(57)【要約】      （修正有）【課題】送風機の冷却効率向上を図ることが可能な車両用送風機を提供する。【解決手段】羽根車を駆動する送風機用電動機と、羽根車を収納し、冷却風の取込み口及び吐出し口を備えたファンケース３３と、ファンケース３３の外部に取り付けられ、冷却風の吐出し口から取込み口間を連通するように配置した分離ダクト３６とを有し、ファンケース３３外部から取り入れた外気を、羽根車の遠心分離作用を利用して塵埃を多く含む第１の冷却風及びこの第１の冷却風に比較し塵埃の少ない第２の冷却風に分離するようにして分離ダクト３６に吐出し、第１の冷却風を、分離ダクト３６に設けた第１ダクト３７を介して冷却風取込み口３３ｂから送風機用電動機の冷却風として吐出し、第２の冷却風を、分離ダクト３６に設けた第２ダクト３８を介して被冷却機器の冷却風として吐出する。【選択図】図５
2011137421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を駆動する送風機用電動機と、
前記羽根車を収納し、冷却風の取込み口及び吐出し口を備えたファンケースと、
前記ファンケースの外部に取り付けられ、前記冷却風の吐出し口から前記取込み口間を連通するように配置した分離ダクトと、を有し、
前記ファンケース外部から取り入れた外気を、前記羽根車の遠心分離作用を利用して塵埃を多く含む第1の冷却風及びこの第1の冷却風に比較し塵埃の少ない第2の冷却風に分離するようにして前記分離ダクトに吐出し、
前記第1の冷却風を、前記分離ダクトに設けた第1のダクトを介して前記冷却風の取込み口から前記送風機用電動機の冷却風として吐出し、
前記第２の冷却風を、前記分離ダクトに設けた第2のダクトを介して被冷却機器の冷却風として吐出するようにした
ことを特徴とする車両用送風機。
【請求項２】
前記送風機用電動機及び前記ファンを収納した前記ファンケースは送風機箱内に収納され、
前記第1の冷却風は前記送風機箱内の前記送風機用電動機を冷却した後前記送風機箱外部に放出され、
前記第２の冷却風は前記第２のダクトを介して主電動機を冷却するように吐出される
ことを特徴とする請求項１記載の車両用送風機。
【請求項３】
前記送風機用電動機は永久磁石電動機であることを特徴とする請求項１または２記載の車両用電動機。
【請求項４】
前記送風機用電動機を収納した前記送風機箱の側面にインバータを構成する半導体装置を取り付け、この半導体装置を冷却するための放熱フィンを前記送風機箱内に配置したことを特徴とする請求項２または３記載の車両用電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等に搭載される主電動機等を冷却する車両用送風機に係り、特に冷却効率向上を図った車両用送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用送風機には、主に以下の３つの点において問題があった。
【０００３】
１つ目は、車両用送風機の冷却風として使用するための外気を吸い込む、吸込み部が金網の為、羽根車が回転した時に生じる騒音が、車両用送風機の外気吸込み部の金網を伝わり車外に伝播されることで、ホーム上に騒音が発生する。このような騒音問題に対しては、吸音材を吸込み部に設ける、吸音装置を車両用送風機に取り付ける等の対策が取られている。
【０００４】
２つ目は、日本の新幹線は６０Ｈｚ区間（東海及び西日本区間）と５０Ｈｚ区間（東日本区間）があり、５０Ｈｚ区間で６０Ｈｚ区間同様の性能（風量と静圧）を保つには、回転数が低い分の性能をカバーする為、送風機外形寸法を大きくする必要がある、という問題である。この為、外形が６０Ｈｚ区間のものより大きくなり、車体に装荷しにくい問題と、質量が増加する問題である。このような装置の大型化問題に対しては、３相電源のインバータを用いて、高速で回転させる方法等、装置小型化の実用化が進んでいる。
【０００５】
