JP4592825B1 - 車両用電動機 - Google Patents

Abstract

列車に適用され、筒状を成し内周側に回転子２０を配置するフレーム３２と、フレーム３２の両端に対向して配設され回転子軸３０を支持するハウジング３３、３４と、回転子軸３０に設置され外気を冷却風Ａとして回転子２０に通気するファン１１と、を有して構成された車両用電動機１００において、フレームの一端３５側に形成された入気口４０と、フレームの他端３６側に形成された排気口４１と、フレーム３２の外周部に回転子軸３０方向に延設され、前記外周部の少なくとも一部を覆い、入気口４０から流入した前記冷却風から分離された含塵空気Ｂを排気口４１に導く流路を形成するダクト１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両を駆動する車両用電動機に関し、特に、全閉形電動機の構造に関するものである。

一般に、車両用電動機は、通電時の発熱によって加熱されると絶縁体の劣化が促進して寿命や効率の低下を招くため、機内を冷却する必要がある。冷却する方式の一つとして回転子に固定されたファンを回して、外気を冷却風として機内に導風する自己通風冷却形がある。この自己通風冷却形の電動機は、ファンが回転すると、フレームの一端に設けられた入気口から機内に流入した冷却風が、回転子の風穴などを通って他端側の排気口から排出させるように構成され、固定子コイルなどの発熱体を冷却し電動機の過熱を防止している。

ただし、車両用電動機は、主に車両床下に設置されており、塵埃を含む空気（以下単に「含塵空気」と称する）が回転子の通風穴などに塵埃が堆積するおそれがあるため、その防止策として入気口にフィルタ等を配設して塵埃の進入を抑制しているのが一般的である。塵埃の進入を効果的に除去するためには、フィルタを厚くしたりフィルタの目を細かくすることが有効であるが、ファンの風量が低下するだけでなく、フィルタの目詰まりが早く頻繁にフィルタの清掃あるいは交換を行う必要がある。一方、目の粗いフィルタを使用した場合には、小さな塵埃のみならず比較的大きな塵埃も機内に堆積するおそれがあり好ましくない。

このような問題を解決する手段として、下記特許文献１に代表される従来技術は、入気口から取り入れた外気に濾過するための濾過器と、濾過器を通った外気の一部を機内の他端側に流入させるバイパスダクトとを設け、このバイパスダクトを流入した空気と一端側から機内を通って来た空気と混合させてから、外部に排出するように構成されている。

特開平０５−３００６９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術は、比較的大きな塵埃を含む空気を、機内に導入してから外部に排気する態様であるため、フィルタのみ用いた一般的な電動機と同様に、塵埃が機内に堆積する可能性がありメンテナンス周期が比較的短いという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、分離した含塵空気を機内に進入させることなくメンテナンス周期を延長することが可能な車両用電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車に適用され、筒状を成し内周側に回転子を配置するフレームと、前記フレームの両端に対向して配設され前記回転子の回転子軸を支持するハウジングと、前記回転子軸に設置され冷却風を前記回転子付近に通気させるファンと、を有して構成された車両用電動機において、前記フレームの一端側に形成された入気口と、前記フレームの他端側に形成され前記冷却風を外部に排出する排気口と、前記フレームの外周部に前記回転子軸方向に延設され、前記フレームの外周部に沿い該外周部の一部を覆い、前記入気口から流入した前記冷却風から分離された含塵空気を前記排気口に導く流路を形成するダクトと、を備え、前記ファンは、前記回転子軸の前記排気口側に設置され、前記フレームの他端は、前記ファンから前記排気口へ流れる冷却風の流線に沿う角度で当該フレームの外周方向に折り曲げられ、前記ダクトは、前記ファンの回転による負圧を利用して、前記含塵空気を前記冷却風と共に外部に排出可能に形成されていること、を特徴とする。

この発明によれば、フレームの外部にダクトを備え、ダクトの一端で遠心分離された塵埃が負圧によって吸引されダクト内部に含塵空気の流路が形成されるようにしたので、分離した含塵空気を機内に進入させることなくメンテナンス周期を延長することができるという効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる車両用電動機の縦断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３は、図１に示される排気口の拡大図である。 図４は、フィルタを装着した車両用電動機の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる車両用電動機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる車両用電動機の縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は、図１に示される排気口の拡大図である。

図１には、固定子巻線１３を有する固定子１０と回転子２０を収納するフレーム３２が示され、また、フレーム２１の両端には、対向して配設され回転子軸３０を支持する軸受３１を有するハウジング３３とハウジング３４が設置されている。

