JPS6126283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気駆動車両において牽引電動機用電
力を車両搭載の内燃機関により駆動される主発電
機および地上電源設備よりの架線給電のいずれか
らも給電走行できるよう構成したデユアルモード
走行車両の制御方式に関する。

大型建設車両や露天堀鉱山における鉱石や表土
運搬車両においては、車両保守費、運搬コストな
どの低減を目的とし従来の機械的動力伝達機関を
有する機械的走行車両から、ゴムタイヤを有した
電気駆動車両に変化しており、その車両の運搬能
力も120tから320t積程度迄大型化し今後その規模
はますます拡大する方向にある。

このような大型走行車両においては従来の機械
式車両では、動力伝達機関の構成が難かしくなる
だけでなく、制御時の吸収すべき運動エネルギー
があまりにも大きくなるため摩擦式の機械的制動
装置が巨大なものとなり、その構成すら難かしく
なるため、車両走行時はエンジンにて発電機を駆
動し変換して得た電力にて、駆動車軸内もしくは
その近傍に分散して配置した複数台の電動機を付
勢して走行せしめ車両制動時は該牽引電動機を発
電機として作用せしめることにより、車両運動エ
ネルギーをブレーキ抵抗器にて熱として発散せし
めるいわゆる発電ブレーキを採用した電気駆動車
が主流をなしている。このような車両を使用する
建設現場や鉱山においては、トロツコや貨車など
による有軌道運搬の概念わらオフザロードの概念
を取り入れた大型タイヤを装着した無軌道運搬工
法が主流をなしている。

これは、従来の有軌道車運搬工法のためのレー
ルや架線敷設の必要もなく、また有軌道車である
がための運搬工法の制約もなく、鉱山におけるマ
イニングプランはその時々の計画により容易に変
更が可能となり、またそのための運搬路建設費用
も安く、かつその時間的制約も少ないなど多くの
特長を有するがためで、近年開発された鉱山では
ほとんど上記の如きオフザロードの概念を取り入
れた運搬工法が採用されている。

かかる運搬工法の採用により、鉱山における生
産の効率向上および運搬コストの低減化が可能と
なつた。

しかし近年の石油シヨツクに起因する石油コス
トの上昇は、かかる車両の燃費上昇を招き、特に
非産油国における鉱山計画においてその鉱山計画
変更を余儀なくされている面も発生している。こ
のことは、特に中南米やアフリカ等の大規模な水
力発電や石炭等による火力発電が可能な土地にお
いては、この発電電力を使用した鉱石運搬工法は
見逃すことのできない魅力的な工法として注目さ
れている。

かかる見地から、最近このような鉱山におい
て、採石積載場や捨土場においては車両搭載の内
燃機関により発電機を駆動し得た電力（以下原動
発動機と称す）を使用したオフザロードの概念を
取入れた車両システムとし、積車登坂場などのエ
ネルギー多消費場においては、トロリー等を使用
した架線給電により車両走行させるシステムが試
みはじめられている。

本発明は上述したような点に鑑み、車両搭載の
電源設備および地上発電設備よりの架線給電のい
ずれからも給電走行できるように構成したデユア
ルモード走行車両の制御方式を提供せんとするも
のである。

以下、本発明を実施例図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す構成回路図
で、１はデイゼルエンジン、２はデイゼルエンジ
ン１に直結された交流発電機、２１は交流発電機
２の電機子、２２は界磁巻線である。３は交流発
電機２の出力を直流に変換する整流回路で、サイ
リスタで構成した純ブリツジ回路である。４は電
機子４１と界磁巻線４２で構成される車両用牽引
電動機としての直流電動機を示す。

いま直流電動機４を車上電源で走行する場合、
デイゼルエンジン１により駆動され、ここで説明
する以外の車両運転指令や直流電動機４の電機子
電流などの論理演算値を、一般に閉ループ制御に
常とう的に用いられる論理演算を経て種々出力信
号を発生する制御器５の出力で、界磁巻線２２を
制御し電機子２１より直流電動機４を付勢する電
力を発生する交流発電機２で車両駆動電力を得、
得たる交流電力をサイリスタで構成した整流回路
３で直流に変換し、この整流回路３の出力をダイ
オード６、平滑リアクトル７を介し直流電動機４
に与える。

