(57)【要約】【課題】  加速度計や大型のアクチュエータを必要としない振子式車体姿勢制御装置を提供する。【解決手段】  振子式車体姿勢制御装置は、台車2に対して前後方向の軸を中心に回動しうるように支持された車体3の前後方向の軸を中心とする姿勢を制御する装置である。フライホイールを有する回転体を制御型磁気軸受によりハウジング5内に非接触支持して回転させるフライホイール装置4が、前後方向の軸を中心に回動しうるように、ハウジング5の部分において車体3に取付けられている。フライホイール装置4を車体3に対して前後方向の軸を中心に回動させるアクチュエータ25と、車体3の姿勢変化を検知してアクチュエータ25を制御するアクチュエータ制御手段とが設けられている。アクチュエータ制御手段は、フライホイール装置4の磁気軸受の制御電流の変化に基づいて車体3の姿勢変化を検知するものである。【選択図】  図１
2010137791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車に対して前後方向の軸を中心に回動しうるように支持された車体の前後方向の軸を中心とする姿勢を制御する装置であって、
フライホイールを有する回転体を制御型磁気軸受によりハウジング内に非接触支持して回転させるフライホイール装置が、前後方向の軸を中心に回動しうるように、ハウジングの部分において車体に取付けられており、
フライホイール装置を車体に対して前後方向の軸を中心に回動させるアクチュエータと、車体の姿勢変化を検知してアクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えており、
アクチュエータ制御手段が、フライホイール装置の磁気軸受の制御電流の変化に基づいて車体の姿勢変化を検知するものであることを特徴とする振子式車体姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振子式車両のような鉄道車両などにおける振子式車体姿勢制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
曲線通過時の高速走行を可能にするために、振子式車両が使用されている。
【０００３】
従来の振子式車両は、車体が台車に対して前後方向の軸を中心に回動しうるように支持され、車体の重心をその回動中心より下方に位置させて、曲線通過時に、車体が遠心力によって傾くようになっていた。
【０００４】
このような従来の振子式車両では、車体の慣性などの影響で、傾き始め、戻り始めにタイムラグがあり、車体がスムーズに振れないため、乗心地が悪いという問題があった。
【０００５】
そのため、車体の傾きを検知してアクチュエータにより車体を強制的に傾かせるようになった振子式車両が提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特開昭６０−０４２１５３号公報
【特許文献２】特開２０００−０８５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の振子式車両では、車体の傾きを検知するために加速度計などのセンサが別に必要となり、また、大重量の車体を強制的に傾けるために油圧シリンダのような大型のアクチュエータが必要である。
【０００７】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、加速度計や大型のアクチュエータを必要としない振子式車体姿勢制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による振子式車体姿勢制御装置は、台車に対して前後方向の軸を中心に回動しうるように支持された車体の前後方向の軸を中心とする姿勢を制御する装置であって、フライホイールを有する回転体を制御型磁気軸受によりハウジング内に非接触支持して回転させるフライホイール装置が、前後方向の軸を中心に回動しうるように、ハウジングの部分において車体に取付けられており、
フライホイール装置を車体に対して前後方向の軸を中心に回動させるアクチュエータと、車体の姿勢変化を検知してアクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えており、アクチュエータ制御手段が、フライホイール装置の磁気軸受の制御電流の変化に基づいて車体の姿勢変化を検知するものであることを特徴とするものである。
【０００９】
フライホイール装置は、電力貯蔵のために使用することができる。
【００１０】
電力貯蔵用のフライホイール装置を用いて車体の姿勢変化を検知することができ、加速度計などのセンサを別に設ける必要がない。
【００１１】
