図面 (/)

技術 圧縮空気供給装置

出願人 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明者 遠竹隆行
出願日 2016年5月27日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-105906
公開日 2017年11月30日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-210174
状態 特許登録済
技術分野 鉄道車両懸架装置、車輪装置 圧縮機、真空ポンプ及びそれらの系
主要キーワード 空気だめ 次ばね 動力台車 圧縮空気供給装置 電動台車 高速鉄道 制動動作中 空気ばね式
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

専用の動力源を必要とすることなく圧縮空気の供給が可能な圧縮空気供給装置を提供する。

解決手段

圧縮空気供給装置を、入力軸車輪が設けられた輪軸30と実質的に同心となるように、台車枠軸箱まくらぎ方向(車幅方向)外側に取り付けられ、輪軸の回転によって駆動され空気を圧縮する空気圧縮機110と、空気圧縮機が圧縮した空気が貯留される空気だめ130とを備え、空気だめ130の内圧、及び、列車ブレーキ作動状態に応じて、クラッチ接続状態切断状態切り替える構成とする。

概要

背景

鉄道車両においては、ブレーキ装置や、車体を支持するまくらばね等の空気ばねを作動させる作動流体として圧縮空気を用いている。
このような圧縮空気は、一般に電動モータによって駆動される空気圧縮機コンプレッサ)が吐出したものを、蓄圧容器である元空気だめ貯留するようになっている。
鉄道車両に設けられる圧縮空気供給装置に関する従来技術として、例えば特許文献1には、モータによって駆動される空気圧縮機が吐出する圧縮空気を、オイルセパレータを経由して供給空気だめに導入し、供給空気だめからブレーキ装置へ供給することが記載されている。

概要

専用の動力源を必要とすることなく圧縮空気の供給が可能な圧縮空気供給装置を提供する。圧縮空気供給装置を、入力軸車輪が設けられた輪軸30と実質的に同心となるように、台車枠軸箱まくらぎ方向(車幅方向)外側に取り付けられ、輪軸の回転によって駆動され空気を圧縮する空気圧縮機110と、空気圧縮機が圧縮した空気が貯留される空気だめ130とを備え、空気だめ130の内圧、及び、列車ブレーキ作動状態に応じて、クラッチ接続状態切断状態切り替える構成とする。

目的

本発明の課題は、専用の動力源を必要とすることなく圧縮空気の供給が可能な圧縮空気供給装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

車輪が設けられた輪軸と、前記輪軸の回転によって駆動され空気を圧縮する空気圧縮機とを備えることを特徴とする圧縮空気供給装置

請求項2

前記空気圧縮機は入力軸を前記輪軸と同心として前記輪軸の端部に配置されることを特徴とする請求項1に記載の圧縮空気供給装置。

請求項3

前記輪軸を軸箱支持装置を介して支持する台車枠を有し、前記空気圧縮機は前記台車枠に取り付けられ、前記輪軸の回転を前記空気圧縮機の入力軸に伝達する動力伝達機構を有することを特徴とする請求項1に記載の圧縮空気供給装置。

請求項4

前記輪軸と前記空気圧縮機との間に動力を伝達可能な接続状態と動力を遮断する切断状態とを切替可能なクラッチを設けたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の圧縮空気供給装置。

請求項5

前記空気圧縮機が圧縮した空気が貯留される空気だめを備え前記クラッチは前記空気だめの内圧が所定の上限値以上となった際に前記切断状態とされることを特徴とする請求項4に記載の圧縮空気供給装置。

請求項6

前記クラッチはブレーキ装置制動動作連動して前記切断状態から前記接続状態に切替えられることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の圧縮空気供給装置。

技術分野

0001

本発明は、鉄道車両に設けられる圧縮空気供給装置に関し、特に専用の動力源を必要とすることなく圧縮空気の供給が可能なものに関する。

背景技術

0002

鉄道車両においては、ブレーキ装置や、車体を支持するまくらばね等の空気ばねを作動させる作動流体として圧縮空気を用いている。
このような圧縮空気は、一般に電動モータによって駆動される空気圧縮機コンプレッサ)が吐出したものを、蓄圧容器である元空気だめ貯留するようになっている。
鉄道車両に設けられる圧縮空気供給装置に関する従来技術として、例えば特許文献1には、モータによって駆動される空気圧縮機が吐出する圧縮空気を、オイルセパレータを経由して供給空気だめに導入し、供給空気だめからブレーキ装置へ供給することが記載されている。

