JP3916611B2

JP3916611B2 - 鉄道車両の駆動機構

Info

Publication number: JP3916611B2
Application number: JP2004025140A
Authority: JP
Inventors: 研一後藤
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: JP2005212711A

Description

本発明は鉄道車両の駆動機構に関し、特に、車輪のタイヤ交換、歯車装置の点検等のメンテナンスを容易にした鉄道車両の駆動機構に関するものである。

従来から、子供やお年寄り等の乗降を容易にするため、車両の床を低くくした低床式鉄道車両が種々提案されている。
通常、鉄道車両の床下には、主電動機等の大型の機器類が配置され、これらが車両の床面を低くする際の障害となっている。そこで、台車の外側の両側に回転軸が車両進行方向に向くように配置された電動機を設け、該電動機軸と、車軸が車両進行方向に直交するように配置された車軸とを歯車装置を介して連結した低床式鉄道車両が提案されている（特許文献１、特許文献２等参照）。
上記構造とすれば、車両の床下には、電動機等の大型の機器類が配置されず、床面を低くすることができる。

図４は、上記低床式鉄道車両における電動機、歯車装置、車輪の配置図である。
同図において、電動機１の回転軸は車両進行方向と平行となるように配置され、該電動機１の回転軸は、カップリング装置３を介して車両進行方向の前後に設けられた２つの歯車装置２に連結される。
歯車装置２には、車輪４が固定された車軸５が連結され、歯車装置２は電動機の回転軸の軸方向を９０度方向変換し、歯車装置２に対して車両中心側に設けられた車軸５に電動機１の回転を伝達する。
上記車軸５は、軸受装置６を介して台車枠７に取り付けられ、上記電動機１、歯車装置２、カップリング装置３、車輪４、車軸５からなるユニットは、台車枠７の両側に設けられ、電動機１により車両進行方向の前後の車輪がそれぞれ駆動される。

図５は、上記駆動機構を有する低床式鉄道車両の構成例を示す図であり、図５（ａ）は側面から見た図、図５（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図５（ｂ）に示すように、台車枠７が緩衝装置９を介して車体８の下部に取りつけられている。台車枠７の外側に車輪４と歯車装置２が配置され、該歯車装置２に図１に示すように、電動機１の回転軸が連結されている。
図４、図５に示すように、車輪４、歯車装置２、電動機１等が台車枠７の両側に配置されているので、車体８の床面Ａを車軸５の高さとほぼ等しくすることができ、低床式車両を実現することができる。なお、上記電動機１、歯車装置２、車輪３等が設けられた部分は、図５（ｂ）に示すように段差部Ｂができるが、この部分は座席等として利用することができる。
欧州特許出願公開０６９８５４０号明細書特開２００３−２５９８９号公報

上記特許文献１，２などに記載される左右の車輪が異なった電動機で駆動されるの構造の低床式鉄道車両は、比較的高速で走行する際、蛇行する傾向にあり、車輪のタイヤの磨耗量が大きく、また、不規則に磨耗するといった問題があった。
このため、左右輪を同一の電動機で駆動する従来型の鉄道車両と比べると、タイヤ交換の頻度を多くする必要がある。
しかし、上記構造の車両は、車輪４の外側に電動機１に連結された歯車装置２が取り付けられ、また、車輪４のすぐ内側には台車枠７があり、上記歯車装置２が邪魔になって、このままでは車輪４のタイヤを交換することはできない。

このため、従来、車輪４のタイヤ交換時には、車体８を台車枠７と共にクレーン等で吊り上げ、台車枠７から、電動機１、歯車装置２、車輪４等から構成されるユニット毎取り外し、歯車装置２の軸受の点検交換等を行ったり、歯車装置２が設けられていない側から車輪４のタイヤを外して交換していた。
しかし、上記車輪４と歯車装置２と電動機１等から構成されるユニットは大型で重量があり、また、車軸４の軸受装置６は台車枠７に取り付けられ、台車枠７から軸受装置６を取り外さねば上記ユニットを取り外すことはできず、さらに、電動機１も台車枠７に固定されているため、上記ユニットを簡単に取り外すことはできない。

