JP7258491B2

JP7258491B2 - 鉄道作業車用トランスミッション

Info

Publication number: JP7258491B2
Application number: JP2018158928A
Authority: JP
Inventors: 慎吾金子
Original assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Current assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2038-08-28
Also published as: JP2020032774A

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に、エンジンの動力入力側とは反対側の端部から動力の入出力を可能とした動力軸を備え、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。動力軸には、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。また、特許文献１に開示されているトランスミッションは、駆動軸のエンジン側に動力出力部を備え、この動力出力部に発電機を接続する構成としている。なお、駆動軸と発電機との間にも、動力の伝達、解除を図るためのクラッチが備えられている。

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、特許文献１に開示されている構造のトランスミッションでは、動力の入出力系統ごとにクラッチが設けられると共に、駆動用のモータを駆動軸を介してエンジンの動力入力側と反対側に備える構造としているため、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、入力軸と中間軸、及び伝達軸を有する動力入力経路において、原動機の動力が入力される前記入力軸と、前記伝達軸を介して動力が伝達されるギアユニットとの間に、前記入力軸と前記中間軸との間に備えられ、前記原動機と前記ギアユニットとの間の動力の伝達を制御する動力伝達用クラッチと、前記動力伝達用クラッチと、前記ギアユニットとの間に備えられ、前記中間軸に対する動力の入出力を成すモータと、前記中間軸と前記伝達軸との間に備えられ、前記中間軸から前記伝達軸へ伝達される動力の調節を行うフルードカップリングと、前記入力軸からの動力の入力により駆動して前記フルードカップリングと各油圧クラッチへ作動油を供給するギアポンプと、を設け、前記モータ駆動時には、前記フルードカップリングと各油圧クラッチへ供給する作動油をトランスミッションの外部から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では、前記フルードカップリングにロックアップ機構を備えるようにすると良い。このような特徴を有することによれば、カップリングによるトルクコンバータとしての機能が不要となった際、ロックアップ機構により直結状態で動力を伝達することで、（滑り）境界面摩擦に起因した発熱によるエネルギーロスを無くすことができる。

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。

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、図２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。

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に、モータ１６との間で動力の伝達が成される動力伝達経路１８が付帯されている。動力入力経路１４の入力側（一端側）には、動力伝達用クラッチ２０と、フルードカップリング（以下、単にカップリング２２と称す）が備えられ、伝達側（他端側）には、ギアユニット２４が備えられている。このような要素を備える動力入力経路１４の具体的な構成を以下に示す。

動力入力経路１４は、入力軸１４ａと中間軸１４ｂ、および伝達軸１４ｃが備えられ、原動機１２からの動力が入力される入力軸１４ａの端部には、ラバーブロック２６が備えられている。また、入力軸１４ａと中間軸１４ｂとの間には、動力伝達用クラッチ２０が配置されている。動力伝達用クラッチ２０は、入力軸１４ａと中間軸１４ｂとの間における動力の伝達、あるいは非伝達を制御する役割を担う油圧クラッチである。動力伝達用クラッチ２０には、その入力側にギアポンプ２８を稼働させるための出力ギア２０ａが付帯されている。このため、動力伝達用クラッチ２０の嵌脱を問わず、原動機１２からの動力の供給があることで、ギアポンプ２８の稼働が成されるように構成されている。

中間軸１４ｂと伝達軸１４ｃとの間には、カップリング２２が備えられ、油圧の調整により、中間軸１４ｂから伝達軸１４ｃへ伝達される回転数やトルクの調節を行う役割を担う。なお、本実施形態に係るカップリング２２は、油圧クラッチ２２ａによるロックアップ機構が備えられ、中間軸１４ｂから伝達軸１４ｃへの動力の伝達を直結させることもできる。このような構成とすることで、車両の加速が完了した後など、カップリング２２によるトルクコンバータとしての機能が不要となった際、油圧クラッチ２２ａを嵌入状態として直結にすることで、（滑り）境界面摩擦に起因した発熱によるエネルギーロスを無くすことができる。これにより、燃費の向上を図ることができる。

また、実施形態に係るトランスミッション１０はカップリング２２に、モータ１６との間で動力の入出力を成す動力伝達経路１８を付帯させている。ここで、動力伝達経路１８は、動力伝達用クラッチ２０を介してカップリング２２に伝達される動力が直接伝達されるように構成されている。

