JPWO2015008390A1 - 液冷式電動機 - Google Patents
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Abstract
実施形態によれば、液冷式の電動機は、ケース11と、ケース内に回転自在に設けられた回転子20と、ケース内で、前記回転子の回転子鉄心の外周に隙間を置いて対向配置された円筒状の固定子鉄心を備える固定子30と、固定子鉄心の外周を覆うように環状に配置され、液冷媒を流す冷却部40と、前記固定子鉄心を挟んで固定子鉄心の軸方向両側で、前記ケースにそれぞれ設けられた第1開口42aおよび第2開口42bと、ケースの外側に設けられ、第1開口と第2開口とを繋ぐ通風ダクト44と、回転子の回転軸に取付けられ、回転子鉄心の貫通部と、回転子鉄心と固定子鉄心との隙間と、通風ダクトとを通じて内部空気を循環させるための回転子ファン46と、通風ダクト中に内部空気を液冷媒により冷却する熱交換器50と、冷却部および熱交換器に液冷媒を供給する冷却システムと、を備えている。
Description
ここで述べる実施形態は、液冷式の電動機およびこれを備えた鉄道車両に関する。
従来、固定子外周に配置された液冷冷却部に冷却液を流通させて冷却を行う液冷式の電動機が提案されている。この電動機では、固定子の巻線への通電や鉄心内の渦電流で生じた熱を、主として固定子鉄心を経由した熱伝導によって固定子外周に配置された液冷冷却部に導き、冷却している。また、固定子からの熱の一部は電動機の内部空気へ一旦放熱され、フレーム内周などを通して液冷冷却部に伝わるか、あるいは、外部空気へ放熱される。電動機が誘導電動機であると、回転子で二次導体発熱が生じるが、この熱の一部は内部空気へ放熱され、残りは回転軸などを経由した熱伝導によってフレームへと伝わり、液冷冷却部や外部空気へ放熱される。
しかしながら、電動機の大出力化によって発熱量が増大した場合には、冷却性能が不足して固定子巻線の絶縁材などが耐用温度を超えてしまう可能性がある。また、フレームや回転軸、軸受などの自ら発熱しない(または発熱量が小さい)部材も、発熱部材からの熱伝導や、内部空気からの伝熱を受けやすい部分が高温となる。このとき、例えば軸受潤滑剤などの耐用温度を超えてしまう可能性もある。
本発明は、上記の課題を解決させるためになされたもので、その目的は、大出力化に伴う発熱量を効率よく冷却することができる液冷式の電動機を提供することにある。
実施形態によれば、液冷式の電動機は、ケースと、前記ケース内に延在し軸受により前記ケースに対して回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に固定された回転子鉄心と、前記回転子鉄心を軸方向に貫通して延びる貫通部と、を備える回転子と、前記ケース内で、前記回転子鉄心の外周に隙間を置いて対向配置された円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に取り付けられた固定子巻線と、を備える固定子と、前記固定子鉄心の外周を覆うように環状に配置され、液冷媒を流す冷却部と、前記ケースに、前記固定子鉄心を挟んで固定子鉄心の軸方向両側で、前記ケースにそれぞれ設けられた第1開口および第2開口と、前記ケースの外側に設けられ、前記第1開口と第2開口とを繋ぐ通風ダクトと、前記回転軸にこの回転軸と一体に回転自在に取付けられ、前記回転子鉄心の貫通部と、前記回転子鉄心と固定子鉄心との隙間と、前記通風ダクトとを通じて内部空気を循環させるための回転子ファンと、前記通風ダクト中に内部空気を液冷媒により冷却する熱交換器と、前記冷却部および熱交換器に液冷媒を供給する冷却システムと、を具備する。
以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る液冷式の電動機について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る液冷式電動機の概略形状の斜視図、図2は、第1の実施形態に係る液冷式電動機の縦断面図である。
図1および図2に示すように、液冷式電動機10は、内部が密閉されたケース(外側フレーム)11を備えている。ケース11は、例えば、筒状のケース本体(フレーム)12と、ケース本体12の両端を閉塞した第1端壁14および第2端壁16と、を有している。第1端壁14の中央部に第1軸受13が埋め込まれている。第2端壁16の中央部に第2軸受15が埋め込まれている。
