DE102014000514A1

DE102014000514A1 - Elektrofahrzeug, Generatorsteuervorrichtung und Generatorsteuerverfahren

Info

Publication number: DE102014000514A1
Application number: DE102014000514.3A
Authority: DE
Inventors: Isao Furukawa; Akira Mishima; Yoshikazu Tokairin
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-07-17
Also published as: JP2014138436A; JP6113509B2

Abstract

Ein Muldenkipper (1) weist eine Steuereinheit (14) auf, die in Zeiträumen für das Umschalten zwischen einem Oberleitungsmodus und einem Nicht-Oberleitungsmodus einen von einer Erregereinheit (15) an einen elektrischen Generator (3) zu liefernden Erregerstrom auf der Grundlage eines zwischen dem Generator (3) und dessen zugehörigem Verbindungspunkt (20) erfassten Stromwertes in der Weise steuert, dass ein Additionswert des von einem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms und des von der Oberleitung (6) gelieferten Gleichstroms gleichwertig ist mit dem von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstrom im Nicht-Oberleitungsmodus. Ein Umschalter (16) ist mit Stromabnehmerstangen oder Stromabnehmern (5) und Verbindungspunkten (20) zum Blockieren des von der Oberleitung (6) gelieferten Gleichstroms im Nicht-Oberleitungsmodus und zum Ausgeben des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms von den Verbindungspunkten (20) an einen Leistungswandler (11) im Oberleitungsmodus verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofahrzeug, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Diese Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung eines elektrischen Generators.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich sind Elektrofahrzeuge bekannt, die in der Lage sind, einen Elektromotor durch Umschalten zwischen der Stromversorgung mit einem Dieselmotor und der Stromversorgung aus einer Oberleitung anzutreiben. Beispiele für solche Elektrofahrzeuge umfassen unter anderem einen Muldenkipper vom Oberleitungstyp. Dieser Oberleitungs-Muldenkipper ist so aufgebaut, dass er einen Dieselmotor, einen elektrischen Generator oder Dynamo, der einen Ausgang des Dieselmotors in elektrische Energie umwandelt, einen Leistungswandler (oder Stromrichter), der die von dem Generator oder der Oberleitung zu liefernde elektrische Energie umwandelt, und einen Elektromotor zum Antreiben der Räder aufweist. Wenn der Elektromotor als ein Radnabenmotor verwendet wird, der in einem Rad vorgesehen ist, ist darüber hinaus zum Drehen des Rades keine Achse mehr nötig.
Diese Art von Muldenkipper wird in verschiedenen Szenarien eingesetzt, so beispielsweise in einem Tagebau-Steinbruch. In dem Steinbruch wird eine Landoberfläche abgegraben, bis eine Minerallagerstätte sichtbar wird; daher muss der Muldenkipper mit einer Erzladung darauf einen steilen Hügel hinauf- und herabfahren, der von der Minerallagerstätte zur Oberfläche führt. Auf ebenen Fahrwegen wird die von dem Generator mit einem Dieselmotor erzeugte elektrische Energie dem Elektromotor zugeführt, ohne dass eine Stromversorgung aus einer Oberleitung erfolgt, wodurch der Muldenkipper bewegt wird. In der nachfolgenden Erklärung wird die Betriebsart, in der der Dieselmotor als die Energiequelle verwendet wird, ohne Strom aus der Oberleitung zu ziehen, als der „Nicht-Oberleitungsmodus (erster Modus)” bezeichnet.
In manchen Fällen kommt es jedoch vor, dass das Gesamtgewicht der Erzladung auf der Ladefläche eines Muldenkippers mehrere zig Tonnen überschreitet, zusätzlich zum Eigengewicht des Kippers. Nur den Dieselmotor als Energiequelle zu verwenden, würde zu einer spürbaren Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs fuhren. Eine übliche Gegenmaßnahme sieht wie folgt aus: Zwei parallele Fahrdrähte oder Oberleitungen werden über die Steigung des Steinbruchs verlegt, und wenn der Muldenkipper die Steigung hinauffährt, wird die aus diesen Oberleitungen gelieferte Energie verwendet, um den Elektromotor zu betreiben, wodurch der Muldenkipper bewegt wird. Die Betriebsart, in der die zugeführte Energie zum Bewegen des Muldenkippers aus der Oberleitung erhalten wird, wird als der „Oberleitungsmodus (zweiter Modus)” bezeichnet.
Im Hinblick auf das Oberleitungs-Elektrofahrzeug sind derzeit verschiedene Dokumente bekannt. Patentliteratur 1 ( JP-A-2002-67776 ) beschreibt zum Beispiel ein Verfahren mit einem Motorgenerator, der zugeschaltet wird, wenn keine Stromversorgung aus einer Oberleitung verfügbar ist, um den Antrieb bzw. das Fahren einer Fahrvorrichtung zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Übrigen wird bei Oberleitungs-Elektrofahrzeugen die dem Leistungswandler zuzuführende Gleichstromspannung durch die Oberleitungsspannung bestimmt. Die Oberleitungsspannung ist höher als die Ausgangsspannung des Generators. Aus diesem Grund wird es in Fällen des wechselseitigen Umschaltens vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus und vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus schwierig, einen Erregerstrom zur Steuerung der Ausgangsspannung des elektrischen Generators mittels einer Gleichspannung zu steuern. Sofern aber der Erregerstrom nicht entsprechend gesteuert wird, treten beim Umschalten der Betriebsart abrupte Lastschwankungen im Hinblick auf den Elektromotor auf, wodurch der Motor überlastet wird. Ein Beispiel für diesen „Stoß” stellt sich wie folgt dar: Beim Umschalten von dem Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus führt eine Antriebseinheit ein schnelles Drehen durch Anlegen einer Oberleitungsspannung aus, die höher als die Ausgangsspannung des Generators ist, wodurch es zu einem ungewollten Beschleunigen des Muldenkippers kommt. Umgekehrt tritt im Falle des Umschaltens von dem Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus eine andere Art von Stoß auf, z. B. ein plötzlichen Abbremsen des Muldenkippers.
Darüber hinaus schweigt das in Patentliteratur 1 beschriebene Verfahren darüber, wie der Generator mit dem Erregerstrom gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Situation gemacht worden und ihr Ziel ist die Verringerung des Einflusses auf das Elektrofahrzeug beim Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus.
Nach einem Aspekt dieser Erfindung wird ein Gleichrichter bereitgestellt, um den von einer Maschine zur Drehmomenterzeugung erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Ein Leistungswandler ist an Verbindungspunkte angeschlossen, die Gleichstrom von dem Gleichrichter und Gleichstrom von einem Stromabnehmer erhalten, der Gleichstrom aus einer Oberleitung zieht, um den an dem Verbindungspunkt ausgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der zum Aktivieren und Betreiben eines Elektromotors verwendet wird.
