JP2000060060A - 制御ユニット付きモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モータ部から発生する騒音を簡単な構成により
効率よく減衰させるようにする。 【解決手段】 モータフレーム内に固定子及び回転子を
有するモータ部と、制御ケース内にインバータ装置を設
けた制御ユニットを設け、モータフレームと制御ケース
との間に軸受ブラケットを設け、モータ部から発生する
音波の所定周波数を減衰させるための消音器を制御ケー
ス内に設ける構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ部に制御ユ
ニットを備えた制御ユニット付きモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】モータには、モータ部に制御ユニットを
一体的に備えた制御ユニット付きモータがある。この種
のモータにおいては、モータ部は、モータフレーム内に
固定子及び回転子を有する構成で、制御ユニットは、制
御ケース内にインバータ装置を設けた構成である。この
インバータ装置は、周知のように、直流電源回路と、こ
の直流電源回路からの直流電力をスイッチングするスイ
ッチング回路と、このスイッチング回路のスイッチング
素子をオンオフ制御する制御回路とから構成されてお
り、これら回路には、電子部品であるコンデンサや、Ｉ
ＧＢＴ等のスイッチング素子が含まれている。ところ
で、モータが運転されると、主にインバータ制御のキャ
リア周波数の騒音が発生し、この騒音がかなり大きなも
のでモータ運転する際に問題となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みて成されたものであり、その目的は、簡単な構成
で騒音を効果的に減少できる制御ユニット付きモータを
提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、モー
タフレーム内に固定子及び回転子を有するモータ部と、
制御ケース内にインバータ装置を設けた制御ユニットと
を備え、モータフレームと制御ケースとの間に軸受ブラ
ケットを設け、かつ、モータ部から発生する音波の所定
周波数を減衰させるための消音器を制御ケース内に設け
たところに特徴を有する。

【０００５】この構成によれば、モータ部から発生する
騒音を効果的に低減できるものである。請求項２の発明
は、軸受ブラケットに設けた孔と制御ケース内の空間と
により消音器を構成したもので、別の消音器を設ける必
要がなく、インバータ装置のカバーである制御ケースを
有効に利用できるものである。

【０００６】請求項３の発明は、モータフレーム内に固
定子及び回転子を有するモータ部と、制御ケース内にイ
ンバータ装置を設けた制御ユニットとを備え、モータフ
レームと制御ケースとの間に軸受ブラケットを設けた制
御ユニットを設け、かつ、モータ部から発生する音波が
共鳴する共鳴体を制御ケース内に設けたところに特徴を
有する。

【０００７】この構成によれば、請求項１の発明と同様
にモータ部から発生する騒音を効果的に低減できるもの
である。請求項４の発明は、モータフレーム内に固定子
及び回転子を有するモータ部と、制御ケース内にインバ
ータ装置を設けた制御ユニットとを備え、モータフレー
ムと制御ケースとの間に軸受ブラケットを設け、かつ、
前記制御ケースに第１の通路とこの第１の通路を迂回さ
せる第２の通路とを有する干渉体を設け、第２の通路の
長さを第１の通路の長さを、前記モータ部から発生する
所定周波数の音波の半波長を整数倍した長さだけ異なら
せたところに特徴を有する。

【０００８】この構成によれば、第１の通路からの音波
と第２の通路からの音波が互いに逆位相の状態で重畳す
るので、音波が打ち消され、これによって騒音が減衰さ
れるものである。

【０００９】請求項５の発明は、モータフレーム内に固
定子及び回転子を有するモータ部と、制御ケース内にイ
ンバータ装置を設けた制御ユニットとを備え、モータフ
レームと制御ケースとの間に軸受ブラケットを設けた制
御ユニットを設け、制御ケースの三辺の寸法をモータ部
から発生する所定周波数の音波の周波数の波長と一致し
ない長さとしたところに特徴を有する。

【００１０】この構成によれば、モータ部から発生する
所定周波数の音波を効果的に減少させることができる。
請求項６の発明は、モータフレーム及び制御ケースに冷
却フィンを設け、これら冷却フィンの固有振動数とモー
タ部から発生する音波の所定周波数とを一致させない構
成としたところに特徴を有する。

