JP2010142050A - 電気駆動式作業機械の給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業現場における設備コストの低減と、電気駆動式作業機械の作業性の改善を図ることが可能な電気駆動式作業機械の給電システムを提供する。
【解決手段】ダンプトラック１と、油圧ショベル２と、これらを接続する電源ケーブル３とから油圧ショベルの給電システムを構成する。ダンプトラック１には、ディーゼルエンジン１１により駆動される交流発電機１２と、交流発電機１２の出力を周波数コントロールするインバータ装置１３と、インバータ装置１３の出力を分配する分配器１４と、分配器１４の作業機械側の出力端に接続された変圧器１７を備える。油圧ショベル２には、ダンプトラック１から電力を導入するキュービクル２１と、キュービクル２１に接続された交流電動機２２と、交流電動機２２によって駆動される油圧ポンプ２４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、外部から交流電源の供給を受けて油圧ポンプの駆動源である交流電動機を駆動する電気駆動式作業機械に、電動機の駆動電源である交流電源を供給する給電システムに関する。

近年、燃料費の削減や環境保護の観点から、ダンプトラックや油圧ショベルなどの作業機械は、電気駆動式のものが用いられるようになっている。この電気駆動式作業機械への交流電源の供給方式としては、作業機械自体に原動機であるディーゼルエンジン及びこれによって駆動される交流発電機並びに交流発電機の出力をインバータ制御するインバータ装置を搭載し、発電しながら駆動源である交流電動機を駆動するディーゼルエレクトリック方式（例えば、特許文献１参照。）と、作業機械自体にバッテリを搭載し、バッテリの放電電流を交流に変換して駆動源である交流電動機を駆動する内部電源方式（例えば、特許文献２参照。）と、外部に設置された給電設備より駆動電源の供給を受けて駆動源である交流電動機を駆動する外部電源方式とがある。ディーゼルエレクトリック方式は、長距離の走行を頻繁に行うダンプトラックなどの車両に適用され、内部電源方式及び外部電源方式は、走行距離と走行頻度が低い油圧ショベルなどに適用される。

外部電源方式は、鉱山などで利用されるもので、図５に示すように、作業機械１００と作業現場に設置された給電設備１０１とを電源ケーブル１０２にて接続する固定電源方式と、図６に示すように、作業機械１００が原動機であるディーゼルエンジン１０３及びこれによって駆動される交流発電機１０４を搭載した台車１０５を牽引し、作業機械１００と交流発電機１０４とを電源ケーブル１０２にて接続して、交流発電機１０４からの電力供給により作業機械１００の駆動源である交流電動機を駆動する台車方式とがある。
特開２００６−２３００８４号公報 特開２００８−６９５１７号公報

しかしながら、固定電源方式は、作業現場に必要数の給電設備１０１を備えなくてはならないので、設備コストが高価になるばかりでなく、給電設備１０１を中心とし、電源ケーブル１０２の長さ（２００ｍ〜３００ｍ）を半径とする範囲内でしか作業機械１００を走行させることができないので、稼働現場の変更やメンテナンスのための整備工場への移動など、電源ケーブル１０２の長さを超える長距離の作業機械１００の移動が困難であり、作業性が悪いという問題がある。また、給電設備１０１が無い新たな作業現場への作業機械１００の投入が不可能であるという問題もある。

一方、台車方式は、交流発電機１０４を搭載した台車１０５を牽引するので、固定電源方式におけるような不都合は無いが、現場に投入されている作業機械１００の数に応じた数の台車１０５を用意する必要があるので、作業現場の設備コストが高価になる。

本発明は、かかる従来技術の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、作業現場に投入されている作業機械を有効利用することにより、作業現場における設備コストの低減を図ると共に、外部電源方式で電源の供給を受けて駆動する作業機械の長距離の走行を可能とし、作業性の改善を図ることが可能な電気駆動式作業機械の給電システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、第１に、原動機及び当該原動機により駆動される交流発電機を搭載した車両に、前記交流発電機の出力を直接又はインバータ装置を介して外部に供給する分配器を備え、この分配器に着脱可能に接続された電力ケーブルを介して、外部から電力の供給を受けて駆動する電気駆動式作業機械への電力供給を行うという構成にした。

ディーゼルエレクトリック方式の車両には、交流発電機が搭載されているので、この車両に交流発電機の出力を直接又はインバータ装置を介して外部に供給する分配器を更に備えると、分配器と電気駆動式作業機械に備えられた電源導入部とを電力ケーブルを介して着脱可能に接続することができ、電気駆動式作業機械への電力供給をディーゼルエレクトリック駆動の車両から行うことが可能になる。したがって、交流発電機を搭載した台車を別途用意する必要が無く、作業現場の設備コストを低減することができる。また、車両に備えられた交流発電機を利用して電気駆動式作業機械を駆動するので、作業現場に給電設備を設置する必要が無く、この点からも作業現場の設備コストを低減できる。さらに、交流発電機を搭載した車両は、電気駆動式作業機械に伴走することができるので、電気駆動式作業機械の走行距離が電源ケーブルの長さに制限されず、稼働現場の変更やメンテナンスのための整備工場への移動などが容易になると共に、給電設備が無い新たな作業現場への作業機械の投入も可能になる。

