(57)【要約】【課題】  鉄道車両の制動作用を補助する補助制動システム及び制動作用中に消費されたエネルギを再生して発電に利用するシステムを提供することである。【解決手段】  鉄道車両に連結され、鉄道車両用レール６の中央に設けられたガイドトラック１１に沿って運動可能なプーリブロック１２を備えた運動装置１と、渦巻き状のぜんまいバネ機構と牽引ロープ２２とから構成されプーリブロックに連結されて弾性エネルギを蓄積するエネルギ蓄積装置２と、渦巻き状のぜんまいバネ機構を伝達機構により発電装置３に連結し弾性エネルギを用いて発電を行う。【選択図】  図１
2005238993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムであって、
鉄道車両用レールの間の中央部にレールと平行に設置されたガイドトラックと、前記ガイドトラックに当接して摺動回転可能なプーリを有するプーリブロックと、前記鉄道車両に取り付けられ、前記プーリブロックを前記鉄道車両に連結するための連結手段とから構成される運動装置と、
前記鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換し蓄積するための渦巻き状のぜんまいバネ機構と、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構と前記プーリブロックとを連結する牽引ロープとから構成されるエネルギ蓄積装置と、
前記運動エネルギ及び前記弾性エネルギを用いて発電するための発電機と、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構を前記発電機に連結するための伝達機構とから構成される発電装置とを備えたことを特徴とする鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項２】
前記渦巻き状のぜんまいバネ機構が、渦巻き状のぜんまいバネを備えていることを特徴とする、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項３】
前記伝達機構は、前記鉄道車両による前記牽引ロープの牽引時に前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の前記渦巻き状のぜんまいバネを巻き上げ、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構に前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを蓄積させるために、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構とを連結する第１伝達歯車セットと第１クラッチとを備えたことを特徴とする、請求項１又は２記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項４】
前記第１クラッチは、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の巻き上げが終了し前記牽引ロープに張力が作用しないとき、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の連結を解除し、それにより前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の前記渦巻き状のぜんまいバネが巻き戻され前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを放出することを特徴とする、請求項３記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項５】
前記伝達機構は、前記鉄道車両による前記牽引ロープの牽引時に前記渦巻き状のぜんまいバネ機構に前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを蓄積させ、同時に前記発電機に発電させるために、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構とを連結する第２伝達歯車セットと第２クラッチとを備えたことを特徴とする、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項６】
前記第２クラッチは、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の巻き上げが終了し前記牽引ロープに張力が作用しないとき、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の連結を解除し、それにより前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを放出し前記発電機に発電させることを特徴とする、請求項５記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項７】
