JPH09505786A - レール式動力ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は乗客を搬送するためのレール式動力ユニット１０に関し、少なくとも一つの客車部分を有し、この客車部分は少なくとも乗客を乗せるための客室と少なくとも一端に設けられた運転手室と車輪セットで形成された走行ギアアセンブリ２０と少なくとも一つの駆動ユニット２８とを有する車体２２により構成される。前記レール式動力ユニット１０は低床式乗り物として設計され、車体２２の中央部分１２はその両端に対して低く形成される。レール式動力ユニット１０の少なくとも一端部分は動力車の先端部１４、１５として設計され、少なくとも一つのディーゼル−機械駆動部３０またはディーゼル−電気駆動部または純電気駆動部または二つの異なる電気駆動部の組み合わせにより形成した複合システム駆動部またはディーゼル−電気駆動部と少なくとも一つの牽引電動機を有する二つの異なる電気駆動部の組み合わせにより形成した複合システム駆動部が駆動ユニット２８として設けられ、走行ギアアセンブリの少なくとも一つの軸に駆動力を与えるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 レール式動力ユニット この発明は乗客を運搬するためのレール式動力ユニットに関し、少なくとも一 つの客車部分を有し、この客車部分は乗客を乗せるための少なくとも一つの客室 と一方の端に設けられた機関士室とを有し、さらに複数の車輪を有する走行ギア アセンブリと駆動ユニットとしての走行モータとを有する。 乗客を運搬するためのレール式動力ユニットは広く知られ、例えば動力車、電 気機関車、または都市高速鉄道などとして知られ、多くの乗客を乗せる短距離輸 送用に用いられる。 ディーゼル−電気式あるいは完全電気式のいずれであっても駆動装置の動作に より本質的に生じる応力により、従来の動力車は大きな動力を得るための電流規 格や出力規格に従った設計がなされている。このことはその構造の設計およびそ の重量に不都合な効果をもたらすことになる。 この種の大量輸送機関を用いることによる不都合な点は駆動ユニットに対する エネルギー供給である。鉄道の電化の進行に伴い、主要路線では大型の電気機関 車が用いられているが、いまだに多くの電化されていないローカル線があり、そ こでは異なった駆動方式が必要である。 このことがまた他の不都合を生じている。たとえば比較的長いトンネルの区間 では排気のない、すなわち電気式の駆動ユニットのみが使用可能である。排気を 出すたとえばディーゼル機関の駆動ユニットはトンネルに入れないので、乗客は 電気機関車に乗り換えなければならない。 また、地方の行き先と都市の行き先とを結んで、一方では都市の地下鉄用の車 両として用い、他方では高架線路用として、あるいは主要線を離れて地方で用い ることがしばしば起こる。 従来のこのような状況に鑑みて、この発明の目的は、停留所の間隔が短かい各 駅停車の鉄道に用いることができるとともに停車駅の少ない長距離輸送にも使え 、プラットホームの高さに関係なくせいぜい一段のステップの上り下りだけで乗 降できるとともに、必要な動力を使えるとともに種々のタイプの動力を選択し組 み合わせて使用できるところの、動力車を提供することである。 この目的は請求の範囲第１項の特徴部によって達成できる。従って、この発明 のレール式動力ユニットによれば、車体は両端が高く中央が低い低床車体として 設計されて少なくとも一つの駆動ユニットを有し、この駆動ユニットは、ディー ゼル−機械駆動、ディーゼル−電気駆動、ディーゼル−電気駆動と完全電気駆動 との組み合わせにより形成された多重システム駆動、あるいは異なる２種類の電 気駆動を組み合わせにより形成された多重システム駆動、あるいはディーゼル− 電気駆動と異なる２種類の電気駆動を組み合わせにより形成された多重システム 駆動方式で構成される。これによって、乗客は地方から都市の鉄道あるいは地下 鉄の交通網を乗換えなしで利用することができる。 この発明の第２の特徴によれば、車体は両端が高く中央が低い低床車体として 設計されたレール式動力ユニットであり、必要に応じて設けられたディーゼル− 機械駆動、ディーゼル−電気駆動、あるいは完全電気駆動の駆動ユニットを有す る。この第２の特徴は、代替のエネルギー源の使用が不可能であることが予め分 かっている場合、あるいは使用するエネルギーの種類についての特別な規定に沿 った運用が出来ないことが予め分かっている場合であって、少なくともステップ を用いずに乗り降りできるという要求を満足する必要がある場合に、特に重要で ある。 したがって、この発明は、一方では従来の動力車と比較して客車部分の床の高 さと駅のプラットホームの高さとの差を極めて小さく出来、他方では、異なる種 類の駆動ユニットのための一つの基本モデルの使用を可能とし、組み込まれた駆 動部品による制限に起因する運行の中断をすることなく組み合わせ駆動ユニット によりいかなる路線の区間も走行できるところのレール式動力ユニットを提供で きる。 この発明のレール式動力ユニットは少なくともその一端に機関士室を有し、こ こでこのレール式動力ユニットは制御される。その駆動ユニットは、ディーゼル −機械駆動、ディーゼル−電気駆動、完全電気駆動、ディーゼル−電気駆動と完 全電気駆動との組み合わせにより形成された多重システム駆動、あるいは異なる ２種類の電気駆動を組み合わせにより形成された多重システム駆動、あるいはデ ィーゼル−電気駆動と異なる２種類の電気駆動を組み合わせにより形成された多 重システム駆動方式を選択して構成される。この駆動ユニットはレール式動力ユ ニットの一端の下部、望ましくはその先端の下部に設けられ、走行ギアアセンブ リの少なくとも一本の車軸を駆動する。 この発明のレール式動力ユニットに用いられる駆動ユニットは単一で、または 多重駆動式、例えば３部駆動あるいは４部駆動が可能であり、夫々の車両編成の 先端は動力車の先端の機関士室として設計される。