JP2006005990A - 車両駆動用電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 機内に冷却のため流通させる外気に混入している不純物を十分に除去できるようにし、長期間運転しても機内の汚損が発生しにくく、分解保守の周期を長くすることができる車両駆動用電動機を提供する。
【解決手段】 反駆動側においてフレーム２の内周部に沿って外気を周回させる旋回風道２２を設け、この旋回風道の一端側を外気取入口２３を介して機外に連通させ、旋回風道の他端側を駆動側の機内空間に連通させ、フレームの外周部に集塵風道２６を設け、この集塵風道の一端側をフレームに設けた集塵口２７を介して旋回風道における機内空間との連通部の近傍に連通させ、集塵風道の他端側をフレームに設けた吸引口２８を介して駆動側の機内空間に連通させたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鉄道等の車両を駆動するための車両駆動用電動機に関する。

一般に、鉄道車両等では、車体の床下に配置された台車に車両駆動用電動機を装荷し、この電動機の回転力を駆動歯車装置を介して車輪に伝達して車両を走行させるようにしている。図１０、１１は従来のこの種の車両駆動用電動機の一例を示しており、図１０は側面図、図１１は図１０のＣ−Ｃ線断面図である。

この車両駆動用電動機１では、円筒状のフレーム２の長手方向中央部の内周面に円筒状のステータ鉄心３を取り付けてあり、このステータ鉄心３の内周部に設けた複数の長手方向の溝にそれぞれステータコイル４を同一円周上にわたって収納しており、このステータコイル４の端部はステータ鉄心３の両側に張り出している。

フレーム２の長手方向の両端部にはそれぞれ固定子部材としてのブラケット５とハウジング６を取り付けてあり、これらブラケット５とハウジング６にそれぞれ内蔵した軸受７、８によりロータシャフト９の両端を支持している。ロータシャフト９の中央部には円筒状のロータ鉄心１０を取り付けてあり、このロータ鉄心１０の外周部に設けた複数の長手方向の溝にはそれぞれロータバー１１を同一円周上にわたって収納しており、ロータ鉄心１０の内径側には複数の長手方向に貫通した通風穴１０ａを設けてある。

ロータシャフト９の駆動側で且つロータ鉄心１０の端部の位置には通風ファン１２を取り付けてある。ロータシャフト９の駆動側端部９ａは機外に張り出し、継手が接続できる構造となっており、反駆動側の端部９ｂには速度検出用の歯切板１３を取り付けてある。そして、この歯切板１３の外周部に対向して速度センサ１４を設けてある。フレーム２の反駆動側の上部には開口２ａを設けてあり、この開口２ａを覆うように通風濾過器１５を設けてある。そして、ブラケット５における通風ファン１２の外周部に対向する部位に排気口５ａを設けてある。

以上の構成の電動機１は、フレーム２の外周部に設けた取付腕部２ｂ、２ｃを台車枠１６にボルトで締め付けることにより固定してある。車両駆動用電動機１の回転力はロータシャフト９の駆動側端部９ａより継手を介して駆動歯車装置１７内の小歯車１７ａに伝達され、さらに大歯車１７ｂを介して車軸１８に伝達されて車輪１９を回転させ、車両を走行させる。なお、２０は車輪を案内するレールである。

電動機１の運転時は、ステータコイル４、ロータバー１１が発熱するため、外気を電動機１内に流通させて冷却し、所定温度以上に上昇するのを防いでいる。電動機１の機内における外気の流通は、運転時のロータシャフト９の回転による通風ファン１２の回転により行い、外気を反駆動側の通風濾過器１５を介して機内に吸引し、駆動側のブラケット５の排気口５ａより排出する。外気を機内に流通させる場合、外気に混入している塵埃等の不純物が機内各部に付着して絶縁性が劣化したり冷却性が低下するのを防ぐため、通風濾過器１５で不純物を除去するようにしている。

