JP2016142401A - 主電動機用軸受、主電動機主軸の支持構造および鉄道車両の主電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両の主電動機の耐久性を向上させる。
【解決手段】主電動機用軸受８６は、鉄道車両の主電動機の主軸２０を軸周りに回転自在に支持する主電動機用軸受であって、外輪８６ａと内輪８６ｂと複数の転動体８６ｃと保持器とを備える。外輪８６ａは内周面に外輪転走面を有する。内輪８６ｂは、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪８６ａの内側に配置される。複数の転動体８６ｃは、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される。保持器は転動体８６ｃを保持する。外輪８６ａは、内周面に連なる表面を有するとともに軸に沿った方向に突出する突出部８６ｄ、８６ｅを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、主電動機用軸受、主電動機主軸の支持構造および鉄道車両の主電動機に関し、より特定的には主電動機用軸受の潤滑寿命を延伸することが可能な主電動機用軸受、主電動機主軸の支持構造および鉄道車両の主電動機に関するものである。

一般に、鉄道車両の主電動機用の軸受においては、温度変化に起因した主軸の軸方向への膨張および収縮に対応するため、固定側の軸受として深溝玉軸受、自由側の軸受としては主軸の膨張および収縮に対応可能な円筒ころ軸受が用いられる。

ここで、エネルギー効率の向上とともに軸受の昇温を抑制するためには、円筒ころ軸受に比べて転がり抵抗の小さい深溝玉軸受を使用した方が良い。しかし、深溝玉軸受自体では主軸の軸方向伸縮への対応が円筒ころ軸受に比べて劣る。そこで深溝玉軸受の外輪と主電動機ハウジングの間に変位許容部材を挟んで、主電動機ハウジングに対して深溝玉軸受が軸方向へ相対的に変位することを許容するようにして、自由側軸受に深溝玉軸受を適用した主電動機主軸の支持構造が考えられている（特開２０１３−１３９８４１号公報）。

特開２０１３−１３９８４１号公報

従来、主電動機用軸受の潤滑機能を長期間維持できるよう、軸受幅面側のハウジング部品において外輪および転動体と対向する部分にグリスを封入するグリスポケットが形成されている。グリスポケットに封入されたグリスからは離油した基油が流れ出し、当該基油が軸受内部へ供給されて主電動機用軸受の潤滑性能を維持する。

一方、上述のように主電動機ハウジングとの間に変位許容部材を挟むように配置された自由側の主電動機用軸受としての深溝玉軸受は、変位許容部材の存在によって主電動機ハウジングに対して主軸の軸方向へ相対的に変位することが可能となる。しかし、当該変位の発生に伴い、ハウジング部品などのグリスポケットと深溝玉軸受の外輪との間にすき間生じる場合がある。このようなすき間が発生すると、グリスポケットのグリスから離油した基油が軸受内部へ供給されにくくなる。この結果、主電動機用軸受についてグリスポケットによる潤滑維持機能が低下する場合があった。そのため、当該主電動機用軸受を用いた主電動機の耐久性が低下するという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、主電動機の耐久性を向上させることである。

この発明の一実施形態に従った主電動機用軸受は、鉄道車両の主電動機の主軸を軸周りに回転自在に支持する主電動機用軸受であって、外輪と内輪と複数の転動体と保持器とを備える。外輪は内周面に外輪転走面を有する。内輪は、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪の内側に配置される。複数の転動体は、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される。保持器は転動体を保持する。外輪は、軸に沿った方向に突出する突出部を含む。

この発明の一実施形態に従った主電動機主軸の支持構造は、鉄道車両の主電動機の主軸を、主軸の外周面に対向して配置される第１固定部材および第２固定部材に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機主軸の支持構造であって、第１軸受と第２軸受とを備える。第１軸受は、主軸の固定側を第１固定部材に対して支持する。第２軸受は、主軸の自由側を第２固定部材に対して支持する。第１軸受は、外輪と、内輪と、複数の転動体と、保持器とを含む。外輪は内周面に外輪転走面を有する。内輪は、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪の内側に配置される。複数の転動体は、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される。保持器は、転動体を保持する。第２軸受は上記主電動機用軸受である。第１軸受の外輪は、第１固定部材に対して固定されている。第２軸受の外輪は、第２軸受の外輪が主軸の軸方向において第２固定部材に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材を挟んで第２固定部材に対向して配置される。第２固定部材には、第２軸受と軸方向において対向する位置にグリスポケットが形成されている。第２軸受の突出部はグリスポケットの内部に向けて延びるように配置される。

この発明の一実施形態に従った鉄道車両の主電動機は、上記主電動機主軸の支持構造を備える。

上記によれば、主電動機においてグリスポケットと軸受内部とを突出部により綱いた状態とすることで、グリスポケットからの基油の供給を確実に行い、軸受の潤滑性能を長期間維持することができる。

