JPH05344682A - アウターロータ電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】入気中に含まれる塵埃等を分離して排出するこ
とにより、モータ内部を清浄な冷却風を流通させ、絶縁
信頼性を向上し、長寿命化を図る。 【構成】電機子８を車軸11に固定する。ロータ26を構成
するロータフレーム27は、略円筒状に形成され、内周に
永久磁石14を複数個取付け、軸方向の一側にベアリング
ブラケット28を固定すると共に車輪18の端面と固定し、
軸方向の他側にベアリングブラケット29を固定する。ま
た、ロータフレーム27には、ベアリングブラケット28の
近傍の外周に円周方向に沿った複数個の排風孔30と、内
周にファン31と、排風板32を設け、ベアリングブラケッ
ト29の近傍の外周に円周方向に沿った複数個の排風孔33
と、内周にファン34を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に鉄道車両を走行さ
せるため、台車の車輪を直接駆動するアウターロータ永
久磁石同期電動機（以下、アウターロータ電動機とい
う）の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両を走行させるため、台車
の車輪を駆動する方式として図９に示すような平行カル
ダン方式がある。

【０００３】この平行カルダン方式は、車軸１に取付け
られている大歯車２および車輪３、大歯車２とかみ合う
小歯車４、この小歯車４と主電動機５の軸５ａにそれぞ
れ取付けられたタワミ継手６で概略構成されていた。ま
た、小歯車４と大歯車２は、図示しないギヤケースでカ
バーされており、車軸１は図示しない軸受を有する軸箱
装置で支持され、軸箱装置は軸バネ等で台車台枠へ支持
されて構成されていた。

【０００４】制御された電源（電流）が主電動機５に通
電され、主電動機５の軸５ａが回転すると、その回転力
は、タワミ継手６，小歯車４を介して大歯車２へ伝達さ
れ車軸１を回転させ、車軸１に圧入して取付けられてい
る車軸３が駆動されて車両が走行する。

【０００５】しかしながら、近年車両の高速化が新たな
技術課題として研究開発されつつあり、このため、車体
および台車の大幅な軽量化が必要となってきた。そこ
で、車体および床下に装架される電気機器・装置の構造
は、アルミニウム材を大幅に採用して軽量化が進められ
ている。さらに、曲線部を安全に高速走行するため、各
車輪の回転を制御する必要性が出てきた。

【０００６】一方、台車の軽量化および各車輪の回転を
制御するには、従来の小歯車４や大歯車２で駆動する平
行カルダン方式のような駆動方式では、主電動機５を安
全に支持させる必要があることおよび小歯車４，大歯車
２等が必要になり、これらを安全に支持して主電動機５
の回転力を車輪３に伝達するため、十分な強度を持った
台車台枠が必要となり、軽量化には限度があり問題とな
っていた。

【０００７】また、左右の車輪３が同一車軸１に取付け
られているため、各車輪３を個別に駆動することが不可
能であった。

【０００８】そこで、この問題を解決するため、従来は
図10に示すような小歯車や大歯車等を用いることなく、
直接車輪を駆動するアウターロータ電動機が採用されつ
つある。次に、その詳細構成，作用を図10および図11を
参照して説明する。

【０００９】図10は、各車輪を個別に駆動するアウター
ロータ電動機を用いた台車の枕木方向に沿った断面図を
示し、図11はアウターロータ電動機の断面図を示す。

【００１０】図10および図11に示すように、電機子コイ
ル９，鉄心10を有する電機子８は、電機子軸11に取付け
られている。この電機子軸11は、車軸と同一（以下、車
軸という）である。ローター12は、ロータフレーム13の
内周面に円周方向に沿って永久磁石14を複数個等配して
取付けており、永久磁石界磁を形成するようにしてい
る。ロータフレーム13の両端には、図示しないボルトを
介してベアリングブラケット14，15を取付けている。こ
のベアリングブラケット14、15は、軸受16，17を介して
車軸11へ取付けられ、ロータ12を車軸11に対して回転出
来るよう構成している。ロータフレーム13は、図示しな
いボルト等を介して車輪18へ固定されている。

【００１１】一方、車軸11は、図示しない車軸支持装置
で支持され、軸バネ19，20を介して台車台枠21に取付け
られる。また、車軸11には中空孔（図示しない）を設
け、この中空孔を介してリード線22を配設し、電機子コ
イル９へ接続している。

