(57)【要約】【課題】電力を使って可動脚を作動させるにもかかわらず、電源側に過大な負荷がかかるような急激な消費電力の変動を招くことがない移動体の可動脚装置を提供すること。【解決手段】この可動脚装置においては、支持脚１を作動させる前に、編成引き通し電源線１０から供給される電気エネルギーが電気二重層キャパシタ５に蓄積される。支持脚１を作動させる際には、電気二重層キャパシタ５および編成引き通し電源線１０の双方から、電動式アクチュエータ１１に電気エネルギーを供給する。そのため、電動式アクチュエータ１１が作動する際に大電力を消費しても、編成引き通し電源線１０側に過大な負荷がかかるような急激な消費電力の変動を招くことがない。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の静止時ないし低速移動時には該移動体を支持または案内するために使用され、前記移動体の高速移動時には格納される可動脚と、該可動脚を使用位置または格納位置に変位させるアクチュエータとを備えてなる移動体の可動脚装置において、
前記アクチュエータが、電気エネルギーを受けて作動することにより、前記可動脚を使用位置または格納位置に変位させる構造とされており、
前記アクチュエータを作動させないときには、電源から供給される電気エネルギーを蓄積可能で、前記アクチュエータを作動させるときには、蓄積済みの電気エネルギーを前記アクチュエータに供給可能な電気エネルギー蓄積手段を備えている
ことを特徴とする移動体の可動脚装置。
【請求項２】
前記電気エネルギー蓄積手段が、電気二重層キャパシタによって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体の可動脚装置。
【請求項３】
前記アクチュエータが、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、該モーターに駆動されて作動する油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出されるオイルの圧力でピストンを直線運動させる油圧シリンダとを、一つのユニットに組み込むことによって構成されたユニット型油圧式アクチュエータである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の可動脚装置。
【請求項４】
前記アクチュエータが、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、該モーターの回転運動を直線運動に変換するギヤ機構とを備えてなる電動式アクチュエータである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の可動脚装置。
【請求項５】
前記移動体が、磁気浮上式鉄道車両である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の移動体の可動脚装置。
【請求項６】
前記可動脚が、前記磁気浮上式鉄道車両の低速移動時に、該車両の下方にある接触対象に接触する支持脚である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の移動体の可動脚装置。
【請求項７】
前記可動脚が、前記磁気浮上式鉄道車両の低速移動時に、該車両の側方にある接触対象に接触する案内脚である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の移動体の可動脚装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の可動脚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、格納式の可動脚を備えた移動体が知られている。例えば、誘導反発型磁気浮上式鉄道車両には、車両の下方にあって主に車両の荷重を支える役割を果たす支持脚と、車両の側方にあって主に車両をガイドウェイの中央に維持する役割を果たす案内脚が設けられている。これら支持脚および案内脚は、いずれも格納式になっており、車両が静止ないし低速移動する際には台車枠外に展開されて使用可能な状態とされる一方、車両が浮上して高速移動する際には台車枠内に格納される。また、航空機にも、格納式の支持脚が設けられている。この支持脚も、機体が静止ないし低速移動する際には機体外に展開されて使用可能な状態とされる一方、機体が高速移動する（飛行する）際には機体内に格納される。
【０００３】
ところで、磁気浮上式鉄道車両においては、従来、上記のような可動脚の駆動機構として、油圧式駆動機構が採用されていた。以下、この油圧式駆動機構について、支持脚の駆動機構を例に挙げて説明する。
