電動機
【課題】出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な電動機を提供する。
【解決手段】電動機は、ステータ鉄心１と、ステータ鉄心の軸方向の両側に固定された第１、第２ブラケット５、６と、軸受９を保持し第１ブラケットに取り付けられた第１軸受ハウジング７と、軸受１０を保持し第２ブラケットに取り付けられた第２軸受ハウジング８と、軸受により回転自在に支持され回転軸１１、およびこの回転軸に取り付けられたロータ鉄心１２を有するロータと、ロータ鉄心と第１軸受ハウジングとの間で回転軸に設けられた通風ファン１８と、通風ファンの外周部と第１ブラケットとの間に形成されたラビリンス構造部３２と、通風ファンと第１軸受ハウジングおよび第１ブラケットと間に形成され、第１軸受ハウジングの吸気口１９から導入された外気を第１ブラケットの外周部まで導く通風路５ａと、通風ファンに固定され通風路内に位置する被検出部２２と、通風路内に被検出部と対向して設けられ、被検出部を検知するセンサ２１と、を備えている。
【解決手段】電動機は、ステータ鉄心１と、ステータ鉄心の軸方向の両側に固定された第１、第２ブラケット５、６と、軸受９を保持し第１ブラケットに取り付けられた第１軸受ハウジング７と、軸受１０を保持し第２ブラケットに取り付けられた第２軸受ハウジング８と、軸受により回転自在に支持され回転軸１１、およびこの回転軸に取り付けられたロータ鉄心１２を有するロータと、ロータ鉄心と第１軸受ハウジングとの間で回転軸に設けられた通風ファン１８と、通風ファンの外周部と第１ブラケットとの間に形成されたラビリンス構造部３２と、通風ファンと第１軸受ハウジングおよび第１ブラケットと間に形成され、第１軸受ハウジングの吸気口１９から導入された外気を第１ブラケットの外周部まで導く通風路５ａと、通風ファンに固定され通風路内に位置する被検出部２２と、通風路内に被検出部と対向して設けられ、被検出部を検知するセンサ２１と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、鉄道車両を駆動する車両用の電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両（以下、車両と称する）では、車体の下に配置された台車に主電動機（以下、「電動機」と呼ぶ）を装荷して、この電動機の回転力を継手と歯車装置を介して車輪に伝達して車両を走行させている。
【０００３】
メインテナンス周期の延長、即ち、省メインテナンス性の高い電動機のニーズが高まっている。このようなニーズを満たすため、全閉型の電動機の開発が進められている。
【０００４】
全閉型の電動機は、例えば円筒状のフレームの内周側に設けられステータコイルを有するステータ鉄心と、フレームの両端側に取付けられ、密閉ケースを構成したブラケットおよびハウジングと、を備え、これらブラケットおよびハウジングにそれぞれ軸受が内蔵されている。密閉ケース内には、ロータ軸が延在され、その両端部は、軸受によって回転自在に支持されている。ロータ軸の中央部にロータ鉄心が取付けられ、ステータ鉄心の内側に位置している。また、密閉ケース内で、ロータ軸に通風ファンが取り付けられている。通風ファンの外周部とブラケットとの間にラビリンスシール部を形成している。ブラケットの軸受の外周部分に吸気口が形成され、この吸気口から外気が通風ファンの中心部分に導かれブラケットの通風路を通って外部に排出される。
【０００５】
上記のように構成された電動機は、外気が機内を流通しないため、機内が塵埃で汚損されることがなく、内部清掃のための電動機の分解を無くして省力化を図ることができる。
【０００６】
また、電動機は、回転制御や車両ブレーキ制御を行うため、ロータと一体に回転する被検知部と、この被検知部を検知する速度センサとを備えている。これらの被検知部および速度センサは、密閉ケースの外側に設けられ、外気を遮断するためのカバーにより覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常、鉄道車両用の電動機は、台車の狭い取付け空間に設置されるため、寸法の制約がある。そのため、この寸法制約内で上記のようなカバーにより覆われた速度センサおよび被検知部を密閉ケースの外側に取付ける場合、電動機の軸方向寸法（ステータ鉄心およびロータ鉄心の軸方向寸法）が小さくなり、結果的に電動機の出力が少なくなってしまう。
【０００９】
この発明の課題は、出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、電動機は、ステータ鉄心と、前記ステータ鉄心の軸方向の両側に固定された第１ブラケットおよび第２ブラケットと、内径部に軸受を保持し、前記第１ブラケットに取り付けられた第１軸受ハウジングと、内径部に軸受を保持し、前記第２ブラケットに取り付けられた第２軸受ハウジングと、前記２つの軸受により回転自在に支持され前記第１、第２ブラケット内に延在する回転軸、およびこの回転軸に取り付けられ前記ステータ鉄心の内側に隙間を置いて対向するロータ鉄心を有するロータと、前記ロータ鉄心と前記第１軸受ハウジングとの間で前記回転軸に設けられた通風ファンと、前記通風ファンの外周部と前記第１ブラケットとの間の環状の微小隙間により形成されたラビリンス構造部と、前記通風ファンと前記第１軸受ハウジングおよび第１ブラケットと間に形成され、前記第１軸受ハウジングの軸受の外周側に形成された吸気口から導入された外気を前記第１ブラケットの外周部まで導く通風路と、前記通風ファンに固定され前記通風路内に位置する被検出部と、前記通風路内に前記被検出部と対向して設けられ、前記被検出部を検知するセンサと、を有する回転検出器と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電動機を示す縦断面図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った前記電動機の横断面図。
【図３】図３は、第２の実施形態に係る電動機の横断面図。
【図４】図４は、第３の実施形態に係る電動機を示す縦断面図。
【図５】図５は、第４の実施形態に係る電動機を示す縦断面図および吐出口を示す正面図。
【図６】図６は、第５の実施形態に係る電動機を示す縦断面図および吐出口を示す断面図。
【図７】図７は、第５の実施形態における変形例に係る電動機の吐出口部分を示す正面図および断面図。
【図８】図８は、第６の実施形態に係る電動機を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る全閉型の電動機を示す縦断面図、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った電動機の駆動側の横断面を示している。図１に示すように、この電動機は、筒状、例えば、円筒状のステータ鉄心１を備えている。ステータ鉄心１の軸方向両端面には、環状の一対の鉄心押さえ３、３が固定されている。ステータ鉄心１の外周には、複数の繋ぎ板２が配設され、これらの繋ぎ板２は、それぞれステータ鉄心１の軸方向に延び、２つの鉄心押さえ３、３を繋ぎ固定している。複数の繋ぎ板２は、ステータ鉄心１の円周方向に間隔を置いて配置されているとともに、各繋ぎ板２とステータ鉄心１の外周面とにより冷却通風路２ａが規定されている。
【００１４】
ステータ鉄心１の駆動端側に位置した鉄心押さえ３には、アルミニウム合金等で形成されたほぼ円筒状の第１ブラケット５が取り付けられている。第１ブラケット５の先端側には、環状のベアリングブラケット（第１軸受ハウジング）７が同軸的にボルトにて締結されている。ベアリングブラケット７の中央部には、第１軸受として例えば、ころ軸受９を内蔵した第１軸受部３０がボルトにて締結されている。
【００１５】
ステータ鉄心１の反駆動端側に位置した鉄心押さえ３には、アルミニウム合金等で形成されたほぼお椀形状の第２ブラケット６が取り付けられている。第２ブラケット６の中央部には、第２軸受として例えば玉軸受１０を内蔵した軸受ハウジング８がボルトにて締結されている。