アクチュエータは、フライホイール装置を回動させるだけであるから、大型のものを使用する必要がない。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の振子式車体姿勢制御装置によれば、上記のように、加速度計や大型のアクチュエータが不要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、この発明を振子式鉄道車両に適用した実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、振子式鉄道車両とそれに設けられた振子式車体姿勢制御装置の構成を概略的に示している。図１は車両の横断面図であり、図面に直交する方向が前後方向（車両の進行方向）である。
【００１５】
車両は、レール(1)上を走行する台車(2)の上に車体(3)が支持されているものである。車体(3)は、たとえば前記特許文献などに記載されている公知の手段により、台車(2)に対して前後方向の軸を中心に回動しうるように支持されている。車体(3)の重心はその回動中心より下方に位置しており、曲線通過時に、遠心力により、車体(3)の下部が外側に振れる方向に傾くようになっている。
【００１６】
車体(3)には、姿勢制御と電力貯蔵を兼用する磁気軸受式フライホイール装置(4)が設けられている。
【００１７】
フライホイール装置(4)の１例が図２および図３に示されている。図２はフライホイール装置の概略縦断面図、図３は同概略横断面図である。
【００１８】
このフライホイール装置(4)は、上下方向にのびる円筒状のハウジング(5)の内側で上下方向にのびる回転体(6)が回転する縦型のものである。回転体(6)の軸方向（アキシアル方向）の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と直交するとともに互いに直交する２つの径方向（ラジアル方向）の制御軸（ラジアル制御軸）をＸ軸およびＹ軸とする。
【００１９】
フライホイール装置(4)には、回転体(6)を軸方向に非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受(7)、回転体(6)を径方向に非接触支持する上下２組の制御型ラジアル磁気軸受(8)(9)、回転体(6)の軸方向の変位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(10)、回転体(6)の径方向の変位を検出するための上下２組のラジアル変位センサユニット(11)(12)、回転体(6)を高速回転させるためのビルトイン型駆動用電動モータ(13)、回転体(6)の回転速度を検出するための回転センサ(14)、ならびに回転体(6)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して回転体(6)を磁気軸受(7)(8)(9)で支持していないときなどに回転体(6)を機械的に支持する上下２組のタッチダウン軸受(15)(16)が設けられている。
【００２０】
回転体(6)の高さの中間下寄りの部分に、厚肉円板状のフライホイール(17)が同心状にかつ一体に形成されている。
【００２１】
モータ(13)は、ハウジング(5)に設けられたステータ(18)と、回転体(6)に設けられたロータ(19)とから構成され、フライホイール(17)の上方に配置されている。
【００２２】
アキシアル磁気軸受(7)は、フライホイール(17)の端面に設けられたターゲット部に軸方向の前後から対向してフライホイール(17)を互いに逆方向に吸引する前後２個のアキシアル電磁石(20a)(20b)を備えている。
【００２３】
アキシアル変位センサ(10)は、回転体(6)の下端面に設けられたターゲット部に対向するように配置され、ターゲット部との距離（空隙）に比例する距離信号を出力する。
【００２４】
上側のラジアル磁気軸受(8)は、モータ(13)の上方において、回転体(6)の外周面に設けられたターゲット部をＸ軸方向の両側から挟むように配置されて回転体(6)をＸ軸方向の外向きに吸引する１対のＸ軸ラジアル電磁石(21a)(21b)、および同ターゲット部をＹ軸方向の両側から挟むように配置されて回転体(6)をＹ軸方向の外向きに吸引する１対のＹ軸ラジアル電磁石(21c)(21d)を備えている。これらのラジアル電磁石は、符号(21)で総称する。下側のラジアル磁気軸受(9)は、フライホイール(17)の下方において、同様に、回転体(6)の外周面のターゲット部に対向する１対のＸ軸ラジアル電磁石(22a)(22b)および１対のＹ軸ラジアル電磁石(22c)(22d)を備えている。これらのラジアル電磁石は、符号(22)で総称する。
【００２５】
