JPH0847116A

JPH0847116A - 鉄道車両用粘着力制御装置

Info

Publication number: JPH0847116A
Application number: JP6176440A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kasai; 省司河西; Masahiko Ibamoto; 正彦射場本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【構成】車軸あるいは鉄製の枕木７に励磁コイル５を設
け、車輪２，２′とレール６，６′の間に磁束を貫通さ
せることにより磁気摩擦現象を起こさせて摩擦係数を高
める。【効果】雨の日にも充分な粘着性能が得られるので、高
加減速運転および高速運転が可能となり、地上設置型で
は坂道走行性能が高められ、輸送効率およびサービス性
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄道車両の空転防止方式
に係り、特に、電車及び電気機関車の動力車輪の摩擦力
を増加するに好適な粘着力制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両は鉄のレール上を鉄輪で走行す
るので、特に雨の時などにはしばしば車輪の空転現象が
見られる。最近では誘導電動機を用いたインバータ電車
が普及し、誘導電動機のトルクの垂下特性を利用して空
転が生じると独りでに再粘着させるので、平均的な粘着
性能を高くできる。しかし、この様な方法では高価なイ
ンバータを必要とする割りには、摩擦力そのものを大き
くするわけではないので画期的に粘着性能を向上させる
ことはできない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は摩擦力
自体を大きくして粘着性能のよい車両駆動方式およびそ
の制御方式を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この為、本発明では車輪
とレールを磁力で吸着させて、すなわち、磁気摩擦現象
を利用して粘着性能を高めることにした。磁気摩擦現象
は理論的には十分解明されているとは言えないが、実験
的には摩擦係数が一桁大きくなることが確認されてお
り、例えば、電気学会発行の単行本『リニアモータとそ
の応用』ｐ８６（昭和５９年３月３０日初版）や雑誌日
経メカニカル１９９２年１２月２８日号ｐ７４に記載さ
れている。

【０００５】

【作用】車軸や枕木の周りに巻いたコイルに電流を流し
て起磁力を生じさせ、車輪からレールに磁束を貫通させ
る。これにより車輪がレールに吸着し両者の間の摩擦力
は通常の摩擦力より大きな磁気摩擦力となり、粘着性能
を向上させる。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例の構成を示すも
ので電車の駆動車輪の正面図である。車軸１の両端に車
輪２，２′があり、その間に電動機３とギヤボックス４
が設けられている。ここまでは従来の電動台車と同じで
あるが、本実施例ではさらに励磁コイル５を設けた点が
特徴である。すなわち、滑りやすいレール状態のときに
はこの励磁コイル５に電流を流すと車軸１から車輪２，
レール６，枕木７，レール６′，車輪２′を通る磁路８
ができて車輪はレールに吸着する。この時、枕木７は磁
路の一部になるので鉄で作る必要がある。尚、軸受箱
９，９′と台車枠１０の間はゴム等の非磁性体１１，１
１′で磁気絶縁して、車軸から台車枠を通る磁路ができ
ないようにしてある（商品名「シェブロンゴム式台車」
が実用化されている）。通常乾燥した鉄と鉄が直接接し
ているときは静止摩擦係数が0.25，動摩擦係数が０.１
２程度であるが、磁界を掛けると摩擦係数は静止摩擦
係数も動摩擦係数も０.８〜１.２程度に大きくなること
が実験的に確かめられている。この現象は充分に解析さ
れてはいないが少なくとも吸引力の分だけ重量が大きく
なったと見做すことはできるので、車輪とレールの吸着
力を両側車輪でＭとすると牽引力ＴはＴ＝μ(Ｍ＋Ｗ)と
なる。但しμは摩擦係数、Ｗは軸重である。雨の日には
摩擦係数μが乾燥時の５０％から７５％程度に低下する
が、それを補うために吸着力Ｍを増やして軸重の５０％
から１００％位与えると摩擦力を乾燥路並みに高めるこ
とができる。本実施例の方法によれば滑りやすい条件下
でも空転を起こすこと無く充分な加速性能を得ることが
できる。

