JP2012050172A - 全閉型主電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て作業時のグリース吐出しが防止できる構造を備えた全閉型電動機。
【解決手段】実施の形態の全閉型電動機は、ステータ鉄心を円筒フレーム１の内径に嵌合させ、ステータ鉄心の内周側にロータ鉄心７を配置し、円筒フレームの一端部にベアリングブラケット２を介してスラスト力を受け止められない軸受４を配設し、円筒フレームの他端部を中心側に延ばして、ハウジング３を介してスラスト力を受け止められる軸受５を配設し、ロータ鉄心の中心部を、両軸受で回転自在に支承されたシャフト６に取り付け、ロータ鉄心７の両側に配置された鉄心押え８に密着して仕切り円板９，１０を配設し、スラスト力を受け止められる軸受５側は仕切り円板１０とフレーム１との間に、スラスト力を受け止められない軸受４側は仕切り円板９とフレーム１に設けた仕切り板１９との間にラビリンスＡを構成し、全閉構造にしたものである。
【選択図】 図１

Description

実施の形態は、鉄道車両を駆動する車両用全閉型主電動機に関する。

一般に鉄道車両（以下、「車両」と呼ぶ）では、車体の下に配置された台車に主電動機（以下、「電動機」と呼ぶ）を装荷して、この電動機の回転力を継手（カップリング）と歯車装置を介して車輪に伝達し、車両を走行させている。

従来のこの種の電動機は、全閉型で機内（電動機の内部）を外部と遮断して、外気に含まれる塵埃、油等が機内に入らない構造にして、電動機の保守軽減（機内清掃レス）や汚れによる品質の低下を防止できるものとしている。また、ラビリンス部に軸受潤滑グリースと同等または類似のグリースを塗布、充填して塵埃侵入防止の効果をアップする対策をとっている。

しかしながら、従来例によれば、ラビリンス屈曲部に入れたグリースが電動機組立時の作業でほとんど排出されてしまうため、電動機を使用する場合は、グリースによる塵埃侵入防止効果がほとんど無くなる問題点があった。

特開２００８−０９９４９１号公報

本発明は、上記従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、組み立て作業時のグリース吐出しが防止できる構造を備えた全閉型電動機を提供することを目的とする。

実施の形態の全閉型電動機は、ステータ鉄心が円筒状のフレームの内周に取り付けられた構造の固定子と、前記ステータ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、前記フレームの一側端部に、ベアリングブラケットを介して配設された、スラスト力を受け止められない軸受と、前記フレームの他側端部を中心側に延長して形成した延長部の内周端部に、ハウジングを介して配設された、スラスト力を受け止められる軸受と、前記ロータ鉄心が取り付けられ、かつ前記スラスト力を受け止められない軸受とスラスト力を受け止められる軸受とで回転自在に支承されたシャフトと、前記ロータ鉄心の両側それぞれに固定された仕切り円板とで構成され、前記スラスト力を受け止められない軸受側は前記一方の仕切り円板の外周端部と前記フレームの一側端部に設けた仕切り板の内周端部との間に、前記スラスト力を受け止められる軸受側は前記他方の仕切り円板の外周端部と前記フレームの延長部の内周端部との間に、それぞれラビリンスを形成し、該ラビリンスにグリースを充填したことを特徴とする。

第１の実施の形態の全閉型電動機の断面図。 上記実施の形態の全閉型電動機の回転子の分解の状態の断面図。 第２の実施の形態の内部循環風を有する外扇形の全閉型電動機の断面図。 上記実施の形態の全閉型電動機の回転子の分解状態の断面図。 第３の実施の形態の内部循環風を有しない外扇形の全閉型電動機の断面図。