また、車両編成の内側の車両 には機関士室はなく、駆動ユニットとして前進、後進駆動に用いられる。 この発明のレール式動力ユニットに用いられる駆動ユニットの走行ギアアセン ブリは単一軸もしくは複数軸の走行ギアアセンブリとして設計でき、後者はボギ ー車として用いられる。 この発明の好ましい変形例によれば、動力車の先頭部分の下部に設けられる上 記の駆動ユニットは液冷ディーゼルエンジンを有するディーゼル−機械駆動方式 であって、このディーゼル−機械駆動部に平行にかつ近接して設けられ、自動式 の多重変速機構を介して駆動軸を駆動するように構成されている。これは駆動ユ ニットと駆動軸との間の駆動伝達路に設けられる増速、減速用にも用いることが できる。 さらにこの発明の好ましい実施例によれば、ディーゼル−機械駆動部の代わり に少なくとも一つの牽引電動機が用いられる。この牽引電動機はディーゼル発電 機から、もしくは電力線路を介して主電源から、または送電レールを介して付勢 される。あるいは、一つの牽引電動機を夫々の駆動軸または走行ギアアセンブリ （ボギー）に設けることができ、あるいはいわゆる車輪−ハブ電動機として設計 することもできる。 上述したように、ディーゼル−電気駆動と完全電気駆動とを一つの機関車に組 み合わせて用いることもできる。この場合、牽引電動機への電源の供給の切り替 えは送電線からの主電源と他の電源すなわちディーゼル駆動の発電機との間で行 うことができる。 更に、上述したように、二つの電気駆動（ＤＣ駆動とＡＣ駆動）を一つの機関 車の中で組み合わせて用いることもできる。この場合、牽引電動機への電源の供 給の切り替えは送電線からＡＣ主電源と他の電源すなわちＤＣ主電源との間で行 うことができる。 最後に、上述したように、ディーゼル−電気駆動と２種類の完全電気駆動とを 一つの機関車に組み合わせて用いることもできる。この場合は、牽引電動機への 電源の供給の切り替えは送電線からの一つの主電源から他の主電源に、あるいは ディーゼル駆動の発電機からの分離電源への切り替えで行うことができる。 この発明によるディーゼル−機械駆動を用いた実施例によれば、動力車の先頭 部の下部に設けられた車軸のみが駆動され、他の車軸は駆動されない。 ディーゼル−機械駆動を用いた実施例以外のこの発明のすべての実施例では中 間の車軸の一部あるいはこの中間車軸のみを駆動することができる。 車体の中央部より高い位置にある動力車の先頭部分の下部に設けられる駆動ユ ニットはモジュールによる設計が可能である。これによれば、夫々必要とする駆 動力にマッチした電動機の据付およびこれらの電動機にマッチしたトランスミッ ションの据付が可能となり、かつこれによる取り付け空間の問題や車体の構造的 な変更を必要としない。 勿論、これらのディーゼル−電気駆動と電気駆動とを一つの機関車に組み合わ せて用いることにより、単一のエネルギー源を用いる場合には不要な多少の部品 を必要とする。これらの部品の機能、構造、相互の関係などは以下に詳しく述べ る。 この発明に用いる駆動ユニットは単一車両方式として設計することができ、ま たは複式車両として設計することもできる。この発明による複式車両の駆動ユニ ットは一つまたは複数のエネルギー源に対応する車両に用いられる。これは、架 線ＡＣ方式の電源、ＤＣ方式の電源あるいはディーゼル−電気駆動方式の電源を 組み合わせて使用できる。これらの一つを用いて単一方式の車両を構成でき、さ らに単一のディーゼル−機械駆動がこの単一方式の車両に可能である。 ディーゼル−電気駆動方式の車両の場合は架線が設置されていない非電化の二 次線路で用いることができる。この発明による車両はＡＣ方式の架線から電源を 受けて駆動することができる。更に他の方法として、この発明による車両はＤＣ 方式の架線から電源を受けて駆動することもできる。この結果、この車両は送電 レールや架線を介してＤＣ電源を受けて都市鉄道あるいは地下鉄の運行を行うこ とができる。 このように種々の駆動ユニットを組み合わせて用いることができるので、異な った方法で構成された多くの線路に対応できる多重方式の車両を構成することが できる。 更に、１台の車両の複数の駆動システムを載せることができる。これらの複数 の駆動システムの各々は、単一駆動または複式駆動方式を採用することができる 。通常の場合、すべての駆動方式は同じ物を用いるが、必要に応じて異なる駆動 方式を組み合わせることもできる。この発明による複式駆動方式では単式または 複式デザインとすることができ、一つまたは複数の駆動グループを構成すること ができる。このデザインに応じて、夫々の駆動グループは一つまたは複数の牽引 電動機を用いることができる。 以下の説明ではすべての実施例で単式の駆動ユニットを用いているが、複式の 場合には単式の駆動ユニットを複数用いることになる。 各々の駆動システムは４個の部分、すなわち、一つまたは複数の送電路を有す る送電システムと、中間回路と、必要な電圧の電源を供給するための一つまたは 複数の変換器を有する補助装置と、牽引電動機を駆動するための一つまたは複数 の変換器を有する牽引電動機用電源とに分けることができる。補助電源と牽引電 動機用電源とは以下の説明では負荷として扱う。 電源システムは一つまたは複数の送電線路を有する。これらの送電線路は中間 回路に並列に接続され、中間回路に対して選択的に用いられるから、異なった線 路に対して用いることができる。車両の要求に対して適切な線路が用意される。 用いられる送電線路としてはＡＣ線路、インターフェース回路を必要に応じて持 ったＤＣ線路、および発電線路である。これらを以下に述べる。 ＡＣ線路は（たとえば１６２／３サイクルで１５ＫＶの）ＡＣ架線から中間回 路へ送電する。その主要な部品としては、一つ以上の集電子と、ＡＣ架線からの 電圧を下げる変圧器と、中間回路ＤＣ電圧を発生するための変換器または整流器 を有する。