TWI454396B - Railway vehicles with the decomposition of the body height adjustment valve - Google Patents

Description

鐵道車輛用之附分解器車體高度調整閥

本發明，是關於可將鐵道車輛之台車上由氣墊支撐的車體調整成一定高度的鐵道車輛用之車體高度調整閥(Levelling Valve：以下亦稱「LV」)，特別是關於一體性具備有要做為感測器對鐵道車輛行駛在曲線路時使車體傾斜用之氣墊的高度進行檢測之分解器的附分解器LV。

鐵道車輛由車體和台車構成，車體由左右一對氣墊支撐在台車上。通常，鐵道車輛，為了要於低速行駛時或乘客上下車的停車時使車體的姿勢維持成水平，具備有可逐次從空氣箱對各氣墊供應加壓空氣或從各氣墊排出空氣，使車體調整成對台車成左右相同之一定高度的車體高度調整裝置。該車體高度調整裝置，配設有從空氣箱至各氣墊的空氣配管，該配管的路徑途中設有LV。LV，以機械性檢測氣墊之高度變動的同時，具有可根據該高度變動對氣墊執行加壓空氣之給排的閥功能。

具體而言，例如：專利文獻1所揭示，LV固定在車體，安裝在LV之動作軸的操縱桿以連桿機構連結於台車。LV有時也會固定在台車，於該形態時，由同樣的連桿機構使LV的操縱桿和車體連結。如上述連結在車體和台車的LV，當氣墊的高度變動時，該高度變動會經由連桿機構機械性傳達至操縱桿，使動作軸會與操縱桿一體轉動 。例如：當氣墊的高度變低，動作軸根據該變動而轉動，使吸氣埠成開放時，會有加壓空氣供應至氣墊。另一方面，當氣墊的高度變高，動作軸根據該變動而朝與上述相反的方向轉動，使排氣埠成開放時，會從氣墊排出空氣。

然而，如新幹線等高速行駛的鐵道車輛，在曲線路行駛時為了讓車體傾向內軌側，具備有可對外軌側的氣墊供應加壓空氣，或排出內軌側之氣墊內的空氣，使車體對台車成傾斜的車體傾斜裝置。車體傾斜裝置，配設有與上述的車體高度調整裝置的空氣配管為另一系統，從空氣箱至各氣墊的空氣配管，該配管的路徑途中設有專用的傾斜控制閥。傾斜控制閥是一種為了使車體的傾斜角度成為指定角度，對氣墊執行加壓空氣之給排的閥。

於此，車體傾斜裝置中，是不可缺少氣墊高度檢測用的感測器。其理由是需要根據來自於感測器的輸出訊號，逐次掌握氣墊的高度，進一步從該氣墊的高度逐次掌握車體的傾斜角度，使傾斜控制閥適當動作。一般，該感測器是採用所謂分解器或編碼器的旋轉角度感測器。先前，旋轉角度感測器，其與上述的LV是有所區別地固定在車體或台車的同時，安裝在旋轉角度感測器之轉子(旋轉子)的操縱桿以連桿機構連結於台車或車體，以操縱桿的旋轉角度檢測出氣墊的高度。

近年來，對於鐵道車輛所強烈要求的是降低成本，因此就需積極性謀求零件數量的削減。此觀點，因上述的LV和旋轉角度感測器是由同樣的連桿機構動作，所以只 要共用連桿機構，可達到零件數量的削減。因此，例如：專利文獻2中，就提案有連桿機構為共用化，在LV的動作軸安裝有旋轉角度感測器之轉子的附旋轉角度感測器LV。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2004-262438號公報