図1は、第1の実施形態に係る液冷式電動機の概略形状の斜視図、図2は、第1の実施形態に係る液冷式電動機の縦断面図である。
図1および図2に示すように、液冷式電動機10は、内部が密閉されたケース(外側フレーム)11を備えている。ケース11は、例えば、筒状のケース本体(フレーム)12と、ケース本体12の両端を閉塞した第1端壁14および第2端壁16と、を有している。第1端壁14の中央部に第1軸受13が埋め込まれている。第2端壁16の中央部に第2軸受15が埋め込まれている。
ケース11内に、回転子20、固定子30、冷却部40、および回転子ファン(送風ファン)46等が収納されている。ケース11は、回転軸18が貫通している。回転子20は、回転軸18と、この回転軸18の中心部に同軸的に取り付けられた円筒形状の回転子鉄心21と、を有している。回転軸18の両端部は第1軸受13および第2軸受15によって回転自在に支持されている。これにより、回転軸18は、ケース11内に同軸的に延在している。回転軸18の駆動側端部(出力端)18aは機外に延出し、駆動歯車装置(図示しない)等を介して駆動力を出力する。
回転子鉄心21は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。回転子鉄心21は、回転軸18に取り付けられた一対の鉄心押え24a、24bにより、軸方向両側面から挟まれるように支持されている。鉄心押え板24a、24bは、環状に形成されている。回転子鉄心21の内周部および鉄心押さえ24a、24bには、それぞれ回転子鉄心21を軸方向に貫通した少なくとも1つ、ここでは、複数の通風孔(貫通部)26が形成されている。
固定子30は、円筒形状の固定子鉄心32を有している。固定子鉄心32は、回転子鉄心21の外周に隙間を置いて対向配置され、後述する冷却部を介してケース本体12の内周面に取り付けられている。固定子鉄心32および回転子鉄心21は、ケース本体12と同軸的に配置されている。固定子鉄心32は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。固定子鉄心32の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロットが形成され、これらのスロットにステータコイル(固定子巻線)34が埋め込まれている。ステータコイル34のコイルエンド34bは固定子鉄心32の両端面から軸方向に張り出している。固定子鉄心32およびステータコイル34により固定子30が構成されている。
図2に示すように、固定子鉄心32の外周を覆うように環状の液冷冷却部40が配置されている。冷却部40は、例えば、扁平な円筒形状の中空配管で構成され、この内部に冷媒を流すことが可能となっている。液冷冷却部40は、固定子鉄心32の外周面およびケース本体12の内周面に嵌合している。図4に示すように、液冷冷却部40の円周方向の一端40aは、ケース本体12の外部に延出している。液冷冷却部40の円周方向の他端40bは、一端40aの近傍で、ケース本体12の外部に延出し、後述する熱交換器50に連通している。
図3は、ケース本体の外側に設けられた通風ダクトおよび熱交換器を示す斜視図、図4は図3の線A−Aに沿った通風ダクトおよび熱交換器の断面図である。
図2ないし図4に示すように、通風ダクト44内には、この通風ダクト44内を流れる内部空気流と冷却液流との間で熱交換をするための熱交換器50が配置されている。熱交換器50は、気体、液体間の熱交換に適したタイプ、例えばフィン付きチューブなどを用いる。本実施形態において、熱交換器50は、複数の板状のフィン52と、通風ダクト44およびフィン52を貫通して延び、冷媒を流通可能な冷却管54と、を有している。フィン52は、通風ダクト44内で、ケース本体12の外周面上に立設されているとともに、それぞれ内部空気の流通方向、すなわち、通風ダクト44の長手方向に沿って延びている。冷却管54は、通風ダクト44の幅方向に沿って延び、各フィン52をほぼ直交して貫通している。本実施形態において、冷却管54の流出側端は、液冷冷却部40の他端40bに連通している。また他端40bは、後術する冷却液循環系(配管)68に接続される。
