JP5197962B2 - 車両用誘導電動機 - Google Patents

Description

この発明は、車両用誘導電動機に関するものであり、特に電動機のコイル部分を冷却する通風ファンの構造に係るものである。

車両用電動機内部の冷却を通風ファンにて行う構造の一例として、筒体の端部に第１、第２のカバーを設けて枠体を構成し、第２のカバーの周面に複数の排気口を設け、第１のカバーの回転軸側に複数の吸気口と通風ファンの外周より外側に塵埃排出口を設け、第２のカバーの軸方向に複数個の排気口を設けるとともに、この第２のカバー側の補助ファンで上記排気口から排気させる。一方吸気口から取り入れた外気に含まれる雨水や塵埃は、塵埃排出口から排出される構成が示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−３２４７５８号公報

前記特許文献１に示された車両用電動機の構造では、電動機運転によって発生した熱を、回転子の通風穴と、固定子と回転子の間のギャップを通る冷却風によって除去する構成であるので、主要な発熱体である固定子コイルや回転子導体をそれを支持する固定子や回転子を介して間接的に冷却するものであり、通風ファンによる冷却が効率的でなく、また補助ファンを設けているので、電動機の寸法が大きくなりさらにその為にコスト上昇するという問題点を有している。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、通風ファンによる冷却風が固定子コイルおよび回転子導体に直接当たるようにすることで、前記コイルを直接冷却して冷却効率を向上させ、補助ファンを必要とせず小型化された車両用電動機を提供する。

この発明の車両用誘導電動機は、固定子コイルが設けられた固定子コアと、この固定子コアを保持するフレームと、シャフトに固定され回転子導体が設けられているとともに軸方向に通風穴を有する回転子コアと、前記フレームの一端に設けられ軸方向に複数の吸気口を有する第１のカバーと、前記フレームの他端に設けられ軸方向および外周部に複数の排気口を有する第２のカバーと、前記シャフトに固定され前記回転子コアと前記第１のカバーとの間の、前記回転子導体の端部に対向する位置に設けられている内径側羽根と、
前記シャフトに固定され前記回転子コアと前記第１のカバーとの間の、前記固定子コイルの端部に対向する位置に設けられている外径側羽根とを備え、前記吸気口から導入された外気によって、前記内径側羽根が生成する冷却風は前記回転子導体に直接作用して前記回転子導体を冷却し、前記外形側羽根が生成する冷却風は前記固定子コイルに直接作用して前記固定子コイルを冷却することを特徴とする。

この発明に係る車両用誘導電動機によれば、主要な発熱源である固定子コイルや回転子導体を外径側羽根および内径側羽根の生成する冷却風によって直接冷却することが可能となり、冷却効率が向上する。そして２個の羽根によって冷却風が生成されるので、風量が増加して補助ファンを必要とせず冷却効率が向上する効果がある。

実施の形態１．
以下、この実施の形態１を図１（ａ）〜図１（ｄ）に基づいて説明する。
図１（ａ）は車両用誘導電動機１００の概略断面図である。フレーム１は固定子コイル７を装着した固定子コア２が取り付けられるとともに、その一端には第１のカバー５が、他端には第２のカバー６が設けられている。これら第１、第２のカバー５、６には軸受１４が設けられ、回転子導体８を装着した回転子コア３を固定するシャフト４を支持している。ここで前記第１のカバー５は、車両用誘導電動機１００の駆動側に設けられたもので、第２のカバー６は反駆動側に設けられたものである。
回転子コア３には軸方向に通風穴３ａが設けてあり、固定子コア２と回転子コア３との間にはギャップＧが設けてある。前記第１のカバー５と回転子コア３との間、すなわち負荷側には通風ファン９がシャフト４に固定されている。この通風ファン９はインナ羽根（内径側羽根）９ａとアウタ羽根（外径側羽根）９ｂを一体的に設けた構造であり、インナ羽根（内径側羽根）９ａとアウタ羽根（外径側羽根）９ｂとはつなぎ主板９ｃによって継がれているとともにインナ羽根（内径側羽根）９ａにアウタ羽根（外径側羽根）９ｂが覆い被さるように設けられている。またアウタ羽根（外径側羽根）９ｂは主板９ｄを、インナ羽根（内径側羽根）９ａには内径主板９ｇを有している。さらに、つなぎ主板９ｃには円周上複数の第１の塵埃放出口９ｅが、主板９ｄには円周上複数の第２の塵埃放出口９ｆがともに、例えば３０°毎に設けられている。
これら第１、第２の塵埃放出口９ｅ、９ｆは軸長手方向に同一位置となるように、円周方向には同一の位置関係になるよう設けられている。