以下、実施の形態を図に基づいて詳説する。

［第１の実施の形態］
図１に示す第１の実施の形態の全閉型電動機は、固定部材である円筒状のフレーム１の一端側にベアリングブラケット２を、またフレーム１の他端側から中心側に延長した延長部１Ａの中央部にハウジング３を取り付け、このベアリングブラケット２とハウジング３とのそれぞれの中心部に設けたころ軸受４、玉軸受５によってロータシャフト６を回転自在に支持している。ロータシャフト６の軸方向の中心部分にロータ鉄心７を固定し、このロータ鉄心７の内部の外周部に永久磁石（表示せず）を取り付けて回転子３１を構成している。また、ロータ鉄心７の両端部には鉄心押え８，８を固定し、この鉄心押え８，８には仕切り円板９，１０を固着している。尚、玉軸受５は鍔付きころ軸受であってもよく、スラスト力を受け止められる、軸方向に移動しない軸受として用いている。他方、ころ軸受４は、スラスト力を受け止められない、軸方向に移動できる軸受として用いている。したがって、同様の作用をする軸受手段であれば、他のものにて代用し得る。これは、他の実施の形態でも同様である。

フレーム１の内周部には、ステータ鉄心１１を取り付け、このステータ鉄心１１の内周側に形成された多数の溝の中にステータコイル１２を収納して固定子３０を構成している。ステータコイル１２のコイルエンド部は、ステータ鉄心１１の両側に張り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を形成してあり、この電動機の運転時には、ステータコイル１２に電流が流れ磁力の吸引、反発力で回転子３１が回転し、ロータシャフト６が回転力を出力する。

一方、フレーム１の一側の端部内に仕切り板１９を取り付け、この仕切り板１９の内周縁部と仕切り円板９の外周縁部との間に、屈曲した微小隙間で構成されるラビリンスＡを形成している。同時に、仕切り円板１０の外周縁部とフレーム１の他側の延長部１Ａの内周縁部との間にも同様のラビリンスＡを形成している。このラビリンスＡにはグリースが塗り込まれる。これらラビリンスＡを構成する部材の材料には、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いている。

本実施の形態の全閉型電動機は、ステータコイル１２、ステータ鉄心１１、ロータ鉄心７等をフレーム１、仕切り板１９、仕切り円板９，１０、鉄心押え８，８で囲い込み、外部と略遮断された「電動機の機内」を構成し、この機内への外気の侵入を防止し、外気に含まれる塵埃、油等が機内に入らない構造としている。

さらに、ころ軸受４、玉軸受５の周りも、主に屈曲形のラビリンス構成としている。すなわち、固定部材である端フタ１４，１５及びベアリングブラケット２、ハウジング３と回転部材であるカラー１６，１７，１８との間にラビリンスＢを形成し、外気に含まれる塵埃から軸受４，５及び軸受内にある潤滑グリースを保護している。

反駆動側の軸端部（図１において左端）は、端フタ１５で塞いで外部と遮断している。また、仕切り円板９，１０には羽根９Ａ，１０Ａが設けてあり、回転子３１が回転すると仕切り円板９，１０の羽根９Ａ，１０Ａの通風作用で軸受部周りに、矢印Ｘ１，Ｘ２のように外気を導入して、軸受部及び回転子を冷却する構造としている。

このように構成された第１の実施の形態の全閉型電動機は、ロータシャフト６の一端（図１では右端）を機外に突出させ、その突出部に駆動用歯車装置と結合するための継手（表示せず）を取り付け、電動機の回転力を車輪（表示せず）に伝え、鉄道車両を駆動するように組み付ける。

本実施の形態の全閉型電動機では、回転子３１、固定子３０間で軸方向に相対移動できるころ軸受４を支持しているベアリングブラケット２がころ軸受４と共に移動しても、仕切り円板９は仕切板１９に対して移動しない。そのため、この仕切り円板９の外周縁部とフレーム１内に固定されている仕切り板１９の内周縁部との間に形成されているラビリンスＡの部分で仕切り円板９と仕切り板１９との間に軸方向の相対移動が起こらない。この結果、本実施の形態の場合、機内と機外を仕切るラビリンスＡ内の軸方向隙間内に充填されたグリースが電動機組立て作業時に排出されることがない。尚、軸受周りのラビリンスＢでは相対移動が起こるが、軸受部内に充填されるグリース量が多いために、軸受４，５と機外との間のラビリンスＢの塵埃侵入防止効果の低下は少ないものである。

