| 【発明の名称】 |
車両用電動機の軸受の荷重付与方法及びその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松岡 孝一
【氏名】角野 和義
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| 【要約】 |
【課題】反車輪側軸受にも常に荷重をかけることができ、軸受の焼損を防ぐことができるとともに、製作コストの上昇を抑えることができる、車両用電動機の軸受の荷重付与方法及びその装置を提供する。
【解決手段】固定子７と回転子４とこの回転子４を支えるために左右に軸受を設けた多極の永久磁石式車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の弱い磁気量を有する極５Ａの永久磁石によって生じる磁気量を他の極５の永久磁石によって発生する磁束量と異ならせて前記電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設ける。この前記磁気装置は、磁気量を弱めた所定の極５Ａの永久磁石と、通常の磁気量を有する他の極５の永久磁石とを配置する回転子４からなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する方法であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせることにより、前記車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与することを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与方法。
【請求項２】 固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する方法であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせることにより、前記車両用電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与することを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与方法。
【請求項３】 固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせて前記車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けることを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与装置。
【請求項４】 固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせて前記車両用電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けることを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与装置。
【請求項５】 固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた多極の永久磁石式車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の永久磁石によって生じる磁気量を他の大半の極の永久磁石によって発生する磁気量と異ならせて前記車両用電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けることを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与装置。
【請求項６】 請求項５記載の車両用電動機の軸受の荷重付与装置において、前記磁気装置は、磁気量を弱めた所定の極の永久磁石と、通常の磁気量を有する他の極の永久磁石とを配置する回転子を有することを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与装置。
【請求項７】 請求項５記載の車両用電動機の軸受の荷重付与装置において、前記磁気装置は、高さを低くした磁極と、通常の高さの磁極とを配置した固定子を有することを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与装置。
【請求項８】 請求項５記載の車両用電動機の軸受の荷重付与装置において、前記磁気装置は、コイルの巻数を部分的に減らすように構成したことを特徴とする車両用電動機の軸受の荷重付与装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電動機の軸受への荷重の付与方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、アウターロータ型各輪駆動方式の車両用電動機において、車体が曲線部を走行する場合、横力がかかるため、電動機の両端に軸受を設けるようにしている。左右２箇所の軸受で支える回転機の場合には、通常、片側は円錐ころ（または玉）軸受、もう片側には円筒ころ軸受を採用する。これは軸方向の荷重を受けることのできる円錐ころ軸受によって回転子の位置決めを行い、軸方向の動きを許容する円筒ころ軸受によって、左右の軸受間隔の組み立て誤差および熱による収縮等を許容するためである。
