WO2013141038A1 - 鉄道車両用空力ブレーキ装置、及び鉄道車両 - Google Patents

鉄道車両用空力ブレーキ装置、及び鉄道車両 Download PDF

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WO2013141038A1
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aerodynamic brake
brake plate
aerodynamic
brake device
torque
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PCT/JP2013/056334
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French (fr)
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高見創
下田恵輔
井上達哉
高田勝治
山田浩平
Original Assignee
公益財団法人鉄道総合技術研究所
ナブテスコ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/12—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting otherwise than by retarding wheels, e.g. jet action
    • B60T1/16—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting otherwise than by retarding wheels, e.g. jet action by increasing air resistance, e.g. flaps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H11/00—Applications or arrangements of braking or retarding apparatus not otherwise provided for; Combinations of apparatus of different kinds or types
    • B61H11/06—Applications or arrangements of braking or retarding apparatus not otherwise provided for; Combinations of apparatus of different kinds or types of hydrostatic, hydrodynamic, or aerodynamic brakes

Definitions

  • the present invention relates to an aerodynamic brake device for a railway vehicle.
  • An aerodynamic brake device that increases the air resistance and decelerates has been studied as a brake for vehicles that move at high speed.
  • a hinge-type aerodynamic brake device that raises the brake plate from the roof of the vehicle see, for example, Patent Document 1
  • a brake plate in a direction perpendicular to the traveling wind Is a pop-up type aerodynamic brake device (see, for example, Patent Document 2)
  • a rotary type aerodynamic brake device for example, Patent Document 3 in which a brake plate is projected in a direction perpendicular to the traveling wind using a rotation mechanism. See).
  • the hinge method is particularly advantageous for airplanes because the device can be made thinner.
  • the rocking end faces the assisting direction in which the air resistance acts to assist and encourage the brake plate to stand up.
  • the oscillating end is directed in the direction of the counteracting force that suppresses the standing of the brake plate and rather pushes it back.
  • the aerodynamic brake plate rises relatively easily because the aerodynamic brake plate stands up in the wind. It is necessary separately.
  • a high output actuator is required when the traveling speed is high.
  • the large output actuator and the auxiliary machine for driving have a large size and have problems in storage space, cost, and handleability.
  • the pop-up method and the rotary method have the merit that it can be configured with an actuator with a relatively small output because the influence of the wind pressure acting on the drive mechanism of the brake plate is reduced compared to the hinge method.
  • the aerodynamic brake plate moves in the vertical direction, the height of the device when housed is several times larger than that of the hinge system.
  • the aerodynamic brake device cannot be installed in the passenger compartment, for example, in the equipment room. It is necessary to provide it separately.
  • a strong slide support mechanism must be provided to guide the brake plate and to withstand and hold the wind pressure during braking. That is, there is a problem that the accommodation space for accommodating the brake plate and the support mechanism for the brake plate press the cabin space.
  • the present invention has been made in view of these problems, and is to realize an aerodynamic brake device that achieves both a reduction in the size of the drive mechanism and a reduction in the accommodation space.
  • the first and second aerodynamic brake plates that rotate so that the front end side stands up by rotating on a swing shaft provided on the rear end side are provided with the upright parts.
  • the rocking shafts are arranged side by side in the vehicle width direction so that one is the assisting direction and the other is the counteracting direction with respect to the traveling wind, and the aerodynamic brake plates are erected and rotated in conjunction with each other.
  • This is an aerodynamic brake device for railway vehicles provided with linkage means (for example, the first balance gear 19 and the second balance gear 39 in FIG. 3).
  • the first aerodynamic brake plate is caused to oscillate in the assisting direction, and at the same time, the second aerodynamic brake plate is caused to oscillate in the resistance direction. become.
  • the air resistance due to the caught wind generates assisting torque that helps the brake plate to stand up.
  • the running wind since the running wind is received, it acts as a resisting torque that suppresses the standing of the brake plate, but its magnitude is smaller than the assisting torque of the first aerodynamic brake plate. Then, the swing shafts of the first and second aerodynamic brake plates are linked so that both of them rotate in an upright manner.
  • the assist torque generated by the first aerodynamic brake plate is subtracted from the assist torque generated by the second aerodynamic brake plate.
  • the torque becomes dominant, and both the air brake plates naturally continue to swing toward the entire standing state. This relationship does not change even if the traveling direction of the vehicle is reversed.
  • the excessive assist torque generated in the first aerodynamic brake plate when the traveling speed is high is reduced by the resisting torque of the second aerodynamic brake plate, and the aerodynamic brake plate is shocked even when the traveling speed is high. None stand up.
  • an aerodynamic brake device with a small drive mechanism that does not require a slide support mechanism such as a pop-up method or a rotary method, and does not require a high-power actuator or shock absorber like a conventional hinge-type aerodynamic brake device. it can. Since the drive mechanism is small, the accommodation space becomes small, and even if it is mounted on a railway vehicle, it is not necessary to press the cabin more than the conventional aerodynamic brake device.
  • the linkage means has a rotation mechanism provided at the shaft end adjacent to the swing shaft of each of the first and second aerodynamic brake plates, and the rotational moments of both swing shafts. It is the aerodynamic brake device for rail vehicles of the 1st form comprised so that these may be balanced.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the two swing shafts can be linked by the rotation mechanism.
  • a gear or a chain mechanism can be used. While ensuring high reliability as a linkage mechanism, the structure can be simplified and miniaturized.
  • the first and second aerodynamic brake plates are arranged such that their swinging shafts are offset in the vehicle front-rear direction so that the outer dimensions in plan view when stored are reduced.
  • the aerodynamic brake device for rail vehicles of a 2nd form is the aerodynamic brake device for rail vehicles of a 2nd form.
  • the same effects as those of the first or second embodiment can be obtained, and the size of the entire aerodynamic brake device can be reduced, so that the mountability is further improved.
  • rotation limiting means for limiting the rotation of the first and second aerodynamic brake plates in a standing rotation direction exceeding a predetermined position and standing at the predetermined position (for example, the stopper 9 in FIG. 3),
  • a railway vehicle aerodynamic brake device according to any one of the first to third aspects, further comprising:
  • the same effect as any of the first to third embodiments can be obtained, and the rotation of the aerodynamic brake plate can be limited to a predetermined position without using an actuator.
  • the drive mechanism can be made smaller.
  • the first and second aerodynamic brake plates are partially erected until the standing torque caused by the traveling wind exceeds the restoring torque at which the aerodynamic brake plate attempts to restore the retracted posture due to its own weight.
  • the railway vehicle aerodynamic brake device according to any one of the first to fourth embodiments, further comprising urging means for urging (for example, the first torsion coil spring 20 and the second torsion coil spring 40 in FIG. 3).
  • the brake plate can stand up naturally by receiving the traveling wind without using an actuator. It can be.
  • the aerodynamic brake device for a railway vehicle according to the third embodiment is arranged side by side in the vehicle width direction, and in order to suppress yawing of the vehicle due to the operation of the aerodynamic brake device for the railway vehicle,
  • the railway vehicle is characterized in that the first and second aerodynamic brake plates are arranged in a mixed manner with different aerodynamic brake devices for railway vehicles in the arrangement in the vehicle width direction.
