JPH0729726Y2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、整流装置内蔵形の車両用交流発電機に関する
もので、例えば電気機関車のディーゼルエンジンによっ
て駆動され、電気機関車に搭載の直流電動機に、または
インバータ制御の誘導電動機に電力を供給する車両用交
流発電機に係るものである。

〔従来の技術〕

従来、車両に搭載のエンジンより小容量の車両用交流発
電機を駆動し、この発生電力を整流装置により整流し、
直流電動機等を駆動させる場合、交流発電機より発生し
た交流電力を発電機フレーム内に配設してある整流装置
に導いて全波整流した後、直流電動機等の負荷に供給し
ていた。このような車両用交流発電機は非常に小容量で
あって、自動車等に搭載されており、例えば特開昭60−
109748号公報に示されたものがある。

また、従来のディーゼル電気機関車搭載の大容量交流発
電機としては、例えば三菱電機技報（Vol.47,No.7,P763
〜767）に示されており、これによれば発電機フレーム
がエンジンのフレームにオーバーハングされ、片軸受で
あって、かつ、発電機フレームの反エンジン側に補助発
電機が搭載された構造となっており、フレーム剛性やフ
レーム内スペース等きびしい設計条件となっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

近年、鉄道の輸送力アップ、スピード化、冷暖房の設置
等列車内電力需要の増加につれて機関車搭載用発電機の
出力増大が要求されているが、機関車には寸法限界があ
るために、できるだけコンパクトに作ることが要求さ
れ、これらの解決のために大容量機においても整流装置
の内蔵化が取り上げられている。

しかし、2000KVA以上に大容量機になると、整流装置も
大きくなり、発電機内スペースの確保の点や、整流装置
の半導体素子が振動や熱に弱く、ディーゼルエンジンや
車両の振動・衝撃からの保護が困難であるなどの点か
ら、整流装置は床置あるいは発電機フレームの外面に装
着され、発電機フレーム内に設置された例はなかった。

この考案は大容量交流発電機であってもフレームに整流
装置を内蔵でき、省スペース、省配線がなされて、ディ
ーゼル電気機関車等に搭載するのに好適な車両用交流発
電機を得ることを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係る車両用交流発電機は、発電機の出力電力を
整流する整流装置を、フレームと励磁機固定子鉄心との
空間に配置するとともに、上記整流装置がフレームまた
は反エンジン側ブラケットに防振部材を介して支持され
るように構成したものである。

〔作用〕

この考案における車両用交流発電機は、フレームと励磁
機固定子鉄心との空間を利用して整流装置を配置したた
め、発電機が特別に大きくならず、かつ、振動に弱い整
流装置を防振支持しているので、機関車等のスペースの
狭いところに搭載するのに好適で、車両やエンジンの振
動に耐えうるものが得られる。

〔考案の実施例〕

以下、この考案の一実施例を図について説明する。この
実施例のものはディーゼル電気機関車搭載の大容量ブラ
シレス交流発電機である。第１図乃至第５図において、
１は取付脚などを持たない発電機のフレームであり、デ
ィーゼルエンジン２のフレームにオーバーハング状態で
装着されている。31はフレーム１の内周に通風路が形成
されるように固着された固定子鉄心、32は固定子鉄心31
に巻装された発電機電機子巻線、33は発電機電機子巻線
32の反エンジン側に設けられた位相リングであり、その
端部に発電機電機子巻線32で発生した出力電流を導く導
体が第14図のように装着されている。34は固定子鉄心31
の内周側に空隙を介して配置された回転子鉄心、35は回
転子鉄心34に巻装された発電機界磁巻線、10はディーゼ
ルエンジン２の軸とカップリング38によって固着された
発電機の軸、13は軸10のエンジン側端部に装着された主
ファン、36は軸10に固着され相互間に軸方向の通風路が
形成された複数個のリブであり、その外周に回転子鉄心
34が固着されている。37は回転子鉄心34の両端部に設け
られた補助ファン、21はフレーム１の反エンジン側に装
着されたブラケット、22はブラケット21に支持され、軸
10を支持した軸受であり、発電機にはこの軸受22しか設
けられておらず、軸10はこの軸受22とディーゼルエンジ
ン２の一方の軸受とにより支持されている。23はブラケ
ット21から突出された複数個の支持腕、12はフレーム１
の反エンジン側に形成された吸気口、41は支持腕23に固
着された励磁機固定子鉄心、42は励磁機固定子鉄心41に
巻装された励磁機界磁巻線、43は軸10に固着され励磁機
固定子鉄心41に空隙を介して配置された励磁機回転子鉄
心、44はこの励磁機回転子鉄心43に軸方向に形成された
複数個の通風穴、45は励磁機回転子鉄心43に巻装された
励磁機電機子巻線、46は励磁機電機子巻線45と発電機界
磁巻線35との間に接続され、軸10に固着されている（図
示せず）回転整流器、５は第３図および第４図に示すよ
うに発電機電機子巻線32の出力電流を整流する整流装置
であり、正側整流素子群5Aと負側整流素子群5Bに分け
て、第２図に示すように、フレーム１の反エンジン側内
周と励磁機固定子鉄心41外周との間に配置されている。