Als Nächstes liefert in einem Zeitraum zum Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der von dem Gleichrichter gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler ausgegeben wird, und einem zweiten Modus, in dem der aus der Oberleitung gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler ausgegeben wird, eine Steuereinheit wie folgt die Steuerung. Die Steuereinheit liefert, basierend auf einem zwischen dem elektrischen Generator und einem Verbindungspunkt zu erfassenden Stromwert, ein Befehlssignal an eine Erregereinheit und bewirkt das Ausgeben eines Erregerstroms von der Erregereinheit an den Generator. Dabei stellt die Steuereinheit sicher, dass ein Additionswert des von dem Gleichrichter gelieferten Gleichstroms und des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms gleich einem Wert des im ersten Modus von dem Gleichrichter zu liefernden Gleichstroms ist.
Außerdem arbeitet ein Umschalter, der zwischen den Stromabnehmer und den Verbindungspunkt geschaltet ist, wie folgt: Im ersten Modus blockiert dieser Schalter den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom, und im zweiten Modus gibt der Schalter den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom an den Leistungswandler aus.
Nach dieser Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den von der Erregereinheit an den elektrischen Generator auszugebenden Erregerstrom auf der Grundlage des zwischen dem Generator und dem Verbindungspunkt erfassten Stromwertes zu steuern und es dadurch zu ermöglichen, reibungslos zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus und umgekehrt umzuschalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Erklärungsdiagramm eines beispielhaften Modells mit Oberleitungs- und Nicht-Oberleitungsmoduszonen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften internen Aufbaus eines Oberleitungs-Muldenkippers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Erklärungsdiagramm eines Regelverfahrens zur Vorbereitung eines Erregerstrombefehls, der von einer Regeleinheit an eine Erregereinheit geliefert werden muss, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Erklärungsdiagramm einer beispielhaften Regelung von Gleichspannung und Gleichstrom beim Umschalten vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Erklärungsdiagramm einer beispielhaften Regelung von Gleichspannung und Gleichstrom beim Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A bis 6D zeigen Erklärungsdiagramme eines jeweils modifizierten Beispiels für die schrittweise Erhöhung/Verringerung des von dem Generator ausgegebenen Gleichstroms und des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Zu beachten ist, dass in der Beschreibung und in den Zeichnungen Bestandteile oder Elemente, die im Wesentlichen dieselbe Funktionen oder denselben Aufbau aufweisen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei auf wiederholende und weitschweifige Erklärungen verzichtet wird.
Zunächst wird kurz ein Muldenkipper 1 vom Oberleitungstyp beschrieben.
1 zeigt ein Erklärungsdiagramm eines Beispiels mit einer Oberleitungsmoduszone und Nicht-Oberleitungsmoduszonen.
Der Oberleitungs-Muldenkipper 1 wird als ein Beispiel für das Elektrofahrzeug verwendet. Der Muldenkipper 1 weist einen Pantografen 5 auf, der als Stromabnehmer dient. Dieser Kipper weist in seinem Inneren auch einen Motor 2, der als eine Maschine zur Drehmomenterzeugung dient, einen elektrischen Generator 3, der den von dem Motor 2 erzeugten Wechselstrom ausgibt, und einen durch den Wechselstrom angetriebenen Elektromotor 4 auf. Für diesen Motor 2 wird ein Dieselmotor als ein Beispiel der Maschine zur Drehmomenterzeugung verwendet.
Der Muldenkipper 1 kann vor- und zurückfahren und dabei ein Umschalten zwischen zwei Betriebsarten (das heißt dem Oberleitungsmodus und dem Nicht-Oberleitungsmodus) vornehmen.
Eine Landzone, in der der Muldenkipper 1 zum Beispiel auf einer ebenen Straße fährt, ist eine Nicht-Oberleitungsmoduszone, in der er im Nicht-Oberleitungsmodus arbeitet. Zu dieser Zeit wird der Motor 2 aktiviert, um den elektrischen Generator 3 zu betreiben und dadurch elektrische Energie zu erzeugen. Dieser von dem Generator 3 ausgegebene Strom wird sodann dem Elektromotor 4 zugeführt, um die Räder anzutreiben, wodurch der Muldenkipper 1 fährt.
Eine Landzone, in der der Muldenkipper 1 eine steile Steigung hinauffährt, ist eine Oberleitungsmoduszone, in der er im Oberleitungsmodus arbeitet. An dieser Steigung würde die alleinige Benutzung der Leistung des Motors 2 dazu führen, dass die Geschwindigkeit des Muldenkippers 1 langsamer wird. Um dies zu vermeiden, wird der Kipper in den Oberleitungsmodus versetzt, um Strom aus einer Fahrleitung von Oberleitungen 6 zu ziehen. Dabei kommt die Stromabnehmereinheit 5 mit den Oberleitungen 6 in Kontakt, um Gleichstrom daraus zu ziehen. Dann liefert der Stromabnehmer 5 den aus der Oberleitung 6 entnommenen Gleichstrom an den Elektromotor 4. In der Oberleitungsmoduszone wird der Motor 2 deaktiviert oder kann alternativ in den Leerlauf mit einer minimalen Umdrehungszahl gebracht werden. Weil der Oberleitungs-Muldenkipper 1 ohne die Hilfe des Motors 2 und des Generators 3 fahren kann, ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch zu senken. Nach Bewältigung der Steigung fährt der Muldenkipper 1 wieder auf einer ebenen Straße; zu diesem Zeitpunkt wird aus dem Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus umgeschaltet.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften internen Aufbaus des Oberleitungs-Muldenkippers 1.
Der Muldenkipper 1 weist einen Motor 2, einen elektrischen Generator 3, einen Gleichrichter 7, einen Stromdetektor 8, einen Spannungsdetektor 9, einen Glättungskondensator 10, einen Leistungswandler 11, einen Elektromotor 4, ein Getriebe 12 und Räder 13 auf. Der Muldenkipper 1 weist außerdem eine Steuer- bzw. Regeleinheit 14, eine Erregereinheit 15, einen Umschalter 16, einen Spannungsdetektor 17, einen Stromdetektor 18, Verbindungspunkte 20 und eine Betriebsartumschaltungs-Befehlseinheit 21 auf.
Eine Gleichrichterstation 19 ist vorgesehen und an die Oberleitungen 6 angeschlossen.
Darüber hinaus werden der Gleichrichter 7, der Leistungswandler 11, die Regeleinheit 14 und der Umschalter 16 auch als eine Generatorregelvorrichtung verwendet, die den Betrieb des elektrischen Generators 3 regelt, auch wenn dies nicht im Einzelnen gezeigt ist.
Beispiele für den Motor 2 umfassen auch einen Verbrennungsmotor, zum Beispiel einen Dieselmotor.
Der Generator 3 führt mittels Umdrehungen einer Welle (nicht gezeigt) oder dergleichen, die an den Motor 2 gekoppelt ist, das Erzeugen von elektrischem Strom durch, um so Wechselstrom auszugeben. Der von dem Generator 3 ausgegebene Wechselstrom wird mit dem Gleichrichter 7 gleichgerichtet.
Der Gleichrichter 7 wandelt den von dem Generator 3 eingegebenen Wechselstrom in Gleichstrom um. Von dem Gleichrichter 7 wird Gleichspannung mit einem festgelegten Spannungswert an zwei Ausgangsanschlüsse (nicht gezeigt) angelegt.
