JP2018149882A - 電気駆動式ダンプトラック - Google Patents

Abstract

【課題】車両の減速時に抵抗器に対する冷却性能を自由に設定できる電気駆動式ダンプトラックを提供すること。
【解決手段】本発明は、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの出力軸に設けられ、当該出力軸の回転に伴って発電する発電モータ５０と、補助発電機３３の出力側に電気的に接続され、発電モータ５０の発電電力を可変周波数の交流電力に変換する発電モータ用インバータ５１と、車両の減速時に発電モータ５０が発電した交流電力を補助発電機３３の出力側に供給して補助発電機３３の発電電力が減少するように、補助発電機励磁ユニット３５及び発電モータ用インバータ５１の動作を制御する制御装置６０とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電機が発電した電力によって走行モータを駆動して走行する電気駆動式ダンプトラックに関する。

近年、鉱山の現場においては、様々な種類の作業機械が使用されており、採掘された鉱石の搬送用途として、例えば、ダンプトラックが用いられることがある。鉱山における鉱石の搬送コストは、人件費、燃料費、保守費、及び初期投資等に分類され、これらのうち燃料費は人件費に次いで大きな費用といわれており、鉱山の事業の利益を向上させるためには、ダンプトラックの省エネルギー化が必要とされる。そこで、鉱山用ダンプトラックの燃費の改善を図るために、従来から様々な技術が提案されている。

この種の従来技術の１つとして、エンジンに直結された発電機が発電した電力によって走行モータを駆動して走行する電動式作業車両が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。具体的には、この電動式作業車両は、走行駆動用の電動モータと、発電機からの直流電力を可変周波数の交流電力に変換して当該電動モータを駆動すると共に、当該電動モータからの交流電力の出力を直流電力に変換する双方向変換器と、電動モータで回生される起電力を消費するように双方向変換器に接続された抵抗器と、抵抗器に冷却風を供給する送風機とを備えている。

米国特許第４３０７３００号明細書

上述した特許文献１に開示された従来技術は、車両が減速する際に、走行モータをリターダとして利用して車両の運動エネルギーを電気エネルギー（回生電力）に変換し、この電気エネルギーを抵抗器（グリッド抵抗）に供給して熱エネルギーに変換することにより、抵抗器で発生した熱を空気中に放出している。このとき、抵抗器の熱によって周囲の機器が損傷しないように、ブロワを回転させて冷却風を抵抗器に供給する必要があるので、抵抗器と並列にブロワモータを設けてリターダからの電気エネルギーによりブロワを作動させている。しかしながら、この構成ではブロワに流れる電流が並列接続された抵抗器により決まるため、車両が減速する際に抵抗器に対して冷却風量を自由に調整できないという課題がある。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、車両の減速時に抵抗器に対する冷却性能を自由に設定できる電気駆動式ダンプトラックを提供することにある。

上記の目的を達成するために、代表的な本発明は、車両に設けられたエンジンと、前記車両の車輪を左右個別に駆動して走行させる２つの走行モータと、前記エンジンの出力軸に設けられ、前記エンジンの駆動力で発電する主発電機及び補助発電機と、前記補助発電機の発電電力を制御する発電電力調整器と、前記主発電機が発電した交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換すると共に、前記車両の減速時に前記走行モータが発電した交流電力を直流電力に変換する走行モータ用インバータと、前記整流器に電気的に接続され、前記車両の減速時に前記走行モータ用インバータから出力された直流電力を熱に変換する電気抵抗器と、前記電気抵抗器に出力する直流電力を制御するチョッパと、前記電気抵抗器を冷却する冷却器と、前記冷却器を駆動する冷却器用駆動装置と、前記補助発電機が発電した交流電力を周波数変調して前記冷却器用駆動装置に出力する冷却器用インバータとを備えた電気駆動式ダンプトラックであって、前記走行モータの出力軸に設けられ、当該出力軸の回転に伴って発電する少なくとも１つの発電モータと、前記補助発電機の出力側に電気的に接続され、前記発電モータの発電電力を可変周波数の交流電力に変換する発電モータ用インバータと、前記車両の減速時に前記発電モータが発電した交流電力を前記補助発電機の出力側に供給して前記補助発電機の発電電力が減少するように、前記発電電力調整器及び前記発電モータ用インバータの動作を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の電気駆動式ダンプトラックによれば、車両の減速時に抵抗器に対する冷却性能を自由に設定できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係る電気駆動式ダンプトラックの構成を示す全体図である。 図１に示すダンプトラックを駆動する駆動回路の基本構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の特徴をなす駆動回路の要部の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る制御装置による補助発電機及び発電モータの制御処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る補助発電機の発電電力と発電モータの発電電力の関係を説明する図であり、（ａ）図は発電モータを使用しない場合の補助発電機の発電電力の時間推移を示す図、（ｂ）図は発電モータの予想発電電力が閾値未満である場合の補助発電機の発電電力と発電モータの発電電力の時間推移を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る補助発電機の発電電力と発電モータの発電電力の関係を説明する図であり、（ａ）図は発電モータの予想発電電力が閾値以上かつ本来の補助発電機の発電電力未満である場合の補助発電機の発電電力と発電モータの発電電力の時間推移を示す図、（ｂ）図は発電モータの予想発電電力が閾値以上かつ本来の補助発電機の発電電力以上である場合の補助発電機の発電電力と発電モータの発電電力の時間推移を示す図である。 本発明の第２実施形態の特徴をなす駆動回路の要部の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態の特徴をなす駆動回路の要部の構成を示す図である。

