JPH0923624A

JPH0923624A - 鉄道車両用車軸発電機

Info

Publication number: JPH0923624A
Application number: JP19580095A
Authority: JP
Inventors: Osamu Akamatsu; 修赤松; Kazutaka Osada; 和孝長田
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ロータ部側にステータ部を支持する嵩張らな
い構成でコスト低減。【構成】車軸20に取り付けられており複数の永久磁石
31を配設したロータ部21と、ロータ部を同軸的に包囲し
永久磁石に対向したコイル41を有し台車側に回転を係止
されたステータ部22と、ロータ部側とステータ部側との
夫々に互いに間隙を隔てて対向して形成されたローラ転
動面と、夫々のローラ転動面の間に挟まれて夫々の外周
が当接するように配置された複数のローラと、各ローラ
を所定の間隔に支持したローラ支持体55とを具備してい
る。ロータ部側とステータ部側とのローラ転動面が、ラ
ジアルローラ転動面38、50と、スラストローラ転動面3
9、51とで構成され、ローラが、ラジアルローラ23と、
スラストローラ24とで構成されている。ラジアルとスラ
ストローラの転動面間の間隙が、互いに空間を共有する
環状で、ラジアルローラとスラストローラとが周方向に
交互配列である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の車軸回
転力を利用して発電する車軸発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両には、車両の走行に必要な制御
電源等を得るために車軸発電機を設けてある。従来の車
軸発電機は、車両枠に支持具を介して車軸発電機を支持
し、車軸に取り付けたプーリと車軸発電機に取り付けた
プーリとにベルトを掛け、車軸の回転により発電機を駆
動して発電するようになっていた。このような車軸発電
機は、車両走行中にプーリとベルトのあいだに異物が挟
まることがあり、結果的に、ベルトが緩んで車軸の回転
力が発電機に十分に伝達されなくなり、頻繁に点検整備
を行う必要があるという欠点があった。このような欠点
を改良するために、本願出願人は、特開平４−６７７４
８号公報に見られるような鉄道車両用車軸発電機を提案
した。

【０００３】その概略の構成は、図５に示すように、鉄
道車両の車軸１に、周方向位置で分割可能であると共に
外周面に等間隔に永久磁石２を配置したロータ部材３を
取付け、このロータ部材３の外側に周方向に分割可能で
あると共に内周面に前記永久磁石２に対向するコイル部
材４を配置したステータ部材５を設け、そのステータ部
材５には車軸１に対してステータ部材５を同心的に位置
決めする支承部材６を取り付け、且つ、ステータ部材５
を弾性体を介して車両に連結してある。図中、７は異物
の侵入を防止する防護部材である。前記支承部材６の１
例は、ステータ部材５の軸心方向両側端に支持部材８を
取付けていくつかのガイドローラ９を夫々ボールベアリ
ングを介して軸１０により支持させたものであり、ガイ
ドローラ９の各々は車軸１の周面に外周の一部を接して
いる。この車軸発電機はステータ部材５に半径方向に突
設した腕桿が台車に設けたブラケットにリンク状のロッ
ドを介して連結され、車軸１と共廻りしないようにステ
ータ部材５を係止されている。腕桿とロッドの連結部に
は弾性部材を介在させてあって捩じれや振動を吸収する
ようになっている。

【０００４】ロータ部材３及びステータ部材５を周方向
位置で分割可能に形成したので、車輪を両端に取り付け
た車軸であっても、車軸を囲むようにこれらを組み立て
ることによって車軸１に直接取り付けることができる。
そして、ロータ部材３は伝達機構を介さずに、車軸と共
に回転するので、伝達機構の調整が不要でメンテナンス
が容易となる。ステータ部材５は支承部材６のガイドロ
ーラ９によって車軸１に対して同心的に位置決めされ、
ロータ部材３との間に所定の間隙が確保されるので車両
の振動等の影響を受けることなく発電を行うことができ
るというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５を用いて説明した
車軸発電機は、台車と車軸１との軸直角方向の相対移動
に対してステータ部材５が車軸１と共に移動する構成で
あるから、台車側からの影響を受けることは少ないが、
車軸１の振動がガイドローラ９、軸１０、支持部材８を
介してステータ部材５に伝わる。車軸１の振動は、２０
〜３０Ｇ程度の加速度が作用するから、車軸１の側とス
テータ部材５側との間に作用する力は相当に大きい。す
なわち、ステータ部材５側からの反力はステータ部材５
側の質量に前記加速度を乗算した値となるから、軸１０
及び支持部材８の強度がステータ部材５側からの反力に
対して十分強力であることが必要となる。この場合ガイ
ドローラ９がステータ部材５側に軸１０によって片持ち
支持されている構成であるため強度的に不利であり、ガ
イドローラ９を支持する部分が強度確保の必要上大きく
なり嵩張る点に問題がある。

