JP4668434B2 - 鉄道車両用振子台車およびその台車の振子制御方法 - Google Patents

鉄道車両用振子台車およびその台車の振子制御方法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用振子台車およびその台車の振子制御方法に関し、詳しくは、振子枠を車両の幅方向へ駆動させるアクチュエータを備えた鉄道車両用振子台車およびその台車の振子制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の鉄道車両用振子台車としては、例えば、特開平4−173472号に示されたものがある。この台車では、図5に示したように、車体1を台車枠2に対して車両の幅方向に揺動可能に支持させ、さらに空気ばねを介して車体1と一体化した振子梁3を台車枠2に揺動自在に保持させるとともに、振子梁3と台車枠2との間に流体シリンダ4を装架させ、該流体シリンダ4によって振子梁3を台車枠2に対して揺動させるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような鉄道車両用振子台車では、複数の流体シリンダ4を振子梁3内に取付けなくてはならないため、多くのスペースを必要とする。しかしながら、例えば、軌間可変台車のように可変機構を備えた台車では、可変機構が台車内の多くのスペースを占有するため、床面高さが高くならないように押さえて流体シリンダ4の取付けスペースを確保することは難しい。
また、このような鉄道車両用振子台車では、振子梁3内に設けた流体シリンダ4の点検が困難であり、メンテナンスフリー化が望まれていた。
また、このような鉄道車両用振子台車では、流体シリンダ4の応答性が高くないため、より高性能な振子制御はできなかった。
【0004】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、車体を揺動させる駆動機構をコンパクトに構成するとともに、メンテナンスフリー化を可能にし、さらには応答性の高い鉄道車両用振子台車および振子制御方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項1記載の鉄道車両用振子台車100は、台車枠10に配置される枕梁20に、車両の揺動中心Oを中心として下方に向かって湾曲する円弧状底面(上面22a)を形成するとともに、車体下面に固定される振子枠30に、車両の揺動中心を中心として前記円弧状底面に対向する円弧状端面(下面31a)を形成し、前記枕梁の円弧状底面と前記振子枠の円弧状端面との間に、車両の幅方向への駆動力を前記振子枠に与えるリニアモータを構成し、前記枕梁に対する前記振子枠の移動を検出する位置検出装置(位置検出センサ74)を配設し、前記振子枠が前記枕梁の中立位置にあることを前記位置検出装置で検出することによって、前記リニアモータにより前記振子枠を中立位置にロックさせることを特徴としている。
【0006】
請求項1記載の発明によれば、振子枠(車体)を揺動させるアクチュエータとしてリニアモータを使用しているので、設置スペースが少なくて済み、例えば、軌間可変台車のような特殊な台車でも容易に組み込むことができ、大振子角度(例えば7°)を満足させても、車体床面高さを低くすることができ、さらには、磨耗部分が無いため、メンテナンスフリー化が図れる。
また、リニアモータは応答性が速いので、振り遅れが少なく、その時々に応じたリアルタイム応答を行えるので、自然振子(制御プログラムを使用しない)においても良好な性能が得られる。
また、振子枠が中立位置で確実にロックされるので、小曲線(例えば、曲線半径1200m以上)通過、或いは低速走行時(例えば、車速50km/時以下)の振子作用不要時に車体を中立位置に確実に維持することができる。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の鉄道車両用振子台車において、前記枕梁または前記振子枠の一方に、レールガイド61を配設するとともに、前記枕梁または前記振子枠の他方に、前記レールガイドに嵌合して車両の揺動中心を中心に円弧状に移動するガイドレール62を設けたことを特徴としている。
【0008】
請求項2記載の発明によれば、振子枠と枕梁との間隔、即ちリニアモータを構成する一方の部品と他方の部品との間隔が常に一定に確保されるので、安定した振子動作が得られる。
【0011】
請求項記載の発明は、請求項1又は2に記載の鉄道車両用振子台車の振子制御方法であって、前記リニアモータが任意の曲線路走行時に発生させる車体傾斜モーメントを、その曲線走行時に車体遠心力により発生する傾斜モーメントよりも小さく設定することを特徴としている。
【0012】
請求項記載の発明によれば、リニアモータによって超過遠心力をキャンセルさせて最適な振子角度となるようにでき、しかも逆方向に振れる虞れはない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の好適な実施の形態を説明する。