前記エネルギ蓄積装置及び前記発電装置の駆動を制御するための制御装置が備えられていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項８】
前記連結手段がフックであることを特徴とする、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【請求項９】
前記プーリブロックが前記フックと係合する溝部を有するリテーナプレートを備えたことを特徴とする、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両特に鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両、例えば列車やトロリー電車における制動操作は、列車やトロリー電車の車輪の回転運動を車輪とレールとの間の動摩擦に変換することによって行われる。このような摩擦力を用いた制動は、殆どの陸上交通機関で使われている。しかしながら、鉄道車両、例えば列車やトロリー電車は、自動車などの小型交通機関に比べて大きな重量を有しているので、鉄道車両が有する慣性力は自動車などの小型交通機関が有する慣性力よりはるかに大きいものである。
【０００３】
それ故に、鉄道車両を摩擦力を用いた制動によって短距離で短時間に停止させることは困難である。更に、鉄道車両を停止させるときは鉄道車両が有する運動エネルギを例えば熱エネルギや音エネルギに変換して消費する必要がある。従って、鉄道車両を制動し停止させるためには大量のエネルギを消費しなければならない。
【０００４】
なお、鉄道車両を摩擦力によって制動し停止させる技術は周知であるが、本願発明と関連する先行技術文献はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鉄道車両の制動方法として上記のような車輪とレールとの間の摩擦力を用いた制動以外には、これまで有効な制動方法が提案されておらず、又、鉄道車両が有する運動エネルギの再利用方法も提案されていない。
【０００６】
本願発明はこのような状況に鑑みなされたものであり、その目的は、鉄道車両の制動作用を補助する補助制動システムを提供することである。又、別の目的は、制動作用中に消費されたエネルギを再生して発電に利用するシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムは、鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムであって、鉄道車両用レールの間の中央部にレールと平行に設置されたガイドトラックと、前記ガイドトラックに当接して摺動回転可能なプーリを有するプーリブロックと、前記鉄道車両に取り付けられ、前記鉄道車両を前記プーリブロックに連結するための連結手段とから構成される運動装置と、前記鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換し蓄積するための渦巻き状のぜんまいバネ機構と、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構と前記プーリブロックとを連結する牽引ロープとから構成されるエネルギ蓄積装置と、前記運動エネルギ及び前記弾性エネルギを用いて発電するための発電機と、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構を前記発電機に連結するための伝達機構とから構成される発電装置とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
このような構成によると、鉄道車両用レールの間の中央部にレールと同じ長さ方向に配設されたガイドトラックに当接して摺動回転可能なプーリを有するプーリブロックを連結手段によって鉄道車両に連結してプーリとガイドラックとの間の摩擦により鉄道車両の補助制動を行い、渦巻き状のぜんまいバネ機構によって鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換して蓄積し、弾性エネルギを伝達機構により発電機に伝達し発電機に発電を行わせることができる。
【０００９】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構が、渦巻き状のぜんまいバネを備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によると、鉄道車両がプーリブロックを牽引することにより渦巻き状のぜんまいバネを巻き上げ、それにより鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換することができる。
【００１１】
