JPH06237553A

JPH06237553A - 強制通風形回転電機

Info

Publication number: JPH06237553A
Application number: JP2004393A
Authority: JP
Inventors: Takashi Satou; 鷹志佐藤; Shunichi Kawamichi; 俊一川路
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】従来のような複雑な構成のダクトを不要とし、
ファンを小形化してフレームへ直接装着することが可能
となり、台車等へ搭載する場合にもデッドスペースの有
効活用を図れるコンパクトな強制通風形回転電機を提供
する。【構成】フレーム１Ｂの外周側にファン装置30を装着す
る。このファン装置30は、フレーム１Ｂの外周に取付け
られるファンモータ31と、このファンモータ31の回転軸
31ａの一方の側に取付けられた羽根車32、この羽根車32
をスクロール形状で覆うケーシング33で構成されるファ
ン34Ａと、ファンモータ31の回転軸の他方の側に取付け
られた羽根車32、この羽根車32をスクロール形状で覆う
ケーシング35で構成されるファン36Ａを備えている。フ
ァン34Ａのケーシング33の風吸込部33ａと鏡蓋６の排風
口６ａは、ダクト37で接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強制通風形回転電機に
係り、特に冷却系統を小形化した構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】強制通風形回転電機を車両用主電動機と
して用いた構成例を、図８〜図11を参照して説明する。
図８は、高速車両の強制通風形主電動機が車両の車軸に
取り付けられた状態を示す平面図、図９は、その側面図
を示す。図10は、図８のＸ−Ｘ断面図、図11は、主電動
機の上半部を示す縦断面図である。

【０００３】図８〜図11に示すように台車枠（図示せ
ず）の取付台101 に主電動機102 が支持され、この主電
動機102 のシャフト８から発生する回転トルクを自在カ
ップリング104 ，小歯車105 および大歯車106 を介して
車軸107 に伝達して車輪108 を回転させ、車体100 をレ
ール109 に沿って走行させるようにしている。

【０００４】ところで、主電動機102 は、通電時の発熱
によって、絶縁体の劣化が促進して寿命が低下し、ま
た、発熱部の強度低下を招くため冷却する必要がある。
そこで、従来から回転子にファンを設け、その回転を利
用して冷却する自己通風形と、外部にファン装置を配設
し、強制的に冷却風を導く他力通風形がある。通常、高
速車両は、主電動機の回転が数千回転となるため、自己
通風形では必要以上の風量が出て動力に無駄が生じると
共に高速回転による騒音の影響が生じる。そこで、図８
および図９に示すように機器室103 にファン110 を配設
し、ダクト111 、タワミ風導22を介して主電動機102 を
強制的に冷却する方法を採用している。

【０００５】また、主電動機102 は、図11に示すように
フレーム１Ａの内周面にステータ鉄心３をステータ鉄心
押え４で両端から押え付けて固定し、このステータ鉄心
３の内周面に形成したスロット３ａにステータコイル５
を組み付けて、固定子を構成している。

【０００６】さらに、フレーム１Ａの一方の端面と他方
の端面に嵌合した鏡蓋６に軸受７ａ，７ｂを組み付け、
この両軸受７ａ，７ｂを介してシャフト８を回転自在に
支持している。このシャフト８にロータ鉄心９をロータ
鉄心押え10で両端から押え付けて固着し、このロータ鉄
心９の外周面に形成した多数のスロット９ａにロータバ
ー11を組み付け、このロータバー11の両端にリング状の
短絡環12を溶着してかご形回転子を構成している。

【０００７】以上の構成において、ステータコイル５に
交流の電流を通電することにより、ロータが回転子、こ
の回転がシャフト８の軸端より図８に示す自在カップリ
ング104 を介して歯車105 および106 ，車軸107 ，車輪
108 からなる駆動装置に伝達され、車両を走行させる。

【０００８】一方、主電動機102 の冷却は、ファン110
よりダクト111 を介して送風された風が矢印で示すよう
に流れ、取入口19を通り、ステータ鉄心３とロータ鉄心
９のすきま21を通り、鏡蓋６の排風口６ａより外部へ排
出され、また、一部はロータ鉄心９の円周方向に設けら
れた複数の通風孔22を通り、排風口６ａから外部へ排出
されて冷却するよう構成されてある。

