(57)【要約】【課題】全閉形であってもロータを十分且つ効率よく冷却でき、冷却性能を向上させること。【解決手段】車両用全閉形主電動機１０１において、ロータ３から冷却ファン６，６に対向するブラケット１２ａ，１２ｂに向かう方向を軸方向一方、その反対方向を軸方向他方として、ロータ３に、軸方向一方の端部から軸方向他方に延びる往路９１と、往路からＵターンして軸方向一方の端部に延びる復路９２とから成る通風孔９が形成され、冷却ファンの回転で入気孔８ａ，８ｂから流入する外気が通風孔の往路及び復路を経由して通風空間１４に流れるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフレームと、フレームの一方と他方の端面の夫々を閉塞する一対のブラケットを有するケースと、フレームの内周面に固定されたステータと、ステータの径方向内側にステータと非接触で配置され、中心にロータ軸を有するロータと、各ブラケットの中央部に装着された、ロータ軸を軸支する軸受が組み込まれた一対の軸受箱とを備え、ステータ及びロータが配置されたフレームの内部空間に外気が流入しないようにした車両用全閉型主電動機であって、
少なくとも一方のブラケットとロータとの間に、当該ブラケットに対向させて、ロータに連結される環状の主板に羽根を取り付けて成る冷却ファンが配置され、主板の外周部に、フレームの端部又は冷却ファンに対向するブラケットの少なくとも一方と主板との間でフレームの内部空間をシールするラビリンスシールが設けられ、冷却ファンに対向するブラケットと冷却ファンとの間に、ケース外部に連通する通風空間が画成されると共に、冷却ファンに対向するブラケットに外気が流入可能な入気孔が形成され、冷却ファンの回転で外気が入気孔からフレーム内部に流入して通風空間を流れるようにしたものにおいて、
冷却ファンに対向するブラケットからロータに向かう方向を軸方向一方、その反対方向を軸方向他方として、ロータに、軸方向一方の端部から軸方向他方に延びる往路と、往路からＵターンして軸方向一方の端部に延びる復路とから成る通風孔が形成され、冷却ファンの回転で入気孔から流入する外気が通風孔の往路及び復路を経由して通風空間に流れるようにした
ことを特徴とする車両用全閉形主電動機。
【請求項２】
ロータと一方のブラケットとの間及びロータと他方のブラケットとの間の両方に、夫々、冷却ファンが配置され、一方のブラケットに形成された入気孔から外気が流れる往路及び復路から成る通風孔と、他方のブラケットに形成された入気孔から外気が流れる往路及び復路から成る通風孔との２種類の通風孔が形成され、２種類の通風孔は連通せず互いに独立していることを特徴とする請求項１記載の車両用全閉形主電動機。
【請求項３】
通風空間に流れた外気をケースの外部に排気する排気孔が、フレームを軸方向に貫通するように形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用全閉形主電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等で使用される車両用全閉形主電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の車両用全閉形主電動機は、筒状のフレームと、フレームの一方と他方の端面の夫々を閉塞する一対のブラケットを有するケースと、フレームの内周面に固定されたステータと、ステータの径方向内側にステータと非接触で配置され、中心にロータ軸を有するロータと、各ブラケットの中央部に装着された、ロータ軸を軸支する軸受が組み込まれた一対の軸受箱とを備え、ステータ及びロータが配置されたフレームの内部空間に外気が流入しないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このものでは、少なくとも一方のブラケットとロータとの間に、当該ブラケットに対向させて、ロータに連結される環状の主板に羽根を取り付けて成る冷却ファンが配置され、主板の外周部に、フレームの端部又は冷却ファンに対向するブラケットの少なくとも一方と主板との間でフレームの内部空間をシールするラビリンスシールが設けられ、冷却ファンに対向するブラケットと冷却ファンとの間に、ケース外部に連通する通風空間が画成されると共に、冷却ファンに対向するブラケットに外気が流入可能な入気孔が形成され、冷却ファンの回転で外気が入気孔からフレーム内部に流入して通風空間を流れるようにしている。
