JP4716945B2

JP4716945B2 - 電動機

Info

Publication number: JP4716945B2
Application number: JP2006197802A
Authority: JP
Inventors: 清史堀内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: JP2008029099A

Description

この発明は、電動機、特に、電車等の車両駆動用電動機の軸受構造に関する。

車両駆動用電動機（以下、主電動機という）は、一般に冷却風を外部から取り入れているが、電車の床下に取付けられており、塵埃や雨水を含んだ空気を吸い込んで冷却していることから、主電動機内部に塵埃が侵入するような環境で使用されている。このため主電動機内部の通風路に塵埃が堆積すると冷却が阻害されるため、定期的に主電動機を分解して清掃作業を行っているが、近年、保守周期の延長を図るために、内部汚損のない全閉式の主電動機の開発検討が行われている。主電動機が全閉化されると、次に保守周期を決める因子は軸受の潤滑寿命となることから、潤滑寿命の延長が課題となっている。

従来の主電動機の軸受装置は、一般的に取扱いが容易で油漏れ防止構造が容易なグリース潤滑方式となっている。しかし、グリース潤滑方式の場合は、組立状態によるグリース交換ができないことから、非解体状態で潤滑油が交換可能な油潤滑方式の軸受装置の開発検討が行われている。主電動機の内部には冷却風を循環させるためのファンが取付いており、反ファン側軸受の機内側の気圧は負圧となり、軸受室の潤滑油が機内に漏れ出すのを防止するために、軸受の機内側に圧力緩和室を設け、この緩和室を連通穴により機外に連通させ、連通穴の機外への出口にフィルター材を有するブリーザを取付けていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３２９４６号公報（段落［００２０］、図４）

従来の主電動機の油潤滑用軸受装置では、機内への漏油を防ぐために、軸受の機内側に圧力緩和室を設け、圧力緩和室の気圧を大気圧に近づけるために、連通穴により機外に連通させている。この連通穴の機外への出口には異物混入防止のためのフィルター材を有するブリーザを付けているが、湿気を含んだ空気や、微細な塵埃がブリーザのフイルター材を通り軸受室に混入して、潤滑油を劣化させるという問題点があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、圧力緩和室を外気に開放することなく、軸受部分の気圧差を緩和して潤滑剤漏洩を防止できる電動機を得ようとするものである。

この発明に係る電動機は、回転子軸を支承する潤滑油を保持する２個の軸受装置と、回転子軸の片側に設けられた内気を循環させる内気循環用ファンと、外気とは遮断されて固定子鉄心の外周面部分に隣接して設けられ循環する内気が前記固定子鉄心の外周面部分を流通する内気循環通風路外周部と、循環する内気により負圧が発生する側の前記軸受装置に設けられた、前記軸受装置内の潤滑油を保持する空間と機内空間とに連通された圧力緩和室と、該圧力緩和室と前記内気循環通風路外周部とを結ぶ圧力導入路とを備えたものである。

この発明によれば、圧力緩和室を外気に開放することなく、固定子鉄心の外周面部分に隣接して外周部が設けられた内気循環通風路により軸受部分の気圧差を緩和して潤滑剤漏洩を防止できる電動機を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図について説明する。図１は実施の形態１における主電動機の構成を示す縦断面図、図２は実施の形態１における軸受装置の構成を示す拡大縦断面図、図３は実施の形態１における主電動機内部の気圧測定結果を示す線図である。図４は図１に示すIV−IV線における断面図である。図５は図１に示す矢視Ｖ方向から見た端面図である。

図において、固定子１は、主電動機を電車の台車等の取付個所に取付けるための固定子枠２と、固定子枠２に一体化して設けられた固定子鉄心３と、固定子鉄心３に巻装された固定子コイル４とを具備している（図１参照）。固定子枠２は、主電動機を電車の台車等の取付個所に取付けるための対をなす取付部２ａ，２ａと、取付部２ａ，２ａ間に形成された角筒状胴部２ｂによって構成されている（図１および図４参照）。円筒状の固定子鉄心３は、その軸線を固定子枠２の角筒状胴部２ｂの軸線と同一にして角筒状胴部２ｂと溶接接合された形で固定子枠２と一体化されている（図４参照）。

