JP2008254587A - 軌道車両用駆動システム及びそれを用いた軌道車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン14の出力を入力軸30で受ける変速機15は、前進用ギア列31及び後進用ギア列32と、出力軸45との間に相異なる変速ギア段51〜54を有する二つの中間軸41,42とを組み合わせて構成されている。第1クラッチ43又は第2クラッチ44を選択的にシフト・締結することにより、前進用ギア列31と後進用ギア列32のどちらかの回転がいずれかの中間軸41,42に伝達される。変速ギア段51〜54が選択されると、軌道車両の前進と後進とによらず、同じ速度段数とギア比とが得られる。発電電動機18によるアシスト力は、差動機構55から両中間軸41,42を通じて出力軸45に与えられる。
【選択図】図3
Description
電動機として発電電動機を用いることで、制動エネルギーを電気エネルギーとして回生してバッテリに蓄え、駆動力として使用できることから、従来の気動車よりも駆動性能及び燃費を向上させることができる。また、エネルギーを回収する発電機と動力を発生する電動機が共用できることから、イニシャルコストを低減することができる。
[停車状態] 停車状態では、第3クラッチ46を第1変速ギア段51に係合させるのみとし、他のクラッチは開放する。発電電動機18の出力は無しとされる。エンジン14は、補機の必要性に応じてのみ運転する。
[停車発電] 停車発電では、第1クラッチ43を中立位置とし、第2クラッチ44を前進(又は後進)用ギア列31(又は32)側にシフトする。各変速ギア段51〜54は中立位置を占める。固定クラッチ61を締結状態とすることで、差動機構55の反第2中間軸側(即ち、第1中間軸41)が回転しないようにして、エンジン14の出力を、第2中間軸42、差動機構55の取り出しギア57及び取り出し軸58を介して発電電動機18に出力する。惰行発電についても同等の状態である。また、バッテリ10、21等の温度が0℃以下のような場合において、バッテリを加温する暖機運転の場合も同等の状態である。
[力行発電] 車両がエンジン14の出力で力行をしつつその出力の一部で発電を行うモードである。第1変速段〜第4変速段については、上記のとおり第3クラッチ46又は第4クラッチ47による各変速ギア段51〜54の選択的なシフト・締結が行われる。第1変速段又は第3変速段で走行する場合には第1中間軸41が動力伝達経路として用いられている。固定クラッチ61は開放されているので、第1中間軸41の回転が接続ギア列60を介して差動機構55に入力される。出力軸45からいずれかの方向にシフトされた第4クラッチ47を介して第2中間軸42を回転させることで、差動機構55における第1中間軸41側からの入力と第2中間軸42からの入力との差動として、取り出し軸58から発電電動機18に発電トルクが掛けられる。第2変速段又は第4変速段で走行する場合には、第2中間軸42が既に動力伝達経路となっている。出力軸45からいずれかの方向にシフトされた第3クラッチ46を介して第1中間軸41を回転させ、第1中間軸41の回転を、固定クラッチ61が開放された接続ギア列60を介して差動機構55に入力する。差動機構55における第1中間軸41側からの入力と第2中間軸42からの入力との差動として取り出し軸58から発電電動機18に発電トルクが掛けられる。図5は一例として第1変速段で走行中に第4変速段を締結して発電する場合を示す。
[回生] モータの回転数を高くするため、例えば第4変速段又は第2変速段での走行時に行う回生では、出力軸45の回転を第4クラッチ47のいずれかの方向へのシフト・締結によって第2中間軸42を回転させることができる。差動機構55において、固定クラッチ61を締結することによって第1中間軸41を停止させることができるので、差動機構55における両入力の差動として取り出し軸58から発電電動機18に発電トルクが掛けられ、回生動作を得ることができる。第1変速段又は第3変速段での走行時に固定クラッチ61を締結して回生を行うには、先ず第3クラッチ46を中立にし、第4クラッチ47を車速に応じて第2変速段又は第4変速段に締結すると共に固定クラッチ61を締結して回生する。
固定クラッチを使用しない場合の回生を第1変速段又は第3変速段走行時を例に取り、図7を参照して説明する。固定クラッチ61は開放されているので、出力軸45の回転を第3クラッチ46のいずれかの方向へのシフト・締結によって第1中間軸41を回転させると共に、出力軸45の回転を第4クラッチのいずれかの方向へのシフト・締結によって第2中間軸42を回転させ、差動機構55における両入力の差動として取出し軸58から発電電動機18に発電トルクが掛けられ、回生動作を得ることができる。
