JP4818171B2 - 鉄道車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用駆動装置に関する。

鉄道車両は近年輸送量が増加し、特に海外での貨物輸送について一度に大量の貨物の輸送が行われており、牽引の動力機関車に対する大出力化のニーズが高まっている。一般に電気機関車用の駆動装置は、主電動機を車軸に対して平行に配置し、主電動機の出力軸端に嵌合させたピニオンと車軸に嵌合させたギアとの噛み合いによって主電動機の回転動力を車軸を伝える構造にしている。

このような構造の鉄道車両用駆動装置では、主電動機軸中心と車軸中心との距離がギアとピニオンとの中心間距離でもあることから、車軸には車軸軸受を設けて主電動機の端部に前記車軸軸受が一定寸法で固定される構造となり、主電動機とギア、ピニオンとが一定の寸法に保たれている。車軸に嵌合されているギアは主電動機からピニオンを介して伝達されるトルクを車軸に伝える。そこで、車軸とギアとの嵌合部は、主電動機に異常が生じて仕様最大トルク以上のトルクが加わっても滑らないようにその直径、嵌合長、締め代が決められている。一方、車輪と車軸との嵌合部は、上記の通り主電動機からピニオン及びギアを介して車軸に伝達されたトルクが車輪に伝わり、その車輪がレール面の摩擦によりレール面上を転走し得る大きさのトルクの伝達に耐えられるように、その嵌合部の直径、嵌合長、締め代が決められている。

これら車軸とギア及び車輪それぞれとの嵌合部の伝達トルクは、締め代が一定の場合、嵌合面の表面積に比例するので、主電動機のトルクが大きくなると、各嵌合部の直径又は嵌合長さも大きくする必要がある。また主電動機の出力トルクが増大すると、主電動機の長さ及び直径も増大することになる。またギアの歯の強度も大きくする必要が生じ、歯幅を大きくする必要がある。

このように、電気機関車の出力を増大させようとすると、主電動機の外形を大きくし、ギアの歯幅も大きくし、さらにはギアと車軸との嵌合部、車輪と車軸との嵌合部も大きくする必要が生じることになるが、他方で、レールの幅（ゲージ）は固定的に決められているので、駆動側車輪と反駆動側車輪とに挟まれたスペースに組み込まれる本駆動装置は、車軸の軸方向長さから制限を受けて所定長以上に長くはできない。そのため、車輪及びギアの嵌合伝達トルクを増大させるためには、必然的に各嵌合部の直径寸法を大きくすることが必要となる。

図６に従来の機関車用駆動装置を示す。この従来の鉄道車両用駆動装置では、車軸１０１にギア１０２が嵌合され、さらに車軸１０１の両端部に車輪１０３が嵌合されている。主電動機１０４が、その軸１０４ａが車軸１０１に平行となるように配置されている。主電動機１０４は車軸軸受１０５により車軸１０１に一定距離を保って固定されている。主電動機１０４の軸１０４ａの端にはピニオン１０６が嵌合されていて、車軸軸受１０５によりギア１０２とピニオン１０６の中心間距離が保たれている。ギア１０２とピニオン１０６はギアケース１０７により覆われ、外気から密閉されている。尚、１１０はジャーナル軸受である。

図７に別の従来例として、大出力機関車用の鉄道車両用駆動装置を示す。この従来の鉄道車両用駆動装置では、大容量の主電動機１０４が、その軸１０４ａが車軸１０１に平行となるように配置されている。主電動機１０４は車軸軸受１０５により車軸１０１に一定距離を保つように固定されている。主電動機１０４の軸１０４ａの端にはピニオン１０６が嵌合され、車軸軸受１０５によりギア１０２とピニオン１０６の中心問距離が保たれている。ギア１０２とピニオン１０６はギアケース１０７により覆われ、外気から密閉されている。この構造は、図６に示した従来例の構造と同一であるが、この従来例の場合、大容量主電動機１０４の大きな出力トルクを、ギア１０２と駆動側車輪１０８との互いの嵌合面で滑りを生じさせないで伝達できるようにするために、車輪１０８のボス部１０８ａが車軸１０１の方向に長く形成されている。そして、車軸１０１に対するギア１０２の嵌合は、車輪１０８の嵌合部が車軸１０１の軸方向に延長したボス部１０８ａの外周面に嵌合する構造としている。この別の従来例の場合、ギア１０２のボス部１０８ａとの嵌合長さには変更ないが、嵌合部の直径が大きくなっていることで、その嵌合部の直径が大きい分だけ大きなトルクの伝達を可能にしている。

