特許 6685410 列車および列車用ブレーキ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6685410

(24)【登録日】2020年4月2日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】列車および列車用ブレーキ制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60T 8/17 20060101AFI20200413BHJP

   B61D 37/00 20060101ALI20200413BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20200413BHJP

   H02K 49/02 20060101ALI20200413BHJP

   B60L 7/28 20060101ALI20200413BHJP

   B60L 7/02 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   B60T8/17 C

   B61D37/00 H

   H02K7/18 A

   H02K49/02 B

   B60L7/28

   B60L7/02

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-539546(P2018-539546)

(86)(22)【出願日】2017年7月21日

(86)【国際出願番号】JP2017026537

(87)【国際公開番号】WO2018051636

(87)【国際公開日】20180322

【審査請求日】2018年12月17日

(31)【優先権主張番号】特願2016-182046(P2016-182046)

(32)【優先日】2016年9月16日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(72)【発明者】

【氏名】フランクル ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】トウスズ アルダ

(72)【発明者】

【氏名】コラー ヨハン、 ベー

(72)【発明者】

【氏名】塚田 裕介

(72)【発明者】

【氏名】中村 和人

【審査官】 山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０７３０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２５０８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｔ ８／１７

Ｂ６１Ｄ ３７／００

Ｈ０２Ｋ ７／１８

Ｈ０２Ｋ ４９／０２

Ｂ６０Ｌ ７／２８

Ｂ６０Ｌ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪と、
前記車輪に対して非接触で対向配置され、前記車輪の回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、
前記回転体と前記車輪との対向面積が一定になるように、前記回転体の取付位置を制御する制御部と、を備える、列車。

【請求項2】

車輪を回転自在に支持する台車枠を備え、
前記回転体は、前記台車枠に回転自在に取り付けられる、請求項１に記載の列車。

【請求項3】

前記回転体は、前記車輪の半径をｒ１、前記回転体の半径をｒ２、前記車輪に対する前記回転体の相対的な下降距離をΔｈとしたときに、前記車輪の回転中心位置を通過して前記台車枠の長手方向に向かう方向を中心方向として、以下の（１）式で示す±θの角度範囲内に配置される、請求項２に記載の列車。

【数1】

【請求項4】

車輪と、
前記車輪に対して非接触で対向配置され、前記車輪の回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、
車輪を回転自在に支持する台車枠と、を備え、
前記回転体は、前記台車枠に回転自在に取り付けられ、前記車輪の半径をｒ１、前記回転体の半径をｒ２、前記車輪に対する前記回転体の相対的な下降距離をΔｈとしたときに、前記車輪の回転中心位置を通過して前記台車枠の長手方向に向かう方向を中心方向として、以下の（２）式で示す±θの角度範囲内に配置される、列車。

【数2】

【請求項5】

前記回転体は、前記車輪との対向面積が一定になるように配置される、請求項４に記載の列車。

【請求項6】

前記回転体と前記車輪との対向面積が一定になるように、前記回転体の取付位置を制御する制御部を備える、請求項５に記載の列車。

【請求項7】

前記回転体は、前記台車枠が上下に変動しても、前記回転体と前記車輪との対向面積が０より大きく、かつ前記回転体の外径面積よりも小さくなるように、前記台車枠に回転自在に取り付けられる、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の列車。

【請求項8】

前記回転体は、前記車輪の回転中心位置を通過して前記台車枠の長手方向に向かう方向に配置される、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の列車。

【請求項9】

前記回転体と前記車輪との対向面積は、前記回転体の外径面積よりも小さい、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の列車。

【請求項10】

前記回転体は、車軸に接続された一対の前記車輪同士の対向面のうち少なくとも一方に対向配置される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の列車。

【請求項11】

車輪に対して非接触で対向配置され、前記車輪の回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、
前記車輪の回転速度を検知する速度センサと、
前記発電部が変換した電気エネルギを電力源として、前記速度センサの検知信号に基づいて前記車輪の制動時にアンチロック制御を行うアンチロック・ブレーキ制御部と、を備える、列車用ブレーキ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、列車および列車用ブレーキ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

米国特許公開公報２０１４／０１３２１５５号には、非接触で発電する自転車用ダイナモが開示されている。上述した公知文献の自転車用ダイナモは、自転車のホイールの回転軸と直交する方向に延びる回転軸周りに回転する円環状の永久磁石の外周面を、ホイールの外周面に連なる一側面から離隔して配置している。

