(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルを巻装したステータ鉄心とこれに対向配置されたロータ鉄心とを備え、ロータの駆動側が駆動力伝達部材に連結されると共に、ロータの反駆動側のみが軸受部材に支持されて片側軸受支持構成とされており、反駆動側に外扇として設けられた外気ファンにより、前記ステータ鉄心に軸方向に沿って形成した第１の通風路に冷却風を通流させるようにした車両用全閉外扇形電動機において、駆動側機内に内扇として内気ファンを設けるとともに、前記ロータ鉄心に第２の通風路を、前記ステータ鉄心に第３の通風路をそれぞれ軸方向に沿って形成し、前記内気ファンにより、前記第２の通風路および前記第３の通風路を通して内気を、前記軸受部材の支持位置付近を通過させながら循環させることを特徴とする車両用全閉外扇形電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用全閉外扇形電動機において、前記ステータ鉄心の外周部横位置に断面縦長孔状の第４の通風路を設け、この第４の通風路に前記外気ファンにより外気を通流させることを特徴とする車両用全閉外扇形電動機。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用全閉外扇形電動機において、前記第１の通風路および第３の通風路の断面形状をそれぞれ四角状とし、前記第３の通風路の内壁部に冷却フィンを備えたことを特徴とする車両用全閉外扇形電動機。
【請求項４】
請求項２に記載の車両用全閉外扇形電動機において、前記第３の通風路および前記第４の通風路を周方向に隣り合わせに配置するとともに、両通風路の断面形状を前記ステータ鉄心の接線方向に長い長孔状としたことを特徴とする車両用全閉外扇形電動機。
【請求項５】
請求項１に記載の車両用全閉外扇形電動機において、前記ステータ鉄心の一部に車軸側に向けて突出させた突出部を形成し、少なくとも前記第３の通風路を前記突出部に設けたことを特徴とする車両用全閉外扇形電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用全閉外扇形電動機、より詳細には、ステータコイルを巻装したステータ鉄心とこれに対向配置されたロータ鉄心とを備え、反駆動側に外扇として設けられた外気ファンにより、ステータ鉄心に軸方向に沿って形成した第１の通風路に冷却風を通流させるようにした車両用全閉外扇形電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は全閉外扇形電動機を主電動機として装備した車両台車の要部を示すものである。主電動機１は２段減速式歯車装置２と一体に組み立てられ、この一体化したユニットは台車枠３に支持される。主電動機１の駆動力は、歯車装置２の歯車箱に支持されている中空軸４から自在継手５を介して車軸６に伝達され、これに取り付けられている車輪７を回転させて車両を走行させる。台車枠３を含む台車と車軸６および車輪７との間には、走行時に軸バネのたわみにより相対変位が生ずるが、この変位は自在継手５により吸収されるので、回転力は支障なく伝達される。主電動機１の駆動側のシャフト端は継手８を介して歯車装置２のピニオンシャフト９と一体的に結合されるので、主電動機１のロータは反駆動側に設けた軸受１０のみで支持される。車軸６側には、ブレーキディスク１１および自在継手５が設けられるため、主電動機１の寸法、特に幅寸法（直径寸法）Ｗは大きく制約される。
【０００３】
図１３および図１４を参照して主電動機１についてさらに説明する。主電動機１は一例として全閉外扇形誘導電動機によって構成され、両ブラケット１２，１３に固定されたステータ鉄心１４と、シャフト１５上に取り付けられたロータ鉄心１６とを備えている。ステータ鉄心１４にはステータコイル１７が巻装され、ロータ鉄心１６にはロータバー１８が収められている。シャフト１５は反駆動側で軸受１０によって支持されている。軸受１０はグリースによって潤滑される。シャフト１５の駆動端は継手８に結合されている。
【０００４】
シャフト１５の反駆動端に、外扇として構成された外気ファン１９が固定されている。ステータ鉄心１４の外周面とブラケット１２との間に通風路（第１の通風路）２０が形成されており、外気ファン１９により電動機の反駆動側端面から網ガード４５を通して導入された冷却風Ｐは通風路２０を通過する過程で電動機熱を奪い、冷却フィン２１を備えた排気口から放射方向に排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１３および図１４に示した主電動機１の冷却は、ステータ鉄心１４の上下方向に設けた通風路２０に外気を通流させて行うのであるが、この通風路２０は通風抵抗が大きい上に、多くの冷却風量を必要とする場合、大きな外気ファン１９を設ける必要がある。ところが、大きな外気ファンは運転時の騒音が極めて大きくなるのが欠点である。
