特許 7490307 シリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-17

(45)【発行日】2024-05-27

(54)【発明の名称】シリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車

(51)【国際特許分類】

   B61C 7/04 20060101AFI20240520BHJP

   B60K 6/40 20071001ALI20240520BHJP

   B60K 6/46 20071001ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

B61C7/04

B60K6/40

B60K6/46 ZHV

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020106083

(22)【出願日】2020-06-19

(65)【公開番号】P2021017233

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】P 2019132597

(32)【優先日】2019-07-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】北山 茂

(72)【発明者】

【氏名】河合 竜太

(72)【発明者】

【氏名】松井 諒

【審査官】志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２２９７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１０３４５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｃ ７／０４

Ｂ６０Ｋ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン及び発電機をフレームに取り付けて台枠に取り付けられたシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車において、
前記台枠は、レール方向に平行に離間して配置される側梁と、該側梁間に渡される横梁を備え、
前記エンジンと前記発電機は連結され、吊り下げ用ブラケットによってその側面を３点で支持され、
前記吊り下げ用ブラケットは、一次防振ゴムを介して前記フレームに係合され、
前記フレームは、２本の前記横梁を跨ぐように前記側梁近傍に溶接されて設けられるブラケットの下部に二次防振ゴムを介して取り付けられていること、
を特徴とするシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車。

【請求項2】

請求項１に記載のシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車において、
前記フレームは、側梁同士を繋ぐように枕木方向と平行に配置された少なくとも２つの枠梁材を有し、該枠梁材に取り付けられた前記吊り下げ用ブラケットを備えること、
を特徴とするシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車。

【請求項3】

請求項２に記載のシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車において、
前記エンジン及び前記発電機は、前記吊り下げ用ブラケットによって前記エンジン側を１点、前記発電機側を２点で支持し、
前記フレームは、前記台枠の横梁に前記二次防振ゴムを介して取り付けられ、その取り付け位置は前記側梁近傍に２箇所ずつ設けられていること、
を特徴とするシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリーズハイブリッド方式又は電気式を採用した気動車に関し、具体的には気動車の動力源より生じる振動が客室内に伝達されることを防ぎ、乗り心地の向上を図る技術に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両に用いられる気動車の動力源としては、近年、ディーゼルエンジンとモータの２つの駆動源を利用したハイブリッド方式のものも検討され、一部では採用されている。ハイブリッド方式の気動車を用いた鉄道車両に対するニーズはそれほど高くないものの、ユーザーの事情によっては非電化区間を走らせたいというニーズがある。こうしたハイブリッド方式の駆動源からの振動というのは、通常の電車車両とは異なるものではあるが、ハイブリッド方式の気動車の数が少ない事もあって、十分対策が成されていない現状がある。この問題は、電気式の気動車にも言えることである。

【0003】

特許文献１には、車両搭載機器の吊り下げ支持具に関する技術が開示されている。車両のフレーム底面に搭載する機器を、搭載台をロの字状に構成した支持枠で吊り下げることで、車両搭載機器の取り付けの容易化を図っている。

【0004】

特許文献２には、鉄道車両の防振ゴム支持構造に関する技術が開示されている。主変圧器と取付金との間に上側の防振ゴム部材が、取付金とワッシャとの間に下側の防振ゴム部材が設けられ、主変圧器の取付金が上側の防振ゴム部材と下側の防振ゴム部材との間に挟まれた状態にすることで、床下機器からの振動・騒音を低減している。

【0005】

特許文献３には、気動車に関する技術が開示されている。車体の床下にエンジンを備えた気動車において、防振性を備えていると共に車体でエンジンを支持するために車体とエンジンとの間に設けられた振動吸収部材と、車体及びエンジンから離れて車体とエンジンとの間に設置された遮音部材とを有している事で、エンジンの振動・騒音が気動車の車室内に入ることを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－１０５４８９号公報

