JP7256612B2

JP7256612B2 - 鉄道作業車用トランスミッション

Info

Publication number: JP7256612B2
Application number: JP2018132279A
Authority: JP
Inventors: 慎吾金子
Original assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Current assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2023-04-12
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: JP2020006912A

Description

本発明は、鉄道作業車用のハイブリッド型トランスミッションに係り、特に、従来に比べて小型で低価格な構成を実現する事に好適な鉄道作業車用トランスミッションに関する。

本願出願人は、エンジン駆動と、モータ駆動を可能にする、いわゆるハイブリッド型の鉄道車両用トランスミッションとして、特許文献１に開示されているようなものを提案している。

特許文献１に開示されているトランスミッションは、エンジンに接続される駆動軸の他に、モータに接続された動力軸（ＰＴＯ軸）を備え、エンジンを停止させた状態であっても、モータの駆動により、車両を走行させることが可能な構成としている。ＰＴＯ軸には、モータと駆動軸との間の動力の伝達を制御するクラッチが備えられ、このクラッチの嵌脱状態と、エンジンの稼働状態との如何により、車両をモータ主体で駆動させることや、モータをジェネレータとして稼働させること、および車両をエンジンのみでの駆動させることなどの切り替え制御が可能とされていた。

特開２００７－３０７５０号公報

上述したように、特許文献１に開示されているトランスミッションによれば、理論上、エンジン停止時においてもモータ駆動により車両を走行させることが可能となる。しかし実際には、動力を伝達するためのクラッチの油圧を確保するために、エンジンを停止させることができなかったり、ギアポンプを回転させるための駆動ユニットが必要であるため、トランスミッション自体の小型化や、原価の低減を図ることが困難であった。

そこで本発明では、上記問題を解決し、小型化、および低価格化に適したハイブリッド型の鉄道作業車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作業車用トランスミッションは、原動機からの動力を入力する動力入力経路と、モータとの間で動力の伝達を行う動力伝達経路とのそれぞれに、油圧クラッチを備え、車両を駆動させる動力の切替を可能とする鉄道作業車用トランスミッションであって、前記原動機の稼働に伴って稼働するギアポンプと、前記車両に備えられ、電力により稼働する電動ポンプと、を有し、前記動力入力経路を介した動力伝達を行う場合には、前記油圧クラッチに対して前記ギアポンプから作動油を供給し、前記動力伝達経路を介した動力の入力を行う場合には、前記油圧クラッチに対して前記電動ポンプから作動油を供給する構成としたことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する鉄道作業車用トランスミッションにおいて、前記電動ポンプの電源は、前記モータを駆動させるための電源と共通とすると良い。このような特徴を有することによれば、電源の設置スペースの縮小化を図ることができる。また、モータに接続された電源であれば、モータをジェネレータとして作用させることで給電を行うことができるため、別途給電設備を設ける必要もなくなる。

上記のような特徴を有する鉄道作業車用トランスミッションは、小型化、および低価格化に適したハイブリッド型の鉄道作業車用トランスミッションとすることができる。

実施形態に係る鉄道作業車用トランスミッションと鉄道作業車の関係の概略を示すブロック図である。実施形態に係る鉄道作業車用トランスミッションの具体的な構成を示すブロック図である。実施形態に係るトランスミッションにおける油圧クラッチとギアポンプの関係を示す油圧系統の概略図である。

以下、本発明の鉄道作業車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形態の１つに過ぎない。よって、各要素の機能を逸脱せず、かつ発明の効果を奏することのできる限りにおいて、構成の一部に変更を加えたとしても、本発明の実施とみなすことができる。

まず、図１から図３を参照して、実施形態に係る鉄道作業車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）の構成について説明する。なお、図面において図１は、実施形態に係るトランスミッションと鉄道作業車（車両）の関係の概略を示すブロック図であり、図２は、実施形態に係るトランスミッションの具体的な構成を示すブロック図である。また、図３は、実施形態に係るトランスミッションにおける油圧クラッチとギアポンプの関係を示す油圧系統の概略図である。

