(57)【要約】【課題】左右のレール間の短絡性能を更に向上させることができる鉄道車両用台車の実現。【解決手段】鉄道車両用台車１００は、後位輪軸２０の車輪２１，２２間が絶縁されているとともに、車輪１１，２１の間に交流通電装置３１が接続され、車輪１２，２２の間に交流通電装置３２が接続される。交流通電装置３１，３２それぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、周期及び振幅Ｖｍが等しく、位相差制御部４０によって位相差がπ／２に制御される。【選択図】図１
2009273239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されてなる鉄道車両用台車又は鉄道保守機械の前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、位相差を１／４周期とする交流電圧を印加することで車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減させる接触抵抗低減方法。
【請求項２】
電圧振幅一定制御モードと電流振幅一定制御モードとを切り替えて交流電圧を印加する請求項１に記載の接触抵抗低減方法。
【請求項３】
電圧振幅一定制御モードと電流振幅一定制御モードとを切り替えた交流電圧の印加を、前記左右一方側の車輪間と前記左右他方側の車輪間とに別々に行い、
前記電流振幅一定制御モードの実行中に、当該車輪間の電圧が前記電圧振幅一定制御モードで制御可能な所定の最大電圧に達した場合には、制御モードを前記電圧振幅一定制御モードに切り替え、
前記電圧振幅一定制御モードの実行中に、当該車輪間に流れる電流が前記電流振幅一定制御モードで制御可能な所定の最大電流に達した場合には、制御モードを前記電流振幅一定制御モードに切り替える、
請求項１に記載の接触抵抗低減方法。
【請求項４】
前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、位相差を１／４周期とする交流電圧を印加する印加手段を備え、
前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されてなり、前記印加手段の電圧印加により左右一方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される一方側閉ループと、左右他方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される他方側閉ループとに電流を環流させるとともに、一方側閉ループと他方側閉ループとに交互に最大振幅の電圧を印加して、車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減することを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項５】
複数の輪軸を有し、レール上を走行する鉄道保守機械であって、
前記複数の輪軸のうちの前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、位相差を１／４周期とする交流電圧を印加する印加手段を備え、
前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されてなり、前記印加手段の電圧印加により左右一方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される一方側閉ループと、左右他方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される他方側閉ループとに電流を環流させるとともに、一方側閉ループと他方側閉ループとに交互に最大振幅の電圧を印加して、車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減することを特徴とする鉄道保守機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触抵抗低減方法、鉄道車両用台車及び鉄道保守機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、列車運行の保安装置として、軌道回路を利用して列車が在線するか否かを検知する列車在線検知装置が実用化されている。この列車在線検知装置は、軌道回路内に列車が進入した際に、当該列車を構成する車両の車輪及び車軸でなる輪軸によって左右のレール間が短絡されることにより、軌道回路の送端側から送出された電圧の軌道回路の受端側での受電レベルが小さくなることを利用して、軌道回路内に列車が在線していることを検知する。
【０００３】
従って、上述した列車在線検知装置により軌道回路内の列車を検知するには、当該列車を構成する車両の車輪及び車軸でなる輪軸により左右のレール間を確実に短絡させる必要がある。ところが、例えば、車輪踏面及びレール頭頂面の状態等によって左右のレール間の短絡が不充分となり、列車を検知できない場合があった。具体的には、例えば、車輪と接触するレール面に形成された粉塵、油、錆等による絶縁性の皮膜により、車輪踏面とレール間の電気的な接触抵抗が増大し、短絡不良が起こる。
【０００４】
このような問題点を改善するため、例えば、特許文献１に開示されているように、鉄道車両用台車の前位輪軸及び後位輪軸それぞれの車軸の左端部間及び右端部間に所定の電圧を印加することによって、車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減させる短絡支援装置が知られている。
【０００５】
