(57)【要約】【課題】更なる高速域での使用が可能な軸受機構の実現。【解決手段】鉄道車両用台車は、輪軸の両端に機械式軸受１６を備え、車輪の中間に磁気軸受５０を備える。低速走行時、機械式軸受１６は、軸箱１４の天井部分と当接し、車軸１０を軸支する。磁気軸受５０は軸受作用は未発現であり、磁気軸受の軸受中心は車軸１２の軸中心Ｐ２より下方にオフセットして、閉回路コイル部５６との干渉が回避される。高速走行時は、磁気軸受５０が軸受作用を発現し車軸１０を軸支する。この時、車軸１２は磁気軸受５０の軸受作用で磁気軸受の軸受中心の高さまで移動される。これに伴い、機械式軸受１６は軸箱１４で下方に移動し浮揚した状態となる。機械式軸受１６は、車軸１２と連れ回る状態となり、更なる高速運転でも使用可能となる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸の両端部に設けられた機械式軸受と、
前記車軸の車輪間に設けられた当該車軸の回転速度の上昇に伴って軸受作用を発現させる磁気軸受であって、軸受中心軸と前記車軸の軸中心との位置関係が軸受作用の未発現時に上下にオフセットするように設けられた磁気軸受と、
前記機械式軸受を上下移動可能に保持する保持部と、
を備えた鉄道車両用台車の軸受機構。
【請求項２】
前記磁気軸受は、軸受作用の未発現時に、軸受中心軸が前記車軸の軸中心より下方にオフセットするように構成され、
前記保持部は、前記磁気軸受の軸受作用の未発現時に前記機械式軸受を所定位置で保持し、当該軸受作用の発現時に当該所定位置から下方への移動を可能に前記機械式軸受を保持するように構成された、
請求項１に記載の鉄道車両用台車の軸受機構。
【請求項３】
前記磁気軸受は、前記車軸に設けられた界磁用の永久磁石と、当該永久磁石が設けられた車軸を囲むように周方向に弧状配列された閉回路コイル部と、を有して構成された、
請求項１又は２に記載の鉄道車両用台車の軸受機構。
【請求項４】
前記車軸の直下位置には前記閉回路コイル部が設けられていないことを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用台車の軸受機構。
【請求項５】
前記磁気軸受は、前記閉回路コイル部の回路を切断／接続する回路スイッチ部を有する
請求項３又は４に記載の鉄道車両用台車の軸受機構。
【請求項６】
前記永久磁石の姿勢を変更して界磁の発生を可変する姿勢可変部を更に備えた
請求項３〜５の何れか一項に記載の鉄道車両用台車の軸受機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用台車の軸受機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の台車は、車軸の両端に軸箱を備えるのが一般的であり、軸箱には、車軸を軸回転自在に支持する機械式軸受が備えられている（例えば、特許文献１参照）。鉄道車両用軸受の例としては、例えば円錐コロを用いた高速車両用が知られるところであり、よりコンパクトな設計が可能なタイプも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、機械式軸受以外の鉄道車両用以外の軸受としては、例えば宇宙空間等での利用を想定した磁気軸受が知られている（特許文献３）。。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４８３６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０８６８２号公報
【特許文献３】特開平７−３０５７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、新幹線に代表される高速鉄道では、さらなる高速運転が望まれるところであり、様々な研究が進められている。しかし、従来の鉄道車両用の機械式軸受を、現在使用されている速度域を超える更なる高速域で使用すると様々な問題が生じ得る。例えば、軸受内部は滑り運動による摩擦で発熱し、潤滑剤の温度が高くなる問題が生じる。潤滑剤の温度が上昇すると潤滑剤の粘度が低下してやがて潤滑不良を起こし得る。