【０００４】
然しながら、上記車両用全閉形主電動機では、通風空間は一方の軸受箱の外周外側にのみ存し、入気孔を通じて通風空間に流入する外気は、一方の軸受箱の軸受しか冷却できない。それと言うのも、車両用全閉形主電動機は、ステータ及びロータが配置されたフレームの内部空間に外気を流入しないようにして塵埃の侵入に伴う保守軽減と低騒音化とを目指したものであるからである。従って、ロータを冷却するためには、外気が流入しないフレームの内部空間に封じ込められた空気を循環させる対流式冷却に頼らざるを得ない。だが、対流式冷却は、空気への熱伝達効率がさほど高くなく、このため、対流式冷却にはロータを十分に冷却できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１１８６５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、全閉形であってもロータを十分且つ効率よく冷却でき、冷却性能が向上した車両用全閉形主電動機を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、筒状のフレームと、フレームの一方と他方の端面の夫々を閉塞する一対のブラケットを有するケースと、フレームの内周面に固定されたステータと、ステータの径方向内側にステータと非接触で配置され、中心にロータ軸を有するロータと、各ブラケットの中央部に装着された、ロータ軸を軸支する軸受が組み込まれた一対の軸受箱とを備え、ステータ及びロータが配置されたフレームの内部空間に外気が流入しないようにした車両用全閉型主電動機であって、少なくとも一方のブラケットとロータとの間に、当該ブラケットに対向させて、ロータに連結される環状の主板に羽根を取り付けて成る冷却ファンが配置され、主板の外周部に、フレームの端部又は冷却ファンに対向するブラケットの少なくとも一方と主板との間でフレームの内部空間をシールするラビリンスシールが設けられ、冷却ファンに対向するブラケットと冷却ファンとの間に、ケース外部に連通する通風空間が画成されると共に、冷却ファンに対向するブラケットに外気が流入可能な入気孔が形成され、冷却ファンの回転で外気が入気孔からフレーム内部に流入して通風空間を流れるようにしたものにおいて、冷却ファンに対向するブラケットからロータに向かう方向を軸方向一方、その反対方向を軸方向他方として、ロータに、軸方向一方の端部から軸方向他方に延びる往路と、往路からＵターンして軸方向一方の端部に延びる復路とから成る通風孔が形成され、冷却ファンの回転で入気孔から流入する外気が通風孔の往路及び復路を経由して通風空間に流れるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ロータに上記通風孔が形成され、冷却ファンの回転で入気孔から流入する外気が通風孔の往路及び復路を経由して通風空間に流れるようにしているため、入気孔を通じてケース外部からケース内部に流入して通風空間を流れる外気は、ステータ及びロータが配置されたフレームの内部空間に流入することなく、通風孔の往路及び復路を流れるときにロータを冷却できる。従って、全閉形であってもロータを十分且つ効率よく冷却でき、冷却性能が向上する。
【０００９】
