JP3211823B2 - 車両駆動用開放型電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両駆動用開放型
電動機に係り、特に冷却風に含まれている塵埃除去に好
適な車両駆動用開放型電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両駆動用開放型電動機として
は、特開平6−6958 号公報，米国特許5,000,769 号公報
に開示のものが知られている。このうち前者の電動機
は、冷却風である外気を機内に取込む際に、入気口に設
けたフィルターを介して取込み、冷却風に含まれている
塵埃を除去していた。後者の電動機は、冷却風である外
気を機内に取込む際に、複数の丸孔又はルーバー形状の
孔を有する平面板により仕切られた２つの部屋を介して
取込み、冷却風に含まれている塵埃を除去していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】車両駆動用開放型電動
機としては、前者の電動機が主流であるが、最近、この
電動機に対して保守回帰の延長化，低騒音化などの様々
な要求があり、その中でも保守回帰の延長化の要求が高
い。この要求が高いのは、前者の電動機では、フィルタ
ーの除去機能が完全でないため、フィルターにより除去
されない塵埃が機内に侵入し、それが長期間の運転によ
り機内に堆積し、これを取除くために５，６年毎に分解
掃除を行う必要があるためであった。

【０００４】そこで、本発明者は、フィルターを用いる
ことなく塵埃を除去できる車両駆動用開放型電動機とし
て後者の電動機に着目した。ところが、後者の電動機
は、２つの部屋を形成しているので、電動機の軸方向の
寸法を大きくとる必要があると共に、塵埃除去のための
構造が複雑化し、故障ポテンシャルの増大を招く虞れも
ある。また、２つの部屋を介して冷却風に含まれている
塵埃を除去しているので、機内に近い方の部屋を省略で
きない。もし機内に近い方の部屋を省略すれば、冷却風
に含まれている塵埃が機内に侵入し、それが長期間の運
転により機内に堆積し、前者の電動機と同様に定期的な
分解清掃が必要になる。

【０００５】また、後者の電動機は、冷却風の入気口を
径方向に対して垂直な方向に開口しているので、入気し
た冷却風は入気方向に対して直角な方向に折れ曲がる。
このため、冷却風の損失が大きくなり、冷却に必要な風
量を確保するためには冷却ファンの径を大きくする必要
がある。冷却ファンの径を大きくし過ぎると騒音が顕著
になる。

【０００６】また、後者の電動機は、冷却風の排気側に
ついて全く考慮していないので、機内を冷却した高温の
冷却風が軸受カバーに直接当たり、排気側の軸受装置の
温度を上昇させてしまうという課題があった。

【０００７】本発明の目的は、保守回帰の延長化が図
れ、且つ、冷却風の排気側の軸受装置の冷却効率の向
上、例えば温度上昇を抑えることができる車両駆動用開
放型電動機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、固定子と、前記固定子の内側に位置す
る回転子と、前記回転子の回転軸に設けた２つのファン
と、これらを内蔵するように形成したハウジングと、前
記ハウジングの軸方向の片側又は両側を塞ぐ閉塞部材と
を備え、前記閉塞部材はハウジングの一部を兼ねてもよ
く、前記閉塞部材の一方には入気口を開き、前記閉塞部
材乃至ハウジングには少なくとも２つの排気口を開き、
前記排気口のうちの１つは入気口側に設置し、他の排気
口は前記入気口とは軸方向にて反対側に位置し、前記フ
ァンの一方は前記入気口側に設けられ回転軸の取付部か
ら径方向で且つ軸方向外側に伸びて冷却風を機内に取込
む主ファンであり、前記ファンの他方は前記排気口側に
設けられ回転軸の取付部から径方向で且つ軸方向外側に
伸びた補助ファンであり、前記回転子に軸方向に連続す
る通風ダクトを設けてなり、前記主ファンのベーンより
内径側に前記入気口を位置させ、前記主ファンのベーン
より外径側に前記入気口側の排気口を位置させ、前記主
ファンにより前記入気口から吸いこまれた冷却風は、前
記主ファンの径方向外側に伸びた部分に沿って前記通風
ダクトに導かれ、さらに、前記通風ダクトを通過した冷
却風は前記補助ファンの径方向外側に伸びた部分に沿っ
て導かれ前記補助ファンにより前記排気口から排出され
るように構成した。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態である
車両駆動用開放型電動機を図１乃至図４に示す。本実施
の形態の車両駆動用開放型電動機は三相誘導電動機であ
る。図面において１は筒状の固定子枠（又はハウジング
若しくはケーシング）であり、その内周側には円筒状の
固定子鉄心２を設けている。固定子鉄心２の内周部には
軸方向に連続したスロットを周方向に所定の間隔をもっ
て複数形成し、固定子巻線４を収納している。

