特開 2022-135839 電車の回生制動機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135839

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】電車の回生制動機器

(51)【国際特許分類】

   B61C 7/04 20060101AFI20220908BHJP

   B60L 50/30 20190101ALI20220908BHJP

   B61C 17/06 20060101ALI20220908BHJP

   F01D 15/02 20060101ALI20220908BHJP

   B61C 7/02 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

B61C7/04

B60L50/30

B61C17/06

F01D15/02

B61C7/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021072177

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】521109970

【氏名又は名称】小川 静男

(72)【発明者】

【氏名】小川 静男

【テーマコード（参考）】

5H125

【Ｆターム（参考）】

5H125AA05

5H125AC09

5H125AC11

5H125FF04

(57)【要約】

【課題】 電車の回生制動機の改良。
【解決手段】 空気駆動機を電車の始動、加速時に空気ボンベの高圧空気ポンプを用いて空気モーターとして使用する。また電車の減速時に空気ポンプとして使用して、高圧空気を作り、これを空気ボンベに蓄える。
【選択図】図１、図３。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気駆動機（空気タービン）を電車が始動する時や加速する時に空気タービンモーターとして使用する。また電車を減速させる時（回生制動している時）に空気タービンポンプとして使用して、高圧空気を作り空気ボンベに蓄積する。この高圧空気は電磁弁を介して空気駆動機に供給されると，前記の空気タービンモーターとして使用できる。空気駆動機は空気タービンモーター及び空気タービンポンプとして活用される。また電車の停車中は電磁弁の電気が切られて、切り替わつているので空気ボンベの高圧空気は流出しない。空気駆動機（空気タービン）は電磁弁の切り替えで、電車を減速（回生制動）させている時は空気ベーンポンプとして使用し、電車を始動させる時や加速させる時に空気ベーンモーターとして使用される。

【請求項2】

空気駆動機の流入口は電磁弁の切り替えで外気入口にもなり、また空気ボンベからの高圧空気入口にもなる。電車を始動させる時や加速させる時に空気ボンベの高圧空気を空気駆動機に流入させると、空気駆動機内のタービンが回転して回転トルクが発生する。この回転トルクと電動機の回転力で電車を力強く加速させる。また電車を減速（回生制動）させている時は流入口より外気を吸いこみ，吐出口より高圧空気を送り出して空気ボンベに蓄積する。この高圧空気は電車の始動、加速時に利用する。電車の停車中に空気ボンベの高圧空気が逃げないように逆止弁が設けられている。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

