CN101005223A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

在收纳旋转电机本体的框架(1)内，设置有循环装置(5)，该循环装置(5)收纳至少冷却旋转电机本体的冷却液，并通过上述旋转电机的转子(3)而旋转，以此利用泵作用使上述冷却液(7)向框架(1)的外部循环，还设置有储存箱，在该储存箱内储存有冷却液(7)，在使框架(1)内的冷却液(7)循环并冷却被加热的冷却液(7)后，通过压力差使储存的冷却液(7)向框架(1)内回流。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及通过液体进行冷却的液冷式全封闭型旋转电机。

背景技术

在例如电车等的铁道车辆中，在配置于车体下方的转向架(台車)上安装有车辆驱动用电动机，将该电动机的旋转力通过齿轮装置等传递到车轮，以此使车辆行驶。

对于这样的驱动用电动机，在行驶过程中，由于定子绕组·转子绕组的铜损、定子的铁损、其他的机械损失的发热将导致各部分的温度上升，有可能产生绝缘性能变差、旋转效率降低等问题。

因此，驱动用电动机具有冷却装置，需要具有能降低发热部分的温度的冷却作用。

作为这样的电动机的冷却机构，目前采用称作开放型自身通风冷却方式的冷却机构，该冷却机构设置有固定在电动机内的转子轴上的冷却风扇或者鼓风机，通过其旋转将电动机外部的冷风强制地导入机内、对机内进行冷却。

但是，这种开放型自身通风冷却方式，由于电动机内部与外部连通，所以混在导入的外部气体中的外部气体的灰尘会进入机内、导致机内污染。

为了防止该污染，采用如下的结构，即，在外部气体导入口设置通风过滤器，通过该通风过滤器内的过滤机构捕捉灰尘。

但是，通过过滤机构捕捉所有灰尘是比较困难的，由于逐渐进入机内的灰尘附着在内部并积累，从而导致绝缘性能、冷却效果降低，由此将引起电动机过热。

因此，为了防止这样的绝缘性能降低及冷却效果降低，需要以较短的周期进行机内及过滤机构的清扫等维护作业，这是比较麻烦的。

而且，开放型自身通风冷却方式的电动机，由于是通过冷却风扇、鼓风机的旋转将外部气体导入机内的结构，所以必然会发生由于导入外部空气时的空气阻力以及冷却风扇、鼓风机的旋转而产生的较大的噪音。

于是，近年来，采用将主电动机本体设置成密闭型、向本体的外周表面送风进行冷却的全封闭外扇型主电动机，或利用机内的风的循环和由散热器产生的流动风的全封闭内扇型主电动机，代替开放型自身通风冷却方式的电动机。例如，参照日本国专利公开公报、特开平09-066829号公报(以下称作专利文献1)。

一般的，作为车辆用电动机，已知对于一编组的车辆、搭载有少量高输出的主电动机比搭载有多个低输出的主电动机的效率更高，各铁道公司也期望如此。

但是，全封闭外扇型主电动机或全封闭内扇型主电动机与开放型电动机相比冷却效率低，而且为了成为高输出的电动机而导致大型化。

由于车辆的驱动用电动机安装在配置于车体之下的转向架下方的狭窄的空间中，所以不但不可以大型化，而且还要求与现有的电动机相比更加小型、轻型化。

在密闭型结构的电动机中，为了实现小型、轻型化，用现有的冷却方式已经达到了极限，需要新的冷却方法。

到目前为止，已经提出了各种冷却方法，在铁路用的方案中，水冷或液冷方式受人关注。

作为其中的一种机构提出了如下的液冷机构，在该液冷机构中，在电动机的转子轴端部安装有叶轮，在车辆的驱动过程中，叶轮伴随着转子轴的旋转进行旋转，通过由该叶轮的旋转而产生的泵作用使液体冷媒循环，并将其送入液体流路。例如，参照日本国专利公开公报、特开平10-285876号公报(以下称作专利文献2)。