  • the aerodynamic brake device for railcars of the third aspect generates yawing when the brake is operated, the influence of yawing can be suppressed from affecting the vehicle.
  • FIG. 3 It is a perspective appearance figure showing an example of a railroad car which carries an aerodynamic brake device and the device concerned, and is a figure showing an aerodynamic brake non-operating state. It is a perspective appearance figure showing an example of a railroad car which carries an aerodynamic brake device and the device concerned, and is a figure in which an aerodynamic brake device shows an operation state.
  • the top view which shows the structural example of an aerodynamic brake device.
  • the longitudinal cross-sectional view in the AA cross section (FIG. 3) which shows the structural example of an aerodynamic brake device.
  • the longitudinal cross-sectional view in the BB cross section (FIG. 3) which shows the structural example of an aerodynamic brake device.
  • the longitudinal cross-sectional view in CC section FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the aerodynamic brake device, and is a state diagram in which a brake plate is partially raised. It is a schematic diagram for explaining the operation of the aerodynamic brake device, and is a state diagram in which the brake plate is fully upright.
  • FIG. 1 is a perspective external view showing an example of an aerodynamic brake device to which the present invention is applied and a railway vehicle equipped with the device, and shows a non-actuated state of the aerodynamic brake.
  • FIG. 2 is a view showing an operating state of the aerodynamic brake device.
  • the aerodynamic brake device 2 of the present embodiment is a brake that obtains braking force by causing the first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 to stand up together and increasing the air resistance against the traveling winds W1, W2. Device.
  • the aerodynamic brake device 2 is installed in a rectangular accommodating space 102 that is recessed in the roof portion.
  • the left and right aerodynamic brake devices 2 are arranged side by side in the vehicle width direction so that the first aerodynamic brake plate 10 or the second aerodynamic brake plate 30 are adjacent to each other.
  • the left and right aerodynamic brake devices 2R and 2L are arranged side by side so that the respective second aerodynamic brake plates 30 are adjacent (toward the center).
  • two sets of right and left are set as one set, and a plurality of sets are installed at predetermined intervals in the vehicle longitudinal direction.
  • the aerodynamic brake devices 2 are installed in two rows in the vehicle longitudinal direction.
  • the upper surface of the aerodynamic brake device 2 is flat with the upper surface of the vehicle body of the railway vehicle 100.
  • the number of aerodynamic brake devices 2 per left and right set (corresponding to the number of rows), the relative positional relationship, the number of arrangement sets in the roof portion of the railway vehicle 100, and the like can be appropriately changed.
  • FIG. 3 is a top view illustrating a configuration example of the aerodynamic brake device 2.
  • 4 to 6 are longitudinal sectional views of the AA, BB, and CC sections in FIG. 3, respectively. 4 to 6, some components are not shown for easy understanding.
  • the aerodynamic brake device 2 has a rectangular shape when viewed from above, and the short side direction is installed in the accommodating space 102 in accordance with the traveling direction of the railway vehicle 100.
  • the long side direction up and down direction in FIG. 3
  • left and right direction for explanation.
  • the first aerodynamic brake plate 10 is a rectangular plate that is horizontally long in the left-right direction.
  • the first aerodynamic brake plate 10 rotates so that the front end side (oscillating front end) stands up by rotating on a swing shaft provided on the rear end side. .
  • the long side is fixed by the shaft support arm 12 extending from the brake plate body 11 toward the long side on the rear side.
  • a parallel first swing shaft 14 is fixed.
  • the first swing shaft 14 is parallel to the left and right of the aerodynamic brake device 2, that is, perpendicular to the vehicle traveling direction when the aerodynamic brake device 2 is installed, by the bearing unit 8 at the bottom of the accommodation space 102. It is supported rotatably.
  • a first torsion coil spring 20 is provided that applies a biasing force to the first swing shaft 14 to rotate the first aerodynamic brake plate 10 in the direction to open (stand up).
  • the first torsion coil spring 20 passes the coil portion through the first swing shaft 14, hooks one of the arms on the spring arm locking pin 22 protruding from the side surface of the first balance gear 19, and the other Are fixed to a spring arm fixing base 24 projecting from the bottom surface of the housing space 102.
  • Various specifications of the first torsion coil spring 20 are set so as to generate a spring torque sufficient to partially raise the first aerodynamic brake plate 10 with respect to the first swing shaft 14 (details will be described later).
  • the second aerodynamic brake plate 30 basically has the same configuration as the first aerodynamic brake plate 10 as shown in FIGS. 1
  • the aerodynamic brake plate 10 is provided in the opposite direction. That is, the second aerodynamic brake plate 30 is also a rectangular plate that is horizontally long in the left-right direction, and is provided on the rear end side of the second aerodynamic brake plate 30 (the front end side as viewed as the aerodynamic brake device 2 as a whole). By rotating on the moving shaft, the front end side (the rear end side when viewed as the aerodynamic brake device 2 as a whole) is rotated so as to stand up.
  • the second aerodynamic brake plate 30 is parallel to the long side by the shaft support arm 32 extending from the brake plate body 31 toward one side of the long side (the front side as the aerodynamic brake device 2).
  • the second rocking shaft 34 is fixed.
  • the second swing shaft 34 is rotatably supported by the bearing unit 8 at the bottom of the accommodation space 102 in parallel with the left and right of the aerodynamic brake device 2 and at a position ahead of the first swing shaft 14.
  • the second swing shaft 34 is provided at a position offset to the front side of the aerodynamic brake device 2 with respect to the first swing shaft 14.
  • the first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 are arranged with their swinging axes offset in the vehicle front-rear direction, and the plan view outline of the aerodynamic brake device 2 when the brake plate is stored.
  • the dimension is set to be as small as possible.
  • a second balance gear 39 is fixed to one end of the second swing shaft 34 near the first aerodynamic brake plate 10.
  • the first balance gear 19 and the second balance gear 39 are gears having the same specifications and mesh with each other at a gear ratio of 1: 1 at a position near the left and right center of the aerodynamic brake device 2. That is, the first rocking shaft 14 and the second rocking shaft 34 link the rocking shafts so that the aerodynamic brake plates of both the first brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 rotate upright in conjunction with each other. It functions as a linking means.
  • the second torsion coil spring 40 that applies a spring torque for rotating the second aerodynamic brake plate 30 in the direction of opening the second aerodynamic brake plate 30.
  • the second torsion coil spring 40 has a coil portion passed through the second swing shaft 34, one arm is hooked on a spring arm locking pin 44 protruding from the side surface of the second balance gear 39, and the other Are fixed to a spring arm fixing base 24 projecting from the bottom surface of the housing space 102.
  • the second torsion coil spring 40 is set to generate a spring torque that partially erects the second aerodynamic brake plate 30 (details will be described later).
  • the output side of the reduction gear group 60 is connected to the first balance gear 19.
  • the output shaft of the electric motor 70 is connected to the input side of the reduction gear group 60 via the electromagnetic clutch 50.
  • the electromagnetic clutch 50 is maintained in an energized state during normal times and is maintained in a state in which the clutch is connected.
  • the energization is cut off and the clutch is disengaged.
