JP2005262917A - 直接駆動主電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、継手装置で発生する騒音を低減でき、主電動機の発熱部からの熱を放熱できる直接駆動主電動機を提供すること。
【解決手段】鉄道車両用として変換装置を介さず直接主電動機の軸トルクを防振ゴムを備えた継手装置を介して鉄道車両用駆動輪に直接伝達する直接駆動方式の直接駆動主電動機において、前記継手装置の外周部を包囲すると共に、熱伝導率の良い材料で形成されたカバーを配置し、このカバーを直接前記主電動機のフレームに密接して取り付けたことを特徴とする直接駆動主電動機。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道車用車輪に動力を直接伝達する直接駆動主電動機に関する

従来、図１１に示すように鉄道車両の構成例の一例として構成されたものがある。この鉄道車両の概要は、車軸１０６の両側に車輪１０４が設けられ、該車軸１０６に大歯車１３５を固着し、その大歯車１３５と噛合う小歯車１３４の歯車軸１３３に、台車１に支持された主電動機１３０の回転軸１３１を継手装置１３２を介して接続し、主電動機１３０の回転動力を各歯車３５、３４、継手装置を介して車軸６に伝達する構造になっている。

しかしながら近年は、各歯車１３５、１３４をなくして、主電動機１３０の動力を、継手装置を介して直接車軸６に伝達することで、各歯車１３５、１３４、の潤滑剤の保守・点検を不用とし、かつ、歯車の噛み合い音をなくした直接駆動方式の低騒音車が提案されている（特許文献１を参照）。

図１２は直接駆動方式の低騒音車の概略構成を示したものである。すなわち、主電動機１０は回転子１２と固定子１１とから構成され、回転子１２は中空シャフト１４に、固定子１１は主電動機フレーム１３にそれぞれ固定支持され、固定子１１に電流が流れることで、回転子１２を介してシャフト１４に回転動力が与えられるようになっている。中空シャフト１４内には車軸６が貫通し、その車軸６の両側には、レール５の上を走行する車輪４が設けられている。

車軸６は、継手装置２０を介して中空シャフト１４からの回転動力が伝達されるようになっている。継手装置２０はシャフト１４側に設けられた駆動継手２３と車軸６側に設けられた従動継手２１と、駆動継手２３と従動継手２１とを一体に結合する防振ゴム２２とから成っている。またこの主電動機１０は主電動機本体の保守の低減を達成するために全閉形で自然冷却方式とするのが一般的である。
特開２０００−２７２５０９号公報

以上述べた従来の直接駆動方式の低騒音車にあっては、前述した歯車装置からなる動力伝達装置を使用していないことから、騒音が低減するが、これでも未だ十分でない。これは、継手装置２０を軸方向から見ると、外周側が略円筒状であるが、実際には凹凸がかなりあることから、主電動機１０の回転に伴って回転駆動される継手装置２０は、ファンのように作用することから、騒音の面での改善が望まれている。

また、主電動機１０は回転に伴い主電動機本体から発熱し、この熱は主電動機フレーム１３を介して放熱されるが、この放熱面でも改善が望まれている。

このような主電動機１０の回転動力を、継手装置２０を介して直接車軸６に伝達する方式（以下直接駆動方式という）での主電動機は従来方式の歯車装置による回転速度の減速すなわち回転トルクの増幅が出来ないため、主電動機の必要とする回転トルクは歯車装置による減速比分だけ大きくしなければならなくなる。通常車両用歯車装置での減速比は６から７程度であため主電動機の必要とする回転トルクは従来方式の必要回転トルクに比べて６から７倍大きくする必要がある。

一方、主電動機の大きさや質量はこの回転トルクの大きさに大きく影響され、必要な回転トルクが大きければ大きい程、主電動機の大きさや質量が増大する。

直接駆動方式の主電動機は前述の理由で必要とする回転トルクが大きくなるため、本方式での主電動機の大きさや質量は従来方式の主電動機に比べて大きくまた重くなり、直接駆動方式を構成する上で大きな問題となっていた。

そこで、本発明は、継手装置で発生する騒音を低減でき、主電動機の発熱部からの熱を放熱できる直接駆動主電動機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、鉄道車両用として変換装置を介さず直接主電動機の軸トルクを防振ゴムを備えた継手装置を介して鉄道車両用駆動輪に直接伝達する直接駆動方式の直接駆動主電動機において、
前記継手装置の外周部を包囲すると共に、熱伝導率の良い材料で形成されたカバーを配置し、このカバーを直接前記主電動機のフレームに密接して取り付けたことを特徴とする直接駆動主電動機である。

