JP4695162B2 - 輸送装置 - Google Patents

Description

本発明は、軌条を走行する輸送装置に関する。

従来、軌道を走行する車両を有する輸送装置は、特許文献１記載のように、軌道に沿って設けられた架線から電力を得て駆動モータにて走行するものが知られている。また、車両に駆動モータ用の電力を蓄電するものが知られている。
特開平１−１８５１０１号公報

しかし、車両に蓄電しても、蓄電した電力量が枯渇した場合に駆動モータによる走行が不可能となるため電力補充用の架線は必要であった。このような電力供給用の架線を設置するには、多大な時間と労力及び費用が発生するという問題があった。また、メンテナンスや電気代等ランニングコストが高いという問題があった。

そこで、本発明は、軌条に沿った架線及び架線からの電力を必要とせずに走行し、確実に人員又は搬送物を輸送可能な輸送装置の提供を目的とする。

本発明の輸送装置は、複数の駅と、該駅を順次結ぶ軌道と、該軌道を走行する駆動モータを搭載した車両とを、備えた輸送装置に於て、上記車両に上記軌道側から電力を供給するための架線を省略し、上記駆動モータに電力を供給する蓄電装置を上記車両に搭載し、さらに、上記駅の手前側の到着側軌道部であって上記蓄電装置の残量不足発生予定区域に、軌道側車両推進手段を設けたものである。

また、上記駆動モータは、上記車両の速度を減速させるべき制動必要区域で、発電機となって作動し、回生電力を上記蓄電装置に蓄電させるものである。

また、上記残量不足発生予定区域で、車両速度が所定値以下の場合であって、かつ、上記蓄電装置の電力容量が所定値以下の場合に、上記車両を、上記駆動モータによる走行から上記軌道側車両推進手段による走行へ、自動で切換えるものである。

また、上記軌道側車両推進手段は、複数対のタイヤを備え、上記車両から垂設される補助駆動板に、回転させた複数対の上記タイヤを接触させて、上記車両を走行させるものである。
あるいは、上記軌道側車両推進手段は、上記軌道に設置の一次巻線と、上記車両に付設のリアクションプレートとを、備えた地上一次リニアモータ式としたものである。

本発明の輸送装置によれば、軌道に沿って架線を設けることなく車両を走行させることができる。架線から電力の供給を受けることなく車両を走行させることができる。蓄電装置の電力容量が不足しても確実に車両を駅に到着させることができる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１は本発明の輸送装置の実施の一形態の要部正面図であって、人員を輸送するのに用いられる場合を示している。図２は簡略平面図である。
図１及び図２に於て、本発明の輸送装置は、人員（乗客）が昇降する複数の駅Ａ，，Ａ，Ａ，Ａ（Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ ）と、各駅（プラットホーム）Ａ，…を順次結ぶ高架状の軌道２と、軌道２を乗客（人員）を搭乗させて走行する車両１と、を備えている。そして、車両１に軌道２側から電力を供給するためのトロリ線等の電力送電用の架線を省略している。

車両１は、車両１を力行させる駆動モータ10と、駆動モータ10を駆動させるための電力を蓄電可能な蓄電装置11と、を搭載している。
駆動モータ10は、ブレーキ等の車両制動時（減速時）に、発電機となって（回生作動により）回生電力を発電可能なものである。また、発電した回生電力を蓄電装置11に蓄電させるものである。駆動モータ10は左右一対の駆動用タイヤ13，13に接続されている。駆動用タイヤ13は、軌道２を構成する左右一対の軌条２Ａ，２Ａの左右内方側に、左右一対のＴ字状の駆動レール３，３の各上面を転動可能に設けられている。駆動タイヤ13を回転させることで、車両１に推進力を付与し力行させるものである。なお、本発明において「力行」とは、車両１に、機械的又は電気的な力が付与され定速走行又は加速走行している状態を言う。つまり、慣性力による惰性走行（自走）を含まない走行のことである。

また、車両１は、軌条２Ａ，２Ａを転動可能な複数の車輪14と、その複数の車輪14を保持する車輪保持部材15と、を備えている。軌条２Ａの上面に転動する主車輪14Ａ，14Ａは、前後方向に分かれて２個ずつ各車輪保持部材15に枢着されている。また、軌条２Ａの外側面に転動する案内車輪14Ｂ，14Ｂは前後方向に分かれて２個ずつ車輪保持部材15に枢着されている。また、車輪保持部材15には、軌条２Ａに下面近傍に転動する下案内車輪14Ｃを枢着している。各車輪14によって、カーブ等の軌道２であっても車両１が確実に軌条２Ａに沿って案内されつつ走行する。