【０００５】
一方で、回転軸を非接触に支持する磁気軸受が知られるところであるが、低回転域では機能しないため、鉄道車両用台車の軸受を磁気軸受のみとするのも無理がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、更なる高速域での使用が可能な鉄道車両用台車の軸受機構を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の形態は、車軸の両端部に設けられた機械式軸受と、前記車軸の車輪間に設けられた当該車軸の回転速度の上昇に伴って軸受作用を発現させる磁気軸受であって、軸受中心軸と前記車軸の軸中心との位置関係が軸受作用の未発現時に上下にオフセットするように設けられた磁気軸受と、前記機械式軸受を上下移動可能に保持する保持部（例えば、図３の軸箱１４）と、を備えた鉄道車両用台車の軸受機構である。
【０００８】
台車上に車両が載せられる一般的な使用条件を鑑みれば、第２の形態として、前記磁気軸受は、軸受作用の未発現時に、軸受中心軸が前記車軸の軸中心より下方にオフセットするように構成され、前記保持部は、前記磁気軸受の軸受作用の未発現時に前記機械式軸受を所定位置で保持し、当該軸受作用の発現時に当該所定位置から下方への移動を可能に前記機械式軸受を保持するように構成された、第１の形態の鉄道車両用台車の軸受機構を構成することができる。
【０００９】
第１及び第２の形態によれば、高速域では磁気軸受で荷重の支持及び車軸の支持を実現し、その間、機械式軸受には荷重がかからないようにすることができる。第２の形態では、車軸を下方に（換言すると台車枠を上方に）移動させることになる。よって、従来より高速な速度域での使用が可能な鉄道車両用台車の軸受機構を実現できる。
【００１０】
そして、第３の形態として、前記磁気軸受が、前記車軸に設けられた界磁用の永久磁石と、当該永久磁石が設けられた車軸を囲むように周方向に弧状配列された閉回路コイル部と、を有して構成された、第１又は第２の形態の鉄道車両用台車の軸受機構を構成することができる。
【００１１】
第３の形態によれば、第１又は第２の形態と同様の効果が得られるとともに、重量がかさみやすいコイルを車体側に設ける構成とすることでバネ下重量を下げるとともに、メンテナンス性を向上するといった効果が得られる。
【００１２】
更に、第４の形態として、前記車軸の直下位置には前記閉回路コイル部が設けられていないことを特徴とする第３の形態の鉄道車両用台車の軸受機構を構成することができる。
【００１３】
第４の形態によれば、第３の形態と同様の効果が得られるとともに、閉回路コイル部の設置数を少なくして製造コストを低減することができる。
【００１４】
第５の形態は、前記磁気軸受が、前記閉回路コイル部の回路を切断／接続する回路スイッチ部を有する第３又は第４の形態の鉄道車両用台車の軸受機構である。
【００１５】
第５の形態によれば、第３又は第４の形態と同様の効果が得られるとともに、必要に応じて（例えば、磁気軸受の軸受作用が未発現でも問題ない条件において）回路を切断することで、磁気抗力を軽減することができるようになる。
【００１６】
また、第６の形態は、前記永久磁石の姿勢を変更して界磁の発生を可変する姿勢可変部を更に備えた第３〜第５の何れかの形態の鉄道車両用台車の軸受機構である。
【００１７】
第６の形態によれば、第３〜第５の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、必要に応じて（例えば、磁気軸受の軸受作用が未発現でも問題ない条件において）、閉回路コイル部に鎖交する界磁を弱めるように永久磁石の姿勢を変更することで、磁気抗力を軽減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した軸受構造を有する鉄道車両用台車のうち、輪軸とフレーム系・支持系等の主要部を示した上面図。
