铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀的制作方法
【专利摘要】一种铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀，其具有根据空气弹簧的高度变化而相应转动的工作轴，通过根据工作轴的转动而相应对空气弹簧进行加压空气的送气、排气，将车身调整为规定高度，该车身高度调整阀为了在铁道车辆行驶于曲线道路上时使车身倾斜而具有检测空气弹簧高度的旋转变压器，旋转变压器包括固定于工作轴的转子和包围转子的定子，在定子的内周面上，以与转子的外周面相对的方式沿整个周向设有卷绕有励磁线圈和检测线圈的多个铁芯，转子的外周的轮廓形状形成为在转子旋转一周的过程中转子的外周面与定子的铁芯间的间隙在周向上周期性变化的形状。这样结构的铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀能够实现成本的降低及小型化。
【专利说明】铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种将利用空气弹簧支承在铁道车辆的转向架上的车身调整为规定高度的铁道车辆用的车身高度调整阀(调平阀:以下也称作“LV”)，特别是涉及一种为了在铁道车辆于曲线道路上行驶时使车身倾斜而一体地具有作为检测空气弹簧高度的传感器的旋转变压器的带旋转变压器的LV。
【背景技术】
[0002]铁道车辆由车身和转向架构成，车身借助左右一对的空气弹簧支承于转向架上。普通，铁道车辆为了在以低速行驶时、乘客上下车而停车时将车身的姿势维持在水平的状态而具有车身高度调整装置，该车身高度调整装置通过从空气箱依次向各空气弹簧供给加压空气、或依次从各空气弹簧排出空气，从而相对于转向架将车身调整为左右相同的规定高度。作为车身高度调整装置，配置有从空气箱至各空气弹簧的空气配管，在该配管的路径上夹设有LV。LV在机械性地检测空气弹簧的高度变化的同时作为根据该高度变化对空气弹簧进行加压空气的给排气的阀发挥功能。
[0003]具体地说，例如，如专利文献I所公开的那样，LV固定于车身，安装于LV的工作轴的杆利用连杆机构与转向架相连结。LV也存在固定于转向架的情况，在该情况下，LV的杆利用相同的连杆机构与车身相连结。这样，在连接于车身与转向架的LV中，若空气弹簧的高度发生变化，则该高度变化经由连杆机构机械性地传递至杆，从而使工作轴与杆一体地转动。例如，在空气弹簧的高度降低，工作轴相应地旋转，吸气口开放的情况下，加压空气被供给至空气弹簧。另一方面，在空气弹簧的高度升高，工作轴相应地向与上述旋转方向相反的方向旋转，排气口开放的情况下，空气被从空气弹簧排出。
[0004]但是，如新干线等这样的高速行驶的铁道车辆为了在行驶于曲线道路上时使车身向内轨侧倾斜而具有车身高度调整装置，该车身高度调整装置通过向外轨侧的空气弹簧供给加压空气、或将内轨侧的空气弹簧内的空气排出而使车身相对于转向架倾斜。作为车身倾斜装置，在不同于上述车身高度调整装置的空气配管的其他系统中配置有从空气箱至各空气弹簧的空气配管，在该配管的路径上夹设有专用的倾斜控制阀。倾斜控制阀是对空气弹簧进行加压空气的送气、排气以使得车身的倾斜角度形成为预定的角度的阀。
[0005]在此，在车身倾斜装置中，用于检测空气弹簧的高度的传感器是不可或缺的。其理由在于，通过根据来自传感器的输出信号来掌握空气弹簧的高度，进而根据该空气弹簧高度来掌握车身的倾斜角度，从而恰当地使倾斜控制阀工作。普通，作为该传感器，采用旋转变压器或编码器这样的旋转角度传感器。以往，旋转角度传感器相对于上述LV独立地固定于车身或转向架，并且安装于旋转角度传感器的转子(旋转件)的杆利用连杆机构连结于转向架或车身，从而将空气弹簧的高度作为杆的旋转角度进行检测。
