JPH1148965A

JPH1148965A - 鉄道車両用台車

Info

Publication number: JPH1148965A
Application number: JP21340497A
Authority: JP
Inventors: Motosane Hiraishi; 元実平石; Minoru Nakamura; 実中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】インナーロータ式ダイレクトドライブ電動機を
備えた鉄道車両台車において、台車構造の簡略化を図
り、小型、軽量な鉄道車両台車を提供する。【解決手段】車軸３１に一対の車輪３２を備えた輪軸３
０により台車枠を弾性支持した鉄道車両用台車におい
て、前記輪軸の一対の車輪の間に電動機４０が配置され
ており、前記車軸に前記電動機のロータ４１が一体に構
成されており、前記各車輪と前記ロータの間に設けられ
た２個の軸受４２前記電動機のステータ４３を前記車軸
３１に支持し、前記軸受を介して前記台車枠を前記車軸
に弾性支持すると共に、前記ステータのトルクの反力を
受ける手段を前記台車枠に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機で直接車軸
を駆動するダイレクトドライブ装置を備えた鉄道車両用
台車に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイレクトドライブ装置を備えた鉄道車
両の例として、ＪＲＥＡ１９９５年ＶＯＬ．３８Ｎ
ｏ.７の２３２５３頁ないし２３２５５頁に記載されて
いるハブモータ式独立車輪台車は、ベアリングを介して
車輪を台車枠に支持し、且つ、車輪の内側に他のベアリ
ングを介して支持された電動機の回転を遊星ギアを介し
て前記車輪に伝達する構造になっている。

【０００３】この方式では、車輪の内側に電動機を配置
しているので電動機の容量に制限があり、高出力が得ら
れない。また、遊星ギアを用いるため、構造が複雑であ
る。従って、ハブモータ方式は、高出力が得られない。

【０００４】一方、走行速度が１００Ｋｍ／ｈ程度の鉄
道車両においては、輪軸の車輪間に電動機を配置して、
電動機容量を確保する方式が主流となっている。また、
前記電動機は、従来使用されていた軸受構造を使用でき
ることからインナーロータが良い。

【０００５】従来のインナーロータ方式では、電動機を
構成するステータの軸受と台車枠を車軸に支持する軸受
の両方を設けなければならず、構造が複雑であった。

【０００６】また、特開平４ー１５１３６９号は、台車
枠に相当する平板状の台車１０を軸受箱１１を介して車
軸２０Ａに支持された構造である。この構造において
は、台車１０は車軸に対して、弾性体を介在させること
なく支持されていることから、電動機のステータとロー
タの間隙は一定となり、電動機の軸受が不要となる。し
かし、台車１０に軌道からの不整による振動が調節伝わ
り、乗客を運ぶ鉄道車両の場合、乗り心地の確保が困難
であった。また、台車から軌道への衝撃が増大し、軌道
の損傷が懸念される。さらに、電動機の外径が車輪外径
よりも大きいため、鉄道車両の路線の変更ができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イン
ナーロータ式ダイレクトドライブ電動機を備えた鉄道車
両台車において、台車構造の簡略化を図り、小型、軽量
な鉄道車両台車を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、インナーロータ式ダ
イレクトドライブ電動機を備えた鉄道車両台車におい
て、台車から軌道への衝撃を抑制できる鉄道車両台車を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、車軸に
一対の車輪を備えた輪軸により台車枠を弾性支持した鉄
道車両用台車において、前記輪軸の一対の車輪の間に電
動機が配置されており、前記車軸に前記電動機のロータ
が一体に構成されており、前記各車輪と前記ロータの両
端の間に設けられたそれぞれの軸受で前記電動機のステ
ータを前記車軸に支持し、前記軸受を介して前記台車枠
を前記車軸に弾性支持すると共に、前記ステータのトル
クの反力を受ける手段を前記台車枠に設けたことにあ
る。

【００１０】本発明の特徴は、車軸に一対の車輪を備え
た輪軸により台車枠を弾性支持した鉄道車両用台車にお
いて、前記輪軸の一対の車輪の間に電動機が配置されて
おり、前記車軸に前記電動機のロータが一体に構成され
ており、前記電動機のステータの両端には、前記各車輪
と前記ロータとの間に設けられ前記ステータの各端を前
記車軸に支持するそれぞれの軸受があり、前記ステータ
の前記それぞれの軸受の半径方向外側部においてそれぞ
れ前記台車枠を弾性支持したことにある。

