JP3441242B2 - 車輪一体形回転電機 - Google Patents

車輪一体形回転電機

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JP3441242B2 JP14878095A JP14878095A JP3441242B2 JP 3441242 B2 JP3441242 B2 JP 3441242B2 JP 14878095 A JP14878095 A JP 14878095A JP 14878095 A JP14878095 A JP 14878095A JP 3441242 B2 JP3441242 B2 JP 3441242B2
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孝一 松岡
圭一郎 近藤
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    • B61C9/46—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors forming parts of wheels
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両等に使用され
る車輪一体形主電動機において、特に機内発熱部を効果
的に冷却可能な構造を備えた車輪一体形回転電機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車両の駆動構造は、従来より車輪と
一体化された車軸と同軸上に取付けられた歯車に、主電
動機（以下モータと呼ぶ）の回転軸に固定された歯車を
噛合せて車軸、車輪を回転させる方式が採用されてい
る。
【０００３】近年では車両の低騒音化、保守の省力化等
の目的より、図９に示すような車輪、モータ一体形の駆
動方式の開発が進められている。図９において、１は回
転しない車軸で、この車軸１の両端部は軸支持箱２を介
して台車に固定支持されている。この車軸１の両側位置
には軸受５ａ及び５ｂを介してレール上を走行する車輪
６ａ及び６ｂが回転自在に支持されている。また、車軸
１の中央部にはコイル３を備えた固定子鉄心４が取付け
られている。
【０００４】一方、車輪６ａ及び６ｂの内側には各々ブ
ラケット７及び８の一端が取付けられ、その他端には内
周側に永久磁石９を有する円筒状の回転子フレーム１０
の両端部が固定され、これらブラケット７，８及び回転
子フレーム１０は両側の車輪６ａ，６ｂと一体となって
回転部分を形成し、アウターロータタイプで車輪一体形
の永久磁石形の同期電動機を構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような車輪一体形
モータの駆動構造にあっては、歯車装置が不要となるた
め、低騒音化の他に分解、点検などの保守期間の延長が
可能となるが、この効果をより確実に生かすためには、
モータの分解手入れ期間も大幅に延ばす必要があり、ま
たモータは全閉形とする必要がある。
【０００６】ところで、従来のモータでは自己通風ファ
ンを内蔵し、このファンにより外気を機内に流通させて
冷却を行っているが、この場合空気中の塵埃、水分など
が機内に侵入して機内を汚損し、絶縁性能の低下、放熱
効果の低下を招くため、定期的にモータの分解を行って
内部の清掃を行う必要がある。
【０００７】このモータ内の汚損を防ぐためには、全閉
形とし機内を外部と完全にしゃ断した構造が考えられる
が、この方式では機内の通風冷却が行われないため、モ
ータの温度上昇が大きくなり、許容温度上昇内に抑える
ためにはモータが大型化するという問題がある。
【０００８】このような大型のモータを鉄道車両に使用
することは、台車内のスペースに制約があること、車両
の高速化のためにはバネ下重量を低減する必要があるこ
とからモータの小形軽量化が大きな課題となっている。
【０００９】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、全閉形にしても機内の発熱部を効
果的に冷却でき、しかも小形軽量化を図ることができる
車輪一体形回転電機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を解
決するため、次のような手段により車輪一体形回転電機
を構成する。請求項１に対応する発明は、台車に固定支
持された車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自
在に支持すると共に、前記車軸の中央部に固定子鉄心を
取付け、この固定子鉄心の外周面に所定の空隙を存して
回転子フレームを配設すると共に、この回転子フレーム
