JPH11334587A - 鉄道車両用電動台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】減速機等を介さずに輪軸をモータで直接駆動す
る直接駆動式電動機において、電動機の反トルクを支持
する手段、けん引力を伝達する手段を簡単にすることで
ある。 【解決手段】電動機枠１３に電動機はり１９を溶接等で
固定し、さらに台車枠１にブラケット等を介して電動機
はり支持部２０を設け、筒型の防振ゴム等の弾性体を介
して電動機はり１９を支持する。従来別々の機構により
支持していた電動機の反トルクとけん引力を、１つの機
構により支持することができるため、台車構造を簡略化
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、減速用歯車を介さ
ないで直接動輪を駆動する直接駆動式電動機を装備する
鉄道車両電動台車に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９、１０は従来の鉄道車両に用いられ
る電動台車の一例を示す平面図および正面図である。図
において、台車枠１は進行方向と直交する方向に延びる
横はり部１ａおよび進行方向に延びる側はり部１ｂを有
する。台車枠１の四方には、４つの軸ばね装置２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄが配置されている。

【０００３】二つの輪軸３は、それぞれ車軸３ａと車輪
３ｂから構成されている。台車枠１に取り付けた電動機
４は、歯車列等からなる減速機５に接続されている。輪
軸３は、車軸３ａ支持する軸箱装置６と軸ばね装置２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを介して台車枠１に取り付けられ
る。車体は、台車枠１上に設けた空気ばね３０により支
持される。電動機４が発生する駆動トルクは、減速機５
を介して輪軸３に伝達され、これにより車輪踏面におい
てけん引力が発生し、輪軸３から軸箱装置６、軸はり７
ａと弾性体７ｂからなる軸箱支持装置７に伝達され、さ
らに軸はり支持部８によって台車枠１に伝達される。

【０００４】この構造の場合、電動機４が発生する駆動
トルクの反作用として電動機枠１３にかかる反トルク
（以後、電動機の反トルクと称する）は、電動機４の台
車枠１への取り付け部で受けるので、電動機４の反トル
クを受けるための機構を特に設ける必要はない。上記の
減速機５を用いた電動台車に対し、減速機５を省き電動
機軸と輪軸を直接接続した直接駆動式電動機を用いた電
動台車が提案されている。

【０００５】図１１、１２は、特開昭５４−１３８２０
７号公報で示されている直接駆動式電動機を用いた電動
車両用駆動装置の具体例を示す平面図および正面図であ
る。図において、３相誘導電動機４の回転子９の軸を中
空軸とし、その中空軸１０の両端に複数の動力伝達爪１
１を形成し、この動力伝達爪１１を車輪３ｂの周方向に
円筒形状のゴム１２を介して挿入し、車軸３ａは中空軸
１０内に位置させたものである。

【０００６】なお、軸受１４は中空軸１０上に設けら
れ、電動機枠１３を支持する。電動機枠１３と一体に形
成されたアーム１５をゴム等の緩衝器１６を介して支持
棒１７に支持させ、この支持棒１７はピン１８によって
車体または台車に取り付けている。

【０００７】この構造によれば、車軸３ａ、中空軸１
０、３相誘導電動機４は同一軸上に配置されるため、３
相誘導電動機４の反トルクを受ける構造が必要となり、
アーム１５、緩衝器１６、支持棒１７がその役目を果た
している。

【０００８】一方、支持棒１７は前述したように車体ま
たは台車にピン１８により取り付けられているため、支
持棒１７はピン１８の軸まわりに回転できる。この場
合、アーム１５が水平方向（図１２の矢印の方向）に動
き得るため、アーム１５、緩衝器１６、支持棒１７では
けん引力を伝達できず、軸受６ａに図９に示すような軸
箱装置６および軸箱支持装置７を設けてけん引力を台車
枠１に伝達する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】直接駆動式電動機は、
減速機等を介さずに輪軸をモータで直接駆動するため、
台車構造の簡略化と低騒音化に有利である。しかし、直
接駆動式電動機を用いる場合、電動機と輪軸は同一軸上
に配置される構造をとるため、電動機の反トルクを支持
する手段が必要となる。図１１、１２の特開昭５４−１
３８２０７号公報記載の従来例では、アーム１５、緩衝
器１６、支持棒１７により電動機の反トルクを支持して
いる。

