JP2695947B2 - 車両用通風冷却形回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は主に鉄道車両用誘導主電動機として利用され
る車両用通風冷却形回転電機に関し、特に機内の通風冷
却構造を改善した車両用通風冷却形回転電機に関する。

（従来の技術） 一般に車両用誘導主電動機としての回転電機は、通電
時の発熱によって加熱すると、絶縁体の劣化が促進して
寿命が低下すると共に、発熱体の強度低下を招くため
に、機内を冷却する必要がある。この為に回転子の回転
を利用して内蔵のファンを回して冷却風を機内に導通す
る自己通風冷却形と、外部に配置したブロア装置から冷
却風を強制的に機内に送り込む他力強制通風冷却形とが
ある。

第５図及びこのVI−VI線に沿う断面図である第６図に
自己通風冷却形の回転電機を示す。まずフレーム１の内
周面に固定子鉄心２が両端側を固定子鉄心押え３により
保持されて固定され、この固定子鉄心２の内周部のスロ
ット内に通して両端側に突出する状態に固定子コイル４
が装着されている。

こうした固定子のフレーム１の一端側の端板1aと他端
側の鏡蓋５とに組み付けた軸受6,6を介して両端を支承
することにより回転子軸７が回転自在に設けられ、これ
に回転子鉄心８が固着されていると共に、この回転子鉄
心８のスロット内に通して両端側に突出する状態に回転
子バー９が装着され、さらにこの回転子バー９の両端に
リング状の短絡環（エンドリング）10が溶着されて回転
子が構成されている。そしてこの回転子の回転力が回転
子軸７の軸端より図示しないカップリングを介し駆動歯
車装置に伝えられるようになっている。

こうした回転電機の運転時の温度上昇を抑えるべく、
冷却空気を回転電機内（以下単に機内と呼ぶ）に通風さ
せて冷却するために、前記フレーム１の外周一端側寄り
部一箇所に冷却風導入口11が形成され、一方機内の前記
回転子軸７の他端側寄り部にこれと一体に回転する状態
に通風冷却用ファン12が設けられていると共に、その外
周位置であるフレーム１の他端側寄り部に排風口13が略
全周に配列して形成されている。なお前記導入口11には
たわみ風道14が連結されて図示しない車体の濾過器に接
続されている。

また前記固定子鉄２の内周面と回転子鉄心８の外周面
との間には冷却風が通過するギャップ15があり、しかも
回転子鉄心８には回転子軸７に沿って冷却風が通風する
通風穴16が形成されている。

この回転電機を通電により稼働させると、回転子軸７
と一体的にファン12が回転することで、車体の通風濾過
器からたわみ風道14を介し或いは機外から直接通風濾過
器を介し導入口11より冷却風が機内一端側に導入され、
そこから固定子鉄心２と回転子鉄心８との間のギャップ
15並びに回転子鉄心８の風穴16を矢印の如く通って他端
側に通風されて排風口13より機外に排出される。これで
機内の固定子コイル４や回転子バー９や短絡環10などを
通風冷却し、できるだけ機内の最高温度上昇値を下げる
ようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種の車両用の回転電機の場合、台車内
の極めて狭いスペースに設置されるために、前述した冷
却風導入口11はフレーム１の外周部に幾つも設けること
ができず、フレーム１の一端側上部一箇所に限られてい
るのが通常である。

このめに冷却風導入口11より機内一端側に導入された
冷却風は、固定子と回転子との間のギャップ15の該冷却
風導入口11に近い部分15aに多く流れ、反対に冷却風導
入口11から遠い部分15dにはあまり流れない現象が発生
する。

この結果、第６図に示す如く環状に配する固定子コイ
ル４の周方向のA,B,C,Dの位置における通風冷却効果が
大小異なり、冷却風導入口11に近いＡ位置では冷却効果
が高いが、ここからB,C更にＤと遠ざかる位置に近くに
従い冷却効果が低くなる。このために固定子コイル４の
周方向のA,B,C,Dの位置の温度上昇が第７図に破線で示
す状態となって、その温度分布に大きなアンバランスが
生じていた。

従って、この種の従来の回転電機では、固定子コイル
４の温度上昇がコイル絶縁物の劣化の許容限度値を越え
ると絶縁寿命の大幅な低下を来たしてしまうので、固定
子コイル４の最も冷却効果が低いＤの位置の温度上昇を
制約基準温度として設計しなければならず、他のA,B,C
の位置の温度上昇に余裕があり、こうした温度上昇のア
ンバランスが回転電機の大容量化に障害となっていた。

