JP2015154646A - 車両用回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】塵埃フィルタの目詰まり等が生じて通気面積が減少したりすることなく、冷却風から効果的に塵埃を分離することができ、高い冷却性能が維持でき、メンテナンス性に優れる車両用回転機を提供する。
【解決手段】車両駆動用の主電動機と、冷却風を発生させる電動送風機と、通気ダクトと、通気ダクトと主電動機の冷却風取入口との間に連通して設けられるたわみ風洞と、たわみ風洞の内部で主電動機の冷却風取入口に取り付けられ、冷却風に含まれる塵埃を分離しながら冷却風を主電動機に導入する分離フィルタとを持ち、分離フィルタは、通気ダクト側に向けて突起するように形成されることで、冷却風をたわみ風洞の内面側に向けて導く上部冷却風案内板と、たわみ風洞の内面側に沿って設けられ、上部冷却風案内板によって導かれた冷却風に含まれる塵埃を堆積させる塵埃堆積部と、を持つ車両用回転機が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、車両用回転機に関する。

近年、鉄道車両においては、列車のさらなる高速化に伴い、車両に搭載される主電動機や主変圧器等の大容量化が求められている。特に、新幹線電車等の高速列車において車両性能を満足させるためには、それらに搭載される電機装置の小型化及び軽量化を図ることが、重要な課題の一つとなる。

通常、鉄道車両に搭載される電機装置は、電動送風機によって強制的に冷却する方法を採用することで、各備品並びに装置全体の小型化が図られている。この場合、電動送風機からの冷却風は、通気ダクトを通して主電動機の冷却風取入口に接続される。また、この際の冷却風としては、冷却効率を向上させるため、大風量で通気ダクト内に向けて送風されている。

従来、強制通風冷却方式を採用する車両用の主電動機においては、電動送風機において発生され、通気ダクトで送風される冷却風内に含まれる塵挨が主電動機の内部に堆積するのを防ぐため、主電動機の冷却風取入口の近傍に、塵挨を集塵するための格子形状を有する平板状の分離フィルタを設置している。

一方、主電動機の冷却風として、主電動機内に備えられるファンで外気を取り入れる自己通風冷却方式の主電動機においては、例えば、サイクロン式エアクリーナー装置を介して外気を取り込むことで気流による塵挨分離を行い、塵埃を外部に排出する方法が提案されている。

従来から用いられている強制通風冷却方式の車両用の主電動機において、主電動機側の冷却風取入口の近傍に設置されている格子形状の分離フィルタは、経年使用に伴って格子間に塵埃が堆積し、目詰まりが生じることで、通気面積が初期状態に対して５０％以上減少することもある。

また、従来の構成を有する強制通風冷却方式の車両用の主電動機のメンテナンスにあたっては、格子形状を有する分離フィルタに堆積した塵埃を除去するため、たわみ風洞と主電動機との接続を解除したうえで、分離フィルタの全面を清掃する。

また、主電動機の冷却風取入口の近傍における冷却風は、大風量で通気ダクト内に送風されることから、通気ダクトの曲がり具合によって風速分布が大きく偏る傾向がある。

また、上述したようなサイクロン式エアクリーナー装置を用いる等、気流によって塵挨を分離する方法を採用した場合には、塵挨分離に必要な気流を生成するための一定の空間が必要となる。一方、強制風冷方式の主電動機における冷却風取入口の近傍は、車体の下方に設置された通気ダクトを介して冷却風が送風される構成であることから、空間が制限される。

特開２００２−２７２０６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、強制通風冷却方式を採用する車両用回転機において、塵埃フィルタの目詰まり等が生じて通気面積が減少したりすることなく、冷却風から効果的に塵埃を分離することができ、高い冷却性能を維持できるとともに、メンテナンス性にも優れる車両用回転機を提供することである。

実施形態に係る車両用回転機は、車両駆動用の主電動機と、冷却風を発生させる電動送風機と、通気ダクトと、前記通気ダクトと前記主電動機の冷却風取入口との間に連通して設けられるたわみ風洞と、該たわみ風洞の内部において前記主電動機の冷却風取入口に取り付けられる分離フィルタとを持つ。前記主電動機は車両駆動用であり、強制冷却を行うための冷却風取入口が備えられる。前記電動送風機は、前記主電動機を強制冷却するための冷却風を発生させる。前記通気ダクトは、前記電動送風機で発生させた冷却風を前記主電動機の冷却風取入口に向けて送風する。前記たわみ風洞は、略筒状とされ、前記冷却風を前記主電動機の冷却風取入口に導入する。前記分離フィルタは、前記冷却風に含まれる塵埃を分離しながら、前記冷却風を前記主電動機の冷却風取入口に導入する。
さらに、前記分離フィルタは、上部冷却風案内板と、塵埃堆積部とを持つ。前記上部冷却風案内板は、前記通気ダクト側に向けて突起するように傾斜面で形成されることで、前記冷却風の少なくとも一部を、前記たわみ風洞の内面側に向けて導く。前記塵埃堆積部は、前記たわみ風洞の内面側の少なくとも一部に沿って設けられ、前記上部冷却風案内板によって導かれた前記冷却風に含まれる塵埃を堆積させる。

