JP2008035584A - 車両用自己通風冷却形回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用自己通風冷却形回転電機の通風ファンにおいて、低速回転域から高速回転域において一定の安定した冷却風量を確保するとともに、高速回転域での騒音を減らす。また、案内板を廃止した単純形状とすることによって組立・製造の容易化、コスト低減を図る。
【解決手段】冷却風を回転電機内に流通させて他端側排風口より回転電機外に排気する車両用自己通風冷却形主電動機において、通風ファンの主板に羽根を放射状に複数枚配設するとともに前記主板に通風孔を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に電車等鉄道車両の誘導電動機などの車両用自己通風冷却形回転電機に関する。

従来の、主に鉄道車両用として用いられている誘導電動機（以下、回転電機と称する）が特許文献１（特許公報第２６８５３０８号）に開示されている。図１１は、従来の回転電機の下半部を省略した断面図で、図中１は回転電機の円筒形をなすフレーム、このフレーム１の内周面に固定子（ステータ鉄心）２をステータ鉄心押え３で両端から押え付けて取り付け、かつ、固定子２の内周面に形成した多数のスロットにステータコイル４を組み付けると共に、これらのステータコイル４を相互に接続して、回転磁界を発生する固定子回路を構成している。

また固定子のフレーム１の端板１ａと、他端に嵌合した鏡ふた５と軸受６を組み付け、両端軸受６，６によりシャフト７に回転子（ロータ鉄心）８をロータ鉄心押え９で両端から押え付けて固着し、かつ回転子８の外周面に形成した多数のスロットにロータバー１０を組み付け、このロータバー１０の両端にリング状の短絡環（エンドリング）１１を溶着して、カゴ形回転子を構成している。

そして通電によりロータが回転し、この回転力がシャフト７の軸端より図示していないカップリングを介し駆動歯車装置に伝わって車両を走行させる。

こうした回転電機は運転稼動時に発熱して過熱しやすく、また、ある限度以上に過熱するとコイル絶縁物の劣化が促進して寿命が低下したり、発熱体の強度低下を招く。このために回転電機内（以下単に機内と呼ぶ）を冷却する必要がある。この冷却方式としては図１１に示すように、鏡ふた５の周壁に排風口１３を複数個互いに円周方向に間隔を存して形成すると共に、機内端部に内蔵する形で通風ファン１４をシャフト（回転子軸）７に固定して設けた自己通風冷却形が一般的である。この方式の回転電機は、運転稼動時にシャフト７と一体で通風ファン１４が回転し、この排風作用で外気等の冷却風を冷却風導入口１２より機内一端側に取り入れ、これを固定子（ステータ鉄心）２と回転子８とのギャップＧや、回転子８に貫通した複数個の通風穴８ａを通して他端側排風口１３より機外に排気する。この冷却風の通風により機内のステータコイル４や、ロータバー１０等を冷却して温度上昇を抑制する。

上記自己通風冷却形回転電機の通風ファン１４は、シャフト７に嵌合するボス部１５と、このボス部１５外周から軸方向他端側に向け略ラッパ状に拡開状態に突出する主板１６と、この主板１６の垂直な外周板部１６ａの内面と間隔を存して対向配置する環状の案内板１７と、これら主板１６の外周板部１６ａと案内板１７との相互間に挟まれた多数枚の羽根１８とから構成されている。なおこの通風ファンには車両の前進、後退の進行方向により主電動機の回転方向が逆転しても、機内への通風量の差が生じないように、各羽根１８が図２に示すように放射状に配置されている。
特許公報第２６８５３０８号（特開平３−１１８７４５号公報）

鉄道車両用回転電機は低速回転域でのトルクが必要なため高温になる。このため機内の冷却に多くの風量が必要である。逆に高速回転域においてはトルクが低くなるため、冷却風量は少なくてもよい。このため通常は低速回転時の風量に合わせて通風ファンの設計を行う。しかし高速回転になるほど通風ファンの回転も上がるため、必要以上の風量が発生し損失が大きくなる。また風量増加に伴う通風ファンの騒音も大きくなる。

