JP2014138436A - 電気駆動車両、発電機制御装置及び発電機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非トロリーモードとトロリーモードの切替えに際して、電気駆動車両への影響を抑えること。
【解決手段】ダンプトラック１が備える制御部１４は、非トロリーモードとトロリーモードの切替え期間において、整流器７から供給される直流電力と、架線６から供給される直流電力との加算値が、非トロリーモードにおいて整流器７から供給される直流電力の値に等しくなるように、発電機３から接続点２０の間で検出される電流値に基づいて、励磁部１５が発電機３に供給する励磁電流を制御する。そして、切替えスイッチ１６は、パンタグラフ５及び接続点２０に接続され、非トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を遮断し、トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を接続点２０から電力変換器１１に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機によって駆動する電気駆動車両、並びに発電機を制御する発電機制御装置及び発電機制御方法に関する。

従来、ディーゼルエンジンからの電力供給と架線からの電力供給を切替えて電動機を駆動できる電気駆動車両が知られている。このような電気駆動車両としては、例えばトロリー式のダンプトラックのようなものがある。このダンプトラックは、ディーゼルエンジンと、このディーゼルエンジンの出力を電力に変換する発電機と、発電機又は架線から供給される電力を変換する電力変換機と、車輪を駆動する電動機とを備えている。また、電動機が車輪内に設けられたインホイールモータとして用いられると、車輪を回転させるための車軸が不要となる。

このようなダンプトラックが用いられる場面としては、例えば、露天掘りの採石場がある。採石場においては、鉱床が現れるまで地表面を掘り下げているため、鉱石を積載したダンプトラックは、鉱床から地表面までの急な坂道を上り下りしている。そして、平坦な道では、架線から電力の供給を受けずに、ディーゼルエンジンからの出力により発電機が発電した電力を電動機に供給してダンプトラックを動かしている。以下の説明では、架線から電力を受けずに、ディーゼルエンジンを動力源として用いるモードを、「非トロリーモード（第１のモード）」と呼ぶ。

しかし、ダンプトラックの重さに加え、荷台に積載した鉱石の重さは数十トンを超す場合があり、ディーゼルエンジンだけを動力源として用いると非常に燃費が悪い。このため、坂道の上方に架線を張っておき、坂道でダンプトラックを上らせる際には、架線から供給される電力により電動機を駆動させてダンプトラックを動かしている。架線から電力の供給を受けてダンプトラックを動かすモードを、「トロリーモード（第２のモード）」と呼ぶ。

従来から、トロリー式の電気駆動車両について、いくつかの文献が知られている。例えば、特許文献１には、架線からの給電が得られない時に起動されて走行装置を駆動可能とする発動発電機に関する技術が開示されている。

特開２００２−６７７７６号公報

ところで、トロリー式の電気駆動車両では、架線電圧により電力変換機に供給される直流電圧が決定される。架線電圧は、発電機が出力する電圧よりも大きい。このため、非トロリーモードからトロリーモード、トロリーモードから非トロリーモードへと相互にモードを切替えた際に、直流電圧により発電機の出力電圧を制御する励磁電流を制御する事は困難となる。しかし、励磁電流を適切に制御できなければ、モードの切替え時に電動機に対して急激な負荷変動が発生し、電動機に負担をかけてしまう。このようなショックとしては、非トロリーモードからトロリーモードに切替えた際には、発電機の出力電圧より大きな架線電圧により駆動部が高回転し、ダンプトラックが加速する例が挙げられる。逆に、トロリーモードから非トロリーモードに切替えた際のショックとしては、ダンプトラックが急減速する例が挙げられる。
また、特許文献１に開示された技術では、発電機を励磁電流で制御することは考慮されていなかった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、第１のモードと第２のモードの切替えに際して、電気駆動車両への影響を抑えることを目的とする。