図1ないし図3に示すように、ケース本体12に第1開口(流入口)42aおよび第2開口(流出口)42bが貫通形成されている。第1開口42aおよび第2開口42bは、固定子鉄心3を挟んで、固定子鉄心の軸方向両側に1つずつ設けられている。また、ケース本体12の外側、ここでは、外周面上に、通風ダクト44が配置されている。通風ダクト44は、ケース本体12の軸方向に沿って延び、第1開口42aと第2開口42bとをつないでいる。
図2に示すように、ケース11内において、回転軸18に回転子ファン46が取付けられ、回転軸18と一体に回転可能となっている。本実施形態では、回転子ファン46として、回転軸18の出力端18a側にラジアルタイプの通風ファンを1つ配置している。所望の送風能力が得られるならば、1つないし複数の回転子ファンを出力端18aと反対側の端部に配置しても、あるいは、両側にそれぞれ配置してもよい。また、固定子ファン46は、例えばアキシャルタイプなど異なるタイプのファンやそれらの組み合わせを用いても良い。回転子ファン46は、回転することにより、回転子鉄心21の通風孔26と、回転子鉄心21と固定子鉄心32との隙間と、通風ダクト44とを通じてケース11の内部空気を循環させる。
図1、図3、図4に示すように、電動機10は、液冷冷却部40および熱交換器50の冷却管54に液冷媒を流すための冷却システム60を備えている。冷却システム60は、ケース11の外部に設けられたポンプ62、リザーバタンク64、放熱器66、配管からなる冷却液循環系68を有している。本実施形態において、冷却液循環系68は、その一端が熱交換器50の冷却管54に接続され、他端が液冷冷却部40の一端40aに接続されている。ポンプ62により液冷媒、例えば、水が、冷却液循環系68を通して熱交換器50および液冷冷却部40に供給され、放熱器66を通して、ポンプ62へ循環する。なお、熱交換器50と液冷冷却部40の配管は、直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。リザーバタンク64は、省略可能である。
上記のように構成された電動機10の作用について説明する。
図2に示すように、電動機10の運転時に、回転軸18が回転すると、これに固定された回転子ファン46も回転し、ケース11内に内部空気流が生じる。この内部空気流は、電動機10の各部、例えば、ステータコイル34など、から熱を奪って昇温する。昇温した内部空気流は、第1開口42aから通風ダクト44に流入し、熱交換器50に至る。図2ないし図5に示すように、熱交換器50には、フィン52の回りを流れる内部空気流と、冷却液循環系68から冷却管54に送り込まれる冷却液流がそれぞれ流通する。内部空気流が、冷却管54及びフィン52を通過する際に、内部空気流が含んでいる熱量を冷却管54及びフィン52が奪うことで熱交換され、内部空気流が冷却される。冷却された内部空気流は第2開口42bからケース11の内部に戻り、回転子20の通風孔26や回転子鉄心21と固定子鉄心33との隙間を通り、再び各部の熱を奪う。このように内部空気流は、ケース11内部を矢印に示したように循環する。
図2に示すように、電動機10の運転時に、回転軸18が回転すると、これに固定された回転子ファン46も回転し、ケース11内に内部空気流が生じる。この内部空気流は、電動機10の各部、例えば、ステータコイル34など、から熱を奪って昇温する。昇温した内部空気流は、第1開口42aから通風ダクト44に流入し、熱交換器50に至る。図2ないし図5に示すように、熱交換器50には、フィン52の回りを流れる内部空気流と、冷却液循環系68から冷却管54に送り込まれる冷却液流がそれぞれ流通する。内部空気流が、冷却管54及びフィン52を通過する際に、内部空気流が含んでいる熱量を冷却管54及びフィン52が奪うことで熱交換され、内部空気流が冷却される。冷却された内部空気流は第2開口42bからケース11の内部に戻り、回転子20の通風孔26や回転子鉄心21と固定子鉄心33との隙間を通り、再び各部の熱を奪う。このように内部空気流は、ケース11内部を矢印に示したように循環する。
なお、回転子ファン46の構成によっては、内部空気流が図2に示す矢印とは逆向きに流れることもあり得るが、上記と同様の冷却効果を得ることができる。