主電動機用軸受の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る台車の構成を部分的に示す概略図である。 主電動機の構成を示す概略図である。 主電動機の構成を拡大して示す概略図である。 主電動機の構成を拡大して示す概略図である。 主電動機用軸受の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 主電動機用軸受の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態２に係る主電動機の構成を拡大して示す概略図である。 図８の領域ＩＸを拡大して示す概略図である。 実施の形態３に係る主電動機の構成を拡大して示す概略図である。 実施の形態４に係る主電動機の構成を拡大して示す概略図である。 実施の形態５に係る主電動機の構成を拡大して示す概略図である。 実施の形態６に係る主電動機の構成を拡大して示す概略図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
＜主電動機用軸受＞
図１を参照して、本実施の形態の主電動機用軸受９０について説明する。主電動機用軸受９０は、後述するように、鉄道車両の主電動機１０（図２参照）において、主軸２０（図５参照）を、主軸２０の外周面２０ａ（図５参照）に対向して配置される部材、たとえばハウジング８８（図５参照）に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機用軸受であって、たとえば深溝玉軸受である。

図１を参照して、主電動機用軸受９０は、内周面に外輪転走面９１ａを有する外輪８６ａと、外周面に内輪転走面９２ａを有する内輪８６ｂと、複数の転動体８６ｃと、保持器９４とを備えている。内輪８６ｂは、内輪転走面９２ａが外輪８６ａの外輪転走面９１ａに対向するように外輪８６ａの内側に配置されている。

外輪８６ａは、幅面において主軸２０の軸方向に突出する突出部８６ｄ、８６ｅを含む。突出部８６ｄ、８６ｅの内周面は、外輪８６ａの内周面に連なる。突出部８６ｄ、８６ｅは、外輪８６ａの内周面に沿うように環状に延在している。

外輪８６ａおよび内輪８６ｂは、たとえば鋼からなっている。外輪８６ａおよび内輪８６ｂを構成する材料としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼、ＳＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼、またはＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼を用いることができる。

転動体８６ｃは、鋼やセラミックスなど任意の材料により構成することができるが、たとえばＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）からなるセラミックス製の玉である。転動体８６ｃは、外輪転走面９１ａおよび内輪転走面９２ａに接触し、外輪転走面９１ａおよび内輪転走面９２ａの周方向に沿った円環状の軌道上に複数並べて配置されている。保持器９４は、たとえばナイロンなどのポリアミド樹脂からなっており、転動体８６ｃを周方向に所定のピッチで保持している。

＜本実施形態に係る主電動機を備える台車＞
次に、上述した主電動機用軸受を用いた主電動機を備える本実施の形態の台車の構成について図２を参照しながら説明する。本実施の形態の台車１は、鉄道車両に備えられる台車であって、台車本体２と、主電動機１０と、カップリング３０と、駆動装置４０と、車軸５０と、車輪６０と、車軸軸受装置７０とを主に備えている。また、主電動機１０は、本実施の形態の鉄道車両の主電動機である。

主電動機１０は、主電動機取付部２ａにおいて台車本体２に支持されている。また、主電動機１０の主軸２０は、カップリング３０を介して駆動装置４０に接続されている。駆動装置４０は、主軸２０に固定された小歯車４１と、車軸５０に固定された大歯車４２とを有し、小歯車４１と大歯車４２とは互いに噛み合うように配置されている。車軸５０には、一対の車輪６０が固定されており、その両端は車軸軸受装置７０により台車本体２に対して支持されている。また、車軸軸受装置７０は、台枠２ｂにおいて台車本体２に支持されている。

次に、本実施の形態の鉄道車両の主電動機１０による車輪６０の動作について説明する。図２を参照して、まず、主電動機１０が動作することにより主軸２０が回転する。このとき、主軸２０の当該回転は、カップリング３０を介して駆動装置４０に伝達され、主軸２０に固定された小歯車４１が回転する。そして、小歯車４１の当該回転により、小歯車４１と噛み合う大歯車４２が回転する。さらに、大歯車４２に固定された車軸５０が回転することにより、車軸５０の両端に固定された車輪６０が回転し、台車１が走行する。なお、主電動機１０の動作については後述する。

＜主電動機＞
次に、本実施の形態の鉄道車両の主電動機１０の構成について説明する。図３を参照して、主電動機１０は、コイル１２ａを有する固定子１２と、固定子１２に対向するように配置された回転子１３と、固定子１２および回転子１３を取り囲むように配置されたフレーム１１とを主に備えている。回転子１３の中心部（回転軸）を含む部位には、主軸２０が貫通するように固定されている。また、主電動機１０は、主電動機１０の主軸２０を主軸２０の外周面２０ａに対向して配置される第１固定部材としてのハウジング８３および第２固定部材としてのハウジング８８に対して軸周りに回転自在に支持する本実施の形態の主電動機主軸の支持構造としての第１軸受装置８０および第２軸受装置８１をさらに備えている。

