KR20040045370A

KR20040045370A - 전폐 외선 냉각형 전동기

Info

Publication number: KR20040045370A
Application number: KR1020030083479A
Authority: KR
Inventors: 나가야마다카시; 기타무라미노루; 시라이시시게토모; 마츠우라다다시
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2004-06-01
Also published as: KR100528586B1; CN1503433A; JP5143094B2; JP2009261248A; CN1278475C; US20040150270A1; JP2009081994A; US6891290B2

Abstract

본 발명은 전동기 내의 로터 바의 발열을 억제하여 베어링부로의 전열을 억제하여, 베어링 및 윤활유의 수명을 저감시키지 않고, 철도 차량용 구동 전동기로서 이상적인 전폐 외선 냉각형 전동기를 제공하는 것을 과제로 한다.

전폐 외선 냉각형 전동기의 통풍 팬(9)은, 브래킷(2) 측에 방사상으로 블레이드(109a)가 설치되고, 또한, 철심 측에 방사상으로 블레이드(109b)가 설치되어 이루어지며, 블레이드(109a) 내측부의 브래킷(2)에 개구된 개구부로부터 외기(外氣)를 통풍로 내로 도입하여 냉각풍으로 만들어 상기 냉각풍을 스테이터 철심(10)의 외주부에 형성된 냉각 구멍으로 유도하여 외부에 방출하고, 블레이드(109b)로부터 토출되는 전동기 내의 공기가 외부 열교환기(18)를 경유하여 다시 전동기 내로 되돌아가도록 구성했다.

Description

전폐 외선 냉각형 전동기{TOTALLY ENCLOSED FAN COOLED TYPE MOTOR}

본 발명은 차량 구동용 전동기 등에 적용되는 전폐 외선 냉각형 전동기에 관한 것이다.

일반적으로, 철도 차량에서는 차체(車體)의 아래에 배치된 대차(臺車)에 차량 구동용 전동기를 장하(裝荷)하고, 이 전동기의 회전력을 기어 장치를 통하여 차륜(車輪)에 전달하여 차량을 주행시키도록 하고 있다. 종래, 이러한 전동기는 도 15에 나타낸 구조로 되어 있다.

도 15에 나타낸 종래의 차량 구동용 전동기는, 고정측 부재인 원통(圓筒) 형상의 프레임(1)을 가지며, 이 프레임(1)의 한쪽에 브래킷(2)을 부착시키고, 프레임(1)의 다른쪽 중앙부에 하우징(3)을 부착시켜, 이 브래킷(2)과 하우징(3) 각각의 중심부에 설치한 베어링(4, 5) 각각에 의해 로터 샤프트(6)의 양단부 각각을 회전 가능하게 지지하고 있다.

로터 샤프트(6)의 축방향의 중앙 부분에 로터 철심(7)을 고정시키고, 이 로터 철심(7)의 외주면에 형성된 다수의 홈 각각의 속에 로터 바(8)를 매립하여, 각각의 로터 바(8)의 양단부는 로터 철심(7)으로부터 돌출시키고, 그 돌출 부분을 엔드 링(end ring)(201)에 의해 일체로 접속하여 유도 전동기의 케이지형(cage) 로터를 형성하고 있다. 로터 철심(7)에는 축방향으로 관통한 복수 개의 통풍 구멍(7a)이 형성되어 있고, 역시 바람 구멍이 개구된 철심 탭(202)에 의해 양측으로부터 고정되어 있다.

프레임(1)의 내주부에는 원통 형상의 스테이터 철심(10)을 부착시키고, 이 스테이터 철심(10)의 내주면에 형성된 다수의 홈 속에 스테이터 코일(11)을 수납하고 있다. 이 스테이터 코일(11)의 코일 엔드부는 스테이터 철심(10)의 양측으로 돌출된 형태로 되어 있다.

스테이터 철심(10)의 내주면과 로터 철심(7)의 외주면 사이에는 균일한 공극(空隙)(200)이 형성되어 있다. 로터 샤프트(6)의 구동측(驅動側) 단부(6a)는 전동기의 외부로 돌출되어 있다. 이 돌출된 구동측 단부(6a)의 부분에는, 구동용 기어 장치와 결합하기 위한 이음매(커플링)를 부착시킨다.

로터 샤프트(6)의 전동기 내부에는 통풍 팬(9)이 고정되어 있다. 이 통풍 팬(9)은 중앙으로부터 방사상(放射狀)으로 배치된 복수의 블레이드(9a)를 갖고 있다. 프레임(1)에서의 이 통풍 팬(9)의 외주부에 대향하는 부분에는, 복수의 배기구(1a)가 원주(圓周) 방향을 따라 설치되어 있다.