又、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記伝達機構は、前記鉄道車両による前記牽引ロープの牽引時に前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の前記渦巻き状のぜんまいバネを巻き上げ前記渦巻き状のぜんまいバネ機構に前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを蓄積させるために、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構とを連結する第１伝達歯車セットと第１クラッチとを備えたことを特徴としている。
【００１２】
このような構成によると、鉄道車両による牽引ロープの牽引時に第１クラッチを用いて第１伝達歯車セットと渦巻き状のぜんまいバネ機構を連結し渦巻き状のぜんまいバネ機構に弾性エネルギを蓄積させることができる。
【００１３】
又、請求項４記載の発明は、請求項３記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記第１クラッチは、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の巻き上げが終了し前記牽引ロープに張力が作用しないとき、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構との連結を解除し、それにより前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の前記渦巻き状のぜんまいバネが巻き戻され前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを放出することを特徴としている。
【００１４】
このような構成によると、渦巻き状のぜんまいバネ機構の巻き上げが終了し牽引ロープに張力が作用しないとき、第１クラッチにより牽引ロープと渦巻き状のぜんまいバネ機構との連結が解除され、それにより前記渦巻き状のぜんまいバネ機構が弾性エネルギを放出することができる。
【００１５】
又、請求項５記載の発明は、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記伝達機構は、前記鉄道車両による前記牽引ロープの牽引時に前記渦巻き状のぜんまいバネ機構に前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを蓄積させ、同時に前記発電機に発電させるために、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構とを連結する第２伝達歯車セットと第２クラッチとを備えたことを特徴としている。
【００１６】
このような構成によると、鉄道車両による牽引ロープの牽引時に第２クラッチを用いて渦巻き状のぜんまいバネ機構に弾性エネルギを蓄積させ同時に前記発電機に発電させることができる。
【００１７】
又、請求項６記載の発明は、請求項５記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記第２クラッチは、前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の巻き上げが終了し前記牽引ロープに張力が作用しないとき、前記牽引ロープと前記渦巻き状のぜんまいバネ機構との連結を解除し、それにより前記渦巻き状のぜんまいバネ機構の前記渦巻き状のぜんまいバネが有する弾性エネルギを放出し前記発電機に発電させることを特徴としている。
【００１８】
又、請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記エネルギ蓄積装置及び前記発電装置の駆動を制御するための制御装置が備えられていることを特徴としている。
【００１９】
このような構成によると、制御装置によりエネルギ蓄積装置及び発電装置の駆動を行い鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用を行うことができる。
又、請求項８記載の発明は、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記連結手段がフックであることを特徴としている。
【００２０】
このような構成によると、鉄道車両に取り付けられたフックをプーリブロックに連結することにより鉄道車両を運動装置に連結することができる。
又、請求項９記載の発明は、請求項１記載の鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムにおいて、前記プーリブロックが前記フックと連結するリテーナを備えたことを特徴としている。
【００２１】
このような構成によると、鉄道車両に取り付けられたフックをプーリブロックに備えられたリテーナに連結することにより鉄道車両を運動装置に連結することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムのレイアウトを示す。
鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムは、減速走行中の鉄道車両が有する運動エネルギを摩擦エネルギに変換して鉄道車両の補助制動として利用すると同時に鉄道車両が有する運動エネルギを用いて発電機を駆動して発電を行い、次に、鉄道車両が有する運動エネルギを用いて発電を行うとき、同時に鉄道車両が有する運動エネルギを渦巻き状のぜんまいバネを用いて弾性エネルギに変換して蓄積し、蓄積された弾性エネルギを放出して再び発電を行うシステムである。鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムは、鉄道の停車場近傍あるいは安全面ないし強度面などから鉄道車両を減速させて走行させる必要のある特定の減速走行域において使用される。鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムは、上記の鉄道の停車場近傍あるいは特定の減速走行域における鉄道レール内及び鉄道レール近くの地上側に設置されたシステムである。鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムは、図１に示すように運動装置１とシステムプロセス部１０とから構成される。
【００２３】
運動装置１は、減速走行中の鉄道車両が有する運動エネルギを摩擦エネルギに変換することにより、減速走行中の鉄道車両を更に減速させる補助制動システムである。システムプロセス部１０は、減速走行中の鉄道車両が有する運動エネルギを用いて発電機を駆動して発電を行い、同時に鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換して蓄積し、蓄積された弾性エネルギを用いて再び発電を行うプロセス部分である。
【００２４】
システムプロセス部１０は、エネルギ蓄積装置２、発電装置３及び制御装置４から構成される。
エネルギ蓄積装置２は、運動装置１に連結され鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換し、変換された弾性エネルギを蓄積する装置である。
【００２５】
発電装置３は、エネルギ蓄積装置２に連結され減速走行中の鉄道車両が有する運動エネルギを用いて発電機を駆動して発電を行い、同時に運動エネルギから弾性エネルギに変換し蓄積された弾性エネルギを用いて再び発電機を駆動して発電を行う装置である。
【００２６】
制御装置４は、エネルギ蓄積装置２及び発電装置３の駆動を制御する装置である。制御装置４は、エネルギ蓄積装置２及び発電装置３に電気回線を介して接続されている。制御装置４は、鉄道車両の位置を検出し、更に運動装置１の構成部品である後述のプーリブロックの位置を検出して検出信号を発信するセンサ部４１と、センサ部４１から発信される検出信号を受信してエネルギ蓄積装置２及び発電装置３を駆動する駆動制御部４２とから構成されている。
【００２７】
図２〜図４に運動装置１を示す。
図２は、運動装置１の平面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ断面を示す図である。図４は、図２のＹ−Ｙ断面を示す図である。
【００２８】
運動装置１は、減速走行中の鉄道車両が有する運動エネルギを摩擦エネルギに変換することにより、減速走行中の鉄道車両を更に減速させる補助制動システムである。運動装置１は、地上側に設置されたガイドトラック１１とガイドトラック１１に沿って運動するプーリブロック１２とから構成されている。
【００２９】
ガイドトラック１１は、プーリブロック１２が運動する際の案内ガイドである。
ガイドトラック１１は、予め定めた長さを有する直線状の棒部材である。ガイドトラック１１は、図２に示すように、鉄道車両用レール６の間の中央部の地上側にレール６と同じ長さ方向に設置されている。
【００３０】
ガイドトラック１１の断面形状を図３に示す。ガイドトラック１１の断面は、図３に示すように上面と下面が平行な平坦面であり、側面１１ａはプーリ１２２の側面に嵌合するような凸状の円柱面で形成されている。
【００３１】
ガイドトラック１１は、図３に示すように枕木７の上面７ａから上方に予め定めるスペースｄをあけて枕木７の上方の空間に浮いた状態で敷設されている。スペースｄは、枕木７の上面７ａとガイドトラック１１の下面１１ｂとの間の距離である。スペースｄの大きさは、ガイドトラック１１を左右両側から挟む２個のプーリ１２２とベースフレーム１２１のフレーム下板１２１ｂが枕木７と干渉しないで、プーリブロック１２がレール６の長さ方向に運動できる大きさであればよい。従って、ガイドトラック１１の寸法とプーリ１２２の寸法を定めるとスペースｄの必要な大きさを定めることができる。なお、図３における符号５は鉄道車両を示す。
【００３２】
ガイドトラック１１の長さ方向の両端部には、図４に示すように、ガイドトラック１１の下側にステー１５が取り付けられている。ステー１５の下端部は枕木７に固定されている。なお、ステー１５の下端部を枕木７に固定する代わりに枕木７が敷設されている路盤９に直接固定してもよい。
【００３３】
ガイドトラック１１は、例えばステンレス鋼などの金属で作られる。
