(57)【要約】【課題】軸受部の冷却を効率的に行うことが可能な低騒音車用の車両用駆動装置を提供する。【解決手段】固定子フレーム４の外周部の内側に設けられた固定子１と、中空シャフト５と一体となった円筒形状の回転子３と、中空シャフト５を回転自在に支持する軸受部６とから成る主電動機と、固定子フレーム４の両側面部と空間を介して配置され、中空シャフト５に固定された駆動継手１１と、中空シャフト５内を貫通する車輪駆動用の車軸１０に固定された従動継手１２と、駆動継手１１の外周部と従動継手１２の外周部を弾性体を介してトルク伝達する継手結合部１３とで構成し、軸受部６と対面する駆動継手１１の側面から、この駆動継手１１の外周部または継手結合部１３の外周部に貫通する貫通孔１４を少なくとも１個設ける。【選択図】図１
2008099377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部と両側面部を有する固定子フレームの外周部の内側に設けられた固定子と、
この固定子と空隙を介して対向し、中空シャフトと一体となった円筒形状の回転子と、
前記固定子フレームの両側面部の芯部に設けられ、前記中空シャフトを回転自在に支持する軸受部と
から成る主電動機と、
前記固定子フレームの両側面部と空間を介して配置され、前記中空シャフトに固定された駆動継手と、
この駆動継手の外側に対向して設けられ、前記中空シャフト内を貫通する車輪駆動用の車軸に固定された従動継手と、
前記駆動継手の外周部に配置され、前記従動継手の外周部と前記駆動継手の外周部を弾性体を介してトルク伝達する継手結合部と
を具備し、
前記軸受部と対面する前記駆動継手の内側の側面から、この駆動継手の外周部または前記継手結合部の外周部に貫通する貫通孔を少なくとも１個設けたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項２】
前記固定子フレームの側面部の所定の内径位置から外周部に向かって放射形状に複数個の板状の突起を配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動装置。
【請求項３】
前記放射形状の突起を覆うように第１の仕切り板を設けたことを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動装置。
【請求項４】
前記貫通孔の前記駆動継手の外周部の開口部または前記継手結合部の外周部の開口部を、前記従動継手と対面する側に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項５】
前記軸受部と対向する前記駆動継手の内側側面に設けた貫通孔の開口部を囲うように前記駆動継手の所定の内径位置から前記軸受部に向かって第２の仕切り板を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項６】
前記中空シャフトは、
前記車軸側から前記軸受部と前記駆動継手の間の空間に向けて貫通する貫通孔を少なくとも１個有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項７】
前記中空シャフトの内周面に前記車軸と平行に複数個の突起を設けたことを特徴とする請求項６に記載の車両用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、改良された冷却構造を有する車両用主電動機を備えた車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両の車両用駆動装置においては、両サイドに車輪が設けられた車軸に大歯車を固着し、その大歯車と噛み合う小歯車に、台車に支持された主電動機の回転軸を継手装置を介して接続し、主電動機の回転動力を上記各歯車及び継手装置を介して車軸に伝達する構造としていた。
【０００３】
しかしながら、最近になって、上記各歯車を省略して主電動機の回転力を継手装置を介して直接車軸に伝達することにより、各歯車の潤滑材の保守・点検を不用とし、かつ歯車の噛み合い音をなくした低騒音車が提案されている。
【０００４】
