JP2019058055A - 鉄道駆動用電動機アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道分野において用いられる電気駆動モータのノイズを低減する電動機アセンブリを提供する。【解決手段】電動機アセンブリ１００は、電気駆動モータと、冷却空気によって電気駆動モータを換気し冷却する換気冷却装置と、換気冷却空気流を排出する排出装置３０と、を備える。排出装置は、冷却空気流の消音器７０を備える。消音器７０は、少なくとも１つの直線状チャネル３９Ｄであって、乱流を、流出換気冷却空気の実質的に層流に減少させる、少なくとも１つの直線状チャネルを備える。さらに、排出装置３０は、渦巻体３００であって、静止渦の形成を回避する、２つの別個のアーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂからなる渦巻体を備える。２つのアーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂは、換気冷却空気の共通出口領域３９Ｃにおいてのみ、流体の観点から互いに連通している。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年７月２８日に出願されたイタリア特許出願第１０２０１７００００８７３３９号の優先権を主張し、当該イタリア特許出願の開示内容は、参照により援用される。

本発明は、鉄道駆動用電動機アセンブリに関する。

知られているように、環境基準では列車の音の発生の点から制限を設定しており、この制限は、ますます厳しくなっている。

これらの音の重大な発生源は、電気駆動モータ、具体的には、いわゆる「自己通風式(self-ventilated)」換気システムを有するモータである。

自己通風式換気システムでは、モータ冷却流は、モータの軸上に直接取り付けられたファンによって発生する。

さらに、近年では、列車の先頭にある唯一の機関車が機関車自体と他の貨車とを駆動する役割がある「機関車駆動(locomotive-drive)」システムから、それぞれの客車が自己移動するために、自律移動手段が設けられた鉄道駆動手段への移行があったことが知られている。

したがって、これによって、それぞれの列車の駆動システムの数が大幅に増加した。

現在施行されている基準に従って実施されたノイズ測定によれば、モータの軸に沿って、音の発生は、冷却ファンによって発生するものよりも大きい。

電動機の防音についての課題は、下記の特許文献１ないし４において考慮されており、これらの文献にはそれぞれ、個別に挙げる場合、請求項１の前提部が示されている。

特開２００２−２３３１０４号公報 特開２００５−３１２２４２号公報 国際公開第９７／３７４２１（Ａ１）号 スイス特許出願公開第４９５６５１（Ａ）号明細書

したがって、鉄道分野において用いられる電気駆動モータのノイズを低減する、単純でかつ効果的なシステムを見いだす必要がある。

よって、本発明の目的は、上述の欠点による影響を受けない電動機アセンブリ、具体的には鉄道駆動用電動機アセンブリを提供することである。

その結果、本発明によれば、請求項１に係る電動機アセンブリ、具体的には鉄道駆動用電動機アセンブリ、又は、直接的若しくは間接的に請求項１に従属する請求項のうちのいずれか一項に係る電動機アセンブリ、具体的には鉄道駆動用電動機アセンブリが提供される。

本発明は、添付図面を参照して、単に説明のための限定的でない例として示されている、好適な実施形態についての次の説明を精読することにより、最もよく理解される。

本発明に係る鉄道駆動用電動機アセンブリの全体斜視図を示す。 図１に示されている電動機アセンブリの分解組立図を示す。 図１の電動機アセンブリの長手方向断面図を示す。 図１の電動機アセンブリの断面図を示す。 図１〜４に示されている電気駆動モータアセンブリに属する消音器の斜視図を示す。 図５の消音器の断面Ａ‐Ａを示す。 図５の消音器の長手方向断面Ｂ‐Ｂを示す。

図１〜４では、符号１００は、全体として、本発明の技術開示に係る電気駆動モータアセンブリを示している。

電気駆動モータアセンブリ１００は、実質的に、
電気駆動モータ１０（図２、３）と、
冷却空気によって電気駆動モータ１０を換気し冷却する換気冷却装置２０（図２）と、
電気駆動モータ１０の換気冷却空気流を排出する排出装置３０と、を備えている。

更に詳細には、図１〜４を参照すると、電気駆動モータ１０は、既知の方法により、ケーシング１１を備え、ケーシング１１は、実質的に多面体形状であり、電気駆動モータ１０の機能素子の大部分を収容する。