プーリブロック１２は、ガイドトラック１１に沿って鉄道車両により牽引される運動部分である。プーリブロック１２は、図３に示すように、２個のプーリ１２２を連結したブロックである。プーリブロック１２は、ベースフレーム１２１とプーリ１２２とから構成されている。
【００３４】
ベースフレーム１２１は、ガイドトラック１１を間に挟む２個のプーリ１２２のプーリ軸１２２ａを上下で固定している板部材である。ベースフレーム１２１は、平板状のフレーム上板１２１ａと平板状のフレーム下板１２１ｂとからなる。フレーム上板１２１ａとフレーム下板１２１ｂのいずれか片方に後述の牽引ロープ２２の一端が結合されている。
【００３５】
フレーム上板１２１ａの上面にはリテーナプレート１２３がたとえば溶接などにより固定されている。リテーナプレート１２３も板部材であり、その上面には鉄道車両５の下端部に取り付けられたフック１３と係合するための溝部１２３ａが設けられている。フレーム上板１２１ａとリテーナプレート１２３を一体的に形成してもよい。それにより、プーリブロック１２の部品点数を減少させることができる。
【００３６】
プーリ１２２は、円形断面の紡錘形である。プーリ１２２の上下両端部の外径は中央部の外径より大きくなるように作られている。プーリ１２２の側面の曲率は、図３に示すようにガイドトラック１１の側面１１ａの曲率に等しくなるように形成されている。そうすると、プーリ１２２はガイドトラック１１の側面１１ａを摺動回転しながらガイドトラック１１の長さ方向に運動することができる。
【００３７】
プーリ１２２は、プーリ軸１２２ａに固定されている。プーリ軸１２２ａは、ベースフレーム１２１のフレーム上板１２１ａ及びフレーム下板１２１ｂに回転可能に取り付けられている。プーリ１２２は、例えばゴムや樹脂などから作られる。そうすると、金属製のガイドトラック１１とプーリ１２２との間の摩擦係数を大きくすることができる。あるいは、プーリ１２２を鋼などの金属で成形しその外周面をゴムや樹脂などで被覆してもよい。それにより、プーリ１２２をゴムや樹脂で形成した場合とほぼ同様の大きさの摩擦係数を得ることができる。
【００３８】
図５にエネルギ蓄積装置２と発電装置３とを示す。
エネルギ蓄積装置２と発電装置３とは、前述のように地上側に設置されている装置である。運動装置１のプーリブロック１２が減速走行中の鉄道車両５によって牽引されると、プーリブロック１２のプーリ１２２とガイドトラック１１との間に発生する摺動摩擦力により鉄道車両５が有する運動エネルギが摩擦エネルギに変換される。変換された摩擦エネルギは、前述のように鉄道車両の補助制動として利用される。
【００３９】
次に、鉄道車両が有する運動エネルギがエネルギ蓄積装置２によって弾性エネルギに変換され、蓄積され、発電される過程について説明する。
運動装置１のプーリブロック１２が減速走行中の鉄道車両５によって図２に示すＡ方向に牽引されると、図５に示す牽引ロープ２２がＡ方向に引っ張られる。牽引ロープ２２は、ロープドラム２３の中に巻き込まれている。牽引ロープ２２がＡ方向に引っ張られると、牽引ロープ２２がロープドラム２３から巻き出される。牽引ロープ２２がロープドラム２３から巻き出されると、ロープドラム２３のドラム軸２３ａが回転する。ドラム軸２３ａが回転すると、ドラム軸２３ａの他端に固定されている歯車３２１が回転する。歯車３２１の回転は、歯車３２２、３２３、３２４、３２５の回転に順次伝達される。
【００４０】
歯車３２５が回転すると、歯車３２５に固定されている主伝達軸２４が回転する。主伝達軸２４の回転は、エネルギ蓄積装置２を作動させ運動エネルギを弾性エネルギに変換する。エネルギ蓄積装置２の作動状況については次に述べる。同時に、主伝達軸２４の回転は歯車３４１、３４２、３４３の回転に伝達される。歯車３４３の回転により発電機３１が駆動され発電が行われる。
【００４１】
エネルギ蓄積装置２は、渦巻き状のぜんまいバネ機構２１と牽引ロープ２２とから構成されている。
渦巻き状のぜんまいバネ機構２１を図６から図８を参照して説明する。図６は、渦巻き状のぜんまいバネ機構の透視図である。図７は、渦巻き状のぜんまいバネ機構の歯車の噛み合いを示す分解組立図である。図８は、図６のＺ−Ｚ断面を示す部分断面図である。
【００４２】
渦巻き状のぜんまいバネ機構２１は、鉄道車両が有する運動エネルギを弾性エネルギに変換して蓄積する機構である。
図６に示す渦巻き状のぜんまいバネ機構２１は、ブラケット２１１、主伝達軸２４、中空円筒２１２、渦巻き状のぜんまいバネ２１４及び複数の歯車などから構成されている。
【００４３】
ブラケット２１１は、主伝達軸２４、中空円筒２１２、渦巻き状のぜんまいバネ２１４及び複数の歯車などを囲む枠体である。主伝達軸２４はブラケット２１１に回転可能に軸支されている。中空円筒２１２は軸２５に固定され、軸２５はブラケット２１１に回転可能に軸支されている。中空円筒２１２の中には渦巻き状のぜんまいバネ２１４が収納されている。渦巻き状のぜんまいバネ２１４は、図８に示すように、その一端が中空円筒２１２の内側の壁に固定点２１２ａにおいて固定され、他端が歯車２１３の軸２５に固定点２５ａにおいて固定されている。
【００４４】