【０００６】また別に、一般的に台車は車軸１に対して
軸方向に５ｍｍ程度変位する。ステータ部材５とロータ
部材３の間でスラスト荷重を受ける構造が必要となる。
前記車軸発電機では、図から判断すると、ガイドローラ
９の端面とロータ部材３の端面とが当接してスラスト荷
重を受けるようになっている。この構成では摺動抵抗が
大きい。これを転がりスラスト軸受で受けるようにする
と、更に嵩張ることが予想される。また、発電機ではロ
ータとステータの軸芯を一致させることが必要である
が、前記車軸発電機ではステータ部材５が車軸１にガイ
ドローラ９、軸１０、支持部材８を介して支持され、支
持部材８が２分割された構成であるから、幾つかのガイ
ドローラ９の全部が車軸１に確実に外接するようにする
必要があり、このためにガイドローラ９の取付け精度等
を非常に高くしなければならず、コストに悪影響を及ぼ
す問題もある。本発明は、ロータ部材側に対してステー
タ部材を支持する支持構造を、嵩張らない構成で、コス
ト的に有利なものとすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は、車軸に
取り付けられており外周に複数の永久磁石を配設したロ
ータ部と、このロータ部を同軸的に包囲し前記永久磁石
に対向したコイルを有し台車側に回転を係止されたステ
ータ部と、前記ロータ部側とステータ部側との夫々に互
いに間隙を隔てて対向して形成された夫々のローラ転動
面と、前記夫々のローラ転動面の間に挟まれて夫々の外
周が当接するように配置された複数のローラと、その各
ローラを所定の間隔に支持したローラ支持体とを具備し
ていることを特徴とする。

【０００８】前記手段において、前記ロータ部側とステ
ータ部側との夫々のローラ転動面が、前記車軸の外周面
に沿ったラジアルローラ転動面と、前記車軸に直角なス
ラストローラ転動面とで構成され、前記ローラが、前記
ロータ部側のラジアルローラ転動面と前記ステータ部側
のラジアルローラ転動面との間に配置したラジアル荷重
を支えるラジアルローラと、前記ロータ部側のスラスト
ローラ転動面と前記ステータ部側のスラストローラ転動
面との間に配置したスラスト荷重を支えるスラストロー
ラとで構成されているものとするのがよい。また、前記
ラジアルローラ転動面間の間隙と前記スラストローラの
転動面間の間隙とが、互いに空間を共有するような環状
に形成され、前記ラジアルローラとスラストローラと
が、前記環状空間内に周方向に交互に配列してあるもの
とするのがよい。

【０００９】前記ローラ支持体が、周方向の所定位置で
分断して２等分され、前記車軸と平行且つ着脱可能な軸
部材で連結して一体としてあるものとするのがよい。前
記ロータ部及びステータ部が、周方向所定位置で分断し
て２分割されており、夫々の分割位置を結合することに
より車軸に取り外し可能に装着されているものとするの
がよい。

【００１０】前記手段によれば、ローラはロータ部側の
ローラ転動面とステータ部側のローラ転動面との間にあ
って双方に直接当接しているから、ロータ部側とステー
タ部側との間に作用する大きい荷重も支障なく支えるこ
とができる。ローラ支持体は単にローラを所定の間隔で
支持しているのみで、ラジアル荷重もスラスト荷重も伝
達するものではないから、特に強固にするために大きく
形成する必要はなく、また、高精度を必要とするもので
もない。

