JPH05139309A

JPH05139309A - ハイブリツドブレーキ装置

Info

Publication number: JPH05139309A
Application number: JP3304794A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kobayashi; 芳隆小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】【目的】うず電流によるブレーキ力を可及的に低速領域
まで得られるようにし、中速領域でのブレーキ力低下を
なくす。【構成】励磁コイル30を、対向する一対の磁極鉄心31，
32の間に配置し、中空部に挿入される磁極鉄心33，緩衝
部材等を介して支持する。磁極鉄心31，32には、下部に
レール面に対向して所望のピッチで複数の磁極35ａ，37
ａをくし形状に設け、これらの磁極35ａ，37ａが僅小の
空隙を介してかみ合うに磁極鉄心31，32を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両等に用いられ
る吸着およびうず電流共用のいわゆるハイブリッドブレ
ーキ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄道車両（以下、車両という）
を減速させるための手段としては、レールと車輪との間
の摩擦力を利用した粘着ブレーキが用いられている。こ
の粘着ブレーキにおいて、最大取り得るブレーキ力は、
この摩擦力（摩擦係数）により決まり、車輪に可能な限
り大きな機械的または電気的にブレーキ力を付加して
も、車輪踏面の最大ブレーキ力はこの摩擦力を超えてブ
レーキ力を得ることは不可能である。すなわち、車輪の
ブレーキ力をＦ_w，車輪とレールとの最大摩擦係数をμ
_max，車輪踏面のブレーキ力をＦとすると、車輪踏面で
のブレーキ力は、次の（１）式に示す関係となる。Ｆ≦μ_max×Ｆ_w……（１）したがって、ブレーキ力を（１）式により得られる値を
超えて得ようとすると、粘着ブレーキ方式以外の方法を
採用する必要がある。最近、在来線の車両の高速化の要
求が強くなり、従来の最大速度 100〜120 km／ｈ程度で
あったものを 130km／ｈ以上 160km／ｈ程度まで高速化
しようとする動きがある。

【０００３】しかしながら、在来線の場合、法令により
非常ブレーキをかけた場合にも600m以内で停止すること
が義務付けられている。一方、この高速化した車両で60
0m以内に停止させようとすると、必要ブレーキ力は最大
摩擦係数を超え、車輪がレール面上で滑ってしまいブレ
ーキ力が得られなくなり、600m以内で停止させることは
困難となる。

【０００４】そこで、これを解決する方法として、車両
のブレーキ力をレールから直接得る方法が考えられてい
る。この方法は、次の３種類に大別される。すなわち、
その一つはレール吸着ブレーキ（以下、吸着ブレーキと
いう）、他の一つはレールうず電流ブレーキ（以下、Ｅ
ＣＢという）、さらに他の一つはレール吸着うず電流ブ
レーキ（以下、ハイブリッドブレーキという）である。
以下、各ブレーキの構成を順次説明する。

【０００５】図６は、吸着ブレーキを台車に装架した構
成を示す側面図である。同図において、１は吸着ブレー
キで、車輪２を軸支した台車３に装架されており、動作
時に台車３より下方のレール４側に油圧装置５等を介し
て移動し、磁極６がレール４と接触する。この状態で励
磁コイル７に通電することにより、磁極６は電磁石とな
り、レール４との間に電磁吸引力が発生する。この時の
電磁吸引力をＦ_mとし、レール４と磁極６との間の摩擦
係数をμ_rとすると、ブレーキ力Ｆ_Bは、次の（２）式
で示される。Ｆ_B＝μ_r×Ｆ_m……（２）したがって、ブレーキ力を増大させようとする場合、励
磁電流を増加して電磁吸引力を増大させればよいことに
なる。しかしながら、摩擦係数μ_rはレールとの接触面
に用いられているブレーキシュー８の材質やレール面の
状態および車両の速度により決定される。すなわち、レ
ール面が乾燥状態より湿潤状態の方が摩擦係数は少な
く、また、車両の速度が増大するに従って低下する。

【０００６】実験データ等によると、この摩擦係数は、
車両の速度が 100km／ｈ以上の領域では、10％より小さ
くなることも報告されている。すなわち、ブレーキ力と
して吸引力の10％程度しか作用しないことになり、図７
に示すように高速領域でブレーキ力が不足する。

【０００７】図８は、ＥＣＢブレーキを台車に装架した
構成を示す側面図である。同図において、11はＥＣＢ
で、車輪２を軸支した台車12に支持部材13を介して装架
されており、動作時に励磁コイル14に通電することによ
り磁極鉄心15に磁束が発生する。この磁束は、エアーギ
ャップ16を通りレール４に入る。この磁束によりレール
表面にうず電流が発生し、このうず電流と磁束の積によ
りブレーキ力が得られる。この場合、レール４と磁極鉄
心15の間にはエアーギャップ16があり、非接触でブレー
キ力が得ることができ、摩擦係数に依存することなくブ
レーキ力が得られる。