[0006]近年来，强烈要求在铁道车辆中降低成本并积极谋求削减部件件数。关于这一点，由于上述LV与旋转角度传感器利用相同的连杆机构进行工作，因此只要共用连杆机构，就能够期待削减部件件数。因此，例如在专利文献2中提出了共用连杆机构且在LV的工作轴安装有旋转角度传感器的转子的带旋转角度传感器的LV。
[0007]专利文献1:日本特开2004 - 262438号公报
[0008]专利文献2:日本特开2006 - 327391号公报
[0009]在上述专利文献2中所提出的带旋转角度传感器的LV中，使用旋转变压器作为旋转角度传感器。与编码器相比，旋转变压器在坚固性优异这点上是有用的。
[0010]但是，如该文献的段落[0024]和图3所记载的那样，由于该文献中所记载的以往的旋转变压器在转子和包围该转子的定子(固定件)这双方均具有旋转角度检测部，因此也可以将该旋转变压器称作在转子设有励磁线圈且在定子设有检测线圈的旋转变压器。这样一来，在以往的旋转变压器中，转子和定子中的任一者均需要线圈绕组，另外，为了向旋转的转子的励磁线圈供给电力，需要电刷或旋转变压器。因此，必然会导致以往的旋转变压器的结构复杂化、成本升高、尺寸也增大。这样的旋转变压器的问题也出现在带旋转变压器的LV中。
实用新型内容
[0011]本实用新型就是鉴于上述的问题而做成的，其目的在于提供一种即使在一体地具有检测铁道车辆的空气弹簧高度的旋转变压器的情况下也能够实现成本的降低、而且能够实现小型化的带旋转变压器的车身高度调整阀。
[0012]本实用新型人们为了达成上述目的，进行了认真的研究，其结果，获得了下述的见解。在带旋转变压器的LV中，为了实现成本的降低并且实现小型化，采用仅在定子设置有线圈的旋转变压器是有效的。其理由在于，由于未在旋转的转子设置线圈，因此仅在定子上设置线圈绕组即可，另外，无需电力供给用的电刷和旋转变压器，其结果，能够简化结构，也能够削减部件件数。
[0013]尤其是，为了利用这样的旋转变压器检测旋转角度，需要设定转子的外周的轮廓形状，使得在转子旋转一周的过程中转子的外周面与定子的线圈的铁芯间的间隙在周向上周期性地变化。其理由在于，由于伴随着转子的旋转，上述的间隙发生变化，继而透过该间隙的磁束密度相应地发生变化，线圈的输出相应地发生变化，因此能够利用上述变化来检测旋转角度。
[0014]本实用新型是基于上述的见解而完成的，其主旨在于下述所示的铁道车辆用的带旋转变压器的LV。即，一种铁道车辆用的带旋转变压器的LV，其特征在于，该LV用于车身借助左右一对的空气弹簧支承于转向架上的铁道车辆，且该LV具有根据空气弹簧的高度变化而相应地转动的工作轴，通过根据该工作轴的转动而相应地对空气弹簧进行加压空气的送气、排气，将车身调整为规定高度，该LV为了在铁道车辆行驶于曲线道路上时使车身倾斜而具有用于检测空气弹簧的高度的旋转变压器，该旋转变压器包括转子和定子，该转子固定于上述工作轴并由磁性材料形成，该定子包围该转子并由磁性材料形成，在定子的内周面上，以与转子的外周面相对的方式沿整个周向设有卷绕有励磁线圈和检测线圈的多个铁芯，转子的外周的轮廓形状形成为在转子旋转一周的过程中转子的外周面与定子的铁芯间的间隙在周向上周期性地变化的形状。
[0015]优选的是，在上述带旋转变压器的LV中，上述转子的外周的轮廓形状为在上述转子旋转一周的过程中上述间隙变化3个周期?6个周期的形状。[0016]另外，优选的是，在上述带旋转变压器的LV中，上述转子在旋转中心插入有上述工作轴，且该转子借助键固定于上述工作轴。