【００１０】また鉄道車両用電動台車では、電動機の駆
動トルクによるけん引力（車輪・レール間に作用する引
張力）を台車枠に伝達する手段が必要となり、図１１、
１２の特開昭５４−１３８２０７号公報記載の従来例で
は、けん引力を台車枠１に伝達するために軸箱装置６お
よび軸箱支持装置７を設けている。すなわち、特開昭５
４−１３８２０７号公報に示されている従来例では、電
動機の反トルクを受ける装置と、けん引力を伝達する装
置がそれぞれが必要となる。

【００１１】一方、図９、１０の従来例の軸箱支持装置
７は、弾性体７ｂにけん引力が作用した際の強度を考慮
すると、弾性体７ｂは相応の剛性が必要である。さら
に、軸箱支持装置７を台車の側はり部１ｂの下部に設け
るため、輪軸のヨーイング剛性が大きくなり、曲線走行
性能が低下する、すなわち曲線走行時の横圧（レールを
押し広げる方向の力）が大きくなるという問題があっ
た。

【００１２】ここで、輪軸のヨーイング剛性とは、台車
枠に対する輪軸の単位相対ヨーイング角（輪軸の重心を
通る軌道面の鉛直軸まわりの回転角）当たりの復元モー
メントであり、軸箱支持装置７の弾性体７ｂの前後方向
（図１０の矢印で示している方向）の１輪当たりのばね
定数をｋ、左右間隔をｌとすると、

【００１３】

【数１】

【００１４】で表わされる。この輪軸のヨーイング剛性
が小さいほど輪軸の自己操舵性が向上し、曲線走行性能
が向上する。このことについては、例えば日本機械学会
論文集（Ｃ編）５２巻４７４号（昭和６１年２月号）掲
載の論文「鉄道車両の高速走行安定性と曲線通過性能」
（須田ほか２名による）において述べられている。

【００１５】本発明は、直接駆動式電動機を装備する鉄
道車両電動台車に対して台車構造の簡略化を可能とし、
かつ曲線走行性能の向上を実現する構造を提供するもの
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の鉄道車両電動台車は、電動機枠と一体化
し、かつ台車枠に弾性体を介して取り付けられるはりを
設け、これによりけん引力を伝達し、かつ主電動機の反
トルクを支持するものである。

【００１７】本発明によれば、電動機枠と一体化したは
りが、けん引力を伝達する機能と、電動機の反トルクを
受ける機能を有するため、台車の部品点数を削減でき、
構造が簡略化される。また、電動機枠と一体化したはり
は、台車中心付近の任意の位置で支持できるため、台車
側はり部付近で支持している従来の方式に比べて輪軸の
ヨーイング剛性を低く設定でき、自己操舵性が向上し、
曲線走行性能を改善することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関する鉄道車両用
台車の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明の鉄道車両用台車の第１実施
例を示す平面図、図２は第１実施例の電動機はりの詳細
を示す正面断面図である。

【００２０】台車枠１の前後に車輪と車軸を一体化した
輪軸３を配置する。電動機枠１３は内部に図示していな
い固定子を配置し、その内側に図示していない回転子軸
に固定された回転子を有する構造を持ち、回転子軸は輪
軸３に駆動トルクを伝達する。電動機の構造は図１１に
示されているものとほぼ同じである。

【００２１】一方、電動機枠１３の両端付近に電車の移
動方向と平行に延びる電動機はり１９を溶接等で固定
し、さらに台車枠１側にブラケット等を介して電動機は
り支持部２０を設け、筒型の防振ゴム等の弾性体２１を
介して電動機はり１９を支持する。電動機はり支持部２
０は、台車枠１と電動機枠１３が平行な状態から、台車
枠１に対して電動機枠１３が時計方向および反時計方向
に各々約０．２５度の角度を採りうるように設定されて
いる。

【００２２】電動機はり支持部２０において、電動機の
反トルクは図２の実線矢印方向の力として働き、けん引
力は点線矢印方向の力として働くが、前述の構造により
両者を支持することができる。したがって本実施例で
は、けん引力はすべて電動機はり１９により伝達される
ので従来のような軸箱支持装置７を設ける必要はない。

【００２３】また、はり１９は、電動機の端部付近に固
定されるので電動機の横幅より大きくなることはない。
したがって、輪軸３のヨーイング剛性は、２本の電動機
はり１９の間隔ｌ’が、図９の従来の台車の電動機はり
１９の間隔ｌに比べ大幅に小さくなるため、輪軸３のヨ
ーイング剛性が大幅に低下し、曲線走行性能を向上でき
る。また、この間隔ｌ’の調整により、輪軸のヨーイン
グ剛性を調整することができる。