【００１０】固定子鉄心２の内周側には空隙を介して固
定子鉄心２と同心円上に回転子鉄心３を設けている。回
転子鉄心３の外周部には軸方向に連続したスロットを周
方向に所定の間隔をもって複数形成し、回転子巻線５を
ダイキャスト方法により収納している。回転子鉄心３の
中心軸上には回転軸６を設けており、固定子枠１の両端
部に設けた軸受装置９，１０によりそれを回転自在に支
承している。

【００１１】固定子枠１の一方側(冷却風の入気側であ
って、本図では鉄心に向かって左側)には閉塞部材であ
る環状のエンドブラケット７を設けており、その内周側
には軸受装置９を固定支持している。エンドブラケット
７は固定子枠１の端部と軸受装置９の外周側との間で反
鉄心側に張出した形状のものである。具体的には固定子
枠１の端部との接続部からほぼ軸方向反鉄心側（又はほ
ぼ水平）に伸びた外周面部７ａと、軸受装置９の外周側
の接続部からほぼ軸方向反鉄心側（又は回転軸６に対し
て若干斜め若しくはほぼ水平）に伸びた内周面部７ｂ
と、外周面部と内周面部とを結合しほぼ垂直に伸びた側
面部７ｃとを有する形状のものである。尚、エンドブラ
ケット７の外周面部７ａに相当する部分は固定子枠１が
兼ねてもよい。

【００１２】回転子鉄心３と軸受装置９との間の回転軸
６上には主ファン１１を設けている。主ファン１１はフ
ァン主板１１ａとファンベーン１１ｂと側板１１ｃから
なるものである。ファン主板１１ａはエンドブラケット
７の内周面部に沿って反鉄心側に伸びて湾曲し、エンド
ブラケット７の側面部に沿って径方向外側に伸びた形状
のものである。換言すれば、その取付部から径方向に遠
ざかるに従って回転子鉄心３から遠ざかるように形成し
たものである。具体的にはエンドブラケット７の側面部
に平行部と、この平行部から湾曲し回転軸６の接続部に
伸びる傾斜部とを有する形状のものである。ファン主板
１１ａの平行部のエンドブラケット７側にはファンベー
ン１１ｂを複数設けている。ファンベーン１１ｂのエン
ドブラケット７側には側板１１ｃを設けている。尚、側
板１１ｃとしてエンドブラケット７を代用しても構わな
い。

【００１３】エンドブラケット７の内周面部７ｂには冷
却風として外気を取込むための入気口１３（又は入気孔
若しくは入気管）をファンベーン１１ｂとほぼ直線配置
となるように複数設けており、図１に示すように、ファ
ンベーン１１ｂの内径側11ｄに位置している。入気口１
３とファンベーン１１ｂの内径側との間には３０mm以上
の間隔をあけている。エンドブラケット７の外周面部７
ａには塵埃を含む冷却風を排出するための塵埃排出口１
４（又は塵埃排出孔若しくは塵埃排出管）をファンベー
ン１１ｂとほぼ直線配置となるように１つ設けており、
図１に示すように、ファンベーン１１ｂの外径側１１ｅ
に位置している。ファンベーン１１ｂの枚数と入気口１
３の個数は互いに割切れない（１以外の公約数を持たな
い）数の組合わせとしている。軸受装置９の軸方向の位
置はファンベーン１１ｂの位置よりも鉄心側又は同じ位
置としている。

【００１４】ファン主板１１ａの外径側１１ｆには塵埃
を含む冷却風と塵埃を含まない冷却風とに分離すると共
に、分離した塵埃を含む冷却風が機内に流れ込まないよ
うにするための分離機構の１つである塵埃分離板１７を
設けている。ここで、外径側とは、次第に外方に開くよ
うに形成されたファンの外形の周方向端部側のことをい
う。従って、分離板等の分離機構は、この端部自体では
なく、この端部に対向するように形成された円環状の突
起物であって、図１に示すように、その突起物がファン
主板１１ａの外径側に位置するのである。

【００１５】塵埃分離板１７はファン主板１１ａの外径
よりも大きい内径を有するリング状の円板である。尚、
塵埃分離板１７はエンドブラケット７と一体形成しても
よい。