車両用電動機（以下単に「電動機」と称する）１００の側面には、ハウジング３３の外周部とダクトの一端１５とに取り囲まれた円弧状の入気口４０と、ハウジング３４の外周部とダクトの他端１６に取り囲まれた排気口４１が形成されている。

フレーム３２の外周部には、回転子軸３０の方向に延設され、フレーム３２の外周部の少なくとも一部を覆い、入気口４０から流入した含塵空気Ｂを排気口４１に排出する流路（ダクト内部１７）をフレーム３２の外周部に確保するダクト１４が設けされている。入気口４０は、フレームの一端３５側に形成され、排気口４１は、フレームの他端３６側に形成されている。

入気口４０を中心とする外気導入口付近の構造を説明すると以下の通りである。図１において、入気口４０は、ダクトの一端１５とハウジング３３とによって円弧状に形成され、ファン１１の回転によって外気が電動機１００の内部に導入される。

外気に含まれる塵埃は、回転子２０の中心から外方向に作用する力（遠心力）によって、ダクトの一端１５側に分離される。フレームの一端３５は、冷却風Ａの進入を妨げない位置で、ダクトの一端１５の方向に折り曲げられている。また、ダクトの一端１５は、遠心分離された含塵空気Ｂをダクト内部１７に引き込む形状を有している。

そのため、この塵埃を含んだ含塵空気Ｂは、ダクト１４の内側とフレーム３２の外側との間に形成されたダクト内部１７を通り、排気口４１の方向に導かれる。なお、図２に示されるダクト１４の断面形状は、コの字形状であるが、フレーム３２の外部を覆う形状であれば、コの字形状に限定されるものではない。

次に、図３を用いて排気口４１付近の構造を説明すると以下の通りである。フレームの他端３６は、ハウジング３４の方向に略水平に伸び、冷却風Ａの排出を妨げない位置で、ファン１１から排気口４１へ流れる冷却風Ａの流線に沿う角度でダクトの他端１６の方向に折り曲げられている。フレームの他端３６付近には、冷却風Ａが外部に排出される際、冷却風Ａに随伴する流れ（随伴流）が生じ、この随伴流によってダクト内部１７に負圧がかかる。そのため、ダクト内部１７には含塵空気Ｂの流路が形成され、ダクトの一端１５にて遠心分離された塵埃が排気口４１側に引っ張られる形で排気口４１から外部に排出される。

ダクトの他端１６は、冷却風Ａの流速を利用して含塵空気Ｂに負圧を与え、含塵空気Ｂを冷却風Ａと共に外部に排出可能に形成されている。このように、ダクト１４は、排気口４１側に設置されたファン１１の回転で生じた負圧を利用して、入気口４０付近で遠心分離された含塵空気Ｂを、冷却風Ａと共に外部に排出する。

また、フレーム３２の表面には含塵空気Ｂが流れるため、この含塵空気Ｂの流れによってフレーム３２が冷却される。なお、図１には、ダクト１４がフレーム３２の外部に１つのみ設置されているが、複数個配置することも可能である。その場合、各ダクト１４によってフレーム３２全体を効果的に冷却することが可能である。

ダクト１４の外側には、図１に示されるように所定の開口部が形成され、当該開口部には、清掃用開口蓋１２が着脱可能に装着されている。そのため、電動機１００のメンテナンス時には、この清掃用開口蓋１２を取り外して、ダクト内部１７に蓄積した比較的質量の大きな塵埃を容易に清掃することが可能である。従って、本実施の形態にかかるダクト１４は、例えば、回転子２０の回転数が低いため、ダクト内部１７に塵埃が多少堆積した場合でもファン１１の風量が低下するということがなく、メンテナンス周期を長くすることも可能である。

一方、上述した特許文献１に示される従来技術では、含塵空気Ｂをフレーム３２の内部に取り込み、取り込まれた含塵空気Ｂを、ファンの吐き出し作用によって外部に放出する態様である。ただし、当該従来技術は、含塵空気Ｂの流路が折り返す形状であるため、特に、回転子の回転が低い場合、ファンの吐き出し作用が低下し機内に塵埃が蓄積し易い。機内に蓄積した塵埃を除去するためには、電動機を分解するなどの処置が必要であり、蓄積した塵埃を放置すれば機能上の障害を招く可能性があり好ましくない。