本発明によれば、継手装置で発生する騒音を低減でき、主電動機の発熱部からの熱を放熱できる直接駆動主電動機を提供することができる。

（実施例１）
図１は前述した従来例と同一構成の継手装置を備えた直接駆動主電動機の断面図である。

図１２の従来例と異なる点は、継手装置の外周部を包囲すると共に、電動機フレーム７からの熱を放熱させるための筒状の熱伝動性よい材料からなるカバー５０を配置し、カバー５０を電動機フレームの一部例えばフレーム端面に取外し可能に、締結部材例えばボルト５３で取付けた点である。

カバー５０は、図２及び図３に示すように筒状部５１と、この筒状部５１の一方の開口端部側に筒状部５１に対して直交するように例えば一体に形成された円環板状の取付部５２からなっている。この場合、筒状部５１の壁面の厚さは、電動機フレーム７の端面７ａに近づくに従って厚くなるように構成されている。また、取付部の壁面の厚さは、筒状部に近づくに従って厚くなるように構成されている。

ここで、継手装置（これは本発明と従来例と同じもの）２０について、図１、図１２〜図１４を参照して説明する。図１において、符号１は鉄道車両の台車、１０は主電動機をそれぞれを示しており、主電動機１０は支持装置（図示していない）によって台車１に固定支持されている。

主電動機１０は、鉄心に巻線を有する８を固定子１１と、鉄心に永久磁石９を有する回転子１２とを有し、固定子１１は主電動機１０の電動機ケース７内に固定されている。回転子１２は中空のシャフト１４に装着され、固定子１１に電流が流れることで、回転子１２を介してシャフト１４に回転動力が与えられるようになっている。

中空のシヤフト１４は、電動機ケース７にベアリング等の軸受部１５により回転自在に両端支持され、内部には車軸６が貫通している。

車軸６の両端には、レール５に沿って走行する車輪６が固定され、その車輪４の車軸６は、軸受ケース３により回転自在に支持されている。なお、軸受ケース３はサスペンション２を介して台車１に支持されている。

一方、シャフト１４と車軸６とは継手装置２０を介して動力伝達されるようになっている。継手装置２０は、図１４に示す如く、シャフト１４の左右に設けられた駆動継手２３と、その駆動継手２３と対向し、車軸６に設けられた従動継手２１と、駆動継手２３と従動継手２１とを結合させる弾性体２２と、その弾性体２２を固定支持する弾性体保持部材２４とからなっている。

駆動継手２３には、所定の間隔で配置された駆動取付部２５が、従動継手２１には、所定の間隔で配置された従動取付部２６がそれぞれ設けられている。駆動取付部２５と従動取付部２６は、円周線上に沿って従動取付部２６、駆動取付部２５、従動取付部２６というように交互に配置された構造となっている。

弾性体２２は、弾性変形可能なゴムの材質で作られていて、前後の受け面２７ａは金属製の受け金２７となっている。弾性体２２の前後の受け面２７ａを形成する受け金２７は、平行に配置された形状となっている。

弾性体２２は、駆動取付部２５と従動取付部２６の間で、回転方向（図１のイ）の向きに配置され、弾性体保持部材２４によって固定支持されている。

弾性体保持部材２４は、内部の接触取付面２９と、遠心力によって弾性体２２が振り出されるのを阻止する前後のストッパー部２８と、弾性体２２の前後の受け面２７ａを保持する前後のテーパー状の押圧保持面４５とを有し、前後のテーパー状の押圧保持面４５によって断面喫状の形状となっている。

テーパー状の前後の押圧保持面４５は、図１３に示す如く、駆動取付部２５と従動取付部２６への取付け完了時に、対向し合う平行状態が確保されると共に、図１３に示す如く弾性体３１の受け面３９ａを、通常時のＥ（肉厚が厚い）の状態からｅ（肉厚が薄い）の状態まで押圧して、弾性体２２に回転方向の予圧を与える傾斜角度θに設定されている。

弾性体保持部材２４の接触取付面２９は、下方が開放された凹溝状の天井側に一形成され、接触取付面２９へ抜ける貫通した取付孔４７を有している。これにより、ねじ孔４９が設けられた駆動取付部２５と従動取付部２６の頭部は、弾性体保持部材２４の内部に入り込むと共に、取付孔４７を貫通し、ねじ孔４９．と螺合し合う取付けボルト５１により接触取付面２９と接触し合う状態で固着されるようになる。