【図２】本発明を適用した軸受構造を有する鉄道車両用台車のうち、輪軸とフレーム系・支持系等の主要部を示した正面図。
【図３】第１実施形態における軸箱まわりの構成例を示す断面図。
【図４】第１実施形態における軸箱まわりの構成例を示す断面図。
【図５】第１実施形態における磁気軸受の構成例を示す断面図。
【図６】第１実施形態における閉回路コイル部の構成例を示す（１）上面図と、（２）断面図。
【図７】第１実施形態における閉回路コイル部の回路の開閉制御の概念図。
【図８】第１実施形態におけるヌルフラックスコイル間の接続関係を示す概念図。
【図９】第１実施形態における鉄道車両用台車の軸受部の動作について説明する図。
【図１０】第２実施形態における磁気軸受のロータ部の構成例を示す断面図であって、同軸受の中央付近における車軸半径方向に沿った断面図。
【図１１】第２実施形態における磁気軸受のロータ部の構成例を示す断面図であって、同軸受の端部付近における一方側から見た車軸半径方向に沿った断面図。
【図１２】第２実施形態における磁気軸受のロータ部の構成例を示す断面図であって、同軸受の端部付近における他方側から見た車軸半径方向に沿った断面図。
【図１３】第２実施形態における磁気軸受のロータ部の構成例を示す断面図であって、車軸方向に沿った断面図。
【図１４】第２実施形態における磁気軸受の動作を説明するための図。
【図１５】第２実施形態における磁気軸受の動作を説明するための図。
【図１６】機械式軸受まわりの構成の変形例を示す図であって、軸箱を輪軸中央側からみた側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１と図２は、本発明を適用した軸受構造を有する鉄道車両用台車の上面図と正面図であって、輪軸、フレーム系及び支持系を含む主要部を示す図である。
本実施形態の鉄道車両用台車２は、左右の側枠４ａを横梁４ｂで結合した上面視Ｈ型の台車枠４を有し、その前後で各１本の輪軸１０を懸架する。輪軸１０の車軸１２の両端（軌道を跨る方向の両端）は、それぞれ軸箱１４に内蔵された機械式軸受１６で軸支されている。左右の軸箱１４は、軸箱支持枠１８で連結され、左右それぞれで軸バネ２０及び軸ダンパー２２を介して台車枠４に係合している。尚、車両本体は車体支持装置２４を介して台車枠４で支持される。
【００２０】
そして、本実施形態の鉄道車両用台車２は、車輪１３間に車軸１２の回転速度の上昇に伴って軸受作用を発現させる磁気軸受５０を軸箱支持枠１８に固定して備える。尚、駆動系（モータ、ギアボックスなど）、制動系（ブレーキなど）等その他の装備は、例えば図１，２に一点鎖線で示すような位置に適宜設けることが可能である。
【００２１】
図３及び図４は、本実施形態における軸箱まわりの構成例を示す断面図であって、車両が停止した状態を含む低速走行時の状態を示している。
軸箱１４は、機械式軸受１６を上下移動可能に保持する保持部として機能する。具体的には、軸箱１４の内側には内部空間が形成されている。この内部空間は、円環状のクラッチカラー４２を外側に嵌着させた機械式軸受１６が上下に移動可能な広さを有し、その天井部分にはクラッチカラー４２と内接する半円弧状のクラッチライニング４４が交換可能に取り付けられている。
【００２２】
クラッチカラー４２とクラッチライニング４４は、遠心クラッチにおけるクラッチアウターとクラッチシューの関係にあり、両者の材料もクラッチアウターとクラッチシューとして用いられる材料が使用可能である。尚、機械式軸受１６がアウターとして耐摩耗性に優れる場合には、クラッチカラー４２を省略することができる。
【００２３】
クラッチライニング４４の内側の形状は、中央部分がクラッチカラー４２の外周形状に適合する円弧を成す円弧領域４６と、その両端部が円弧領域４６の端部における接線に沿った平坦面からなる接線領域４８とを形成してなる。
