JP2003324894A

JP2003324894A - 回転駆動機

Info

Publication number: JP2003324894A
Application number: JP2002123756A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Shimizu; 康弘清水; Minoru Kondo; 稔近藤; Koichi Matsuoka; 孝一松岡; Takashi Nagayama; 孝永山; Katsuhiko Ibusuki; 克彦指宿; Shigetomo Shiraishi; 茂智白石
Original assignee: Toshiba Corp; Railway Technical Research Institute
Current assignee: Toshiba Corp; Railway Technical Research Institute
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】回転子に設けられたファンと、固定子に設け
られた冷却フィンとによる冷却機能を備える回転駆動機
において、これらファンと冷却フィンとによって生じる
空力騒音が比較的小さい回転駆動機を提供する。【解決手段】フレーム２と、フレーム２に自身の軸周
りに回転可能に取り付けられたシャフト３と、シャフト
３を回転させる駆動手段２１，２２，３１，３２とを備
え、このシャフト３がフレーム２から突出する部分の側
周に円盤状のカラー４が設けられた回転駆動機１で、カ
ラー４に、シャフト３が回転するときにその放射方向に
風を発生するファン５を形成し、フレーム２の外面に、
ファン５によって発生された風を受ける冷却フィン６を
設け、ファン５の数と冷却フィン６の数とを、互いに異
なる数に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両などに利
用される回転駆動機（モータ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両などに用いられる回転駆
動機では、小形・軽量で大出力が要求されることから十
分な冷却が必要であり、回転駆動機を冷却する冷却機能
が備えられている。

【０００３】回転子に設けられたファンと、固定子に設
けられた冷却フィンとによる冷却機能を備える回転駆動
機の従来の例を、それぞれ図６、図２に示す。図２で
は、シャフト３の回転軸線と平行な断面における回転駆
動機９１の上半部分を示しており、シャフトの回転軸線
でほぼ対称となる下半部分は図示を省略している。図示
のように、回転駆動機９１は、円筒状に形成されたフレ
ーム２を備えている。このフレーム２の内周面には、円
筒状の固定子（ステータ）鉄心２１が取り付けられてい
る。固定子鉄心２１の内周面には、多数の溝が軸方向に
形成されている。この溝にはコイル２２が取り付けられ
ている。フレーム２の両側部には、軸受７，８がそれぞ
れ設けられ、この軸受７，８に回転子（ロータ）のシャ
フト３が回転自在に支持されている。軸受７および軸受
８にはシャフト３の回転動作を円滑にするための潤滑グ
リースなどの潤滑剤が充填されている。

【０００４】シャフト３の両端部の、フレーム２から突
出する箇所には、フレーム２に回転自在に取り付けられ
た回転子とフレーム２との間の空隙を塞ぐ円盤状のカラ
ー４が設けられている。シャフト３の中央部分には、回
転子鉄心３１が備えられている。そして、回転子鉄心３
１の外周面に形成された多数の溝に、ロータバー３２が
取り付けられている。回転子鉄心３１に発生した回転力
は、シャフト３の端部から駆動対象物に伝達されるよう
になっている。

【０００５】この回転駆動機９１を冷却するため、フレ
ーム２の外周面には、多数の冷却フィン６，９が備えら
れ、回転駆動機９１内部の固定子鉄心２１、コイル２
２、回転子鉄心３１、ロータバー３２で発生した熱が、
機内空気、フレーム２、シャフト３などを経由して、フ
レーム２やシャフト３の外表面、特に冷却フィン６，９
から外気に放出される。特に、回転子のカラー４に沿う
ようにフレームに設けられた冷却フィン６は、回転子の
回転時にカラー４に設けられた溝からなるファン５から
吹き出される風を受け、回転駆動機９１内部の冷却効果
を高める構造とされている。特に、回転駆動機９１の構
造上、冷却が難しい軸受７，８を、効果的に冷却するこ
とができるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の回転駆
動機９１では、図６および図２に示すように、カラー４
に形成されたファン５と、フレーム２に形成された冷却
フィン６との位置関係については、特に考慮がなされて
いなかった。ここで、例えば図６に示すように、ファン
５とその周りの冷却フィン６とが同じ個数とされ、それ
ぞれシャフト３の軸周りに等間隔で設けられていると、
フィン５と冷却フィン６とは互いに少し離れているた
め、回転子の回転時にファン５の発生する空力騒音をフ
ィン６が増幅し、回転駆動機９１全体から発生する空力
騒音が大きくなってしまう問題があった。特に、回転駆
動機９１が、フレーム２やカラー４によってフレーム内
の空間が外気に対して遮断された全閉式回転駆動機であ
る場合には、騒音が比較的小さいという全閉式回転駆動
機の本来の特長が損なわれてしまう。