図９は、従来の短絡支援装置による電流の経路を説明するための図である。同図に示すように、２本のレール８１，８２上を走行する鉄道車両用台車の前位及び後位に設置される車軸９５，９６の左端部間及び右端部間それぞれに、交流電源である電源部９７，９８が接続されている。この電源部９７，９８は、電源相互間に環流が発生しないように同期制御されて左右の車軸端間それぞれに交流電圧を印加する。
【０００６】
そして、電源部９７を通り、車軸９５の一端から車輪９１を介してレール８１を流れ、車輪９３を介して車軸９６の一端に流れる電流の閉ループＲ１１が形成される。同様に、電源部９８を通り、車軸９５の他端から車輪９２を介してレール８２を流れ、車輪９４を介して車軸９６の他端に流れる電流の閉ループＲ１２が形成される。電源部９７，９８により車軸の左端部同士間及び右端部同士間それぞれに交流電圧が印加されて、レール上の絶縁性の皮膜が破壊されて左右のレール間が短絡状態になる。これは、車輪９１とレール８１との接触抵抗及び車輪９３とレール８１との接触抵抗が、車輪９２とレール８２との接触抵抗及び車輪９４とレール８２との接触抵抗と同程度の場合である。
【特許文献１】特開２００４−２２４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術の場合、例えば一方のレールのみに絶縁性の皮膜が付着し他方のレールには絶縁性の皮膜が付着していない時には、絶縁性の皮膜が付着していない他方側のレールに電流が集中して一方側のレールの絶縁性の皮膜が破壊されず、左右のレール間の短絡が不十分となる場合があった。例えばカーブ箇所といった車輪踏面のレールに対する接触圧力や接触位置が左右のレールで異なる場所においては、左右のレールに付着している錆の量や位置が異なる場合がある。この場合、錆が多く付着しているレール側において形成される閉ループには充分な通電がなされず、絶縁性の皮膜の破壊が充分になされない現象が起きていた。
【０００８】
例えば、図１０に示すように、車輪９３とレール８１の接触部分に絶縁性の皮膜がある場合、図９において示した閉ループＲ１１の通電電流は小さくなる一方で、電源部９７を通り、車軸９５の一端から車軸９５の他端及び車輪９２を介してレール８２を流れ、車輪９４を介して車軸９６の他端から車軸９６の一端に流れる閉ループＲ１３が形成されて大きな通電電流が流れる。つまり、車輪９３とレール８１の接触部分と、車輪９１とレール８１の接触部分とには、絶縁性の皮膜を破壊するのに充分な電流が流れないため、該接触部分に存在する絶縁性の皮膜を破壊する能力が低下し、左右のレール８１，８２間の短絡状態を改善する効果が小さかった。
【０００９】
また、電源部９７，９８により印加される交流電圧は正負側に振幅をもつため、電圧ゼロ点付近に絶縁性の皮膜の破壊には不充分な電圧の印加期間が生じた。更に、電源部９７，９８により印加される交流電圧が同期制御されるため、絶縁性の皮膜の破壊には不充分な電圧の印加期間は、車輪９１とレール８１、車輪９３とレール８１、車輪９２とレール８２、及び、車輪９４とレール８２の四箇所で同じタイミングで発生した。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、左右のレール間の短絡性能を更に向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための第１の発明は、
前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されてなる鉄道車両用台車又は鉄道保守機械の前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、位相差を１／４周期とする交流電圧を印加することで車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減させる接触抵抗低減方法である。
【００１１】
また、他の発明として、
前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、位相差を１／４周期とする交流電圧を印加する印加手段（例えば、図１の交流通電装置３１，３２）を備え、
前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されてなり、前記印加手段の電圧印加により左右一方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される一方側閉ループと、左右他方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される他方側閉ループとに電流を環流させるとともに、一方側閉ループと他方側閉ループとに交互に最大振幅の電圧を印加して、車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減することを特徴とする鉄道車両用台車（例えば、図１の鉄道車両用台車１００）を構成しても良い。
【００１２】
更に、他の発明として、
複数の輪軸を有し、レール上を走行する鉄道保守機械であって、
前記複数の輪軸のうちの前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、位相差を１／４周期とする交流電圧を印加する印加手段を備え、
前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されてなり、前記印加手段の電圧印加により左右一方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される一方側閉ループと、左右他方側の前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される他方側閉ループとに電流を環流させるとともに、一方側閉ループと他方側閉ループとに交互に最大振幅の電圧を印加して、車輪踏面とレール間の接触抵抗を低減することを特徴とする鉄道保守機械を構成しても良い。
