JP2006050807A - 車両用全閉外扇電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受装置を高温となった電動機内部温度の影響を受けにくい構造にして、内部温度を高温に設定出来るようにし、また内部空気の熱を効率よく冷却フィン伝達させるようにし、熱交換効率の高い冷却器により更に小型化した車両用全閉外扇電動機を提供する。
【解決手段】軸が回転すると、外部ファンの穴とブラケットの穴同士が一致する場所と一致しない場所が同時に出現するので、各穴周辺の圧力に差が生じて軸受箱と内部カバーによって出来ている空間に空気の流れが発生し、空気が入れ替えられ、また、固定子の冷却穴の出口とを連結し、外部ファンにより発生した冷却風の一部が軸受箱と内部カバーの空間に通流し、空気が入れ替えられ、軸受は内部温度の影響を受けにくくなる。さらに内部ファンにより内部空気が前述の回転子の両側を貫通する複数の穴と熱交換効率の高い冷却器を配設した筒の間を循環出来るようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電車等の鉄道車両に用いる全閉外扇電動機において、軸受温度の低下と内部空気の冷却効果を向上させた車両用全閉外扇電動機に関するものである。

従来の全閉外扇電動機は、電動機の外側に取り付けられた外部ファンからの冷却風を固定子に設けられた穴を通風することにより電動機が発生した熱を外部に放熱していた。また、電動機内部に取り付けられた内部ファンにより外気と遮断された内部の空気を電動機の外側に取り付けられている冷却器と電動機内部とを循環させ内部空気の冷却を行なっている。

図１０は従来の全閉外扇電動機の横断面図であり、図１１は図１０をＦから見た図である。 筒状のフレーム１の内周側に、外周部に冷却穴２Ａを複数個持った固定子２を取り付ける。 なお、フレーム１にはブラケット（イ）の冷却穴２Ａと一致するように排気穴１Ａが設けてある。 固定子２の冷却穴２Ａが外部に出るように両側をブラケット（イ）７とブラケット（ロ）９で閉塞し、回転軸３に取り付けられた回転子４と前記固定子２の内周と僅かな隙間を持って対向し、該回転軸３はブラケット（イ）７の内周側に軸受箱１５を介して取り付けられた軸受６と、ブラケット（ロ）９の内周側に取り付けられた軸受５によって回転出来る様に支持されている。 なお、軸受箱１５は軸受６を回転軸３に取り付けた状態で分解出来るように設けられている。 回転軸３にはブラケット（イ）７の外側に設けられた外部ファン１０によりブラケット（イ）７に設けた通風カバー８の入気口８Ａから外気を取り込み、冷却風Ｗ１としてブラケット（イ）７に設けられた通風口７Ａから前記固定子２の冷却穴２Ａを通風してから外部へ排出される。 一方、内部空気に関しては、ブラケット（ロ）９と回転子４の間に配置した内部ファン１１を回転軸３に取付け、回転子４に回転子４の両側を貫通する複数の穴４Ａを設ける。 ブラケット（イ）７と固定子２により閉塞された空間はブラケット（イ）７に筒７−２とその開口部にフランジ７−１を設けてケース（イ）１３を取り付け、またブラケット（ロ）９と固定子２により閉塞された空間にはフレーム１に筒１−２とその開口部にフランジ１−１を設けてケース（ロ）１４を取り付ける。 ケース（イ）１３とケース（ロ）１４との間に、冷却フィン１２−１と内部穴１２Ａから成る冷却器１２を取り付けている。 このように構成した事により内部ファン１１により内部空気風Ｗ２が前述の回転子４の両側を貫通する複数の穴４Ａと冷却フィン１２−１を持った冷却器１２の穴１２Ａの間を循環し、電動機内部の熱の一部を冷却フィン１２−１により外部へ放出している。

