TW201343445A - 鐵路車輛之能量再生裝置及鐵路車輛之驅動輔助裝置 - Google Patents

鐵路車輛之能量再生裝置及鐵路車輛之驅動輔助裝置 Download PDF

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Mikiro Sasajima
Tatsuo Fujiwara
Masataka Yano
Fumihiro Kajiwara
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Abstract

本發明係提供一種即便無法再生驅動用電動馬達所產生之能量之情形時,亦可再生制動動作時之運動能量的鐵路車輛之能量再生裝置。可變更工作流體之噴出流量之流體壓力機構部11係作為流體壓力泵或流體壓力馬達進行工作。齒輪機構部12係將流體壓力機構部11與車軸104b連結。蓄壓器部13係儲存自流體壓力機構部11噴出而流入之工作流體之壓力能,構成可對流體壓力機構部11供給作為壓力流體之工作流體之壓力源。切換部14係切換流體壓力機構部11與蓄壓器部13之間之工作流體之流動方向。控制部15係控制自流體壓力機構部11噴出之工作流體之噴出流量及切換部14對工作流體之流動方向之切換動作,且對制動控制裝置107發送制動反饋信號。

Description

鐵路車輛之能量再生裝置及鐵路車輛之驅動輔助裝置
本發明係關於一種設置於鐵路車輛且可使上述鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置及包含上述能量再生裝置之鐵路車輛之驅動輔助裝置。
於鐵路車輛之編組中,作為鐵路車輛,多數情況下不僅設置電動車,而且而且亦設置拖車。電動車係作為設置有產生旋轉驅動鐵路車輛之車軸之驅動轉矩之驅動用電動馬達的鐵路車輛而構成。拖車係作為未設置驅動用電動馬達而由電動車牽引驅動之鐵路車輛而構成。而且,作為可使電動車之制動動作時之能量再生之系統,已知有專利文獻1及專利文獻2中揭示之系統。
專利文獻1中揭示之系統係作為自變電所對直流饋電系統供電之供電系統而設置。於該供電系統中設置有設置於與變電隔離之車站之附近且將電力用電容器作為電源之電力儲備裝置。而且,電力儲備裝置包含控制器,該控制器係於車站附近之饋電線電壓成為高於額定電壓之設定電壓以上時,自饋電線對上述電容器急速充電,藉此,抑制饋電線電壓之上升。又,該控制器係構成為於饋電線電壓成為低於額定電壓之設定電壓以下時,自電容器對饋電線急速放電,藉此,防止饋電線電壓下降。根據該構成,專利文獻1之供電系統之目的在於實現與變電隔離之位置上之電車之再生失效對策及饋電電壓下降對策。
專利文獻2中揭示之系統係作為自變電所經由饋電系統對電動車 之驅動用電動馬達提供驅動電力進行行駛控制的電氣鐵路供電系統而設置。該電氣鐵路供電系統係包含裝載於電動車之複數個電容器組、充電器件及輸出控制器件而構成。複數個電容器組係複數個電容器串並聯地連接而構成。充電器件係作為藉由變電所之供電電力而將電容器組充電從而儲存電能之器件而構成。輸出控制器件係作為如下之器件而構成:將儲存於電容器組之電能作為驅動電力,對驅動用電動馬達放電從而進行供電,並且將驅動用電動馬達之再生電力充電至電容器組中儲存。而且,該電氣鐵路供電系統係以將儲存於電容器組之電能作為驅動用電動馬達之驅動電力,或者將上述電能與變電所之供電電力合併作為驅動用電動馬達之驅動電力之方式構成。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2000-233669號公報
[專利文獻2]日本專利特開2000-4507號公報
專利文獻1及專利文獻2中揭示之系統係於與變電隔離之車站之附近或電動車設置有儲存電能之電容器。而且,以如下之方式構成:可使裝載於電動車之驅動用電動馬達之再生制動工作,將電動車之制動動作時之電能儲存於上述電容器。而且,於裝載於電動車之驅動用電動馬達之再生制動力用作用於鐵路車輛之編組整體之制動動作之制動力之情形時,進行相較藉由壓縮空氣而工作之摩擦制動而優先利用上述再生制動之所謂之延遲控制。藉此,構成為作為鐵路車輛之編組整體,將制動動作時之能量以電能再生。
然而,一般而言,藉由使裝載於電動車之驅動用電動馬達之再生制動工作而作為電能再生之能量之比例可認為約為40%左右。而 且,現狀為制動動作時之能量之大部分因摩擦制動而作為熱能被消耗。
作為制動動作時之能量之大部分未作為電能充分地再生之原因,可列舉如下情況:即便如先前技術般使用電容器,亦因驅動用電動馬達之性能,導致鐵路車輛高速行駛之高速區內之馬達再生控制較為困難。進而,作為其他原因,可列舉如下情況:於鐵路車輛之編組中,不僅設置有電動車,而且亦設置有拖車,故存在因編組之減速度,僅裝載於電動車之驅動用電動馬達之再生制動則無法提供編組整體所需之制動力。相對於此,亦考慮將編組之所有車輛以電動車構成,於此情形時,編組整體之成本將大幅度上升。又,即便於此情形時,高速區內之電能之再生亦較難。由此,期望實現如下之裝置:即便於驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之情形時,亦可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量再生。
本發明之目的在於因鑒於上述實際情況,而提供一種即便於驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之情形時,亦可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置、及包含上述能量再生裝置之鐵路車輛之驅動輔助裝置。
用以達成上述目的之第1發明之鐵路車輛之能量再生裝置係關於一種設置於鐵路車輛且可將該鐵路車輛或包含該鐵路車輛之編組之制動動作時之能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置。而且,第1發明之鐵路車輛之能量再生裝置之特徵在於包含:流體壓力機構部,其可根據工作流體流動之方向而作為流體壓力泵工作或作為流體壓力馬達工作,變更工作流體之噴出流量;齒輪機構部,其至少於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力泵工作之情形時,將上述流體壓力機構部與上述鐵路車輛之車軸連結;蓄壓器部,其於內部封入氣體,藉由自上 述流體壓力機構部噴出而流入之工作流體壓縮上述氣體,並且利用經壓縮之上述氣體對工作流體作用壓力而儲存壓力能,構成可對上述流體壓力機構部供給作為壓力流體之工作流體之壓力源;切換部,其可切換上述流體壓力機構部與上述蓄壓器部之間之工作流體之流動方向;及控制部,其控制自上述流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量與上述切換部對工作流體之流動方向之切換動作,並且對全面地控制編入上述鐵路車輛之編組整體之制動動作之制動控制裝置,發送與由上述流體壓力機構部產生之制動力或制動轉矩相關之制動反饋信號。
根據該構成,於鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時,將自減速之鐵路車輛之車軸傳遞之力或轉矩經由齒輪機構部輸入至流體壓力機構部之旋轉軸。繼而,該流體壓力機構部作為流體壓力泵工作。進而,自流體壓力機構部噴出之工作流體由切換部調整流動方向,朝向蓄壓器部流動。藉此,於自蓄壓器部內經壓縮之氣體作用壓力之狀態下,工作流體流入至蓄壓器部內,儲存壓力能。又,切換部進行工作,將儲存於蓄壓器部之壓力能釋放,將作為壓力流體之工作流體供給至流體壓力機構部,藉此,流體壓力機構部作為流體壓力馬達工作。
根據上述說明,於鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時,可將無法利用裝載於編組中之電動車之驅動用電動馬達作為電能再生之鐵路車輛之運動能量作為形態不同於電能之壓力能再生、再生。藉此,可使制動動作時之能量之利用效率提昇。進而,於制動動作時,利用自車軸傳遞之力或轉矩驅動作為流體壓力泵之流體壓力機構部,因此,可藉由能量再生裝置產生鐵路車輛之制動力或制動轉矩。藉此,亦可減輕利用壓縮空氣工作之摩擦制動之負擔。又,根據上述能量再生裝置,藉由控制部,而將與流體壓力機構部中產生之制 動力或制動轉矩相關之制動反饋信號發送至全面地控制編組整體之制動動作之制動控制裝置。因此,可於編組整體之制動動作之控制中有效地利用能量再生裝置之制動。
而且,根據上述能量再生裝置之構成,於制動動作時之能量之再生時,可不受裝載於電動車之驅動用電動馬達之性能之制約地亦再生鐵路車輛高速行駛之高速區內之能量。又,亦於未裝載驅動用電動馬達而由電動車牽引之拖車中,可將制動動作時之運動能量作為壓力能再生、再生。即,於驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之拖車中,亦可進行編組之制動動作時之運動能量之再生。
因此,根據上述構成,可提供一種即便於無法再生驅動用電動馬達所產生之能量之情形時,亦可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置。
第2發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第1發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述流體壓力機構部係作為包含可以相對於其旋轉軸傾斜之狀態設置之斜板的斜板式之上述流體壓力泵及上述流體壓力馬達而構成,且更包含藉由儲存於上述蓄壓器部之作為壓力流體之工作流體而控制上述斜板相對於上述旋轉軸之傾斜角度的斜板控制部。
根據該構成,流體壓力機構部係作為斜板式之流體壓力泵及流體壓力馬達而構成。因此,僅變更斜板之傾斜角度,調整工作流體之噴出流量,便可容易地調整所再生之能量之量。由此,可實現易於控制之能量再生裝置。進而,根據上述構成,斜板之傾斜角度係藉由斜板控制部而因儲存於蓄壓器部之作為壓力流體之工作流體之作用受到控制。因此,無需設置用以控制斜板之傾斜角度之另行之流體壓力源,從而可簡化構成。
第3發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第1發明或第2發明之鐵 路車輛之能量再生裝置,其中上述控制部係以可自上述制動控制裝置接收與利用上述流體壓力機構部產生之制動力或制動轉矩相關之制動指令信號之方式構成,且上述控制部係基於上述制動指令信號,控制自上述流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量及上述切換部對工作流體之流動方向之切換動作。
根據該構成,能量再生裝置係基於來自全面地控制編組整體之制動動作之制動控制裝置之制動指令信號進行工作。因此,可利用作為能量再生裝置之上位系統之制動控制裝置決定制動動作時藉由壓縮空氣而工作之摩擦制動、裝載於電動車之驅動用電動馬達之再生制動、及能量再生裝置之再生制動之分擔比例。藉此,作為編組整體,可更有效地執行制動動作時之能量之再生及制動動作之控制。
第4發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第1發明至第3發明中任一發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含感測自上述流體壓力機構部噴出至上述蓄壓器部之工作流體之壓力、及儲存於上述蓄壓器部之工作流體之壓力中之至少任一壓力的感測器部,且上述控制部係基於由上述感測器部感測之壓力之大小,控制自上述流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量、及上述切換部對工作流體之流動方向之切換動作中之至少任一者。
根據該構成,控制部可利用感測器部中之感測結果,一面掌握蓄壓器部內之工作流體或噴出至蓄壓器部之工作流體之壓力,一面控制流體壓力機構部及切換部。藉此,控制部可於作為壓力流體之工作流體達到充分儲存於蓄壓器部之狀態時,控制來自流體壓力機構部之噴出流量及切換部之狀態之至少任一者,從而使工作流體向蓄壓器部之流入減少或停止。
第5發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第1發明至第4發明中任一發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含調整上述蓄壓器部內之 工作流體之壓力,以使該蓄壓器部內之工作流體之壓力之大小達到特定之壓力值以下的壓力調整閥。
根據該構成,當達到作為壓力流體之工作流體充分儲存於蓄壓器部,上述工作流體之壓力之大小達到特定之壓力值之狀態時,壓力調整閥進行工作,抑制過剩之工作流體朝向蓄壓器部流入。藉此,維持作為壓力流體之工作流體充分儲存於蓄壓器部之狀態,從而可於上述狀態下持續地輸出充分之大小之制動力或制動轉矩。
第6發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第1發明至第5發明中任一發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述切換部包含:第1切換閥,其係於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力泵工作時,將連通上述蓄壓器部與上述流體壓力機構部之第1連通路阻斷,且於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力馬達工作時,使上述第1連通路連通;及止回閥,其係設置於與上述第1連通路並聯設置且將上述蓄壓器部與上述流體壓力機構部連通之第2連通路,阻止工作流體在上述第2連通路中自上述蓄壓器部流動至上述流體壓力機構部。
