(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の台枠の下面に配設される鉄道車両用主電動機冷却装置において、
前記車両用主電動機冷却装置は、吸込み口を備えた筐体と、該筐体内に配設された送風機と、該送風機から送風される冷却風を車両用主電動機に導く通風ダクトとから構成され、
前記吸込み口と前記送風機との間に、前記吸込み口と対向し、前記送風機により送風される空気の流れを横切る方向に延びる捕集板を設置し、慣性衝突を利用して前記吸込み口から冷却風とともに吸い込まれる雪を前記捕集板で捕集し、捕集した雪を該捕集板に設けたヒータにより融解して、前記筐体の外部へ排出するようにしたことを特徴とする鉄道車両用主電動機冷却装置。
【請求項２】
前記捕集板を、前記送風機により送風される空気の流れに対し複数設けたことを特徴とする請求項１に記載された鉄道車両用主電動機冷却装置。
【請求項３】
前記筐体の内部に配設される前記複数の捕集板を、前記筐体の前記吸込み口から該捕集板を経て前記送風機に至る流路をラビリンス構造となるように配置したことを特徴とする請求項２に記載された鉄道車両用主電動機冷却装置。
【請求項４】
前記複数の捕集板を前記送風機により送風される空気の流れに対し斜めに取り付けたことを特徴とする請求項２または３に記載された鉄道車両用主電動機冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の台車に備えられる主電動機を冷却する主電動機冷却装置に関し、特に、冷却装置を構成する送風機と送風機に接続されるとともに、主電動機に冷却風を供給する通風ダクト内に雪を侵入することを抑制することのできる鉄道車両用主電動機冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新幹線（登録商標）に代表される高速鉄道車両、または、大きな駆動力を要する貨物列車用電気機関車では、高速化あるいは高出力化に伴い、鉄道車両の駆動に供される主電動機の出力が大きくなる傾向がある。主電動機を構成するステータの外周部に備えられる冷却フィンによる自然冷却のみでは十分に主電動機を冷却することができないため、送風機と通風ダクトなどからなる主電動機冷却装置が鉄道車両の台枠の下面に備えられる。主電動機冷却装置によって冷却用外気が主電動機の内部に導かれ、主電動機を強制冷却する方式が採用されている。
【０００３】
外気によって主電動機を冷却する場合、外気に含まれる塵埃などによって、主電動機に絶縁不良などの不具合が発生しないように、外気に含まれる異物を取り除く対策を講じる必要がある。
このため、電気機関車に搭載される抵抗器を冷却する例として、冷却用送風機と通風ダクトとからなる車両用冷却装置が特許文献１に記載されている。この車両用冷却装置は、通風ダクト内に侵入する塵埃の量及び通風ダクト内に蓄積される塵埃の量を小さくすることを目的として、通風ダクトの吸込み口を車体の側壁に配置して、通風ダクトの吸込み口を塵埃が最も多く発生する地面から十分に隔離させ、車体内部に設けた通風ダクト全体をＵ字状にし、かつ、このＵ字状の湾曲部を形成する隅角部を円弧面にして、通風ダクトに導かれる空気を円滑に流動できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−６１０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された電気機関車用の車両用冷却装置とは異なり、高速鉄道車両（以下、鉄道車両）では、乗客が搭乗するスペースを確保するために、吸込み口を車体の側壁に配置して、通風ダクトを鉄道車両の車体内部に設けることを避け、車両用主電動機冷却装置は鉄道車両の台枠の下面に配設される。このため、車両用主電動機冷却装置は、鉄道車両の台枠の下面に設置できるよう、可能な限り小型化することが要求される。
【０００６】
さらに、車両用主電動機冷却装置の送風機に取り込まれる外気に雪が含まれる場合、台枠の下方から外気とともに送風機に吸い込まれた雪が、通気ダクトを経由して主電動機の内部に侵入する恐れがある。主電動機の内部に侵入した雪は溶融して、主電動機の絶縁性劣化の原因となったり、主電動機の内部に生じる錆の原因となったりする場合がある。