以下、本発明に係る電気駆動式ダンプトラックを実施するための形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
本発明に係る電気駆動式ダンプトラックの第１実施形態は、図１に示すように、鉱山のような作業現場において運搬対象物としての土砂や鉱石等を積載して運搬する大型のダンプトラック１から構成されている。ダンプトラック１は、車体フレーム１１と、この車体フレーム１１に回転可能に設けられた車輪とを備えている。

この車輪は、例えば、車体フレーム１１の前部の左右両端にそれぞれ一輪ずつ配置された前輪１２Ｌ，１２Ｒ（図１には、左側の前輪１２Ｌのみが図示されている）と、車体フレーム１１の後部の左右両端に回転可能にそれぞれ二輪ずつ配置された後輪１３Ｌ，１３Ｒ（図１には、左側の後輪１３Ｌのみが図示されている）とから構成されている。

前輪１２Ｌ，１２Ｒは、ステアリング等を介して入力されるステアリング角度に基づいて操舵される操舵輪であると共に、ダンプトラック１が走行する走行路の路面を介して後輪１３Ｌ，１３Ｒに従動する従動輪である。一方、後輪１３Ｌ，１３Ｒは、後述のエンジン３１（図２参照）の駆動力が回転運動に変換されて駆動する駆動輪である。

これらの後輪１３Ｌ，１３Ｒの回転軸には、各後輪１３Ｌ，１３Ｒを駆動するための走行モータ１４Ｌ，１４Ｒ（図２参照）が取り付けられており、後輪１３Ｌ，１３Ｒの回転軸と走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの出力軸との間に、各後輪１３Ｌ，１３Ｒの回転数を調整する減速機１５Ｌ，１５Ｒ（図２参照）が介装されている。また、各走行モータ１４Ｌ，１４Ｒには、これらの走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの回転速度を測定する回転速度測定部としての回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒ（図２参照）が取り付けられている。

また、ダンプトラック１は、前輪１２Ｌ，１２Ｒの上方に配置され、オペレータが歩行可能なデッキ（アッパーデッキ）１７と、車両の前面に取り付けられ、オペレータがデッキ１７の上面１７Ｕに昇るためのラダー１８と、デッキ１７の上面１７Ｕに設置され、オペレータが搭乗するキャブ１９と、車両の前部に搭載され、各種の電力機器を収納するコントロールキャビネット２０と、ダンプトラック１の後述の駆動回路３０（図２参照）における回生電力を熱として放散するための複数のグリッドボックス２１とを備えている。

さらに、ダンプトラック１は、車体フレーム１１に対して起伏可能に設けられ、土砂や鉱石等の積荷を積載する荷台２２と、車体フレーム１１の後部にブラケット２３を介して設けられたヒンジピン２４と、車体フレーム１１のうちヒンジピン２４よりも前方に配置され、車体フレーム１１と荷台２２とを連結するホイストシリンダ２５とを備えている。

ダンプトラック１の前輪１２Ｌで隠れた部分には、後述のエンジン３１、主発電機３２、及び補助発電機３３等が搭載されており、これらの機器の上方には、車両の動作を制御する制御装置６０が設置されている。この他、ダンプトラック１には、車体フレーム１１の中央部分に配置され、エンジン３１の燃料を貯蔵する燃料タンク２６と、ホイストシリンダ２５へ圧油を供給する油圧ポンプ（図示せず）と、車体フレーム１１のうち燃料タンク２６の近傍に配置され、油圧ポンプに供給する作動油を貯蔵する作動油タンク２７とが搭載されている。

キャブ１９内には、制御装置６０に接続され、ホイストシリンダ２５を伸縮して荷台２２を起伏させる操作を行うホイストペダル（図示せず）と、車両の走行状態のうち前進（Ｆ）、中立（Ｎ）、及び後退（Ｒ）のいずれかに切り換えるシフトレバー（図示せず）と、前輪１２Ｌ，１２Ｒの操舵方向を切り換えることにより、車両の進行方向を左方向又は右方向へ変更する操作ハンドル（図示せず）と、車両を加速させるアクセルペダル（図示せず）と、後輪１３Ｌ，１３Ｒに制動力を付与するブレーキペダル２８（図２参照）とが設置されている。したがって、キャブ１９内のオペレータは、アクセルペダル及びブレーキペダル２８を踏み込むことにより、その操作量に応じて車両の加速力及び制動力を調整することができる。

次に、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１を駆動する駆動回路３０の基本構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。

図２に示すように、ダンプトラック１に搭載された駆動回路３０は、駆動源としてのエンジン３１と、このエンジン３１の出力軸に機械的に接続され、エンジン３１の駆動力によってそれぞれ発電する主発電機３２及び補助発電機３３と、これらの主発電機３２及び補助発電機３３に電気的に接続され、コントロールキャビネット２０及びグリッドボックス２１内に収納された各機器とから構成されている。

エンジン３１は、各シリンダ（図示せず）へ供給する空気を過給する過給器（図示せず）を有するディーゼルターボエンジンから成り、主発電機３２、補助発電機３３、及びホイストシリンダ２５等の油圧源である油圧ポンプを駆動する。主発電機３２及び補助発電機３３は、エンジン３１の出力軸に連結されて共に回転運動を行う。この主発電機３２は、主として左右の走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの動力源となる三相交流電力を発生する。補助発電機３３は、補機類として、例えば、後述の冷却ファンモータ４１の動力源となる三相交流電力を発生する。