Der Stromdetektor 8 (erster Stromdetektor) ist zwischen einen Ausgangsanschluss des Gleichrichters 7 und den Verbindungspunkt 20 geschaltet. Im Nicht-Oberleitungsmodus gibt der Stromdetektor 8 einen Gleichstromwert, der zwischen dem Gleichrichter 7 und dem Verbindungspunkt 20 erfasst wird, an die Regeleinheit 14 aus.
Der Spannungsdetektor 9 ist an die beiden Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters 7 angeschlossen. Wenn der Spannungsdetektor 9 eine Gleichspannung erfasst, wird der erfasste Gleichspannungswert an die Regeleinheit 14 übermittelt.
Der Glättungskondensator 10 ist parallel zu dem Gleichrichter 7 geschaltet. Der Glättungskondensator 10 führt ein Laden entweder der von dem Gleichrichter 7 gelieferten Gleichspannung oder der über den Umschalter 16 von der Oberleitung 6 gelieferten Gleichspannung durch und glättet die Spannung.
Der Leistungswandler 11 ist parallel zu dem Glättungskondensator 10 geschaltet, um den von dem Glättungskondensator 10 ausgegebenen geglätteten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
Der Elektromotor 4 wird mit dem Wechselstrom angetrieben, der von dem Leistungswandler 11 ausgegeben wird, um das Getriebe 12 anzutreiben.
Die Räder 13 werden von dem Elektromotor 4 über das Getriebe 12 angetrieben, wodurch der Muldenkipper 1 fährt.
Die Regeleinheit 14 erhält einen Gleichstromwert von dem Stromdetektor 8 und einen Gleichspannungswert von dem Spannungsdetektor 9. Sodann bestimmt die Regeleinheit 14 auf der Grundlage der erhaltenen Gleichstrom- und Gleichspannungswerte den Wert eines von der Erregereinheit 15 an den Generator 3 zu liefernden Erregerstroms. Die Regeleinheit 14 gibt ein Befehlssignal an die Erregereinheit 15 aus, das den festgestellten Erregerstromwert angibt. In Elektrofahrzeugen wie dem Oberleitungs-Muldenkipper 1 wird der an den Generator 3 zu liefernde Erregerstrom durch Rückführen der Gleichspannung geregelt, die durch Gleichrichten der Ausgangsspannung des Generators 3 durch den Gleichrichter 7 erhalten wurde.
Der Erregereinheit 15 gibt den Erregerstrom an den Generator 3 auf der Grundlage des von der Regeleinheit 14 erhaltenen Befehlssignals aus und regelt den Generator 3. Hierbei ist zu beachten, dass der von der Erregereinheit 15 an den Generator 3 ausgegebene Erregerstrom von der Regeleinheit 14 überwacht wird. Wenn daher der Erregerstrom zu groß wird, erkennt die Regeleinheit 14 schnell das Auftreten eines Fehlers und gibt eine Anweisung zur Begrenzung des Erregerstroms an die Erregereinheit 15 aus.
Der Umschalter 16 ist zwischen die Stromabnehmer 5 und die Verbindungspunkte 20 geschaltet, um die Energiequelle, die in den Leistungswandler 11 eingespeist wird, entweder auf die Oberleitung 6 oder den Generator 3 umzuschalten. Im Nicht-Oberleitungsmodus unterbricht oder trennt der Umschalter 16 den aus der Oberleitung 6 zu liefernden Gleichstrom, während er im Oberleitungsmodus die Ausgabe des von der Oberleitung 6 gelieferten Gleichstroms an den Leistungswandler 11 über die Verbindungspunkte 20 zulässt.
Der Spannungsdetektor 17 erfasst die Gleichspannung zwischen zwei Stromabnehmern 5, die mit der Oberleitung 6 in Kontakt sind, und gibt diesen Gleichspannungswert an die Regeleinheit 14 aus.
Der Stromdetektor 18 (zweiter Stromdetektor) ist zwischen einen Stromabnehmer 5, der mit der Oberleitung 6 in Kontakt ist, und den Umschalter 16 geschaltet. Im Oberleitungsmodus gibt der Stromdetektor 18 einen Gleichstromwert, der zwischen der Oberleitung 6 und dem Umschalter 16 erfasst wird, an die Regeleinheit 14 aus.
Die Gleichrichterstation 19 bleibt weiter in Betrieb, um den in die Oberleitungen 6 eingespeisten Gleichstrom gleichzurichten.
Die Verbindungspunkte 20 werden verwendet, um den Gleichstrom aus dem Gleichrichter 7 und den Gleichstrom von den Stromabnehmern 5 zu empfangen. Der Umschalter 16 ist über die Verbindungspunkte 20 parallel zu dem Gleichrichter 7 und dem Glättungskondensator 10 geschaltet.
Die Betriebsartumschaltungs-Befehlseinheit 21 weist die Regeleinheit 14 an, das Umschalten zwischen dem Nicht-Oberleitungsmodus, in dem der von dem Gleichrichter 7 gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler 11 ausgegeben wird, und dem Oberleitungsmodus vorzunehmen, in dem der von der Oberleitung 6 gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler 11 ausgegeben wird.
Nachstehend werden Betriebsbeispiele der jeweiligen Teile des Muldenkippers 1 erläutert.
Im Nicht-Oberleitungsmodus ist der Umschalter 16 ausgeschaltet. Zu dieser Zeit treibt der Motor 2 den Generator 3, wodurch der Generator 3 Wechselstrom ausgibt. Der Generator 3 ist mit dem Gleichrichter 7 verbunden. Dieser Gleichrichter wandelt den von dem Generator 3 ausgegebenen Wechselstrom in Gleichstrom um und gibt den umgewandelten Gleichstrom aus. Der von dem Gleichrichter 7 ausgegebene Gleichstrom wird von dem Glättungskondensator 10 geglättet und dann von dem Leistungswandler 11 in Wechselstrom umgewandelt. Dieser Wechselstrom wird an den Elektromotor 4 ausgegeben. Der Elektromotor 4, der an den Leistungswandler 11 angeschlossen ist, ist über das Getriebe 12 mit den Rädern 13 gekoppelt. Wenn der Motor 4 das Getriebe 12 antreibt, drehen sich die Räder 13, wodurch der Muldenkipper 1 vor- und zurückfährt oder seine Fahrgeschwindigkeit beschleunigt.
Im Oberleitungsmodus ist der Umschalter 16 eingeschaltet. Zu dieser Zeit sind die Stromabnehmer 5 mit der Oberleitung 6 verbunden, wodurch von der Gleichrichterstation 19 gerichteter Gleichstrom über die Verbindungspunkte 20 dem Leistungswandler 11 zugeführt wird. Der Leistungswandler 11 wandelt den von Oberleitung 6 zugeführten Gleichstrom in Wechselstrom um. Danach treibt der Leistungswandler 11 den Elektromotor 4 an. Der Elektromotor 4 ist über das Getriebe 12 mit den Rädern 13 gekoppelt, weshalb der Motor 4 die Räder 13 dreht. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Motor 2 im Leerlauf, wobei von dem Generator 3 kein Wechselstrom ausgegeben wird.
