JP2004354231A - 鉄道車両用センサ付軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの信頼性を高め、センサやセンサケーブルを長期に亘って利用可能であると共に、コストダウンを図ることができる鉄道車両用センサ付車軸軸受装置を提供する。
【解決手段】センサにより運転状態が検出される鉄道車両用センサ付軸受装置であって、センサ本体（２１）は、センサケーブル（２９）がセンサ本体（２１）から軸受箱（２）の周方向下側へ直接延びるように、水平面に対して上方へ傾けて軸受箱（２）の外周部に取付けられ、センサ本体（２１）は、回転速度センサ（２４）、振動センサ（２５）、温度センサ（２６）の少なくとも２つを内蔵し、温度センサ（２５）、振動センサ（２６）は電流出力とし、且つ、温度センサ（２５）の出力は温度上昇に伴い低下する特性とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサにより運転状態が検出される鉄道車両用センサ付軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両に固定した軸受箱に対して車軸を回転自在に支持するために、転がり軸受が用いられている。また、鉄道車両においては、車両の走行速度を求めたり、或いは、車輪のフラットを防止する滑走制御を行うため、車軸の回転速度の検出が行われている。
【０００３】
図３は、従来の鉄道車両用のセンサ付軸受装置の一例を示す。図示しない車輪を支持固定した状態で、使用時に回転する回転部材である車軸１０１は、使用時に回転しない静止部材である軸受箱１０２の内径側に、転がり軸受である複列円すいころ軸受１０３により、回転自在に支持されている。なお、図３では、複列円すいころ軸受１０３の一部が示されている。
【０００４】
複列円すいころ軸受１０３は、互いに同心に配置された静止側軌道輪である外輪１０４と回転側軌道輪である一対の内輪１０５と、複列に配置された転動体である円すいころ１０６とを備えている。外輪１０４は、軸受箱１０２に内嵌保持されており、内輪１０５は、間座１０７と共に、車軸１０１の外端（図３の右端）寄り部分に外嵌されている。
【０００５】
車軸１０１の一端側には、被検出部としての速度検出用歯車１０８が、車軸１０１と共に回転可能に取付けられている。速度検出用歯車１０８は、鋼材等の磁性金属材料からなり、その外周縁部における磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。
【０００６】
軸受箱１０２の一端部には、有底円筒状のカバー１０９が図示しないボルトにより固定されており、軸受箱１０２の一端開口を塞いでいる。カバー１０９は、速度検出用歯車１０８の外周縁と径方向に関して対向する位置で、カバー１０９の内外面を貫通するセンサ取付け孔１０９ａが設けられている。このセンサ取付け孔１０９ａには、回転速度センサ１１０が挿入され、回転速度センサ１１０の先端面に設けた検出部が速度検出用歯車１０８と微少隙間を介して対向するようにして、カバー１０９に取付けられている。また、センサ１１０には、センサケーブル１１１が挿入されるケーブル取り出し部１１２が形成されている。
【０００７】
運転時、車輪を支持固定した車軸１０１と共に速度検出用歯車１０８が回転すると、回転速度センサ１１０の検出部が歯車１０８の磁気特性の変化を検知する。検出部の出力は、センサケーブル１１１を介して図示しない制御器に送られ、これにより車輪の回転速度が検出されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２００１−２２８１６４号公報（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなセンサ付車軸軸受装置においては、次に挙げるような問題があった。
図３において、軸受装置の運転状態を検出するセンサ１１０はカバー１０９の上部に取付けられている。このため、センサ１１０やセンサ１１０から延出するセンサケーブル１１１は軸受箱１０２の上部に突出し、車体と干渉してしまう。
また、上記の場合、センサケーブル１１１の引き回しのため、センサケーブル１１１に無理な力が加わることがあり、長時間の使用においてセンサケーブル１１１を損傷しやすい。
【００１０】
さらに、センサケーブル１１１を車軸１０１の径方向に取り外す場合には、センサケーブル１１１が車体と干渉することに加え、センサ１１０のケーブル取り出し部１１２が上向きなため、センサ１１０内部がケーブル取り出し部１１２から浸水するおそれがある。