【０００７】図２は本発明の第２の実施例の動力車輪を
示したものである。図を見易くするため台車枠，電動
機，ギヤボックス等は省略してある。図１の方法では両
レール間を磁路で結ぶために枕木を鉄で作る必要がある
が、実際の線路では全区間にわたって鉄製枕木を設置す
ることは経済的に許されない。そこで二本の車軸に励磁
コイル５，５′を設け、互いに逆極性となるように電流
を流し、１２のような磁路で磁束を通すことにより車輪
とレールの間に磁気摩擦現象を生じさせるものである。
この場合も軸受箱を磁気的に絶縁して１２以外の磁路が
できないようにしてある。本実施例によれば、枕木を鉄
で作った特別な線路を設けなくても、従来の線路を高い
粘着性能で走行することができる。また第１，第２の実
施例の方法は非駆動車輪に適用しても制動時に有効に作
用する。すなわち、雨の日等の滑りやすい時にブレーキ
を掛けると車輪がロックする、いわゆる、スキッドを生
じるが、駆動車輪，非駆動車輪を問わずブレーキ装置を
装着しているので、この様な場合に磁界を掛けることに
より摩擦係数を高めブレーキ力を大きくすることができ
る。この場合、乾燥路並みの摩擦係数が得られる様に設
計すればスキッドを生じることが無いので、従来、設け
られていたＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）装
置を設ける必要が無く、確実な制動力に裏付けられて最
高走行速度を高く設定できる。

【０００８】図３は本発明の第１，第２の実施例の励磁
コイル５，５′に電流を流すための励磁制御装置１３の
構成を示すブロック図である。入力処理部１４は非駆動
輪の車輪速センサおよび各駆動輪の車輪速センサ信号を
入力し、マイクロコンピュータを用いた制御部１５は、
非駆動輪速度を基準にして駆動輪が空転を始めたことを
検知し、空転しないレベルまで励磁電流の設定値を引き
上げる。これを受けて電流制御部１６は対応する車軸に
装着された励磁コイルの電流を増加させる。この様にす
ることでいたずらに走行抵抗を増やすこと無く、必要最
小限の摩擦を確保して効率良く安全に走行することがで
きる。電流制御部１６は交流電気車にあってはサイリス
タ，ＧＴＯ等を用いた位相制御装置として構成され、直
流電気車にあっては同様の半導体を用いたインバータと
して構成される。こうすると励磁コイルには交流電流が
流れるので、電流遮断時に電流値を徐々に減少させる、
いわゆる、ソフトオフさせることで毎回消磁作用が行わ
れ、車輪やレールが磁化されて鉄粉が吸いつけられると
いう不具合が無い。

【０００９】図４に本発明の第３の実施例を示す。第
１，第２の実施例と異なるのは励磁コイルを地上設備と
して設けた点である。レール６，６′の間には励磁コイ
ル１７を巻かれた鉄製の枕木７が並べてある。各鉄製枕
木７とレール６，６′の間は適度な磁気空隙１８が設け
られる。ある励磁コイルから出た磁束は近くにある車輪
を通ると共に、一部はレールを伝わって隣りの鉄製枕木
でバイパスされるが、各枕木に磁気空隙を設けてあるの
でバイパス磁路の磁気空隙の数は車輪側磁路の２倍にな
り、磁束は隣りの鉄製枕木には通りにくく車輪側に有効
に与えられる。各励磁コイル１７は切り換え装置１９，
１９′を介して励磁制御装置２０，２０′に接続され、
線路に沿って設けられた位置検出装置２１により検出さ
れた車輪の位置に対応した励磁コイルに電流が流れる。
車輪の進行に合わせて励磁コイルを切り換える際、前の
励磁コイル電流を徐々に減少させると同時に次の励磁コ
イル電流を徐々に立ち上げて合計磁束が変動しないよう
にすることが望ましい。そのためには励磁コイルを一つ
置きに別々の切り換え装置１９，１９′および励磁制御
装置２０，２０′に接続しておけば良い。この時、同時
付勢される複数の励磁コイル１７は常に同一方向に起磁
力が発生するように電流の極性あるいは位相が制御さ
れ、隣りの励磁コイルにより磁束が打ち消されないよう
にしてある。また車輪位置を検出して切り換え装置を制
御する時、車輪の真下の励磁コイルより一つ前方の励磁
コイルを選択すれば、磁路長が小さくなろうとする力が
働くので車輪は励磁コイルの方に引き寄せられ推進力が
作用することになる。すなわち、一種のリニアモータと
なる。例えば、碓氷峠のような急な登り坂にこの様な線
路を設置しておけば、高粘着性能を与えられさらに線路
から補助的な推進力を得て自力で登ることができる。も
ちろん降坂時は車輪の真下の励磁コイルより一つ後方の
励磁コイルを選択すれば、高粘着性能を与えられさらに
線路から補助的な制動力を得て安全に走行できることは
言うまでもない。本実施例でも励磁制御装置２０，２
０′は図３の電流制御部１６と同様の半導体回路により
構成されソフトオフによる消磁機能を有する。本実施例
の方法によれば車両側に特別な装置を付加することが不
要なので、従来の車両でも高い粘着性能を発揮できる。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、軸重による摩擦係数以
上に摩擦係数を高められるので、雨の日でも高い粘着性
能を発揮し高加減速運転および高速運転ができる。また
地上設置型では従来車両をそのまま用いて高い坂道走行
性能を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す正面図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す斜視図。