若这样地构成，则不需要在专利文献1中所需的泵及电源等的附带设备，冷却设备的故障减少，可以抑制用于驱动设备的成本。

但是，在上述专利文献2所示的以往的车辆用驱动电动机的冷却结构中，存在有如下那样应该解决的问题。

即，由于叶轮的旋转是根据与其连接的转子轴的旋转而旋转的，所以在车辆在车站等处停车的过程中，通常电动机的运转也停止，因此，叶轮的旋转也停止，通过由该叶轮的旋转而产生的泵作用使冷却液体向冷媒流路循环的作用也停止，由于这期间电动机的冷却作用停止，所以电动机的温度上升，有可能会发生绝缘破坏或电动机过热等问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的是提供一种液冷式全封闭型旋转电机，该旋转电机使用泵，该泵利用例如车辆用驱动电动机那样的车辆运转工作时的旋转轴的旋转，在该旋转电机中，即使在旋转电机的运转停止的状态下冷却功能也可正常地工作，可以切实地防止因旋转电机的发热而引起的损伤或过热。

为了达到上述目的，本发明具有如下结构。即，其特征在于，具有：

框架；

收纳在该框架内的旋转电机本体；

收纳在框架内、至少冷却旋转电机本体的冷却液；

通过旋转电机的转子进行旋转、并通过泵作用使冷却液向框架外部循环的循环装置；

储存箱，在该储存箱内储存有冷却液，在使框架内的冷却液循环并冷却被加热的冷却液后，通过压力差使储存的冷却液向框架内回流。

根据本发明，旋转电机使用泵，该泵利用例如车辆用驱动电动机那样的车辆运转工作时的旋转轴的旋转，在该旋转电机中，即使在旋转电机的运转停止的状态下冷却功能也可正常地工作，可以切实地防止因旋转电机的发热而引起的损伤或过热。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的液冷式全封闭型旋转电机的立体图。

图2是沿着A-A线切断图1的右半部分表示的要部纵剖正视图。

图3是本发明的第二实施例的旋转电机的储存箱的立体图。

图4是本发明的第三实施例的旋转电机的储存箱的立体图。

图5是本发明的第四实施例的旋转电机的立体图。

图6是本发明的第五实施例的旋转电机的储存箱的剖面图。

图7是本发明的第六实施例的旋转电机的储存箱的剖面图。

图8是本发明的第七实施例的旋转电机的立体图。

图9是本发明的第八实施例的旋转电机的储存箱的剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。

图1及图2是表示本发明的第一实施例的旋转电机的图，图1是从负载侧看的立体图，图2是沿着A-A线切断图1的右半部分表示的局部纵剖正视图。

在图1及图2中，1是旋转电机，在例如车辆的驱动用电动机的框架中，在该框架1内收纳有具有未图示的旋转电机的转子和定子等的旋转电机本体。

2是一体地形成在框架1的端部的泵箱，电动机的旋转轴3从框架1内贯通该泵箱2向外部突出。

在泵箱2内，特别是由图2可知，在电动机的旋转轴3上以一体旋转的方式固定有拢起圆板4。

5a、5b、5c......是拢起板，多个拢起板以沿着旋转轴3的轴向突出的方式、以旋转轴3为中心呈放射状且大致等间隔地固定在上述拢起圆板4的板面上。这些拢起圆板4及拢起板5a、5b、5c......有时总称为循环装置。

