電磁振動と騒音設計法
電気電子機器の騒音対策と設計法を解説

【著者紹介】監　修

堀　康郎

1962年名古屋大学工学部電気学科卒業。
株式会社日立製作所日立研究所、同国分小以上、岐阜大学教授、愛知工業大学教授を経て、現在、堀技術士事務所所長。専門は電力機器の振動、騒音の研究。工学博士、IEEE Senior Life Member、電気学会終身員、日本技術士会会員。

田中基八郎

埼玉大学
1970年早稲田大学大学院理工学研究所（修士）卒業、日立製作所機械研究所を経て、現在、埼玉大学大学院教授、専門分野は、機械構造物の低振動、低騒音化、工学博士。

【著者紹介】執筆者

堀　康郎

（「監修」参照）

佐藤　忠

秋田大学
1967年東京大学工学部電子工学科卒。株式会社日立製作所日立研究所、秋田大学教授を経て、現在、同大学特任教授。専門は電力機器の電磁界解析、大口径イオン源の開発など。工学博士、電気学会会員。

田島克文

秋田大学
1989年東北大学大学院工学研究科電気及通信工学専攻博士課程前期2年の課程修了。同年秋田大学工学資源学部助手、講師、准教授を経て現在秋田大学大学院工学資源学研究科教授。専門は誘導モーターの動特性解析など。博士（工学）、電気学会、IEEE会員。

溝上雅人

新日本製鐵株式会社
1985年岡山大学大学院工学研究科修士課程修了。同年、新日本製鐵株式会社入社。以来、電磁鋼板の利用技術研究に従事。

石田昌義

JFEスチール株式会社
1985年東北大学大学院理学研究科物理第二専攻博士後期課程修了。1986年川崎製鉄株式会社（現JFEスチール株式会社）入社。電磁鋼板他の磁性材料、超伝導材料等の開発研究、応用研究に従事、現在に至る。理学博士。

野田伸一

株式会社　東芝
株式会社東芝にて、産業、鉄道、エレベータ、自動車用モーターの開発に従事。特にモーターの電磁振動・騒音の解析と実験にて、低騒音化を研究。機械学会会員、電気学会会員。工学博士。

太田裕樹

日立アプライアンス株式会社
2004年3月東京電機大学大学院理工学研究科博士後期課程応用システム工学専攻満期退学。2005年7月博士（工学）。現在日立アプライアンス株式会社技師

塩幡宏規

茨城大学
1972年株式会社日立製作所入社。機械研究所にて、機械の振動・騒音に関する研究開発に従事。2000年茨城大学工学部教授、現在に至る。工学博士。

二井義則

1965年広島大学工学部卒業、1967年同大学院工学研究科修士課程修了、1969年同大工学部助手。1971年工業技術院機械試験所（後に機械技術研究所）に転任、2003年（独）産業技術総合研究所を定年退職。主として地盤振動、風車騒音の研究に従事。工学博士。

服部宏之

トヨタ自動車株式会社

【目次】

１．電磁力の発生原理と振動・騒音の概要

1. 1．はじめに
2. 2．電磁力の種類
   1. 2-1　電界の発生と電磁力
   2. 2-2　磁界の発生と電磁力
   3. 2-3　電流と磁界の相互作用
   4. 2-4　磁気ひずみ
   5. 2-5　電歪効果
3. 3．各種機器の電磁振動・騒音
   1. 3-1　変圧器
   2. 3-2　リアクトル
   3. 3-3　モーター
   4. 3-4　発電機
   5. 3-5　電磁石
   6. 3-6　半導体制御の機器の振動・騒音
   7. 3-7　静電力による振動・騒音
   8. 3-8　MRI
4. 4．おわりに

２．電磁界と電磁力の計算方法

1. 1．はじめに
2. 2．電磁力計算の基礎
   1. 2-1　磁界中の電流が受ける力
   2. 2-2　マクスウェル応力
3. 3．電磁界の計算
   1. 3-1　簡単な磁界の計算
   2. 3-2　数値計算を利用した磁界解析
4. 4．電磁力の計算
   1. 4-1　マクスウェル応力の応用
   2. 4-2　回転機のトルク
5. 5．おわりに

３．電磁鋼板に発生する磁歪現象の概要

1. 1．はじめに
2. 2．磁性材料の磁化現象
3. 3．磁歪現象
4. 4．電磁鋼板の磁歪現象と特性
   1. 4-1　電磁鋼板の概要
   2. 4-2　磁歪の測定・評価方法
   3. 4-3　無方向性電磁鋼板の磁歪
   4. 4-4　方向性電磁鋼板の磁歪
5. 5．おわりに

４．電磁鋼板の振動と変圧器鉄心の騒音

1. 1．はじめに
2. 2．磁歪振動
   1. 2-1　変圧器鉄心における磁歪振動
   2. 2-2　電磁鋼板の磁歪
3. 3．鉄心の電磁振動
   1. 3-1　鉄心の接合部における磁束の流れ
   2. 3-2　鉄心接合部における電磁振動
4. 4．積鉄心における振動・騒音の実測例
   1. 4-1　積鉄心表面における漏洩磁界の分布
   2. 4-2　積鉄心表面における振動の分布
5. 5．騒音に及ぼす鉄心締付圧の影響
   1. 5-1　締付圧における騒音の変化
   2. 5-2　鉄心締付圧の変化における騒音機構
6. 6．変圧器騒音に及ぼす素材特性の影響
   1. 6-1　磁歪の周波数スペクトル強度
   2. 6-2　磁歪振動の加速度成分
   3. 6-3　磁歪振動と騒音の関係について
7. 7．おわりに

