(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒枠の上部に形成した一対の通気口に両端の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンから構成された冷却器と、
前記外筒枠の下部の少なくとも片側に突設され前記外筒枠の下部に流入する走行風を上下に分流させ前記冷却器に前記外筒枠の下部に流入する走行風を導く案内板とを備えたことを特徴とする車両用全閉形主電動機。
【請求項２】
前記案内板の縦断面形状を台形状又は弧状とした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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用全閉形主電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の床下の台車枠に搭載される車両用主電動機では、従来からこの車両用主電動機の回転子軸に通気ファンを挿入し、車両用主電動機とともに回転する通気ファンによって、車両用主電動機の外部の空気を内部に吸入して、この内部を流通させ回転子や固定子を冷却する開放形主電動機が採用されてきた。
【０００３】
これに対して、保守の省力化や低騒音化の要請に応えるために、内部に冷却ファンを設けた車両用全閉形主電動機が開発されている。
この車両用全閉形主電動機は、この車両用全閉形主電動機の内部を外部と遮断することで、外気とともに内部に侵入する塵埃を防ぎ、この塵埃による内部の巻線の汚損を防ぎ、この汚損による保守・点検の頻度の増加を抑えることができる。
【０００４】
さらに、全閉構造とすることで、内部の冷却ファンの回転で発生する騒音の放散を防ぎ、環境に配慮した車両用全閉形主電動機とすることもできる。
一方、車両用主電動機では、列車の高速化に伴い大容量化が要求されるが、その搭載場所は図５で後述する台車枠の限られた狭い空間に組み込まれるためと、前述した列車の高速化のために小形・軽量化が要求される。
【０００５】
この相矛盾する要請に対応するために、巻線の絶縁樹脂などの耐熱性の向上が図られているが、この巻線の絶縁樹脂の劣化を防ぎ、絶縁特性を維持して長寿命化による保守・点検の頻度の増加を防ぐうえでも、車両用主電動機の冷却性能の向上は必須条件となる。
【０００６】
図５は、この冷却性能の向上を図った従来の車両用全閉形主電動機が車両の台車に搭載された状態の一例を示す平面図、図６は図５のＡ−Ａ断面拡大図、図７は図６のＢ−Ｂ断面拡大図である。
【０００７】
図５，図６及び図７において、図６の一点鎖線で示す車体14を搭載する図５の平面図ではＨ形となる台車枠16の中枠16ａの取付座12と車軸13の間に対して、車両用全閉形主電動機20Ｅは組み込まれている。
【０００８】
すなわち、この車両用全閉形主電動機20Ｅの上部の図６において左側には、上部取付座19Ａが突設され、下部の左側には下部取付座19Ｂが突設され、さらに、上部の右側には、図５に示す一対のフック19Ｃが突設されている。
【０００９】
このうち、図６の左側上部の上部取付座19Ａは、取付座12の上端にキー12ａを介して載置されてボルト26で固定され、下部取付座19Ｂは取付座12の下部の梁16ａの側面に当接して、同じくボルト26で固定されている。
左側の上部取付座19Ａと右側のフック19Ｃには、吊り上げ用のフック穴19ａが加工されている。
【００１０】
図５において、車両用全閉形主電動機20Ｅの左側には、この車両用全閉形主電動機20Ｅの回転子軸８の左端に連結された可とう継手24が示され、この可とう継手24の左側には、この可とう継手24を介して駆動される小径の平歯車25ａとこの平歯車25ａと噛み合い車軸13に圧入された大径の平歯車25ｂが収納されたギヤボックス25が示されている。
【００１１】
図６及び図７において、軟鋼板から有底筒状に形成された外筒枠１Ｄの開口側となる図７において左側には、図示しない左側面図では環状のブラケット４の外周右側に突き出て形成された嵌合部が挿入され、複数のボルトで固定されている。
