WO2022064627A1 - 電動機 - Google Patents
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- H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
Definitions
- This disclosure relates to motors.
- Patent Document 1 The openings and air holes disclosed in Patent Document 1 extend in a direction intersecting the rotation axis. In order to form a rotor core with air holes having this shape, it is necessary to bond a large number of thin metal plates with through holes of the same shape formed at different positions, or to drill holes by machine. , The manufacturing process is complicated.
- the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electric motor having high cooling efficiency and a simple manufacturing process.
- the motor of the present disclosure includes a shaft, a rotor, a stator, a first holding member, and a second holding member.
- the shaft is rotatably supported around the axis of rotation.
- the rotor is located radially outside the shaft and rotates integrally with the shaft.
- the stator faces the rotor at radial intervals.
- the first holding member and the second holding member sandwich the rotor in the extending direction of the rotation axis.
- the rotor has through holes of the same shape and has a laminated body of thin plates arranged in the extending direction of the rotation axis.
- the through holes of each of the thin plates included in the laminated body form a ventilation path that penetrates the rotor in the extending direction of the rotation axis.
- the first holding member has a first through hole that communicates with one end upstream of the ventilation path.
- the second holding member has a second through hole that communicates with one end downstream of the ventilation path.
- the portion of the wall surface of the first through hole located on the outermost side in the radial direction is located on the inner side of the wall surface of the second through hole in the radial direction from the portion located on the outermost side in the radial direction.
- the rotor included in the motor according to the present disclosure has a ventilation path that penetrates the rotor in the extending direction of the rotating shaft, and the first holding member and the second holding member that sandwich the rotor in the extending direction of the rotating shaft are It has a first through hole and a second through hole, respectively.
- the portion of the wall surface of the first through hole located on the outermost side in the radial direction is located on the inner side of the wall surface of the second through hole in the radial direction from the portion located on the outermost side in the radial direction. Therefore, when the rotor rotates, the static pressure at the opening of the second through hole becomes lower than the static pressure at the opening of the first through hole, so that air may flow into the ventilation passage through the first through hole. It is promoted and the cooling efficiency is improved. Since the rotor has a laminated body of thin plates having through holes of the same shape, the manufacturing process of the electric motor is simple.
- FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA of the electric motor according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line BB of the electric motor according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line CC of the electric motor according to the first embodiment.
- Partial sectional view of the electric motor according to the second embodiment FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line DD of the electric motor according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line EE of the electric motor according to the second embodiment.
- Sectional drawing of the first modification of the electric motor which concerns on embodiment Sectional drawing of the first modification of the electric motor which concerns on embodiment Sectional drawing of the 2nd modification of the electric motor which concerns on embodiment Sectional drawing of the 3rd modification of the electric motor which concerns on embodiment Sectional drawing of the 4th modification of the electric motor which concerns on embodiment
- the motor 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6 by taking an open self-cooling motor used for driving a railway vehicle as an example.
- An open self-cooling motor is a motor that cools its components by taking in external air inside by rotating a fan.
- the Z axis is in the vertical direction
- the Y axis is parallel to the rotation axis AX of the shaft 11 of the motor 1
- the X axis is orthogonal to the Y axis and the Z axis.
- the rotation axis AX is shown by a alternate long and short dash line.
- the air that has flowed into the inside of the electric motor 1 is formed in the first through hole 23a formed in the first holding member 23, the ventilation passage 21a formed in the rotor core 21 of the rotor 12, and the second holding member 24. It flows out to the outside through the second through hole 24a in order.
- the second through hole 24a formed in the second holding member 24 is located radially outside the first through hole 23a formed in the first holding member 23, thereby promoting the inflow of air into the ventilation passage 21a. Therefore, the cooling efficiency is increased.
- the electric motor 1 shown in FIG. 1 includes a shaft 11 rotatably supported around the rotation shaft AX, a rotor 12 located outside the shaft 11 in the radial direction and rotating integrally with the shaft 11, and a rotor 12. It includes a stator 13 facing in the radial direction, a fan 14 that rotates integrally with the shaft 11, and a first holding member 23 and a second holding member 24 that sandwich the rotor 12 in the extending direction of the rotating shaft AX.
- the motor 1 further includes a shaft 11, a rotor 12, a stator 13, a fan 14, a first holding member 23, and a frame 15 that houses the second holding member 24.
- a shaft 11 At the upper portion of the frame 15 in the vertical direction, an inflow hole 15a for inflowing external air is formed at one end in the Y-axis direction, and an outflow hole 15b for outflowing the inflowing air is formed at the other end in the Y-axis direction.
- the motor 1 is provided with a cover 16 in order to prevent dust, water droplets, and the like from entering the inside of the motor 1 from the inflow hole 15a.
- the motor 1 further includes bearings 17 and 18 that rotatably support the shaft 11, a first bracket 19 that holds the bearing 17, and a second bracket 20 that holds the bearing 18.
- One end of the shaft 11 near the second bracket 20 is connected to the axle of the railway vehicle via a joint and a gear (not shown), and the rotation of the shaft 11 causes the railway vehicle to obtain power.
- the rotor 12 has a rotor core 21 fixed to the shaft 11 and a rotor conductor 22 inserted into a groove formed on the outer peripheral surface of the rotor core 21.
- the rotor core 21 is a laminated body of thin plates having through holes of the same shape and arranged in the extending direction of the rotation axis AX.
- the rotor core 21 is a laminated body of thin silicon steel plates having through holes of the same shape and arranged in the extending direction of the rotation axis AX.
- FIG. 2 which is an enlarged view of FIGS. 1 and 1
- the rotor core 21 has an extending direction of the rotation axis AX.
