JP2002359949A

JP2002359949A - 鉄道車両用駆動電動機

Info

Publication number: JP2002359949A
Application number: JP2001164703A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yagi; 信行八木; Tsutomu Kinoshita; 力木下; Shigetomo Shiraishi; 茂智白石; Tadashi Matsuura; 忠松浦
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】通風ファンの発生音の低減して低騒音化が図
れ、また機内取り入れ外気の塵埃分離除去性能の向上も
図れる鉄道車両用駆動電動機を提供する。【解決手段】反駆動側機内に、シャフト６に固定され
た通風ファン21を設け、さらに駆動側機内に、シャフト
６に固定された塵埃加速ファン22を設け、駆動側の塵埃
加速ファンの羽根部分を覆うようにブラケット20を設
け、このブラケットの羽根内周側に相当する位置に入気
口20aを設けるとともに羽根外周側に相当する位置に外
気反転通風路20bを形成し、駆動側の入気口より取り入
れた外気を、塵埃加速ファンの外周部の反転通風路を経
て機内に流入させた後に、反駆動側の通風ファンの外周
側のブラケット１９に設けられた排気口19aより機外に
排出する構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自己通風冷却型の
鉄道車両用駆動電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】電車等の鉄道車両は、台車内に搭載され
ている駆動電動機（以下、「主電動機」と称する）によ
り車輪を回転駆動して走行する。この主電動機の構造
は、図１４に示したようなものである。これについて説
明する。円筒状のフレーム１の両端側にブラケット２と
ハウジング３を設け、このブラケット２とハウジング３
との中心部に軸受４および軸受５を取り付け、この軸受
４，５によりローターのシャフト６の両端部を回転自在
に支持させている。

【０００３】シャフト６の軸方向中央部に円筒状のロー
ター鉄心７を設け、このローター鉄心７の外周部に多数
の軸方向の溝を設け、この溝それぞれの中にローターバ
ー８を埋め込んでいる。各々のローターバー８の軸方向
両端部はエンドリンクで結合してある。

【０００４】フレーム１の内周部には、円筒状のステー
タ鉄心９を設け、このステータ鉄心９の内周部には多数
の軸方向の溝を形成し、各溝の中にステータコイル１０
を収容している。ステータ鉄心９の両側にステータコイ
ル１０のコイルエンド部１０ａが張り出している。ステ
ータ鉄心９の内周面とローター鉄心７の外周面との間に
は、一様な空隙が形成されている。また、ローター鉄心
７には、軸方向に貫通する複数の通風穴７ａが設けてあ
る。

【０００５】さらに、シャフト６の駆動側の機内部分に
通風ファン１１を固定し、反駆動側の端部にセンサ用歯
付き円板１２を取り付けてある。フレーム１の側面位置
に速度センサ１３を、センサ用歯付き円板１２の外周面
と一定の間隔を保つようにして取り付けてある。フレー
ム１の反駆動側に入気口１ａを形成し、この入気口１ａ
を覆うように通風ろ過器１４を取り付け、この通風ろ過
器１４の外気取り入れ部に目の細かい網などからなるフ
ィルタ１４ａが設けてある。

【０００６】一方、駆動側のブラケット２の通風ファン
１１の外周部にあたる位置の円周上に、複数の排気口２
ａが設けてある。

【０００７】シャフト６の駆動側端部６ａは機外に張り
出させ、この部分に継手（図示せず）を取り付け、駆動
歯車装置を介して車輪に直結させてある。

【０００８】この様な構造の主電動機では、運転時のス
テータコイル１０とローターバー８の温度上昇を抑制す
るため、通風ファン１１の回転により外気を機内に導入
して流通させ、冷却を行う。つまり、図１４に矢印で示
すように、外気は通風ろ過器１４を経て入気口１ａより
機内に流入し、ローター鉄心７の通風穴７ａおよびステ
ータ鉄心内周面とローター鉄心外周面との間の空隙部を
流通した後、通風ファン１１により排気口２ａより機外
に排出される。この流通外気により、主電動機内を冷却
し、ステータコイル１０、ローターバー８の温度上昇が
限度を超えないように冷却する。

【０００９】また、近年になって保守の省力化の目的か
ら、通風ろ過器１４をなくした構造の主電動機が開発さ
れており、例えば、特開２０００−４３２４７５８号公
報に記載された構造のものが知られている。この従来の
主電動機の構造は、図１５に示すようなものである。つ
まり、駆動側の通風ファン１７の羽根１７ａの内外周部
を覆うように構成されたブラケット１６を設け、このブ
ラケット１６の通風ファン羽根内周側の位置に入気口１
６ａを設け、羽根１７ａの外周部に反転通風路１６ｂを
形成したことを特徴としている。なお、その他の構成要
素については、図１４に示した従来例と共通する要素に
同一の符号を付して示してある。

【００１０】この主電動機の場合、運転時に通風ファン
１７の回転によって外気を入気口１６ａより吸引して機
内に導入し、通風穴７ａおよびステータ鉄心９とロータ
ー鉄心７との間の空隙部分とを流通させて冷却し、排気
口１５ａより機外に排出する。また、反駆動側のシャフ
トに補助ファン１８を取り付け、この補助ファン１８に
より、機内を流通して温度が高くなった排風が軸受５を
含む軸受支持部材の部分に直接当たらないようにしてい
る。

【００１１】この従来の主電動機では、入気口１６ａよ
り導入された外気を通風ファン１７により反転通風路１
６ｂで反転させることにより、外気に混入している塵
埃、水分等を遠心力で外周側に分離して塵埃排出穴１６
ｃより機外に排出し、機内に流入する空気の清浄化を図
っている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】外気を機内に流通させ
るため、運転時の主電動機内には通風ファンによって大
きな圧力が発生する。従来の主電動機の運転時の圧力分
布は、図１６に示してある。図１４に示した従来の主電
動機（以下、「Ａタイプ」とする）では、通風ファン１
１の圧力部Ｈ_Aによって駆動側に大きな負圧を発生さ
せ、この負圧によって入気口１ａより外気を機内に吸引
して流通させている。一方、図１５に示した従来の主電
動機（以下、「Ｂタイプ」とする）では、通風ファン１
７の圧力Ｈ_Bによって反転通風路１６ｂの部分に大きな
正圧を発生させ、この正圧によって機内に外気を押し込
み流通させている。いずれにしても、大きな負圧あるい
は正圧が発生するため、運転時に通風ファン１１，１７
より大きな騒音が発生する。

