JP2004535965A - 輪軸の直接駆動装置 - Google Patents

Abstract

車軸（２）に取付けられた２つの車輪（３）を備え、２つの車輪（３）が、固定子（１０）と回転子（１９）とを有し車軸（２）を含む少なくとも１台のインナーロータ電動機によって駆動可能である走行装置の輪軸の駆動装置。これによって、コンパクトな直接駆動装置が構成される。

Description

【０００１】
本発明は走行装置の輪軸の駆動装置に関する。
【０００２】
欧州特許出願公開第０４１３３３７号明細書によって電動機駆動による軌道車両直接駆動装置が知られている。その駆動装置は、駆動すべき車輪と共に軸線方向に電子的に転流される電動機を備え、その回転子はトルク伝達のために駆動すべき車輪に連結されている。回転子の回転軸線と駆動すべき車輪の回転軸線とはほぼ互いに一列に並んでいる。さらに、回転子はハウジングを持たない電動機のアウターロータとして構成され、環状に分散配置された永久磁石を備えている。そのほかに、この電動機の固定子は駆動すべき車輪とは反対側で、車両に固定して支持されている。
【０００３】
この装置の欠点は、この駆動装置が、その部品配置及び構造により、外側または内側に支持される従来型の輪軸を有する軌道車両に対しては適用困難であるということである。駆動すべき輪軸では、駆動装置は両車輪の間に内側に向かって支持されなければならず、この直接駆動装置の円板状の構造が高価な構造費用をかけてのみ両車輪の間の空間に取付けられる。従って、貫通軸を有する輪軸の駆動装置に対して、この駆動装置は適用不可能である。
【０００４】
そこで本発明の課題は、従来型の駆動システムに比較して、保守費用及び製造費用がより少なくてすむ走行装置の輪軸の駆動装置を提供することである。さらに、この駆動装置の考え方は、わずかなエネルギー消費ですみ、わずかな騒音放出ですませることにある。本発明の他の課題は、この駆動装置を低床形軌道車両でも使用し得るように構成することである。
【０００５】
この課題は、車軸に取付けられた２つの車輪を備え、２つの車輪が、固定子と回転子とを有し車軸を含む少なくとも１台のインナーロータ電動機によって駆動可能である走行装置の輪軸の駆動装置によって解決される。
【０００６】
用語“走行装置”とはとりわけ台車（ボギー）および独立車軸である。
【０００７】
従って、動力伝達装置および、電動機と輪軸との間の弾性継手が省略される。本発明による駆動装置の他の利点は組込容積が減少し、従来型の駆動装置に比較して駆動装置全体の重量が減少することである。
【０００８】
１つの実施態様においては、輪軸の車軸がその長さ方向の少なくとも一部を回転子として構成される。それによって、車軸が電磁的機能も構造的機能も引受ける。すなわち、車軸は、一方ではインナーロータ電動機の回転子として作用し、他方では車軸として輪軸の両車輪を機械的に結合する結合手段としての機能を果たす。それによって、駆動装置の製造コストをさらに低減することができる。好ましくは、車軸が鋼製中空軸として構成され、これによって駆動装置全体の重量がさらに低減する。
【０００９】
他の好ましい実施態様においては、車軸が回転子として構成された部分に永久磁石を有し、永久磁石が輪軸を駆動するためにインナーロータ電動機の固定子と電磁的に相互作用する。特に永久磁石が鋼製中空軸に直接貼着されると有利である。回転子の損失が非常にわずかとなり、回転子のヨークを積層鉄心とする必要がなくなる。
【００１０】
他の実施態様おいては、駆動装置が永久磁石によって励磁される同期電動機として構成される。高トルク密度の同期電動機を構成するために、同期電動機が特に１６極以上の多くの極数を有すると有利である。わずかなヨーク高さに基づいて予め定められた構造空間によって与えられる外径において生ずるこの極数によって、できるだけ大きな空隙直径が得られる。この理由から、この駆動装置は、この同期電動機に基づいて、快適性の向上を軌道車両の入口領域及びドア領域内での低床によって可能にするためにますます小さくなる車輪直径に適する。
【００１１】
多い極数はコイルエンドを非常に短かくし、このことが同期電動機の効率を向上させ、しかも、駆動装置の組込長さが予め定められている場合、積層鉄心の長さを長くすることを可能にする。そうすることによって、同期機は既存の特に円筒状の組込み容積内に小さな車輪でも良好に適合させることができる。
【００１２】
同期機の損失はほぼ静止部、この場合には固定子において発生するので、この損失は同期機のこの領域から放出されなければならない。その場合、公知の自己通風方式及び他力通風方式が適している。本発明の他の実施態様においては、固定子が特に通風機の騒音放出を防止するために液体冷却される。液体冷却のために必要な冷却路は特に固定子ハウジングの多角形断面のコーナ部に設けられる。その場合、そこには、輪軸の車軸に対して平行に延びるほぼ軸線方向の冷却路が設けられる。特に固定子ハウジングが多角形断面を有している場合、積層鉄心の外径がこの軸線方向冷却路の配置によって減少することはない。同期機をほぼ完全な密閉形にすることによって、液体冷却方式、特に水冷式のハウジング、及び低速回転、並びにそれに関連する空気冷却器の放棄によって、騒音放出が非常に少なくなる。輪軸の回転数及び車軸直径と、駆動装置の回転数及び車軸直径とが等しいので、特に輪軸を内部で支承する場合インナーロータ電動機の軸受と輪軸の軸受とを統合することができる。それによって、必要な軸受の数は駆動されない輪軸の場合のように２つのころがり軸受に減少する。このことは駆動装置の製造コスト及びその保守経費を減少させる。特に、潤滑手段を省略することができる。本発明による軸受テクノロジーにおいては、輪軸軸受が輪心よりも平均的に長い有効寿命を有し、それにより輪軸の巧妙な外部支承が不要になる。
【００１３】
同期電動機は輪軸の車軸に支承されるので、走行装置内でのコストのかかる走行用電動機の懸架はもはや必要でない。むしろ、駆動装置と車両との間のトルクアームしか必要としない。それに関連する、本発明による駆動装置の非弾性質量の増大は上部構造負荷に対しても走行動特性に対しても重要ではなくなる。特に１６０ｋｍ／ｈまでの速度範囲における非弾性質量の高まりは全く無視することができる。
【００１４】
特に１６０ｋｍ／ｈ以上の速度範囲においては、駆動部の質量が少なくとも部分的に輪軸から適当な手段（例えばエラストマ）によって分離されるのがよい。