３つ目は、車両用送風機が冷却風として外気を吸い込む際に、その外気に塵埃（雪）が含有される為、これらの塵埃（雪）がそのまま主電動機へ入り、これらの塵埃及び雪等により、主電動機の絶縁等に大きな影響を及ぼす、という問題である。このような絶縁劣化問題に対しては、冷却風の塵埃を取り除くような車両用送風機が提案されている。図１１は、この種の車両用送風機の断面図である。図に示すように、送風機４は、車体台枠１と、車体床下の車体両外側面に設けられた車体外板２と、車体外板２のレール側に設けられたL字型の支持枠２ｂによって支えられているベース３上に設置されている。
【０００６】
送風機４は、車体外板２に設けられたエリミネーター２aに接続されたタワミ風道５に接続されている。送風機４内には、遠心分離装置４ａが設置される。遠心分離装置４ａはスクロール状ケース４ｂの中に、羽根車４ｄと分離板４ｃとを配置して構成される。
【０００７】
送風機４は中間風道６ａ及び排出ダクト６ｂに接続される。中間風道６ａは主電動機などの被冷却機器７と接続される。被冷却機器７は、開口部である被冷却機器用排出ダクト７ａを有する。
【０００８】
送風機４は、車体外板２に設けられたエリミネーター２aから冷却風として外気を取入れる。冷却風はタワミ風道５を介して送風機４内に流入する。流入した冷却風は、遠心分離装置４ａの羽根車４ｄの回転で生じる遠心分離作用によって、塵埃が混じりこんだ外気(冷却風)はスクロール状ケース４ｂの外周近傍に集まり、また、遠心分離作用によって塵埃が分別された後の清浄となった外気は、図の矢印が示すようにスクロール状ケース４ｂの分離版４ｃの上部へ集まる。そして、外周近傍に集まった塵埃の混入した外気は、分離板４ｃの図示下側から排出ダクト６ｂに送風され、外部へと排出される。
【０００９】
一方、前記遠心分離作用によって塵埃が分別されたあとの清浄な外気は、前記分離板４ｃの図示上側から中間風道６ａを介して被冷却器７を冷却したあと、被冷却器用排出ダクト７ａから外部へ排出される。
【００１０】
このように構成された鉄道車両では、送風機４に分離板４ｃが設置されているため、遠心分離装置４ａ内で発生する遠心分離作用により、スクロール状ケースの外側に集まる塵埃、雪、雨などの被冷却器７に対して絶縁状態に不都合な要因となる原因を除去することが可能となる。そして、このような送風機の雪害対策が可能な鉄道車両としては例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特願昭５２−１５３５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の送風機では、送風機のスクロール状ケースの外周近傍に集まる粉塵等が混入した冷却風は、機外に排出されるため、効率的な送風機の利用ができなかった。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、送風機内に取り入れた冷却風を効率よく利用することで、送風機の冷却効率を向上することができる車両用送風機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記を解決するために、本発明による車両用送風機は羽根車を駆動する送風機用電動機と、前記羽根車を収納し、冷却風の取込み口及び吐出し口を備えたファンケースと、
前記ファンケースの外部に取り付けられ、前記冷却風の吐出し口から前記取込み口間を連通するように配置した分離ダクトと、を有し、前記ファンケース外部から取り入れた外気を、前記羽根車の遠心分離作用を利用して塵埃を多く含む第1の冷却風及びこの第1の冷却風に比較し塵埃の少ない第2の冷却風に分離するようにして前記分離ダクトに吐出し、前記第1の冷却風を、前記分離ダクトに設けた第1のダクトを介して前記冷却風の取込み口から前記送風機用電動機の冷却風として吐出し、前記第２の冷却風を、前記分離ダクトに設けた第2のダクトを介して被冷却機器の冷却風として吐出するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、送風機の冷却効率向上を図ることが可能な車両用送風機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の車両用送風機の床下取り付け状態を示す図。
