JP3638223B2 - 車両用全閉形主電動機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用全閉形主電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両の床下の台車枠に搭載される車両用主電動機では、従来からこの車両用主電動機の回転子軸に通気ファンを挿入し、車両用主電動機とともに回転する通気ファンによって、車両用主電動機の外部の空気を内部に吸入して、この内部を流通させ回転子や固定子を冷却する開放形主電動機が採用されてきた。
【0003】
これに対して、保守の省力化や低騒音化の要請に応えるために、内部に冷却ファンを設けた車両用全閉形主電動機が開発されている。
この車両用全閉形主電動機は、この車両用全閉形主電動機の内部を外部と遮断することで、外気とともに内部に侵入する塵埃を防ぎ、この塵埃による内部の巻線の汚損を防ぎ、この汚損による保守・点検の頻度の増加を抑えることができる。
【0004】
さらに、全閉構造とすることで、内部の冷却ファンの回転で発生する騒音の放散を防ぎ、環境に配慮した車両用全閉形主電動機とすることもできる。
一方、車両用主電動機では、列車の高速化に伴い大容量化が要求されるが、その搭載場所は図5で後述する台車枠の限られた狭い空間に組み込まれるためと、前述した列車の高速化のために小形・軽量化が要求される。
【0005】
この相矛盾する要請に対応するために、巻線の絶縁樹脂などの耐熱性の向上が図られているが、この巻線の絶縁樹脂の劣化を防ぎ、絶縁特性を維持して長寿命化による保守・点検の頻度の増加を防ぐうえでも、車両用主電動機の冷却性能の向上は必須条件となる。
【0006】
図5は、この冷却性能の向上を図った従来の車両用全閉形主電動機が車両の台車に搭載された状態の一例を示す平面図、図6は図5のA−A断面拡大図、図7は図6のB−B断面拡大図である。
【0007】
図5,図6及び図7において、図6の一点鎖線で示す車体14を搭載する図5の平面図ではH形となる台車枠16の中枠16aの取付座12と車軸13の間に対して、車両用全閉形主電動機20Eは組み込まれている。
【0008】
すなわち、この車両用全閉形主電動機20Eの上部の図6において左側には、上部取付座19Aが突設され、下部の左側には下部取付座19Bが突設され、さらに、上部の右側には、図5に示す一対のフック19Cが突設されている。
【0009】
このうち、図6の左側上部の上部取付座19Aは、取付座12の上端にキー12aを介して載置されてボルト26で固定され、下部取付座19Bは取付座12の下部の梁16aの側面に当接して、同じくボルト26で固定されている。
左側の上部取付座19Aと右側のフック19Cには、吊り上げ用のフック穴19aが加工されている。
【0010】
図5において、車両用全閉形主電動機20Eの左側には、この車両用全閉形主電動機20Eの回転子軸8の左端に連結された可とう継手24が示され、この可とう継手24の左側には、この可とう継手24を介して駆動される小径の平歯車25aとこの平歯車25aと噛み合い車軸13に圧入された大径の平歯車25bが収納されたギヤボックス25が示されている。
【0011】
図6及び図7において、軟鋼板から有底筒状に形成された外筒枠1Dの開口側となる図7において左側には、図示しない左側面図では環状のブラケット4の外周右側に突き出て形成された嵌合部が挿入され、複数のボルトで固定されている。
【0012】
ブラケット4の中心に形成された軸受穴には、ころ軸受6Aが挿入され、このころ軸受6Aの外輪は、ブラケット4の中心部の外面側にボルトで固定された軸受押え4aの嵌合部で外側から固定されている。ころ軸受6Aの内輪は、この内輪の機内側と機外側に後述する回転子軸8に対して挿入された固定環で、回転子軸8に固定されている。
【0013】
外筒枠1Dの右端の中心部に形成された嵌合穴には、ハウジング5の外面側に形成された嵌合部が外筒枠1Dの内側から挿入され、内側から挿入された複数のボルトで外筒枠1Dに固定されている。
【0014】
ハウジング5の中心に形成された軸受穴には、玉軸受6Bが挿入され、この玉軸受6Bの外輪は、ハウジング5の外側から嵌合部が挿入されハウジング5に図示しないボルトで外側から固定された軸受押え21で固定されている。
【0015】
左右のころ軸受6Aと玉軸受6Bは、回転子軸8にあらかじめ圧入されている。この回転子軸8の中央部には、回転子鉄心7が圧入され、この回転子鉄心7の左端には、厚板から環状に形成された鉄心押え7bが圧入され、回転子鉄心7の右端にも断面がL字形の鉄心押え7bが対称的に圧入されている。左側の鉄心押え7bの更に左側には、内扇9が圧入されている。
【0016】
回転子鉄心7には、図6に示すように通風穴7aが複数箇所(注;図6では8箇所)環状に形成され、回転子鉄心7の外周側には、ロータバー11が挿入され、このロータバー11の両端には、このロータバー11にろう付されたエンドリング11aが示されている。
【0017】