次に、本実施の形態の主電動機１０の動作について説明する。図３を参照して、まず、３相交流電流が固定子１２のコイル１２ａに供給される。このとき、回転子１３の周りに回転磁界が形成され、この回転磁界により回転子１３に誘導電流が発生する。このように、回転子１３の周りに回転磁界が形成され、かつ回転子１３に誘導電流が発生することにより、回転子１３を回転軸周りに回転させるように働く電磁力が発生し、回転子１３が回転する。そして、回転子１３の当該回転は、主軸２０を介して外部に取り出される。

＜主電動機主軸の支持構造＞
次に、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造について説明する。図３を参照して、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造は、主軸２０の固定側をハウジング８３に対して支持する第１軸受装置８０と、主軸２０の自由側をハウジング８８に対して支持する第２軸受装置８１とを備えている。図３および図４を参照して、第１軸受装置８０は、第１軸受８２と、ハウジング８３と、ストッパ８４と、端蓋８５と、油切り部材８５ａとを備えている。第１軸受８２は、外輪８２ａと、内輪８２ｂと、転動体８２ｃと、保持器８２ｄとを有している。第１軸受８２は、ストッパ８４と油切り部材８５ａとにより挟まれている。内輪８２ｂの内周面が主軸２０の外周面２０ａに固定されている。また、外輪８２ａの外周面がハウジング８３に対して固定されている。

図５を参照して、第２軸受装置８１は、第２軸受８６と、ハウジング８８と、ストッパ８４と、油切り部材８５ａと端蓋８５ｂとを備えている。第２軸受８６は、図１に示した主電動機用軸受９０であって、外輪８６ａと、内輪８６ｂと、転動体８６ｃと、保持器９４とを有している。外輪８６ａは、上述のように幅面において主軸２０の軸方向に突出する突出部８６ｄ、８６ｅを含む。突出部８６ｄ、８６ｅの内周面（主軸２０側の表面）は、外輪８６ａの内周面に連なる。

第２軸受８６は、ストッパ８４と油切り部材８５ａおよび端蓋８５ｂとにより挟まれ、かつ内輪８６ｂの内周面が主軸２０の外周面２０ａに固定されている。ハウジング８８には、第２軸受８６の転動体８６ｃと対向する部分にグリスポケット９６ａが形成されている。また、端蓋８５ｂにも、第２軸受８６の転動体８６ｃと対向する部分にグリスポケット９６ｂが形成されている。グリスポケット９６ａ、９６ｂの内部にはグリスが封入されている。第２軸受８６の外輪８６ａにおける突出部８６ｄ，８６ｅは、それぞれグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部へその先端部が挿入された状態になっている。

第２軸受８６の外輪８６ａは、変位許容部材８７を挟んでハウジング８８に対向して配置されている。変位許容部材８７は、第２軸受８６の外輪８６ａが主軸２０の軸方向においてハウジング８８に対して相対的に変位することを許容するための部材である。より具体的には、変位許容部材８７は、第２軸受８６の外輪８６ａが、ハウジング８８に対して滑ることを許容する部材であって、たとえば金属からなる円筒部材の内周面に樹脂が配置されたすべり軸受である。このようにすることにより、主軸２０の自由側を支持する軸受として玉軸受である第２軸受８６を用いた場合でも、主軸２０の軸方向への膨張および収縮に対して容易に対応することができる。また、図５に示すように、第２軸受８６の外輪８６ａと端蓋８５ｂとの間には、上述のような主軸２０の軸方向への膨張に対応するために空隙８５ｃが形成されている。なお、変位許容部材８７としては、上述したすべり軸受以外の構成であって、第２軸受８６の外輪８６ａがハウジング８８に対して滑ることを許容する任意の構成を採用してもよい。

このように、本実施形態の主電動機主軸の支持構造においては、固定側の第１軸受８２および自由側の第２軸受８６ともに深溝玉軸受を使用し、自由側の深溝玉軸受の外輪８６ａと主電動機のハウジング８８の間に変位許容部材８７を挟んでいる。このような構成により、主軸２０の延在方向（軸方向）へ外輪８６ａが主電動機ハウジングに対して相対的に変位することを許容する場合、自由側の深溝玉軸受の外輪８６ａとグリスポケット９６ａ、９６ｂとの間にすき間が生じる。このようなすき間が発生した場合でも、外輪８６ａに突出部８６ｄ，８６ｅが形成されており、当該突出部８６ｄ、８６ｅがグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部にまで延びているため、グリスポケット９６ａ、９６ｂの内部からグリスに由来する油（基油）を、突出部８６ｄ、８６ｅを伝って軸受８６の内部に供給することができる。このため、軸受８６の潤滑性能を維持することができる。

