JPH05328687A

JPH05328687A - アウタロータ電動機

Info

Publication number: JPH05328687A
Application number: JP12731592A
Authority: JP
Inventors: Takashi Satou; 鷹志佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量で、車両の幅方向の限界寸法を超えること
なく、容量を上げることのできるアウタロータ電動機を
得ること。【構成】台車に支持された車軸２の中間部に電機子鉄心
３を圧入する。車軸２の両側には軸受け６を介して軸受
枠５Ａ，５Ｂを挿着する。この軸受枠５Ａ，５Ｂで環状
の車輪１を挟持し、この車輪１の内周には、永久磁石７
を等間隔に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両に搭載される
アウタロータ電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の鉄道車両の台車に取り付
けられた平行カルダン方式の駆動部を示す図である。図
８において、図示しない台車には、主電動機43が取り付
けられ、図示しない軸受部を介して車軸42が取り付けら
れている。

【０００３】このうち、車軸42の両端には、一対の車輪
41が挿着され、右側の車輪41の内側には、大径の平歯車
46が挿着されている。一方、主電電機43の出力軸43ａに
は、平行カルダン式の撓み継手44の片側が連結され、こ
の撓み継手44の他側には、小径の平歯車45が挿着され、
この平歯車45は、平歯車46と噛み合っている。これらの
平歯車45，46は、共に、図示しない歯車箱で覆われてい
る。

【０００４】このように構成された駆動部においては、
電圧と周波数が制御された電力が主電動機43に供給され
ると、その回転力は撓み継手44を介して平歯車45に伝達
される。すると、この回転力は、平歯車46に伝達されて
減速され、車軸42を経て左右の車輪41に伝達される。

【０００５】ところで、ますます高速化が要請される鉄
道車両においては、車体の軽量化とともに台車の軽量化
が更に要求され、また、軌道の曲線部も、高速、且つ、
安全に走行することができる車両が求められている。そ
のため、車体や台車には、アルミニウム合金材料の採用
が増えるとともに、左右の車輪を個別に駆動する方法が
検討されてきている。

【０００６】ところが、図８で示す平行カルダン方式の
駆動部を採用した台車においては、平歯車45，46の噛み
合いを条件維持するために、主電動機43及び歯車箱や撓
み継手44などを台車で支持しなくてはならないので、台
車枠の強度が増え、軽量化が困難であるだけでなく、同
一の車軸42に左右の車輪41が挿着してあるので、各車輪
を個別に駆動することはできない。

【０００７】そのため、図９に示すように、台車枠51の
左右にアウタロータ同期電動機を設けて、左右の車輪51
を個別に駆動する台車が検討され始めている。図９は、
台車を車軸の軸心で切断した縦断面図を示し、図10は、
このうち右側のアウタロータ同期電動機55と車輪51を示
す拡大半断面詳細図である。

【０００８】図９及び図10において、略逆凸字状に形成
された台車枠51の左右端の下面には、軸ばね53Ａの上端
が取り付けられ、台車枠51の中間部の凹部の左右端に
は、軸ばね53Ｂの上端がそれぞれ取り付けられている。
このうち、左側の軸ばね53Ａ，53Ｂの下端の間には、車
軸52が懸架され、同じく、右側の軸ばね53Ａ，53Ｂの下
端の間にも、車軸52が懸架されている。

【０００９】こららの車軸52には、図10に示すように、
片側に２個の軸受60Ａが挿入され、他側には軸受60Ａが
１個挿入されている。車軸52の中間部には、電機子鉄心
３が図示しないキーとともに圧入され、電機子鉄心３に
は電機子コイル18が挿入されている。

【００１０】軸受60Ａの外周には、軸受枠57Ａの内周が
挿入され、軸受60Ｂの外周には、軸受枠57Ｂの内周が挿
入され、これらの軸受け枠57Ａ，57Ｂの外周の内側に
は、円筒状のロータフレーム54が挿入され、互いに図示
しないボルトで固定されている。ロータフレーム54の内
周中央部には、図10において、長方形で図示しない側面
図では弧状の複数の永久磁石４が等間隔に配置されてい
る。

【００１１】左側の軸受枠57Ａの外周には、環状の車輪
51の内周の端部が圧入され、ロータフレーム54の左端に
形成されたフランジ部54ａと図示しない複数のボルトで
固定されている。電機子コイル18には、絶縁皮覆された
リード線17の片側が接続され、このリード線17の他側
は、車軸52の片側に形成された中空部を経て、図示しな
い可変電圧可変周波数制御のインバータ電源に接続され
ている。

