| 【発明の名称】 |
車輪モータ一体形駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松岡 孝一
【氏名】八木 信行
【氏名】山脇 和典
【氏名】白石 茂智
|
| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記軸受外輪の外端側より、外周面に雄ネジが加工された端蓋を前記車輪に加工された雌ネジと係合させて設け、この端蓋を締付けて前記軸受外輪を軸方向に加圧固定する構造としたことを特徴とする車輪モータ一体形駆動装置。
【請求項２】 台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の内径面の中央部に嵌合された軸受外輪の内端側に、前記車輪のボス部の端部に設けられたリング状のツバと軸受外輪とで外周部が挟み込まれることで固定される端蓋を設け、前記軸受外輪の外端側には外周面に雄ネジが加工された端蓋を設け、この端蓋の雄ネジと前記車輪のボス部に加工された雌ネジとを係合して軸受外輪を軸方向に締付け固定し、これら両端蓋の軸受に対向する側に前記車軸を中心とする環状のグリース充填空間をそれぞれ設けたことを特徴とする車輪モータ一体形駆動装置。
【請求項３】 台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の外端側の外周面にアースリングを取付け、前記車輪と車軸支持箱の間に固定ブラケットを前記アースリングの外周部を覆うように内径部を前記車軸に嵌合させて固定し、この固定ブラケットの外周面の一部に開口部を設け、この開口部に前記アースリングと摺動するアースブラシを有する接地装置を設けたことを特徴とする車輪モータ一体形駆動装置。
【請求項４】 台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の外端側の外周面に歯車円板を取付け、前記車輪と車軸支持箱の間に固定ブラケットを前記歯車円板の外周部を覆うように内径部を前記車軸に嵌合させて固定し、この固定ブラケットの外周面の一部に開口部を設け、この開口部に先端検出部が前記歯車円板の外周面と一定の間隙を存するように速度検出器を設けたことを特徴とする車輪モータ一体形駆動装置。
【請求項５】 台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の外端側の外周面にアースリングと歯車円板とを並べて取付け、前記車輪と車軸支持箱の間に固定ブラケットを前記アースリングと前記歯車円板の外周部を覆うようにして内径部を前記車軸に嵌合させて固定し、この固定ブラケットの外周面の一部に前記アースリング及び前記歯車円板に対応させて開口部をそれぞれ設け、その一方の開口部に前記アースリングと摺動するアースブラシを有する接地装置を設け、他方の開口部に先端検出部が前記歯車円板の外周面と一定の間隙を存するように速度検出器を設けたことを特徴とする車輪モータ一体形駆動装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用台車等に設けられたアウタロータモータを有する車輪一体形駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鉄道車両の駆動構造は、車輪と一体化された車軸に大歯車を取付け、この大歯車に噛合させて設けられた小歯車の軸に台車に支持された主電動機（以下モータと呼ぶ）の回転軸を接続し、モータの回転力を歯車減速装置を介して車輪に伝達して車輪を駆動するものである。
【０００３】近年では車両の低騒音化、保守の省力化等を図るため、歯車装置をなくした図７に示すようなアウタロータを使用した車輪、モータ一体形の駆動方式の開発が進められている。
【０００４】図７において、１は回転しない車軸（以下固定車軸と呼ぶ）で、この固定車軸１の両端部は軸支持箱３で支持され、この軸支持枠３は軸バネ等を介して台車枠４に支持されている。
【０００５】上記固定車軸１の中央部にはアウタロータタイプの永久磁石式同期電動機のモータ固定子２が取付けられ、固定軸１の両端側には軸受６を介して車輪７が回転自在に支持されている。