【００１１】この構成によれば、固有振動数が一致する
ことがないので、ケース外への放射騒音が減少されるも
のである。請求項７の発明は、モータケース及び制御ケ
ースに冷却フィンを設け、モータ部から発生する音波の
波長と冷却フィンの固有振動数都が一致しないよう冷却
フィン間の間隔を設定したところに特徴を有する。この
構成によれば、モータ部から発生する音波を効果的に減
少させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて図１、図２を参照して説明する。モータ部１は、外
部をモータフレーム２により構成しており、このモータ
フレーム２は筒部２ａに軸受ブラケット２ｂ、２ｃを連
結して構成されている。上記筒部２ａの内面には固定子
鉄心３ａ及び巻線３ｂを有する固定子３が配設されてい
る。また軸受ブラケット２ａ、２ｃには軸受４、５を介
して回転軸６が回転自在に支承されており、この回転軸
６に回転子７が装着されている。そして、この回転子７
の左端部が軸受ブラケット２ａから突出していて出力軸
とされている。

【００１３】上記モータ部１の軸方向右側には、制御ユ
ニット８が設けられている。この制御ユニット８は制御
ケース９内にインバータ装置１０を設けて構成されてい
る。このインバータ装置１０は、制御回路基板１１に設
けられたコンデンサ１２やスイッチング素子（ＩＧＢ
Ｔ）１３を備えていて、直流電源回路、インバータ主回
路、制御回路が構成されている。

【００１４】１４は前記制御ケース９内の空間で、内容
積Ｖを有している。この空間１４は、前記軸受ブラケッ
ト２ｃに設けた孔１５を介して音発生源であるモータ部
１内と連通している。この空間１４と前記孔１５によっ
て消音器１６が構成される。ここで、消音器１６におけ
る減衰周波数は次の（１）式で求められる。

【００１５】

【数１】

【００１６】ここで、ｃは音速、Ｖは消音器１６の内容
積、つまり制御ケース９内のインバータ装置１０、制御
回路などを除いた空間の容積、Ｃｏは前記孔１５の音の
コンダクティビティ（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）であ
る。そして、孔１５が本実施例のように円形の場合に
は、Ｃｏは次の式（２）のようになる。

【００１７】

【数２】

【００１８】ここで、ｎは孔１５の数、ａは孔１５の半
径、ｌは孔１５の長さ（奥行き）である。そして、式
（１）、（２）を考慮して、Ｖ、ｎ、ｌを適宜選択する
ことにより減衰周波数ｆｒを決定している。

【００１９】本実施例によれば、消音器１６の減衰周波
数を、例えば、インバータ制御のキャリア周波数帯域に
おける主要な騒音の周波数に一致させることにより、そ
の騒音を効率よく減衰できるものである。例えば、モー
タの運転によって、主にインバータ制御のキャリア周波
数の騒音が発生し、その騒音の基本周波数が１０００Ｈ
ｚである場合、消音器１６の減衰周波数も１０００Ｈｚ
となるように前記Ｖ、ｎ、ｌを設定し騒音の基本周波数
と一致させているから、この周波数の音波が軸受ブラケ
ット２ｃの孔１５から伝搬され、消音器１６の空気が共
鳴して孔１５部分の空気が激しく振動し、音のエネルギ
ーが主として孔１５部分で摩擦による熱エネルギーに変
換され、主として１０００Ｈｚ近傍の周波数帯域の騒音
が効果的に減衰される。

【００２０】図２は騒音低減の効果を示す比較図であ
る。図３は本発明の第２の実施例を示し、上記第１の実
施例と異なるところを説明する。

【００２１】１７は制御ケース９内に設けた共鳴体で、
この共鳴体１７は内容積Ｖを有し、軸受ブラケット２ｃ
に設けた孔１５と連通するものである。この共鳴体１７
の共鳴周波数ｆｒは次式（３）で求められる。

【００２２】

【数３】

【００２３】ここで、ｃは音速、Ｖは共鳴箱１７の内容
積、Ｇは孔１５の音のコンダクティビティ（Ｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｂｉｔｙ）である。そして、共鳴体１７に連通す
る孔１５の数が１個でかつ孔１５が円形の場合には、Ｇ
は次式（４）のようになる。