- one end of the ventilation passage 21a facing the first holding member 23 is an upstream end
- one end of the ventilation passage 21a facing the second holding member 24 is a downstream end.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21a is constant from one end upstream to one end downstream.
- FIG. 3 which is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21a is outside the first circle and the first circle in the radial direction. It is preferable that the outer edge of the second circle having a diameter larger than that of the first circle is connected by a straight line.
- the long axis having a shape in which the outer edges of the first circle and the second circle are connected by a straight line may extend in the radial direction.
- the sizes of the first circle and the second circle described above can be determined according to the cooling performance required for the motor 1, the strength required for the rotor core 21 to which torque is applied, and the like.
- the ventilation passage 21a communicates with each of the first through hole 23a formed in the first holding member 23 and the second through hole 24a formed in the second holding member 24.
- the radial length of the ventilation passage 21a is preferably longer than the radial length of the first through hole 23a. Further, the radial length of the ventilation passage 21a is preferably longer than the radial length of the second through hole 24a.
- the stator 13 has a stator core 25 fixed to the frame 15 and a stator conductor 26 inserted into a groove formed in the stator core 25.
- the stator core 25 faces the rotor core 21 in the radial direction at a distance from each other.
- the fan 14 is fixed to the shaft 11 at a position adjacent to the second holding member 24 and rotates integrally with the shaft 11.
- the fan 14 is fixed to the shaft 11 with the main surface facing the second bracket 20.
- the frame 15 has a cylindrical shape, and the openings at both ends of the rotation axis AX in the extending direction are closed by the first bracket 19 and the second bracket 20. Further, the frame 15 has an inflow hole 15a for inflowing external air and an outflow hole 15b for flowing out air that has flowed in from the inflow hole 15a and has passed through the ventilation passage 21a at the upper part of the outer peripheral surface in the vertical direction.
- the cover 16 covers the inflow hole 15a formed in the frame 15.
- Bearings 17 and 18 rotatably support the shaft 11.
- the first bracket 19 holds the bearing 17 and closes the opening at one end of the tubular frame 15.
- the second bracket 20 holds the bearing 18 and closes the opening at the other end of the tubular frame 15.
- the first holding member 23 and the second holding member 24 sandwich the rotor core 21 in the extending direction of the rotating shaft AX.
- the first holding member 23 and the second holding member 24 are fixed to the rotor core 21 and rotate integrally with the rotor core 21.
- FIG. 4 which is a cross-sectional view taken along the line BB of FIGS. 1 and 1
- the first holding member 23 communicates with one end of the upstream of the ventilation passage 21a formed in the rotor core 21. It has a first through hole 23a.
- FIG. 5 which is a cross-sectional view taken along the line CC of FIGS. 1 and 1
- the second holding member 24 communicates with one end downstream of the ventilation passage 21a formed in the rotor core 21.
- the portion of the wall surface of the first through hole 23a located on the outermost side in the radial direction is located on the inner side of the wall surface of the second through hole 24a in the radial direction with respect to the portion located on the outermost side in the radial direction.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21a is located outside the first circle and the radial direction from the first circle, and the outer edge of the second circle having a diameter larger than the first circle.
- the shape of the cross section orthogonal to the through direction of the first through hole 23a is preferably the same as that of the first circle.
- the wall surface located inside the first through hole 23a in the radial direction may be smoothly continuous with the wall surface located inside the ventilation path 21a in the radial direction.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21a is located outside the first circle and the radial direction from the first circle, and the outer edge of the second circle having a diameter larger than the first circle.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetration direction of the second through hole 24a is the same as that of the second circle.
- the wall surface located outside the second through hole 24a in the radial direction may be smoothly continuous with the wall surface located outside the radial direction of the ventilation passage 21a.
- the fan 14 rotates together with the shaft 11 and the air outside the motor 1 flows from the inflow hole 15a shown in FIG. 1 to the motor 1. It flows inside. Then, the air flowing in from the inflow hole 15a reaches the first through hole 23a.
- the flow of air through the first holding member 23, the rotor core 21, and the second holding member 24 is indicated by the arrow AR1.
- the air that has reached the first through hole 23a passes through the first through hole 23a and then through the ventilation passage 21a and the second through hole 24a.
- the air that has passed through the second through hole 24a flows out from the outflow hole 15b shown in FIG. 1 to the outside of the motor 1. As described above, the air flows inside the motor 1 to cool the motor 1.
- the first through hole 23a is located inside the second through hole 24a in the radial direction. Therefore, when the rotor 12 rotates, the static pressure of air in the first through hole 23a becomes higher than the static pressure of air in the second through hole 24a. As a result, air is promoted to flow through the first through hole 23a, the ventilation passage 21a, and the second through hole 24a, and the cooling efficiency is improved. Since the rotor core 21 is formed of a laminated body of thin plates having through holes of the same shape, the manufacturing process of the motor 1 is simple.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetration direction of the ventilation passage 21a is located outside the first circle in the radial direction, and the outer edge of the second circle larger than the first circle is connected by a straight line. In this case, more air can flow to the portion of the ventilation passage 21a close to the rotor conductor 22 which is a heating element, so that the motor 1 can be cooled more efficiently.
- the shapes of the ventilation passage 21a, the first through hole 23a, and the second through hole 24a are not limited to the above examples, and may be any shape as long as the air flowing in from the inflow hole 15a is guided to the outflow hole 15b.
- the electric motor 2 having the ventilation passage 21b and the second through hole 24b having a shape different from that of the first embodiment will be described in the second embodiment.
- the structure of the electric motor 2 shown in FIG. 7 is the same as that of the first embodiment.
- the rotor core 21 included in the electric motor 2 has a ventilation passage 21b penetrating the rotor core 21.
- one end of the ventilation passage 21b facing the first holding member 23 is an upstream end
- one end of the ventilation passage 21b facing the second holding member 24 is a downstream end.
