JPH02127162A - リニアモータ電車の軸ばね装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、台車台枠にリニアモータの一次側を設け、こ
の一次側に向合った道床に二次側を敷設した軌道（軌条
ともいう）を走行するリニアモータ電車における軸ばね
装置に関する。

（従来の技術） 既に提案されているこの種のリニアモータ電車は、台車
台枠にリニアモータの一次側を設け、この一次側に向合
った軌道（軌条）側に二次側を敷設し、これにより軌道
に沿って走行するようになっている。

又一方、リニアモータ電車における軸受装置は、台車台
枠の一部に軸箱守部材（軸箱９控ともいう）を設け、こ
の軸箱守部材に車軸を軸装する軸箱を上・下方向へ摺動
自在に設けたものである。

特に、この種の軸受装置は、軸受の上にコイルばねを介
装せずに直接に台車台枠に一体的に取付けられている。

一般に、電車の走行する軌道は、完全に平坦な道床上に
敷設されていないので、この軌道上を走行する車両の車
輪は、車両の他のすべての部品に比べて最も激しい衝撃
や振動を受けている。

従って、上述したリニアモータ電車は、軸受の上にコイ
ルばねを介装せずに直接に台車台枠に取付けている関係
上、一次側と二次側との鉄心とコイルとで構成されて走
行するリニアモータ電車は、振動や衝撃の激しい条件の
下に置かれる。リニアモータ電車は、リニアモータと車
輪との間に、コイルばねを介装して取付けると、リニア
モータによる吸引力がリニアモータと車輪との間に介装
されるコイルばねを圧縮し、その結果、リニアモータと
リアクションプレート（二次側）との空隙（エアギャッ
プ）を縮めるので、吸引力がさらに増大して上記コイル
ばねを圧縮し、エアギャップをさらに縮小して、不安定
な循環縮小現象を生じ、これに起因して、リニアモータ
がリアクションプレートに接触して損傷するおそれもあ
る。

他方、従来の鉄道車両の軸ばね装置は、第７図に示され
るように構成されている。

即ち、第７図において、軌道ａ上には、車体を載置する
台車台枠すが配置されており、この台車台枠すの前・後
部ｂ１には、ばね受けを兼ねる各一対をなす案内部材Ｃ
が垂設されている。又、この各案内部材Ｃには、各築堤
Ｃ１が軸方向に突出して形成されており、この各築堤Ｃ
Ｉには、下ばね受けを兼ねる各案内筒体ｄが上・下方向
に摺動自在に嵌装されている。さらに又、この各案内筒
体ｄは、車輪ｅと一体をなす車軸ｆを軸装した軸箱ｇを
支承する軸箱室部材りの両袖部ｈ１に載置されており、
この軸箱室部材りと上記台車台枠すとの間にコイルばね
による各軸ばねｉを介装したものである。

従って、上述した鉄道車両における軸ばね装置は、車両
の走行時、車輪ｅが軌道ａから受ける衝撃や振動を上記
各コイルばねｉで吸振して振動を抑制するようにしてい
る。

即ち、道床上に敷設された軌条ａは平坦な線路ではなく
、ある程度の許容誤差を有しており、しかも、“カント
の逓減”に起因する線路の捩れに対して輪重抜けを小さ
く押えるために、上述した軸ばね装置が採用されている
。

又一方、第８図に示される従来の鉄道車両の軸ばね装置
は、台車台枠すと軸箱室部材りとの間にコイルばねによ
る各軸ばねｉを介装し、車軸ｆを抜は落ちないように軸
箱室部材りにストッパｊを取付け、上・下方向の衝撃や
振動を抑止する止子ｂ　を上記台車台枠すに付設し、こ
の止子ｂ２の直下に上記軸箱ｇを配置したものであり、
上述した第７図に示される軸ばね装置と同じ構成をなす
ものである。

なお、ニーでカントとは、軌道の曲線路（カーブ）にお
ける内外のレールの高さの差（勾配）をい＼、鉄道車両
が曲線路を通過する際に車両に働く遠心力と釣合わせる
ために外側レールを内側レールに比べて高く構成してい
る。又、カントの大きさは、曲線路の半径の大小に合せ
て決められるので、異なる半径の曲線を接続する部分で
は、カントを変化させざるを得な（なる。これを“カン
トの逓減″という。なお、このカントが変化するという
ことは、レールが捩れの位置にあることを意味し、台車
が２組の輪軸、つまり、４枚の車輪を備えているとき、
これら４枚の車輪と線路との４接点が同一平面上にない
ことを意味する。

