JP5475606B2

JP5475606B2 - 全閉形主電動機

Info

Publication number: JP5475606B2
Application number: JP2010223198A
Authority: JP
Inventors: 孝永山; 稔喜多村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012080661A

Description

本発明は、全閉形主電動機に関する。

一般に鉄道車両（以下、「車両」と呼ぶ）では、車体の下に配置された台車に主電動機（
以下、「電動機」と呼ぶ）を装荷して、この電動機の回転力を継手（カップリング）と歯
車装置を介して車輪に伝達して車両を走行させている。

従来のこの種の電動機の構造を図５に示す。図５に示した電動機は、全閉形で機内（電動
機の内部）を外部と遮断して、外気に含まれる塵埃、油等が機内に入らないように構成し
たもので、電動機の保守軽減（機内清掃レス）や汚れによる品質の低下を防止できる電動
機である。

この全閉形について説明する。固定部材である円筒状のフレーム１の一端側にベアリング
ブラケット２を、またフレーム１の他端側の中央部にハウジング３を取付け、このベアリ
ングブラケット２とハウジング３のそれぞれの中心部に設けたころ軸受４、玉軸受５に
よってロータシャフト６を回転自在に支持している。ロータシャフト６の軸方向の中心部
分にロータ鉄心７を固定し、このロータ鉄心７内部の外周部に永久磁石（表示せず）を取
り付けて回転子を形成している。また、ロータ鉄心７の両端部には鉄心押え８、８が固定
され、この手新押え８、８には仕切り円板９、１０が配設されている。フレーム１の内周
部には、円筒状のステータ鉄心１１を取付け、このステータ鉄心１１の内周側に形成され
た多数の溝の中にステータコイル１２を収納している。このステータコイル１２のコイル
エンド部は、ステータ鉄心１１の両側に張出した形となっている。ステータ鉄心１１の内
周面とロータ鉄心７の外周面との間には、一様な空隙１３を形成してあり、この電動機の
運転時には、ステータコイル１２に電流が流れ磁力の吸引、反発力で回転子が回転する。

一方、仕切り円板９とベアリングブラケット２間及び、仕切り円板１０とフレーム１間に
は、屈曲した微小隙間で構成された所謂「ラビリンス」Ａが構成されている。この「ラビ
リンス」により、外気の侵入を防止して、同時に外気に含まれる塵埃、油等が入らない構
造としている。更に、軸受部周りにも固定部材である端フタ１４、１５と、回転部材であ
るカラー１６、１７、１８が取付けられ、軸受４、５及び軸受内にある潤滑グリースＧ
を外気の塵埃から保護している。また、仕切り板には羽根が設けてあり、回転子が回転す
ると仕切り板の羽根の通風作用で軸受部周りには矢印のように外気を導入して、軸受及び
回転子を冷却できる構造としている。このように構成して、電動機性能を確保すると共に
、ロータシャフト６の一端を機外に突出させて駆動用歯車装置と結合する継手６Ａ（カッ
プリング）を取付け、電動機の回転力を車輪（表示せず）に伝え、鉄道車両を駆動してい
る。

機内への塵埃侵入対策として実施されている「ラビリンス」Ａの塵埃侵入防止効果は、１
、隙間を極限まで小さくすること
２、ラビリンスを長くすることに影響するが、狭い台車内に取付けられる鉄道車両用の電
動機ではスペース制約があるのでラビリンスを長く出来ない。

またラビリンスを長くする対策として
３、屈曲数を多くしてラビリンスを長くする方法もあるが、これにも限度があった。

塵埃侵入防止効果を更にアップするために、一般に、ラビリンス部に軸受潤滑グリース
と同等または類似のグリースを塗布、充填する方法が採用されている。このように使われ
たグリースは、微小隙間を更に少なくする効果、微小塵埃粒子の捕捉する効果があり、塵
埃侵入防止効果は更に向上するメリットがある（特許文献１参照）。

特開２００８−９９４９１号公報

このように、ラビリンス部に軸受潤滑グリースと同等または類似のグリースを塗布、充填
して塵埃侵入防止の効果をアップする方法があるが、この方法には実使用上次のような問
題があった。

ラビリンス屈曲部に入れたグリースは、電動機の熱膨張差により使用中に一部排出されて
しまい、更にラビリンス屈曲部に入れたグリースは、電動機組立時の作業でほとんど排出
されてしまう。

このようにラビリンス屈曲部に入れた充填したグリースが、電動機使用中及び電動機組立
作業中に排出されてしまうので、グリース充填の効果が低下、または無くなる問題があっ
た。