必要に応じて、中間回路とフィルタ回路の制御用の充電のための充電 回路を設けることもできる。 インターフェース回路を持ったＤＣ線路は、送電レールもしくはＤＣ架線から 中間回路に電源を供給する。その主要な部品としては、一つ以上の集電子と、送 電レールからの電圧を中間回路電圧に変換するためのインターフェース回路が用 いられる。このインターフェース回路は例えば降圧変換器、昇圧変換器、１８０ 度変換器などである。充電回路あるいはフィルタ回路なども必要に応じて用いら れる。このインターフェース回路は極めて高圧のＤＣ電源からの電力を受けとる 設計を可能にする。 このインターフェース回路を持たないＤＣ電圧線路も、例えば７５０ボルトの 平均ＤＣ電圧を有する送電レールまたはＤＣ架線から中間回路に電力を供給する ように用いられる。しかしながらこの回路はインターフェース回路を持たないの で、中間回路電圧と送電レール電圧とが互いに直接結合される。この場合、重要 な構成素子として集電子と、送電レールから中間回路を分離するスイッチを有す る。同様に、充電回路あるいはフィルタ回路なども必要に応じて用いられる。 発電機回路は主回路とは別に内燃機関（例えばディーゼルエンジン）により駆 動される発電機により中間回路に電力を供給する。ここで重要な部分は内燃機関 と、発電機と、中間回路に電力を供給するための整流器である。 しかしながら多くの場合、電力供給は２重、三重に組み合わされることがあり 、部品も重複して用いられる。このため、給電線の区別を行うのはあまり意味が なく、たとえばＡＣおよびＤＣ電圧線路として組み合わせ線路として用いられる 。実際上、「無限」の組み合わせが可能であり、夫々が利点や欠点を有し、これ らの組み合わせのすべてについて更に詳細に述べることは不可能である。 中間回路は、色々な給電線路内の整流器やＤＣ変換器や全波整流器から供給さ れた電流を平滑化する作用を有し、一定の中間回路電圧を供給する。この回路は 一つまたはそれ以上の中間回路キャパシタを有する。更に、ブレーキ抵抗やスイ ッチ素子（トランジスタ、ＩＧＢＴ，ＧＴＯなどの）を有するブレーキ制御器が 必要になることもある。 補助装置用の電源は、補助装置と電気設備に供給される電圧を発生する。これ は中間回路により駆動される１個またはそれ以上の変換器を有し、対応する電圧 を発生させる。補助装置は、放熱ファンや照明器や電熱器や空気調整システムな どであり、電気設備は例えば制御設備などを含む。 牽引電動機付勢システムは、中間回路電圧から牽引電動機に必要な電圧を発生 させる。このシステムは１個またはそれ以上の牽引電動機を駆動するための１個 またはそれ以上の変換器を有する。３相または直流機が牽引電動機として用いら れる。これらに対応して、３相のインバータが変換器として用いられて３相電圧 が発生され、ＤＣ変換器が必要なＤＣ電圧を発生させるための変換器として用い られる。 上記し、またそれ以外の変形例の特徴が従属クレームに記載されている。 この発明およびこの発明による効果の更に詳細な説明を図面に示す実施例によ り以下に行う。 図１はこの発明による単一電動機の車両の側面図を示す。 図２は図１の動力車の車体の側面を示す図。 図３は動力車の先頭部分を下側から見た図。 図４は単相または多相の駆動回路の基本構成を示す全体図。 図５は図１に示す動力車に対するＡＣ電源の回路図。 図６は図１に示す動力車に対する降圧変換器を有する中間回路を持つＤＣ電源 の回路図。 図７は図１に示す動力車に対する昇圧変換器を有する中間回路を持つＤＣ電源 の回路図。 図８は図１に示す動力車に対する中間回路を持たないＤＣ電源の回路図。 図９は内燃機関によって駆動される発電機のための回路を示す図。 図１０はブレーキ制御器を有する中間回路を示す図。 図１１は補助電源の一例を示す図。 図１２は２個の牽引電動機に対する牽引電動機用の電源線路の一例を示す図。 図１３はＡＣ電源とディーゼル−電気電源を用いる２モード機関車のための駆 動回路の一例を示す回路図。 図１４は図１０に示した４重駆動ユニットを有する動力車を概略的に示す側面 図。 図１は動力車１０の側面図を示し、中央部１２と先端部１４、１５とよりなる 。 この中央部１２のそれぞれの端部にはドア１８を有する入り口部１６があり、こ れらは先端部１４、１５と隣接して形成されている。 動力車１０は２個の走行ギアアセンブリ２０を有し、これらはモータボギーと して形成され、図３にその拡大底面図を示す。これらの走行ギアアセンブリ２０ はそれぞれ先端部１４、１５の真下に配置され、中央部１２より高い位置にあり 、走行ギアアセンブリ２０と駆動ユニットとに属する車輪セットのための空間を 提供するようになっている。図２から明らかなように、中央部１２はこの先端部 １４、１５からはオフセットされて低床形状となっている。このため入り口部１ ６は可能な限り地面に近接して形成でき、乗客は乗り降りが容易で速やかにでき るようになる。 より目立つデザインとするために、先端部１４、１５は走行ギアアセンブリ２ ０と駆動ユニットの部分に被さるように配置され、低く吊られた車体の印象を与 えるようになる。 図２は図１に示した動力車１０の車体２２を示し、図１の中央部１２に対応す る長く伸びた中央領域２４と、その前後の部分にヘッドピース２６とを有する。 このヘッドピース２６は中央領域２４の床のレベルより持ち上がっている。この ヘッドピース２６は先端部１４、１５に対応し、それぞれ機関士室を内部に形成 するために設けられる。 ヘッドピース２６の部分をオフセットさせる目的は、図３の底面図に示す駆動 ユニット２８をボギー２０のなかに収納させることであり、この部分には車輪の 直径との関係で僅かなクリアランスが必要である。 図３は図１の動力車１０の一方の先端部１５の底面図であり、図１からも明ら かなように、それぞれの走行ギアアセンブリ２０は入り口部１６に近接して設け られ、走行ギアアセンブリ２０に関連して設けられた駆動ユニットは走行ギアア センブリ２０と先端部との間の残りの部分に配置される。