JP6363188B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に係り、エアブリーザを有する回転電機に関する。

例えば、車両などの移動体は屋外での使用もされる為に、かかる移動体に搭載する回転電機は、フレーム部品の接合面、電源ケーブル接続部或いは軸貫通部などから水や粉塵の進入を防ぐため密閉性を高める構造を有する。

このように密閉性を高めると、回転電機内外で生ずる温度差によって、外部から回転電機内部に水分等を吸い込んでしまうという問題がある。例えば、冬期など回転電機内部と周囲の温度差が大きくなると、回転電機内外の空気に圧力差が生じ、部品接合面や軸貫通部のシール部などから水分を電動機内部に吸い込み、絶縁抵抗の低下や結露を生じさせる場合がある。また、シール部にも負荷が発生する。この対策として、回転電機内外の空気の循環を図るエアブリーザを取り付けることが行われている。

エアブリーザには、回転電機内外の空気が流通する通気孔が設けられ、その間にフィルタが設置される。フィルタは、通気孔から入った水分や異物の侵入を阻止し、空気のみを通過させる。これにより回転電機内外の圧力差を緩和し、回転電機内外の温度差を少なくすると共に、シール部に負担をかけないようになっている。

特許文献１には、ハイブリッドシステム用動力伝達装置に関する技術であって、トランスミッション室を大気開放する大気開放穴がハウジングに形成されており、このトランスミッション室に隣接するモータ室を区分する隔壁の一部に、両室の連通孔を設け、当該連通孔にエアブリーザを設置して、大気側よりは水分や異物の少ないトランスミッション室からモータ室にエアを吸排気する技術を開示する。即ちモータ室への外気の吸排気は、トランスミッション室を介して行うようになっている。

他方、回転電機内部に、より直接的に外気を吸排気するエアブリーザが知られている。図５に、このような構成のエアブリーザを備えた回転電機を例示する。図５（ａ）に、回転電機の側面及び回転軸方向正面を模式的に示す。回転電機のハウジング外周の上方には、端子箱１０が配置される。端子箱１０は、ケーシング１１内部と連通する空間が設けられ、その中を電機子の引出線が引き出されるようになっている（不図示）。端子箱１０の回転軸方向正面側側面には、エアブリーザ２０が設置される。

図５（ｂ）に、エアブリーザ２０付近の拡大図を示す。同図において、左側は、軸方向正面であり、右側は、エアブリーザ２０付近の側断面図である。端子箱１０の本体側面部１０ａには、回転軸１２の反出力軸方向に向かって凹部１５が形成される。凹部１５は、エアブリーザ２０よりも外周が大となる内径を有する円筒形状を有する。当該凹部１５の底面１６に、エアブリーザ２０が配置されるようになっている。

車両等に搭載される電動機は、屋外に設置され、粉塵、雨水にさらされるだけでなく、車両の潤滑油や油圧機器から漏れた油などが回転電機に落ちて付着することもある。特に、油に粉塵が付くと簡単には取り除くことができない。油は水に比して自然乾燥しにくく自然に剥がれ落ちることがないので、放っておけば堆積量が増える一方となる。このような環境は回転電機に取り付けられたエアブリーザの周辺も同様である。

一般に、エアブリーザは樹脂などからなり、電動機の筺体部に比べると機械的強度は弱く、外部の衝撃に弱い部品のため、電動機の取扱い中や、配線作業中に起こり得る外部からの機械的衝撃に対して破損しないよう、電動機の筐体よりも凹んだ場所に設置してある。（図５（ｂ）参照。）。

特開２０１３−１７７９５２号公報

ここで、図５（ｂ）に示す如く、エアブリーザ２０を設置する凹部を単に概略円筒形とし、凹部側面１７を水平方向に沿って配置すると、凹部側面１７の下方側で粉塵が堆積しやすくなる。堆積した粉塵が通気孔を遮蔽し、エアブリーザ２０の調圧機能が損なわれてしまうという課題がある。かかる課題は、付着した粉塵を除去やエアブリーザの交換といった定期的なメンテナンスを要求する。

また、回転電機を車両に搭載する場合、回転電機の傾きも変化することとなる。即ち車両は常に水平で走行しているとは限らず、坂道を登ったり下りたり、左右に傾斜していることもあるので、それに伴い回転電機も上下左右に傾斜し、傾きによっては、粉塵の堆積を冗長する虞もある（図５（ｂ）の例の場合、凹部１７が上方に向く場合等。）。
エアブリーザの機能を確保しつつ信頼性に優れた回転電機が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち垂直方向に沿った底部を有する凹部にエアブリーザを有する回転電機であって、前記凹部の開口部が、前記底部面積より大となる径を有すると共に前記凹部の少なくとも下方側の側面が、水平方向よりも下方に傾斜するものであり、前記エアブリーザが、前記底部に配置された回転電機である。

