定子の円周方向に回転するため、固定子の振動においても同様に円周方向に分布した振動形状のパターン（振動モード）が円周方向に回転する。これに対して、従来の動吸振器ではこの回転する振動モードに応じた最適な位置に最適な個数の動吸振器を取り付けていないので、十分な振動抑制効果を得られないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電気機械の駆動時に発生する振動を効果的に抑制することが可能な制振ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、回転電気機械に取り付けられる一対の制振装置から成る制振ユニットであって、一対の制振装置のそれぞれが、回転電気機械の外周面に取り付けられた弾性部材と、弾性部材の端部に取り付けられた慣性部材とを備え、回転電気機械の駆動時に回転電気機械に作用する電磁力に基づく固定子の振動モードに応じた所定の位置に配置されたものである。
【０００９】
モータ等の回転電気機械は、駆動時に円周方向に複数のパターン（モード）の電磁力が発生し、そのモードが円周方向に回転する。この電磁力により回転電気機械の固定子が同様のモードで振動し、そのモードが円周方向に回転する。例えば、後述する図５に示すような楕円形状や、三角形状、四角形状等に似た振動モードで振動し、円周方向に回転する。本発明において、一対の制振装置は、回転電気機械の駆動時に発生する電磁力による固定子の振動モード形状に応じた所定の位置、つまり、振動を最も効果的に抑制することが可能な位置に取り付けられる。具体的には、電磁力による回転電気機械の固定子の振動モードにおいて、変位（振幅）が最も大きくなる腹部と変位がほぼ零になる節部との間隔だけ離した位置に取り付けられる。これは以下の理由による。固定子に発生する任意の振動モードは、その腹と節の間隔だけ円周方向に位相のずれた同じ形状の２つのモード成分の合成として表される。そして、その２つのモード成分の大きさが時間とともに変化することにより振動モードの円周方向の移動（回転）が表現される。よって、これら同じ形状で円周方向に腹と節の間隔だけずれた２つのモード成分各々に対して１つの制振装置を設置し、それぞれの振動を抑えることにより、結果として振動モードが回転する固定子の振動を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転電気機械に発生する振動モードに応じて一対の制振装置を回転電気機械に取り付けるので、振動モードが回転しても効果的に回転電気機械の振動を抑制することができ、その結果、振動による電磁騒音を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制振ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図２】モータの構成例を示す断面図である。
【図３】制振ユニットの構成例を示す平面図である。
【図４】図３に示す制振ユニットのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】固定子の振動モードを説明するための図である。
【図６】電磁力による固定子の振動モードを説明するための図である。
【図７】電磁力による固定子の振動モードに応じて一対の動吸振器をモータに取り付けた状態を示す図である。
【図８】制振ユニットの機能例を説明するための図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る制振ユニットの構成例を示す平面図である。
【図１０】図９に示す制振ユニットのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る制振ユニットを各モードに応じて取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
図１〜図８を用いて第１の実施の形態を説明する。
［制振ユニットの構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る制振ユニット５０の構成の一例を示している。制振ユニット５０は、モータ１００の駆動時に作用する電磁力に基づく振動モードに応じて一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂをモータ１００の最適な位置に取り付けることで、モータ１００の駆動時に発生する電磁騒音を効果的に抑制するための装置である。動吸振器５０Ａ，５０Ｂは制振装置の一例であり、その取り付け位置等の詳細については後述する。
【００１３】
［モータの構成例］