次に、軌道２は、平面視環状（ループ状）に形成されている。各駅（Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ ）を車両１が巡回（周回）可能に配設している。駅Ａと駅Ａの間を水平状の軌道２で結んだ場合では、駅Ａと駅Ａの間の軌道２の長さは、５００メートルから１０００メートルの長さに設けている。つまり、１周が２ｋｍ〜４ｋｍに形成されている。

図３に、円環状の軌道２を展開した簡略側面図を示す。ここで、説明を容易にするために、４つの各駅Ａ…を、第１駅Ａ₁ 、第２駅Ａ₂ 、第３駅Ａ₃ 、第４駅Ａ₄ と呼ぶ。
第１駅Ａ₁ から第２駅Ａ₂ まで（第１・２駅間Ａ₁₂）の軌道２は側面視水平状に形成されている。第２駅Ａ₂ から第３駅Ａ₃ まで（第２・３駅間Ａ₂₃）の軌道２は側面視山型状に形成されている。第３駅Ａ₃ から第４駅Ａ₄ まで（第３・４駅間Ａ₃₄）の軌道２は側面視谷型状に形成されている。第４駅から第１駅までの（第４・１駅間Ａ₄₁）の軌道２は側面視水平状に形成されている。

第１・２駅区間Ａ₁₂は、第１駅Ａ₁ の進行側の発進側軌道部２ａであって、車両１を力行させるべき（加速又は定速度運転で慣性力を付与させるべき）発進力行区域Ｋを有している。また、第２駅Ａ₂ の手前側の到着側軌道部２ｂであって、車両１の速度を停車のために減速させるべき制動必要区域Ｌを有している。また、発進力行区域Ｋで得られた力（推進力）によって駆動源を必要とせずに車両１を慣性力により自走（惰性走行）させる自走区域Ｊを有している。また、第１・２駅区間Ａ₁₂の制動必要区域Ｌは、車両１が強い逆風等によって到着が困難な場合（車両速度が所定値以下の場合）に、車両１を力行させる必要のある到着力行運転発生予定区域でもある。

ここで、車両速度の所定値とは、車両１が到着可能な場合の、制動必要区域Ｌ内での各速度測定箇所の各速度や各測定箇所間での減速度を所定速度値としている。
言い換えると、制動必要区域Ｌ内で、予定している車両速度よりも遅い速度（駅Ａに到着する時刻が遅れる速度）や、その減速度で走行すると到着せずに停車してしまう虞れのある減速度の値である。つまり、予定通りに到着可能な際の、車両速度（減速度）を基準値として、到着が困難な場合の車両速度（減速度）値と言える。

第２・３駅間Ａ₂₃は、第２駅Ａ₂ の進行側で山型状軌道２の頂上部近傍まで、車両１を引揚装置にて引揚げる引揚区域Ｓを有している。また、頂上部からの自由落下滑走によって車両１を自走させる自走区域Ｊを有している。また、第３駅Ａ₃ の手前側の到着側軌道部２ｂであって、停車するために速度を減速させるべき制動必要区域Ｌを有している。
なお、引揚装置は軌道２側に設置され、チェーンと減速付モータあるいは、ロープと巻取装置と減速付モータと昇降台等、又は、リニアモータ等から構成される。

第３・４駅間Ａ₃₄は、第３駅Ａ₃ の発車側で、谷型状軌道２の底部近傍まで、車両１の急発進や過剰な速度となるのを防止するために速度を抑制させるべき制動必要区域Ｌを有している。また、下り傾斜によって得られた推進力（慣性力）を利用して車両１を自走させる自走区域Ｊを有している。第４駅Ａ₄ の手前側の到着側軌道部２ｂであって、車両１を停車させるために減速させるべき制動必要区域Ｌを有している。また、第４駅Ａ₄ の手前側の到着側軌道部２ｂの制動必要区域Ｌは、車両速度が所定値以下の場合に、車両１を力行させる必要のある到着力行運転発生予定区域でもある。

第４・１駅間Ａ₄₁は、第１・２駅区間Ａ₁₂と同様に、発進力行区域Ｋと、自走区域Ｊと、制動必要区域Ｌと、を有している。また、第４・１駅間Ａ₄₁の制動必要区域Ｌは、車両速度が所定値以下の場合に、車両１を力行させる到着力行運転発生予定区域でもある。