特開平９−２０５７５８

電動機の内部空気は外気と遮断されているため高温となりやすく、軸受は一般的に熱伝導率の高い鉄等の金属で覆われているため、高温となった電動機内部の空気の熱を軸受に伝えてしまい、軸受自身が発生する熱よりもはるかに高い温度になってしまうので、電動機内部温度を高くする事が出来なかった。 特に外部ファン側の軸受は周辺の空気の移動が少なく、高温となっている内部の温度が伝わり易くなっていた。 一方、冷却器は冷却器内部から熱を奪い冷却フィンにより外部へ放熱するが、従来からの冷却器は冷却フィンで熱を外部へ放出する事に重点が置かれ、内部空気の熱を冷却フィン伝達させる手段については考慮されていなかった。そのため冷却効率の悪い冷却器となっていた。 本発明は上記の点を鑑み、その目的の１つは軸受装置を内部温度の影響を受けにくい構造にして内部温度を高温に設定出来るようにして小型化した車両用全閉外扇電動機を提供する事にある。 また、２つ目の目的は熱交換効率の高い冷却器により更に小型化した車両用全閉外扇電動機を提供する事にある。

１．
請求項１において、
外部に取り付けられている外部ファンに固定子冷却のための冷却風を発生させる第１のベーンを奇数個取り付け、ブラケットの内周部に取り付けられた軸受装置と対向する位置に第２のベーンを奇数個取付け第２のベーン間に穴を設ける。 更にブラケットの内周部に取り付けられた軸受装置の回転子側に該軸受装置と回転子との間に空間が出来る様にカバーを設け、該空間とブラケットと外部ファンとの間の空間を連結する穴を前記第２のベーン間に設けた穴のピッチ円に近傍したピッチ円上に遇数個設けるか、あるいは第２のベーン間に設けた穴の数とブラケットに設けた穴の数を一致させないように構成する。 この様に構成した事により軸が回転すると、外部ファンの穴とブラケットの穴同士が一致する場所と一致しない場所が同時に出現するので、各穴周辺の圧力に差が生じて前記カバーによって出来ている空間に空気の流れが発生し、該空間にある空気を入れ替えることが出来るので軸受は内部温度の影響を受けにくくなる。
一方、該軸受と反対側に取り付けられている軸受に関しては、ブラケットの外部に設けた外部ファンにより発生した冷却風の排気側に在るブラケットの内周部に取り付けられた軸受装置と内部に在る内部ファンとの間に空間が出来る様にカバーを設け、該空間とブラケットの外側とを連結する穴をブラケットに複数個設ける。 更にその１ないし数箇所の穴をダクトにより固定子の冷却穴の出口とを連結する。 これにより外部ファンにより発生した冷却風の一部が前記空間に通流されるので該空間にある空気を入れ替えることが出来る。 その結果、軸受は内部温度の影響を受けにくくなる。

２．請求項２において、
請求項１において外部ファンの第２のベーンの間に設けた穴の円周方向の穴ピッチを不等ピッチにするかブラケット（イ）に設けたカバー（イ）による空間と外部ファンとの間の空間を連結する穴の円周方向の穴ピッチを不等ピッチにするか、または、その両方の穴数が一致しない様にする。 これにより外部フアンが回転すると穴同士が一致する場所と一致しない場所が同時に出現するので請求項１と同様の効果が得られる。

３．請求項３において、
請求項１において、ブラケットの外部に設けた外部ファンにより発生した冷却風の排気側に在るブラケットの内周部に取り付けられた軸受装置の回転子側と内部に在る内部ファンとの間に空間が出来る様にカバーを取付け、該空間と前記ブラケットの外側とを連結する穴を複数個設けるとともに、該ブラケットの外側の側面に複数個の冷却フィンを放射状に取り付け、固定子の冷却穴の出口と該ブラケットの冷却フィンを覆う様に風洞を設け、該風洞の開口部を回転軸に対向して設ける。 更に該開口部の一部が前述のブラケットの穴を１ないし数箇所をダクトで連結するように構成して、冷却風によりブラケットの冷却フィンから内部の熱を取ると同時に、前記空間にある空気を入れ替えることが出来る。 これにより、電動機内部の温度を下げる事が出来ると同時に、軸受は内部温度の影響を受けにくくなる。