ケーシング１１は、環境から生じる冷却空気流の入口グリッド４０を備えた第１の軸線方向開口１２を有している（図３）。

ケーシング１１は、更に、第２の軸線方向開口１３を備え、第２の軸線方向開口１３は、冷却空気流の出口用のものであり、そして、前述の換気冷却装置２０及び前述の排出装置３０への方向を変える（図３）。

図３に更に詳細に示されているように、ケーシング１１は、電動固定子１４を収容し、そして、電動固定子は、既知の方法により、長手方向軸線（Ｘ１）を有する軸１６上に取り付けられた電動回転子１５を収容する。

軸１６は、本明細書には示されていない既知の手段によって、列車の駆動システム（図示されていない。）に機械的に接続される。

電動固定子１４及び電動回転子１５の給電手段は既知であるため、詳細に説明しない。

図２によれば、前述した換気冷却装置２０に属するファン２１は、軸１６上に取り付けられている。

ファン２１は既知であり、図４に更に詳細に示されている。

ファン２１は、軸１６上に取り付けられたハブ２１Ａを備え、ハブ２１Ａにはブレード２１Ｂが設けられている（図３）。

当業者であれば、本発明の保護範囲を越えることなく、電動機１０を冷却するように環境空気を効果的に吸引するのに適したものであれば、種々の形状のブレードを採用可能であることは明らかである。

実際に、冷却空気の吸引は、回転子１５の、したがってファン２１の両方の回転方向に対して効果的に行う必要がある。

実際に、鉄道駆動では、同じ電動機アセンブリ１００は、それが取り付けられている車両の前進と後進の両方に用いられることが知られている。その結果、回転子１５及びファン２１は、２つの考えられる回転方向（正転及び逆転）において長手方向軸線（Ｘ１）を中心に回転する可能性を有する必要がある、という事実がもたらされる。

さらに、電動機１０が（例えば、ファン２１を時計方向に回転させて）加速するときと、電動機１０が（例えば、ファン２１を反時計方向に回転させて）減速するときの両方において、冷却空気の吸引が最適である必要がある。

冷却空気を排出するのに用いられる排出装置３０は、渦巻体(scroll)３００を備え（図４）、渦巻体は、ファン２１の周囲に配置され、内側シェル３０１からなり、内側シェルには、第１の一連の上部開口３２、３３、３４（図４）と、第２の一連の下部開口３５、３６、３７と、が設けられている。

必ずしも必要ではないが、外側開口３２、３４は台形状であり、中間開口３３は三角形状であることが好適である（図２、４）。

同様に、必ずしも必要ではないが、外側開口３５、３７は台形状であり、中間開口３６は三角形状であることが好適である（図２、４）。

当業者であれば、ブレード２１Ｂの形状、及び冷却空気換気モードに応じて、開口３２〜３７の最良の形態を選択するのが効果的であることは明らかである。

具体的には、図１及び４によれば、内側シェル３０１は外側シェル３０８内に収容されている。

そして、外側シェル３０８は、内側シェル３０１に形成された上部開口３２〜３４に面する上部半割シェル(half-shell)３０８Ａと、内側シェル３０１に形成された下部開口３５〜３７に面する下部半割シェル３０８Ｂと、を備えている。

内側シェル３０１の第１の部分の外壁３０１＊、上部半割シェル３０８Ａの内壁３０８Ａ＊、底壁３０８Ａ＊＊、及び前壁３０８Ａ＊＊＊（図１）は、第１のアーチ状チャネル３９Ａ（円弧形状を有する。）を形成することが示される（図４）。

同様に、内側シェル３０１の第２の部分の外壁３０１＊＊、下部半割シェル３０８Ｂの内壁３０８Ｂ＊、底壁３０８Ｂ＊＊、及び前壁３０８Ｂ＊＊＊（図１）は、第２のアーチ状チャネル３９Ｂ（すなわち、同様に円弧形状を有する。）を形成する。