【０００９】なお、図10および図11において、13はシャ
フト８の端部に取付けられて主電動機の回転数を検知す
るスリット板、14はこのスリット板13のパルスを検知す
る速度センサ、15はこの速度センサ14を鏡蓋６に取付け
るための取付板、16はスリット板13や速度センサ14等を
保護するカバー、17は軸受７ｂの軸受押え、18は軸受７
ａの軸受押え、19はフレーム１Ａに設けられている風取
入口部１ａに接続するように取付けられたダクト、20は
このダクト19とダクト111 を接続するタワミ風導であ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、車両は、益々高
速化されつつある。車両が高速化されると、これを駆動
する主電動機102 の出力が大きくなり、通常 300kW級の
主電動機が必要となってくる。これを冷却するには約20
ｍ³／min の冷却風量が必要になり、また、主電動機10
2 の圧力損失は 200mmAq程度必要となる。これを従来の
冷却方式で冷却するとダクト111 の圧力が約50mmAq必要
となる。

【００１１】さらに、高速車両においては、風の抵抗を
極力少なくするため、ファン装置等床下に収納する機器
類は、ボディマウント方式が採用され、カバー等で塞い
だ機器室103 の中に収められている。このため、機器室
103 は、走行風の影響を受け、負圧になる傾向がある。
したがって、機器室103 内に配設されたファン110 は、
風を吸入しにくくなり、高速で走行中風量が減少する問
題が生じる。

【００１２】従来の実績では、車両が 300km／ｈ以上に
なると、30mmAqの負圧により３〜５ｍ³／min の風量減
が生じる。従来の冷却方法でこの問題を解決するには、
ファンの圧力を減少分を見込んで 280mmAq以上の能力を
要したものにする必要が出てくる。これらの能力を要し
たファンを床下に配設した場合、ファン装置の外形が大
きくなり、相当大きなスペースを必要とする問題が生じ
場合によって構成できない場合がある。１台のファンで
２台の主電動機を冷却するため、ダクトの分配が困難
で、その検証と調整に多くの時間を要する問題があり、
さらに、床下部にファンと主電動機を接続するダクトを
設置するため、大きなスペースが必要になると共に重量
の増加にもなり、経済的に不利になる。

【００１３】このように高速車両の主電動機における従
来の冷却方法は、高速走行による機器室の負圧増加も加
わってファン装置が大きくなり、床下スペースを十分必
要なこと、複雑なダクトが必要で重量が増加することお
よび風量の配分が困難になる等の問題があり、場合によ
っては構成不可能になる問題もあった。

【００１４】そこで、本発明の目的は、従来のような複
雑な構成のダクトを不要とし、ファンを小形化してフレ
ームへ直接装着することを可能とし、台車等へ搭載する
場合にもデッドスペースの有効活用を図ることができる
強制通風形回転電機を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、中空状に形成したフレーム内にステータを
配設し、このステータの内側に空隙を介してロータを配
設し、このロータをフレームの両端部に配設した軸受を
介して回転自在に支承し、フレームの一方の端部の外周
に第１の開口部を設けると共に他方の端部の端面に第２
の開口部を設け、第１の開口部に外気を吸入する第１の
ファンを接続し、この第１のファンで吸入し内部を冷却
した後の排風を外部に排出する第２のファンを、第２の
開口部に接続するように構成したことを特徴とするもの
である。

【００１６】

【作用】冷却用のファンを小形化するには、ファンの要
求性能（風量，静圧）を小さくする必要がある。特に、
ファンの外形に影響する静圧を小さくするため、本発明
では従来のような共通のファンと主電動機を接続する長
く複雑な構成の冷却ダクトを用いず、フレームに直接第
１のファンと第２のファンを装着している。このような
構成による作用を、数値を用いて具体例で説明する。

【００１７】ファンの要求静圧 280mmAqのうち、従来の
ダクトに要する静圧50mmAqがなくなり、 230mmAqのファ
ンで可能となる。しかしながら、この程度のファンの容
量の外形を直接主電動機のフレームへ装着しても高速車
両の床下の台車主電動機搭載部は狭くて構成上問題があ
るため、さらに小形化が必要となる。

【００１８】そこで、ファンを２台とし、第１のファン
をフレームの第１の開口部（風取入部）へ接続し、フレ
ーム内へ外気を押し込み、第２のファンをフレームの第
２の開口部（風排出部）へ接続し、フレーム内の各部を
冷却した風を排出する冷却系統とすることにより、ファ
ンが第１のファンと第２のファンの２台で直列に構成さ
れるため、１台のファンに必要となる静圧は、１台のフ
ァンで冷却系統を構成する場合の静圧 230mmAqの１／２
の 115mmAqの容量となり、外形が大幅に小形化される。