４．請求項４において
請求項１の冷却器の内部に複数個の長方形の穴を配列し、該長方形の穴の長辺を配列された穴数の少ないほうに配置させ、外周部に複数個のフィンを取り付けたものである。これにより内部空気の集熱が向上する。

５．請求項５において
請求項４の冷却器をフィンに相当する部分に大きな外形の平板を配置し、外形の大きな平板間には外形の小さな平板を配置する。 それぞれの平板には複数個の長方形の穴を設け、該長方形の穴の大きさが大小２種類交互に組合わさるように平板を配置し、ねじで一体化し請求項５に対して更に集熱を向上させた。

６．請求項６において
請求項５の長方形の穴の大きさを同じにして、一体化するねじの取付穴位置と長方形の穴との位置とを若干ずらし、隣り合う平板どうしの長方形の穴がずれる様に配置し、ねじにて一体化し部品点数を減らして請求項５と同等の集熱効果を持たせた。

本発明によれば、内部温度の影響を受けない軸受構造と電動機内部の密閉された空気を効率よく冷却出来るので、小型化された大容量の車両用全閉外扇電動機が提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。

図１は本発明の請求項１による全閉外扇電動機の横断面図であり、図２は図１をＡから見た図で、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は図１をＣから見た図である。 筒状のフレーム１の内周側に、外周部に冷却穴２Ａを複数個持った固定子２を取り付ける。 なお、フレーム１にはブラケット（イ）７の冷却穴２Ａと一致するように排気穴１Ａが設けてある。 固定子２の冷却穴２Ａが外部に出るように両側をブラケット（イ）７とブラケット（ロ）９で閉塞し、回転軸３に取り付けられた回転子４と前記固定子２の内周と僅かな隙間を持って対向し、該回転軸３はブラケット（イ）７の内周側に軸受箱１５を介して取り付けられた軸受６と、ブラケット（ロ）９の内周側に取り付けられた軸受５によって回転出来る様に支持している。 なお、軸受箱１５は軸受６を回転軸３に取り付けた状態で分解出来るように設けている。 回転軸３にはブラケット（イ）７の外側に設けられた外部ファン１０によりブラケット（イ）７に設けた通風カバー８の入気口８Ａから外気を取り込み、冷却風Ｗ１としてブラケット（イ）７に設けられた通風口７Ａから前記固定子２の冷却穴２Ａを通風してから外部へ排出する。

回転軸３に取付けた外部ファン１０の外周側には冷却風Ｗ１を発生させるための第１のベーン１０−１を奇数個設け、さらにブラケット（イ）７の内周部に取り付けた軸受箱１５と対向する位置に第２のベーン１０−２を奇数個取り付けるとともに、第２のベーン１０−２の間に穴１０Ａを設け、更にブラケット（イ）７の内周部に取り付けた軸受箱１５の回転子側に回転子４との間に空間が出来る様にカバー（イ）１７を取付け、該空間とブラケット（イ）７と外部ファン１０との間の空間を連結するため、ブラケット（イ）７に穴７Ｂと軸受箱１５に穴１５Ａを前記第２のベーン１０−２の間に設けた穴１０Ａのピッチ円に近傍したピッチ円上に遇数個設けるか、あるいは外部ファン１０の第２のベーン１０−２の間に設けた穴１０Ａの数とブラケット（イ）７と外部ファン１０との間の空間を連結するブラケット（イ）７の穴７Ｂおよび軸受箱１５の穴１５Ａの数を一致させないで構成する。
この様に構成した事により回転軸３を回転させると、ファン１０の第１のベーン１０−１により冷却風Ｗ１が発生するとともに、外部ファン１０の穴１０Ａとブラケット（イ）７の穴７Ｂとが一致する場所と一致しない場所が外部ファン１０の回転中に同時に出現するので、穴７Ｂの周辺の圧力に差が生じて前記カバー（イ）１８によって出来ている空間に空気の流れＷ３が発生し、該空間にある空気を入れ替えることが出来るので、軸受６は内部温度の影響を受けにくくなる。

