(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸の外側に同軸に配置された中空状の電動機のロータ部材と、該ロータ部材の外側に同軸に配置された電動機のステータ部材と、前記ロータ部材の両端部を前記車軸に支持するロータ支持部材と、前記ステータ部材を前記ロータ部材に回転自由に支承するステータ支承部材と、前記ステータ部材を車両の固定部材に係止する回転止め部材とを備え、前記ロータ支持部材は、前記車軸に固定された第１支持部材と、前記ロータ部材に固定された第２支持部材と、第１支持部材と第２支持部材とを連結する弾性を有する弾性継手部材と、前記第１支持部材に対する第２支持部材の車軸径方向の移動量を規制する規制手段と有してなり、該規制手段に係る前記移動量が、前記ロータ部材の内周面と前記車軸の外周面との最小隙間よりも小さい値に設定されたことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ロータ部材は、前記車軸の外側に配置された中空軸と、該中空軸の外側の嵌挿されたロータとを含んでなり、前記ロータ支持部材は、前記中空軸の両端部に固定されてなることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、第１支持部材と第２支持部材は、それぞれ前記車軸及び前記ロータ部材に固定された複数のアーム部を有し、該各アーム部に軸回転方向に相互に対向する係合部を設け、該係合部の間に前記弾性継手部材を挟持させてなることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、第１支持部材と第２支持部材は、それぞれ前記車軸及び前記ロータ部材に互いに対向させて一対の円盤状部材を固定し、該一対の円盤状部材の少なくとも一方の円盤面に複数の孔を設け、該孔にそれぞれ弾性継手部材を介して他方の円盤状部材に固定した棒状部材を挿入してなることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記規制手段は、第２支持部材に設けられた突起と、該突起に対向させて第１支持部材に形成された受け部から形成されてなることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項６】
請求項３又は４において、前記弾性継手部材は、ゴムと金属ばねを組み合わせて２直線のばね特性を有して形成されてなることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記弾性継手部材の温度を検出する非接触式の温度センサを前記ステータ部材に取り付け、前記弾性継手部材の検出温度を基準温度と比較して異常を検出する手段を設けたことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記車軸の軸受部と前記ステータ部材にそれぞれ加速度センサを取り付け、該加速度センサにより検出された前記軸受部の上下方向及び軸方向の加速度と、前記ステータ部材の上下方向加速度及び軸方向の加速度との相関に基づいて、前記弾性継手部材の異常を検出する手段を設けたことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項９】
請求項８において、前記軸受部材の加速度に対するステータ部材の加速度の伝達特性に基づいて、前記弾性継手部材の異常を検出する手段を設けたことを特徴とする車両駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道等の車両を駆動する電動機を備えた車両駆動装置に係り、特に、電動機の回転を直接車軸に伝達する構成を有する車両駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の回転を直接車軸に伝達する構成を有する車両駆動装置は、歯車などの動力伝達装置を省略できることから、動力伝達ロスを低減して省エネルギに寄与するとともに、部品点数を低減できるなどの利点があることから、採用が検討されている。
【０００３】
