JP2013258819A - 電気車駆動システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気車駆動システムは、輪軸23毎に設けられた主電動機25と、主電動機25毎に設けられた遊星歯車機構30と、遊星歯車機構30毎に設けられた補助電動機35とを備え、各主電動機25が共通のインバータに対して電気的に並列接続され、かつ遊星歯車機構30のサンギアに補助電動機35が、リングギアに輪軸23が、遊星キャリアに主電動機25がそれぞれ連結される。
【選択図】図1
Description
図1に示した台車20は図8に示すような電気車に対して前後方向に2台一組で適用される。つまり、同一構造の2台の台車20が電気車の車体を支持する。台車20には、軌道R上を走行する左右の車輪21L、21Rが車軸22で結合された輪軸23が2組含まれている。輪軸23は回転可能な状態で台車20に支持されている。主電動機25は輪軸23毎に一つずつ設けられている。各主電動機25は永久磁石同期電動機として構成されていて、台車枠26に装荷されている。各主電動機25から出力されたトルクは、後述する遊星歯車機構30、継手27及び駆動装置28を介して輪軸23に伝達される。駆動装置28は動力伝達機構としての歯車列29を内蔵する。
第2の形態は補助制御ユニット42の制御内容が相違する。その他の事項は第1の形態と共通であるので説明を省略する。各補助制御ユニット42は、各補助電動機35を制御することにより輪軸23を駆動するトルクを変化させ、それにより電気車に対して実行される周知の空転・再粘着制御や振動制御等の運動制御を行う。これらの制御を行う際の補助制御ユニット42が実行する操作内容の詳細は主電動機25の構成により相違する。
第3の形態は左右独立車輪の台車を備えた電気車に本発明を適用したものである。なお、上述した各形態と共通する構成には図面に同一の符号を付して説明を省略する。台車50は軌道R上を走行する左右の車輪51L、51Rが一対となって前後に配置されている。以下、左右の区別を要しない場合は車輪51と表記する。図示を省略したが、第3の形態に係る電気車は図5の台車50が前後に2台配置される。台車50には車輪51毎に主電動機25、補助電動機35及び遊星歯車機構30がそれぞれ一台ずつ設けられている。主電動機25及び補助電動機35のそれぞれは台車枠52に装荷される。本形態においても、各遊星歯車機構30の3要素のうち、サンギア31には補助電動機35が、リングギア32には主電動機25が、遊星キャリア33に車輪51がそれぞれ連結されている。
第4の形態は、補助電動機35に適用する機構に特徴があり上述した各形態に適用可能である。図6に示すように、本形態は上述した複数の補助電動機35のうちの少なくとも一つの補助電動機35の回転を機械的にロック又は解放することが可能なロック機構55が設けられている。ロック機構55は、補助電動機35のモータ軸35aと台車枠26等の固定部材との間に設けられている。図示を簡略化したが、ロック機構55はそのロック時にロックピン等の係合部材56がモータ軸35aに固定された受け部材57の凹部57aに噛み合うことにより、モータ軸35aの回転を機械的に阻止する。一方、ロック機構55の解放時には係合部材56と受け部材57の凹部57aとの噛み合いが図示のように解除されてモータ軸35aの回転が許容される。係合部材56は、凹部57aとの噛み合いが解放される方向に不図示の付勢部材にて付勢されている。ロック時においては、係合部材56は不図示のアクチュエータにて付勢部材の力に逆らって駆動され、凹部57aと噛み合う。
上述した各形態の補助電動機35はどのような構成の電動機でもよいが、特に第5の形態においては各補助電動機35が超音波モータとして構成されている。超音波モータは低速で大トルクの発生が可能な特徴を有し、かつ停止時には摩擦によりブレーキがかかる。したがって、電力消費を伴わずに補助電動機35の回転を容易に制限できるため、第4の形態のようなロック機構55を搭載した場合と同様な効果を期待できる。
上述した各形態では、図4に示したように、各主電動機25の制御はこれらが並列接続されたインバータ40を介して行われ、かつ各補助電動機35の制御は電動機毎に一つずつ設けられた複数の補助制御ユニット42で行われている。これに対して、本形態は主電動機25及び補助電動機35に対する制御系の構成に特徴を有している。図7に示したように、本形態においては、2つの主電動機25と、2つの補助電動機35とが対になるように制御系が構成されている。すなわち、2つの主電動機25が共通のインバータ60に接続される一方で、これらの主電動機25に対応する2つの補助電動機35が、互いに逆方向のトルクを発生するように共通の制御部としての補助制御ユニット62に対して逆並列に接続されている。逆並列に接続とは2つの補助電動機35の極性が互いに逆向きの状態で補助制御ユニット62に並列に接続されることである。そのため、2つの補助電動機35に対して補助制御ユニット62を介して同電位の電力が供給された場合、2つの補助電動機35は同一の速さで逆向きに回転し、かつ2つの補助電動機35からは大きさが同じで互いに逆向きのトルクが出力される。なお、2つの主電動機25は主制御ユニット61がインバータ60を介して制御され、主制御ユニット61は本発明に係る主電動機制御手段に相当する。また、共通の制御部としての補助制御ユニット62を含むものは本発明に係る補助電動機制御手段に相当する。
30 遊星歯車機構
31 サンギア
32 リングギア
33 遊星キャリア
35 補助電動機
40、60 インバータ
41、61 主制御ユニット(主電動機制御手段)
42、62 補助制御ユニット(補助電動機制御手段、共通の制御部)
55 ロック機構
Claims (6)
- 輪軸又は車輪である複数の回転部材と、共通のインバータに電気的に並列接続され、それぞれが別々の前記回転部材を駆動する複数の主電動機とを備えた電気車に適用される電気車駆動システムにおいて、
互いに差動回転する3要素をそれぞれ有し、前記主電動機毎に一つずつ設けられた複数の遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構毎に一つずつ設けられた複数の補助電動機と、を備え、
前記複数の遊星歯車機構のそれぞれは、前記3要素のいずれか一つの要素に前記複数の主電動機のいずれか一つが連結され、前記3要素の残りの2つのいずれか一方の要素に前記複数の回転部材のいずれか一つが連結され、かつ、前記3要素の残りの2つのいずれか他方の要素に前記複数の補助電動機のいずれか一つが連結されている、
ことを特徴とする電気車駆動システム。 - 前記複数の主電動機は、それぞれ同期電動機として構成されており、
前記複数の主電動機を、前記インバータを介して制御する主電動機制御手段と、
前記複数の主電動機のそれぞれが同一の回転速度及び回転角度で運転されるように、前記複数の補助電動機を制御する補助電動機制御手段と、
を更に備える請求項1に記載の電気車駆動システム。 - 前記補助電動機制御手段は、前記複数の回転部材を駆動するそれぞれのトルクが変化するように、前記複数の補助電動機を制御する請求項1に記載の電気車駆動システム。
- 前記複数の補助電動機のうちの少なくとも一つの回転を機械的にロック又は解放することが可能なロック機構を更に備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気車駆動システム。
- 前記複数の補助電動機は、それぞれ超音波モータとして構成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気車駆動システム。
- 前記複数の主電動機として、2つの主電動機が設けられ、
前記複数の補助電動機として、2つの補助電動機が設けられ、
前記補助電動機制御手段は、互いに逆方向のトルクを発生するように前記2つの補助電動機が逆並列に接続される共通の制御部を有している請求項2に記載の電気車駆動システム。
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