JPH0311179B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は鉄道車両駆動用誘導電動機の固定子と
その製作方法に関するものである。

（発明の技術的背景とその問題点） 従来、鉄道車両駆動用主電動機としては制御の
容易な直流電動機、とくに直流直巻電動機が構造
的な複雑さやブラシ回りの保守の煩雑さを持つて
いるにもかかわらずその特性と制御性の良さから
独占的に用いられてきた。しかし、近時、パワー
エレクトロニクスの発展により、従来とかく大型
で車両に積載するのが困難とされていた可変電
圧、可変周波数電源が非常に小型に構成できるよ
うになつたのに伴つて、構造的に単純で保守の容
易な誘導電動機が直流電動機に代わつて用いられ
るようになつてきている。しかし、鉄道車両駆動
用としての誘導電動機の歴史は浅く、一般工業用
の定置型のものとは異なり、取付けられる台車の
非常に高い振動加速度に耐える必要があるが、そ
れをどのようにして満足させたら良いのか、はつ
きりとした方向は定まつていない。そこで、誘導
電動機においても従来の直流直巻電動機の継鉄と
同様のフレームを作り、そのフレーム内の周方向
複数箇所に軸方向に走るバー状のスペーサを溶接
し、その内径を加工仕上げして固定子鉄心を挿入
固定する構造とし、固定子鉄心とフレーム間に、
軸方向に走る冷却風通路を形成するのが一般的で
ある。

第８図および第９図は従来用いられている鉄道
車両駆動用の直流直巻電動機および誘導電動機の
構造を、回転子を省略して示したものである。

第８図の直流直巻電動機は、構造部材と磁気回
路部材とを兼ねる継鉄１の内周側に、主極巻線３
を巻装した主極２と、補極巻線６を巻装した補極
５とを周方向に交互に配設している。主極２およ
び補極５はそれぞれ継鉄１の外周側からねじ込ま
れるボルト４，７により継鉄１に固定され、図示
していない回転電機子に対するＮ，Ｓ極を構成す
る。この電動機にはノーズサスペンシヨン方式の
ときのノーズ８が継鉄１から突出するように付設
され、また、ノーズサスペンシヨン方式の場合の
サスメタルを保持するサスメタル受９および油溜
１０が設けられている。

第９図の誘導電動機は固定子鉄心１２をフレー
ム１Ａの内側にスペーサ１１を介して保持し、固
定子鉄心１２とフレーム１Ａとの間に軸方向に走
る冷却風通路１４を形成している。スペーサ１１
は軸方向に長いバー状を呈してており、周方向の
適当箇所に分布して配置されている。固定子鉄心
１２のスロツト内には三相回転磁界を発生させる
ための固定子巻線１３が収納されている。この誘
導電動機にもノーズ８、メタル受９、および油溜
１０が設けられている。

ここで第８図の直流電動機はそれなりに合理的
に作られ、無駄のない構造をしているが、問題は
第９図の誘導電動機である。つまり、後者のフレ
ーム１Ａは電動機の磁気回路には関係なく、単な
る強度部材および冷却風通路形成部材にすぎない
が、これを省略することはできず、他方、固定子
鉄心１２は電動機構造上の強度はほとんど関係し
ておらず、結果的に第９図の誘導電動機は非常に
無駄の多い構造となつている。

（発明の目的） したがつて本発明の目的は、前述のフレームに
対し固定子鉄心を強度部材としても合理的に機能
するように構成することにより、同一スペースの
もとでより強力でより大容量に構成し得る誘導電
動機の固定子とその製作方法を提供することにあ
る。

（発明の概要） この目的を達成するために本発明による誘導電
動機の固定子は、内周側に巻線収納用スロツトを
形成し、外周側に周方向に分布して数箇所の軸方
向に走る突出当接部を形成した積層型の固定子鉄
心と、この固定子鉄心の前記スロツト内に収納さ
れた固定子巻線と、前記突出当接部と接触するよ
うに前記固定子鉄心の外周側に配置され、電動機
軸方向に沿つて形成された長孔に沿い前記突出当
接部において前記固定子鉄心と溶接により結合さ
れ、前記固定子鉄心との間に前記突出当接部相互
間で軸方向に走る冷却風通路を形成する外周円筒
と、この前記固定子鉄心を軸方向に固定するため
に固定子鉄心の両端面外周部に配設され、前記固
定子鉄心の突出当接部に対応する突出接合部にお
いて前記外周円筒の内周面に溶接された一対のリ
ング状固定金具と、前記外周円筒の両端部にそれ
ぞれ取外し自在に配設される一対の軸受ブラケツ
トとを具備したことを特徴とするものである。