このような車両駆動装置としては、従来、特開昭６３−６９４４４号公報に記載されているように、車輪に挟まれた車軸部分に電動機のロータを同軸に固定し、電動機のステータを車軸に回転自由に軸受けを介して固定する構成のものが知られている。これによれば、車軸に加わる車体重量により車軸が撓むと、その撓みによりロータが撓んで、ロータとステータと間の磁気ギャップを一様に保持することができなくなるという問題がある。このような問題を解決するため、特開平３−６１１５８号公報には、ロータの両端部のみを車軸に固定し、ロータの中央部の内周面と車軸の外周面との間に空隙を設けて、車軸の湾曲をロータに伝達し難くすることが提案されている。また、この場合において、電動機の振動を車軸に伝わり難くするため、特開平３−６１１５９号公報には、ロータの両端部を緩衝材を介して車軸に固定することが提案されている。
【０００４】
一方、文献[Electrische Bahnen eb 88(1990) 12]には、車軸の外側に同軸に中空軸を設け、この中空軸に電動機のロータを嵌挿し、そのロータの外側に同軸に電動機のステータを配置し、そのステータを前記中空軸に軸受け部材を介して回転自由に支承させ、前記中空軸の両端に同軸に設けられたダイアフラム式の継手を介して動力を車軸に伝達することが提案されている。これによれば、車体の重量により車軸が曲がっても、ロータとステータ間の磁気ギャップの大きさが変化し難いことから、ステータとロータ間の隙間を小さく保持して、効率をよくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術によれば、次のような解決すべき課題がある。すなわち、文献[Electrische Bahnen eb 88(1990) 12]に記載の従来技術のように、ロータの回転力をダイアフラム継手を介して車輪に伝達する構成によれば、軸方向の振動はダイアフラムの変形によって吸収できるが、軸径方向の振動は吸収することができない。
【０００６】
このような問題を解決するために、特開平３−６１１５９号公報に記載されているような緩衝材又は弾性材をダイアフラム継手に適用することが考えられる。しかし、減衰効果を得る必要性から、緩衝材又は弾性部材としてゴムを使用する場合、ゴムは金属などに比べて熱、外力等によるクリープ変形や微小な亀裂発生など、劣化が生じ易いことから、強度的な信頼性が問題となる。
【０００７】
そこで、弾性部材が劣化したり、損傷した場合でも、車軸などに重大な損傷を及ぼさないことが要望される。また、弾性部材が劣化したり、損傷した場合に、簡単に交換できることが要望される。
【０００８】
本発明は、弾性部材が劣化又は損傷しても車軸などに重大な損傷を及ぼさないようにすることを課題とする。
【０００９】
また、弾性部材の交換を容易にすることを他の課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、車軸の外側に同軸に配置された中空状の電動機のロータ部材と、該ロータ部材の外側に同軸に配置された電動機のステータ部材と、前記ロータ部材の両端部を前記車軸に支持するロータ支持部材と、前記ステータ部材を前記ロータ部材に回転自由に支承するステータ支承部材と、前記ステータ部材を車両の固定部材に係止する回転止め部材とを備えてなる車両駆動装置を前提とする。そして、ロータ支持部材を、車軸に固定された第１支持部材と、ロータ部材に固定された第２支持部材と、第１支持部材と第２支持部材とを連結する弾性を有する弾性継手部材と、第１支持部材に対する第２支持部材の車軸径方向の移動量を規制する規制手段と有してなり、該規制手段に係る前記移動量が、前記ロータ部材の内周面と前記車軸の外周面との最小隙間よりも小さい値に設定されたことを特徴とする。
【００１１】
このように、ステータ部材をロータ部材に支承させる構成にしたから、車体の重量により車軸が曲がっても、ロータとステータ間の磁気ギャップの大きさが変化し難い。その結果、ステータとロータ間の隙間を小さく保持して、効率をよくすることができる。しかも、ロータ部材を支持する第１支持部材と第２支持部材とを弾性を有する弾性継手部材で連結したから、軸径方向の振動も吸収することができる。さらに、ロータ部材を支持するロータ支持部材の弾性を有する弾性継手部材が損傷して、第１支持部材と第２支持部材の連結力が低下しても、その車軸径方向の移動量が、少なくともロータ部材の内周面と車軸の外周面との最小隙間以下に制限されるから、ロータ部材の内面が車軸の外面に接触することによる重大な損傷を防止できる。