図示の実施例のように、例えば交流発電機２を
三相交流発電機とし、その線間電圧をEac，整流
回路３のサイリスタ制御角をα（αとはサイリス
タ純ブリツジで構成した整流回路を順変換用他励
インバータとして使用したときのサイリスタ制御
角）とすれば、車両用牽引電動機である直流電動
機４は整流出力電圧（Ｅ_Dc＝1.35Eac・COSα）
で駆動されることになる。従つてαを90゜〜０゜
の範囲で制御すれば、直流電動機４を零ボルトか
ら最高電圧の範囲で駆動できることになる。

整流回路３のサイリスタゲート信号は、本実施
例では交流発電機２の界磁巻線２２を付勢する制
御器５の出力信号に比例して、交流発電機２の出
力電圧が大なる時はα→０゜、また小なる時はα
→90゜の方向に制御する。

かかる構成により車上電源で走行する場合、車
両牽引電動機である直流電動機４を任意の電圧で
駆動できるため、走行車両は種々の車両速度で滑
らかに運転できることになる。

次に地上電源より略一定電圧電源を受電し、走
行車両用牽引電動機である直流電動機４を車上電
源で駆動するときと同様に、種々の車両速度で滑
らかに運転する制御方法について説明する。

第１図において８，９は地上電源設備より架線
で送電されている電力を車上に受電するためのパ
ンタグラフで、８が正極用のパンタグラフ、９は
負極用パンタグラフを示す。このパンタグラフ
８，９で受電た直流電力は、地上電源を受電し走
行する場合に閉じる接触器１０，１１を介し図示
の通り車上電源設備の整流回路３に接続される。
これにより地上電源設備より送電されてきた直流
電力は正極用パンタグラフ８→接触器１０→平滑
リアクトル７→直流電動機４→整流回路３→接触
器１１→負極用パンタグラフ９の経路で直流電動
機４を付勢する。

この時の車上電源設備のデイゼルエンジン１の
回転数はアイドル回転数とし、デイゼルエンジン
１により駆動され交流電力を発生する交流発電機
２の界磁巻線２２は、ここで説明する以外の車両
運転指令や直流電動機４の電機子電流などの論理
演算値および地上電源設備電圧（即ちパンタグラ
フ受電電圧）から直流電動機端子間を引いた差電
圧信号等により、一般に閉ループ制御に常とう的
に用いられる論理演算を経て種々の出力信号を発
生する制御器５の出力で制御され、これにより交
流発電機２の発生電圧は直流電動機４の端子（誘
起）電圧が小なる時（即ち車両速度が低速時）は
高電圧に、車両速度が高速時は低電圧に制御す
る。

また整流器３のサイリスタゲート信号は、車上
電源走行時と同様に制御器５の出力信号で決定さ
れるが、地上電源受電走行時のサイリスタ制御角
γ（γとはサイリスタ純ブリツジで構成した整流
回路を逆変換用他励インバータとして使用したと
き転流重なり角と転流余裕角を考慮し決定する逆
変換動作時の制御角）は交流発電機２の出力が大
なる時はα→γリミツト、また小なる時はγ→90
゜の方向に制御する。

かかる構成により整流回路３は他励インバータ
として作用する。その他励インバータとして作用
する出力電圧Edcは、交流発電機２の出力電圧を
前述の車上電源設備走行時と同様にEacとすれば Edc＝1.35Eac・COSγ（但し90゜＜γ＜γ
リミツト）、 即ち ０ボルト＞Edc＞1.35Eac・COSγとな
る。

これにより直流電動機４には、地上電源電圧か
ら整流回路３の出力電圧の差電圧が印加するの
で、直流電動機４は前述の車上電源走行時と同様
に、走行車両は種々の車両速度で滑らかに運転で
きることになる。

なおこの場合、車上電源回路には整流回路３の
負出力電圧に対し地上電源側から直流電動機４の
消費電力を差し引いた差電力が注入することにな
る。このため交流発電機２およびデイゼルエンジ
ン１には前記差電力が作用するため、交流発電機
２には無効電力損が、デイゼルエンジン１にはエ
ンジンブレーキが作用する。