本発明は前記事情に鑑みなされ、機内に環状に配する
固定子コイルの周方向の温度上昇アンバランスを出来る
だけ無くして温度分布を略均一化することができ、絶縁
物の許容温度上昇限度をフルに活用して大容量化の実現
を可能にできる車両用通風冷却回転電機を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために、円筒状であって
開口端部に端板および蓋が取り付けられ、前記端板側よ
りの円周面に冷却風導入口を１個有し、円周面の他端部
側よりに複数の排風口を有したフレームと、 このフレーム内部であって前記端板と前記蓋に回転自
在に支承された回転子軸に支持され、回転子軸近くにこ
の周囲に前記冷却風導入口から導入かれる冷却風が軸方
向に通り、前記排風口から排出されるように軸方向に複
数の通風穴が形成され、かつ外周部に回転子バーおよび
軸方向両端面側にそれぞれ前記各回転子バーを短絡する
ための短絡環を有し、さらに前記排風口近くに通風冷却
用ファンが一体に形成された回転子鉄心と、 前記フレーム内部であって前記回転子鉄心の外周面に
ギャップを介して配設され、前記回転子鉄心の外周面と
近接する内周面全面に沿って軸方向に形成された複数の
スロットを有する円筒状の固定子鉄心と、 この固定子鉄心の各スロットに挿入され、各コイル端
部が前記固定子鉄心の軸方向の両端面から軸方向に延出
し全体としてコイル端部が円筒状に形成された固定子コ
イルと、 前記フレーム内部の端板または前記固定子鉄心の軸方
向端面のいずれかに一端部が固定され、かつ軸方向の他
端部が前記コイル端部の外周側で該コイル端部の軸方向
の少なくとも一部および前記フレームの軸方向の端面側
から見て前記コイル端部の略上半周部を前記冷却風導入
口から略等しい距離だけ離れた位置まで包装するように
設けられ、前記冷却風導入口からの冷却風を、最初に前
記コイル端部のうち前記冷却風導入口側から遠ざかる側
の略下半周部に導くための湾曲した案内板とを具備した
ものである。

（作用） 前記構成の車両用通風冷却形回転電機では、冷却風導
入口より機内一端側に導入される冷却風が該機内の固定
子と回転子との間等を流通して他端側排風口より外部に
排出される。この際に、機内一端側の固定子コイルの外
周又は内周に冷却風導入口付近を中間とした略半周に亘
り案内板を設けているので、冷却風導入口からの冷却風
は前記案内板が存在する略半周部（冷却風導入口に近い
略半周部）では内方への流れが該案内板により一部規制
され、冷却風導入口から遠ざかる円周方向に積極的に導
通せしめられてから内方に流れるようになる。これにて
冷却風が冷却風導入口に対し近い遠いは関係なく周方向
全周にまんべんなく配分して固定子と回転子との間等を
他端側に流通し、環状に配する固定子コイルを周方向全
体に亘り略均一に冷却するようになる。これで固定子コ
イルの周方向位置での温度上昇アンバランスが殆ど無く
なり、温度分布が略均一となって、絶縁物の許容温度上
昇限度をフルに活用した大容量化の回転電機の実現が可
能となる。

（実施例） 以下本発明の車両用通風冷却形回転電機の一実施例を
第１図及び第２図により説明する。なお図中前記第５図
及び第６図に示した構成と重複するものには同一符号を
付して説明の簡略化を図ることにすると共に、主要部以
外は第５図と同様であるので図示省略する。

まず、フレーム１の外周一端側上部一箇所に冷却風導
入口11が形成され、ここから冷却風が回転子軸７と一体
に回転する通風冷却用ファンの回転により機内に導入さ
れ、その冷却風が固定子鉄心２の内周面と回転子鉄心８
の外周面との間のギャップ15や回転子鉄心８の通風穴16
に通されて、機内他端側の排風口13より機外に排出され
る構成で、その冷却風により機内の固定込コイル４や回
転子バー９や短絡環10などを通風冷却するようになって
いる。ここまでは従来同様である。

こうした車両用通風冷却形回転電機において、機内一
端側の固定子コイル４の外周近傍に冷却風導入口11から
の冷却風の内周方への流れを一部規制する案内板17がフ
レーム１の一端側の端板1a内面より延出する形で固設さ
れている。この案内板17はフレーム１の一端側の端板1a
と固定子鉄心押え３との相互間距離の略半分程度の幅寸
法を持つ薄帯板状のもので、回転子軸７を中心とする円
周上で且つ前記冷却風導入口11付近を中間とした略半周
（上半部）に亘り配設されている。

而して、前述の構成の車両用通風冷却形回転電機で
は、通電により稼働させると、回転子軸７と一体的に通
風冷却用ファンが回転することで、冷却風が導入口11よ
り機内一端側に導入される。そしてこの冷却風が機内一
端側の固定子コイル４の外周に冷却風導入口11付近を中
間とした略半周に亘り設けた案内板17に案内される。つ
まり該案内板17が存在する上半周部では冷却風の内方へ
の流れが一部規制されて、円周方向に積極的に流通せし
められ、そして冷却風導入口11から遠い（案内板17が存
在しない）下半周部からも冷却風が内方に十分に流れ込
むようになる。これにて冷却風が冷却風導入口11に対し
近い遠いは関係なく固定子と回転子との間のギャップ15
の周方向各部位15a,15b,15c,15d全周にまんべんなく配
分して流通し他端側排風口より外部に排出されるように
なる。こうして、固定子の上半周部コイルの隙間を通っ
て下半周部へ流れる冷却風を極力少なくできるととも
に、冷却風導入口から直接的に固定子の下半周部へ導く
冷却風を多くすることができる。これにより、環状に配
する固定子コイル４の周方向全体に亘る冷却風の風量の
均一化及び冷却効果の均一化を十分に図ることができ、
その固定子コイル４の周方向の各部位A,B,C,Dの温度上
昇は第７図の実線に示す如く、アンバランスが殆ど無く
なり、破線で示した従来構造のものに比し温度上昇をＴ
℃で示す如く大幅に下げることができて、絶縁物の許容
温度上昇限度をフルに活用した大容量の回転電機の実現
が可能となる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、ここでは
前記同様に冷却風導入口11からの冷却風の内周方への流
れを一部規制する案内板17Aを、機内一端側の固定子コ
イル４の外周近傍に、固定子鉄心押え３より延出する形
で固設した構成である。これでも前記実施例同様の作用
効果が得られる。

