直角カルダン駆動方式

直角カルダン駆動方式

直角カルダン駆動方式（ちょっかくカルダンくどうほうしき）は、電車のモーター駆動メカニズムの中で特に重要な一つであり、カルダン駆動方式の一部として位置づけられています。この方式は、車両における動力伝達の効率性や構造の単純さが求められる中、様々な利点と課題を抱えています。

概要と構造

この駆動方式では、台車枠の内部に車軸に対して直角に配置されたモーターが固定されています。このモーターからの動力は、自動車同様のカルダン・ジョイントを持つプロペラシャフトを介し、スパイラル・ベベルギアを通じて車軸に伝えられます。主な特長として、相対的に単純な構造を持ちながらも狭いスペースでも比較的大きな主電動機を取り入れられる点が挙げられます。さらに、ハイポイドギアを活用することにより、ギア比の選択を柔軟に行えるのもメリットです。

一方で、スパイラル・ベベルギアやハイポイドギアの調整には手間がかかり、全体の台車長が他の駆動方式よりも長くなるとのデメリットも存在します。また、大トルク時には駆動軸の左右で車輪の圧力差が生じることもあり、注意が必要です。直角カルダン駆動方式は、1935年にアメリカの高性能路面電車PCCカーの駆動システムによって広まることとなりました。

ドルトムント方式

ドルトムント方式は、直角カルダン駆動方式の一例で、台車内部に設置された二つの車軸がベベルギアを用いて、スプラインジョイントを持つプロペラシャフトで結ばれています。この中間に主電動機が位置し、プロペラシャフトにより回転を伝達します。この設計は自動車の四輪駆動に類似しており、1921年にドイツのドルトムントで最初に試作されたことから、この名前が付けられました。

ドルトムント方式における問題点は、2つの主電動機を単一の駆動軸に接続することによる共振による騒音や破損のリスクです。しかし、この方式は後の1トラック1モーター方式を適用することで生き残る道を見いだしました。

日本における導入

日本での直角カルダン駆動方式の導入は1951年にさかのぼります。当時、東芝が製作した試作台車が、小田急電鉄の線路を使用して走行試験を行いました。このテストは「相武台実験」として知られ、日本国内でのカルダン駆動方式の先駆けとなりました。その後、1952年には国鉄の試作気動車に採用され、1953年には東武鉄道の特急電車にも搭載されましたが、故障が多発したため別の方式に改造されました。

直角カルダン駆動方式は1954年以降本格化し、東急5000系電車がその代表的な採用例となりました。ただし、ドルトムント方式が普及することはなく、初期のカルダン駆動方式は1950年代中頃から1950年代末期にかけて広く普及していきました。整備が容易な平行カルダン駆動方式への移行が進む中で、直角カルダン駆動方式は次第に廃れていきましたが、21世紀初頭まで製作が続けられたケースもあります。

現在の利用状況

新交通システムやモノレール、トロリーバスでは、現行の構造にも関わらず直角カルダン方式が引き続き利用されています。また、951系新幹線の試験も直角カルダン駆動方式に関連した進展がありました。その中で、日本初のVVVFインバータ制御式電車である熊本市交通局8200形は、1台車1モーター型の直角カルダン方式を採用しています。特に地元交通システムにおいては、直角カルダン駆動方式の影響が続いています。

結論

直角カルダン駆動方式は、その特有の構造と特長から、電車の動力伝達において重要な役割を果たしてきました。根強い課題は残るものの、過去の実績と進化を通じて、今後もその形式に基づいた技術開発が行われることでしょう。

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