- One end upstream of the ventilation passage 21b communicates with the first through hole 23a formed in the first holding member 23.
- One end downstream of the ventilation passage 21b communicates with a second through hole 24b formed in the second holding member 24.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21b is constant from one end upstream to one end downstream.
- FIG. 9 which is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 7, the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21b is outside the first circle and the first circle in the radial direction. It is a shape in which the outer edges of a second circle having the same diameter as the first circle are connected by a straight line.
- the second holding member 24 communicates with one end downstream of the ventilation passage 21a formed in the rotor core 21. It has a second through hole 24b. Similar to the first embodiment, the portion of the wall surface of the first through hole 23a located on the outermost side in the radial direction is larger than the portion of the wall surface of the second through hole 24b located on the outermost side in the radial direction. Located inside in the radial direction. The shape of the cross section orthogonal to the penetration direction of the second through hole 24b is the same as the above-mentioned second circle. The wall surface located on the outer side in the radial direction of the second through hole 24b may be smoothly continuous with the wall surface located on the outer side in the radial direction of the ventilation passage 21b.
- the electric motor 2 When the electric motor 2 is energized and the rotor core 21 and the shaft 11 rotate integrally, the fan 14 rotates together with the shaft 11, and the air outside the electric motor 2 flows into the inside of the electric motor 2 through the inflow hole 15a shown in FIG. .. Then, the air flowing in from the inflow hole 15a reaches the first through hole 23a.
- the flow of air through the first holding member 23, the rotor core 21, and the second holding member 24 is indicated by the arrow AR2.
- the air that has reached the first through hole 23a passes through the first through hole 23a and then through the ventilation passage 21b and the second through hole 24b.
- the air that has passed through the second through hole 24b flows out from the outflow hole 15b shown in FIG. 7 to the outside of the motor 2.
- the electric motor 2 is cooled by the air flowing inside the electric motor 2.
- the first through hole 23a is located inside the second through hole 24b in the radial direction. Therefore, when the rotor 12 rotates, the static pressure of air in the first through hole 23a becomes higher than the static pressure of air in the second through hole 24b. As a result, air is promoted to flow through the first through hole 23a, the ventilation passage 21b, and the second through hole 24b, and the cooling efficiency is improved. Since the rotor core 21 is formed of a laminated body of thin plates having through holes of the same shape, the manufacturing process of the electric motor 2 is simple.
- the present disclosure is not limited to the embodiments described above.
- the shape of the through hole is arbitrary as long as the rotor core 21 can be formed of a laminated body of thin plates having through holes of the same shape.
- the rotor core 21 included in the electric motor 3 may be formed of a laminated body of thin plates having through holes which are rectangular with rounded corners.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passage 21c shown in FIG. 12 is a rectangle with rounded corners.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the ventilation passages 21a, 21b, 21c may be an airfoil or an ellipse.
- the number and arrangement positions of the ventilation passages 21a, 21b, 21c are not limited to the above examples, and are appropriately determined according to the cooling performance required for the motor 1-3, the strength required for the rotor core 21 to which torque is applied, and the like.
- the first through hole 23a is located radially inside the second through holes 24a and 24b and the air flowing in from the inflow hole 15a can be guided to the air passages 21a and 21b, the through direction of the first through hole 23a.
- the shape of the cross section orthogonal to is arbitrary.
- the first holding member 23 included in the electric motor 3 may have the first through hole 23b shown in FIG.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetration direction of the first through hole 23b is a rectangle with rounded corners.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetration direction of the first through holes 23a and 23b may be an airfoil or an ellipse.
- the width of the first through holes 23a and 23b in the circumferential direction may be larger than the width of the ventilation passages 21a and 21b in the circumferential direction.
- the penetrating direction of the first through holes 23a and 23b is not limited to the extending direction of the rotation axis AX.
- the second through holes 24a and 24b are located radially outside the first through holes 23a and 23b and the air flowing in from the ventilation passages 21a, 21b and 21c can be discharged, the second through holes 24a and 24b
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of is arbitrary.
- the second holding member 24 included in the electric motor 3 may have the second through hole 24c shown in FIG.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetration direction of the second through hole 24c is a rectangle with rounded corners.
- the shape of the cross section orthogonal to the penetrating direction of the second through holes 24a, 24b, 24c may be an airfoil or an ellipse.
- the circumferential width of the second through holes 24a, 24b, 24c may be larger than the circumferential width of the ventilation passages 21a, 21b, 21c.
- the radial length of the second through holes 24a, 24b, 24c may be the same as the radial length of the ventilation passages 21a, 21b, 21c.
- the penetrating direction of the second through holes 24a, 24b, 24c is not limited to the extending direction of the rotation axis AX.
- An end plate may be provided between the first holding member 23 and the rotor core 21.
- through holes having the same shape as the ventilation passages 21a, 21b, 21c are formed in the end plate between the first holding member 23 and the rotor core 21.
- an end plate may be provided between the second holding member 24 and the rotor core 21.
- through holes having the same shape as the ventilation passages 21a, 21b, 21c are formed in the end plate between the second holding member 24 and the rotor core 21.
- the motor 4 shown in FIG. 15 is a fully closed motor. Similar to the motor 1 according to the first embodiment, the rotor core 21 has a ventilation passage 21a, the first holding member 23 has a first through hole 23a, and the second holding member 24 has a second through hole 24a.
- the ventilation passage 15c is formed in the frame 15 provided in the electric motor 4, the inflow hole 20a is formed in the second bracket 20, and the outer ventilation passage 25a and the inner ventilation passage 25b are formed in the stator core 25. It is formed.
- the inner ventilation passage 25b is located inside the outer ventilation passage 25a in the radial direction.
