JP4859489B2 - Wheel drive structure for railway vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の車輪駆動構造、特に、左右の車輪を独立して駆動可能な鉄道車両用車輪駆動構造に関するものである。 The present invention relates to a wheel drive structure for a railway vehicle, and more particularly to a wheel drive structure for a railway vehicle capable of independently driving left and right wheels.
従来の鉄道車両は、例えば、特開2000−309269号公報(特許文献1)に記載されている。同公報に記載されている鉄道車両は、車体と、車体を支持する台車枠と、台車枠の左右に配置されて、左右の車輪の車輪速度を独立して制御可能な独立駆動コンポーネントとを備える。 A conventional railway vehicle is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-309269 (Patent Document 1). The railway vehicle described in the publication includes a vehicle body, a carriage frame that supports the vehicle body, and independent drive components that are arranged on the left and right sides of the carriage frame and that can independently control the wheel speeds of the left and right wheels. .
上記構成の鉄道車両は、左右の車輪が車軸によって連結された一体型車輪を備えた鉄道車両と比較すると、低床構造とすることができると共に、左右の車輪速度を独立して制御することによって曲線軌道を走行することができる利点を有している。また、左右の車輪速度を同一に維持することにより、一体型車輪を備えた鉄道車両と同様に、セルフステアリング効果を利用して曲線軌道を走行することもできる。 The railway vehicle having the above configuration can have a low floor structure as compared with a railway vehicle having integrated wheels in which left and right wheels are connected by an axle, and independently control the left and right wheel speeds. It has the advantage of being able to travel on a curved track. In addition, by maintaining the left and right wheel speeds the same, it is also possible to travel on a curved track using the self-steering effect as in the case of a railway vehicle equipped with integrated wheels.
上記構成の鉄道車両において、客室スペースを拡大するために独立駆動コンポーネントの小型化が求められている。同時に、高重量の鉄道車両を走行させる独立駆動コンポーネントは、大きなトルクを出力する必要がある。 In the railway vehicle having the above-described configuration, downsizing of the independent drive component is required in order to expand the cabin space. At the same time, independent driving components that run heavy rail vehicles need to output a large torque.
そこで、同公報に記載されている独立駆動コンポーネントは、駆動力を発生させるモータと、車輪と、モータの回転を減速して車輪に伝達する遊星減速機とを備えると記載されている。これにより、低トルク、高速回転の小型モータを採用した場合でも、車輪に高トルクの回転を伝達することができる。
上記公報に記載された独立駆動コンポーネントの減速機に採用されている遊星歯車機構の減速比は、歯車の強度等の観点から1/3〜1/6程度に設定されるのが一般的である。これは、独立駆動コンポーネントを小型化した場合に、鉄道車両の運行に必要なトルクを発生させるには不十分であり、十分な減速比を得るためには、減速機を多段構成とする必要がある。これは、減速機の重量およびサイズの増大を招き、コンパクト化が必要な独立駆動コンポーネントには不適切である。 The reduction gear ratio of the planetary gear mechanism employed in the independent drive component reduction gear described in the above publication is generally set to about 1/3 to 1/6 from the viewpoint of gear strength and the like. . This is inadequate to generate the torque required for railway vehicle operation when the independent drive component is downsized. To obtain a sufficient reduction ratio, it is necessary to have a multi-stage reduction gear. is there. This increases the weight and size of the reducer and is unsuitable for independently driven components that need to be compacted.
また、遊星歯車減速機は平行軸歯車等と比較すると大きな減速比を得ることができるが、遊星歯車減速機はサンギヤ、リングギヤ、ピニオンギヤおよびピニオンギヤのキャリヤとで構成されるので、部品点数が多くコンパクト化が難しいという問題がある。 A planetary gear reducer can obtain a large reduction ratio compared to a parallel shaft gear or the like, but the planetary gear reducer is composed of a sun gear, a ring gear, a pinion gear, and a pinion gear carrier, so it has a large number of parts and is compact. There is a problem that it is difficult.
そこで、本発明の目的は、鉄道車両の車輪を独立して駆動可能な鉄道車両用車輪駆動構造であって、鉄道車両の運行に必要なトルクを得ることができると共に、広い客室スペースを確保可能な鉄道車両用車輪駆動構造を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is a wheel drive structure for a railway vehicle that can independently drive the wheels of the railway vehicle, and can obtain a torque necessary for operation of the railway vehicle and can secure a wide cabin space. It is to provide a wheel drive structure for a railway vehicle.