ここに示された駆動ユ ニット２８は水冷式のディーゼルエンジン３０であり、変速機３２およびプロペ ラシャフト３４を介して走行ギアアセンブリ２０に連結される。この変速機３２ は自動変速機であることが望ましい。 なお、必要に応じてモータボギーの一本の軸を駆動したり、２本の軸を駆動し たりすることができる。 この動力車の車体は磨耗しないゴム弾性体に連結した流体スプリングを介して ボギーによって支持されることが好ましい。このゴム弾性体は流体スプリングが 破壊されたときの非常用のスプリングとして用いられる。 以下、この発明のレール式動力ユニットに用いられる駆動系統の補助アセンブ リ、特に流体トルク変換器を有する変速機について詳細に説明する。動力に対す る機械式と流体式の変速機の組み合わせは、一方では動作の点で好ましいが、他 方では経済的で周囲の条件に合致するものである。この為に用意される構成部品 はパワー分割の原理を用いるもので、差動変換器として知られている。この装置 は二つの異なったタイプの変速機、すなわち流体変速機と機械式変速機の利点を ともに備える。流体変速機の利点は力の伝達が緩やかであることで、スタート時 はギアチェンジなしで速やかに加速でき、また減速時は磨耗なしでブレーキング ができることである。一方、機械式変速機の利点は低損失、高効率の変速ができ ることである。この発明のレール式動力ユニットはこれらの利点、特に最も効率 的で経済的な点に特徴を有する。 スタート時には流体ダイナミックシステムが用いられる。この発明による新し いレール式機関車ユニットはギアチェンジなしで高い牽引力と加速性能を有する 。この流体ダイナミックシステムはあらゆる速度から実質的に０ｋｍ／ｈまで減 速するためのフレーキ力のうち約８０％のブレーキ作用を達成する。この発明の レール式機関車ユニットはブレーキの磨耗がなくかついわゆるフェーディングの 危険，すなわちブレーキ作用の減少がない極めて効率的な緩やかなブレーキ作用 を有する。 機械式の場合はスタートの期間でさえ駆動力の伝達を効率的に行う。差動変換 器がその最大効率点を越えるやいなやその作用は機械式システムによって完全に 実現される。 流体トルク変換器は流体ダイナミック減速機として働き、機械式ブレーキの上 流側に接続される。これはギアを用いているにもかかわらず、駆動レンジの全て に亘って効果を有する。車両の運動エネルギーハ変換器において熱に変換され、 熱交換器を介して放出される。 この結果、ブレーキライニングの磨耗が少なくなり、寿命が伸び、ブレーキ時 の雑音が減少し、ブレーキ部品からの雑音も減少する。 この発明のレール式動力ユニットに用いられる差動変換器は差動ギアとして動 作する遊星歯車ユニットを有するトルク変換器であり、この遊星歯車ユニットは 、動力分割のために、流体力学的に動作する部分と純粋に機械的に部分とに分割 される。純粋な流体ダイナミック動力変速機が第１のギアの始動位置にのみ設け られる。走行速度が増加するに従い、この増加率が機械的に伝達される（外部動 力分割）。この割合は第２のギアで５０／５０に変換される。他のすべてのギア は単に機械部分である。 このレール式動力ユニットにおける差動変換器と変速機ブロックとはそれ自体 は知られているものである。この種の変速機は最終部品として用いられ、レール 式動力ユニットに対して一体に構成される。これは完全自動流体ダイナミック− 機械式変速機であり、そのトルク変換器は加速、減速（ブレーキ操作）のために 用いられる。 流体ダイナミック変換器はバイロータリー変換器として設計される。その前方 にはへんかんきポンプブレーキと、連続接続クラッチと、動力分割のための差動 ギアユニットと、入力クラッチとが設けられる。この変換器の後方では、流体ダ イナミック動力と機械的な動力とが遊星歯車ユニットにより結合される。 第３の遊星歯車ユニットが後退ギアを選択するために用いられ、ブレーキ操作 の間、エネルギーを変換器に送り込む。この遊星歯車ユニットの入り口に設けら れたスプリングカップリングがエンジンの振動を吸収する。この遊星歯車ユニッ トは水力学的にシフトされる。ギアチェンジの命令は電子制御システムから送ら れる。熱交換器がエンジンの冷却回路に組み込まれる。 エンジンはプロペラシャフトに結合され、回転板とピストンキャリアとがトー ションダンパを介して結合される。入力クラッチが離れると、一つのギアポンプ のみが駆動され、変換器、制御システムおよび潤滑系統に必要な圧力でオイルを 供給する。 入力クラッチが係合すると、エンジン動力が差動装置の外部リングに伝達され る。始動期間には、入力シャフトとそれに接続された遊星キャリアとが静止され 、 サンホイールとポンプインペラーとが遊星ホイールを介して反対方向に回転せし められる。変換器においてポンプインペラーにより加速されたオイルはステータ を介して閉じた回路を流れ、タービンロータを介して流れる。変換され、タービ ンロータによって増加されたトルク出力は、遊星ホイールとタービン変速機の遊 星キャリアとを介して出力軸に伝達され、その多重ディスクブレーキが係合され る。 純粋に機械的な動力伝達を伴う第２ギアへの切り替えは、エンジン容量と走行 速度の関数として自動的に行われる。多重ディスクブレーキが係合され、ポンプ インペラーが停止され、流体ダイナミック動力変速機が切り離される。同時に、 タービンロータがタービン変速機の多重ディスクブレーキの解放によって切り離 される。この第２ギアの変速比は差動装置の変速比に対応する。 最高速度の７０％において入力クラッチが自動的に解放され、いわゆる直結ク ラッチが係合される。この結果、入力軸が出力軸に直結され、変速比１：１が確 立される。 他の実施例において、入力クラッチは最高速度の丁度５０％で自動的に解放さ れ、直結クラッチが係合されて入力軸が出力軸に直結され、１：１の変速比が確 立される。 