この車両駆動用電動機１では、通風濾過器１５内に流入した外気を旋回させて遠心力で不純物を分離除去し、清浄化した外気を機内に取り入れるようにしているが、通風濾過器１５内では外気中の不純物を完全に分離除去するのが難しく、除去されない不純物が外気と共に機内に流入する。

この不純物が次第に機内各部に付着堆積すると、外気による冷却性を低下させ、温度上昇やコイルの絶縁性の劣化が生じるようになるため、電動機を早期に分解して清掃及び手入れを行う必要があった。

本発明は、機内に冷却のため流通させる外気に混入している不純物を十分に除去できるようにし、長期間運転しても機内の汚損が発生しにくく、分解保守の周期を長くすることができる車両駆動用電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、円筒状のフレームの長手方向中央部の内周面に円筒状のステータ鉄心を設け、このステータ鉄心が内周部に複数のステータコイルを備え、前記フレームの長手方向の両端側に軸受を備えた固定子部材を設け、前記軸受によってロータシャフトの両端を支持し、前記ロータシャフトの中央部にロータ鉄心を設け、このロータ鉄心が外周部に複数のロータバーを備え、前記ロータシャフトの一端に通風ファンを設け、運転時に前記ロータシャフトの回転に伴う前記通風ファンの回転により外気を機内に流通させて冷却を行うようにした自己通風冷却式の車両駆動用電動機であって、前記通風ファンが配置された側と反対側において前記フレームの内周部に沿って前記外気を周回させる旋回風道を設け、この旋回風道の一端側を外気取入口を介して機外に連通させ、前記旋回風道の他端側を機内空間に連通させ、前記フレームの外周部に集塵室を設け、前記旋回風道における前記機内空間との連通部の近傍において前記フレームに集塵口を設け、この集塵口により前記集塵室と前記旋回風道とを連通させたことを特徴としている。

また、第２の発明は、円筒状のフレームの長手方向中央部の内周面に円筒状のステータ鉄心を設け、このステータ鉄心が内周部に複数のステータコイルを備え、前記フレームの長手方向の両端側に軸受を備えた固定子部材を設け、前記軸受によってロータシャフトの両端を支持し、前記ロータシャフトの中央部にロータ鉄心を設け、このロータ鉄心が外周部に複数のロータバーを備え、前記ロータシャフトの一端に通風ファンを設け、運転時に前記ロータシャフトの回転に伴う前記通風ファンの回転により外気を機内に流通させて冷却を行うようにした自己通風冷却式の車両駆動用電動機であって、前記通風ファンが配置された側と反対側において前記フレームの内周部に沿って前記外気を周回させる旋回風道を設け、この旋回風道の一端側を外気取入口を介して機外に連通させ、前記旋回風道の他端側を機内空間に連通させ、前記フレームの外周部に集塵風道を設け、この集塵風道の一端側を前記フレームに設けた集塵口を介して前記旋回風道における機内空間との連通部の近傍に連通させ、前記集塵風道の他端側を前記フレームに設けた吸引口を介して前記通風ファンが配置された側の機内空間に連通させたことを特徴としている。

本発明の車両駆動用電動機によれば、冷却用の外気を旋回風道で旋回させることにより外気に混入している塵埃、水滴等の不純物を十分に除去し、清浄化した外気を機内に流入させて冷却するので、長期間の使用においても機内を汚損することがなく、長期間の非分解使用を可能にすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の車両駆動用電動機の側面断面図、図２は図１の車両駆動用電動機の部分断面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、本実施形態において、上記従来例と同一又は類似の部分には同一の符号を用いており、重複する説明を省略してある。

本実施形態の車両駆動用電動機は、上記従来例のものに対して、図１に示すように、反駆動側の機内部分に内周壁２１を設け、フレーム２の内周面に沿って半周以上周回する旋回風道２２を形成し、この旋回風道２２の一端（上方）を機外に連通した外気取入口２３とし、旋回風道２２の他端を機内に連通した機内流入口２４としている。なお、外気取入口２３にはネット２５を設けてある。

