(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
(21)【出願番号】P 2020106085
(22)【出願日】2020-06-19
【審査請求日】2023-04-13
(31)【優先権主張番号】P 2019132741
(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)
【文献】特開2008-049809(JP,A)
【文献】特開平11-099834(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、
車体の両側に配置された側梁と平行に配置される縦枠梁と、
該縦枠梁を繋ぐように渡される横枠梁よりなり、略四角形に構成され、
前記フレームは、
前記縦枠梁の両端部に設けられた梁端部が前記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、
前記エンジンと前記発電機は、その軸が枕木方向と平行になるように配置されること、
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、
前記車体の両側に配置された側梁同士を繋ぐように配置された
横梁に、前記二次防振ゴムを介して取り付けられる少なくとも2つの
前記縦枠梁を有し、
前記横枠梁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。
【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事が言える。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、前記エンジンと前記発電機は、その軸が枕木方向と平行になるように配置されること、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、前記車体の両側に配置された側梁同士を繋ぐよう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】
上記(1)及び(2)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。
【0013】
そして、エンジンと発電機が車両の進行方向と直交する方向に連結してフレームに配置されることで、より艤装のレイアウトの自由度を高めることができる。シリーズハイブリット方式又は電気式であることで、エンジン及び発電機の軸が車軸と直交するような配置にする必要が無い。このため、車両の重心位置を調整するような配置も可能となる。この結果、より振動の影響の少ない位置に配置することもできるため、より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2】第1実施形態の、発電部分の上面視図である。
【
図3】第1実施形態の、発電部分の側面図である。
図2の矢視AAに相当する。
【
図4】第1実施形態の、発電部分の側面断面図である。
図2の矢視BBに相当する。
【
図5】第1実施形態の、発電部分の正面断面図である。
図2の矢視CCに相当する。
【
図6】第1実施形態の、発明部分の背面断面図である。
図2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本実施形態の、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、発電部分の上面視図を示す。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。便宜上、これを発電部分50と称する。つまり、発電部分50はエンジン60と発電機70が直結されてなる。発電部分50より得られる電力は、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、こちらからも駆動用モータへ電力供給が行われることがあるが、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の下部に設けられる台枠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134が取り付けられる。
【0018】
図3に、発電部分の側面図を示す。
図2の矢視AAを示している。
図4に、発電部分の側面断面図を示す。
図2の矢視BBを示している。
図5に、発電部分の正面断面図を示す。
図2の矢視CCを示している。
図6に、発動部分の背面断面図を示す。
図2の矢視DDを示している。フレーム134は、
図2に示される様に横枠梁135を縦枠梁136で接続し略四角形に構成されている。このフレーム134が、横梁16に接合された二次防振ゴム137を介して取り付けられている。
【0019】
なお、フレーム134は、
図4に示すように横枠梁135には角鋼管が用いられているのに対し、
図5に示すように縦枠梁136は、第1縦枠梁136Aと第2縦枠梁136Bの2つよりなり、断面形状が異なる。第1縦枠梁136Aは角鋼管を用い、第2縦枠梁136BはH鋼が用いられている。また、縦枠梁136である第1縦枠梁136A及び第2縦枠梁136Bのそれぞれの端部には梁端部136aが同様に設けられており、梁端部136aに設けられた穴には、二次防振ゴム137が挿入されて備えられている。つまり、フレーム134は車体10に対して二次防振ゴム137を介して支持されていることになる。
【0020】
そして、フレーム134は、発電部分50を支持しているが、具体的には、フレーム134を構成する第2縦枠梁136Bに一次防振ゴム138を介して取り付けられた第1ブラケット141と、横枠梁135に渡されるように取り付けられた第2ブラケット144及び支持アーム143によって発電部分50を支持している。このフレーム134を用いて、エンジン60及び発電機70の軸が
図2に示すように枕木方向と平行になるように保持されることになる。
【0021】
エンジン60の端部は、第1ブラケット141によって保持され、発電機70の側面を第2ブラケット144及び支持アーム143によって保持される。エンジン60と発電機70は一体化され、このエンジン60と発電機70よりなる発電部分50を、第1ブラケット141と支持アーム143で2カ所の、合計3点で支持する形となる。
【0022】
第1ブラケット141は、
図3に示すように第2縦枠梁136Bに取り付けられる。具体的には、第2縦枠梁136Bの中央辺りにハット形状の第1吊り受け140が、下方に凸に固定され、この第1吊り受け140に固定された一次防振ゴム138を介して第1ブラケット141の一端が支持されている。第1ブラケット141の他端は、前述の通りエンジン60の側面に固定されている。遮音板121は、発電部分50の外側に配置され、それぞれ縦枠梁136に取り付けられている。
【0023】
第2ブラケット144は、第1縦枠梁136Aと第2縦枠梁136Bの間であって、第1縦枠梁136A寄りに、フレーム134に固定される。