【０００７】本発明の課題は、回転子に設けられたファ
ンと、固定子に設けられた冷却フィンとによる冷却機能
を備える回転駆動機において、これらファンと冷却フィ
ンとによって生じる空力騒音が比較的小さい回転駆動機
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、例えば図１〜図４に示すように、フレーム２と、こ
のフレーム２に自身の軸周りに回転可能に取り付けられ
たシャフト３と、このシャフト３を回転させる駆動手段
（固定子鉄心）２１，（コイル）２２，（回転子鉄心）
３１，（ロータバー）３２とを備え、前記フレーム３の
側面から前記シャフト３が突出し、このシャフト３の突
出する部分の側周に円盤状のカラー４が設けられた回転
駆動機（全閉式回転駆動機）１であって、前記カラー４
には、前記シャフト３が回転するときにその放射方向に
風を発生するファン５が形成され、前記フレーム２の外
面には、前記ファン５によって発生された風を受ける冷
却フィン６が設けられ、前記ファン５の数ｍと前記冷却
フィン６の数ｎとが、互いに異なる数に設定されている
ことを特徴とする。

【０００９】請求項１に記載の発明によれば、シャフト
が回転するときにその放射方向に風を発生するファンの
数と、このファンによって発生された風を受ける冷却フ
ィンの数とが互いに異なる数に設定されているので、シ
ャフトの回転時にファンが発生する空力騒音を抑制する
ことができる。したがって、回転駆動機全体から発生す
る空力騒音を小さくすることができる。また、ファンが
シャフトに設けられたカラーに形成され、冷却フィンが
このファンからの風を受ける位置に設けられているの
で、回転駆動機のシャフトを支持する軸受近傍を効果的
に冷却できる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、例えば図１に示
すように、請求項１に記載の回転駆動機１において、前
記ファン５と前記冷却フィン６とはそれぞれ、前記シャ
フト３の周りに等間隔に設けられていることを特徴とす
る。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、ファン
と冷却フィンがそれぞれ、シャフトの周りに等間隔に設
けられているので、シャフトの回転時にファンが発する
空力騒音の発生のタイミングを、シャフトが１回転する
時間内で分散させることができる。したがって、回転駆
動機全体から発生する空力騒音を小さくする効果がさら
に高められる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、例えば図１に示
すように、請求項２に記載の回転駆動機１において、前
記ファン５の数ｍと前記冷却フィン６の数ｎとが、共通
の約数を持たない数に設定されていることを特徴とす
る。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、ファン
の数と前記冷却フィンの数とが、共通の約数を持たない
数に設定されているので、シャフトの高速回転時にファ
ンが発する空力騒音の発生のタイミングを、シャフトが
１回転する時間内でほぼ完全に均等に分散させることが
できる。したがって、回転駆動機全体から発生する空力
騒音を小さくする効果が一層高められる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、例えば図１〜図
４に示すように、請求項１〜３のいずれかに記載の回転
駆動機１において、前記カラー４と前記フレーム２とに
よって、前記フレーム４内部の空間が外気に対して閉塞
されていることを特徴とする。

【００１５】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られると
ともに、フレーム内部の空間がカラーとフレームとによ
って外気に対して閉塞されているので、回転駆動機内の
騒音を遮断するとともに、回転駆動機外の騒音を抑え、
騒音を全体的に小さくすることができる。また、回転駆
動機内への塵埃の侵入が防止されるので、回転駆動機の
分解清掃を行う頻度を少なくすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の回
転駆動機の実施の形態について説明する。本実施の形態
では、本発明の回転駆動機の一例として、全閉式の回転
駆動機を例に挙げて説明する。

【００１７】図１、図２はそれぞれ、本実施の形態の全
閉式回転駆動機（回転駆動機）１の側面図、断面図であ
る。図３、図４は、全閉式回転駆動機１の要部を示す断
面図である。図２では、シャフト３の回転軸線と平行な
断面における全閉式回転駆動機１の上半部分を示してお
り、シャフトの回転軸線でほぼ対称となる下半部分は図
示を省略している。

【００１８】図２に示すように、この全閉式回転駆動機
１は、円筒状に形成されたフレーム２を備えている。フ
レーム２の内周面には、円筒状の固定子（ステータ）鉄
心２１が取り付けられている。固定子鉄心２１の内周面
には、多数の溝が軸方向に形成されている。この溝には
コイル２２が取り付けられている。フレーム２の両側部
には、軸受７，８がそれぞれ設けられ、この軸受７，８
に回転子（ロータ）のシャフト３が回転自在に支持され
ている。軸受７および軸受８にはシャフト３の回転動作
を円滑にするための潤滑グリースなどの潤滑剤が充填さ
れている。