ギアユニット２４は、複数のクラッチと伝達ギアの組合わせにより構成されており、実施形態に係るトランスミッション１０では、前進用油圧クラッチ３０と、後進用油圧クラッチ３２、１速側油圧クラッチ３６、２速側油圧クラッチ３８が備えられ、各クラッチに伝達ギア３０ａ，３０ｂ，３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３６ａ，３８ａが設けられている。

前進用油圧クラッチ３０は、動力入力経路１４の他端側に位置する伝達軸１４ｃに備えられる油圧クラッチである。前進用油圧クラッチ３０の入力側に備えられた伝達ギア３０ａは、後進用油圧クラッチ３２における入力側の伝達ギア３２ａに噛み合わされている。一方、前進用油圧クラッチ３０の出力側に備えられた伝達ギア３０ｂは、１速側油圧クラッチ３６と２速側油圧クラッチ３８から成る変速部３４における入力側の伝達ギア３４ａに噛み合わされている。

後進用油圧クラッチ３２は、伝達軸１４ｃとは別の回転軸３３に備えられ、前進用油圧クラッチ３０における伝達ギア３０ａを介して入力側の伝達ギア３２ａに動力が伝達される構成とされている。後進用油圧クラッチ３２の出力側に備えられた伝達ギア３２ｂは、前進用油圧クラッチ３０と同様に、変速部３４における入力側の伝達ギア３４ａに噛み合わされている。

このような構成では、前進用油圧クラッチ３０を嵌状態、後進用油圧クラッチ３２を脱状態とした場合、伝達軸１４ｃから伝達された動力は、前進用油圧クラッチ３０を介して変速部３４に伝達されることとなる。一方、前進用油圧クラッチ３０を脱状態、後進用油圧クラッチ３２を嵌状態とした場合、伝達軸１４ｃから伝達された動力は、伝達ギア３０ａ，３２ａを介して後進用油圧クラッチ３２に伝達された後、変速部３４に伝達されることとなる。

変速部３４は、入力側の伝達ギア３４ａを基点として、同一の回転軸３５上に１速側油圧クラッチ３６と２速側油圧クラッチ３８とを線対称に配置する構成としている。１速側油圧クラッチ３６と２速側油圧クラッチ３８とは、出力側に配置されている伝達ギア３６ａ，３８ａの歯数（直径）を異ならせている。具体的には、１速側油圧クラッチ３６の出力側に配置されている伝達ギア３６ａよりも、２速側油圧クラッチ３８の出力側に配置されている伝達ギア３８ａの方が、歯数が多くなるように（直径が大きくなるように）構成している。

１速側油圧クラッチ３６における出力側の伝達ギア３６ａと、２速側油圧クラッチ３８における出力側の伝達ギア３８ａは、それぞれ共通の出力軸４０に備えられた伝達ギア４０ａと、伝達ギア４０ｂに噛み合わされている。このような構成とすることで、１速側油圧クラッチ３６が嵌状態、２速側油圧クラッチ３８が脱状態である場合、伝達ギア３４ａを介して変速部３４に伝達された動力は、伝達ギア３６ａ，４０ａを介して出力軸４０に伝達されることとなる。一方、１速側油圧クラッチ３６が脱状態、２速側油圧クラッチ３８が嵌状態である場合、伝達ギア３４ａを介して変速部３４に伝達された動力は、伝達ギア３８ａ，４０ｂを介して出力軸４０に伝達されることとなる。このため、１速側油圧クラッチ３６と２速側油圧クラッチ３８の嵌脱状態の切り替えにより、出力軸４０の回転数やトルクを変化させることができる。

［動力の切り替えについて］
このような構成のトランスミッション１０では、原動機１２の動力により出力軸４０を回転させる駆動方式と、モータ１６の動力により出力軸４０を回転させる駆動方式とを選択することができる。まず、原動機１２の動力により出力軸４０を回転させる場合には、動力伝達用クラッチ２０を嵌状態とすることで、ラバーブロック２６を介して入力軸１４ａに入力される動力を中間軸１４ｂを介してカップリング２２に伝達する。カップリング２２に伝達された動力は、伝達軸１４ｃに伝達され、ギアユニット２４に伝達される。この時、カップリング２２とモータ１６とを接続する動力伝達経路１８は出力側として働き、モータ１６をジェネレータとして稼働させる。これにより、原動機１２の動力により出力軸４０を回転させる際に、電源４２を構成するバッテリ等の充電を行うことが可能となる。なお、ギアポンプ２８は、動力伝達用クラッチ２０の嵌脱状態に関わらず、入力軸１４ａに原動機１２の動力が伝達されることにより稼働する。このため、各油圧クラッチを作動させるための作動油の提供が可能となる。