の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に結
合してなるアウタロータタイプの車輪一体形回転電機に
おいて、前記一方のブラケットの外周面に複数の放熱フ
ィンを設けると共に、内周面に複数の吸熱フィンを機内
空気を循環させるファン機能を持たせて設ける。
【００１１】請求項２に対応する発明は、両側のブラケ
ットの外周面に複数の放熱フィンをそれぞれ設けると共
に、内周面に機内空気を循環させるファンを兼ねた複数
の吸熱フィンを軸方向においてそれぞれ同一の傾き角を
有するように配設して軸流ファン機能を持たせる。
【００１２】請求項３に対応する発明は、一方のブラケ
ットの外周面に複数の放熱フィンを設け、且つ内周面に
機内空気を循環させるファンを設けると共に、循環空気
を冷却する複数の吸熱フィンをファン機能を持たせない
ようにして設ける。
【００１３】請求項４に対応する発明は、一方のブラケ
ットの外周面に複数の放熱フィンを設けると共に、内周
面に機内空気を循環させるファン機能を有する複数の吸
熱フィンを設け、他方の前記ブラケットの外周面に複数
の放熱フィンを設けると共に、内周面に複数の吸熱フィ
ンをファン機能を持たせないようにして設ける。
【００１４】請求項５に対応する発明は、一方のブラケ
ットの外周面に複数の放熱フィンを設けると共に、内周
面にアルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な材質からな
る内周ブラケットを一体的に固定し、この内周ブラケッ
トの内周面に複数の吸熱フィンを設ける。
【００１５】
【作用】請求項１に対応する発明の車輪一体形回転電機
にあっては、回転子フレーム及びブラケットが回転する
と、一方のブラケットの内周面に設けられた吸熱フィン
のファン作用により機内空気を循環させることにより発
熱部が冷却され、また吸熱フィンの吸熱により温度が上
昇したブラケットは、その外周面に設けられた多数の放
熱フィンによる放熱作用により冷却される。従って、全
閉形であってもモータの冷却が効果的に行われるため、
温度上昇が低くなり、モータの小形、軽量化が可能とな
る。
【００１６】請求項２に対応する発明の車輪一体形回転
電機にあっては、両側のブラケットに複数の吸熱フィン
が軸方向に対して同一の傾き角で配設して軸流ファン機
能を持たせてあるので、回転子フレーム及びブラケット
の回転方向が変化しても機内の空気の循環方向が変化す
るだけで、空気の循環が可能となる。従って、上記同様
に機内の空気を循環させてモータの発熱部を冷却できる
と共に、温度上昇した循環空気の熱を吸熱フィンと放熱
フィンの作用により外気に積極的に放熱することができ
るので、冷却効果をより一層向上させることができる。
【００１７】請求項３に対応する発明の車輪一体形回転
電機にあっては、ブラケットの内周面に循環用ファンと
ファン機能の持たない吸熱フィンとを別個に設けること
により、吸熱フィンによる騒音を低減することができ、
また循環用ファンにより機内の循環空気の循環速度を適
切に設定できると共に、吸熱フィンの数を循環速度と関
係なく多数設けることにより冷却効果を向上させること
ができる。
【００１８】請求項４に対応する発明の車輪一体形回転
電機にあっては、機内の空気が循環すると共に、両側の
ブラケットに設けられた吸熱フィンと放熱フィンの効果
により循環空気の流れが阻害されることがないので、機
内空気の冷却をより一層向上させることができる。
【００１９】請求項５に対応する発明の車輪一体形回転
電機にあっては、吸熱フィン部をアルミ合金製とするこ
とにより、熱伝導性が良く、吸熱フィンの増大と相俟っ
て一層循環空気からの吸熱効果を向上させることができ
ると共に、軽量化を図ることができる。
【００２０】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１及び図２は本発明による車輪一体形回転電機の
第１の実施例をそれぞれ示すもので、図１は車輪一体形
モータの一部を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ
線に沿う矢視断面図である。なお、図９と同一部品には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点
についてのみ述べる。
【００２１】第１の実例例においては、図１及び図２に
示すように車輪６ａと回転子フレーム１０との間に設け
られる一方のブラケット１２の外周面に軸方向に長形な
多数の放熱フィン１４を円周方向に適宜の間隔を存して
設け、また内周面に軸方向に長形な多数の吸熱フィン１
３を円周方向に適宜の間隔を存して設けると共に、各吸
熱フィン１３の先端部側に環状体１３ａを設けて通風路
を形成する構成としたものである。