【文献】特開２００７－３０８０４２号公報

【文献】特開２００６－２７５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１乃至特許文献３に開示される技術の何れも、ハイブリッド方式又は電気式の気動車に用いる事を前提とした技術ではない。そして、近年は鉄道車両に対してより高い静粛性や乗り心地が求められる傾向にあり、ハイブリッド方式又は電気式を採用した気動車もその例外ではない。出願人は、ハイブリッド方式の気動車のうち、シリーズハイブリッド方式の気動車を提案しているが、シリーズハイブリッド方式の気動車にもより一層高いレベルの振動・騒音の低減や、気動車を用いた鉄道車両の高速化などが求められている。高速化すれば振動・騒音の問題がより顕著になるが、特許文献１乃至特許文献３に開示されるような従来技術では、対応できない可能性が高い。この問題は電気式の気動車及びそれを用いた鉄道車両でも同様なことが言える。このため、シリーズハイブリッド方式及び電気式の気動車を用いた鉄道車両においても乗り心地向上のためにより一層高いレベルの振動・騒音の対策が求められている。

【0008】

そこで、本発明はこの様な課題を解決し、より高い乗り心地を実現可能なシリーズハイブリッド方式の気動車又は電気式の気動車の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するために、本発明の一態様によるシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車は、以下のような特徴を有する。

【0010】

（１）エンジン及び発電機をフレームに取り付けて設けられたシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車において、前記エンジンと前記発電機は連結され、吊り下げ用ブラケットによってその側面を３点で支持され、前記吊り下げ用ブラケットは、一次防振ゴムを介して前記フレームに係合され、前記フレームは、車体の台枠の下部に二次防振ゴムを介して取り付けられていること、を特徴とする。

【0011】

（２）（１）に記載のシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車において、前記フレームは、側梁同士を繋ぐように枕木方向と平行に配置された少なくとも２つの枠梁材を有し、該枠梁材に取り付けられた前記吊り下げ用ブラケットを備えること、が好ましい。

【0012】

（３）（２）に記載のシリーズハイブリッド方式又は電気式の気動車において、前記エンジン及び前記発電機は、前記吊り下げ用ブラケットによって前記エンジン側を１点、前記発電機側を２点で支持し、前記フレームは、前記台枠の横梁に前記二次防振ゴムを介して取り付けられ、その取り付け位置は前記側梁近傍に２箇所ずつ設けられていること、が好ましい。

【0013】

上記（１）乃至（３）に記載の態様によって、気動車の課題である振動の低減を実現できる。これは、車体の台枠の下部にフレームが二次防振ゴムを介して取り付けられ、更に吊り下げ用ブラケットが一次防振ゴムを介してエンジン及び発電機を支持しているためである。つまりエンジンや発電機は車両構体に対して２重防振構造となっており、エンジンや発電機などの振動源となる駆動装置から、車両構体に振動が伝達されることを防ぐことができる。その結果、シリーズハイブリッド方式の気動車又は電気式の気動車において乗客の感じる乗り心地を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態の、気動車の模式図である。

【図2】第１実施形態の、発電部分の側面図である。

【図3】第１実施形態の、発電部分の正面図である。図２の矢視ＡＡに相当する。

【図4】第１実施形態の、発電部分の背面図である。図２の矢視ＢＢに相当する。

【図5】第１実施形態の、発電部分の上面視図である。図２の矢視ＣＣに相当する。

【図6】第１実施形態の、取り付け部分の拡大図である。図５の矢視ＤＤに相当する。

【図7】（ａ）第１実施形態の、気動車の概念図である。（ｂ）第２実施形態の、電気式気動車の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（第１実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、第１実施形態の、気動車の模式図を示す。気動車１００は、シリーズハイブリッド方式を採用した気動車であり、車体１０の下部には台車２０が配置され、その台車２０の間に配置されている艤装３０に、発電部分５０が備えられている。なお、艤装３０に備えられる他の機器に関しては、本発明を説明するのに直接関係が無いので、説明を省略する。

【0016】

図２に、発電部分の側面図を示す。発電部分５０には、ハイブリッド方式である為、エンジン６０と発電機７０が並べられて配置されている。エンジン６０はディーゼル機関であり、発電機７０と接続されて発電を行う。この電力は、図示しない駆動用モータを回転させて気動車１００を動かしている。なお、後述する蓄電池８５（図７（ａ）参照）には鉄道車両がブレーキをかけた際に発生する回生電力を蓄え、こちらからも電力供給が行われるが、ここでは説明を割愛する。