回転子７は、回転子軸９と回転子鉄心１０とを具備し、回転子軸９は一端９ａを軸受装置８ａにより回転自在に支承され、他端９ｂを軸受装置８ｂにより回転自在に支承される。
回転子軸９の一端９ａを回転自在に支承する軸受装置８ａは、固定子枠２の一端面に設けられたブラケット１３ａにより固定子１に支持される。軸受装置８ａには、潤滑油ＬＢにより潤滑される軸受本体１４ａと、潤滑油ＬＢを溜める軸受室１５と、回転子軸９に取り付けられた跳ね掛け円板１６とが設けられている。回転子軸９に取付けられた跳ね掛け円板１６の外周部を潤滑油ＬＢに浸しておき、回転子軸９の回転により跳ね掛け円板１６に付着した潤滑油ＬＢが掻き上げられ軸受本体１４ａに供給されることにより潤滑を行う。
回転子軸９の他端９ｂを回転自在に支承する軸受装置８ｂは、固定子枠２の他端面に設けられたブラケット１３ｂにより固定子１に支持される。軸受装置８ｂには、潤滑油ＬＢにより潤滑される軸受本体１４ｂと、潤滑油ＬＢを溜める軸受室１５と、回転子軸９に取り付けられた跳ね掛け円板１６とが設けられている。回転子軸９に取付けられた跳ね掛け円板１６の外周部を潤滑油ＬＢに浸しておき、回転子軸９の回転により跳ね掛け円板１６に付着した潤滑油ＬＢが掻き上げられ軸受本体１４ｂに供給されることにより潤滑を行う。

軸受装置８ｂで支承される回転子軸９の他端９ｂには、主電動機における固定子枠２およびブラケット１３ａ，１３ｂにより形成される内部空間に存在する空気（以下、内気という）を回転子軸９の一端９ａの方向へ循環するための内気循環用ファン１２が設けられている。
固定子鉄心３の外周部分には、固定子鉄心３の外周面３ｃと固定子枠２の角筒状胴部２ｂとの間に内気循環用ファン１２から回転子軸９の一端９ａ方向へ循環し内気循環用ファン１２へ戻る内気循環通風路５の一部として内気循環通風路外周部５ａが形成されている。内気循環通風路外周部５ａは、固定子枠２の角筒状胴部２ｂの四隅と円筒状固定子鉄心３の外周面３ｃとの間において４個所の軸方向空気通路が形成される（図４参照）。
内気循環通風路外周部５ａに対応する固定子枠２の角筒状胴部２ｂの外面にはフィン６が設けられており、内気を外気と熱交換することにより内気を冷却するよう構成されている。
また、回転子鉄心１０には、内気循環通風路外周部５ａを介して内気循環用ファン１２から回転子軸９の一端９ａ方向へ循環し内気循環用ファン１２へ戻る内気循環通風路５の一部として回転子風穴１１（図１および図４参照）が形成されている。
内気循環通風路５は、内気循環通風路５の一部となる空間を介し回転子鉄心１０の他端面１０ｂ部分と対向して回転子軸９に設けられた内気循環用ファン１２から固定子コイル４の端部とブラケット１３ｂとの隙間３ｂ部分を通り、固定子鉄心３の外周面３ｃ部分に設けられた内気循環通風路外周部５ａを通って、固定子コイル４の端部とブラケット１３ａとの隙間３ａ部分に至り、回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分から回転子風穴１１を通り回転子鉄心１０の他端面１０ｂ部分に戻る空気通路を形成している。

