專利名稱：車輛用電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種驅動鐵道車輛的車輛用電動機，特別是涉及外扇風扇的構造。
背景技術：
一般來說，電動機由于因通電時的發(fā)熱而被加熱時將加速絕緣體的劣化，導致壽命及效率的降低，所以需要對機內進行冷卻。特別是近年來開發(fā)了具備固定在殼體外的轉子軸端部上的外扇風扇和攪拌機內的空氣的內扇風扇的全封閉外扇形電動機。尤其是外扇風扇，考慮到從外部的保養(yǎng)性，一般是由沿著轉子軸的方向插裝的螺栓固定。以下述專利文獻1為代表的現有技術與以與上述同樣的式樣具有通過固定在轉子軸上的風扇的旋轉將外氣取入機內，并將機內的熱向外部排出，有效的對電動機進行冷卻的構造。專利文獻1 特開平05-300698號公報
但是，以上述專利文獻1為代表的現有技術是將風扇螺栓固定在軸承止動器(止擋)或者旋轉軸端面上，但形成在風扇上的螺栓插入孔被加工成直徑大于螺栓直徑。因此，在轉子軸上產生了螺栓緊固形成的摩擦力以上的力矩變動的情況下，螺栓的中心將相對于螺栓插入孔偏移，其結果存在螺栓松動，最終有可能螺栓折斷而風扇脫落的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于得到一種車輛用電動機，在常溫時能夠容易地將風扇取下，并且在高溫時或者低溫時能夠抑制轉子軸的力矩變動而產生的風扇滑動。為了解決上述問題以達到目的，本發(fā)明的車輛用電動機適用于列車中，具備設置在轉子軸上且將外氣導入機內的風扇，其特征在于，還具備止擋，發(fā)揮將上述風扇在軸向上定位的功能，固定在支撐上述轉子軸的軸承與從轉子軸的一端插入的上述風扇之間，形成為與上述風扇對向的面能夠與上述風扇嵌合，上述風扇由線膨脹系數設定成大于上述轉子軸以及上述止擋的線膨脹系數。根據本發(fā)明，由于將由線膨脹系數大于轉子軸以及止擋的線膨脹系數的材質制造的風扇與止擋嵌合，所以在常溫時能夠容易地取下風扇，并且在高溫時或者低溫時能夠抑制轉子軸的力矩變動而產生的風扇滑動。


圖1是將風扇作為中心表示的電動機的縱向剖視圖2是用于說明實施方式1所涉及的電動機風扇的構造的縱向剖視圖； 圖3是表示將圖2的電動機風扇固定在轉子軸上的狀態(tài)的附圖； 圖4是圖3中沿著A-A線的剖視圖； 圖5是用于說明線膨脹系數與制動力矩的關系的附圖；圖6是用于說明實施方式2所涉及的電動機風扇的構造的縱向剖視圖。附圖標記說明
10 轉子軸，20 止擋，21 凹部，30 風扇，31 轂部，32 轉子軸抵接面，33 止擋轂部， 40 螺栓，50 軸承，100電動機α :線膨脹系數，D 轉子軸的直徑，dfl 轉子軸抵接面的直徑，df2 止擋抵接面的直徑，ds 風扇抵接面的直徑，dl 轉子軸與轂部相接的部分的直徑， d2 轂部與止擋相接的部分的直徑，d3 止擋的直徑，T 制動力矩，Tr 常溫，Δ T 溫度變化。
具體實施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明所涉及的車輛用電動機的實施方式詳細地進行說明。另外，本發(fā)明并不受該實施方式的限定。實施方式1