本発明の他の構成による誘導電動機の固定子は
内周側に巻線収納用スロツトを形成し、外周側に
周方向に分布して数箇所の軸方向に走る突出当接
部を形成した積層型の固定子鉄心と、この固定子
鉄心の前記スロツト内に収納された固定子巻線
と、前記突出当接部と接触するように前記固定子
鉄心の外周側に配置され、電動機軸方向に沿つて
形成された長孔に沿い前記突出当接部において前
記固定子鉄心と溶接により結合され、前記固定子
鉄心との間に前記突出当接部相互間で軸方向に走
る冷却風通路を形成する外周円筒と、この前記固
定子鉄心を軸方向に固定するために固定子鉄心の
両端面外周部に配設され、前記固定子鉄心の突出
当接部に対応する突出接合部において前記外周円
筒の内周面に溶接された一対のリング状固定金具
と、前記外周円筒の両端部にそれぞれ溶接により
取付けられたリング状の一対の端金具と、この端
金具に取外し自在に取付けられる一対の軸受ブラ
ケツトとを具備したことを特徴とする。

本発明のさらに他の構成による誘導電動機の固
定子は、内周側に巻線収納用スロツトを形成し、
外周側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る
突出当接部を形成した積層型の固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心の前記スロツト内に収納された固定
子巻線と、前記突出当接部と接触するように前記
固定子鉄心の外周側に配置され、電動機軸方向に
沿つて形成された長孔に沿い前記突出当接部にお
いて前記固定子鉄心と溶接により結合され、前記
固定子鉄心との間に前記突出当接部相互間で軸方
向に走る冷却風通路を形成する外周円筒と、この
前記固定子鉄心を軸方向に固定するために固定子
鉄心の両端面外周部に配設され、前記固定子鉄心
の突出当接部に対応する突出接合部において前記
外周円筒の内周面に溶接された一対のリング状固
定金具と、前記外周円筒の両端部にそれぞれ溶接
により取付けられたリング状の一対の端金具と、
この一対の端金具にそれぞれ取外し自在に装着さ
れた一対の軸受ブラケツトと、電動機を台車に組
込むために前記一対の端金具を連結するように前
記外周円筒に沿つて配設され、両端金具に溶接固
定された取付構造部材とを具備したことを特徴と
する。

さらに本発明は、以上の固定子の製作方法とし
て、内周側に巻線収納用スロツトを形成し、かつ
外周側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る
突出当接部を形成した積層型の固定子鉄心を前記
突出当接部相互間の外周面凹部において軸方向に
沿う溶接ビードにより予め接合一体化してから前
記突出当接部に接触する外周円筒内に挿入し、前
記突出当接部と外周円筒とを外周円筒の外側から
プラグ溶接により溶接固定し、次いで前記スロツ
ト内に固定子巻線を収納することを特徴とする。

さらにまた本発明の固定子の製作方法は、内周
側に巻線収納用スロツトを形成し、外周側に周方
向に分布して数箇所の軸方向に走る突出当接部を
形成し、かつ前記スロツトと突出当接部との間に
伝熱抵抗手段として周方向に広がりを有し軸方向
に走るスリツトを形成してなる積層型の固定子鉄
心を前記突出当接部相互間の外周面凹部において
軸方向に沿う溶接ビードにより予め結合一体化
し、前記スロツト内に固定子巻線を収納してから
固定子鉄心を前記突出当接部に接触する外周円筒
内に挿入し、前記突出当接部と外周円筒とを外周
円筒の外側からプラグ溶接により固着することを
特徴とする。