さらに、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、第１軸受８２および第２軸受８６では鋼製の転動体を用いてもよいが、セラミックス製の玉である転動体８２ｃ、８６ｃを用いてもよい。このようにすれば、主電動機の動作時における軸受の昇温が抑制される。また、外輪８２ａ、８６ａや内輪８２ｂ、８６ｂに絶縁処理施すことなく軸受の絶縁性が確保されるため、製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０は樹脂からなる保持器９４を備えているため、金属からなる保持器を備える軸受において問題となる保持器と転動体との摩擦による金属摩耗粉の発生を抑制することができる。また、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０の転動体８６ｃと内輪８６ｂおよび外輪８６ａとがそれぞれ異種材料から構成されていてもよい。この場合、内輪８６ｂおよび外輪８６ａの軌道面と転動体８６ｃとの接触部におけるフレッティングの発生を抑制することができる。

このように、本実施の形態の主電動機主軸の支持構造は、フレッティングの発生を抑制し、かつ潤滑性能を長期間維持することが可能な主電動機主軸の支持構造である。また、本実施の形態の鉄道車両の主電動機１０は、フレッティングの発生を抑止し、かつ潤滑性能を長期間維持することが可能な上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造を備えているため、メンテナンス周期を延伸することが可能な鉄道車両の主電動機である。

また、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０は、図１に示すように外輪８６ａと内輪８６ｂとにより挟まれる空間がシール部材等により閉じられない開放形軸受であってもよい。これにより、主電動機用軸受９０へのグリスの供給が容易になり、その結果主電動機用軸受９０の潤滑が容易になる。

また、主電動機用軸受９０では、保持器９４は樹脂からなっており、その強度および剛性の確保という観点から保持器９４の厚みは大きくなっている。そのため、外輪８６ａと内輪８６ｂとにより挟まれる空間は狭くなっており、シール部材により当該空間を閉じる場合には当該空間に十分なグリスを保持させることが困難である。したがって、このような主電動機用軸受９０においては、円滑な潤滑を行なうという観点から開放形軸受を用いることが好適である。

また、上述のように、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０の転動体８６ｃを構成する材料は、主電動機の主軸を支持する軸受としての使用環境下において転動疲労寿命に優れるＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）であってもよいが、これに限られるものではない。すなわち、転動体８２ｃ、８６ｃは、たとえばＺｒＯ_２（ジルコニア）やＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）からなるセラミックス製の玉であってもよい。

また、上述のように、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０の保持器９４はポリアミド樹脂からなっていてもよい。このように、保持器を構成する材料としては耐久性に優れるポリアミド樹脂を採用することができる。

また、上述のように、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造において、主電動機用軸受９０は、深溝玉軸受であってもよい。このように、主電動機用軸受９０には、転がり抵抗が小さい深溝玉軸受を採用することができる。

＜主電動機用軸受の製造方法＞
次に、本実施の形態の主電動機用軸受の製造方法について説明する。本実施の形態に係る主電動機用軸受の製造方法では、上記本実施の形態の主電動機主軸の支持構造を構成する上記本実施の形態の主電動機用軸受９０を製造することができる。図６を参照して、本実施の形態に係る主電動機用軸受の製造方法では、まず、転動体を製造する工程（Ｓ１０）と、外輪および内輪などの軌道部材を製造する工程（Ｓ２０）と、保持器を製造する工程（Ｓ３０）とが実施される。

また、転動体を製造する工程（Ｓ１０）では、たとえば以下に説明するようにして、たとえばＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）からなる転動体が製造される。

図７を参照して、まず、工程（Ｓ１１）として、たとえばＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）からなる原料粉末を準備する工程が実施される。次に、工程（Ｓ１２）として、混合工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、工程（Ｓ１１）において準備されたＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）粉末に、焼結助剤を添加して混合する。なお、この工程（Ｓ１２）は、焼結助剤を添加しない場合には省略されてもよい。

次に、工程（Ｓ１３）として、成形工程が実施される。この工程（Ｓ１３）では、原料粉末または原料粉末と焼結助剤との混合物が、転動体の概略形状に成形される。具体的には、たとえばプレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法により、原料粉末または原料粉末と焼結助剤との混合物が転動体の概略形状に成形された成形体が作製される。

次に、工程（Ｓ１４）として、焼結工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、上記成形体が焼結されることにより焼結体が作製される。具体的には、上記成形体が、たとえばヘリウム、ネオン、アルゴンおよび窒素などの不活性ガスの雰囲気中において、ヒート加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されることにより焼結され、転動体の概略形状を有する焼結体が作製される。

次に、工程（Ｓ１５）として、仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ１５）では、上記焼結体の表面が加工され、この表面を含む領域が除去される。上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１５）が実施されることにより、Ｓｉ_３Ｎ_４からなる転動体が製造される。

また、軌道部材製造工程（Ｓ２０）では、たとえば鋼材に対してプレス加工や切削加工などの機械加工を施すことにより外輪８６ａおよび内輪８６ｂを製造してもよい。外輪８６ａにおいては、幅面から突出する突出部８６ｄ、８６ｅが形成される。