【００２４】

【数４】

【００２５】ここで、Ｓは孔１５の開口面積、ｌは孔１
５の長さ（奥行き）、ａは孔１５の半径である。ここで
共鳴体１７の共鳴周波数ｆｒを例えばインバータ制御の
キャリア周波数帯域における主要な騒音の周波数に一致
させることにより、その騒音を効率よく減少できるもの
である。例えば、モータの運転によって、主にインバー
タ制御のキャリア周波数の騒音が発生し、その騒音の基
本周波数が１０００Ｈｚである場合、共鳴体１７の共鳴
周波数も１０００Ｈｚとなるように内容積Ｖ等を設定
し、騒音の基本周波数と一致させているから、この周波
数の音波がモータフレーム２内を伝搬して共鳴体１７に
至ると、この音波と共鳴体１７内の空気が共鳴して孔１
５部分の空気が激しく振動する。これによって、音のエ
ネルギーが主として摩擦による熱エネルギーに変換さ
れ、主として１０００Ｈｚ近傍の周波数帯域の騒音が効
果的に低減される。

【００２６】図４は、本発明の第３の実施例を示すもの
で、１８は干渉体で、内部に第１の通路１８ａと、この
第１の通路１８ａを迂回させた第２の通路１８ｂを有
し、この第２の通路１８ｂはコ字状に屈曲された構成に
なっており、第１の通路１８ａの入口から分岐してその
出口側に連通されている。この場合、第１及び第２の通
路１８ａ，１８ｂの分岐点Ａから合流点Ｂに至るまでの
長さＬ１、Ｌ２を次のように設定している。

【００２７】モータ部１から発生する所定周波数の音波
の波長をλとすると Ｌ２−Ｌ１＝（λ／２）×Ｎ Ｎ＝１，２，３，… すなわち、各通路１８ａ，１８ｂの長さＬ１、Ｌ２を、
その差が半波長（λ／２）を整数倍した長さとなるよう
に設定している。この実施例においては、１００００Ｈ
ｚとなるように設定しており、音速を３４０ｍ／ｓとす
ると波長λが９．４ｃｍになる．そこで、Ｌ１をλ／４
に相当する２．３５ｃｍに設定し、Ｌ２をλ×３／４に
相当する７．０５ｃｍに設定して、これにより、Ｌ２−
Ｌ１＝λ／２としている。あるいは、Ｌ１をλ／２に相
当する４．７ｃｍに設定し、Ｌ２をλに相当する９．４
ｃｍに設定してもよい。

【００２８】この構成によれば、モータ部１で発生する
音波は、一旦第１の通路１８ａと第２の通路１８ｂとに
分れて伝搬し、その後両通路の合流箇所で重畳する。こ
の場合、音波の半波長λ／２を整数倍した長さだけ両通
路の長さを異ならせているので、第１の通路１８ａから
の音波と、第２の通路１８ｂからの音波とが互いに逆位
相の状態で重畳することから音波が打ち消され、これに
より騒音が減衰されるものである。

【００２９】本発明の第４の実施例を図５を参照して説
明する。モータ部１からの発生騒音の周波数ｆと音波の
波長λとの間には次の関係がある。

【００３０】λ＝ｃ／ｆ ｃ＝音速 ここで、図５（ｂ）に示す制御ケース９の三辺の長さ寸
法Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚは、モータ部１から発生する騒音の
周波数の半波長λ／２、または半波長λ／２の整数倍ま
たは１／整数倍と一致しないように設定してある。

【００３１】すなわち、 Ｌｘ≠（λ／２）×Ｎ Ｎ＝１、２、３、… １／２、１／３、… Ｌｙ≠（λ／２）×Ｎ Ｎ＝１、２、３、… １／２、１／３、… Ｌｙ≠（λ／２）×Ｎ Ｎ＝１、２、３、… １／２、１／３、… 制御ケース９内部空間には固有振動数（一種の残響）が
あり、特定のいくつかの周波数の音だけがよく響く特性
がある。そのため、いくつかの周波数成分だけが固有振
動数によって強調されてよく響くことになる。

