JP5845125B2 - Rotation angle detection mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、第1の剛体に対する第2の剛体の回転角を検出する回転角検出機構に関し、例えば、鉄道車両の車体に対する台車の回転角の検出に適用される。 The present invention relates to a rotation angle detection mechanism that detects a rotation angle of a second rigid body with respect to a first rigid body, and is applied to, for example, detection of a rotation angle of a carriage with respect to a vehicle body of a railway vehicle.
現在実用化されているボギー角連動操舵台車は、ボギー角(車体・台車間の垂直軸まわりの相対回転角)をてこ・リンク装置で検出し、前後輪軸の操舵角を機械的に制御している(特許文献1参照)。このような機構を用いることにより、円曲線走行中の横圧が低減されることが確認されている。 The bogie angle-linked steering trolley currently in practical use detects the bogie angle (relative rotation angle around the vertical axis between the vehicle body and the trolley) with a lever / link device and mechanically controls the steering angle of the front and rear wheel axles. (See Patent Document 1). It has been confirmed that by using such a mechanism, the lateral pressure during circular curve traveling is reduced.
しかし、上記操舵台車の機構の対象は、ボルスタ(まくらばり)を有するボルスタ付き台車に限定される。 However, the object of the mechanism of the steering cart is limited to a cart with a bolster having a bolster.
ボルスタ付き台車は、ボルスタと心皿により、車体と台車の垂直軸まわりの回転変位を許容する構造である。ボルスタ台車は、心皿を中心として回転するため、比較的容易にボギー角を検出できる。 The cart with a bolster is a structure that allows rotational displacement about the vertical axis of the vehicle body and the cart by the bolster and the center plate. Since the bolster cart rotates around the center plate, the bogie angle can be detected relatively easily.
ところで、現在の鉄道車両台車は、そのボルスタを持たないボルスタレス台車が主流となっている。ボルスタレス台車は、機械的な回転中心を有しないので、ボギー角の検出は行われてこなかった。 By the way, the current railcar bogie is a bolsterless bogie that does not have the bolster. Since the bolsterless cart has no mechanical center of rotation, no bogie angle has been detected.
そこで、本発明の目的は、第1の剛体に対する第2の剛体の仮想の回転軸まわりの回転角を機械的に検出する回転角検出機構を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotation angle detection mechanism that mechanically detects the rotation angle of the second rigid body around the virtual rotation axis with respect to the first rigid body.
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。 Hereinafter, the features of the present invention will be described with reference numerals. Note that the reference numerals are for reference, and the present invention is not limited to the embodiments.
本発明の第1の特徴に係わる回転角検出機構(30、30A)は、第1の剛体(10)に対する第2の剛体(20)の、仮想の回転軸(A1)まわりの回転角を検出する回転角検出機構であって、回転軸(A1)に対称に配置されて第2の剛体(20)に固定される第1の点(P1)および第2の点(P2)と、第1の剛体(10)に取り付けられると共に前記第1の点(P1)および第2の点(P2)のそれぞれの接線方向に延びる第1の連結棒および第3の連結棒を介して第1の点(P1)および第2の点(P2)にそれぞれ連結した第1の変向機構(32)および第2の変向機構(35)と、第1の変向機構(32)および第2の変向機構(35)を介して第1の点(P1)および第2の点(P2)と連動する差動機構を有する。前記差動機構は、第1の変向機構(32)および第2の変向機構(35)と連結すると共に回転中心について回転可能な差動リンク(37)と、差動リンク(37)の回転中心と連結すると共に第1の剛体(10)に変位可能に連結した出力リンク(38、61)を有する。 The rotation angle detection mechanism (30, 30A) according to the first feature of the present invention detects the rotation angle of the second rigid body (20) around the virtual rotation axis (A1) relative to the first rigid body (10). And a first point (P1) and a second point (P2) arranged symmetrically with respect to the rotation axis (A1) and fixed to the second rigid body (20), The first point through the first and third connecting rods attached to the rigid body (10) and extending in the tangential direction of the first point (P1) and the second point (P2), respectively. The first turning mechanism (32) and the second turning mechanism (35) connected to (P1) and the second point (P2), respectively, and the first turning mechanism (32) and the second turning mechanism. A differential mechanism interlocked with the first point (P1) and the second point (P2) via the direction mechanism (35). The differential mechanism includes a differential link (37) that is connected to the first direction changing mechanism (32) and the second direction changing mechanism (35) and is rotatable about a rotation center, and a differential link (37). Output links (38, 61) connected to the center of rotation and movably connected to the first rigid body (10).
