直流モータの構造 外側の磁界を発生する部分を「( ① )」、内側の回転する部分を「( ② )」という。

直流モーターの各部位の名称を選択しなさい。

最近の新しい電車に導入されている誘導モータを回すには、直流の電源が必要である。

導体を磁界の向きに対して直角に動かすと、導体に起電力が生じて電流が流れることを「( ① )」という。このときの起電力を「( ② )」という。

電磁誘導が発生しているときの磁界の向きと導体を動かす向き、誘導起電力の向きの関係を「フレミングの右手の法則」という。

モータ内部で回転する回転子には通常、棒状の導体が複数存在し、その形状から「柵形誘導電動機」という。

直流電車の特徴として正しいものを選びなさい。

交流電車の特徴として正しいものを選びなさい。

速度の制御方法 回路に複数の抵抗器を入れ、抵抗器をつなぎ替えることによってモータにかかる電圧を変え、電車の速度をコントロールする制御を「( )」という。

速度の制御方法 偶数個のモータを2つに分けて、この２つのグループを、直列や並列にすることでモータに加える電圧を変化させ、速度をコントロールする制御方法を「( )」という。

抵抗制御 抵抗をすべて短絡させたの後、さらに速度を上げる場合、モータの「磁束を弱めると高速時での性能が良くなる」特性を利用して、モータの界磁コイルに流れる電流減らすことで磁束を減らし、電車の速度をコントロールさせる制御方式を「( )」という。

直流電車 交流電車、また新幹線、在来線を問わず、新型式の電車では、( ① )制御が広く使用されています。 ( ① )制御方式は、 抵抗制御のように( ② )損失がないとともに、( ③ )のないモータを利用するため( ④ )、( ⑤ )の省力化という利点があります。 ( ⑥ )系以降の車両に広く導入されています。

VVVFとは､ 「バリアブル・ボルテージ・バリアブル・フリクエンシ 一」の略で、可変電圧、 可変( ① )を意味します。 また、インバータとは( ② )を( ③ )に変換する装置のことです。

直流から交流に変換する際に用いられる、スイッチのON・OFFによって、電圧をかける時間の長さ(パルスの幅)を調整し、時間平均の電圧値を変化させる方法をなんという。

インバータの高速スイッチには、高電圧や大電流を扱うことができるパワー半導体が使われている。以前はIGBTが使われていたが、パワー半導体技術の向上により、現在ではGTOサイリスタが主流となっている。

パワー半導体 ゲートにプラスの電流を流すとアノードからカソードに電流が流れ、マイナスの電流を流すと電流を止めることができるサイリスタを( )という。

GTO サイリスタやIGBTにはどのような材料が用いられているか。

SiCMOSFETの導入により、どのような効果が期待されているか。

燃料を爆発燃焼させると体積が非常に大きくなります。この現象をピ ストンとシリンダで囲まれた中で起こすと、その燃焼ガスの膨張力がピ ストンを押す力に変わります。このように燃料が爆発燃焼する圧力でピストンに運動を与え、仕事をさせる機関を外燃機関といいます。

ディーゼル機関は、比較的揮発性の( ① )軽油などを燃料に用います。 また、ガソリン機関は揮発性の( ② )ガソリンが燃料です。 したがって 燃料を燃焼する方式は異なり、燃料を供給する装置がまったく違ったも のとなっています。 鉄道車両には、ディーゼル機関が用いられていま す。

ガソリン機関、ディーゼル機関、ジェット機関、蒸気機関のうち、外燃機関のものはどれか。

( )機関は、シリンダ内の高温高圧になった空気に、燃料を霧状に噴射して自然着火させるものです。 燃料を高圧にして噴射するため に、燃料噴射ポンプと燃料噴射器が必要です。

( )機関は、空気と燃料の混合気をシリンダ内で圧縮し、これに 電気花火で点火し、燃焼させます。そのため、混合気をつくる気化器と 点火装置が必要です。

ガソリン機関の概略図の各番号の名称を選びなさい。

ディーゼル機関の概略図の各番号の名称を選びなさい。

JR東日本の車両に使用しているエンジンはすべて4サイクル機関である。 4サイクルエンジンの行程は、 1.( ① ) ピストンが降下し、吸気弁が開くこ とで空気をシリンダー内に( ① ) する。 2.( ② ) 吸気弁を閉じ、ピストンを上昇さ せ吸い込んだ空気をシリンダー内で ( ② )して、高温、高圧にする。 3.( ③ ) 燃料を霧状にして高温、高圧のシ リンダー内の空気に噴射すると、燃 料が( ③ )する。このときシリンダ 内の空気は急激に膨張し、ピストンを押し下げ、連接棒を介してピストン運動をクランク軸の回転運動に変換して動力を得る。 4.( ④ ) ピストンが上昇するときに、排気 弁が開いてシリンダー内のガスを ( ④ )する。

液体変速機を構成する部品の名称を選択しなさい。

液体変速機の構造 ( )は、動力をトルクコンバータ部に伝える変速運転か、 直結軸に伝える直結運転かを選択するところです。

液体変速機の構造 ( )は、回転力を変換するところです。 ポンプ羽根車、 案内羽根車、タービン羽根車によって構成されています。 これは扇風機 と風車を向かい合わせに置いたとき、扇風機の風によって風車が回る原理を応用したものです。 実際には、密閉容器の中で粘度の高い油を媒介として、片側の羽根車 の回転をもう一方の羽根車に伝え、歯車と同じような役割を行いながら 回転力を大きくします。

