JP2012231656A - 鉄道車両用電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 反駆動側及び駆動側の軸受部の温度上昇を抑制し、軸受部の寿命低下を軽減できる鉄道車両用電動機を提供することである。
【解決手段】 実施形態の鉄道車両用電動機は、円筒状のフレーム１と、フレーム１の両端部に設置される駆動側と反駆動側のブラケット２ａ、２ｂと、ブラケットの内周側に設置される駆動側と反駆動側のベアリングブラケット３ａ、３ｂと、フレーム、ブラケット、ベアリングブラケットを長手方向に中心部を貫通するように設けられる回転軸５と、ベアリングブラケットに取り付けられ、回転軸と回転自在に支持する駆動側と反駆動側の軸受７ａ、７ｂと、回転軸の外周側に取り付けられる円筒状の回転子６と、回転子の外周側に、エアギャップ１５を介してフレームに取り付けられる固定子４と、回転子を長手方向に貫通させる通風孔９と、回転軸の回転子と駆動側のベアリングブラケットの間に取り付けられる円盤上のファン１０と、ファンを固定子側からベアリングブラケット側に貫通させる通気孔１２とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、鉄道車両用の電動機に関する。

一般に鉄道は、架線から供給される電力を使用して、電動機が駆動装置を介して車輪を回転させることで走行する。

この鉄道車両用の電動機は、回転軸が駆動側と反駆動側の軸受部により回転自在に支持されることで、回転することが可能となっている。そのため、回転に伴い、軸受部分では大量の熱が発生する。その熱を冷却するため、外気からの熱を電動機内に取り入れる電動機構造が開発されている。

特開２００６−３１４１８３号公報

しかしながら、フランジ取付型の電動機が駆動装置に直結されると電動機の駆動側端面は駆動装置との結合面で覆われる形となる。この場合、電動機の駆動側端面に入気用、もしくは排気用の通風口を設けることができない。そのため、モータの上部、もしくは下部方向に通風口を設けることになり、駆動側に排気ファンが設けられている場合、駆動側軸受部近くは準密閉状態となり、軸受が風冷却されず、軸受の温度が上昇し、軸受やグリースの劣化、及び寿命低下の原因となるといった問題があった。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、反駆動側及び駆動側の軸受部の温度上昇を抑制し、軸受部の寿命低下を軽減できる鉄道車両用電動機を提供することを目的とする。

実施形態の鉄道車両用電動機は、円筒状のフレームと、フレームの両端部に設置される駆動側と反駆動側のブラケットと、ブラケットの内周側に設置される駆動側と反駆動側のベアリングブラケットと、フレーム、ブラケット、ベアリングブラケットを長手方向に中心部を貫通するように設けられる回転軸と、ベアリングブラケットに取り付けられ、回転軸と回転自在に支持する駆動側と反駆動側の軸受と、回転軸の外周側に取り付けられる円筒状の回転子と、回転子の外周側に、エアギャップを介してフレームに取り付けられる固定子と、回転子を長手方向に貫通させる通風孔と、回転軸の回転子と駆動側のベアリングブラケットの間に取り付けられる円盤上のファンと、ファンを固定子側からベアリングブラケット側に貫通させる通気孔とを有している。

第１の実施形態の鉄道車両用電動機の断面図。 第２の実施形態の鉄道車両用電動機の断面図。 第３の実施形態の鉄道車両用電動機の断面図。 第４の実施形態の鉄道車両用電動機の断面図。 第５の実施形態の鉄道車両用電動機の断面図。 第６の実施形態の回転子およびファンの軸垂直方向の断面図。 第７の実施形態の鉄道車両用電動機の断面図。 従来の鉄道車両用電動機の断面図。

以下、実施形態の電動機を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。

（構成）
まず、図１を用いて本実施形態の構成を説明する。図１に示すように、電動機１００は、円筒状のフレーム１と、フレーム１の反駆動側端部に配置される円盤状のブラケット２ａと、駆動側端部に配置されるブラケット２ｂと、フレーム１とブラケット２ａ、２ｂの長手方向中心部を貫通して配置された回転軸５を備えている。フレーム１の両端部には、ブラケット２ａを介してベアリングブラケット３ａが、ブラケット２ｂを介してベアリングブラケット３ｂが取り付けられている。回転軸５は、ベアリングブラケット３ａに取り付けられたコロ軸受７ａ、ベアリングブラケット３ｂに取り付けられた玉軸受７ｂによって回転自在に支持されている。フレーム１の内周側には、円筒状の固定子４が固定されており、固定子４の内側にはエアギャップ１５を介して回転子６が回転軸５に固定されて設置されている。また、回転子６に隣接し、回転子６側に羽根１０ａが付けられた円盤状のファン１０が回転軸５に固定されている。またファン１０には、１乃至複数の通気孔１２が設けられている。