コントロールキャビネット２０には、主発電機３２が発生させる交流電力を直流電力に変換する整流器３４と、補助発電機３３の発電電力を制御する発電電力調整器としての補助発電機励磁ユニット３５と、整流器３４から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換すると共に、車両の減速時に走行モータ１４Ｌ，１４Ｒが発電した交流電力を直流電力に変換する左右の走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒとが格納されている。

また、コントロールキャビネット２０には、補助発電機３３が発電した交流電力を周波数変調して冷却ファンモータ４１に出力する冷却器用インバータとしての冷却ファンモータ用インバータ３７と、整流器３４と走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒとの間に設けられ、後述の電気抵抗器３９に出力する直流電力を制御するチョッパ３８とが格納されている。

グリッドボックス２１には、整流器３４及びチョッパ３８に電気的に接続され、車両の減速時に走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒから出力された直流電力を熱に変換する前述の電気抵抗器３９と、この電気抵抗器３９に対して空気を送風することにより、電気抵抗器３９を冷却する冷却器としての冷却ファン４０と、冷却ファンモータ用インバータ３７から供給された電力によって冷却ファン４０を駆動する冷却器用駆動装置としての前述の冷却ファンモータ４１と、電気抵抗器３９の周囲の温度を測定する温度センサ４２等の各種センサ及びスイッチ類（図示せず）とが格納されている。

上述の制御装置６０は、例えば図示されないが、車両の状態やオペレータの操作によって入力された情報に基づいて、車両の動作全体を制御するための各種の演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置と、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを含むハードウェアから構成されている。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭやＨＤＤ、もしくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納されたプログラムがＲＡＭに読出され、ＣＰＵの制御に従って動作することにより、プログラム（ソフトウェア）とハードウェアとが協働して、制御装置６０の機能を実現する機能ブロックが構成される。

具体的には、制御装置６０は、エンジン３１の動作状態、ブレーキペダル２８の操作量、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒの測定値、及び温度センサ４２の測定値等の機器情報を入力する入力部６０１と、ＣＰＵの演算処理に必要な情報を予め記憶する記憶部６０２と、入力部６０１に入力された情報及び記憶部６０２に記憶された情報に基づいて、各種インバータやバルブ等の駆動回路３０の機器に対する動作信号を演算して駆動回路３０の機器を制御する演算制御部６０３と、演算制御部６０３の演算結果を駆動回路３０の機器に出力する出力部６０４とを含んでいる。

本発明の第１実施形態では、制御装置６０は、演算制御部６０３で演算した動作信号を、エンジン３１、補助発電機励磁ユニット３５、走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒ、冷却ファンモータ用インバータ３７、及びチョッパ３８の半導体スイッチ(不図示)に出力部６０４から適宜出力し、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒ、電気抵抗器３９、冷却ファンモータ４１を適切なタイミング及び出力で駆動させることにより、駆動回路３０内の電力の流れを制御している。

次に、駆動回路３０の主発電機３２で発生した電力の流れについて、図２を参照しながら詳細に説明する。

エンジン３１によって主発電機３２が駆動されると、主発電機３２で発生した三相交流電圧は、整流器３４によって直流電圧に変換され、走行モータ用インバータ３６Ｌ、３６Ｒに入力される。この状態で、キャブ１９内のオペレータがアクセルペダルを踏み込むと、車両を加速するための動作信号が制御装置６０から走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒへ出力され、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒに電力が供給される。

そして、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒは、この電力を受けて駆動することにより、減速機１５Ｌ，１５Ｒを介して後輪１３Ｌ，１３Ｒを回転させ、車両を前進又は後進させる。一方、オペレータがブレーキペダル２８を踏み込んだときや、降坂において車両が制動するときには、車両を減速するための動作信号が制御装置６０から走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒへ出力され、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒは、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。

すなわち、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒは、主発電機３２及び補助発電機３３のように発電機として機能し、電気式のブレーキシステムとして動作する。このとき、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒで発生した電力を放電する機能が必要となる。

そこで、走行モータ用インバータ３６Ｌ，３６Ｒに接続されたチョッパ３８を動作させ、電気抵抗器３９に直流電圧を印可することにより、余剰の電気エネルギーを熱として消費するようにしている。通常、この電気抵抗器３９は周囲の大気によって自然空冷されるが、電気抵抗器３９の発熱エネルギーが大きい場合には、電気抵抗器３９の温度が上昇することにより、駆動回路３０の機器が損傷する可能性がある。そのため、制御装置６０は、温度センサ４２によって測定された温度に応じて、冷却ファン４０を回転させることにより、強制空冷によって電気抵抗器３９を冷却するようにしている。

次に、駆動回路３０の補助発電機３３で発生した電力の流れについて、図２を参照しながら詳細に説明する。

エンジン３１によって補助発電機３３が駆動されると、補助発電機励磁ユニット３５は、制御装置６０からの動作信号に従って補助発電機３３の発電電力を制御する。これにより、補助発電機３３で発生した三相交流電圧は、冷却ファンモータ用インバータ３７に入力される。