【００１６】
ステータ鉄心１、鉄心押え３、３、第１ブラケット５、ベアリングブラケット７、第２ブラケット６、第１軸受部３０、軸受ハウジング８により、内部が密閉されたケース（機体）が構成されている。
【００１７】
ステータ鉄心１は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。ステータ鉄心１の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロットが形成され、これらのスロットにステータコイル１７が埋め込まれている。ステータコイル１７のコイルエンドはステータ鉄心１の両端面から軸方向に張り出している。ステータ鉄心１およびステータコイル１７によりステータ（固定子）が構成されている。
【００１８】
ステータ鉄心１の内側に、一様な隙間Ｇを置いて、円柱形状のロータ鉄心１２が同軸的に配置されている。ロータ鉄心１２の中心部に回転軸１１が同軸的に取り付けられ、その両端部はころ軸受９および玉軸受１０によって回転自在に支持されている。これにより、回転軸１１は、ケース内に同軸的に延在している。回転軸１１およびロータ鉄心１２はロータ１６を構成している。回転軸１１の駆動側端部１１ａは機外に延出し、この部分に駆動歯車装置を接続するための継手が取り付けられる。
【００１９】
ロータ鉄心１２は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。ロータ鉄心１２は、回転軸１１に取り付けられた一対の鉄心押え１３ａ、１３ｂにより、軸方向両側面から挟まれるように支持されている。鉄心押え板１３ａ、１３ｂは、環状に形成され、その外径は、ロータ鉄心１２の外径よりも僅かに小さく形成されている。
【００２０】
ロータ鉄心１２の外周部には、それぞれ軸方向に延びる複数の溝が形成され、各溝には、ロータバー１４が埋め込まれている。ロータバー１４の両端部はロータ鉄心１２から張出し、その張出部分をエンドリング１５、１５で一体に接続して誘導電動機のかご形ロータを形成している。ステータコイル１７に通電することにより、ロータ鉄心１２が誘導されて回転し、回転軸１１がロータ鉄心１２と一体に回転される。
【００２１】
なお、回転子の発熱を抑え、よりコンパクトな電動機を実現するために、かご型ロータに代わって、永久磁石をロータ鉄心に挿入して構成する永久磁石形電動機としてもよい。
【００２２】
駆動端側の第１軸受部３０とロータ鉄心１２との間で回転軸１１に通風ファン１８が同軸的に取付けられ、回転軸１１と一体に回転自在となっている。通風ファン１８は、ほぼロート形状に形成され、ロータ鉄心１２側から第１ブラケット５に向かって傾斜して延びた主板１８ａと、主板１８ａのベアリングブラケット７と対向する外面に設けられた複数の羽根１８ｂとを有している。
【００２３】
主板１８ａは、鉄心押え１３ａを介して、ロータ鉄心１２と多くの面で接触している。また、主板１８ａの外周縁部と第１ブラケット５の機内側の張出部の内周部とは、円環状の微小間隙を置いて、互いに係合している。この円環状の微小間隙部は、互いに凹凸形状の略二段構造に形成され、ラビリンス構造部３２を形成している。通風ファン１８において、ベアリングブラケット７と対向する外面に複数のフィンが形成されている。
図１および図２に示すように、複数の羽根１８ｂは主板１８ａの外周部に設けられ、それぞれ放射状に延びているとともに、主板１８ａの円周方向に等間隔を置いて設けられている。
【００２４】
図１に示すように、ベアリングブラケット７に、複数の吸気口１９が形成されている。これらの吸気口１９は第１軸受部３０の外側で、回転軸１１と同芯の円上に並んで設けられている。また、ベアリングブラケット７の中心部は、回転軸１１の軸方向に沿って機内側に突出する突出部７ａを有し、その突出端に、例えば、環状の吐出口２０が形成されている。吐出口２０は回転軸１１と同軸的に形成されている。吐出口２０は回転軸１１の近傍で、かつ、通風ファン１８の主板１８ａの中心部に隣接している。更に、ベアリングブラケット７には、吸気口１９から回転軸１１の軸方向に沿って延びた後、主板１８ａの中心部分、つまり、回転軸１１に向かって、吐出口２０まで延びる、複数の案内流路２３が形成されている。
【００２５】
主板１８ａの外面とベアリングブラケット７の内面との間、および第１ブラケット５の外周部に亘って通風路５ａが形成されている。この通風路５ａは、主板１８ａの中心部から第１ブラケット５の外周に亘って放射状に延びている。なお、通風路５ａは、通風ファン１８の主板１８ａおよびラビリンス構造部３２により機体内部と仕切られてる。また、通風ファン１８の羽根１８ｂは通風路５ａ内に位置している。更に、通風路５ａは、ステータ鉄心１と繋ぎ板２とにより形成された複数の冷却通風路２ａに連通している。
【００２６】
電動機の運転時には、ステータコイル１７およびロータバー１４が発熱するため、冷却用外気を通風路５ａに積極的に通風させて、電動機の温度が上昇しないようにして性能が維持できるようにしている。この冷却作用は次の通りである。
【００２７】
電動機が回転すると回転軸１１と一体に通風ファン１８が回転する。通風ファン１８の羽根１８ｂの部分に風が発生し、べアリングブラケット７の吸気ロ１９から冷たい外気を吸い込み、案内流路２３および吐出口２０を通して、回転軸１１近く、および主板１８ａの中心部へ導く。冷却風は、更に、主板１８ａの中心部から主板１８ａの外面に沿って通風路５ａ内を外周側に流れる。その際、ロータバー１４で発生する熱を、ロータ鉄心１２、鉄心押え１３ａ、通風ファンの主板１８ａを経由して伝熱させ、主板１８ａおよび羽根１８ｂから冷却風に放熱し、ロータバー１４を冷却することが可能になる。同時に、羽根１８ｂによって発生する風は、第１ブラケット５の通風路５ａから複数の冷却通風路２ａに流入し、これらの冷却通風路２ａを通ってステータ鉄心１を冷却した後、外部に排出される。ステータコイル１７で発生する熱は、ステータ鉄心１に伝わり、ステータ鉄心１の外周面から冷却風に放熱される。また、繋ぎ板２で囲まれていないステータ鉄心１の表面からは、直接、外気に自然放熱して発熱を更に抑制している。これにより、ステータコイル１７を冷却することが可能になる。
【００２８】
一方、電動機は、回転制御用や車両ブレーキ制御用に、電動機の回転数を検知する回転検出器を備えている。回転検出器は、例えば、磁気センサであるＰＧセンサ（パルスジェネラチング）センサ２１と、回転軸１１と一体に回転し、ＰＧセンサにより検知される被検知部５０と、を備えている。
【００２９】
図１および図２に示すように、ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５の外周部に取り付けられ、第１ブラケットから通風路５ａ内に突出している。ＰＧセンサ２１は、回転軸１１に対して径方向に延び、その感知端は、通風路５ａ内に位置している。
【００３０】
被検知部５０は、磁性体、例えば、鉄で形成された環状の歯車板２２を有している。この歯車板２２は、その外周部分が凹凸に形成され、円周方向に所定のピッチで並んだ多数の歯５３を構成している。歯車板２２は、通風ファン１８の主板１８ａの外周縁部、ここでは、ラビリンス構造部３２の外側に固定され、回転軸１１と同軸的に位置しているとともに、通風路５ａ内に位置している。また、歯車板２２は、回転軸１１の径方向に沿ってＰＧセンサ２１と並んで配置されている。ＰＧセンサ２１は、歯車板２２に対して径方向の外側に配置され、その検知端は、所定の間隔、例えば、約１ｍｍの隙間を置いて、歯５３と対向している。
【００３１】
ＰＧセンサ２１は、鉛直方向について、吐出口２０よりも上方、ここでは、回転軸１１の中心を通る水平線Ｂよりも上方に設けられている。本実施形態では、ＰＧセンサ２１は、鉛直方向において、回転軸１１の真上に設けられている。
【００３２】