他方の軸受５に対しては、ブラケット（ロ）９の内周部の回転子４側との間に配置した内部ファン１１を回転軸３に取付け、内部ファン１１との間に空間が出来る様にカバー（ロ）１７を取付け、該空間とブラケット（ロ）９の外側とを連結する穴９Ａを複数個と下部には大き目の穴９Ｂを設け、冷却風Ｗ１の出口であるフレーム１の排気穴１Ａに風洞１６を設け、該風洞１６の開口部とブラケット（ロ）９に設けた穴９Ａの１ないし数箇所を前記風洞１６とダクト１６−１で連結する。 この様に構成した事により外部ファン１０にて発生した冷却風Ｗ１の一部の冷却風Ｗ１ａがダクト１６−１を通り、前記カバー（ロ）１７と軸受５の間の空間に入りダクト１６−１と連結していないブラケット（ロ）９の穴９Ａと穴９Ｂから外気へ排出されるため該空間に空気の流れが発生し、該空間にある空気を入れ替えることが出来るので軸受５は内部温度の影響を受けにくくなる。 なお穴９Ｂは該空間にゴミや異物が入った時に出易くするため穴９Ａより大きな穴にしている。

また、電動機内部の空気を循環させるため、回転軸３に取り付けられている回転子４の両側を貫通する複数の穴４Ａを設け、ブラケット（イ）７と固定子２により閉塞された空間にはブラケット（イ）７に筒７−２とその開口部にフランジ７−１を設けてケース（イ）１３を取り付ける。 ブラケット（ロ）９と固定子２により閉塞された空間にはフレーム１に筒１−２とその開口部にフランジ１−１を設けてケース（ロ）１４を取り付ける。 ケース（イ）１３とケース（ロ）１４との間に冷却器１２を取り付ける。冷却器１２は外周部に冷却フィン１２−１を取り付け、該冷却器１２の内部には複数個の長方形の穴１２Ｂを配列し、該長方形の穴１２Ｂの長辺を配列された穴数の少ないほうに配置させ、外周部に複数個のフィンを取り付けたものである。 なお、長方形の穴１２Ｂの形状を正方形にしても良い。更に長方形の穴１２Ｂの縦と横の比が小さい場合は長方形の穴１２Ｂの長辺を配列された穴数の少ないほうに配置しなくても良い。
このように構成した事により、内部ファン１１により内部空気風Ｗ２が前述の回転子４の両側を貫通する複数の穴４Ａから熱を吸収し、冷却器１２の穴１２Ｂを通過した時に冷却器１２に効率よく熱を伝達し、冷却フィン１２−１から外部へ熱が放出される。

図５は軸受５の冷却方法の他の実施例の横断面図で図６は図５をＤから見た図である。 ブラケット（ロ）９の外側の側面に複数個の冷却フィン９−１を放射状に取り付け、ブラケット（ロ）９の外側とを連結する穴９Ａを複数個と下部には大き目の穴９Ｂを設け、冷却風Ｗ１の出口であるフレーム１の排気穴１Ａと該ブラケット（ロ）９の冷却フィン９−１を覆う様に風洞１６を設け、該風洞１６の開口部が回転軸３に対向して設ける。 更に該開口部の一部が前述のブラケット（ロ）９の穴９Ａの１ないし数箇所をダクト１６−１で連結するように構成して、冷却風Ｗ１の一部の冷却風Ｗ１ａがダクト１６−１を通り、前記カバー（ロ）１７と軸受５の間の空間に入りダクト１６−１と連結していないブラケット（ロ）９の穴９Ａと穴９Ｂから外気へ排出されるため、該空間に空気の流れが発生し該空間にある空気を入れ替えることが出来るので、軸受５は内部温度の影響を受けにくくなる。 また、ブラケット（ロ）９に冷却フィン９−１を取り付けた事により冷却風Ｗ１により、さらに効率的に電動機内部に発生した熱を取る事が出来る。