- the motor 5 shown in FIG. 16 does not include the frame 15.
- the first bracket 19 of the electric motor 5 is formed with an inflow hole 19a for inflowing external air
- the second bracket 20 is formed with an outflow hole 20b for allowing air to flow out.
- the rotor core 21 has a ventilation passage 21a
- the first holding member 23 has a first through hole 23a
- the second holding member 24 has a second holding member 24. It has two through holes 24a.
- 1,2,3,4,5 Electric motor 11 shaft, 12 rotor, 13 stator, 14 fan, 15 frame, 15a, 19a, 20a inflow hole, 15b, 20b outflow hole, 15c, 21a ventilation path, 16 cover , 17, 18 bearing, 19 1st bracket, 20 2nd bracket, 21 rotor core, 21a, 21b, 21c ventilation passage, 22 rotor conductor, 23 1st holding member, 23a, 23b 1st through hole, 24th 2 Retaining member, 24a, 24b, 24c 2nd through hole, 25 stator core, 25a outer ventilation path, 25b inner ventilation path, 26 stator conductor, AR1, AR2 arrow, AX rotation shaft.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
電動機(1)は、回転軸(AX)まわりに回転可能に支持されるシャフト(11)と、シャフト(11)と一体に回転する回転子(12)と、固定子(13)と、回転子(12)を回転軸(AX)の延在方向に挟む第1保持部材(23)および第2保持部材(24)と、を備える。回転子(12)は、同一形状の貫通孔を有し、回転軸(AX)の延在方向に並べられた薄板の積層体を有する。積層体に含まれる薄板の貫通孔によって、回転子(12)を回転軸(AX)の延在方向に貫通する通風路(21a)が形成される。第1保持部材(23)および第2保持部材(24)はそれぞれ、通風路(21a)に連通する第1貫通孔(23a)および第2貫通孔(24a)を有する。第1貫通孔(23a)の壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分は、第2貫通孔(24a)の壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分より、径方向の内側に位置する。
Description
本開示は、電動機に関する。
電動機の構成要素を冷却するため、電動機には、シャフトに固定されて一体に回転するファンを備えるものがある。この電動機では、ファンの回転によって、電動機の外部の空気が内部に流入し、回転子鉄心に形成された風穴、固定子鉄心と回転子鉄心との間の空隙等を流れる。この結果、固定子鉄心、固定子導体、回転子鉄心、回転子導体等の電動機の構成要素が冷却される。この種の電動機の一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に開示される電動機において、ファンの回転によって内部に流入した空気は、鉄心押さえに形成された開口および回転子鉄心に形成された風孔を通ってから、外部に流出する。この構成により、固定子鉄心、固定子導体、回転子鉄心、回転子導体が冷却される。
特許文献1に開示される開口および風孔は回転軸に交差する方向に延びる。この形状を有する風孔を備える回転子鉄心を形成するためには、同一形状の貫通孔が異なる位置に形成された多数の金属薄板を接着する、あるいは、機械によるキリ孔加工をする必要があり、製造工程が複雑である。
本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、冷却効率が高く、製造工程が簡易な電動機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示の電動機は、シャフトと、回転子と、固定子と、第1保持部材と、第2保持部材と、を備える。シャフトは、回転軸まわりに回転可能に支持される。回転子は、シャフトの径方向の外側に位置し、シャフトと一体に回転する。固定子は、回転子に径方向に間隔を空けて対向する。第1保持部材および第2保持部材は、回転子を回転軸の延在方向に挟む。回転子は、同一形状の貫通孔を有し、回転軸の延在方向に並べられた薄板の積層体を有する。積層体に含まれる薄板のそれぞれが有する貫通孔によって、回転子を回転軸の延在方向に貫通する通風路が形成される。第1保持部材は、通風路の上流の一端に連通する第1貫通孔を有する。第2保持部材は、通風路の下流の一端に連通する第2貫通孔を有する。第1貫通孔の壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分は、第2貫通孔の壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分より、径方向の内側に位置する。
