JPH04156246A - 軸電流阻止絶縁を有する回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は電動機や発電機などの軸受部を流れる軸電流を
阻止する軸電流阻止絶縁を有する回転電機に関する。

（従来の技術） 従来、一般に鉄道車両の１電・動機（以下回転電機と呼
ぶ）の構造は第７図に示すようなもので、本図は回転軸
中心を通る断面を表す縦断面図である。同図中、１は回
転電機のフレームで、このフレーム１の内周部にステー
ター鉄心４をステーター鉄心押さえ５で両端から押さえ
つけて取り付けている。このステーター鉄心４の内周面
に形成した多数のスロット６にステーターコイル７を組
み付けて固定子を構成している。また前記固定子のフレ
ーム１の一端部に側板２に嵌合したハウジング８と他端
の鏡蓋３にそれぞれベアリング９を組み付け、この両ベ
アリング９により回転軸１０を回転自在に支持している
。この回転軸１０にローター鉄心１１をローター鉄心押
さえ１２で両端から押さえ付けて固着している。このロ
ーター鉄心１１の外周部に形成した多数のスロット１３
にロータ７ノく−１４を組み付け、このローターｔ＜−
１４の両端にリング状の短絡環１５を溶着してかご形回
転子を構成している。さらに、回転軸１０に嵌合された
ファン１６が回転軸ｌＯの回転により回転電機内に冷却
風を吸込口１７から流入させ、ステーターフィル７やロ
ーターバー１４、短絡環１５を冷却した後、吐き出し口
１８から排出している。

このように構成された回転電機は、通電により回転子が
回転し、この回転力が回転軸ｌＯの軸端から第９図のよ
うに構成された台車１９内をカップリング２０と歯車装
置２１を介して車輪２２に伝達され車両を走行させる。

近年車両の高性能化の要求が強く、このためステーター
コイル７、ステーター鉄心４、ローターバー１４、短絡
環１５、ローター鉄心１１、ファン１６を大きくする必
要が生じ、これにより側板２や鏡蓋３の回転軸中心方向
の厚さを強度が許す限り薄くして、できるだけコンパク
トにし、又冷却風が通る隙間を許される限り、小さくし
て台車１９と車輪２２と車軸２３間に回転電機を設置し
なければならなくなってきている。

ところで、通電により回転した回転子は、回転運動に伴
い回転軸１０に不要な磁束を生ずる。この磁束はシャフ
ト鎖交や軸方向の磁束となって軸電圧を発生させ、これ
により軸電流が流れる。

この軸電圧の発生原因には、他にも不整数溝巻の電機子
反作用や静電荷によるもの、及びレールに流れ込む帰線
電流等があるが、いずれも回転中のベアリング９に第１
１図に示すように電流が発生し、潤滑のため形成された
僅かな油膜を破り、アークがベアリング転勤面に飛んで
表面を荒らしくこれを「電蝕」と呼ぶ）、ベアリング９
の寿命を低下させることになる。荒れた転勤面からは金
属摩擦粉が生じ、グリースなどの潤滑油と混り、潤滑油
を劣化させるのでベアリング９の寿命は加速度的に低下
し、ついにはベアリング９の焼損事故や回転子が回転不
能となるロック事故に陥ることになる。

このため、従来においても以下のような対策がなされて
いた。それは発生した軸電圧がベアリング部を通って流
れないように電気回路の一部に電気的絶縁物を挿入し電
流を遮断する方法である。

これを第８図を用いて説明する。第８図は主にベアリン
グ部を表す図面である。第８図において、フレーム１の
一端部に配設されている側板２を内周側板２０１と外周
側板２０２に分割し、内周側板２０１と外周側板２０２
の間に、又フレーム１の他端部に配設されている鏡蓋３
を内周鏡蓋３０１と外周部Ｍ３０２に分割し、この内周
鏡蓋３０１と外周鏡蓋ＢＤ２の間に絶縁物２４を挿入し
ている。

この絶縁部詳細を示す“Ａ”部を第２図に示す内周側板
２０１と外周側板２０２の間で説明する。

なお、内周鏡蓋３０１と外周鏡蓋３０２の間も同一構造
なので、説明は省略する。内周側板２０１と外周側板２
０２の締め代をもつ嵌合部Ｘと胴対部Ｙに、一体に形成
した絶縁物２４を断面形状がＬ字形になるように構成し
て挾み込み、外周側板２０２に加工されたネジ穴２５と
ボルト２６で内周側板２０１を強固に締め付けて固定し
、車両走行時の激しい振動にも耐えられるよう内周側板
２０１．外周側板２０２を一体に結合している。ボルト
２６と内周側板２０１間の絶縁は内周側板２０１に加工
されたバカ穴２７に絶縁物でできているボビン２８を挿
入し挟み込んで構成されている。

