JP4601788B2

JP4601788B2 - Vibration control device for railway vehicles

Info

Publication number: JP4601788B2
Application number: JP2000271813A
Authority: JP
Inventors: 邦正沖松; 浩新村
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002079940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の走行において発生する車体の上下又は左右方向に生じる振動を抑える鉄道車両用制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両では、台車と車体の間に設けられた空気ばねは、一般に台車からの振動を緩和させるものであるが、それ自体では振動を急速に減衰させる能力がないため、空気室の絞りを電磁弁にて適当に絞ってダンパの役目をもたせるようにしている。
しかし、これでも空気ばねは、空気の圧縮性による極めて大きな応答遅れのため、絞り面積の急激な縮小による振動抑制効果は小さく、更には極端に絞り面積を小さくすると、空気ばね本体の蓄圧の反動からキックバックが発生して逆に振動が拡大する問題があった。
【０００３】
そのため、最近では鉄道車両にはオイルダンパが併用されるようになり、振動の程度によって制振度合いを変動可能にしたいわゆるセミアクティブダンパ等が用いられるようになっている。セミアクティブダンパに関しては、例えば特開平９−３０１１６４号公報のものを挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、こうした従来のオイルダンパは、作動流体であるオイルの圧縮性が小さく実用化もされているが、作動流体の持つ圧縮性や弁の応答遅れは完全に解消されず、減衰力を切り換える際の切り換えの反応に遅れがあり、高周波振動の制御性に限界があった。
また、反力がゼロを理想とするアンロード状態においても、作動油の管路抵抗及びオイルの漏れを防止するために取り付けられたオイルシールの摺動抵抗などにより不要な反力が発生してしまい、制振能力に限界があった。鉄道車両では輪軸と台車枠を係合する軸箱支持装置によっても緩衝作用が行われているため、乗り心地がある程度確保されている場合、アクティブのように能動的に減衰力を発生させないオイルダンパでは振動を更に小さくすることは非常に困難であった。
また、オイルダンパは、定期的に作動流体やシール摩耗部の点検・交換などを行う必要があるが、作業への負荷が大きく、機能以外での問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、こうした従来のオイルダンパに代わるものであり、制御性能を高めた鉄道車両用制振装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の鉄道車両用制振装置は、車体と台車との間の振動伝達部分に配置される伸縮可能な一対の部材であって、その一方にコイルを巻回して他方には永久磁石を保持した誘導発電能力を持ったアクチュエータと、前記コイルにおける誘導起電力の発生を検出して負荷抵抗の接続を制御する制御手段とを有し、前記アクチュエータを構成する一対の部材は、各部材がそれぞれ同心円状に配置された径の異なる複数の円筒部を備え、各部材の円筒部が径方向へ互い違いとなるようにはめ合わされており、前記コイルは、正巻きコイルと逆巻きコイルとが前記一方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置されており、前記永久磁石は、前記コイルの巻き方向に対応させてＮ極とＳ極とが前記他方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置されており、振動を受けて発生した誘導起電力を前記コイルに接続した所定抵抗値の負荷抵抗によって消費することでそのコイルに電流を流し、前記永久磁石の磁界の中で発生する力を当該アクチュエータの伸縮反力にして振動を減衰させるものであり、中間部が車体側に連結され、両端部が台車側に連結された棒状の一本リンクを備え、前記一本リンクの一端部と台車との連結が前記アクチュエータを介して行われたものであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の鉄道車両用制振装置は、前記制御手段が、車体の振動における絶対加速度を検出する加速度センサと、前記アクチュエータの伸縮状況を前記誘導起電力の向きから判断する伸縮判断部と、前記負荷抵抗の抵抗値を任意に切り換え可能な抵抗制御部と、前記負荷抵抗とコイルとの接続及び切り離しを行うスイッチ切換部と、前記加速度センサ及び伸縮判断部からの信号に基づいて前記抵抗制御部及びスイッチ切換部を動作させる制御コントローラとを有することを特徴とする。
【０００８】
従って、こうした鉄道車両用制振装置によれば、前記コイルに接続された前記負荷抵抗の抵抗値を任意に切り換え、前記アクチュエータにおける減衰力に相当する適切な伸縮反力を得ることができ、しかも電気的な制御によって行うため、振動に対する応答性が高く、高周波振動に対する制御性に優れる。
また、負荷抵抗を無くした場合、コイルに電流が流れなくなって伸縮反力が発生しないため、スカイフック制御におけるアンロード状態とさせることができる。
更に、電気的制御によるため、オイルダンパにおける作動流体のような取り扱いの困難性はなく、メンテナンスのための作業負荷が格段に低減される。
【０００９】
また、本発明の鉄道車両用制振装置は、車体と台車との間の振動伝達部分に配置される伸縮可能な一対の部材であって、その一方にコイルを巻回して他方には永久磁石を保持した誘導発電能力を持ったアクチュエータと、振動によって発生した誘導起電力を前記コイルに接続した所定抵抗値の負荷抵抗によって消費することでそのコイルに電流を流し、前記永久磁石の磁界の中で発生する力を当該アクチュエータの伸縮反力にして振動を減衰させるセミアクティブ制御回路と、前記コイルに電源を接続して所定電流値の電流を流し、振動を減衰させる方向に能動的な伸縮反力を発生させるアクティブ制御回路と、そのセミアクティブ制御回路とアクティブ制御回路とを切り換えるスイッチ切換部とを備えた制御手段とを有し、前記アクチュエータを構成する一対の部材は、各部材がそれぞれ同心円状に配置された径の異なる複数の円筒部を備え、各部材の円筒部が径方向へ互い違いとなるようにはめ合わされており、前記コイルは、正巻きコイルと逆巻きコイルとが前記一方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置されており、前記永久磁石は、前記コイルの巻き方向に対応させてＮ極とＳ極とが前記他方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置され、中間部が車体側に連結され、両端部が台車側に連結された棒状の一本リンクを備え、前記一本リンクの一端部と台車との連結が前記アクチュエータを介して行われたものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の鉄道車両用制振装置は、前記制御手段が、前記セミアクティブ制御回路には、前記負荷抵抗の抵抗値を任意に切り換え可能な抵抗制御部が、アクティブ制御回路には、前記電源に接続され、電流の流れる向きを反転する符号反転部と、前記電源から任意の電流値の電流を得るための電流制御部とが設けられ、車体の振動における絶対加速度を検出する加速度センサと、前記アクチュエータの伸縮状況をストロークから検出する伸縮センサと、その加速度センサ及び伸縮センサからの信号に基づいて前記抵抗制御部、符号反転部、電流制御部及びスイッチ切換部を任意に動作させる制御コントローラとを有することを特徴とする。
【００１１】
従って、こうした鉄道車両用制振装置によれば、コイルに接続された負荷抵抗の抵抗値を任意に切り換えて伸縮反力を得ることが可能なセミアクティブダンパとして、またコイルを電源に接続して能動的な伸縮反力を得ることが可能なアクティブダンパとしてアクチュエータを機能させることができ、振動に対する応答性が高く、高周波振動に対する制御性に優れるとともに、フルタイムでアクティブ制御することがない点で省エネルギ化を実現することができる。
また、電気的制御によるため、オイルダンパにおける作動流体のような取り扱いの困難性はなく、メンテナンスのための作業負荷が格段に低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る鉄道車両用制振装置の第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態で説明する鉄道車両用制振装置（以下、単に「制振装置」とする）は、上下方向の振動制御を目的としたセミアクティブタイプの減衰機構を構成するものである。なお、取付け方向を変えれば左右方向の制振制御を行うことは勿論可能なものである。
【００１４】
