特開 2024-132113 車両用主電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132113

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】車両用主電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

H02K9/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042774

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】中野 凌輔

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB18

5H609PP02

5H609PP07

5H609QQ02

5H609QQ13

5H609QQ18

5H609RR10

5H609RR16

5H609RR27

5H609RR36

5H609RR39

(57)【要約】

【課題】複数の風孔１３ｃが形成される回転子５を備える車両用主電動機１_１であって、回転子５が停止した状態でも、台車から取り外すことなく、各風孔１３内の塵埃を取り除くことができるものを提供すること。
【解決手段】回転軸４は、その軸方向一方の端部から第２回転子押え５ｂのカラー部５１bが外挿される部分までのびる内部通路４１と、内部通路４１の端部から径方向外方にのびて回転軸４の外周面に開口する連通路４２とを有する。第２回転子押え５ｂのカラー部５１bに、内周面から外周面に亘って貫通して、内周面側の端部が連通路４２と連通する貫通孔５３_１が、第２回転子押え５ｂに形成された複数の風穴１３ｂと同数形成され、内部通路４１の軸方向一方の端部から導入された空気が、内部通路４１、連通路４２及び貫通孔５３_１を通って風孔に導入されるようにする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機ケースと、電動機ケース内で対向して配置される一対の軸受に軸支される回転軸と、一方の軸受側の回転軸の部分に外挿される第１回転子押えと、他方の軸受側の回転軸の部分に外挿される第２回転子押えと、第１回転子押えと第２回転子押えとの間に挟持され、回転軸に固定される回転子と、回転子を囲うように電動機ケース内に固定される固定子と、電動機ケースと回転子及び固定子との間の内部空間の一方の軸受側の部分に配置され、回転軸に固定される冷却ファンとを備える車両用主電動機であって、
第１回転子押えから第２回転子押えに向かう軸方向を軸方向一方とし、第１回転子押え、回転子及び第２回転子押えに、回転軸の軸方向に貫通する複数の風孔が周方向に間隔を存して形成されて、第２回転子押えは、風孔の形成位置よりも径方向内方で軸方向一方に突出するように設けられて回転軸に外挿されるカラー部を有するものにおいて、
回転軸は、その軸方向一方の端部から第２回転子押えのカラー部が外挿される部分までのびる内部通路と、内部通路の端部から径方向外方にのびて回転軸の外周面に開口する連通路とを有し、
第２回転子押えのカラー部に、内周面から外周面に亘って貫通して、内周面側の端部が連通路と連通する貫通孔が、第２回転子押えに形成された複数の風孔と同数形成され、内部通路の軸方向一方の端部から導入された空気が、内部通路、連通路及び貫通孔を通って風孔に導入されるようにすることを特徴とする車両用主電動機。

【請求項2】

前記第２回転子押えのカラー部の内周面及び前記回転軸の第２回転子押えのカラー部が外挿される部分の外周面の少なくとも一方に環状溝が形成され、
前記貫通孔の内周面側の端部が、環状溝を介して前記連通路と連通することを特徴とする請求項１記載の車両用主電動機。

【請求項3】

前記第２回転子押えから前記第１回転子押えに向かう軸方向を軸方向他方とし、前記貫通孔が径方向に対して軸方向他方に向けて傾斜して形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用主電動機。

【請求項4】

請求項１又は２記載の車両用主電動機であって、
前記一対の軸受のうち他方の軸受を保持する軸受ホルダーを備えるものにおいて、
前記貫通孔が径方向外方に沿うように形成され、
軸受ホルダーは、前記第２回転子押えに形成された複数の風孔と対向する位置に、各貫通孔から排出された空気が各風孔内に送風されるようにガイドするガイド部を有することを特徴とする車両用主電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機ケースと、電動機ケース内で対向して配置される一対の軸受に軸支される回転軸に固定される回転子と、回転子を囲うように電動機ケース内に固定される固定子とを備える車両用主電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の車両用主電動機として、一方の軸受側の回転軸の部分に外挿される第１回転子押えと、他方の軸受側の回転軸の部分に外挿される第２回転子押えと、電動機ケースと回転子及び固定子との間の内部空間の一方の軸受側の部分に配置され、回転軸に固定される冷却ファンとを備え、回転子が第１回転子押えと第２回転子押えとの間に挟持されるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

