JPH06237555A - 水冷式誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却効率をアップして、より一層の小形・軽
量化を可能とした水冷式誘導電動機を提供することにあ
る。 【構成】 電動機本体２０内に回転子軸３０と一体に回
転する通風ファン３５を設ける一方、この通風ファン３
５の回転により外気が強制通風されて内部のヒートパイ
プ４２中の冷却水が冷却される熱交換器４１を備え、且
つこの熱交換器４１内のヒートパイプ４２中の冷却水を
電動機本体２０内の発熱部付近に導通循環する冷却管４
４，４５，４６及び水ポンプ４３を設け、更に電動機本
体２０内の通風ファンにより外気が熱交換器へ通風する
部位以外を仕切板３９により密封状態としたことを特徴
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
鉄道車両の主電動機などとして利用される誘導電動機に
関し、特に水冷式誘導電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、電子制御技術の発達に伴い、
ＶＶＶＦインバータ制御のかご形誘導電動機の開発が進
んでいる。この種の誘導電動機は、小形．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】この車両用主電動機として利用されている
従来の誘導電動機は空冷式であって、内蔵したファンに
より外気を機内に取り入れて通風する自己通風冷却方式
と、車体側からのブロアにより圧送される冷却風を機内
に通風させる外部押込み強制通風冷却方式とがある。

【０００４】その外部押込み強制通風冷却方式の車両用
空冷式誘導電動機を例にとって簡単に説明すると、図７
に示す如く、電車の車両の車体１下部に配する台車（２
軸ボギー台車）２の台枠２ａ内の前後部位にそれぞれ誘
導電動機３が跨座式にて搭載されている。

【０００５】この誘導電動機３は、図８に示す如く電動
機本体として、固定子４と回転子５を備えてなる。その
固定子４は、固定子フレーム６と、この内周に固設され
た固定子鉄心７並びに固定子コイル８とを備えてなり、
回転子５は、前記固定子フレーム６の両端板中央の軸受
部９を介し回転自在に支承された回転子軸１０と、これ
に装着された回転子鉄心１１及びローターバー１２並び
にエンドリング１３とを備えてなる。

【０００６】そして、この誘導電動機３は固定子フレー
ム６の外周に突設した取付ノーズ部（図示せず）を台車
台枠２ａと軸箱受け等に跨がるように載架して取付けら
れ、コイルへの通電により回転子が回転し、図示しない
減速機を介し車軸１４を回転駆動して車輪１５を回すよ
うになっている。

【０００７】この誘導電動機３は稼働時に固定子４の鉄
心７やコイル８並びに軸受部９と、回転子５の鉄心１１
やローターバー１２やエンドリンク１３から発熱する。
この発熱により機内が異常昇温するとモータ特性が低下
するなど多くの障害を招く。これを防止するために、固
定フレーム１０の外周一端側に外気取入口１６を設け、
これに車体１内に設置したブロア１７からの通風ダクト
１７ａをフレキシブルダクト１８を介し連結し、該ブロ
ア１７から圧送される冷却風を機内に強制通風させて他
端排気口１９から排出することで、機内を通風冷却する
ようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、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要求されて来ている。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
軽量化が望まれて来ている。

【０００９】しかしながら、前述の従来の空冷式の誘導
電動機では、通風冷却であることと、その冷却風を機内
の複雑に混み入っている発熱部に効率良く通風させるこ
とが困難なことなどから、冷却効率を今以上に向上には
限界があり、これ以上の小形・軽量化が難しいものとな
っている。

【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、冷却効率をアップして、より一層の小
形・軽量化を可能とした水冷式誘導電動機を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の水冷式誘導電動
機は、前記目的を達成するために、電動機本体内に回転
子軸と一体に回転する通風ファンを設ける一方、この通
風ファンの回転により外気が強制通風されて内部のヒー
トパイプ中の冷却水が冷却される熱交換器を備え、且つ
この熱交換器内のヒートパイプ中の冷却水を電動機本体
内の発熱部付近に導通循環する循環水路及び水ポンプを
設けて構成したことを特徴とする。なお、電動機本体内
は、通風ファンにより外気が熱交換器へ通風する部位以
外を密封状態とすることが望ましい。

【００１２】また、車両用として台車に取付けらる場合
は、熱交換器を、電動機本体外周の反台車側の補助取付
ノーズ部上側余裕空間部位と電動機本体の固定子フレー
ム内部と台車台枠内余裕空間部とのいずれかに設置する
ことが望ましい。

【００１３】

【作用】前記構成の水冷式誘導電動機であれば、稼働
時、電動機本体内の通風ファンが回転子軸と一体に回転
し、この通風ファンの回転により外気が熱交換器内に強
制通風されて内部のヒートパイプ中の冷却水が冷却さ
れ、この冷却水が水ポンプにより電動機本体内の循環水
路に送られ、この循環水路中を流れる冷却水で電動機本
体内の発熱部が冷却されるようになる。これで電動機本
体内の発熱部が効率良く冷却されて、全体の小型・軽量
化が図れるようになる。