本開示に係る電動機が備える回転子は、回転軸の延在方向に回転子を貫通する通風路を有し、回転子を回転軸の延在方向に挟む第1保持部材および第2保持部材はそれぞれ第1貫通孔および第2貫通孔を有する。第1貫通孔の壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分は、第2貫通孔の壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分より、径方向の内側に位置する。このため、回転子が回転すると、第2貫通孔の開口における静圧は、第1貫通孔の開口における静圧より低くなるため、空気が第1貫通孔を介して通風路に流入することが促進され、冷却効率が向上する。回転子は、同一形状の貫通孔を有する薄板の積層体を有するため、電動機の製造工程は簡易である。
以下、本開示の実施の形態に係る電動機について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
(実施の形態1)
鉄道車両の駆動用に用いられる開放形の自冷式電動機を例にして、実施の形態1に係る電動機1について図1から図6を用いて説明する。開放形の自冷式電動機は、ファンの回転によって外部の空気を内部に取り入れて、構成要素を冷却する電動機である。図1から図6において、Z軸が鉛直方向であり、Y軸は、電動機1のシャフト11の回転軸AXに平行であり、X軸はY軸およびZ軸に直交する。図1において、回転軸AXを一点鎖線で示す。電動機1の内部に流入した空気は、第1保持部材23に形成された第1貫通孔23a、回転子12が有する回転子鉄心21に形成された通風路21a、および第2保持部材24に形成された第2貫通孔24aを順に通って、外部に流出する。このように回転子12を空気が通ることで、電動機1の構成要素である回転子12が冷却される。第2保持部材24に形成された第2貫通孔24aが第1保持部材23に形成された第1貫通孔23aより径方向外側に位置することで、空気が通風路21aに流入することが促進され、冷却効率が高くなる。
鉄道車両の駆動用に用いられる開放形の自冷式電動機を例にして、実施の形態1に係る電動機1について図1から図6を用いて説明する。開放形の自冷式電動機は、ファンの回転によって外部の空気を内部に取り入れて、構成要素を冷却する電動機である。図1から図6において、Z軸が鉛直方向であり、Y軸は、電動機1のシャフト11の回転軸AXに平行であり、X軸はY軸およびZ軸に直交する。図1において、回転軸AXを一点鎖線で示す。電動機1の内部に流入した空気は、第1保持部材23に形成された第1貫通孔23a、回転子12が有する回転子鉄心21に形成された通風路21a、および第2保持部材24に形成された第2貫通孔24aを順に通って、外部に流出する。このように回転子12を空気が通ることで、電動機1の構成要素である回転子12が冷却される。第2保持部材24に形成された第2貫通孔24aが第1保持部材23に形成された第1貫通孔23aより径方向外側に位置することで、空気が通風路21aに流入することが促進され、冷却効率が高くなる。
図1に示す電動機1は、回転軸AXまわりに回転可能に支持されるシャフト11と、シャフト11の径方向の外側に位置し、シャフト11と一体に回転する回転子12と、回転子12に径方向に対向する固定子13と、シャフト11と一体に回転するファン14と、回転子12を回転軸AXの延在方向に挟む第1保持部材23および第2保持部材24と、を備える。
電動機1はさらに、シャフト11、回転子12、固定子13、ファン14、第1保持部材23、および第2保持部材24を収容するフレーム15を備える。フレーム15の鉛直方向上部において、Y軸方向の一端に外部の空気を流入させる流入孔15aが形成され、Y軸方向の他端に内部に流入した空気を流出させる流出孔15bが形成される。流入孔15aから塵埃、水滴等が電動機1の内部に侵入することを防ぐため、電動機1は、カバー16を備える。電動機1はさらに、シャフト11を回転可能に支持する軸受17,18と、軸受17を保持する第1ブラケット19と軸受18を保持する第2ブラケット20と、を備える。
電動機1の各部の詳細について説明する。
シャフト11の第2ブラケット20に近い一端は、図示しない継手および歯車を介して鉄道車両の車軸に連結されており、シャフト11が回転することで、鉄道車両は動力を得る。
シャフト11の第2ブラケット20に近い一端は、図示しない継手および歯車を介して鉄道車両の車軸に連結されており、シャフト11が回転することで、鉄道車両は動力を得る。
回転子12は、シャフト11に固定される回転子鉄心21と、回転子鉄心21の外周面に形成された溝に挿入される回転子導体22と、を有する。回転子鉄心21がシャフト11に固定されることで、回転子鉄心21および回転子導体22を有する回転子12がシャフト11と一体に回転する。
回転子鉄心21は、同一形状の貫通孔を有し、回転軸AXの延在方向に並べられた薄板の積層体である。詳細には、回転子鉄心21は、同一形状の貫通孔を有し、回転軸AXの延在方向に並べられた薄いケイ素鋼板の積層体である。このような積層体で回転子鉄心21を形成することで、図1および図1の一部を拡大した図である図2に示すように、回転子鉄心21は、回転軸AXの延在方向に回転子鉄心21を貫通する通風路21aを有する。実施の形態1では、通風路21aの第1保持部材23に面する一端が上流の一端であって、通風路21aの第2保持部材24に面する一端が下流の一端である。通風路21aの貫通方向に直交する断面の形状は、上流の一端から下流の一端に至るまで一定である。図1のA-A線での矢視断面図である図3に示すように、通風路21aの貫通方向に直交する断面の形状は、第1の円と第1の円より径方向の外側に位置し、第1の円より直径が大きい第2の円の外縁を直線で繋いだ形状であることが好ましい。第1の円と第2の円の外縁を直線で繋いだ形状の長軸は、径方向に延びればよい。上述の第1の円と第2の円の大きさは、電動機1に求められる冷却性能、トルクがかかる回転子鉄心21に求められる強度等に応じて定めることができる。
図2に示すように、通風路21aは、第1保持部材23に形成された第1貫通孔23aおよび第2保持部材24に形成された第2貫通孔24aのそれぞれに連通する。通風路21aの径方向の長さは、第1貫通孔23aの径方向の長さより長いことが好ましい。また通風路21aの径方向の長さは、第2貫通孔24aの径方向の長さより長いことが好ましい。
図1に示すように、固定子13は、フレーム15に固定された固定子鉄心25と、固定子鉄心25に形成された溝に挿入される固定子導体26と、を有する。固定子鉄心25は、回転子鉄心21と間隔を空けて径方向に対向する。