【００１２】このように構成されたアウタロータ同期電
動機においては、図示しない電源から電機子コイル18に
対して、可変電圧可変周波数制御された電力が供給され
ると、電磁石４と電機子コイル18の間に働く電磁力の反
作用によってロータフレーム54が同期速度で回転し、こ
のロータフレーム54の片側に固定された車輪51が駆動さ
れる。また、車両が曲線の軌道にさしかかったときに
は、左右のアウタロータ同期電動機55の電機子コイル18
に供給する電力の電圧・周波数を変えることで、内側の
軌道を走行する車輪51の回転数を減らすことができる。
また、図８に示すような平歯車45，46や平行カルダン継
手44が不要となるので、平歯車45，46とカルダン継手44
の複雑且つ強固な支持機構が不要となり、台車枠51を軽
量化することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたアウタロータ同期電動機においては、車軸52
の外側に軸ばね53Ａを介して印加される車体の荷重を、
車輪の側面から片持梁状に突き出されたロータフレーム
54で支えなければならないので、ロータフレーム54は高
い強度が必要で、そのために板厚を増やさなければなら
なくなって、重量が増える。また、左右の車輪51の外側
にロータフレーム54が突き出て、この突き出たロータフ
レーム54の外側から更に外側に突き出た車軸52の端部で
軸ばね53Ａを支えるので、左右の軸ばね53Ａ間が広くな
る。すると、車軸52の外側の端部が図９の二点鎖線で示
す車両の幅の限界値を超えるおそれがある。したがっ
て、アウタロータ同期電動機の容量を上げることができ
なくなる。

【００１４】そこで、第１，第２，第３及び第４の発明
の目的は、軽量で、車両の幅方向の限界寸法を超えるこ
となく、容量を上げることのできるアウタロータ電動機
を得ることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、台車に支
持された車軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子
と、車軸の両側に軸受を介して挿着された軸受枠と、こ
の軸受枠で挟持され内周に永久磁石が配設された車輪と
よりなるアウタロータ電動機である。

【００１６】また、第２の発明は、台車に支持された車
軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子と、車軸の
両側に軸受を介して挿着された軸受枠と、この軸受枠で
挟持され内周の軸方向に形成された複数の溝に永久磁石
が配設された車輪とよりなるアウタロータ電動機であ
る。

【００１７】さらに、第３の発明は、台車に支持された
車軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子と、車軸
の両側に軸受を介して挿着され側面に複数の通風穴とリ
ブが設けられた軸受枠と、この軸受枠で挟持され内周に
永久磁石が配設された車輪とよりなるアウタロータ電動
機である。

【００１８】また、第４の発明は、台車に支持された車
軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子と、車軸の
両側に軸受を介して挿着され側面に通風穴が設けられた
軸受枠と、この軸受枠で挟持され内周に永久磁石が配設
された車輪と、片側の軸受枠の外側に設けられ車軸の片
側を固定し片側の軸受枠の通風穴と対置する吐出口を形
成した風胴とよりなるアウタロータ電動機である。

【００１９】

【作用】第１の発明においては、車輪は界磁の磁路を兼
ね、電機子は車輪と同軸となり、この車輪の外側には車
軸の全長のほぼ２分の１だけが突き出ることになる。

【００２０】また、第２の発明においては、車輪は界磁
の磁路を兼ね、電機子は車輪と同軸となり、永久磁石は
車輪の円周に形成された各溝と軸受枠で挟持され、車輪
の外側には車軸の全長のほぼ２分の１だけが突き出るこ
とになる。

【００２１】さらに、第３の発明においては、車輪は界
磁の磁路を兼ね、電機子は車輪と同軸となり、この車輪
の外側には車軸の全長のほぼ２分の１だけが突き出ると
ともに、電機子はリブによって通風穴から送られた冷却
風で冷却されることになる。

【００２２】また、第４の発明においては、車輪は界磁
の磁路を兼ね、電機子は車輪と同軸となり、この車輪の
外側には車軸の全長のほぼ２分の１だけが突き出るとと
もに、電機子は風胴の吐出口から通風穴を経て送られた
冷却風で冷却されることになる。

【００２３】

【実施例】以下、第１，第２及び第３の発明のアウタロ
ータ電動機の一実施例を図面を参照して説明する。但
し、図９及び図10と重複する部分とは、同符号を付して
説明を省く。図１は、第１，第２及び第３の発明のアウ
タロータ電動機を示す半断面図で、従来の図10に対応す
る図、図２は、図１のＡ−Ａ断面拡大図、図３（ａ）
は、図１の右側面図（注；左側面図も同形状）である。