프레임(1)의 반구동(反驅動) 측의 위쪽에 입기구(1b)를 설치하고, 이 입기구(1b)를 덮도록 통풍 여과기(12)를 부착시키며, 통풍 여과기(12)의 외기(外氣) 도입구 부분에는 먼지를 포착하기 위한 필터(12a)가 입구 전면(全面)에 부착되어 있다.

도 15에 나타낸 전동기 전체는, 프레임(1)에 설치된 부착 암부(arm部)를 대차 틀에 볼트로 체결 고정시키고, 로터 샤프트 단부(6a)에 접속한 이음매를 통하여 전동기의 회전력을 기어 장치로부터 차륜에 전달하여 차량을 주행시킨다.

이 전동기의 운전 시에는, 전동기의 스테이터 코일(11)과 로터 바(8)가 발열하기 때문에 외기를 전동기 내에 유통시켜 냉각시키고, 전동기의 온도 상승을 억제한다. 이 냉각 작용은 다음과 같다.

운전 시, 통풍 팬(9)이 로터 샤프트(6)에 의해 회전하여, 전동기 내의 공기를 배기구(1a)로부터 전동기의 외부로 배출하고, 이것에 따라 입기구(1b)로부터 외기가 전동기 내에 흡인된다. 전동기 내에 흡인되는 외기는 통풍 여과기(12)를 거쳐 입기구(1b)로부터 전동기 내에 유입된 후, 로터 철심(7)의 통풍 구멍(7a)을 통과하고, 또한, 로터 철심(7)의 외주와 스테이터 철심(10)의 내주 사이의 공극부를 통과하여 통풍 팬(9) 측에 유통하며, 통풍 팬의 회전에 의해 배기구(1a)로부터 전동기의 외부로 배출된다.

이와 같이 전동기 내에 외기를 유통시킴으로써, 로터 바(8), 스테이터 코일(11), 베어링(4, 5) 및 전동기 내의 각부(各部)를 냉각시켜, 로터 바(8), 스테이터 코일(11), 베어링(4, 5) 및 그것을 윤활하는 윤활유(grease)의 온도 상승이 허용 온도를 초과하지 않도록 하고 있다.

그러나, 전차 등의 플로어(floor) 아래의 대차에 탑재되는 차량 구동용 전동기 둘레의 외기에는 차량 주행 시에 감아 올려지는 먼지가 다량으로 존재하고, 도입하는 외기는 심하게 오손(汚損)된 환경에 있다. 그 때문에, 도 15에 나타낸 종래 예의 차량 구동용에서는, 전동기의 내부로 도입하는 외기는 통풍 여과기(12)의 필터(12a)에 의해 먼지를 포착하여 청정화를 도모하고 있지만, 운전을 계속함으로써, 점차 필터(12a)에 막힘이 발생하여, 전동기 내의 통풍량이 감소하게 된다. 이 때문에, 짧은 간격의 정기적인 필터의 청소 보수를 필요로 하여, 막대한 노동력을 소비해야만 하는 기술적 과제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 최근에는 전폐 외선 냉각형의 차량 구동용 전동기개발이 추진되고 있다. 이러한 전폐 외선 냉각형 전동기를 도 16을 참조하여 설명한다.

도 16에 있어서, 바닥이 있는 원통형 프레임(13)의 구동측 단부에 브래킷(14)을 설치하고, 반구동 측의 중앙부에 하우징(3)을 설치하고 있다. 프레임(13)의 내주부에는 스테이터 철심(10)이 설치되어 있다.

브래킷(14)과 하우징(3)의 각각에 부착된 베어링(4, 5)에 의해 로터 샤프트(6)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 이 로터 샤프트(6)의 축방향 중앙부에는 로터 철심(7)이 설치되어 있다. 로터 샤프트(6)의 구동측 단부는 전동기의 외부로 돌출되어 있고, 이 돌출 부분에 통풍 팬(15)이 부착되어 있다.

프레임(13)의 외주면에는 축방향으로 연장된 형상의 냉각 구멍(16)을 다수 형성하여, 통풍로(17)로 하고 있다. 통풍로(17)는 브래킷(14)에도 구성되어 구동측은 통풍 팬(15)의 외주측을 향하여 개구하고 있다. 또한, 반구동 측은 외기에 개방되어 있고, 전동기의 구동측 통풍 팬(15)의 입기구(15a)는 외기 도입구를 형성하고 있다.

이 도 16에 나타낸 전폐 외선 냉각형 전동기는 전동기 내부가 외부와 차단된 전폐형으로 되어 있기 때문에, 그 내부에서 발생한 열은 주로 프레임(13)의 외주면에 다수 형성된 냉각 구멍(16)으로부터 방출된다. 그리고, 운전 시에는, 통풍 팬(15)의 회전에 의해 외기를 프레임(13) 외주부의 냉각 구멍(16)에 통풍로(17)를 경유하여 축방향으로 유통시킴으로써, 이 냉각 구멍(16) 내의 벽면(壁面)으로부터 철심(10) 및 프레임(13)을 전열(傳熱)한 스테이터 코일(11)의 발열을 외기에 방출시킨다.