Eine Oberleitungsspannung wird mit dem Spannungsdetektor 17 erfasst, und ein Oberleitungsstrom wird mit dem Stromdetektor 18 erfasst. Die Regeleinheit 14 verwendet die mit dem Spannungsdetektor 17 erfasste Oberleitungsspannung und den mit dem Stromdetektor 18 erfassten Oberleitungsstrom, um eine Schwankung des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms vorherzusagen, der von der Oberleitung 6 erhalten wird, wodurch ein reibungsloses Umschalten der Betriebsart ermöglicht wird.
In Oberleitungs-Elektrofahrzeugen ist das folgende Verfahren benutzt worden. Beim Umschalten vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus wird der Motor 2, der sich im Leerlaufzustand befindet, eingeschaltet bzw. aktiviert, wodurch der Generator 3 veranlasst wird, Wechselstrom auszugeben. Danach erfolgt das Umschalten, um den von dem Gleichrichter 7 gerichteten Gleichstrom allmählich zu erhöhen und um im Wesentlichen gleichzeitig den von der Oberleitung 6 gelieferten Gleichstrom allmählich zu verringern, wodurch ein reibungsloses Umschalten der Betriebsart erreicht wird.
Im Gegensatz dazu erfolgt beim Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus eine Regelung, um es zu ermöglichen, dass der Generator 3 Wechselstrom ausgibt, und um den von dem Gleichrichter 7 gerichteten Gleichstrom allmählich zu verringern. Danach wird das Umschalten durchgeführt, um den von der Oberleitung 6 gelieferten Gleichstrom allmählich zu erhöhen, wodurch ein reibungsloses Umschalten der Betriebsart vorgenommen wird.
Beim Umschalten zwischen dem Oberleitungsmodus und dem Nicht-Oberleitungsmodus ist der Umschalter 16 jedoch eingeschaltet. Weil die Verbindungspunkte 20 über den Umschalter 16 und die Stromabnehmer 5 mit der Oberleitung 6 verbunden sind, wird die mit dem Stromdetektor 9 erfasste Gleichspannung durch die Oberleitungsspannung bestimmt.
Ein Strom, der von bekannten Erregereinheiten ausgegeben worden ist, ist von der Regeleinheit 14 so geregelt worden, dass mit dem Spannungsdetektor 9 die von einem Gleichrichter entsprechend dem Gleichrichter 7 in der beispielhaften Ausführungsform gerichtete Gleichspannung erfasst wird und die gewünschte Leistung von dem Generator 3 ausgegeben werden kann. Daher war es schwierig, den Erregerstrom des Generators 3 durch alleinige Verwendung der Gleichspannung zu regeln, die die Oberleitungsspannung widerspiegelt, die mit dem Spannungsdetektor 9 erfasst wird, um so die gewünschte Leistung zu regeln, die von dem Generator 3 ausgegeben wird.
Im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik gibt die Regeleinheit 14 nach der vorliegenden Ausführungsform beim Umschalten vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus mittels eines Ausgangsstromwertes, der von dem Stromdetektor 8 zwischen dem Generator 3 und dem Verbindungspunkt 20 erfasst wird, ein Befehlssignal an die Erregereinheit 15. Damit regelt die Regeleinheit 14 den von der Erregereinheit 15 an den Generator 3 gelieferten Erregerstrom. Diese Regelung stellt sicher, dass ein Additionswert des von dem Gleichrichter 7 gelieferten Gleichstroms und des von der Oberleitung 6 gelieferten Gleichstroms gleich dem Wert des Gleichstroms ist, der im Nicht-Oberleitungsmodus von dem Gleichrichter 7 geliefert werden muss.
Nachstehend folgt eine ausführliche Erklärung eines von der Regeleinheit 14 auszuführenden Regelprozesses für den Generator 3.
3 zeigt ein Erklärungsdiagramm eines Regelverfahrens, um das Ausgeben eines Erregerstrombefehls von der Regeleinheit 14 an die Erregereinheit 15 zu bewirken.
Die Regeleinheit 14 weist ein Subtrahierglied 31, einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) 32, ein Subtrahierglied 33, einen PI-Regler 24 und einen Wahlschalter 35 mit zwei Eingängen auf.
Im Nicht-Oberleitungsmodus führt die Regeleinheit 14 die Regelung in der Weise durch, dass ein Erregerstrom, der durch einen Regelkreis eines Generator-Gleichspannungsbefehls zur Regelung der Ausgangsgleichspannung des Generators mittels eines von dem Spannungsdetektor 9 erfassten Gleichspannungswertes gewonnen wurde, von der Erregereinheit 15 an den Generator 3 geliefert wird. Andererseits führt die Regeleinheit 14 im Oberleitungsmodus die Regelung so durch, dass ein Erregerstrom, der durch einen Regelkreis eines Generator-Gleichstrombefehls zur Regelung des Gleichstroms des Generators 3 mittels eines von dem Stromdetektor 8 erfassten Gleichstromwertes gewonnen wurde, von der Erregereinheit 15 an den Generator 3 geliefert wird. Außerdem wird die Verarbeitung für den Regelkreis des Generator-Gleichstrombefehls mittels des von dem Stromdetektor 8 erfassten Gleichstromwertes auch in Zeiträumen zum Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus durchgefürt.
Im Einzelnen wird der Generator-Gleichspannungsbefehl zur Regelung der von dem Generator 3 ausgegebenen Gleichspannung als ein positiver oder „Plus”-Wert an das Subtrahierglied 31 geliefert. Gleichzeitig wird ein negativer oder „Minus”-Wert für die von dem Generator 3 ausgegebene Gleichspannung, die von dem Spannungsdetektor 9 erfasst wird, als ein Gleichspannungs-Rückführsignal zugeführt. Ein Differenzwert, der durch Subtrahieren des Gleichspannungs-Rückführsignals von dem Generator-Gleichspannungsbefehl erhalten wird, wird in den PI-Regler 32 eingegeben. Der PI-Regler 32 führt die PI-Regelung eines Generator-Erregerstrombefehls (ein Beispiel für das Befehlssignal) durch. Der von dem PI-Regler 32 ausgegebene Generator-Erregerstrombefehl wird an den Wahlschalter 35 mit zwei Eingängen übermittelt.
Andererseits wird der Generator-Gleichstrombefehl zur Regelung des von dem Generator 3 ausgegebenen Gleichstroms als ein Plus-Wert an das Subtrahierglied 33 geliefert; ein Minus-Wert für den von dem Generator 3 ausgegebenen Gleichstrom, der mit dem Stromdetektor 8 erfasst wurde, wird als ein Gleichstrom-Rückführsignal zugeführt. Ein Differenzwert, der durch Subtrahieren des Gleichstrom-Rückführsignals von dem Generator-Gleichstrombefehl erhalten wird, wird in den PI-Regler 34 eingegeben. In dem PI-Regler 34 wird die PI-Regelung durchgeführt, wodurch von dort ein Generator-Erregerstrombefehl an den Wahlschalter 35 mit zwei Eingängen ausgegeben wird.