【０００６】
さらに、この主電動機１はステータ鉄心１４を介して冷却する方式であるため、ステータ鉄心１４およびステータコイル１７はよく冷却されるが、内部のロータ鉄心１６およびロータバー１８は冷却されにくく、ロータの温度上昇を規定値以下に抑えるのが難しい。
【０００７】
また、軸受１０には、冷却風が当たらず、ロータの温度上昇の影響を直接的に受けるため、軸受１０の温度上昇を規定値以下に抑えるのは、かなり難しい。そのため、軸受１０の潤滑グリースが早期に劣化し、その交換作業が必要になる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、ロータ温度および軸受温度を低減し、さらに、ファン騒音を低減し得る全閉型主電動機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ステータコイルを巻装したステータ鉄心とこれに対向配置されたロータ鉄心とを備え、ロータの駆動側が駆動力伝達部材に連結されると共に、ロータの反駆動側のみが軸受部材に支持されて片側軸受支持構成とされており、反駆動側に外扇として設けられた外気ファンにより、前記ステータ鉄心に軸方向に沿って形成した第１の通風路に冷却風を通流させるようにした車両用全閉外扇形電動機において、駆動側機内に内扇として内気ファンを設けるとともに、前記ロータ鉄心に第２の通風路を、前記ステータ鉄心に第３の通風路をそれぞれ軸方向に沿って形成し、前記内気ファンにより、前記第２の通風路および前記第３の通風路を通して内気を、前記軸受部材の支持位置付近を通過させながら循環させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用全閉外扇形電動機において、ステータ鉄心の外周部横位置に断面縦長孔状の第４の通風路を設け、この第４の通風路に外気ファンにより外気を通流させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の車両用全閉外扇形電動機において、第１の通風路および第３の通風路の断面形状をそれぞれ四角状とし、第３の通風路の内壁部に冷却フィンを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の車両用全閉外扇形電動機において、第３の通風路および第４の通風路を周方向に隣り合わせに配置するとともに、両通風路の断面形状をステータ鉄心の接線方向に長い長孔状としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の車両用全閉外扇形電動機において、ステータ鉄心の一部に車軸側に向けて突出させた突出部を形成し、少なくとも第３の通風路を突出部に設けたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１〜図５を参照して実施の形態１を説明する。
【００１８】
ここに示す主電動機の基本構造は、図１３，１４を参照してすでに述べたものと同一である。この主電動機の特徴は、外扇として備えられるファン１９に加えて、内扇として機能する第２の内気ファン３０をロータ鉄心１６の反駆動側端面部に備えたことにある。これに対応して、ロータ鉄心１６には軸方向に貫通する複数の通風路（第２の通風路）３１が周方向に分布して形成され、外気ファン１９によって電動機内において内気が循環する。外気ファン１９はステータ鉄心１４を冷却し、内気ファン３０はロータ鉄心１６に形成した通風路（第２の通風路）３１、およびステータ鉄心１４に形成した通風路（第３の通風路）３２を介して内気を循環させる。図２および図５に示すように、ステータ鉄心１４の両横位置とカバー３３との間に周方向に長い断面形状の通風路（第４の通風路）３４を設け、ここに外気ファン１９により外気を通流させる。
【００１９】
上記構成によれば、機内空気は内気ファン３０により機内を循環し、よく冷却されるステータ鉄心１４の通風路３２を通過する過程で冷却される。この循環空気によりロータは良く冷却され、温度上昇が抑制される。また、冷却された循環空気が軸受１０側に入るので、軸受１０の温度も抑制される。さらにロータの冷却も良好に行われるので、ロータの温度も低下し、軸受１０への熱的な悪影響も低減する。
【００２０】
ステータ鉄心１４に設けた通風路３４にも外気が通流するため、ステータ鉄心１４の冷却性が向上し、ステータ鉄心１４の温度が低下すると同時に、電動機全体の温度分布も均一化する。
【００２１】
このようにステータおよびロータの温度勾配が少なくなり、かつ全体の冷却性が向上することにより、外気ファン１９の通風量を従来構造の場合よりも少なくすることができる。そのため、外気ファン１９の小型化（小径化）を達成することができ、その結果として、騒音を低減することができる。なお、内気ファン３０は機内にあるため、その発生音は外部に対して遮断され、内気ファン３０を設けることによって騒音の増大を来すことはない。また、通風路２０のほかに通風路３３が追加されていることから、外気ファン１９の外周吐出し部の風の流れが整流化されるため、ファン効率が向上し、外気ファン１９の小型化がより一層容易になる。