このとき、制御装置６０は、入力部６０１に入力された温度センサ４２の測定値が記憶部６０２に予め記憶された閾値より大きいと判定した場合、すなわち、電気抵抗器３９の冷却が必要となる場合には、制御装置６０の演算制御部６０３は、電気抵抗器３９の冷却に必要な風量を生起する冷却ファン４０の回転速度を求めた後、当該回転速度を実現する冷却ファンモータ４１の動作信号を演算すると共に、この冷却ファンモータ４１の動作に必要な補助発電機３３の発電電力に相当する動作信号を演算する。

そして、制御装置６０は、演算制御部６０３で演算された各動作信号を出力部６０４から冷却ファンモータ用インバータ３７及び補助発電機励磁ユニット３５へ出力することにより、冷却ファンモータ４１と補助発電機３３をそれぞれ動作させる。これにより、冷却ファン４０の回転によって発生した冷却風が電気抵抗器３９に衝突し、電気抵抗器３９の熱を奪って外部へ放出されることにより、電気抵抗器３９を冷却することができる。

このように、ダンプトラック１は、機械的な制動エネルギーを一時的に電気エネルギーに変換し、さらに電気抵抗器３９を使用して電気エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、車両の制動力を確保している。また、ダンプトラック１は、電気抵抗器３９で発生した熱を冷却ファン４０で強制空冷して大気中に放出することにより、駆動回路３０の機器の損傷を防止すると共に、車両の安定的な制動を実現している。なお、図示されていないが、ダンプトラック１が機械式のブレーキシステムを有し、車両の走行状況に応じて電気式のブレーキシステムと機械式のブレーキシステムを使い分けて車両の制動を行ってもよい。

ところで、上述した駆動回路３０の基本構成においては、冷却ファンモータ４１の動作に消費される電力は、エンジン３１の出力軸に直結された補助発電機３３で発電されており、冷却ファン４０が動作する際に、補助発電機３３を駆動するための追加の駆動力がエンジン３１に必要とされるので、その分、エンジン３１の燃料消費量が増大することになる。そこで、本発明の第１実施形態は、図２に示す基本構成のみから成る駆動回路３０の代わりに、下記の機器を新たに追加した図３に示す駆動回路３０を備えている。

次に、本発明の第１実施形態の特徴をなす駆動回路３０の要部の構成について、図３を参照しながら詳細に説明する。

本発明の第１実施形態に係る駆動回路３０は、図２に示す基本構成に加え、さらに走行モータ１４Ｌ，１４Ｒのうち、例えば、左側の走行モータ１４Ｌの出力軸に設けられ、当該出力軸の回転に伴って発電する発電モータ５０と、補助発電機３３の出力側に電気的に接続され、発電モータ５０の発電電力を可変周波数の交流電力に変換する発電モータ用インバータ５１とを含んでいる。

発電モータ５０の定格回転速度は、例えば、走行モータ１４Ｌの使用回転速度の範囲に設定されており、発電モータ５０は、走行モータ１４Ｌの出力軸のうち当該走行モータ１４Ｌの本体を挟んで減速機１５Ｌと反対側に直接連結されている。これにより、発電モータ５０が走行モータ１４Ｌによって減速機１５Ｌを介さずに動作するので、駆動回路３０におけるエネルギーの伝達効率を高めることができる。発電モータ５０は発電モータ用インバータ５１を介して冷却ファンモータ用インバータ（冷却器用インバータ）３７と電気的に接続され、発電モータ５０の発電電力を冷却ファンモータ用インバータ３７に供給している。

発電モータ用インバータ５１は、制御装置６０の入力部６０１及び出力部６０４にそれぞれ通信接続されている。また、制御装置６０の記憶部６０２には、後述するように、発電モータ５０に関する所定の諸元、例えば、発電モータ５０のコイルの巻き数及び磁場の強さが予め記憶されている。

そして、制御装置６０は、エンジン３１の動作状態、ブレーキペダル２８の操作量、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒの測定値、及び温度センサ４２の測定値の他、発電モータ用インバータ５１の電流と電圧等の機器情報を取得し、車両の減速時に発電モータ５０が発電した交流電力を補助発電機３３の出力側に供給して補助発電機３３の発電電力が減少するように、補助発電機励磁ユニット３５及び発電モータ用インバータ５１の動作を制御する。

次に、本発明の第１実施形態に係る制御装置６０による補助発電機３３及び発電モータ５０の制御処理について、図４のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

図４に示すように、まずは、制御装置６０の入力部６０１は、ブレーキペダル２８の操作量ＢＭ、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒの測定値、及び発電モータ用インバータ５１の電流と電圧を含む機器情報を取得し（ステップ（以下、Ｓと記す）４０１）、これらの機器情報を制御装置６０の演算制御部６０３に転送する。

次に、演算制御部６０３は、図２に示す基本構成のみから成る駆動回路３０の補助発電機３３の発電電力、すなわち、発電モータ５０を使用しない本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏが、上述のように演算した冷却ファンモータ４１の動作に必要な電力ＰＦＮとなるように設定する（Ｐａｇｏ＝ＰＦＮ）（Ｓ４０２）。

続いて、演算制御部６０３は、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒによって測定された走行モータ１４Ｌ，１４Ｒ、及び記憶部６０２に記憶された発電モータ５０のコイルの巻き数と磁場の強さに基づいて、車両の減速時に予想される発電モータ５０の発電電力を示す予想発電電力Ｐｇｍｆを演算する（Ｓ４０３）。すなわち、演算制御部６０３が予想発電電力演算部として機能し、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒ、記憶部６０２、及び演算制御部６０３が予想発電電力取得部として機能する。