[電動機発進(第1変速段発進)] エンジン14が停止しているときに、第3クラッチ46を第1変速ギア段51側にシフト・締結し、同時に第4クラッチ47を第4変速ギア段54側にシフト・締結する。第1及び第2のクラッチ43,44並びに固定クラッチ61は開放状態とされる。モータとして作動する発電電動機18の出力は、差動機構55を介して、更に一方では第4変速ギア段54を介して出力軸45に、また他方では接続ギア列60、第1中間軸41及び第1変速ギア段51を介して出力軸45に伝達される。両経路の回転差は、差動機構55が吸収する。車両速度が例えば20km/hに加速したときに、エンジン14が始動される。エンジン14の始動後、エンジン回転数を制御して第1クラッチ43を同期させて締結すると、エンジン動力は第1中間軸41、第1変速ギア段51を介して出力軸45に伝達され、エンジン走行モードに移行する。
[電動機発進(第2変速段発進)] エンジン14が停止しているときに、第3クラッチ46を開放状態とし、第4クラッチ47を第2変速ギア段52側にシフト・締結する。第1及び第2のクラッチ43,44は開放状態とされるが、固定クラッチ61は締結される。モータとして作動する発電電動機18の出力は、差動機構55、第2中間軸42、第2変速ギア段52及び出力軸45の経路で伝達される。固定クラッチ61が締結されることで、差動機構55は発電電動機18の出力と固定クラッチ61側との差を第2中間軸42に出力する。この発進モードでは、第2変速ギア段52で発進が行われ、車両速度が例えば45km/hに加速したときに、エンジン14が始動される。エンジン14の始動後、エンジン回転数を制御して第2クラッチ44を同期させて締結すると、エンジン動力は第2中間軸42、第2変速ギア段52を介して出力軸45に伝達され、エンジン走行モードに移行する。この発進モードは、駅構内では45km/hに加速されるまでモータ発進・走行となり騒音低減に効果的であるので、ターミナル駅のような利用客の多い大きな駅での発進に適している。
[エンジン発進] 駆動用バッテリ10の充電率が低下している場合などに、エンジン14を起動後、発電電動機18の回転数を制御して第2クラッチ44を同期させて締結し、発電電動機18にトルクをかける。停車状態では第3クラッチ46が第1変速ギア段51に締結されているので、エンジン14の出力は第2中間軸42、差動機構55、接続ギア列60側、第1中間軸41及び第1変速ギア段51を介して出力軸45に伝達される。この時、第2中間軸42の回転数と差動機構55の接続ギア列60側に連結された軸との回転数差は差動機構55が吸収し、両回転軸の差の出力によって、取り出しギア57及び取り出し軸58を介して発電電動機18が発電する。
3 床 4,4 台車
5 車輪 6 減速機
10 駆動用バッテリ 11 駆動用バッテリリアクトル
12 断流器 13 燃料タンク
14 エンジン 15 変速機(アクティブシフトトランスミッション)
16 プロペラシャフト 17 インバータ
18 発電電動機 19 エンジン制御器
20 変速機制御器 21 制御用バッテリ
22 ラジエータ
25 撓み継ぎ手
29 出力軸(エンジンの) 30 入力軸(変速機15の)
31 前進用ギア列 32 後進用ギア列
33 入力ギア
34 第1ギア 35 第2ギア
36 入力ギア 37,38 反転ギア
39 第3ギア 40 第4ギア
41 第1中間軸 42 第2中間軸
43 第1クラッチ 44 第2クラッチ
45 出力軸(変速機15の)
46 第3クラッチ 47 第4クラッチ
51 第1変速ギア段 52 第2変速ギア段
53 第3変速ギア段 54 第4変速ギア段
55 差動機構 57 取り出しギア
58 取り出し軸 60 接続ギア列
61 固定クラッチ
Claims (10)
- エンジン、及び当該エンジンの回転出力を変速して出力する変速機を備え、当該変速機の出力軸の回転が軌道車両の駆動輪に伝達される軌道車両用駆動システムにおいて、
前記変速機は、前記入力軸と並列に設けられた第1中間軸及び第2中間軸、前記第1中間軸又は第2中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられており選択的に動力伝達が行われる複数組の変速ギア段、及び前記入力軸と前記両中間軸との間に設けられていて前記入力軸の回転を選択的に伝達する前進用ギア列及び後進用ギア列を備え、前記前進用ギア列又は前記後進用ギア列の選択と複数組の前記変速ギア段の選択との組合せで得られる速度段数が前進と後進とで等しくなっており、
インバータを介してバッテリとの間で電力を出し入れする発電電動機を備え、
前記発電電動機は、前記変速機に備わる前記第1中間軸及び/又は前記第2中間軸との間で回転力を授受する