以上特徴にあって、前記第1の剛体(10)に対して第2の剛体(20)が回転軸(A1)まわりに回転角で回転運動したとき、差動リンク(37)は前記第1の剛体(10)に対する姿勢を保ち、出力リンク(38、61)は前記回転角に比例して第1の剛体(10)に対して変位する。 In the above characteristics, when the second rigid body (20) rotates at a rotation angle around the rotation axis (A1) with respect to the first rigid body (10), the differential link (37) is moved to the first rigid body (10). The output link (38, 61) is displaced relative to the first rigid body (10) in proportion to the rotation angle.
第1の剛体(10)に対して第2の剛体(20)が並進運動または回転軸(A1)に直交する軸まわりに回転運動したとき、出力リンク(38、61)は第1の剛体に対して変位しない。 When the second rigid body (20) is translated or rotationally moved about an axis perpendicular to the rotational axis (A1) relative to the first rigid body (10), the output link (38, 61) is moved to the first rigid body. In contrast, it is not displaced.
出力リンク(38、61)は第1の剛体に対して回転運動又は直進運動する。 The output link (38, 61) rotates or moves linearly with respect to the first rigid body.
第1の変向機構(32)および第2の変向機構(35)は第1の剛体(10)に対する第1の点(P1)および第2の点(P2)の、回転軸(A1)まわりの接線方向の変位を第1の変向機構(32)と第2の変向機構(35)を結ぶ直線方向に変更する。 The first turning mechanism (32) and the second turning mechanism (35) are the rotation axes (A1) of the first point (P1) and the second point (P2) with respect to the first rigid body (10). The displacement in the surrounding tangential direction is changed to a linear direction connecting the first turning mechanism (32) and the second turning mechanism (35).
第1の変向機構(32)および第2の変向機構(35)の少なくとも一方はベルクランクである。 At least one of the first turning mechanism (32) and the second turning mechanism (35) is a bell crank.
前記第1の剛体は鉄道車両(1)の車体(10)であり、前記第2の剛体は鉄道車両(1)の台車(20)である。 The first rigid body is a vehicle body (10) of the railway vehicle (1), and the second rigid body is a carriage (20) of the railway vehicle (1).
本発明の特徴によれば、第1の剛体に対する第2の剛体の仮想の回転軸まわりの回転角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。 According to the feature of the present invention, the rotation angle around the virtual rotation axis of the second rigid body relative to the first rigid body can be mechanically detected, so there is no need to worry about electrical failure.