  • the reduction gear group 60 has a high gear ratio. Accordingly, the rotation of the output shaft of the electric motor 70 can be decelerated and the second swing shaft 34 can be rotated, but conversely, the output shaft of the electric motor 70 cannot be rotated by the rotation from the second swing shaft 34 side. Exhibits self-locking effect.
  • auxiliary exterior plate 18 such as a rubber sheet is appropriately provided in a gap generated between the main exterior 4 and the first aerodynamic brake plate 10 and the first aerodynamic brake plate 30 in a closed state. That is, it is considered that the aerodynamic brake device 2 in normal time (non-operating state) forms a flat surface with the roof of the railway vehicle 100.
  • FIG. 7 and 8 are schematic diagrams for explaining the operation of the aerodynamic brake device 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the brake plate is partially erected
  • FIG. 8 is a diagram in which the brake plate is fully erected in a state after that. It corresponds to the figure of the state. It is assumed that the railway vehicle 100 equipped with the aerodynamic brake device 2 is traveling in the left direction in FIGS. That is, the traveling wind flows from the left to the right in FIGS.
  • the aerodynamic brake device 2 When the aerodynamic brake device 2 is operated, the energization to the electromagnetic clutch 50 is cut off. Then, the first aerodynamic brake plate 10 swings with the spring torque generated by the spring force of the first torsion coil spring 20 so that the tip end (upstream side of the traveling wind) rises on the first swing shaft 14, and the second aerodynamic brake plate 30 is The second torsion coil spring 40 swings with the spring torque generated by the spring force of the second torsion coil spring 40 so that the tip (downstream side of the traveling wind) rises. Since the first oscillating shaft 14 and the second oscillating shaft 34 are engaged with each other by the first balance gear 19 and the second balance gear 39, the oscillating directions of the both oscillating shafts are directions in which the brake plates stand up with each other. Since they are consistent with each other, they will not interfere with each other.
  • the state shown in FIG. 7 is obtained.
  • the inclination angle (standing angle) of the 1st aerodynamic brake board 10 and the 2nd aerodynamic brake board 30 in a figure is an example, and is not limited to the said angle.
  • the first aerodynamic brake plate 10 includes a traveling wind W1 (broken arrow in FIG. 7). Therefore, the assist torque T1 for assisting the first aerodynamic brake plate 10 to raise the brake plate more due to air resistance is applied. Further, a restoring torque T3 is applied to the first aerodynamic brake plate 10 to return the brake plate to the original retracted posture by its own weight.
  • the second aerodynamic brake plate 30 is dressed to receive the traveling wind W2. Therefore, the second aerodynamic brake plate 30 is subjected to a resisting torque T2 that resists the brake plate from rising due to air resistance. Further, the restoring torque T3 due to its own weight also acts on the second aerodynamic brake plate 30.
  • the assisting torque T1 is overcome by the combined spring torque of the first torsion coil spring 20 and the second torsion coil spring 40 to overcome the combined torque of the resisting torque T2 and the restoring torque T3 for two brake plates.
  • the first aerodynamic brake plate 10 can be partially erected. Paradoxically speaking, the specifications of the first torsion coil spring 20 and the second torsion coil spring 40 are such that the assist torque T1 is the resistance torque T2 in the assumed operating speed range of the vehicle on which the aerodynamic brake device 2 is assumed to be mounted.
  • the first aerodynamic brake plate 10 is set to be able to partially stand up to a magnitude that overcomes the combined torque of the two restoring torques T3.
  • the specific specifications of the first torsion coil spring 20 and the second torsion coil spring 40 are preferably determined by performing several tests.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of experimental results for setting the specifications of the torsion coil spring 20 and the torsion coil spring 40.
  • the horizontal axis represents the vehicle speed of the railway vehicle 100 where the installation of the aerodynamic brake device 2 is assumed, and the vertical axis represents the combined spring torque obtained by combining the first torsion coil spring 20 and the second torsion coil spring 40.
  • FIG. 10 shows the drag D1 of the first aerodynamic brake plate 10 and the drag D2 of the second aerodynamic brake plate 30 with the horizontal axis as the standing angle of the brake plate and the vertical axis as the drag due to the air resistance acting on the brake plate.
  • the combined total resistance D3 is shown. This total resistance D3 is a force that can act as a braking force.
  • the horizontal axis is the standing angle
  • the vertical axis is a measured value of the torque in the rotational direction acting on the first swing shaft 14, and the direction in which the first aerodynamic brake plate 10 is assisted is positive. It is shown.
  • the first aerodynamic brake plate 10 receives the traveling wind, but the second aerodynamic brake plate 30 receives the traveling wind. Therefore, as shown in FIG. 10, the drag D1 is larger than the drag D2.
  • the result of combining the assist torque T1 generated by the drag D1, the drag torque T2 and the restoring torque T3 generated by the drag D2 is the vertical torque shown in FIG. 11, and the vertical angle is not “0”. As a result, the assisting torque T1 is prevailing.
  • the brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 are partially raised by the first coil spring 20 and the second coil spring 40, the brake plate is raised like a conventional hinge type aerodynamic brake device. Even without an actuator for the purpose, the standing is naturally promoted by the air resistance, and finally the standing state shown in FIG. 8 is reached.
  • the inclination angle (standing angle) of the brake plate necessary for this partial standing was about several degrees (2 to 5 degrees).
  • the first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 are brought into contact with the stopper 9 to maintain their postures.
  • the assist torque T1 generated by the drag D1 of the first aerodynamic brake plate 10 becomes excessive when the traveling speed is high. 9 and its peripheral members, there is a problem that an excessive standing torque is suppressed by the drag torque T2 generated by the second aerodynamic brake plate 30 (FIG. 11), and the traveling speed is high.
  • the aerodynamic brake plate does not stand up shockingly.
  • the first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 have basically the same configuration, and the first balance gear 19 and the second balance gear 39 have the same specifications. Therefore, even when the vehicle traveling direction is reversed, the aerodynamic brake is merely performed by reversing the relationship between the torques acting on the first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 until the above-described full standing is achieved. The operational effects are the same.
  • the second swing shaft 34 is rotated in a direction to return the brake plate to the original tilted position (the state shown in FIGS. 1 and 3).
  • the electric motor 70 may be rotated a predetermined number of times.
  • the opening and closing directions of the two brake plates are reversed. And configured to link the swing shafts of both brake plates. As a result, the moment in the assisting direction is dominant. Therefore, the brake plate can be automatically erected using the traveling wind without providing a large actuator for erecting the brake plate unlike the conventional hinge type aerodynamic brake device.
  • first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 have basically the same structure, and the first balance gear 19 and the second balance gear 39 are gears having the same specifications. That is, even if it has a plurality of brake plates, it is possible to reduce the types of parts and realize a lower cost due to the mass production effect.
  • the brake plate of the aerodynamic brake device 2 is provided offset in the front-rear direction. Therefore, since the positional relationship between the point of application of the braking force applied by the first aerodynamic brake plate 10 and the point of application of the braking force applied by the second aerodynamic brake plate 30 is shifted, a moment around the vertical axis of the aerodynamic brake device 2 is obtained. May occur.