第１の実施形態の車両用回転機を示す全体構成図。 図１に示す第１の実施形態の車両用回転機の要部を拡大して示す模式図。 第２の実施形態の車両用回転機を示す全体構成図。 図３に示す第２の実施形態の車両用回転機の要部を拡大して示す模式図。 第３の実施形態の車両用回転機の要部を示す拡大して示す模式図。 第４の実施形態の車両用回転機の要部を拡大して示す模式図。

以下、実施形態の車両用回転機を、図面を参照して説明する。
なお、以下の図面の記載において同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下に示す実施の形態は、本実施形態における技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態の車両用回転機を、図１及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の車両用回転機１の全体構成を示す概略図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６を拡大して示す図であり、図２（ａ）は部分断面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）中に示すＡ−Ａ断面であり、分離フィルタ６の全体断面図である。

車両用回転機１は、鉄道車両において車体９０の下に懸架状態で設置されるものであり、車両駆動用の主電動機２と、冷却風Ｗを発生させる電動送風機３と、通気ダクト４と、通気ダクト４と主電動機２の冷却風取入口２２との間に連通して設けられるたわみ風洞５と、たわみ風洞５の内部において主電動機２の冷却風取入口２２に取り付けられる分離フィルタ６とを備え、概略構成される。車両用回転機１は、上記構成による強制通風冷却方式を採用するものであり、電動送風機３から、通気ダクト４及びたわみ風洞５を介して、分離フィルタ６が取り付けられた冷却風取入口２２から主電動機の内部に冷却風Ｗが取り込まれる。

また、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の実施形態の車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６は、上部冷却風案内板６１と、塵埃堆積部６４とを具備する。さらに、分離フィルタ６は、上部冷却風案内板６１との間に、たわみ空洞５の内面側から冷却風Ｗを取り込んで主電動機２の冷却風取入口２２に導くための冷却風取入通路６３を形成する下部冷却風案内板６２を具備してなる。また、塵埃堆積部６４は、たわみ風洞５の内面側の少なくとも一部に沿って、たわみ空洞５と下部冷却風案内板６２との間に設けられている。

図１に示す主電動機２は、車両駆動用の動力源（モータ）であり、筐体２１の一部、図示例においては筐体２１の上部に、主電動機２内部の強制冷却を行うための冷却風取入口２２が設けられている。詳細な図示を省略すが、通常、主電動機２は、車体から懸架された台車に取り付けられている車輪間に配置され、図１においては、主電動機２を２台備えた例を示している。

電動送風機３は、主電動機２を強制冷却するための冷却風Ｗを発生させるものであり、図１中においては詳細な図示を省略しているが、筐体３１の内部に、内部に、ブロアモータ（電動機）と、このブロアモータによって回転する羽根車が備えられている。また、筐体３１は、上記の羽根車が収容される部分がスクロール状に形成されている。
電動送風機３は、上記構成により、図視略の羽根車の回転によって吸入口３２から取り込んだ外気を、吐出口３３から大風量で吐出することが可能とされている。

通気ダクト４は、電動送風機３で発生させた冷却風Ｗを主電動機２の冷却風取入口２２に向けて送風する管状の金属部材である。
具体的には、通気ダクト４は、上述した電動送風機３の吐出口３３から吐出された冷却風Ｗを一端部４１側から内部に取り込んで送風することで、他端部４２側から後述のたわみ空洞５に導入するものである。また、通気ダクト４は、図１に示す例においては、２本の通気ダクト４Ａ、４Ｂから構成され、上述した２台の主電動機２の各々に向けて送風可能とされている。

たわみ風洞５は、略筒状の部材であり、冷却風Ｗを主電動機２の冷却風取入口２２に導入する。
具体的には、たわみ風洞５は、側壁部５１が可撓性を有する構成とされており、図１及び図２（ｃ）に示す例では、側壁部５１が蛇腹状に形成されている。また、たわみ風洞５は、一端部５２が通気ダクト４に接続され、他端部５３が主電動機２の冷却風取入口２２側に接続される。

第１の実施形態の車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６は、冷却風Ｗに含まれる塵埃を分離しながら、冷却風Ｗを主電動機２の冷却風取入口２２に導入するものであり、上部冷却風案内板６１と、下部冷却風案内板６２と、塵埃堆積部６４とを備える。また、分離フィルタ６には、上部冷却風案内板６１及び下部冷却風案内板６２を支持する取付板６６が備えられている。取付板６６の周縁部には、ねじ孔６６ａが６箇所に設けられている。車両用回転機１は、主電動機２の冷却風取入口２２に取付板６６を固定することで分離フィルタ６が取り付けられることにより、冷却風Ｗに含まれる塵埃が分離され、塵埃が低減された冷却風Ｗが主電動機２の内部に導入される。

上部冷却風案内板６１は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、通気ダクト４側に向けて突起するように傾斜面で形成され、図示例では略錐形状に形成される板状の部材であり、図示例では、略四角錐形状に形成されている。上部冷却風案内板６１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、略四角錐形状で骨組みされた支持部材６５に略三角形状の板材を４枚取り付けることで、平滑面からなる４箇所の錐面部６１ａを形成した構成とすることができる。ここで、支持部材６５は、取付板６６に固定・支持される。
また、図示例の上部冷却風案内板６１は略四角錐形状に形成されているが、このような形状には限定されず、例えば、略三角錐形状や略円錐形状に形成したものとすることも可能である。