本発明は、原動機によって発電機が発電する交流電力を整流器が直流電力に変換する。そして、整流器の直流電力と、架線から直流電力を集電する集電器からの直流電力を受電する接続点に接続される電力変換器が、接続点から出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力によって電動機を駆動する。
次に、整流器から供給される直流電力を電力変換器に出力する第１のモードと、架線から供給される直流電力を電力変換器に出力する第２のモードにおける、第１及び第２のモードの切替え期間において、制御部が以下の制御を行う。すなわち、制御部は、発電機から接続点の間で検出される電流値に基づいて、励磁部に指令信号を供給し、励磁部から発電機に励磁電流を出力させる。このとき、制御部は、整流器から供給される直流電力と、架線から供給される直流電力との加算値が、第１のモードにおいて整流器から供給される直流電力の値に等しくなるようにしている。
そして、集電器及び接続点との間に接続される切替えスイッチが、第１のモードでは、架線から供給される直流電力を遮断し、第２のモードでは、架線から供給される直流電力を接続点から電力変換器に出力するものである。

本発明によれば、制御部は、発電機から接続点の間で検出される電流値に基づいて、励磁部が発電機に出力する励磁電流を制御することで、第１のモードと第２のモードを滑らかに切替えることができる。

本発明の一実施の形態例における非トロリーモード区間とトロリーモード区間の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例におけるトロリー式のダンプトラックの内部構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例における制御部が励磁部に供給する励磁電流指令を作成するための制御手順を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例におけるトロリーモードから非トロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例における非トロリーモードからトロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例における発電機出力直流電力と架線供給直流電力の増加減の変形例を示す説明図である。

以下、本発明の一実施の形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

始めに、トロリー式のダンプトラック１の概要について説明する。
図１は、非トロリーモード区間とトロリーモード区間の例を示す説明図である。

トロリー式のダンプトラック１は、電気駆動車両の一例として用いられる。ダンプトラック１は、集電器としてのパンタグラフ５を備えると共に、内部に原動機としてのエンジン２と、エンジン２によって発電した交流電力を出力する発電機３と、交流電力によって駆動される電動機４とを備える。このエンジン２には、原動機の一例として、例えばディーゼルエンジンが用いられる。
ダンプトラック１は、２つのモード（トロリーモードと非トロリーモード）を切替えて、前進又は後進することが可能である。

ダンプトラック１が、例えば平坦な道を走る区間は、非トロリーモードで走行する非トロリーモード区間となる。このとき、エンジン２を駆動して、発電機３を動かし、電力を生成する。そして、発電機３が出力した電力を電動機４に供給して車輪を駆動し、ダンプトラック１を走行させる。

ダンプトラック１が急峻な坂道を走る区間は、トロリーモードで走行するトロリーモード区間となる。このような坂道では、エンジン２の出力だけではダンプトラック１の速度が遅くなってしまうため、トロリーモードにより架線６から電力を受けるようにしている。このとき、パンタグラフ５が架線６に接触し、架線６から直流電力を集電している。そして、パンタグラフ５は、架線６から集電した直流電力を電動機４に供給する。そして、トロリーモード区間では、エンジン２の駆動は停止させるか、最低限の回転数で駆動させておく。トロリーモード時のダンプトラック１は、エンジン２及び発電機３を駆動しないで走行することが出来るため、燃料消費量の低減が図れる。その後、ダンプトラック１が坂道を上りきって、再び平坦な道を走る際には、非トロリーモードに切替える。

図２は、トロリー式のダンプトラック１の内部構成例を示すブロック図である。
ダンプトラック１は、エンジン２、発電機３、整流器７、電流検出器８、電圧検出器９、平滑コンデンサ１０、電力変換器１１、電動機４、ギア１２、車輪１３を備える。また、ダンプトラック１は、制御部１４、励磁部１５、切替えスイッチ１６、電圧検出器１７、電流検出器１８、接続点２０、モード切替え指令部２１とを備える。
また、架線６には、整流ステーション１９が設置されている。
なお、整流器７、電力変換器１１、制御部１４、切替えスイッチ１６は、図示しないものの発電機３の動作を制御する発電機制御装置としても用いられる。

エンジン２は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。
発電機３は、エンジン２に接続された不図示のシャフト等の回転により、発電を行って交流電力を出力する。発電機３が出力する交流電力は、整流器７が整流する。
整流器７は、発電機３から入力する交流電力を直流電力に変換する。整流器７からは、所定の電圧値とされた直流電圧が２つの出力端子（不図示）に印加される。

