JP2000232702A - バッテリ機関車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで且つメンテナンスが容易であり、
急勾配に対応できるバッテリ機関車を提供する。 【解決手段】 レール１３に沿って設けられたラック軌
条１４と、ラック軌条１４のラックに噛み合うピニオン
５と、ピニオン５を回転させるピニオン用電動モータ６
と、レール１３の走行用の前輪１、後輪２を回転させる
前輪用電動モータ３及び後輪用電動モータ４と、各電動
モータの動力源となるバッテリ７とを備えたバッテリ機
関車であって、ピニオン用電動モータ６と前輪用電動モ
ータ３と後輪用電動モータ４とを交流電動モータとし、
バッテリ７の直流電圧を交流電圧に変換する車輪用イン
バータ８及びピニオン用インバータ９と、交流電圧の周
波数を変えてピニオン用電動モータ６と前輪用電動モー
タ３と後輪用電動モータ４の回転速度を制御する制御回
路１１とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル工事現
場等で使用されるバッテリ機関車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、軌道上を走行する動力車とし
ては、バッテリ機関車、ディーゼル機関車、電気機関車
が知られている。

【０００３】電気機関車は、電源装置や給電装置が必要
であり、また保線や電源及び給電方法に制約がある等の
問題があり、その使用は特殊な場合に限定されるので、
最近ではトンネル工事現場等で使用される事例はなくな
っている。

【０００４】ディーゼル機関車は、軽油を燃料とするデ
ィーゼルエンジンによって走行する機関車であり、トン
ネル坑内で使用する場合、空気の流通をよくするために
排ガス処理装置や換気装置を設けたりする必要がある。

【０００５】これに対して、バッテリ機関車は、バッテ
リに蓄えられた直流電力を動力源とする直流モータによ
って走行する機関車であり、前述のディーゼル機関車の
ような排ガス処理装置等を設ける必要がなく、運転操作
が容易で、故障の割合が少ない等の点でディーゼル機関
車よりも優れている。

【０００６】ところで、最近では、ガス、水道、電気、
通信線等のためのトンネル（共同溝、暗渠）は市街地の
地下に通される場合が多くなり、ビル、河川等の下に通
されるトンネルでは、勾配が急となり千分の三百を超え
る急勾配となる場合も生じている。

【０００７】上記のバッテリ機関車では、電動モータを
制御する方式として、抵抗器を用いて電動モータの電流
を制御する抵抗制御方式、または、半導体のチョッパを
用いるチョッパ制御方式が取り入れられているが、前記
の千分の三百を超えるような急勾配には対応できず、特
に、このような急勾配の軌道を下る場合に制動走行が困
難であった。さらに、これらの制御方式に電気式制動力
を持たせることも難しい。

【０００８】このように、上記のバッテリ機関車では、
千分の三百を超えるような急勾配に対応するのが技術面
の点で困難である上に、「労働安全衛生規則」にも「事
業者は、動力車を使用する区間の軌道のこう配について
は、千分の五十以下としなければならない。」（第２０
２条）との規定がある。

【０００９】このため、軌道に千分の五十を超える勾配
を有する場合は、特殊な機能を備えた機関車、例えば、
レールに沿ってラック軌条を設け、車体側にはこのラッ
ク軌条に噛み込むようにピニオンを設け、ラック軌条用
の電動機を駆動させるアプト式バッテリ機関車を走行さ
せなければならない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、急勾配を有
するトンネル内に上記のアプト式バッテリ機関車を走行
させる場合、急な上り勾配では、大きな負荷に対抗して
モータの回転を小さく、トルクを大きくする必要があ
り、また、急な下り勾配を走行させる場合には、機関車
が過速度とならないようにモータの回転を抑え、車速を
制御する必要がある。しかし、平坦部、又は小さな傾斜
部を走行させる場合には、このような余分な負荷がかか
らないので、モータのトルクを大きくする必要がない。
従って、トンネル内のそれぞれの地点での傾斜度に応じ
てモータの回転、トルクを調整させる必要がある。

【００１１】このため、トンネル内の種々の傾斜度に対
応してモータを制御する機関車として、サーボモータを
備えたバッテリ機関車が開発されている。このサーボモ
ータは直流ブラシレスサーボモータであり、従来のモー
タの整流子、ブラシを半導体、電力スイッチング回路に
置換え、モータ回転数や出力トルクをフィードバックし
て外部指令値に対して常に安定して追従するようにした
モータである。このため、機関車の負荷変動にかかわら
ず、常に指定された速度あるいは、トルクで運転できる
ように制御されるようになっている。