図７は冷却器の他の実施例の横断面図で、図８はそのＥ−Ｅ断面図である。
冷却器１２をフィンに相当する部分に外形の大きな平板１２−２を配置し、平板１２−２の間に外形の小さな平板１２−３と平板１２−４を配置する。 平板１２−３に複数個の長方形の穴１２Ｂを設け、平板１２−２と平板１２−４には複数個の穴１２Ｂより大き目の長方形の穴１２Ｃを設ける。 これらの平板を例えば平板１２−３、平板１２−４、平板１２−３、平板１２−２の順に配置し、ねじ１９で一体化すると、冷却器内部の穴の大きさが異なる大小２種類の長方形の穴が交互に組合わされた冷却器１２が出来るので、電動機内部の熱を更に効率よく伝達する事が出来る。 なお、外形の大きな平板１２−２の間に外形の小さな平板３枚を配置したが、外形の小さな平板の枚数の制限は無く、冷却器１２の内部の穴に凹凸をつける事が重要である。

図９は冷却器の他の実施例の縦断面図で、冷却器１２をフィンに相当する部分に大きな外形の平板１２−２を配置し、平板１２−２の間に平板１２−３を複数枚配置している。平板１２−２と平板１２−３の長方形の穴１２Ｂの大きさを同じにして、一体化するねじ１９の取付穴位置と長方形の穴１２Ｂとの位置とをＸ１＞Ｘ２、Ｙ１＞Ｙ２の如く若干ずらして、隣り合う平板どうしの長方形の穴１２Ｂがずれる様に配置し、ねじ１９にて一体化し部品点数を減らして前記冷却器と同等の集熱効果を持たせた冷却器が出来る。 なお、外形の大きな平板１２−２の間に外形の小さな平板３枚を配置したが、外形の小さな平板の枚数の制限は無く、冷却器１２の内部の穴に凹凸をつける事が重要である。

本発明による軸受構造は一般産業用全閉外扇電動機にも利用出来る。

本発明の一実施例の横断面図を示した図である。 図１をＡから見た図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１をＣから見た図である。 本発明による他の実施例の横断面図を示した図である。 図５をＤから見た図である。 冷却器の他の実施例を示した横断面図である。 図７のＥ−Ｅ断面図である。 冷却器の他の実施例を示した縦断面図である。 従来の全閉外扇電動機の一実施例を示した横断面図である。 図１０をＦから見た図である。

符号の説明

１ フレーム、 １Ａ 排気穴、 １−１ フランジ、 １−２ 筒
２ 固定子、 ２Ａ 冷却穴
３ 回転軸
４ 回転子、 ４Ａ 穴
５ 軸受
６ 軸受
７ ブラケット（イ）、 ７Ａ 通風口 、 ７Ｂ 穴、
７−１ フランジ、 ７−２ 筒
８ 通風カバー、 ８Ａ 入気口
９ ブラケット（ロ）、９Ａ 穴、 ９Ｂ 穴
１０ 外部ファン、 １０Ａ 穴、 １０−１ 第１のベーン
１０−２ 第２のベーン
１１ 内部ファン
１２ 冷却器、１２Ａ 穴、 １２Ｂ 穴、 １２Ｃ 穴
１２−１ 冷却フィン、 １２−２ 平板、 １２−３ 平板
１２−４ 平板
１３ ケース（イ）
１４ ケース（ロ）
１５ 軸受箱、 １５Ａ 穴
１６ 風洞、 １６−１ ダクト
１７ カバー（ロ）
１８ カバー（イ）
１９ ねじ
Ｗ１ 冷却風、 Ｗ１ａ 冷却風
Ｗ２ 内部空気風
Ｗ３ 空気の流れ

Claims (6)

