ハイブリッド駆動装置
【課題】環境負荷が少なく、より安価で簡易なハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、ハイブリッド駆動装置は、車両の駆動軸１２を駆動する主駆動装置２０と、車両の駆動軸に選択的に接続可能に設けられたコンプレッサ３０と、前記コンプレッサからのエネルギーを蓄える蓄圧部３２と、車両の制動時に前記コンプレッサを前記駆動軸に接続してコンプレッサを作動させ、前記コンプレッサからのエネルギーを前記蓄圧部に蓄え、車両の起動時に前記蓄えたエネルギーにより前記駆動軸を駆動する制御装置５０と、を備えている。
【解決手段】実施形態によれば、ハイブリッド駆動装置は、車両の駆動軸１２を駆動する主駆動装置２０と、車両の駆動軸に選択的に接続可能に設けられたコンプレッサ３０と、前記コンプレッサからのエネルギーを蓄える蓄圧部３２と、車両の制動時に前記コンプレッサを前記駆動軸に接続してコンプレッサを作動させ、前記コンプレッサからのエネルギーを前記蓄圧部に蓄え、車両の起動時に前記蓄えたエネルギーにより前記駆動軸を駆動する制御装置５０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、回生エネルギーを利用して駆動を行うハイブリッド駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世の中では環境に対する意識の高まりから高効率な駆動装置が求められており、ハイブリッド駆動装置が広く知られるようになってきている。この装置は、これは主駆動装置のほかに制動時に発電機としてはたらく装置を備え、制動エネルギーを電気エネルギーに変換して二次電池等に蓄える。そして、起動時のそのエネルギーを利用してモータを駆動することにより高効率化を図る装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−００１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のハイブリッド駆動装置において、エネルギー回収装置として主に使用される二次電池には希少資源が使われており、高価な物となっている。そこで、より安価で簡易に構築できるハイブリッド駆動装置が望まれている。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、環境負荷が少なく、より安価で簡易なハイブリッド駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、ハイブリッド駆動装置は、車両の駆動軸を駆動する主駆動装置と、
前記車両の駆動軸に選択的に接続可能に設けられたコンプレッサと、前記コンプレッサからのエネルギーを蓄える蓄圧部と、車両の制動時に前記コンプレッサを前記駆動軸に接続してコンプレッサを作動させ、前記コンプレッサからのエネルギーを前記蓄圧部に蓄え、車両の起動時に前記蓄えたエネルギーにより前記駆動軸を駆動する制御装置と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係るハイブリッド駆動装置を示す平面図。
【図２】図２は、前記ハイブリッド駆動装置のコンプレッサを示す断面図。
【図３】図３は、前記ハイブリッド駆動装置の回生エネルギー蓄積動作を示す平面図。
【図４】図４は、前記ハイブリッド駆動装置の駆動アシスト動作を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係るハイブリッド駆動装置について説明する。
【０００９】
図１は、第１の実施形態に係る圧縮空気式のハイブリッド駆動装置を概略的に示す平面図。本実施形態は、例えば、鉄道車両の駆動台車に設置されたハイブリッド駆動装置を示している。
【００１０】
駆動台車１０は、台車本体１１とこの台車本体に支持された複数、例えば、２本の車軸１２、１４を有している。車軸１２、１４は、台車本体１１に回転自在に支持され、各車軸の両端部には、車輪１６が取り付けられている。これらの車輪１６は、図示しないレール上に載置される。一方の車軸１２は、駆動車軸として構成され、以下に述べる圧縮空気式のハイブリッド駆動装置から駆動力を受けて車輪１６を駆動する。
【００１１】
圧縮空気式のハイブリッド駆動装置１８は、主駆動装置としての主電動機２０、および主電動機に電力を供給するインバータ２２を有している。インバータ２２は、架線２４から例えば交流電流を受け、直流電流に変換して主電動機２０に供給する。主電動機２０は、ギア列（変速ギア）２６および電磁クラッチ２８を介して駆動車軸１２に駆動力を伝達する。
【００１２】