【００３２】例えば、モータ発生騒音周波数が１０００
０Ｈｚの場合、波長λは λ＝３４０／１００００＝３．４ｃｍ となり、半波長λ／２は１．７ｃｍ、λ／４は０．８５
ｃｍ、λ／８は０．４２５ｃｍとなるから、この寸法を
避けるように図５（ｂ）の概略説明図に示すＬｘ、Ｌ
ｙ、Ｌｚを設定する。ここで、モータフレーム２内及び
制御ケース９内の空間の固有振動数ｆｎは、空気中の音
速をｃとすると次式（５）で表わされる。

【００３３】

【数５】

【００３４】（「実用振動計算法」（工学図書株式会社
出版）２１４頁参照）ただし、Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚは制御
ケース内の三辺の長さで、Ｎｘ、ＮＹ、Ｎｚは０または
任意の正の整数であり、一組のＮｘ、ＮＹ、Ｎｚに対し
て１個の固有モードが存在する。

【００３５】ここで、モータ部１から発生する音波の半
波長の整数倍または１／整数倍と一致しないようにＬ
ｘ、Ｌｙ、Ｌｚが設定してあるので、制御ケース９から
の放射騒音が減少されるものである。

【００３６】なお、上記では制御ケース９の外形寸法の
設定について説明したが、例えば制御ケース９内の小空
間Ｕにおいては他の固有振動数が存在し、この小空間Ｕ
においては騒音の高調波分が影響する。従って、この小
空間Ｕにおいても前述と同様の計算式で、その小空間Ｕ
の寸法ｌｘ，ｌｙ、ｌｚを設定すればより効果的に騒音
を減少できるものである。

【００３７】図６、図７は本発明の第５の実施例を示
す。モータフレーム２と制御ケース９にはそれぞれ冷却
フィン１９，２０、２１が設けられていて、その固有振
動数ωｎは「実用振動計算法」（工学図書株式会社出
版）１９７頁から次式（６）で表わされる。

【００３８】

【数６】

【００３９】ここで、モータ部１から発生される騒音の
周波数の波長あるいはその整数倍が、冷却フィンの固有
振動数と一致しないようにＤ、ｌ、ｂを設定しているの
で、制御ケース９外への放射騒音が減少されるものであ
る。

【００４０】また、モータ部１からの発生騒音の周波数
ｆと音波の波長λとの間には次の関係がある。 λ＝ｃ／ｆ ｃ＝音速 ここで、図６、図７に示すように、冷却フィン１９、２
０、２１間の間隔Ｋは、モータ部１から発生する騒音の
周波数の半波長λ／２、または半波長λ／２の整数倍ま
たは１／整数倍と一致しないように設定してある。

【００４１】すなわち、冷却フィン間の空間には固有振
動数（一種の残響）があり、特定のいくつかの周波数の
音だけがよく響く特性がある。そのため、いくつかの周
波数成分だけが固有振動数によって強調されてよく響く
ことになる。

【００４２】従って、例えば、モータ発生騒音周波数が
１００００Ｈｚの場合、波長λは λ＝３４０／１００００＝３．４ｃｍ となり、半波長λ／２は１．７ｃｍ、λ／４は０．８５
ｃｍ、λ／８は０．４２５ｃｍとなるから、この寸法を
避けるように冷却フィン間の間隔を設定するようにすれ
ば、騒音が効果的に減少できるものである。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の制御ユニット付きモータによれば、モータ
部から発生する騒音を効果的に低減できるものである。
請求項２記載の制御ユニット付きモータによれば、モー
タ部から発生する騒音を効果的に低減できるとともに別
の消音器を設ける必要がなく、インバータ装置のカバー
である制御ケースを有効に利用できるものである。

【００４４】請求項３記載の制御ユニット付きモータに
よれば、請求項１の発明と同様にモータ部から発生する
騒音を効果的に低減できるものである。請求項４記載の
制御ユニット付きモータによれば、第１の通路からの音
波と第２の通路からの音波が互いに逆位相の状態で重畳
するので、音波が打ち消され、これによって騒音が減衰
されるものである。

