JPH10248207A - 車軸発電機及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 よりコンパクトで取付け容易な車軸発電機を
提供する。 【解決手段】 径方向内側に所定の空間を有する形状の
ロータ１０１を車軸２の端部に同軸に取り付け、一方、
ステータ１０２はロータ１０１とは独立して車軸２の軸
箱４に対して固定されるように取り付け、ロータ１０１
と同軸に、かつ、前記空間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両等の車軸
に取り付けられる車軸発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、架線からの電源供給がなされない貨物車等の車両に
おいては、車軸に発電機を取り付けて、列車走行時にこ
の発電機から供給される電力により所要電力をまかなっ
ている。また、これとは別に、列車の速度検出を行うた
めに同様な発電機を車軸に取り付ける場合もある。例え
ば、実開昭５８−９００４９号公報には、車軸端部から
延設されたロータ軸にロータが取り付けられ、その外側
に、軸受を介してステータが配置された車軸発電機によ
り速度検出を行う技術が開示されている。しかしなが
ら、かかる従来の車軸発電機は、一定の直径を有するロ
ータ軸の外周にロータが設けられ、さらにその周りに、
軸受を介してステータが配置されるので、発電機全体と
して径方向に大きくなるのは避けられない。従って、例
えば既存の車両に車軸発電機を新設しようとすると、周
辺の部材に当たるなどの不都合が生じて、取付が困難と
なる場合があった。

【０００３】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、よりコンパクトで取付け容易な車軸発電機を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の車軸発電機は、
車軸（２）の端部に当該車軸と同軸に取付けられ、径方
向内側に所定の空間を有する形状のロータ（１０１）
と、前記ロータとは独立して前記車軸の軸箱（４）に対
して固定され、前記ロータと同軸に、かつ、前記空間に
配置されたステータ（１０２）とを備えたものである
（請求項１）。なお、括弧内は、後述する発明の実施の
形態の場合における対応部分の符号である（以下、同
様。）。このように構成された車軸発電機においては、
ロータの内側空間にステータが配置されるため、径方向
における空間の利用に無駄がない。従って、径方向に小
型化できる。また、ロータとステータとが互いに独立し
て取り付けられるので軸受を必要としない。従って、構
造が簡素であり、小型化しやすくなる。こうして、コン
パクトな車軸発電機が得られる。また、ロータの径が大
きいことにより磁極の取付面積を確保しやすくなるの
で、磁石を大きくして磁束を増大させることができる。
従って、発電電力も増大する。

【０００５】また、上記車軸発電機（請求項１）におい
て、ロータは、車軸の前蓋（８）に相当する部分（１０
１ｂ）を含み、前蓋取付孔（２ａ）を用いて取り付けら
れているものであってもよい（請求項２）。このように
構成された車軸発電機においては、ロータの一部は従前
の前蓋を兼用する部材となり、既存の車軸に設けられて
いる前蓋取付孔をそのまま利用してロータを取り付ける
ことが可能である。

【０００６】また、上記車軸発電機（請求項２）におい
て、ロータは車軸の端部部材（５）と嵌合し、その嵌合
部（１０１ｃ）におけるロータの寸法公差は前蓋と同等
であることが好ましい（請求項３）。このように構成さ
れた車軸発電機においては、前蓋と車軸との嵌合精度を
そのまま車軸とロータとの間で引き継ぐことができるの
で、ロータの回転軸と車軸の回転軸との軸心精度を確保
することができる。また、ロータと隣接する固定部との
間のシール構造における密封性も確保することができ
る。