前述のように、減速走行中の鉄道車両５がプーリブロック１２を牽引し、鉄道車両５が有する運動エネルギにより主伝達軸２４が回転すると、主伝達軸２４の回転が渦巻き状のぜんまいバネ機構２１に伝達される。それにより渦巻き状のぜんまいバネ機構２１の中で中空円筒２１２の中に収納されている渦巻き状のぜんまいバネ２１４が巻き上げられる。渦巻き状のぜんまいバネ２１４が巻上げられる機構を図７に示す。
【００４５】
図７において、主伝達軸２４が例えば時計回り方向（図７のＣ方向）に回転すると、主伝達軸２４に一体的に成形されている主伝達軸歯車２１５ａは時計回り方向に回転する。そうすると、主伝達軸歯車２１５ａと噛み合う第１伝達歯車２１６は、反時計回り方向に回転する。次いで、第１伝達歯車２１６と噛み合う歯車２１８は、時計回り方向に回転する。歯車２１８が固定されている軸に同軸状に固定されている歯車が歯車２１３と噛み合い、歯車２１３を反時計回り方向に回転させる。歯車２１３は、中空円筒２１２の片側の側面に配置されている。歯車２１３の軸２５と中空円筒２１２の軸とは、共軸状態になっている。
【００４６】
一方、主伝達軸２４が時計回り方向（図７のＣ方向）に回転すると、主伝達軸２４に一体的に成形されているもう一つの主伝達軸歯車２１５ｂも時計回り方向に回転する。そうすると、主伝達軸歯車２１５ｂと噛み合う第２伝達歯車２１７は、反時計回り方向に回転する。次いで、第２伝達歯車２１７と噛み合う歯車２１２１は時計回り方向に回転する。歯車２１２１は、中空円筒２１２の歯車２１３が固定されている側面とは反対側の中空円筒２１２の側面に中空円筒２１２と一体的に形成されている。
【００４７】
このように構成すると、主伝達軸２４を回転させる回転駆動力は、一方で主伝達軸歯車２１５ａ、第１伝達歯車２１６、歯車２１８を介して歯車２１３に伝達されると同時に、他方で主伝達軸歯車２１５ｂ、第２伝達歯車２１７を介して歯車２１２１に伝達される。
【００４８】
従って、主伝達軸２４が例えば時計回り方向（図７のＣ方向）に回転すると、上記のように歯車２１３が反時計周り方向に回転し、歯車２１２１は時計回り方向に回転する。このように、歯車２１３と歯車２１２１の回転方向が互いに逆方向であるため、歯車２１３の軸２５と歯車２１２１に一体的に形成されている中空円筒２１２の回転方向が互いに逆方向になる。そうすると、渦巻き状のぜんまいバネ２１４は前述のようにその一端が中空円筒２１２の内側の壁に固定され、他端が歯車２１３の軸２５に固定されているので、主伝達軸２４の回転によって渦巻き状のぜんまいバネ２１４が巻き上げられることになる。
【００４９】
このようにして、鉄道車両が有する運動エネルギは主伝達軸２４を回転させ、渦巻き状のぜんまいバネ２１４を巻き上げて運動エネルギを渦巻き状のぜんまいバネ２１４の弾性エネルギに変換され、弾性エネルギは渦巻き状のぜんまいバネ機構２１に蓄積される。
【００５０】
逆に、プーリブロック１２が牽引ロープ２２から張力を受けないときは、巻き上げられた渦巻き状のぜんまいバネ２１４が巻き戻される。それにより、渦巻き状のぜんまいバネ２１４が蓄えていた弾性エネルギを放出して、主伝達軸２４を逆方向に回転させようとする。
【００５１】
牽引ロープ２２は、例えば鋼線が撚られたロープで一端がプーリブロック１２のベースフレーム１２１に連結され、他端はエネルギ蓄積装置２のロープドラム２３に連結されている。
【００５２】
プーリブロック１２からガイドトラック１１に沿って張設された牽引ロープ２２は、図１に示すように、エネルギ蓄積装置２に連結される途中で必要に応じて複数の方向変換プーリ８によってその方向が変換され、最終的にエネルギ蓄積装置２のロープドラム２３に到達する。
【００５３】
発電装置３は、発電機３１と渦巻き状のぜんまいバネ機構２１を発電機３１に連結する伝達機構とから構成される。
伝達機構は、図５に示すように、第１伝達歯車セット３２と第２伝達歯車セット３４とから構成されている。
【００５４】
第１伝達歯車セット３２は、歯車３２１、３２２、３２３、３２４、３２５からなる。歯車３２１の回転はロープドラム２３のドラム軸２３ａの回転に同期しており、歯車３２５の回転は主伝達軸２４の回転に同期している。歯車３２３と歯車３２４とはその噛み合いが係脱自在になっている。歯車３２３と歯車３２４との噛み合いあるいは噛み合いの解除は第１クラッチ３３によって行われる。
【００５５】
図９に第１クラッチ３３を示す。
第１クラッチ３３は、ミニモータ３３１、ピニオン３３２及びラック３３３から構成されている。ピニオン３３２はミニモータ３３１の軸上に固定されている。ピニオン３３２と噛み合うラック３３３は歯車３２３に連結されている。ミニモータ３３１が時計回り方向あるいは反時計周り方向に回転すると、ラック３３３が図９のＲあるいはＬ方向に往復運動を行う。それにより、図５に示す歯車３２３と歯車３２４とが噛み合いあるいはその噛み合いが解除される。即ち、図９に示すラック３３３がＲ方向に運動すると、図５に示す歯車３２３がＲ方向に移動し歯車３２３と歯車３２４との噛み合いが解除される。逆に、図９に示すラック３３３がＬ方向に運動すると、図５に示す歯車３２３がＬ方向に移動し歯車３２３と歯車３２４とが噛み合う。