專利文獻2：日本特開2006-327391號公報

上述專利文獻2所提案的附旋轉角度感測器LV，其旋轉角度感測器是採用分解器。分解器，其有利於使用是在於堅牢性優於編碼器。

但是，該文獻所記載之先前的分解器，如該文獻的段落[0024]及第3圖所記載，在轉子和包圍該轉子的定子(固定子)雙方都具有旋轉角度檢測部，因此可以說是在轉子設有勵磁線圈，在定子設有檢測線圈。如此一來，先前的分解器，是轉子及定子的任一方都需要線圈的捲線，此外，對旋轉之轉子的勵磁線圈供應電力是需要電刷或旋轉變壓器。因此，先前的分解器，其構造就變得複雜，成本高，連尺寸都不得不變大。上述之分解器的問題，也延續至附分解器LV。

本發明是有鑑於上述問題而為的發明，目的在於提供 一種即使一體具備有鐵道車輛之氣墊高度檢測用的分解器，還是能夠達到降低成本，並且能夠實現小型化的附分解器車體高度調整閥。

本發明者們，為了達成上述目的經過不斷認真檢討的結果，獲得下述的知識。針對附分解器LV，若要達到降低成本的同時小型化，採用只在定子設有線圈的分解器較有效果。其理由是因為旋轉的轉子不設置線圈，所以線圈的捲線只捲繞在定子即可，此外，不需要電力供應用的電刷及旋轉變壓器，其結果，可使構造精簡還能夠使零件數量削減。

理所當然，要以上述的分解器檢測出旋轉角度，是需要將轉子的外圍輪廓形狀設定成在轉子的1圈旋轉中轉子的外圍面和定子的線圈鐵心之間隙會於圓周方向週期性變化。其理由是轉子的旋轉會造成上述間隙變化，根據間隙的變化通過該間隙的磁通密度會變化，根據磁通密度的變化線圈的輸出會變化，因此利用上述的變化就能夠檢測出旋轉角度。

本發明是根據上述的知識完成，其主旨為，下述所示的鐵道車輛用之附分解器LV。即，鐵道車輛用之附分解器LV是使用在車體由左右一對氣墊支撐在台車上的鐵道車輛，具有根據氣墊的高度變動進行轉動的動作軸，根據該動作軸的轉動對氣墊進行加壓空氣的供排氣使車體高度 調整成一定的LV，其特徵為，該LV具備有要對鐵道車輛行駛在曲線路時使車體傾斜用之氣墊的高度進行檢測的分解器，該分解器，包含：固定在上述動作軸由磁性材形成的轉子；及包圍著該轉子由磁性材形成的定子，於該定子的內圍面，設有遍及整個圓周方向對轉子的外圍面成相向由勵磁線圈及檢測線圈所捲繞的複數鐵心，該轉子的外圍輪廓形狀，是形成為在轉子的1圈旋轉中轉子的外圍面和定子的鐵心之間隙會於圓周方向週期性以3週期~6週期變化的形狀。

於上述的附分解器LV中，上述轉子的外圍輪廓形狀，以上述轉子的1圈旋轉中上述間隙會3週期變化的形狀為佳。

此外，上述的附分解器LV中，上述轉子，以旋轉中心插入有上述動作軸由電鍵固定在上述動作軸為佳。

根據本發明的鐵道車輛用之附分解器LV時，因其是在分解器的轉子不需要設置線圈，只在定子設置線圈的構成，所以線圈的捲線只捲繞在定子即可，此外，又不需要電力供應用的電刷及旋轉變壓器，因此，就可使構造簡素還能夠使零件數量削減，能夠降低成本的同時還能夠達到小型化。

[發明之最佳實施形態]

以下，針對本發明的鐵道車輛用之附分解器LV的實施形態進行詳細說明。

1.鐵道車輛的構成

第1圖，是表示搭載有本發明之附分解器LV的鐵道車輛構成例模式圖，第1(a)圖為表示執行車體高度調整時的狀態，第1(b)圖為表示執行車體傾斜時的狀態。第2圖，是表示本發明之附分解器LV的外觀模式性透視圖。