【０００８】しかしながら、レール４に発生するうず電
流は、車両の速度が低下するに従って減少する。したが
って、ＥＣＢのブレーキ力は、図９に示すように車両の
速度が低下するに従って低下する。そこで、上述した吸
着ブレーキとＥＣＢの欠点をカバーするようにしたブレ
ーキ装置がハイブリッドブレーキである。つまり、ハイ
ブリッドブレーキは、ＥＣＢを吸着ブレーキとして動作
させたものであり、高速側はＥＣＢとしてのブレーキ力
を得、低速側は吸着ブレーキによりブレーキ力を得ると
いう構成である。

【０００９】図10は、ハイブリッドブレーキを台車に装
架した構成を示す側面図である。同図において、21はハ
イブリッドブレーキで、車輪２を軸支した台車22に油圧
装置23を介して装架されており、このハイブリッドブレ
ーキ21の磁極鉄心24の下面にブレーキシュー25が設けら
れている。動作時には台車22より下方のレール４側に油
圧装置23等を介して移動し、ブレーキシュー25がレール
４と接触する。次に、励磁コイル26に通電することによ
り磁束が発生し、この磁束により、レール４と磁極鉄心
24の間に電磁吸引力が発生し、この吸引力と摩擦係数に
よりブレーキ力が得られる。また、この磁束によりレー
ル面上にうず電流が発生し、ＥＣＢの場合と同様にうず
電流によるブレーキ力も得られる。これらブレーキ力の
関係を図11に示す。同図で、曲線Ａは吸着により得られ
るブレーキ力であり、曲線Ｂはうず電流により得られる
ブレーキ力である。したがって、ハイブリッドブレーキ
としては、曲線ＡとＢが合計された曲線Ｃに示すブレー
キ力が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成されたハイブリッドブレーキのブレーキ力は、
うず電流に依存するブレーキ力の中低速領域でのブレー
キ力低下が大きいため、結果として中速領域でのブレー
キ力不足となる。うず電流によるブレーキ力を可及的に
低速領域まで低下させないように構成するには、図10に
示す磁極ピッチτを可及的に小さくする必要がある。と
ころが、磁極間には励磁コイルが存在するため、磁極ピ
ッチを小さくするには自ら限度があった。

【００１１】このように従来のハイブリッドブレーキに
おいては、中速領域でブレーキ力の低下がみられ、この
ブレーキ力の低下を抑えるために、磁極鉄心を大きくし
たり、励磁コイルを大きくする等の対策が必要となり、
結果としてハイブリッドブレーキが大形化し、重量も増
大するという欠点があった。

【００１２】本発明は、上述したような事情に鑑みなさ
れたもので、その目的とするところはうず電流によるブ
レーキ力を可及的に低速領域まで得られるようにし、中
速領域でのブレーキ力低下をなくし、かつ装置を大形化
することのないハイブリッドブレーキ装置を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向する一対
の磁極鉄心の間に励磁コイルを配設して成り、台車に装
架されてレールとの間で直接ブレーキ力を得るようにし
たハイブリッドブレーキ装置において、磁極鉄心の磁極
をレールの面に対向してくし形状に形成し、磁極がそれ
ぞれ僅小の空隙を介してかみ合うように構成したもので
ある。

