中空軸平行カルダン駆動方式

中空軸平行カルダン駆動方式

中空軸平行カルダン駆動方式は、電気車の主電動機を駆動する技術の一つであり、特に高速走行における動力伝達に優れています。この方式は1941年、スイスの電機メーカーであるブラウン・ボベリによって開発され、その後チューリッヒ市交通局の路面電車に導入されました。基本的な構造は、主電動機が台車枠に平行に配置され、その電機子軸が中空の軸で支持されている点にあります。

構造と機能

この駆動方式では、主電動機と駆動軸が巧妙に組み合わさっています。中空軸には駆動軸であるねじり軸が通り、動力は中空軸から主電動機の出力軸に移されます。この伝達過程では、主電動機の反対側にあるたわみ板継ぎ手を介して動力が伝達され、さらに中空軸の内部を通る駆動軸によって力が小歯車に伝わります。決定的なポイントは、出力軸が小歯車の反対側から出ることで、ねじり軸の実効長を確保しつつ、十分な変位量を持たせられるところです。

この設計により、高速運転時でも車両の上下動を抑えながら、スムーズに高い動力伝達を実現しています。また、主電動機と歯車装置が共に台車枠に支えられているため、ばね下重量が軽減し、レールや台車への衝撃も少なくなります。

一方、中空軸を通すために主モーターの直径が拡大するものの、全体の軸方向の寸法は短縮され、特に狭軌鉄道において大出力モーターを搭載するのに適していたとされています。

日本における導入事例

日本の鉄道においては、1952年に東洋電機製造が可撓継手を使用した平行駆動装置を開発しました。これはブラウン・ボベリのディスクドライブ方式を参考にしたもので、京阪神急行電鉄の電車で現車試験を行い、その後実用化へと至りました。1953年には、京阪電気鉄道の1800型へ初めて実用中空軸平行カルダン駆動装置が納入され、さらに1954年には名古屋鉄道、南海電気鉄道、西日本鉄道の路面電車でも採用されました。

1957年には日本国有鉄道のモハ90系でもこの方式が採用され、特に狭軌鉄道事業者においてその利点が認識され、普及が進みました。中空軸平行カルダンの優れた特徴として、他の駆動方式に比べて軸方向の寸法を効率的に縮められる点や、悪条件の軌道における柔軟な動作が評価されました。

ただし、この方式はたわみ板の疲労破壊という問題も抱えていました。1970年には101系電車でたわみ板の破損が原因の事故が発生しましたが、その後の改善によって類似のトラブルは大幅に減少しました。

現在の状況

その後、TD (Twin Disc) 継手を用いた新たな「TD平行カルダン駆動方式」が登場し、技術革新が進む中でVVVFインバータ制御と誘導電動機の組み合わせが主流となり、主電動機の小型化が進みました。そのため、相対的に中空軸平行カルダン駆動の利点は減少し、新系列の電車での採用例は少なくなってきています。

採用例

この駆動方式は、東京急行電鉄、東武鉄道、京王電鉄、京浜急行電鉄、西武鉄道といった多数の鉄道事業者によって採用され、特に狭軌の鉄道事業者での普及が見られました。現在では、主に歴史的文脈としても重要な技術として位置付けられています。

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