JP3047915B2 - 車輌用回転電機の通風冷却装置 - Google Patents

車輌用回転電機の通風冷却装置

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JP3047915B2
JP3047915B2 JP1116760A JP11676089A JP3047915B2 JP 3047915 B2 JP3047915 B2 JP 3047915B2 JP 1116760 A JP1116760 A JP 1116760A JP 11676089 A JP11676089 A JP 11676089A JP 3047915 B2 JP3047915 B2 JP 3047915B2
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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、車輌の台車や車体等に装架されている車輌
用回転電機の通風冷却装置に係り、特に回転電機内の周
方向の温度分布のバラ付きを抑制することができる車輌
用回転電機の通風冷却装置に関する。
(従来の技術) 第6図および第7図は、従来の車輌用回転電機の通風
冷却装置を示すもので、図中、符号1はフレームであ
り、このフレーム1の内周部には、ステータ鉄心2が配
置され、このステータ鉄心2は、その両端の鉄心押え3,
4により保持されてフレーム1内に固定されている。そ
して、このステータ鉄心2の内周部には、第6図および
第7図に示すように、ステータコイル5が装着され、全
体として固定子を構成している。
フレーム1の軸方向一端には、第6図に示すように側
板1aが一体に形成されており、またフレーム1の軸方向
他端には、鏡蓋6が装着されている。そして、前記側板
1aと鏡蓋6との間には、ベアリング7,8を介して回転子
軸9が回転自在に支持されている。
この回転子軸9の外周部には、第6図および第7図に
示すように、ロータ鉄心10が装着されており、このロー
タ鉄心10は、その両端の鉄心押え11,12により保持され
て回転子軸9に固定されている。このロータ鉄心10に
は、第6図に示すように、その外周部に多数のロータバ
ー13が埋設されており、その両端延出部にはエンドリン
グ14,15が設けられ、全体として回転子を構成してい
る。そして、回転電機の回転力は、回転子軸9の軸端に
装着したカップリング(図示せず)を介し駆動歯車装置
に伝達されるようになっている。
フレーム1の軸方向一端側の外周部位置には、第6図
および第7図に示すように、回転電機内を冷却するため
の冷却空気を取入れる空気取入口16が設けられており、
また、回転子軸9の軸方向他端寄りの部位には、空気取
入口16から取入れられた冷却空気を吸引してフレーム1
内を軸方向に流すための通風ファン17が軸着されてい
る。また、前記フレーム1の通風ファン17側の外周部位
置には、通風ファン17で吸引した冷却空気をフレーム1
外に排出するための排風口18が設けられている。また、
前記ロータ鉄心10およびその両端の鉄心押え11,12に
は、第6図および第7図に示すように、軸方向に貫通す
る多数の通風路19が設けられている。
一方、前記空気取入口16には、第6図および第7図に
示すように、車体の濾過器(図示せず)から撓み風道20
を通すか、またはフレーム1外から直接通風濾過器(図
示せず)を通して、濾過された清浄な冷却空気が供給さ
れるようになっており、この冷却空気は、第6図および
第7図に白抜き矢印で示すように、フレーム1内を前記
両鉄心2,10の間および通風路19を通って軸方向に流れ、
フレーム1内のステータコイル5、ロータバー13および
エンドリング14,15等を冷却するようになっている。
(発明が解決しようとする課題) 前記従来の車輌用回転電機の通風冷却装置において、
運転時のフレーム1内のステータコイル5の軸方向およ
び周方向の温度分布は、第8図に示すようになる。
第8図において、符号A,B,C,D,Eは、第6図に示すよ
うにステータコイル5の軸方向の位置をそれぞれ示し、
また破線グラフY′,X,X′およびYは、第7図に同一符
号で示すステータコイル5の周方向の位置における温度
分布をそれぞれ示す。
空気取入口16からフレーム1内に入った冷却空気は、
前述のように両鉄心2,10の間および通風路19内を通って
軸方向に流れることになるが、第8図からも明らかなよ
うに、ステータコイル5の周方向において、その流量に
差が生じ、温度分布のバラ付きが大きくなる。
すなわち、第6図において、空気取入口16に近い通風
経路(a→b→c→d)には、最も多く冷却空気が流