【０００６】また、モータ固定子２の外周部には内周面に永久磁石９を有する円筒状のモータ回転子８が配置され、このモータ回転子８の両端はブラケット１０にて車輪７にボルトにより締結されている。この場合、永久磁石９の内周面とモータ固定子２の外周面の間は一定の空隙を存している。
【０００７】このようにモータ回転子８が車輪７と一体的に構成され、直接車輪７を回転させることにより、車両をレール１１に沿って走行駆動するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような車輪モータ一体形駆動装置において、車軸軸受部としては図８に示すような構成となっている。
【０００９】すなわち、図８に示すように車輪７のボス部内周面に軸受外輪６ａが嵌合され、両側面より内側端蓋１２と外側端蓋１３によりボルト１４，１５により締付けて固定している。また、軸受内輪６ｂは固定車軸１に嵌合され、両端面側を固定部材により鋏付けるようにして固定されている。
【００１０】上記内側端蓋１２および外側端蓋１３のそれぞれ軸受側には固定車軸１を中心とする環状のグリース充填ポケット１２ａおよび１２ｂが設けられ、これらのポケットに潤滑グリースが充填されている。
【００１１】しかし、このような構造の車軸軸受部を備えた車輪モータ一体形駆動装置においては、次のような問題がある。
【００１２】（１）軸受外輪６ａの軸長手方向の固定は、内側端蓋１２および外側端蓋１３を介してボルト１４，１５の締付けで行っている。この場合、軸受外輪６ａを確実に加圧した状態にするためには、車輪７と内側端蓋１２および外側端蓋１３との合せ面（Ｘ部）に微小間隙を持たせてある。
【００１３】しかし、このような軸受部の構造では、車両の運転時に車輪７にレールからの衝撃力が伝わり、特にレールの継目では最大１０トンもの横圧が車輪に作用する。この衝撃荷重は、軸受６を介して固定車軸１で受けることになるため、車軸外輪６ａを締付けているボルト１４，１５にもこの荷重が作用する。
【００１４】この場合、ボルト締付部の端蓋と車輪の合せ面（Ｘ）に微小間隙があるため、車輪７と軸受外輪６ａとの間に軸方向の相対変位が生じ、締付ボルトに大きな変動荷重が作用し、ボルトの疲労破壊が生じ易くなる。
【００１５】また、レールからの大きな横圧による荷重に耐えられるように締付ボルトのサイズと本数を多くして締付力を大きくしているため、長期使用中に微小間隙（Ｘ）がなくなる方向に内側端蓋１２および外側端蓋１３が変形を生じ易く、変形が生じた場合には締付けボルト１２，１３の緩みが生じ、必要な締付力が維持できなくなる。
【００１６】このように運転時にレールから車輪に作用する横圧による衝撃荷重に対して軸受外輪の締付方法は、現状の構造では不十分である。
【００１７】（２）一方、車両からの帰線電流をレールに戻すため、従来の車両では回転する車軸に接地装置により通電し、車輪を通じてレールに電流を流す構造となっている。
【００１８】しかしながら、車輪モータ一体形の駆動装置では、車軸は固定となり、軸受を介して車輪を支持する構成のため、車軸より車輪に電流を流すと軸受６に電食が発生して軸受を損傷するため、車軸に接地装置を設けて電流をレールに流すことはできない。
【００１９】そこで、現在では図８および図９に示すような接地構造を検討している。図８および図９において、車輪７の側面と車軸支持箱３との間に存する空間（Ｚ）を利用し、この狭い空間に接地装置を設ける構成とする案である。すなわち、接地装置１７を支持する固定ブラケット１６を固定車軸１に固定し、接地装置に内蔵するアースブラシ１８をバネにし、外側端蓋１３の外周面に押付けて摺動させるものである。
【００２０】従って、このような接地装置にあっては、車体の帰線電流はアース線２０より接地装置に入り、アースブラシ１８より外側端蓋１３に流れ、次いで車輪７を介してレール１１に流れることになる。
【００２１】このように車輪一体形駆動方式では、接地装置１７の取付けスペース（Ｚ）が十分ないため、アースブラシ１８を直接車輪７に摺動させることは困難であり、外側端蓋１３の外周面を利用してアースブラシを摺動させる構成としている。
【００２２】この場合、接地装置１７は、絶縁体１９を介して固定ブラケット１６に取付け、電流が固定ブラケット１６から固定車軸１、軸受６、車輪７の経路で流れることがないようにしている。
【００２３】しかし、このような構造においても次のような問題があり、その改善が望まれている。
