轨道车辆门系统锁闭技术专利分析

王夕雯

关键词： 轨道车辆门系统 锁闭技术 专利分析 技术路线

中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0234-04

常见的轨道车辆有高速列车、干线列车、城轨列车等，其中，高速列车的运行速度普遍在200 km/h 以上，最高可达350 km/h［1］。列车车门的结构与控制在设计上必须安全可靠，否则将会影响正线运营［2］，而锁闭机构是车门的重要组成部分，用来保障车门在行驶中不会突然打开，直接关系到轨道交通运营安全。目前，轨道车辆自动门锁闭方式的分类按照是否有附加驱动源，分为有源锁闭和无源锁闭，而按照锁闭位置可分为端部锁闭和全程锁闭。锁结构主要有电磁阀、机械锁、电机摆动锁、单向超越离合器锁等。

1 车门锁闭技术专利申请分析

1.1 全球专利申请趋势分析

截至2022 年12 月，检索到全球范围内锁闭技术领域已经公开的专利申请为1 700 余件，其中一些2021年和2022 年提交的部分专利由于公开滞后性可能存在尚未公开的情况。因此，本文的专利分析基于已经公开的1 700 余件专利申请。

圖1 显示了近20 年锁闭技术全球专利申请量的年度变化情况。从图中可以看出，1999—2003 年间，锁闭技术每年的申请量在100 件以下，每年申请量波动较大。2004—2009 年间，世界的轨道交通在新世纪交汇期间迅速发展，相关专利布局也在不断完善。2008—2009 年可能是受金融危机的影响，申请量持续在低位徘徊。2010 年以后，随着经济的进一步发展，各国对轨道交通的需求有所增加。以中国为例，中国国内各省市加快了轨道交通的建设，涌现出很多企业开始尝试布局相关专利。因此，从整体趋势来看，申请量一直维持在相对稳定的位置（近2 年数据不完整）。

1.2 首次申请国/地区分析

从首次申请国分布来看（如图2 所示），来源于日本的专利申请数量最多，这在一定程度上也体现了日本在锁闭技术领域的研发实力处于领先地位。其次是来源于中国和美国的专利申请，体现了这两个国家在锁闭技术领域的研发实力较强。此外，法国、奥地利、韩国和德国的原创专利数量排名也相对靠前。总体来看，锁闭技术来源国分布相对较为广泛。

1.3 目标市场国/地区分析

在专利分析过程中，目标市场是以公开号中提取的国别代码进行统计的，其反映的是该区域的受关注程度。通过目标市场国/地区分析，可以了解该区域是作为哪些技术的目标市场，是哪些市场主体的目标市场。

图3 显示了锁闭技术专利目标市场的分布情况。从中可以发现，中国已经成为最大的目标市场，总体布局量已超过300 件。日本、欧洲、美国和韩国是另外几个申请人愿意布局的国家和地区。PCT 专利申请受理量较少，这说明在锁闭技术领域各申请人国际化意识比较薄弱，需要进一步加强全球专利布局。总体来看，锁闭技术领域专利布局的市场相对较为分散，在全球约40 多个国家和地区均有锁闭技术的专利布局。

2 五局流向分析

为了进一步了解重要目标市场的专利来源情况，本文进行了五局流向分析。五局流向是分析全球最重要的五大专利局：中国、欧洲、美国、日本和韩国受理专利的情况，以及其受理专利的主要技术来源。根据图4 可知，在五大局受理的专利案件中，对于中国市场，中国进行了大量的专利布局，并且中国在欧洲、日本、韩国和美国均有一定量的专利布局。日本也进行了大量的专利布局，主要在本国进行大量的专利布局。而对于其他三大专利局市场，也均在本国或本地区进行了大量的专利布局。

3 重要申请人技术发展脉络分析

本文针对轨道交通门系统锁闭技术较为典型的3家重要申请人，分别从专利同族数、被引用次数，结合实际产品筛选出其重点专利，并进行解读，进一步分析重要申请人锁闭技术的发展脉络。

3.1 康尼机电

康尼机电在2006 年首创了一种无源螺旋门机锁闭机构（CN100348832C）（简称LS 锁闭技术），利用变升角螺杆自身的正反转实现自适应螺母的锁闭与自解锁。该锁闭机构既简单，又能满足较高的锁闭可靠性［3］。康尼机电于2006 年、2012 年、2013 年分别围绕无源螺旋门机锁闭机构的关键零部件及其改进技术等进行了相关专利布局（WO2008046294A1、CN103726736B、CN202559894U），先后应用在动车组和地铁上［4］。为了解决全程锁闭结构复杂的问题，2010 年康尼机电提出了轨道车辆门系统螺旋传动的全程锁闭装置（CN101942946B），其结构主要包括主动轴、端齿盘、端齿轴、拨盘、单向轴承、过渡轴套、从动轴、轴套、扭簧支架，能够实现主动端正反传递力到动端，再从动端仅单向传递动力到主动端，最终实现全程锁闭。该结构简单，但安全性高。而后为了解决过死点锁闭结构复杂、空间占用大等问题，2014 年康尼机电提出一种用于门系统的过死点锁闭装置（CN104234546B），利用与驱动轴套接的螺母套的正反转带动铰链传动架的正反转时分别进入过死点状态和出过死点状态，实现自动锁闭和解锁。该结构简单、紧凑、轻便、免维护且成本低。在LS 锁闭技术基础上又进行了改进，康尼机电于2016年提出了一种螺旋驱动控制系统（WO2017124579A1）（简称外置LS 锁闭技术），巧妙地利用锁闭滑道与螺母上锁闭轮的配合，通过锁闭轮与锁闭滑道位置关系的变化，将螺母的螺旋运动分解为沿螺杆轴向的直线移动和垂直于螺杆轴向的转动，通过变换螺母运动自由度实现锁闭与解锁。该锁闭结构简单可靠且占用空间小［5］。2021 年康尼机电提出一种门系统多点锁闭机构（WO2022205591A1），利用驱动机构在旋转锁闭和解锁阶段产生的位移来控制门系统侧面锁闭装置锁闭和解锁，使门系统具有多点约束，锁闭效果好，并且侧面锁闭装置锁闭和解锁动作在门扇关闭后和开门前进行，无运动干涉风险，锁闭可靠［6］。