図４（ａ）および同図（ｂ）に例示した支持脚の駆動機構は、油圧リザーバタンク８１、油圧ポンプ８２、油圧アキュムレータ８３、油圧バルブ８４、油圧シリンダ８５、およびこれらを結ぶ配管８６によって構成される油圧系を備え、これらが磁気浮上式鉄道車両の車体下部に配設される台車枠８７に組み込まれている。台車枠８７の四隅には、支持脚８８が取り付けられ、この支持脚８８が台車枠８７の下方において昇降可能な構造になっている。また、磁気浮上式鉄道車両の車体側に設けられた編成引き通し電源線９０からインバーター９１を介して、台車枠８７側に設けられたモータ９２に電力が供給されるように構成されている。油圧バルブ８４は、信号線９３を介して車体側から送られてくる脚動作指令信号（＝脚上げ信号または脚下げ信号）を受けて作動するように構成され、この油圧バルブ８４の作動状態に応じて、油圧シリンダ８５の可動ロッド８５ａの作動方向が制御される。
【０００４】
しかし、このような油圧式駆動機構の場合、多数の配管８６が台車枠８７内に張りめぐらされるなど、かなり大がかりな構造になってしまうため、配管８６の継手部分の油漏れ管理、作動油の清浄度管理など、駆動機構を健全に保つための保守に手間がかかるという問題があった。また、大がかりな油圧系になるほど、作動油の性状、環境温度の影響などを強く受け、設計段階では想定しにくい事柄も多いため、想定外のトラブルが発生する危険性が高くなりやすいという問題もあった。さらに、大量の作動油を使用するため、車両火災の防止など安全面に充分に配慮した設計・取り扱いが必要になり、その結果、重量増・コスト増などを招くという問題もあった。
【０００５】
一方、航空機においては、電動式アクチュエータを利用して可動脚を動作させるように構成されたものも提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。このような電動式駆動機構であれば、油圧式駆動機構とは異なり、大がかりな油圧系の配管が不要となり、保守性、安定性、安全性などが改善されるものと期待された。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５６８８９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電動式駆動機構の場合、移動体が備えている可動脚すべてを一斉に動作させて、その動作を限られた時間内に完了させるには、かなりの大電力を必要とする。そのため、電源側に過大な負荷がかかる恐れがあり、移動体の電源容量が十分に大きくないと、電動式アクチュエータの作動に伴う急激な消費電力の変動に対処できないという問題があった。
【０００８】
また、相当に発電能力の高い発電装置を設けるなど、移動体の電源容量を十分に大きくしておけば、上記問題そのものは解消するが、そのような発電装置は大型で重量もあり、高価なものでもある。そのため、電動式アクチュエータを作動させないときには過大な発電能力が無駄になること、大きな設置スペースを要すること、重量増、コスト増となること等を勘案すると、過大な発電能力のある発電装置を導入することは、実用上は困難であった。
【０００９】
さらに、以上のような問題は、格納式の可動脚を有する移動体すべてにおいて、共通する問題であると考えられるが、特に磁気浮上式鉄道車両の場合は、より大きな問題になる。すなわち、磁気浮上式鉄道車両の場合、複数両編成で運用されるとともに各車両毎に複数の可動脚（＝複数の支持脚および複数の案内脚）が設けられる。そのため、それらの可動脚すべてを電動式の駆動機構で一斉に作動させた場合の消費電力は、航空機などと比べた場合、きわめて大きくなると考えられる。これに加え、航空機が可動脚を出し入れするときは、可動脚も含めて航空機全体が完全に空中に浮いている状態にあるので、アクチュエータの負荷となる荷重は可動脚の自重分だけでよいのに対し、磁気浮上式鉄道車両の場合、可動脚を出すときには、車両重量分を持ち上げることになるので、アクチュエータにかかる負荷が非常に大きくなる。こうした問題が、磁気浮上式鉄道車両において電動式の駆動機構を導入できない大きな原因の一つとなっていた。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力を使って可動脚を作動させるにもかかわらず、電源側に過大な負荷がかかるような急激な消費電力の変動を招くことがない移動体の可動脚装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
以下、本発明の構成について詳述する。
本発明の可動脚装置は、
移動体の静止時ないし低速移動時には該移動体を支持または案内するために使用され、前記移動体の高速移動時には格納される可動脚と、該可動脚を使用位置または格納位置に変位させるアクチュエータとを備えてなる移動体の可動脚装置において、