【０００７】また、上記車軸発電機（請求項２）におい
て、ステータはセンタリング用軸部材（１０）を用いて
取り付けられるものであり、ロータの回転軸線上に当該
センタリング用軸部材の一端を安定保持する部材（１０
７）が設けられ、ステータの中心軸部に当該センタリン
グ用軸部材をその他端から貫通させ得る孔（１０２ａ）
が設けられているものであってもよい（請求項４）。こ
のように構成された車軸発電機においては、センタリン
グ用軸部材をロータの回転軸上に安定保持させることに
より、このセンタリング用軸部材がステータをセンタリ
ングしつつ所定の取付位置へ案内する作用をするので、
所定の位置に確実に、かつ、容易にステータを取り付け
ることができる。

【０００８】また、上記車軸発電機（請求項１）におい
て、軸箱に固定され、ロータと同心上に、かつ、ロータ
の径方向外側に配置されたブラケット（１０３）と、ス
テータが取り付けられ、ブラケットの端部に取り付けら
れたステータ取付板（１０４）とを備えたものであって
もよい（請求項５）。このように構成された車軸発電機
においては、ステータはブラケットとステータ取付板を
介して軸箱に固定される。従って、軸受を使用せずに簡
単な締結構造によりステータを取り付けることができ
る。

【０００９】また、上記車軸発電機（請求項５）におい
て、ステータ取付板にステータのリード線（１１１）を
挿通させるための孔（１０４ａ）が形成されているもの
であってもよい（請求項６）。このように構成された車
軸発電機においては、リード線を含むステータ全体がす
べてステータ取付板にのみ依存した取付形態となるの
で、ステータ又はロータのメンテナンス時にステータ取
付板を取り外すだけでステータを引き抜くことができ
る。

【００１０】また、本発明の車軸発電機の組立方法は、
車軸（２）の端部に当該車軸と同軸にロータ（１０１）
を取り付けるとともに、当該車軸の軸箱（４）に、前記
ロータと同心上にブラケット（１０３）を取り付け、雄
ねじ部（１０ｂ）を有するセンタリング用軸部材（１
０）を前記ロータの回転軸線上に安定保持し、雌ねじ部
（１０２ｂ）を有する貫通孔（１０２ａ）が中心軸部に
形成されたステータ部材（１０２，１０４）を、当該雌
ねじ部が前記センタリング用軸部材の雄ねじ部と螺合す
るように回転させながら所定の取付位置まで移動させ、
前記ステータ部材を前記ブラケットに固定し、その後、
前記センタリング用軸部材を螺脱して抜き取ることを特
徴とするものである（請求項７）。このような車軸発電
機の組立方法によれば、センタリング用軸部材がステー
タ部材をセンタリングしつつ所定の取付位置へ案内する
作用をするので、所定の位置に確実に、かつ、容易にス
テータ部材を取り付けることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態による
車軸発電機１を車軸２の端部とともに示す断面図であ
り、図２は当該車軸発電機１のみを図１のII−II線から
見た側面図、図３は当該車軸発電機１のみを図１のIII
−III線から見た断面図である。図１において、車軸２
は円錐ころ軸受３を介して軸箱４により回転自在に軸支
されている。車軸２の端部の外周部には、車軸２の端部
部材として、円筒状のちりよけ座５が設けられ、このち
りよけ座５は車軸２とともに回転する。円錐ころ軸受３
の固定側（外輪）に取り付けられたダストカバー７には
オイルシール６が設けられ、円錐ころ軸受３への異物等
の侵入を防止している。

【００１２】車軸発電機１は、ロータ１０１、ステータ
取付用のブラケット１０３、ステータ１０２及びステー
タ取付板１０４からなるステータ部材、並びに、速度セ
ンサ１０５を主たる構成要素として構成されている。ロ
ータ１０１は、径方向内側に空間を有する回転部材であ
り、円筒状のロータ本体部１０１ａと円盤状の前蓋部１
０１ｂとを一体に形成したものである。このロータ１０
１は、嵌合部１０１ｃを、外周面が研磨仕上げされたち
りよけ座５の先端に密嵌させた状態で、回転軸周りに１
２０度間隔（図３参照）で配置された３本のボルト１０
６によって車軸２の端部（取付孔２ａ）に取り付けられ
ている。ロータ１０１は所定の寸法公差で作られ、特に
嵌合部１０１ｃ内周は、ロータ１０１の回転軸線と車軸
２の回転軸線とを高精度に一致させ得るように、精度良
く仕上げられている。また、ロータ１０１の前蓋部１０
１ｂには溝１０１ｄが円環状に穿設されており、この溝
１０１ｄに、固定部であるダストカバー７の先端部が少
し入り込んでいる。ダストカバー７の先端部の外周面
は、溝１０１ｄの外側壁面との間に微小な隙間を形成す
るように面して、この部分からの異物等の侵入を抑制し
ている。