圖1是將風扇30作為中心表示的電動機100的縱向剖視圖，圖2是用于說明本實施方式所涉及的風扇30的構造的縱向剖視圖，圖3是表示將圖2的風扇30固定在轉子軸上的狀態(tài)的附圖，圖4是圖3中沿著A-A線的剖視圖，圖5是用于說明線膨脹系數與制動力矩的關系的附圖。圖1中，在電動機100中示出了由螺栓(緊固部件)40固定在轉子軸10上的風扇 30，和設在風扇30與軸承50之間且發(fā)揮將風扇30在軸向上定位的功能的止擋20。以下，采用圖2 圖5對圖1所示的風扇30等的式樣進行說明。風扇30的轂部 (突起部)31沿著軸向嵌合在軸承50的止擋20的凹部21中。進而，與轉子軸10嵌合的風扇30嵌合在轉子軸10上。另外，轉子軸10和止擋20例如由鐵構成，風扇30例如由鋁構成。另外，關于這各部件的線膨脹系數與旋轉力矩的傳遞在以后敘述。若說明各部件的接觸部的尺寸則如下所述。示出了轉子軸10的橫向的直徑(以下稱為“轉子軸的直徑D”)，止擋20的凹部21的直徑(以下稱為“風扇抵接面的直徑ds”)，與轉子軸10相接的風扇30的直徑(以下稱為“轉子軸抵接面的直徑dfl”)，以及嵌合在止擋 20的凹部21中的轂部31的直徑(以下稱為“止擋抵接面的直徑df2”)。圖4所示的螺栓40經由形成在風扇30上的螺栓插通孔擰入止擋20中，將風扇30 與止擋20固定。而且，止擋20熱套在轉子軸10上。圖4所示的A-A剖視圖概念地表示了常溫時的轉子軸10、轂部30、以及止擋20的嵌合狀態(tài)，在各部的嵌合部上表示了些許的間隙。轂部31裝配在轉子軸10的外側，并且裝配在止擋20的內側。S卩，是通過轉子軸10和止擋20將轂部31夾在中間的構造。在轂部31的內周面與轉子軸10的外周面之間表示了常溫時的間隙，而且，在轂部 31的外周面與止擋20的內周面之間也與上述同樣表示了常溫時的間隙。本實施方式所涉及的電動機100構成為因低溫或者高溫的情況下的各部件的線膨脹系數的差而使嵌合部的接觸壓力增加，從而使部件之間的制動力矩變化。若詳細地說明這種構造則如下所述。參照圖2進行說明，例如在風扇30的周圍溫度降低的情況下，由于風扇30 (例如鋁)的收縮量比轉子軸10 (例如鐵)的收縮量大，所以轉子軸抵接面的直徑dfl小于轉子軸的直徑D。因此，轉子軸抵接面32與轉子軸10的接觸壓力增加。在風扇30的周圍溫度上升的情況下，由于風扇30 (例如鋁)的膨脹量比止擋20(例如鐵)的膨脹量大，所以止擋抵接面的直徑df2大于風扇抵接面的直徑ds。因此，轂部 31與止擋20的接觸壓力增加。接著，若采用圖5以計算式說明線膨脹系數與制動力矩的關系則如下所述。首先， 將轉子軸10與轂部31相接的部分的直徑定義為dl，將轂部31與止擋20相接的部分的直徑定義為d2，將止擋20的直徑定義為d3。在這種情況下，鋁的線膨脹系數α Al以及鐵的線膨脹系數α Fe能夠以式1表示。[式1]
線膨脹系數α Α1> α Fe · · · (1) 溫度變化Δ T能夠以式2表示。[式2]
溫度變化ΔΤ = T-Tr (Tr 常溫)· · ·(2)
鋁的線膨脹系數α Al和鐵的線膨脹系數α Fe的差δ能夠以式3、式4表示。[式3]
δ dl = ( α Al-α Fe) dl ΔΤ · · · (3) [式4]
δ d2 = ( aFe-aAl) d2AT · · · (4)
當溫度變化ΔΤ>0時，鋁的線膨脹系數aAl和鐵的線膨脹系數CiFe的差δ能夠以式 5、式6表不。[式5]
ΔΤ>0 時，δ dl>0, δ d2<0 · · · (5) [式6]
ΔΤ<0 時，δ dl<0, δ d2>0 · · · (6)