前記アクチュエータが、電気エネルギーを受けて作動することにより、前記可動脚を使用位置または格納位置に変位させる構造とされており、
前記アクチュエータを作動させないときには、電源から供給される電気エネルギーを蓄積可能で、前記アクチュエータを作動させるときには、蓄積済みの電気エネルギーを前記アクチュエータに供給可能な電気エネルギー蓄積手段を備えている
ことを特徴とする。
【００１２】
この移動体の可動脚装置において、電気エネルギー蓄積手段は、電源から供給される電気エネルギーを蓄積可能で、蓄積済みの電気エネルギーをアクチュエータに供給可能な手段であれば、電気エネルギーを蓄積する仕組みについては特に限定されない。例えば、電気二重層キャパシタなどの電気化学キャパシタ、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池などの二次電池などを採用することができる。中でも、電気二重層キャパシタは、充電／放電時に化学変化を伴わないため、耐用寿命が長く、大電流の充電／放電ができ、急速な充電／放電ができるので望ましい。
【００１３】
電源としては、最も一般的には、移動体に搭載される発電装置を考えることができるが、この他、磁気浮上式鉄道車両の場合であれば、駅に到着する毎に駅に設けられた設備から電力の供給を受けることができるので、移動体外の電源を利用することも可能である。
【００１４】
アクチュエータとしては、電気エネルギーを受けて最終的に機械エネルギーに変換できるようなものであれば何でもよい。一例としては、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、該モーターに駆動されて作動する油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出されるオイルの圧力でピストンを直線運動させる油圧シリンダとを、一つのユニットに組み込むことによって構成されたユニット型油圧式アクチュエータ、あるいは、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、該モーターの回転運動を直線運動に変換するギヤ機構とを備えてなる電動式アクチュエータなどが好適である。
【００１５】
上記ユニット型油圧式アクチュエータの場合、アクチュエータ内部では作動油を利用することになるが、これらの油圧系は一つのユニットに組み込まれたコンパクトな構造になっているので、多数の配管が張りめぐらされるような大がかりな構造にはならず、油漏れ管理、作動油の清浄度管理など、駆動機構を健全に保つための保守は容易である。また、上記電動式アクチュエータの場合、油圧系を完全に無くすことができるので、さらに保守が容易になる。なお、電動式アクチュエータのギヤ機構としては、ボールネジ方式、遊星歯車ネジ方式など、モーターの回転運動をネジ軸の直線運動（＝アクチュエータの伸縮運動）に変換できるようなものであれば任意に採用可能である。
【００１６】
以上のように構成された可動脚装置によれば、アクチュエータを作動させる際、アクチュエータには、電源に加えて電気エネルギー蓄積手段からも電気エネルギーが供給されるので、アクチュエータの作動に伴って電源側に過大な負荷がかかるような急激な消費電力の変動を招くことがない。そのため、電源のみからアクチュエータに電気エネルギーを供給するように構成した場合に比べ、電源容量が小さくても対応できるようになる。
【００１７】
したがって、移動体に大きな発電装置を搭載しなくても良くなるので、重量増、コスト増を招くことなく、アクチュエータの電動化を図ることができる。特に磁気浮上式鉄道車両の場合、複数両編成で運用されるとともに各車両毎に複数の可動脚が設けられるので、それらの可動脚すべてを電動式の駆動機構で一斉に作動させた場合の消費電力はきわめて大きくなると考えられるが、上記構成を採用することにより、磁気浮上式鉄道車両においても容易に電動式の駆動機構を導入できるようになる。
【００１８】
また、大がかりな油圧系を廃して、アクチュエータ部分のみで小規模な油圧系を利用するか、完全に油圧系を無くしてしまうこともできるので、保守性に優れており、防火性を高める上でも効果的である。さらに、過剰な防火対策をとらなくてもよくなる分、コストダウンおよび軽量化を図ることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
以下に説明する移動体の可動脚装置は、磁気浮上式鉄道車両の支持脚装置および案内脚装置である。図１は、磁気浮上式鉄道車両に設けられる支持脚および案内脚付近の構造を示す斜視図である。
【００２０】
支持脚１および案内脚２は、それぞれ台車枠３の四隅に取り付けられている。支持脚１は、台車枠３の下方において昇降可能な構造になっていて、下降時に支持輪でガイドウェイ上に接地することにより、車両の荷重を支える役割を果たすものである。
