(57)【要約】【課題】冷却性の向上による小形軽量化と、保守の省力化および製作コスト低減を可能にする全閉形電動機の提供。【解決手段】ステータフレーム１の両端の開口部の外側にそれぞれ接続風道２１，２２を設け、この接続風道２１，２２の間に面を有する筒状の冷却風道２３を配置し、接続風道２１，２２のそれぞれ内部空間の一端をステータフレーム１の開口部を介して機内空間に連通し、それぞれの他端を冷却風道２３の内部空間に連通し、冷却風道２３の外周壁に複数の放熱フィン２０を設けている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ鉄心の内周側に複数個のロータ通風穴を形成し、ロータシャフトの機内側の一端に内気循環ファンを設け、ステータフレームの両端側に開口部を設け、前記ステータフレームの機外部に冷却器を設け、当該冷却器の器内空間を前記ステータフレームの両端の開口部にそれぞれ連通し、機内空気を前記冷却器内に循環流通させて冷却を行う全閉形電動機において、
前記ステータフレームの両端の開口部の外側にそれぞれ接続風道を設け、当該接続風道の間に面を有する筒状の冷却風道を配置し、前記接続風道のそれぞれ内部空間の一端を前記ステータフレームの開口部を介して機内空間に連通し、それぞれの他端を前記冷却風道の内部空間に連通し、前記冷却風道の外周壁に複数の放熱フィンを設けたことを特徴とする全閉形電動機。
【請求項２】
軸方向から見て、前記接続風道と前記冷却風道と前記放熱フィンとを略扇形状としたことを特徴とする請求項１に記載の全閉形電動機。
【請求項３】
軸方向から見て、前記ステータフレームの両端の開口部角度と前記接続風道の入口角度とを、前記内気循環ファンの羽根ピッチ角度もしくはその角度の整数倍に一致させたことを特徴とする請求項２に記載の全閉形電動機。
【請求項４】
軸方向から見て、前記内気循環ファンの羽根間のほぼ中央に、前記ロータ通風穴を配置させたことを特徴とする請求項３に記載の全閉形電動機。
【請求項５】
前記冷却風道の通風路を、通風方向に向かって格子形状構成としたことを特徴とする請求項１に記載の全閉形電動機。
【請求項６】
前記冷却風道の通風路を、通風方向に向かってハニカム形状構成、コルゲート形状又は波板形状のいずれかとしたことを特徴とする請求項５に記載の全閉形電動機。
【請求項７】
前記冷却風道の通風路を、通風方向に向かって中断吸熱フィンを設けた構成としたことを特徴とする請求項５に記載の全閉形電動機。
【請求項８】
前記冷却風道の通風路を、通風方向に向かって窓となるように、吸込み吹き出し吸熱フィンを設けた構成としたことを特徴とする請求項５に記載の全閉形電動機。
【請求項９】
前記格子形状構成において、軸方向から見て、夫々の格子窓を半径方向と周方向にｎ等分割とし、周方向にｍ等分割したことを特徴とする請求項５に記載の全閉形電動機。
【請求項１０】
前記格子形状構成において、軸中心から見て、格子の仕切り板を半径方向にｎ段とした時、さらに格子窓の入口に案内板を（ｎ−１）枚を設けたことを特徴とする請求項５に記載の全閉形電動機。
【請求項１１】
前記接続風道の入口に整流格子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の全閉形電動機。
【請求項１２】
前記接続風道の入口から前記冷却風道を介し前記接続風道の出口までを、格子形状構成、ハニカム形状構成、コルゲート形状構成、波板構成の一つを連続して設けたことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の全閉形電動機。
【請求項１３】
軸方向から見て、前記接続風道及び前記冷却風道を略コ字形状としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の全閉形電動機。
【請求項１４】
軸直角方向から見て、前記接続風道及び前記冷却風道を略円弧形状としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の全閉形電動機。
【請求項１５】
軸直角方向から見て、前記放熱フィン全体の外形形状を略矩形状又は略部分円形状としたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項１３のいずれか一項に記載の全閉形電動機。
【請求項１６】
前記内気循環ファンの主盤の曲率半径をｒとし、前記接続風道と前記冷却風道の円弧の半径を略ｒとしたことを特徴とする請求項１３に記載の全閉形電動機。
【請求項１７】
軸直角方向から見て、前記接続風道の少なくとも一方を略円弧形状としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の全閉形電動機。
【請求項１８】
前記内気循環ファンの主盤の概略半径ｒとし、前記内気循環ファン側の前記ロータシャフトを回転可能に支持するベアリングブラケット内壁の概略半径ｒ’を前記内気循環ファン主盤の概略半径ｒのおよそ1.2 倍から１.４倍で構成したことを特徴とする請求項１に記載の全閉形電動機。
【請求項１９】
軸直角方向から見て、前記接続風道もしくは前記接続風道及び前記冷却風道を、直線状の傾斜した形状としたことを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の全閉形電動機。
【請求項２０】
前記直線状の傾斜した形状の傾斜角度を前記ロータシャフトに対して基準軸とした場合の概略３０度から６０度範囲とすることを特徴とする請求項1９に記載の全閉形電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道等の車両を駆動用電動機として好適であって、外気を機内に取り入れない全閉構成を有する全閉形電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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として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。