【図２】本発明の図１の車両用送風機のA矢視図。
【図３】本発明の図２の車両用送風機のB矢視図。
【図４】本発明の図２の車両用送風機のC矢視図。
【図５】本発明の第１の実施形態の車両用送風機の第１ダクト及び、第２ダクトの拡大斜視図。
【図６】本発明の第１の実施形態の車両用送風機の第１ダクトの断面図。
【図７】本発明の第１の実施形態の車両用送風機の第２ダクトの断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態の車両用送風機の第１ダクト及び、第２ダクトの拡大斜視図。
【図９】本発明の第２の実施形態の車両用送風機の第１ダクトの断面図。
【図１０】本発明の車両用送風機の変形例の示す図２のB矢視図。
【図１１】従来の車両用送風機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の車両用送風機の床下取り付け状態を示す図である。図２乃至図4は、図１の車両用送風機の異なる部分の矢視図である。図５は、乃至図７は本発明の第１の実施形態の車両用送風機の第１ダクト及び、第２ダクトを説明する図である
（構成）
図１で示すように、車体２０の床下には車両用送風機２１が送風機箱３０に収納されて懸架されている。車両用送風機２１は、主電動機用ダクト２２を介して、主電動機２３と接続される。主電動機２３は、車体２０から懸架された台車２４に取り付けられている車輪２５間に配置している。
【００１９】
補助電源装置２６は、車両用送風機２１を中央にして、主電動機用ダクト２２とは反対側に近接して車体２０から懸架して取り付けられている。
【００２０】
図２、図３、図４に示すように、車両用送風機２１本体を収納する箱形状の送風機箱３０は、上部の送風機箱上面カバー３０ａ、側面の送風機箱側面カバー３０ｂ、送風機箱側面カバー３０ｃ、送風機箱側面カバー３０ｄ、送風機箱側面カバー３０ｅ、及び送風機箱下面カバー３０ｆによって構成されている。
【００２１】
送風機箱側面カバー３０ｂは、送風機箱側面カバー３０ｃと送風機箱側面カバー３０ｅと隣接する。送風機箱側面カバー３０ｃは、送風機箱側面カバー３０ｂと送風機箱側面カバー３０ｄと隣接する。送風機箱側面カバー３０ｄは、送風機箱側面カバー３０ｃと送風機箱側面カバー３０ｅと隣接する。送風機箱側面カバー３０ｅは、送風機箱側面カバーｂと送風機箱側面カバー３０ｄと隣接する。送風機箱上面カバー３０ａと送風機箱下面カバー３０ｆは、それぞれの広い面が対向するように送風機箱側面カバー３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｃと隣接する。
【００２２】
図２に示すように、送風機箱３０内の送風機箱側面カバー３０ｃ側に、２つの開口部を有したスクロール形状のファンケース３３と、そのファンケース３３内に収められた羽根車３４が設置される。
【００２３】
ファンケース３３の一方の開口部は、側面上に設けられ、他方の開口部は広い面上に設けられている。ファンケース３３は、その広い面が送風機箱側面カバー３０ｃと送風機箱側面３０ｅに対向するように収納されている。
【００２４】
また、送風機用電動機３５は、送風機用電動機取付け台３５ａの上に配置され、送風機枠３０内で送風機箱側面カバー３０ｅ側に、送風機用電動機３５の回転軸の長手方向が送風機枠側面カバー３０ｃ、３０ｅの面に対して直交方向になるようにファンケース３３に隣接して設置される。
【００２５】
