JP2005312242A - 車両用主電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行時に跳上げられる異物等が排気口から内部へ飛び込むようになるのを阻止すると共に排気の吐出効率及び騒音の低減を図る。
【解決手段】 主軸１１に固定されたファン１５の回転によって外気取入口３１から主電動機本体３内へ外気を取入れ、取入れた外気を外へ排出する排気口３３を、地表面へ向けて吹出すよう前記主電動機本体３の底部に開口し、その開口中央領域に設けられた整流部３７によって走行方向に対して前後に開口する形状とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は新幹線等に適する車両用主電動機に関する。

一般に車両等の主電動機にあっては、主電動機本体内にロータシャフトとなる主軸に装着されたロータと、そのロータの外周を取囲むステータが設けられ、前記ステータに電力が供給されることで、ロータが回転し主軸を介して車輪に回転動力が与えられるようになっている。

この運転時において、主電動機本体内では熱が発生するところから、主軸に取付けられたファンの回転によって内部へ冷却風となる外気を取入れ、取入れた外気を外へ排出することで主電動機本体内部の冷却を行なっている。

排気口は、主電動機本体の側方に複数設けられ、その排気口から空気が強制的に吹出される。この時、排気口からは風切音が発生し、その風切音は騒音となって拡散される。

特に、近年は車両の高速化にともない主電動機の高回転化、小型軽量化の要求が強い中では排気風も強くなり騒音がより一層拡大する恐れがあるため、低騒音化の要求が望まれていたものである。

このために少しでも騒音の低減を図るために排気口を下方へ向けて開口し、地表面へ向けて外気を吹出すことで、騒音の拡散が防止できる低騒音化を図った車両用主電動機が提案されている。
特開２００２−２６２５１４号公報 特開平１１−２５５１１９号公報

排気口を下方へ向けて開口する手段にあっては、騒音を小さく抑える低騒音化の面では評価できるが、反面、次のような問題をかかえる。

即ち、下向きに開口する排気口は、排気風を下方へ向け吹き出すところから、走行時に例えば、小石や雪の塊等を蹴上げるようになる。また、排気口の下方を速い走行風が流れるために、その走行風に排気風がぶつかることで、排気風の流れが妨げられる問題を有する。

前者にあっては、開口面積を一箇所に集中させるために排気口の開口面積が大きくなり、蹴上げられた小石や雪の塊等が飛び込み易く、場合によっては内部の機器に損傷を与えかねない。

後者にあっては、排気風が排気口全領域にわたって排気されるために走行風との抵抗も大きくなり排気の流れが妨げられる通風ヘッドロスの増加につながる。

そこで、本発明は、排気風の流れを分析して、下向きに開口する排気口を工夫することで前記問題点の解消を図った車両用主電動機を提供することを目的としている。

本発明は、主電動本体内に配置され、軸受によって回転自在に支持された主軸に対して一体に固定支持されたロータと、前記主電動機本体側に固定支持され前記ロータを取囲むステータと、外気取入口から前記主電動機本体内に外気を取入れる外気取入れ手段と前記外気取入口からの外気を外へ排出する排気口とを有し、前記排気口は、地表面へ向けて吹出すよう前記主電動機本体の底部に開口し、その開口中央領域に設けられた整流部により少なくとも走行方向に対して前後に開口していることを特徴とする。

本発明の主電動機によれば、主電動機本体内に取入れられた外気は前後の排気口から地表面へ向けて効率よく排気を行なうことができる。また、排気口に沿って高速の走行風が流れても排気風は風下側となる排気口から多く排出されることで走行風との干渉が小さくて済み通風ヘッドロスが小さく抑えられる。

また、小石や雪の塊等の異物が跳上げられても整流部によって内部へ飛び込むようになるのを阻止することができる。

第１には、前後に開口した前記排気口と排気口との間に、その排気口の開口幅より狭い前後に長い排気開口を設け、排気口と排気口の間からも排気が行えるようにする一方、その排気開口からの小石等の飛び込みを阻止する。