【０００３】
従来、この機種の電動機は、機内の回転子軸に固定された通風ファンの回転によって、外気を機内に流通させて冷却を行う開放形自己通風冷却方式となっている。
【０００４】
この開放形自己通風方式では、冷却外気に混入する塵埃によって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、通風ろ過器内のフィルターによって流入外気の塵埃を捕捉している。
【０００５】
そのためフィルターの目詰まりによる流入外気の減少によって電動機の温度上昇が増大するのを防ぐために、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。
【０００６】
しかし、フィルターで完全に塵埃を捕捉することは難しいため、機内に進入した塵埃は機内内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ため、定期的に電動機を分解して内部の塵埃除去のため清掃を行う必要がある。
【０００７】
このフィルターの保守の省力化と電動機の分解清掃の周期延長による保守の省力化を図る目的で、特許文献１等に示される全閉形電動機の採用が検討されている。
【０００８】
図３０を参照して、この種の全閉形電動機の従来の一例を説明する。
【０００９】
図３０（ａ）に示すように、全閉形電動機の構成は、有底円筒状のステータフレーム１の内周部に円筒状のステータ鉄心２を有し、このステータ鉄心２の円周部に多数の溝を設け、この溝の中にステータコイル３が取付けられる。ステータフレーム１の両端部に軸受６，７をそれぞれ内蔵したベアリングブラケット４とベアリングハウジング５が取付けられ、この軸受６と７によってロータシャフト８の両端側を支持している。ロータシャフト８の中央部にロータ鉄心９が取付けられ、ロータ鉄心９の外周部に多数の溝を設け、この溝の中心にロータバー１０が取付けられている。ロータバー１０の両端はエンドリング（短絡環）で一体的に結束され、全体として誘導電動機のカゴ形回転子を形成している。
【００１０】
ロータ鉄心９の内周側には、複数個のロータ通風穴９ａを円周上に設けてある。前記ロータシャフト８の機内部に内気を循環させるための循環ファン１１が取付けてある。
【００１１】
ステータフレーム１の両端部に通気口１ａ，１ｂが設けられ、通気口１ａ，１ｂを覆うように、接続冷却風道１２，１３と複数のパイプ１４と複数の放熱フィン(冷却フィン)１５よりなる冷却器が、ステータフレーム１の外側にボルトによって取付けられている。
【００１２】
図３０（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である図３０（ｂ）に示すように、電動機は、ステータフレーム１に設けたアーム１ｃをボルトによって電気車の台車枠１００に固定され、機外に張出したロータシャフト端部８ａの継手を介し図示しない歯車装置に接続し、歯車装置は車輪と一体の車軸１０１に接続していることより、電動機の回転力を、レール１０３上の車輪１０２に伝達する構成となっている。
【００１３】
この構成の下で、運転時の循環ファン１１の回転によって機内の内気は通気口１ａより冷却器の入気通路１２ａに進入し、さらに複数の通風路１４ａを流入して排気通路１３ａに進入した後通気口１ｂより機内に流入する。機内に流入した内気はロータ鉄心の通風穴９ａを流通して循環ファン１１の内径側に戻る。このように運転時には、内気は冷却器内と機内を循環流通する。
【００１４】
運転時にステータコイル３とロータバー１０およびエンドリングが発熱し、これによって機内各部の温度が上昇する。しかし、加熱した内気が冷却器内の通風路１４ａを流通する際に放熱フィン１５により冷却され、冷却された内気が機内を流通することにより機内各部を冷却し、ステータコイル３とロータバー１０の温度上昇が規定値以上になるのを防いでいる。
【００１５】
放熱フィン１５は、電動機の長手方向と直交して車両の進行方向と同方向に配列しているので、走行風が各放熱フィン１５の間を流通するため、放熱フィン１５の放熱作用が向上し、通風路１４を流通する内気の冷却性が向上する。
【００１６】
このように本構成では、外気を機内に流通させることなく電動機の冷却を行うので、通風ろ過器のフィルターは不要となり、機内の汚損も皆無となるので、電動機の分解周期を延ばすことができる、保守の省力化を図ることができる。
【特許文献１】特開平９−２０５７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、この構成の全閉形電動機においては、解決しようとする課題が３点ある。
【００１８】
一つ目は、冷却器の通風路１４ａがパイプ構成で多数密集した状態に配置され、さらに多数の放熱フィン１５で区切られた構成のため、外気の塵埃や紙・布屑が付着しやすく、使用期間の経過に伴って次第にパイプ間に詰まって冷却性能を低下させる。そのため、定期的に気吹き等（圧縮空気の吹き付け）を行ってこの塵埃や布屑の除去を行うことが必要である。しかし、パイプ１４と放熱フィン１５が交鎖していることより、奥の方に付着した塵埃等を十分に除去するのが困難になる。
【００１９】
二つ目は、冷却器の通気口１ａからパイプ１４への通風経路において、パイプ１４間の壁によって急激に通風面積が狭くなるため、パイプ入口損の通風抵抗が大きくなる。図３１は、図３０の全閉形電動機における、風の流れを矢印で表したものであり、パイプ１４入口で後戻りの渦が発生しているのが分かる。
【００２０】
従って、冷却器内と機内全体の循環流通が悪くなり、電動機全体の冷却効率が低くなっている。
【００２１】
従来方式のパイプ構成の全閉形電動機は、冷却効率が劣ることより、開放自己通風冷却形に比較して、電動機が大型化することは避けられないものになっていた。
【００２２】
しかし、近年、車両の高速化、高性能化が著しく、駆動用電動機の高出力化、小形軽量化の要望が強くなっていることより、冷却性の向上を図り、小形軽量化された全閉形電動機の実現が望まれている。
【００２３】
