(57)【要約】      （修正有）【課題】機内の汚損が極めて少なく、軸受部の温度上昇が低く、したがって潤滑グリースの交換周期を長くすることができる車両駆動用全閉形電動機を提供する。【解決手段】ロータシャフト９を支持する第１および第２の軸受４，５を内蔵した第１および第２のブラケット６，７を設け、前記ロータシャフト９の機外側の両端部に第１および第２の通風ファン１２，１３を取付け、ステータ鉄心１の外周近傍において軸方向に貫通して形成され終端が大気に開口する第１の通風穴１ａおよび第２の通風穴１ｂを設け、前記第１および第２のブラケット６，７の両方又はいずれか一方のブラケットの機内側の側面に、当該ブラケットとカバー１５に囲まれて形成された環状の通風路１６，１９を設け、前記第１および第２の通風穴１ａ，１ｂと前記環状の通風路１６，１９に前記第１および第２の通風ファン１２，１３によって外気を流通させる構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフトに取付けられたロータ鉄心を囲繞するステータ鉄心の双方の軸方向端部に前記ロータシャフトを支持する第１および第２の軸受を内蔵した第１および第２のブラケットを設け、前記ステータ鉄心および前記第１および第２のブラケットによって機内を密閉した車両駆動用全閉形電動機において、前記ロータシャフトの機外側の両端部に第１および第２の通風ファンを取付け、前記ステータ鉄心の外周近傍において軸方向に貫通して形成され終端が大気に開口する第１の通風穴および第２の通風穴を設け、前記第１のブラケットの外側部分に前記第１の通風ファンによる冷却風を受け入れる第１の外気通風路を設け、この第１の外気通風路を前記第１の通風穴の始端に連通させ、前記第２のブラケットの外側部分に前記第２の通風ファンによる冷却風を受け入れる第２の外気通風路を設け、この第２の外気通風路を前記第２の通風穴の始端に連通させ、前記第１および第２のブラケットの両方又はいずれか一方のブラケットの機内側の側面に当該ブラケットとカバーに囲まれて形成された環状の通風路を設け、当該環状の通風路の始端を前記第１または第２の外気通風路と連通させ、前記環状の通風路の終端を大気に開口させたことを特徴とする車両駆動用全閉形電動機。
【請求項２】
前記環状の通風路を形成する前記カバーの機内側表面に冷却フィンを放射状に設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両駆動用全閉形電動機。
【請求項３】
前記環状の通風路を形成する前記カバーの環状通風路側の背面にも冷却フィンを円弧状に設けたことを特徴とする請求項２に記載の車両駆動用全閉形電動機。
【請求項４】
前記カバーと前記冷却フィンをアルミ合金等の熱伝導性の優れた材料で形成し、当該カバーをボルト等によって着脱自在にブラケットに取付けたことを特徴とする請求項２または３に記載の車両駆動用全閉形電動機。
【請求項５】
前記第１および第２ブラケットの両方又はいずれか一方のブラケットの機内側の内周壁面に機内空間に突出する冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両駆動用全閉形電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外気を機内に取り入れない密閉構造を有し鉄道等の車両を駆動する車両駆動用全閉形電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電車等の鉄道車両では、車体の下に配置された台車に車両駆動用電動機を装荷し、この電動機の回転力を歯車装置を介して車輪に伝達して車両を走行させるようにしている。従来、この種の電動機は、機内に内蔵された通風ファンの回転によって運転時に外気を機内に流通させて冷却する開放形自己通風冷却方式となっている。
【０００３】
この開放形自己通風冷却方式の電動機では、冷却外気に混入する塵埃によって電動機内が汚損されるのを防ぐため、入気口部に通風ろ過器を設け、通風ろ過器のフィルターによって流入外気の塵埃を捕捉している。そのため、フィルターの目詰りによる流入外気の減少を防ぐために、比較的短期間の周期でフィルターの清掃を実施している。
【０００４】
しかし、フィルターで完全に塵埃を捕捉することはできないため、機内に侵入した塵埃は、機内各部に付着して次第に集積し、絶縁性能の低下や冷却効果の低下をきたす。そのため定期的に電動機を分解して内部の塵埃除去のための清掃を行う必要があった。
【０００５】
