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[C74]

こんにちは~。
お久しぶりになってしまいましたね(^^;

理解に役立ちましたか。やはり絵を入れて正解でした。
他の駆動方式も少しずつ絵を入れていくのでお役に立てればと思います。

  • 2008-12-20
  • 投稿者 : 春風☆一
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  • 編集

[C73]

お久しぶりです。m(_ _)m
先日はTBをありがとうございました。
記事を拝見させていただきました。春風さま、すごいです・・。
実は、吊掛駆動方式のことはなんとか理解できたのですが、直角カルダン方式は??・・でした。でも、こちらで絵と説明を読んで理解できました。
とてもわかりやすくて勉強になりました。
  • 2008-12-19
  • 投稿者 : sara
  • URL
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電気車の駆動方式
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『走行音を録ってみよう』シリーズ、もはや忘れ去られたような状況ですが...
もうしばらく休止させていただきます。
ちなみに...大阪遠征のあと、H4が故障してただいま修理中です。だから休止しているというわけではないんですが(^^;


さて、今回はブログペット...もといブログ妖精ココロが走行についての記事を書いてみないかと提案してくれたので(「走行音」の一部を覚えたんだな...苦笑)、電気車の駆動方式について覚書代わりに書いておきます。
あ、電気車というのは電車に限らず、外部から電気を取り込んでその電気で走る鉄道を差します。


電気車の駆動方式は、日本においては今のところ2種類に大別できます。
まず、古典的ながら今なお現役である吊り掛け駆動方式です。SLや自動車など、電気車以外で車輪を回して自走する車両のほとんどは、動力からシャフトを介して車輪を駆動します。吊り掛け駆動の模式図
しかし、戦前に誕生した電車は直接車輪に動力を伝達する方式でした。そのため直接駆動ともいいます。モーターの回転はモーターの回転軸に取り付けられた歯車を回し、それが車輪の内側に取り付けられた歯車に伝わって車輪を回します。モーターが台車枠と車軸との間にぶら下がっていることから吊り掛け駆動といいます。ちなみにつりかけには「釣り掛け」という漢字を当てることもあります。

この方式はモーターが車軸に寄りかかっているのでモーターの重量のほとんどが車軸にかかるため車軸や軌道への負担が大きく、またレールの継ぎ目を通過するときの衝撃が直接モーターに伝わって故障に繋がること、歯車が噛み合う音が大音量で響き渡ること、高速化に不利なことから輸送量が多い、または高速運転する路線から姿を消していきました。
一方で大出力モーターを使用することが容易であることとエネルギー伝達効率が最も良い方式であるため、電気機関車では今なお主流となっています。

戦後には大手鉄道事業者のほとんどが後述するカルダン駆動方式に移行したため、吊り掛け駆動は抵抗制御車以前の方式と誤解されることがありますが、吊り掛け駆動はあくまでもモーターからの動力伝達方式の一種に過ぎないためVVVF制御との組み合わせも存在します。実際、最近のハイパワーロコ(桃太郎や金太郎といった大出力電気機関車のこと)はVVVF制御でモーターを駆動し、その動力の伝達には吊り掛け駆動を用いています。制御方式はモーターの速度制御の仕方、駆動方式は動力の伝達の仕方、ということです。


現在電車において主流となっているのはカルダン駆動方式とよばれるもので、極端な話、動力伝達に自動車などと同じようにシャフトを利用するものです。この方式の要となるカルダン継ぎ手がクッションとなってモーターや車軸などへの振動を軽減できる、高速化に有利などのメリットがあります。

直角カルダンの模式図この駆動方式にはいくつかのバリエーションが存在し、一番最初に登場したのはモーターの回転軸を車軸と直角方向に向け、傘歯車と自在継ぎ手を用いた直角カルダン駆動方式でした。日本では東急のアオガエルこと5000系や相鉄5000系を筆頭に、私鉄を中心にこの方式が普及しました。モーターの大きさは回転軸方向についてはほぼ自由で、狭軌においても大出力モーターが使用できるというメリットがうけたのです。しかし部品の加工に高い精度と強度が要求される、駆動装置が大きくて重いなどの欠点があり、モーターの小型化が進むと直角カルダン駆動方式の優位性が薄れ、次第に数を減らしていきます。現在それでもモノレールや新交通システムなどのほか相鉄が現役で利用しています。

