JP2007186027A

JP2007186027A - 車輪の脱線防止及び制動装置

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Publication number: JP2007186027A
Application number: JP2006004608A
Authority: JP
Inventors: Taku Sasagawa; 卓笹川; Takayuki Kashiwagi; 隆行柏木
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP4767692B2

Abstract

【課題】レールの近傍にガードレールを敷設するとともに、前記車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置し、前記車輪の脱線防止ガードレールを渦電流ブレーキの２次導体として用いることにより、的確に車輪の脱線を防止及び制動をかけることができる車輪の脱線防止及び制動装置を提供する。
【解決手段】車輪の脱線防止装置において、レール１の近傍に所定間隔Ｄ₁をおいて車輪２，３の脱線ガードレール６，７を敷設するとともに、前記車輪２，３の脱線防止ガードレール６，７に対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置し、この車輪２，３の脱線ガードレールを渦電流ブレーキの２次導体として用いるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪の脱線防止及び制動装置に係り、特に車輪の脱線防止ガードレール及び制動装置に関するものである。

従来より、新幹線や在来線の速度向上における課題の一つにブレーキ力の確保が挙げられ、レールと車体に搭載されたリニア誘導モータ（ＬＩＭ）との間で吸引力を働かせてブレーキ力を増すようにした機構が提案されている（非特許文献１参照）。

かかるブレーキ機構は、車両の脱線を防止する機能を有するものでもある。

また、レールと車両に取り付けられた電磁石を設けた、電磁力による鉄道車両用脱線事故防止装置（下記特許文献１）や、レール頭頂面の損傷を来すことなく、車輪粘着係数の増加や脱線係数の低減を実現することができる、レールに対向した車両に取り付けられる電磁石を備えた鉄道車両用輪重制御装置及び方法（下記特許文献２）が提案されている。
坂本泰明，村井敏昭，笹川卓「交流励磁渦電流ブレーキの基礎検討」，電気学会リニアドライブ研究会，２００４年６月２４日，ｐｐ．１７〜２１特開２００３−２５９９２号公報特開昭５５−３６１４５号公報

しかしながら、上記した従来の技術は、車両にリニア誘導モータ（ＬＩＭ）を搭載する必要があり、また、レールと車体との間での渦電流を発生させるものであり、レールの状況によってはその機能が低下せざるを得ないものであった。

本発明は、上記状況に鑑みて、レールの近傍にガードレールを敷設するとともにそれに対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置することにより、的確に車輪の脱線を防止及び制動することができる車輪の脱線防止及び制動装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕車輪の脱線防止及び制動装置において、レールの近傍に所定間隔をおいて車輪の脱線防止ガードレールを敷設するとともに、前記車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置し、前記車輪の脱線防止ガードレールを渦電流ブレーキの２次導体として用いることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールの表面側をアルミニウム板で覆うようにしたことを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った内側に敷設することを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った内側であって、レール毎に敷設することを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った外側に敷設することを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕又は〔２〕記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った外側であって、レール毎に敷設することを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕又は〔２〕記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールの片側の近傍にのみ敷設することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）車輪の脱線防止及び制動装置において、レールの近傍に所定間隔をおいて車輪の脱線防止ガードレールを敷設するとともに、前記車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置し、前記車輪の脱線防止ガードレールを渦電流ブレーキの２次導体として用いるようにしたので、的確に車輪の脱線を防止するとともに、制動力（ブレーキ力）を増大することができる。

（２）車輪の脱線防止ガードレールの表面側をアルミニウム板で覆うようにしたので、ＬＩＭ（推進力発生装置）としても利用することができる。

（３）車輪の脱線防止ガードレールをレールに沿った内側に敷設することにより、車両側に搭載された車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置に通電して吸引力を発生することにより、脱線（逸脱）を的確に防止することができる。

（４）車輪の脱線防止ガードレールをレールに沿った外側に敷設することにより、車両側に搭載された車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置に通電して吸引力を発生することにより、車輪の乗り上がり脱線（逸脱）を的確に防止することができる。

本発明の車輪の脱線防止装置は、レールの近傍に所定間隔をおいて車輪の脱線防止ガードレールを敷設するとともに、前記車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置し、該車輪の脱線防止ガードレールを渦電流ブレーキの２次導体として用いるようにした。よって、的確に車輪の脱線を防止するだけでなく、制動力（ブレーキ）を増大させることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す車輪の脱線防止装置の模式断面図、図２はその敷設状況を示す斜視図、図３はその車輪の脱線防止装置によって脱線が防止される様子を示す図、図４は渦電流ブレーキ装置を備えたボギー台車の一例を示す図、図５はその渦電流ブレーキ装置を線路方向からみた図である。

これらの図において、１はレール、２，３はそのレール１上を走行する右車輪と左車輪、４はレール頭頂面、５は車輪踏面、６，７はレール１の内側に近接して敷設される車輪の脱線防止ガードレール、８，９は電気コイルである。