電流検出器８（第１の電流検出器）は、整流器７の一方の出力端子と、接続点２０との間に接続される。電流検出器８は、非トロリーモードにおいて整流器７と接続点２０との間で検出した直流電流値を制御部１４に出力する。
電圧検出器９は、整流器７の両方の出力端子に接続される。電圧検出器９が直流電圧を検出すると、検出した直流電圧値が制御部１４に送られる。

平滑コンデンサ１０は、整流器７に並列に接続される。平滑コンデンサ１０は、整流器７から供給される直流電圧、又は架線６から切替えスイッチ１６を介して供給される直流電圧を充電し、平滑化する。
電力変換器１１は、平滑コンデンサ１０に並列に接続され、平滑コンデンサ１０から出力される平滑化された直流電力を交流電力に変換する。

電動機４は、電力変換器１１から出力される交流電力によって駆動され、ギア１２を駆動する。
車輪１３は、ギア１２を介した電動機４によって駆動される。これにより、ダンプトラック１が走行する。

制御部１４は、電流検出器８から直流電流値を受け取り、電圧検出器９から直流電圧値を受け取る。そして、制御部１４は、受け取った直流電流値及び直流電圧値により、励磁部１５が発電機３に印加する励磁電流の値を決定する。制御部１４は、決定した励磁電流の値を指令する指令信号を励磁部１５に出力する。ダンプトラック１のような電気駆動車両において、発電機３に供給される励磁電流は、発電機３が出力する電圧を、整流器７により整流した直流電圧をフィードバックすることによって制御されている。

励磁部１５は、制御部１４から受け取った指令信号に基づいて、発電機３に励磁電流を出力し、発電機３を制御する。なお、励磁部１５が発電機３に出力する励磁電流は、制御部１４が監視している。このため、励磁電流が過大となった場合には、制御部１４が速やかにエラーであると認識し、励磁電流を抑えるような指示を励磁部１５に出力する。

切替えスイッチ１６は、パンタグラフ５及び接続点２０との間に接続され、電力変換器１１に入力する電力源を、架線６と発電機３のいずれかに切替える。そして、切替えスイッチ１６は、非トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を遮断し、トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を接続点２０から電力変換器１１に出力する。

電圧検出器１７は、架線６に接触する２本のパンタグラフ５間の直流電圧を検出し、この直流電圧値を制御部１４に出力する。
電流検出器１８（第２の電流検出器）は、２本のパンタグラフ５のうち、１本のパンタグラフ５に流れる架線６と切替えスイッチ１６との間に接続される。そして、電流検出器１８は、トロリーモードにおいて架線６と切替えスイッチ１６との間で検出した直流電流値を制御部１４に出力する。
整流ステーション１９は、架線６に供給される直流電力を整流している。

接続点２０は、整流器７の直流電力とパンタグラフ５の直流電力を受電するために用いられる。そして、切替えスイッチ１６は、接続点２０を介して、整流器７と平滑コンデンサ１０に並列に接続されている。

モード切替え指令部２１は、整流器７から供給される直流電力を電力変換器１１に出力する非トロリーモードと、架線６から供給される直流電力を電力変換器１１に出力するトロリーモードの切替えを制御部１４に指令する。

次に、ダンプトラック１の各部における動作例を説明する。
非トロリーモード時は、切替えスイッチ１６がオフである。このとき、エンジン２が発電機３を駆動することで発電機３は交流電力を出力する。そして、発電機３は、整流器７に接続されており、整流器７は発電機３が出力する交流電力を直流電力に変換して出力する。整流器７が出力する直流電力は平滑コンデンサ１０によって平滑化され、電力変換器１１によって交流電力に変換される。この交流電力が電動機４に出力される。電力変換器１１に接続される電動機４は、ギア１２を介して車輪１３に接続されており、電動機４がギア１２を駆動すると、車輪１３が回転し、ダンプトラック１が前進又は後進したり、加速したりする。