本考案は、このような課題を解決するために実施するものである。

次に、これらの課題について具体的に説明する。図６（ａ）は図５のＣ部の拡大図である
。図６（ｂ）は図５のＢ部の拡大図である。径方向隙間Ｒは、いずれも通常０．５ＭＭ前
後でる。また軸方向隙間ＡＣＡＣはいずれも通常２ＭＭ前後である。（図では説明のため
、径方向を拡大して書いてある）
径方向隙間Ｒにはグリースを塗布し、軸方向隙間ＡＣにはグリースを充填する。図６（ａ
）、図６（ｂ）に充填グリースＧを略矩形(斜線)で示している。（これはグリース充填、
塗布の一般的施例である）。図７は、玉軸受部の詳細図である。玉軸受５の周りにもラビ
リンス構成（主に屈曲形）があり、径方向隙間Ｒと軸方向隙間ＡＣが構成されている。（
玉軸受側の軸方向隙間ＡＣは理論的に２ＭＭ以下でもよいが、通常約２ＭＭとしている）
また軸端部は端フタ１５で塞がれている。

また、図９は、ころ軸受部の詳細図である。ころ軸受４の周りにもラビリンス構成（主に
屈曲形）があり、こちら側は、ころ軸受４の両側に、径方向隙間Rと軸方向隙間ＡＣが構
成されている。

図８（ａ）は、玉軸受５の構成を示すもので、内径部分に玉２４が転送する溝２４aを有
した外輪２２と外径部分に玉２４が転送する溝２４aを有した内輪２３で構成され、図８
（ｂ）のように組立てられている。このため、玉軸受５は、軸を中心に回転するが、軸方
向には動かない構造である。図１０（ａ）は、ころ軸受５の構成を示すもので、内径部
分にころ１９が転送する溝２１aを有した外輪１９と外径部分をころ１９が転送する内
輪２０（溝なし）で構成され、図１０（ｂ）のように組立てられている。このため、こ
ろ軸受４は、軸を中心に回転し軸方向にも移動できる構造である。（図１１（ａ）、図１
１（ｂ）参照）図１１（ａ）は固定子（外輪）に対し回転子が左に移動している状態、
図１１（ｂ）は固定子（外輪）に対し回転子が右に移動している状態である。

回転子と固定子は主に金属で出来ていて使用中の熱膨張が発生する。このため使用金属の
材料差もあるが、概して、回転子と固定子の温度差で熱膨張量に差が出る。これの差を吸
収して軸受が問題なく回転できる機能が、上記で説明したころ軸受４の機能である。

つまりこの熱膨張量の差をラビリンス部分では、隙間ＡＣ（約２ＭＭ）が吸収する構造に
なっている。ＡＣ＝２ＭＭであることは、熱膨張差が２ＭＭまで大きくならないが、２Ｍ
Ｍ以下でＡＣが変化することになる。

図１２は軸方向の動きを比較したもので、Ｃ部のラビリンスのＡＣはＬに関係しＢ部のラ
ビリンスのＡＣはＭに関係することになる。つまりＢ部のラビリンスのＡＣはＣ部よりＭ
／Ｌ大きく変動することになる。

また、電動機を組立てる場合の問題を次に説明する。図１３は電動機を組立てる最終段階
の状態で、回転子を固定子に挿入する状態を示している。（左矢印は組立て時、左矢印は
分解時を示す）図１４は、図１３のころ軸受側の拡大詳細図である。仕切り板９やころ軸
受４周りのラビリンスの軸方向隙間ＡＣは全て２ＭＭとなっている中立状態で、ころ軸受
内輪２０を基準にベアリングブラケット２は左右に２ＭＭ動ける状態にある。仕切り板
９とベアリングブラケット２の部分の軸方向隙間ＡＣの変化の詳細を図１５に示す。（ａ
）は図１４の中立状態であるが、回転子を基準に固定子が右に動くと状態（ｂ）に、左に
動くと状態（ｃ）になる。（ｃ）の状態になるとＡＣ内のグリースＧは（ｄ）の状態のよ
うに全て排出されて、回転子が固定子に組立てられた時点（電動機の使用状態で）ラビリ
ンス部のグリース機能が無くなることなる。

また、回転子が固定子に組立てられた電動機の使用状態では、先に説明した、回転子と固
定子の温度差で熱膨張量に差が出るので、やはり、ＡＣが変化することになるので、軸方
向隙間ＡＣ内のグリースＧは一部排出されて、ラビリンス部のグリース機能が低下するこ
となる。