この発明に係る鉄道車両用車輪駆動構造は、鉄道車両に取り付けられ、独立して回転駆動される2以上の車輪と、車輪それぞれに設けられて駆動力を伝達する駆動装置とを備える。駆動装置に注目すると、車輪の外方に配置され、偏心部を有するモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、車輪の端面に設けられた凹部の内部に配置され、モータ側回転部材の回転を減速して車輪に伝達する減速部とを有する。そして、減速部は、偏心部に回転自在に保持されて、モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、公転部材の自転運動を、モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して車輪に伝達する運動変換機構とを含む。 The wheel drive structure for a railway vehicle according to the present invention includes two or more wheels that are attached to the railway vehicle and are driven to rotate independently, and a drive device that is provided on each of the wheels and transmits a driving force. Paying attention to the driving device, the motor side rotating member is arranged outside the wheel and rotationally drives the motor side rotating member having an eccentric part, and the motor side rotating member is rotated inside the recess provided on the end surface of the wheel. And a speed reducer that decelerates and transmits the speed to the wheels. The speed reduction portion is rotatably held by the eccentric portion, and engages with a revolution member that performs a revolving motion around its rotation axis as the motor side rotation member rotates, and an outer peripheral portion of the revolution member. An outer peripheral engagement member that causes rotation of the revolving member, and a motion conversion mechanism that converts the rotation of the revolving member into a rotation about the rotation axis of the motor side rotation member and transmits the rotation to the wheel. .
上記構成のような、コンパクトで高減速比が得られる減速部とすることによって、モータ部が低トルクであっても、車輪に十分なトルクを伝達することが可能となる。このような小型で高出力の駆動装置を採用することにより、広い客室スペースを確保可能な鉄道車両用車輪駆動構造を得ることができる。 By adopting a compact speed reducing portion that can obtain a high speed reduction ratio as described above, it is possible to transmit sufficient torque to the wheels even when the motor portion has a low torque. By adopting such a small and high-power drive device, it is possible to obtain a wheel drive structure for a railway vehicle that can secure a wide cabin space.
好ましくは、駆動装置は、ケーシングに収容されて鉄道車両に固定され、車輪は、ケーシングに回転自在に保持される。これにより、鉄道車両用車輪駆動構造をさらに小型化することができる。 Preferably, the driving device is housed in a casing and fixed to the railway vehicle, and the wheels are rotatably held in the casing. Thereby, the wheel drive structure for railway vehicles can be further reduced in size.
この発明によれば、小型で高出力の駆動装置を採用することにより、鉄道車両の運行に必要なトルクを確保することができると共に、広い客室スペースを確保した鉄道車両用車輪駆動構造を得ることができる。 According to the present invention, by adopting a small and high-power drive device, it is possible to secure the torque required for the operation of the railway vehicle and to obtain a wheel drive structure for a railway vehicle that secures a wide cabin space. Can do.
以下、図1〜図4を参照して、この発明の一実施形態に係る駆動装置について説明する。 A driving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図4は、この発明の一実施形態に係る駆動装置を採用した鉄道車両31の概略図である。図4を参照して、鉄道車両31は、車体(図示せず)と、車体を支持する台車枠32と、台車枠32の左右に配置される車輪33a,33bと、左右の車輪33a,33bそれぞれの車輪速度を独立して制御可能な駆動装置34a,34bとを備える。
FIG. 4 is a schematic diagram of a
上記構成の鉄道車両31は、左右の車輪33a,33bが車軸によって連結された一体型車輪を備えた鉄道車両と比較すると、低床構造とすることができると共に、左右の車輪速度を独立して制御することによって曲線軌道を走行することができる利点を有している。一方で、鉄道車両31の運行に必要なトルクと広い客室スペースを確保するためには、小型で高減速比の減速部を備えた駆動装置34a,34bを採用する必要がある。