本発明において、ロータと一方のブラケットとの間及びロータと他方のブラケットとの間の両方に、夫々、冷却ファンが配置され、一方のブラケットに形成された入気孔から外気が流れる往路及び復路から成る通風孔と、他方のブラケットに形成された入気孔から外気が流れる往路及び復路から成る通風孔との２種類の通風孔が形成され、２種類の通風孔は連通せず互いに独立していることが望ましい。これによれば、一対のブラケットに形成された入気孔の両方から通風空間に外気を取り込むことができると共に、２種類の通風孔での外気の流れに乱れが生じないため、ロータの冷却を軸方向に均等に行うことも可能となり、ロータの冷却と冷却効率とがより向上する。
【００１０】
また、本発明において、通風空間に流れた外気をケースの外部に排気する排気孔が、フレームを軸方向に貫通するように形成されることが望ましい。これによれば、ロータを冷却後に通風空間に流れた外気を冷却する必要がなく、車両用全閉形電動機の運転中は、常時新しい外気をケース内部に取り込むことができ、ロータを冷却後に通風空間に流れた外気を冷却するための熱交換器等の付属機器が不要となる。また、ロータを冷却後に通風空間に流れた外気が排気孔を流れるとき、ステータを冷却することもできる。従って、車両用全閉形主電動機の全体を十分に冷却できると共に、冷却効率がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の車両用全閉形主電動機の第１実施形態を示す要部断面図。
【図２】（ａ）は、図１に示す第１実施形態のＡ−Ａ断面に現れる電磁鋼板をロータ軸と共に示す要部正面図。（ｂ）は、図１に示す第１実施形態のＢ−Ｂ断面に現れる電磁鋼板をロータ軸と共に示す要部正面図。
【図３】（ａ）は、本発明の車両用全閉形主電動機の第２実施形態を示す要部断面図。（ｂ）は、（ａ）に示す第２実施形態のＣ−Ｃ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１を参照して、車両用全閉形主電動機１０１は、筒状のフレーム１１と、フレーム１１の駆動側（一方）と反駆動側（他方）の端面の夫々を閉塞する一対のブラケット１２ａ，１２ｂを有するケース１と、フレーム１１の内周面に固定されたステータ２と、ステータ２の径方向内側にステータ２と非接触で配置され、中心にロータ軸３１を有するロータ３と、各ブラケット１２ａ，１２ｂの中央部に装着された、ロータ軸３１を軸支する軸受４１が組み込まれた一対の軸受箱４，４とを備えている。
【００１３】
車両用全閉形主電動機１０１では、ブラケット１２ａは、フレーム１１の駆動側の端面に締結され、ブラケット１２ｂは、フレーム１１の反駆動側の端面と一体成形されている。ロータ３は、後述するような複数枚の環状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、これらの電磁鋼板を軸方向両側から挟むロータ押さえ３２，３２がロータ軸３１上に固定されている。ロータ３の外周部には、周方向に所定の間隔を存して複数のロータバー３３が装着されている。駆動側の軸受箱４では軸受４１が軸受箱４の内部で抜け止めされ、反駆動側の軸受箱４では、軸受蓋４２が当接して軸受４が抜け止めされている。また、ロータ軸３１には、各軸受４１に当接する油切り部材５，５が固定されている。
【００１４】
ロータ３とブラケット１２ａとの間及びロータ３とブラケット１２ｂとの間の両方には、夫々、冷却ファン６，６が、ブラケット１２ａ，１２ｂに対向させて配置され、各冷却ファン６は、ロータ３に連結される環状の主板６１に羽根６２を取り付けて成っている。主板６１の外周部には、フレーム１１の端部に対向するブラケット１２ａと主板６１との間及び冷却ファン６に対向するブラケット１２ｂと主板６１との間の両方にフレーム１１の内部空間１３をシールするラビリンスシール７，７が設けられている。
【００１５】