このフィルター保守の省力化と電動機の分解周期の延長による保守の省力化を図る目的から、全閉外扇形電動機の採用が検討されているが、従来の全閉外扇形電動機では、冷却性能が低下することより電動機が大型化し、軸受の温度上昇が増大し、更に外扇の騒音が大きいことから、車両駆動用電動機としては採用が困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、この課題を解決するものとして本件出願人は先に特願２００２−２３６６００号「車両駆動用全閉形電動機」を出願した。この電動機は、保守の省力化と共に冷却性能の向上による小型軽量化と、軸受の温度上昇の低減と、低騒音化を図ることができ、車両駆動用電動機として、最適なものとなっている。
【０００７】
しかし、車両の高性能化のための駆動用電動機の更なる小型軽量化又は高出力化と、駆動用電動機の更なる分解回帰の延長による保守の省力化が更に強く望まれてきている。
【０００８】
駆動用電動機の定期的な分解手入れは、機内各部の清掃手入れと軸受潤滑グリースの更新を目的として行われるが、全閉形電動機の場合は、機内の汚損がなくなることにより、軸受潤滑グリースの更新のみが分解の目的となる。
【０００９】
軸受潤滑グリースの劣化は、運転に伴う種々の要因によって進行するが、その中で軸受部の温度上昇による熱劣化が大きな要因となっている。そのため、運転時の軸受の温度上昇を低減できれば、潤滑グリースの劣化進行が遅くなり、グリースの更新周期も長くすることが可能になる。
【００１０】
また、全閉形電動機では、電動機の外面を冷却する構成のため、機内に配置されているロータが十分に冷却されない傾向にある。そのため、ロータの冷却性能を向上させることができれば、全閉形電動機の小型軽量化ないし容量増大（出力増大）を図ることが可能になる。
【００１１】
そこで本発明は、機内の汚損が極めて少なく、軸受部の温度上昇が低く、したがって潤滑グリースの交換周期を長くすることができ、また、冷却性が向上して、小形軽量化あるいは容量（出力）増大を図ることのできる車両駆動用全閉形電動機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ロータシャフトに取付けられたロータ鉄心を囲繞するステータ鉄心の双方の軸方向端部に前記ロータシャフトを支持する第１および第２の軸受を内蔵した第１および第２のブラケットを設け、前記ステータ鉄心および前記第１および第２のブラケットによって機内を密閉した車両駆動用全閉形電動機において、前記ロータシャフトの機外側の両端部に第１および第２の通風ファンを取付け、前記ステータ鉄心の外周近傍において軸方向に貫通して形成され終端が大気に開口する第１の通風穴および第２の通風穴を設け、前記第１のブラケットの外側部分に前記第１の通風ファンによる冷却風を受け入れる第１の外気通風路を設け、この第１の外気通風路を前記第１の通風穴の始端に連通させ、前記第２のブラケットの外側部分に前記第２の通風ファンによる冷却風を受け入れる第２の外気通風路を設け、この第２の外気通風路を前記第２の通風穴の始端に連通させ、前記第１および第２のブラケットの両方又はいずれか一方のブラケットの機内側の側面に当該ブラケットとカバーに囲まれて形成された環状の通風路を設け、当該環状の通風路の始端を前記第１または第２の外気通風路と連通させ、前記環状の通風路の終端を大気に開口させた構成とする。
【００１３】
請求項１の発明の車両駆動用全閉形電動機においては、第１および第２の通風ファンによって電動機の外周面全面に外気を流通冷却させるようにしたことより、冷却面積が増大して冷却性能が向上し、電動機を小型軽量化することができ、更に両方の軸受の冷却も均等に行われ排風側の軸受の温度上昇が増大するという問題を防ぐことができる。また、第１および第２の通風ファンによって冷却を行うので、通風ファン１台当りの風量を従来より半減することができ、通風ファンの小型化・小径化が可能になることより運転時の騒音を低減することができる。更にブラケットの機内側に設けた環状の通風路に冷却外気を流通させ軸受部の温度上昇を低減させるため、軸受の潤滑グリースの劣化を防ぎ、潤滑グリースの寿命を延ばすことにより電動機の分解周期を長くすることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、前記環状の通風路を形成する前記カバーの機内側表面に冷却フィンを放射状に設けた構成とする。
請求項２の発明によれば、ブラケットの機内側において環状の通風路を形成するカバーの機内側表面に放射状に設けた冷却フィンにより、前記環状の通風路を流れる外気による機内空気の冷却効果を向上させ、機内各部の温度上昇を低減し、特にロータ各部の温度上昇を低減する効果が大きい。このように機内各部の温度上昇を低減することにより、更に電動機の小型軽量化を図ることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、前記環状の通風路を形成する前記カバーの環状通風路側の背面にも冷却フィンを円弧状に設けた構成とする。
