JP2020085166A - 鉄道車両用トランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ制御に頼ることが無く、微速走行での連続運転や、発進時からの微速度走行を可能とする鉄道車両用トランスミッションを提供する。【解決手段】原動機５０から出力軸３６までの動力伝達経路に設けられた湿式多板クラッチ１８，２６と、湿式多板クラッチ１８，２６に供給する作動油の圧力を制御する比例電磁弁３８（３８ａ，３８ｂ）と、比例電磁弁３８に対して作動油圧の調整信号を出力する制御手段４０と、を備え、比例電磁弁３８による作動油の圧力制御は少なくとも、湿式多板クラッチ１８，２６をスリップ状態とする微速走行圧と、湿式多板クラッチ１８，２６を嵌状態とする通常走行圧が定められ、制御手段４０は、調整信号の出力により、微速走行圧と通常走行圧との切替、および各走行圧の維持を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用トランスミッションに係り、特に、鉄道車両を微速度走行させる際に好適なトランスミッションに関する。

鉄道車両用の変速機構では一般的に、トルクコンバータと、クラッチを有する変速機の組み合わせにより、原動機の回転数の使用可能領域を広げると共に変速比の拡大が図られている。このような変速機構を有する鉄道車両では、特性上、トルクコンバータから出力される動力が所定のトルク、および所定の回転数以上とされている。このため、こうした変速機構を備えた鉄道車両は、所定の速度域より低い速度での運行が難しく、極低速度（微速度）での進行を行う場合には、ブレーキで速度調整を行うことが一般的であった。

特許文献１に開示されている技術は、原動機と変速機との間に設けられていたトルクコンバータの代わりに、スリッピングクラッチを配置するというものである。スリッピングクラッチの滑り状態によって、トルク負荷を検知し、変速の適正なタイミングを判定するというものである。

特開昭５５−８９７６号公報

上述したように、鉄道車両において微速度運転を行う場合には、主にブレーキにより制動力を付与する制御がなされていた。また、特許文献１に開示されているような変速機を備えた鉄道車両であっても、微速度走行については考慮されていないというのが現状である。このため、従来の鉄道車両では、微速度での連続運転や、微速度発進といった制御が難しく、車両連結時などにおいては、大きな衝撃が生じる場合がある。

そこで本発明では、ブレーキ制御に頼ることが無く、微速走行での連続運転や、発進時からの微速度走行を可能とする鉄道車両用トランスミッションを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る鉄道車両用トランスミッションは、原動機から出力軸までの動力伝達経路に設けられた湿式多板クラッチと、前記湿式多板クラッチに供給する作動油の圧力を制御する圧力調整手段と、前記圧力調整手段に対して前記作動油圧の調整信号を出力する制御手段と、を備え、前記圧力調整手段による作動油の圧力制御は少なくとも、前記湿式多板クラッチをスリップ状態とする微速走行圧と、前記湿式多板クラッチを嵌状態とする通常走行圧が定められ、前記制御手段は、前記調整信号の出力により、前記微速走行圧と前記通常走行圧との切替、および各走行圧の維持を制御することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する鉄道車両用トランスミッションにおいて前記湿式多板クラッチは、ギアユニットに備えられた既存の湿式多板クラッチとすると良い。このような特徴を有することによれば、新たな湿式多板クラッチを付帯させる必要が無い。よって、製造コスト、改良コストの抑制が図れると共に、トランスミッションの大型化も避けることができる。

さらに、上記のような特徴を有する鉄道車両用トランスミッションにおいて、前記制御手段による前記調整信号の出力は、アクセルレバーの位置に依存して成されるようにすることができる。このような特徴を有することによれば、スリップ運転のための操作手段を別途設ける必要が無い。また、鉄道車両を運転する運転手の感覚により微速走行が可能となる。

上記のような特徴を有する鉄道車両用トランスミッションによれば、ブレーキ制御に頼ることが無く、微速走行での連続運転や、発進時からの微速度走行を可能とすることができる。

実施形態に係る鉄道車両用トランスミッションの構成を示すブロック図である。 湿式多板クラッチにおける微速走行圧と通常走行圧との関係を説明するためのグラフである。 アクセルレバーにおける制御範囲の概要を説明するための図である。 実施形態に係る鉄道車両用ミッションと鉄道車両との関係の概要を説明するためのブロック図である。

以下、本発明の鉄道車両用トランスミッションに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な一例であり、その効果を奏する限りにおいて、構成の一部に変化を加えたとしても、発明の一部とみなすことができる。