また、車輪にフラットが発生した場合には、車輪外径は再研削されている。この研削の際に、センサ１１０が軸受箱１０２の上部に取付けられていると、旋盤の押さえ部とセンサ１１０が干渉してしまう。このため、研削する際に軸受装置を分解しなければならず、多大な工数が必要となってしまう。
【００１１】
また、図３では回転速度センサ１１０が軸受装置に組込まれているが、軸受の運転状態を検出するため、振動センサや温度センサをさらに設置する際にそれぞれを個々に配置することはコスト高であり、配線工数も増えてしまう。
また、従来用いられている振動センサおよび温度センサは、ノイズを拾い測定誤差や誤動作を発生してしまうおそれがある。
さらに、ケーブルの断線や温度センサの出力の低下等、温度センサに不具合が発生した場合には、軸受が異常な温度に上昇していても、実際の軸受温度が検出されず、軸受が正常と判断される可能性が高い。
【００１２】
本発明は、上記事情を鑑みて為されたものであり、センサの信頼性を高め、センサやセンサケーブルを長期に亘って利用可能であると共に、コストダウンを図ることができる鉄道車両用センサ付車軸軸受装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明によれば、軸受箱に対して車軸を回転可能に支持する転がり軸受と、前記軸受箱に取付けられたセンサ本体と該センサ本体に接続されて外部へ延びるセンサケーブルを有するセンサと、を備え、当該センサにより運転状態が検出される鉄道車両用センサ付軸受装置であって、
前記センサ本体は、前記センサケーブルが前記センサ本体から前記軸受箱の周方向下側へ直接延びるように、水平面に対して上方へ傾けて前記軸受箱の外周部に取付けられ、前記センサは、回転速度センサ、振動センサ、温度センサの少なくとも２つを内蔵し、前記振動センサ、前記温度センサは電流出力とし、且つ、前記温度センサの出力は温度上昇に伴い低下する特性としたことを特徴とする。
上記構成の鉄道車両用センサ付車軸軸受装置によれば、センサの信頼性を高め、センサやセンサケーブルを長期に亘って利用可能であると共に、コストダウンを図ることができる。
なお、本発明における軸受箱は、本実施形態における軸受箱の一端開口を塞ぐ有底円筒状のカバーを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鉄道車両用センサ付車軸軸受装置の一実施形態を図１，２に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の鉄道車両用センサ付軸受装置の一実施形態を示す側面図であり、図２は図１における縦断面図である。
【００１５】
図２に示されるように、車軸１は、図示しない車輪を支持固定した状態で、軸受箱２の内径側で、転がり軸受である複列円すいころ軸受３により、回転自在に支持されている。
複列円すいころ軸受３は、内周面に外輪軌道７，７を有する外輪４と、外周面に内輪軌道８を有し、小径側の端面同士を間座９を介して互いに突き合わされる一対の内輪５，５と、外輪軌道７，７と内輪軌道８，８との間に配置され、保持器１０，１０により転動自在に保持されている円すいころ６，６とを備えている。外輪４は、軸受箱２に内嵌保持されており、内輪５は、間座９と共に、車軸１の外端（図２の左端）寄り部分に外嵌されている。
【００１６】
車軸１の外端部で軸方向外側の内輪５よりも突出した部分には、油切りと称される環状部材１１，１１ａが外嵌されている。内側の内輪５の内端面は、別の環状部材を介して、車軸１の中間部に形成された段差面１２に突き当てられている。従って、一対の内輪５，５が車軸１の中央寄り（図２中右寄り）に変位することはない。
車軸１の外端部に外嵌した有底円筒状の押さえブラケット１３は、環状部材１１，１１ａを外側の内輪５の外端面に向けて押し付けている。この押さえブラケット１３は、車軸１の外端面に複数本のボルト１４，１４により固定され、各ボルト１４の締付け力に基づき、外側の内輪５を軸方向内方に押圧している。
【００１７】
外輪４の両端部は、軟鋼板等の金属板を断面クランク形で円筒状に形成されたシールケース１５，１５の基端部を内嵌固定している。このシールケース１５，１５の内周面と各環状部材１１，１１ａの外周面との間には、シールリング１６，１６が設けられており、複数個の円すいころ６，６を設置した空間１７の両端開口部を塞いでいる。