次に、演算制御部６０３は、Ｓ４０１において取得したブレーキペダル２８の操作量ＢＭが予め設定された閾値ＴＢ以上であるか否かを判定する（Ｓ４０４）。このとき、演算制御部６０３は、ブレーキペダル２８の操作量ＢＭが閾値ＴＢ未満であると判定した場合（Ｓ４０４／ＮＯ）、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇを本来の補助発電機の発電電力Ｐａｇｏに設定する（Ｐａｇ＝Ｐａｇｏ）（Ｓ４０５）。

続いて、演算制御部６０３は、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍを０（ゼロ）に設定する（Ｐｇｍ＝０）（Ｓ４０６）。つまり、Ｓ４０６の処理により、補助発電機３３の発電電力が図２に示す基本構成のみから成る駆動回路３０の補助発電機３３の発電電力と等しくなるので、発電モータ５０を使用しない場合と同様の制御処理が行われる。

次に、演算制御部６０３は、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇに対応する補助発電機励磁ユニット３５の動作信号を演算して生成した後（Ｓ４０７）、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍに対応する発電モータ用インバータ５１の動作信号を演算して生成し（Ｓ４０８）、これらの演算結果を制御装置６０の出力部６０４に送信する。

そして、出力部６０４は、演算制御部６０３の演算結果を受信すると、Ｓ４０７において生成された動作信号を補助発電機励磁ユニット３５へ出力すると共に、Ｓ４０８において生成された動作信号を発電モータ用インバータ５１へ出力し（Ｓ４０９）、制御装置６０による補助発電機３３及び発電モータ５０の制御処理を終了する。

一方、Ｓ４０４において、演算制御部６０３は、ブレーキペダル２８の操作量ＢＭが閾値ＴＢ以上であると判定した場合（Ｓ４０４／ＹＥＳ）、Ｓ４０３において演算した予想発電電力Ｐｇｍｆと、予め設定された閾値ＴＧとを比較し、予想発電電力Ｐｇｍｆが閾値ＴＧ以上であるか否かを判定する（Ｓ４１０）。このとき、演算制御部６０３は、予想発電電力Ｐｇｍｆが閾値ＴＧ未満であると判定した場合（Ｓ４１０／ＮＯ）、Ｓ４０５からの処理が行われる。

一方、Ｓ４１０において、演算制御部６０３は、予想発電電力Ｐｇｍｆが閾値ＴＧ以上であると判定した場合（Ｓ４１０／ＹＥＳ）、予想発電電力Ｐｇｍｆが本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏ以上であるか否かを判定する（Ｓ４１１）。このとき、演算制御部６０３は、予想発電電力Ｐｇｍｆが本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏ未満であると判定すると（Ｓ４１１／ＮＯ）、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇを本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏから予想発電電力Ｐｇｍｆを減算した値に設定する（Ｐａｇ＝Ｐａｇｏ−Ｐｇｍｆ）（Ｓ４１２）。このＳ４１２の処理により、補助発電機３３の発電電力を上記本来の補助発電機３３の発電電力から発電モータ５０が発電する電力だけ減少させることが可能となる。

続いて、演算制御部６０３は、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍを予想発電電力Ｐｇｍｆに設定し（Ｐｇｍ＝Ｐｇｍｆ）（Ｓ４１３）、Ｓ４０７からの処理が行われる。一方、Ｓ４１１において、演算制御部６０３は、予想発電電力Ｐｇｍｆが本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏ以上であると判定すると（Ｓ４１１／ＹＥＳ）、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇを０（ゼロ）に設定する（Ｐａｇ＝０）（Ｓ４１４）。

続いて、演算制御部６０３は、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍを本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏに設定し（Ｐｇｍ＝Ｐａｇｏ）（Ｓ４１５）、Ｓ４０７からの処理が行われる。したがって、Ｓ４１４、Ｓ４１５の処理により、補助発電機３３を発電させることなく、図２に示す基本構成から成る駆動回路３０において、本来、補助発電機３３が発電していた電力を全て発電モータ５０で発電させることができる。

また露天掘り鉱山においては、採掘現場は次第にすり鉢状に掘り下げられていくので、採掘した資源を運搬するダンプトラック１はすり鉢状の採掘現場の底まで下り走行する。ダンプトラック１の走行路はすり鉢の斜面に螺旋状に設けられ、その長さは数キロメートル以上に達することも多い。従ってダンプトラック１は下り走行時間のほとんどを同じ方向に旋回しながら走行する。例えばダンプトラック１が左回りに走行する場合で説明すると、内輪側の走行モータ１４Ｌと外輪側の走行モータ１４Ｒでは外輪側の回転数の方が大きい。また大型ダンプトラック１のトレッド幅は５〜６ｍが一般的で、その点でも内外輪の走行距離差は大きい。そのため、下り走行時の内輪側の走行モータ１４Ｌ及び外輪側の走行モータ１４Ｒの回生電力量の差は無視できないほど大きくなるため、１つの発電モータ５０を２つある走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの片方（図３では左側の走行モータ１４Ｌ）に取り付けるだけで、左右の走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの回生動作を均一化することができる。

