JP4888449B2 - 車両駆動用電動機 - Google Patents

Description

本発明は電動機に係り、特に、車両駆動用に好適な電動機に関する。

一般に、車両駆動用電動機は客車下の台車に取り付けられる。主な構成要素である固定子が回転子と相対的に回転すると熱を発生するので、機内を冷却するために冷却媒体（冷却風／外気）を取り込む。冷却風は軸方向の一方側から取り込まれ他方側から排出される。

回転子は回転軸と一体となって回転するが、その回転軸は軸受に支承されている。一方、冷却封は取り込まれてから、機内の熱を吸収して比較的に高温となって排出される。そのため、吸入側の軸受は耐熱的に許容されるが、排出側の軸受は高温となった冷却風にさらされる。一般に、軸受は耐熱性が低く、高温にさらされると急激に性能が低下する。

そのため、両側に張り出したファンを設けて、排気側の冷却風を外部に排出する共に、ファンと軸受の間の空気を循環させて軸受を高温となった冷却風から保護する技術が考えられている。このような構成は、例えば、実開平５８−１００４６３号公報に開示のものが知られている。

実開平５８−１００４６３号公報

しかしながら、上記の従来技術では、両側ファンのうち外側のファンの羽根の位置が径方向内側に偏っており、そのため、ファンで与勢された冷却風は暫く両側ファンと共に回転するので、軸受側の冷却風を効率良く排出できなかった。そのため、軸受の温度上昇を充分に抑えることができなかった。

また、冷却風は主に回転子と固定子の間を通るときに高温となる。ところが、両側ファンのうち外側のファンの羽根の位置が径方向内側が、固定子と回転子の対抗する部分に対して、径方向内側に偏っている。そのため、この高温となった冷却風が多くあたる部分の熱の循環が効率的ではなく、軸受の温度上昇を充分に抑えることができなかった。

また、排気孔が一つであるために、排気の効率が充分でなく、軸受の温度上昇を充分に抑えることができなかった。

また、一般に、軸受の回転速度を回転検出器で検出するが、上記従来技術は、回転速度検出器の冷却までは意識されていなかった。

また、小型化について十分に意識されていなかった。

本発明に係る車両駆動用電動機は、少なくとも上記問題の一つを解決するものであり、回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記回転軸に取り付けられた回転子と、前記回転子を囲むように設けられた固定子と、前記固定子及び回転子を格納するハウジングと、前記ハウジングの両端部に前記軸受を支持するエンドブラケットを備える車両駆動用電動機において、前記回転軸の軸方向一方側に設けられる第一のファンと、前記回転軸の軸方向他方側に設けられる第二のファンと、前記エンドブラケットにおける前記第一のファンの羽根よりも内径側に備えられる外気を取り込む入気孔と、前記エンドブラケットにおける前記第一のファンの羽根よりも外径側に備えられる前記入気孔から取り込んだ外気を排気する排気孔と、前記エンドブラケットにおける前記第二のファンの羽根よりも内径側に備えられる外気を取り込む他の入気孔と、前記エンドブラケットにおける前記第二のファンの羽根よりも外径側に備えられる前記他の入気孔から取り込んだ外気を排気する他の排気孔と、速度検出器とを備え、前記他の排気孔は複数存在し、少なくとも一つは前記速度検出器にできるだけ近づくように配置されていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、耐熱性の低い軸受装置や速度検出装置等の耐熱温度の低い部材の冷却に優れた車両用主電動機を得ることができる。また、小型が可能となる。

本発明の車両駆動用開放型主電動機における実施例の詳細構造を図１に基づき説明する（図１は後述する図２のＡ−Ａ′断面を示している）。

図１において１は筒状の固定子枠（若しくはケーシング）であり、その内側には円筒状の固定子鉄心２を設けている。固定子鉄心２の内周部軸方向に連続したスロットを周方向に所定の間隔をもって複数形成しており固定子巻線３をそこに収納している。