三つ目は、さらにパイプ１４の円周囲と放熱フィン１５を溶接で接合しているため、パイプの数と放熱フィンの枚数分を溶接しなくてはならず、量産性が悪く、製作コストが大きくなる欠点がある。
【００２４】
本発明の目的は、冷却性の向上による小形軽量化と、保守の省力化および製作コスト低減を可能にする全閉形電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、ロータ鉄心の内周側に複数個のロータ通風穴を形成し、ロータシャフトの機内側の一端に内気循環ファンを設け、ステータフレームの軸方向両端側に開口部を設け、前記ステータフレームの機外部に冷却器を設け、当該冷却器の器内空間を前記ステータフレームの両端の開口部にそれぞれ連通し、機内空気を前記冷却器内に循環流通させて冷却を行う全閉形電動機において、
前記ステータフレームの両端の開口部の外側にそれぞれ接続風道を設け、当該接続風道の間に壁面を有する筒状の冷却風道を配置し、前記接続風道のそれぞれ内部空間の一端を前記ステータフレームの開口部を介して機内空間に連通し、それぞれの他端を前記冷却風道の内部空間に連通し、前記冷却風道の外周壁に複数の放熱フィンを設けたことを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、運転時、冷却風道は熱を吸収し、多数設けた放熱フィンによって大気に熱を放出する。この場合、車両走行時の冷却外気は冷却風道の外周面に沿って流れるため、外気に混入した塵埃や布屑は冷却風道や放熱フィンに付着して止まることはなく、長期間でも塵埃の付着が少なくなる。また、圧縮空気吹き等の清掃作業も容易で確実に塵埃を除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、循環内気の冷却器による冷却性能が向上することにより、機内各部の温度上昇を低減することができるため、電動機の小形軽量化あるいは、容量（出力増大）を図ることができると同時に、冷却器の保守の省力化を図ることができる全閉形電動機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明に係る全閉形電動機について、図３０、３１と同一部分には同一符号を付した図１〜図２９を参照して説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の全閉形電動機を、図１を参照して説明する。
【００３０】
図１（ｂ）は正面断面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂに沿う正面断面図である。
【００３１】
図１において、ステータフレーム１の内周面に円筒状のステータ鉄心２を取付け、ステータ鉄心１の内周部全周にわたって設けた多数の溝内にステータコイル３を納め、ステータフレーム１の両端部に軸受６，７をそれぞれ内蔵したベアリングブラケット４とベアリングハウジング５を取付け、軸受６，７によってロータシャフト８を支持する。ロータシャフト８の長手中央部にロータ鉄心９を取付け、ロータ鉄心９の外周部には全周にわたって多数の溝が設けられ、この溝内にロータバー１０が収納され、ロータ鉄心９の内周側には円周上にわたってロータ通風穴９ａが複数個形成されている。また、ロータシャフト８の機内位置の一端に内気を循環させるための循環ファン１１が取付けされる。
【００３２】
ステータフレーム１の長手方向の両端部に通気口１ａ，１ｂが設けられ、ステータフレーム１の外側に通気口１ａ，１ｂを覆うように接続風道２１，２２がそれぞれ取付けられている。
【００３３】
従来と異なる点は、冷却器であり、これは接続風道２１，２２と、冷却風道２３と、放熱フィン２０から構成されている。両接続風道２１，２２の間にはステータフレーム１の長手方向と同一方向に延びた、平坦面（円弧面を含む）を有する筒状の冷却風道２３が設けられている。言い換えると、軸方向から見て、接続風道２１，２２及び前記冷却風道２３を略コ字形状である。さらに冷却風道２３の外周壁面に、冷却風道２３の長手方向と直交する方向に多数の放熱フィン２０を配列して設けてある。この場合、軸直角方向から見て、放熱フィン２０全体の外形形状を略矩形状となっている。
【００３４】
なお、冷却器を構成している接続風道２１，２２と冷却風道２３は、別々に製作し、両者を溶接等で一体的に形成したり、これらを軸方向に分割したものを溶接等で一体的に形成してもよく、あるいは最初から何らかの手法により一体的に形成してもよく、この場合には接続風道２１，２２と冷却風道２３の境界は、はっきりしないが、接続風道２１，２２は、ステータフレーム１に取付けられる端部近くを指している。
【００３５】
以上のように構成された本実施形態の全閉形電動機の動作について以下に説明する。
【００３６】
図１に示すように電動機の運転時には、循環ファン１１の回転により機内の空気は、循環ファン１１の半径方向の外周空間に吹き上げられた後に、通気口１ａより接続風道２１内の入気路１６ａに流入した後、それぞれの通風路２ａを流通し、冷却風道２３内の第１の排気路１７ａを経て通気口１ｂより反駆動側の機内空間に流入する。機内に流入した内気はロータ鉄心９の外周面とステータ鉄心２の内周面の間隙と、ロータ鉄心９の通風穴９ａを軸方向に流通して循環ファン１１の内径側に戻る。
【００３７】
このように本実施形態においては、運転時に、機内空気は、冷却器内を経路として循環流通する。冷却風道２３内の通風路２３ａの機内空気が流通する際に、冷却風道２３は熱を吸収して、さらに冷却風道２３の外周面に多数設けた放熱フィン２０によって大気に放出する。従来のパイプ構成では、パイプ入口に渦流れが発生し、入口損が大きい問題があったが、本実施形態においては、風の流れを矢印で示した図２に示すように、冷却風道２３が例えば一つの筒状のため、渦流れが発生しない。従って、入口損失が小さく、さらに筒状のため、冷却風道２３の流路の通風抵抗も小さいため、循環風量を増大できるので、主電動機全体の冷却性能を向上させることができる。
【００３８】