先ず、図１は、制振装置を鉄道車両に取付けた状態を示した概念図である。鉄道車両は、台車枠に軸ばね装置や軸受を介して輪軸が取付けられ、その台車枠上の空気ばねに車体が支えられている。輪軸１，１は、不図示の台車枠に対して図示するように前後に配置され、その間に台車枠の側梁に張り渡された横梁２ａ，２ｂが両端で固定されている。一方、車体１０には中心ピン３が垂設され、図示するように後方（図面右側）の横梁２ａと中心ピン３とが１本リンク４によって連結され、この台車に働く推進力が１本リンク４から中心ピン３を介して車体１０に伝達されるように構成されている。従って、この中心ピン３は、荷重の一部を負担すると同時に台車枠の回転中心となり、前後方向の推進力を伝達して車体を牽引するものである。
【００１５】
１本リンク４は、段付きの棒部材であり、台車枠の中心位置に配置され、その一つの直線部分が図示するように横梁２ａと中心ピン３とに軸支されている。そして、下側に折れた他の直線部分にはその先端に制振装置５を構成するアクチュエータ２０が設けられている。制振装置５は、電磁式のセミアクティブダンパであり、アクチュエータ２０を構成する上枠と下枠（詳細は後述する）とがそれぞれ横梁２ｂと１本リンク４の先端とに軸支されて上下に配置されている。即ち、アクチュエータ２０の一方が車体１０側に、そして他方が台車側に連結された構成となっている。
【００１６】
次に、図２は、その制振装置５を示したブロック図である。この制振装置５は、前述したように上枠２１と下枠２２とがはめ合わされたアクチュエータ２０を有している。具体的には、上枠２１と下枠２２とは、それぞれ径の異なる円筒部を同心円状に３重にして配置した有底円筒体からなるものであり、径の大きい上枠２１が外側になるように上下にはめ合わされている。
そして、アクチュエータ２０の上枠２１には円筒状にコイル２３が巻かれ、下枠２２には永久磁石２４がはめ込まれている。特に、上枠２１のコイル２３は、正巻きコイル２３ａと逆巻きコイル２３ｂと巻き方を交互にして上下４段に分け、下枠２２の永久磁石２４は、コイルの巻き方向に対応させてＮ極とＳ極とが内側と外側とで逆になるようにＮＳ磁石２４ａとＳＮ磁石２４ｂとが交互に配置されている。
【００１７】
また、上枠２１の円筒部分は、下枠２２の円筒部分の外側に位置するように大径で形成され、最外周の円筒部分間には内部に鉄粉などが入り込まないようにダストシール２５が円周状に設けられている。
上下にはめ合わされた上枠２１と下枠２２とは、上枠２１の軸心部にスライドロッド２６が垂設され、それが下枠２２の内周円筒に挿入固定された直動ベアリングガイド２７にはめ込まれ、上枠２１と下枠２２との各円筒部分が一定の間隙を保った状態で上下動するように構成されている。
ところで、図１で表した例示の場合、アクチュエータ２０が１本リンク４を介して車体１０側に、そして横梁２ｂを介して台車側に連結されるため、車体と台車の上下関係と逆になるが、図２では分かりやすくするため、上方から車体側に連結され下方から台車に連結されるように表現している。
【００１８】
続いて、こうして上枠２１に巻かれたコイル２３には制御部が接続されている。制御部は、車体の上下方向の加速度を検出する加速度センサ３１と、コイル２３に発生する誘導起電力の向きによって上枠２１と下枠２２との相対的な伸縮を検出する伸縮判断部３２とを有し、それぞれが制御コントローラ３３に接続されている。また、コイル２３には伸縮判断部３２を介して抵抗制御部３４及びスイッチ切換部３５が接続され、これらが制御コントローラ３３によって制御されるようになっている。抵抗制御部３４は、負荷抵抗Ｒの抵抗値を任意に設定する可変可能なものである。そして、この負荷抵抗ＲやスイッチＳの切り換えを行う制御コントローラ３３には、加速度センサ３１から得られる振動方向信号や伸縮判断部３２から得られる伸縮信号に応じて、切り換え制御を行うための予め設定されたプログラムが格納されている。
【００１９】
そこで、本実施形態の制振装置５では、こうした構成により次のようにして車体の制振が実行される。
制振装置５では、前述したようにコイル２３及び永久磁石２４を備えた上枠２１及び下枠２２からなるアクチュエータ２０が誘導発電能力のある誘導発電体を構成し、外乱入力によって発生した誘導発電体のストローク変動により発電した電力を負荷抵抗Ｒによって消費することで減衰力である伸縮反力を得る。
【００２０】
そのため、先ず下枠２２に設けられた永久磁石２４の磁束の間をコイル２３（導体）が横切ることによって、そのコイル２３に誘導起電力が発生する。発生する誘導起電力ｅは、フレミングの右手の法則に従い、
ｅ＝ｖ・Ｂ・Ｌ …（１）
で表される。この場合、ｅは誘導電圧、ｖはコイル２３が磁束と直交方向に移動する速度、Ｂは磁束密度、そしてＬは磁束中のコイル２３の長さである。
【００２１】
そして、こうして発生した誘導起電力によってコイル２３には電流が流れる。電流ｉは、オームの法則により、
ｉ＝ｅ／Ｒ＝ｖ・Ｂ・Ｌ／Ｒ …（２）
となる。Ｒは負荷抵抗である。
一方、この回路電流によりコイル２３に発生する伸縮反力Ｆは、フレミングの左手の法則に従って求められ、
Ｆ＝ＢｉＬ＝ｖ・Ｂ^２・Ｌ^２／Ｒ …（３）
となる。
【００２２】
従って、こうしてコイル２３に発生する伸縮反力Ｆは、コイル２３の移動速度、即ち上枠２１に連結された車体の移動する速度に正比例し、その移動方向とは逆向きに働く。そこで、伸縮反力Ｆの値は負荷抵抗Ｒによって変化するため、この値を変化させれば上枠２１と下枠２２との組合せによりあたかも減衰機構（ダンパ）の様に機能させることができる。
そして、コイル２３のループを完全に切って負荷抵抗Ｒを無くした場合、回路には電流が流れなくなって伸縮反力Ｆも発生せずに、スカイフック制御におけるアンロード状態とさせることができる。
【００２３】
次に、こうした原理の下に構成された図２の制振装置５では、具体的に以下のようにして減衰制御が行われる。
車体に上下方向の振動が生じると、上下動する車体の加速度が加速度センサ３１で検出され、その加速度信号が制御コントローラ３３へと送られる。伸縮判断部３２では、その移動方向による誘導起電力の向きによって振動方向が検出されて、移動方向を示す伸縮信号が制御コントローラ３３へと送られる。
即ち、永久磁石２４に対して相対的にコイル２３が上下方向に移動すると、永久磁石２４による水平方向の磁束を横切ることによって誘導起電力が発生する。そして、アクチュエータ２０の伸縮方向が、この誘導起電力の向きによって伸縮判断部３２で確認され、アンロード・オンロードのタイミングが判断される。
【００２４】
制御コントローラ３３では、加速度センサ３１からの加速度信号を積分して得た速度を、不要な周波数成分を除去したものに−Ｋなるゲインを乗じて指令値とする。そして、この指令値の符号と、伸縮判断部３２から出力される起電力の符号ビットとを、論理演算のＸＯＲ（排他的論理和）若しくはＸＮＯＲ（ＸＯＲ出力の逆ビット）により負荷抵抗Ｒの有無を判定する。この結果から負荷抵抗Ｒの接続の有無、即ちオンロードとアンロードの２段スカイフック制御の切り換えが行われる。
【００２５】
２段スカイフック制御は、スイッチ切換部３５でリレーやＭＯＳ−ＦＥＴなどの素子を用いたスイッチＳの切り換えによって行われ、負荷抵抗Ｒを接続した回路に電流を流し、発生した誘導起電力を消費する。そして、車体が揺れる方向にあるとき、流れる電流によってコイル２３と永久磁石２４との間で揺れを支える方向に伸縮反力Ｆが作用する。抵抗制御部３４では、その伸縮反力Ｆを調整するために負荷抵抗Ｒが所定の抵抗値になるように制御される。具体的には、抵抗値の異なる複数の負荷抵抗の接続を切り換えたり、素子を用いて抵抗値を変化させることが考えられる。
【００２６】
このときの負荷抵抗Ｒは、前記（３）式に従って、アクチュエータ２０の伸縮速度に対応した指令値に基づき、その値に反比例する抵抗値が決定され、制御コントローラ３３によって負荷抵抗Ｒが所定の抵抗値となる抵抗制御部３４の制御が行われる。
発生する誘導起電力はその負荷抵抗Ｒで消費され、それによってコイル２３へ電流が流れ、指令値に基づく負荷抵抗Ｒの抵抗値により振動を減衰させるのに最適な伸縮反力Ｆが得られる。
【００２７】
よって、前記（２）式に従って負荷抵抗Ｒに基づく値の電流がコイル２３に流れ、例えば振動による下向きの揺れが生じた場合に、上向きに伸縮反力Ｆで振動を抑え、アクチュエータ２０が車体の振動を減衰させるダンパとしての機能を発揮する。
一方、パッシブダンパでは車体の移動方向と同じ方向には伸縮反力Ｆを発生することはできないので、車体が戻る方向に移動する場合には、先にも説明したようにスイッチＳをＯＦＦにしてコイル２３のループを断ち、伸縮反力Ｆが発生しないアンロード状態にする。
【００２８】
従って、こうした本実施形態の制振装置５によれば、前述したように誘導発電体であるコイル２３に発生する伸縮反力Ｆが振動速度に比例し、負荷抵抗Ｒの切り換えによってコイル２３を持った上枠２１と永久磁石２４を持った下枠２２とのアクチュエータ２０を、あたかも減衰ダンパのように機能させることができ、振動状態や外乱に対して適切な減衰係数に切り換えることで、効率よく力学エネルギを散逸させることが可能である。