そこで、各輪軸の各車輪を円滑に、しかも、定の力で押
し付けるためには、台車台枠自体の捩り剛性を十分に低
く構成するか、若しくは台車台枠と軸受箱との間に柔か
いコイルばねを介装するようになっている。

一般に、鉄道車両における車輪は、車輪外周にフランジ
を形成しており、このフランジは、線路の横方向に力を
受けても脱線しないが、上下方向の力と横方向の力の比
が脱線係数と称しており、この脱線係数がある程度以上
大きくなると、脱線の危険が増え、経験的な安全限界は
、０，８であり、通常時、０．７を採用している。

又一方、横方向の力は、種々な要因に支配されるけれど
も、垂直方向の力が減少することが稀に生じる。これは
脱線係数の分母を小さくするのだから、脱線係数を増大
させて脱線の危険を招くことがある。この垂直方向の荷
重が減る現象を“輪重抜け“と称している。

このように、“カントの逓減″が急激過ぎると、前述し
たように線路の捩れ方が激しくなり、軸ばねを工夫して
も、同一台車台枠の中の４枚の車輪の内の一枚の車輪は
、線路に押し付ける力が不足して、車輪が輪重抜けを起
すおそれがある。そこで、この変化の割合を“カントの
逓減率″と称し、ＪＲ東日本（旧国鉄）の建設規定では
１／３００以下に規定している。

次に、これを数式を用いて説明する。

上記“カントの逓減°に起因する輪重抜けを考察すると
き、（１）、台車内部の固定軸距に対するものと、（２
）、台車回転中心間距離に対するものとの両方を考慮す
る必要がある。

先ず、前者から考えると、最も一般的な電車の台車の軸
距は２１００ｍｍであるから、この場合、３個の車輪と
線路の接点のある平面から第４の車輪の線路との接点の
平面に垂直な方向のズレは、２１００ｍｍＸ１／３００
−７＋ｍ＋ｓであることになる。また、脱線係数の限界
として、“大事を取れば０．７．限度は０，８“とされ
ているが、ここでは０．７を使い、横圧が同じとすれば
、つまり、“標準の輪重から３０％以上減少してはなら
ない”と言うことを意味する。

一方、−個の台車の中の４個の軸ばねは、車輪−個の変
位によって生じた荷重の変化を均等に分担するから、ば
ね−個で吸収しなければならない変位は全体の１／４で
ある。台車を設計する立場からのことを言い直すと、“
軸ばねが７Ｘ１／４龍伸びても、その荷重は３０％以上
は減少しない”となる。

次に、後者、つまり、台車の回転中心間隔によるものを
考えるが、台車中心間距離を１５ｍ１枕ばねのばね定数
を１５０ｋｇ／■■とすれば、カントの変化量は、 １５０００Ｘ　　（１／３００）−５０ｍｍであって、
電車の枕ばねは普通４組あって、それらがこの荷重の変
化を均等に分担するとして、枕ばね一個当りの荷重の変
化量は、 ５０Ｘ１５０÷４−１８７５ｋｇ となり、これが台車の片側、即ち、２組の軸ばねに掛か
るから、１組当たりでは、１／２の９３８−だけ負担荷
重が減ることになる。

また、標準的な電車の満員の時の全体重量が４０トンな
ので、ばね下重量を車輪−個当たり５００−とすれば、
軸ばね１個当たりの標準荷重は４．５トンになる台車の
軸距に対応するカントの変化によって生ずる輪重抜けを
Ｘｋｇとすれば、脱線係数が０，７以下である為には、
次の方程式が成立しなければならない。

（４５００−９３８−Ｘ）÷４５００−〇、７これは、 Ｘ５４１２ｋｇ となる。前に述べたカントの変化量７　ｍ＋＊の１／４
に対する軸ばねの負担荷重の変化量が４１２ｋｇ以下で
なければならないのであるから、軸ばねのばね定数をＫ
とすれば、Ｋは、次の式を満足しなければならない。

即ち、Ｋ≦４１２Ｘ４／７−２３５ｋｇ／龍となる。

ところで、１００ＫＷクラスのリニアモータの吸着力は
約４トンであるから、リニアモータが働くと軸ばね一個
当たり１０００ｋｇの荷重が追加になることになる。そ
して、電磁力は距離の自乗に反比例する。吸着力が作用
しない時のエアーギャップを１２ｍｍとして、このリニ
アモータの吸着力と上で求めた“脱線係数が０．７を越
えない最大の強さの軸ばね特性２とをグラフにしたもの
が第２図のグラフである。これを見れば、−見してこれ
らが交わらないこと、即ち、ばね定数が小さすぎて吸着
力に耐えられず、エアーギャップが確保出来ないことが
解る。