【0003】

米国特許公開公報２０１４／０１３２１５５号における永久磁石は、複数の磁極を周方向に並べて配置したものであり、隣接する磁極では、磁化方向が逆になっている。例えば、永久磁石のＮ極がホイールの一側面に対向配置された状態でホイールが回転すると、永久磁石からの磁束の変化を妨げる方向に、ホイールの一側面に渦電流が発生する。この渦電流による磁束と永久磁石からの磁束との反発力および誘引力により、永久磁石は、ホイールの回転方向に回転する。

【0004】

よって、永久磁石の周囲をコイルで巻回して、永久磁石からの磁束がコイルを鎖交するようにすれば、コイルから誘導電力を取り出すことができる。

【発明の開示】

【0005】

米国特許公開公報２０１４／０１３２１５５号に記載された自転車用ダイナモを列車用の発電機に応用する場合、永久磁石を車輪から一定の距離に離して配置しなければならないため、例えば、列車の台車枠に永久磁石を取り付けることが考えられる。しかしながら、列車の台車枠は、その上方に配置される貨車や客車の重量によって上下位置が変動する。また、列車の走行中の振動によっても、台車枠は上下する。さらには、列車の車輪は、レールとの摩擦によって接触面が変形するため、定期的に接触面を削る転削と呼ばれる保守作業を行う必要がある。転削を行うたびに、車輪の外径サイズが小さくなるため、車輪と永久磁石との位置関係も変化してしまう。

【0006】

このように、台車枠が上下に変動したり、車輪の転削を行ったりすると、永久磁石と車輪との位置関係が変化して、所望の発電性能が得られなくなるおそれがある。

【0007】

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、台車枠が上下に変動したり、車輪の転削を行っても、所望の発電性能が得られるようにした列車および列車用ブレーキ制御装置を提供するものである。

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、車輪と、
前記車輪に対して非接触で対向配置され、前記車輪の回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、を備える、列車が提供される。

【0009】

前記回転体は、前記車輪との対向面積が一定になるように配置されてもよい。

【0010】

前記回転体と前記車輪との対向面積が一定になるように、前記回転体の取付位置を制御する制御部を備えてもよい。

【0011】

前記回転体と前記車輪との対向面積は、前記回転体の外径面積よりも小さくてもよい。

【0012】

前記回転体は、車軸に接続された一対の前記車輪同士の対向面のうち少なくとも一方に対向配置されてもよい。

【0013】

車輪を回転自在に支持する台車枠を備え、
前記回転体は、前記台車枠に回転自在に取り付けられてもよい。

【0014】

前記回転体は、前記台車枠が上下に変動しても、前記回転体と前記車輪との対向面積が０より大きく、かつ前記回転体の外径面積よりも小さくなるように、前記台車枠に回転自在に取り付けられてもよい。

【0015】

前記回転体は、前記車輪の回転中心位置を通過して前記台車枠の長手方向に向かう方向に配置されてもよい。

【0016】

前記回転体は、前記車輪の半径をｒ１、前記回転体の半径をｒ２、前記車輪に対する前記回転体の相対的な下降距離をΔｈとしたときに、前記車輪の回転中心位置を通過して前記台車枠の長手方向に向かう方向を中心方向として、以下の（１）式で示す±θの角度範囲内に配置されてもよい。

【数1】

【0017】

本発明の他の一態様によれば、車輪に対して非接触で対向配置され、前記車輪の回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石を有する回転体と、
前記回転体の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電部と、
前記車輪の回転速度を検知する速度センサと、
前記発電部が変換した電気エネルギを電力源として、前記速度センサの検知信号に基づいて前記車輪の制動時にアンチロック制御を行うアンチロック・ブレーキ制御部と、を備える、列車用ブレーキ制御装置が提供される。

【0018】

本発明によれば、台車枠が上下に変動したり、車輪の転削を行っても、所望の発電性能が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】列車の車輪の周辺の構造を示す斜視図。

