JPH10248213A - 車軸発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １台で電源及び速度検出器として用いること
のできる車軸発電機を提供する。 【解決手段】 円筒状のロータ本体部１０１ａ内側に永
久磁石１０１ｆを有してなるロータ１０１を車軸２の端
部に当該車軸と同軸に取付け、このロータの径方向外側
においてロータと同心なカバー部１０３ｂを有するブラ
ケット１０３を軸箱４に取付け、このブラケットによ
り、ロータの径方向内側にステータを支持配置して電源
用の発電機を構成する。一方、ロータ本体部外側に歯車
状の速度被検出部材１０１ｅを設け、かつ、ブラケット
に速度センサ１０５を取り付けて、互いに対向するよう
に配置することにより、速度検出装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両等の車軸
に取り付けられる車軸発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の台車の車軸に発電機を取り付
けた例として、例えば実開昭５８−９００４９号公報に
は、車軸端部から延設されたロータ軸にロータが取り付
けられ、その外側に、軸受を介してステータが配置され
た車軸発電機により速度検出を行う技術が開示されてい
る。一方、近年、車輪の滑走防止等の制動制御を行うた
めに、各車両に電源が必要となる場合があるが、架線か
らの電源供給がなされない貨物車等の車両においては、
車両ごとに電力の自給を行わねばならない。そこで、こ
のような場合に、速度検出用の車軸発電機を電源用とし
ても使用できることが望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車軸発
電機を電源用として使用する場合には、速度検出器とし
て使用する場合よりも大きな電力が必要になる。そもそ
も車軸発電機は、出力の導出の便宜から一般的にロータ
側に永久磁石を配置し、ステータ側にコイルを配置して
いるが、このような構成で大電力を比較的容易に得るた
めには、ロータ側に配置された磁石面積を大きくして、
コイルとの鎖交磁束を増大させる必要がある。ところ
が、このように構成すると、発電電圧の波長が長くな
り、速度検出器としての分解能が悪くなる。一方、分解
能を良くするためには磁石面積を小さく抑えなければな
らず、この場合は電源としては出力不足になる。このよ
うに、十分な供給電力と速度検出の十分な分解能とを１
台の車軸発電機で両立させることは困難であった。従っ
て、電源用の車軸発電機と速度検出用の車軸発電機とを
各１台用意して、別々の車軸端に取り付けねばならず、
その結果、総部品点数が増大するとともに、取付けにも
時間がかかるという問題点があった。

【０００４】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、１台で電源及び速度検出器として用いることのでき
る車軸発電機を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の車軸発電機は、
車軸（２）の端部に当該車軸と同軸に取付けられ、円筒
状のロータ本体部（１０１ａ）に永久磁石（１０１ｆ）
を有してなるロータ（１０１）と、前記車軸の軸箱
（４）に支持され、前記ロータと同心に配置された円筒
状部（１０３ｂ）を有するブラケット（１０３）と、前
記ブラケットに支持され、前記ロータと同軸に配置され
たステータ（１０２）と、前記ロータ本体部に設けられ
た、歯車状の速度被検出部材（１０１ｅ）と、前記ブラ
ケットに支持され、前記速度被検出部材と対向して配置
された速度センサ（１０５）とを備えたことを特徴とす
る（請求項１）。なお、括弧内は、後述する発明の実施
の形態の場合における対応部分の符号である（以下、同
様。）。このように構成された車軸発電機においては、
ロータとステータとによって発電機が構成されるととも
に、ロータ本体部に設けられた速度被検出部材とブラケ
ットに支持された速度センサとによって速度検出装置が
構成される。すなわちロータの回転を発電機及び速度検
出装置の双方に共用する構成である。これにより、１台
の車軸発電機で、電源としての発電機及び速度検出装置
の両機能を達成することができる。