詳細は後述するが、本実施形態では機械式軸受１６が磁気軸受５０の軸受作用の発現に応じて図３（２）及び図４における下方向に移動してクラッチライニング４４から離れ、磁気軸受５０の軸受作用の低下にともなって再び当接する。その為、円弧領域４６は、クラッチカラー４２がクラッチライニング４４に接触している状態において、クラッチカラー４２と高い摩擦結合を維持するように作用するように設定される。そして、接線領域４８は、離間状態のクラッチカラー４２とクラッチライニング４４との隙間を確保するとともに、離間状態から接触状態へ移行する過程において円弧領域４６へスムーズに嵌るように案内するスロープとして機能する。
【００２４】
図５は、本実施形態における磁気軸受の構成例を示す断面図であって、車両が停止した状態を含む低速走行時の状態、すなわち軸受作用の未発現の状態を示している。
磁気軸受５０は、反発型磁気軸受に類し、ロータ部５４の回転により生じる磁界変化によって閉回路コイル部５６に誘起される誘導電流を利用して、ロータ部５４を磁気反発で軸支する。
【００２５】
より具体的には、磁気軸受５０は、交互に異なる磁極が並ぶようにして車軸１２の外周に複数の界磁用永久磁石５２が固定されたロータ部５４と、このロータ部５４を囲む周方向に当該ロータ部の上方及び側部に亘って弧を描いて配置された複数の閉回路コイル部５６とを備える。
【００２６】
閉回路コイル部５６の配列弧の中心は、磁気軸受５０の軸受としての中心（軸受中心Ｐ１）と同じである。そして、この軸受中心Ｐ１は、軸受作用の未発現の状態ではロータ部５４の軸中心Ｐ２すなわち車軸１２の軸中心よりもわずかに軸荷重方向、すなわち下方にオフセットして設定されている。このオフセットにより、軸受作用が未発現であったとしても、界磁用永久磁石５２の外周と閉回路コイル部５６（特に、ロータ部５４の直上の閉回路コイル部５６）との間には隙間Ｇ１が生じるようになっている。
【００２７】
図６は、本実施形態における閉回路コイル部５６の構成例を示す（１）上面図と、（２）断面図である。閉回路コイル部５６は、ステータコア５８の周りにヌルフラックスコイル６０を形成し、合成樹脂６５で一体に成形している。また、閉回路コイル部５６は、ヌルフラックスコイル６０を開閉する回路スイッチ部６２を備えている。回路スイッチ部６２は、外部信号線６４から入力される信号に応じてヌルフラックスコイル６０の閉回路を開閉することができるスイッチ素子である。
【００２８】
図７は、本実施形態における閉回路コイル部５６の回路の開閉制御の概念図である。
各回路スイッチ部６２の外部信号線６４は、信号ケーブル６６（図５参照）に纏められて、車両に搭載される磁気軸受制御装置７０に接続される。磁気軸受制御装置７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの各種マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種ＩＣメモリ、Ｉ／ＯインタフェースＩＣなどを備える。そして、磁気軸受制御装置７０は、車両速度Ｖ（又はそれを算出するためのパラメータ値）を検出するセンサから検出信号を受信し、所定のプログラム等に従って回路スイッチ部６２へヌルフラックスコイル６０の閉回路を開閉させるためのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。
【００２９】
例えば、機械式軸受１６の許容回転数（設計上限速度）を超えないように設定される所定の基準速度Ｖ１を超過すると、磁気軸受制御装置７０はＯＮ信号を発する。回路スイッチ部６２は閉じ、ヌルフラックスコイル６０の閉回路を閉じる。つまり、磁気軸受５０の軸受作用が発現できるようになる。基準速度Ｖ１を下回れば、磁気軸受制御装置７０はＯＦＦ信号を出力する。すると回路スイッチ部６２は開き、ヌルフラックスコイル６０の閉回路が切断され、磁気軸受５０の軸受作用は発現できなくなる。
尚、基準速度の設定は一つに限らず、車両速度Ｖが増加する場合に適用される基準速度と、減少する場合に適用される基準速度とを別々に設定するとしても良い。
