JPH06153471A - 誘導電動機の回転子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミキャスト製タイプの回転子１１の短絡
環１５の通風冷却効率を高め、その短絡環１５の急激な
発熱昇温による熱膨脹を軽減して、塑性変形によるクリ
ープ現象をなくし、電車等の高速車両用主電動機として
有用な耐久性に優れたアルミキャスト製タイプの高回転
形誘導電動機の回転子構造を提供することにある。 【構成】 高速回転形の誘導電動機のアルミキャスト製
タイプの回転子１１の短絡環１５の内周に冷却フィンを
兼ねた送風羽根１５ａを設けると共に、この短絡環１５
の外端側に配するプレートロック１７の外周縁寄りに複
数の通気穴１７ｂを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、特に電車等の
高速鉄道車両の主電動機（原動機）などに利用される誘
導電動機の回転子構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、電子制御技術の発達に伴い、
ＶＶＶＦインバーター制御のかご形誘導電動機の開発が
進んでいる。これは整流子を持たないことから構造的に
単純で、保守項目が少なく、かつ高速回転に耐えやす
く、しかも小型・軽量化と容量アップが図れるなどの利
点を有することから、主に電車等の鉄道車両の主電動機
として多く採用されるようになって来ている。

【０００３】特に、電車等の高速車両用主電動機におい
ては、一般の汎用モータと条件が異なり、厳しい寸法的
制約のなかで、高速回転に伴う急激な発熱昇温・降温、
高回転クリープなどに耐えられることが必要であり、こ
のために、これに利用する誘導電動機は、回転子鉄心の
各スロットに銅製のローターバーを挿入すると共に、こ
れらの端部に銅リングの短絡環をロー付けし、この短絡
環を保持環で保持した構造の回転子を用いたものが一般
的である。

【０００４】しかしながら、最近では、超軽量化の高速
車両が次々と計画され、これに伴い車体と共に台車側も
大幅な軽量化が必要になって来ている。このために台車
に搭載される主電動機においても更に一層の軽量化が望
まれ、この軽量化の手段として、従来の銅製のものに代
えて、アルミキャスト製タイプの回転子を用いた高回転
形の誘導電動機の採用が検討されて来ている。このアル
ミキャスト製タイプの回転子を用いた高回転形の誘導電
動機は、汎用モータとしては既に使用されているが、後
述するように、急激な発熱昇温・降温・高回転クリープ
に対して不利な面があり、車両用モータとしては利用さ
れていないのが現実である。図３及び図４はその従来の
アルミキャスト製タイプの回転子を用いた高速回転形の
誘導電動機の一例を示している。これを簡単に説明す
る。

【０００５】図中符号１は固定子を示し、この固定子１
は、フレーム２と鏡蓋３とで外殻を構成し、そのフレー
ム２の内周部にコイル４を組付た固定子鉄心５を両側の
鉄心抑え６により固定して取り付けていると共に、フレ
ーム２の両端壁（一端側は前記鏡蓋３である）に軸受ハ
ウジング部３ａを持ち、この中心部に軸受７を保持する
構造である。

【０００６】一方、符号１１はかご形回転子を示し、こ
の回転子１１は、前記固定子１の両端軸受７に回転自在
に支承させた回転子軸１２と、この回転子軸１２にこれ
と一体に回転するように嵌着した回転子鉄心１３と、こ
の回転子鉄心１３の外周のスロット１３ａに鋳込むよう
にして互いに一体に設けたアルミキャスト製のローター
バー１４及びこの両端の短絡環（エンドリング）１５と
を備えた構造である。このローターバー１４と短絡環１
５とをアルミキャスト製としたことで、高速回転時に遠
心力で変形しないように、該短絡環１５の外周に鋼製等
の保持環１６を焼きばめして設けていると共に、その短
絡環１５と保持環１６の外端部を保持して補強する円板
状のプレートロック１７をボス１８を介して回転子軸１
２に設けている。

【０００７】また、この高速回転用の誘導電動機は、駆
動回転時や回生時の機内の発熱を冷却するために、図示
しないが、外部の冷却用ブロアにより冷却風を機内に押
し込み通風させる強制通風冷却式、或いは機内に回転子
軸１２と一体に回転する冷却用ファンを内蔵して外部空
気を引き込み通風させる自己通風冷却式とがある。な
お、ここでは外部の冷却用ブロアにより冷却風を押し込
む強制通風冷却式のものを図示している。

