JP2008137443A

JP2008137443A - 工作車

Info

Publication number: JP2008137443A
Application number: JP2006324160A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Fujita; 良和藤田
Original assignee: Nippon Yusoki Co Ltd
Current assignee: Nippon Yusoki Co Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】エンジン発電機８で発電した電力を充電回路９を介してバッテリ２に充電することにより、長距離走行を可能にすると共に、バッテリ２の容量と質量を小さくして、車両質量が軽く高速走行が可能な工作車１を提供する。
【解決手段】モノレールの軌道７上をバッテリ２を電源とするモータ４，４によって自走する工作車１において、エンジン発電機８と、このエンジン発電機８が発電した電力をバッテリ２に充電する充電回路９とを備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モノレールや新交通システム等の軌道（新交通システムでは案内軌条）上を走行して保守点検を行う工作車に関するものである。

モノレールは、営業時間の終了後の深夜に軌道上を工作車が走行して保守点検を行っている。ただし、営業時間が終了すると、安全のために、架線を電源から切り離して接地するようになっているので、工作車は、この架線から電源の供給を受けることができず、軌道上を自走する必要がある。

このような工作車は、バッテリを搭載してモータ（電動機）の駆動により軌道上を自走するものが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。工作車がモータを用いるのは、保守点検のために、軌道上を勾配条件等に関係なく例えば０．１ｋｍ／ｈ程度の微速から４０ｋｍ／ｈ程度の高速までの間の一定速度で走行する必要があるので、エンジン（内燃機関）に比べて、モータの方が負荷変動時の精密な速度制御が容易だからである。また、工作車は、他の車両を牽引することもあるので、起動時や低速時のトルクの大きいモータの方が有利となる。

図３に従来の工作車１の駆動装置の構成例を示す。この工作車１に搭載されたバッテリ２は、走行制御回路３を介して２台のモータ４，４に電源を供給するようになっている。また、各モータ４は、走行制御回路３に制御されて回転駆動し、この駆動力を減速機５を介してタイヤ６に伝えるようになっている。

ところが、上記工作車１のバッテリ２は、充電が車庫でしか行われないので、少なくとも車庫から運行路線の最も遠い場所まで往復走行するための電力と、この間に保守点検用の機器に供給する電力とを賄う必要がある。このため、工作車１は、搭載するバッテリ２の容量と質量が極めて大きくなるので、車両質量が重くなりすぎるという問題が生じていた。

工作車１の車両質量が重くなると、軽量な場合に比べて、同一走行モードでのモータ４の消費電力が増大するので、モノレールの運行路線が長くなるほど、搭載するバッテリ２の容量と質量が累積的に増大することになり、走行のたびに無駄にエネルギーを消費するようになる。しかも、例えば運行路線が少し延伸されただけで、大量のバッテリ２を追加して搭載しなければならなくなり、工作車１の車両質量がさらに増大する。また、工作車１の車両質量が重くなると、同一のモータ４で車両質量の軽い工作車１を駆動する場合に比べて、減速機５の減速比を大きくしてトルクを大きくしなければならないので、走行の最高速度が遅くなる。このため、営業時間以外の限られた作業時間内に長い距離を移動することができないため、運行路線が長くなると、複数箇所に車庫を設けて、それぞれの車庫に工作車１を配備しなければならなくなる。しかも、モノレールの営業時間が延長されたような場合には、高速走行ができないために、延長の分だけ短くなった作業時間内に運行路線の最も遠い場所まで往復することができないようになるおそれも生じる。
特開平７−３０４４４４号公報