【００１４】また、電動機本体内の通風ファンにより外
気が熱交換器へ通風する部位以外を密封状態とすること
で、固定子鉄心やコイル並びに回転子等への外部埃の侵
入・堆積が防止でき、冷却効率のアップによる小形、軽
量化と共にメンテナンスフリー化が可能となる。

【００１５】更には、車両用として台車に取付けらる場
合は、熱交換器を、電動機本体外周の反台車側の補助取
付ノーズ部上側余裕空間部位と電動機本体の固定子フレ
ーム内部と台車台枠内余裕空間部とのいずれかに設置す
ることで、電動機本体の小型・軽量化と共に、台車内へ
の設置スペースの有効利用が可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の水冷式誘導電動機の第１の実
施例を図１乃至図３により説明する。まず、図中２０は
車両用主電動機として台車（図示せず）に跨座式に搭載
されるかご形誘導電動機本体を示す。この電動機本体２
０は固定子２１と回転子２２とを備えてなる。

【００１７】その固定子２１は、図２に示す如く外周の
前後斜め上方部に台車取付ノーズ部２３と反台車側補助
取付ノーズ部２４とを突設した固定子フレーム２５と、
図１に示す如く固定子フレーム２５の内周に固設された
固定子鉄心２６並びに固定子コイル２７とを備えてな
る。回転子２２は、前記固定子フレーム２５の両端板中
央の軸受部２８、２９を介し回転自在に支承された回転
子軸３０と、これに装着された回転子鉄心３１及びロー
ターバー３２並びにエンドリング３３とを備えてなる。

【００１８】また、電動機本体２０内の軸方向一端側
（反駆動側）には、回転子軸３０と一体に回転する通風
ファン３５が設けられている。この通風ファン３５の回
転により車体（図示せず）側から外気を冷却風としてフ
レキシブルダクト３６を介し電動機本体２０内（機内）
一端側に取り入れる外気取入口３７が設けられていると
共に、その外気を固定子フレーム２５の周壁一端側寄り
の斜め上方に送り出す送出口３８が設けられている。

【００１９】なお、電動機本体２０内の固定子コイル２
７の一端側（反駆動側）近傍に仕切板３９が設けられ、
前記外気を通風ファン３５により外気取入口３７から送
出口３８に通風する部位以外が密封状態とされている。
つまり、電動機の心臓部である固定子フレーム２５内の
固定子鉄心２６と固定子コイル２７と回転子鉄心３１と
ローターバー３２並びにエンドリング３３が外部と遮蔽
した密閉室内に納められている。その仕切板３９は中心
部が軸受部４０を介し回転子軸３０に支承され、外周が
固定子フレーム２５に溶接等により固定されている。

【００２０】ここで、図２に示す如く、前記電動機本体
２０の固定子フレーム２５外周の反台車側の補助取付ノ
ーズ部２４上側余裕空間部位に、熱交換器４１が取付固
定されている。この熱交換器４１は図１に示す如く前記
通風ファン３５により送出口３８から送り出される冷却
風を通風可能に受け入れる風洞状をなし、内部にヒート
パイプ４２が蛇行状態に配管して設けられ、このヒート
パイプ４２中の冷却水が通風ファン３５からの強制通風
される冷却風によあり効率良く冷却されるようになって
いる。

【００２１】また、この熱交換器４１内のヒートパイプ
４２中の冷却水を電動機本体２０内の発熱部付近に導通
循環するための水ポンプ４３並びに循環水路としての冷
却管４４，４５，４６が設けられている。この一方の冷
却管４４は図１に示す如く熱交換器４１内から電動機本
体２０内の固定子コイル２７の軸方向一端側外周に導通
され、そこから図３に示す如く該固定子コイル２７間に
介在する状態で軸方向他端側に伸びて再び熱交換器４１
内に戻るように配管されている。また他方の冷却管４
５，４６は熱交換器４１内から電動機本体２０内の軸受
部２９と４０とに導通され、そこに巻き付くようにして
から再び熱交換器４１内に戻るように配管されている。

【００２２】前記構成の水冷式誘導電動機であれば、稼
働時、電動機本体２０内の通風ファン３５が回転子軸３
０と一体に回転し、この通風ファン３５の回転により外
気が車体側からフレキシブルダクト３６及び取入口３７
を介し機内一端側に取り入れられ、そこで機内一端側の
軸受部２８等の冷却を行うと共に、その冷却風が送出口
３８を介し熱交換器４１内に強制通風される。

【００２３】この外気の通風により熱交換器４１内のヒ
ートパイプ４２中の冷却水が冷却され、この冷却水が水
ポンプ４３により電動機本体２０内の循環水路である冷
却管４４，４５，４６に送られ、これら冷却管４４，４
５，４６中を流れる冷却水で該電動機本体２０内の発熱
部である固定子コイル２７や軸受部２９，４０等が冷却
されるようになる。これで電動機本体内の発熱部が水冷
により効率良く冷却されて、モータ特性を低下すること
なく、今まで以上に全体の小型・軽量化が図れるように
なる。