まず、モータ１００の構成例について説明する。図２は、モータ１００の構成の一例を模式的に示す断面図である。図２に示すように、モータ１００は、三相誘導モータであり、回転子１１０と固定子１２０とを備えている。回転子１１０は円筒状をなす鉄心１１２を有し、鉄心１１２の中心部には回転軸１１４が設けられている。鉄心１１２の外周部には、複数の導体棒が鉄心１１２の円周方向に所定の間隔を隔てて配置された図示しないかご形巻線が取り付けられている。なお、モータ１００は、回転電気機械の一例を構成している。
【００１４】
固定子１２０は、回転子１１０の外周部を囲むような円筒体であって、その内周面には周方向に複数のスロット１２２が所定の間隔を隔てて設けられている。複数のスロット１２２内のそれぞれには、３相交流巻線１２４が配置されている。３相交流巻線１２４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とで構成され、駆動時に３相交流が印加されるようになっている。固定子１２０の外周面には、一般的には固定子１２０を被覆するカバー部材が貼り付けられているが、本例では固定子１２０と一体物として扱うものとする。
【００１５】
モータ１００を回転させる起動時に、３相交流巻線１２４に一定周波数の３相交流を印加すると、Ｎ極とＳ極の磁石を時間とともに円周方向に回転させたような回転磁界が発生する。回転磁界が発生すると、回転子１１０のかご形巻線に電流が誘導される。これにより、固定子１２０の３相交流巻線１２４による回転磁界と、回転子１１０のかご形巻線による電流との間で電磁力（トルク）が発生し、回転子１１０が回転する。モータ１００は、起動すると同期速度近くまで加速する。
【００１６】
［動吸振器の構成例］
次に、動吸振器５０Ａ，５０Ｂの構成例について説明する。図３は動吸振器５０Ａ，５０Ｂの概略構成の一例を示す平面図であり、図４は図３に示す動吸振器５０Ａ，５０ＢのＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図４では、モータ１００の内部の断面構成は公知の構成と同様であるため便宜上省略して図示している。また、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ同一の構成であるため、以下では動吸振器５０Ａについてのみ説明する。
【００１７】
図３および図４に示すように、動吸振器５０Ａは、その復元力と慣性力によりモータ１００との間に相対変位を生じさせることでモータ１００の振動エネルギーを吸収するものであり、取り付け部５２Ａと板ばね５４Ａと錘５６Ａとを備えている。
【００１８】
取り付け部５２Ａは、板ばね５４Ａを浮かせた状態でモータ１００に取り付けるために所定の厚みを有した直方体形状、あるいは円柱形状からなり、モータ１００の固定子１２０に取り付けられている。取り付け部５２Ａには、例えば金属材料、あるいは、アクリルやウレタン等の硬質の樹脂材料等が用いられ、モータ１００に対向する面が固定子１２０の周面に沿うような形状に加工されている。
【００１９】
板ばね５４Ａは、弾性部材の一例であり、所定の弾性係数を有する帯状の平板部材であって、例えば鋼等の金属材料や樹脂材料からなる。この板ばね５４Ａの基端（一端）は、取り付け部５２Ａおよび板ばね５４Ａに穿設されたねじ孔６０Ａにねじ５８Ａが締結されることで取り付け部５２Ａに固定される。これにより、板ばね５４Ａは、モータ１００の外周面から浮いた（所定間隔だけ離れた）状態とされ、その先端（他端）が自由端とされる。板ばね５４Ａはその長手方向がモータ１００の回転軸１１４方向に沿うようにして配置され、板ばね５４Ａの長手方向の長さがモータ１００の回転軸１１４方向における長さよりも短くなるように選定され、モータ１００の設置スペースからはみ出さないようにされている。ただし、モータ１００の設置スペースに余裕があるのならば、回転軸１１４方向の長さより長くてもよく、方向も任意方向でよい。
【００２０】
錘５６Ａは、慣性部材の一例であり、板ばね５４Ａの先端側の上面（モータ１００とは反対側の面）に接着剤にて取り付けられている。なお、上記板ばね５４Ａの固定子１２０への取り付けおよび上記錘５６Ａの板ばね５４Ａへの取り付けは、上記に限らず、ねじ止め、接着剤あるいは溶接等を適宜、組合わせて取り付けてもよい。
【００２１】
［電磁力における振動モード例］
図５は、モータ１００の固定子１２０の振動モードの一例を示している。図５において、実線は固定子１２０の本来の外形形状であり、点線が固定子１２０の振動モードである。
【００２２】
モータ１００が駆動すると、固定子１２０と回転子１１０との鉄心相互を吸引する電磁力が固定子１２０を多角形に変形させる。この電磁力による変形の大きさが時間とともに周期的に変化することで振動する。この振動は、図５に示すように、モータ１００を構成する極数に応じて、例えば「モード０」〜「モード４」のような振動モードに分類され、極数、固定子および回転子のスロット数により振動モードが決まってくる。
