JP6812729B2 - Snow accretion prevention device for railway vehicles and snow accretion prevention method - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の着雪防止装置および着雪防止方法に関する。 The present invention relates to a snow accretion prevention device and a snow accretion prevention method for railway vehicles.
降雪地域を走行する鉄道車両では、鉄道車両の床下（たとえば台車）への着雪が起こることが知られている。着雪によって生じた雪塊が走行中に落下すると、その雪塊が車両の床下機器に衝突したり、雪塊によって跳ね上げられたバラスト（敷石）が車両の機器に衝突したりする恐れがある。そのため、鉄道車両への着雪を防止する装置や、鉄道車両に付着した雪を除去する装置が、従来から提案されている。 It is known that in a railroad vehicle traveling in a snowy area, snow falls under the floor (for example, a bogie) of the railroad vehicle. If a snow block generated by snow accretion falls while driving, the snow block may collide with the underfloor equipment of the vehicle, or the ballast (paving stone) flipped up by the snow accretion may collide with the vehicle equipment. .. Therefore, a device for preventing snow accretion on a railroad vehicle and a device for removing snow adhering to the railroad vehicle have been conventionally proposed.
特許文献１（特開２００２−１４６７４０号公報）は、鉄道車両の台車部の側方に沿って自走し、噴射ノズルから融雪流体を鉄道車両の台車部に噴射するヘッダを有する自走式融雪台車を開示している。しかし、この方式で融雪できるのは、鉄道車両が停車しているときだけである。さらに、この方式は、自走式の融雪台車が走行するための専用の軌道を必要とするため、全体として大掛かりな構成となる。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-146740) has a self-propelled snowmelt having a header that self-propells along the side of the bogie portion of a railroad vehicle and injects snowmelt fluid from an injection nozzle onto the bogie portion of the railroad vehicle. The bogie is disclosed. However, this method can melt snow only when the railroad vehicle is stopped. Further, this method requires a dedicated track for the self-propelled snowmelt trolley to travel, so that the configuration is large as a whole.
特許文献２（特開２００９−１８６４８号公報）は、移動体の換気装置から排出される温風を熱源として、雪の付着が予測される領域を加熱する加熱装置を備える着雪抑制装置を開示している。この場合、熱源となる温風のエネルギーは、移動体を加熱することによって供給される。着雪防止の効果を高める場合、換気装置から排出される温風の量を多くする必要がある。すなわち、特許文献２の方式では、移動体を加熱するエネルギーの一部が、着雪防止に消費されることになる。 Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-18648) discloses a snow accretion suppression device including a heating device that heats a region where snow is expected to adhere using warm air discharged from a moving body ventilation device as a heat source. doing. In this case, the energy of the warm air that is the heat source is supplied by heating the moving body. To enhance the effect of snow accretion prevention, it is necessary to increase the amount of warm air discharged from the ventilation system. That is, in the method of Patent Document 2, a part of the energy for heating the moving body is consumed to prevent snow accretion.
特許文献３（特開２００６−７４９１９号公報）は、温度差によって発熱する熱電素子を用いた熱発電システムを開示している。しかし、温度差による発電は、温度差が様々な条件によって変化するため、出力が変動しやすい。 Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-74919) discloses a thermoelectric power generation system using a thermoelectric element that generates heat due to a temperature difference. However, in power generation due to temperature difference, the output tends to fluctuate because the temperature difference changes depending on various conditions.
以上のような状況において、現在、新しい着雪防止装置が求められている。本発明の目的の１つは、鉄道車両の着雪を、簡易な構成によって安定して防止できる装置および方法を提供することである。 Under the above circumstances, a new snow accretion prevention device is currently required. One of the objects of the present invention is to provide a device and a method capable of stably preventing snow accretion of a railway vehicle by a simple configuration.
本発明の一実施形態による着雪防止装置は、台車を含む鉄道車両の着雪防止装置である。この装置は、前記鉄道車両の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置と、前記発電装置で得られた前記電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱装置と、を含み、前記熱エネルギーによって前記鉄道車両への着雪を防止する。 The snow accretion prevention device according to the embodiment of the present invention is a snow accretion prevention device for railway vehicles including a bogie. This device includes a power generation device that converts the vibration energy of the railroad vehicle into electric energy, and a heat generating device that converts the electric energy obtained by the power generation device into heat energy, and the railroad vehicle uses the heat energy. Prevent snow from landing on.
本発明の一実施形態による着雪防止方法は、台車を含む鉄道車両の着雪防止方法である。この方法は、前記鉄道車両の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、得られた前記電気エネルギーを、前記鉄道車両への着雪を防止するための熱エネルギーに変換する工程を含む。 The snow accretion prevention method according to the embodiment of the present invention is a snow accretion prevention method for a railway vehicle including a bogie. This method includes a step of converting the vibration energy of the railroad vehicle into electric energy, and converting the obtained electric energy into thermal energy for preventing snow accretion on the railroad vehicle.