ファンケース３３内には、吸込管３４ａと羽根車３４が収納されており、羽根車３４は電動機用台３５ａの上に設置されている全閉形の送風機用電動機３５の回転軸と直結されている。羽根車３４の自由端面は入風口ダクト３２に設けた吸込管３４ａと対向している。ファンケース３３の側面下部には冷却風吐出し口３３ａが設けられている。
【００２６】
図４に示すように、送風機箱側面カバー３０ｃには、入風口３１としての四角形の開口部を設けている。入風口３１には、この入風口３１を覆うように格子状の入風口カバー３１ａを設けている。また入風口カバー３１ａの中央部には、グラスウールやロックウールなどの吸音材で構成される円形状の遮音カバー３１ｂが取り付けられている。
【００２７】
なお、図２に示すように、入風口３１の開口部の送風機内側には、入風口ダクト３２が取付けられており、入風口３１とファンケース３３の開口部間を接続するように取付けられている。
【００２８】
また、図４に示すように、送風機箱側面カバー３０ｄは、第３ダクト３９を取付けるための開口部を有し、この開口部の機内側には、開口部を囲むようにルーバー３９ｃが冷却風ガイドとして取付けられている。
【００２９】
送風機箱側面カバー３０ｄの開口部外側には第３ダクト３９を、この第３ダクト３９の一方の第３ダクト入口３９ａ側が接続され、また、第３ダクト３９の他方の第３ダクト出口３９ｂ側が、下方へ延出するように取り付けている。
【００３０】
図３及び図５に示すように、送風機箱側面カバー３０ｂには、後述する分離ダクト３６と接続するための２つの開口部として形成された、冷却風吐出し口３３ａと冷却風取込み口３３ｂを設けている。
【００３１】
冷却風吐出し口３３ａは、送風機箱側面カバー３０ｃと送風機箱下面カバー３０ｆの近傍に位置して設けられる。また、冷却風取込み口３３ｂは、送風機箱上面カバー３０ａと送風機箱側面カバー３０ｅの近傍に位置して設けられている。
【００３２】
冷却風吐出口３３ａと冷却風取込み口３３ｂの開口部には分離ダクト３６が接続され、この分離ダクト３６は、第１ダクト３７と第２ダクト３８から構成される。この分離ダクト３６の送風機箱３０に対する取付面は、前記第１ダクト排出口３９取付面と反対側に位置する。
【００３３】
また、図５乃至図７に示すように、第１ダクト３７は、第１ダクト入口３７ａが冷却風吐出口３３ａと接続されている。第１ダクト３７は、第１ダクト入口３７ａと冷却風吐出口３３ａの接続部から送風機箱側面カバー３０ｅ方向に向かって延設し、さらに送風機箱上面カバー３０ａ方向に向かうようなＬ字形に構成されている。第１ダクト３７の第１ダクト出口３７ｂは、送風機箱側面カバー３０ｂの冷却風取込み口３３ｂと接続されている。
【００３４】
第２ダクト３８は、第２ダクト入口３８ａが冷却風吐出口３３ａと接続され、この接続部から送風機箱上面カバー３０ａ方向へ延設されている。そして、第２ダクト出口３８ｂは、送風機箱３０外に設置されている被冷却器へ繋がるダクトへと接続されている。
【００３５】
（作用）
車両用送風機２１の、図示しないインバータは、パンタグラフで集電した高圧の単相交流電圧を、主変圧器で単相交流電圧を降圧し、インバータに供給する。供給された単相交流電圧をインバータによって三相交流電圧に変換し、三相交流電流は送風機用電動機３５に供給される。送風機用電動機３５の回転によって回転を開始する羽根車３４は、入風口３１の開口から冷却風として外気を取り入れ、この取入れた外気は冷却風として入風口ダクト３２を通ってファンケース３３内に導かれる。
【００３６】
そして、冷却風に含まれる塵埃は羽根車３４の回転による遠心分離作用によって遠心分離される。その結果、塵埃を比較的多く含む冷却風はファンケース３３の外周側に沿って流れ、この塵埃を比較的多く含む冷却風と比較して塵埃をあまり含まない冷却風はファンケース３３の中心部に沿って、冷却風吐出口３３ａに向かって流れる。
【００３７】