【００１２】
上記の場合において、ロータ部材は、車軸の外側に配置された中空軸と、この中空軸の外側の嵌挿されたロータとを含んで構成され、ロータ支持部材は、中空軸の両端部に固定する構成にできる。
【００１３】
また、第１支持部材と第２支持部材は、それぞれ車軸及びロータ部材に固定された複数のアーム部を有し、各アーム部に軸回転方向に相互に対向する係合部を設け、その係合部の間に弾性継手部材を挟持させて構成することができ、あるいは、それぞれ車軸及びロータ部材に互いに対向させて一対の円盤状部材を固定し、この一対の円盤状部材の少なくとも一方の円盤面に複数の孔を設け、その孔にそれぞれ弾性部材を介して他方の円盤状部材に固定した棒状部材を挿入して構成することもできる。
【００１４】
上記いずれかの場合において、規制手段は、第２支持部材に設けられた突起と、該突起に対向させて第１支持部材に形成された受け部とから形成することができる。また、弾性継手部材は、ゴムと金属ばねを組み合わせて２直線のばね特性を有して形成することにより、許容荷重以上の過大荷重が作用した場合や、ゴムが損傷した場合でも、金属ばねによって荷重を支えることができるから、信頼性を高めることができる。
【００１５】
さらに、弾性継手部材の温度を検出する非接触式の温度センサをステータ部材に取り付け、弾性継手部材の検出温度を基準温度と比較して異常を検出する手段を設けることにより、弾性継手部材の弾性体の劣化、損傷を検知することができ、信頼性を向上できる。また、車軸の軸受部とステータ部材にそれぞれ加速度センサを取り付け、この加速度センサにより検出された軸受部の上下方向及び軸方向の加速度と、ステータ部材の上下方向加速度及び軸方向の加速度との相関に基づいて、弾性継手部材の異常を検出する手段を設けることにより、弾性継手部材の弾性体の劣化、損傷を検知することができ、信頼性を向上できる。さらに、軸受部材の加速度に対するステータ部材の加速度の伝達特性に基づいて、弾性継手部材の異常を検出する手段を設けることができる。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用の駆動装置の構成を一部断面にして示している。図示のように、車軸１の両端部に一対の車輪２が固定され、車輪２から突き出された車軸端に車軸軸受３が嵌め込まれ、この車軸軸受３に連結された懸架装置４を介して台車５が取り付けられている。一対の車輪２の間に位置される車軸１の中央部の外側に、中空軸６が車軸１と同軸に挿通され、その両端がロータ支持部材７を介して車軸１に固定されている。これにより、車輪２を取り外しやすくしている。中空軸６の外側には、同軸にロータ８が嵌挿されている。このロータ８の外側にステータ９が配置されている。ステータ９は、これを包囲して設けられた筒状のステータフレーム１０に取り付けられ、ステータフレーム１０の両端部はステータ軸受１１を介して中空軸６に取り付けられている。これにより、ステータ９はロータ８に対して回転自由に支持されている。ステータフレーム１０は回転止め部材１９により台車５に係止されている。また、ロータ８の外周面とステータ９の内周面とは、所定の間隙(磁気ギャップ)を保持して取り付けられている。
【００１７】
次に、ロータ支持部材７の詳細構成を、図２を用いて説明する。同図(a)はロータ支持部材７を車輪２側から見た図であり、左側の半分を示している。また、同図(ｂ)は、同図(a)のｂ‐ｂ断面図である。それらの図に示すように、ロータ支持部材７は、車軸１に固定された第１支持部材１５と、ロータ部材の中空軸６に固定された第２支持部材１６と、第１支持部材１５と第２支持部材１６とを連結する弾性を有する弾性継手部材１７とを有して構成されている。
【００１８】
