JPH04109844A - 誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は産業用、特に鉄道車両駆動用の高速回転主電動
機として利用される通風冷却型の誘導電動機に関する。

（従来の技術） 近年、電気制御技術の進歩に伴ないＶＶＶＦ制御装置が
発達し、機構的に単純で保守項目が少なく、且つ高速運
転に耐え易い誘導電動機の採用が多くなって来た。

この種の誘導電動機は高速回転させると、ある速度以上
の周波数帯で高周波騒音を発生する事が知られてきた。

この原因は何故なのか今迄ははっきりとは解明されてい
なかった。

そこで本出願人はその高周波騒音の発生原因を解明し、
その防止策を図るべく取り組んできた。

一般に、誘導電動機は第４図に示す構成となっている。

第４図は誘導電動機の一部分の断面図で、電動機の外周
をカバーするマグネットフレーム１の内周面にステータ
コア２がコア押え３により保持されて固定され、このス
テータコア２の内周部のスロット内に通して両端側に突
出する状態にステータコイル４が装着され、これが３相
電流により内部に回転磁束を発生するようになっている
。なおステータコイル４の延出部にはコイル支え５が設
けられている。

前記フレーム１の一端側の端板（図示せず）と他端側の
鏡蓋６とには軸受７が組み付けられ、これら軸受７を介
して両端を支承することでロータ軸８が設けられている
。このロータ軸８にはロータコア９が両端側のコア押え
１０により固着されていると共に、このロータコア９の
スロット内に通して両端側に突出する状態にロータバー
１１が装着され、さらにこのロータバー１１の両端にリ
ング状のエンドリング（短絡環）１２が溶着されて、回
転可能なロータが構成されている。

また、こうした誘導電動機は高速回転中に発生する熱に
よって加熱すると、絶縁体の劣化が促進して寿命が低下
すると共に、発熱体の強度低下を招くために、多量の冷
却風を機内に送り込んで冷却する必要がある。この為に
フレーム１の一端側（図示せず）には冷却風導入口を、
他端鏡蓋６には排風口１３を設けると共に、図示しない
が機外に送風ファンを設けたり、或いは機内に内蔵する
かたちでロータ軸８と一体に回転する通風ファンを設け
、これらファンの回転送風作用により、前記冷却風導入
口より冷却風を機内一端側に導入し、そこからステータ
コア２の内周面とロータコア９の外周面との間のギャッ
プＧやロータコア９に貫通した通風穴１４を介して他端
側に高速流通させて他端排風口１３より機外に排気し、
これで機内のステータコイル４やロータバー１１やエン
ドリング１２などを通風冷却するようにしている。

ここで、前述した通風冷却型の誘導電動機の高周波騒音
の発生要因としては、まず前述の如く機内には冷却風が
高速で流れている。しかも高速回転するロータ自体が遠
心ファンの作用を持ち、機内に半径方向に向けてかなり
高い圧力風を発生する。この圧力風は遠心ファンの翼要
素とこの回転数を掛け合わせた周波数の圧力脈動気流と
なって放出し、これが一つの音源となる音波を発生する
。

しかし単にこの圧力脈動気流による音波だけでは大きな
騒音とならず、その音波を往復反射させて増幅する空間
があると大きな騒音が発生するようになる。つまり圧力
脈動気流と同一周波数の往復反射経路を持つ空間のとこ
ろで音波の増幅現象が生じて大きな騒音発生を招くと考
えられる。

こうした要因を第５・図により具体的に説明する。ロー
タコア９の外周部には銅帯材よりなる多数のロータバー
１１が相互に等間隔を存し且つ該ロータコア９の端部よ
り延出した状態で周配されている。このためにそれらロ
ータバー１１の延出部が高速回転すると、あたかも遠心
ファンの如く高圧力風を矢印で示すように半径方向に向
は発生せしめる。しかもこのロータバー１１はこれ自身
一般の遠心ファンのブレードと異なり、個々に銅導体と
しての必要断面積を得るためにかなりの厚さを有し、そ
の相互間の開孔部の割合が該ロータバー１１自身が存在
する閉鎖部に比し少ない。このためにロータバー１１外
周の定点位置で測定すると該ロータバー１１の本数と回
転数を掛け合わせた数に相当する周波数の圧力脈動気流
を放出する。

一方、そうしたロータバー１１の外周に配するステータ
コイル４は各導線の断面積がかなりの割合を占め、且つ
その銅線は次のスロットに入るために彎曲しているので
、その間の細いスリット状の隙間を前記ロータバー１１
から放出された圧力脈動気流が更に高圧脈動気流として
符号１５で示す如く外周方向に吹き抜ける。その際にス
テータコイル４の外周空間が広いので通風路が急激に広
がったことになり、これで該高圧脈動気流が膨張して騒
音の元となる音波を放射する。