トロリーモード時は、切替えスイッチ１６がオンである。このとき、パンタグラフ５を架線６に接続し、整流ステーション１９が整流した直流電力が接続点２０を介して電力変換器１１に供給される。電力変換器１１は架線６から供給された直流電力を交流電力に変換する。そして、電力変換器１１は電動機４を駆動する。電動機４はギア１２を介して車輪１３に接続されており、電動機４が車輪１３を回転させる。この時、エンジン２はアイドル状態であり、発電機３から交流電力が出力されない。

架線電圧は電圧検出器１７、架線電流は電流検出器１８により検出される。そして、制御部１４は、電圧検出器１７が検出した架線電圧と、電流検出器１８が検出した架線電流により、架線６から受け取る架線供給直流電力の変動を予測し、モードの切替えを滑らかに切替えることができる。

トロリー式の電気駆動車両において、トロリーモードから非トロリーモードへのモードの切替え時には、アイドル状態であるエンジン２を動作させて、発電機３から交流電力を出力させる。そして、整流器７により整流された直流電力を徐々に増やし、架線６から供給される直流電力を徐々に減らすように切替えることで、モードを滑らかに切替えていた。

逆に、非トロリーモードからトロリーモードへのモードの切替え時には、発電機３から交流電力を出力させ、整流器７により整流された直流電力を徐々に減らす。そして、架線６から供給される直流電力を徐々に増やすように切替えることで、モードを滑らかに切替えていた。

しかし、トロリーモードと非トロリーモードの切替え時には、切替えスイッチ１６がオンされている。そして、接続点２０から切替えスイッチ１６、パンタグラフ５を介し、架線６に接続されているため、電圧検出器９で検出される直流電圧は、架線電圧により決定されている。

従来の励磁部が出力する励磁電流は、本実施の形態例における整流器７に相当する整流器によって整流された直流電圧を電圧検出器９で検出し、発電機３から所望の電力が出力されるように制御部１４が制御を行っていた。このため、電圧検出器９で検出する、架線電圧が反映された直流電圧だけを用いて発電機３の励磁電流を制御し、発電機３から所望の電力が出力されるように制御する事は困難であった。

しかし、本実施の形態例に係る制御部１４では、トロリーモードと非トロリーモードの切替え時には、発電機３から接続点２０の間に設置されている電流検出器８で検出される出力電流値により、励磁部１５に指令信号を供給している。これにより、制御部１４は、励磁部１５が発電機３に供給する励磁電流を制御している。この制御は、整流器７から供給される直流電力と、架線６から供給される直流電力との加算値が、非トロリーモードにおいて整流器７から供給される直流電力の値に等しくなるようにするものである。
以下に、制御部１４が行う発電機３の発電機制御方法について詳細な説明を行う。

図３は、制御部１４が励磁部１５に励磁電流指令を出力するための制御手順を示す説明図である。
制御部１４は、減算器３１、ＰＩ制御部３２、減算器３３、ＰＩ制御部３４、切替え部３５を備える。

制御部１４は、非トロリーモードである場合に、発電機３が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令を、電圧検出器９が検出した直流電圧値によりフィードバック制御して求めた励磁電流を励磁部１５から発電機３に供給させる制御を行う。一方、トロリーモードである場合に、発電機３が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令を、電流検出器８が検出した直流電流値によりフィードバック制御して求めた励磁電流を励磁部１５から発電機３に供給させる制御を行う。なお、発電機直流電流指令を、電流検出器８が検出した直流電流値によりフィードバック制御する処理は、非トロリーモードとトロリーモードの切替え期間にも行われる。

具体的には、減算器３１には、発電機３が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令がプラス値として供給され、電圧検出器９が検出する発電機３が出力した直流電圧のマイナス値が、直流電圧フィードバック信号として供給される。ＰＩ制御部３２には、発電機直流電圧指令から直流電圧フィードバック信号を減じた差分値が入力され、ＰＩ制御部３２において、発電機励磁電流指令（指令信号の一例）のＰＩ制御がなされる。ＰＩ制御部３２が出力する発電機励磁電流指令は、切替え部３５に出力される。

一方、減算器３３には、発電機３が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令がプラス値として供給され、電流検出器８が検出する発電機３が出力した直流電流のマイナス値が、直流電流フィードバック信号として供給される。ＰＩ制御部３４には、発電機直流電流指令から直流電流フィードバック信号を減じた差分値が入力され、ＰＩ制御部３４において、ＰＩ制御がなされる。ＰＩ制御部３４が出力する発電機励磁電流指令は、切替え部３５に出力される。