固定子鉄心２の内周側には空隙を介して固定子鉄心２と同心円上に回転子鉄心４を設けている。回転子鉄心４の外周部には軸方向に連続したスロットを周方向に所定の間隔をもって複数形成しており、回転子巻線５をそこに収納している。回転子鉄心４の中心には回転軸６を設けており、固定子枠１の軸方向の両側に設けた軸受装置７，８によりそれを回転自在に支承している。回転子鉄心４には回転子巻線５を収納するスロットよりも内径側の部分に軸方向に連続した回転子風穴２１を周方向に所定の間隔を持って複数形成している。

固定子枠１の軸方向の入気側（図１では固定子鉄心２及び回転子鉄心４に対して左側）には固定子・回転子及びファン１１を収納した状態で、その一方側を塞ぐ環状のエンドブラケット９を設けている。ファン１１は図１に示すように、ファン主板１１ａとファンベーン１１ｂと側板１１ｃから構成される。ファン主板１１ａはエンドブラケット９の内周面部（側面部）９ｃに沿って径方向外側に伸びた環状部材である。具体的にはエンドブラケット９の側面部９ｃに平行な部分とこの平行部から湾曲し鉄心押え２３の接続部に伸びる傾斜部分からなる環状部材である。ファン主板１１ａのエンドブラケット９側（反鉄心側）には翼部材であるファンベーンを複数設けている。ファンベーン１１ｂのエンドブラケット９側（反鉄心側）には環状部材である側板１１ｃを設けている。なお、側板１１ｃにはエンドブラケット９を代用してもよい。エンドブラケット９の内周側には軸受装置７を固定支持している。エンドブラケット９は固定子枠１の接続部と軸受装置７の接続部との間で反鉄心側に張出した形状となっている。具体的には固定子枠１の接続部からほぼ軸方向反鉄心側にほぼ水平に伸びた外周面部９ａと、軸受装置７の接続部から反鉄心側に斜め径方向に伸びた側面部９ｃからなるものである。なお外周面部９ａに相当する部分は固定子枠１が兼ねてもよい。

エンドブラケット９はファン１１のファンベーン１１ｂの外径側と対向する外周面部９ａ部分に塵埃を含む冷却風を排出するための塵埃排出孔１４を設け、ファンベーン１１ｂの内径側と対向する外周面部９ｂ部分に冷却風（外気）を取込むための入気孔１２（又は入気管）を複数設けたものである。なお、外周面部９ａに相当する部分を固定子枠１が兼ねる場合には、塵埃排出孔１４はファンベーン１１ｂの外径側と対向する固定子枠１部分に一つ設けられる。

またエンドブラケット９はファン１１のファン主板１１ａの外径側と対向する外周面部９ａ部分に内径側に突出した環状の突出部である塵埃分離（除去）部材９ｄを設けている。塵埃分離（除去）部材９ｄの内径はファン１１のファン主板１１ａの外径より大きくそれらによって挟まれた空隙の断面積、すなわち冷却風の通風面積は外周面部９ａに設けた入気孔１２の通風面積よりも大きくなるようにしている。

固定子枠１の排気側（図１では固定子鉄心２及び回転子鉄心４に対して右側）にはその端部を塞ぐ環状のエンドブラケット１０を設けている。エンドブラケット１０は固定子枠１と一体に形成したもの（又は別体で形成したもの）であり、その内周側には軸受装置８を支持している。外径側と対向する固定子枠１のほぼ全周には冷却風の排気孔１３（又は排気管）を設けている。エンドブラケット１０の外側には回転軸６の回転速度を検出する速度検出装置１６を設けている。

入気孔１２により機内に取込まれた冷却風は鉄心部等を冷却しながら機内を排気側に流れ、排気孔１３により機外に排出される。なお以降入気孔１２より排気孔１３に抜ける冷却風路を主通風路と呼ぶ（図５）。

ここで、車両駆動用開放型電動機としては既存の除塵フィルター付きが主流であるが、除塵フィルターの効果は十分ではないため、除塵フィルターだけでは塵埃を除去しきれず機内に入り、特に回転子風穴に堆積することになり風量が低下しその結果冷却効率が低下することで温度が上昇し、絶縁劣化を早める要因となる。そのため３，４年毎に塵埃を取り除くための分解掃除を行う必要がある。近年この保守に対する保守回帰延長の要求が高い。図５の構造とすることによって、除塵フィルターなしで機内に侵入する塵埃の除去を可能にしフィルター交換による保守回帰を無くし、また塵埃進入・堆積による電動機の分解掃除のための保守回帰の延長を可能としている。

