JPH088757B2 - 車両用回転電機の通風冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、鉄道車両の誘導機形主電動機として台車に
設置される車両用回転電機の通風冷却構造に関する。

（従来の技術） この種の車両用通風冷却形回転電機の一般的構造とし
ては、第７図及び第８図に示すものが知られている。第
７図は車両用通風冷却形回転電機の平面図を示し、第８
図は車両用通風冷却形回転電機の鉄道車両への取付け状
態を示す。

即ち、車体100から取付台101が延出され、この取付台
101に車両用通風冷却形回転電機102が支持されている。
この車両用通風冷却形回転電機102の回転軸103は、自在
カップリング104、小歯車105、大歯車106を介して車軸1
07に連結され、回転軸103から発生する回転トルクを車
軸107に伝達して、車軸107に設けた車輪108を回転さ
せ、これにより、車体100をレール109に沿って走行させ
る。

上記車両用通風冷却形回転電機においては、運転稼働
時に発熱して過熱しやすく、ある程度以上に加熱する
と、絶縁体の劣化が促進して寿命が低下したり、発熱体
の強度低下を招くことがあり、回転電機内の温度上昇を
抑えるために、冷却風を流入させて冷却する必要があ
る。回転電機の冷却方式には、回転子の回転を利用して
自動的に冷却風を電動機内に導入する自己通風形冷却方
式と、外部に配置したブロアー装置により強制的に冷却
風を導く他力通風形冷却方式がある。

第７図及び第８図に示す車両用通風冷却形回転電機10
2は、自己通風形冷却方式の電動機であり、この車両用
通風冷却形回転電機102には、冷却風導入口110及び排風
口111（第９図）が設けられ、この冷却風導入口110には
たわみ風道112が取付けられている。

上記車両用通風冷却形回転電機102は、前後方向にお
いては取付台101と車軸107との間、上下方向においては
車体100とレール109との間に配置しなければならない。
換言すれば、車両用通風冷却形回転電機102と取付台101
との間はａ寸法の隙間、車両用通風冷却形回転電機102
と車軸107との間にはｂ寸法の隙間、車両用通風冷却形
回転電機102とレール109との間にはｃ寸法の隙間、車両
用通風冷却形回転電機102と車体100との間にはｄ寸法を
確保しなければならず、結果として、車両用通風冷却形
回転電機102は、第８図の一転鎖線で囲んだスペースＳ
内に収めるようにしている。

第９図（Ａ）は車両用通風冷却形回転電機102の縦断
面図、第９図（Ｂ）は車両用通風冷却形回転電機102内
部の温度を示すグラフ、第10図は第９図（Ａ）のＣ−Ｃ
線断面図を示す。車両用通風冷却形回転電機102のフレ
ーム113には軸受114によって軸115が回転自在に支持さ
れている。この軸115には回転子116及びファン117が固
着されている。

上記回転子116は、カゴ形回転子であり、軸115に嵌合
固定した積層回転子鉄心118のスロット内に回転子バー1
19を挿入し、この回転子バー119の両端にリング状の短
絡環129を溶着して構成されているいる。そして、回転
子鉄心118には軸115に沿って風穴121が形成されてい
て、冷却風により回転子116を冷却するようにしてい
る。

一方、フレーム113の内側面に設けられる固定子122
は、積層固定子鉄心123に形成したスロット内に固定子
コイル124を挿入し、これらを接続して構成されてい
る。

しかして、上記車両用通風冷却形回転電機102におい
て、通電により軸115と一体的にファン117が回転するこ
とで、冷却風が導入口110より回転電機102の内部に導入
され、この冷却風は、固定子鉄心123と回転子鉄心118に
形成した風穴121を通り、排風口111から外部に排出さ
れ、この間に回転子116及び固定子122を冷却する。

第11図は車両用直流電動機の第10図と同様の断面図で
あり、この車両用直流電動機は、フレーム126の内面に
主極コイル127及び補助コイル128を固定し、主極コイル
127と補助128の中央に回転子129を配置し、前記通風冷
却形回転電機102と同様の冷却構造を採用している。

しかしながら、直流電動機は第11図からも明らかなよ
うにコイル127,128間に隙間があるため、通風冷却形回
転電機102よりも冷却効果が高い。これは、第９図
（Ｂ）の実線（通風冷却形回転電機の温度分布）と点線
（直流電動機の温度分布）とを比較しても明らかであ
り、このことは通風冷却形回転電機の冷却構造が十分で
ないことを意味する。