切替え部３５には、モード切替え指令部２１から受け取った切替え指令である、現在設定されている走行モード（トロリーモード又は非トロリーモードの別）が供給される。そして、励磁部１５は、この切替え指令に基づいて、ＰＩ制御部３２，３４のいずれかに切替えた後、モードに合わせた励磁電流指令を受け取る。例えば、非トロリーモードに設定されていれば、減算器３１、ＰＩ制御部３２を経た発電機励磁電流指令が励磁部１５に供給され、励磁部１５から発電機３に励磁電流が出力される。一方、トロリーモードに設定されていれば、減算器３３、ＰＩ制御部３４を経た発電機励磁電流指令が励磁部１５に供給され、励磁部１５から発電機３に励磁電流が出力供給される。

次に、トロリーモードと非トロリーモードを相互に切替える際のおける電圧値と電力値の時間推移の例について、図４と図５を参照して説明する。

図４は、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。
通常、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え、及び非トロリーモードからトロリーモードへの切替えに際しては、数秒程度の切替え時間を要している。

トロリーモードにおいて、制御部１４の指示に基づいて切替えスイッチ１６はオンされる。このとき、電力変換器１１に供給される直流電圧は架線電圧にほぼ等しい。一方、発電機３は最低限の発電しか行わないため、発電機３が出力し、整流器７が整流した後の直流電圧はほぼゼロに近い。このとき、架線６から供給される架線供給直流電力は架線電圧から求まる値で一定であり、発電機３が出力する発電機出力直流電力は、ほぼゼロに近い。

トロリーモードから非トロリーモードへの切替えが始まると、架線供給直流電力は、ステップ状に徐々に減らされ、逆に、発電機出力直流電力がステップ状に徐々に増やされる。ただし、架線供給直流電力が減らされ始めるタイミングは、発電機出力直流電力が増やされるタイミングよりも先行している。これは、架線供給直流電力の方が、発電機出力直流電力よりも大きいため、直ちに架線供給直流電力から発電機出力直流電力に切替えた際に、電動機４に急変動がかからないようにするためである。

第１の切替え期間４１において、架線供給直流電力は、ステップ状に減らされる。架線供給直流電力が減らされ始めると、電力変換器１１に供給される直流電圧が乱される。

その後、第２の切替え期間４２では、非トロリーモードにおいて、発電機３が目的とする電力値まで、架線供給直流電力の電力値が下がると、発電機出力直流電力が増加され始める。なお、第１の切替え期間４１と第２の切替え期間４２の切り替わりの瞬間に、発電機３の整流後の出力電圧が架線電圧にほぼ等しくなるまで上げられる。そして、制御部１４は、第２の切替え期間４２において、架線供給直流電力と発電機出力直流電力を加算した値は、非トロリーモードにおいて安定して発電機３が出力する発電機出力直流電力の値４３に等しくなるように制御される。

その後、架線供給直流電力がほぼゼロになった時点（第２の切替え期間４２の終了時点）で、切替えスイッチ１６がオンからオフに切り替わる。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへの切替えが完了する。

図５は、非トロリーモードからトロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。

非トロリーモードにおいて、エンジン２が駆動して発電機３を発電させ、直流電圧を出力させている。このとき、電力変換器１１に供給される直流電圧は、架線電圧よりも低い値である。

非トロリーモードからトロリーモードへの切替えに際して、切替えスイッチ１６は、直流電圧が架線電圧にほぼ等しくなった時点で、オフからオンに切り替わる。この切替えスイッチ１６の切替えタイミングが第１の切替え期間４４の開始タイミングとなる。第１の切替え期間４４において、発電機３の整流後の出力電圧は、架線電圧にほぼ等しくなるまで上げられる。そして、第１の切替え期間４４において、発電機出力直流電力は、ステップ状に徐々に減らされ、逆に、架線供給直流電力がステップ状に徐々に増やされる。非トロリーモードからトロリーモードへの切替えでは、架線供給直流電力が減らされ始めるタイミングと、発電機出力直流電力が増やされ始めるタイミングはほぼ同じである。