第２には前記前後の排気口に、その排気口へ向かう走行風の流れの影響を小さく抑えることができるように走行時の前方からの走行風の一部を上方へ向けて誘導する分岐誘導部を備えるようにする。

第３には、前記整流部を、走行時の前方からの走行風が排気口から離れるよう下方へ向かって流れるように前記排気口より下方に突出させる。

第４には、前記排気口より下方に突出した前記整流部の前後を高速走行時の走行抵抗を低減するアール面とする。

第５には、前記外気取入れ手段を、前記主軸に固着されたファンで構成する一方、ファンを取囲む主電動機本体の内周壁面を、前記ファンを軸心方向から見てそのファンの回転軌跡と上面との隙間が一番狭く、以下中心軸線を挟んで対称に隙間が排気口へ向かって順次拡大していく末広がり状の断面下向きＵ字状とする。

図１はこの発明にかかる車両用の主電動機の要部を示した概要断面図。図２は排気口を下方から見た概要説明図。

図３は主電動機の概要断面図の一例をそれぞれ示している。

主電動機１は主電動機本体３を構成する円筒状のフレーム５を有し、このフレーム５の一側はブラケット７が取付けられている。フレーム５の中央部位には軸受９，９によってロータリシャフトとなる主軸１１の両端部が回転自在に支持され、一方の軸端１１ａはブラケット７から外方へ突出している。

主軸１１にはロータ鉄心１３と外気取入れ手段となるファン１５とが固定支持され、ロータ鉄心１３の両側は鉄心押え１７によって固定支持されている。

ロータ鉄心１３の周方向となる外周面にはロータバー１９が埋め込まれている。ロータバー１９の両端部はロータ鉄心１３より外方へ突出し、その突出部分はエンドリング２１で一体に接続結合されることで誘導電動機のかご形ロータタイプとなっている。また、ロータ鉄心１３は軸方向に貫通した複数の通風孔２３を有している。

なお、主電動機１は誘導電動機となっているが、同期電動機、磁石モータ、リラクタンスモータ等のタイプであってもよい。

ロータ鉄心１３の外周面は、ステータとなるステータ鉄心２５が取囲むように配置され、フレーム５の内周面に固定支持されている。ステータ鉄心２５にはステータコイル２６が収納され、このステータコイル２６のコイルエンド部はステータ鉄心２５の両側に張り出している。

ステータ鉄心２５の内周面とロータ鉄心１３の外周面との間には所定の隙間２７が形成され、前記通風孔２３と併せて軸方向に沿って冷却風となる空気が流れるようになっている。

一方、主軸１１及びファン１５は、前記ステータ鉄心２５に電力が供給されることでロータ鉄心１３が回転しそのロータ鉄心１３によって回転動力が与えられるようになっている。

ファン１５が配置された主電動機本体３の内周壁面２９は、図１に示すように前記ファン１５を軸心方向から見てそのファン１５の回転軌跡上面との隙間ｄが一番狭く、以下、中心軸線Ｘを挟んで対称に隙間ｄ１，ｄ２が下方へ向かって順次拡大していくｄ＜ｄ１＜ｄ２末広がり状の断面下向きＵ字状となっていて、前記ファン１５の回転時に内周壁面２９に沿って外気が効率よく下方へ向かって流れるようになっている。

断面下向きＵ字状に形成された底面は、外気取入口３１から取入れた冷却風となる外気を外へ排出する排気口３３となっている。

外気取入口３１は、主電動機本体３の一方の片側上方に設けられ、ダクトを介して車体（いずれも図示していない）内から外気が取入れられるようになっている。

排気口３３は、その開口中央領域に設けられた整流部３７を挟んで走行方向に対し前後に開口し、一方は第１の排気口３３ａ、他方は第２の排気口３３ｂとなっている。第１、第２の排気口３３ａ，３３ｂは、例えば、図１において実線矢印の如く右に走行する場合には第１の排気口３３ａが前方排気口、第２の排気口３３ｂが後方排気口となる。