低騒音車用主電動機の回転力を車軸に伝達するための継手装置は、振動抑制のため、その動力伝達部にゴム製の弾性体を用いるが、このゴム製の弾性体を冷却するため、弾性体の保持部材に貫通孔を設ける提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平２００５−５９６１７号公報（第３−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、主電動機の回転力を継手装置を介して直接車軸に伝達する低騒音車に使用される動力伝達部のゴム製の弾性体を冷却する技術が開示されているが、車両用駆動装置にこのような継手装置を使用した場合、特に主電動機の軸受部の冷却が困難になるという重要な課題がある。この課題は、比較的径の大きい継手装置が主電動機の軸受部と外気との熱交換を妨げることによって生じる。軸受部の温度が高くなると、軸受グリースの劣化寿命が短くなる。従って、主電動機のメンテナンス周期を長くするには、如何に軸受部の温度を低減させる構造とするかが課題となっていた。また、相対的に軸受部の温度上昇が抑えられれば、主電動機全体の冷却構造を小型化できるメリットがある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて為されたもので、その目的は軸受部の冷却を効率的に行うことが可能な低騒音車用の車両用駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の車両用駆動装置は、外周部と両側面部を有する固定子フレームの外周部の内側に設けられた固定子と、この固定子と空隙を介して対向し、中空シャフトと一体となった円筒形状の回転子と、前記固定子フレームの両側面部の芯部に設けられ、前記中空シャフトを回転自在に支持する軸受部とから成る主電動機と、前記固定子フレームの両側面部と空間を介して配置され、前記中空シャフトに固定された駆動継手と、この駆動継手の外側に対向して設けられ、前記中空シャフト内を貫通する車輪駆動用の車軸に固定された従動継手と、前記駆動継手の外周部に配置され、前記従動継手の外周部と前記駆動継手の外周部を弾性体を介してトルク伝達する継手結合部とを具備し、前記軸受部と対面する前記駆動継手の内側の側面から、この駆動継手の外周部または前記継手結合部の外周部に貫通する貫通孔を少なくとも１個設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸受部の冷却を効率的に行うことが可能な低騒音車用の車両用駆動装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の実施例１に係る車両用駆動装置を図１乃至図３を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の構造説明図である。この構造説明図は、実施例１に係る車両用駆動装置の側面図を基本とし、主要部分はその断面を図示したものである。
【００１１】
主電動機はコイルエンド２を有する固定子１及び回転子３を備えており、固定子１は外周部と側面部を有する主電動機の固定子フレーム４の外周部の内側に、回転子３は中空シャフト５に夫々結合固定されている。そして、固定子１に加えられる回転磁界によって回転子３はトルクを発生し、軸受部６に支持された状態で回転する。
【００１２】
中空シャフト５の軸受け部６の外側の所定の位置には駆動継手１１が結合固定され、駆動継手１１は継手結合部１３を介して従動継手１２にトルク伝達が可能なように結合固定されている。尚、ここで外側とは、中空シャフト５の中心から両サイドの軸方向に向かう側を意味している。
【００１３】
そして従動継手１２は中空シャフト５の中空部を軸方向に貫通する車軸１０に結合固定されている。尚、車軸１０の両側の端部には図示しない車輪が結合固定されている。このようにして、回転子３の発生トルクは、中空シャフト５、駆動継手１１、継手結合部１３、及び従動継手１２を介して車軸１０に伝えられ、車軸１０は図示しない車輪を回転させる。
【００１４】
また、固定子フレーム４の側面部には固定子フレーム４の軸方向外側に向かって突起２１が設けられ、駆動継手１１と空間を挟んで対面している。
【００１５】
更に駆動継手１１及び継手結合部１３には、軸受部６と空間を挟んで対面する駆動継手１１の内側側面部から、この駆動継手１１及び継手結合部１３の外周部に向けて貫通する貫通孔１４が設けられている。図１においては、この貫通孔１４の外周側の開口部は継手結合部１３に設けられているが、駆動継手１１及び継手結合部１３の構造によっては、貫通孔１４の外周側の開口部は駆動継手１１の外周部とすることも可能である。
【００１６】
尚、図１においては主電動機の右側半分しか図示していないが、左側も同様の対称構造となっている。
【００１７】
図２は図１の駆動継手１１、継手結合部１３、従動継手１２を駆動継手側の軸方向か
ら見た構造説明図である。この図２においては、中空シャフト５の断面が図示されている。
【００１８】