【００１３】上記ロータ１０１の回転軸線上には、テー
パねじ部１０７ａと六角柱部１０７ｂとからなる治具受
け部材（後述の組立治具１０の一端を固定する部材）１
０７が、そのテーパねじ部１０７ａを前蓋部１０１ｂの
中心部に螺合固定させて取り付けられている。六角柱部
１０７ｂは内部に孔１０７ｃが形成されていて（図３参
照）、この孔１０７ｃに、後述する組立治具１０の一端
が挿入される。また、ロータ本体部１０１ａの外周側の
全周には、歯車状に凹凸を形成してなる速度被検出部材
１０１ｅが設けられ、ロータ本体部１０１ａの内周側に
は、複数個の永久磁石を所定間隔で周方向に配列してな
る磁極１０１ｆが設けられている。

【００１４】一方、前記ブラケット１０３は、軸箱４へ
の取付のためのフランジ部１０３ａと円筒状のカバー部
１０３ｂとからなる。フランジ部１０３ａは図２に示す
ように、４箇所の取付孔１０３ｃを有していて、ボルト
（図示せず）により軸箱４に固定される。カバー部１０
３ｂは、ロータ１０１と同心上に、かつ、ロータ１０１
の径方向外側に配置されている（図３参照）。また、カ
バー部１０３ｂの上部には孔１０３ｄが設けられ、ここ
に速度センサ１０５が取り付けられ、前述の速度被検出
部材１０１ｅと対向している。

【００１５】ブラケット１０３の前方（図１の右方）端
部には円盤状のステータ取付板１０４が４本（図２参
照）のボルト１０８によって取り付けられている。ステ
ータ１０２は４本（図２参照）のボルト１０９によって
ステータ取付板１０４に取り付けられ、ロータ１０１と
同軸に、かつ、磁極１０１ｆとの間に所定のエアギャッ
プを保ってロータ１０１の径方向内側の空間に配置され
ている。すなわち、この車軸発電機１は、ステータ１０
２の外側にロータ１０１が配置された、アウターロータ
型の発電機である。このように構成された車軸発電機１
は、インナーロータ型に比べて空間の利用に無駄が無
く、コンパクトに構成される。また、ロータ１０１の内
径が大きくなるので、磁極１０１ｆの取付面積が大き
い。従って、磁極１０１ｆを形成する磁石を大きくする
ことができるので、磁束が増加して発電電力が大きくな
る。

【００１６】ステータ取付板１０４には貫通孔１０４ａ
が形成され、ここにブッシング１１２が取り付けられて
いる。ステータ１０２に巻装された複数個のコイル１１
０からのリード線１１１は、上記ブッシング１１２を通
って、外部に導出されている。これにより、リード線１
１１を含むステータ１０２のすべてはステータ取付板１
０４にのみ依存した取付形態となるので、例えば、メン
テナンス時にはステータ取付板１０４を外すだけでステ
ータ１０２を引き抜くことができる。ステータ１０２
は、中心軸部に、軸方向に貫通した孔１０２ａが形成さ
れており、その軸左端側には所定の雌ねじ部１０２ｂが
形成されている。また、軸右端側には、先端部だけが４
角柱状のテーパねじからなるキャップ１１３が螺着され
ている。

