JP6698086B2 - 鉄道ブレーキシステム用車軸発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪のスライド保護を組み込んだ鉄道車両のためのブレーキシステムのための車軸発電装置に関する。

鉄道車両ブレーキシステムは、典型的には空気ブレーキである。近年、車輪スライド制御および車輪スピン制御を組み込んだ空気ブレーキ式鉄道車両ブレーキシステムが、旅客列車市場に定着している。車輪スライド及び車輪スピンはいずれも、レールに対する車輪の付着力が低いことから生じる。車輪スライドは、通常、鉄道車両を制動する際に発生し、車輪の損傷の大きな原因であり、ひいては軌道の損傷を引き起こす可能性がある。

典型的な車輪スライド制御システムは、車両の各車軸上にセンサを備え、各車軸の回転速度を測定する。これらのセンサは、中央の車両ブレーキ制御ユニットに個別に配線されている。使用中、センサの出力はブレーキ制御ユニットに供給され、ブレーキ制御ユニットはその値を隣接する車軸の値と比較し、その差が予め定められた制限を超えると、車軸速度が許容範囲内に低下するまでブレーキ圧力の解放と再適用とを行う。このシステムは実際に実証されており、制動性能を向上させ、車輪や軌道の損傷の可能性を低減する。車輪の損傷の問題は、貨物列車では特に深刻であり、その結果、可能な速度よりもゆっくりと走行する傾向がある。

貨物車両は、一般に、大きなブレーキシリンダを有する。このことは、特に、大流量バルブの使用を必要とする車輪スライド動作中に解放される必要がある比較的大量の空気に関して、多くの問題を引き起こす。

ほとんどの貨物貨車には自律的な電源が備わっていないため、貨物列車での車輪スライド保護の普及は事実上阻止されている。その結果、特に車輪滑り現象によって生じる車輪の平坦部によって引き起こされる軌道損傷を回避すべく、貨物列車は旅客列車よりもはるかにゆっくりと走行する傾向がある。

ＵＳ５４８８２８７（Ｋｅｓｃｈｗａｒｉ）は、発電機を車軸に連結することによって車軸の回転運動から電気エネルギーを生成する方法を開示している。この構成は、周方向に分散された永久磁石を有する車軸に結合されたロータと、誘導コイルを備えたステータと、機能を評価するための電子ユニットとを備える。整流器に供給される前に、ステータの直接３相出力が並列に取り出されるとともに光カプラ装置に供給され、光カプラ装置が常に２相の間に配置され、カプラは上半波と下半波を処理する。電子制御ユニットに供給される前に、当該信号は、Ｒｃセクション、シュミットトリガ、単安定マルチバイブレータを介して供給され、スプリアス信号がＥＣＵから遠ざけられる。開示された構成は、時間に対して適切にオフセットされた６つのパルス幅信号を提供し、最終的に論理ユニットで結合され、時間に関して調整され評価される。

提案された解決策は、車輪が６分の１回転した後の回転速度の評価を可能にするが、これは車輪スライド保護システムに使用される場合に特に関連するものである。

この構成は、特に効率的ではないことが判明しており、車軸端部の部品を慎重に整列させる必要がある。この文献における解決策は実装が難しく、車軸ボックスでのみ使用でき、車軸自体を発電機にする必要もあり、信頼性が低くなる。

本発明は、既存の既知の解決策よりも信頼性が高く低コストである鉄道ブレーキシステムでの使用のための発電および速度感知の両方に使用できる車軸端部発電装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、貨車の車軸端部から駆動されるモータを備えた鉄道車両用ブレーキシステムの車軸発電装置が提供され、前記モータは２相モータであり、両相を整流してブレーキシステム用の電力を生成可能であるとともに、前記機構は、両相の周波数を検出するための周波数検出回路をさらに備え、両相の一方または両方の周波数が、速度信号を生成するために使用されるよう構成されている。

好ましくは、両相が、鉄道車両の方向を決定するために使用される。好ましくは、モータは、特に少なくとも６ステップ、より好ましくはより多くのステップを有するステッパモータである。好ましくは、周波数検出回路の周波数応答は、車軸の速度から生じる予想周波数を制限するためにフィルタリングされる。

本発明は、両相が発電に使用されるが一方または両方の相が周波数検出に使用される２相ステッパモータを使用することが好ましい。２つの相は互いに位相がずれているので、本発明の解決策で方向を決定することも可能である。

本発明による解決策では、スプリアス信号の発生源がないので、保護は主として外部の影響からの誘導信号に対するものである。これらは主にＥＭＩまたはＥＭＣであり、整流部のインピーダンスによって大きく制限される。本発明による解決策は、有利には、先行技術の解決策のオプトアイソレータを不要にし、それにより、ガルバニック絶縁が不要であるため、回路の大幅な単純化を可能にする。フィルタリング装置はさらに、パルス除去回路を省略することができる。ステッピングモータを使用することにより、回転速度を従来技術よりも迅速に評価することが可能になる。

