JP2000224809A - 車両用全閉形主電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる
車両用全閉形主電動機を得ること。 【解決手段】外筒枠１Ａの車軸13側の下部側面に対し
て、案内板22Ａを突設する。車両の走行で発生する走行
風を、図１の矢印Ｄ２，Ｄ３に示すように分流させるこ
とで、特に中間部と上部に当たる走行風を従来と比べて
増やして外筒枠１Ａの中間部と上部の冷却効果を上げ
る。案内板22Ａは、形状を変えて、台車枠側にも追加す
るとなおよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用全閉形主電
動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の床下の台車枠に搭載される車
両用主電動機では、従来からこの車両用主電動機の回転
子軸に通気ファンを挿入し、車両用主電動機とともに回
転する通気ファンによって、車両用主電動機の外部の空
気を内部に吸入して、この内部を流通させ回転子や固定
子を冷却する開放形主電動機が採用されてきた。

【０００３】これに対して、保守の省力化や低騒音化の
要請に応えるために、内部に冷却ファンを設けた車両用
全閉形主電動機が開発されている。この車両用全閉形主
電動機は、この車両用全閉形主電動機の内部を外部と遮
断することで、外気とともに内部に侵入する塵埃を防
ぎ、この塵埃による内部の巻線の汚損を防ぎ、この汚損
による保守・点検の頻度の増加を抑えることができる。

【０００４】さらに、全閉構造とすることで、内部の冷
却ファンの回転で発生する騒音の放散を防ぎ、環境に配
慮した車両用全閉形主電動機とすることもできる。一
方、車両用主電動機では、列車の高速化に伴い大容量化
が要求されるが、その搭載場所は図５で後述する台車枠
の限られた狭い空間に組み込まれるためと、前述した列
車の高速化のために小形・軽量化が要求される。

【０００５】この相矛盾する要請に対応するために、巻
線の絶縁樹脂などの耐熱性の向上が図られているが、こ
の巻線の絶縁樹脂の劣化を防ぎ、絶縁特性を維持して長
寿命化による保守・点検の頻度の増加を防ぐうえでも、
車両用主電動機の冷却性能の向上は必須条件となる。

【０００６】図５は、この冷却性能の向上を図った従来
の車両用全閉形主電動機が車両の台車に搭載された状態
の一例を示す平面図、図６は図５のＡ−Ａ断面拡大図、
図７は図６のＢ−Ｂ断面拡大図である。

【０００７】図５，図６及び図７において、図６の一点
鎖線で示す車体14を搭載する図５の平面図ではＨ形とな
る台車枠16の中枠16ａの取付座12と車軸13の間に対し
て、車両用全閉形主電動機20Ｅは組み込まれている。

【０００８】すなわち、この車両用全閉形主電動機20Ｅ
の上部の図６において左側には、上部取付座19Ａが突設
され、下部の左側には下部取付座19Ｂが突設され、さら
に、上部の右側には、図５に示す一対のフック19Ｃが突
設されている。

【０００９】このうち、図６の左側上部の上部取付座19
Ａは、取付座12の上端にキー12ａを介して載置されてボ
ルト26で固定され、下部取付座19Ｂは取付座12の下部の
梁16ａの側面に当接して、同じくボルト26で固定されて
いる。左側の上部取付座19Ａと右側のフック19Ｃには、
吊り上げ用のフック穴19ａが加工されている。

【００１０】図５において、車両用全閉形主電動機20Ｅ
の左側には、この車両用全閉形主電動機20Ｅの回転子軸
８の左端に連結された可とう継手24が示され、この可と
う継手24の左側には、この可とう継手24を介して駆動さ
れる小径の平歯車25ａとこの平歯車25ａと噛み合い車軸
13に圧入された大径の平歯車25ｂが収納されたギヤボッ
クス25が示されている。

