特表 2024-508189 空気ばね及び鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-22

(54)【発明の名称】空気ばね及び鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61F 5/10 20060101AFI20240215BHJP

   F16F 9/04 20060101ALI20240215BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240215BHJP

   F16F 15/03 20060101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

B61F5/10 C

F16F9/04

F16F15/02 A

F16F15/03 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023555715

(86)(22)【出願日】2022-03-18

(85)【翻訳文提出日】2023-10-19

(86)【国際出願番号】 CN2022081824

(87)【国際公開番号】W WO2022194294

(87)【国際公開日】2022-09-22

(31)【優先権主張番号】202110294179.6

(32)【優先日】2021-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523345781

【氏名又は名称】青▲島▼博▲鋭▼智▲遠▼▲減▼振科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】王国▲棟▼

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼波

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼志国

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼万▲強▼

(72)【発明者】

【氏名】▲蘇▼▲鵬▼

【テーマコード（参考）】

3J048

3J069

【Ｆターム（参考）】

3J048AB08

3J048AB12

3J048AD01

3J048BE09

3J048EA15

3J069AA27

(57)【要約】

本開示は、上部カバーと、上部カバーと間隔を空けて対向配置されたカバープレート及びカバープレートの下方に接続された支持部を含む下部カバーと、カバープレートと上部カバーとの間に配置されたダイヤフラムと、支持部に接続された基部と、通電可能な第１のコイル及び第２のコイルを含む電磁浮上モジュールと、空気ばねが受ける垂直荷重を検出するよう構成された第１の荷重センサ及び高低差を検出するよう構成された第１の高さセンサを含む検出モジュールと、電磁浮上モジュール及び検出モジュールにそれぞれ電気的に接続され、検出モジュールから検出信号を受信し、検出信号に従って電磁浮上モジュールを制御するように構成された電磁制御モジュールと、を含む空気ばねを提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部カバーと、
上部カバーに間隔をあけて対向配置されたカバープレートと、該カバープレートの下方に接続された支持部と、を含む下部カバーと、
前記カバープレートと前記上部カバーとの間に配置されて空気室を形成するダイヤフラムと、
前記支持部に移動可能に接続された基部と、
通電可能な第１のコイルと第２のコイルとを含む電磁浮上モジュールと、
を備える空気ばねであって、
前記第１のコイルは前記支持部上に取り付けられ、前記第２のコイルは前記基部上に配置され、前記第１のコイル及び前記第２のコイルは、通電後に磁界を発生して電磁力を形成し、前記第１のコイル及び／又は前記第２のコイルの電流は調整可能である、空気ばね。

【請求項2】

前記上部カバーと、
前記上部カバーと間隔を空けて対向配置された前記カバープレートと、前記カバープレートの下方に接続された前記支持部と、を含む前記下部カバーと、第１の収容室を形成する前記支持部及び前記カバープレートの中空内部と、
前記カバープレートと前記上部カバーとの間に配置されて前記空気室を形成する前記ダイヤフラムと、
前記支持部の外側にスリーブが付けられた前記基部と、
通電可能な前記第１のコイルと前記第２のコイルとを含み、前記第１のコイルは前記第１の収容室内に配置され、前記第２のコイルは前記基部の外側にスリーブが付けられている、前記電磁浮上モジュールと、
前記上部カバー上に配置され、前記空気ばねが支える垂直荷重を検出するよう構成された第１の荷重センサと、前記上部カバーと前記基部の底部との高低差を検出するよう構成された第１の高さセンサと、を含む検出モジュールと、
前記電磁浮上モジュール及び前記検出モジュールにそれぞれ電気的に接続され、前記検出モジュールから検出信号を受信し、前記検出信号に従って前記電磁浮上モジュールを制御するように構成された電磁制御モジュールと、を含む、請求項１に記載の空気ばね。

【請求項3】

補助ばねを更に含み、該補助ばねは前記空気室内に配置された第１のゴムパッドを含むみ、該第１のゴムパッドは前記カバープレートに着脱可能に固定される、請求項１又は２に記載の空気ばね。

【請求項4】

前記補助ばねは第２のゴムパッドを更に含み、前記支持部上に第１の取付部材が配置され、前記基部と前記第１の取付部材との間に第２の収容室が形成され、前記第２の収容室に前記第２のゴムパッドが配置されている、請求項３に記載の空気ばね。

【請求項5】

前記検出モジュールは第２の荷重センサ及び第２の高さセンサを更に含み、前記第１の取付部材は前記基部の上方に配置され、前記第１の取付部材は前記カバープレートに接続され、前記第２の荷重センサは、前記基部上に配置され、前記第２のゴムパッドに接触し、前記第２の高さセンサは、前記カバープレートと前記基部の上部との高低差を測定するように構成されている、請求項４に記載の空気ばね。