ところが、この大出力機関車用の鉄道車両用駆動装置の場合、車輪１０８と車軸１０１との嵌合は、嵌合全長が長く締め代が大きい構造であるために圧入作業に困難を要し、細心の注意を払う必要があり、嵌合入口に微小なバリやキズなどがあるのを見落としたまま圧入すると嵌合面に傷を生じ、車軸１０１に損傷が発生することも多い。この車軸１０１への車輪１０８の圧入作業は、製造時のみではなく、ユーザでの使用過程においても一定量の車輪の摩耗が生ずると車輪交換を実施することから早いものでは１年程度で引抜き作業と共に行われるため、車輪ボス１０８ａの嵌合長さが長いと不利となる。さらに前述の通り車輪１０８は一定期間の使用で摩耗交換する部品であり、嵌合ボス部１０８ａの長さが長いことで車輪１０８の製造コストが高くつくので、車輪交換保守の費用も増大する問題点があった。
特許公開平１０−２７８７８３ 特許公開２００３−３２７１１７

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、主電動機の大容量化によるトルクの増大に対応してギアと車軸との嵌合部の許容伝達トルクと、車輪と車軸との嵌合部の許容伝達トルクとを確保しながらも、車輪の交換作業でギアまでも取り外すことをなくし、車輪とギアを容易に交換できるようにし、また消耗品である車輪のボス部を小型化して車輪の価格を低減でき、またメンテナンスコストの低減も図れる鉄道車両用駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、車軸の一端にボス部材を嵌合し、前記ボス部材の外周に駆動側車輪を嵌合し、前記車軸の他端に反駆動側車輪を嵌合し、前記ボス部材の外周における、前記駆動側車輪よりも軸中央側の位置にギアを嵌合し、前記両車輪に挟まれた空間に主電動機を、前記車軸と平行に設置し、前記主電動機の軸端にピニオンを嵌合し、前記ピニオンを前記ギアと噛合させた鉄道車両用駆動装置を特徴とする。

本発明によれば、車輪の車軸と嵌合するボス部分を車輪とは分割した構造にすることで、従来では車輪と一体のボス部に嵌合させていたギアを、分割したボス部材の外周に嵌合させることが可能となる。また、従来では車輪のボス部を車軸の軸方向に長く嵌合させなければならなかったが、本発明によれば、ボス部材を車輪から分割したことによってそのボス部材における車輪嵌合用ボス部のみを車輪と嵌合させることができ、車輪はボス部の外周にのみ嵌合させ、しかもその嵌合部分は直径を大きくすることができるので嵌合面積を大きくすることができ、結果的に大きな伝達トルクが得られる。

また、本発明によれば、ボス部材の一半に車輪を嵌合させ、ボス部材の他半にギアを嵌合させる構造にしたことで、車輪交換時の車輪脱着作業は、ボス部材を車軸に嵌合させたままで、ボス部材から車輪単体を取り外すことが可能であり、車輪の交換時にギアも一緒に外す必要がなくなり、このために車輪の交換作業の作業性が格段に向上でき、メンテナンスコストの低減化が図れる。さらに、消耗品である車輪から大きな体積を占めるボス部分が分割され、その部分の消耗は少ないので、外側の車輪部分だけを交換できるので、車輪の価格の低減効果も得られる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１に本発明の第１の実施の形態の鉄道車両用駆動装置を示す。本鉄道車両用駆動装置では、車軸１の一端部に反駆動側車輪３、車軸１の他端部に駆動側車輪９が嵌合されている。主電動機４が、その軸４ａが車軸１に平行となるように配置されている。主電動機４は車軸軸受５により車軸１に一定距離を保つように固定されている。主電動機４の軸４ａの端部にはピニオン６が嵌合され、車軸１に嵌合されているギア２がこのピニオン６と噛み合うように、車軸軸受５によりギア２とピニオン６との中心間距離が保たれている。ギア２とピニオン６とは共にギアケース７により覆われ、外気から密閉された構造にしてある。