その後、第２の切替え期間４５は、トロリーモードの切替えタイミングに差し掛かる。この第２の切替え期間４５において、発電機出力直流電力がほぼゼロになった時点で、図１のエンジン２をアイドル状態にする。このため、発電機３は最低限の発電しか行わなくなり、発電機３の出力電圧はほぼゼロに近づけられる。

一方、トロリーモードでは、電力変換器１１に供給される直流電圧が架線電圧にほぼ等しくなる。第２の切替え期間４５において、架線供給直流電力は、架線電圧から求まる値に近づけられる。

切替えスイッチ１６がオンの状態では、直流電圧は架線電圧にほぼ等しい。このため、発電機出力電力を増加減する際には、発電機出力直流電流のフィードバックにより、発電機励磁電流を制御し、発電機出力直流電力量を制御している。なお、発電機励磁電流を制御するためには、発電機３の直流電流をフィードバックする以外にも、架線供給直流電流をフィードバックして、制御することも可能である。

以上説明した本実施の形態例に係るダンプトラック１によれば、非トロリーモードとトロリーモードの切替え時に発電機３から接続点の間で検出される電流値に基づいて励磁電流を制御する。これにより、非トロリーモードとトロリーモードを滑らかに切替えることができる。

すなわち、制御部１４は、非トロリーモードとトロリーモードの切替え期間において、発電機３から接続点２０の間で検出される電流値に基づいて、励磁部１５が発電機３に供給する励磁電流を制御する。この制御は、整流器７から供給される直流電力と、架線６から供給される直流電力との加算値が、非トロリーモードにおいて整流器７から供給される直流電力の値にほぼ等しくなるようにするものである。これにより、非トロリーモードとトロリーモードの切替え時に、電動機４に対して急激な変動を与えない。

また、制御部１４は、非トロリーモードでは、発電機直流電圧指令を直流電圧フィードバック信号によりＰＩ制御して得た発電機励磁電流指令を出力するようにしている。また、トロリーモードでは、発電機直流電流指令を直流電流フィードバック信号によりＰＩ制御して得た発電機励磁電流指令を出力するようにしている。このようにして、切替えたモードに応じて、適切なフィードバック信号を選択することにより、発電機３に供給する励磁電流の制御を行うことが可能となる。

そして、整流器７と接続点２０の間に電流検出器８を設置し、整流器７と接続点２０の間に流れる電流の電流値を制御部１４に出力する。このため、非トロリーモードとトロリーモードにおいて検出する電流値を適切に確実に識別することができ、切替えたモードに応じた発電機３の制御が可能となる。

また、制御部１４は、発電機３から接続点２０間の出力電力がステップ状に増加減するように、励磁部１５に指令信号を供給している。このため、非トロリーモードとトロリーモードの切替え期間における架線供給直流電力と発電機出力直流電力の加算値を一定値としやすくなり、この加算値を急に変化させないため、電動機４に急激な変化を与えない。

なお、上述した実施の形態例によれば、発電機出力直流電力と架線供給直流電力の増加減をステップ状に実施するようにしたが、一定の変化率で連続的に変化させることも可能である。
図６は、発電機出力直流電力と架線供給直流電力の増加減の変形例を示す説明図である。ここでは、トロリーモードから非トロリーモードに切替える際における電力変化の変形例について説明を行う。

図６Ａと図６Ｂは、時間経過に合わせてステップの変化量を増加減の変化の途中で変える例を示す説明図である。
この例では、制御部１４は、ステップの変化量を増加減の変化の途中で変えて励磁部１５に指令信号を供給している。

図６Ａに示す例では、制御部１４は、最初のステップで架線供給直流電力を所定量だけ減らした後、次のステップでは架線供給直流電力の減少量を上記の所定量より大きくする。そして、架線供給直流電力がほとんどゼロになるまで、ステップを重ねる毎に架線供給直流電力の減少量を大きくしていく。このようにして架線供給直流電力の減少量を変えることで、モードの切替え時に電動機４に対して影響が及ばないようにしている。