6是突设形成在上述泵箱2的外面的冷却片。

7是以浸渍拢起圆板4的下部的一部分的方式填充在上述泵箱2的底部的液体，例如是具有水的冷却液。

8是离开间隔而适当固定在框架1的侧部的储存箱，在内部收纳有液体7，该液体7与收纳在泵箱2内的冷却液7相同。

9是以连通内部的方式安装在框架1的上部的导入管，与形成在储存箱8的上面的入液管10连接。

11是同样地安装在储存箱8的下面的出液管，以供给储存箱8内的冷却液7的方式与泵箱2连接，在其中途，以紧贴主电动机内部、表面、轴承周围等进行配置的方式围绕。

在说明中，虽然入液管10安装在储存箱8的上面，但是也可以安装在储存箱8的侧面。另外，出液管11也是同样的，虽然安装在储存管8的下面，但是也可以安装在侧面。

但是，必须设置成如下的位置关系，即，从入液管10流入的冷却液通过重力而从出液管11排出。

下面，对本实施例的作用进行说明。

在图1、图2中，在例如车辆运转工作的状态下，驱动用电动机的旋转轴3旋转，随之泵箱2内的拢起圆板4和拢起板5a、5b、5c......也与旋转轴3一体地旋转。

由此，泵箱2内的冷却液7通过拢起板5a、5b、5c......被搅起，在泵箱2内冷却液的一部分进入导入管9内，然后从入液管10向储存箱8内流入，作为循环装置5进行作用。

在该中途的过程中，对紧贴配置有管的电动机的框架1、未图示的控制装置等进行冷却。

流入储存箱8内的冷却液7，一部分从出液管11流出，在流入量比流出量多的情况下，滞留在储存箱8内。

滞留的冷却液7与已经储存在储存箱8内的冷却液混合而被冷却。

在运转工作中的车辆停止在车站等的情况下，伴随着电动机的旋转轴3的停止，拢起圆板4、拢起板5a、5b、5c......也停止，因此，拢起板5a、5b、5c......的泵作用消失，没有新流入储存箱8内的冷却液，但是这时已经在储存箱8内储存了足够的冷却液。

因此，即使在车站等处车辆的运转停止后，储存在储存箱8内的冷却液7也可以从出液管11冷却充分的时间，在泵箱2内持续环流。

根据如上那样的本实施例，即使在车辆停止、驱动电动机停止后，也可以从出液管11冷却充分的时间、流出冷却液，由此即使在车辆停车的过程中也可以冷却电动机本体、控制装置，可以切实地防止由旋转电机的发热而引起的损伤并防止过热。

接着，参照图3对本发明的第二实施例进行说明。另外，在以下的实施例的说明中，与上述图1、图2所示的本发明的第一实施例相同的部分使用相同的符号，并省略详细的说明。

在本实施例中，在形成为长方体状的储存箱8的外表面上，形成有多个梳齿状的散热片20，除此以外与上述第一实施例相同。

散热片20形成在储存箱8的整个外表面上，但是尺寸上缺少一部分也可以。散热片20的设置方向，可以形成在与电动机的旋转轴3的轴方向垂直的方向。

另外，散热片20没有长度、强度、尺寸的限制，但是越长越薄越好。

另外，散热片的间隔虽然越窄越好，但是由于暴露在外部、因流动风将附着灰尘，所以最好兼顾行驶速度而决定。

入液管10、出液管11的安装可以设置成与上述第一实施例相同的位置关系。

根据这样构成的本实施例，通过在储存箱8的外表面形成散热片20，可以将来自流入储存箱8的冷却液7的热通过储存箱8向散热片20传递、进行扩散。

此外，通过相对于主电动机的旋转轴的轴方向将散热片20形成在垂直方向，可以使流动风在散热片之间流动。

根据如上那样的实施例，可以扩大储存箱8的散热面积，提高冷却效率。

另外，在车辆的运转工作时可以将流动风取入散热片20之间，可以提高散热片20的传热效率，并提高冷却效率。

下面，参照图4对本发明的第三实施例进行说明。

在本实施例中，在储存箱8中从底部开始固定形成多个吸热片21。

吸热片21虽然从储存箱8内的底面侧开始形成，但也可以设置在上面、侧面，或者组合这些情况而设置。

对于吸热片21的片数、尺寸没有特别的限制，最好兼顾冷却液的流动、强度而决定。

在图4中，在储存箱8的外周表面上没有设置任何部件，但是也可以如上述第二实施例那样安装散热片20。

另外，入液管10、出液管11的配置可以设置成与上述第一实施例相同的位置关系。

根据这样构成的本实施例，通过在储存箱8的内部形成吸热片21，可以将来自滞留在储存箱8内的冷却液7的热向吸热片21传递，进而可将热向储存箱8的框架传递、向空气中放出。