【００１１】本発明によれば、インナーロータ式ダイレ
クトドライブ電動機を備えた鉄道車両台車において、各
車輪と前記ロータの両端の間に設けられたそれぞれの軸
受で前記電動機のステータを前記車軸に支持し、前記軸
受を介して前記台車枠を前記車軸に弾性支持する構成と
したため、台車構造が簡略化され、小型、軽量な鉄道車
両台車を提供することができる。

【００１２】また、各車輪と前記ロータの両端の間に設
けられた前記軸受を介して台車枠を車軸に弾性支持する
構成としたため、台車から軌道への衝撃を抑制できる鉄
道車両台車を提供することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図７により、本
発明の第一の実施例を説明する。図１は本発明の一実施
例になる鉄道車両台車の平面図、図２は図１をＡ−Ａ方
向から見た側面図、図３は図１の走行方向前方から見た
正面図、図４は図１のＢ−Ｂ部断面図、図５は図１のＣ
−Ｃ視図である。

【００１４】鉄道車両台車は、車軸に一対の車輪を備え
た輪軸３０により台車枠１０を弾性支持している。台車
枠１０は、所定の間隔を隔ててレール方向に平行に伸び
た一対の矩形断面の側梁１１と、これらと直交する一対
の筒状の横梁１２から構成されており、一対の側梁１１
の穴を横梁１２が貫通することによって側梁１１と横梁
１２が一体化されている。横梁１２の左右両端部にはそ
れぞれ空気ばね２０が設置されている。なお、側梁１１
及び横梁１２の形状は、所定の機械的強度を確保でき、
かつ加工に適したものであれば、他の断面形状であって
も差し支えない。

【００１５】図４に示すように、台車枠１０に設置され
た空気ばね２０の上に車体１が支持されており、台車枠
１０と車体１とは中心ピン１４によって連結されてい
る。台車枠１０は、レール１３の長手方向に所定の間隔
を設けて配置された前後一対の輪軸３０に、後述するば
ねによって弾性支持されている。

【００１６】輪軸３０は、図６に示すように、それぞれ
一本の車軸３１に二つの車輪３２を圧入して構成されて
おり、各一対の車輪３２の間に、台車の駆動力を発生す
る電動機４０が設置されている。電動機４０としては、
小型、軽量、高効率化に適した誘導電動機あるいは永久
磁石界磁同期電動機等を採用する。

【００１７】一例として電動機４０は、図７の断面図に
示すように、車軸３１に電動機のロータ巻き線を嵌入し
て車軸３１と一体に構成されたロータ４１と、車軸３１
に軸受４２を介して回転可能に支持されたハウジング４
４と、このハウジング４４内に一体に設けられたステー
タ４３とから構成されている。この電動機４０が輪軸３
０を構成する一対の車輪３２の間に設置され、インナー
ロータ式のダイレクトドライブ電動機が構成されてい
る。この輪軸３０をレール方向に所定の間隔で配置し
て、これらの輪軸３０の上に台車枠１０を載せる。

【００１８】尚、電動機４０のステータ４３を支持する
軸受４２としては、円すいころ軸受、円筒ころ軸受を用
いる。例えば、軸受４２の一方を円すいころ軸受として
輪軸３０の位置決めを行い、軸受４２の他方を円筒ころ
軸受として輪軸３０の熱伸縮を許容する構成とする。以
下、両者の組み合わせを１組の軸受という。図示のもの
は１組の軸受がいずれも円筒ころで構成されている。

【００１９】台車枠１０の各側梁１１は、台車の幅方向
(レールと直交方向)について、輪軸３０のステータ４３
を支持している軸受４２の真上に位置するようにして配
置されている。

【００２０】図５に示すように、車軸３１を中心として
レール１３の長手方向の前後にばね５１、５１をそれぞ
れ配置している。ばね５１は、電動機４０のハウジング
に設けた座５３と、側梁１１に設けた座５４とに固定し
ている。電動機４０のハウジングが軸受４２の軸箱の一
部を兼ねている。このばね５１、座５３、５４は、電動
機４０のステータのトルクの反力を受ける手段をなして
いる。すなわち、このばね５１、座５３、５４は、台車
枠１０を軸受４２に対して弾性支持するだけでなく、ス
テータのトルクの反力を台車枠１０で受ける機能も兼ね
ている。

