JP5943739B2 - Railcar bogie - Google Patents
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Description
本発明は駆動モータなどの回転体を備えた駆動装置をジャイロダンパとして組み込んだ鉄道車両用台車に関する。 The present invention relates to a carriage for a railway vehicle in which a drive device having a rotating body such as a drive motor is incorporated as a gyro damper.
鉄道車両用台車に従来から応用されるジャイロ機構としては、特許文献1に開示されるように、外力が加わらない限り回転軸の向きが台車の向きに拘わらず常に一定となる性質を利用した角度センサとして利用されている。
As disclosed in
一方、ジャイロ効果(加えた外力とは直角(垂直)方向に回転軸が移動する性質)を角度センサに応用するのではなく、車両の走行安定に利用する提案が特許文献2及び特許文献3に開示されている。
On the other hand,
特許文献2は建築現場などで使用する走行作業車両のピッチングやローリングを抑えるために車両の床にジャイロ機構を配置し、外力モーメントと逆方向にこれと釣り合うジャイロモーメントを受動的に発生させるようにしたものである。また、特許文献3では自転車の荷台部分にジャイロ機構を配置して走行安定性を図る提案がなされている。
In
一方、鉄道車両では曲線走行時の操舵機能をもたせるために、車輪に踏面勾配を設け、曲線走行時の外側車輪の走行距離が内側車輪の走行距離よりも長くなるようにしている。しかしながら、この踏面勾配は直線走行時には却って左右の車輪の走行距離が一致せず一方の車輪にすべりが発生する原因となり、蛇行が発生する。
そこで、本発明者らは上記のジャイロ機構を鉄道車両に応用して、直線走行時の蛇行動を抑制するダンパーとしての提案を非特許文献1において行っている。
On the other hand, in order to provide a steering function at the time of curved traveling in a railway vehicle, a tread surface gradient is provided on the wheel so that the traveling distance of the outer wheel at the time of curved traveling is longer than the traveling distance of the inner wheel. However, this tread surface gradient causes the left and right wheels to have different traveling distances during straight running, causing slippage on one wheel and causing meandering.
In view of this, the present inventors have made a proposal as a damper in Non-Patent
非特許文献1に開示されるように、鉄道車両にジャイロ機構を設けることで、直線走行時の蛇行動を抑制することができる。しかしながら、ジャイロ機構を別途台車に設けなければならず、重量増加の不利となり、更にジャイロの回転体を回転させるための個別の制御が必要となる
As disclosed in Non-Patent
上記の課題を解消するため、本発明に係る鉄道車両用台車は、フレームに取付けた軸受間に車輪を固着した車軸が回転自在に支持され、この車軸を減速ギヤ列を介して駆動モータ等の回転体を備えた駆動装置によって回転せしめるようにした鉄道車両用台車であり、前記フレームは車軸の中間位置を通る垂直軸を中心として回動可能な外側ジンバルとして機能し、この外側ジンバルの内側に前記垂直軸と直交する水平軸を備えた内側ジンバルが設けられ、この内側ジンバルの水平軸に前記駆動装置がジャイロダンパとして機能するように鉛直面内で揺動可能に支持され、この駆動装置の軸にはジャイロ効果を発揮する回転体及び駆動ギヤが取り付けられ、この駆動ギヤ及びこれと噛合する減速ギヤ列を構成する被動ギヤの少なくとも一方は前記回転体を備えた装置の揺動に追従する形状とした構成とした。 In order to solve the above-described problems, a railway vehicle bogie according to the present invention has an axle with wheels fixed between bearings attached to a frame so as to be rotatable, and this axle is connected to a drive motor or the like via a reduction gear train. It is a railway vehicle carriage that is rotated by a drive device having a rotating body, and the frame functions as an outer gimbal that can rotate around a vertical axis that passes through an intermediate position of the axle, and is located inside the outer gimbal. An inner gimbal having a horizontal axis orthogonal to the vertical axis is provided, and the driving device is supported on the horizontal axis of the inner gimbal so as to be swingable in a vertical plane so as to function as a gyro damper. A rotating body that exhibits a gyro effect and a driving gear are attached to the shaft, and at least one of the driving gear and the driven gear that constitutes the reduction gear train that meshes with the driving gear is at the front. And to have a shape that follows the rocking of the apparatus having a rotary body configuration.
上記において、前記回転体を備えた装置の駆動軸は前記内側ジンバルの水平軸と直交するとともにニュートラル位置、即ち外力が作用しない状態において前記車軸と平行とすることが好ましい。 In the above, it is preferable that the drive shaft of the device provided with the rotating body is perpendicular to the horizontal axis of the inner gimbal and parallel to the axle in a neutral position, that is, in a state where no external force is applied.
また前記回転体を備えた装置の駆動ギヤまたはこの駆動ギヤと噛合する減速ギヤ列を構成する被動ギヤの少なくとも一方を球面歯車とすることで、駆動モータが揺動しても確実に動力を伝達することができる。
前記球面歯車以外にもノンバックラッシュギアを使用したもの、ユニバーサルジョイントなど、揺動を許容しつつ回転動力を伝達できる他の機構も考えられる。
In addition, since at least one of the drive gear of the device including the rotating body or the driven gear constituting the reduction gear train meshing with the drive gear is a spherical gear, power is reliably transmitted even if the drive motor swings. can do.
