(57)【要約】【課題】      電動機に電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定する電動機騒音測定方法を実現すること。【解決手段】  電動機に負荷機を接続せずに一定の回転速度を保ちつつ、端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態は、筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができる。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせず、電動機単体の騒音を測定することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷機を接続しない状態での電動機の騒音を測定する電動機騒音測定方法であって、
第１の回転速度で且つ端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第１の工程と、
第２の回転速度で且つ端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第２の工程と、
を含む電動機騒音測定方法。
【請求項２】
負荷機を接続しない状態での電動機の騒音を測定する電動機騒音測定方法であって、
端子電圧として第１の電圧が印加され且つ異なる回転速度で駆動された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第１の工程と、
端子電圧として第２の電圧が印加され且つ異なる回転速度で駆動された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第２の工程と、
を含む電動機騒音測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機を駆動した際に発生する騒音を測定する電動機騒音測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機は、電気自動車や電車等の電気車を始め、産業機械、工業製品等、幅広い分野で利用されているが、近年の静音化の要望により、騒音対策が望まれている。具体例として鉄道車両を挙げると、鉄道車両の走行に伴う駆動系の騒音は、沿線環境、車両環境に影響を及ぼすため、騒音の低下が望まれている。そこで駆動系騒音の実態を明らかにするために、電動機単体の騒音測定が行われている。
【０００３】
電動機の騒音測定に関しては、例えばＪＩＳ（日本工業規格）Ｅ６１０２「鉄道車両用−交流電動機−測定方法」により規定されている。この規定による騒音測定は、電動機を定格電圧及び定格周波数、又は代用定格電圧及び代用定格周波数で無負荷運転させ、その時の騒音レベルを測定するというものである。
【０００４】
また、騒音測定の測定環境を考慮し、電動機の周りに吸音パネルを半空間の範囲に仮設することによって床など周囲からの反射音を排除し、騒音測定を行う方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】鉄道総研報告２００２年５月第１６巻第５号（第２９頁〜第３４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際電車に装備される電動機は、出力軸に継ぎ手や車軸が接続され、電動機に機械的負荷が加わるため、電磁的な加振力が発生している。上記の測定方法では電動機を無負荷で運転させるため、実際の電動機の動作環境と異なる。従って、実際の電車走行中における電動機の騒音状況を知る上では、無負荷運転における測定結果はあまり役に立たなかった。
【０００６】
そこで、電動機の出力軸に負荷機を接続することによって電動機に負荷を与えてトルクを変化させ、電磁的な加振力を増加して電磁音を強く発生させる騒音測定を行う方法が考えられる。しかし、この場合負荷機からも騒音が発生するため、電動機単体の騒音を正確に測定することができない。また電動機に接続されている負荷機のみを防音対策する案も考えられるが、困難且つ面倒であり、現実的ではなかった。このような問題点は、電車に装備される電動機に限らず、他の用途に用いられる電動機においても共通する課題である。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、負荷機を用いずに電動機に電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定する電動機騒音測定方法を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、第１の発明は、負荷機を接続しない状態での電動機の騒音を測定する電動機騒音測定方法であって、第１の回転速度で且つ端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第１の工程（例えば、図２のステップＳ１１〜Ｓ１４）と、第２の回転速度で且つ端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第２の工程（例えば、図２のステップＳ１６、Ｓ１１〜Ｓ１４）と、を含む電動機騒音測定方法である。