【図2】車輪および回転体の正面図。

【図3】回転体の永久磁石の磁極配置と磁化方向を示す図。

【図4】車輪の一側面に発生する渦電流により永久磁石が回転する原理を説明する図。

【図5】車輪と回転体との位置関係を示す図。

【図6A】第１比較例における回転体と車輪との位置関係を示す図。

【図6B】第２比較例における回転体と車輪との位置関係を示す図。

【図7】転削により車輪の外径が縮んだ例を示す図。

【図8A】台車枠が下方に移動する前の状態を示す図。

【図8B】回転体が相対的に下方に移動した状態を示す図。

【図9】回転体の配置場所の許容範囲を説明する図。

【図10】図９の一部を拡大した図。

【図11】列車用ブレーキ制御装置の概略構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は列車１の車輪５の周辺の構造を示す斜視図である。図１は、本実施形態の特徴部分に関連する構造を抽出して図示した簡略化した斜視図である。図１に示すように、一対の車輪５を車軸１０に組み付けた構造体である２つの輪軸１２が台車枠１３の長手方向の両端側に回動自在に取り付けられている。台車枠１３の長手方向Ｘが列車１の走行方向である。

【0021】

図１はインダイレクトマウント台車と呼ばれる構造を示しているが、本実施形態は、ダイレクトマウント台車やボルスタレス台車などにも適用可能である。図１の台車枠１３の上面には、枕バネ１４が設けられており、枕バネ１４はその上の枕ばり１５を揺動自在に支持している。枕ばり１５の中央部には、心皿１６が設けられている。枕ばり１５の上には、貨車や客車等の不図示の車体が配置され、車体と枕ばり１５とは、心皿１６に差し込まれた不図示の中心ピンにて連結される。枕ばり１５の下側にはボルスタアンカ１７が設けられている。ボルスタアンカ１７は、枕ばり１５と台車枠１３とを連結するものである。

【0022】

輪軸１２における一対の車輪５の対向する内側の面の少なくとも一方には、回転体２が非接触で対向配置されている。回転体２は、台車枠１３に支持されている。本実施形態による列車１は、車輪５に対して非接触で対向配置される回転体２と、回転体２の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する発電部とを備えている。回転体２は、車輪５の回転方向に応じて発生するローレンツ力によって所定の回転軸回りに回転する永久磁石１１を有する。なお、回転体２を一対の車輪５の対向する内側の面ではなく、その反対側の外側の面に対向配置させてもよい。以下では、一例として、一対の車輪５の対向する内側の面に回転体２を対向配置させる例を説明する。

【0023】

図２〜図４は車輪５の回転により回転体２が回転する原理を説明する図である。図２は車輪５および回転体２の正面図、図３は回転体２の永久磁石１１の磁極配置と磁化方向を示す図である。

【0024】

図２に示すように、回転体２は、車輪５から離隔して配置されており、その回転軸２ａ周りに回転する。回転体２は、車輪５の回転方向に応じた方向に回転する。

【0025】

図２に示すように、永久磁石１１の回転軸２ａと、車輪５の回転軸５ａとは平行に配置されており、永久磁石１１の外周面２ｃに連なる一側面２ｄの少なくとも一部は、車輪５の外周面５ｂに連なる一側面５ｃに対向配置されている。より具体的には、永久磁石１１が有する複数の磁極２ｂのうち、２つ以上の磁極２ｂが車輪５の一側面５ｃに対向配置されている。これにより、後述するように、永久磁石１１と車輪５との磁気結合量を増やすことができ、車輪５の一側面５ｃ上に生じる渦電流を増大させることができる。

【0026】

車輪５は、例えば車両の車輪５やホイールなどである。車輪５は、永久磁石１１に対向配置された一側面５ｃに渦電流を発生させる。渦電流を発生できるように、車輪５の少なくとも一側面５ｃは、金属などの導電材料で形成されている必要がある。

【0027】

本実施形態では、永久磁石１１の各磁極２ｂからの磁束により、車輪５の一側面５ｃに渦電流を発生させる。よって、永久磁石１１の一側面２ｄと車輪５の一側面５ｃとの間の間隔は、永久磁石１１の各磁極２ｂからの磁束が車輪５に到達可能な範囲内に制限される。

【0028】

永久磁石１１の各磁極２ｂは、対向する永久磁石１１の一側面２ｄに向かう方向またはその反対方向に磁化されている。また、永久磁石１１の隣接する磁極２ｂ同士の磁化方向は逆である。図３では、永久磁石１１の各磁極２ｂの磁化方向を矢印で示している。図３に示すように、永久磁石１１の一側面２ｄには、周状にＮ極とＳ極が交互に並んでいる。また、永久磁石１１の車輪５に対向する一側面２ｄとは反対側の側面２ｅは、一側面とは逆極性になる。