本発明は第２に、前記第１の電気駆動式作業機械の給電システムにおいて、前記車両がディーゼルエレクトリック駆動のダンプトラックであり、前記電気駆動式作業機械が油圧ショベルであるという構成にした。

鉱山においては、ディーゼルエレクトリック駆動のダンプトラックと、電気駆動式の油圧ショベルが実際に投入されている。したがって、これらの作業機械の組合せにより、鉱山における設備コストの低減と、作業性の向上とを図ることができる。

本発明は第３に、前記第１の電気駆動式作業機械の給電システムにおいて、前記車両に、前記交流発電機の出力電圧を、前記電気駆動式作業機械の駆動電圧に変圧する変圧器を備えるという構成にした。

車両側に変圧器を備えると、車両側に搭載された電動機の駆動電圧と作業機械側に搭載された電動機の駆動電圧とが異なる場合にも、車両側から作業機械側への電源の供給を可能にでき、給電システムの実用性を高めることができる。

本発明は第４に、前記第１の電気駆動式作業機械の給電システムにおいて、前記変圧器を搭載した台車を、前記車両と前記電気駆動式作業機械との間に介在させ、前記車両と前記台車との間及び前記台車と前記前記電気駆動式作業機械との間を電力ケーブルを介して接続するという構成にした。

車両によっては、変圧器を搭載することが困難であったり、不可能である場合がある。このような場合には、前記変圧器を搭載した台車を、前記車両と前記電気駆動式作業機械との間に介在させ、前記車両と前記台車との間及び前記台車と前記前記電気駆動式作業機械との間を電力ケーブルを介して接続することにより、車両側に搭載された電動機の駆動電圧と作業機械側に搭載された電動機の駆動電圧とが異なる場合にも、車両側から作業機械側への電源の供給を可能にすることができる。

本発明の電気駆動式作業機械の給電システムは、原動機及びこれにより駆動される交流発電機を搭載した車両に、交流発電機の出力を直接又はインバータ装置を介して外部に供給する分配器を備え、この分配器に着脱可能に接続された電力ケーブルを介して電気駆動式作業機械への電力供給を行うので、作業現場に給電設備を備えたり、原動機及びこれにより駆動される交流発電機を搭載した台車を電気駆動式作業機械によって牽引する必要がない。よって、作業現場の設備コストを低減できると共に、電気駆動式作業機械の長距離移動が可能になり、その作業性を向上することができる。

以下、本発明に係る給電システムの第１実施形態を、図１及び図２に従って説明する。図１は第１実施形態に係る給電システムにおける車両と電気駆動式作業機械との接続状態を示す図、図２は第１実施形態に係る給電システムの構成図である。

図１に示すように、本例の給電システムは、ダンプトラック１と、油圧ショベル２と、これらを電気的に接続する電源ケーブル３とからなる。

ダンプトラック１には、図２に示すように、原動機であるディーゼルエンジン１１と、該エンジン１１にて駆動される交流発電機１２と、交流発電機１２の出力を周波数コントロールするインバータ装置１３と、インバータ装置１３の出力をダンプトラック側及び作業機械側に分配する分配器１４と、分配器１４のダンプトラック側の出力端に接続された交流電動機１５と、交流電動機１５によって駆動される走行装置１６と、分配器１４の作業機械側の出力端に接続された変圧器１７とが備えられている。なお、変圧器１７の出力端には、コンセント１８が設けられており、電源ケーブル３を適宜接続できるようになっている。本例のダンプトラック１は、ディーゼルエンジン１１及びこれによって駆動される交流発電機１２を搭載しているので、長距離の走行が可能であり、かつインバータ装置１３を備えているので、速度変更も容易に行うことができる。

一方、油圧ショベル２には、図２に示すように、インバータ装置１３、分配器１４及び変圧器１７を介して供給される交流発電機１２の出力を導入するキュービクル２１と、キュービクル２１に接続された交流電動機２２と、交流電動機２２によって駆動されるギアボックス２３と、ギアボックス２３を介して交流電動機２２により駆動される油圧ポンプ２４とが備えられている。本例の油圧ショベル２は、キュービクル２１に導入された電力により、掘削等の作業及び走行を行う。