根據該構成,於流體壓力機構部作為流體壓力泵工作時,工作流體不回流地有效自流體壓力機構部經由止回閥流動至蓄壓器部。另一方面,於流體壓力機構部作為流體壓力馬達工作時,工作流體自蓄壓器部經由第1切換閥有效地流動至流體壓力機構部。由此,可藉由設置有第1切換閥及止回閥之簡單性構成之切換部,而一面阻止能量再生時工作流體自蓄壓器部流動至流體壓力機構部,一面容易地自蓄壓器部擷取再生之能量。
第7發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第6發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述切換部更包含設置於將上述流體壓力機構部中之工作流體之噴出側與吸入側連通之循環連通路,且使該循環連通路阻斷或連通之第2切換閥。
根據該構成,藉由切換部工作,第2切換閥使循環連通路連通,而將能量再生裝置之狀態設定為自流體壓力機構部噴出之工作流體以通過相較連通至蓄壓器部之第2連通路容易流動之循環連通路,返回至流體壓力機構部之方式進行循環之狀態。藉此,即便於未設置將流體壓力機構部與車軸之連結切斷之離合器機構之情形時,亦可抑制伴隨流體壓力機構部之旋轉軸進行旋轉而產生之負荷對鐵路車輛之行駛造成影響。
第8發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第7發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含於上述第2切換閥使上述循環連通路連通之狀態時,將連通上述蓄壓器部與上述流體壓力機構部之第3連通路阻斷的第3切換閥。
根據該構成,於第2切換閥使循環連通路連通之狀態下,可藉由將第3切換閥切換為阻斷第3連通路之狀態,而確實地防止自流體壓力機構部噴出之工作流體流動至蓄壓器部,從而使該工作流體於循環連通路中循環。藉此,於未設置將流體壓力機構部與車軸之連結切斷之離合器機構之情形時,可確實地抑制伴隨流體壓力機構部之旋轉軸進行旋轉而產生之負荷對鐵路車輛之行駛造成影響。
第9發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第7發明或第8發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含:貯存器部,其可儲存吸入至上述流體壓力機構部之工作流體;第1歧管部,其係上述流體壓力機構部所連通者;第2歧管部,其係上述蓄壓器部及上述貯存器部所連通者;及連通部,其一端連接於上述第1歧管部,另一端連接於上述第2歧管部,且用以使上述蓄壓器部及上述貯存器部與上述流體壓力機構部連通;且包含上述流體壓力機構部、上述齒輪機構部及上述第1歧管部之第1單元係固定於可旋轉地保持上述鐵路車輛之車軸之作為台車之框體即台車框架;包含上述蓄壓器部、上述貯存器部、上述第1 切換閥、上述第2切換閥及上述第2歧管部之第2單元係於上述鐵路車輛之下部,與上述第1單元個別地設置於上述台車框架之外側。
根據該構成,於與空間有限之台車框架內不同之部位另行設置蓄壓器部及貯存器部等。如此一來,容易增大蓄壓器部之容積,以增大可儲存於蓄壓器部之壓力能,或者容易增大貯存器部之容積,以增大可儲存於貯存器部之工作流體之容量。即,可使包含蓄壓器部及貯存器部之油壓迴路之設計自由度提昇。
第10發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第9發明鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述蓄壓器部包含:壓力容器,其係以沿一方向延伸之方式形成,且以長度方向沿著上述鐵路車輛之前後方向之方式配置;及蓄壓器孔口部,其設置於上述壓力容器之長度方向之一端部,容許工作流體之流入流出。
為了使蓄壓器部之容積增大,而考慮使其外徑增大。然而,設置蓄壓器部之鐵路車輛之下部之空間係鉛直方向之高度相對較低,因此,難以增大外徑。
另一方面,為了使蓄壓器部之容積增大,而考慮亦使其長度變長。於此情形時,若如上述構成般,將沿一方向延伸之形狀之蓄壓器部以其長度方向沿著鐵路車輛之前後方向之方式配置,則容易於長度方向相對較長之鐵路車輛之下部,使蓄壓器部之長度變長。即,根據該構成,能夠容易地增大可儲存於蓄壓器部之能量。
第11發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第10發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述蓄壓器部係於上述鐵路車輛之車寬方向上排列有複數個,且上述第2歧管部包含以沿著上述鐵路車輛之車寬方向延伸之方式形成且連接上述蓄壓器孔口部之蓄壓器側歧管部。
若形成為沿一方向延伸之蓄壓器部以其長度方向沿著鐵路車輛之前後方向之方式配置,則於鐵路車輛之下部,該蓄壓器部之側方之 部分容易空出空間。
相對於此,可藉由如上述構成般於鐵路車輛之車寬方向上排列複數個蓄壓器部,而一面有效地利用鐵路車輛之下部之空間,一面容易地增大可儲存於蓄壓器部之能量。
又,根據上述構成,可容易地使排列於鐵路車輛之車寬方向上之複數個蓄壓器孔口部靠近地配置於以沿著鐵路車輛之車寬方向延伸之方式形成之蓄壓器側歧管部。藉此,可容易地將蓄壓器孔口部連接於第2歧管部。
第12發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第11發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述貯存器部包含:貯槽部,其以沿著一方向延伸之方式形成,且以長度方向沿著上述鐵路車輛之車寬方向之方式配置;及貯存器孔口部,其設置於上述貯槽部之長度方向之一端部,容許工作流體之流入流出;上述第2歧管部包含在上述鐵路車輛之前後方向上延伸、連接上述貯存器孔口部、且與上述蓄壓器側歧管部一體地形成之貯存器側歧管部。
通常,貯存器部可將耐壓性設定為低於蓄壓器部,故較蓄壓器部更容易小型化。因此,長度方向之長度亦可並非長如蓄壓器部。由此,可藉由如上述構成般,以長度方向沿著車寬方向之方式配置貯存器部,而使第2單元整體緊湊。
又,根據該構成,由於將蓄壓器側歧管部與貯存器側歧管部一體化,因此,可使第2歧管部整體緊湊。其結果,可使第2單元整體緊湊。
第13發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第11發明或第12發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述第2單元包含含有固定於上述鐵路車輛之下部之上側框架部及配置於該上側框架部之下方之下側框架部的框架部,且於上述框架部內,自上述台車側朝向遠離該台車之側 依序配置有上述貯存器部、上述蓄壓器側歧管部、上述蓄壓器部,上述貯存器部係固定於上述下側框架部,上述連通部係配置於上述貯存器部之上方,其一端連接於上述蓄壓器側歧管部,另一端連接於配置在上述台車框架之上側之上述第1歧管部。
根據該構成,一端連接於蓄壓器側歧管部之連結部係於其中途部分配置於貯存器部之上方之狀態下,另一端連接於配置在台車框架之上側之第1歧管部。即,連結部係於鐵路車輛之下部,無需在上下方向上較大彎曲,而使第1歧管與第2歧管連通。因此,可將連通部形成為相對直線狀,因此,可減輕連結部所受之負荷。
又,由於可以上述方式將連通部形成為相對直線狀,故與例如連通部於上下方向上較大彎曲之情形相比,可充分確保框架部內之貯存器部之配置空間。
第14發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第13發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述蓄壓器部係固定於上述上側框架部。
根據該構成,蓄壓器部固定在固定於鐵路車輛之下部且穩定性相對較高之上側框架。藉此,可使重量相對較重之蓄壓器部於框架部內穩定地固定。
第15發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第9發明至第14發明中任一發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述流體壓力機構部係作為包含可以相對於其旋轉軸傾斜之狀態設置之斜板的斜板式之上述流體壓力泵及上述流體壓力馬達而構成,且上述第1單元更包含藉由儲存於上述蓄壓器部之作為壓力流體之工作流體而控制上述斜板相對於上述旋轉軸之傾斜角度的斜板控制部。
根據該構成,可將控制流體壓力機構部之斜板之斜板控制部配置於流體壓力機構部之附近,因此,可使包含斜板控制部之構成之能量再生裝置緊湊。
第16發明之鐵路車輛之能量再生裝置係如第1發明至第8發明中任一發明之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含可儲存吸入至上述流體壓力機構部之工作流體之貯存器部,且至少上述流體壓力機構部、上述蓄壓器部、上述切換部、上述貯存器部及上述齒輪機構部可收納於設置上述鐵路車輛之車輪之台車之內部。
根據該構成,將流體壓力機構部、蓄壓器部、切換部、貯存器部及齒輪機構部裝配於鐵路車輛之台車之內部。因此,無需於鐵路車輛之車體側設置工作流體流動之配管系統,使得能量再生裝置對鐵路車輛之裝配變得容易。
又,亦可構成包含上述任一鐵路車輛之能量再生裝置之鐵路車輛之驅動輔助裝置。第17發明之鐵路車輛之驅動輔助裝置係關於一種設置於鐵路車輛且可生成輔助用以使該鐵路車輛行駛之驅動力或驅動轉矩之輔助力或輔助轉矩者。而且,第17發明之鐵路車輛之驅動輔助裝置之特徵在於:其包含如第1發明至第16發明中任一發明之鐵路車輛之能量再生裝置,且上述齒輪機構部於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力馬達工作之情形時,亦將上述流體壓力機構部與上述鐵路車輛之車軸連結。
根據該構成,藉由能量再生裝置而將鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量作為壓力能再生,進而,可將該再生之能量有效地用作旋轉驅動鐵路車輛之車軸之驅動能量。由此,可實現能夠使制動動作時之運動能量並非以電能而以壓力能有效地再生,輔助鐵路車輛之驅動力或驅動轉矩的鐵路車輛之驅動輔助裝置。
第18發明之鐵路車輛之驅動輔助裝置係如第17發明之鐵路車輛之驅動輔助裝置,其裝載於未設置產生將上述車軸旋轉驅動之驅動轉矩之驅動用電動馬達、而由設置有該驅動用電動馬達之電動車牽引而驅動之作為拖車之上述鐵路車輛。
根據該構成,包含能量再生裝置之驅動輔助裝置係裝載於拖車。因此,根據上述構成,可將先前技術中由電動車牽引之僅作為負荷之鐵路車輛即拖車有效地用作使制動動作時之運動能量再生而驅動鐵路車輛之驅動車輛。藉此,可於編入拖車之編組中,一面維持加速性能,一面減少編入導致成本增大之電動車之數量。由此,可實現作為編組整體之成本之削減。
根據本發明,可提供一種即便驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之情形時亦可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置。又,可提供一種包含上述鐵路車輛之能量再生裝置的鐵路車輛之驅動輔助裝置。
1‧‧‧鐵路車輛之能量再生裝置
1a‧‧‧鐵路車輛之能量再生裝置
2‧‧‧鐵路車輛之驅動輔助裝置
2a‧‧‧鐵路車輛之驅動輔助裝置
3‧‧‧鐵路車輛之能量再生裝置
4‧‧‧鐵路車輛之驅動輔助裝置
5‧‧‧第1單元
6‧‧‧第2單元
11‧‧‧流體壓力機構部
12‧‧‧齒輪機構部
12a‧‧‧正齒輪
12b‧‧‧小齒輪
13‧‧‧蓄壓器部
13a‧‧‧壓力室
13b‧‧‧蓄壓室
13c‧‧‧壓力容器
13d‧‧‧蓄壓器孔口部
14‧‧‧切換部
15‧‧‧控制部
16‧‧‧斜板控制部
16a‧‧‧斜板控制部
16b‧‧‧電動馬達
16c‧‧‧滾珠螺桿機構
16d‧‧‧滑塊結構
17‧‧‧感測器部
18‧‧‧貯存器部
18a‧‧‧貯槽部
18b‧‧‧貯存器孔口部
19‧‧‧釋放閥
20‧‧‧旋轉軸
21‧‧‧油缸體
21a‧‧‧油缸室
22‧‧‧活塞
22a‧‧‧滑塊結構
23‧‧‧斜板
24‧‧‧第1切換閥
24a‧‧‧阻斷位置
24b‧‧‧連通位置
25‧‧‧止回閥
26‧‧‧第2切換閥
26a‧‧‧連通位置
26b‧‧‧阻斷位置
27‧‧‧第3切換閥
27a‧‧‧阻斷位置
27b‧‧‧連通位置
28‧‧‧電磁切換閥
28a‧‧‧供給位置
28b‧‧‧排出位置
29‧‧‧電磁切換閥
29a‧‧‧供給位置
29b‧‧‧排出位置
30‧‧‧第1連通路
31‧‧‧第2連通路
32‧‧‧循環連通路
32a‧‧‧合流點
33‧‧‧第3連通路33
34‧‧‧貯存器連通路
35‧‧‧蓄壓器連通路
35a‧‧‧連通路
36‧‧‧釋放通路
37‧‧‧斜板驅動致動器
38‧‧‧控制閥
38a‧‧‧切換位置
38b‧‧‧切換位置
38c‧‧‧孔口
39‧‧‧油缸
39a‧‧‧油室
39b‧‧‧油室
40‧‧‧桿
40a‧‧‧活塞
40b‧‧‧滑塊結構
41‧‧‧接頭部
50‧‧‧第1歧管部
55‧‧‧第1歧管連通路
60‧‧‧框架部
61‧‧‧上側框架部
61a‧‧‧架構件
61b‧‧‧上側架設構件
62‧‧‧下側框架部
62a‧‧‧架構件
62b‧‧‧架設構件
62c‧‧‧架設構件
63‧‧‧連結構件
64‧‧‧固定配件