さらに、従来のパイプ構成と通風断面積と前記冷却風道２３の通風断面積を同等とした場合において、本実施形態では冷却風道２３を筒状にしたことから、半径方向に前記冷却風道２３の寸法が大きくならない。その分、冷却風道２３の外周面に放熱フィン２０の面積を大きくすることができるため、放熱の冷却効率が良く、外気に熱を放出するので、冷却作用はさらに向上する。
【００３９】
また、運転時は冷却外気が冷却風道２３の外周面と放熱フィン２０の間を流通するが、本実施形態では、冷却風道２３は筒状のため、長期運転期間においても塵埃・布屑等が冷却風道２３と放熱フィン２０に付着しにくいことから、放熱フィン２０の冷却効果が長年にわたり低下しない。
【００４０】
尚、長期使用で表面に塵埃が付着した場合でも、従来のパイプ構成に比較して、空気吹き等で筒状の冷却風道２３を容易に清掃除去ができるため、主電動機を台車から外し、大掛かりな清掃をするメンテナンスの必要がなくなる。
【００４１】
さらに、冷却風道２３の材質は一般的に薄板鋼板で製作されるが、軽量化と冷却性能の向上を図るため、アルミ板で製作される場合がある。しかしながら、従来構成のパイプ構成とアルミ板は溶接が難しくなることから、放熱フィン２０を数多く有した構成となった場合は製作が困難となっていた。これに対し本実施形態の冷却風道２３は、筒状のため溶接部が直線部となり、冷却風道２３の外周壁への放熱フィン２０の溶接を容易に行うことができる。そのため、製作コストが低減できる。
【００４２】
次に本発明の冷却効果を確認するため、試作機に対して温度上昇試験を行った。温度上昇の試験は各運転回転数の定格回転数について行い、電源は正弦波電源を用い、電車の走行時の効果を模擬するため模擬走行風（約２ｍ／ｓ）を主電動機の周りに流し試験を実施した。
【００４３】
試験結果を図３に示す。縦軸のスケールは温度上昇比率で示し、横軸に各測定点を示す。この結果から従来例に比較して、本実施形態のものは全体的に温度低減の効果が得られ、特に回転子と固定子コイルの温度低減が大きい。
【００４４】
このように本実施形態の全閉形電動機においては、冷却性能の向上を図ることができることから、小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。さらに冷却器清掃保守の軽減を図ることができ、製造コストも低減できる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態における全閉形電動機について、縦断面図である図４（ａ）及び正面断面図である図４（ｂ）を参照して説明する。
【００４６】
本実施形態は、電動機の軸方向から見て、循環ファン１１の羽根の延長上に、接続風道２１，２２と冷却風道２３と放熱フィン２０とが全体で略扇形を形成するように構成している。
【００４７】
図５は、循環ファン１１により吹き上げられた内気の風の流れ(矢印で示している)を時間変化でもって、目視化したものであり、図中２７はその風の圧力分布を模式化したものである。循環ファン１１は遠心式ラジアルファンであるため、羽根間の遠心力で半径方向の外側に向かって風が吹き上げ、さらに回転力で回転方向の斜めに吹き上げられる。そこで冷却風道２３を略扇形にすることにより、遠心力で吹き上げられた風が接続風道２１，２２の隅々まで行渡る。
【００４８】
従って、冷却風道２３内の通風効率が上昇するため、風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるため電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【００４９】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図６（ａ）及び正面断面図である図６（ｂ）を参照して説明する。
【００５０】
本実施形態の構成は、電動機の軸方向から見て、ステータフレーム１の両端の開口部である通気口１ａ，１ｂの角度と、接続風道２１，２２の入口角度と、循環ファン１１の羽根ピッチ角度もしくはその整数倍の角度とを、一致（角度φ）させたものである。
【００５１】
本実施形態によれば、循環ファン１１の羽根ピッチと接続風道２１，２２の入口角度を一致させることにより、機内一巡通冷却風道の風の流れの位相が一致することから、循環ファン１１の最大風量が得られる。これにより、風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるため電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【００５２】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図７（ａ）及び正面断面図である図７（ｂ）を参照して説明する。
【００５３】
本実施形態の構成は、電動機の軸方向から見て、接続風道２１，２２の入口角度と、循環ファン１１の羽根ピッチ角度もしくはその整数倍の角度と、さらにロータ通風穴９ａの円周ピッチを一致（角度φ）させたものである。また、冷却風道２３の内部空間２３ａに格子形状構成例えば仕切り板を通風方向に向かって窓となるように格子形状体２４を設け、格子形状体２４の両端に断面円弧状の案内板１９を設けたものである。
【００５４】
本実施形態によれば、接続風道２１，２２の入口角度と、循環ファン１１の羽根ピッチ角度もしくはその整数倍の角度と、さらにロータ通風穴９ａの円周ピッチを一致させることにより、機内一巡通冷却風道の風の流れの位相が一致し、これにより循環ファン１１の最大風量が得られる。このことから風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるため電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【００５５】
次に本実施形態の効果を確認するため、試作機に対して温度上昇試験を行った。温度上昇の試験は、本発明の第１実施形態と同じ試験条件である。試験結果を図８に示す。この結果から、第４実施形態のものは、従来例及び本発明の第１実施形態に比較して、さらに全体的に温度低減の効果が得られる。
【００５６】
（第５実施形態）
次に本発明の第５実施形態の全閉形電動機について、図９〜図１１を参照して説明する。