【００１６】ファン主板１１ａの外径と塵埃分離板１７
の内径との間の空隙の通風断面積は塵埃排出口１４の通
風断面積よりも大きくしている。

【００１７】固定子枠１の他方側（冷却風の排気側であ
って、本図の鉄心に向かって右側）には閉塞部材である
環状のエンドブラケット８を固定子枠１と一体形成し設
けており、その内周側には軸受装置１０を固定支持して
いる。エンドブラケット８の側面には機内を冷却し終え
た冷却風を機外に排出するための排気口１５（又は排気
孔若しくは排気管）を複数設けている。排気口１５の外
側には排気口１５から塵埃が機内に侵入しないようにフ
ィルター１９を設けている。本実施の形態によれば、固
定子枠１とエンドブラケット８が一体になった場合につ
いて説明したが、固定子枠１とエンドブラケット８が別
々になっていても構わない。また、エンドブラケット８
が固定子枠１の一部を兼ねたもの、すなわち一方が開放
した容器状のものであってもよい。

【００１８】回転子鉄心３の軸受装置１０側の端部には
補助ファン１２を設けている。補助ファン１２はファン
主板１２ａとファンベーン１２ｂと側板１２ｃからなる
ものである。ファン主板１２ａは軸受装置１０の軸受カ
バー１６の湾曲形状に沿って湾曲し、エンドブラケット
８に沿って径方向外側に伸びた形状のものである。換言
すれば、その取付部から径方向に遠ざかるに従って回転
子鉄心３から遠ざかるように形成したものである。ファ
ン主板１２ａの鉄心側にはファンベーン１２ｂを複数設
けている。ファンベーン１２ｂの鉄心側には側板１２ｃ
を設けている。尚、補助ファン１２は側板１２ｃを省略
してもよい。また、補助ファン１２の代わりにファンベ
ーン１２ｂを省略したファン主板１２ａを遮蔽板として
代用してもよい。

【００１９】エンドブラケット７の外側には軸受装置９
にグリースを供給するグリース供給装置２０を設けてい
る。エンドブラケット８の外側には軸受装置１０にグリ
ースを供給するグリース供給装置２１と、回転軸６の回
転速度を検出する速度検出装置２４を設けている。固定
子巻線４のエンド部の一方側には固定子枠１を貫いて機
内に引込んだリード線２３を三相分接続している。リー
ド線２３は固定子巻線４に電力を供給するためのもので
ある。

【００２０】固定子枠１の外周部には台車に取付けるた
めの取付部２５，２６を設けている。また、固定子枠１
の外周部にはリード線２３，インバータの接地線２８，
速度検出装置２４の信号線を支持するための支持台２７
を設けている。支持台２７には電動機の接地線２２を接
続している。

【００２１】次に、本実施の形態の車両駆動用開放型電
動機の冷却風の流れを説明する。尚、図１に示す矢印は
冷却風の流れである。回転軸６の回転により主ファン１
１が回転すると、ファンベーン１１ｂの内径側と入気口
１３との間の空間に吸込力が作用し、入気口１３から冷
却風である外気が吸込まれる。吸込まれた外気は主ファ
ン１１の押込力によってエンドブラケット７の外周面部
の内面に向かって押込まれる。この時、塵埃分離板１７
によってファンベーン１１ｂの外径側とエンドブラケッ
ト７との空間で２つの冷却風に分離される。

【００２２】分離された一方の冷却風には塵埃が含まれ
ており、エンドブラケット７の外周側内面に流れ、主フ
ァン１１の回転力によってエンドブラケット７の外周側
内面を周方向に流れ、塵埃排出口１４に到達し機外に排
出される。この時、塵埃を含む冷却風は塵埃分離板１７
が壁となって機内に流れ込むことがない。

【００２３】分離された他方の冷却風は塵埃を含んでお
らず、塵埃分離板１７の内径側とファン主板１１ａの外
径側との間の間隙を介して鉄心側に押込まれる。押込ま
れた冷却風は固定子鉄心２及び回転子鉄心３の一方の端
部を冷却し、固定子鉄心２と回転子鉄心３との間の空隙
及び回転子鉄心３に複数設けた軸方向に連続した通風ダ
クト１８を冷却しながら排気側に流れる。排気側に到達
した冷却風は固定子鉄心２及び回転子鉄心３の他方の端
部を冷却し、排気口１５から機外に排出される。この
時、回転軸６の回転により補助ファン１２が回転してい
るので、固定子鉄心２及び回転子鉄心３の他方の端部の
空間には空気の流動が起きる。