上部冷却風案内板６１は、上記形状とされることにより、通気ダクト４からたわみ風洞５内に導入される冷却風Ｗの少なくとも一部、図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示す例においては全ての冷却風Ｗを、錐面部６１ａによって、たわみ風洞５の側壁部５１の内面側に向けて導くように構成される。

上部冷却風案内板６１をなす材料としては、各種の耐久性を備えた金属材料であれば、特に限定されるものでは無いが、例えば、ＪＩＳ Ｇ ３１０１等によって規定される、ＳＳ４００等の一般構造用圧延鋼材を用いることができる。
また、支持部材６５の材質としても、特に限定されることなく、一般的な金属材料からなる棒材を用いることができる。

下部冷却風案内板６２は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上部冷却風案内板６１よりも主電動機２の冷却風取入口２２側に、上部冷却風案内板６１と離間して配置される。また、下部冷却風案内板６２は、上部冷却風案内板６１と同様、支持部材６５に、平滑面とされた略台形状の板材を取り付けることで、上部が開口した略四角錐形状に形成することができるが、図示例では、その上部開口側の近傍が、上部に向かうに従って緩やかに曲げられた形状とされている。

下部冷却風案内板６２は、上記形状とされることにより、上部冷却風案内板６１との間で、たわみ空洞５の内面側から冷却風Ｗを取り込んで主電動機２の冷却風取入口２２に導くための冷却風取入通路６３を形成する。
また、図２（ｃ）に示すように、冷却風取入通路６３に取り込まれた冷却風Ｗは、上部冷却風案内板６１の下面側に衝突することで、主電動機２の冷却風取入口２２に導かれる。

下部冷却風案内板６２をなす材料としても、各種の耐久性を備えた金属材料であれば、特に限定されるものでは無く、例えば、上記した上部冷却風案内板６１と同様の一般構造用圧延鋼材を用いることができる。

なお、図２中に示す下部冷却風案内板６２においては、１つの冷却風取込通路６３を形成した例を示しているが、これには限定されず、例えば、複数の冷却風取込通路６３を形成することで通気面積を大きくして、通気風量を増量することもできる。

塵埃堆積部６４は、たわみ風洞５の側壁部５１の内面側の少なくとも一部に沿って設けられ、図２（ｃ）に示す例では、たわみ空洞５と下部冷却風案内板６２との間の全体に渡って設けられている。
塵埃堆積部６４には、詳細を後述するように、上部冷却風案内板６１によってたわみ空洞５の内面側に導かれた冷却風Ｗに含まれる塵埃（図示を省略）を堆積させることができる。

第１の実施形態に係る車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６は、上記構成とすることで、略錐形状に形成された上部冷却風案内板６１により、冷却風Ｗをたわみ風洞５側、即ち、塵埃堆積部６４へ導く。そして、冷却風Ｗは、塵埃堆積部６４において上方へ向けて折り返し、上部冷却風案内板６１と下部冷却風案内板６２との間に形成された冷却風取入通路６３に送り込まれる。このとき、冷却風Ｗのほとんどが冷却風取入通路６３に導入される一方、冷却風Ｗに含まれる塵埃は、冷却風Ｗが塵埃堆積部６４の何れかの箇所で折り返した際に、そのまま塵埃堆積部６４に堆積される。これにより、冷却風Ｗから塵埃を分離することが可能となる。
一方、塵埃の多くが分離され、清浄化された冷却風Ｗは、上述の如く、主電動機２の冷却風取入口２２に導かれる。

以下に、車両用回転機１において、電動送風機３で発生される冷却風Ｗが、分離フィルタ６によって塵埃が分離されながら主電動機２の内部に導かれる形態について、図１及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

まず、電動送風機３において発生する冷却風Ｗは、通気ダクト４を通過して、たわみ風洞５に導入される。この際、通気ダクト４内、及び、たわみ風洞５内における冷却風Ｗは、電動送風機３により、常時、一定の風量で送風された状態となる。また、図１に示す例のように、通気ダクト４及びたわみ風洞５の経路が、主電動機２の冷却風取入口２２に対して直線形状に近い接続状態とされている場合には、冷却風取入口２２の近傍における冷却風Ｗの風速は一様となる。

次に、図２（ｃ）に示すように（図２（ａ）、（ｂ）も参照）、主電動機２の冷却風取入口２２の近傍における冷却風Ｗの風速分布が一様である場合、たわみ風洞５に導入された風速が一様の冷却風Ｗは、突状で略錐形状に形成された上部冷却風案内板６１により、傾斜した錐面部６１ａに沿って、冷却風Ｗに含まれる塵埃とともに、冷却風取入口２２の近傍に設けられる塵埃堆積部６４に向けて積極的に流動する。さらに、たわみ風洞５の側壁部５１内面に衝突して巻き上がった冷却風Ｗは、上部冷却風案内板６１と下部冷却風案内板６２との間に形成された冷却風取入通路６３に導かれ、冷却風取入口２２から主電動機２の内部に導入される。