【００５７】
本実施形態の構成は、縦断面図である図９（ａ）及び正面断面図である図９（ｂ）に示すように、冷却風道２３の内部空間２３ａに格子形状構成例えば仕切り板を通風方向に向かって窓となるように格子形状体２４を設けたものである。
【００５８】
本実施形態によれば、冷却風道２３内に格子形状体２４を設けることにより、格子形状体２４が吸熱フィンとして働き、吸熱面積も増大することから、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００５９】
縦断面図である図１０（ａ）及び正面断面図である図１０（ｂ）は、冷却風道２３の内部空間２３ａに前述と同様に格子形状体２４を設けたものであるが、冷却風道２３を略扇形としない構成の場合の例を示し、縦断面図である図１１（ａ）及び正面断面図である図１１（ｂ）は、冷却風道２３の内部空間２３ａに仕切り板を縦に配列した縦格子形状体２４ａとして、図１０と同様に冷却風道２３を略扇形としない構成の場合の例を示す。いずれの構成も十分な冷却性能を得ることができる。
【００６０】
（第６実施形態）
次に本発明の第６実施形態の全閉形電動機について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００６１】
本実施形態の構成は、縦断面図である図１２（ａ）及び正面断面図である図１２（ｂ）に示すように、冷却風道２３の内部空間２３ａにハニカム形状体２４ｂを設けたものである。
【００６２】
この構成により、冷却器の機械剛性が大きくなり、冷却器の外枠ケースの板が薄板化できることから軽量化が図られる。
【００６３】
また冷却風道２３の内部空間２３ａはハニカム形状体２４ｂが設けられているので、吸熱面積を大きくとることができ、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００６４】
また、本実施形態の構成は、縦断面図である図１３（ａ）及び正面断面図である図１３（ｂ）に示すように、冷却風道２３の内部空間２３ａにコルゲート形状体２４ｃを設けたことにより、コルゲート形状２３ｅの山頂部と段違いの山頂部が重なることがないため、吸熱フィンとして熱の集中化が緩和され、熱伝導が良くなる。そのため、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００６５】
（第７実施形態）
次に本発明の第７実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図１４（ａ）及び中断吸熱フィンの詳細を示す図１４（ｂ）を参照して説明する。
【００６６】
図１４に示すように、冷却風道２３の内部空間２３ａにおける前述した形状体を設けず、この代わりに吸熱板を複数に分割した分割吸熱体(中断吸熱体フィン)２４ｄを設けたものである。
【００６７】
このように冷却風道２３の内部空間２３ａに、分割吸熱体２４ｄを設けたので、風流れの上段下段で空気が入れ替わり、乱流を誘発させることにより、熱伝達が良くなる。そのため、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００６８】
（第８実施形態）
次に本発明の第８実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図１５（ａ）及び吸込み吹出し吸熱フィンの詳細を示す図１５（ｂ）を参照して説明する。
【００６９】
図１５に示すように、本実施形態の構成は、冷却風道２３の内部空間２３ａに前述した形状体を設けず、この代わりに波板に多数の孔があけられた吸込み吹き出し吸熱体(吸込み吹き出し吸熱フィン)２４ｅを設けたものである。
【００７０】
このように冷却風道２３の内部空間２３ａに、吸込み吹き出し吸熱体２４ｅを設けたので、流れの上段下段で空気が入れ替わり、乱流を誘発させることにより、熱伝達が良くなる。そのため、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００７１】
（第９実施形態）
次に本発明の第９実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図１６（ａ）及び正面断面図である図１６（ｂ）を参照して説明する。
【００７２】
本実施形態の構成は、冷却風道２３の内部空間２３ａに、例えば、前述した格子形状体２４ｆを、夫々の格子窓の面積が等しくなるように半径方向にｎ等分割と周方向ｍ等分割にする。
【００７３】
この構成により、冷却風道２３の内部空間２３ａにおける夫々の格子窓の面積が等しくなるため、格子窓へ風の流れが均一となる。そのため、循環内気の冷却器により冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００７４】
（第１０実施形態）
次に本発明の第１０実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図１７（ａ）及び正面断面図である図１７（ｂ）を参照して説明する。
【００７５】
本実施形態の構成は、冷却風道２３の内部空間２３ａに格子形状構成例えば仕切り板を通風方向に向かって窓となるように格子形状体２４を設け、格子形状体２４の両端に断面円弧状の案内板１９を設けたものである。この場合、電動機の軸中心から見て、冷却風道２３内における格子の仕切り板を半径方向にｎ段とした時、さらに格子の入口及び出口に案内板２４を（ｎ−１）枚を設けたものである。
【００７６】
この構成により、案内板２４を設けることで格子窓によって風量を調整できることになり、どの窓にも風量が均一となる。そのため、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００７７】
（第１１実施形態）
次に本発明の第１１実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図１８（ａ）及び正面断面図である図１８（ｂ）を参照して説明する。
【００７８】