【０００９】
第１の発明によれば、電動機に負荷機を接続せずに一定の回転速度を保ちつつ、端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態においては、筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができる。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせず、電動機単体の騒音を測定することができる。
【００１０】
また、第２の発明は、負荷機を接続しない状態での電動機の騒音を測定する電動機騒音測定方法であって、端子電圧として第１の電圧が印加され且つ異なる回転速度で駆動された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第１の工程（例えば、図５のステップＳ２１〜ステップＳ２４）と、端子電圧として第２の電圧が印加され且つ異なる回転速度で駆動された各駆動状態での前記電動機の騒音を測定する第２の工程（例えば、図５のステップＳ２６、Ｓ２１〜Ｓ２４）と、を含む電動機騒音測定方法である。
【００１１】
第２の発明によれば、電動機に負荷機を接続せずに一定の端子電圧を印加して異なる回転速度で駆動させたとき、それぞれの駆動状態で発生するトルクは異なる状態であるため、各駆動状態においては、筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができる。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせず、電動機単体の騒音を測定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、電動機に負荷機を接続せずに一定の回転速度を保ちつつ、端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態においては、筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができる。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせず、電動機単体の騒音を測定することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、電動機に負荷機を接続せずに一定の端子電圧を印加して異なる回転速度で駆動させたとき、それぞれの駆動状態で発生するトルクは異なる状態であるため、各駆動状態においては、筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができる。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせず、電動機単体の騒音を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。また、以下で説明する実施の形態は電動機として誘導電動機を用いた場合について説明するが、同期電動機や直流電動機に対して適用してよいことは勿論である。
【００１５】
また、各実施の形態を説明する前に、本発明による騒音測定の副次的な効果について予め説明しておく。電動機の騒音は、電磁音（磁歪音）、ファン等による空力音（風切音）、及び軸受等による機械音に大別できる。背景技術として上述したＪＩＳ規格等による騒音測定は、これらの騒音を含んだ総合的な騒音を測定するものである。しかし、本発明による騒音測定によれば、測定対象の電動機がどういう駆動状態において、どの種類の騒音がより大きいのかといった、各駆動状態において発生する騒音の種類の割合を概略把握することができる。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
＜騒音測定位置＞
図１は、電動機騒音測定における騒音測定位置を説明するための図である。図１（ａ）は電動機１の平面図、図１（ｂ）は電動機１を前方から見た側面図である。図中の位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは電動機１の騒音を測定するために設置するマイクロホンの位置を示す。また、図１（ａ）中に示すように、紙面左側を電動機１の前方、右側を電動機１の後方、上側を電動機１の右側方、下側を電動機１の左側方として以下説明する。また、図１（ｂ）中に示すように、紙面左側を電動機１の右側方、上側を電動機１の上方、電動機１の右側を左側方として以下説明する。
【００１７】
位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、電動機１の軸中心線を含む水平面上にあり、位置Ａは電動機１本体の前方端部（軸を含まず）から１ｍ離れた位置、位置Ｂは電動機１本体の左側方端部から１ｍ離れた位置である。位置Ｃは電動機１本体の後方端部から１ｍ離れた位置、位置Ｄは電動機１本体の左側方端部から１ｍ離れた位置である。位置Ｅは電動機１本体の上方端部から鉛直方向に１ｍ離れた位置である。このように合計５点の位置において騒音測定を行う。
【００１８】
＜騒音測定方法の原理＞