【００１２】
ブラケット４の中心に形成された軸受穴には、ころ軸受６Ａが挿入され、このころ軸受６Ａの外輪は、ブラケット４の中心部の外面側にボルトで固定された軸受押え４ａの嵌合部で外側から固定されている。ころ軸受６Ａの内輪は、この内輪の機内側と機外側に後述する回転子軸８に対して挿入された固定環で、回転子軸８に固定されている。
【００１３】
外筒枠１Ｄの右端の中心部に形成された嵌合穴には、ハウジング５の外面側に形成された嵌合部が外筒枠１Ｄの内側から挿入され、内側から挿入された複数のボルトで外筒枠１Ｄに固定されている。
【００１４】
ハウジング５の中心に形成された軸受穴には、玉軸受６Ｂが挿入され、この玉軸受６Ｂの外輪は、ハウジング５の外側から嵌合部が挿入されハウジング５に図示しないボルトで外側から固定された軸受押え21で固定されている。
【００１５】
左右のころ軸受６Ａと玉軸受６Ｂは、回転子軸８にあらかじめ圧入されている。この回転子軸８の中央部には、回転子鉄心７が圧入され、この回転子鉄心７の左端には、厚板から環状に形成された鉄心押え７ｂが圧入され、回転子鉄心７の右端にも断面がＬ字形の鉄心押え７ｂが対称的に圧入されている。左側の鉄心押え７ｂの更に左側には、内扇９が圧入されている。
【００１６】
回転子鉄心７には、図６に示すように通風穴７ａが複数箇所（注；図６では８箇所）環状に形成され、回転子鉄心７の外周側には、ロータバー11が挿入され、このロータバー11の両端には、このロータバー11にろう付されたエンドリング11ａが示されている。
【００１７】
一方、外筒枠１Ｄの内周には、固定子鉄心２が中央部に圧入され、この固定子鉄心２の内周側には、図示しないスロットに挿入され両端が固定子鉄心２の左右に突き出た固定子コイル３が示されている。この結果、この主電動機は、かご形の誘導電動機となっている。
【００１８】
外筒枠１Ｄの上端の図７において左右には、図５で示す平面図では長方形の通気口１ｂが、図６においては右側上方に形成されている。これらの通気口１ｂには、図７においては下端が開口し冷却器10Ｃの出入口となる有底筒状の接続部10ａの開口端が外筒枠１Ｄの通気口に挿入され溶接で固定されている。
【００１９】
左右の接続部10ａの対向側には、鋼管から製作された複数の通気管10ｄの両端が貫通し、接続部10ａに溶接されている。これらの通気管10ｄは、薄板の軟鋼板から図６に示すように矢印状に製作され図７に示すように等間隔に立設された複数枚の冷却フィン１ａを貫通している。
各冷却フィン１ａは、各通気管10ｄに貫通部が溶接され、下端は、外筒枠１Ｄの上面に溶接されている。
【００２０】
このように構成された車両用全閉形主電動機においては、電車の走行時には、回転子軸８の回転によって内扇９も回転し、この内扇９によって吐出された冷却空気は、図７の矢印Ａ11に示すように外筒枠１Ｄの左側の通気口１ｂから冷却器10Ｃの接続部10ａに矢印に示すように流入し、この接続部10ａから各通気管10ｄの内部を矢印Ａ12に示すように貫流して、右側の接続部10ａに流出する。
【００２１】
この冷却空気は、右側の接続部10ａから矢印Ａ13に示すように、通気口１ｂを経て外筒枠１Ｄの内部に流入する。すると、この冷却空気の一部は、矢印Ａ14に示すように、固定子鉄心２の内周と回転子鉄心７の外周の間に形成された空隙を経て、内扇９に吸入される。
【００２２】
また、外筒枠１Ｄの右側の内部に流入した冷却空気の他の一部は、矢印Ａ15に示すように、回転子鉄心７に形成された通風穴７ａを左側の内扇方向に貫流して、同じく、内扇９に吸入され、以下矢印Ａ11，Ａ12，Ａ13，Ａ14，Ａ15に示すように還流する。
【００２３】
したがって、このように構成された車両用全閉形主電動機においては、この還流する冷却風によって、固定子鉄心２及び固定子コイル３と、回転子鉄心７及びロータバー11は冷却され、エポキシ樹脂で鉄心と絶縁された固定子コイル３とロータバー11は、固定子鉄心２及び回転子鉄心７との間の絶縁樹脂の絶縁特性を長期に亘って維持することができる。また、外部から冷却空気を取り入れないので、塵埃の付着や堆積を防ぐことができ、保守・点検の頻度の増加を防ぐこともできる。