[0017]根据本实用新型的铁道车辆用的带旋转变压器的LV，由于采用未在旋转变压器的转子设置线圈而仅在定子设置线圈的结构，因此仅在定子设置线圈绕组即可，另外，由于无需电力供给用的电刷和旋转变压器，因此能够简化结构，也能够削减部件件数，还能够实现成本的降低并且能够实现小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示搭载有本实用新型的带旋转变压器的LV的铁道车辆的结构例的示意图，图1的(a)表示执行车身高度调整时的状态，图1的(b)表示执行车身倾斜时的状态。
[0019]图2是示意性地表示本实用新型的带旋转变压器的LV的外观的立体图。
[0020]图3是示意性地表示本实用新型的带旋转变压器的LV的旋转变压器的结构例的图，图3的(a)表示俯视图，图3的(b)表示图3的(a)的A —A剖视图。
[0021]图4是表示旋转变压器所使用的转子的外周轮廓的形状例的图，图4的(a)表示每周变化3个周期的轮廓形状，图4的(b)表示每周变化4个周期的轮廓形状，图4的(c)表示每周变化6个周期的轮廓形状。
【具体实施方式】
[0022]以下，详细叙述本实用新型的铁道车辆用的带旋转变压器的LV的实施方式。
[0023]1.铁道车辆的结构
[0024]图1是表示搭载有本实用新型的带旋转变压器的LV的铁道车辆的结构例的示意图，图1的(a)表示执行车身高度调整时的状态，图1的(b)表示执行车身倾斜时的状态。图2是示意性地表示本实用新型的带旋转变压器的LV的外观的立体图。
[0025]铁道车辆I由车身2和在前后支承该车身2的转向架3构成，并在轨道4上行驶。车身2被夹设于该车身2与转向架3之间的左右一对空气弹簧5弹性支承。铁道车辆I为了在以低速行驶时、或者乘客上下车而停车时将车身2的姿势维持在水平的状态而具有车身高度调整装置，该车身高度调整装置相对于转向架3将车身2调整为左右相同的规定高度。另外，铁道车辆I为了在行驶于曲线道路上时使车身2向内轨侧倾斜而具有使车身2相对于转向架3倾斜的车身倾斜装置。
[0026]作为车身高度调整装置，配置有从空气箱6至各空气弹簧5的空气配管(以下，为了方便说明，称其为“第I配管”)11，在该第I配管11的路径上夹设有带旋转变压器的LV20。另外，在第I配管11的、LV20与空气弹簧5之间的路径上夹设有截止阀12。截止阀12连接于控制部7，且根据来自控制部7的指令打开/关闭路径。
[0027]LV20具有贯穿阀主体21的、转动自如的工作轴22，在该工作轴22的前端部安装有杆23。关于LV20，阀主体21固定于车身2，杆23利用借助连接杆24连接的连杆机构而与转向架3相连结。LV20也存在固定于转向架3的情况，在该情况下，LV20的杆23利用相同的连杆机构与车身2相连结。
[0028]如图2所示，在LV20的阀主体21设有吸气口 25、排气口 26以及通气口 27。在吸气口 25处连接有与空气箱6相连接的第I配管11，在通气口 27处连接有与空气弹簧5相连接的第I配管11。在排气口 26处连接有向外部开放的未图示的排气管。在阀主体21的内部，虽未图示，但是从工作轴22向径向突出有突片，吸气口 25的针阀与排气口 26的针阀以将该突片夹在之间的方式相对地配置。LV20为如下结构:通过伴随着空气弹簧5的高度变化借助连杆机构使工作轴22转动，从而吸气口 25的针阀与排气口 26的针阀中的任一者被突片推入，被推入的一方的口 25、26被打开。
[0029]作为车身倾斜装置，如图1所示，在不同于构成车身高度调整装置的第I配管11的其他系统中配置有从空气箱6至各空气弹簧5的空气配管(以下，不同于第I配管，将其称作“第2配管”)31，在该第2配管31的路径上夹设有专用的倾斜控制阀32。倾斜控制阀32连接于控制部7，且根据来自控制部7的指令进行工作。