そして、上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）において製造された外輪および内輪と、転動体と、保持器とを組み合わせる工程（Ｓ４０）が実施されることにより主電動機用軸受９０が製造される。

（実施の形態２）
図８および図９を参照して、本実施形態に係る主電動機の構成を説明する。本実施形態に係る主電動機は、基本的には実施の形態１に係る主電動機と同様の構成を備えるが、図８に示すように第２軸受８６の構成が実施の形態１に係る主電動機と異なっている。すなわち、図８に示す第２軸受８６では、外輪８６ａに突出部として環状のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅが設置されている。円環状のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅは、それぞれ外輪８６ａの内周面に接続され、外輪８６ａの幅面から外側へ（軸方向へ）突出するように配置されている。スリーブ１８６ｄ、１８６ｅは、それぞれグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部にまで外輪８６ａから延びるように配置されている。このため、グリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から基油を当該スリーブ１８６ｄ、１８６ｅを介して第２軸受８６の内部に供給することができる。

スリーブ１８６ｄ、１８６ｅにおいて外輪８６ａの内周面と接触する表面部分には、固定部である凸部９７が形成されている。外輪８６ａの内周面には、凸部９７と対向する部分に固定部である凹部９８が形成されている。スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの凸部９７が外輪８６ａの凹部９８に嵌合することにより、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅは外輪８６ａに接続されている。なお、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面部分に凹部を形成し、外輪８６ａの内周面において当該凹部と対向する位置に凸部を形成してもよい。また、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅと外輪８６ａとに、それぞれ凹部または凸部を複数形成してもよい。

このような構成の主電動機においても、実施の形態１における主電動機と同様の効果を得ることができる。

スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの材料は任意の材料を用いることができるが、たとえば鋼又は樹脂等を用いる。当該材料を樹脂とすることで、鋼板によりスリーブ１８６ｄ、１８６ｅを形成する場合と比べて、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの製造コストを低減でき、さらにスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの軽量化を図ることができる。さらに当該材料として樹脂を用いることにより、塑性変形しにくいなどスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの取扱いが容易になる。さらに、当該材料として樹脂を用いる場合にはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅを外輪８６ａに嵌め合わせる場合に外輪８６ａの膨張を小さくできる、といったメリットがある。

また、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの材料として鋼板を用いる場合、たとえば加工しやすいＪＩＳ規格ＳＰＣＣを用いる。また、当該材料として樹脂を用いる場合、汎用プラスチックよりも耐熱性に優れるエンジニアリングプラスチックをい用いてもよい。たとえば、当該材料として、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を用いることができる。

（実施の形態３）
図１０を参照して、本実施形態に係る主電動機の構成を説明する。本実施形態に係る主電動機は、基本的には実施の形態２に係る主電動機と同様の構成を備えるが、図１０に示すように第２軸受８６の構成が実施の形態２に係る主電動機と異なっている。すなわち、図１０に示す第２軸受８６では、外輪８６ａに突出部として環状のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅが設置されているが、当該スリーブ１８６ｄ、１８６ｅはグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から第２軸受８６に向けてその内径が徐々に大きくなるように形成されている。このため、上述した実施の形態２における主電動機と同様の効果を得ることができるとともに、グリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から基油を当該スリーブ１８６ｄ、１８６ｅを介して第２軸受８６の内部により容易に供給することができる。

なお、上述のように突出部としてのスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの内周面を主軸２０に対して傾斜した構成は、図５に示したような外輪８６ａと一体に形成された突出部８６ｄ、８６ｅに適用してもよい。この場合も、図１０に示した主電動機と同様の効果を得ることができる。また、上述したスリーブ１８６ｄ、１８６ｅは、厚みがほぼ一定であって主軸２０と対向する内周側の径（内径）が外輪８６ａに向けて徐々に大きくなるように形成されているが、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの厚みを主軸２０の軸に沿った方向において徐々に変える（たとえば外輪８６ａに向かうほど薄くする）ことにより、当該内径を外輪８６ａに向けて徐々に大きくなるようにしてもよい。

（実施の形態４）
図１１を参照して、本実施形態に係る主電動機の構成を説明する。本実施形態に係る主電動機は、基本的には実施の形態１に係る主電動機と同様の構成を備えるが、図１１に示すように第２軸受８６の構成が実施の形態１に係る主電動機と異なっている。すなわち、図１１に示す第２軸受８６では、外輪８６ａの突出部８６ｄ、８６ｅの少なくとも内周面上および外輪８６ａの幅面上に撥油層９９が形成されている。図１１では、撥油層９９は突出部８６ｄ、８６ｅの表面を覆うとともに外輪８６ａの幅面を覆っている。このような構成によっても、上述した実施の形態１における主電動機と同様の効果を得ることができるとともに、撥油層９９が形成されているため突出部８６ｄ、８６ｅの表面を伝ってグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から基油を第２軸受８６の内部により容易に供給することができる。なお、撥油層９９を構成する材料としては、基油をはじく特性を有する任意の材料を用いることができ、たとえばフッ素樹脂などを用いることができる。また、撥油層９９は、少なくとも突出部８６ｄ、８６ｅの内周面上に形成されていればよい。