【００１１】ラジアルローラ及びスラストローラの双方
を設けた構成は、ロータ部とステータ部との間の単にラ
ジアル荷重を支えるのみでなく、車軸の台車に対する軸
方向移動に対して、車軸と共に軸方向へ移動する際にロ
ータ部からのスラスト荷重をステータ部がスラストロー
ラを介して受け、ステータ部が無理なく追従するから、
無駄な回転抵抗がなく、永久磁石とコイルの軸方向位置
関係も変化しない。共通の環状空間内にラジアルローラ
とスラストローラを交互に配置した構成は、ローラ配置
用の所要空間が減少する。一般的に鉄道車両の車輪は車
軸に焼き嵌めされており、殆どの場合寿命終了まで取り
外されることはなく、このような車軸に対して設けられ
る軸発電機においては、車軸を包囲している部材を組み
立てる際に、あるいは取り外して点検する際に、軸端か
ら着脱することはできない。これに対し分断形成されて
いるローラ支持体は、軸部材を用いて組み立てることに
より環状となるので、所定のローラ配列位置に対して容
易に着脱できる。また、ロータ部及びステータ部が、２
分割されているものも同様に車軸に対して容易に着脱で
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１〜図４
を用いて説明する。この鉄道車両用軸発電機は車軸２０
に固定されるロータ部２１、ロータ部２１に保持された
ステータ部２２、ロータ部２１とステータ部２２との間
に設けられた複数のローラ２３、２４等からなる。ロー
タ部２１は、ロータ本体３０と、８個の永久磁石３１と
からなる。ロータ本体３０は、外周に必要な環状の凹凸
を形成され内孔が車軸２０に嵌合する筒状体を軸線に沿
う方向に２分割された本体部３０ａ、３０ｂとからな
り、その双方は図１（ａ）に見られるように、車軸２０
に対して略接線方向の８本の六角穴付きボルト３２、３
３で締めつけることにより互いに結合されると共に車軸
２０の所定位置に同軸的に固定される。図１（ａ）及び
図３に示すように、ロータ本体３０の軸線方向の中間部
外周に等間隔で８個の棒状の永久磁石３１を夫々車軸方
向に平行な状態で配列してあり、その配列は順次極性が
交互に逆になるようにしてある。図中、３４は磁石押さ
え部材、３５は部材固定ねじである。

【００１３】ロータ本体３０の磁石３１の配列位置の車
軸２０方向両外側の外周には、図１（ａ）に示すよう
に、夫々鍔状の第１凸部３６を形成してあり、更にその
両外側に間隔を隔てて外径の大きい鍔状の第２凸部３７
を形成してある。第１凸部３６と第２凸部３７との間は
環状の外向き凹溝になっており、その溝底面がローラ転
動面３８に形成され、溝側面の第２凸部３７側がローラ
転動面３９に形成されている。第１、第２凸部３６、３
７に前記六角穴付きボルト３２、３３による結合用のボ
ルト挿通穴及びねじ穴を設けてある。

【００１４】ステータ部２２は、ステータ本体４０と、
８個のコイル部４１とからなる。ステータ本体４０は、
前記ロータ部２１を包囲するような大略筒状をなし、そ
の内周面及び外周面に必要な凹凸を形成され、その筒状
体を軸線に沿う方向に２分割されたステータ本体部４０
ａ、４０ｂとからなり、その双方は、図１（ｂ）、図
２、図３に見られるように、分割縁部から半径方向外方
へ突出した結合縁部４２、４３を有し、双方の結合縁４
２、４３を互いにボルト４４及びナット４５で結合して
一体とされる。ステータ本体４０の軸線方向中間位置の
内周面に等間隔でコイル部４１を配列してある。図中、
４６は鉄心、４７は鉄心固定ねじである。ステータ本体
４０の内周面には、コイル部４１の配列固定された位置
の軸線方向両外側位置に環状の第１内面凸部４８を設け
てあり、更にその両外側に間隔を隔てて突出量の小さい
環状の第２内面凸部４９を形成してある。第１内面凸部
４８と第２内面凸部４９との間は環状の内向き凹溝とな
っており、前記ロータ本体４０の外向き凹溝と対向する
位置にあり、その溝底がローラ転動面５０に形成され、
溝側面の第１内面凸部４８側がローラ転動面５１に形成
さている。ステータ本体部４０ａ、４０ｂの結合された
状態における外面には、夫々コイル用端子箱５２を固定
するための座部５３を形成してあり、状況に応じてその
一方が使用される。図中、５４はステータ部２２の回転
を拘束するために台車側へ連結するための結合用凸部で
ある。