【００１２】以上の構成において、永久磁石14で形成さ
れる磁界の中にリード線22を介して制御された電源（電
流）を電機子コイル９に通電すると、相互に力が作用し
ロータ12は回転力を受けて回転し、ロータ12に固定され
ている車輪18に直接回転力が伝達され、車輪18は駆動さ
れる。また、各車輪18，18はそれぞれ独立しているた
め、各車輪を個別に制御することが可能である。

【００１３】ところで、電機子コイル９に通電すること
により、鉄心10や電機子コイイル９の温度が上昇する
が、ベアリングブラケット14に設けられた入気孔23より
外気を取り入れ、ベアリングブラケット15の近傍に設け
られたファン24の吸引作用によってモータ内部を流通さ
せ、排気孔25より機外に排出することによって、鉄心10
や電機子コイル９を冷却する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アウタ
ーロータ電動機は、従来の通常の電動機と異なり、外周
部分が回転するため濾過器を入気孔に設けて塵埃等を分
離させることが困難である。このため、塵埃等がモータ
内部へ滞積し、風量が減少する。風量減少により、電機
子の温度が上昇し絶縁信頼性の低下、すなわち、モータ
本体の寿命を短かくする要因となっている。

【００１５】本発明は、上記した事情に鑑みてなされた
もので、入気中に含まれる塵埃等を分離して排出するこ
とにより、モータ内部を清浄な冷却風を流通させ、絶縁
信頼性を向上し、長寿命化を図ったアウターロータ電動
機を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成するため、電機子と、内周にこの電機子の外周と
ギャップを形成するようにした永久磁石を円周方向に沿
って複数個設けたロータフレームを有するロータを備
え、電機子を軸体を介して固定し、ロータフレームの軸
方向一側を被回転駆動体および第１のベアリングブラケ
ットに固定すると共に他側を第２のベアリングブラケッ
トに固定し、第１のベアリングブラケットに入気孔を設
け、第２のベアリングブラケット近傍のロータフレーム
の外周に円周方向に沿って複数個の第１の排風孔を設
け、かつ第１のベアリングブラケットおよび第２のベア
リングブラケットをそれぞれ軸受けを介して軸体に回転
自在に支持して成るアウターロータ電動機において、第
１のベアリングブラケット近傍のロータフレームの外周
に、円周方向に沿って複数個の第２の排風孔を設けるよ
うにしたものである。

【００１７】

【作用】ロータフレームの外周に設けた複数個の第２の
排風孔が、ロータフレームの回転によってファン作用を
する。このファン作用によって、外部から入気した冷却
風に塵埃等が混入していると、この塵埃等の質量は空気
のそれよりも大きいために大きな遠心力を付加される。
そこで、塵埃等は、この大きな遠心力によって第２の排
風孔から外部に排出され、清浄になった冷却風がモータ
内部を流通して電機子を冷却し、その後第１の排風孔か
ら外部に排出される。したがって、塵埃等がモータ内部
に滞積することがなく、良好な冷却性能を維持し長寿命
化を図ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の上半部を切断した断
面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面拡大図である。

【００１９】図１および図２において、電機子８は電気
鉄板を積層した鉄心10と、この鉄心10の外周側に設けた
スロット溝に挿入固定された電機子コイル９を有し、車
軸11に圧入等で取付けられ、その軸方向端部を鉄心押え
25等で固定されている。電機子コイル９に接続するリー
ド線22は、車軸11に設けた中空孔（図示しない）を介し
て配線され、外部に設けた端子箱（図示しない）に接続
されている。なお、鉄心10および鉄心押え25には、軸方
向に添い、かつ円周方向の沿って等配された複数個の冷
却風の流通孔（図示しない）が設けられている。

【００２０】また、ロータ26は、従来のロータフレーム
13と同様に略円筒状をなすロータフレーム27と、このロ
ータフレーム27の内周面に円周方向に沿って取付けられ
ている複数個の永久磁石14と、ロータフレーム27の軸方
向一側にボルト（図示しない）を介して固定され、従来
のベアリングブラケット15と略同様の形状としたベアリ
ングブラケット28と、ロータフレーム27の軸方向他側に
ボルト（図示しない）を介して固定され、従来のベアリ
ングブラケット14と略同様の形状としたベアリングブラ
ケット29とから構成され、ロータフレーム27のベアリン
グブラケット28側の端部がボルト（図示しない）を介し
て車輪18の端面に固定され、ベアリングブラケット28が
軸受16を介して車軸11に回転自在に支持され、ベアリン
グブラケット29が軸受17を介して車軸11に回転自在に支
持されているので、ロータ26は、車輪18と共に車軸11に
回転自在に支持される。