また、図5に示すように、熱交換器50を通った液冷媒は、他端40bから液冷冷却部40内に流入し、この液冷冷却部40に沿って固定子鉄心32の周囲を流通して、固定子鉄心32やケース本体12を介して熱を奪っていく。そして、冷却液流は、液冷冷却部40の一端40aから冷却液循環系68を通り、放熱器66へ送られる。冷却液流が奪った熱は、放熱器66から外部空気などに放熱される。その後、液冷媒は、再び、ポンプ62により熱交換器50へ送られ、熱交換器50および液冷冷却部40内を循環する。
以上のように構成された電動機10によれば、液冷冷却部40による冷却作用に加えて、通風ダクト44を流れる内部空気流を熱交換器50で冷却し、この冷却された内部空気流をケース11内へ送り、各部を冷却することができる。そのため、全体として高い冷却効果を有する電動機を得ることが可能となる。加えて、内部空気流が冷却されて低温になるため、ケース11や第1および第2軸受13、15など、自ら発熱せず専ら熱伝導や内部空気流からの伝熱を受ける部分の昇温を抑制することが可能となる。
なお、上述した第1実施形態では、共通の冷却システム60により、液冷媒を熱交換器50および液冷冷却部40へ供給する構成としているが、これに限らず、例えば、図6に示すように、熱交換器に液冷媒を供給する第1冷却システムと、液冷冷却部40に液冷媒を供給する第2冷却システムと、を別々に設けるようにしてもよい。この場合、熱交換器の冷却管と、液冷冷却部とは、互いに連通することなく、別々に冷却システムに接続される。また、熱交換器50における冷却管54は、偏平な1本の冷却管に限らず、複数本に分離した冷却管としてもよく、あるいは、直線状に限らず、フィンを貫通して蛇腹状に延びる冷却管としてもよい。
次に、他の実施形態に係る液冷式の回転電機について説明する。
なお、以下に述べる他の実施形態において、前述した第1の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。
なお、以下に述べる他の実施形態において、前述した第1の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る液冷式の電動機を示す縦断面図である。この図に示すように、第2の実施形態によれば、通風ダクト44は、ケース11から離れた位置に配置され、接続ダクト70a、70bを介して、ケース本体12の第1開口42aおよび第2開口42bに接続されている。通風ダクト44は、ケース本体12の外周面とほぼ平行に、また、ケース本体の軸方向に沿って配置されている。また、通風ダクト44内には、熱交換器50が配置されている。
図7は、第2の実施形態に係る液冷式の電動機を示す縦断面図である。この図に示すように、第2の実施形態によれば、通風ダクト44は、ケース11から離れた位置に配置され、接続ダクト70a、70bを介して、ケース本体12の第1開口42aおよび第2開口42bに接続されている。通風ダクト44は、ケース本体12の外周面とほぼ平行に、また、ケース本体の軸方向に沿って配置されている。また、通風ダクト44内には、熱交換器50が配置されている。
接続ダクト70a、70bは、例えば、蛇腹構造のダクトやゴム素材で形成されたダクトなどである。接続ダクト70a、70bは、柔軟で通風ダクト44とケース11との間の相対変位を吸収できるものが望ましい。また、熱交換器50の冷却管54とケース11内の液冷冷却部40とを配管で接続する場合は、この配管の接続部(図示しない)を、例えば、蛇腹構造のものなど、相対変位を吸収できるものとするのが望ましい。
第2の実施形態において、電動機10の他の構成は第1の実施形態と同一である。
第2の実施形態において、電動機10の他の構成は第1の実施形態と同一である。
第2の実施形態に係る電動機10において、冷却に係る作用については、第1の実施形態と同一である。
上記のように構成された第2の実施形態によれば、熱交換器50および通風ダクト44と、電動機10のケース11とを、例えば鉄道車両の台車と車体など、振動や運動に相対差のある2つの箇所に分けて設置することが可能となる。鉄道車両を例にとれば、台車は車両走行中の振動が激しく、台車から電動機10に加えられた振動が直に熱交換器50に伝わった場合、熱交換器50が強度不足で破損する可能性がある。この対策として、熱交換器50および通風ダクト44を、振動が比較的小さい車体や制振装置などに設置することが考えられる。しかし、熱交換器50および通風ダクト44と、電動機10の設置箇所を分けた場合、振動や運動の相対差によって通風ダクト44が破損する可能性もある。
