JPH04117152A - 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６図に示す構成となっている。

第６図は誘導電動機の一部分の断面図で、円筒状のマグ
ネットフレーム１の内周面に、円環状のステータコア２
か配置されると共に、コア押え３により保持固定されて
いる。ステータコア２の内周部に形成されているスロッ
ト内に通して両端側にコイルエンド４ａが突出する状態
にステータコイル４が装着され、このコイル４に３相交
流電流を流すことにより回転磁界か発生するようになっ
ている。ステータコイル４のコイルニード（延出部）４
ａの外周面にはリング状のコイル支え５か設けられてい
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にはそれぞれ軸受７か組込まれ、これらの軸受７
によりロータ軸８か回転可能に指示されている。このロ
ータ軸８にはロータコア９か両端側のコア押え１０によ
り固着されると共に、ロータコア９のスロット内にロー
タバー１１を通して両端側に突出する状態に装着され、
このロータバー１１の両側にリング状のエンドリング（
短絡環）１２が溶着され、これにより全体が回転可能な
ロータを構成している。

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、ステータコイル４を絶縁している絶
縁体の劣化が促進して寿命か低下すると共に、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
で冷却する必要かある。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、他端側の鏡蓋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
て他端側の排風口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は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か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か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７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１
１が相互に等間隔を存し且つ該ロータコア９の端部より
延出した状態で別記されている。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
数を掛は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、そうしたコータバー１１の外周に配するステータ
コイル４は各導線の断面積か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て示す如く外周方に吹き抜ける。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、これて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
１７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Ωか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が４６本で５００
０ｒｐｉ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　５０００÷
６０−３８３３Ｈｚとなると推定され、その時の騒音波
長はとなる。ここで第７図のステータコイル４外周空間
の径方向寸法距離Ωを調べると、４０〜４５＋ｎｍ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８０〜９０ｍｍ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
ル外周空間が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、その空間か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） 本発明は前記目的を達成するために、筒状のフレーム内
にステータコアを配設し、このステータコアにコイルエ
ンド部が軸方向端部に延出するようにステータコイルを
配設し、前記ステータコアの内周側にこれと所定空隙を
介してロータを回転可能に配設し、少なくとも前記ロー
タを構成するロータコアの軸方向に、ステータコイルお
よびロータを冷却するための冷却風を導く冷却通風路を
形成した誘導電動機において、 前記コイルエンド部の外周面と前記フレームの内周面と
の間でかこまれた空間に、前記冷却通風路からの冷却風
による音波を、前記フレームの円周方向に導く複数の音
波通路を形成し、各音波通路の軸方向長さが、前記コイ
ルエンド部側に対して前記フレームに近いほど長くなる
様にした音波誘導機構を具備したしたものである。

（作　用） 本発明によれば、冷却通風路からの冷却風による音波は
、軸方向長さの異なる複数の音波通路によりフレームの
円周方向に導かれるので、音波の往復経路長さが異なり
、従って特定の波長で騒音が増幅されることが少ないこ
とから大きな高周波騒音の発生を防止できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明の第１の実施例の要部のみを回転軸の
長手方向に沿って切断した正断面図であり、第２図は第
１の実施例の要部のみを回転軸の長手方向に対して直角
に切断した側断面図である。なお、図中前記第６図およ
び第７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。

ステーコイル４のコイルエンド部４ａの外周面とフレー
ム１の内周面との間でかこまれた空間に、音波誘導機構
を設けたものである。すなわち、音波誘導機構は、複数
の音波誘導板２２と、この各音波誘導板２２相互間に配
設される複数の音波通路構成部材２４をまとめた音波通
路構成部材群からなり、これによりロータコア９の通風
穴１４からの冷却風による音波を、音波通路構成部材２
４によりフレーム１の円周方向に導き、各音波通路部材
２４の軸方向長さが、コイルエンド部４ａ側に対してフ
レーム１に近いほど長くなる様にしたものである。