また、従来の通風ファン構造は、部品点数が多く、また、羽根が案内板と主板の間に配置される構造のため、構造が複雑で、特に、鋳造の際に部材間の精度を上げることが非常に困難で、不良品が発生しやすく、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低速回転時の冷却風量を維持しつつ高速回転時は風量が少なくなる通風ファンを提供し、損失の低減と通風ファン騒音の低減を図るとともに、通風ファン構造を簡素化し、組立・製造が容易で、製造コストを低く抑えることを可能とする。

そのために、本発明は、回転電機内のシャフト（回転子軸）に固定した通風ファンの回転により、フレームの軸方向一端の冷却風導入口から冷却風を機内に取り入れ、この冷却風を回転電機内に通風させて、他端側排風口より回転電機外に排気する車両用自己通風冷却形回転電機において、前記通風ファンの主板に羽根を放射状に複数枚配設するとともに前記主板に通風孔を配設したことを特徴とする。

また、本発明は、回転電機の回転シャフトに固定した通風ファンの回転により、フレームの軸方向一端の冷却風導入口から冷却風を前記回転電機内に取り入れ、この冷却風を前記回転電機内に流通させて他端側排風口より前記回転電機外に排気する車両用自己通風冷却形主電動機において、前記通風ファンを回転子に直付けするとともに、前記通風ファンの主板に羽根を放射状に複数枚配設し、かつ、回転子の通風穴に連通する通風孔を前記主板に配設したことを特徴とする。

また、本発明は、高速回転時の風量をより効果的に抑制するために、前記通風孔を傾斜させて配設することを特徴とする。

前記通風ファンにおいて、低速回転域から高速回転域において一定の安定した冷却風量を確保することができるようになり、高速回転域での騒音を減らすことができる。また案内板を廃止した単純形状とすることによって組立・製造を容易にし、コストを低減することができる。これにより冷却性能を向上させるとともに、安価な回転電機を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の車両用自己通風冷却形回転電機の第１の実施の形態を図１、図２および図３により説明する。なお、図中前記図１１および図１２に示した構成と重複するものには同一符号を付して説明の簡略化を図る。

図１の１９は従来同様回転電機内端部に内蔵する形でシャフト（回転子軸）７に固定して設けた冷却用の通風ファンで、シャフト７に嵌着するボス部２０と、このボス部２０外周から軸方向他端側に向け略ラッパ状に拡開状態に突出する主板２１と、この主板２１の反鉄心側に放射状に多数枚の羽根２２と、内径側に設けた通風孔２３から構成されている。

この冷却方式としては、フレーム１の周壁の軸方向一端上部に冷却風導入口１２を形成し、同じく鏡ふた５の周壁の軸方向他端に排風口１３を複数個円周方向に間隔を存して形成すると共に、機内端部に内蔵する形で通風ファン１９をシャフト（回転子軸）７に固定した自己通風冷却形となっている。

この方式では運転稼動時にシャフト７と一体に通風ファン１９が回転し、この排風作用で外気等の冷却風を冷却風導入口１２より機内一端側に取り入れ、これを固定子（ステータ鉄心）２と回転子（ロータ鉄心）８とのギャップＧや、回転子８に貫通した複数個の通風穴８ａと通して他端側排風口１３より機外に排気する。

図２は通風ファンの断面、正面図で、図３は通風ファンの断面における冷却風の流れを示している。低速回転時に通風孔２３を流れていた冷却風は、高速回転時になると遠心力の増加により通風孔２３の外側内壁に押え付けられ流れにくくなり、通風量が減少する。これに伴って騒音も小さくなる。

また、低速回転時に一定の冷却風量を確保し、高速回転時には冷却風量を制限するという上記機能を、より効果的にするために、通風孔２３は、シャフト軸７に対し、図３に示すように幾分傾斜させて配置させることが好ましい。

（第２の実施の形態）
図４に本発明による第２の実施の形態を示す。内径側に配設した通風孔２３を複数段とすることで、通風量が更に向上し冷却効率が向上する。

（第３の実施の形態）
図５に本発明による第３の実施の形態を示す。この例では、内径側に配設した通風孔２３を楕円穴としているが、他の形状、例えば角穴でもよい。主板の機械的強度、製造コスト、必要な冷却風量、等を考慮して、種々の形状を採用することができる。

