(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の両側部に設けられた軸受の各外側に隣接して、それぞれ対応する軸受に連通するとともにそれぞれ下方に潤滑油貯溜部が形成された給油室或は排油室を配設し、上記給油室及び排油室に形成された潤滑油貯溜部を機外に配設された連通路によって連通するとともに、上記給油室内におけるロータシャフトに下方の潤滑油貯溜部内の潤滑油に外周の一部が浸るように給油円板を取付け、排油室内におけるロータシャフトに取付けられた速度検出用の歯付円板はその外周下端部が上記排油室の潤滑油貯溜部内の潤滑油に接触しないような大きさとし、上記給油円板の回転によって汲み上げられた潤滑油を給油管を介して排油室に連通する軸受に供給するようにしたことを特徴とする、車両用電動機の軸受給油装置。
【請求項２】
排油室にロータシャフトに取付けられた速度検出用の歯付円板を収容したセンサー室を区画形成するとともに、排油室の潤滑油貯溜部内の油面高さが、上記歯付円板の外周下端部より高い位置になるようにしたことを特徴とする、請求項１記載の車両用電動機の軸受給油装置。
【請求項３】
給油室と排油室の上部空間を連通路を介して連通したことを特徴とする、請求項１または２記載の車両用電動機の軸受給油装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動機の軸受給油装置に係り、特に鉄道車両用電動機の軸受給油装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄道車両用駆動電動機（以下モータという）における軸受の潤滑にはグリースが用いられているが、近年高速回転による小型軽量化と潤滑剤の更新のための分解周期の延長による省力化を図るため、軸受の油潤滑方式の開発が進められている。
【０００３】
図１０及び図１１は、上記開発検討が進められている油潤滑方式の軸受の構造を示す図であって、モータ１はそのフレーム２の外部に設けられた支持部２ａ及び２ｂを台車枠３に固定することによって車両に支持されている。上記モータ１のフレーム２の内周面には円筒状の鉄心と複数のコイルからなるステータ４が取り付けられており、そのステータ４内にこれと同心的にロータ５が配設されている。
【０００４】
上記フレーム２の駆動側端部にはブラケット６が取付けられ、反駆動側の端壁にはハウジング７が取付けられており、そのブラケット６及びハウジング７にそれぞれ取付けられた軸受８及び９に、前記ロータ５が取付けられたロータシャフト１０が回転自在に軸支されている。上記ロータシャフト１０の駆動側端部１０ａは機外に突出されており、そのロータシャフト１０の駆動側端部１０ａは図示しない継手を介して駆動歯車装置に接続され、モータの回転力を伝達して車両を走行させるようにしてある。
【０００５】
上記ブラケット６の外側面には、下部に潤滑油貯溜部１１ａが形成されるととに軸受８に連通する給油室１１が設けられており、その給油室１１内にはロータシャフト１０に固着された直径Ｄの給油円板１２が配設されている。そして、その給油円板１２の下方外周部が潤滑油貯溜部１１ａ内の潤滑油に浸されている。また、給油室１１の上方には油受け１３が設けられており、この油受け１３の底部が、フレーム２の外部に設けられ、反駆動側に向って下方に傾斜するように給油管１４を介して、反駆動側の軸受９の上方に設けられている給油孔１５に接続されている。
【０００６】
一方、ロータシャフト１０の反駆動側端部には速度検出用の歯付円板１６が取付けられており、その歯付円板１６はハウジング７の外側面に装着された端蓋１７によって被覆されている。上記端蓋１７の上方外周部には速度検出センサ１８が装着されており、その速度検出センサ１８の先端面が歯付円板１６の外周面に空隙をもって対向されている。
【０００７】
また、上記軸受９の下方には排油口１９が設けられており、この排油口１９が、フレーム２外に設けられた駆動側に向って傾斜する油戻し管２０を介して給油室１１に連通されている。
【０００８】
しかして、モータ１が駆動されると、そのモータ１の回転によりロータシャフト１０を介して給油円板１２が回転され、下部で給油円板１２に付着した潤滑油が振り上げられ、給油室１１の上方に設けられている油受け１３に供給される。そして、油受け１３に供給された油は給油管１４内を流れて反駆動側軸受部の給油口１５を経て軸受９内に達し、その軸受９を潤滑する。また、給油室１１内で上方に振り上げられた潤滑油の一部は給油室１１の内壁を伝わり駆動側の軸受８の内部に流入し、この潤滑油によって軸受８の潤滑が行われる。そして、上記軸受９を潤滑した潤滑油は軸受９の下方に設けられた排油口１９から油戻し管２０に流入し、給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａに返流される。また軸受８を潤滑した潤滑油もその軸受８の側面下方より上記給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａに排出される。