【００１４】

【作用】ハイブリッドブレーキ装置において、磁極鉄心
のレール進行方向に対する磁極ピッチをτ（mm）とし
て、車両が速度Ｖ（km／ｈ）で走行しているものとした
とき、レール面上に発生するうず電流の周波数ｆは、次
の（３）式により得られる。ｆ＝Ｖ／3.6 ×τ（Hz）……（３）そこで、本発明による磁極鉄心のレール進行方向に対す
る磁極ピッチをτ₁（mm）とし、従来方式による磁極鉄
心のレール進行方向に対する磁極ピッチをτ₂（mm）と
し、車両が速度Ｖ₀（km／ｈ）で走行している場合につ
いて検討する。従来方式の場合、レール上面に発生する
うず電流の周波数ｆ₂は、上記（３）式から次の（４）
式により得られる。ｆ₂＝Ｖ₀／3.6 ×τ₂（Hz）……（４）同様に本発明による磁極鉄心の磁極ピッチを小さくした
場合、レール上面に発生するうず電流の周波数ｆ₁は、
上記（３）式から次の（５）式により得られる。ｆ₁＝Ｖ₀／3.6 ×τ₁（Hz）……（５）うず電流によるブレーキ力は、概ね、レール上面に発生
するうず電流の周波数が同じであれば、ブレーキ力を略
等しくなることは一般に知られている。したがって、本
発明のハイブリッドブレーキ装置を用いることにより、
レール上面に発生するうず電流の周波数を同一とした場
合、等価的に速度は、次の（６）式に示すようにＶ₁ま
で低下することになる（ただし、τ₁＜τ₂）。Ｖ₁＝（ｆ₂／ｆ₁）×Ｖ₀ ＝（τ₁／τ₂）×Ｖ₀……（６）すなわち、ブレーキ力特性は、磁極ピッチτ₁，τ₂の
比だけ低速側に移行することになり、これによって低速
領域でのブレーキ力低下を防止することができる。この
場合、うず電流によるブレーキ力特性は図４の実線Ｅで
示すようになり、吸着によるブレーキ特性が上述した図
７と同様の実線Ｄで示すようになる。したがって、本発
明によるブレーキ力特性は、実線Ｅで示すうず電流によ
り得られるブレーキ力と実線Ｄで吸着によるブレーキ力
とが合成された同図に実線Ｆで示すブレーキ力特性とな
り、中速領域でのブレーキ力特性を改善することが可能
となる。なお、同図の破線Ｇは、磁極ピッチが比較的大
きい従来形のハイブリッドブレーキ装置のうず電流によ
るブレーキ力特性を示し、破線Ｈは、従来形のハイブリ
ッドブレーキ装置のうず電流によるブレーキ力と吸着に
よるブレーキ力とが合成されたブレーキ力特性を示す。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実例を下面側から見た斜視
図であり、図２は、本発明の一実施例の端部の分解斜視
図であり、図３は、図１のＸ−Ｘ断面図である。図１，
図２および図３において、30は励磁コイルで、この励磁
コイル30は、対向して配設される磁極鉄心31，32の中間
に配置され、励磁コイル30の中空部に挿入する磁極鉄心
33、緩衝部材等を介して支持されている。

【００１６】磁極鉄心31は、磁性体である鋼板または鋼
材から形成され、垂直面部34と、この垂直面部34の下部
で内側に水平方向に伸びる水平面部35で構成されてい
る。この磁極鉄心31の垂直面部34には、長手方向に沿っ
た両端上部に取付アーム部34ａ，34ａが形成され、かつ
下部に長手方向に沿って所望のピッチで複数（図１には
４個を示す）の溝34ｂを設け、水平面部35には、溝34
ｂ，34ｂの間にくし形状に配置される複数の磁極35ａが
設けられている。

【００１７】磁極鉄心32は、上述した磁極鉄心31と同様
に磁極体である鋼板または鋼材から形成され、垂直面部
36と、この垂直面部36の下部で内側に水平方向に伸びる
水平面部37で構成されている。この磁極鉄心32の垂直面
部36には、長手方向に沿った両端上部に上述した取付ア
ーム部34ａと同形状の取付アーム部36ａ，36ａ（ただ
し、図２にはその一方側のみを示す）が形成され、かつ
下部に長手方向に沿って上述した溝34ｂと同じピッチで
複数（図１には４個を示す）の溝36ｂを設け、水平面部
37には、溝36ｂ，36ｂの間にくし形状に配置される複数
の磁極37ａが設けられている。ここで、溝34ｂと36ｂ
は、同形状、つまり幅と深さを同一のものとし、磁極35
ａと37ａも同形状、つまり幅と長さを同一としている。
また、溝34ｂは、磁極37ａがかみ合わされたときに磁極
37ａの周りに一定のエアーギャップが形成されるような
寸法になっている。なお、取付アーム部34ａ，34ａに
は、台車に固定し、かつブレーキ動作時に油圧装置等で
レール４側に移動させる装置（図示しない）に連結する
ためのボルト（図示しない）の貫通孔34ｃ，34ｃをそれ
ぞれ設けている。

【００１８】また、磁極鉄心33は、鋼板（または鋼材）
から励磁コイル30の中空部に挿入できる大きさとした帯
状に形成され、両側面を磁極鉄心31，32の垂直面部34，
36にボルト（図示しない）を介して固定、または一方の
側面を磁極鉄心31，32の垂直面部34，36の一方に溶接等
で固着し、他方の側面を垂直面部34，36の他方にボルト
（図示しない）を介して固定される。一方、磁極鉄心31
の磁極35ａと磁極鉄心32の磁極37ａの下面には、それぞ
れブレーキシュー38が取付けられる。このブレーキシュ
ー38は、磁性材から平板状に形成され、ボルトまたはそ
の他の機械的固定手段によって交換可能に取付けられ
る。