鐵道車輛1，由車體2和前後支撐著該車體2的台車3所構成，構成為行駛在軌道4上。車體2，是由裝設在其與台車3之間的左右一對氣墊5彈性支撐著。鐵道車輛1，在低速行駛時或在乘客上下車的停車時為了要將車體2的姿勢維持成水平的狀態，具備有可將車體2調整成對台車3成左右相同之一定高度的車體高度調整裝置。此外，鐵道車輛1，為了在行駛曲線路時讓車體2傾向內軌側，具備有可使車體2對台車3成傾斜的車體傾斜裝置。

車體高度調整裝置，配設有從空氣箱6至各氣墊5的空氣配管(以下，為了方便說明是稱「第1配管」)11，在該第1配管11的路徑途中設有附分解器LV20。此外，於第1配管11，在LV20和氣墊5之間的路徑途中設有斷流閥12。斷流閥12連接於控制部7，根據來自於控制部7的指令開閉路徑。

LV20，具有貫通閥本體21成轉動自如的動作軸22，於該動作軸22的前端物安裝有操縱桿23。LV20，其閥本 體21固定在車體2，其操縱桿23經由連接棒24利用連桿機構連結於台車3。LV20有時也會固定在台車3，於該形態時，由同樣的連桿機構使LV20的操縱桿23和車體2連結。

於LV20的閥本體21，如第2圖所示，設有吸氣埠25、排氣埠26及通氣埠27。於吸氣埠25，連接有與空氣箱6相連的第1配管11，於通氣埠27，連接有與氣墊5相連的第1配管11。於排氣埠26，連接有開放至外部之未圖示的排氣管。於閥本體21的內部，雖然未加以圖示，但從動作軸22朝徑方向突出有突片，以該突片夾在中間的狀態相向配設有吸氣埠25的針閥和排氣埠26的針閥。LV20，是構成為隨著氣墊5的高度變動經由連桿機構使動作軸22轉動，由突片將吸氣埠25的針閥和排氣埠26的針閥當中的任一方壓入，針閥被壓入的埠25、26就會開放的構造。

車體傾斜裝置，如第1圖所示，是配設有與車體高度調整裝置構成用的第1配管11為另一系統，從空氣箱6至各氣墊5的空氣配管(以下，為了與第1配管有所區別稱為「第2配管」)31，該第2配管31的路徑途中設有專用的傾斜控制閥32。傾斜控制閥32連接於控制部7，根據來自於控制部7的指令執行動作。

此外，如第2圖所示，於LV20的閥本體21的背後配置有分解器40。分解器40，由轉子41和包圍該轉子41的定子42所構成。轉子41，做為旋轉子安裝在LV20的 動作軸22後端部，定子42，做為固定子固定在閥本體21。於定子42的內圍面，遍及整個圓周方向設有複數的勵磁線圈44及檢測線圈45，從各線圈44、45拉出的導線，是透過未圖示的R/D轉換器連接於第1圖所示的控制部7。

分解器40，是藉由氣墊5的高度變動造成動作軸22經由連桿機構連動的轉動，使轉子41轉動，根據該旋轉角度在檢測線圈45會產生振幅變化的電壓。分解器40，是利用R/D轉換器從其檢測線圈45所產生的電壓波形檢測出旋轉角度，從該旋轉角度特定出氣墊的高度。另，分解器40的詳細構成將於下述進行說明。

於上述構成的鐵道車輛1中，如低速行駛時或停車時的形態在執行車體高度調整時，如第1(a)圖所示，是根據來自於控制部7的指令，使斷流閥12保持成打開狀態的同時，使傾斜控制閥32保持成非動作狀態。於該狀態下當氣墊5的高度變動時，該高度變動會經由連桿機構(連接棒24)機械性傳達至LV20的操縱桿23，使LV20的動作軸22會與操縱桿23一體轉動。