[0030]另外，如图2所示，在LV20的阀主体21的背后配置有旋转变压器40。旋转变压器40由转子41和包围该转子41的定子42构成。转子41作为旋转件安装于LV20的工作轴22的后端部，定子42作为固定件固定于阀主体21。在定子42的内周面上，沿整个周向设有多个励磁线圈44和检测线圈45，从各线圈44、45引出的导线经由未图示的R / D转换器而连接于图1所示的控制部7。
[0031]旋转变压器40通过伴随着空气弹簧5的高度变化利用连杆机构使工作轴22转动而使转子41转动，进而根据该旋转角度在检测线圈45中产生振幅发生变化的电压。旋转变压器40利用R / D转换器并根据产生于该检测线圈45的电压的波形来检测旋转角度，并根据该旋转角度来指定空气弹簧的高度。另外，后述旋转变压器40的详细结构。
[0032]在这样的铁道车辆I中，在如低速行驶时、停车时这样地执行车身高度调整时，如图1的(a)所示，根据来自控制部7的指令将截止阀12保持在打开的状态，并且将倾斜控制阀32保持在非工作的状态。若空气弹簧5的高度在该状态下发生变化，则该高度变化经由连杆机构(连接杆24)机械性地向LV20的杆23传递，从而使LV20的工作轴22与杆23 —体地转动。
[0033]例如，在空气弹簧5的高度降低，LV20的工作轴22相应地旋转，吸气口 25的针阀被工作轴22的突片推入的情况下，吸气口 25开放。由此，在整个区域开通了第I配管11的路径，加压空气被从空气箱6向空气弹簧5供给(参照图1的(a)中的实线箭头)。与此相反地，在空气弹簧5的高度升高，LV20的工作轴22相应地向与上述旋转方向相反的方向旋转，排气口 26的针阀被工作轴22的突片推入的情况下，排气口 26开放。由此，开通了从空气弹簧5至LV20的第I配管11，空气弹簧5内的空气被向外部排出(参照图1的(a)中的虚线箭头)。
[0034]如此一来，LV20在机械性地检测空气弹簧5的高度变化的同时根据该高度变化依次对空气弹簧5进行加压空气的给排气，从而相对于转向架3将车身2调整为左右相同的规定高度。
[0035]另一方面，在如以高速在曲线道路上行驶时那样地执行车身倾斜时，如图1的(b)所示，根据来自控制部7的指令，将截止阀12保持在关闭的状态。这是为了停止基于LV20的车身高度调整功能。此时，控制部7根据曲线道路的轨道信息使倾斜控制阀32工作，以使车身2的倾斜角度形成为预定的角度。
[0036]例如，考虑有通过使左右的空气弹簧5中的外轨侧(在图1的(b)中为右侧)的空气弹簧5的高度高于内轨侧(在图1的(b)中为左侧)的空气弹簧5的高度而使车身2在内轨侧向预定的角度倾斜的情况。在该情况下，通过使外轨侧的倾斜控制阀32工作而将加压空气通过第2配管31向外轨侧的空气弹簧5供给(参照图1的(b)中的实线箭头)，有时也与此同时地通过使内轨侧的倾斜控制阀32工作而将内轨侧的空气弹簧5内的空气通过第2配管31而向外部排出(参照图1的(b)中的虚线箭头)。
[0037]此时，控制部7通过依次取得经由R / D转换器输出的、来自旋转变压器40的输出信号来检测空气弹簧5的高度，进而根据该空气弹簧高度依次掌握车身2的倾斜角度。而且，控制部7通过使倾斜控制阀32继续工作而对空气弹簧5进行加压空气的给排气，使得依次掌握的车身2的倾斜角度形成为预定的角度。
[0038]2.旋转变压器的结构
[0039]图3是示意性地表示本实用新型的带旋转变压器的LV的旋转变压器的结构例，图3的(a)表不俯视图，图3的(b)表不图3的(a)的A — A剖视图。图4是表不旋转变压器所使用的转子的外周轮廓的形状例的图，图4的(a)表示每周变化3个周期的轮廓形状，图4的(b)表示每周变化4个周期的轮廓形状，图4的(c)表示每周变化6个周期的轮廓形状。在图3中，示例了转子的轮廓形状每周变化4个周期的图4的(b)所示的转子。