【００１９】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。図示しない台車に装架し、励磁コイル30
に通電すると、図３に示すように磁束φが発生する。こ
の磁束は、同図に実線で示すように磁極鉄心31の垂直面
部34と磁極35ａを通りレール４に流れる。さらに、この
磁束は、レール４を進行方向に流れ、磁極鉄心32の隣接
する磁極37ａに流れ込む。その後、垂直辺部36を経由
し、磁極鉄心32にもどる。このように磁束が流れること
により、図１に示すようにレール進行方向に対し、磁極
面でＮ極，Ｓ極が交互に励磁されたことになる。

【００２０】ところで、この場合の磁極数および磁極ピ
ッチは、磁極鉄心31，32の磁極35ａ，37ａの個数および
大きさによりある程度自由に構成することができる。す
なわち、磁極35ａ，37ａの個数を増すことにより、磁極
数は増加し、磁極ピッチτを小さくすることができる。
磁極ピッチτを小さくすることにより、上述したように
低速領域でのブレーキ力低下を防止することができ、図
４に曲線下で示すようにブレーキ特性を向上することが
できる。これによって、ブレーキ装置が小形軽量とな
り、高速車両に最適のハイブリッドブレーキ装置を提供
することができる。

【００２１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものでなく、レールに対向する磁極幅の寸法に制約
がある場合には、図５に示すように構成してもよい。す
なわち、同図において、磁極鉄心41は、垂直面部42と水
平面部43より形成されるが、垂直面部42の上下方向に沿
った中間部を内側に折曲げて段部42ｂを設け、水平面部
43の長さがレール４の上面の間とほぼ同じ寸法になるよ
うに形成している。その他は上述した実施例の磁極鉄心
31と同様の構成で、垂直面部42には長手方向に沿った両
端上部に取付アーム部42ａを設け、下部には所望のピッ
チで複数の溝（図示しない）を設け、水平面部43にはこ
の溝と同じピッチで複数の磁極43ａを設けている。ま
た、磁極鉄心44は、垂直面部45と水平面部（図示しな
い）より形成されるが、磁極鉄心41と同様に垂直面部45
の上下方向に沿った中間部を内側に折曲げて段部45ａを
設け、図示しない水平面部の長さがレール４の上面の幅
と同じ寸法になるように形成している。その他は上述し
た実施例の磁極鉄心32と同様の構成で、垂直面部45には
長手方向に沿った両端上部に取付アーム部45ａを設け、
下部には磁極鉄心41に設けた溝のピッチと同じピッチで
溝（図示しない）を設け、図示しない水平面部にはこの
溝と同じピッチで複数の歯部（図示しない）を設けてい
る。なお、磁極鉄心41の磁極43ａの下面には、上述した
実施例と同様に磁性材から平板状に形成され、かつ交換
可能としたブレーキシュー46がレール４の上面に対向し
て取付けられる。磁極鉄心44の磁極（図示しない）の下
面にも同様のブレーキシュー（図示しない）が取付けら
れる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、励
磁コイルを介して一対の磁極鉄心が対向して配設され、
それぞれの磁極鉄心には下部に所望のピッチで複数の溝
と水平方向に伸びる複数の磁極を交互に設け、一方の磁
極鉄心の磁極が空隙を保って他方の磁極鉄心の溝にかみ
合うように構成し、また、磁極の下面にはレールの上面
に対向するブレーキシューを取付けているので、磁極ピ
ッチを小さくすることができ、これにより車両の全速度
領域でブレーキ特性を向上したハイブリッド形ブレーキ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を下面側から見た斜視図。

【図２】本発明の一実施例の端部の分解斜視図。

【図３】図１のＸ−Ｘ断面図。

【図４】本発明のブレーキ特性を示す曲線図。

【図５】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図６】従来の吸着ブレーキ装置を台車に装架した構成
を示す側面図。

【図７】図６に示す吸着ブレーキ装置の特性を示す曲線
図。

【図８】従来のうず電流ブレーキ装置の台車に装架した
構成を示す側面図。

【図９】図８に示すうず電流ブレーキ装置の特性を示す
曲線図。

【図１０】従来のハイブリッドブレーキ装置を台車に装
架した構成を示す側面図。

【図１１】図10に示すハイブレッドブレーキ装置の特性
を示す曲線図。

【符号の説明】

３，12，22…台車、４…レール、30…励磁コイル、31，
32，41，44…磁極鉄心、35ａ，37ａ，43ａ…磁極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の磁極鉄心の間に励磁コイ
ルを配設して成り、台車に装架されてレールとの間で直
接ブレーキ力を得るようにしたハイブリッドブレーキ装
置において、前記磁極鉄心の磁極を前記レールの面に対
向してくし形状に形成し、前記磁極がそれぞれ僅小の空
隙を介してかみ合うように構成したことを特徴とするハ
イブリッドブレーキ装置。