第１の連結装置を示す図。 電子ブロックダイアグラムの概略図。

例示的な実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、略円筒状の連結要素２を受け入れるように構成された軸方向開口部を有する車軸ハブに固定される軸継手ハブ１を含む外装軸受を有する一般的な車軸ボックスに適した第１の連結装置を示す。軸継手ハブ１は、軸端部に堅固に連結された第１部分ａと、該部分ａに回転可能に連結された第２部分とを含む。連結要素２には、車軸から離れた端部に略長方形の開口部が設けられており、この長方形の開口部は端部の表面からわずかに窪んでいる。

上記の矩形開口部は、ペグを受け入れるようになっており、ペグは、発電機８と強固にかつ回転可能に接続されている。発電機８は、２相ステッパモータを備えている。ペグは、動いているときに電気を発生するように発電機８内の駆動シャフトに係合するようになっている。

使用中、２つの相の一方または両方を整流してブレーキシステムに給電することができ、一方または両方の相の周波数をブレーキＥＣＵが使用して車両の速度を決定することができる。位相が互いにオフセットされているので、２つの位相を用いて車両の方向を決定することもできる。

図２は、４つの車軸端部発電装置３０，３１，３２及び３３を有する電気ブロック図を概略的に示す。車軸端部発電装置の各々は、２つの相を表す２対の出力を有し、それぞれは、システム要件に応じて可能な異なる構成の典型である。一般に、車軸ごとに１つの車軸端部発電装置が必要となる。車軸端部発電装置は、１回転あたり５０パルスを供給する２００ステップステッパモータを備えている。原理的には、これは、従来技術の解決策よりもはるかに速い１／５０回転での瞬間的な速度決定を可能にする。

車軸端部発電装置３０では、両方の出力が整流されてブレーキシステムの電力が生成され、制動ＥＣＵ（図示せず）によってそれぞれの位相を分析することによって方向が決定される。周波数は、車両速度の示度を提供するために出力のうちの１つから取得され、ＥＣＵによって再び決定され得る。周波数変換には、限定された帯域幅を有する差動増幅器が使用され、その出力はシュミットトリガされて、さらなる処理のために矩形波形を提供する。方向は、両相の上記方形波を取得し、これらをＤ型フリップフロップに入れることによって抽出することができる。

車軸端部発電装置３１においても、両方の出力が整流されてブレーキシステム用の電力が生成され、その周波数が両方の出力から取得されて車軸速度の示度を提供する。

車軸端部発電装置３２および３３では、出力のうちの１つのみが整流されて電力を生成し、周波数はまた、車軸速度の示度を提供するために出力のうちの１つから取得される。

周波数検出回路の周波数応答は、最大車軸速度に関する予想周波数に制限されている。

Claims (8)

1. 貨車の車軸端部から駆動されるモータを備えた鉄道車両用ブレーキシステムの車軸発電装置であって、前記モータは２相モータであり、外部から車軸発電装置への誘導信号に対する保護を提供するためのインピーダンスを有する整流部によって両相を整流してブレーキシステム用の電力を生成可能であるとともに、パルス除去回路なしで両相の周波数を検出するための周波数検出回路をさらに備え、両相の一方または両方の周波数が、速度信号を生成するために使用されるよう構成されている、車軸発電装置。
2. 両相が鉄道車両の方向を決定するために使用される、請求項１に記載の車軸発電装置。
3. 前記モータはステッパモータである、請求項１または２に記載の車軸発電装置。
4. 前記モータは少なくとも１０ステップを有する、請求項３に記載の車軸発電装置。
5. 最大車軸速度に関する前記周波数検出回路の周波数応答を前記車軸発電装置の予想帯域幅に制限するよう前記周波数検出回路の周波数応答がフィルタリングされる、請求項１から４のいずれかに記載の車軸発電装置。
6. 前記周波数は、車両速度の示度を提供するために両相の出力のうちの１つから取得され、ＥＣＵによって再び決定される請求項１〜５のいずれか１項に記載の車軸発電装置。
7. 限定された帯域幅を有する差動増幅器を備え、前記差動増幅器の出力はシュミットトリガされて、さらなる処理のために矩形波形を提供する請求項１〜６のいずれか１項に記載の車軸発電装置
8. 両相の前記矩形波形を取得し、前記両相の矩形波形をＤ型フリップフロップに入れることによって、鉄道車両の方向が抽出される、請求項７に記載の車軸発電装置。

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