次に、本発明の第１実施形態に係る補助発電機３３の発電電力と発電モータ５０の発電電力の関係について、図５、図６を参照しながら詳細に説明する。図５、図６において、破線は本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏ、実線は補助発電機３３の発電電力Ｐａｇ、点線は発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆ、一点鎖線は発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍをそれぞれ表している。

図５（ａ）は、発電モータ５０を使用しない場合の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇの時間推移を示している。この場合、図２に示す基本構成のみから成る駆動回路３０を備えたダンプトラック１では、冷却ファンモータ４１の必要負荷に応じて、補助発電機３３の負荷が大きく変動するので、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇが変化する。この場合の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇが本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏを意味している。

図５（ｂ）は、発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆが閾値ＴＧ未満である場合の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇと発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍの時間推移を示している。この場合、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍが０（ゼロ）となるので、発電モータ５０による回生動作は行われず、冷却ファンモータ４１を駆動させるための電力は全て補助発電機３３から供給される。

その結果、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇは、本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏと同じとなり、図５（ａ）と同様の発電電力の変化となる。また、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍが０（ゼロ）であることから、発電モータ５０の発電による負荷は発生せず、走行モータ１４Ｌに発電モータ５０の負荷が加わることがない。そのため、エンジン３１に加わる負荷は、駆動回路３０が基本構成のみから成る場合と変わらず、エンジン３１の燃料消費量も、駆動回路３０が基本構成のみから成る場合と同じとなる。なお、図５（ｂ）が示す駆動回路３０の動作は、図４に示すＳ４０５〜Ｓ４０９に対応している。

図６（ａ）は、発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆが閾値ＴＧ以上かつ本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏ未満である場合の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇと発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍの時間推移を示している。この場合、発電モータ５０で発電された電力の全てが回生され、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇは、本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏから発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆを減算した値となり、本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏよりも小さくなる。

その結果、補助発電機３３の発電に伴ってエンジン３１に加わる負荷が減少するので、エンジン３１の燃料消費量が低減する。なお、図６（ａ）が示す駆動回路３０の動作は、図４に示すＳ４１２、Ｓ４１３、Ｓ４０７〜Ｓ４０９に対応している。

図６（ｂ）は、発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆが閾値ＴＧ以上かつ本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏ以上である場合の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇと発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍの時間推移を示している。この場合、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍは本来の補助発電機３３の発電電力Ｐａｇｏと等しく設定されるので、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇは０（ゼロ）となる。

その結果、補助発電機３３の発電に伴ってエンジン３１に加わる負荷が減少するので、エンジン３１の燃料消費量が低減する。なお、図６（ｂ）が示す駆動回路３０の動作は、図４に示すＳ４１４、Ｓ４１５、Ｓ４０７〜Ｓ４０９に対応している。

このように構成した本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１によれば、車両が減速する際に、走行モータ１４Ｌ，１４Ｒをリターダとして利用して発電モータ５０を発電させ、当該発電モータ５０で発生した電力を発電モータ用インバータ５１から冷却ファンモータ用インバータ３７へ供給することにより、発電モータ５０が補助発電機３３の発電を補いながら、冷却ファン４０によって電気抵抗器３９を十分に冷却することができる。これにより、補助発電機３３の負荷が減少することにより、エンジン３１の出力を抑制できるので、車両の減速時におけるエンジン３１の燃料消費量を低減することができる。

また、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１では、制御装置６０の演算制御部６０３は、演算した発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆが予め設定された閾値ＴＧ以上であると判定した場合に限り、補助発電機３３の発電電力Ｐａｇを減少させるように補助発電機励磁ユニット３５を制御することにより、補助発電機３３の発電と発電モータ５０の発電とが頻繁に切り換わることがないので、エンジン３１や主発電機３２の出力の変動を抑制することができる。これにより、エンジン３１、主発電機３２、補助発電機３３、及び発電モータ５０が破損するのを防止できるので、これらの機器の長寿命化を図ることができる。

また、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１では、制御装置６０の演算制御部６０３は、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒによって測定された走行モータ１４Ｌ，１４Ｒの回転速度と記憶部６０２に記憶された情報から発電モータ５０の予想発電電力Ｐｇｍｆを演算するようにしているので、車両が減速する際に得られる発電モータ５０の発電電力の推測値を効率良く取得することができる。したがって、補助発電機３３及び発電モータ５０の制御に要する制御装置６０の処理能力を向上させることができる。

また、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１では、制御装置６０の演算制御部６０３は、ブレーキペダル２８の操作量ＢＭが閾値ＴＢ以上であると判定した場合に、図４に示すＳ４１０以降の処理へ移行するようにしたので、例えば、車両が坂道等の斜面を走行している間に、徒に発電モータ５０が動作して走行モータ１４Ｌに負荷が加わることで車両の操作性が悪化するのを未然に防止することができる。つまり、走行モータ１４Ｌの力行動作時に発電モータ５０からの電力の供給を遮断する制御が行われるので、発電モータ５０の発電動作に起因する走行モータ１４Ｌの負荷を軽減でき、車両の走行抵抗を低減することができる。

また、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１では、発電モータ５０は、走行モータ１４Ｌの出力軸のうち減速機１５Ｌと反対側の片方に連結されることにより、走行モータ１４Ｌの回生動作時に発電モータ５０によって適切な大きさの電力が得られると共に、駆動回路３０の機器の増加を抑えて車両内のメンテナンスのスペースを確保することができる。特に、ダンプトラック１が鉱山の走行路を右回りで登坂又は降坂する際には、発電モータ５０が左側の走行モータ１４Ｌに直接連結されることで外側に位置するので、発電モータ５０の発電効率を高めることができる。