音波通路構成部材２４は、図に示すように六角のハニカ
ム構造やこれ以外に円筒構造、または角筒構造であって
もよく、いずれにしても各音波通路構成部材２４は円周
方向にそろって向いていて、冷却風通路２３に対して開
口している。冷却風通路２３はステータコイル４のすぐ
外周部では巾が広く、マグネットフレーム１近辺になる
と巾が狭くなる様にテーパー形状になっている。しかし
て、各音波誘導板２２はステータコイル４の外方とフレ
ーム１との間の空間についてほぼ全長にわたって配設さ
れている。

ここで、以上のように構成されている本実施例の誘導電
動機の作用効果について、第３図を参照して説明する。

ステータコイル４のコイルエンド部４ａを抜けた所で冷
却風が圧力減少に伴い騒音を発する事は第７図に示した
ものと同じであるか、冷却風は冷却風通路２３にそって
音波誘導板２２をさけた所を流れ、冷却風排風口の方向
に流れる。

しかし、コイルエンド部４ａの外周で発生した音は、マ
グネットフレーム１の方向に放射される。しかし、音波
誘導板２２は外周に近づくにつれて冷却風通路２３がし
ぼられる様に構成されている事から順次者は音波誘導板
２２の端面に当り、音波通路構成部材２４にそって円周
方向に曲って流れていく。第３図において、３０は放射
方向音波で、音波誘導板２２に当って円周方向に流れる
音波を円周方向音波２５として示されている。この円周
方向音波２５は、音波誘導板２２の他端に行くと冷却風
通路２３に達し開口しているが、ここから全方向に向っ
て音か放射されるがステータコイル４の方向に流れる音
波成分を反射音波２８として示している。ここで、円周
方向音波２５の内ステータコイル４に近い音波２６と遠
い音波２７について見ると、音波２６はステータコイル
４のすぐ近くにある為、すぐに音波２６に示す円周方向
音波に切換るが、音波誘導板２２の音波通路構成部材２
４も短いのですぐ次の冷却風通路に開口して反射音波２
８を作る。これに対し、ステータコイル４より遠い位置
にある音波通路構成部材２４を通る円周方向音波２７は
、放射状の音波３０が円周方向音波２７になる迄の距離
が遠く、かつ遠い所の音波通路構成部材２４の長さが長
くなるので、反射音波２８はステータコイル４に近い音
波通路構成部材２４を通ったものに比べて大幅におくれ
でステータコイル４の所に帰って来る。

つまり、音波誘導板２２を設ける事により、この音波誘
導板２２が無い時にステータコイル４の表面を出た音が
マグネットフレーム１の内面に当って一度に帰って来る
のに比して大幅に時間的ずれを持って音波が帰って来る
ので、次のローターバー１１から送り込まれる圧力風か
ら生じる音波と重なる割合か低く、電動機の回転により
生しる騒音は増幅されず、騒音発生を防止する事か可能
になる。又、音波誘導板２２の配置される範囲は、騒音
発生の内増幅効果か発生するステータコイル４の外周部
のみで充分な効果を期待する事が可能である。

以上述べた第１の実施例によれば、特定周波数の騒音を
高速回転時に発生する騒音をステータコイル４とマグネ
ットフレーム１の間に音波誘導板２２を入れて円周方向
の音波通路構成部材２４を作る事により、騒音増幅を防
止する事が可能となり、かつ冷却風通路２３が音波誘導
板２２の間に構成されるので電動機の冷却には全く問題
を生じない。