駆動継手１１は、中空シャフト５に結合固定され外周方向に６個の突起部を有する構造となっている。従動継手１２の外周部は駆動継手１１と同様に６個の突起部を有し、これらの突起部は駆動継手側に曲折して駆動継手１１の突起部と交互に噛み合うように配置されている。そして駆動継手１１の突起部及び従動継手１２の突起部には継手結合部１３が結合固定され、隣り合う継手結合部１３の間には弾性体１５が嵌め込まれている。従って弾性体の数は１２個である。このようにして駆動継手１１側のトルクは振動防止用の弾性体１５を介して従動継手１２に伝達される。
【００１９】
前述したように、駆動継手１１の内側の側面部に一方の開口部を有し、駆動継手１１の突起部内を貫通し、継手結合部１３の外周端部に他方の開口部を有する貫通孔１４が６個設けられている。
【００２０】
尚、図２においては駆動継手１１及び従動継手１２の突起の数は夫々６個としているが、任意の数であっても良い。また、継手結合部１３は駆動継手１１と、或いは従動継手１２と一体構造とすることも可能である。
【００２１】
図３に示すのは、固定子フレーム４の側面部に設けられた突起２１を軸方向（駆動継手側）から見た構造説明図である。図示したように突起２１は固定子フレーム４の側面に垂直な板状の形状であり、側面部に沿って軸受部６近傍の所定の内径位置から固定子フレーム４の側面部の外周方向に向かって放射状に設けられている。
【００２２】
以下、本実施例の作用について説明する。
【００２３】
駆動継手１１が中空シャフト５から伝達されるトルクによって回転すると、継手結合部１３の外周部の空気圧力は、軸受部６と空間を隔てて対面する駆動継手１１の内側の側面部の貫通孔１４の開口部の圧力に比べて非常に低い圧力となる。この理由は、駆動継手１１或いは継手結合部１３の外周部の方が、駆動継手１１の内側の側面部の貫通孔１４の開口部に比べて周速度が高いためである。この圧力差によって図１の矢印に示すような空気の流れが生じる。従って、この空気の流れの途上にある軸受部６を効率的に冷却することが可能となる。
【００２４】
固定子フレーム４の側面に沿って放射状に設けられた突起２１は、固定子フレーム４の外周部から固定子フレーム４の側面芯部に位置する軸受部６に向かって空気の流れが生じ易くするガイドの役割を果たしている。これによって固定子フレーム４の側面の冷却、ひいては軸受部６の冷却を効率的に行うことが可能となる。
【００２５】
発明者は、図１乃至図３に示した構造の車両駆動装置を３次元の有限要素でモデル化し、固定子１及び回転子３に発熱量を与え、所定の回転速度における風の流れと熱の流れについて熱流解析ソフトを用いてシミュレーションし、軸受部６の温度変化を予測した。この結果、貫通孔１４及び突起２１を有さない従来の車両駆動装置に比べ、軸受部４の温度上昇が約８％低下する結果が得られている。
【実施例２】
【００２６】
図４は、本発明の実施例２に係る車両用駆動装置の構造説明図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の構造説明図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、貫通孔１４Ａの形状を継手結合部１３の内部近辺において屈曲させ、その外周側の開口部が従動継手１２側の側面、即ち継手結合部１３の外側となる構造とした点である。
【００２７】
この実施例２の貫通孔の構造を採用することにより、固定子フレーム４の外周部から軸受部６に向かう空気の流れが、継手結合部１３の外周部から放出される空気によって妨げられるのを防ぎ、固定子フレーム４ひいては軸受部６の冷却を効率的に行うことが可能となる。
【００２８】
実施例１で説明したシミュレーションによれば、この実施例２によって軸受部４の温度上昇は従来の車両駆動装置に比べ約１２％低下する。
【００２９】
尚、前述したように、駆動継手１１と継手結合部１３の構造によっては、この実施例２における外周側の開口部は駆動継手１１に設けるようにしても良い。
【実施例３】
【００３０】
図５は、本発明の実施例３に係る車両用駆動装置の構造説明図である。この実施例３の各部について、図１の本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の構造説明図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、固定子フレーム４の側面部に設けられた複数個の突起２１の先端を一括して覆うように仕切り板２２を設けた点である。
【００３１】
この仕切り板２２によって固定子フレーム４の外周部から軸受部６に向かう空気の流れが、駆動継手１１の回転による空気の乱れに影響されることがなくなり、固定子フレーム４ひいては軸受部６を効率的に冷却すること可能となる。
【００３２】
尚、図５に図示したように仕切り板２２の外周部を屈曲させることによって上記空気の流れの干渉を更に抑制するようにすることもできる。
【００３３】