【００２４】図３は本発明の鉄道車両用台車の第２実施
例を示す平面図、図４は第２実施例の電動機はりの詳細
を示す正面断面図である。

【００２５】台車枠１の前後に車輪２と車軸を一体化し
た輪軸３を配置する。電動機枠１３は内部に固定子を配
置し、その内側に図示していない回転子軸を有する構造
を持ち、回転子軸は輪軸３に駆動トルクを伝達する。電
動機の構造は図１１に示したものとほぼ同じである。

【００２６】一方、電動機枠１３と電動機はり１９は電
動機はり固定部２２でピン２３で固定し、さらに台車枠
１にブラケット等を介して電動機はり支持部２０を設
け、筒型の防振ゴム等の弾性体２１を介して電動機はり
１９を支持する。電動機はり１９は、電車の移動方向に
沿って延びている。

【００２７】電動機はり支持部２０において、電動機の
反トルクは図４の実線矢印方向の力として働き、けん引
力は点線矢印方向の力として働くので、前述の構造によ
り両者を支持することができる。従って、本実施例でも
軸箱支持装置７を設ける必要はない。輪軸３のヨーイン
グ剛性については図１、２の第１実施例と同様である。

【００２８】本実施例のように電動機枠１３に電動機は
り１９をピン２３で固定する構造とすることにより、組
立時の作業性を向上できるほか、電動機はり固定部２２
を、ピン２３の軸まわりに回転自由な構造とすることに
より、輪軸３のヨーイング動作がスムーズになり操舵性
能の向上が可能となる。

【００２９】図５は本発明の鉄道車両用台車の第３実施
例を示す平面図である。電動機はり部の詳細図は示して
いないが、図２と基本的に同じ構造であり、２本の電動
機はり１９を１本とし、電動機のほぼ中央部に設けたも
のである。

【００３０】台車枠１の前後に車輪と車軸を一体化した
輪軸３を配置する。電動機枠１３は内部に固定子を取り
付け、その内側に図示していない回転子軸を有する構造
を持ち、回転子軸は輪軸３に駆動トルクを伝達する電動
機の構造は、図１１とほぼ同じである。

【００３１】一方、電動機枠１３の中央部に電車の移動
方向に延びる電動機はり１９を溶接等で固定し、さらに
台車枠１側にブラケット等を介して電動機はり支持部２
０を設け、図示していない筒型の防振ゴム等の弾性体を
介して電動機はり１９を支持する。その構造は図２、図
４に示したとおりである。

【００３２】この場合、電動機はり支持部２０の弾性体
の形状を変更する等、構造の変更により輪軸３のヨーイ
ング剛性を調整できる。ただし、電動機はり１９を１本
とすることにより、輪軸３のヨーイング剛性が極端に小
さくなるため、自己操舵性は向上するが、蛇行動（車輪
踏面に勾配を設けることに起因して発生する左右方向の
振動で、その安定性は一般に速度の増加に従って低下す
る）が安定である限界速度は低下する。従って、本実施
例は急曲線の多い区間を低速で走行する車両に適した構
造となる。

【００３３】図６は軸箱支持装置を併用した実施例を示
す正面（一部断面）図である。

【００３４】輪軸３は、その両端部に配置した軸箱装置
６に軸ばね受け２４を有し、軸ばね装置２を介して台車
枠１に取り付けられる。

【００３５】図示していない電動機はり１９により伝達
されるけん引力が過大となり、台車枠と輪軸の前後方向
（図６に矢印で示している方向）の相対変位が大きくな
った場合、軸ばね受け２４がストッパ２５に当たりけん
引力の一部を負担することによって、電動機はり１９が
負担するけん引力および電動機枠を車軸に支持する図示
しない軸受等に作用する力を軽減する効果が得られる。

【００３６】図７は軸箱支持装置を併用した他の実施例
を示す正面（一部断面）図である。

【００３７】輪軸３は、その両端部に配置した軸箱装置
６に軸ばね受け２４を有し、軸ばね装置２を介して台車
枠１に取り付ける。また台車枠１と軸ばね受け２４の間
に、接続棒２６を設け、台車枠側支持部２７、軸ばね受
け側支持部２８で結合する。

【００３８】台車枠側支持部２７は輪軸が操舵するため
に必要なヨーイング回転を許すため、図８に示すような
特性を持つ弾性体２９を介して接続棒２６と結合する。
この弾性体２９は図８に示すように中立位置（相対変位
が０）付近では引張力（けん引力負担分）が小さく、相
対変位が大きくなるに従い引張力が増大するような特性
とする。