図２は、電動機１の騒音測定方法の流れを説明するためのフローチャートである。まず、電源周波数やすべり、２次抵抗の調整等をして電動機１が所定の測定回転速度で且つ所定の測定端子電圧で駆動している状態とする（ステップＳ１１）。そしてこの駆動状態においての位置Ａ〜Ｅにおける騒音を測定する（ステップＳ１２）。
【００１９】
続けて電動機１を現在の測定回転速度で駆動させたときの騒音測定を行う場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、電動機１の測定端子電圧を変更し（ステップＳ１４）、ステップＳ１１及びＳ１２の工程を繰り返す。一方、異なる回転速度で駆動させたときの騒音測定を行う場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、電動機１の測定回転速度を変更し（ステップＳ１６）、ステップＳ１２及びＳ１３の工程を繰り返す。
【００２０】
図３は、後述する騒音測定で用いた電動機の回転速度を１８００回転／分及び２９４０回転／分としたときのそれぞれの端子電圧と端子電流との関係を示したグラフである。ここで、端子電流とは固定子電流のことである。図３によれば、何れの回転速度においても、端子電圧が増加すると端子電流が増加することを示している。端子電流が大きいことは、回転磁界の磁束が大きく、その分、トルクも大きいことを表している。端子電圧の増加に対する端子電流の増加の程度は、低回転速度である１８００回転／分の方が大きい。即ち、端子電圧を増加することに対するトルクの増加分は、低回転速度の方が大きいと言える。
【００２１】
また、一定の回転速度を保ちつつ、端子電圧として異なる電圧が印加された各駆動状態は、筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができると言える。即ち、負荷機が接続された状態の電磁加振力を模擬することができる。上述した騒音測定方法の原理によれば、測定端子電圧を変化させて騒音測定したが、測定端子電圧の変化は、負荷による磁束の大きさを変えていることに等しい。従って、本実施形態の騒音測定方法は負荷機を接続せずに電動機１に電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機１の騒音を測定できるため、負荷機の必要がなく、電動機１単体の騒音を測定する方法として有効である。
【００２２】
＜騒音測定結果＞
次に、本実施の形態の電動機騒音測定方法を用いて騒音測定を行った時の測定結果を示す。電動機は誘導電動機を用いた。電動機の定格回転数は２５５５回転／分であり、その前後の回転速度である１８００回転／分及び２９４０回転／分について騒音測定を行った。また、電動機１の電源はインバータ電源を用い、電動機１を１８００回転／分で回転させるときはインバータ電源のパルス出力パターンを多パルスモード、２９４０回転／分で回転させるときは１パルスモードとして電圧供給を行った。更に、インバータ電源に使われるＰＷＭ制御のデューティ比は一定とし、電動機１に対する印加電圧のみを変化させた。
【００２３】
図４は、電動機の端子電圧と、電動機から発生する騒音の音圧レベルとの関係を示したグラフである。電動機を１８００回転／分、２９４０回転／分のそれぞれの回転速度で駆動した時の位置Ａと位置Ｂの音圧レベルについてグラフ化した。尚、位置Ａは電動機の出力軸側、即ち負荷機を接続する側の測定位置（以下「負荷側」とする）である。そして、電動機の左右側方、後方及び上方の測定位置（以下、単に「側面側」とする）の代表として位置Ｂの音圧レベルを示す。
【００２４】
図４によれば、１８００回転／分のとき、端子電圧の増加と共に音圧レベルが増加した。図３に示すように、電動機に印加する端子電圧の増加と共に端子電流が増加するため、回転磁界の磁束も変化し、それに伴って電動機から電磁音が発生する。つまり、端子電流が大きくなると回転磁界も強くなるため、その分電磁音も大きくなる。このため、端子電圧の増加と共に音圧レベルが増加したと言える。また、１８００回転／分は電車の発進時における電動機の回転速度に相当するため、電車の発進に伴って騒音が一時的に大きくなる傾向と一致している。
【００２５】
更に、１８００回転／分という低回転速度での駆動時は、回転軸に取り付けられているファンの回転速度も小さいため、ファンから発生する風量も少なく、電動機から発生する空力音が小さい。従って、電動機を１８００回転／分で駆動させた時に発生する騒音は電磁音によるものが大きな割合を占めると言える。
【００２６】
また、位置Ａより位置Ｂの音圧レベルが大きいことから、負荷側より側面側の騒音が大きいことが分かる。これは電動機の側面に近い位置にある固定子付近から電磁音が発生するためである。
【００２７】
そして、図３に示すように、同じ端子電圧を印加しても２９４０回転／分の方が１８００回転／分より端子電流が小さい。つまり、回転磁界が弱いため２９４０回転／分の方が１８００回転／分の時に比べて発生する電磁音は小さい。更に、端子電圧の変化による端子電流の変化量も２９４０回転／分の方が１８００回転／分より少ない。つまり、２９４０回転／分で駆動させた時は、端子電圧の変化に伴う電磁音の音圧レベルの変化量も少ないと言える。
【００２８】
