(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸の外周に回転自在に連結した回転子と、車軸の外周に嵌挿され内部に複数の冷却水路を設けた冷却ジャケットと、この冷却ジャケットの外周に嵌挿され前記回転子の内側に対向して位置する固定子と、前記回転子と一体に連結された車輪と、前記車軸の近傍に設けられ前記冷却ジャケットの冷却水路に接続される冷却水路とを有する車輪一体型電動機において、前記冷却ジャケットの軸方向両端に前記冷却水路の開口に対向して水溜めを設け、この水溜めに接続する入水口は最下部に位置する冷却水路よりも下部に設置すると共に、水溜めに接続する出水口は最上部に位置する冷却水路よりも上部に設置したことを特徴とする車輪一体型電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に鉄道車両用の車輪一体型電動機に係り、特に、水冷却構造を有する車輪一体型電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気を用いて冷却する車輪一体型電動機の従来技術としては、特開平５−３４４６８０号公報に開示されたものがある。ここに開示された冷却機構は、中空の車軸を通って電動機内部に導入された空気が、車軸に嵌挿された固定子鉄心や回転子を冷却するように構成されている。このような空冷式は、空気と共に取り込まれる塵埃が内部に堆積することによる保守性に問題がある。一方、冷却水を用いて冷却する車輪一体型電動機の従来技術は、欧州特許出願公開０６２３９８８号明細書に開示されている。この冷却機構は、外側の回転子を回転自在に支持する車軸に冷却水の流れる冷却孔を設け、車軸に直接嵌挿された固定子を冷却するようになっている。
【０００３】
さらに、従来のこの種の車輪一体型電動機の冷却について、図４を参照して説明する。図４において、車輪一体型電動機の基本構成は、内部に冷却水路１２Ａを有し、図示されていない車体を非回転の状態で支持する車軸１の外周に嵌挿された円筒２と、該円筒２の軸方向の一方端の外周に嵌合された軸受５を介して回転自在に支持された車輪３と、該車輪３と連結され、かつ、円筒２の軸方向の他方端に嵌合された軸受６を介して回転自在に支持されて前記車輪３を回転駆動する車輪一体型電動機の回転子枠４及び永久磁石あるいはかご型の回転子１１と、該回転子１１の内側に近接配置され、かつ、両軸受５，６間の円筒２の外周に嵌挿された固定子としての固定子鉄心９及び固定子コイル８とからなる。
【０００４】
そして、固定子鉄心９の内側に嵌挿され、かつ、円筒２の外周部位に嵌挿された冷却ジャケット７を有し、該冷却ジャケット７は、円筒２に形成した冷却水路１２Ａに連通する複数本の冷却水路１２を該内部に有し、冷却水路１２，１２Ａを流れる冷却水で、冷却ジャケット７に嵌挿されている固定子鉄心９を冷却する構造となっている。
【０００５】
上述した冷却水を用いた従来の車輪一体型電動機の冷却構造では、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケット７の最上部に設けられた冷却水路１２の上壁部に溜まり、熱伝導の障害になることが知られている。図５は冷却ジャケット７に嵌挿されている固定子鉄心の温度分布１４の概略を示している。上記の熱伝達の障害により、上部の温度が高くなっている。
【０００６】
本発明の目的は、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケットの上部に設けられた冷却水路の上壁部に溜まって熱伝達の障害となることに対処できる信頼性の高い冷却ジャケットを備えた車輪一体型電動機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に本発明は、車軸の外周に回転自在に連結した回転子と、車軸の外周に嵌挿され内部に複数の冷却水路を設けた冷却ジャケットと、この冷却ジャケットの外周に嵌挿され前記回転子の内側に対向して位置する固定子と、前記回転子と一体に連結された車輪と、前記車軸を中空として内部に前記冷却水路に接続される冷却管を設置した車輪一体型電動機において、前記冷却ジャケットの軸方向両端に前記冷却水路の開口に対向して水溜めを設け、この水溜めに接続する入水口は最下部に位置する冷却水路よりも下部に設置すると共に、水溜めに接続する出水口は最上部に位置する冷却水路よりも上部に設置したのである。
【０００８】
そして、冷却ジャケットに設けた冷却水路を螺旋状に形成したのである。また、冷却ジャケットの冷却水路を複数の直線状にした場合、冷却ジャケットの上部に位置する冷却水路の断面積を下部に位置する冷却水路の断面積よりも大きくしたのである。