艮口，高溫時，鋁與鐵以轂部31與止擋20相接的部分的直徑d2接觸(熱套狀態(tài))。而且， 低溫時(例如在寒冷地帶那樣的場所啟動電動機100時)，鋁與鐵以轉子軸10與轂部31相接的部分的直徑dl接觸(冷套狀態(tài))。若表示鐵與鋁的接觸壓力Pq，則能夠以式7、8表示。[式7] ΔΤ>0 時，
2 Γ 1 d2(df+d22 ) , 1 d2(d22 + d32 Pa=——1----5——3--νΑ +----^-ψ — vFe 卜 · · ·(7)
m 2 [EAI 2、d2s -df J EFe 2 [d^-dT2 JJ
其中，EAl =Al的楊氏模量，EFe =Fe的楊氏模量，ν:泊松比 [式8] Δ Τ<0 時，
mi dl, ν, 1 dlfm2+d22 Λ·Υ1
ρα———1---U-M1Fej+----,-f> · · · (8)
α 2 [EFe 2EM 2 {d^-dV JJ
轂部31與止擋20相接的部分的直徑d2處的制動力矩T和轉子軸10與轂部31相接的部分的直徑dl處的制動力矩T能夠以式9、10表示。[式9]ΔΤ>0 時，
d2
T= MPgAi--· · · (9)
其中，μ 摩擦系數 A1 外徑dl的側面積 [式 10] Δ T<0 時，
rfl
· · · ( ο)
其中，A2 外徑d2的側面積
這樣，本實施方式所涉及的電動機100構成為在低溫度時通過轉子軸抵接面32與轉子軸10的嵌合部分的接觸壓力Pq增加，在轉子軸10與風扇30之間產生制動力矩T。而且， 在高溫時通過轂部31與止擋20的嵌合部分的接觸壓力Pq增加，在止擋20與轂部31之間產生制動力矩T。另一方面，以往的電動機例如是風扇通過螺栓的緊固力而直接固定在轉子軸上的式樣。在這種情況下，也如上述問題中所述的那樣，由于轉子軸的力矩直接作用在螺栓上而存在螺栓產生松動的可能性。而且，作為其它的式樣，風扇是通過將螺栓插入熱套在轉子軸上的止擋中而被固定，在這種情況下也同樣，轉子軸的力矩直接作用在螺栓上。如以上所說明的那樣，本實施方式所涉及的電動機100由于是將由線膨脹系數大于轉子軸10以及止擋20的線膨脹系數的材質制造的風扇30的轂部31夾在轉子軸10與止擋20之間，所以例如在行進中的溫度下，除了螺栓40的緊固力之外能夠與高溫或者低溫無關地在旋轉方向上外加制動力矩T。其結果，例如在風扇30保養(yǎng)時的溫度(常溫Tr)下能夠容易地取下風扇30。而且，即使例如在由于氣溫低而螺栓40松動的情況下，也能夠防止力矩變動而產生的風扇30的滑動。而且，由于對螺栓40的負擔減輕，所以能夠減少螺栓 40的根數，或者使螺栓40的尺寸小型化。進而，由于僅加工止擋20與轂部31的嵌合部即可，所以降低風扇30的安裝部的構造簡單化，能夠實現風扇30的輕量化、省空間化、以及制作成本的降低。實施方式2
本實施方式所涉及的電動機100是止擋20以及轂部31的形狀以不同的式樣形成的。 以下，對本實施方式所涉及的電動機的結構進行說明。另外，對于與實施方式1同樣的部分賦予相同的附圖標記而省略其說明，僅對不同的部分進行描述。圖6是用于說明實施方式2所涉及的風扇30的構造的縱向剖視圖。圖6 (a)所示的轂部31具有嵌合在止擋20的槽部中的形狀。這樣形成的轂部31、止擋20、以及轉子軸10在高溫度時轂部31的外周面與止擋20相接觸。而且，在低溫時風扇30與轉子軸1 相接觸，同時轂部31的內周面與止擋20相接觸。圖6 (b)所示的止擋轂部33具有嵌合在風扇30的槽部中的形狀。