エンドブラケット１０には補助入気孔１７（又は入気管）・補助排気孔１８（又は排気管）を設けている、回転子鉄心４と軸受装置８との間の回転軸６には補助ファン１５をベーン１５ｂが主板に対して反鉄心側になるよう設けている。以降、補助入気孔１７より補助ファン１５を介し補助排気孔１８へ抜ける冷却風路を副通風路と呼ぶ（図５）。副通風路の空気流が主通風路の冷却風と混ざらないよう、また入気孔１２から機内を通り熱せられた主通風路の冷却風が軸受装置８及び速度検出装置１６に直接当たるのを防ぐために整流板１９を設けている。

補助入気孔１７は速度検出装置１６の検出面１６ｂへの塵埃進入を避けるため速度検出面１６ｂを密閉構造とし、速度検出器（速度検出面）１６ｂの外周部に設ける。補助排気孔１８も同様に速度検出装置１６の外周部で補助入気孔１７と同心円上に配置する。速度検出装置１６において耐熱温度が最も低い速度検出器１６ａを冷却するため補助排気孔１８の位置は速度検出装置１６の外周部でできるだけ速度検出器１６ａに近づくよう配置する。また、速度検出器１６ａが構造上エンドブラケットの外周近くまで伸びており整流板１９のみでは速度検出器１６ａの冷却が困難な場合、整流板２０（若しくはダクト）を取り付けることでバイパスを構成し、副通風路の風が補助排気孔１８ｂから排出されることで速度検出器１６ａを冷却するとともに整流板２０により温度の高い主通風路の排気が直接速度検出器の取り付くエンドブラケット１０に当たらないようにすることで速度検出器１６ａの冷却効率が向上する。

ここで、補助排気孔１８ａの中心軸と補助ファン主板１５ａのベーン１５ｂの端部までの距離は補助ファン主板１５ａのベーン１５ｂの幅（ベーン１５ｂの上端部の幅）よりも小さく設定すると良い。このようにすると、ベーン１５ｂを通過した風が直ぐに固定部分と接触するので、風が外部に排出されやすい。

また、ベーン１５ｂから整流板１９までの距離はベーン１５ｂ（上端部）の軸方向の幅よりも小さく設定すると良い。このようにすると、同様に、風が外部に排出されやすい。

固定子（固定子鉄心）２と回転子（回転子鉄心）４の相対する部分３０より軸側に補助排気孔１８ａの中心軸を設定すると良い。冷却風は主に回転子（回転子鉄心）４と固定子（固定子鉄心）２の間３０を通るときに高温となる。固定子と回転子の対抗する部分に対して、ベーン１５ｂの位置が径方向外側であるので、この高温となった冷却風が多くあたる部分の熱の循環が効率となる。

補助入気孔１７・補助排気孔１８の配置の例を図２から図４に示す。

図２は図１に示した主電動機の例であり、補助入気孔１７，補助排気孔１８ａ，１８ｂを持ち、特に整流板２０によるバイパスの風が排気される補助排気孔１８ｂを複数設置することで速度検出器１６ａをより効率的に冷却している。また補助排気孔１８ａに関しても可能な限り速度検出器１６ａに近づくよう配置している。

図３の例は図２において補助排気孔１８ａの少なくとも１つが速度検出器１６ａの背面に位置するようにすることで補助排気孔１８ａから排出された排気が直接速度検出器１６ａの背面に当たるようにし、速度検出器１６ａを冷却するようにしたものである。この場合においても補助排気孔１８ａは可能な限り速度検出器１６ａに近づくよう配置している。

図４の例は、整流板２０（若しくはダクト）と補助排気孔１８ｂを持たない例である。

図２から図４の例に示すよう速度検出装置１６は多種多様な形状をしておりそのため補助入気孔１７，補助排気孔１８ａ，１８ｂの配置は制限を受ける。補助入気孔１７，補助排気孔１８ａ，１８ｂの配置の例が図２から図４に示す例だけでないのはいうまでもない。

