CN102474149A

CN102474149A - 车辆用电动机

Info

Publication number: CN102474149A
Application number: CN2009801600664A
Authority: CN
Inventors: 皆川和人
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: BRPI0924601A2; CA2766456A1; JPWO2011004466A1; WO2011004466A1; RU2491699C1; EP2453554A1; EP2453554A4; CN102474149B; JP4498466B1; US20120013208A1

Abstract

本发明的车辆用电动机适用于列车中，具备设置在转子轴（10）上且将外气导入机内的风扇（30），其中，还具备止挡（20），固定在支撑转子轴（10）的轴承（50）与从轴承（50）一侧的转子轴（10）的端部插入的风扇（30）之间，并具有与风扇（30）嵌合的构造，风扇（30）的线膨胀系数大于转子轴（10）以及止挡（20）的线膨胀系数，形成为能够通过从外部朝向止挡（20）插入的螺栓嵌合在止挡（20）上。

Description

车辆用电动机

技术领域

本发明涉及一种驱动铁道车辆的车辆用电动机，特别是涉及外扇风扇的构造。

背景技术

一般来说，电动机由于因通电时的发热而被加热时将加速绝缘体的劣化，导致寿命及效率的降低，所以需要对机内进行冷却。特别是近年来开发了具备固定在壳体外的转子轴端部上的外扇风扇和搅拌机内的空气的内扇风扇的全封闭外扇形电动机。尤其是外扇风扇，考虑到从外部的保养性，一般是由沿着转子轴的方向插装的螺栓固定。

以下述专利文献1为代表的现有技术与以与上述同样的式样具有通过固定在转子轴上的风扇的旋转将外气取入机内，并将机内的热向外部排出，有效的对电动机进行冷却的构造。

专利文献1：特开平05-300698号公报

但是，以上述专利文献1为代表的现有技术是将风扇螺栓固定在轴承止动器（止挡）或者旋转轴端面上，但形成在风扇上的螺栓插入孔被加工成直径大于螺栓直径。因此，在转子轴上产生了螺栓紧固形成的摩擦力以上的力矩变动的情况下，螺栓的中心将相对于螺栓插入孔偏移，其结果存在螺栓松动，最终有可能螺栓折断而风扇脱落的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种车辆用电动机，在常温时能够容易地将风扇取下，并且在高温时或者低温时能够抑制转子轴的力矩变动而产生的风扇滑动。

为了解决上述问题以达到目的，本发明的车辆用电动机适用于列车中，具备设置在转子轴上且将外气导入机内的风扇，其特征在于，还具备止挡，发挥将上述风扇在轴向上定位的功能，固定在支撑上述转子轴的轴承与从转子轴的一端插入的上述风扇之间，形成为与上述风扇对向的面能够与上述风扇嵌合，上述风扇由线膨胀系数设定成大于上述转子轴以及上述止挡的线膨胀系数。

根据本发明，由于将由线膨胀系数大于转子轴以及止挡的线膨胀系数的材质制造的风扇与止挡嵌合，所以在常温时能够容易地取下风扇，并且在高温时或者低温时能够抑制转子轴的力矩变动而产生的风扇滑动。

附图说明

图1是将风扇作为中心表示的电动机的纵向剖视图；

图2是用于说明实施方式1所涉及的电动机风扇的构造的纵向剖视图；

图3是表示将图2的电动机风扇固定在转子轴上的状态的附图；

图4是图3中沿着A-A线的剖视图；

图5是用于说明线膨胀系数与制动力矩的关系的附图；

图6是用于说明实施方式2所涉及的电动机风扇的构造的纵向剖视图。

附图标记说明：

10：转子轴，20：止挡，21：凹部，30：风扇，31：毂部，32：转子轴抵接面，33：止挡毂部，40：螺栓，50：轴承，100电动机：α：线膨胀系数，D：转子轴的直径，df1：转子轴抵接面的直径，df2：止挡抵接面的直径，ds：风扇抵接面的直径，d1：转子轴与毂部相接的部分的直径，d2：毂部与止挡相接的部分的直径，d3：止挡的直径，T：制动力矩，Tr：常温，ΔT：温度变化。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的车辆用电动机的实施方式详细地进行说明。另外，本发明并不受该实施方式的限定。

实施方式1

图1是将风扇30作为中心表示的电动机100的纵向剖视图，图2是用于说明本实施方式所涉及的风扇30的构造的纵向剖视图，图3是表示将图2的风扇30固定在转子轴上的状态的附图，图4是图3中沿着A-A线的剖视图，图5是用于说明线膨胀系数与制动力矩的关系的附图。