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
第1の実施形態
図1、2に示すように、鉄道車両1は、第1の剛体としての車体10と、車体10を支持する第2の剛体としてのボルスタレス台車(以下、台車と称する。)20を有する。同台車20は、道床B1に設置されたレールR1、R2上の走行車輪21A、21B、21C、21Dを回転可能に支持する前後の輪軸22A、22Bと、輪軸22A、22Bを支持する軸箱23A、23B、23C、23Dと、軸箱23A−23Dに取り付けられた軸箱支持装置24A、24B、24C、24Dと、台車枠25と、台車枠25の頂部に取り付けられた左右の空気ばね26A、26Bを有する。同台車20は、車体10に対する台車20の仮想の回転軸A1まわりの回転角を検出する回転角検知機構30と(図3参照)、回転角検知機構30の出力リンク38に接続されると共に軸箱支持装置24A−24Dへ空気圧を出力する空気圧バルブ40を有する。
First Embodiment As shown in FIGS. 1 and 2, a
ここで、軸箱23A−23Dは、輪軸22A、22Bを回転可能に支持する軸受けと、軸受けを収容する軸箱体と、潤滑装置等を有する。
Here, the
軸箱支持装置24A−24Dは、空気圧バルブ40と空気配管S1、S2、S3、S4を用いて接続したアクチュエータ50A、50B、50C、50Dを有する。アクチュエータ50A−50Dは、空気ばねと空気ばねに抗する戻しばねを有する。空気ばねは、一定圧以上の圧縮空気が供給されると伸長する機能を有する。空気ばねの伸長により輪軸22A、22Bの舵をラジアル方向に変更させ、輪軸22A、22Bの自己操舵機能をアシストする。
The axle
空気圧バルブ40は、回転対偶としての軸受41と、軸受41に回転可能に支持された出力軸42を有する。空気圧バルブ40は、出力軸42の回転角に応じて弁を開閉する機能を有する。
The
図3、4、5に示すように、回転角検知機構30は、台車20の第1の点P1に固定されたピンに回転可能に連結された第1の連結棒31と、第1の連結棒31に連結すると共に回転可能な第1の変向機構としての第1のベルクランク32と、第1のベルクランク32に連結した第2の連結棒33を有する。回転角検知機構30は、台車20の第2の点P2に固定したピンに回転可能に連結した第3の連結棒34と、第3の連結棒34に連結すると共に回転可能な第2の変向機構としての第2のベルクランク35と、第2のベルクランク35に連結した第4の連結棒36を有する。さらに、回転角検出機構30は、第2の連結棒33と第4の連結棒36とに連結した回転可能な差動リンク37と、差動リンク37の回転中心C1に連結した出力リンク38を有する。差動リンク37および出力リンク38は本発明の差動機構を構成する。
As shown in FIGS. 3, 4 and 5, the rotation angle detection mechanism 30 includes a first connecting
ここで、第1の点P1と第2の点P2は台車20の回転軸A1を中心に対称に配置される。つまり、第1の点P1、第2の点P2は、回転軸A1から等距離に位置決めされる。第1及び第3の連結棒31、34は、例えば、同じ長さを有し、第1の点P1、第2の点P2から台車20の回転の接線方向に延びる。
Here, the first point P1 and the second point P2 are arranged symmetrically about the rotation axis A1 of the
第1および第2のベルクランク32、35は、それぞれ、第1の点P1、第2の点P2における台車20の回転の接線方向に配置される。第1および第2のベルクランク32、35の回転中心は、車体10に固定されたピンP3、P4に回転可能に連結する。第1および第2のベルクランク32、35は、回転中心から、例えば、90度の角を成す一対の腕を有する。一対に腕の成す角度は適宜選択してもよい。第1および第2のベルリンク32、35は、台車20の第1の点P1、第2の点P2の回転の接線方向の変位を第1および第2のベルリンク32、35を結ぶ直線方向の変位に変更する。
The first and
差動リンク37は、回転中心C1から等距離の位置で第2の連結棒33と第4の連結棒36とに連結する。差動リンク37の回転中心C1は出力リンク38とピンで連結し、このピンを中心として回転可能である。差動リンク37は、第2の連結棒33と第4の連結棒36から同じ方向の同じ大きさの変位を受けると、車体10に対する姿勢を維持した状態で、車体10に対して並進運動を行う。一方、差動リンク37は、第2の連結棒33と第4の連結棒36から互いに反対方向の同じ大きさの変位を受けると、回転中心C1について回転運動を行う。
The
直線状の出力リンク38は、ピンを介在して差動リンク37の回転中心C1と連結した一端と、出力軸42に連結した回転中心としての他端を有する。出力リンク38の回転中心は、例えば、台車20の回転軸A1を通る中心線上にあって回転軸A1から離れて位置決めされる。出力リンク38は出力軸42と共に回転可能である。出力リンク38は、車体10に対する台車20の回転角に比例した回転角で回転運動する。比例関係は、第1の点P1、第2の点P2の回転軸A1からの距離、出力リンク38の長さによって決定される。
The
次に、回転角検知機構30の動作について説明する。 Next, the operation of the rotation angle detection mechanism 30 will be described.