接触取付面２９は、取付けボルト５１の締付け時の弾性体保持音附３３に発生する応力の低減が図れるよう図１３に示す如く、回転中心Ｏから遠くなる外側Ｏ１に設定されている。

以上述べた実施例１によれば、継手装置２０の外周部全てに、熱伝動性よい材料からなるカバー５０を配置したので、従来例で改善が要望されていた、継手装置２０の回転に伴う騒音が車軸６の外側方向に方向に流れることから、騒音が低減できると共に、電動機本体で発生する熱が電動機フレーム７及びカバー５０を介して放熱され、これにより放熱面積が増えることから、放熱効果が向上する。

また、カバー５０は全体が略筒状になっているので、飛石等による継手装置２０の機械的ダメージを防止することができると共に、継手装置２０の弾性体２２の長寿命化につながる。

さらに、カバー５０の筒状部５１の厚さは主電動機１０のフレーム端面７ａに近づくに従って厚くなるように構成されているため、主電動機１０で発生した熱を主電動機フレーム７の端面７ａを経由して効率よくカバー５０に伝えることができる。カバー５０に伝わった熱はカバーの円筒状の筒５２より外気に直接放熱が出来る。すなわち、主電動機１０の放熱面積がこのカバー５０を付けることにより、増加させることが可能となる。その結果主電動機１０の放熱効果が増加し、主電動機１０の温度上昇を低減することができる。さらにまた主電動機１０の温度上昇を従来方式と同程度とすれば主電動機の大きさを小さくでき、質量を軽減することが可能となる。

（実施例２）
図４、図５に示すように、実施例１に示した構成において、カバー５０の筒状部５１の外周面であって、軸方向に延びる複数の放熱フィン５４を形成したものである。

このように構成することにより、直接駆動方式の主電動機１０で発生した熱は電動機フレーム７を通して直接外気に放熱される。また一部の熱はカバー５０に伝わり、このカバー５０の表面及びカバー５０の表面に取り付けられている放熱フィン５４により放熱される。

これ以外の効果は、前述した実施例１の作用効果と同様である。具体的には、カバー５０に伝わった熱はカバーの筒状部５１の外周及び、この外周に設けられた放熱用フィン５４を経由して外気に効率良く放熱が出来る。その結果主電動機の温度上昇を低減することができる。また主電動機１０の温度上昇を従来方式と同程度とすれば主電動機の大きさや質量を少なくすることが可能となる。また継手装置２０の外周全てをカバー５０にて覆うことにより、回転時この継手装置２０より発生する騒音を遮断することが出来、低騒音化が可能となる。

（実施例３）
図６に示すように、前述した実施例２に示した構成において、カバー５０の筒状部５１の内周面にも複数個の放熱フィン５５を形成したものである。

このように構成することにより、主電動機１０で発生した熱は電動機フレーム７を通して直接外気に放熱されると共に、一部の熱はカバー５０に伝わり、このカバー５０の表面及びカバー５０の内外面に取り付けられているフィン５４及び５５により放熱される。この結果、電動機本体からの熱が効率良く放熱が出来、これにより主電動機１０の温度上昇を低減することができる。これ以外の作用効果は、実施例１と同様である。

（実施例４）
図７に示すように、実施例１に示した構成において、カバー５０の筒状部５１の一方の開口端部（取付け部５２と反対側）に円板の中心部くり抜いた形状のリング５６をボルト５７により取外し可能に取付けたものである。

このように構成することにより、次のような作用効果が得られる。主電動機１０で発生した熱は、電動機フレーム７を通して直接外気に放熱される。また一部の熱はカバー５０に伝わり、このカバー５０より放熱される。また継手装置２０の外周全てをカバー５０にて覆い、またこのカバーの端面には円形状の幅を持ったリング５６が取り付けられていることにより、回転時この継手装置２０より発生する騒音を効率良く遮断することが出来る。この結果、カバー５０に伝わった熱はカバー５０の筒状部５１より効率よく放熱でき、主電動機１０の温度上昇を低減することができる。これ以外の作用効果は、前述した実施例１と同様である。