根据这样的本实施例，可以通过吸热片21将冷却液7的热容易地向储存箱8的框架传递，可以进一步提高冷却效率。

下面，参照图5对本发明的第四实施例进行说明。

在本实施例中，储存箱8紧贴电动机本体的框架1的外周面或与电动机本体的框架1的外周面一体形成。

储存箱8由于沿着电动机本体的框架1的外周表面设置，所以最好将至少与框架1的外周表面接触的面形成为与其配合的圆弧面状，但是也可以如上述实施例所示那样形成由直线构成的形状。

但是，储存箱8的一个面必须与电动机本体的框架1的外周面紧密接触。

虽然在储存箱8的外周表面上没有设置任何部件，但是也可以如上述第二实施例那样安装散热片20，或者也可以如上述第三实施例那样在储存箱8内设置吸热片21。

根据如上述构成的本实施例，通过使储存箱8与电动机本体的框架1的外周表面紧密接触，可将由电动机本体产生的热向储存箱8的框架传递、进行扩散。进而，在框架上扩散的热向温度更低的储存箱8内的冷却液7传递。

如上所述，根据本实施例，可将电动机本体的热高效地向储存箱8传递，所以可以提高冷却效率。

另外，对于电动机本体，如果冷却其外周表面，则不仅其附近的温度降低，机内的温度也将降低，所以不仅定子侧，转子侧的温度也将降低，可提高冷却效率。

下面，参照图6对本发明的第五实施例进行说明。

在本实施例中，将储存箱8内的空间分隔成多层的隔板22在储存箱8的内面从其两侧面交替地形成。

各隔板22在其前端部向垂直方向弯曲，剖面形状形成为L字形。因此，在各隔板22的上侧，从入液管10流入储存箱8内的冷却液7滞留其中。

在图6中，虽然隔板22为4片，但是片数越多滞留冷却液7越多。

另外，在图6中，虽然在储存箱8的外周表面上没有设置任何部件，但是也可以如上述第二实施例那样安装散热片。

根据如上述那样构成的本实施例，通过利用隔板22储存冷却液7，从入液管10流入的冷却液7与事先滞留的冷却液7混合，从隔板22溢出的冷却液7通过重力落下到下面的隔板22上而储存。通过按顺序反复进行这样的动作，流入储存箱8内的冷却液7一边不断地与滞留的冷却液7混合一边冷却，最终从出液管11流出。

这样，根据本实施例，从入液管10流入的冷却液7，在储存箱8内通过隔板22时被冷却、从出液管11流出。由此，可以进一步提高循环的冷却液7的冷却效率。

另外，由于即使在车辆停止后冷却液7也滞留在储存箱8内，所以可以降低冷却液7的温度。

下面，参照图7对本发明的第6实施例进行说明。

在该实施例中，入液管10的端部深入到储存箱8内的底面附近，以此进行设置。

另外，出液管11的端部设置为到达储存箱8内的上面附近的程度。

入液管10是从储存箱8的上面插入的结构，但是也可以是如下的位置关系，即，从侧面插入、在储存箱内向垂直方向弯曲，并且端部设置在底面附近，以使冷却液不倒流。

出液管11也可以不从储存箱8的底面插入而从侧面插入。

另外，在出液管11中、在侧面设置有多个流出孔23，根据冷却液7的水位，利用水压从形成在对应位置的流出孔23排出冷却液7。

根据如上述构成的本实施例，通过将入液管10和出液管11设置成如图7那样的位置关系，冷却液7可以与储存箱8内的冷却液7混合。

如果内部的水位上升，则将超出出液管11的端部高度、通过重力经过出液管11向外部流出。另外，根据冷却液7的水位通过水压也可以从流出孔23排出。

如上述那样根据本实施例，在被加温的状态下从入液管10流出的冷却液7，与比其温度低的滞留在储存箱8内的冷却液7混合，温度降低。

另外，入液管10的端部与出液管11的端部离开，在与储存箱8内的冷却液7充分混合、温度充分降低后，从出液管11流出。

因此，可以在充分降低冷却液的温度后向储存箱8外排出。

另外，通过设置流出孔23，在车辆停止后，即使在没有液体从入液管10流入的情况下，滞留在储存箱内的冷却液7也可根据其水位从流出孔23流出，以此可以冷却充分长的时间，并将冷却液向电动机、控制装置输送，可以抑制各部分的温度上升。

