(57)【要約】【課題】継手の弾性体が破損した場合でも安全に運転ができると同時に、車軸にも損傷を与えることがない鉄道車両用駆動装置を提供する。【解決手段】本発明の鉄道車両用駆動装置は、主電動機側の継手腕１６ａ側と車軸側の継手腕１７ａ側に回転周方向の張出部１６ｂ，１７ｂを設け、両者の張出部１６ｂ，１７ｂ間に回転周方向の所定の間隙を形成し、この所定の間隙寸法を弾性体１５の運転時の周方向の最大タワミ値より大きく主電動機軸１０の内周面と車軸の外周面の半径方向の間隙寸法より小さい値に設定し、弾性体１５が破損した場合の運転時の継手腕の回転周方向の動きを張出部１６ｂ，１７ｂが互いに接触することで限定し、回転振動の発生を抑制すると同時に主電動機軸１０が車軸５に接触するのを防ぐ構成であるので、運転に支障をきたすことがなく、安全性、乗心地を確保することができる。更にこの場合でも主電動機軸が車軸に接触することがなくなるので、車軸に重大な損傷が発生することも防止できる。【選択図】図１
2007210380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を両端部に取り付けた車軸と、この車軸の中央部外側に同軸に配置された主電動機軸と、この主電動機軸の外周側に取り付けられたロータ部材と、前記主電動機軸の両端側に設けた軸受によって支持された主電動機フレームと、このフレームの内周側に取り付けられたステータ部材とを有し、前記主電動機軸の両端部を弾性体を有する継手によって前記車軸に直結する構成の鉄道車両用駆動装置であって、前記主電動機側の継手体と前記車軸側の継手体に各々複数個の継手腕を設け、両者の継手腕が周方向に交互に並ぶように配置してこの継手腕間に弾性のある弾性体を取り付ける構成とし、更に前記継手腕に周方向の張出部を設けて互いの張出部間に周方向の規制間隙を形成し、この周方向の規制間隙寸法を運転時の弾性体のタワミ量よりも大きく、前記主電動機軸と前記車軸の半径方向の間隙寸法よりも小さく設定したことを特徴とする鉄道車両用駆動装置。
【請求項２】
取付金具を介して弾性体を継手腕に固定し、この取付金具に張出部を設けて、周方向の規制間隙を形成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動装置。
【請求項３】
弾性体の両側に一体化されて製作される金具の一方又は両方に張出部を設け、この金具間に周方向の規制間隙を形成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動装置。
【請求項４】
継手腕、取付金具、弾性体と一体の金具のいずれか又は複数に張出部を設け、この張出部と他の部材の間に周方向の規制間隙を形成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動装置。
【請求項５】
主電動機のアース線を車体アース線に接続し、この車体アース線を接地装置により車軸に接地し、主電動機アース線に変流器等の計器を挿入し、継手弾性体の異常発生によって張出部が接触した際に主電動機アース線に流れる直流電流を検知する検知手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の鉄道車両用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転力を直接車軸に伝達する鉄道車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車等の鉄道車両の駆動装置は、一般に台車に支持された駆動電動機（以下、主電動機と呼ぶ）の回転力を、減速歯車装置を介して車軸に伝達する駆動装置が用いられているが、近年、減速歯車装置を用いずに、主電動機の回転力を直接車軸に伝達して車両を駆動する駆動装置の開発が進められている。
【０００３】
減速歯車装置なしの駆動装置では、歯車の噛合い音がないので低騒音化が図れることと、歯車装置の潤滑、摩耗に関する保守を不要にすることができるという特徴を持っている。このような減速歯車装置なしの駆動装置の従来例を図１０の上部を断面で示す側面図及び図１１の継手体部分の断面図を参照して説明する。
【０００４】
図１０及び図１１に示すように、従来の減速歯車なしの駆動装置は、台車１に軸バネ２を介して軸箱３が支持され、この軸箱３内に内蔵した軸受４によって車軸５が両端部で回転自在に支持されており、車軸５の両側には車輪６が固定されている。また、車軸５の中央部には中空軸状の主電動機軸１０が配置され、この主電動機軸１０の中央部に主電動機のロータ部材１１が取り付けられている。