さらに、本鉄道車両用駆動装置では、車軸１の軸方向に長く構成されたボス部材１０が車軸１に嵌合されている。このボス部材１０は、軸方向の一半の車輪嵌合用ボス部１０Ａ、他半のギア嵌合用ボス部１０Ｂと両部間を仕切る仕切部１０Ｃを有し、車輪嵌合用ボス部１０Ａの外径Ｄ、ギア嵌合用ボス部１０Ｂの外径ｄはＤ＞ｄに設定してある。この車輪９における車両嵌合用ボス部１０Ａと嵌合部の直径Ｄは、主電動機４の大トルクを伝達するのに相応しい適切な大きさに設定してある。また、ギア２におけるギア嵌合用ボス部１０Ｂとの嵌合部の直径ｄも、主電動機４の大トルクをピニオン６を介して伝達するのに相応しい適切な大きさに設定してある。尚、車輪９，３の外側において、車軸１の両端にはジャーナル軸受２０が設けられている。

鉄道車両では、駆動側車輪９、反駆動側車輪３はいずれも走行によりレールとの摩擦により摩耗を生じ、一定期間毎に交換が必要となる。その場合に、本実施の形態では、特に駆動側車輪９の交換の際には、車輪９がボス部材１０の車輪嵌合用ボス部１０Ａに嵌合されていることから、車輪９を車輪嵌合用ボス部１０Ａから引抜くことで車輪９単体を容易に交換できる。

このように、本実施の形態の鉄道車両用駆動装置によれば、図７に示した従来の大出力機関車用の鉄道車両用駆動装置であれば、車輪１０８とボス１０８ａとが一体となり、このボス１０８ａにギア１０２も共に嵌合されている状態では車輪１０８を単体で引抜くことが不可能であり、しかも車輪１０８のボス嵌合長さが長いことで、車軸１０１から車輪１０８を引抜く作業は困難を要していたことと比較すると、車輪９の交換作業は極めて簡単である。また、車輪９がボス部材１０と分割構成にしたことで、消耗品である車輪９を小型化して従来の車輪と比較して安価と製造でき、製造コスト、メンテナンスコスト共に低減できる。

（第２の実施の形態）図２を用いて、本発明の第２の実施の形態の鉄道車両用駆動装置について説明する。本実施の形態では、車軸１０１の一端にボス部材１１を嵌合し、このボス部材１１の一半の車輪嵌合用ボス部１１Ａに駆動側車輪９を嵌合し、ボス部材１１の他半のギア嵌合用ボス部１１Ｂにギア２を嵌合している。そして、本実施の形態の場合、車輪嵌合用ボス部１１Ａの嵌合直径Ｄ１と、ギア嵌合用ボス部１１Ｂの嵌合直径ｄ１とはＤ１＜ｄ１の寸法設定にした点が、第１の実施の形態とは異なっている。図２において、本実施の形態における他の構成については、図１に示した第１の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。

本実施の形態によれば、車輪１の交換作業時には、図２に示した状態で車輪９を左側方向となる車軸１の外側に引抜くことができ、また、ギア２の交換が必要な場合にも車輪９を外した状態で、ギア２を車輪９と同様に車軸１の左外側方向に引抜くことができる。このため、本実施の形態では、ギア２の交換時においてもボス部材１１を車軸１から引抜く必要がなくなり、車輪９の交換作業の容易化と共にギア２の交換作業も容易となる利点がある。