れ、空気取入口16から最も遠い通風経路(a→b′→
c′→d′)には最も少ない冷却空気が流れる。また、
第7図に符号X,X′で示す部分には、前記両流量の中間
の流量の冷却空気が流れる。したがって、第7図に符号
Yで示す部分の温度上昇が最も低く、次いで符号X,X′
で示す部分が低く、符号Y′で示す部分の温度上昇は最
も高くなる。
このように、ステータコイル5の周方向において、温
度上昇分布にバラ付きがある場合、第8図に示すように
ステータコイル5の最大の温度上昇θを考慮して回転
電機の設計を行なう必要がある。このため、回転電機全
体が大型化し、小型化できないという問題がある。
また、温度上昇限度の設計を行なう場合、ステータコ
イル5の温度上昇の平均値((θ+φ)/2)から算
出するため、局部的に高い温度上昇がある場合には、ス
テータコイル5の絶縁物の温度劣化を考慮して充分余裕
のある温度上昇計算式を使わざるを得ず、理想的な回転
電機設計をする上で障害となっている。
本発明は、このような点を考慮してなされたもので、
回転電機内の周方向における温度上昇を平均化し、回転
電機の小型軽量化および容量アップを図ることができる
車輌用回転電機の通風冷却装置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手段として、回転電機
内に、その軸方向一端側に設けられた冷却風導入口から
冷却風を導入するとともに、回転電機内を軸方向に流
し、回転電機の軸方向他端側に設けられた排風口から外
部に排出して回転電機内を冷却する車輌用回転電機の通
風冷却装置において、前記回転電機内に、冷却風導入口
から導入された冷却風を複数に分配して先端開口部から
吐出させる複数の導入ダクトをそれぞれ設けるととも
に、これら各導入ダクトのダクト長さおよびダクト断面
積をほぼ同一に形成し、かつ各導入ダクトの先端開口部
を、回転電機の周方向にほぼ等間隔で位置させるように
したことを特徴とする。
(作用) 本発明に係る車輌用回転電機の通風冷却装置におい
て、冷却風導入口から回転電機内に導入された冷却風
は、複数の導入ダクトに分配され、各導入ダクトの先端
開口部から吐出して回転電機内を軸方向に流れ、回転電
機の軸方向他端側に設けられた排風口から、回転電機外
に排出される。
ところで、各導入ダクトは、そのダクト長さおよびダ
クト断面積がほぼ同一に形成されているので、冷却風導
入口からの冷却風は、各導入ダクトにほぼ均等に分配さ
れ、また各導入ダクトの先端開口部は、回転電機の周方
向にほぼ等間隔で位置しているので、冷却風導入口の位
置に関係なく、冷却風が周方向にバランスよく電動機内
に供給される。このため、ステータコイルの周方向の温
度勾配が極力抑えられ、温度上昇が平均化される。
(実施例) 以下、本発明の第1実施例を第1図ないし第3図を参
照して説明する。
第1図および第2図は、本発明に係る車輌用回転電機
の通風冷却装置を示すもので、図中、符号1はフレーム
であり、このフレーム1の内周部には、ステータ鉄心2
が配置され、このステータ鉄心2は、その両端の鉄心押
え3,4により保持されてフレーム1内に固定されてい
る。そして、このステータ鉄心2の内周部には、第1図
および第2図に示すようにステータコイル5が装着さ
れ、全体として固定子を構成している。
前記フレーム1の軸方向一端には、第2図に示すよう
に側板1aが一体的に形成されており、またフレーム1の
軸方向他端には、鏡蓋6が装着されている。そして、前
記側板1aと鏡蓋6との間には、ベアリング7,8を介して
回転子軸9が回転自在に支持されている。
この回転子軸9の外周部には、第1図および第2図に
示すように、ロータ鉄心10が装着されており、このロー
タ鉄心10は、その両端の鉄心押え11,12により保持され
て回転子軸9に固定されている。このロータ鉄心10に
は、第2図に示すように、その外周部に多数のロータバ
ー13が埋設されており、その両端延出部にはエンドリン
グ14,15が設けられ、全体として回転子を構成してい
る。そして、回転電機の回転力は、回転子軸9の軸端に
装着したカップリング(図示せず)を介し駆動歯車装置
に伝達されるようになっている。
前記フレーム1の軸方向一端側の外周部位置には、第
1図および第2図に示すように、回転電機内を冷却する
ための冷却空気を取入れる空気取入口16が設けられてお
り、また、回転子軸9の軸方向他端寄りの部位には、空
気取入口16から取入れられた冷却空気を吸引してフレー
ム1内を軸方向に流すための通風ファン17が軸着されて
いる。また、前記フレーム1の通風ファン17側の外周部
位置には、通風ファン17で吸引した冷却空気をフレーム
1外に排出するための排風口18が設けられている。ま