上記構成において、電動機が作動し、回転軸１１および通風ファン１８が回転すると、歯車板２２も通風ファン１８と一体に回転する。歯車板２２の歯５３がＰＧセンサ２１の検出端と対向する位置を通過するごとに、ＰＧセンサ２１はこの歯５３を感知しパルス信号を出力する。そして、ＰＧセンサ２１から出力されたパルス信号を検出することにより、電動機の回転数、回転速度を検知することができる。
【００３３】
上記のように構成された電動機は、ステータ鉄心１に設けられた取付け腕部５４を鉄道車両の台車枠にボルトで締結固定し、回転軸１１の駆動端部１１ａを図示しない継ぎ手を介して駆動用歯車装置に結合することにより、車両に設定される。そして、電動機の回転力を駆動用歯車装置から車輪に伝達し、車両を走行させる。
【００３４】
以上のように構成された全閉型の電動機によれば、ステータコイル１７、ロータバー１４、およびこれらを含む機内は、ステータ４、第１ブラケット５、通風ファン１８の主板１８ａ、軸受ハウジング８、第２ブラケット６で囲まれ、更に、通風ファン１８と第１ブラケット５との間に設けられたラビリンス構造部３２により、外気と遮断されている。また、ステータコイル１７の発熱は、ステータ鉄心１の外周面、および冷却通風路２ａを流れる冷却風を介して外気に放熱し、ロータバー１４の発熱は通風ファン１８から通風路５ａを流れる冷却風に放熱される。そのため、熱の影響が少なくなり全閉化が実現できる構造となっている。このように改善された全閉型の電動機は、機内への外気導入がないため、ろ過器や機内の清掃が不要になり、格段に保守の低減を図ることができる。更に、機内が汚れないことで、ステータコイルの絶縁性能がいつまでも良好に保たれる。
【００３５】
電動機の回転速度を検出するＰＧセンサ２１および歯車板２２は、通風ファン１８とベアリングブラケット７との間に形成された通風路５ａ内に設けられている。そのため、これらの回転検出器を機外に設けてカバーで覆う場合に比較して、電動機の軸方向寸法増大を抑制することができる。従って、回転検出器を設けた場合でも、ステータ鉄心およびロータ鉄心の軸方向寸法を小さくする必要がなく、電動機の出力低下を生じることがない。
【００３６】
また、ＰＧセンサ２１および歯車板２２は、回転軸１１の径方向に並んで設けられているため、動作時の熱によりロータ１６が軸方向に熱膨張した場合でも、ＰＧセンサと歯車板２２とが軸方向に僅かにずれるだけで、これらの間の隙間を所定の値に維持することができる。これにより、ＰＧセンサ２１により安定して速度検出を行うことができる。
【００３７】
ＰＧセンサ２１は、通風路５ａ内で、歯車板２２の外側、かつ、吐出口２０よりも鉛直方向上方に設けられている。これにより、ＰＧセンサ２１と歯車板２２との間の異物噛み込みによる回転検出器の損傷を大幅に低減でき、理想的な回転検出器付き全閉型電動機を提供できる。すなわち、電動機が回転すると、通風ファン１８が回転し、吸気口１９から外気が取り込まれ、吐出口２０から通風路５ａおよび冷却通風路２ａを通って流れる。この際、外気とともに塵埃、砂塵（約０．５以上の大きな塵埃）等が通風路５ａに取り込まれる場合がある。図２に示すように、吸気口１９から入った塵挨は吐出し口２０で一度回転軸１１近傍めがけて流れる。この時、小さな塵挨（約０．５ｍｍ未満の塵埃）Ｓ１は、羽根１８ｂの吸い込み作用で回転軸１１近傍から大きく反転して放射上に吹き飛ばされ、冷却風となって第１ブラケット５の通風路５ａを通り冷却通風路２ａから外部に吐き出される。大きな砂塵Ｓ２は、回転軸１１等に当った瞬間、速度が落ち、自重も加わり、回転軸１１より下の方へ落下する。つまり、ＰＧセンサ２１と歯車板２２との隙間部分に噛み込むような大きな砂塵は、回転軸１１より下の冷却通風路２ａを通って外部に吐き出される。したがって、回転軸１１の中心よりも鉛直方向上方にＰＧセンサ２１を設けることにより、砂塵等がＰＧセンサ２１と歯車板２２との間に到達することがなく、噛み込むのを防止することができる。
以上のことから、出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な全閉型の電動機が得られる。
【００３８】
次に、他の実施形態に係る電動機について説明する。
以下に述べる実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る全閉型の電動機の回転検出器部分を示す断面図である。第２の実施形態では、回転検出器を構成するＰＧセンサの配設位置が、第１の実施形態と相違している。
【００４０】
第２の実施形態によれば、ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５の外周部において、回転軸１１の鉛直方向真上からやや下方にずれた位置に設けられている。しかし、この場合においても、ＰＧセンサ２１は、鉛直方向に対して、吐出口２０よりも上方に設けられている。ステータ鉄心１の外周に設けられた４つの冷却通風路２ａの内、上部の一箇所の冷却通風路を閉じ、その位置にＰＧセンサ２１が設けられている。ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５に固定され、通風路５ａ内に延出している。更に、ＰＧセンサ２１は、歯車板２２と回転軸１１の径方向に並んで配置されている。
【００４１】
冷却通風路２ａとＰＧセンサ２１との位置と数は、種々変更可能である。上記のように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面を示している。第３の実施形態では、電動機は、回転軸１１の反駆動側にファン６０を備えている。
【００４３】
ファン６０は、反駆動端側の軸受１０とロータ鉄心１２との間で鉄心押さえ１３ｂに同軸的に取付けられ、回転軸１１と一体に回転自在となっている。ファン６０は、ほぼロート形状に形成された主板６０ａと、主板の外面の外周部に設けられた複数の羽根６０ｂとを有している。複数の羽根６０ｂは、それぞれ放射状に延びているとともに、円周方向に所定の間隔を置いて設けられている。
【００４４】
主板６０ａは、鉄心押え１３ｂを介して、ロータ鉄心１２と多くの面で接触している。また、主板６０ａの外周縁部と第２ブラケット６の機内側の張出部の内周部とは、円環状の微小間隙を置いて、互いに係合している。この円環状の微小間隙部は、互いに凹凸形状の略二段構造に形成され、ラビリンス構造部６２を形成している。このラビリンス構造部６２により、電動機の機内と外気とを遮断し、電動機の全閉化を図っている。
【００４５】
主板６０ａの外面と軸受ハウジング８の内面との間に通風路６４が形成され、更に、軸受ハウジング８の軸受１０の外側に、複数の吸気孔６６が形成され、通風路６４に連通している。また、第２ブラケット６で軸受ハウジング８の外周側に複数の吐出口６８が形成され、通風路６４に連通している。
【００４６】
回転軸１１と一体にファン６０が回転すると、ファン６０の羽根６０ｂにより、吸気孔６６から外気を吸い込み、通風路６４を通った後、吐出口６８から機外に吐き出す。ロータバー１４の発熱をロータ鉄心１２と鉄心押え１３ｂを介して伝熱させ、主板６０ａの外面から冷却風に放熱させる。回転検出器を構成するＰＧセンサ２１および歯車板２２は、第１の実施形態と同様に、駆動側の通風路５ａ内に設けられている。
上記第３の実施形態によれば、より冷却性能の向上した全閉型の電動機が得られる。また、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
なお、回転検出器は、回転軸１１の駆動側に限らず、反駆動側に設けてもよい。この場合、歯車板は、ファン６０に取り付けられ、反駆動側の通風路内に配置される。また、ＰＧセンサは、第２ブラケット６あるいは軸受ハウジング８に取り付けられ、通風路内に配置される。
【００４８】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面および吐出口の正面図を示している。第４の実施形態では、取り込んだ冷却風を通風路５ａに送り出す吐出口２０の構成が第１の実施形態と相違している。
【００４９】