ブラケット２ｂには電動機１００内に空気を外気から取り込むための入気口８が設けられ、ブラケット２ａには電動機１００内から空気を外気へと排出するための排気口１１が設けられている。回転子６には、回転子６の駆動側と反駆動側を長手方向に貫通するように通風孔９が設けられている。このとき通風孔９は通気孔１２の開口部とほぼ同じ位置に対向するように設けられている。

（作用）
次に本実施形態の作用について説明する。

鉄道車両の走行に伴い回転軸５が回転する。回転軸５が回転するとファン１０が回転する。電動機１００の動作によりファン１０が回転すると、回転の遠心力により電動機１００内の空気は排気口１１より外気へと排出される。その排出作用は、空気を入気口８より電動機１００内へ引き込み、排気口１１へ送風する。つまり、図１の矢印で示すように、入気口８から流入した空気が、回転子６の通風孔９および固定子４と回転子６の間のエアギャップ１５を通過し、空気の一部はそのまま排気口１１より排出され、空気の一部は通気孔１２を通って軸受７ａ周辺部に到達し、ベアリングブラケット３ａに沿って上方の排気口１１より排出される。このとき通風孔９と、通気孔１２の開口部が対面しているため、より多くの空気が通気孔１２を通って軸受７ａ側に到達する。

ファン１０に通気孔１２を設けることにより、回転子６と固定子４を冷却するだけでなく、回転子６の通風孔９を通過した空気を駆動側軸受７ａ周辺に取り込むことが可能となる。取り込まれた空気は軸受７ａ周辺部のベアリングブラケット３ａに沿って上方に排出される。これにより、軸受部の風冷却を可能にし、温度上昇による軸受の劣化を軽減させる。

（効果）
以上述べた実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設けることで、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図２を参照し、詳細に説明する。尚、図１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。

本実施形態は、第１の実施形態とは、ファン１０にフィン１３を追加した点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
通気孔１２を設けたファン１０のベアリングブラケット３ａ側の面にフィン１３を設ける。

（作用）
回転軸５の回転に伴い、ファン１０と連動してフィン１３が回る。フィン１３が回転すると、フレーム２ａとベアリングブラケット３ａとファン１０付近の空気は外側、排気口１１方向に押し出される。フレーム２ａとベアリングブラケット３ａとファン１０付近の空気が排気口１１方向に押し出されることにより、ベアリングブラケット３ａと回転軸５、ファン１０で囲まれた空気は上方向、フィン１３方向に誘引される。ベアリングブラケット３ａと回転軸５、ファン１０で囲まれた空気が上方向に誘引されることにより、回転子６側から通気孔１２を通ってベアリングブラケット３ａ側へとより多くの空気が流入することになる。そのため、軸受７ａ周りの空気の流動を促進し、風冷却効果を高める。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設けることで、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

また、当該ファンの軸受側にフィンを設けることにより、より多くの空気流動を促し、軸受周りの冷却効果を高めることになる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図３を参照し、詳細に説明する。尚、図１乃至２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。

本実施形態は、第１の実施形態とは、ブラケットに排出口を設けた点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
ブラケット２ａのベアリングブラケット３ａとファン１０の間の面の開口部から外気へと通ずる排出口１４を設ける。

（作用）
図３の矢印で示すように、回転軸５の回転に伴い、ファン１０が回転する。ファン１０が回転すると、電動機１００内の空気は排気口１１へと誘引され、外気へと排出される。排気口１１への排出に伴い、入気口８から空気が流入される。電動機１００内の空気の一部は、通気孔１２を通ってフレーム２ａとベアリングブラケット３ａ、回転軸５、ファン１０で構成される空間へと流入する。流入した空気はベアリングブラケット３ａとファン１０に沿って上方へ上り、排出口１４から排出される。