【０００６】上記車軸発電機（請求項１）において、ロ
ータはブラケットの径方向内側に配置され、ステータは
ロータの径方向内側に配置され、さらに、速度被検出部
材はロータの外周面に設けられているものであってもよ
い（請求項２）。このように構成された車軸発電機にお
いては、ロータがステータの外側に配置されるため、ロ
ータ上に広い磁石取付面積を確保することができる。従
って、比較的大きな磁石を取り付けることができ、電源
として十分な出力を得ることができる。また、同様に、
ロータの直径が大きいため、速度被検出部材（歯車状）
の歯数を多くすることができる。従って、速度検出の分
解能を高めることができる。

【０００７】上記車軸発電機（請求項１）において、ロ
ータは、車軸用の前蓋（８）に相当する形状の前蓋部
（１０１ｂ）を有しているものであってもよい（請求項
３）。このように構成された車軸発電機においては、前
蓋を取り外した後、前蓋の取付孔をそのまま利用して容
易にロータを取り付けることができる。

【０００８】上記車軸発電機（請求項３）において、前
蓋部は、前蓋と同等の寸法公差を有しているものであっ
てもよい（請求項４）。このように構成された車軸発電
機においては、車軸に対する前蓋の取付精度を、そのま
まロータにも引き継ぐことができる。

【０００９】上記車軸発電機（請求項１）において、ブ
ラケットは軸箱に取付固定されているものであってもよ
い（請求項５）。このように構成された車軸発電機にお
いては、ブラケットを所定位置に取り付けることによっ
て、ロータ・ステータ間及び速度被検出部材・速度セン
サ間の寸法公差を、車軸と軸箱との間の一定の寸法公差
によって規定することができる。従って、軸受が不要と
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態による
車軸発電機１を車軸２の端部とともに示す断面図であ
り、図２は当該車軸発電機１のみを図１のII−II線から
見た側面図、図３及び図４はそれぞれ、当該車軸発電機
１のみを図１のIII−III線及びIV−IV線から見た断面図
である。図１において、車軸２は円錐ころ軸受３を介し
て軸箱４により回転自在に軸支されている。車軸２の端
部の外周部には、車軸２の端部部材として、円筒状のち
りよけ座５が設けられ、このとりよけ座５は車軸２とと
もに回転する。円錐ころ軸受３の固定側（外輪）に取り
付けられたダストカバー７にはオイルシール６が設けら
れ、円錐ころ軸受３への異物等の侵入を防止している。

【００１１】車軸発電機１は、ロータ１０１、ステータ
１０２、ステータ取付用のブラケット１０３及びステー
タ取付板１０４からなるステータ取付部材、並びに、速
度センサ１０５を主たる構成要素として構成されてい
る。ロータ１０１は、径方向内側に空間を有する回転部
材であり、円筒状のロータ本体部１０１ａと円盤状の前
蓋部１０１ｂとを一体に形成したものである。このロー
タ１０１は、嵌合部１０１ｃを、外周面が研磨仕上げさ
れたちりよけ座５の先端に密嵌させた状態で、回転軸周
りに１２０度間隔（図３参照）で配置された３本のボル
ト１０６によって車軸２の端部（取付孔２ａ）に取り付
けられている。ロータ１０１は所定の寸法公差で作ら
れ、特に嵌合部１０１ｃ内周は、ロータ１０１の回転軸
線と車軸２の回転軸線とを高精度に一致させ得るよう
に、精度良く仕上げられている。また、ロータ１０１の
前蓋部１０１ｂには溝１０１ｄが円環状に穿設されてお
り、この溝１０１ｄに、固定部であるダストカバー７の
先端部が少し入り込んでいる。ダストカバー７の先端部
の外周面は、溝１０１ｄの外側壁面との間に微小な隙間
を形成するように面して、この部分からの異物等の侵入
を抑制している。