このような、いわゆる開放型の車両用主電動機（以下、単に「主電動機」という）は、その作動時に冷却ファンを回転させ、外気を電動機ケース内に取り入れて循環させることで、主電動機の作動に伴い発熱する回転子及び固定子を冷却する。また、第１回転子押え、回転子及び第２回転子押えには、回転軸の軸方向に貫通する複数の風孔が周方向に間隔を存して形成され、これらの風孔に冷却ファンの回転により流動する空気の一部を通過させて、回転子を冷却している。尚、第１回転子押えから第２回転子押えに向かう軸方向を軸方向一方とし、第２回転子押えは、風孔の形成位置よりも径方向内方で軸方向一方に突出するように設けられて回転軸に外挿されるカラー部を有している。

【0004】

ところで、外気を電動機ケース内に取り入れる際、外気と共に塵埃も取り込まれ、この塵埃が各風孔内に蓄積する。蓄積した塵埃は、各風孔への外気の流れを阻害し、回転子の冷却性能を低下させることから、定期的に清掃作業を行い、各風孔内の塵埃を取り除く必要がある。このため、上記従来例のものは、電動機ケースに圧縮空気を吹き付ける気吹きノズルを設け、回転子を回転させて、回転する回転子の風孔に向けて気吹きノズルから圧縮空気を吹き付けることで、各風孔内の塵埃を取り除いている。

【0005】

しかしながら、このものは、回転子が回転した状態でなければ、気吹きノズルからの圧縮空気が複数の風孔全てに行き渡らず、回転子が停止した状態では、各風孔内の塵埃を取り除くことができない。また、主電動機の作動が停止した状態で、塵埃を取り除くために回転子を回転させるには、主電動機を台車（車両）から取り外す必要があり、清掃作業が煩雑になるという問題がある。また、回転子が停止した状態でも、圧縮空気を複数の風孔全てに行き渡らせるため、電動機ケースの各風孔と対向する位置に、風孔と同数の気吹きノズルを設けることも考えられるが、コストアップを招来するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０８－２３７９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本願発明は、以上の点に鑑み、回転子が停止した状態でも、台車から取り外すことなく、回転子の各風孔内の塵埃を取り除くことができる車両用主電動機を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明は、電動機ケースと、電動機ケース内で対向して配置される一対の軸受に軸支される回転軸と、一方の軸受側の回転軸の部分に外挿される第１回転子押えと、他方の軸受側の回転軸の部分に外挿される第２回転子押えと、第１回転子押えと第２回転子押えとの間に挟持され、回転軸に固定される回転子と、回転子を囲うように電動機ケース内に固定される固定子と、電動機ケースと回転子及び固定子との間の内部空間の一方の軸受側の部分に配置され、回転軸に固定される冷却ファンとを備える車両用主電動機であって、第１回転子押えから第２回転子押えに向かう軸方向を軸方向一方とし、第１回転子押え、回転子及び第２回転子押えに、回転軸の軸方向に貫通する複数の風孔が周方向に間隔を存して形成されて、第２回転子押えは、風孔の形成位置よりも径方向内方で軸方向一方に突出するように設けられて回転軸に外挿されるカラー部を有するものにおいて、回転軸は、その軸方向一方の端部から第２回転子押えのカラー部が外挿される部分までのびる内部通路と、内部通路の端部から径方向外方にのびて回転軸の外周面に開口する連通路とを有し、第２回転子押えのカラー部に、内周面から外周面に亘って貫通して、内周面側の端部が連通路と連通する貫通孔が、第２回転子押えに形成された複数の風孔と同数形成され、内部通路の軸方向一方の端部から導入された空気が、内部通路、連通路、環状溝及び貫通孔を通って風孔に導入されるようにすることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、第２回転子押えのカラー部に、回転子の風孔と同数の貫通孔を設けるとともに、これらの貫通孔と回転軸の内部通路とを連通させたことで、内部通路に圧縮空気を導入すれば、貫通孔から各風孔全てに圧縮空気が導入される。このため、回転子が停止した状態でも、主電動機を台車から取り外すことなく、回転子の各風孔内の塵埃を取り除くことができる。