【００１３】近年、環境への配慮より車両、機器の低騒
音化が要望されており、主電動機においても低騒音化が
強く望まれている。主電動機の騒音成分で最も大きいの
は、この通風ファンが発生する騒音であり、特に通風フ
ァンの外周部が大きく開放されているＡタイプの主電動
機では騒音が大きく現れることから、その改善が強く望
まれていた。

【００１４】また、Ａタイプの主電動機の構造では、導
入する外気に混入している塵埃を通風ろ過器１４のフィ
ルタ１４ａで除去するため、フィルタ１４ａのメッシュ
が次第に目詰まりしてくる。そして目詰まり状態になる
と、機内通風量が減って冷却効果が悪化し、ステータコ
イル１０、ローターバー８の温度上昇が許容限度を超え
てしまい、絶縁の劣化や強度の低下による不具合を生じ
る。また、軸受の温度上昇にも影響し、特に排風側位置
の軸受部の温度が上昇して潤滑グリースの劣化を早め、
潤滑グリースの交換が早期に必要になる。そのため、短
い周期で定期的にフィルタ１４ａを清掃する必要があ
り、保守面から改善が望まれていた。

【００１５】さらに、従来のＢタイプの主電動機では、
外気をファン外周部の反転通風路１６ｂで反転させて機
内に流入させるため、図１６の圧力分布に示したように
この反転部分での大きな圧力損失（ヘッドロス）が発生
する。そのため、通風ファン１７の発生圧力Ｈ_Bに対し
て最終的な排気口１５ａの部分での機外（大気圧）との
圧力差ｈ_Bが減少し、Ａタイプの主電動機の圧力差ｈ_A
よりも小さいことから、機内通風量が減少する。そのた
め、同一の能力を有する通風ファンで構成した場合で
は、Ａタイプに比べてＢタイプの構造の主電動機では、
全体の温度上昇が大きくなる傾向にある。そこでＢタイ
プの主電動機において、通風量を確保するために通風フ
ァン１７の直径を大きくして通風ファンの発生圧力を増
大させようとすると、ファン羽根１７ａとブラケット１
６の内壁との間隙Ｇが小さくなってしまうため、進入外
気の反転に伴う圧力損失がますます大きくなってしま
う。つまり、Ｂタイプの主電動機は、結果的に通風量の
増大を達成するのが構造的に難しいものである。このた
め、Ｂタイプの主電動機では、機内各部の温度は高めに
なる傾向にあると同時に、排風側の軸受５の部分を機内
で温度が高くなった流通空気が通過するため、軸受部の
温度上昇が大きくなり、潤滑グリースの劣化が早まり、
早期のグリース交換が必要になる問題点があった。

【００１６】加えて、Ｂタイプの主電動機の場合、排風
側に補助ファン１８を設け、この補助ファン１８により
流通空気を外周方向に向け、軸受部に直接当たらない構
成としているが、ハウジング３や軸受支持部材に排風が
接触するの十分に防ぐことが難しく、軸受部の温度上昇
を抑制するのは構造的に難しくなっている。

【００１７】また、このＢタイプの構造では通風量を確
保するために通風ファン１７の羽根１７ａの外径とブラ
ケット１６の内壁との間の間隙Ｇが大きくとれず、その
ため、外気を反転させて塵埃を分離する際に、分離され
た塵埃が羽根１７ａの回転によって撹拌され、塵埃排出
穴１６ｃより排出される前に機内側に流入する空気に巻
き込まれ、それに再混入して機内に入りやすい。こうし
て流入空気に混入して機内に流入する塵埃は、次第に通
風穴７ａ内に付着して堆積して通風冷却効果を低下させ
るため、早期の分解による清掃が必要になる問題点もあ
った。そのため、取り入れ空気の塵埃分離除去性能の向
上も望まれていた。

【００１８】本発明は、このような従来の技術的課題を
解決するためになされたものであって、通風ファンの発
生音を低減して低騒音化が図れ、また機内取り入れ外気
の塵埃分離除去性能の向上も図れる鉄道車両用駆動電動
機を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、円筒
状のフレームの軸方向中央部の内周面に円筒状のステー
タ鉄心を有し、このステータス鉄心の内周部に設けられ
た複数の軸方向の溝各々の中にステータコイルを配し、
前記フレームの両端部にブラケットとハウジングを支持
し、前記ブラケットとハウジングとの各々に取り付けら
れた軸受によってローターのシャフトの両端部を回転自
在に支持し、前記シャフトの軸方向中央部にローター鉄
心を有し、このローター鉄心の外周部に設けられた複数
の軸方向の溝各々の中にローターバーを配し、前記ロー
ターのシャフトに通風ファンを取り付け、運転時に当該
通風ファンの回転により外気を機内に導入して、ロータ
ー鉄心内に設けられた通風穴及び前記ローター鉄心の外
周面とステータ鉄心の内周面との間に形成された間隙に
前記に導入外気を流通させて冷却を行う自己通風冷却型
の鉄道車両用駆動電動機において、反駆動側機内のロー
ターシャフト上に固定された通風ファンと、駆動側機内
のローターシャフト上に固定された塵埃加速ファンとを
有し、前記塵埃加速ファンの羽根部を覆うようにブラケ
ットを設け、前記ブラケットの塵埃加速ファンの羽根位
置より内径側に位置する壁面に複数個の入気口を設け、
前記塵埃加速ファンの外周部に取り入れ外気を反転させ
て機内に導入する反転通風路を形成し、前記反転通風路
の外周側に当たるブラケット壁面に機外に通じる塵埃排
出口を設けたことを特徴とするものである。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１の鉄道車両用
駆動電動機において、前記塵埃加速ファンの発生圧力
を、前記通風ファンの発生圧力を含めた全体の圧力の３
０％から６０％の範囲内に設定したことを特徴とするも
のである。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１の鉄道車両用
電動機において、前記通風ファンの羽根枚数と塵埃加速
ファンの羽根枚数とを異なる枚数としたことを特徴とす
るものである。

