JP2003165437A - 鉄道車両のレールブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、運転の安全性を向上させること
ができる鉄道車両のレールブレーキを提供することを課
題とする。 【解決手段】 磁気レールブレーキもしくは渦電流ブレ
ーキにおいて励磁コイル（２〜７）とレール（１’）と
の間の距離（ｈ）を監視するための診断装置もしくは監
視装置が提供される。具体的には、励磁コイル（２〜
７）とレール（１’）上面との間の空気ギャップ長
（ｈ）を測定する１個または複数個の距離センサ（１
１、１２）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鉄道車両用のレ
ールブレーキに関する。

【０００２】

【従来の技術】最新の鉄道車両は、通常、空気式ブレー
キ設備に付加的に「磁石式のレールブレーキ」すなわち
「磁気レールブレーキ」または「渦電流ブレーキ」を装
備しており、これらは、たとえば「鉄道車両用ブレー
キ、ハンドブック、ブレーキ技術の概念及び価値、クノ
ールブレーキ社、ミュンヘン、１９９０年」から公知で
ある。

【０００３】磁気レールブレーキは、車輪とレールとの
間の粘着性を要求せず、それによって車輪のみに作用す
るブレーキよりも大きな減速を可能にする付加的なブレ
ーキ装置である。標準軌道の場合、通常「高位置支持装
置」が用いられ、緩衝位置が最低であってもレール表面
からの距離が所定の最小値を有する。

【０００４】磁気レールブレーキは、予圧ばねによって
所定の高さに保持され、ブレーキ作動時に圧縮空気によ
って引き下げられる。動力車の場合、高位置支持装置と
低位置支持装置の組合せを備えてもよい。磁石が圧縮シ
リンダまたは空気蛇腹により支承されており、圧縮空気
を利用することにより台車に固定された芯出しストッパ
に抗して高い位置へ押上げられる。ブレーキ作動時に、
圧縮シリンダもしくは空気蛇腹の排気が行われ、磁石が
待機位置へ引き下げられる。たとえば市街電車のような
近距離交通車両の場合、磁気レールブレーキが「低位置
支持装置」で単にばねに固定されている。ブレーキ位置
で、磁気レールブレーキが直接レールと摩擦する。

【０００５】いわゆるリニア式渦電流ブレーキを利用し
て、同様に車輪とレールとの粘着性に関係なくブレーキ
力が発生される。リニア式渦電流ブレーキは、鉄ヨーク
と、走行方向に連続してレール上面から距離を置いて配
設された複数のコアとからなる。電磁コイルは、「交番
的」すなわち交互に連続して磁極Ｎと磁極Ｓが生じるよ
うにコアを励起する。渦電流ブレーキがオンの場合、レ
ールに対する渦電流ブレーキの相対運動時に磁束の時間
的変化によって走行レールの中に渦電流が誘導される。
この渦電流は、渦電流ブレーキの磁界に逆向きである二
次磁界を発生する。これにより、走行方向と反対に作用
する水平方向のブレーキ力が生じる。従って、渦電流ブ
レーキは車輪とレールとの間の粘着性に関係がなく、実
際に摩擦なしに制動が行われる。

【０００６】例えば、高速列車ＩＣＥ３から既知のリニ
ア式渦電流ブレーキは、２つの位置、すなわちブレーキ
磁石を引き上げた「非作動位置」とブレーキ磁石をレー
ルの近くまで引き下げた「ブレーキ位置」とを占めるこ
とができる台車の双方の車輪セットの間に組み込まれて
いる。ブレーキ位置では、ブレーキとレール上面との間
に所定の大きさを有するべきである空気ギャップが ａ）最適のブレーキ力を達成するために、且つ ｂ）レール接触すなわち磁極片の摩耗を回避するために
設けられている。牽引力は車軸軸受で支持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、線路内にある異物との衝突、組立時の位置ずれ、疲
労破壊等による構造部材の機能故障等に起因してブレー
キ磁石がレールに接触すると、ブレーキ磁石は研磨さ
れ、ポイントを走行する時に列車の脱線を引き起こす危
険性がある。