本実施形態においては、占有面積が大きな塵埃を、任意に、主電動機２の冷却風取入口２２の近傍縁部、即ち、塵埃堆積部６４に集塵することにより、分離フィルタ６全体における通気面積の減少を防止できる。これにより、車両用回転機１のメンテナンス周期の延長することが可能になるとともに、メンテナンスの際は、冷却風取入口２２とたわみ風洞５との接続部を、任意の位置でのみ開口することで実施することが可能になる。従って、本実施形態では、塵埃を任意の位置である塵埃堆積部６４に集塵することで、冷却風Ｗの経路中において塵埃が目詰まりを起こすことによる風量低下を防止することが可能になり、短期サイクルで目詰まり箇所の清掃・メンテナンスを実施することが不要になるので、車両用回転機のメンテナンス性が向上する。また、本実施形態に係る構成は、従来から用いられている鉄道車両の主電動機取付部に何ら制限無く適用可能であることから、鉄道車両の車体下に搭載される電機装置に特有の寸法制約上の問題もなく、設置性にも優れる。

以上説明した第１の実施形態に係る車両用回転機１によれば、上記構成の如く、たわみ風洞５の内部に設けられ、且つ、主電動機２の冷却風取入口２２に接続されるとともに、少なくとも上部冷却風案内板６１、下部冷却風案内板６２、及び塵埃堆積部６４を具備する分離フィルタ６が備えられた構成を採用している。
本実施形態では、上部冷却風案内板６１が通気ダクト２側に向けて突起するように略錐形状に形成されることで、冷却風Ｗをたわみ風洞５の側壁部５１の内面側に向けて導く。そして、冷却風Ｗは、上部冷却風案内板６１と下部冷却風案内板６２との間に形成された冷却風取入通路６３に取り込まれるが、この際、冷却風Ｗに含まれる塵埃が分離されて塵埃堆積部６４に堆積される。

上記の作用により、車両用回転機１内の冷却風Ｗの経路において、塵埃が目詰まり等を発生することなく通気面積の減少を防止できることから、主電動機２の内部に十分な風量で冷却風Ｗを導入することができ、高い冷却性能を維持することが可能になる効果が得られる。また、車両用回転機１内の冷却風Ｗの経路における目詰まりを防止できることに伴い、車両用回転機１のメンテナンス周期を通常よりも延長することが可能になることから、メンテナンスによって鉄道車両を運行することが不可能な時間を顕著に短縮することが可能になる効果が得られる。また、車両用回転機１のメンテナンスを行う際は、冷却風取入口２２とたわみ風洞５との接続部を、任意の位置でのみ開口することで実施することが可能になり、メンテナンス性が向上するという効果が得られる。
従って、強制通風冷却方式を採用する車両用回転機において、塵埃フィルタの目詰まり等が生じて通気面積が減少したりすることなく、冷却風Ｗから効果的に塵埃を分離することができ、高い冷却性能を維持できるとともに、メンテナンス性にも優れる車両用回転機１を提供することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の車両用回転機を、図３及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照して以下に説明する。図３は、第２の実施形態の車両用回転機１０の全体構成を示す概略図である。また、図４（ａ）〜（ｃ）は、図３に示す車両用回転機１０に備えられる分離フィルタ６０を拡大して示す図であり、図４（ａ）は部分断面図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は、図４（ｂ）中に示すＢ−Ｂ断面であり、分離フィルタ６０の全体断面図である。
なお、以下の説明では、第１の実施形態において図１及び図２を参照して説明したものと同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、第２の実施形態の車両用回転機１０は、主電動機２と、電動送風機３と、通気ダクト４と、通気ダクト４と主電動機２の冷却風取入口との間に連通して設けられるたわみ風洞５とが備えられる点で、第１の実施形態の車両用回転機１と共通の構成を有しており、また、たわみ風洞５の内部において主電動機２の冷却風取入口２２に取り付けられる分離フィルタを備える点でも共通している。

一方、第２の実施形態の車両用回転機１０は、分離フィルタ６０が、以下に示す構成を備えている点で、第１の実施形態の車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６とは異なる構成を有している。
即ち、本実施形態の車両用回転機１０は、分離フィルタ６０として、まず、通気ダクト４側に向けて突起するように傾斜面で形成された上部冷却風案内板１６１が、傾斜面１６１ａ、１６１ｂのうちの少なくとも一部、図示例では、傾斜面１６１ｂが、冷却風Ｗの流入方向（図４（ｃ）中の矢印Ｈ参照）に沿った、冷却風Ｗに対する非対向領域となるように頂部１６１ｅが配置された構成を採用している。さらに、分離フィルタ６０は、傾斜面１６１ａが冷却風Ｗの流入方向（図４（ｃ）中の矢印Ｈ参照）に対向する向きとなるように、頂部１６１ｅが配置された構成を採用している。さらに、分離フィルタ６０は、傾斜面１６１ａ、１６１ｂのうち、冷却風Ｗの流入方向Ｈに沿った非対向領域である傾斜面１６１ｂが平滑面として形成されており、且つ、冷却風Ｗの流入方向Ｈに対向する向きで配置された、冷却風Ｗに対する対向領域である傾斜面１６１ａが略格子状に形成されている。
そして、本実施形態の車両用回転機１０は、塵埃堆積部１６４が、たわみ風洞５の側壁部５１の内面側の少なくとも一部に沿って、たわみ風洞５と傾斜面１６１ｂとの間に設けられ、この傾斜面１６１ｂによって導かれた冷却風Ｗに含まれる塵埃を塵埃堆積部１６４に堆積させるように構成されている。
さらに、図３及び図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の車両用回転機１０に備えられる分離フィルタ６０は、下部冷却風案内板が備えられておらず、上部冷却風案内板との間で冷却風取入通路が形成されていない点で、第１の実施形態の車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６とは異なる構成とされている。