【００２４】図１，図２及び図３（ａ）において、車軸
２の中央部には、従来と同様に電機子鉄心３が図示しな
いキーを介して圧入され、この電機子鉄心３の両側に
は、環状の鉄心押え19Ａ，19Ｂが圧入され、電機子鉄心
３に固定されている。車軸２の左右には、電機子鉄心３
から等間隔の位置に、同形の軸受け６が軸側シールを介
して圧入されている。

【００２５】このうち、左側の軸受６の外周には、断面
略Ｕ字状の軸受枠５Ａの内周があらかじめ挿入され、右
側の軸受６の外周にも、左側の軸受枠５Ａと同形状の軸
受枠５Ｂの内周が対称的にあらかじめ挿入されている。
こららの軸受け枠５Ａ，５Ｂの側面には、図３（ａ）に
示すように、略台形状の複数の通風穴が環状に形成さ
れ、この通風穴にはエアーフィルタ８がそれぞれ挿着さ
れている。

【００２６】各通風穴の間に形成された図３（ａ）に示
すリブ９は、この図３（ａ）のＢ−Ｂ断面拡大詳細図を
示す図３（ｂ）及び、図１の左側の軸受枠５Ａの通風穴
の断面図を示す図３（ｃ）に示すように、約45°に傾斜
している。

【００２７】軸受枠５Ａの外周側の側面には、段付部５
ａが形成され、同様に軸受け枠５Ｂの外周側の側面に
は、段付部５ａよりも外径の大きい段付部５ｂが形成さ
れている。このうち、段付部５ａの外周には、環状の車
輪１の左端の内周が圧入され、この車輪１の右側の内周
には、右側の段付部５ｂの外周が圧入され、この結果、
車輪１の図１で示す内周面７は、電機子鉄心３の外周面
３ａと対置している。軸受枠５Ａの外周には、複数の図
示しない締付穴が形成され、この締付穴には、それぞれ
高張力ボルトが挿入され、軸受枠５Ａの外周は、この高
張力ボルトによって車輪１の左側面に設けられた図示し
ないめねじ穴を介して車輪１に締付けられている。同じ
く、軸受枠５Ｂの外周にも図示しない複数の締付穴が形
成され、軸受枠５Ｂの外周は、この締付穴の挿入された
高張力ボルトによって車輪１に締め付けられている。

【００２８】車輪１の内周には、図２に示すように、中
心を車軸１の軸心とした弧状の溝７が軸方向に等間隔に
形成され、これらの溝７には、弧状に形成された永久磁
石４が軸方向から挿着され、各永久磁石４の間には、短
い弧状のストッパ３が同じく軸方向から挿着されてい
る。これらの永久磁石４及びストッパ３の軸方向の両端
面は、図１に示すように、左右の軸受枠５Ａ，５Ｂの段
付部５ａ，５ｂの側面で軸方向への移動を防止されてい
る。電機子鉄心３の外周に形成された図示しないスロッ
トに挿入された電機子コイル18に片側が接続され、絶縁
皮覆されたリード線17の他端は、車両に搭載された図示
しない可変電圧可変周波数制御のインバータ電源に接続
されている。

【００２９】このように構成されたアウタロータ電動機
においては、電機子鉄心３は車輪１の内部に収納され、
車輪１から軸方向への突き出し長さは、ほぼ、片側の軸
受枠５Ａ又は５Ｂの厚さだけとなり、車輪１から外側へ
突き出る車輪２の長さをを減らすことができるので、こ
れらを支える台車の幅を車両の幅方向の限界寸法以内に
収めることができ、アウタロータ電動機の容量を上げる
こともできる。また、車輪１を環状とし、内周に永久磁
石７を収納することで、車輪１は磁路を兼ねることがで
き、軽量化を図ることができる。

【００３０】さらに、車両の走行中には、左右の軸受枠
５Ａ，５Ｂの回転によって、図３（ｂ），（ｃ）に示す
ように、斜めに形成したリブ９により、図３（ｂ），
（ｃ）において点線の矢印Ｃ１で示す左回転のときに
は、同じく点線の矢印Ｃ２に示すように外部の冷却風を
図１の矢印Ｂ１，Ｂ２に示すように貫流させる。逆に、
図３（ｂ），（ｃ）の実線の矢印Ｄ１で示す右回転のと
きには、同じく図３（ｂ），（ｃ）の実線の矢印Ｄ２に
示すように、逆方向に冷却風を貫流させて電機子鉄心３
や電機子コイル18を冷却する第３の発明のアウタロータ
電動機とすることができる。

