WO2005007480A1 - 自己操舵台車及びこの自己操舵台車を適用した鉄道車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】 走行安定性と曲線通過性能を向上させた自己操舵台車とこの自己操舵台車適用した鉄道車両を提供する。 【解決手段】 アクティブ・ステアリング・ダンパー10は、DCモータ13を駆動しボールネジ15を回転させ、このボールネジ15と螺合するナット16を螺進させることで全体が伸縮動し、これによってステアリングリンク6を介して輪軸2が操舵される。この操舵はアクティブ・ステアリング・ダンパー10が有するアクティブ機能によって行われる。このアクティブ機能は直線から緩和曲線を経て定常曲線にいたる過程での自己操舵動作の応答遅れを解消する。 また、アクティブ・ステアリング・ダンパー10は、パッシブ機能も有する。このパッシブ機能は直線走行時などに発生する蛇行動周波数の振動に対しては剛体として作用し、それ以外の周波数の振動に対しては非剛体として緩衝作用を発揮する機能であり、直線での高速走行性と定常曲線部での通過性が向上する。

Description

明 細 書
自己操舵台車及びこの自己操舵台車を適用した鉄道車両
技術分野
[0001] 本発明は、左右一対の輪軸(車軸と車輪)を独立回転可能にボギーフレームに支 持した台車に関する。
背景技術
[0002] 鉄道車両を支持する台車としては、 1本の軸をボギーフレームに回転自在に支承し 、この 1本の軸に左右の車輪を取付けた 1軸台車と、ボギーフレームの左右に車軸と 車輪とからなる輪軸を取付けた独立回転可能な台車 (以下、一輪独立回転操舵台車 とも称する)とがある。
[0003] 鉄道車両にあっては、曲線通過性能と走行安定性が要求され、曲線通過性能は車 輪の踏面勾配に基づく自己操舵機能により発揮される。この自己操舵機能を高める には輪軸の旋回動(ョーイング)を自由にすれば達成されるが、輪軸の旋回動を自由 にすると自励振動である蛇行動が発生し走行安定性を阻害する。
一輪独立回転操舵台車は左右の輪軸が独立回転するため自己操舵機能が高ぐ 急曲線、構内或いはループ線などに対応でき、また車軸が幅方向に架設されていな いため低床下に有利であり、都市部や特殊な区間における利用価値が高い。(非特 許文献 1)
[0004] また、ノッシブ機能による走行安定性の確保とアクティブ機能による補助制御につ V、て記載された台車枠アクティブ操舵台車が提案されて!、る。
(特許文献 1)
特干文献 1: : Fritz Fredench, Possioilities as yet unknown or unused regarding the wheel/ rail tracking mechanism, Development of modern rolling stock running gear, Rail International, Novennber 1985, p33
特許文献 1 : : 特開 2002— 328653
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0005] 一輪独立回転操舵台車は左右の輪軸が独立回転する構造を基本としているため、 蛇行動周波数の振動を減衰せしめる点で劣り、このため高速走行 (走行安定性)に は不向きとされている。また、速度を上げると限界自己操舵性が低下するため、専ら 低速車両にしか適用されて 、な ヽ。
[0006] またパッシブ機能とアクティブ機能を備えた特許文献 1に開示されたものにあっては 、車軸を有する 1軸台車であるため、曲線旋回能に限界があり、蛇行動臨界速度が 低いという課題がある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は一輪独立回転操舵台車が抱える課題、即ち中速、高速車両には適用さ れず、専ら低速車両にしか適用されないという課題を解決することを目的としてなした ものである。
[0008] 上記課題を達成するため本発明に係る自己操舵台車は、ボギーフレームに独立回 転可能に支持される左右一対の輪軸と、これら輪軸を操舵すべく左右一対の輪軸間 に連結されるステアリングリンクと、このステアリングリンクと前記ボギーフレームとの間 に設けられるアクティブ ·ステアリング ·ダンパーとを備えた構成とした。
ここで、アクティブ ·ステアリング ·ダンパーは緩和曲線に合わせて輪軸を操舵するァ クティブ機能と、高速走行安定性及び定常曲線通過性向上を図るパッシブ機能を有 する。