図4に示すように、横枠梁135に取り付けられたハット形状の第2吊り受け142が、下方に凸に固定され、第2ブラケット144は、その第2吊り受け142に、一次防振ゴム138を介して支えられている。第2ブラケット144には、支持アーム143の一端が固定されて立ち上がるように設けられている。その、支持アーム143の他端は発電機70の側面と接続されている。つまり、支持アーム143によって発電機70の側面を支持している。一次防振ゴム138には、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。
【0024】
こうして車体10の下部に取り付けられたフレーム134には、エンジン60及び発電機70よりなる発電部分50が取り付けられる。エンジン60と発電機70は一体化されているので、第1ブラケット141で1点と支持アーム143で2点の合計3点で、枕木方向と平行に支持される形になっている。そして、車体10とフレーム134の間に二次防振ゴム137が、フレーム134と第1ブラケット141及び第2ブラケット144の間には一次防振ゴム138が設けられているので、車体10に対して発電部分50は二重防振構造で取り付けられる。
【0025】
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。
【0026】
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134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、吊り下げ用ブラケットとなる第1ブラケット141、第2ブラケット144によってその側面を3点で支持され、第1ブラケット141、第2ブラケット144は、一次防振ゴム138を介してフレーム134に係合される。また、フレーム134は、車体10の台枠11の下部に二次防振ゴム137を介して取り付けられ、エンジン60と発電機70は、その軸が枕木方向と平行になるように配置されるためである。
【0027】
つまり、第1実施形態の台枠11に取り付けられるエンジン60及び発電機70は、一次防振部材としての一次防振ゴム138と、二次防振部材としての二次防振ゴム137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。
【0028】
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、近年は気動車100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、100Hz近辺の低周波の振動をより効果的に遮断できる二重防振構造を採用し、シリーズハイブリッド方式を採用した鉄道車両の乗り心地の向上に貢献する。
【0029】
ここで、エンジン60及び発電機70よりなる発電部分50の向きが気動車100の進行方向に対して直角に配置されている。これは、気動車100がシリーズハイブリッド方式を採用している、つまり、車軸に対して出力軸が直交する形に、エンジン60や発電機70を配置する必要が無いからこそ実現可能であり、その結果、エンジン60及び発電機70の中心軸を気動車100の中心軸と一致させる必要が無い。ここでいう気動車100の中心軸とは、気動車100の進行方向と平行にある軸である。
【0030】
エンジン60や発電機70はそれぞれ1t以上ある場合もあって、艤装の取り付けバランスを考えた場合にエンジン60や発電機70を車体10の枕木方向の中心位置から偏芯させて配置させることは好ましくない。しかしながら本実施形態のようにエンジン60及び発電機70の向きが気動車100の進行方向に対して直角に配置することで、発電部分50の配置に関する自由度を高めることが可能となる。
【0031】
そして、この事はより発電部分50の配置を工夫することで、より振動の少なくなるような、つまり、共振点を避ける様な配置をする事が可能となる。二重防振構造によって高いレベルの防振性能を実現しているが、こうした発電部分50の移動によって更に高いレベルでの防振を行い、気動車100及びそれを用いた鉄道車両の乗り心地の向上に貢献することができる。
【0032】
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である発電部分50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134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。
【0033】
また、エンジン60や発電機70の取り付け位置の自由度を高めることが可能となることで、床下艤装スペースの縮小化をより一層進める事も可能となる。これはメンテナンス性の向上にも貢献ができ、例えば発電部分50を車両側面よりに配置する事で更にメンテナンス性の向上が期待できる。メンテナンス性の向上により、より高いレベルの安全性を確保することにも繋がる。
【0034】
(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。なお、
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。
【0035】
第2実施形態の電気式の気動車101には、第1実施形態の気動車100の
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、電気式の気動車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という点である。
【0036】
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、発電部分50の配置を工夫することで、より振動の少なくなるような、つまり、共振点を避ける様な配置をする事が可能となる。そして、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、電気式の気動車101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。
【0037】
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、本実施形態では、具体的なフレーム134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。例えば、第1縦枠梁136Aには角形鋼管を用い、第2縦枠梁136BにはH鋼を用いているが、必要に応じて両方ともH鋼としたり、角形鋼管としたりしてもよい。
【符号の説明】
【0038】
10 車体
11 台枠
15 側梁
16 横梁
20 台車
30 艤装
50 発電部分
60 エンジン
70 発電機
100 気動車
134 フレーム
135 横枠梁
136 縦枠梁
137 二次防振ゴム
138 一次防振ゴム
140 第1吊り受け
141 第1ブラケット
142 第2吊り受け
143 支持アーム
144 第2ブラケット