【請求項6】

前記補助ばねは第３のゴムパッドを更に含み、前記支持部上には第２の取付部材が配置され、前記第２の取付部材は、前記基部の下方に配置され、前記基部とともに第３の収容室を形成し、前記第３の収容室には前記第３のゴムパッドが配置されている、請求項４に記載の空気ばね。

【請求項7】

前記検出モジュールは第３の荷重センサ及び第３の高さセンサを更に含み、第３の取付部材が前記支持部上に配置され前記基部の下に位置し、前記基部と前記第３の取付部材との間には、第４のゴムパッドが配置され、前記第３の荷重センサは、前記第３の取付部材上に配置され、前記第４のゴムパッドに接触し、前記第３の高さセンサは、前記カバープレートと前記基部の底部との間の高低差を測定するように構成される、請求項４に記載の空気ばね。

【請求項8】

前記補助ばねは、前記支持部の下に間隔を置いて配置された第５のゴムパッドを更に含み、該第５のゴムパッドは、取付座を介して台車に連結されている、請求項７に記載の空気ばね。

【請求項9】

前記第１のゴムパッドの上方に支持座が接続され、該支持座の上方に摩擦片が配置されている、請求項３に記載の空気ばね。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の空気ばねを備える鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月１９日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ ａｉｒ ｓｐｒｉｎｇ ａｎｄ ｒａｉｌ ｖｅｈｉｃｌｅ（電磁浮上空気ばね及び鉄道車両）」という名称の中国特許出願第２０２１１０２９４１７９．６号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本出願は、鉄道車両の防振の技術分野に属し、特に空気ばね及び鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0003】

空気ばねは、車体と台車との間に取り付けられ、垂直荷重、横荷重及びトルクなどを伝達し、垂直及び横振動を吸収し、水平復元力を提供し、車両の安定性及び快適性に大きな影響を与える。

【0004】

従来技術では、空気ばねは通常、補助ばねと直列に接続するダイヤフラムの方式を採用しているため、防振効果はダイヤフラム内の空気圧縮及び補助ばねのゴム変形によって達成される。空気ばねは、主に、上部カバー、ダイヤフラム、及び補助ばねを含み、上部カバーは、密閉及び荷重伝達を実現するために車体又はボルスタの下方に配置され、補助ばねは、ダイヤフラムの下方に位置する。空気ばねが正常に膨張している状態では、ダイヤフラムが防振において主要な役割を果たす。空気ばねの性能は、主にダイヤフラムの性能に依存する。補助ばねは、空気ばねが収縮した緊急状態で使用される。空気ばねが補助ばねと直列接続するダイヤフラムの方式を採用する防振モードは、振動を吸収する受動的な防振モードであるため、防振性能が悪い。また、補助ばねが一定の動作状態にあるため、補助ばねが支える荷重が大きく変化し、寿命が短く、車両の動作信頼性に深刻な影響を与える。

【発明の概要】

【0005】

上記の技術的問題のいくつかを考慮して、本出願の第１の態様は、車両の安定性を向上することができる空気ばねを提供する。

【0006】

空気ばねは
上部カバーと、
上部カバーに間隔をあけて対向配置されたカバープレートと、カバープレートの下方に接続された支持部と、を含む下部カバーと、
カバープレートと上部カバーとの間に配置されて空気室を形成するダイヤフラムと、
支持部に移動可能に接続された基部と、
通電可能な第１のコイルと第２のコイルとを含む電磁浮上モジュールと
を備え、第１のコイルは支持部上に取り付けられ、第２のコイルは基部上に配置され、第１のコイル及び第２のコイルは、通電後に磁界を生成して電磁力を形成し、第１のコイル及び／又は第２のコイルの電流は、支持部と基部とが互いに相対的に移動することができるように調整可能である。

【0007】

更に、空気ばねは、
空気ばねによって支えられる垂直荷重を検出するように構成された第１の荷重センサと、空気ばねの垂直高低差を検出するように構成された第１の高さセンサとを含む検出モジュールと、
少なくとも１つのプロセッサと、メモリと、少なくとも１つのプログラムとを含む電磁制御モジュールであって、少なくとも１つのプログラムがメモリに記憶され、少なくとも１つのプログラムによって実行されるように構成され、少なくとも１つのプログラムが、
第１の荷重センサ及び第１の高さセンサによるリアルタイムの取得データを受信して記憶する命令と、
取得されて記憶されたデータに従って垂直荷重及び高低差が変更されたかどうかを判定するための命令と、
垂直荷重及び高低差の変化に従って対応する電磁力変化値を計算するための命令と、
計算された電磁力変化値に従って第１のコイル及び／又は第２のコイルの電流の大きさ又は電流方向を調整するための命令とを含む、電磁制御モジュールと、を含む。