そして、制振装置５は、電気的に制御を行う減衰ダンパであることから応答性が良く、高速切り換えにより高周波振動の制振性に優れる。
【００２９】
また、アンロード状態では反力がゼロになる理想状態を実現することができるので、カルノップ理論に基づくスカイフック制御の性能を高めることで制振性能を向上させるこができる。
更に、電気的制御によるため、オイルダンパにおける作動流体のような取り扱いの困難性はなく、メンテナンスのための作業負荷が格段に低減される。
【００３０】
一方、本実施形態の制振装置５は上下方向の振動を抑えるべく設けたものであり、そのための構成として図１に示すように、アクチュエータ２０が１本リンク４を介して取り付けられている。こうして１本リンク４に取り付けることにより、車体の中心にバランス良く配置させることができ、また１本リンク４自体の取り外しが簡易なことから制振装置５のメンテナンスなどの扱いも容易になった。
また、本実施形態の１本リンク４は、段付き形状にした特別形状ものであるが、中心ピン３との連結部分を支点としてテコのように動作するため、制振装置５では振動が増幅される。そのため、テコ比によって増幅された振動速度に対する制振を行うことにより、本来車体に生じた振動をより高いレベルで抑えることができるようになった。
【００３１】
次に、本発明に係る制振装置の第２実施形態について説明する。この制振装置は、セミアクティブ制御の構成をとった前記第１実施形態のものに加え、能動的に制振を行うアクティブ制御との切換を可能にしたいわゆるハイブリッド制御タイプのものである。図３は、本実施形態の制振装置を示したブロック図である。
制振装置６は、上枠２１と下枠２２とからなるアクチュエータ２０は前記実施形態と同様に構成され（同符号を付して詳しい説明は省略する）、ハイブリッド型にした本実施形態では前記第１実施形態とは制御部に違いがある。
【００３２】
制御部は、車体の上下方向の加速度を検出する加速度センサ４１を有し、アクチュエータ２０の伸縮を判断するため、上枠２１に設けられたスライドロッド２６の先端にストロークセンサ４２が取り付けられ、それぞれが制御コントローラ４３に接続されている。
一方、コイル２３は、アクティブとセミアクティブとを切り換えるスイッチ切換部４４に接続されている。スイッチ切換部４４は、２つの回路の切り換えを行うものであり、一方は、セミアクティブ制御を行うべく負荷抵抗Ｒの抵抗値の切り換えが可能な抵抗制御部４５に接続され、他方は、アクティブ制御を行うべく電流制御部４６及び符号反転部４７を介して電源４８に接続されている。そして、制御コントローラ４３は、スイッチ切換部４４、抵抗制御部４５、電流制御部４６及び符号反転部４７に接続され、それらを制御するため予め設定されたプログラムが格納されている。
【００３３】
そこで、この制振装置６では、前記実施形態の制振装置５と同様に車体の上下振動を減衰させるため、車体が揺れる方向にある場合、先ずそれを支えるように反対向きに伸縮反力Ｆを発生させる。即ち、コイル２３の移動により発生した誘導起電力を抵抗制御部４５の負荷抵抗Ｒで消費し、コイル２３に電流を流してやることで、そのコイル２３と永久磁石２４との間に振動に対向する伸縮反力Ｆが発生されて制振が行われる。抵抗制御部４５では負荷抵抗Ｒが制御コントローラ４３からの指令値によって可変し、揺れを減衰させる最適な伸縮反力Ｆが発生する。こうしたセミアクティブ制御は、前記第１実施形態と同様である。
【００３４】
一方、車体が戻る方向に移動する場合には、スイッチ切換部４４の切り換え動作によって抵抗制御部４５が切り離され、セミアクティブ回路がアンロード状態になり、コイル２３にはアクティブ回路が接続される。そのため、電源４８が接続され、コイル２３を流れる電流の向きが伸縮信号に基づく符号反転部４７の制御によって切り換えられる。そして、電流制御部４６では負荷抵抗Ｒが制御コントローラ４３からの指令値によって可変し、適切な電源電流がコイル２３に流される。従って、アクチュエータ２０には揺れを減衰させるための適切な伸縮反力Ｆが能動的に発生し、これによってアクティブ制御が行われる。
【００３５】
よって、本実施形態の制振装置６では、セミアクティブとアクティブとを切り換えて常に振動を減衰させるようにしたので、より高い制振性能を得ることができるようになった。また、こうしたアクティブ制御に加えセミアクティブの際のパッシブ制御とで制振を行うようにしたので、常にアクティブ制御で行うものにう比べて消費電力を約半分にすることができ、省エネルギ化を図った制振システムとすることができた。
また、第１実施形態のものと同様に、振動状態や外乱に対して適切な減衰係数に切り換えることにより、効率よく力学エネルギを散逸させることができる。電気的に制御が可能な減衰ダンパであることから、減衰力の切り換における応答性が良く、高速切り換えにより高周波振動の制振性に優れた制振装置６とすることができた。更に、電気的制御によるため、オイルダンパにおける作動流体のような取り扱いの困難性はなく、メンテナンスのための作業負荷が格段に低減されることとなった。
【００３６】
ところで、図２及び図３で示した各制振装置５，６は、空気ばねや軸ばねの補助装置として用いられるものであるが、他の電磁式制振装置の一案として空気ばねと一体にした形態のものを提案する。図４は、空気ばね一体型の制振装置を示した断面図である。
この制振装置５０は、中心に絞り５１ａが穿設された円盤部と円筒部とからなるフェライト系の磁性体によって形成された芯部材５１が配設され、その円筒部の周りにはコイル５２が巻回され、更に上面板５３には芯部材５１に対して永久磁石５４が固定されている。
そこで、こうした制振装置５０によれば、コイルに所定方向の電流を流せば発生する磁界によって芯部材５１が磁化し、永久磁石との間で吸引又は反発が行われ、空気圧調整による空気ばね本来の減衰作用を補助する。従って、空気ばねが有する空気の圧縮性による応答遅れなどの問題解消となる。
【００３７】
以上、本発明に係る鉄道車両用制振装置について、第１、第２実施形態を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、先にも述べたように実施形態で説明した上下方向の制振だけでなく、左右方向の制振に用いることも可能である。
また、車体と台車との間に取り付けられるアクチュエータも、実施形態で示す構成に限定されるものではない。
【００３８】
【発明の効果】
発明は、車体と台車との間の振動伝達部分に配置される伸縮可能な一対の部材であって、その一方にコイルを巻回して他方には永久磁石を保持した誘導発電能力を持ったアクチュエータと、前記コイルにおける誘導起電力の発生を検出して負荷抵抗の接続を制御する制御手段とを有し、振動を受けて発生した誘導起電力を前記コイルに接続した所定抵抗値の負荷抵抗によって消費することでそのコイルに電流を流し、前記永久磁石の磁界の中で発生する力を当該アクチュエータの伸縮反力にして振動を減衰させる構成としたので、従来のオイルダンパに代わる制御性能を高めた鉄道車両用制振装置を提供することが可能となった。
【００３９】
また、本発明は、車体と台車との間の振動伝達部分に配置される伸縮可能な一対の部材であって、その一方にコイルを巻回して他方には永久磁石を保持した誘導発電能力を持ったアクチュエータと、振動によって発生した誘導起電力を前記コイルに接続した所定抵抗値の負荷抵抗によって消費することでそのコイルに電流を流し、前記永久磁石の磁界の中で発生する力を当該アクチュエータの伸縮反力にして振動を減衰させるセミアクティブ制御回路と、前記コイルに電源を接続して所定電流値の電流を流し、振動を減衰させる方向に能動的な伸縮反力を発生させるアクティブ制御回路と、そのセミアクティブ制御回路とアクティブ制御回路とを切り換えるスイッチ切換部とを備えた制御手段とを有する構成としたので、従来のオイルダンパに代わる制御性能を高めた鉄道車両用制振装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道車両用制振装置を鉄道車両に取付けた状態を示した概念図である。
【図２】本発明に係る鉄道車両用制振装置の第１実施形態を示したブロック図である。
【図３】本発明に係る鉄道車両用制振装置の第２実施形態を示したブロック図である。
【図４】空気ばね一体型の制振装置を示した断面図である。
【符号の説明】
５，６鉄道車両用制振装置
２０アクチュエータ
２１上枠
２２下枠
２３コイル
２４永久磁石
３１加速度センサ
３２伸縮判断部
３３制御コントローラ
３４抵抗制御部
３５スイッチ切換部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a railcar vibration damping device that suppresses vibrations generated in traveling of a railway vehicle in the vertical and horizontal directions of a vehicle body.
[0002]
[Prior art]