又一方、台車枠自身の剛性を低くして、その捩りで輪重
抜けを防ぐことも可能で、貨車の台車にはこのようなも
のがよく使われている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したリニアモータ電車の軸受装置は
、前述したように、リニアモータによる吸引力がリニア
モータと車輪との間のエアギャップを縮小して不安定な
循環縮小現象を生じ、これに起因して、リニアモータが
リアクションプレートに接触して損傷するおそれがある
ため、これまでリニアモータと車輪との間にコイルばね
による軸ばねを介装せず、直接に台車台枠に軸受を一体
的に取付けているため、振動や衝撃が激しく、乗客に対
し、乗心地が悪く、不安感を与える等の難点がある。

又一方、第７図及び第８図に示されるように、鉄道車両
の軸受ばね装置をリニアモータ電車の軸ばね装置をその
ま＼採用すると、前述したように、リニアモータの吸引
力によって、車輪が“カントの逓減率゛の範囲外になり
、車輪が輪重抜けを起すおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、台車台枠と軸箱との間にストッパ部材とこのストッパ
部材に比較して長くて、しかも、剛性の低い弾性体を介
装してカントの逓減率の範囲内になるようにして、車輪
の輪重抜けを防止し、併せて、リニアモータ電車の走行
時の衝撃や振動を抑制して乗心地の向上を図ると共に、
静粛に走行し得るようにしたリニアモータ電車の軸ばね
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及びその作用）本発明は、
台車台枠にシングルサイドのリニアモータの一次側を設
け、この一次側と向合った軌道側に二次側を敷設したリ
ニアモータ電車の軸ばね装置において、上記台車台枠の
一部に軸箱脊部材を設け、この軸箱脊部材に車軸を軸装
する軸箱を摺動自在に設け、この軸箱と上記台車台枠と
の間にストッパ部材及びこのストッパ部材に比較して長
くて、しかも、剛性の低い弾性体を介装し、カントの逓
減率の範囲内で上記台車台枠を弾発的に保持して、リニ
アモータ電車の走行時の軌道の曲線部等から受ける衝撃
や振動を抑制して乗心地の向上を図るようにしたもので
ある。

（実施例） 以下、本発明を図示の一実施例について説明する。

第１図乃至第３図において、符号１は、リニアモータ電
車における軌道であって、この軌道１には、シングルサ
イドのリニアモータの二次側（図示されず）が敷設され
ており、この二次側と向合った位置の台車台枠２には、
周知の一次側（図示されず）が設けられている。又、こ
の台車台枠２の前・後部２ａには、一対の軸箱脊部材（
軸箱守控ともいう）３が垂設されており、この両輪箱守
部材３には、止子（ストッパ）４が後述する軸箱８を抜
は落ちないようにして架装されている。さらに、上記両
輪箱守部材３の内側には、各摺動部３ａが形成されてお
り、この各摺動部３ａには、車輪６と一体をなす車軸７
を軸装した軸箱８が上・下方向へ摺動自在に設けられて
いる。さらに又、上記軸箱８の頂面には、各座板９ａで
保護されたばね定数の大きい防振ゴム９が載置されてお
り、この防振ゴム９上には、下ばね座板１０が設けられ
ている。又、この下ばね座板１０の直上の上記台車台枠
２には、上ばね座板１１が付設されており、この上ばね
座板１１と上記下ばね座板１０との間には、筒形をなす
ストッパ部材１２及びこのストッパ部材１２に比較して
長くて、しかも、剛性の低いコイルばねによる弾性体１
３が介装されている。

特に、上記弾性体１３はストッパ部材１２よりも長く形
成されており、このストッパ部材１２に比較して剛性の
低い弾性で構成されており、さらに、カントの逓減率の
範囲内のものである。又、上記下ばね座板１０を載置す
る上記防振ゴム９は、上記弾性体１３のばね定数よりも
大きいもので構成されている。

従って、今、リニアモータに通電すると、大きな吸引力
を生じても、上記台車台枠２と軸箱８との間に上記弾性
体１３でエアギャップを安定的に形成することができる
と共に、上記台車台枠２と軸箱８との間に上記弾性体１
３の長さより短いストッパ部材１２を介装しているので
、輪重抜けを防止するようになっている。