這樣形成的轂部31、止擋20、以及轉子軸10在低溫度時風扇30與轉子軸10相接觸，同時止擋轂部33的外周面與風扇30相接觸。而且，在高溫時止擋轂部33的內周面與風扇30相接觸。如以上所說明的那樣，本實施方式所涉及的電動機100由于與實施方式1相比減小了止擋20以及風扇30的嵌合厚度，所以能夠減小高溫時的制動力矩T與低溫時的制動力矩T的差。另外，在實施方式1以及實施方式2的說明中，以使轉子軸10和止擋20的材質為鐵，使風扇30的材質為鋁進行了說明，但并不僅限于此。即，只要是風扇30的線膨脹系數 α設定成大于轉子軸10以及止擋20的線膨脹系數即可。而且，轉子軸10的線膨脹系數α和止擋20的線膨脹系數α可以設定成不同的值。例如圖1所示，凹部21與轂部31的接觸面積比轉子軸抵接面32與轉子軸10的接觸面積小，但如果將止擋20的線膨脹系數α設定成低于轉子軸10的線膨脹系數α的值，則能夠確保高溫時的制動力矩Τ。進而，各部件的材質并不僅限于鋁和鐵，只要是上述的線膨脹系數α的關系成立，也可以采用其它的材質。而且，在實施方式1和實施方式2的說明中，作為一例對全封閉外扇形電動機的外扇風扇進行了說明，但并不僅限于全封閉外扇形電動機或者外扇風扇，也能夠適用于全封閉外扇形電動機以外的電動機或者外扇風扇以外的風扇。而且，在實施方式1和實施方式2的說明中，作為一例將螺栓40用作風扇30的緊固部件，但如果是能夠擰入止擋20中固定風扇30的部件，則并不僅限于螺栓40。如上所述，本發(fā)明作為能夠適用于驅動鐵道車輛的電動機，特別是在常溫時能夠容易地取下風扇，并且在高溫時或者低溫時能夠抑制因轉子軸的力矩變動而產生的風扇的滑動的發(fā)明是非常有用的。
權利要求
1.一種車輛用電動機，適用于列車中，具備設置在轉子軸上且將外氣導入機內的風扇， 其特征在于，還具備止擋，發(fā)揮將上述風扇在軸向上定位的功能，固定在支撐上述轉子軸的軸承與從轉子軸的一端插入的上述風扇之間，形成為與上述風扇對向的面能夠與上述風扇嵌合，上述風扇由朝向上述止擋與上述轉子軸大致平行地插入的緊固部件固定，并且線膨脹系數設定成大于上述轉子軸以及上述止擋的線膨脹系數。
2.如權利要求1所述的車輛用電動機，其特征在于， 上述止擋上與上述風扇對向的面形成為凹狀，上述風扇上與上述止擋對向的面形成為能夠與上述止擋嵌合的凸狀。
3.如權利要求1所述的車輛用電動機，其特征在于， 上述止擋上與上述風扇對向的面形成為凸狀，上述風扇上與上述止擋對向的面形成為能夠與上述止擋嵌合的凹狀。
4.如權利要求1所述的車輛用電動機，其特征在于，上述止擋的線膨脹系數設定成低于上述轉子軸的線膨脹系數的值。
全文摘要
本發(fā)明的車輛用電動機適用于列車中，具備設置在轉子軸(10)上且將外氣導入機內的風扇(30)，其中，還具備止擋(20)，固定在支撐轉子軸(10)的軸承(50)與從軸承(50)一側的轉子軸(10)的端部插入的風扇(30)之間，并具有與風扇(30)嵌合的構造，風扇(30)的線膨脹系數大于轉子軸(10)以及止擋(20)的線膨脹系數，形成為能夠通過從外部朝向止擋(20)插入的螺栓嵌合在止擋(20)上。
文檔編號H02K5/04GK102474149SQ20098016006
公開日2012年5月23日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權日2009年7月8日
發(fā)明者皆川和人 申請人:三菱電機株式會社