ファン14は、第2保持部材24に隣接する位置でシャフト11に固定され、シャフト11と一体に回転する。実施の形態1では、ファン14は、主面が第2ブラケット20に面する向きでシャフト11に固定される。
フレーム15は、筒状の形状を有し、回転軸AXの延在方向の両端の開口が第1ブラケット19および第2ブラケット20によって塞がれる。またフレーム15は、外周面の鉛直方向上部に、外部の空気を流入させる流入孔15aと、流入孔15aから流入し、通風路21aを通過した空気を流出させる流出孔15bとを有する。
カバー16は、フレーム15に形成された流入孔15aを覆う。
フレーム15は、筒状の形状を有し、回転軸AXの延在方向の両端の開口が第1ブラケット19および第2ブラケット20によって塞がれる。またフレーム15は、外周面の鉛直方向上部に、外部の空気を流入させる流入孔15aと、流入孔15aから流入し、通風路21aを通過した空気を流出させる流出孔15bとを有する。
カバー16は、フレーム15に形成された流入孔15aを覆う。
軸受17,18は、シャフト11を回転可能に支持する。
第1ブラケット19は、軸受17を保持し、筒状のフレーム15の一端の開口を塞ぐ。
第2ブラケット20は、軸受18を保持し、筒状のフレーム15の他端の開口を塞ぐ。
第1ブラケット19は、軸受17を保持し、筒状のフレーム15の一端の開口を塞ぐ。
第2ブラケット20は、軸受18を保持し、筒状のフレーム15の他端の開口を塞ぐ。
第1保持部材23および第2保持部材24は、回転子鉄心21を回転軸AXの延在方向に挟む。第1保持部材23および第2保持部材24は、回転子鉄心21に固定されており、回転子鉄心21と一体に回転する。図1および図1のB-B線での矢視断面図である図4に示すように、第1保持部材23は、回転子鉄心21に形成された通風路21aの上流の一端に連通する第1貫通孔23aを有する。図1および図1のC-C線での矢視断面図である図5に示すように、第2保持部材24は、回転子鉄心21に形成された通風路21aの下流の一端に連通する第2貫通孔24aを有する。第1貫通孔23aの壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分は、第2貫通孔24aの壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分より、径方向の内側に位置する。
上述したように通風路21aの貫通方向に直交する断面の形状が、第1の円と第1の円より径方向の外側に位置し、第1の円より直径が大きい第2の円の外縁を直線で繋いだ形状である場合、第1貫通孔23aの貫通方向に直交する断面の形状は、第1の円と同じであることが好ましい。この場合、第1貫通孔23aの径方向の内側に位置する壁面は、通風路21aの径方向の内側に位置する壁面に滑らかに連続すればよい。
上述したように通風路21aの貫通方向に直交する断面の形状が、第1の円と第1の円より径方向の外側に位置し、第1の円より直径が大きい第2の円の外縁を直線で繋いだ形状である場合、第2貫通孔24aの貫通方向に直交する断面の形状は、第2の円と同じであることが好ましい。この場合、第2貫通孔24aの径方向の外側に位置する壁面は、通風路21aの径方向の外側に位置する壁面に滑らかに連続すればよい。
上記構成を有する電動機1が通電され、回転子鉄心21およびシャフト11が一体に回転すると、シャフト11と共にファン14が回転し、電動機1の外部の空気が図1に示す流入孔15aから電動機1の内部に流入する。そして、流入孔15aから流入した空気は、第1貫通孔23aに到達する。図6において、第1保持部材23、回転子鉄心21、および第2保持部材24を通る空気の流れを矢印AR1で示す。矢印AR1が示すように、第1貫通孔23aに到達した空気は、第1貫通孔23aを通って、通風路21aおよび第2貫通孔24aを通る。そして、第2貫通孔24aを通過した空気は、図1に示す流出孔15bから電動機1の外部に流出する。上述したように電動機1の内部を空気が流れることで、電動機1が冷却される。
以上説明した通り、実施の形態1に係る電動機1では、第1貫通孔23aは、第2貫通孔24aより径方向の内側に位置する。このため、回転子12が回転すると、第1貫通孔23aにおける空気の静圧は、第2貫通孔24aにおける空気の静圧より高くなる。この結果、空気が第1貫通孔23a、通風路21a、および第2貫通孔24aを流れることが促進され、冷却効率が向上する。回転子鉄心21を、同一形状の貫通孔を有する薄板の積層体で形成するため、電動機1の製造工程は簡易である。
通風路21aの貫通方向に直交する断面の形状が、第1の円と第1の円より径方向の外側に位置し、第1の円より大きい第2の円の外縁を直線で繋いだ形状である場合、通風路21aの内、発熱体である回転子導体22に近い部分に、より多くの空気を流すことができるため、より効率よく電動機1を冷却することができる。
(実施の形態2)
通風路21a、第1貫通孔23aおよび第2貫通孔24aの形状は、上述の例に限られず、流入孔15aから流入した空気を流出孔15bに導く形状であれば、任意である。実施の形態1とは異なる形状の通風路21bおよび第2貫通孔24bを有する電動機2について実施の形態2で説明する。
通風路21a、第1貫通孔23aおよび第2貫通孔24aの形状は、上述の例に限られず、流入孔15aから流入した空気を流出孔15bに導く形状であれば、任意である。実施の形態1とは異なる形状の通風路21bおよび第2貫通孔24bを有する電動機2について実施の形態2で説明する。
図7に示す電動機2の構造は、実施の形態1と同様である。ただし、図7の一部を拡大した図である図8に示すように、電動機2が備える回転子鉄心21は、回転子鉄心21を貫通する通風路21bを有する。実施の形態2では、通風路21bの第1保持部材23に面する一端が上流の一端であって、通風路21bの第2保持部材24に面する一端が下流の一端である。通風路21bの上流の一端は、第1保持部材23に形成された第1貫通孔23aに連通する。通風路21bの下流の一端は、第2保持部材24に形成された第2貫通孔24bに連通する。通風路21bの貫通方向に直交する断面の形状は、上流の一端から下流の一端に至るまで一定である。図7のD-D線での矢視断面図である図9に示すように、通風路21bの貫通方向に直交する断面の形状は、第1の円と第1の円より径方向の外側に位置し、第1の円と同一の直径の第2の円の外縁を直線で繋いだ形状である。