また、フレーム２の下方の外周部には、フレーム２の長手方向に沿って延びる集塵風道２６を設け、フレーム２の外周部における機内流入口２４近傍の部位に集塵口２７を設け、この集塵口２７により旋回風道２２と集塵風道２６の一端側を連通させてある。さらに、図２に示すように、フレーム２の外周部に吸引口２８を設け、この吸引口２８によって、集塵風道２６の他端側と駆動側（通風ファン１２側）の機内空間とを連通させてある。

このような構造によれば、運転時に通風ファン１２の回転により、冷却用外気は外気取入口２３より旋回風道２２に流入し、旋回風道２２内を周回した後、機内流入口２４より反駆動側の機内空間に流入する。外気に混入している塵埃等の不純物は比重が重いため、旋回風道２２を周回中に遠心力作用により次第に旋回風道２２の外周側に寄せられ、集塵口２７から集塵風道２６に流入する。そのため、不純物が分離除去されて清浄化した外気が機内流入口２４より機内空間に流入する。

集塵風道２６に流入した不純物は、通風ファン１２によって生じる吸引力により吸引口２８より駆動側の機内空間に流入した後、ただちに通風ファン１２によって機内冷却空気と共に機外へ排出される。旋回風道２２はフレーム２の内周面に沿った大きな旋回半径を有しているので、不純物に大きな遠心力を与えることができると同時に周回する距離も半周以上と長くなっていることから、流入した冷却用外気の不純物分離性能が高く、この冷却用外気を十分に清浄化することができる。

なお、集塵風道２６を介して通風ファン１２の吸引力が集塵口２７に作用するため、旋回風道２２で分離された不純物が集塵風道２６に流入しやすく、これによって機内に流入する冷却用外気の清浄化が更に促進されることになる。また、分離除去された不純物は通風ファン１２によって機外に排出されるので、長期間の使用においても集塵風道２６に溜まることがなく、溜まった不純物を取り除くための保守作業が不要となる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は第２の実施形態の車両駆動用電動機の側面断面図、図５は図４の車両駆動用電動機の部分断面図である。なお、以下の各実施形態において、第１の実施形態と同一又は類似の部分には同一の符号を用いており、重複する説明は省略してある。

本実施形態では、集塵風道２６が、フレーム２の外周部の略１／３周程度にわたって断面略円弧状を成すように形成されており、集塵風道２６の一端はフレーム２の反駆動側に設けた二個の集塵口２７、２７によって旋回風道２２に連通し、集塵風道２６の他端はフレーム２の駆動側に設けた二個の吸引口２８、２８によって駆動側（通風ファン側）の機内空間に連通している。なお、一方の集塵口２７は機内流入口２４の近傍に設け、他方の集塵口２７は旋回風道２２の周回途中に設けてある。その他の構造は第１の実施形態と同様である。

このような構造によれば、第１の実施形態と同様の作用により、旋回風道２２に流入した冷却用外気から不純物が分離除去され、清浄化した外気が機内流入口２４から反駆動側の機内空間に流入する。この実施形態では、集塵口２７と吸引口２８をそれぞれ複数個ずつ設けてあるので、第１の実施形態に比べて通風ファンの吸引力がより強く旋回風道２２に作用し、集塵力がより大きくなるので、直径が大きい電動機や冷却通風量が多い電動機に適用すると有効である。

一般に、通風冷却方式の電動機においては、入気側よりも排気側の機内部分の温度上昇が大きくなる（冷却風が機内を流通する間に次第に冷却風温度が上昇し、冷却効果が低下するため排気側は温度が高くなる）。本発明では、集塵風道２６を流れる外気が機内排気側（駆動側）に流入するため、排気側のステータコイルを冷却する効果が生ずるが、この第２の実施形態の如く、複数個の吸引口２８を設けて集塵風道２６の外気を機内に流入させるようにすると、ステータコイルの冷却が全体にわたって均一化し、冷却効果が向上する。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図６は第３の実施形態の車両駆動用電動機の側面断面図、図７は図６の車両駆動用電動機のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態では、フレーム２の反駆動側の側板２ｄから軸方向に張り出した張出部２９を設け、この張出部２９が旋回風道２２の一部を形成するようにしている。その他の構造は第１の実施形態と同様である。