また、鉄道車両の運転中に主電動機の内部に侵入した雪が主電動機から発生する熱により一旦溶融した後、鉄道車両が留置される間に再度凍結して、主電動機の不具合の原因となる場合が想定される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、鉄道車両用主電動機冷却装置を、鉄道車両の台枠の下面に配設できる程度に小型化するとともに、鉄道車両の台枠から吸い込まれる外気中の雪片等を確実に除去できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の鉄道車両用主電動機冷却装置は、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）鉄道車両の台枠の下面に配設される鉄道車両用主電動機冷却装置において、前記車両用主電動機冷却装置は、吸込み口を備えた筐体と、該筐体内に配設された送風機と、該送風機から送風される冷却風を車両用主電動機に導く通風ダクトとから構成され、前記吸込み口と前記送風機との間に、前記吸込み口と対向し、前記送風機により送風される空気の流れを横切る方向に延びる捕集板を設置し、慣性衝突を利用して前記吸込み口から冷却風とともに吸い込まれる雪を前記捕集板で捕集し、捕集した雪を該捕集板に設けたヒータにより融解して、前記筐体の外部へ排出するようにした。
【０００９】
（２）（１）の鉄道車両用主電動機冷却装置において、前記捕集板を、前記送風機により送風される空気の流れに対し複数設けた。
【００１０】
（３）（２）の鉄道車両用主電動機冷却装置において、前記筐体の内部に配設される前記複数の捕集板を、前記筐体の前記吸込み口から該捕集板を経て前記送風機に至る流路をラビリンス構造となるように配置した。
【００１１】
（４）（２）または（３）の鉄道車両用主電動機冷却装置において、前記複数の捕集板を前記送風機により送風される空気の流れに対し斜めに取り付けた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鉄道車両用主電動機冷却装置によれば、車両用主電動機冷却装置が、吸込み口を備えた筐体と、該筐体内に配設された送風機と、該送風機から送風される冷却風を車両用主電動機に導く通風ダクトとから構成されるため、鉄道車両の台枠の下面にコンパクトに配置することが可能になるとともに、台枠の下面から吸入され、通気ダクトを経由して主電動機の内部に侵入する雪を確実に除去できることができる。
このため、侵入した雪による主電動機の絶縁性劣化、内部に生じる錆の発生を防止するとともに、鉄道車両の運転中に主電動機の内部に侵入した雪が主電動機から発生する熱により一旦溶融した後、鉄道車両が留置される間に再度凍結して、主電動機の不具合を招くような事態を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】鉄道車両の一例を模式的に示す側面図。
【図２】図１に示されるＡ部の車体幅方向中央部の垂直断面図。
【図３】実施例１における図２Ｂ−Ｂ部の拡大図。
【図４】図３に示されるＣ−Ｃ部の断面図。
【図５】実施例２における図２Ｂ−Ｂ部の拡大図。
【図６】実施例３における図２Ｂ−Ｂ部の拡大図。
【図７】実施例４における図２Ｂ−Ｂ部の拡大図。
【図８】実施例５における図２Ｂ−Ｂ部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の鉄道車両用主電動機冷却装置の実施例を説明する。
【実施例】
【００１５】
［実施例１］
図１は、本発明の対象である主電動機冷却用送風機が設置されている車両の一例として挙げた、鉄道車両の概略構成を示す側面図である。図１において、車体２０は鉄道車両の本体を形成する。
鉄道車両１０の車体２０は、床面をなす台枠２０４の幅方向の両端部に立設された側構体２０１と、台枠２０４の長手方向の両端部に立設された妻構体２０３、２０３と、側構体２０１、２０１及び妻構体２０３、２０３の上端部に載置された屋根構体２０２から構成される。
【００１６】
図２は、図１に示されるＡ部車体幅方向中央部の垂直断面図であり、鉄道車両１０は、その床面をなす台枠２０４の長手方向の両端部に備えられる枕梁２０５、２０５を介して台車２１、２１（図１参照）によって支持されている。
鉄道車両１０を支持する台車２１には、台車２１に備えられる各車輪２１４、２１４を駆動する主電動機２１３、２１３が備えられる。各主電動機２１３、２１３の冷却風導入口には、台車２１と台枠２０４との間の相対変位を吸収できるよう、柔軟性を有する連結ダクト２１５、２１５が取り付けられ、この連結ダクト２１５には、台枠２０４の下面に、車両１０の長手方向（矢印３００に沿う方向）に沿って備えられる通風ダクト２１２の下流端部が接続されている。
【００１７】
通風ダクト２１２の上流端部は、図２の矢印Ｂ方向の断面図である図３に示されるように、ファンケーシングをなす筐体５２に接続される。主電動機冷却用送風機２１１を構成する筐体５２の内部には、モータ４０により駆動されるファン３０が備えられており、筐体５２に備えられる吸込み口３２から筐体５２（ファンケーシング）の内部のファン３０、通風ダクト２１２、連結ダクト２１５を経て主電動機２１３の内部に至る冷却流路が構成されている。