図４は、フィルタ装着した車両用電動機の構成を示す図である。図４に示される電動機には、ハウジング３３とフレームの一端３５との間に、フィルタ５０を装着している。比較的大きな塵埃は遠心分離で除去されるが、万一、この大きな塵埃が除去しきれなかった場合の補助的な役割として、薄いフィルタ５０や目の粗いフィルタ５０を装着することにより電動機１００の風量低下を回避しつつ、回転子２０側への塵埃の進入を抑制可能である。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる電動機１００は、フレーム３２の外部にダクト１４を備え、ダクトの一端１５で遠心分離された塵埃が負圧によって吸引されダクト内部１７に含塵空気Ｂの流路が形成されるようにしたので、分離した含塵空気を機内に進入させることなく外部に排出することが可能である。その結果、機内に侵入する塵埃が低減し、電動機１００のメンテナンス周期を延長することが可能である。また、フレーム３２の表面に流れる含塵空気Ｂがフレーム３２の熱を吸熱するため、電動機１００を効果的に冷却することが可能である。また、ダクト１４には清掃用開口蓋１２が装着されているため、ダクト内部１７に堆積した塵埃を容易に清掃することが可能である。

以上のように、本発明は、鉄道車両を駆動する車両用電動機に適用可能であり、特に、分離した含塵空気を機内に進入させることなくメンテナンス周期を延長することが可能な発明として有用である。

１０ 固定子
１１ ファン
１２ 清掃用開口蓋
１３ 固定子巻線
１４ ダクト
１５ ダクトの一端
１６ ダクトの他端
１７ ダクト内部
２０ 回転子
３０ 回転子軸
３１ 軸受
３２ フレーム
３３，３４ ハウジング
３５ フレームの一端
３６ フレームの他端
４０ 入気口
４１ 排気口
５０ フィルタ
１００ 車両用電動機
Ａ 冷却風
Ｂ 含塵空気

Claims (9)

1. 列車に適用され、筒状を成し内周側に回転子を配置するフレームと、
   前記フレームの両端に対向して配設され前記回転子の回転子軸を支持するハウジングと、
   前記回転子軸に設置され冷却風を前記回転子付近に通気させるファンと、
   を有して構成された車両用電動機において、
   前記フレームの一端側に形成された入気口と、
   前記フレームの他端側に形成され前記冷却風を外部に排出する排気口と、
   前記フレームの外周部に前記回転子軸方向に延設され、前記フレームの外周部に沿い該外周部の一部を覆い、前記入気口から流入した前記冷却風から分離された含塵空気を前記排気口に導く流路を形成するダクトと、を備え、
   前記ファンは、前記回転子軸の前記排気口側に設置され、
   前記フレームの他端は、前記ファンから前記排気口へ流れる冷却風の流線に沿う角度で当該フレームの外周方向に曲げられ、
   前記ダクトは、前記ファンの回転による負圧を利用して、前記含塵空気を前記冷却風と共に外部に排出可能に形成されていること、
   を特徴とする車両用電動機。
2. 前記ダクトは、中央部が前記回転子軸と概略平行に配設され、当該中央部から双方向に延在して配設される両端部位が前記フレームの外周方向に曲げられて形成され、前記冷却風の流速を利用して、前記入気口で遠心分離された前記含塵空気を外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。
3. 前記入気口側の前記ダクトの一端は、
   前記入気口で遠心分離された前記含塵空気を前記流路に引き込む形状を有し、
   前記排気口側の前記ダクトの他端は、
   前記排気口側に設置された前記ファンの回転で生じた負圧を利用して、前記含塵空気を前記冷却風と共に外部に排出可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。
4. 前記フレームは、
   中央部が前記回転子軸と概略並行に配設され、
   前記フレームの一端は、
   前記冷却風の進入を妨げない位置にて当該フレームの外周方向に曲げられて形成され、
   前記フレームの他端は、
   前記冷却風の排出を妨げない位置にて当該フレームの外周方向に曲げられて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。
5. 前記ダクトには、所定の開口部が形成され、
   前記開口部には、清掃用開口蓋が着脱可能に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。
6. 前記フレームの外周部には、前記ダクトを２つ以上有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。
7. 前記ダクトは、中央部が前記回転子軸と概略平行に配設され、当該中央部から双方向に延在して配設される両端部位が前記フレームの外周方向に曲げられて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。
8. 前記回転子軸と直交する方向における前記ダクトの断面は、概略コの字状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の車両用電動機。
9. 前記入気口は、前記フレームの一端側に配設されたハウジングの外周部と前記ダクトの一端との間にて、外気を前記回転子軸が延在する方向から取り込み可能に形成され、
   前記排気口は、前記フレームの他端側に配設されたハウジングの外周部と前記ダクトの他端との間にて、機内の空気を前記回転子軸が延在する方向へ排出可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機。

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