【００２４】すなわち、外側端蓋１３をアースリングと兼用しているため、外側端蓋１３の材質を摺動特性と耐摩耗性、導電性の良いものに選定する必要があり、外側端蓋１３が高価になり、またアースリングの特性を良好なものにすると、外側端蓋としての機械的強度が低下するなどの問題がある。また使用している間に摺動部の摩耗、荒損により外側端蓋を交換する必要がある。
【００２５】さらに、外側端蓋と車輪７との合せ面（Ｘ）は微小間隙を存した構成としているため、電流は外側端蓋と軸受外輪６ａの端面の接触部より固定車軸１へ流れることになり、通電面積が不十分になることもある。
【００２６】本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は車輪を支持している軸受の締付けに緩みが生じることなく、また横圧の衝撃荷重によって締付け部の疲労破壊が生じることのない信頼性の高い軸受部とすることを可能とし、第２の目的は接地装置や速度発電機を制約された小スペースの中で構成可能にして車両の信頼性向上、性能向上および小型軽量化を図ることが可能な車両モータ一体形駆動装置を提供するにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を解決するため、次のような手段により車輪一体形回転電機を構成する。
【００２８】請求項１に対応する発明は、台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記軸受外輪の外端側より、外周面に雄ネジが加工された端蓋を前記車輪に加工された雌ネジと係合させて設け、この端蓋を締付けて前記軸受外輪を軸方向に加圧固定する構造とする。
【００２９】請求項２に対応する発明は、台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の内径面の中央部に嵌合された軸受外輪の内端側に、前記車輪のボス部の端部に設けられたリング状のツバと軸受外輪とで外周部が挟み込まれることで固定される端蓋を設け、前記軸受外輪の外端側には外周面に雄ネジが加工された端蓋を設け、この端蓋の雄ネジと前記車輪のボス部に加工された雌ネジとを係合して軸受外輪を軸方向に締付け固定し、これら両端蓋の軸受に対向する側に前記車軸を中心とする環状のグリース充填空間をそれぞれ設けたものである。
【００３０】上記請求項１及び請求項２に対応する発明の車輪モータ一体形駆動装置にあっては、軸受外輪の固定が強固になり、車輪に横圧による衝撃荷重が作用した場合でも端蓋と車輪のネジ部に大きな変動荷重が作用しなくなり、ネジ部が疲労破壊することがなくなる。
【００３１】請求項３に対応する発明は、台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の外端側の外周面にアースリングを取付け、前記車輪と車軸支持箱の間に固定ブラケットを前記アースリングの外周部を覆うように内径部を前記車軸に嵌合させて固定し、この固定ブラケットの外周面の一部に開口部を設け、この開口部に前記アースリングと摺動するアースブラシを有する接地装置を設けたものである。
【００３２】上記請求項３に対応する発明の車輪モータ一体形駆動装置にあっては、端蓋とは別に独立したアースリングが車輪に取付けられるため、アースリングを適切な材料に選定することが可能になると共に、車輪に密着して取付けられるため、通電面積を十分に確保される。
【００３３】請求項４に対応する発明は、台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の外端側の外周面に歯車円板を取付け、前記車輪と車軸支持箱の間に固定ブラケットを前記歯車円板の外周部を覆うように内径部を前記車軸に嵌合させて固定し、この固定ブラケットの外周面の一部に開口部を設け、この開口部に先端検出部が前記歯車円板の外周面と一定の間隙を存するように速度検出器を設けたものである。