【００２４】以上説明した第１の実施の形態によれば、
主ファン１１によって押込んだ冷却風を塵埃分離板１７
により２つの冷却風、すなわち塵埃を含む冷却風と塵埃
を含まない冷却風とに分離し、塵埃を含む冷却風は塵埃
排出口１４から機外へ排出し、塵埃を含まない冷却風は
塵埃分離板１７の内径側とファン主板１１ａの外径側と
の間の空隙を介して機内に押込むようにしたので、塵埃
を含まない冷却風によって機内を冷却でき、機内への塵
埃進入及び長期間の運転による塵埃堆積を防げる。従っ
て、定期的な分解清掃が不要であり、保守回帰の延長が
図れる。

【００２５】また、第１の実施の形態によれば、エンド
ブラケット７と、主ファン１１と、主ファン１１のファ
ン主板１１ａの外径側と対向するエンドブラケット７部
分に設けた塵埃分離板１７により囲まれる空間内で、塵
埃を含む冷却風と塵埃を含まない冷却とに分離できるの
で、塵埃除去のための機構を従来のものより簡単に構成
することができ、故障ポテンシャルの低減が図れる。従
って、信頼性の向上が図れる。

【００２６】また、第１の実施の形態によれば、ファン
主板１１ａの外径側と塵埃分離板１７の内径側との間の
空隙の通風断面積を塵埃排出口１４の通風断面積よりも
大きくしたので、その空隙を介して機内に押込まれる冷
却風の風量を多く、かつ風速を遅くでき、塵埃排出口１
４から排出される冷却風の風量を少なく、かつ風速を速
くできる。従って、塵埃を含む冷却風を風速の速い塵埃
排出口１４から確実に排出できると共に、機内を多量の
冷却風で冷却でき、上記効果を向上できる。

【００２７】また、第１の実施の形態によれば、エンド
ブラケット７を反鉄心側に張出した形状とすると共に、
主ファン１１のファン主板１１ａをエンドブラケット７
に沿った形状とし、ファン主板１１ａのエンドブラケッ
ト７側にファンベーン１１ｂを設けたので、主ファン１
１を回転子鉄心３と軸受装置９との間の回転軸６上に設
置でき、軸方向の長さを短くできる。従って、電動機の
小型軽量化が図れる。

【００２８】また、第１の実施の形態によれば、入気口
１３とファンベーン１１ｂとをほぼ直線配置としたの
で、入気口１３を介して取込む冷却風の通風損失を小さ
くでき、主ファン１１の径を小さくしても必要な冷却風
の風量を容易に確保できる。従って、電動機の低騒音化
が図れる。

【００２９】また、第１の実施の形態によれば、ファン
ベーン１１ｂの内径側と入気口１３との間の間隔を３０
mm以上あけたので、ファンベーン１１ｂと入気口１３と
の間の空間に発生する騒音を低減できる。すなわちファ
ンの騒音はファンベーンが空気を切る音であり、その発
生は空気の疎密が原因である。ここで、主ファン１１の
騒音について考えてみると、主ファン１１の騒音は入気
口１３とファンベーン１１ｂとの間の空間が発生源であ
り、入気口１３のある部分と入気口１３のない部分との
空気の密度の変化によるものである。しかし、この騒音
は入気口１３とファンベーン１１ｂとの空間距離を大き
くあけることで、空気の疎密の変化が小さくなり低減で
きる。従って、第１の実施の形態ではその低減効果が顕
著になる空間距離、すなわち３０mm以上あけて、上記効
果を向上している。

【００３０】また、第１の実施の形態によれば、ファン
ベーン１１ｂの枚数と入気口１３との個数を互いに割切
れない（１以外の公約数を持たない）数の組合わせとし
たので、ファンベーン１１ｂと入気口１３との間の空間
に発生する騒音のレベルを低減できる。例えば入気口の
個数を１２，ファンベーンの枚数を１５及び１７とした
とき、１２と１５の組合わせでは、公約数が１の他に３
が存在するので、一周３６０°のうち１２０°の３ヶ所
においてファンベーンと入気口の位置（位相）が全く同
じになり、騒音を強め合い騒音レベルを高めてしまう。
一方、１２と１７の組合わせでは、公約数が１以外存在
しないので、一周３６０°においてファンベーンと入気
口の位置（位相）が全て異なり、騒音を強め合うことが
ないので、騒音レベルを低減できる。