【００１３】
この第１の発明等によれば、前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のうちのどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されているため、左右一方側及び他方側それぞれに独立した閉ループに確実に通電させることができる。その上、鉄道車両用台車又は鉄道保守機械の前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間に位相差を１／４周期とする交流電圧が印加されることで、時間的な意味を含めて、車輪踏面とレール間の接触抵抗を一層確実に低減させることができる。つまり、左右一方側／他方側それぞれの前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される一方側／他方側閉ループそれぞれに、１／４周期の位相差で次々と交流電圧が印加される。このため、絶縁性の皮膜の破壊に不充分な電圧印加期間を無くす又は減少させることができる。
【００１４】
また、第２の発明として、第１の発明の接触抵抗低減方法であって、
電圧振幅一定制御モードと電流振幅一定制御モードとを切り替えて交流電圧を印加する接触抵抗低減方法を構成しても良い。
【００１５】
この第２の発明によれば、前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間とに、電圧振幅一定制御モードと電流振幅一定モードとを切り替えて交流電圧が印加される。
【００１６】
また、第３の発明として、第１の発明の接触抵抗低減方法であって、
電圧振幅一定制御モードと電流振幅一定制御モードとを切り替えた交流電圧の印加を、前記左右一方側の車輪間と前記左右他方側の車輪間とに別々に行い、
前記電流振幅一定制御モードの実行中に、当該車輪間の電圧が前記電圧振幅一定制御モードで制御可能な所定の最大電圧に達した場合には、制御モードを前記電圧振幅一定制御モードに切り替え、
前記電圧振幅一定制御モードの実行中に、当該車輪間に流れる電流が前記電流振幅一定制御モードで制御可能な所定の最大電流に達した場合には、制御モードを前記電流振幅一定制御モードに切り替える、
請求項１に記載の接触抵抗低減方法。
接触抵抗低減方法を構成しても良い。
【００１７】
この第３の発明によれば、電圧振幅一定制御モードと電流振幅一定制御モードとを切り替えた交流電圧の印加が、左右一方側／他方側の車輪間とで別々に行われる。そして、電流振幅一定制御モードの実行中に、該車輪間の電圧が所定の最大電圧に達した場合には、制御モードが前記電圧振幅一定制御モードに切り替えられ、前記電圧振幅一定制御モードの実行中に、当該車輪間に流れる電流が所定の最大電流に達した場合には、制御モードが前記電流振幅一定制御モードに切り替えられる。
【００１８】
つまり、レールと車輪間に接触抵抗が生じると、その接触抵抗に応じた電圧が車輪間に発生する。そして、電流振幅一定制御モードの実行中に、その車輪間の電圧が所定の最大電圧に達した場合には、制御モードがその最大電圧に基づく電圧振幅一定制御モードに切り替えられることとなる。一方、電圧振幅一定制御モードの実行中において、レールと車輪間の接触抵抗が過度に小さい場合には、車輪間に過大な電流が通流する。そこで、電圧振幅一定制御モードにおいて、左右一方側／他方側の通流電流が所定の最大電流に達した場合には、制御モードが電流振幅一定制御モードに切り替えられる。すなわち、レールと車輪間の接触抵抗が小さい場合には、車輪間に最大電流を流して通電しておき、レールと車輪間の接触抵抗が大きくなった場合に、レールと車輪間に高い電圧を印加してレール上の絶縁性皮膜を破壊することが可能となる。
【００１９】
また、左右一方側／他方側それぞれの車輪間に印加する交流電圧の位相差を１／４周期としていることから、例えば左右一方側の電圧がゼロ付近のタイミングでは、他方側の電圧は最大振幅のタイミングとなる。従って、左右の少なくとも一方のレール上に形成された絶縁性皮膜を常に破壊する状態となるため、左右のレール間を連続的に確実に短絡させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、前位輪軸及び後位輪軸が台車枠と絶縁され、且つ、前位輪軸及び後位輪軸のうちのどちらか一方の輪軸の車輪間が絶縁されているため、左右一方側及び他方側それぞれに独立した閉ループに確実に通電させることができる。その上、鉄道車両用台車又は鉄道保守機械の前位輪軸及び後位輪軸の左右一方側の車輪間と左右他方側の車輪間に位相差を１／４周期とする交流電圧が印加されることで、時間的な意味を含めて、車輪踏面とレール間の接触抵抗を一層確実に低減させることができる。つまり、左右一方側／他方側それぞれの前位輪軸及び後位輪軸の各車輪とレールとで形成される一方側／他方側閉ループそれぞれに、１／４周期の位相差で次々と交流電圧が印加される。このため、絶縁性の皮膜の破壊に不充分な電圧印加期間を無くす又は減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下では、本発明を鉄道車両用台車に適用した場合を説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００２２】
図１（ａ）は、本実施形態における鉄道車両用台車１００の要部構成を示す図である。同図（ａ）に示すように、２本のレールｒ１，ｒ２上を走行する鉄道車両用台車１００の台車前位には、進行方向に向かって右側の車輪１１と左側の車輪１２と車軸１３とからなる前位輪軸１０が設置され、台車後位には、進行方向に向かって右側の車輪２１と左側の車輪２２と車軸２３からなる後位輪軸２０が設置され、各輪軸１０，２０は、台車枠と電気的に絶縁された状態で支持される。