先行技術

0003

特開2014−152744号公報

発明が解決しようとする課題

0004

近年、高速鉄道用や優等列車用の旅客用の電車等においては、曲線通過時に空気ばねの伸縮を利用して車体を傾斜させる車体傾斜システムの採用が拡大しているが、搭載できる機器容量の制限から、車体傾斜に必要な圧縮空気量の確保が困難となる場合がある。
一方、動力を持たずかつ車体コストを低下させる必要がある貨車のように、運用やコストの面からモータ等の動力源を有する空気圧縮機の搭載が困難である車両も存在する。
このため、貨車では、従来はコイルばね等の金属ばねによって車体を支持することが一般的であったが、走行定性等の観点から、積載荷重の変化に対して車高を維持する車高調整機能や、車体を支持するばね定数の低下(軟支持化)、低床化が求められており、空気ばね式車体支持システムの搭載が強く要望されている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、専用の動力源を必要とすることなく圧縮空気の供給が可能な圧縮空気供給装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

上述した課題を解決するため、本発明の圧縮空気供給装置は、車輪が設けられた輪軸と、前記輪軸の回転によって駆動され空気を圧縮する空気圧縮機とを備えることを特徴とする。
これによれば、電動モータ等の動力源を必要とせず、車両の走行時の輪軸の回転を利用して簡単な構成によって圧縮空気を得ることが可能である。
このため、電動モータ等を設置するスペースを確保することが困難な車両や、電力の確保が困難な車両であっても圧縮空気を得ることが可能であり、空気ばね式の車体支持装置等を利用することができる。
また、既存の電動式の空気圧縮機を有する車両であっても、本発明の圧縮空気供給装置を併用することによって、利用可能な圧縮空気量を増加させることができる。

0006

本発明において、前記空気圧縮機は入力軸を前記輪軸と同心として前記輪軸の端部に配置される構成とすることができる。
これによれば、既存の台車軸箱部分に小規模設計変更を行うことによって容易に本発明を適用することが可能である。

0007

本発明において、前記輪軸を軸箱支持装置を介して支持する台車枠を有し、前記空気圧縮機は前記台車枠に取り付けられ、前記輪軸の回転を前記空気圧縮機の入力軸に伝達する動力伝達機構を有する構成とすることができる。
これによれば、空気圧縮機を台車枠に取付けることによって、ばね下重量を抑制し、乗り心地や走行安定性を向上することができる。また、比較的大型の空気圧縮機を搭載することができる。
この場合、空気圧縮機は、電車の動力台車用に設計された台車枠において、モータが搭載される箇所にモータに代えて搭載することが可能であり、モータから輪軸へ動力を伝達する機構と実質的に同様の機構を用いて輪軸から空気圧縮機へ動力伝達を行うことができる。
これによって、既存の動力台車(電動台車)用の部品を有効利用することが可能である。

0008

本発明において、前記輪軸と前記空気圧縮機との間に動力を伝達可能な接続状態と動力を遮断する切断状態とを切替可能なクラッチを設けた構成とすることができる。
これによれば、圧縮空気の発生が不要な状況ではクラッチを切断状態とすることによって、空気圧縮機の稼働時間を短縮して部品の摩耗を抑制するとともに、走行抵抗の増加を防止することができる。

0009

本発明において、前記空気圧縮機が圧縮した空気が貯留される空気だめを備え前記クラッチは前記空気だめの内圧が所定の上限値以上となった際に前記切断状態とされる構成とすることができる。
これによれば、空気圧縮機に無駄な動作を行わせないことによって、走行抵抗の低減を図ることができる。

0010

本発明において、前記クラッチはブレーキ装置の制動動作連動して前記切断状態から前記接続状態に切替えられる構成とすることができる。
これによれば、空気圧縮機の作動に要するトルク制動力として利用することができる。
また、制動時に空気圧縮機を作動させることによって、力行時や惰行時における空気圧縮機の作動頻度を低減し、走行抵抗の低減を図ることができる。