図５に示すように、ベアリングブラケット７は、その中央部で軸受９の周囲に設けられ機内側に突出するほぼ円筒状の突出部７ａを有し、その突出端に円環状の吐出口２０が形成されている。吐出口２０は、回転軸１１の中心に対して鉛直方向上方に偏心して形成されている。すなわち、突出部７ａの鉛直方向上側の約半分は、下側の約半分よりも、通風ファン１８の主板１８ａ側に接近して位置している。これにより、通風路５ａの内、鉛直方向の上側、つまり、ＰＧセンサ２１側に位置する部分は、下側の通風路よりも幅が狭くなっている。
【００５０】
このような構成とすることにより、吸気口１９から冷却風とともに砂塵等の大きな塵埃が取り込まれた場合でも、これらの塵埃が幅の狭い上側の通風路５ａに流れ難くなり、ＰＧセンサ２１へ到達することをより確実に防止することが可能となる。
【００５１】
（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面および吐出口を拡大して示す断面図である。第５の実施形態では、取り込んだ冷却風を通風路５ａに送り出す吐出口２０の構成が第１の実施形態と相違している。
【００５２】
図６に示すように、ベアリングブラケット７は、その中央部で軸受９の周囲に設けられ機内側に突出するほぼ円筒状の突出部７ａを有し、その突出端に円環状の吐出口２０が形成されている。吐出口２０は、回転軸１１の中心と同軸に形成されている。突出部７ａの鉛直方向上側部分は、下側部分よりも、通風ファン１８の主板１８ａ側に延出している。これにより、吐出口２０の上側部分は、下側部分よりも回転軸１１に接近し、かつ、より回転軸の中心側、つまり、ＰＧセンサ２１と反対側に向いている。本実施形態では、吐出口２０は全周が連続して形成され、回転軸１１に対して斜めに傾斜している。
【００５３】
このような構成とすることにより、吸気口１９から冷却風とともに砂塵等の大きな塵埃が取り込まれた場合でも、これらの塵埃を吐出口２０から鉛直方向の下向きに吐き出すことができる。従って、塵埃を上側の通風路５ａに流れ難くなり、ＰＧセンサ２１へ到達することをより確実に防止することが可能となる。
【００５４】
上記構成では、吐出口２０は全周が連続して形成されているが、図７に示すように、突出部７ａの鉛直方向上側半分のみを、下側部分よりも、通風ファン１８の主板１８ａ側に延出してもよい。これにより、吐出口２０の上側半分が、下側半分よりも回転軸１１に接近し、かつ、より回転軸の中心側、つまり、ＰＧセンサ２１と反対側に向いている。このような構成としても、上記と同様に、塵埃を上側の通風路５ａに流れ難くなり、ＰＧセンサ２１へ到達することをより確実に防止することが可能となる。
【００５５】
（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面を示している。第６の実施形態では、歯車板２２およびＰＧセンサの取り付け位置が、第１の実施形態と相違している。図８に示すように、歯車板２２は、円筒状に形成され、通風ファン１８の羽根１８ｂに固定されている。歯車板２２は、回転軸１１と同軸的に配置され、通風路５ａ内に位置している。歯車板２２のベアリングブラケット７側の端は、全周に渡って凹凸に形成され複数の歯５３を構成している。
【００５６】
ＰＧセンサ２１は、ベアリングブラケット７に取り付けられ、回転軸１１とほぼ平行な方向に沿って通風路５ａ内に延出している。ＰＧセンサ２１の検知端は、歯車板２２の歯５３と所定の隙間、例えば、約１ｍｍの隙間を置いて対向している。また、ＰＧセンサ２１は、鉛直方向について、回転軸１１の中心よりも上方に、ここでは、吐出口２０よりも上方に設けられている。このように、ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５の外周部に限らず、他の位置に設けても良い。
【００５７】
上記のように構成された第６の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、ＰＧセンサ２１と歯車板２２との間の異物噛み込みによる回転検出器の損傷を大幅に低減でき、更に、回転検出器付き全閉型電動機を提供できる。
そして、上述した第２ないし第６の実施形態においても、出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な全閉型の電動機が得られる。
【００５８】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、上述した実施形態において、回転検出器は、ＰＧセンサに限らず、光学センサ等の他のセンサを用いてもよい。第１軸受および第２軸受は、ころ軸受と玉軸受としたが、反対に構成してもよい。また、軸受の組み合わせは、これに限らず、鍔付きころ軸受ところ軸受の組合せとしてもよい。
【００５９】
通風ファンは、羽根に加えて、複数のフィンを備えていてもよい。回転軸の反駆動側に設けられたファンは、羽根に代えて、フィンを備える構成としてもよい。電動機は、フレームを持たない構造に限らず、フレーム構造の電動機に適用してもよい。この場合、フレームの一部を冷却通風路として構成してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…ステータ鉄心、２ａ…冷却通風路、５…第１ブラケット、５ａ…通風路、
６…第２ブラケット、７…ベアリングブラケット、７ａ…突出部、
８…軸受ハウジング、９…ころ軸受、１０…玉軸受、１１…回転軸、
１２…ロータ鉄心、１３ａ、１３ｂ…鉄心押さえ、１６…ロータ、
１７…ステータコイル、１８…通風ファン、１８ａ…主板、１８ｂ…羽根、
１９…吸気口、２０…吐出口、２１…ＰＧセンサ、２２…歯車板、２３…案内流路、
３２、６２…ラビリンス構造部、５３…歯、６０…ファン
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、鉄道車両を駆動する車両用の電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両（以下、車両と称する）では、車体の下に配置された台車に主電動機（以下、「電動機」と呼ぶ）を装荷して、この電動機の回転力を継手と歯車装置を介して車輪に伝達して車両を走行させている。
【０００３】
メインテナンス周期の延長、即ち、省メインテナンス性の高い電動機のニーズが高まっている。このようなニーズを満たすため、全閉型の電動機の開発が進められている。
【０００４】
全閉型の電動機は、例えば円筒状のフレームの内周側に設けられステータコイルを有するステータ鉄心と、フレームの両端側に取付けられ、密閉ケースを構成したブラケットおよびハウジングと、を備え、これらブラケットおよびハウジングにそれぞれ軸受が内蔵されている。密閉ケース内には、ロータ軸が延在され、その両端部は、軸受によって回転自在に支持されている。ロータ軸の中央部にロータ鉄心が取付けられ、ステータ鉄心の内側に位置している。また、密閉ケース内で、ロータ軸に通風ファンが取り付けられている。通風ファンの外周部とブラケットとの間にラビリンスシール部を形成している。ブラケットの軸受の外周部分に吸気口が形成され、この吸気口から外気が通風ファンの中心部分に導かれブラケットの通風路を通って外部に排出される。
【０００５】
上記のように構成された電動機は、外気が機内を流通しないため、機内が塵埃で汚損されることがなく、内部清掃のための電動機の分解を無くして省力化を図ることができる。
【０００６】
また、電動機は、回転制御や車両ブレーキ制御を行うため、ロータと一体に回転する被検知部と、この被検知部を検知する速度センサとを備えている。これらの被検知部および速度センサは、密閉ケースの外側に設けられ、外気を遮断するためのカバーにより覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常、鉄道車両用の電動機は、台車の狭い取付け空間に設置されるため、寸法の制約がある。そのため、この寸法制約内で上記のようなカバーにより覆われた速度センサおよび被検知部を密閉ケースの外側に取付ける場合、電動機の軸方向寸法（ステータ鉄心およびロータ鉄心の軸方向寸法）が小さくなり、結果的に電動機の出力が少なくなってしまう。