現行の電車の回生制動時に発電した電気は、受け取り手がないと回生失効が起こり、回生制動ができない。本発明は空気タービンポンプを回生制動機器として用いたハイブリッド電車に関するものである。本発明を図１で説明すると、空気駆動機（空気タービンポンプ）２のタービン軸３上の歯車４と車輪軸７の歯車５の間に中間歯車６を設けた増速機構で空気駆動機２と車輪軸７を連結させている。またタービン軸８上の歯車９と車輪軸７の歯車１０は歯車連結されている。また空気駆動機２と歯車４は電磁クラッチ１１を介して回転伝導が出来る。電車を始動させる時に電磁弁２１に電気が入ると、空気ボンベ１３より高圧空気が流入して空気駆動機２は回転する。このとき電磁クラッチ１１にも電気を入れるので、歯車４は回転伝導して空気タービンモーターとして空気駆動機２は電動機１の補助動力機として、強力な回転トルクで電車を加速させることが出来る。このときタービン軸８上の電磁クラッチ１２は電気が切れているので歯車９は空転している。
電車を減速させる時に電磁クラッチ１２に電気を入れると、歯車９は車輪軸７の歯車１０の回転を空気駆動機２に伝えることが出来る。空気駆動機２は回生制動機（空気タービンポンプ）として高圧空気を作り、この高圧空気は電磁弁２１に電気が入っているので、空気ボンベ１３に蓄えることが出来る。そして電車は回生制動しながら減速していく。このとき電磁クラッチ１１の電気は切れて歯車４は空転している。次ぎに空気駆動機（空気ベーンポンプ、空気ベーンモーター）１４について説明すると、空気駆動機１４と歯車１５は電磁クラッチ１８を介して回転伝導ができる。この歯車１５と車輪軸７の歯車５は空気駆動機１４と車輪軸７を連結されている。電磁弁１７の切り替えで本来空気ベーンポンプとして使用する場合の空気吸入口２０に空気ボンベ１３の高圧空気を流入させると、空気駆動機１４は正回転して空気ベーンモーターとして車輪軸７に力強く回転動力を伝えて、電動機１の動力補助をして電車を始動、加速させることができる。回生制動している時に電車の速度が落ちてくると、空気駆動機（空気タービンポンプ）２の制動力が落ちてくる。このとき空気駆動機（空気ベーンポンプ）１４の電磁クラッチ１８が作動して空気駆動機１４は高速回転して高圧空気を作り、電車の運動エネルギーを空気圧力エネルギーに変換させて電車の制動距離を短くする。この高圧空気は空気ボンベ１３に蓄積される。また電車を加速させている時に空気駆動機（空気タービンモーター）２の動力補助を受けて電車は一定の速度に達すると、電磁弁１７の切り替えで空気駆動機１４は空気ベーンポンプの機能に戻り、高圧空気を作って空気ボンベ１３に蓄積する。このとき空気駆動機（空気タービンポンプ）２も高圧空気を作ってボンベ１３に蓄積される。次ぎの電車を始動させる時に利用できるように準備をしておく。 次ぎに図３で別の方式の空気駆動機（空気タービンポンプ、空気タービンモーター）２２を説明する。電車を始動させる時や加速させる時に電磁弁２４を通電させて空気ボンベ２３の高圧空気を空気駆動機２２内のタービン２５に供給すると、回転力が発生して歯車２９と歯車３０で車輪軸２６に回転トルクを伝える。電動機３５の補助動力源として電車を力強く加速させる。電車を始動させる時や加速している時、又は減速している時は電磁クラッチ３１が通電されてタービン軸２８上の歯車２９は回転伝導ができる。電車の惰力運転中は空気ボンベ２３内の空気圧が規定値に達すると、自動的に電磁クラッチ３１の電気が切られて、タービン軸２８上の歯車２９は空転していて回転伝導ができない。そして高圧空気は作らない。次に電車を減速させる時（回生制動時）は電磁弁２４の電気が切られて、流入口３２は外気が吸入される状態になる。吐出口３３よりタービン２５の回転で作られた高圧空気を排出して空気ボンベ２３に蓄積する。これは電車の持っている運動エネルギーを空気の圧力エネルギーに変換されたことになる。電車の停止中はタービン２５が回転しないので、吐出口３３に空気ボンベ２３の高圧空気が逆流して逃げないように逆止弁３４を設ける。この空気駆動機を用いると電車を始動させる時や加速させる時の消費電力は少なくなるので、省エネルギー電車を作ることができる。また空気駆動機（空気タービンポンプ、空気タービンモーター）は摩耗損傷や故障が少ないので安心して電車に搭載できる。

【図面の簡単な説明】

図１は台車を上から見た図、図２は空気ベーンポンプの構造図、図３は別の台車を上から見た図。 １は電動機、２は空気駆動機、３はタービン軸、４、５は歯車、６は中間歯車、７は車輪軸、８はタービン軸、９、１０は歯車、１１、１２は電磁クラッチ、１３は空気ボンベ、１４は空気駆動機，１５は歯車、１７は電磁弁、１８は電磁クラッチ、１９は空気吐出口、２０は空気吸入口、２１は電磁弁、２２は空気駆動機、２３は空気ボンベ、２４は電磁弁、２５はタービン、２６は車輪軸、２７は速度調節弁、２８はタービン軸、２９は歯車、３０は歯車、３１は電磁クラッチ、３２は流入口、３３は吐出口、３４は逆止弁、３５は電動機。

【図1】

【図2】

【図3】