  • the two aerodynamic brake devices 2 are arranged side by side in the vehicle width direction with the second aerodynamic brake plate 30 side adjacent to each other (see FIGS. 1 and 2). In other words, the front and rear of the aerodynamic brake device 2 are reversed and arranged side by side.
  • the offset direction of the pair of brake plates of the left aerodynamic brake device 2L and the offset direction of the pair of brake plates of the right aerodynamic brake device 2R are reversed, so that the aerodynamic brake devices 2R and 2L are perpendicular to each other.
  • the moment that can be generated around the axis can be canceled out, and the influence of yawing on the vehicle can be suppressed.
  • the aerodynamic brake device 2 is not arranged in two left and right rows but in a single row, the right aerodynamic brake device 2R and the left aerodynamic brake device 2L are alternately arranged, so that An offset effect can be exhibited.
  • the first aerodynamic brake plate 10 and the second aerodynamic brake plate 30 are shown to have basically the same structure, but the size and shape of the brake plate are limited to be different. Is not to be done. In that case, the resultant torque of the torque caused by the air resistance acting on the first aerodynamic brake plate 10 and the torque caused by the air resistance acting on the second aerodynamic brake plate 30 is always the dominant torque on the assist side.
  • the linkage means specificallyations of the first balance gear 19 and the second balance gear 39
  • the linkage means may be configured other than meshing of gears (for example, for example, as long as it can be linked so that the swing directions of the first swing shaft 14 and the second swing shaft 34 when the brake plate rises are aligned)
  • a chain, a configuration using a timing belt, a link mechanism, or the like may be used.
  • the number of brake plates constituting the aerodynamic brake device 2 is two, but may be three or more.
  • the size and shape of each brake plate and the specification of the linkage means that the combined result of the torques acting on each swinging shaft as the brake plate stands up is always the assist torque dominant regardless of the reversal of the vehicle traveling direction. What is necessary is just to comprise.
  • the brake plate of the above embodiment is shown as a flat plate having a right end surface, the end shape is not limited to this.
  • the swinging tip is tapered, the swinging tip is provided with irregularities, the brake plate is appropriately provided with slits or holes, and the influence of turbulence generated at the swinging tip is reduced rearward, It is good also as a structure which produces the effect which suppresses the vibration of the brake plate by a turbulent flow.
  • Electric motor 100 ... Railway vehicle 102 ... Housing space D1 ... 1st aerodynamic brake board D2 ... Drag generated on the second aerodynamic brake plate D3 ... Total resistance, T1 ... assist torque T2 ... drag torque T3 ... restoration torque W1, W2 ... traveling wind

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Abstract

　駆動機構部の小型化と収容空間の低減を両立した空力ブレーキ装置を実現する。　空力ブレーキ装置２は、揺動先端が前方を向く第１空力ブレーキ板１０と、揺動先端が後方を向く第２空力ブレーキ板３０とを備える。第１空力ブレーキ板１０の第１揺動軸１４は第１バランスギア１９を備え、第２空力ブレーキ板３０の第２揺動軸３４の第２バランスギア３９と噛み合い、両揺動軸が連動してブレーキ板を起立する方向へ回転するように構成される。そして、第１揺動軸１４の第１捻りコイルバネ２０と、第２揺動軸３４の第２捻りコイルバネ４０は、第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０とを部分起立させる。第１空力ブレーキ板１０の助勢トルクＴ１は、第２空力ブレーキ板３０の抗勢トルクＴ２より大きくなるので、アクチュエータを備えずとも、ブレーキ板は自然と起立する方向へ揺動し、空力ブレーキが作動状態となる。

Description

鉄道車両用空力ブレーキ装置、及び鉄道車両
　本発明は、鉄道車両用の空力ブレーキ装置等に関する。