発明の効果

0011

以上のように、本発明によれば、専用の動力源を必要とすることなく圧縮空気の供給が可能な圧縮空気供給装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明を適用した圧縮空気供給装置の第1実施形態を有する鉄道車両の構成を示す図である。
第1実施形態の圧縮空気供給装置の構成を示す図である。
本発明を適用した圧縮空気供給装置の第2実施形態を有する台車を上方から見た平面図である。
本発明を適用した圧縮空気供給装置の第3実施形態の構成を示す図である。
第3実施形態の圧縮空気供給装置におけるクラッチの制御を示すフローチャートである。

実施例

0013

以下、本発明を適用した圧縮空気供給装置の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
先ず、第1実施形態の圧縮空気供給装置について説明する。
第1実施形態の圧縮空気供給装置は、例えば、客車、貨車等の無動力の鉄道車両に設けられるものである。
図1は、第1実施形態の圧縮空気供給装置を有する鉄道車両の構成を示す図である。
鉄道車両1は、車体10、台車枠20、輪軸30、軸箱40、まくらばね50等を有して構成されている。

0014

車体10は、下面部を構成する台枠側端部、前後端部から、側構妻構をそれぞれ上方へ立設し、上部に屋根構を設けることによって、実質的に六面体状に構成されている。
車体10の内部には、乗客、乗員、貨物等が収容される車室が設けられる。

0015

台車枠20は、車体10の下部に設けられ、軸箱40及び軸箱支持装置を介して前後一対の輪軸30が設けられた2軸ボギー台車の本体部を構成する枠体状の構造部材である。
台車は、車体10の前後方向に離間して例えば一対設けられる。
台車枠20は、車体10に対して、ボギー角付与可能に取り付けられている。

0016

輪軸30は、左右のレールR上を転動する一対の車輪31が取り付けられた回転軸である。
軸箱40は、輪軸30の両端部に形成されたジャーナル部を回転可能に支持する。
軸箱40は、軸受及びその潤滑装置等を有して構成されている。
軸箱40は、軸ばね等の1次ばね系を含む軸箱支持装置によって、台車枠20に対して上下方向及びヨーイング方向(ステア方向)に相対変位可能に支持されている。

0017

まくらばね50は、台車枠20の上部と車体10の下部との間に設けられ、車体10を支持する2次ばね系を構成する空気ばねである。
まくらばね50は、まくらぎ方向(車幅方向)に離間して、一対設けられている。

0018

図2は、第1実施形態の圧縮空気供給装置の構成を示す図である。
圧縮空気供給装置100は、空気圧縮機110、カップリング120、空気だめ130、調圧弁140、逆止弁150、調圧弁160等を有して構成されている。

0019

空気圧縮機110は、輪軸30の回転が伝達されることによって駆動され、周囲の空気を吸入して圧縮し、所定の圧力の圧縮空気を吐出する。
空気圧縮機110として、例えば、斜板式、スクロール式ベーン式等の各種コンプレッサを用いることができるが、例えばベーン式のように、回転方向逆転しても利用可能なものを用いると列車の進行方向に関わらず圧縮空気を発生可能であるため好ましい。
図1に示すように、空気圧縮機110は、入力軸が輪軸30と実質的に同心となるように、軸箱40のまくらぎ方向(車幅方向)外側に取り付けられている。

0020

カップリング120は、輪軸30の端部と、空気圧縮機110の入力軸との間に設けられ、これらの間で動力伝達を可能とする継手である。

0021

空気だめ130は、空気圧縮機110が吐出した圧縮空気が、配管L1を介して導入される蓄圧容器である。
調圧弁140、逆止弁150は、配管L1の途中に、空気圧縮機110側から順次配列されている。
調圧弁140は、空気だめ130の内圧が所定の上限値を超えないよう、空気圧縮機110が吐出する元圧を調圧減圧)する。
逆止弁150は、空気圧縮機110等に故障が生じた場合に、空気だめ130側から圧縮空気が逆流し、漏気することを防止する。

0022

空気だめ130内の圧縮空気は、配管L2を介して、まくらばね50等の圧縮空気を消費する各要素へ供給される。
調圧弁160は、配管L2の途中に設けられ、空気だめ130内の圧力からまくらばね50への供給に適した圧力まで調圧(減圧)する。