図8および図7のE-E線での矢視断面図である図10に示すように、第2保持部材24は、回転子鉄心21に形成された通風路21aの下流の一端に連通する第2貫通孔24bを有する。実施の形態1と同様に、第1貫通孔23aの壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分は、第2貫通孔24bの壁面の内、径方向で最も外側に位置する部分より、径方向の内側に位置する。第2貫通孔24bの貫通方向に直交する断面の形状は、上述した第2の円と同じである。第2貫通孔24bの径方向の外側に位置する壁面は、通風路21bの径方向の外側に位置する壁面に滑らかに連続すればよい。
電動機2が通電され、回転子鉄心21およびシャフト11が一体に回転すると、シャフト11と共にファン14が回転し、電動機2の外部の空気が図7に示す流入孔15aから電動機2の内部に流入する。そして、流入孔15aから流入した空気は、第1貫通孔23aに到達する。図11において、第1保持部材23、回転子鉄心21、および第2保持部材24を通る空気の流れを矢印AR2で示す。矢印AR2で示すように、第1貫通孔23aに到達した空気は、第1貫通孔23aを通って、通風路21bおよび第2貫通孔24bを通る。そして、第2貫通孔24bを通過した空気は、図7に示す流出孔15bから電動機2の外部に流出する。上述したように電動機2の内部を空気が流れることで、電動機2が冷却される。
以上説明した通り、実施の形態2に係る電動機2では、第1貫通孔23aは、第2貫通孔24bより径方向の内側に位置する。このため、回転子12が回転すると、第1貫通孔23aにおける空気の静圧は、第2貫通孔24bにおける空気の静圧より高くなる。この結果、空気が第1貫通孔23a、通風路21b、および第2貫通孔24bを流れることが促進され、冷却効率が向上する。回転子鉄心21を、同一形状の貫通孔を有する薄板の積層体で形成するため、電動機2の製造工程は簡易である。
本開示は上述の実施の形態に限られない。
回転子鉄心21を、同一形状の貫通孔を有する薄板の積層体で形成することができるのであれば、貫通孔の形状は任意である。一例として、電動機3が備える回転子鉄心21は、角が丸みを帯びた矩形である貫通孔を有する薄板の積層体で形成されてもよい。詳細には、図12に示す通風路21cの貫通方向に直交する断面の形状は、角が丸みを帯びた矩形である。他の一例として、通風路21a,21b,21cの貫通方向に直交する断面の形状は、翼型、楕円形でもよい。
回転子鉄心21を、同一形状の貫通孔を有する薄板の積層体で形成することができるのであれば、貫通孔の形状は任意である。一例として、電動機3が備える回転子鉄心21は、角が丸みを帯びた矩形である貫通孔を有する薄板の積層体で形成されてもよい。詳細には、図12に示す通風路21cの貫通方向に直交する断面の形状は、角が丸みを帯びた矩形である。他の一例として、通風路21a,21b,21cの貫通方向に直交する断面の形状は、翼型、楕円形でもよい。
通風路21a,21b,21cの個数および配置位置は上述の例に限られず、電動機1-3に求められる冷却性能、トルクがかかる回転子鉄心21に求められる強度等に応じて適宜定められる。
第1貫通孔23aが、第2貫通孔24a,24bより径方向の内側に位置し、流入孔15aから流入した空気を通風路21a,21bに導くことができれば、第1貫通孔23aの貫通方向に直交する断面の形状は任意である。一例として、電動機3が備える第1保持部材23は、図13に示す第1貫通孔23bを有してもよい。第1貫通孔23bの貫通方向に直交する断面の形状は、角が丸みを帯びた矩形である。他の一例として、第1貫通孔23a,23bの貫通方向に直交する断面の形状は、翼型、楕円形でもよい。
第1貫通孔23a,23bの周方向の幅は、通風路21a,21bの周方向の幅より大きくてもよい。第1貫通孔23a,23bの貫通方向は、回転軸AXの延在方向に限られない。
第2貫通孔24a,24bが、第1貫通孔23a,23bより径方向の外側に位置し、通風路21a,21b,21cから流入した空気を流出させることができれば、第2貫通孔24a,24bの貫通方向に直交する断面の形状は任意である。一例として、電動機3が備える第2保持部材24は、図14に示す第2貫通孔24cを有してもよい。第2貫通孔24cの貫通方向に直交する断面の形状は、角が丸みを帯びた矩形である。他の一例として、第2貫通孔24a,24b,24cの貫通方向に直交する断面の形状は、翼型、楕円形でもよい。
第2貫通孔24a,24b,24cの周方向の幅は、通風路21a,21b,21cの周方向の幅より大きくてもよい。第2貫通孔24a,24b,24cの径方向の長さは、通風路21a,21b,21cの径方向の長さと同じでもよい。第2貫通孔24a,24b,24cの貫通方向は、回転軸AXの延在方向に限られない。
第1保持部材23と回転子鉄心21との間に端板を設けてもよい。この場合、第1保持部材23と回転子鉄心21との間の端板には、通風路21a,21b,21cと同じ形状の貫通孔が形成される。同様に、第2保持部材24と回転子鉄心21との間に端板を設けてもよい。この場合、第2保持部材24と回転子鉄心21との間の端板には、通風路21a,21b,21cと同じ形状の貫通孔が形成される。
本開示は、開放形の自冷式電動機に限られず、全閉形の電動機にも適用可能である。図15に示す電動機4は、全閉形の電動機である。実施の形態1に係る電動機1と同様に、回転子鉄心21は通風路21aを有し、第1保持部材23は第1貫通孔23aを有し、第2保持部材24は第2貫通孔24aを有する。実施の形態1とは異なり、電動機4が備えるフレーム15に通風路15cが形成され、第2ブラケット20に流入孔20aが形成され、固定子鉄心25に外側通風路25aと内側通風路25bとが形成される。内側通風路25bは、外側通風路25aより径方向の内側に位置する。