また、鎖線矢印の如く左に走行する場合には第２の排気口３３ｂが前方排気口、第１の排気口３３ａが後方排気口となり、前進及び後退走行時に前方、又は後方に位置する位置関係によって変化するようになっている。

前後の第１、第２の排気口３３ａ，３３ｂは、図示していないが、排気抵抗とならない程度の開口形状とすることが望ましい。また、走行時に前方からの走行風の一部を上方へ向けて誘導する分岐誘導部３９を備えるようにすることが望ましい。

分岐誘導部３９は、この実施形態では図１に示すように三角形状の別部材をフレーム５に後付けすることで形成されているがフレーム５と一体形状としてもよい。

これにより例えば、走行時に前方排気口となる第１の排気口３３ａの下方を流れる走行風の流れの影響が小さくなることで、その排気口３３ｂからの排気風の流れが妨げられるのが小さく抑えられるようになっている。

整流部３７は、排気口３３のほぼ開口中央領域に設けられており、図４はその理由を示す実験データを示したものである。即ち、時速３６０Ｋｍの時に、下方の排気口３３から排出される外気の流れを解析すると、右時計方向となる矢印方向にファン１５が回転した際に、前方と特に後方領域に多く流れ、開口中央部位は鎖線で示すようデットスペースＳになっていることが実験の結果わかったものである。

したがって、このデットスペースＳ領域に整流部３７を配置しても排気口３３からの排気風量に何等悪影響を与えることなく排気することが可能となる。しかも、その整流部３７は、開口中央領域を塞ぐようになるため、その分、排気口３３の開口面積が小さくなり走行時に跳上げられる小石や雪の塊等の異物の飛び込みを阻止する阻止手段として作用するようになる。

また、このデットスペースＳ領域は、車両が高速で走行すると負圧領域となって走行風を取り込み、排気風の流れを妨げる通風ヘッドロスを招く渦流発生領域となるが、その発生領域は塞がれることで渦流の発生を防ぐ渦流発生阻止手段としての作用も併せて確保されるようになっている。

整流部３７は、独立して形成され上面が前記ファンの回転軌跡に沿った円弧面４１となっていて下部は排気口３３から下方に突出している。円弧面４１は図１に示すように外気をファン１５の回転軌跡に沿って矢印のように循環誘導する誘導案内面となっている。排気口３３から下方へ突出した整流部３７の突出部分は、前後が高速走行時の走行抵抗を低減するアール面３７ａ，３７ｂとなっている。これにより、前方からの走行風を例えば、図１において後方排気口となる第２の排気口３３ｂから離れるように流す整流機能を備えている。

したがって、例えば、後方排気口となる第２の排気口３３ｂから外気が吹出される時に走行風による影響が小さく抑えられ効率よく吹出すことが可能となっている。

なお、整流部３７は独立して形成された形状となっているが主電動機本体３となるフレーム５と一体構造としてもよい。

このように構成された主電動機１は、図４に示すように上下の取付腕部４３により車体を支持する台車４５の梁４７に設けられた取付座４９に固定支持される。

主電動機本体３から外方へ突出した主軸１１の軸端部１１ａは継手５１を介して歯車装置５３と接続している。歯車装置５３は前記主軸１１からの回転動力を車軸５５へ伝達するギヤ（図示していない）が内蔵されている。

車軸５５は、軸受５７により前記台車４５に回転自在に両端支持されると共にレール５９上を走行する車輪６１，６１を有する構造となっている。

したがって、主電動機１の運転によりその回転動力は、主軸１１、継手５１、歯車装置５３から車軸５５を介して車輪６１へ伝達されるようになる。この運転時において前記主軸１１と一緒にファン１５が回転することで、外気取入口３１から取入れられた外気はロータバ１９、軸受９、ステータコイル２６及び潤滑用のグリース等を含む内部を冷却し、前後の排気口３３ａ、３３ｂから地表面へ向けて吹出される。