0023

以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)輪軸30の回転により空気圧縮機110を駆動することによって、電動モータ等の動力源を必要とせず、簡単な構成によって圧縮空気を得ることが可能である。
このため、電動モータ等を設置するスペースを確保することが困難な車両や、電力等の確保が不可能な車両であっても圧縮空気を得ることが可能であり、空気ばね式の車体支持装置等を利用することができる。
また、既存の電動式の空気圧縮機を有する車両であっても、本発明の圧縮空気供給装置を併用することによって、利用可能な圧縮空気量を増加させることができ、車体傾斜システム等に活用することができる。
(2)空気圧縮機110を輪軸30の軸端部において、軸箱40の外側に設けることによって、既存の台車に小規模な設計変更を行うことによって容易に本発明を適用することが可能である。

0024

<第2実施形態>
次に、本発明を適用した圧縮空気供給装置の第2実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

0025

図3は、第2実施形態の圧縮空気供給装置を有する台車を上方から見た平面図である。
図3に示すように、台車枠20は、側梁21、横梁22を有する。
側梁21は、車両前後方向に延びて配置された部材であって、枕木方向に離間しかつ左右の車輪31を挟んで1対設けられている。
まくらばね50の下部は、左右の側梁21の前後方向における中央部の上部にそれぞれ取り付けられている。
横梁22は、左右の側梁21の間にわたしてまくらぎ方向に沿って延びた部材である。
横梁22は、台車枠20の前後方向における中央部に、前後方向に離間して例えば1対設けられている。

0026

第2実施形態においては、空気圧縮機110を、入力軸が輪軸30と実質的に並行となるように横梁22に取り付けている。
空気圧縮機110は、まくらぎ方向における位置が、左右の車輪31の間となるように配置されている。
輪軸30における左右の車輪31の内側であって一方の車輪31に隣接する箇所には、駆動歯車32が設けられている。
一方、空気圧縮機110の入力軸には、駆動歯車32と噛合う被駆動歯車111が設けられている。

0027

ここで、横梁22における空気圧縮機110の取付部は、電車(動力車)用の台車枠におけるモータの取付座を用いることができる。
また、駆動歯車32、被駆動歯車111は、モータから輪軸へ動力を伝達する動力伝達機構の部品を用いることができる。

0028

以上説明した第2実施形態によれば、上述した第1実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、ばね下重量の増加を抑制することが可能であり、比較的大型の空気圧縮機110を搭載する場合であっても、乗り心地や走行性能への影響を抑制できる。
また、空気圧縮機110は、電車の動力車用の台車枠において、モータが搭載される箇所に、モータに代えて搭載することが可能であり、モータから輪軸へ動力を伝達する機構と実質的に同様の機構を用いて輪軸から空気圧縮機へ動力伝達を行うことができる。
これによって、既存の鉄道車両用の部品を有効利用することが可能である。

0029

<第3実施形態>
次に、本発明を適用した圧縮空気供給装置の第3実施形態について説明する。
第3実施形態の圧縮空気供給装置は、クラッチの接続状態、切断状態を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
図4は、第3実施形態の圧縮空気供給装置の構成を示す図である。
第3実施形態においては、カップリング120に代えてクラッチ170を設け、さらに、クラッチ170を制御するクラッチ制御装置180を設けている。

0030

クラッチ170は、輪軸30から空気圧縮機110への動力伝達を可能とする接続状態と、動力伝達を遮断する切断状態とを切り換え機械要素である。
クラッチ170は、クラッチ制御装置180からの指令に応じて接続状態と切断状態とを切り換える図示しないアクチュエータを備えている。

0031

クラッチ制御装置180は、空気だめ130の内圧、及び、列車のブレーキ作動状態に応じて、クラッチ170の接続状態、切断状態を切り替える。
クラッチ制御装置180は、例えば、CPU等の情報処理装置、RAMやROM等の記憶装置入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。

0032

クラッチ制御装置180には、空気だめ内圧センサ181、ブレーキ圧センサ182が接続されている。
空気だめ内圧センサ181は、空気だめ130の内圧を検出する圧力センサである。
ブレーキ圧センサ182は、列車の空圧式ブレーキブレーキ圧を検出する圧力センサである。