ファン１０の回転子６側の機内冷却風と、ファン１０の軸受７ａ側の軸受周辺冷却風が完全に分離した状態で電動機１００外へ排出される。これにより、機内冷却風と、軸受周辺冷却風の衝突がより少ない状態となり、排気口１１および排出口１４から円滑に空気が排出されることになる。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設け、当該ファンにフィンを設けることにより、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

さらに、排出時の乱流が起こりにくくなるため、電動機内の空気の円滑な排出が可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図４を参照し、詳細に説明する。尚、図１乃至３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。

本実施形態は、第１の実施形態とは、ファン１０に仕切り板１６を設けた点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
ファン１０の羽根１０ａが取り付けられている側面に、羽根１０ａと通気孔１２の間に環状の仕切り板１６に設けた。仕切り板１６の取付位置と通風孔９の開口部の回転子４側の位置はほぼ同等となっている。また、仕切り板１６は板状のものを複数枚使用し取り付けることも可能である。また、仕切り板１６は通気孔１２の羽根１０ａ側の上方向だけでなく、回転軸５側の下方向にも設けることも可能である。

（作用）
入気口８から電動機１００内に流入した空気は、電動機１００の反駆動側の空間から固定子４・回転子６間のエアギャップ１５と通風孔９を通過し、駆動側の空間へ流れる。その際、通風孔９を通過した空気は、通風孔９を通過する流れのまま仕切り板１６により通気孔１２から、ファン１０、ブラケット２ａ、ベアリングブラケット３ａ、回転軸５から構成される空間へ流入する。

つまり、入気口８から機内に流入した空気のうち、一般に、エアギャップ１５を通るよりも温度が低い傾向にある回転子６の通風孔９を通過した空気は、仕切り板１６に導かれることで、軸受７ａの周辺へ直接ぶつかることになり、軸受７ａ周辺部の冷却効率が向上する。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設けることにより、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

また、ファン１０の通気孔付近に仕切り板を設けることで、電動機１００内の空気を誘導し、冷却効率を向上させることが可能となる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について図５を参照し、詳細に説明する。尚、図１乃至４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。

本実施形態は、第１の実施形態とは、ファンに凸部を設けた点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
本実施形態では、図５に示すように、ファン１０の軸受７ａ側の側面１０ｂに、通気孔１２の上側から排気口１１方向に向かって凸部１７を複数設ける。

（作用）
ファン１０の軸受７ａ側の表面積を増加することにより、軸受７ａから発生する熱をファン１０へ伝達する伝導率を促進させ、軸受７ａ部の温度低減効果を高める。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設けることにより、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

また、ファン１０に凸部を設けることにより、さらに冷却効率を向上させることが可能となる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態について図６を参照し、詳細に説明する。尚、図１乃至５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。

（構成）
本実施形態では、ファン１０に設けられた通気孔１２の位置を、回転子６の通風孔９の位置と合致するように配置する（回転軸５の中心を基点とした位置）。例えば図６に示すように、回転子６には６個の通風孔９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆが設けられる。それぞれの通風孔９の中心点と中止点の間の角度はθとする。また、回転軸５の中心から通風孔９の開口部の中点までの長さをｈとする。

ファン１０には６個の通気孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが設けられる。それぞれの通気孔１２の中心点と中心点の間の角度はθとする。また、回転軸５の中心から通気孔１２の開口部の中点までの長さをｈとする。通気孔１２の穴の径は、回転子６の通風孔９の径よりも大きくする。

（作用）
ファン１０、および回転子６はどちらも回転軸５に連動して同時に回転するため、通気孔１２の位置を通風孔９の位置と合致させることで、通風孔９から通気孔１２への空気の流動がよりスムーズに行われやすくなる。また、通気孔１２の穴の径を、回転子６の通風孔９の径よりも大きくすることで、通風孔９を通過した後、通気孔１２に入るまでに分散した空気をより多く取り入れることができる。これにより軸受部周辺に取り込まれる風量を増加させ、風冷却効果を高める。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設け、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

また、通風孔と通気孔の開口部の位置を合わせることで空気の流動がよりスムーズになり、冷却効率が上昇する。

（第７の実施形態）
第７の実施形態について図７を参照し、詳細に説明する。尚、図１乃至６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。

本実施形態は、第１の実施形態とは、ファンの通気孔の形状が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
図７（ａ）に示すように、本実施形態ではファン１０に設けられた通気孔１２において、回転子６側の開口部の径を、軸受７ａ側の開口部の径より大きくした形状とする。