【００５６】
第２伝達歯車セット３４は、歯車３４１、３４２、３４３、３４６、ベルトプーリ３４４、３４５、プーリベルト３４７からなる。歯車３４１の回転と歯車３４６の回転とは主伝達軸２４に同期している。歯車３４３の回転とベルトプーリ３４４の回転とは、発電機３１の回転軸の回転に同期している。歯車３４２とベルトプーリ３４５とは主伝達軸２４によって回転されないが、歯車３４１と歯車３４２との噛み合いは第１伝達歯車セット３２の歯車３２３と歯車３２４との関係と同様に軸方向に係脱自在になっている。同様にベルトプーリ３４５と歯車３４６との軸方向の係合は係脱自在となっている。歯車３４１と歯車３４２との噛み合いあるいは噛み合いの解除は第２クラッチ３５によって行われる。第２クラッチ３５の構造及び機能は第１クラッチ３３と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
第２伝達歯車セット３４と第２クラッチ３５とは、渦巻き状のぜんまいバネ機構２１を発電機３１に連結している。
制御装置４は、図１に示すように、システムプロセス部１０に設けられ、運動装置１、エネルギ蓄積装置２及び発電装置３の制御を行う。制御装置４は、センサ部４１と駆動制御部４２とから構成される。
【００５８】
センサ部４１は、鉄道車両５が停車場あるいは特定の減速域に近づいたこと及び牽引ロープ２２のロープドラム２３からの巻き出し量を検出し、駆動制御部４２に検出信号を出力する。
【００５９】
駆動制御部４２はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、鉄道車両５に設けられたフック１３とリテーナプレート１２３との係脱や第１クラッチ３３及び第２クラッチ３５の作動を指示する。第１クラッチ３３の作動によって歯車３２３と歯車３２４との間の噛み合い及び噛み合いの解除が行われる。第２クラッチ３５の作動によって歯車３４１と歯車３４２との間の噛み合い及び噛み合いの解除が行われる。
【００６０】
次に、鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムの作動状況について図１〜図１２を参照して説明する。
図１において、運動装置１は停車場付近あるいは特定の減速域に配設されている。鉄道車両５が減速走行しながらそれらの停車場付近あるいは特定の減速域に到達すると、センサ部４１が到達を検出し検出信号を駆動制御部４２に発信する。
【００６１】
検出信号を受けた駆動制御部４２は、鉄道車両５に設けられたフック１３を下方に下ろす指示を出す。そうすると、図１２に示すように、Ｅ方向に走行する鉄道車両５の下端に設けられていたフック１３がヒンジ部１３ａを中心としてＤ方向に回転する。フック１３がほぼ９０度回転すると、ガイドトラック１１に配設されたプーリブロック１２のリテーナプレート１２３の溝１２３ａと当接する。それにより、鉄道車両５とプーリブロック１２とが連結する。
【００６２】
鉄道車両５は、プーリブロック１２をガイドトラック１１に沿って図２のＡ方向に運動させる。それに伴い、牽引ロープ２２が図２あるいは図５のＡ方向にロープドラム２３から巻き出される。このとき、図３に示すように２個のプーリ１２２とガイドトラック１１の側面１１ａとの間に摺動摩擦力が生じ運動エネルギが摩擦エネルギに変換される。この摩擦エネルギは鉄道車両５の補助制動として用いられる。
【００６３】
牽引ロープ２２がロープドラム２３から巻き出されるとき、図５に示すように第１クラッチ３３は初期位置にあり歯車３２３と歯車３２４とは噛み合っている。第２クラッチ３５も初期位置にあり歯車３４１と歯車３４２とは噛み合っている。しかしながら、この時点ではベルトプーリ３４５と歯車３４６とは係合していない。
【００６４】
牽引ロープ２２を図５のＡ方向に引っ張ってロープドラム２３を回転させると、その回転駆動力は歯車３２１、３２２、３２３、３２４、３２５を介して主伝達軸２４に伝えられる。それにより、主伝達軸２４が渦巻き状のぜんまいバネ機構２１の渦巻き状のぜんまいバネ２１４を巻き上げ、運動エネルギが渦巻き状のぜんまいバネ２１４の弾性エネルギに変換され、弾性エネルギが渦巻き状のぜんまいバネ機構２１に蓄積される。同時に主伝達軸２４は歯車３４１、歯車３４２及び歯車３４３を回転させ発電機３１を駆動して発電させる。
【００６５】
牽引ロープ２２が予め定める長さだけロープドラム２３から巻き出されると、センサ部４１が予め定める巻き出し量を検出して検出信号を駆動制御部４２に発信する。センサ部４１の検出信号を受けた駆動制御部４２は、鉄道車両５のフック１３をヒンジ部１３ａ周りに上方へ回転させる。そうすると鉄道車両５とプーリブロック１２との係合が遮断される。
【００６６】
この時点で牽引ロープ２２は張力を受けず、渦巻き状のぜんまいバネ２１４は蓄えられていた弾性エネルギを放出し始め、主伝達軸２４を逆方向に回転させようとする。