[0009] 前記アクティブ ·ステアリング ·ダンパーは蛇行動周波数の振動に対しては剛体とし て作用し、また定常曲線通過に対してはダンパー作用を発揮するものが好適である 。具体的な構成の一例としては、 DCモータとこの DCモータによって回転せしめられ るボールネジ機構を備えた直動型のダンパー、或 、は回転型の 、ずれでもよ 、。
[0010] 本発明は、前記した自己操舵台車を少なくとも車両の前後に設けた鉄道車両を含 む。また、前後の自己操舵台車とは別の台車を、前後の自己操舵台車の中間位置ま たはいずれか一方に寄った位置に設けることで、 2階建て鉄道車両にも有効となる。 勿論、通常の車両に前後の自己操舵台車とは別の台車を適用してもよい。
即ち、メンテナンスや既存車両との共用から、車体長を従来標準の 20m車両とする 場合には、本発明に係る自己操舵台車を車両の前後に設ければよい。一方、 2階建 て鉄道車両の場合には階段のデッドスペースがあるため、車体長を長くしたいとの要 望があるが、車体を長くすると剛性確保のため車体重量増大につながる。このような 場合に中間付近に 1軸台車ユニットを配置することで剛性低下を防ぎつつ車体重量 の大幅な軽量化が図れる。
[0011] 2階建て車両 (例えば新幹線)には、 1階フロアと 2階フロアとの中間高さにプラットフ オームとの出入用フロアが位置する構造のものがある。この場合には、前記出入用フ ロアを左右いずれかに寄った位置に設け、また連結される他の車両の 1階フロアとの 連結通路を前記自己操舵台車の左右の輪軸間のスペースを利用して設ける。また、 連結される他の車両の 2階フロアとの連結通路を前記出入用フロアとは逆の左右い ずれかに寄った位置に設ける。このような構造とすることで隣接する車両への移動が 階段を用いることなくウォークスルータイプとなるので、高齢者や身体障害者にも極め て有禾 IJになる。
発明の効果
[0012] 図 15はアクティブ 'ステアリング ·ダンパーを設けない場合の、直線部、緩和曲先部 及び定常曲線部のアタック角と左右変位量を示した図、図 16はアクティブ'ステアリン グ-ダンパーを設けた場合の、直線部、緩和曲先部及び定常曲線部のアタック角と左 右変位量を示した図である。
これらの図から、自己操舵台車にアクティブ機能とパッシブ機能を有するアクティブ •ステアリング ·ダンパーを付加することで、緩和曲線に対する操舵性が向上するだけ でなぐ高速直線走行の安定性および定常曲線での通過性が向上することがわかる 図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明に係る自己操舵台車の平面図
[図 2] (a)は直動型アクティブ 'ステアリング ·ダンバーの断面図、(b)は直動型ァクティ ブ ·ステアリング ·ダンパーの機能を説明した模式図
[図 3]別実施例に係る自己操舵台車の平面図
[図 4]回転型アクティブ 'ステアリング 'ダンパーを適用した別実施例の平面図
[図 5]図 4に示した別実施例の側面図 [図 6]別実施例に係る自己操舵台車の平面図
[図 7]本発明に係る自己操舵台車を適用した鉄道車両の平面図
[図 8]同自己操舵台車を適用した鉄道車両の側面図
[図 9]同自己操舵台車を適用した鉄道車両の正面図
[図 10]別実施例に係る鉄道車両の側面図
[図 11]別実施例に係る鉄道車両の側面図
[図 12]本発明に係る自己操舵台車を適用した 2階建鉄道車両の連結部の側面図 [図 13]同連結部の一部切欠平面図
[図 14]図 12の A— A方向矢視図
[図 15]アクティブ 'ステアリング 'ダンパーを設けない場合の、直線部、緩和曲先部及 び定常曲線部のアタック角と左右変位量を示した図
[図 16]アクティブ 'ステアリング 'ダンパーを設けた場合の、直線部、緩和曲先部及び 定常曲線部のアタック角と左右変位量を示した図
発明を実施するための最良の形態
[0014] 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 自己操舵台車の平面図、図 2 (a)は直動型アクティブ 'ステアリング 'ダンパーの断面 図、(b)は直動型アクティブ 'ステアリング 'ダンパーの機能を説明した模式図である。
[0015] 自己操舵台車は平面視でコ字状をなすボギーフレーム 1に左右一対の輪軸 2, 2を 独立回転可能に支持している。ここで輪軸 2は軸箱 3に回転自在に支持される軸 4と この軸 4に取付けられる車輪 5から構成され、前記軸箱 3はボギーフレーム 1に水平 面内で回転自在に支持されて 、る。
[0016] また前記輪軸 2, 2間はステアリングリンク 6にて連結されている。ステアリングリンク 6 は軸箱 3から前方 (後方)に延びる前後メンバー 7, 7とこれら前後メンバー 7, 7間にピ ン 8を介して連結される横メンバー 9からなり、横メンバー 9とボギーフレーム 1間に直 動型のアクティブ ·ステアリング ·ダンパー 10を架設して 、る。
