JP2008086164A - 全閉外扇形電動機 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、専用熱交換器を設けずに、比較的良好な冷却性能が得られる全閉外扇形電動機を提供することにある。
【解決手段】ステータ鉄心と、ロータ鉄心と、前記ステータ鉄心に配設された第1の軸受と、他端部に配設された第2の軸受と、前記ロータ鉄心に取り付けられたロータシャフトと、前記ステータ鉄心の外周部に構成された第1の通風路と、前記ステータ鉄心外周面に配置された通風カバー-で構成された第2の通風路と、前記ベアリングブラケット側に設けられた第1の羽根と、鉄心側に設けられた第2の羽根とを備えた通風ファンとを有し、前記第1の羽根の内周部の前記ブラケットに開いた開口部から外気を前記第1の通風路内に取り入れて冷却風となし該冷却風を前記ステータ鉄心の外周部に形成された冷却穴に導いて外部に放出するように構成したことを特徴とする全閉外扇形電動機。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両駆動用電動機等に適用される全閉外扇形電動機に関する。
一般に、鉄道車両では、車体の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、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。従来、この種の電動機は図13に示す構造となっている。
図13に示す従来の電動機は、固定側部材である円筒状のフレーム1を有し、このフレーム1の一端側にベアリングブラケット2を取付け、フレーム1の他端側の中央部にハウジング3を取付け、このベアリングブラケット2とハウジング3それぞれの中心部に設けた軸受4,軸受5各々によってロータシャフト6の両端部各々を回転自在に支持している。
ロータシャフト6の軸方向の中央部分にロータ鉄心7を固定し、このロータ鉄心7の外周側に形成された多数の溝の中にロータバー8を埋め込み、各々のロータバー8の両端部はロータ鉄心7より張出させ、その張出部分をエンドリング9で一体に接続して誘導電動機のかご形ロータを形成している。ロータ鉄心7には、軸方向に貫通した複数個の通風穴7aを設けてあり、同様の通風路を有する鉄心押え10で両側より固定されている。
フレーム1の内周部には、円筒状のステータ鉄心11を取付け、このステータ鉄心11の内周面に形成された多数の溝の中にステータコイル12を収納している。このステータコイル12のコイルエンド部は、ステータ鉄心11の両側に張出した形となっている。
ステータ鉄心11の内周面とロータ鉄心7の外周面との間には、一様な空隙13を形成してある。ロータシャフト6の駆動側端6aは機外に突出させてある。この突出した駆動側端6aの部分には、駆動用歯車装置と結合するための継手(カップリング)を取付ける。
ロータシャフト6の機内部分には通風ファン14を固定してある。この通風ファン14は中央より放射状に配置された複数の羽根14aを有している。フレーム1におけるこの通風ファン14の外周部に対向する部分には、複数の排気口1aが円周方向に沿って設けてある。
フレーム1の反駆動側の上方に入気口1bを設け、この入気口1bを覆うように通風ろ過器15を取付け、通風ろ過器15の外気取入口部には、塵埃を捕捉するためのフィルター15aを入口全面に取付けてある。
図13に示す電動機全体は、フレーム1に設けられた取付け腕部(図示せず)を台車枠にボルトで締結固定し、ロータシャフト駆動軸部6aに接続した継手を介して、電動機の回転力を歯車装置から車輪に伝達し車両を走行させる。
この電動機の運転時には、電動機のステータコイル12とロータバー8が発熱するため外気を電動機内に流通させて冷却し、電動機の温度上昇を抑制する。この冷却作用は次の通りである。
運転時、通風ファン14がロータシャフト6と一緒に回転し、機内の空気を排気口1aより機外に排出し、これに伴って入気口1bより外気が機内に吸引される。機内に吸引される空気は、通風ろ過器15を経て入気口1bより機内に流入した後、ロータ鉄心7の通風穴7aを通り、またロータ鉄心7の外周とステータ鉄心11の内周との間の空隙13を通って通風ファン14側に流通し、通風ファン14の回転により排気口1aより機外に排出される。
このように機内に外気を流通させることにより、ロータバー8、ステータコイル12、軸受4,5及び機内の各部を冷却し、ロータバー8、ステータコイル12、軸受4,5及びそれを潤滑するグリースの温度上昇が許容温度を超えないようにしている。
しかしながら、電車などの床下台車に搭載される車両駆動用電動機の周囲の外気には、車両走行時に巻き上げられる塵埃が多量に存在し、取入れる外気はひどく汚損された環境にある。そのため、図13に示す従来例の車両駆動用では、電動機の機内に取入れる外気は、通風ろ過器15のフィルター15aによって塵埃を捕捉して清浄化を図っているが、運転を続けることにより、次第にフィルター15aに目詰まりが生じ、機内の通風量が減少してしまう。このため、短い間隔の定期的なフィルターの清掃保守を必要とし、多大な労力を費やさねばならない技術的課題があった。