In railway vehicles, the air spring provided between the carriage and the vehicle body generally reduces vibrations from the carriage. The valve is properly squeezed to have a damper function.
However, the air spring still has a very large response delay due to the compressibility of the air, so the vibration suppression effect due to the rapid reduction of the throttle area is small. There was a problem that the kickback occurred and the vibration expanded.
[0003]
For this reason, oil dampers have recently been used in combination with railway vehicles, and so-called semi-active dampers or the like that can vary the degree of damping depending on the degree of vibration have been used. As for the semi-active damper, for example, one disclosed in JP-A-9-301164 can be cited.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional oil dampers have a small compressibility of the working fluid oil and have been put to practical use. However, the compressibility of the working fluid and the response delay of the valve are not completely eliminated, and when switching the damping force, There was a delay in the switching response, and there was a limit to the controllability of high-frequency vibration.
Even in an unloaded state where the reaction force is ideally zero, unnecessary reaction force is generated due to the resistance of the hydraulic oil pipe and the sliding resistance of the oil seal installed to prevent oil leakage. As a result, there was a limit to the vibration control capability. In railcars, the shock absorbing action is also performed by the axle box support device that engages the wheel axle and the carriage frame. Therefore, when the ride comfort is secured to some extent, the oil damper that does not actively generate a damping force as in the active state. Then, it was very difficult to further reduce the vibration.
In addition, the oil damper needs to be periodically inspected and replaced with the working fluid and the seal wear part. However, the load on the work is large, and there are problems other than functions.
[0005]
Therefore, the present invention is an alternative to such a conventional oil damper, and an object thereof is to provide a railway vehicle vibration damping device with improved control performance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the railcar vibration damping device of the present invention is a pair of extendable members disposed in a vibration transmission portion between the vehicle body and the carriage, and a coil is wound around one of the members and a permanent magnet is disposed on the other And a control means for controlling the connection of the load resistance by detecting the generation of the induced electromotive force in the coil, and the pair of members constituting the actuator are each member Is provided with a plurality of cylindrical portions having different diameters arranged concentrically, and the cylindrical portions of the respective members are fitted so as to be staggered in the radial direction, and the coil includes a normal winding coil and a reverse winding coil. The permanent magnets are alternately arranged in the axial direction on each cylindrical portion of one member, and the permanent magnet has an N-pole and an S-pole axially arranged on each cylindrical portion of the other member in correspondence with the winding direction of the coil. Alternately arranged The induced electromotive force generated by the vibration is consumed by the load resistance having a predetermined resistance value connected to the coil, so that a current is passed through the coil, and the force generated in the magnetic field of the permanent magnet is applied to the actuator. Attenuates vibration by using a stretching reaction force The intermediate portion is connected to the vehicle body side, and both ends are connected to the cart side, and a single rod-shaped link is provided, and the one end portion of the one link and the cart are connected via the actuator. thing It is characterized by being.