The
そこで、図1を参照して、鉄道車両31に採用する駆動装置34a,34bを説明する。なお、図1は、駆動装置34aの概略断面図である。なお、駆動装置34bも同様の構成であるので、説明は省略する。
Therefore, referring to FIG. 1, drive
図1を参照して、駆動装置34aは、駆動力を発生させるモータ部Aと、モータ部Aの回転を減速して出力する減速部Bとを備え、モータ部Aと減速部Bとはケーシング1に収納されて、図4に示すように鉄道車両31の台車枠32にボルト等によって機械的に締結される。
With reference to FIG. 1, the
モータ部Aは、ケーシング1に固定されるステータ3と、ステータ3の内側に軸方向の隙間を設けて配置されるロータ4と、ロータ4に嵌合してロータ4と一体回転するモータ側回転部材としての出力軸2とを備えるアキシアルギャップモータである。なお、ロータ4は、一端が転がり軸受5によってケーシング1に対して回転自在に支持され、他端が出力軸2と接続される。
The motor part A includes a
出力軸2は、モータ部Aの駆動力を減速部Bに伝達するためにモータ部Aから減速部Bにかけて配置され、一端がロータ4の軸方向端面に設けられた凹部に嵌合し、他端が車輪33aの端面に形成された凹部35内に転がり軸受6によって回転自在に支持されている。また、減速部B内に偏心部2a,2bを有する。さらに、2つの偏心部2a,2bは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消しあうために、180°位相を変えて設けられている。
The
減速部Bは、偏心部2a,2bに転がり軸受13によって回転自在に保持される公転部材としての曲線板12a,12bと、ケーシング1上の固定位置に保持され、曲線板12a,12bの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン14と、曲線板12a,12bの自転運動を車輪33aに伝達する運動変換機構とを備え、車輪33aの端面に形成された凹部35内に配置される。また、減速部Bの内部には、グリース等の潤滑剤が封入されており、この潤滑剤がモータ部Aに漏洩するのを防止するために、モータ部Aと減速部Bとの間には密封部材20が配置される。
The speed reduction part B is held at a fixed position on the
次に、図2を参照して、曲線板12aを説明する。なお、図2は、図1のII−IIにおける断面図である。また、曲線板12bも同様の構成であるので、説明は省略する。
Next, the
図2を参照して、曲線板12aは、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔17a,17bを有する。貫通孔17aは、曲線板12aの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン16を受け入れる。また、貫通孔17bは、曲線板12aの中心に設けられており、偏心部2aを挿通する。
With reference to FIG. 2, the
曲線板12aは、転がり軸受13によって偏心部2aに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受13は、偏心部2aに嵌合し、外径面に内側軌道面を有する内輪13aと、貫通孔17bの内壁面に嵌合し、内径面に外側軌道面を有する外輪13bと、内側軌道面および外側軌道面の間に配置された複数の転動体としての玉13cと、複数の玉13cを保持する保持器(図示せず)とを備える深溝玉軸受である。
The
外ピン14は、出力軸2の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。これは、曲線板12a,12bの公転軌道と一致するので、曲線板12a,12bが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン14とが係合して、曲線板12a,12bに自転運動を生じさせる。また、曲線板12a,12bとの接触抵抗を低減するために、曲線板12a,12bの外周面に当接する位置に針状ころ軸受14aを有する。
The
運動変換機構は、車輪33aに保持された複数の内ピン16と、曲線板12a,12bに設けられた貫通孔17aとで構成される。内ピン16は、一端が車輪33aに固定連結され、他端には車輪33aの脱落を防止する抜け止め部16bを有し、車輪33aの回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。また、曲線板12a,12bとの接触抵抗を低減するために、曲線板12a,12bの貫通孔17aの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受16aが設けられている。一方、貫通孔17aは、複数の内ピン16それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔17aの内径寸法は、内ピン16の外径寸法(針状ころ軸受16aを含む最大外径)より所定分大きく設定されている。
The motion conversion mechanism includes a plurality of
車輪33aは、転がり軸受19によってケーシング1に対して回転自在に支持されている。転がり軸受19は、ケーシング1の外径面に設けられた内側軌道面と、車輪33aの端面に形成された凹部35の内壁面に設けられた外側軌道面と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置された複数の転動体としての玉とを有する。また、凹部35の開口部には、凹部35内部に封入された潤滑剤の漏洩や、外部からの塵埃の混入を防ぐために、密封部材21が配置される。
The
次に、図3を参照して、減速部Bのさらに好ましい実施形態を説明する。なお、図3は、図1に示す偏心部2a,2b周辺の拡大図である。
Next, with reference to FIG. 3, a further preferred embodiment of the deceleration unit B will be described. 3 is an enlarged view around the
図3を参照して、出力軸2には、偏心部2a,2bに隣接する位置に、円板状で、中心から外れた位置に出力軸2と嵌合する貫通孔を有するカウンタウェイト18が配置されている。このカウンタウェイト18は、曲線板12a,12bの回転によって生じる偶力を打ち消すために、各偏心部2a,2bの外側に偏心部と180°位相を変えて配置される。
Referring to FIG. 3, the
ここで、曲線板12a,12bとカウンタウェイト18とは、図3に示すように、2枚の曲線板12a、12b間の中心点をGとし、中心点Gと各曲線板12a、12b中心との距離をL1、中心点Gと各カウンタウェイト18との距離をL2とし、中心点Gより右側の曲線板12aおよびカウンタウェイト18の質量をm1、中心点Gより左側の曲線板12bおよびカウンタウェイト18の質量をm2とし、これらの重心の回転軸心からの偏心量をそれぞれε1、ε2とすると、L1×m1×ε1=L2×m2×ε2を満たす関係となっている。
