JP6023519B2 - 鉄道車両用の駆動台車 - Google Patents

Description

本発明は、電動機及び減速機を備えた鉄道車両用の駆動台車に関する。

鉄道車両用台車には、駆動源を備えた駆動台車と駆動源を備えない非駆動台車とがある。従来の駆動台車では、車軸と台車枠の横ばりとの間の空間において電動機及び減速機が横に並べて配置されており、電動機からの回転動力が減速機を介して車軸に伝達される（例えば、特許文献１参照）。電動機は横ばりに固定されており、減速機は車軸に接続され且つ横ばりに相対変位可能に支持されている。車軸と台車枠との間には軸バネが介設されており、車両走行中に車軸が横ばりに対して相対変位しうるため、電動機はフレキシブルカップリングを介して減速機に接続されている。

特開平７−１７３９９号公報

鉄道車両用の駆動台車では、車軸と横ばりとの間の限られた空間に電動機及び減速機を収めるために、電動機と減速機とを横並びに配置しているので、一般的に、減速機は一方の車輪に近づけて配置し、電動機は他方側の車輪に近づけて配置される。しかし、車軸に接続される減速機は車幅方向一方に偏って配置され、台車枠に固定される電動機が車幅方向他方に偏って配置されており、平面視では減速機及び電動機は点対称に配置されている。よって、台車に生じる荷重の左右バランスは均等ではないとともに、電動機の回転慣性力も台車全体で見て左右に均等とはならない。

そこで本発明は、簡易な構造でありながら、鉄道車両の走行時における台車のバランスを向上させることを目的としている。

本発明に係る鉄道車両用の駆動台車は、車軸及び前記車軸の左右両側に夫々設けられた車輪を有する輪軸と、前記車軸に接続された減速機と、前記減速機に接続され、走行動力を発生する一対の電動機と、を備え、前記減速機は、前記車軸の軸線方向の中心位置を前後方向に通る中心線上に配置されており、前記一対の電動機は、前記減速機の左右両側に夫々配置されている。

前記構成によれば、車軸に接続される減速機が台車の車幅方向の中央部分に配置され、その左右両側に形成された空間に一対の電動機が夫々配置されているため、荷重が左右にバランス良く発生するとともに、１つの減速機に接続された一対の電動機が減速機の左右両側に分かれて配置されているので、回転慣性力が左右にバランス良く発生する。したがって、鉄道車両の走行時における台車のバランスを好適に向上させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡易な構造でありながら、鉄道車両の走行時における台車のバランスを好適に向上させることができる。

第１実施形態に係る鉄道車両用の駆動台車を示す平面図である。 図１に示す駆動台車の側面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 第２実施形態に係る駆動台車を示す図３相当の図面である。 第３実施形態に係る鉄道車両用の駆動台車を示す平面図である。 図６の要部拡大図である。 図６に示す駆動台車のVIII−VIII線断面図である。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両用の駆動台車１を示す平面図である。図２は、図１に示す駆動台車１の側面図である。図１及び２に示すように、本実施形態の鉄道車両用の駆動台車１は、前後及び左右が対称に構成されている。駆動台車１は、空気バネ２を介して車体５０を支持するための台車枠３を備えている。台車枠３は、左右両側において前後方向に延びる一対の側ばり４と、左右の側ばり４の前後方向中央部を連結するように左右方向に延びる横ばり５とを有しており、平面視でＨ形状を呈している。

横ばり５の前方及び後方には、それぞれ輪軸６が配置されている。輪軸６は、左右方向に沿って延びた車軸７と、その車軸７の左右両側に夫々設けられた車輪８とを有している。車軸７の左右方向の両端部には、車輪８よりも左右方向外側にて車軸７を回転自在に支持する軸受９が設けられ、その軸受９は軸箱１０に収容されている。側ばり４の前後方向の端部４ａと軸箱１０との間には、コイルバネ（軸バネ）からなる軸箱支持装置１１が介設されている。軸箱１０からは一体的に台車中央に向けて前後方向に軸ばり１２が延びており、その軸ばり１２の端部がゴムブッシュ１３等を介して側ばり４に弾性的に連結されている。即ち、台車１は、いわゆる軸ばり式の軸箱支持装置を備えている。なお、この軸箱支持装置については、軸ばり式以外の他の方式を用いてもよい。

