JP2005237160A

JP2005237160A - 回転電機

Info

Publication number: JP2005237160A
Application number: JP2004045774A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kinoshita; 力木下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】ローターバーの風切り音を低減し騒音の少ない回転電機を提供する。
【解決手段】固定子鉄心１に形成された溝３内にコイル２を収納してなる固定子６と、回転子鉄心１０に形成された溝１１内にローターバー１２を収納し固定子６内に回転可能に設けられた回転子９とを備えた回転電機において、コイル２の固定子鉄心１端より突出した部分の内周の全周に設けられ固定子鉄心１の端部からローターバー１２の回転子鉄心１からの突出部までまたはローターバー１２の先端を短絡する短絡環１３の外周面まで覆う長さのシート１９を備えている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に係り、かご形の回転子を備え騒音を低減された回転電機に関する。

電動機は近年、インバータの発展に伴い交流電動機が多く普及している。特に鉄道車両では駆動用電動機は小型軽量化及び低騒音化のニーズが高まっている。電動機の特性上、小型軽量化には回転速度を上げることが必要であるが、回転速度を上げるとモータ機内のかご形ロータのローターバーでの風切り音が増大する。このことから、電動機の小型軽量化が進行すると交流電動機では騒音が大きくなり低騒音化が困難であった。

図７（ａ）に従来技術による車両用電動機の縦断面図の一例を示し、図７（ｂ）に図７（ａ）のｂ−ｂ線に沿う横断面図を示す。
図示の電動機はかご形交流電動機で、固定子鉄心１にコイル２が巻装されており、コイル２はたとえば３６本備えられ、固定子鉄心１にコイル２が挿入可能なように溝３がコイル２と同数の３６個所形成されている。溝３にクサビ４が挿入可能なクサビ溝５が形成され、固定子鉄心１の溝３内にコイル２が挿入された後に、クサビ４をクサビ溝５に挿入してコイル２を固定子鉄心１に固定している。この固定子の製造方法は、固定子鉄心１にコイル２を巻装しクサビ４で固定した後にコイル２の接続を実施し、最後に絶縁樹脂を含浸する工程で製造している。

固定子６は固定子枠７で覆われ、固定子枠７の両側面は軸受８を介してシャフト１８を支持している。この回転子９はかご形回転子であり、回転子鉄心１０に溝１１が設けられ、この溝１１にローターバー１２が挿入されている。ローターバー１２の両側は短絡環１３が接続されて、ローターバー１２の全数が電気的に短絡している。ローターバー１２はたとえば４６本である。

電動機の冷却は機外から冷却風を入気口１４により機内に導入し、エアギャップ１５と回転子鉄心１０の風穴１６を通風冷却し入気口１４と反対側の電動機端面の排風口１７から機外へ排出する構成となっている。

このような構成のかご形電動機では、回転子９の回転により回転子鉄心１０から突出したローターバー１２がファン作用をなし、回転速度に比例してファン作用が大きくなる。このローターバー１２による風は、図７（ｂ）に示す通りローターバー１２の外周面に接近しているコイル２に衝突する。前記風のコイル２への衝突により音が発生し、この音の周波数成分はローターバー１２の数によって決まり、例えば電動機の回転数が１８００min^-1であれば、１８００÷６０×４６＝１３８０Hzとなる。この音は回転速度に比例して大きくなりまた周波数も高くなる。

新幹線鉄道車両駆動用の出力３００ｋＷクラスの電動機では、最高速度時の回転速度５８００min^-1時に電動機の全体騒音レベルで８９db程度となり、この騒音周波数を分析すると最も支配的な周波数はローターバーに起因する４４４６Hzである。この音が排風口から機外へ拡散して電動機の騒音となる。このように、電動機騒音の支配的な要因はローターバーの風切り音であるのが現状である。

本発明は、ローターバーの風切り音を低減し騒音の少ない回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、固定子鉄心に形成された溝内にコイルを収納してなる固定子と、回転子鉄心に形成された溝内にローターバーを収納し前記固定子内に回転可能に設けられた回転子とを備えた回転電機において、前記コイルの前記固定子鉄心端より突出した部分の内周の全周に設けられ前記固定子鉄心の端部から前記ローターバーの前記回転子鉄心からの突出部までまたは前記ローターバーの先端を短絡する短絡環の外周面まで覆う長さのシートを備えている構成とする。

請求項２の発明は、前記シートは、前記コイルを前記固定子鉄心の溝内に固定するクサビの前記固定子鉄心から突出した部分と前記コイルの前記固定子鉄心から突出した部分の間に挿入されている構成とする。
請求項３の発明は、前記クサビの前記固定子鉄心よりの突出長さを前記シートの前記固定子鉄心と反対側の端面と一致させた構成とする。

請求項４の発明は、前記クサビは、前記固定子鉄心から突出した部分に、前記シートを保持するための段差を有する構成とする。
請求項５の発明は、前記シートの外周面かつ前記コイルの隣り同士の隙間に絶縁性の充填材を充填し、前記シートと前記コイルを一体固定した構成とする。

本発明によれば、ローターバーの風切り音を低減し騒音の少ない回転電機を提供することができる。

（第１の実施の形態）
図１（ａ），（ｂ）に本発明の第１の実施の形態を示す。この実施の形態の回転電機はかご形誘導電動機で、固定子鉄心１にコイル２が巻装され、固定子鉄心１の内径側に設けられる回転子鉄心１０がシャフト１８に積層され、回転子鉄心１０の溝１１にローターバー１２が挿入され、ローターバー１２の両端部は短絡環１３で接続されている。回転子９の両側には軸受８が設けられ、回転子９は固定子枠７に支持されている。固定子枠７の反駆動側に入気口１４が設けられており、他方の駆動側端面に排風口１７が設けられている。また固定子鉄心１の溝３にコイル２が挿入されクサビ４によりコイル２が固定され、全体を絶縁樹脂で含浸固定されている。これら構成は従来の回転電機と同じである。