Dem Wahlschalter 35 mit zwei Eingängen wird ein Umschaltbefehl zugeführt, der von der Betriebsartumschaltungs-Befehlseinheit 21 erhalten wird, wobei dieser Befehl den gegenwärtig eingestellten Fahrmodus (d. h. den Oberleitungsmodus oder den Nicht-Oberleitungsmodus) angibt. Auf der Grundlage dieses Umschaltbefehls führt die Erregereinheit 15 ein Umschalten auf einen der beiden PI-Regler 32 oder 34 durch und erhält danach einen Erregerstrombefehl entsprechend der gewählten Betriebsart. Befindet sich der Kipper 1 zum Beispiel im Nicht-Oberleitungsmodus, wird der Generator-Erregerstrombefehl, der das Subtrahierglied 31 und den PI-Regler 32 passiert hat, der Erregereinheit 15 zugeführt, wodurch das Ausgeben eines Erregerstroms von der Erregereinheit 15 veranlasst wird. Alternativ wird, wenn sich der Kipper im Oberleitungsmodus befindet, der Generator-Erregerstrombefehl, der das Subtrahierglied 33 und den PI-Regler 34 passiert hat, der Erregereinheit 15 zugeführt, was daran resultiert, dass der Erregerstrom von der Erregereinheit 15 ausgegeben und dann dem Generator 3 zugeführt wird.
Nachstehend wird ein Beispiel der zeitlichen Abfolge der Spannungs- und Stromwerte im Falle des wechselseitigen Umschaltens zwischen Oberleitungsmodus und Nicht-Oberleitungsmodus unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
4 zeigt ein Erklärungsdiagramm einer beispielhaften Regelung von Gleichstrom und Gleichspannung beim Umschalten vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus.
Typischerweise ist eine Umschaltzeit von wenigen Sekunden zum Umschalten vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus sowie zum Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus erforderlich.
Im Oberleitungsmodus wird der Umschalter 16 entsprechend der Anweisung der Regeleinheit 14 eingeschaltet. Zu dieser Zeit ist die am Leistungswandler 11 anliegende Gleichspannung im Wesentlichen gleich der Oberleitungsspannung. Andererseits führt der Generator 3 nur ein Minimum seiner Stromerzeugung durch, so dass die Gleichspannung, die von dem Generator 3 ausgegeben und von dem Gleichrichter 7 gleichgerichtet wurde, nahezu gleich null ist. Zu dieser Zeit hat der von der Oberleitung gelieferter Gleichstrom, der von der Oberleitung 6 eingespeist wird, einen konstanten Wert, der anhand der Oberleitungsspannung bestimmt wird, während der vom Generator ausgegebene Gleichstrom, der von dem Generator 3 auszugeben ist, nahezu gleich null ist.
Zu Beginn des Umschaltens vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus wird der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom zwangsweise allmählich schrittweise verringert, während im Gegensatz dazu der vom Generator ausgegebene Gleichstrom allmählich schrittweise erhöht wird. In diesem Zusammenhang liegt der Zeitpunkt für den Beginn des Verringerns des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms vor dem Zeitpunkt für das Erhöhen des vom Generator ausgegebenen Gleichstroms. Dies geschieht, um das Anlegen einer plötzlichen Änderung an den Elektromotor 4 beim schnellen Umschalten von dem von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom auf den vom Generator ausgegebenen Gleichstrom zu verhindern, in Anbetracht der Tatsache, dass der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom größer ist als der vom Generator ausgegebene Gleichstrom.
In einer in 4 gezeigten ersten Schaltzeitperiode 41 wird der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom zwangsweise schrittweise verringert. Bei Beginn dieser schrittweisen Verringerung des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms unterliegt der dem Leistungswandler 11 zugeführte Gleichstrom Turbulenzen.
Danach, in einer zweiten Schaltzeitperiode 42, wenn der Leistungswert des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms auf den Soll-Leistungswert des Generators 3 im Nicht-Oberleitungsmodus abfällt, wird der vom Generator ausgegebene Gleichstrom zwangsweise erhöht. Zu beachten ist, dass in dem Moment des Wechsels zwischen der ersten und der zweiten Schaltzeitperiode 41 und 42 die gerichtete Ausgangsspannung des Generators 3 potenziell erhöht wird, bis sie im Wesentlichen gleich der Oberleitungsspannung ist. Die Regeleinheit 14 liefert die Regelung in der zweiten Schaltperiode 42, so dass ein Additionswert des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms und des vom Generator ausgegebenen Gleichstroms stabil gleich einem Wert 43 des vom Generator ausgegebenen Gleichstroms gehalten wird, der von dem Generator 3 im Nicht-Oberleitungsmodus ausgegeben werden soll.
Danach, zu dem Zeitpunkt, an dem der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom nahezu gleich null wird (das heißt nach Ablauf der zweiten Schaltperiode 42), ändert der Umschalter 16 seinen Zustand von Einschalten auf Ausschalten. Das Umschalten vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus ist damit abgeschlossen.
5 zeigt ein Erklärungsdiagramm einer beispielhaften Regelung von Gleichspannung und Gleichstrom beim Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus.
Im Nicht-Oberleitungsmodus wird der Motor 2 aktiviert oder „aufgeweckt”, damit der Generator 3 Strom erzeugen kann, was dazu führt, dass er eine Gleichspannung ausgibt. Zu diesem Zeitpunkt hat die dem Leistungswandler 11 zugeführte Gleichspannung einen niedrigeren Potenzialwert als die Oberleitungsspannung.
Beim Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus schaltet der Umschalter 16 zu dem Zeitpunkt, an dem die Gleichspannung im Wesentlichen gleich der Oberleitungsspannung ist, von Ausschalten auf Einschalten. Dieser Umschaltzeitpunkt des Umschalters 16 wird zur Startzeit der ersten Schaltzeitperiode 44. In der ersten Schaltperiode 44 wird die gerichtete Ausgangsspannung des Generators 3 erhöht, bis sie nahezu gleich der Oberleitungsspannung ist. In der ersten Schaltperiode 44 wird der vom Generator ausgegebene Gleichstrom zwangsweise allmählich schrittweise verringert, während der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom allmählich schrittweise erhöht wird. Beim Umschalten vom Nicht-Oberleitungsmodus in den Oberleitungsmodus ist der Zeitpunkt, an dem veranlasst wird, dass der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom abzunehmen beginnt, im Wesentlichen derselbe wie der Zeitpunkt, an dem veranlasst wird, dass der vom Generator ausgegebene Gleichstrom zuzunehmen beginnt.
Danach kommt eine zweite Schaltzeitperiode 45 nahe an den Umschaltzeitpunkt für den Oberleitungsmodus. In der zweiten Schaltperiode 45 wird der Motor 2 aus 1 an dem Zeitpunkt, an dem der vom Generator ausgegebene Gleichstrom nahezu null wird, in seinen Leerlauf geschaltet. Dadurch kann der Generator 3 eine minimale Stromerzeugung durchführen, wodurch es ermöglicht wird, dass die Ausgangsspannung des Generators 3 nahezu null wird.