이 전폐 외선 냉각형 전동기는, 외기를 전동기 내에 유통시키지 않기 때문에 외기에 혼입(混入)되어 있는 먼지에 의해 전동기 내부가 오손되지 않고, 또한, 전동기의 외부를 외기에 의해 냉각시키기 때문에 외기의 먼지를 제거하는 필터도 불필요해지는 이점(利點)이 있다.

그러나, 이 일반적인 전폐 외선 냉각형 전동기에서도, 스테이터 코일(11)의 발열은 철심(10) 및 프레임(13)을 전열시켜 냉각 구멍(16)으로부터 외기에 방출시킬 수 있지만, 로터 바(8)의 발열은 전동기 내에 케이지형 로터가 발열하는 이른바 로컬 히트(local heat)가 발생하는 원인으로 되었다. 이 대책을 위해, 일례를 도 17에 나타내고, 냉각 팬(9)을 갖는 전폐 외선 냉각형 전동기가 개발되었다.

도 17의 전폐 외선 냉각형 전동기는, 도 16의 냉각 기능에 더하여, 종래형에 있는 냉각 팬(9)을 사용하여 전동기 내부의 공기를 순환시켜 도중에 라디에이터(radiator)로서의 열교환기(18)에 의해 전동기 내의 따뜻해진 공기의 열을 외기에 방열하여 냉각시키는 것이다. 열교환기(18)에는 방열 팬(18a)이 다수 부착되어 있어 방열 효율을 향상시키고 있다.

이것에 의해, 로터 바(8)에서 발생한 열도 전동기 내에 머물지 않고 외기에 방열할 수 있게 되었다.

또한, 도 15와 관련된 전폐 전동기의 예로서, 전동기 내에 팬을 설치하여, 전동기 내에서 발생한 열을 전동기의 외부로 강제 배출하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특개2002-78282호 공보(1페이지∼2페이지, 도 1) 참조).

또한, 도 16과 관련된 전폐 전동기의 예로서, 전동기의 외부에 팬을 설치하여, 전동기 내에서 발생한 열을 전동기의 외부로 강제 배출하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특개소57-77889호 공보(1페이지∼3페이지, 도 1) 참조).

그러나, 도 15 내지 도 17 및 상기 공보에 나타낸 전폐 전동기에서는, 후술하는 기술적 과제가 있어 차량용 전동기로서 개선이 요망되었다.

첫째로, 로터 바(8)의 발열의 냉각은, 스테이터 철심(10)의 전열에 의한 스테이터 코일(11)의 냉각과 비교하면, 열전도가 나쁜 공기를 통한 간접적인 전열에 의한 냉각이기 때문에 냉각 성능이 나쁜 결점이 있었다.

이 때문에, 로터의 발열이 로터 철심(7) 및 로터 샤프트(6)를 통하여 직접적으로, 또한, 전동기 내의 따뜻해진 공기에 의해 간접적으로 베어링(4, 5)을 따뜻하게 하는 원인으로 되었다. 베어링(4, 5)과 그것을 윤활하는 윤활유의 허용 온도는 로터 바(8)나 스테이터 코일(11)에 비하면 낮고, 약 반분(半分)의 허용 온도인 것이다.

그 때문에, 로터 바(8)의 발열을 허용 한도로서 설계하는 것이 아니라, 베어링(4, 5) 및 윤활유의 허용 온도를 고려한 설계로 해야만 하여, 결과적으로 종래의 전동기보다 저(低)출력의 전동기로 될 수밖에 없었다.

또한, 윤활유의 온도도 높아지기 때문에 그 수명이 저하되어 전폐화에서 보수의 저감을 도모하는 목적을 달성할 수 없게 되는 결점이 있었다.

둘째로, 철도 차량용의 구동 전동기를 나타내는 도 18 및 도 19와 같이, 대차라고 불리는 철도 차량이 주행하는 섀시(chassis) 장치 중에 부착되어 구성하고 있다. 구동 전동기(301)는 상기 전동기에 부착되어 있는 부착 암부(302)에 의해, 대차(303)의 바(bar)(304)에 구성된 부착좌(附着座)(305)에 고정되어 있다.

도 15와 같은 구동 전동기(301)의 로터 샤프트(306)에는 이음매(306a)가 부착되어 기어 장치(307)와 접속되고 있다. 기어 장치의 동력축은 이음매(306a)를 부착시킨 샤프트(308)로 되어 있고, 종동축(從動軸)은 차축(車軸)(309)으로 되어 있다. 차축(309)의 양단부에는 차륜(310, 310)이 부착되고, 그 차륜(310, 310)은 레일(311, 311) 위를 굴러가 주행할 수 있게 되어 있다.