【0008】

より具体的には、空気ばねは、
上部カバーと、
上部カバーと間隔を空けて対向配置されたカバープレートと、カバープレートの下方に接続された支持部と、を含む下部カバーと、第１の収容室を形成する支持部及びカバープレートの中空内部と、
カバープレートと上部カバーとの間に配置されて空気室を形成するダイヤフラムと、
支持部の外側にスリーブが付けられた基部と、
通電可能な第１のコイルと第２のコイルとを含み、第１のコイルは第１の収容室内に配置され、第２のコイルは基部の外側にスリーブが付けられている、電磁浮上モジュールと、
上部カバー上に配置され、空気ばねが支える垂直荷重を検出するよう構成された第１の荷重センサと、上部カバーと基部の底部との高低差を検出するよう構成された第１の高さセンサと、を含む検出モジュールと、
電磁浮上モジュール及び検出モジュールにそれぞれ電気的に接続され、検出モジュールから検出信号を受信し、検出信号に従って電磁浮上モジュールを制御するように構成された電磁制御モジュールと、を含む。

【0009】

任意選択的に、電磁制御モジュールによる電磁浮上モジュールの制御は、主に、第１のコイル及び／又は第２のコイルの電流の大きさ又は電流の方向の制御である。

【0010】

任意選択的に、電磁制御モジュールは、コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体を含み、プログラムは、第１の荷重センサ及び第１の高さセンサによってリアルタイムで取得されたデータを受信し、データを記憶するための命令と。取得されて記憶されたデータに従って垂直荷重及び高低差が変更されたかどうかを判定するための命令と、垂直荷重及び高低差の変化に従って対応する電磁力変化値を計算するための命令と、計算された電磁力変化値に従って第１のコイル及び／又は第２のコイルの電流の大きさ又は電流の方向を調整するための命令とを含む。

【0011】

任意選択で、空気ばねは補助ばねを更に含み、補助ばねは、空気室内に配置され、カバープレートに着脱可能に固定された第１のゴムパッドを含む。

【0012】

任意選択的に、補助ばねは、第２のゴムパッドを更に含み、支持部上に第１の取付部材が配置され、基部と第１の取付部材との間に第２の収容室が形成され、第２の収容室に第２のゴムパッドが配置されている。

【0013】

任意選択的に、検出モジュールは、第２の荷重センサ及び第２の高さセンサを更に含み、第１の取付部材は、基部の上方に配置され、第１の取付部材は、カバープレートに接続され、第２の荷重センサは、基部上に配置され、第２のゴムパッドに接触し、第２の高さセンサは、カバープレートと基部の上部との高低差を測定するように構成されている。

【0014】

任意選択的に、補助ばねは、第３のゴムパッドを更に含み、支持部上には、第２の取付部材が配置され、第２の取付部材は、基部の下方に配置され、基部とともに第３の収容室を形成し、第３の収容室には、第３のゴムパッドが配置されている。

【0015】

又は任意選択的に、補助ばねは、第２のゴムパッドを更に含み、支持部には、第１の取付部材が移動可能に接続され、基部と第１の取付部材との間には、第２の収容室が形成され、第２の収容室には、第２のゴムパッドが位置し、第２のゴムパッドの上部は、第１の取付部材に固定的に接続され、第２のゴムパッドの下部は、基部に固定的に接続される。任意選択的に、補助ばねは、第３のゴムパッドを更に含み、支持部には、第２の取付部材が移動可能に接続されており、第２の取付部材は、基部の下方に配置され、基部とともに第３の収容室を形成し、第３の収容室内には、第３のゴムパッドが位置し、第３のゴムパッドの上部は、基部に固定的に接続され、第３のゴムパッドの下部は、第２の取付部材に固定的に接続される。

【0016】

又は任意選択的に、検出モジュールは、第３の荷重センサを含み、第３の取付部材は、支持部上に配置され、基部の下に位置し、基部と第３の取付部材との間には、第４のゴムパッドが配置され、第３の荷重センサは、第３の取付部材上に配置され、第４のゴムパッドに接触し、第３の高さセンサは、カバープレートと基部の底部との間の高低差を測定するように構成される。

【0017】

任意選択的に、補助ばねは、支持部の下に間隔を置いて配置された第５のゴムパッドを更に含み、第５のゴムパッドは、取付座を介して台車に接続されている。支持部と第５のゴムパッドとの間の第１の距離は、カバープレートと基部との間の第２の距離よりも小さい。