次に第４図および第５図により本発明の第２の実施例を
説明する。第４図は第２の実施例の要部のみを回転軸の
長手方向に沿って切断した正断面図であり、第５図は長
手方向に対して直角に切断した側断面図である。この実
施例は、音波誘導機構を、ほぼＵ字形であって、幅寸法
の異なる複数の音波誘導板３１，３２．３３からなり、
この各音波誘導板３１〜３３のうちフレーム側に幅寸法
か大きい音波誘導板３ユを配置し、コイルエンド４ａ側
に幅寸法が小さい音波誘導板３３を配置し、しかも各音
波誘導板３１〜３３相互間に間隔を存して配設し、この
音波誘導板相互間において軸方向の冷却通風路及び円周
方向の音波通路３５゜３６．３７を兼用したものである
。前記音波誘導板３１，３２．３３は誘導板支え３８に
よりステータコア２のしかるべき位置に保持されている
。

この実施例の場合には、前述の実施例の冷却風通路２３
は設けられていないが、各音波誘導板３１〜３３はロー
ター軸長手方向に開放されているので、音及び冷却風は
３５〜３７の冷却風及び音波通路にそって誘導され、音
波については前述の第１の実施例と同し効果で騒音防止
効果を示すと同時に冷却風はロータ軸方向に曲って冷却
風排出口に導かれる。

［発明の効果コ 以上述べた本発明の誘導電動機によれば、冷却通風路か
らの冷却風による音波は、軸方向長さの異なる複数の音
波通路によりフレームの円周方向に導かれるので、音波
の往復経路長さが異なり、従って特定の波長で騒音が増
幅されることが少ないことから大きな高周波騒音の発生
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部のみを回転軸の長
手方向に沿って切断した正断面図、第２図は第１の実施
例の要部のみを回転軸の長手方向に対して直角に切断し
た側断面図、第３図は本発明の第１の実施例の騒音防止
効果を説明するための説明図、第４図および第５図はそ
れぞれ本発明の第２の実施例の要部のみを示す正断面図
および側断面図、第６図および第７図はそれぞれ従来の
誘導電動機の要部のみを示す正断面図および騒音発生メ
カニズムを説明するための図である。 ｌ・・・マグネットフレーム、２・・・ステータコア、
４・・・コイルエンド部４ａを有するステータコイル、
９・・・ロータコア、１１・・・ローターバー　１２・
・・エンドリング、２２・・・音波誘導板、２３・・・
冷却通路、２４・・・音波通路構成部材、３１，３２．
３３・・・音波誘導板、３５，３６．３７・・・冷却風
及び音波通路、３８・・・誘導板支え。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状のフレーム内にステータコアを配設し、この
   ステータコアにコイルエンド部が軸方向端部に延出する
   ようにステータコイルを配設し、前記ステータコアの内
   周側にこれと所定空隙を介してロータを回転可能に配設
   し、少なくとも前記ロータを構成するロータコアの軸方
   向に、ステータコイルおよびロータを冷却するための冷
   却風を導く冷却通風路を形成した誘導電動機において、
   前記コイルエンド部の外周面と前記フレームの内周面と
   の間でかこまれた空間に、前記冷却通風路からの冷却風
   による音波を、前記フレームの円周方向に導く複数の音
   波通路を形成し、各音波通路の軸方向長さが、前記コイ
   ルエンド部側に対して前記フレームに近いほど長くなる
   様にした音波誘導機構を具備した事を特徴とする誘導電
   動機。
2. （２）音波誘導機構は、複数の音波誘導板と、この各音
   波誘導板相互間に配設される複数の音波通路構成部材を
   まとめた音波通路構成部材群からなり、前記各音波誘導
   板相互間の空間を冷却風通路とした事を特徴とする請求
   項１記載の誘導電動機。
3. （３）音波誘導機構は、ほぼＵ字形であって、幅寸法の
   異なる複数の音波誘導板からなり、この各音波誘導板の
   うちフレーム側に幅寸法が大きい音波誘導板を配置し、
   前記コイルエンド側に幅寸法が小さい音波誘導板を配置
   し、しかも各音波誘導板相互間に間隔を存して配設し、
   この音波誘導板相互間において軸方向の冷却通風路と円
   周方向の音波通路を兼用した事を特徴とした請求項１記
   載の誘導電動機。