（実施の形態５）
図１２を参照して、本実施形態に係る主電動機の構成を説明する。本実施形態に係る主電動機は、基本的には実施の形態２に係る主電動機と同様の構成を備えるが、図１２に示すように第２軸受８６の構成が実施の形態２に係る主電動機と異なっている。すなわち、図１２に示す第２軸受８６では、外輪８６ａの突出部としての円環状のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの少なくとも内周面上に撥油層９９が形成されている。図１２では、撥油層９９はスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの内周面を覆う用に形成されている。なお、撥油層９９は、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面を覆うように形成してもよいし、さらに外輪８６ａの幅面を覆ってもよい。このような構成によっても、上述した実施の形態２における主電動機と同様の効果を得ることができるとともに、撥油層９９が形成されているためスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面を伝ってグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から基油を第２軸受８６の内部により容易に供給することができる。

（実施の形態６）
図１３を参照して、本実施形態に係る主電動機の構成を説明する。本実施形態に係る主電動機は、基本的には実施の形態３に係る主電動機と同様の構成を備えるが、図１３に示すように第２軸受８６の構成が実施の形態３に係る主電動機と異なっている。すなわち、図１３に示す第２軸受８６では、外輪８６ａの突出部としての円環状のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの少なくとも内周面上に撥油層９９が形成されている。図１２では、撥油層９９はスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの内周面を覆う用に形成されている。なお、撥油層９９は、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面を覆うように形成してもよいし、さらに外輪８６ａの幅面を覆ってもよい。このような構成によっても、上述した実施の形態３における主電動機と同様の効果を得ることができるとともに、撥油層９９が形成されているためスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面を伝ってグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から基油を第２軸受８６の内部により容易に供給することができる。

上述した説明と一部重複する部分もあるが、本発明の実施形態の特徴的な構成を列挙する。

この発明の一実施形態に従った主電動機用軸受９０（第２軸受８６）は、鉄道車両の主電動機１０の主軸２０を軸周りに回転自在に支持する主電動機用軸受であって、外輪８６ａと内輪８６ｂと複数の転動体８６ｃと保持器９４とを備える。外輪８６ａは内周面に外輪転走面９１ａを有する。内輪８６ｂは、外周面に内輪転走面９２ａを有し、内輪転走面９２ａが外輪転走面９１ａに対向するように外輪８６ａの内側に配置される。複数の転動体８６ｃは、外輪転走面９１ａおよび内輪転走面９２ａに接触し、円環状の軌道上に並べて配置される。保持器９４は転動体８６ｃを保持する。外輪８６ａは、軸に沿った方向に突出する突出部（図１、図１１の突出部８６ｄ、８６ｅ、図８〜図１０、図１２、図１３のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）を含む。

このようにすれば、主電動機用軸受９０を主電動機１０に設置するときに、当該主電動機用軸受９０の外輪８６ａの幅面側に位置する部材（たとえば主電動機１０のハウジング８８および端蓋８５ｂ）にグリスポケット９６ａ、９６ｂを形成しておき、当該グリスポケット９６ａ、９６ｂの内部へ延びるように突出部を配置することができる。このため、当該グリスポケット９６ａ、９６ｂのグリスから離油した基油が突出部（突出部８６ｄ、８６ｅまたはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）を伝って主電動機用軸受９０（第２軸受８６）の内部へ確実に到達できる。したがって、上記主電動機用軸受９０が主電動機１０の主軸２０の自由側を支持する場合であって、主軸２０の軸方向に沿って主電動機１０のハウジング８８に対して相対的に移動することにより、グリスポケット９６ａ、９６ｂと主電動機用軸受９０との間の距離が変動した場合であっても、上記突出部（突出部８６ｄ、８６ｅまたはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）を伝って基油を主電動機用軸受９０の内部へ確実に供給することができる。このため、主電動機用軸受９０の潤滑維持機能の低下を抑制できる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において、突出部８６ｄ、８６ｅは、図５に示すように内周面に連なる表面を有するとともに外輪８６ａと一体となっていてもよい。

この場合、突出部８６ｄ、８６ｅが外輪８６ａと一体に成形されているため、当該突出部を別体として準備し外輪８６ａ本体に接合する場合のように、突出部と外輪８６ａ本体との接合部の強度が不足して突出部が外輪８６ａから分離するといった問題の発生を避けることができる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において、突出部は、図８などに示すように外輪８６ａの内周面に接続されたスリーブ１８６ｄ、１８６ｅであってもよい。