例如：當氣墊5的高度變低，該變動造成LV20的動作軸22旋轉，使動作軸22的突片將吸氣埠25的針閥壓入時，吸氣埠25就會開放。如此一來，第1配管11的路徑會全區開通，從空氣箱6就會供應加壓空氣至氣墊5[參照第1(a)圖中的實線箭頭符號]。與此相反，當氣墊5的高度變高，該變動造成LV20的動作軸22朝與上述相反的 方向旋轉，使動作軸22的突片將排氣埠26的針閥壓入時，排氣埠26就會開放。如此一來，氣墊5內的空氣就會經由從氣墊5至LV20為止的第1配管11排出至外部[參照第1(a)圖中的虛線箭頭符號]。

如上述，LV20，是機械性檢測出氣墊5之高度變動的同時，根據該高度變動，逐次對氣墊5執行加壓空氣的給排，使車體2調整成對台車3成左右相同的一定高度。

另一方面，如高速下之曲線路行駛時的形態執行車體傾斜時，如第1(b)圖所示，是根據來自於控制部7的指令，使斷流閥12保持成關閉狀態。其目的是要停止LV2的車體高度調整功能。此時，控制部7，是根據曲線路的軌道資訊，使傾斜控制閥32動作成可使車體2的傾斜角度成為指定的角度。

例如：車體傾斜形態為左右的氣墊5當中外軌側[第1(b)圖的右側]的氣墊5高度比內軌側[第1(b)圖的左側]的氣墊5高度還高，使車體2以指定角度傾向內軌側。於該形態時，是利用外軌側的傾斜控制閥32的動作，使加壓空氣經由第2配管31供應至外軌側的氣墊5[參照第1(b)圖中的實線箭頭符號]，視形態而定，有時需與此同時利用內軌側的傾斜控制閥32的動作，使內軌側的氣墊5內的空氣經由第2配管31排出至外部[參照第1(b)圖中的虛線箭頭符號]。

此時，控制部7，是逐次取得經由R/D轉換器所輸出之來自於分解器40的輸出訊號，藉此檢測出氣墊5的高 度，進一步從該氣墊高度逐次掌握車體2的傾斜角度。接著，控制部7，是持續使傾斜控制閥32動作成可使逐次所掌握之車體2的傾斜角度成為指定角度，對氣墊5執行加壓空氣的給排。

2.分解器的構成

第3圖，是表示本發明之附分解器LV的分解器構成例模式圖，第3(a)圖表示其平面圖，第3(b)圖表示第3(a)圖的A-A剖面圖。第4圖，是表示分解器所使用之轉子的外圍輪廓形狀例圖，第4(a)圖表示每一圈3週期變化的輪廓形狀，第4(b)圖表示每一圈4週期變化的輪廓形狀，第4(c)圖表示每一圈6週期變化的輪廓形狀。第3圖中，是例示著轉子的輪廓形狀為每一圈4週期變化之第4(b)圖所示的輪廓形狀。

如第3圖所示，分解器40，是由旋轉子即轉子41和包圍著該轉子41的固定子即定子42所構成，兩者都是由磁性材形成。轉子41，是於旋轉中心插入有LV的動作軸22，又插入有電鍵46使其牢固地固定在動作軸22[參照第3(b)圖]。於定子42的內圍面，設有與轉子41的外圍面成相向遍及整個圓周方向的複數鐵心43，於各鐵心43，從內側依順序捲繞有勵磁線圈44及檢測線圈45。鐵心43之端面部43a的輪廓形狀，是形成為以轉子41之旋轉中心為中心之同一圓周上的圓弧狀。