65‧‧‧固定配件
70‧‧‧第2歧管部
71‧‧‧蓄壓器側歧管部
72‧‧‧貯存器側歧管部
75‧‧‧第2歧管連通路
80‧‧‧歧管連通部
81‧‧‧高壓管路
82‧‧‧低壓管路
83‧‧‧蓄壓器管路
85‧‧‧流體壓力機構側連通部
86‧‧‧斜板控制管路
87‧‧‧流體壓力機構側低壓管路
88‧‧‧流體壓力機構側高壓管路
89‧‧‧斜板控制管路
90‧‧‧箱體部
100‧‧‧編組
101‧‧‧電動車
102‧‧‧拖車(鐵路車輛)
103‧‧‧台車
103a‧‧‧車輪
104‧‧‧台車
104a‧‧‧車輪
104b‧‧‧車軸
105‧‧‧匯流排
106‧‧‧運行裝置
107‧‧‧制動控制裝置
108‧‧‧動力運行控制裝置
110‧‧‧台車框架
111‧‧‧側樑部
112‧‧‧中央樑部
113‧‧‧軸箱
121‧‧‧空氣彈簧
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧雙向箭頭
C‧‧‧箭頭
D‧‧‧方向
S101~S108‧‧‧步驟
S201~S208‧‧‧步驟
圖1係表示鐵路車輛之編組之一部分之示意圖。
圖2係以圖1之一部分放大之狀態進行表示之圖,且表示設置有本發明之第1實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置及驅動輔助裝置之鐵路車輛之編組之一部分的示意圖。
圖3係對於圖2所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之構成,與上位之控制系統構成一併進行表示的方塊圖。
圖4係表示圖3所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之油壓迴路構成之迴路圖。
圖5係示意性表示圖3所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置中之流體壓力機構部及斜板控制部的示意圖。
圖6係用以對圖3所示之能量再生裝置之能量再生動作進行說明之流程圖。
圖7係表示圖3所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之油壓迴路構成之迴路圖,且係中立循環模式之運行狀態時之迴路圖。
圖8係用以對圖3所示之驅動輔助裝置之驅動輔助動作進行說明之流程圖。
圖9係表示圖3所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之油壓迴路構成之迴路圖,且係由驅動輔助裝置進行驅動輔助動作之運行狀態時之迴路圖。
圖10係表示本發明之第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置及驅動輔助裝置之油壓迴路構成的迴路圖,且係中立循環模式之運行狀態時之迴路圖。
圖11係表示設置有本發明之第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置及驅動輔助裝置之鐵路車輛之編組之一部分的示意圖。
圖12係本發明之第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置及驅動輔助裝置之立體圖。
圖13係圖12所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之前視圖。
圖14係圖12所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之平面圖。
圖15係圖12所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置之後視圖,且係自圖14之D方向觀察所得之箭線圖。
圖16係表示變化例之鐵路車輛之能量再生裝置及驅動輔助裝置之油壓迴路構成的迴路圖。
圖17係示意性表示圖16所示之能量再生裝置及驅動輔助裝置中之流體壓力機構部及斜板控制部的示意圖。
以下,參照圖式對用以實施本發明之形態進行說明。再者,本發明之實施形態可作為設置於鐵路車輛且可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置、及包含上述能量再生裝置之鐵路車輛之驅動輔助裝置廣泛應用。
[第1實施形態]
圖1係表示鐵路車輛之編組100之一部分之示意圖。圖2係以圖1之一部分放大之狀態進行表示之圖,且係表示包含設置有本發明之第1實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置1及鐵路車輛之驅動輔助裝置2之鐵路車輛之編組100之一部分的示意圖。編組100係藉由複數個電動車(M車)101與複數個拖車(T車)102串聯連結而構成。
電動車101係作為設置有產生旋轉驅動鐵路車輛之車軸之驅動轉矩之驅動用電動馬達(未圖示)的鐵路車輛而構成。拖車102係作為未設置驅動用電動馬達且由電動車101牽引而驅動之鐵路車輛而構成。作為圖1及圖2所示之編組100,例示有對於1台電動車101對應3台拖車102之1M3T之編組。
電動車101係構成為利用設置有複數個(圖1及圖2之例示中為4個)車輪103a之台車103在軌道之導軌上行駛。而且,於電動車101設置有複數個(圖1及圖2之例示中為2個)台車103。以來自驅動用電動馬達之旋轉驅動轉矩輸入至連結於台車103之車輪103a之車軸(未圖示)之方式構成。
由電動車101牽引而驅動之拖車102係以利用設置有複數個(圖1及圖2之例示中為4個)車輪104a之台車104於軌道之導軌上行駛之方式構成。而且,於拖車102設置有複數個(圖1及圖2之例示中為2個)台車104。又,拖車102係如上所述,不同於電動車101,未裝載對連結於車輪104a之車軸輸入旋轉驅動轉矩之驅動用電動馬達。
本發明之第1實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置1(以下,亦簡稱為「能量再生裝置1」)及鐵路車輛之驅動輔助裝置2(驅動輔助裝置2)係如圖2所示地裝載於各拖車102。而且,能量再生裝置1及驅動輔助裝置2係收納於拖車102之各台車104。
下述之能量再生裝置1係構成設置於作為鐵路車輛之拖車102且可將包含上述拖車102之編組100之制動動作時之能量再生的鐵路車輛 之能量再生裝置。而且,下述之驅動輔助裝置2係構成設置於作為鐵路車輛之拖車102且可生成輔助用以使上述拖車102行駛之驅動力或驅動轉矩之輔助力或輔助轉矩的鐵路車輛之驅動輔助裝置。即,驅動輔助裝置2係作為輔助用以於編組100之動力運行動作時使拖車102行駛之驅動動作之裝置而設置。而且,驅動輔助裝置2係包含能量再生裝置1而構成。再者,於本實施形態中,例示驅動輔助裝置2之構成要素與能量再生裝置1之構成要素共通地構成之形態。
又,本實施形態係例示僅於拖車102設置有能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之形態,但亦可並非如此情況。亦可於拖車102及電動車101兩者設置能量再生裝置1及驅動輔助裝置2。又,亦可僅於電動車101設置能量再生裝置1及驅動輔助裝置2。
圖3係對於圖2所示之能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之構成,與上位之控制系統構成一併進行表示的方塊圖。能量再生裝置1及驅動輔助裝置2係以可經由匯流排105而與構成該上位之控制系統之制動控制裝置107及動力運行控制裝置108進行通訊之方式構成(參照圖3)。而且,能量再生裝置1及驅動輔助裝置2係以基於來自制動控制裝置107及動力運行控制裝置108之指令信號進行工作之方式構成。
制動控制裝置107係對編入有拖車102之編組100整體之制動動作全面地進行控制。即,制動控制裝置107對編入於編組100中之所有電動車101及所有拖車102之制動動作進行控制。而且,制動控制裝置107係於各電動車101中,對具備藉由壓縮空氣而工作之制動缸機構之碟式制動裝置之摩擦制動(未圖示)之制動動作及驅動用電動馬達之再生制動之制動動作進行控制。另一方面,制動控制裝置107係於拖車102中,對與上述相同之摩擦制動之制動動作及能量再生裝置1之制動動作進行控制。
動力運行控制裝置108係對藉由自裝載於編組100之驅動源供給 之驅動能量而驅動編組100行駛之動力運行動作全面地進行控制。即,動力運行控制裝置108係對所有之電動車101及所有之拖車102,控制用以使各電動車101及各拖車102行駛之驅動力或驅動轉矩。而且,動力運行控制裝置108係於各電動車101中,控制自裝載於上述電動車101之作為上述驅動源之驅動用電動馬達輸出之驅動力或驅動轉矩。另一方面,動力運行控制裝置108係於各拖車102中,控制自裝載於上述拖車102之作為上述驅動源之驅動輔助裝置2輸出之驅動力或驅動轉矩。
又,制動控制裝置107及動力運行控制裝置108係以可經由匯流排105而對運行裝置106進行通訊之方式構成。而且,制動控制裝置107及動力運行控制裝置108係以基於來自運行裝置106之指令信號,生成編組100之制動動作及用以使編組100行駛之動力運行動作之指令信號之方式構成。運行裝置106係作為具備由操縱編組100之操縱者輸入編組100之操作之操作桿等的操作輸入裝置而設置。而且,運行裝置106係以經由匯流排105而對制動控制裝置107及動力運行控制裝置108發送基於操縱者之操作而生成之操作信號之方式構成。
以下,更詳細地對能量再生裝置1及驅動輔助裝置2進行說明。圖4係表示能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之油壓迴路構成之迴路圖。如圖3及圖4所示,能量再生裝置1及驅動輔助裝置2包含流體壓力機構部11、齒輪機構部12、蓄壓器部13、切換部14、控制部15、斜板控制部16、感測器部17、貯存器部18、釋放閥19等而構成。再者,圖4係示意性表示油壓迴路構成之迴路圖,關於各構成要素(11~19等),並不限定於圖4中圖示之個數,亦可設置與圖4中圖示之個數不同之個數。
又,如上所述,能量再生裝置1及驅動輔助裝置2收納於拖車102之台車104內。因此,於能量再生裝置1及驅動輔助裝置2裝載於拖車 102之狀態下,流體壓力機構部11、齒輪機構部12、蓄壓器部13、切換部14、控制部15、斜板控制部16、感測器部17、貯存器部18、釋放閥19收納於台車104之內部。
圖5係示意性表示能量再生裝置1及驅動輔助裝置2中之流體壓力機構部11及斜板控制部16之構成的示意圖。圖3至圖5所示之流體壓力機構部11係以根據工作流體流動之方向而作為流體壓力泵工作或作為流體壓力馬達工作之方式構成。而且,流體壓力機構部11係作為可變更工作流體之噴出流量之流體壓力泵及流體壓力馬達而構成。上述工作流體為非壓縮性流體即可,且作為該工作流體之例示,可列舉油、水、不凍液等。於本實施形態中,作為於流體壓力機構部11中流動之工作流體,使用液壓油(油)。藉此,流體壓力機構部11係以作為流體壓力泵之油壓泵或作為流體壓力馬達之油壓馬達工作之方式構成。
流體壓力機構部11係作為斜板式之油壓泵及油壓馬達而構成。而且,流體壓力機構部11包含省略圖示之外殼、旋轉軸20、油缸體21、複數個活塞22、斜板23等而構成。省略圖示之外殼係作為旋轉自如地支撐旋轉軸20,並且內置油缸體21、斜板23等之結構體而設置。
旋轉軸20係作為經由齒輪機構部12而與連結於台車104之車輪104a之車軸104b連結之軸構件而設置。而且,旋轉軸20係於編組100之制動動作時作為能量再生裝置1工作時,構成經由齒輪機構部12輸入來自車軸104b之轉矩之輸入軸。另一方面,旋轉軸20係於編組100之動力運行動作時作為驅動輔助裝置2工作時,構成經由齒輪機構部12對車軸104b輸出轉矩之輸出軸。
油缸體21係作為設置有複數個油缸室21a之構件而構成,且設置於省略圖示之外殼之內側。而且,複數個油缸室21a係設置為沿著以旋轉軸20之中心軸線為中心之圓周方向等角度間隔地配置,並且分別沿著與旋轉軸20平行之方向延伸。於各油缸室21a配置有各活塞22。 又,油缸體21係於其中央形成有旋轉軸20貫通之貫通孔。而且,油缸體21與旋轉軸20係藉由花鍵聯軸器而相互固定。藉此,油缸體21及旋轉軸20構成為以旋轉軸20之中心軸線為中心一體地旋轉。
活塞22係設置有複數個,且可相對油缸體21中之複數個油缸室21a之各者沿著與旋轉軸20平行之方向滑動移位地受到支撐。各活塞22係藉由介隔滑塊結構22a相對斜板23滑動而規定軸方向之移位。而且,各活塞22係以一面相對斜板23滑動一面圍繞旋轉軸20旋轉之方式設置。又,斜板23係以可於相對旋轉軸20傾斜之狀態下設置之方式支撐於省略圖示之外殼。再者,於斜板23設置有一端側固定於油缸體21之旋轉軸20之另一端側所貫通之貫通孔。
具備上述構成之流體壓力機構部11係於來自車軸104b之轉矩輸入至旋轉軸20時,油缸體21與旋轉軸20一併以旋轉軸20為中心進行旋轉。而且,於斜板23相對旋轉軸20傾斜之情形時,於油缸體21旋轉1周之期間,各活塞22於各油缸室21a內移位相當於一個往返之行程。伴隨該活塞22之移位,於複數個油缸室21a中之半數之油缸室21a內,吸入下述之貯存器部18中儲存之液壓油,而於剩餘之半數之油缸室21a內,使吸入之油升壓並且對下述蓄壓器部13噴出。如此般,流體壓力機構部11係若於斜板23傾斜之狀態下將來自車軸104b之轉矩輸入至旋轉軸20,則作為油壓泵而工作。