【0017】

エンジン６０及び発電機７０は互いに連結され、車体１０の下部にある台枠１１に取り付けられる。台枠１１は、側梁１５と横梁１６で構成されている。レール方向に平行に配置され、離間して２本並べられる側梁１５の間に、枠梁材に相当するフレーム３４が取り付けられる。

【0018】

図３に、発電部分の正面図を示す。図２の矢視ＡＡを示している。図４に、発電部分の背面図を示す。図２の矢視ＢＢを示している。図５に、発電部分の上面視図を示す。図２の矢視ＣＣを示している。図６に、取り付け部分の拡大図を示す。図５の矢視ＤＤを示している。フレーム３４は、図５に示される様に横枠梁３５を縦枠梁３６で接続する形で構成され、横枠梁３５は、側梁１５の間に渡される横梁１６に溶接されたブラケット１７によって支えられている。

【0019】

横枠梁３５は、エンジン６０及び発電機７０を支えるために略ロ型でリブ３５ｂが設けられた断面となっている。また、横枠梁３５の両端には梁端部３５ａが設けられている。この梁端部３５ａが横梁１６に溶接されたブラケット１７に取り付けられる。ブラケット１７は２本の横梁１６を跨ぐような形で設けられている。梁端部３５ａとブラケット１７の取り付け構造は、図６に詳細が説明される。ブラケット１７にはフレーム受け３１が固定される。そして、４カ所に設けられた梁端部３５ａが二次防振ゴム３７に挟まれて、フレーム受け３１に対して支持されている。

【0020】

こうして車体１０の下部に取り付けられたフレーム３４に、発電部分５０となるエンジン６０及び発電機７０が取り付けられる。エンジン６０と発電機７０は一体化されており、エンジン６０側は図３に示すように第１ブラケット４１によって支持される。第１ブラケット４１は、図２に示すように横枠梁３５の概ね中央部に固定された第１吊り受け３９に、一次防振ゴム３８である前方一次防振ゴム３８ａを介して支持されている。ここで、防振ゴムはエンジン６０及び発電機７０の側から一次防振ゴム３８、二次防振ゴム３７と称している。必要に応じてそれぞれの減衰力を変えて設定することが可能である。

【0021】

一方、発電機７０側は、図４に示すように、左右２箇所で第２ブラケット４２によって吊り下げられている。第２ブラケット４２は、横枠梁３５に固定され、その下部には一次防振ゴム３８である後方一次防振ゴム３８ｂが設けられている。なお一次防振ゴム３８はオイルダンパーを内蔵した構造となっており、より高い振動減衰効果が得られる。そして、第２ブラケット４２が後方一次防振ゴム３８ｂを介して第３ブラケット４３を支持している。第３ブラケット４３は発電機７０の側面にそれぞれ固定され、発電機７０を支持する形になっている。

【0022】

第１実施形態のシリーズハイブリッド方式の気動車は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

【0023】

まず、第１実施形態の効果として、振動低減効果が得られる点が挙げられる。これは、第１実施形態のシリーズハイブリッド方式の気動車が、エンジン６０及び発電機７０をフレーム３４に取り付けて設けられたシリーズハイブリッド方式の気動車において、エンジン６０と発電機７０は連結され、エンジン６０及び発電機７０は、３つの吊り下げ用ブラケットとなる第１ブラケット４１及び第３ブラケット４３によってその側面を支持され、第１ブラケット４１及び第３ブラケット４３は、一次防振ゴム３８を介してフレーム３４に係合され、フレーム３４は、車体１０の台枠の下部に二次防振ゴム３７を介して取り付けられているためである。

【0024】

つまり、第１実施形態の車体１０に取り付けられるエンジン６０及び発電機７０は、二次防振ゴム３７と一次防振ゴム３８とによって二重防振構造になっている。このため、エンジン６０から生じる振動や騒音を効果的に減衰し、車体１０の車室側に伝達することを防いでいる。シリーズハイブリッド方式ではエンジン６０は一番効率の良い回転数で運転し、発電することができるため、振動や騒音による影響は少ないと考えられるが、近年は車体１０に対してより乗り心地の向上を求められ、同時に高速化も求められるようになってきている。そこで、本発明ではこれまで考慮されてこなかった、０～２００Ｈｚの低周波の振動をより高い効果的に遮断できる二重防振構造を採用している。