そこで、本発明は、熱膨張差による軸方向隙間ＡＣ内のグリース吐出しと組立て作業時
の軸方向隙間ＡＣ内のグリース吐出しの低減を可能な全閉形電動機を提供することを目的
としている。

上記課題は、フレームと、この円形フレーム内径に嵌合させたステータと、このステ−タ
鉄心とこのステ−タ鉄心の内周側に配置されたロータと、前記フレームの一端部にベアリ
ングブラケットを介して配設されたころ軸受と、前記フレームの他端部を中心側に延ばし
て、ハウジングを介して配設された玉軸受と、前記ロータ鉄心が取付けられ、且つ前記こ
ろ軸受、玉軸受で回転自在に支承されたシャフトと、前記ロータの両側に配置された仕切
り板と、前記仕切り板と前記フレーム間に構成されたラビリンスと、前記ラビリンスに充
填されたグリースとを有し、前記ころ軸受側のラビリンスには、前記ロータと前記ステー
タの熱膨張差により前記ころ軸受側の仕切り板が移動した場合にもグリースを収納可能な
グリースポケットを備えたことにより達成することが出来る。

本発明により、熱膨張差による軸方向隙間ＡＣ内のグリース吐出しと組立て作業時の軸
方向隙間ＡＣ内のグリース吐出しを低減することが出来る全閉形電動機を提供することが
出来る。

本発明に基づく第１の実施の形態の全閉型電動機の断面図。本発明に基づく第１の実施の形態の全閉型電動機の断面図。本発明に基づく第１の実施の形態の全閉型電動機の断面図。本発明に基づく第２の実施の形態の全閉型電動機の断面図。永久磁石式全閉形電動機で、その一般的な構造を示すもの。（ａ）は図５の玉軸受側の仕切り板とフレーム間のラビリンス構造の詳細図。（ｂ）は図５のころ軸受側の仕切り板とベアリングブラケット間のラビリンス構造の詳細図。図５の玉軸受周り（仕切り板含む）の詳細図で径方向隙間と軸方向隙間を示す。（ａ）は玉軸受の構造を示す図である。（ｂ）は玉軸受の組み立て状態を示す図である。図５のころ軸受周り（仕切り板含む）の詳細図で径方向隙間と軸方向隙間を示す図である。（ａ）は玉軸受の構造を示す図である。（ｂ）は玉軸受の組立て状態を示す図である。（ａ）はころ軸受の外輪と内輪の軸方向移動を示す図である。（ｂ）はころ軸受の外輪と内輪の軸方向移動を示す図である。玉軸受を基準にした、仕切り板とベアリングブラケット間のラビリンス部の軸方向隙間の変化を玉軸受側、ころ軸受側で比較するための図である。電動機の組立方法を示すもので、固定子に回転子を挿入及び引き抜く状態を示す図である。一般的な電動機の、ころ軸受側の軸受周り及び仕切り板とベアリングブラケット周りのラビリンスの軸方向隙間を示す図である。（ａ）は図１４の仕切り板とベアリングブラケット周りのラビリンスの軸方向隙間の変化を示すもので、図６−２のようにグリースが入っている場合でも、グリースが吐き出されることを示す経過図である。（ｂ）は（ａ）の経過図である。（ｃ）は（ａ）の経過図である。（ｄ）は（ｃ）の経過図である。

（第１の実施の形態）
次に本発明に基づく第１の実施の形態の全閉形電動機について詳細に説明する。

図１本発明の第一の実施の形態の全閉形電動機の縦断図である。尚、図５で説明したもの
と同一のものは、同符号をつけて、一部のものについては説明を省略する。

第１の実施の形態の全閉型電動機が、図５に示した従来の全閉形電動機と異なる部分はベ
アリングブラケット１０２と仕切り円板１０９のラビリンス部分の軸方向隙間でＡｃ＋
α とした点（ころ軸受周りの軸方向隙間はＡｃのまま）で、その他の構造については図
５と同様の構成をとっている。

本発明に基づく第１の実施の形態の全閉型電動機は、固定部材である円筒状のフレーム１
の一端側にベアリングブラケット２を、またフレーム１の他端側の中央部にハウジング３
を取付け、このベアリングブラケット２とハウジング３のそれぞれの中心部に設けたころ
軸受４、玉軸受５によってロータシャフト６を回転自在に支持している。ロータシャフ
ト６の軸方向の中心部分にロータ鉄心７を固定し、このロータ鉄心７内部の外周部に永久
磁石（表示せず）を取り付けて回転子を形成している。