鉄道車両用主電動機冷却装置は、これらの連結ダクト２１５、通風ダクト２１２、筐体５２、主電動機冷却用送風機２１１から構成されており、主電動機冷却用送風機２１１によって取り込まれる冷却用外気は、連結ダクト２１５及び通風ダクト２１１及び筐体５２を経由して、主電動機２１３の内部に送風され、主電動機２１３を冷却した後、主電動機２１３に備えられる排気口（図示せず）から大気へ放出される。
【００１８】
この実施例では、吸込み口３２と主電動機冷却用送風機２１１との間に、雪を捕集する捕集板３３を設置し、外部の空気の流れに対して直行となるような流路構造とし、慣性衝突を利用して雪を捕集する。
すなわち、主電動機冷却用送風機２１１の運転に伴い、外部から雪片とともに吸い込まれる空気は、矢印５００に示されるように、開口面積が絞られた吸込み口３２により流速が高められ、質量の大きい雪片は、慣性により直進して、ヒータを備えた捕集板３３に衝突し捕捉され、雪片の除去された空気が捕集板３３を通過して、通風ダクト２１２に流れる。一方、質量の小さい空気は、捕集板３３が空気抵抗となるため流速が弱められ、下流へと通過する。そして、捕集板３３を迂回して、捕集板３３の外周端と筐体５２内壁との間隙に高速流が形成されることになる。
なお、吸込み口３２の外端には、外部の空気に含まれる大きなごみを取り除くため、金網等からなるフィルタ３１が設置されている。
【００１９】
図４は図３の矢印Ｃ方向の断面図を示し、ヒータを備えた捕集板３３は、筐体５２の内壁と高さ方向の４箇所で接続され、その外周に円弧状の間隙が形成されており、この間隙に、図３に矢印５００で示す高速流が形成される。
一方、捕集板３３の下方には、水受けとなるよう、円弧状の容器からなるストッパー３４が設けられ、捕集された雪片は、捕集板３３に設置したヒータにより融解されて徐々に大きな水滴となり、ストッパー３４内部に滴下して受け止められ、その下部に設けられた水抜き用パイプ３５を通して外に放出する。このように、捕集板３３、ストッパー３４、水抜き用パイプ３５により、本実施例の雪取り部５０が構成される。
これにより、主電動機冷却用送風機２１１に連なる通風ダクト２１２には、捕集板３３と筐体５２の内壁との間隙を通る雪片が分離された高速の空気流と、捕集板３３を通過することにより雪片が除去された空気が導入されることになり、主電動機２１３内に雪片が侵入するのを確実に防止することが可能となり、上述した雪片の侵入に起因する不具合を確実に回避することができる。
【００２０】
なお、この実施例では、捕集板３３の下方に水受けとなるストッパー３４を設けたが、捕集板３３の下流側において、筐体５２の内壁底部に、水を堰き止めるリブを設け、その上流側において、筐体５２の内壁最下端に開口する水抜き用パイプ３５を設けてもよい。
【００２１】
ところで、底部捕集板３３に設けられたヒータは、運転席に設けた調節スイッチにより、降雪量や積雪量に応じて、その通電量が手動により調整されるが、ヒータへの通電量を過度に大きくすると、無駄な電力消費を増大させるばかりか、雪片を過度に加熱して水蒸気が発生したり、大きな水滴になる前に捕集板３３を通過してしまう可能性がある。また、吸い込まれる雪片量に対し、ヒータへの通電量が過度に小さいと、雪片の溶解が間に合わず、捕集板３３の吸込み口３２側表面に雪片が徐々に堆積して目詰まりし、主電動機冷却用送風機２１１に導入される冷却用の空気量が不足したり、あるいは、表面を流れる空気流により堆積した雪片が、捕集板３３と筐体５２の内壁との間隙に引き込まれる可能性がある。
【００２２】
そこで、乗務員によるヒータに係る操作を省略するために、筐体５２の内部において、捕集板３３の上流側と下流側の圧力を検出する圧力センサを設置し、両者の圧力差に応じて、捕捉された雪片の量を判定して自動的に通電タイミング、通電量を制御してもよい。
また、地上に備えられた降雪検知器の検知結果を鉄道車両へ伝送して、鉄道車両に備えられる主電動機冷却装置に備えられるヒータの通電タイミングと、通電量を制御してもよい。
さらに、予め鉄道車両の車上設備に記憶された過去の天候データに、リアルタイムに測定される車外温度を参照して、鉄道車両に備えられる主電動機冷却装置に備えられるヒータの通電タイミングと通電量を個別に制御してもよい。
【００２３】
［実施例２］
図５は、本実施例による鉄道車両用主電動機冷却装置の断面図であり、捕集板３３及び吸込み口３２側表面を凹凸にすることにより、雪を捕集する表面積を増大させるとともに、外部からの空気の圧力損失を低減することが可能となる。