【００２４】また、電動機本体２０内を仕切板３９で仕
切って、通風ファン３５により外気が熱交換器４１へ通
風する部位以外を密封状態としているので、固定子鉄心
２６やコイル２７並びに回転子鉄心３１やローターバー
３２並びにエンドリング３３等のモータ心臓部への外部
埃の侵入・堆積が防止でき、冷却効率のアップによる小
形、軽量化と共にメンテナンスフリー化が可能となる。

【００２５】更には、車両用主電動機として台車に取付
けるのに、熱交換器４１が電動機本体２０外周の反台車
側の補助取付ノーズ部２４上側余裕空間部位に設置して
あるので、台車内への設置の際に該熱交換器４１が邪魔
にならず、設置スペースの有効利用が可能となる。

【００２６】図４は本発明の水冷式誘導電動機の第２の
実施例を示すもので、基本的には前述の第１の実施例と
同様であるので、共通部分は同一符号を付して説明を省
略するが、ここでは熱交換器５０が電動機本体２０の固
定子フレーム２５の一端側内部に一体に構成して設けら
れている。つまり、固定フレーム２５の周壁一端側寄り
部の送風口５１の外周に孔開きカバー５２を設け、この
カバー５２内にヒートパイプ５３を周方向に複数回巻き
込むようにして熱交換器５０を構成している。そして、
この熱交換器５０内から循環水路である通水孔５４を固
定子フレーム２５の周壁中に形成すると共に、この途中
に水ポンプ４３を設け、これに接続して前記同様の冷却
管４４，４５，４６を配管した構成である。

【００２７】この第２の実施例のものでも、前記第１の
実施例と略同様の作用効果が得られると共に、熱交換器
５０及び循環水路の一部の通水孔５４を固定子フレーム
２５の周壁に一体的に構成しているので、構成が簡略化
できるようになる。

【００２８】図５及び図６は本発明の水冷式誘導電動機
の第３の実施例を示すもので、基本的には前述の第１及
び第２の実施例と同様であるが、ここでは電動機本体２
０の固定子フレーム２５の外周に突設した取付ノーズ部
２３を載架する台車台枠６０内余裕空間部位に熱交換器
６１が設置されている。この台車台枠６０内の熱交換器
６１内を通して外気を電動機本体２０内の通風ファン
（図示せず）が吸引するように、該熱交換器６１から電
動機本体２０の反駆動側端に接続してフレキシブルダク
ト（たわみ風胴）６２が設けられている。また、その熱
交換器６１内に配管したヒートパイプ（図示せず）から
循環水路である冷却管（図示せず）が取り付ノーズ２３
内を介し電動機本体２０内に導通配管されている。

【００２９】この第３の実施例のものでも、前記第１及
び第２の実施例と略同様の作用効果が得られると共に、
熱交換器６１を台車台枠６０内に設置しているので、電
動機本体２０の小型・軽量化と共に、台車内スペースの
有効利用が可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の水冷式誘導
電動機であれば、従来の空冷式に比し機内発熱部の冷却
効率を大幅にアップできて、より一層の小形・軽量化や
性能アップが図れる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水冷式誘導電動機の第１の実施例を示
す下半部を省略した断面図。

【図２】同上実施例の熱交換器付き誘導電動機の側面
図。

【図３】同上実施例の冷却管を導通した固定子コイル部
の拡大断面図。

【図４】本発明の水冷式誘導電動機の第２の実施例を示
す下半部を省略した断面図。

【図５】本発明の水冷式誘導電動機の第３の実施例を示
す側面図。

【図６】同上第３の実施例の水冷式誘導電動機の平面
図。

【図７】電車の台車に搭載した従来の空冷式誘導電動機
を示す側面図。

【図８】同上従来例の空冷式誘導電動機の下半部を省略
した断面図。

【符号の説明】

２０…電動機本体、２４…補助取付ノーズ部、３０…回
転子軸、３５…通風ファン、３９…仕切板、４１…熱交
換器、４２…ヒートパイプ、４３…水ポンプ、４４，４
５，４６…循環水路（冷却管）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川路 俊一 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機本体内に回転子軸と一体に回転す
   る通風ファンを設ける一方、この通風ファンの回転によ
   り外気が強制通風されて内部のヒートパイプ中の冷却水
   が冷却される熱交換器を備え、且つこの熱交換器内のヒ
   ートパイプ中の冷却水を電動機本体内の発熱部付近に導
   通循環する循環水路及び水ポンプを設けて構成したこと
   を特徴とする水冷式誘導電動機。
2. 【請求項２】 電動機本体内は、通風ファンにより外気
   が熱交換器へ通風する部位以外を密封状態としたことを
   特徴とする請求項１記載の水冷式誘導電動機。
3. 【請求項３】 車両の台車に取付けられる請求項１記載
   の誘導電動機であって、熱交換器を、電動機本体外周の
   反台車側の補助取付ノーズ部上側余裕空間部位と電動機
   本体の固定子フレーム内部と台車台枠内余裕空間部との
   いずれかに設置したことを特徴とする車両用水冷式誘導
   電動機。