1. 筒状のフレームの内周側に、外周部に冷却穴を複数個持った固定子を取り付け、固定子の冷却穴が外部に出るように両側をブラケット（イ）とブラケット（ロ）で閉塞し、回転軸に取り付けられた回転子を前記固定子の内周と僅かな隙間を持って対向し、該回転軸をブラケット（イ）とブラケット（ロ）のそれぞれの内周側に軸受の外輪を固定された軸受装置によって回転出来る様に支持し、該回転軸のブラケット（イ）の外側に設けられた外部ファンによりブラケット（イ）に設けた入気口から冷却風を外気から取り込み、ブラケット（イ）に設けられた通風口から前記固定子の冷却穴を通風してから冷却風が排出されるとともに、ブラケット（ロ）と回転子の間に配置した内部ファンを回転軸に取付け、回転子の両側を貫通する複数の穴と両側のブラケット（イ）とブラケット（ロ）および固定子により閉塞された両側から筒を外部に出し、外部に出した該筒の開口部間に冷却フィンを取り付けた筒から成る冷却器を取付け、内部ファンにより内部空気が前述の回転子の両側を貫通する複数の穴と冷却フィンを持った筒の間を循環出来るようにした車両用全閉外扇電動機において、外部ファンをブラケット（イ）の通風口に対向した位置に第１のベーンを奇数個設け、さらにブラケット（イ）の内周部に取り付けられた軸受装置と対向する位置に第２のベーンを奇数個取り付け、さらに該第２のベーン間に穴を設け、ブラケット（イ）の内周部に取り付けられた軸受装置の回転子側に該軸受装置と回転子との間に空間が出来る様にカバー（イ）を取付け、該空間とブラケット（イ）と外部ファンとの間の空間を連結する穴を前記第２のベーン間に設けた穴のピッチ円に近傍したピッチ円上に遇数個設けるか、あるいは外部ファンの第２のベーン間に設けた穴数とブラケット（イ）と外部ファンとの間の空間を連結する穴の数を一致させないで構成するとともに、他方のブラケット（ロ）の内周部に取り付けられた軸受装置の回転子側と内部ファンとの間に空間が出来る様にカバー（ロ）を取付け、該空間とブラケット（ロ）の外側とを連結する穴をブラケット（ロ）に複数個設けるとともに、その１ないし数箇所の穴をダクトで固定子の冷却穴の出口と連結した車両用全閉外扇電動機。
2. 請求項１において外部ファンの第２のベーン間に設けた穴の円周方向の穴明ピッチを不等ピッチにするか、ブラケット（イ）の内周部に取り付けられた軸受装置の回転子側に該軸受装置と回転子との間に空間が出来る様にカバー（イ）を取付け、該空間とブラケット（イ）と外部ファンとの間の空間を連結した穴の円周方向の穴明ピッチを不等ピッチにするか、またはその両方の穴数を一致させない様に構成した車両用全閉外扇電動機。
3. 請求項１において、ブラケット（ロ）の内周部に取り付けられた軸受装置と内部ファンとの間に空間が出来る様にカバー（ロ）をブラケット（ロ）に取付け、該空間とブラケット（ロ）の外側とを連結する穴を複数個設けるとともに、ブラケット（ロ）の外側の側面に複数個の冷却フィンを放射状に取り付け、固定子の冷却穴の出口とブラケット（ロ）の冷却フィンを覆う様に風洞を設け、該風洞の開口部が回転軸に対向し、該開口部の一部が前述のブラケットの穴を１ないし数箇所ダクトで連結するようにした車両用全閉外扇電動機。
4. 請求項１の冷却器において、冷却器の内部に複数個の長方形の穴を配列し、該長方形の穴の長辺を配列された穴数の少ないほうに配置させ、外周部に複数個のフィンを取り付けた冷却器。
5. 請求項４の冷却器において、フィンに相当する部分に外形の大きな平板を配置し、外形の大きな平板間には外形の小さな平板を配置し、それぞれの平板には複数個の長方形の穴を設け、該長方形の穴の大きさは大小２種類用意し、大小２種類の長方形の穴が交互に組合わさるように平板を配置して、ねじにて一体化した冷却器。
6. 請求項５において長方形の穴の大きさを同じにして、一体化するねじの取付穴位置と長方形の穴との位置とを若干ずらし、隣り合う平板どうしの長方形の穴がずれる様に配置して、ねじにて一体化した冷却器。

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