JP4397180B2

JP4397180B2 - 車両用主電動機

Info

Publication number: JP4397180B2
Application number: JP2003163167A
Authority: JP
Inventors: 宏美村本
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: JP2004364466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両を駆動する車両用主電動機に関し、特に、排気側軸受部の温度の冷却性能を向上させ、塵埃効果的に排出することができる車両用主電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用電動機は、環境条件の悪い車両台車部に設置されており、環境条件を問わず、車両の走行中、外気を取り入れて回転子や固定子等を冷却している。
図２に従来の車両用主電動機の構成例を示す。なお、同図は、車両用主電動機の断面構成を示し、上半分のみを示している。
同図において、１は主電動機軸であり主電動機軸１には、回転子２、冷却ファン２６が取り付けられ、主電動機軸１は軸受け７，９により回転可能に支持されている。３は固定子であり、固定子３にはフレーム４が取り付けられ、フレーム４の一方端には、ブラケット５が取り付けられている。
フレーム４の他方端には、外気取り入れ口２５が設けられ、外気取り入れ口２５には、塵埃を除去するためのストレーナ２８が設けられている。また、ブラケット５には、排出口２２と大気開放穴２３が設けられている。
上記冷却ファン２６が回転することにより、ストレーナ２８により塵埃が除去された冷却風が、外気取り入れ口２５から取り込まれる。そして、固定子３と回転子２の間の空隙１４、回転子２に設けられた風穴１３を通して高温になった冷却風が冷却ファン２６により、排出口２２から外部に排出される。
【０００３】
上記構造の電動機は、外気に含まれる塵埃、水分をストレーナ内のフィルタなどにより除去する構造であり、定期的にフィルタの清掃保守を実施する必要がある。
そこで、上記ストレーナを不要とし、電動機内への塵埃の侵入を防止する構造として、特許文献１には、入気口から冷却風を電動機内に流入させるファンを設けるとともに、該ファンの主板に対向する部分にリング状の塵埃分離板を設け、電動機内に侵入する塵埃を上記ファンの外径側に設けた塵埃排出口から排出させるようにした車両用主電動機が開示されている。
また、特許文献２には、同様に入気口から冷却風を電動機内に流入させるファンを設けるとともに、該ファンの外周より外側に塵埃排出口を設け、通風案内板により、ファンにより枠体内の周方向に還流される冷却風を上記塵埃排出口に誘導するようにした車両用主電動機が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２１１８２６号公報
【特許文献２】
特許第３０４８０５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示す車両用主電動機（以下、電動機という）は、ストレーナ２８により塵埃を除去した冷却風を外気取り入れ口２５より取り込み、空隙１４、風穴１３を介して排気口２２から機外に排気する構造としており、前記したように、定期的にフィルタの清掃保守を実施する必要があった。
上記特許文献１，２に記載の構造とすれば、上記問題点を解決することができる。
しかし、車両用主電動機の回転子の稼動中の温度上昇限度は、約２１０°Ｃであり、軸受は潤滑グリースを有していることから５５°Ｃである。このことより排気側の軸受は、冷却風が回転子風穴や空隙を通って高温になっていること及びより高温の回転子より熱が主電動機軸１を通して軸受部に伝わることにより温度上昇として厳しい条件にさらされていた。
従って固定子、回転子の冷却と共に、特に高温になった冷却風による排気側の軸受の温度上昇を押さえるために、冷却風量を増やすなどの必要性があった。
【０００６】
また、前記特許文献１，２に記載の構造であれば、固定子、回転子が設けられた部分に侵入する塵埃を少なくすることができるものの、一部の塵埃は上記部分に侵入し堆積する。このことは電動機にとって好ましいことではなく、このような塵埃を効果的に除去できるような構造であることが望ましい。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、その目的は、電動機の軸受部の温度上昇を抑えることができ、また、電動機内に堆積する塵埃を効果的に除去することができる車両用主電動機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
（１）フレームの内側に設けられた固定子と、フレームの一方を閉塞するブラケットと、該ブラケットに設けられた第１の軸受装置と、フレームの他方の端面に設けられた第２の軸受装置と、前記固定子に対向させた回転子と、上記第１、第２の軸受装置を介して、上記回転子と一体化された主電動機軸を回転自在に支持する構造を備えた車両用主電動機において、前記主電動機軸に直結され上記ブラケット側に冷却ファンを設け、上記冷却ファンの羽根より第１の軸受装置側に外気取入口を配置し、上記ブラケットもしくはフレームの冷却ファンの外周より外側に、円環状の突起部を設け、上記冷却ファンの外周側のブラケットに、上記突起部と冷却ファンで形成される開口部の面積より開口断面積が小さい排出口を設け、上記突起部に設けられ、一方端が上記排出口に連通し、他方端が上記固定子および回転子が設けられた空間に連通する、開口面積が上記排出口よりさらに小さい開口面積の塵埃排出口を設け、上記回転子より第２の軸受装置側に、上記主電動機軸に取り付けられた放熱フィンを配置する。
そして、上記冷却ファンにより、上記ブラケットに設けた外気取入口から吸気した外気の冷却風を、回転子に設けられた風穴及び回転子と固定子が対向する空隙部分に導入し、上記冷却風により電動機内を冷却し、上記外気取入口とは反対側のフレームに設けられた冷却風排気口から排出する。
上記構造とすることで、第２の軸受装置側に補助ファンを設ける場合に比べ、騒音発生を小さくすることができ、また、軸受温度に影響を与える回転子で発生する熱を放熱フィンで直接奪うことができ、第２の軸受装置の温度上昇を効果的に抑えることができる。
また、電動機内に落下し、塵埃排出口の入口部分や内部に溜まった塵埃や水分を、塵埃排出口、排出口を介して機外に強制的に排出することができ、また、塵埃で塵埃排出口内が詰まることも無い。
（２）上記（１）において、上記放熱フィンに対して、回転子とは反対側のフレームの端面に外気と通じる放熱口を設け、上記回転子とは反対側のフレームの端面であって、上記放熱口より第２の軸受装置側に換気口を配置する。