图1中，在电动机100中示出了由螺栓（紧固部件）40固定在转子轴10上的风扇30，和设在风扇30与轴承50之间且发挥将风扇30在轴向上定位的功能的止挡20。

以下，采用图2～图5对图1所示的风扇30等的式样进行说明。风扇30的毂部（突起部）31沿着轴向嵌合在轴承50的止挡20的凹部21中。进而，与转子轴10嵌合的风扇30嵌合在转子轴10上。另外，转子轴10和止挡20例如由铁构成，风扇30例如由铝构成。另外，关于这各部件的线膨胀系数与旋转力矩的传递在以后叙述。

若说明各部件的接触部的尺寸则如下所述。示出了转子轴10的横向的直径（以下称为“转子轴的直径D”），止挡20的凹部21的直径（以下称为“风扇抵接面的直径ds”），与转子轴10相接的风扇30的直径（以下称为“转子轴抵接面的直径df1”），以及嵌合在止挡20的凹部21中的毂部31的直径（以下称为“止挡抵接面的直径df2”）。

图4所示的螺栓40经由形成在风扇30上的螺栓插通孔拧入止挡20中，将风扇30与止挡20固定。而且，止挡20热套在转子轴10上。

图4所示的A-A剖视图概念地表示了常温时的转子轴10、毂部30、以及止挡20的嵌合状态，在各部的嵌合部上表示了些许的间隙。毂部31装配在转子轴10的外侧，并且装配在止挡20的内侧。即，是通过转子轴10和止挡20将毂部31夹在中间的构造。

在毂部31的内周面与转子轴10的外周面之间表示了常温时的间隙，而且，在毂部31的外周面与止挡20的内周面之间也与上述同样表示了常温时的间隙。本实施方式所涉及的电动机100构成为因低温或者高温的情况下的各部件的线膨胀系数的差而使嵌合部的接触压力增加，从而使部件之间的制动力矩变化。

若详细地说明这种构造则如下所述。参照图2进行说明，例如在风扇30的周围温度降低的情况下，由于风扇30（例如铝）的收缩量比转子轴10（例如铁）的收缩量大，所以转子轴抵接面的直径df1小于转子轴的直径D。因此，转子轴抵接面32与转子轴10的接触压力增加。

在风扇30的周围温度上升的情况下，由于风扇30（例如铝）的膨胀量比止挡20（例如铁）的膨胀量大，所以止挡抵接面的直径df2大于风扇抵接面的直径ds。因此，毂部31与止挡20的接触压力增加。

接着，若采用图5以计算式说明线膨胀系数与制动力矩的关系则如下所述。首先，将转子轴10与毂部31相接的部分的直径定义为d1，将毂部31与止挡20相接的部分的直径定义为d2，将止挡20的直径定义为d3。在这种情况下，铝的线膨胀系数αAl以及铁的线膨胀系数αFe能够以式1表示。

[式1]

线膨胀系数：αAl>αFe ···（1）

温度变化ΔT能够以式2表示。

[式2]

温度变化：ΔT＝T-Tr（Tr：常温） ···（2）

铝的线膨胀系数αAl和铁的线膨胀系数αFe的差δ能够以式3、式4表示。

[式3]

δd1＝（αAl-αFe）d1ΔT ···（3）

[式4]

δd2＝（αFe-αAl）d2ΔT ···（4）

当温度变化ΔT>0时，铝的线膨胀系数αAl和铁的线膨胀系数αFe的差δ能够以式5、式6表示。

[式5]

ΔT>0时，δd1>0，δd2<0 ···（5）

[式6]

ΔT<0时，δd1<0，δd2>0 ···（6）

即，高温时，铝与铁以毂部31与止挡20相接的部分的直径d2接触（热套状态）。而且，低温时（例如在寒冷地带那样的场所启动电动机100时），铝与铁以转子轴10与毂部31相接的部分的直径d1接触（冷套状态）。

若表示铁与铝的接触压力P_Q，则能够以式7、8表示。

[式7]

ΔT>0时，

···（7）

其中，EAl：Al的杨氏模量，EFe：Fe的杨氏模量，v:泊松比

[式8]

ΔT<0时，

···（8）

毂部31与止挡20相接的部分的直径d2处的制动力矩T和转子轴10与毂部31相接的部分的直径d1处的制动力矩T能够以式9、10表示。

[式9]

ΔT>0时，

···（9）

其中，μ：摩擦系数

A₁：外径d1的侧面积

[式10]

ΔT<0时，

···（10）

其中，A₂：外径d2的侧面积

这样，本实施方式所涉及的电动机100构成为在低温度时通过转子轴抵接面32与转子轴10的嵌合部分的接触压力P_Q增加，在转子轴10与风扇30之间产生制动力矩T。而且，在高温时通过毂部31与止挡20的嵌合部分的接触压力P_Q增加，在止挡20与毂部31之间产生制动力矩T。

另一方面，以往的电动机例如是风扇通过螺栓的紧固力而直接固定在转子轴上的式样。在这种情况下，也如上述问题中所述的那样，由于转子轴的力矩直接作用在螺栓上而存在螺栓产生松动的可能性。而且，作为其它的式样，风扇是通过将螺栓插入热套在转子轴上的止挡中而被固定，在这种情况下也同样，转子轴的力矩直接作用在螺栓上。