また、ロータ鉄心７の両端部には鉄心押え８、８が固定され、この手新押え８、８には仕
切り円板９、１０が配設されている。フレーム１の内周部には、円筒状のステータ鉄心１
１を取付け、このステータ鉄心１１の内周側に形成された多数の溝の中にステータコイル
１２を収納している。このステータコイル１２のコイルエンド部は、ステータ鉄心１１の
両側に張出した形となっている。ステータ鉄心１１の内周面とロータ鉄心７の外周面との
間には、一様な空隙１３を形成してあり、この電動機の運転時には、ステータコイル１２
に電流が流れ磁力の吸引、反発力で回転子が回転する。

一方、仕切り円板１０９とベアリングブラケット１０２間及び、仕切り円板１０とフレー
ム１間には、屈曲した微小隙間で構成された所謂「ラビリンス」Ａが構成されている。こ
の「ラビリンス」により、外気の侵入を防止して、同時に外気に含まれる塵埃、油等が入
らない構造としている。更に、軸受部周りにも固定部材である端フタ１４、１５と、回転
部材であるカラー１６、１７、１８が取付けられ、軸受４、５及び軸受内にある潤滑グ
リースＧを外気の塵埃から保護している。また、仕切り板には羽根が設けてあり、回転子
が回転すると仕切り板の羽根の通風作用で軸受部周りには矢印のように外気を導入して、
軸受及び回転子を冷却できる構造としている。このように構成して、電動機性能を確保す
ると共に、ロータシャフト６の一端を機外に突出させて駆動用歯車装置と結合する継手６
Ａ（カップリング）を取付け、電動機の回転力を車輪（表示せず）に伝え、鉄道車両を駆
動している。

ラビリンスＡには、軸受潤滑グリースと同等または類似のグリースが塗布、充填されてい
る。このように使われたグリースは、微小隙間を更に少なくする効果、微小塵埃粒子の捕
捉する効果があり、塵埃侵入防止効果は更に向上するメリットがある
本実施の形態の全閉型電動機は、ベアリングブラケット１０２と仕切り円板１０９のラビ
リンス部分の軸方向隙間でＡｃ＋αとすることにより熱膨張差により軸方向隙間内のグ
リース量は減少することはあるが、＋α分余分に確保でき軸方向隙間内のグリースを有効
に活用できるものになる。

本実施の形態の全閉型電動機は、固定子と回転子の熱膨張量に差が生じた軸方向にＡｃ回
転子が移動した場合であっても、＋α分のグリースポケットを備えているため、ラビリン
スに充填されているグリースが吐き出されることがなくなる。

また、電動機組立て作業時に発生する可能性の高い、軸方向隙間内の全グリース量の吐出
しは無くなりこれも＋α分は軸方向隙間内のグリースを有効に活用できるものになる。（
図２は回転子を基準に固定子が最も右側に移動した状態であり、図３は回転子を基準に固
定子が最も左側に移動した状態である。）
図１ではラビリンス部の軸方向隙間の改善部分が２箇所あり、グリースによる塵埃侵入防
止効果は1箇所より更にアップすることになる。

以上のように本実施の形態の全閉型電動機は、回転子と固定子の熱膨張差や、回転子を固
定子に挿入して組立てる作業時に、軸方向隙間に充填したグリースの減少や排出を防ぐこ
とが出来るので、全閉電動機の機内への塵埃侵入を更に減少させることができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明に基づく第２の実施の形態の全閉型電動機について説明する。図４は本発明に
基づく第２の実施の形態の全閉型電動機の断面図である。
図４は図１のベアリングブラケット１０２と仕切り円板１０９のラビリンス部分の軸方向
隙間の片方だけをＡｃ＋α としたものである。

軸方向隙間は、ころ軸受側で２箇所がＡｃで、しかも回転子と固定子の左右の移動がそれ
ぞれＡｃであれば、ころ軸受側の他の箇所（図１）は、ＡｃとＡｃ＋αを組合せてもよい
。

また、上記の状態であれば、玉軸受側の軸受周り、及び玉軸受側の仕切り板周りのラビ
リンスの軸方向隙間もＡｃとＡｃ＋αを組合せてもよい。また、本実施の形態の全閉型電
動機は、永久磁石電動機で説明したが、誘導電動機の場合でも実施できる。