そして、内気循環用ファン１２が設けられた回転子軸９の他端９ｂと反対側に設けられた回転子軸９の一端９ａを支承する軸受装置８ａを支持するブラケット１３ａには、圧力緩和室１７が設けられている。
圧力緩和室１７はブラケット１３ａに回転子軸９を囲む環状の中空部を形成して設けられたものであって、軸受装置８ａを構成する軸受本体１４ａの機内に近い位置に設けられる。圧力緩和室１７の一端面１７ａは軸受装置８ａを構成する軸受本体１４ａと回転軸９の軸線を中心とする周方向に延在する微細間隙を介して通じており、圧力緩和室１７の他端面１７ｂは機内空間の回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分に対応する空間と回転軸９の軸線を中心とする周方向に延在する微細間隙を介して通じている。
圧力緩和室１７には、圧力緩和室１７が位置する機内空間の回転子鉄心１０の一端面部分に対応する空間よりも内気循環通風路５における上流の固定子鉄心外周部３ｃに形成された内気循環通風路外周部５ａから連通穴１８ａおよびパイプからなる連通路１８で構成される圧力導入路ＰＳを介して大気圧程度の圧力が導入される。
Ｂ位置（図１および図２参照）として示される内気循環通風路５の回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分に対応する空間の圧力は、内気循環用ファン１２により内気循環通風路５を循環する通風経路の終端部分に相当するため大気圧よりもかなり低下しているが、圧力緩和室１７へ大気圧程度の圧力が導入されるため、軸受本体１４ａからの潤滑油ＬＢの漏洩は微細間隙の存在にも拘らず確実に阻止される。
連通穴１８ａおよびパイプからなる連通路１８で構成される圧力導入路ＰＳの断面積は、圧力緩和室１７の他端面１７ｂと内気循環通風路５における回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分に対応する空間とを通ずる微細間隙のＧ寸法（図２参照）に相当する断面積に比べて十分大きくされ、圧力緩和室１７の圧力が確保されるように設定されている。連通穴１８ａおよびパイプからなる連通路１８で構成される圧力導入路ＰＳの断面積を十分大きくすることによって圧力導入路ＰＳにおける圧力損失はＧ寸法（図２参照）で示される微細間隙のそれよりも十分小さく保たれ、内気循環通風路外周部５ａにおける大気圧程度の圧力に比べて圧力緩和室１７の圧力が大幅に低下することがないように構成されて圧力緩和室１７の圧力が確保されるものである。
パイプからなる連通路１８は、図１および図２ならびに図５に示すように、内気循環通風路外周部５ａの端面に設けられた連通穴１８ａからブラケット１３ａの外周および端面上部を通りブラケット１３ａを貫通してブラケット１３ａの内面に沿い圧力緩和室１７に至るものである。

次に、動作について説明する。
まず、軸受装置８ａ，８ｂにより回転子軸９を支承された回転子７が回転すると、回転子軸９の端部９ｂに取り付けられた内気循環用ファン１２が同時に回転する。内気循環用ファン１２の回転により駆動圧が発生して、回転子鉄心１０の他端面１０ｂ部分の空気は固定子コイル４の端部とブラケット１３ｂと隙間３ｂ部分を通って固定子鉄心３の外周面３ｃ部分に設けられた内気循環通風路５における内気循環通風路外周部５ａに押し込まれる。
内気循環用ファン１２の内周側は負圧になることから、内気循環通風路５の空気は固定子コイル４の端部とブラケット１３ａとの隙間３ａ部分を通り回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分を通って回転子鉄心１０に設けられた回転子風穴１１の方向に導かれる。
このように、内気循環用ファン１２から内気循環通風路外周部５ａを介し固定子鉄心３の一端面３ｃ部分および回転子鉄心１０と軸受装置８ａが設けられたブラケット１３ａとの間の空間を通り回転子鉄心１０に設けられた回転子風穴１１を介して内気循環用ファン１２へ戻る内気循環通風路５により内気が循環される。

ブラケット１３ａに設けられた軸受装置８ａの軸受本体１４ａと電動機内部における回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分の空間との間においてブラケット１３ａの中空部に形成された圧力緩和室１７には、内気循環通風路５の上流側である固定子鉄心３の外周面３ｃ部分に設けられた内気循環通風路外周部５ａから連通穴１８ａおよびパイプからなる連通路１８で構成される圧力導入路ＰＳを介して大気圧程度の空気圧力が導入され、軸受装置８ａの軸受本体１４ａから微細間隙を介して電動機内部における回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分の空間へ向う潤滑油ＬＢの漏洩を阻止することができる。

主電動機内部における各部位の気圧を比較した結果を図３に示す。気圧測定部位は、図１および図２の図中に表示した、Ａ〜Ｆで示す位置とした。この発明による実施の形態１における圧力緩和室を設けた場合の各部位の気圧を曲線Ｐ１で示し、これと比較する圧力緩和室無しの場合の各部位の気圧を曲線Ｐ０で示している。