另一方面,流體壓力機構部11亦作為對車軸104b輸出轉矩之油壓馬達而工作。於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作之情形時,於斜板23傾斜之狀態下,在複數個油缸室21a中之半數之油缸室21a內,流入自下述之蓄壓器部13供給之作為壓油之液壓油。而且,於剩餘之半數之油缸室21a內,使流入之油對下述之貯存器部18噴出。藉此,各活塞22於各油缸室21a內移位相當於一個往返之行程之同時,油缸體21與旋轉軸20一併以旋轉軸20為中心旋轉1周。繼而,將旋轉軸20之 旋轉產生之轉矩傳遞至車軸104b,使車軸104b旋轉驅動。
貯存器部18係作為包含可儲存吸入至流體壓力機構部11之液壓油之貯槽之液壓油儲存機構而設置。流體壓力機構部11與貯存器部18係經由貯存器連通路34而連通。而且,於流體壓力機構部11作為油壓泵工作時,經由貯存器連通路34,將儲存於貯存器部18之液壓油吸入至流體壓力機構部11。另一方面,於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作時,經由貯存器連通路34,將自流體壓力機構部11噴出之液壓油排出至貯存器部18。
齒輪機構部12係作為包含複數個齒輪且使旋轉減速或加速地傳遞轉矩之齒輪單元而設置。齒輪機構部12包含例如固定於車軸104b之正齒輪12a、可與該正齒輪12a嚙合且連結於旋轉軸20之小齒輪12b、及包含與兩齒輪(12a、12b)不同之其他齒輪之離合器機構(省略圖示)而構成。藉此,齒輪機構部12構成為將流體壓力機構部11與車軸104b連結。又,齒輪機構部12係於流體壓力機構部11作為油壓泵工作之情形時,例如經由正齒輪12a與小齒輪12b之嚙合,將流體壓力機構部11與車軸104b連結。另一方面,齒輪機構部12係構成為亦於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作之情形時,將流體壓力機構部11與車軸104b連結。但,於流體壓力機構部11作為油壓泵工作之情形及作為油壓馬達工作之情形時,旋轉軸20之旋轉方向成為反向。因此,齒輪機構部12係構成為於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作之情形時,例如於正齒輪12a與小齒輪12b之間使離合器機構之其他齒輪嚙合,從而將流體壓力機構部11與車軸104b連結。
蓄壓器部13係作為成為壓力容器之容積體之內部由滑行移動自如之區劃壁區劃為壓力室13a與蓄壓室13b之機構而設置。於容積體之內部之壓力室13a內封入有N2氣體等作為惰性氣體之氣體。蓄壓室13b係作為如下之區域而設置,上述區域係自作為油壓泵工作之流體壓力 機構部11流入作為壓油(壓力流體)之液壓油(工作流體),並且儲存所流入之液壓油,藉此,儲存壓力能進行蓄壓。
根據上述構成,蓄壓器部13係構成為利用自流體壓力機構部11噴出而流入之液壓油,壓縮壓力室13a之氣體,並且利用經壓縮之上述氣體經由區劃壁對蓄壓室13b之液壓油作用壓力,藉此,儲存壓力能。而且,蓄壓器部13係將儲存於蓄壓室13b之壓力能釋放,構成可對流體壓力機構部11供給作為壓油之液壓油之壓力源。
切換部14係作為可將流體壓力機構部11與蓄壓器部13之間之液壓油(工作流體)之流動方向切換之機構而設置。而且,切換部14係包含第1切換閥24、止回閥25、第2切換閥26、第3切換閥27、電磁切換閥(28、29)而構成。
第1切換閥24係設置於將蓄壓器部13與流體壓力機構部11連通之第1連通路30。該第1切換閥24係作為設置有驅動閥芯(未圖示)之彈簧、及供給產生可抵抗該彈簧之賦能力驅動閥芯之賦能力之導壓油之導壓室的導壓切換閥而構成。而且,第1切換閥24係以藉由利用電磁切換閥28控制導壓油對導壓室之供給及排出而工作之方式構成。又,第1切換閥24係構成為於流體壓力機構部11作為油壓泵工作時,藉由電磁切換閥28之控制,而切換至阻斷位置24a,阻斷第1連通路30。另一方面,第1切換閥24係構成為於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作時,藉由電磁切換閥28之控制,而切換至連通位置24b,使第1連通路30連通。
止回閥25係設置於與第1連通路30並聯且將蓄壓器部13與流體壓力機構部11連通之第2連通路31。而且,止回閥25係以容許液壓油在第2連通路31中自流體壓力機構部11朝向蓄壓器部13流動之方式構成。另一方面,止回閥25係以阻止液壓油在第2連通路31中自蓄壓器部13朝向流體壓力機構部11流動之方式構成。
第2切換閥26係設置於將流體壓力機構部11中之液壓油之噴出側與吸入側連通之循環連通路32。該第2切換閥26係作為電磁切換閥而設置,且以基於來自下述之控制部15之切換指令信號工作之方式構成。而且,第2切換閥26係構成為基於上述切換指令信號激磁而切換至連通位置26a,藉此,使循環連通路32連通。另一方面,第2切換閥26係構成為藉由基於上述切換指令信號消磁而將循環連通路32阻斷。
第3切換閥27係設置於將蓄壓器部13與流體壓力機構部11連通之第3連通路33。該第3切換閥27係作為設置有驅動閥芯(未圖示)之彈簧、及供給產生可抵抗該彈簧之賦能力驅動閥芯之賦能力之導壓油之導壓室的導壓切換閥而構成。而且,第3切換閥27係以藉由利用電磁切換閥29控制導壓油對於導壓室之供給及排出而工作之方式構成。又,第3切換閥27係構成為於第2切換閥26使循環連通路32連通之狀態時,藉由電磁切換閥29之控制而切換至阻斷位置27a,將第3連通路33阻斷。另一方面,第3切換閥27係構成為於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作時,藉由電磁切換閥29之控制而切換至連通位置27b,使第3連通路33連通。
再者,第3連通路33係直接連接於流體壓力機構部11,且於該第3連通路33中之與連接於流體壓力機構部11之側之相反側,連接有第1連通路30及第2連通路31。而且,並聯地設置之第1連通路30及第2連通路31係設置為其等之一端側均與第3連通路33連接,並且其等之另一端側合流地與蓄壓器部13之蓄壓室13b連接。又,循環連通路32係作為使第3連通路33與貯存器連通路34連通之油路而設置。
電磁切換閥28係作為切換第1切換閥24之電磁切換閥而設置,且以基於來自下述之控制部15之切換指令信號工作之方式構成。而且,電磁切換閥28係構成為基於上述切換指令信號激磁而切換至供給位置28a,藉此,將導壓油供給至第1切換閥24之導壓室。具體而言,電磁 切換閥28係以構成為藉由切換至供給位置28a,而將與蓄壓器部13之蓄壓室13b連通之蓄壓器連通路35和第1切換閥24之導壓室連接。
另一方面,電磁切換閥28係構成為基於上述切換指令信號消磁而切換至排出位置28b,藉此,將第1切換閥24之導壓室之導壓油排出。具體而言,電磁切換閥28係構成為藉由切換至排出位置28b,而將經由貯存器連通路34及循環連通路32連通於貯存器部18之釋放通路36與第1切換閥24之導壓室連接。再者,釋放通路36係設置為可經由下述之釋放閥19而與蓄壓器連通路35連接。
電磁切換閥29係作為切換第3切換閥27之電磁切換閥而設置,且以基於來自下述之控制部15之切換指令信號工作之方式構成。而且,電磁切換閥29係構成為基於上述切換指令信號消磁而切換至供給位置29a,藉此,將導壓油供給至第3切換閥27之導壓室。具體而言,電磁切換閥29係以藉由切換至供給位置29a而將蓄壓器連通路35與第3切換閥27之導壓室連接之方式構成。
另一方面,電磁切換閥29係構成為基於上述切換指令信號激磁而切換至排出位置29b,藉此,將第3切換閥27之導壓室之導壓油排出。具體而言,電磁切換閥29係以藉由切換至排出位置29b而將釋放通路36與第3切換閥27之導壓室連接之方式構成。再者,於上述實施例中,第1切換閥24、第2切換閥26、第3切換閥27係作為導壓切換閥而構成,但並不限定於此,亦可為直接利用電磁閥進行切換者。
感測器部17係包含偵測自流體壓力機構部11噴出至蓄壓器部13之液壓油之壓力、及儲存於蓄壓器部13之蓄壓室13b之液壓油之壓力中之至少任一壓力的壓力感測器而構成。再者,上述壓力感測器亦可構成為亦可偵測自蓄壓器部13供給至流體壓力機構部11之液壓油之壓力。
又,本實施形態係於感測器部17,不僅設有上述壓力感測器, 而且亦設有流量感測器及溫度感測器。上述流量感測器係作為偵測自流體壓力機構部11噴出至蓄壓器部13之液壓油之流量、及自蓄壓器部13供給至流體壓力機構部11之液壓油之流量的感測器而設置。溫度感測器係作為偵測流體壓力機構部11之溫度之感測器而設置。由感測器部17偵測之壓力、流量、溫度係發送至下述之控制部15。
斜板控制部16係作為藉由儲存於蓄壓器部13之蓄壓室13b之作為壓油(壓力流體)之液壓油(工作流體)而控制流體壓力機構部11中之斜板23相對旋轉軸20之傾斜角度的機構而設置。而且,該斜板控制部16包含斜板驅動致動器37與控制閥38而構成。
斜板驅動致動器37係如圖5之示意圖所示,作為流體缸機構而設置,且包含油缸39及桿40而構成。於桿40設置有活塞40a,且油缸39內由活塞40a區劃為2個油室(39a、39b)。而且,油缸39內之各油室(39a、39b)係以可經由控制閥38而與蓄壓器連通路35及釋放通路36連通之方式構成。
又,於斜板驅動致動器37之活塞40a中之自油缸39突出之端部設置有滑塊結構40b。而且,活塞40a係構成為藉由對於油缸39相對移位而介隔滑塊結構40b使斜板23以相對旋轉軸20擺動之方式驅動。藉此,以變更斜板23相對旋轉軸20之傾斜角度之方式驅動。
控制閥38係作為控制斜板驅動致動器37之工作之閥門機構而設置,且於本實施形態中,作為電動油壓伺服閥(EHSV,Electro Hydraulic Servo Valves)而設置。該控制閥38係構成為基於來自下述之控制部15之斜板控制信號工作,控制壓油對油缸39之油室(39a、39b)之供給及排出,從而控制活塞40a自油缸39突出之突出量。藉由控制活塞40a自油缸39突出之突出量,而控制斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度,使其成為基於上述斜板控制信號之傾斜角度。
於控制閥38,設置有與油缸39之各油室(39a、39b)連通之各孔 口,並且設置有與蓄壓器連通路35及釋放通路36連通之各孔口。而且,控制閥38係於切換至切換位置38a之狀態下,使蓄壓器連通路35與油室39a連通,從而使釋放通路36與油室39b連通。因此,活塞40a以朝向油缸39收縮之方式移位,從而以斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度變小之方式(以對於與旋轉軸20垂直之方向之尖角之角度變小之方式)驅動斜板23。藉此,若流體壓力機構部11作為油壓泵工作之情形,則將流體壓力機構部11之噴出流量以變少之方式變更。
另一方面,控制閥38係於切換至切換位置38b之狀態下,使蓄壓器連通路35與油室39b連通,從而使釋放通路36與油室39a連通。因此,活塞40a以自油缸39伸長之方式移位,且以斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度變大之方式(以對於與旋轉軸20垂直之方向之尖角之角度變大之方式),驅動斜板23。藉此,若流體壓力機構部11作為油壓泵工作之情形,則將流體壓力機構部11之噴出流量以變多之方式變更。
再者,控制閥38係構成為於各切換位置(38a、38b),使閥芯(未圖示)之位置基於來自控制部15之斜板控制信號成正比地受到控制。又,自蓄壓器連通路35對控制閥38導入之壓油之壓力係由孔口38c調整。
釋放閥19係設置於蓄壓器連通路35與釋放通路36之間,且作為可將蓄壓器連通路35與釋放通路36連通之閥門機構而設置。而且,釋放閥19係構成為若自與蓄壓器部13之蓄壓室13b連通之蓄壓器連通路35作用之液壓油之壓力超過特定之壓力值,則使蓄壓器連通路35與釋放通路36連通。因此,藉由釋放閥19,而以蓄壓器部13之蓄壓室13b內之液壓油之壓力之大小成為特定之壓力值以下之方式調整蓄壓室13b內之液壓油之壓力。即,釋放閥19構成本實施形態中之壓力調整閥。
控制部15係包含CPU(Central Processing Unit,中央處理單元)等 處理器、記憶裝置、介面等而構成。又,於上述記憶裝置中記憶有由上述處理器讀出且用以執行作為能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之控制部15之處理的程式。
控制部15係以可經由匯流排105自制動控制裝置107接收與由作為油壓泵工作之流體壓力機構部11產生之制動力或制動轉矩相關之制動指令信號的方式構成。而且,控制部15係構成為基於自制動控制裝置107接收之制動指令信號,控制自貯存器部18吸入且於流體壓力機構部11升壓並且自流體壓力機構部11噴出之液壓油之噴出流量、及切換部14對液壓油之流動方向之切換動作。
再者,控制部15係基於上述制動指令信號,對斜板控制部16之控制閥38輸出斜板控制信號,控制斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度,從而控制自流體壓力機構部11噴出之液壓油之噴出流量。而且,控制部15係基於上述制動指令信號,對切換部14之電磁切換閥(28、29)及第3切換閥27輸出切換指令信號,控制液壓油之流動方向之切換動作。
而且,控制部15係以可經由匯流排105自動力運行控制裝置108接收與由作為油壓馬達工作之流體壓力機構部11產生之驅動力或驅動轉矩相關之驅動指令信號的方式構成。再者,所謂與流體壓力機構部11之驅動力或驅動轉矩相關之驅動指令信號係指與輔助用以使裝載有驅動輔助裝置2之拖車102行駛之驅動力或驅動轉矩之輔助力或輔助轉矩相關的驅動指令信號。而且,控制部15係構成為基於自動力運行控制裝置108接收之驅動指令信號,對自蓄壓器部13供給而流入至流體壓力機構部11並且使油缸體21及旋轉軸20旋轉而自流體壓力機構部11向貯存器部18排出之液壓油之流量、及切換部14對液壓油之流動方向之切換動作進行控制。