図1乃至図4は、鉄道車両用振子台車の要部を示しており、図1はリニアモータ部を断面にして示した正面図、図2は図1におけるA−A線による断面を示した拡大断面図、図3は図1に示した要部の平面図、図4はガイド部を断面にして示した正面図である。
【0014】
この鉄道車両用振子台車では、図1および図4に示したように、台車枠10,枕梁20,振子枠30等によって構成されている。枕梁20は空気ばね40を介して台車枠10に支持され、振子枠30は車体50に一体的に固定されている。そして、車体50は台車枠10に対して車両幅方向に揺動自在に後述するガイド部60によって支持されている。
【0015】
台車枠10は、図1および図2に示したように、車両の幅方向に装架された2本の横梁11と、横梁11の各側端間に装架された側梁12,12とによって構成されている。側梁12,12には図示しない軸箱が設置され、該軸箱を軸受として車輪13,13が取付けられている。
【0016】
枕梁20は、図1および図4に示したように、車両の幅方向に延設され、車両の前後方向中央部(厚み方向中央部)に凹部21を有している。この凹部21は、車両の幅方向へ延設されており、底面に台座22が設置され、台座22の上面22aは車体50の揺動中心Oを中心とする円弧状に形成されている(円弧状底面)。また、この枕梁20は、図2および図4に示したように、前面および後面(車両の前後方向前部および後部)にフランジ部23,23を有しており(図2参照)、該フランジ部23,23の上面23a,23aは車体50の揺動中心を中心とする円弧状にほぼ倣った形状に形成されている。
【0017】
振子枠30は、図1,図2および図3に示したように、車両の幅方向に延設され、車両の前後方向中央部(厚み方向中央部)に凸部31を有している。この凸部31は、車両の幅方向へ延設されており、下面31aは車体50の揺動中心Oを中心とする円弧状に形成されている(円弧状端面)。また、この振子枠30は前面および後面(車両の前後方向前部および後部)に縦壁32,32を有している(図2参照)。
【0018】
このように構成された枕梁20と振子枠30との間には、振子枠30を枕梁20に揺動可能に支持するガイド部60,振子枠30を枕梁20に対して車両の幅方向へ移動させるリニアモータ70,振子枠30を枕梁20の車両幅方向中央でロックする振子抑止装置80がそれぞれ配設されている。
【0019】
ガイド部60は、図2,図3および図4に示したように、枕梁20のフランジ部23の上面23aと凹部21を画成する縦壁20aにゴム等の弾性材からなる緩衝材24を介して設置された断面コ字形のレールガイド61と、振子枠30の縦壁32に設置された円弧状のガイドレール62とによって構成されている(図2参照)。そして、ガイドレール62は、図2に一部を拡大して円内に示したように、レールガイド61に画成される凹部61aに嵌合され、それらの間には、ボール63aが長円を成すように連続的に配設され、リニアガイド(例えば、NSK製リニアガイド)63が構成されている。したがって、振子枠30は、このリニアガイド63を介して枕梁20に揺動可能に支持され、振子枠30はリニアガイドのボール63aを転動させながら揺動する。
【0020】
リニアモータ70は、図1,図2および図3に示したように、振子枠30の凸部31の円弧状下面31aに設置された電磁コイル(リニアモータ1次側)71と、枕梁20の台座22の上面22aに設置されたリアクッションプレート(リニアモータ2次側)72とによって構成され、電磁コイル71はリアクッションプレート72と僅かな間隙をもって対向されている。
そして、このリニアモータ70によって、Gセンサ等によるカーブ検知と車両速度データ等を図示しない振子制御装置で処理し、超過遠心力をキャンセルする方向に振子枠30を作動させて、車両が曲線を通過するのに最適な振子角度となるようにすることができる。ただし、この場合に振子枠30が逆方向に振られないように、自然振子による遠心力により発生するモーメントを超えない範囲にリニアモータ70を制御する必要がある。
また、このリニアモータ70によって、予め曲線のデータを振子制御装置に記憶させ、制御プログラムに従って最適な振子角度となるように、振子枠30を移動させるようにすることもできる。
さらに、このリニアモータ70によって、振子枠30の中立位置からの変位量を計測し、その変位量に基づいて振子角α(図1参照)が最適な角度となるように振子枠30を移動させたりすることもできる。振子枠30の変位量の計測は、図3に示したように、枕梁20に計測用レール73を設置するとともに、振子枠30に位置検出センサ74を設置し、その位置検出センサ74で位置の確認が行える。
【0021】
振子抑止装置80は、図1および図2に示したように、振子枠30の車両幅方向中央に設置した電磁ソレノイド81と、枕梁20の車両幅方向中央に形成した孔82とによって形成され、電磁ソレノイド81のプランジャ81aを枕梁20の孔82に嵌入させることによって振子枠30を枕梁20にロックさせるようにしている。この振子抑止装置80は、上記位置検出センサ74によって振子枠30が中立位置にあることを検出し、それによって電磁ソレノイド81のプランジャ81aを枕梁20の孔82に嵌入させるようにしてもよい。