下面，参照图8对本发明的第7实施例进行说明。

在本实施例中，在储存箱8的下侧以紧贴或以一体型构造的方式配置有控制装置24。

在图8中，虽然控制装置24比储存箱8小，但是跟尺寸大小没有太大的关系，只要是储存箱8和控制装置24以一个面紧贴的结构即可。但是，控制装置24必须是位于储存箱8下侧的位置关系。储存箱8与控制装置24均构成为长方体形状，但是也可以为上述第1实施例那样的形状。

根据如上述构成的本实施例，冷却液7的流动基本上与上述的第1实施例相同。储存箱8内的结构为在实施例3、5、6的情况下各实施例所示的流动方式。

如上述，根据本实施例，可以将控制装置24产生的热直接向储存箱8传递。

在储存箱8内的底面侧滞留有冷却液7，因此可以吸收控制装置24产生的热、进行冷却。

控制装置24在以往(未图示)的结构中设置在与电动机本体离开的位置，通过安装另外配置的鼓风机或重量、体积较大的散热片进行冷却。而通过将其设置在紧靠电动机的位置、与电动机的冷却一起进行冷却，可以省去到目前为止在进行控制装置24的冷却时所需的设备、结构，可以实现小型化、轻质化。

另外，通过设置在电动机本体的附近，可以将从控制装置24向电动机本体的配线缩小到最小限度，可以提高维护性、可靠性。

下面，参照图9对本发明的第8实施例进行说明。

在本实施例中，控制装置24与储存箱8并列纵置，并且以使两者紧贴的方式进行配置。

在储存箱8内，与上述第6实施例相同，将入液管10的端部设置在储存箱8内的底面附近。另外，将出液管11的端部设置在储存箱8内的上面附近。

如图所示，储存箱8与控制装置24紧贴一侧的储存箱8的框架的厚度变薄。控制装置24在图中虽然设置在储存箱8的左侧，但是也可以设置在右侧。

根据如上述构成的本实施例，与上述第7实施例相同，可以将控制装置24产生的热向储存箱8传递。

在储存箱8内的底面侧滞留有冷却液7，因此可以吸收控制装置24产生的热、进行冷却。

另外，在上述的实施例的说明中，以车辆用驱动电动机为例对本发明进行了说明，但是本发明并不局限于此，也可以实施于其他的旋转电机。

Claims (15)

1.一种旋转电机，其特征在于，具有：框架；收纳在该框架内的旋转电机本体；收纳在上述框架内、至少冷却旋转电机本体的冷却液；通过上述旋转电机的转子进行旋转、并通过泵作用使上述冷却液向框架外部循环的循环装置；在储存上述冷却液后使其向框架内回流的储存箱。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，在上述储存箱的外表面上设置有散热片。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述散热片长而且薄。

4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，在所述储存箱内设置有吸热片。

5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述储存箱内是指所述储存箱内的底面侧。

6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述储存箱内是指所述储存箱内的侧面侧。

7.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述储存箱内是指所述储存箱内的上面侧。

8.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，紧贴旋转电机的框架设置上述储存箱。

9.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，从上述储存箱内的两侧面向水平方向交替设置滞留冷却液的隔板。

10.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，设置有冷却液流入上述储存箱的入液管和冷却液流出的出液管，上述入液管的端部位于上述储存箱内的底面附近，上述出液管的端部设置在上述储存箱内的上面附近，在上述出液管上设置有多个流出孔。

11.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，上述入液管的端部，设置为深入到上述储存箱内的底面附近的程度。

12.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，上述出液管的端部，设置为深入到上述储存箱内的上面附近的程度。

13.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，上述出液管具有多个流出孔。

14.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，紧贴上述储存箱设置控制装置。

15.如权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，紧贴上述储存箱的侧面设置控制装置。

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