【０００５】
更に、主電動機軸１０の両側に支持された軸受９により主電動機フレーム（ステータ）７が支持されている。この主電動機フレーム７の内周部にステータ部材８が取り付けられており、このステータ部材８の内周面とロータ部材１１の外周面との間は、円周状の一様な間隙が形成されている。
【０００６】
主電動機軸１０の両端部にそれぞれ継手体１２が取り付けられており、また車軸５の両端側の車輪６に隣接した位置に継手体１３がそれぞれ取り付けられている。各継手体１２には中心より放射状に突出した取付腕１２ａが円周状に等間隔で複数設けられている。同様に各継手体１３にも複数の継手腕１３ａが設けられている。継手腕１２ａと継手腕１３ａの間に取付金具１４によってゴム等から成る弾性体１５を取り付けて、継手体１２と継手体１３を接続している。
【０００７】
この継手の構造は、特許文献１に示されているものと同様のもので、主電動機軸と車軸を弾性的に結合しており、弾性体１５に予圧を与えて組み込むことができると同時に、弾性体１５の交換も容易に行うことができる構成となっている。この継手により主電動機は両端部で車軸に支持され、主電動機軸１０の内周面と車軸５の外周面は円周状の一定の間隙を有している。また、主電動機フレーム７と台車ワク１の間にトルク反力受け７ａを設け、主電動機フレーム７がトルク伝達反力によって回転するのを防いでいる。
【０００８】
主電動機の回転力は継手の弾性体１５を介して車軸５に伝達され車両を駆動する。長期間の運転では、起動・停止の繰り返し、回転方向の変化、速度の変化によって弾性体１５に繰返し変動荷重が作用し、弾性体１５の経年劣化や疲労による破損を生じる場合がある。また、継手部分は運転時に高速で回転しているので、飛石等が弾性体に当たることがあり、これにより弾性体に傷が生じると急速に弾性体の破損が進行する恐れがある。
【０００９】
このような弾性体１５の破損が生じた場合は、起動時や走行時に回転方向の衝撃振動が発生し、運転上の支障や他の部分の破損の誘発を生じるとか、あるいは主電動機と車軸との相対位置が確保できなくなって主電動機軸１０が車軸５に接触し、車軸５に損傷を与えることになる。このような弾性体の損傷が発生した場合でも安全に運転を続けられる鉄道車両用駆動装置が必要になってきている。
【特許文献１】特開２０００−２７２５０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記情況に鑑みてなされたもので、その目的は、継手の弾性体が破損した場合でも安全に運転ができると同時に、車軸にも損傷を与えることがない鉄道車両用駆動装置を提供するものである。
【００１１】
更に、他の目的は、運転時の飛石等による弾性体の損傷発生を防ぐことができると共に、弾性体の破損が生じた場合は直ちに異常を検知することができる鉄道車両用駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、主電動機側の継手腕側と車軸側の継手腕側に回転周方向の張出部を設け、両者の張出部間に回転周方向の所定の間隙を形成し、この所定の間隙寸法を弾性体の運転時の周方向の最大タワミ値より大きく主電動機軸の内周面と車軸の外周面の半径方向の間隙寸法より小さい値に設定し、弾性体が破損した場合の運転時の継手腕の回転周方向の動きを張出部が互いに接触することで限定し、回転振動の発生を抑制すると同時に主電動機軸が車軸に接触するのを防ぐ構成とした鉄道車両用駆動装置を提供するものである。
【００１３】
更に、継手腕部に設ける張出部を弾性体の表面を覆うように形成し、運転時に飛石等が弾性体に当たって弾性体が損傷するのを防ぐようにした鉄道車両用駆動装置を提供するものである。
【００１４】
また、主電動機のアース線に変流器を取り付け、弾性体が破損して継手腕部の張出部が互いに接触した場合に主電動機から継手を通って車軸に流れるアース電流の分流分を変流器で検知し、弾性体の破損を検知することができるようにした鉄道車両用駆動装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、継手部の弾性体に損傷や破損が生じた場合でも、運転時の大きな回転振動の発生を抑制することができるので、運転に支障をきたすことがなく、安全性、乗心地を確保することができる。更にこの場合でも主電動機軸が車軸に接触することがなくなるので、車軸に重大な損傷が発生することも防止できる。
【００１６】