車軸７には減速機２０が接続されており、減速機２０には一対の電動機２１，２２が接続されている。減速機２０は、小径の入力ギア２０ｂと、入力ギア２０ｂに噛合する大径の出力ギア２０ｃと、入力ギア２０ｂ及び出力ギア２０ｃを収容するケーシング２０ａとを備えている。出力ギア２０ｃは、車軸７と共回転するように車軸７に固定されており、入力ギア２０ｂは、出力ギア２０ｃよりも台車中央側に設けられている。電動機２１，２２は、ケーシング２１ａ，２２ａを備え、そのケーシング２１ａ，２２ａ内に公知のロータ及びステータ（図示せず）が収容されている。ケーシング２１ａ，２２ａからは前記ロータに固定された出力軸２１ｂ，２２ｂの端部が突出しており、その出力軸２１ｂ，２２ｂの端部が減速機２０の入力ギア２０ｂと共回転するように入力ギア２０ｂに接続されている。出力軸２１ｂ，２２ｂ、入力ギア２０ｂ及び出力ギア２０ｃの夫々の回転軸線は、車軸７の軸線と平行である。

減速機２０は、車軸７の軸線方向の中心位置を前後方向に通る中心線Ｃ上に配置されている。そして、減速機２０の入力ギア２０ｂ及び出力ギア２０ｃが、駆動台車１の車幅方向における中心に配置された状態で前後に並んでいる。本実施形態では、減速機２０の車幅方向中心と台車１の車幅方向中心とが一致している。一対の電動機２１，２２は、減速機２０の左右両側において左右対称に配置されている。即ち、それら電動機２１，２２の各出力軸２１ｂ、２２ｂは、同軸上に配置されている。電動機２１，２２のケーシング２１ａ，２２ａは、減速機２０のケーシング２０ａの左右側面に対してそれぞれ固定具（例えば、ボルト等）によって固定されている。このように、減速機２０と電動機２１，２２とは、互いに固定されて相対変位しないため、出力軸２１ｂ，２２ｂと入力ギア２０ｂとは、フレキシブルカップリングを介することなく直接的に接続されている。

横ばり５は、前側（図１中の左側）の減速機２０と後側（図１中の右側）の減速機２０との間に配置されている。前側の減速機２０と後側の減速機２０とは、支持部材２３によって横ばり５に支持されている。支持部材２３は、前述した中心線Ｃ上に配置されており、横ばり５を跨いで前後方向に延在している。

図３は、図１のIII−III線断面図である。図４は、図３のIV−IV線断面図である。図３及び４に示すように、支持部材２３は、横ばり５を跨いで前後方向に延びる支持バーであり、金属又は繊維強化樹脂等からなる。支持部材２３の中央部は、介装材２８を介して横ばり５に上方から載置されている。即ち、支持部材２３の中央部２３ａは、横ばり５に対して上下方向に固定されない状態で横ばり５によって下方から支持されている。介装材２８は、横ばり５及び支持部材２３よりも硬度が低い材料（例えば、ゴム等）からなる。支持部材２３の前側及び後側の端部２３ｂは、前側の減速機２０及び後側の減速機２０をそれぞれ支持している。