また、車両用全閉形主電動機１０１では、冷却ファン６，６に対向するブラケット１２ａ，１２ｂと冷却ファン６，６との間に、ケース１の外部に連通する通風空間１４，１４が画成されると共に、冷却ファン６，６に対向するブラケット１２ａ，１２ｂの夫々に、外気が流入可能な入気孔８ａ，８ｂが形成されている。尚、反駆動側の入気孔８ｂは、ブラケット１２ｂと共に、反駆動側の軸受箱４の径方向外方に突出する部分を貫通して形成されている。このような入気孔８ａ，８ｂは、冷却ファン６，６の回転で外気をフレーム１１の内部に流入させることができ、流入した外気を通風空間１４，１４に流れるようにすることができる。通風空間１４，１４は、冷却ファン６，６の主板６１，６１とその外周部に設けられたラビリンスシール７，７とによって内部空間１３と隔絶され、外気が、ステータ２及びロータ３が配置されたフレーム１１の内部空間１３に流入しないようにしている。入気孔８ａ，８ｂは、夫々、その複数を周方向に所定の間隔を存してブラケット１２ａ，１２ｂに形成することもできる。
【００１６】
また、冷却ファン６に対向するブラケット１２ａからロータ３に向かう方向、即ち、駆動側から反駆動側に向かう方向を軸方向一方、その反対方向（反駆動側から駆動側に向かう方向）を軸方向他方として、ロータ３には、軸方向一方の端部から軸方向他方に延びる往路９１と、往路９１からＵターンして軸方向一方の端部に延びる復路９２とから成る通風孔９が形成されている。通風孔９は、ブラケット１２ａに形成された入気孔８ａから外気が流れる往路９１及び復路９２から成る通風孔９ａと、ブラケット１２ｂに形成された入気孔８ｂから外気が流れる往路９１及び復路９２から成る通風孔９ｂとの２種類あり、通風孔９ａ，９ｂは連通せず互いに独立している。また、通風孔９ａ，９ｂでは、共に、復路９２は、往路９１から径方向外側でＵターンしている。
【００１７】
このような通風孔９ａ，９ｂは、軸方向の同一直線上に往路９１同士及び復路９２同士が存するように配置したり、又はロータ３の周方向にロータ３の中心から所定角度ずらして配置したりすることができる。通風孔９は、ロータ押さえ３２を含めたロータ３の駆動側端部から反駆動側端部までの軸方向の長さ以内でロータ３に形成することができる。このため、通風孔９ａ，９ｂをロータ３の周方向にロータ３の中心から所定角度ずらして配置するとき、各通風孔９ａ，９ｂの全長さを、通風孔９ａ，９ｂをロータ３の軸方向の同一直線上に往路９１同士及び復路９２同士が存するように配置するときよりも長くできる場合がある。
【００１８】
通風孔９は、図２（ａ）に示す如く、ロータ３を構成する環状の電磁鋼板３４に、往路９１及び復路９２の断面形状に合致する貫通孔３４ａ，３４ｂを、夫々、径方向の内外に所定間隔あけて離間させて設け、このような電磁鋼板３４の複数枚を貫通孔３４ａ，３４ｂが合致するように軸方向に積層することによって形成できる。この場合、電磁鋼板３４は、通風孔９ａ，９ｂを軸方向の同一直線上に往路９１同士及び復路９２同士が存するように形成するときと、通風孔９ａ，９ｂをロータ３の周方向にロータ３の中心から所定角度ずらして形成するときとに共用できる。通風孔９ａ，９ｂをロータ３の周方向にロータ３の中心から所定角度ずらして形成するときには、径方向の内外に存する貫通孔３４ａ，３４ｂを一組としてその二組を、各組の貫通孔３４ａ，３４ｂの中心とロータ軸３１の中心とを結ぶ２本の仮想線が成す角度を所定角度θだけずらして電磁鋼板３４を軸方向に積層すればよい。また、通風孔９ａ，９ｂをロータ３の軸方向の上記長さ未満でＵターンするように形成するときには、電磁鋼板３４で貫通孔３４ａ，３４ｂが形成されていない部分を電磁鋼板３４の積層時に介在させればよい。
【００１９】
また、通風孔９ａ，９ｂで復路９２が往路９１からＵターンする部分には、図２（ｂ）に示す如く、貫通孔３４ａ，３４ｂの上記一組を径方向に接続した長孔３４ｃを設けた電磁鋼板３４１を電磁鋼板３４の積層時に介在させればよい。積層時には、貫通孔３４ａ，３４ｂを設けた電磁鋼板３４と長孔３４ｃを設けた電磁鋼板３４１とを、長孔３４ｃの径方向内側及び外側の端部が貫通孔３４ａ，３４ｂに合致するようにする。
【００２０】