【００１９】このように従来の冷却ダクトを省いたダク
トレス構造とし、さらに、第１のファンと第２のファン
の２台にして圧力容量を１／２にして小形化することに
より、フレームに直接取付けが可能になる。また、台車
の車軸上部は、従来デッドスペースで空間があり、この
空間部分にファンを配置するように構成すれば十分構成
可能となる。

【００２０】また、従来車両の機械室に配設していたフ
ァンが無くなるので、機械室のスペースの有効活用もで
きると共に複雑な構成の冷却ダクトも不要となり、従来
行っていた風量配分の調整試験も不要となり、台車の車
軸上のデッドスペースも有効に利用でき、全体的にも軽
量化される。

【００２１】さらに、図７に示すように例えば主電動機
１台で、Ａ点の性能（20ｍ³／min−230mmAq ）を必要
とするとき、１台で構成すればａで示す特性が必要とな
るが、２台で構成すれば、Ｂ点の性能（20ｍ³／min −
115mmAq ）でよく、ｂで示す特性のファンを２台にして
直列に配置することにより、ｃで示す特性で用いること
になるため、ａ特性とｃ特性の差、斜線を施した“Ｃ”
の部分の特性容量は、節減できることになり、これに伴
って動力も節減できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の上半部を示す縦断面
図、図２は、本発明の一実施例の駆動側より見た側面
図、図３は、本発明の一実施例の反駆動側より見た側面
図である。

【００２３】図１〜図３において、１Ｂは後述する排気
用のファンのケーシングを取付けるための取付座２ａ、
給気用のファンのケーシングを取付けるため取付座２ｂ
を設けている以外はフレーム１Ａと同様の構成としたフ
レーム、３はステータ鉄心、４は鉄心押え、５はステー
タコイルで、これらで構成されるステータは従来と同様
であり、６は鏡蓋、７ａ，７ｂは軸受、18は軸受押え
で、これらで構成される軸受装置も従来と同様であり、
８はシャフト、９はロータ鉄心、９ａはロータスロッ
ト、10は鉄心押え、11はロータバー、12は短絡環で、こ
れらで構成されるロータも従来と同様である。シャフト
８に取付けられ主電動機の回転数を検知するスリット板
13、このスリット板13のパルスを検知する速度センサ1
4、この速度センサ14を取付ける取付板15も従来と同様
である。

【００２４】上記したフレーム１Ｂの外周側には、ファ
ン装置30を装着する。このファン装置30は、フレーム１
Ｂの外周に取付けられたファンモータ31と、このファン
モータ31の回転軸31ａの一方の側に取付けられた羽根車
32、この羽根車32をスクロール形状で覆いフレーム１Ｂ
に取付けられているケーシング33で構成される排気用の
ファン34Ａと、ファンモータ31の回転軸31ａの他方の側
に取付けられた羽根車32、羽根車32をスクロール形状で
覆いフレーム１Ｂに取付けられているケーシング35で構
成される給気用のファン36Ａを備えている。

【００２５】このファン36Ａのケーシング35の風吐出部
35ａは、フレーム１Ｂに設けられている風取入口部１ａ
と接続し、ファン34Ａのケーシング33の風吸込部33ａ
は、鏡蓋６の排風口６ａとダクト37を介して接続してい
る。このダクト37は、図３に示すようにフレーム１Ｂの
中心を中心とした大径円とファン34Ａの中心を中心とす
る小径円を接線で結んだような形状をなし、内部には環
状の仕切板37ａが設けられ、大径円側はフレーム１Ｂま
たは鏡蓋６に固定され、小径円側はケーシング33に固定
されている。また、ケーシング35の風吸込部35ｂには金
網35ｃが取付けられ、ケーシング33の風吐出部33ａは斜
め上方に開口するように設けられている。

【００２６】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。ステータコイル５に通電することによ
り、ロータが回転し、従来の主電動機と同様にその回転
力がシャフト８や、継手（図示しない）等を介して駆動
装置に伝達され、車両を走行させる。