上記構造とすることで、放熱口から放熱フィンの熱を放熱させて、放熱フィンの放熱効果を高めることができ、さらに、放熱フィンとフレームで囲まれる空間を換気口１７から流入する外気で換気することができ、放熱フィンの放熱効果を一層高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例の車両用主電動機の構成を示す図であり、同図は、図２と同様、車両用主電動機の断面構成を示し、上半分のみを示したものである。なお、図１に示す電動機を実際に車両に取り付ける場合には、図１に示す上半分の部分が下側になるように取付けられる。
同図において、１は主電動機軸であり主電動機軸１には、回転子２、冷却ファン６が取り付けられ、主電動機軸１は軸受７，８により回転可能に支持されている。３は固定子であり、固定子３にはフレーム４が取り付けられ、フレーム４の一方端には、ブラケット５が取り付けられている。
ブラケット５には外気取り入れ口１０と、塵埃を排出する排出口１２が設けられ、フレーム４の他方端の側面には、排気口１５が設けられ、また、フレーム４の他方端の端面には、放熱口１６と換気口１７が設けられている。
また、フレーム４のブラケット５が設けられた側には、冷却風を案内するための円環状の突起部１８が設けられ、この突起部１８と冷却ファンで形成される開口部の面積は、上記排出口１２の開口断面積より大きい。なお、突起部１８がフレーム４に設けられていてもよい。
上記突起部１８には、一方端が上記排出口１２に連通し、他方端が上記固定子および回転子が設けられた空間に連通する、開口面積が上記排出口１２よりさらに小さい開口面積の塵埃排出口１１が設けられている。
【０００９】
上記冷却ファン６は、外気取り入れ口１０から外気を取り入れ、電動機内部空間に外気を送り込む押し込みファンである。
主電動機軸１の軸受８側には、主電動機軸１に取付けられ電動機軸と一体で回転する放熱フィン９が取付けられている。放熱フィン９は、アルミニウム等の金属で構成された回転子２方向に凸の漏斗形状の板状体であり、冷却効率を向上させるための襞９ａが放射状に形成され、冷却風を排気口１５に効率的に導くための案内板を兼ねている。
また、前記したように放熱フィン９の近傍のフレーム４の端面に、放熱フィン９とフレーム４で囲まれる空間と外部を連通させるための換気口１７と、放熱フィン９の熱を外部に放熱するための放熱口１６が設けられている。
【００１０】
図１において、外気取入口１０から冷却ファン６によって取り入れた冷却風は、一部が排出口１２から外部に排出されるとともに、円環状の突起部１８で案内され、同図の矢印に示すように回転子２と固定子３が設けられた空間に導入され、固定子３と回転子２の間の空隙１４、回転子２に設けられた風穴１３を通して放熱フィン９側に送りだされ、放熱フィン９に沿って排気口１５方向に導かれ、排出口２２から外部に排出される。
また、放熱フィン９は上記冷却風により冷却されるとともに、換気口１７から供給される外気により冷却される。
排気側の軸受８は、冷却風が回転子風穴１３や空隙１４を通って高温になっているため冷却効果が少ないが、高温となる回転子２と軸受８の間の軸部分に上記のような放熱フィン９を設けることで、最も影響が大きい高温の回転子より主電動機軸１を通して軸受８部に伝わる熱を積極的に放熱させることができ、軸受８の温度上昇を抑える事が可能となる。
【００１１】
また、前記したように、フレーム４端面に、放熱口１６を設け、ここから放熱フィン４の熱を放熱されることにより、放熱フィン９の放熱効果を高めることができ、さらに、前記したように換気口１７を設ければ、放熱フィン９とフレーム４で囲まれる空間の空気を対流によって換気することができ、放熱フィン９の放熱効果を一層高めることができる。
なお、軸受８の温度を低減させるために、冷却風をより多く誘導する等の目的で補助ファンを設置することも考えられるが、補助ファンは羽根の枚数に起因する騒音発生が外周部の排気口より放出されて問題となる。
これに対し、放熱フィンであれば、この騒音発生が極微であり、また、軸受温度に影響を与える回転子の熱を熱伝導により直接奪うことができ、軸受８の温度上昇を抑えることができるので、上記補助ファンを設ける場合に比べ、放熱フィンは勝れた方式であると考えられる。
【００１２】
ここで、冷却ファン６が回転し、外気取り入れ口１０から外気が取り込まれることにより、ブラケット５とフレーム４と固定子３、回転子２で囲まれる空間の圧力が上昇し、取り込まれた外気の一部は排出口１２から外部に排出される。
上記排出口１２には、前記したように塵埃排出口１１が連通しており、排出口１２の開口面積は、塵埃排出口１１の開口面積より大きいので、排出口１２から取り込まれた外気の一部が排出されるとき、塵埃排出口１１の排出口１２に通じる部分は負圧になる。
このため、電動機内に落下し、塵埃排出口の入口部分や内部に溜まった塵埃や水分は、強制的に吸い出され、同図の矢印に示すように上記塵埃排出口１１を通って、排出口１２より機外に排出される。
したがって、従来のようなストレーナが不要となり、またこの機構により、塵埃で塵埃排出口１１内が詰まることが無い。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）上記冷却ファンの羽根より第１の軸受装置側に上記外気取入口を配置し、上記第２の軸受装置側に、放熱フィンを配置し、該放熱ファンを上記主電動機軸に取り付けたので、第２の軸受装置側に補助ファンを設ける場合に比べ、騒音発生を小さくすることができ、また、軸受温度に影響を与える回転子で発生する熱を放熱フィンで直接奪うことができ、第２の軸受装置の温度上昇を効果的に抑えることができる。
（２）上記放熱フィンに対して、回転子とは反対側のフレームの端面に外気と通じる放熱口を設け、上記回転子とは反対側のフレームの端面であって、上記放熱口より第２の軸受装置側に換気口を配置することにより、放熱口から放熱フィンの熱を放熱させて、放熱フィンの放熱効果を高めることができ、さらに、放熱フィンとフレームで囲まれる空間を換気口から流入する外気で換気することができ、放熱フィンの放熱効果を一層高めることができる。
（３）前記ブラケットの冷却ファンの外周より外側であって、電動機の下部に、前記外気取入口の開口面積より小さい開口面積の排出口を設け、一方端が上記排出口に連通し、他方端が上記固定子および回転子が設けられた空間に連通する、開口面積が上記排出口よりさらに小さい開口面積の塵埃排出口を設けことにより、電動機内に落下し、塵埃排出口の入口部分や内部に溜まった塵埃や水分を、塵埃排出口、排出口を介して機外に強制的に排出することができ、また、塵埃で塵埃排出口内が詰まることも無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の車両用主電動機の構造を示す図である。
【図２】従来の車両用主電動機の構造を示す図である。
【符号の説明】
１主電動機軸
２回転子
３固定子
４フレーム
５ブラケット
６冷却ファン
７，８軸受
９放熱フィン
９ａ襞
１０外気取入れ口
１１塵埃排出口
１２排出口
１３風穴
１４空隙
１５排気口
１６放熱口
１７換気口
１８突起部