[0007]
Further, in the railcar vibration damping device of the present invention, the control means includes an acceleration sensor that detects an absolute acceleration in the vibration of the vehicle body, and an expansion / contraction determination unit that determines the expansion / contraction state of the actuator from the direction of the induced electromotive force. A resistance control unit that can arbitrarily switch the resistance value of the load resistance, a switch switching unit that connects and disconnects the load resistor and the coil, and the resistance based on signals from the acceleration sensor and the expansion / contraction determination unit And a controller for operating the control unit and the switch switching unit.
[0008]
Therefore, for these railway vehicles Vibration control According to the apparatus, the resistance value of the load resistance connected to the coil can be arbitrarily switched, and an appropriate expansion / contraction reaction force corresponding to the damping force in the actuator can be obtained. High responsiveness to vibration and excellent controllability to high frequency vibration.
Also, load resistance Anti If it is eliminated, no current flows through the coil and no expansion / contraction reaction force is generated. Therefore, the unhooked state in the skyhook control can be achieved.
Furthermore, since it is based on electrical control, there is no difficulty in handling such as a working fluid in an oil damper, and the work load for maintenance is significantly reduced.
[0009]
Further, the railcar damping device of the present invention is a pair of extendable members disposed in a vibration transmitting portion between a vehicle body and a carriage, and a coil is wound around one of the members and a permanent magnet is placed on the other An electric current is caused to flow through the coil by consuming the induced electromotive force generated by the vibration and the load resistance having a predetermined resistance value connected to the coil, and the magnetic field of the permanent magnet. A semi-active control circuit that attenuates vibration by using the force generated by the expansion and contraction reaction force of the actuator, and an active expansion and contraction reaction in a direction to attenuate the vibration by connecting a power source to the coil and passing a current of a predetermined current value. Control means comprising an active control circuit for generating a force and a switch switching section for switching between the semi-active control circuit and the active control circuit, the actuator A pair of members constituting each of the members includes a plurality of cylindrical portions having different diameters, each of which is concentrically arranged, and the cylindrical portions of the respective members are fitted to each other in a radial direction, and the coil The forward winding coil and the reverse winding coil are alternately arranged in the axial direction on each cylindrical portion of the one member, and the permanent magnet has an N pole and an S pole corresponding to the winding direction of the coil. Alternatingly arranged in the axial direction on each cylindrical part of the other member The intermediate portion is connected to the vehicle body side, and both ends are connected to the cart side, and the one link portion is connected to the cart via the actuator. It is characterized by being.
[0010]
In the railcar damping device of the present invention, the control means includes a resistance control unit capable of arbitrarily switching a resistance value of the load resistance in the semi-active control circuit, and an active control circuit including the An acceleration sensor connected to a power source and provided with a sign inverting unit for inverting the direction of current flow and a current control unit for obtaining a current of an arbitrary current value from the power source, and detecting an absolute acceleration in vibration of the vehicle body; , An expansion / contraction sensor for detecting the expansion / contraction state of the actuator from a stroke, and a controller for arbitrarily operating the resistance control unit, the sign inversion unit, the current control unit, and the switch switching unit based on signals from the acceleration sensor and the expansion / contraction sensor It is characterized by having.
[0011]
Therefore, according to such a railcar damping device, the resistance value of the load resistance connected to the coil can be arbitrarily switched to obtain a stretching reaction force, and the coil is connected to a power source. Actuator can function as an active damper capable of obtaining an active expansion / contraction reaction force, has high response to vibration, excellent controllability to high-frequency vibration, and does not perform active control in full time. Energy saving can be realized.
Moreover, since it is based on electrical control, there is no difficulty in handling the working fluid in the oil damper, and the work load for maintenance is significantly reduced.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a first embodiment of a railcar damping device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The railcar damping device (hereinafter simply referred to as “damping device”) described in the present embodiment constitutes a semi-active type damping mechanism for the purpose of vertical vibration control. Of course, if the mounting direction is changed, vibration control in the left-right direction can be performed.
[0014]
First, FIG. 1 is a conceptual diagram showing a state in which a vibration damping device is attached to a railway vehicle. In a railway vehicle, a wheel shaft is attached to a bogie frame via a shaft spring device or a bearing, and a vehicle body is supported by an air spring on the bogie frame. The wheel shafts 1 and 1 are arranged in front and rear as shown in the figure with respect to a cart frame (not shown), and transverse beams 2a and 2b stretched between the side beams of the cart frame are fixed at both ends. On the other hand, a center pin 3 is suspended from the vehicle body 10, and the rear beam 2a and the center pin 3 are connected by a single link 4 as shown in the figure. 4 is transmitted to the vehicle body 10 via the center pin 3. Therefore, the center pin 3 bears a part of the load and at the same time serves as the center of rotation of the bogie frame and transmits the propulsive force in the front-rear direction to pull the vehicle body.
[0015]
The single link 4 is a stepped rod member, which is disposed at the center position of the bogie frame, and one straight portion thereof is pivotally supported by the cross beam 2a and the center pin 3 as shown in the figure. And the actuator 20 which comprises the damping device 5 is provided in the front-end | tip in the other linear part bent below. The vibration damping device 5 is an electromagnetic semi-active damper, and an upper frame and a lower frame (details will be described later) constituting the actuator 20 are supported by a horizontal beam 2b and the tip of one link 4 respectively. Is arranged. That is, one of the actuators 20 is connected to the vehicle body 10 side and the other is connected to the carriage side.
[0016]
Next, FIG. 2 is a block diagram showing the vibration damping device 5. As described above, the vibration damping device 5 includes the actuator 20 in which the upper frame 21 and the lower frame 22 are fitted. Specifically, the upper frame 21 and the lower frame 22 are each composed of a bottomed cylindrical body in which cylindrical portions having different diameters are concentrically arranged in three layers, and the upper frame 21 having a large diameter is disposed outside. It is fitted up and down to be.
A coil 23 is wound around the upper frame 21 of the actuator 20 in a cylindrical shape, and a permanent magnet 24 is fitted into the lower frame 22. In particular, the coil 23 of the upper frame 21 is divided into four upper and lower stages by alternately winding the normal winding coil 23a and the reverse winding coil 23b, and the permanent magnet 24 of the lower frame 22 has an N pole corresponding to the winding direction of the coil. NS magnets 24a and SN magnets 24b are alternately arranged so that the S pole and the S pole are reversed on the inside and outside.
[0017]
The cylindrical portion of the upper frame 21 is formed with a large diameter so as to be located outside the cylindrical portion of the lower frame 22, and a dust seal 25 is provided between the outermost cylindrical portions so that iron powder or the like does not enter inside. It is provided in a circumferential shape.
The upper frame 21 and the lower frame 22 fitted vertically are provided with a linear motion bearing guide 27 in which a slide rod 26 is suspended from an axial center portion of the upper frame 21 and is inserted and fixed in an inner peripheral cylinder of the lower frame 22. The cylindrical portions of the upper frame 21 and the lower frame 22 are configured to move up and down while maintaining a certain gap.
By the way, in the case of the example shown in FIG. 1, the actuator 20 is connected to the vehicle body 10 via the single link 4 and to the vehicle side via the cross beam 2b. However, in order to make it easy to understand in FIG. 2, it is expressed as being connected from the upper side to the vehicle body side and connected from the lower side to the carriage.