【００２２】請求項４の発明は、請求項１の鉄道車両用
駆動電動機において、前記塵埃加速ファンの外周部に形
成された反転通風路の外周側の一部に仕切りを設け、当
該仕切りと前記ブラケットの内壁面とによって回転方向
に伸びる塵埃進入路を形成し、当該塵埃進入路は、中央
部に斜めに設けられたガイドにより二分され、この二分
された塵埃進入路の一方は、前記反転通風路に広く開口
し、二分された塵埃進入路各々の奥側に機外に通じる塵
埃排出口を設けたことを特徴とするものである。

【００２３】請求項５の発明は、請求項１の鉄道車両用
駆動電動機において、前記塵埃加速ファンの外周部に形
成された反転通風路の外周側の壁面に、その全周にわた
って導入溝を設け、この導入溝の奥側に機外に通じる塵
埃排出口を設けたことを特徴とするものである。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１の鉄道車両用
駆動電動機において、固定子部材に仕切りを設けて、こ
の仕切りを前記通風ファンの主板の外周面に対して接近
させ、この仕切りと前記通風ファンの主板の背面と軸受
支持部材とによって回転方向全周にわたる空間を囲繞
し、この空間を前記通風ファンの内径側に設けられた通
し穴により通風ファンの羽根外周部と連通させると共
に、前記フレーム又は軸受支持部材に設けられた入気穴
により機外に連通させ、前記回転方向全周にわたる空間
に外気を導入し流通させることを特徴とするものであ
る。

【００２５】請求項７の発明は、請求項１の鉄道車両用
駆動電動機において、固定子部材にガイドを設けて、こ
のガイドを前記通風ファンの主板の外周面に対して接近
させ、この仕切りと前記通風ファンの主板の背面と軸受
支持部材とによって回転方向全周にわたる空間を囲繞
し、この空間を前記フレームおよび軸受支持部材に設け
られた複数の連通穴により機外に連通させ、前記通風フ
ァンの主板の背面に多数のフィンを設け、前記回転方向
全周にわたる空間内に外気を導入し流通させることを特
徴とするものである。

【００２６】請求項８の発明は、請求項１の鉄道車両用
駆動電動機において、反駆動側フレームに仕切り板を設
けて、この仕切り板を前記通風ファンの補助板の外周面
に対して接近させ、この仕切り板によって機内空間と前
記通風ファンの外周部空間とを区分し、前記通風ファン
の外周部空間を前記フレームに設けられた排気口により
機外に連通させたことを特徴とするものである。

【００２７】請求項９の発明は、請求項８の鉄道車両用
駆動電動機において、前記フレームの外周部にバイパス
ダクトを設け当該バイパスダクト内の両端側を前記フレ
ームに設けられた通気口により駆動側のステータコイル
エンド外周部の機内空間と反駆動側のステータコイルエ
ンド外周部の機内空間とに各々連通させたことを特徴と
するものである。

【００２８】本発明の鉄道車両用駆動電動機では、反駆
動側機内に、シャフトに固定された通風ファンを設け、
さらに駆動側機内に、シャフトに固定された塵埃加速フ
ァンを設け、駆動側の塵埃加速ファンの羽根部分を覆う
ようにブラケットを設け、このブラケットの羽根内周側
に相当する位置に入気口を設けるとともにブラケットの
羽根外周側に相当する位置に外気反転通風路を形成し、
駆動側の入気口より取り入れた外気を、塵埃加速ファン
の外周部の反転通風路を経て機内に流入させた後に、フ
レームの反駆動側の通風ファンの外周側に相当する位置
に設けられた排気口より機外に排出する構造とし、塵埃
加速ファンの発生圧力を、通風ファンの発生圧力を含め
た全体の圧力の３０％〜６０％に設定し、さらに通風フ
ァンの羽根枚数と塵埃加速ファンの羽根枚数を異なった
枚数に設定することにより、通風ファンの騒音を低減し
て低騒音化し、取り入れ外気の反転通風路での塵埃分離
性能を向上させる。同時に、この構造の鉄道車両用駆動
電動機では、通風ファンの壁によって温度が高くなった
機内冷却風が反駆動側の軸受部に当らなくして、反駆動
側軸受の温度上昇を抑制し、その分、潤滑グリースの補
てんメンテナンス周期を長くする。

【００２９】また、本発明の鉄道車両用駆動電動機で
は、駆動側塵埃加速ファンの外周部の反転通風路の外周
部のブラケットの壁に、回転方向に開口し奥側に機外へ
の連通口を有する塵埃進入路を設けて、分離された塵埃
を機内流入空気に混入することなく機外へ排出させる構
造にすることにより、塵埃分離除去性能を向上させる。

【００３０】また、本発明の鉄道車両用駆動電動機で
は、塵埃加速ファンの外周部の反転通風路の外周部のブ
ラケットの壁に回転方向全周にわたる溝を設け、この回
転方向全周にわたる溝の奥に機外に通じる排出口を設け
た構造にすることにより、分離された塵埃を機内流入空
気に混入することなく機外へ排出する。

【００３１】また、本発明の鉄道車両用駆動電動機で
は、反駆動側の機内のフレーム側板に仕切りを設け、こ
の仕切りを通風ファンの主板の外周面に接近するように
し、この仕切りと通風ファンの主板の背面と反駆動側軸
受支持部材とによって囲繞される回転方向全周にわたる
機内空間を形成し、フレーム側板又は軸受支持部材に設
けた連通穴によりこの機内空間と機外を連通させること
により、通風ファンの回転により外気をこの機内空間内
に流通させて反駆動側の軸受の温度上昇を抑制する。