また、電動機１と歯車装置２の連結を、カップリング装置３のところで切り離し、さらに台車枠７から車軸５の軸受装置６を取り外し、上記車輪４と車軸５、上記軸受装置６と歯車装置２とを一体で取り外し、歯車装置２が設けられていない側から車輪４のタイヤを外し、交換することも考えられるが、この作業も、台車枠７から上記軸受装置６を取り外す必要があるため、多くの労力を要する。
なお、車軸５と車輪４は、通常、嵌めあいにより強固に固定されており、車輪４だけを車軸５から容易に取り外すことはできない。なお、上記車輪４と車軸５が一体となったものを輪軸という。
このため、従来においては、車輪のタイヤ交換作業には多くの労力を要していた。また、歯車装置の軸受けなどを点検する際も、歯車装置を単独で取り外すことはできないので、上記のようにユニット毎等に取り外す必要があり、同様に多くの労力を要していた。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、輪軸から歯車装置を容易に取り外せるようにすることにより、上記輪軸を台車から取り外すことなく、車輪のタイヤ交換作業、歯車装置の点検を容易に行うことができるようにした鉄道車両の駆動機構に関するものである。

本発明においては、以下のように構成し輪軸から歯車装置を容易に取り外し可能とすることにより、台車枠から輪軸を取り外すことなく、車輪のタイヤ交換を可能とする。
（１）車軸が軸受装置を介して台車枠に取り付けられ、台車の側面に、回転軸が車両進行方向に配置された電動機が取り付けられ、該電動機の回転軸に、回転軸の軸方向を９０度方向変換する歯車装置が連結され、該歯車装置は、該歯車装置が回転しないように設けられた吊りリンクを介して台車枠に取り付けられ、該歯車装置の車両中心側に車輪が配置され、上記車輪が固定された上記車軸は上記歯車装置を介して上記電動機の回転軸に連結され、歯車装置と電動機の回転軸は、結合を切り離すことが可能なカップリング装置を介して連結された鉄道車両の駆動機構において、上記車軸は、上記歯車装置の回転軸に対して車軸の軸方向にスライド可能とされ、かつ、車軸と歯車装置の回転軸が一体で回転するように回転止め機能を備えた連結機構を介して歯車装置の回転軸に取り付けられる。そして、上記吊りリンクを取り外し、歯車装置と電動機の回転軸の結合をカップリング装置のところで切り離すことで、上記歯車装置が車輪の軸方向に取り外すことができる。
（２）上記車輪と歯車装置の回転軸を連結する連結機構をスプラインもしくはセレーションとする。
なお、上記（１）（２）の構成において、車体の左右に配置された車輪を車軸で連結し、該車軸を一台の電動機で駆動するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明においては、台車枠から輪軸を取り外すことなく、歯車装置のみを着脱できるようにしたので、車輪のタイヤ交換、歯車装置の部品交換などを容易に行うことができる。
また、上記歯車装置にスリップリング、速度計発電機の歯車等を取り付けておけば、これらら点検、交換も容易に行うことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明が適用される低床式鉄道車両の駆動機構は、前記図４、図５に示したように、電動機１の回転軸は車両進行方向と平行となるように配置され、該電動機１の回転軸は、カップリング装置３を介して車両進行方向の前後に設けられた２つの歯車装置２に連結されている。歯車装置２には、車輪４が固定された車軸５が連結され、歯車装置２は電動機の回転軸の軸方向を９０度方向変換し、歯車装置２に対して車両中心側に設けられた車軸５に電動機１の回転を伝達する。上記車軸５は、軸受装置６を介して台車枠７に取り付けられ、上記電動機１、歯車装置２、カップリング装置３、車輪４からなるユニットは、台車枠７の両側に設けられる。
図１は、本発明の実施例の駆動機構の詳細構成を示しており、図１は上記歯車装置２と車軸２との連結部分の断面構成を示している。
図１において、電動機１の回転軸１ａはカップリング装置３を介して、歯車箱２ｃに取り付けられた回転軸３ａに連結されている。回転軸３ａは、軸受２ｅにより回転可能に支持される。回転軸３ａには小歯車２ｄが設けられ、この小歯車２ｄは大歯車２ａと噛合っている。この大歯車２ａは回転部材２ｂに取り付けられ、この回転部材２ｂは、歯車箱２ｃに設けられた軸受２ｆにより回転可能に支持されている。上記回転部材２ｂは中空状であり、内側に雌スプライン歯が形成されている。

