JP2007215261A - 空冷式電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の排気側ブラケットの軸受部が効率的に冷却され、ベアリングの温度を許容温度範囲内に抑え、ベアリングの寿命短縮が生じない電動機を構成する。
【解決手段】回転軸に回転子鉄心が嵌挿されて回転子導体が挿入された回転子と、中心部に上記回転子が配置される空間を備えた固定子鉄心に固定子コイルが巻装された固定子と、固定子の両端部を閉塞し、中心部に回転子の軸受部を備え、回転子を回転自在に支持する吸気側および排気側の一対のブラケットと、固定子および回転子に冷却空気を流通させる機内ファンとを備え、排気側ブラケットの軸受部からブラケット外周部に連通する冷却媒体封入スペースを設け、この冷却媒体封入スペースに油等の冷却媒体を封入した。
【選択図】図１

Description

この発明は、外気を冷却空気として機内に導入し、機内を流通させて冷却する空冷式電動機に関するものである。

外気を冷却空気として機内に導入し、機内を流通させる空冷式電動機としては、例えば、特許文献１に空冷式の誘導電動機が示されている。特許文献１に開示された誘導電動機は、特許文献１の図１に示されているように、中心部に回転子が配置される空間を有する固定子鉄心に固定子コイルが巻装され、固定子鉄心には軸方向に通風孔を備えた固定子と、回転軸に回転子鉄心が嵌装され、固定子導体が挿入され、回転子鉄心には軸方向に通風孔を備えた回転子と、固定子の両端部を閉塞し、中心部に回転子の軸受部を備え、回転子を回転自在に支持する一対のブラケットと、一方のブラケットに装備され、外気を冷却空気として機内に導入し、固定子および回転子の通風孔および固定子内周と回転子外周との間の空隙に流通させる冷却ファンとを備え、機内を流通した空気は他方のブラケット外周の大気中に放出する構成である。

誘導電動機の運転状態では、冷却ファンが回転することにより、外気が冷却空気として誘導電動機内部に導入され、固定子および回転子の通風孔および空隙に流通して冷却し、高温となった冷却空気は大気中に放出される。

特開昭５７−１９６８４９号公報

上記の従来の空冷式の誘導電動機は、外気が冷却空気として導入され、冷却空気は、誘導電動機内の各部を冷却して高温になり、排気側のブラケットの排気口から大気中に放出される構成であるが、冷却空気は機内を通過することによって高温となり、高温となった冷却空気では排気側ブラケットの軸受部が十分に冷却されないで軸受部に配置されたベアリングは高温となり、グリース等の潤滑剤の枯れが生じてベアリングの寿命が短くなる問題点があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、例えば、車両用のように起動・停止が頻繁に行われる空冷式電動機であっても、排気側ブラケットの軸受部が適正温度に冷却され、ベアリングの温度を許容温度の範囲内に抑え、ベアリング寿命の短縮が生じない空冷式電動機を構成することを目的とする。

この発明に係る電動機は、回転軸に回転子鉄心が嵌挿されて回転子導体が挿入された回転子と、中心部に上記回転子が配置される空間を備えた固定子鉄心に固定子コイルが巻装された固定子と、固定子の両端部を閉塞し、中心部に回転子の軸受部を備え、回転子を回転自在に支持する吸気側および排気側の一対のブラケットと、固定子および回転子に冷却空気を流通させる機内ファンとを備え、排気側ブラケットの軸受部からブラケット外周部に連通する冷却媒体封入スペースを設け、該冷却媒体封入スペースに冷却媒体を封入したものである。

排気側ブラケット内部の軸受部から外周部に連通する冷却媒体封入スペースを設けて冷却媒体を封入したことにより、電動機内部を通流して高温になった冷却空気により排気側ブラケットの軸受部が冷却されなくても、排気側ブラケットの冷却媒体封入スペースに封入された冷却媒体に吸熱され、冷却媒体が冷却媒体封入スペース内を対流し、速やかに排気側ブラケット全体に分散してブラケットの外表面から効果的に放熱され、軸受部の温度上昇が低く抑えられる。