【００２２】この場合、各吸熱フィン１３及び環状体１
３ａは、ファン機能を有し、且つ軸受５ａ側より固定子
鉄心４と回転子フレーム１０との間に存する空隙部側に
抜ける通風路が形成されるように傾斜を持たせてある。
【００２３】次に上記ように構成された車輪一体形モー
タの作用について説明する。モータの運転に伴い、ブラ
ケット１２が回転すると吸熱フィン１３のファン作用に
よりフィン部の空気は固定子鉄心４と回転子フレーム１
０の内周側に存する空隙部に流出する。
【００２４】この空隙部を通して流れる空気は他方のブ
ラケット側に流出した後、固定子鉄心４の内部の軸方向
に設けられた複数個の通風穴を通って吸熱フィン１３の
下方に戻ってくる。
【００２５】このようにして機内の空気は吸熱フィン１
３によるファン機能により機内を循環する。従って、機
内の発熱部を通過した空気は、熱せられて温度上昇する
が、多数の吸熱フィン１３部分を通過する際に、吸熱フ
ィン１３により吸熱されて温度が低下し、この空気の循
環により発熱部が冷却されるので、モータの温度上昇を
抑えることができる。
【００２６】一方、吸熱フィン１３の吸熱により温度が
上昇したブラケット１２は、その外周面に設けられた多
数の放熱フィン１４により外気に放熱し、ブラケット１
２の温度が低下する。この放熱フィン１４による外気へ
の放熱作用はブラケット１２が回転することにより、よ
り一層向上する。
【００２７】このように第１の実施例によれば、機内の
空気を循環させてモータの発熱部を冷却すると共に、温
度上昇した循環空気の熱を吸熱フィン１３と放熱フィン
１４の作用により外気に積極的に放熱することができ
る。
【００２８】従って、全閉形であってもモータの冷却が
効果的に行われるため、温度上昇が低くなり、モータの
小形、軽量化が可能となる。図３及び図４は本発明の第
２の実施例をそれぞれ示すもので、図３は断面図であ
り、図４は機内の一部の展開図である。
【００２９】第２の実施例では、図３及び図４に示すよ
うに車輪６ａ，６ｂと回転子フレーム１０との間に設け
られる両側のブラケット１５，１８の外周面に軸方向に
長形な多数の放熱フィン１７，２０を円周方向に適宜の
間隔を存してそれぞれ設け、また内周面に軸方向に長形
な多数の吸熱フィン１６，１９を円周方向に適宜の間隔
を存してそれぞれ設けると共に、各吸熱フィン１６，１
９の先端部側に環状体１６ａ，１９ａを設けて通風路を
形成する構成としたものである。
【００３０】この場合、各吸熱フィン１６，１９及び環
状体１６ａ，１９ａは、軸受５ａ，５ｂ側より固定子鉄
心４と回転子フレーム１０との間に存する空隙部側に抜
ける通風路が形成させるように同一方向に傾斜させて設
けられている。
【００３１】このような構成の車輪一体形モータとすれ
ば、回転子フレーム１０及びブラケット１５，１８の回
転方向が変化しても図４に示した如く機内の空気の循環
方向が変化するだけで、空気の循環が可能となる。
【００３２】従って、第１の実施例と同様に機内の空気
を循環させてモータの発熱部を冷却すると共に、温度上
昇した循環空気の熱を吸熱フィン１６，１９と放熱フィ
ン１７，２０の作用により外気に積極的に放熱すること
ができるので、冷却効果をより一層向上させることがで
きる。
【００３３】図５は本発明の第３の実施例における一方
のブラケット部の構成を示す断面図である。第３の実施
例では、図５に示すように車輪６ａと回転子フレーム１
０との間に設けられる一方のブラケット２１の外周面に
多数の環状の放熱フィン２２を軸方向に一定の間隔を存
して並列に配設し、またブラケット２１の内周面には冷
却ファン２３を設けると共に、多数の円弧状の吸熱フィ
ン２４を板面を軸方向に向けてファン機能を持たせない
ようにして円周方向に適宜の間隔を存し、且つ軸方向に
適宜ずらせて複数列設ける構成としたものである。
【００３４】このような構成の車輪一体形モータにあっ
ては、高速回転形であっても放熱フィン２２による騒音
を低減することができ、また吸熱フィン２４とは別個に
循環用ファン２３を設けることにより、機内の循環空気
の循環速度を適切に設定できると共に、吸熱フィン２４
の数を循環速度と関係なく多数設けることにより冷却効
果を向上させることができる。
【００３５】図６は本発明の第４の実施例における一方
のブラケット部の構成を示す断面図である。第４の実施
例では、図６に示すように車輪６ａと回転子フレーム１
０との間に設けられる一方のブラケット２５の外周面に
軸方向に長形な多数の放熱フィン２７と放熱フィンを兼
ねた補助リブ２６とを交互に円周方向に適宜の間隔を存
してそれぞれ設け、放熱と共にブラケットの剛性を向上
させ、車輪６ａとの締結構造を強化し、またブラケット
２５の内周面にはアルミ合金等からなる内周ブラケット