ここで本実施の形態の回転電機は、絶縁材料から成るシート１９が固定子鉄心１から突出したコイル２の位置で更にローターバー１２の上部に位置する部分にコイル２の内周全周にクサビ４とコイル２に挟み配置されている。

シート１９はコイル２とクサビ４との間に挿入し固定するが、シートの挿入作業はコイル２を固定子鉄心１に巻装した後に実施し、その後に絶縁樹脂の含浸を実施することで、シート１９はコイル２及び固定子鉄心１と一体固定され、剛性が向上し信頼性が高いものとなる。

本実施の形態によれば、電動機の回転により発生するローターバー１２の風がローターバー１２の外周に設けられているシート１９により遮られて、近接するコイル２の壁面に衝突することが無くなる。つまり電動機の回転速度とローターバーの数に比例するローターバーの風切り音を無くすことができる。

（第２の実施の形態）
図２に本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、コイル２とクサビ４との間に挟みコイル２内周全面に配置するシート１９を、ローターバー１２の先端を短絡する短絡環１３まで延長している。そのほかの構成は図１に示した第１の実施の形態と同じである。

本実施の形態は、短絡環１３までシート１９を設けることで、ローターバー１２のファン作用による風が、その拡がりも含めてシート１９に遮られて、コイル２の壁面に衝突することが無くなることから、この風の衝突による音の発生が無くなる。つまり電動機の回転により発生するローターバーの本数に起因する騒音が大幅低減する効果が得られる。したがって、電動機の全体騒音を低減する効果が得られ、特に高速回転時にこの低騒音効果が大きい。

（第３の実施の形態）
図３に本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態ではクサビ４の長さをシート１９の先端まで延長し、シート１９の幅全体をクサビ４で押さえる構成とする。そのほかの構成は図１に示した第１の実施の形態と同じである。本実施の形態によれば、シート１９を強固にコイル２の内周に固定することができ、ローターバーの風切り音を低減する作用を確実に生じることができる。

（第４の実施の形態）
図４（ａ），（ｂ）に本発明の第４の実施の形態を示す。回転電機の構成によっては、コイル２とクサビ４との隙間が狭く、シート１９が挿入できないこともある。この場合はクサビ４の形状を図４（ｂ）に示す通り、シート１９が挿入される部分にシート１９の厚さ寸法だけの段差４ａを設ける。このような構成によって、コイル２とクサビ４との間の隙間が狭い場合でも、作業性よくシート１９をコイル２とクサビ４の間に挿入することができ、ローターバー１２による風切り音の小さい回転電機を得ることができる。

（第５の実施の形態）
図５（ａ），（ｂ）に本発明の第５の実施の形態を示す。電動機の種類によっては過酷な振動条件を受けるので、薄いシート１９が疲労により破損を生じる場合があるが、本実施の形態は、シート１９の背面側でコイル２相互の隙間に充填材２３を詰めて硬化し、シート１９とコイル２を一体化した構造とする。

本実施の形態によれば、シート１９がコイル２及び充填材２３と一体化しているので、破損することなく、過酷な振動条件においても長期にわたって騒音低減作用を生じることができる。

（第６の実施の形態）
図６（ａ），（ｂ）に本発明の第６の実施の形態を示す。本実施の形態では充填材２３によって内周側のコイル２のみ充填固定しており、第５の実施の形態と比較して充填材２３の使用量が少なくてすむ利点がある。

本発明の第１の実施の形態の回転電機を示し、（ａ）はシャフトに沿う縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。本発明の第２の実施の形態の回転電機の要部を示す縦断面図。本発明の第３の実施の形態の回転電機の要部を示す縦断面図。本発明の第４の実施の形態の回転電機を示し、（ａ）は要部を示す縦断面図、（ｂ）はクサビを示す斜視図。本発明の第５の実施の形態の回転電機を示し、（ａ）は要部を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。本発明の第６の実施の形態の回転電機を示し、（ａ）は要部を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。従来の回転電機を示し、（ａ）はシャフトに沿う縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。

符号の説明

１…固定子鉄心、２…コイル、３…溝、４…クサビ、４ａ…段差、５…クサビ溝、６…固定子、７…固定子枠、８…軸受、９…回転子、１０…回転子鉄心、１１…溝、１２…ローターバー、１３…短絡環、１４…入気口、１５…エアギャップ、１６…風穴、１７…排風口、１８…シャフト、１９…シート、２３…充填材。

Claims

固定子鉄心に形成された溝内にコイルを収納してなる固定子と、回転子鉄心に形成された溝内にローターバーを収納し前記固定子内に回転可能に設けられた回転子とを備えた回転電機において、前記コイルの前記固定子鉄心端より突出した部分の内周の全周に設けられ前記固定子鉄心の端部から前記ローターバーの前記回転子鉄心からの突出部までまたは前記ローターバーの先端を短絡する短絡環の外周面まで覆う長さのシートを備えていることを特徴とする回転電機。
前記シートは、前記コイルを前記固定子鉄心の溝内に固定するクサビの前記固定子鉄心から突出した部分と前記コイルの前記固定子鉄心から突出した部分の間に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記クサビの前記固定子鉄心よりの突出長さを前記シートの前記固定子鉄心と反対側の端面と一致させたことを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。
前記クサビは、前記固定子鉄心から突出した部分に、前記シートを保持するための段差を有することを特徴とする請求項２記載の回転電機。
前記シートの外周面かつ前記コイルの隣り同士の隙間に絶縁性の充填材を充填し、前記シートと前記コイルを一体固定したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。