JP2017030422A - 鉄道車両の車上機器 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両もしくは鉄道車両に取り付けられた電気機器を内装するための箱体に対して，弾性体を介して懸架される鉄道車両用電気機器において，車体の振動により励起される上記電気機器のピッチ方向もしくはロール方向への回転振動を抑制し，弾性体の劣化促進および振動による騒音発生を抑制すること。【解決手段】任意の角度θに曲げた支持部材１３を取り付けた電気機器１２と箱体２に取り付けられた支持部材１４とを弾性支持体１６を介して取り付ける。またはピッチ方向の回転振動１０３の回転中心１０２を電気機器１２の天井面１２ａより下側に設ける。【選択図】 図３

Description

本発明は，鉄道車両の車上機器，特に弾性体による支持を介して懸架される車上機器の支持構造に関する。

図１０は，特許文献１に記載の従来の鉄道車両の車上機器の弾性体による支持構造である。

図１０において，車上機器を搭載した箱体2に取り付けられた支持部材３が一対の弾性体８，９により挟持された状態で，吊り下げレール６から垂下された吊り下げボルト１９の軸部１９ａに挿通され，軸部１９ａの延出端にワッシャ１０を介して螺着されたナット２０を締着して弾性的に支持されている。そして，軸部１９ａは支持部材３と非接触状態に支持部材３を挿通しており，ストッパ４がワッシャ１０の車体５の幅方向の両側にワッシャ１０と所定の隙間を持って支持部材３に固着されている。

特許文献１には，ワッシャ１０とワッシャ１０に対して所定の隙間を空けて設置されたストッパ４とが接触することで，走行時伴う車両の振動による吊り下げボルト１９の曲げ振動を抑制することが記載されている。

特開２０１０−１１１１９７

ところが，鉄道車両の走行時には，走行時の鉄道車両の振動により車上機器及び箱体にピッチ方向への回転振動（枕木方向を軸とした回転振動）及びロール方向（車両進行方向を軸とした回転振動）への強い回転振動が励起される。箱体のピッチ方向もしくはロール方向への回転振動が励起された場合には，軸部１９ａは上下方向に振動する。そのため，特許文献１に記載のように上下方向を弾性体８，９により支持する構造は，これら弾性体の弾性係数等により定まる機器のピッチ方向もしくはロール方向への回転振動の固有振動数が車両走行時に励起される回転振動数の周波数帯と一致した場合には，回転振動が過大となり，この過大な回転振動を抑制するための追加の支持部材が必要となり，装置コストや設計コストが増加するという問題が生じる。

本発明の目的は，走行時の振動により車上機器又は箱体に励起される回転振動を低減することである。

本発明の弾性体により支持された車上機器は，鉄道車両のピッチ方向もしくはロール方向への回転振動の回転中心位置を車上機器の天井面より下側に設置する構造を特徴とする。

本発明の一つの実施形態によれば，車上機器の走行時の振動により励起される回転振動を低減することが可能である。
車上機器

本発明を適用した箱体及び電気機器の上面図の一例。 電気機器 本発明における箱体の弾性支持構造を示す断面図。 本発明における箱体内の電気機器の弾性支持構造の第１の実施形態を示す断面図。 本発明における弾性支持構造の詳細断面図。 本発明を適用した箱体及び電気機器の上面図の他の一例。 本発明の弾性支持構造の第２の実施形態を示す図。 本発明の弾性支持構造の第３の実施形態を示す図。 本発明の弾性支持構造の第４の実施形態を示す図。 本発明の弾性支持構造の第４の実施形態における電気機器の上面を示す図。 従来の電気機器の弾性支持方法を示す図。