（実施例５）
図８に示すように、実施例１に示した構成において、カバー５０の筒状部５１の一部に窓（開口部）を形成し、この部分を塞ぐように窓カバー５９を、複数のボルト５８により取外し可能に取付けたものである。

このように窓を構成することにより、継手装置２０へ簡単にアクセス可能となる。

この結果、窓カバー５９を取り外すことにより継手装置２０の状況確認およびこの継手装置２０の保守が容易となる。これ以外の作用効果については実施例１と同様である。

（実施例６）
図９に示すように、実施例１に示した構成において、カバー５０を円周上で軸線方向に切込６０を形成し、カバー５０を複数個に分割したものである。

このようにカバー５０が円周上で軸方向に複数個に分割されているので、主電動機１０が車軸６に艤装された状態でもこのカバー５０を取り外しが可能となり、更なる保守の軽減が可能となる。またその他の効果については実施例１と同様である。

（実施例７）
図１０に示すように、実施例１のカバ５０１を、筒状部５１と取付部５２を分割し、両者を取付ボルト６１で分離可能に取付たものである。

このように構成することにより、カバー５０の加工が容易になる。

（変形例）
本発明は、以上述べた実施例に限定されず、種々変形して実施できる。例えば放熱フィン５４の取り付け方を、軸線方向と直交する方向に形成したり、またカバー５０の取付け方を電動機フレーム７の端面に取付けたが、これを電動機フレーム７の軸方向端部の円筒面の外周面に取付けるようにしてもよい。また、図７の実施例は、他の実施例と組みあせてもよい。さらい、図９の実施例を他の実施例と組みあせてもよい。

本発明の直接駆動主電動機の実施例１の概略断面図。 図１のカバー部分を拡大して示す断面図。 図１のカバー部分を拡大して示す斜視図。 本発明の直接駆動主電動機の実施例２の要部のみを示す概略断面図。 図４のカバー部分を示す斜視図。 本発明の直接駆動主電動機の実施例３のカバー部分を示す斜視図。 本発明の直接駆動主電動機の実施例４のカバー部分を示す概略断面図。 本発明の直接駆動主電動機の実施例５のカバー部分を示す斜視図。 発明の直接駆動主電動機の実施例６のカバー部分を示す斜視図。 発明の直接駆動主電動機の実施例７のカバー部分を示す概略断面図。 従来の歯車駆動方式の電動機の概略断面図。 従来の直接駆動主電動機の概略断面図。 従来及び本発明の継手装置を説明するための縦断面図。 従来及び本発明の継手装置を説明するための分解斜視図。

符号の説明

１…台車、２…サスペンション、３…軸受ケース、４…車輪、５…レール、６…車軸、
７…電動機フレーム、９…永久磁石、１０…主電動機、１１…固定子、１２…回転子、１３…主電動機フレーム、１４…中空シャフト、１５…軸受部、２０…継手装置、２１…従動継手、２２…弾性体、２３…駆動継手、２４…弾性体保持部材、２５…駆動取付部、２６…従動取付部、２８…ストッパー部、２９…接触取付面、３１…弾性体、３３…弾性体保持音附、４５…押圧保持面、４７…取付孔、４９…孔、５０…カバー、５１…筒状部、５１…ボルト、５２…取付部、５３…ボルト、５４…放熱フィン、５５…放熱フィン、５６…リング、５７…ボルト、５８…ボルト、５９…窓カバー、６１…取付ボルト。

Claims (6)

1. 鉄道車両用として変換装置を介さず直接主電動機の軸トルクを防振ゴムを備えた継手装置を介して鉄道車両用駆動輪に直接伝達する直接駆動方式の直接駆動主電動機において、
   前記継手装置の外周部を包囲すると共に、熱伝導率の良い材料で形成されたカバーを配置し、このカバーを直接前記主電動機のフレームに密接して取り付けたことを特徴とする直接駆動主電動機。
2. 前記カバーの外周面に放熱フィンを複数個取り付たことを特徴とする請求項１に記載の直接駆動主電動機。
3. 前記カバーの内周面および外周面に複数個フィンを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の直接駆動主電動機。
4. 前記カバーの主電動機の取り付け部と反対側の開口端部に板体のリングを取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直接駆動主電動機。
5. 前記カバーの一部に開口部を形成し、その開口部を塞ぐように開口部カバーを取外し可能に取付けたことを特徴とする請求項１に記載の直接駆動主電動機。
6. 前記カバーを少なくとも２個に分割したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の直接駆動主電動機。

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