【００２１】ばね５１は、円錐状の芯金、釣り鐘状の外
筒、及び芯金と外筒との間に設置されるロールゴムから
構成されるロールゴム方式のものが用いられている。

【００２２】図１から明らかなように、台車枠１０の側
梁１１は、輪軸３０の各車輪３２の間に配置されてお
り、インボード台車を構成している。

【００２３】車軸３１の軸方向の両外端部には、ブレー
キディスク３３が設置されている。横梁１２の両外端部
であって、ブレーキディスク３３に対向する位置にブレ
ーキ装置３４が設置されている。また、ブレーキディス
ク３３の外側面でかつ車軸３１の軸端面には、該車軸の
回転速度を検出して電動機の制御装置へ出力する速度発
電機が設置されている(図示略)。さらに、車軸３１の軸
端には、接地装置が設けられている(図示略)。

【００２４】本発明によれば、輪軸３０を構成する一対
の車輪３２の間に電動機４０が設置され、インナーロー
タ式のダイレクトドライブ電動機を構成しているため、
従来から用いられている軸受、すなわち電動機と車軸間
に歯車減速装置を有する間接駆動方式に使用されている
信頼性の高い軸受をそのまま組み込める利点がある。

【００２５】また、１組の軸受で電動機を構成するステ
ータの軸受と台車枠を車軸に支持する軸受の両軸受の機
能を兼ねることができるため、電動機を構成するステー
タの軸受と台車枠を車軸に支持する軸受の両方を設ける
従来のインナーロータ方式に比べて、構造が簡単とな
る。すなわち、従来４個所の支点でそれぞれ２種類(合
計８組)必要であった軸受を、それぞれ１種類(合計４
組)に低減できるため、台車の軽量化と、保守点検の向
上を図ることができる。

【００２６】また、台車枠１０は車軸３１に対して、ば
ね５１を介在させて支持されているため、台車枠１０に
軌道からの不整による振動が直接伝わり鉄道車両の乗り
心地を低下させることや台車から軌道への衝撃による軌
道の損傷を招くことが無い。さらに、電動機４０が一対
の車輪３２間のスペースを最大限に活用して細長く構成
されているため、電動機４０の外径を車輪３２の外径よ
りも小さくしても必要なトルクを確保できる。そのた
め、鉄道車両の路線の変更も容易である。

【００２７】また、軸受４２の軸箱の一部と電動機４０
のステータハウジングとを兼用しているために、全体の
構成がコンパクトになると共に、軽量化を図ることがで
きる。

【００２８】さらに、台車枠１０の重量及びこの台車枠
に加わる車両からの荷重を含めた全垂直荷重は、ばね５
１、電動機４０のハウジング４４、軸受４２、車軸３１
を介して車輪３２に加わる。したがって、ハウジング４
４及び軸受４２は、これらの垂直重量に耐えうる強度が
要求される。また、ハウジング４４は、電動機４０のス
テータ４３に作用する回転トルクの反力も受ける。しか
し、これらの力に対向するためにハウジング４４の外
形、肉圧などの構成を大きくすることは望ましくない。
本発明によれば、軸受４２の上方に台車枠の側梁１１が
あり、軸受４２の半径方向の両外側部においてそれぞれ
台車枠を弾性支持している。このような構成とすること
によって、ハウジング４４の外形、肉圧などの構成を大
きくすることなく、前記外力に十分に対抗できる。

【００２９】また、インボード台車方式としたため、台
車枠が小型になり、軽量化が図れる。

【００３０】さらに、車軸３１の両軸端が自由になるた
め、軸端ディスクの構成を採用することが可能となる。
また、車軸３１の軸端に電動機４０の制御用の速度発電
機を設置することが容易になる。あるいは、軸端接地装
置の設置も容易になる。

【００３１】なお、ばね５１はコイルばねでもよく、あ
るいは他の弾性体を用いても良い。次に、図８ないし図
１２により、本発明の第二の実施例を説明する。図８は
その鉄道車両台車の平面図、図９は図８の側面図、図１
０は図８の走行方向前方から見た正面図、図１１は図８
の視図である。