液体変速機の構造 ( )は、 直結運転時に出力軸の回転によってタービン (羽根車)が回転駆動されないようにするものです。

液体変速機の構造 ( )は、車両の進行方向を変換する役目をもつもので、液体変速機の後部に装備されています。 また、減速機と一体になったタイ プもあります。

トルクコンバータ(液体変速機)の内部 トルクコンバータを構成する、各部品の名称を選択しなさい。

フリーホイールを構成する各部品の名称を選択しなさい。 フリーホイールは、 直結運転時に出力軸の回転によってタービン (羽根車)が回転駆動されないようにするものです。フリーホイールに はいろいろなタイプがあります。次に、フリーホイール外輪を出力軸 に、内輪をタービン軸に取り付けている種類で仕組みを紹介します。 内輪(タービン軸)の回転が外輪(出力軸)より速くなると、 フリー ホイールローラーがひっかかり内輪と外輪が一体となるため、回転力を伝達する。 外輪の回転が内輪より速くなると、フリーホイールローラーが滑り、 回転力は伝達されない。

動力伝達装置 ( ① )で発生した回転力は、( ② )によって必要な回転力はに変換される。この回転力は( ③ )を介して、( ④ )により回転方向を変え、車軸に回転力を伝える。

ハイブリッド車両 ハイブリッドの方式には、以下の２つの種類がある。 1. エンジンの出力で発電し、得られた電気的エネルギーをもとにモーターを駆動する「シリーズ・ハイブリッド」 2.エンジン出力とモータ出力を動力分配して車輪に伝達する「パラレル・ハイブリッド」 この２つのうちJR東日本のハイブリッド気動車に採用されているのはどちらの方式か選びなさい。

ハイブリッドシステムを構成する各部品の名称を選択しなさい。 ( ① ) ノッチの指令に基づき必要な力行・回生性能を得る制御を行っている。 ( ② ) 主変換装置に含まれており、三相誘導発電機の交流電力を直流電力に変換する。 ( ③ ) 回生ブレーキ時の回生電力、エンジン発電の電力を蓄えることを可能 とする装置で、駅停車時や起動開始にエンジンを動作させることなく、車両駆動や空調装置などのサービス機器の動作を可能としている。この装置があることで、従来の気動車ではできなかった回生電力の有効利用を可能としている。 ( ④ ) 主変換装置からのエンジンノッチ指令に基づいて、所定の回転速度-出力特性に応じた燃料噴射量制御を行い、発電機および( ② )と組み合わせて制御することでシステム全体への電力供給を行っている。

ハイブリッド気動車の起動開始時はエンジン停止のまま主回路蓄電池出力のみで低騒音の力行がスタートし、 速度( )km/hでエンジン始動し、エンジンと蓄電池による電力で力行を続けます。

ハイブリッド気動車は、連続する下り勾配では( ① )により回生ブレーキ力を制御し、一定速度での走行を可能としています。しかし、ハイブリッド動力システムでは( ② )容量により蓄電できる回生電力量が限られています。 このため、( ① )時には回生電力をもとに発電機を( ③ )で制御し、この出力をエンジンの負荷により吸収する( ④ )制御を行っています。

ハイブリッド気動車においてブレーキを扱うと、主電動機から回生電力が生じ、SIV電力および充電電力として有効活用され、エンジンが始動する。

ハイブリッド気動車は、停車時に騒音低減のため、エンジンを停止して蓄電池電力のみでSIVへ電力を供給する。なお、蓄電池の充電量が一定以下になった場合は、エンジンを起動し、エンジンによる発電を行い、蓄電池の充電量を回復させる。

( )は、電化区間では通常の電車と同様にパンタグラフを上昇させ、架線からの電力により走行すると同時に主回路用蓄電池の充電を行います。 非電化区間では、パンタグラフを降下させ、主回路用電池からの電力のみで走行し、専用の充電設備を設置した駅や線径を太く強化した架線設備を持つ駅において走行に必要な充電を行います。

電池駆動電車システムは、車両に走行のための大容量の蓄電池 (以下、 主回路用蓄電池) を搭載し、非電化区間の走行を可能にするもので、これまでの気動車のエンジンから発生する排気ガスを解消し、二酸化炭素 騒音の低減を実現しています。 JR東日本では、 直流架線下で走行可能な直流電池駆動電車のみ導入しています。

( )の主回路システムは、ディーゼルエンジン、主発電機、主変換装置、主電動機で構成されている。 エンジンと主発電機で三相交流を生成し、コンバータによって交流電力を直流電力に変換する。直流電力は、インバータ、SIV、システム起動用蓄電池に送られる。 インバータに送られた直流電力は、三相交流に変換され、主電動機に供給される。

電気式気動車を起動する際は、主回路蓄電池の電力により、主発電機を回転させ停止状態のエンジンを始動させる。

電気式気動車では、抑速走行をする際に、回生電力を補助回路で消費する、もしくは発電機をコンバータで制御し、エンジンで電力を消費させるエンジンブレーキを行っている。また、減速、停止ブレーキはブレーキ抵抗器やハイブリッド動力システムのような主回路蓄電池を搭載していないため、空気ブレーキのみとなる。