本発明は、エンジン発電機で発電した電力を充電回路を介してバッテリに充電することにより、バッテリの容量と質量を小さくして、車両質量が軽く高速走行が可能な工作車を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、バッテリを電源とするモータにより軌道上を自走する工作車において、エンジン発電機と、このエンジン発電機が発電した電力をバッテリに充電する充電回路とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、前記軌道が、モノレールの軌道であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、工作車の走行中や作業中にもエンジン発電機によってバッテリの充電を行うことができるので、工作車に搭載するバッテリの容量と質量を小さくして車両質量を軽くすることができる。同じ容量で比較すると、バッテリよりもエンジン発電機の方が遥かに質量が軽く、燃料の質量や充電回路の質量はほとんど無視できるからである。

工作車の車両質量が軽くなると、走行時のモータの消費電力が減少するので、無駄なエネルギーの消費をなくすことができる。また、工作車の車両質量が軽くなると、モータの減速比を小さくできるので、走行時の最高速度を速めることができる。従って、本発明の工作車は、短時間に長距離の走行が可能となり、しかも、走行中等にもエンジン発電機がバッテリの充電を行うので、極めて長い距離を走行することも可能となるので、運行路線が非常に長い場合やこの路線が延伸された場合であっても、容易に対応することができるようになる。

請求項２の発明によれば、運行路線が限定されてはいるが延伸の可能性があり、車両の汎用性が少ないモノレールの工作車に最適な駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図２を参照して説明する。なお、これらの図においても、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、図２に示すような跨座式のモノレールの軌道７上を走行する工作車１について説明する。この工作車１は、従来例と同様に、バッテリ２を搭載し、走行制御回路３に制御された２台のモータ４，４が減速機５，５を介してタイヤ６，６を回転駆動させることにより軌道７上を自走するようになっている。また、本実施形態の工作車１は、エンジン発電機８と充電回路９とを備えている。

上記工作車１の駆動装置の構成を図１に基づいて説明する。バッテリ２は、従来例と同様に鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池である。ただし、バッテリ２の容量は、従来例のものに比べて非常に小さいもの（例えば３分の１程度のもの）が用いられる。走行制御回路３は、従来例と同様に、運転操作に従って、バッテリ２からモータ４，４に供給される電力を制御することにより、これらのモータ４，４の速度制御等を行う回路装置である。

上記各モータ４は、従来例と同様のＤＣブラシレスモータ等の電動機である。また、各減速機５と各タイヤ６も、従来例と同様のものである。減速機５は、ギア等の伝導装置によってモータ４の回転速度を所定の減速比で減速させてタイヤ６に伝える装置である。ただし、本実施形態の減速機５は、従来のものよりも減速比の小さいものが用いられている。

上記エンジン発電機８は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等のエンジンと、交流発電機等の発電機とを組み合わせた発電装置であり、ガソリンや軽油等の燃料を用いてエンジンを駆動させることにより発電機を回転させて発電を行わせるものである。このエンジン発電機８は、通常は交流電動機によって交流電力を発電するが、直流電力を発電するものであってもよい。本実施形態のエンジン発電機８は、三相交流電力を発電するようになっている。

充電回路９は、上記エンジン発電機８で発電された電力をバッテリ２に供給して充電を行う回路装置である。本実施形態の充電回路９は、エンジン発電機８が発電した三相交流電力を整流回路によって直流に変換し、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）による昇圧型の定電流定電圧方式によってバッテリ２の充電を行うようになっている。昇圧は、コイルとＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子とダイオードを用いた昇圧チョッパ方式によって行うことにより、質量の大きいトランスを不要にしている。また、この際、整流回路に入力される交流電圧波形に応じたスイッチングを行うことにより、ＳＭＲ（Switching mode Rectifier）として機能させ、高力率化・高効率化を図るようにしている。

なお、上記工作車１が車庫に入庫した場合には、図１に示すように、エンジン発電機８に代えて、商用三相交流電源１０に接続してバッテリ２の充電を行うことになる。

上記構成の工作車１は、バッテリ２からの電力によってモータ４，４を駆動させて軌道７上を走行する。そして、自動充電モードに設定されている場合には、バッテリ２の残存容量が６０％以下になると、自動的にエンジン発電機８のエンジンを始動させて、充電回路９によるバッテリ２の充電を開始する。ただし、バッテリ２の残存容量が９０％に達すると、自動的にエンジン発電機８のエンジンを停止させて充電を終了する。これは、工作車１の走行中には、回生制動によって電力がバッテリ２に回収される場合があるので、このバッテリ２がエンジン発電機８による充電で残存容量が１００％に達していたとすると、過充電となるおそれがあるからである。