支持部材２３の端部２３ｂは、内周面が円筒形状で車幅方向両側が開口する筒状部となっている（以下、端部２３ｂは筒状部とも言う）。筒状部２３ｂの内部空間には、ゴムブッシュ２６を介して心棒２５が挿通されている。心棒２５は、円柱部２５ａと、円柱部２５ａの左右方向の両側に設けられた一対の円錐状のフランジ部２５ｂと、一対のフランジ部２５ｂの両側面から左右方向外側に向けて突出した突起部２５ｃとを有している。ゴムブッシュ２６は、円筒部２６ａと、円筒部２６ａの左右方向の両側に設けられた一対の円錐状のフランジ部２６ｂとを有し、心棒２５に外嵌されている。減速機２０の上部には、左右一対のブラケット部２７が上方に向かって突設されており、そのブラケット部２７には嵌合穴２７ａが形成されている。そして、心棒２５の突起部２５ｃが、ブラケット部２７の嵌合穴２７ａに嵌合されている。即ち、減速機２０と支持部材２３とは、心棒２５及びゴムブッシュ２６を用いた弾性結合部２４により連結されている。特に、軌道の不整等により車軸に捩れが生じると、前側及び後側の減速機２０の支持部材２３による支持位置が左右方向に移動しようとするが、弾性結合部２４により、かかる左右動を吸収することができ、軌道の不整等による車軸の捩れによる影響を抑えることができる。

以上に説明した構成によれば、車軸７に接続される減速機２０が台車１の車幅方向の中央部分に配置され、その左右両側に形成された空間に一対の電動機２１，２２が夫々配置されているため、荷重が左右にバランス良く発生するとともに、１つの減速機２０に接続された一対の電動機２１，２２が減速機２０の左右両側に分かれて配置されているので、回転慣性力が左右にバランス良く発生する。したがって、鉄道車両の走行時における台車１のバランスを好適に向上させることができる。また、一対の電動機２１，２２が減速機２０の左右両側に夫々固定されているため、電動機２１，２２を減速機２０に固定してフレキシブルカップリングを不要にしながらも、電動機２１，２２の自重によって減速機２０に掛かる負荷が減速機２０の片側に偏ることを防止できる。しかも、減速機２０を横ばり５に支持させるための支持部材２３も台車１の車幅方向の中央部分に配置されるため、全体として車幅方向の台車バランスをより良好にできる。

また、支持部材２３は、その中央部２３ａが横ばり５に支持されるように横ばり５を前後方向に跨いでおり、支持部材２３により前後それぞれの減速機２０が共通して支持されるので、部品点数が削減され、支持機構を簡素化することができる。そして、支持部材２３は横ばり５に完全に固定されるのではなく、横ばり５に上から載せられた簡素なものであるため、台車枠３に生じる捩れ力などが、支持部材２３と横ばり５との間で伝達され難く、台車１の強度対策を簡素にすることが可能となる。また、前後の減速機２０を支持部材２３を介して互いに連結しても、前側の減速機２０と後側の減速機２０との間の相対位置変化は、ゴムブッシュ２６により吸収することができ、スムーズな走行を実現することができる。さらに、減速機２０のブラケット部２７は上方に突出しており、減速機２０の重量によりブラケット部２７に掛かる荷重が、ブラケット部２７が側方に突出したときのような剪断力にはならず、強度を向上させることができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る駆動台車を示す図３相当の図面である。図５に示すように、本実施形態では、前側の減速機２０と後側の減速機２０とを連結する支持部材１２３が、横ばり５の下方を通過している。横ばり５には、下方に向けて突出した受け部１３０が設けられ、受け部１３０には、前後方向に貫通した挿通孔１３０ａが形成されている。バー状の支持部材１２３は、その挿通孔１３０ａを通過することで、受け部１３０を介して横ばり５に支持されている。減速機２０の前後方向における台車中央側の側面には、ブラケット部１２７が突設されており、支持部材１２３は、第１実施形態の弾性結合部２４と同様の構造によってブラケット部１２７に接続されている。また、支持部材１２３による前後の減速機２０の支持位置は、前後の車軸７の軸心を前後方向に通る水平線上にあるので、軌道の不整等による車軸の捩れによる影響を抑えることができる。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る鉄道車両用の駆動台車２０１を示す平面図である。図７は、図６の要部拡大図である。図８は、図６に示す鉄道車両用の駆動台車２０１のVIII−VIII線断面図である。なお、図８では、連結部材２５５の図示を省略している。図６〜８に示すように、駆動台車２０１は、車軸７に接続される減速機２５１，２５２が台車２０１の車幅方向の中央部分に配置され、その左右両側に形成された空間に一対の電動機２１，２２が夫々配置され、それら電動機２１，２２が減速機２５１，２５２の左右両側に夫々固定されている。

