JP2007314052A - ハイブリッド式軌条運搬車 - Google Patents

Abstract

【課題】 パラレルタイプのハイブリッド式軌条運搬車において、発電機の装備を不要にして軽量化、低価格化を図る。
【解決手段】 地上に上り勾配と下り勾配を設けて架設される軌条に対して駆動輪を駆動して走行する軌条運搬車において、運搬車にエンジン、モータ及びバッテリを搭載し、エンジンで駆動輪を駆動して走行し、緩い上り勾配、平坦地及び下り勾配ではモータで駆動輪を駆動して走行するとともに、下り勾配の走行でモータに発生する回生電流をバッテリに蓄電することを特徴とするハイブリッド式軌条運搬車。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パラレルタイプのハイブリッド式軌条運搬車に関するものである。

エンジンとモータを併用するハイブリッド走行車は、自動車では既に実用化されているが、近頃の化石燃料高騰下では、果樹園等の傾斜地に施工される軌条運搬車に用いても意義がある。この種の軌条運搬車は、急な上り勾配と下り勾配が繰り返されることから、負荷の大きな上り勾配では、大きな出力が出せるエンジンを使用すれば有効であるが、反面、負荷の小さな緩い上り勾配、平坦地或いは下り勾配でエンジンを使用し続けるのは燃費の割高を招く。

ところで、ハイブリッド走行車には、モータは駆動原として使用し、エンジンはこのモータに電力を供給する発電機を駆動するために用いるシリーズタイプと、エンジンとモータを共に駆動原として用い、負荷の状況等を判断しながら適宜切り換えるパラレルタイプとがあるが、パラレルタイプでは、モータの電力の確保に問題がある。一般的には、バッテリを搭載し、このバッテリの電力を電源としているが、バッテリの蓄電量が減少したときにこれを如何に補うかが重要となる。多くは、発電機を搭載し、蓄電量が下限値を割るとエンジンで発電機を回し、その起電力をバッテリに蓄電するようにしている。

これによると、発電機が必要になり、イニシャルコストを引き上げるとともに、重量も重くなり、小型軽量の軌条運搬車では積みきれないこともある。一方、モータは、直流型、交流型に限らず、負荷側から駆動すると滑りが生じて回生電流が発生するから、運搬車が下り勾配にかかると、その惰性によって加速され、回生電流が発生する。下記特許文献１に示されるハイブリッド式軌条運搬車は、発電機とバッテリを備えたシリーズタイプであり、モータに発生する回生電流をバッテリに蓄電するようにしている。特に、この種の軌条運搬車では、急な下り勾配が繰り返されるものであるから、この回生電流も多く発生する。
特開平１１−３５５９１１号

本発明は、下り勾配が多いという軌条運搬車の特殊性に着目し、モータの駆動電力を回生電流だけで確保するようにして発電機を備えなくてもバッテリの電力だけで必要なときにモータを駆動できるようにしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、地上に上り勾配と下り勾配を設けて架設される軌条に対して駆動輪を駆動して走行する軌条運搬車において、運搬車にエンジン、モータ及びバッテリを搭載し、エンジンで駆動輪を駆動して走行し、緩い上り勾配、平坦地及び下り勾配では、バッテリを電源とするモータで駆動輪を駆動して走行するとともに、下り勾配の走行でモータに発生する回生電流をバッテリに蓄電することを特徴とするハイブリッド式軌条運搬車を提供したものである。

また、本発明は、以上の運搬車において、請求項２に記載した、エンジン及びモータの動力を減速機で減速して駆動輪に伝動するとともに、エンジン又はモータと減速機との接続を遠隔操作式のクラッチで切り換える手段、請求項３に記載した、勾配の変わり目にドグスイッチを配置し、このドグスイッチが上り勾配用のものか下り勾配用のものかを感知してエンジン走行かモータ走行かを選択をする手段、請求項４に記載した、ドグスイッチに代えて傾斜センサによる手段、請求項５に記載した、駆動輪の回転数を検出し、予め設定した回転数の累積に基づいたエンジン走行又はモータ走行のモードを実行する手段を提供したものである。