従って、空間１７の内外を遮断して、空間１７内に密封した潤滑用のグリースが外部に漏洩するのを防止すると共に、外部から空間１７内に雨水や塵埃等の異物が侵入するのを防いでいる。
【００１８】
軸受箱２の外端開口は、軸受箱２の一端部に固定したカバー１８により塞がれている。カバー１８は、合成樹脂若しくは金属材料により有底円筒状に形成されている。カバー１８は、カバー１８の開口側を軸受箱２の一端に突き当てた状態で、ボルト１９により軸受箱２に固定され、軸受箱２の外端開口を塞いでいる。
【００１９】
車軸１の外端面に固定された押さえブラケット１３の外周面には、被検出部としての速度検出用歯車２０が、車軸１と共に回転可能に設けられている。速度検出用歯車２０は、鋼材等の磁性金属材料からなり、その外周縁部における磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。
なお、被検出部は、速度検出用歯車２０の代わりに、Ｓ極、Ｎ極が互い違いに着磁された磁極部がその外周面に形成された速度検出用エンコーダを採用することもできる。
【００２０】
また、軸受箱２の外周部には、速度検出用歯車２０の外周縁と径方向に関して対向する位置に、センサ本体２１が挿入される取付け孔２２が設けられている。図１に示されるように、取付け孔２２は、軸受箱２の内外面を貫通し、水平面に対して上方に傾斜した位置（水平〜７０度、望ましくは１０〜４５度、より望ましくは１５〜３０度）に形成されている。センサ本体２１は、その取付けフランジ２１ａを軸受箱２の外面に突き当て、ボルト２３，２３により軸受箱２に固定されている。これにより、センサ本体２１の先端面に設けた回転速度センサ２４は、速度検出用歯車２０と微少隙間を介して対向している。また、センサ本体２１内部には、車軸の回転速度を検出する回転速度センサ２４に加え、転がり軸受の温度を検出する温度センサ２５と車輪のフラットや転がり軸受の振動等を検出する振動センサ２６とが備えられている。
【００２１】
回転速度センサ２４、温度センサ２５、振動センサ２６の各出力信号を取り出す為の導線であるハーネスは、一緒に束ねられ、ケーブルグランド２８を介して、一本のセンサケーブル２９として外部に引き出され、図示しない制御器に送られている。ケーブルグランド２８はセンサ本体２１の下側側面に設けられたケーブル取り出し部３０に取付けられており、センサケーブル２９は軸受箱２の周方向下側に直接延出している。
【００２２】
上述の鉄道車両用センサ付軸受装置において、運転時、車輪を支持固定した車軸１と共に速度検出用歯車２０が回転すると、回転速度センサ２４が歯車２０の磁気特性の変化を検知する。回転速度センサ２４の出力はセンサケーブル２９を介して図示しない制御器に送られ、車輪の回転速度が検出される。
また、複列円すいころ軸受３の回転抵抗が空間１７内に封入したグリースの劣化等の原因で異常に上昇し、軸受内の温度が上昇すると温度センサ２５がこの温度を検出する。温度センサ２５の出力信号は、電流として出力する電流出力であり、センサケーブル２９を介して図示しない制御器に送られる。また、温度センサ２５の出力信号は、フェイルセーフ機能を有するように、温度上昇に伴って出力が低下するような特性を持たせているので、ケーブルが断線した場合は、温度が高くなった状態と同じとなり、異常を知らせることができる。
さらに、振動センサ２６は、車輪のフラットの発生や複列円すいころ軸受３の剥離等の異常を検出している。振動センサ２６の出力信号も、電流出力とし、センサケーブル２９を介して図示しない制御器に送られる。
【００２３】
なお、本実施形態では、センサ本体２１は回転速度センサ２４、温度センサ２５、振動センサ２６を備えているが、いずれか二つのセンサを組み合わせて内蔵するように構成されてもよい。
また、本実施形態では、センサ本体２１は軸受箱２に形成されたセンサ取付け孔２２に取付けられているが、カバー１８の外周部にセンサ取付け孔を設けて、センサ本体２１をカバー１８に取付ける構成であってもよい。
さらに、本実施形態では、回転速度センサ２４、温度センサ２５、振動センサ２６をセンサ本体２１内に個々に配置し、各センサのハーネスを一本に束ねて、センサケーブル２９として外部へ延出していたが、各センサをプリント基板上に実装して、プリント基板から延びるハーネスを外部に延出するように構成してもよい。
【００２４】
次に、本実施形態のセンサ付軸受装置の作用及び効果について述べる。
