JP3788842B2 - Wheel-integrated electric motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に鉄道車両用の車輪一体型電動機に係り、特に、水冷却構造を有する車輪一体型電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】
空気を用いて冷却する車輪一体型電動機の従来技術としては、特開平5−344680号公報に開示されたものがある。ここに開示された冷却機構は、中空の車軸を通って電動機内部に導入された空気が、車軸に嵌挿された固定子鉄心や回転子を冷却するように構成されている。このような空冷式は、空気と共に取り込まれる塵埃が内部に堆積することによる保守性に問題がある。一方、冷却水を用いて冷却する車輪一体型電動機の従来技術は、欧州特許出願公開0623988号明細書に開示されている。この冷却機構は、外側の回転子を回転自在に支持する車軸に冷却水の流れる冷却孔を設け、車軸に直接嵌挿された固定子を冷却するようになっている。
【0003】
さらに、従来のこの種の車輪一体型電動機の冷却について、図4を参照して説明する。図4において、車輪一体型電動機の基本構成は、内部に冷却水路12Aを有し、図示されていない車体を非回転の状態で支持する車軸1の外周に嵌挿された円筒2と、該円筒2の軸方向の一方端の外周に嵌合された軸受5を介して回転自在に支持された車輪3と、該車輪3と連結され、かつ、円筒2の軸方向の他方端に嵌合された軸受6を介して回転自在に支持されて前記車輪3を回転駆動する車輪一体型電動機の回転子枠4及び永久磁石あるいはかご型の回転子11と、該回転子11の内側に近接配置され、かつ、両軸受5,6間の円筒2の外周に嵌挿された固定子としての固定子鉄心9及び固定子コイル8とからなる。
【0004】
そして、固定子鉄心9の内側に嵌挿され、かつ、円筒2の外周部位に嵌挿された冷却ジャケット7を有し、該冷却ジャケット7は、円筒2に形成した冷却水路12Aに連通する複数本の冷却水路12を該内部に有し、冷却水路12,12Aを流れる冷却水で、冷却ジャケット7に嵌挿されている固定子鉄心9を冷却する構造となっている。
【0005】
上述した冷却水を用いた従来の車輪一体型電動機の冷却構造では、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケット7の最上部に設けられた冷却水路12の上壁部に溜まり、熱伝導の障害になることが知られている。図5は冷却ジャケット7に嵌挿されている固定子鉄心の温度分布14の概略を示している。上記の熱伝達の障害により、上部の温度が高くなっている。
【0006】
本発明の目的は、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケットの上部に設けられた冷却水路の上壁部に溜まって熱伝達の障害となることに対処できる信頼性の高い冷却ジャケットを備えた車輪一体型電動機を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に本発明は、車軸の外周に回転自在に連結した回転子と、車軸の外周に嵌挿され内部に複数の冷却水路を設けた冷却ジャケットと、この冷却ジャケットの外周に嵌挿され前記回転子の内側に対向して位置する固定子と、前記回転子と一体に連結された車輪と、前記車軸を中空として内部に前記冷却水路に接続される冷却管を設置した車輪一体型電動機において、前記冷却ジャケットの軸方向両端に前記冷却水路の開口に対向して水溜めを設け、この水溜めに接続する入水口は最下部に位置する冷却水路よりも下部に設置すると共に、水溜めに接続する出水口は最上部に位置する冷却水路よりも上部に設置したのである。
【0008】
そして、冷却ジャケットに設けた冷却水路を螺旋状に形成したのである。また、冷却ジャケットの冷却水路を複数の直線状にした場合、冷却ジャケットの上部に位置する冷却水路の断面積を下部に位置する冷却水路の断面積よりも大きくしたのである。
【0009】
このように構成することで、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケットの最上部に設けられた冷却水路の上壁部に溜まることなく冷却水と共に移動して排出されるので、溜まった空気や気体による熱伝達の障害をなくすことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図1に示す。図1は、冷却ジャケット7に複数設けた冷却水路12を示すもので、冷却水路12は、円筒状の冷却ジャケット7に対して、螺旋状に形成したものである。このようにすると、冷却水の温度上昇が各冷却水路12で等しくなり、冷却ジャケット7に嵌挿されている固定子鉄心9の温度分布の不均一を無くすことができる。
【0011】
図2も冷却ジャケット7に複数設けた冷却水路12を示すもので、冷却水路12は、円筒状の冷却ジャケット7に対して、直線状に形成すると共に、冷却ジャケット7の最上部に位置する冷却水路12の断面積を大きく、下部に位置する冷却水路12の断面積を小さく形成したものである。
【0012】
図3は、図4に示すような、車軸1の外周に回転自在に連結した回転子と、車軸1の外周に円筒2を介して嵌挿され内部に複数の冷却水路12を設けた冷却ジャケット7と、この冷却ジャケット7の外周に嵌挿され前記回転子の内側に対向して位置する固定子鉄心9と、前記回転子と一体に連結された車輪と、前記車軸1の近傍に設けられ前記冷却ジャケット7の冷却水路12に接続される冷却水路12Aとを有する車輪一体型電動機の部分詳細図である。そして、前記冷却ジャケット7の軸方向両端に前記冷却水路12の開口に対向して水溜め13A,13Bを設け、これら水溜め13A,13Bのうち一方側の水溜め13Aに接続する入水口13aを冷却ジャケット7の最下部に位置する冷却水路12Dよりも下部に設置すると共に、水溜め13Bに接続する出水口13bを冷却ジャケット7の最上部に位置する冷却水路12Uよりも上部に設置したのである。
【0013】
このように構成することで、冷却水の流路が下部から上方へと形成されるので、冷却水路12Aから供給される冷却水に取り込まれた空気は、冷却水の流れによって、冷却ジャケット7内の冷却水路12を上方へ移動すると共に、空気の上方へ移動する性質を利用して容易に水溜め13Bに至り、出水口13bから排出側の冷却水路12Aへと排出される。また、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体も同じように、冷却水の流れと上方へ移動する性質を利用して容易に出水口13bから排出側の冷却水路12Aへと排出 される。したがって、空気や気体が冷却ジャケット7内の冷却水路12内に溜まることがなく、冷却ジャケット7に嵌挿されている固定子鉄心9の温度分布の不均一を無くすことができる。
【0014】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に本発明によれば、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケットの最上部に位置する冷却水路の上壁部に溜まることなく冷却水と共に移動して排出されるので、固定子鉄心への熱伝達の障害となることがない信頼性の高い車輪一体型電動機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す斜視図。
【図2】 本発明の他の例による車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す斜視図。
【図3】 本発明の他の例による車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す断面図。
【図4】 冷却水を用いた従来の車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す断面図。
【図5】 冷却水を用いた従来の車輪一体型電動機の固定子鉄心の温度分布の概要を示す説明する説明図。
【符号の説明】
1…車軸、2…円筒、3…車輪、4…回転子枠、5,6…軸受、7…冷却ジャケット、8…固定子コイル、9…固定子鉄心、10…固定子押さえ、11…永久磁石またはかご型回転子、12,12A…冷却水路、12D…最下部に位置する冷却水路、12U…最上部に位置する冷却水路、13A,13B…水溜め、13a…入水口、13b…出水口、14…固定子鉄心の温度分布。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a wheel-integrated electric motor for a railway vehicle, and more particularly, to a wheel-integrated electric motor having a water cooling structure.