【００２３】
また、前位輪軸１０の一端部に固定されている車輪１１と、後位輪軸２０の一端部に固定されている車輪２１との間に交流通電装置３１が接続される。すなわち、交流通電装置３１による交流電圧が車輪１１，２１間に印加され、交流通電装置３１、車輪１１、レールｒ１、そして車輪２１と電流が環流する閉ループＲ１が形成される。また、前位輪軸１０の他端部に固定されている車輪１２と、後位輪軸２０の他端部に固定されている車輪２２との間に交流通電装置３２が接続される。すなわち、交流通電装置３２による交流電圧が車輪１２，２２間に印加され、交流通電装置３２、車輪１２、レールｒ２，そして車輪２２と電流が環流する閉ループＲ２が形成される。なお、交流通電装置３１，３２が出力する交流電圧は、位相差制御部４０によって位相が制御される。
【００２４】
また、車輪１１，２１間には、車輪１１，２１間にかかる電圧を計測する交流電圧計３３が設けられているとともに、車輪１１，２１間に流れる電流を計測する交流電流計３５が設けられている。そして、交流通電装置３１は、交流電圧計３３によって計測された電圧及び交流電流計３５によって計測された電流により、出力する交流電圧及び交流電流を制御する。なお、交流電圧計３３と交流電流計３５は、交流通電装置３１の内部に設けても良い。
【００２５】
車輪１２，２２間には、車輪１２，２２間にかかる電圧を計測する交流電圧計３４が設けられているとともに、車輪１２，２２間に流れる電流を計測する交流電流計３６が設けられている。そして、交流通電装置３２は、交流電圧計３４によって計測された電圧及び交流電流計３６によって計測された電流により、出力する交流電圧及び交流電流を制御する。なお、交流電圧計３４と交流電流計３６は、交流通電装置３２の内部に設けても良い。
【００２６】
すなわち、交流通電装置３１，３２は、出力電圧の振幅Ｖｍ及び出力電流の振幅Ｉｍの何れか一方を所定値に保つように制御する電圧／電流振幅一定制御を行う。図２は、交流通電装置３１，３２による電圧／電流振幅一定制御の概念を説明する図である。同図のグラフは、直流安定化電源における定電流時の垂下特性に似ているが、交流通電装置３１，３２は交流電源であるため、本質的に異なるものである。交流通電装置３１，３２では、制御モードとして、出力電圧の振幅Ｖｍを一定に保つ「電圧振幅一定制御モード」と、出力電流の振幅Ｉｍを一定に保つ「電流振幅一定制御モード」とを切り替えて制御する。更に、交流通電装置３１，３２は、電圧振幅一定制御モードでは出力電圧の振幅Ｖｍを所定の最大電圧Ｖｍａとし、電流振幅一定制御モードでは出力電流の振幅Ｉｍを所定の最大電流Ｉｍａとして制御する。勿論、最大電圧Ｖｍａ及び最大電流Ｉｍａは、交流通電装置３１，３２の容量に基づいて定められる。
【００２７】
そして、制御モードの切り替えは次のように行う。レール上に絶縁性皮膜が形成されていない場合には、レールと車輪との間の接触抵抗が小さくなる。この場合には、制御モードを定電流制御モードとする。すなわち、定電流制御モードでは、出力電流の振幅Ｉｍが最大電流Ｉｍａとなるように制御する。車輪とレールとの間の接触抵抗が小さいため、出力電圧の振幅Ｖｍは小さくなる。電圧／電流の振幅が、同図における制御点ａの付近での制御である。
【００２８】
そして、定電流制御モードの実行中、列車の走行によって、レール上に形成された絶縁性皮膜の上に車輪が乗った場合、車輪とレールとの間に絶縁性皮膜による接触抵抗が増加し、この接触抵抗によって電圧が増大することとなる。この電圧は、交流電圧計３３，３４による計測電圧によって検出できる。計測電圧が最大電圧Ｖｍａに相当する電圧に達した場合には、制御モードを定電流制御モードから定電圧制御モードに切り替える。すなわち、定電圧制御モードでは、出力電圧の振幅Ｖｍが最大電圧Ｖｍａとなるように制御する。つまり、出力電圧の振幅Ｖｍを一定とすることで、接触抵抗に応じて出力電流Ｉが可変となる。例えば、接触抵抗が大きい場合には、出力電流は、同図における制御点ｂの付近となる。
【００２９】
一方、定電圧制御モードの実行中、列車の走行によって、絶縁性皮膜が形成されていないレールに車輪が乗った場合、車輪とレール間の接触抵抗が非常に小さい値となる。このため、出力電流の振幅Ｉｍが大きな値となる。この電流は、交流電流計３５，３６による計測電流によって検出できる。そして、計測電流が最大電流Ｉｍａに相当する電流に達した場合、すなわち出力電流の振幅Ｉｍが最大電流Ｉｍａに達した場合には、制御モードを定電圧制御モードから定電流制御モードに切り替える。
【００３０】
また、後位輪軸２０には絶縁部材ＩＮが設けられ、車輪２１，２２間に車軸２３を介して電流が流れないように電気的に絶縁されている。これにより、車輪２１，２２及び車軸２３を介した閉ループの形成が阻止される。
【００３１】
つまり、図１０を参照して先述したように、従来においては、レール８２と車輪９２の踏面との接触抵抗及びレール８２と車輪９４の踏面との接触抵抗が小さく、且つ、車輪９３の踏面とレール８１の間に絶縁性の皮膜がある場合、閉ループＲ１３に電源部９７の出力電流の大部分が流れていた。従って、車輪９１とレール８１の接触部分と、車輪９３とレール８１の接触部分とには電流が殆ど流れないため、この接触部分に存在する絶縁性皮膜を破壊することができなかった。しかし、図１（ａ）に示すように、車輪１１，２１間の車軸２３を介した通流を阻止する絶縁部材ＩＮを設置することによって閉ループＲ１３の形成を防ぎ、確実に独立した閉ループＲ１，Ｒ２を形成することができる。従って、各車輪１１，１２，２１，２２の踏面とレールｒ１，ｒ２との間に確実に電流を流すことができ、レールｒ１，ｒ２上の絶縁性皮膜を破壊して接触抵抗を低減することができる。
【００３２】