【００３２】また、本発明の鉄道車両用駆動電動機で
は、通風ファンの補助板の外周面に接近するように仕切
りを設け、この仕切りによって通風ファンの外周部空間
と機内空間とを区分し、フレームに設けた排気口により
通風ファン外周部空間を機外に連通させた構造にするこ
とにより、機内冷却風が反駆動側ステータコイルエンド
部を流通できるようにすると同時に、温度上昇した排風
がステータコイルの反駆動コイルエンド部に逆流してス
テータコイルエンド部の温度上昇を抑え、ステータコイ
ルの温度上昇を低減する。

【００３３】さらに、本発明の鉄道車両用駆動電動機で
は、通風ファン外周空間と機内空間とを仕切りによって
区分した後、フレームの外周部にバイパスダクトを設
け、このバイパスダクトによって駆動側機内のステータ
コイルエンド外周部の空間と反駆動側機内のステータコ
イルエンド外周部の空間とを連通させ、駆動側の機内に
流入した冷却風の一部をこのバイパスダクトを通して反
駆動側機内の空間に流通させる構造とすることにより、
反駆動側コイルエンド部と反駆動側ローターバーとの温
度上昇を低減させる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１及び図２は本発明の第１の実施
の形態の鉄道車両用駆動電動機の構造を示している。フ
レーム１９の両端部にブラケット２０とハウジング３と
を設け、このブラケット２０とハウジング３とに取り付
けた軸受４と軸受５とによりローターのシャフト６の軸
方向両端部を回転自在に支持させている。

【００３５】円筒状のフレーム１９の軸方向の中央部付
近の内周面に円筒状のステータ鉄心９を設け、このステ
ータ鉄心９の内周部に設けた多数の軸方向の溝を形成
し、各々の中にステータコイル１０を収容している。各
ステータ鉄心９の軸方向の両端側にステータコイル１０
のコイルエンド部１０ａが張り出している。

【００３６】ローターのシャフト６の軸方向中央部にロ
ーター鉄心７を取り付け、このローター鉄心７の外周部
に多数の軸方向の溝を形成し、その各々の中にローター
バー８を収容している。各ローターバー８の軸方向の両
端部は、ローター鉄心７より両側に張り出し、各ロータ
ーバー８の両先端部分はエンドリングで一体に結合させ
てある。ローター鉄心７には多数の軸方向に貫通した通
風穴７ａが設けてある。ローター鉄心７の外周面とステ
ータ鉄心９の内周面との間に一様な幅の円筒状をなす空
隙を形成してある。

【００３７】ローターシャフト６の反駆動側端部にはセ
ンサ用歯付き円板１２を取り付け、このセンサ用歯付き
円板１２の外周面に一定の間隙を保持するように速度セ
ンサ１３を配置し、この速度センサ１３をフレーム１９
に支持させている。

【００３８】駆動側のシャフト端６ａは機外に張り出し
ており、この張り出している部分は継手（図示せず）を
介して駆動歯車装置に直結される。

【００３９】反駆動側の機内に通風ファン２１を配置
し、この通風ファン２１の中心部をシャフト６に固定し
ている。駆動側の機内に塵埃加速ファン２２を配置し、
この塵埃加速ファン２２の中心部をシャフト６に固定し
ている。通風ファン２１と塵埃加速ファン２２との羽根
枚数は異ならせてある。塵埃加速ファン２２の羽根２２
ａの内周側に位置するブラケット２０の壁面に入気口２
０ａを設けてある。塵埃加速ファン２２の外周側のブラ
ケット２０の内壁は断面がほぼ半円状となる湾曲形状に
して、その内部に反転通風路２０ｂを形成している。

【００４０】ブラケット２０の壁には、反転通風路２０
ｂと機外とを連通させる塵埃排出穴２０ｃが設けてあ
り、通風ファン２１の外周位置のフレーム１９には排気
口１９ａが設けてある。

【００４１】塵埃加速ファン２２の発生圧力は、通風フ
ァン２１と塵埃加速ファン２２を合わせた全体の発生圧
力の４０％付近に設定してある。このため、塵埃加速フ
ァン２２の羽根２２ａの外径ｄは、図１５に示した従来
例の駆動電動機と同様の構造にした場合の通風ファンの
羽根１７ａの外径よりも小径化していて、羽根２２ａの
外径面とブラケット２０の内壁との間隙Ｇ′は、同従来
例の間隙Ｇより大きくなっている。また、通風ファン２
１の発生圧力は、全体の圧力の６０％付近に設定してあ
り、通風ファン２１の外径Ｄ′は図１４に示した従来例
の駆動電動機の通風ファン１１の外径Ｄよりも小径化し
ている。

【００４２】次に、上記構造の鉄道車両用駆動電動機の
動作について説明する。運転時には、塵埃加速ファン２
２の回転により外気が入気口２２ａより吸引されて外周
側に送られた後、反転通風路２０ｂで反転して機内に流
入する。外気が反転通風路２０ｂで旋回する際に、外気
に混入している塵埃、水分は遠心力作用によって外周側
のブラケット２０の内壁に押し付けられて回転方向に移
動し、塵埃排出口２０ｃより機外に排出される。

【００４３】塵埃が分離除去されて清浄化された外気
は、機内流入後にローター鉄心７の通風穴７ａ及びロー
ター鉄心７の外周面とステータ鉄心９の内周面との間の
間隙を流通して反駆動側に達し、通風ファン２１の回転
によって排風口１９ａより機外に排出される。この塵埃
の分離、除去作用と清浄化された外気の流通により機内
の各部は冷却され、ステータコイル１０、ローターバー
８、軸受４，５等の温度上昇を抑制する。

【００４４】この第１の実施の形態の鉄道車両用駆動電
動機では、運転時の機内の圧力分布は図３に示すもので
あり、塵埃加速ファン２２の発生圧力Ｈ′と通風ファン
２１の発生圧力Ｈとによって外気を機内に流通させる。