【００３４】請求項５に対応する発明は、台車に両端部が固定支持された車軸の中央部にモータ固定子を設けると共に、車軸の両端部に各々軸受を介して車輪を回転自在に支持させ、前記モータ固定子の外周面に所定の空隙を存して筒状のモータ回転子を配設すると共に、このモータ回転子の両端部を各々ブラケットにより前記車輪に一体的に締結してなるアウタロータタイプの車輪モータ一体形駆動装置において、前記車輪の車軸側に有するボス部の外端側の外周面にアースリングと歯車円板とを並べて取付け、前記車輪と車軸支持箱の間に固定ブラケットを前記アースリングと前記歯車円板の外周部を覆うようにして内径部を前記車軸に嵌合させて固定し、この固定ブラケットの外周面の一部に前記アースリング及び前記歯車円板に対応させて開口部をそれぞれ設け、その一方の開口部に前記アースリングと摺動するアースブラシを有する接地装置を設け、他方の開口部に先端検出部が前記歯車円板の外周面と一定の間隙を存するように速度検出器を設けたものである。
【００３５】上記請求項４及び請求項５に対応する発明の車輪モータ一体形駆動装置にあっては、アースリング部分にアースリングの他に速度発電機用の歯車円板を共存した形で取付け、固定ブラケットに速度発電機の検出部分を設置することにより、従来より取付け困難であった速度発電機を取付けることが可能になる。
【００３６】
【実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明による車輪一体形回転電機の第１の実施の形態をそれぞれ示すもので、図１は車輪一体形モータの一部を示す断面図であり、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。なお、図８及び図９と同一部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００３７】図１及び図２に示すように、車輪２２の固定車軸側に有するボス２２ａの内径面に内側端蓋２３が嵌込んだ後、軸受６を構成する軸受外輪６ａ部分が挿入される。また、車輪２２のボス２２ａの外側に突出するボス張出部の内径面に加工された雌ネジＹ部に外周部に雄ネジＹが加工された外側端蓋２５をねじ込んで、軸受外輪６ａを軸方向に加圧した状態で固定している。
【００３８】この場合、外側端蓋２５には締付作業時のスパナ（専用工具）の爪を差し込むための穴２５ｂが複数個設けられている。また、内側端蓋２３と外側端蓋２５の軸受側には、固定車軸１を中心とする環状の空間であるグリース充填ポット２３ａ，２５ａが設けられ、軸受の潤滑グリースが充填されている。
【００３９】さらに、軸受内輪６ｂは、固定車軸１に挿入され、両側の軸受押え２４及び固定ブラケット２６、固定部材２８により固定されている。
【００４０】一方、車輪２２のボス張出部の外周部にアースリング２７が取付けられ、ボルト２９により車輪２２に締付け固定されている。
【００４１】上記固定車軸１に固定された固定ブラケット２６は、外周部が車輪２２のボス張出部に取付けられたアースリング２７の外周側を覆う如く形成され、この固定ブラケット２６の外周部の一部に開口部を設けると共に、この開口部に接地装置１７が取付けられている。
【００４２】この接地装置１７は、固定ブラケット２６に絶縁体１９を介して取付けられると共に、アース線２０により車体の接地部と接続されている。
【００４３】上記接地装置１７の内部には、アースブラシ１８を有し、このアースブラシ１８はバネによりアースリング２７の外周面に加圧した状態で取付けられ、回転時には摺動する構成となっている。
【００４４】このように構成された車輪モータ一体形駆動装置において、軸受外輪６ａは外側端蓋２５のネジ（Ｙ）部で強固に締付け固定されているが、このネジ（Ｙ）部は外側端蓋２５の外径部全周に加工されているため、ボルト締付け方式に比べて大幅にネジの強度を増大することが可能となり、横圧による衝撃荷重が作用しても応力が小さくなる。
【００４５】また、ボルト締付方式では、図８に示すように軸受外輪６ａを確実に押付けた状態とするため、微小間隙（Ｘ）を必要としていたが、本実施の形態の外側端蓋２５の外径部全周に加工されたネジ（Ｙ）部による締付け構造では、この微小間隙は不要のため、横圧作用時に変動応力が大幅に増大することがなく、疲労破壊を生ずることもなくなる。
【００４６】さらに、外側端蓋２５の外径を小さくできることから、外側端蓋２５の外周部の車輪２２のボス２２ａ部にアースリング２７を配置することが可能となる。しかも、アースリング２７が別個に設けられるため、アースリングの材質を外側端蓋２５とは関係なく最適なものとすることができる。
【００４７】一方、長期使用によりアースリング２７の摩耗や荒損が生じた場合には、アースリングのみを交換すればよく、その作業を容易に行うことができる。