由此可见，无源锁闭技术领域是该公司的研发侧重点，具有代表性的无源锁闭技术包括LS 锁闭技术、全程锁闭技术、过死点锁闭技术和外置LS 锁闭技术。

3.2 纳博特斯克

纳博特斯克在有源和无源锁闭技术领域皆有研究，且都布局了重点专利。

3.2.1 有源锁闭

纳博特斯克在2002 年提出了一种车门的锁定控制方法以及锁定装置（CN1415834A），即使用锁定机构进行车门的锁定控制，以弹簧的弹力将锁定切换销栓弹压向锁定位置一侧，且通过对螺线管的电力供给将锁定切换销栓切换到非锁定位置，这样能够防止车辆行驶过程中门锁的开启，从而提高车门安全性。2012年，纳博特斯克提出了一种带有锁定功能的开闭装置（CN103415670A），该开闭装置能够利用单一的驱动器进行拉门的开启与关闭锁定，且能够任意地设定锁定动作的时间。2021 年，纳博特斯克提出一种门开闭装置（CN115195795A），采用一個螺纹构件的前进力借助传递构件和连结构件向解锁部传递，从而解除门的锁定，在利用解锁部解除了门的锁定之后，能够借助一个螺纹构件和另一个螺纹构件向旋转轴传递输出轴的旋转，实现锁闭和解锁，提高了驱动源的选择自由度和配置自由度［7］。

3.2.2 无源锁闭

纳博特斯克在2007 年提出了一种塞拉门装置（US9797171B2）。该塞拉门装置还包括能够在上述车门的关闭位置进行锁定以限制该车门的移动的锁定机构，即利用行星齿轮机构驱动锁定机构。2015 年，纳博特斯克提出了一种塞拉门开闭装置和塞拉门设备（JP6346835B2）。该塞拉门开闭装置包括锁定机构、驱动机构和门支撑机构。该锁定机构配置于车辆门的上部和/或下部，门支撑机构连接到锁定机构并且支撑门，当完全关闭的门从解锁状态向锁定状态转换时，门支撑机构被适配成保持所述门，并且阻止门的上部和下部中没有锁定机构的另一方向车辆宽度方向上的外侧移位。2018 年，纳博特斯克提出了锁定装置和具备锁定装置的门驱动单元（CN110905334B），采用旋转体上设有凸轮，凸轮根据门扇的旋转位置启用或禁用门扇在开口宽度方向上的运动实现锁闭［8］。

3.3 法维莱

近年来，法维莱公司在锁闭技术方面总计申请了60 余件较为相关的专利，其锁闭技术发展情况如下。

3.3.1 有源锁闭

2000 年，法维莱公司提出了一种用于锁定滑动门的打开和关闭装置（WO2000053875A1），通过适当的传动装置和线性电动机，使门平行于其自身的平面并垂直地移动实现锁定。该结构能够提高车身与门的密封性，并且在打开和关闭操作中不会损坏这些传动装置［9］。2017 年，法维莱提出了一种自动门锁紧与解锁装置（CN107916834B），关门时撞销撞动定位凸轮，定位凸轮撞动锁钩的凸起，从而带动锁钩转动，锁钩卡住锁销实现锁闭，提升自动门锁结构的稳定性和可靠性［10］。

3.3.2 无源锁闭

法维莱公司早在1978 年就提出了一种门的锁定装置（US4198786），公布了螺母外置滚轮锁闭技术，通过滚轮在90°弯道落槽实现锁闭，该锁闭结构紧凑、高效且成本较低［11］。而上述锁闭技术无法实现预期解锁的问题，为了进一步解决上述问题，法维莱公司在1990 年提出一种可逆螺纹和螺母制动装置（US5077938A）。这个装置利用螺母转动进入滑槽实现锁闭。1997 年9 月，法维莱提出了一种用于锁定门的电动装置（FR2768683B1），其利用门驱动马达的定子倾斜以接合或释放锁。2002 年法维莱提出一种减小尺寸的电动门锁定装置（CN1303305C），采用机摆电机锁闭点前移以减小机构长度［12］。该专利技术是法维莱公司典型的移门锁闭结构，简单实用。

由此可见，法维莱的研发重点聚焦于无源锁闭方面，通过分离螺母等机械设计以达到门锁闭的研究在21 世纪早期就较为成熟。同时，在有源锁闭方面，其主要利用线性电机实现门的锁闭。

4 总结与展望

（1）近20 年来，轨道车辆门锁闭技术已形成了较为稳定的发展趋势，日本、美国、中国在锁闭技术领域的研发实力较强。

（2）中国已经成为最大的目标市场，日本、欧洲、美国和韩国是另外几个申请人愿意布局的国家和地区。PCT 专利申请受理量不多，锁闭技术领域各申请人需要进一步加强全球专利布局。

（3）在轨道车辆门锁闭技术领域，主要申请人依据各自结构特点演化出不同的锁闭形式以适应各自的承载驱动机构，并且高可靠性和高安全性依然是锁闭技术未来发展的核心需要。同时，锁闭机构小型化和轻量化也是未来的重要发展方向。