上記の通り本方式によれば車両運転台からの車
両運転指令（例えば運転台アクセルペダル踏込
量）を上記直流電動機電機子電流設定値とし、該
設定値と直流電動機電機子電流が等しくなるよう
上記Edc＝1.35Eac・COSγ式のEacもしくはγ
にいずれか、または両者を、上記制御器５で制御
すれば、車両の直流電動機４には地上電源より所
要の電力量を連続的に供給できる。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成回路図
で、第１図と同一記号は同一機能品を示してい
る。本実施例は第１図の実施例の車上電源設備の
デイゼルエンジン１をバツテリ１２に、また第１
図の交流発電機２を周知の無効電力帰還形強制転
流付インバータ１３と変圧器１４に置きかえたの
みで他はすべて第１図と同じである。

かかる構成により、前述の第１図の実施例の場
合と同様に車上電源、地上電源いずれの電源設備
からでも車両を任意に走行せしめることができる
が、第２図実施例が第１図と異なる点は、地上電
源で車両を走行させる場合、第１図の実施例では
地上電源電力と直流電動機消費電力との差電力が
エンジンブレーキおよび発電機無効電力損として
消費したのに対し、第２図ではインバータ１３の
無効電力帰還回路を経てバツテリ１２に無効電力
として戻し地上電源で走行中車上バツテリ１２を
再充電せしめるよう構成した点である。

また第３図は、第２図の実施例のインバータ１
３の出力に、地上電源への無効電力帰還回路１５
を、インバータ１３のバツテリー１２への無効電
力帰還回路と別に設けたものである。これにより
無効電力はより低い電源電圧側へ帰還するためバ
ツテリ１２の過充電を防止できる効果が期待でき
る。

上述した如く本発明によれば、車上電源、地上
電源いずれでも走行できるよう構成したデユアル
モード走行車両においてあらかじめ有していた車
上電源で走行するに必要な手段を利用して、略一
定電圧電源の地上電源から走行車両牽引電動機で
ある直流電動機を任意の電圧で連続的に運転する
ことができ、またこの時整流回路３は特別な強制
転流回路は必要とせず、車上電源にて走行時の交
流電力発生手段を利用して転流できるため装置の
小形、軽量、低コスト、信頼性向上などその効果
は大なるものがある。

なお本発明の実施例では地上電源を直流架線で
説明しているが、交流架線として車上にて整流し
直流電圧にしても同様にできること、また本発明
は鉄道車両に適用できること、またその場合は負
側パンタグラフは省略できることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成回路図、
第２図，第３図は本発明の他の実施例を示す構成
回路図である。 １…デイゼルエンジン、２…交流発電機、３…
整流回路、４…直流電動機、５…制御器、６…ダ
イオード、７…平滑リアクトル、８，９…パンタ
グラフ、１０，１１…接触器、１２…バツテリ、
１３…インバータ、１４…変圧器、１５…無効電
力帰還回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 走行車両用牽引電動機である直流電動機を駆
   動する電力手段として車両搭載の電源設備より得
   たる交流電力を、制御極付電気弁にて構成した整
   流回路にて任意の直流電力に変換し、前記直流電
   動機を低速から高速まで滑かに運転できるよう構
   成した車上電力発生手段と、地上電源設備より送
   電される略一定電圧電源を車上にて受電する地上
   電源受電手段とを併備し、該地上電源受電手段に
   て前記直流電動機を駆動する場合、該地上電源受
   電手段と前記車上電力発生手段とを直列接続し、
   該車上電力発生手段の制御極付電気弁で構成した
   整流回路を他励インバータとして作用せしめるこ
   とにより、前記地上電源受電手段より得たる電力
   量と前記直流電動機を駆動するに用する電力量と
   の差電力を前記車上電力発生手段に与え、その差
   電力を前記車上電力発生手段にて消費または回生
   せしめることにより、前記走行車両用牽引電動機
   である直流電動機を、地上より受電した略一定電
   圧電源で低速から高速まで滑らかに運転できるよ
   う構成したことを特徴とするデユアルモード走行
   車両制御方式。