ハイブリッド駆動装置１８は、コンプレッサ３０、およびコンプレッサにより圧縮された空気を蓄える蓄圧部として機能するエアタンク３２を備えている。図１および図２に示すように、コンプレッサ３０は、例えば、シリンダ３４と、シリンダ内に摺動自在に設けられたピストン３６と、コンロッド３７を介してピストンに連結されたクランク軸３８と、を有している。シリンダ３４内の圧縮室は、吸排気を制御する電磁弁４０を介してエアタンク３２に接続されている。クランク軸３８は、例えば、トルクを変換するトルクコンバータ４２あるいは変速ギア列、電磁クラッチ４４を介して駆動車軸１２に接続されている。
【００１３】
主電動機２０、インバータ２２、電磁クラッチ２８、電磁弁４０、電磁クラッチ４４は、制御装置５０に接続され、この制御装置５０により動作が制御される。
【００１４】
上記のように構成されたハイブリッド駆動装置１８を備えた車両において、通常の走行時には、図１に示すように、架線２４より電力供給を受けてインバータ２２により主電動機２０が駆動される。この通常走行時、制御装置５０は、電磁クラッチ２８をオンとし、主電動機２０から駆動力がギア列２６および電磁クラッチ２８を介して駆動車軸１２に伝達され、車輪１６が駆動される。この間、制御装置５０は、電磁クラッチ４４をオフとし、駆動車軸１２とコンプレッサ３０とが切り離されている。
【００１５】
車両の制動時、図３に示すように、制御装置５０は、電磁クラッチ４４をオンとして駆動車軸１２とコンプレッサ３０とを接続し、駆動車軸１２の回転エナルギーによりコンプレッサ３０を作動させる。同時に、制御装置５０は、電磁弁４０を所定のタイミングで開閉し、コンプレッサ３０により圧縮された空気をエアタンク３２へ送り蓄える。
【００１６】
なお、車両の制動時、電磁クラッチ２８は制御装置５０によりオンあるいはオフに切り換えられる。電磁クラッチ２８をオンとした場合、制動時の回生エネルギーが主電動機２０、インバータ２２を介して架線２４に送られ、この架線２４を通して、他の鉄道車両で利用される。また、電磁クラッチ２８をオフとした場合は、駆動車軸１２からコンプレッサ３０によりエアタンク３２のみに蓄えられる。
【００１７】
図４に示すように、車両の起動時あるいは加速時、制御装置５０により電磁クラッチ４４をオンするとともに、電磁弁４０を所定のタイミングで開閉することにより、エアタンク３２に蓄えられた圧縮空気は、コンプレッサ３０の加圧室に供給されてピストン３６を駆動し、この駆動力をギア列および電磁クラッチ４４を介して駆動車軸１２に伝達する。これにより、蓄えられた圧縮空気により車両の駆動をアシストする。車両が所望の速度に達した時点で、あるいは、エアタンク３２内の圧縮空気が無くなった時点で、制御装置５０は電磁クラッチ４４をオフとして、コンプレッサ３０による駆動アシストを停止する。
【００１８】
以上のように構成された圧縮空気式のハイブリッド駆動装置によれば、車両の制動時のエネルギーをエアコンプレッサにより圧縮空気の形で蓄え、この回生エネルギーを活用することで停止、加速時のエネルギーロスを減少させることができる。電磁クラッチおよびギア列により主電動機の接続、分離、並びに、コンプレッサの接続、分離を制御することにより、エネルギーの回生と駆動を効率よく行うことができる。これにより、希少資源を使用し、保護が複雑になる二次電池を使用した装置と比較して、環境負荷が少なく、簡易で高効率なハイブリッド駆動装置が得られる。
【００１９】
なお、ハイブリッド駆動装置において、主駆動装置は電動機に限らず、レシプロエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関を用いても良い。また、回生エネルギーを蓄える蓄圧部は、エアータンクに限らず、ばね、フライホイール等を用いることもできる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、ハイブリッド駆動装置は、鉄道車両に限らず、自動車等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…駆動台車、１１…台車本体、１２、１４…車軸、１６…車輪、
１８…ハイブリッド駆動装置、２０…主電動機、２２…インバータ、
２４…架線、２６…ギア列、２８、４４…電磁クラッチ、３０…コンプレッサ、
３２…エアタンク、４０…電磁弁、５０…制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、回生エネルギーを利用して駆動を行うハイブリッド駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世の中では環境に対する意識の高まりから高効率な駆動装置が求められており、ハイブリッド駆動装置が広く知られるようになってきている。この装置は、これは主駆動装置のほかに制動時に発電機としてはたらく装置を備え、制動エネルギーを電気エネルギーに変換して二次電池等に蓄える。そして、起動時のそのエネルギーを利用してモータを駆動することにより高効率化を図る装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−００１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のハイブリッド駆動装置において、エネルギー回収装置として主に使用される二次電池には希少資源が使われており、高価な物となっている。そこで、より安価で簡易に構築できるハイブリッド駆動装置が望まれている。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、環境負荷が少なく、より安価で簡易なハイブリッド駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、ハイブリッド駆動装置は、車両の駆動軸を駆動する主駆動装置と、