た、前記ロータ鉄心10およびその両端の鉄心押え11,12
には、第1図および第2図に示すように、軸方向に貫通
する多数の通風路19が設けられている。
一方、前記空気取入口16には、第1図および第2図に
示すように、車体の濾過器(図示せず)から撓み風道20
を通すか、またはフレーム1外から直接通風濾過器(図
示せず)を通して、濾過された清浄な冷却空気が供給さ
れるようになっており、この冷却空気は、後述する入口
ダクト21を介して2つの各導入ダクト22a,22bに分配さ
れ、各導入ダクト22a,22bの先端開口部23a,23bからフレ
ーム1内に吐出されるようになっている。そしてこの冷
却空気は、第1図および第2図に白抜き矢印で示すよう
に、フレーム1内を前記両鉄心2,10の間および通風路19
内を通って軸方向に流れ、フレーム1内のステータコイ
ル5、ロータバー13およびエンドリング14,15等を冷却
した後、排風口18からフレーム1外に排出されるように
なっている。
入口ダクト21は、第1図に示すように、前記側板1aの
内面に空気取入口16に連続して設けられており、その下
端部は、二又は分岐されて導入ダクト22a,22bを構成し
ている。これら両導入ダクト22a,22bは、第1図に示す
ように、そのダクト長さおよびダクト断面積がほぼ同一
になるように形成され、入口ダクト21からの冷却空気
が、ほぼ等分に分配されて各導入ダクト22a,22bに供給
されるようになっている。また、これら各導入ダクト22
a,22bの先端開口部23a,23bは、第1図および第2図に示
すように、フレーム1の径方向に相対する位置、すなわ
ち周方向に等間隔で形成されており、これにより、冷却
空気は周方向にバランスよく分配されてフレーム1内に
分散供給されるようになっている。
次に、本実施例の作用について説明する。
回転電機を駆動すると、回転子軸9の回転とともに通
風ファン17が回転し、空気取入口16を介し、冷却空気が
フレーム1内に導入される。この冷却空気は、入口ダク
ト21を通って2つの各導入ダクト22a,22bに分配され、
これら各導入ダクト22a,22bの先端開口部23a,23bからフ
レーム1内に吐出される。吐出された冷却空気は、第1
図および第2図に白抜き矢印で示すように、両鉄心2,10
の間および通風路19内を通って軸方向に流れ、排風口18
からフレーム1外に排出される。そしてこれにより、フ
レーム1内のステータコイル5、ロータバー13およびエ
ンドリング14,15等の冷却がなされる。
ところで、前記各導入ダクト22a,22bは、そのダクト
長さおよびダクト断面積がほぼ同一に形成されているの
で、入口ダクト21からの冷却空気は、ほぼ正確に二等分
されて各導入ダクト22a,22bに供給され、各先端開口部2
3a,23bからフレーム1内に吐出される。
また、各先端開口部23a,23bは、フレーム1の周方向
にほぼ等間隔で位置している。すなわち2つの先端開口
部23a,23bは径方向に対向配置されているので、各先端
開口部23a,23bから吐出された冷却空気は、空気取入口1
6の位置に関係なく、周方向にバランスよくフレーム1
内に供給される。
すなわち、導入ダクト22a,22bを設けることで、あた
かも2つの空気取入口から冷却空気をフレーム1内に吸
引したのと同様の効果が得られ、周方向の風量アンバラ
ンスを、半分に少なくすることができ、ステータコイル
5の周方向の温度上昇アンバランスを均一化することが
できる。
第3図はこの状態を示す。第3図において、横軸の符
号A,B,C,D,Eは、第6図の場合と同様、ステータコイル
5の軸方向の位置をそれぞれ示し、また実線グラフy,
y′およびx,x′は、第1図に同一符号で示すステータコ
イル5の周方向の位置における温度分布をそれぞれ示
す。
第3図からも明らかなように、本実施例に係る回転電
機においては、ステータコイル5の最小温度上昇値φ
は、従来構造のステータコイル5の最小温度上昇値φ
よりも高くなるが、最大温度上昇値θは、従来構造の最
大温度上昇値θよりも低くなり、温度分布が均一化さ
れることが判る。
第4図は、本発明の第2実施例を示すもので、前記第
1実施例における先端開口部23a,23bの出側に、さらに
案内ダクト板24,25を設け、入口ダクト21からの冷却空
気をほぼ4等分するとともに、4等分された各冷却空気
を、周方向にほぼ等間隔の位置からフレーム1内に供給
するようにしたものであり、その他の点については、前
記第1実施例と同一構成となっている。
このように、案内ダクト板24,25を追設することによ
り、冷却空気を、あたかも4つの空気取入口からフレー
ム1内に吸引するのと同様の効果が得られ、ステータコ