【００２４】
ところで、このように構成された車両用全閉形主電動機においては、この車両用全閉形主電動機を台車に組み込むときには、車体を載せる前の状態の台車の上方から徐々に下ろして、左側の上部取付座19Ａを台車枠16の取付座12の上端にキーを介して載せ、上部取付座19Ａと下部取付座19Ｂをボルトで取付部12に固定する。
【００２５】
また、定期点検のために、車両用全閉形主電動機を点検する場合には、図５で示す台車16を車体から切り離した後、ボルト26を緩め、フック穴19ａを利用して、上方に吊り上げる。
【００２６】
なお、この車両用全閉形主電動機は、図５及び図６で示す取付状態においては、左側の取付座12と右側の車軸13のケースの間となり、軸方向は、両側の車輪17の間に対して、図５で示した可とう継手24とギヤボックス25とともに収納されて、上方には図６で示した車体14の下端面が対置し、下側は図６の外筒枠１Ｄの下部の置足18の下端とレール15の上面との間の図６で示す高さ制限Ｈでレール15と対置して、余裕のない限られた空間に組み込まれる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成された車両用全閉形主電動機においては、前述した小形化と大容量化だけでなく、車両の低価格化と保守・点検の省力化のために、列車の１編成当りの搭載台数を減らすことも要求される。そのために更なる大容量化が要求される。
【００２８】
そのため、別に設置した送風機からダクトを介して車両用主電動機の外筒枠の内部に大量の冷却空気を導く方法も考えられるが、この方法はダクトの配設によって車両の価格が下がり、通風濾過器のフィルタの交換のために保守・点検が増えるだけでなく、前述したように外筒枠の内部のコイルなどに微細な塵埃が付着して保守・点検の頻度が増え、外部に放散する騒音も増えるので、時代の要請に応えられない。
【００２９】
そのため、図６で示した冷却器10Ｃの冷却フィン１ａの面積を増やすことも考えられるが、この車両用全閉形主電動機は、図５，図６で前述したように、左側の取付部12と右側の車軸13のケースの間に収納され、さらに上方は車体14の下端と対置し、下側はレール15と高さ制限Ｈで対置する限られた狭い空間に設置されるために、これ又採用できない。
【００３０】
図８は、車両の走行によって車両の床下の主電動機の上部と下部を通過する走行風の風速を示すグラフで、線Ａは主電動機の下部の走行風の風速を示し、線Ｂは主電動機の中央部の軸方向の側面の風速を、線Ｃは主電動機の上部の風速を示す。
【００３１】
一方、このような条件で収納され駆動される車両用全閉形主電動機に対する冷却効率の向上による高出力化とコイルの絶縁寿命の長期化の要請は、ますます高速化する車両と保守・点検の省力化を図るために、今後もますます強くなる趨勢にある。
そこで、本発明の目的は、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒枠の上部に形成した一対の通気口に両端の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンから構成された冷却器と、前記外筒枠の下部の少なくとも片側に突設され前記外筒枠の下部に流入する走行風を上下に分流させ前記冷却器に前記外筒枠の下部に流入する走行風を導く案内板とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
請求項２に対応する発明は、案内板の縦断面形状を台形状又は弧状としたことを特徴とする。
【００３６】
このような手段によって、請求項１乃至請求項２記載の発明では、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面および冷却器を冷却する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用全閉形主電動機の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の車両用全閉形主電動機の第１の実施形態を示す縦断面図で、従来の技術で示した図６に対応し、請求項１及び請求項２に対応する図である。