次に、車両１を、図４に示す電力容量と各区域との関係図を用いて説明する。発進力行区域Ｋで、車両１は、自らの蓄電装置11に蓄えられている電力を使用して（放電して）駆動モータ10を駆動させ、車両１を加速走行（定速走行でも良い）させる。自らに自走可能な慣性力を付与させる。自走区域Ｊでは、慣性力を利用し自走（惰性走行）する。制動必要区域Ｌでは、駆動モータ10を力行作動から回生作動にさせ（発電機とし）、回生電力を発生させて、蓄電装置11に蓄電させる。

また、車両１は、駅Ａの手前側の到着側軌道部２ｂの制動必要区域Ｌ（到着力行運転発生予定区域）で、到着が困難となった場合に、到着すべき駅Ａまで駆動モータ10を駆動させて走行するものである。

ここで、到着側軌道部２ｂの制動必要区域Ｌ（到着力行運転発生予定区域）で駆動モータ10を駆動させると、図４の破線で示すように、蓄電装置11の残量が不足する（電気力量が所定値以下となる）虞れが発生する。つまり、第１・２・４駅Ａ₁ ，Ａ₂ ，Ａ₄ の到着側軌道部２ｂであって、電力を充電する区域である制動必要区域Ｌが、電力を放電して蓄電装置11の残量が不足する虞れのある残量不足発生予定区域αとなる。なお、電力容量の所定値とは、車両１を駆動モータ10による走行で駅Ａに到着させることが困難となる電力容量の値である。

ここで、残量不足発生予定区域αには、駅Ａへの到着を可能にする推進力を車両１に付与可能な軌道側車両推進手段20を設けている。さらに、車両１を、駆動モータ10による走行又は軌道側車両推進手段20による走行に切換える運転切換手段25を、車両１側と軌道２側に設けている。

図５に示す簡略ブロック図に於て、車両１の蓄電装置11は、蓄電用制御部11ａと、電気二重層キャパシタやリチウム電池等の蓄電器（バッテリー）11ｂと、変換インバータ11ｃ等を備えている。蓄電器11ｂは変換インバータ11ｃを介して駆動モータ10に接続されている。

運転切換手段25は、車両１側に、蓄電装置11及び駆動モータ10等を制御可能な車両側制御部17を設けている。また、車両側制御部17からの蓄電装置11の電力容量の情報や信号及び演算結果等を送信可能な車両側送受信部19を設けている。なお、車両１側に、加速度センサ等の車両側センサ部を設け、センサ情報を送信可能に設けても良い。

さらに、軌道２側である残量不足発生予定区域αに、蓄電装置11の電力容量等の車両１側の情報等の車両側制御部17の信号や命令を受信可能な送受信部29を設けている。また、車両１の速度や位置等を取得可能な車速センサや近接センサ等のセンサ部28を設けている。また、センサ部28及び送受信部29で得た情報から車両１の速度（加速度や減速度等）や到着予想判断等の情報処理が可能な制御部27を設けている。また、外部（地上側）の電源を制御部27の命令等によって軌道側車両推進手段20に送電可能なインバータ26を設けている。なお、運転切換手段25のインバータ26、制御部27、送受信部29等は、各駅Ａや地上の指令室等に設けても良い。

運転切換手段25は、図６のフローチャート図に示すように、残量不足発生予定区域Ｌで、センサ部28によって得た情報を、制御部27が演算し、車両速度を確認する。車両速度が所定の値以下の場合であって、かつ、蓄電装置11の電力容量が所定値以下の場合に、制御部27から車両側制御部17及びインバータ26に指令を送信し、駆動モータ10による走行（力行）から軌道側車両推進手段20による走行（力行）へ切り換えるものである。

図７に軌道側車両推進手段20の実施の一例を示す。（ａ）は作動時の正面図であり、（ｂ）その平面図である。
複数対のタイヤ21，21を軌条２Ａ，２Ａに左右内方側で軌道２に沿って前後方向に配設したものである。左右のタイヤ21，21内の一方のタイヤ21を回転モータ31に接続し、他方のタイヤ21を回転自在に保持部材32に取着している。そして、エアシリンダー等の伸縮自在可能なアクチュエータ30の伸縮方向の一方端に、リンク部材33を介して一方のタイヤ21及び回転モータ31を揺動自在に取着している。また、アクチュエータ30の伸縮方向の他方端に、別のリンク部材33を介して他方のタイヤ21及び保持部材32を枢着している。非動作状態では、図１に示すように、タイヤ21の回転中心が傾倒して（左右のタイヤ21，21の２つの回転中心軸が正面から見てＶ字状となって）左右のタイヤ21，21の外周面が離間するように設けている。なお、車両１には、前後方向に長い補助駆動板16が垂設されている。補助駆動板16は、車両走行時に左右のタイヤ21，21の間を通過可能に設けられている。なお、タイヤ21，21を一対のみを設けるも好ましい場合がある。