フック１３とプーリブロック１２との係合が遮断されると、遮断をセンサ部４１が検出し、検出信号を駆動制御部４２に発信する。検出信号を受けた駆動制御部４２は第２クラッチ３５を駆動し、図１０に示すように、歯車３４６をベルトプーリ３４５に連結し、同時に歯車３４１と歯車３４２との噛み合いを解除する。従って、主伝達軸２４の逆方向の回転は歯車３４６、歯車３４６と係合するベルトプーリ３４５に伝えられる。ベルトプーリ３４５の回転はプーリベルト３４７を介して発電機３１を同じ方向に回転させる。このようにして、主伝達軸２４が逆方向に回転した場合でも発電機３１を駆動して連続的に発電させることができる。
【００６７】
他方、主伝達軸２４の逆方向の回転は歯車３２５、３２４、３２３、３２２、３２１を順次駆動しロープドラム２３を駆動して牽引ロープ２２をロープドラム２３に巻き上げる（図１０のＢ方向）ようにロープドラム２３を回転させる。
【００６８】
牽引ロープ２２がロープドラム２３に巻き上げられると、プーリブロック１２が図２に示すＢ方向に移動し初期位置に戻る。
ところで、渦巻き状のぜんまいバネ２１４の弾性エネルギによって生じた主伝達軸２４を回転させる回転数は、牽引ロープ２２を巻き上げるためにロープドラム２３を回転させる回転数より大きいので、ロープドラム２３は回転が停止した後も主伝達軸２４の回転駆動力を受ける場合がある。
【００６９】
この問題は第１クラッチによって解決される。即ち、ロープドラム２３は回転が停止した後も主伝達軸２４の回転駆動力を受ける場合、図１１に示すように第１クラッチ３３はセンサ部４１からの検出信号により歯車３２３と歯車３２４との噛み合いを解除する。それにより回転駆動力の主伝達軸２４からロープドラム２３への伝達が防止される。従って、主伝達軸２４の回転駆動力は完全に発電機３１に伝達されて発電に用いられる。即ち、渦巻き状のぜんまいバネ２１４の弾性エネルギが完全に利用される。渦巻き状のぜんまいバネ２１４の弾性エネルギが完全に消費された後、第１クラッチ３３と第２クラッチ３５は駆動制御部４２によって駆動されそれぞれの初期の位置に戻り、次の鉄道車両の通過に備え待機する。
【００７０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、請求項１記載の連結手段は鉄道車両５に取り付けられたフック１３と、プーリブロック１２のベースフレーム１２１のフレーム上板１２１ａに固定されたリテーナプレート１２３が相当する。
【００７１】
なお、本実施形態ではプーリ１２２は２個設けられているが、必要に応じてガイドトラック１１の長さ方向に２個ずつ偶数で増やすことができる。従って、プーリ１２２の個数は例えば２個、４個、６個というように偶数で設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】鉄道車両の補助制動及びエネルギ再利用システムレイアウトを示す図である。
【図２】運動装置の平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面を示す図である。
【図５】エネルギ蓄積装置と発電装置とを示す図である。
【図６】渦巻き状のぜんまいバネ機構の透視図である。
【図７】渦巻き状のぜんまいバネ機構の歯車の噛み合いを示す分解組立図である。
【図８】図６のＺ−Ｚ断面を示す部分断面図である。
【図９】第１クラッチを示す図である。
【図１０】第２クラッチの解除状態を示す図である
【図１１】第１クラッチ及び第２クラッチの解除状態を示す図である。
【図１２】フックとリテーナプレートの係合状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・運動装置、２・・・エネルギ蓄積装置、３・・・発電装置、４・・・制御装置、５・・・鉄道車両、６・・・レール、７・・・枕木、８・・・方向変換プーリ、１０・・・システムプロセス部、１１・・・ガイドトラック、１１ａ・・・側面、１２・・・プーリブロック、１３・・・フック、１３ａ・・・ヒンジ、２１・・・渦巻き状のぜんまいバネ機構、２２・・・牽引ロープ、２３・・・ロープドラム、２４・・・主伝達軸、３１・・・発電機、３２・・・第１伝達歯車セット、３３・・・第１クラッチ、３４・・・第２伝達歯車セット、３５・・・第２クラッチ、４１・・・センサ部、４２・・・駆動制御部、１２１・・・ベースフレーム、１２１ａ・・・フレーム上板、１２２・・・プーリ、１２２ａ・・・軸、１２３・・・リテーナプレート、１２３ａ・・・溝部、２１１・・・ブラケット、２１２・・・中空円筒、２１３・・・歯車、２１４・・・渦巻き状のぜんまいバネ、２１５ａ、２１５ｂ・・・主伝達軸歯車、２１６・・・第１伝達歯車、２１７・・・第２伝達歯車、２１８、２１２１・・・歯車、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５・・・歯車、３３１・・・ミニモータ、３３２・・・ピニオン、３３３・・・ラック、３４１、３４２、３４３・・・歯車、３４４、３４５・・・ベルトプーリ、３４６・・・歯車、３４７・・・プーリベルト、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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