【００２２】
＜実施の形態２＞
図６〜図１１を参照して実施の形態２を説明する。実施の形態２は種々の変形例を含んだものであり、以下、順を追って説明する。
【００２３】
図６に示す実施の形態では、通風路２０，３２の断面形状をほぼ四角形とし、通風路３２の断面積を通風路２０の断面積よりも大きくしている。通風路３２の内壁部には冷却フィン３５を備える。これによって内気循環風量を増大し、ロータおよび軸受１０の冷却性をさらに向上させることができる。
【００２４】
図７に示す実施の形態では、通風路３３と通風路３２を周方向に隣り合わせに配設し、しかもその断面形状をステータ鉄心１４の接線方向に長い長孔状に構成したものである。これにより循環内気による冷却性能をさらに向上させることができる。
【００２５】
図８に示す実施の形態では、車軸６（図示せず）側にステータ鉄心１４を幅寸法Ｗよりも突出させて突出部３６を形成し、この突出部３６を利用して少なくとも通風路３２の断面積を拡大する構成とし、内気循環風量を増大して冷却性を向上させるようにしたものである。
【００２６】
図９に示す実施の形態では、反駆動側のブラケット１２の機内側内壁部、および軸受１０に隣接するハウジング３７の機内側内壁部に、それぞれ周方向に分布させて多数の冷却フィン３８，３９を放射方向に整列させて設けたものである。これにより、冷却されて機内に流入する循環内気による軸受１０の冷却効果の向上を図ることができる。
【００２７】
図１０および図１１に示す実施の形態では、ステータ鉄心１４の通風路２０に外気ファン１９により外気を通流させることには変わりがない。この実施の形態では、通風路４０を構成する箱形の冷却風道をステータ鉄心１４の外周面上に設け、内気ファン３０による機内循環空気を通風路４０内に通流させて、ロータおよび軸受１０の冷却を促進させる。通風路４０の内壁および外壁にそれぞれ吸熱フィン４１および放熱フィン４２を備え、ステータ鉄心１４と車両の走行風により冷却作用を行わせる。通風路４０は上部・下部のいずれに設けてもよく、また複数設けてもよい。
【００２８】
図１０および図１１の実施の形態によれば、循環内気の風量増大と冷却性能向上により、さらなるロータおよび軸受の温度低減を期待することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、外気ファンとは別に、駆動側機内に内気ファンを設け、この内気ファンにより、ロータ鉄心に形成した第２の通風路、およびステータ鉄心に形成した第３の通風路を通して内気を循環させることにより、ロータ温度および軸受温度を低減し、さらに、ファン騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態を図１２のＡ−Ａ線から見て表現した縦断面図。
【図２】左半分は図１のＤ−Ｄ線から見た横断面図、右半分は図１のＥ−Ｅ線から見た横断面図。
【図３】図１のＦ−Ｆ線から見た横断面図。
【図４】図２のＧ−Ｏ線から見た縦断面図。
【図５】図３のＨ−Ｏ線から見た縦断面図。
【図６】左半分は本発明の変形例を図１のＤ−Ｄ線から見た横断面図、右半分は同じく図１のＦ−Ｆ線から見た横断面図。
【図７】本発明の他の変形例を示す横断面図。
【図８】本発明の他の変形例を示す横断面図。
【図９】本発明の他の変形例を示す要部の縦断面図。
【図１０】本発明の他の変形例を示す要部の横断面図。
【図１１】図１０のＪ−Ｏ線から見た縦断面図。
【図１２】ＬＲＶ用駆動装置の平面図。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線から見た縦断面図。
【図１４】右半分は図１３のＢ−Ｂ線から見た横断面図、左半分は図１３のＣ−Ｃ線から見た横断面図。
【符号の説明】
１  主電動機
２  歯車装置
３  台車枠
４  中空軸
５  自在継手
６  車軸
７  車輪
８  継手
９  ピニオンシャフト
１０  軸受
１１  ブレーキディスク
１２  ブラケット
１３  ブラケット
１４  ステータ鉄心
１５  シャフト
１６  ロータ鉄心
１７  ステータコイル
１８  ロータバー
１９  ファン
２０  第１の通風路
２１  冷却フィン
３０  ファン
３１  第２の通風路
３２  第３の通風路
３３  カバー
３４  第４の通風路
３５  冷却フィン
３６  突出部
３７  ハウジング
３８  冷却フィン
３９  冷却フィン
４０  第５の通風路
４１  吸熱フィン
４２  放熱フィン
４５  網ガード
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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