【００２３】
図５において、「モード０」の場合、径方向に一様に拡大、縮小して振動する。「モード１」は節が２つある振動モードで、腹と節の間の角度は９０°である。「モード２」は節が４つある振動モードで、楕円に似た変形をし、腹と節との間の角度は４５°となる。「モード３」は節が６つある振動モードで、三角形に似た変形をし、腹と節との間の角度は３０°となる。「モード４」は節が８つある振動モードで、四角形に似た変形をし、腹と節との間の角度が２２．５°となる。さらに、これら以外にも腹と節の数がさらに多いモードも存在する。電磁力のモードが回転しているために、固定子に発生するこれらの振動モードも円周方向に回転する。
【００２４】
［２極モータへの動吸振器の取り付け例］
続けて、モータ１００の極数が「２極」の場合における動吸振器５０Ａ，５０Ｂの取り付け例について説明する。発生する振動モードは固定子および回転子のスロット数により決まるが、モータ１００の極数が「２極」の場合、振動モードは、例えば図５に示した「モード２」と「モード４」の２つのモードの発生が考えられる。これは、「モード２」のパターンで振動する場合もあるし、「モード４」のパターンで振動する場合もあるし、「モード２」および「モード４」の双方のパターンで同時に振動する場合もあることを意味している。本例では、「モード２」のみが発生する場合について説明する。
【００２５】
図６は、「モード２」の場合におけるモータ１００の固定子１２０の振動モードの一例を示している。図６において、実線は固定子１２０の本来の外形形状を示し、点線は電磁力により変形した所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外形形状を示している。
【００２６】
略楕円形状の長軸方向の円弧部分が本来の外形形状に対して外側に変位して変位がプラスとなり、楕円形状の短軸方向の窪んだ円弧部分が本来の外形形状に対して内側に変位して変位がマイナスとなる。本例では、プラス側の変位が最大の部位を腹Ｓ１，Ｓ３と呼び、マイナスが側の変位の絶対値が最大の部位を腹Ｓ２，Ｓ４と呼ぶ。また、その変位のプラス側の最大点である腹とマイナス側の変位の絶対値が最大の点である腹との間の中間部は、ほとんど振動せず振幅がゼロの節となる。本例では、この点を節Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と呼ぶ。「モード２」の場合、隣接する腹と節との間の角度が例えば４５°となっている。
【００２７】
図７は、図６に示す「モード２」の場合における一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂの取り付け位置の一例を示している。
【００２８】
図７に示すように、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂのうち動吸振器５０Ａは、所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外周面上の腹Ｓ１に対応した位置に取り付けられる。動吸振器５０Ｂは、腹Ｓ１の位置を基準としたとき、この腹Ｓ１から時計周り方向に４５°離れた節Ｐ１に対応した固定子１２０の外周面に取り付けられる。すなわち、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂは、腹Ｓ１と節Ｐ１との間の４５°間隔でモータ１００の固定子１２０に取り付けられる。もちろん、上記取り付け位置に限定されることはなく、一対の動吸振器５０Ａと５０Ｂとの間隔が４５°ならば固定子１２０の円周上の任意の位置に取り付ければよい。更に、この間隔も４５°ではなく、腹と節の間隔を満たすように１３５°間隔あるいは２２５°間隔等でもよい。しかし一般的には、動吸振器５０Ａ，５０Ｂは、離れた腹と節の位置よりも、隣接した腹と節の位置のそれぞれに取り付けることが好ましい。これは、位置が近い方が製造段階において効率的に取り付け作業を行うことができるからである。
【００２９】
［一対の動吸振器の機能例］
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂをモータ１００に取り付けた場合における動吸振器５０Ａ，５０Ｂの機能の一例を説明するための図である。以下では、図７に示した位置に動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けた場合について説明する。また、固定子１２０の振動モードは時計回りに回転するものとする。なお、図において、実線は固定子１２０の本来の外形形状を示し、点線はそれぞれの時刻における固定子１２０の外形形状を示している。