【0029】

図４は車輪５の一側面５ｃに発生する渦電流６ａ，６ｂにより永久磁石１１が回転する原理を説明する図である。永久磁石１１の一側面２ｄ上に周状に並ぶ複数の磁極２ｂのうち、車輪５の一側面５ｃに対向配置された磁極２ｂからの磁束は、車輪５の一側面５ｃ方向に伝搬する。永久磁石１１の一側面２ｄと車輪５の一側面５ｃとの間は、エアギャップであり、永久磁石１１からの磁極２ｂはこのエアギャップを伝搬する。

【0030】

車輪５が回転すると、車輪５の一側面５ｃには、永久磁石１１からの磁束の変化を妨げる方向に渦電流が生じ、この渦電流による磁束と永久磁石１１からの磁束との相互作用（反発力および誘引力）により、永久磁石１１は回転する。ただし、永久磁石１１の一側面２ｄの表面速度は、対向する車輪５の一側面５ｃの表面速度よりも遅くなる。

【0031】

例えば、永久磁石１１のＮ極が車輪５の一側面５ｃに対向配置されている場合、Ｎ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束が到達する車輪５の一側面５ｃ部分に発生する渦電流６ａの向きと、Ｎ極の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束が到達する車輪５の一側面５ｃ部分に発生する渦電流６ｂの向きとは相違している。Ｎ極の回転方向後方のエッジｅ２からの磁束により発生する渦電流６ｂは、Ｎ極からの磁束とは反対方向の磁束を発生させる向きに流れる。一方、Ｎ極の回転方向前方のエッジｅ１からの磁束が到達する車輪５の一側面５ｃ部分に発生する渦電流６ａは、Ｎ極からの磁束と同方向の磁束を発生させる向きに流れる。いずれの渦電流６ａ，６ｂも、車輪５の回転に伴う永久磁石１１からの磁束の変化を妨げる方向に流れる。

【0032】

上述したように、永久磁石１１のＮ極の回転方向前方のエッジｅ１側では、渦電流６ａによる磁束と永久磁石１１のＮ極からの磁束との方向が同じになることから、互いに引き寄せ合う誘引力が働く。一方、永久磁石１１のＮ極の回転方向後方のエッジｅ２側では、渦電流６ｂによる磁束と永久磁石１１のＮ極からの磁束とは反対方向になることから、互いに反発し合う反発力が働く。永久磁石１１の一側面２ｄの表面速度が、対向する車輪５の一側面５ｃの表面速度より遅い場合には、上述した、永久磁石１１と渦電流６ａ、６ｂの関係が常に成り立つ。これにより、永久磁石１１は、対向する車輪５の一側面５ｃの移動表面を追いかけるようにして、対向する車輪５の一側面５ｃの表面速度よりも遅い表面速度で回転することになる。

【0033】

図２の例では、永久磁石１１の車輪５に対向する一側面２ｄとは反対側の側面２ｅには、コイル３が対向配置されている。コイル３と、対向する永久磁石１１の側面２ｅとの間には、エアギャップが設けられている。コイル３は固定されており、回転する永久磁石１１からの磁束がコイル３を鎖交する。永久磁石１１の周状に配置された複数の磁極２ｂの極性は、交互に変化するため、コイル３を鎖交する磁束はその向きが周期的に変化する交番磁束である。よって、コイル３には、永久磁石１１からの磁束の変化を妨げる方向に誘導電流が発生し、この誘導電流を抽出することで、交流からなる誘導電力を生成することができる。このように、コイルを設けることで、車輪５の運動エネルギを電気エネルギに変換することができる。よって、コイルは発電機として機能する。

【0034】

永久磁石１１からの磁束は、図２の矢印ｙ１，ｙ２に示すように、コイル３を鎖交した後、空気中を伝搬して永久磁石１１に戻る。磁束の通過する経路は磁路と呼ばれている。磁路の大部分が空気である場合、空気中の磁気抵抗は大きいことから、コイル３を通過する磁束密度が小さくなり、結果として誘導電流も小さくなる。また、磁束が空気中を伝搬している最中に磁束の漏れが生じたり、また、周辺の導電材料または磁性材料の影響で磁路が変化するおそれもある。そこで、２に示すように、コイル３を鎖交した磁束が通過する磁路内にヨーク４を設けるのが望ましい。ヨーク４は、鉄などの透磁率の高い材料で形成されており、例えば、コイル３の永久磁石１１に対向する面と反対側の面にヨーク４を密着配置することで、コイル３を鎖交した磁束を漏れなくヨーク４に導いて、ヨーク４内を通って永久磁石１１に戻すことができる。これにより、磁束の漏れを防止でき、磁気効率を高くすることができる。

