JP3538064B2 - 車輪モータ一体形駆動装置 - Google Patents

Description

【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１３ａ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１
４，１５の締付けで行っている。この場合、軸受外輪６
ａ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６
ａ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１
３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】

【００２９】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２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明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、上記請求項１に対応する発
明の作用効果に加えて、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】

【００３４】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明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、上記請求項１に対応する発
明の作用効果に加えて、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２
５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２
２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２
０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２
２ａ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３
３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１
８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（ＡＴ
Ｃ）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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車輪モータ一体形駆動装置の第１
の実施の形態の要部を示す断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図。

【図３】同実施の形態における軸受の分解の仕方を説明
するための断面図。

【図４】本発明による車輪モータ一体形駆動装置の第２
の実施の形態の要部を示す断面図。

【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図。

【図６】図４のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図

【図７】従来の車輪モータ一体形駆動装置の構成例を示
す縦断面図。

【図８】同車輪モータ一体形駆動装置の部分断面図。

【図９】図７のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図。

【符号の説明】

１……固定車軸 ６ａ……軸受外輪 ６ｂ……軸受内輪 １７……接地装置 １８……アースブラシ ２３……内側端蓋 ２５……外側端板 ２６……固定ブラケット ２７……アースリング ３０……固定ブラケット ３１……アースリング ３２……速度発電機 ３３……歯車円板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 信行 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東芝トランスポートエンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 山脇 和典 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東芝トランスポートエンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 白石 茂智 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 平10−225056（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−86885（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−94111（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−177302（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−48101（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 9/00 B60L 15/00 H02K 7/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【請求項２】 請求項１記載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。
3. 【請求項３】 請求項１記載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。