なお、前記突出当接部と外周円筒との溶接は、
前記スリツト内に、突出当接部側で熱的に密接
し、スロツト側ではわずかしか接触しない熱伝導
バーを挿入した状態で行なうのがよい。

（発明の実施例） 第１図および第２図は本発明による鉄道車両駆
動用誘導電動機の固定子の一実施例を示すもので
ある。この固定子の固定子鉄心１２Ａは通常そう
であるように積層型であり、周上数箇所に形成さ
れた軸方向に走る突出当接部１２Ｂで外周円筒１
５に当接している。固定子鉄心１２Ａの個々の鉄
板はプレス打抜きで作られるのに対して、外周円
筒１５は１枚の平板を円筒状に成形し、その合せ
目を溶接接合して作られる。そのため外周円筒１
５を断面真円に作るのは難しく、内周面は機械仕
上げなどの処置を施し、固定子鉄心１２Ａとの間
のはめ合い精度を得る。固定子鉄心１２Ａの突出
当接部１２Ｂ相互間の凹部には外周円筒１５との
間に軸方向に走る空所すなわち冷却風通路１４Ａ
が形成される。固定子鉄心１２Ａの突出当接部１
２Ｂと外周円筒１５とは、外周円筒１５に軸方向
に設けられた長孔に沿つて行なわれるプラグ溶接
による溶接部１６によつて強固に接合される。ノ
ーズサスペンシヨン方式の場合のノーズ８Ａおよ
びサスメタル受１７などの、電動機を台車に組込
むために取付構造部材は外周円筒１５の強固な部
分に溶接される。つまり、外周円筒１５と固定子
鉄心１２Ａとを結合している溶接部１６に、外周
円筒１５上において、ノーズ８Ａやサスメタル受
１７などの取付構造部材を取付けることにより、
外周円筒１５に特別な補強手段を講じたりするこ
となく、ノーズ８Ａおよびサスメタル受１７を十
分な機械的強度をもつて強固に固定することがで
きる。外周円筒１５の長手方向端部にはリング状
の端金具１８を溶接部２１で示すように溶接接合
し、この端金具１８に軸受ブラケツト１９をはめ
込み、ボルト２３などにより取外し自在に締付け
固定する。このような構造において、サスメタル
受１７には外周円筒１５に対して軸受ブラケツト
１９を固定する場合の補強作用を持たせることが
できる。固定子鉄心１２Ａの外周円筒１５に対す
る軸方向の固定は、冷却風通路１４Ａを阻害しな
いように、固定子鉄心１２Ａの突出当接部１２Ｂ
に対応する突出接合部を有し、その突出接合部に
おいて溶接部２２Ａ，２２Ｂで外周円筒１５の内
周面に溶接された両リング状固定金具２０Ａ，２
０Ｂによつて行なわれる。積層した鉄板を溶接接
合する場合には、よほど注意しないと積層板間の
異物などからブローなどが出て溶接の信頼性が低
下してしまうことも場合によつて生じることがあ
るが、上記のような固定金具２０Ａ，２０Ｂと外
周円筒１５との溶接にはそのような不都合を伴う
ことがなく、極めて高い信頼性をもつて溶接接合
を行なうことができる。その場合、ノーズ８Ａや
サスメタル受１７が固定金具２０Ａ，２０Ｂの上
まで来ることは強度上むしろ好ましいことであ
る。固定子巻線１３は、これらの溶接作業を終え
てから固定子鉄心１２Ａのスロツト内に収納され
る。

第１図および第２図に示した以上の構成を有す
る誘導電動機の固定子において固定子巻線１３に
交流電圧を印加したときに生ずる磁束の通路は固
定子鉄心１２Ａによつて十分確保できるので、磁
気回路部材としては外周円筒１５は必要でなく、
この外周円筒１５はあくまで強度を確保するため
の部材である。すなわち、固定子鉄心１２Ａは、
極めて薄く、かつ機械的にもろい特殊鋼板を軸方
向に所望の厚さに積層した構造であるため、一般
的には各種の荷重に耐え得る構造物ではあり得な
い。しかし、固定子鉄心１２Ａは周方向数箇所の
突出当接部１２Ｂでプラグ溶接により外周円筒１
５に接合合されているため、外周円筒１５の軸方
向の剛性および周方向の捩れに対する剛性と固定
子鉄心１２Ａの周方向の剛性とが加算され、両者
は全体としてあらゆる方向の変形に対して高い剛
性を有する一つの構造物を構成する。外周円筒１
５の両端部には固定子鉄心１２Ａが存在しないの
で、同部の半径方向の剛性は外周円筒１５自体で
は極めて小さくなる。外周円筒１５の両端部にお
ける半径方向のこの剛性低下は端金具１８と、こ
の端金具１８に装着される軸受ブラケツト１９と
によつて十分補強される。