電源ケーブル３は、一端がキュービクル２１に接続されており、他端がコンセント１８に着脱可能に接続される。

本例の電気駆動式作業機械の給電システムは、ディーゼルエンジン１１及びこれによって駆動される交流発電機１２が搭載されたダンプトラック１から電力の供給を受けて油圧ショベル２を駆動するので、交流発電機１２を搭載した台車を別途用意する必要が無く、作業現場の設備コストを低減することができる。また、ダンプトラック１に備えられた交流発電機１２を利用して油圧ショベル２を駆動するので、作業現場に給電設備を設置する必要が無く、この点からも作業現場の設備コストを低減できる。さらに、交流発電機１２を搭載したダンプトラック１は、油圧ショベル２に伴走できるので、油圧ショベル２の走行距離が電源ケーブル３の長さに制限されず、稼働現場の変更やメンテナンスのための整備工場への移動などが容易になると共に、給電設備が無い新たな作業現場への油圧ショベル２の投入も可能になる。加えて、本例の電気駆動式作業機械の給電システムは、ダンプトラック１に変圧器１７を備えるので、ダンプトラック１に搭載された交流電動機１５の駆動電圧と油圧ショベル２に搭載された交流電動機２２の駆動電圧とが異なる場合にも、ダンプトラック１側から油圧ショベル２側への電力の供給を可能にでき、給電システムの実用性を高めることができる。

なお、第１実施形態に係る電気駆動式作業機械の給電システムにおいては、ダンプトラック１に変圧器１７を備えたが、ダンプトラック１に搭載された交流電動機１５の駆動電圧と油圧ショベル２に搭載された交流電動機２２の駆動電圧が同じ場合には、これを省略することもできる。

次に、本発明に係る給電システムの第２実施形態を、図３及び図４に従って説明する。図３は第２実施形態に係る給電システムにおける車両と電気駆動式作業機械との接続状態を示す図、図４は第２実施形態に係る給電システムの構成図である。

図３に示すように、本例の給電システムは、ダンプトラック１と、油圧ショベル２と、変圧器１７を搭載した台車４と、ダンプトラック１と台車４及び油圧ショベル２と段者４とを電気的に接続する電源ケーブル３とからなる。

本例の電気駆動式作業機械の給電システムは、ダンプトラック１に変圧器を搭載することが困難であるか不可能である場合に適用されるのもので、台車４は、油圧ショベル２によって牽引される。台車４に搭載される変圧器１７は、交流発電機１２の出力を、油圧ショベル２に搭載された交流電動機２２の駆動電圧に変圧するものである。本例の電気駆動式作業機械の給電システムにあっては、図４に示すように、分配器１４の作業機械側の出力端にもコンセント１８が設けられ、電力ケーブル３を容易に接続できるようになっている。その他については、第１実施形態に係る給電システムと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の電気駆動式作業機械の給電システムは、油圧ショベル２で変圧器１７を搭載した台車４を牽引するようにしたので、ダンプトラック１に変圧器を搭載することができない場合にも、ダンプトラック１から油圧ショベル２への電力供給を正常に行うことができる。勿論、ダンプトラック１に搭載された交流電動機１５の駆動電圧と油圧ショベル２に搭載された交流電動機２２の駆動電圧が同じ場合には、台車４を省略することができる。

第１実施形態に係る給電システムにおける車両と電気駆動式作業機械との接続状態を示す図である。 第１実施形態に係る給電システムの構成図である。 第２実施形態に係る給電システムにおける車両と電気駆動式作業機械との接続状態を示す図である。 第２実施形態に係る給電システムの構成図である。 従来の給電システムの第１例を示す図である。 従来の給電システムの第２例を示す図である。

符号の説明

１ ダンプトラック
２ 油圧ショベル
３ 電源ケーブル
１１ ディーゼルエンジン（原動機）
１２ 交流発電機
１３ インバータ装置
１４ 分配器
１５ 交流電動機
１６ 走行装置
１７ 変圧器
１８ コンセント
２１ キュービクル
２２ 交流電動機
２３ ギアボックス
２４ 油圧ポンプ

Claims (4)

1. 原動機及び当該原動機により駆動される交流発電機を搭載した車両に、前記交流発電機の出力を直接又はインバータ装置を介して外部に供給する分配器を備え、この分配器に着脱可能に接続された電力ケーブルを介して、外部から電力の供給を受けて駆動する電気駆動式作業機械への電力供給を行うことを特徴とする電気駆動式作業機械の給電システム。
2. 前記車両がディーゼルエレクトリック駆動のダンプトラックであり、前記電気駆動式作業機械が油圧ショベルであることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動式作業機械の給電システム。
3. 前記車両に、前記交流発電機の出力電圧を、前記電気駆動式作業機械の駆動電圧に変圧する変圧器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気駆動式作業機械の給電システム。
4. 前記変圧器を搭載した台車を、前記車両と前記電気駆動式作業機械との間に介在させ、前記車両と前記台車との間及び前記台車と前記前記電気駆動式作業機械との間を電力ケーブルを介して接続したことを特徴とする請求項１に記載の電気駆動式作業機械の給電システム。

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