前記車両の駆動軸に選択的に接続可能に設けられたコンプレッサと、前記コンプレッサからのエネルギーを蓄える蓄圧部と、車両の制動時に前記コンプレッサを前記駆動軸に接続してコンプレッサを作動させ、前記コンプレッサからのエネルギーを前記蓄圧部に蓄え、車両の起動時に前記蓄えたエネルギーにより前記駆動軸を駆動する制御装置と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係るハイブリッド駆動装置を示す平面図。
【図２】図２は、前記ハイブリッド駆動装置のコンプレッサを示す断面図。
【図３】図３は、前記ハイブリッド駆動装置の回生エネルギー蓄積動作を示す平面図。
【図４】図４は、前記ハイブリッド駆動装置の駆動アシスト動作を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係るハイブリッド駆動装置について説明する。
【０００９】
図１は、第１の実施形態に係る圧縮空気式のハイブリッド駆動装置を概略的に示す平面図。本実施形態は、例えば、鉄道車両の駆動台車に設置されたハイブリッド駆動装置を示している。
【００１０】
駆動台車１０は、台車本体１１とこの台車本体に支持された複数、例えば、２本の車軸１２、１４を有している。車軸１２、１４は、台車本体１１に回転自在に支持され、各車軸の両端部には、車輪１６が取り付けられている。これらの車輪１６は、図示しないレール上に載置される。一方の車軸１２は、駆動車軸として構成され、以下に述べる圧縮空気式のハイブリッド駆動装置から駆動力を受けて車輪１６を駆動する。
【００１１】
圧縮空気式のハイブリッド駆動装置１８は、主駆動装置としての主電動機２０、および主電動機に電力を供給するインバータ２２を有している。インバータ２２は、架線２４から例えば交流電流を受け、直流電流に変換して主電動機２０に供給する。主電動機２０は、ギア列（変速ギア）２６および電磁クラッチ２８を介して駆動車軸１２に駆動力を伝達する。
【００１２】
ハイブリッド駆動装置１８は、コンプレッサ３０、およびコンプレッサにより圧縮された空気を蓄える蓄圧部として機能するエアタンク３２を備えている。図１および図２に示すように、コンプレッサ３０は、例えば、シリンダ３４と、シリンダ内に摺動自在に設けられたピストン３６と、コンロッド３７を介してピストンに連結されたクランク軸３８と、を有している。シリンダ３４内の圧縮室は、吸排気を制御する電磁弁４０を介してエアタンク３２に接続されている。クランク軸３８は、例えば、トルクを変換するトルクコンバータ４２あるいは変速ギア列、電磁クラッチ４４を介して駆動車軸１２に接続されている。
【００１３】
主電動機２０、インバータ２２、電磁クラッチ２８、電磁弁４０、電磁クラッチ４４は、制御装置５０に接続され、この制御装置５０により動作が制御される。
【００１４】
上記のように構成されたハイブリッド駆動装置１８を備えた車両において、通常の走行時には、図１に示すように、架線２４より電力供給を受けてインバータ２２により主電動機２０が駆動される。この通常走行時、制御装置５０は、電磁クラッチ２８をオンとし、主電動機２０から駆動力がギア列２６および電磁クラッチ２８を介して駆動車軸１２に伝達され、車輪１６が駆動される。この間、制御装置５０は、電磁クラッチ４４をオフとし、駆動車軸１２とコンプレッサ３０とが切り離されている。
【００１５】
車両の制動時、図３に示すように、制御装置５０は、電磁クラッチ４４をオンとして駆動車軸１２とコンプレッサ３０とを接続し、駆動車軸１２の回転エナルギーによりコンプレッサ３０を作動させる。同時に、制御装置５０は、電磁弁４０を所定のタイミングで開閉し、コンプレッサ３０により圧縮された空気をエアタンク３２へ送り蓄える。
【００１６】
なお、車両の制動時、電磁クラッチ２８は制御装置５０によりオンあるいはオフに切り換えられる。電磁クラッチ２８をオンとした場合、制動時の回生エネルギーが主電動機２０、インバータ２２を介して架線２４に送られ、この架線２４を通して、他の鉄道車両で利用される。また、電磁クラッチ２８をオフとした場合は、駆動車軸１２からコンプレッサ３０によりエアタンク３２のみに蓄えられる。
【００１７】