図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ矢視を示す概略図で、第１のカバー５の軸方向に通風ファン９のインナ羽根側９およびアウタ羽根９ｂの双方に対応して、吸気可能なように円周上に複数の吸気口１０が、例えば４５°毎に設けられている。また図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ矢視を示す概略図であり、第１のカバー５の最外周面に複数の塵埃排出口１１が、例えば３０°毎に設けられている。この塵埃排出口１１と通風ファン９の第１、第２の塵埃放出口９ｅ、９ｆとは互いに軸長手方向が同一位置となるように設置されている。

第２のカバー６には図１（ａ）のＤ矢視を示す概略図である図１（ｄ）に示すように、前記第１のカバー５の吸気口１０とほぼ同様に円周上に複数の排気口１２が設けられるとともに、Ｅ矢視を示す概略図である図１（ｅ）に示すように第２のカバー６の最外周面に複数の排気口１３が前記第１のカバー５に示した塵埃排出口１１とほぼ同様な配置で設けられている。

次に、動作について説明する。前記のように構成された車両用誘導電動機１００において、固定子コイル７に交流電力が入力されると固定子コア２には回転磁界が発生し、この回転磁界により回転子導体８には電流が誘起され、この誘起電流と回転磁界とにより回転子コア３にトルクが発生し、シャフト４が回転して車両の車輪を駆動する。
電動機１００の運転中は固定子コイル７と回転子導体８との電流による銅損と、回転磁界により固定子コア２と回転子コア３に生じる鉄損により電動機各部の温度が上昇するが、シャフト４に設けられた通風ファン９の回転により第１のカバー５の吸気口１０より導入された外気が、回転子コア３に設けられた通風穴３ａおよび固定子コア２と回転子コア３との間のギャップＧを通り、第２のカバー６の排気口１２、１３から排出風Ｆ_Ｔに示すように機外に排出され各部を耐熱限界温度以下に冷却する。

この実施の形態１による通風ファン９の生成する冷却風の流れをより詳細に説明する。第１のカバー５に設けられた吸気口１０から導入される外気は、車両用誘導電動機１００の回転に伴い通風ファン９のインナ羽根である内径側羽根９ａと、アウタ羽根である外径側羽根９ｂによって図１（ａ）に示すように冷却風ＦａおよびＦｂが生成される。回転子導体８に対向するように設けられたインナ羽根（内径側羽根）９ａの生成する冷却風Ｆａは、回転子導体８端に直接作用し回転子導体８を効率よく冷却する。一方固定子コイル７に対向するよう設けられたアウタ羽根（外径側羽根）９ｂの生成する冷却風Ｆｂは固定子コイル７端に直接作用し、固定子コイル７を効率よく冷却する。
吸気口１０より機内に導入された外気中の水分や塵埃は、通風ファン９の遠心力によって、つなぎ主板９ｃ、主板９ｄに設けられた第１、第２の塵埃放出口９ｅ、９ｆを通り、第１のカバー５の塵埃排出口１１より排出風Ｆｃとなって機外に排出される。
冷却風Ｆａ、Ｆｂはその後ギャップＧを通る冷却風Ｆｇや回転子コア３の通風穴３ａを通る冷却風Ｆｈとなり第２のカバー６の排気口１２、１３より排出風Ｆ_Ｔとして機外に排出される。