このような車両用全閉形主電動機１０１では、上記の如く、通風空間１４，１４は、冷却ファン６，６の主板６１，６１とその外周部に設けられたラビリンスシール７，７とによって内部空間１３と隔絶されているため、ロータ３の回転に伴う冷却ファン６の回転で入気孔８ａ，８ｂから流入する外気が、ステータ２及びロータ３が配置されたフレーム１１の内部空間１３に流入することなく、通風孔９の往路９１及び復路９２を経由して通風空間１４，１４に流れる。従って、外気が通風孔９の往路９１及び復路９２を流れるときにロータ３を冷却でき、全閉形であってもロータ３を十分且つ効率よく冷却でき、冷却性能が向上する。
【００２１】
また、２種類の通風孔９ａ，９ｂは連通せず互いに独立しているため、一対のブラケット１２ａ，１２ｂに形成された入気孔８ａ，８ｂの両方から通風空間１４，１４に外気を取り込むことができると共に、２種類の通風孔９ａ，９ｂでの外気の流れに乱れが生じない。従って、ロータ３の冷却を軸方向に均等に行うことも可能となり、冷却効率がより向上する。
【００２２】
そして、車両用全閉形主電動機１０１では、通風空間１４，１４に流れた外気をケース１の外部に排気する排気孔１０ａ，１０ｂが、フレーム１１を軸方向に貫通するように形成されている。排気孔１０ａは、フレーム１１の駆動側端面からフレーム１１と一体成形されたブラケット１２ｂの軸方向外端面まで軸方向に延びている。排気孔１０ｂは、入気孔８ｂよりも径方向外側に形成され、反駆動側の軸受箱４の通風空間１４に面する内端面からブラケット１２ｂの軸方向外端面まで軸方向に延びている。このため、ロータ３を冷却した後に通風孔９ａから通風空間１４に流れた外気を、排気孔１０ａを通じてケース１の外部に排気でき、また、ロータ３を冷却した後に通風孔９ｂから通風空間１４に流れた外気を、排気孔１０ｂを通じてケース１の外部に排気できる。このため、ロータ３を冷却後に通風空間１４に流れた外気を冷却する必要がなく、車両用全閉形電動機１０１の運転中は常時新しい外気をケース１の内部に取り込むことができ、ロータ３を冷却後に通風空間１４，１４に流れた外気を冷却するための熱交換器等の付属機器が不要である。また、排気孔１０ａは、ステータ２の径方向外側の直近に形成されているので、ロータ３の冷却後に通風空間１４に流れた外気が排気孔１０ａを流れるとき、ステータ２を冷却できる。従って、車両用全閉形主電動機１０１の全体を十分に冷却できると共に、冷却効率がより向上する。
【００２３】
（第２実施形態）
図３（ａ）（ｂ）を参照して、車両用全閉形主電動機１０２について説明する。図３（ａ）（ｂ）では、図１及び図２（ａ）に示す車両用全閉形主電動機１０１と同一部位等には同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。尚、図３（ａ）では図１に示すフレーム１１、ステータ２、反駆動側のブラケット１２ｂ、ロータバー３３、駆動側と反駆動側の両方の軸受箱４，４、軸受４１，４１、油切り部材５、及びラビリンスシール７を省略して図示しているが、車両用全閉形主電動機１０２は図示省略した上記部材等を備えている。
【００２４】
車両用全閉形主電動機１０２では、ロータ３とブラケット１２ａとの間に、冷却ファン６がブラケット１２ａに対向させて配置され、ロータ３とブラケット１２ｂとの間には冷却ファン６は配置されていない。このため、ラビリンスシール７は、主板６１の外周部でフレーム１１の端部に対向するブラケット１２ａと主板６１との間に設けられ、内部空間１３は、主板６１から反駆動側のブラケット１２ｂに至るまでのケース１内に形成されている。また、内部空間１３と隔絶された通風空間１４は、冷却ファン６に対向するブラケット１２ａと冷却ファン６との間に画成され、ケース１の反駆動側のブラケット１２ｂ側には形成されてなく、入気孔７ｂはブラケット１２ｂに形成されていない。
【００２５】
更に、通風孔９は、通風空間１４に臨んでロータ３の内部に形成され、反駆動側のロータ押さえ３２には形成されていない。また、通風孔９の往路９１の一部である径方向内側の端部が、ロータ軸３１の外周部に径方向内方に凹設された溝３１ａによって構成されている。通風孔９は、図３（ｂ）に示す電磁鋼板３４２を用いて実現することができる。通風孔９で復路９２が往路９１からＵターンする部分には、電磁鋼板３４２として図２（ｂ）に示す如くの長孔３４ｃを設けたものを電磁鋼板３４２の積層時に介在させることができる。この場合、長孔３４ｃにおける貫通孔３４ａの径方向内側の端部に相当する部分は、溝３１ａによって形成される。