【０００９】
この発明の課題は、出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、電動機は、ステータ鉄心と、前記ステータ鉄心の軸方向の両側に固定された第１ブラケットおよび第２ブラケットと、内径部に軸受を保持し、前記第１ブラケットに取り付けられた第１軸受ハウジングと、内径部に軸受を保持し、前記第２ブラケットに取り付けられた第２軸受ハウジングと、前記２つの軸受により回転自在に支持され前記第１、第２ブラケット内に延在する回転軸、およびこの回転軸に取り付けられ前記ステータ鉄心の内側に隙間を置いて対向するロータ鉄心を有するロータと、前記ロータ鉄心と前記第１軸受ハウジングとの間で前記回転軸に設けられた通風ファンと、前記通風ファンの外周部と前記第１ブラケットとの間の環状の微小隙間により形成されたラビリンス構造部と、前記通風ファンと前記第１軸受ハウジングおよび第１ブラケットと間に形成され、前記第１軸受ハウジングの軸受の外周側に形成された吸気口から導入された外気を前記第１ブラケットの外周部まで導く通風路と、前記通風ファンに固定され前記通風路内に位置する被検出部と、前記通風路内に前記被検出部と対向して設けられ、前記被検出部を検知するセンサと、を有する回転検出器と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電動機を示す縦断面図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った前記電動機の横断面図。
【図３】図３は、第２の実施形態に係る電動機の横断面図。
【図４】図４は、第３の実施形態に係る電動機を示す縦断面図。
【図５】図５は、第４の実施形態に係る電動機を示す縦断面図および吐出口を示す正面図。
【図６】図６は、第５の実施形態に係る電動機を示す縦断面図および吐出口を示す断面図。
【図７】図７は、第５の実施形態における変形例に係る電動機の吐出口部分を示す正面図および断面図。
【図８】図８は、第６の実施形態に係る電動機を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る全閉型の電動機を示す縦断面図、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った電動機の駆動側の横断面を示している。図１に示すように、この電動機は、筒状、例えば、円筒状のステータ鉄心１を備えている。ステータ鉄心１の軸方向両端面には、環状の一対の鉄心押さえ３、３が固定されている。ステータ鉄心１の外周には、複数の繋ぎ板２が配設され、これらの繋ぎ板２は、それぞれステータ鉄心１の軸方向に延び、２つの鉄心押さえ３、３を繋ぎ固定している。複数の繋ぎ板２は、ステータ鉄心１の円周方向に間隔を置いて配置されているとともに、各繋ぎ板２とステータ鉄心１の外周面とにより冷却通風路２ａが規定されている。
【００１４】
ステータ鉄心１の駆動端側に位置した鉄心押さえ３には、アルミニウム合金等で形成されたほぼ円筒状の第１ブラケット５が取り付けられている。第１ブラケット５の先端側には、環状のベアリングブラケット（第１軸受ハウジング）７が同軸的にボルトにて締結されている。ベアリングブラケット７の中央部には、第１軸受として例えば、ころ軸受９を内蔵した第１軸受部３０がボルトにて締結されている。
【００１５】
ステータ鉄心１の反駆動端側に位置した鉄心押さえ３には、アルミニウム合金等で形成されたほぼお椀形状の第２ブラケット６が取り付けられている。第２ブラケット６の中央部には、第２軸受として例えば玉軸受１０を内蔵した軸受ハウジング８がボルトにて締結されている。
【００１６】
ステータ鉄心１、鉄心押え３、３、第１ブラケット５、ベアリングブラケット７、第２ブラケット６、第１軸受部３０、軸受ハウジング８により、内部が密閉されたケース（機体）が構成されている。
【００１７】
ステータ鉄心１は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。ステータ鉄心１の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロットが形成され、これらのスロットにステータコイル１７が埋め込まれている。ステータコイル１７のコイルエンドはステータ鉄心１の両端面から軸方向に張り出している。ステータ鉄心１およびステータコイル１７によりステータ（固定子）が構成されている。
【００１８】
ステータ鉄心１の内側に、一様な隙間Ｇを置いて、円柱形状のロータ鉄心１２が同軸的に配置されている。ロータ鉄心１２の中心部に回転軸１１が同軸的に取り付けられ、その両端部はころ軸受９および玉軸受１０によって回転自在に支持されている。これにより、回転軸１１は、ケース内に同軸的に延在している。回転軸１１およびロータ鉄心１２はロータ１６を構成している。回転軸１１の駆動側端部１１ａは機外に延出し、この部分に駆動歯車装置を接続するための継手が取り付けられる。
【００１９】
ロータ鉄心１２は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。ロータ鉄心１２は、回転軸１１に取り付けられた一対の鉄心押え１３ａ、１３ｂにより、軸方向両側面から挟まれるように支持されている。鉄心押え板１３ａ、１３ｂは、環状に形成され、その外径は、ロータ鉄心１２の外径よりも僅かに小さく形成されている。
【００２０】
ロータ鉄心１２の外周部には、それぞれ軸方向に延びる複数の溝が形成され、各溝には、ロータバー１４が埋め込まれている。ロータバー１４の両端部はロータ鉄心１２から張出し、その張出部分をエンドリング１５、１５で一体に接続して誘導電動機のかご形ロータを形成している。ステータコイル１７に通電することにより、ロータ鉄心１２が誘導されて回転し、回転軸１１がロータ鉄心１２と一体に回転される。
【００２１】
なお、回転子の発熱を抑え、よりコンパクトな電動機を実現するために、かご型ロータに代わって、永久磁石をロータ鉄心に挿入して構成する永久磁石形電動機としてもよい。
【００２２】
駆動端側の第１軸受部３０とロータ鉄心１２との間で回転軸１１に通風ファン１８が同軸的に取付けられ、回転軸１１と一体に回転自在となっている。通風ファン１８は、ほぼロート形状に形成され、ロータ鉄心１２側から第１ブラケット５に向かって傾斜して延びた主板１８ａと、主板１８ａのベアリングブラケット７と対向する外面に設けられた複数の羽根１８ｂとを有している。
【００２３】
主板１８ａは、鉄心押え１３ａを介して、ロータ鉄心１２と多くの面で接触している。また、主板１８ａの外周縁部と第１ブラケット５の機内側の張出部の内周部とは、円環状の微小間隙を置いて、互いに係合している。この円環状の微小間隙部は、互いに凹凸形状の略二段構造に形成され、ラビリンス構造部３２を形成している。通風ファン１８において、ベアリングブラケット７と対向する外面に複数のフィンが形成されている。
図１および図２に示すように、複数の羽根１８ｂは主板１８ａの外周部に設けられ、それぞれ放射状に延びているとともに、主板１８ａの円周方向に等間隔を置いて設けられている。
【００２４】
図１に示すように、ベアリングブラケット７に、複数の吸気口１９が形成されている。これらの吸気口１９は第１軸受部３０の外側で、回転軸１１と同芯の円上に並んで設けられている。また、ベアリングブラケット７の中心部は、回転軸１１の軸方向に沿って機内側に突出する突出部７ａを有し、その突出端に、例えば、環状の吐出口２０が形成されている。吐出口２０は回転軸１１と同軸的に形成されている。吐出口２０は回転軸１１の近傍で、かつ、通風ファン１８の主板１８ａの中心部に隣接している。更に、ベアリングブラケット７には、吸気口１９から回転軸１１の軸方向に沿って延びた後、主板１８ａの中心部分、つまり、回転軸１１に向かって、吐出口２０まで延びる、複数の案内流路２３が形成されている。
【００２５】