軌道側車両推進手段20は、制御部27の指令によって、アクチュエータ30の両端が離間するように伸長すると、左右のタイヤ21，21は、回転軸心が平行状となって、補助駆動板16を挟圧（挟擦）するよう設けている。回転モータ31がインバータ26によって所定回転数回転すると、左右のタイヤ21，21が、補助駆動板16を軌道２に沿って送り出すように設けている。つまり、補助駆動板16に、回転させた複数のタイヤ21，21を摩擦接触させることで、タイヤ21の回転を推進力に変えて、車両１を力行させるものである。

上述した構成により、車両１は、発進力行区域Ｋで、蓄電装置11の電力を使用し駆動モータ10にて力行（加速運転又は定速運転）し、その後、自走区域Ｊで軌道２を自走する。車両１の速度を減速させるべき制動必要区域Ｌで、駆動モータ10を発電機とし、回生電力を蓄電装置11に蓄電（充電）させる。

ここで、駅Ａの手前側の到着側軌道部２ｂで、車両速度が所定値よりも大きい場合は、駆動モータ10を発電機として作動させ回生電力を充電させながら、車両１は駅Ａに確実に到着する。
車両速度が所定値以下の場合であって、かつ、電力容量が所定値よりも大きい場合は、充電（蓄電）した電力を活用して、駆動モータ10を駆動させ、車両１は駅Ａに確実に到着する。
車両速度が所定の値以下の場合であって、かつ、蓄電装置11の電気容量が所定値以下の場合に、運転切換手段25によって、駆動モータ10の走行から、軌道側車両推進手段20の走行に、自動で切換わり、車両１は駅Ａに確実に到着する。

なお、電力容量が所定値以下で駅Ａに到着した場合は、到着した駅Ａにて、充電するか、又は、蓄電器（バッテリー）11ｂを交換するのが好ましい。また、車両１が所定の駅Ａ（例えば、始発となる第１駅Ａ₁ ）に到着、又は、軌道２を所定数だけ周回した際に、充電しあるいは蓄電器11ｂを交換するのが望ましい。

なお、本発明は、設計変更可能であって、上述の人員輸送以外に、物流に用いるも自由であり、輸送する距離（１周）を５〜20ｋｍとなるように軌道２を設けても良い。また、軌道２は、緩やかな上り軌道や下り軌道等を設けるも自由である。

また、駆動モータ10と車輪14を連結して、駆動タイヤ13の替わりに車輪14（主車輪14Ａ）を駆動させても良い。この場合、車輪14の制動によって回生電力を発生させ、回生電力を蓄電装置11に充電させる。

また、軌道２の発進側軌道部２ａに、軌道側車両推進手段20を配設し、車両１を力行させる際に、蓄電装置11の残量（電力容量）が所定値以下であって、かつ、車両速度が所定値以下の場合に、駆動モータ10による走行から軌道側車両推進手段20による走行に運転切換手段25によって自動で切り換えるようにしても良い。また、ここでの電力容量の所定値とは、車両１を十分な速度で走行させる慣性力を付与可能な速度（加速度）まで駆動モータ10を運転させることが困難な電力容量の値である。また、ここでの車両速度の所定値とは、予定通りに到着可能にするために、自走区域Ｊを十分な速度で走行させる慣性力を付与可能な速度（加速度や定速度）を基準値として、その基準値よりも劣る速度（加速度又は定速度）の値である。言い換えると、その速度後に自走させると停車してしまう虞れや到着が遅れる虞れのある速度の値である。
また、軌道側車両推進手段20は、軌道２に設置した一次巻線と、車両１に備えたリアクションプレートと呼ばれる金属板で、構成され、一次巻線の磁界と金属板に誘導される電流により、推進力が発生する地上一次リニアモータ式でも良い。