再者,控制部15係基於上述驅動指令信號,對斜板控制部16之 控制閥38輸出斜板控制信號,控制斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度,從而控制供給至流體壓力機構部11之液壓油之流量。而且,控制部15係基於上述驅動指令信號,對切換部14之電磁切換閥(28、29)及第3切換閥27輸出切換指令信號,控制液壓油之流動方向之切換動作。
又,控制部15係以自制動控制裝置107及動力運行控制裝置108經由匯流排105接收裝載有能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之拖車102之車速資訊及車輛重量資訊之方式構成。再者,作為上述車速資訊,例如接收編組100之車速之資訊或基於上述拖車102之車輪104a之轉數而算出之車速(車輪速)之資訊。而且,作為上述車輛重量資訊,例如接收上述拖車102之重量之資訊或上述拖車102之台車104負擔之重量之資訊。再者,無需一定接收車輛重量資訊。
而且,控制部15係於流體壓力機構部11作為油壓泵工作時,基於上述車速資訊及由感測器部17之壓力感測器偵測之壓力值,算出藉由流體壓力機構部11之工作而實際產生之制動力或制動轉矩。進而,控制部15構成為基於上述算出結果,對制動控制裝置107發送與由流體壓力機構部11產生之制動力或制動轉矩相關之制動反饋信號。
又,控制部15亦構成為於流體壓力機構部11作為油壓泵工作時,基於由感測器部17之壓力感測器偵測之壓力之大小,對自流體壓力機構部11噴出之液壓油之噴出流量及切換部14對液壓油之流動方向之切換動作進行控制。於此情形時,控制部15係於由壓力感測器偵測之壓力之大小成為特定之壓力值以上,成為作為壓油之液壓油充分儲存於蓄壓器部13之狀態時,控制來自流體壓力機構部11之噴出流量,從而以使液壓油向蓄壓器部13之流入減少之方式進行控制。或者,控制部15於成為上述狀態時,控制切換部14對液壓油之流動方向之切換動作,從而以使液壓油向蓄壓器部13之流入停止之方式進行控制。
又,控制部15係於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作時,基於 由感測器部17之壓力感測器偵測之壓力值及由感測器部17之流量感測器偵測之流量值,算出藉由流體壓力機構部11之工作而實際產生之驅動力或驅動轉矩。而且,控制部15構成為基於上述算出結果,對動力運行控制裝置108發送與由流體壓力機構部11產生之驅動力或驅動轉矩相關之驅動反饋信號。
繼而,對上述能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之工作進行說明。首先,對能量再生裝置1之工作進行說明。圖6係用以說明編組100之制動動作時進行之能量再生裝置1之能量再生動作之流程圖。
於進行編組100之制動動作時能量再生裝置1之能量再生動作時,首先,制動控制裝置107基於來自運行裝置106之操作信號,運算編組100之整體中所需之制動力或制動轉矩。
繼而,控制部15係基於由感測器部17之壓力感測器偵測之壓力,算出可再生之能量之量(步驟S101)。即,基於作為壓油儲存於蓄壓器部13之液壓油之壓力,算出流體壓力機構部11作為油壓泵工作時可進一步儲存於蓄壓器部13之壓力能之量。繼而,基於該可儲存之壓力能之量,算出可作為壓力能再生之拖車102之運動能量。進而,控制部15根據來自制動控制裝置107之發送請求信號,對制動控制裝置107發送以如上方式算出之可再生之能量之量(步驟S101)。
制動控制裝置107係基於自能量再生裝置1之控制部15發送之可再生之能量之量之資訊及上述車速資訊,算出使能量再生裝置1分擔之制動力或制動轉矩。又,制動控制裝置107係基於使裝載於各拖車102之能量再生裝置1分擔之制動力或制動轉矩、及編組100之整體中所需之制動力或制動轉矩,算出作為各電動車101之驅動用電動馬達之再生制動而分擔之制動力或制動轉矩。
與由制動控制裝置107算出且由能量再生裝置1分擔之制動力或制動轉矩相關之制動指令信號係由能量再生裝置1之控制部15進行接 收(步驟S102)。進而,能量再生裝置1之控制部15接收自制動控制裝置107及動力運行控制裝置108發送之上述車速資訊(步驟S103)。
又,與由制動控制裝置107算出且作為電動車101之驅動用電動馬達之再生制動而分擔之制動力或制動轉矩相關之制動指令信號係由動力運行控制裝置108進行接收。再者,動力運行控制裝置108係基於接收之制動指令信號進行各電動車101之驅動用電動馬達之馬達再生控制。繼而,動力運行控制裝置108對制動控制裝置107發送與實際上產生之再生制動之制動力或制動轉矩相關之制動反饋信號。
又,能量再生裝置1之控制部15係基於由感測器部17偵測之壓力、接收之制動指令信號、接收之車速資訊,生成用以使斜板控制部16工作且控制斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度之斜板控制信號(步驟S104)。進而,控制部15亦生成用以使切換部14進行液壓油之流動方向之切換動作之切換指令信號,以使液壓油自流體壓力機構部11流動至蓄壓器部13(步驟S104)。繼而,斜板控制部16之控制閥38基於斜板控制信號工作,藉由該控制閥38之控制而驅動斜板驅動致動器37,將斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度控制為基於斜板控制信號之傾斜角度(步驟S105)。
又,基於來自控制部15之切換指令信號,以液壓油自流體壓力機構部11流動至蓄壓器部13之方式對切換部14進行切換(步驟S106)。具體而言,以成為圖4所示之狀態之方式對切換部14之狀態進行切換。即,基於切換指令信號,將電磁切換閥28消磁而切換至排出位置28b,藉此,第1切換閥24成為切換至阻斷位置24a之狀態。繼而,基於切換指令信號將電磁切換閥29消磁而切換至供給位置29a,藉此,第3切換閥27成為切換至連通位置27b之狀態。又,第2切換閥26基於切換指令信號消磁而成為切換至阻斷位置26b之狀態。
於以上述方式將切換部14切換之狀態下,自車軸104b傳遞之力 或轉矩經由齒輪機構部12,將流體壓力機構部11之旋轉軸20旋轉驅動。藉此,流體壓力機構部11作為油壓泵工作,如圖4中箭頭A所示,使自貯存器部18吸入之液壓油升壓後朝向蓄壓器部13噴出(步驟S107)。藉此,藉由流體壓力機構部11而產生對車軸104b作用之制動力或制動轉矩。繼而,控制部15基於由感測器部17偵測之壓力及上述車速資訊,算出實際上藉由流體壓力機構部11而產生之制動力或制動轉矩。繼而,控制部15對制動控制裝置107發送與上述制動力或制動轉矩相關之制動反饋信號(步驟S108)。
又,制動控制裝置107將自能量再生裝置1之控制部15發送之上述制動反饋信號、及自動力運行控制裝置108發送之上述制動反饋信號與編組100之整體中所需之制動力或制動轉矩進行比較。繼之,制動控制裝置107於判斷能量再生裝置1及驅動用電動馬達之再生制動中產生之制動力或制動轉矩相對於編組100整體中所需之制動力或制動轉矩不足時,使設置於各鐵路車輛(101、102)之摩擦制動工作。藉此,制動控制裝置107以彌補不足之制動力或制動轉矩之方式進行控制。
再者,於制動動作時,制動控制裝置107或控制部15判斷產生了車輪104a相對導軌打滑之滑行狀態之情形時,控制部15亦可基於來自制動控制裝置107之指令信號,或者基於控制部15中之判斷,執行滑行時控制。於編組100之速度與基於車輪104a之轉數而算出之車速(車輪速)之差達到特定之大小以上時,判斷產生滑行狀態。
作為上述滑行時控制,若為在齒輪機構部12之離合器機構中設置有可將車軸104b與流體壓力機構部11之連結切斷之構成之情形,則亦可進行使該離合器機構工作之控制。即,作為滑行時控制,亦可進行將車軸104b與流體壓力機構部11之連結切斷之控制。
又,作為上述滑行時控制,亦可以能量再生裝置1之運行狀態成 為中立循環模式之運行狀態之方式對切換部14進行切換,進而,控制斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度,使之成為零。圖7係表示於流體壓力機構部11與蓄壓器部13之間液壓油不流動之中立循環模式之運行狀態時之能量再生裝置1或驅動輔助裝置2之油壓迴路構成的迴路圖。
為了進行上述滑行時控制而將能量再生裝置1之運行狀態設定為中立循環模式之情形時,基於來自控制部15之切換指令信號,以流體壓力機構部11中之液壓油之噴出側與吸入側經由循環連通路32連通之方式,對切換部14進行切換。具體而言,以成為圖7所示之狀態之方式對切換部14之狀態進行切換。即,基於切換指令信號,將電磁切換閥28消磁而切換至排出位置28b,藉此,第1切換閥24成為切換至阻斷位置24a之狀態。繼而,基於切換指令信號將電磁切換閥29激磁而切換至排出位置29b,藉此,第3切換閥27成為切換至阻斷位置27a之狀態。又,第2切換閥26係基於切換指令信號激磁而成為切換至連通位置26a之狀態。
於進行滑行時控制時,以上述方式對切換部14進行切換,將能量再生裝置1之運行狀態設定為中立循環模式,並且將斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度以達到零之方式進行控制。於該狀態下,能量再生裝置1之狀態如圖7之雙向箭頭B所示,設定為自流體壓力機構部11噴出之液壓油以未流動至蓄壓器部13而返回至流體壓力機構部11之方式進行循環之狀態。又,於上述滑行時控制之狀態下,藉由制動控制裝置107之控制之摩擦制動而進行制動動作。
又,作為上述滑行時控制,亦可進行如下控制:於將切換部14切換為圖4所示之狀態,從而流體壓力機構部11作為油壓泵工作之狀態下,使斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度逐漸不斷地變小,直至編組100之速度與基於車輪104a之轉數而算出之車速之差未達特定大小為止。再者,即便斜板23之傾斜角度變為零,編組100之速度與基於車 輪104a之轉數而算出之車速之差亦未成為未達特定大小之情形時,將能量再生裝置1之運行狀態設定為中立循環模式。
繼而,對驅動輔助裝置2之工作進行說明。圖8係用來說明驅動輔助裝置2輔助用以於編組100之動力運行動作時使拖車102行駛之驅動動作之驅動輔助動作的流程圖。
於進行編組100之動力運行動作時之驅動輔助裝置2之驅動輔助動作時,首先,動力運行控制裝置108基於來自運行裝置106之操作信號,運算編組100之整體中所需之驅動力或驅動轉矩。
繼而,控制部15基於由感測器部17之壓力感測器偵測之壓力,算出可輸出之能量之量(步驟S201)。即,基於作為壓油儲存於蓄壓器部13之液壓油之壓力,算出流體壓力機構部11作為油壓馬達工作時可自蓄壓器部13輸出之壓力能之量。繼而,基於該可輸出之壓力能之量,算出可作為拖車102之驅動能量輸出之能量之量。進而,控制部15基於來自動力運行控制裝置108之發送請求信號,對動力運行控制裝置108發送以上述方式算出之可輸出之能量之量(步驟S201)。
動力運行控制裝置108係基於自能量再生裝置1之控制部15發送之可輸出之能量之量之資訊及上述車速資訊,算出使驅動輔助裝置2分擔之驅動力或驅動轉矩。又,動力運行控制裝置108係基於使裝載於各拖車102之驅動輔助裝置2分擔之驅動力或驅動轉矩及編組100之整體中所需之驅動力或驅動轉矩,算出使各電動車101之驅動用電動馬達分擔之驅動力或驅動轉矩。
與由動力運行控制裝置108算出且由驅動輔助裝置2分擔之驅動力或驅動轉矩相關之驅動指令信號係由驅動輔助裝置2之控制部15接收(步驟S202)。進而,驅動輔助裝置2之控制部15接收自制動控制裝置107及動力運行控制裝置108發送之上述車速資訊(步驟S203)。
又,驅動輔助裝置2之控制部15基於由感測器部17偵測之壓力、 接收之驅動指令信號及接收之車速資訊,算出供給至流體壓力機構部11且驅動流體壓力機構部11之液壓油之壓力及流量(步驟S204)。繼而,控制部15基於上述算出之壓力及流量,生成用以使斜板控制部16工作控制斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度之斜板控制信號(步驟S205)。進而,控制部15亦生成用以使切換部14進行液壓油之流動方向之切換動作之切換指令信號,以使液壓油自蓄壓器部13流動至流體壓力機構部11(步驟S205)。
繼而,斜板控制部16之控制閥38基於斜板控制信號工作,藉由該控制閥38之控制,驅動斜板驅動致動器37,將斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度控制為基於斜板控制信號之傾斜角度(步驟S206)。又,基於來自控制部15之切換指令信號,以液壓油自蓄壓器部13流動至流體壓力機構部11之方式對切換部14進行切換(步驟S206)。具體而言,以成為圖9所示之狀態之方式對切換部14之狀態進行切換。圖9係表示能量再生裝置1及驅動輔助裝置2之油壓迴路構成之迴路圖,且係由驅動輔助裝置2進行驅動輔助動作之運行狀態時之迴路圖。
如圖9所示,於步驟S206中將切換部14之狀態切換時,基於切換指令信號,將電磁切換閥28激磁而切換至供給位置28a,藉此,第1切換閥24成為切換至連通位置24b之狀態。繼而,基於切換指令信號將電磁切換閥29消磁而切換至供給位置29a,藉此,第3切換閥27成為切換至連通位置27b之狀態。又,第2切換閥26係基於切換指令信號消磁而成為切換至阻斷位置26b之狀態。