図6に示すように、台車20が車体10に対して回転軸A1を中心に反時計方向に所定の回転角(ボギー角)で回転する。同時に、台車20の第1の点P1および第2の点P2は同回転の接線方向に変位する。このとき、第1の連結棒31は第1の点P1に従って変位し、第1の点P1の回転の接線方向の変位を第1のベルクランク32に伝達する。第3の連結棒34は第2の点P2に従って変位し、第2の点P2の回転の接線方向の変位を第2のベルクランク35に伝達する。
As shown in FIG. 6, the
第1のベルクランク32はピンP3を中心に反時計方向に回転し、第2のベルクランク35はピンP4を中心に反時計方向に回転する。これにより、第1および第2のベルクランク32、35は、第1の点P1、第2の点P2の回転の接線方向の変位を第1および第2のベルクランク32、35を結ぶ直線方向の変位に変更する。 The first bell crank 32 rotates counterclockwise around the pin P3, and the second bell crank 35 rotates counterclockwise around the pin P4. As a result, the first and second bell cranks 32 and 35 are displaced in the tangential direction of rotation of the first point P1 and the second point P2 in the linear direction connecting the first and second bell cranks 32 and 35. Change to the displacement.
第2の連結棒33は第1のベルクランク32の回転に従って変位し、差動リンク37を押す。第4の連結棒36は第2のベルクランク35に従って変位し、差動リンク37を引っ張る。これにより、差動リンク37は、車体10に対する姿勢を保った状態で、第1および第2のベルクランク32、35を結ぶ直線方向の変位分、並進運動する。
The second connecting
差動リンク37の並進運動により、出力リンク38は出力軸42と共に台車20の回転角に比例した回転角で回転する。これにより、回転角検出機構30は、車体10に対する台車20の回転角を検出することができる。
Due to the translational movement of the
次に、図7に示すように、台車20が車体10に対して後方へ並進運動する。このとき、第1の連結棒31および第3の連結棒34は、第1の点P1、第2の点P2に従って後方へ変位する。第1の連結棒31は第1のベルクランク32を時計方向に回転させ、第3の連結棒34は第2のベルクランク35を反時計方向に回転させる。
Next, as shown in FIG. 7, the
第1のベルクランク32は回転角に応じて第2の連結棒33を変位させ、第2の連結棒33は第1のベルクランク32と第2のベルクランク35を結ぶ直線方向に差動リンク37の一端を引っ張る。一方、第2のベルクランク35は回転角に応じて第4の連結棒36を変位させ、第4の連結棒36は第1のベルクランク32と第2のベルクランク35を結ぶ直線方向に差動リンク37の他端を引っ張る。
The first bell crank 32 displaces the second connecting
第3および第4の連結棒33、36は、差動リンク37に偶力を作用させ、差動リンク37を回転中心C1について時計方向に回転させる。これにより、出力リンク38は回転せずに車体10に対して姿勢を保ち、空気圧バルブ40へ回転運動を出力しない。
The third and fourth connecting
図8に示すように、台車20が車体10に対して前方へ並進運動する。このとき、第1の連結棒31および第3の連結棒34は、第1の点P1、第2の点P2に従って前方へ変位する。第1の連結棒31は第1のベルクランク32を反時計方向に回転させる一方、第3の連結棒34は第2のベルクランク35を時計方向に回転させる。第1のベルクランク32は回転角に応じて第2の連結棒33を変位させ、第2の連結棒33は第1のベルクランク32と第2のベルクランク35を結ぶ直線方向に差動リンク37の一端を押す。一方、第2のベルクランク35は回転角に応じて第4の連結棒36を変位させ、第4の連結棒36は第1のベルクランク32と第2のベルクランク35を結ぶ直線方向に差動リンク37の他端を押す。第2の連結棒33および第4の連結棒36は差動リンク37に偶力を作用させ、差動リンク37を回転中心C1について反時計方向に回転させる。これにより、出力リンク38は回転せずに車体10に対して姿勢を保ち、空気圧バルブ40へ回転運動を出力しない。
As shown in FIG. 8, the
次に、図9に示すように、台車20が車体10に対して左右(横)方向へ並進運動する。このとき、第1の連結棒31および第3の連結棒34は、それぞれ、第1の点P1および第2の点P2に従って第1のベルクランク32との連結点、第2のベルクランク35との連結点を中心に時計方向に回転する。一方、第1および第2のベルクランク32、35、第2および第4の連結棒33、36、差動リンク37並びに出力リンク38は車体10に対する姿勢を保ち、出力リンク38は空気圧バルブ40へ回転運動を出力しない。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、台車20が車体10に対して回転軸A1に直交する軸まわりに回転運動する。これは、台車20が車体10に対して左右方向の軸まわりに上下に回転する場合(ピッチ)、また、台車20が車体10に対して前後方向の軸まわりに回転する場合(ロール)である。