一方、車軸５は、台車枠（図１では図示せず）に取り付けられた車輪の軸受装置６により台車枠に対して回転可能に取り付けられ、車軸５には、輪芯４ｂとタイヤ４ａからなる車輪４が取り付けられている。上記タイヤ４ａは、輪芯４ｂから取り外すことが可能である。
また車軸５の先端部５ａには雄スプライン歯が形成され、このスプライン歯は、前記大歯車２ａが取り付けられた回転部材２ｂに形成されたスプライン歯と係合する。すなわち、車軸５は、上記大歯車２ａと一体で回転するが、上記車軸５の先端部５ａに対して、大歯車２ａが取り付けられた回転部材２ｂは軸方向に移動可能である。
また、上記車軸５の先端部５ａの端部には、例えばスリップリング１０が軸端ナット１１により取り付けられている。車軸５の先端部５ａの端部を軸端ナット１１で止めることにより、車軸５の先端部５ａに対して回転部材２ｂが軸方向に移動するのを防ぐことができる。なお、スリップリング１０に換え、速度計発電機用歯車等を取り付けてもよい。

図２は、上記歯車装置２を図１のＢ方向から見た図である。同図に示すように、歯車装置２は吊りリンク１２を介して、台車枠７に取り付けられている。
前記歯車箱２ｃは、前記したように上記軸受２ｆ、スプラインを介して車軸５に支持されており、車軸５が回転すると、歯車装置２に軸周りの回転力が加わる。上記のように吊りリンク１２を設けることで、上記歯車装置２が回転しないようにすることができ、カップリング装置３などに回転力が加わるのを防止することができる。

図１において、電動機１が回転すると、カップリング装置３を介して歯車装置２の小歯車２ｄが回転し、大歯車２ａが回転する。この回転はスプラインを介して車軸５に伝達され、車輪４が回転する。
また、スリップリング１０は、回転部材２ｂに取り付けられているので、車輪４ともに回転する。スリップリング１０は接地装置に接続され、スリップリング１０を介して接地装置に電流を流すことができる。
また、上記スリップリングに換えて歯車を取り付ければ、この部分で速度検出を行うことができる。

次に図１に示す駆動機構において、車輪のタイヤ交換あるいは、歯車装置の軸受などを点検する場合について説明する。
まず、車両全体をクレーン等で吊り上げ、前記吊りリンク１２を取り外し、軸端ナット１１を取り外す。また、カップリング装置３のところで、電動機１と歯車装置２の結合を切り離す。
前記したように、車軸５と、歯車装置２の大歯車２ａが取り付けられた回転部材２ｂは、スプライン結合であり、回転部材２ｂは車軸５に対して軸方向に移動可能に構成されているので、上記のように、吊りリンク１２、軸端ナット１１を取り外し、電動機１と歯車装置２の結合を切り離すことで、歯車装置２を車軸５から取り外すことができる。
上記のように歯車装置２を取り外せば、車輪４の外側には邪魔なものはなくなるので、この状態で車輪４のタイヤ４ａを外してタイヤ交換を行う。また、歯車装置２も車体から取り外すことができるので、歯車装置２の軸受などの点検・交換を行うことができる。
車輪４のタイヤ交換、または歯車装置２の点検が終わったら、上記歯車装置２を取り付け、軸端ナット１１、吊りリンク１２を取り付け、クレーンで吊り上げていた車体を線路上に降ろす。

従来においては、歯車装置２が直接車軸５に取り付けられていたため、上記のように歯車装置のみを取り外すことができず、前記したように、歯車装置とともに、車軸と車輪を台車枠から取り外す必要があった。本実施例においては、上記のように車軸５と歯車装置２の回転部材２ｂをスプライン結合としたので、歯車装置２を車軸５から取り外すことができる。このため、歯車装置２のみを取り外して、車輪のタイヤ交換、歯車装置の点検が可能である。このため、タイヤ交換などの作業が従来に比べて、きわめて容易になる。また、歯車装置２にスリップリング、速度計用歯車などを設けた場合、歯車装置とともに、これらを取り外すことができるので、これらの点検作業も容易となる。
なお、上記実施例では、車軸と大歯車の連結機構として、スプラインを設ける場合について説明したが、この連結機構はセレーションであってもよく、要するに、歯車装置の回転軸に対して車軸がその軸方向にスライド可能で、かつ、車軸と歯車装置の回転軸が一体で回転するように回転止め機能を備えた連結機構であれば、その他の機構であってもよい。また、上記では、軸端ナット１１により、車軸５の先端部５ａの端部を止める様に構成したが、上記軸端ナット１１は必ずしも必要ではない。すなわち、歯車装置２は前記したように吊りリンク１２で台車枠７に固定されているので、上記軸端ナット１１を設けなくても、歯車装置２が車軸に対して移動したり、走行中に抜け落ちることはない。