於以上述方式將切換部14切換之狀態下,藉由自蓄壓器部13供給之作為壓油之液壓油而驅動流體壓力機構部11,使得流體壓力機構部11之旋轉軸20旋轉。繼而,自流體壓力機構部11之旋轉軸20輸出之驅動力或驅動轉矩經由齒輪機構部12傳遞至車軸104b,將車軸104b旋轉驅動(步驟S207)。如此般,流體壓力機構部11作為油壓馬達工作, 從而如圖9中箭頭C所示,自蓄壓器部13供給之液壓油驅動流體壓力機構部11而向貯存器部18排出。藉此,利用流體壓力機構部11產生驅動車軸104b之驅動力或驅動轉矩。繼而,控制部15基於由感測器部17之壓力感測器偵測之壓力值及由感測器部17之流量感測器偵測之流量值,算出實際上由流體壓力機構部11產生之驅動力或驅動轉矩。繼而,控制部15對動力運行控制裝置108發送與上述驅動力或驅動轉矩相關之驅動反饋信號(步驟S208)。
再者,於驅動輔助動作時,動力運行控制裝置108或控制部15判斷產生車輪104a對於導軌打滑之滑行狀態之情形時,控制部15亦可基於來自動力運行控制裝置108之指令信號或基於控制部15中之判斷,執行牽引力控制。與制動動作時之判斷同樣地,於編組100之速度與基於車輪104a之轉數而算出之車速(車輪速)之差成為特定大小以上時,判斷產生滑行狀態。
作為上述牽引力控制,若於齒輪機構部12之離合器機構中設置有可將車軸104b與流體壓力機構部11之連結切斷之構成之情形,則亦可進行將第1切換閥24切換至阻斷位置24a,並且使上述離合器機構工作之控制。即,作為牽引力控制,亦可進行如下控制:將車軸104b與流體壓力機構部11之連結切斷,並且停止自蓄壓器部13向流體壓力機構部11供給液壓油。
又,作為上述牽引力控制,亦可以驅動輔助裝置2之運行狀態成為圖7所示之中立循環模式之運行狀態之方式,對切換部14進行切換,進而,以斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度變為零之方式進行控制。於該狀態下,驅動輔助裝置2之狀態如圖7之雙向箭頭B所示,設定為自流體壓力機構部11噴出之液壓油以未流動至蓄壓器部13而返回至流體壓力機構部11之方式進行循環之狀態。
又,作為上述牽引力控制,亦可進行如下控制:於將切換部14 切換為圖9所示之狀態,流體壓力機構部11作為油壓馬達工作之狀態下,使斜板23對於旋轉軸20之傾斜角度逐漸不斷地變小,直至編組100之速度與基於車輪104a之轉數而算出之車速之差未達特定大小為止。再者,於即便斜板23之傾斜角度變為零,編組100之速度與基於車輪104a之轉數而算出之車速之差亦未成為未達特定大小之情形時,將驅動輔助裝置2之運行狀態設定為中立循環模式。
如以上說明所述,根據第1實施形態之能量再生裝置1,於編組100之制動動作時,將自減速之拖車102之車軸104b傳遞之力或轉矩經由齒輪機構部12輸入至流體壓力機構部11之旋轉軸20。繼而,該流體壓力機構部11作為油壓泵工作。進而,自流體壓力機構部11噴出之液壓油係藉由切換部14而調整流動方向後,朝向蓄壓器部13流動。藉此,於自蓄壓器部13內經壓縮之氣體作用壓力之狀態下,液壓油流入至蓄壓器部13內,儲存壓力能。又,切換部14工作,將儲存於蓄壓器部13之壓力能釋放,將作為壓油之液壓油供給至流體壓力機構部11,藉此,流體壓力機構部11作為油壓馬達工作。
根據以上說明,於編組100之制動動作時,可將無法利用裝載於編組100中之電動車101之驅動用電動馬達作為電能再生之拖車102之運動能量作為形態與電能不同之壓力能進行再生、再生。藉此,可使制動動作時之能量之利用效率提昇。進而,制動動作時利用自車軸104b傳遞之力或轉矩驅動作為油壓泵之流體壓力機構部11,因此,可藉由能量再生裝置1而產生拖車102之制動力或制動轉矩。藉此,亦可減輕藉由壓縮空氣而工作之摩擦制動之負擔。又,根據能量再生裝置1,藉由控制部15,而將與流體壓力機構部11中產生之制動力或制動轉矩相關之制動反饋信號發送至全面地控制編組100整體之制動動作之制動控制裝置107。因此,可於編組100整體之制動動作之控制中,有效地利用能量再生裝置1之制動。
而且,根據能量再生裝置1,於制動動作時之能量之再生時,不受裝載於電動車101之驅動用電動馬達之性能之制約,且亦可再生鐵路車輛高速行駛之高速區內之能量。又,即便於未裝載驅動用電動馬達而由電動車101牽引之拖車102中,亦可將制動動作時之運動能量作為壓力能進行再生、再生。即,亦於驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之拖車102中,可使編組100之制動動作時之運動能量再生。
因此,根據本實施形態,可提供一種即便於驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之情形時,亦可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置1。
又,根據能量再生裝置1,流體壓力機構部11係作為斜板式之油壓泵及油壓馬達而構成。因此,僅藉由變更斜板23之傾斜角度,調整液壓油之噴出流量,便可容易地調整再生之能量之量。由此,可實現易於控制之能量再生裝置1。進而,根據能量再生裝置1,斜板23之傾斜角度係藉由斜板控制部16而利用儲存於蓄壓器部13之作為壓油之液壓油之作用進行控制。因此,無需設置用以控制斜板23之傾斜角度之另行之油壓源,從而可簡化構成。
又,能量再生裝置1係基於來自全面地控制編組100整體之制動動作之制動控制裝置107之制動指令信號而工作。因此,可利用作為能量再生裝置1之上位之系統之制動控制裝置107,決定制動動作時藉由壓縮空氣而工作之摩擦制動、裝載於電動車101之驅動用電動馬達之再生制動、及能量再生裝置1之再生制動之分擔比例。藉此,作為編組100整體,可更有效地執行制動動作時之能量之再生及制動動作之控制。
又,根據能量再生裝置1,控制部15可基於感測器部17中之感測結果,一面掌握蓄壓器部13內之液壓油或噴出至蓄壓器部13之液壓油之壓力,一面控制流體壓力機構部11及切換部14。藉此,控制部15可 於成為作為壓油之液壓油充分儲存於蓄壓器部13之狀態時,控制來自流體壓力機構部11之噴出流量及切換部14之狀態之至少任一者,使液壓油向蓄壓器部13之流入減少或停止。
又,根據能量再生裝置1,若成為作為壓油之液壓油充分儲存於蓄壓器部13,使得上述液壓油之壓力之大小達到特定之壓力值之狀態,則釋放閥19工作,抑制過剩之液壓油向蓄壓器部13流入。藉此,維持作為壓油之液壓油充分儲存於蓄壓器部13之狀態,從而可於該狀態下持續地輸出充分之大小之制動力或制動轉矩。
又,根據能量再生裝置1,於流體壓力機構部11作為油壓泵工作時,液壓油將有效地自流體壓力機構部11經由止回閥25流動至蓄壓器部13而不進行回流。另一方面,於流體壓力機構部11作為油壓馬達工作時,液壓油自蓄壓器部13經由第1切換閥24有效地流動至流體壓力機構部11。由此,可藉由設置有第1切換閥24及止回閥25之簡單構成之切換部14,而一面阻止能量再生時液壓油自蓄壓器部13流動至流體壓力機構部11,一面可容易地自蓄壓器部13擷取再生之能量。
又,根據能量再生裝置1,切換部14進行工作,第2切換閥26使循環連通路32連通,並且將第3切換閥27切換為將第3連通路33阻斷之狀態,藉此,將能量再生裝置1之狀態設定為自流體壓力機構部11噴出之液壓油以未流動至蓄壓器部13而返回至流體壓力機構部11之方式進行循環的狀態即中立循環模式。藉此,即便於齒輪機構部12之離合器機構中,未設置將流體壓力機構部11與車軸104b之連結切斷之構成之情形時,亦可抑制伴隨流體壓力機構部11之旋轉軸20旋轉而產生之負荷對鐵路車輛之行駛造成影響。
又,根據能量再生裝置1,流體壓力機構部11、蓄壓器部13、切換部14、貯存器部18及齒輪機構部12係裝配於拖車102之台車104之內部。因此,無需於拖車102之車體側設置供液壓油流動之配管系統, 使得能量再生裝置1對拖車102之裝配變得容易。
又,根據驅動輔助裝置2,可藉由能量再生裝置1而將編組100之制動動作時之運動能量作為壓力能再生,進而,將該再生之能量有效地用作旋轉驅動拖車102之車軸104b之驅動能量。由此,根據本實施形態,可實現能夠使制動動作時之運動能量不作為電能而作為壓力能有效地再生從而輔助拖車102之驅動力或驅動轉矩的鐵路車輛之驅動輔助裝置2。
又,根據本實施形態,包含能量再生裝置1之驅動輔助裝置2係裝載於拖車102。因此,根據本實施形態,可將先前技術中由電動車101牽引之僅作為負荷之鐵路車輛即拖車102有效地用作將制動動作時之運動能量再生從而驅動鐵路車輛之驅動車輛。藉此,可於編入有拖車102之編組100中,一面維持加速性能,一面減少編入導致成本增大之電動車101之數量。由此,可實現作為編組100整體之成本之削減。
[第2實施形態]
第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4係與第1實施形態之情形相比,油壓迴路之構成之一部分與能量再生裝置3及驅動輔助裝置4對於鐵路車輛之配置不同。以下,主要對與第1實施形態不同之方面進行說明,而對於與第1實施形態相同之構成之說明,藉由於圖式中標註相同之符號或引用相同之符號進行說明而省略。
圖10係表示第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4之油壓迴路構成的迴路圖。於圖10所示之油壓迴路圖中,流體壓力機構部11、蓄壓器部13、斜板控制部16及貯存器部18之個數係基於實際之實施形態進行圖示。具體而言,於第2實施形態之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4中,設置有2個流體壓力機構部11、4個蓄壓器部13、2個斜板控制部16、及2個貯存器部18。
第2實施形態之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4之油壓迴路成為如圖10所示,與第1實施形態之油壓迴路相比,省略第3切換閥27及對該第3切換閥27之導壓室進行導壓油之供給及排出之電磁切換閥29的構成。
如圖10所示,於第2實施形態之油壓迴路中,儲存於蓄壓器部13之液壓油之壓力作用於止回閥25。藉此,流體壓力機構部11之高壓側之液壓油不易經由止回閥25流向蓄壓器部13側。
由此,如圖10所示,於第2實施形態之油壓迴路設定為中立循環模式之情形時,自流體壓力機構部11噴出之液壓油未流入與蓄壓器部13連通之第2連通路31而流入流動負荷小於第2連通路31之循環連通路32。即,亦於第2實施形態之油壓迴路中,自流體壓力機構部11噴出之液壓油於中立循環模式下,未流入第2連通路31,而在循環連通路32中進行循環。
圖11係表示設置有本發明之第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4之鐵路車輛之編組之一部分的示意圖。又,圖12至圖15分別為第2實施形態之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4之立體圖、前視圖、平面圖、後視圖。
第2實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4亦與第1實施形態之鐵路車輛之能量再生裝置1及驅動輔助裝置2同樣地包含流體壓力機構部11、齒輪機構部12、蓄壓器部13、切換部14、控制部15、及貯存器部18等。而且,與第1實施形態之情形同樣地,控制部15基於來自制動控制裝置107及動力運行控制裝置108之指令,適當控制其他構成要素。
於第2實施形態中,構成鐵路車輛之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4之各構成要素(流體壓力機構部11、齒輪機構部12、蓄壓器部13、控制部15、貯存器部18等)不僅安裝於台車104之內部,亦安裝於 除此以外之部分。
具體而言,於鐵路車輛之下部,如圖11所示,安裝有台車104、與台車104鄰接且與台車104分開配置之框架部60、及與框架部60鄰接配置之箱體部90。而且,如圖12至圖15所示,流體壓力機構部11、齒輪機構部12及斜板控制部16等係收納於台車104之內部,蓄壓器部13、貯存器部18、第1切換閥24及第2切換閥26等係收納於框架部60之內部。又,控制部15係如圖11所示,收容於箱體部90之內部,且經由電氣配線(省略圖示)而與各構成要素電性連接。
於上述中,第1單元5包含收納於台車104之內部之各構成要素(流體壓力機構部11、齒輪機構部12及斜板控制部16等)。又,第2單元6包含收納於框架部60之內部之各構成要素(蓄壓器部13、貯存器部18、第1切換閥24及第2切換閥26等)與框架部60。
以下,依序對台車104、第1單元5及第2單元6之構成進行說明。再者,以下,為便於說明,而於圖12及圖13中,將記載為前之箭頭指示之方向稱為前側或前方,將記載為後之箭頭指示之方向稱為後側或後方,將記載為上之箭頭指示之方向稱為上側或上方,將記載為下之箭頭指示之方向稱為下側或下方。又,於圖12中,將記載為右之箭頭指示之方向稱為右側,將記載為左之箭頭指示之方向稱為左側。又,亦存在將鐵路車輛之車寬方向稱為左右方向之情形。
收納有本實施形態之第1單元5之台車104係所謂之無承梁台車。該無承梁台車係指藉由將不僅可於上下方向且亦可於前後左右較大程度地移位之大型之膜片形之空氣彈簧121配置於鐵路車輛與台車104之間,而將承梁(枕梁)省略之構成之台車。再者,本實施形態之能量再生裝置3及驅動輔助裝置4係應用於包含無承梁台車之鐵路車輛,但並不限定於此,亦可應用於包含承梁台車等其他形式之台車之鐵路車輛。