【００３０】
図８（Ａ）に示すように、動吸振器５０Ａが振幅が最大となる腹Ｓ１に位置し、動吸振器５０Ｂが振幅が略零の節Ｐ１に位置する時刻では、動吸振器５０Ａによる制振効果により固定子１２０の振動が抑制される。
【００３１】
続けて、図８（Ｂ）に示すように、動吸振器５０Ａが振幅が略零の節Ｐ４に位置し、動吸振器５０Ｂが振幅が最大となる腹Ｓ１に位置する時刻では、動吸振器５０Ｂによる制振効果が作用し、固定子１２０の振動が抑制される。
【００３２】
続けて、図８（Ｃ）に示すように、動吸振器５０Ａが振幅が最大となる腹Ｓ４に位置し、動吸振器５０Ｂが振幅が略零の節Ｐ４に位置する時刻では、動吸振器５０Ａによる制振効果が作用し、固定子１２０の振動が抑制される。以降、このような動作が繰り返し実行される。
【００３３】
本例では動吸振器５０Ａおよび５０Ｂが、腹や節に位置する時刻について説明したが、その中間の任意の時刻においても制振効果が作用することを、以下の制御理論を用いて説明する。
【００３４】
［制振理論について］
一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを振動モードの腹と節の間隔に相当する位置に取り付けた場合における制振理論について説明する。
【００３５】
モータ１００の駆動時の電磁力による固定子１２０の半径方向の変位uは、N個の振動モードを考慮すれば、下記式（１）で記述される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここに
θ：固定子の円周方向の座標（rad）、反時計回りを正とする
i：固定子の円周方向の振動モードを表す整数（i＝１,・・・,N）
（図５における「モード０」は実質的に振動モードが回転しないので除外している）
ai：θ＝０に腹をもつモードiの変位
bi：θ＝π／２iに腹をもつモードiの変位
また、n個の動吸振器（j＝1,・・・, n）の変位は、xj（j＝1,・・・, n）で記述される。動吸振器５０Ａ，５０Ｂの２個だけ考える時は、n＝2となる。
さらに，以下のように定義する。
【００３８】
r：固定子を厚さが薄いリングと考えたときの半径
ρ：固定子の密度
E：固定子の縦弾性係数
I：固定子の断面２次モーメント
A：固定子の断面積
Fscos(Ωst＋sθ)：電磁力の交流分のうち、モードsとして円周方向に分布し，角速度Ωsでθの負の方向（ここでは時計回り）に回転するもの
s：固定子および回転子のスロット数により決まる電磁力のモードを表す整数
Ωs：モードsをもつ電磁力の角振動数で、電源周波数Ω／２π（50Hz，あるいは60Hz）、すべり率、固定子のスロット数により決まる
Fs：モードsの電磁力の振幅
これらを前提として、固定子１２０の運動方程式を導出する。
【００３９】
簡単のため、電磁力としてFscos(Ωst＋sθ)の成分のみ考慮すれば、固定子１２０の上記式（１）のcosiθのモードの変位aiの運動方程式は、下記式（２）のように導出される。
【００４０】
【数２】
【００４１】
同様に、固定子１２０の上記式（１）のsiniθのモードの変位biの運動方程式は、下記式（３）のように導出される。
【００４２】
【数３】
【００４３】
動吸振器の運動方程式は下記式（４）のように導出される。
【００４４】
【数４】
【００４５】
ここに
mj：動吸振器jの慣性部材の質量
kj：動吸振器jの弾性部材の弾性係数
以下では、簡単のため、電磁力、およびそれに基づく固定子の振動モードの円周方向の波を２波（i＝s＝２）とした場合における、固定子１２０および動吸振器５０Ａ，５０Ｂの運動方程式を導出する。
【００４６】
上記の条件とした場合、固定子１２０の半径方向の変位は下記式（５）で与えられる。
【００４７】
【数５】
【００４８】
固定子１２０の半径方向の運動方程式は、上記式（５）を上記式（２），式（３）に代入すると、それぞれ下記式（６），式（７）で記述される。
【００４９】
【数６】
【００５０】
また、モード２を完全に制振するための動吸振器５０Ａ，５０Ｂの設置位置は、例えば、θ1＝０，θ2＝π／（２i）＝π／４となる。
θ1＝０に設置された動吸振器５０Ａの運動方程式は、下記式（８）で記述される。
【００５１】
【数７】
【００５２】
θ2＝π／４に設置された動吸振器５０Ｂの運動方程式は、下記式（９）で記述される。
【００５３】
【数８】
【００５４】
上記式（６）〜式（９）から、式（６）と式（８）が連立し、式（７）と式（９）が連立していることがわかる。すなわち、式（６）で記述されるcos2θモード成分は動吸振器５０Ａで制振され、式（７）で記述されるsin2θモード成分は動吸振器５０Ｂで制振されるメカニズムになっていることが分かる。各連立微分方程式を解くことにより、