前側の減速機２５１は、入力ギア２０ｂ及び出力ギア２０ｃを収容するギアケース部２５１ａと、ギアケース部２５１ａから後方に延出した前フレーム部２５１ｂとを有している。後側の減速機２５２は、入力ギア２０ｂ及び出力ギア２０ｃを収容するギアケース部２５２ａと、ギアケース部２５２ａから前方に延出した後フレーム部２５２ｂとを有している。前フレーム部２５１ｂの後部２５１ｃ及び後フレーム部２５２ｂの前部２５２ｃは、互いに対向するように配置され、それぞれ４つに分岐した形状となっている。

詳しくは、図７に示すように、前フレーム部２５１ｂの後部２５１ｃは、左右一対の第１端部２５１ｄと、それら第１端部２５１ｄよりも車幅方向内側に配置された左右一対の第２端部２５１ｅとを有している。一対の第１端部２５１ｄ及び一対の第２端部２５１ｅは、中心線Ｃ（図６参照）を挟むようにして中心線Ｃに対して左右対称に配置されている。後フレーム部２５２ｂの前部２５２ｃは、左右一対の第３端部２５２ｄと、それら第３端部２５２ｄよりも車幅方向内側に配置された左右一対の第４端部２５２ｅとを有している。一対の第３端部２５２ｄ及び一対の第４端部２５２ｅは、中心線Ｃ（図６参照）を挟むようにして中心線Ｃに対して左右対称に配置されている。前フレーム部２５１ｂの第１端部２５１ｄは、後フレーム部２５２ｂの第３端部２５２ｄに上方から重ねられ、前フレーム部２５１ｂの第２端部２５１ｅは、後フレーム部２５２ｂの第４端部２５２ｅに下方から重ねられている。

図７及び８に示すように、第１端部２５１ｄは、前フレーム部２５１ｂの後部２５１ｃのうち上側から後方に向けて水平方向に突出している。第２端部２５１ｅは、前フレーム部２５１ｂの後部２５１ｃのうち下側から後方に向けて水平方向に突出している。第３端部２５２ｄは、後フレーム部２５２ｂの後部２５２ｃのうち下側から前方に向けて水平方向に突出している。第４端部２５２ｅは、後フレーム部２５２ｂの前部２５２ｃのうち上側から前方に向けて水平方向に突出している。このようにして、第１端部２５１ｄ及び第４端部２５２ｅは、車軸７の軸心を前後方向に通る水平線Ｈの上側に配置され、第２端部２５１ｅ及び第３端部２５２ｄは、水平線Ｈの下側に配置されている。

第１端部２５１ｄと第３端部２５２ｄとの間、及び、第２端部２５１ｅと第４端部２５２ｅとの間には、剛板（例えば、金属板）で形成された横部材２５４及びその横部材２５４を上下から挟んだゴム板２５６が挿入される。また、前フレーム部２５１ｂの後部２５１ｃには、後フレーム部２５２ｂの第３端部２５２ｄ及び第４端部２５２ｅの端面と水平方向に対向する規制面２５１ｆが形成されている。後フレーム部２５２ｂの前部２５２ｃには、前フレーム部２５１ｂの第１端部２５１ｄ及び第２端部２５１ｅの端面と水平方向に対向する規制面２５２ｆが形成されている。第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅの端面と規制面２５１ｆ，２５２ｆとの間には、クリアランスが設けられている。そして、横部材２５４は、前側の規制面２５１ｆと後側の規制面２５２ｆとの間に配置されており、横部材２５４が前後方向に所定以上に移動することが規制面２５１ｆ，２５２ｆにより規制されている。