【００２７】一方、この通電により、ステータコイル５
およびロータに発生する熱は、ファン装置30を介して外
部に放熱される。すなわち、ファンモータ31を駆動する
と、羽根車32が回転して外部から風が矢印40ａで示すよ
うに金網35ｃを介して風吸込部35ｂに吸込まれ、矢印40
ｂで示すように風吐出部35ａからフレーム１Ｂの風取入
口部１ａを介してフレーム１Ｂ内に押し込まれ、ステー
タ鉄心３とロータ鉄心９間の隙間21やロータ鉄心３の通
風孔22を流れてステータコイル５，ステータ鉄心３，ロ
ータ鉄心９，ロータバー11，短絡環12等を冷却し、この
後矢印40ｃで示すように鏡蓋60の排風口６ａからダクト
37へ流れ、ファン34Ａの風吸込部33ｂから矢印40ｄで示
すようにケーシング33に流れ、羽根車32により矢印40ｅ
で示すように外部に排出される。以上のようにして、主
電動機が冷却される。

【００２８】したがって、以上のように構成された実施
例によれば、従来のファンを２台にし、圧力容量を１／
２にして小形化し、さらに、従来のような長いダクトを
不要としてファンを小形化することができるので、主電
動機のフレームに直接装着することが可能となり、従来
のような長いだけでなく複雑な構成のダクトを不要にし
て軽量化すると共にスペースを有効に利用でき、台車内
の車軸上部のデッドスペースの有効利用もできる。ま
た、車両が高速化して機器室が負圧になる影響も受けな
くなる。

【００２９】さらに、主電動機単位で個別に冷却するこ
とが可能となるため、従来必要としていた風量の配分確
認試験も不要になる。一方、長いダクトも不要となるた
め、ヘッドロスが低減しファンの容量も小さくできて節
電効果もある。

【００３０】なお、本発明は、上述した実施例（以下、
第１実施例という）に限定されるものではなく、種々変
形実施できる。図４は、本発明の他の実施例（以下、第
２実施例という）の上半部を示す正面図である。すなわ
ち、第２実施例は、排気用のファン34Ｂと吸気用のファ
ン36Ｂをそれぞれ独立構成とし、これら２台のファンを
フレーム１Ｂに装着したものである。排気用のファン34
Ｂにはファンモータ41Ａを直結し、吸気用のファン36Ｂ
にはファンモータ41Ｂを直結している。

【００３１】しかして、ファン34Ｂは、ダクト37を介し
て鏡蓋６の排風口（図示しない）に接続され、ファン36
Ｂは、その風吐出部（図示しない）をフレーム１Ｂの風
取入口部（図示しない）に接続している。この第２実施
例も、ファン36Ｂを介して外部から風をフレーム１Ｂ内
に押し込み、主電動機内を流すことにより各部を冷却
し、ダクト37からファン34Ｂを介して外部に排出するも
ので、上述した第１実施例と作用，効果共同様である。

【００３２】なお、ファン34Ａのケーシング33、ファン
36Ａのケーシング35のそれぞれの一部分とフレーム１Ｂ
を一体に構成するようにしてもよく、上述した第１実施
例と同様の作用および効果が得られる。

【００３３】図５および図６は、本発明のさらに異なる
他の実施例（以下、第３実施例という）の構成を示した
ものである。ここで、図５は、第３実施例の要部を示す
縦断面図であり、図６は、第３実施例の反駆動側から見
た側面図である。

【００３４】すなわち、第３実施例は、鏡蓋６の排風口
６ａとファン34ａのケーシング33の風吸込部33ｂをダク
ト42で接続する。このダクト42は、大径円側の中央部の
速度センサ14の部分に風吸込孔42ａを設け、さらに、速
度センサ14の部分と鏡蓋６の排風口６ａとの間の環状の
仕切板（第１実施例の仕切板37ａとほぼ同形状）43を設
け、この仕切板43に排風口43ａを設ける。一方、ダクト
42の速度センサ14の部分には、風吸込孔42ａを覆うよう
にフィルタ44を取付け、このフィルタ44の外側に風吸込
孔45ａを設けたカバー45を取付ける。