図４に示すように、車両の起動時あるいは加速時、制御装置５０により電磁クラッチ４４をオンするとともに、電磁弁４０を所定のタイミングで開閉することにより、エアタンク３２に蓄えられた圧縮空気は、コンプレッサ３０の加圧室に供給されてピストン３６を駆動し、この駆動力をギア列および電磁クラッチ４４を介して駆動車軸１２に伝達する。これにより、蓄えられた圧縮空気により車両の駆動をアシストする。車両が所望の速度に達した時点で、あるいは、エアタンク３２内の圧縮空気が無くなった時点で、制御装置５０は電磁クラッチ４４をオフとして、コンプレッサ３０による駆動アシストを停止する。
【００１８】
以上のように構成された圧縮空気式のハイブリッド駆動装置によれば、車両の制動時のエネルギーをエアコンプレッサにより圧縮空気の形で蓄え、この回生エネルギーを活用することで停止、加速時のエネルギーロスを減少させることができる。電磁クラッチおよびギア列により主電動機の接続、分離、並びに、コンプレッサの接続、分離を制御することにより、エネルギーの回生と駆動を効率よく行うことができる。これにより、希少資源を使用し、保護が複雑になる二次電池を使用した装置と比較して、環境負荷が少なく、簡易で高効率なハイブリッド駆動装置が得られる。
【００１９】
なお、ハイブリッド駆動装置において、主駆動装置は電動機に限らず、レシプロエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関を用いても良い。また、回生エネルギーを蓄える蓄圧部は、エアータンクに限らず、ばね、フライホイール等を用いることもできる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、ハイブリッド駆動装置は、鉄道車両に限らず、自動車等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…駆動台車、１１…台車本体、１２、１４…車軸、１６…車輪、
１８…ハイブリッド駆動装置、２０…主電動機、２２…インバータ、
２４…架線、２６…ギア列、２８、４４…電磁クラッチ、３０…コンプレッサ、
３２…エアタンク、４０…電磁弁、５０…制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動軸を駆動する主駆動装置と、
前記車両の駆動軸に選択的に接続可能に設けられたコンプレッサと、
前記コンプレッサからのエネルギーを蓄える蓄圧部と、
車両の制動時に前記コンプレッサを前記駆動軸に接続してコンプレッサを作動させ、前記コンプレッサからのエネルギーを前記蓄圧部に蓄え、車両の起動時に前記蓄えたエネルギーにより前記駆動軸を駆動する制御装置と、
を備えるハイブリッド駆動装置。
【請求項２】
前記主駆動装置あるいはコンプレッサと前記駆動軸とを接続、分離するためのクラッチを備えている請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項３】
前記コンプレッサと駆動軸との間に設けられ、トルクを変換する変速ギヤを備える請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項４】
前記蓄圧部は、前記コンプレッサの加圧室に接続されたエアタンク、およびコンプレッサとエアタンクとの間に設けられた開閉弁と、を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項１】
車両の駆動軸を駆動する主駆動装置と、
前記車両の駆動軸に選択的に接続可能に設けられたコンプレッサと、
前記コンプレッサからのエネルギーを蓄える蓄圧部と、
車両の制動時に前記コンプレッサを前記駆動軸に接続してコンプレッサを作動させ、前記コンプレッサからのエネルギーを前記蓄圧部に蓄え、車両の起動時に前記蓄えたエネルギーにより前記駆動軸を駆動する制御装置と、
を備えるハイブリッド駆動装置。
【請求項２】
前記主駆動装置あるいはコンプレッサと前記駆動軸とを接続、分離するためのクラッチを備えている請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項３】
前記コンプレッサと駆動軸との間に設けられ、トルクを変換する変速ギヤを備える請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項４】
前記蓄圧部は、前記コンプレッサの加圧室に接続されたエアタンク、およびコンプレッサとエアタンクとの間に設けられた開閉弁と、を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３１３４３（Ｐ２０１３−３１３４３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７５０７（Ｐ２０１１−１６７５０７）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]