[0040]如图3所示，旋转变压器40由作为旋转件的转子41和作为包围该转子41的固定件的定子42构成，该两者均由磁性材料形成。转子41在旋转中心插入有LV的工作轴22，且通过插入键46而被牢固地固定于工作轴22 (参照图3的(b))。在定子42的内周面上，以与转子41的外周面相对的方式沿整个周向设有多个铁芯43，在各铁芯43上，从内侧起依次卷绕有励磁线圈44和检测线圈45。铁芯43的端面部43a的轮廓形状为以转子41的旋转中心为中心的同一圆周上的圆弧状。
[0041]转子41的外周的轮廓形状形成为独特的形状。即，转子41的轮廓形状为在转子41旋转I周的过程中转子41的外周面与定子42的铁芯43的端面部43a间的间隙t在周向上周期性地变化的形状。例如，如图4的(a)所示，在转子41旋转I周的过程中上述的间隙t变化3个周期的情况下的转子41的形状为整体带有圆角的三角的星形。另外，如图4的(b)所示，上述的间隙t变化4个周期的情况下的转子41的形状为整体带有圆角的四角的星形。如图4的(c)所示，上述的间隙t变化6个周期的转子41的形状为整体带有圆角的六角的星形。
[0042]在这样的结构的旋转变压器40中，通过伴随着空气弹簧5的高度变化而借助连杆机构使工作轴22转动，从而转子41转动，上述的间隙t根据该旋转角度发生变化，进而与此相应地，透过该间隙t的磁束密度发生变化。与此相应地，在检测线圈45上产生有振幅发生变化的电压，通过根据该电压波形检测旋转角度，能够检测空气弹簧5的高度。
[0043]在此，与上述的以往的旋转变压器(在转子和定子上均设置有线圈的旋转变压器)相比，本实用新型所采用的旋转变压器(以下，也称作“VR (可变磁阻)旋转变压器”)在角度的测量精度方面较差。普通，以往的旋转变压器的测量误差在通用的旋转变压器中为
0.02°?0.09°，与此相对地，在VR旋转变压器中产生有最大1°左右的测量误差。
[0044]另一方面，在空气弹簧高度的测量中使用旋转变压器的情况下，空气弹簧高度的测量误差被表示为“杆的长度Xsin (旋转变压器的角度测量误差)”。这里所说的“杆的长度”是“旋转变压器的杆长度”。在普通的铁道车辆中，要求左右的空气弹簧的配置间隔为2000mm，车身的倾斜角度的测量误差为0.05°以下，根据上述数值进行换算，要求空气弹簧高度的测量误差为2mm以下的精度。在该情况下，若将杆的长度设为140mm，则旋转变压器所容许的角度测量误差为大致0.8°。因而，会引发VR旋转变压器无法满足所容许的测量精度的状况。以下，研究利用VR旋转变压器可靠地确保测量精度的对策。
[0045]在使用外周轮廓形状每周变化2个周期的转子(椭圆形的转子)的VR旋转变压器中，角度测量误差为1°。与此相对地，如上述图4的(a)所示，在使用外周轮廓形状每周变化3个周期的转子的VR旋转变压器中，角度测量误差为0.75°，在该情况下，在将转子的一周分为3个周期，即3等分的120°的范围内，能够可靠地保证该角度测量误差。另外，如上述图4的(b)所示，在使用外周轮廓形状每周变化4个周期的转子的VR旋转变压器中，角度测量误差为0.50°，在该情况下，在将转子的一周分为4个周期，即4等分的90°的范围内，能够可靠地保证该角度测量误差。
[0046]根据这样的倾向，使用外周轮廓形状每周变化3个周期以上的转子的VR旋转变压器能够至少将角度测量误差确保在0.75°以下，能够满足铁道车辆所容许的测量精度(0.8° 以下)。