차축(309)은 그 양단부에 베어링(312, 312)이 부착되고, 대차(303)에 부착되어 차축(309)이 회전 가능하게 지지되고 있다. 대차(303)에는 차체(313)가 탑재되어 있고, 전동기(301)가 통전에 의해 회전하면 로터 샤프트(306), 이음매(306a), 기어 장치(307), 차축(309), 차륜(310)에 회전력이 전달되어, 차체(313)가 움직이도록 되어 있다.

여기에, 전동기의 축방향 치수(L)는 도 18보다 차륜의 내폭(內幅)(Ls)에 의해 제한되어 필요 이상으로 넓힐 수 없는, 즉, 도 17의 회전축 방향의 치수(L)는 제한되고 있어, 필요 이상으로 크게 할 수 없다는 차량 특유의 제약이 있다.

이 때문에, 조금이라도 전동기의 회전축 방향의 치수는 작게 하여 전동기를 설계할 필요가 있어, 큰 공간을 취하는 팬을 2 개나 부착시키는 것은 매우 불리해진다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 과제를 해결하여, 먼지 청소를 저감시키는전폐 전동기에서 전동기 내의 로터 바의 발열을 억제하여 베어링부로의 전열을 억제하여, 베어링 및 윤활유의 수명을 저감시키지 않고, 철도 차량용의 구동 전동기로서 이상적인 전폐 외선 냉각형 전동기를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 전폐(全閉) 외선(外扇) 냉각형 전동기를 측면(側面) 방향으로부터 본 단면도.

도 2는 상기 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 정면 방향으로부터 본 부분 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 측면 방향으로부터 본 단면도.

도 4는 도 3에서의 V1-V1 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 측면 방향으로부터 본 단면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 측면 방향으로부터 본 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 측면 방향으로부터 본 단면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, (a)는 측면 방향으로부터 본 단면도, (b)는 (a)에서의 V2-V2 단면도.

도 9는 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, 통풍(通風) 구멍의 형태를 상세하게 나타내는 도면.

도 10은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, 브래킷(bracket)의 회전체와 고정체의 경계선을 나타내는 도면.

도 11은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, 냉시(冷時)에서의 브래킷의 회전체와 고정체의 경계선을 나타내는 도면.

도 12는 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, 열시(熱時)에서의 브래킷의 회전체와 고정체의 경계선을 나타내는 도면.

도 13은 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, 스테이터(stator) 철심(鐵心)의 냉각 구멍의 일례를 설명하는 도면.

도 14는 본 발명의 다른 실시예의 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 것으로서, 스테이터 철심의 냉각 구멍의 다른 예를 설명하는 도면.

도 15는 종래의 차량 구동용 전동기를 측면 방향으로부터 본 단면도.

도 16은 종래의 전폐 외선 냉각형 전동기의 일례를 측면 방향으로부터 본 부분 단면도.

도 17은 종래의 전폐 외선 냉각형 전동기의 다른 예를 측면 방향으로부터 본 부분 단면도.

도 18은 대차(臺車) 내에 배열 설치된 철도 차량용 구동 장치에서 전동기의 치수 제약을 설명하는 도면.

도 19는 대차 내에 배열 설치된 철도 차량용 구동 장치에서 전동기의 동력 전달 방법을 설명하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 프레임(frame)

1a : 배기구(排氣口)

1b : 입기구(入氣口)

2 : 브래킷(bracket)

3 : 하우징

4, 5 : 베어링

6 : 로터 샤프트(rotor shaft)

7 : 로터 철심

7a : 통풍(通風) 구멍

8 : 로터 바(rotor bar)

9 : 통풍 팬

9a : 블레이드(blade)

10 : 스테이터(stator) 철심(鐵心)