【００５５】
【数９】
【００５６】
のとき、ａ2＝ｂ2＝０となり、結局、式（５）からｕ＝０となることがわかる。以上より、第１の実施の形態によれば、一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを式（１０）の条件を満たすように設計し、各々θ1＝０とθ2＝π／４に設置すれば、モード２の電磁振動を完全に制振できる。
【００５７】
＜２．第２の実施の形態＞
図９および図１０を用いて第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態では、モータ１００としてインバータ制御されたモ−タやＳＲモータ等の回転速度が変化するモータを用いるため、動吸振器として減衰効果を合わせ持つ部材を用いている点において上記第１の実施の形態と相違している。なお、その他の制振ユニット１５０の構成は、上記第１の実施の形態の制振ユニット５０と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図９は制振ユニット１５０の概略構成の一例を示す平面図であり、一対の動吸振器１５０Ａ、１５０Ｂは第１の実施形態と同様に、振動モードの腹と節の間隔に相当する間隔をもって配置される。図１０は図９に示す制振ユニット１５０のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、制振ユニット１５０を構成する一対の動吸振器１５０Ａ，１５０Ｂはそれぞれ同一の構成であるため、以下では動吸振器１５０Ａについてのみ説明する。
【００５９】
図９および図１０に示すように、動吸振器１５０Ａは、弾性減衰部材１５４Ａと錘１５６Ａとを備えている。弾性減衰部材１５４Ａは、例えば、アクリルやウレタン等の樹脂材料からなり、前述した弾性部材５４Ａの機能に加えて、減衰効果も合わせて有している。弾性減衰部材１５４Ａは、この例では、細長の直方体形状により構成され、その長手方向が回転軸１１４の軸方向に沿うようにしてモータ１００の固定子１２０の外周面に取り付けられているが、必ずしも直方体形状である必要はない。錘１５６Ａは、弾性減衰部材１５４Ａと略同一形状の細長の直方体からなり、その長手方向が回転軸１１４方向に沿うようにして弾性減衰部材１５４Ａの上面部に重畳して取り付けられている。
【００６０】
弾性減衰部材１５４Ａおよび錘１５６Ａの両端部のそれぞれには、ねじ孔１６０Ａ，１６２Ａが穿設され、これらのねじ孔１６０Ａ，１６２Ａのそれぞれにねじ１６４Ａ，１６６Ａが締結されることで、弾性減衰部材１５４Ａおよび錘１５６Ａのそれぞれがモータ１００の外周面に取り付け、固定される。
【００６１】
動吸振器１５０Ａの、錘１５６Ａの質量と弾性減衰部材１５４Ａの弾性係数は、前述の制振理論と同様に、電磁振動と共振するようにその比が決定されるが、弾性減衰部材１５４Ａに減衰効果があるため、共振のピークがなだらかになる。すなわち、電磁振動の角振動数に対し、ある特定の角振動数で動吸振器の振動振幅は最大になるが、その角振動数の近傍でも十分大きな振動振幅を維持することができる。
【００６２】
したがって第２の実施の形態によれば、回転速度が変化するモータを用いた場合でも、モータ１００の振動を効果的に抑制することができる。その結果、モータ１００の振動による電磁騒音を確実に防止することができる。なお本例では、弾性効果と減衰効果をあわせ持つ弾性減衰部材を用いたが、弾性部材と減衰部材の組合わせで構成してもよい。また、減衰効果のない弾性部材を用いた一対の動吸振器と、減衰効果のみを持つ減衰部材からなる一対の減衰器を、同一間隔で配置するようにしてもよい。
【００６３】
＜３．第３の実施の形態＞
図１１を用いて第３の実施の形態を説明する。
上記第１および第２の実施の形態では振動モードが単一で発生する場合について説明したが、第３の実施の形態では複数の振動モードが同時に発生する場合について説明する。なお、その他の制振ユニットの構成は、上記第１の実施の形態と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１１は、モータ１００の駆動時に「モード２」と「モード４」とが同時に発生した場合における一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂおよび一対の動吸振器２５０Ａ，２５０Ｂの取り付け状態を示している。このようなケースとしては、例えば２極のモータ１００において、「モード２」の振動がある程度の大きさで発生するとともに、電磁力との共振により「モード４」も発生するような場合が考えられる。なお、図１１において、実線は固定子１２０の本来の外形形状を示し、点線はモード２の場合の電磁力により変形した所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外形形状を示し、一点鎖線はモード４の場合の電磁力により変形した所定時刻Ｔにおける固定子１２０の外形形状を示している。