【０００８】このような危険な状況は、従来のブレーキ
システムでは、走行中でもブレーキ試験時でも検出する
ことができない。この発明の目的は、運転の安全性を向
上させることができるレールブレーキを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
特徴によって達成される。この発明の好ましい実施の形
態及び他の形態は、従属請求項から読み取ることができ
る。

【００１０】この発明の基本原理は、磁気ブレーキと走
行レールとの間の距離を監視するための診断もしくは監
視である。具体的には、磁気ブレーキとレール上面との
間の距離を測定する１個または複数個の距離センサ（空
気ギャップ長センサ）が設けられている。

【００１１】列車診断システムは、距離センサシステム
を有することが好ましい。走行中の危険な走行状態をレ
ール上で研磨されることのない距離センサによって検出
して動力車の運転者に通知することができる。つまり、
空気ギャップ長センサが危険な走行状況を知らせる。さ
らに、空気ギャップ長センサがレールブレーキの整備及
び保守のための重要な指示を与える。空気ギャップ長が
少なすぎる場合に、ブレーキ磁石支持装置の損傷の徴候
とすることができる。

【００１２】もう１つの長所は、センサシステムが空気
ギャップ長を自動的に監視することである。例えば、自
動的に走行開始前に停止状態でブレーキ試験を実施する
ことができ、空気ギャップ長が適切でない場合にその値
を診断装置へ通知することができる。

【００１３】渦電流ブレーキの場合、ブレーキ磁石と鉄
道レールとの間の距離は通常６ｍｍ〜９ｍｍになる。空
気ギャップ長が大きすぎると、ブレーキ力は不適切に小
さなものとなる。それに対して、空気ギャップ長が小さ
すぎると、ブレーキの磁極面に不適切な摩耗を生ぜし
め、さらに信号技術上の障害を引き起こしかねない。

【００１４】従来から、ブレーキ磁石とレール上面との
間の空気ギャップ長は、整備措置の範囲内で事業所工場
内で検査し、調整することができる。この検査は、通常
３日〜１０日おきに行われる。この検査もしくは調整は
手動で検査ゲージもしくは調整ゲージを用いて行われ
る。

【００１５】この発明に従って、センサ信号の評価もし
くは後続処理のためのセンサシステムと電子装置とから
なる包括的な渦電流ブレーキ診断装置が提供される。自
動的な空気ギャップ長検査によって、事業所もしくは工
場費用が明らかに低減され、列車の運転安全性が向上す
る。

【００１６】この発明の他の実施形態に従って、この距
離は誘導センサまたは渦電流センサを利用して測定さ
れ、これらのセンサがブレーキ磁石によるレール接触の
異常な状態を走行中に検出する。

【００１７】上記のようなセンサシステムによって、ブ
レーキ位置の監視も可能であり、すなわちブレーキ磁石
を引き下げたブレーキ位置が実際に達成されたか否かの
監視を可能にする。従って、従来のブレーキシステムで
専用に設けられていた緩衝スイッチは省くことができ
る。

【００１８】ブレーキ試験の範囲内で、空気ギャップ長
の測定と、場合により再調整された空気ギャップ長の検
査とが可能である。必要がある場合は空気ギャップ長の
再調整という措置の指示を付けて工場要員へ転送され
る。