本発明によれば、鉄道車両の着雪を、簡易な構成によって安定して防止できる。 According to the present invention, snow accretion of a railway vehicle can be stably prevented by a simple configuration.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the following description, embodiments of the present invention will be described with examples, but the present invention is not limited to the examples described below. In the following description, specific numerical values and materials may be exemplified, but other numerical values and materials may be applied as long as the effects of the present invention can be obtained.
（着雪防止装置）
本実施形態の着雪防止装置は、台車を含む鉄道車両の着雪防止装置である。この装置は、鉄道車両の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置と、発電装置で得られた電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱装置と、を含み、その熱エネルギーによって鉄道車両への着雪を防止する。
(Snow accretion prevention device)
The snow accretion prevention device of the present embodiment is a snow accretion prevention device for a railway vehicle including a bogie. This device includes a power generation device that converts the vibration energy of a railroad vehicle into electric energy and a heat generating device that converts the electric energy obtained by the power generation device into heat energy, and the heat energy causes snowfall on the railroad vehicle. To prevent.
発熱装置で発生した熱エネルギーを用いて、鉄道車両（たとえば台車）への着雪を防止したり、鉄道車両に着雪した雪を融かしたりすることが可能である。具体的には、鉄道車両の一部分（鉄道車両のうち着雪を防止したい部分）に発熱装置を配置し、その一部分を、発熱装置で発生した熱エネルギーによって加熱すればよい。従来、車両の振動エネルギーは利用することなく捨てられていた。本発明によれば、捨てられていた振動エネルギーを、着雪防止に有効に利用できる。 By using the thermal energy generated by the heat generating device, it is possible to prevent snow accretion on a railroad vehicle (for example, a trolley) or melt the snow accretion on the railroad car. Specifically, a heat generating device may be arranged in a part of the railroad vehicle (a part of the railroad vehicle where snow accretion is desired to be prevented), and the part may be heated by the thermal energy generated by the heat generating device. Conventionally, the vibration energy of a vehicle has been discarded without being used. According to the present invention, the discarded vibration energy can be effectively used to prevent snow accretion.
本実施形態の装置は、車両の床下部分への着雪防止に特に好ましく用いられる。ここで、車両の床下部分には、車体の床下、車体の床下に配置された機器（床下機器）、および台車が含まれる。これらの部分に発熱装置を配置することによって、これらの部分への着雪を防止できる。 The device of the present embodiment is particularly preferably used for preventing snow accretion on the underfloor portion of the vehicle. Here, the underfloor portion of the vehicle includes the underfloor of the vehicle body, the equipment (underfloor equipment) arranged under the floor of the vehicle body, and the bogie. By arranging the heat generating device in these parts, it is possible to prevent snow accretion on these parts.
着雪防止に必要な発電が可能である限り、発電装置が配置される場所に限定はない。典型的には、発電装置は台車に配置され、台車の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。たとえば、発電装置は、台車の車軸と台車枠との間の部分、および、台車の台車枠から選ばれる少なくとも１つに配置されていてもよい。台車の車軸と台車枠との間の部分には、台車の車軸と台車枠とを結ぶ機構およびその機構に固定された部材が含まれ、たとえば軸箱が含まれる。軸箱は、車軸を受ける軸受が内部に配置された箱である。軸箱と台車枠とは、弾性部材（ばね部材）を介して接続されている。以下では、当該弾性部材と台車の車軸との間の部分を、「ばね下部分」という場合がある。ばね下部分には、軸箱、軸箱と弾性部材（ばね部材）とを接続する部材、およびそれらに固定された部材が含まれる。 As long as the power generation required to prevent snow accretion is possible, there is no limit to the location where the power generation device is placed. Typically, the generator is placed on a trolley to convert the vibrational energy of the trolley into electrical energy. For example, the power generation device may be arranged in a portion between the axle of the bogie and the bogie frame, and at least one selected from the bogie frame of the bogie. The portion between the bogie axle and the bogie frame includes a mechanism connecting the bogie axle and the bogie frame and a member fixed to the mechanism, for example, an axle box. The axle box is a box in which bearings that receive the axles are arranged inside. The axle box and the bogie frame are connected via an elastic member (spring member). In the following, the portion between the elastic member and the axle of the bogie may be referred to as a “unsprung portion”. The unsprung portion includes a shaft box, a member connecting the shaft box and an elastic member (spring member), and a member fixed to them.
発電装置は、台車のばね下部分（たとえば軸箱）、および、台車の台車枠から選ばれる少なくとも１つに配置されてもよい。あるいは、発電装置は、発熱装置が配置される場所に配置されてもよい。両者を近接させたり一体化したりすることによって、それらの設置や保守が容易になる。 The power generator may be arranged in the unsprung portion of the bogie (for example, the axle box) and at least one selected from the bogie frame of the bogie. Alternatively, the power generation device may be arranged at the place where the heat generating device is arranged. Bringing them closer together or integrating them facilitates their installation and maintenance.