第2の実施形態によれば、電動機10と熱交換器50および通風ダクト44とに生じる振動や運動の相対差は、接続ダクト70a、70bで吸収され、互いには伝わらず、かつそのような状況下においても電動機の内部空気流や冷却液流(図示しない)の流れを阻害することがない。
第2の実施形態において、その他の効果として、第1の実施形態と同一の作用効果を得ることができる。
第2の実施形態において、その他の効果として、第1の実施形態と同一の作用効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る液冷式の電動機を示す縦断面図である。この図に示すように、電動機10の基本的な構成は、上述した第2の実施形態と同一である。第3の実施形態によれば、通風ダクト44は、防振機能を備えた支持部72によりケース11上に支持されている。すなわち、通風ダクト44と電動機10のケース11との間に支持部72が設けられている。この支持部72は、例えば、バネ、ダンパーを備えたものなどである。また、本実施形態のように、独立した部品にしてもよいし、あるいは、接続ダクト70a、70bの少なくとも一方と一体化したものでもよい。
図8は、第3の実施形態に係る液冷式の電動機を示す縦断面図である。この図に示すように、電動機10の基本的な構成は、上述した第2の実施形態と同一である。第3の実施形態によれば、通風ダクト44は、防振機能を備えた支持部72によりケース11上に支持されている。すなわち、通風ダクト44と電動機10のケース11との間に支持部72が設けられている。この支持部72は、例えば、バネ、ダンパーを備えたものなどである。また、本実施形態のように、独立した部品にしてもよいし、あるいは、接続ダクト70a、70bの少なくとも一方と一体化したものでもよい。
第3の実施形態においても、前述した第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第3の実施形態は、電動機10に加わる振動は大きいが、熱交換器50および通風ダクト44を配置するべき振動の小さい別箇所がない場合に適している。
第3の実施形態によれば、電動機に過大な振動が加わった場合でも、支持部72はこの振動を減衰させて通風ダクト44に伝えるため、熱交換器50には破損に至るほどの振動は加わらない。よって、冷却性能に優れ、信頼性の高い電動機が得られる。
(第4の実施形態)
図9は、第4の実施形態に係る液冷式電動機の斜視図、図10は第4の実施形態に係る液冷式電動機の縦断面図である。図中、第1、第2または第3の実施形態のいずれかと同一の要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図9は、第4の実施形態に係る液冷式電動機の斜視図、図10は第4の実施形態に係る液冷式電動機の縦断面図である。図中、第1、第2または第3の実施形態のいずれかと同一の要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
第4の実施形態では、電動機10のケース11のケース本体12に第1開口42aおよび第2開口42bを、1対ではなく複数対設ける。1対の第1開口42aおよび第2開口42bは、それぞれ固定子鉄心32を挟んで、通風ダクト44で直線状に接続される。すなわち、ケース本体12の外周側に、複数、例えば、4本の通風ダクト44が設けられ、円周方向に所定の間隔をおいて配置されている。各通風ダクト44は、ケース本体12の軸方向に沿って延びている。また、各通風ダクト44内に、熱交換器50が配置されている。
図9および図11に示すように、冷却システム60の配管からなる冷却液循環系68は、4つの熱交換器50の冷却管54に順次、接続された後、液冷冷却部40に接続されている。ポンプ62により液冷媒、例えば、水が、冷却液循環系68を通して4つの熱交換器50および液冷冷却部40に供給され、その後、放熱器66を通して、ポンプ62へ循環する。なお、熱交換器50と液冷冷却部40の配管は、直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。