この実施例では、レール１の内側に所望の間隔Ｄ₁を設けて、右車輪２と左車輪３それぞれの車輪の脱線防止ガードレール６，７を敷設するようにした。

通常は、図３（ａ）に示すように、車輪２，３はレール頭頂面４上を走行しているが、例えば、図３（ｂ）に示すように、右車輪２がレール頭頂面４上を外れて乗り上がり脱線が起こりそうになっても、レール１の内側に所望の間隔Ｄ₁を設けて敷設されている本発明の車輪の脱線防止ガードレール７に左車輪３が接触してさらに右に移動することを妨げられるため、乗り上がり脱線を阻止することができる。

なお、図示しないが、上記した例とは反対側（左側）に車輪が移動して乗り上がり脱線が起こりそうになっても、同様に右車輪２が脱線防止ガードレール６に接触してさらに左に移動することを妨げられるため、車輪の乗り上がり脱線を阻止することができることは言うまでもない。

さらに、本発明は、上記した車輪の脱線防止ガードレール６，７の上方の車両側であって車輪の脱線防止ガードレール６，７に対向した位置に電磁石８，９を配置して、車輪の脱線防止ガードレール６，７を二次導体として渦電流ブレーキ装置を提供するようにしている。

図４および図５において、ボギー台車１１は、台車枠１２を備えている。台車枠１２の上部には、空気バネ等からなる車体支持装置（図示なし）を介して車体（図示なし）が載置される。台車枠１２の下部には、車輪１４と車軸１５が組み込まれている。車輪１４は、車軸１５の左右両側に圧入して固定されている。車輪１４の外側において、車軸１５の両端部には軸箱１６が外嵌されている。台車枠１２は、軸箱１６上において軸ばね１７を介して載置されている。

台車枠１２の前後方向中央部の下面には、支持部材１３を介して電気コイル８，９が取り付けられている。この電気コイル８，９が励磁されると、車輪の脱線防止ガードレール６，７は二次導体として機能し、渦電流が発生し、渦電流ブレーキとして作用する。なお、渦電流ブレーキ装置は台車枠ではなく、軸箱にも取り付けることができる。

図６は本発明の第２実施例を示す車輪の脱線（逸脱）防止装置の模式断面図、図７はその敷設状況を示す斜視図、図８はその車輪の脱線（逸脱）防止装置によって車輪の脱線（逸脱）が防止される様子を示す図である。

これらの図において、２１，２２は車輪の脱線（逸脱）防止ガードレールであり、その他は第１実施例の構成と同様である。

これらの図において、レール１の両外側には、車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール２１，２２を敷設するとともに、これらの車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール２１，２２の直上に電気コイル２３，２４を車両側に設けるようにしている。

通常は、図８（ａ）に示すように、車輪２，３はレール頭頂面４上を走行しているが、例えば、図８（ｂ）に示すように、右車輪２がレール頭頂面４上を外れて乗り上がり脱線（逸脱）が起こりそうになっても、レール１の外側に所望の間隔Ｄ₂を設けられて敷設されている本発明の車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール２１に右車輪２が接触してさらに右に移動することを妨げられるため、乗り上がり脱線（逸脱）を阻止することができるとともに、電気コイル２３，２４と車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール２１，２２との作用により車輪の脱線（逸脱）を防止するとともに、車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール２１，２２を渦電流ブレーキの２次導体として用いるようにしたので、的確に車輪の脱線を防止することができる。

また、結果的にブレーキ力を増大させることになり、特に、緊急時の制動距離の短縮にも有効である。なお、渦電流ブレーキ側の磁極配置を工夫することにより、吸引力とブレーキ力のどちらをより大きくするかの選択が可能である。磁極配置を切り換えることにより、両者の機能を切り換える配置も可能である。また、吸引力を発生させることもできるので、脱線転覆を未然に防止できる。さらにＬＩＭ（推進力発生装置）として利用する場合にはブレーキ力のみならず推進力を発生させることもできる。脱線検知や車両位置情報を利用することもできる。

なお、図示しないが、上記した例とは反対側（左側）に車輪が移動して乗り上がり脱線（逸脱）が起こりそうになっても、同様に左車輪３が脱線（逸脱）防止ガードレール２２に接触してさらに左に移動することを妨げられるため、乗り上がり脱線（逸脱）を阻止することができることは言うまでもない。

また、本発明の車輪の脱線防止装置又は脱線（逸脱）防止装置は、レールの敷設箇所によって、片側にのみ車輪が脱線（逸脱）する傾向がある敷設場所の場合には、車輪が脱線（逸脱）する傾向がある側にのみ敷設するようにしてもよい。

図９は本発明の第３実施例を示す鉄道車両が通過する曲線部に車輪の脱線（逸脱）防止ガードレールを敷設する例を示す平面図、図１０はそのレールの曲線部における車輪の脱線（逸脱）防止装置によって車輪の脱線が防止される様子を示す図である。

鉄道車両が曲線を通過するときには、曲線半径Ｒと列車速度に応じて曲線外側に向かって超過遠心力が作用する。

例えば、図９に示すようなレール３１の曲線部３２では、超過遠心力が働くため、鉄道車両は外側に移動しやすい。そこで、曲線部３２のレール３１のうち外軌側レール３１Ａの外側のみに車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール３３を配置するようにしてもよい。その場合には、外軌側レール３１Ａを内軌側レール３１Ｂよりは高くして、カントを付けるようにしている。