【００３１】図４は、第３の発明のアウタロータ電動機
の他の実施例を示す半断面図で、図５は、図４の右側面
図（注；左側面も同形）である。この場合は、左右の軸
受枠25Ａ，25Ｂの外側にＬ字形の複数のリブ10を放射状
に等間隔に設けたもので、このリブ10を軸受枠25Ａ，25
Ｂの放熱フィンとしてアウタロータ電動機の冷却効果を
上げたものである。また、車輪21の両側面には、図４に
おいてコ字状の凹部21ａ，21ｂを全周に亘って形成する
とともに、これらの凹部21ａ，21ｂの間の薄肉部21Ｃに
は、図５で示すように弧状穴21ｄを連続して形成してい
る。

【００３２】この場合には、走行区間の環状条件が悪く
て、塵埃が多い軌道や、アウタロータ電動機の内部に雨
水が侵入するおそれがある車両にも適用でき、凹部21
ａ，21ｂと弧状穴21ｄを形成することで、車輪の軽量化
を図ることができる利点がある。

【００３３】図６は、第４の発明のアウタロータ電動機
を示す半断面図、図７は、図６の左側面拡大図で、強制
通風冷却形のときを示す。図６及び図７において、左側
の軸受枠26Ａの側面には、円形の通風穴26ａが図３と同
様に全周に亘って設けられ、右側の軸受枠26Ｂにも、同
様に円形の通風穴26ｂが対称的に設けられている。

【００３４】左側の軸受枠26Ａから突き出た車軸32の端
部には、図７の側面図に示すように、上部に略逆Ｔ字形
の二つ割形の風胴11Ａが挿入され、この風胴11Ａの下面
には、風胴11Ｂが取り付けられ、図示しないボルトで互
いに締め付けられている。

【００３５】このうち、風胴11Ａの中間上部には、円筒
状の通風筒12が縦に形成され、この通風筒12の上端に形
成されたフランジ12ａには、撓み風胴13が接続され、こ
の撓み風胴13の上端のフランジ部は、一点鎖線で示す台
車枠30の下端に取り付けられ、この台車枠30の内部に収
納された図１で示す通風ダクト14に接続されている。さ
らに、風胴11Ａ，11Ｂには、図７に示すように弧状の風
道11ａ，11ｂがそれぞれ形成されて互いに連通してい
る。

【００３６】台車枠30Ａの下面には、一対のばね座33Ａ
が固定され、風胴11Ａの上面にもばね座33Ａと同形のば
ね座33Ｂが固定され、これらのばね座33Ａ，33Ｂの間に
は、軸ばね15がそれぞれ挿着されている。車軸32に挿入
された上下の風胴11Ａ，11Ｂの嵌合部には、円板状の軸
蓋16の内側外周に形成された嵌合部が外側から挿入さ
れ、ボルト16ａで上下の風胴11Ａ，11Ｂの側面に固定さ
れている。

【００３７】このように構成されたアウタロータ電動機
においては、図示しない車両の床下に懸架された送風機
で除塵された清浄な冷却空気は、通風ダクト14から撓み
風胴13を経て、矢印Ｅ１に示すように通風筒12に送り込
まれる。すると、この冷却空気は、図７に示す環状の風
道11ａを経て、左側の軸受け枠26Ａの各通風穴26ａから
内部に矢印Ｅ２に示すように送り込まれた後、矢印Ｅ３
に示すように右側の通風穴26ｂから外部に排出される。

【００３８】この場合には、冷却空気として除塵された
空気を使うことで、電機子コイル18に付着する塵埃によ
る絶縁耐力の低下を防ぐことができるだけでなく、冷却
風量を増やすことができ、通電部の温度上昇を防ぐこと
ができるので、アウタロータ電動機を小形化することも
できる利点がある。なお、上下の風胴11Ａ，11Ｂに形成
した弧状の風道11ａ，11ｂは省いて、円形の吐出口を１
箇所だけ形成してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、台車に支持
された車軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子
と、車軸の両側に軸受を介して挿着された軸受枠と、こ
の軸受枠で挟持され溝に永久磁石が配設された車輪とで
アウタロータ電動機を構成することで、車輪で界磁の磁
路を兼ね、電機子を車輪と同軸とし、この車輪の外側に
車軸の全長のほぼ２分の１だけを突き出したので、軽量
で、車両の幅方向の限界寸法を超えることなく、容量を
上げることのできるアウタロータ電動機を得ることがで
きる。