【００３２】この実施例では、台車枠１０が、レール方
向に伸びた一対の矩形断面の側梁１１と、これに直角方
向に伸びた一対の筒状の横梁１２から構成されており、
一対の側梁１１の穴を横梁１２が貫通することによって
側梁１１と横梁１２が一体化されている。横梁１２の左
右両端部は中央部よりも上側に曲がっており、この左右
両端部がばね５１を介して電動機４０のハウジング４４
の外周でかつ車軸３１の上に対応する位置に支持されて
いる。側梁１１と電動機４０のハウジング４４とは一本
のリンク１９で連結している。リンク１９は側梁１１の
真下にある。ハウジング４４に設けられたばね座５３
は、台車枠１０の側梁１１に設けられたばね受５４に対
向するように、ステータ４３のレール方向両側にそれぞ
れ設置されている。したがって、ハウジング４４には、
車軸３１の上に対応する四ヶ所にばね座５３が設置され
ている。なお、側梁１１の左右両端部が中央部よりも上
側に曲がって高くなったばね受５４部分に対応する車体
１の床下には凹部１５を形成することにより、車両の高
さが高くなるのを回避することができる。

【００３３】各車輪３２の外周に係合するブレーキシュ
ー３５を備えた踏面ブレーキ装置３６が台車枠１０の各
車輪に対応した位置に設置されている。

【００３４】この実施例によれば、台車枠１０の長さを
短くして全体の構成をよりコンパクトにし、かつ軽量化
を図ることができる。

【００３５】なお、上記本発明の実施例における台車枠
の構成とブレーキ装置の構成は、強度、幅、高さその他
台車枠の用途、使用条件に応じて適宜変更して組み合わ
せてもよい。たとえば、図１３ないし図１５に示す本発
明の第三の実施例によれば、横梁１２として第一の実施
例と同様な曲がりの無い平坦な梁を採用し、これに、第
二の実施例と同じ踏面ブレーキ装置３６を組み合わせて
いる。

【００３６】一方、図１６ないし図１９に示す本発明の
第四の実施例によれば、横梁１２として第二の実施例と
同様な曲がりのある梁を採用し、これに、第一の実施例
と同じディスクブレーキ装置３６を組み合わせている。

【００３７】図２０は、本発明の第五の実施例を示すも
のである。この実施例では、ばね５１は軸受４２の軸箱
に水平に設けた座５１に載っている。電動機４０の軸端
軸受４２ａと軸受４２の軸端のフランジ４２はボルト、
ナットで一体に結合している。電動機４０と側梁１２と
はリンクで連結され、ステータ４３のトルクの反力を台
車枠１０で受けるようにている。

【００３８】この実施例によれば、車体や台車枠の荷重
は、電動機４０のハウジングに加わらないので、ハウジ
ング４４等を軽量化できる。

【００３９】図２１および図２２は、本発明の第六の実
施例を示すものである。この実施例では、軸受４２は電
動機４０を支持する軸受４２Ｂと、側梁１１を支持する
軸受４２Ｃとからなり、それぞれ車軸３１に取り付けら
れている。電動機４０と側梁１２とはリンク６１で連結
され、ステータ４３のトルクの反力を台車枠１０で受け
ている。軸受４２Ｂと側梁１１との間にばね５１を設置
している。この実施例でも、車体や台車の荷重が電動機
４０に加わらないので、ハウジング４４等を軽量化でき
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、インナーロータ式ダイ
レクトドライブ電動機を備えた鉄道車両台車において、
台車構造の簡略化を図り、小型、軽量な鉄道車両台車を
提供することができる。また、台車から軌道への衝撃を
抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる鉄道車両台車の平面図
である。