イル5の周方向の温度上昇アンバランスを、より均一化
することができる。
第5図は、本発明の第3実施例を示すもので、従来構
造の回転電機(第6図、第7図参照)の側板1a内面に、
入口ダクト21からの冷却空気をほぼ等分に2つに分配す
る山形状の案内ダクト板26を設け、2等分された冷却空
気を、径方向に対向する2つの位置からフレーム1内に
供給するようにしたものであり、その他の点のついて
は、前記第1実施例と同一構成となっている。
このように構成しても、前記第1実施例と同様の効果
が期待できる。
なお、前記各実施例では、通風ファン17を有する自己
通風冷却方式の回転電機について説明したが、他方通風
冷却方式の回転電機、すなわち通風ファン17を省略し、
強制的に空気取入口16からフレーム1内に冷却空気を押
し込む方式のものにも同様に適用することができる。
また、前記各実施例では、導入ダクト22a,22b、案内
板24,25,26等が側板1aと一体構造をなす場合について説
明したが、側板1aあるいはフレーム1とは別体構造にし
てもよい。また、冷却空気の分岐数も2および4に限ら
ず、それ以外の分岐数でもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、冷却風を、ほぼ等分に
複数に分岐させ、これらを周方向にほぼ等間隔の位置か
らフレーム内に供給するようにしているので、ステータ
コイルの周方向の風量アンバランスを均一化し、ステー
タコイルの周方向の温度上昇アンバランスを平準化して
最高温度上昇値を低減できる。このため、回転電機の小
型軽量化および容量アップを図ることができ、寸法制約
が厳しい小型軽量化が車輌の出力アップに重要である車
輌用の主電動機に対し、実用上特に優れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係る車輌用回転電機の通
風冷却装置を示す断面図、第2図は第1図のII-II線断
面図、第3図は前記第1実施例におけるステータコイル
の温度上昇分布を従来の場合と比較して示すグラフ、第
4図は本発明の第2実施例を示す第1図相当図、第5図
は本発明の第3実施例を示す第1図相当図、第6図は従
来の車輌用回転電機の通風冷却装置を示す断面図、第7
図は第6図のVII-VII線断面図、第8図は従来装置にお
けるステータコイルの温度上昇分布を示すグラフであ
る。 1……フレーム、1a……側板、2……ステータ鉄心、5
……ステータコイル、9……回転子軸、10……ロータ鉄
心、13……ロータバー、14,15……エンドリング、16…
…空気取入口、17……通風ファン、18……排風口、19…
…通風路、21……入口ダクト、22a,22b……導入ダク
ト、23a,23b……先端開口部、24,25,26……案内ダクト
板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B61C 17/00 H02K 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転電機内に、その軸方向一端側に設けら
    れた冷却風導入口から冷却風を導入するとともに、回転
    電機内を軸方向に流し、回転電機の軸方向他端側に設け
    られた排風口から外部に排出して回転電機内を冷却する
    車輌用回転電機の通風冷却装置において、前記回転電機
    内に、冷却風導入口から導入された冷却風を複数に分配
    して先端開口部から吐出させる複数の導入ダクトをそれ
    ぞれ設けるとともに、これら各導入ダクトのダクト長さ
    およびダクト断面積をほぼ同一に形成し、かつ各導入ダ
    クトの先端開口部を、回転電機の周方向にほぼ等間隔で
    位置させたことを特徴とする車輌用回転電機の通風冷却
    装置。
JP1116760A 1989-05-10 1989-05-10 車輌用回転電機の通風冷却装置 Expired - Lifetime JP3047915B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56148154A (en) * 1980-04-18 1981-11-17 Toshiba Corp Rotary electric machine
JPS5930598U (ja) * 1982-08-20 1984-02-25 三洋電機株式会社 照明器具付サ−キユレ−タ−
JPS6194545A (ja) * 1984-10-12 1986-05-13 Toshiba Corp 車両用誘導電動機形主電動機の冷却用通風装置

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