【００３０】
図８は、本実施形態におけるヌルフラックスコイル間の接続関係を示す概念図である。
図８（１）に示すように、ヌルフラックスコイル６０は、例えば英数字の「８」の字に巻かれた導線により形成され、車軸方向に並んだ２つの反発コイル６１ｕ、６１ｄを有する。そして、ロータ部５４を挟んで対向位置にあるヌルフラックスコイル６０同士において、２つの反発コイル６１ｕ，６１ｄにて互いに逆向きの誘導電流が流れるように接続線６３にて結線されている。
【００３１】
本実施形態の例では、図５及び図８（２）に示すように、（１）ロータ部５４を挟んで進行方向前後の対向位置にあるヌルフラックスコイル６０ａとヌルフラックスコイル６０ｅとが接続線６３で結線され、（２）ロータ部５４の斜め上に配置されているヌルフラックスコイル６０ｂとヌルフラックスコイル６０ｄとで結線されている。（３）ロータ部５４の直上にあるヌルフラックスコイル６０ｃは、本実施形態では対向位置に相手となる別のヌルフラックスコイルが存在しないので、接続線６３による結線はされていない。
【００３２】
磁気軸受５０の軸受効果について述べると、先ずもってヌルフラックスコイル６０の閉回路が閉じると、ロータ部５４の回転によりヌルフラックスコイル６０に磁束が鎖交し磁気反発により軸受効果を発生させることができる。
次に、ロータ部５４が車軸１２の進行方向の前後方向すなわちラジアル方向にズレた場合では、対向関係にあるヌルフラックスコイル６０同士の間ではズレ側のヌルフラックスコイル６０に他方よりも強い磁束が鎖交することとなり、相対的により強い誘導電流が生じる。結果、ロータ部５４を元の相対位置に押し戻してズレを修正するように作用する。また、ロータ部５４が車軸１２のアキシャル方向（軸方向）にズレが生じた場合では、一方の反発コイル６１ｕと他方の反発コイル６１ｄとでは、ズレ方向側の反発コイルに他方の反発コイルよりも強い磁束が鎖交しより強い誘導電流が生じる。結果、ロータ部５４を元の相対位置に押し戻しズレを修正するように作用する。
【００３３】
図９は、本実施形態における鉄道車両用台車２の軸受部の動作について説明する図である。上段（１）が低速走行時、下段（２）が高速走行時の各軸受部の状態を示している。
図中、横向き一点鎖線Ｌ１が、車両停止状態を含む低速走行時における車軸１２の高さを示し、横向き二点鎖線Ｌ２が、高速走行時における車軸１２の高さを示している。
【００３４】
図９（１）に示すように、車両速度Ｖが基準速度Ｖ１に満たない低速走行時では、ロータ部５４の回転が十分高くない。従って、磁気軸受５０単体では一つの輪軸１０が分担する車両の重量を支えるほどには十分な軸受作用が発現できない状態にある。しかし、機械式軸受１６では、クラッチライニング４４とクラッチカラー４２とが当接して摩擦力により係合した状態にあり、機械式軸受１６は、一つの輪軸１０が分担する車両の重量を支え輪軸１０を軸支することができる。つまり、鉄道車両用台車２として見た場合、輪軸１０を軸支することができている。
【００３５】
また、低速走行時、磁気軸受制御装置７０からは回路スイッチ部６２へＯＦＦ信号が出力されるので（図７参照）、ヌルフラックスコイル６０では界磁用永久磁石５２による磁束が鎖交しても誘導電流は流れない。よって、回路をそのまま閉じている場合よりも磁気抗力を小さくできる。
【００３６】
一方、高速走行時では、磁気軸受制御装置７０からは回路スイッチ部６２へＯＮ信号が出力されるのでヌルフラックスコイル６０の回路が閉じる。ロータ部５４の回転が十分高くなり、磁気軸受５０は軸受作用を発現する。すると図９（２）に示すように、一つの輪軸１０が分担する車両の重量を支えるに至り、ついには車軸１２の軸中心Ｐ２が軸受中心Ｐ１となる横向き二点鎖線Ｌ２まで車軸１２を押し下げる。機械式軸受１６も車軸１２の押し下げに伴って下方へ移動し、その過程でクラッチカラー４２がクラッチライニング４４から離れることとなる。
【００３７】