【００３１】また、ファンベーンの枚数をＮｂ，入気口
の個数をＮｓ，ファンベーンの枚数と入気口の個数の公
約数をＭ，回転数をrpm としたとき、発生する騒音の周
波数ｆは、 ｆ＝Ｎｂ×rpm ×Ｍ／６０（Ｈｚ） 又は、 ｆ＝Ｎｓ×rpm ×Ｍ／６０（Ｈｚ） となり、１２と１５の組合わせでは、１，３の公約数を
持つので、１２倍，１５倍，３６倍，４５倍の周波数を
有する騒音を発生する。一方、１２と１７の組合わせで
は、１の公約数を持つので、１２倍，１７倍の周波数を
有する騒音を発生する。ここで、ある部分が管を構成
し、この管の長さがＬであった場合、その管における共
鳴する波長は、４Ｌ，４Ｌ／２，４Ｌ／３，４Ｌ／４…
となり、騒音の発生周波数の多い１２と１５の組合わせ
では共鳴しやすく、騒音のレベルを高めやすい。しか
し、騒音の発生周波数の少ない１２と１７の組合わせで
は共鳴を少なくでき、騒音のレベルを低減できる。従っ
て、上記効果をさらに向上できる。

【００３２】また、第１の実施の形態によれば、回転子
鉄心３の軸受装置１０側の端部に補助ファン１２を設け
たので、鉄心とエンドブラケット８との間の空間に空気
の流動が起き、高温の冷却風の熱がその空間にこもるの
を抑制でき、軸受装置１０の温度上昇を抑制できる。

【００３３】また、第１の実施の形態によれば、補助フ
ァン１２のファン主板１２ａを軸受装置１０の軸受カバ
ー１６に沿った形状としたので、ファン主板１２ａと軸
受カバー１６との間の空隙を小さくしてこの空隙の負圧
を大きくでき、径方向に流れる冷却風の風量を増やして
ファン主板１２ａと軸受カバー１６との間の熱をより逃
げやすくできる。従って、軸受装置１０の温度上昇を更
に抑制できる。また、径方向に流れる冷却風の風量を増
やせるので、主ファン１１の径を小さくでき、更なる低
騒音化を可能にできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、保守回帰の延長化が図
れ、さらに、冷却風の排気側の軸受装置の冷却効率の向
上、例えば温度上昇を抑えることができる車両駆動用開
放型電動機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である車両駆動用開
放型電動機の構成を示す断面図である。

【図２】図１の上側外観構成を示す外観図である。

【図３】図１の左側外観構成を示す外観図である。

【図４】図１の右側外観構成を示す外観図である。

【符号の説明】

１…固定子枠、２…固定子鉄心、３…回転子鉄心、４…
固定子巻線、５…回転子巻線、６…回転軸、７，８…エ
ンドブラケット、９，１０…軸受装置、１１…主ファ
ン、１２…補助ファン、１３…入気口、１４…塵埃排出
口、１５…排気口、１６…軸受カバー、１７…塵埃分離
板、１８…通風ダクト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−14172（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−304143（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−162960（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−162367（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−30754（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−5706（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭36−2224（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許5000769（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定子と、前記固定子の内側に位置する回
   転子と、前記回転子の回転軸に設けた２つのファンと、
   これらを内蔵するように形成したハウジングと、前記ハ
   ウジングの軸方向の片側又は両側を塞ぐ閉塞部材とを備
   え、前記閉塞部材はハウジングの一部を兼ねてもよく、
   前記閉塞部材の一方には入気口を開き、前記閉塞部材乃
   至ハウジングには少なくとも２つの排気口を開き、前記
   排気口のうちの１つは入気口側に設置し、他の排気口は
   前記入気口とは軸方向にて反対側に位置し、前記ファン
   の一方は前記入気口側に設けられ回転軸の取付部から径
   方向で且つ軸方向外側に伸びて冷却風を機内に取込む主
   ファンであり、前記ファンの他方は前記排気口側に設け
   られ回転軸の取付部から径方向で且つ軸方向外側に伸び
   た補助ファンであり、前記回転子に軸方向に連続する通
   風ダクトを設けてなり、前記主ファンのベーンより内径
   側に前記入気口を位置させ、前記主ファンのベーンより
   外径側に前記入気口側の排気口を位置させ、前記主ファ
   ンにより前記入気口から吸いこまれた冷却風は、前記主
   ファンの径方向外側に伸びた部分に沿って前記通風ダク
   トに導かれ、さらに、前記通風ダクトを通過した冷却風
   は前記補助ファンの径方向外側に伸びた部分に沿って導
   かれ前記補助ファンにより前記排気口から排出されるこ
   とを特徴とする車両駆動用開放型電動機。