如圖12及圖14等所示,台車104包含作為架體之台車框架110。台車框架110包含2根側樑部111與2根中央樑部112。2根側樑部111係以相互並列地在前後方向延伸之方式形成。2根中央樑部112係以於2根側樑部111之間左右方向地延伸之方式形成,且架設於2根側樑部之間。中央樑部112係架設於2根側樑部111之前後方向之中央部分附近彼此之間,且以焊接等固定於2根側樑部111。
於各側樑部111中之前後方向之中央部分之上側配置有吸收上下方向之振動之空氣彈簧121。於該空氣彈簧121載置有拖車102中之車輛部分。空氣彈簧121係用以抑制於線路上行駛之車輪104a之振動傳遞至車輛部分者。
於各側樑部111中之前側之部分及後側之部分,分別介隔彈簧機構(省略圖示)安裝有軸箱113。即,軸箱113於本實施形態中設置有4個。於軸箱113安裝有軸承(省略圖示),且該軸承可旋轉地支撐車軸104b。藉此,台車框架110可利用彈簧機構而相對於因於線路上行駛而振動之車軸104b在上下方向上移位。
安裝於各側樑部111之前側部分之軸箱113可旋轉地支撐各台車104之前側之車軸104b之兩端部之各者。另一方面,安裝於各側樑部111之後側部分之軸箱113可旋轉地支撐後側之車軸104b之兩端部之各者。
第1單元5係包含2個流體壓力機構部11、2個齒輪機構部12、2個斜板控制部16及第1歧管部50。
各流體壓力機構部11係如圖12及圖14等所示,配置於2根側樑部111之間之空間內。具體而言,一流體壓力機構部11係配置於2根側樑部111之間之前側之空間內,另一流體壓力機構部11係配置於2根側樑部111之間之後側之空間內。
如圖12及圖14所示,於各流體壓力機構部11連接有流體壓力機構 側連通部85。流體壓力機構側連通部85包含2根斜板控制管路86、89、流體壓力機構側高壓管路88及流體壓力機構側低壓管路87。
如圖10所示,流體壓力機構側高壓管路88之一端連接於流體壓力機構部11中之高壓側。流體壓力機構側低壓管路87之一端連接於流體壓力機構部11中之低壓側。又,一斜板控制管路86之一端係連接於油缸39之2個油室39a、39b中之一者,另一斜板控制管路89之一端係連接於另一油室39b、39a。
如圖14所示,第1單元5係包含用以將各流體壓力機構部11安裝於台車框架110之2個接頭部41。接頭部41構成用以吸收流體壓力機構部11對台車框架110之振動之振動吸收機構。各接頭部41係於一側固定有流體壓力機構部11,並且另一側介隔彈簧機構(省略圖示)固定於各中央樑部112。藉此,流體壓力機構部11可相對於台車框架110上下方向地移位。
各齒輪機構部12係如圖14等所示,分別配置於台車框架110內之左前側之空間與右後側之空間內。齒輪機構部12係與圖10所示之第1實施形態之情形同樣地,包含固定於車軸104b之正齒輪12a與固定於流體壓力機構部11之旋轉軸20之小齒輪12b。兩齒輪(12a、12b)相互嚙合。
如上所述,固定有正齒輪12a之車軸104b可旋轉地支撐於介隔彈簧機構安裝於台車框架110之軸箱113。即,台車框架110可相對於因於線路上行駛而振動之車軸104a上下方向地移位。又,固定有小齒輪12b之流體壓力機構部11之旋轉軸20係介隔接頭部41安裝於台車框架110。即,傳遞至小齒輪12b之來自台車框架110之振動係由接頭部41吸收。藉此,可防止正齒輪12a與小齒輪12b之嚙合脫落。
斜板控制部16係與圖5所示之第1實施形態之情形同樣地,包含斜板驅動致動器37與控制閥38。斜板驅動致動器37係收容於各流體壓 力機構部11之內部(於圖12至圖15中省略圖示)。控制閥38係如圖14所示,安裝於第1歧管部50。
第1歧管部50係配置於中央樑部112之上側。即,第1歧管部50係配置於台車框架110之上側。於第1歧管部50連接有2根斜板控制管路86、89之另一端與流體壓力機構側高壓管路88及流體壓力機構側低壓管路87之另一端。
又,於第1歧管部50連接有將第1歧管部50與第2歧管部70連接之歧管連通部80。該歧管連通部80係用以使蓄壓器部13及貯存器部18與流體壓力機構部11連通之連通部。
歧管連通部80係包含高壓管路81、低壓管路82及蓄壓器管路83。如圖10所示,高壓管路81係構成第3連通路33之一部分,且相較該第3連通路33中之較止回閥25設置於流體壓力機構部11之高壓側之部分的配管。又,低壓管路82係構成循環連通路32之一部分,且相較該循環連通路32與貯存器連通路34之合流點32a設置於流體壓力機構部11之低壓側之部分的配管。蓄壓器管路83係設置於自蓄壓器連通路35分支而與控制閥38連接之連通路35a之配管。各管路81、82、83之一端係連接於第1歧管部50。
於第1歧管部50內形成有使歧管連通部80之各管路81、82、83與流體壓力機構側連通部85之各管路86~89連通之第1歧管連通路55。第1歧管連通路55係對應於圖10所示之油壓迴路中之符號50之虛線內之流路。
第2單元6係包含蓄壓器部13、切換部14、貯存器部18、釋放閥19、第2歧管部70及收納該等之框架部60。
框架部60係藉由12根直線狀之金屬製構件61a、62a、63相互以焊接等連接,而形成為圖12所示之長方體狀。框架部60係包含上側框架部61、下側框架部62及4根連結構件63。
上側框架部61係形成為將直線狀之4根架構件61a相互接合而外形成為長方形狀。上側框架部61係以長度方向成為拖車102之前後方向之方式配置,且固定於拖車102之車輛部分之下側。
下側框架部62係與上側框架部61同樣地,形成為將直線狀之4根架構件62a相互接合而外形成為長方形狀。下側框架部62係外形與上側框架部61相同。下側框架部62係以自上方觀察,外形與上側框架部61之外形重疊之方式,相較上側框架部61配置於下方。
連結構件63係分別形成為直線狀,且將對向之上側框架部61之角部與下側框架部62之角部連結。
上側框架部61係如圖12及圖14等所示,包含2根上側架設構件61b。2根上側架設構件61b係形成為直線狀。各上側架設構件61b係架設於上側框架部61中之較長之一對架構件61a之間,且藉由焊接等而固定。一上側架設構件61b係設置於上側框架部61中之前後方向之中央部分,另一上側架設構件61b係設置於上側框架部61中之靠後之部分。
下側框架部62係如圖14所示,包含1根架設構件62b及較該架設構件短之2根架設構件62c。架設構件62b係架設於下側框架部62中之較長之一對架構件62a之間,且藉由焊接等而固定。架設構件62b係設置於框架部60中之靠前之部分。架設構件62c係以相互隔開間隔地並列之方式架設於下側框架部62中之前側之架構件62a與架設構件62b之間,且藉由焊接等而固定。
蓄壓器部13係如圖12至圖15等所示,包含形成為封底圓筒狀之軸方向上細長之密閉狀之壓力容器13c、及設置於壓力容器13c之長度方向之一端部之蓄壓器孔口部13d。蓄壓器部13係以蓄壓器孔口部13d位於前側且壓力容器13c之長度方向成為前後方向之方式,於框架部60內之空間中之後側部分,左右方向地排列有複數個(於圖12及圖14 之例示中為4個)。蓄壓器部13係前側部分及後側部分分別藉由固定配件64而固定於上側架設構件61b。各蓄壓器孔口部13d係連接於第2歧管部70之蓄壓器側歧管部71。
貯存器部18係如圖12至圖15等所示,包含形成為封底圓筒狀之軸方向上較長之密閉狀之貯槽部18a、及設置於貯槽部18a之長度方向之一端部之貯存器孔口部18b。貯存器部18係尺寸小於蓄壓器部13。具體而言,貯存器部18之貯槽部18a係以與蓄壓器部13之壓力容器13c相比則外徑更小且長度更短之方式構成。
貯存器部18係以貯存器孔口部18b位於左側且長度方向成為左右方向之方式,於框架部60內之空間中之前側部分,前後方向地排列有複數個(於圖12及圖14之例示中為2個)。貯存器部18係右側部分及左側部分分別藉由固定配件65而固定於下側框架部62之架設構件62c。各貯存器孔口部18b係連接於第2歧管部70之貯存器側歧管部72。
第2歧管部70係包含蓄壓器側歧管部71與貯存器側歧管部72,且將該等一體化而構成。
蓄壓器側歧管部71係形成為在鐵路車輛之左右方向上延伸之長方體狀。蓄壓器側歧管部71係以將框架部60內之收容有蓄壓器部13之空間與收容有貯存器部18之空間區劃之方式,配置於該框架部60內。於蓄壓器側歧管部71中之後側之面連接有各蓄壓器孔口部13d。
貯存器側歧管部72係形成為自蓄壓器側歧管部71之前側之面中之左側部分朝向前方向延伸之長方體狀。藉此,第2歧管部70係如圖14所示,形成為自上方觀察成為L字狀。於貯存器側歧管部72連接有各貯存器孔口部18b。
又,於蓄壓器側歧管部71之前側之面中之右上側之部分連接有歧管連通部80之高壓管路81、低壓管路82及蓄壓器管路83之另一端。
歧管連通部80之各管路81、82、83係如上所述,各自之一端連 接於配置在台車框架110之上側之第1歧管部50,另一方面,另一端連接於蓄壓器側歧管部71之上側之部分。而且,其中途部分配置於貯存器部18之上方。即,歧管連通部80未於上下方向上較大程度彎曲地形成為直線狀。
於第2歧管部70內形成有使歧管連通部80之各管路81、82、83與蓄壓器部13及貯存器部18連通之第2歧管連通路75。該第2歧管連通路75係對應於圖10所示之油壓迴路中之符號70之虛線內之流路。
切換部14係包含第1切換閥24、止回閥25、第2切換閥26及電磁切換閥28,且安裝於第2歧管部70。同樣地,釋放閥19亦安裝於第2歧管部70。具體而言,釋放閥19及止回閥25係安裝於蓄壓器側歧管部71之上側之面中之左側部分。又,第1切換閥24、電磁切換閥28及第2切換閥26係安裝於蓄壓器側歧管部71之前側之面中之左側部分。
如以上說明所述,根據第2實施形態之能量再生裝置3,與第1實施形態之情形同樣地,可提供一種即便於驅動用電動馬達之能量之再生無法實現之情形時,亦可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之運動能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置3。
又,根據能量再生裝置3,即便為於第1實施形態之油壓迴路中省略第3切換閥27及電磁切換閥29之構成,亦可進行中立循環模式下之運行。因此,可簡化油壓迴路之構成,從而可使能量再生裝置3低成本化。
又,根據能量再生裝置3,於與空間有限之台車框架110內不同之部位設置蓄壓器部13及貯存器部18等。如此一來,容易使蓄壓器部13之容積變大,以增大可儲存於蓄壓器部13之壓力能,或者容易使貯存器部18之容積變大,以增大可儲存於貯存器部18之工作流體之容量。 即,可使包含蓄壓器部13及貯存器部18之油壓迴路之設計自由度提昇。
又,根據能量再生裝置3,將沿一方向延伸之形狀之蓄壓器部13以其長度方向沿著鐵路車輛之前後方向之方式配置。如此一來,容易於長度方向相對較長之鐵路車輛之下部,使蓄壓器部13之長度變長。即,根據該構成,可容易地增大可儲存於蓄壓器部13之能量。
又,根據能量再生裝置3,於鐵路車輛之車寬方向上排列有複數個蓄壓器部13。藉此,可一面有效地利用鐵路車輛之下部之空間,一面容易地增大可儲存於蓄壓器部13之能量。
又,根據能量再生裝置3,以於鐵路車輛之車寬方向上延伸之方式形成蓄壓器側歧管部71。藉此,可容易地將排列於與蓄壓器側歧管部71延伸之方向相同之方向上之複數個蓄壓器孔口部13d連接於蓄壓器側歧管部71。
又,通常,貯存器部18可將耐壓性設定為低於蓄壓器部13,因此,相較蓄壓器部13容易小型化。故而,長度方向之長度亦可不必長如蓄壓器部13之程度。由此,可藉由如本實施形態之能量再生裝置3般,以長度方向沿著車寬方向之方式配置貯存器部18,而使第2單元6整體變得緊湊。
又,根據能量再生裝置3,一端連接於蓄壓器側歧管部71之歧管連通部80係於其中途部分配置於貯存器部18之上方之狀態下,另一端連接於配置在台車框架110之上側之第1歧管部50。即,歧管連通部80係於鐵路車輛之下部,未於上下方向上較大程度彎曲地使第1歧管部50與第2歧管部70連通。因此,可將歧管連通部80形成為相對之直線狀,故可減輕歧管連通部80所受之負荷。
又,根據能量再生裝置3,可以上述方式將歧管連通部80形成為相對之直線狀,因此,與例如歧管連通部於上下方向上較大程度地彎曲之情形相比,可充分地確保框架部60內之貯存器部18之配置空間。
又,根據能量再生裝置3,蓄壓器部13係固定在固定於鐵路車輛 之下部且穩定性相對較高之上側框架部61。藉此,可使重量相對較重之蓄壓器部13穩定地固定於框架部60內。
又,根據能量再生裝置3,斜板控制部16係設置於收納在台車104內之第1單元5。如此一來,可將控制流體壓力機構部11之斜板23之斜板控制部16配置於流體壓力機構部11之附近,因此,可使包含斜板控制部16之構成之能量再生裝置3變得緊湊。
以上,對本發明之實施形態進行了說明,但本發明並不限定於上述實施形態,只要於申請專利範圍中記載之範圍內便可進行多種變更地實施。例如,亦可實施如下之變化例。
(1)於上述實施形態中,以能量再生裝置及驅動輔助裝置設置於拖車之形態為例進行了說明,但亦可與此不同。亦可實施將能量再生裝置及驅動輔助裝置設置於電動車之形態、或者將能量再生裝置及驅動輔助裝置設置於拖車及電動車之形態。
(2)於上述實施形態中,以相對於1台電動車而對應有3台設置有能量再生裝置及驅動輔助裝置之拖車的1M3T之編組為例進行了說明,但亦可與此不同。亦可實施相對於1台電動車而對應有1台、2台或者4台以上之設置有能量再生裝置及驅動輔助裝置之拖車的編組。
(3)亦可實施包含設置有可執行流體壓力機構部與車軸之連結動作及切斷動作(連結解除動作)之離合器機構之齒輪機構部的能量再生裝置及驅動輔助裝置。於此情形時,即便於能量再生裝置或驅動輔助裝置中產生故障等工作不良之情形時,亦可藉由使離合器機構工作,而機械性地將流體壓力機構部與車軸分離。藉此,可防止上述工作不良對設置有能量再生裝置或驅動輔助裝置之鐵路車輛之行駛動作造成影響。