発電装置は、圧電素子を用いた発電装置（圧電式の発電装置）、電磁誘導式の発電装置、または、静電誘導式の発電装置であってもよい。あるいは、異なる種類の発電装置を組み合わせて用いてもよい。すなわち、発電装置は、圧電素子を用いた発電装置、電磁誘導式の発電装置、および、静電誘導式の発電装置から選ばれる少なくとも１つの発電装置であってもよい。圧電式の発電装置、電磁誘導式の発電装置、および静電誘導式の発電装置は、本発明の効果が得られる限り限定されず、公知のものを用いてもよい。これらの発電装置は、複数の発電装置を接続したものであってもよい。 The power generation device may be a power generation device using a piezoelectric element (piezoelectric power generation device), an electromagnetic induction type power generation device, or an electrostatic induction type power generation device. Alternatively, different types of power generation devices may be used in combination. That is, the power generation device may be at least one power generation device selected from a power generation device using a piezoelectric element, an electromagnetic induction type power generation device, and an electrostatic induction type power generation device. The piezoelectric type power generation device, the electromagnetic induction type power generation device, and the electrostatic induction type power generation device are not limited as long as the effects of the present invention can be obtained, and known ones may be used. These power generation devices may be those in which a plurality of power generation devices are connected.
圧電式の発電装置は、圧電素子に含まれる圧電体の変形によって発電する。典型的な圧電素子の一例は、圧電体とそれを挟むように配置された２つの電極とを含み、さらに、圧電体の変形を大きくするための重りを必要に応じて含む。圧電素子の種類に限定はなく、ユニモルフ式、バイモルフ式、または積層式であってもよい。好ましい一例において、圧電式の発電装置は、台車の軸箱などのばね下部分に配置される。 The piezoelectric power generation device generates electricity by deforming the piezoelectric body contained in the piezoelectric element. An example of a typical piezoelectric element includes a piezoelectric body and two electrodes arranged so as to sandwich the piezoelectric body, and further includes a weight for increasing the deformation of the piezoelectric body, if necessary. The type of the piezoelectric element is not limited, and may be a unimorph type, a bimorph type, or a laminated type. In a preferred example, the piezoelectric generator is located in an unsprung portion such as a bogie axle box.
電磁誘導式の発電装置は、電磁誘導によって発電する。電磁誘導式の発電装置の典型的な一例は、コイル（巻き線）等の電気伝導体と永久磁石とを含み、それらの相対位置が変動することによって発電する。 The electromagnetic induction type power generation device generates electricity by electromagnetic induction. A typical example of an electromagnetic induction type power generation device includes an electric conductor such as a coil (winding wire) and a permanent magnet, and power is generated by fluctuating their relative positions.
静電誘導式の発電装置は、静電誘導によって発電する。静電誘導式の発電装置の典型的な一例は、エレクトレット部と、そのエレクトレット部と対向する対向電極とを含む。エレクトレット部は、エレクトレットと、エレクトレットに接する電極とを含む。この発電装置では、エレクトレット部と対向電極との相対位置が変動することによって発電がなされる。 The electrostatic induction type power generation device generates electricity by electrostatic induction. A typical example of an electrostatic induction type power generation device includes an electret portion and a counter electrode facing the electret portion. The electret section includes an electret and an electrode in contact with the electret. In this power generation device, power is generated by fluctuating the relative position between the electret portion and the counter electrode.
電磁誘導式および静電誘導式の発電装置は、２つの構成要素の相対位置が変動することによって発電する。そのため、それら２つの構成要素は、相対位置の変動が大きくなる部位に配置されることが好ましい。たとえば、一方の構成要素を軸箱に固定し、他方の構成要素を台車枠に固定してもよい。 Electromagnetic induction type and electrostatic induction type power generation devices generate power by changing the relative positions of the two components. Therefore, it is preferable that these two components are arranged at a portion where the relative position variation is large. For example, one component may be fixed to the axle box and the other component may be fixed to the bogie frame.
電磁誘導式の発電装置の出力は、永久磁石に対する電気伝導体の移動速度（相対速度）の２乗に比例する。一方、静電誘導式の発電装置の出力は、エレクトレット部に対する対向電極の移動速度（相対速度）に比例する。そのため、振幅を同じと仮定すると、周波数が低い領域では、静電誘導式の発電装置の方が、電磁誘導式の発電装置よりも有利な場合がある。 The output of the electromagnetic induction type power generator is proportional to the square of the moving speed (relative speed) of the electric conductor with respect to the permanent magnet. On the other hand, the output of the electrostatic induction type power generation device is proportional to the moving speed (relative speed) of the counter electrode with respect to the electret portion. Therefore, assuming that the amplitudes are the same, the electrostatic induction type power generation device may be more advantageous than the electromagnetic induction type power generation device in the low frequency region.
発電装置は、それが配置される場所で生じる振動の振動数を考慮して選択することが好ましい。別の観点では、発電装置の種類に応じて、それを配置する場所を決定することが好ましい。 The power generator is preferably selected in consideration of the frequency of vibration generated at the place where it is placed. From another point of view, it is preferable to determine the place where the power generation device is arranged according to the type of the power generation device.