このように、主要な発熱体である固定子コイル７、回転子導体８をインナ羽根９ａ、アウタ羽根９ｂの生成する冷却風Ｆａ、Ｆｂによって直接作用させ冷却しているので、冷却効率が向上する。また車両用誘導電動機１００に有害な水分や塵埃は通風ファン９によって機外に排出されるので、故障が少なく寿命の長い省メンテナンスの車両用誘導電動機１００が得られる。
さらには通風ファン９には２個の羽根を設けているので、生成される冷却風が従来の１個の羽根構造に比較して増加するので、補助ファン等を設ける必要がなくなり、電動機の小型化、低コスト化が可能となる。

なお、第１のカバー５の塵埃排出口１１の開口面積は、吸入口１０の開口面積に比較して小さいことが望ましい。それは複数個の塵埃排出口１１を設け、試験の結果からいくつかの塵埃排出口１１に盲蓋等を設けて調整することにより目的を達することも可能である。

実施の形態２．
次に実施の形態２を図に基づいて説明する。
前述した実施の形態１では、通風ファン９はインナ羽根９ａとアウタ羽根９ｂとが一体的に設けられた構造であったが、この実施の形態２では、図２に示すように内径側羽根１５と外径側羽根１６とが別体として構成され、第１のカバー５と回転子コア３との間におけるシャフト４に固定されている。内径側羽根１５は、羽根１５ａ、内径主板１５ｂ、外径主板１５ｃとで構成され、外径主板１５ｃには前述した実施の形態１に示した第１の塵埃放出口９ｅに相当する塵埃放出口１５ｄが設けられている。
この内径側羽根１５に覆い被さるように設けられた外径側羽根１６は、羽根１６ａ、内径主板１６ｂ、外径主板１６ｃとで構成され、内径主板１６ｂ、外径主板１６ｃには、前述した実施の形態１の第１、第２の塵埃放出口９ｅ、９ｆとに相当する内径側塵埃放出口１６ｄ、外径側塵埃放出口１６ｅが設けられるとともに、内径側羽根１５の外気吸気口となる通風口１６ｆが内径主板１６ｂの前記内径側羽根１５の羽根１５ａに対向して設けてある。これ以外の車両用誘導電動機１００の構成要素は図１と同様であるので説明省略する。
このような内径側羽根１５と外径側羽根１６とを別体に設けた車両用誘導電動機１００の回転に伴う通風作用は、前述した実施の形態１と同様である。つまり、内径側羽根１５が生成する冷却風Ｆａ、外径側羽根１６の生成する冷却風Ｆｂによってそれぞれ回転子導体８および固定子コイル７を冷却後排出される。そしてその効果は前述した実施の形態１と同様である。

なお、前記した実施の形態１において通風ファン９の第１、第２の塵埃放出口９ｅ、９ｆ、および実施の形態２における内径側羽根１５の塵埃放出口１５ｄ、外径側羽根１６の塵埃放出口１６ｄ、１６ｅは、車両用誘導電動機１００の設置場所の環境条件によっては必ずしも設ける必要はない。また、前記通風ファン９および内、外径側羽根１５、１６は車両用誘導電動機１００の負荷側に設けたものを示したが、反負荷側に設け第２のカバー６側より外気導入し、第１のカバー５側に排気するようにしてもよい。

この発明は、車両用誘導電動機に利用可能である。

この発明の実施の形態１による車両用誘導電動機の概略断面図を示す図である。 この発明の実施の形態２による車両用誘導電動機の概略断面図を示す図である。

符号の説明

１ フレーム、２ 固定子コア、３ 回転子コア、３ａ 通風穴、４ シャフト、
５ 第１のカバー、６ 第２のカバー、７ 固定子コイル、８ 回転子導体、
９ 通風ファン、９ａ インナ羽根、９ｂ アウタ羽根、９ｃ つなぎ主板、
９ｄ 主板、９ｅ 第１の塵埃放出口、９ｆ 第２の塵埃放出口、１０ 吸気口、
１１ 塵埃排出口、１２，１３ 排気口、１５ 内径側羽根、１６ 外径側羽根、
Ｇ ギャップ、１００ 車両用誘導電動機。

Claims (8)