請求項３の発明によれば、ブラケットの機内側において環状の通風路を形成するカバーの前記環状通風路側の背面に円筒状に設けた冷却フィンにより環状通風路を流れる外気による機内空気の冷却効果を向上させ、機内各部の温度上昇を低減し、特にロータ各部の温度上昇を低減する効果が大きい。このように機内各部の温度上昇を低減することにより、更に電動機の小型軽量化を図ることができる。
【００１６】
請求項４の発明は、前記カバーと前記冷却フィンをアルミ合金等の熱伝導性の優れた材料で形成し、当該カバーをボルト等によって着脱自在にブラケットに取付けた構成とする。
【００１７】
この発明によれば、環状の通風路を形成するカバーの熱伝達がよいので機内空気の冷却性能が一層向上する。そのため更なる電動機の小型軽量化又は容量増大を図ることができる。
【００１８】
請求項５の発明は、前記第１および第２ブラケットの両方又はいずれか一方のブラケットの機内側の内周壁面に機内空間に突出する冷却フィンを設けた構成とする。
この発明によれば、機内空気の熱がブラケットに伝達され易くなるため更に機内空気の冷却が向上し、機内各部の温度上昇が低減する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１〜図５は本発明の第１の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機の構成を示している。本実施の形態の車両駆動用全閉形電動機は、図１に示すように、円筒状のステータ鉄心１の内周側にロータ鉄心２を配置し、ステータ鉄心１の一方の軸方向端部にステータフレーム３を介して第１の軸受４を内蔵した第１のブラケット６を取付け、ステータ鉄心１の他方の軸方向端部にステータフレーム３を介して第２の軸受５を内蔵した第２のブラケット７を取付けしてある。この第２の軸受５は第２のブラケット７の中央部にハウジング８を介して取付けてある。なお、図１は中心部の軸方向長さを実際よりも短く描いてある。
【００２０】
ロータ鉄心２の内周部にはロータシャフト９を結合し、このロータシャフト９の軸方向両端部は第１および第２の軸受４，５により支持させている。ロータシャフト９の機外側の一端部には第１の通風ファン１２を取付け、機外側の他端部には第２の通風ファン１３を取付けてある。
【００２１】
ロータ鉄心２の外周部に多数の溝を設け、その溝内にロータバー１１が収納してある。各ロータバー１１の両端部はロータ鉄心２より張出した状態にし、エンドリングにより結束して一体化し、誘導電動機のカゴ形回転子を形成している。
【００２２】
ステータ鉄心１の内周部に多数の溝を設け、その溝内にステータコイル１０が収納してある。各ステータコイル１０の両端のコイルエンド部はステータ鉄心１より張出して形成されている。
【００２３】
また、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である図２にも示すように、ステータ鉄心１の外周近傍には、軸方向に貫通するように第１の通風穴１ａと第２の通風穴１ｂを交互に各々複数個ずつ形成してある。
【００２４】
さらに図１に示すように、第１のブラケット６の外側部分に、第１の通風ファン１２による冷却風を受入れる第１の外気通風路６ａを円周上に設け、この第１の外気通風路６ａを第１の通風穴１ａの一端に導入路６ｂを介して連通させてある。第１の通風穴１ａの他端は第２のブラケット７の外周部において大気に開放状態としてある。
【００２５】
同様に第２のブラケット７の外側部分には、第２の通風ファン１３による冷却風を受入れる第２の外気通風路７ａを円周上に設け、この第２の通風路７ａを第２の通風穴１ｂの一端に導入路７ｂを介して連通させてある。第２の通風穴１ｂの他端は第１のブラケット６の外周部において大気に開放状態としてある。
【００２６】
また、図１の右半部の詳細図である図３、および図３のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である図４にも示すように、第１のブラケット６の機内側の側面にカバー１５を一体的に設けて第１の環状通風路１６を形成し、この第１の環状通風路１６の一端を導入路１７、導入口６ｃを介して第１の外気通風路６ａと連通し、当該第１の環状通風路１６の他端を排出路１８、排風口６ｄを介して大気に開放状態としてある。また、カバー１５の機内側の表面に、複数の冷却フィン１５ａを放射状に設けてある。
【００２７】