上述の変形実施例において、第３ギアから第４ギアへの自動切り替えは最大速 度の約７０％で行われる。ここで、クラッチが係合されて直結クラッチが解放さ れる。このギアは各々の場合における特別に設計された速度を考慮にいれて、対 象に関係なく最終の同じ駆動比を用いることが可能である。 もしも、更にスタート時のより良い加速性能を得るために多くのギア（変速比 ）たとえば６個のギアが用いられると、それに対応して切り替え点の差動の動作 が必要となる。 ブレーキ操作の期間では、遊星ギアユニットを介してオーバランしている車両 によってタービンロータが駆動される。ここでは遊星ギアユニットの多重ディス クブレーキが係合される。タービンロータは第１ギアで走行していた場合にはそ の回転方向と反対方向に駆動されて軸ポンプとして動作し、オイルをロックされ たポンプインペラーとステータに向けて流す。このプロセスにおいて運動エネル ギは熱に変換され、熱交換器により吸収される。 ある場合にはエンジンと変速機との間の動力の伝達を変速機の入力クラッチを 解放することによって遮断することができる。この動作は自動的に行われ、停止 の回数と交通の状態とに応じて必要なエネルギーの節約を行うことができる。 上述の変換器ブロックは水または空気冷却方式のチャージまたは速度調整され たディーゼルエンジンと組み合わされ、完成された駆動ブロックを構成する。差 動変速機の異なる変換比と動力消費によって変化するポンプインペラーとにより 、エンジンと変速機とをお互いに最適な状態にマッチさせることができる。その 結果、その駆動要素を種々の目的のために車両を製造することができる。 電気的なＡＣ動作や、ＤＣ動作や、ディーゼル−電気動作、および多重系統動 作を行う装置を図４の回路を参照して以下に詳細に説明する。ここで用いられて いる個々の回路素子と回路それ自体は公知のものであるが、この発明の動力車へ の応用は知られていないものであることに注意すべきである。 すでに述べたように、ＡＣ線路はＡＣ架線システム（たとえば１５ＫＶ、１６ ／３ｈＨｚ）からエネルギーを中間回路に供給する。図４の回路は、集電子（Ｓ Ａ）と、回路ブレーカ（ＬＳ）と、フィルタ回路（Ｌｆ，Ｃｆ）と、変圧器（Ｔ Ｒ）と、充電回路（ＲＬ，ＬＤ）と、主接触器（ＨＳ）と、４相変換器（４ＱＳ ）とを有する。 集電子（ＳＡ）と駆動ユニットとの配置の他の可能性が色々とある。各々の駆 動ユニットにはその専用のパンタグラフから電力を供給してもよい。一つのパン タグラフからすべての駆動ユニットへ電力を供給しても良いし、あるいは複数の 接続された交互に用いられるパンタグラフをすべての駆動ユニットに共通に供給 しても良い。図４は一つのパンタグラフが駆動ユニットに対して設けられている 実施例を示している。 回路遮断機（ＬＳ）はＡＣ線路を主電源から完全に切り離すように動作する。 高調波を抑圧するために、フィルタ回路を用いることが望ましい。このフィル タ回路はフィルタインダクタ（Ｌｆ）とフィルタキャパシタ（Ｃｆ）とよりなり 、変圧器の前段において主電源に対して直接に動作する。 変圧器（ＴＲ）は高い架線電圧を低い値に変換するもので、その変圧比は負荷 が接続されたときの最低許容中間回路電圧よりも低い値になるように選択され、 その結果、後段の全波変換器が常に昇圧変換器として動作するようになる。入力 インダクタンスを全波変換器に合わせた値にするために、変圧器（ＴＲ）は漏洩 インダクタンスの大きいものとして構成できる。変圧器動作に加えて、この種の 変圧器（ＴＲ）は、主電源に対して直列インダクタの機能も有する。あるいは、 ここでは図示しないが、独立延長インダクタを変圧器および４象限変換器と直列 に用いることができる。 この４象限変換器（４ＱＳ）は昇圧変換器として動作する。中間回路キャパシ タと独立延長インダクタまたは漏洩インダクタとして設計された延長インダクタ とともに、この４象限変換器（４ＱＳ）はその入力端子に供給された交番電圧を より高いＤＣ電圧に変換する。これと同時に、この回路は主回路からのリアクタ ー成分を含む電力から正弦波成分のみの電流を取り出すように制御することがで きる。さらに、この回路はブレーキ操作のときの回生エネルギーを主回路にフィ ードバックすることができる。 充電回路は主回路から中間回路を充電するために用いられる。放電された中間 回路の充電を制御するためには４象限変換器を用いることが必要である。充電回 路は充電接点（ＬＤ）と充電抵抗（ＲＬ）とを有する。主接点（ＨＳ）がこの充 電回路を短絡するために用いられる。動作時にはこの主接点（ＨＳ）は閉じられ てこの充電回路は非動作状態となっている。 ＤＣ線路は中間回路へＤＣ電圧系統（たとえば７５０Ｖ）からＤＣ電圧を供給 する。これは、電流集電子（ＳＡ）と、レール電圧を中間回路電圧（Ｔ_T、Ｄ_T、 Ｌ_T、Ｌ_H、Ｔ_H、Ｄ_H）に変換するＤＣ変換器と、主接点（ＨＳ）と、充電回路（ ＬＤ，Ｒ_L）と、フィルタ回路（Ｌ_f、Ｃ_f）とを有する。ＤＣ変換器は中間回路 電圧を給電レール電圧から分離するためのものである。以下、昇圧変換器と、降 圧変換器とを有する実施例について説明する。他のタイプのＤＣ変換器を用いる 実施例も可能であり、たとえば、２相変換器を用いればエネルギーのフィードバ ックができる。図５は降圧変換器を有するＤＣ線路の構成を示し、図６は昇圧変 換器を有するＤＣ線路の構成を示す。 架線用の電流集電子あるいは給電レール用の電流集電子を状況に応じて使用す る。さらに個々の駆動ユニットに専用の電流集電子を用いたり、すべての駆動ユ ニットに１個またはそれ以上の電流集電子を用いることも可能である。 ＡＣ電圧線路の場合と同様にして、充電回路は主回路から中間回路を充電する ように動作する。これは充電接点（ＬＤ）と、充電抵抗（Ｒ_L）とを有する。主 接点（ＨＳ）がこの充電回路を短絡するために用いられる。動作時にはこの主接 点（ＨＳ）は閉じられてこの充電回路は非動作状態となっている。 