【0018】

任意選択的に、第１のゴムパッドの上方に支持座が接続され、第１のゴムパッドの摩擦力よりも小さい摩擦力を有する摩擦片が支持座の上方に配置される。

【0019】

本出願の第２の態様は、上述の空気ばねを含む鉄道車両を提供する。
従来技術と比較して、本出願は以下の利点及びプラスの効果を有する。
１．本出願の少なくとも１つの実施態様で提供される空気ばねは、能動的な防振機能を有し、電磁制御モジュールの論理計算を通じて垂直方向の能動的な防振機能を実現することができ、その結果、車体の垂直振動が最終的に制御される。
２．本出願の少なくとも１つの実施態様で提供される空気ばねは、従来の空気ばねのほぼすべての特性を有し、従来の空気ばねよりも有利である。水平方向において、電磁力とダイヤフラムと第２のゴムパッドとの協働作用下で、水平方向のねじり荷重が伝達され、水平方向のねじり変位が支えられる。加えて、第１の高さセンサは、ダイヤフラムの膨張及び収縮を制御するために、従来技術における高さバルブに取って代わることができる。
３．本出願の少なくとも１つの実施態様で提供される空気ばねは、故障モードにおいて安全設計機能を有し、第１のゴムパッドと第３のゴムパッド又は第１のゴムパッドと第２のゴムパッドとを直列に接続することによって荷重を支えることができ、より低い剛性及びより良好な防振効果を有する。
４．本出願の少なくとも１つの実施態様で提供される空気ばねでは、補助ばねは高い信頼性を有し、第２のゴムパッドのみが通常状態で動作し、電磁力と協働して作用するため、荷重変化が小さい。第１のゴムパッド及び第３のゴムパッドは、故障状態では荷重を支え、通常状態では荷重を支えない。補助ばねは、寿命が長く、故障率が低いという特性を有する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】一実装形態における空気ばねの概略図である。

【図2】一実装形態における空気ばねの概略図である。

【図3】一実装形態における空気ばねの概略図である。

【符号の説明】

【0021】

図中、１ 上部カバー、２ 下部カバー、２１ カバープレート、２２ 支持部、２２１ 第１の収容室、２２２ 溝、３ ダイヤフラム、３１ 空気室、４ 基部、４１ 支持部分、４１１ 第１の取付部材、４１２ 第２の取付部材、４１３ 第３の取付部材、５１ 第１のコイル、５２ 第２のコイル、６１ 第１の荷重センサ、６２ 第１の高さセンサ、６３ 第２の荷重センサ、６４ 第２の高さセンサ、６５ 第３の荷重センサ、６６ 第３の高さセンサ、７１ 第１のゴムパッド、７２ 第２のゴムパッド、７３第３のゴムパッド、７４ 第４のゴムパッド、７５ 第５のゴムパッド、７６ 取付座、８ 摩擦片、９ 支持座。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本出願の技術的解決策は、特定の実施形態と組み合わせて以下で詳細に説明される。しかしながら、一実施形態における要素、構造及び特徴はまた、更なる説明なしに他の実施形態に有利に組み込まれ得ることを理解されたい。

【0023】

本出願の説明では、「第１の」及び「第２の」などの用語は説明目的のみに使用され、相対的な重要性を示したり、暗示したり、示された技術的特徴の数を暗黙的に示したりすると理解することはできないことに留意されたい。よって、「第１の」及び「第２の」で定義された特徴は、これらの特徴の１つ又は複数を明示的又は暗黙的に含み得る。

【0024】

本出願の説明では、向き又は位置関係を示す「上」、「下」などの用語は、単に本出願を説明する便宜上及び簡略化された説明のために、図１に示された車両に接続された向きの説明に基づいているが、言及された装置又は要素が特定の向きでなければならず、特定の向きで構成され動作されなければならないことを示したり示唆したりするものではなく、したがって本出願を限定するものと解釈されるべきではないことに留意されたい。

【0025】

本出願の説明において、「接続」、「接続する」、及び「接続された」という用語は、特に明確に指定及び限定されない限り、広い意味で理解されるべきであることに留意されたい。例えば、それらは固定接続、取り外し可能な接続、又は一体型接続であってもよく、直接的な接続であっても、中間媒体を介した間接的な接続であってもよく、２つの要素の内部接続であってもよい。当業者にとって、本出願における上述の用語の特定の意味は、特定の状況下で理解することができる。

【0026】

本出願の第１の実施態様は空気ばねを提供し、空気ばねは、
上部カバー１と、
上部カバー１に間隔をあけて対向配置されたカバープレート２１と、
カバープレート２１の下方に接続された支持部２２と、を含む下部カバー２と、
カバープレート２１と上部カバー１との間に配置され、上部カバー１とカバープレート２１と共に空気室３１を形成するダイヤフラム３と、
支持部２２に上下に移動可能に接続された基部４であって、例えば、基部４は、支持部２２上でスリーブが付けられており、基部４は、車体と台車との間に空気ばねが位置するように、台車に接続されている、基部４と、
通電可能な第１のコイル５１及び第２のコイル５２を含む電磁浮上モジュールとを備え、第１のコイル５１は支持部２２に取り付けられ、第２のコイル５２は基部４上に配置され、通電後の第１のコイル５１及び第２のコイル５２は、互いに反発又は吸引する電磁力を形成するための磁界を生成することができ、第１のコイル５１の電流及び／又は第２のコイル５２の電流は、支持部２２と基部４とが相対的に移動して防振効果を得ることができるように調整可能である。