【０００９】
このようにして、給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａに貯溜されている潤滑油が両軸受８，９に循環給油され、両軸受８，９の潤滑が行われる。なお、鉄道車両用モータは両方向回転の運転が行われるが、給油円板１２と油受け１３の構成により回転方向が変化しても給油作用は同様に行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような軸受給油装置においては、反駆動側の軸受９の排油を油戻し管２０によって給油室１１に戻すように構成されているため、給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａ内の油面高さとロータシャフト１０の軸線との間には、軸受８の直径ｄの１／２と油戻し管２０の傾斜を確保するための距離Ｈが必要である。このため、潤滑油貯溜部１１ａ内の油面はロータシャフト１０の軸心より下方に離れた位置に設定する必要があり、これに伴って給油円板１２の直径Ｄはかなり大きなものとする必要がある。したがって、給油室１１の上方に設けられる油受け１３の位置も高くなり、潤滑油貯溜部の油面と油受け１３間の間隔も大きくする必要がある。
【００１１】
ところが、給油円板１２が回転することにより潤滑油に浸っている部分で油への空気の巻込みによる泡立ち現象が生じるが、上述のように給油円板１２の直径が大きくなると、回転時の周速が大きくなるためこの泡立ち現象が激しくなり、給油性能が不安定となったり、油の酸化劣化が促進される等の問題がある。
【００１２】
また、鉄道車両用モータは、床下の台車内の限られたスペースに設ける必要があるため、モータの下方、横方向の寸法に制約があり、給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａのスペースも大幅に増大させることはできない。そのため、前記Ｈの寸法が大きくなる程給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａ内に溜められる潤滑油の量は少なくなる。一方、軸受の潤滑により、潤滑油は次第に劣化するため、劣化限度に達したら潤滑油を交換する必要がある。したがって、上述のように潤滑油の保有量が少ないと、油の劣化時間が早くなるため、早期の油交換が必要になる等の問題がある。
【００１３】
図１２は、給油室の給油円板による反駆動側の軸受９への給油特性を示す図であり、図１０等に示す軸受給油装置においては、曲線Ａに示すように、回転数の増大に伴い１０００ｒｐｍ付近で給油量が最大となり、さらに回転数が増大すると給油量は減少し、２５００ｒｐｍを過ぎると給油量は殆どなくなる。したがって、通勤形電車のように停車駅間が短い場合は、モータの平均回転数が２０００ｒｐｍ程度と低くなるので給油量は十分であるが、特急形電車のように駅間が長く、モータの平均回転数が高くなるものでは、給油量の不足を生ずる等の問題がある。また、高回転化により小形軽量化を図るモータにおいては、通勤形電車用でも給油量が不足気味となる。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑み、油の泡立ち現象の増大による給油不安定と油の劣化を改善でき、油の交換周期を長期化することができ、さらに高回転域での反駆動側軸受への給油量の不足が生ずることを防止し得るようにした軸受給油装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる発明は、電動機の両側部に設けられた軸受の各外側面に隣接して、それぞれ対応する軸受に連通するとともにそれぞれ下方に潤滑油貯溜部が形成された給油室或は排油室を配設し、上記給油室及び排油室に形成された潤滑油貯溜部を機外に配設された連通路によって連通するとともに、上記給油室内におけるロータシャフトに下方の潤滑油貯溜部内の潤滑油に外周の一部が浸るように給油円板を取付け、上記給油円板の回転によって汲み上げられた潤滑油を給油管を介して排油室に連通する軸受に供給するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、給油円板の外周部に、回転軸線を中心とする周方向に延びる少なくとも１つの環状溝を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１または２にかかる発明において、排油室の外側面に、回転軸に速度検出用の歯付円板を収容したセンサー室を区画形成するとともに、排油室の潤滑油貯溜部内の油面高さが、上記歯付円板の外周下端部より高い位置になるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項４にかかる発明は、請求項１乃至３のいずれかにかかる発明において、軸受支持部材における軸受と電動機機内空間との間に、電動機軸を中心とする環状の油戻し室を形成するとともに、この油戻し室と給油室または排油室の潤滑油貯溜部とを油戻し穴によって連通し、上記油戻し穴の途中まで潤滑油が達するように上記潤滑油貯溜部の油面高さを設定したことを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれかにかかる発明において、給油室及び排油室の潤滑油貯溜部の下部を機外に配設された連通室によって接続するとともに、その連通室の底面に下方に向って傾斜する傾斜面を形成し、その傾斜面の最下部位置に必要に応じて開放可能な油抜き口を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６にかかる発明は、請求項１乃至５のいずれかにかかる発明において、給油室と排油室の上部空間を連通路を介して連通したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図９を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図中図１０及び図１１と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００２２】
図１乃至図３は、本発明の一実施の形態を示す図であって、モータ１のフレーム２の内周面にはステータ（図示せず）が取り付けられており、そのステータ内にはロータシャフト１０に装着されたロータ（図示せず）が同心的に配設されている。
【００２３】
上記フレーム２の駆動側端部にはブラケット６が、反駆動側端壁にはハウジング７が取付けられており、そのブラケット６及びハウジング７にそれぞれ上記ロータシャフト１０を軸支する軸受８及び９が設けられている。
【００２４】
上記ブラケット６の外側面には、下部に潤滑油貯溜部２１ａが形成されるとともに軸受８に連通する給油室２１が設けられており、その給油室２１内にはロータシャフト１０に固着された直径Ｄ′の給油円板２２が配設されている。上記給油円板２２はその下方外周部が潤滑油貯溜部２１ａ内の潤滑油に浸されており、その給油円板２２の上方には上記給油円板２２によって跳ね上げられた潤滑油を受ける油受け１３が設けられている。
【００２５】
上記油受け１３の底部には、フレーム２の外部に設けられ、反駆動側に向って下方に傾斜された給油管１４が接続され、その給油管１４が反駆動側の軸受９の上方に設けられている給油口１５に接続されている。
【００２６】
一方、反駆動側のハウジング７には下部に潤滑油貯溜部２３ａが形成された排油室２３が装着されている。この排油室２３の上部空間には、潤滑油貯溜部２３ａ内の潤滑油に浸されないような大きさの速度検出用の歯付円板１６が配設されている。そして、上記排油室２３の潤滑油貯溜部２３ａと給油室２１の潤滑油貯溜部２１ａは、機外に設けられた連通管２４によって連通されている。なお、図１において符号２５は潤滑油貯溜部２１ａ、２３ａに設けられたドレンボルトである。
【００２７】
しかして、モータの回転に伴ない給油室２１内の給油円板２２が回転し、給油円板２２の下方に付着した潤滑油が振り切られて上方に飛ばされ、上方の油受け１３に供給される。この油受け１３に供給された油は、給油管１４内を流れ給油口１５を経て軸受９内に流入し、軸受９を潤滑する。そして、軸受９を潤滑した潤滑油は軸受９から排油室２３に排出され、潤滑油貯溜部２３ａ内に貯溜される。
【００２８】
一方、給油室２１内において給油円板２２で上方に飛ばされた潤滑油の一部は給油室２１の内壁面に伝わって流下し軸受８内にも流入しその軸受８を潤滑し、その後潤滑油貯溜部２１ａに貯溜される。
【００２９】
ところで、上記排油室２３の下方に形成された潤滑油貯溜部２３ａに溜った潤滑油は連通管２４を経て給油室２１に戻り、以後同様にして潤滑油の循環が行われる。したがって、給油室２１と排油室２３の各潤滑油貯溜部２１ａ及び２３ａ内の油面の高さは同一高さとなる。
【００３０】
しかして、この実施の形態においては、斜め下方に傾斜した油戻し管が不要となり、潤滑油貯溜部２１ａ及び２３ａ内の油面を従来より高くすることができ、油面とモータシャフトの中心までの距離Ｈ′を小さくすることができる。そのため、給油円板２２の直径Ｄ′も従来より小さくすることができ、同時に給油室２１内上方の油受け１３の高さ位置も低くすることができる。