【００１７】以上のように構成された車軸発電機１にお
いて、ロータ１０１は車軸２に固定され、ステータ１０
２はブラケット１０３及びステータ取付板１０４を介し
て軸箱４に固定されていることにより、ロータ１０１及
びステータ１０２のそれぞれが、両者の間に所定のエア
ギャップを保ちつつ、互いに独立して取り付けられてい
る。すなわち、両者間に軸受のような機械的接続体は介
在していない。もちろん広義には、車軸２と軸箱４との
間に設けられた円錐ころ軸受３がこの役目を果たしてい
るが、少なくとも車軸発電機１の構成内には、かかる軸
受は存在しない。軸受が存在しないことによって車軸発
電機１の構造は簡素化され、径方向への寸法の増大も抑
えられるので、小型化に寄与する。なお、このような構
成においては、ロータ１０１を所定位置に取り付け、か
つ、ブラケット１０３、ステータ取付板１０４及びステ
ータ１０２を所定位置に取り付けることによって、ロー
タ１０１とステータ１０２との間の寸法公差は、車軸２
と軸箱４との間の一定の寸法公差によって規定されるこ
とになる。

【００１８】次に、既存車両の車軸に、上記の車軸発電
機１を取付る手順について説明する。図４は、車軸発電
機が取り付けられていない車軸２の端部の断面図である
（軸箱の図示は省略している。）また、図５は車軸発電
機１を取り付ける状態を示す断面図である。図４におい
て、車軸２の構造は前述の図１の構成と同一であるので
説明は省略する。ボルト１０６によって車軸２の端部に
取り付けられているのは前蓋８である。前蓋８の中心部
に設けられた孔はキャップ９によって閉塞されている。
この状態から、まず前蓋８を取り外す。次に図５に示す
ように、前蓋８の取付孔２ａをそのまま利用して、ボル
ト１０６によりロータ１０１を車軸２に取り付け、その
中心部に治具受け部材１０７を取り付ける。また、ブラ
ケット１０３を軸箱４に取り付ける。

【００１９】図４と図５との比較より明らかなように、
ロータ１０１の前蓋部１０１ｂは、ロータ１０１取付前
の前蓋８に相当する形状であり、ちりよけ座５及びダス
トカバー７との位置関係も同一である。また、ちりよけ
座５と嵌合するロータ１０１の前蓋部１０１ｂの嵌合部
１０１ｃにおける寸法公差は、ちりよけ座５と嵌合して
いた前蓋８の嵌合部８ｃ（図４）における寸法公差と同
等であるように製造されている。これにより、前蓋８を
取り外してロータ１０１を取り付けても、ちりよけ座５
と前蓋部１０１ｂとの嵌合精度は不変である。そもそ
も、ちりよけ座５はオイルシール構造に関与することか
ら一定の高精度な仕上げがなされており、従って、この
ちりよけ座５をロータ１０１取付のための基準とするこ
とができる。すなわち、ちりよけ座５に一定精度で取り
付ければ、ロータ１０１は車軸２に対して同軸配置さ
れ、所定の取付位置に正確に取り付けられる。

【００２０】次に、所定形状の組立治具１０を用意す
る。この組立治具１０は、丸棒状の嵌入部１０ａ、雄ね
じ加工された雄ねじ部１０ｂ、及び、４角柱部分を有す
る頭部１０ｃからなる全体として棒状の金属部材であ
り、機能的にはステータ１０２をロータ１０１の回転軸
と同軸に装着するためのセンタリング（軸合わせ）用軸
部材である。この組立治具１０の一端側、すなわち嵌入
部１０ａを治具受け部１０７の孔１０７ｃに挿入するこ
とにより、組立治具１０は治具受け部１０７に安定保持
される。