２８を装着し、この内周ブラケット２８の内周側に軸方
向に長形な複数の循環ファンを兼ねた吸熱フィン２９を
円周方向に適宜の間隔を存してそれぞれ設けると共に、
各吸熱フィン２９間に多数の吸熱フィン３０を設ける構
成としたものである。
【００３６】この場合、各吸熱フィン２９の先端部側に
環状体２９ａが設けられ、軸受５ａ側より固定子鉄心４
と回転子フレーム１０との間に存する空隙部側に抜ける
通風路が形成される。
【００３７】このような構成の車輪一体形モータにあっ
ては、吸熱フィン部をアルミ合金製とすることにより、
熱伝導性が良く、吸熱フィン３０の増大と相俟って一層
循環空気からの吸熱効果を向上させることができると共
に、軽量化を図ることができる。
【００３８】図７及び図８は、本発明の第５の実施例を
それぞれ示すもので、図７は車輪一体形モータの他方の
ブラケット部の構成を示す断面図であり、図８は図７の
Ｂ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【００３９】第５の実施例においては、図示しない一方
の車輪側のブラケットに対しては図１と同様に外周面に
放熱フィンを設けると共に、内周面に吸熱フィン及び環
状体を設ける構成とし、また図７及び図８に示すように
他方の車輪６ｂ側に設けられるブラケット３１対しては
外周面に軸方向に長形な多数の放熱フィン３２を円周方
向に適宜の間隔を存して設けると共に、内周面に多数の
円弧状の吸熱フィン３３を円周方向に適宜の間隔を存
し、且つ軸方向に複数列適宜ずらせて設ける構成とした
ものである。
【００４０】このような構成の車輪一体形モータにあっ
ては、図示しない一方のブラケット側の循環ファンを兼
ねた放熱フィンより送出された機内空気が図示する他方
のブラケット３１側に到達すると、この機内空気は吸熱
フィン３３の間を軸方向に通過した後、車軸１側に抜
け、固定子鉄心４に有する軸方向に抜ける通風穴を通つ
て図示しない一方のブラケット側に戻っていく。この場
合、吸熱フィン３３は円周方向に適宜の間隔を存して配
設してあるので、ブラケットの回転によりファン作用は
生じることがなく、循環空気の流れを阻害することはな
い。
【００４１】従って、機内の空気が循環すると共に、両
側のブラケットに設けられた吸熱フィンと放熱フィンの
効果により循環空気の冷却をより一層向上させることが
できる。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、全閉
形としても機内の発熱部を効果的に冷却することができ
と共に、小形軽量化を図ることができ、しかも機内の汚
損を防ぐことができるので、長期間分解手入れなしで使
用することができる車両一体形回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車輪一体形回転電機の第１の実施
例の要部を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図。
【図４】同実施例における機内一部の展開図
【図５】本発明の第３の実施例における一方のブラケッ
ト部の構成を示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施例における一方のブラケッ
ト部の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第５の実施例における他方のブラケッ
ト部の構成を示す断面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図。
【図９】従来の車輪一体形モータの構成例を示す断面
図。
【符号の説明】
１……車軸、２……軸支持箱、３……コイル、４……固
定子鉄心、５ａ，５ｂ……軸受、６ａ，６ｂ……車輪、
９……永久磁石、１０……回転子フレーム、１２，１
５，１８，２１，２５，３１……ブラケット、１４，１
７，２０，２２，２７，３２……放熱フィン、１３，１
６，１９，２４，３０，３３……吸熱フィン、２３，２
９……冷却ファン、２６……補助リブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 信行 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 平５−328687（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−116878（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−195359（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−80703（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28 H02K 5/00 - 5/26