［構成］
まず、図４を参照して、本実施形態に係る鉄道車両用トランスミッション（以下、単にトランスミッション１０と称す）と鉄道車両との関係の概要について説明する。本実施形態に係るトランスミッション１０は、エンジン等の原動機５０と、トランスミッション１０、およびファイナルギア５２を備えて構成されている。なお、ファイナルギア５２は、鉄道車両の車輪５４に動力を伝達するためのギアである。また、原動機５０とトランスミッション１０、並びにトランスミッション１０とファイナルギア５２との間には、それぞれ直接または間接に、動力伝達可能な機構が講じられている。

本実施形態に係るトランスミッション１０は、図１に詳細を示すように、トルクコンバータ１２と、ギアユニット１４とを有する。トルクコンバータ１２は、内部に満たされた作動油の作用により、入力側の動力におけるトルクを増幅させて出力すると共に、トルク変動を抑制する作用を担う要素である。

ギアユニット１４は、出力軸３６における回転数やトルクを調整するための要素であり、複数段のギアと、各ギアに対応した湿式多板クラッチ１８，２６とを有する。本実施形態に係るギアユニット１４は、前進と後進の切り替えを可能な構成としたものであり、前進用ギア１６と、後進用ギア２４にそれぞれ湿式多板クラッチ１８，２６を備えている。また、前進用ギア１６と後進用ギア２４の後段には、入力された回転数に対する出力軸３６の回転数（変速比）を定めるためのギア３２，３４が備えられている。

本実施形態では、トルクコンバータ１２の出力側に接続された回転軸２０に対して、湿式多板クラッチ１８を介して前進用ギア１６が備えられている。このような構成とすることで、湿式多板クラッチ１８の嵌脱により、回転軸２０に入力された動力の伝達切替が可能となる。また、回転軸２０には、動力伝達用ギア２２が直結されており、動力伝達用ギア２２は、後進用ギア２４を備える回転軸２８に直結されている動力伝達用ギア３０に噛み合うように構成されている。なお、後進用ギア２４と回転軸２８との間には、湿式多板クラッチ２６が介在されている。

このような構成により、湿式多板クラッチ１８と湿式多板クラッチ２６の嵌脱切替により、出力軸３６の回転方向の切替、すなわち鉄道車両の前進と後進の切替が可能となる。

本実施形態に係るトランスミッション１０では、湿式多板クラッチ１８と湿式多板クラッチ２６とにそれぞれ、圧力制御比例電磁弁（以下、単に比例電磁弁３８ａ，３８ｂと称す）を接続している。比例電磁弁３８ａ，３８ｂは、湿式多板クラッチ１８，２６の嵌脱動作に使用する作動油の圧力を調整するための圧力調整手段である。

比例電磁弁３８ａ，３８ｂには、作動油の圧力調整のための調整信号を出力する制御手段４０が接続されており、制御手段４０を介して作動油圧の制御が成されるように構成されている。ここで、作動油の圧力制御としては、少なくとも微速走行圧と、通常走行圧とが定められており、微速走行圧には、所定の圧力制御幅を持たせるようにしている。

なお、微速走行圧とは、湿式多板クラッチ１８，２６がスリップ状態で運転される状態の圧力をいう。ここで、微速走行圧の圧力制御幅とは、湿式多板クラッチ１８，２６におけるスリップ率の変化幅である。

また、通常走行圧とは、湿式多板クラッチ１８，２６が嵌状態で運転される状態の圧力をいう。微速走行圧と通常走行圧との関係は、例えば図２に示すように、微速走行圧は、所定の範囲まで徐々にクラッチ油圧が上昇していく範囲の圧力であり、この範囲内において任意に圧力制御を可能としている。一方、通常走行圧は、湿式多板クラッチ１８，２６を嵌状態にするために、クラッチ油圧を急激に上昇させた状態の圧力であり、圧力の制御幅が無い。従来は、この通常走行圧において原動機５０の回転数を変化させることで、速度制御が成されていたため、微速走行を行うためには、ブレーキ制御が必要となり、微速走行での連続運転が困難であった。

なお、図２において破線で示す範囲は、スリップ運転の範囲にあるが、実質的にいずれの運転圧にも属さない短時間の圧力切替領域である。

［作用］
走行圧を定める調整信号は、鉄道車両におけるアクセルレバー４２の動作に基づく運転指令信号が、制御手段４０に伝達されることによって出力される。具体的には、図３に示すように、アクセルレバー４２の傾倒範囲が微速走行範囲である場合には、制御手段４０から出力される調整信号は、微速走行圧の範囲で圧力を昇降させる圧力調整信号となる。一方、アクセルレバー４２の傾倒範囲が通常走行の範囲である場合には、制御手段４０からの出力される調整信号は、通常走行圧となるように、クラッチ油圧を上昇させる圧力調整信号となる。