【００１９】この発明による監視装置は、磁気レールブ
レーキにも使用することができる。特に、市街電車及び
自走式車両で効果的である。

【００２０】要約すれば、この発明によって特に以下の
長所が達成される： −動力車の運転者への措置指示による構造部材故障また
は機能故障によるレール接触の迅速な診断； −診断コンピュータの履歴メモリ内の空気ギャップ長の
記憶及び現在の空気ギャップ長の監視。それによって、
研磨される構造部材損傷も検出できる； −損傷が即座に検出され、好適な除去措置を導入できる
ことによる、脱線危険性の低減； −台車内の正確なブレーキ位置の監視、特に、たとえば
ブレーキ機構の凍結時のブレーキ磁石の傾斜位置の検
出； −車両診断システムへの距離センサシステムの内蔵； −ブレーキ試験の範囲内での自動的空気ギャップ長の測
定。現在、３日〜１０日おきに事業所工場内で手動の空
気ギャップ長検査が行われている。従って、自動的な空
気ギャップ長測定によって、著しい時間及び作業の節約
が生じる。さらに、不適切もしくは頻繁な試験ゲージの
使用による励磁コイル絶縁の損傷の危険性が回避され
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明について一実施例
を利用して図面を参照しつつ説明する。図１及び２は、
鉄道車両の渦電流ブレーキを示す概略図である。この渦
電流ブレーキは、レールブレーキ磁石１を有する。レー
ルブレーキ磁石１は、ここに図示した「引き下げた」ブ
レーキ位置でレール１’の上面から距離ｈを隔てた位置
にある。

【００２２】レールブレーキ磁石１は、レール１’の上
面から距離ｈを隔てて走行方向に連続して配設された複
数の励磁コイル２〜７を有している。励磁コイル２〜７
は、磁石ヨークを形成する組込桁もしくは縦桁８に固定
されている。走行方向に対して最前部の励磁コイル２の
前部及び走行方向に対して最後部の励磁コイル７の後部
にそれぞれ１つの端部片９、１０が設けられている。こ
の両方の端部片９、１０はそれぞれ走行方向から見て励
磁コイル２〜７の側面より外方へ張り出すような大きさ
を有している。従って、これらの端部片９、１０によ
り、レール１’上にある異物、すなわち枝などから励磁
コイル２〜７が保護されている。

【００２３】両方の端部片９、１０に、各々１つの距離
センサ１１、１２が内蔵されている。これらの距離セン
サ１１、１２により、レール１’の上面と端部片９、１
０との間にある空気ギャップ長を測定することができ
る。

【００２４】最前部と最後部の双方の空気ギャップ長を
比較することによって、レールブレーキ磁石１の傾斜状
態を検出することができる。特に、空気ギャップ長が小
さすぎたり、レールブレーキ磁石１がレール１’に接触
し摩耗することをレール１’上で検出することができ
る。距離センサ１１、１２は、電線１３、１４を介して
検出信号を送出し、必要がある場合に警告信号を発生す
る電子列車診断システム（図示せず）に接続されてい
る。

【００２５】図３は、レールブレーキ磁石１を示す詳細
な側面図である。磁石ヨークもしくは縦桁８の両端に、
各々１つの支持腕１５、１６が設けられている。これら
の支持腕１５及び１６は、それぞれ台車（図示せず）の
前部及び後部の車軸軸受を支持する。２つの空気蛇腹１
７及び１８を利用して、車軸軸受（図示せず）に支承さ
れた縦桁８が、その下側に配設された励磁コイル２〜７
と共に、ここに図示したブレーキ位置まで下がることが
でき、このとき励磁コイル２〜７がレール１’の上面か
ら所定の距離ｈを有する。

【００２６】最前部の励磁コイル２の前部及び最後部の
励磁コイル７の後部には、縦桁８の下側にねじ止めされ
ている端部片９、１０がそれぞれ配設されている。距離
センサ１１、１２は、これら端部片９、１０に内蔵され
ている。

【００２７】端部片９、１０の下側に組み込んだことに
より、センサシステムは機械的な損傷及び環境による影
響から良好に保護されている。また、端部片９、１０
は、縦桁８にねじ止めされた独立した部材であるため、
比較的安価にこれらの部材を距離測定に必要な距離セン
サ１１、１２の大きさに合わせることができる。

【００２８】このセンサシステムは、強磁界を有する領
域で確実に動作する必要がある。端部片９、１０内への
距離センサ１１、１２の組み込みによって、充分に妨害
磁界から保護されている。これによりセンサシステムが
確実に動作する。すなわち、このセンサシステムは磁界
及び走行速度に無関係の検出信号を提供し、しかもレー
ルブレーキとレールが非磁化、部分磁化または飽和磁化
されている場合でも動作する。