【００３８】
図１において、従来の技術で示した図６と異なるところは、外筒枠の下部に対して、走行風の一部を外筒枠の中央部に導く案内板を設けたことである。
すなわち、外筒枠１Ａの下部の図１において右側には、車軸13の方向から見ると左右に長い長方形で両側が折り曲げられた案内板22Ａが添設され、両側と上端がボルトで外筒枠１Ａに固定されている。この案内板22Ａの図１において右端部22ａの端面は曲面に加工されている。
【００３９】
このような案内板22Ａが取り付けられた車両用全閉形主電動機においては、図１の矢印Ｄ１で示す走行風の一部は、矢印Ｄ２に示すように、車軸13と外筒枠１Ａの間から後上方に貫流する。
【００４０】
また、矢印Ｄ１で示す走行風の他の一部は、矢印Ｄ３に示すように外筒枠１Ａの下部の表面と置足18に当たるので、外筒枠１の冷却効率を向上させることができる。なお、案内板22Ａの図１において断面で示した案内部は、弧状に湾曲させて、矢印Ｄ２で示す冷却風の圧力損失を減らしてもよい。
【００４１】
図２は、本発明の車両用全閉形主電動機の第２の実施形態を示す部分縦断面図で、請求項１及び請求項２の他の実施例に対応し、第１の実施形態で示した図１に対応する図である。
【００４２】
図２において、図１と異なるところは、この図１で示した車両用全閉形主電動機の下部取付座19Ｂの間に対して案内板23を溶接したことで、他は図１と同一である。この案内板23は、樋状に形成された案内部とこの案内部の背面に溶接された略三角形の複数の補強板で構成されている。
【００４３】
このように取付座19Ｂの間に案内板23が溶接された車両用全閉形主電動機においては、図２において左方向に車両が走行する場合において、矢印Ｅ１で示すように左側から右側に通過する走行風の一部を矢印Ｅ２及び矢印Ｅ３に示すように外筒枠１Ａと中枠16ａとの間に分流させ侵入させることで、外筒枠１の中枠１ａ側の表面も冷却することができるので、固定子コイルの冷却効果の向上に伴う、通電容量の増加とコイルの絶縁特性の向上を図ることができ、長寿命化、すなわち保守・点検の省力化を図ることができる。
【００４４】
なお、従来の主電動機は、図２の矢印Ｅ３の部分が図６で示すように狭かったが、誘導電動機を可変電圧可変周波数電源で駆動する最近の主電動機では、外筒枠１Ａの小形化によって広くなったので、矢印Ｅ３で示す冷却風を増やすことができる。
【００４５】
図３は、本発明の車両用全閉形主電動機の第３の実施形態を示す部分縦断面図で、前述した実施形態で示した図１及び図２に対応する図である。
【００４６】
図３において、前述した実施形態で示した図１〜図２と異なるところは、図１で示した外筒枠１Ａの右側下部に設けた案内板22Ａの代りに、冷却器10Ａを設け、外筒枠の両側の冷却器取付部分には、通気口１ｃを形成したことである。
【００４７】
すなわち、図３の主電動機20Ｃの外筒枠１Ｂの下部の右側には、この図３の図示しない側面の両側に対して開口部１ｃが形成され、この開口部１ｃには、図３においてはＶ字状に形成された接続部10ｂの開口側が溶接されている。
【００４８】
これらの接続部10ｂの対向側には、鋼管から製作された３本の通気管10ｄの両端が貫通し、接続部10ｂに溶接されている。これらの通気管10ｄは、図３においては略台形状で軟鋼板から製作された冷却フィン１ｅを貫通し、この冷却フィン１ｅは、各通気管10ｄと外筒枠１Ｂに溶接されている。
【００４９】
このように冷却器10Ｂが下部の片側に取り付けられた車両用全閉形主電動機においては、車両の走行によって矢印Ｄ３，Ｄ４に示すように通過する走行風が冷却器10Ｂの冷却フィン１ｅを冷却することによって通気管10ｄを冷却して、この内部の図７の矢印Ａ12で示す循環空気を冷却することで、固定子コイルの冷却効率を図１及び図２で示した主電動機と比べて更に上げることができ、通電容量の増加や絶縁特性の長寿命化を図ることができる。