第１支持部材１５は、車軸１に嵌挿される環状の胴部１５ａと、この胴部１５ａから放射状に突き出された板状の複数(図示例は、４個)アーム部１５ｂとを有して形成されている。同様に、第２支持部材１６は、中空軸６に嵌挿される環状の胴部１６ａと、この胴部１６ａから放射状に突き出された板状の複数(図示例は、４個)のアーム部１６ｂとを有して形成されている。それぞれのアーム部１５ｂ、１６ｂは、回転方向に互い違いになるようにずらして配置され、かつ同図(ｂ)に示すように、アーム部１５ｂ、１６ｂの板面が対向する形状に形成されている。そして、対向するアーム部によって形成されるくさび型の空間に弾性を有する弾性継手部材１７がそれぞれ装着されている。
【００１９】
弾性継手部材１７は、ゴム部材からなる弾性体１７ａと、この弾性体１７ａを挟んで配置されたアルミニウム材からなる一対の介装材１７ｂとから形成され、それらは例えば接着剤等により予め一体化されている。なお、弾性継手部材１７は、全体をゴムで形成してもよいが、振動の減衰を考慮して適宜の厚みに設定する。さらに、各アーム部１５ｂ、１６ｂは、それぞれ相手の支持部材の胴部１６ａ、１５ａの外周面にオーバーハングするように形成され、各アーム部１５ｂ、１６ｂとこれに対向する胴部１６ａ、１５ａの外周面との間隙ａは、図３に示すように、中空軸６の内周面と車軸１の外周面との最小隙間ｂよりも小さい値に設定されている。これにより、第１支持部材１５に対する第２支持部材１６の車軸径方向の移動量を規制する規制手段が形成されている。
【００２０】
つまり、何らかの原因で、弾性体１７ａのいくつかが損傷して、実質的に脱落したと同等になった場合、第２支持部材１６がロータ８の重さで軸径方向に落下することになる。この場合、中空軸６が振動的に偏芯回転するので、中空軸６が車軸１に接触すると、車軸１を損傷させてしまうおそれがある。しかし、本実施形態によれば、弾性体１７ａのいくつかが損傷して第２支持部材１６が軸径方向に落下しても、アーム部１６ｂの下面が第１支持部材１５の胴部１５ａに当接する位置で移動が規制される。その結果、中空軸６と車軸１との間隙が少なくとも確保されるので、中空軸６により車軸が損傷されるのを防止できる。
【００２１】
このように、図１、２に示した実施の形態によれば、ロータ部材を構成する中空軸６をロータ支持部材７を介して直接車軸１２を駆動する構成にし、かつロータ支持部材７を車軸１と中空軸６にそれぞれ固定された第１と第２の支持部材１５、１６を弾性を有する弾性継手部材１７を介して連結した構成にしているから、車輪２からの衝撃的な振動が、電動機に伝わる軸径方向の振動及び軸方向の振動を吸収することができる。
【００２２】
また、第１支持部材１５に対する第２支持部材１６の車軸径方向の移動量を規制する規制手段により、弾性体１７ａが劣化又は損傷しても、車軸１などに重大な損傷を及ぼさないようにすることができる。
【００２３】
さらに、くさび型の介装材１７ｂに弾性体１７ａを挟持させた弾性継手部材１７は、軸径方向に容易に脱着できることから、弾性体が劣化又は損傷しても、簡単に交換を行うことができる。すなわち、弾性継手部材１７の装着及び脱着を、全てロータ支持部材７の半径方向の外側から行うことができるから、図１から見て明らかなように、車軸方向の間隔が狭い場合であっても、車輪２などを取り外すことなく、弾性部材１７の保守を行うことができる。
【００２４】
ここで、図１の実施形態の他の特徴について説明する。まず、弾性継手部材７の温度を検出する非接触式の温度センサ１２がステータフレーム１０に取り付けられている。つまり、弾性継手部材７の弾性体１７ａのいくつかに損傷が発生すると、荷重を残りの弾性体１７ａで負担することになる。これにより、個々の弾性体１７ａの負荷が増加して発熱が増加するので、温度センサ１２の検出温度を監視することにより、弾性体１７ａの劣化、損傷を検知できる。また、弾性継手部材７は、一般に、焼きばめと称される方法により車軸１又は中空軸６に嵌挿されるが、何らかの原因で、車軸１あるいは中空軸６との嵌合部ですべりが生ずるおそれがある。このような場合、そのすべりによる摩擦熱によって、ロータ支持部材７回りの温度が上昇するから、その温度上昇からロータ支持部材７の異常を発見することが可能である。
【００２５】