外周円筒１５と固定子鉄心１２Ａとは、プラグ
溶接による溶接部１６での接合が確実に行なわれ
るならば、周方向全面で完全密着する必要はな
く、その非密着部すなわち凹部に冷却風通路１４
Ａを形成することにより固定子側の発生熱を効果
的に放散させることができる。

なお、サスメタル受１７は電動機両端側の両端
金具１８間を連結するように外周円筒１５に沿つ
て配設すれば、固定子鉄心１２Ａと外周円筒１５
とが結合された剛性の強い部分と、端金具１８の
存在する所との間に介在する外周円筒１５の短い
が剛性の小さい部分を補強するのに好都合であ
る。

以上の構成によれば、外周円筒１５は機械に必
要な強度のすべてを負担する必要がないため、相
当薄い鋼板で構成することができ、しかも外周円
筒１５と固定子鉄心１２Ａとの間に冷却風通路１
４Ａを形成することができる。したがつて、必要
とされる外周円筒１５の板厚、冷却風通路、固定
子鉄心の磁束通路を確保した上で、従来の電動機
外径と同じ外径のもとで、従来の直流直巻電動機
または誘導電動機に比して回転子直径を大きくす
ることができる。回転子直径が大きくなること
は、それだけ電動機トルクが大きくなることにつ
ながり、同一外径でより大きな電動機出力が容易
に得られることを意味する。

以上のように本発明によれば、電動機構成部材
が強度部材または磁気回路部材としてのみ専用さ
れるという分担性がなくなり、すべての部材が必
要強度を負担することになり、その分だけ電動機
重量を軽減することができる。この必要強度とい
うのは吊掛方式の場合と台車装架方式の場合とで
若干異なることがあり得るが、本発明による上述
の構造はいずれの場合にも適用可能である。

第３図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。ここでは、固定子鉄心１２Ａを外周円筒１５
の内部に収めて溶接部１６の溶接を行なう前に、
固定子鉄心を構成する個々の鉄板を予め所定の鉄
心形状に積層し、冷却風通路１４Ａに面する凹部
にTIG溶接を施して溶接ビード２４により各鉄板
相互間を固定する。このようにすれば、固定子鉄
心１２Ａを外周円筒１５の内部に挿入するときの
作業がやり易くなる。

固定子巻線１３は、固定子鉄心を構成する鉄板
を１枚ずつ外周円筒１５内に挿入配置する方式で
は、当然のことながら固定子鉄心が出来上がつた
後にそのスロツト内に挿入配置されることにな
る。しかし、第３図を参照して述べたように機外
で予め固定子鉄心を構成する場合には、固定子巻
線１３も外周円筒１５内に組込む前に固定子鉄心
１２Ａ内に外部で収納し、その固定子巻線１３を
装着した固定子鉄心１２Ａを外周円筒１５内に収
納し、溶接部１６により固定する方式とすること
ができる。その場合、溶接部１６の溶接熱が固定
子巻線１３に及んだのではその絶縁を脅かすおそ
れがある。このような不都合を除去するために
は、第４図に示すように、固定子鉄心１２Ａに、
巻線収納用スロツトと溶接部１６との間に介在し
て伝熱抵抗手段として機能するように周方向に広
がりを有する軸方向に走るスリツト２５を設けて
おき、溶接部１６から溶接熱が固定子巻線１３に
伝わりにくいように、すなわち伝熱通路長が長く
なるようにして断熱を図るのがよい。

