JP4867004B2

JP4867004B2 - 車上分岐システム

Info

Publication number: JP4867004B2
Application number: JP2006020081A
Authority: JP
Inventors: 義大須田; 世彬林; 洋平道辻
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY; University of Tokyo NUC
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY; University of Tokyo NUC
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: JP2007196933A

Description

本発明は、線路側に可動部がなく、鉄道車両側の構造・制御により分岐機能を実現する車上分岐システムに関する。

鉄道車両の分岐システムとしては、特許文献１に示される地上分岐システムが採用されている。
この地上分岐システムは図９に示すように、分岐部をポイント部、リード部およびクロッシング部に分け、ポイント部には可動部としてのトングレールを配置し、リード部にはクロッシング部の各レールにつながるリードレールを配置し、図９（ａ）のトングレール位置ではＡ軌道に、（ｂ）のトングレール位置ではＢ軌道に切り替わる。

特開２００５−２６３００９号公報

特許文献１に開示されるようなトングレールを用いた地上分岐システムにあっては、安全を図るため、トングレール位置が正しい方向に完全に切り替わっているか否かを確認した後に、分岐部に進入しなければならない。このため、分岐部を通過する際にはいつでも停止できる速度まで落とさなければならず、高速化の妨げになっている。

また、ポイント切替のタイムラグを切り詰めるという地上設備の改良では、スムーズな交通システムの構築には限界がある。

上記の課題を解消するため、本発明は従来のトングレールを用いた地上分岐システムを根本から見直し、鉄道車両側に分岐機能を持たせるようにした。具体的には、鉄道車両はアクティブな操舵機能を有する台車を備え、また線路の分岐部には車輪のフランジ部が乗り上げて車輪踏面をレールから離すことでレールによる車両の走行方向の規制をなくして車輪を操舵することを可能とするフランジウェイ部が設けられた構成とした。

前記アクティブな操舵はアクチュエータにて行う。具体的には、直動型または回動型の電磁支持部材、油圧型または空気圧型のシリンダユニット等が考えられる。また、操舵の具体的な構成としては、左右の車輪ユニットをステアリングリンクにて連結し、このステアリングリンクを操舵用アクチュエータによって操作することが考えられるがこれに限定されない。

また、台車の形態としてはボギーフレームの左右に独立回転可能な車輪ユニットが設けられた独立回転台車に限らず、車軸の両端に車輪が取り付けられた通常の輪軸台車或いは左右の車輪を独立に駆動することができる独立回転車輪であってもよい。

また、前記フランジウェイ部の配置構成としては、フランジウェイ部を一方のレールの内側に設けることで、他方のレールに車輪を押し付ける構成が考えられる。このようにすることで、安定した走行が可能になる。

本発明によれば、地上にトングレールなどの分岐機を設けることなく、車上からの操作で所定の方向にアクティブに走行方向の切替ができるので、ポイント切替のための確認時間や切替のタイムラグを無くすことができ、特に都市部における過密な道路状況においても円滑な走行を実現することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る車上分岐システムの実施に用いる線路の分岐部の平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ部分におけるレールと車輪との関係を示す図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ部分におけるレールと車輪との関係を示す図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ部分におけるレールと車輪との関係を示す図である。

分岐部では線路Ａから線路Ｂが分岐している。そして、線路Ａはレール１、１にて構成され、線路Ｂはレール２、２から構成され、それぞれのレールの内側部分に車輪３のフランジ部３ａが乗り上げるフランジウェイ部４が設けられている。

フランジウェイ部４は従来のポイント部、リード部及びクロッシング部に設けられ、先端部分４ａは登り勾配となっており、後端部分４ｂは下り勾配となっており、車輪３が最初に乗り上げる際および車輪３の踏面３ｂがレール上に戻る際に衝撃が生じないようにしている。