【００１２】上記ロータ１０１の回転軸線上には、テー
パねじ部１０７ａと六角柱部１０７ｂとからなる治具受
け部材１０７が、そのテーパねじ部１０７ａを前蓋部１
０１ｂの中心部に螺合固定させて取り付けられている。
六角柱部１０７ｂは内部に孔１０７ｃが形成されていて
（図３参照）、この孔１０７ｃに、後述する組立治具１
０の一端が挿入される。また、ロータ本体部１０１ａの
外周側の全周には、歯車状（図４参照）に凹凸を形成し
てなる速度被検出部材１０１ｅが設けられ、ロータ本体
部１０１ａの内周側には、複数個の永久磁石を所定間隔
で周方向に配列してなる磁極１０１ｆが設けられてい
る。

【００１３】一方、前記ブラケット１０３は、軸箱４へ
の取付のためのフランジ部１０３ａと円筒状のカバー部
１０３ｂとからなる。フランジ部１０３ａは図２に示す
ように、４箇所の取付孔１０３ｃを有していて、ボルト
（図示せず）により軸箱４に固定される。カバー部１０
３ｂは、ロータ１０１と同心状に、かつ、ロータ１０１
の径方向外側に配置されている（図３参照）。また、カ
バー部１０３ｂの上部には孔１０３ｄが設けられ、ここ
に速度センサ１０５が取り付けられ、前述の速度被検出
部材１０１ｅと対向している（図１，図４）。

【００１４】上記速度センサ１０５は、速度被検出部材
１０１ｅの歯車の山・谷に応じてパルス列信号を出力す
る。このパルス列信号の単位時間当たりのパルス数は、
列車速度の増減に応じて増減するので、これを基に列車
の速度を検出することができる。歯車の歯数をｍ、車軸
２の１回転に相当する列車走行距離をＬとすれば、１パ
ルスあたりの列車走行距離Ｌ1は、Ｌ1＝Ｌ／ｍとなり、
ｍが多数（例えば９０）であることからこの値は十分に
小さいものとなる。従って、速度検出の分解能を高める
ことができる。

【００１５】ブラケット１０３の前方（図１の右方）端
部には円盤状のステータ取付板１０４が４本（図２参
照）のボルト１０８によって取り付けられている。ステ
ータ１０２は４本（図２参照）のボルト１０９によって
ステータ取付板１０４に取り付けられ、ロータ１０１と
同軸に、かつ、磁極１０１ｆとの間に所定のエアギャッ
プを保ってロータ１０１の径方向内側の空間に配置され
ている。すなわち、この車軸発電機１は、ステータ１０
２の外側にロータ１０１が配置された、アウターロータ
型の発電機である。このように構成された車軸発電機１
は、ロータ１０１の直径がインナーロータ型の発電機に
比べて大きいので、磁極１０１ｆの取付面積が大きい。
従って、磁極１０１ｆを形成する磁石を大きくすること
ができるので、磁束が増大して発電電力が大きくなる。
また、ロータ１０１の直径が大きいことにより、前述の
ように、速度被検出部材１０１ｅの歯数ｍを多くするこ
とができ、速度検出の分解能を高めることができる。

【００１６】ステータ取付板１０４には貫通孔１０４ａ
が形成され、ここにブッシング１１２が取り付けられて
いる。ステータ１０２に巻装された複数個のコイル１１
０からのリード線１１１は、上記ブッシング１１２を通
って、外部に導出されている。これにより、リード線１
１１を含むステータ１０２のすべてはステータ取付板１
０４にのみ依存した取付形態となるので、例えば、メン
テナンス時にはステータ取付板１０４を外すだけでステ
ータ１０２を引き抜くことができる。ステータ１０２
は、中心軸部に、軸方向に貫通した孔１０２ａが形成さ
れており、その軸左端側には所定の雌ねじ部１０２ｂが
形成されている。また、軸右端側には、先端部だけが４
角柱状のテーパねじからなるキャップ１１３が螺着され
ている。

【００１７】以上のように構成された車軸発電機１にお
いて、ロータ１０１を所定位置に取り付け、かつ、ブラ
ケット１０３、ステータ取付板１０４及びステータ１０
２を所定位置に取り付けることによって、ロータ１０１
とステータ１０２との間及び速度被検出部材１０１ｅと
速度センサ１０５との間の寸法公差を、車軸２と軸箱４
との間の一定の寸法公差によって規定することができ
る。従って、軸受が不要となり、構造が簡素化するとと
もに小型化にも寄与する。