【００２１】さらに、ロータフレーム27には、ベアリン
グブラケット28の近傍の外周に円周方向に沿って排風孔
30を複数個設け、この排風孔30の下部にファン31と排風
板32を設け、ベアリングブラケット29の近傍の外周には
従来のロータフレーム13と同様に円周方向に沿って排風
孔33を複数個設け、この排風孔33の内周にファン34を設
ける。ここで、排風板32は、ロータフレーム27と同軸
で、ベアリングブラケット28と反対側が広がるように傾
斜した縁を有する円筒状に形成されており、広がった側
の端部が排風孔30の内壁下部に連らなり、縁の外面側に
ファン31の端面が連らなるように設けられる。また、フ
ァン31は、略三角形状で、排風板32側の端面は、排風板
32の傾斜した縁に対応して傾斜し、これと反対側の端面
は、ベアリングブラケット28の端面に略接するように近
接している。

【００２２】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。ロータ26が回転、すなわち、ロータフレ
ーム27が回転すると、冷却風がベアリングブラケット28
に設けられた入気孔35から図１にａ矢印で示すようにモ
ータ内部に取り入れるが、この冷却風は排風孔30および
主にファン31によって遠心力を与えられる。したがっ
て、塵埃等質量の大きいものは、その遠心力も大きいか
ら排風板32の外周側へ飛ばされ、排風孔30からモータ外
部へ排出される。一方、清浄な冷却風は、質量が小さい
ので遠心力も小さく、排風板32の内側を通過してモータ
内部へ入り、ギャップ36や鉄心10と鉄心押え25を貫通し
ている流通孔（図示しない）を流れ、電機子８を冷却
し、ファン34を経て排出孔33からモータ外部へ排出され
る。

【００２３】したがって、以上のように構成された実施
例によれば、外部から入気した冷却風に混入している塵
埃等を分離・排出し、清浄な冷却風をモータ内部へ流通
させるので、塵埃等の滞積による絶縁信頼性の低下をな
くし、長寿命化を図ったアウターロータ電動機を提供す
ることができる。

【００２４】次に、本発明の他の実施例を図面を参照し
て説明する。なお、上述した実施例を、以下、第１実施
例という。

【００２５】図３は、本発明の第２実施例の要部を示す
断面図である。この第２実施例は、上述した第１実施例
におけるファンを省いたものである。すなわち、ロータ
37を構成するロータフレーム27には、排風孔30の内径側
に同周方向に排風板32を設けるが、ファン31は設けな
い。その他は、上述した第１実施例と同様の構成であ
る。

【００２６】この第２実施例では、排風孔30のファン作
用による遠心力で吸入した冷却風から塵埃等を分離し、
排風板32の外周側に飛ばして排出孔30からモータ外へ排
出する。

【００２７】図４は、本発明の第３実施例の要部を示す
断面図である。この第３実施例は、上述した第１実施例
におけるファンと排風板を省いたものである。すなわ
ち、ロータ38を構成するロータフレーム27には、ファン
31と排風板32を設けない。その他は、上述した第１実施
例と同様の構成である。この第３実施例では、排風孔30
のファン作用による遠心力で吸入した冷却風から塵埃等
を分離し、排風孔30からモータ外に排出する。

【００２８】図５は、本発明の第４実施例の要部を示す
断面図である。この第４実施例は、上述した第１実施例
における排風板を省いたものである。すなわち、ロータ
39を構成するロータフレーム27には、ファン31を設ける
が、排風板32を設けない。

【００２９】その他は、上述した第１実施例と同様の構
成である。この第４実施例は、ファン31と排風孔30のフ
ァン作用による遠心力で、吸入した冷却風から塵埃等を
分離し、排風孔30からモータ外に排出する。

【００３０】図６は、本発明の第５実施例の要部を示す
横断面図である。この第５実施例は、第１実施例におけ
る排風板を複数個に分割し、ファンの近傍の一部分に設
けたものである。すなわち、ロータ40を構成するロータ
フレーム27には、排風孔30の内径側に、上述した第１実
施例における排風板32をファン31と同数に分割し、かつ
排風孔30より幅を広くした排風板51を設けたものであ
る。その他は、上述した第１実施例側と同様の構成であ
る。この第５実施例は、上述した第４実施例にさらに排
風板51の効果が加えられ、吸入した冷却風から塵埃等を
分離し、排風孔49からモータ外へ排出する。

