WO2015008390A1

WO2015008390A1 - 液冷式電動機

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Publication number: WO2015008390A1
Application number: PCT/JP2013/069686
Authority: WO
Inventors: 暁伊藤; 泰平小山; 野田　伸一; 真琴松下; 寿郎長谷部; 芳宏前田
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-01-22
Also published as: US20160134177A1; CN105379080A; EP3024125A1; JPWO2015008390A1

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

液冷式電動機

　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。

特開平８－２３７９０４

　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。

図１は、第１実施形態に係る液冷式電動機を示す斜視図。図２は、第１実施形態に係る電動機の縦断面図。図３は、上記電動機の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。図５は、上記電動機における液冷媒の流れを概略的に示す図。図６は、変形例に係る液冷式電動機を示す斜視図。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。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。図９は、第４の実施形態に係る液冷式の電動機を示す斜視図。図１０は、第４の実施形態に係る液冷式の電動機を示す縦断面図。図１１は、上記電動機における液冷媒の流れを概略的に示す図。図１２は、第５の実施形態に係る液冷式電動機を有する鉄道車両の断面図。図１３は、第６の実施形態に係る液冷式電動機を有する鉄道車両の断面図。図１４は、第７の実施形態に係る液冷式電動機を有する鉄道車両の断面図。図１５は、前記第５ないし第７の実施形態における、電動機の設置構成を示す断面図。

　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。

　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。

　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。

（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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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

　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。