11 : 스테이터 코일

12 : 통풍 여과기

12a : 필터

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스테이터 철심과, 이 스테이터 철심의 내주측에 배치된 로터 철심과, 상기 스테이터 철심의 한쪽 단부에 브래킷을 통하여 배열 설치된 제 1 베어링과, 상기 스테이터 철심의 다른쪽 단부에 상기 브래킷과 함께 고정 부재로 접속된 하우징을 통하여 배열 설치된 제 2 베어링과, 상기 로터 철심이 부착되고, 또한, 상기 제 1 및 제 2 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로터 샤프트와, 상기 스테이터 철심의 외주부에 구성된 통풍로와, 외부 열교환기와, 상기 로터 샤프트에서의 베어링과 철심 사이에 끼워 장착되어 상기 브래킷 측에 방사상으로 제 1 블레이드가 설치되고, 또한, 철심 측에 방사상으로 제 2 블레이드가 설치된 통풍 팬을 구비하며, 상기 제 1 블레이드 내측부의 상기 브래킷에 개구된 개구부로부터 외기를 상기 통풍로 내로 도입하여 냉각풍으로 만들어 상기 냉각풍을 상기 스테이터 철심의 외주부에 형성된 냉각 구멍으로 유도하여 외부에 방출하고, 상기 제 2 블레이드로부터 토출되는 전동기 내의 공기가 상기 외부 열교환기를 경유하여 다시 전동기 내로 되돌아가도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전동기 축방향 치수를 크게 하지 않는 1 개의 통풍 팬에 의해, 외기에 의한 냉각과 전동기 내 순환 냉각이 실행되며, 전동기 내의 로터 바의 발열을 억제하여 베어링부로의 전열을 억제하여, 베어링 및 윤활유의 수명을 저감시키지 않고, 철도 차량용의 구동 전동기로서 이상적인 전폐 외선 냉각형 전동기를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전폐 외선 냉각형 전동기를 나타내는 도면으로서, 스테이터 철심(10)의 양측에 철심 탭(10a, 10a)을 부착시키고, 그 사이에 전체 둘레의 부분적으로 부착시키도록 한 복수의 연결판(10b)을 스테이터 철심(10)의 외주 위에 부착시켜 구성되어 있으며, 스테이터 철심 외주측에는 다수의 냉각 구멍(16)이 구성되어 있다.

로터 샤프트(6)에는 전동기 내에 통풍 팬(109)이 부착되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, 도 16 및 도 17에는 베어링 외, 즉, 전동기의 외부에 통풍 팬이 부착되어 있고, 또한, 도 17에는 전동기 내의 통풍 팬이 더 부착되어 있는 것과 대비된다.

통풍 팬(109)의 한쪽에는 블레이드(109a)가 회전축으로부터 방사상으로 부착되고, 베어링(4)을 지지하는 브래킷(20)이 구성되어 원주 형상으로 복수의 외기 입기구(20a)가 개구되어 있다.

또한, 브래킷(20)은 연결 브래킷(21)을 통하여 철심 탭(10a)에 부착되어 있다. 연결 브래킷(21)에는 스테이터 철심(10)의 냉각 구멍(16)에 연결되는 통풍 구멍(17)이 구성되어 있다. 또한, 다른쪽 단부는 고정 브래킷(22)의 중심 부분에 하우징(3)을 부착시키고, 다른쪽 단부의 철심 탭(10a)에 부착되어 있다. 고정 브래킷(22)에도 냉각 구멍(16)에 맞춘 통풍 구멍(17a)이 개구되어 있어, 외기에 개방되고 있다.

전동기의 회전에 의해 통풍 팬(109)이 회전하면, 블레이드(109a)의 토출 작용에 의해 냉각된 외기가 a의 부분으로부터 화살표와 같이 유입되고, 통풍 구멍(17)→냉각 구멍(16)→통풍 구멍(17a)→외기(b)로 되어 흐른다.

이것에 의해, 스테이터 코일(11)의 발열은 철심(10)을 통하여 냉각 구멍(16)의 내주면으로부터 외부에 방열되어 냉각이 진행된다.

한편, 통풍 팬(109)의 블레이드(109a)와는 반대쪽에는 방사상의 블레이드(109b)가 다수 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 링 형상의 측판(側板)(109c)이 블레이드(109b)가 부착된 팬 주판(主板)(109d)과는 반대쪽에 구성되어 있다.

블레이드(109b)의 외주측 대향면에는 차폐판(21a)이 통풍 팬(109b)의 전체 둘레를 덮도록 배열 설치되고, 그 일부가 개구되어, 개구구(21b)로 되어 있다.

이 개구구(21b)로부터는 연결 브래킷(21)에 구성된 통풍 구멍(17b)이 배열 설치되며, 전동기 외부에 구성된 열교환기(라디에이터)(23)를 경유하여, 고정 브래킷(22)에 설치된 통풍 구멍(17b)을 통과하여 전동기 내에 들어가고, 통풍 구멍(7a)이나 스테이터 철심(10)과 로터 철심(7) 사이의 공극(200)을 통과하여, 통풍 팬(109)의 블레이드(109b)로 되돌아가도록 되어 있다.

열교환기(23)에는 다수의 방열 핀(fin)(23a)이 부착되어 있기 때문에, 블레이드(109b)로부터 토출한 따뜻해진 공기는 냉각되고, 전동기 내에 다시 되돌아갔을 때는 냉각 공기로 되어 전동기 내의 로터 바(8)를 냉각시킬 수 있는 것으로 된다.

기내 순환 공기에 대해서는 점선의 화살표로 나타내고 있다. 부호 203은 볼트이다.

도 2는 도 1의 축방향으로부터 본 것으로서, 일부는 파단면으로 되어, 냉각 구멍(16)과 전동기 내 순환 유로를 나타내고 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 의하면, 도 17의 전동기 내 냉각과 다른 점은, 통풍 팬(109)의 양측에 블레이드(109a)와 블레이드(109b)를 설치하고 있기 때문에, 팬 주판(109d)을 통하여 전동기 내의 열을 외기와 열교환할 수 있는 것이다. 즉, 본 실시예의 전동기는, 열교환기가 2 개로 증가한 것과 동일한 효과를 나타낼 수 있게 된다.