【００１８】次に、既存車両の車軸に、上記の車軸発電
機１を取付る手順について説明する。図５は、車軸発電
機が取り付けられていない車軸２の端部の断面図である
（軸箱の図示は省略している。）また、図６は車軸発電
機１を取り付ける状態を示す断面図である。図４におい
て、車軸２の構造は前述の図１の構成と同一であるので
説明は省略する。ボルト１０６によって車軸２の端部に
取り付けられているのは前蓋８である。前蓋８の中心部
に設けられた孔はキャップ９によって閉塞されている。
この状態から、まず前蓋８を取り外す。次に図６に示す
ように、前蓋８の取付孔２ａをそのまま利用して、ボル
ト１０６によりロータ１０１を車軸２に取り付け、その
中心部に治具受け部材１０７を取り付ける。また、ブラ
ケット１０３を軸箱４に取り付ける。

【００１９】図５と図６との比較より明らかなように、
ロータ１０１の前蓋部１０１ｂは、ロータ１０１取付前
の前蓋８に相当する形状であり、ちりよけ座５及びダス
トカバー７との位置関係も同一である。また、ちりよけ
座５と嵌合するロータ１０１の前蓋部１０１ｂの嵌合部
１０１ｃにおける寸法公差は、ちりよけ座５と嵌合して
いた前蓋８の嵌合部８ｃ（図５）における寸法公差と同
等であるように製造されている。これにより、前蓋８を
取り外してロータ１０１を取り付けても、ちりよけ座５
と前蓋部１０１ｂとの嵌合精度は不変である。そもそ
も、ちりよけ座５はオイルシール構造に関与することか
ら一定の高精度な仕上げがなされており、従って、この
ちりよけ座５をロータ１０１取付のための基準とするこ
とができる。すなわち、ちりよけ座５に一定精度で取り
付ければ、ロータ１０１は車軸２に対して同軸配置さ
れ、所定の取付位置に正確に取り付けられる。

【００２０】次に、所定形状の組立治具１０を用意す
る。この組立治具１０は、丸棒状の嵌入部１０ａ、雄ね
じ加工された雄ねじ部１０ｂ、及び、４角柱部分を有す
る頭部１０ｃからなる全体として棒状の金属部材であ
り、機能的にはステータ１０２をロータ１０１の回転軸
と同軸に装着するためのセンタリング（軸合わせ）用軸
部材である。この組立治具１０の一端側、すなわち嵌入
部１０ａを治具受け部１０７の孔１０７ｃに挿入するこ
とにより、組立治具１０は治具受け部１０７に安定保持
される。

【００２１】次に、ステータ取付板１０４に取り付け済
みのステータ１０２を組立治具１０に外挿し、雄ねじ部
１０ｂの右端に雌ねじ部１０２ｂが当接したら、ステー
タ１０２を例えば時計回り方向に回転させて、雄ねじ部
１０ｂに雌ねじ部１０２ｂを螺合させる。これにより、
ステータ１０２は組立治具１０に案内されながら前進
し、ロータ１０１の内部へと入り込む。所定位置まで挿
入されたら、ボルト１０８によりステータ取付板１０４
をブラケット１０３に固定する。この状態において、組
立治具１０の頭部１０ｃはステータ取付板１０４より右
方に突出している。

【００２２】次に、ステータ取付板１０４より突出して
いる取付治具１０の頭部１０ｃを例えば反時計回り方向
に回転させて取付治具１０をステータ１０２から螺脱し
て引き抜く。引き抜き後、キャップ１１３（図１）をス
テータ取付板１０４の中心部に取り付けて孔１０２ａを
閉塞する。最後に、速度センサ１０５（図１）を、速度
被検出部材１０１ｅとの間に所定のエアギャップを保つ
ように孔１０３ｄに取り付けて、組立は完了する。