このため、第12図及び第12図のＤ−Ｄ線断面図である
第13図に示す如き冷却構造を有する通風冷却形回転電機
が提案されている。

上記通風冷却形回転電機は、固定子122とフレーム113
との間に周方向に等間隔で複数の隙間130を形成し、冷
却断面を増すようにしたものであるが、かかる冷却構造
を有する通風冷却形回転電機を車両に適用する場合には
以下の如き不利がある。

即ち、第７図及び第８図に基いて説明したように通風
冷却形回転電機102は、車体100、取付台101、車軸107及
びレール109にて囲まれる所定のスペースＳ内に収めな
ければならず、固定子122とフレーム113間に周方向全域
に亘って隙間130を形成すると、主電動機全体が大型化
し、上記スペースＳ内に収まらなくなる。隙間130を形
成することは固定子122の冷却に効果があっても、回転
子116の冷却には殆んど効果がない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記形式の車両用通風冷却形回転電機では、台車内の
狭い据付スペースの制約やフレームの薄肉化に伴う強度
上の問題や機内の冷却構造によるローカルヒートなどに
より、形状のもの以上の大出力化が図れず、代数の低減
による保守の省力化や車両の高性能化といった最近のニ
ーズに対応できないという問題がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、台車内
の狭い据付スペースの制約内に設置可能で、かつ十分な
強度を確保しながら、ステータ鉄心の外径を大きくし、
しかも、機内の冷却構造を改善して台数の低減による保
守の省力化や車両の高性能化を図ることを可能にした車
両用回転電機の通風冷却構造を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の車両用回転電機の通風冷却構造は、冷却風導
入口から導入した冷却風を回転電機内を通して排風口か
ら排出するように構成した車両用回転電機の通風冷却構
造において、台車内の回転電機据付部以外の余裕空間部
に位置する回転電機の固定子外側部分に、導入した冷却
風の一部を風下側の固定子コイルまたは回転子に導くた
めのバイパス通路を設けたことを特徴とする。

また、本発明の車両用回転電機の通風冷却構造は、バ
イパス通路の入口部近傍に、必要量の冷却風を分離して
バイパス通路に導くための調整板が設けたことを特徴と
する。

（作用） 本発明の車両用回転電機の通風冷却構造においては、
導入口を介して回転電機内に導入された冷却風の一部
を、台車内の回転電機据付部以外の余裕空間部に位置す
る回転電機の固定子外側部分に設けたバイパス通路を通
って、風下側の固定子コイルまたは回転子に導くこと
で、台車内の狭い据付スペースの制約内に設置しながら
風下側の高温部を冷却でき、ローカルヒートの改善がで
き、温度の平均化による大出力化が可能になる。

（実施例） 以下、本発明に係る車両用回転電機の通風冷却構造の
実施例を第１図および第２図を参照して説明する。

第１図は本発明に係る通風冷却構造を適用した主電動
機の縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図を示
し、主電動機のフレーム１には軸受２によって軸３が回
転自在に支持され、この軸３にはカゴ形固定子４及びフ
ァン５が取付けられている。

上記回転子４は、回転子鉄心６を軸３に嵌合固定し、
この回転子鉄心６のスロット内に回転子バー７を挿入
し、回転子バー７の両端にリング状の短絡環８を溶着
し、回転子鉄心６に軸３と平行な冷却用風穴９を設けて
構成されている。また、フレーム１の内側面には固定子
10が固定され、この固定子10は積層固定子鉄心11と、こ
の積層固定子鉄心11のスロット内に挿入した固定子コイ
ル12とからなり、固定子鉄心11と回転子鉄心６の間に冷
却用隙間13が形成されている。

一方、フレーム１の上面には冷却風の導入口14及び排
風口15が設けられており、このフレーム１の一側に寄っ
た上部、即ち、台車内の回転電機据付部以外の余裕空間
部に位置する回転電機の固定子外側部分には電動機の高
さを変更しないような高さのバイパス通路16が設けられ
ている。このバイパス通路16の入口部には、調整板17が
取付けられ、また、バイパス通路16の出口部よりも風下
のフレーム１から仕切板18が垂下して設けられている。