このように構成された絶縁物として、永久圧縮変形であ
るクリープが少ないセラミックのような無機質の材料を
使うと、第２図の形状と寸法に形成又は加工するのは難
しく、また、非常に高価になるので実用的ではなかった
。さらに、無機質の材料は、一般に振動や衝撃に弱く割
れやすいという問題があった。このため絶縁物は無機質
と有機質の混合材とし、できるだけクリープが少ない材
料を使用している。さらに、絶縁物は締め代による嵌合
力とボルト２６の締め付は力に耐える強度を維持させる
ため、十分にエージングを行って使用中のクリープの発
生をしに＜＜シていると共に、必要以上の面圧が絶縁物
に作用しないように十分な圧縮表面積を確保している。

このように構成することにより、内周側板２０１と外周
側板２０２の剛性及強度は従来構造並に維持ができ、電
気的絶縁も行われるのでベアリングの電蝕防止構造を有
する回転電機を実現できる。

（発明が解決しようとする課ＩＩ） しかしながら、前述したベアリング電蝕防止用軸受部の
絶縁構造においても、次のような開運があり、車両の高
性能化はもちろん、車両性能の現状維持や回転電機を長
期間使用しようすることが非常に難しかった。その第１
の理由はｔＪ８図“へ′部に示すように絶縁部を構成す
ることにより、回転電機の内周側板２０１部分の厚さが
“Ｌ″だけ大きくなってしまうため、第９図のように台
車１９内の制約された寸法である車輪２２との最小隙間
“Ｇ′を維持させるためには、ステーターコイル７、ス
テーター鉄心４、ローターバー１４、短絡環１５、ロー
ター鉄心１１、ファン１６を小さくしなければならず、
回転電機の性能が、このような絶縁部を設けない場合よ
り低下してしまう問題があつた。又同様に鏡蓋側（駆動
側）の絶縁部についても第７図、第８図に示すようにカ
ップリング２０との隙間“Ｈｌを維持するために“Ｍ”
だけ回転電機を小さくしなければならないという問題が
あった。

第２の理由は絶縁物としてクリープの少ない材料を使い
、面圧を少なくし、エージングを十分行っても、長期間
使用すると、必ず絶縁物に枯れが発生するため細る現像
が発生し、嵌合部に隙間や緩みが発生し、側板２や鏡蓋
３としての剛性や強度か低下してしまい、これを回復さ
せるには絶縁物の交換か、側板２や鏡蓋３を新しいもの
に取換えなければならないので、保守作業に非常に手間
がかかり、又保守コストが非常に高くなるという欠点か
あった。

本発明は上述の問題点に艦みてなされたもので、構造体
として所定の強度、剛性を有するとともに、長期間の使
用により発生する絶縁物の劣化による取合部の緩みを改
善し、回復させる機能を有する軸電流阻止絶縁を有する
回転電機を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために、固定子を備えた節
状のフレームの一端に鏡蓋を、他端に軸受ハウジングを
それぞれ分解可能な結合手段により取付け、これら鏡蓋
および軸受ノ１ウジングによりそれぞれ軸受を介して、
前記固定子に対応する回転子を、この回転子に有する回
転軸を回転自在に支持した回転電機において、 前記鏡蓋および軸受ハウジングの少なくとも一方を、前
記回転軸に対し同心円の軸心内周部材と絶縁部材と外周
部材とで構成し、前記絶縁部材と前記軸心内周部材また
は前記外周部材のいずれかとの取合部の端面を、中央部
は前記回転軸に垂直な垂直面とし、両端部は前記回転軸
を中心軸とする同一頂角を有する円錐面とし、この両日
錐面と前記垂直面に絶縁材を介在させて絶縁処理した結
合材で前記取合部を結合したものである。

（作用） 上記構成によれば、結合材による締付力は垂直面に加わ
り、取合部の垂直面の面積は特に制限なく絶縁材にクリ
ープを発生しないように設定でき、また長期間の使用に
より絶縁材が劣化しても、結合材を締付けることにより
、取合部の両端面が回転軸を中心軸とする同一頂角を有
する円錐面となりクサビ作用を生じることにより、劣化
によって生しる隙間や緩みを減少させ側板や鏡蓋の剛性
や強度を維持することができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面を参照して説萌する。第１
図は本発明の第１実施例を示し、第８図Ａ部の詳細を表
す。

なお、本実施例および以降に示す実施例は、第７図、第
８図に示す軸受ハウジング８の側板２に設けられた場合
を示すが、＃ｌ蓋３にも同様に設けられているものとす
る。第１図において、軸心内周部材を構成する内周側板
２０１と外周部材を構成する外周側板２０２は、回転軸
ｌＯに対して同心円に形成され、嵌合部Ｘａ、Ｘｂと胴
付部Ｙに絶縁物２４を介在させて、ボビン２８により内
周側板２０１と絶縁したボルト２８により接合されてい
る。嵌合部Ｘａとｘｂの形状は、回転軸１０を中心軸と
する同一頂角θを有する円錐表面であり、ボルト２６を
締付けることにより内周側板２０１と外周側板２０２は
側板２の半径方向に互いに離れるように構成されている
。絶縁物２４の圧縮表面積は嵌合部Ｘａ。