[0018]
Subsequently, a control unit is connected to the coil 23 wound around the upper frame 21 in this way. The control unit includes an acceleration sensor 31 that detects vertical acceleration of the vehicle body, and an expansion / contraction determination unit 32 that detects relative expansion / contraction between the upper frame 21 and the lower frame 22 based on the direction of the induced electromotive force generated in the coil 23. Are connected to the controller 33. In addition, a resistance control unit 34 and a switch switching unit 35 are connected to the coil 23 via an expansion / contraction determination unit 32, and these are controlled by a controller 33. The resistance control unit 34 can be arbitrarily set to set the resistance value of the load resistance R. The controller 33 for switching the load resistance R and the switch S is set in advance to perform switching control according to the vibration direction signal obtained from the acceleration sensor 31 and the expansion / contraction signal obtained from the expansion / contraction determination unit 32. Stored programs are stored.
[0019]
Therefore, in the vibration damping device 5 of the present embodiment, vibration damping of the vehicle body is executed as follows with such a configuration.
In the vibration damping device 5, as described above, the actuator 20 including the upper frame 21 and the lower frame 22 including the coil 23 and the permanent magnet 24 constitutes an induction power generator having induction power generation capability, and induction power generation generated by disturbance input. The power generated by the body stroke fluctuation is consumed by the load resistance R to obtain a stretching reaction force that is a damping force.
[0020]
Therefore, first, when the coil 23 (conductor) crosses between the magnetic fluxes of the permanent magnets 24 provided on the lower frame 22, an induced electromotive force is generated in the coil 23. The induced electromotive force e is generated according to Fleming's right hand rule.
e = v · B · L (1)
It is represented by In this case, e is the induced voltage, v is the speed at which the coil 23 moves in the direction orthogonal to the magnetic flux, B is the magnetic flux density, and L is the length of the coil 23 in the magnetic flux.
[0021]
A current flows through the coil 23 by the induced electromotive force generated in this way. The current i is given by Ohm's law:
i = e / R = v · B · L / R (2)
It becomes. R is a load resistance.
On the other hand, the stretching reaction force F generated in the coil 23 by this circuit current is obtained according to Fleming's left-hand rule,
F = BiL = v · B ² ・ L ² / R (3)
It becomes.
[0022]
Therefore, the expansion / contraction reaction force F generated in the coil 23 in this way is directly proportional to the moving speed of the coil 23, that is, the moving speed of the vehicle body connected to the upper frame 21, and works in the opposite direction. Therefore, since the value of the expansion / contraction reaction force F changes depending on the load resistance R, if this value is changed, the combination of the upper frame 21 and the lower frame 22 can function as if it were a damping mechanism (damper).
When the loop of the coil 23 is completely cut and the load resistance R is eliminated, no current flows through the circuit and the reaction force F is not generated, and the unhooked state in the skyhook control can be achieved.
[0023]
Next, in the vibration damping device 5 of FIG. 2 configured based on such a principle, damping control is performed as follows specifically.
When vertical vibrations occur in the vehicle body, the acceleration of the vehicle body that moves up and down is detected by the acceleration sensor 31, and the acceleration signal is sent to the controller 33. The expansion / contraction determination unit 32 detects the vibration direction based on the direction of the induced electromotive force according to the movement direction, and sends an expansion / contraction signal indicating the movement direction to the controller 33.
That is, when the coil 23 moves in the vertical direction relative to the permanent magnet 24, an induced electromotive force is generated by crossing the horizontal magnetic flux generated by the permanent magnet 24. The expansion / contraction direction of the actuator 20 is confirmed by the expansion / contraction determination unit 32 based on the direction of the induced electromotive force, and the unload / on-load timing is determined.
[0024]
In the controller 33, the speed obtained by integrating the acceleration signal from the acceleration sensor 31 is multiplied by a gain of −K obtained by removing unnecessary frequency components to obtain a command value. Then, the sign of this command value and the sign bit of the electromotive force output from the expansion / contraction determination unit 32 are used to determine whether the load resistance R is present by XOR (exclusive OR) or XNOR (inverse bit of XOR output) of the logical operation. Determine. From this result, the presence / absence of connection of the load resistance R, that is, switching between on-load and unload two-stage skyhook control is performed.
[0025]
The two-stage skyhook control is performed by switching the switch S using an element such as a relay or a MOS-FET in the switch switching unit 35, and a current is passed through the circuit connected to the load resistor R to consume the generated induced electromotive force. To do. When the vehicle body is in the direction of shaking, the expansion / contraction reaction force F acts in the direction of supporting the shaking between the coil 23 and the permanent magnet 24 by the flowing current. The resistance control unit 34 is controlled so that the load resistance R becomes a predetermined resistance value in order to adjust the expansion / contraction reaction force F. Specifically, it is conceivable to switch the connection of a plurality of load resistors having different resistance values or to change the resistance values using elements.
[0026]
The load resistance R at this time is determined based on a command value corresponding to the expansion / contraction speed of the actuator 20 in accordance with the equation (3), and a resistance value inversely proportional to the value is determined. Control of the resistance control unit 34 to be a value is performed.
The induced electromotive force that is generated is consumed by the load resistance R, whereby a current flows to the coil 23, and an optimal expansion / contraction reaction force F is obtained for attenuating vibration by the resistance value of the load resistance R based on the command value.
[0027]
Therefore, when a current having a value based on the load resistance R flows through the coil 23 in accordance with the equation (2) and a downward swing due to vibration occurs, for example, the vibration is suppressed upward by the expansion / contraction reaction force F, and the actuator 20 It functions as a damper that attenuates vibration.
On the other hand, since the passive damper cannot generate the expansion / contraction reaction force F in the same direction as the moving direction of the vehicle body, when the vehicle body moves in the returning direction, the switch S is turned OFF as described above. The loop of the coil 23 is cut, and an unloaded state in which the expansion / contraction reaction force F is not generated is set.
[0028]
Therefore, according to the vibration damping device 5 of this embodiment, as described above, the expansion / contraction reaction force F generated in the coil 23 that is an induction power generator is proportional to the vibration speed, and the coil 23 is held by switching the load resistance R. Further, the actuator 20 of the upper frame 21 and the lower frame 22 having the permanent magnets 24 can function as if it were a damping damper, and it can be efficiently performed by switching to an appropriate damping coefficient against the vibration state and disturbance. It is possible to dissipate mechanical energy.
And since the damping device 5 is a damping damper that performs electrical control, it has good responsiveness, and is excellent in damping performance of high-frequency vibration by high-speed switching.
[0029]
Moreover, since the ideal state in which the reaction force becomes zero in the unloaded state can be realized, the vibration damping performance can be improved by improving the performance of the skyhook control based on the Karnop theory.
Furthermore, since it is based on electrical control, there is no difficulty in handling such as a working fluid in an oil damper, and the work load for maintenance is significantly reduced.
[0030]
On the other hand, the vibration damping device 5 of the present embodiment is provided to suppress vibrations in the vertical direction, and the actuator 20 is attached via a single link 4 as shown in FIG. By attaching to the single link 4 in this way, it can be arranged in a well-balanced manner at the center of the vehicle body, and since the removal of the single link 4 itself is simple, handling such as maintenance of the vibration damping device 5 is facilitated.
In addition, the single link 4 of the present embodiment is a special shape having a stepped shape, but operates like a lever with a connecting portion with the center pin 3 as a fulcrum, so that vibration is amplified in the vibration damping device 5. Is done. For this reason, vibrations originally generated in the vehicle body can be suppressed at a higher level by suppressing the vibration speed amplified by the lever ratio.