【0010】

本発明において、第２回転子押えのカラー部の内周面及び回転軸の第２回転子押えのカラー部が外挿される部分の外周面の少なくとも一方に環状溝が形成され、貫通孔の内周面側の端部が、環状溝を介して連通路と連通することが好ましい。これによれば、回転軸に形成する連通路の数を少なくすることができる。

【0011】

尚、本発明においては、貫通孔の構造として、以下の２つを採用することができる。
その一つは、第２回転子押えから第１回転子押えに向かう軸方向を軸方向他方とし、貫通孔が径方向に対して軸方向他方に向けて傾斜して形成されるものである。

【0012】

また、他の一つは、一対の軸受のうち他方の軸受を保持する軸受ホルダーを備えるものにおいて、貫通孔が径方向外方に沿うように形成され、軸受ホルダーは、第２回転子押えに形成された複数の風孔と対向する位置に、各貫通孔から排出された空気が各風孔内に送風されるようにガイドするガイド部を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（ａ）は、本発明の第１実施形態の車両用主電動機を示す断面図。（ｂ）は、（ａ）の車両用主電動機のＢ－Ｂ線に沿う部分断面図。

【図2】本発明の第２実施形態の車両用主電動機を示す要部断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１を参照して、本発明の第１実施形態の車両用主電動機１_１ついて説明する（以下、単に「主電動機１_１」という）。主電動機１_１は、電動機ケース２と、電動機ケース２内で対向して配置される一対の軸受３ａ，３ｂに軸支された回転軸４とを備えている。また、主電動機１_１は、軸受３ａ側の回転軸４の部分に固定された第１回転子押え５ａと、軸受３ｂ側の回転軸４の部分に固定された第２回転子押え５ｂと、第１回転子押え５ａと第２回転子押え５ｂの間に狭持され、回転軸４に固定された回転子６と、回転子６を囲うように電動機ケース２内に固定された固定子７とを備えている。

【0015】

更に、主電動機１_１は、電動機ケース２と回転子６及び固定子７との間の内部空間２ａの軸受３ａ側に配置され、回転軸４に固定された冷却ファン８とを備えている。冷却ファン８は、第１回転子押え５ａに隣接して回転軸４に固定され、回転軸４との固定部から軸受３ａ側にかけて径方向外方に傾斜して延びている。以下においては、第１回転子押え５ａから第２回転子押え５ｂに向かう軸方向を軸方向一方、その反対方向（第２回転子押え５ｂから第１回転子押え５ａに向かう軸方向）を軸方向他方とする。

【0016】

電動機ケース２は、主に、回転軸４の軸方向一方側の側壁２１と、回転軸４の軸方向他方側の側壁を形成する蓋体２２と、固定子７の径方向外周部に位置する周壁２３とから構成されている。側壁２１には、電動機ケース２の内部空間２ａ内に向かってのび、回転軸４の軸方向他方側に突出して、軸受３ｂを保持する軸受ホルダー２５が設けられている。軸受３ｂには玉軸受が採用され、その内輪が回転軸４の軸方向一方側の端部に外嵌し、外輪が軸受ホルダー２５に内嵌している。また、蓋体２２は、回転軸４から離れた中程の部分から回転軸４に近接するまでの部分が、冷却ファン８の形状に沿って、回転軸４の軸方向他方側に向かって傾斜すると共に、第１回転子押え５ａ側に膨出して、軸受取付部２２ａが形成されている。尚、軸受３ａには円筒ころ軸受が採用され、内輪が回転軸４に外嵌し、外輪が蓋体２２の軸受取付部２２ａに内嵌している。また、周壁２３には、回転軸４の軸方向一方側に吸気孔２３ａが開設され、回転軸４の軸方向他方側に排気孔２３ｂが開設されている。吸気孔２３ａ及び排気孔２３ｂによって、電動機ケース２の内部空間２ａが外部に開放され、主電動機１_１は、いわゆる開放型になっている。