図１（ｂ）は、同図（ａ）に示した鉄道車両用台車１００の列車編成に対する配置向きを説明するための図であり、一例として車両２００Ａ，２２０Ｂ，２００Ｃから構成される３両編成の列車を示している。同図（ｂ）に示すように、各車両２００の車体の両端部に台車１００が設置される。このうち、最先頭車両２００Ａに設置された台車１００Ａの列車の左端の先頭寄り（進行方向寄り）の輪軸１１０ａが、同図（ａ）に示した前位輪軸１０に相当し、輪軸１２０ａが後位輪軸２０に相当する。また、最後尾車両２００Ｃに設置された台車１００Ｃの列車の右端の先頭寄り（進行方向とは逆寄り）の輪軸１１０ｃが前位輪軸１０に相当し、輪軸１２０ｃが後位輪軸２０に相当する。ここで、台車の前位とは、列車の最先頭又は最後尾に近い方向を指すと規定すると、台車１００Ａにおいては左方側が台車前位、台車１００Ｃにおいては右方側が台車前位となる。
【００３３】
このように台車を設置することで、列車に配置される鉄道車両用台車１００の輪軸のうち、列車の端部（最先頭及び最後尾）に位置する輪軸である前位輪軸は、左右の車輪が電気的に絶縁されていない輪軸となる。このため、当該列車において、最先頭の輪軸で左右のレール間を短絡し、新たに進入する軌道回路をいち早く短絡させることができるとともに、最後尾の輪軸で左右のレール間を短絡して、最後尾の輪軸が当該軌道回路を退出するまで在線検知を継続させることができる。
【００３４】
なお、列車の端部に位置する台車でない台車１００は、前位と後位の方向を任意として配置して良い。また、台車１００に、絶縁部材ＩＮが用いられていない前位輪軸及び後位輪軸の左右の車輪が電気的に導通されている従来の鉄道車両用台車を用いても良い。また、連接台車としても勿論良い。
【００３５】
ところで、軌道回路による列車の在線検知は、主に信号制御や踏切制御のために行われる。本実施形態における台車１００は、列車編成において何れの台車に適用しても良いが、踏切における軌道短絡を確実にするため、次のように適用することが望ましい。すなわち、列車が走行する線区に存在する踏切のうち、踏切制御長（踏切制御子の列車検知可能な範囲）が最も短い踏切の踏切制御長よりも短い間隔で、本実施形態の台車１００が設けられるように台車を配置する。これにより、列車が踏切を通過中には、当該踏切の踏切制御長内に本実施形態の台車１００が少なくとも１台位置するため、踏切における軌道の短絡が確実に行われることになる。
【００３６】
続いて、絶縁部材ＩＮが設けられた後位輪軸２０の構成について説明する。図３〜図５は、絶縁部材ＩＮが設けられた後位輪軸２０の概略縦断面図である。後位輪軸２０の構成は、図３〜図５の何れの構成を適用しても良い。なお、図３〜図５において、各ブラシを当接面に押圧するためのバネの構造等については図示を省略している。
【００３７】
図３において、後位輪軸２０Ａの車軸２３Ａは中空軸であり、車軸２３Ａの一端部に絶縁部材５１Ａを介して車輪２１Ａが固定される。更に、車輪２１Ａの外側側面に導電リング６２Ａが車輪２１Ａと一体的に設けられ、車輪２１Ａと導電リング６２Ａとが電気的に導通している。車軸２３Ａの他端部には、絶縁部材５２Ａが車輪２２Ａと一体的に設けられている。また、車軸２３Ａの内部を他端側から一端側に貫通する棒状の形状を有する導通部材６１Ａが設けられ、この導通部材６１Ａは、車輪２２Ａと電気的に導通している。車軸２３Ａの内部側面と導通部材６１Ａの間には、絶縁体である支持部材５３Ａ，５４Ａが挟まれ、車軸２３Ａと導通部材６１Ａは電気的に絶縁状態が維持される。
【００３８】
導電リング６２Ａの外側には、ブラシ部７０Ａが配設される。ブラシ部７０Ａは、図示しない絶縁部材を介して台車枠側に固定されており、車輪２１Ａの回転に伴って回転する導電リング６２Ａの側面を摺動するブラシ７４Ａ，７６Ａと、車軸２３Ａの一端部側に貫通された導通部材６１Ａの一端部に当接するブラシ７５Ａと、ブラシ７４Ａ，７６Ａを支持する支持端子７１Ａと、ブラシ７５Ａを支持する支持端子７２Ａと、支持端子７１Ａ，７２Ａを電気的に絶縁するための絶縁部材７３Ａとによって構成される。そして支持端子７１Ａには交流通電装置３１が接続され、支持端子７２Ａには交流通電装置３２が接続される。尚、導通部材６１Ａの一端面にブラシ７５Ａを直接当接することとして図示・説明したが、導通部材６１Ａの一端部に集電導体を設け、この集電導体を介してブラシ７５Ａを当接させてもよい。
【００３９】
従って、閉ループＲ１の電流経路の一部を形成する後位輪軸２０Ａの車輪２１Ａ側の経路は、車輪２１Ａ→導電リング６２Ａ→ブラシ７４Ａ，７６Ａ→支持端子７１Ａとなる。また、閉ループＲ２の電流経路の一部を形成する後位輪軸２０Ａの車輪２２Ａ側の経路は、車輪２２Ａ→導通部材６１Ａ→ブラシ７５Ａ→支持端子７２Ａとなる。
【００４０】
このように、車軸２３Ａの一端部に絶縁部材５１Ａを介して車輪２１Ａを固定し、更に他端部に絶縁部材５２Ａを介して車輪２２Ａを固定することで、車輪２１Ａ，２２Ａの間を電気的に絶縁することができる。また、車輪２２Ａに接続されて設置された導通部材６１Ａの棒状部分を、車軸２３Ａと電気的に絶縁状態となるように中空軸である車軸２３Ａの他端部側から一端部側に貫通させて配設することにより、確実に閉ループＲ１，Ｒ２を形成することができることに加え、通電に係る部材を一端部側に集約して配置することができるため、他端部側への配線や速度発電機の設置等の便宜に資することができる。尚、中空軸については、軽量化を目的とした新幹線台車において実現されており、同様の技術を適用することにより実現されるものである。
【００４１】
次に、図４について説明する。後位輪軸２０Ｂの車軸２３Ｂは中空軸であり、車軸２３Ｂの一端部に絶縁部材５１Ｂを介して車輪２１Ｂが固定される。車輪２２Ｂは車軸２３Ｂの他端部に絶縁部材を介することなく固定され、車輪２２Ｂと車軸２３Ｂとが電気的に導通している。
【００４２】