クラッチカラー４２がクラッチライニング４４から離れた状態では、クラッチライニング４４の下端部に接線領域４８（図３参照）が設けられているので、機械式軸受１６の上方の隙間Ｇ１が生じるとともに側方においても隙間Ｇ２が生じ、機械式軸受１６は軸箱１４内で浮いた状態となる。クラッチライニング４４との摩擦結合が無くなるので、機械式軸受１６は車軸１２と連れ回るようになり、やがて相対速度が「０」に近づく。
【００３８】
よって、車両速度Ｖが機械式軸受１６の許容回転数（設計上限速度）を超える速度域に達するとしても、機械式軸受１６の実質的な回転数は許容回転数を下回り、内部発熱等による潤滑不良などを起こすことがない。また、機械式軸受１６が浮揚状態になる過程においても、軸受荷重が低減するので回転に抵抗する摩擦モーメントが低下し、当該モーメントに起因する発熱量が低減するので早々に潤滑不良を起こし難くなる。
【００３９】
車両速度が高速から低速に低下する過程では、この逆となる。すなわち、磁気軸受５０による軸受作用が弱まり、車軸１２は横向き二点鎖線Ｌ２から元の横向き一点鎖線Ｌ１まで上がる。磁気軸受５０の軸受作用が低下するその過程で、機械式軸受１６が、クラッチライニング４４に徐々に接触し、それこそクラッチ接続の如く軸箱１４との摩擦結合が回復し、機械式軸受１６による軸支が復活する。やがて、車両速度Ｖが基準速度Ｖ１を下回ると、磁気軸受制御装置７０からＯＦＦ信号が出力されるようになる。ヌルフラックスコイル６０の閉回路は開かれ、磁気軸受５０は軸受作用が未発現の状態となる。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、機械式軸受の許容回転数以上で輪軸が回転する高速運転が可能な軸受機構を実現することができる。
【００４１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明を適用した第２実施形態について説明する。本実施形態は、基本的には第１実施形態と同様に構成されるが、磁気軸受のロータ部の構成が異なる。尚、以降では第１実施形態との差異について主に述べることとし、第１実施形態と同様の構成については同じ符合を付与して説明は省略するものとする。
【００４２】
図１０〜図１３は、本実施形態における磁気軸受５０Ｂのロータ部５４Ｂの構成例を示す図である。図１０（２）は、磁気軸受５０Ｂの中央付近における車軸半径方向に沿った断面図である。図１１（２）及び図１２（２）は、それぞれ磁気軸受Ｂの両端部付近における一方側及び他方側から見た車軸半径方向に沿った断面図である。そして、図１３が車軸方向に沿った断面図（図１１，１２のＧ−Ｇ断面）である。
【００４３】
図１３に示すように、本実施形態の磁気軸受５０Ｂは、車軸１２に設けられた一対のフランジ８０に、車軸１２が中心を通すことのできる当該フランジより大径な円盤状の磁石支持盤８２を固定し備える。
図１１及び図１２に示すように、各磁石支持盤８２は、車軸１２の軸中心Ｐ２の外側に９０°間隔で４箇所にベアリング８４を備える。そして、図１３に示すように、軸方向に対向するベアリング８４の対で当該ベアリングで略円柱形状の界磁用回転磁石８６の両端を軸支する。
【００４４】
図１０に示すように、界磁用回転磁石８６は、磁石支持盤８２のベアリング８４に嵌着される回転軸８８の外周に円筒状の永久磁石９０が固定されている。永久磁石９０の極性分布は、軸８８を通る平面を挟んで一方側がＳ極、他方側がＮ極となる。
４本の界磁用回転磁石８６の基準姿勢（停止状態の姿勢）は、図１０（２）に示す如く、車軸半径に沿った面を境にしてＳ極・Ｎ極が周方向を向く。そして、隣接する界磁用回転磁石８６同士で見れば、車軸周方向に隣接する極同士が異極となるように設定されている。
尚、閉回路コイル部５６とロータ部５４Ｂとの相対配置位置は第１実施形態におけるそれと同様である。
【００４５】
そして、図１１〜図１３に示すように、磁気軸受５０Ｂは、磁石支持盤８２の軸端側それぞれに、界磁用回転磁石８６の姿勢を変更して界磁の発生を可変する姿勢可変部１００を備える。本実施形態の姿勢可変部１００は、界磁用回転磁石８６毎に設けられており、遠心クラッチの原理でもって界磁用回転磁石８６の姿勢を車軸１２の回転に応じて可変する。