Claims

フレームの内側に設けられた固定子と、フレームの一方を閉塞するブラケットと、
該ブラケットに設けられた第１の軸受装置と、フレームの他方の端面側に設けられた第２の軸受装置と、
前記固定子に対向させた回転子と、
上記第１、第２の軸受装置を介して、上記回転子と一体化された主電動機軸を回転自在に支持する構造を備えた車両用主電動機であって、
前記主電動機軸に直結され上記ブラケット側に冷却ファンを設け、
上記冷却ファンの羽根より第１の軸受装置側に外気取入口を配置し、
上記ブラケットもしくはフレームの冷却ファンの外周より外側に、円環状の突起部を設け、
上記冷却ファンの外周側のブラケットに、上記突起部と冷却ファンで形成される開口部の面積より開口断面積が小さい排出口を設け、
上記突起部に設けられ、一方端が上記排出口に連通し、他方端が上記固定子および回転子が設けられた空間に連通する、開口面積が上記排出口よりさらに小さい開口面積の塵埃排出口を設け、
上記回転子より第２の軸受装置側に、上記主電動機軸に取り付けられた放熱フィンを配置し、
上記冷却ファンにより、上記ブラケットに設けた外気取入口から吸気した外気の冷却風を、回転子に設けられた風穴及び回転子と固定子が対向する空隙部分に導入し、
上記冷却風により電動機内を冷却し、上記外気取入口とは反対側のフレームに設けられた冷却風排気口から排出させるように構成した
ことを特徴とする車両用主電動機。
上記放熱フィンに対して、回転子とは反対側のフレームの端面に外気と通じる放熱口を設け、上記回転子とは反対側のフレームの端面であって、上記放熱口より第２の軸受装置側に換気口を配置した
ことを特徴とする請求項１記載の車両用主電動機。