（第４の実施の形態）
図６に本発明による第４の実施の形態を示す。鉄心側の通風孔に円筒リング２４を設けることで、吸気抵抗が減少し冷却効率が向上する。

（第５の実施の形態）
図７は本発明による第５の実施の形態を示す。通風孔２３を回転子と固定子のギャップと同一の径の位置に配置することで、ギャップ間の通風量が増大し冷却効率が向上する。

（第６の実施の形態）
図８は本発明よる第６の実施の形態を示す。通風ファン１９を回転子８に直付けし、回転子の通風穴に連通するように通風孔を主板に配設する。これにより、回転子の通風量が増大し冷却効率が向上する。図９は通風ファンの断面、正面図を示しており、主板には通風孔が多段に配設されている。

（第７の実施の形態）
図１０は本発明による第７の実施の形態を示す。排風口１３をフレーム１に配設することにより構造の簡略化を行っている。

本発明の第１の実施の形態を示す車両用回転電機の断面図 第１の実施の形態に係る通風ファンの断面、正面図 通風ファンの断面における冷却風の流れ図 第２の実施の形態を示す車両用回転電機の通風ファンの断面、正面図 第３の実施の形態を示す車両用回転電機の通風ファンの断面、正面図 第４の実施の形態を示す車両用回転電機の通風ファンの断面、正面図 第５の実施の形態を示す車両用回転電機の通風ファンの断面、正面図 第６の実施の形態例を示す車両用回転電機の断面図 第６の実施の形態を示す車両用回転電機の通風ファンの断面、正面図 第７の実施の形態を示す車両用回転電機の通風ファンの断面、正面図 従来の車両用回転電機の断面図 同従来の通風ファンの正面図

符号の説明

１…フレーム、２…ステータ鉄心（固定子）、４…ステータコイル、７…シャフト（回転子軸）、８…ロータ鉄心（回転子）、８ａ…通風穴、１２…冷却材導入口、１３…排風口、１４、１９…通風ファン、１７…案内板、１６、２１…主板、１８、２２…羽根、２３…通風孔、２４…円筒リング。

Claims (11)

1. 回転電機の回転シャフトに固定した通風ファンの回転により、フレームの軸方向一端の冷却風導入口から冷却風を前記回転電機内に取り入れ、この冷却風を前記回転電機内に流通させて他端側排風口より前記回転電機外に排気する車両用自己通風冷却形主電動機において、前記通風ファンの主板に羽根を放射状に複数枚配設するとともに前記主板に通風孔を配設したことを特徴とする車両用自己通風冷却形回転電機。
2. 前記通風孔を複数配設したことを特徴とする請求項１記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
3. 前記通風孔を傾斜して配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
4. 前記通気孔を２段以上配設したことを特徴とする請求項１乃至３記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
5. 前記通風孔の形状を丸穴、楕円穴または角穴とすることを特徴とする請求項１乃至４記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
6. 前記回転子側の冷却風吸出し口に円筒リングを設けることを特徴とする請求項１乃至５の車両用自己通風冷却形回転電機。
7. 前記通風孔を、回転子と固定子との間のギャップと同一の径の位置に配設することを特徴とする請求項１乃至６の車両用自己通風冷却形回転電機。
8. 回転電機の回転シャフトに固定した通風ファンの回転により、フレームの軸方向一端の冷却風導入口から冷却風を前記回転電機内に取り入れ、この冷却風を前記回転電機内に流通させて他端側排風口より前記回転電機外に排気する車両用自己通風冷却形主電動機において、前記通風ファンを回転子に直付けするとともに、前記通風ファンの主板に羽根を放射状に複数枚配設し、かつ、回転子の通風穴に連通する通風孔を前記主板に配設したことを特徴とする車両用自己通風冷却形回転電機。
9. 前記回転子の通風穴に連通する通風孔とは別個に、複数の通風孔を前記主板に配設したことを特徴とする請求項８記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
10. 前記通風孔を傾斜して配設したことを特徴とする請求項８または９記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
11. 冷却風を排気する排風口をフレームに配設することを特徴とする請求項１乃至１０記載の車両用自己通風冷却形回転電機。
    
    

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