フィルタ回路がＤＣ変換器により発生される高調波を抑圧するために必要であ る。このフィルタ回路はフィルタインダクダＬ_fと、フィルタキャパシタＣ_fとを 有する。他のフィルタ回路を用いることもできる。 もしも中間回路の電圧が給電レール電圧よりも高いと、昇圧変換器がＤＣ変換 器として用いられる。この昇圧変換器はインダクタ（Ｌ_H）と、スイッチング素 子（トランジスタ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ；Ｔ_H）と、ダイオード（Ｄ_H）とを有する 。中間回路キャパシタとともに、この変換器は給電レール電圧からそれより高い 中間回路電圧を発生する。これは主回路から一定の電流を取り出すが、そのレベ ルは伝送される電力に応じたものである。この昇圧変換器が用いられる場合は、 フィルタ回路は不要になるか、あるいは小さく形成することができる。この昇圧 変換器は主回路へのエネルギーのフィードバックは行わず、電気ブレーキを用い る場合はブレーキ制御器が中間回路に必要となる。 もしも中間回路の電圧が給電レール電圧よりも低いと、降圧変換器がＤＣ変換 器として用いられる。この降圧変換器は同様にインダクタ（Ｌ_T）と、スイッチ ング素子（Ｔ_T）と、ダイオード（Ｄ_T）とを有する。中間回路キャパシタととも に、この変換器は給電レール電圧からそれより低い中間回路電圧を発生する。こ のため、主回路のＤＣ電圧を極めて高く設定できる。この回路は主回路からのパ ルス電流を取り出すのでフィルタ回路がいつも必要となる。この降圧変換器は主 回路へのエネルギーのフィードバックを行わないので、電気ブレーキを用いる場 合はブレーキ制御器が中間回路に必要となる。 異なる特性を有する種々のＤＣ変換器、たとえば２相変換器やフォワード変換 器などを用いることができる。 図７はインターフェース回路を用いないＤＣ線路の構成を示す。この種の線路 はＤＣ電圧系統（たとえば７５０Ｖ）から直接に中間回路は電力を供給する。こ の回路は、電流集電子（ＳＡ）と、主回路ブレーカ（ＨＳ）と、充電回路（ＬＤ ，Ｒ_L）と、フィルタ回路（Ｌ_f＋中間回路キャパシタ）とを有する。 この電流集電子（ＳＡ）は上記の説明と同様であり、使用条件に応じて架線用 または給電レール用を用いる。また、個々の駆動ユニットに専用の電流集電子を 用いたり、すべての駆動ユニットに１個またはそれ以上の電流集電子を用いるこ とも可能である。 以上に述べた線路と同様に、充電回路は主回路からの電力により中間回路を充 電する。この充電回路は充電接点（ＬＤ）と、充電抵抗（Ｒ_L）とを有する。主 接点（ＨＳ）はこの充電回路を短絡する。動作時にはこの主接点（ＨＳ）は閉じ られてこの充電回路は非動作状態となっている。 フィルタ回路が発生される種々の高調波を抑圧するために必要である。この線 路ではこのフィルタ回路はフィルタインダクタ（Ｌ_f）のみを有する。中間回路 キャパシタがフィルタキャパシタとして動作する。なお、他のフィルタ回路を用 いることもできる。 図９に示した発電回路は中間回路に電力を供給するためのものであって、内燃 エンジン、好ましくはデイーゼルエンジンにより駆動される。これは、駆動用の 内燃エンジン（Ｄ）と、方向変換ギア（ＵＧ）と、３相発電機（Ｇ）と、３相整 流器（ＧＲ）とを有する。たとえばデイーゼルエンジンが内燃エンジンとして用 いられる。 内燃エンジン（Ｄ）は駆動に要するエネルギーを発生する。その回転速度と走 行速度とは無関係なので、内燃エンジン（Ｄ）は最適な速度で連続的に運転する ことができる。ここではデイーゼルエンジンが好ましい。 ある条件のもとでは、その据付条件により方向変換ギア（ＵＧ）が必要となる 。これらのギアは内燃エンジンと発電機とのの異なる最適速度にマッチするよう に同時に用いられる。 ３相発電機が発電機（Ｇ）として用いられる。これは内燃エンジンで発生され た回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。発生される電圧は、所望の内部 回路電圧を整流動作のみで得られるように、また負荷が掛かった状態で所定の範 囲に保持されるように、十分に高い電圧でなければならない。 この整流器（ＧＲ）としては、簡単な構成の３相の非制御の半導体ブリッジ整 流器が用いられる。 図１０に示したブレーキ制御器を有する中間回路は整流器、ＤＣ変換器、また は４相変換器からの電流を平滑化する機能を有し、一定の中間回路電圧を発生す ることができる。この回路は、中間回路キャパシタ（Ｃ_ZK）と、補助同調回路（ Ｌ_S、Ｃ_S）と、ブレーキ制御器とを有し、このブレーキ制御器はブレーキ抵抗（ Ｒ_BS）と、スイッチング素子（トランジスタ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ：Ｔ_BS）とより なる。さらに図示しないが、ブレーキ制御器がない場合は放電抵抗が用いられる 。この抵抗は中間回路の所定の放電を行うためのものである。 中間回路キャパシタ（Ｃ_2K）として、所定寸法、誘電率のキャパシタバンクが 用いられる。 中間回路電圧のための補助電圧源として回路電流の周波数と一致する補助同調 回路であるＡＣ電源が用いられる。この補助同調回路はインダクタ（Ｌ_S）と、 キャパシタ（Ｃ_S）との直列回路を有する。 ブレーキ制御器はブレーキ抵抗（Ｒ_BS）を有し、スイッチング素子（トランジ スタ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ；Ｔ_BS）を介して接続される。この回路は電気ブレーキ が用いられているときに、ブレーキ操作により発生されたエネルギーを主回路に フィードバック出来ない場合に、これを消費するためのものである。 