【００２１】次に、ステータ取付板１０４に取り付け済
みのステータ１０２を組立治具１０に外挿し、雄ねじ部
１０ｂの右端に雌ねじ部１０２ｂが当接したら、ステー
タ１０２を例えば時計回り方向に回転させて、雄ねじ部
１０ｂに雌ねじ部１０２ｂを螺合させる。これにより、
ステータ１０２は組立治具１０に案内されながら前進
し、ロータ１０１の内部へと入り込む。所定位置まで挿
入されたら、ボルト１０８によりステータ取付板１０４
をブラケット１０３に固定する。この状態において、組
立治具１０の頭部１０ｃはステータ取付板１０４より右
方に突出している。なお、一般にステータ１０２をロー
タ１０１の内部に配置する際には、ステータ１０２がロ
ータ１０１の磁極１０１ｆに吸引されるためセンタリン
グが非常に困難となるが、このような組立治具１０を用
いることにより、極めて容易にステータ１０２をセンタ
リングしながら取り付けることができる。

【００２２】次に、ステータ取付板１０４より突出して
いる取付治具１０の頭部１０ｃを例えば反時計回り方向
に回転させて取付治具１０をステータ１０２から螺脱し
て引き抜く。引き抜き後、キャップ１１３（図１）をス
テータ取付板１０４の中心部に取り付けて孔１０２ａを
閉塞する。最後に、速度センサ１０５（図１）を孔１０
３ｄに取り付ければ、組立は完了する。

【００２３】なお、本発明の車軸発電機は、既存車両の
車軸に新設する場合のみならず、新造の車両に取り付け
る場合にも、コンパクトであるため取付けが容易である
ことはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の車軸発電機によれば、ロータ
の内側空間にステータが配置されるため、径方向におけ
る空間の利用に無駄がない。従って、径方向に小型化で
きる。また、ロータとステータとが互いに独立して取り
付けられるので軸受を必要としない。従って、構造が簡
素であり、小型化しやすい。こうして、コンパクトな車
軸発電機が得られ、その取付も容易になる。特に、取付
上の制約の多い既存の車両の車軸に取り付けることが容
易になる点で実用性が高い。また、ロータの径が大きい
ことにより磁極の取付面積を確保しやすくなるので、磁
石を大きくして磁束を増大させることができる。従っ
て、発電電力が増大して、発電機としての能力向上にも
寄与する。

【００２５】請求項２の車軸発電機によれば、ロータは
従前の前蓋を兼用する部材となり、既存の車軸に設けら
れている前蓋取付孔をそのまま利用してロータを取り付
けることが可能であるので、既存車両の車軸への取付が
容易である。

【００２６】請求項３の車軸発電機によれば、車軸と前
蓋との嵌合精度をそのまま車軸とロータとの間で引き継
ぐことができるので、ロータの回転軸と車軸の回転軸と
の一致精度を確保することができる。従って、正確な取
付位置に確実に取り付けることができる。また、ロータ
と固定部との間のシール構造における密封性も確保する
ことができるので、車軸の軸受への異物侵入を防止する
ことができる。

【００２７】請求項４の車軸発電機によれば、センタリ
ング用軸部材を用いることができ、このセンタリング用
軸部材がステータをセンタリングしつつ所定の取付位置
へ案内する作用をするので、所定の位置に確実に、か
つ、容易にステータを取り付けることができる。従っ
て、組立が簡単・確実である。特に、このようなセンタ
リング用軸部材を用いることにより、ステータがロータ
の磁石に吸引されても取付を妨げられることがない点で
実用性が高い。

【００２８】請求項５の車軸発電機によれば、ステータ
はブラケットとステータ取付板を介して軸箱に固定され
るので、軸受を使用せずに簡単な締結構造によりステー
タを取り付けることができる。従って、組立が簡単であ
る。

【００２９】請求項６の車軸発電機によれば、リード線
を含むステータ全体がすべてステータ取付板にのみ依存
した取付形態となるので、ステータ又はロータのメンテ
ナンス時にステータ取付板を取り外すだけでステータを
引き抜くことができる。従って、メンテナンスが容易
に、かつ、迅速に行えるようになる。