【００１９】シャフト３の両端部の、フレーム２から突
出する箇所には、フレーム２に回転自在に取り付けられ
た回転子の側面を覆う円盤状のカラー４が設けられてい
る。シャフト３の中央部分には、回転子鉄心３１が備え
られている。そして、回転子鉄心３１の外周面に形成さ
れた多数の溝に、ロータバー３２が取り付けられてい
る。回転子鉄心３１に発生した回転力は、シャフト３の
端部から駆動対象物に伝達されるようになっている。

【００２０】この全閉式回転駆動機１を冷却するため、
図１、図２に示すように、フレーム２の外周面には、多
数の冷却フィン９が備えられ、全閉式回転駆動機１内部
の固定子鉄心２１、コイル２２、回転子鉄心３１、ロー
タバー３２で発生した熱が、機内空気、フレーム２、シ
ャフト３などを経由して、フレーム２やシャフト３の外
表面、特に冷却フィン９から外気に放出される。

【００２１】また、図１〜図４に示すように、カラー４
には、シャフト３が回転するときにその放射方向に風を
発生する溝状のファン５が多数形成されているととも
に、フレーム２の外面には、ファン５によって発生され
た風を受ける冷却フィン６が多数設けられて、全閉式回
転駆動機１内部の冷却効果を高める構造とされている。
特に、全閉式回転駆動機１の構造上、冷却が難しい軸受
７，８を、効果的に冷却することができるようになって
いる。図１に示すように、ファン５と冷却フィン６とは
それぞれ、シャフト３の周りに等間隔に設けられ、これ
らファン５の数ｍと冷却フィン６の数ｎとは、共通の約
数を持たないように、ｍ＝１８、ｎ＝１９に設定されて
いる。

【００２２】図５に、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｅ６１０
２に規定された試験方法に基づいて、本実施の形態の全
閉型回転駆動機１と、ｍ＝１８，ｎ＝１８に設定された
従来の全閉型回転駆動機９１（図６に図示）とを無負荷
で運転した場合の、全閉型回転駆動機１，９１のシャフ
ト３突出側表面から１ｍ離れた位置における騒音の測定
結果を示す。図５では、シャフト３を、ファン５による
空力騒音が顕著となる５０００ｒｐｍで高速回転させた
時の騒音の１／３オクターブバンド周波数スペクトルを
示している。これによれば、冷却フィン６の数ｍを１８
（従来の全閉式回転駆動機９１）から１９（本実施の形
態の全閉式回転駆動機１）に変えると、１．６ｋＨｚバ
ンドにある顕著な騒音のピークが小さくなることが分か
る。この１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ付近の周波数帯域は、人間
の耳の感度が非常に高く、不快に感じやすい帯域であ
る。本実施の形態の全閉型回転駆動機１では、冷却フィ
ン６の数ｍを１９枚とすることにより、ファン５による
空力騒音が５ｄＢ以上低下している。

【００２３】本実施の形態に記載の全閉型回転駆動機１
によれば、シャフト３が回転するときにその放射方向に
風を発生するファン５の数ｍ（＝１８）と、このファン
５によって発生された風を受ける冷却フィン６の数ｎ
（＝１９）とが互いに異なる数に設定されているので、
シャフト３の回転時にファン５が発する空力騒音を抑制
することができる。したがって、全閉型回転駆動機１全
体から発生する空力騒音を小さくすることができる。ま
た、ファン５がシャフト３に設けられたカラー４に形成
され、冷却フィン６がこのファン５からの風を受ける位
置に設けられているので、全閉型回転駆動機１のシャフ
ト３を支持する軸受７，８近傍を効果的に冷却できる。
さらに、軸受７，８の温度上昇が小さくなると、軸受潤
滑剤の早期劣化が防止され、全閉型回転駆動機１の分解
保守のインターバルを延長することが可能となり、保守
を省力化することができる。

【００２４】また、ファン５と冷却フィン６がそれぞ
れ、シャフト３の周りに等間隔に設けられているので、
シャフト３の回転時にファン５が発する空力騒音の発生
のタイミングを、シャフトが１回転する時間内で分散さ
せることができる。したがって、全閉型回転駆動機１全
体から発生する空力騒音を小さくする効果がさらに高め
られる。

【００２５】また、ファン５の数ｍ（＝１８）と前記冷
却フィン６の数ｎ（＝１９）とが、共通の約数を持たな
い数に設定されているので、シャフト３の高速回転時に
ファン５と冷却フィン６とが発する空力騒音の発生のタ
イミングを、シャフトが１回転する時間内でほぼ完全に
均等に分散させることができる。したがって、全閉型回
転駆動機１全体から発生する空力騒音を小さくする効果
が一層高められる。