【００１５】
その場合、回転子と輪軸の車軸との間には例えばゴム部材が配置される。
【００１６】
同様に、回転子と固定子との間に、例えば空隙領域内に、そのような結合手段を設けることができる。
【００１７】
このトルクアームは輪軸の両車輪間の中央に配置された少なくとも１つの引張り−押し棒を有するのがよい。それによって、駆動装置の引張り力が車両に直接伝達される。これによって、走行装置の縦揺れモーメントが減少する。さらに引張り力が与えられた際の輪軸負荷軽減が避けられる。というのは、走行装置は駆動装置の反作用モーメント及び駆動力をもはや受けることがないからである。さらに、走行装置への動的な反作用モーメントの伝達が起こらない。これによって固体伝搬音の伝達が減少する。
【００１８】
簡単なトルクアームとして中央に配置された引張り−押し棒は特に輪軸の堅固な長手ガイドにおいて有利である。というのは、そこでは引張り力がもともと存在する外部の操縦桿を介して伝達されるからである。
【００１９】
輪軸の柔軟な長手ガイドの場合、二重の引張り−押し棒を備えるのがよい。
【００２０】
さらに、走行装置の構造部材の構成においては、駆動モーメント及びブレーキモーメント、又は駆動力及びブレーキ力がもはや決定的ではなく、走行動特性に従って設計することが必要である。
【００２１】
特に輪軸を有する軌道車両に適用し得るこの駆動装置によって、約６２０ｍｍの直径しかない小さな車輪に対しても適する軌道車両用直接駆動装置のための経済的な駆動の考え方が示される。その場合、少ないエネルギー消費量、少ない保守費用、少ない製造費用、少ない騒音放出量、さらには動力伝達装置の油損失の回避といった基本的な利点が重要である。
【００２２】
輪軸とインナーロータ電動機とを内部支承することによって、車両の騒音防止装置を極めて容易に実現することができる。
【００２３】
次に本発明及び従属請求項の特徴による他の構成例を、図面に概略的に示した実施例を参照して詳細に説明する。
図１は原理的に示した輪軸駆動装置の側面図、
図２はこの輪軸の縦断面図、
図３は輪軸の横断面図である。
【００２４】
詳細には図示していない図１の走行装置の輪軸１は、車軸２、及びこの車軸２に取付けられた２つの車輪３を備えている。車輪３は車軸２に特に焼き嵌めによって取付けられている。車軸２には、図２に示すように、インナーロータ電動機として構成され特に同期電動機として実施された電動機の回転子１９が設けられている。回転子１９はほぼ円筒形に構成され、車軸２上に２つの鋼製円板４の間に設けられている。円筒形に構成された回転子１９は、好ましくは鋼製中空軸５として構成され、その表面に永久磁石６を装着している。好ましくは、鋼製中空軸５はゴム部材３１を介して車軸２に結合される。固定子１０と、車軸２上に配置されている回転子１９とは、２つのころがり軸受７を介して機械的に結合されている。ころがり軸受７は輪軸の軸受機能を果すと共に走行用電動機の軸受機能をも担っており、輪軸１毎に２つのころがり軸受７しか設けられていない。固定子１０を収容し、ころがり軸受７を収容するハウジング１１は、垂直方向に、詳細には図示していない走行装置縦桁３０に一次ばね８を介して支持されている。長手方向及びその主軸を中心とした動きのために、輪軸１の駆動は走行装置縦桁の弾性操縦桿９を介して導かれる。同期電動機として構成された駆動装置の固定子１０は、積層鉄心、ハウジング１１、及び固定子１０のスロット２０内に納められた巻線を備えている。巻線は積層鉄心の各端面にコイルエンド１２を形成している。固定子１０と回転子１９との間の電磁的相互作用、及び回転子１９と車軸２との強固な結合によって、車軸２が回転し、それにより車軸２の両端に設けられた車輪３が回転する。
【００２５】
図３は輪軸１の本発明によって構成された直接駆動装置の横断面図であって、縦桁（たてげた）３０に設けられた一次ばね８を示している。固定子１０のほぼ四角形に構成されたハウジング１１は側方に二重引張り棒１５が設けられている。二重引張り棒１５はトルクを受止めると同時に長手方向つかみを中心部で受入れ、車体に直接伝達する。固定子１０のハウジング１１は冷却路１３を備えている。 冷却路１３を特に液体が通流することにより、固定子１０の効果的な冷却を促進させることができる。
【００２６】
固定子１０の積層鉄心は一般的なスロットと歯とを有する形状を形成している。特に、積層鉄心が軸線方向の冷却路を備え、この冷却路を空気が通流するように構成することもできる。このような本発明による直接駆動装置の回転子１９は車軸２に直接、または車軸２の周りに直接位置決めされ、回転子１９の空隙２１側の面に永久磁石６が配置される。永久磁石６は複数のリングセグメント構造として回転子１９に、特に鋼製中空軸５に配置される。リングセグメントから構成された永久磁石６の曲率は回転子１９の曲率にほぼ一致している。それにより、回転子１９は回転対称形の非突極回転子のように構成される。同様に、例えば円弧状またはＶ状のような、永久磁石６の他の配置も可能である。同様に、適当な手段、例えばバンデージによって、永久磁石６を特に軌道駆動装置の高速回転時に回転子１９に固定することができる。
【００２７】
輪軸１の本発明による直接駆動装置は考え得る限り簡単な駆動装置を可能にする。従来用いられてきた駆動装置に比較して、動力伝達装置の継手および無用なころがり軸受７が設けられない。なぜなら、駆動装置のためにグリース潤滑式の内蔵された２つのころがり軸受７しか必要とされないからである。このことは保守点検費用の明らかな減少につながる。本発明による輪軸直接駆動装置はわずかなエネルギーコストで済み、かつ高い駆動効率を持っている。小さな車輪直径に対する多数の所望の適合性によって、この直接駆動装置は低床走行装置や車体に対しても良好に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
原理的に示した輪軸駆動装置の側面図。
【図２】
図１の輪軸の縦断面図。
【図３】
図１の輪軸の横断面図。
【符号の説明】
１ 輪軸
２ 車軸
３ 車輪
４ 鋼製円板
５ 鋼製中空軸
６ 永久磁石
７ ころがり軸受
８ 一次ばね
９ 操縦桿
１０ 固定子
１１ ハウジング
１２ コイルエンド
１３ 冷却路
１５ 二重引張り棒
１９ 回転子
２０ スロット
２１ 空隙
３０ 縦桁
３１ ゴム部材

