電車に変速機？

質問

こんにちは。以下の質問で、「電車に変速機がある」という書き込みがありました。電車には変速機はない、と思っていたのですが、実はあるんでしょうか？またディーゼルカーには変速機はあるんでしょうか？なおディーゼルカーの駆動方法自体、わかっていないシロートです（^_^;）。よろしくお願いいたします。

http://okweb.jp/kotaeru.php3?qid=1195119

回答No.2

noname#40123 · ベストアンサー

正確に言えば、ギアを入れ替えするような変速の仕方をする装置は、電車にはありません。

しかし、モーターの回転速度を可変することで、スピードを変えています。
ただし、運転士が変速をする装置はあります。

また、ディーゼル動車の場合には、日本国内のは、ほぼ液体式でしょう。
自動車のAT車と同じ構造のミッションがあります。
ただし、手動で変速していくのです。

DF50とDF200というディーゼル機関車の場合には、電気式と言って、車内のディーゼルエンジンで発電して電気モーターを回す仕組みのものもあります。
この場合は、電車の構造に近い変速装置を利用しています。

電車とディーゼル動車の仕組みについて書いたところがありますのでみてください。

JR四国総合学習　コーストコーリア四国アドベンチャークラブ
鉄道おもしろ百科
気動車（きどうしゃ）と電車の違いは何ですか？？？？？？？
http://www.jr-sogogakushu.com/omoshiro/answer-18.htm

お礼

くわしい回答をありがとうございます。やはり電車にはないですよね。ディーゼルで発電して、モーターを回すなんてのもあるんですか。効率的にはどうなんでしょうか。ホームページのご紹介もありがとうございました。

回答No.17

ultraCS

もうかなり出揃っているので補足になりますが

ゴムタイヤ車両の中には差動ギア(車で言うディファレンシャルギア)をもっているものがあります。これはゴムタイヤの場合、鉄輪とレールの組み合わせと違って、曲線での回転差をすべりで吸収できないためです。
確実なのは札幌市営地下鉄南北線の試作車と2000系(1000系)ですね。
電気自動車にも、変速ギアを持つものがありますから、もしかすると、ゴムタイヤ車両の中にも変速機つきが登場する可能性はあるかもしれません(保守用とか)。

また、変速ギア無しの車両としては、ハブモーター車(車輪自体がローテーターになっている)もあります。フランクフルト市のR型(デュワグ製)がそうですが、その後、続かないところを見ると、なにか欠点があるのかもしれません(バネ下が重く軌道破壊が問題になる等)。

なお、だいぶ変則技ですが、一応、分類では電車となるトロリーバスの中には、海外ではディーゼルエンジン併用のハイブリッドタイプもあるらしいので、こういうのには多段変速機がついているかもしれません(相当苦しいけど)。

お礼

ご回答ありがとうございます。ダイレクトドライブだとバネ下重量が重いそうですが、通勤電車の場合にはモーターはバネ上なんでしょうか？また電気機関車なら車体上のモーターがイメージできますが、そのモーターから水平方向にも回転する台車へ動力をどうやって伝達するんでしょうか？ＳＬの動輪は、水平方向には回転しなかったですね。

補足

○御礼○　数多くの皆様から、ご回答やアドバイスをいただき誠にありがとうございます。こんなに多く皆さんから回答をいただけるとは思ってもいませんでした。シロートの素朴な疑問に対し、皆様の非常に深い専門知識をご教示いただき、大変興味深く読まさせていただきました。この辺で質問を閉じさせていただきたいと思います。本当は皆様全員にポイントを差し上げたいのですが、このシステムではお二人にしか差し上げられないのが大変残念です。またの機会がありましたら、これに懲りずなにとぞよろしくお願いいたします。ありがとうございました。

回答No.16

arishu

電車で、モータの減速歯車がない直接駆動モータ車両がありますよ。
それはJR東日本E993系(ACトレイン)という電車です。

この車両は次世代通勤電車の試作車で営業運転は行われていませんが、モータは永久磁石を用いた交流同期電動機(現在の主流は交流誘導電動機)ですのでギアを介さずにモーターの回転を車輪に伝えます。つまり車軸をそのままモータの回転子にしてしまうのです。

これ以外ですと、現在試験中のＧＣＴ０１形軌間可変電車「フリーゲージトレイン」も一部の車両が直接駆動モータ車両車両です。

直接駆動モータに改造されたJR東日本の103系電車が試験的に京葉線営業運転に使われていたのですが、廃車になってしまいました。

参考URL：

http://www.jreast.co.jp/development/system/actrain.html

お礼

やはりありますか。時代はエコノミー、環境対策ですよね。うちの静音省エネ洗濯機もダイレクトドライブです（^_^;）。技術の進歩は目覚しいですね。大変参考になりました。どうもありがとうございました。