【００３１】
このような構造の軸受給油装置における給油特性は図１２の実線Ｂに示すようになる。すなわち、油面と油受け１３の距離が近くなったことにより給油量が増大するとともに、回転数の増大に伴う給油量の減少度合がゆるやかになり、従来のものに比し回転数の高い領域まで給油量を十分確保することができる。
【００３２】
また、給油円板２２の直径Ｄ′が小径化されることにより、油に浸っている部分の周速が小さくなるので、油の泡立ち現象も少なくなり、給油特性の安定化と潤滑油の酸化劣化を少くすることができる。さらに、潤滑油貯溜部内の油面高さが高くなったことにより給油室２１に溜められる油量が増大し、しかも排油室２３の潤滑油貯溜部２３ａにも潤滑油が溜められるので、全体の油量が大幅に増大し、酸化劣化を少くすることと相まって油の劣化による交換周期を大幅に延長することができる。また、潤滑油の保有量が増えたことにより、油の消耗による油面の低下速度も比較的遅くなり、この点からも油の補充周期を延ばすことができる。
【００３３】
ところで、上記実施の形態においては、給油円板２２は平板状のものであるが、図４（ａ），（ｂ）に示すように、給油円板２６の外径部両側面に周方向に延びる同心状の環状溝２７を形成してもよい。この場合には、給油円板２６が潤滑油に浸ったときに上記環状溝２７部に潤滑油が多く付着し、回転によって給油円板により油が振り切られるまでの時間が平板状のものに比し長くなるので、上方の油受けまで運ばれる油の量を増大させることができる。
【００３４】
このようにしたものにおける給油特性は、図１２の点線Ｃに示すようになり、給油量が増大すると同時に、高回転域にわたって給油量を増すことができる。
【００３５】
図５は電車の運行状況を示す図であり、通勤形電車は各駅で停車するため、加速、減速時間が多くなり、高速域で走行する時間が短いため、モータの回転数の平均は２０００ｒｐｍ付近となる。一方、特急形電車は停止駅間が長くなるので、加速、減速を行っている時間に対し、高速で走る時間が長くなり、モータの平均回転数は３５００ｒｐｍ付近となる。
【００３６】
したがって、図１２のＣに示すように、溝付き給油円板２６を使用したものの給油特性では、３５００ｒｐｍにおいても給油量が十分確保できることから、特急形電車のモータにもこの油潤滑方式の採用が可能になる。なお、この給油円板２６の環状溝２７は回転中心と同心状に形成されているので、給油円板の回転によって油を攪拌する作用は少く、油の泡立ちを増大させることはない。
【００３７】
図６は本発明の他の実施の形態を示す図であり、排油室２３の外側方にセンサ室３０が壁３１により区画形成されており、そのセンサ室３０内に歯付き円板１６が収容されている。そして、排油室２３の潤滑油貯溜部２３ａ内の油面高さが歯付き円板１６の外周下端部より高い位置になるようにしてある。
【００３８】
しかして、この場合、センサ室３０が排油室２３と完全に区画されているので、センサ室３０内に潤滑油が流入することがなく、歯付き円板１６が潤滑油に浸ることがない。そのため、潤滑油が歯付き円板１６の歯部で攪拌されることがなく、歯付き円板として大径のものを使用することができ、しかも攪拌による油の劣化や、油が霧状になって漏出することを防止することができる。
【００３９】
また、図７は本発明のさらに他の実施の形態を示す図であり、反駆動側軸受部のハウジング７の軸受９と機内との間に、軸受９に微小間隙３２を介して連通する、ロータシャフト１０を中心とする環状の油戻し室３３が形成され、この油戻し室３３の下部が油戻し穴３４を介して排油室２３の潤滑油貯溜部２３ａに連通されている。そして、上記潤滑油貯溜部２３ａ内の油面高さが、油戻し穴３４の途中まで潤滑油が到達するようにしてある。しかして、微小間隙３２から油戻し室３３に流入した油は、油戻し穴３４を経て排油室２３の潤滑油貯溜部２３ａに戻される。
【００４０】
ところで、ロータシャフトの高速回転により、軸受９に給油されている潤滑油は攪拌されて霧状となり、この霧状の油がラビリンス部３５より機内に漏れ易くなる。特に、車両用モータは回転数が高くなるため、機内の軸受近傍の内周側では大きな負圧が生じるため、軸受内で発生した霧状の油が機内に漏れ易くなる。
ところが、本実施の形態においては、油戻し穴３４の途中まで潤滑油が充満しているので、軸受９内で発生した霧状の油が排油室２３から油戻し穴３４を経て逆流して油戻し室３３に進入することが阻止され、霧状の油の油戻し室３３への進入は円板状の微小間隙３２部分からのものに限定され、油戻し室３３からラビリンス部３５を通って機内に漏れ出る霧状の油が最小とされる。
【００４１】