【０００３】独立車輪方式の車輪一体型主電動機の場合、車輪直下に位置する軸受（以下、車輪側軸受という）には、車両の荷重を支えるとともに、車輪の左右方向の移動を抑えるために、円錐ころ軸受が採用される。従って、主電動機側に用いる軸受としては、軸方向の動きを許容できる円筒ころ軸受を用いる必要がある。この場合、主電動機側の軸受（以下、輪軸中心側軸受という）は、車輪に横圧が加わって車輪が倒れようとするのを支える役目を果たすので、それなりの強度を有するものでなくてはならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車輪に加わる横圧は車両の運動に依存するものであり、間欠的である。従って横圧が加わらない時は、主電動機側軸受の負担荷重はその容量に比べて極めて小さなものとなり（殆ど０となる）、ころの不回転が生じることになる。軸受に荷重がかからない場合、ころと車軸の間にすべりが生じて発熱し、軸受を焼損する恐れがある。
【０００５】その対策として、主電動機側軸受に玉軸受を用いることも考えられるが、取り付けの誤差が許容されないので、極めて精密に製作する必要があり、コストアップとなる。また、温度上昇による熱収縮も許容されないので、主電動機の出力を大きくとることができない。そのため、玉軸受の取り付け構造を工夫し、軸受自体が軸方向の動きを許容するように取り付ける案も考えられるが、それにともなってガタが生じるため、長期の使用にはフレッティング等の問題が生じ耐えることができない。
【０００６】更に、取り付け構造自体が複雑となるため、製作コストが上昇するとともに、分解・組み立てにも手間がかかることになる。本発明は、上記問題点を除去し、反車輪側軸受にも常に荷重をかけることができ、軸受の焼損を防ぐことができるとともに、製作コストの上昇を抑えることができる、車両用電動機の軸受の荷重付与方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、〔１〕固定子と回転子とこの回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する方法であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせることにより、前記車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与するようにしたものである。
【０００８】〔２〕固定子と回転子とこの回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせて前記車両用電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けるようにしたものである。
〔３〕固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせて前記車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けるようにしたものである。
【０００９】〔４〕固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の空隙磁束分布を他の大半の極の空隙磁束分布と異ならせて前記車両用電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けるようにしたものである。
〔５〕固定子と回転子と該回転子を支えるために左右に軸受を設けた多極の永久磁石式車両用電動機の軸受へ常時荷重を付与する装置であって、一部の極の永久磁石によって生じる磁気量を他の大半の極の永久磁石によって発生する磁気量と異ならせて前記車両用電動機の反車輪側軸受へ常時荷重を付与するように配置する磁気装置を設けるようにしたものである。
【００１０】〔６〕上記〔５〕記載の車両用電動機の軸受の荷重付与装置において、前記磁気装置は、磁気量を弱めた所定の極の永久磁石と、通常の磁気量を有する他の極の永久磁石とを配置する回転子を設けるようにしたものである。
〔７〕上記〔５〕記載の車両用電動機の軸受の荷重付与装置において、前記磁気装置は、高さを低くした磁極と、通常の高さの磁極とを配置した固定子を設けるようにしたものである。
【００１１】〔８〕上記〔５〕記載の車両用電動機の軸受の荷重付与装置において、前記磁気装置は、コイルの巻数を部分的に減らすように構成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る車両用電動機の一部断面図、図２はその車両用電動機の反車輪側軸受部の拡大図である。これらの図において、１は車軸、２は軸受〔円錐ころ（または玉）軸受〕３を介して回転自在に設けられる車輪、４は回転子であり、車輪２の側面に一体に固定されている。５はその回転子４のヨーク６の内周面であって、後述する固定子に対向するように配置される回転子側の永久磁石からなる磁極、７は固定子であり、固定子コイル８によって磁化される固定子の歯（ティース）９を有している。
【００１３】車両用電動機の反車輪側軸受部１０は、軸受内輪１２と軸受外輪１３間に配置されるコロ１１を備え、車軸と直角方向の荷重を受け、車軸方向の荷重に対しては、フリーとなるように構成されている。図３は本発明の第１実施例の要部を示す模式図であり、車両用電動機の軸受の荷重付与装置の断面を模式的に示している。
【００１４】図３に示すように、車軸１には固定子７が固定されており、その外周部には固定子の歯９が形成されている。一方、回転子４は、ヨーク６の内周面に、永久磁石からなる磁極群が形成されている。その磁極群は、通常の磁気量を有する大半の磁極５と、その通常の磁気量よりは弱い磁気量を有する、一部（ここでは、１磁極）に配置される磁極５Ａを設け、電動機の磁気回路を不平衡にすることにより、回転子に偏心力をかけることができる。つまり、反車輪側軸受に常に荷重をかけるように構成する。
【００１５】このように、１部のみの永久磁石の磁力を弱くすることにより、全体として、機械的な回転バランスを維持するため磁石の厚さを変えないようするのが望ましい。つまり、回転バランスを維持しながら、全体として磁気量を不平衡にして、常に、反車輪側軸受にも荷重がかかるように構成している。上記実施例では、一部の磁極の磁気量を異ならせるようにしたが、一部に配置される磁極５Ａの高さが低くなるように構成して、全体として磁気量（空隙磁束分布）を不平衡にするようにしてもよい。