【0027】

より具体的には、空気ばねは、
上部カバー１と、
上部カバーと間隔を空けて対向配置されたカバープレート２１と、カバープレート２１の下方に接続された支持部２２と、カバープレート２１とともに第１の収容室２２１を形成する支持部２２の中空内部と、を含む下部カバーと、
カバープレート２１と上部カバー１との間に配置されて、上部カバー１とカバープレート２１とともに空気室３１を形成するダイヤフラム３と、
支持部２２の外側にスリーブが付けられ、台車に接続される基部４と、
通電可能な第１のコイル５１及び第２のコイル５２を含み、第１のコイル５１は第１の収容室２２１内に配置され、第２のコイル５２は基部４の外側にスリーブが付けられており、通電後、第１のコイル５１と第２のコイル５２が電磁力を形成するための磁場を生成する、電磁浮上モジュールと、
上部カバー１上に配置され、空気ばねが支える垂直荷重Ｆｚ１を検出するよう構成された第１の荷重センサ６１と、図１に示すように、上部カバー１と基部４の底部との高低差Ｈ１を検出するよう構成された第１の高さセンサ６２と、を含む検出モジュールと、
電磁浮上モジュール及び検出モジュールにそれぞれ電気的に接続され、検出モジュールから検出信号を受信し、検出信号に従って電磁浮上モジュールを制御するよう構成された電磁制御モジュールと、を含む。

【0028】

検出モジュールによって検出された変更前後の垂直荷重及び変更前後の高低差Ｈ１に従って、電磁制御モジュールは、主に、第１のコイル５１及び／又は第２のコイル５２の電流の大きさ又は電流方向を調整し、あるいはダイヤフラム３を膨張又は収縮させて、垂直荷重の変更及び高低差Ｈ１の変更によって引き起こされる上又は下への振動を打ち消す。電磁制御モジュールの論理計算により、能動的な防振機能を実現することができ、車体の垂直振動をある程度回避することができる。

【0029】

より具体的には、電磁制御モジュールは、少なくとも１つのプロセッサと、メモリと、少なくとも１つのプログラムとを含み、少なくとも１つのプログラムがメモリに記憶され、少なくとも１つのプログラムによって実行されるように構成され、少なくとも１つのプログラムが、

【0030】

第１の荷重センサ６１及び第１の高さセンサ６２によるリアルタイムの取得データを受信して記憶する命令と、
受信して記憶されたデータに従って垂直荷重Ｆｚ１及び高低差Ｈ１が変更されたかどうかを判定するための命令と、
垂直荷重Ｆｚ１及び高低差Ｈ１の変化に従って対応する電磁力変化値を計算するための命令と、
計算された電磁力変化値に従って第１のコイル５１及び／又は第２のコイル５２の電流の大きさ又は電流方向を調整するための命令とを含む。

【0031】

電磁制御モジュールは又、コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、プログラムは、第１の荷重センサ６１及び第１の高さセンサ６２によってリアルタイムで取得されたデータを受信し、データを記憶するための命令と。受信されて記憶されたデータに従って垂直荷重Ｆｚ１及び高低差Ｈ１が変更されたかどうかを判定するための命令と、垂直荷重Ｆｚ１及び高低差Ｈ１の変化に従って対応する電磁力変化値を計算するための命令と、計算された電磁力変化値に従って第１のコイル５１及び／又は第２のコイル５２の電流の大きさ又は電流の方向を調整するための命令とを含む。