【００２３】なお、本発明の車軸発電機は、既存車両の
車軸に新設する場合のみならず、新造の車両に取り付け
る場合にも、コンパクトであるため取付けが容易である
ことはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の車軸発電機によれば、ロータ
とステータとによって発電機が構成されるとともに、ロ
ータ本体部に設けられた速度被検出部材とブラケットに
支持された速度センサとによって速度検出装置が構成さ
れることにより、ロータの回転を発電機及び速度検出装
置の双方に共用することができる。これにより、１台の
車軸発電機で、電源及び速度計の両機能を達成すること
ができ、車軸への取付を迅速且つ容易に行うことができ
る。

【００２５】請求項２の車軸発電機によれば、ロータが
ステータの外側に配置されるため、ロータ上に広い磁石
取付面積を確保することができる。従って、比較的大き
な磁石を取り付けることができ、電源として十分な出力
を得ることができる。また、同様に、ロータの直径が大
きいため、速度被検出部材（歯車）の歯数を多くするこ
とができる。従って、速度検出の分解能を高めることが
できる。

【００２６】請求項３の車軸発電機によれば、車軸用の
前蓋の取付孔をそのまま利用してロータを取り付けるこ
とができるので、既存車両の車軸に車軸発電機を新設す
る場合、取付が容易である。

【００２７】請求項４の車軸発電機によれば、車軸に対
する前蓋の取付精度を、そのままロータにも引き継ぐこ
とができる。従って、ロータを正確に所定位置に取り付
けることができる。

【００２８】請求項５の車軸発電機によれば、ブラケッ
トを所定位置に取り付けることによって、ロータ・ステ
ータ間及び速度被検出部材・速度センサ間の寸法公差
を、車軸と軸箱との間の一定の寸法公差によって規定す
ることができる。従って、軸受が不要となり、構造が簡
素化するとともに小型化にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による車軸発電機を、車軸
の端部とともに示す断面図である。

【図２】図１に示す車軸発電機を、図１のII−II線から
見た側面図である。

【図３】図１に示す車軸発電機を、図１のIII−III線か
ら見た断面図である。

【図４】図１に示す車軸発電機を、図１のIV−IV線から
見た断面図である。

【図５】車軸発電機が取り付けられていない車軸の端部
の断面図である。

【図６】図１に示す車軸発電機を車軸に取り付ける状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 車軸発電機 ２ 車軸 ３ 円錐ころ軸受 ４ 軸箱 ８ 前蓋 １０１ ロータ １０１ａ ロータ本体部 １０１ｂ 前蓋部 １０１ｅ 速度被検出部材 １０１ｆ 磁極 １０２ ステータ １０３ ブラケット １０３ｂ カバー部 １０４ ステータ取付板 １０５ 速度センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車軸の端部に当該車軸と同軸に取付けら
   れ、円筒状のロータ本体部に永久磁石を有してなるロー
   タと、 前記車軸の軸箱に支持され、前記ロータと同心に配置さ
   れた円筒状部を有するブラケットと、 前記ブラケットに支持され、前記ロータと同軸に配置さ
   れたステータと、 前記ロータ本体部に設けられた、歯車状の速度被検出部
   材と、 前記ブラケットに支持され、前記速度被検出部材と対向
   して配置された速度センサとを備えたことを特徴とする
   車軸発電機。
2. 【請求項２】前記ロータは前記ブラケットの径方向内側
   に配置され、前記ステータは前記ロータの径方向内側に
   配置され、さらに、前記速度被検出部材は前記ロータの
   外周面に設けられていることを特徴とする請求項１記載
   の車軸発電機。
3. 【請求項３】前記ロータは、車軸用の前蓋に相当する形
   状の前蓋部を有していることを特徴とする請求項１記載
   の車軸発電機。
4. 【請求項４】前記前蓋部は、前記前蓋と同等の寸法公差
   を有していることを特徴とする請求項３記載の車軸発電
   機。
5. 【請求項５】前記ブラケットは軸箱に取付固定されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の車軸発電機。