モーターの小型化が進むと、モーターの回転軸を車軸方向に向けた平行カルダン方式が台頭しはじめます。これにはさらにいくつものバリエーションが存在します。
1953年、日本ではWN平行カルダン駆動方式が輸入され、東洋電機製造では中空軸平行カルダン駆動方式が産声を上げます。
WN平行カルダン駆動方式は1925年に大手電機メーカーのウェスティングハウス・エレクトリック社が機械・歯車メーカーのナタル社と共同で開発した駆動方式で、両社の頭文字を取ってWNと呼びます。WN継ぎ手
歯車とばねを組み合わせた継ぎ手を用いることからまたの名を「歯車継ぎ手方式」と呼びます。駆動装置が大きいため狭軌では継ぎ手かモーターの小型化が要求され、導入当初は標準軌の路線か、狭軌であっても小出力のモーターに限定されていました。WNカルダンは遊びが大きいため、惰性走行(惰行)時にゴロゴロという騒音が発生するというデメリットも持っています。惰行時に回生ブレーキをかけて騒音を抑える制御方法が開発されたり、遊びを小さくしたものも出回ったりしましたが、後者の場合経年劣化で遊びが大きくなっていくため、根本的な改善には至っていません。


中空軸平行カルダン駆動方式はモーターの回転軸を太くしてパイプのように中空構造とし、中に駆動軸を通します。駆動軸の先に撓み板継ぎ手を中空軸に繋ぎ、もう一方を歯車と繋ぐ方式です。撓み板継ぎ手を利用することから「中空軸平行カルダン撓み板継ぎ手駆動方式」や「中空軸平行カルダン可撓継ぎ手駆動方式」などとも呼ばれます。1954年には世界初の1067mm狭軌用として名鉄や南海に納入しました。車軸方向のスペースで有利な方式として、狭軌を採用する鉄道事業者で普及しました。

その後、東洋電機製造は中空軸平行カルダン駆動方式に代わる新たな駆動方式としてTD平行カルダン駆動方式を開発しました。中空軸平行カルダン駆動方式の撓み板継ぎ手を2枚の円盤としたものです。中実軸(中空ではない軸)を用いることも可能で、保守が容易なのが特徴です。またWN式とは違って惰行走行時の騒音が少ないのもメリットでしょう。しかし加減速時に全速度域で駆動装置が唸りを上げます。現在この問題は大幅に改善されました。
この方式は高速運転に対する耐久性がWN式より劣るため新幹線では使われていませんでした。最近は撓み板の強度が向上したことでN700系新幹線で用いられています。
 

 
1954年、日本独自の方式として、神鋼電機が垂直カルダン駆動方式を開発します。シャフトと歯車だけで駆動できるもので、また文字通りモーターを地面に対して垂直に向けるため幅を取らずに済みます。カルダン駆動方式の普及当初は標準軌でなければ使いにくいという点に着目し、狭軌に最適化されたカルダン駆動方式として開発されました。淡路交通の協力を得て試験車を造り、実績をあげます。57年代には軽便鉄道の栃尾電鉄が導入、1両を改造で登場し4両が新造されています。58年には三重交通でも導入されますが、従来方式の普及と構造が複雑で整備が難しく、信頼性にも劣ることから、翌年に三重交通三重線での3両編成の連接車1本の導入を最後に製造が途絶え、垂直カルダン駆動方式の車両は絶滅しました。

2001年、JR東日本がDDM方式と呼ばれる、吊り掛け駆動に先祖返りしたような駆動方式をもつACトレインことE933系を開発します。DDMとはダイレクトドライブモーターの略で、車輪をモーターに直結したような構造をとっています。モーターの電機子(回転子)の軸を中空にして、その中に車軸を通し、継ぎ手や緩衝材で接続して回転を伝えます。E933系の他に京葉線の103系1両を改造して試験を行い、これらの結果を踏まえた車両、E331系が登場したほか、鉄道総合技術研究所(JR総研)のフリーゲージトレインのうち98年の試作車にも試験導入されています。
駆動方式はこの他にもいくつか存在しますが、ここでは割愛します。
関連記事

2件のコメント

[C74]

こんにちは~。
お久しぶりになってしまいましたね(^^;

理解に役立ちましたか。やはり絵を入れて正解でした。
他の駆動方式も少しずつ絵を入れていくのでお役に立てればと思います。

  • 2008-12-20
  • 投稿者 : 春風☆一
  • URL
  • 編集

[C73]

お久しぶりです。m(_ _)m
先日はTBをありがとうございました。
記事を拝見させていただきました。春風さま、すごいです・・。
実は、吊掛駆動方式のことはなんとか理解できたのですが、直角カルダン方式は??・・でした。でも、こちらで絵と説明を読んで理解できました。
とてもわかりやすくて勉強になりました。
  • 2008-12-19
  • 投稿者 : sara
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鉄道熱が再燃して、撮影に模型にいろいろやってます。
最近反核運動に偏ってるのを反省したいけど
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