【0032】

具体的には、図１を参照すると、溝２２２が第１の収容室２２１の内壁に周方向に配置され、第１のコイル５１が溝２２２内に配置され、それにより、支持部２２は第１のコイル５１と共に移動することができる。基部４の底部には支持部分４１が設けられており、第２のコイル５２は基部４の外側にスリーブが付けられて支持部分４１上に位置しているので、支持部分４１は第２のコイル５２を制限することができる。本実施態様では、空気ばねによって支えられる垂直荷重は、基本的に、通電後に第１のコイル５１及び第２のコイル５２によって生成される磁場によって形成される相互に反発する電磁力によって支えられるか、又はダイヤフラム３によって支えられる。電磁力はダイヤフラム３と直列であるので、電磁力によって支えられる垂直荷重は、ダイヤフラム３によって支えられる垂直荷重と同じである。第１の荷重センサ６１が圧力センサであることは容易に理解される。車体が静止している場合、第１の荷重センサ６１が検出する垂直荷重は、車体の自重であり、車体が動いている場合には、検出された荷重は車体の自重と、振動時に車体で発生する動的荷重（それぞれ、車体の自重及び動的荷重と呼ぶ場合がある）である。具体的には、台車が上下に振動すると、基部４の位置が変化するため、高低差Ｈ１が変化する。基部４の位置変化は、磁界の強度変化及び第１のコイル５１の位置での磁力の変化をもたらし、空気ばねの垂直振動を引き起こす傾向がある。このとき、第１の荷重センサ６１が検出する荷重は、車体の自重及び動的荷重である。第１のコイル５１によって支えられる荷重変化を排除するために、電磁制御モジュールは、第１の荷重センサ６１によって検出された荷重Ｆｚ１を受信して計算することによって発生した動的荷重を取得し、第２のコイル５２の電流の大きさを調整することを通じて（必要に応じて電流方向を調整することができる）第１のコイル５１の位置における磁場の強度を変更することによって、又は第１のコイル５１の電流の大きさを調整することを通じて第１のコイル５１が受ける電磁力を変更することによって電磁浮上モジュールを制御する。その結果、磁場の電磁力が増加又は減少して動的荷重を打ち消し、第１のコイル５１の位置は最終的に変化しないままである。これにより、空気ばねは垂直に振動せず、車体は垂直に振動しない。すなわち、台車が振動した後、車体の高度は、振動前の車体の高度とほぼ同じであり、乗員は振動を感じない。

【0033】

一方、空気ばねの上部の膨張可能ダイヤフラム３は、防振及び減衰効果を有するので、検出モジュールのデータ取得及び送信、並びに電磁制御モジュールの論理計算及び命令発行の瞬間に車体の瞬間的な振動を引き起こすことはない。

【0034】

次に、車体が上部カバー１よりも上方に位置し、台車が基部４よりも下方に位置し、車輪が台車よりも下方に位置して接地している場合に、台車の振動が空気ばね及び車体に与える影響について説明する。移動中に車輪が窪みに遭遇すると、車輪が台車及び基部４を下方に移動させるので、基部４とカバープレート２１との間の高低差Ｈ１が増加し、動的荷重が減少する。下降時には、第２のコイル５２が基部４と共に下降するため、第１のコイル５１に与えられる磁力が弱まり、第１のコイル５１が下降する傾向になる。第１のコイル５１が直接下降すると仮定すると、第１のコイル５１は必然的に下部カバー２及び上部カバー１を下降させてしまうため、車体も下降してしまい、乗員はダウンバンプを感じることになる。車体の下降を回避するために、検出モジュールが論理計算及び命令送信を通じて高低差Ｈ１及び動的荷重の変化を検出すると、電磁制御モジュールは、第１のコイル５１が元の位置に留まり下降しないように、第２のコイル５２を制御して電流を増加させ、第１のコイル５１における磁界の強度を増加させることができ、又は電磁制御モジュールは、第１のコイル５１を制御して電流を増加させ、発生する電磁力を増加させることでも、第１のコイル５１が元の位置に留まることができる。したがって、下部カバー２、上部カバー１、及び車体を下降させず、バンプを回避する。同様に、移動中に車輪が突起に遭遇すると、車輪が台車及び基部４を上方に移動させるので、基部４とカバープレート２１との間の高低差Ｈ１が減少し、動的荷重が増加する。上方移動時には、第２のコイル５２が基部４と共に上方に移動するため、第１のコイル５１に与えられる磁力が増大し、第１のコイル５１が上昇する傾向になる。第１のコイル５１が直接上昇すると仮定すると、第１のコイル５１は必然的に下部カバー２及び上部カバー１を上昇させてしまうため、車体も上昇してしまい、乗員はアップバンプを感じることになる。車体の上昇を回避するために、検出モジュールが論理計算及び命令送信を通じて高低差Ｈ１及び動的荷重の変化を検出すると、電磁制御モジュールは、第１のコイル５１が元の位置に留まり上昇しないように、第２のコイル５２を制御して電流を減少させ、第１のコイル５１における磁界の強度を減少させることができ、又は電磁制御モジュールは、第１のコイル５１を制御して電流を減少させ、発生する電磁力を減少させることでも、第１のコイル５１が元の位置に留まることができる。したがって、下部カバー２、上部カバー１、及び車体を上昇させず、バンプを回避する。上記２つの方法では、車輪及び台車がバンプされたとき、車体をほぼ同じ高度に保つことができ、乗員はバンプを感じることがない。

【0035】

補助ばねを構成することにより、空気ばねは故障モードでの設計された安全性にもなり得る。図２に示すように、補助ばねは、空気室３１内に配置され、カバープレート２１に着脱可能に固定された第１のゴムパッド７１を含む。具体的には、第１のゴムパッド７１は、ボルトを介してカバープレート２１に固定的に取り付けられてもよい。第１のゴムパッド７１の上方には支持座９が接続され、支持座９の上方には摩擦片８が配置されており、摩擦片８は高分子材料、例えばポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレンなどからなる。摩擦片８の摩擦係数は、第１のゴムパッド７１の摩擦係数よりもはるかに小さい。ダイヤフラム３が収縮した緊急状態では、第１のゴムパッド７１が荷重のみを支えるため、一定の防振効果が得られる。摩擦片８の配置は、第１のゴムパッド７１の耐摩耗性を改善し、ダイヤフラムが収縮したときに摩擦片８の小さな摩擦力により空気ばねが依然として水平に摺動できることを保証する。