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 台車に固定支持された車軸の両端部に各
    々軸受を介して車輪を回転自在に支持すると共に、前記
    車軸の中央部に固定子鉄心を取付け、この固定子鉄心の
    外周面に所定の空隙を存して回転子フレームを配設する
    と共に、この回転子フレームの両端部を各々ブラケット
    により前記車輪に一体的に結合してなるアウターロータ
    タイプの車輪一体形回転電機において、 前記一方のブラケットの外周面に複数の補強リブを兼ね
    た放熱フィンを設け、内周面に機内空気を循環させる複
    数の吸熱フィンを設けると共に、各吸熱フィンの先端部
    側に環状体を設け、これら各吸熱フィン及び前記環状体
    により前記一方の軸受側より前記固定子鉄心と前記回転
    子フレームとの間に存する間隙部側に抜ける通風路を形
    成するようにしたことを特徴とする車輪一体形回転電
    機。
  2. 【請求項２】 台車に固定支持された車軸の両端部に各
    々軸受を介して車輪を回転自在に支持すると共に、前記
    車軸の中央部に固定子鉄心を取付け、この固定子鉄心の
    外周面に所定の空隙を存して回転子フレームを配設する
    と共に、この回転子フレームの両端部を各々ブラケット
    により前記車輪に一体的に結合してなるアウタロータタ
    イプの車輪一体形回転電機において、 前記両側のブラケットの外周面に複数の放熱フィンをそ
    れぞれ設けると共に、内周面に機内空気を循環させる複
    数の吸熱フィンを軸方向においてそれぞれ同一の傾き角
    を有するように配設したことを特徴とする車輪一体形回
    転電機。
  3. 【請求項３】 台車に固定支持された車軸の両端部に各
    々軸受を介して車輪を回転自在に支持すると共に、前記
    車軸の中央部に固定子鉄心を取付け、この固定子鉄心の
    外周面に所定の空隙を存して回転子フレームを配設する
    と共に、この回転子フレームの両端部を各々ブラケット
    により前記車輪に一体的に結合してなるアウタロータタ
    イプの車輪一体形回転電機において、 前記一方のブラケットの外周面に複数の放熱フィンを設
    け、且つ内周面に機内空気を循環させるファンを設ける
    と共に、循環空気を冷却する複数の吸熱フィンを設けた
    ことを特徴とする車輪一体形回転電機。
  4. 【請求項４】 台車に固定支持された車軸の両端部に各
    々軸受を介して車輪を回転自在に支持すると共に、前記
    車軸の中央部に固定子鉄心を取付け、この固定子鉄心の
    外周面に所定の空隙を存して回転子フレームを配設する
    と共に、この回転子フレームの両端部を各々ブラケット
    により前記車輪に一体的に結合してなるアウターロータ
    タイプの車輪一体形回転電機において、 前記一方のブラケットの外周面に複数の放熱フィンを設
    け、内周面に機内空気を循環させる複数の吸熱フィンを
    設けると共に、各吸熱フィンの先端部側に環状体を設
    け、他方の前記ブラケットの外周面に複数の放熱フィン
    を設けると共に、内周面に複数の吸熱フィンを円周方向
    に適宜の間隔を存し、且つ軸方向に複数列適宜ずらせて
    設けたことを特徴とする車輪一体形回転電機。
  5. 【請求項５】 台車に固定支持された車軸の両端部に各
    々軸受を介して車輪を回転自在に支持すると共に、前記
    車軸の中央部に固定子鉄心を取付け、この固定子鉄心の
    外周面に所定の空隙を存して回転子フレームを配設する
    と共に、この回転子フレームの両端部を各々ブラケット
    により前記車輪に一体的に結合してなるアウターロータ
    タイプの車輪一体形回転電機において、 前記一方のブラケットの外周面に複数の補強リブを兼ね
    た放熱フィンを設け、内周面に熱伝導性の良好な材質か
    らなる内周ブラケットを一体的に固定し、この内周ブラ
    ケットの内周側に複数の循環ファンを兼ねた吸熱フィン
    を設けると共に、各吸熱フィンの先端部側に環状体を設
    け、これら各吸熱フィン間に吸熱フィンを設けたことを
    特徴とする車輪一体形回転電機。
JP14878095A 1995-06-15 1995-06-15 車輪一体形回転電機 Expired - Fee Related JP3441242B2 (ja)

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