【００３１】図７は、本発明の第６実施例の要部を示す
縦断面図であり、図８は、図７のＢ矢視図である。この
第６の実施例は、上述した第１実施例におけるブラケッ
トを省き、車輪に羽根を設けたものである。すなわち、
ロータ41には、上述した第１実施例におけるブラケット
28を設けない。また、車輪42は、軸受16を介して車軸11
に回転自在に支持され、スポークを兼ねた羽根43を設け
る。隣接する羽根43と43の間の隙間44は、ファン31に向
うように上下両面を傾斜させる。その他は、上述した第
１実施例と同様の構成である。なお、羽根43を、車輪42
の反モータ側端面に突出するように設けてもよい。

【００３２】この第６実施例は、車輪42が回転する際に
吸入した冷却風に遠心力を与え、塵埃等の質量の大きい
ものを整風板32によって排風孔30へ導き、排風孔30から
モータ側へ排出する。この構成によれば、ファン31に至
るまでに塵埃等の分離が行われるため、ファン31による
分離効果と併せ分離性能の向上を図ることができる。ま
た、車輪42内で、冷却風を小径側から大径側へ流通させ
る、すなわち、傾斜角を設けるようにしているので、さ
らに、分離性能の向上を図ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
輪側に配置されるベアリングブラケット近傍のロータフ
レームの外周に、円周方向に沿って複数個の排風孔を設
けているので、この排風孔のファン作用により空気に比
らべ質量の大きい塵埃等に大きな遠心力を付加して外部
に排出することができ、良好な冷却性能を保持して絶縁
信頼性を向上し、長寿命化を図ったアウターロータ電動
機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の上半部を切断した断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面拡大図。

【図３】本発明の他の実施例（第２実施例）の要部を示
す断面図。

【図４】本発明のさらに異なる他の実施例（第３実施
例）の要部を示す断面図。

【図５】本発明のさらに異なる他の実施例（第４実施
例）の要部を示す断面図。

【図６】本発明のさらに異なる他の実施例（第５実施
例）の要部を示す断面図。

【図７】本発明のさらに異なる他の実施例（第６実施
例）の要部を示す断面図。

【図８】図７のＢ矢視図。

【図９】従来の平行カルダン式駆動装置の平面図。

【図１０】従来のアウターロータ電動機を用いた台車の
横断面図。

【図１１】従来のアウターロータ電動機の上半部を切断
した断面図。

【符号の説明】

８…電機子、９…電機子コイル、10…鉄心、11…車軸、
14…永久磁石、16，17…軸受、18，42…車輪、26，37，
38，39，40，41…ロータ、27…ロータフレーム、28，29
…ベアリングブラケット、30，33…排風孔、31，34…フ
ァン、32，51…排風板、35…入気孔、36…ギャップ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子と、内周にこの電機子の外周とギ
   ャップを形成するようにした永久磁石を円周方向に沿っ
   て複数個設けたロータフレームを有するロータを備え、
   前記電機子を軸体を介して固定し、前記ロータフレーム
   の軸方向一側を被回転駆動体および第１のベアリングブ
   ラケットに固定すると共に他側を第２のベアリングブラ
   ケットに固定し、前記第１のベアリングブラケットに入
   気孔を設け、前記第２ベアリングブラケット近傍の前記
   ロータフレームの外周に円周方向に沿って複数個の第１
   の排風孔を設け、かつ前記第１のベアリングブラケット
   および前記第２のベアリングブラケットをそれぞれ軸受
   を介して前記軸体に回転自在に支持して成るアウターロ
   ータ電動機において、前記第１のベアリングブラケット
   近傍の前記ロータフレームの外周に、円周方向に沿って
   複数個の第２の排風孔を設けたことを特徴とするアウタ
   ーロータ電動機。
2. 【請求項２】 第１のベアリングブラケット近傍のロー
   タフレームの内周に、一端が第２の排風孔の内壁下部に
   連らなるように傾斜させた縁を有する１個以上の排風板
   を設けたことを特徴とする請求項１記載のアウターロー
   タ電動機。
3. 【請求項３】 第１のベアリングブラケット近傍のロー
   タフレームの内周で第２の排風孔の下部に、ファンを設
   けたことを特徴とする請求項１記載のアウターロータ電
   動機。
4. 【請求項４】 第１のベアリングブラケット近傍のロー
   タフレームの内周に、一端が第２の排風孔の内壁下部に
   連らなるように傾斜させた縁を有する少くとも１個以上
   の排風板と、この排風板に一方の端面が連らなるファン
   を設けたことを特徴とするアウターロータ電動機。