Claims (15)

1. 車軸（２）に取付けられた２つの車輪（３）を備え、２つの車輪（３）が、固定子（１０）と回転子（１９）とを有し車軸（２）を含む少なくとも１台のインナーロータ電動機によって駆動可能であることを特徴とする走行装置の輪軸（１）の駆動装置。
2. 輪軸（１）の車軸（２）がその長さ方向の少なくとも一部を回転子（１９）として構成されていることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 車軸（２）が鋼製中空軸として構成されていることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
4. 車軸（２）が回転子（１９）として構成された部分に永久磁石（６）を有し、永久磁石（６）が輪軸（１）を駆動するためにインナーロータ電動機の固定子（１０）と電磁的に相互作用することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の駆動装置。
5. 永久磁石（６）が車軸（２）に貼着されていることを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
6. 駆動装置が永久磁石によって励磁される同期電動機として構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の駆動装置。
7. 同期電動機が多極形として構成されている請求項６に記載の駆動装置。
8. 同期電動機の極数が１６以上であることを特徴とする請求項７記載の駆動装置。
9. インナーロータ電動機の少なくとも固定子（１０）が液体冷却されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の駆動装置。
10. 固定子（１０）のハウジングが多角形断面を有し、その多角形断面のコーナ部に軸線方向の冷却路（１３）が設けられていることを特徴とする請求項９記載の駆動装置。
11. 輪軸（１）の軸受としておよびインナーロータ電動機の軸受として用いられる２つの軸受（７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の駆動装置。
12. 輪軸（１）の両車輪（３）間の中央に配置された少なくとも１つの引張り−押し棒が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の駆動装置。
13. 駆動装置の質量が少なくとも部分的に輪軸（１）から適当な手段によって分離されていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の駆動装置。
14. 駆動装置が輪軸（１）を有する軌道車両用に適用可能であることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の駆動装置。
15. 軌道車両が低床台車を備えていることを特徴とする請求項１４記載の駆動装置。