【００１６】このように、第１実施例によれば、常に、反車輪側軸受にも荷重をかけることができるように構成したので、当該軸受の焼損を防ぐことができる。次に、本発明の第２実施例について説明する。図４は本発明の第２実施例の要部を示す模式図であり、車両用電動機の軸受の荷重付与装置の断面を模式的に示している。
【００１７】図４に示すように、車軸２１には固定子２２が固定されており、その外周部には固定子の歯群が形成されている。その固定子の歯群は、通常の高さの歯２３と、その通常の高さの歯２３よりは高さの低い歯２３Ａを一部に配置するようにしている。一方、回転子２４は、ヨーク２６の内周面に、永久磁石からなる磁極群が形成されている。その磁極群は、均一な磁気量を有する磁極２５として配置されている。したがって、全体として空隙磁束分布を不平衡にして、常に、反車輪側軸受にも荷重をかけることができるように構成している。
【００１８】上記実施例によれば、一部の固定子の歯が低くなるようにしたが、これに代えて、図示しないが、一部の歯に巻回される固定子コイルの巻数を減らすことにより、磁気量（空隙磁束分布）を不平衡にするようにしてもよい。このように、第２実施例によれば、第１実施例に比べて、より簡単な構成により、常に、反車輪側軸受にも荷重をかけることができ、当該軸受の焼損を防ぐことができる。
【００１９】また、回転子側の構造は変えることはないので、良好な回転バランスを維持することができる。なお、上記実施例では、車輪２の片側にのみ、車両用電動機が配置された場合について、説明したが、図５に示すように、車輪を挟んで両側に車両用電動機が配置される場合の車両用電動機に対しても同様に適用することができる。
【００２０】すなわち、図５に示すように、車軸３１に回転可能に配置される左右の車輪３２の両側には車両用電動機が配置される。その車両用電動機は、車軸側の軸受３３、回転子３４、回転子側磁極３５、ヨーク３６、固定子３７、固定子コイル３８、固定子側の磁極３９、車両用電動機の反車輪側軸受部４０からなっている。なお、５０は台枠、Ａはレールである。
【００２１】このような車輪を挟んで両側に車両用電動機が配置される場合の車両用電動機の反車輪側軸受部４０にも、上記した実施例の軸受の荷重付与方法及びその装置を適用することができる。図６は本発明の第４実施例の車両用直流電動機の軸受に荷重をかけるための要部を示す模式図であり、車両用アウターロータ型直流電動機の断面を模式的に示している。
【００２２】この図において、５１は回転子、５２はその回転子のヨーク、５３はその回転子のヨークに装着された電機子コイル、５４は固定子、５５は界磁鉄心、５６は界磁コイル、５７はギャップ、５８は広げられたギャップであり、界磁鉄心５５の一部のギャップを広げて、その部分の回転子５１の吸引力を弱める。このように、固定子５４と回転子５１との間のギャップの一部分を広げて、全体として空隙磁束分布を不平衡にして、車両用直流電動機の軸受に荷重がかかるように構成している。
【００２３】なお、１部の磁界を弱めるために、１極分の界磁巻線の巻数を他の巻数より少なくして１極分の吸引力を弱めるようにしてもよい。図７は本発明の第５実施例の車両用誘導電動機の軸受に荷重をかけるための要部を示す模式図であり、車両用アウターロータ型かご形誘導電動機の断面を模式的に示している。
【００２４】この図において、６１は回転子、６２はその回転子のヨーク、６３はその回転子のヨークに装着されたロータバー、６４は固定子、６５は固定子の歯、６６は固定子コイル、６７はギャップ、６８は広げられたギャップであり、固定子の歯６５の一部のギャップを広げ、その部分の吸引力を弱める。なお、１部の磁界を弱めるために、１極分の固定子コイルの巻数を他の巻数より少なくして１極分の吸引力を弱めるようにしてもよい。
【００２５】このように、種々の電動機について適用することができる。更に、上記実施例においては、部分的に吸引力を弱める場合について述べたが、相対的な問題であり、大部分を強めるようにしてもよいことは言うまでもない。また、磁気的特性を部分的に変える手段として、磁極形状、磁極材質、永久磁石の形状、永久磁石の材質、コイルの巻数を変更するようにしてもよい。
【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（Ａ）車両用電動機の軸受に常に荷重をかけることができる。特に、その車両用電動機の反車輪側軸受に常に荷重をかけることができ、軸受の回転部材（例えば、ころ）と車軸の間のすべりをなくすことができる。すべりがなくなることにより、軸受の焼損を防止することができる。また、磁気回路のみの工夫でよいので、製作コストの上昇を抑えることができる。
【００２８】（Ｂ）車両用電動機の回転子側の磁極の一部変更により、常に、反車輪側軸受にも荷重をかけることができ、当該軸受の焼損を防ぐことができる。
（Ｃ）車両用電動機の固定子の歯の一部変更により、常に、反車輪側軸受にも荷重をかけることができ、当該軸受の焼損を防ぐことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
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| 【出願日】 |
平成１０年８月１８日（１９９８．８．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９６３５
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５９９０９（Ｐ２０００−５９９０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２３１３６０ |
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