【００１１】図６及び図７において、軟鋼板から有底筒
状に形成された外筒枠１Ｄの開口側となる図７において
左側には、図示しない左側面図では環状のブラケット４
の外周右側に突き出て形成された嵌合部が挿入され、複
数のボルトで固定されている。

【００１２】ブラケット４の中心に形成された軸受穴に
は、ころ軸受６Ａが挿入され、このころ軸受６Ａの外輪
は、ブラケット４の中心部の外面側にボルトで固定され
た軸受押え４ａの嵌合部で外側から固定されている。こ
ろ軸受６Ａの内輪は、この内輪の機内側と機外側に後述
する回転子軸８に対して挿入された固定環で、回転子軸
８に固定されている。

【００１３】外筒枠１Ｄの右端の中心部に形成された嵌
合穴には、ハウジング５の外面側に形成された嵌合部が
外筒枠１Ｄの内側から挿入され、内側から挿入された複
数のボルトで外筒枠１Ｄに固定されている。

【００１４】ハウジング５の中心に形成された軸受穴に
は、玉軸受６Ｂが挿入され、この玉軸受６Ｂの外輪は、
ハウジング５の外側から嵌合部が挿入されハウジング５
に図示しないボルトで外側から固定された軸受押え21で
固定されている。

【００１５】左右のころ軸受６Ａと玉軸受６Ｂは、回転
子軸８にあらかじめ圧入されている。この回転子軸８の
中央部には、回転子鉄心７が圧入され、この回転子鉄心
７の左端には、厚板から環状に形成された鉄心押え７ｂ
が圧入され、回転子鉄心７の右端にも断面がＬ字形の鉄
心押え７ｂが対称的に圧入されている。左側の鉄心押え
７ｂの更に左側には、内扇９が圧入されている。

【００１６】回転子鉄心７には、図６に示すように通風
穴７ａが複数箇所（注；図６では８箇所）環状に形成さ
れ、回転子鉄心７の内周側には、ロータバー11が挿入さ
れ、このロータバー11の両端には、このロータバー11に
ろう付されたエンドリング11ａが示されている。

【００１７】一方、外筒枠１Ｄの内周には、固定子鉄心
２が中央部に圧入され、この固定子鉄心２の内周側に
は、図示しないスロットに挿入され両端が固定子鉄心２
の左右に突き出た固定子コイル３が示されている。この
結果、この主電動機は、かご形の誘導電動機となってい
る。

【００１８】外筒枠１Ｄの上端の図７において左右に
は、図５で示す平面図では長方形の通気口１ｂが、図６
においては右側上方に形成されている。これらの通気口
１ｂには、図７においては下端が開口し冷却器10Ｃの出
入口となる有底筒状の接続部10ａの開口端が外筒枠１Ｄ
の通気口に挿入され溶接で固定されている。

【００１９】左右の接続部10ａの対向側には、鋼管から
製作された複数の通気管10ｄの両端が貫通し、接続部10
ａに溶接されている。これらの通気管10ｄは、薄板の軟
鋼板から図６に示すように矢印状に製作され図７に示す
ように等間隔に立設された複数枚の冷却フィン１ａを貫
通している。各冷却フィン１ａは、各通気管10ｄに貫通
部が溶接され、下端は、外筒枠１Ｄの上面に溶接されて
いる。

【００２０】このように構成された車両用全閉形主電動
機においては、電車の走行時には、回転子軸８の回転に
よって内扇９も回転し、この内扇９によって吐出された
冷却空気は、図７の矢印Ａ11に示すように外筒枠１Ｄの
左側の通気口１ｂから冷却器10Ｃの接続部10ａに矢印に
示すように流入し、この接続部10ａから各通気管10ｄの
内部を矢印Ａ12に示すように貫流して、右側の接続部10
ａに流出する。