従来例である図１０において，車体の振動により，車体５に対して弾性支持体を介して取り付けられている箱体２は，箱体２の支持面１０４と箱体２の重心１０１を通る鉛直中心面１０５の交点となる中心１０２を回転中心とした進行方向の軸周りのロール方向の回転振動１０３が励起され，弾性支持体のばね定数をＫ，箱体２の質量をＭ，重心１０１での箱体２の慣性モーメントをＩ_ｘ，箱体２の重心１０１と中心１０２との距離をＬ_ｍ，弾性支持体による支持位置１０６と中心１０２との距離をＬ_ｋとすると，ロール方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐは，式（１）で定義される。

車体の振動は５Ｈｚから２０Ｈｚの周波数帯が支配的であることがわかっており，ロール方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐが，この周波数帯に存在する場合，ロール方向の回転振動１０３が過大となり，上側弾性体８や下側弾性体９の劣化が促進し，ロール方向の回転振動１０３により発生する騒音が問題となる。または，この過大な回転振動を抑制するために，支持部材を追加する場合には，部材数と組立工数が増加して部材コストと製造コストが増加すると共に，固有振動数の計算が複雑となり設計コストが増加するという問題が生じる。

以下，上記課題に対する本発明を適用してなる鉄道車両の車上機器の一実施形態を図１乃至図９を用いて説明する。なお，以下の説明では，同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は，本発明における箱体及び電気機器の上面図の一例を示す図である。箱体２は，長手方向が車両の進行方向と一致する向きに，支持部材３を介して車体５に支持されており，箱体２の内部に搭載された電気機器１２は，電気機器の長手方向が車両の進行方向と一致する向きに，支持部材１３a〜１３dを介して箱体２に支持されている。一般的に，鉄道車両においては，車両の加減速に起因してピッチ方向に最も強い回転振動が励起されるため，箱体２や電気機器１２は，それぞれの長手方向が車両進行方向と一致するように固定され，ピッチ方向の回転振動の影響を受け難くしている。

図２は，本発明の鉄道車両用電気機器及び箱体の弾性支持構造の第１の実施形態を示す図で，車両を進行方向から見たa-a断面図であり，図３は図２のＡ部拡大図である。また，図４は図３のＢ部拡大図である。図２において，電力変換装置，変圧器又はリアクトル等の電気機器１２を内装した箱体２に取り付けられた支持部材３と，車体５に取り付けられた吊り下げレール６とが，ボルト１９とボルト１９に螺着されたナット２０により締着されている。図３において，電気機器１２に取り付けられた支持部材１３と箱体２に取り付けられた支持部材１４とが，上側弾性体８と下側弾性体９とその他の部品で構成された弾性支持体１６を介して，ボルト７とナット１１により締着されている。

Ｌ字に曲げられた支持部材１４は，例えば溶接１８により箱体２の内側に取り付けられている。ここで，箱体側の支持部材１４及び電気機器側の支持部材１３は，弾性支持方向であるボルトの軸方向が電気機器の長手方向（進行方向）を回転軸として，鉛直方向から電気機器側へ角度θ傾くように構成される。箱体側の支持部材１４と電気機器側の支持部材１３とが，弾性支持体１６を介して，ボルト７とナット１１により締着されている。ここで，a-a断面図で示した支持部材１３a,１３ｂと同様に，支持部材１３ｃ，１３ｄも同様に，弾性支持方向であるボルトの軸方向が電気機器の長手方向（進行方向）を回転軸として，鉛直方向から電気機器側に角度θ傾くように構成される。

弾性支持体１６は，例えば，電気機器１２に取り付けられた支持部材１３と箱体２に取り付けられた支持部材１４とが，上側弾性体８と下側弾性体９とワッシャ１０と円筒金１５で構成された弾性支持体１６を介して，ボルト７とナット１１により締着されている。図４は弾性支持体１６の一つの実施形態であり，ボルト軸部７ａ周辺にボルト軸部７ａに対して非接触となる円筒金１５が設置されており，円筒金１５の両端には箱体２の支持部材１４とワッシャ１０が設置されており，円筒金１５と支持部材１４とワッシャ１０とがボルト７とナット１１により締着されている。円筒金１５の周方向外側には円筒金１５に対して非接触状態となる電気機器１２の支持部材１３が設置されており，支持部材１３と支持部材１４の間に上側弾性体８が設置されており，支持部材１３とワッシャ１０との間に下側弾性体９が設置されている。