次に、これを数式によって説明する。

先ず、リニアモータに通電しないときについて考察する
。

満員乗車の時の電車の総重量を４０頓とすると輪重が均
等であれば、１車輪の輪重は５頓であるが、ばね下重量
を１輪重たり５００　ｋｇとして、コイルばねに４．２
頓、ストッパーに３００ｋｇ防振ゴムに４．５頓をそれ
ぞれ負担させるような本発明の輔ばね装置を構成するも
のとする。負担荷重が約４．２頓であり、ばね定数が１
００　ｋｇ／　ｌｌ１１のばねを造ることは極めて容易
であって、現在使用されている普通の電車の軸ばねは、
このぐらいである。また、負担荷重が約４．５頓であり
、ばね定数が１０００ｋｇ／＋ａｍの防振ゴムも容易に
造れる。

これらのばねと防振ゴムとを１個づつ組み合わせて軸ば
ね装置としたとき、 Ｋ１＝　１００ｋｇ／ａｍ　　　コイルばねのばね定数
に２−１０００ｋｇ／關　防振ゴムのばね定数として、
総合した軸ばね装置のばね定数をＫとすれば、 Ｋ　−１／　（１／　Ｋ　　＋　１　／　Ｋ２　）　−
９０，９ｋｇ／　ａｌ１であるから、カントの逓減によ
る線路の不整が、前述したように、７Ｉ１ｍｌとすると
、同一の台車の中の軸ばね４個が均等に分担して吸収す
るものとして、この軸ばね装置１個が負担する荷重Ｗ１
は、Ｗ、−４２００−７ｘＫ／４−４０４１ｋｇであり
、ばね下重量が５００　ｋｇとすると、輪重は、Ｗ−Ｗ
　ｔ　＋　５００−４５４１　ｋｇとなり、輪重抜けの
比率は、 Ｗ／Ｗｏ−４５４１＋５０００−０．９０８であって、
安全限界の０．７よりも大きいので、安全と断定できる
。

次に、この軸ばね装置にリニアモータに通電した時、吸
着力とエアーギャップとがどのように変化するかを考察
する。

標準の釣り合い状態の時、ストッパーは既に３００ｋｇ
負担しているが、リニアモータの吸引力は更に付加され
る力であって、上述した例では、１０００ｋｇであるが
、その全てがストッパーに掛かることになる。即ち、軸
ばね装置全体としての総合的ばね定数は防振ゴムのそれ
と全く同一である。

従って、たわみＹは次のようになる。

Ｙ＝　１０００ｋｇ＋　１００００）ｃｇ／ｌｌ１１１
−１ｍｍとなる。

吸着力によってエアーギャップが標準の１２１１１１１
から１關減少したとき、吸着力は更に増し、その結果、
エアーギャップはまた小さくなるが、その釣り合い点は
、第２図のグラフの点ａで示されるが、そのとき、エア
ーギャップは約１０．７ｍｍ、吸着力は次のようになる
。

１００１００Ｏ（１２／１０．７）　２−１２６０ｋｇ
となる。

即ち、第２図のグラフは、リニアモータにおける電磁石
の吸引力とエアギャップとの関係を示したものであり、
この第２図に示されるリニアモータの電磁石の吸引力の
特性曲線Ａは、本発明にょる軸ばね装置の軸ばね曲線Ｂ
とａ点で交叉するがら、エアギャップは１０．７ｍｍ程
度になり、従来の鉄道車両の軸受装置の軸ばね曲線Ｃに
示されるエアギャップと近似値を得ることができる。

又一方、第３図に示される軸ばね荷重とコイルばねの高
さを示すグラフは、本発明の軸ばね装置の特性曲線りを
示したものである。

即ち、第３図のグラフにおいて、リニアモータに通電し
てないときの軸ばね装置１セツト当たりの荷重をＷとし
、このときの軸ばね装置の高さをＨ１リニアモータの吸
引力をＦｌこの吸引力によって生じる軸ばね装置の高さ
の変化をΔＨ１、線路の高低の狂いをΔＨ２、そのとき
の輪重抜けをΔＷとする。

標準荷重Ｗにリニアモータの吸引力Ｆが付加された時は
、勾配が急な防振ゴムの特性なので、Ｆが大きくても、
それに対するばね高さの変化は僅かなΔＨ１に過ぎない
。また、ΔＨ２なる線路の高低の狂いがあったとしても
、勾配の緩いコイルばねの特性によって輪重抜けは僅か
なΔＷだけである。なお、第３図のグラフのｄ点は荷重
が加わったときを示している。

このように本発明の軸ばね装置は、ＪＲ東日本（旧国鉄
）の建設規定に基づいたカントの逓減率に見合った線路
の捩り、又は、高低の狂いに対して輪重抜けが安全な範
囲に押さえられると同時に、リニアモータの吸引力が付
加されてもエアーギャップの変動は僅かで、安定的に釣
り合い、電車が安全に運転できる。