内気循環用ファン１２の外周部Ａの気圧は、図３における曲線Ｐ１に示すように「正圧」になっており、内気循環通風路５における内気循環通風路外周部５ａ内のＥ位置の気圧は大気圧「０」に近似した値となる。反ファン側軸受装置８ａの機内側のＢ位置の気圧は大きな「負圧」になっており、曲線Ｐ０に示すような圧力緩和室の無い構造では、Ｂ位置と軸受室１５内のＣ位置の気圧差が大きく、跳ね掛け円板１６の回転で発生したオイルミストが機内側に吸出され、潤滑油ＬＢが漏洩することになる。
この発明による実施の形態１における図１および図２に示す圧力緩和室１７を設けた構造では、圧力緩和室１７を内気循環通風路５の上流側と接続したことから、圧力緩和室１７へ大気圧に近い空気が導かれ、圧力緩和室１７内のＦ位置の気圧と軸受室１５内のＣ位置の圧力差が無くなり、軸受室１５からのオイルミストの吸出しによる潤滑油ＬＢの漏洩が無くなった。
ここで、内気循環用ファン１２側の軸受装置８ｂは、内気循環用ファン１２の外周部の気圧が「正圧」となっており、潤滑油ＬＢの吸出し現象はない状態となっている。

このように圧力緩和室１７内のＦ位置の気圧と軸受室１５内のＣ位置の圧力差を無くすためには、図２の「Ｇ」に示す圧力緩和室１７の微細間隙の断面積に対して、連通路１８および連通穴１８ａからなる圧力導入路ＰＳの断面積を大きくする必要がある。図１および図２に示す構成では代表例として、連通路１８は１本のパイプで示しているが、パイプを複数本にして、パイプ寸法を小さくすることにより主電動機内部で連通路１８を構成するパイプと、固定子コイル４との隙間寸法を大きくすることができる。
連通路１８を構成するパイプを複数本にする場合には、例えば、固定子枠２の角筒状胴部２ｂにおける四隅に形成された内気循環通風路外周部５ａ（図４参照）の端面に設けられた計４個の連通穴１８ａにそれぞれ連通路１８を構成するパイプの一端を接続し連通路１８を構成する計４本のパイプの他端をそれぞれ圧力緩和室１７に接続することにより構成することができる。

従来技術におけるような圧力緩和室を外気と連通させる連通穴の出口にブリーザを設けた方式では、湿気を含んだ空気や塵埃が外部から浸入していたが、以上のように構成することによって、この発明による実施の形態１における主電動機の軸受装置では、圧力緩和室１７を内気循環通風路外周部５ａに直接接続したことにより、湿気や塵埃の進入がなくなるととともに、軸受室１５からの漏油をなくしたものである。したがって、軸受潤滑油ＬＢの劣化を防止でき、安定して軸受に潤滑油ＬＢを供給することができるという効果がある。

この発明による実施の形態１によれば、回転子軸９を支承する潤滑油を保持する２個の軸受装置８ａ，８ｂと、回転子軸９の片側に設けられた内気を循環させる内気循環用ファン１２と、固定子鉄心３の外周面３ｃ部分に外気とは遮断されて機外に設けられた内気循環通風路外周部５ａと、循環する内気により負圧が発生する側の前記軸受装置８ａに設けられた、前記軸受装置８ａ内の潤滑油を保持する空間と機内空間とに連通された圧力緩和室１７と、圧力緩和室１７と内気循環通風路外周部５ａとを結ぶ連通路１８および連通穴１８ａからなる圧力導入路ＰＳとを備えたので、固定子鉄心３の外周面３ｃ部分に外気とは遮断されて機外に設けられた内気循環通風路外周部５ａから圧力を導入し、圧力緩和室１７を外気に開放することなく、軸受部分の気圧差を緩和して潤滑剤漏洩を防止できる電動機を得ることができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図６について説明する。図６は実施の形態１における主電動機の要部構成を示す縦断面図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図６において、ブラケット１３ａに設けられた軸受装置８ａの軸受本体１４ａと回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分付近の空間との間において圧力緩和室１７が設けられている。
圧力緩和室１７はブラケット１３ａに回転子軸９を囲む環状の中空部を形成して設けられたものであって、軸受装置８ａを構成する軸受本体１４ａと内気循環通風路５との間に設けられる。圧力緩和室１７の一端面１７ａは軸受装置８ａを構成する軸受本体１４ａと回転軸９の軸線を中心とする周方向に延在する微細間隙を介して通じており、圧力緩和室１７の他端面１７ｂは内気循環通風路５の回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分に対応する空間と回転軸９の軸線を中心とする周方向に延在する微細間隙を介して通じている。
圧力緩和室１７には、圧力緩和室１７が位置する内気循環通風路５の回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分に対応する空間よりも内気循環通風路５における上流側の固定子鉄心外周面３ｃ部分に形成された内気循環通風路外周部５ａから連通穴２０ａならびに溝部２０ｂおよび溝部２０ｃからなる連通路２０で構成される圧力導入路ＰＳを介して大気圧程度の圧力が導入される。溝部２０ｂはブラケット１３ａの外周面および外端面に開放溝として形成され、溝部２０ｃはブラケット１３ａの内部で中空部を形成する中空溝として形成される。溝部２０ｂの開放溝部分は蓋体２０ｄで被包されて、溝部２０ｃとともに連通路２０を構成する。
内気循環通風路５における回転子鉄心１０の一端面１０ａ部分に対応する空間の圧力は、内気循環用ファン１２により内気循環通風路５を循環する通風経路の終端部分に相当するため大気圧よりもかなり低下しているが、圧力緩和室１７へ大気圧程度の圧力が導入されるため、軸受本体１４ａからの潤滑油ＬＢの漏洩は微細間隙の存在にも拘らず確実に阻止される。