４は発電機の出力電圧を制御する自動電圧調整装置、14
は発電機電機子巻線32の出力側に接続された変流器、15
は整流装置５の出力側に接続され所定の交流電圧に変換
する複数個のインバータ、16はインバータ15の出力側に
接続された複数個の負荷であり、例えば、機関車駆動用
の主電動機、空調設備や補助動力等に用いられる誘導電
動機である。

また、第５図は上記ディーゼルエンジン２のフレーム20
1と発電装置のフレーム１との関連構造を示す。これに
よれば、フレーム201は車両の床に取付脚202を介して固
定され、このフレーム201端部のブラケット部206の中心
部にはそれぞれ軸受204が設けられ、これにディーゼル
エンジンの軸205が支承されている。また、203はフレー
ム1,201間に設けられたリング状の接続部材で、これに
は主ファン13,補助ファン37により送出される排気を放
出するための排気口部材207が設けられ、これには塵埃
侵入防止用のフィルタやネットが取り付けられている。

次に、整流装置およびその防振支持構造を第６図乃至第
８図によって説明する。第６図は整流装置を示す図であ
り、51〜53は各相の正側または負側を構成する半導体整
流素子、54は整流素子51〜53から導出された端子、55は
整流素子51〜53の外周に設けられた放熱フィン、５は以
上の51〜55で構成された整流装置である。61,62は複数
個の支柱63の両端に配置された整流素子51〜53を保持す
る下板および上板、64は支柱63の両端に設けられたね
じ、65はナット、68はスペーサ66,67を介して整流素子5
1〜53を適度に締め付けるボルトである。

整流装置５の防振構造の具体例は、第７図に示すよう
に、整流装置５の下部は、下板61がフレーム１の床板1a
に取り付けられた第１の防振部材７で支持され、上部は
上板62の２面において２個づつの第２の防振部材８で支
持されている。

第８図は上部防振構造の具体例を示すもので91はフレー
ム１に固着された保持枠、92は保持枠91にねじ止めされ
た他の保持枠、93は上板62の２辺に締め付けられたＬ字
状の保持板であり、第２の防振部材８は保持板93と保持
枠91,92との間に介在するように取付けられる。

次に、防振部材7,8の一例を第９図および第10図によっ
て説明する。第９図において、８は次の81乃至85からな
るばね特性とダンピング特性とを有した第２の防振部材
である。すなわち、81はコイルばね、82はコイルばね81
の両端に固着されたキャップ、83はキャップ82の端部に
設けられたねじ、84はゴム，合成樹脂等でスポンジ状に
形成され両キャップ82に固着された筒状のダンピング部
材であり、コイルばね81のばね効果に対し大きなダンピ
ング作用を有している。

第10図において、７は次の71乃至74からなる第１の防振
部材である。すなわち、71は防振部材７の本体であり、
ばね作用を有するコイルばね7aと、ある程度の硬度と弾
力性を有しコイルばね7aに対し大きいダンピング特性を
有する防振ゴムからなるダンピング部材7bとからなり、
適度なばね特性とダンピング特性とを兼ね備えている。
72は本体71の両端にそれぞれ固着され、端部にねじ73を
有したキャップであり、一方はフレーム１の床板1aにナ
ット74で締め付けられ、他方は整流装置５の下板61にね
じこまれている。

第11図はこのような整流装置５の防振部材7,8による防
振構造を概念的に示す斜視図、第12図は同じく平面図で
ある。また、第13図はこの防振構造の他の実施例を示、
これが第11図に示すものと異なるところは、防振部材８
を省いて、防振部材７だけで整流装置５を支持するよう
にした点である。これによれば、防振構造は簡単となる
が、防振性能は幾分低下するので、整流装置が比較的安
価なものの支持に適用できる。