【００２６】
以上の車両用全閉形主電動機１０２も、図１に示す車両用全閉形主電動機１０１と同様に、ロータ３の回転に伴う冷却ファン６の回転で入気孔８ａから流入する外気が、ステータ２及びロータ３が配置されたフレーム１１の内部空間１３に流入することなく、通風孔９の往路９１及び復路９２を経由して通風空間１４に流れる。従って、外気が通風孔９の往路９１及び復路９２を流れるときにロータ３を冷却でき、全閉形であってもロータ３を十分且つ効率よく冷却でき、冷却性能が向上する。また、通風孔９の往路９１の径方向内側の一部がロータ軸３１の溝３１ａによって構成されているので、ロータ軸３自体も外気により直接冷却できる。
【００２７】
通風孔９の復路９２から通風空間１４に流れた外気は、ケース１の外部に排気される。このため、ロータ３を冷却後に通風空間１４に流れた外気を冷却する必要がなく、車両用全閉形電動機１０２の運転中は常時新しい外気をケース１の内部に取り込むことができ、ロータ３を冷却後に通風空間１４に流れた外気を冷却するための熱交換器等の付属機器が不要である。上記外気は、図１に示す車両用全閉形主電動機１０１と同様に、排気孔１０ａをケース１の径方向外側の部分に設けたり、通風空間１４の直上に存するブラケット１２ａに設けたりすることによって排気できる。
【００２８】
以上、本発明の第１及び第２実施形態について図面を参照して説明したが、本発明は第１実施形態及び第２実施形態に限定されない。例えば、車両用全閉形主電動機１０１では、復路９２を往路９１から周方向にＵターンするものとすることができる。また、車両用全閉形主電動機１０２と同様に、反駆動側に通風空間１４が形成されないように反駆動側の冷却ファン６を省略し、ブラケット１２ｂの入気孔７ｂを省略することができる。この場合、通風孔９は、駆動側の通風空間１４に往路９１および復路９２が臨むものだけの１種類とすることができる。また、往路９１の径方向内側の部分は、車両用全閉形主電動機１０２と同様に、ロータ軸３の溝３１ａにより構成することもできる。
【００２９】
車両用全閉形主電動機１０２では、通風孔９の往路９１の径方向内側の部分をロータ軸３の溝３１ａにより構成せず、ロータ３を構成する電磁鋼板３４，３４１でも構成できる。また、車両用全閉形主電動機１０２では、通風空間１４を駆動側に形成せず、反駆動側に形成するように、駆動側の冷却ファン６を省略し、反駆動側に冷却ファン６を設けることができる。この場合、ブラケット１２ａには入気孔７ａを形成せず、ブラケット１２ｂに入気孔７ｂを形成し、通風孔９の往路９１及び復路９２は反駆動側の通風空間１４に臨むようにロータ３に形成する。この場合にも、通風路９の往路９１の径方向内側の部分は、ロータ軸３の溝３１ａで構成したり、ロータ３を構成する電磁鋼板３４，３４１で構成したりすることができる。更に、通風空間１４に流れた外気の排出のために、ブラケット１２ｂに排気孔１０ｂを設けることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…ケース、１１…フレーム、１２ａ，１２ｂ…ブラケット、１３…内部空間、１４…通風空間、２…ステータ、３…ロータ、３１…ロータ軸、４…軸受箱、４１…軸受、６…冷却ファン、６１…主板、６２…羽根、７…ラビリンスシール、８ａ，７ｂ…入気孔、９，９ａ，９ｂ…通風孔、９１…往路、９２…復路、１０ａ，１０ｂ…排気孔、１０１，１０２…車両用全閉形主電動機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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