更に、車輪２１Ｂの外側側面に導電リング６２Ｂが車輪２１Ｂと一体的に設けられ、車輪２１Ｂと導電リング６２Ｂとが電気的に導通している。導電リング６２Ｂの外側には、図示しない絶縁部材を介して台車枠側に固定されているブラシ部７０Ｂが配設される。ブラシ部７０Ｂは車輪２１Ｂの回転に伴って回転する導電リング６２Ｂの側面を摺動するブラシ７４Ｂ，７７Ｂと、車軸２３Ｂの一端面を摺動するブラシ７５Ｂ，７６Ｂと、ブラシ７４Ｂ，７７Ｂを支持する支持端子７１Ｂと、ブラシ７５Ｂ，７６Ｂを支持する支持端子７２Ｂと、支持端子７１Ｂ，７２Ｂとを電気的に絶縁するための絶縁部材７３Ｂとによって構成される。そして支持端子７１Ｂには交流通電装置３１が接続され、支持端子７２Ｂには交流通電装置３２が接続される。尚、車軸２３Ｂの一端面にブラシ７５Ｂ，７６Ｂを直接当接することとして図示・説明したが、車軸２３Ｂの一端部に集電導体を設け、この集電導体を介してブラシ７５Ｂ，７６Ｂを当接させてもよい。
【００４３】
そして、閉ループＲ１の電流経路の一部を形成する後位輪軸２０の車輪２１Ｂ側の経路は、車輪２１Ｂ→導電リング６２Ｂ→ブラシ７４Ｂ，７７Ｂ→支持端子７１Ｂとなる。また、閉ループＲ２の電流経路の一部を形成する後位輪軸２０Ｂの車輪２２Ｂ側の経路は、車輪２２Ｂ→車軸２３Ｂ→ブラシ７５Ｂ，７６Ｂ→支持端子７２Ｂとなる。
【００４４】
このように、車軸２３Ｂの一端部には絶縁部材５１Ｂを介して車輪２１Ｂを固定し、車軸２３Ｂの他端部には絶縁部材を介することなく車輪２２Ｂを連接固定することにより、構造的には車軸２３Ｂを介して一体をなす車輪２１Ｂ，２２Ｂの間を絶縁部材５１Ｂにより電気的に絶縁することができ、確実に閉ループＲ１，Ｒ２を形成することができることに加え、通電に係る部材を一端部側に集約して配置することができるため、他端部側への配線や速度発電機の設置等の便宜に資することができる。尚、この場合、車軸２３Ｂは中空軸ではなく、中実軸でも構わない。また、車軸として中空軸を用いた鉄道車両用台車は、軽量化を目的とした新幹線台車において実現されているものであり、同様の技術を適用することで中空軸を構成することができる。
【００４５】
次に、図５について説明する。後位輪軸２０Ｃの車軸２３Ｃは中実軸であり、車軸２３Ｃの一端部には絶縁部材５１Ｃを介して車輪２１Ｃが固定される。更に、車輪２１Ｃの外側側面に導電リング６２Ｃが車輪２１Ｃと一体的に設けられ、車輪２１Ｃと導電リング６２Ｃとが電気的に導通している。車軸２３Ｃの一端部側と導電リング６２Ｃの間には絶縁部材５３Ｃが配設され、車軸２３Ｃと導電リング６２Ｃが電気的に絶縁状態になるように設置される。導電リング６２Ｃの外側には、図示しない絶縁部材を介して台車枠側に固定されているブラシ部７０Ｃが配設される。ブラシ部７０Ｃは、車輪２１Ｃの回転に伴って回転する導電リング６２Ｃの側面を摺動するブラシ７２Ｃ，７３Ｃと、ブラシ７２Ｃ，７３Ｃを支持する支持端子７１Ｃとによって構成される。支持端子７１Ｃには交流通電装置３１が接続される。
【００４６】
一方、車軸２３Ｃの他端部には、絶縁部材５２Ｃを介して車輪２２Ｃが固定される。更に、車輪２２Ｃの外側側面に導電リング６１Ｃが車輪２２Ｃと一体的に設けられ、車輪２２Ｃと導電リング６１Ｃとが電気的に導通している。車軸２３Ｃの他端部側と導電リング６１Ｃの間には絶縁部材５４Ｃが配設され、車軸２３Ｃと導電リング６１Ｃは電気的に絶縁状態になるように設置される。導電リング６１Ｃの外側には、図示しない絶縁部材を介して台車枠側に固定されているブラシ部８０Ｃが配設される。ブラシ部８０Ｃは、車輪２２Ｃの回転に伴って回転する導電リング６１Ｃの側面を摺動するブラシ８２Ｃ，８３Ｃと、ブラシ８２Ｃ，８３Ｃを支持する支持端子８１Ｃとによって構成される。支持端子８１Ｃには、交流通電装置３２が接続される。
【００４７】
そして、閉ループＲ１の電流経路の一部を形成する後位輪軸２０Ｃの車輪側の経路は、車輪２１Ｃ→導電リング６２Ｃ→ブラシ７２Ｃ，７３Ｃ→支持端子７１Ｃとなる。また、閉ループＲ２の電流経路の一部を形成する後位輪軸２０Ｃの車輪２２Ｃ側の経路は、車輪２２Ｃ→導電リング６１Ｃ→ブラシ８２Ｃ，８３Ｃ→支持端子８１Ｃとなる。
【００４８】
このように、車軸２３Ｃの一端部には絶縁部材５１Ｃを介して車輪２１Ｃを固定し、車軸２３Ｃの他端部には絶縁部材５２Ｃを介して車輪２２Ｃを固定することにより、構造的には車軸２３Ｃを介して一体をなす車輪２１Ｃ，２２Ｃの間を絶縁部材５１Ｃ，５２Ｃによって電気的に絶縁することができ、確実に閉ループＲ１，Ｒ２を形成することができる。尚、この場合、車軸２３Ｃは中実軸ではなく、中空軸でも構わない。また、防振対策や乗り心地を改善させるための路面電車の台車として、輪芯部内にゴム部材を設け、車輪踏面と車軸との間にこのゴム部材が介在し、車軸から車輪、或いは車輪から車軸にかかる応力や荷重の変化をゴム部材によって緩衝するようにした鉄道車両用台車が知られており、この技術を用いて車輪を絶縁部材であるゴムを介して車軸に固定することができる。図３，図４の場合も同様である。
【００４９】
以上説明したように、構造的には車軸２３を介して一体をなす車輪２１，２２の間に電流が流れないように電気的に絶縁することによって、図１０を参照して説明したような閉ループＲ１３の形成を防ぐことができ、確実に閉ループＲ１，Ｒ２を形成することができる。従って、各車輪踏面とレールｒ１，ｒ２の間に確実に電流を流すことができ、レールｒ１，ｒ２上の絶縁性皮膜を破壊して、レールと車輪間の接触抵抗を低減することができる。
【００５０】