【００１５】ローラ２３、２４は、ローラ支持体５５に
支持されてローラ構体５６をなしており、前記ローラ転
動面３８、３９、５０、５１によって囲まれた、前記永
久磁石３１及びコイル部４１の車軸２０軸線方向両側に
位置する環状空間５７内に夫々収容されている。その一
方の環状空間５７内に設置されたローラ構体５６につい
て説明する。ローラ構体５６は、環状のローラ支持体５
５が、その周方向に沿って８個のローラ２３と８個のロ
ーラ２４とを交互に等間隔で軸支持するようになってい
る。ローラ支持状態は図１（ａ）、図２に見られるよう
になっており、ローラ２３は、前記ローラ転動面３８及
び５０に外接してラジアル荷重を支えるラジアル荷重用
ローラであり、車軸２０の軸線に平行なローラ軸５８に
よって支持体５５に支持されている。ローラ２４は、前
記ローラ転動面３９及び５１に外接してスラスト荷重を
支えるスラスト荷重用ローラであり、車軸２０の半径方
向のローラ軸５９によってローラ支持体５５に支持され
ている。

【００１６】ローラ支持体５５は、中心軸線方向に間隔
を隔てて重ねた略環状の２枚の金属板を、周方向の２箇
所で分断した同じ形状に形成され、その一方を図４に示
ように、周方向に角θで示す３０°間隔で前記ローラ軸
５８と５９を交互に支持するようになっている。ローラ
２３の支持状態は、図１（ａ）、図２に示すように、ロ
ーラ支持体５５の２枚の金属板６６ａ、６６ｂの間にロ
ーラ２３が配置され、頭付きピンからなるローラ軸５８
がローラ２３の中心と２枚の金属板を貫通してスナップ
ピン６０で抜け止めを施されている。ローラ２４の支持
状態は、金属板の間にブロック６１、６２を介在させて
これをリベット６３で固定し、そのブロック６１、６２
に車軸２０半径方向の軸穴６４を穿設し、その軸穴６４
に半径方向外方からローラ２４を外方端に支持したロー
ラ軸５９の内方端を嵌入させてスプリングピン６５で抜
け止めを施してある。

【００１７】前記分断箇所は、２枚の金属板でその位置
が異なっており、図４（ａ）に見られるように、１８０
°離れた位置にあるラジアル荷重用のローラ２３の両側
位置である。図４（ａ）の上側の金属板６６ａは図の左
側端がブロック６２の位置のリベット６３を越えた位置
（図４（ｃ）参照）で分断され、図の右側端がローラ２
３を越えた位置で分断されており、下側の金属板６６ｂ
は図の右側端がブロック６２の位置のリベット６３を越
えた位置（図４（ｂ）、（ｄ）参照）で分断され、図の
右側端がローラ２３を越えた位置で分断されている。図
中、６９はローラ軸５８の挿通孔である。ブロック６２
には連結用の補助ピン６７を突設してあり、分断した金
属板６６ａ、６６ｂのローラ２３を越えた位置にはピン
６７の嵌入するピン穴６８を穿設してある。この図４に
示す半円弧状の部材２個を、ピン６７とピン穴６８を嵌
合させて組み合わせると環状のローラ支持体５５とな
る。このローラ支持体５５に前述のローラ２３、２４を
組付けると、ローラ構体５６となり、図４（ａ）に仮想
線で示すローラ２３、２３を組付け、ローラ軸５８が抜
け止めを施されると、確実に一体化される。