【０００９】
このように構成することで、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケットの最上部に設けられた冷却水路の上壁部に溜まることなく冷却水と共に移動して排出されるので、溜まった空気や気体による熱伝達の障害をなくすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１に示す。図１は、冷却ジャケット７に複数設けた冷却水路１２を示すもので、冷却水路１２は、円筒状の冷却ジャケット７に対して、螺旋状に形成したものである。このようにすると、冷却水の温度上昇が各冷却水路１２で等しくなり、冷却ジャケット７に嵌挿されている固定子鉄心９の温度分布の不均一を無くすことができる。
【００１１】
図２も冷却ジャケット７に複数設けた冷却水路１２を示すもので、冷却水路１２は、円筒状の冷却ジャケット７に対して、直線状に形成すると共に、冷却ジャケット７の最上部に位置する冷却水路１２の断面積を大きく、下部に位置する冷却水路１２の断面積を小さく形成したものである。
【００１２】
図３は、図４に示すような、車軸１の外周に回転自在に連結した回転子と、車軸１の外周に円筒２を介して嵌挿され内部に複数の冷却水路１２を設けた冷却ジャケット７と、この冷却ジャケット７の外周に嵌挿され前記回転子の内側に対向して位置する固定子鉄心９と、前記回転子と一体に連結された車輪と、前記車軸１の近傍に設けられ前記冷却ジャケット７の冷却水路１２に接続される冷却水路１２Ａとを有する車輪一体型電動機の部分詳細図である。そして、前記冷却ジャケット７の軸方向両端に前記冷却水路１２の開口に対向して水溜め１３Ａ，１３Ｂを設け、これら水溜め１３Ａ，１３Ｂのうち一方側の水溜め１３Ａに接続する入水口１３ａを冷却ジャケット７の最下部に位置する冷却水路１２Ｄよりも下部に設置すると共に、水溜め１３Ｂに接続する出水口１３ｂを冷却ジャケット７の最上部に位置する冷却水路１２Ｕよりも上部に設置したのである。
【００１３】
このように構成することで、冷却水の流路が下部から上方へと形成されるので、冷却水路１２Ａから供給される冷却水に取り込まれた空気は、冷却水の流れによって、冷却ジャケット７内の冷却水路１２を上方へ移動すると共に、空気の上方へ移動する性質を利用して容易に水溜め１３Ｂに至り、出水口１３ｂから排出側の冷却水路１２Ａへと排出される。また、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体も同じように、冷却水の流れと上方へ移動する性質を利用して容易に出水口１３ｂから排出側の冷却水路１２Ａへと排出される。したがって、空気や気体が冷却ジャケット７内の冷却水路１２内に溜まることがなく、冷却ジャケット７に嵌挿されている固定子鉄心９の温度分布の不均一を無くすことができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に本発明によれば、冷却水と共に取り込まれた空気と、冷却水中に含まれ温度上昇に伴って発生する気体とが、冷却ジャケットの最上部に位置する冷却水路の上壁部に溜まることなく冷却水と共に移動して排出されるので、固定子鉄心への熱伝達の障害となることがない信頼性の高い車輪一体型電動機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す斜視図。
【図２】  本発明の他の例による車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す斜視図。
【図３】  本発明の他の例による車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す断面図。
【図４】  冷却水を用いた従来の車輪一体型電動機の冷却ジャケット構造の概要を示す断面図。
【図５】  冷却水を用いた従来の車輪一体型電動機の固定子鉄心の温度分布の概要を示す説明する説明図。
【符号の説明】
１…車軸、２…円筒、３…車輪、４…回転子枠、５，６…軸受、７…冷却ジャケット、８…固定子コイル、９…固定子鉄心、１０…固定子押さえ、１１…永久磁石またはかご型回転子、１２，１２Ａ…冷却水路、１２Ｄ…最下部に位置する冷却水路、１２Ｕ…最上部に位置する冷却水路、１３Ａ，１３Ｂ…水溜め、１３ａ…入水口、１３ｂ…出水口、１４…固定子鉄心の温度分布。
【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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