【００２９】図３には、さらに、デジタル信号を提供す
る、いわゆる緩衝スイッチ１９が示されている。この発
明の特徴である距離センサと異なり、この緩衝スイッチ
１９は単に、ブレーキが高い位置を離れているかまたは
高い位置に戻っているかを示すが、レール１’からのブ
レーキの距離は示さない。この発明によるブレーキ設備
においては、ブレーキの引き下げ位置または引き上げ位
置が距離センサ１１、１２を利用して検出することがで
きるため、緩衝スイッチ１９は、実際には必ずしも必要
ではない。

【００３０】さらに、ブレーキ作動時に発生する水平方
向のブレーキ力を吸収するために、いわゆるブレーキ力
アシスト２０が設けられている。

【００３１】図４は、図１のレールブレーキ磁石１の平
面図である。レールブレーキ磁石１の全体形状は、本質
的に対称に形成されている。すなわち台車の左側と右側
に、各々１つの専用の励磁コイル列が設けられている。
この平面図においては、図３に示した励磁コイル２〜７
は、縦桁８、８’によって隠れている。縦桁８、８’は
横桁２１、２１’を介して互いに連結されている。さら
に、空気蛇腹１７、１８にそれぞれ対応する空気蛇腹対
１７’、１８’が設けられている。同様に、端部片９、
１０にそれぞれ対応する端部片９’、１０’が設けられ
ている。レールブレーキ磁石１は、支持腕１５、１６及
び１５’、１６’を介して昇降自在に設けられた台車
（図示せず）の車軸軸受と連結されており、レール１’
の長手方向に作用するブレーキ力の吸収は、双方のブレ
ーキ力アシスト２０、２０’によって行われる。

【００３２】図５は、図３及び図４に表した装置の正面
図である。図５から、双方の端部片９、９’がその高さ
及び幅に関して、この図では識別できない励磁コイル２
〜７の横断面を覆う、すなわち励磁コイルの側面より外
方へ張り出すような大きさを有するように寸法決めされ
ていることが分かる。さらに、端部片９、９’内に組み
込まれた距離センサ１１、１１’が示されている。

【００３３】端部片９、１０及び９’、１０’は、それ
ぞれ縦桁８及び８’の両端部にねじ止めされており、従
って簡単に後から装備することができる。このセンサシ
ステムは、端部片に内蔵されて固定されているため、環
境の負担及び落石から保護されている。電子的な評価及
び自己診断が、センサ及び／または車両内に設けた診断
コンピュータによってなされる。センサデータもしくは
診断データは動力車の運転者に転送される。空気ギャッ
プ長の測定は、ブレーキ試験内で行われる。センサは、
データバスを介して診断コンピュータに接続されてお
り、車両バッテリもしくは診断コンピュータによって給
電される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、自動的な空気ギャップ検査によって、事業所もしく
は工場費用が明らかに低減され、列車の運転安全性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態におけるセンサ配列を
概略的に示す正面図である。

【図２】 この発明の実施の形態におけるセンサ配列を
概略的に示す側面図である。

【図３】 実施の形態に係るレールブレーキを示す側面
図である。

【図４】 実施の形態に係るレールブレーキを示す平面
図である。

【図５】 実施の形態に係るレールブレーキを示す正面
図である。

フロントページの続き (71)出願人 598029830 ＭＯＯＳＡＣＨＥＲ ＳＴＲＡＳＳＥ 80， 80809 ＭＵＥＮＣＨＥＮ， ＧＥ ＲＭＡＮＹ (72)発明者 ウーヴェ・クレーガー ドイツ連邦共和国、80667 ミュンヘン、 ヴィッテンベルガー・ストラーセ 49