図２は、図１に示した本実施の形態の全閉型電動機について、その回転子３１の引抜き（分解）、挿入（組立て）状態を示すもので、図２において右側から、ステータ鉄心１１、ステータコイル１２、仕切り板１９が取り付けられているフレーム１に対して回転子３１を挿入し、また右側に引抜くことで組立て、分解ができる。

［第２の実施の形態］
図３、図４を参照して第２の実施の形態の全閉型電動機について説明する。本実施の形態にあって、図１、図２に示した第１の実施の形態と共通し、若しくは類似する要素には同一若しくは類似する符号を付して示してある。

本実施の形態は、内部循環ファン２０と外扇ファン２１を有した全閉型誘導電動機であり、内部循環ファン２０と外扇ファン２１の中間に位置する主板２２（仕切り円板に相当）とブラケット２３との突き合う部分間にラビリンスＣを形成し、同時に反対側の仕切り円板１０とブラケット２４との突き合う部分間にもラビリンスＣを形成したことを特徴とする。図３において、白矢印Ｘ３が外気で冷す外扇風、黒矢印Ｘ４が内部循環風である。

本実施の形態にあって、円筒体の固定子３０に対してその一側にブラケット２３を取り付け、その他側にも別のブラケット２４を取り付けている。ステータ鉄心１１の外周近くに軸方向の内部循環用の通風孔１１ａ、外気通過用の通風孔１１ｂを、内部循環風Ｘ４用と外扇風Ｘ３用とに周方向に適宜の配列、例えば交互に等間隔で形成してある。そして、ブラケット２３にはそれぞれの通風孔１１ａに連通する通気孔２３ａ、通風孔１１ｂに連通する通気孔２３ｂを形成してある。他方のブラケット２４にも、通風孔１１ａに連通して機内に循環風Ｘ４を戻す通気孔２４ａ、外扇風Ｘ３を外部に排気する通気孔２４ｂを形成してある。

回転子３１については、ロータ鉄心７とその両端の鉄心押え８に通風孔７ａ，８ａを形成し、内部循環風Ｘ４の通過によりロータ鉄心７を冷却する構成にしている。この回転子３１にはベアリングブラケット２′を一側に取り付け、このベアリングブラケット２′を固定子３０側のブラケット２３と組み付けることによって外扇風Ｘ３の通気路を形成するようにしている。

図４に示すように、固定子３０に対して回転子３１を挿入して組み立てるには、必要な部材の組付けが完了した回転子３１を図４において右側から固定子３０の内部に挿入する。この際、両側のラビリンスＣの部分では、固定子３０側が図において右あき、回転子３１が左あきとなっているので、支障なく組み立てることができる。固定子３０から回転子３１を分解するときには、逆に回転子３１を固定子３０から図において右方向に引き抜くことにより行うことができる。

本実施の形態の全閉型電動機では、回転子３１、固定子３０間で軸方向に相対移動できるころ軸受４を支持しているベアリングブラケット２′がころ軸受４と共に移動しても、主板２２の外周縁部と固定子３０側のブラケット２３の内周縁部との間に形成されているラビリンスＣの部分で主板２２とブラケット２３との間に軸方向の相対移動が起こらない。この結果、本実施の形態でも、機内と機外を仕切るラビリンスＣ内の軸方向隙間内に充填されたグリースが電動機組立て作業時に排出されることがない。尚、軸受周りのラビリンスＢでは相対移動が起こるが、軸受部の内に充填されるグリース量が多いために、軸受４，５と機外との間のラビリンスＢの塵埃侵入防止効果の低下は少ないものである。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態の全閉型電動機を、図５を用いて説明する。本実施の形態にあっても、図１、図２に示した第１の実施の形態、図３、図４に示した第２の実施の形態と共通し、若しくは類似する要素には同一若しくは類似する符号を用いて説明する。