このように、従来から存在するアクセルレバー４２を微速走行の操作手段とすることで、操作手段を別途設ける必要が無くなる。また、鉄道車両を運転する運転手の感覚による操作で微速走行を実現させることが可能となる。

なお、鉄道車両の速度は、アクセルレバー４２の傾倒度合いに比例するものであり、通常走行範囲においては、原動機５０の回転数の変化により速度制御がなされる。また、本実施形態に係るトランスミッション１０では、嵌脱制御のみで運転されることを想定した湿式多板クラッチに比べ、湿式多板クラッチ１８，２６を構成するクラッチ板の枚数を増やすと共に、冷却油の供給量が多くなるように構成している。このような構成とすることで、スリップ運転時における加熱や熱ダレを抑制することができる。

ここで、クラッチ板の増加枚数や、作動油の増加量については、原動機５０の特性や湿式多板クラッチ１８，２６の特性等により、適宜定める必要があり、一概には定めることができない。

［効果］
このような構成のトランスミッション１０によれば、ブレーキ制御に頼ることが無く、発進時から鉄道車両を微速度走行させることが可能となる。また、本実施形態に係るトランスミッション１０を搭載した鉄道車両は、一定速度、あるいは任意の速度調整を行った上で、微速度走行を連続して行うことが可能となる。

また、従来のトランスミッションとの比較において、その殆どの構成を共通化することができる。このため、製造コストの低減を図ることができる。さらに、既存のトランスミッションを改良する場合にも、改良費を抑えることができる。

上記実施形態では、トルクコンバータ１２の出力側に備えられた前進用ギア１６と後進用ギア２４に付帯する湿式多板クラッチ１８，２６にスリップ機能を持たせることで、連続した微速走行運転を可能とした。しかしながら、スリップ機能を持たせる湿式多板クラッチは、必ずしも前進用ギア１６や後進用ギア２４に付帯されたものである必要はない。

図示はしないが、例えば、トルクコンバータ１２の入力側に湿式多板クラッチを配置し、この湿式多板クラッチにスリップ機能を持たせるようにしても良い。このような構成とした場合、スリップ制御を必要とする湿式多板クラッチを１つとすることができる。

また、ギアユニット１４に図示しない変速ギアを有するトランスミッションの場合には、変速ギアの作動を制御する湿式多板クラッチにスリップ機能を持たせるようにしても良い。このような構成とした場合であっても、同様な効果を得ることができるからである。

このように、本発明に係るトランスミッションは、原動機５０から出力軸３６までの動力伝達経路に設けられた湿式多板クラッチであれば、スリップ機能を持たせるクラッチの位置を限定するものでは無い。

１０………トランスミッション、１２………トルクコンバータ、１４………ギアユニット、１６………前進用ギア、１８………湿式多板クラッチ、２０………回転軸、２２………動力伝達用ギア、２４………後進用ギア、２６………湿式多板クラッチ、２８………回転軸、３０………動力伝達用ギア、３２………ギア、３４………ギア、３６………出力軸、３８ａ，３８ｂ………比例電磁弁、４０………制御手段、４２………アクセルレバー、５０………原動機、５２………ファイナルギア、５４………車輪。

Claims (3)

1. 原動機から出力軸までの動力伝達経路に設けられた湿式多板クラッチと、
   前記湿式多板クラッチに供給する作動油の圧力を制御する圧力調整手段と、
   前記圧力調整手段に対して前記作動油圧の調整信号を出力する制御手段と、を備え、
   前記圧力調整手段による作動油の圧力制御は少なくとも、前記湿式多板クラッチをスリップ状態とする微速走行圧と、前記湿式多板クラッチを嵌状態とする通常走行圧が定められ、
   前記制御手段は、前記調整信号の出力により、前記微速走行圧と前記通常走行圧との切替、および各走行圧の維持を制御することを特徴とする鉄道車両用トランスミッション。
2. 前記湿式多板クラッチは、ギアユニットに備えられた既存の湿式多板クラッチであることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用トランスミッション。
3. 前記制御手段による前記調整信号の出力は、アクセルレバーの位置に依存して成されることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用トランスミッション。

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