【００１８】この車軸用発電機は、車軸２０に組付けら
れるものであり、その組付け順序の概略は次の通りであ
る。すなわち、最初に、ロータ部２１を車軸２０の所定
位置に対して組付ける。これは分割形成されているロー
タ本体３０ａ、３０ｂを一体のロータ本体３０となるよ
うにボルト３２、３３で結合すると共に組付けることで
ある。次にローラ構体５６を組付ける。これは２個に分
割形成されているローラ支持体５５をロータ部２１のロ
ーラ転動面３８、３９にローラ２３、２４が接した状態
で一体となるように組付けることである。そしてステー
タ部２２をロータ部２１の外周に組付ける。これは分割
形成されているステータ本体４０ａ、４０ｂを一体のス
テータ本体４０となるように、またローラ転動面５０、
５１にローラ２３、２４が接した状態となるように、ボ
ルト４４、ナット５５で結合すると共に組付けることで
ある。最後に結合用凸部５４に弾性体を介して台車側に
連結し、ステータ部２２がロータ部２１に対して回転し
ないように係止する。

【００１９】この状態で車両の走行によりステータ部２
２に対してロータ部２１が回転し、発電が行われる。こ
の際に台車側と車軸２０との間には相対な変位が生じる
が、この変位はステータ部２２の結合用凸部５４と台車
の間で吸収され、ステータ部２２はロータ部２１にロー
ラ２３、２４で支持されているから、相対的な回転以外
の変位はない。すなわち、ローラ２３はローラ転動面３
８と５０に接してロータ部２１とステータ部２２との間
のラジアル荷重を直接支え、ローラ２４はローラ転動面
３９と５１とに接してロータ部２１とステータ部２２と
の間のスラスト荷重を直接支え、ローラ支持体５５はラ
ジアル荷重やスラスト荷重を中継しない構成であるから
である。従って、台車と車軸２０との相対的な軸方向及
び軸直角方向の移動に対して、ロータ部２１とステータ
部２２との間の位置関係が常に一定に保持されるから、
常に良好に発電が行われる。また、ローラ２３、２４は
小さく形成しても必要な強度が得られ、ローラ支持体５
５はローラの位置関係を保持できる程度の強度があれば
良いから、ローラ構体５６を小さく形成でき、車軸発電
機全体を小型化できる。また、ローラ支持体５５の分割
構造は、これを一体とするときに、ピン６７とピン穴６
８とを嵌合させ、２個のローラ２３を組付けるだけの操
作であり、ねじ部品等を別に用いないでよいから、作業
性の向上、部品点数の減少に有利である。

【００２０】上記実施形態において、ローラ支持体５５
は、半円弧状の部材２個を、ピン６７とピン穴６８を嵌
合させて組み合わせて環状とし、ローラ２３をローラ軸
５８で組付けて確実に一体化する構成のローラ支持構体
５６を説明したが、この構成に限定されるものではな
い。例えば、図４（ｂ）、（ｃ）における金属板６６
ａ、６６ｂの異なる位置で分断されている端部を揃うよ
うに分断して、すなわち、同図の一方の端部ではブロッ
ク６２の端から突出していない金属板６６ｂの端に揃
え、他方の端部ではブロック６２の端から突出している
金属板６６ａの端に揃え、ピン６７の植立位置の植立穴
に代えて貫通したピン穴を設け、ピン６７に代えて貫通
ピンとし、このピン穴と貫通ピンとピン穴６８とで２等
分されたローラ支持構体を連結するようにしてもよい。
この場合は貫通ピンに抜け止めを施す必要がある。