일반적으로, 통풍 팬은 고속 회전으로 회전시키기 위해 알루미늄제를 채용하고 있으며, 열전도성이 양호한 알루미늄제 통풍 팬이 적절하게 열교환기를 겸하게 된다.

또한, 통풍 팬 측의 베어링(4)은 도 16 및 도 17에 비하여 로터 철심(7)으로부터 이간(離間)되고, 또한, 냉각된 외기에 노출되기 때문에, 베어링(4)에 사용되고 있는 윤활유의 수명 연장에도 효과를 나타낸다.

또한, 다른쪽 단부의 베어링(5)은 통풍 팬(109) 및 열교환기(23)에 의해 냉각되어 전동기 내에 순환 유입되는 가장 냉각된 상태의 공기에 노출되기 때문에, 이 베어링(5)에 사용되고 있는 윤활유의 수명 연장에도 효과를 나타낸다.

아울러, 팬의 수가 적어진 만큼 전동기의 축방향 치수(L)를 적게 할 수 있어, 철도 차량용 전폐 외선 냉각형 전동기로서는 이상적인 것으로 된다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 대해서, 도 1 및 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 첨부한 도 3 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

도 3에 나타낸 실시예는, 도 1의 열교환기(23)를 전동기의 외부에 설치하지 않고 스테이터 철심(10) 내에 구성한 것이다. 냉각 성능은 도 1의 것보다 저하되지만 전동기 외부의 구성분을 적게 할 수 있어, 치수 제약이 많은 철도 차량용 전동기로서는 유리한 점도 있다.

도 4에 나타낸 실시예는 도 3의 V1-V1 단면을 나타내는 것으로서, 외기 냉각 구멍(16)과 전동기 내 순환 냉각 구멍(16a)의 일례를 나타내고 있다.

도 5에 나타낸 실시예는, 도 1의 구조에서 베어링(5)의 냉각성을 향상시키기 위해, 하우징(3)의 내부에 전체 둘레에 걸쳐 공간부(3a)를 마련하여, 전동기 내의 열이 베어링(5) 및 그 윤활용 윤활유에 전달되기 어렵게 한 것이며, 공기의 단열(斷熱) 작용을 이용하고 있다. 또한, 공간부(3a)는 외기와 연통(連通)하고 있어, 냉각된 외기가 들어가서, 냉각성을 보다 향상시킨다.

또한, 외기와 연통한 구멍(3b)과 구멍(3b) 사이는, 리브(3c)로서 복수 개 구성되어 로터를 지지하는 강도(强度) 부재 및 방열을 촉진하는 핀으로서도 활용하고 있다.

도 6에 나타낸 실시예는 도 5의 변형예의 하나로서, 하우징(3)의 부분에 구성한 공간부(3a)를 원판 형상의 커버(3d)를 볼트로 부착시켜 구성하고 있다. 이러한 형태로 함으로써, 도 6보다 공작성이 양호한 구조로 된다.

도 7에 나타낸 실시예는, 도 6의 원기둥 형상의 커버(3d)를 회전부와 리브린스(labyrinth)(3e)(미소한 틈)에 의해 대향시켜 구성한 것이며, 공간부(3a)를 보다 크게 할 수 있는 것이다.

도 8의 (a)에 나타낸 실시예는 도 7의 구성에서 외기를 적극적으로 유통시키는 것이며, 로터 샤프트(6)의 공간부(3a) 내의 부분에 팬(3f)을 부착시키고, 공간부(3a)에 연결되는 로터 샤프트(6)에 외기와 통하는 통풍 구멍(3g)을 구성한 것이다. 또한, 부호 304는 리브린스이다. 이와 같이 구성하면, 로터 샤프트(6)가 회전할 경우, 팬(3f)이 회전하여 외기가 화살표와 같이 흘러 베어링(5) 및 윤활유의 냉각성이 보다 증대한다.

도 8의 (b)에 나타낸 실시예는 통풍 구멍(3g)의 반경(半徑)의 구멍 상태를 나타내는 것이며, 본 도면에서는 3 개소 등분으로 개구되어 있는 것을 나타낸다.

도 9에 나타낸 실시예는 도 8의 (a)의 변형예와 동일하게 외기를 적극적으로 유입시키는 것이며, 로터 샤프트(6) 등에 부착된 팬(3h)과 고정 브래킷(22), 하우징(3)으로 둘러싸인 부분을 구성하고, 입기 구멍(3i) 및 토출 구멍(3j)을 형성한 것이다. 이와 같이 구성하면, 로터가 회전할 경우, 팬(3h)이 회전하여 냉각된 외기가 화살표와 같이 흘러 하우징(3) 내의 베어링(5) 및 윤활유의 전동기 내 승온(昇溫)에 의한 열전도 및 복사열을 방지하여 냉각 효과를 나타내게 된다. 또한, 입기 구멍(3i) 및 토출 구멍(3j)은 고정 브래킷(22)에 배열 설치했지만, 하우징(3) 등과 같이 기능이 유지되면 어디에 부착시켜도 좋은 것이다.