[0047]另外，在普通的铁道车辆中，空气弹簧的高度在-4mm?120_的范围内变化，该范围换算为VR旋转变压器的转动角度相当于-11.5°?37°。因此，为了可靠地保证VR旋转变压器的角度测量误差，需要在考虑安全性的基础上将VR旋转变压器的测量范围确保在55°以上。这一点，在使用外周轮廓形状每周变化6个周期的转子的VR旋转变压器中，能够可靠地保证角度测量误差的范围是将转子的一周分为6个周期，即6等分的60°，且在普通的铁道车辆所必须的测量范围内。但是，在使用外周轮廓形状每周变化超过6个周期的转子，例如，变化7个周期的转子的VR旋转变压器中，能够可靠地确保角度测量误差的范围是将转子的一周分为7个周期，即7等分的51.4°，超过了普通的铁道车辆所必须的测量范围。
[0048]因而，在VR旋转变压器中，优选转子的外周的轮廓形状为每周变化3周个期、4个周期、5个周期或6个周期的形状。其理由在于能够可靠地保证普通的铁道车辆所要求的角
度测量误差。
[0049]产业h的可利用件
[0050]如上所述，根据本实用新型的铁道车辆用的带旋转变压器的LV，由于采用未在旋转变压器的转子上设置线圈而仅在定子上设置线圈的结构，因此仅在定子设置线圈绕组即可，另外，无需电力供给用的电刷和旋转变压器。因此，能够简化结构，还能够削减部件件数，能够实现成本的降低并且能够实现小型化。
[0051]附图标记说明
[0052]1、铁道车辆；2、车身；3、转向架；4、轨道；5、空气弹簧；6、空气箱；7、控制部；11、第I配管(空气配管)；12、截止阀；20、LV (车身高度调整阀)；21、阀主体；22、工作轴；23、杆；24、连接杆；25、吸气口 ；26、排气口 ；27、通气口 ；31、第2配管(空气配管)；32、倾斜控制阀；40、旋转变压器；41、转子；42、定子；43、铁芯；43a、端面部；44、励磁线圈；45、检测线圈；46、键；t、间隙。
【权利要求】
1.一种铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀，其特征在于， 该车身高度调整阀用于车身借助左右一对的空气弹簧支承于转向架上的铁道车辆，且该车身高度调整阀具有根据空气弹簧的高度变化而相应地转动的工作轴，通过根据该工作轴的转动而相应地对空气弹簧进行加压空气的送气、排气，将车身调整为规定高度， 该车身高度调整阀为了在铁道车辆行驶于曲线道路上时使车身倾斜而具有用于检测空气弹簧的高度的旋转变压器， 该旋转变压器包括转子和定子，该转子固定于上述工作轴并由磁性材料形成，该定子包围该转子并由磁性材料形成，在定子的内周面上，以与转子的外周面相对的方式沿整个周向设有卷绕有励磁线圈和检测线圈的多个铁芯，转子的外周的轮廓形状形成为在转子旋转一周的过程中转子的外周面与定子的铁芯间的间隙在周向上周期性地变化的形状。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀，其特征在于， 上述转子的外周的轮廓形状为在上述转子旋转一周的过程中上述间隙变化3个周期?6个周期的形状。
3.根据权利要求1所述的铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀，其特征在于， 上述转子的外周的轮廓形状为在上述转子旋转一周的过程中上述间隙变化3个周期的形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铁道车辆用的带旋转变压器的车身高度调整阀，其特征在于， 上述转子在旋转中心插入有上述工作轴，且该转子借助键固定于上述工作轴。
【文档编号】G01B7/02GK203511676SQ201290000237
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年1月13日 优先权日:2011年1月20日
【发明者】品川大辅, 根来尚志 申请人:新日铁住金株式会社