Andererseits wird im Oberleitungsmodus die dem Leistungswandler 11 zugeführte Gleichspannung nahezu gleich der Oberleitungsspannung. In der zweiten Schaltperiode 45 wird der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom einem Wert angenähert, der aus der Oberleitungsspannung erhalten werden kann, wie in 5 gezeigt.
Während der Umschalter 16 einschaltet, ist die Gleichspannung im Wesentlichen gleich der Oberleitungsspannung. Folglich wird während des Erhöhens/Verringerns der Generatorausgangsleistung der Generatorerregerstrom durch Rückführung des vom Generator ausgegebenen Gleichstroms geregelt, wodurch der Betrag des vom Generator ausgegebenen Gleichstroms geregelt wird. Optional kann die Regelung des Generatorerregerstroms auch durch Rückführung des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms anstelle des Gleichstroms von Generator 3 erreicht werden.
Der Muldenkipper 1 nach der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist im Einzelnen dazu eingerichtet, den Erregerstrom auf der Grundlage eines Stromwertes zu regeln, der zu dem Zeitpunkt des Umschaltens zwischen dem Oberleitungsmodus und dem Nicht-Oberleitungsmodus und umgekehrt zwischen dem Generator 3 und dem Verbindungspunkt 20 erfasst wird. Dies ermöglicht es, ein reibungsloses Umschalten zwischen diesen Betriebsarten vorzunehmen.
Insbesondere regelt die Regeleinheit 14 den Erregerstrom, der von der Erregereinheit 15 dem Generator 3 zugeführt wird, auf der Grundlage eines Stromwertes, der in den Zeitperioden für das Umschalten zwischen dem Nicht-Oberleitungsmodus und dem Oberleitungsmodus zwischen dem Generator 3 und dem Verbindungspunkt 20 erfasst wird. Diese Regelung soll sicherstellen, dass ein Additionswert des von dem Gleichrichter 7 gelieferten Gleichstroms und des von der Oberleitung 6 gelieferten Gleichstroms im Wesentlichen gleich dem Wert des Gleichstroms ist, der im Nicht-Oberleitungsmodus von dem Gleichrichter 7 geliefert wird. Dies stellt sicher, dass beim Umschalten zwischen dem Nicht-Oberleitungsmodus und dem Oberleitungsmodus keine schnellen Schwankungen an den Elektromotor 4 weitergegeben werden.
Die Regeleinheit 14 ist auch dazu eingerichtet, im Nicht-Oberleitungsmodus den Generator-Erregerstrombefehl auszugeben, der durch PI-Regelung des Generator-Gleichspannungsbefehls mittels eines Gleichspannungs-Rückführsignals erhalten wurde. Alternativ gibt diese Regeleinheit im Oberleitungsmodus den Generator-Erregerstrombefehl aus, der durch PI-Regelung des Generator-Gleichstrombefehls mittels eines Gleichstrom-Rückführsignals erhalten wurde. Durch Wählen eines geeigneten Rückführungssignals entsprechend dem auf diese Weise eingeschalteten Modus wird es möglich, den an den Generator 3 gelieferten Erregerstrom erfolgreich zu regeln.
Darüber hinaus ist der Stromdetektor 8 zwischen dem Gleichrichter 7 und dem Verbindungspunkt 20 vorgesehen, um den Stromwert eines Stroms, der zwischen dem Gleichrichter 7 und dem Verbindungspunkt 20 fließt, an die Regeleinheit 14 auszugeben. Dadurch ist es möglich, im Nicht-Oberleitungsmodus und im Oberleitungsmodus zu erfassende Stromwerte zuverlässig zu unterscheiden. Dies wiederum ermöglicht es, den Generator 3 entsprechend dem eingeschalteten Modus zu regeln.
Außerdem ist wichtig, dass die Regeleinheit 14 das Befehlssignal an die Erregereinheit 15 liefert, um sicherzustellen, dass die Ausgangsleistung zwischen den Verbindungspunkten 20 vom Generator 3 schrittweise zunimmt oder abnimmt. Dadurch wird es leichter, den Additionswert des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms und des vom Generator ausgegebenen Gleichstroms bei Schaltereignissen im Oberleitungsmodus/Nicht-Oberleitungsmodus auf einem konstanten Wert zu halten. Dies verhindert, dass der Additionswert sich sprunghaft verhält, so dass keine schnellen Änderungen oder „Stöße” an den Elektromotor 4 weitergegeben werden.
Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform dazu eingerichtet ist, eine schrittweise Erhöhung/Verringerung des von dem Generator ausgegebenen Gleichstroms und des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms durchzuführen, ist es auch zulässig, den Gleichstrom kontinuierlich mit einer konstanten Änderungsrate zu variieren.
6A bis 6D zeigen Erklärungsdiagramme eines jeweils modifizierten Beispiels für die schrittweise Erhöhung/Verringerung des von dem Generator ausgegebenen Gleichstroms und des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms. Hier werden die Änderungen der elektrischen Energie bei der Ausführung des Umschaltens vom Oberleitungsmodus in den Nicht-Oberleitungsmodus erklärt.
6A und 6B zeigen Erklärungsdiagramme für Beispiele, bei denen der schrittweise Änderungsbetrag im Zeitverlauf während der schrittweisen Erhöhung/Verringerung variiert.
In diesen Beispielen liefert die Regeleinheit 14 ihr Befehlssignal an die Erregereinheit 15, wobei sie gleichzeitig den schrittweisen Änderungsbetrag während der Durchführung der schrittweisen Erhöhung/Verringerung variiert.
In dem in 6A gezeigten Beispiel verringert die Regeleinheit 14 den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom in einem ersten Schritt um einen bestimmten Betrag und vergrößert danach im nächsten Schritt den Betrag zur Verringerung des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms um einen Grad, der größer ist als der festgelegte Betrag. Danach erfolgt eine Regelung, um den Verringerungsbetrag für den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom einmal pro Schritt zu vergrößern, bis der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom nahezu null wird. Durch Variieren des Verringerungsbetrags für den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom auf diese Weise ist es möglich, zu verhindern, dass der Elektromotor 4 bei Ereignissen zum Umschalten der Betriebsart in unerwünschter Weise beeinflusst wird.
In dem in 6B gezeigten Beispiel verringert die Regeleinheit 14 den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom in einem ersten Schritt um einen bestimmten Betrag und vergrößert danach im nächsten Schritt den Betrag zur Verringerung des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms um einen Grad, der größer ist als der vorstehend angegebene Betrag. Danach erfolgt eine Regelung, um den Verringerungsbetrag für den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom einmal pro Schritt zu vergrößern. Sodann wird, wenn der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom nahezu null wird, der Verringerungsbetrag für den von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom verringert. Mit diesem System ist es auch in Fällen, wo die Differenz zwischen dem von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom und dem von dem Generator ausgegebenen Gleichstrom relativ groß ist, möglich, durch reibungsloses Umschalten der Leistung die Länge der zum Umschalten der Leistung erforderlichen Zeit zu verkürzen.