次に、モータ１６の動力により出力軸４０を回転させる場合には、動力伝達用クラッチ２０を脱状態とし、原動機１２の動力が中間軸１４ｂより後段に伝わらないようにする。このような状態でモータ１６を駆動させると、モータ１６の動力は、カップリング２２を介して伝達軸１４ｃに伝達されることとなる。伝達軸１４ｃに伝達された動力は、ギアユニット２４に伝達され、出力軸４０を回転させることとなる。

ここで、モータ１６により出力軸４０を回転させる場合（モータ駆動時）における各油圧クラッチの油圧源は、鉄道車両側に設けられたギアポンプ４４から供給する構成とすると良い。モータ駆動時における作動油の油圧源をトランスミッション１０の外部、すなわち鉄道車両側のギアポンプから供給する構成とすることで、トランスミッションの小型化を図ることができる。

なお、モータ駆動時にギアポンプ２８から作動油の供給を受ける構成としたり、モータ１６の駆動軸上に別途ギアポンプ（不図示）を設ける構成とすることもできるが、前者は、モータ駆動時においても原動機１２を稼働させる必要が生じる。また、後者は、トランスミッション１０の部品点数が増え、小型化も困難となる。

また、車両が充分に加速した状態では、カップリング２２における油圧クラッチ２２ａを嵌状態（ロックアップ状態）とすることで、トルクコンバータとしての作用に起因した発熱によるロスを無くすことが可能となる。

［効果］
上記のような構成のトランスミッション１０によれば、２つの動力源（原動機１２の動力入力部とモータ１６の動力入力部）を動力入力経路１４の一端側にまとめて配置し、モータ駆動時における油圧源を鉄道車両側に設ける構成としている。このため、トランスミッション１０を小型化することができる。また、原動機１２の動力入力部であるラバーブロック２６とカップリング２２との間に動力伝達用クラッチ２０を備える構成としたことで、原動機１２による動力供給と、モータ１６による動力供給との切り替えに要する油圧クラッチを１つとすることができる。よって、部品点数の削減、ならびに原価の低減を図ることが可能となる。

１０………トランスミッション、１２………原動機、１４………動力入力経路、１４ａ………入力軸、１４ｂ………中間軸、１４ｃ………伝達軸、１６………モータ、１８………動力伝達経路、２０………動力伝達用クラッチ、２０ａ………出力ギア、２２………カップリング、２２ａ………油圧クラッチ、２４………ギアユニット、２６………ラバーブロック、２８………ギアポンプ、３０………前進用油圧クラッチ、３０ａ………伝達ギア、３０ｂ………伝達ギア、３２………後進用油圧クラッチ、３２ａ………伝達ギア、３２ｂ………伝達ギア、３３………回転軸、３４………変速部、３４ａ………伝達ギア、３５………回転軸、３６………１速側油圧クラッチ、３６ａ………伝達ギア、３８………２速側油圧クラッチ、３８ａ………伝達ギア、４０………出力軸、４２………電源、４４………ギアポンプ。

Claims

入力軸と中間軸、及び伝達軸を有する動力入力経路において、原動機の動力が入力される前記入力軸と、前記伝達軸を介して動力が伝達されるギアユニットとの間に、
前記入力軸と前記中間軸との間に備えられ、前記原動機と前記ギアユニットとの間の動力の伝達を制御する動力伝達用クラッチと、
前記動力伝達用クラッチと、前記ギアユニットとの間に備えられ、前記中間軸に対する動力の入出力を成すモータと、
前記中間軸と前記伝達軸との間に備えられ、前記中間軸から前記伝達軸へ伝達される動力の調節を行うフルードカップリングと、
前記入力軸からの動力の入力により駆動して前記フルードカップリングと各油圧クラッチへ作動油を供給するギアポンプと、
を設け、
前記モータ駆動時には、前記フルードカップリングと各油圧クラッチへ供給する作動油をトランスミッションの外部から供給する構成としたことを特徴とする鉄道作業車用トランスミッション。
前記フルードカップリングにロックアップ機構を備え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。