次に、第４図に示される本発明の他の実施例は、上記下
ばね座板１０とストッパ部材１２とを一体的に構成した
ストッパ体１４であって、上述した具体例と同じ構成の
ものである。

又一方、第５図に示される本発明の他の実施例は、第４
図の変形例である。

即ち、第５図において、軌道１上には、台車台枠２が配
置されており、この台車台枠２の前・後部２ａには、ば
ね受けを兼ねる各一対の案内部材１５が垂設されている
。又、この各案内部材１５には、複数の集塊１５ａが軸
方向へ突出して形成されており、この各集塊１５ａには
、下はね受けを兼ねる各案内筒体１４が上・下方向へ摺
動自在に嵌装されている。さらに、この各案内筒体１４
の下部と上記各案内部材１５の上部との間には、コイル
ばねによる弾性体１３がカントの逓減率の範囲内になる
ようにして介装されており、上記各案内筒体１４の下部
には、上記弾性体１３よりもばね定数の大きい防振ゴム
９が敷設されている。

さらに又、この防振ゴム９の下位には、車輪６と一体を
なす車軸７を軸装した軸箱８を支承する軸箱守部材１６
が設けられており、この軸箱守部材１６の両袖杆１６ａ
は上記各防振ゴム９等を均等に支承している。

従って、第５図に示される実施例は、車両走行時、車輪
６が軌道１から受ける衝撃や振動を上記各弾性体１３、
各防振ゴム９、ストッパを兼ねた各案内部材１５及び各
案内筒体１４等で制振すると共に、輪重抜けを防止する
ようになっている。

他方、第６図に示される本発明の他の実施例は、第５図
に示される実施例の変形である。

即ち、第６図において、台車台枠２と輔箱守部材１６の
両袖杆１６ａとの間には、各コイルばねによる各弾性体
１３及び各案内筒体１４等が介装されており、上記軸箱
守部材１６の上部１６ｂには、防振ゴム１７が敷設され
ている。

従って、この実施例は、車輪６が軌道１から受ける衝撃
や振動を上記防振ゴム１７でも防止したものである。即
ち、この実施例は、上記台車台枠２の一部に上記防振ゴ
ム１７を当接して制振するようにしたものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、台車台枠にシングル
サイドのリニアモータの一次側を設け、この一次側と向
合った軌道側に二次側を敷設したリニアモータ電車の軸
ばね装置において、上記台車台枠の一部に軸箱守部材を
設け、この軸箱守部材に車軸を軸装する軸箱を摺動自在
に設け、この軸箱と上記台車台枠との間にストッパ部材
及びこのストッパ部材に比較して長くて、しかも、剛性
の低い弾性体を介装しであるので、カントの逓減率の範
囲内で上記台車台枠を弾発的に保持して走行時に受ける
衝撃や振動を抑制して乗心地の向上を図ることができる
ばかりでなく、リニアモータの吸引力によるエアギャッ
プの縮小を防止して輪重抜けを防止し、リアクションプ
レートに接触しないようにして安定走行をすることがで
きる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、リニアモータ電車の軸ばね装置の断面図、第
２図は、リニアモータにおける電磁石の吸引力とエアギ
ャップとの関係を示すグラフ、第３図は、本発明の軸ば
ね装置におけるコイルばねの高さと軸ばね荷重との関係
を示すグラフ、第４図乃至第６図は、本発明の他の実施
例を示す各図、第７図及び第８図は、従来の鉄道車両に
おける軸ばね装置を示す各側面図である。 １・・・軌道、２・・・台車台枠、３・・・軸箱守部材
、６・・・車輪、７・・・車軸、８・・・軸箱、９・・
・防振ゴム、１０・・・下ばね座板、１１・・・上ばね
座板、１２・・・ストッパ部材、１３・・・弾性体。 第１図 エアギャップ（ｍｍ） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、台車台枠にシングルサイドのリニアモータの一次側
   を設け、この一次側と向合った軌道側に二次側を敷設し
   たリニアモータ電車の軸ばね装置において、上記台車台
   枠の一部に軸箱守部材を設け、この軸箱守部材に車軸を
   軸装する軸箱を摺動自在に設け、この軸箱と上記台車台
   枠との間にストッパ部材及びこのストッパ部材に比較し
   て長くて、しかも、剛性の低い弾性体を介装したことを
   特徴とするリニアモータ電車の軸ばね装置。 ２、軸箱と上記台車台枠との間にストッパ部材及びこの
   ストッパ部材に比較して長くて、しかも、剛性の低いコ
   イルばね及びこのコイルばねよりもばね定数の大きい防
   振ゴムをカントの逓減率の範囲内になるようにして介装
   したことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ電車
   の軸ばね装置。