電力変換装置，変圧器又はリアクトル等の電気機器は，動作する際に高い周波数の電磁振動を発生する。この電磁振動が箱体や車体に伝搬しないように，電気機器を箱体に支持する支持部材１３，１４は，上側弾性体８と下側弾性体９を利用して弾性支持される。当該弾性体８，９の剛性は，電磁振動の周波数帯を伝搬させないように設計される。

このように構成された弾性支持構造により取り付けられた電気機器１２は，ロール方向の回転振動１０３の回転中心が，電気機器１２の支持面１０４と電気機器１２の重心１０１を通る中心面１０５の交点となる中心１０２となる。ここで，上側弾性体８と下側弾性体９に挟まれる支持部材１３の中立面が支持面１０４となる。特に，図４に示すように，弾性支持方向であるボルトの軸方向が鉛直方向に対して，電気機器の内側に傾くように箱体側の支持部材１４と電気機器側の支持部材１３を構成すると，ロール方向の回転振動１０３の回転中心となる中心１０２は電気機器１２の天井面１２ａより下側に位置し，図１０に示した従来例の構造と比べて，電気機器１２の重心１０１と中心１０２との距離Ｌ_ｍは小さくなっており，弾性支持体１６による支持位置１０６と中心１０２との距離Ｌ_ｋは大きくなっていることから，式（１）で得られるロール方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐは大きくなる。箱体側の支持部材１４及び電気機器側の支持部材１３の曲げ角度を変更して，弾性支持方向であるボルトの軸方向の鉛直方向に対する傾き角度θを変更することで，ピッチ方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐは変更可能であり，固有振動数ｆ_ｐを車体の振動周波数の帯域である５Ｈｚから２０Ｈｚの周波数帯域より大きい値とすることで，車体の振動による回転振動１０３の励起を抑制することが可能である。これにより，上側弾性体８や下側弾性体９の劣化促進や回転振動１０３により発生する騒音を抑制することが可能である。

図１０に示す従来例では，回転中心１０２が電気機器の上側に位置しているため，電気機器１２の重心１０１と回転中心１０２との距離をＬ_ｍが大きく，ロール方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐが大きくなり，車体の振動周波数帯域である５Ｈｚから２０Ｈｚと一致する傾向にあるが，本発明を適用して，弾性支持方向であるボルトの軸方向が鉛直方向に対して，電気機器の内側に傾くように箱体側の支持部材１４と電気機器側の支持部材１３を構成すると，上述した理由により，図１０に示した従来例の構造と比べて，電気機器１２の重心１０１と中心１０２との距離Ｌ_ｍは小さくなり，弾性支持体１６による支持位置１０６と中心１０２との距離Ｌ_ｋは大きくなり，式（１）で得られるロール方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐは大きくなる。つまり，車体の振動による回転振動１０３の励起を抑制することが可能となる。

なお，上述した実施形態においては，電気機器のロール方向の回転振動の固有振動数を，車体の振動周波数帯域である５Ｈｚから２０Ｈｚよりも高い周波数帯となるように調整する例を示したが，図１における支持部材１３aと１３ｂの弾性支持方向であるボルトの軸方向が，鉛直方向に対して枕木方向を回転軸として電気機器の内側に傾くように構成され，同様に支持部材１３ｃと１３ｄの弾性支持方向であるボルトの軸方向が，鉛直方向に対して枕木方向を回転軸として電気機器の内側に傾くように構成されることで，電気機器のピッチ方向の回転振動の固有振動数ｆ_ｐを調節して，車体の振動周波数帯域である５Ｈｚから２０Ｈｚよりも高い周波数帯に変更することが可能となる。