【0017】

尚、主電動機１_１では、回転軸４の軸方向他方側の端部が歯車装置等に連結されている。また、軸受３ａの外輪の軸方向他方側の端面に、回転軸４に固定の油切り部材９ａを介して取り付けられる第１軸受押え１０ａが当接し、軸受３ａが抜け止めされている。また、軸受３ｂの外輪の軸方向一方側の端面に、回転軸４に固定の油切り部材９ｂを介して第２軸受押え１０ｂが当接し、軸受３ｂが抜け止めされている。更に、第１軸受押え１０ａ及び第２軸受押え１０ｂの夫々には、軸受３ａ，３ｂに臨むようにグリス等の潤滑剤を収納する収納部１１ａ，１１ｂが形成されている。そして、蓋体２２の回転軸４側に位置する内周面と回転軸４の部分の外周面との間、軸受ホルダー２５の回転軸４側に位置する内周面と回転軸４の部分の外周面との間には、ラビリンスシール１２ａ，１２ｂが夫々設けられ、軸受３ａ，３ｂの潤滑に用いられる潤滑剤の電動機ケース２内への浸入を防止している。

【0018】

回転子６は、図示省略の複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、これらの電磁鋼板が、一対の回転子押え５ａ，５ｂによって回転軸４の軸方向の他方側及び一方側の両側から挟み付けられて、回転軸４上に固定されている。また、第１回転子押え５ａ、回転子６及び第２回転子押え５ｂに、回転軸４の軸方向に貫通する風孔１３が周方向に間隔を存して、複数（本実施形態では１２個）形成されている。ここで、回転子６に開設された風孔１３の部分を風孔１３ｃとし、第１回転子押え５ａ及び第２回転子押え５ｂに開設された風孔９の部分を夫々風孔１３ａ，１３ｂとする。また、第１回転子押え５ａ及び第２回転子押え５ｂは、各風孔１３ａ，１３ｂの形成位置よりも径方向内方で、軸方向他方及び軸方向一方に夫々突出するように設けられて回転軸４に外挿されるカラー部５１ａ，５１ｂを有する。

【0019】

そして、主電動機１_１の作動時には、固定子７への通電によって磁界が発生し、回転子６を回転軸４と共に回転させる。この時、冷却ファン８も回転軸４と同方向に回転するため、電動機ケース２内に吸気孔２３ａを通じて外気が吸い込まれ、吸い込まれた外気の一部を、図１に示すように、各風孔１３を通過させて（即ち、風孔１３ｂ，１３ｃ，１３ａの順に軸方向他方に流れて）、回転子６を冷却する。回転子６を冷却した外気は、排気孔２３ｂを通じて電動機ケース２の外部に排気される。

【0020】

回転軸４には、内部通路４１と、複数（本実施形態では６本）の連通路４２が形成されている。内部通路４１は、回転軸４の軸方向一方の端部から、軸線上で軸方向他方側に向かってのびるように形成されている。また、内部通路４１の軸方向他方側の端部は、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂが外挿される回転軸４の部分に位置している。各連通路４２は、内部通路４１の軸方向他方側の端部から径方向外方に向かって伸びて、回転軸４の外周面に開口している。

【0021】

第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂには、その内周面に環状溝５２が周方向に亘って形成されている。また、カラー部５１ｂには、第２回転子押え５ｂに形成された複数の風孔１３ｂと同じ数の貫通孔５３_１が、周方向に間隔を存して形成されている。各貫通孔５３_１は、カラー部５１ｂを内周面から外周面に亘って貫通するとともに、各貫通孔５３_１の内周面側の端部は環状溝５２内に位置しており、各貫通孔５３_１は環状溝５２を介して回転軸４の各連通路４２と連通される。また、本実施形態では、各貫通孔５３_１は径方向に対して軸方向他方に向けて傾斜して形成されている。

【0022】

そして、本実施形態の主電動機１_１の停止時には、内部通路４１の軸方向一方側の端部に、圧縮空気を導入する圧縮空気供給装置の導入管Ａｐが挿入されて、内部通路４１内に圧縮空気が導入される。内部通路４１の軸方向一方の端部から導入された圧縮空気は、内部通路４１、連通路４２、環状溝５２及び貫通孔５３_１を通って風孔１３ｂに導入される。尚、導入管Ａｐはネジ山が形成されており、圧縮空気導入時には、導入管Ａｐが電動機ケース２の側壁２１に固定の取付部材２４に螺合して固定される。また、圧縮空気供給装置としては、公知のものを用いることができるため、詳細な説明は省略する。