また、車軸軸受３とステータフレーム１０に、それぞれ加速度センサ１３を取り付け、上下方向と軸方向の加速度を測定するようにしている。そして、正常走行時における車軸軸受３の上下方向加速度とステータフレーム１０の上下方向加速度の相関を測定しておき、その相関から大幅にずれた値が検出されたとき、異常と判断するようにする。同様に、軸方向に対しても、正常走行時における車軸軸受３の軸方向加速度とステータフレーム１０の軸方向加速度の相関を測定しておき、その相関から大幅にずれた値が検出されたとき、異常と判断するようにする。さらに、測定された車軸軸受３の加速度に対するステータフレーム１０の加速度の応答倍率を計算し、周波数に対する伝達特性を正常運転時に求めておき、これらの伝達特性と異なった伝達特性が検出された場合に、弾性継手部材１７の検査を行うようにすれば弾性継手部材１７の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
図４、５に、本発明に係る弾性継手部材の他の実施形態を示す。図４は、図２の場合と同様、同図(ａ)はロータ支持部材２０を車輪２側から見た図であり、左側の半分を示している。また、同図(ｂ)は、同図(a)のｂ‐ｂ断面図である。それらの図に示すように、ロータ支持部材２０は、車軸１に固定された第１支持部材２１と、中空軸６に固定された第２支持部材２２と、第１支持部材２１と第２支持部材２２とを連結する弾性を有する弾性継手部材２４とを有して構成されている。図５は、弾性継手部材２４の取り付け状態を示す拡大図である。それらの図に示すように、第１支持部材２１と第２支持部材２２は、それぞれ中心に貫通孔２１ａ、２２ａを有する円盤状に形成され、それらの円盤面を対向させて車軸１と中空軸６に貫通孔２１ａ、２２ａを嵌挿させて固定されている。第１支持部材２１の円盤面には、周方向に沿って、複数の貫通孔２１ｂが穿設されている。そして、その貫通孔２１ｂに弾性を有する円筒形の弾性継手部材２４が装着されている。この弾性継手部材２４は、円筒形の弾性体２４ａの内周に金属製リング２４ｂを、外周に金属製リング２４ｃを貼り付けて形成されている。そして、金属製リング２４ｂの内側に金属製バー２５が軸方向に移動自由に挿入されている。この金属製バー２５の一端は、対向する円盤状の第２支持部材２２の円盤面に穿設された通孔２２ｂに挿通されて固定されている。また、第１と第２の支持部材の対向する円盤面に、環状の溝２１ｃ、２２ｃがそれぞれ形成され、この対向する溝によって弾性体２６が挟持されている。これらの弾性体２４ａ、２６により、軸径方向の振動と軸方向の振動を吸収するとともに、第２支持部材２２側の動力を第１支持部材２１側に伝達する。つまり、車輪２からの衝撃的な振動が、電動機に伝わる軸径方向の振動及び軸方向の振動を吸収することができる。
【００２７】
また、図５に示すように、第１支持部材２１の円盤面に環状溝２８を形成し、第２支持部材２２の円盤面に環状の突条２８を形成し、突条２８を環状溝２７内に臨ませて組み立てられている。特に、環状溝２７の内径側の溝壁と突条２８の間隔ａは、中空軸６の内周面と車軸１の外周面との最小隙間ｂよりも小さい値に設定されている。これにより、第１支持部材２１に対する第２支持部材２２の車軸径方向の移動量を規制する規制手段が形成され、図１、２の実施形態と同様に、弾性体２４ｃが劣化又は損傷しても、車軸１などに重大な損傷を及ぼさないようにすることができる。また、弾性体２４ｃを含む弾性継手部材２４は、軸方向に脱着できることから、弾性体が劣化又は損傷しても、簡単に交換を行うことができる。
【００２８】
図６に、本発明の係る弾性継手部材のさらに他の実施形態を示す。この実施形態が、図２の実施形態と異なる点は、弾性体１７ａを挟む介装材１７ｂの対向する面に有底孔１７ｃをそれぞれ穿設するとともに、有底孔１７ｃに対応する位置の弾性体１７ａに通孔を穿設し、一対の有底孔１７ｃ底に渡して金属ばね１７ｄを装着したことにある。この実施形態によれば、図７に示すような、二直線のばね特性を有する弾性部材を実現でき、許容荷重以上の過大荷重が作用した場合や、ゴムが損傷した場合でも、金属ばねによって荷重を支えることができるから、弾性継手部材の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