図１では，箱体や電気機器の長手を車両の進行方向とする例を示したが，本発明は図１のような配置に限定されるものではなく，図５に示すように，箱体や電気機器の長手方向を枕木方向とする場合にも適用可能である。この場合は，ピッチ方向の回転振動の励起を抑制するために，図５における枕木方向を回転軸として，各支持部材１３a〜１３ｄの弾性支持方向を電気機器の内側に傾けることが望ましい。また，ピッチ方向の回転振動の励起を抑制するために，図１に示すように箱体や電気機器の長手を車両の進行方向とし，かつ図１に示す各支持部材１３a〜１３ｄをの弾性支持方向を枕木方向を回転軸として電気機器の内側に傾ける構造とすることも出来る。

図６は，本発明の鉄道車両用電気機器の弾性支持構造の第２の実施形態を示す図で，車両を進行方向から見た図１におけるa−a断面図であり，図２のＡ部拡大図である。図６において，第１の実施形態である図３と異なるところは，電気機器１２に対して，任意の角度θに曲げられた支持部材１３がボルト１７により電気機器の上面と締着されている点であって，他の構造は第１の実施形態と同一である。支持部材１３と電気機器１２とがボルト１７により締着されることにより，製造過程において，箱体２に取り付けられた支持部材１４と支持部材１３とを弾性支持体１６を介してボルト７とナット１１により取り付けた後に，支持部材１３と電気機器１２とをボルト１７により締着可能となる。このように構成された弾性支持構造により，支持部材１４に弾性支持体１６を介して支持部材１３をボルト７とナット１１により締着させる際に，取付精度を上げることが可能となる。また，例えば電気機器１２を油圧ジャッキなどで持ち上げて取り付ける場合，支持部材１３に電気機器１２をボルト１７により締着させる際に，ボルト１７が上下方向を軸としているため，進行方向と枕木方向からなる水平面における位置調整のみで簡単に取り付けることが可能となる。

図７は，本発明の鉄道車両用電気機器の弾性支持構造の第３の実施形態を示す図で，車両を進行方向から見た図１におけるa−a断面図であり，図２のＡ部拡大図である。図７において，第１の実施形態である図３と異なるところは，電気機器１２に対して支持部材１３が電気機器１２の天井面１２ａより下側に取り付けられている点である。そのため，支持面１０４を構成する支持部材１３の中立面が電気機器１２の天井面１２ａより下側となる位置に支持部材１３が取り付けられる。このように構成された弾性支持構造により取り付けられた電気機器１２は，ロール方向の回転振動１０３の回転中心が，電気機器１２の支持面１０４と電気機器１２の重心１０１を通る中心面１０５の交点となる中心１０２となる。ピッチ方向の回転振動１０３の回転中心となる中心１０２は電気機器１２の天井面１２ａより下側に位置しており，図１０の従来例と比べて，電気機器１２の重心１０１と中心１０２との距離Ｌ_ｍは小さくなっていることから，式（１）で得られるピッチ方向の回転振動１０３の固有振動数ｆ_ｐは大きくなる。固有振動数ｆ_ｐを車体の振動５Ｈｚから２０Ｈｚの周波数より大きい値とすることで，車体の振動による回転振動１０３の励起を抑制することが可能である。これにより，上側弾性体８や下側弾性体９の劣化促進や回転振動１０３により発生する騒音を抑制することが可能である。ただし，本第３の実施形態では，回転中心１０２を電気機器の重心１０１に近づけるために，支持部材１４を上下方向に伸ばす必要があり，支持部材が大型化するという問題がある。