【0035】

上述したように、車輪５が回転すると、車輪５の表面には渦電流が発生し、この渦電流による磁束と永久磁石１１の磁束との誘引力および反発力により、回転体２は車輪５と同じ回転方向に回転する力が発生する。よって、回転体２は、車輪５が回転を開始すると、回転を開始する。また、車輪５の移動速度または回転速度が速くなるほど、回転体２を回転させる力も強くなる。

【0036】

回転体２の車輪５に対向する主面全体が車輪５の対向面と重なりあっている場合には、回転体２における永久磁石１１の各磁極に作用するローレンツ力が互いに相殺し合って、回転体２はほとんど回転しなくなり、発電性能も著しく減殺されてしまう。よって、安定した発電性能を得るには、図４に示すように、回転体２と車輪５との対向面積を回転体２の主面の全面積よりも小さくするのが望ましい。

【0037】

図５は車輪５と回転体２との位置関係を示す図、図６Ａおよび図６Ｂは図５のＰ方向から見た平面図である。図５では、回転体２の理想的な配置位置をＡ、第１比較例の配置位置をＢ、第２比較例の配置位置をＣとしている。

【0038】

図６Ａは第１比較例における回転体２と車輪５との位置関係を示し、図６Ｂは第２比較例における回転体２と車輪５との位置関係を示している。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、列車１の車輪５は、輪軸１２を構成する一対の車輪５同士の対向面側にフランジ５ｄが設けられている。フランジ５ｄを設けることで、車輪５がレールから外れる脱線が生じにくくなる。車輪５のフランジ５ｄよりも内周側には略平坦な面（以下では、平坦面と呼ぶ）５ｅが設けられ、この平坦面５ｅよりも内周側にはエッジ５ｆが設けられ、このエッジ５ｆよりも内周側は、車輪５の幅が狭くなっている。なお、図２等では、簡略化のために、車輪５の回転体２に対向する側の全体を平坦面５ｅとしているが、実際には、図６Ａおよび図６Ｂのように、車輪５の回転体２に対向する側の一部だけが平坦面５ｅになっている。

【0039】

本実施形態では、回転体２を車輪５の平坦面５ｅから所定のギャップを隔てて配置し、かつ回転体２と平坦面５ｅとの対向面積が０より大きくて、回転体２の主面の面積よりも小さくなるようにしている。すなわち、回転体２の主面全体が車輪５の平坦面５ｅと対向配置することがないようにしている。上述したように、回転体２の主面全体が車輪５の平坦面５ｅと対向配置されると、回転体２がほとんど回転しなくなるためである。なお、本明細書において、回転体２の主面とは、回転体２の車輪５に対向する側の面全体を指す。

【0040】

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、輪軸１２を構成する一対の車輪５同士の対向面側には、フランジ５ｄ、平坦面５ｅおよびエッジ５ｆが設けられている。回転体２に発生する回転エネルギは、回転体２と車輪５とのギャップが最小になる部分の面積に依存する。本明細書では、回転体２と車輪５とのギャップが最小になる部分の面積を、回転体２と車輪５との対向面積と定義している。よって、回転体２が車輪５のフランジ５ｄと対向していたり、車輪５のエッジ５ｆよりも回転中心側で対向していたとしても、対向面積には含めない。

【0041】

図５では、水平方向すなわち台車枠１３の長手方向をＸ、鉛直（上下）方向をＹとしている。本実施形態では、図５の位置Ａに示すように、回転体２を車輪５の回転中心位置Ｏ１すなわち車軸位置Ｏ１を通って台車枠１３の長手方向Ｘに向かう方向に配置している。図５の位置Ａに回転体２を配置する理由は、回転体２を支持する台車枠１３は、車体の重量や走行時の振動等により、上下に変動するが、図５の位置Ａであれば、台車枠１３が上下に振動しても、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅからずれてしまうおそれがないためである。

【0042】

例えば、図５の位置Ｂや位置Ｃに回転体２が配置されていた場合、台車枠１３が上下に変動すると、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅに対向配置されたり、あるいは回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅからずれてしまったりする。図６Ａおよび図６Ｂには、台車枠１３の上下によって回転体２の位置が変化した状態を破線で示している。図示のように、台車枠１３がわずかに数十ｍｍ上下に移動しただけで、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅに対向配置されたり、あるいは回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅに対向しない位置まで移動してしまう。図６Ａと図６Ｂの破線位置では、回転体２での発電性能は著しく減殺されてしまう。

【0043】

また、列車１の車輪５は、摩耗により形状が変形するため、定期的に車輪５の転削を行って車輪５とレールとの接触性を改善させる必要がある。転削を行うたびに、車輪５の外径がフランジ５ｄを含めて小さくなる。図７は転削により車輪５の外径が縮んだ例を示している。車輪５の平坦面５ｅの外周側に回転体２を取り付けた場合、台車枠１３が上下に変動しなくても、車輪５の転削により車輪５の平坦面５ｅと回転体２との位置関係が変化してしまい、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅに対向しない状態になることが起こりえる。

【0044】

一方、回転体２が図５に示す位置Ａに配置された場合に、例えば台車枠１３が上下に変動したり、車輪５の転削により車輪５の外径サイズが小さくなったとしても、車輪５と回転体２との重なり割合はそれほど大きく変化しない。図８Ａは、台車枠１３が下方に移動する前の状態を示している。図８Ａでは、車輪５の平坦面５ｅの内周面上に回転体２の回転中心位置がある例を示している。車輪５の回転中心位置Ｏ１から回転体２の回転中心位置までの距離は例えば４００ｍｍとしている。図８Ｂは回転体２が相対的に下方に例えば４０ｍｍ移動した状態を示している。この場合、車輪５の回転中心位置Ｏ１から回転体２の回転中心位置までの距離は、以下の（２）式に示すように、約４０２ｍｍとなり、図８Ａに比べてわずか２ｍｍ程度しか増えない。

【数2】

【0045】

よって、回転体２の外径サイズにもよるが、図５の位置Ａに回転体２を配置した場合には、台車枠１３が上下に変動したとしても、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅに対向配置されたり、あるいは回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅからずれてしまう不具合が起きにくくなる。

【0046】

このように、回転体２の理想的な配置場所は、図５の位置Ａである。より正確には、回転体２の理想的な配置場所は、車輪５の回転中心位置Ｏ１を通過して台車枠１３の長手方向Ｘに向かう方向であって、回転体２の主面と車輪５の平坦面５ｅとの対向面積が０より大きくて、回転体２の主面の外径面積よりも小さい位置である。

【0047】

列車１の車輪５の周囲には、列車１に搭載される種々の機器類が配置されるため、回転体２を上述した理想的な場所に必ずしも配置できないことが想定されうる。回転体２が上述した理想的な場所から多少ずれた場所に配置されても、実用上支障がない程度の発電能力が得られればよい。

【0048】

図９および図１０は回転体２の配置場所の許容範囲を説明する図である。図９および図１０では、車輪５の平坦面５ｅの内周面の半径をｒ１、回転体２の主面の半径をｒ２、台車枠１３の上下変動による回転体２の相対的な下方変動幅をΔｈとしている。

【0049】

図９は、車輪５の回転中心位置Ｏ１から台車枠１３の長手方向Ｘに向かう方向を基準方向として、±θの範囲内に回転体２を配置する例を想定している。図１０は、図９の一部を拡大した図である。図１０では、回転体２が車輪５に対して相対的にΔｈだけ下がったときに、回転体２の主面が車輪５の平坦面５ｅと完全に対向しなくなる限界角度をθとしている。また、図１０では、回転体２の位置がΔｈだけ下がったときの回転体２の回転中心位置と基準方向までの距離をＸ、車輪５の回転中心位置をＯ１、回転体２がΔｈ下がる前の回転中心位置をＯ２、Δｈ下がった後の回転中心位置をＯ３、回転中心位置Ｏ２，Ｏ３を通る線が基準方向Ｘと交わる点をＰ、車輪５の回転中心位置Ｏ１と回転体２の回転中心位置Ｏ３を通る線が車輪５の平坦面５ｅの内周面と交わる点をＱとしている。