ところが、２９４０回転／分の高速回転時の方がファンの回転速度が上がるため、より多くの風量が発生する。発生した風は負荷側にある吹き出し口に流れ、この吹き出し口から出る風によって空力音が生ずる。即ち、２９４０回転／分で駆動させた時に電動機から発生する騒音は、空力音によるものが大きな割合を占めると考えられる。結果として、２９４０回転／分で駆動させた時は、端子電圧を変化させて騒音の音圧レベルはほとんど変化せず、更に吹き出し口が負荷側にあるため、２９４０回転／分で駆動させた時の音圧レベルは側面側（位置Ｂ）より負荷側（位置Ａ）の方が大きい。
【００２９】
＜まとめ＞
以上のように、電動機１に負荷機を接続せずに一定の回転速度を保ちつつ、端子電圧として異なる電圧が印加された駆動状態では筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができると言える。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機１の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせずに、電動機１単体の騒音を測定する方法として有効である。更に、電動機１がどういう駆動状態において、どの種類の騒音がより大きいのかといった、各駆動状態において発生する騒音の種類の割合を概略把握することができる。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、一定の回転速度を保ちつつ、端子電圧として異なる電圧が印加された電動機の各駆動状態における騒音を測定することとして説明したが、一定の端子電圧が印加され且つ異なる回転速度で駆動された各駆動状態での電動機１の騒音を測定することとしてもよい。この場合の電動機騒音測定方法の流れを図５のフローチャートを用いて説明する。ここで騒音測定位置は図１に示すとおりであり、電動機１や測定条件等は第１の実施の形態で説明したものと同一であることとして説明する。
【００３１】
まず、電源周波数やすべり、２次抵抗の調整等をして電動機１が所定の測定端子電圧で且つ所定の測定回転速度で駆動している状態とする（ステップＳ２１）。そしてこの駆動状態においての位置Ａ〜Ｅにおける騒音を測定する（ステップＳ２２）。
【００３２】
続けて電動機１を現在の測定端子電圧を印加した状態で騒音測定を行う場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、電動機１の測定回転速度を変更し（ステップＳ２４）、ステップＳ２１及びＳ２２の工程を繰り返す。一方、異なる端子電圧を印加したときの騒音測定を行う場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、電動機１の測定端子電圧を変更し（ステップＳ２６）、ステップＳ２２及びＳ２３の工程を繰り返す。
【００３３】
以上のように、電動機に負荷機を接続せずに一定の端子電圧を印加して異なる回転速度で駆動させたとき、各駆動状態で筐体を加振する磁束の大きさを変化させるため、電動機が異なる負荷運動をしている状態に発生する電磁加振力を作り出すことができると言える。従って、負荷機を接続せずに電磁加振力を与え、実際の動作環境に近い状況での電動機の騒音を測定できるため、負荷機を必要とせず、電動機単体の騒音を測定することができる。
【００３４】
＜変形例＞
以上、本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態についてのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３５】
例えば、上述の実施の形態では、インバータ電源を用いて電動機１に電圧を印加することとしたが、正弦波電源を用いてもよい。そして、インバータ電源のＰＷＭ制御のディーティ比は一定とし、電動機１に対する印加電圧のみを変化させることとしたが、印加電圧を一定としてＰＷＭ制御のデューティ比を変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施の形態における電動機騒音測定の騒音測定位置を説明するための図。
【図２】第１の実施の形態における電動機騒音測定方法の流れを説明するためのフローチャート。
【図３】電動機の回転速度を一定としたときの端子電圧と端子電流の関係を示したグラフ。
【図４】電動機の端子電圧と、そのとき電動機から発生する騒音の音圧レベルの関係を示したグラフ。
【図５】第２の実施の形態における電動機騒音測定方法の流れを説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１    電動機
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ    騒音測定位置
【図１】
2006275577.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006275577.tif 000005
【図４】
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【図５】
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