図３は本発明の変形例を示す図である。
上記実施例では、前記図４に示したように、１台の電動機で車両前後方向に設けられた２個の車輪を駆動するように構成したが、本実施例では、車両の両側の車輪を車軸で連結し、１台の電動機で、車両の両側に設けられた２個の車輪を駆動するように構成したものである。
図３において、電動機１の回転軸は車両進行方向と平行となるように配置され、該電動機１の回転軸は、カップリング装置３を介して歯車装置２に連結される。
歯車装置２には、車輪４が固定された車軸５が連結され、歯車装置２は電動機の回転軸の軸方向を９０度方向変換し、歯車装置２に対して車両中心側に設けられた車軸５に電動機１の回転を伝達する。
上記車軸５は軸受装置を介して台車枠７に取り付けられ、この車軸５により、台車枠７の両側に設けられた車輪４が連結されている。電動機１は台車枠７の両側に設けられ、それぞれ上記車軸５で連結された２個の車輪を駆動する。
歯車装置２の構成は、前記図１に示したものと同様であり、車軸５と前記大歯車２ａがスプラインで連結されており、前記したように、歯車装置２を車軸５から取り外すことができる。

本実施例においては、上記のように車両両側の車輪４を車軸５により連結したので、車軸５が床下に配置され、車両の床面が前記図５に示したものより高くなるが、左右輪を１台の電動機で駆動するので、前記したように比較的高速で走行する際に蛇行するといった問題は生じない。
また、上記したように歯車装置２を車軸５から取り外すことができるので、車輪４のタイヤ交換や歯車装置の軸受等の点検交換を容易に行うことができる。

本発明の実施例の歯車装置の構成を示す図である。図１のＢ方向から見た図である。本発明の実施例の変形例を示す図である。低床式鉄道車両における電動機、歯車装置、車輪の配置図である。低床式鉄道車両の構成例を示す図である。

符号の説明

１電動機
１ａ回転軸
２歯車装置
２ａ大歯車
２ｂ回転部材
２ｃ歯車箱
２ｄ小歯車
２ｅ軸受
２ｆ軸受
３カップリング装置
３ａ回転軸
４車輪
４ａタイヤ
４ｂ輪芯
５車軸
６軸受装置
７台車枠
８車体
９緩衝装置
１０スリップリング
１１軸端ナット
１２吊りリンク

Claims

車軸が軸受装置を介して台車枠に取り付けられ、台車の側面に、回転軸が車両進行方向に配置された電動機が取り付けられ、該電動機の回転軸に、回転軸の軸方向を９０度方向変換する歯車装置が連結され、該歯車装置は、該歯車装置が回転しないように設けられた吊りリンクを介して台車枠に取り付けられ、
該歯車装置の車両中心側に車輪が配置され、
上記車輪が固定された上記車軸は上記歯車装置を介して上記電動機の回転軸に連結され、
歯車装置と電動機の回転軸は、結合を切り離すことが可能なカップリング装置を介して連結された鉄道車両の駆動機構であって、
上記車軸が、上記歯車装置の回転軸に対して車軸の軸方向にスライド可能であり、かつ、車軸と歯車装置の回転軸が一体で回転するように回転止め機能を備えた連結機構を介して歯車装置の回転軸に取り付けられ、
上記吊りリンクを取り外し、歯車装置と電動機の回転軸の結合をカップリング装置のところで切り離すことで、上記歯車装置が車輪の軸方向に取り外し可能に構成されている
ことを特徴とする鉄道車両の駆動機構。
上記車輪と歯車装置の回転軸を連結する連結機構が、スプラインもしくはセレーションである
ことを特徴とする請求項１の鉄道車両の駆動機構。
車体の左右に配置された車輪は、車軸で連結され、該車軸は一台の電動機で駆動される
ことを特徴とする請求項１または請求項２の鉄道車両の駆動機構。