即ち、車両位置が分岐部よりも手前側のときには、図２（ａ）に示すように、車輪３の踏面３ｂがレール上に乗っている。そして、車輪３がポイント部まで走行してくると、図２（ｂ）に示すように、左右の車輪３のフランジ部３ａがフランジウェイ部４に乗り上げ、踏面３ｂがレール１から離れる。

フランジウェイ部４に乗り上げることで、レールによる車両の走行方向の規制がなくなる。そこで、運転者またはコンピュータが線路Ａに沿って直進するのか、線路Ｂに沿って曲がるのかを決定し、後述する機構によって車輪を操舵する。

図２（ｃ）は線路Ｂに沿って曲がる場合であり、この場合には曲線部分を構成する外側レール２の内側部分にフランジウェイ部を設けない空白部分４ｃを設けている。この空白部分４ｃを設けることで、車両は若干外側に傾き、外側の車輪３の踏面３ｂが外側レール２に押し付けられ、走行が安定する。

図３は本発明に係る車上分岐システムの実施に用いる自己操舵台車の平面図であり、自己操舵台車は平面視でコ字状をなすボギーフレーム１０に左右一対の車輪ユニット１１，１１を独立回転可能に支持している。車輪ユニット１１は軸箱１２に回転自在に支持される軸１３とこの軸１３に取付けられる車輪３から構成され、前記軸箱１２はボギーフレーム１０に水平面内で回転自在に支持されている。

また前記車輪ユニット１１，１１間はステアリングリンク１４にて連結されている。ステアリングリンク１４は軸箱１２から前方（後方）に延びる前後メンバー１５，１５とこれら前後メンバー１５，１５間にピン１６を介して連結される横メンバー１７からなり、横メンバー１７とボギーフレーム１０間にアクチュエータとして機能する直動型電磁支持部材２０を連結している。アクチュエータとしては油圧タイプ、ラックピニオンタイプなど各種アクチュエータを用いることが可能である。

前記したフランジウェイ部４上での操舵の他に、予め分かっている軌道の曲率変化に応じてアクチュエータを伸縮動せしめてアクティブ制御することで、車輪の軌道に対する応答遅れを防止することができる。

図４は同直動型電磁支持部材の断面図、図５は同直動型電磁支持部材の回路図であり、直動型電磁支持部材２０は、シリンダ２１内にピストン２２が摺動自在に挿着され、シリンダ２１内にはＤＣモータ２３、減速ギヤ２４、ボールネジ２５、ナット２６が組み込まれている。

ＤＣモータ２３を駆動することで直動型電磁支持部材２０はアクチュエータとして機能する。即ち、ＤＣモータ２３を駆動しボールネジ２５を回転させ、このボールネジ２５と螺合するナット２６を螺進させることで支持部材全体が伸縮動し、これによってステアリングリンク１４を介して車輪３が操舵される。
またＤＣモータ２３の軸を外力よって回転せしめることによって直動型電磁支持部材２０はダンパーとして機能する。即ち、ＤＣモータ２３に通電していないときに、直動型電磁支持部材２０に軸方向の外力が作用すると当該外力に応じてピストン２２が軸方向に移動し、この移動によりナット２６を介してボールネジ２５が回転せしめられ、このボールネジ２５と連結しているＤＣモータ２３の軸が回転し、ＤＣモータ２３は発電する。この抵抗によってダンパー機能を発揮する。尚、発生した電力は回路の抵抗Ｒの部分で発熱に変えるか蓄電することも可能である。

尚、前記回路の抵抗Ｒの代わりに、例えばソレノイドに生じる電圧が所定値に至るとソレノイドに流れる電流を所定の一定値に制御するような電流制限素子を備えた電流制限回路を設けることで、電磁支持部材のダンパーとしての減衰力特性を任意に調整することができる。

図６（ａ）は回転型の電磁支持部材２７を適用した別実施例の平面図、（ｂ）は（ａ）に示した別実施例の側面図であり、この実施例にあっては一方の車輪ユニット２の上方に回転型の電磁支持部材２７を配置し、前記同様、ステアリングリンク１４を介して車輪３を操舵する。