図８に、本発明に係る弾性継手部材のさらに他の実施形態の要部を示す。この実施形態が、図４に示した実施形態と異なる点は、貫通孔２１ｂの内周面と金属製リング２４ｃとの間に、金属ばね２４ｄを介在させたこと、及び、弾性体２６と溝２２ｃの底部との間に、金属ばね３０を介在させたことにある。これによれば、図７に示すような二直線のバネ特性を有する弾性部材を実現でき、許容荷重以上の過大荷重が作用した場合や、ゴムが損傷した場合でも、金属ばねによって荷重を支えることができるから、弾性継手部材の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
図９に、図２に示した弾性継手部材１７の取り付け又は固定方法の具体的な例を示す。図において、図２と同一の機能構成を有する部品には、同一の符号を付して説明を省略する。本例に係る各アーム部１５ｂ、１６ｂの先端部の介装材１７ｂが装着される面に、キー溝３１が形成され、このキー溝３１に合わせて介装材１７ｂの肩に、キー３２の厚みよりも少し広い幅の段部１７ｃが形成されている。したがって、キー３２はアーム部１５ｂ、１６ｂの径方向に沿って介装材１７ｂの段部１７ｃに挿入した後、キー溝３１側にずらして装着することができる。このキー３２は、キー押え３３によって固定されるようになっている。すなわち、キー押え３３の断面形状は、図示のように、アーム部１５ｂ、１６ｂの先端と、これを挟んだ両側のキー３２の外側を包む形状に形成されている。そして、キー押え３３は、ボルト３４によりアーム部１５ｂ、１６ｂの先端部に固定されるようになっている。
【００３１】
このように構成されることから、弾性継手部材１７の装着及び脱着、固定を、全てロータ支持部材７の半径方向から行うことができるから、図１から見て明らかなように、車軸方向の間隔が狭い場合であっても、車輪２などを取り外すことなく、弾性部材１７の保守を行うことができる。また、ボルト３４のねじ込み量を調整して、キー押え３３による弾性継手部材１７の押し込み力を調整することにより、弾性体１７ａに予面圧を与えておくことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、弾性部材が劣化又は損傷しても車軸などに重大な損傷を及ぼさないようにすることができる。
【００３３】
また、弾性部材の交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る車両駆動装置の全体構成を一部断面にして示した図である。
【図２】本発明の特徴部に係るローター支持部材の一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】本発明の特徴部に係るローター支持部材の他の一実施の形態の構成を示す図である。
【図５】図４のロータ支持部材を車両駆動装置に取り付けた場合の要部拡大図である。
【図６】図２のローター支持部材の変形例を示す図である。
【図７】図６のローター支持部材のばね特性を示す図である。
【図８】図４のローター支持部材の変形例を示す図である。
【図９】図２のローター支持部材に係る弾性継手部材の固定方法の具体例を示す図である。
【符号の説明】
１  車軸
３  車軸軸受
６  中空軸
７  ローター支持部材
８  ロータ
９  ステータ
１０  ステータフレーム
１１  ステータ軸受
１２  温度センサ
１３  加速度センサ
１５  第１支持部材
１６  第２支持部材
１７  弾性継手部材
１７ａ  弾性体
１７ｄ  金属ばね
２０  ローター支持部材
２１  第１支持部材
２２  第２支持部材
２４  弾性継手部材
２４ａ  弾性体
２６  弾性体
３０  金属ばね
【図１】
0004235929.tif 000002
【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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【図９】
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