図６は、交流通電装置３１，３２それぞれから出力される交流電圧波形を示す図である。同図に示すように、交流通電装置３１，３２それぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、振幅Ｖｍ及び周期Ｔがともに等しく、且つ、位相差がπ／２である。同図では、交流通電装置３１による出力電圧Ｖ１の位相に対して、交流通電装置３２による出力電圧Ｖ２の位相がπ／２だけ遅れている。また、交流通電装置３１，３２それぞれの出力電圧の振幅Ｖｍは、レールと車輪間の接触抵抗が大きい場合にレールと車輪間に印加される最大電圧である。また、電圧Ｖ０は絶縁性皮膜のブレークダウン電圧であるが、その値は絶縁性皮膜の厚さや大きさ等によって変化するため一定の値とならない。従って、同図に示した電圧Ｖ０は、ある時点でのブレークダウン電圧を示している。
【００５１】
同図では、少なくとも、交流通電装置３１，３２それぞれの出力電圧のどちらか一方が常に絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上（より正確には、＋Ｖ０以上又は−Ｖ０以下）となっている。同図では、交流通電装置３１による出力電圧Ｖ１の大きさは、時刻ｔ１ａから時刻ｔ１ｂの期間、時刻ｔ１ｃから時刻ｔ１ｄの期間において、絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上となっている。また、交流通電装置３２による出力電圧Ｖ２の大きさは、時刻ｔ２ａから時刻ｔ２ｂの期間、時刻ｔ２ｃからｔ２ｄの期間において、絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上となっている。
【００５２】
つまり、時刻ｔ１ａから時刻ｔ１ｂまでの期間においては、出力電圧Ｖ１の大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上であり、また、時刻ｔ２ａから時刻ｔ１ｂまでの期間においては、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさがともに絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上であり、また、時刻ｔ２ａから時刻ｔ２ｂまでの期間においては、出力電圧Ｖ２の大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上となっている。また、時刻ｔ１ｃから時刻ｔ１ｄまでの期間においては、出力電圧Ｖ１の大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上であり、時刻ｔ２ｃから時刻ｔ１ｄまでの期間においては、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさがともに絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上であり、時刻ｔ２ｃから時刻ｔ２ｄまでの期間においては、出力電圧Ｖ２の大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上となっている。
【００５３】
ここで重要なポイントの一つが、時刻ｔ２ｂより時刻ｔ１ｃが時間的に前であることである。上述のように、絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０は一定ではないが、この電圧Ｖ０が、出力電圧Ｖ１，Ｖ２がクロスする電圧Ｖｃよりも低い場合には、常に、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の少なくともどちらか一方が絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上となる状態にあり、ブレークダウン電圧Ｖ０未満となる状態が無いことになる。
【００５４】
図７は、レールの頭頂面と車輪との接触位置と、交流通電装置３１，３２の出力電圧Ｖとの関係を説明する図である。なお、同図では、１つのレールと１つの車輪との接触について示している。同図（ａ）に示すように、出力電圧Ｖが増加して絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０に達した時点ｔ１では、レールの頭頂面と車輪とは、接触部分Ｍ１において接触している。また、出力電圧Ｖが減少して絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０を下回った時点ｔ２では、レールの頭頂面と車輪とは、接触部分Ｍ２において接触している。なお、ある瞬間におけるレールの長手方向に沿った接触部分Ｍの長さは、一般的な鉄道車両の車輪踏面であれば１ｃｍ程度である。また、出力電圧Ｖが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０に達した時点ｔ１から絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０未満となる時点ｔ２の間、レール上を車輪が回転移動する。つまり、レールの頭頂面と車輪との接触部分Ｍも移動する。
【００５５】
従って、同図（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０に達した時点ｔ１から、絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０を下回る時点ｔ２までの期間（すなわち、出力電圧Ｖの大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上の期間）において、レールの頭頂面と車輪とは接触部分Ｍ３で接触することとなる。そして、この接触部分Ｍ３は、レール上に形成された絶縁性皮膜が破壊された部分とみなすことができる。
【００５６】