　高速移動する車両のブレーキとして空気抵抗を増加させて減速させる空力ブレーキ装置が研究されている。例えば、高速鉄道への搭載が想定された空力ブレーキ装置では、ブレーキ板を車両の屋根から起立させるヒンジ方式の空力ブレーキ装置（例えば、特許文献１参照）や、走行風と直交する方向へブレーキ板を直線的に突出させるポップアップ方式の空力ブレーキ装置（例えば、特許文献２参照）、回転機構を用いて走行風と直交する方向へブレーキ板を突出させるロータリ方式の空力ブレーキ装置（例えば、特許文献３参照）が知られるところである。
特開平７－２７７１５８号公報 特開２００３－２１９４号公報 特開２００５－４１３２５号公報
　ヒンジ方式では、装置を薄型化できるため航空機などでは特にメリットが高い。しかし、鉄道のように進行方向が正逆反転する移動体では、同じブレーキ板でも、空気抵抗がブレーキ板の起立を助け促すように作用する助勢方向に揺動端が向く場合と、空気抵抗によってブレーキ板の起立が抑制されむしろ押し戻すように作用する抗勢方向に揺動端が向く場合とが生じる。前者の場合、空力ブレーキ板が風をはらむようにして起立するため比較的容易に空力ブレーキ板が立ち上がるが、走行速度が高い場合は空力ブレーキ板が衝撃的に立ち上がり周辺部材へ悪影響を及ぼすため緩衝機構が別途必要になる。後者の場合には空力ブレーキ板が風圧に逆らって起立するため、走行速度が高い場合は大出力のアクチュエータが必要になる。大出力のアクチュエータおよび駆動するための補機は寸法が大きく収容空間やコスト、取扱い性に課題があった。
　ポップアップ方式やロータリ方式は、ブレーキ板の駆動機構に作用する風圧の影響がヒンジ方式よりも低減されるので比較的出力が小さいアクチュエータで構成できるメリットがある。しかし、空力ブレーキ板が上下方向へ移動するため収容したときの装置の高さ寸法がヒンジ方式よりも数倍程度大きくなり、その結果空力ブレーキ装置を客室部には設置できず例えば機器室などを別途設ける必要がある。また、ブレーキ板を案内し且つ制動中に風圧に耐えて保持するために強固なスライド支持機構を設けなければならない。すなわち、ブレーキ板を収容するための収容空間とブレーキ板の支持機構が客室空間を圧迫する課題があった。
　本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、駆動機構部の小型化と収容空間の低減を両立した空力ブレーキ装置を実現することである。
　以上の課題を解決するための第１の形態は、後端側に設けられた揺動軸で回転することで先端側が起立するように回転する第１及び第２の空力ブレーキ板を、当該起立回転方向が走行風に対して一方が助勢方向、他方が抗勢方向となるように車両幅方向に並べて配置するとともに、双方の空力ブレーキ板が連動して起立回転するように前記揺動軸を連係する連係手段（例えば、図３の第１バランスギア１９、第２バランスギア３９）を備えた鉄道車両用空力ブレーキ装置である。
　第１の形態によれば、ブレーキ作動当初は、第１の空力ブレーキ板では助勢方向に揺動先端が起こされ、同時に、第２の空力ブレーキ板では抗勢方向に揺動先端が起こされることになる。前者では走行風をはらむ格好となるので、はらんだ風による空気抵抗はブレーキ板の起立を助ける助勢トルクを生むことになる。後者では走行風を受け流す格好となるのでブレーキ板の起立を抑制する抗勢トルクとして作用するが、その大きさは第１の空力ブレーキ板の助勢トルクよりも小さくなる。そして、第１及び第２の空力ブレーキ板の揺動軸は、双方が連動して起立回転するように連係されている。従って、第１及び第２の空気ブレーキ板を少し起こした部分起立状態とするだけで、第１の空力ブレーキ板に生じる助勢トルクから第２の空力ブレーキ板の抗勢トルクを差し引いても、助勢トルクが優勢となり、両空気ブレーキ板は自然と全起立状態に向かって揺動を続けることとなる。この関係は、車両の進行方向が逆転したとしても変わらない。なお、走行速度が高い場合に第１の空力ブレーキ板に生じる過大な助勢トルクは第２の空力ブレーキ板の抗勢トルクにより減じられ、走行速度が高い場合であっても空力ブレーキ板が衝撃的に立ち上がることはない。
　よって、ポップアップ方式やロータリ方式のようなスライド支持機構も不要で、且つ従来のヒンジ式の空力ブレーキ装置のように大出力のアクチュエータや緩衝装置を必要としない、駆動機構の小さな空力ブレーキ装置を実現できる。駆動機構が小さい分、収容空間が小さくなり、鉄道車両に搭載しても従来の空力ブレーキ装置よりも客室を圧迫しないで済む。
　第２の形態は、前記連係手段が、前記第１及び第２の空力ブレーキ板それぞれの揺動軸の隣接する軸端部に設けられた回転機構を有し、双方の揺動軸の回転モーメントをバランスさせるよう構成されてなる、第１の形態の鉄道車両用空力ブレーキ装置である。
　第２の形態によれば、第１の形態と同様の効果が得られるとともに、２つの揺動軸を回転機構で連係することができる。例えば、歯車やチェーン機構などを利用可能である。連係機構として高い信頼性を確保しつつ、それでいて構造を簡素化・小型化することができる。
　第３の形態は、前記第１及び第２の空力ブレーキ板が、格納時の平面視外形寸法が小さくなる方向に互いの揺動軸が車両前後方向にオフセットして配置されてなる、第１又は第２の形態の鉄道車両用空力ブレーキ装置である。
　第３の形態によれば、第１又は第２の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、空力ブレーキ装置全体のサイズを小さくできるので、更に搭載性に優れる。
　第４の形態は、前記第１及び第２の空力ブレーキ板の所定位置を超える起立回転方向への回転を制限し、当該所定位置に起立させる回転制限手段（例えば、図３のストッパー９）、を更に備えた第１～第３の何れかの形態の鉄道車両用空力ブレーキ装置である。
　第４の形態によれば、第１～第３の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、アクチュエータを利用しなくとも空力ブレーキ板の回転を所定位置までに制限できるので、空力ブレーキ装置の駆動機構部を小さくできる。
　第５の形態は、前記走行風による起立トルクが、自重により前記空力ブレーキ板が格納姿勢に復元しようとする復元トルクを上回る姿勢まで、前記第１及び第２の空力ブレーキ板を部分起立させるよう付勢する付勢手段（例えば、図３の第１捻りコイルバネ２０、第２捻りコイルバネ４０）、を更に備えた第１～第４の何れかの形態の鉄道車両用空力ブレーキ装置である。
　第５の形態によれば、第１～第４の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、アクチュエータを用いずとも、ブレーキ板が走行風を受けて自然に起立するようになる部分起立状態とすることができる。
　第６の形態は、第３の形態の鉄道車両用空力ブレーキ装置が車両幅方向に並んで配置されているとともに、当該鉄道車両用空力ブレーキ装置の作動による当該車両のヨーイングを抑制するために、前記第１及び第２の空力ブレーキ板の車両幅方向の並びが異なる鉄道車両用空力ブレーキ装置が混在配置されていることを特徴とする鉄道車両である。
　第６の形態によれば、仮に第３の形態の鉄道車両用空力ブレーキ装置がブレーキ作動時にヨーイングを発生するとしても、ヨーイングの影響が車両に及ぶのを抑制できる。
空力ブレーキ装置と、当該装置を搭載した鉄道車両の例を示す斜視外観図であって、空力ブレーキ未作動状態を示す図。 空力ブレーキ装置と、当該装置を搭載した鉄道車両の例を示す斜視外観図であって、空力ブレーキ装置が作動状態を示す図。 空力ブレーキ装置の構成例を示す上面図。 空力ブレーキ装置の構成例を示すＡ－Ａ断面（図３）における縦断面図。 空力ブレーキ装置の構成例を示すＢ－Ｂ断面（図３）における縦断面図。 空力ブレーキ装置の構成例を示すＣ－Ｃ断面（図３）における縦断面図。 空力ブレーキ装置が作動を説明するための略図であって、ブレーキ板が部分起立した状態図。 空力ブレーキ装置が作動を説明するための略図であって、ブレーキ板が全起立した状態図。 開動作の実験結果を示す図。 起立角度と抗力に関する実験結果を示す図。 起立角度と起立トルクに関する実験結果を示す図。
　図１は、本発明を適用した空力ブレーキ装置と、当該装置を搭載した鉄道車両の例を示す斜視外観図であって、空力ブレーキの未作動状態を示す図である。図２は、同空力ブレーキ装置の作動状態を示す図である。