【０００８】この外部の冷却用ブロアによりフレーム３
の図省略した他端側から押し込まれた冷却風が、機内を
冷却しながら一端側に向けて通風するように、前記回転
子１１の回転子鉄心１３にこの軸線方向に貫通して複数
の通風穴１３ｂを形成していると共に、前記プレートロ
ック１７にも該回転子鉄心１３の各通風穴１３ｂと対向
する箇所にそれぞれ通風穴１７ａを形成している。また
鏡蓋３に排気口３ｂを形成している。そして機内他端側
に押し込まれた冷却風が、矢印で示す如く、固定子鉄心
５と回転子鉄心１３との間の隙間Ｇと、前記通風穴１３
ｂ，１７ａを通って、機内各部を冷却しながら一端側の
排気口３ｂより外部に抜けるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】こうした従来のアルミ
キャスト製タイプの高回転形の誘導電動機においては、
回転子１１のローターバー１４と短絡環１５とをアルミ
キャスト製としたことで、軽量化が図れると共に、その
アルミの短絡環１５を保持環１６とプレートロック１８
で補強したことで、高速回転時の遠心力に対する耐強度
の向上が図れるが、しかし、前記アルミキャスト製の短
絡環１５が急激な発熱による熱膨張により塑性変形を生
じてクリープ（経時的に歪みを増す）現象が発生し、こ
れが進行して該短絡環１５が回転子鉄心１３の端部より
破壊される虞れがあり、電車等の高速車両用主電動機と
しては利用し難い問題があった。

【００１０】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、アルミキャスト製タイプの回転子の短
絡環の通風冷却効率を高め、その短絡環の急激な発熱昇
温による熱膨脹を軽減して、塑性変形によるクリープ現
象をなくし、電車等の高速車両用主電動機として有用な
耐久性に優れたアルミキャスト製タイプの高回転形誘導
電動機の回転子構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の誘導電動機の回
転子構造は、前記目的を達成するために、高速回転形の
誘導電動機において、アルミキャスト製タイプの回転子
の短絡環の内周に冷却フィンを兼ねた送風羽根を設ける
と共に、この短絡環の外端側に配するプレートロックの
外周縁寄りに複数の通気穴を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】前記構成の誘導電動機の回転子構造によれば、
誘導電動機の高速回転時に、この機内の回転子鉄心の通
風穴を通って来る冷却風の一部が、その回転子鉄心の端
部で短絡環の内周に設けた冷却フィン兼用送風羽根によ
り、該短絡環の内周面に誘導されてプレートロックの外
周縁寄りの複数の通気穴より流出して行き、これでその
短絡環が自己通風冷却作用を発揮して冷却効率が大幅に
アップし、アルミキャスト製短絡環でありながら急激な
発熱昇温が抑えられ、熱膨脹が軽減して、塑性変形によ
るクリープ現象がなくなり、耐久性に優れ、電車等の高
速車両用主電動機として有用なアルミキャスト製タイプ
の高回転形誘導電動機の実現が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２によ
り説明する。なお、図中前述した図３及び図４の構成度
重複するものには同一符号を付して説明の簡略化を図
る。

【００１４】まず、従来のアルミキャスト製タイプの高
速回転形の誘導電動機と同様に、固定子１のフレーム２
の内周部にコイル４を組付た固定子鉄心５が両側の鉄心
抑え６により固定して取り付けられていると共に、フレ
ーム２の両端壁（一端側は前記鏡蓋３である）の軸受ハ
ウジング部３ａに軸受７が保持されている。こうした固
定子１内にかご形回転子１１が回転子軸１２の両端を軸
受７に支承させることで回転自在に設けられている。

【００１５】このかご形回転子１１は、回転子軸１２に
これと一体に回転するように嵌着しされた回転子鉄心１
３と、この回転子鉄心１３の外周のスロット１３ａに鋳
込むようにして互いに一体に設けられたアルミキャスト
製のローターバー１４及びこの両端の短絡環（エンドリ
ング）１５が設けられている。このローターバー１４と
短絡環１５とをアルミキャスト製としたことで、高速回
転時に遠心力で変形しないように、該短絡環１５の外周
に鋼製等の保持環１６が焼きばめして設けられていると
共に、その短絡環１５と保持環１６の外端部を保持して
補強する円板状のプレートロック１７がボス１８を介し
て回転子軸１２に設けられている。