走行中の台車では、各種の振動が生じる。その振動の主要な振動数は、場所によって異なる。検討したところ、発明者らは、台車のばね下部分の主要な振動の振動数が数百Ｈｚオーダーであることを見出した。さらに、発明者らは、台車枠の主要な振動の振動数が、ばね下部分の主要な振動の振動数よりも低く、数十Ｈｚオーダーであることを見出した。そのため、それらの振動数に応じた発電装置を選択することが好ましい。たとえば、ばね下部分（たとえば軸箱）に発電装置を取り付ける場合、数百Ｈｚオーダーの振動数の振動によって効率よく振動する発電装置を用いることが好ましい。また、台車枠に発電装置を取り付ける場合、数十Ｈｚオーダーの振動数の振動によって効率よく振動する発電装置を用いることが好ましい。以上の検討結果を考慮して、ばね下部分に発電装置を設置する場合の好ましい一例では、圧電式の発電装置を用いる。 Various vibrations occur in the traveling dolly. The main frequency of the vibration varies from place to place. Upon examination, the inventors have found that the frequency of the main vibration of the unsprung portion of the bogie is on the order of several hundred Hz. Furthermore, the inventors have found that the frequency of the main vibration of the bogie frame is lower than the frequency of the main vibration of the unsprung portion, and is on the order of several tens of Hz. Therefore, it is preferable to select a power generation device according to their frequency. For example, when the power generation device is attached to the unsprung portion (for example, the axle box), it is preferable to use a power generation device that vibrates efficiently by vibration having a frequency on the order of several hundred Hz. Further, when the power generation device is attached to the bogie frame, it is preferable to use a power generation device that vibrates efficiently by vibration of a frequency on the order of several tens of Hz. In consideration of the above examination results, a piezoelectric power generation device is used as a preferable example when the power generation device is installed in the unsprung portion.
発熱装置は、抵抗加熱ヒーターであってもよい。抵抗加熱ヒーターの例には、シートヒーター（カーボンシートヒーターなど）、電熱線、シーズヒーター、セラミックヒーターなどが含まれる。発熱装置は、着雪を防止したい部分（たとえば車両の床下部分）に配置される。 The heating device may be a resistance heating heater. Examples of resistance heating heaters include seat heaters (carbon sheet heaters and the like), heating wires, sheathed heaters, ceramic heaters and the like. The heat generating device is placed in a portion where snow accretion is desired to be prevented (for example, an underfloor portion of the vehicle).
鉄道車両への着雪は、車両の進行方向（台車の進行方向）の前方部で多くなる。そのため、発熱装置を台車に配置する場合、少なくとも、台車のうちの前方の部分に配置することが好ましい。たとえば、台車の前方側の軸箱や、台車枠のうちの前方側に発熱装置を配置してもよい。ここで、台車枠のうちの前方側とは、台車枠の中央よりも前方側にある部分を意味する。 Snow accretion on railway vehicles increases in the front part of the vehicle in the direction of travel (direction of travel of the bogie). Therefore, when the heat generating device is arranged on the trolley, it is preferable to arrange it at least in the front part of the trolley. For example, the heating device may be arranged on the front side of the bogie or on the front side of the bogie frame. Here, the front side of the bogie frame means a portion on the front side of the center of the bogie frame.
床下機器が覆われたボディーマウント構造を採用する鉄道車両では、台車の側部が車体で覆われていない。そのため、ボディーマウント構造を採用する鉄道車両では、台車側部への着雪の防止も重要になる。ボディーマウント構造を採用する鉄道車両の好ましい一例では、台車の側面（たとえば側梁のうちの外側の面）に発熱装置が配置される。もちろん、台車の側面に加えて他の部分（たとえば上述した部分）に発熱装置が配置されてもよい。 In railway vehicles that adopt a body mount structure in which underfloor equipment is covered, the side of the bogie is not covered by the car body. Therefore, in railway vehicles that adopt a body mount structure, it is also important to prevent snow accretion on the side of the bogie. In a preferred example of a railroad vehicle that employs a body mount structure, a heating device is arranged on the side surface of the bogie (eg, the outer surface of the side beams). Of course, the heat generating device may be arranged in another portion (for example, the portion described above) in addition to the side surface of the carriage.
鉄道車両は、渦電流式のレールブレーキを含んでもよい。その場合、発熱装置はレールブレーキに配置されてもよい。さらに、発電装置もレールブレーキに配置されてもよい。渦電流式のレールブレーキはよく知られており、磁石をレールに近づけることによってレールに渦電流を発生させ、それによって制動力を得るブレーキである。レールと対向する磁石に着雪すると、制動時に磁石をレールに近づけることができず、制動力が低下する。そのため、磁石への着雪の防止は特に重要になる。磁石への着雪を防止するために、磁石に発熱装置を配置してもよいし、磁石を囲む保護ケースに発熱装置を配置してもよい。 Rail vehicles may include eddy current rail brakes. In that case, the heating device may be arranged on the rail brake. Further, the power generation device may also be arranged on the rail brake. Eddy current type rail brakes are well known, and are brakes that generate eddy currents in the rails by bringing magnets closer to the rails, thereby obtaining braking force. If snow accretion occurs on the magnet facing the rail, the magnet cannot be brought close to the rail during braking, and the braking force decreases. Therefore, prevention of snow accretion on magnets is especially important. In order to prevent snow accretion on the magnet, a heat generating device may be arranged on the magnet, or a heat generating device may be arranged on a protective case surrounding the magnet.