【００４５】本実施の形態の主電動機の構造では、図１
４に示した従来例の主電動機の構造（Ａタイプ）の排気
口部と大気の圧力差ｈ_Aと同等の圧力を確保する場合の
通風ファン２１の発生圧力Ｈは、従来例の通風ファン１
１の発生圧力Ｈ_Aより大幅に小さくてもよく、そのた
め、本実施の形態の通風ファン２１の外径Ｄ′は大幅に
小径化できる。そして通風ファン２１の外径を小径化で
きることから、運転時の通風ファンの騒音も低減でき
る。

【００４６】なお、本実施の形態の主電動機の構造で
は、駆動側の塵埃加速ファン２２の騒音が発生するが、
塵埃加速ファン２２の発生圧力はＨ′と小さくてよいの
で、小径化と羽根の幅（回転面積）が小さく設定され、
発生する騒音は比較的小さくなる。同時に、塵埃加速フ
ァン２２の側面と外周面とはブラケット２０により覆わ
れているため、騒音が機外に漏れる量は少なく、通風フ
ァン２１と合わせた騒音の場合でも低騒音化が図れる。
また、通風ファン２１の羽根枚数と塵埃加速ファン２２
の羽根枚数とを異なったものとしたことにより、騒音ピ
ーク成分が分散され、いっそうの低騒音化が図れる。

【００４７】図４には、本実施の形態の主電動機と従来
例の主電動機の周波数分析結果を比較してある。図４
は、通風ファン（従来例、本実施の形態共に）の羽根枚
数は１７枚、塵埃加速ファン（本実施の形態）の羽根枚
数は２１枚の主電動機を毎分５０００回転で運転したと
きの比較である。本実施の形態の主電動機では、騒音周
波数は１４１７ヘルツと１７５０ヘルツとにピークが生
じるが、ピークレベルが低いこととピークが分かれてい
ることとにより、従来構造の主電動機の騒音よりも低騒
音となっていることが分かる。

【００４８】また、本実施の形態の主電動機の構造で
は、塵埃加速ファン２２の羽根２２ａの外径面とブラケ
ット２０の内壁との間隔Ｇ′が従来例の図１５に示した
Ｂタイプの主電動機における同部分の間隔Ｇより大きく
構成できるため、外気が反転通風路２０ｂで反転する際
に羽根２２ａの回転による影響を受けにくくなり、外気
の旋回反転運動が滑らかに行われ、分離された塵埃が撹
拌されて機内に流入する空気に混入するということがな
くなる。そのため、機内流入空気の清浄化性能が向上す
る。

【００４９】また、図３で示したように、塵埃加速ファ
ン２２の発生圧力はＨ′と小さくてよく、従来のＢタイ
プの主電動機の通風ファンの発生圧力Ｈ_Bより大幅に小
さくなっていることから、反転通風路２０ｂでの圧力損
失も減少し、前記のＧ′寸法の増大とあいまって反転通
風路２０ｂの空気の流れが整流化され、塵埃分離除去性
能のいっそうの向上が図れる。

【００５０】さらに、入気口２０ａより流入した外気に
混入している塵埃は、塵埃加速ファン２２の羽根２２ａ
の回転により加速されて外周側に送られるので、反転通
風路２０ｂでの遠心力による塵埃分離作用が有効に働
き、塵埃除去性能が高められる。

【００５１】本実施の形態の主電動機の構造での塵埃加
速ファン２２の圧力Ｈ′と通風ファン２１の圧力Ｈとの
分担比率を変化させて塵埃分離除去率を測定した結果が
図５に示してある。塵埃加速ファン２２の圧力分担率が
４０％付近で最も塵埃分離除去率が良くなり、３０％〜
６０％の範囲であれば、その効果が大きいという結果が
得られている。この結果から、羽根外周とブラケット内
壁との間の間隙Ｇ′による空気の流れと、羽根２２ａの
塵埃加速作用の大きさとが関係していることが分かる。

【００５２】加えて、本実施の形態の主電動機の構造で
は、反駆動側の通風ファン２１の外周面より冷却風が円
周方向に排出されるため、温度が高くなった冷却風が軸
受支持部材に当たることがなく、排風による軸受部の温
度上昇を生じることがない。そのため、従来のように軸
受潤滑グリースの劣化による交換周期を早める必要がな
くなる。

【００５３】次に、本発明の第２の実施の形態の鉄道車
両用駆動電動機について、図６及び図７を用いて説明す
る。この実施の形態の場合、駆動側のローターのシャフ
ト６に塵埃加速ファン２２を取り付け、この塵埃加速フ
ァン２２の羽根部分を覆うようにブラケット２３の壁を
形成している。ブラケット２３の機内側に、塵埃加速フ
ァン２２の外周部分を取り囲むように反転通風路２３ｂ
を形成し、この反転通風路２３ｂの外周側の一部に仕切
り２３ｃとブラケット２３の内壁とによって囲まれた塵
埃進入路２３ｅを形成している。この塵埃進入路２３ｅ
の中央部に回転方向に対して斜めに設けたガイド２３ｄ
によって塵埃進入路２３ｅを二分させている。二分され
た塵埃進入路２３ｅは回転方向に対称な形状をなし、各
々の一端は反転通風路２３ｂの外周部に広く開口し、奥
に行く程に次第に狭くなり、また奥に機外に通じる塵埃
排出口２３ｆを設けてある。なお、その他の構成につい
ては、図１及び図２に示した第１の実施の形態と共通す
る。

【００５４】この第２の実施の形態の鉄道車両用駆動電
動機では、入気口２３ａから吸引された外気は反転通風
路２３ｂで反転される。この反転する際に、外周側に分
離されてブラケット２３の内壁に沿って回転方向に移動
している塵埃が、広く開口している塵埃進入路２３ｅに
入りやすくなる。そして、この塵埃進入路２３ｅ位に進
入した塵埃は、直ちに排出口２３ｆより機外に排出され
る。そのため、反転通風路２３ｂで分離された塵埃が機
内を流通する空気に再混入して機内に進入することがな
くなり、塵埃分離除去性能がさらに向上する。