図８及び図９は，本発明の鉄道車両用電気機器の弾性支持構造の第４の実施形態を示す図で，図８は車両を進行方向から見た図１におけるa−a断面図であり，図２のＡ部拡大図の内，紙面に対して下方と右方を省略して左上の取付部分を拡大した図である。図９は図８の上面図であり，紙面に対して下方を省略した図である。図８において，第２の実施形態である図６と異なるところは，箱体側の支持部材１４に対して弾性支持体１６を介して取り付けられる電気機器側の支持部材１３が，支持部材１４に対して上側に取り付けられている点であって，他の構造は図６と同一である。図９に示すように，箱体２に取り付けられるL字に曲げられた支持部材１４の内，電気機器１２に近い面１４ａの一部を支持部材１３の幅程度切欠いた支持部材１４に対して，図８に示すように，支持部材１３が支持部材１４より上側に配置された状態で，弾性支持体１６を介して，ボルト７とナット１１により締着されている。このように構成された弾性支持構造により，支持部材１４と弾性支持体１６と支持部材１３とを締着させるボルト７とナット１１が，長期使用のよる腐食や劣化により破断した場合においても，支持部材１３と支持部材１４とが接触することで電気機器１２が落下することを防止することが可能である。

図８及び図９では，箱体側の支持部材１４及び電気機器側の支持部材１３が，鉛直方向から電気機器側へ角度θ傾くように構成された構造において，電気機器側の支持部材１３が，支持部材１４に対して上側に取り付けられている例を示しているが，支持部材１３が電気機器１２の天井面１２ａより下側に取り付けられた図７に示す構造においても，電気機器側の支持部材１３を，支持部材１４に対して上側に取り付けることができる。このような弾性支持構造においても，支持部材１４と弾性支持体１６と支持部材１３とを締着させるボルト７とナット１１が，長期使用のよる腐食や劣化により破断した場合において，支持部材１３と支持部材１４とが接触することで電気機器１２が落下することを防止することが可能である。

上述した各実施形態では，電気機器を箱体に支持する支持部材による弾性支持方向を傾ける例を説明したが，箱体２を車体５に支持する吊り下げレール６及び支持部材３に本発明を適用することもできる。この場合，箱体２を車体５に支持する吊り下げレール６及び支持部材３が図４で示すような弾性支持され，弾性支持方向が鉛直方向から箱体内側に向かって傾斜した構造となっている。この実施形態によって，箱体２に励起されるロール方向もしくはピッチ方向の回転振動を抑制することができる。

上述した各実施形態では，電気機器又は電気機器を搭載した箱体を支持する支持部材による弾性支持構造を対象としているが，本発明は電気機器に限定されるものではなく，エンジンやコンプレッサ等の機械的な機器を含む車上機器及びそれを搭載した箱体を支持する支持部材の弾性支持構造にも適用することができる。

１：電気機器
２：箱体
３：支持部材
４：ストッパ
５：車体
６：吊り下げレール
７：ボルト
７ａ：ボルト軸部
８：上側弾性体
９：下側弾性体
１０：ワッシャ
１１：ナット
１２：電気機器
１３：支持部材
１４：支持部材
１５：円筒金
１６：弾性支持体
１７：ボルト
１８：溶接
１０１：電気機器重心位置
１０２：回転中心
１０３：ピッチもしくはロール方向の回転振動
１０４：支持面
１０５：中心面
１０６：支持位置

Claims (14)