【００６５】
ここで、「モード２」については上記第１の実施の形態で説明したので、「モード４」について説明する。モータ１００が回転駆動すると、図１１に示すように、固定子１２０は駆動時に発生する電磁力により四角形状に近い変形をする。略四角形状の角部に相当する位置が本来の外形形状に対して外側に変位して変位がプラスとなり、略四角形状の辺部の中央付近に相当する位置が本来の外形形状に対して内側に変位して変位がマイナスとなる。また、その変位のプラス側の最大点である腹とマイナス側の変位の絶対値が最大の点である腹との間の中間部は、ほとんど振動せず振幅がゼロの節となる。「モード４」の場合、隣接する腹（最大点，最小点）と節との間の角度は２２．５°となっている。
【００６６】
また「モード４」に対応する一対の動吸振器２５０Ａ，２５０Ｂの固有振動数は、前述の式（１０）と同様にモード４の電磁力の角振動数Ω4で決まる固有振動数に設定される。
【００６７】
本例では、図１１に示すように、一対の動吸振器５０Ａ、５０Ｂのうち動吸振器５０Ａが「モード２」の腹Ｓ１に取り付けられ、動吸振器５０Ｂが腹Ｓ１から時計周り方向に４５°離れた節Ｐ１に取り付けられる。また、一対の動吸振器２５０Ａ、２５０Ｂのうち動吸振器２５０Ａが「モード４」の腹Ｓ７に取り付けられ、動吸振器２５０Ｂが腹Ｓ７から時計周り方向に２２．５°離れた節Ｐ７に取り付けられる。したがって、「モード２」の振動モードに対しては一対の動吸振器５０Ａ、５０Ｂが制振効果を発揮し、「モード４」の振動モードに対しては一対の動吸振器２５０Ａ、２５０Ｂが制振効果を発揮する。
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、複数のモードが同時に発生した場合、モードの数と一対の動吸振器から成る制振ユニットの数を同じとし、一対の動吸振器は、それぞれ制振対象のモードの腹と節の間隔に相当する間隔を持った位置に取り付けているため複数の振動モードが同時に発生した場合でも、各振動モードの振動を確実に抑制することができ、振動による電磁騒音を効果的に抑制することができる。
【００６８】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、上記第１〜第３の実施の形態では、モータ１００の円周方向に沿って振動モード（電磁力）が発生する場合について説明したが、これに限定されることはない。例えば、モータ１００が円周方向の振動モードだけでなく、回転軸１１４方向の振動モードもともなう場合、この回転軸１１４方向の振動モードは回転軸方向には移動しないので、回転軸１１４方向の振幅が最も大きな腹の位置を選び、その位置で円周方向の振動モードの腹と節の間隔に相当する位置に一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けることで、効果的に振動を抑制できる。
【００６９】
また、上記第１〜第３の実施の形態では、固定子１２０と外周部を被覆するカバー部材を一体物とみなして、ここに一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けた例を説明したが、これに限定されることはなく、固定子１２０の外周面に密着した被覆カバーに一対の動吸振器５０Ａ，５０Ｂを取り付けるような構造としても良く、同様の制振効果が得られる。
【００７０】
また、上記実施の形態では、モータ１００として三相誘導モータやＳＲモータを用いた例について説明したが、これに限定されることはなく、それ以外のモータや発電機等の回転電気機械にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
５０，１５０，２５０・・・制振ユニット、５０Ａ，５０Ｂ、１５０Ａ，１５０Ｂ、２５０Ａ，２５０Ｂ・・・動吸振器（制振装置）、５４Ａ，５４Ｂ、２５４Ａ，２５４Ｂ・・・板ばね（弾性部材）、５６Ａ，５６Ｂ、１５６Ａ，１５６Ｂ、２５６Ａ，２５６Ｂ・・・錘（慣性部材）、１００・・・モータ（回転電気機械）、１５４Ａ，１５４Ｂ・・・弾性減衰部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電気機械に取り付けられる一対の制振装置から成る制振ユニットであって、
前記一対の制振装置のそれぞれは、
前記回転電気機械の外周面に取り付けられた弾性部材と、
前記弾性部材の端部に取り付けられた慣性部材とを備え、