【００４０】また、第２の発明によれば、台車に支持さ
れた車軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子と、
車軸の両側に軸受を介して挿着された軸受枠と、この軸
受枠で挟持され内周の軸方向に形成された複数の溝に永
久磁石が配設された車輪とでアウタロータ電動機を構成
することで、車輪で界磁の磁路を兼ね、電機子を車輪と
同軸とし、永久磁石を車輪の内周に形成された各溝と軸
受枠で挟持し、車輪の外側に車軸の全長のほぼ２分の１
だけを突き出したので、軽量で、車両の幅方向の限界寸
法を超えることなく、容量を上げることのできるアウタ
ロータ電動機を得ることができる。

【００４１】さらに、第３の発明によれば、台車に支持
された車軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子
と、車軸の両側に軸受を介して挿着され側面に複数の通
風穴とリブが設けられた軸受枠と、この軸受枠で挟持さ
れ内周に永久磁石が配設された車輪とでアウタロータ電
動機を構成することで、車輪で界磁の磁路を兼ね、電機
子を車輪と同軸とし、この車輪の外側に車軸の全長のほ
ぼ２分の１だけが突き出すとともに、電機子をリブによ
って通風穴から送られた冷却風で冷却したので、軽量
で、車両の幅方向の限界寸法を超えることなく容量を上
げることのできるアウタロータ電動機を得ることができ
る。

【００４２】また、第４の発明によれば、台車に支持さ
れた車軸と、この車軸の中間部に挿着された電機子と、
車軸の両側に軸受を介して挿着され側面に通風穴が設け
られた軸受枠と、この軸受枠で挟持され内周に永久磁石
が配設された車輪と、片側の軸受枠の外側に設けられ車
軸の片側を固定し片側の軸受枠の通風穴と対置する吐出
口を形成した風胴とでアウタロータ電動機を構成するこ
とで、車輪で界磁の磁路を兼ね、電機子を車輪と同軸と
し、この車輪の外側に車軸の全長のほぼ２分の１だけ突
き出すとともに、電機子を風胴の吐出口から通風穴を経
て送られた冷却風で冷却したので、軽量で、車両の幅方
向の限界寸法を超えることなく、容量を上げることので
きるアウタロータ電動機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１，第２及び第３の発明のアウタロータ電動
機の一実施例を示す半断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面拡大詳細図。

【図３】（ａ）は図１の側面図。（ｂ）は図１の右側面
から見た図３（ａ）のＢ−Ｂの断面図。（Ｃ）は図１の
左側面から見た図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図。

【図４】第３の発明のアウタロータ電動機の他の実施例
を示す半断面図。

【図５】図４の側面図。

【図６】第４の発明のアウタロータ電動機の一実施例を
示す半断面図。

【図７】図６の左側面図。

【図８】従来の鉄道車両の台車に取り付けられた駆動部
を示す図。

【図９】現在採用が検討されているアウタロータ電動機
の一例を示す縦断面図。

【図１０】図９の部分拡大詳細図。

【符号の説明】

１…車輪、２…車軸、３…電機子鉄心、４…永久磁石、
５Ａ，５Ｂ…軸受枠、６…軸受、７…溝、８…エアーフ
ィルタ、９，10…リブ、11Ａ，11Ｂ…風胴、11ａ，11ｂ
…風道、12…通風筒。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】台車に支持された車軸と、この車軸の中
間部に挿着された電機子と、前記車軸の両側に軸受を介
して挿着された軸受枠と、この軸受枠で挟持され内周に
永久磁石が配設された車輪とよりなるアウタロータ電動
機。
【請求項２】台車に支持された車軸と、この車軸の中
間部に挿着された電機子と、前記車軸の両側に軸受を介
して挿着された軸受枠と、この軸受枠で挟持され内周の
軸方向に形成された複数の溝に永久磁石が配設された車
輪とよりなるアウタロータ電動機。
【請求項３】台車に支持された車軸と、この車軸の中
間部に挿着された電機子と、前記車軸の両側に軸受を介
して挿着され側面に複数の通風穴とリブが設けられた軸
受枠と、この軸受枠で挟持され内周に永久磁石が配設さ
れた車輪とよりなるアウタロータ電動機。
【請求項４】台車に支持された車軸と、この車軸の中
間部に挿着された電機子と、前記車軸の両側に軸受を介
して挿着され側面に通風穴が設けられた軸受枠と、この
軸受枠で挟持され内周に永久磁石が配設された車輪と、
片側の前記軸受枠の外側に設けられ前記車軸の片側を固
定し前記片側の軸受枠の通風穴と対置する吐出口を形成
した風胴とよりなるアウタロータ電動機。