第１のアーチ状チャネル３９Ａと第２のアーチ状チャネル３９Ｂのアセンブリは、前述の渦巻体３００を形成する。

さらに、第１のアーチ状チャネル３９Ａと、第２のアーチ状チャネル３９Ｂは、冷却空気の共通出口領域３９Ｃにおいてのみ、流体の観点から互いに連通している。

第１のアーチ状チャネル３９Ａは、空気の少なくとも一部が、実質的に静止した状態において、同様の寸法及びサイズを有する２つのアーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂ内を連続的に再循環するのを回避するように、中断領域５０（図１、４）によって第２のアーチ状チャネル３９Ｂから分離されている。換言すると、中断領域５０の存在、ひいては２つの別個のアーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂの存在によって、システムの電力の望ましくない損失となる、渦巻体３００内部の静止渦の形成が妨げられる。

また、静止渦の形成によってシステムのノイズが増加することは周知である。

さらに、既に上述したように、渦巻体３００は、共通出口領域３９Ｃにおいてのみ、流体の観点から互いに連通している２つのアーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂに分割されているため、ファン２１は、長手方向軸線（Ｘ１）を中心に、その考え得る回転方向（時計回りと反時計回り）の両方において十分に作動し、さらに、渦巻体３００において形成され得る静止渦により、電力の損失を回避する。

共通出口領域３９Ｃは、デフレクタ４１を備えていることが好適であり、デフレクタ４１は、２つの空気流を別々に案内し、例えば、第１のアーチ状チャネル３９Ａから流出する空気が、第２のアーチ状チャネル３９Ｂに不適切に流入することを、又はその逆も同様に防止する。

換言すると、アーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂはそれぞれ、実質的に円弧形状であり、前述の長手方向軸線（Ｘ１）に対して周方向に配置されている。

共通出口３９Ｃは、必ずしも必要ではないが、軸１６及びモータ１０の長手方向軸線（Ｘ１）と平行な長手方向軸線（Ｘ２）を有する正方形又は矩形断面を有することが好適な、第３の直線状チャネル３９Ｄの口部に相当する（図１〜４）。

また、共通出口３９Ｃは、第３の直線状チャネル３９Ｄの口部にも相当するため、渦巻体３００と第３の直線状チャネル３９Ｄは、互いに直列に配置される。

必ずしも必要ではないが、第３の直線状チャネル３９Ｄは、電気駆動モータ１０の近くにあることが好適である。

したがって、ブレード２１Ｂの回転方向と他の回転方向の両方において、すべての冷却空気は、システムから流出して環境中に再び導入される前に、第３の直線状チャネル３９Ｄに沿って軸線方向に流れる。

概括すると、その流路の端部において、冷却空気が実質的に層流である（加えて、乱流を低減する）場合、システムの音発生が大幅に減少することが実験によって示されている。

冷却空気の流路は、図１に概略的に示されている。

環境空気（矢印（Ｆ１））は、ファン２１によって吸引されたグリッド４０（図３）を通ってシステムに入る。冷却空気は、電動機１０のアクチュエータ１４及び回転子１５を横断し（矢印（Ｆ２））、その後、２つの周方向アーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂを流れ、周方向アーチ状チャネルでは、冷却空気は共通出口３９Ｃの方へ流れる（矢印（Ｆ３）、（Ｆ４））。

共通出口３９Ｃの領域では、冷却空気は直線状チャネル３９Ｄに入り（矢印（Ｆ５））、その後、環境中に再び導入される（矢印（Ｆ６））。

必ずしも必要ではないが、チャネル３９Ａ、３９Ｂの全部又は一部には、吸音材料からなる適切に保護された層６０が内側に被覆されていることが好適である（図５、６、７）。

概括すると、排出装置３０は、消音器７０であって、直線状チャネル３９Ｄと、可能であれば、吸音材料からなる層６０とを備えた消音器を備えている。

システムのノイズの低減に対する更なる肯定的な効果は、静止渦が形成されない、２つの別個のアーチ状チャネル３９Ａ、３９Ｂからなる渦巻体３００によってもたらされる。

本発明の主な利点は、冷却空気排出チャネルの革新的な形状と配置により、鉄道駆動用電動機アセンブリの音発生を大幅に減少させるとともに、作業者の作業条件及び乗客の快適性を相対的に向上させる、という事実に存在する。