第14図は発電機電機子巻線32と整流装置５との接続構造
を示すもので、56は発電機電機子巻線32の位相リング33
に接続された接続導体、58は整流装置５の端子54に接続
された接続導体、57は両接続導体56,58を接続する可撓
導体である。防振部材7,8で支持された整流装置５と、
固定子鉄心31に支持された発電機電機子巻線32とは、振
動の状態が異なるため硬質の接続導体では破断するおそ
れがあり、これを避けるため、可撓導体57はうす銅板を
多数積層して作られた可撓性を有する導体等で構成さ
れ、しかも、第15図に示すように中間部に湾曲部57aを
作ってさらに可撓性を増すように形成されている。59は
端子54と外部へ引出す引出導体17とを接続する接続導体
である。

また、可撓導体57は上記のように中央部分で直角方向に
エンジンワイズ曲げしてあり、かつ、その部分に湾曲部
57aを設けてあるから、伸縮または変形が自由であり、
広範囲の振幅および周波数の振動を十分に吸収でき、従
って、発電機電機子巻線32と整流装置５との相対変位に
も拘らず、これらの間の電気接続の信頼性の向上を図り
ながら、異種振動を軽減することができる。また、第16
図は可撓導体57の変形例を示し、この第16図に示す可撓
導体57Aは第15図に示したものの湾曲部57aに、切欠溝57
bを長手方向に設けて可撓性を増したものである。さら
に、第17図は可撓導体57Bを、銅線を網状に編んで形成
された編組線で形成したものを示し、さらにこれに湾曲
部57aを設けたものである。

次に動作について説明する。

この発電機はフレーム１がディーゼルエンジン２のフレ
ーム201にオーバーハングされて支持され、かつ、ディ
ーゼル機関車に搭載されているので、発電機の起動時に
発生する振動のみならず、ディーゼルエンジンからの振
動，機関車の加減速時，走行時（特にポイント走行
時），ブレーキ時等の種々の条件における振幅および周
波数の異なる多種の振動を受けることになり、苛酷な条
件にさらされている。この振動は上下および水平方向に
受けるが、整流装置５においては垂直方向の振動は主と
して下部の第１の防振部材７が受持ち、水平方向に加わ
る振動は、第１の防振部材７のみでは上端部での振動が
大きくなるので、互いに直角方向に配置されている上部
の第２の防振部材８によって振れを軽減させている。上
部の第２の防振部材８は静止時には、コイルばね81とダ
ンピング部材84に引張力も圧縮力も加わらない自由な状
態で取り付けられており、振動が加わることによってコ
イルばね81とダンピング部材84は圧縮力または引張力を
受ける。防振部材7,8は弾性の他に適度なダンピング特
性を有しているから広範囲の振幅および周波数に十分適
合して吸振可能となっており、また防振部材がねじれる
ような力を受ける方向の振動にも対応できる。このよう
に上部でも振れを防止しているので、整流装置５に加わ
る振動を軽減して整流素子の寿命を長く保ことができ
る。

次に通風について説明する。エンジンの回転に伴ってフ
ァン13,37が回転することにより冷却風が反エンジン側
の吸気口12から第１図の矢印Ａのように吸込まれ、第６
図に示す整流装置５の放熱フィン55間を介して整流素子
51〜53を冷却し、次に分流して励磁機固定子鉄心41の外
周、空隙および励磁機回転子鉄心43の軸方向の通風穴44
を経て、発電機の固定子鉄心31の側、空隙部および回転
子鉄心34内周をそれぞれ通り、主ファン13からエンジン
フレーム外に排出され、各鉄心および巻線等を冷却す
る。

この実施例では以上のように、ディーゼルエンジンに対
してオーバーハングされたフレーム１内に発電機部分お
よび励磁機部分を収め、励磁機固定子鉄心とフレームと
の空間に、２個に分けた整流装置を立方向に収納すると
ともに、立方向に置いたために整流装置上部に起りやす
い振れに対しては、下部および上部にダンピング特性を
合わせもつ防振部材で防振支持させている。そのため、
発電機内に整流装置をコンパクトに収納でき、従来に比
べ省スペース，省配線が図れるものとなっている。ま
た、吸気口のところに整流装置を置いたので外部からの
メインテナンスがしやすく、整流装置が十分冷却され、
かつ、整流装置を内蔵したことにより通風が悪くならな
いようにすることができる。

上記実施例では整流装置５は正側と負側に分けて配置し
たが、発電機電機子巻線32との接続状態およびメインテ
ナンス作業等によっては、その配置を変えてもよい。ま
た正負に分けずに１個所にまとめて、例えば、励磁機固
定子鉄心41の下部に置いてもよい。防振部材は例示のも
のに限定されず、例えば、油圧バンパーを有するもので
もよい。励磁機固定子鉄心41はブラケット21から突出し
たリブ状の支持腕23に支えられているが、フレーム１か
らリブを突出させて支持してもよい。