旋回風道２２に流入した冷却用外気は第１の実施形態と同様の作用により不純物が分離除去され清浄化されて機内に流入する。本実施形態では、旋回風道２２をフレーム２の外側に張り出した状態で形成しているので、外気取入量を多く確保する必要がある場合や、ステータコイル４の外周面とフレーム２の内周面との間隔が小さい場合等に有効である。

次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図８は第４の実施形態の車両駆動用電動機の部分断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態の集塵風道２６に代えてフレーム２の外周面下部に集塵室３４を長手方向に設けてあり、旋回風道２２（図１参照）の機内流入口２４の近傍においてフレーム２の外周部に集塵口（図示せず）を設け、この集塵口により集塵室３４と旋回風道２２とを連通させている。また、集塵室３４の駆動側（通風ファン１２側）を排出穴３０によって通風ファン１２の外周側の空間に連通させてある。また、ブラケット５の外周部を外方に突出させて排出穴３０の外側との間にガイド部５ｂを形成し、排気通路を狭くしてある。さらに、集塵室３４の底部に開口３１を設け、この開口３１を塞ぎ板３２で開閉可能に閉鎖している。その他の構造は第１の実施形態と同様である。

通風ファン１２による排気風は、ガイド部５ｂの部分で速度が大きくなり、霧吹き効果によって排出穴３０より集塵室３４内の空気を吸い出すと同時に不純物も排出する。長期の使用で集塵室３４に多くの不純物が溜まった場合には、塞ぎ板３２を外して開口３１を開放し、溜まった不純物を除去することができるが、排出穴３０から常時不純物が排出されているため、集塵室３４には多くの不純物が溜まりにくく、不純物の除去作業を行う周期を大幅に延ばすことができるので、手間が軽減する。

次に、本発明の第５の実施形態を説明する。図９は第５の実施形態の車両駆動用電動機の部分断面図である。

本実施形態では、集塵風道２６の一端を、フレーム２に設けた吸引口２８と機内に設けたガイド部３３とによって、通風ファン１２のブレード１２ａの内径部近傍の機内空間に連通させてある。その他の構造は第１の実施形態と同様である。なお、ブレード１２ａは、空気を通風ファン１２の外周方向に送り出すためのもので、放射状に形成されている。

このような構造によれば、集塵風道２６より機内に流入した不純物はガイド部３３により通風ファン１２のブレード１２ａの内径側に導かれ、ただちに外部に排出されるため、不純物がステータコイル４や機内の他の部分に付着することがなく、長期間使用しても駆動側機内の各部が汚れにくい。

また、ガイド部３３により、通風ファン１２の吸引力が最も大きくなるブレード１２ａの内径部近傍に集塵風道２６が連通した状態となっているため、通風ファン１２の吸引力が集塵風道２６を介して集塵口２７により強く作用するので、集塵性能がより高くなる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記の各実施形態に種々の改変を施すことができる。

本発明の第１の実施形態の車両駆動用電動機の側面断面図。 図１の車両駆動用電動機の部分断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 第２の実施形態の車両駆動用電動機の側面断面図。 図４の車両駆動用電動機の部分断面図。 第３の実施形態の車両駆動用電動機の側面断面図。 図６の車両駆動用電動機のＢ−Ｂ線断面図。 第４の実施形態の車両駆動用電動機の部分断面図。 第５の実施形態の車両駆動用電動機の部分断面図。 従来の車両駆動用電動機の側面図。 図１０のＣ−Ｃ線断面図。