【００３５】以上の構成による第３実施例は、第１実施
例と同様にフレーム１Ｂの風取入口部（図示しない）に
押し込められた風により、ステータコイル５やロータが
冷却され、この後鏡蓋６の排風口６ａからダクト42を通
り、ファン34Ａを介して外部へ排出される。一方、この
風の流れによって、外部から風が矢印46で示すようにカ
バー45の風吸込孔45ａが吸入され、フィルタ44を通って
ダクト42の風吸込孔42ａから速度センサ14の部分に流
れ、さらにダクト42の仕切板43の排風口43ａからダクト
42内へ流れ、上記したステータコイル５やロータを冷却
した風と共にファン34Ａを介して外部に排出される。

【００３６】したがって、このように構成された第３実
施例によれば、外気の一部がカバー45の風吸込孔45ａか
らフィルタ44を通ってダクト42の風吸込孔42ａから速度
センサ14の部分に流れ、速度センサ14を冷却した後仕切
板43の排風口43ａからダクト42へ流れ、鏡蓋６の排風口
６ａから排出された風と共にファン34Ａに吸い込まれて
外部へ排出される。これによって、主電動機の反駆動側
および速度センサ14の部分は、ステータコイル５やロー
タ等を冷却した後の風にさらされることがなく、冷たい
外気を取り入れて冷却するため、これらの部分の冷却効
果が良好となる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
空状に形成したフレーム内にステータを配設し、このス
テータの内側に空隙を介してロータを配設し、このロー
タをフレームの両端部に配設した軸受を介して回転自在
に支承し、フレームの一方の端部の外周に第１の開口部
を設けると共に他方の端部の端面に第２の開口部を設
け、第１の開口部に外気を吸入する第１のファンを接続
し、この第１のファンで吸入し内部を冷却した後の排風
を外部に排出する第２のファンを、第２の開口部に接続
するように構成しているので、従来のような長くて複雑
な構成のダクトを不要とし、ファンを小形化してフレー
ムへ直接装着することが可能となり、台車等へ搭載する
場合にもデッドスペースの有効活用を図れるコンパクト
な強制通風形回転電機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の上半部を示す縦断面図。

【図２】本発明の一実施例の駆動側から見た側面図。

【図３】本発明の一実施例の反駆動側から見た側面図。

【図４】本発明の他の実施例（第２実施例）を示す正面
図。

【図５】本発明のさらに異なる他の実施例（第３実施
例）の要部を示す縦断面図。

【図６】本発明のさらに異なる他の実施例（第３実施
例）の反駆動側から見た側面図。

【図７】本発明の作用を示す説明図。

【図８】従来の冷却構成とした強制通風形回転電機を示
す平面図。

【図９】従来の冷却構成とした強制通風形回転電機の側
面図。

【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図。

【図１１】従来の強制通風形回転電機の縦断面図。

【符号の説明】

１Ｂ…フレーム、２ａ，２ｂ…取付座、３…ステータ鉄
心、５…ステータコイル、６…鏡蓋、６ａ…排風口、７
ａ，７ｂ…軸受、８…シャフト、９…ロータ鉄心、14…
速度センサ、30…ファン装置、31，41Ａ，41Ｂ…ファン
モータ、32…羽根車、33，35…ケーシング、34Ａ，34
Ｂ，35Ａ，35Ｂ…ファン、37，42…ダクト、44…フィル
タ、45…カバー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空状に形成したフレーム内にステータ
を配設し、このステータの内側に空隙を介してロータを
配設し、このロータを前記フレームの両端部に配設した
軸受を介して回転自在に支承し、前記フレームの一方の
端部の外周に第１の開口部を設けると共に他方の端部の
端面に第２の開口部を設け、前記第１の開口部に外気を
吸入する第１のファンを接続し、この第１のファンで吸
入し内部を冷却した後の排風を外部に排出する第２のフ
ァンを、前記第２の開口部に接続したことを特徴とする
強制通風形回転電機。
【請求項２】第１のファンと第２のファンのそれぞれ
のファンケーシングの一部を、フレームの外周と一体に
設けたことを特徴とする請求項１に記載の強制通風形回
転電機。
【請求項３】ダクトの第２の開口部より中央側となる
部分に外部と連通する第３の開口部を設け、この第３の
開口部から吸入した外気が第２のファンを介して外部へ
排出されるように構成したことを特徴とする請求項１に
記載の強制通風形回転電機。
【請求項４】モータの両側に第１のファンと第２のフ
ァンを配設すると共に直結し、かつ前記第１のファンの
吸入口と前記第２のファンの吐出口を前記モータに対し
て互いに異なる側に設けるようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の強制通風形回転電機。