また、図７（ｂ）に示すように、通気孔１２の開口部について、回転子６側の入り口角部を丸めた形状とする。

（作用）
図７（ａ）に示す構成により、通気孔１２が取り込む空気の量が増大する。ブラケット２ａ軸受部側に導入される空気の量が増加すると、より多くの空気が回転軸５と、ベアリングブラケット３ａ、ブラケット２ａ、ファン１０で囲まれた空間へと流入し、その大量の空気により、空気が排気口１１方向へと押し出される。そのため、空気がより効率的に排出することになる。また図７（ｂ）に示す構成により、ファン１０表面の壁に沿って移動していた空気は、そのまま表面を沿って通気孔１２に取り込まれることになる。そのため、通気孔１２の開口部での乱流が起こりにくくなる。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電動機によれば、電動機内のファンに通気孔を設け、軸受温度を低減し、軸受・グリースの劣化、及び寿命低下を軽減することが可能となる。

また、通気孔の回転子６側の開口部の径を、通気孔の軸受側の開口部の径よりも大きくすることや通気孔の開口部に丸みをもたすことで、通常の両端が同じな開口部を有する通気孔よりもより多くの空気を取り込むことが可能となり、軸受の周辺部品の冷却効率を高めることになる。

上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、駆動側の構成を反駆動側に備えるなど、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ フレーム
２ ブラケット
２ａ 駆動側ブラケット
２ｂ 反駆動側ブラケット
３ ベアリングブラケット
３ａ 駆動側ベアリングブラケット
３ｂ 反駆動側ベアリングブラケット
４ 固定子
５ 回転軸
６ 回転子
７ 軸受
７ａ コロ軸受
７ｂ 玉軸受
８ 入気口
９ 通風孔
９ａ 通風孔
９ｂ 通風孔
９ｃ 通風孔
９ｄ 通風孔
９ｅ 通風孔
９ｆ 通風孔
１０ ファン
１１ 排気口
１２ 通気孔
１２ａ 通気孔
１２ｂ 通気孔
１２ｃ 通気孔
１２ｄ 通気孔
１２ｅ 通気孔
１２ｆ 通気孔
１３ フィン
１４ 排出口
１５ エアギャップ
１６ 仕切り板
１７ 凸部

Claims (7)

1. 円筒状のフレームと、
   前記フレームの両端部に設置される駆動側と反駆動側のブラケットと、
   前記ブラケットの内周側に設置される駆動側と反駆動側のベアリングブラケットと、
   前記フレーム、前記ブラケット、前記ベアリングブラケットを長手方向に中心部を貫通するように設けられる回転軸と、
   前記ベアリングブラケットに取り付けられ、前記回転軸と回転自在に支持する駆動側と反駆動側の軸受と、
   前記回転軸の外周側に取り付けられる円筒状の回転子と、
   前記回転子の外周側に、エアギャップを介して前記フレームに取り付けられる固定子と、
   前記回転子を長手方向に貫通させる通風孔と、
   前記回転軸の前記回転子と前記駆動側のベアリングブラケットの間に取り付けられる円盤上のファンと、
   前記ファンを前記固定子側から前記ベアリングブラケット側に貫通させる通気孔と、
   有する鉄道車両用電動機。
2. 前記ファンにおいて、
   前記ファンの前記駆動側のベアリングブラケット側の側面の外周側に板状のフィンを設けた請求項１記載の鉄道車両用電動機。
3. 前記駆動側のブラケットにおいて、
   前記ファンと前記ベアリングブラケットの間に位置する前記駆動側のブラケットの側面に設けられた開口部と、
   前記開口部を外気へと通じさせる排出口と、
   を有する請求項１乃至２記載の鉄道車両用電動機。
4. 前記ファンと前記通風孔において、
   前記ファンの回転子側側面で、前記通風孔の開口部上側に板状の仕切り板を設けたこと請求項１乃至３のいずれか１項記載の鉄道車両用電動機。
5. 前記ファンにおいて、
   前記ファンの駆動側のベアリングブラケット側の側面に凸部を設けた１乃至４のいずれか１項記載の鉄道車両用電動機。
6. 前記通気孔において、
   前記通気孔の回転子側の開口部が、駆動側のベアリングブラケット側の開口部よりも大きい請求項１乃至５のいずれか１項記載の鉄道車両用電動機。
7. 前記通気孔において、
   前記通気孔の回転子側の開口部の口角部を丸めた形状とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の鉄道車両用電動機。

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