　本実施形態の空力ブレーキ装置２は、第１空力ブレーキ板１０と第２空力ブレーキ板３０とを連動させて起立させ、走行風Ｗ１，Ｗ２に当てて空気抵抗を増大させて制動力を得るブレーキ装置である。
　本実施形態の鉄道車両１００では、屋根部に凹設された上面視矩形の収容空間１０２に空力ブレーキ装置２を設置する。その際、左右２機の空力ブレーキ装置２を、第１空力ブレーキ板１０或いは第２空力ブレーキ板３０が隣り合うように車両幅方向に並べて配置する。図１と図２の例で言うと、左右２機の空力ブレーキ装置２Ｒ，２Ｌは、それぞれの第２空力ブレーキ板３０が隣り合う（中央寄りになる）ように並べて配置されている。そして、左右２機を１セットとして、車両長手方向に所定間隔置きに複数セット設置する。換言すると、車両長手方向に２列に空力ブレーキ装置２を設置する。尚、空力ブレーキ装置２が未作動の状態では、空力ブレーキ装置２の上面は、鉄道車両１００の車体上面とフラットとなる。左右１セット当りの空力ブレーキ装置２の数（列数に相当）や相対位置関係、鉄道車両１００の屋根部における配置セット数などは適宜変更可能である。
　［構造の説明］
　図３は、空力ブレーキ装置２の構成例を示す上面図である。図４～図６は、それぞれ図３におけるＡ－Ａ断面、Ｂ－Ｂ断面、Ｃ－Ｃ断面における縦断面図である。尚、図４～図６では理解を容易にするために一部構成要素を図示省略している。
　図３に示すように、空力ブレーキ装置２は、上面視矩形を成しており、短辺方向が鉄道車両１００の進行方向に合わせて収容空間１０２内に設置される。ここでは、長辺方向（図３の上下方向）を「左右方向」と呼称して説明する。
　第１空力ブレーキ板１０は、左右方向に横長な矩形型の板であって、後端側に設けられた揺動軸で回転することで先端側（揺動先端）が起立するように回転する。より具体的には、図４及び図５に示すように、第１空力ブレーキ板１０では、後方側の長辺に寄せてブレーキ板本体１１から延設された軸支持腕１２により、長辺と平行な第１揺動軸１４が固定されている。そして、第１揺動軸１４は、空力ブレーキ装置２の左右と平行に、すなわち空力ブレーキ装置２を設置した時に車両進行方向に対して直交するように、収容空間１０２の底にベアリングユニット８により回転自在に支持されている。
　そして、第１揺動軸１４の第２空力ブレーキ板３０に近い一端には、第１バランスギア１９が固定されており、この第１バランスギア１９と最寄りのベアリングユニット８との間には、第１揺動軸１４に第１空力ブレーキ板１０を開ける方向（起立させる方向）へ回転させる付勢力を与える第１捻りコイルバネ２０が設定されている。具体的には、第１捻りコイルバネ２０は、コイル部を第１揺動軸１４に通し、腕の一方を第１バランスギア１９の側面に突設されたバネ腕係止ピン２２に掛け、他方の腕を、収容空間１０２の底面に突設されたバネ腕固定台２４に固定されている。第１捻りコイルバネ２０は、第１揺動軸１４に対して第１空力ブレーキ板１０を部分起立させるのに十分なバネトルクを発するように各種諸元が設定されている（詳細後述）。
　一方、第２空力ブレーキ板３０は、図３、図４及び図６に示すように、基本的には第１空力ブレーキ板１０と同様の構成を有し、空力ブレーキ装置２に対しては第１空力ブレーキ板１０と前後反対向きに設けられる。すなわち、第２空力ブレーキ板３０も、左右方向に横長な矩形型の板であって、第２空力ブレーキ板３０の後端側（空力ブレーキ装置２全体としてみれば前端側）に設けられた揺動軸で回転することで先端側（空力ブレーキ装置２全体としてみれば後端側）が起立するように回転する。
　具体的には、第２空力ブレーキ板３０では、長辺の一方側（空力ブレーキ装置２としての前方側）に寄せてブレーキ板本体３１から延設された軸支持腕３２により、長辺と平行な第２揺動軸３４が固定されている。そして、第２揺動軸３４は、空力ブレーキ装置２の左右と平行に、且つ、第１揺動軸１４よりも前方側位置にて、収容空間１０２の底にベアリングユニット８により回転自在に支持されている。この時、第２揺動軸３４は、第１揺動軸１４よりも空力ブレーキ装置２の前方側にオフセットした位置に設けられる。これにより、第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０は、互いの揺動軸が車両前後方向にオフセットして配置されることとなり、ブレーキ板格納時の空力ブレーキ装置２の平面視外形寸法ができるだけ小さくなる方向に設定されている。
　そして、第２揺動軸３４の第１空力ブレーキ板１０に近い一端には、第２バランスギア３９が固定されている。そして、第１バランスギア１９と第２バランスギア３９は、同じ諸元の歯車で、空力ブレーキ装置２の左右中央付近の位置でギア比１：１で噛み合っている。すなわち、第１揺動軸１４と第２揺動軸３４は、第１ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０の双方の空力ブレーキ板が連動して起立回転するように揺動軸を連係する連係手段として機能する。
　第２バランスギア３９と最寄りのベアリングユニット８との間には、第２揺動軸３４に第２空力ブレーキ板３０を開ける方向へ回転させるバネトルクを与える第２捻りコイルバネ４０が設定されている。具体的には、第２捻りコイルバネ４０は、コイル部を第２揺動軸３４に通し、腕の一方を第２バランスギア３９の側面に突設されたバネ腕係止ピン４４に掛け、他方の腕を、収容空間１０２の底面に突設されたバネ腕固定台２４に固定されている。第２捻りコイルバネ４０は、第２空力ブレーキ板３０を部分起立させるバネトルクを発するように設定されている（詳細後述）。
　そして、図３に示すように、第１バランスギア１９には、減速ギア群６０の出力側が連結されている。減速ギア群６０の入力側には、電磁クラッチ５０を介して電動機７０の出力軸が連結されている。
　電磁クラッチ５０は、平時は通電状態が維持されて、クラッチが接続された状態が維持される。そして、空力ブレーキ装置２を作動させる時には通電が遮断されクラッチが切れる。
　減速ギア群６０は、高いギア比を有する。従って、電動機７０の出力軸の回転を減速して第２揺動軸３４を回転させることができるが、逆に第２揺動軸３４側からの回転で電動機７０の出力軸を回すことはできないセルフロック効果を発揮する。
　尚、空力ブレーキ装置２の上面で、第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０以外の部分は主外装４により覆われている。また、第１空力ブレーキ板１０及び第１空力ブレーキ板３０を閉じた状態において主外装４との間に生じる間隙には、ゴムシートなどの補助外装板１８が適宜設けられる。つまり、平時（非作動状態）の空力ブレーキ装置２が鉄道車両１００の屋根とフラットな面を形成するように考慮されている。
　［動作の説明］
　次に、第１捻りコイルバネ２０及び第２捻りコイルバネ４０のバネトルクの設定と、空力ブレーキ装置２の動作について説明する。
　図７及び図８は、空力ブレーキ装置２の動作を説明するための略図であって、図７はブレーキ板が部分起立した状態の図、図８はそれより後の状態でブレーキ板が全起立した状態の図に相当する。尚、空力ブレーキ装置２を装着した鉄道車両１００は、図７，８の左方向に向かって走行中であるとする。すなわち、走行風は図７，８の左から右へ流れるものとする。
　空力ブレーキ装置２を作動させる時、電磁クラッチ５０への通電を遮断する。
　すると、第１空力ブレーキ板１０は、第１捻りコイルバネ２０のバネ力によるバネトルクで第１揺動軸１４で先端（走行風上流側）が上がるように揺動し、第２空力ブレーキ板３０は、第２捻りコイルバネ４０のバネ力によるバネトルクで第２揺動軸３４で先端（走行風下流側）が上がるように揺動する。第１揺動軸１４と第２揺動軸３４は、第１バランスギア１９と第２バランスギア３９とで噛み合っているので、両揺動軸の揺動方向は相互にブレーキ板を起立させる方向で合致するため互いに障害となることはない。
　第１空力ブレーキ板１０と第２空力ブレーキ板３０とが部分起立すると、図７に示すような状態となる。尚、図中の第１空力ブレーキ板１０と第２空力ブレーキ板３０の傾斜角度（起立角度）は一例であり、当該角度に限定されるものではない。