1. 鉄道車両の床下に搭載され，弾性体を介して前記鉄道車両の床材もしくは箱体に支持される鉄道車両の車上機器であって，
   前記鉄道車両のピッチ方向もしくはロール方向への前記車上機器の回転振動の中心位置が前記車上機器の天井面よりも下側に位置するように構成されることを特徴とする車上機器。
2. 請求項１に記載の鉄道車両の車上機器において，
   前記弾性体を介して前記鉄道車両の床材もしくは箱体に支持する支持部材を備え，
   前記支持部材による支点位置を前記車上機器の天井面より下側に配置，もしくは前記支持部材による支持方向を鉛直方向よりも前記車上機器の内側へ傾斜させることを特徴とする鉄道車両の車上機器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両の車上機器において，
   前記車上機器は，電磁振動を発生する電力変換装置，変圧器，リアクトルの何れかを含む電気機器であることを特徴とする鉄道車両の車上機器。
4. 請求項２又は請求項３に記載の鉄道車両の車上機器において，
   前記支持部材の支持方向は，鉛直方向から所定角度傾斜しており，前記所定角度は，前記鉄道車両のピッチ方向もしくはロール方向への前記車上機器の固有振動数が鉄道車両の走行時に発生する支配的周波数帯より大きくなる角度であることを特徴とする鉄道車両用車上機器。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上機器において，
   前記支持部材の支持方向は，鉛直方向から所定角度傾斜しており，前記所定角度は，前記鉄道車両のピッチ方向もしくはロール方向への前記車上機器の固有振動数が２０Ｈｚより大きくなる角度であることを特徴とする鉄道車両の車上装置。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上機器において，
   前記支持部材の支持方向は，鉛直方向から所定角度傾斜しており，上記車上機器に取り付けられている前記支持部材が，鉄道車両の床材もしくは前記箱体に取り付けられている支持部材より上側に配置された構造であることを特徴とする鉄道車両の車上機器。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上装置において，
   前記車上装置は，前記車上機器の長手が前記鉄道車両の進行方向となる向きに搭載され，
   前記支持部材の支持方向が，鉄道車両の進行方向を回転軸として鉛直方向よりも前記車上装置の内側へ傾斜していることを特徴とする鉄道車両の車上装置。
8. 請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上装置において，
   前記車上装置は，前記車上機器の長手が枕木方向となる向きに搭載され，
   前記支持部材の支持方向が，鉄道車両の枕木方向を回転軸として鉛直方向よりも前記車上装置の内側へ傾斜していることを特徴とする鉄道車両の車上装置。
9. 請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上装置において，
   前記車上装置は，前記車上機器の長手が前記鉄道車両の進行方向となる向きに搭載され，
   前記支持部材の支持方向が，鉄道車両の枕木方向を回転軸として鉛直方向よりも前記車上装置の内側へ傾斜していることを特徴とする鉄道車両の車上装置。
   
10. 請求項２又は請求項３に記載の鉄道車両の車上機器において，
    前記支持部材は，前記車上機器の天井面より下側の所定位置に前記車上機器に対して取付けられており，前記所定位置は，前記鉄道車両のピッチ方向もしくはロール方向への前記車上機器の固有振動数が，鉄道の走行時に発生する支配的周波数帯より大きくなる位置であることを特徴とする鉄道車両の車上機器。
11. 請求項２又は請求項３又は請求項９に記載の鉄道車両の車上機器において，
    前記支持部材は，前記車上機器の天井面より下側の所定位置に前記車上機器に対して取付けられており，前記所定位置は，前記鉄道車両のピッチ方向もしくはロール方向への前記車上機器の固有振動数が，２０Ｈｚより大きくなる位置であることを特徴とする鉄道車両の車上機器。
12. 請求項２又は請求項３又は請求項１０又は請求項１１に記載の鉄道車両の車上機器において，
    前記支持部材は，前記車上機器の天井面より下側の所定位置に前記車上機器に対して取付けられており，前記車上機器に取り付けられている前記支持部材が，鉄道車両の床材もしくは前記箱体に取り付けられている支持部材より上側に配置されることを特徴とする鉄道車両の車上機器。
13. 請求項２乃至請求項１２のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上機器において，
    前記支持部材は，前記箱体内部に備えられて，前記箱体と前記車上機器を弾性支持することを特徴とする鉄道車両の車上機器。
14. 請求項２乃至請求項１２のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上機器において，
    前記車上機器は，前記鉄道車両の床材に支持される箱体を備え，
    前記支持部材は，前記箱体外部に備えられて，前記鉄道車両の床材と前記箱体を弾性支持することを特徴とする鉄道車両の車上機器。

Images