レールブレーキは、磁石をレールに近づけるための駆動部を含む。駆動部の一例は、磁石の位置を変更するための装置であり、たとえば磁石を昇降させるための装置である。駆動部に着雪すると、駆動部を駆動できなくなる恐れがある。そのため、駆動部への着雪を防止することも重要である。駆動部への着雪を防止するために、駆動部に発熱装置を配置してもよい。 The rail brake includes a drive unit for bringing the magnet closer to the rail. An example of the drive unit is a device for changing the position of a magnet, for example, a device for raising and lowering a magnet. If snow accretion occurs on the drive unit, the drive unit may not be able to be driven. Therefore, it is also important to prevent snow accretion on the drive unit. In order to prevent snow accretion on the drive unit, a heat generating device may be arranged on the drive unit.
（着雪防止方法）
本実施形態の着雪防止方法は、台車を含む鉄道車両の着雪防止方法である。この方法は、鉄道車両の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、得られた電気エネルギーを、鉄道車両への着雪を防止するための熱エネルギーに変換する工程を含む。振動エネルギーから電気エネルギーへの変換は上述した発電装置によって行うことができる。電気エネルギーから熱エネルギーへの変換は、上述した発熱装置によって行うことができる。発熱装置で発生した熱エネルギーによって鉄道車両の一部分を加熱することによって、その一部分への着雪を防止できる。本実施形態の着雪防止装置について説明した事項は本実施形態の着雪防止方法に適用できるため、重複する説明を省略する。
(Snow accretion prevention method)
The snow accretion prevention method of the present embodiment is a snow accretion prevention method for a railway vehicle including a bogie. The method comprises the steps of converting the vibrational energy of the rolling stock into electrical energy and converting the resulting electrical energy into thermal energy to prevent snow accretion on the rolling stock. The conversion of vibration energy to electrical energy can be performed by the power generation device described above. The conversion of electrical energy to thermal energy can be performed by the heating device described above. By heating a part of the railway vehicle with the heat energy generated by the heat generating device, it is possible to prevent snow accretion on that part. Since the matters described about the snow accretion prevention device of the present embodiment can be applied to the snow accretion prevention method of the present embodiment, duplicate description will be omitted.
本発明の実施形態の例について、図面を参照しながら以下に説明する。以下の説明では、同様の部分について同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。本発明の効果が得られる限り、以下で例示する実施形態の構成を、上述した他の構成に変更することができる。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted. As long as the effects of the present invention can be obtained, the configuration of the embodiment illustrated below can be changed to the other configuration described above.
（台車の一例）
図１Ａおよび図１Ｂは、鉄道車両の台車の一部を模式的に示す。図１Ａは側面図であり、図１Ｂは上面図である。図１Ａおよび図１Ｂでは、進行方向を矢印で示す。図１Ａおよび図１Ｂに示す台車１００は、台車枠１１０、軸箱１２０、弾性部材１２１、車輪１３１、および車軸１３２を含む。実際の台車は、これら以外に様々な機構や装置を含む。それら図示していない機構や装置も台車の一部であり、それらに発電装置や発熱装置が配置されてもよい。図１Ａおよび図１Ｂは、台車枠１１０に固定されたレールブレーキ１４０を含む台車１００を例示する。しかし、台車１００はレールブレーキ１４０を含まなくてもよい。
(Example of dolly)
1A and 1B schematically show a part of a bogie of a railroad vehicle. 1A is a side view and FIG. 1B is a top view. In FIGS. 1A and 1B, the traveling direction is indicated by an arrow. The bogie 100 shown in FIGS. 1A and 1B includes a bogie frame 110, an axle box 120, an elastic member 121, wheels 131, and an axle 132. The actual dolly includes various mechanisms and devices other than these. Mechanisms and devices (not shown) are also part of the carriage, and a power generation device and a heat generating device may be arranged therein. 1A and 1B illustrate a bogie 100 including a rail brake 140 fixed to a bogie frame 110. However, the bogie 100 does not have to include the rail brake 140.
図１Ａおよび図１Ｂに示す一例では、台車枠１１０は、側梁１１１と、横梁１１２とを含む。側梁１１１は、その長手方向が進行方向に沿うように配置されている。横梁１１２は、２つの側梁１１１を接続している。横梁１１２は、その長手方向が、水平に且つ進行方向に対して垂直になるように配置されている。 In the example shown in FIGS. 1A and 1B, the bogie frame 110 includes a side beam 111 and a cross beam 112. The side beam 111 is arranged so that its longitudinal direction is along the traveling direction. The cross beam 112 connects the two side beams 111. The cross beam 112 is arranged so that its longitudinal direction is horizontal and perpendicular to the traveling direction.