以上のように、本発明は、複数の駅Ａ，…と、駅Ａ…を順次結ぶ軌道２と、軌道２を走行する駆動モータ10を搭載した車両１とを、備えた輸送装置に於て、車両１に軌道２側から電力を供給するための架線を省略し、駆動モータ10に電力を供給する蓄電装置11を車両１に搭載し、さらに、駅Ａ，…の手前側の到着側軌道部２ｂであって蓄電装置11の残量不足発生予定区域αに、軌道側車両推進手段20を設けたので、複雑な架線や変電所等を設置せず迅速かつ安価に施工・導入できる。運行（実施）に必要な電力を省力化できる。ランニングコストを低減できる。電力容量が不足しても円滑に継続走行（運転）できる。車両１及び搭乗した乗客（人員）又は搬送物を確実に駅Ａに到着させることができる。

また、駆動モータ10は、車両１の速度を減速させるべき制動必要区域Ｌで、発電機となって作動し、回生電力を蓄電装置11に蓄電させるので、運行（実施）の電気代を低減しランニングコストを低減できる。複雑な架線や変電所等を設置する必要がなく、迅速かつ安価に施工・導入できる。

また、残量不足発生予定区域αで、車両速度が所定値以下の場合であって、かつ、蓄電装置11の電力容量が所定値以下の場合に、車両１を、駆動モータ10による走行から軌道側車両推進手段20による走行へ、自動で切換えるので、車両１を円滑に継続して走行させることができる。電気容量が不足しても搭乗した乗客（人員）又は輸送物を確実に駅Ａに到着させることができる。

また、軌道側車両推進手段20は、複数対のタイヤ21，21を備え、車両１から垂設される補助駆動板16に、回転させた複数対のタイヤ21，21を接触させて、車両１を走行させるので円滑に走行できる。静かに車両１を走行させることができる。
また、軌道側車両推進手段20は、軌道２に設置の一次巻線と、車両１に付設のリアクションプレートとを、備えた地上一次リニアモータ式としたので、車両１の進入切換時のショックが少ない利点があり、かつ、非接触方式であるので摩擦部が無く、メンテナンスが容易である。

本発明の第１の実施の形態を示す要部正面図である。 簡略全体平面図である。 軌道を説明する簡略展開側面図である。 電力容量と軌道の各区域との関係グラフ図である。 ブロック図である。 フローチャート図である。 軌道側車両推進手段の実施の一例を示す図であり、（ａ）は作動状態の要部正面図であり、（ｂ）は作動状態の要部平面図である。

符号の説明

１ 車両
２ 軌道
２ｂ 到着側軌道部
10 駆動モータ
11 蓄電装置
16 補助駆動板
20 軌道側車両推進手段
21 タイヤ
Ａ 駅
Ｌ 制動必要区域
α 残量不足発生予定区域

Claims (5)

1. 複数の駅（Ａ）…と、該駅（Ａ）…を順次結ぶ軌道（２）と、該軌道（２）を走行する駆動モータ（10）を搭載した車両（１）とを、備えた輸送装置に於て、
   上記車両（１）に上記軌道（２）側から電力を供給するための架線を省略し、上記駆動モータ（10）に電力を供給する蓄電装置（11）を上記車両（１）に搭載し、さらに、上記駅（Ａ）…の手前側の到着側軌道部（２ｂ）であって上記蓄電装置（11）の残量不足発生予定区域（α）に、軌道側車両推進手段（20）を設けたことを特徴とする輸送装置。
2. 上記駆動モータ（10）は、上記車両（１）の速度を減速させるべき制動必要区域（Ｌ）で、発電機となって作動し、回生電力を上記蓄電装置（11）に蓄電させる請求項１記載の輸送装置。
3. 上記残量不足発生予定区域（α）で、車両速度が所定値以下の場合であって、かつ、上記蓄電装置（11）の電力容量が所定値以下の場合に、上記車両（１）を、上記駆動モータ（10）による走行から上記軌道側車両推進手段（20）による走行へ、自動で切換える請求項１又は２記載の輸送装置。
4. 上記軌道側車両推進手段（20）は、複数対のタイヤ（21）（21）を備え、上記車両（１）から垂設される補助駆動板（16）に、回転させた複数対の上記タイヤ（21）（21）を接触させて、上記車両（１）を走行させる請求項１，２又は３記載の輸送装置。
5. 上記軌道側車両推進手段（20）は、上記軌道（２）に設置の一次巻線と、上記車両（１）に付設のリアクションプレートとを、備えた地上一次リニアモータ式とした請求項１，２又は３記載の輸送装置。

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