【００４８】また、アースリング２７は車輪２２に密着して取付けられているので、アース電流の通電面積も十分確保することができる。
【００４９】さらに、軸受６を車輪２２より取外す場合には、図３に示すように車輪２２のボス２２ａ部の内径側に形成された雌ネジ（Ｙ）部から外側端蓋２５の雄ネジ（Ｙ）部を緩めて取外した後、内側端蓋２３を図示矢印方向に押圧することにより、容易に軸受６を車輪２２より取外すことができる。
【００５０】この場合、軸受外輪６ａは車輪２２に強固に嵌合されているので、軸受６を取出すときは軸受内輪６ｂを加圧するのではなく、軸受外輪６ａを加圧する必要がある。
【００５１】図４乃至図６は本発明による車輪モータ一体形駆動装置の第２の実施の形態をそれぞれ示すもので、図４は車輪モータ一体形駆動装置の一部を示す横断面図、図５は図４のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図、図６は図４のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。なお、図１及び図２と同一部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００５２】第２の実施の形態では、図４乃至図６に示すように固定車軸１に内径部が固定された固定ブラケット３０部に接地装置１７と速度発電機３２とを取付けるものである。
【００５３】図４乃至図６に示すように、車輪２２を支持する軸受６の外輪６ａは外径部の全周に雄ネジ（Ｙ）が加工された外側端蓋２５を車輪２２のボス部２２ａの内径側に加工された雌ネジ（Ｙ）部に螺合とて軸方向に締付けることにより、固定されている。
【００５４】また、車輪２２のボス部の外径側に外側端蓋２５の外周位置に対応させてアースリング３１と速度発電機用の歯車円板３３がボルト３４により締付け固定される。そして、これらアースリング３１と歯車円板３３の外周側を覆うように固定ブラケット３０が設けられ、この固定ブラケット３０の外周部の適宜２か所に開口部が設けられ、この開口部に接地装置１７と速度発電機３２がそれぞれ取付けられている。
【００５５】この場合、接地装置１７のアースブラシ１８はバネによりアースリング３１の外周面に押付けられ、回転時には摺動する構造となっている。また、歯車円板３３の歯部に先端検出部が一定の間隙を存するように対向させて速度発電機３２が設けられている。
【００５６】このような構成の車輪モータ一体形駆動装置において、運転時に歯車円板３３が回転すると、速度発電機３２は歯車円板３の歯の凹凸により速度を検出し、この速度に応じた信号を自動列車制御装置（ＡＴＣ）やブレーキ制御装置に供給する。
【００５７】このように固定ブラケット３０の取付けスペースを利用して接地装置１７と速度発電機３２を容易に取付けることが可能になる。
【００５８】なお、上記実施の形態では、アースリング３１と歯車円板３３とを図示するように別個に構成したが、これら両者を一体化したものとして設けるようにしても良い。また、アースリング３１と接地装置１７又は歯車円板３３と速度発電機３２の一方を配設するようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、車輪を支持している軸受の締付けに緩みが生じることなく、また横圧の衝撃荷重によって締付け部の疲労破壊が生じることのない信頼性の高い軸受部を構成することができ、また接地装置や速度発電機を制約された小スペースの中に配設可能な構成としたので、車両の信頼性向上、性能向上および小型軽量化を図ることができる車輪モータ一体形駆動装置を提供できる。
|
| 【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
【識別番号】０００２２１１７７
【氏名又は名称】東芝トランスポートエンジニアリング株式会社
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
|
| 【出願日】 |
平成１１年４月１５日（１９９９．４．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−３０８２０４（Ｐ２０００−３０８２０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１０８１７２ |
|