また、本実施形態の分離フィルタ６０には、第１の実施形態の分離フィルタ６と同様、上部冷却風案内板１６１を支持する取付板１６６が備えられており、その周縁部には、ねじ孔１６６ａが６箇所に設けられている。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、上部冷却風案内板１６１において冷却風Ｗの流入方向Ｈとの対向領域である傾斜面１６１ａは、略格子状に形成されることで、塵埃フィルタとして機能するものである。
一方、冷却風Ｗの流入方向Ｈに沿った非対向領域である傾斜面１６１ｂは、第１の実施形態の車両用回転機１に備えられる上部冷却風案内板６１の錐面部６１ａと同様、平滑面とされている。
なお、上部冷却風案内板１６１は、平面視で略長方形状とされているが、上記の傾斜面１６１ａ、１６１ｂ以外の側面１６１ｃ、１６１ｄは垂直面とされている。

また、上部冷却風案内板１６１は、第１の実施形態の場合と同様、所定形状に骨組みされた支持部材１６５に、略長方形状とされた格子状の傾斜面１６１ａ、略長方形状で平滑面とされた１６１ｂ、略三角形状とされた側面１６１ｃ、１６１ｄの各板材を、それぞれ４箇所に取り付けることで構成することができる。また、支持部材１６５は、取付板１６６に固定・支持される。

上部冷却風案内板１６１は、上記構成とされることにより、通気ダクト４からたわみ風洞５内に導入される冷却風Ｗのうち、傾斜面１６１ａに向けて送風される冷却風Ｗは、略格子状に形成された傾斜面１６１ａにおいて塵埃が捕捉され、清浄化された冷却風Ｗが主電動機２の冷却風取入口２２に送風される。

一方、上部冷却風案内板１６１の傾斜面１６１ｂに沿って送風される風速の高い冷却風Ｗは、平滑面である傾斜面１６１ｂによって、たわみ風洞５の側壁部５１の内面側に向けて導かれる。この際、第１の実施形態で用いられる分離フィルタ６における上部冷却風案内板６１の場合と同様、冷却風Ｗに含まれる塵埃は、冷却風Ｗが塵埃堆積部１６４の何れかの箇所で折り返した際に、そのまま塵埃堆積部１６４に堆積される。これにより、冷却風Ｗから塵埃を分離することが可能となる。
また、塵埃堆積部１６４に塵埃が堆積することで清浄化された冷却風Ｗは、通気ダクト４側に向けて折り返した後、上述した傾斜面１６１ａを通じて主電動機２の冷却風取入口２２に導かれる。

なお、上部冷却風案内板１６１をなす材料としては、第１の実施形態において備えられる分離フィルタ６の上部冷却風案内板６１と同様の一般構造用圧延鋼材を用いることができる。

本実施形態の車両用回転機１０によれば、上記構成の分離フィルタ６０が備えられることにより、第１の実施形態の車両用回転機１と同様、冷却風Ｗから塵埃を除去することができる。
さらに加えて、本実施形態の車両用回転機１０は、上記構成の分離フィルタ６０を採用することで、例えば、主電動機２の冷却風取入口２２近傍において生じる冷却風Ｗの不均一な風速分布を考慮した構成を採用したものである。つまり、冷却風Ｗの風速が特に高い領域に、上部冷却風案内板１６１の頂部１６１ｅが配置された構成とすることにより、詳細を後述する優れた効果が得られるものである。

以下に、車両用回転機１０において、電動送風機３で発生される冷却風Ｗが、分離フィルタ６０によって塵埃が分離されながら主電動機２の内部に導かれる形態について、図３及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

まず、第１の実施形態の場合と同様、電動送風機３において発生する冷却風Ｗは、通気ダクト４を通過して、たわみ風洞５に導入される。この際、第１の実施形態の場合と同様、通気ダクト４内、及び、たわみ風洞５内における冷却風Ｗは、電動送風機３により、常時、一定の風量で送風された状態となる。
ここで、本実施形態は、図１に示す第１の実施形態の車両用回転機１の場合とは異なり、図３に示すように、通気ダクト４及びたわみ風洞５の経路が、主電動機２の冷却風取入口２２に対して十分に直線形状に近い状態とはされておらず、左右等の向きに関わらず、通気ダクト４の屈曲部４３が主電動機２の冷却風取入口２２に近い位置に配置された構成に適用することで、以下に説明するような作用が得られる。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２の実施形態の車両用回転機１０は、通気ダクト４側に向けて突起するように傾斜面で形成された上部冷却風案内板１６１において、冷却風Ｗの風速が高い領域に頂部１６１ｅが配置される。
図３に示すように、通気ダクト４及びたわみ風洞５の経路が、冷却風取入口２２に対して十分な直線形状とされていない場合、冷却風Ｗと通気ダクト４の屈曲部４３との摩擦で粘性抵抗が生じることで風速分布が発生し、冷却風取入口２２の近傍における冷却風Ｗは、屈曲部４３の内側部４３ａから外側部４３ｂに向けて風速が高まることから、不均一な風速分布が発生する。