【００５５】さらに、鉄道車両用駆動電動機は順逆両回
転方向で運転されるが、本実施の形態の構造にすること
により、回転方向が逆になった場合でも、塵埃進入路２
３ｅは回転方向に対して対称に構成されているので、同
様の作用により分離した塵埃を機外に効果的に排出する
ことができる。

【００５６】次に、図８及び図９を用いて、本発明の第
３の実施の形態の鉄道車両用駆動電動機について説明す
る。第３の実施の形態の主電動機の構造は、塵埃加速フ
ァン２２の外周部に、ブラケット２４の内壁とガイド２
４ｃとによって反転通風路２４ｂを形成すると共に、こ
の反転通風路２４ｂの外周側に全周にわたり導入溝２４
ｄを形成し、この導入溝２４ｄの奥に機外に通じる塵埃
排出口２４ｅ形成したことを特徴としている。なお、そ
の他の部分の構造は、第１の実施の形態と共通する。

【００５７】この第３の実施の形態の主電動機の場合、
入気口２４ａから吸引される外気から塵埃が反転通風路
２４ｂにおいて分離され、全周にわたって開口している
導入溝２４ｄに押し込められ、導入溝２４ｄ内を回転方
向に移動して排出口２４ｅより機外に排出される。この
導入溝２４ｄ内には、開口側より反転外気の圧力が常に
作用しているので、導入溝２４ｄ内に進入した塵埃は、
反転通風路２４ｂ側に逆戻りすることなく、効果的に機
外に排出される。

【００５８】これにより、第３の実施の形態の鉄道車両
用駆動電動機にあっても、第２の実施の形態と同様に反
転通風路２４ｂで分離された塵埃が機内を流通する空気
に再混入して機内に進入することがなくなり、塵埃分離
除去性能がさらに向上する。

【００５９】次に、本発明の第４の実施の形態の鉄道車
両用駆動電動機について、図１０を用いて説明する。第
４の実施の形態の主電動機の反駆動側の構造は、通風フ
ァン２６の主板２６ａの外周面に一定の回転方向全周に
わたる間隙を形成するために、フレーム２５の側壁内面
にフランジ２５ｃを設け、このフランジ２５ｃと通風フ
ァン２６の背面とハウジング３、軸受５等の軸受支持部
材とに囲まれた回転方向全周にわたる機内空間を形成
し、この機内空間をフレーム２５に設けた入気穴２５ｂ
によって機外に連通させると同時に通風ファン２６の内
周側に設けた通気穴２６ｂ及び通気溝２６ｃによって通
風ファン２６の羽根内周部の近傍の機内空間に連通させ
てある。

【００６０】この実施の形態の主電動機では、通風ファ
ン２６の回転に伴い、外気は入気穴２５ｂより軸受支持
部材の外周上の空間に進入し、通気穴２６ｂ、通気溝２
６ｃを経て通風ファン２６の羽根内周部に吸引され、機
内の排風と共に排気口２５ａより機外に排出される。こ
の空気の流通により、軸受支持部材は冷却され、軸受５
の部分の温度上昇はいっそう抑制される。

【００６１】このようにして、第４の実施の形態の鉄道
車両用駆動電動機では、通風ファン２６の存在により機
内の排気が軸受支持部材に当たらない構造となっている
が、さらに上記の構造を持たせることにより反駆動側の
軸受支持部材の温度上昇抑制効果をいっそう向上させる
ことができ、潤滑グリースの交換周期をさらに延ばすこ
とが可能になる。

【００６２】次に、本発明の第５の実施の形態の鉄道車
両用駆動電動機について、図１１を用いて説明する。第
５の実施の形態の主電動機の反駆動側の構造は、通風フ
ァン２８の主板２８ａに対向するように、フレーム２７
の側壁内面にガイド２７ｄを設け、通風ファン２８の背
面とハウジング３、軸受５等の軸受支持部材とガイド２
７ｄとに囲まれた回転方向全周にわたる機内空間を形成
し、この機内空間内を入気穴２７ｂと排気穴２７ｃとに
より機外に連通させたものである。また、通風ファン２
８の主板２８ａの背面にフィン２８ｂを多数設けてい
る。なお、その他の構成は、図１に示した第１の実施の
形態と共通する。

【００６３】第５の実施の形態の鉄道車両用駆動電動機
では、運転時の通風ファン２８の回転によるフィン２８
ｂのファン作用により外気が入気穴２７ｂより機内空間
内に流入し、排気穴２７ｃより排出される。この外気の
流通により、軸受支持部材は冷却され、軸受５の部分の
温度上昇が抑制される。

【００６４】このようにして、第５の実施の形態の鉄道
車両用駆動電動機では、通風ファン２８の存在により機
内の排気がフレーム２７の排気口２７ａから機外に排出
され、軸受支持部材に当たらない構造となっているが、
さらに上記の構造を持たせることにより反駆動側の軸受
支持部材の温度上昇抑制効果をいっそう向上させること
ができ、潤滑グリースの交換寿命をさらに延ばすことが
可能になる。

【００６５】次に、本発明の第６の実施の形態につい
て、図１２を用いて説明する。通風冷却を行っている主
電動機の場合は、排風側の機内各部の温度は入気側に比
べて高くなる傾向にある。機内に流入した外気が機内通
過中に熱を奪って温度上昇し、排出側での冷却効果が低
下するためである。特に、従来例の図１５に示したＢタ
イプの構造の場合、排風側に位置するステータコイル７
の鉄心より外に張り出しているステータコイルエンド部
分は、温度上昇した排風が通過するためにこの傾向が著
しく、この部分の温度上昇の制限により電動機の容量を
増大することができなくなる傾向にある。

