(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車枠に配置される枕梁に、車両の揺動中心を中心として下方に向かって湾曲する円弧状底面を形成するとともに、
車体下面に固定される振子枠に、車両の揺動中心を中心として前記円弧状底面に対向する円弧状端面を形成し、
前記枕梁の円弧状底面と前記振子枠の円弧状端面との間に、車両の幅方向への駆動力を前記振子枠に与えるリニアモータを構成し、
前記枕梁に対する前記振子枠の移動を検出する位置検出装置を配設し、
前記振子枠が前記枕梁の中立位置にあることを前記位置検出装置で検出することによって、前記リニアモータにより前記振子枠を中立位置にロックさせることを特徴とする鉄道車両用振子台車。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両用振子台車において、
前記枕梁または前記振子枠の一方に、レールガイドを配設するとともに、前記枕梁または前記振子枠の他方に、前記レールガイドに嵌合して車両の揺動中心を中心に円弧状に移動するガイドレールを設けたことを特徴とする鉄道車両用振子台車。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鉄道車両用振子台車の振子制御方法であって、
前記リニアモータが任意の曲線路走行時に発生させる車体傾斜モーメントを、その曲線走行時に車体遠心力により発生する傾斜モーメントよりも小さく設定することを特徴とする鉄道車両用振子台車の振子制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用振子台車およびその台車の振子制御方法に関し、詳しくは、振子枠を車両の幅方向へ駆動させるアクチュエータを備えた鉄道車両用振子台車およびその台車の振子制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両用振子台車としては、例えば、特開平４−１７３４７２号に示されたものがある。この台車では、図５に示したように、車体１を台車枠２に対して車両の幅方向に揺動可能に支持させ、さらに空気ばねを介して車体１と一体化した振子梁３を台車枠２に揺動自在に保持させるとともに、振子梁３と台車枠２との間に流体シリンダ４を装架させ、該流体シリンダ４によって振子梁３を台車枠２に対して揺動させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような鉄道車両用振子台車では、複数の流体シリンダ４を振子梁３内に取付けなくてはならないため、多くのスペースを必要とする。しかしながら、例えば、軌間可変台車のように可変機構を備えた台車では、可変機構が台車内の多くのスペースを占有するため、床面高さが高くならないように押さえて流体シリンダ４の取付けスペースを確保することは難しい。
また、このような鉄道車両用振子台車では、振子梁３内に設けた流体シリンダ４の点検が困難であり、メンテナンスフリー化が望まれていた。
また、このような鉄道車両用振子台車では、流体シリンダ４の応答性が高くないため、より高性能な振子制御はできなかった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、車体を揺動させる駆動機構をコンパクトに構成するとともに、メンテナンスフリー化を可能にし、さらには応答性の高い鉄道車両用振子台車および振子制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載の鉄道車両用振子台車１００は、台車枠１０に配置される枕梁２０に、車両の揺動中心Ｏを中心として下方に向かって湾曲する円弧状底面（上面２２ａ）を形成するとともに、車体下面に固定される振子枠３０に、車両の揺動中心を中心として前記円弧状底面に対向する円弧状端面（下面３１ａ）を形成し、前記枕梁の円弧状底面と前記振子枠の円弧状端面との間に、車両の幅方向への駆動力を前記振子枠に与えるリニアモータを構成し、前記枕梁に対する前記振子枠の移動を検出する位置検出装置（位置検出センサ７４）を配設し、前記振子枠が前記枕梁の中立位置にあることを前記位置検出装置で検出することによって、前記リニアモータにより前記振子枠を中立位置にロックさせることを特徴としている。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、振子枠（車体）を揺動させるアクチュエータとしてリニアモータを使用しているので、設置スペースが少なくて済み、例えば、軌間可変台車のような特殊な台車でも容易に組み込むことができ、大振子角度（例えば７°）を満足させても、車体床面高さを低くすることができ、さらには、磨耗部分が無いため、メンテナンスフリー化が図れる。
また、リニアモータは応答性が速いので、振り遅れが少なく、その時々に応じたリアルタイム応答を行えるので、自然振子（制御プログラムを使用しない）においても良好な性能が得られる。