冷却風吐出口３３ａに向かって流れた冷却風は冷却風吐出口３３ａから、分離ダクト３６の第２ダクト３８へ流れていく。また、ファンケース３３に沿って流れた塵埃を多く含む冷却風は第１ダクト３７へ流れて、第１ダクト入口３７ａから第１ダクト出口３７ｂに向かい、送風機箱３０内へと流れていく。
【００３８】
送風機箱３０内へと流れた冷却風は、送風機用電動機３５を冷却し、第３ダクト３９から外気へと排出される。
【００３９】
一方、塵埃をあまり含まない冷却風は、第２ダクト入口３８ａから第２ダクト出口３８ｂに向かい、主電動機用ダクト２２を通って被冷却機器である主電動機２３を冷却する。
【００４０】
（効果）
このような構成の車両用送風機において、塵埃を比較的多く含む冷却風を送風機用電動機３５に使用し、塵埃をあまり含まない冷却風を主電動機２３のような被冷却機器の冷却用として送風することで、主電動機２３の絶縁状態に問題が起こらず、車両故障を防止できる。
【００４１】
また、冷却風を送風機用電動機３５と主電動機２３の冷却風に利用することで、冷却効率が向上する。そのため、送風機用電動機２を冷却するための電動機用冷却ファンが不必要になり、ファンから発生する騒音が抑制されると同時に、軽量化が実現できる。
【００４２】
また、送風機箱３０内に羽根車３４やファンケース３３が備えられているため、送風機箱３０より、外部に漏れる騒音量を低減することが可能である。また、低騒音化が実現されるため、高速で快適な列車の提供が可能となる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明に基づく第２の実施形態について図８および図９を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態の車両用送風機の第１ダクト・第２ダクトの拡大図である。図９は、第１ダクトの断面図である。尚、図１乃至７と同一の構成のものについては、同符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１ダクト３７内に開口部と分離版が備えられていることである。以下、その点について説明する。
【００４５】
（構成）
図８、図９に示すように、第１ダクト３７は、第１ダクト入口３７ａと第１ダクト出口３７ｂの間に第１ダクト排出口３７ｃとして示す開口部を有する。この第１ダクト排出口３７ｃは、第１ダクト３７の送風機箱側面カバー３０ｅから送風機箱上面カバー３０ａに向かって屈曲する部分に設けられている。また、第１ダクト３７内における第１ダクト排出口３７ｃと第１ダクト出口３７ｂに分かれる箇所には分離板３７ｄが設けられている。
【００４６】
（作用）
ファンケース３３内に導かれた冷却風に含まれる塵埃は羽根車３４の回転による遠心分離作用によって遠心分離され、塵埃を比較的多く含む冷却風はファンケース３３内側面に沿って流れ、塵埃をあまり含まない冷却風はファンケース３３の中心部に沿って、冷却風吐出口３３ａに向かって流れる。
【００４７】
冷却風吐出口３３ａに向かって流れた冷却風は冷却風吐出口３３ａから、分離ダクト３６の第２ダクト３８へ流れていく。また、ファンケース３３に沿って流れた塵埃を多く含む冷却風が第１ダクト３７へ送風されるときも、塵埃が内側面に沿って流れる状態が維持される。
【００４８】
そのため、第１ダクト３７内における第１ダクト排出口３７ｃと第１ダクト出口３７ｂに分かれる箇所に設けた分離板３７ｄの図示下方に位置する第１ダクト排出口３７ｃ側を塵埃を含む冷却風は移動することになり、その結果第１ダクト排出口３７ｃより、送風機箱３０の外部に排出される。
【００４９】
したがって、より塵埃の少ない冷却風のみが分離板３７ｄの図示上方に位置する第１ダクト３７を通って送風機箱３０内に収納された送風機用電動機３５を冷却する。
【００５０】
（効果）
このような構成とした車両用送風機２１も、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００５１】