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項1に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記電動機と前記第1中間軸及び前記第2中間軸との間に差動機構が介在されており、 前記差動機構の差動出力軸に前記発電電動機が接続されている
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項2に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記差動機構には前記第1及び第2中間軸の少なくとも一方との間で複数のギアから成る接続ギア列が直列配置されており、前記接続ギア列の当該ギアの回転を拘束する固定クラッチが設けられている
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項2に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記電動機は前記変速機と別体に前記軌道車両の車体に取り付けられており、
前記差動機構の前記電動機への接続軸は前記変速機の外部に取り出されており、
前記接続軸と前記電動機との間を可撓継ぎ手を介して連結している
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項3に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
車両停車時及び惰行時など前記エンジンが車両牽引力として使われていないとき、
前記変速ギア段のすべてを開放するとともに、前記固定クラッチを締結し、
前記接続ギア列が直接接続されていない方の前記中間軸に配置された前記前進用ギア列及び後進用ギア列のいずれか一方を選択的に締結し、
前記エンジンの出力を前記差動機構を介して前記発電電動機に伝達して発電する
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項2又は3に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記変速ギア段のいずれか一つが締結されて走行中に、
該変速ギア段が接続されていない方の前記中間軸に配置された他の前記変速ギア段の一つを締結し、
前記差動機構により前記第1中間軸と前記第2中間軸の回転差を前記発電電動機に伝えて発電する
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項3に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記接続ギア列が直接接続されていない方の前記中間軸に配置された前記変速ギア段のいずれか一つが締結されて走行中に、
前記接続ギア列が直接接続されている方の前記中間軸に配置された前記変速ギア段のすべてを開放するとともに、
前記固定クラッチを締結し、
前記差動機構により前記第1中間軸と前記第2中間軸の回転差を前記発電電動機に伝えて発電する
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項2又は3に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記変速ギア段のいずれか一つが締結されているとき、
該変速ギア段が接続されていない方の前記中間軸に配置された他の前記変速ギア段の一つを締結し、
前記電動機の発生する動力を前記差動機構により前記第1中間軸と前記第2中間軸に伝えて走行する
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項3に記載の軌道車両用駆動システムにおいて、
前記接続ギア列が直接接続されていない方の前記中間軸に配置された前記変速ギア段のいずれか一つが締結されているとき、
前記接続ギア列が直接接続されている方の前記中間軸に配置された前記変速ギア段のすべてを開放するとともに、
前記固定クラッチを締結し、
前記電動機の発生する動力を前記差動機構により、前記接続ギア列が直接接続されていない方の前記中間軸に伝えて走行する
ことを特徴とする軌道車両用駆動システム。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の軌道車両用駆動システムを備え、当該軌道車両用駆動システムの出力で駆動輪を駆動する
ことを特徴とする軌道車両。
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