回答No.15

noto_602

>「流体変速機」いわゆるトルクコンバーターというやつのようですが、

質問者様がおっしゃるとおり、その「トルクコンバーター」です。

>トルコンならこれとロックアップだけで低速から高速までカバーできるのかと思っていましたが、流体でどうやって変速比
>（ご説明いただいた１段目、２段目）を変えるんでしょうか。油の詰まった容器の中のプロペラの角度（ピッチ）を変えるとか、
>そういうことなんでしょうか。ディーゼルカーに乗った事が無いので、ちょっと興味があります。

ディーゼル機関車の場合、ギヤ比の異なるトルコンを2個か3個用意して、速度に最適なギヤ比を持つトルコンに油を流してというようにトルコンを選択して、ギヤチェンジするようです。この場合トルコンはクラッチみたいなものですね。でもこれは図体のでかい機関車だから出来るのでしょうが、気動車ではまた方式がちょっと違うと思います。

お礼

ご丁寧に追加回答をいただき、どうもありがとうございました。トルコン自体複数あるのですね。大変興味深く、楽しいお話でした。

回答No.14

noto_602

鉄道のディーゼルカー（気動車）は、「流体変速機」といって、油の詰まった容器の中でプロペラを向かい合わせにおき、片方のプロペラを回すと油を介して反対側のプロペラが回るというような原理で、受け側のプロペラの後でギヤチェンジします。自動車のオートマチック変速機に似ています。ですから、エンジンは前進・後進にかかわらず、回転方向は変わりません。
最近の気動車は、1車両に330馬力程度のディーゼルエンジンを1個搭載し、流体変速機に接続してシャフトを介して台車へ動力を伝達します。
発車からスピードを上げていくときの操作は、電車と同じノッチアップですが、ギヤの方は、
「変１」→「変２」→「直(１)」（→「直２」）
（変１：変速機1段目、直：エンジン直結）
というようにシフトアップします。
ギヤチェンジは、自動車と同じオートマチックですが、切り替えのタイミングはそのときのスピードで決まるようです。

お礼

どうもありがとうございました。「流体変速機」いわゆるトルクコンバーターというやつのようですが、トルコンならこれとロックアップだけで低速から高速までカバーできるのかと思っていましたが、流体でどうやって変速比（ご説明いただいた１段目、２段目）を変えるんでしょうか。油の詰まった容器の中のプロペラの角度（ピッチ）を変えるとか、そういうことなんでしょうか。ディーゼルカーに乗った事が無いので、ちょっと興味があります。

回答No.13

takarajun

＞ジーゼルカーの前進、後進ではエンジンの回転方向が変わるのでしょうか…

エンジンの回転方向が変わりません。クルマと同じでギアの切り替えで進行方向を変えます。

＞モーター直結なんてのもあるんですね。ありがとうございました…

何か勘違いをされているようで…（笑）直結ではありません。

その原理と構造を下に貼り付けたURLでどうぞ。

参考URL：

http://www1.odn.ne.jp/~aaa81350/kaisetu/linear/maglev.htm

お礼

>ロンドン地下鉄の車軸モーター
というのが直結なのかな、と思ってしまったもので。リニアモーターカーのページは大変興味深いものがありました。浮かすこと自体はたいしたエネルギーは必要ないなど、大変意外でした。どうもありがとうございました。

回答No.12

pitagorajr

耳で体感しているが、和歌山線が電化の前は２段変速ということが音でわかった。２年ほど前、坂道の多い信楽鉄道へ乗って運転士に尋ねたら、それは、３段ギヤと聞いた。
皆さんへ、ジーゼルカーの前進、後進ではエンジンの回転方向が変わるのでしょうか。

お礼

回答ありがとうございました。でもエンジンが逆に回るっていうことは無いと思うんですが？昔の単コロバイクのケッチン状態ですよね（年がわかる！）。ディーゼルカーの場合には、バスやトラックほどとは行かないまでも、始動時、登坂時、高速安定走行時、などそれぞれ頻繁に変速操作をするものなんでしょうか。

回答No.11

trombravo

まとめますと、一般の電車には必ず「変速機」はあります。
しかし１段で変速比は固定、ニュートラルもありません。

変速機がないのは大江戸線などのリニアモーターカーとか、昔のロンドン地下鉄の車軸モーター（自信なし）に限られます。

お礼

モーター直結なんてのもあるんですね。ありがとうございました。

回答No.10

PAP

ANo.3のＰＡＰです。
鉄道車両のギアについて、参考に補足致します。
電気機関車にＥＦ１５形とＥＦ５８形という２つの車両があります。製造は昭和２１～３３年とかなり古いのですが、比較しやすいのであえて選んでみました。
ＥＦ１５形は貨物用、ＥＦ５８は（急行）旅客用で、ともにＭＴ４２と呼ばれる同じモーターを６個使用しています。
簡単な緒元を以下に記します。
１時間定格出力　(15)1900kW (58)1900kW
１時間定格引張力　(15)15900kg (58)8180kg
最高運転速度　(15)75km/h (58)100km/h
歯車比　(15)20:83=1:4.15 (58)28:75=1:2.68
ここで(15)はＥＦ１５形を、(58)はＥＦ５８形を意味します。また、動力伝達機構はどちらも１段歯車減速ツリカケ式ですので、歯車比の左は主電動機（モーター）の軸に付いている歯車、右は車軸に付いている歯車の歯の数を表しています。ツリカケは主電動機の設置の仕方といったことですが、ここでの話では気にしなくてよろしいかと思います。