第５図は第４図の実施例の変形例を示すもので
ある。ここでは、スリツト２５の中に特殊な断面
形状の銅バー２６を挿入したのが特徴である。す
なわち、銅バー２６は、スリツト２５内で半径方
向外周側は固定子鉄心１２Ａに全面的に熱接触
し、内周側は凹凸を持つていて極めて限られた部
分でしか固定子鉄心１２Ａに接触しないような断
面形状を持つている。このような銅バー２６を挿
入することにより、溶接１６の溶接作業中、突出
当接部１２Ｂに伝えられた溶接熱は本来積層型固
定子鉄心の特性として電動機軸方向には伝熱しに
くく、個々の鉄板内で固定子巻線１３側へと伝熱
したがつていたのが、電動機軸方向に熱を拡散さ
せ、固定子巻線１３への熱影響を最少限に食い止
めることができる。さらに、銅バー２６を中空に
してそこに冷却水を流すようにすれば、その断熱
効果を一層向上させることができる。なお、銅バ
ー２６は、溶接部１６の溶接作業終了後は不要で
あり、これを除去するのがよいが、残しておいて
も特に有害な作用を及ぼすこともないので場合に
よつては残したままでもよい。

第６図および第７図は、外周円筒１５に対する
固定子鉄心１２Ａの外周部形状を変えた実施例を
示すものである。第６図の実施例は隣接する溶接
部１６相互間において固定子鉄心１２Ａの、冷却
風通路１４Ｂに対向する面を断面直線状の平面と
したものであり、第７図の実施例は隣接する溶接
部１６相互間に相対的に小さい複数個の冷却風通
路１４Ｃを形成したものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、同一外径の
もとで出力のより大きな鉄道車両駆動用誘導電動
機の固定子を提供することができる。また、各構
成部材を強度部材として有効に機能させることが
でき、また、外周円筒の外側に設けるノーズやサ
スメタル受などの取付構造部材も外周円筒と固定
子鉄心とを結合した、機械的に強固な溶接部に取
付けられるので、特別な補強手段を講ずることな
く十分な強度が得られるので、重量的にも軽量化
することができ、かつ内部の冷却を十分に行なう
ことができる。さらに、本発明によれば、固定子
鉄心と外周円筒との接合部に生ずる溶接熱を固定
子巻線に伝わりにくくすることができ、機外で固
定子鉄心に固定子巻線を組込んで外周円筒内に収
納することが可能で製作作業を容易に遂行するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す要部
の横断面図および縦断面図、第３図、第４図、第
５図、第６図、第７図はそれぞれ本発明の異なる
変形例を示す要部の横断面図、第８図は公知の電
気鉄道車両駆動用直流直巻電動機の固定子を示す
横断面図、第９図は従来の電気鉄道車両駆動用誘
導電動機の固定子を示す横断面図である。 １Ａ……外周円筒、８Ａ……ノーズ、１２Ａ…
…固定子鉄心、１２Ｂ……突出当接部、１３……
固定子巻線、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ……冷却風
通路、１６……溶接部、１７……サスメタル受、
１８……端金具、１９……軸受ブラケツト、２０
Ａ，２０Ｂ……固定金具、２１……溶接部、２２
Ａ，２２Ｂ……溶接部、２３……ボルト、２４…
…溶接ビード、２５……スリツト、２６……銅バ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内周側に巻線収納用スロツトを形成し、外周
   側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る突出
   当接部を形成した積層型の固定子鉄心と、 この固定子鉄心の前記スロツト内に収納された
   固定子巻線と、 前記突出当接部と接触するように前記固定子鉄
   心の外周側に配置され、電動機軸方向に沿つて形
   成された長孔に沿い前記突出当接部において前記
   固定子鉄心と溶接により結合され、前記固定子鉄
   心との間に前記突出当接部相互間で軸方向に走る
   冷却風通路を形成する外周円筒と、 前記固定子鉄心を軸方向に固定するために固定
   子鉄心の両端面外周部に配設され、前記固定子鉄
   心の突出当接部に対応する突出接合部において前
   記外周円筒の内周面に溶接された一対のリング状
   固定金具と、 前記外周円筒の両端部にそれぞれ取外し自在に