主板１８ａの外面とベアリングブラケット７の内面との間、および第１ブラケット５の外周部に亘って通風路５ａが形成されている。この通風路５ａは、主板１８ａの中心部から第１ブラケット５の外周に亘って放射状に延びている。なお、通風路５ａは、通風ファン１８の主板１８ａおよびラビリンス構造部３２により機体内部と仕切られてる。また、通風ファン１８の羽根１８ｂは通風路５ａ内に位置している。更に、通風路５ａは、ステータ鉄心１と繋ぎ板２とにより形成された複数の冷却通風路２ａに連通している。
【００２６】
電動機の運転時には、ステータコイル１７およびロータバー１４が発熱するため、冷却用外気を通風路５ａに積極的に通風させて、電動機の温度が上昇しないようにして性能が維持できるようにしている。この冷却作用は次の通りである。
【００２７】
電動機が回転すると回転軸１１と一体に通風ファン１８が回転する。通風ファン１８の羽根１８ｂの部分に風が発生し、べアリングブラケット７の吸気ロ１９から冷たい外気を吸い込み、案内流路２３および吐出口２０を通して、回転軸１１近く、および主板１８ａの中心部へ導く。冷却風は、更に、主板１８ａの中心部から主板１８ａの外面に沿って通風路５ａ内を外周側に流れる。その際、ロータバー１４で発生する熱を、ロータ鉄心１２、鉄心押え１３ａ、通風ファンの主板１８ａを経由して伝熱させ、主板１８ａおよび羽根１８ｂから冷却風に放熱し、ロータバー１４を冷却することが可能になる。同時に、羽根１８ｂによって発生する風は、第１ブラケット５の通風路５ａから複数の冷却通風路２ａに流入し、これらの冷却通風路２ａを通ってステータ鉄心１を冷却した後、外部に排出される。ステータコイル１７で発生する熱は、ステータ鉄心１に伝わり、ステータ鉄心１の外周面から冷却風に放熱される。また、繋ぎ板２で囲まれていないステータ鉄心１の表面からは、直接、外気に自然放熱して発熱を更に抑制している。これにより、ステータコイル１７を冷却することが可能になる。
【００２８】
一方、電動機は、回転制御用や車両ブレーキ制御用に、電動機の回転数を検知する回転検出器を備えている。回転検出器は、例えば、磁気センサであるＰＧセンサ（パルスジェネラチング）センサ２１と、回転軸１１と一体に回転し、ＰＧセンサにより検知される被検知部５０と、を備えている。
【００２９】
図１および図２に示すように、ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５の外周部に取り付けられ、第１ブラケットから通風路５ａ内に突出している。ＰＧセンサ２１は、回転軸１１に対して径方向に延び、その感知端は、通風路５ａ内に位置している。
【００３０】
被検知部５０は、磁性体、例えば、鉄で形成された環状の歯車板２２を有している。この歯車板２２は、その外周部分が凹凸に形成され、円周方向に所定のピッチで並んだ多数の歯５３を構成している。歯車板２２は、通風ファン１８の主板１８ａの外周縁部、ここでは、ラビリンス構造部３２の外側に固定され、回転軸１１と同軸的に位置しているとともに、通風路５ａ内に位置している。また、歯車板２２は、回転軸１１の径方向に沿ってＰＧセンサ２１と並んで配置されている。ＰＧセンサ２１は、歯車板２２に対して径方向の外側に配置され、その検知端は、所定の間隔、例えば、約１ｍｍの隙間を置いて、歯５３と対向している。
【００３１】
ＰＧセンサ２１は、鉛直方向について、吐出口２０よりも上方、ここでは、回転軸１１の中心を通る水平線Ｂよりも上方に設けられている。本実施形態では、ＰＧセンサ２１は、鉛直方向において、回転軸１１の真上に設けられている。
【００３２】
上記構成において、電動機が作動し、回転軸１１および通風ファン１８が回転すると、歯車板２２も通風ファン１８と一体に回転する。歯車板２２の歯５３がＰＧセンサ２１の検出端と対向する位置を通過するごとに、ＰＧセンサ２１はこの歯５３を感知しパルス信号を出力する。そして、ＰＧセンサ２１から出力されたパルス信号を検出することにより、電動機の回転数、回転速度を検知することができる。
【００３３】
上記のように構成された電動機は、ステータ鉄心１に設けられた取付け腕部５４を鉄道車両の台車枠にボルトで締結固定し、回転軸１１の駆動端部１１ａを図示しない継ぎ手を介して駆動用歯車装置に結合することにより、車両に設定される。そして、電動機の回転力を駆動用歯車装置から車輪に伝達し、車両を走行させる。
【００３４】
以上のように構成された全閉型の電動機によれば、ステータコイル１７、ロータバー１４、およびこれらを含む機内は、ステータ４、第１ブラケット５、通風ファン１８の主板１８ａ、軸受ハウジング８、第２ブラケット６で囲まれ、更に、通風ファン１８と第１ブラケット５との間に設けられたラビリンス構造部３２により、外気と遮断されている。また、ステータコイル１７の発熱は、ステータ鉄心１の外周面、および冷却通風路２ａを流れる冷却風を介して外気に放熱し、ロータバー１４の発熱は通風ファン１８から通風路５ａを流れる冷却風に放熱される。そのため、熱の影響が少なくなり全閉化が実現できる構造となっている。このように改善された全閉型の電動機は、機内への外気導入がないため、ろ過器や機内の清掃が不要になり、格段に保守の低減を図ることができる。更に、機内が汚れないことで、ステータコイルの絶縁性能がいつまでも良好に保たれる。
【００３５】
電動機の回転速度を検出するＰＧセンサ２１および歯車板２２は、通風ファン１８とベアリングブラケット７との間に形成された通風路５ａ内に設けられている。そのため、これらの回転検出器を機外に設けてカバーで覆う場合に比較して、電動機の軸方向寸法増大を抑制することができる。従って、回転検出器を設けた場合でも、ステータ鉄心およびロータ鉄心の軸方向寸法を小さくする必要がなく、電動機の出力低下を生じることがない。
【００３６】
また、ＰＧセンサ２１および歯車板２２は、回転軸１１の径方向に並んで設けられているため、動作時の熱によりロータ１６が軸方向に熱膨張した場合でも、ＰＧセンサと歯車板２２とが軸方向に僅かにずれるだけで、これらの間の隙間を所定の値に維持することができる。これにより、ＰＧセンサ２１により安定して速度検出を行うことができる。
【００３７】
ＰＧセンサ２１は、通風路５ａ内で、歯車板２２の外側、かつ、吐出口２０よりも鉛直方向上方に設けられている。これにより、ＰＧセンサ２１と歯車板２２との間の異物噛み込みによる回転検出器の損傷を大幅に低減でき、理想的な回転検出器付き全閉型電動機を提供できる。すなわち、電動機が回転すると、通風ファン１８が回転し、吸気口１９から外気が取り込まれ、吐出口２０から通風路５ａおよび冷却通風路２ａを通って流れる。この際、外気とともに塵埃、砂塵（約０．５以上の大きな塵埃）等が通風路５ａに取り込まれる場合がある。図２に示すように、吸気口１９から入った塵挨は吐出し口２０で一度回転軸１１近傍めがけて流れる。この時、小さな塵挨（約０．５ｍｍ未満の塵埃）Ｓ１は、羽根１８ｂの吸い込み作用で回転軸１１近傍から大きく反転して放射上に吹き飛ばされ、冷却風となって第１ブラケット５の通風路５ａを通り冷却通風路２ａから外部に吐き出される。大きな砂塵Ｓ２は、回転軸１１等に当った瞬間、速度が落ち、自重も加わり、回転軸１１より下の方へ落下する。つまり、ＰＧセンサ２１と歯車板２２との隙間部分に噛み込むような大きな砂塵は、回転軸１１より下の冷却通風路２ａを通って外部に吐き出される。したがって、回転軸１１の中心よりも鉛直方向上方にＰＧセンサ２１を設けることにより、砂塵等がＰＧセンサ２１と歯車板２２との間に到達することがなく、噛み込むのを防止することができる。
以上のことから、出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な全閉型の電動機が得られる。
【００３８】
次に、他の実施形態に係る電動機について説明する。
以下に述べる実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る全閉型の電動機の回転検出器部分を示す断面図である。第２の実施形態では、回転検出器を構成するＰＧセンサの配設位置が、第１の実施形態と相違している。
【００４０】