側ばり２０４（図６参照）は、第１実施形態の軸箱１０と同様の軸箱（図示せず）の上方で前後方向に延在し、第１実施形態の軸箱支持装置１１と同様の軸箱支持装置（図示せず）を介して軸箱１０に接続されている。第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅによって挟まれた横部材２５４は、連結部材２５５を介して側ばり２０４に連結されている。１つの側ばり２０４あたりに一対の連結部材２５５が接続されており、その一対の連結部材２５５は、角度をもって前後対称に配置されている。横部材２５４は、その左右の端部に連結部材２５５の一端部に接続するためのブラケット部２５４ａを有している。側ばり２０４は、連結部材２５５の他端部に接続するためのブラケット部２５７を有している。

連結部材２５５は、軸部２６０ａと、軸部２６０ａの両端部に設けた一対の筒状部２６０ｂと、筒状部２６０ｂにゴムブッシュ（図示せず）を介して挿入された心棒２６１，２６２とを備えている。そして、連結部材２５５の一端部の心棒２６１が、横部材２５４のブラケット部２５４ａの嵌合穴に嵌合され、連結部材２５５の他端部の心棒２６２が、側ばり２０４のブラケット部２５７の嵌合穴に嵌合される。即ち、連結部材２５５の両端部には、側ばり２０４から横部材２５４に伝達される力を弾性吸収する弾性結合部２４０を形成し、その構造は第１実施形態の弾性結合部２４と同様である。

以上に説明した構成によれば、後フレーム部２５２の第３端部２５２ｄに対する前フレーム部２５１ｂの第１端部２５１ｄの重ね方と、後フレーム部２５２ｂの第４端部２５２ｅに対する前フレーム部２５１ｂの第２端部２５２ｅの重ね方とが、上下逆である。よって、第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅが互いに干渉し、各減速機２０及び各フレーム部２５１，２５２が自重により車軸７回りに回転する動きを妨げることができる。よって、簡素な構造としながらも減速機２０を好適に支持することが可能となる。

また、第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅは、中心線Ｃに対して左右対称に配置されているので、第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅが互いに干渉して生じる力が左右対称となり、車両の曲線走行時などの台車バランスを良好にすることができる。さらに、第１端部２５１ｄと第３端部２５２ｄとの間、及び、第２端部２５１ｅと第４端部２５２ｅとの間には、ゴム板２５６が挟まれているため、前後の減速機２０の間の相対振動を好適に吸収することができるとともに、互いに干渉する第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅを保護することができる。

さらに、第１端部２５１ｄ及び第４端部２５２ｅが、車軸７の軸心を前後方向に通る水平線Ｈの上側に配置され、第２端部２５１ｅ及び第３端部２５２ｄが、水平線Ｈの下側に配置されることで、第１〜第４端部２５１ｄ，２５１ｅ，２５２ｄ，２５２ｅが水平線Ｈを挟むように設けられるので、軌道の不整等により車軸が捩れた場合であっても、第１〜第４端部が交差する箇所において、これらが分解することなく、構造上の安定化を図ることができる。また、第１〜第４端部が交差する箇所にはゴム板２５６を設けているので、軌道の不整等による車軸の捩れによる影響を吸収することができる。

さらに、側ばり２０４と横部材２５４とを連結部材２５５で連結し、その連結部材２５５は弾性結合部２４０を有しているため、台車１の左右いずれか一方の側ばり２０４から左右いずれか他方の側ばり２０４へ伝達される荷重が弾性結合部２４０により吸収され、台車１に生じる捩れ力を抑制することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成を他の実施形態に適用してもよい。