【００６６】ところが、上述した本発明の実施の形態の
構造では、通風ファン２１により排風を排気口１９ａよ
り集中させて排出するため、ステータコイルエンド部１
０ａに直接排風が当たることがなくなり、排風側ステー
タコイルエンド部の温度上昇を抑制する効果があるが、
図１２に示した第６の実施の形態の構造にすることによ
り、排風側のステータコイルエンド部分の温度上昇をよ
りいっそう抑制することができる。

【００６７】図１２に示した第６の実施の形態の鉄道車
両用駆動電動機の構造は、フレーム２９の内周面に仕切
り板３０を設け、この仕切り板３０の先端を通風ファン
２１の案内板２１ａの外周に近接させ、また、フレーム
２９の側板に形成した排風口２９ａによって通風ファン
２１の外周部の回転方向全周にわたる空間を機外と連通
させたものである。なお、その他の構成は図１に示した
第１の実施の形態と共通する。

【００６８】このような構造にすることにより、第６の
実施の形態の主電動機では、ステータ鉄心９とローター
鉄心７との間の回転方向全周にわたる間隙を流通してき
た冷却風が排風側のステータコイルエンド部１０ａを流
通してそれを冷却した後に通風ファン２１の羽根内周部
に進入し、この通風ファン２１の外周部の空間を経て排
気口２９ａから機外に排出される。

【００６９】これにより、第６の実施の形態によれば、
ステータコイルエンド部１０ａは、冷却風が常に流通す
るので冷却がよく行われると同時に、ローター鉄心７の
通風穴７ａを流通して温度上昇した排風が、コイルエン
ド部１０ａに当たることなく排風口２９ａより機外に排
出されるため、排風側のステータコイルエンド部分の温
度上昇をいっそう効果的に抑制することができる。ま
た、ステータコイルエンド部１０ａの温度上昇を抑える
ことができるため、全体の通風量を従来より少なく設定
することができ、その分通風ファン及び塵埃加速ファン
の発生圧力をさらに小さくすることができ、さらなる低
騒音化や、塵埃分離除去性能の向上が図れる。

【００７０】次に、本発明の第７の実施の形態の鉄道車
両用駆動電動機について、図１３を用いて説明する。第
７の実施の形態の構造は、フレーム３１の外周側の一部
にバイパスダクト３２を設け、このバイパスダクト３２
内を連通穴３１ａ，３１ｂにより入気側機内空間と排気
側機内空間とに連通させ、さらに、第６の実施の形態で
採用したものと同様の仕切り板３０によって機内空間と
通風ファン２１の外周部の空間と仕切り、通風ファン２
１の外周部空間をフレーム３１の側壁に形成した排気口
３１ｃによって機外に連通させたものである。

【００７１】この第７の実施の形態の主電動機の構造で
は、入気側から取り入れた冷却風の一部をバイパスダク
ト３２内を流通させて排風側コイルエンド部１０ａの外
周空間に流入させることができる。この結果、温度上昇
のない冷たい冷却風が排風側のステータコイルエンド部
１０ａに直接流入して流通するため、排風側コイルエン
ド部１０ａの温度上昇をより効果的に抑制することがで
きる。さらに、排風側ローターバー８の温度上昇をも抑
制することができる。この結果、第６の実施の形態と同
様、全体の通風量を従来より少なく設定することがで
き、その分通風ファン及び塵埃加速ファンの発生圧力を
さらに小さくすることができ、さらなる低騒音化や、塵
埃分離除去性能の向上が図れる。

【００７２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、通風フ
ァンと塵埃加速ファンとの併用により通風冷却を行う構
造としたことにより、主電動機の騒音を低減することが
できる。また、塵埃加速ファンの羽根外径が小径化する
ことにより、反転通風路の整流化を図ることができ、外
気の塵埃分離除去性能を向上させることができ、この結
果として、通風ろ過器（フィルタ）が不要となり、保守
の省力化を図ることができ、同時に塵埃による機内の汚
損を防ぐことができるので分解掃除のような保守をほと
んど不要とすることができる。

【００７３】また、駆動側軸受支持部材の温度上昇を抑
制することにより、潤滑グリースの早期交換を防ぐこと
ができ、さらには積極的に軸受支持部材の温度を低減す
ることができるため、潤滑グリースの交換寿命を伸ば
し、保守の省力化を図ることができる。

【００７４】またさらに、排風側のステータコイルエン
ド部やローターバー部分が局部的に過大に温度上昇する
のを防ぎ、温度上昇を平準化することができ、このた
め、全体の通風量を従来より少なく設定することがで
き、その分通風ファン及び塵埃加速ファンの発生圧力を
さらに小さくすることができ、さらなる低騒音化や、塵
埃分離除去性能の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の断面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【図３】上記の実施の形態の運転時の空気圧力分布を示
す説明図。