（第３の実施の形態）図３を用いて、本発明の第３の実施の形態の鉄道車両用駆動装置について説明する。本実施の形態では、車軸１０１の一端部にボス部材１２を嵌合させ、このボス部材１２の一半の車輪嵌合用ボス部１２Ａに車輪９を嵌合し、またボス部材１２の他半のギア嵌合用ボス部１２Ｂにギア２を嵌合し、さらに、このギア嵌合用ボス部１２Ｂの車軸中央側の端部に突起１２Ｃを形成し、ギア２がこの突起１２Ｃに受け止められてそれよりも車軸軸受５側に入り込まないように位置決めさせている。ギア２の嵌合用穴部分は、このギア嵌合用ボス部１２Ｂ、突起１２Ｃと嵌合できるように段差のある形状にして、嵌合状態でボス部材１２の端面とギア２の側面とが面一になるように設定してある。

尚、図３において、本実施の形態における他の構成については、図２に示した第２の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。また、本実施の形態の場合、車輪嵌合用ボス部１２Ａの嵌合直径Ｄ２と、ギア嵌合用ボス部１２Ｂの嵌合直径ｄ２とは第２の実施の形態と同様にＤ２＜ｄ２の寸法設定にして、ギア２の交換が必要な場合にも車輪９を外した状態で、ギア２を車輪９と同様に車軸１の左外側方向に引抜けるようにしている。

本実施の形態によれば、車軸１の一端に嵌合したボス部材１２に車輪嵌合用ボス部１２Ａ、ギア嵌合用ボス部１２Ｂと共に突起１２Ｃを形成したので、第１の実施の形態の場合と同様に、車輪９の交換作業は極めて簡単であり、消耗品である車輪９を小型化して従来の車輪と比較して安価と製造でき、また、第２の実施の形態の場合のように、ギア２の交換作業も容易となる利点があり、加えて、ギア２の位置決めも正確、かつ容易に行える利点もある。

（第４の実施の形態）図４を用いて、本発明の第４の実施の形態の鉄道車両用駆動装置について説明する。本実施の形態の特徴は、ボス部材１３にある。このボス部材１３は、第３の実施の形態のように、一半の車輪嵌合用ボス部１３Ａと他半のギア嵌合用ボス部１３Ｂ、そして端部の突起１３Ｃにて構成されているが、車輪嵌合用ボス部１３Ａの外径Ｄ３とギア嵌合用ボス部１３Ｂの外径ｄ３とを等しくして（Ｄ３＝ｄ３）、段差をなくした点が第３の実施の形態とは異なっている。尚、図４において、本実施の形態における他の構成については、図３に示した第３の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。

本実施の形態によれば、ギア２は第３の実施の形態の場合と同様に凹凸により圧入方向（軸方向）の位置を決めることができ、さらに車輪９はギア２の側面に密着するまで圧入することで圧入方向の位置を自ずと決めることができ、第３の実施の形態と同様の作用、効果を奏する上に、組み立て作業が第３の実施の形態の場合よりも容易になる利点がある。

（第５の実施の形態）図５を用いて、本発明の第５の実施の形態の鉄道車両用駆動装置について説明する。本実施の形態の鉄道車両用駆動装置では、車軸１の一端部に第４の実施の形態と同様のボス部材１３を嵌合し、ギア２と駆動側車輪９を共にボス部材１３に嵌合している。そして本実施の形態の特徴として、車軸１の他端の反駆動側車輪１５の部分をも分割構造にし、車軸１の他端にボス部材１６を嵌合し、このボス部材１６における車輪嵌合用ボス部１６Ａに反駆動側車輪１５を嵌合させ、またボス部材１６における突起１６Ｂにて車輪１５を位置決めする構造としている。尚、図５において、本実施の形態における他の構成については、図４に示した第４の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。

本実施の形態では、駆動側車輪９と反駆動側車輪１５それぞれにおけるボス部材１３、１６それぞれに対する嵌合直径Ｄ３，Ｄ４を同じ寸法Ｄ３＝Ｄ４にしている。これにより、本実施の形態の場合、第４の実施の形態の効果に加えて、駆動側車輪９と反駆動側車輪１５とを共用できることから、消耗品である車輪を１種類にできて保守管理が簡素化でき、また車輪の製造においても種類が１種類となることから量産効果によって製造価格を低減できる。