【００１２】しかし、このサーボモータは、高価であり
故障時のメンテナンスの点で対応が難しい等の問題があ
る。

【００１３】この発明は、上記問題に鑑みてなされたも
のであり、低コストで且つメンテナンスが容易であり、
急勾配に対応できるバッテリ機関車を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、レールに沿って設けられたラ
ック軌条と、該ラック軌条のラックに噛み合うピニオン
と、該ピニオンを回転させるピニオン用電動モータと、
前記レールの走行用の車輪を回転させる車輪用電動モー
タと、前記ピニオン用電動モータと前記車輪用電動モー
タの動力源となるバッテリとを備えたバッテリ機関車で
あって、前記ピニオン用電動モータと前記車輪用電動モ
ータとを交流電動モータとし、前記バッテリの直流電圧
を交流電圧に変換するインバータと、前記交流電圧の周
波数を変えて前記ピニオン用電動モータと前記車輪用電
動モータの回転速度を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るバッテリ機
関車の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１、図２、図３に示すように、バッテリ
機関車は、走行用の前輪１を駆動する前輪用モータ３
と、走行用の後輪２を駆動する後輪用モータ４と、急勾
配を走行するアプト走行時のためのピニオン５と、ピニ
オン５を駆動するピニオン用モータ６と、バッテリ７
と、車両の後部に設けられたインバータボックス１０
と、車両の前側に設けられた配電盤１２とを有してい
る。１８は、手動により操作するハンドブレーキで、ハ
ンドブレーキ１８が操作されると前輪１及び後輪２の油
圧ディスクブレーキ１ａ，２ａが作動して車両の走行を
停止させる。

【００１７】配電盤１２の操作パネル１２ａには、低速
から高速までの速度を数段階に切換えて設定する車速ス
イッチレバーＳ１と、警報器であるホーンスイッチＳ２
と、モータの回転方向を変えることにより車両の進行方
向を変える前進・後進スイッチＳ３と、アプト走行時に
ピニオン用インバータ９を作動するアプト入力スイッチ
Ｓ４と、車両の速度を表示する速度計Ｍとが設けられて
いる。

【００１８】ピニオン５は、レール１３に沿って敷設し
たラック軌条１４のラック１４Ａに噛合している。

【００１９】前輪用モータ３及び後輪用モータ４は、前
輪１及び後輪２の近傍に備えられる三相誘導モータであ
って、例えば、出力は２．２ｋｗである。

【００２０】ピニオン用モータ６は、ピニオン５の近傍
に備えられる三相誘導モータであって、例えば、出力は
７．５ｋｗである。

【００２１】バッテリ７は、車両の上部に複数個が備え
られ、例えば、電圧が３１２Ｖ、容量が１００Ａｈ／５
ｈである。

【００２２】次に、バッテリ機関車の制御系について説
明する。

【００２３】図４において、８はバッテリ７の直流電圧
を三相交流電圧に変換して前輪用モータ３及び後輪用モ
ータ４を駆動させる車輪用インバータ、９はバッテリ７
の直流電圧を三相交流電圧に変換してピニオン用モータ
を駆動させるピニオン用インバータである。これら車輪
用インバータ８及びピニオン用インバータ９はインバー
タボックス１０内に設けられている。同様に、ピニオン
用インバータ９はバッテリ７の直流電圧を三相交流電圧
に変換して、この交流電圧によってピニオン用モータ６
を駆動する。１６及び１７は、前輪用モータ３及び後輪
用モータ４への電流が所定量を超えた場合にオフして前
輪用モータ３及び後輪用モータ４を停止させるサーマル
リレーである。８ａ，９ａは、前輪用モータ３，後輪用
モータ４，ピニオン用モータ６を電磁ブレーキとして動
作させるときに使用される抵抗器である。１１はＣＰＵ
等から構成される制御回路であり、この制御回路１１は
各スイッチＳ１〜Ｓ５の操作と車速センサの検出信号と
に基づいて車輪用インバータ８やピニオン用インバータ
９等を制御する。

