JP4928755B2

JP4928755B2 - 車両駆動装置及び電動機

Info

Publication number: JP4928755B2
Application number: JP2005219173A
Authority: JP
Inventors: 武夫覚地; 孝永山; 輝彦春原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: JP2007030760A

Description

本発明は、車両駆動装置及び電動機に関する。

従来の鉄道車両駆動装置は、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前記各歯車、継手装置を介して前記車軸に伝達する構造としていた。しかしながら、近年は各歯車をなくし、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構成にすることで、各歯車の潤滑材の保守・点検を不要とし、かつ歯車の噛み合い音をなくせる低騒音車が提案されている。

図８に、このような従来の低騒音車の車両駆動装置の一例を示す。図８において、１は台車、３は主電動機、５は固定子、６は回転子、７は主電動機ケース、１１は中空シャフト、１３は軸受部、１５は車軸、１７はレール、１９は車輪、２１は軸受ケース、２３はサスペンション、２５は継手装置、２６は反力受け部を表している。主電動機３は回転子６と固定子５とから構成され、回転子６は中空シャフト１１に、固定子５は主電動機ケース７にそれぞれ固定支持され、固定子５に電流が流れることで回転子６を介して中空シャフト１１に回転動力が与えられるようになっている。中空シャフト１１内には車軸１５が貫通し、その車軸１５の両サイド（片側は図示していない）には、レール１７上を走行する車輪１９が設けられている。車軸１５には、継手装置２５を介して中空シャフト１１からの回転動力が伝達される。また、台車１は車軸１５の回転を支持する軸受けが収納された軸受けケース２１とサスペンション２３を介して連結されている。主電動機ケース７は、回転子６の回転反力を支持する反力受け部２６を介して台車１に接続されている。

図９は反力受け部２６の構造例を示したもので、図９において、２７はフレーム、２８は溶接部Ａ、２９は溶接部Ｂ、３０は反力受け回転連結部、３１は反力受け棒、３２は台車回転連結部を表している。尚、図８と同一の要素には同一の符号を用いて表している。反力受け部２６は主電動機ケース７を構成するフレーム２７上に溶接部２８、２９を介して固定されている。反力受け部２６には、回転連結部３０を有し、反力受け棒３１を介して台車１側に固定された回転連結部３２と接続されている。従って、主電動機３の回転反力はこれらの反力受け部２６、反力受け棒３１を介して台車１に伝えられ支持される。

図９は反力受け棒３１及び主電動機中心に対する反力受け部２６の位置がレール１７に対して垂直方向に構成した従来例、図１０は反力受け棒３１及び主電動機中心に対する反力受け部２６の位置をそれぞれレール１７に対して角度をつけて構成した従来例である。尚、図９と同一の要素には同一の符号を用いて表している。

また、図１１は反力受け部２６が固定されるフレーム２７を図１０の矢印Ｂの方向から見た図である。図１１において、４１は固定鉄心、４２は鉄心押さえ、４３はフレーム溶接部Ａ、４４はフレーム溶接部Ｂ、４５は反力受け部固定面を表している。固定鉄心４１は鉄心押さえ４２を介して圧縮され、複数枚（図示していない）からなるフレーム２７でその圧縮力を保持する構造となっている。すなわち、フレーム２７は固定鉄心４１の圧縮力を保持しつつ、鉄心押さえ４２と固定鉄心４１に溶接部４３、４４を介して固定される。反力受け部２６はそれらフレームの一枚に固定される。図１１においては、フレーム２７の中央部に設けた反力受け部固定面４５に反力受け部２６が溶接接合されている。

図９に示す反力受け部２６の構造では、主電動機ケース７の回転力による反力受け棒３１に荷重Ｆがかかり、この荷重Ｆと反力受け部２６の高さｈを乗じたモーメントが反力受け部２６の溶接部Ａ２８に作用する。このモーメントにより、溶接部Ａ２８に応力が集中し、発生応力が大きくなる可能性がある。溶接部の疲労強度は一般に通常の材料強度よりも低下することが知られており、信頼性確保の面からはこの応力を十分小さくしておく必要がある。また、図９の構造では反力受け棒３１に作用する力Ｆがそのまま台車１にかかり、この力により台車や主電動機の上下振動を誘発する可能性がある。さらに、台車側の上下振動が直接反力受け棒３１を介して主電動機に伝わる可能性もある。