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１２の動力を伝達するための動力入力経路１４と、モータ３０との間の動力伝達が成される動力伝達経路２８とが備えられ、動力入力経路１４と動力伝達経路２８には、それぞれ油圧クラッチ（一次側クラッチ：前進用油圧クラッチ２２、後進用油圧クラッチ２０、モータ用油圧クラッチ３６）が備えられている。油圧クラッチから変速部３８を介して動力が伝達される出力部４６の出力側には、車両を駆動させる車輪６４への動力伝達系が備えられている。

原動機１２からの動力入力経路１４には、原動機１２による車両駆動時における油圧クラッチの油圧源を確保するためのギアポンプ２６が備えられている。ギアポンプ２６は、回転軸１６からの動力伝達を受けて稼働する構成とされており、原動機１２の動力が回転軸１６に入力されることで稼働する。

一方、モータ３０には、車両側に備えられたバッテリ等の電源６０が接続されている。また、電源６０にはモータ３０の他に、車両側に備えられ、電力により稼働可能な電動ポンプ６２が接続されている。電動ポンプ６２は、原動機１２を停止させている状態における一次側クラッチの油圧源を確保するための役割を担い、電磁弁６６ｃ（図３参照）による切替制御により、トランスミッション１０に対する作動油の供給を成す構成としている。

実施形態に係るトランスミッション１０は、図２に示すように、動力入力経路１４と、動力伝達経路２８、変速部３８、および出力部４６を有する。動力入力経路１４は、原動機１２からの動力が入力される経路であり、回転軸１６と、カップリング１８、後進用油圧クラッチ２０、前進用油圧クラッチ２２を有する。カップリング１８は、原動機１２の出力軸（不図示）を介して動力が入力（伝達）される要素であり、カップリング１８を流体継手とすることで、油圧の調整により、回転軸１６に伝達される動力の回転数やトルクの調節を行うことが可能となる。また、カップリング１８には、クラッチ等による直結機構を付加することもできる。このような構成とした場合、詳細を後述するように、モータ３０をジェネレータとして稼働させる際、動力伝達時のすべりを無くし、発電効率の向上を図ることが可能となる。

後進用油圧クラッチ２０は、回転軸１６に伝達された動力を変速部３８へ伝達する役割を担う要素であり、クラッチの入力側と出力側にそれぞれ伝達ギア２０ａ，２０ｂを備えている。入力側に備えられている伝達ギア２０ａは、前進用油圧クラッチ２２へ動力を伝達するためのギアであり、出力側の伝達ギア２０ｂは、動力を変速部３８へ伝達するためのギアである。なお、後進用油圧クラッチ２０は、原動機１２を停止させ、モータ３０の動力を変速部３８に伝達する際、この動力が原動機１２に伝達されることが無いように、動力の伝達を遮断するクラッチの機能を有している。

前進用油圧クラッチ２２は、後進用油圧クラッチ２０とは異なる回転軸２２ｃを備え、後進用油圧クラッチ２０の入力側に伝達された動力、すなわち回転軸１６に伝達された動力を変速部３８へ伝達する役割を担う要素である。前進用油圧クラッチ２２も、後進用油圧クラッチ２０と同様に、クラッチの入力側と出力側にそれぞれ伝達ギア２２ａ，２２ｂを備えている。前進用油圧クラッチ２２の入力側に備えられた伝達ギア２２ａは、後進用油圧クラッチ２０の入力側に設けられた伝達ギア２０ａが噛み合うギアであり、出力側の伝達ギア２２ｂは、動力を変速部３８へ伝達するためのギアである。

後進用油圧クラッチ２０と前進用油圧クラッチ２２はそれぞれ、クラッチを嵌状態とすることで、入力側に伝達された動力を出力側に伝達することが可能となる。また、回転軸１６に入力された動力を後進用油圧クラッチ２０の入力側に設けた伝達ギア２０ａを介して前進用油圧クラッチ２２に伝達することで、伝達される動力の回転方向が逆転し、車両の進行方向の切り替えが可能となる。

また、実施形態に係る動力入力経路１４には、出力取り出し経路２４が備えられている。出力取り出し経路２４には、伝達ギア２４ａ，２４ｂを介してギアポンプ２６が備えられ、各油圧クラッチにおける作動油の供給が可能な構成とされている。