【0050】

図１０において、三角形Ｏ２Ｏ３Ｑと三角形Ｏ１Ｏ３Ｐは相似形である。よって、以下の（３）式に示す比例式が成立する。
Δｈ：ｒ２＝ｒ１−ｒ２：Ｘ …（３）

【0051】

（３）式をＸについて解くと、以下の（４）式が得られる。

【数3】

【0052】

線分Ｏ２Ｐは、以下の（５）式で表される。
Ｏ２Ｐ＝ｒ１ｓｉｎθ＝Δｈ＋Ｘ …（５）

【0053】

（５）式のＸを（４）式に置き換えて、θについて解くと、以下の（６）式が得られる。

【数4】

【0054】

よって、回転体２の配置位置の許容範囲は、基準方向Ｘから±θの角度範囲内であり、θは、（６）式からわかるように、車輪５の平坦面５ｅの内周面の半径ｒ１、回転体２の半径ｒ２、回転体２が車輪５に対して相対的に沈み込む距離Δｈの３つのパラメータにより決定される。

【0055】

回転体２が基準方向Ｘから±θの角度範囲内に配置された場合には、回転体２が車輪５に対して相対的にΔｈだけ沈み込んでも、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅに対向配置されたり、回転体２の主面の全体が車輪５の平坦面５ｅからずれてしまうおそれがなくなり、実用上支障がない程度の発電性能を得ることができる。

【0056】

このように、本実施形態では、列車１に非接触発電機を搭載するにあたって、車輪５に非接触で対向配置される回転体２の配置場所を最適化する。より具体的には、車輪５の回転中心位置Ｏ１を通って台車枠１３の長手方向Ｘに向かう方向を基準方向として、（６）式に示す±θの角度範囲内に回転体２を配置する。これにより、回転体２を支持する台車枠１３が上下方向に変動した場合でも、回転体２と車輪５との対向面積に大きな差違が生じなくなり、常に安定した発電性能が得られる。

【0057】

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、列車１に搭載した非接触発電機で発電した電気エネルギを電力源として、アンチロック・ブレーキ制御を行うものである。

【0058】

図１１は列車用ブレーキ制御装置２０の概略構成を示すブロック図である。図１１の列車用ブレーキ制御装置２０は、回転体２と、発電部２１と、エネルギ蓄積部２２と、速度センサ２３と、ＡＢＳ（Antilock Brake System）制御部２４とを備えている。

【0059】

回転体２と発電部２１は、第１の実施形態で説明したものを適用可能である。速度センサ２３は、車輪５の回転速度を検知する。

【0060】

発電部２１は、コイル等を用いて回転体２の回転エネルギを電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギをエネルギ蓄積部２２に蓄積する。

【0061】

ＡＢＳ制御部２４は、回転体２の回転エネルギに応じた電気エネルギを電力源として、速度センサ２３の検知信号に基づいて、車輪５の制動時にアンチロック制御を行う。より詳細には、ＡＢＳ制御部２４からの制御信号は、ブレーキ制御バルブ２５に送られる。この制御信号を受けて、ブレーキ制御バルブ２５の開閉が制御され、これによりブレーキパッド２６にて断続的に車輪５にブレーキをかける。

【0062】

従来の列車用ブレーキ制御装置２０では、電力源を確保するために、電源ケーブルを引き回す必要があった。これに対して、本実施形態では、発電機で発生した電気エネルギを主としてＡＢＳ制御に用いることができ、電源ケーブルを長く引き回す必要もなくなり、列車１内の配線量を削減でき、断線等の不具合も生じにくくなる。

【0063】

このように、第２の実施形態では、車輪５に非接触で対向配置される回転体２の回転エネルギにより得られた電気エネルギをＡＢＳ制御に用いるため、ＡＢＳ制御のための電力源の確保が容易になり、電源ケーブルを長く引き回す必要もなくなり、断線等のトラブルも生じにくくなる。また、回転体２の配置場所を第１の実施形態で説明した場所にすることで、安定した発電性能が得られるため、ＡＢＳ制御という車両にとって極めて重要な機能の電力源として使用することができる。

【0064】

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0065】

１ 列車、２ 回転体、３ コイル、４ ヨーク、５ 車輪、１０ 車軸、１１ 永久磁石、１２ 輪軸、１３ 台車枠、１４ 枕バネ、１５ 枕ばり、１６ 心皿、１７ ボルスタアンカ、２０ 列車用ブレーキ制御装置、２１ 発電部、２２ エネルギ蓄積部、２３ 速度センサ、２４ ＡＢＳ制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】