電動機4が通電されると、ファン14の回転によって、流入孔20aから電動機4の内部に空気が流入する。電動機4の内部に流入した空気は、通風路15cと外側通風路25aを通って、電動機4の外部に流出する。電動機4の内部において、ファン14の回転によって内側通風路25bに到達した空気は、内側通風路25bを通過し、第1貫通孔23aに到達する。第1貫通孔23aに到達した空気は、実施の形態1と同様に、第1貫通孔23a、通風路21a、および第2貫通孔24aを通る。第2貫通孔24aを通過した空気は再び内側通風路25bに到達し、上述のように循環する。電動機4に流入した空気が固定子鉄心25を通って流出し、電動機4の内部を空気が循環することで、電動機4の構成要素が冷却される。
本開示は、フレームレスタイプの電動機にも適用可能である。図16に示す電動機5は、電動機1-4とは異なり、フレーム15を備えない。電動機5が有する第1ブラケット19に、外部の空気を流入させる流入孔19aが形成され、第2ブラケット20に空気を流出させる流出孔20bが形成される。実施の形態1に係る電動機1と同様に、電動機5において、回転子鉄心21は通風路21aを有し、第1保持部材23は第1貫通孔23aを有し、第2保持部材24は第2貫通孔24aを有する。
電動機5が通電されると、ファン14の回転によって、流入孔19aから電動機5の内部に空気が流入する。電動機5の内部に流入した空気は、第1貫通孔23aに到達する。第1貫通孔23aに到達した空気は、実施の形態1と同様に、第1貫通孔23a、通風路21a、および第2貫通孔24aを通る。第2貫通孔24aを通過した空気は、流出孔20bから電動機5の外部に流出する。電動機5に流入した空気が回転子12を流れることで、電動機5の構成要素が冷却される。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
1,2,3,4,5 電動機、11 シャフト、12 回転子、13 固定子、14 ファン、15 フレーム、15a,19a,20a 流入孔、15b,20b 流出孔、15c,21a 通風路、16 カバー、17,18 軸受、19 第1ブラケット、20 第2ブラケット、21 回転子鉄心、21a,21b,21c 通風路、22 回転子導体、23 第1保持部材、23a,23b 第1貫通孔、24 第2保持部材、24a,24b,24c 第2貫通孔、25 固定子鉄心、25a 外側通風路、25b 内側通風路、26 固定子導体、AR1,AR2 矢印、AX 回転軸。
Claims (13)
- 回転軸まわりに回転可能に支持されるシャフトと、
前記シャフトの径方向の外側に位置し、前記シャフトと一体に回転する回転子と、
前記回転子に前記径方向に間隔を空けて対向する固定子と、
前記回転子を前記回転軸の延在方向に挟む第1保持部材および第2保持部材と、
を備え、
前記回転子は、同一形状の貫通孔を有し、前記回転軸の延在方向に並べられた薄板の積層体を有し、
前記積層体に含まれる前記薄板のそれぞれが有する前記貫通孔によって、前記回転子を前記回転軸の延在方向に貫通する通風路が形成され、
前記第1保持部材は、前記通風路の上流の一端に連通する第1貫通孔を有し、
前記第2保持部材は、前記通風路の下流の一端に連通する第2貫通孔を有し、
前記第1貫通孔の壁面の内、前記径方向で最も外側に位置する部分は、前記第2貫通孔の壁面の内、前記径方向で最も外側に位置する部分より、前記径方向の内側に位置する、
電動機。 - 前記通風路の前記径方向の長さは、前記第1貫通孔の前記径方向の長さより長い、
請求項1に記載の電動機。 - 前記通風路の前記径方向の長さは、前記第2貫通孔の前記径方向の長さより長い、
請求項1または2に記載の電動機。 - 前記通風路の貫通方向に直交する断面の形状は、第1の円と前記第1の円より前記径方向の外側に位置する第2の円の外縁を直線で繋いだ形状であり、
前記第1の円と前記第2の円の外縁を直線で繋いだ形状の長軸は、前記径方向に延びる、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記第1貫通孔の貫通方向に直交する断面の形状は、前記第1の円と同じであって、
前記第1貫通孔の前記径方向の内側に位置する壁面は、前記通風路の前記径方向の内側に位置する壁面に滑らかに連続する、
請求項4に記載の電動機。 - 前記第2貫通孔の貫通方向に直交する断面の形状は、前記第2の円と同じであって、
前記第2貫通孔の前記径方向の外側に位置する壁面は、前記通風路の前記径方向の外側に位置する壁面に滑らかに連続する、
請求項4または5に記載の電動機。 - 前記第2の円の直径は、前記第1の円の直径より大きい、
請求項4から6のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記第1貫通孔の周方向の幅は、前記通風路の周方向の幅以上である、
請求項1から7のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記第2貫通孔の周方向の幅は、前記通風路の周方向の幅以上である、
請求項1から8のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記第2保持部材に隣接する位置で前記シャフトに固定され、前記シャフトと一体に回転するファンをさらに備える、
請求項1から9のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記シャフト、前記回転子、前記固定子、前記第1保持部材、および前記第2保持部材を収容するフレームをさらに備え、
前記フレームは、
外部の空気を流入させる流入孔と、
前記流入孔から流入し、前記第1貫通孔、前記通風路、および前記第2貫通孔を通過した前記空気を前記外部に流出させる流出孔と、を有する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記固定子を前記回転軸の延在方向に挟み、前記シャフト、前記回転子、前記第1保持部材、および前記第2保持部材を収容する一対のブラケットをさらに備える、
請求項1から10のいずれか1項に記載の電動機。 - 前記一対のブラケットの一方は、外部の空気を流入させる流入孔を有し、
前記一対のブラケットの他方は、前記流入孔から流入し、前記第1貫通孔、前記通風路、および前記第2貫通孔を通過した前記空気を前記外部に流出させる流出孔を有する、
請求項12に記載の電動機。
Priority Applications (3)
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