本実施形態では、センサ本体２１が水平面に対して上方に傾斜した位置で軸受箱２に取付けられることから、センサ本体２１やセンサケーブル２９は車体の上部に突出することがなく、車体と干渉せずに取付けることができる。
【００２５】
また、センサ本体２１が上記位置で軸受箱２に取付けられ、ケーブルグランド２８がセンサ本体２１の下側側面に取付けられていることから、センサケーブル２９はセンサ本体２１から軸受箱２の周方向下側に直接延出して取り出されている。このため、センサケーブル２９の引き回しが容易であり、センサケーブル２９に無理な力を加えずに固定することができる。
また、センサケーブル２９を周方向下側に取り出しているため、センサ本体２１がケーブル取り出し部３０又は３１から浸水することが防止され、長期間センサの信頼性を保つことができる。
【００２６】
また、センサケーブル２９をセンサ本体２１から軸受箱２の周方向下側に直接取り出しているため、ケーブルの取り出し方向を変えるための部品などが不要になり、コストダウンを図ることができる。
また、車輪にフラットが発生した場合、車輪外径は再研削されるが、センサ本体２１を上方に傾いた位置（水平〜７０度、望ましくは１０〜４５度、より望ましくは１５〜３０度）に取付けているため、旋盤の押さえ部とセンサ本体２１との干渉を避けることができ、研削のために軸受装置を分解する必要がなくなり、工数の削減ができる。
【００２７】
さらに、このセンサ本体２１は、回転速度センサ２４、振動センサ２５、温度センサ２６の内、少なくとも２つを内蔵しているため、回転速度センサ２４、振動センサ２５、温度センサ２６を個々に設置する場合に比べ、コストダウンとなり、配線工数も減少する。
また、水平面に対して上方側が負荷圏となり、転がり軸受の負荷が大きい。このため、センサ本体２１を上記位置に配置することで、軸受の振動や温度が検出しやすくなる。
【００２８】
また、温度センサ２５及び振動センサ２６の出力を電流出力としているため、電圧出力の場合のように、センサ部と測定部である制御器とのグランドの電位差が誤差とならないため、ノイズを拾いにくく、測定誤差や誤動作が防止され、信頼性を向上することができる。
さらに、温度センサ２５の出力を温度上昇とともに低下する特性としているため、センサの不具合によって温度センサ２５の出力が低下した場合でも、軸受に温度上昇が発生したとして異常が検出されるため、フェイルセーフ機能を持たせることができる。
【００２９】
なお、センサ付軸受装置における転がり軸受は、複列円すいころ軸受に限らず、平軸受、玉軸受、円筒ころ軸受、球面ころ軸受、単列・複列を問わず適用することができる。
また、センサは軸受に直接取付ける構造でもよい。このように、センサを軸受に直接取付けると、軸受の振動や温度をより精度よく測定することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、センサの信頼性を高め、センサやセンサケーブルを長期に亘って利用可能であると共に、コストダウンを図ることができる鉄道車両用センサ付車軸軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄道車両用センサ付軸受装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図である。
【図３】従来の鉄道車両用センサ付軸受装置の一部縦断面図である。
【符号の説明】
１ 車軸
２ 軸受箱
３ 複列円すい転がり軸受（転がり軸受）
２１ センサ本体
２４ 回転速度センサ
２５ 温度センサ
２６ 振動センサ
２９ センサケーブル

Claims (1)

1. 軸受箱に対して車軸を回転可能に支持する転がり軸受と、前記軸受箱に取付けられたセンサ本体と該センサ本体に接続されて外部へ延びるセンサケーブルを有するセンサと、を備え、当該センサにより運転状態が検出される鉄道車両用センサ付軸受装置であって、
   前記センサ本体は、前記センサケーブルが前記センサ本体から前記軸受箱の周方向下側へ直接延びるように、水平面に対して上方へ傾けて前記軸受箱の外周部に取付けられ、
   前記センサ本体は、回転速度センサ、振動センサ、温度センサの少なくとも２つを内蔵し、
   前記振動センサ、前記温度センサは電流出力とし、且つ、
   前記温度センサの出力は温度上昇に伴い低下する特性としたことを特徴とする鉄道車両用センサ付軸受装置。

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