【００２１】この冷却空気は、右側の接続部10ａから矢
印Ａ13に示すように、通気口１ｂを経て外筒枠１Ｄの内
部に流入する。すると、この冷却空気の一部は、矢印Ａ
14に示すように、固定子鉄心２の内周と回転子鉄心７の
外周の間に形成された空隙を経て、内扇９に吸入され
る。

【００２２】また、外筒枠１Ｄの右側の内部に流入した
冷却空気の他の一部は、矢印Ａ15に示すように、回転子
鉄心７に形成された通風穴７ａを左側の内扇方向に貫流
して、同じく、内扇９に吸入され、以下矢印Ａ11，Ａ1
2，Ａ13，Ａ14，Ａ15に示すように還流する。

【００２３】したがって、このように構成された車両用
全閉形主電動機においては、この還流する冷却風によっ
て、固定子鉄心２及び固定子コイル３と、回転子鉄心７
及びロータバー11は冷却され、エポキシ樹脂で鉄心と絶
縁された固定子コイル３とロータバー11は、固定子鉄心
２及び回転子鉄心７との間の絶縁樹脂の絶縁特性を長期
に亘って維持することができる。また、外部から冷却空
気を取り入れないので、塵埃の付着や堆積を防ぐことが
でき、保守・点検の頻度の増加を防ぐこともできる。

【００２４】ところで、このように構成された車両用全
閉形主電動機においては、この車両用全閉形主電動機を
台車に組み込むときには、車体を載せる前の状態の台車
の上方から徐々に下ろして、左側の上部取付座19Ａを台
車枠16の取付座12の上端にキーを介して載せ、上部取付
座19Ａと下部取付座19Ｂをボルトで取付部12に固定す
る。

【００２５】また、定期点検のために、車両用全閉形主
電動機を点検する場合には、図５で示す台車16を車体か
ら切り離した後、ボルト26を緩め、フック穴19ａを利用
して、上方に吊り上げる。

【００２６】なお、この車両用全閉形主電動機は、図５
及び図６で示す取付状態においては、左側の取付座12と
右側の車軸13のケースの間となり、軸方向は、両側の車
輪17の間に対して、図５で示した可とう継手24とギヤボ
ックス25とともに収納されて、上方には図６で示した車
体14の下端面が対置し、下側は図６の外筒枠１Ｄの下部
の置足18の下端とレール15の上面との間の図６で示す高
さ制限Ｈでレール15と対置して、余裕のない限られた空
間に組み込まれる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された車両用全閉形主電動機においては、前述した
小形化と大容量化だけでなく、車両の低価格化と保守・
点検の省力化のために、列車の１編成当りの搭載台数を
減らすことも要求される。そのために更なる大容量化が
要求される。

【００２８】そのため、別に設置した送風機からダクト
を介して車両用主電動機の外筒枠の内部に大量の冷却空
気を導く方法も考えられるが、この方法はダクトの配設
によって車両の価格が下がり、通風濾過器のフィルタの
交換のために保守・点検が増えるだけでなく、前述した
ように外筒枠の内部のコイルなどに微細な塵埃が付着し
て保守・点検の頻度が増え、外部に放散する騒音も増え
るので、時代の要請に応えられない。

【００２９】そのため、図６で示した冷却器10Ｃの冷却
フィン１ａの面積を増やすことも考えられるが、この車
両用全閉形主電動機は、図５，図６で前述したように、
左側の取付部12と右側の車軸13のケースの間に収納さ
れ、さらに上方は車体14の下端と対置し、下側はレール
15と高さ制限Ｈで対置する限られた狭い空間に設置され
るために、これ又採用できない。

【００３０】図８は、車両の走行によって車両の床下の
主電動機の上部と下部を通過する走行風の風速を示すグ
ラフで、線Ａは主電動機の下部の走行風の風速を示し、
線Ｂは主電動機の中央部の軸方向の側面の風速を、線Ｃ
は主電動機の上部の風速を示す。