【００３０】請求項７の車軸発電機の組立方法によれ
ば、センタリング用軸部材がステータ部材をセンタリン
グしつつ所定の取付位置へ案内する作用をするので、所
定の位置に確実に、かつ、容易にステータ部材を取り付
けることができる。従って、組立が簡単・確実である。
特に、このようなセンタリング用軸部材を用いることに
より、ステータがロータの磁石に吸引されても取付を妨
げられることがない点で実用性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による車軸発電機を、車軸
の端部とともに示す断面図である。

【図２】図１に示す車軸発電機を、図１のII−II線から
見た側面図である。

【図３】図１に示す車軸発電機を、図１のIII−III線か
ら見た断面図である。

【図４】車軸発電機が取り付けられていない車軸の端部
の断面図である。

【図５】図１に示す車軸発電機を車軸に取り付ける状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 車軸発電機 ２ 車軸 ２ａ 取付孔 ３ 円錐ころ軸受 ４ 軸箱 ５ ちりよけ座 ８ 前蓋 １０ 組立治具（センタリング用軸部材） １０ａ 嵌入部 １０ｂ 雄ねじ部 １０１ ロータ １０１ｂ 前蓋部 １０１ｃ 嵌合部 １０２ ステータ １０２ａ 孔 １０２ｂ 雌ねじ部 １０３ ブラケット １０４ ステータ取付板 １０４ａ 貫通孔 １０７ 治具受け部材 １１１ リード線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車軸の端部に当該車軸と同軸に取付けら
   れ、径方向内側に所定の空間を有する形状のロータと、 前記ロータとは独立して前記車軸の軸箱に対して固定さ
   れ、前記ロータと同軸に、かつ、前記空間に配置された
   ステータとを備えたことを特徴とする車軸発電機。
2. 【請求項２】前記ロータは、前記車軸の前蓋に相当する
   部分を含み、前蓋取付孔を用いて取り付けられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の車軸発電機。
3. 【請求項３】前記ロータは前記車軸の端部部材と嵌合
   し、その嵌合部における前記ロータの寸法公差は前記前
   蓋と同等であることを特徴とする請求項２記載の車軸発
   電機。
4. 【請求項４】前記ステータはセンタリング用軸部材を用
   いて取り付けられるものであり、前記ロータの回転軸線
   上に当該センタリング用軸部材の一端を安定保持する部
   材が設けられ、前記ステータの中心軸部に当該センタリ
   ング用軸部材をその他端から貫通させ得る孔が設けられ
   ていることを特徴とする請求項２記載の車軸発電機。
5. 【請求項５】前記軸箱に固定され、前記ロータと同心上
   に、かつ、前記ロータの径方向外側に配置されたブラケ
   ットと、 前記ステータが取り付けられ、前記ブラケットの端部に
   取り付けられたステータ取付板とを備えたことを特徴と
   する請求項１記載の車軸発電機。
6. 【請求項６】前記ステータ取付板に前記ステータのリー
   ド線を挿通させるための孔が形成されていることを特徴
   とする請求項５記載の車軸発電機。
7. 【請求項７】車軸の端部に当該車軸と同軸にロータを取
   り付けるとともに、当該車軸の軸箱に、前記ロータと同
   心上にブラケットを取り付け、 雄ねじ部を有するセンタリング用軸部材を前記ロータの
   回転軸線上に安定保持し、 雌ねじ部を有する貫通孔が中心軸部に形成されたステー
   タ部材を、当該雌ねじ部が前記センタリング用軸部材の
   雄ねじ部と螺合するように回転させながら所定の取付位
   置まで移動させ、 前記ステータ部材を前記ブラケットに固定し、その後、 前記センタリング用軸部材を螺脱して抜き取ることを特
   徴とする車軸発電機の組立方法。