6C zeigt ein Erklärungsdiagramm für ein Beispiel, bei dem die Änderungsrate der elektrischen Energie im Zeitverlauf konstant gehalten wird.
In dem in 6C gezeigten Beispiel liefert die Regeleinheit 14 das Befehlssignal an die Erregereinheit 15, indem die Ausgangsleistung zwischen den Verbindungspunkten 20 von dem Generator 3 erhöht oder verringert wird, während die Änderungsrate der Ausgangsleistung konstant gehalten wird. Die Regeleinheit 14 veranlasst zum Beispiel, dass der von der Oberleitung gelieferte Gleichstrom moderat mit einer konstanten Änderungsrate abnimmt. Auch für den von dem Generator ausgegebenen Gleichstrom veranlasst sie eine behutsame Erhöhung mit einer festen Änderungsrate. Mit diesem Ansatz ist es möglich, den Einfluss auf den Elektromotor 4 beim Umschalten zwischen dem von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom und dem von dem Generator ausgegebenen Gleichstrom zu verringern.
6D zeigt ein Erklärungsdiagramm für ein Beispiel, bei dem die Änderungsrate der elektrischen Energie im Zeitlauf variiert.
In dem in 6D gezeigten Beispiel liefert die Regeleinheit 14 das Befehlssignal an die Erregereinheit 15, während sie im weiteren Verlauf die Änderungsrate für die Ausgangsleistung zwischen den Verbindungspunkten 20 von dem Generator 3 variiert. Die Regeleinheit 14 variiert zum Beispiel mittendrin die Änderungsrate für die Verringerung des von der Oberleitung gelieferten Gleichstroms. Die Regeleinheit 14 variiert die Änderungsrate derart, dass der Gradient einer Kurve am Anfang vergrößert und dieser Gradient dann auf halbem Wege wieder verringert wird. Wenn der Gradient kleiner wird, wird der vom Generator ausgegebene Gleichstrom geregelt, um moderat mit einer konstanten Änderungsrate zuzunehmen. Mit diesem Ansatz ist es auch in Fällen, wo die Differenz zwischen dem von der Oberleitung gelieferten Gleichstrom und dem von dem Generator ausgegebenen Gleichstrom groß ist, möglich, durch schnelles Umschalten der Leistung die Länge der zum Umschalten der Leistung erforderlichen Zeit zu verkürzen.
Auch wenn in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Muldenkipper 1 als ein Beispiel für elektrisch antreibbare Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor genannt worden ist, können die Grundsätze dieser Erfindung auch für verschiedene andere Arten von Landfahrzeugen einschließlich Bussen, Kranwagen usw. angewendet werden.
Des Weiteren ist festzuhalten, dass, obwohl die Regeleinheit 14 zur Durchführung der PI-Regelung auf der Grundlage von Generator-Gleichspannungs-/-Gleichstrombefehlen eingerichtet ist, um so den Generator-Erregerstrombefehl auszugeben, diese Regeleinheit auch modifiziert werden kann, um mit anderen Regelverfahren zur Ausgabe des Generator-Erregerstrombefehls zu arbeiten.
Obwohl ein spezifisches Beispiel beschrieben worden ist, bei dem ein Dieselmotor als der Motor 2 verwendet wird, können auch andere Arten von Motoren verwendet werden, unter anderem Benzinmotoren, Wasserstoffmotoren, Brennstoffzellen und batteriebetriebene Motoren.
Außerdem sind die Stromdetektoren 8 und 18 so beschaffen, dass mindestens einer davon verwendet wird. Dies macht es möglich, das Gewicht des Muldenkippers 1 zu senken, während gleichzeitig die dafür verwendete elektrische Energie verringert werden kann.
Während die vorliegende Erfindung besonders unter Bezugnahme auf die derzeit bevorzugten Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben worden ist, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehenden und sonstige Änderungen in Bezug auf Form und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung gemäß der Definition in den anliegenden Patentansprüchen abzuweichen.
So sind zum Beispiel die oben genannten Ausführungsformen jene für eine detaillierte und konkrete Erläuterung der Konfigurationen des Systems oder der Vorrichtung, um die Konzepte der offengelegten Erfindung auf leicht verständliche Weise zu erklären, und die Erfindung sollte nicht auf die eine beschränkt sein, die alle hierin beschriebenen Komponenten umfasst. Darüber hinaus ist ein Teil einer Ausführungsform mit dem entsprechenden Teil einer anderen Ausführungsform ersetzbar, und zudem ist es möglich, eine Konfiguration einer Ausführungsform zu der einer anderen Ausführungsform hinzuzufügen. Natürlich ist es im Hinblick auf ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform möglich, andere Konfigurationen hinzuzufügen, wegzulassen oder auszutauschen.
Die vorstehend genannten Konfigurationen, Funktionen, Verarbeitungseinheiten und sonstigen Dinge können ganz oder teilweise zum Beispiel durch Hardware mit integrierten Schaltkreisen realisiert werden. Alternativ kann jede der Konfigurationen und Funktionen auch mittels Software mit der Hilfe eines Prozessors zur Interpretation und Ausführung jener Programme realisiert werden, die die jeweiligen Funktionen verwirklichen. Diese Programme zur Realisierung der jeweiligen Funktionen zusammen mit ihren zugehörigen Daten wie etwa Tabellen und Dateien können in Speichergeräten wie etwa Halbleiterspeichern, Festplattenlaufwerken (HDD), Solid-State-Laufwerken (SSD) usw. abgelegt oder alternativ auf Datenträgern wie Chipkarten, SD-Karten, DVD oder dergleichen gespeichert sein.