　第１空力ブレーキ板１０は、走行風Ｗ１（図７中、破線矢印）をはらむ。よって、第１空力ブレーキ板１０には、空気抵抗により当該ブレーキ板をより起立させるように助勢する助勢トルクＴ１が作用するようになる。また、第１空力ブレーキ板１０には自重によりブレーキ板を元の格納姿勢に戻そうとする復元トルクＴ３が作用する。
　一方、第２空力ブレーキ板３０は、走行風Ｗ２を受け流す格好になる。よって、第２空力ブレーキ板３０には、空気抵抗により当該ブレーキ板を起立させないように抗勢する抗勢トルクＴ２が作用する。また、第２空力ブレーキ板３０にも自重による復元トルクＴ３が作用する。
　本実施形態では、第１捻りコイルバネ２０と第２捻りコイルバネ４０との合成バネトルクにより、助勢トルクＴ１が、抗勢トルクＴ２とブレーキ板２枚分の復元トルクＴ３の合成トルクに打ち勝つ大きさとなるまで第１空力ブレーキ板１０を部分起立できる。
　逆説的に述べるならば、第１捻りコイルバネ２０と第２捻りコイルバネ４０の諸元は、空力ブレーキ装置２の搭載が想定される車両の想定運行速度域において、助勢トルクＴ１が、抗勢トルクＴ２と２つの復元トルクＴ３の合成トルクに打ち勝つ大きさとなるまで第１空力ブレーキ板１０を部分起立させることができるように設定されている。
　具体的な第１捻りコイルバネ２０と第２捻りコイルバネ４０の諸元は、幾つかの試験を行って決めるのが好ましい。
　例えば図９は、捻りコイルバネ２０及び捻りコイルバネ４０の諸元設定のための実験結果の一例を示す図である。横軸が、空力ブレーキ装置２の設置が想定されている鉄道車両１００の車両速度であり、縦軸が第１捻りコイルバネ２０と第２捻りコイルバネ４０とを合わせた合成バネトルクである。速度及び合成トルクを変化させて実験を行った結果、第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０が全起立できた設定すなわちブレーキ板が開運動できた設定を○印、開運動できなかった設定を×印でプロットしている。
　実験の結果、破線で示す辺りに、ブレーキ板が開運動できる設定とできない設定との境界があると考えられる。そこで、例えば、第１捻りコイルバネ２０のバネトルクと第２捻りコイルバネ４０のバネトルクとの合成トルクが２．０［Ｎ・ｍ］以上となるように設定すると、想定運行速度域全域において確実に空力ブレーキ装置２を作動させることができる。
　また、別の実験において図１０及び図１１に示すような結果が得られた。
　図１０は、横軸をブレーキ板の起立角度、縦軸をブレーキ板に作用する空気抵抗による抗力として、第１空力ブレーキ板１０の抗力Ｄ１と、第２空力ブレーキ板３０の抗力Ｄ２と、それらの合成した全抵抗Ｄ３を示している。この全抵抗Ｄ３が制動力として作用し得る力となる。
　また、図１１は、横軸が起立角度であり、縦軸が第１揺動軸１４にて作用する回転方向のトルクの測定値であって第１空力ブレーキ板１０を助勢する方向がプラスで示されている。第１空力ブレーキ板１０は、走行風をはらむが、第２空力ブレーキ板３０では走行風を受け流す。よって、図１０に示すように、抗力Ｄ１が抗力Ｄ２より大きくなっている。この抗力Ｄ１により生じる助勢トルクＴ１と、抗力Ｄ２により生じる抗勢トルクＴ２及び復元トルクＴ３の合成結果が、図１１に示す縦軸の起立トルクであり、起立角度が「０」でなければ、常に助勢トルクＴ１が優勢に作用している結果となっている。
　つまり、第１コイルバネ２０及び第２コイルバネ４０により、第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０が部分起立さえすれば、従来のヒンジ式の空力ブレーキ装置のように、ブレーキ板を起立させるためのアクチュエータを備えなくとも、あとは空気抵抗により自然と起立が促進され、ついには図８に示す全起立状態に達する。なお、実験では、この部分起立に必要なブレーキ板の傾斜角度（起立角度）は数度（２～５度）程度であった。
　全起立状態に達すると第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０は、それぞれストッパー９に当接して姿勢が維持される。
　このとき、従来のヒンジ式の空力ブレーキ装置では第１空力ブレーキ板１０の抗力Ｄ１により生じる助勢トルクＴ１が走行速度が高い場合に過大となる結果、全起立状態に向かって加速度的に動作しストッパー９およびその周辺部材に衝撃力を与える問題があったが、第２空力ブレーキ板３０により生じる抗勢トルクＴ２によって過大な起立トルクが抑えられ（図１１）、走行速度が高い場合であっても空力ブレーキ板が衝撃的に立ち上がることはない。
　本実施形態では、第１空力ブレーキ板１０と第２空力ブレーキ板３０とでは基本的に同じ構成であり、第１バランスギア１９と第２バランスギア３９も同じ仕様である。従って、車両進行方向が逆向きになった場合でも、上述した全起立に至るまでの第１空力ブレーキ板１０及び第２空力ブレーキ板３０に作用するトルクの関係が逆になるだけで、空力ブレーキとしての作用効果は同じである。
　尚、空力ブレーキを緩解するには、電磁クラッチ５０を通電した後、ブレーキ板を元の倒れた姿勢（図１や図３の状態）に戻る方向へ第２揺動軸３４を回転させるよう、電動機７０を所定回数だけ回転させると良い。
　このように、本実施形態の空力ブレーキ装置２では、助勢方向と抗勢方向とでブレーキ板に作用するモーメントの向きが反転することに着目して、２枚のブレーキ板の開閉方向を逆向きに構成し、両ブレーキ板の揺動軸を連係するように構成した。結果、助勢方向のモーメントが優勢となるように構成された。従って、従来のヒンジ方式の空力ブレーキ装置のように、ブレーキ板を起立させるための大型アクチュエータを設けなくとも、走行風を利用してブレーキ板を自動的に起立させることができる。
　第１空力ブレーキ板１０の揺動先端の向きと、第２空力ブレーキ板３０の揺動先端の向きが、搭載される車両の進行方向の前後に逆向きとなるように構成されているので、折り返し運転等で進行方向が逆になっても同じような制動効果を発揮させることができる。
　また、第１空力ブレーキ板１０と第２空力ブレーキ板３０とが、基本的に同じ構造を有し、第１バランスギア１９と第２バランスギア３９も同じ仕様の歯車である。つまり、複数のブレーキ板を有していても、部品の種類を少なくし、量産効果でより低コストを実現することができる。
　また、空力ブレーキ装置２のブレーキ板は前後にオフセットして設けられている。従って、第１空力ブレーキ板１０によって働く制動力の作用点と、第２空力ブレーキ板３０によって働く制動力の作用点との位置関係がズレているため、空力ブレーキ装置２の垂直軸回りにモーメントが発生する可能性がある。しかし、鉄道車両１００に搭載する際、２機の空力ブレーキ装置２を、それぞれの第２空力ブレーキ板３０側を隣接させて車両幅方向に横並びに配置した（図１、図２参照）。換言すると、空力ブレーキ装置２の前後を反転させて横並びに配置した。この結果、左側の空力ブレーキ装置２Ｌの一対のブレーキ板のオフセット方向と、右側の空力ブレーキ装置２Ｒの一対のブレーキ板のオフセット方向とが逆になったため、互いの空力ブレーキ装置２Ｒ，２Ｌの垂直軸回りに発生し得るモーメントを相殺することができ、車両へのヨーイングの影響を抑制することができる。
　尚、空力ブレーキ装置２を左右２列とするのではなく、１列とするのであれば、右側の空力ブレーキ装置２Ｒと左側の空力ブレーキ装置２Ｌとを交互に配置することで、上述したモーメントの相殺効果を発揮させることができる。
　尚、本実施形態では、第１空力ブレーキ板１０と第２空力ブレーキ板３０とが、基本的に同じ構造を有しているように示したが、ブレーキ板の大きさや形状を違えることが制限されるものではない。その場合、第１空力ブレーキ板１０に作用する空気抵抗に起因するトルクと、第２空力ブレーキ板３０に作用する空気抵抗に起因するトルクとの合成結果が、常に助勢側のトルクが優勢となるように、連係手段（第１バランスギア１９と第２バランスギア３９との仕様）を適切に選択すると、上記実施形態と同じ効果を得ることができる。
　また、連係手段は、ブレーキ板の起立に伴う第１揺動軸１４と第２揺動軸３４との揺動方向が揃うように連係できるのであれば、歯車の噛み合わせ以外の構成（例えば、チェーンや、タイミングベルトを用いた構成や、リンク機構など）であっても良い。
　また、上記実施形態では、空力ブレーキ装置２を構成するブレーキ板の数を２枚としたが、３枚以上であっても良い。その場合、各ブレーキ板の大きさや形状、連係手段の仕様は、ブレーキ板の起立に伴う各揺動軸に作用するトルクの合成結果が、車両進行方向の反転に係わらず、常に助勢トルク優勢となるように構成すれば良い。