軸箱１２０内には、軸受（図示せず）が配置されている。車軸１３２は、軸箱１２０内の軸受によって、回転可能に支持される。軸箱１２０は、弾性部材（ばね部材）１２１を介して台車枠１１０に接続されている。台車１００が進行する際には、レールの変位等に伴って車輪１３１が上下動する。車輪１３１の上下動は、その一部が弾性部材１２１によって吸収されて、台車枠１１０に伝えられる。 Bearings (not shown) are arranged in the axle box 120. The axle 132 is rotatably supported by bearings in the axle box 120. The axle box 120 is connected to the bogie frame 110 via an elastic member (spring member) 121. When the bogie 100 advances, the wheels 131 move up and down with the displacement of the rails and the like. A part of the vertical movement of the wheel 131 is absorbed by the elastic member 121 and transmitted to the bogie frame 110.
発電装置は、台車のいずれかの位置に配置できる。さらに、発熱装置も、台車のいずれかの位置に配置できる。たとえば、上述した好ましい位置に配置してもよい。図１Ａでは、一例として、軸箱１２０に発電装置１５０を配置し、レールブレーキ１４０の下側部分に発熱装置１６０を配置した場合を示す。発電装置１５０と発熱装置１６０とは、配線によって接続できる。発電装置１５０は、台車１００（軸箱１２０）の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する。発熱装置１６０は、発電装置１５０で得られた電気エネルギーを熱エネルギーに変換する。この熱エネルギーによって、発熱装置１６０が配置された部分を加熱することができ、当該部分への着雪を防止できる。 The generator can be placed at any position on the trolley. Further, the heating device can also be arranged at any position on the carriage. For example, it may be placed in the preferred position described above. FIG. 1A shows, as an example, a case where the power generation device 150 is arranged in the axle box 120 and the heat generating device 160 is arranged in the lower portion of the rail brake 140. The power generation device 150 and the heat generation device 160 can be connected by wiring. The power generation device 150 converts the vibration energy of the carriage 100 (axle box 120) into electrical energy. The heat generating device 160 converts the electric energy obtained by the power generation device 150 into heat energy. With this heat energy, the portion where the heat generating device 160 is arranged can be heated, and snow accretion on the portion can be prevented.
軸箱１２０および台車枠１１０は、それぞれ独自に、上下に振動運動する。ただし、弾性部材１２１によって上下動の一部が吸収される。そのため、台車枠１１０の上下動は、平均的には、ばね下部分（車軸１３２と弾性部材１２１とを接続する部分）の上下動よりも小さくなる。たとえば、台車枠１１０の上下動は、平均的には、軸箱１２０の上下動よりも小さくなる。そのため、ばね下部分（たとえば軸箱１２０）に発電装置１５０を配置することによって、より多くの電力が得られやすくなる。台車枠１１０の中では中央から遠い部分の上下動が大きくなりやすい。そのため、台車枠１１０に発電装置１５０を配置する場合の好ましい一例では、中央から遠い部分（たとえば軸箱１２０の上方の部分）に発電装置１５０が配置される。 The axle box 120 and the bogie frame 110 each independently vibrate up and down. However, a part of the vertical movement is absorbed by the elastic member 121. Therefore, the vertical movement of the bogie frame 110 is smaller than the vertical movement of the unsprung portion (the portion connecting the axle 132 and the elastic member 121) on average. For example, the vertical movement of the bogie frame 110 is smaller than the vertical movement of the axle box 120 on average. Therefore, by arranging the power generation device 150 in the unsprung portion (for example, the axle box 120), more electric power can be easily obtained. In the bogie frame 110, the vertical movement of the portion far from the center tends to be large. Therefore, in a preferable example of arranging the power generation device 150 on the bogie frame 110, the power generation device 150 is arranged in a portion far from the center (for example, a portion above the axle box 120).
（圧電素子を用いた発電装置の例）
圧電素子を用いた発電装置の一例を図２Ａに示す。図２Ａの発電装置１５０ａは圧電素子である。図２Ａの発電装置１５０ａは、圧電体１５１と、圧電体１５１を挟むように配置された２枚の電極１５２ａおよび１５２ｂと、電極１５２ｂ上に固定された重り１５３とを含む。電極１５２ａは、振動部１００ａ（台車１００の一部）に固定される。
(Example of power generation device using piezoelectric element)
An example of a power generation device using a piezoelectric element is shown in FIG. 2A. The power generation device 150a of FIG. 2A is a piezoelectric element. The power generation device 150a of FIG. 2A includes a piezoelectric body 151, two electrodes 152a and 152b arranged so as to sandwich the piezoelectric body 151, and a weight 153 fixed on the electrodes 152b. The electrode 152a is fixed to the vibrating portion 100a (a part of the carriage 100).
圧電素子の他の一例を図２Ｂに示す。図２Ｂの発電装置１５０ａは、圧電体１５１と、圧電体１５１を挟むように配置された２枚の電極１５２ａおよび１５２ｂと、重り１５３とを含む。圧電体１５１は、積層された圧電体１５１ａおよび圧電体１５１ｂを含む。重り１５３は、圧電素子本体（圧電体１５１、電極１５２ａおよび１５２ｂ）の一端に固定されている。圧電素子本体の他端は、振動部１００ａ（台車１００の一部）に固定される。 Another example of the piezoelectric element is shown in FIG. 2B. The power generation device 150a of FIG. 2B includes a piezoelectric body 151, two electrodes 152a and 152b arranged so as to sandwich the piezoelectric body 151, and a weight 153. The piezoelectric body 151 includes a laminated piezoelectric body 151a and a piezoelectric body 151b. The weight 153 is fixed to one end of the piezoelectric element main body (piezoelectric body 151, electrodes 152a and 152b). The other end of the piezoelectric element main body is fixed to the vibrating portion 100a (a part of the carriage 100).