Here, as shown in FIG. 3, the
上記構成の駆動装置34aの作動原理を詳しく説明する。
The operation principle of the
モータ部Aは、例えば、ステータ3のコイルに交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または直流電磁石によって構成されるロータ4が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ4は高速回転する。
The motor unit A receives, for example, an electromagnetic force generated by supplying an alternating current to the coil of the
これにより、ロータ4に接続された出力軸2が回転すると、曲線板12a,12bは出力軸2の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン14が、曲線板12a,12bの曲線形状の波形と係合して、曲線板12a,12bを出力軸2の回転とは逆向きに自転運動させる。
Thereby, when the
貫通孔17aに挿通する内ピン16は、曲線板12a,12bの自転運動に伴って貫通孔17aの内壁面と当接する。このとき、貫通孔17aの内径寸法は、内ピン16の外径寸法より大きく設定されているので、内ピン16と貫通孔17aの内壁面とは、接触状態と非接触状態とを繰り返しながら相互に運動する。これにより、曲線板12a,12bの公転運動が内ピン16に伝わらず、曲線板12a,12bの自転運動のみが内ピン16を介して車輪33aに伝達される。
The
このとき、出力軸2の回転が減速部Bによって減速されて車輪33aに伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Aを採用した場合でも、車輪33aに必要なトルクを伝達することが可能となる。
At this time, since the rotation of the
なお、上記構成の減速部Bの減速比は、外ピン14の数をZA、曲線板12a,12bの波形の数をZBとすると、(ZA−ZB)/ZBで算出される。図2に示す実施形態では、ZA=12、ZB=11であるので、減速比は1/11と、非常に大きな減速比を得ることができる。
Note that the reduction ratio of the speed reduction unit B having the above-described configuration is calculated as (Z A −Z B ) / Z B where Z A is the number of
このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Bを採用することにより、コンパクトで高減速比の駆動装置を得ることができる。また、外ピン14および内ピン16の曲線板12a,12bに当接する位置に針状ころ軸受14a,16aを設けたことにより、接触抵抗が低減されるので、減速部Bの伝達効率が向上する。
As described above, by adopting the speed reducing unit B that can obtain a large speed reduction ratio without using a multistage configuration, a compact and high speed reduction ratio driving apparatus can be obtained. Further, the contact resistance is reduced by providing the
なお、上述の作動の説明では、モータ部Aに電力を供給してモータ部Aを駆動させ、モータ部Aからの動力を車輪33aに伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、車輪33a側からの動力を減速部Bで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Aに伝達し、モータ部Aで発電しても良い。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後でモータ部Aを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いてもよい。
In the above description of the operation, power is supplied to the motor unit A to drive the motor unit A, and the power from the motor unit A is transmitted to the
ところで、内ピン16の外径寸法は貫通孔17aの内径寸法より小さく、内ピン16と貫通孔17aの内周面とは接触状態と非接触状態とを繰り返しながら回転するので、モータ部Aの回転を円滑に駆動輪34に伝達する観点からは、内ピン16を複数設けることが望ましい。
By the way, the outer diameter of the
上記の実施形態に係る駆動装置を鉄道車両31に採用することにより、鉄道車両31の運行に必要なトルクを得ることができると共に、広い客室スペースを確保することができる。
By adopting the drive device according to the above-described embodiment for the
上述した実施形態では、減速部Bの曲線板12a,12bを180°位相を変えて2枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を3枚設ける場合は、120°位相を変えて設けるとよい。
In the above-described embodiment, two
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪33aに固定された内ピン16と、曲線板12a,12bに設けられた貫通孔17aとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Bの回転を車輪33aに伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪に形成された内ピンの外径より所定分大きい凹部とで構成される運動変換機構であってもよい。
Moreover, although the motion conversion mechanism in said embodiment showed the example comprised by the