【0036】

続けて図２を参照すると、補助ばねは、第２のゴムパッド７２を更に含み、支持部２２上に第１の取付部材４１１が配置され、基部４と第１の取付部材４１１との間に第２の収容室が形成され、第２の収容室に第２のゴムパッド７２が配置されている。好ましくは、第１の取付部材４１１は基部４の上方に配置され、第１の取付部材４１１はカバープレート２１に接続され、第２のゴムパッド７２は第２の収容室に配置され、第１の取付部材４１１及び基部４にそれぞれ接触する。検出モジュールは、第２の荷重センサ６３及び第２の高さセンサ６３を更に含む。第２の荷重センサ６３は、基部４上に配置され、第２のゴムパッド７２に接触する圧力センサである。第２の高さセンサ６４は、カバープレート２１と基部４の上部との高低差Ｈ２を測定するように構成されている。任意選択的に、第２のゴムパッド７２は、第１の取付部材４１１と基部４との間に、ダイヤフラム３及び電磁浮上モジュールと共に直列接続方向の垂直荷重を支えるように、予め押圧される。

【0037】

第２のゴムパッド７２は、第１の取付部材４１１を介してカバープレート２１に接続されている。したがって、通常の動作状態では、荷重は、電磁浮上モジュールによって提供される電磁力によって、ダイヤフラム３によって、及び第２のゴムパッド７２によって共同で支えられる。第２のゴムパッド７２は垂直荷重の一部を共有するので、電磁浮上モジュールの必要な電磁力はより小さくてよく、その結果、第１のコイル５１及び／又は第２のコイル５２の巻数又は電流の大きさを減らすことができ、電磁浮上モジュールはより便利かつ正確に制御される。本実施態様では、第２の荷重センサ６３が検出した荷重Ｆｚ２も、車体の自重及び動的荷重であり、第２の高さセンサ６４は、カバープレート２１と基部４との高低差Ｈ２を検出する。台車が上下に振動して基部４の位置が変化すると、高低差Ｈ２も変化し、第１のコイル５１の位置における磁界の強度が変化する。第１のコイル５１が受ける電磁力が変化するため、空気ばねの垂直振動が発生する。同様に、電磁制御モジュールは、第２の荷重センサ６３によって検出された荷重Ｆｚ２を受信して計算することによって発生した動的荷重を取得し、発生した動的荷重を打ち消すように、第２のコイル５２又は第１のコイル５１の電流の大きさを調整することを通じて第１のコイル５１が受ける電磁力を変更することによって電磁浮上モジュールを制御して、車体が垂直に振動しないようにする。すなわち、車体の高度はほとんど変化しない。分析原理は、前述の実施態様と同様であり、ここでは繰り返さない。

【0038】

また、補助ばねは、第３のゴムパッド７３を更に含んでもよく、支持部２２上に第２の取付部材４１２が配置され、第２の取付部材４１２は基部４の下方に配置され、第２の取付部材４１２と基部４との間に第３の収容室が形成され、第３の収容室に第３のゴムパッド３４が配置されている。

【0039】

例えば第１のゴムパッド７１、第２のゴムパッド７２及び第３のゴムパッド７３を含む補助ばねの配置モードが、故障モードにおける安全設計に適用されてもよい。空気ばねが、ダイヤフラム３が収縮して電磁制御モジュールも故障するような（例えば、電磁力が不足している）極端な故障状態にある場合、従来の空気ばねの動作モードと同様に、第１のゴムパッド７１及び第２のゴムパッド７２によって荷重が支えられる。車両が制限された速度で走行する必要がある場合、第１のゴムパッド７１と第２のゴムパッド７２とが直列に動作するため、剛性が従来のゴムパッドよりも低く、防振性能が従来のゴムパッドよりも良好である。第３のゴムパッド７３は、垂直方向上方への変位を制限する役割を果たす。電磁制御モジュールが故障モード（すなわち、電磁力が大きすぎる）にあるとき、第３のゴムパッド７３は、空気ばねを過度の垂直変位から制限することができ、上向き垂直停止機能を有する。ダイヤフラム３が収縮して電磁制御モジュールが故障した場合には、第１のゴムパッド７１と第３のゴムパッド７３の両方で荷重を支える。故障モードには安全設計があり、車両の走行信頼性が向上する。また、第１のゴムパッド７１及び第３のゴムパッド７３は、通常の動作状態では荷重を支えず、緊急状態でのみ荷重を支えるため、信頼性が大幅に向上し、設計や製造の難易度が低減される。一方、通常動作状態の第２のゴムパッド７２については、電磁制御モジュールによる磁界の電磁力の制御を介して、動作状態の第２のゴムパッド７１が支える垂直荷重を制御することができるため、全体の動作状態において小さな荷重変化を実現することができる。これにより、第２のゴムパッド７２の寿命が大幅に向上し、故障率が低減される。