この問題を解決するために、近年では、全開外扇形の車両駆動用電動機の開発が進められている。このような全閉外扇形電動機を、図9及び図10を参照して説明する。尚、図13と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
ステータ鉄心211の両側に鉄心押さえ211aを取り付け、その間に全周の部分的に取り付けるようにした複数の繋ぎ板211bをステータ鉄心211の外周上に取付けて構成し、ステータ鉄心211の外周側には多数の通風路211cが構成されている。ロータシャフト6にはロータ鉄心7と主板214cの両面に放射状に取付けられた羽根214aと214bを有する通風ファン214が取付けられている。ロータシャフト6を支持する軸受け4を中心部に設けたベアリングブラケット202には円周状に複数の外気入気口202aが構成され、繋ぎブラケット203を解して鉄心押え211aに取付けられている。繋ぎブラケット203にはステータ鉄心211の通風穴211cに通じる通風穴203aが構成されて、通風ファン214の外周部に対応する繋ぎブラケット203部内内周部には通風ファン214の主板214cとの間で微小隙間、所謂ラビリンス215を構成しているので、通風ファン214の羽根214b側の冷却風が電動機機内に入らないように構成されている。また、他端は固定ブラケット204の中心部分に軸受4でロータシャフト6を支持するハウジング3を取付け、ステータ鉄心211の他端の鉄心押え211aに取付けられている。固定ブラケット204にも通風路211cにあわせた通風路204aが開いて外気に開放している。
また、通風ファン214の羽根214aから吐き出された風は、繋ぎブラケット203に設けられた通風路203bを通って熱交換器205を経由して、固定ブラケット204の通風路204bを経由して電動機内部に入り、再びロータ鉄心7に開いている通風路7aや空隙13を通って通風ファン214の羽根214a部分に戻ってくる。これらの通風路に冷却風が流れることにより、電動機が効率的に冷却されるが、この通風による冷却メカニズムを以下に説明する。コイルの発熱は、コイル12→鉄心211→通風路211cを経由して、羽根214bによって発生した通風により冷却される。また機内のロータバー8の発熱は、ロータバー8→鉄心7→通風路7a又は空隙13から内部循環風に伝熱し、熱交換器205から外部に放熱される。ここで冷えた内部循環風は、再び電動機内部に戻って冷却風として活用される。機内の循環風は、ロータバー8だけでなく、コイル12の冷却にも有効に利用されるものである。ここで、ファン214は羽根214bと羽根214aが主板214cにより境界をなしているため、羽根214aを流れる通風熱が羽根214bを流れる通風に放熱されるので、熱交換器205以上の冷却効果を得られる。
これにより、ステータコイル12やロータバー8は外気に触れて汚れることなく効率的に冷却され、併せて軸受周りの冷却も出来るので、通風ろ過器15が不要でしかも電動機内部の汚損がないため、内部清掃不要な全閉形電動機を提供できるものになる。(尚、図10は、図9の右側から見た一部断面を持つ側断面図である。)
このように構成された全閉形電動機は、理想的な性能を有するが、通常の電動機に比べると熱交換器を付加する構成となっているので、構造が複雑でコストが上昇するという問題があった。
そのため、図11及び図12に示すように、熱交換器205を設けず、通風ファン214の羽根214aから吐き出された風を、繋ぎブラケット203部にある通風路203bbを通って、ステータ鉄心211外周側の通風路211cと同径の位置にある循環用通風路211ccを通過させて、固定ブラケット204の通風路204bbを経由して電動機内部に入り、再びロータ鉄心7の通風路7aや空隙13を通って通風ファン214の羽根214a部分に戻ってくる構造のものも考えられた。(図12は、図11の右側から見たもので一部断面にした側面図である)この方式はファン214の主板214cで、外気との熱交換があるため、ステータ鉄心外周の通風路211cと同じ径の部分にある通風路211ccを設けるだけでロータ側の冷却効果を発揮出来るものであったが、通風路211ccは同じステータ鉄心211内にあるため、この部分の外気放熱は少ないものであった。
特開昭57−77889号公報(第1頁−第3頁、図1)
本発明の目的は、コストアップする専用熱交換器を設けずに、比較的良好な冷却性能が得られる全閉外扇形電動機を提供することにある。
上記目的は、ステータ鉄心と、このステータ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、前記ステータ鉄心の一端部にブラケットを介して配設された第1軸受と、前記ステータ鉄心の他端部に前記ブラケットと共に固定部材で接続されたハウジングを介して配設された第2軸受と、前記ロータ鉄心が取り付けられ且つ前記第1,2軸受で回転自在に支承されたロータシャフトと、前記ステータ鉄心の外周部に構成された通風路と、外部熱交換機と、前記ロータシャフトに設けられた第1,第2の羽根と、前記第1の羽根、前記ブラケットに開いた開口部及び前記ステータ鉄心の外周部に形成された冷却穴を含む空気経路と、前記第2の羽根及び前記外部熱交換機を含む内循環空気経路とを具備することにより達成することが出来る。