【００５０】
図４は、本発明の車両用全閉形主電動機の第４の実施形態を示す部分縦断面図で、前述した実施形態で示した図１及び図２，図３に対応する図である。
【００５１】
図４において、前述した実施形態で示した特に図３と異なるところは、外筒枠の下部の両側に開口部を設け、これらの開口部を結ぶ冷却器を設けたことで、このうち、右側の冷却器10Ａは、図３で前述した冷却器10Ａと同一品であるが、左側の冷却器10Ｂは特に断面形状が異なっている。
すなわち、外筒枠１Ｃの左側の下部に形成された開口部に溶接された接続部10ｃは、縦断面が略矢印状で、これらの間に接続される通気管10ｄは２本である。
【００５２】
このように外筒枠１Ｃの下部の片側と他側に冷却器が設けられた車両用全閉形主電動機においては、図３に示した主電動機と比べて内部の空気を更に冷却することができるので、固定子コイルやロータバーの冷却効果を更に上げることができ通電容量を増やし絶縁樹脂の絶縁特性の低下を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上、請求項１に対応する発明によれば、外筒枠の内周に固定子が挿入され、前記外筒枠の軸心に貫設された回転子軸に回転子鉄心と内扇が挿入された車両用全閉形主電動機において、前記外筒枠の上部に形成した一対の通気口に両端の接続部が固定されこれらの接続部の対向側に貫設された複数の通気管とこの通気管に挿入された複数の冷却フィンから構成された冷却器と、前記外筒枠の下部の少なくとも片側に突設され前記外筒枠の下部に流入する走行風を上下に分流させ前記冷却器に前記外筒枠の下部に流入する走行風を導く案内板とを備えることで、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面を冷却するとともに冷却器の内部の空気を冷却したので、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることができる。
【００５４】
請求項２に対応する発明によれば、案内板の縦断面形状を台形状又は弧状としたことで、車両の走行で発生する走行風の一部を外筒枠と台車の中枠及び車軸との間の空間に導いて外筒枠の下部と側面を冷却するとともに冷却器の内部の空気を冷却したので、冷却効果を上げ、長寿命化を図ることのできる車両用全閉形主電動機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用全閉形主電動機の第１の実施形態を示す縦断面図。
【図２】本発明の車両用全閉形主電動機の第２の実施形態を示す縦断面図。
【図３】本発明の車両用全閉形主電動機の第３の実施形態を示す縦断面図。
【図４】本発明の車両用全閉形主電動機の第４の実施形態を示す縦断面図。
【図５】従来の車両用全閉形主電動機とこの車両用全閉形主電動機が組み込まれた台車枠の一例を示す平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面拡大図。
【図８】従来の車両用全閉形主電動機に対して車両の走行で発生する走行風の流速を位置別に示したグラフ。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…外筒枠、１ａ…放熱フィン、１ｂ…通気口、２…固定子鉄心、３…固定子コイル、４…ブラケット、５…ハウジング、６Ａ…ころ軸受、６Ｂ…玉軸受、７…回転子鉄心、８…回転子軸、９…内扇、10Ａ，10Ｂ，10Ｃ…冷却器、11…ロータバー、12…取付座、13…車軸、14…車体、15…レール、16…台車枠、17…車輪、18…置足、19Ａ…上部取付座、19Ｂ…下部取付座、20Ａ，20Ｂ，20Ｃ，20Ｄ，20Ｅ…車両用全閉形主電動機、21…軸受押え、22Ａ，２３…案内板、24…可とう継手、25…ギヤボックス、26…ボルト。
【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】
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