更には、垂直方向に沿った底部を有する凹部にエアブリーザを有する回転電機であって、前記凹部が、前記底部を頭頂面とする錐台形状の内側面を有するものであり、前記エアブリーザが、前記底部に配置された回転電機である。

本発明の一側面によれば、定常的に、エアブリーザのつまりを防止する効果を奏する。これにより、エアブリーザのメンテナンスフリーが可能となり且つ信頼性の高い電動機を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１（ａ）は、本発明を適用した一実施形態による回転電機の側面図である。図１（ｂ）は、同回転電機の回転軸方向正面図である。 本実施形態によるエアブリーザの構成を示す側断面図である。 本実施形態による凹部の構成を示す正面図及び側断面図である。 図４（ａ）は、本実施形態の回転電機を、回転軸上下方向に傾斜した場合の凹部の様を模式的に示し、図４（ｂ）は、同回転電機を、回転軸回転方向に傾斜した場合の凹部の様を模式的に示す。 図５（ａ）は、従来例の回転電機を示す側面図及び回転軸方向正面図である。図５（ｂ）は、同回転電機の、凹部の構成を示す正面図及び側断面図である。

以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態を説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に、本発明を適用した一例である回転電機１の側面図及び回転軸方向の正面図を示す。回転電機１は、回転子や固定子といった電機子を備え、例えば、ホイルローダ等の建設車両に適用される全閉型のモータである。また、建設車両に搭載する為に、不図示であるが、回転軸１２とケーシング(エンドブラケット)との間には、シール部やラビリンス構造体といった防水構成を有する。

回転電機１は、ケーシング１１の外周上方に端子箱１０を備え、内部の電機子から引き出された一次側の配線と、外部の二次側の配線１３とを結線するようになっている。外部からの配線１３と端子箱との接合部にもゴムブッシュ等の防水構造を有する。このように回転電機１の内部と、外部との間には、エアブリーザ２０を除いて、空気が積極的に流通する流路はなく、内外の温度差によって、内外の空気の圧力の影響を受けやすい構造となっている。

図２に、エアブリーザ２０の側断面を示す。エアブリーザ２０は、樹脂からなる基部２１を有する。図に示す様に、基部２１は、端子箱１０の側面１０ａに設け有られた孔に、端子箱外側から嵌め込む形状を有し、該孔を介して一部が端子箱１０の内部に係止するようになっている。

基部２１の外側に位置する部分には、外気の導入・排出をする風路２３ａを有し、端子箱１０内部に向かって風路２３ａと連通する風路２３ｂを有する。風路２３ａと風路２３ｂとの間には、フィルタ２２が設けられる。フィルタは、不織布や化学繊維からなり、粉塵が端子箱１０内部に侵入するのを遮断するようになっている。２つのエアブリーザ２０は、端子箱１０の側面に設けられた凹部１５に配置されるようになっている。

図３に、凹部１５付近の正面図及び側断面図を示す。凹部１５は、回転電機１の垂直方向に並行な概略楕円の底面１６を有し、この底面１６上に、十分離間させてエアブリーザ２０が配置されるようになっている。なお、本例では、２つのエアブリーザを適用するものとするが、本発明は、エアブリーザの数に特段限定されるものではない。

凹部１５の深さｄは、基部２１の外部に突出する高さよりも大であり、エアブリーザ２０が、直接外的要因と接触することを防止するようになっている。また、凹部１５の開口側（正面図中の手前側）の縁は、底面１６よりも大となる径を有する。本例の場合、凹部１５は、底面１６を上底面とし、縁を下底面とする概略楕円錐台の内径形状を有する。この結果、凹部１５の側面１７Ｘは、底面１６の外周を起点として上下左右方向に放射状に傾斜するものとなる。
なお、本発明は、底面１６が概略楕円に限定されるものではなく、四角や他の多角形であってもよく又底面１６の形状と縁部の模る形状が一致していなくてもよい。