以上のように、本発明に係る鉄道車両用台車は、車両走行時における台車のバランスを好適に向上させる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる鉄道車両に広く適用すると有益である。

１，２０１ 駆動台車
４，２０４ 側ばり
５ 横ばり
６ 輪軸
７ 車軸
８ 車輪
９ 軸受
１０ 軸箱
１１ 軸箱支持装置
２０，２５１，２５２ 減速機
２１，２２ 電動機
２３ 支持部材
２５１ｂ 前フレーム部
２５２ｂ 後フレーム部
２５１ｄ 第１端部
２５１ｅ 第２端部
２５１ｆ，２５２ｆ 規制面
２５２ｄ 第３端部
２５２ｅ 第４端部
２５４ 横部材
２５５ 連結部材
２５６ ゴム板
Ｃ 中心線

Claims (8)

1. １つの車軸及び前記車軸の左右両側に夫々設けられた一対の車輪を有する輪軸と、
   前記車軸に接続された１つの減速機と、
   前記減速機に接続され、走行動力を発生する一対の電動機と、を備え、
   前記減速機は、前記車軸の軸線方向の中心位置を前後方向に通る中心線上に配置されており、前記一対の電動機は、前記減速機を左右両側から挟んでいる、鉄道車両用の駆動台車。
2. 前記一対の電動機は、前記減速機の左右両側に固定されて前記減速機に支持されている、請求項１に記載の鉄道車両用の駆動台車。
3. 前記輪軸及び前記減速機は、前後に一対設けられ、
   前記台車は、前側の前記減速機と後側の前記減速機との間に設けられた横ばりと、前記減速機を前記横ばりに支持させるための支持部材と、を更に備え、
   前記支持部材は、前記中心線上に配置されている、請求項１又は２に記載の鉄道車両用の駆動台車。
4. 前記支持部材は、前記横ばりを跨いで前後方向に延在しており、
   前記支持部材の前部及び後部は、前側の前記減速機及び後側の前記減速機をそれぞれ支持し、前記支持部材の中央部は、前記横ばりに支持されている、請求項３に記載の鉄道車両用の駆動台車。
5. 車軸及び前記車軸の左右両側に夫々設けられた車輪を有する輪軸と、
   前記車軸に接続された減速機と、
   前記減速機に接続され、走行動力を発生する一対の電動機と、を備え、
   前記減速機は、前記車軸の軸線方向の中心位置を前後方向に通る中心線上に配置されており、前記一対の電動機は、前記減速機の左右両側に夫々配置され、
   前記輪軸及び前記減速機は、前後に一対設けられ、
   前側の前記減速機には、前フレーム部が後方に延出して設けられ、
   後側の前記減速機には、後フレーム部が前方に延出して設けられ、
   前記前フレーム部の後部には、第１端部及び第２端部が設けられ、
   前記後フレーム部の前部には、第３端部及び第４端部が設けられ、
   前記第１端部が前記第３端部の上方に位置し、前記第２端部が前記第４端部の下方に位置する、鉄道車両用の駆動台車。
6. 前記第１及び第２端部と、第３及び第４端部は、前記中心線に対して左右対称に配置されている、請求項５に記載の鉄道車両用の駆動台車。
7. 前記第１端部と前記第３端部との間、及び、前記第２端部と前記第４端部との間に介設されたゴム板を更に備えている、請求項５又は６に記載の鉄道車両用の駆動台車。
8. 前記車軸を回転自在に支持する軸受が収容された軸箱と、
   前記軸箱の上方で前後方向に延在する側ばりと、
   前記軸箱と前記側ばりとの間に介設された軸箱支持装置と、
   前記第１〜第４端部によって挟まれた横部材と、
   前記横部材に前記側ばりを連結するための連結部材と、を更に備え、
   前記前フレーム部及び前記後フレーム部は、前記横部材が前後方向に所定以上に移動するのを妨げる規制面を有している、請求項５乃至７のいずれかに記載の鉄道車両用の駆動台車。

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