ここで、上記バッテリ２の残存容量は、例えばバッテリ２の充放電電流を検出して積算（積分）することにより算出することもできるし、バッテリ２の端子電圧により推定することもできる。本実施形態では、充放電電流の検出値を端子電圧に応じて補正した値を積算することにより算出する。

なお、上記バッテリ２の充電制御の方法は、一例にすぎず、例えば作業者の操作等の任意の方法によって、エンジン発電機８のエンジンを始動させて充電回路９によるバッテリ２の充電を行うことができる。

上記構成によれば、バッテリ２の残存容量が少なくなると、エンジン発電機８と充電回路９によって充電が行われるので、従来であれば、途中でバッテリ２の充電が必要となるような長い距離でも、そのまま走行し続けることができるようになる。従って、極めて長い距離の走行が可能になるだけでなく、短い作業時間内に車庫との間を必ず往復しなければならないという制限もなくなるので、工作車１の運用の自由度を高めることができる。

例えば、ほとんどのモノレールは、運行路線の中間付近に車庫（基地）を設けている。そして、従来の工作車１は、この車庫でバッテリ２を満充電まで充電しておき、営業時間の終了後に出庫して、作業が完了すると、次の営業時間が始まるまでに同じ車庫に充電のために帰庫するという運用が行われていた。しかしながら、本実施形態の工作車１は、エンジン発電機８と充電回路９により、いつでもバッテリ２の充電が可能となるので、起点や終点の駅舎等に留置スペースを設けておけば、次の営業時間が始まるまでに最寄りの留置スペースまで移動すればよく、必ずしも充電のために車庫に帰庫する必要がなくなる。そして、特に運行路線の延伸工事中等には、このような運用が有益なものとなる。

また、エンジン発電機８と充電回路９による充電を行うので、工作車１に搭載するバッテリ２の容量を小さくすることができ、これによってバッテリ２の質量が軽くなるため、工作車１の車両質量も軽量化することができる。これは、同じ容量で比較した場合、バッテリ２よりもエンジン発電機８の方が遥かに質量が軽く、燃料の質量や充電回路９の質量はほとんど無視できるからである。

このように工作車１の車両質量が軽くなると、同一走行モードでのモータ４，４の消費電力が減少するので、エネルギー効率を高めることができる。しかも、同じモータ４，４を使用する場合、工作車１の車両質量が軽くなるほど、減速機５，５の減速比を小さくできるので、走行時の最高速度を速めることができる。従って、本実施形態の工作車１は、長距離の高速走行が可能となるので、運行路線が非常に長い場合やこの路線が延伸された場合、さらに、営業時間の延長により作業時間が短縮されたような場合であっても、短時間に長い距離を走行して保守点検作業を行うことができるようになる。

なお、上記実施形態では、エンジン発電機８が、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンと交流発電機等を組み合わせたものである場合を示したが、エンジン（内燃機関）によって発生した運動エネルギーを発電機で電気エネルギーに変換する発電装置であれば、どのような構成のものであってよい。例えば、エンジン発電機８のエンジンには、ガスタービンエンジン等を用いることもでき、発電機には直流発電機を用いることもできる。

また、上記実施形態では、充電回路９が、ＰＷＭによる定電流定電圧方式によってバッテリ２の充電を行うものである場合を示したが、充電方式はバッテリ２の種類等に応じて任意に定めることができる。さらに、昇圧の有無や昇圧の方式も任意であり、例えばＤＣ−ＤＣコンバータで一旦高周波の交流に変換して小型のトランスで昇圧することもできる。しかも、エンジン発電機８が直流電力を発生させるものである場合には、整流回路を不要とすることもできる。