図１０に示す構造では、主電動機中心に対する反力受け部２６の位置が反力受け棒３１に対して９０度でないため、反力受け部２６には、反力受け棒３１に作用する力Ｆの内、周方向成分Ｆｍと半径方向成分Ｆｓが作用する。従ってこの場合も図９と同じ部位の溶接部Ａ２８に応力が集中し、発生応力が大きくなる可能性があり、信頼性確保の面からはこの応力を十分小さくしておく必要がある。また、反力受け棒３１はレール１７に対して傾いているため、反力受け棒３１に作用する力の内、上下方向成分Ｆｖが台車や主電動機の上下振動を誘発する可能性がある。さらに台車側の上下振動が直接反力受け棒３１を介して主電動機に伝わる可能性がある。

一方、反力受け部２６が固定されるフレーム２７は図１１に示すように、溶接部Ａ４３及び溶接部Ｂ４４によってその周囲を固定鉄心４１と鉄心押さえ４２にて接合されているに過ぎない。従って、フレーム２７の中央部は荷重分担がされず、反力受け部２６に回転力が作用した場合、溶接部Ｂ４４に応力が集中する可能性がある。
特開平１１−３３４５８７号公報特開２０００−０３８１３２号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、構造を大型化しなくても反力受け部及びフレームの溶接部に発生する応力を小さく抑え、構造信頼性を上げることができる構造の車両駆動装置を提供することを目的とする。また、同時に主電動機の回転力、台車の振動に起因する主電動機の上下振動を防ぐことができる構造の車両駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの特徴は、中空の固定子と、この固定子の中空部に配置された回転子と、前記固定子の外面に固定された電動機フレームとを有する電動機、前記回転子の回転を車輪に伝えるための伝達装置、及び前記電動機フレームの周方向に垂直な回転軸方向には幅狭であり、前記周方向には幅広な形状をし、前記電動機フレームの外周面の反力受け部固定面に一端が前記電動機フレームの周方向に沿うように溶接接合され、前記電動機で発生する回転反力を受けるための反力受け部とを備えた車両駆動装置において、前記反力受け部は、前記一端の反対側の他端に、車両台車側に設けられた台車側回転連結部と連結するための回転連結部を備え、前記反力受け部は、前記台車側回転連結部の中心と当該反力受け部の回転連結部の中心とを結ぶ線の延長線が前記電動機フレームの外周面と接する接線となり、かつ、当該接線が前記電動機フレームの外周面に接する位置に、前記反力受け部の一端の接合部の前記車両台車側回転連結部から見て遠い方の周方向端部が位置する構成にしたことである。
本発明の他の特徴は、中空の固定子と、この固定子の中空部に配置された回転子と、前記固定子の外面に固定された電動機フレームと、前記電動機フレームの周方向に垂直な回転軸方向には幅狭であり、前記周方向には幅広な形状をし、前記電動機フレームの外周面の反力受け部固定面に一端が前記電動機フレームの周方向に沿うように溶接接合された反力受け部とを有する電動機において、前記反力受け部は、前記一端の反対側の他端に、車両台車側に設けられる台車側回転連結部と連結するための回転連結部を備え、前記反力受け部は、前記台車側回転連結部の中心と当該反力受け部の回転連結部の中心とを結ぶ線の延長線が前記電動機フレームの外周面と接する接線となり、かつ、当該接線が前記電動機フレームの外周面に接する位置に、前記反力受け部の一端の接合部の前記車両台車側回転連結部から見て遠い方の周方向端部が位置する構成にしたことである。

本発明によれば、構造を大型化しなくても反力受け部及びフレームの溶接部に発生する応力を小さく抑え、信頼性が高い構造の車両駆動装置を実現できる。また、主電動機の回転力や台車の振動に起因する主電動機の上下振動を抑制する構造の車両駆動装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の車両駆動装置の構成を示す図である。尚、図１において、従来例として図８〜図１１に示した車両駆動装置と同一の要素には同一の符号を用いて表している。

図１において、主電動機ケース７を構成するフレーム５２に反力受け部５１が溶接部Ａ５３、溶接部Ｂ５４、溶接部Ｃ５５を介して接合される。溶接部Ｂ５４に近い反力受け部５１側に切欠きとしてＲ形状５６を形成してある。反力受け部５１には回転連結部５７が設けてあり、車両台車１に設けられた回転連結部３２と反力受け棒３１で互いに回転自在に結合される。ここで、溶接部Ａ５３は車両台車１に設けられた回転連結部３２の中心と反力受け部５１に設けられた回転連結部５７の中心とを結ぶ延長線がフレーム５２の表面接線と一致する位置に配置されている。