上側のラジアル変位センサユニット(11)は、上側のラジアル磁気軸受(8)に近傍に配置されており、回転体(6)の外周面に設けられたターゲット部をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対のＸ軸ラジアル変位センサ（23a)(23b)、および同ターゲット部をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のＹ軸ラジアル変位センサ(23c)(23d)を備えている。これらのラジアル変位センサは、符号(23)で総称する。下側のラジアル変位センサユニット(12)は、下側のラジアル磁気軸受(9)の近傍に配置されており、同様に、回転体(6)の外周面のターゲット部に対向する１対のＸ軸ラジアル変位センサ(24a)(24b)および１対のＹ軸ラジアル変位センサ(24c)(24d)を備えている。これらのラジアル変位センサは、符号(23)で総称する。
【００２６】
回転センサ(14)は、回転体(6)の下端面のターゲット部に対向するように配置されている。
【００２７】
ステータ(18)、電磁石(20)(21)(22)、変位センサ(10)(23)(24)および回転センサ(14)は、ハウジング(5)に固定されている。
【００２８】
各タッチダウン軸受(15)(16)は玉軸受よりなり、これらの外輪がハウジング(5)に固定されている。２組のタッチダウン軸受(15)(16)はいずれも径方向の支持が可能で、少なくとも一方は軸方向の支持も可能なものである。
【００２９】
このフライホイール装置(4)では、変位センサ(10)(23)(24)の出力より検出された回転体(6)の軸方向および径方向の変位に基づいて、各電磁石(20)(21)(22)に供給される励磁電流が制御され、それにより、回転体(6)が軸方向および径方向の浮上目標位置に非接触支持される。励磁電流は、一定の定常電流（バイアス電流）と変位により変化する制御電流を加えたものである。電力貯蔵時には、モータ(13)は電動機として機能し、回転体(6)が高速回転させられ、モータ(13)に供給される電力がフライホイール(17)の回転運動エネルギに変換されて貯蔵される。電力取り出し時には、モータ(13)は発電機として作用し、フライホイール(17)の回転運動エネルギが電気エネルギに変換されて取り出される。
【００３０】
振子式車体姿勢制御装置を構成するため、フライホイール装置(4)のハウジング(5)が、Ｙ軸を中心に回動しうるように車体(3)に支持されている。Ｙ軸は、車体(3)の前後方向の軸に一致させられている。ハウジング(5)は公知のジンバル機構により車体に支持されており、ジンバル構造には、ハウジング(5)をＹ軸を中心に回動させるためのアクチュエータである姿勢制御用電動モータ(25)が設けられている。
【００３１】
図４は、車体姿勢制御装置の電気的構成の１例を示すブロック図である。
【００３２】
図４に示すように、車体姿勢制御装置は、前記のように磁気軸受(7)(8)(9)およびモータ(13)を制御するとともに、車体(3)の姿勢変化を検知してモータ(25)を制御するアクチュエータ制御手段を構成するコントローラ(26)を備えている。コントローラ(26)は、フライホイール装置(4)のラジアル磁気軸受(8)(9)の制御電流の変化に基づいて、車体(3)の姿勢変化を検知する。この例では、２組のラジアル磁気軸受(8)(9)のＹ軸ラジアル電磁石(21c)(21d)(22c)(22d)の制御電流の変化に基づいて、Ｙ軸を中心とする車体(3)の角加速度を検出し、それにより、車体(3)の姿勢変化の方向および大きさを検知する。そして、モータ(25)を制御することにより、フライホイール装置(4)のハウジング(5)を、車体(3)の姿勢変化の方向に、姿勢変化の大きさに応じて回動させる。これにより、車体(3)は、その姿勢変化の方向に、タイムラグを生じることなくスムーズに回動し、乗心地が改善される。
【００３３】
車両の構成、姿勢制御装置の構成、それを構成するフライホイール装置の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す車両の概略横断面図である。
【図２】図２は、フライホイール装置の１例を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２のIII−III線に沿う横断面図である。
【図４】図４は、振子式姿勢制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
(2)     台車
(3)     車体
(4)     フライホイール装置
(5)     ハウジング
(6)     回転体
(7)     アキシアル磁気軸受
(8)(9)    ラジアル磁気軸受
(17)    フライホイール
(25)    姿勢制御用電動モータ（アクチュエータ）
(26)    コントローラ（アクチュエータ制御手段）
【図１】
2010137791.tif 000003
【図２】
2010137791.tif 000004
【図３】
2010137791.tif 000005
【図４】
2010137791.tif 000006