さらに図１に示すように、第２のブラケット７とハウジング８の機内側の側面に第２の環状通風路１９を形成し、当該第２の環状通風路１９の一端を導入口７ｃを介して第２の外気通風路７ａに連通し他端を排風口７ｄを介して大気に開放状態としてある。
【００２８】
第１，第２の通風ファン１２，１３それぞれには、放射状の配置となった複数の羽根が形成され、第１の通風ファン１２と第２の通風ファン１３の羽根枚数とは、例えば１５：１７のように異なった枚数とし、さらに互に割り切れない枚数に設定してある。
【００２９】
第２の通風ファン１３の機外側側面には第２のブラケット７に取付けられたカバー１４を有し、このカバー１４の中心部に複数の打抜き小穴で形成された入気口１４ａを形成してある。
【００３０】
以上のように構成された電動機全体は、図５に示すように、ステータフレーム３に一体的に設けられたステータアーム３ａの部分を台車枠２４にボルトで固定することにより台車内に装荷される。そして図１に示すように電動機の一端側に張出しているロータシャフト端部９ａを継手を介して、図示されていない駆動歯車装置に接続し、電動機の回転力を駆動歯車装置から車輪２５に伝達して車両を走行させる。なお、２６は車軸、２７はレールである。
以上のように構成された本実施の形態の車両駆動用全閉形電動機の動作について以下に説明する。
【００３１】
すなわち、図１に示すように、電動機の運転時には、第１の通風ファン１２の回転により外気が第１の外気通風路６ａに送り込まれ、導入路６ｂを経て複数の第１の通風穴１ａに流入し、この第１の通風穴１ａを流通した後、反対側の大気に排出される。
【００３２】
更に、第１の外気通風路６ａに送り込まれた外気は、図３，図４に示すように、導入口６ｃから導入路１７を経て第１の環状通風路１６に流入し、第１の環状通風路１６を流通した後、排出路１８、排風口６ｄを経て電動機の下方の大気に排出される。
【００３３】
また図１に示すように、第２の通風ファン１３の回転により外気が第２の外気通風路７ａに送り込まれ、導入路７ｂを経て複数の第２の通風穴１ｂに流入し、この第２の通風穴１ｂを流通した後、反対側の大気に排出される。
【００３４】
同時に、第２の外気通風路７ａに送り込まれた外気は、導入口７ｃより第２の環状通風路１９に流入し、この第２の環状通風路１９を流通した後、排風口７ｄより大気側に排出される。
【００３５】
このようにこの第１の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機では、機外の両端部にそれぞれ設けた通風ファン１２，１３によって冷却外気をブラケット６，７の外側表面部分とステータ鉄心１の多数の通風穴１ａ，１ｂ内に流通させて冷却するため、電動機全体の冷却面積が増大して冷却性能が向上する。
【００３６】
同時に、両側の通風ファン１２，１３で電動機を均一に冷却するため、排風側の温度上昇の増大によるローカルヒートを生ずることがなくなる。更に、ブラケット６，７のそれぞれの機内側側面に設けた環状通風路１６，１９を冷却外気が流通するため、軸受部の冷却が十分行われ、軸受４，５の温度上昇を更に低減することができる。
【００３７】
また、環状通風路１６，１９のカバー１５に設けた多数の冷却フィン１５ａにより、機内空気の冷却が行われるので、更に機内各部の温度上昇を低減することができる。図３に示すように、機内空気はロータの回転により、またローク鉄心２の端部より張出したロータバー１１のファン作用により外周側に吹き上げられた後回り込んで冷却フィン１５ａを通過して内周側に戻る経路で循環するため、冷却フィン１５ａによる機内空気の冷却が効果的に作用する。
【００３８】
また、通風ファン１２，１３を電動機の両側に分散配置して冷却する構造であるため、一方の通風ファンの冷却風量は従来に比べて半減してよく、そのため各々の通風ファンを小型化、小径化することが可能になり、運転時の騒音を低下させることができる。かつ、両通風ファン１２，１３の羽根枚数を異なった枚数としているので、回転時の両通風ファンの騒音周波数が重畳して騒音が増大する現象が生じることがない。
【００３９】
次に本発明の第２の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機について、図６と図７を参照して説明する。この実施の形態の車両駆動用全閉形電動機では、ブラケット２０の機内側側面にカバー２１をボルト２２により取付けし、カバー２１とブラケット２０の間に環状通風路２３を形成し、この環状通風路２３の一端側を導入口２０ｃを介して外気通風路２０ａに連通し、環状通風路２３の他端側を排出口２０ｄを介して大気側に開放してある。
【００４０】