【００２１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、ローラがロー
タ部側のローラ転動面とステータ側のローラ転動面との
間にあって双方に直接当接しているから、大きい荷重も
支障なく伝達でき、ローラ支持体がラジアル荷重もスラ
スト荷重も伝達するものではないから、特に強固にする
ために大きく形成する必要はなく、ローラ構体を小型化
でき、従って車軸発電機全体を小型化できる効果を奏す
る。請求項２に記載の発明は、ラジアル荷重用ローラ及
びスラスト荷重用ローラの双方を設けた構成が、車軸と
共に軸方向へ移動するロータ部からスラスト荷重用ロー
ラを介して軸方向作用力を受けてステータ部が無理なく
追従するから、無駄な回転抵抗がなく、永久磁石とコイ
ルの軸方向位置関係が変化しないから、常に良好な発電
が行われる効果を奏する。請求項３に記載の発明は、共
通の環状空間内にラジアル荷重用ローラとスラスト荷重
用ローラを配置した構成により、別々の空間内にローラ
を配置するよりはローラ配置用の所要空間が減少するか
ら、その分小型化できる効果を奏する。請求項４に記載
の発明は、ローラ支持体が分断形成されているから、所
定のローラ配列位置に対し容易に着脱することができ、
車軸発電機の保守点検が容易となり、作業性が向上する
効果を奏する。請求項５、請求項６に記載の発明は、ロ
ータ部及びステータ部が分割形成されているから、車軸
発電機の保守点検が容易となり、作業性が向上する効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は主要部縦
断正面図（図３のＡ−Ａ断面図）、（ｂ）は図２のＢ矢
視部分図である。

【図２】図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【図３】図１（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【図４】同実施形態の分割されたローラ支持体の一方を
示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面
図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面拡大図である。

【図５】従来の車軸発電機の構成の概略を示す縦断正面
図である。

【符号の説明】

２０車軸２１ロータ部２２ステータ部２３ローラ（ラジアル荷重用）２４ローラ（スラスト荷重用）３０ロータ本体３０ａロータ本体部３０ｂロータ本体部３１永久磁石３８ローラ転動面３９ローラ転動面４０ステータ本体４０ａステータ本体部４０ｂステータ本体部４１コイル４６鉄心５０ローラ転動面５１ローラ転動面５５ローラ支持体５６ローラ構体５７環状空間５８ローラ軸５９ローラ軸６１ブロック６２ブロック６３リベット６６ａ金属板６６ｂ金属板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車軸に取り付けられており外周に複数の
永久磁石を配設したロータ部と、このロータ部を同軸的
に包囲し前記永久磁石に対向したコイルを有し台車側に
回転を係止されたステータ部と、前記ロータ部側とステ
ータ部側との夫々に互いに間隙を隔てて対向して形成さ
れた夫々のローラ転動面と、前記夫々のローラ転動面の
間に挟まれて夫々の外周が当接するように配置された複
数のローラと、その各ローラを所定の間隔に支持したロ
ーラ支持体とを具備していることを特徴とする鉄道車両
用車軸発電機。
【請求項２】請求項１に記載の鉄道車両用車軸発電機
において、前記ロータ部側とステータ部側との夫々のロ
ーラ転動面が、前記車軸の外周面に沿ったラジアルロー
ラ転動面と、前記車軸に直角なスラストローラ転動面と
で構成され、前記ローラが、前記ロータ部側のラジアル
ローラ転動面と前記ステータ部側のラジアルローラ転動
面との間に配置したラジアル荷重を支えるラジアルロー
ラと、前記ロータ部側のスラストローラ転動面と前記ス
テータ部側のスラストローラ転動面との間に配置したス
ラスト荷重を支えるスラストローラとで構成されている
ことを特徴とする鉄道車両用車軸発電機。
【請求項３】請求項２に記載の鉄道車両用車軸発電機
において、前記ラジアルローラ転動面間の間隙と前記ス
ラストローラの転動面間の間隙とが、互いに空間を共有
するような環状に形成され、前記ラジアルローラとスラ
ストローラとが、前記環状空間内に周方向に交互に配列
してあることを特徴とする鉄道車両用車軸発電機。
【請求項４】請求項１、請求項２又は請求項３に記載
の鉄道車両用車軸発電機において、前記ローラ支持体
が、周方向の所定位置で分断して２等分され、前記車軸
と平行且つ着脱可能な軸部材で連結して一体としてある
ことを特徴とする鉄道車両用車軸発電機。
【請求項５】請求項１、請求項２、請求項３又は請求
項４に記載の鉄道車両用車軸発電機において、前記ロー
タ部及びステータ部が、周方向所定位置で分断して２分
割されており、夫々の分割位置を結合することにより車
軸に取り外し可能に装着されていることを特徴とする鉄
道車両用車軸発電機。