また、上記振子抑止装置80を採用することなく、リニアモータ70によって振子枠30を中立位置に保持させることもできる。
【0022】
なお、上記実施の形態は、本発明に係る鉄道車両用振子台車の一例を示したもので、この実施の形態に限定されることなく、本発明の特許請求の範囲内で、各種態様をとることができることは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、電磁コイル(リニアモータ1次側)71を振子枠30に設置し、リアクッションプレート(リニアモータ2次側)72を枕梁20に設置しているが、電磁コイル(リニアモータ1次側)71を枕梁20に設置し、リアクッションプレート(リニアモータ2次側)72を振子枠30に設置してもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態では、レールガイド61を枕梁20に設置し、ガイドレール62を振子枠30に設置しているが、レールガイド61を振子枠30に設置し、ガイドレール62を枕梁20に設置してもよい。
さらにまた、上記実施の形態では、電磁ソレノイド81を振子枠30に設置し、孔82を枕梁20に形成しているが、電磁ソレノイド81を枕梁20に設置し、孔82を振子枠30に形成してもよい。
【0023】
【発明の効果】
本発明の鉄道車両用振子台車によれば、振子枠(車体)を揺動させるアクチュエータとしてリニアモータを使用しているので、設置スペースが少なくて済み、例えば、軌間可変台車のような特殊な台車でも容易に組み込むことができ、大振子角度(例えば7°)を満足させても、車体床面高さを低くすることができ、さらには、磨耗部分が無いため、メンテナンスフリー化が図れる。
また、本発明の鉄道車両用振子台車によれば、リニアモータは応答性が良いため、振り遅れが少なく、その時々の状況に応じたリアルタイム応答を迅速に行えるので、自然振子(制御プログラムを使用しない)においても良好な性能を保つことができる。
さらにまた、本発明の振子台車の制御方法によれば、超過遠心力をキャンセルさせて最適な振子角度となるようにでき、しかも逆方向に振れる虞れはないので、曲線部を走行する時に、より信頼性の高い車両の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した鉄道車両用振子台車の要部を示したもので、リニアモータ部を断面にして示した正面図である。
【図2】図1におけるA−A線断面を示した拡大断面図である。
【図3】図1に示した鉄道車両用振子台車の平面図である。
【図4】本発明を適用した鉄道車両用振子台車の要部を示したもので、ガイド部を断面にして示した正面図である。
【図5】従来の振子台車を備えた鉄道車両を概念的に示した正面図である。
【符号の説明】
10 台車枠
20 枕梁
21 凹部
22 台座
22a 上面
23 フランジ部
23a 上面
30 振子枠
31 凸部
31a 下面
32 縦壁
40 空気ばね
50 車体
60 ガイド部
61 レールガイド
61a 凹部
62 ガイドレール
63 リニアガイド
70 リニアモータ
71 電磁コイル(リニアモータ1次側)
72 リアクションプレート(リニアモータ2次側)
80 振子抑止装置
81 電磁ソレノイド
81a プランジャ
82 孔

Claims (3)

  1. 台車枠に配置される枕梁に、車両の揺動中心を中心として下方に向かって湾曲する円弧状底面を形成するとともに、
    車体下面に固定される振子枠に、車両の揺動中心を中心として前記円弧状底面に対向する円弧状端面を形成し、
    前記枕梁の円弧状底面と前記振子枠の円弧状端面との間に、車両の幅方向への駆動力を前記振子枠に与えるリニアモータを構成し
    前記枕梁に対する前記振子枠の移動を検出する位置検出装置を配設し、
    前記振子枠が前記枕梁の中立位置にあることを前記位置検出装置で検出することによって、前記リニアモータにより前記振子枠を中立位置にロックさせることを特徴とする鉄道車両用振子台車。
  2. 請求項1に記載の鉄道車両用振子台車において、
    前記枕梁または前記振子枠の一方に、レールガイドを配設するとともに、前記枕梁または前記振子枠の他方に、前記レールガイドに嵌合して車両の揺動中心を中心に円弧状に移動するガイドレールを設けたことを特徴とする鉄道車両用振子台車。
  3. 請求項1又は2に記載の鉄道車両用振子台車の振子制御方法であって、
    前記リニアモータが任意の曲線路走行時に発生させる車体傾斜モーメントを、その曲線走行時に車体遠心力により発生する傾斜モーメントよりも小さく設定することを特徴とする鉄道車両用振子台車の振子制御方法。
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