JP2003143809A

JP2003143809A - 車両用全閉外扇形電動機

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Publication number: JP2003143809A
Application number: JP2001335009A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yagi; 木信行八; Shunichi Kawamichi; 路俊一川; Shigetomo Shiraishi; 石茂智白
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP3825679B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明は、反駆動側に設けられた外気フ
ァン（１９）により、ステータ鉄心（１４）に形成した
第１の通風路（２０）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。駆動側機内に内気フ
ァン（３０）を設けるとともに、ロータ鉄心（１６）に
第２の通風路（３１）を、ステータ鉄心（１４）に第３
の通風路（３２）をそれぞれ形成し、内気ファン（３
０）により、第２の通風路（３１）および第３の通風路
（３２）を通して内気を循環させる。

Description

【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１
２，１３に固定されたステータ鉄心１４と、シャフト１
５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１
４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１
０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、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、ロータ鉄心に第２の通風路を、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、
内気ファンにより、第２の通風路および第３の通風路を
通して内気を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４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。

【００１４】請求項６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、反駆動側ブラケット
およびハウジングの機内側壁面にそれぞれ周方向に沿っ
て多数の冷却フィンを配設し、冷却フィンは放射方向に
見て整列していることを特徴とする。

【００１５】請求項７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、ステータ鉄心の上部
および下部の少なくとも一方に、軸方向に走る第５の通
風路を構成する箱状の冷却通風路を設け、第１の通風路
内には外気を通流させ、第５の通風路内には内気ファン
により機内空気を循環させることを特徴とする。

【００１６】請求項８に係る発明は、請求項７に記載の
車両用全閉外扇形電動機において、第５の通風路の内壁
面に吸熱フィンを、外壁面に放熱フィンをそれぞれ設け
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１
３，１４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１
４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１
０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３３にも
外気が流通するため、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３
０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３
２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４
２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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八木信行東京都府中市晴見町２丁目24番地の１東芝トランスポートエンジニアリング株式会社内 (72)発明者川路俊一東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内 (72)発明者白石茂智東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中事業所内Ｆターム(参考） 5H609 BB02 BB12 BB18 PP02 PP05 PP06 PP07 PP08 PP09 PP10 PP11 QQ02 QQ10 QQ12 QQ18 QQ23 RR02 RR22 RR27 RR36 RR63 RR69

Claims

【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、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４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。
【請求項６】請求項１に記載の車両用全閉外扇形電動機
において、反駆動側ブラケットおよびハウジングの機内
側壁面にそれぞれ周方向に沿って多数の冷却フィンを配
設し、前記冷却フィンは放射方向に見て整列しているこ
とを特徴とする車両用全閉外扇形電動機。
【請求項７】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上部および下部の少なく
とも一方に、軸方向に走る第５の通風路を構成する箱状
の冷却風道を設け、前記第１の通風路内には外気を通流
させ、前記第５の通風路内には前記内気ファンにより機
内空気を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８】請求項７に記載の車両用全閉外扇形電動機
において、前記第５の通風路の内壁面に吸熱フィンを、
外壁面に放熱フィンをそれぞれ設けたことを特徴とする
車両用全閉外扇形電動機。