また、振子枠が中立位置で確実にロックされるので、小曲線（例えば、曲線半径１２００ｍ以上）通過、或いは低速走行時（例えば、車速５０ｋｍ／時以下）の振子作用不要時に車体を中立位置に確実に維持することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の鉄道車両用振子台車において、前記枕梁または前記振子枠の一方に、レールガイド６１を配設するとともに、前記枕梁または前記振子枠の他方に、前記レールガイドに嵌合して車両の揺動中心を中心に円弧状に移動するガイドレール６２を設けたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、振子枠と枕梁との間隔、即ちリニアモータを構成する一方の部品と他方の部品との間隔が常に一定に確保されるので、安定した振子動作が得られる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の鉄道車両用振子台車の振子制御方法であって、前記リニアモータが任意の曲線路走行時に発生させる車体傾斜モーメントを、その曲線走行時に車体遠心力により発生する傾斜モーメントよりも小さく設定することを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、リニアモータによって超過遠心力をキャンセルさせて最適な振子角度となるようにでき、しかも逆方向に振れる虞れはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１乃至図４は、鉄道車両用振子台車の要部を示しており、図１はリニアモータ部を断面にして示した正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線による断面を示した拡大断面図、図３は図１に示した要部の平面図、図４はガイド部を断面にして示した正面図である。
【００１４】
この鉄道車両用振子台車では、図１および図４に示したように、台車枠１０，枕梁２０，振子枠３０等によって構成されている。枕梁２０は空気ばね４０を介して台車枠１０に支持され、振子枠３０は車体５０に一体的に固定されている。そして、車体５０は台車枠１０に対して車両幅方向に揺動自在に後述するガイド部６０によって支持されている。
【００１５】
台車枠１０は、図１および図２に示したように、車両の幅方向に装架された２本の横梁１１と、横梁１１の各側端間に装架された側梁１２，１２とによって構成されている。側梁１２，１２には図示しない軸箱が設置され、該軸箱を軸受として車輪１３，１３が取付けられている。
【００１６】
枕梁２０は、図１および図４に示したように、車両の幅方向に延設され、車両の前後方向中央部（厚み方向中央部）に凹部２１を有している。この凹部２１は、車両の幅方向へ延設されており、底面に台座２２が設置され、台座２２の上面２２ａは車体５０の揺動中心Ｏを中心とする円弧状に形成されている（円弧状底面）。また、この枕梁２０は、図２および図４に示したように、前面および後面（車両の前後方向前部および後部）にフランジ部２３，２３を有しており（図２参照）、該フランジ部２３，２３の上面２３ａ，２３ａは車体５０の揺動中心を中心とする円弧状にほぼ倣った形状に形成されている。
【００１７】
振子枠３０は、図１，図２および図３に示したように、車両の幅方向に延設され、車両の前後方向中央部（厚み方向中央部）に凸部３１を有している。この凸部３１は、車両の幅方向へ延設されており、下面３１ａは車体５０の揺動中心Ｏを中心とする円弧状に形成されている（円弧状端面）。また、この振子枠３０は前面および後面（車両の前後方向前部および後部）に縦壁３２，３２を有している（図２参照）。
【００１８】
このように構成された枕梁２０と振子枠３０との間には、振子枠３０を枕梁２０に揺動可能に支持するガイド部６０，振子枠３０を枕梁２０に対して車両の幅方向へ移動させるリニアモータ７０，振子枠３０を枕梁２０の車両幅方向中央でロックする振子抑止装置８０がそれぞれ配設されている。
【００１９】
ガイド部６０は、図２，図３および図４に示したように、枕梁２０のフランジ部２３の上面２３ａと凹部２１を画成する縦壁２０ａにゴム等の弾性材からなる緩衝材２４を介して設置された断面コ字形のレールガイド６１と、振子枠３０の縦壁３２に設置された円弧状のガイドレール６２とによって構成されている（図２参照）。そして、ガイドレール６２は、図２に一部を拡大して円内に示したように、レールガイド６１に画成される凹部６１ａに嵌合され、それらの間には、ボール６３ａが長円を成すように連続的に配設され、リニアガイド（例えば、ＮＳＫ製リニアガイド）６３が構成されている。したがって、振子枠３０は、このリニアガイド６３を介して枕梁２０に揺動可能に支持され、振子枠３０はリニアガイドのボール６３ａを転動させながら揺動する。
【００２０】
リニアモータ７０は、図１，図２および図３に示したように、振子枠３０の凸部３１の円弧状下面３１ａに設置された電磁コイル（リニアモータ１次側）７１と、枕梁２０の台座２２の上面２２ａに設置されたリアクッションプレート（リニアモータ２次側）７２とによって構成され、電磁コイル７１はリアクッションプレート７２と僅かな間隙をもって対向されている。
そして、このリニアモータ７０によって、Ｇセンサ等によるカーブ検知と車両速度データ等を図示しない振子制御装置で処理し、超過遠心力をキャンセルする方向に振子枠３０を作動させて、車両が曲線を通過するのに最適な振子角度となるようにすることができる。ただし、この場合に振子枠３０が逆方向に振られないように、自然振子による遠心力により発生するモーメントを超えない範囲にリニアモータ７０を制御する必要がある。