[0002]
[Prior art]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-344680 discloses a conventional wheel-integrated electric motor that uses air to cool. The cooling mechanism disclosed here is configured such that air introduced into the electric motor through a hollow axle cools the stator core and the rotor fitted into the axle. Such an air cooling system has a problem in maintainability due to the accumulation of dust taken together with air. On the other hand, the conventional technology of the wheel-integrated electric motor for cooling with cooling water, Ru Tei disclosed in European Patent Application Publication 0623988 A1. Cooling mechanism of this is the cooling holes flowing to the axle for supporting the outer rotor rotatably the cooling water is provided, so as to cool the fitted interpolated stator directly on the axle.
[0003]
Furthermore, the cooling of this type of conventional wheel-integrated electric motor, will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the basic configuration of the wheel-integrated electric motor has a
[0004]
And it has the cooling jacket 7 inserted by the inner side of the stator core 9, and was inserted by the outer peripheral part of the
[0005]
The cooling structure of a conventional wheel-integrated electric machine using the cooling water as described above, the air taken in conjunction with the cooling water, and the gas generated due to be included in the cooling water temperature rises, the top of the cooling jacket 7 It is known that it accumulates on the upper wall portion of the
[0006]
The object of the present invention is to transfer heat that is taken together with cooling water and gas that is contained in the cooling water and that is generated as the temperature rises, and accumulates on the upper wall portion of the cooling water channel provided in the upper part of the cooling jacket. It is an object of the present invention to provide a wheel-integrated electric motor equipped with a highly reliable cooling jacket that can cope with the obstacles.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a rotor that is rotatably connected to the outer periphery of an axle, a cooling jacket that is fitted on the outer periphery of the axle and has a plurality of cooling water channels therein, and an outer periphery of the cooling jacket. A wheel that is fitted and inserted and faces the inner side of the rotor, a wheel that is integrally connected to the rotor, and a wheel that is provided with a cooling pipe that is hollow and is connected to the cooling water passage. In the integrated electric motor, a water reservoir is provided at both ends in the axial direction of the cooling jacket so as to face the opening of the cooling water channel, and the water inlets connected to the water reservoir are installed below the cooling water channel located at the lowermost part. The water outlet connected to the water reservoir was installed above the cooling water channel located at the top .
[0008]
And the cooling water channel provided in the cooling jacket was formed in a spiral shape. Moreover, when the cooling water channel of the cooling jacket is formed into a plurality of straight lines, the cross-sectional area of the cooling water channel located at the upper part of the cooling jacket is made larger than the cross-sectional area of the cooling water channel located at the lower part.
[0009]
With this configuration, the air taken in conjunction with the cooling water, and the gas generated due to be included in the cooling water temperature rises, the upper wall of the cooling channel provided in the uppermost portion of the cooling jacket Since it moves and is discharged together with the cooling water without being accumulated, it is possible to eliminate heat transfer obstruction caused by accumulated air or gas .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows a plurality of
[0011]
FIG. 2 also shows a plurality of
[0012]
FIG. 3 shows a rotor rotatably connected to the outer periphery of the
[0013]
With such a configuration , the flow path of the cooling water is formed from the lower part to the upper part. Therefore, the air taken into the cooling water supplied from the
[0014]
【The invention's effect】
Above according to the described in the present invention as in detail, the air taken in conjunction with the cooling water, and the gas generated due to be included in the cooling water temperature rises, the cooling channel located at the top of the cooling jacket is exhausted by moving together without cooling water to collect in the upper wall portion, it is possible to obtain a high wheel-integrated electric motor without that impede heat transfer to the stator core reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a cooling jacket structure of a wheel-integrated electric motor according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an outline of a cooling jacket structure of a wheel-integrated electric motor according to another example of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of a cooling jacket structure of a wheel-integrated electric motor according to another example of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of a cooling jacket structure of a conventional wheel-integrated electric motor using cooling water.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an outline of a temperature distribution of a stator core of a conventional wheel-integrated electric motor using cooling water.
[Explanation of symbols]
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