この時、走行風の流れは分岐誘導部３９及び排気口３３から下方へ突出した整流部３７によって走行風の流れの影響を小さく抑えることが可能となるため、排気風の流れの妨げは起こらず効率の良い排気状態が得られるため、大きな通風ヘッドロスにつながることはない。

また、整流部３７によって排気口３３全体の開口面積を小さくすることが可能となり、走行中に小石や雪の塊等の異物が跳上げられても内部への異物の飛び込みが抑えられる。

なお、排気口３３は、整流部３７によって前後に開口する手段となっているが、図６に示すように整流部３７に、前記排気口３３の開口幅より狭い前後に長い排気開口６３を設け、前後の排気口３３ａと３３ｂとを連通し、小石等の異物の飛び込みを阻止しながら前後の排気口３３ａと排気口３３ｂとの間からも排気することも可能である。この場合、排気開口６３は必ずしも前後の排気口３３ａ、３３ｂと連通してなくても良い。また、この排気開口６３を含めて前記第１，第２の排気口３３ａ，３３ｂに、排気抵抗とならない金網等を設けることで、内部への異物の飛び込みを確実に阻止することが可能となる。

また、この実施形態では、外気取入れ手段を主軸１１に装着されたファン１５となっているが、ファンにかえて前記外気取入口３１に接続された送風機（図示していない）であってもよい。

この発明にかかる車両用主電動機の要部を示したもので図３のＡ−Ａ線からみた概要断面図。 排気口を下から見た概要説明図。 車両用主電動機の概要断面図。 主電動機を台車に取付けた状態の概要平面図。 下部の排気口から地表面へ向かって排出される外気の排気状態を示した概要説明図。 前後の排気口と排気口との間に、排気を吹出す排気開口を設けた概要平面図。

符号の説明

３…主電動機本体
９…軸受
１１…主軸
１３…ロータ
２５…ステータ
３１…外気取入口
３３…排気口
３７…整流部
３７ａ，３７ｂ…アール面
３９…分岐誘導部

Claims (6)

1. 主電動機本体内に配置され、軸受によって回転自在に支持された主軸に対して一体に固定支持されたロータと、前記主電動機本体側に固定支持され前記ロータを取囲むステータと、外気取入口から前記主電動機本体内に外気を取入れる外気取入れ手段と前記外気取入口からの外気を外へ排出する排気口とを有し、前記排気口は、地表面へ向けて吹出すよう前記主電動機本体の底部に開口し、その開口中央領域に設けられた整流部により少なくとも走行方向に対して前後に開口していることを特徴とする車両用主電動機。
2. 前後に開口した前記排気口と排気口との間には、その排気口の開口幅より狭い前後に長い排気開口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用主電動機。
3. 前記前後の排気口は、走行時に前方からの走行風の一部を上方へ向けて誘導する分岐誘導部を備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用主電動機。
4. 前記整流部は、走行時に前方からの走行風が下方へ向かって流れるよう前記排気口より下方に突出していることを特徴とする請求項１記載の車両用主電動機。
5. 前記排気口より下方に突出した前記整流部の前後は、高速走行時の走行抵抗を低減するアール面となっていることを特徴とする請求項３記載の車両用主電動機。
6. 前記外気取入れ手段は、前記主軸に固着されたファンで構成される一方、前記ファンを取囲む主電動機本体の内周壁面は、前記ファンを軸心方向から見てそのファンの回転軌跡上面との隙間が一番狭く、以下、中心軸線を挟んで対称に隙間が排気口へ向かって順次拡大していく末広がり状の断面下向きＵ字状となっていることを特徴とする請求項１記載の車両用主電動機。