図６Ｂに示す例では、制御部１４は、最初のステップで架線供給直流電力を所定量だけ減らした後、次のステップでは架線供給直流電力の減少量を上記の所定量より大きくする。そして、ステップを重ねる毎に架線供給直流電力の減少量を大きくしていく。その後、架線供給直流電力がゼロに近づくにつれて、架線供給直流電力の減少量を小さくする。これにより、架線供給直流電力と発電機出力直流電力の差が大きい場合であっても、滑らかに電力を切替えて切替え期間を短縮することができる。

図６Ｃは、時間経過に合わせて電力の変化率を一定とする例を示す説明図である。
図６Ｃに示す例では、制御部１４は、発電機３から接続点２０の間における出力電力の変化率を一定として出力電力を増加減させて励磁部１５に指令信号を供給している。例えば、制御部１４は、架線供給直流電力を一定の変化率でなだらかに減少させている。そして、発電機出力直流電力についても一定の変化率でなだらかに増加させている。これにより、架線供給直流電力と発電機出力直流電力の切替え時における電動機４への影響を抑えることができる。

図６Ｄは、時間経過に合わせて電力の変化率を変える例を示す説明図である。
図６Ｄに示す例では、制御部１４は、発電機３から接続点２０の間における出力電力の変化率を変化の途中で変えて、励磁部１５に指令信号を供給している。例えば、制御部１４は、架線供給直流電力を減少させる変化率を途中で変えている。始めは、制御部１４は、グラフの傾きを大きくし、途中から傾きを小さくするように変化率を変えている。そして、グラフの傾きが小さくなったときに、発電機出力直流電力を一定の変化率でなだらかに増加させている。このようにすることで、架線供給直流電力と発電機出力直流電力の差が大きい場合であっても、速やかに電力を切替えて切替え期間を短縮することができる。

なお、上述した実施の形態例では、電気駆動車両の一例としてダンプトラック１について説明したが、他にもバス、クレーン車等の様々な種類の車両に適用することができる。

また、制御部１４は、発電機直流電圧指令と発電機直流電流指令に基づいて、ＰＩ制御して励磁電流指令を出力するようにしたが、他の方式により制御を行って、発電機励磁電流指令を出力するようにしてもよい。

また、エンジン２には、ディーゼルエンジンを用いた例を挙げたが、ガソリンエンジン、水素エンジン、燃料電池、バッテリ駆動によるエンジン等を用いてもよい。

また、電流検出器８，１８は、少なくともいずれか１つを備えるようにしてもよい。これにより、ダンプトラック１の重量を軽減し、使用電力も減らすことができる。

また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上記した実施形態例は本開示を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の上方は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…ダンプトラック、２…エンジン、３…発電機、４…電動機、５…パンタグラフ、６…架線、７…整流器、８…電流検出器、９…電圧検出器、１０…平滑コンデンサ、１１…電力変換器、１２…ギア、１３…車輪、１４…制御部、１５…励磁部、１６…切替えスイッチ

Claims (9)