実施の形態１では、内気循環通風路５と圧力緩和室１７を接続する連通路１８はパイプにより接続した形状となっているが、この実施の形態２では、図６に示すようにブラケット１３ａに溝部を形成した連通路２０により圧力導入路ＰＳを構成したものである。
このようにすれば、主電動機の外部にパイプが露出しなくなるため、分解作業時にパイプを損傷させることを無くすことができるという効果がある。

この発明による実施の形態２によれば、回転子軸９を支承する潤滑油を保持する２個の軸受装置８ａ，８ｂと、回転子軸９の片側に設けられた内気を循環させる内気循環用ファン１２と、固定子鉄心３の外周面３ｃ部分に外気とは遮断されて機外に設けられた内気循環通風路外周部５ａと、循環する内気により負圧が発生する側の前記軸受装置８ａに設けられた、前記軸受装置８ａ内の潤滑油を保持する空間と機内空間とに連通された圧力緩和室１７と、圧力緩和室１７と内気循環通風路外周部５ａとを結ぶ連通路１８および連通穴１８ａからなる圧力導入路ＰＳと、それぞれ１個の前記軸受装置８ａまたは前記軸受装置８ｂを設けた２個のブラケット１３ａ，１３ｂとを備え、前記ブラケット１３ａに形成した連通路２０からなる溝部により前記圧力導入路ＰＳを構成したので、圧力緩和室１７を外気に開放することなく、軸受部分の気圧差を緩和して潤滑剤漏洩を防止できるとともに、圧力導入路ＰＳをブラケット１３ａに形成した溝部により構成して外部へ露出することなくその損傷を防止できる電動機を得ることができる。

この発明による実施の形態１における主電動機の構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態１における軸受装置の構成を示す拡大縦断面図である。主電動機内部の気圧測定結果を示す線図である。図１に示すIV−IV線における断面図である。図１に示す矢視Ｖ方向から見た端面図である。この発明による実施の形態２における主電動機の要部構成を示す拡大縦断面図である。

符号の説明

１固定子、２固定子枠、３固定子鉄心、４固定子コイル、５内気循環通風路、６フィン、７回転子、８ａ，８ｂ軸受装置、９回転子軸、１０回転子鉄心、１１回転子風穴、１２内気循環用ファン、１３ａ，１３ｂブラケット、１４ａ，１４ｂ軸受本体、１５軸受室、１６跳ね掛け円板、１７圧力緩和室、１８連通路、１８ａ連通穴、２０連通路、２０ａ連通穴。

Claims

回転子軸を支承する潤滑油を保持する２個の軸受装置と、
回転子軸の片側に設けられた内気を循環させる内気循環用ファンと、
外気とは遮断されて固定子鉄心の外周面部分に隣接して設けられ循環する内気が前記固定子鉄心の外周面部分を流通する内気循環通風路外周部と、
循環する内気により負圧が発生する側の前記軸受装置に設けられた、前記軸受装置内の潤滑油を保持する空間と機内空間とに連通された圧力緩和室と、
該圧力緩和室と前記内気循環通風路外周部とを結ぶ圧力導入路とを備えた電動機。
それぞれ１個の前記軸受装置を設けた２個のブラケットを備え、
前記ブラケットに形成した溝部により前記圧力導入路を構成することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
前記圧力導入路は、
前記ブラケットの外周面および外端面に開放溝として形成された第１の溝部と、
前記ブラケットの内部で中空部を形成する中空溝として形成された第２の溝部とを有することを特徴とする請求項２に記載の電動機。