【００２１】
案内脚２は、台車枠の側方に出没可能な構造になっていて、側方へ突出した時に案内輪でガイドウェイの側壁に当接することにより、車両をガイドウェイの中央に維持する役割を果たすものである。
これら支持脚１および案内脚２は、いずれも、磁気浮上式鉄道車両の静止時ないし低速移動時には、台車枠３から突出する使用位置に展開されて使用される一方、磁気浮上式鉄道車両の高速移動時には、台車枠３から突出しない格納位置に格納される。
【００２２】
また、台車枠３には、電気二重層キャパシタ５、インバーター６、制御装置７などが搭載されている。
電気二重層キャパシタ５は、図２（ａ）に示すように、磁気浮上式鉄道車両の車体側に設けられた編成引き通し電源線１０に接続され、充電モードで動作する際には、編成引き通し電源線１０から供給される電気エネルギーを蓄積でき、放電モードで動作する際には、蓄積済みの電気エネルギーを放出して、編成引き通し電源線１０とともにインバーター６側へ電力を供給できるように構成されている。なお、図２（ａ）においては、明示的に示されていないが、電気二重層キャパシタ５は、複数のキャパシタユニットを直列および並列に組んで構成されている。
【００２３】
インバーター６は、編成引き通し電源線１０や電気二重層キャパシタ５から供給される電力を、電動式アクチュエータ１１に与えるのに適した電力に変換するものである。
制御装置７は、電動式アクチュエータ１１に供給される電力の増減を行うために、インバーター６を制御するものである。この制御装置７は、信号線１５を介して車体側から送られてくる脚動作指令信号（＝脚上げ信号または脚下げ信号）を受けて作動するように構成され、これにより、電動式アクチュエータ１１の可動ロッド１１ａの作動方向が制御される。
【００２４】
電動式アクチュエータ１１は、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、モーターの回転運動を直線運動に変換する遊星歯車ネジ方式のギヤ機構とを備え、モーターの回転運動をネジ軸の直線運動に変換することにより、ネジ軸に直結された可動ロッド１１ａを作動させる構造になっている。
【００２５】
なお、図２（ａ）および同図（ｂ）においては、簡略な図にする都合上、支持脚１のみを図示し、案内脚２については図示を省略してあるが、案内脚２の駆動機構も支持脚１の駆動機構とほぼ同様に構成されている。
このように構成された可動脚装置（支持脚装置および案内脚装置）においては、支持脚１（または案内脚２）を作動させる前に、編成引き通し電源線１０から供給される電気エネルギーが電気二重層キャパシタ５に蓄積される。そして、支持脚１（または案内脚２）を作動させる際には、インバーター６を制御して、電気二重層キャパシタ５および編成引き通し電源線１０の双方から、電動式アクチュエータ１１に電気エネルギーを供給する。これにより、電動式アクチュエータ１１の可動ロッド１１ａを作動させて、可動ロッド１１ａに連結された支持脚１（または案内脚２）を動作させることができる。
【００２６】
図３は、種々の可動脚装置を作動させた時に編成引き通し電源線１０にかかる負荷を示したグラフである。グラフＡは電気二重層キャパシタ５および編成引き通し電源線１０の双方から電動式アクチュエータ１１に電気エネルギーを供給するように構成した可動脚装置、グラフＢは編成引き通し電源線１０のみから電動式アクチュエータ１１に電気エネルギーを供給するように構成した可動脚装置、グラフＣは従来の油圧式駆動機構を採用した可動脚装置に対応している。なお、グラフＤは磁気浮上式鉄道車両の速度を表すグラフであり、このグラフＤを参照すると、グラフＡ〜Ｃに描かれた可動脚の格納／展開が行われるタイミングと車両速度との関係を読み取ることができる。
【００２７】
図３において、グラフＡ、Ｂを比較すると、電気二重層キャパシタ５を併用することにより、編成引き通し電源線１０のみから電気エネルギーを供給する場合よりも、編成引き通し電源線１０にかかる負荷を抑制できることがわかる。
すなわち、グラフＢにおいて、編成引き通し電源線１０に負荷がかかる期間は、可動脚装置の作動期間とほぼ一致する期間であり、きわめて短時間のうちに大電力を必要とすることがわかる。ここで、グラフＡを見ると、グラフＢよりも電力消費のピークが低くなっている。これは、電動式アクチュエータ１１自体は、グラフＢの場合と同程度の電力を消費するにもかかわらず、その電力が電気二重層キャパシタ５から供給されるため、その分だけ、編成引き通し電源線１０にかかる負荷が軽減されていることを示している。
【００２８】
グラフＡの場合、グラフＢよりもピークの幅が広く、より長期間にわたって電力を消費しているが、これは、可動脚装置の作動が完了した後、引き続いて編成引き通し電源線１０から電気二重層キャパシタ５へ電気エネルギーが供給され、電気二重層キャパシタ５の充電が行われるからである。