主電動機２の冷却風取入口２２の近傍における冷却風Ｗの風速分布が不均一である場合、たわみ風洞５に流入した冷却風Ｗのうち、風速が高い領域の冷却風Ｗは、専有面積が大きな塵埃を含みながら、屈曲部４３の外側部４３ｂよりも冷却風取入口２２側に配置された上部冷却風案内板１６１の頂部１６１ｅから、平滑面とされた傾斜面１６１ｂ側に接触し、塵埃堆積部１６４に導かれる。
一方、風速が低い領域の冷却風Ｗは、細かな塵挨Ｄを含みながら、屈曲部４３の内側部４３ａよりも冷却風取入口２２側に配置されて略格子状に形成された傾斜面１６１ａの格子穴１６１ｆを通過して主電動機２の内部に流入するこの際、冷却風Ｗに含まれる細かな塵埃は、略格子状のフィルタとされた傾斜面１６１ａで捕捉され、清浄化された冷却風Ｗが主電動機２の内部に流入する。

本実施形態においては、通気ダクト４の屈曲部４３で生じる冷却風Ｗの不均一な風速分布による、冷却風Ｗに含まれる塵埃の偏りを活用することにより、占有面積の大きな塵埃を、積極的に任意の位置、即ち、塵埃堆積部１６４に集塵することが可能となる。これにより、上部冷却風案内板１６１全体における通気面積の減少を防止し、通気ダクト４の屈曲部４３の位置や向きにより、効果的に集塵が可能な位置を特定できることから、主電動機２の冷却風取入口２２のメンテナンス・清掃を行うにあたっての、車両用回転機１において開口する位置を限定できる。従って、電動送風機３から送風される大風量の冷却風Ｗにより、通気ダクト４の屈曲部４３で生じる不均一な風速分布を活用し、占有面積が大きな塵挨Ｄを塵埃堆積部１６４に集塵することにより、塵埃の目詰まりによる風量の低下を防止することが可能となる。

以上説明した第２の実施形態に係る車両用回転機１０によれば、上記構成の如く、たわみ風洞５の内部に設けられ、且つ、主電動機２の冷却風取入口２２に接続されるとともに、少なくとも上部冷却風案内板１６１及び塵埃堆積部１６４を具備する分離フィルタ６０が備えられた構成を採用している。
本実施形態では、上部冷却風案内板１６１が通気ダクト２側に向けて突起するように傾斜面が形成され、且つ、傾斜面１６１ａ、１６１ｂの頂部１６１ｅの位置を適正化することで、冷却風Ｗの風速が特に高い領域に沿って傾斜面１６１ｂを配置することで、冷却風Ｗに含まれる専有面積が大きな塵埃が冷却風Ｗとともに塵埃堆積部１６４に導かれる。一方、細かな塵埃を含む冷却風Ｗは、略格子状に形成された傾斜面１６１ａにおいて塵埃が捕捉され、清浄化された主電動機２の内部に送り込まれる。

上記の作用により、本実施形態の車両用回転機１０は、第１の実施形態の車両用回転機１と同様、冷却風Ｗの経路において塵埃が目詰まり等を発生することがなく、通気面積の減少を防止できることから、主電動機２の内部に十分な風量で冷却風Ｗを導入することができ、高い冷却性能を維持することが可能になる。また、車両用回転機１０のメンテナンス周期を延長することが可能になり、鉄道車両の運行効率が向上する。また、車両用回転機１０のメンテナンスの際は、冷却風取入口２２とたわみ風洞５との接続部を任意の位置でのみ開口すればよく、メンテナンス性が向上する。
従って、本実施形態によれば、強制通風冷却方式を採用する車両用回転機において、冷却風Ｗの経路中で目詰まり等が生じて通気面積が減少したりすることなく、高い冷却性能を維持でき、且つ、メンテナンス性に優れる車両用回転機１０を提供できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の車両用回転機を、図５（ａ）、（ｂ）を参照して以下に説明する。図５（ａ）は、第３の実施形態の車両用回転機に備えられる分離フィルタ６Ａを示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中に示すＣ−Ｃ断面であり、分離フィルタ６Ａの全体断面図である。
なお、以下の説明では、第１の実施形態において図１及び図２を参照して説明したものと同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。

図５（ａ）、（ｂ）においては図示を省略しているが、第３の実施形態の車両用回転機は、図１中に示すような、主電動機２と、電動送風機３と、通気ダクト４と、通気ダクト４と主電動機２の冷却風取入口との間に連通して設けられるたわみ風洞５とが備えられる点で、第１の実施形態の車両用回転機１と共通の構成を有しており、また、たわみ風洞５の内部において主電動機２の冷却風取入口２２に取り付けられる分離フィルタを備える点でも共通している。

そして、第３の実施形態においては、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、分離フィルタ６Ａが、塵埃堆積部６４Ａの少なくとも一部に外部と連通するように設けられ、冷却風Ｗから分離されて塵埃堆積部６４Ａに堆積された塵埃を外部に排出するための排出口６４ａが設けられている点が、第１の実施形態の車両用回転機１に備えられる分離フィルタ６とは異なる。 即ち、本実施形態では、塵埃堆積部６４Ａに上記の排出口６４ａが設けられている点以外は、第１の実施形態の車両用回転機１と同様の構成を有している。
排出口６４ａは、図示例においては、取付板６６を貫通して塵埃堆積部６４Ａと連通するように形成されている。