　また、上記実施形態のブレーキ板は端面が直角の平板として示しているが、端部形状はこれに限定されるものではない。例えば、揺動先端部を先細り形状にしたり、揺動先端部に凹凸を設けたり、ブレーキ板に適宜スリットや孔を設け、揺動先端部で生じる乱流が後方へ与える影響を低減させたり、乱流によるブレーキ板の振動を抑制する効果を生じる構成としても良い。
　　２…空力ブレーキ装置
　　４…主外装
　　８…ベアリングユニット
　　９…ストッパー
　　１０…第１空力ブレーキ板
　　１１…ブレーキ板本体
　　１２…軸支持腕
　　１４…第１揺動軸
　　１８…補助外装板
　　１９…第１バランスギア
　　２０…第１捻りコイルバネ
　　２２…バネ腕係止ピン
　　２４…バネ腕固定台
　　３０…第２空力ブレーキ板
　　３１…ブレーキ板本体
　　３２…軸支持腕
　　３４…第２揺動軸
　　３６…スプリングヒンジ
　　３９…第２バランスギア
　　４０…第２捻りコイルバネ
　　４２…バネ腕係止ピン
　　４４…バネ腕固定台
　　５０…電磁クラッチ
　　６０…減速ギア群
　　７０…電動機
　　１００…鉄道車両
　　１０２…収容空間
　　Ｄ１…第１空力ブレーキ板に生じる抗力
　　Ｄ２…第２空力ブレーキ板に生じる抗力
　　Ｄ３…全抵抗、
　　Ｔ１…助勢トルク
　　Ｔ２…抗勢トルク
　　Ｔ３…復元トルク
　　Ｗ１，Ｗ２…走行風

Claims (6)

  1. 　後端側に設けられた揺動軸で回転することで先端側が起立するように回転する第１及び第２の空力ブレーキ板を、当該起立回転方向が走行風に対して一方が助勢方向、他方が抗勢方向となるように車両幅方向に並べて配置するとともに、双方の空力ブレーキ板が連動して起立回転するように前記揺動軸を連係する連係手段を備えた鉄道車両用空力ブレーキ装置。
  2. 　前記連係手段は、前記第１及び第２の空力ブレーキ板それぞれの揺動軸の隣接する軸端部に設けられた回転機構を有し、双方の揺動軸の回転モーメントをバランスさせるよう構成されてなる、
    　請求項１に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。
  3. 　前記第１及び第２の空力ブレーキ板は、格納時の平面視外形寸法が小さくなる方向に互いの揺動軸が車両前後方向にオフセットして配置されてなる、
    　請求項１又は２に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。
  4. 　前記第１及び第２の空力ブレーキ板の所定位置を超える起立回転方向への回転を制限し、当該所定位置に起立させる回転制限手段、
    　を更に備えた請求項１～３の何れか一項に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。
  5. 　前記走行風による起立トルクが、自重により前記空力ブレーキ板が格納姿勢に復元しようとする復元トルクを上回る姿勢まで、前記第１及び第２の空力ブレーキ板を部分起立させるよう付勢する付勢手段、
    　を更に備えた請求項１～４の何れか一項に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置。
  6. 　請求項３に記載の鉄道車両用空力ブレーキ装置が車両幅方向に並んで配置されているとともに、当該鉄道車両用空力ブレーキ装置の作動による当該車両のヨーイングを抑制するために、前記第１及び第２の空力ブレーキ板の車両幅方向の並びが異なる鉄道車両用空力ブレーキ装置が混在配置されていることを特徴とする鉄道車両。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103522996A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 江苏理工学院 车顶有级可调式空气阻力缓速装置
DE102013221551A1 (de) * 2013-10-23 2015-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum zeitweiligen Erhöhen eines Luftwiderstands eines wenigstens zwei aneinandergekoppelte Wagenkästen aufweisenden Schienenfahrzeugs
WO2020239132A1 (zh) * 2019-08-21 2020-12-03 中车青岛四方车辆研究所有限公司 双向风阻制动装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104590309A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 大连科技学院 高速动车组双向风阻制动装置
JP6232088B2 (ja) * 2016-02-18 2017-11-15 公益財団法人鉄道総合技術研究所 鉄道車両用空力ブレーキ装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6198663U (ja) * 1984-12-04 1986-06-24
JPH01299330A (ja) * 1988-05-26 1989-12-04 Railway Technical Res Inst 超伝導磁気浮上車両用風圧ブレーキ装置
WO2012020549A1 (ja) * 2010-08-11 2012-02-16 ナブテスコ株式会社 空力ブレーキ装置の制御方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59184087A (ja) * 1983-04-05 1984-10-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 浮遊構造物の係留装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6198663U (ja) * 1984-12-04 1986-06-24
JPH01299330A (ja) * 1988-05-26 1989-12-04 Railway Technical Res Inst 超伝導磁気浮上車両用風圧ブレーキ装置
WO2012020549A1 (ja) * 2010-08-11 2012-02-16 ナブテスコ株式会社 空力ブレーキ装置の制御方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013221551A1 (de) * 2013-10-23 2015-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum zeitweiligen Erhöhen eines Luftwiderstands eines wenigstens zwei aneinandergekoppelte Wagenkästen aufweisenden Schienenfahrzeugs
CN103522996A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 江苏理工学院 车顶有级可调式空气阻力缓速装置
WO2020239132A1 (zh) * 2019-08-21 2020-12-03 中车青岛四方车辆研究所有限公司 双向风阻制动装置
US11364941B2 (en) 2019-08-21 2022-06-21 Crrc Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co., Ltd. Bidirectional windage resistance brake apparatus

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JP5730803B2 (ja) 2015-06-10
JP2013193622A (ja) 2013-09-30

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