動力伝経路２８は、原動機１２以外の動力源からの動力を伝達すると共に、原動機１２から入力された動力の一部を取り出す役割を担う要素である。本実施形態では、動力伝達経路２８を介して、モータ３０からの動力を変速部３８へ伝達すると共に、原動機１２からの動力をモータ３０へ伝達し、モータ３０をジェネレータとして作用させる構成としている。

このような役割を担う動力伝達経路２８には、入出力軸３２、伝達軸３４、およびモータ用油圧クラッチ３６が備えられている。入出力軸３２は、モータ３０からの動力が入力されると共に、原動機１２からの動力の一部をモータ３０へ出力する際の動力を伝達する役割を担う要素である。入出力軸３２には、伝達ギア３２ａが備えられ、伝達軸３４との間で動力の伝達を行うことが可能な構成とされている。

伝達軸３４は、入出力軸３２を介して入力されるモータ３０の動力をモータ用油圧クラッチ３６側へ伝達すると共に、モータ用油圧クラッチ３６を介して伝達される原動機１２の動力の一部を入出力軸３２側へ伝達する役割を担う要素である。伝達軸３４には、入出力軸３２の伝達ギア３２ａと噛み合う伝達ギア３４ａと、モータ用油圧クラッチ３６の伝達ギア３６ａと噛み合う伝達ギア３４ｂが備えられている。

モータ用油圧クラッチ３６は、回転軸１６を回転中心とするクラッチであり、嵌脱により、伝達ギア２０ｂと伝達ギア３６ａとの間における動力の伝達を制御する要素である。このような構成の動力伝達経路２８では、モータ３０を駆動させ、モータ用油圧クラッチ３６を嵌状態とした場合、伝達ギア３６ａを介してモータ用油圧クラッチ３６に入力されたモータ３０の動力は、伝達ギア２０ｂを介して変速部３８へ伝達されることとなる。

また、原動機１２から入力された動力が後進用油圧クラッチ２０を介して伝達ギア２０ｂに伝達された際、モータ用油圧クラッチ３６を嵌状態とすると、その動力が伝達ギア３６ａを介して伝達軸３４、入出力軸３２へ伝達され、モータ３０（ジェネレータ）へと出力されることとなる。

変速部３８は、動力入力経路１４あるいは動力伝達経路２８を介して伝達された動力のトルクや回転数を調整する役割を担う要素である。変速部３８には、回転軸４０と、この回転軸４０に付帯された１速側油圧クラッチ４２、および２速側油圧クラッチ４４（総称として二次側クラッチ）を備える。回転軸４０には、入力ギア４０ａが備えられ、上述した伝達ギア２０ｂからの動力が入力される構成とされている。

１速側油圧クラッチ４２は、入力ギア４０ａに伝達された動力の回転数やトルクを変換して出力部４６へ伝達するための役割を担う要素であり、出力側に伝達ギア４２ａを有する。２速側油圧クラッチ４４も、１速側油圧クラッチ４２と同様に、入力ギア４０ａに伝達された動力の回転数やトルクを変換して出力部４６へ伝達するための役割を担う要素である。よって、２速側油圧クラッチ４４の出力側にも伝達ギア４４ａが備えられている。１速側油圧クラッチ４２における伝達ギア４２ａに比べ、２速側油圧クラッチ４４における伝達ギア４４ａは、その直径が大きく、歯数が多くなるように構成されている。

このような構成とすることで、１速側油圧クラッチ４２を介して伝達される動力は、２速側油圧クラッチ４４を介して伝達される動力に比べてトルクが大きなものとなる。一方、２速側油圧クラッチ４４を介して伝達される動力は、１速側油圧クラッチ４２を介して伝達される動力に比べて回転数が高いものとなる。よって、１速側油圧クラッチ４２と２速側油圧クラッチ４４との切り替えにより、動力の出力特性を変化させることができる。