【００４６】
具体的には、図１３に示すように、界磁用回転磁石８６の回転軸８８の少なくも一端は、磁石支持盤８２を貫通して突出している。
そして、図１１及び図１２に示すように、姿勢可変部１００は、（１）回転軸８８の突出端に固定されたピニオンギア１０２と、（２）当該ピニオンギアと噛み合うラック１０４を備えた弓状の揺動腕部１０６と、（３）当該揺動腕部が当接することで車軸１２に近づく方向への揺動範囲を規制する機能を兼ねた揺動軸１０８と、（４）揺動腕部１０６と当接することで車軸１２から離れる方向への揺動範囲を規制する揺動規制片１１０と、（５）車軸１２の中心方向へ揺動腕部１０６を付勢するリターンスプリング１１２と、を備える。そして、図１３に示すように、姿勢可変部１００はカウル１１４によりカバーされる。
【００４７】
図１４及び図１５は、本実施形態における磁気軸受５０Ｂの動作を説明するための図であって、それぞれ図１１及び図１２に対応する。すなわち、磁気軸受５０Ｂの両端部付近における一方側及び他方側から見た車軸半径方向に沿った断面図で示している。尚、各状態における界磁用回転磁石８６の姿勢が分りやすいように磁石支持盤８２を透明として図示するとともに適宜図示を省略している。
【００４８】
車両速度Ｖが基準速度Ｖ１に満たない低速走行時では、揺動腕部１０６はリターンスプリング１１２の付勢力により車軸１２方向に寄せられている。特に、停止状態では、図１４（１）及び図１５（１）に示すようになる。すなわち、界磁用回転磁石８６の永久磁石９０は、車軸半径に沿った面を境にしてＳ極・Ｎ極が周方向を向いており、閉回路コイル部５６に鎖交する磁束は弱く軸受作用は未発現或いは磁気軸受５０Ｂ単独で輪軸１０の分担荷重を支持するには不十分である。
【００４９】
車両速度Ｖが増加すると、揺動腕部１０６に作用する遠心力Ｆが、リターンスプリング１１２の付勢力に抗し、やがて揺動軸１０８を支点として車軸１２から離れるように揺動する。すると、図１４（２）及び図１５（２）に示すように、揺動腕部１０６の先端に設けられているラック１０４が、ピニオンギア１０２を回し界磁用回転磁石８６の姿勢が変化する。揺動腕部１０６が揺動規制片１１０に当接するまで揺動しきった状態では、永久磁石９０の一方の磁極が外向きとなる。４本ある界磁用回転磁石８６を相対的に見ると、外向きの磁極はＳ極・Ｎ極・Ｓ極・Ｎ極といった具合に並ぶ。そして、永久磁石９０の一方の磁極が外向きとなることで、閉回路コイル５６に鎖交する磁束は強くなり、十分な軸受作用を発現する。
【００５０】
車両速度Ｖが低下する場合には、この逆となる。すなわち揺動腕部１０６に作用する遠心力Ｆが低下してリターンスプリング１１２の付勢力によって元の状態に戻る。その過程で、ラック１０４によりピニオンギア１０２が先ほどとは逆向きに回され、磁気軸受５０Ｂの軸受作用が未発現状態となり、やがて界磁用回転磁石８６は元の図１４（１）及び図１５（１）の状態に戻る。つまり、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５１】
尚、本実施形態の構成から、閉回路コイル部５６の回路スイッチ部６２を省略することも可能である。
【００５２】
〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の形態はこれらに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない限りにおいて適用分野を変えたり、適宜構成要素の追加・省略・変更ができる。
【００５３】
例えば、上記実施形態では鉄道車両用台車を例示したが、同様の軸受構造を台車を用いない鉄道やその他の運送機械に適用することができる。
【００５４】
また、第１実施形態における車軸１２周りの永久磁石５２の数や、閉回路コイル部５６の数は適宜変更可能である。同様に、第２実施形態における界磁用回転磁石８６の数や、閉回路コイル部５６Ｂの数も変更可能である。