第２の実施形態によれば、ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５の外周部において、回転軸１１の鉛直方向真上からやや下方にずれた位置に設けられている。しかし、この場合においても、ＰＧセンサ２１は、鉛直方向に対して、吐出口２０よりも上方に設けられている。ステータ鉄心１の外周に設けられた４つの冷却通風路２ａの内、上部の一箇所の冷却通風路を閉じ、その位置にＰＧセンサ２１が設けられている。ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５に固定され、通風路５ａ内に延出している。更に、ＰＧセンサ２１は、歯車板２２と回転軸１１の径方向に並んで配置されている。
【００４１】
冷却通風路２ａとＰＧセンサ２１との位置と数は、種々変更可能である。上記のように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面を示している。第３の実施形態では、電動機は、回転軸１１の反駆動側にファン６０を備えている。
【００４３】
ファン６０は、反駆動端側の軸受１０とロータ鉄心１２との間で鉄心押さえ１３ｂに同軸的に取付けられ、回転軸１１と一体に回転自在となっている。ファン６０は、ほぼロート形状に形成された主板６０ａと、主板の外面の外周部に設けられた複数の羽根６０ｂとを有している。複数の羽根６０ｂは、それぞれ放射状に延びているとともに、円周方向に所定の間隔を置いて設けられている。
【００４４】
主板６０ａは、鉄心押え１３ｂを介して、ロータ鉄心１２と多くの面で接触している。また、主板６０ａの外周縁部と第２ブラケット６の機内側の張出部の内周部とは、円環状の微小間隙を置いて、互いに係合している。この円環状の微小間隙部は、互いに凹凸形状の略二段構造に形成され、ラビリンス構造部６２を形成している。このラビリンス構造部６２により、電動機の機内と外気とを遮断し、電動機の全閉化を図っている。
【００４５】
主板６０ａの外面と軸受ハウジング８の内面との間に通風路６４が形成され、更に、軸受ハウジング８の軸受１０の外側に、複数の吸気孔６６が形成され、通風路６４に連通している。また、第２ブラケット６で軸受ハウジング８の外周側に複数の吐出口６８が形成され、通風路６４に連通している。
【００４６】
回転軸１１と一体にファン６０が回転すると、ファン６０の羽根６０ｂにより、吸気孔６６から外気を吸い込み、通風路６４を通った後、吐出口６８から機外に吐き出す。ロータバー１４の発熱をロータ鉄心１２と鉄心押え１３ｂを介して伝熱させ、主板６０ａの外面から冷却風に放熱させる。回転検出器を構成するＰＧセンサ２１および歯車板２２は、第１の実施形態と同様に、駆動側の通風路５ａ内に設けられている。
上記第３の実施形態によれば、より冷却性能の向上した全閉型の電動機が得られる。また、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
なお、回転検出器は、回転軸１１の駆動側に限らず、反駆動側に設けてもよい。この場合、歯車板は、ファン６０に取り付けられ、反駆動側の通風路内に配置される。また、ＰＧセンサは、第２ブラケット６あるいは軸受ハウジング８に取り付けられ、通風路内に配置される。
【００４８】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面および吐出口の正面図を示している。第４の実施形態では、取り込んだ冷却風を通風路５ａに送り出す吐出口２０の構成が第１の実施形態と相違している。
【００４９】
図５に示すように、ベアリングブラケット７は、その中央部で軸受９の周囲に設けられ機内側に突出するほぼ円筒状の突出部７ａを有し、その突出端に円環状の吐出口２０が形成されている。吐出口２０は、回転軸１１の中心に対して鉛直方向上方に偏心して形成されている。すなわち、突出部７ａの鉛直方向上側の約半分は、下側の約半分よりも、通風ファン１８の主板１８ａ側に接近して位置している。これにより、通風路５ａの内、鉛直方向の上側、つまり、ＰＧセンサ２１側に位置する部分は、下側の通風路よりも幅が狭くなっている。
【００５０】
このような構成とすることにより、吸気口１９から冷却風とともに砂塵等の大きな塵埃が取り込まれた場合でも、これらの塵埃が幅の狭い上側の通風路５ａに流れ難くなり、ＰＧセンサ２１へ到達することをより確実に防止することが可能となる。
【００５１】
（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面および吐出口を拡大して示す断面図である。第５の実施形態では、取り込んだ冷却風を通風路５ａに送り出す吐出口２０の構成が第１の実施形態と相違している。
【００５２】
図６に示すように、ベアリングブラケット７は、その中央部で軸受９の周囲に設けられ機内側に突出するほぼ円筒状の突出部７ａを有し、その突出端に円環状の吐出口２０が形成されている。吐出口２０は、回転軸１１の中心と同軸に形成されている。突出部７ａの鉛直方向上側部分は、下側部分よりも、通風ファン１８の主板１８ａ側に延出している。これにより、吐出口２０の上側部分は、下側部分よりも回転軸１１に接近し、かつ、より回転軸の中心側、つまり、ＰＧセンサ２１と反対側に向いている。本実施形態では、吐出口２０は全周が連続して形成され、回転軸１１に対して斜めに傾斜している。
【００５３】
このような構成とすることにより、吸気口１９から冷却風とともに砂塵等の大きな塵埃が取り込まれた場合でも、これらの塵埃を吐出口２０から鉛直方向の下向きに吐き出すことができる。従って、塵埃を上側の通風路５ａに流れ難くなり、ＰＧセンサ２１へ到達することをより確実に防止することが可能となる。
【００５４】
上記構成では、吐出口２０は全周が連続して形成されているが、図７に示すように、突出部７ａの鉛直方向上側半分のみを、下側部分よりも、通風ファン１８の主板１８ａ側に延出してもよい。これにより、吐出口２０の上側半分が、下側半分よりも回転軸１１に接近し、かつ、より回転軸の中心側、つまり、ＰＧセンサ２１と反対側に向いている。このような構成としても、上記と同様に、塵埃を上側の通風路５ａに流れ難くなり、ＰＧセンサ２１へ到達することをより確実に防止することが可能となる。
【００５５】
（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る全閉型の電動機の縦断面を示している。第６の実施形態では、歯車板２２およびＰＧセンサの取り付け位置が、第１の実施形態と相違している。図８に示すように、歯車板２２は、円筒状に形成され、通風ファン１８の羽根１８ｂに固定されている。歯車板２２は、回転軸１１と同軸的に配置され、通風路５ａ内に位置している。歯車板２２のベアリングブラケット７側の端は、全周に渡って凹凸に形成され複数の歯５３を構成している。
【００５６】
ＰＧセンサ２１は、ベアリングブラケット７に取り付けられ、回転軸１１とほぼ平行な方向に沿って通風路５ａ内に延出している。ＰＧセンサ２１の検知端は、歯車板２２の歯５３と所定の隙間、例えば、約１ｍｍの隙間を置いて対向している。また、ＰＧセンサ２１は、鉛直方向について、回転軸１１の中心よりも上方に、ここでは、吐出口２０よりも上方に設けられている。このように、ＰＧセンサ２１は、第１ブラケット５の外周部に限らず、他の位置に設けても良い。
【００５７】
上記のように構成された第６の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、ＰＧセンサ２１と歯車板２２との間の異物噛み込みによる回転検出器の損傷を大幅に低減でき、更に、回転検出器付き全閉型電動機を提供できる。
そして、上述した第２ないし第６の実施形態においても、出力の低下を生じることなく安定した回転速度検出が可能な全閉型の電動機が得られる。
【００５８】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、上述した実施形態において、回転検出器は、ＰＧセンサに限らず、光学センサ等の他のセンサを用いてもよい。第１軸受および第２軸受は、ころ軸受と玉軸受としたが、反対に構成してもよい。また、軸受の組み合わせは、これに限らず、鍔付きころ軸受ところ軸受の組合せとしてもよい。