この場合、外輪８６ａの材質とは独立して突出部（スリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）の材質を選択することができる。そのため、突出部としてのスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの成形を容易に行うといった観点から外輪８６ａの材質とは異なる材料（たとえば樹脂など）をスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの材料として選択することができる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において、外輪８６ａの内周面とスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面のうち内周面に対向する部分とのいずれか一方には凹部９８が形成されていてもよい。外輪８６ａの内周面とスリーブ１８６ｄ、１８６ｅの表面のうち内周面に対向する部分とのいずれか他方には凸部９７が形成されていてもよい。凸部９７が凹部９８に嵌めあわされることにより、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅが外輪８６ａに接続されていてもよい。

この場合、上記凸部９７を凹部９８に嵌めあわせることによりスリーブ１８６ｄ、１８６ｅを外輪８６ａに容易に固定することができる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅを構成する材料は樹脂であってもよい。この場合、射出成型法などを用いることで任意の形状のスリーブ１８６ｄ、１８６ｅを安価かつ容易に作成することができる。また、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅを金属で作成する場合より、当該スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの質量を小さくすることができるので、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅを追加することによる主電動機用軸受９０の質量の増大を抑制できる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅを構成する材料は金属であってもよい。この場合、スリーブ１８６ｄ、１８６ｅの強度を十分高めることができる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において、突出部（突出部８６ｄ、８６ｅまたはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）の表面のうち主軸２０に面する部分は、外輪転走面９１ａから離れるにつれて主軸２０に近づくように主軸２０に対して傾斜していてもよい。

この場合、たとえば主電動機用軸受９０（第２軸受８６）において外輪８６ａが内輪８６ｂに対して鉛直下向きの位置になる部分においては、グリスポケット９６ａ、９６ｂの内部に位置する突出部の先端部側より当該突出部における外輪８６ａ側の端部のほうが鉛直方向の下側に位置することになる。つまり、突出部の内周面がグリスポケット９６ａ、９６ｂの内部から外輪８６ａ側に向かって鉛直方向下向きに傾斜した状態となるため、グリスポケット９６ａ、９６ｂから突出部を介して基油をより容易に第２軸受８６内部へ供給することができる。

上記主電動機用軸受９０（第２軸受８６）は、突出部（突出部８６ｄ、８６ｅまたはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）の表面上に塗布された撥油層９９をさらに備えていてもよい。

この場合、突出部（突出部８６ｄ、８６ｅまたはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）の表面においては撥油層９９が存在するため、当該突出部の表面ではグリスポケット９６ａ、９６ｂからの基油が速やかに流動する。このため、突出部を介してグリスポケット９６ａ、９６ｂから第２軸受８６内部へ基油をより速やかに供給することができる。

この発明の一実施形態に従った主電動機主軸の支持構造は、鉄道車両の主電動機１０の主軸２０を、主軸２０の外周面に対向して配置される第１固定部材（ハウジング８３）および第２固定部材（ハウジング８８）に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機主軸の支持構造であって、第１軸受８２と第２軸受８６とを備える。第１軸受は８２、主軸２０の固定側を第１固定部材（ハウジング８３）に対して支持する。第２軸受８６は、主軸２０の自由側を第２固定部材（ハウジング８８）に対して支持する。第１軸受８２は、外輪８２ａと、内輪８２ｂと、複数の転動体８２ｃと、保持器８２ｄとを含む。外輪８２ａは内周面に外輪転走面を有する。内輪８２ｂは、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪８２ａの内側に配置される。複数の転動体８２ｃは、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される。保持器８２ｄは、転動体８２ｃを保持する。第２軸受８６は上記主電動機用軸受９０である。第１軸受８２の外輪８２ａは、第１固定部材（ハウジング８３）に対して固定されている。第２軸受８６の外輪８６ａは、第２軸受８６の外輪８６ａが主軸２０の軸方向において第２固定部材（ハウジング８８）に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材８７を挟んで第２固定部材（ハウジング８８）に対向して配置される。第２固定部材（ハウジング８８）には、第２軸受８６と軸方向において対向する位置にグリスポケット９６ａが形成されている。第２軸受８６の突出部（突出部８６ｄまたはスリーブ１８６ｄ）はグリスポケット９６ａの内部に向けて延びるように配置される。

このようにすれば、第２軸受８６と第２固定部材（ハウジング８８）との間に変位許容部材８７が配置されているので、主軸２０の軸方向に沿って第２固定部材（ハウジング８８）に対して相対的に第２軸受８６が移動することができる。この場合、グリスポケット９６ａと第２軸受８６との間の距離が変動し、隙間が発生する。このような場合であっても、突出部（突出部８６ｄまたはスリーブ１８６ｄ）が形成されているために第２軸受８６の内部とグリスポケット９６ａの内部とが当該突出部によって繋がれた状態となるので、グリスポケット９６ａの内部から突出部（突出部８６ｄまたはスリーブ１８６ｄ）を介して第２軸受８６の内部へ基油を効率的かつ確実に供給することができる。このため、第２軸受８６の潤滑性能を長期間維持することができる。また、上記主電動機軸受の支持構造では、第１軸受８２および第２軸受８６がそれぞれ深溝玉軸受であってもよい。