以上のように構成した冷却構造において、通電によっ
て軸３と一体的にファン５が回転すると、電動機内のエ
アが排風口15から排出される。冷却風が白抜きの矢印に
示すように導入口14から電動機内に導入される。この冷
却風は、調整板17によって分離され、冷却風の一部は固
定子コイル12を冷却し、冷却用隙間13及び風穴９を通っ
て固定子鉄心11及び回転子鉄心６を冷却し、更に回転子
バー７及び短絡環８を冷却した後、ファン５によって排
風口15から排出される。

一方、調整板17によって分離された冷却風の他部は、
バイパス通路16を通って風下側の固定子コイル12に導か
れ、一部は固定子コイル12を冷却した後、仕切板18の隙
環を通って排風口15から排出され、他の一部は、第２図
にも示すように、固定子コイル12間を通って回転子バー
７及び短絡環８を冷却した後排出される。

このように、本実施例によれば、主電動機に流入する
前の冷たい冷却風は、主電動機のフレーム１の外側の台
車内の回転電機据付部以外の余裕空間部、即ち主電動機
の限られたスペースに設けたバイパス通路16を通して風
下側の固定子コイル12および風下側の回転子バー７及び
短絡環８等にほぼ直接当てることにより、風下側と風上
側に生じる温度勾配及び中心部と外周部に生じる温度勾
配を平均化できるため、コイル絶縁の劣化の促進を抑制
し長寿命化が可能になるとともに発熱体（回転子バー
７）の強度低下を抑制し長寿命化が可能になる等の効果
を発揮する。

第３図は本発明による他の実施例を示す断面図であ
り、第４図は第３図のＥ方向矢視図である。この実施例
においては、第１図に示す主電動機に設けた仕切板18の
代りに風上側に折曲した誘導板19を設け、バイパス通路
16からの冷却風の殆んどを回転子コイル12の方向に導く
ようにして冷却効率を高めるようにしている。

また、第５図に示す実施例では、バイパス通路16とフ
レーム１との間に隙間20を設け、バイパス通路16内を通
過する冷却風がフレーム１の熱を吸収しないようにし
て、冷却風が昇温しないようにしている。

更に、第６図に示す実施例では、冷却風の導入口14を
フレーム１の全巾に亘って形成し、バイパス通路16もフ
レーム１の巾方向の左右にそれぞれ設け、冷却風の導入
量及びバイパス通路16を通過する冷却風量を多くして冷
却効果を高めるようにしている。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の車両用回転電機の通風冷
却構造は、台車内の回転電機据付部以外の余裕空間部に
位置する回転電機の固定子外側部分に、導入した冷却風
の一部を風下側の固定子コイルまたは回転子に導くため
のバイパス通路を設けたことで、台車内の狭い据付スペ
ースの制約内に設置可能で、かつ十分な強度を確保しな
がら、ステータ鉄心の外径を大きくでき、しかも、機内
の冷却構造が改善されて台数の低減による保守の省力化
や車両の高性能化を図ることが可能になるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る冷却構造を適用した主電動機の縦
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図及び
第４図は本発明の他の実施例を示す断面図、第５図及び
第６図はそれぞれ本発明の更に他の実施例を示す断面
図、第７図は通風冷却形回転電機を車両に取付けた状態
の平面図、第８図は第７図のＢ方向矢視図、第９図
（Ａ）は従来の通風冷却形回転電機の縦断面図、第９図
（Ｂ）は通風冷却形回転電機の温度分布を示すグラフ、
第10図は第９図（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図、第11図は直流
電動機の断面図、第12図は従来の通風冷却形回転電機の
縦断面図、第13図は第12図のＤ−Ｄ線断面図である。 １……フレーム、４……回転子、６……回転子鉄心、７
……回転子バー、８……短絡環、９……風穴、10……固
定子、11……固定子鉄心、12……固定子コイル、13……
冷却用隙間、14……冷却風の導入口、15……冷却風の排
風口、16……バイパス通路、17……調整板、18……仕切
板、19……誘導板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却風導入口から導入した冷却風を回転電
   機内を通して排風口から排出するように構成した車両用
   回転電機の通風冷却構造において、台車内の回転電機据
   付部以外の余裕空間部に位置する回転電機の固定子外側
   部分に、導入した冷却風の一部を風下側の固定子コイル
   または回転子に導くためのバイパス通路を設けたことを
   特徴とする車両用回転電機の通風冷却構造。
2. 【請求項２】バイパス通路の入口部近傍に、必要量の冷
   却風を分離してバイパス通路に導くための調整板が設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の車両用
   回転電機の通風冷却構造。