また、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１は、走行モータ１４Ｌの回生動作において得られる電気エネルギーを冷却ファン４０の駆動電力として利用しており、車両の減速時のように非定常的に発生する電力を一時的に貯蔵することなく有効に使用することができる。さらに、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１は、駆動回路３０の基本構成に変更を加えることなく、発電モータ５０と発電モータ用インバータ５１を新規に追加するだけで車両の回生システムを実現することができる。したがって、万一、これらの発電モータ５０と発電モータ用インバータ５１が損傷しても、車両の走行性能が悪化することがないので、車両の走行に対して優れた安定性を確保することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るダンプトラック１は、上述した第１実施形態の構成に加え、図７に示すように、駆動回路３０Ａが、走行モータ１４Ｌと発電モータ５０との間に介装され、走行モータ１４Ｌの出力軸の回転を発電モータ５０に伝達するカップリング５２を含んでいる。その他の第２実施形態の構成は、上述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

上述のような構成の駆動回路３０Ａでは、走行モータ１４Ｌが回転すると、この走行モータ１４Ｌの回転にカップリング５２も連動するので、当該カップリング５２を介して発電モータ５０も回転する。このとき、走行モータ１４Ｌの回転速度に変動が発生すると、カップリング５２が変形して走行モータ１４Ｌの回転速度の変動を吸収することにより、発電モータ５０は変動が抑えられた回転速度で回転する。なお、本発明の第２実施形態に係るカップリング５２は、その種類や方式を限定するものではない。

このように構成した本発明の第２実施形態に係るダンプトラック１によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、カップリング５２が走行モータ１４Ｌと発電モータ５０との間に介在しているので、走行モータ１４Ｌの回転速度の変動が発電モータ５０に伝達するのを抑制でき、発電モータ５０に加わる負荷を軽減することができる。これにより、発電モータ５０の長寿命化に貢献することができる。また、走行モータ１４Ｌ及び発電モータ５０のいずれか一方が故障した場合に、カップリング５２が破損することで、残りの他方の機器の破損を防止することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るダンプトラック１は、上述した第１実施形態の構成に加え、図８に示すように、駆動回路３０Ｂが、走行モータ１４Ｌと発電モータ５０との間に介装され、走行モータ１４Ｌの出力軸と発電モータ５０の入力軸とを断続自在に連結するクラッチ５３を含んでいる。この場合、制御装置６０は、エンジン３１の動作状態、ブレーキペダル２８の操作量ＢＭ、回転速度センサ１６Ｌ，１６Ｒの測定値、及び温度センサ４２の測定値等の機器情報を取得し、この機器情報を基にクラッチ５３の動作を制御する。その他の第３実施形態の構成は、上述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

上述のような構成の駆動回路３０Ｂでは、走行モータ１４Ｌが回転すると、この走行モータ１４Ｌの回転にクラッチ５３も連動するので、当該クラッチ５３を介して発電モータ５０も回転する。制御装置６０は、図４に示すＳ４０６の処理のように、発電モータ５０の発電電力Ｐｇｍを０（ゼロ）に設定して発電モータ５０を発電させないとき、あるいは走行モータ１４Ｌ、当該走行モータ１４Ｌに接続されている機器、発電モータ５０、及び当該発電モータ５０に接続されている機器の少なくとも１つが故障したと判定したとき、クラッチ５３を切り離す制御を行うことにより、走行モータ１４Ｌの出力軸と発電モータ５０の入力軸とが遮断される。なお、本発明の第３実施形態に係るクラッチ５３は、その種類や方式を限定するものではない。

このように構成した本発明の第３実施形態に係るダンプトラック１によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、制御装置６０が発電モータ５０を発電させないと判断した時点で、走行モータ１４Ｌの出力軸と発電モータ５０の入力軸とが遮断されるので、発電モータ５０の負荷が走行モータ１４Ｌに伝達されることがない。そのため、エンジン３１の出力の増加を抑制できるので、エンジン３１の燃料消費量を効果的に低減することができる。

しかも、走行モータ１４Ｌ、当該走行モータ１４Ｌに接続されている機器、発電モータ５０、及び当該発電モータ５０に接続されている機器の少なくとも１つが故障すると、制御装置６０によってクラッチ５３が切り離されるので、これらの機器が故障した機器に連鎖して破損するのを未然に防止することができる。

なお、上述した本発明の各実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

また、本実施形態は、補助発電機３３で発電した電力が主に冷却ファンモータ４１を駆動するために使用された場合について説明したが、本発明はこの場合に限らず、補助発電機３３で発電した電力は他の補機類を動作させるために使用されてもよい。同様に、本実施形態は、発電モータ５０で発電した電力が主に冷却ファンモータ４１を駆動するために使用された場合について説明したが、本発明はこの場合に限らず、発電モータ５０で発電した電力は他の補機類を動作させるために使用されてもよい。この時に得られる効果としては、補機類を動作させるエネルギーを回生電力で賄うことによりエンジンの燃料消費量を低減できることが挙げられる。