前記回転電気機械の駆動時に前記回転電気機械に作用する電磁力に基づく振動モードの振幅に応じた所定の位置に配置された
ことを特徴とする制振ユニット。
【請求項２】
前記電磁力による前記振動モードが振幅の大きい腹部と振幅の小さい節部との規則的なパターンで構成されている回転電気機械に取り付けられる一対の制振装置から成る制振ユニットであって、
前記一対の制振装置は、前記振動モードにおいて振幅が大きい前記腹部と振幅が小さい前記節部との間の間隔で配置され、
かつ、当該制振装置の前記弾性部材の弾性係数と前記慣性部材の質量は、当該制振装置の固有振動数が当該振動モードの角振動数と一致するように成された
ことを特徴とする請求項１に記載の制振ユニット。
【請求項３】
前記電磁力による振動モードが複数存在する回転電気機械に取り付けられる制振ユニットであって、
前記一対の制振装置を複数対備え、
そのうちの一対は、前記複数の振動モードのいずれか一つの振動モードの前記腹部と前記節部との間隔で配置され、
かつ、当該制振装置の前記弾性部材の弾性係数と前記慣性部材の質量は、当該制振装置の固有振動数が当該振動モードの角振動数と一致するように成された
ことを特徴とする請求項２に記載の制振ユニット。
【請求項４】
前記電磁力による振動モードが複数存在し、かつ同時に発生する回転電気機械に取り付けられる制振ユニットであって、
前記同時に発生した前記複数の振動モードの数と同数の前記一対の制振装置が前記回転電気機械に取り付けられた
ことを特徴とする請求項３に記載の制振ユニット。
【請求項５】
前記回転電気機械の回転速度が変化する前記回転電気機械に取り付けられる制振ユニットであって、
前記制振装置の前記弾性部材は、弾性効果に加えて減衰効果を有する部材、もしくは弾性効果を有する弾性部材と減衰効果を有する減衰部材との組合わせにより構成された
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の制振ユニット。
【請求項１】
回転電気機械に取り付けられる一対の制振装置から成る制振ユニットであって、
前記一対の制振装置のそれぞれは、
前記回転電気機械の外周面に取り付けられた弾性部材と、
前記弾性部材の端部に取り付けられた慣性部材とを備え、
前記回転電気機械の駆動時に前記回転電気機械に作用する電磁力に基づく振動モードの振幅に応じた所定の位置に配置された
ことを特徴とする制振ユニット。
【請求項２】
前記電磁力による前記振動モードが振幅の大きい腹部と振幅の小さい節部との規則的なパターンで構成されている回転電気機械に取り付けられる一対の制振装置から成る制振ユニットであって、
前記一対の制振装置は、前記振動モードにおいて振幅が大きい前記腹部と振幅が小さい前記節部との間の間隔で配置され、
かつ、当該制振装置の前記弾性部材の弾性係数と前記慣性部材の質量は、当該制振装置の固有振動数が当該振動モードの角振動数と一致するように成された
ことを特徴とする請求項１に記載の制振ユニット。
【請求項３】
前記電磁力による振動モードが複数存在する回転電気機械に取り付けられる制振ユニットであって、
前記一対の制振装置を複数対備え、
そのうちの一対は、前記複数の振動モードのいずれか一つの振動モードの前記腹部と前記節部との間隔で配置され、
かつ、当該制振装置の前記弾性部材の弾性係数と前記慣性部材の質量は、当該制振装置の固有振動数が当該振動モードの角振動数と一致するように成された
ことを特徴とする請求項２に記載の制振ユニット。
【請求項４】
前記電磁力による振動モードが複数存在し、かつ同時に発生する回転電気機械に取り付けられる制振ユニットであって、
前記同時に発生した前記複数の振動モードの数と同数の前記一対の制振装置が前記回転電気機械に取り付けられた
ことを特徴とする請求項３に記載の制振ユニット。
【請求項５】
前記回転電気機械の回転速度が変化する前記回転電気機械に取り付けられる制振ユニットであって、
前記制振装置の前記弾性部材は、弾性効果に加えて減衰効果を有する部材、もしくは弾性効果を有する弾性部材と減衰効果を有する減衰部材との組合わせにより構成された
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の制振ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６１０５８（Ｐ２０１３−６１０５８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１６３８（Ｐ２０１１−２０１６３８）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
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