図８は本発明の他の実施の形態を示す図であって、給油室１１の潤滑油貯溜部１１ａと排油室２３の潤滑油貯溜部２３ａとが、フレーム２の外側に設けられた比較的断面積が広い連通室３６によって連通されており、その連通室３６の底部はその中央部に向って下方に傾斜する傾斜面が形成され、傾斜面の最下部位置に油抜き口が設けられその油抜き口に油抜き栓３７が取付けられている。
【００４２】
しかして、この実施の形態においては、上記連通室３６によって保有可能な潤滑油の量をさらに増大させることができる。したがって、油の消耗による補給周期を一層延長することができると共に、油の劣化による油の交換周期もさらに延長することができる。また油交換時の油抜き作業は１カ所の油抜き栓３７を外すことにより全ての油を抜き取ることができ、作業性を向上することができる。
【００４３】
また、図９は本発明のさらに他の実施の形態を示す図であって、反駆動側の軸受９の上方に設けられている給油孔１５と排油室２３の上部空間部が空気穴３８によって連通されている。さらに、上記軸受９に潤滑油を供給する給油管１４及び給油孔１５はその径が大きくしてあり、給油される油が流通しても空間が生じるようにし、排油室２３の空間部と給油室１１の空間部とが連通されている。
【００４４】
しかして、給油室１１及び排油室２３の空間部が空気穴３８により常に連通されているので、両室内の圧力が同一に保たれ、両室の油面の高さを常に同一に保つことができる。
【００４５】
空気穴３８がない場合でも、給油室空間と排油室空間は、機内空間と軸受内空間とラビリンス部の微小間隙とで連通しているが、運転時は機内の圧力と軸受内の圧力が変化するため、両室の圧力が均等になりにくく、そのため反駆動側軸受への給油量が多いときに、排油室の油面のみが上昇し、油の攪拌増大による油洩れを生じ易い状態になることもある。
【００４６】
しかしながら、本実施の形態においては空気穴３８が設けられているので、排油室側の油面のみが上昇することが確実に防止される。なお、空気穴３８の代りに、機外に空気連通管３９を設け、その空気連通管３９によって給油室と排油室の空間を連通させてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は電動機の両側部に設けられた軸受の各外側面に隣接して設けられた給油室或は排油室の下部にそれぞれ潤滑油貯溜部を形成し、両潤滑油貯溜部を機外に配設された連通路によって連通したので、潤滑油の保有量を増大でき、潤滑油の補給周期や油の劣化による交換の周期を延ばすことができる。しかも、給油室に設ける給油円板の小径化が可能で、給油特性を向上させ安定した給油ができ、高回転域での給油が可能となり、特急形電車用モータにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受給油装置の縦断面図。
【図２】図１における給油室部の縦断側面図。
【図３】図１の排油室部の縦断側面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は給油円板の他の例を示す部分図及び部分断面図。
【図５】車両の運行状況を説明する図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す、排油室部の縦断面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す、排油室部の縦断部分図。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す図。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態を示す図。
【図１０】従来の軸受給油装置の縦断面図。
【図１１】従来の軸受給油装置の側面図。
【図１２】軸受給油装置の給油特性を示す図。
【符号の説明】
２  フレーム
６  ブラケット
７  ハウジング
８，９  軸受
１０  ロータシャフト
１１，２１  給油室
１１ａ，２３ａ  潤滑油貯溜部
１２，２２，２６  給油円板
１３  油受け
１５  給油孔
２３  排油室
２４  連通管
２７  環状溝
３０  センサ室
３３  油戻し室
３４  油戻し穴
３６  連通室
３７  油抜き栓
３８  空気穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003604305.tif 000008
【図８】
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【図９】
0003604305.tif 000010
【図１０】
0003604305.tif 000011
【図１１】
0003604305.tif 000012
【図１２】
0003604305.tif 000013