出力部４６は、変速部３８を介して伝達された動力を車輪６４等へ伝達する役割を担う要素であり、本実施形態では、第１出力軸４８と、第２出力軸５０を備えている。第１出力軸４８は、第１入力ギア４８ａと第２入力ギア４８ｂ、および伝達ギア４８ｃを備えている。第１入力ギア４８ａは、１速側油圧クラッチ４２における伝達ギア４２ａに噛み合うギアであり、第２入力ギア４８ｂは、２速側油圧クラッチ４４における伝達ギア４４ａに噛み合うギアである。本実施形態では、第１入力ギア４８ａに比べて第２入力ギア４８ｂは小径で、歯数が少ないギアとなるように構成されている。

このような構成とすることで、変速部３８における１速側油圧クラッチ４２と２速側油圧クラッチ４４によって伝達される動力の変速比の差をさらに大きなものとすることができる。なお、伝達ギア４８ｃは、第１入力ギア４８ａ、または第２入力ギア４８ｂを介して第１出力軸４８に入力された動力を第２出力軸５０へ伝達する役割を担う要素である。

第２出力軸５０は、トランスミッション１０から動力を出力する軸であり、入力ギア５０ａを備えている。入力ギア５０ａは、第１出力軸４８における伝達ギア４８ｃに噛み合うように構成されている。

上述したように、実施形態に係るトランスミッション１０には、原動機１２の動力により稼働するギアポンプ２６と、外部（車両）に配置され、電源６０からの電力の供給を受けて稼働する電動ポンプ６２が備えられ、各油圧クラッチにおける作動油の油圧源を構成している。本実施形態に係るクラッチ系の油圧系統は、図３に示すように、一次側クラッチと、二次側クラッチとに大別されている。ここで、一次側クラッチとしては、動力入力経路１４に設けられる後進用油圧クラッチ２０や、前進用油圧クラッチ２２の他、動力伝達経路２８に設けられるモータ用油圧クラッチ３６などを挙げることができる。一方、二次側クラッチとしては、変速部３８に備えられている１速側油圧クラッチ４２や、２速側油圧クラッチ４４などを挙げることができる。

図３に示すように、ギアポンプ２６と電動ポンプ６２は、油圧回路上、並列な配置関係にある。このため、ギアポンプ２６と電動ポンプ６２の出力側にはそれぞれ、逆止弁が備えられ、非稼働時における作動油の逆流の防止が図られている。一次側クラッチを構成する系統経路と二次側クラッチを構成する系統経路の間には、所定のパイロット圧が設定されたリリーフ弁６８が備えられている。このような構成とすることで、一次側クラッチに対する作動油圧が充分に確保されていなければ、二次側クラッチに対する作動油が供給されないこととなる。

一次側クラッチの系統経路と、二次側クラッチの系統経路にはそれぞれ、各クラッチへの分岐経路に電磁弁６６ａ，６６ｂ，６６ｃが備えられており、電磁弁６６ａ，６６ｂ，６６ｃの切替制御により、所望する油圧クラッチ（後進用油圧クラッチ２０，前進用油圧クラッチ２２，モータ用油圧クラッチ３６への作動油の供給が可能となるように構成されている。

このような構成のトランスミッション１０では、原動機１２からの動力が回転軸１６に入力されている場合には、ギアポンプ２６が作動し、一次側クラッチにおいて、電磁弁６６ａ、あるいは電磁弁６６ｂを作動させる。これにより、後進用油圧クラッチ２０、あるいは前進用油圧クラッチ２２のいずれか一方が嵌状態となる。一次側クラッチが稼働した後、リリーフ弁６８が作動し、二次側クラッチの油圧系統に作動油が供給される。二次側クラッチの油圧系統では、電磁弁７０ａまたは電磁弁７０ｂのいずれかを作動させることで、１速側油圧クラッチ４２、あるいは２速側油圧クラッチ４４が作動し、車両を低速あるいは高速で、前進、または後進させることが可能となる。

また、原動機１２が停止している場合には、電源６０を介して電動ポンプ６２が稼働される。電動ポンプ６２から吐出された作動油は、まず、一次側クラッチ側の作動油供給経路へ供給される。この時、電磁弁６６ｃを作動させることで、モータ用油圧クラッチ３６への作動油の供給がなされる。その後、リリーフ弁６８が開放され、二次側クラッチの油圧系統へ作動油が供給される。二次側クラッチの油圧系統では、電磁弁７０ａあるいは電磁弁７０ｂを作動させることにより、モータ３０の動力を車輪６４に伝達し、車両を前進、または後進させることができるようになる。