【0040】

更に、図３を参照すると、上記の第２のゴムパッド７２及び第３のゴムパッド７３の代替実施態様として、この実施態様では、検出モジュールが、第３の荷重センサ６５及び第３の高さセンサ６６を更に含む。第３の取付部材４１３が、支持部２２上に配置され基部４の下方に位置する。第３の荷重センサ６５は、第３の取付部材４１３上に配置され、第４のゴムパッド７４と接触する。第３の高さセンサ６６は、カバープレート２１と基部４の底部との高低差Ｈ３を測定するように構成されている。補助ばねは、支持部２２の下方に間隔をあけて配置された第５のゴムパッド７５を更に含む。第５のゴムパッド７５は、取付座７６を介して台車と接続されている。本実施態様は、上記の実施態様のすべての機能を有する。

【0041】

また、第３の取付部材４１３は、支持部２２に固定的に取り付けられ、支持部２２と第５のゴムパッド７５との間の第１の距離Ｌ１は、基部４とカバープレート２１との間の第２の距離Ｌ２よりも小さい。このような構成により、第５のゴムパッド７５は、電磁モジュールが故障した場合に、垂直方向の防振の役割を果たすことができる。また、第４のゴムパッド７４の上部及び下部は、基部４及び第３の取付部材４１３上にそれぞれ固定的に取り付けられてもよく、例えば、ボルトを介して接続されていてもよいし、直接加硫処理されていてもよく、それにより良好な安定性が得られる。

【0042】

更に、空気ばねでは、既存の高さバルブを第１の高さセンサ６２に置き換えて、空気ばねのダイヤフラム３の膨張又は収縮を制御してもよい。具体的には、電磁制御モジュールは、第１の荷重センサ６１によって検出された垂直荷重が変化しないことが保証されるときに、第１の高さセンサ６２によって測定された高低差Ｈ１を使用することによって空気ばねを膨張又は収縮させる。高低差Ｈ１が小さくなったことを検出すると、空気ばねのダイヤフラム３を膨張させる必要がある。この機能は、特に車両デバッグに適用される。異なる車両は異なる重量を有し、同じ車両は異なる位置で異なる重量を有するので、車両のシャーシは同じ水平面内にあることができない。従来技術では、調整パッドがレベリングのために使用されるが、望ましくない調整効果がある。垂直荷重が変化しない場合には、第１の高さセンサ６２で測定した高低差Ｈ１と電磁制御モジュールの制御を用いて空気ばねを膨張又は収縮させることで、空気ばねの高さを正確に調整することができ、よって車両の四隅の高さを正確に調整することができる。

【0043】

更に、好ましくは、空気ばねのよりインテリジェントな制御は、他のタイプのセンサを追加することによって、並びに信号取得、データ処理、論理判断、及び他の機能によって実現することができる。また、取得したデータを製品の運転条件のデータとして蓄積し、製品故障解析や早期故障警告等の実現に利用することもできる。

【0044】

本出願の第２の実施態様は、上記の実施態様のいずれか１つに記載の空気ばねを含む鉄道車両を提供し、空気ばねの上部カバー１は車体に接続され、基部４は台車に接続される。

【0045】

結論として、本出願によって提供される空気ばね及び鉄道車両では、能動的な防振機能が、電磁制御モジュールのインテリジェントな論理制御によって実現することができる。車両が直線レール上を走行するとき、又はカーブを走行するとき、空気ばねの高さは、車両動力学の性能要件を満たすために必要に応じて迅速に調整することができる。例えば、車両がカーブを走行するとき、台車の両側の空気ばねは、異なる高さに調整されて、求心力を提供するように車体を傾斜させ、その結果、車両はカーブを素早く走行することができる。加えて、空気ばねは、故障モードにおいて安全設計機能を有し、車両の取り付け、デバッグ及び高さ制御を改善するという利点を有し、使用される補助ばねは高い信頼性を有し、それによって、全耐用年数における基本的に不変の性能及び低い故障率の特性を保証する。

【0046】

実施形態は、本出願の好ましい実施形態としてのみ説明されており、本出願の範囲を限定することを意図するものではない。本出願の設計趣旨から逸脱することなく、当業者によって本出願の技術的解決策に対して行われる様々な修正及び改善は、本出願の特許請求の範囲によって確認される保護範囲内に入るものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】