【００２６】また、フレーム２内部の空間がカラー４と
フレーム２とによって外気に対して閉塞されているの
で、全閉型回転駆動機１内の騒音を遮断するとともに、
全閉型回転駆動機１外の騒音を抑え、騒音を全体的に小
さくすることができる。また、全閉型回転駆動機１内へ
の塵埃の侵入が防止されるので、全閉型回転駆動機１の
分解清掃を行う頻度を少なくすることができる。

【００２７】なお、本発明の回転駆動機は、上記の実施
の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行って
も良い。例えば、上記の実施の形態では、本発明を全閉
式の回転駆動機に適用した例を示しているが、本発明を
開放通気型の回転駆動機に適用しても、同様の効果を得
ることが可能である。また、ファンや冷却フィンの取付
位置は、適宜変更しても良い。その他、具体的な細部構
造等についても適宜に変更可能であることは勿論であ
る。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、シャフ
トが回転するときにその放射方向に風を発生するファン
の数と、このファンによって発生された風を受ける冷却
フィンの数とが互いに異なる数に設定されているので、
シャフトの回転時にファンが発生する空力騒音を抑制す
ることができる。したがって、回転駆動機全体から発生
する空力騒音を小さくすることができる。また、ファン
がシャフトに設けられたカラーに形成され、冷却フィン
がこのファンからの風を受ける位置に設けられているの
で、回転駆動機のシャフトを支持する軸受近傍を効果的
に冷却できる。

【００２９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、ファン
と冷却フィンがそれぞれ、シャフトの周りに等間隔に設
けられているので、シャフトの回転時にファンが発する
空力騒音の発生のタイミングを、シャフトが１回転する
時間内で分散させることができる。したがって、回転駆
動機全体から発生する空力騒音を小さくする効果がさら
に高められる。

【００３０】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、ファン
の数と前記冷却フィンの数とが、共通の約数を持たない
数に設定されているので、シャフトの高速回転時にファ
ンが発する空力騒音の発生のタイミングを、シャフトが
１回転する時間内でほぼ完全に均等に分散させることが
できる。したがって、回転駆動機全体から発生する空力
騒音を小さくする効果が一層高められる。

【００３１】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られると
ともに、フレーム内部の空間がカラーとフレームとによ
って外気に対して閉塞されているので、回転駆動機内の
騒音を遮断するとともに、回転駆動機外の騒音を抑え、
騒音を全体的に小さくすることができる。また、回転駆
動機内への塵埃の侵入が防止されるので、回転駆動機の
分解清掃を行う頻度を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転駆動機の一例を示す、側面図
である。

【図２】本発明に係る回転駆動機の一例を示す、断面図
である。

【図３】本発明に係る回転駆動機の一例の要部を示す、
断面図である。

【図４】本発明に係る回転駆動機の一例の要部を示す、
断面図である。

【図５】本発明に係る回転駆動機の一例による空力騒音
の抑制状況を示す、グラフである。

【図６】従来の回転駆動機の例を示す、側面図である。

【符号の説明】

１回転駆動機（全閉式回転駆動機）２フレーム３シャフト４カラー５ファン６冷却フィンｍファンの数ｎ冷却フィンの数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤稔東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者松岡孝一東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者永山孝東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内 (72)発明者指宿克彦東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内 (72)発明者白石茂智東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内Ｆターム(参考） 5H605 AA01 AA05 BB17 CC01 CC02 DD03 DD12 DD31 5H609 BB19 PP01 PP05 QQ02 QQ12 QQ13 QQ23 RR03 RR07 RR16 RR24 RR35 RR38 RR43 RR63 RR67 RR73 SS02 SS12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームと、このフレームに自身の軸周
りに回転可能に取り付けられたシャフトと、このシャフ
トを回転させる駆動手段とを備え、前記フレームの側面
から前記シャフトが突出し、このシャフトの突出する部
分の側周に円盤状のカラーが設けられた回転駆動機であ
って、前記カラーには、前記シャフトが回転するときにその放
射方向に風を発生するファンが形成され、前記フレームの外面には、前記ファンによって発生され
た風を受ける冷却フィンが設けられ、前記ファンの数と前記冷却フィンの数とが、互いに異な
る数に設定されていることを特徴とする回転駆動機。
【請求項２】請求項１に記載の回転駆動機において、前記ファンと前記冷却フィンとはそれぞれ、前記シャフ
トの周りに等間隔に設けられていることを特徴とする回
転駆動機。
【請求項３】請求項２に記載の回転駆動機において、前記ファンの数と前記冷却フィンの数とが、共通の約数
を持たない数に設定されていることを特徴とする回転駆
動機。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の回転駆
動機において、前記カラーと前記フレームとによって、前記フレーム内
部の空間が外気に対して閉塞されていることを特徴とす
る回転駆動機。