本実施形態の構成は、接続風道２１，２２の内部空間２１ａ，２２ａであってステータフレーム１の通気口１ａ、１ｂにそれぞれ整流格子２５を設けるものである。
【００７９】
この構成により、冷却風道２３の内部空間２３ａに格子窓にも風量が均一となる。そのため、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００８０】
（第１２実施形態）
次に本発明の第１２実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図１９（ａ）及び正面断面図である図１９（ｂ）を参照して説明する。
【００８１】
本実施形態の構成は、接続風道２１，２２の内部空間であってステータフレーム１の通気口側及び冷却風道２３に、格子形状、ハニカム形状、コルゲート形状、波板のいずれか一つ、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを連続して設けたものである。
【００８２】
この構成により、冷却風道２３の内部空間２３ａの格子窓にも均一となる。そのため、循環内気の冷却器による冷却性能が向上し、電動機の温度上昇を低下させることができるため、電動機の小形軽量化及び／又は出力増大が図れる。
【００８３】
（第１３実施形態）
以下、本発明の第１３実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２０（ａ）及び正面断図面図２０（ｂ）を参照して説明する。
【００８４】
本実施形態の構成は、軸直角方向から見て、冷却器２６を次のようにしたものである。前述した実施形態では、軸方向から見て、前記接続風道２１、２２及び前記冷却風道２３を略コ字形状としたが、ここでは軸直角方向から見て、前記接続風道２１、２２及び前記冷却風道２３を略円弧形状としたものである。そして、軸直角方向から見て、前記放熱フィン２０の全体の外形形状を略部分円形状としたものである。
【００８５】
以上のように構成された本実施形態の全閉形電動機の動作について以下に説明する。
【００８６】
図２０に示すように電動機の運転時には、循環ファン１１の回転により機内の空気は、循環ファン１１の半径方向の外周空間に吹き上げられた後に、通気口１ａより接続風道２１の内部空間２１ａ内に流入した後、冷却風道２３の内部空間２３ａを流通し、接続風道２３の内部空間２３ａを経て通気口  １ｂより反駆動側の機内空間に流入する。
【００８７】
このように冷却器を構成としたことにより、第１ 実施例の直角管に比較して、循環ファン１１の回転による機内の空気流れ抵抗の損失が小さくなるため、放熱の冷却効率が良く、外気に熱を放出するので、冷却作用はさらに向上する。
【００８８】
前記接続風道２１、２２及び前記冷却風道２３を略円弧形状としたことにより、内気循環ファンから遠心力によって放出された風の熱風が第１ 実施例の直角管に比較して、冷却風道２３の広い面積に当たるため、冷却風道２３の外周面に放熱フィン２０が熱せられ有効に作用することができるため、放熱の冷却効率が良く、外気に熱を放出するので、冷却作用はさらに向上する。
【００８９】
次に本発明の効果を確認するため、試作機に対して温度上昇試験を行った。温度上昇の試験は各運転回転数の定格回転数について行い、電源は正弦波電源を用い、電車の走行時の効果を模擬するため模擬走行風（約２ｍ／ｓ）を主電動機の周りに空気を流し試験を実施した。
【００９０】
試験結果を図２１に示す。縦軸のスケールは温度上昇比率で示し、横軸に各測定点を示す。
【００９１】
この結果から従来品および第１実施例に比較して、全体的に温度低減の効果が見られ、特に回転子と固定子コイルの温度低減が大きい。
【００９２】
前記接続風道２１、２２及び前記冷却風道２３を略円弧形状としたことにより、第１ 実施例の直角管に比較して、流れ抵抗の損失が小さくなり、本実施の形態の車両駆動用全閉形電動機においては、冷却性能の向上を図ることができきることから、小形軽量化または出力増大が図れる。さらに冷却器に直角部のコーナーが無く緩やかなカーブのため、清掃保守の軽減を図ることができき、製造コストも低減できる。
【００９３】
（第１４実施形態）
以下、本発明の第１４実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２２（ａ）及び正面断図面図２２（ｂ）を参照して説明する。
【００９４】
本実施形態の構成は、前記内気循環ファン１１の主盤の曲率半径をｒとし、前記接続風道２１、２２と前記冷却風道２３の円弧の半径を略ｒとしたものである。
【００９５】
さらに前記接続風道２１と前記冷却風道２３ の外周壁面に、軸直角方向から見て、前記放熱フィン２０の全体の外形形状を略部分円形状としたものである。
【００９６】
以上のように構成された本実施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。
【００９７】
前記接続風道２１、２２及び前記冷却風道２３を略円弧形状とし、前記内気循環ファン１１の主盤の概略曲率半径ｒとし、前記接続風道と前記風道とを曲率半径ｒで構成したことにより、第１実施例の曲り管に比較して、流れ抵抗の損失がさらに小さくなるため、放熱の冷却効率が良く、外気に熱を放出するので、冷却作用はさらに向上する。
【００９８】
次に本発明の効果を確認するため、試作機に対して温度上昇試験を行った。温度上昇の試験は各運転回転数の定格回転数について行い、電源は正弦波電源を用い、電車の走行時の効果を模擬するため模擬走行風（約２ｍ／ｓ）を主電動機の周りに流し試験を実施した。
【００９９】
試験結果を図２３に示す。縦軸のスケールは温度上昇比率で示し、横軸に各測定点を示す。この結果から従来品および第１ 実施例に比較して、全体的に温度低減の効果が見られ、特に回転子と固定子コイルの温度低減が大きい。
【０１００】