【００３１】一方、このような条件で収納され駆動され
る車両用全閉形主電動機に対する冷却効率の向上による
高出力化とコイルの絶縁寿命の長期化の要請は、ますま
す高速化する車両と保守・点検の省力化を図るために、
今後もますます強くなる趨勢にある。そこで、本発明の
目的は、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる
車両用全閉形主電動機を得ることである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、外筒枠の内周に固定子が挿入され、外筒枠の軸心に
貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車
両用全閉形主電動機において、外筒枠の下部に流入する
走行風を上下に分流させる案内板を外筒枠の少なくとも
片側に突設したことを特徴とする。

【００３３】請求項２に対応する発明は、案内板の縦断
面形状を台形状又は弧状としたことを特徴とする。

【００３４】請求項３に対応する発明は、外筒枠の内周
に固定子が挿入され、外筒枠の軸心に貫設された回転子
軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動
機において、外筒枠の下部の少なくとも片側に一対の通
気口を形成し、これらの通風口に両端の接続部が固定さ
れこれらの接続部の対向側に貫設された通気管とこの通
気管に挿入された複数の冷却フィンでなり外筒枠の下部
に流入する走行風を上下に分流させる冷却器を設けたこ
とを特徴とする。

【００３５】請求項４に対応する発明は、外筒枠の上部
に一対の通気口を形成し、これらの通気口に両端の接続
部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数
の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンで
なる上部冷却器を設けたことを特徴とする。

【００３６】このような手段によって、請求項１乃至請
求項３記載の発明では、車両の走行で発生する走行風の
一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導い
て外筒枠の下部と側面を冷却する。また、請求項４記載
の発明では、車両の走行で発生する走行風で上部冷却器
の内部を還流する冷却空気も冷却する。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の車両用全閉形主電
動機の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、
本発明の車両用全閉形主電動機の第１の実施形態を示す
縦断面図で、従来の技術で示した図６に対応し、請求項
１及び請求項２に対応する図である。

【００３８】図１において、従来の技術で示した図６と
異なるところは、外筒枠の下部に対して、走行風の一部
を外筒枠の中央部に導く案内板を設けたことである。す
なわち、外筒枠１の下部の図１において右側には、車軸
13の方向から見ると左右に長い長方形で両側が折り曲げ
られた案内板22Ａが添設され、両側と上端がボルトで外
筒枠１Ａに固定されている。この案内板22Ａの図１にお
いて右端部22ａの端面は曲面に加工されている。

【００３９】このような案内板22Ａが取り付けられた車
両用全閉形主電動機においては、図１の矢印Ｄ１で示す
走行風の一部は、矢印Ｄ２に示すように、車軸13と外筒
枠１Ａの間から後上方に貫流する。

【００４０】また、矢印Ｄ１で示す走行風の他の一部
は、矢印Ｄ３に示すように外筒枠１Ａの下部の表面と置
足18に当たるので、外筒枠１の冷却効率を向上させるこ
とができる。なお、案内板22Ａの図１において断面で示
した案内部は、弧状に湾曲させて、矢印Ｄ２で示す冷却
風の圧力損失を減らしてもよい。

【００４１】図２は、本発明の車両用全閉形主電動機の
第２の実施形態を示す部分縦断面図で、請求項１及び請
求項２の他の実施例に対応し、第１の実施形態で示した
図１に対応する図である。

【００４２】図２において、図１と異なるところは、こ
の図１で示した車両用全閉形主電動機の下部取付座19Ｂ
の間に対して案内板23を溶接したことで、他は図１と同
一である。この案内板23は、樋状に形成された案内部と
この案内部の背面に溶接された略三角形の複数の補強板
で構成されている。