また、励磁機固定子鉄心41は支持腕23に直接固着せずに
支持腕と鉄心間に、鉄心を囲んで支持する支持環を設け
てもよい。さらに、第３図においてインバータ15の代り
に直流電圧を変化させるチヨッパ装置を設け、負荷とし
て直流電動機を接続するものとしてもよい。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案によれば車両内スペースが制限
されており、かつ、車両やエンジンから大きな振動が加
わる機関車等に搭載される大容量の交流発電機におい
て、電機子巻線からの出力電流を整流する整流装置を、
防振部材によって支持するとともに、発電機のフレーム
内の反エンジン側内周と励磁機固定子鉄心との間にでき
る空間に収納するようにしたので、振動に弱い整流装置
を、振動，衝撃から保護してフレーム内にコンパクトに
収納することができ、車両内の省スペース化ができる。
また、整流装置をフレーム内に収納して前もって内部の
配線をした上で出荷することができるので、設置場所に
おける配線作業が従来のものより簡略化され、そのため
据付作業が簡単になり、熟練技術者不足の海外低開発国
向け等に好適な車両用交流発電機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例による車両用交流発電機を
上半部で切断して示す側面図、第２図は第１図のII−II
線における断面を示す車両用交流発電機の断面図、第３
図はこの考案の発電機，ディーゼルエンジンおよび負荷
の接続を示す単線接続図、第４図はこの考案の発電機電
機子巻線と整流装置を示す接続図、第５図はディーゼル
エンジンと発電装置のフレーム間結合構造を一部破断し
て示す側面図、第６図はこの考案における整流装置を示
す正面図、第７図はこの考案における整流装置の防振構
造を示す断面図、第８図はこの考案における整流装置の
上部防振支持構造を示す斜視図、第９図および第10図は
この考案における防振部材を切断して示す断面図、第11
図はこの考案における整流装置の防振支持構造を概念的
に示す説明図、第12図は同じくその防振支持構造を概念
的に示す平面図、第13図はこの考案における防振構造の
他の実施例を示す斜視図、第14図はこの考案における位
相リングと整流装置の接続構造を示す斜視図、第15図は
第14図の可撓導体を拡大して示す斜視図、第16図および
第17図はこの考案における可撓導体の他の実施例を示す
斜視図である。 １は発電機のフレーム、２はディーゼルエンジン、４は
自動電圧調整装置、５は整流装置、5Aは正側整流素子
群、5Bは負側整流素子群、７は第１の防振部材、８は第
２の防振部材、10は軸、12は吸気口、13は主ファン、15
はインバータ、16は誘導電動機、21は反エンジン側ブラ
ケット、22は軸受、23は支持腕、31は固定子鉄心、32は
発電機電機子巻線、33は位相リング、34は固定子鉄心、
35は発電機界磁巻線、37は補助ファン、41は励磁機固定
子鉄心、42は励磁機界磁巻線、43は励磁機回転子鉄心、
44は通風穴、45は励磁機電機子巻線、46は回転整流器、
91,92は保持枠、93は保持板。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】フレーム内に固着され、発電機電機子巻線
   を巻装した固定子鉄心と、上記固定子鉄心の内周側に配
   置され、発電機界磁巻線を巻装した回転子鉄心と、上記
   回転子鉄心が固着され、上記フレームの外で駆動用エン
   ジンと結合した軸と、上記フレームの反エンジン側端部
   に装着されたブラケットと、上記軸の反エンジン側に設
   けられ、上記発電機界磁巻線に励磁電流を供給する励磁
   機電機子巻線を巻装した励磁機回転子鉄心と、上記励磁
   機回転子鉄心の外周に配置され、励磁機界磁巻線を巻装
   した励磁機固定子鉄心と、上記フレームの反エンジン側
   内周と上記励磁機固定子鉄心外周との間に配置され、上
   記発電機電機子巻線の出力である交流電流を整流して出
   力する整流装置と、ばね特性とダンピング特性を備えた
   部材から構成され、上記整流装置の下部を上記フレーム
   に支持することにより上記整流装置の垂直方向の振動を
   抑える第１の防振部材と、ばね特性とダンピング特性を
   備えた部材から構成され、上記整流装置の上部を上記フ
   レームに支持することにより上記整流装置の水平方向の
   振動を抑える第２の防振部材とを備えた車両用交流発電
   機。