本実施形態では、第１の実施形態で説明したような作用により、冷却風Ｗから塵埃が分離されて塵埃堆積部６４Ａに導かれる。そして、塵埃堆積部６４Ａに導かれた塵埃は、図５（ａ）、（ｂ）に示す排出口６４ａ以外の位置で堆積するか、あるいは、排出口６４ａから、主電動機２の内部を通過することなく、塵埃堆積部６４Ａに流入した冷却風Ｗとともに直接外部に排出される。また、この際、塵埃堆積部６４Ａにおいて排出口６４ａ以外の位置で堆積した塵埃も、冷却風Ｗとともに直接外部に排出される。

本実施形態によれば、上述したような分離フィルタ６Ａの構成及び作用により、冷却風Ｗから分離された塵埃を、主電動機２やたわみ風洞５の内部に流入させるようなことなく、外部に排出することが可能となる。

なお、図示例においては、塵埃堆積部６４Ａにおける排出口６４ａが、平面視で略長方形状とされた分離フィルタ６Ａの各辺の近傍に、合計４箇所で設けられた構成を示しているが、これには限定されず、１〜２箇所のみに排出口６４ａを設けた場合でも、高い塵埃排出効果が得られる。
また、図示例の排出口６４ａは、平面視で略長方形状に形成されているが、例えば、正方形状や円形状の孔部を複数設けた構成としてもよい。

また、排出口６４ａの開口面積としても、特に限定されるものではないが、排出口６４ａから塵埃とともに排出される冷却風Ｗの風量が、主電動機２の冷却性能に影響を及ぼさない範囲になるよう、その大きさを設定することが好ましい。一般的に、鉄道車両に搭載される車両用回転機において、電動送風機から送風される冷却風の風量は、概ね２０ｍ^３／ｍｉｎ前後であり、排出口６４ａの開口面積は、上記の供給風量と、排出口６４ａからの排出風量とを勘案しながら設定することが好ましい。

以上説明したような第３の実施形態に係る車両用回転機によれば、第１の実施形態において説明した効果に加え、さらに、塵埃堆積部６４Ａに排出口６４ａが設けられることで、車両用回転機が搭載される鉄道車両の運行時においても、塵埃を外部に排出することができる。これにより、車両用回転機の内部から塵埃を取り出すためのメンテナンス周期を、さらに延長することが可能になるので、メンテナンス性がより向上するとともに、鉄道車両の運行効率をより向上させることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態の車両用回転機を、図６（ａ）、（ｂ）を参照して以下に説明する。図６（ａ）は、第４の実施形態の車両用回転機に備えられる分離フィルタ６０Ａを示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中に示すＤ−Ｄ断面であり、分離フィルタ６０Ａの全体断面図である。
なお、以下の説明では、第２の実施形態において図３及び図４を参照して説明したものと同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。

図６（ａ）、（ｂ）においては図示を省略しているが、第４の実施形態の車両用回転機は、第３の実施形態の場合と同様、図２中に示すような、主電動機２と、電動送風機３と、通気ダクト４と、通気ダクト４と主電動機２の冷却風取入口との間に連通して設けられるたわみ風洞５とが備えられる点で、第２の実施形態の車両用回転機１０と共通の構成を有している。また、本実施形態においては、たわみ風洞５の内部において主電動機２の冷却風取入口２２に取り付けられる分離フィルタを備える点でも、第２の実施形態の車両用回転機１０と共通している。

そして、第４の実施形態においては、第３の実施形態の場合と同様、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、分離フィルタ６０Ａが、塵埃堆積部１６４Ａの少なくとも一部に外部と連通するように設けられ、冷却風Ｗから分離されて塵埃堆積部１６４Ａに堆積された塵埃を外部に排出するための排出口１６４ａが設けられている点が、第２の実施形態の車両用回転機１０に備えられる分離フィルタ６０とは異なる。即ち、本実施形態では、第３の実施形態の場合と同様、塵埃堆積部１６４Ａに上記の排出口１６４ａが設けられている点以外は、第２の実施形態の車両用回転機１０と同様の構成を有している。
排出口１６４ａは、図示例では、取付板１６６を貫通して塵埃堆積部１６４Ａと連通するように形成されている。

本実施形態では、第３の実施形態の場合と同様、冷却風Ｗから塵埃が分離されて塵埃堆積部１６４Ａに導かれ、主電動機２の内部を通過することなく、排出口１６４ａから冷却風Ｗとともに外部に排出される。これにより、冷却風Ｗから分離された塵埃を、主電動機２やたわみ風洞５の内部に流入させるようなことなく、外部に排出できる。

なお、図示例では、塵埃堆積部１６４Ａに排出口１６４ａが設けられる一方、さらに、垂直面である側面１６１ｃ、１６１ｄの各々の近傍にも排出口１６４ａが設けられ、計３箇所で排出口１６４ａが設けられているが、これには限定されない。例えば、傾斜面１６１ｂから塵埃が堆積される塵埃堆積部１６４Ａの１箇所のみに排出口１６４ａが設けられた構成であっても、高い塵埃排出効果が得られる。
また、第３の実施形態でも説明したように、排出口１６４ａの形状は、図示例のような平面視で略長方形状には限定されず、例えば、正方形状や円形状の孔部を複数設けた構成としてもよい。
また、排出口１６４ａの開口面積としても、第３の実施形態の場合と同様に設定することができる。