本発明によれば、コストアップする専用熱交換器を設けずに、比較的良好な冷却性能が得られる全閉外扇形電動機を提供することが出来る。
(第1の実施の形態)
本発明に基づく第1の実施の形態の全閉外扇形電動機について、図を参照し詳細に説明する。図1は、本発明に基づく第1の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。図2は、図1の右側面図である。
本発明に基づく第1の実施の形態の全閉外扇形電動機は、ステータ鉄心211の両側に鉄心押さえ211aを取り付け、その間に全周の部分的に取り付けるようにした複数の繋ぎ板211bをステータ鉄心211の外周上に取付けて構成し、ステータ鉄心211の外周側には多数の通風路211cが構成されている。ロータシャフト6にはロータ鉄心7と主板214cの両面に放射状に取付けられた第2の羽根214aと第1の羽根214bを有する通風ファン214が取付けられている。ロータシャフト6を支持する軸受け4を中心部に設けたベアリングブラケット202には円周状に複数の外気入気口202aが構成され、繋ぎブラケット203を解して鉄心押え211aに取付けられている。繋ぎブラケット203にはステータ鉄心211の通風穴211cに通じる通風穴203aが構成されて、通風ファン214の外周部に対応する繋ぎブラケット203部内内周部には通風ファン214の主板214cとの間で微小隙間、所謂ラビリンスを215を構成しているので、通風ファン214の羽根214b側の冷却風が電動機機内に入らないように構成されている。また、他端は固定ブラケット204の中心部分に軸受4でロータシャフト6を支持するハウジング3を取付け、ステータ鉄心211の他端の鉄心押え211aに取付けられている。固定ブラケット204にも通風路211cにあわせた第1の通風路204aが開いて外気に開放している。
また、通風ファン214の羽根214aから吐き出された風は、繋ぎブラケット203部にある通風路203bbbを通って通風カバー300内の通風路300aを通って固定ブラケット204の通風路204bbbを経由して電動機内部に入り、再びロータ鉄心7に開いている通風路7や空隙13を通って通風ファン214の羽根214a部分に戻ってくる。通風路300aは通風路211cの外側に構成されているので、鉄心211から直接コイル12の発熱の影響を受けることがなく、熱交換器205に近い外気の放熱効果を得ることができ、また熱交換器の要らない構造簡単で低コストの全閉外扇形電動機が提供できるものになる。
これにより、ステータコイル12やロータバー8は外気に触れて汚れることなく効率的に冷却され、併せて軸受周りの冷却も出来るので、通風ろ過器15が不要でしかも電動機内部の汚損がないため、内部清掃不要な全閉形電動機を提供できるものになる。
(第2の実施の形態)
本発明に基づく第2の実施の形態の全閉外扇形電動機について、図を参照し詳細に説明する。図3は本発明に基づく第2の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。図4は、図3の右側面図である。尚、図1及び図2に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第2の実施の形態の全閉外扇形電動機は、通風カバー300の外部に車両進行方向と並行(当該電動機の周方向)に略コの字状のフィン300bbを取り付けた点で、第1の実施の形態の全閉外扇形電動機と異なる。
このように構成された全閉外扇形電動機は、通風カバー300に略コの字状のフィン300bbを、車両進行方向と並行に取り付けているので、鉄道車両の運転により得られる走行風により冷却が促進される。また、通風カバーの外部にフィン300bbを取り付けたので、外部いへの放熱効果も向上される。
(第3の実施の形態)
本発明に基づく第3の実施の形態の全閉外扇形電動機について、図を参照し詳細に説明する。図5は本発明に基づく第3の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。図6は、図5の右側面図である。尚、図1乃至図4に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第3の実施の形態の全閉外扇形電動機は、通風カバー300の内部にロータシャフトの長手方向と平行なフィンを複数取り付けた点で、第1の実施の形態の全閉外扇形電動機と異なる。
このように構成された全閉外扇形電動機は、通風路内の熱を通風カバーに伝熱しやすくしているので、外部への放熱効果が向上する。
(第4の実施の形態)
本発明に基づく第4の実施の形態の全閉外扇形電動機について、図を参照し詳細に説明する。図7は本発明に基づく第4の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。図8は、図7の右側面図である。尚、図1乃至図6に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第4の実施の形態の全閉外扇形電動機は、通風カバー300の内部の鉄心211表面に断熱板300bbbを取り付けた点で、第1の実施の形態の全閉外扇形電動機とは異なる。