[0031]
Next, a second embodiment of the vibration damping device according to the present invention will be described. This vibration damping device is of a so-called hybrid control type that enables switching to active control that actively performs vibration damping, in addition to that of the first embodiment having a semi-active control configuration. FIG. 3 is a block diagram showing the vibration damping device of the present embodiment.
In the vibration damping device 6, the actuator 20 including the upper frame 21 and the lower frame 22 is configured in the same manner as in the above-described embodiment (the same reference numerals are used and detailed description thereof is omitted). The control unit is different from the first embodiment.
[0032]
The control unit includes an acceleration sensor 41 that detects vertical acceleration of the vehicle body, and a stroke sensor 42 is attached to the tip of the slide rod 26 provided on the upper frame 21 in order to determine the expansion and contraction of the actuator 20. Is connected to the controller 43.
On the other hand, the coil 23 is connected to a switch switching unit 44 that switches between active and semi-active. The switch switching unit 44 switches between two circuits. One is connected to a resistance control unit 45 capable of switching the resistance value of the load resistance R to perform semi-active control, and the other is active control. Is connected to a power source 48 through a current control unit 46 and a sign inversion unit 47. The controller 43 is connected to the switch switching unit 44, the resistance control unit 45, the current control unit 46, and the sign reversing unit 47, and stores a preset program for controlling them.
[0033]
Therefore, in this vibration damping device 6, in order to attenuate the vertical vibration of the vehicle body in the same manner as the vibration damping device 5 of the above-described embodiment, when the vehicle body is in a swinging direction, first, an expansion / contraction reaction force F in the opposite direction to support it. Is generated. That is, the induced electromotive force generated by the movement of the coil 23 is consumed by the load resistance R of the resistance control unit 45, and a current is passed through the coil 23, thereby facing vibration between the coil 23 and the permanent magnet 24. The expansion / contraction reaction force F is generated to suppress vibration. In the resistance control unit 45, the load resistance R varies depending on the command value from the controller 43, and an optimal expansion / contraction reaction force F that attenuates the vibration is generated. Such semi-active control is the same as in the first embodiment.
[0034]
On the other hand, when the vehicle body moves in the returning direction, the resistance control unit 45 is disconnected by the switching operation of the switch switching unit 44, the semi-active circuit is unloaded, and the active circuit is connected to the coil 23. Therefore, the power supply 48 is connected, and the direction of the current flowing through the coil 23 is switched by the control of the sign inverting unit 47 based on the expansion / contraction signal. In the current control unit 46, the load resistance R is varied according to a command value from the controller 43, and an appropriate power supply current is passed through the coil 23. Therefore, an appropriate expansion / contraction reaction force F for attenuating the vibration is actively generated in the actuator 20, thereby performing active control.
[0035]
Therefore, in the vibration damping device 6 of the present embodiment, the vibration is always damped by switching between the semi-active and the active, so that higher vibration damping performance can be obtained. In addition to such active control, vibration suppression is performed with passive control during semi-active, so that power consumption can be reduced by half compared to the case where active control is always performed, thus saving energy. The planned vibration suppression system could be achieved.
Further, similarly to the first embodiment, the mechanical energy can be efficiently dissipated by switching to an appropriate damping coefficient with respect to the vibration state and disturbance. Since the damping damper is electrically controllable, the responsiveness in switching the damping force is good, and the damping device 6 having excellent damping performance of high-frequency vibration can be obtained by high-speed switching. Furthermore, since it is based on electrical control, there is no difficulty in handling such as a working fluid in an oil damper, and the work load for maintenance is significantly reduced.
[0036]
By the way, although each damping device 5 and 6 shown in FIG.2 and FIG.3 is used as an auxiliary device of an air spring or a shaft spring, it integrates with an air spring as one proposal of another electromagnetic damping device. We propose the one in the form. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a vibration damping device integrated with an air spring.
The damping device 50 is provided with a core member 51 formed of a ferrite-based magnetic body composed of a disk portion having a diaphragm 51a formed at the center and a cylindrical portion, and a coil 52 is provided around the cylindrical portion. Further, a permanent magnet 54 is fixed to the upper surface plate 53 with respect to the core member 51.
Therefore, according to such a vibration damping device 50, the core member 51 is magnetized by a magnetic field generated when a current in a predetermined direction is passed through the coil, and is attracted or repelled between the permanent magnet and the air spring by air pressure adjustment. Assists the dampening action. Therefore, problems such as a response delay due to the compressibility of air of the air spring are solved.
[0037]
As described above, for railway vehicles according to the present invention. Vibration control The apparatus has been described by taking the first and second embodiments as examples. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the apparatus.
For example, as described above, not only the vibration suppression in the vertical direction described in the embodiment but also the vibration suppression in the horizontal direction can be used.
Further, the actuator attached between the vehicle body and the carriage is not limited to the configuration shown in the embodiment.
[0038]
【The invention's effect】
The present invention relates to an actuator having induction power generation capability, which is a pair of extendable members disposed in a vibration transmission portion between a vehicle body and a carriage, in which a coil is wound around one and a permanent magnet is held on the other And control means for controlling the connection of the load resistance by detecting the generation of the induced electromotive force in the coil, and the induced electromotive force generated by the vibration by the load resistance having a predetermined resistance value connected to the coil Since the current is passed through the coil when consumed, and the force generated in the magnetic field of the permanent magnet is used as the expansion / contraction reaction force of the actuator to attenuate the vibration, the control performance replacing the conventional oil damper is improved. For railway vehicles Vibration control It became possible to provide a device.
[0039]
In addition, the present invention is a pair of extendable members disposed in a vibration transmission portion between a vehicle body and a carriage, and has an induction power generation capability in which a coil is wound around one and a permanent magnet is held on the other. The actuator and the induced electromotive force generated by the vibration is consumed by the load resistance having a predetermined resistance value connected to the coil so that a current flows in the coil and the force generated in the magnetic field of the permanent magnet is applied to the actuator. A semi-active control circuit that attenuates vibration by using a stretching reaction force, and an active control circuit that generates an active stretching reaction force in a direction to attenuate the vibration by connecting a power source to the coil and supplying a current of a predetermined current value. And a control means having a switch switching unit for switching between the semi-active control circuit and the active control circuit. For railway vehicles with improved alternative control performance Vibration control It became possible to provide a device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a railway vehicle according to the present invention. Vibration control It is the conceptual diagram which showed the state which attached the apparatus to the rail vehicle.
FIG. 2 is a railway vehicle according to the present invention. Vibration control It is the block diagram which showed 1st Embodiment of the apparatus.
FIG. 3 is a railway vehicle according to the present invention. Vibration control It is the block diagram which showed 2nd Embodiment of the apparatus.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an air spring integrated vibration damping device.