【００２９】
なお、グラフＣの場合、油圧ポンプや油圧バルブを作動させるために電力を消費するだけなので、電力消費という観点からすれば、グラフＡ、Ｂのどちらよりも電力消費を抑制できる。但し、これは大がかりな油圧系を備えているものなので、上記従来技術欄において述べた通りの問題がある。
【００３０】
以上説明したような可動脚装置によれば、電動式アクチュエータ１１を作動させる際、電動式アクチュエータ１１には、編成引き通し電源線１０に加えて電気二重層キャパシタ５からも電気エネルギーが供給されるので、電動式アクチュエータ１１の作動に伴って編成引き通し電源線１０側に過大な負荷がかかるような急激な消費電力の変動を招くことがない。そのため、編成引き通し電源線１０のみから電動式アクチュエータ１１に電気エネルギーを供給するように構成した場合に比べ、電源容量が小さくても対応できるようになる。
【００３１】
したがって、磁気浮上式鉄道車両に大きな発電装置を搭載しなくても良くなるので、重量増、コスト増を招くことなく、アクチュエータの電動化を図ることができる。特に磁気浮上式鉄道車両の場合、複数両編成で運用されるとともに各車両毎に複数の可動脚が設けられるので、それらの可動脚（支持脚１および案内脚２）すべてを電動式の駆動機構で一斉に作動させた場合の消費電力はきわめて大きくなると考えられるが、上記構成を採用することにより、磁気浮上式鉄道車両においても容易に電動式の駆動機構を導入できるようになる。
【００３２】
また、上記電動式アクチュエータ１１を採用したことにより、大がかりな油圧系を無くしてしまうことができたので、保守性に優れており、防火性を高める上でも効果的である。さらに、過剰な防火対策をとらなくてもよくなる分、磁気浮上式鉄道車両のコストダウンおよび軽量化を図ることもできる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、電力を受けて作動するアクチュエータとして、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、モーターの回転運動を直線運動に変換する遊星歯車ネジ方式のギヤ機構とを備えた電動式アクチュエータ１１を例示したが、他のアクチュエータを利用してもよい。具体例を挙げれば、例えば、電気エネルギーを受けて作動するモーターと、そのモーターに駆動されて作動する油圧ポンプと、その油圧ポンプから吐出されるオイルの圧力でピストンを直線運動させる油圧シリンダとを、一つのユニットに組み込むことによって構成されたユニット型油圧式アクチュエータなどを利用できる。
【００３４】
このようなユニット型油圧式アクチュエータの場合、アクチュエータ内部では作動油を利用することになるが、これらの油圧系は一つのユニットに組み込まれたコンパクトな構造になっているので、多数の配管が張りめぐらされるような大がかりな構造にはならず、油漏れ管理、作動油の清浄度管理など、駆動機構を健全に保つための保守は容易である。
【００３５】
また、上記実施形態では、可動脚装置を磁気浮上式鉄道車両に搭載する例を示したが、本発明の可動脚装置は、航空機など、磁気浮上式鉄道車両以外の移動体においても搭載することができる。
また、上記実施形態では、電気エネルギー蓄積手段として、電気二重層キャパシタ５を示したが、必要な充電／放電能力を確保できる場合には、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池などの二次電池などを採用してもよい。
【００３６】
さらに、上記実施形態では、電気二重層キャパシタ５、インバーター６、制御装置７などの電気機器を、すべて台車枠３に搭載する例を示したが、これらの電気機器は車体側に搭載してもよく、必要があれば、一部を台車側に搭載して残りの一部を車体側に搭載するように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気浮上式鉄道車両の可動脚とその周辺の構造を示す斜視図である。
【図２】磁気浮上式鉄道車両の可動脚（支持脚）の電動式駆動機構を示す概略構成図である。
【図３】電源にかかる負荷を示すグラフである。
【図４】磁気浮上式鉄道車両の可動脚（支持脚）の油圧式駆動機構を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・支持脚、２・・・案内脚、３・・・台車枠、５・・・電気二重層キャパシタ、６・・・インバーター、７・・・制御装置、１０・・・編成引き通し電源線、１１・・・電動式アクチュエータ、１１ａ・・・可動ロッド、１５・・・信号線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004123018.tif 000006