実施例１で説明したシミュレーションによれば、この実施例３によって軸受部４の温度上昇は従来の車両駆動装置に比べ約１２％低下する。
【実施例４】
【００３４】
図６は、本発明の実施例４に係る車両用駆動装置の構造説明図である。この実施例４の各部について、図１の本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の構造説明図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、軸受部６と対向する駆動継手１１の側面部の貫通孔１４の開口部を囲うように駆動継手１１に結合固定して仕切り板１６を設けた点である。
【００３５】
この仕切り板１６によって、固定子フレーム４の外周部から流入する空気が軸受部６近傍を通過するようになるとと共に、仕切り板１６と固定子フレーム４間の狭い空間に空気が流入するようになるため、空気の流入速度が増大し、軸受部６の近傍に渦が発生し易くなる。この結果軸受部６の冷却効率を高めることができる。
【００３６】
実施例１で説明したシミュレーションによれば、この実施例４によって軸受部４の温度上昇は従来の車両駆動装置に比べ約１０％低下する。
【実施例５】
【００３７】
図７は、本発明の実施例５に係る車両用駆動装置の構造説明図である。この実施例５の各部について、図１の本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の構造説明図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例５が実施例１と異なる点は、中空シャフト５の軸受６と駆動継手１１の間の所定の位置に、車軸１０側から軸受部の近傍の空間に貫通する貫通孔１７を設けた点である。
【００３８】
この貫通孔１７によって、固定子フレーム４の外周面から軸受部４に向かって流れる空気に加え、車軸１０側から流入する空気の流れができ、中空シャフト５ひいては軸受部６を効率的に冷却することが可能となる。
【００３９】
尚、貫通孔１７は、必ずしも中空シャフト５の左右両サイドに設ける必要はなく、片側のみとしてもよい。片側のみとすることにより、中空シャフト５と車軸１０間に軸方向の空気の流れが生じやすくなるというメリットがあり、中空シャフト５ひいては軸受部６を効率的に冷却することが可能となる。
【００４０】
実施例１で説明したシミュレーションによれば、この実施例５によって軸受部４の温度上昇は従来の車両駆動装置に比べ約１０％低下する。
【実施例６】
【００４１】
図８は、本発明の実施例６に係る車両用駆動装置用の中空シャフトの軸方向の断面図である。図示したように、中空シャフト５Ａの内周部には図示しない車軸１０と平行に突起１８が複数個設けられている。
【００４２】
このような中空シャフト５Ａの構造を前述した実施例５の車両駆動装置と組み合わせて用いることにより、空シャフト５Ａの内周部の放熱面積が増大し、中空シャフト５ひいては軸受部６を効率的に冷却することができる。
【００４３】
実施例１で説明したシミュレーションによれば、この実施例６を実施例５と組み合わせることによって軸受部４の温度上昇は従来の車両駆動装置に比べ約１２％低下する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の構造説明図。
【図２】本発明の実施例１に係る車両用駆動装置を駆動継手側の軸方向から見た構造説明図。
【図３】本発明の実施例１に係る車両用駆動装置の固定子フレームの側面を軸方向（駆動継手側）から見た構造説明図。
【図４】本発明の実施例２に係る車両用駆動装置の構造説明図。
【図５】本発明の実施例３に係る車両用駆動装置の構造説明図。
【図６】本発明の実施例４に係る車両用駆動装置の構造説明図。
【図７】本発明の実施例５に係る車両用駆動装置の構造説明図。
【図８】本発明の実施例６に係る車両用駆動装置用の中空シャフトの軸方向の断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１  固定子
２  コイルエンド
３  回転子
４  固定子フレーム
５、５Ａ  中空シャフト
６  軸受部
１０  車軸
１１  駆動継手
１２  従動継手
１３  継手結合部
１４、１４Ａ  貫通孔
１５  弾性体
１６  仕切り板
１７  貫通孔
１８  突起
２１  突起
２２  仕切り板
【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】
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【図８】
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