また、第４図は本発明の更に他の実施例を示すもの
で、ここでは延出先端縁を外周に湾曲させた案内板17B
を前記同様に設けた構成で、冷却風の案内作用を強化で
きて一層効果的となる。

なおまた、前記各実施例では機内に回転子軸７と一体
に回転する通風冷却用ファン12を持つ自己通風冷却形の
ものを例示したが、これのみに限定されることなく、機
外のブロワー等で強制的に冷却風を機内に押し込み通風
させる他力強制通風冷却形の回転電機にも同様に適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように本発明によれば、案内板の作用
により、固定子の上半周部コイルの隙間を通って下半周
部へ流れる冷却風を極力少なくできるとともに、冷却風
導入口から直接的に固定子の下半周部へ導く冷却風を多
くすることができる。

このため、機内の各部全周に亘ってまんべんなく均一
な風量により十分に冷却することができるとともに、機
内の各部全周に亘って冷却風が効率よく流通して冷却効
果を均一化することができ、全体の冷却効果を高めるこ
ともできる。

これにより、固定子コイルの周方向の温度上昇アンバ
ランスを効率よく無くして温度分布の均一化を十分に図
ることができ、絶縁物の許容温度上昇限度をフルに活用
した大容量化の実現が可能となる車両用通風冷却形回転
電機が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
第１図のII−II線に沿う部分の全周の断面図、第３図は
本発明の他の実施例を示す要部断面図、第４図は更に本
発明の他の実施例を示す要部断面図、第５図は従来例を
示す断面図、第６図は第５図のVI−VI線に沿う部分の断
面図、第７図は本発明と従来例との固定子コイルの周方
向各部位の温度上昇を示す説明図である。 １……フレーム、４……固定子コイル、11……冷却風導
入口、17……案内板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小瀧 幸雄 東京都国分寺市光町２丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 永山 孝 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 昭63−43547（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−72056（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状であって開口端部に端板および蓋が
   取り付けられ、前記端板側よりの円周面に冷却風導入口
   を１個有し、円周面の他端部側よりに複数の排風口を有
   したフレームと、 このフレーム内部であって前記端板と前記蓋に回転自在
   に支承された回転子軸に支持され、回転子軸近くにこの
   周囲に前記冷却風導入口から導入される冷却風が軸方向
   に通り、前記排風口から排出されるように軸方向に複数
   の通風穴が形成され、かつ外周部に複数の回転子バーお
   よび軸方向両端面側にそれぞれ前記各回転子バーを短絡
   するための短絡環を有し、さらに前記排風口近くに通風
   冷却用ファンが一体に形成された回転子鉄心と、 前記フレーム内部であって前記回転子鉄心の外周面にギ
   ャップを介して配設され、前記回転子鉄心の外周面と近
   接する内周面全面に沿って軸方向に形成された複数のス
   ロットを有する円筒状の固定子鉄心と、 この固定子鉄心の各スロットに挿入され、各コイル端部
   が前記固定子鉄心の軸方向の両端面から軸方向に延出し
   全体としてコイル端部が円筒状に形成された固定子コイ
   ルと、 前記フレーム内部の端板または前記固定子鉄心の軸方向
   端面のいずれかに一端部が固定され、かつ軸方向の他端
   部が前記コイル端部の外周側で該コイル端部の軸方向の
   少なくとも一部および前記フレームの軸方向の端面側か
   ら見て前記コイル端部の略上半周部を前記冷却風導入口
   から略等しい距離だけ離れた位置まで包装するように設
   けられ、前記冷却風導入口からの冷却風を、最初に前記
   コイル端部のうち前記冷却風導入口側から遠ざかる側の
   略下半周部に導くための湾曲した案内板と、 を具備し、前記冷却風導入口を前段側に配設されている
   通風瀘過器からの冷却風を前記通風冷却用ファンの作用
   により前記フレーム内部に導入し、この導入された冷却
   風を前記排風口から前記フレーム外部に排出することに
   よって前記固定子鉄心、固定子コイル及び前記回転子鉄
   心および回転子バー等を冷却する車両用通風冷却形回転
   電機。