ｘｂでは第２図に示す従来例のｇに対して、第１図に示
す第１実施例も１１＋１２−１として同じ長さにしてあ
り、又胴付部Ｙも長さｍで同様に同じ長さに構成されて
いるが、内周側板２０１と外周側板２０２の合計厚さは
第２図に示す従来例より薄くでき、回転電機内部の寸法
も第２図に示す従来例に比してｎだけ大きくでき、絶縁
物２４の構造を有しない第７図に示す従来の回転電機と
同様の性能を維持することができる。さらに、長期間使
用後、絶縁物２４が枯れ出し、嵌合部Ｘａ、Ｘｂの嵌合
力や胴付部Ｙの締めつけ力が緩み出した場合は、ボルト
２６を増し締めすることにより、嵌合力と締めっけ力は
容易に回復し、製作時の剛性と強度を維持することがで
きる。又嵌合部Ｘａ、Ｘｂｆｄ胴付部Ｙの両端に構成さ
れているために、第２図に示す従来の構造よりも安定し
た支持を有して（′Ｉる。

次に、ｔＪ２実施例を第３図に示す。本図は絶縁物２４
の形状を示したもので、第１実施例のテーパー状の嵌合
部と第２図に示す従来の嵌合部を併用した形状としてい
る。

第４図は第３実施例を示し、本実施例は、テーパー状の
傾きを組み合わせて構成して（する。

ただしこの場合テーパー状の回転軸方向の絶縁物２４の
厚さｔを同一にすると、増し締めによる締めつけ効果が
有効になる。

第５図は第４実施例を示し、本実施例はテーパー状の嵌
合部を曲線状にしたもので、上述の各実施例と同様の効
果を期待できるものである。

第６図は第５実施例を示し、本実施例は絶縁物２４の長
さを大きくし絶縁物２４の圧縮表面積をさらに増やすよ
うに構成したものである。なお、回転軸方向のスペース
に余裕のある場合は、テーパー状の嵌合部を側板２と鏡
蓋３の両方に設けず、いずれか一方に設け、さらに第１
図に示すＡｌｌの長さを外周側板２０２の厚さＩとして
構成してもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明は、回転電機の
側板を軸心側板と絶縁側板と外周側板とで構成し、絶縁
側板と取り合う軸心側板又は外周側板との取合部の端面
を、中央部は垂直面とし、その両端は回転軸を中心軸と
する同一頂角を有する円錐面とし、これら垂直面１円錐
面に絶縁材を介在させ、絶縁処理した結合材で結合して
いるので、軸電流を遮断してベアリングの電蝕を防止す
ることはもちろんのこと、剛性と強度を維持するととも
に、回転電機の性能を低下させる寸法の減少を防止し、
経年変化により絶縁材が劣化してクリープ等が発生し結
合部に緩みが生じた場合は結合材を増し締めすることに
より容易に緩みを防止できる軸電流阻止絶縁を有する回
転電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機の第１実施例の絶縁部詳細を
示す図、第２図は従来例の絶縁部詳細を示す図、第３図
は第２実施例の絶縁部形状を示す図、第４図は第３実施
例の絶縁部形状を示す図、第５図は第４実施例の絶縁部
形状を示す図、第６図は第５実施例の絶縁部形状を示す
図、第７図は回転電機の縦断面図、第８図は第７図に軸
電流阻止絶縁部を設けた従来例の側板および鏡蓋周囲を
示す図、第９図は回転電機を車両の駆動源として台車に
搭載した状態を示す図、第１０図は第９図のＢ−Ｂ断面
図、第１１図は回転電機に絶縁部を設けない場合の軸電
流の流れる経路を示す図である。 トフレーム、　２・側板、　３・・［ｉ４・・・ステー
ター鉄心、　５・ステーター鉄心押え、６・・ステータ
ースロット、７・ステーターコイル、８・・ハウジング
、　　９・・ベアリング１０・・回転軸、　１１・ロー
ター鉄心、１２・・ローター鉄心押え、　１３・ロータ
ースロット、１４・・・ローターバー、１５・短絡環、
１６・・ファン、２４・・・絶縁物、　２６・・ボルト
、　２８・・・ボビン、２０１・・・内周側板、　２０
２・・・外周側板、８０１・・・内周鏡蓋、　３０２・
・・外周鏡蓋。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図　　第４図 第５図　　第６図 第９図 第１０　＠ 第１１　＠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　固定子を備えた筒状のフレームの一端に鏡蓋を、他端
   に軸受ハウジングをそれぞれ分解可能な結合手段により
   取付け、これら鏡蓋および軸受ハウジングによりそれぞ
   れ軸受を介して、前記固定子に対応する回転子を、この
   回転子に有する回転軸を回転自在に支持した回転電機に
   おいて、前記鏡蓋および軸受ハウジングの少なくとも一
   方を、前記回転軸に対し同心円の軸心内周部材と絶縁部
   材と外周部材とで構成し、前記絶縁部材と前記軸心内周
   部材または前記外周部材のいずれかとの取合部の端面を
   、中央部は前記回転軸に垂直な垂直面とし、両端部は前
   記回転軸を中心軸とする同一頂角を有する円錐面とし、
   この両円錐面と前記垂直面に絶縁材を介在させて絶縁処
   理した結合材で前記取合部を結合することを特徴とする
   軸電流阻止絶縁を有する回転電機。