本実施の形態は、冷却風が内部循環しない、外気冷却だけの全閉型誘導電動機である。そのため、第２の実施の形態のようにステータ鉄心１１内に通風孔１１ａがなく、ロータ鉄心７内にも通風孔７ａがない。

固定子３０の一側のブラケット２３′には外気通風孔２３′ｂが形成してあり、またステータ鉄心１１の外周部近くには通風孔１１ｂが形成してある。

回転子側３１は、その一側に第２の実施の形態と類似し、外扇ファン２１′の形成された主板２２′が取り付けてあり、この主板２２′と固定子３０側のブラケット２３′との突き合う部分との間でラビリンスＤを形成している。この回転子３１にも、ベアリングブラケット２″を一側に取り付け、このベアリングブラケット２″を固定子３０側のブラケット２３′と組み付けることによって外扇風Ｘ５の通気路２３′ｂを形成するようにしている。

固定子３０の他側のブラケット２４′は、ラビリンス構成なしに回転子３１の他側のハウジング３に固定してある。

この実施の形態の場合には、回転子３１の回転により、白矢印Ｘ５に示すように外気が片側のブラケット２３′内に取り込まれ、外扇ファン２１′によりブラケット２３′内の通気孔２３′ｂ、ステータ鉄心１１内の通風孔１１ｂを通過して機内外を冷却する。

本実施の形態にあっては、固定子３０に対して回転子３１を挿入して組み立てるには、必要な部材の組付けが完了した回転子３１を図５において右側から固定子３０の内部に挿入し、図示の状態にする。この際、片側のラビリンスＤの部分では、固定子３０側が図において右あき、回転子３１が左あきとなっているので、支障なく組み立てることができる。固定子３０から回転子３１を分解するときには、図５に示した完成状態から逆に回転子３１を固定子３０から右方向に引き抜くことにより行うことができる。

本実施の形態の全閉型電動機では、回転子３１、固定子３０間で軸方向に相対移動できるころ軸受４を支持しているベアリングブラケット２″がころ軸受４と共に移動しても、主板２２′の外周縁部と固定子３０側のブラケット２３′の内周縁部との間に形成されているラビリンスＤの部分で主板２２′とブラケット２３′との間に軸方向の相対移動が起こらない。この結果、本実施の形態の場合にも、機内と機外を仕切るラビリンスＤ内の軸方向隙間内に充填されたグリースが電動機組立て作業時に排出されることがない。尚、軸受周りのラビリンスＢで相対移動が起こるが、軸受部の内に充填されるグリース量が多いために、軸受４，５と機外との間のラビリンスＢの塵埃侵入防止効果の低下は少ないものである。

尚、一般に、回転子側の仕切り円板又はそれに相当する主板と固定子または固定子に相当する固定部材から延出された部材との間にラビリンスを形成するようにした全閉型電動機であれば、本実施の形態の上記ラビリンス構成Ａ，Ｃ又はＤを採用できる。

また、本実施の形態において、機内と機外に構成されたラビリンスは、他の部分と同じ寸法にしなくてもよく、より深いもの、深いものと同じ寸法のものとを組み合わせてもよい。また、玉軸受の代わりに、つば付ころ軸受で構成してもよい。また、上記の実施の形態では、ラビリンスの屈曲数は２段で説明したが、３段以上でもよい。また、上記の実施の形態では、仕切り円板若しくは主板に羽根を付けたもので説明したが、冷却性能に余裕があるものであれば、羽根のない仕切り円板若しくは主板を採用することもできる。そしてその場合には、冷却通路を少なくできるので、車両用電動機であれば特に活用スペースが大きくすることができる。また、径方向隙間は約０．５ｍｍとすることができるが、これを複数の隙間を組合せて構成してもよい。また、上記の実施の形態は、永久磁石電動機で説明したが、誘導電動機の場合でも実施できる。また、上記の実施の形態は、フレームの有る構造に採用したものであるが、より出力の増すフレームレス構造で構成してもよい。