実施の形態１．
この発明は、誘導電動機または直流電動機等の空冷式電動機に関するものであり、その主要部分は電動機の種類による差はないので、誘導電動機の場合について具体的に説明する。
図１はこの発明に係る空冷式誘導電動機の中心軸から上部のみを示した断面図である。
この構成の固定子１０は、中心部に回転子が配置される空間を有し、固定子コイルが巻装されるスロットを有する固定子鉄心１と、固定子鉄心１に巻装された固定子コイル２とで構成され、回転子２０は、回転軸１１と、回転軸１１に嵌挿された回転子鉄心１２と回転子鉄心１２に挿入された回転子導体１３とで構成され、回転子鉄心１２の側部に外気を冷却空気として電動機内に導入して流通させる機内ファン１５を回転軸１１に装着している。
固定子１０の内径と回転子２０の外径との間には空隙１４が形成されている。

固定子１０の外気を冷却空気として導入される吸気側端部には、フレーム３を介して吸気側ブラケット５を配置し、吸気側ブラケット５の内径部に回転軸１１を回転自在に支持する軸受部を設けて吸気側ベアリング１７を装着している。冷却空気が排気される排気側端部には、フレーム４を介して排気側ブラケット６を配置し、排気側ブラケット６の内径側に回転軸１１を回転自在に支持する軸受部を設けて排気側ベアリング１８を装着している。

吸気側ブラケット５の外周側には吸気風洞９を設け、この吸気風洞９から外気が冷却空気として導入される。
機内ファン１５は、排気側ブラケット６側を板状部材を円錐状に形成し、板状部材の固定子１０側に冷却空気を吸気する羽根を設けた構成としている。
排気側ブラケット６の内部には、ベアリング１８が装着された軸受部からブラケット６の外周部に連通する空洞の冷却媒体封入スペース７を配設し、冷却媒体封入スペース７の外面に冷却フィン７ａを設け、排気側ブラケット６の冷却媒体封入スペース７の上部に冷却媒体８の注入口を設けてキャップ７ｂで封止する構成としている。排気側ブラケット６の機内側胴部には冷却空気が排気される排気口１６を設けている。
冷却媒体封入スペース７には、適正な液面８ａの位置になるように例えば油などの液状の冷却媒体８を封入している。
また、運転時に冷却フィン７ａの周囲の空気を流通させる機外ファン１９を排気側ブラケット６の機外側回転軸１１に装着している。

誘導電動機内部の許容温度は、使用されている絶縁材料の種別により規定され、近年の電動機は高温、例えば１８０℃あるいはそれ以上の温度に耐える絶縁材料が使用されている。回転軸１１の軸受部のベアリングの許容温度は、内部のグリース等の潤滑剤の性状によって決まり、９５℃以下に抑える必要がある。
したがって、誘導電動機内部で高温になった冷却空気によってベアリング部分への熱伝達が少なくなる構造にする必要がある。

図１のように構成された空冷式誘導電動機の回転子２０が回転すると、機内ファン１５が回転し、図示した矢印の方向に外気が吸気風洞９から導入され、固定子１０の周囲、回転子２０の周囲、空隙１４を流通して機内ファン１５より排気側ブラケット６の上部に設けられた排気口１６から大気中に排気される。
機内に流通する冷却空気は、吸気側から排気側に移動するにつれて、固定子１０および回転子２０の各部から熱をうばい機内ファン１５の部分では、高温となっているので、排気側ブラケット６の軸受部を十分に冷却できないので、排出側ブラケット６の軸受部が許容温度以下に冷却できないことがある。

図１の構成の機内ファン１５は、排気側ブラケット６に対向する対向側を板状部材とし、排気側ブラケット６の機内側表面を流通しないように構成しているので、高温になった冷却空気の排気側ブラケット６への熱影響は軽減され、回転軸１１からの熱伝導による受熱および機内ファン１５の板状部からの輻射熱により温度上昇する。
吸気側ブラケット５は、導入された冷却空気が大気温の状態であり、高温になることはない。

このように構成された誘導電動機において、排気側ブラケット６の温度が上昇すると、その内部の冷却媒体封入スペース７に封入された冷却媒体８が温度上昇し、冷却媒体封入スペース７の内部を対流し、排気側ブラケット６の全体がほぼ均一の温度に上昇し、冷却フィン７ａから効率的に冷却される。

さらに、機外ファン１９が回転することによって冷却フィン７ａからの放熱がよくなり、排気側ブラケット６の軸受部の温度上昇は抑制されるので、ベアリング１８の寿命が短くなる問題点を解消した誘導電動機が容易に構成できる。