更なる利点は、渦巻体が、共通出口領域においてのみ互いに連通している、２つの別個のアーチ状チャネルに分割されているため、ファンの回転方向（時計回りと反時計回り）の両方において、その内部には渦が存在しない、という事実に存在する。これによって、電力損失の低減及びシステムのノイズの低減に肯定的な影響が及ぼされる。

Claims (10)

1. 電気駆動手段（１０）と、
   冷却空気によって前記電気駆動手段（１０）を換気し冷却する換気冷却手段（２０）であり、前記電気駆動手段（１０）の軸（１６）上に取り付けられた前記換気冷却手段と、
   前記電気駆動手段（１０）を換気し冷却するのに用いられる換気冷却空気流を排出する排出手段（３０）であり、冷却空気流の消音手段（７０）を備えた前記排出手段と、
   を備えた、鉄道駆動用電動機アセンブリ（１００）であって、
   前記消音手段（７０）が、少なくとも１つの直線状チャネル（３９Ｄ）であって、乱流を、前記排出手段（３０）から流出する換気冷却空気の実質的に層流に減少させる前記少なくとも１つの直線状チャネルを備え、
   前記排出手段（３０）が、渦巻体（３００）を更に備え、該渦巻体が、２つの別個のアーチ状チャネル（３９Ａ、３９Ｂ）を備えた換気手段（２１）の周囲に配置され、前記アーチ状チャネル（３９Ａ、３９Ｂ）が、換気冷却空気の共通出口領域（３９Ｃ）においてのみ、流体の観点から互いに連通しており、前記渦巻体（３００）と、前記少なくとも１つの直線状チャネル（３９Ｄ）が、互いに直列に配置されることを特徴とする鉄道駆動用電動機アセンブリ（１００）。
2. 前記直線状チャネル（３９Ｄ）の長手方向軸線（Ｘ２）が、前記電気駆動手段（１０）の長手方向軸線（Ｘ１）と平行であることを特徴とする、請求項１に記載の電動機アセンブリ（１００）。
3. 前記直線状チャネル（３９Ｄ）が、正方形又は矩形断面を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動機アセンブリ（１００）。
4. 前記渦巻体（３００）が、内側シェル（３０１）であって、第１の一連の上部開口（３２、３３、３４）と、第２の一連の下部開口（３５、３６、３７）とが設けられた前記内側シェルを備えることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の電動機アセンブリ（１００）。
5. 一部の開口（３２、３４、３５、３７）が台形状であり、他の開口（３３、３６）が三角形状であることを特徴とする、請求項４に記載の電動機アセンブリ（１００）。
6. 前記内側シェル（３０１）が外側シェル（３０８）内に収容されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の電動機アセンブリ（１００）。
7. 前記外側シェル（３０８）が、前記上部開口（３２、３３、３４）に面する上部半割シェル（３０８Ａ）と、前記下部開口（３５、３６、３７）に面する下部半割シェル（３０８Ｂ）と、を備えることを特徴とする、請求項６に記載の電動機アセンブリ（１００）。
8. 前記内側シェル（３０１）の第１の部分の外壁（３０１＊）、前記上部半割シェル（３０８Ａ）の内壁（３０８Ａ＊）、底壁（３０８Ａ＊＊）、及び前壁（３０８Ａ＊＊＊）が、第１のアーチ状チャネル（３９Ａ）を形成し、そして、前記内側シェル（３０１）の第２の部分の外壁（３０１＊＊）、前記下部半割シェル（３０８Ｂ）の内壁（３０８Ｂ＊）、底壁（３０８Ｂ＊＊）、及び前壁（３０８Ｂ＊＊＊）が、第２のアーチ状チャネル（３９Ｂ）を形成することを特徴とする、請求項７に記載の電動機アセンブリ（１００）。
9. 前記共通出口領域（３９Ｃ）が、前記アーチ状チャネル（３９Ａ、３９Ｂ）から流出する２つの空気流を案内するように構成されたデフレクタ手段（４１）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の電動機アセンブリ（１００）。
10. 前記直線状チャネル（３９Ｄ）及び／又は前記アーチ状チャネル（３９Ａ、３９Ｂ）には、吸音材料からなる少なくとも１つの層（６０）が被覆されていることを特徴とする、請求項１から９の何れか一項に記載の電動機アセンブリ（１００）。