また、運転中の飛石や異物の衝突による弾性体の損傷を防ぐことができるため、弾性体の交換寿命が長くなり、安全性の向上と保守面での改善を図ることができる。
【００１７】
また、弾性体の損傷や破損が発生した場合は、直ちにこれを検知することができるので、運用上の安全を更に高められると同時に、弾性体の早期交換の計画が図られ、安全性も早期に確立することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である鉄道車両用駆動装置の断面図、図２は図１の継手体接合部分の上部の側断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態では主電動機軸１０の端部に継手体１６が取り付けられ、車軸５には継手体１７が取り付けられている。一方の継手体１６には円周状等間隙で複数の継手腕１６ａが放射状に設けられている。同様に他方の継手体１７にも複数の継手腕１７ａが設けられている。継手腕１６ａと継手腕１７ａの回転周方向の間に、取付金具１８を介してゴム等の材質より成る弾性体１５が取り付けられている。
【００２０】
弾性体１５は初期の予圧が発生する圧縮状態で取り付けられ、これにより継手体１６と継手体１７は一体化した状態に組み立てられている。継手体１６と継手体１７にはそれぞれ回転周方向に延びた張出部１６ｂと張出部１７ｂを設け、両張出部１６ｂ，１７ｂの間に回転周方向の所定の間隙ｄを設けてある。
【００２１】
図３は、弾性体１５の圧縮荷重−タワミ（弾性変形）量の関係を示す特性図である。
鉄道車両用駆動装置の組立時に弾性体はタワミ量ａが生ずる圧縮状態で取り付けられ、運転時のトルク伝達力によるタワミ量は初期状態と最大トルク伝達時の最大タワミ時の差ｂとなる。張出部間の回転周方向の所定間隙ｄは、弾性体の運転時に生ずるタワミ量ｂより大きく、主電動機軸１０の内周面と車軸５の外周面の半径方向の間隙ｃより小さい値に設定されている。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図１及び図２において、弾性体１５が損傷や破損を生じた場合は、運転時に作用する回転力を弾性体１５で支えられないため、主電動機側の継手腕１６が回転する。この場合、張出部１６ｂと張出部１７ｂが接触した状態となって回転力が伝達される。
【００２３】
張出部１６ｂと張出部１７ｂが設けられていない場合に弾性体１５が破損した時は、回転移動量が最大時に弾性体１５の厚さｌ分となるため、起動、速度変化時等に取付金具１８同士で激しく衝突し大きな回転振動を発生する。回転振動が過大になった場合には、車両運転上に支障をきたしたり、主電動機の各部に損傷を発生させる恐れが生じる。
【００２４】
本実施形態では、この回転方向の移動量は張出部１６ｂ，１７ｂ間の間隙ｄに小さく規制してあることにより、起動、速度変化時においても大きな回転振動は発生せず、回転振動が生じる場合でもその値は小さく許容できる程度に抑えられる。そのため運転を継続しても支障はなく、各部の損傷を招くこともない。
【００２５】
また、弾性体１５が損傷または破損して継手の張出部１６ｂ，１７ｂが周方向で接触している状態では、主電動機軸１０の内周面が車軸５の外周面と接触することがないため、車軸５に損傷を与えることもない。
【００２６】
運転時の主電動機の回転力は、継手を介して車輪に伝達され車両を走行させる。主電動機は継手の弾性体１５を介して車軸５に支持されるので、走行時の主電動機の質量によるレールへの衝撃は緩和され、乗心地やレールへの影響は改善されている。
【００２７】
運転時の最大トルクが継手に作用した場合でも、弾性体の回転周方向のタワミ（弾性変形）量は、継手腕張出部の周方向の間隙ｄより小さいため、継手の張出部１６ｂ，１７ｂが当たることはない。
【００２８】
図４は本発明の第２の実施形態の継手部の断面図である。
図４に示すように、本実施形態は、継手体１２と継手体１３に各々設けられた継手腕１２ａと継手腕１３ａに取付金具１９を取り付け、弾性体１５を支持し、継手を一体化して組み立てている。取付金具１９の弾性体１５の外周側に張出部１９ａを設け、互いの張出部間に回転周方向の間隙ｄを設けたものである。
【００２９】
本実施形態は、第１の実施形態で述べた作用効果を有すると共に、取付金具の張出部１９ａが、弾性体１５の外周面を覆った形となるので、走行時の飛石等の異物が弾性体に当たって弾性体に損傷を与えるのを防ぐことができる。
【００３０】
図５は本発明の第３の実施形態の継手部の断面図、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