轉子41，其外圍的輪廓形狀是形成為獨特的形狀。即 ，轉子41的輪廓形狀，是形成為在轉子41的1圈旋轉中轉子41的外圍面和定子42之鐵心43的端面部43a之間隙t會於圓周方向週期性變化的形狀。例如：轉子41的1圈旋轉中上述間隙t為3週期變化時之轉子41的形狀，如第4(a)圖所示，是全體帶有圓角的三角星形。此外，上述間隙t為4週期變化時之轉子41的形狀，如第4(b)圖所示，是全體帶有圓角的四角星形。上述間隙t為6週期變化時之轉子41的形狀，如第4(c)圖所示，是全體帶有圓角的六角星形。

上述構成的分解器40，是藉由氣墊5的高度變動造成動作軸22經由連桿機構連動後的轉動，使轉子41轉動，根據該旋轉角度上述間隙t會產生變化，根據該變化通過該間隙t的磁通密度就會變化。基於此，在檢測線圈45就會產生振幅變化的電壓，從該電壓波形檢測出旋轉角度，就能夠檢測出氣墊5的高度。

於此，本發明所採用的分解器[以下，又稱「VR(可變磁阻)分解器」]，相較於上述先前的分解器(轉子及定子都設有線圈的分解器)，其角度的計測精度較差。一般，先前的分解器其計測誤差，其廣泛為0.02~0.09°，相對於此，VR分解器，最大會產生1°程度的計測誤差。

另一方面，對於氣墊高度的計測使用分解器時，氣墊高度的計測誤差，是以「桿的長度×sin(分解器的角度計測誤差)」表示。於此所謂「桿的長度」，是指「分解器之操縱桿的長度」。於通常的鐵道車輛中，左右之氣墊的配 置間隔為2000mm，車體之傾斜角度的計測誤差要求為0.05°以下，從該等項目加以換算，氣墊高度的計測誤差要求為2mm以下的精度。於該形態時，當桿的長度為140mm時，分解器所容許的角度計測誤差約為0.8°。因此，VR分解器，就會產生無法滿足容許計測精度的狀況。以下，是對利用VR分解器時可確實確保計測精度的方策進行檢討。

當使用外圍輪廓形狀為每一圈2週期變化之轉子(橢圓形的轉子)的VR分解器時，其角度計測誤差為1°。相對於此，如上述第4(a)圖所示，當使用外圍輪廓形狀為每一圈3週期變化之轉子的VR分解器時，其角度計測誤差為0.75°，於該形態時，在轉子的一圈分割成3週期即分割成3等份之120°的範圍，是能夠確實保證其角度計測誤差。此外，如第4(b)圖所示，當使用外圍輪廓形狀為每一圈4週期變化之轉子的VR分解器時，其角度計測誤差為0.50°，於該形態時，在轉子的一圈分割成4週期即分割成4等份之90°的範圍，是能夠確實保證其角度計測誤差。

從上述的傾向得知，使用外圍輪廓形狀為每一圈3週期以上變化之轉子的VR分解器時，是可確保其角度計測誤差至少為0.75°以下，因此就能夠滿足鐵道車輛所容許的計測精度(0.8°以下)。

此外，於通常的鐵道車輛中，氣墊的高度是在-4~120mm的範圍變動，此換算成VR分解器的轉動角度相當於-11.5~37°。因此，為了確實保證VR分解器的角度計 測誤差，VR分解器的計測範圍是考慮到安全性需要確保為55°以上。關於這點，使用外圍輪廓形狀為每一圈6週期變化之轉子的VR分解器時，能夠確實保證角度計測誤差的範圍，是轉子的一圈分割成6週期即分割成6等份的60°，其是在通常的鐵道車輛所需求的計測範圍內。但是，當使用外圍輪廓形狀為每一圈超過6週期變化之轉子例如7週期變化之轉子的VR分解器時，能夠確實保證角度計測誤差的範圍，是轉子的一圈分割成7週期即分割成7等份的51.4°，已經超過通常的鐵道車輛所需求的計測範圍。

因此，於VR分解器中，轉子的外圍輪廓形狀，是以每一圈3週期、4週期、5週期或6週期變化的形狀為佳。如此一來，就能夠確實保證通常的鐵道車輛所要求的角度計測誤差。

[產業上之可利用性]