Die gezeigten Regelleitungen und/oder Datenleitungen geben jene Leitungen an, von denen angenommen wird, dass sie zur Erklärung nötig sind; dabei ist nicht unbedingt beabsichtigt, alle in tatsächlich hergestellten Produkten verwendeten Regel- und Datenleitungen darzustellen. Es kann auch davon ausgegangen werden, dass fast alle Konfigurationen in praktischen Implementierungen miteinander verbunden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-67776 A [0005]

Claims

Elektrofahrzeug (1), aufweisend: eine Maschine zur Drehmomenterzeugung (2), einen elektrischen Generator (3), der von der Maschine zur Drehmomenterzeugung angetrieben wird, zum Ausgeben des erzeugten Wechselstroms, eine Erregereinheit (15) zum Ausgeben eines Erregerstroms an den elektrischen Generator auf der Grundlage eines Befehlssignals, einen Gleichrichter (7) zur Umwandlung des von dem elektrischen Generator ausgegebenen Wechselstroms in Gleichstrom, einen Stromabnehmer (5) zum Abnehmen von Gleichstrom aus einer Fahrleitung von Oberleitungen (6), einen Leistungswandler (11), der zum Empfangen von Gleichstrom von dem Gleichrichter und von Gleichstrom von dem Stromabnehmer an Verbindungspunkte (20) angeschlossen ist, zur Umwandlung des an den Verbindungspunkten auszugebenden Gleichstroms in Wechselstrom, einen Elektromotor (4), der durch den von dem Leistungswandler ausgegebenen Wechselstrom angetrieben wird, Räder (13), die von dem Elektromotor angetrieben werden, eine Steuereinheit (14) zum Liefern des Befehlssignals an die Erregereinheit (15) in einer Zeitperiode zum Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der von dem Gleichrichter (7) gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird, und einem zweiten Modus, in dem der von den Oberleitungen (6) gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird, auf der Grundlage eines Stromwertes, der zwischen dem elektrischen Generator (3) und dem Verbindungspunkt (20) erfasst wird, in der Weise, dass ein Additionswert des von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms und des von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstroms gleich einem Wert des von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms im ersten Modus ist, und einen Umschalter (16), der zwischen den Stromabnehmer (5) und die Verbindungspunkte (20) geschaltet ist, zum Blockieren des von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstroms in dem ersten Modus und zum Ausgeben des von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstroms von den Verbindungspunkten (20) her an den Leistungswandler (11) in dem zweiten Modus.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (14) in dem ersten Modus so arbeitet, dass der Erregereinheit (15) das Befehlssignal zugeführt wird, das bei Ausführung einer PI-Regelung erhalten wird, während ein Gleichspannungswert, der zwischen dem Gleichrichter (7) und dem Leistungswandler (11) erfasst wird, zu einem Generator-Gleichspannungsbefehl zurückgeführt wird, um die von dem elektrischen Generator (3) ausgegebene Gleichspannung zu regeln, und in dem zweiten Modus so arbeitet, dass der Erregereinheit (15) das Befehlssignal zugeführt wird, das bei Ausführung einer PI-Regelung erhalten wird, während ein Gleichspannungswert, der zwischen dem Gleichrichter (7) und dem Verbindungspunkt (20) erfasst wird, zu einem Generator-Gleichspannungsbefehl zurückgeführt wird, um die von dem elektrischen Generator (3) ausgegebene Gleichspannung zu regeln.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 2, weiter aufweisend: mindestens einen ersten Stromdetektor (8), der zwischen den Gleichrichter (7) und den Verbindungspunkt (20) geschaltet ist, und einen zweiten Stromdetektor (18), der zwischen die Oberleitungen (6) und den Umschalter (16) geschaltet ist, wobei der erste Stromdetektor (8) in dem ersten Modus einen Gleichstromwert, der zwischen dem Gleichrichter (7) und dem Verbindungspunkt (20) erfasst wird, an die Steuereinheit (14) ausgibt, und der zweite Stromdetektor (18) in dem zweiten Modus einen Gleichstromwert, der zwischen den Oberleitungen (6) und dem Umschalter (16) erfasst wird, an die Steuereinheit (14) ausgibt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (14) das Befehlssignal so liefert, dass die Ausgangsleistung zwischen den Verbindungspunkten (20) von dem Generator (3) schrittweise zunimmt oder abnimmt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (14) das Befehlssignal liefert, während sie veranlasst, dass der Änderungsbetrag der jeweiligen Schritte mittendrin variiert.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (14) das Befehlssignal so liefert, dass die Ausgangsleistung zwischen den Verbindungspunkten (20) von dem Generator (3) zunimmt oder abnimmt, während sie veranlasst, dass die Ausgangsleistung in ihrer Änderungsrate konstant bleibt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (14) das Befehlssignal liefert, indem sie die Änderungsrate für die Ausgangsleistung mittendrin variiert.
Generatorsteuervorrichtung, aufweisend: einen Gleichrichter (7) zur Umwandlung von Wechselstrom, der von einem durch eine Maschine zur Drehmomenterzeugung (2) angetriebenen elektrischen Generator (3) erzeugt wird, in Gleichstrom, einen Leistungswandler (11), der zum Empfangen von Gleichstrom von dem Gleichrichter und von Gleichstrom von einem Stromabnehmer (5), der Gleichstrom aus einer Fahrleitung von Oberleitungen (6) abnimmt, an Verbindungspunkte (20) angeschlossen ist, zur Umwandlung des von den Verbindungspunkten ausgegebenen Gleichstroms in Wechselstrom und zur Benutzung des Wechselstroms zum Antreiben eines Elektromotors (4), eine Steuereinheit (14) zum Liefern eines Befehlssignals an eine Erregereinheit (15) in einer Zeitperiode zum Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der von dem Gleichrichter (7) gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird, und einem zweiten Modus, in dem der von den Oberleitungen (6) gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird, auf der Grundlage eines Stromwertes, der zwischen dem elektrischen Generator (3) und dem Verbindungspunkt (20) erfasst wird, in der Weise, dass ein Additionswert des von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms und des von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstroms gleich einem Wert des von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms im ersten Modus ist, wodurch die Erregereinheit (15) veranlasst wird, einen Erregerstrom an den elektrischen Generator (3) auszugeben, und einen Umschalter (16), der zwischen den Stromabnehmer (5) und die Verbindungspunkte (20) geschaltet ist, zum Arbeiten in dem ersten Modus, um den von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstrom zu blockieren, und zum Arbeiten in dem zweiten Modus, um den von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstrom von den Verbindungspunkten (20) an den Leistungswandler (11) auszugeben.
Generatorsteuerverfahren mit den Schritten: Veranlassen eines Gleichrichters (7) zur Umwandlung von Wechselstrom, der von einem durch eine Maschine zur Drehmomenterzeugung (2) angetriebenen elektrischen Generator (3) erzeugt wird, in Gleichstrom, Veranlassen eines Leistungswandlers (11), der zum Empfangen von Gleichstrom von dem Gleichrichter und von Gleichstrom von einem Stromabnehmer (5), der Gleichstrom aus einer Fahrleitung von Oberleitungen (6) abnimmt, an Verbindungspunkte (20) angeschlossen ist, zur Umwandlung des von den Verbindungspunkten (20) ausgegebenen Gleichstroms in Wechselstrom und zum Antreiben eines Elektromotors (4) mit dem Wechselstrom, Liefern eines Befehlssignals an eine Erregereinheit (15) in einer Zeitperiode zum Umschalten zwischen einem ersten Modus, in dem der von dem Gleichrichter (7) gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird, und einem zweiten Modus, in dem der von den Oberleitungen (6) gelieferte Gleichstrom an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird, auf der Grundlage eines Stromwertes, der zwischen dem elektrischen Generator (3) und dem Verbindungspunkt (20) erfasst wird, in der Weise, dass ein Additionswert des von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms und des von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstroms gleich einem Wert des von dem Gleichrichter (7) gelieferten Gleichstroms im ersten Modus ist, wodurch die Erregereinheit (15) veranlasst wird, einen Erregerstrom an den elektrischen Generator (3) auszugeben, und Veranlassen eines Umschalters (16), der zwischen den Stromabnehmer (5) und die Verbindungspunkte (20) geschaltet ist, in dem ersten Modus so zu arbeiten, dass der von den Oberleitungen (6) gelieferten Gleichstrom blockiert wird, und in dem zweiten Modus so zu arbeiten, dass der von den Oberleitungen (6) gelieferte Gleichstrom von den Verbindungspunkten (20) an den Leistungswandler (11) ausgegeben wird.