[0017] アクティブ ·ステアリング ·ダンバー 10はシリンダ 11内にピストン 12が摺動自在に揷 着され、シリンダ 11内には DCモータ 13、減速ギヤ 14、ボールネジ 15、ナット 16が組 み込まれ、またシリンダ 11とピストン 12の端部には連結部 17が設けられ、この連結部 17内にはラバーブッシュ 18が嵌め込まれている。
[0018] アクティブ ·ステアリング ·ダンバー 10は、 DCモータ 13を駆動しボールネジ 15を回転 させ、このボールネジ 15と螺合するナット 16を螺進させることで全体が伸縮動し、こ れによってステアリングリンク 6を介して輪軸 2が操舵される。この操舵はアクティブ'ス テアリング ·ダンパー 10が有するアクティブ機能によって行われる。このアクティブ機 能は直線力 緩和曲線を経て定常曲線にいたる過程での自己操舵動作の応答遅れ を解消する。アクティブ制御を行うに当たっては、軌道曲率情報が必要であるが、こ の情報は振り子車両の制御などで実用化している車両位置検出システムと軌道のテ 一ブルを用いれば容易に取得可能である。
[0019] また図 2 (b)に示すように、アクティブ 'ステアリング 'ダンパー 10は、ノ ッシブ機能も有 する。このパッシブ機能は直線走行時などに発生する蛇行動周波数の振動に対して は剛体として作用し、それ以外の周波数の振動に対しては非剛体として緩衝作用を 発揮する機能であり、直線での高速走行性と定常曲線部での通過性が向上する。こ のパッシブ機構は DCモータの制御系で実現することができる。
[0020] 図 3は別実施例に係る自己操舵台車の平面図であり、前記実施例にあってはァク ティブ ·ステアリング ·ダンパー 10として電磁ダンパー(電動ァクチユエータ)を用 、た 力 この実施例にあってはアクティブ機構とパッシブ機構とを直列にするとともに電動 ァクチユエータ以外の一般的なァクチユエータをアクティブ機構に用いて 、る。
[0021] 図 4は回転型のアクティブ 'ステアリング ·ダンパーを適用した別実施例の平面図、 図 5は図 4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輪軸 2の 上方に回転型のアクティブ 'ステアリング ·ダンバー 20を配置し、前記同様、ステアリ ングリンク 6を介して輪軸 2を操舵する。
[0022] 図 6は別実施例に係る自己操舵台車の平面図であり、この実施例にあっては、メカ 二カルなステアリングリンク 6を用いる代わりに、回転型のアクティブ 'ステアリング 'ダ ンパー 20, 20を両方の輪軸 2の上方に配置し、左右のアクティブ 'ステアリング 'ダン パー 20, 20を電気的に連動せしめることで、前後メンバー 7及び横メンバー 9を省略 している。
[0023] 図 7は本発明に係る自己操舵台車を適用した鉄道車両の平面図、図 8は同自己操 舵台車を適用した鉄道車両の側面図、図 9は同自己操舵台車を適用した鉄道車両 の正面図であり、この鉄道車両にあっては車両 30の前後に自己操舵台車を配置し ている。
[0024] この車両 30にあっては、車体のブラケット 31に自己操舵台車のボギーフレーム 1を 連結し、このボギーフレーム 1と車体との間に左右方向の振動を吸収するダンパー 3 2, 32および上下方向の振動を吸収するダンパー 33, 33を配置している。
また、ボギーフレーム 1と車体のブラケット 31との間には牽引リンク 34を設け、ボギ 一フレーム 1のョーを固定している。
[0025] 図 10及び図 11は別実施例に係る鉄道車両の側面図であり、図 10に示す鉄道車 両にあっては、別の自己操舵台車を車両 30の前後方向の中間位置に配置している 。このように、 3台の台車を用いることで、 2階建車両などに適用しても十分に荷重に 耐えることができる。尚、この場合中央の自己操舵台車にはアクティブ 'ステアリング' ダンパーを付カ卩しなくてもよ ヽ。
[0026] 中間台車の位置としては、前後の台車間の中心が好ましい。この位置にすることで 、車輪操舵の必要がなぐ複雑な操舵機構を省略できる。ただし左右方向には自在 に動けるようにしなければならず、このような変位機構の例としてリニアスライドによる 台車支持や、リンク機構を用いた台車支持で容易に実現可能である。このように、中 間台車は原則として左右に自在に変位可能な構造であるが、車両の更なる振動特 性、走行安定性向上を図るため、左右変位に対してパッシブダンバや本発明のァク ティブ機構を組み込むことも可能である。