また、カバー２１の機内側表面に複数の冷却フィン２１ａを放射状に設け、カバー２１の環状通風路２３内の裏面に複数の冷却フィン２１ｂを外気の流通方向に沿った状態に円弧状に設けてある。さらに、ブラケット２０の機内側の壁面に複数の冷却フィン２０ｅを設けてある。なお、カバー２１および冷却フィン２１ａ，２１ｂは、アルミ合金等の熱伝導性の優れた材料で形成してある。
【００４１】
この第２の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機では、運転時にロータバー１１のファン作用によって機内空気が外周側に吹き上げられた後、ブラケット２０の内壁に沿って移動し内周側に戻る循環を行う過程で、ブラケット２０内面の冷却フィン２０ｅおよびカバー２１の表面の冷却フィン２１ａ部分を流通する。
【００４２】
このようにして、外気通風路２０ａおよび導入路２０ｂを流れる冷却外気の流通により冷却されるブラケット２０に一体的に設けられた多数の冷却フィン２０ｅに循環内気が接触するため内気の冷却効果が増大する。更に、循環内気の熱は、多数の冷却フィン２１ａに伝わったのちカバー２１を介して環状通風路２３内の多数の冷却フィン２１ｂに伝わり、環状通風路２３を流通する冷却外気に放出される。
【００４３】
冷却フィン２１ａ、カバー２１、冷却フィン２１ｂは熱伝導性の優れた材料で形成してあるので、機内空気（内気）の熱は冷却外気に効率良く放出され、更に冷却フィン２１ａ，２１ｂをそれぞれ多数設けてあるので内気から外気への熱を放出する冷却作用が一層向上する。このように内気の冷却性能が一層向上することにより、機内各部の温度上昇を更に低減することができる。
【００４４】
以上のように本発明の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機によれば、全閉冷却形で機内各部の塵埃による汚損を防ぐことができると同時に、軸受部の温度上昇を低減して軸受潤滑グリースの潤滑寿命を延ばすことができるため、電動機の分解周期を延ばして保守の省力化を図ることができる。
【００４５】
また、電動機の冷却を均一に行いローカルヒートを無くするとともに、全体の冷却性能を向上させることができるため、従来と同容量の電動機であれば小型軽量化が可能であり、また従来と同サイズの電動機であれば出力容量の増大が可能である。
更に、運転時の電動機の騒音の最も大きい要因である通風ファンの騒音を低減することより、電動機の低騒音化を図ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、機内の汚損が極めて少なく、軸受部の温度上昇が低く、したがって潤滑グリースの交換周期を長くすることができ、また、冷却性が向上して、小形軽量化あるいは容量（出力）増大を図ることのできる車両駆動用全閉形電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機を示し、図５のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図１の右半詳細図。
【図４】図３のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機の車両への装荷状態を示す側面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の車両駆動用全閉形電動機の部分断面図。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…ステータ鉄心、１ａ…第１の通風穴、１ｂ…第２の通風穴、２…ロータ鉄心、３…ステータフレーム、３ａ…ステータアーム、４…第１の軸受、５…第２の軸受、６…第１のブラケット、６ａ…第１の外気通風路、６ｂ…導入路、６ｃ…導入口、６ｄ…排風口、７…第２のブラケット、７ａ…第２の外気通風路、７ｂ…導入路、７ｃ…導入口、７ｄ…排風口、８…ハウジング、９…ロータシャフト、９ａ…ロータシャフト端部、１０…ステータコイル、１１…ロータバー、１２…第１の通風ファン、１３…第２の通風ファン、１４…カバー、１４ａ…入気口、１５…カバー、１５ａ…冷却フィン、１６…第１の環状通風路、１７…導入路、１８…排出路、１９…第２の環状通風路、２０…ブラケット、２０ａ…外気通風路、２０ｂ…導入路、２０ｃ…導入口、２０ｄ…排出口、２０ｅ…冷却フィン、２１…カバー、２１ａ…冷却フィン、２１ｂ…冷却フィン、２２…ボルト、２３…環状通風路、２４…台車枠、２５…車輪、２６…車軸、２７…レール。
【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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