また、本実施の形態では、フレームの有る構造に採用したものであるが、より出力の増す
フレームレス構造でで構成してもよい。また、玉軸受の代わりに、つば付ころ軸受で構成
したものでもよい。

また、本実施の形態では、屈曲数は２段で説明したが３段以上でもよい。また、本実施の
形態では、仕切り板に羽根を付けたもので説明したが、冷却性能に余裕があるものであれ
ば、羽根のない仕切り板でもよい。この場合は、冷却通路を限りなく少なくできるので、
車両用電動機であれば特に活用スペースが大きくなる。また、径方向隙間が約０．５ｍ
ｍで説明したが、複数の隙間を組合せて構成してもよい。

なお、この発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に
開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる
。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更
に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１・・・フレーム
２、１０２・・・ベアリングブラケット
３・・・ハウジング
４・・・ころ軸受
５・・・玉軸受
６・・・シャフト
６a・・・継手（カップリング）
７・・・ロータ鉄心
８・・・鉄心押え
９、１０、１０９・・・仕切り円板
１１・・・ステータ鉄心
１２・・・コイル
１３・・・空隙
１４、１５・・・端フタ
１６、１７、１８・・・カラー
１９・・・ころ軸受外輪
２０・・・ころ軸受内輪
２１・・・ころ
２１a・・・ころ軸受外輪溝
２２・・・玉軸受外輪
２３・・・玉軸受内輪
２４・・・玉
２４a・・・玉軸受外輪溝、内輪溝

Claims

フレームと、
この円形フレーム内径に嵌合させたステータと、
このステ−タ鉄心とこのステ−タ鉄心の内周側に配置されたロータと、
前記フレームの一端部にベアリングブラケットを介して配設されたころ軸受と、
前記フレームの他端部を中心側に延ばして、ハウジングを介して配設された玉軸受と、
前記ロータ鉄心が取付けられ、且つ前記ころ軸受、玉軸受で回転自在に支承されたシャフ
トと、
前記ロータの両側に配置された仕切り板と、
前記仕切り板と前記フレーム間に構成されたラビリンスと、
前記ラビリンスに充填されたグリースとを有し、
前記ころ軸受側のラビリンスには、前記ロータと前記ステータの熱膨張差により前記ころ
軸受側の仕切り板が移動した場合にもグリースを収納可能なグリースポケットを備えたこ
とを特徴とする全閉形電動機。
両側に鉄心押えを配してステータ鉄心を構成し円形フレーム内径に嵌合させ、
このステ−タ鉄心とこのステ−タ鉄心の内周側に配置されたロータ鉄心と、
前記フレームの一端部にベアリングブラケットを介して配設されたころ軸受と、
前記フレームの他端部を中心側に延ばして、ハウジングを介して配設された玉軸受と、前
記ロータ鉄心が取付けられ、且つ前記ころ軸受、玉軸受で回転自在に支承されたシャフト
と、
前記ステータ鉄心の内周部に構成されたコイルと、
前記ロータ鉄心の内部に配置された永久磁石で構成され、またロータ鉄心の両側に配置さ
れた鉄心押えに密着して取付けられた羽根を有する仕切り板とベアリングブラケット間及
び仕切り板とフレーム間にラビリンスを構成して、フレーム、ベアリングブラケット、ロ
ータ鉄心、仕切り円板等で全閉化構造を図りその中にあるコイル等を外部塵埃から保護す
る構造で、軸受周りについては、一般的なラビリンス構造を構成された電動機であって、
ころ軸受周りのラビリンスの軸方向側隙間Acが少なくともころ軸受の軸方向、両側にAc
だけ動く構造の電動機において、ころ軸受側の仕切り板とベアリングブラケットのラビリ
ンスの軸方向側隙間を少なくとも１箇所Ａｃ＋αとしたことを特徴とする全閉形電動機。
前記請求項２記載の全閉型電動機において
ころ軸受周りのラビリンスの軸方向側隙間がＡｃで無い部分のラビリンスの軸方向側隙間
をＡｃ＋αとしたことを特徴とする全閉形電動機。
前記請求項２又は前記請求項３記載の全閉型電動機において、玉軸受側のラビリンスの軸
方向側隙間をＡｃ＋αのみ又はＡｃ＋αとＡｃの組合せで構成したことを特徴とする全
閉形電動機。
前記請求項２又は前記請求項３記載の全閉型電動機において、玉軸受側の仕切り板とフレ
ーム間のラビリンスの軸方向側隙間をＡｃ＋αのみ又はＡｃ＋αとＡｃの組合せで構成
したことを特徴とする全閉形電動機。