圧電体１５１は、電極１５２ａと電極１５２ｂとを結ぶ方向の振動（図中の矢印Ａの方向の振動）によって起電力を生じる圧電体である。そのため、圧電素子（発電装置１５０ａ）は、好ましくは、矢印Ａの方向の振動が生じやすい位置に配置され、且つ、矢印Ａの方向の振動によって発電が生じやすい方向に配置される。たとえば、矢印Ａの方向が垂直方向（重力が働く方向）とほぼ平行になるように、圧電素子が台車１００に固定されてもよい。 The piezoelectric body 151 is a piezoelectric body that generates an electromotive force by vibration in the direction connecting the electrode 152a and the electrode 152b (vibration in the direction of arrow A in the figure). Therefore, the piezoelectric element (power generation device 150a) is preferably arranged at a position where vibration in the direction of arrow A is likely to occur, and is arranged in a direction in which vibration in the direction of arrow A is likely to generate power. For example, the piezoelectric element may be fixed to the carriage 100 so that the direction of the arrow A is substantially parallel to the vertical direction (the direction in which gravity acts).
（電磁誘導式の発電装置の例）
電磁誘導式の発電装置の一例を、図３Ａに示す。図３Ａの発電装置１５０ｂは、永久磁石１５５と、磁石１５５の近傍に配置されたコイル１５６とを含む。電磁誘導式の発電装置の他の一例を、図３Ｂに示す。図３Ｂの発電装置１５０ｂは、コイル１５６と、コイル１５６の内部に配置された永久磁石１５５とを含む。発電装置１５０ｂの典型的な一例では、磁石１５５は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線がコイル１５６の中心軸と重なるように配置される。発電装置１５０ｂでは、磁石１５５とコイル１５６との相対位置が変動することによって、起電力が生じる。
(Example of electromagnetic induction type power generation device)
An example of an electromagnetic induction type power generation device is shown in FIG. 3A. The power generation device 150b of FIG. 3A includes a permanent magnet 155 and a coil 156 arranged in the vicinity of the magnet 155. Another example of the electromagnetic induction type power generation device is shown in FIG. 3B. The power generation device 150b of FIG. 3B includes a coil 156 and a permanent magnet 155 arranged inside the coil 156. In a typical example of the power generation device 150b, the magnet 155 is arranged so that the straight line connecting the north pole and the south pole overlaps the central axis of the coil 156. In the power generation device 150b, an electromotive force is generated by fluctuating the relative positions of the magnet 155 and the coil 156.
図３Ａおよび図３Ｂは、磁石１５５を振動部１００ａ（台車１００の一部）に固定する場合を例示している。しかし、磁石１５５およびコイル１５６は、それらの相対位置が台車１００の振動によって変動するように配置されればよい。一例では、磁石１５５とコイル１５６とは、異なる振動をする異なる位置に固定される。あるいは、一方を台車１００に固定し、その一方に対する相対位置が台車１００の振動によって変化するように他方を台車１００に固定してもよい。たとえば、一方を台車１００に固定し、他方を台車１００に固定された筒状体の内部に配置してもよい。この場合、台車１００の振動によって、当該他方が筒状体内部を移動し、それによって起電力が生じる。あるいは、一方を台車１００に固定し、他方を弾性部材（ばね部材等）を介して台車１００に固定してもよい。この構成によれば、他方は一方とは異なる運動をする。そのため、台車１００の振動によって両者の相対位置は変化する。 3A and 3B illustrate the case where the magnet 155 is fixed to the vibrating portion 100a (a part of the carriage 100). However, the magnet 155 and the coil 156 may be arranged so that their relative positions fluctuate due to the vibration of the carriage 100. In one example, the magnet 155 and the coil 156 are fixed at different positions that vibrate differently. Alternatively, one may be fixed to the trolley 100, and the other may be fixed to the trolley 100 so that the relative position with respect to the one is changed by the vibration of the trolley 100. For example, one may be fixed to the carriage 100 and the other may be arranged inside a tubular body fixed to the carriage 100. In this case, the vibration of the carriage 100 causes the other to move inside the tubular body, thereby generating an electromotive force. Alternatively, one may be fixed to the carriage 100 and the other may be fixed to the carriage 100 via an elastic member (spring member or the like). According to this configuration, the other moves differently than the other. Therefore, the relative positions of the two change due to the vibration of the carriage 100.