【図２】図１をＡ−Ａ方向から見た側面図である。

【図３】図１の走行方向前方から見た正面図である。

【図４】図１のＢ−Ｂ部断面図である。

【図５】図１のＣ−Ｃ視図である。

【図６】図１の輪軸の平面図である。

【図７】図１の電動機の縦断面図である。

【図８】本発明の第二の実施例になる鉄道車両台車の平
面図である。

【図９】図８の側面図である。

【図１０】図８の走行方向前方から見た正面図である。

【図１１】図８のＤ−Ｄ視図である。

【図１２】図８の電動機の縦断面図である。

【図１３】本発明の第三の実施例になる鉄道車両台車の
平面図である。

【図１４】図１３の側面図である。

【図１５】図１３の走行方向前方から見た正面図であ
る。

【図１６】本発明の第四の実施例になる鉄道車両台車の
平面図である。

【図１７】図１６の側面図である。

【図１８】図１６の走行方向前方から見た正面図であ
る。

【図１９】図１６のＥ−Ｅ部断面図である。

【図２０】本発明の第五の実施例になる電動機の縦断面
図である。

【図２１】本発明の第六の実施例になる電動機の縦断面
図である。

【図２２】図２１の実施例になる電動機を備えた台車の
平面図である。

【符号の説明】

１…車体、１０…台車枠、１１…側梁、１２…横梁、１
３…レール、１４…中心ピン、２０…空気ばね、３０…
輪軸３０、３１…車軸３１、３２…車輪、３３…ブレー
キディスク、３４…ブレーキ装置、４０…電動機４０、
４１…ロータ４１、４２…軸受、４３…ステータ、４４
…ハウジング、５１…ばね、５３…ばね座、５４…ばね
受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車軸に一対の車輪を備えた輪軸により台車
枠を弾性支持した鉄道車両用台車において、前記輪軸の一対の車輪の間に電動機が配置されており、前記車軸に前記電動機のロータが一体に構成されてお
り、前記各車輪と前記ロータの両端の間に設けられたそ
れぞれの軸受で前記電動機のステータを前記車軸に支持
し、前記軸受を介して前記台車枠を前記車軸に弾性支持
すると共に、前記ステータのトルクの反力を受ける手段
を前記台車枠に設けたことを特徴とする鉄道車両用台
車。
【請求項２】車軸に一対の車輪を備えた輪軸により台車
枠を弾性支持した鉄道車両用台車において、前記輪軸の一対の車輪の間に電動機が配置されており、前記車軸に前記電動機のロータが一体に構成されてお
り、前記電動機のステータの両端には、前記各車輪と前
記ロータとの間に設けられ前記ステータの各端を前記車
軸に支持するそれぞれの軸受があり、前記ステータの前
記それぞれの軸受の半径方向外側部においてそれぞれ前
記台車枠を弾性支持したことを特徴とする鉄道車両用台
車。
【請求項３】車軸に一対の車輪を備えた輪軸により台車
枠を弾性支持した鉄道車両用台車において、前記輪軸の一対の車輪の間に電動機が配置されており、前記車軸に前記電動機のロータが一体に構成されてお
り、前記各車輪と前記ロータの両端間に２個の軸受が設
けられており、該軸受に前記電動機のステータの両端が
支持されており、前記台車枠を前記軸受に対して弾性支
持することを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項４】車軸に一対の車輪を備えた輪軸により台車
枠を弾性支持した鉄道車両用台車において、前記輪軸の一対の車輪の間に電動機が配置されており、前記車軸に前記電動機のロータが一体に構成されてお
り、前記各車輪と前記ロータの両端間に２個の軸受が設
けられており、該軸受に前記電動機のステータの両端が
支持されており、前記台車枠は一対の側梁と、該梁に直交する一対の横梁
を含み、該横梁上に設置された空気ばねを介して車体を
支持し、前記軸受の上に前記台車枠の側梁が位置していることを
特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項５】請求項２ないし３の何れかに記載の鉄道車
両用台車において、前記台車枠をばねにより前記軸受に
対して弾性支持すると共に、前記ばねを介して前記ステ
ータのトルクの反力を前記台車枠で受けることを特徴と
する鉄道車両用台車。
【請求項６】請求項１ないし４の何れかに記載の鉄道車
両用台車において、前記車軸の軸方向の両端部に設けられたブレーキディス
クと、前記横梁の少なくとも一方の端部であって前記ブ
レーキディスクに対向する位置に設けられたブレーキ装
置とを備えたことを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項７】請求項６に記載の鉄道車両用台車におい
て、前記ブレーキディスクの外側でかつ前記車軸の軸端面に
設けられ、該車軸の回転速度を検出して電動機の制御装
置へ出力する速度発電機を備えていることを特徴とする
鉄道車両用台車。
【請求項８】請求項１ないし４の何れかに記載の鉄道車
両用台車において、前記車軸の軸端に設けられた接地装置を備えていること
を特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項９】請求項１ないし４の何れかに記載の鉄道車
両用台車において、前記台車枠が、レール方向に伸びた実質的に矩形断面の
一対の側梁と、レールに直角方向に伸びた一対の筒状の
横梁から構成されており、前記側梁を前記横梁が貫通す
ることによって前記側梁と前記横梁が一体化されている
ことを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項１０】請求項１ないし４の何れかに記載の鉄道
車両用台車において、前記横梁の左右の両端部が中央部よりも上側に曲がって
おり、該両端部がばねを介して前記電動機のハウジング
の外周でかつ前記車軸の上に対応する位置に支持されて
いることを特徴とする鉄道車両用台車。