また、中間台車の位置は必ずしも車体中心である必要はなぐ車体の重量バランス 、軸重バランス、さらには床下機器配置の自由度向上を図るという目的から、中心より ずらした配置も可能である。ただし、この場合、左右の変位機構と連携したョーイング 機構を付加する対処、例えば、円弧状ガイドスライドや非対称リンク機構が必要であ る。
[0027] 図 12は本発明に係る自己操舵台車を適用した 2階建鉄道車両の連結部の側面図 、図 11は同連結部の平面図、図 13は図 12の A— A方向矢視図であり、この実施例に あっては、連結される 2階建車両 100, 100の 1階フロア 101と 2階フロア 102との中 間高さにプラットフォームとの出入用フロア 103と出入用ドア 104が設けられている。
[0028] 前記出入用フロア 103は左右いずれかに寄った位置、即ち車両の幅の略半分程 度の幅とされ、この出入用フロア 103から 1階フロア 101への階段 105と 2階フロア 10
2への階段 106が設けられて!/、る。
[0029] 一方、車両 100, 100の連結部には 1階通路 107と 2階通路 108が設けられている
。 1階通路 107は自己操舵台車の輪軸 2, 2間のスペースを利用することで、階段な どの段差なく車両 100, 100の 1階フロア 101をつなげることができる。
即ち、従来の 2階建車両は、ホームの高さが lm程度あるため、台車上方に 1階の 床面がくるようにすると、 1階の床面では隣の車両への移動に階段を強いられるが、 本発明の如く構成することで階段を上り下りする必要がなくなり、 2階建車両の構成 方法が改善される。また、車両毎に設ける前後の出入用ドア 104の箇所を平面視で 点対象、例えば前方の出入用ドア 104を右側とした場合には後方の出入用ドア 104 を左側ととすることで、レイアウト上有利となる。
[0030] また、 2階通路 108は出入用フロア 103との干渉を避けるため、出入用フロア 103と 反対側の 2階フロア 102を残し、この部分に通路を確保するために、二連座席の一 方の座席を省き、この部分を通路としている。
このように、 1階通路 107および 2階通路 108に階段などを設けないことで、簡単に 車両の移動が可能になり、またキャスター付きの旅行バッグや販売車なども通過する ことができる。
[0031] 尚、図示例では本発明に係る自己操舵台車を適用した 2階建鉄道車両として説明 したが、台車の構造と切り離して、図 12—図 14に示す構造とすることで、接続車両へ の移動を階段などの障害物無くして、ウォークスルー効果を発揮する。

Claims

請求の範囲
[1] ボギーフレームに独立回転可能に支持される左右一対の輪軸と、これら輪軸を操舵 すべく左右一対の輪軸間に連結されるステアリングリンクと、このステアリングリンクと 前記ボギーフレームとの間に設けられるアクティブ 'ステアリング 'ダンパーとを備えた 自己操! "它台車。
[2] 請求項 1に記載の自己操舵台車において、前記アクティブ 'ステアリング 'ダンパーは
、蛇行動周波数の振動に対しては剛体として作用し、また定常曲線通過に対しては 駆動源を制御することでダンパー作用を発揮することを特徴とする自己操舵台車。
[3] 請求項 1または請求項 2に記載の自己操舵台車において、前記アクティブ'ステァリ ング 'ダンパーは、直動型または回転型のいずれかとしたことを特徴とする自己操舵 台車。
[4] 請求項 1乃至請求項 3に記載の自己操舵台車を少なくとも車両の前後に設けることを 特徴とする鉄道車両。
[5] 請求項 4に記載の鉄道車両において、前記前後の自己操舵台車とは別の台車を、 前後の自己操舵台車の中間位置またはいずれか一方に寄った位置に設けることを 特徴とする鉄道車両。
[6] 請求項 4または 5に記載の鉄道車両において、この車両は 2階建とし、 1階フロアと 2 階フロアとの中間高さで左右いずれかに寄った位置にプラットフォームとの出入用フ ロアが設けられ、また連結される他の車両の 1階フロアとの連結通路が前記自己操舵 台車の左右の輪軸間のスペースを利用して設けられていることを特徴とする鉄道車 両。
[7] 請求項 4または 5に記載の鉄道車両において、この車両は 2階建とし、 1階フロアと 2 階フロアとの中間高さで左右いずれかに寄った位置にプラットフォームとの出入用フ ロアが設けられ、また連結される他の車両の 2階フロアとの連結通路が前記出入用フ ロアとは逆の左右 、ずれかに寄った位置に設けられて!/、ることを特徴とする鉄道車両
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