ブレーキ制御器は電気ブレーキが用いられているときに必要となり、同時に発 電機線路または中間回路を有するＤＣ線路がエネルギーの補助ができないとき（ 降圧、昇圧、昇圧／降圧変換器）に用いられ、あるいは電気ブレーキによるエネ ルギーの受入れを主回路が出来ないときに用いられる。一般的に、エネルギー の回生の可能性はブレーキ制御器を用いたときに生じるものである。 もしブレーキ制御器が省略されたときは、接点または半導体スイッチを介して 接続される放電抵抗（図示せず）が電車の停車時に中間回路の放電に必要である 。この放電抵抗はブレーキ抵抗より小さい値でよく、極めて小さいエネルギーを 変換するためにのみ用いられる。 補助動作電源は補助回路部（たとえば３×４００Ｖ）ならびに電子装置（たと えば２４Ｖ）に電圧を供給するためのものである。この装置は一つまたはそれ以 上の変換器を有し、これらは中間回路から電力をうけて対応する電圧を発生する ものである。 これらの変換器は牽引電動機電源の３相モータのトラクションインバータと基 本的に同じ構成を有する。補助変換器から発生された電圧は、さらにたとえば電 車の電子機器のための制御電圧などの電圧を発生させるためにしばしば用いられ る。補助電源としてしばしばもちいられるシステムを図１０に示す。このシステ ムは出力側に制御電圧を発生させる補助変換器を有する。全体のシステムが通常 では完成されたユニットとして用いられるが、必要に応じて変更は可能である。 この例では補助変換器は３相インバータである。この３相インバータは中間回 路電圧から補助回路部（たとえば３×４００Ｖの３相電流）に必要な電圧を発生 させる。 この補助回路部に対する電圧から、制御電圧発生手段が電車の電子機器に対す る制御電圧を発生させる。この制御電圧発生手段としては、たとえばその出力側 に整流素子を接続した変圧器を用いることができる。この制御電圧は必要に応じ てバッテリーなどのバッファを介して供給される。 牽引電動機電源は、中間回路電圧から牽引電動機に必要な電圧を発生させる。 この電源は、一つまたはそれ以上の変換器（ＳＲ）を有し、それぞれが１個また は複数個の牽引電動機（Ｍ）に電力を供給する。図１０はその電源線路すなわち 牽引電動機電源の一例を示し、２個の３相牽引電動機に接続される３相インバー タを有する。これ以外の種々の電源線路を用いることができる。図示しないが、 ＤＣ変換器の代わりにＤＣモータを用いることもできる。 変換器（ＳＲ）は中間回路電圧からそれらに接続されたモータ（Ｍ）の駆動の ための回転磁界を発生する。ここで必要とする電力に応じて、ＩＧＢＴ、トラン ジスタまたはＧＴＯ変換器が用いられる。変換器の一例として、Ｄｕｓｓｅｌｄ ｏｒｆのＡｌｂａ Ｆａｃｈｖｅｒｌａｇ社から発行された定期刊行誌，”Ｄｅ ｒ Ｎａｈｖｅｒｋｅｈｒ”の１９９１年４月号の記事、「低床都市鉄道電車の ためのトランジスタを用いた牽引変換器」に記載のものがある。 従来から鉄道で用いられている非同期機をこの牽引電動機（Ｍ）として用いる ことができる。 ４個の区画を有し、２個の駆動ユニットと６本の被駆動軸を具備した動力車が ＡＣ電源とディーゼル−電気電源との組み合わせ駆動のデュアルモード車として 実施可能である。この実施例の電車は、架線の主回路からのＡＣ電源による駆動 と、この主回路から独立したディーゼル−電気電源とを用いるデュアルモード車 として設計されている。図１３はこの種の電車に用いられる駆動ユニットの一例 を示し、各々の部分は図１４の側面図に概略的に示されている。図示したように 、２個の駆動ユニットが設けられている。 動作モードの切り替えは一方の動作モードの切り離しとその後に行われる他の 新しい動作モードの接続によりなされる。この際には中間回路の放電は行われず 、したがってこの切り替えは速やかに行われる。このための必要な条件は、電車 が２つの動作モードを持つことと、この切り替えの間は２つの動作モードが存在 しなければならないことである。この切り替えは電車の停止中に行われ、あるい は適当な調整のもとで、電車の走行中にも行うことができる。しかしながら、い ずれの場合であっても、この切り替えの最中には補助装置に対する駆動および電 源供給は停止されなければならない。その結果、電車は動作モードの切り替えの 際には惰性で進行することになる。 この発明による駆動ユニットの詳細は従属請求項に示されている。これらは特 に駆動ユニット２８の使用とその可能な種々の変形実施例に関係する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも一つの客車部分を有し、この客車部分は少なくとも乗客を乗せる ための客室と少なくとも一端に設けられた運転手室と車輪セットで形成された走 行ギアアセンブリ２０と少なくとも一つの駆動ユニット２８とを有する車体２２ により構成されたレール式動力ユニット１０であって、前記レール式動力ユニッ ト１０は低床式乗り物として設計され、車体２２の中央部分１２はその両端に対 して低く形成され、レール式動力ユニット１０の少なくとも一端部分は動力車の 先端部１４、１５として設計され、少なくとも一つのディーゼル−機械駆動部３ ０またはディーゼル−電気駆動部または純電気駆動部または二つの異なる電気駆 動部の組み合わせにより形成した複合システム駆動部またはディーゼル−電気駆 動部と少なくとも一つの牽引電動機を有する二つの異なる電気駆動部の組み合わ せにより形成した複合システム駆動部が駆動ユニット２８として設けられ、走行 ギアアセンブリの少なくとも一つの軸に駆動力を与えるように構成したことを特 徴とする、レール式動力ユニット１０。 ２．前記ディーゼル−機械駆動部３０は冷却回路を有するディーゼルエンジンで 構成され、変速機３２と組み合わされ、車体２２の先端部１４、１５の下部に配 置されることを特徴とする、請求項１によるレール式動力ユニット。 ３．前記ディーゼルエンジンは平歯車を介して変速機３２に結合され、プロペラ シャフト３４を介して対応する走行ギアアセンブリ２０と組み合わされることを 特徴とする、請求項２によるレール式動力ユニット。 ４．前記ディーゼルエンジン３０と変速機３２とは平行でかつ互いに近接して配 置されていることを特徴とする、請求項２または３によるレール式動力ユニット 。 ５．前記ディーゼル−機械駆動部３０は自動多重速度変速機と組み合わされ、ト ーション弾性カップリングを介してディーゼルエンジン３０と結合されているこ とを特徴とする、先行の請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 ６．前記変速機３２は遊星歯車として設計されていることを特徴とする、先行の 請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 ７．前記変速機３２は始動変換器を有することを特徴とする、先行の請求項のい ずれか一つによるレール式動力ユニット。 ８．前記始動変換器は流体ダイナミック変換器として設計されていることを特徴 とする、先行の請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 ９．前記始動変換器は即動状態に設定できることを特徴とする、請求項７あるい は８のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 １０．前記始動変換器と変速機との間に、あらゆるギア位置でブレーキ力を連続 して消費する流体ダイナミック減速機が配置されていることを特徴とする、先行 の請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 １１．前記ディーゼルエンジンの冷却回路に結合された熱交換器が変速機と減速 機とにおいて発生された熱を吸収するように配置されていることを特徴とする、 先行の請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 １２．前記冷却回路には冷却システムが設けられ、この冷却システムは走行方向 を横切る方向に駆動ユニットを通って冷却空気を引き出す流体静力学的／水力学 的に駆動されるファンを有することを特徴とする、請求項２あるいは１１のいず れか一つによるレール式動力ユニット。 １３．前記ディーゼルエンジンと変速機の動作を制御するための自動ギア切り替 えユニットが設けられたことを特徴とする、先行の請求項のいずれか一つによる レール式動力ユニット。 １４．前記自動ギア切り替えユニットは診断可能であることを特徴とする、請求 項１３によるレール式動力ユニット。 １５．前記駆動ユニットの少なくとも一つは例えば運転手室からの遠隔操作で前 記自動ギア切り替えユニットによって操作されることを特徴とする、先行の請求 項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 １６．前記廃熱の熱交換器が牽引とブレーキ操作から発生する廃熱を吸収するよ うに配置され、この吸収された廃熱が客室の暖房のために用いられることを特徴 とする、先行の請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 １７．前記廃熱の熱交換器が冷却回路と平行に接続されていることを特徴とする 、請求項１６によるレール式動力ユニット。 １８．更に加熱式の温水システムが設けられ、これがディーゼルエンジンの予熱 に用いられることを特徴とする、先行の請求項のいずれか一つによるレール式動 力ユニット。 １９．２軸駆動ユニットが用いられ、駆動装置に接続された第１の駆動軸に近接 して第２の駆動軸が設けられ、この第２の駆動軸は軸反転ギアユニットを有し、 プロペラシャフトを介して変速機と結合されたことを特徴とする、先行の請求項 のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 ２０．前記走行ギアアセンブリは固定位置にボギーとして設計され、その被駆動 軸がプロペラシャフトを介して駆動ユニットに接続されることを特徴とする、先 行の請求項のいずれか一つによるレール式動力ユニット。 ２１．前記ディーゼル−電気駆動部が前記駆動ユニット２８として設けられ、そ こではディーゼルエンジンが発電機を駆動し、電力変換器ＳＲを介して少なくと も１個の牽引電動機Ｍに電力を供給し、この牽引電動機は前記走行ギアアセンブ リ２０に動力を供給することを特徴とする、先行の請求項のいずれか一つによる レール式動力ユニット。 ２２．少なくとも一つの集電子ＳＡと、変圧器ＴＲと、変換器ＳＲと、少なくと も１個の牽引電動機Ｍとを有し、この牽引電動機Ｍが少なくとも１個の走行ギア アセンブリ２０に動力を供給するようにしてなるＡＣ供給手段が駆動ユニット２ ８として設けられることを特徴とする、請求項１によるレール式動力ユニット。 ２３．少なくとも一つの集電子ＳＡと、変換器ＳＲと、少なくとも１個の牽引電 動機Ｍとを有し、この牽引電動機Ｍが少なくとも１個の走行ギアアセンブリ２０ に動力を供給するようにしてなるＤＣ供給手段が駆動ユニット２８として設けら れることを特徴とする、請求項１によるレール式動力ユニット。 ２４．請求項２１、２２、２３に述べられた駆動ユニットの組み合わせが駆動ユ ニット２８として用いられ、変換器ＳＲと牽引電動機Ｍとが共通に用いられるこ とを特徴とする、請求項１によるレール式動力ユニット。 ２５．前記レール式動力ユニット１０は少なくとも２個の車体２２を有し、お互 いに連結器で結合された状態であることを特徴とする、先行の請求項のいずれか 一つによるレール式動力ユニット。 ２６．各々の車体２２がその先端部分でそれに近接する走行ギアアセンブリの上 に支持されてなることを特徴とする、請求項１９によるレール式動力ユニット。 ２７．前記レール式動力ユニットの両端は動力車ヘッド１４、１５としてデザイ ンされ、双方向に走行することができることを特徴とする、先行の請求項のいず れか一つによるレール式動力ユニット。