In addition to the spherical gear, other mechanisms that can transmit rotational power while allowing swinging, such as those using non-backlash gears and universal joints, are conceivable.
本発明によれば駆動モータ自体がジャイロ機構の一部を構成するため、特別な部材を追加する必要がない。したがって台車の重量増加を招かない。また、駆動モータは従来からある車両駆動用モータとして機能させるため、個別の制御は行う必要がない。また、駆動モータ以外の駆動装置も回転体を備えるものであればジャイロ機構を構成することができる。 According to the present invention, since the drive motor itself forms part of the gyro mechanism, it is not necessary to add a special member. Therefore, the weight of the cart is not increased. Further, since the drive motor functions as a conventional vehicle drive motor, it is not necessary to perform individual control. Further, a gyro mechanism can be configured as long as a drive device other than the drive motor includes a rotating body.
以下に本発明の実施例を説明する。
先ずジャイロ機構について図1に基づき説明する。図1において1は外側ジンバルであり、この外側ジンバル1は垂直軸Yを中心として回動可能となっている。そして、外側ジンバル1内に内側ジンバル2が設けられている。この内側ジンバル2は水平軸Xを中心として揺動可能に前記外側ジンバル1に支持されている。
Examples of the present invention will be described below.
First, the gyro mechanism will be described with reference to FIG. In FIG. 1,
そして、内側ジンバル2に前記水平軸X及び垂直軸Yに直交する支持軸3を介して回転体4が取り付けられている。尚、内側ジンバル2と外側ジンバル1との間にはニュートラル位置即ち内側ジンバル2(支持軸3)を水平状態に復帰させるためのスプリング5を配置している。このスプリング5以外にも振り子を用いることも考えられる。
A rotating
上記のジンバル機構に外力が作用し、例えば外側ジンバル1をa方向に回転させる外力が作用すると、この力とは逆方向にこれと釣り合うb方向のジャイロモーメントが発生し、台車を安定化させる。
When an external force acts on the above-described gimbal mechanism, for example, an external force that rotates the
次に、上記のジャイロ機構を鉄道車両台車に適用した状態を図2及び図3に基づき説明する。尚、図2及び図3は本発明に係る鉄道車両台車ではなく、その基礎となるものである。 Next, a state in which the above gyro mechanism is applied to a railway vehicle carriage will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are not the railcar bogie according to the present invention but the basis thereof.
鉄道車両台車はフレーム(ボギーフレーム)10に車軸11が回転自在に支持され、この車軸11に車輪12が取り付けられている。車輪12のレール13との接触面には踏面勾配が形成されている。
In the railway vehicle bogie, an
フレーム10上にはジャイロ機構が設けられている。このジャイロ機構ではフレーム10上に垂直軸Yを介して外側ジンバル1が支持され、この外側ジンバル1内に支持片を介して内側ジンバル2が設けられ、この内側ジンバル2が水平軸Xを中心として揺動自在に支持され、この内側ジンバル2に支持軸3を介して回転体4が支持され、更に水平軸Xの外側ジンバル1から突出した一端には錘14が垂下されている。外力が作用しない状態では前記支持軸3と車軸11とは平行になっており、錘14は真下に垂れ下がっている。
A gyro mechanism is provided on the
以上において、車両の走行に伴う振動により外力が作用し外側ジンバル1が垂直軸Yを中心として回動し、この回動により回転体4を支持している内側ジンバル2が水平軸3を中心に揺動する。この結果回転体4の軸が移動する。するとジャイロ効果によりこの移動をキャンセルするモーメントが発生し、前記外力が打ち消され振動が抑えられる。
In the above, an external force is applied by the vibration accompanying the running of the vehicle, and the
次に、上記のジャイロ機構を実際の鉄道車両用台車に組み込んだ本発明に係る実施例を図4〜図7に基づいて説明する。
本発明に係る鉄道車両用台車はフレーム(ボギーフレーム)10を外側ジンバルとしている。このフレーム10には軸受15、15を取付け、これら軸受15、15間に車輪12を取付けた車軸11を回転自在に掛け渡している。尚、鉄道車両用台車上には車両が支持される。この車両は台車に対し垂直軸Yを介して回動自在に支持され、また、台車に外力が作用すると台車は垂直軸Yを中心として回動可能である。
Next, an embodiment according to the present invention in which the above gyro mechanism is incorporated in an actual railway vehicle carriage will be described with reference to FIGS.
In the railcar bogie according to the present invention, a frame (bogie frame) 10 is used as an outer gimbal.