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 距離（ｈ）の測定のために少なくとも１
   つの距離センサ（１１、１１’、１２）がレールブレー
   キ磁石（１）とレール（１’）との間に設けられている
   ことを特徴とする鉄道車両のレールブレーキ。
2. 【請求項２】 前記レール（１’）から距離（ｈ）を置
   いて走行方向に連続して配設された複数の励磁コイル
   （２〜７）を備えた磁気ブレーキまたは渦電流ブレーキ
   であることを特徴とする請求項１に記載のレールブレー
   キ。
3. 【請求項３】 前記励磁コイル（２〜７）が、ブレーキ
   作動時に引き下げたレール（１’）付近の位置にあり且
   つブレーキ非作動時には引き上げた位置にあり、前記励
   磁コイル（２〜７）と前記レール（１’）との間の距離
   （ｈ）が前記双方の位置のうち少なくとも一方で測定可
   能であることを特徴とする請求項１または２に記載のレ
   ールブレーキ。
4. 【請求項４】 励磁コイル（２〜７）とレール（１’）
   との間の距離（ｈ）の測定のために、少なくとも１つの
   距離センサ（１１、１１’、１２）がレールブレーキ磁
   石（１）に配設されていることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか一項に記載のレールブレーキ。
5. 【請求項５】 走行方向に対して最前部の励磁コイル
   （２）の前部と、走行方向に対して最後部の励磁コイル
   （７）の後部に、それぞれ１つの端部片（９、１０）が
   配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   か一項に記載のレールブレーキ。
6. 【請求項６】 前記端部片（９、１０）は、前記励磁コ
   イル（２〜７）の側面より外方へ張り出すような大きさ
   を有していることを特徴とする請求項５に記載のレール
   ブレーキ。
7. 【請求項７】 双方の前記端部片（９、１０）のそれぞ
   れに、１つの距離センサ（１１、１２）が配設されてい
   ることを特徴とする請求項５または６に記載のレールブ
   レーキ。
8. 【請求項８】 前記距離センサ（１１、１１’、１２）
   は、前記対応する端部片（９、９’、１０、１０’）に
   内蔵されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれ
   か一項に記載のレールブレーキ。
9. 【請求項９】 前記励磁コイル（２〜７）は、走行方向
   に連続する台車の２つの車輪間の縦桁（８、８’）に配
   設されており、前記縦桁は前記台車の車軸軸受に支持さ
   れることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記
   載のレールブレーキ。
10. 【請求項１０】 前記端部片（９、９’、１０、１
    ０’）は、前記縦桁（８、８’）に固定されていること
    を特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載のレー
    ルブレーキ。
11. 【請求項１１】 前記端部片（９、９’、１０、１
    ０’）は、前記縦桁（８、８’）にねじ止めされている
    ことを特徴とする請求項９または１０のいずれか一項に
    記載のレールブレーキ。
12. 【請求項１２】 前記距離センサ（１１、１１’、１
    ２）は、距離（ｈ）が所定の最小値を下回ったときに警
    告信号を発生する診断装置に接続されていることを特徴
    とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレールブ
    レーキ。
13. 【請求項１３】 距離（ｈ）の所定の最小値及び／また
    は測定した距離が記憶されている記憶装置と、前記距離
    センサにより測定された距離と前記記憶装置に記憶され
    ている距離とを比較する比較器とが設けられていること
    を特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレ
    ールブレーキ。
14. 【請求項１４】 走行方向に連続して少なくとも２つの
    距離センサ（１１、１２）が配設されており、走行方向
    に連続する前記励磁コイル（２〜７）の傾斜位置の監視
    のために、双方の前記距離センサ（１１、１２）によっ
    て測定された距離（ｈ）が互いに比較されることを特徴
    とする請求項１３記載のレールブレーキ。
15. 【請求項１５】 前記距離センサ（１１、１１’、１
    ２）は、データバスを介して列車診断装置に接続されて
    いることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に
    記載のレールブレーキ。
16. 【請求項１６】 前記距離センサ（１１、１１’、１
    ２）は、誘導式に作動するセンサであることを特徴とす
    る請求項１〜１５のいずれか一項に記載のレールブレー
    キ。
17. 【請求項１７】 前記距離センサ（１１、１１’、１
    ２）は、渦電流センサであることを特徴とする請求項１
    〜１５のいずれか一項に記載のレールブレーキ。
18. 【請求項１８】 前記距離センサ（１１、１２）は自己
    診断することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一
    項に記載のレールブレーキ。
19. 【請求項１９】 前記距離センサ（１１、１２）は、デ
    ジタル出力を行うことを特徴とする請求項１〜１８のい
    ずれか一項に記載のレールブレーキ。