また、原動機１２からの動力が回転軸１６に入力されている場合に、電磁弁６６ａと共に電磁弁６６ｃを作動させると、後進用油圧クラッチ２０とモータ用油圧クラッチ３６を稼働させることができ、原動機１２の動力の一部を用いてモータ３０をジェネレータとして作用させることもできる。また、後進用油圧クラッチ２０とモータ用油圧クラッチ３６を嵌脱し、原動機１２とモータ３０を回転軸１６上で同期させることで、両者の動力を車輪６４に伝達することができる。また、このような動力伝達方式を採用した場合、原動機１２の出力効率が良い回転域で運転することで、原動機１２の出力を抑えることが可能となる。このため、エンジン（原動機１２）の小型化、及び省エネ化を実現することができる。

上記のようなトランスミッション１０によれば、モータ３０側の動力伝達経路２８にクラッチや、ギアポンプを作動させるユニットを設けていないため、トランスミッション１０の小型化、および低価格化を実現することができる。

なお、上記実施形態では、油圧回路上、ギアポンプ２６と電動ポンプ６２を並列に配置し、出力側にそれぞれ逆止弁を備える旨記載した。しかしながら、これらの回路構成は、その機能を確保することができれば限定するものでは無い。例えば、ギアポンプ２６と電動ポンプ６２の出力側経路に、逆止弁に替えて、切り替え弁を備え、その下流側経路を統一化するようにしても良い。

１０………トランスミッション、１２………原動機、１４………動力入力経路、１６………回転軸、１８………カップリング、２０………後進用油圧クラッチ、２０ａ，２０ｂ………伝達ギア、２２………前進用油圧クラッチ、２２ａ，２２ｂ………伝達ギア、２２ｃ………回転軸、２４………出力取り出し経路、２６………ギアポンプ、２８………動力伝達経路、３０………モータ、３２………入出力軸、３２ａ………伝達ギア、３４………伝達軸、３４ａ，３４ｂ………伝達ギア、３６………モータ用油圧クラッチ、３６ａ………伝達ギア、３８………変速部、４０………回転軸、４０ａ………入力ギア、４２………１速側油圧クラッチ、４２ａ………伝達ギア、４４………２速側油圧クラッチ、４４ａ………伝達ギア、４６………出力部、４８………第１出力軸、４８ａ………第１入力ギア、４８ｂ………第２入力ギア、４８ｃ………伝達ギア、５０………第２出力軸、５０ａ………入力ギア、６０………電源、６２………電動ポンプ、６４………車輪、６６ａ，６６ｂ，６６ｃ………電磁弁、６８………リリーフ弁、７０ａ，７０ｂ………電磁弁。

Claims

原動機からの動力を入力する動力入力経路と、モータとの間で動力の伝達を行う動力伝達経路とのそれぞれに、油圧クラッチを備え、車両を駆動させる動力の切替を可能とする鉄道作業車用トランスミッションであって、
前記原動機の稼働に伴って稼働するギアポンプと、
前記車両に備えられ、電力により稼働する電動ポンプと、を有し、
前記ギアポンプと前記電動ポンプとは１つの油圧回路上に並列に配置され、各ポンプの出力側には逆止弁が設けられており、
前記動力入力経路を介した動力伝達を行う場合には、前記油圧クラッチに対して前記ギアポンプから作動油を供給し、
前記動力伝達経路を介した動力の入力を行う場合には、前記油圧クラッチに対して前記電動ポンプから作動油を供給する構成とし、
前記油圧クラッチを備えるクラッチ系の油圧系統は、一次側クラッチと二次側クラッチとに大別され、
前記一次側クラッチを構成する系統経路と前記二次側クラッチを構成する系統経路との間には、前記一次側クラッチに供給される作動油圧が所定のパイロット圧以上となることで前記二次側クラッチに作動油の供給を成すリリーフ弁が備えられていることを特徴とする鉄道作業車用トランスミッション。
前記電動ポンプの電源は、前記モータを駆動させるための電源と共通としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道作業車用トランスミッション。