図9では、一例として4つの通風ダクト44を等間隔に配列しているが、数や配列方法は、実際の装置の設計に合わせて変更してよい。また、通風ダクト44はケース11上に軸方向に沿って配置しているが、1つ、あるいは複数の通風ダクト、又は、全ての通風ダクトを、第2または第3の実施形態に倣って配置してもよい。
第4の実施形態において、電動機10の他の構成は第1、第2または第3の実施形態のいずれかと同一である。
上記のように構成された電動機10によれば、回転子ファン46の回転によって生じる内部空気流は、固定子鉄心32を挟んで片方に設けられた複数の第1開口42aに分配され、それぞれの通風ダクト44を流通して他方の第2開口42bからケース11内部に戻り、循環する。図10では便宜上、内部空気流が回転軸18の上下に分かれて循環しているように矢印が描かれているが、実際にはケース11の内部で互いに混ざり合っている。その他、第4の実施形態における電動機10の作用は、第1の実施形態と同一である。
第4の実施形態に特有な効果について説明する。
図1に示した第1の実施形態を例にとると、ステータコイル34のうち、熱交換器50を通過し冷却された内部空気流が直接当たる、第2開口42b付近のコイルエンド部分がよく冷却され、このコイルエンド部分と回転軸18を挟んで反対側に位置するコイルエンド部分と温度差が生じる。この温度差が大きい場合、ステータコイル34の第1開口42a側のコイルエンドの温度低減のために冷却設計をすれば、他端側のコイルエンドについては過剰性能となる。
図1に示した第1の実施形態を例にとると、ステータコイル34のうち、熱交換器50を通過し冷却された内部空気流が直接当たる、第2開口42b付近のコイルエンド部分がよく冷却され、このコイルエンド部分と回転軸18を挟んで反対側に位置するコイルエンド部分と温度差が生じる。この温度差が大きい場合、ステータコイル34の第1開口42a側のコイルエンドの温度低減のために冷却設計をすれば、他端側のコイルエンドについては過剰性能となる。
第4の実施形態によれば、内部空気流を複数の第2開口42bに分配しているため、コイルエンド部分間の温度差を緩和することができる。第4の実施形態において、他の効果は第1、第2または第3のいずれかの実施形態と同一である。
次に、上述した電動機10を鉄道車両に適用した実施形態について説明する。
(第5の実施形態)
図12は、第5の実施形態に係る鉄道車両を概略的に示す断面図である。この図に示すように、鉄道車両70は、それぞれ車輪72が設けられた2つの台車(一方のみを図示する)74と、台車74上に空気ばね76を介して支持された車両本体78と、を備えている。各台車74上で車輪72の近傍には主電動機として機能する液冷式の電動機10が載置されている。電動機10は、前述した第1ないし第4の実施形態のいずれかに係る電動機10と同様の構成を有している。電動機10の回転軸18の出力端18aは、図示しないカップリングおよびギアボックスを介して回転力を車輪72に伝達できるように接続されている。車輪72はレール79上に載置されている。
(第5の実施形態)
図12は、第5の実施形態に係る鉄道車両を概略的に示す断面図である。この図に示すように、鉄道車両70は、それぞれ車輪72が設けられた2つの台車(一方のみを図示する)74と、台車74上に空気ばね76を介して支持された車両本体78と、を備えている。各台車74上で車輪72の近傍には主電動機として機能する液冷式の電動機10が載置されている。電動機10は、前述した第1ないし第4の実施形態のいずれかに係る電動機10と同様の構成を有している。電動機10の回転軸18の出力端18aは、図示しないカップリングおよびギアボックスを介して回転力を車輪72に伝達できるように接続されている。車輪72はレール79上に載置されている。
車両本体78の天井側にはパンタグラフ80が設けられ、このパンダグラフは架線81と接触している。架線58からパンタグラフ57に供給された電力は、図示しない電力変換装置および制御装置に供給される。電力は、電力変換装置により直流から交流に変換され、図示しない配線を通して、各電動機10に供給される。電動機10は供給された電力により稼動し、カップリングおよびギアボックスを介して車輪72を回転させる。これにより、鉄道車両70はレール79上を走行する。