【００１６】また、誘導電動機の駆動回転時や回生時の
機内の発熱を冷却するために、前記回転子１１の回転子
鉄心１３にこの軸線方向に貫通して複数の通風穴１３ｂ
が形成されていると共に、前記プレートロック１７にも
該回転子鉄心１３の各通風穴１３ｂと対向する箇所にそ
れぞれ通風穴１７ａが形成されている。また鏡蓋３に排
気口３ｂが形成されている。そして、例えば強制通風冷
却式の場合、外部の冷却用ブロアによりフレーム３の図
省略した他端側から機内に押し込まれた冷却風が、矢印
で示す如く、固定子鉄心５と回転子鉄心１３との間の隙
間Ｇと、前記通風穴１３ｂ，１７ａを通って、機内各部
を冷却しながら一端側の排気口３ｂより外部に抜けるよ
うになっている。

【００１７】ここで、前述した回転子１１のアルミキャ
スト製の短絡環１５は円形環状をなすだけでなく、この
内周には周方向に等間隔を存して複数の冷却フィンを兼
ねた送風羽根１５ａが設けられている。この冷却フィン
兼用の送風羽根１５ａは軸流送風機のプロペラ羽根の如
くやや彎曲した突片形状とされている。

【００１８】また、前記冷却フィン兼用送風羽根１５ａ
を有した短絡環１５の外端側に配する前記円板状のプレ
ートロック１７には、この外周縁寄り（前記通風穴１７
ａより外周で送風羽根１５ａの外端近傍）に複数の通気
穴１７ｂが周方向に等間隔を存して貫設されている。

【００１９】しかして、こうした構成の回転子構造を持
つ誘導電動機であれば、高速回転時に、従来同様に外部
の冷却用ブロアにより機内他端側に押し込まれた冷却風
が、矢印で示す如く、固定子鉄心５と回転子鉄心１３と
の間の隙間Ｇと、前記通風穴１３ｂ，１７ａを通って、
機内各部を冷却しながら一端側の排気口３ｂより外部に
抜けるようになる。これと同時に、前記回転子鉄心１３
と共に短絡環１５の内周の冷却フィン兼用送風羽根１５
ａが高速回転する。この冷却フィン兼用送風羽根１５ａ
の回転により、前記機内の回転子鉄心１３の通風穴１３
を通って来る冷却風の一部が、該回転子鉄心１３の一端
部で短絡環１５の内周面に接触するように誘導されてプ
レートロック１７の外周縁寄りの複数の通気穴１７ｂよ
り流出して行く。つまり、その短絡環１５が自己通風冷
却作用を発揮すると共に冷却面積が数段拡大し、更には
プレートロック１７の冷却面積も増大し、そのアルミキ
ャスト製短絡環１５の発熱が通気穴１７ｂを通って外部
に放出されて、冷却効率が大幅にアップするようにな
り、その短絡環１５の急激な発熱昇温が抑えられ、熱膨
脹が軽減して、塑性変形によるクリープ・破壊がなくな
り、耐久性に優れ、電車等の高速車両用主電動機として
十分り利用可能なとなる。また、冷却効率の向上により
一層の高速回転・小型・軽量化が図れるようになる。

【００２０】なお、前述の実施例では、外部の冷却用ブ
ロアから冷却風を押し込む強制通風冷却式の誘導電動機
についてのべたが、これ以外に、図示しないが、機内に
回転子軸と一体に回転する冷却用ファンを内蔵して外部
空気を引き込み通風させる自己通風冷却式のものでも基
本的には適用可である。

【００２１】

【発明の効果】本発明の誘導電動機の回転子構造は、前
述の如く構成したので、アルミキャスト製タイプの回転
子の短絡環の通風冷却効率が向上し、その短絡環の急激
な発熱昇温による熱膨脹が軽減でき、塑性変形によるク
リープ・破壊がなく、電車等の高速車両用主電動機とし
て有用な耐久性に優れたアルミキャスト製タイプの高回
転形誘導電動機が実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘導電動機の回転子構造の一実施例を
示す一部省略した断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う部分断面図。

【図３】従来の誘導電動機の回転子構造の一実施例を示
す一部省略した断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う部分断面図。

【符号の説明】

１…固定子、２…フレーム、３ｂ…排気口、５…固定子
鉄心、１１…回転子、１２…回転子軸、１３…回転子鉄
心、１３ａ…スロット、１３ｂ、１７ａ，…通風穴、１
４…ローターバー、１５…短絡環、１５ａ…冷却フィン
を兼ねた送風羽根、１６…保持環、１７…プレートロッ
ク、１７ａ…通気穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速回転形の誘導電動機の回転子構造に
   おいて、アルミキャスト製タイプの回転子の短絡環の内
   周に冷却フィンを兼ねた送風羽根を設けると共に、この
   短絡環の外端側に配するプレートロックの外周縁寄りに
   複数の通気穴を設けたことを特徴とする誘導電動機の回
   転子構造。