【図４】上記の実施の形態の騒音特性を従来例のものと
比較したグラフ。

【図５】上記の実施の形態における塵埃加速ファンの圧
力分担率と塵埃分離除去能力との関係を示すグラフ。

【図６】本発明の第２の実施の形態の駆動側部分の断面
図。

【図７】図７におけるＢ−Ｂ線断面図及びＣ部拡大図。

【図８】本発明の第３の実施の形態の駆動側部分の断面
図。

【図９】図８におけるＤ−Ｄ線断面図。

【図１０】本発明の第４の実施の形態の反駆動側部分の
断面図。

【図１１】本発明の第５の実施の形態の反駆動側部分の
断面図。

【図１２】本発明の第６の実施の形態の反駆動側部分の
断面図。

【図１３】本発明の第７の実施の形態の断面図。

【図１４】従来例のAタイプの主電動機の断面図。

【図１５】従来例のBタイプの主電動機の断面図。

【図１６】従来例のＡタイプ、Ｂタイプの主電動機の空
気圧力分布を示す説明図。

【符号の説明】

３ハウジング４軸受５軸受６シャフト７ローター鉄心７ａ通風穴８ローターバー９ステータ鉄心１０ステータコイル１０ａステータコイルエンド部１９フレーム２０ブラケット２０ａ入気口２０ｂ反転通風路２０ｃ塵埃排出穴２１通風ファン２２塵埃加速ファン２３ブラケット２３ｂ反転通風路２３ｅ塵埃進入路２３ｆ塵埃排出口２４ブラケット２４ａ入気口２４ｂ反転通風路２４ｃガイド２４ｄ導入溝２４ｅ塵埃排出口２５フレーム２５ａ排気口２５ｂ入気穴２５ｃフランジ２６通風ファン２６ａ主板２６ｂ通気穴２６ｃ通気溝２７フレーム２７ａ排気口２７ｂ入気穴２７ｃ排気穴２８通風ファン２８ａ主板２８ｂフィン２９フレーム２９ａ排気口３０仕切り板３１フレーム３１ａ連通口３１ｂ連通口３１ｃ排気口３２バイパスダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木下力東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内 (72)発明者白石茂智東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内 (72)発明者松浦忠東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内Ｆターム(参考） 5H605 AA01 AA03 AA05 BB05 BB10 CC01 CC02 DD07 DD09 DD11 DD16 DD31 EB10 EB12 5H609 BB02 BB05 BB18 PP02 PP06 PP07 PP09 QQ02 QQ12 RR03 RR07 RR10 RR11 RR16 RR20 RR21 RR23 RR24 RR27 RR32 RR39 RR40 RR42 RR43 RR44 RR69 RR73 SS04 SS12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のフレームの軸方向中央部の内周
面に円筒状のステータ鉄心を有し、このステータス鉄心
の内周部に設けられた複数の軸方向の溝各々の中にステ
ータコイルを配し、前記フレームの両端部にブラケット
とハウジングを支持し、前記ブラケットとハウジングと
の各々に取り付けられた軸受によってローターのシャフ
トの両端部を回転自在に支持し、前記シャフトの軸方向
中央部にローター鉄心を有し、このローター鉄心の外周
部に設けられた複数の軸方向の溝各々の中にローターバ
ーを配し、前記ローターのシャフトに通風ファンを取り
付け、運転時に当該通風ファンの回転により外気を機内
に導入して、ローター鉄心内に設けられた通風穴及び前
記ローター鉄心の外周面とステータ鉄心の内周面との間
に形成された間隙に前記に導入外気を流通させて冷却を
行う自己通風冷却型の鉄道車両用駆動電動機において、反駆動側機内のローターシャフト上に固定された通風フ
ァンと、駆動側機内のローターシャフト上に固定された
塵埃加速ファンとを有し、前記塵埃加速ファンの羽根部
を覆うようにブラケットを設け、前記ブラケットの塵埃
加速ファンの羽根位置より内径側に位置する壁面に複数
個の入気口を設け、前記塵埃加速ファンの外周部に取り
入れ外気を反転させて機内に導入する反転通風路を形成
し、前記反転通風路の外周側に当たるブラケット壁面に
機外に通じる塵埃排出口を設けたことを特徴とする鉄道
車両用駆動電動機。
【請求項２】前記塵埃加速ファンの発生圧力を、前記
通風ファンの発生圧力を含めた全体の圧力の３０％から
６０％の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１に
記載の鉄道車両用駆動電動機。
【請求項３】前記通風ファンの羽根枚数と塵埃加速フ
ァンの羽根枚数とを異なる枚数としたことを特徴とする
請求項１に記載の鉄道車両用駆動電動機。
【請求項４】前記塵埃加速ファンの外周部に形成され
た反転通風路の外周側の一部に仕切りを設け、当該仕切
りと前記ブラケットの内壁面とによって回転方向に伸び
る塵埃進入路を形成し、当該塵埃進入路は、中央部に斜
めに設けられたガイドにより二分され、この二分された
塵埃進入路の一方は、前記反転通風路に広く開口し、二
分された塵埃進入路各々の奥側に機外に通じる塵埃排出
口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両
用駆動電動機。
【請求項５】前記塵埃加速ファンの外周部に形成され
た反転通風路の外周側の壁面に、その全周にわたって導
入溝を設け、この導入溝の奥側に機外に通じる塵埃排出
口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両
用駆動電動機。
【請求項６】固定子部材に仕切りを設けて、この仕切
りを前記通風ファンの主板の外周面に対して接近させ、
この仕切りと前記通風ファンの主板の背面と軸受支持部
材とによって回転方向全周にわたる空間を囲繞し、この
空間を前記通風ファンの内径側に設けられた通し穴によ
り通風ファンの羽根外周部と連通させると共に、前記フ
レーム又は軸受支持部材に設けられた入気穴により機外
に連通させ、前記回転方向全周にわたる空間に外気を導
入し流通させることを特徴とする請求項１に記載の鉄道
車両用駆動電動機。
【請求項７】固定子部材にガイドを設けて、このガイ
ドを前記通風ファンの主板の外周面に対して接近させ、
この仕切りと前記通風ファンの主板の背面と軸受支持部
材とによって回転方向全周にわたる空間を囲繞し、この
空間を前記フレームおよび軸受支持部材に設けられた複
数の連通穴により機外に連通させ、前記通風ファンの主
板の背面に多数のフィンを設け、前記回転方向全周にわ
たる空間内に外気を導入し流通させることを特徴とする
請求項１に記載の鉄道車両用駆動電動機。
【請求項８】反駆動側フレームに仕切り板を設けて、
この仕切り板を前記通風ファンの補助板の外周面に対し
て接近させ、この仕切り板によって機内空間と前記通風
ファンの外周部空間とを区分し、前記通風ファンの外周
部空間を前記フレームに設けられた排気口により機外に
連通させたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両
用駆動電動機。
【請求項９】前記フレームの外周部にバイパスダクト
を設け当該バイパスダクト内の両端側を前記フレームに
設けられた通気口により駆動側のステータコイルエンド
外周部の機内空間と反駆動側のステータコイルエンド外
周部の機内空間とに各々連通させたことを特徴とする請
求項８に記載の鉄道車両用駆動電動機。