また、このリニアモータ７０によって、予め曲線のデータを振子制御装置に記憶させ、制御プログラムに従って最適な振子角度となるように、振子枠３０を移動させるようにすることもできる。
さらに、このリニアモータ７０によって、振子枠３０の中立位置からの変位量を計測し、その変位量に基づいて振子角α（図１参照）が最適な角度となるように振子枠３０を移動させたりすることもできる。振子枠３０の変位量の計測は、図３に示したように、枕梁２０に計測用レール７３を設置するとともに、振子枠３０に位置検出センサ７４を設置し、その位置検出センサ７４で位置の確認が行える。
【００２１】
振子抑止装置８０は、図１および図２に示したように、振子枠３０の車両幅方向中央に設置した電磁ソレノイド８１と、枕梁２０の車両幅方向中央に形成した孔８２とによって形成され、電磁ソレノイド８１のプランジャ８１ａを枕梁２０の孔８２に嵌入させることによって振子枠３０を枕梁２０にロックさせるようにしている。この振子抑止装置８０は、上記位置検出センサ７４によって振子枠３０が中立位置にあることを検出し、それによって電磁ソレノイド８１のプランジャ８１ａを枕梁２０の孔８２に嵌入させるようにしてもよい。
また、上記振子抑止装置８０を採用することなく、リニアモータ７０によって振子枠３０を中立位置に保持させることもできる。
【００２２】
なお、上記実施の形態は、本発明に係る鉄道車両用振子台車の一例を示したもので、この実施の形態に限定されることなく、本発明の特許請求の範囲内で、各種態様をとることができることは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、電磁コイル（リニアモータ１次側）７１を振子枠３０に設置し、リアクッションプレート（リニアモータ２次側）７２を枕梁２０に設置しているが、電磁コイル（リニアモータ１次側）７１を枕梁２０に設置し、リアクッションプレート（リニアモータ２次側）７２を振子枠３０に設置してもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態では、レールガイド６１を枕梁２０に設置し、ガイドレール６２を振子枠３０に設置しているが、レールガイド６１を振子枠３０に設置し、ガイドレール６２を枕梁２０に設置してもよい。
さらにまた、上記実施の形態では、電磁ソレノイド８１を振子枠３０に設置し、孔８２を枕梁２０に形成しているが、電磁ソレノイド８１を枕梁２０に設置し、孔８２を振子枠３０に形成してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の鉄道車両用振子台車によれば、振子枠（車体）を揺動させるアクチュエータとしてリニアモータを使用しているので、設置スペースが少なくて済み、例えば、軌間可変台車のような特殊な台車でも容易に組み込むことができ、大振子角度（例えば７°）を満足させても、車体床面高さを低くすることができ、さらには、磨耗部分が無いため、メンテナンスフリー化が図れる。
また、本発明の鉄道車両用振子台車によれば、リニアモータは応答性が良いため、振り遅れが少なく、その時々の状況に応じたリアルタイム応答を迅速に行えるので、自然振子（制御プログラムを使用しない）においても良好な性能を保つことができる。
さらにまた、本発明の振子台車の制御方法によれば、超過遠心力をキャンセルさせて最適な振子角度となるようにでき、しかも逆方向に振れる虞れはないので、曲線部を走行する時に、より信頼性の高い車両の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した鉄道車両用振子台車の要部を示したもので、リニアモータ部を断面にして示した正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面を示した拡大断面図である。
【図３】図１に示した鉄道車両用振子台車の平面図である。
【図４】本発明を適用した鉄道車両用振子台車の要部を示したもので、ガイド部を断面にして示した正面図である。
【図５】従来の振子台車を備えた鉄道車両を概念的に示した正面図である。
【符号の説明】
１０        台車枠
２０        枕梁
２１        凹部
２２        台座
２２ａ      上面
２３        フランジ部
２３ａ      上面
３０        振子枠
３１        凸部
３１ａ      下面
３２        縦壁
４０        空気ばね
５０        車体
６０        ガイド部
６１        レールガイド
６１ａ      凹部
６２        ガイドレール
６３        リニアガイド
７０        リニアモータ
７１        電磁コイル（リニアモータ１次側）
７２        リアクションプレート（リニアモータ２次側）
８０        振子抑止装置
８１        電磁ソレノイド
８１ａ      プランジャ
８２        孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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