0033

図5は、第3実施形態の圧縮空気供給装置におけるクラッチの制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
<ステップS01:空気だめ圧判断(1)>
クラッチ制御装置180は、空気だめ130の内圧Pを予め設定された下限値と比較する。
内圧Pが下限値以上である場合はステップS02に進み、その他の場合はステップS05に進む。

0034

<ステップS02:空気だめ圧判断(2)>
クラッチ制御装置180は、空気だめ130の内圧Pを予め設定された上限値と比較する。
内圧Pが上限値以下である場合はステップS03に進み、その他の場合はステップS04に進む。

0035

<ステップS03:制動判断
クラッチ制御装置180は、ブレーキ圧が発生しているか(ブレーキ装置が制動動作中か)否かを判別する。
ブレーキ圧が発生している場合はステップS05に進み、ブレーキ圧が実質的に発生していない場合はステップS04に進む。

0036

<ステップS04:クラッチ切断>
クラッチ制御装置180は、クラッチ170を切断状態とする。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。

0037

<ステップS05:クラッチ接続
クラッチ制御装置180は、クラッチ170を接続状態とする。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。

0038

以上説明した第3実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)圧縮空気の発生が不要な状況では、クラッチ170を切断状態とすることによって、空気圧縮機110の稼働時間を短縮して部品の摩耗を抑制するとともに、走行抵抗の増加を防止することができる。
(2)空気だめ130の内圧が所定値以上である場合には、クラッチ170を切断状態とすることにより、空気圧縮機110に無駄な動作を行わせないことによって、走行抵抗の低減を図ることができる。
(3)ブレーキ装置の制動動作と連動してクラッチ170を接続し、圧縮空気を発生させることによって、空気圧縮機110の作動に要するトルクを制動力として利用することができる。
また、制動時に空気圧縮機110を作動させることによって、力行時や惰行時における空気圧縮機110の作動頻度を低減し、走行抵抗の低減を図ることができる。

0039

(他の実施形態)
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
(1)鉄道車両及び圧縮空気供給装置の構成は、上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、鉄道車両は、貨車、客車、電車、気動車機関車等どのような車両であってもよい。
(2)本発明の圧縮空気供給装置は、単独での利用に限らず、既存の電動式空気圧縮機と併用することも可能である。
(3)空気圧縮機の種類、配置、個数や、輪軸から空気圧縮機に動力を伝達する手法も特に限定されない。
(4)クラッチを設ける場合に、切断状態と接続状態とを切り換える条件も、第3実施形態の構成に限定されず、適宜変更することができる。
(5)各実施形態では空気圧縮機が吐出した圧縮空気を空気だめに貯留しているが、空気だめを設けずに、空気圧縮機が吐出した圧縮空気を、直接空気ばねやブレーキ装置に供給してもよい。

0040

1鉄道車両10 車体
20台車枠30輪軸
31車輪32駆動歯車
Rレール40軸箱
50まくらばね100圧縮空気供給装置
110空気圧縮機111被駆動歯車
120カップリング130空気だめ
140調圧弁150逆止弁
160 調圧弁 170クラッチ
180クラッチ制御装置181 空気だめ内圧センサ
182ブレーキ圧センサL1,L2 配管

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社日立製作所の「 情報収集システムおよび情報収集方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】乗り心地に係る情報を網羅的に収集することを低コストで実現し得る情報収集システムを提供する。【解決手段】移動体の乗客が所持する携帯端末から、上記移動体の状態を示す移動体状態情報と、上記乗客が上記... 詳細

  • 工機ホールディングス株式会社の「 空気圧縮機」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】作業者が、空気圧縮機を設置した場所まで移動することなく、作業を行っているその場で空気圧縮機を遠隔操作可能にする技術を提供する。【解決手段】圧縮空気を空気工具へ供給する本体部100と、前記本体部... 詳細

  • マックス株式会社の「 エアコンプレッサ」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】コンプレッサの小型化を図る。【解決手段】圧縮空気を貯留するタンク部10Bと、タンク部の上部に載置された圧縮空気生成用の圧縮機10Aと、タンク部から圧縮空気を取り出すエア取り出し部10Cとを備え... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