【００４３】このように取付座19Ｂの間に案内板23が溶
接された車両用全閉形主電動機においては、図２におい
て左方向に車両が走行する場合において、矢印Ｅ１で示
すように左側から右側に通過する走行風の一部を矢印Ｅ
２及び矢印Ｅ３に示すように外筒枠１Ａと中枠16ａとの
間に分流させ侵入させることで、外筒枠１の中枠１ａ側
の表面も冷却することができるので、固定子コイルの冷
却効果の向上に伴う、通電容量の増加とコイルの絶縁特
性の向上を図ることができ、長寿命化、すなわち保守・
点検の省力化を図ることができる。

【００４４】なお、従来の主電動機は、図２の矢印Ｅ３
の部分が図６で示すように狭かったが、誘導電動機を可
変電圧可変周波数電源で駆動する最近の主電動機では、
外筒枠１Ａの小形化によって広くなったので、矢印Ｅ３
で示す冷却風を増やすことができる。

【００４５】図３は、本発明の車両用全閉形主電動機の
第３の実施形態を示す部分縦断面図で、請求項３に対応
し、前述した実施形態で示した図１及び図２に対応する
図である。

【００４６】図３において、前述した実施形態で示した
図１〜図２と異なるところは、図１で示した外筒枠１Ｂ
の右側下部に設けた案内板22Ａの代りに、冷却器10Ａを
設け、外筒枠の両側の冷却器取付部分には、通気口１ｃ
を形成したことである。

【００４７】すなわち、図３の主電動機20Ｃの外筒枠１
Ｂの下部の右側には、この図３の図示しない側面の両側
に対して開口部１ｃが形成され、この開口部１ｃには、
図３においてはＶ字状に形成された接続部10ｂの開口側
が溶接されている。

【００４８】これらの接続部10ｂの対向側には、鋼管か
ら製作された３本の通気管10ｄの両端が貫通し、接続部
10ｂに溶接されている。これらの通気管10ｄは、図３に
おいては略台形状で軟鋼板から製作された冷却フィン１
ｅを貫通し、この冷却フィン１ｅは、各通気管10ｄと外
筒枠１Ｂに溶接されている。

【００４９】このように冷却器10Ｂが下部の片側に取り
付けられた車両用全閉形主電動機においては、車両の走
行によって矢印Ｄ３，Ｄ４に示すように通過する走行風
が冷却器10Ｂの冷却フィン１ｅを冷却することによって
通気管10ｄを冷却して、この内部の図７の矢印Ａ12で示
す循環空気を冷却することで、固定子コイルの冷却効率
を図１及び図２で示した主電動機と比べて更に上げるこ
とができ、通電容量の増加や絶縁特性の長寿命化を図る
ことができる。

【００５０】図４は、本発明の車両用全閉形主電動機の
第４の実施形態を示す部分縦断面図で、請求項３に対応
し、前述した実施形態で示した図１及び図２，図３に対
応する図である。

【００５１】図４において、前述した実施形態で示した
特に図３と異なるところは、外筒枠の下部の両側に開口
部を設け、これらの開口部を結ぶ冷却器を設けたこと
で、このうち、右側の冷却器10Ａは、図３で前述した冷
却器10Ａと同一品であるが、左側の冷却器10Ｂは特に断
面形状が異なっている。すなわち、外筒枠１Ｃの左側の
下部に形成された開口部に溶接された接続部10ｃは、縦
断面が略矢印状で、これらの間に接続される通気管10ｄ
は２本である。

【００５２】このように外筒枠１Ｃの下部の片側と他側
に冷却器が設けられた車両用全閉形主電動機において
は、図３に示した主電動機と比べて内部の空気を更に冷
却することができるので、固定子コイルやロータバーの
冷却効果を更に上げることができ通電容量を増やし絶縁
樹脂の絶縁特性の低下を防ぎ、長寿命化を図ることがで
きる。

【００５３】

【発明の効果】以上、請求項１に対応する発明によれ
ば、外筒枠の内周に固定子が挿入され、外筒枠の軸心に
貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車
両用全閉形主電動機において、外筒枠の下部に流入する
走行風を上下に分流させる案内板を外筒枠の少なくとも
片側に突設することで、車両の走行で発生する走行風の
一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導い
て外筒枠の下部と側面を冷却したので、冷却効果を上
げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機
を得ることができる。