また、上記実施形態では、モータ４がＤＣブラシレスモータ等の電動機である場合を示したが、この電動機の種類も任意であり、誘導機等の交流モータを用いることもできる。さらに、減速機５も、ギア等の伝導装置を用いる場合を示したが、これに限らず、例えば流体継手を用いるものであってもよい。しかも、モータ４の起動トルクが大きく、減速を必要としないものであれば、減速機５自体を用いる必要もない。

また、上記実施形態では、跨座式のモノレールの軌道７上を走行する工作車１について説明したが、懸垂式のモノレールの軌道に懸架されて走行する工作車にも同様に実施可能であり、案内軌条に沿って走行する新交通システムの工作車にも同様に実施可能である。ここで、軌道上を走行するとは、軌道に制限されて、この軌道に沿って走行することを意味し、この軌道には案内軌条等も含まれる。

図１に示す上記実施形態の実施例と、図３に示す従来例との仕様を比較した結果を表１に示す。なお、モータ４，４は、実施例と従来例とで共通に、最大７０ｋＷの出力のものを２台ずつ用いた。

バッテリ２の容量は、従来例では約１４４ｋＷｈであったが、実施例ではその約３分の１の約４６ｋＷｈのものを用いた。これらのバッテリ２の定格電圧は共に２８８Ｖであるため、従来例では５００Ａｈ（≒１４４×１０００／２８８）となり、実施例では１６０Ａｈ（≒４６×１０００／２８８）となる。このような容量の減少により、バッテリ２の質量は、従来例では５．５ｔであったものが、実施例ではその３分の１以下の１．５ｔとなった。

実施例のエンジン発電機８の容量は、１８０ｋＷｈのものを用いた。従って、エンジン発電機８は、約４６ｋＷｈのバッテリ２の約４個分（≒１８０／４６）の発電能力を有するので、実施例では、このバッテリ２の容量が３分の１に減少したにもかかわらず、従来例以上の電力供給能力を有することができる。

上記エンジン発電機８の質量は１ｔであり実施例のバッテリ２は１．５ｔであるため、５．５ｔのバッテリ２を用いる従来例と比べて３ｔ（＝５．５−１−１．５）の軽量化を図ることができる。しかも、実施例では、バッテリ２の軽量化に伴い、車両の構造材の軽量化も可能となったため、工作車１全体の車両質量は、従来例では１４ｔであったのに対して、実施例では１０ｔとなり、４ｔの軽量化を図ることができた。

また、減速機５，５の減速比も、上記車両質量の比に対応させて、従来例と実施例の比が１４：１０となるように小さくした。このため、工作車１の最高速度は、従来例では２５ｋｍ／ｈであったものを、実施例では３５ｋｍ／ｈ（＝２５×１４／１０）に高めることができた。しかも、工作車１の加速度も、質量に反比例して上昇する。なぜなら、従来例での２５ｋｍ／ｈの走行時と実施例の３５ｋｍ／ｈでの走行時におけるモータ４，４の出力は同じであり、停止状態からこれらの最高速度に至る時間（加速時間）も同じであるため、実施例の加速度は従来例に比べて１．４倍となるからである。

本発明の一実施形態を示すものであって、工作車の駆動装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態を示すものであって、工作車の構成を示す側面図である。従来例を示すものであって、工作車の駆動装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１工作車
２バッテリ
３走行制御回路
４モータ
５減速機
６タイヤ
７軌道
８エンジン発電機
９充電回路
１０商用三相交流電源

Claims

バッテリを電源とするモータにより軌道上を自走する工作車において、
エンジン発電機と、このエンジン発電機が発電した電力をバッテリに充電する充電回路とを備えたことを特徴とする工作車。
前記軌道が、モノレールの軌道であることを特徴とする請求項１に記載の工作車。