しかもそのステータコイル４の外周空間に放出された高
圧力脈動気流は排気流１６として矢印のように流出して
行くが、同コイル外周空間内に放射された音波は符号１
７で示す如く外周のフレーム１内面に当って反射し、こ
の反射された音波１７はフレーム１内面が前記音波放射
方向に略直角な面を持つのでステータコイル４の高圧脈
動気流が放出されるところに返って来る。こうした音波
１７の往復反射経路を持つコイル外周空間の半径方向寸
法が広く、ステータコイル４外面とフレーム１内面との
間の距離ｐが圧力脈動気流と同一周波数の音波１７の波
長に対し０，５倍または１倍程度あると、フレーム１内
面に当たって反射されて返って来た音波１７が次に発生
する音波と重複して増幅現象が起き、大きな高周波騒音
を発生するようになる。

ここで、実際の誘導電動機で高周波騒音を発生したもの
について検討すると、ロータバー１１か４６本で５００
０ｒｐａ＋あたりで大きな騒音を発生している。その騒
音の中の一番大きな周波数は、ｎ　　−４６Ｘ　　５０
０口＋　　６　０　−３８３３Ｈｚとなると推定され、
その時の騒音波長はとなる。ここで第５図のステータコ
イル４外周空間の径方向寸法距Ｍρを調べると、４０〜
４５龍程度となっていて、音波１７がステータコイル４
の隙間から放射されてフレーム１内面に当たって返って
来るまでの寸法に直すと８０〜９ｏ關となる。これは音
波１７がフレーム１内面に当たって反射されて返って来
た時と、次の圧力脈動気流がコイル隙間から吹き出して
音波が発生する時期とが重なり、そこで音波が増幅され
て大きな高周波騒音を発生するようになる。つまりステ
ータコイル外周空間かあたかも共鳴箱としての作用を果
たしていることが考えられる。

（発明が解決しようとする課題） 前述の如く通風冷却型の誘導電動機では、ステータコイ
ル外周空間が広く、ロータバー１１の遠心ファン作用に
より放出される高圧力脈動気流により生じる音波１７が
該空間内でフレーム内面に当たり反射して往復し、しか
もその空間内の音波の反射経路であるステータコイル４
外面とフレーム１内面との間の距離ｇが前記高圧力脈動
気流と同一周波数の音波１７の波長に対し０．５倍また
は１倍程度あるため、その空間があたかも共鳴箱のよう
な作用を果たし、そこで音波１７が次に発生する音波と
重複して増幅現象が起き、大きな高周波騒音を発生する
問題があった。

本発明は前記事情に鑑みなされ、簡単の改良で、高圧力
脈動気流により生じる音波の増幅による大きな高周波騒
音の発生を防止できるようにした誘導電動機を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の誘導電動機は前記目的を達成するために、ステ
ータコイルの外周面とフレームの内周面との空間に該ス
テータコイル外周より吹き出す冷却風を半径方向に対し
て傾斜した方向に誘導する音波誘導体を設け、ステータ
コイル外周面がら傾斜した冷却風通路の前記フレーム近
辺までの距離が、ローターバー本数と電動機使用限度に
おける回転数を掛け合わせた数の周波数の脈動気流によ
り生じる音波の波長の半分より充分に長くなる様にして
音波増幅効果を生じさせない様にした事を特徴とする。

（作　用） 前記構成の誘導電動機では、ロータバーの高速回転に伴
う遠心ファン作用により高圧力脈動気流をステータコイ
ルの各導線の間のスリット状の隙間から外周空間に放出
して音波を発生しても、そのステータコイル外周空間に
は、該ステータコイル外面からの距離が、前記音波の波
長の半分より充分に長くなる位置に冷却風通路を構成す
る音波誘導体を設けているので、これに反射して返って
来る音波と次に発生する音波とは位相がずれて増幅され
ることがなくなり、これで高速回転しても高周波騒音の
発生がなくなり、常に静かな運転が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図（回転軸の長手方向に
沿って切断した断面図）および第２図により説明する。

なお図中前記第４図および第５図で示したものと重複す
るものには同一符号を付して説明の簡略化を図る。

すなわち、ステータコイル４の外周側で斜めに傾斜した
空間に、冷却風通路を構成する音波誘導板例えば断面１
字状の誘導板２１複数枚を配置し、これをステータ押え
９に接触して固着された音波誘導板ボス２０によりそれ
ぞれ同一方向に保持され、かつマグネットフレーム１内
に固定されている。そして各音波誘導板２１の端部は音
波誘導仮押え２２で固定され、これにより音波誘導板２
１が勝手に端部て振動したりする事が防止されている。