如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的电动机100由于是将由线膨胀系数大于转子轴10以及止挡20的线膨胀系数的材质制造的风扇30的毂部31夹在转子轴10与止挡20之间，所以例如在行进中的温度下，除了螺栓40的紧固力之外能够与高温或者低温无关地在旋转方向上外加制动力矩T。其结果，例如在风扇30保养时的温度（常温Tr）下能够容易地取下风扇30。而且，即使例如在由于气温低而螺栓40松动的情况下，也能够防止力矩变动而产生的风扇30的滑动。而且，由于对螺栓40的负担减轻，所以能够减少螺栓40的根数，或者使螺栓40的尺寸小型化。进而，由于仅加工止挡20与毂部31的嵌合部即可，所以降低风扇30的安装部的构造简单化，能够实现风扇30的轻量化、省空间化、以及制作成本的降低。

实施方式2

本实施方式所涉及的电动机100是止挡20以及毂部31的形状以不同的式样形成的。以下，对本实施方式所涉及的电动机的结构进行说明。另外，对于与实施方式1同样的部分赋予相同的附图标记而省略其说明，仅对不同的部分进行描述。

图6是用于说明实施方式2所涉及的风扇30的构造的纵向剖视图。图6（a）所示的毂部31具有嵌合在止挡20的槽部中的形状。这样形成的毂部31、止挡20、以及转子轴10在高温度时毂部31的外周面与止挡20相接触。而且，在低温时风扇30与转子轴1相接触，同时毂部31的内周面与止挡20相接触。

图6（b）所示的止挡毂部33具有嵌合在风扇30的槽部中的形状。这样形成的毂部31、止挡20、以及转子轴10在低温度时风扇30与转子轴10相接触，同时止挡毂部33的外周面与风扇30相接触。而且，在高温时止挡毂部33的内周面与风扇30相接触。

如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的电动机100由于与实施方式1相比减小了止挡20以及风扇30的嵌合厚度，所以能够减小高温时的制动力矩T与低温时的制动力矩T的差。

另外，在实施方式1以及实施方式2的说明中，以使转子轴10和止挡20的材质为铁，使风扇30的材质为铝进行了说明，但并不仅限于此。即，只要是风扇30的线膨胀系数α设定成大于转子轴10以及止挡20的线膨胀系数即可。

而且，转子轴10的线膨胀系数α和止挡20的线膨胀系数α可以设定成不同的值。例如图1所示，凹部21与毂部31的接触面积比转子轴抵接面32与转子轴10的接触面积小，但如果将止挡20的线膨胀系数α设定成低于转子轴10的线膨胀系数α的值，则能够确保高温时的制动力矩T。进而，各部件的材质并不仅限于铝和铁，只要是上述的线膨胀系数α的关系成立，也可以采用其它的材质。

而且，在实施方式1和实施方式2的说明中，作为一例对全封闭外扇形电动机的外扇风扇进行了说明，但并不仅限于全封闭外扇形电动机或者外扇风扇，也能够适用于全封闭外扇形电动机以外的电动机或者外扇风扇以外的风扇。

而且，在实施方式1和实施方式2的说明中，作为一例将螺栓40用作风扇30的紧固部件，但如果是能够拧入止挡20中固定风扇30的部件，则并不仅限于螺栓40。

如上所述，本发明作为能够适用于驱动铁道车辆的电动机，特别是在常温时能够容易地取下风扇，并且在高温时或者低温时能够抑制因转子轴的力矩变动而产生的风扇的滑动的发明是非常有用的。

Claims

1.一种车辆用电动机，适用于列车中，具备设置在转子轴上且将外气导入机内的风扇，其特征在于，

还具备止挡，发挥将上述风扇在轴向上定位的功能，固定在支撑上述转子轴的轴承与从转子轴的一端插入的上述风扇之间，形成为与上述风扇对向的面能够与上述风扇嵌合，

上述风扇由朝向上述止挡与上述转子轴大致平行地插入的紧固部件固定，并且线膨胀系数设定成大于上述转子轴以及上述止挡的线膨胀系数。

2.如权利要求1所述的车辆用电动机，其特征在于，

上述止挡上与上述风扇对向的面形成为凹状，

上述风扇上与上述止挡对向的面形成为能够与上述止挡嵌合的凸状。

3.如权利要求1所述的车辆用电动机，其特征在于，

上述止挡上与上述风扇对向的面形成为凸状，

上述风扇上与上述止挡对向的面形成为能够与上述止挡嵌合的凹状。

4.如权利要求1所述的车辆用电动机，其特征在于，

上述止挡的线膨胀系数设定成低于上述转子轴的线膨胀系数的值。