この発明の一実施形態に従った鉄道車両の主電動機１０は、上記主電動機主軸の支持構造を備える。

この場合、主軸２０の自由側を支持する第２軸受８６が主軸２０の軸方向に変位した場合であっても、突出部（突出部８６ｄ、８６ｅまたはスリーブ１８６ｄ、１８６ｅ）を介してグリスポケット９６ａ、９６ｂから基油を第２軸受８６へ確実に供給できるので、潤滑性能の優れた主電動機１０を得ることができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

本発明は、鉄道車両の主電動機に特に有利に適用される。

１ 台車、２ 台車本体、２ａ 主電動機取付部、２ｂ 台枠、１０ 主電動機、１１ フレーム、１２ 固定子、１２ａ コイル、１３ 回転子、２０ 主軸、２０ａ 外周面、３０ カップリング、４０ 駆動装置、４１ 小歯車、４２ 大歯車、５０ 車軸、６０ 車輪、７０ 車軸軸受装置、８０ 第１軸受装置、８１ 第２軸受装置、８２ 第１軸受、８２ａ，８６ａ 外輪、８２ｂ，８６ｂ 内輪、８２ｃ，８６ｃ 転動体、８２ｄ，９４ 保持器、８３，８８ ハウジング、８４ ストッパ、８５，８５ｂ 端蓋、８５ａ 油切り部材、８５ｃ 空隙、８６ 第２軸受、８６ｄ，８６ｅ 突出部、８７ 変位許容部材、９０ 主電動機用軸受、９１ａ 外輪転送面、９２ａ 内輪転送面、９６ａ，９６ｂ グリスポケット、９７ 凸部、９８ 凹部、９９ 撥油層、１８６ｄ，１８６ｅ スリーブ。

Claims (10)

1. 鉄道車両の主電動機の主軸を軸周りに回転自在に支持する主電動機用軸受であって、
   内周面に外輪転走面を有する外輪と、
   外周面に内輪転走面を有し、前記内輪転走面が前記外輪転走面に対向するように前記外輪の内側に配置される内輪と、
   前記外輪転走面および前記内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、
   前記転動体を保持する保持器とを備え、
   前記外輪は、前記軸に沿った方向に突出する突出部を含む、主電動機用軸受。
2. 前記突出部は、前記内周面に連なる表面を有するとともに前記外輪と一体となっている、請求項１に記載の主電動機用軸受。
3. 前記突出部は、前記外輪の前記内周面に接続されたスリーブである、請求項１に記載の主電動機用軸受。
4. 前記外輪の前記内周面と前記スリーブの表面のうち前記内周面に対向する部分とのいずれか一方には凹部が形成され、
   前記外輪の前記内周面と前記スリーブの表面のうち前記内周面に対向する部分とのいずれか他方には凸部が形成され、
   前記凸部が前記凹部に嵌めあわされることにより、前記スリーブが前記外輪に接続されている、請求項３に記載の主電動機用軸受。
5. 前記スリーブを構成する材料は樹脂である、請求項３または請求項４に記載の主電動機用軸受。
6. 前記スリーブを構成する材料は金属である、請求項３または請求項４に記載の主電動機用軸受。
7. 前記突出部の前記表面のうち前記主軸に面する部分は、前記外輪転走面から離れるにつれて前記主軸に近づくように前記主軸に対して傾斜している、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の主電動機用軸受。
8. 前記突出部の前記表面上に塗布された撥油層をさらに備える、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の主電動機用軸受。
9. 鉄道車両の主電動機の主軸を、前記主軸の外周面に対向して配置される第１固定部材および第２固定部材に対して軸周りに回転自在に支持する主電動機主軸の支持構造であって、
   前記主軸の固定側を前記第１固定部材に対して支持する第１軸受と、
   前記主軸の自由側を前記第２固定部材に対して支持する第２軸受とを備え、
   前記第１軸受は、
   内周面に外輪転走面を有する外輪と、
   外周面に内輪転走面を有し、前記内輪転走面が前記外輪転走面に対向するように前記外輪の内側に配置される内輪と、
   前記外輪転走面および前記内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、
   前記転動体を保持する保持器とを含み、
   前記第２軸受は請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の主電動機用軸受であり、
   前記第１軸受の前記外輪は、前記第１固定部材に対して固定されており、
   前記第２軸受の前記外輪は、前記第２軸受の前記外輪が前記主軸の軸方向において前記第２固定部材に対して相対的に変位することを許容する変位許容部材を挟んで前記第２固定部材に対向して配置され、
   前記第２固定部材には、前記第２軸受と軸方向において対向する位置にグリスポケットが形成され、
   前記第２軸受の前記突出部は前記グリスポケットの内部に向けて延びるように配置される、主電動機主軸の支持構造。
10. 請求項９に記載の主電動機主軸の支持構造を備える、鉄道車両の主電動機。

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