本発明の第１の実施の形態の鉄道車両用駆動装置の断面図。 本発明の第２の実施の形態の鉄道車両用駆動装置の断面図。 本発明の第３の実施の形態の鉄道車両用駆動装置の断面図。 本発明の第４の実施の形態の鉄道車両用駆動装置の断面図。 本発明の第５の実施の形態の鉄道車両用駆動装置の断面図。 従来例の鉄道車両用駆動装置の断面図。 他の従来例の鉄道車両用駆動装置の断面図。

符号の説明

１ 車軸
２ ギア
３ 車輪
４ 主電動機
５ 軸受
６ ピニオン
７ ギアケース
９ 車輪
１０ ボス部
１０Ａ 車輪嵌合用ボス部
１０Ｂ ギア嵌合用ボス部
１１ ボス部材
１１ ボス部材
１１Ａ 車輪嵌合用ボス部
１１Ｂ ギア嵌合用ボス部
１２ ボス部材
１２Ａ 車輪嵌合用ボス部
１２Ｂ ギア嵌合用ボス部
１２Ｃ 突起
１３ ボス部材
１３Ａ 車輪嵌合用ボス部
１３Ｂ ギア嵌合用ボス部
１３Ｃ 突起
１５ 車輪
１６ ボス部材
１６Ａ 車輪嵌合用ボス部
１６Ｂ 突起

Claims (6)

1. 車軸の一端にボス部材を嵌合し、前記ボス部材の外周に駆動側車輪を嵌合し、前記車軸の他端に反駆動側車輪を嵌合し、
   前記ボス部材の外周における、前記駆動側車輪よりも軸中央側の位置にギアを嵌合し、
   前記両車輪に挟まれた空間に主電動機を、前記車軸と平行に設置し、
   前記主電動機の軸端にピニオンを嵌合し、
   前記ピニオンを前記ギアと噛合させたことを特徴とする鉄道車両用駆動装置。
2. 前記ボス部材における前記車輪と嵌合する車輪嵌合用ボス部の外径を、当該ボス部材における前記ギアと嵌合するギア嵌合用ボス部の外径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動装置。
3. 前記ボス部材におけるギア嵌合用ボス部の軸中央側端部に突起を設け、
   前記ギアの該当部に前記突起と嵌合する凹部を形成し、
   前記ギア嵌合用ボス部に前記ギアを嵌合させたときに前記突起と凹部とを凹凸嵌合させることで、前記軸方向の互いの凹凸当り面の位置が、前記車軸の軸方向位置でのギアの設定位置に収まるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用駆動装置。
4. 前記ボス部材における前記車輪と嵌合する車輪嵌合用ボス部の外径を、当該ボス部材における前記ギアと嵌合するギア嵌合用ボス部の外径と等しくし、かつ当該車輪嵌合用ボス部とギア嵌合用ボス部との間を段差なく連続させたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動装置。
5. 前記ボス部材における前記車輪と嵌合する車輪嵌合用ボス部の外径を、当該ボス部材における前記ギアと嵌合するギア嵌合用ボス部の外径と等しくし、かつ当該車輪嵌合用ボス部とギア嵌合用ボス部との間を段差なく連続させ、
   前記ボス部材におけるギア嵌合用ボス部の軸中央側端部に突起を設け、
   前記ギアの該当部に前記突起と嵌合する凹部を形成し、
   前記ギア嵌合用ボス部に前記ギアを嵌合させたときに前記突起と凹部とを凹凸嵌合させることで、前記軸方向の互いの凹凸当り面の位置が、前記車軸の軸方向位置でのギアの設定位置に収まるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動装置。
6. 前記反駆動側車輪の車軸嵌合部において、ボス部と車輪部を分割構造とし、前記嵌合直径及び嵌合長を前記駆動側車輪の前記ボス部材の車輪嵌合用ボス部に対する嵌合直径及び嵌合長と同一寸法としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鉄道車両用駆動装置。

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