なお、ヒータにより融解して発生した水滴が、ストッパー３４に円滑に滴下されるよう、水平方向に延びる凸部を、適当な間隔で切除して上下方向の溝を形成したり、あるいは、凸部自体を上下方向に延びるように配置してもよい。
【００２４】
［実施例３］
図６は、本実施例による鉄道車両用主電動機冷却装置の断面図である。雪を捕集する捕集板３３を複数枚にすることにより、雪を捕集する表面積が増える。
この実施例では、上流側の捕集板３３を上下方向に間隔をおいて２分割しており、これにより、上流側の捕集板３３表面で雪片を捕集するとともに、矢印５００で示すように、捕集板３３と筐体５２の内壁との間隙を通る空気流が形成される。さらに、上流側の捕集板３３の間を脱け、下流側の捕集板３３で雪片を捕集するとともに、筐体５２の内壁との間を通る空気流も形成されることになるので、雪片の捕集をより効率よく行うとともに、外部からの空気の圧力損失を低減することが可能となる。
【００２５】
［実施例４］
図７は、本実施例による鉄道車両用主電動機冷却装置の断面図である。筐体５２内部に配設される複数の捕集板３３を、筐体５２の吸込み口３２から捕集板33を経てファン３０に至る流路をラビリンス構造としている。
この実施例では、吸込み口３２が筐体５２の下端に設けられ、上流側の捕集板３３の下縁を筐体５２の内壁に固着し、下流側の捕集板３３の上縁を筐体５２の内壁に固着している。この構造によると、吸込み口３２から吸い込まれた外部の空気は、矢印５００で示すように上流側の捕集板３３の下方に向けて直進した後、その表面に沿って上方に流れた後、上流側の捕集板３３の上端と筐体５２の内壁を迂回する。そして、下流側の捕集板３３の上端に衝突した後、その表面に沿って下方に流れ、下流側の捕集板３３の下端と筐体５２の内壁の間を通過する。
【００２６】
したがって、空気流は、上流側及び下流側の捕集板３３の表面に沿って流れることになり、雪片を捕集する表面積が増え、より確実に雪片を捕集することが可能になる。
なお、この実施例では、上流側の捕集板３３の上流、及び下流側の捕集板３３の下方付近に、筐体５２の内壁最下端に開口するよう、水抜き用パイプ３５を配置しており、下流側の捕集板３３の下流側に、水を堰き止めるリブ３６を設けている。このように、上流側及び下流側の捕集板３３を直接筐体５２の内壁に固着し、水抜き構造も簡素化できるため、製作も容易になる。
【００２７】
［実施例５］
図８は、本実施例による鉄道車両用主電動機冷却装置の断面図である。この実施例では、捕集板３３を中心側が吸込み口３２に近接するよう傾斜させた状態で三列に設けられ、上流側の２列については、中央部に間隙が形成され、矢印５００に示すように、最も上流側の捕集板３３表面を流れる空気流、中央の捕集板３３表面を流れる空気流、そして、最も下流側の捕集板３３に直接到り、その表面を直接流れる空気流とが形成される。これにより、雪片を捕集する表面積が増え、より確実に雪片を捕集することが可能になる。図８においても、図７に示される水抜き用パイプ３５と水をせき止めるリブ３６を備えても良い。
【００２８】
なお、いずれの実施例においても、捕集板３３、ストッパー３４、水抜き用パイプ３５等を一体的にユニット化し、雪の降らない時期は、筐体５２の内部から簡単に着脱できるようにすれば、特に夏場などにおいて、主電動機２１３の冷却効率低下を防止すること可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、車両用主電動機冷却装置を鉄道車両の台枠の下面にコンパクトに配置できるとともに、台枠の下面から通気ダクトを経由して吸入される空気に混入される雪片を、捕集板により確実に捕集して、主電動機の内部に侵入する雪を除去できることができるので、特に、走行安定性や空気抵抗の観点から車高を低く設計する必要がある高速鉄道車両に、メンテナンス費用を改善するための効果的手段として広く採用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    鉄道車両
２０    車体
２０１  側構体
２０２  屋根構体
２０３  妻構体
２０４  台枠
２０５  枕梁
２１    台車
２１１  主電動機冷却用送風機
２１２  通風ダクト
２１３  主電動機
２１４  車輪
２１５  連結ダクト
３０    ファン
３１    フィルタ
３２    吸込み口
３３    ヒータ付捕集板
３４    ストッパー
３５    水抜き用パイプ
３６    リブ
４０    モータ
５２    筐体
３００  長手方向(レール方向)
５００  冷却風の流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005566940.tif 000009