[Explanation of symbols]
5,6 For railway vehicles Vibration control apparatus
20 Actuator
21 Upper frame
22 Bottom frame
23 Coil
24 Permanent magnet
31 Accelerometer
32 Expansion / contraction determination
33 Control controller
34 Resistance control unit
35 Switch selector

Claims

車体と台車との間の振動伝達部分に配置される伸縮可能な一対の部材であって、その一方にコイルを巻回して他方には永久磁石を保持した誘導発電能力を持ったアクチュエータと、
前記コイルにおける誘導起電力の発生を検出して負荷抵抗の接続を制御する制御手段とを有し、
前記アクチュエータを構成する一対の部材は、各部材がそれぞれ同心円状に配置された径の異なる複数の円筒部を備え、各部材の円筒部が径方向へ互い違いとなるようにはめ合わされており、
前記コイルは、正巻きコイルと逆巻きコイルとが前記一方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置されており、
前記永久磁石は、前記コイルの巻き方向に対応させてＮ極とＳ極とが前記他方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置されており、
振動を受けて発生した誘導起電力を前記コイルに接続した所定抵抗値の負荷抵抗によって消費することでそのコイルに電流を流し、前記永久磁石の磁界の中で発生する力を当該アクチュエータの伸縮反力にして振動を減衰させるものであり、
中間部が車体側に連結され、両端部が台車側に連結された棒状の一本リンクを備え、前記一本リンクの一端部と台車との連結が前記アクチュエータを介して行われたものであることを特徴とする鉄道車両用制振装置。A pair of extendable members disposed in a vibration transmitting portion between the vehicle body and the carriage, and an actuator having induction power generation capability in which a coil is wound around one of the members and a permanent magnet is held on the other;
Control means for detecting the generation of an induced electromotive force in the coil and controlling connection of a load resistor,
The pair of members constituting the actuator includes a plurality of cylindrical portions having different diameters, each of which is concentrically arranged, and is fitted so that the cylindrical portions of each member are staggered in the radial direction,
As for the said coil, the normal winding coil and the reverse winding coil are alternately arrange | positioned to each cylindrical part of said one member at the axial direction,
In the permanent magnet, N poles and S poles are alternately arranged in the axial direction on each cylindrical portion of the other member, corresponding to the winding direction of the coil,
The induced electromotive force generated by the vibration is consumed by the load resistance having a predetermined resistance value connected to the coil, so that a current flows through the coil and the force generated in the magnetic field of the permanent magnet is applied to the expansion / contraction reaction of the actuator. To dampen vibration with force ,
An intermediate portion is connected to the vehicle body side, and a rod-like single link having both ends connected to the cart side is provided, and the one end portion of the single link and the cart are connected via the actuator. A railway vehicle vibration damping device.

請求項１に記載の鉄道車両用制振装置において、
前記制御手段は、車体の振動における絶対加速度を検出する加速度センサと、前記アクチュエータの伸縮状況を前記誘導起電力の向きから判断する伸縮判断部と、前記負荷抵抗の抵抗値を任意に切り換え可能な抵抗制御部と、前記負荷抵抗とコイルとの接続及び切り離しを行うスイッチ切換部と、前記加速度センサ及び伸縮判断部からの信号に基づいて前記抵抗制御部及びスイッチ切換部を動作させる制御コントローラとを有することを特徴とする鉄道車両用制振装置。The vibration damping device for a railway vehicle according to claim 1,
The control means can arbitrarily switch the resistance value of the load resistance, an acceleration sensor that detects absolute acceleration in vibration of the vehicle body, an expansion / contraction determination unit that determines the expansion / contraction state of the actuator from the direction of the induced electromotive force A resistance control unit; a switch switching unit that connects and disconnects the load resistor and the coil; and a control controller that operates the resistance control unit and the switch switching unit based on signals from the acceleration sensor and the expansion / contraction determination unit. A railcar vibration damping device characterized by comprising:

車体と台車との間の振動伝達部分に配置される伸縮可能な一対の部材であって、その一方にコイルを巻回して他方には永久磁石を保持した誘導発電能力を持ったアクチュエータと、
振動によって発生した誘導起電力を前記コイルに接続した所定抵抗値の負荷抵抗によって消費することでそのコイルに電流を流し、前記永久磁石の磁界の中で発生する力を当該アクチュエータの伸縮反力にして振動を減衰させるセミアクティブ制御回路と、前記コイルに電源を接続して所定電流値の電流を流し、振動を減衰させる方向に能動的な伸縮反力を発生させるアクティブ制御回路と、そのセミアクティブ制御回路とアクティブ制御回路とを切り換えるスイッチ切換部とを備えた制御手段とを有し、
前記アクチュエータを構成する一対の部材は、各部材がそれぞれ同心円状に配置された径の異なる複数の円筒部を備え、各部材の円筒部が径方向へ互い違いとなるようにはめ合わされており、
前記コイルは、正巻きコイルと逆巻きコイルとが前記一方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置されており、
前記永久磁石は、前記コイルの巻き方向に対応させてＮ極とＳ極とが前記他方の部材の各円筒部に軸方向へ交互に配置され、
中間部が車体側に連結され、両端部が台車側に連結された棒状の一本リンクを備え、前記一本リンクの一端部と台車との連結が前記アクチュエータを介して行われたものであることを特徴とする鉄道車両用制振装置。A pair of extendable members disposed in a vibration transmitting portion between the vehicle body and the carriage, and an actuator having induction power generation capability in which a coil is wound around one of the members and a permanent magnet is held on the other;
The induced electromotive force generated by the vibration is consumed by a load resistance having a predetermined resistance value connected to the coil so that a current flows through the coil, and the force generated in the magnetic field of the permanent magnet is used as the expansion / contraction reaction force of the actuator. A semi-active control circuit that damps vibrations, an active control circuit that connects a power source to the coil and passes a current of a predetermined current value to generate an active stretching reaction force in the direction of damping the vibrations, and the semi-active A control means having a switch switching unit for switching between the control circuit and the active control circuit,
The pair of members constituting the actuator includes a plurality of cylindrical portions having different diameters, each of which is concentrically arranged, and is fitted so that the cylindrical portions of each member are staggered in the radial direction,
As for the said coil, the normal winding coil and the reverse winding coil are alternately arrange | positioned to each cylindrical part of said one member at the axial direction,
In the permanent magnet, N poles and S poles are alternately arranged in the axial direction on each cylindrical portion of the other member, corresponding to the winding direction of the coil
An intermediate portion is connected to the vehicle body side, and a rod-like single link having both ends connected to the cart side is provided, and the one end portion of the single link and the cart are connected via the actuator. A railway vehicle vibration damping device.

請求項３に記載の鉄道車両用制振装置において、
前記制御手段は、前記セミアクティブ制御回路には、前記負荷抵抗の抵抗値を任意に切り換え可能な抵抗制御部が、アクティブ制御回路には、前記電源に接続され、電流の流れる向きを反転する符号反転部と、前記電源から任意の電流値の電流を得るための電流制御部とが設けられ、
車体の振動における絶対加速度を検出する加速度センサと、前記アクチュエータの伸縮状況をストロークから検出する伸縮センサと、その加速度センサ及び伸縮センサからの信号に基づいて前記抵抗制御部、符号反転部、電流制御部及びスイッチ切換部を任意に動作させる制御コントローラとを有することを特徴とする鉄道車両用制振装置。In the railcar damping device according to claim 3,
The control means includes a resistance control unit capable of arbitrarily switching a resistance value of the load resistance in the semi-active control circuit, and an active control circuit connected to the power source and inverting the direction of current flow An inversion unit and a current control unit for obtaining a current of an arbitrary current value from the power source are provided,
An acceleration sensor that detects absolute acceleration in vibration of the vehicle body, an expansion / contraction sensor that detects the expansion / contraction state of the actuator from a stroke, and the resistance control unit, sign inversion unit, and current control based on signals from the acceleration sensor and the expansion / contraction sensor And a control controller that arbitrarily operates the switch and the switch switching unit.