このように構成された全閉外扇形電動機は、鉄心211の表面に断熱板300bbbを取り付けているので、鉄心211からの伝熱により通風路300a内の冷却風が温まらないので、ロータバー8やコイル12を効率良く冷却することができる。
また第1乃至第4の実施の形態の全閉外扇形電動機は、繋ぎ板で鉄心抑えを繋げて固定子を指示するフレームのないフレームレス構造で説明したがフレーム付の電動機でも構成できるものである。通風路211cは、鉄心211内でもよく、鉄心211cとフレーム間でも同様の効果を得られるので、この構成でも良い。また、通風カバー300は、鉄心211外周のフレームと鉄心211間や、フレーム外表面でも同様の効果を得られるので、この構成でも良い。
また、上述した電動機は、誘導機の例であったが、永久磁石を使用した同期機等他のあらゆる構成の回転電機にも適用できるものである。
また通風ファンの羽根については共に等分でも不等分にしてもよく、羽根をそれぞれ異った枚数1枚1枚異った径を組み合せて構成しても良い。一般に、不等ピッチ、異った枚数にすることにより風切り音圧が下がり低騒音になる。
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
本発明に基づく第1の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。 図1の右側面図である。 本発明に基づく第2の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。 図3の右側面図である。 本発明に基づく第3の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。 図5の右側面図である。 本発明に基づく第4の実施の形態の全閉外扇形電動機の縦断図である。 図7の右側面図である。 従来の全閉外扇形電動機の縦断面図である。 図9の右側面図である。 従来の全閉外扇形電動機の縦断面図である。 図10の右側面図である。 従来の電動機の断面図である。
符号の説明
11、211 ステータ鉄心
12 ステータコイル
7 ロータ鉄心
300 通風カバー

Claims (7)

  1. ステータ鉄心と、
    このステータ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、
    前記ステータ鉄心の一端部にブラケット及びベアリングブラケットを介して配設された第1の軸受と、
    前記ステータ鉄心の他端部に前記ブラケットとハウジングを介して配設された第2の軸受と、
    前記ロータ鉄心が取り付けられ且つ前記第1及び第2の軸受で回転自在に支承されたロータシャフトと、
    前記ステータ鉄心の外周部に構成された第1の通風路と、
    前記ステータ鉄心外周面に配置された通風カバー-で構成された第2の通風路と、
    前記第1の軸受と前記ロータ鉄心との間の前記ロータシャフトに嵌着され、前記ベアリングブラケット側に放射状に設けられた第1の羽根と、鉄心側に放射状に設けられた第2の羽根とを備えた通風ファンとを有し、
    前記第1の羽根の内周部の前記ブラケットに開いた開口部から外気を前記第1の通風路内に取り入れて冷却風となし該冷却風を前記ステータ鉄心の外周部に形成された冷却穴に導いて外部に放出し、前記第2の羽根から吐き出される機内の空気が前記通風カバー内の前記第2の通風路を経由して再び機内に戻るように構成したことを特徴とする全閉外扇形電動機。
  2. 前記通風カバーの外表面に冷却用フィンを取り付けたことを特徴とする前記請求項1記載の全閉外扇形電動機。
  3. 前記通風カバーの内表面に冷却用フィンを取り付けたことを特徴とする前記請求項1記載の全閉外扇形電動機。
  4. 前記通風カバーの内、外表面に冷却用フィンを取り付けたことを特徴とする前記請求項1記載の全閉外扇形電動機。
  5. 前記通風カバー内の鉄心表面に断熱材を配設したことを特徴とする前記請求項1乃至前記請求項3記載の全閉外扇形電動機。
  6. 前記請求項1乃至前記請求項5記載の全閉外扇形電動機において、
    前記ステータ鉄心の外周面に設けられたフレームとを有し、
    前記第1の羽根により前記ステータ鉄心内の前記通風路内を空気が流され、前記第2の羽根により前記フレームの外周面に設けられた前記通風カバーに空気が流されることを特徴とする全閉外扇形電動機。
  7. 前記請求項1記載の全閉外扇形電動機において、
    前記ステータ鉄心外周面に設けられたフレームとを有し、
    前記第1の羽根により、前記ステータ鉄心と前記フレーム間に設けられた通風路内を空気が流れ、前記第2の羽根により、前記フレーム外周面にある通風路カバー内に空気が流れることを特徴とする全閉外扇形電動機。
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