上記は誘導電動機について説明したが、直流電動機の場合、あるいはその他の電動機であっても、固定子、回転子、機内ファン、吸気側ブラケット、排気側ブラケット、機内ファンなどの各部を同様に構成することにより、上記誘導電動機の場合と同様に、排気側ブラケットの軸受部が高温となってベアリングの寿命が短くなる問題点を解消した電動機が容易に構成できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、排気側ブラケットの内部に、軸受部からブラケット６の外周部に連通する空洞の冷却媒体封入スペースを配設し、冷却媒体封入スペースの外面に冷却フィンを設け、冷却媒体封入スペースに液状の冷却媒体を封入する構成としたが、実施の形態２は、排気側ブラケットの冷却媒体封入スペースに、蒸発冷却ができる冷却媒体、例えば、フレオン、アンモニア、水等の熱媒体を封入した構成としたものである。

実施の形態２は、電動機の構成は実施の形態１と同様の構成とし、排気側ブラケット６の冷却媒体封入スペース７の内部に、沸点が軸受の許容温度以下の冷却媒体８を軸受部が浸漬される位置を液面８ａとして封入し、その上部に冷却媒体封入量に対応する適正容積のガス空間を確保した構成である。

排気側ブラケット６の冷却媒体封入スペース７の内部に、フレオン、アンモニア、水等の冷却媒体８を封入し、蒸発冷却が可能な構成とし、電動機が運転され、排気側ブラケット６の温度が上昇すると、冷却媒体封入スペース７内の冷却媒体８が蒸発潜熱を奪って蒸発し、高速度で低温部すなわち排気側ブラケット６の上部に熱移動し、外面の冷却フィン７ａからの放熱によって冷却し、冷却媒体８は液化し、軸受部に流下する循環を繰り返すことになり、排気側ブラケット６の温度が冷却媒体８の沸点温度以下に維持される。

このように蒸発冷却が可能な冷却媒体８を封入した構成にすると、排気側ブラケット６の冷却面積、機外ファン１９の風量を適正に設定することにより、起動・停止が頻繁に行われる車両用の電動機においても、排気側ブラケット６の排気側ベアリング１８の温度が寿命に影響しない温度に維持できる電動機が容易に構成できる。

実施の形態１の誘導電動機の構成を示す半断面図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心、２ 固定子コイル、５ 吸気側ブラケット、６ 排気側ブラケット、
７ 冷却媒体封入スペース、８ 冷却媒体、９ 吸気風洞、１０ 固定子、
１１ 回転軸、１２ 回転子鉄心、１３ 回転子導体、１４ 間隙、１５ 機内ファン、
１６ 排気口、１７ 吸気側ベアリング、１８ 排気側ベアリング、１９ 機外ファン、
２０ 回転子。

Claims (5)

1. 回転軸に回転子鉄心が嵌挿されて回転子導体が挿入された回転子と、中心部に上記回転子が配置される空間を備えた固定子鉄心に固定子コイルが巻装された固定子と、上記固定子の両端部を閉塞し、中心部に上記回転子の軸受部を備え、上記回転子を回転自在に支持する吸気側および排気側の一対のブラケットと、上記固定子および上記回転子に冷却空気を流通させる機内ファンとを備えた空冷式電動機において、上記排気側ブラケットの軸受部からブラケット外周部に連通する冷却媒体封入スペースを設け、該冷却媒体封入スペースに冷却媒体を封入したことを特徴とする空冷式電動機。
2. 上記機内ファンは、上記排気側ブラケットの機内側で上記回転軸に装着され、上記排気側ブラケット側に板状部材を配置し、該板状部材の固定子側に冷却空気を排気する羽根を設けたことを特徴とする請求項１記載の空冷式電動機。
3. 上記排気側ブラケットの機外側の表面に冷却フィンを配設したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空冷式電動機。
4. 上記排気側ブラケットに設けられた冷却媒体封入スペースに、沸点が軸受の許容温度以下の冷却媒体を上記排気側ブラケットの軸受部が浸漬される位置まで注入し、該冷却媒体の注入量に対応する適正容積のガス空間を確保したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空冷式電動機。
5. 上記排気ブラケットの機外側の回転軸に機外ファンが装着されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の空冷式電動機。

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