도 10에 나타낸 실시예는 도 1의 통풍 팬(109)과 연결 브래킷(21)의 회전체와 고정체의 경계선을 나타내는 것이며, 통상은 미소한 틈을 확보하여 구성되어 있다. 통풍 팬(109)의 블레이드(109a)는, 스테이터 철심(10)을 외기를 통풍(W₁)시켜 냉각시키는 것이다. 한편, 블레이드(109b)는 전동기 내의 공기를 열교환기(23)에 통풍시켜 전동기 내의 공기를 냉각시켜 전동기 내에 되돌리는 순환풍(W₂)을 토출시키는 것이다. 이들 바람(W₁, W₂)은 각각 서로 독립된 것으로서, 혼입을 방지해야만 한다.

통상은, 여기의 미소한 틈(G)이 그것을 성립시키는 것이며, 독립된 바람이 서로의 통풍 구멍에 들어가지 않도록 하고 있다. 그러나, 통풍 팬(109)에 열전도성이 양호한 알루미늄 재질 등을 사용하면, 통상 철제(鐵製) 등에 의해 만들어지는 연결 브래킷(21) 사이에서 다음과 같은 현상이 발생한다. 즉, 제작 시에 설계한 미소한 틈(G)은, 전동기의 온도 상승과 함께 통풍 팬(109) 및 연결 브래킷(21)도 승온하지만, 재질의 차이에 의해 열팽창량에 차가 생겨 통풍 팬(109)의 외형(r_F)은 연결 브래킷(21)의 내경(r_B)보다도 크게 변화하여 팽창된다.

그 결과, 미소한 틈(G)은 설계 시보다도 작아져, 승온이 더 진행되면 접촉하는 문제가 발생한다. 이것을 방지하기 위해, 미소한 틈(G)은 최고 승온 시의 열팽창량에 맞추어 설계해야만 하고, 냉시에는 반대로 미소한 틈(G)을 통상 설계보다도 크게 설계해야만 한다. 그 결과, 서로 독립되어 있는 바람(W₁, W₂)은 이 미소한 틈(G)의 확대에 의해 서로 혼합될 가능성이 생기게 된다.

도 11 및 도 12에 나타낸 실시예는 상술한 미소한 틈(G)의 확대를 방지하는구조를 제공하는 것이다. 즉, 도 11에 나타낸 실시예는 설계 시의 다단(多段) 미소한 틈(G)의 구성을 나타내는 것이며, B는 설계 틈에 맞추어 작게 설정되어 있지만, 반대로 A는 크게 설정되어 있다. 전동기의 발열이 커져 통풍 팬(109) 및 연결 브래킷(21)이 최대의 온도로 되었을 때 열팽창 차(ΔR)가 발생하며, 그 상태를 도 12에 도시하고 있다.

도 11의 B는 확대되어 A로 커지지만, 도 11의 A가 반대로 B로 작아져, 전동기가 냉각되고 있는 상태 및 최대로 가열된 상태에서도 미소한 틈(G)은 바람(W₁, W₂)이 서로 유입되지 않도록 일정한 벽을 확보할 수 있게 된다.

도 13 및 도 14에 나타낸 실시예는 스테이터 철심(10)의 냉각 구멍(16)의 변형예를 나타내는 것이며, 도 13의 왼쪽은 각형(角形)을 이루고 있다.

도 13의 오른쪽은 일부가 외기에 개구하고 있는 것이다. 도 14의 왼쪽은 냉각 구멍(16) 속에 돌기(16c)가 있는 것이고, 도 14의 오른쪽은 연결판(10b)과 스테이터 철심(10)과 커버(10c)에 의해 냉각 구멍(16)을 구성하고 있으며, 스테이터 철심(10)에 돌기(16d)가 있는 것이다. 이와 같이 냉각 구멍은 스테이터 철심(10)을 냉각시키는 냉각풍이 흐르는 것이면 어떠한 형상의 것이어도 좋다.

또한, 본 발명의 실시예는 도 1로 대표되는 프레임이 없는 프레임리스(frameless) 구조에 의해 설명했지만, 도 16이나 도 17의 프레임 부착 전동기에서도 구성할 수 있는 것이다.

또한, 상술한 전동기는 유도기의 예이었지만, 동기기(同期機) 등 다른 모든구성의 회전 전기에도 적용할 수 있는 것이다.