このように前記内気循環ファン１１の主盤の概略曲率半径ｒとする中心点を基準に、前記接続風道２１、２２及び前記冷却風道２３を略円弧形状としたことにより、第１３実施例の曲り管に比較して、入口接続風道と冷却風道を曲り管とすることにより、流れ抵抗の損失が小さくなルことから、循環ファン１１の最大風量が得られる。これにより、風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるために電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【０１０１】
（第１５実施形態）
以下、本発明の第１５実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２４（ａ）及び正面断図面図２４（ｂ）を参照して説明する。
【０１０２】
本実施形態の構成は、軸直角方向から見て、接続風道２１及び冷却風道２３を略円弧形状とした全閉形電動機である。
【０１０３】
この構成により、接続風道２１と冷却風道２３を略円弧形状とすることにより、流れ抵抗の損失が第１３実施例より小さくなる流れ抵抗の損失が小さくなルことから、循環ファン１１の最大風量が得られる。
【０１０４】
これにより、風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるために電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【０１０５】
（第１６実施形態）
以下、本発明の第１６実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２５（ａ）及び正面断図面図２５（ｂ）を参照して説明する。
【０１０６】
本実施形態の構成は、軸直角方向から見て、前記接続風道２１、２２及び冷却風道２３の一部を略円弧形状とした全閉形電動機である。
【０１０７】
このように、接続風道２１、２２と冷却風道２３の一部を略円弧形状とすることにより、流れ抵抗の損失が第１５実施例より小さくなることから、循環ファン１１の最大風量が得られる。これにより、風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるために電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【０１０８】
（第１７実施形態）
以下、本発明の第１７実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２６（ａ）及び正面断図面図２６（ｂ）を参照して説明する。
【０１０９】
本実施形態の構成は、内気循環ファン１１の主盤の概略半径ｒとし、内気循環ファン側のロータシャフト８を回転可能に支持するベアリングブラケット４の内壁の概略半径ｒ’を前記内気循環ファン主盤の概略半径ｒのおよそ1.2 倍から１.４倍で構成した全閉形電動機である。なお、冷却風道２３の内壁面には、複数の整流格子２５が設けられている。
【０１１０】
この構成により、ベアリングブラケットの内壁の曲率半径ｒで構成することにより、流れ抵抗の損失が第１６実施例より、さらに小さくなる流れ抵抗の損失が小さくなルことから、循環ファン１１の最大風量が得られる。これにより、風量特性が良くなり、循環内気のさらに効率よく外気に放出できるために電動機の冷却性能を一層向上させることができる。
【０１１１】
（第１８実施形態）
以下、本発明の第１８実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２７（ａ）及び図面図２７（ｂ）を参照して説明する。軸直角方向から見て、接続風道２１及び冷却風道２３を、直線状の傾斜した形状とした全閉形電動機である。
【０１１２】
このように構成することにより、第１実施形態に比較して、循環ファン１１の回転による機内の空気流れ抵抗の損失が小さくなるため、放熱の冷却効率が良く、外気に熱を放出するので、冷却作用はさらに向上する。
【０１１３】
（第１９実施形態）
以下、本発明の第１９実施形態の全閉形電動機について、縦断面図である図２８（ａ）及び図面図２８（ｂ）および図２９を参照して説明する。
【０１１４】
前述の第１８の実施形態において、直線状の傾斜した形状の傾斜角度を前記ロータシャフト８に対して基準軸とした場合の概略３０度から６０度範囲とした全閉形電動機である。
【０１１５】
図２９に示すように斜め管の角度をパラメータとして実験を行った結果を示す。
【０１１６】
この結果から冷却器２４を斜め管としたことにより、第１実施例の直角管に比較して、循環ファン１ １の回転による機内空気の流れ抵抗の損失が小さくなるため、放熱の冷却効率が良く、外気に熱を放出するので、冷却作用はさらに向上する。その中でも角度θを概略３０ 度から６０度範囲としたときが効果的である。
【０１１７】
本発明は、以上述べた各実施形態に限定されず、次のように構成することを全て含むものである。
【０１１８】
１) 軸方向から見て、前記接続風道及び前記冷却風道を略コ字形状としたものと、軸方向から見て、前記放熱フィンとを略扇形状としたものを組み合わせてもよい。
【０１１９】
２)軸直角方向から見て、前記接続風道及び前記冷却風道を略円弧形状としたものと、前記放熱フィンとを略扇形状としたものを組み合わせてもよい。
【０１２０】
３)軸直角方向から見て、前記放熱フィン全体の外形形状を略矩形状又は略部分円形状としたものと、前記接続風道及び前記冷却風道を略コ字形状としたものと、軸直角方向から見て、前記接続風道及び前記冷却風道を略円弧形状としたものと、の任意の組み合わせでもよい。
【０１２１】
４)軸直角方向から見て、前記接続風道の少なくとも一方を略円弧形状としたものと、放熱フィンとを略扇形状としたもの、前記放熱フィン全体の外形形状を略矩形状又は略部分円形状としたものと、の任意の組み合わせでもよい。
【０１２２】
５)軸直角方向から見て、前記接続風道もしくは前記接続風道及び前記冷却風道を、直線状の傾斜した形状と、放熱フィンとを略扇形状としたもの、前記放熱フィン全体の外形形状を略矩形状又は略部分円形状としたものと、の任意の組み合わせでもよい。
【０１２３】
６) 冷却風道２３の筒状形状として、実施形態では矩形形状のものを例に挙げて説明したが、これに限らず楕円形状、長円形状、変形多角形状等、これらの組み合わせであってもよい。
【０１２４】