このような構造とすることにより、主電動機ケース７に図１において左回りの回転力が生じた時、反力受け棒３１には引張り力Ｆが作用し、その結果溶接部Ａ５３にはこのＦと同じ方向の成分の力しか作用しないことがわかる。従って、溶接部Ａ５３に集中して作用する曲げモーメントや引張り力はほとんど無視でき、溶接部Ａ５３に発生する応力を抑制できる。また、溶接部Ａ５３を形成する外表面と隣り合う反力受け部５１を形成する外表面とが同一平面内となるように反力受け部５１を形成することにより、溶接部Ａ５３と反力受け部５１との段差による応力集中を回避している。

他方、主電動機ケース７に図１において右周りの回転力が生じた時、反力受け棒３１には圧縮力Ｆが作用し、この圧縮力Ｆはフレーム５２を形成する円弧面で保持される。溶接部Ｂ５４にはこの圧縮力Ｆの周方向成分の力Ｆｍに起因する曲げモーメントが作用し、曲げ応力が発生するが、上記圧縮力Ｆの半径方向成分の力Ｆｓによる圧縮応力も作用するため、応力はそれ程大きくならない。また、溶接部Ｂ５４を形成する外表面と隣り合う反力受け部５１を形成する外表面が同一平面内となるように反力受け部５１を形成し、溶接部Ｂ５４と反力受け部５１との段差による応力集中を回避している。さらに、溶接部Ｂ５４に近い反力受け部５１側に切欠きとしてＲ形状５６を形成することにより、溶接部Ｂ５４に発生する最大応力を上記切欠き部に移行させることができ、よって、溶接部Ｂ５４の応力を相対的に抑制することができる。

図２に図９に示す従来例の車両駆動装置の構造と図１の本実施の形態の車両駆動装置の構造との間の発生応力の違いをグラフで示している。図２では、図９における溶接部Ａ２８の応力を１とした時の図１に示す本実施の形態における溶接部Ａ５３、溶接部Ｂ５４の応力を示している。このように、図１に示した本実施の形態の車両駆動装置の構造は、従来構造よりも溶接部の応力を３０％以下に低減することができる。

また本実施の形態の車両駆動装置では、反力受け部５１の回転連結部５７と車両台車１の回転連結部３２とを結ぶ線が走行レールに対して水平方向となる様に前記反力受け部５１を形成している。このような構造とすることにより、主電動機の回転力や台車の振動に起因する主電動機の上下振動を抑制することができる。

（第２の実施の形態）図３は本発明の第２の実施の形態の車両駆動装置の構成を示す図である。尚、図１と同一の要素には同一の符号を用いて表している。本実施の形態の構成は、基本的には第１の実施の形態の構成と同じである。異なる点は、反力受け部６１を支える部分を二又構造とし、フレーム６５に設置する。このような構造とすることにより、反力受け部を電動機フレームに接合する部分６３、６４が増え、相対的に溶接部に作用する応力を低減することができる。また、これにより、反力受け部の軽量化を図ることができる。

図４は、上記第２の実施の形態のフレームの構造を示す図である。第２の実施の形態の反力受け部６１が固定されるフレーム６２を図３において矢印Ａの方向から見た図である。尚、図４において図１１に示したものと同一の要素には同一の符号を付して示してある。本実施の形態の場合、反力受け部６１が固定されるフレーム６２は２分割、２又構造で構成し、その周辺と鉄心押さえ４２、固定鉄心４１を溶接部Ａ８２、溶接部Ｂ８３で接合している。このような構造とすることにより、図１１に示す従来の構成に比べ、フレーム６２と固定鉄心４１との接合部が増え、フレームと固定鉄心との接合部の応力を抑制することができる。

図５は、第２の実施の形態のフレームの構造の別例を示す図である。図４の構成に加え、反力受け部６１を設けるフレーム６２の接合部近くに穴を形成し、その穴を利用した溶接部Ｃ８５にてフレーム６２と固定鉄心４１とを接合している。このような構造とすることにより、図４の構成よりもさらにフレーム６２と固定鉄心４１との接合部が増え、フレームと固定鉄心との接合部の応力を抑制することができる。