本実施形態において、特に、凹部側面１７Ｘの下方側が、回転電機１の水平方向よりも下方に傾斜している点が、回転電機１（特に、端子箱１０周辺）に、降りかかる油水の排除に寄与する。油水は、通常、端子箱１０の上方から側面をつたって凹部１５側に進行する。凹部１５に進行した油水は、下方に傾斜する凹部斜面１７Ｘをつたって、回転電機１のケーシング１１側に流れ出るようになり、凹部１７Ｘに滞留することを防止する。

更に、本実施形態では、凹部１７Ｘの上方側も下方に向かって傾斜していることから、油水が下方に引く力が働き、張力によって、凹部側面１７Ｘの上方側に油水が滞留することを防止するようになっている。

また、凹部１７Ｘは、回転電機１が、回転軸上下方向或いは回転軸回転方向に姿勢を維持する場合のみならず、上下左右に傾斜する場合であっても、凹部１７Ｘから油水を排除する効果がある。

図４（ａ）及び（ｂ）に、回転電機１を、上下方向、回転方向に傾斜させた場合の凹部１５の様を模式的に示す。図４（ａ）は、回転軸１２を上下に傾斜させた様を示す。仮に出力軸側を３０度傾斜させた例を示す。即ち回転電機１を搭載した建設車両の許容傾斜角度を３０度とするものとする。また、本傾斜時において、凹部側面１７Ｘと、回転電機１の水平時の角度（ゼロ度）とでなす角度がマイナス角度となるように、凹部側面１７Ｘの傾斜を構成するものとする（即ち回転電機１が水平時に、凹部側面１７Ｘが、マイナス３０度より大の傾斜となる。θ＜−３０度。図３参照。）。

このように、回転電機１が、回転軸方向に上方３０度傾斜した場合であっても、（下方）凹部側面１７Ｘは、水平よりも更に下方に傾斜することから、油水が凹部１５から流し出す機能を維持する。

同様に、図４（ｂ）は、回転電機１が、回転軸回転方向に傾斜した場合を示す。図中右側は、回転電機１を側面から観察した場合の凹部１５の断面斜視図である。この場合でも、凹部側面１７Ｘは、下方に対する傾斜となり、油水が凹部１５から流し出す機能を維持する。

以上のように、本実施形態によれば、エアブリーザ２０周辺に油水が滞留することを防止することができ、これに伴い粉塵の体積も大幅に軽減させることができる。

また、凹部側面１７Ｘは、回転電機１に許容された回転軸上下方向及び回転方向に傾斜角度よりも大に下方に傾斜する角度となるように構成されることから、例えば、回転電機１を搭載する車両の許容傾斜角度に応じて凹部側面１７Ｘの角度を設計することで、通常の稼働状態において、エアブリーザ２０のメンテナンスフリー及び回転電機１並びに車両の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明を実施する形態につういて説明したが、本発明は上記種々の例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
例えば、凹部１７は、錐台の内径形状を例として説明したが、放射状に広がる凹部側面１７Ｘの少なくとも下方側が、下方に傾斜するようになっているだけでも一定の効果を期待することができる。

また、凹部１５を、端子箱１０の側面に設ける構成としたが、例えば、ケーシングのエンドブラケットに凹部１５及びエアブリーザ２０を設ける構成とすることもできる。同様に、凹部１５を端子箱１０とエンドブラケットの両方に設けるなど、複数箇所に設けることも可能である。

１…回転電機、１０…端子箱、１０ａ…端子箱本体基部、１１…ケーシング、１２…回転軸、１３…（二次側）配線、１５…凹部、１６…凹部底面、１７、１７Ｘ…凹部側面、２０…エアブリーザ、２１…基部、２２…フィルタ、２３ａ、２３ｂ…風路

Claims (3)

1. 垂直方向に沿った底部を有する凹部にエアブリーザを配設する回転電機であって、
   前記凹部の開口部が、前記底部面積より大となる径を有すると共に前記凹部の少なくとも下方側の側面が、水平方向よりも下方に傾斜するものであり、
   前記エアブリーザが、前記底部に配置されたものであり、
   前記エアブリーザの上面は、前記凹部の開口部よりも下方に位置するものである回転電機。
2. 垂直方向に沿った底部を有する凹部にエアブリーザを有する回転電機であって、
   前記凹部の開口部が、前記底部面積より大となる径を有するものであり、
   前記凹部が、前記底部を頭頂面とする錐台形状の内側面を有するものであり、
   前記エアブリーザが、前記底部に配置されたものであり、
   前記エアブリーザの上面は、前記凹部の開口部よりも下方に位置するものである回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   前記凹部が、前記回転電機のケーシング外周に配設された端子箱に配置されたものである回転電機。

Images