一方、外筒枠1Dの内周には、固定子鉄心2が中央部に圧入され、この固定子鉄心2の内周側には、図示しないスロットに挿入され両端が固定子鉄心2の左右に突き出た固定子コイル3が示されている。この結果、この主電動機は、かご形の誘導電動機となっている。
【0018】
外筒枠1Dの上端の図7において左右には、図5で示す平面図では長方形の通気口1bが、図6においては右側上方に形成されている。これらの通気口1bには、図7においては下端が開口し冷却器10Cの出入口となる有底筒状の接続部10aの開口端が外筒枠1Dの通気口に挿入され溶接で固定されている。
【0019】
左右の接続部10aの対向側には、鋼管から製作された複数の通気管10dの両端が貫通し、接続部10aに溶接されている。これらの通気管10dは、薄板の軟鋼板から図6に示すように矢印状に製作され図7に示すように等間隔に立設された複数枚の冷却フィン1aを貫通している。
各冷却フィン1aは、各通気管10dに貫通部が溶接され、下端は、外筒枠1Dの上面に溶接されている。
【0020】
このように構成された車両用全閉形主電動機においては、電車の走行時には、回転子軸8の回転によって内扇9も回転し、この内扇9によって吐出された冷却空気は、図7の矢印A11に示すように外筒枠1Dの左側の通気口1bから冷却器10Cの接続部10aに矢印に示すように流入し、この接続部10aから各通気管10dの内部を矢印A12に示すように貫流して、右側の接続部10aに流出する。
【0021】
この冷却空気は、右側の接続部10aから矢印A13に示すように、通気口1bを経て外筒枠1Dの内部に流入する。すると、この冷却空気の一部は、矢印A14に示すように、固定子鉄心2の内周と回転子鉄心7の外周の間に形成された空隙を経て、内扇9に吸入される。
【0022】
また、外筒枠1Dの右側の内部に流入した冷却空気の他の一部は、矢印A15に示すように、回転子鉄心7に形成された通風穴7aを左側の内扇方向に貫流して、同じく、内扇9に吸入され、以下矢印A11,A12,A13,A14,A15に示すように還流する。
【0023】
したがって、このように構成された車両用全閉形主電動機においては、この還流する冷却風によって、固定子鉄心2及び固定子コイル3と、回転子鉄心7及びロータバー11は冷却され、エポキシ樹脂で鉄心と絶縁された固定子コイル3とロータバー11は、固定子鉄心2及び回転子鉄心7との間の絶縁樹脂の絶縁特性を長期に亘って維持することができる。また、外部から冷却空気を取り入れないので、塵埃の付着や堆積を防ぐことができ、保守・点検の頻度の増加を防ぐこともできる。
【0024】
ところで、このように構成された車両用全閉形主電動機においては、この車両用全閉形主電動機を台車に組み込むときには、車体を載せる前の状態の台車の上方から徐々に下ろして、左側の上部取付座19Aを台車枠16の取付座12の上端にキーを介して載せ、上部取付座19Aと下部取付座19Bをボルトで取付部12に固定する。
【0025】
また、定期点検のために、車両用全閉形主電動機を点検する場合には、図5で示す台車16を車体から切り離した後、ボルト26を緩め、フック穴19aを利用して、上方に吊り上げる。
【0026】
なお、この車両用全閉形主電動機は、図5及び図6で示す取付状態においては、左側の取付座12と右側の車軸13のケースの間となり、軸方向は、両側の車輪17の間に対して、図5で示した可とう継手24とギヤボックス25とともに収納されて、上方には図6で示した車体14の下端面が対置し、下側は図6の外筒枠1Dの下部の置足18の下端とレール15の上面との間の図6で示す高さ制限Hでレール15と対置して、余裕のない限られた空間に組み込まれる。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成された車両用全閉形主電動機においては、前述した小形化と大容量化だけでなく、車両の低価格化と保守・点検の省力化のために、列車の1編成当りの搭載台数を減らすことも要求される。そのために更なる大容量化が要求される。
【0028】
そのため、別に設置した送風機からダクトを介して車両用主電動機の外筒枠の内部に大量の冷却空気を導く方法も考えられるが、この方法はダクトの配設によって車両の価格が下がり、通風濾過器のフィルタの交換のために保守・点検が増えるだけでなく、前述したように外筒枠の内部のコイルなどに微細な塵埃が付着して保守・点検の頻度が増え、外部に放散する騒音も増えるので、時代の要請に応えられない。
【0029】
そのため、図6で示した冷却器10Cの冷却フィン1aの面積を増やすことも考えられるが、この車両用全閉形主電動機は、図5,図6で前述したように、左側の取付部12と右側の車軸13のケースの間に収納され、さらに上方は車体14の下端と対置し、下側はレール15と高さ制限Hで対置する限られた狭い空間に設置されるために、これ又採用できない。
【0030】
図8は、車両の走行によって車両の床下の主電動機の上部と下部を通過する走行風の風速を示すグラフで、線Aは主電動機の下部の走行風の風速を示し、線Bは主電動機の中央部の軸方向の側面の風速を、線Cは主電動機の上部の風速を示す。