図３Ａおよび図３Ｂに示した発電装置１５０ｂは、コイルの中心軸と平行な方向の振動（図中の矢印Ｂの方向の振動）によって起電力を生じる。そのため、発電装置１５０ｂは、矢印Ｂの方向の振動が生じやすい位置および方向に配置される。 The power generation device 150b shown in FIGS. 3A and 3B generates an electromotive force by vibration in a direction parallel to the central axis of the coil (vibration in the direction of arrow B in the figure). Therefore, the power generation device 150b is arranged at a position and a direction in which vibration in the direction of the arrow B is likely to occur.
（静電誘導式の発電装置の例）
静電誘導式の発電装置の一例を、図４に示す。図４の発電装置１５０ｃは、エレクトレット部１５７と、エレクトレット部１５７に対向する対向電極１５８とを含む。エレクトレット部１５７は、平板状の電極１５７ｂと、電極１５７ｂ上に配置された平板状のエレクトレット１５７ａとを含む。平板状の対向電極１５８は、エレクトレット１５７ａから間隔をおいて、且つ、エレクトレット１５７ａと平行に配置されている。
(Example of electrostatic induction type power generation device)
An example of the electrostatic induction type power generation device is shown in FIG. The power generation device 150c of FIG. 4 includes an electret section 157 and a counter electrode 158 facing the electret section 157. The electret portion 157 includes a flat plate-shaped electrode 157b and a flat plate-shaped electret 157a arranged on the electrode 157b. The flat plate-shaped counter electrode 158 is arranged at a distance from the electret 157a and in parallel with the electret 157a.
発電装置１５０ｃでは、エレクトレット部１５７と対向電極１５８との対向面積が変動することによって発電がなされる。具体的には、エレクトレット部１５７が、対向電極１５８に対して相対的に平行移動すると、発電がなされる。この平行移動には、図４中の矢印Ｃの方向への移動も含まれる。 In the power generation device 150c, power is generated by fluctuating the facing area between the electret portion 157 and the facing electrode 158. Specifically, when the electret portion 157 moves in parallel with the counter electrode 158, power generation is generated. This translation also includes movement in the direction of arrow C in FIG.
エレクトレット部１５７および対向電極１５８は、台車１００の振動によって、それらの対向面積が変動するように配置される。一例では、エレクトレット部１５７と対向電極１５８とは、異なる振動をする異なる位置に固定される。あるいは、一方を台車１００に固定し、他方を、一方に対して相対的に平行移動するように台車１００に固定してもよい。たとえば、一方を台車１００に固定し、他方を弾性部材（ばね部材等）を介して台車１００に固定してもよい。この場合、他方は、一方に対して平行移動するように弾性部材を介して台車１００に固定される。この構成によれば、他方の変位は一方の変位とは異なる。そのため、台車１００の振動によって両者の対向面積が変動する。 The electret portion 157 and the counter electrode 158 are arranged so that their facing areas fluctuate due to the vibration of the carriage 100. In one example, the electret portion 157 and the counter electrode 158 are fixed at different positions that vibrate differently. Alternatively, one may be fixed to the carriage 100 and the other may be fixed to the carriage 100 so as to translate relative to one. For example, one may be fixed to the carriage 100 and the other may be fixed to the carriage 100 via an elastic member (spring member or the like). In this case, the other is fixed to the carriage 100 via an elastic member so as to translate with respect to one. According to this configuration, the displacement of the other is different from the displacement of one. Therefore, the facing area of the two varies due to the vibration of the carriage 100.
本発明は、鉄道車両に利用できる。 The present invention can be used for railway vehicles.
１００ 台車
１１０ 台車枠
１２０ 軸箱
１４０ レールブレーキ
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ 発電装置
１６０ 発熱装置
100 Bogie 110 Bogie Frame 120 Axle Box 140 Rail Brake 150, 150a, 150b, 150c Power Generation Device 160 Heat Generation Device
Claims (5)
前記鉄道車両の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置と、
前記発電装置で得られた前記電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱装置と、を含み、
前記鉄道車両が渦電流式のレールブレーキを含み、
前記発熱装置が前記レールブレーキに配置されており、
前記熱エネルギーによって前記鉄道車両への着雪を防止する、鉄道車両の着雪防止装置。 It is a snow accretion prevention device for railway vehicles including bogies.
A power generation device that converts the vibration energy of a railway vehicle into electrical energy,
A heating device that converts the electric energy obtained by the power generation device into heat energy, and the like.
The railcar includes an eddy current rail brake
The heating device is arranged on the rail brake.
A railway vehicle snow accretion prevention device that prevents snow accretion on the railway vehicle by the thermal energy.
前記鉄道車両の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、得られた前記電気エネルギーを、発熱装置によって前記鉄道車両への着雪を防止するための熱エネルギーに変換する工程を含み、
前記鉄道車両が渦電流式のレールブレーキを含み、
前記発熱装置が前記レールブレーキに配置されている、鉄道車両の着雪防止方法。 It is a method of preventing snow accretion of railway vehicles including bogies.
The vibration energy of a railway vehicle is converted into electric energy, resulting the electrical energy, seen including the step of converting the thermal energy to prevent snow accumulation on the railway vehicle by the exothermic device,
The railcar includes an eddy current rail brake
A method for preventing snow accretion of a railway vehicle, wherein the heat generating device is arranged on the rail brake .
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