Next, the
これらの場合、差動リンク37並びに出力リンク38は車体10に対する姿勢を保ち、出力リンク38は空気圧バルブ40へ回転運動を出力しない。
In these cases, the
以上から、回転角検知機構30は、台車20が車体10に対して回転軸A1まわりに回転角で回転する場合、同回転角を検出し、空気圧バルブ40へ同回転角の回転を出力する。一方、回転角検知機構30は、台車20が車体10に対して前後、左右に並進運動する場合、または、回転軸A1に直交する軸まわりに回転運動する場合、空気圧バルブ40へ回転を出力しない。
From the above, the rotation angle detection mechanism 30 detects the rotation angle when the
次に、鉄道車両1の動作を説明する。
Next, the operation of the
図10に示すように、鉄道車両1が軌道R1、R2の曲線区間に進入すると、鉄道車両1の台車20A、20Bは車体10に対して回転軸A1まわりに回転し、車体10と台車20A、20Bとの間にボギー角(回転角)を生じさせる。
As shown in FIG. 10, when the
このとき、回転角検出機構30の出力リンク38は、車体10に対する台車20A、20Bの回転角に従って、空気圧バルブ40へ回転運動を出力する(図1参照)。空気圧バルブ40は、アクチュエータ50A、50Cを伸長させる一方、アクチュエータ50B、50Dを伸長させない。これにより、図11(B)に示すように、軌道R1、R2のカーブに沿って輪軸22A、22Bをラジアル方向に向けてアシスト動作させることができる。
At this time, the
以上の実施形態によれば、車体10に対する台車20の回転角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
According to the above embodiment, since the rotation angle of the
車体10に対する台車20の回転角に連動して、機械的に空気圧バルブ40を動作させるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
Since the
車体10に対する台車20の回転角に連動して、機械的にアクチュエータ50A−50Dを作動させ、台車20に対して輪軸22A、22Bの操舵をアシストするので、電気的な制御によるアクティブな操舵方式で懸念されるようなフェールによる逆操舵の恐れが無い。
The
第2の実施形態
図12に示すように、回転角検知機構30Aは、差動リンク37の回転中心C1にピンを用いて取り付けられた出力リンク61と、出力リンク61を直進運動可能に支持すると共に空気圧バルブ40に固定された直進対偶としてのリニアガイド62を有する。
Second Embodiment As shown in FIG. 12, the rotation
この実施形態によれば、台車20が車体10に対して回転軸A1まわりに回転したとき、出力リンク61はリニアガイド62に対して直進運動する。すなわち、回転角検知機構30Aは、車体10に対する台車20の第1の点P1、第2の点P2の回転の接線方向の変位を出力リンク61によって直進変位として出力する。
According to this embodiment, when the
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。第1および第2の変向機構は、ベルクランクに限らず、例えば、回転体にワイヤーを掛けて、ワイヤーを第1の点、第2の点、差動リンクに連結してもよい。また、第1および第2の変更機構は歯車機構を用いて変位の方向を変更してもよい。 In addition, this invention is not limited to this embodiment, Moreover, each embodiment can be changed and corrected in the range which does not change the meaning of invention. The first and second deflection mechanisms are not limited to the bell crank, and for example, a wire may be hung on the rotating body and the wire may be connected to the first point, the second point, and the differential link. The first and second changing mechanisms may change the direction of displacement using a gear mechanism.