このように、本発明の車輪の脱線（逸脱）防止ガードレールは、より車輪が脱線（逸脱）する傾向がある側にのみ敷設するようにしてもよい。

さらに、レールの敷設箇所は、従来からのデータを考慮して車輪が脱線（逸脱）しやすいと思われる箇所に重点的に敷設するようにしてもよい。

また、本発明の車輪の脱線（逸脱）防止ガードレールは、地震による突然の鉄道車両のレールからの脱線を抑止することができる利点をも有している。

図１１は、本発明の他の実施例を示す車輪の脱線防止ガードレールの構成を示す図である。

この実施例では、車輪の脱線防止装置において車輪の脱線防止ガードレール４１の表面側にアルミニウム板４２を設けるようにした。したがって、ＬＩＭ（推進力発生装置）としても利用することができる。

また、車輪の脱線防止ガードレール４１そのものやそのガードレールと車両に取り付けられた電磁石との間のギャップを利用して、脱線検知や車両位置検知を行うこともできる。上記装置は元々のレールに対するレールブレーキ等と兼用することもできる。

また、ＤＣ渦電流ブレーキとして利用する場合、車輪の脱線防止または逸脱防止ガードレールがガードレールに流れる渦電流により発熱することになるが、車輪の脱線防止ガードレールはレールそのものと異なり進行方向に適当な間隔をとることができるため、温度上昇による挫屈を心配する必要がない。そのため温度上昇を気にすることなく常用および非常用渦電流ブレーキとして使用することができる。また、逸脱防止ガードレールを利用する場合、軌間がレールそのものより拡大されるので、台車ローリングに対する抗力が増し、地震や横風時の車輪浮き上がり防止効果が高まる。また、形状の制約がレールほど大きくないので、より渦電流が流れやすい・吸引力が発生しやすい構造や材料を選択することができ、ブレーキ量や吸引力を元々のレールを利用する場合に比べて向上させることができる。

なお、車輪の脱線防止ガードレールは、基本的にはある一定以上の速度が出る可能性のある全線に設置されることが望ましいが、特定の場所に限定して配置するようにしもよい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の車輪の脱線防止装置は、鉄道線路へ適用し、車両の安全運行に資することが可能である。

本発明の第１実施例を示す車輪の脱線防止及び制動装置の模式断面図である。本発明の第１実施例を示す車輪の脱線防止及び制動装置の敷設状況を示す斜視図である。本発明の第１実施例を示す車輪の脱線防止及び制動装置によって車輪の脱線が防止される様子を示す図である。本発明の第１実施例を示す渦電流ブレーキ装置を備えたボギー台車の一例を示す図である。本発明の第１実施例を示す渦電流ブレーキ装置を線路方向からみた図である。本発明の第２実施例を示す車輪の脱線（逸脱）防止及び制動装置の模式断面図である。本発明の第２実施例を示す車輪の脱線（逸脱）防止及び制動装置の敷設状況を示す斜視図である。本発明の第２実施例を示す車輪の脱線（逸脱）防止及び制動装置によって車輪の脱線が防止される様子を示す図である。本発明の第３実施例を示す鉄道車両が通過する曲線部に車輪の脱線（逸脱）防止ガードレールを敷設する例を示す平面図である。本発明の第３実施例を示すレールの曲線部における車輪の脱線（逸脱）防止及び制動装置によって車輪の脱線が防止される様子を示す図である。本発明の他の実施例を示す車輪の脱線防止及び制動ガードレールの構成を示す図である。

符号の説明

１，３１レール
２右車輪
３左車輪
４レール頭頂面
５車輪踏面
６，７，４１車輪の脱線防止ガードレール
８，９電気コイル
１１ボギー台車
１２台車枠
１３支持部材
１４車輪
１５車軸
１６軸箱
１７軸ばね
２１，２２，３３車輪の脱線（逸脱）防止ガードレール
３１Ａ外軌側レール
３１Ｂ内軌側レール
３２レールの曲線部
４２アルミニウム板

Claims

レールの近傍に所定間隔をおいて車輪の脱線防止ガードレールを敷設するとともに、前記車輪の脱線防止ガードレールに対向する渦電流ブレーキ装置を車両側に設置し、前記車輪の脱線防止ガードレールを渦電流ブレーキの２次導体として用いることを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。
請求項１記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールの表面側をアルミニウム板で覆うようにしたことを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。
請求項１又は２記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った内側に敷設することを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。
請求項１又は２記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った内側であって、レール毎に敷設することを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。
請求項１又は２記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った外側に敷設することを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。
請求項１又は２記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールに沿った外側であって、レール毎に敷設することを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。
請求項１又は２記載の車輪の脱線防止及び制動装置において、前記車輪の脱線防止ガードレールは前記レールの片側の近傍にのみ敷設することを特徴とする車輪の脱線防止及び制動装置。