【0031】
一方、このような条件で収納され駆動される車両用全閉形主電動機に対する冷却効率の向上による高出力化とコイルの絶縁寿命の長期化の要請は、ますます高速化する車両と保守・点検の省力化を図るために、今後もますます強くなる趨勢にある。
そこで、本発明の目的は、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることである。
【0032】
【課題を解決するための手段】
請求項1に対応する発明は、外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒枠の上部に形成した一対の通気口に両端の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンから構成された冷却器と、前記外筒枠の下部の少なくとも片側に突設され前記外筒枠の下部に流入する走行風を上下に分流させ前記冷却器に前記外筒枠の下部に流入する走行風を導く案内板とを備えたことを特徴とする。
【0033】
請求項2に対応する発明は、案内板の縦断面形状を台形状又は弧状としたことを特徴とする。
【0036】
このような手段によって、請求項1乃至請求項2記載の発明では、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面および冷却器を冷却する。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用全閉形主電動機の一実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の車両用全閉形主電動機の第1の実施形態を示す縦断面図で、従来の技術で示した図6に対応し、請求項1及び請求項2に対応する図である。
【0038】
図1において、従来の技術で示した図6と異なるところは、外筒枠の下部に対して、走行風の一部を外筒枠の中央部に導く案内板を設けたことである。
すなわち、外筒枠1Aの下部の図1において右側には、車軸13の方向から見ると左右に長い長方形で両側が折り曲げられた案内板22Aが添設され、両側と上端がボルトで外筒枠1Aに固定されている。この案内板22Aの図1において右端部22aの端面は曲面に加工されている。
【0039】
このような案内板22Aが取り付けられた車両用全閉形主電動機においては、図1の矢印D1で示す走行風の一部は、矢印D2に示すように、車軸13と外筒枠1Aの間から後上方に貫流する。
【0040】
また、矢印D1で示す走行風の他の一部は、矢印D3に示すように外筒枠1Aの下部の表面と置足18に当たるので、外筒枠1の冷却効率を向上させることができる。なお、案内板22Aの図1において断面で示した案内部は、弧状に湾曲させて、矢印D2で示す冷却風の圧力損失を減らしてもよい。
【0041】
図2は、本発明の車両用全閉形主電動機の第2の実施形態を示す部分縦断面図で、請求項1及び請求項2の他の実施例に対応し、第1の実施形態で示した図1に対応する図である。
【0042】
図2において、図1と異なるところは、この図1で示した車両用全閉形主電動機の下部取付座19Bの間に対して案内板23を溶接したことで、他は図1と同一である。この案内板23は、樋状に形成された案内部とこの案内部の背面に溶接された略三角形の複数の補強板で構成されている。
【0043】
このように取付座19Bの間に案内板23が溶接された車両用全閉形主電動機においては、図2において左方向に車両が走行する場合において、矢印E1で示すように左側から右側に通過する走行風の一部を矢印E2及び矢印E3に示すように外筒枠1Aと中枠16aとの間に分流させ侵入させることで、外筒枠1の中枠1a側の表面も冷却することができるので、固定子コイルの冷却効果の向上に伴う、通電容量の増加とコイルの絶縁特性の向上を図ることができ、長寿命化、すなわち保守・点検の省力化を図ることができる。
【0044】
なお、従来の主電動機は、図2の矢印E3の部分が図6で示すように狭かったが、誘導電動機を可変電圧可変周波数電源で駆動する最近の主電動機では、外筒枠1Aの小形化によって広くなったので、矢印E3で示す冷却風を増やすことができる。
【0045】
図3は、本発明の車両用全閉形主電動機の第3の実施形態を示す部分縦断面図で、前述した実施形態で示した図1及び図2に対応する図である。
【0046】
図3において、前述した実施形態で示した図1〜図2と異なるところは、図1で示した外筒枠1Aの右側下部に設けた案内板22Aの代りに、冷却器10Aを設け、外筒枠の両側の冷却器取付部分には、通気口1cを形成したことである。
【0047】
すなわち、図3の主電動機20Cの外筒枠1Bの下部の右側には、この図3の図示しない側面の両側に対して開口部1cが形成され、この開口部1cには、図3においてはV字状に形成された接続部10bの開口側が溶接されている。
【0048】
これらの接続部10bの対向側には、鋼管から製作された3本の通気管10dの両端が貫通し、接続部10bに溶接されている。これらの通気管10dは、図3においては略台形状で軟鋼板から製作された冷却フィン1eを貫通し、この冷却フィン1eは、各通気管10dと外筒枠1Bに溶接されている。