【００５９】
通風ファンは、羽根に加えて、複数のフィンを備えていてもよい。回転軸の反駆動側に設けられたファンは、羽根に代えて、フィンを備える構成としてもよい。電動機は、フレームを持たない構造に限らず、フレーム構造の電動機に適用してもよい。この場合、フレームの一部を冷却通風路として構成してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…ステータ鉄心、２ａ…冷却通風路、５…第１ブラケット、５ａ…通風路、
６…第２ブラケット、７…ベアリングブラケット、７ａ…突出部、
８…軸受ハウジング、９…ころ軸受、１０…玉軸受、１１…回転軸、
１２…ロータ鉄心、１３ａ、１３ｂ…鉄心押さえ、１６…ロータ、
１７…ステータコイル、１８…通風ファン、１８ａ…主板、１８ｂ…羽根、
１９…吸気口、２０…吐出口、２１…ＰＧセンサ、２２…歯車板、２３…案内流路、
３２、６２…ラビリンス構造部、５３…歯、６０…ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ鉄心と、
前記ステータ鉄心の軸方向の両側に固定された第１ブラケットおよび第２ブラケットと、
内径部に軸受を保持し、前記第１ブラケットに取り付けられた第１軸受ハウジングと、
内径部に軸受を保持し、前記第２ブラケットに取り付けられた第２軸受ハウジングと、
前記２つの軸受により回転自在に支持され前記第１、第２ブラケット内に延在する回転軸、およびこの回転軸に取り付けられ前記ステータ鉄心の内側に隙間を置いて対向するロータ鉄心を有するロータと、
前記ロータ鉄心と前記第１軸受ハウジングとの間で前記回転軸に設けられた通風ファンと、
前記通風ファンの外周部と前記第１ブラケットとの間の環状の微小隙間により形成されたラビリンス構造部と、
前記通風ファンと前記第１軸受ハウジングおよび第１ブラケットと間に形成され、前記第１軸受ハウジングの軸受の外周側に形成された吸気口から導入された外気を前記第１ブラケットの外周部まで導く通風路と、
前記通風ファンに固定され前記通風路内に位置する被検出部と、前記通風路内に前記被検出部と対向して設けられ、前記被検出部を検知するセンサと、を有する回転検出器と、
を備える電動機。
【請求項２】
前記センサは、鉛直方向において、前記回転軸の中心よりも上方に設けられている請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記被検出部は、前記通風ファンに固定され、前記回転軸と同軸的に設けられた環状の歯車板を備え、前記歯車板は、円周方向に所定の間隔で設けられた複数の歯を有し、前記センサは、前記歯に所定の隙間を置いて対向している請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記センサは、前記第１ブラケットの外周部に固定され、前記通風路内に延出している請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記歯車板は前記ラビリンス構造部の外側で前記通風ファンに設けられ、前記歯車板およびセンサは、前記回転軸の径方向に並んで設けられている請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記センサは、前記第１軸受ハウジングに固定され、前記回転軸の軸方向に沿って前記通風路内に延出し、前記歯車板およびセンサは、前記回転軸の軸方向に並んで設けられている請求項３に記載の電動機。
【請求項７】
前記第１軸受ハウジングは、前記通風ファン側に突出し前記軸受の外周側に位置する突出部と、前記突出部の突出端に形成され、前記給気口から導入された外気を前記通風路に吐出する吐出口と、を有し、
前記突出部および吐出口は、前記回転軸に対し、鉛直方向の上方に偏心して設けられている請求項２に記載の電動機。
【請求項８】
前記第１軸受ハウジングは、前記通風ファン側に突出し前記軸受の外周側に位置する突出部と、前記突出部の突出端に形成され、前記給気口から導入された外気を前記通風路に吐出する吐出口と、を有し、
前記突出部および吐出口の鉛直方向上側部分は、下側部分よりも、前記通風ファン側に延出している請求項２に記載の電動機。
【請求項１】
ステータ鉄心と、
前記ステータ鉄心の軸方向の両側に固定された第１ブラケットおよび第２ブラケットと、
内径部に軸受を保持し、前記第１ブラケットに取り付けられた第１軸受ハウジングと、
内径部に軸受を保持し、前記第２ブラケットに取り付けられた第２軸受ハウジングと、
前記２つの軸受により回転自在に支持され前記第１、第２ブラケット内に延在する回転軸、およびこの回転軸に取り付けられ前記ステータ鉄心の内側に隙間を置いて対向するロータ鉄心を有するロータと、
前記ロータ鉄心と前記第１軸受ハウジングとの間で前記回転軸に設けられた通風ファンと、
前記通風ファンの外周部と前記第１ブラケットとの間の環状の微小隙間により形成されたラビリンス構造部と、
前記通風ファンと前記第１軸受ハウジングおよび第１ブラケットと間に形成され、前記第１軸受ハウジングの軸受の外周側に形成された吸気口から導入された外気を前記第１ブラケットの外周部まで導く通風路と、
前記通風ファンに固定され前記通風路内に位置する被検出部と、前記通風路内に前記被検出部と対向して設けられ、前記被検出部を検知するセンサと、を有する回転検出器と、
を備える電動機。
【請求項２】
前記センサは、鉛直方向において、前記回転軸の中心よりも上方に設けられている請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記被検出部は、前記通風ファンに固定され、前記回転軸と同軸的に設けられた環状の歯車板を備え、前記歯車板は、円周方向に所定の間隔で設けられた複数の歯を有し、前記センサは、前記歯に所定の隙間を置いて対向している請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記センサは、前記第１ブラケットの外周部に固定され、前記通風路内に延出している請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記歯車板は前記ラビリンス構造部の外側で前記通風ファンに設けられ、前記歯車板およびセンサは、前記回転軸の径方向に並んで設けられている請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記センサは、前記第１軸受ハウジングに固定され、前記回転軸の軸方向に沿って前記通風路内に延出し、前記歯車板およびセンサは、前記回転軸の軸方向に並んで設けられている請求項３に記載の電動機。
【請求項７】
前記第１軸受ハウジングは、前記通風ファン側に突出し前記軸受の外周側に位置する突出部と、前記突出部の突出端に形成され、前記給気口から導入された外気を前記通風路に吐出する吐出口と、を有し、
前記突出部および吐出口は、前記回転軸に対し、鉛直方向の上方に偏心して設けられている請求項２に記載の電動機。
【請求項８】
前記第１軸受ハウジングは、前記通風ファン側に突出し前記軸受の外周側に位置する突出部と、前記突出部の突出端に形成され、前記給気口から導入された外気を前記通風路に吐出する吐出口と、を有し、
前記突出部および吐出口の鉛直方向上側部分は、下側部分よりも、前記通風ファン側に延出している請求項２に記載の電動機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７５７５７（Ｐ２０１２−１７５７５７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３４４４（Ｐ２０１１−３３４４４）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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