1. 固定子コイルが設けられた固定子コアと、
   この固定子コアを保持するフレームと、
   シャフトに固定され回転子導体が設けられているとともに軸方向に通風穴を有する回転子コアと、
   前記フレームの一端に設けられ軸方向に複数の吸気口を有する第１のカバーと、
   前記フレームの他端に設けられ軸方向および外周部に複数の排気口を有する第２のカバーと、
   前記シャフトに固定され前記回転子コアと前記第１のカバーとの間の、前記回転子導体の端部に対向する位置に設けられている内径側羽根と、
   前記シャフトに固定され前記回転子コアと前記第１のカバーとの間の、前記固定子コイルの端部に対向する位置に設けられている外径側羽根とを備え、
   前記吸気口から導入された外気によって、
   前記内径側羽根が生成する冷却風は前記回転子導体に直接作用して前記回転子導体を冷却し、
   前記外形側羽根が生成する冷却風は前記固定子コイルに直接作用して前記固定子コイルを冷却することを特徴とする車両用誘導電動機。
2. 前記吸気口から導入された外気は、前記回転子導体及び前記固定子コイルを冷却した後、
   それぞれ前記固定子コアの通風穴および固定子コアと回転子コア間に設けられたギャップを通り、
   前記第２のカバーの排気口より機外に放出されるとともに、前記外気に含まれる水滴や塵埃も前記第２のカバーの排気口を介して機外に放出されることを特徴とする請求項１に記載の車両用誘導電動機。
3. 前記内径側羽根と外径側羽根とが一体化した構造であることを特徴とする請求項１に記載の車両用誘導電動機。
4. 前記内径側羽根と外径側羽根とは別体構造とし、前記シャフトにそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用誘導電動機。
5. 前記内径側羽根の外径主板、外径側羽根の内、外径主板には、複数の塵埃放出口が設けられていることを特徴とする請求項３および請求項４のいずれか１項に記載の車両用誘導電動機。
6. 前記第１のカバーの外周部には複数の塵埃排出口が設けられており、前記外気に含まれる水滴や塵埃は前記第１のカバーの塵埃排出口を介して機外に放出されることを特徴とする請求項１に記載の車両用誘導電動機。
7. 固定子コイルが設けられた固定子コアと、この固定子コアを保持するフレームと、シャフトに固定され回転子導体が設けられているとともに通風穴を有する回転子コアと、前記フレームの一端に設けられた軸方向に複数の吸気口と、外周部に複数の塵埃排出口が設けられた第１のカバーと、前記フレームの他端に設けられ軸方向および外周部にはそれぞれ複数の排気口が設けられた第２のカバーと、前記シャフトに固定され前記回転子コアと前記第１のカバーとの間の前記回転子導体の端部に対向する位置に設けられた内径側羽根と、前記固定子コイルの端部に対向するとともに前記内径側羽根に覆い被さるように設けられた外径側羽根とが一体化した構造の通風ファンとを備え、前記通風ファンの内径側羽根と外径側羽根とを継ぐ、つなぎ主板の円周上には複数の第１の塵埃放出口が、前記外径側羽根の主板の円周上には複数の第２の塵埃放出口が設けられているとともに、前記第１のカバーの外周部に設けられた複数の塵埃排出口と、前記内、外径側羽根に設けられた第１、第２の塵埃放出口とは、軸方向に同一個所となるよう配置されており、前記吸気口から導入された外気によって前記内径側羽根が生成する冷却風は前記回転子導体に、前記外径側羽根が生成する冷却風は前記固定子コイルに直接当たって冷却するとともに、前記回転子コアの通風穴および固定子コアと回転子コアとの間のギャップを通り前記第２のカバーの排気口より機外に放出され、且つ、前記外気に含まれる水滴や塵埃は、前記通風ファンの第１、第２の塵埃放出口から前記第１のカバーの塵埃排出口および前記通風穴、ギャップを通り前記第２のカバーの排気口を介して機外に放出されることを特徴とする車両用誘導電動機。
8. 前記第１のカバーの吸気口の開口面積に比べ、前記第１のカバーの塵埃排出口の開口面積が小さいことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の車両用誘導電動機。

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