【0049】
このように冷却器10Bが下部の片側に取り付けられた車両用全閉形主電動機においては、車両の走行によって矢印D3,D4に示すように通過する走行風が冷却器10Bの冷却フィン1eを冷却することによって通気管10dを冷却して、この内部の図7の矢印A12で示す循環空気を冷却することで、固定子コイルの冷却効率を図1及び図2で示した主電動機と比べて更に上げることができ、通電容量の増加や絶縁特性の長寿命化を図ることができる。
【0050】
図4は、本発明の車両用全閉形主電動機の第4の実施形態を示す部分縦断面図で、前述した実施形態で示した図1及び図2,図3に対応する図である。
【0051】
図4において、前述した実施形態で示した特に図3と異なるところは、外筒枠の下部の両側に開口部を設け、これらの開口部を結ぶ冷却器を設けたことで、このうち、右側の冷却器10Aは、図3で前述した冷却器10Aと同一品であるが、左側の冷却器10Bは特に断面形状が異なっている。
すなわち、外筒枠1Cの左側の下部に形成された開口部に溶接された接続部10cは、縦断面が略矢印状で、これらの間に接続される通気管10dは2本である。
【0052】
このように外筒枠1Cの下部の片側と他側に冷却器が設けられた車両用全閉形主電動機においては、図3に示した主電動機と比べて内部の空気を更に冷却することができるので、固定子コイルやロータバーの冷却効果を更に上げることができ通電容量を増やし絶縁樹脂の絶縁特性の低下を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
【0053】
【発明の効果】
以上、請求項1に対応する発明によれば、外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒枠の上部に形成した一対の通気口に両端の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンから構成された冷却器と、前記外筒枠の下部の少なくとも片側に突設され前記外筒枠の下部に流入する走行風を上下に分流させ前記冷却器に前記外筒枠の下部に流入する走行風を導く案内板とを備えることで、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面を冷却するとともに冷却器の内部の空気を冷却したので、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることができる。
【0054】
請求項2に対応する発明によれば、案内板の縦断面形状を台形状又は弧状としたことで、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面を冷却するとともに冷却器の内部の空気を冷却したので、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の車両用全閉形主電動機の第1の実施形態を示す縦断面図。
【図2】本発明の車両用全閉形主電動機の第2の実施形態を示す縦断面図。
【図3】本発明の車両用全閉形主電動機の第3の実施形態を示す縦断面図。
【図4】本発明の車両用全閉形主電動機の第4の実施形態を示す縦断面図。
【図5】従来の車両用全閉形主電動機とこの車両用全閉形主電動機が組み込まれた台車枠の一例を示す平面図。
【図6】図5のA−A断面図。
【図7】図6のB−B断面拡大図。
【図8】従来の車両用全閉形主電動機に対して車両の走行で発生する走行風の流速を位置別に示したグラフ。
【符号の説明】
1A,1B,1C,1D…外筒枠、1a…放熱フィン、1b…通気口、2…固定子鉄心、3…固定子コイル、4…ブラケット、5…ハウジング、6A…ころ軸受、6B…玉軸受、7…回転子鉄心、8…回転子軸、9…内扇、10A,10B,10C…冷却器、11…ロータバー、12…取付座、13…車軸、14…車体、15…レール、16…台車枠、17…車輪、18…置足、19A…上部取付座、19B…下部取付座、20A,20B,20C,20D,20E…車両用全閉形主電動機、21…軸受押え、22A,23…案内板、24…可とう継手、25…ギヤボックス、26…ボルト。
Claims (2)
- 外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒枠の上部に形成した一対の通気口に両端の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンから構成された冷却器と、
前記外筒枠の下部の少なくとも片側に突設され前記外筒枠の下部に流入する走行風を上下に分流させ前記冷却器に前記外筒枠の下部に流入する走行風を導く案内板とを備えたことを特徴とする車両用全閉形主電動機。 - 前記案内板の縦断面形状を台形状又は弧状としたことを特徴とする請求項1記載の車両用全閉形主電動機。
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