５．電磁力による変圧器鉄心の振動・騒音

1. 1．はじめに
2. 2．変圧器の構造
3. 3．騒音の種類と振動伝達経路
4. 4．鉄心の振動
   1. 4-1　鉄心の構造
   2. 4-2　積層振動
   3. 4-3　面内の曲げ振動
5. 5．変圧器タンクの振動・騒音
   1. 5-1　振動・騒音の計算法
6. 6．変圧器騒音の低減法
7. 7．おわりに

６．電磁力による変圧器巻線の振動・騒音

1. 1．はじめに
2. 2．変圧器巻線の構造
3. 3．巻線に流れる事故電流
4. 4．巻線に加わる電磁力
5. 5．半径方向電磁力による巻線の挙動
   1. 5-1　内側巻線の座屈
   2. 5-2　外側巻線の塑性変形
6. 6．軸方向電磁力による巻線の挙動
   1. 6-1　軸方向振動
   2. 6-2　塑性崩壊
   3. 6-3　圧壊
   4. 6-4　その他の破壊
   5. 6-5　軸方向振動の低減
7. 7．通電騒音について
8. 8．おわりに

７．モーター固定子鉄心に作用する電磁力による振動現象「その１」

1. はじめに
2. 1．モーターにはどのような電磁振動・騒音が発生するのか
3. 2．電磁力の計算
   1. 2-1　解析方法
   2. 2-2　解析の流れ
   3. 2-3　磁束解析
4. 3．電磁力の発生周波数と電磁力モード
5. 4．電磁力の計算
6. おわりに

８．モーター固定子鉄心に作用する電磁力による振動現象「その2」

1. はじめに
2. 5．モーターの機械系の振動特性
   1. 5-1　電磁力による振動応答解析
   2. 5-2　電磁力による振動応答解析
3. 6．実験
   1. 6-1　実験方法
   2. 6-2　運転中の振動モード測定
   3. 6-3　固有振動数、固有振動モード
   4. 6-4　測定結果
4. 7．電磁力による振幅値
   1. 7-1　電磁力による変位量
   2. 7-2　電磁力による変位量の計算値比較
5. おわりに

９．小型誘導電動機の電磁加振力と構造物の振動・騒音

1. 1．はじめに
2. 2．小型コンデンサモーターの加振力特性
   1. 2-1　モーター加振力を直接計測するための実験装置
   2. 2-2　モーター加振力の周波数特性
   3. 2-3　モーター加振力の位相特性
   4. 2-4　モーター加振力を受ける薄肉平板の振動応答
3. 3．小型コンデンサモーターのトルク脈動によって発生するモーター加振力の計算
   1. 3-1　トルク脈動がモーター加振力に変換されるメカニズム
   2. 3-2　トルク脈動の計算
   3. 3-3　トルク脈動によるモーター加振力の計算
4. 4．おわりに

10．電磁力に起因する電動機の振動・騒音のシミュレーション

1. 1．はじめに
2. 2．電動機の振動・騒音解析法
   1. 2-1　電磁応力の高調波成分解析
   2. 2-2　電磁力―構造振動加振力
3. 3．振動放射音のシミュレーション
   1. 3-1　誘導電動機(1)
   2. 3-2　誘導電動機(2)
4. 4．電磁力と構造振動・騒音の評価法
   1. 4-1　共振判定値
   2. 4-2　モード外力
   3. 4-3　計算結果
5. 5．おわりに

11．発電用風車の騒音

1. 1．はじめに
2. 2．風車の騒音源
   1. 2-1　機械音
   2. 2-2　空力騒音
3. 3．広帯域音低減対策
   1. 3-1　翼端騒音
   2. 3-2　後縁騒音
   3. 3-3　大気乱れ騒音
4. 4．低騒音翼型の設計法の概要
5. 5．おわりに

12．ハイブリッド自動車の振動騒音・電磁騒音

1. 1．まえがき
2. 2．ハイブリッドシステム
3. 3．ハイブリッド車の振動騒音と課題
4. 4．モーター騒音
   1. 4-1　強制力と開発課題
   2. 4-2　低減技術
5. 5．スイッチング騒音
   1. 5-1　強制力と開発課題
   2. 5-2　低減技術
6. 6．おわりに

※本書籍は三松(株)が以前発行した同タイトルと同内容です。

【参考文献】

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• 石橋文徳，野田伸一，その他メンバー：「誘導電動機の電磁振動と騒音の解析技術」，電気学会技術報告，誘導機電磁騒音解析技術調査専門委員会，第1048号，2006年3月
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• 服部ほか：「ハイブリッド車用パワーユニットの振動騒音低減技術の動向」，自動車技術会シンポジウム，No.16-07，20084161
• 駒田ほか：「次世代ハイブリッド車における振動騒音問題と低減の取組み」，自動車技術 Vol.60，No.4，2006. 20064236
• 川端ほか：「FRハイブリッド車開発における振動騒音低減技術」，自動車技術会学術講演会前刷集，No.36-06，20065149
• 松本ほか：「最新のハイブリッド乗用車」，自動車技術 Vol.61，No.9，2007. 20074651
• 野澤ほか：「小型乗用車用新型パワーコントロールユニットの開発」，自動車技術会学術講演会前刷集，No.7-09，20095487

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