【0023】

本実施形態によれば、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂに、第２回転子押え５ｂの風孔１３ｂと同数の貫通孔５３_１を設けて、これらの貫通孔５３_１と回転軸４の内部通路４１とを連通させた。そして、内部通路４１に圧縮空気を導入すれば、貫通孔５３_１から複数の風孔１３ｂ全てに圧縮空気が導入される。このため、回転子６が停止した状態でも、主電動機１_１を台車から取り外すことなく、回転子６の各風孔１３ｃ内の塵埃を取り除くことができる。

【0024】

また、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂの内周面に環状溝５２を設けて、各貫通孔５３_１の内周面側の端部を、環状溝５２を介して連通路４２と連通させたことで、回転軸４に形成する連通路４２の本数を少なくすることができる。また、本実施形態では、各貫通孔５３_１を径方向に対して軸方向他方に向けて傾斜させたことで、風孔１３ｂ内に圧縮空気が入り易くなる。

【0025】

次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態の主電動機１_２について説明する。図２では、図１に示す主電動機１_１と同一部位等には同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。尚、図２では、図１に示す電動機ケース２、軸受３ａ、第１回転子押え５ａ、冷却ファン８、油切り部材９ａ、第１軸受押え１０ａ、ラビリンスシール１２ａを省略して図示しているが、主電動機１_２は図示省略した上記部材等を備えている。

【0026】

本実施形態の主電動機１_２は、各貫通孔５３_２が径方向外方に沿うように形成されている。また、軸受ホルダー２５は、第２回転子押え５ｂに形成された複数の風孔１３ｂと対向する位置に、軸受ホルダー２５から第２回転子押え５ｂの風孔１３ｂに向けて突出する環状の角部２５ａを有している。この角部２５ａは、各貫通孔５３_２から排出された空気が各風孔１３ｂ内に送風されるようにガイドするガイド部として機能する。本実施形態では、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂの軸方向一方に突出する部分の長さが短く、第１実施形態のように各貫通孔５３_１を径方向に対して軸方向他方に向けて傾斜させて設けるのが困難な場合でも、ガイド部としての角部２５ａを有する軸受ホルダー２５と交換することで、部品点数を増やすことなく、各貫通孔５３_２から排出された空気の風向きを変えることができる。

【0027】

以上、本発明の第１及び第２実施形態について説明したが、本発明は第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂの内周面に環状溝５２を設けたものを例に説明したが、複数の貫通孔５３_１，５３_２と同数の連通路４２を回転軸４に設ける場合、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂの内周面に環状溝５２を設けず、各貫通孔５３_１，５３_２の内周面側の端部を各連通路４２の夫々に直接連通させてもよい。

【0028】

また、上記実施形態では、回転軸４に、６本の連通路４２を設けたものを例に説明したが、連通路４２の数はこれに限定されない。例えば、回転軸４に連通路４２を１本のみ設け、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂの内周面に形成された環状溝５２を介して、１本の連通路４２と各貫通孔５３_１，５３_２の内周面側の端部とを連通させてもよい。

【0029】

また、上記実施形態では、第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂの内周面に環状溝５２を設けたものを例に説明したが、環状溝５２の代わりに、回転軸４の第２回転子押え５ｂのカラー部５１ｂが外挿される部分の外周面に環状溝を設け、この環状溝を介して連通路４２と各貫通孔５３_１，５３_２の内周面側の端部とを連通させてもよい。また、環状溝５２とともに、回転軸４の第２回転子押え５ｂのカラー部５１が外挿される部分の外周面にも環状溝を設け、これらの環状溝を接合させて、連通路４２と各貫通孔５３_１，５３_２の内周面側の端部とを連通させてもよい。

【符号の説明】

【0030】

１_１，１_２…主電動機（車両用主電動機）、２…電動機ケース、３ａ，３ｂ…軸受、４…回転軸、５ａ…第１回転子押え、５ｂ…第２回転子押え、６…回転子、７…固定子、８…冷却ファン、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…風孔、２５…軸受ホルダー、２５ａ…角部（ガイド部）、４１…内部通路、４２…連通路、５１ａ，５１ｂ…カラー部、５２…環状溝、５３_１，５３_２…貫通孔。

【図1】

【図2】