車両本体78内には、ポンプ62、放熱器(ラジエター)66、放熱器に冷却風を送る冷却ファン82が設けられている。配管からなる冷却液循環系68は、放熱器66、ポンプ62を介して、2台の電動機10に接続されている。液冷媒は、ポンプ62により冷却液循環系68を通して電動機10の熱交換器50および液冷冷却部40に供給され、放熱器66を通して、ポンプ62へ戻る、といったように循環する。なお、熱交換器50と液冷冷却部40の配管は、直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。
上記構成の鉄道車両70によれば、電動機10の冷却システム60が、車両本体78内に設置され、電動機10に効率良く液冷媒を供給することができる。また、電動機10については、前述した実施形態と同様に、全体として高い冷却効果を得ることができる。
(第6の実施形態)
図13は、第6の実施形態に係る鉄道車両を概略的に示す断面図である。図13に示すように、本実施形態によれば、車両本体78内の床上に、電力変換装置等の電力機器84が設置されている。この電力機器84は、ポンプ62と電動機10との間で、冷却システム60の冷却液循環系68に接続されている。鉄道車両70の他の構成は、前述した第5の実施形態に係る鉄道車両と同一である。
図13は、第6の実施形態に係る鉄道車両を概略的に示す断面図である。図13に示すように、本実施形態によれば、車両本体78内の床上に、電力変換装置等の電力機器84が設置されている。この電力機器84は、ポンプ62と電動機10との間で、冷却システム60の冷却液循環系68に接続されている。鉄道車両70の他の構成は、前述した第5の実施形態に係る鉄道車両と同一である。
本実施形態の鉄道車両70によれば、電動機10の冷却系と、電力変換装置84の冷却系とを共用することができる。その他、第6の実施形態においても、前述した第5の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
(第7の実施形態)
図14は、第5の実施形態に係る鉄道車両を概略的に示す断面図である。図14に示すように、本実施形態によれば、車両本体78内の床上に、電力変換装置等の電力機器84が設置されている。また、放熱器66と並んで、電力機器84用の2つの放熱器85a、85bが設置されている。これらの放熱器66、85a、85bは、共通の冷却ファン82から冷却風を受けるように配置されている。また、放熱器85a、85bは、ポンプ86a、86bを介して、電力機器84に接続されている。ポンプ86a、86bを作動することにより、冷却用の液冷媒が電力機器84に供給され電力機器を冷却する。電力機器84から熱を奪った液冷媒は、放熱器85a、85bへ循環され、放熱し冷却される。鉄道車両70の他の構成は、前述した第5の実施形態に係る鉄道車両と同一である。
図14は、第5の実施形態に係る鉄道車両を概略的に示す断面図である。図14に示すように、本実施形態によれば、車両本体78内の床上に、電力変換装置等の電力機器84が設置されている。また、放熱器66と並んで、電力機器84用の2つの放熱器85a、85bが設置されている。これらの放熱器66、85a、85bは、共通の冷却ファン82から冷却風を受けるように配置されている。また、放熱器85a、85bは、ポンプ86a、86bを介して、電力機器84に接続されている。ポンプ86a、86bを作動することにより、冷却用の液冷媒が電力機器84に供給され電力機器を冷却する。電力機器84から熱を奪った液冷媒は、放熱器85a、85bへ循環され、放熱し冷却される。鉄道車両70の他の構成は、前述した第5の実施形態に係る鉄道車両と同一である。
本実施形態の鉄道車両70によれば、電動機10の冷却系における放熱器66と、電力変換装置84の冷却系の放熱器85a、85bとを、共通の冷却ファン82を用いて放熱することができる。その他、第7の実施形態においても、前述した第5の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