図５及び図６に示すように、本実施形態では、継手腕１２ａと継手腕１３ａの間に取付金具１４にて支持される弾性体２０を設け、この弾性体２０の両側の金具２１に各々張出部２１ａを設け、両側の張出部２１ａの間に回転周方向の間隙ｄを設けたものである。
【００３１】
本実施形態は、第１の実施形態で述べた作用効果を有すると共に、運転時の飛石や異物が、弾性体２０の側面に衝突して弾性体２０に損傷を与えるのを防ぐことができる。
【００３２】
図７は本実施形態の弾性体の変形例であり、弾性体の部分図である。
図７に示すように、本実施形態の弾性体は、車軸長手方向のバネ常数を高くしたものて゜ある。すなわち、弾性体２２の一方の金具２３ａの側面部を延ばして、他方の金具２３ｂとの間に回転周方向の間隙ｄを構成したものである。この場合でも第３の実施形態と同じ効果が得られる。
【００３３】
また、継手の弾性体が損傷や破損を生じた場合、直ちにこの異常を検知することができれば、運転上の安全を配慮することができると共に、早期の弾性体の取替えを実施することができるため、安全性の確保を早期に実現することができる。
【００３４】
図８は、本発明の第４の実施形態の断面図であり、図９は図８の弾性体の異常を検知する検知装置の回路図である。
【００３５】
図８に示すように、本実施形態では、車体に搭載された駆動用インバータから車体アース線２６を出し、車軸端に設置されたアースブラシ２７に接続して、車軸、車輪を経由してレールに接地している。主電動機のフレームより主電動機アース線２４を出し、これを車体アース線２６に接続し、この主電動機アース線の途中に変流器２５を設置している。主電動機は継手部の弾性体を介して車軸に支持されていることから、車軸側とは電気的に絶縁された状態にある。
【００３６】
今、継手部の弾性体が健全な場合は、主電動機は絶縁されているので、インバータからの接地電流（ＤＣ）は主電動機アース線２４を流れることがなく、車体アース線２６を流れてアースブラシ２７より車軸、車輪を経てレールに流れ変電所に帰る。
【００３７】
継手の弾性体が損傷や破損を生じた場合は継手腕部の張出部が接触するため、主電動機車軸側は電気的に導通状態となることから、図９の仮想アース線ｘによってレールに接地した状態となり、主電動機アース線２４に接地電流（ＤＣ）が分流して流れ、変流器２５でこの電流を検知することができる。変流器２５で検知した異常信号を運転台等に表示することにより、直ちに継手弾性体の異常が分かるため、対応が早期に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態の駆動装置の継手部の断面図。
【図２】図１の継手体接合部分の上部の側断面図。
【図３】弾性体の荷重−タワミ量の関係を示す特性図。
【図４】本発明の第２の実施形態の継手部の断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態の継手部の断面図。
【図６】図５のＡ−Ａの断面図。
【図７】本発明の実施形態の弾性体の変形例の部分図。
【図８】本発明の第４の実施形態の断面図。
【図９】図８の異常を検知する検知回路図。
【図１０】従来の駆動装置の側断面図。
【図１１】図１０の継手部分の断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…台車枠、２…油バネ、３…軸箱、４…軸受、５…車軸、６…車輪、１０…主電動機軸、１２，１３…継手体、１２ａ，１３ａ…継手腕、１４…取付金具、１５…弾性体、１６，１７…継手体、１６ａ，１７ａ…継手腕、１６ｂ，１７ｂ…張出部、１８，１９…取付金具、１９ｂ…張出部、２０…弾性体、２１…金具、２１ａ…張出部、２２…弾性体、２３ａ，２３ｂ…金具、２４…主電動機アース線、２５…変流器、２６…車体アース線、２７…アースブラシ。
【図１】
2007210380.tif 000003
【図２】
2007210380.tif 000004
【図３】
2007210380.tif 000005
【図４】
2007210380.tif 000006
【図５】
2007210380.tif 000007
【図６】
2007210380.tif 000008
【図７】
2007210380.tif 000009
【図８】
2007210380.tif 000010
【図９】
2007210380.tif 000011
【図１０】
2007210380.tif 000012
【図１１】
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