【００３９】これにより台車枠１と輪軸３の相対変位が
大きくなると、接続棒２６で伝達される引張力も増加す
るため、電動機はりが負担するけん引力および電動機枠
を車軸に支持する図示しない軸受等に作用する力を軽減
する効果が得られる。ここで、弾性体２９は、台車枠側
支持部２７の代わりに軸ばね受け側支持部２８、あるい
はその両方に設けても同じ効果が得られる。

【００４０】図６、７の軸箱支持装置７は、けん引力を
伝達する部位に十分な強度があれば、必ずしも必要では
ない。また、本発明は実施例でとりあげた２軸台車に限
定されるものではなく、１軸台車、３軸台車等にも適用
できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
動機枠と一体化したはりに、けん引力の伝達と、電動機
の反トルク受けの２つの機能を持たせることによって、
台車構造が簡略化され、さらに輪軸のヨーイング剛性が
低減できるため輪軸の自己操舵性が向上し、曲線走行性
能を改善できる。

【００４２】また、軸箱支持部にけん引力伝達を補助す
る機構を設けることにより、電動機はりが負担するけん
引力および電動機枠を車軸に支持する軸受等に作用する
力を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄道車両用台車の第１実施例を示す平
面図である。

【図２】第１実施例の電動機はりの詳細を示す正面断面
図である。

【図３】本発明の鉄道車両用台車の第２実施例を示す平
面図である。

【図４】第２実施例の電動機はりの詳細を示す正面断面
図である。

【図５】本発明の鉄道車両用台車の第３実施例を示す平
面図である。

【図６】軸箱支持装置を併用した本発明の実施例を示す
正面（一部断面）図である。

【図７】軸箱支持装置を併用した本発明の他の実施例を
示す正面（一部断面）図である。

【図８】軸箱支持装置を併用した本発明の他の実施例に
おいて接続棒支持部に設ける弾性体の特性を示す図であ
る。

【図９】本発明の鉄道車両用台車に対する従来の技術を
示す平面図である。

【図１０】本発明の鉄道車両用台車に対する従来の技術
を示す正面図である。

【図１１】本発明の鉄道車両用台車に対する従来の技術
を示す平面図である。

【図１２】本発明の鉄道車両用台車に対する従来の技術
を示す正面図である。

【符号の説明】 １…台車枠、１ａ…横はり部、１ｂ…側はり部、２…軸
ばね装置、３…輪軸、３ａ…車軸、３ｂ…車輪、４…電
動機、５…減速機、６…軸箱装置、６ａ…軸受け、７…
軸箱支持装置、７ａ…軸はり、７ｂ…弾性体、８…軸は
り支持部、９…回転子、１０…中空軸、１１…動力伝達
爪、１２…円筒ゴム、１３…電動機枠、１４…軸受、１
５…アーム、１６…緩衝器、１７…支持棒、１８…ピ
ン、１９…電動機はり、２０…電動機はり支持部、２１
…弾性体、２２…電動機はり固定部、２３…ピン、２４
…軸ばね受け、２５…ストッパ、２６…接続棒、２７…
台車枠側支持部、２８…軸ばね受け側支持部、２９…弾
性体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減速用歯車を介さないで直接動輪を駆動
   する直接駆動式電動機を装備する鉄道車両用電動台車に
   おいて、一端が前記電動機の電動機枠と一体に設けられ
   るとともに、他端が台車枠に弾性体を介して取り付けら
   れるはりを設け、前記はりによりけん引力を前記台車枠
   へ伝達し、かつ前記電動機が発生する反トルクを支持す
   ることを特徴とする鉄道車両用電動台車。
2. 【請求項２】 請求項１において、けん引力の一部を前
   記台車枠に固定された軸箱支持装置を介して前記台車枠
   へ伝達することを特徴とする鉄道車両用電動台車。
3. 【請求項３】 減速用歯車を介さないで直接動輪を駆動
   する直接駆動式電動機を装備する鉄道車両用電動台車に
   おいて、一端が前記電動機の電動機枠と一体に設けられ
   るとともに、他端が回転を許す弾性体を介して台車枠に
   取り付けられるはりを設け、前記はりによりけん引力を
   前記台車枠へ伝達し、かつ前記電動機が発生する反トル
   クを支持することを特徴とする鉄道車両用電動台車。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、前記はりは
   電車の移動方向に延びている鉄道車両用電動台車。