   配設された一対の軸受ブラケツトと を具備したことを特徴とする鉄道車両駆動用誘導
   電動機の固定子。 ２ 内周側に巻線収納用スロツトを形成し、外周
   側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る突出
   当接部を形成した積層型の固定子鉄心と、 この固定子鉄心の前記スロツト内に収納された
   固定子巻線と、 前記突出当接部と接触するように前記固定子鉄
   心の外周側に配置され、電動機軸方向に沿つて形
   成された長孔に沿い前記突出当接部において前記
   固定子鉄心と溶接により結合され、前記固定子鉄
   心との間に前記突出当接部相互間で軸方向に走る
   冷却風通路を形成する外周円筒と、 前記固定子鉄心を軸方向に固定するために固定
   子鉄心の両端面外周部に配設され、前記固定子鉄
   心の突出当接部に対応する突出接合部において前
   記外周円筒の内周面に溶接された一対のリング状
   固定金具と、 前記外周円筒の両端部にそれぞれ溶接により取
   付けられたリング状の一対の端金具と、 この端金具に取外し自在に取付けられた一対の
   軸受ブラケツトと を具備したことを特徴とする鉄道車両駆動用誘導
   電動機の固定子。 ３ 内周側に巻線収納用スロツトを形成し、外周
   側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る突出
   当接部を形成した積層型の固定子鉄心と、 この固定子鉄心の前記スロツト内に収納された
   固定子巻線と、 前記突出当接部と接触するように前記固定子鉄
   心の外周側に配置され、電動機軸方向に沿つて形
   成された長孔に沿い前記突出当接部において前記
   固定子鉄心と溶接により結合され、前記固定子鉄
   心との間に前記突出当接部相互間で軸方向に走る
   冷却風通路を形成する外周円筒と、 前記固定子鉄心を軸方向に固定するために固定
   子鉄心の両端面外周部に配設され、前記固定子鉄
   心の突出当接部に対応する突出接合部において前
   記外周円筒の内周面に溶接された一対のリング状
   固定金具と、 前記外周円筒の両端部にそれぞれ溶接により取
   付けられたリング状の一対の端金具と、 この一対の端金具にそれぞれ取外し自在に装着
   された一対の軸受ブラケツトと 電動機を台車に組込むために前記一対の端金具
   を連結するように前記外周円筒に沿つて配設さ
   れ、両端金具に溶接固定された取付構造部材と を具備したことを特徴とする鉄道車両駆動用誘導
   電動機の固定子。 ４ 内周側に巻線収納用スロツトを形成し、外周
   側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る突出
   当接部を形成した積層型の固定子鉄心を前記突出
   当接部相互間の外周面凹部において軸方向に沿う
   溶接ビードにより予め接合一体化してから前記突
   出当接部に接触する外周円筒内に挿入し、前記突
   出当接部と外周円筒とを外周円筒の外側からプラ
   グ溶接により溶接固定し、次いで前記スロツト内
   に固定子巻線を収納することを特徴とする鉄道車
   両駆動用誘導電動機の固定子の製作方法。 ５ 内周側に巻線収納用スロツトを形成し、かつ
   外周側に周方向に分布して数箇所の軸方向に走る
   突出当接部を形成し、かつ前記スロツトと突出当
   接部との間に伝熱抵抗手段として周方向に広がり
   を有し軸方向に走るスリツトを形成してなる積層
   型の固定子鉄心を前記突出当接部相互間の外周面
   凹部において軸方向に沿う溶接ビードにより予め
   接合一体化し、前記スロツト内に固定子巻線を収
   納してから固定子鉄心を前記突出当接部に接触す
   る外周円筒内に挿入し、前記突出当接部と外周円
   筒とを外周円筒の外側からプラグ溶接により固着
   することを特徴とする鉄道車両駆動用誘導電動機
   の固定子の製作方法。 ６ 前記突出当接部と外周円筒との溶接を、前記
   スリツト内に、突出当接部で熱的に密接し、スロ
   ツト側ではわずかしか接触しない熱伝導バーを挿
   入した状態で行なうことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の鉄道車両駆動用誘導電動機の固
   定子の製作方法。