さらに、第１の実施形態よりも送風機用電動機３５への冷却風として塵埃の少ない冷却風を使用できる。そのため、送風機箱内３０に塵埃等が溜まることがなく、メンテナンスを軽減することが可能である。
【００５２】
(第３の実施形態)
図１０は、本発明の車両用送風機の第３の実施形態を示す図２のB矢視相当図である。この実施形態が第１の実施形態と異なる点は、車両用送風機２１に半導体装置４０を取り付けたことである。図１０で示すように、送風機箱側面カバー３０ｅの機箱外側面に、送風機箱上面カバー３０ａから送風機箱下面カバー３０ｆに向かってインバータを構成する半導体素子を組み合わせて構成される半導体装置４０が収納される半導体容器４０ａを設けている。半導体装置４０が位置する送風機箱側面カバー３０ｅの機箱内側面には、板状の複数枚の金属板がから構成された放熱フィン４０ｂが設置されている。
【００５３】
（作用）
半導体装置４０を用いて構成されるインバータでは、電力を変換する際のスイッチングによる熱損失が、半導体装置４０の半導体素子から熱となって発生する。
【００５４】
発生した熱は、送風機箱３０に伝達される。送風機箱３０に伝達された熱は、放熱フィン４０ｂに伝わり、その熱は第１ダクト３７を通って流入してくる冷却風で吸収し、半導体装置４０を間接的に冷却することになる。
【００５５】
（効果）
このような構成をもつ車両用送風機２１は、送風機用電動機３５を半導体装置４０によって個別制御し、また半導体装置４０の冷却も同時に行うことが可能となる。そのため、車体床下のような狭いスペースでも、小型化をすることによって容易に設置スペースを確保することが可能となる。
【００５６】
また第１の実施形態乃至第３の実施形態の送風機用電動機３５は永久磁石電動機に置き換え可能である。永久磁石電動機に置き換えることで、電動機の装置が小型化するため、車両用送風機２１の小型化が可能となり、またエネルギ効率も向上するため、少量の冷却風でも冷却が可能になる。
【符号の説明】
【００５７】
１  車体台枠
２  車体外板
２ａ  エリミネーター
２ｂ  支持枠
３  ベース
４  送風機
４ａ  遠心分離装置
４ｂ  スクロール状ケース
４ｃ  分離版
４ｄ  羽根車
5  タワミ風道
６ａ  中間風道
６ｂ  排出ダクト
７  被冷却器
７ａ  被冷却器用排出ダクト
２０  車体
２１  車両用送風機
２２  主電動機用ダクト
２３  主電動機
２４  台車
２５  車輪
２６  補助電源装置
３０  送風機箱
３０ａ  送風機箱上面カバー
３０ｂ  送風機箱側面カバー
３０ｃ  送風機側面カバー
３０ｄ  送風機側面カバー
３０ｅ  送風機側面カバー
３０ｆ  送風機下面カバー
３１  入風口
３１ａ  入風口カバー
３１ｂ  遮音カバー
３２  入風口ダクト
３３  ファンケース
３３ａ  冷却風吐出し口
３３ｂ  冷却風取込み口
３４  羽根車
３４ａ  吸込管
３５  送風機用電動機
３５ａ  送風用電動機取付け台
３６  分離ダクト
３７  第１ダクト
３７ａ  第１ダクト入口
３７ｂ  第１ダクト出口
３７ｃ  第１ダクト排出口
３８  第２ダクト
３８ａ  第２ダクト入口
３８ｂ  第２ダクト出口
３９  第３ダクト
３９ａ  第３ダクト入口
３９ｂ  第３ダクト出口
３９ｃ  ルーバ
【図１】
2011137421.tif 000003
【図２】
2011137421.tif 000004
【図３】
2011137421.tif 000005
【図４】
2011137421.tif 000006
【図５】
2011137421.tif 000007
【図６】
2011137421.tif 000008
【図７】
2011137421.tif 000009
【図８】
2011137421.tif 000010
【図９】
2011137421.tif 000011
【図１０】
2011137421.tif 000012
【図１１】
2011137421.tif 000013