前述した第5ないし第7の実施形態において、電動機10として第1の実施形態で示した電動機を用いる場合、図15に示すように、通風ダクト44は、電動機のケースと共に台車74上に設置され、冷却システムの冷却液循環系(配管)68は、車両本体78の床を貫通して通風ダクト44内の熱交換器に接続される。また、第5ないし第7の実施形態において、電動機10として第2の実施形態で示した電動機を用いる場合、図15に示すように、通風ダクト44は、車両本体78の床下に設置され、接続ダクト70a、70bを介して電動機10のケースに接続される。冷却システムの冷却液循環系(配管)68は、車両本体78の床を貫通して通風ダクト44内の熱交換器に接続され、更に、熱交換器からケース内の液冷冷却部40に接続される。
この発明は前述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
Claims (11)
- ケースと、
前記ケース内を延び、軸受により前記ケースに対して回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に固定された回転子鉄心と、前記回転子鉄心を軸方向に貫通して延びる貫通部と、を備える回転子と、
前記ケース内で、前記回転子鉄心の外周に隙間を置いて対向配置された円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に取り付けられた固定子巻線と、を備える固定子と、
前記固定子鉄心の外周を覆うように環状に配置され、液冷媒を流す冷却部と、
前記ケースに、前記固定子鉄心を挟んで固定子鉄心の軸方向両側で、前記ケースにそれぞれ設けられた第1開口および第2開口と、前記ケースの外側に設けられ、前記第1開口と第2開口とを繋ぐ通風ダクトと、
前記回転軸にこの回転軸と一体に回転自在に取付けられ、前記回転子鉄心の貫通部と、前記回転子鉄心と固定子鉄心との隙間と、前記通風ダクトとを通じて内部空気を循環させるための回転子ファンと、
前記通風ダクト中に内部空気を液冷媒により冷却する熱交換器と、
前記冷却部および熱交換器に液冷媒を供給する冷却システムと、
を具備する液冷式の電動機。 - 前記通風ダクトは、前記ケースの外面上に設けられている請求項1に記載の液冷式の電動機。
- 前記通風ダクトは、前記ケースから離れて設けられ、前記ケースの第1および第2開口と前記通風ダクトが柔軟性を有する接続ダクトで接続されている請求項1に記載の液冷式の電動機。
- 前記通風ダクトを前記ケースに支持する防振支持部を備えている請求項3に記載の液冷式の電動機。
- 前記熱交換器は、前記通風ダクト内に配置された複数のフィンと、前記フィンを貫通して延び、前記冷却システムから供給される液冷媒を流す冷却管と、を備えている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液冷式の電動機。
- 前記ケースは、複数組の第1開口および第2開口を有し、各組の第1開口と第2開口とを繋ぐ複数の通風ダクトが設けられ、各通風ダクト内に、内部空気を液冷媒により冷却する熱交換器が設けられている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液冷式の電動機。
- 車両本体と、
車輪が取付けられているとともに前記車両本体を支持する台車と、
前記台車上に設置され前記車輪を駆動する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液冷式の電動機と、
前記車両本体に設けられ、前記電動機の冷却部および熱交換器に液冷媒を供給する電動機用の冷却システムと、
を備える鉄道車両。 - 前記車両本体に設けられ、前記冷却システムに接続された電力機器を備えている請求項7に記載の鉄道車両。
- 前記車両本体に設けられた電力機器と、前記車両本体に設けられ、前記電力機器を冷却する電力機器用の冷却システムと、を備え、前記電動機用の冷却システムおよび電力機器用の冷却システムは、それぞれ前記車両本体に設けられた放熱器を備え、更に、これらの放熱器に冷却風を送る共通の送風機を備えている請求項7に記載の鉄道車両。
- 前記電動機の通風ダクトは、前記車両本体に取付けられ、接続ダクトを介して電動機のケースに接続されている請求項7に記載の鉄道車両。
- 前記熱交換器は、前記通風ダクト内に配置された複数のフィンと、前記放熱フィンを貫通して延び、前記冷却システムから供給される液冷媒を流す冷却管と、を備えている請求項8ないし10のいずれか1項に記載の鉄道車両。
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