出力電圧Ｖがマイナスの場合も同様に、出力電圧Ｖの大きさが絶縁線皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０に達した時刻ｔ３から、絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０を下回った時点ｔ４までの期間（すなわち、出力電圧Ｖの大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０以上の期間）において、レールの頭頂面と車輪とは接触部分Ｍ４で接触することとなる。つまり、出力電圧Ｖの大きさが絶縁性皮膜のブレークダウン電圧Ｖ０を超える期間と超えない期間とが繰り返されるため、１つのレールと１つの車輪とに着目すると、レールの頭頂面と車輪とは断続的に通電しているといえる。
【００５７】
そして、図８は、左右のレールｒ１，ｒ２それぞれについての、レールの頭頂面と車輪との接触部分Ｍと、出力電圧Ｖ１，Ｖ２との関係を説明する図である。同図によれば、出力電圧Ｖ１の大きさがブレークダウン電圧Ｖ０以上の期間において、レールｒ１の頭頂面と車輪とが接触部分Ｍ５，Ｍ６で接触する。また、出力電圧Ｖ２の大きさがブレークダウン電圧Ｖ０以上の期間において、レールｒ２の頭頂面と車輪とが接触部分Ｍ７，Ｍ８で接触する。
【００５８】
２つの交流通電装置３１，３２それぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、図６に示したように、互いの位相差がπ／２となっている。このため、連続的に２つのレールｒ１，ｒ２のうちの少なくとも一方のレールと車輪との間に電圧が印加される状態となり、車輪と導通しているレール上に形成された絶縁性皮膜を常時破壊することができ、軌道回路の電圧によってレールｒ１，ｒ２の間をより確実且つ連続的に短絡させることができる。
【００５９】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【００６０】
（Ａ）交流通電装置３１，３２の位相差
例えば、２つの交流通電装置３１，３２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅の大きさが異なる場合には、その位相差は厳密にπ／２でなくとも良い。例えば、図６において、振幅の大きな方の出力電圧は電圧の立ち上がりや立ち下がり（ｄｖ／ｄｔ）が急峻となるため、時間ｔ２ａから時間ｔ１ｂまでの期間を狭めるとともに、時間ｔ２ｃから時間ｔ１ｄまでの期間を拡げるようにして、位相差π／２を略π／２とすることとしても良い。勿論、略π／２が本発明の趣旨から逸脱するものではなく、略π／２がπ／２の技術的範囲内であることはいうまでもない。
【００６１】
（Ｂ）交流電圧波形の種類
また、交流通電装置３１，３２が出力する交流電圧を、正弦波ではなく矩形波としても良い。この場合、同一の周期且つ同一の振幅を有する矩形波とし、その位相差をπ／２として、閉ループＲ１，Ｒ２それぞれに印加する。矩形波は電圧の立ち上がりや立ち下がりが大きいため、絶縁性皮膜の破壊には不充分な電圧の印加期間を短くすることができる。
【００６２】
（Ｃ）交流通電装置
また、上述の実施形態では、２つの交流通電装置３１，３２を設け、位相差制御部４０が、交流通電装置３１，３２それぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２の位相差をπ／２となるように制御することとしたが、同様の機能を１つの交流通電装置として実現しても良い。この場合、この交流通電装置の出力電圧の位相をπ／２遅らせる遅延回路（機能的には、この遅延回路がもう１つの電源回路であるともいえる）を設け、閉ループＲ１，Ｒ２の一方には交流通電装置の出力電圧をそのまま印加し、他方には出力電圧の位相をπ／２遅らせた電圧を印加する。
【００６３】
（Ｄ）絶縁する輪軸
また、上述の実施形態では、台車１００の後位輪軸２０の車輪２１，２２間が絶縁されていることとしたが、後位輪軸２０ではなく、前位輪軸１０の１１，１２間が絶縁されていることとしても良い。すなわち、前位輪軸１０の構成と後位輪軸２０の構成とを入れ替える。
【００６４】
（Ｅ）鉄道保守機械
また、上述の実施形態では鉄道車両用台車について説明したが、鉄道保守機械にも同様に適用可能である。ここで、鉄道保守機械とは、線路の工事や保守に使用するための作業用車（いわゆる保守用車）であり、鉄道車両用台車と同様に複数の輪軸を有してレール上を走行する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（ａ）鉄道車両用台車の要部構成図、（ｂ）鉄道用車両台車を列車編成に組み込む際の構成図。
【図２】交流通電制御部による定電圧／定電流制御の説明図。
【図３】鉄道車両用台車の後位輪軸の概略縦断面図。
【図４】鉄道車両用台車の後位輪軸の概略縦断面図。
【図５】鉄道車両用台車の後位輪軸の概略縦断面図。
【図６】交流通電装置の出力電圧の波形図。
【図７】交流通電装置の出力電圧と、レールと車輪との接触位置との関係の説明図。
【図８】交流通電装置の出力電圧と、レールと車輪との接触位置との関係の説明図。
【図９】従来の鉄道車両用台車の電流経路の説明図。
【図１０】従来の鉄道車両用台車の電流経路の説明図。
【符号の説明】
【００６６】
１００  鉄道車両用台車
１０  前位輪軸、１１，１２  車輪、１３  車軸
２０  後位輪軸、２１，２２  車輪、２３  車軸
３１，３２  交流通電装置
４０  位相差制御部
ｒ１，ｒ２  レール
【図１】
2009273239.tif 000003
【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】
2009273239.tif 000010
【図９】
2009273239.tif 000011
【図１０】
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