また、本実施形態は、発電モータ５０が左右の走行モータ１４Ｌ，１４Ｒのうち一方の走行モータ１４Ｌの出力軸に連結された場合について説明したが、本発明はこの場合に限らず、発電モータ５０は他方の走行モータ１４Ｒに連結されてもよいし、又は、発電モータ５０を２つ用意し、これらの発電モータ５０が両方の走行モータ１４Ｌ，１４Ｒに連結されてもよい。

１…ダンプトラック（電気駆動式ダンプトラック）、１２Ｌ，１２Ｒ…前輪（車輪）、１３Ｌ，１３Ｒ…後輪（車輪）、１４Ｌ，１４Ｒ…走行モータ、１５Ｌ，１５Ｒ…減速機、１６Ｌ，１６Ｒ…回転速度センサ（回転速度測定部）（予想発電電力取得部）、１９…キャブ、２０…コントロールキャビネット、２１…グリッドボックス、２８…ブレーキペダル
３０，３０Ａ，３０Ｂ…駆動回路、３１…エンジン、３２…主発電機、３３…補助発電機、３４…整流器、３５…補助発電機励磁ユニット（発電電力調整器）、３６Ｌ，３６Ｒ…走行モータ用インバータ、３７…冷却ファンモータ用インバータ（冷却器用インバータ）、３８…チョッパ、３９…電気抵抗器、４０…冷却ファン（冷却器）、４１…冷却ファンモータ（冷却器用駆動装置）、４２…温度センサ
５０…発電モータ、５１…発電モータ用インバータ、５２…カップリング、５３…クラッチ、６０…制御装置、６０１…入力部、６０２…記憶部（予想発電電力取得部）、６０３…演算制御部（予想発電電力演算部）（予想発電電力取得部）、６０４…出力部

Claims (7)

1. 車両に設けられたエンジンと、前記車両の車輪を左右個別に駆動して走行させる２つの走行モータと、前記エンジンの出力軸に設けられ、前記エンジンの駆動力で発電する主発電機及び補助発電機と、前記補助発電機の発電電力を制御する発電電力調整器と、前記主発電機が発電した交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器から供給される直流電力を可変周波数の交流電力に変換すると共に、前記車両の減速時に前記走行モータが発電した交流電力を直流電力に変換する走行モータ用インバータと、前記整流器に電気的に接続され、前記車両の減速時に前記走行モータ用インバータから出力された直流電力を熱に変換する電気抵抗器と、前記電気抵抗器に出力する直流電力を制御するチョッパと、前記電気抵抗器を冷却する冷却器と、前記冷却器を駆動する冷却器用駆動装置と、前記補助発電機が発電した交流電力を周波数変調して前記冷却器用駆動装置に出力する冷却器用インバータとを備えた電気駆動式ダンプトラックであって、
   前記走行モータの出力軸に設けられ、当該出力軸の回転に伴って発電する少なくとも１つの発電モータと、
   前記補助発電機の出力側に電気的に接続され、前記発電モータの発電電力を可変周波数の交流電力に変換する発電モータ用インバータと、
   前記車両の減速時に前記発電モータが発電した交流電力を前記補助発電機の出力側に供給して前記補助発電機の発電電力が減少するように、前記発電電力調整器及び前記発電モータ用インバータの動作を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。
2. 請求項１に記載の電気駆動式ダンプトラックにおいて、
   前記発電モータは１つであり、この発電モータは前記左右個別の２つの走行モータのうち片側の走行モータの出力軸に設けられることを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。
3. 請求項１に記載の電気駆動式ダンプトラックにおいて、
   前記車両の減速時に予想される前記発電モータの発電電力を示す予想発電電力を取得する予想発電電力取得部を備え、
   前記制御装置は、前記予想発電電力取得部によって取得された前記予想発電電力と予め設定された閾値とを比較し、当該予想発電電力が前記閾値以上であると判定した場合に限り、前記補助発電機の発電電力を減少させる動作信号を前記発電電力調整器へ送信することを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。
4. 請求項３に記載の電気駆動式ダンプトラックにおいて、
   前記予想発電電力取得部は、
   前記走行モータの回転速度を測定する回転速度測定部と、
   前記発電モータに関する所定の諸元が予め記憶された記憶部と、
   前記回転速度測定部によって測定された前記走行モータの回転速度と前記記憶部に記憶された前記所定の情報から前記予想発電電力を演算する予想発電電力演算部とから構成されたことを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。
5. 請求項３に記載の電気駆動式ダンプトラックにおいて、
   前記車両に制動力を付与するブレーキペダルを備え、
   前記制御装置は、前記ブレーキペダルの操作量に基づいて、前記車両が減速中であるか否かを判定し、前記車両が減速中であると判定した場合に、前記予想発電電力取得部によって取得された前記予想発電電力と前記閾値との比較を行うことを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。
6. 請求項１に記載の電気駆動式ダンプトラックにおいて、
   前記走行モータの出力軸に取り付けられ、当該出力軸の回転を減速して前記車輪に伝達する減速機を備え、
   前記発電モータは、前記走行モータの出力軸のうち当該走行モータの本体を挟んで前記減速機と反対側に直接連結されたことを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。
7. 請求項１に記載の電気駆動式ダンプトラックにおいて、
   前記発電モータは前記冷却器用インバータと電気的に接続され、前記発電モータの発電電力を前記冷却器用インバータに供給することを特徴とする電気駆動式ダンプトラック。