エンドブラケット９の外側には軸受装置７にグリスを供給するためのグリス装置２２を設けている。

以上の構造の車両用開放型電動機は排気側に設置されている部材、特に耐熱温度が低い軸受部および速度検出装置１６の冷却の効果がある。

排気側部材の冷却プロセスを示す。

入気孔１２から機内を通過し熱せられた主通風路の冷却風に比べ補助入気孔１７から機内に入る外気は低温であり、耐熱温度の低い軸受装置８や速度検出装置１６の温度上昇を抑制することが可能な構造となる。また補助ファン１５（若しくは補助ファン１５及び整流板１９）をはさみ主通風路の排気側に副通風路の冷却風が循環していることで、主通風路の排気側の冷却効率を高めることが可能である。また排気孔を主通風路は排気孔１３、副通風路は補助排気孔１８とに分けることで、速度検出装置１６の構成要素で最も耐熱温度の低い速度検出器１６ａを効率的に冷却することが可能な構造となっている。排気側副通風経路を図５に示す。

なお、本実施例では、主ファン１１が補助ファン１５と反対側にあり、それぞれのファンが両側の比較的に空間の作りやすい部分に格納されるので、そのため、装置全体の小型化が可能となる。

本発明の車両駆動用開放型電動機の一実施例を示す図。 一実施例の補助入気孔，補助排気孔の配置の例を示すもので整流板２０によるバイパスの風が排気される補助排気孔１８ｂを複数持つものの図。 補助入気孔，補助排気孔の配置の例を示すもので速度検出器１６ａ背面に補助排気孔１８ａを少なくとも一つ配置した図。 補助入気孔，補助排気孔の配置の例を示すもので補助排気孔１８ｂを持たないものの図。 通風経路図。

符号の説明

１…固定子枠、２…固定子鉄心、３…固定子巻線、４…回転子鉄心、５…回転子巻線、６…回転軸、７…軸受装置（入気側）、８…軸受装置（排気側）、９…エンドブラケット（入気側）、９ａ，９ｂ…エンドブラケット外周面部、９ｃ…エンドブラケット側面部、９ｄ…塵埃除去部材、１０…エンドブラケット（排気側）、１１…ファン、１１ａ…ファン主板、１１ｂ…ファンベーン、１１ｃ…ファン側板、１２…入気孔、１３…排気孔、１４…塵埃排出孔、１５…補助ファン、１５ａ…補助ファン主板、１５ｂ…補助ファンベーン、１６…速度検出装置、１６ａ…速度検出器、１６ｂ…速度検出面、１７…補助入気孔、１８…補助排気孔、１８ａ…補助排気孔（内周）、１８ｂ…補助排気孔（外周）、１９，２０…整流板、２１…回転子風穴、２２…グリス装置、２３…鉄心押え。

Claims (1)

1. 回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記回転軸に取り付けられた回転子と、前記回転子を囲むように設けられた固定子と、前記固定子及び回転子を格納するハウジングと、前記ハウジングの両端部に前記軸受を支持するエンドブラケットを備える車両駆動用電動機において、
   前記回転軸の軸方向一方側に設けられる第一のファンと、前記回転軸の軸方向他方側に設けられる第二のファンと、前記エンドブラケットにおける前記第一のファンの羽根よりも内径側に備えられる外気を取り込む入気孔と、前記エンドブラケットにおける前記第一のファンの羽根よりも外径側に備えられる前記入気孔から取り込んだ外気を排気する排気孔と、
   前記エンドブラケットにおける前記第二のファンの羽根よりも内径側に備えられる外気を取り込む他の入気孔と、前記エンドブラケットにおける前記第二のファンの羽根よりも外径側に備えられる前記他の入気孔から取り込んだ外気を排気する他の排気孔と、
   速度検出器とを備え、
   前記他の排気孔は複数存在し、少なくとも一つは前記速度検出器にできるだけ近づくように配置されていることを特徴とする車両駆動用電動機。

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