請求項１の手段によると、駆動は主としてエンジンで行うことになり、モータは負荷の小さな個所で補助的に使用されるのみであるから、敢えて発電機を必要としない。したがって、装備費が安くなるとともに、重量も軽減される。この場合のバッテリの電力確保は回生電流で行うことになるが、下り勾配が連続又は繰り返す軌条運搬車の特殊性からこれで十分賄える。仮に、足らなくなった場合は、外部の充電機等から充電することになる。加えて、請求項２の手段によってエンジンとモータとの切換えができるし、請求項３の手段によれば、切換えのタイミングが自動的に行える。さらに、請求項４及び５の手段によれば、装備が簡単になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一例を示す軌条運搬車の側面図であるが、本例の運搬車は、地上にその片側を支柱１によって支持される断面が角形をした単式の軌条２上を走行するものであり、自走機能を有する牽引車３によって荷台車４を牽引するものである。このように、軌条２は支柱１で地面上に支持されるから、その支柱１の高さを適宜調整することで、地面を整地しなくても、軌条２を滑らかに連続させることができる。そして、軌条２の下面（上面や側面でもよい）には、その中央に軌条２の幅よりも幅狭のラック５が貼着されている。

この場合の牽引車３には、軌条２を上下から挟む支持輪ユニット６で支持される車台７の上に前から順にエンジン８、モータ９及びバッテリ１０が搭載されたものである。ただし、搭載の順番はこれに限らないし、一台の牽引車３に搭載するのが無理なら、別に荷台車（図示省略）を設け、これに分散して搭載してもよい。牽引車３には、この他に減速機１１も搭載されており、エンジン８又はモータ９の動力を減速してラック５に噛み合うピニオンである駆動輪１２に伝えるようになっている。

図２はこの伝動機構を示す説明図であるが、エンジン８の出力軸１３とモータ９の出力軸１４を共に減速機１１の入力軸１５にそれぞれチェンやベルトの伝動機構１６、１７で連結したものである。これにおいて、エンジン８又はモータ９の出力は減速機１１の入力軸１５に選択的に伝えられるようになっており、クラッチ１８でこれを切り換えている。このクラッチ１８は、エンジン８又はモータ９の一方が動力を接続しているときには他方が切断しているもので、例えば、ダブルの電磁クラッチ、シングルの電磁クラッチ二個、機械式のクラッチ等、何でもよい。ただし、遠隔操作できることが必要で、この点で、電磁クラッチが適する。

荷台車４も同様であり、車台１９上を開放してここに人や機材或いは収穫物といった荷を積むものであり、車台１９に前後二個の支持輪ユニット２０を取付け、この支持輪ユニット２０で車台１９を軌条２上に支持している。なお、牽引車３と荷台車４とは連結器２１で連結されており、牽引車３は荷台車４を牽引して走行する。このような軌条２は、果樹園等の傾斜地に施工されることが多いのは上述したとおりであるが、その形態は、目的地までの往行は全体として上り勾配になっており、目的地からの復行は全体として下り勾配になっている。加えて、上り勾配や下り勾配は何回も繰り返され、中には４５°程度の急勾配の個所もある。また、目的地まで行くと、その向きのまま後退する単線式もあれば、前進のまま別のルートを通って帰って来るループ式もある。

図３はこれら各機器の配置図であるが、この軌条運搬車は、パラレルタイプのハイブリッド式であり、エンジン８かモータ９のいずれかを駆動原として走行する。この選択は、負荷の大小によって行い、本例では、勾配の変わり目をマイクロスイッチ等のドグスイッチ２２で検出してシステムコントローラ２３で切り換えるようにしている。図３にはこれが示されており、実線が電気的接続（駆動電流又は回生電流）、点線が機械的接続、一点鎖線が制御信号の流れを示すものである。図４は、軌条２の一例を示す説明図であるが、今、Ａを出発点とし、Ｆを目的地とするように敷設されており、途中に上り勾配や平坦又は下り勾配が形成されているものである。そこで、出発点Ａ、平坦地から上り勾配に変わる地点Ｂ、上り勾配から下り勾配に変わる地点Ｃ、再び上り勾配に変わる地点Ｄ、再度平坦地に変わる地点Ｅ、目的地Ｆにそれぞれドグスイッチ２２を設けておく。

そして、目的地Ｆまで行く往行に際しては、出発点Ａから地点Ｂまでの走行は、バッテリ１０を電源としてモータ９で走行し（エンジン８は停止させている）、地点Ｂに来るとクラッチ１８を切り換えてエンジン８を作動させてその動力で走行する（このとき、モータ９は停止させる）。以下、同様にクラッチ１８を切り換えてエンジン８又はモータ９を駆動原とする走行をして目的地Ｆまで行くようにする。一方、帰りの復行は、全体としては下り勾配であるから、すべてモータ９による走行としてもよいし、ある程度の上り勾配がある場合は、エンジン８を駆動原としてもよい。

なお、下り走行のときには、その惰性によって駆動輪１２が回され、モータ９に回生電流が発生するが、この回生電流はバッテリ１０に蓄電する。なお、ドグスイッチ２２がエンジン８を駆動原とする上り勾配用のもの２２ａかモータ９を駆動原とする緩い上り傾斜、平坦地或いは下り勾配用（以下、下り勾配用）のもの２２ｂかを判別できる必要があるが、例えば、それぞれのドグスイッチ２２ａ、２２ｂを軌条２からの離間位置を変えて設けておけばよい。また、往行用と復行用の判別は、それぞれを軌条２の別の側に設けるようにしてもよい。