図７は回転型電磁支持部材の更なる別実施例の平面図であり、この実施例にあってはステアリングリンクを設けず、車輪ユニット１１，１１を夫々の電磁支持部材２７で個別に制御するようにしている。

図８（ａ）〜（ｃ）は仮想ステアリングリンクモデルを説明した図であり、分岐部手前で車輪の左右変位ｙ_ｗを目標軌道ｙ_ｄ追従させるには、各車輪３，３から仮想車軸３１，３１を延長し、これら仮想車軸３１，３１を仮想リンクで連結し、この仮想リンクと目標軌道ｙ_ｄとの交点と台車中心との距離をＬとする。
そして、このとき目標角度から車輪のヨー角までの差を目標操舵角（ψ_ｄ）として、ψ_ｄ＝（ｙ_ｄ−ｙ_ｗ）／Ｌと考え、左右変位ｙ_ｗと目標軌道ｙ_ｄとが一致するまで制御する。

図示例では、台車として左右一対の車輪ユニットが独立回転可能な自己操舵台車を例示したがこれに限定されない。またアクチュエータとして直動型及び回転型の電磁支持部材を示したがこれらに限定されない。

本発明に係る車上分岐システムの実施に用いる線路の分岐部の平面図（ａ）は図１のＡ−Ａ部分におけるレールと車輪との関係を示す図（ｂ）は図１のＢ−Ｂ部分におけるレールと車輪との関係を示す図（ｃ）は図１のＣ−Ｃ部分におけるレールと車輪との関係を示す図本発明に係る車上分岐システムの実施に用いる自己操舵台車の平面図直動型電磁支持部材の断面図直動型電磁支持部材の回路図別実施例に係る自己操舵台車の平面図別実施例に係る自己操舵台車の平面図（ａ）〜（ｃ）は仮想ステアリングリンクモデルを説明した図従来の地上分岐システムを説明した図

符号の説明

１，２…レール、３…車輪、３ａ…フランジ部、３ｂ…踏面、４…フランジウェイ部、４ａ…フランジウェイ部の先端部、４ｂ…フランジウェイ部の後端部、４ｃ…フランジウェイ部の空白部分、１０…ボギーフレーム，１１…車輪ユニット、１２…軸箱、１３…軸、１４…ステアリングリンク、１５…前後メンバー、１６…横メンバー、２０…アクチュエータとして機能する直動型電磁支持部材、２１…シリンダ、２２…ピストン、２３…ＤＣモータ、２４…減速ギヤ、２５…ボールネジ、２６…ナット、２７…回転型の電磁支持部材、３１…仮想軸、Ａ，Ｂ…線路。

Claims

鉄道車両の走行方向を一方の線路から他方の線路に切り替える分岐システムであって、前記鉄道車両はアクティブな操舵機能を有する台車を備え、また線路の分岐部には車輪のフランジ部が乗り上げて車輪踏面をレールから離すことでレールによる車両の走行方向の規制をなくして車輪を操舵することを可能とするフランジウェイ部が設けられていることを特徴とする車上分岐システム。
請求項１に記載の車上分岐システムにおいて、前記アクティブな操舵はアクチュエータにて行うことを特徴とする車上分岐システム。
請求項２に記載の車上分岐システムにおいて、前記操舵用アクチュエータは直動型または回動型の電磁支持部材、油圧型または空気圧型のシリンダユニットのいずれかであることを特徴とする車上分岐システム。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車上分岐システムにおいて、前記台車はボギーフレームの左右に独立回転可能な車輪ユニットが設けられていることを特徴とする車上分岐システム。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車上分岐システムにおいて、前記フランジウェイ部を一方のレールの内側に設けることで、他方のレールに車輪を押し付ける構成としたことを特徴とする車上分岐システム。