この２形式は兄弟機と呼ばれるほどで、基本的な部分はほとんど共通していますが、歯車比を変えることで貨物用と旅客用に作りわけられています。
旅客用のＥＦ５８形のほうが歯車比が小さく高速で運転できますが、引っ張る力はＥＦ１５形のほうがあるという違いがおわかりいただけるかと思います。

何かの参考になればと思い、補足しました。

お礼

非常に分かりやすい比較をありがとうございました。引っ張るちからが倍も変わるんですね。電車といってもモーター直結というわけではないし、回転があがるとトルクが落ちるというのも、そのまま実際の電車には当てはめられないということがわかりました。

回答No.9

arishu

＞高ギアとは車の５速、低ギアとは１速とするならば、電車の場合、高ギア＝モーター低回転、高トルク、車輪高回転で、低ギア＝モーター高回転、低トルク、車輪低回転ですよね。すると高ギアの方が、少ないモーター回転で車輪がたくさん回ってより「利得」がありそうな雰囲気がするんですが？。トルクが同じならば、車輪をたくさん回したほうがスピードがでてよさげな感じです。

既に皆さんが述べられていますが、モーターとエンジンのトルクの関係は逆なので、例えるなら高ギア＝１速、低ギア＝５速では？
高ギアですと、モーター起動時の電機子軸の合成完成モーメントが減少するので高加速度になります。しかし、モーターには回転限界(例えば強度)があるので高速性能が劣るのです。
南海高野線のギア比が変わる車両というのはズームカーのことだと思いますが、ギア比が変わるのではなくhidoukihenchoさんが仰っていることが正解だと思います。
出力が最大になるまでは定トルク制御を行い、出力が最大になったら界磁電流制御(弱め界磁)を行い、定出力で速度を上げていくのです。
ただし、これは従来の電車に使われている直流モータの制御方法ですので、現在の新型電車で多く使われている交流モータでは、電圧・周波数・すべりを変えることによりモータの回転数を上げています。

参考URL：

http://sylph.lib.net/trainsim/simulation_howto.htm

お礼

補償線輪付モーターを採用したズームカーと言うやつですね。補償線輪というのはわかりませんが、おっしゃること自体はなんとなくわかってきました。変速というのはあくまでも例えということですね。なかなか奥が深く、いい勉強になりました。どうもありがとうございました。

回答No.8

hidoukihencho

南海電鉄で、登坂時に車と逆にギアを上げるのではないか、ということについて・・・
電車のモーターは車のエンジンとは逆に、回転数が上昇するとトルクが下がってゆきます。車の場合、低速時にはギアを下げる訳ですが、これは、高ギア時に比べてエンジンの回転数を上げることができ、同時にパワーも増え、理にかなっているわけです。
それではモーターはなぜ回転数に伴ってトルクが下がってゆくと考えられるのでしょう。これは、回転数の上昇と共にモーター内に逆起電力が発生し、電流が下がってゆくからです。
ギア比を考える場合、確かに回転数の上昇と共にモーターのトルクは下がってゆきますが、ギアにおける利得も考えなければなりません。ローギアの場合、回転数が上がり、トルクは下がりますが、ギアにおける利得は大きい。しかし、ハイギアの場合、回転数が下がりトルクは上がるが、利得は減る。あまり大差がないので電車にはギア変更機能がついていないと言ってよいでしょう。
それでは、なぜ南海電鉄にギア変更機能が付いているのでしょうか。私も南海電鉄に詳しいわけではないので考えを述べます。
モーターが低速時に高トルクが出せるのは、逆起電力が少ないため、無理をすれば電流を流せる、というだけで、実際には配線やモーターやパンタグラフの電流の定格があるわけで、流したくないのです。そこで制御装置を使って高速域に達するまでは定電流制御をしているのです。電流とトルクは比例関係にあるので、回転数が高速になるまでトルクは一定なのです。すなわち、普通に走行している時は回転数に対してトルクは一定な訳で、登坂時にギアを変えるのはモーターの回転数を下としてトルクを上げるのが目的なのではなく、単にギアによる利得を目的としているのではないでしょうか。
よって、登坂時にはギアを上げるのではなく下げるのではないでしょうか。

補足

ご丁寧な回答をありがとうございました。なぜ低回転で高トルクがでるか、よくわかりました。ただ「利得」という用語の意味がよくわかりません。高ギアとは車の５速、低ギアとは１速とするならば、電車の場合、高ギア＝モーター低回転、高トルク、車輪高回転で、低ギア＝モーター高回転、低トルク、車輪低回転ですよね。すると高ギアの方が、少ないモーター回転で車輪がたくさん回ってより「利得」がありそうな雰囲気がするんですが？。トルクが同じならば、車輪をたくさん回したほうがスピードがでてよさげな感じです。ど素人ゆえのアホな質問ですが、お許しください。