1. 原動機と、
   前記原動機によって発電した交流電力を出力する発電機と、
   指令信号に基づいて前記発電機に励磁電流を出力する励磁部と、
   前記発電機が出力する交流電力を直流電力に変換する整流器と、
   架線から直流電力を集電する集電器と、
   前記整流器の直流電力と前記集電器の直流電力を受電する接続点に接続され、前記接続点から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、
   前記電力変換器から出力される前記交流電力によって駆動される電動機と、
   前記電動機によって駆動される車輪と、
   前記整流器から供給される前記直流電力を前記電力変換器に出力する第１のモードと、前記架線から供給される直流電力を前記電力変換器に出力する第２のモードの切替え期間において、前記整流器から供給される前記直流電力と前記架線から供給される前記直流電力との加算値が、前記第１のモードにおいて前記整流器から供給される前記直流電力の値に等しくなるように、前記発電機から前記接続点の間で検出される電流値に基づいて、前記励磁部に前記指令信号を供給する制御部と、
   前記集電器及び前記接続点との間に接続され、前記第１のモードでは、前記架線から供給される前記直流電力を遮断し、前記第２のモードでは、前記架線から供給される直流電力を前記接続点から前記電力変換器に出力する切替えスイッチと、を備える
   電気駆動車両。
2. 前記制御部は、
   前記第１のモードである場合に、前記発電機が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令に、前記整流器と前記電力変換器との間で検出された直流電圧値をフィードバックしてＰＩ制御を行って求めた前記指令信号を前記励磁部に供給し、
   前記第２のモードである場合に、前記発電機が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令に、前記整流器と前記接続点との間で検出された直流電流値をフィードバックしてＰＩ制御を行って求めた前記指令信号を前記励磁部に供給する
   請求項１に記載の電気駆動車両。
3. さらに、少なくとも前記整流器と前記接続点との間に接続される第１の電流検出器、又は前記架線と前記切替えスイッチとの間に接続される第２の電流検出器のうち、いずれか１つを備え、
   前記第１の電流検出器は、前記第１のモードにおいて前記整流器と前記接続点との間で検出した直流電流値を前記制御部に出力し、
   前記第２の電流検出器は、前記第２のモードにおいて前記架線と前記切替えスイッチとの間で検出した直流電流値を前記制御部に出力する
   請求項２に記載の電気駆動車両。
4. 前記制御部は、前記発電機から前記接続点の間における出力電力がステップ状に増加減するように、前記指令信号を供給する
   請求項３に記載の電気駆動車両。
5. 前記制御部は、前記ステップの変化量を増加減の変化の途中で変えて前記指令信号を供給する
   請求項４に記載の電気駆動車両。
6. 前記制御部は、前記発電機から前記接続点の間における出力電力の変化率を一定として増加減させて前記指令信号を供給する
   請求項３に記載の電気駆動車両。
7. 前記制御部は、前記出力電力の変化率を変化の途中で変えて前記指令信号を供給する
   請求項３に記載の電気駆動車両。
8. 原動機によって発電機が発電する交流電力を直流電力に変換する整流器と、
   前記整流器の直流電力と、架線から直流電力を集電する集電器からの直流電力を受電する接続点に接続され、前記接続点から出力される直流電力を交流電力に変換して、前記交流電力によって電動機を駆動する電力変換器と、
   前記整流器から供給される前記直流電力を前記電力変換器に出力する第１のモードと、前記架線から供給される直流電力を前記電力変換器に出力する第２のモードにおける、前記第１及び第２のモードの切替え期間において、前記整流器から供給される前記直流電力と、前記架線から供給される前記直流電力との加算値が、前記第１のモードにおいて前記整流器から供給される前記直流電力の値に等しくなるように、前記発電機から前記接続点の間で検出される電流値に基づいて、励磁部に指令信号を供給し、前記励磁部から前記発電機に励磁電流を出力させる制御部と、
   前記集電器及び前記接続点との間に接続され、前記第１のモードでは、前記架線から供給される前記直流電力を遮断し、前記第２のモードでは、前記架線から供給される直流電力を前記接続点から前記電力変換器に出力する切替えスイッチと、を備える
   発電機制御装置。
9. 原動機によって発電機が発電する交流電力を整流器が直流電力に変換するステップと、
   前記整流器の直流電力と、架線から直流電力を集電する集電器からの直流電力を受電する接続点に接続される電力変換器が、前記接続点から出力される直流電力を交流電力に変換して、前記交流電力によって電動機を駆動するステップと、
   前記整流器から供給される前記直流電力を前記電力変換器に出力する第１のモードと、前記架線から供給される直流電力を前記電力変換器に出力する第２のモードにおける、前記第１及び第２のモードの切替え期間において、前記整流器から供給される前記直流電力と、前記架線から供給される前記直流電力との加算値が、前記第１のモードにおいて前記整流器から供給される前記直流電力の値に等しくなるように、前記発電機から前記接続点の間で検出される電流値に基づいて、励磁部に指令信号を供給し、前記励磁部から前記発電機に励磁電流を出力させるステップと、
   前記集電器及び前記接続点との間に接続される切替えスイッチが、前記第１のモードでは、前記架線から供給される前記直流電力を遮断し、前記第２のモードでは、前記架線から供給される直流電力を前記接続点から前記電力変換器に出力するステップと、を含む
   発電機制御方法。

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