（第３の実施の形態）図６は本発明の第３の実施の形態の車両駆動装置の構成を示す図である。尚、図１と同一の要素には同一の符号を用いて表している。本実施の形態の構成は、図３の構成で反力受け部６１、反力受け棒３１をレールに対して傾けて設置した場合の例である。この場合は、反力受け棒３１に作用する力Ｆの垂直成分Ｆｖによって、台車１や主電動機の上下振動、台車１の振動に起因する主電動機の上下振動を誘発する可能性はあるものの、主電動機の上面スペースを有効に利用することができる。なお、図において水平方向に対する傾き角は支障を来さない範囲でさらに深くすることができる。

（第４の実施の形態）図７は、本発明の第４の実施の形態の車両駆動装置の構成を示す図である。尚、図７において、図９に示した従来例の構成要素と同一の符号を付して示してある。本実施の形態では、反力受け部７１とフレーム７２との溶接部Ａ７３、溶接部Ｂ７４で接合し、反力受け部７１において溶接部Ａ７３、溶接部Ｂ７４の近くに切欠き部７６を形成したことを特徴とする。このような構造とすることにより、溶接部Ａ７３、溶接部Ｂ７４に発生する最大応力を上記切欠き部７６に移行させることができ、よって、溶接部の応力を相対的に抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態の車両駆動装置の正面図。本発明の第１の実施の形態の反力受け部の特性を示すグラフ。本発明の第２の実施の形態の車両駆動装置の正面図。本発明の第２の実施の形態の反力受け部が固定されるフレームの平面図。本発明の第２の実施の形態の反力受け部が固定されるフレームの別例の平面図。本発明の第３の実施の形態の車両駆動装置の正面図。本発明の第４の実施の形態の車両駆動装置の正面図。従来の直接駆動方式の車両駆動装置の断面図。従来の車両駆動装置の正面図。別の従来の車両駆動装置の正面図。従来の反力受け部が固定されるフレームの平面図。

符号の説明

３１反力受け棒
３２台車回転連結部
４１固定鉄心
４２鉄心押さえ
５１反力受け部
５２フレーム
５３、５４、５５溶接部
５６Ｒ形状
５７反力受け回転連結部

Claims

中空の固定子と、この固定子の中空部に配置された回転子と、前記固定子の外面に固定された電動機フレームとを有する電動機、前記回転子の回転を車輪に伝えるための伝達装置、及び前記電動機フレームの外周面の反力受け部固定面に一端が前記電動機フレームの周方向に沿うように溶接接合され、前記電動機で発生する回転反力を受けるための反力受け部とを備えた車両駆動装置において、
前記反力受け部は、前記一端の反対側の他端に、車両台車側に設けられた台車側回転連結部と連結するための回転連結部を備え、
前記反力受け部は、前記台車側回転連結部の中心と当該反力受け部の回転連結部の中心とを結ぶ線の延長線が前記電動機フレームの外周面と接する接線となり、かつ、当該接線が前記電動機フレームの外周面に接する位置に、前記反力受け部の一端の接合部の前記車両台車側回転連結部から見て遠い方の周方向端部が位置する構成にしたことを特徴とする車両駆動装置。
前記反力受け部の回転連結部と前記車両台車側回転連結部とを結ぶ線が走行レールに対して水平方向となるように前記反力受け部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両駆動装置。
前記電動機フレームに対する前記反力受け部の接合部が設けられた一端を２又構造とし、この２又構造にすることで形成された２つの分割接合部を用いて前記電動機フレームの外側面の反力受け部固定面に溶接したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
前記反力受け部の一端を溶接接合している前記電動機フレームの反力受け部固定面に穴を形成し、その穴を利用して前記電動機フレームと固定子とを溶接接合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
中空の固定子と、この固定子の中空部に配置された回転子と、前記固定子の外面に固定された電動機フレームと、前記電動機フレームの外周面の反力受け部固定面に一端が前記電動機フレームの周方向に沿うように溶接接合された反力受け部とを有する電動機において、
前記反力受け部は、前記一端の反対側の他端に、車両台車側に設けられる台車側回転連結部と連結するための回転連結部を備え、
前記反力受け部は、前記台車側回転連結部の中心と当該反力受け部の回転連結部の中心とを結ぶ線の延長線が前記電動機フレームの外周面と接する接線となり、かつ、当該接線が前記電動機フレームの外周面に接する位置に、前記反力受け部の一端の接合部の前記車両台車側回転連結部から見て遠い方の周方向端部が位置する構成にしたことを特徴とする電動機。