符号の説明

１ 車両駆動用電動機
２ フレーム
３ ステータ鉄心
４ ステータコイル
５ ブラケット（固定子部材）
６ ハウジング（固定子部材）
７ 軸受
８ 軸受
９ ロータシャフト
１０ ロータ鉄心
１１ ロータバー
１２ 通風ファン
２２ 旋回風道
２３ 外気取入口
２６ 集塵風道
２７ 集塵口
２８ 吸引口
３０ 排出穴
３３ ガイド部
３４ 集塵室

Claims (8)

1. 円筒状のフレームの長手方向中央部の内周面に円筒状のステータ鉄心を設け、このステータ鉄心が内周部に複数のステータコイルを備え、前記フレームの長手方向の両端側に軸受を備えた固定子部材を設け、前記軸受によってロータシャフトの両端を支持し、前記ロータシャフトの中央部にロータ鉄心を設け、このロータ鉄心が外周部に複数のロータバーを備え、前記ロータシャフトの一端に通風ファンを設け、運転時に前記ロータシャフトの回転に伴う前記通風ファンの回転により外気を機内に流通させて冷却を行うようにした自己通風冷却式の車両駆動用電動機であって、
   前記通風ファンが配置された側と反対側において前記フレームの内周部に沿って前記外気を周回させる旋回風道を設け、この旋回風道の一端側を外気取入口を介して機外に連通させ、前記旋回風道の他端側を機内空間に連通させ、前記フレームの外周部に集塵室を設け、前記旋回風道における前記機内空間との連通部の近傍において前記フレームに集塵口を設け、この集塵口により前記集塵室と前記旋回風道とを連通させたことを特徴とする車両駆動用電動機。
2. 円筒状のフレームの長手方向中央部の内周面に円筒状のステータ鉄心を設け、このステータ鉄心が内周部に複数のステータコイルを備え、前記フレームの長手方向の両端側に軸受を備えた固定子部材を設け、前記軸受によってロータシャフトの両端を支持し、前記ロータシャフトの中央部にロータ鉄心を設け、このロータ鉄心が外周部に複数のロータバーを備え、前記ロータシャフトの一端に通風ファンを設け、運転時に前記ロータシャフトの回転に伴う前記通風ファンの回転により外気を機内に流通させて冷却を行うようにした自己通風冷却式の車両駆動用電動機であって、
   前記通風ファンが配置された側と反対側において前記フレームの内周部に沿って前記外気を周回させる旋回風道を設け、この旋回風道の一端側を外気取入口を介して機外に連通させ、前記旋回風道の他端側を機内空間に連通させ、前記フレームの外周部に集塵風道を設け、この集塵風道の一端側を前記フレームに設けた集塵口を介して前記旋回風道における機内空間との連通部の近傍に連通させ、前記集塵風道の他端側を前記フレームに設けた吸引口を介して前記通風ファンが配置された側の機内空間に連通させたことを特徴とする車両駆動用電動機。
3. 前記集塵口に加えて、前記旋回風道の周回途中位置にも集塵口を設け、複数個の集塵口により前記旋回風道と前記集塵室とを連通させたことを特徴とする請求項１記載の車両駆動用電動機。
4. 前記集塵口に加えて、前記旋回風道の周回途中位置にも集塵口を設け、複数個の集塵口により前記旋回風道と前記集塵風道とを連通させたことを特徴とする請求項２記載の車両駆動用電動機。
5. 前記吸引口を複数個設けたことを特徴とする請求項２記載の車両駆動用電動機。
6. 前記旋回風道の一部が前記フレームの側板から軸方向に張り出したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の車両駆動用電動機。
7. 前記集塵室の一端に塵埃等を外部に排出するための排出穴を設け、前記通風ファンの外周側の空間と前記集塵室とを前記排出穴を介して連通させたことを特徴とする請求項１記載の車両駆動用電動機。
8. 前記通風ファンにおける空気を外周方向に送り出すためのブレードの内径側に前記吸引口を連通させるガイド部を設けたことを特徴とする請求項２、４、５、６のいずれか一項記載の車両駆動用電動機。
   

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