【図３】本発明の第１，２実施例に用いる制御装置のブ
ロック図。

【図４】本発明の第３の実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

２，２′…車輪、３…電動機、４…ギヤボックス、５…
励磁コイル、６，６′…レール、７…枕木、８…磁路、
９,９′…軸受箱、１０…台車枠、１１,１１′…非磁性
体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車軸，前記車軸の両側に設けられた車輪，
前記車軸の両端に設けられた軸受箱，前記軸受箱を支え
る台車枠よりなる鉄道車両用台車において、前記車軸の
周りに巻かれた励磁コイルおよび前記励磁コイルの電流
を制御する制御装置を設け、鉄製枕木を有する線路上を
走行することを特徴とする鉄道車両用粘着力制御装置。
【請求項２】車軸，前記車軸の両側に設けられた車輪，
前記車軸の両端に設けられた軸受箱，前記軸受箱を支え
る台車枠よりなる鉄道車両用台車において、前記車軸を
複数個設け、各車軸の周りに巻かれた励磁コイルおよび
励磁電流を制御する制御装置を設け、各励磁コイルの起
磁力の方向が互いに逆になるように電流を制御して、鉄
製枕木のない通常の線路上でも有効に作用することを特
徴とする鉄道車両用粘着力制御装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記軸受箱と
前記台車枠の間を非磁性体により磁気的に絶縁した鉄道
車両用粘着力制御装置。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記励磁
制御装置は各車輪の空転を検知し、空転が起こらない程
度に励磁コイル電流を制御する鉄道車両用粘着力制御装
置。
【請求項５】請求項１，２または３において、前記励磁
制御装置は交流電流を発生するとともに、電流を遮断す
るときは徐々に電流値を下げるソフトオフ機能を有する
鉄道車両用粘着力制御装置。
【請求項６】鉄道線路，前記鉄道線路の下に所定の間隔
で設けられた鉄製の枕木，前記鉄製枕木に巻かれた励磁
コイル，前記各励磁コイルに接続された切り換え装置，
前記切り換え装置に接続された励磁制御装置，前記鉄道
線路に沿って設けられた車輪位置検出装置よりなり、前
記車輪位置検出装置の出力に応じて前記切り換え装置が
車輪位置に対応する前記励磁コイルを選択して電流を制
御することを特徴とする鉄道車両用粘着力制御装置。
【請求項７】請求項６において、前記鉄製の枕木は前記
鉄道線路に対し磁気的空隙を介して接続されている鉄道
車両用粘着力制御装置。
【請求項８】請求項６または７において、前記励磁制御
装置および前記切り換え装置を複数組設け、前記励磁コ
イルの隣接するものは異なる切り換え装置に接続され、
切り換え時は隣接する励磁コイルの励磁期間を重複させ
て、車輪を通る磁束が途切れないように制御する鉄道車
両用粘着力制御装置。
【請求項９】請求項８において、隣接する前記励磁コイ
ルの起磁力の方向が各瞬間において互いに同方向になる
ように電流を制御する鉄道車両用粘着力制御装置。
【請求項１０】請求項６，７，８または９において、前
記励磁制御装置は交流電流を発生するとともに、電流を
遮断するときは徐々に電流値を下げるソフトオフ機能を
有する鉄道車両用粘着力制御装置。