(4)亦可實施控制部基於偵測流體壓力機構部之溫度之感測器部之溫度感測器中之感測結果,控制斜板之傾斜角度的構成。於此情形 時,亦可進行如下控制:例如,於由溫度感測器偵測之溫度上升至特定之溫度以上時,使斜板之傾斜角度以變小之方式變更。藉此,可使自作為流體壓力泵之流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量、或供給至作為流體壓力馬達之流體壓力機構部之工作流體之流量減少,從而抑制發熱。
(5)於上述實施形態中,以斜板控制部包含作為流體缸機構而設置之斜板驅動致動器、及作為電動油壓室伺服閥設置且控制斜板驅動致動器之工作之控制閥而構成之形態為例進行了說明,但亦可與此不同。亦可實施斜板控制部包含電動致動器而構成之形態。
圖16係表示變化例之鐵路車輛之能量再生裝置1a(以下簡稱為「能量再生裝置1a」)及鐵路車輛之驅動輔助裝置2a(以下簡稱為「驅動輔助裝置2a」)之油壓迴路構成的迴路圖。又,圖17係示意性表示能量再生裝置1a及驅動輔助裝置2a中之流體壓力機構部11及斜板控制部16a的示意圖。能量再生裝置1a及驅動輔助裝置2a係與上述實施形態之能量再生裝置1及驅動輔助裝置2同樣地構成,但斜板控制部16a之構成中,與上述實施形態之能量再生裝置1及驅動輔助裝置2不同。以下,對於能量再生裝置1a及驅動輔助裝置2a,僅就與上述實施形態不同之構成進行說明,對於與上述實施形態同樣構成之要素,藉由於圖式中標註相同之符號或者引用相同之名稱或符號進行說明而省略重複之說明。
圖16係圖示與圖4對應之迴路狀態。如該圖16所示,於能量再生裝置1a及驅動輔助裝置2a未設置如上述實施形態中之控制閥38般之用以藉由儲存於蓄壓器部13之作為壓油之液壓油而控制斜板23之傾斜角度的機構。而且,能量再生裝置1a及驅動輔助裝置2a中之斜板控制部16a係如圖11所示,作為電動致動器而設置。
圖17中例示之作為電動致動器之斜板控制部16a係包含電動馬達 16b及滾珠螺桿機構16c而構成。電動馬達16b係以基於來自控制部15之斜板控制信號工作,驅動滾珠螺桿機構16c之方式構成。滾珠螺桿機構16c係作為將電動馬達16b之旋轉方向之驅動力轉換為直線方向之驅動力,並且將斜板23以相對於旋轉軸20擺動之方式驅動的機構而設置。再者,滾珠螺桿機構16c係以經由滑塊結構16d驅動斜板23之方式構成。亦可實施如此之包含電動致動器而構成之斜板控制部。
(6)並不限定於能量再生裝置之能量再生動作於鐵路車輛之行駛速度之總速度範圍內進行之形態,亦可實施僅於特定之速度範圍內進行之形態。例如,亦可實施如下形態:僅於裝載於電動車之驅動用電動馬達之馬達再生控制困難之高速區內,進行能量再生裝置之能量再生動作。
(7)並不限定於驅動輔助裝置之驅動輔助動作於鐵路車輛之行駛速度之總速度範圍內進行之形態,亦可實施僅於特定之速度範圍內進行之形態。例如,亦可實施僅於特定之速度以下之發車時、或特定之速度以上及特定之速度以下之加速時,進行驅動輔助裝置之驅動輔助動作的形態。
(8)於上述實施形態中,以由能量再生裝置再生之能量被作為驅動輔助裝置之工作消耗之形態為例進行了說明,但亦可與此不同。例如,亦可實施設置有可執行流體壓力機構部之旋轉軸對於設置在鐵路車輛之發電機之連結動作及切斷動作(連結解除動作)之離合器部的能量再生裝置。於此情形時,可藉由使離合器部工作,而將發電機與流體壓力機構部之旋轉軸連結,利用作為流體壓力馬達工作之流體壓力機構部驅動該發電機。藉此,可藉由能量再生裝置而以任意之時刻實施發電,對架線進行輸電。因此,即便使能量再生之時刻與消耗所再生之能量之時刻存在偏差,亦可不浪費地有效利用能量。又,與在變電設備或同一輸電範圍行駛之編組之間採取協作,調整由能量再生裝 置再生之能量之釋放時刻,藉此,亦可使同一輸電範圍之電力消耗量與電力供給量達到平衡。
(9)又,亦可將儲存有由能量再生裝置再生之壓力能之蓄壓器部用作裝載於鐵路車輛且利用壓力流體進行工作之機器之驅動壓力源。
(10)於上述實施形態中,以於滑行時控制或牽引力控制時能量再生裝置或驅動輔助裝置之狀態設定為中立循環模式之形態為例進行了說明,但亦可實施亦於滑行時控制及牽引力控制以外之時刻,將能量再生裝置及驅動輔助裝置之狀態亦設定為中立循環模式之形態。例如,於如鐵路車輛勻速行駛之時刻等期望抑制能量再生裝置及驅動輔助裝置與車軸之間之力或轉矩之傳遞之時刻,能量再生裝置及驅動輔助裝置之狀態亦可設定為中立循環模式。
[產業上之可利用性]
本發明可廣泛地應用於設置在鐵路車輛且可使鐵路車輛或包含上述鐵路車輛之編組之制動動作時之能量再生的鐵路車輛之能量再生裝置及包含上述能量再生裝置之鐵路車輛之驅動輔助裝置。
1‧‧‧鐵路車輛之能量再生裝置
2‧‧‧鐵路車輛之驅動輔助裝置
11‧‧‧流體壓力機構部
12‧‧‧齒輪機構部
13‧‧‧蓄壓器部
14‧‧‧切換部
15‧‧‧控制部
16‧‧‧斜板控制部
17‧‧‧感測器部
18‧‧‧貯存器部
104a‧‧‧車輪
104b‧‧‧車軸
105‧‧‧匯流排
106‧‧‧運行裝置
107‧‧‧制動控制裝置
108‧‧‧動力運行控制裝置

Claims (18)

  1. 一種鐵路車輛之能量再生裝置,其特徵在於:其係設置於鐵路車輛且可將該鐵路車輛或包含該鐵路車輛之編組之制動動作時之能量再生者,且包含:流體壓力機構部,其係根據工作流體流動之方向而作為流體壓力泵工作或作為流體壓力馬達工作,且可變更工作流體之噴出流量;齒輪機構部,其至少於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力泵工作之情形時,將上述流體壓力機構部與上述鐵路車輛之車軸連結;蓄壓器部,其係於內部封入氣體,藉由自上述流體壓力機構部噴出而流入之工作流體壓縮上述氣體,並且利用經壓縮之上述氣體對工作流體作用壓力而儲存壓力能,且構成可對上述流體壓力機構部供給作為壓力流體之工作流體之壓力源;切換部,其可切換上述流體壓力機構部與上述蓄壓器部之間之工作流體之流動方向;及控制部,其控制自上述流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量與上述切換部對工作流體之流動方向之切換動作,並且對全面地控制編入上述鐵路車輛之編組整體之制動動作之制動控制裝置,發送與由上述流體壓力機構部產生之制動力或制動轉矩相關之制動反饋信號。
  2. 如請求項1之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述流體壓力機構部係作為包含可以相對於其旋轉軸傾斜之狀態設置之斜板的斜板式之上述流體壓力泵及上述流體壓力馬達而構成,且 更包含藉由儲存於上述蓄壓器部之作為壓力流體之工作流體而控制上述斜板相對於上述旋轉軸之傾斜角度的斜板控制部。
  3. 如請求項1之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述控制部係以可自上述制動控制裝置接收與利用上述流體壓力機構部產生之制動力或制動轉矩相關之制動指令信號之方式構成,且上述控制部係基於上述制動指令信號,控制自上述流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量及上述切換部對工作流體之流動方向之切換動作。
  4. 如請求項1之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含感測自上述流體壓力機構部噴出至上述蓄壓器部之工作流體之壓力、及儲存於上述蓄壓器部之工作流體之壓力中之至少任一壓力的感測器部,且上述控制部係基於由上述感測器部感測之壓力之大小,控制自上述流體壓力機構部噴出之工作流體之噴出流量、及上述切換部對工作流體之流動方向之切換動作中之至少任一者。
  5. 如請求項1之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含調整上述蓄壓器部內之工作流體之壓力,以使該蓄壓器部內之工作流體之壓力之大小達到特定之壓力值以下的壓力調整閥。
  6. 如請求項1之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述切換部包含:第1切換閥,其係於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力泵工作時,將連通上述蓄壓器部與上述流體壓力機構部之第1連通路阻斷,且於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力馬達工作時,使上述第1連通路連通;及止回閥,其係設置於與上述第1連通路並聯設置且將上述蓄壓 器部與上述流體壓力機構部連通之第2連通路,阻止工作流體在上述第2連通路中自上述蓄壓器部流動至上述流體壓力機構部。
  7. 如請求項6之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述切換部更包含設置於將上述流體壓力機構部中之工作流體之噴出側與吸入側連通之循環連通路,且使該循環連通路阻斷或連通之第2切換閥。
  8. 如請求項7之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述切換部更包含於上述第2切換閥使上述循環連通路連通之狀態時,將連通上述蓄壓器部與上述流體壓力機構部之第3連通路阻斷的第3切換閥。
  9. 如請求項7之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含:貯存器部,其可儲存吸入至上述流體壓力機構部之工作流體;第1歧管部,其係上述流體壓力機構部所連通者;第2歧管部,其係上述蓄壓器部及上述貯存器部所連通者;及連通部,其一端連接於上述第1歧管部,另一端連接於上述第2歧管部,且用以使上述蓄壓器部及上述貯存器部與上述流體壓力機構部連通;包含上述流體壓力機構部、上述齒輪機構部及上述第1歧管部之第1單元係固定於可旋轉地保持上述鐵路車輛之車軸之台車之框體即台車框架,包含上述蓄壓器部、上述貯存器部、上述第1切換閥、上述第2切換閥及上述第2歧管部之第2單元係於上述鐵路車輛之下部,與上述第1單元個別地設置於上述台車框架之外側。
  10. 如請求項9之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述蓄壓器部包含: 壓力容器,其係以沿一方向延伸之方式形成,且以長度方向沿著上述鐵路車輛之前後方向之方式配置;及蓄壓器孔口部,其設置於上述壓力容器之長度方向之一端部,容許工作流體之流入流出。
  11. 如請求項10之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述蓄壓器部係於上述鐵路車輛之車寬方向上排列有複數個,且上述第2歧管部包含以沿著上述鐵路車輛之車寬方向延伸之方式形成且連接上述蓄壓器孔口部之蓄壓器側歧管部。
  12. 如請求項11之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述貯存器部包含:貯槽部,其以沿著一方向延伸之方式形成,且以長度方向沿著上述鐵路車輛之車寬方向之方式配置;及貯存器孔口部,其設置於上述貯槽部之長度方向之一端部,容許工作流體之流入流出;上述第2歧管部包含在上述鐵路車輛之前後方向上延伸、連接上述貯存器孔口部、且與上述蓄壓器側歧管部一體地形成之貯存器側歧管部。
  13. 如請求項11之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述第2單元包含含有固定於上述鐵路車輛之下部之上側框架部及配置於該上側框架部之下方之下側框架部的框架部,且於上述框架部內,自上述台車側朝向遠離該台車之側依序配置有上述貯存器部、上述蓄壓器側歧管部、上述蓄壓器部,上述貯存器部係固定於上述下側框架部,上述連通部係配置於上述貯存器部之上方,其一端連接於上述蓄壓器側歧管部,另一端連接於配置在上述台車框架之上側 之上述第1歧管部。
  14. 如請求項13之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述蓄壓器部係固定於上述上側框架部。
  15. 如請求項9至14中任一項之鐵路車輛之能量再生裝置,其中上述流體壓力機構部係作為包含可以相對於其旋轉軸傾斜之狀態設置之斜板的斜板式之上述流體壓力泵及上述流體壓力馬達而構成,且上述第1單元更包含藉由儲存於上述蓄壓器部之作為壓力流體之工作流體而控制上述斜板相對於上述旋轉軸之傾斜角度的斜板控制部。
  16. 如請求項1至8中任一項之鐵路車輛之能量再生裝置,其更包含可儲存吸入至上述流體壓力機構部之工作流體之貯存器部,且至少上述流體壓力機構部、上述蓄壓器部、上述切換部、上述貯存器部及上述齒輪機構部可收納於設置上述鐵路車輛之車輪之台車之內部。
  17. 一種鐵路車輛之驅動輔助裝置,其特徵在於:其係設置於鐵路車輛且可生成輔助用以使該鐵路車輛行駛之驅動力或驅動轉矩之輔助力或輔助轉矩者,且包含如請求項1至16中任一項之鐵路車輛之能量再生裝置,上述齒輪機構部於上述流體壓力機構部作為上述流體壓力馬達工作之情形時,亦將上述流體壓力機構部與上述鐵路車輛之車軸連結。
  18. 如請求項17之鐵路車輛之驅動輔助裝置,其係裝載於未設置產生將上述車軸旋轉驅動之驅動轉矩之驅動用電動馬達、而由設置有該驅動用電動馬達之電動車牽引而驅動之作為拖車之上述鐵路車輛。
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