1 鉄道車両
10 車体
20 台車
22A、22B 輪軸
23A−23D 軸箱
24A−24D 軸箱支持装置
30、30A 回転角検知機構
31 第1の連結棒
32 第1のベルクランク
33 第2の連結棒
34 第3の連結棒
35 第2のベルクランク
36 第4の連結棒
37 差動リンク
38 出力リンク
40 空気圧バルブ
41 軸受
42 出力軸
50A−50D アクチュエータ
61 出力リンク
62 リニアガイド
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記回転軸に対称に配置されて第2の剛体に固定される第1の点および第2の点と、
第1の剛体に取り付けられると共に前記第1の点および第2の点のそれぞれの接線方向に延びる第1の連結棒および第3の連結棒を介して前記第1の点および第2の点にそれぞれ連結した第1の変向機構および第2の変向機構と、
第1の変向機構および第2の変向機構を介して前記第1の点および第2の点と連動する差動機構を有し、
前記差動機構は、
前記第1の変向機構および第2の変向機構と連結すると共に回転中心について回転可能な差動リンクと、
前記差動リンクの回転中心と連結すると共に第1の剛体に変位可能に連結した出力リンクを有する
回転角検出機構。 A rotation angle detection mechanism for detecting a rotation angle of a second rigid body with respect to a first rigid body around a virtual rotation axis,
A first point and a second point arranged symmetrically with respect to the rotation axis and fixed to a second rigid body;
The first point and the second point are attached to the first point and the second point via first and third connecting rods attached to the first rigid body and extending in the tangential direction of the first point and the second point, respectively. A first turning mechanism and a second turning mechanism connected to each other;
A differential mechanism interlocking with the first point and the second point via a first direction change mechanism and a second direction change mechanism;
The differential mechanism is
A differential link coupled to the first turning mechanism and the second turning mechanism and rotatable about a rotation center;
A rotation angle detection mechanism having an output link connected to the rotation center of the differential link and movably connected to the first rigid body.
前記差動リンクは前記第1の剛体に対する姿勢を保ち、
前記出力リンクは前記回転角に比例して第1の剛体に対して変位する、
請求項1に記載の回転角検出機構。 When the second rigid body rotates at a rotation angle around the rotation axis with respect to the first rigid body,
The differential link maintains a position relative to the first rigid body;
The output link is displaced relative to the first rigid body in proportion to the rotation angle;
The rotation angle detection mechanism according to claim 1.
請求項1又は2に記載の回転角検出機構。 3. The rotation according to claim 1, wherein the output link is not displaced with respect to the first rigid body when the second rigid body is translated or rotationally moved about an axis orthogonal to the rotation axis with respect to the first rigid body. Angle detection mechanism.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の回転角検出機構。 The output link rotationally or linearly moves with respect to the first rigid body;
The rotation angle detection mechanism according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4の何れか1つに記載の回転角検出機構。 The first direction change mechanism and the second direction change mechanism change a tangential displacement around the rotation axis of the first point and the second point relative to the first rigid body with respect to the first direction change mechanism and the second direction change mechanism. The rotation angle detection mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotation angle detection mechanism is changed to a linear direction connecting the two deflection mechanisms.
請求項1乃至5の何れか1つに記載の回転角検出機構。 The rotation angle detection mechanism according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the first direction change mechanism and the second direction change mechanism is a bell crank.
前記第2の剛体は鉄道車両の台車である
請求項1乃至6の何れか1つに記載の回転角検出機構。 The first rigid body is a vehicle body of a railway vehicle;
The rotation angle detection mechanism according to any one of claims 1 to 6, wherein the second rigid body is a carriage of a railway vehicle.
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