또한, 통풍 팬(109)의 블레이드(109a, 109b)에 대해서는 모두 등분(等分)으로 할 수도 있고, 부등분으로 할 수도 있으며, 블레이드(109a, 109b)를 각각 다른 매수(枚數) 한장 한장 다른 직경을 조합하여 구성할 수도 있다. 일반적으로, 부등(不等) 피치, 다른 매수로 함으로써 풍절음압(風切音壓)이 내려가 저소음으로 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 전동기 축방향 치수를 크게 하지 않는 1 개의 통풍 팬에 의해, 외기에 의한 냉각과 전동기 내 순환 냉각이 실행되며, 전동기 내의 로터 바의 발열을 억제하여 베어링부로의 전열을 억제하여, 베어링 및 윤활유의 수명을 저감시키지 않고, 철도 차량용의 구동 전동기로서 이상적인 전폐 외선 냉각형 전동기를 제공할 수 있는 것으로 된다.

Claims

스테이터(stator) 철심(鐵心)과, 이 스테이터 철심의 내주측에 배치된 로터(rotor) 철심과, 상기 스테이터 철심의 한쪽 단부에 브래킷(bracket)을 통하여 배열 설치된 제 1 베어링과, 상기 스테이터 철심의 다른쪽 단부에 상기 브래킷과 함께 고정 부재로 접속된 하우징을 통하여 배열 설치된 제 2 베어링과, 상기 로터 철심이 부착되고, 또한, 상기 제 1 및 제 2 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로터 샤프트와, 상기 스테이터 철심의 외주부에 구성된 통풍로와, 외부 열교환기와, 상기 로터 샤프트에서의 베어링과 철심 사이에 끼워 장착되어 상기 브래킷 측에 방사상(放射狀)으로 제 1 블레이드가 설치되고, 또한, 철심 측에 방사상으로 제 2 블레이드가 설치된 통풍 팬을 구비하며,

상기 제 1 블레이드 내측부의 상기 브래킷에 개구된 개구부로부터 외기(外氣)를 상기 통풍로 내로 도입하여 냉각풍으로 만들어 상기 냉각풍을 상기 스테이터 철심의 외주부에 형성된 냉각 구멍으로 유도하여 외부에 방출하고, 상기 제 2 블레이드로부터 토출되는 전동기 내부의 공기가 상기 외부 열교환기를 경유하여 다시 전동기 내로 되돌아가도록 구성한 것을 특징으로 하는 전폐(全閉) 외선(外扇) 냉각형 전동기.
제 1 항에 있어서,

상기 열교환기는 상기 스테이터 철심에 구성되어 있는 것을 특징으로 하는전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 하우징의 베어링 둘레에 외기와 통하는 공간을 마련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항에 있어서,

상기 하우징에 커버 형상으로 착탈(着脫) 가능하게 설치되는 상기 하우징과 다른 부재에 의해, 상기 하우징의 베어링 둘레에 공간을 구성한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 4 항에 있어서,

상기 부재의 중심 측이 회전체 부재와 리브린스(labyrinth)를 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 5 항에 있어서,

상기 부재와 하우징 사이의 회전 부재에 팬을 구성하고, 상기 팬의 회전축 측의 적어도 로터 샤프트에 외기와 통하는 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

적어도 로터를 포함하는 회전 부재에, 베어링 측에 블레이드를 갖는 팬을 설치하여, 이 팬의 주판(主板)과, 적어도 브래킷 또는 프레임 등 및 하우징으로 둘러싸인 부분을 구성하며, 이 블레이드보다도 직경이 작은 부분에 입기(入氣) 구멍을, 또한, 블레이드보다도 직경이 큰 부분에 토출 구멍을 형성하고, 외기를 상기 둘러싸인 부분로 도입 배출할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 통풍 팬의 주판과 대향하는 고정 부재 사이에 굴곡형의 리브린스를 마련하고, 이 리브린스에 의해 외경(外徑) 통풍 팬 부재 직경과 대향하는 내경(內徑) 고정 부재 직경 사이의 틈을 내경 통풍 팬 부재 직경과 대향하는 외경 고정 부재 직경 사이의 틈보다 크게 한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스테이터 철심 외주부에 설치한 냉각 구멍에, 외기 방출 전에 외기에 일부 개구하여 구성한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스테이터 철심부에 설치한 냉각 구멍 내에 돌기를 설치한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스테이터 철심부에 설치한 냉각 구멍이 적어도 연결판과 커버 등에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 전폐 외선 냉각형 전동기가 프레임을 구비하는 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 통풍 팬은 블레이드 피치가 부등(不等) 피치로 구성된 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 3 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 통풍 팬은 블레이드 직경을 각각 다른 것을 조합하여 구성한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 통풍 팬은 알루미늄제 또는 그 이외의 철보다도 열전도성이 높은 재질로 구성한 것을 특징으로 하는 전폐 외선 냉각형 전동기.