以上説明したような第４の実施形態に係る車両用回転機によれば、第３の実施形態の場合と同様、第２の実施形態において説明した効果に加え、さらに、車両用回転機が搭載される鉄道車両の運行時においても塵埃を外部に排出することが可能となる。これにより、メンテナンス性がより向上するとともに、鉄道車両の運行効率をより向上させることが可能となる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、たわみ風洞の内部に設けられ、且つ、主電動機の冷却風取入口に接続されるとともに、少なくとも上部冷却風案内板、及び、塵埃堆積部を具備する分離フィルタを持つ。これにより、冷却風に含まれる塵埃が分離されて塵埃堆積部に堆積するとともに、清浄化された冷却風が主電動機に送り込まれるので、冷却風の経路における目詰まり等によって通気面積が減少するのを防止できる。
従って、強制通風冷却方式を採用する車両用回転機において、高い冷却性能を維持できるとともに、メンテナンス性にも優れる車両用回転機を提供することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１，１０，１Ａ，１０Ａ…車両用回転機、２…主電動機、２１…筐体（主電動機）、２２…冷却風取入口、３…電動送風機、３１…筐体（電動送風機）、３２…吸入口、３３…吐出口、４，４Ａ，４Ｂ…通気ダクト、４１…一端部（通気ダクト）、４２…他端部（通気ダクト）、４３…屈曲部、４３ａ…内側部、４３ｂ…外側部、５…たわみ風洞、５１…側壁部、５２…一端部（たわみ風洞）、５３…他端部（たわみ風洞）、６，６０，６Ａ，６０Ａ…分離フィルタ、６１，１６１…上部冷却風案内板、６１ａ…錐面部（傾斜面）、６１ｂ…頂部、１６１ａ…傾斜面（略格子状に形成された傾斜面：対向領域）、１６１ｂ…傾斜面（平滑面：非対向領域）、１６１ｃ，１６１ｄ…側面、１６１ｅ…頂部、６２…下部冷却風案内板、６３…冷却風取入通路、６４，１６４，６４Ａ，１６４Ａ…塵埃堆積部、６４ａ，１６４ａ…排出口、６５，１６５…支持部材、６６，１６６…取付板、Ｗ…冷却風。

Claims (4)

1. 強制冷却を行うための冷却風取入口が備えられた車両駆動用の主電動機と、
   前記主電動機を強制冷却するための冷却風を発生させる電動送風機と、
   前記電動送風機で発生させた冷却風を前記主電動機の冷却風取入口に向けて送風する通気ダクトと、
   前記通気ダクトと前記主電動機の冷却風取入口との間に連通して設けられ、前記冷却風を前記主電動機の冷却風取入口に導入する略筒状のたわみ風洞と、
   前記たわみ風洞の内部において前記主電動機の冷却風取入口に取り付けられ、前記冷却風に含まれる塵埃を分離しながら、前記冷却風を前記主電動機の冷却風取入口に導入する分離フィルタと、を備え、
   前記分離フィルタは、
   前記通気ダクト側に向けて突起するように傾斜面で形成されることで、前記冷却風の少なくとも一部を、前記たわみ風洞の内面側に向けて導く上部冷却風案内板と、
   前記たわみ風洞の内面側の少なくとも一部に沿って設けられ、前記上部冷却風案内板によって導かれた前記冷却風に含まれる塵埃を堆積させる塵埃堆積部と、を具備する車両用回転機。
2. 前記分離フィルタは、
   前記上部冷却風案内板が、前記通気ダクト側に向けて突起するように略錐形状に形成されており、
   さらに、前記上部冷却風案内板よりも前記主電動機の冷却風取入口側に設けられ、前記上部冷却風案内板との間に、前記たわみ風洞側から前記冷却風を取り込んで前記主電動機の冷却風取入口に導くための冷却風取入通路を形成する下部冷却風案内板を備え、
   前記塵埃堆積部は、前記たわみ風洞の内面側の少なくとも一部に沿って該たわみ風洞と前記下部冷却風案内板との間に設けられる、請求項１に記載の車両用回転機。
3. 前記分離フィルタは、
   前記上部冷却風案内板の傾斜面の少なくとも一部が、前記冷却風の流入方向に沿った該冷却風に対する非対向領域となるように頂部が配置されており、
   前記傾斜面のうち、前記非対向領域は平滑面として形成されており、且つ、前記冷却風の流入方向に対向する向きで配置された該冷却風に対する対向領域が略格子状に形成されており、
   前記塵埃堆積部は、前記たわみ風洞の内面側の少なくとも一部に沿って該たわみ風洞と前記傾斜面の非対向領域との間に設けられ、該非対向領域によって導かれた前記冷却風に含まれる塵埃を堆積させる、請求項１に記載の車両用回転機。
4. 前記塵埃堆積部の少なくとも一部に外部と連通するように設けられ、前記冷却風から分離されて前記塵埃堆積部に堆積された塵埃を外部に排出するための排出口が設けられている、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用回転機。

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