図５は以上の走行のフローチャートであるが、スタートすると、まず、現在、どのドグスイッチ２２を踏んだかを検出し、それがエンジン８の動力を必要とする上り勾配用のもの２２ａであるか、モータ９の動力でよい下り勾配用のもの２２ｂかを判断する。上り勾配用のもの２２ａであれば、エンジン８によるエンジン走行を行い、下り勾配用のもの２２ｂであれば、モータ９によるモータ走行をする。そして、次のドグスイッチ２２を検出するが、これが勾配変更用のものであるか、終点又は始点用のものかを判断し、勾配変更用のものであれば、上り勾配用のもの２２ａか下り勾配用のもの２２ｂかの判断のステップの前にリターンし、終点用のもの２２ｃ又は始点用のもの２２ｄであれば、エンジン８又はモータ９の駆動を止めて運搬車を停止させる。

ところで、エンジン８を駆動原とするかモータ９を駆動原とするかの選択は、この他に運搬車に軌条２の傾斜度を検出する傾斜センサ（図示省略）を取り付け、この傾斜センサの出力によるものであってもよい。また、駆動輪１２の回転数（出発点から距離）をエンコーダ等（図示省略）で読み取って行き、これを予め設定しておいたプログラムに従ってエンジン走行かモータ走行かのモードに切り換えてもよい。軌条２の距離や勾配は予め判っているから、どの距離に来たときは、どの駆動原にするかをシステムコントローラ２３に読み込ませておくことで可能になる。さらに、人工衛星を使ったＧＰＳで現地点を読み取って切り換えるものであってもよい。

以上は、本発明の基本的な形態であるが、モータ９を使用する頻度が高い路線のような場合は、発電機（図示省略）を備えていてもよい。この発電機で発電された電力は、モータ９を駆動する電力に使用してもよいし、バッテリ１０に蓄電してもよい。この場合、発電機はエンジン８で駆動するが、その場合でも、エンジン８として４サイクルのガソリンエンジンを使用した場合、その回転数を比較的低出力であるが、もっとも燃料消費が少なくて済む２０００〜３０００ｒｐｍ、中でも２５００ｒｐｍ付近で連続運転するのが燃費を節約する上で好ましい。

軌条運搬車の側面図である。 伝動機構の説明図である。 軌条運搬車に搭載する機器の配置と制御の説明図である。 路線の説明図である。 走行制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 支柱
２ 軌条
３ 牽引車
４ 荷台車
５ ラック
６ 支持輪ユニット
７ 車台
８ エンジン
９ モータ
１０ バッテリ
１１ 減速機
１２ 駆動輪
１３ エンジンの出力軸
１４ モータの出力軸
１５ 減速機の入力軸
１６ 伝動機構
１７ 伝動機構
１８ クラッチ
１９ 車台
２０ 支持輪ユニット
２１ 連結器
２２ ドグスイッチ
２２ａ 上り勾配用（エンジン用）のドグスイッチ
２２ｂ 下り勾配用（モータ用）のドグスイッチ
２２ｃ 終点用のドグスイッチ
２２ｄ 始点用のドグスイッチ
２３ システムコントローラ

Claims (5)

1. 地上に上り勾配と下り勾配を設けて架設される軌条に対して駆動輪を駆動して走行する軌条運搬車において、運搬車にエンジン、モータ及びバッテリを搭載し、エンジンで駆動輪を駆動して走行し、緩い上り勾配、平坦地及び下り勾配では、バッテリを電源とするモータで駆動輪を駆動して走行するとともに、下り勾配の走行でモータに発生する回生電流をバッテリに蓄電することを特徴とするハイブリッド式軌条運搬車。
2. エンジン及びモータの動力を減速機で減速して駆動輪に伝動するとともに、エンジン又はモータと減速機との接続を遠隔操作式のクラッチで切り換える請求項１のハイブリッド式軌条運搬車。
3. 勾配の変わり目にドグスイッチを配置し、このドグスイッチが上り勾配用のものか下り勾配用のものかを感知してエンジン走行かモータ走行かを選択をする請求項１又は２のハイブリッド式軌条運搬車。
4. ドグスイッチに代えて傾斜センサによる請求項３のハイブリッド式軌条運搬車。
5. 駆動輪の回転数を検出し、予め設定した回転数の累積に基づいたエンジン走行又はモータ走行のモードを実行する請求項１又は２のハイブリッド式軌条運搬車。