前記外側ジンバルとして機能するフレーム10には支持片26を取付け、この支持片26に水平軸Xを介して駆動モータMを垂直面内で揺動可能に支持している。駆動モータMは水平軸Xと一体化した外部ケーシング16で駆動軸17を回転自在に支持しており、この外部ケーシング16が前記内部ジンバル2に相当する。
前記水平軸Xの一端には錘14が垂下しており、駆動モータMが揺動した場合に錘14が斜めになり、錘14の重さにより駆動モータMが水平状態(ニュートラル位置)に戻るようにしている。
A
A
駆動モータMの駆動軸17は前記水平軸Xに対し直交しており、また前記ニュートラル状態での駆動軸17は車軸11と平行になるように設定され、駆動軸17の中央には駆動ギヤ18が固着され、両脇にはジャイロ効果を発揮する回転体19が固着されている。
The
前記駆動ギヤ18の回転は減速ギヤ列20を介して車軸11に伝達される。前記駆動ギヤ18は駆動モータ16が揺動した場合でも動力を確実に伝達できるように球面ギヤを採用している。尚、球面ギヤ以外にも図6に示す多数のロッド21をギヤの歯の代わりにした籠状のギヤやユニバーサルジョイントなど、揺動を許容しつつ回転動力を伝達できる他の機構も考えられる。
The rotation of the
前記減速ギヤ列20は前記駆動ギヤ18と噛合する大径ギヤ22、この大径ギヤ22の軸23に設けられた小径ギヤ24およびこの小径ギヤ24と噛合する車軸11に設けられた大径ギヤ25から構成される。この実施例では軸23と車軸11は平行に設定している。
The
以上において、例えば直線走行時に踏面勾配に起因して一方の車輪に滑りが発生すると、フレーム10が垂直軸Yを中心として回動する。この回動に起因して駆動モータ16が図7(a)、(b)に示すように水平軸X廻りに垂直面内で揺動する。この揺動により錘14は斜めに移動し、錘14の重量により駆動モータ16はニュートラル位置に復帰しようとする。この時に発生するモーメントは台車の横方向のズレを修正する方向に作用するため、蛇行動が抑制される。
In the above, for example, when one wheel slips due to a tread gradient during straight running, the
ここで、ジャイロ効果自体により、蛇行動が抑制され、蛇行動が発生する限界速度が上昇するため、直線において錘は絶対必要ではない。しかしながら、外乱、及び曲線通過において、遠心力など一方向の力が継続的に働くと、駆動モータMが図7(a)、(b)に示すように水平軸X廻りに垂直面内で大きく揺動するばあいがあり、動揺角がある程度大きくなるとジャイロ効果が減る。そのため動揺角が大きくなった場合、動揺角を戻す作用をさせるため、錘14を付加することが好ましい。なお、錘14に代えて復元力を発生するスプリングなどを用いてもよい。
Here, the snake action is suppressed by the gyro effect itself, and the limit speed at which the snake action occurs is increased. Therefore, a weight is not absolutely necessary in a straight line. However, if a unidirectional force such as a centrifugal force continuously acts in disturbance and passing through a curve, the drive motor M is greatly increased in the vertical plane around the horizontal axis X as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). If the rocking angle is increased to some extent, the gyro effect is reduced. For this reason, it is preferable to add a
図8は本発明と従来例との蛇行動の開始速度を比較したグラフであり、このグラフからジャイロ機構を設けない場合、即ち、駆動モータMのX軸周りの自由度を、スペーサなどを入れて殺した場合には、2.9m/sで蛇行動が始まったが、本発明のジャイロ機構を設けた場合、即ち、駆動モータMのX軸周りの自由度を生かした場合)には、3.5m/sまで蛇行動は始まらなかった。したがって、走行時の安定性が向上することが確認できた。 FIG. 8 is a graph comparing the start speed of the snake action between the present invention and the conventional example. From this graph, when the gyro mechanism is not provided, that is, the degree of freedom around the X axis of the drive motor M is inserted with a spacer or the like. When killed, the snake behavior started at 2.9 m / s. However, when the gyro mechanism of the present invention is provided, that is, when the degree of freedom around the X axis of the drive motor M is utilized) Snake action did not start until 3.5 m / s. Therefore, it was confirmed that the stability during running was improved.
以上は本発明の一例であり本発明は上記の実施例には限定されない。例えば図示例では、ジャイロ機構を構成する駆動モータの駆動軸と車軸とを平行としたが、駆動モータの駆動軸と車軸とを直交させてもよい。 The above is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the illustrated example, the drive shaft of the drive motor that constitutes the gyro mechanism and the axle are parallel, but the drive shaft of the drive motor and the axle may be orthogonal.
本発明に係る台車は走行安定性が要求される鉄道車両の台車として利用することができる。 The bogie according to the present invention can be used as a bogie for a railway vehicle that requires traveling stability.
1…外側ジンバル、2…内側ジンバル、3…支持軸、4…回転体、5…スプリング、10…フレーム(ボギーフレーム)、11…車軸、12…車輪、13…レール、14…錘、15…軸受、16…駆動モータの外側ケーシング、17…駆動軸、18…駆動ギヤ、19…回転体、20…減速ギヤ列、21…ロッド、22…大径ギヤ、23…小径ギヤ、25…大径ギヤ、26…支持片、M…駆動モータ、X…水平軸、Y…垂直軸。
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