また、上記の実施形態において、外ピン14および内ピン16に設けた軸受は、径方向の厚み寸法を小さくする観点から針状ころ軸受14a,16aとした例を示した。また、曲線板12a,12bを偏心部2a,2bに対して回転自在に支持する転がり軸受13として深溝玉軸受を採用した例を示した。しかし、これに限ることなく、例えば、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、アンギュラ玉軸受、4点接触玉軸受、自動調心ころ軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受を適用することができる。
Moreover, in said embodiment, the example which used the
また、外ピン14および内ピン16に設けた針状ころ軸受14a,16aは、針状ころを複列に配置した複列針状ころ軸受であって、2つの曲線板12a,12bとの当接部分にまたがって配置した例を示したが、これに限ることなく、単列の針状ころ軸受14a,16aを曲線板12a,12bそれぞれの当接部分に配置してもよい。
Further, the
また、上述した実施形態では、電動モータをステータとロータとの間にアキシヤルギャップを設けたものとしたが、電動モータはステータとロータとの間にラジアルギャップを設けたもの等、任意の型式のものを採用することができる。さらに、車輪のハブも実施形態のものに限定されることはなく、任意の型式のものを採用することができる。 In the above-described embodiments, the electric motor is provided with an axial gap between the stator and the rotor. However, the electric motor may be of any type such as a radial gap provided between the stator and the rotor. Can be adopted. Furthermore, the wheel hub is not limited to that of the embodiment, and any type of hub may be employed.
さらに、上述した実施形態では、モータ部Aの回転を減速部Bに伝達する出力部材として、出力軸2の例を示したが、これに限ることなく、任意の形状とすることができる。例えば、出力軸とロータを一体構成としたフランジ形状の出力部材であってもよい。
Furthermore, although the example of the
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
1 ケーシング、2 出力軸、2a,2b 偏心部、3 ステータ、4 ロータ、5,6 軸受、12a,12b 曲線板、13 転がり軸受、13a 内輪、13b 外輪、13c 玉、14 外ピン、14a,16a 針状ころ軸受、16 内ピン、16b 抜け止め部、17a,17b 貫通孔、18 カウンタウェイト、20,21 密封部材、31 鉄道車両、32 台車枠、33a,33b 車輪、34a,34b 駆動装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記車輪それぞれに設けられて駆動力を伝達する駆動装置と、を備え、
前記駆動装置は、
前記車輪の外方に配置され、偏心部を有するモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
前記車輪の端面に設けられた凹部の内部に配置され、前記モータ側回転部材の回転を減速して前記車輪に伝達する減速部と、を有し、
前記減速部は、
前記偏心部に回転自在に保持されて、前記モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、
前記公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、
前記公転部材の自転運動を、前記モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記車輪に伝達する運動変換機構と、を含む、鉄道車両用車輪駆動構造。 Two or more wheels attached to the railway vehicle and independently driven to rotate;
A driving device that is provided on each of the wheels and transmits a driving force,
The driving device includes:
A motor unit that is disposed outside the wheel and that rotationally drives a motor-side rotating member having an eccentric part; and
A reduction part that is disposed inside a recess provided on an end surface of the wheel, and that reduces the rotation of the motor-side rotation member and transmits the rotation to the wheel;
The deceleration part is
A revolving member that is rotatably held by the eccentric part and performs a revolving motion around its rotation axis as the motor side rotation member rotates;
An outer peripheral engagement member that engages with an outer peripheral portion of the revolution member and causes the revolution member to rotate.
A wheel drive structure for a railway vehicle, comprising: a motion conversion mechanism that converts a rotation motion of the revolution member into a rotation motion centered on a rotation axis of the motor side rotation member and transmits the rotation motion to the wheel.
前記車輪は、前記ケーシングに回転自在に保持される、請求項1に記載の鉄道車両用車輪駆動構造。 The drive device is housed in a casing and fixed to the railway vehicle,
The wheel drive structure for a railway vehicle according to claim 1, wherein the wheel is rotatably held by the casing.
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