７) 前記接続風道及び前記冷却風道の個数も１個以外に２個又は３個であってもよい。
【０１２５】
８) 冷却風道２３の外周面に形成する放熱フィン２０は、冷却風道２３の全外周面に限らず、その一部であってもよい。
【０１２６】
９) 各放熱フィン２０の外形形状も実施形態に示したものに限らず、他の形状でもよい。
【０１２７】
さらに、本願発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態の流体流れを説明する図。
【図３】本発明の第１実施形態の温度低減効果を示すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態のラジアルファンの風の流れを説明する図。
【図６】本発明の第３実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図７】本発明の第４実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図８】本発明の第４実施形態の温度低減効果を示すグラフ。
【図９】本発明の第５実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１０】本発明の第５実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１１】本発明の第５実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１２】本発明の第６実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１３】本発明の第６実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１４】本発明の第７実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１５】本発明の第８実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１６】本発明の第９実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１７】本発明の第１０実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１８】本発明の第１１実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図１９】本発明の第１２実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２０】本発明の第１３実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２１】本発明の第１３実施形態の温度低減効果を示すグラフ。
【図２２】本発明の第１４実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２３】本発明の第１４実施形態の温度低減効果を示すグラフ。
【図２４】本発明の第１５実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２５】本発明の第１６実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２６】本発明の第１７実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２７】本発明の第１８実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２８】本発明の第１９実施形態の全閉形電動機を示す図。
【図２９】本発明の第１９実施形態の冷却器を斜め管とした場合の冷却作用を説明するための図。
【図３０】従来例の全閉形電動機を示す図。
【図３１】図３０の全閉形電動機における流体流れを説明する図。
【符号の説明】
【０１２９】
１…ステータフレーム、１ｃ…アーム、１ａ…通気口、１ｂ…通気口、２…ステータ鉄心、２ａ…通風路、３…ステータコイル、４…ベアリングブラケット、５…ベアリングハウジング、６、７…軸受、８…ロータシャフト、９…ロータ鉄心、９ａ…ロータ通風穴、
１０…ロータバー、１１…内気循環ファン、１２、１３…接続冷却風道、１２ａ…入気通路、１３ａ…排気通路、１４…パイプ、１４ａ…通風路、１９…案内板、２１、２２…接続風道、２１ａ、２２ａ…内部空間、  ２３…冷却風道、２３ａ…内部空間、２４…格子形状体、２４ａ…縦格子形状体、２４ｂ…ハニカム形状体、２４ｃ…コルゲート形状体、  ２４ｄ…分割吸熱体、２４ｅ…吸熱体、２４ｆ…格子形状体、２５…整流格子、１００…台車枠、１０１…車軸、１０２…車輪、１０３…レール。
【図１】
2005130693.tif 000003
【図２】
2005130693.tif 000004
【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】
2005130693.tif 000009
【図８】
2005130693.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005130693.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2005130693.tif 000016
【図１５】
2005130693.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2005130693.tif 000019
【図１８】
2005130693.tif 000020
【図１９】
2005130693.tif 000021
【図２０】
2005130693.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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