東芝 電力システム社 様(CDAJ news vol.62)
鉄道車両用モータ開発に「STAR-CD/STAR-CCM+」をご活用
株式会社 東芝 電力システム社 電力・社会システム技術開発センター 様
CDAJ news vol.62お客様紹介コーナーより抜粋
発行日 2010年12月
解析種別:熱流体解析
課題等:低騒音
省略
- それでは、具体的に今回のモータの開発におけるSTAR-CDの活用状況についてご紹介ください。
- 冷却構造と低騒音化に取り組んだ内容をご紹介します。モータ内部を密閉構造としつつ、冷却効率を最大限にあげるため、機内外を一体冷却する新方式の冷却ファン構造を開発しました。こちらの構造については、図1をご覧ください。
図1 全閉外扇形電動機概観写真と、上部半分の断面図 図2 3次元解析モデル
従来方式にファンでは、放熱効果が低く温度が上昇し規定の温度を超過していましたが、ダブル・ブレードファンなら、十分な冷却性能をもった装置の一つということが確認できました。図3 ダブル・ブレードファン熱伝達率の分布 図4 モータ固体部の温度分布 図5 不等配ピッチ羽根の騒音低減効果
しかし、そのファンが、冷却能力を損なっていないかどうか、これが大きな問題でした。不等配ピッチを採用したせいで、風量が10%程度低下していることがわかっていたからです。これについては、試験を実施して、いずれも温度上昇限度に対して、十分な余裕を持っており、この新方式の機内外一体の冷却ファンの能力が十分であることが確認できたわけです。 - 熱と騒音というトレードオフ問題を解決されたというわけですね!?
- はい、そうです。この開発において、STAR-CDは重要な役割を果たしてくれました。温度低減への熱伝導の算出にあたっては、流体解析の価値あるツールとして活躍してくれましたし、騒音低減への気流音と音源の解明にも貢献してくれました。全体として、試作・実験回数を削減でき、開発スピードが12ヶ月から3ヶ月へと劇的に加速することができました。
- ありがとうございます! お役にたてたようで、本当に嬉しいです!
- 実はこれは、世界初の全密閉モータで、いくつか賞(注)いただきました。その次には、環境問題を強く意識した永久磁石を入れた鉄道車両用モータも開発しました。これも世界初のことです。この永久磁石を採用したほうは、消費電力量を著しく低減させることができました。お客様にとっては電気代が安くなるという大きなメリットがありますが、われわれも、効率を97%に改善できたので、発熱の問題が減り冷却がずいぶんと楽になりました。
- 世界初の技術が2つも! すばらしいです。先ほどご説明いただいたように、鉄道車両は使用年数が長いので、消費電力量を抑えたモータというのは、環境面にも十分配慮した、高い製品力を持っているように思います。これは、実際の電車に使われているのでしょうか?
- 地下鉄用などで実際に使われ始めました。
省略
(注)受賞歴
- 2006年:第54回電気科学技術奨励賞受賞
電気科学技術奨励賞「人と環境に優しい電車用全密閉形モータの開発と実用化」 - 2008年:平成20年度(第57回)電機工業技術功績者
優秀賞「産業用モータファンの低騒音化の開発」 - 2009年:平成21年度関東地方発明表彰
発明奨励賞「モータ用ファンの低騒音」
このインタビューの詳細は季刊情報誌CDAJ news vol.62でご覧いただけます。
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- 分野1:
- 熱流体解析