【００５５】
また、走行速度に応じて回路スイッチ６２を開閉する構成として説明したが、回路スイッチ６２、信号ケーブル６６及び磁気軸受制御装置７０を省略し、閉回路コイル部５６の回路を閉じた（閉ループを形成した）状態としてもよい。この場合、磁気軸受５０の走行速度に応じた軸受作用により、機械式軸受１６と磁気軸受５０との荷重負担割合が変化することとなる。
【００５６】
また、上記実施形態では磁気軸受５０，５０Ｂを反発型磁気軸受として例示したが、能動型磁気軸受としても良い。例えば、閉回路コイル部５６，５６Ｂを電磁石とし、当該電磁石をロータ部５４，５４Ｂの回転角度に応じて対向する永久磁石５２，９０と反発するように電流を制御するとしても良い。加えて、閉回路コイル部５６，５６Ｂや電磁石に、永久磁石を加えたハイブリッドとしても良い。
【００５７】
また、閉回路コイル部５６に内蔵されるコイルをヌルフラックス方式とせず単に楕円巻回する構成としても良い。また、閉回路コイル部５６の配置位置に着目すれば、上記実施形態では閉回路コイル５６，５６Ｂをロータ部５４（車軸１２）の下方にも設ける構成とすることができる。
【００５８】
また、上記実施形態では高速走行時において機械式軸受１６が軸箱１４内で浮いた状態となり車軸１２と連れ回るように構成されているがこれに限らない。例えば、機械式軸受１６の分担加重が大幅に低減することによる内部温度上昇の抑制で十分な場合には、例えば図１６に示すように、機械式軸受１６の車両進行方向の前後側（図１６の左右）に上下方向に長いガイドレール１２２を突設した軸受スライダ１２４に嵌着する。そして、軸受スライダ１２４ごと、ガイドレール１２２が軸箱１４の内壁に刻設されたガイド溝１２６に遊嵌させるようにして軸箱１４内で上下にスライド可能に支持する構成としても良い。この場合、磁気軸受が軸受作用を発現すると、軸受スライダ１２４ごと機械式軸受１６は軸箱１４内で下方にスライド移動し、軸受スライダ１２４を介して機械式軸受１６が分担する荷重はほとんど無くなる。結果、軸受回転に抗する摩擦モーメントのうち軸受荷重に比例する固定摩擦項が低下し、その分だけ発熱量が低下する。結果、許容回転数以上でも機械式軸受１６を安全に使用できるようになる。
【００５９】
また、別例としては、軸受作用の発現／未発現に伴って機械式軸受１６が移動する方向を上記実施形態では上下方向としているが、軸受荷重の作用する方向に応じて適宜変更することもできる。つまり、磁気軸受５０，５０Ｂを、軸受中心Ｐ１と車軸１２の軸中心Ｐ２との位置関係が軸受作用の未発現時に軸荷重作用方向にオフセットするように設けると良い。
【符号の説明】
【００６０】
２…鉄道車両用台車
４…台車枠
４ａ…側枠
４ｂ…横梁
１０…輪軸
１２…車軸
１３…車輪
１４…軸箱
１６…機械式軸受
１８…軸箱支持枠
２０…軸バネ
２２…軸ダンパー
２４…車体支持装置
４２…クラッチカラー
４４…クラッチライニング
４６…円弧領域
４８…接線領域
５０，５０Ｂ…磁気軸受
５２…界磁用永久磁石
５４，５４Ｂ…ロータ部
５６…閉回路コイル部
５８…ステータコア
６０…ヌルフラックスコイル
６１ｄ，６１ｕ…反発コイル
６２…回路スイッチ部
６３…接続線
６４…外部信号線
６５…合成樹脂
６６…信号ケーブル
７０…磁気軸受制御装置
８０…フランジ
８２…磁石支持盤
８４…ベアリング
８６…界磁用回転磁石
８８…回転軸
９０…永久磁石
１００…姿勢可変部
１０２…ピニオンギア
１０４…ラック
１０６…揺動腕部
１０８…揺動軸
１１０…揺動規制片
１１２…リターンスプリング
１１４…カウル
１２２…ガイドレール
１２４…軸受スライダ
１２６…ガイド溝
Ｐ１…軸受中心
Ｐ２…軸中心
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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