【００４５】請求項５記載の制御ユニット付きモータに
よれば、モータ部から発生する所定周波数の音波を効果
的に減少させることができる。請求項６記載の制御ユニ
ット付きモータによれば、固有振動数が一致することが
ないので、ケース外への放射騒音が減少されるものであ
る。請求項７記載の制御ユニット付きモータによれば、
モータ部から発生する音波を効果的に減少させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例を示す横断平面図、

【図２】 従来と本発明の騒音レベルを示す図、

【図３】 本発明の第２の実施例を示す横断平面図、

【図４】 本発明の第３の実施例を示す横断平面図、

【図５】 本発明の第４の実施例を示す横断平面図、

【図６】 本発明の第５及び第６の実施例を示す平面
図、

【図７】 冷却フィンの説明図、

【符号の説明】

１…モータ部、２…モータフレーム、２ｂ、２ｃ…軸受
ブラケット、３…固定子、７…回転子、８…制御ユニッ
ト、９…制御ケース、１０…インバータ装置、１４…空
間、１５…孔、１６…消音器、１７…共鳴体、１８…干
渉体、１９、２０、２１…冷却フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 資康 三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地 株 式会社東芝三重工場内 Ｆターム(参考） 5H605 AA01 AA05 BB05 CC01 CC02 DD07 DD23 5H607 AA03 AA04 AA12 BB01 BB14 CC01 DD01 DD02 DD08 DD09 DD16

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータフレーム内に固定子及び回転子を
   有するモータ部と、制御ケース内にインバータ装置を設
   けた制御ユニットを設け、モータフレームと制御ケース
   との間に軸受ブラケットを設けた制御ユニット付きモー
   タにおいて、モータ部から発生する音波の所定周波数を
   減衰させるための消音器を制御ケース内に設けたことを
   特徴とする制御ユニット付きモータ。
2. 【請求項２】 消音器は軸受ブラケットに設けた孔と制
   御ケース内の空間からなることを特徴とする請求項１記
   載の制御ユニット付きモータ。
3. 【請求項３】 モータフレーム内に固定子及び回転子を
   有するモータ部と、制御ケース内にインバータ装置を設
   けた制御ユニットを設け、モータフレームと制御ケース
   との間に軸受ブラケットを設けた制御ユニット付きモー
   タにおいて、モータ部から発生する音波が共鳴する共鳴
   体を制御ケース内に設けたことを特徴とする制御ユニッ
   ト付きモータ。
4. 【請求項４】 モータフレーム内に固定子及び回転子を
   有するモータ部と、制御ケース内にインバータ装置を設
   けた制御ユニットを設け、モータフレームと制御ケース
   との間に軸受ブラケットを設けた制御ユニット付きモー
   タにおいて、前記制御ケース内に第１の通路とこの第１
   の通路を迂回させる第２の通路とを有する干渉体を設
   け、第２の通路の長さを第１の通路の長さを、前記モー
   タ部から発生する所定周波数の音波の半波長を整数倍し
   た長さだけ異ならせたことを特徴とする制御ユニット付
   きモータ。
5. 【請求項５】 モータフレーム内に固定子及び回転子を
   有するモータ部と、制御ケース内にインバータ装置を設
   けた制御ユニットを設け、モータフレームと制御ケース
   との間に軸受ブラケットを設けた制御ユニット付きモー
   タにおいて、前記制御ケースの三辺の寸法をモータ部か
   ら発生する所定周波数の音波の周波数の波長と一致しな
   い長さとしたことを特徴とする制御ユニット付きモー
   タ。
6. 【請求項６】 モータフレーム及び制御ケースに冷却フ
   ィンを設け、これら冷却フィンの固有振動数とモータ部
   から発生する音波の所定周波数とを一致させない構成と
   したことを特徴とする制御ユニット付きモータ。
7. 【請求項７】 モータケース及び制御ケースに冷却フィ
   ンを設け、モータ部から発生する音波の波長と冷却フィ
   ンの固有振動数都が一致しないよう冷却フィン間の間隔
   を設定したことを特徴とする制御ユニット付きモータ。