【００５４】請求項２に対応する発明によれば、案内板
の縦断面形状を台形状又は弧状としたことで、車両の走
行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車
軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面を冷却した
ので、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車
両用全閉形主電動機を得ることができる。

【００５５】請求項３に対応する発明によれば、外筒枠
の内周に固定子が挿入され、外筒枠の軸心に貫設された
回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形
主電動機において、外筒枠の下部の少なくとも片側に一
対の通気口を形成し、これらの通風口に両端の接続部が
固定されこれらの接続部の対向側に貫設された通気管と
この通気管に挿入された複数の冷却フィンでなり外筒枠
の下部に流入する走行風を上下に分流させる冷却器を設
けることで、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒
枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の
下部と側面を冷却したので、冷却効果を上げ、長寿命化
を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることが
できる。

【００５６】請求項４に対応する発明によれば、外筒枠
の上部に一対の通気口を形成し、これらの通気口に両端
の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設され
た複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フ
ィンでなる上部冷却器を設けることで、車両の走行風を
上部冷却器の内部の空気も冷却したので、冷却効果を上
げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用全閉形主電動機の第１の実施形
態を示す縦断面図。

【図２】本発明の車両用全閉形主電動機の第２の実施形
態を示す縦断面図。

【図３】本発明の車両用全閉形主電動機の第３の実施形
態を示す縦断面図。

【図４】本発明の車両用全閉形主電動機の第４の実施形
態を示す縦断面図。

【図５】従来の車両用全閉形主電動機とこの車両用全閉
形主電動機が組み込まれた台車枠の一例を示す平面図。

【図６】図５のＡ−Ａ断面図。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面拡大図。

【図８】従来の車両用全閉形主電動機に対して車両の走
行で発生する走行風の流速を位置別に示したグラフ。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…外筒枠、１ａ…放熱フィン、
１ｂ…通気口、２…固定子鉄心、３…固定子コイル、４
…ブラケット、５…ハウジング、６Ａ…ころ軸受、６Ｂ
…玉軸受、７…回転子鉄心、８…回転子軸、９…内扇、
10Ａ，10Ｂ，10Ｃ…冷却器、11…ロータバー、12…取付
座、13…車軸、14…車体、15…レール、16…台車枠、17
…車輪、18…置足、19Ａ…上部取付座、19Ｂ…下部取付
座、20Ａ，20Ｂ，20Ｃ，20Ｄ，20Ｅ…車両用全閉形主電
動機、21…軸受押え、22Ａ，２３…案内板、24…可とう
継手、25…ギヤボックス、26…ボルト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記
   外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇
   が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒
   枠の下部に流入する走行風を上下に分流させる案内板を
   前記外筒枠の少なくとも片側に突設したことを特徴とす
   る車両用全閉形主電動機。
2. 【請求項２】 前記案内板の縦断面形状を台形状又は弧
   状としたことを特徴とする請求項１記載の車両用全閉形
   主電動機。
3. 【請求項３】 外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記
   外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇
   が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒
   枠の下部の少なくとも片側に一対の通気口を形成し、こ
   れらの通風口に両端の接続部が固定されこれらの接続部
   の対向側に貫設された通気管とこの通気管に挿入された
   複数の冷却フィンでなり前記外筒枠の下部に流入する走
   行風を上下に分流させる冷却器を設けたことを特徴とす
   る車両用全閉形主電動機。
4. 【請求項４】 前記外筒枠の上部に一対の通気口を形成
   し、これらの通気口に両端の接続部が固定されこれらの
   接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管
   に挿入された複数の冷却フィンでなる上部冷却器を設け
   たことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の車両用
   全閉形主電動機。