【００２４】以上の構成のバッテリ機関車の作用を説明
する。

【００２５】車両を前進させる場合、前進・後進スイッ
チＳ２を前進に設定し、車速スイッチレバーＳ１を切換
操作して低速度に設定する。この操作によって、制御回
路１１は、車輪用インバータ８からその設定速度に応じ
た周波数の三相交流電圧を出力させる。この三相交流電
圧により前輪用モータ３、後輪用モータ４はその周波数
に応じた速度で回転していき、車両は設定された低速度
で走行を始める。車速スイッチレバーＳ１の位置を順次
高速側に切り換えると、車輪用インバータ８から出力さ
れる交流電圧の周波数が順次に高周波数側に切り換えら
れて、前輪用モータ３、後輪用モータ４の回転速度が大
きくなっていき、車速スイッチレバーＳ１によって設定
された速度で車両は走行していく。

【００２６】傾斜地の上り勾配にあって、前輪用モータ
３と後輪用モータ４の回転だけでは車両にかかる負荷に
対抗できない場合には、アプト入力スイッチＳ４を投入
する。この投入によって、制御回路１１は、ピニオン用
インバータ９から三相交流電圧を出力させ、これによっ
て、ピニオン用モータ６が駆動してピニオン５が回転し
ていく。ピニオン５がラックに噛合しているので、傾斜
地が急勾配であってもピニオン５の回転により車両はそ
の傾斜地を上ることができる。このとき、前輪用モータ
３、後輪用モータ４、ピニオン用モータ６の合計の走行
力が牽引力となる。また、傾斜度の大きい下り勾配にあ
っても、アプト入力スイッチＳ４を投入して、ピニオン
５の回転速度を落としていけば、ピニオン５がラック軌
条１４のラック１４ａに噛合しているので、車両に充分
な制動を加えることができ、急勾配であっても下り走行
時の制動を確実に車両に加えることができる。この制動
は、ピニオン用インバータ９の周波数を変えるだけでよ
いので、制動制御は簡単に行うことができる。

【００２７】このように、前輪用モータ３、後輪用モー
タ４、ピニオン用モータ６として三相誘導モータを使用
し、車輪用インバータ８とピニオン用インバータ９の交
流電圧の周波数を変えるだけで前輪用モータ３、後輪用
モータ４、ピニオン用モータ６の回転速度が変わるの
で、車両の走行速度の制御を簡単に行うことができる。
また、ピニオン５がラック１４ａに噛合しているので、
車両の走行地点の傾斜度に拘わらず車両を走行させるこ
とができる。しかも、サーボモータを使用していないの
でコストの低下を図ることができ、故障があってもメン
テナンスの点で対応し易い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、レールに沿って設けられたラック軌条と、該ラ
ック軌条のラックに噛み合うピニオンと、該ピニオンを
回転させるピニオン用電動モータと、前記レールの走行
用の車輪を回転させる車輪用電動モータと、前記ピニオ
ン用電動モータと前記車輪用電動モータの動力源となる
バッテリとを備えたバッテリ機関車であって、前記ピニ
オン用電動モータと前記車輪用電動モータとを交流電動
モータとし、前記バッテリの直流電圧を交流電圧に変換
するインバータと、前記交流電圧の周波数を変えて前記
ピニオン用電動モータと前記車輪用電動モータの回転速
度を制御する制御手段とを備えたので、走行地点が急な
下り勾配であっても下り走行時の制動を確実に車両に加
えることができ、走行地点の傾斜度に拘わらず車両を走
行させることができる。しかも、インバータを使用して
いるので、コストの低下を図ることができ、故障があっ
てもメンテナンスの点で対応し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るバッテリ機関車の側面図であ
る。

【図２】この発明に係るバッテリ機関車の上面図であ
る。

【図３】この発明に係るバッテリ機関車の正面図であ
る。

【図４】この発明に係るバッテリ機関車の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１ 前輪 ２ 後輪 ３ 前輪用電動モータ ４ 後輪用電動モータ ５ ピニオン ６ ピニオン用電動モータ ７ バッテリ ８ 車輪用インバータ ９ ピニオン用インバータ １１ 制御回路 １３ レール １４ ラック軌条

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レールに沿って設けられたラック軌条と、
   該ラック軌条のラックに噛み合うピニオンと、該ピニオ
   ンを回転させるピニオン用電動モータと、前記レールの
   走行用の車輪を回転させる車輪用電動モータと、前記ピ
   ニオン用電動モータと前記車輪用電動モータの動力源と
   なるバッテリとを備えたバッテリ機関車であって、 前記ピニオン用電動モータと前記車輪用電動モータとを
   交流電動モータとし、前記バッテリの直流電圧を交流電
   圧に変換するインバータと、前記交流電圧の周波数を変
   えて前記ピニオン用電動モータと前記車輪用電動モータ
   の回転速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   するバッテリ機関車。