１ フレーム
２，２′，２″ ベアリングブラケット
３ ハウジング
４ ころ軸受
５ 玉軸受
６ シャフト
７ ロータ鉄心
８ 鉄心押え
９ 仕切り円板
１１ ステータ鉄心
１２ コイル
１３ ギャップ
１４，１５ 端フタ
１６，１７，１８ カラー
２０ 内部循環ファン
２１，２１′ 外扇ファン
２２，２２′ 主板
２３，２３′ ブラケット
２４，２４′ ブラケット
３０ 固定子
３１ 回転子

Claims (5)

1. ステータ鉄心が円筒フレームの内周に取り付けられた構造の固定子と、
   前記ステータ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、
   前記フレームの一側端部に、ベアリングブラケットを介して配設された、スラトス力を受け止められない軸受と、
   前記フレームの他側端部を中心側に延長して形成した延長部の内周端部に、ハウジングを介して配設された、スラスト力を受け止められる軸受と、
   前記ロータ鉄心が取り付けられ、かつ前記スラスト力を受け止められない軸受とスラスト力を受け止められる軸受とで回転自在に支承されたシャフトと、
   前記ロータ鉄心の両側それぞれに固定された仕切り円板とを備え、
   前記スラスト力を受け止められない軸受側は前記一方の仕切り円板の外周端部と前記フレームの一側端部に設けた仕切り板の内周端部との間に、前記スラスト力を受け止められる軸受側は前記他方の仕切り円板の外周端部と前記フレームの延長部の内周端部との間に、それぞれラビリンスを形成し、該ラビリンスにグリースを充填したことを特徴とする全閉型電動機。
2. ステータ鉄心が円筒フレームの内周に取り付けられ、前記フレームの両側それぞれにブラケットを取り付けた構造の固定子と、
   前記ステータ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、
   前記フレームの一側のブラケットに、ベアリングブラケットを介して配設された、スラスト力を受け止められない軸受と、
   前記フレームの他側のブラケットの内周端部に、ハウジングを介して配設されたスラスト力を受け止められる軸受と、
   前記ロータ鉄心が取り付けられ、かつ前記スラスト力を受け止められない軸受とスラスト力を受け止められる軸受とで回転自在に支承されたシャフトと、
   前記ロータ鉄心の両側それぞれに固定された仕切り円板とを備え、
   前記スラスト力を受け止められない軸受側は前記一方の仕切り円板の外周端部と前記フレームの一側のブラケットの内周端部との間に、前記スラスト力を受け止められる軸受側は前記他方の仕切り円板の外周端部と前記フレームの他側のブラケットの内周端部との間に、それぞれラビリンスを形成し、該ラビリンスにグリースを充填したことを特徴とする全閉型電動機。
3. ステータ鉄心が円筒フレームの内周に取り付けられ、前記フレームの両側それぞれにブラケットを取り付けた構造の固定子と、
   前記ステータ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、
   前記フレームの一側のブラケットに、ベアリングブラケットを介して配設された、スラスト力を受け止められない軸受と、
   前記フレームの他側のブラケットの内周端部に、ハウジングを介して配設された、スラスト力を受け止められる軸受と、
   前記ロータ鉄心が取り付けられ、かつ前記スラスト力を受け止められない軸受とスラスト力を受け止められる軸受とで回転自在に支承されたシャフトと、
   前記ロータ鉄心の前記スラスト力を受け止められない軸受側に固定された仕切り円板とを備え、
   前記スラスト力を受け止められない軸受側の仕切り円板の外周端部と前記フレームの一側のブラケットの内周端部との間に、ラビリンスを形成し、該ラビリンスにグリースを充填したことを特徴とする全閉型電動機。
4. 前記一方の仕切り円板の表裏両側又は表側に羽根を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の全閉型電動機。
5. 前記ラビリンスは、前記固定子に対して前記シャフトを前記スラスト力を受け止められない軸受側から挿抜可能な形状にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の全閉型電動機。

Images