如以上的說明，根據本發明的鐵道車輛用之附分解器LV時，因其為不在分解器的轉子設置線圈，只在定子設置線圈的構成，所以線圈的捲線只捲繞在定子即可，此外，不需要電力供應用的電刷及旋轉變壓器。因此，可使構造簡素還能夠削減零件數量，能夠降低成本的同時能夠達到小型化。

1‧‧‧鐵道車輛

2‧‧‧車體

3‧‧‧台車

4‧‧‧軌道

5‧‧‧氣墊

6‧‧‧空氣箱

7‧‧‧控制部

11‧‧‧第1配管(空氣配管)

12‧‧‧斷流閥

20‧‧‧LV(車體高度調整閥)

21‧‧‧閥本體

22‧‧‧動作軸

23‧‧‧操縱桿

24‧‧‧連接棒

25‧‧‧吸氣埠

26‧‧‧排氣埠

27‧‧‧通氣埠

31‧‧‧第2配管(空氣配管)

32‧‧‧傾斜控制閥

40‧‧‧分解器

41‧‧‧轉子

42‧‧‧定子

43‧‧‧鐵心

43a‧‧‧端面部

44‧‧‧勵磁線圈

45‧‧‧檢測線圈

46‧‧‧電鍵

t‧‧‧間隙

第1圖為表示搭載有本發明之附分解器LV的鐵道車輛構成例模式圖，第1(a)圖為表示執行車體高度調整時的狀態，第1(b)圖為表示執行車體傾斜時的狀態。

第2圖為表示本發明之附分解器LV的外觀模式性透視圖。

第3圖為表示本發明之附分解器LV的分解器構成例模式圖，第3(a)圖表示其平面圖，第3(b)圖表示第3(a)圖的A-A剖面圖。

第4圖為表示分解器所使用之轉子的外圍輪廓形狀例圖，第4(a)圖表示每一圈3週期變化的輪廓形狀，第4(b)圖表示每一圈4週期變化的輪廓形狀，第4(c)圖表示每一圈6週期變化的輪廓形狀。

20‧‧‧LV(車體高度調整閥)

21‧‧‧閥本體

22‧‧‧動作軸

23‧‧‧操縱桿

25‧‧‧吸氣埠

26‧‧‧排氣埠

27‧‧‧通氣埠

40‧‧‧分解器

41‧‧‧轉子

42‧‧‧定子

44‧‧‧勵磁線圈

45‧‧‧檢測線圈

Claims (3)

1. 一種鐵道車輛用之附分解器車體高度調整閥，係使用在車體由左右一對氣墊支撐在台車上的鐵道車輛，具有根據氣墊的高度變動進行轉動的動作軸，根據該動作軸的轉動對氣墊進行加壓空氣的供排氣使車體高度調整成一定的車體高度調整閥，其特徵為：該車體高度調整閥，具備有對鐵道車輛行駛在曲線路時使車體傾斜用之氣墊的高度進行檢測的分解器，該分解器，包含：固定在上述動作軸由磁性材形成的轉子；及包圍著該轉子由磁性材形成的定子，於該定子的內圍面，設有遍及整個圓周方向對轉子的外圍面成相向而由勵磁線圈及檢測線圈所捲繞的複數鐵心，該轉子的外圍輪廓形狀是形成為在轉子的1圈旋轉中轉子的外圍面和定子的鐵心之間隙會於圓周方向週期性以3週期~6週期變化的形狀。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的鐵道車輛用之附分解器車體高度調整閥，其中，上述轉子的外圍輪廓形狀是形成為在上述轉子的1圈旋轉中上述間隙會以3週期變化的形狀。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的鐵道車輛用之附分解器車體高度調整閥，其中，上述轉子是於旋轉中心插入有上述動作軸並以電鍵固定在上述動作軸。