【0025】

ここで、エンジン６０と発電機７０は、エンジン６０が第１吊り受け３９と第１ブラケット４１によって１箇所で、発電機７０が第２ブラケット４２と第３ブラケット４３によって２箇所で支持されていて、第１ブラケット４１はエンジン６０の側面に、第３ブラケット４３は発電機７０の側面に、それぞれ固定されている。即ち、エンジン６０と発電機７０が一体となるように接続された上で、３箇所で吊り下げられていることで、振動や騒音が伝達されることを抑制する効果が得られる。

【0026】

また、フレーム３４は、台枠１１の側梁１５の付近に二次防振ゴム３７を介して吊られる構造となっている。側梁１５の強度を維持する観点からも直接的に穴を開けたり溶接箇所を増やしたりすることは避け、横梁１６の側梁１５近傍にこのフレーム３４を保持するためのフレーム受け３１を固定している。そして、これに加えて、一次防振ゴム３８及び二次防振ゴム３７を用いて二重防振構造になっていることで、シリーズハイブリッド方式を採用した気動車１００の乗り心地の向上に貢献する。

【0027】

また、シリーズハイブリッド方式である為に、エンジン６０及び発電機７０は一体的に取り付けられる必要があるが、図示しない蓄電池や駆動用モータなどとは切り離して配置する事が可能となる。すなわち、発電部分５０をフレーム３４によって車体１０から吊り下げる構造にすることでユニット化し、駆動用モータと切り離して配置する事も可能なので、艤装の配置の効率化が可能となる。その結果、床下艤装のスペースの縮小化やメンテナンス性の向上に寄与することができる。

【0028】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７（ａ）に、第１実施形態のシリーズハイブリッド方式の気動車に関する概念図を示す。図７（ｂ）に、第２実施形態の電気式の気動車に関する概念図を示す。第２実施形態の気動車１０１では、第１実施形態の気動車１００の構成と比較して蓄電池８５を備えていない点で異なる。なお、同じ部品には同じ符号を付して説明している。また、図７（ａ）は図７（ｂ）の比較に用いる為に例示したもので、第１実施形態の構成を何ら変えるものではない。

【0029】

第２実施形態の電気式の気動車１０１には、第１実施形態のシリーズハイブリッド方式の気動車１００に関して図２、図５、及び図６に示すようにエンジン６０と発電機７０が直結されて備えられ、発電機７０は主変換装置８０が電気的に接続されている。なお、主変換装置８０は艤装３０の一部に備えられている。気動車１００では主変換装置８０と蓄電池８５が電気的に接続されている一方で、気動車１０１の主変換装置８０には蓄電池８５が備えられていない。この主変換装置８０では、発電機７０で発電された電力の供給を受けて単相交流から三相交流に変換されて台車２０に備えられたモータ９０に電力を供給して、車輪２５を回転させる。したがって、電気式の気動車１０１では、ハイブリッド方式の気動車１００と同様にエンジン６０を回して発電機７０で電気を作り、車輪２５を動かす点では同じである。異なる点は、一時的に蓄電池８５に電力を蓄えるか否かである。

【0030】

したがって、シリーズハイブリッド方式の気動車１００と電気式の気動車１０１に関して、艤装３０の構造は同じ構造を採用することが可能であり、第１実施形態のシリーズハイブリッド方式の気動車１００と同様に、第２実施形態の電気式の気動車１０１においても、３箇所で吊り下げられていることで、発電部分５０に備えられたエンジン６０や発電機７０から発生する振動や騒音を車体１０に伝達することを抑制し、鉄道車両の乗り心地の向上に貢献する。また、床下艤装のスペースの縮小化やメンテナンス性の向上に寄与することができる。

【0031】

以上、本発明に係るシリーズハイブリッド方式及び電気式の気動車に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、具体的なフレーム３４の構造について例示しているが、発明の趣旨に沿った形でこれを変更することを妨げない。

【符号の説明】

【0032】

１０ 車体
２０ 台車
３０ 艤装
３４ フレーム
３５ 横枠梁
３６ 縦枠梁
３７ 二次防振ゴム
３８ 一次防振ゴム
５０ 発電部分
６０ エンジン
７０ 発電機
１００ 気動車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】