音波誘導板２１は、組立法によっては組込みが極めてむ
づかしくなる事があるが、音波誘導板ボス２０、音波誘
導仮押え２２を輪状に作らずに半割り構造にするなどし
てマグネットフレーム１の外周面より、ボス２０をビス
止めで固定すればよい。

次に、以上述べた実施例の作用効果について説明すると
、ローターバー１１の回転により生じた圧力波がステー
タコイル４の隙間を通過した所に、複数の音波誘導板２
１からなる冷却風通路が形成されている。

この為にステータコイル４の外周で圧力が変化して音波
を発生した冷却流は、この音波誘導板２１の通路にそっ
て流れると同時に音波もこの通路ぞいに彎曲して隙間２
３迄達する。この時隙間２３が十分に開口していると音
波として到着した圧力波は開放され、逆にマイナスの圧
力波として音波誘導板２１の間の通路を中心側にもとづ
いていくが隙間２３の開口が不十分な場合又は隙間２３
が無い場合はプラスの圧力波のままでもどっていく。こ
の場合、音波誘導板２１により構成される通路長さは渦
巻状に傾斜して構成されている為に、第４図の従来の構
造でのステータコイル４とマグネットフレーム１の内周
迄の距離ｇに比して十分長くとる事が可能であり、従っ
て反射して返って来た音波が次に出て来る音波と重なっ
て騒音が増幅するのを防ぐ効果がある。

ここで音波誘導板２１により構成される冷却風通路長さ
は、第４図および第５図に比して長くなっているので電
動機の回転数が低く、発生騒音周波数の低い所で騒音増
幅効果が出る事が予想されるが、その様な低速範囲は通
常運転時には通過はするが長時間維持される事は無い事
と、回転数が低ければ発生する音圧が激減する為発生す
る騒音は問題にならない程度に減少する。この為、耳ざ
わりになる様な騒音は防止する事が可能である。

以上述べた実施例によれば、ステータコイル４の外周面
とマグネットフレーム１の内周面との間でローターバー
１１のファン効果で作り出される脈動気流１５から生じ
る音波が往復動するのと同期して送り込まれ、この気流
により騒音が増幅するのをステータコイル４とマグネッ
トフレーム１間の音波が往復動する通路を長くとる事に
より、反射音が帰って来る時期を送り込まれる圧力波の
周期とずらしてしまう事で騒音発生のメカニズムがこわ
れ、騒音発生を防止する事が可能となる。

第３図は本発明の第２の実施例を示すもので、第１図に
おける音波誘導板２１の代りに断面はぼくの字形音波誘
導板２４が複数枚同一方向に配設したものである。この
場合、ステータコイル４の間から出た冷却風は音波誘導
板２４の間の通路にそって排出される。ところが、音波
は音波誘導板２４に沿って伝達される関係上、直接ステ
ータコイル４部から排出され、マグネットフレーム１に
当って反射して来る音波より長い経路を通る事になり、
第１図に示した傾斜した経路と全く同じ効果を得る事が
可能となる。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば、ローターバーのファン効果
から生じる圧力波がステータコイルの間を通りマグネッ
トフレームに囲まれた空間部に開放された時、生じた音
波がマグネットフレーム内面に当り反射して帰って来た
時に次の音波が吹き出す様な状況が繰返される事により
、大きな騒音を生じる条件を持つ電動機のステータコイ
ルの外側に音波が半径方向に直接伝搬するのを複数の音
波誘導体により構成した冷却風通路を通って伝わる音波
の走る距離を、直接ステータコイル外周からマグネット
フレーム迄の距離よりも充分に長くしたので、騒音の拡
大するメカニズムがこわされ、騒音発生を防止する事が
可能となる誘導電動機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘導電動機の一実施例を軸方向に沿っ
て切断し一部を省略した部分断面図、第２図は第１図の
軸方向端面から見た断面図、第３図は本発明の他の実施
例を示す第２図相当図、４図は従来例を示す一部省略し
た部分断面図、５図は第４図の一部分の拡大断面図であ
る。 １・・・フレーム、４・・・ステータコイル、１１０−
ターバー　２１２４・・・音波誘導板。 第 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステータコイルの外周面とフレームの内周面との空間に
   該ステータコイル外周より吹き出す冷却風を半径方向に
   対して傾斜した方向に誘導する音波誘導体を設け、ステ
   ータコイル外周面から傾斜した冷却風通路の前記フレー
   ム近辺までの距離が、ローターバー本数と電動機使用限
   度における回転数を掛け合わせた数の周波数の脈動気流
   により生じる音波の波長の半分より充分に長くなる様に
   して音波増幅効果を生じさせない様にした事を特徴とす
   る誘導電動機。