JP2023141307A - ダンプトラックの走行システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置および直流変換器を小型・軽量化することが可能なダンプトラックの走行システムを提供する。
【解決手段】ダンプトラックの走行システムは、電力供給装置３０よりも出力密度が高い第１蓄電装置１７と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と電力供給装置３０との間で電力変換を行う第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とを備え、コントローラ１３は、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢが第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡよりも低くなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を制御するとともに、第３直流母線ライン２１の電圧ＶＣが第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢよりも低くなるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ダンプトラックの走行システムに関する。

エンジンで発電機を駆動し、得られた電力で走行モータを駆動することで走行を行う鉱山用ダンプトラックが知られている。鉱山の代表的な形態である露天掘り鉱山では、鉱石が地中に存在するため、採掘を進めるに従い鉱山全体がすり鉢状の地形を形成していく。ここでダンプトラックは積荷が空の状態ですり鉢状の坂を下りていき、最下点となる積込場において鉱山用ショベルやホイールローダにより鉱石や剥土の積込を受ける。その後すり鉢状の坂を登り、ほぼ最上点付近にある放土場で鉱石や剥土を放土する。このような鉱山現場において、ダンプトラックは走行モータにより電気制動（ブレーキ）をかけながら長時間降坂を下りていくことになる。ここで、この時に発生する回生電力を蓄電池に蓄え、その後の走行駆動用のエネルギーとして使用することで燃料消費量を削減する試みがなされている。回生電力を無駄なく蓄電池に充電し、また走行に利用するためには充電池とその変換器に相応の出力と容量が必要とされる。しかし、一種類の蓄電池で出力と容量の要求を同時に満たすことは蓄電池の小型化、軽量化の阻害要因となり、また、それに伴うコスト増加も問題となる。このため、複数の種類の蓄電池を使い分けることで上記問題を解決する試みがなされている。例えば自動車業界では、特許文献１において、容量特性に優れる第１蓄電装置と出力特性に優れる第２蓄電装置を備え、コントローラ及び電圧変換器で協調的に制御することで第１蓄電装置への出力を抑える技術が開示されている。これにより出力の低い蓄電池を使用することができ装置の小型化・軽量化を可能としている。

特許第６１７３４１２号公報

しかしながら、特許文献１の方法は一般的な乗用車を想定しており、鉱山用ダンプトラックのような大規模な走行システム特有の事情については考慮されていない。ダンプトラックは走行駆動または制動に必要なトルク・出力が一般的な乗用車に比べてはるかに高い。このため、ダンプトラックの走行システムは高電圧の主機直流バス電圧回路部を備え、この主機直流バス電圧回路部に接続されたインバータで走行モータを駆動している。この走行システムの電力源として、一般的なリチウムイオンバッテリのような蓄電装置を用いた場合、蓄電装置の端子電圧と主機直流バス電圧回路部の電圧とを相互に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（直流変換器）が必要となる。ここで、蓄電装置の端子電圧は主機直流バス電圧回路部の電圧よりもはるかに低いため、ＤＣ／ＤＣコンバータには高い変圧比と絶縁性能が要求される。また、走行モータの出力が乗用車より大きいことを加味すると、ＤＣ／ＤＣコンバータが著しく巨大化、重量化する恐れがある。また、蓄電装置に要求される出力・容量も一般的な乗用車より高くなるため、蓄電装置も巨大化、重量化する恐れがある。以上より、直流変換器まで含めた走行システムの小型・軽量化が求められるが、特許文献１の方法は蓄電装置の長寿命化、ひいては小型・軽量化のみを主眼としており、高い変圧比が要求される直流変換器を小型・軽量化することはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置および直流変換器を小型・軽量化することが可能なダンプトラックの走行システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、走行モータと、前記走行モータと電力の授受を行う第１インバータと、直流電力を出力可能な電力供給装置と、前記第１インバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１インバータおよび前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラとを備え、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの一方の入出力端子は、第１直流母線ラインを介して前記第１インバータの直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、前記電力供給装置よりも出力密度が高い第１蓄電装置と、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第２ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの他方の入出力端子は、第２直流母線ラインを介して前記第１蓄電装置の入出力端子と前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの一方の入出力端子とに接続され、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの他方の入出力端子は、第３直流母線ラインを介して前記電力供給装置の出力端子に接続され、前記コントローラは、前記第２直流母線ラインの電圧が前記第１直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記第３直流母線ラインの電圧が前記第２直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するものとする。

以上のように構成した本発明によれば、第２直流母線ラインの電圧が電力供給装置の端子電圧（第３直流母線ラインの電圧）よりも高くなるため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧比が小さくなり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ内での絶縁性の確保が不要となる。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの小型・軽量化が可能となる。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電力の一部が第１蓄電装置に入出力されるため、車体出力を維持しつつ第２ＤＣ／ＤＣコンバータおよび電力供給装置の入出力電力を減らすことができる。これにより、第２ＤＣ／ＤＣコンバータおよび電力供給装置の小型・軽量化が可能となる。

本発明に係るダンプトラックの走行システムによれば、蓄電装置および直流変換器を小型・軽量化することが可能となる。

本発明の第１の実施例における鉱山向けダンプトラックの側面図 本発明の第１の実施例における走行システムの構成を示す図 本発明の第１の実施例におけるコントローラの入出力信号を示す図 本発明の第１の実施例におけるコントローラの制御フローを示す図 本発明の第１の実施例における走行システムの各電圧および電流の変化の一例を示す図 本発明の第２の実施例における走行システムの構成を示す図 本発明の第３の実施例における走行システムの構成を示す図 本発明の第３の実施例における走行システムの各電圧および電流の変化の一例を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。また、本実施形態は、本発明に係るダンプトラックの走行システムを鉱山向けダンプトラックに適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。

図１は、本発明の第１の実施例における鉱山向けダンプトラック（以下、ダンプトラック）の側面図である。図１に示すように、ダンプトラックは、車体フレーム１と、土砂等のペイロード８を載せる荷台２とを備えている。車体フレーム１と荷台２はホイストシリンダ３とヒンジピン７で連結されている。ホイストシリンダ３を伸縮動作させることにより、荷台２が車体フレーム１に対してヒンジピン７を支点に上下方向に回動動作し、ペイロード８を放土することができる。

車体フレーム１には、図示しない機構部品を介して、左右のフロントタイヤ５Ｆ、左右のリアタイヤ５Ｒ、作動油タンク（図示せず）などが取り付けられている。リアタイヤ５Ｒの回転軸部には、リアタイヤ５Ｒを駆動する主機モータ（走行モータ）１２Ｌ，１２Ｒと、リアタイヤ５Ｒの回転数を調整する減速機が納められている。

ダンプトラックはまた、車体フレーム１の前側に一対のフロントサスペンションシリンダ４Ｌ，４Ｒを備え、車体フレーム１の後側に一対のリアサスペンションシリンダ６Ｌ，６Ｒを備えている。フロントサスペンションシリンダ４Ｌ，４Ｒは、左右のフロントタイヤ５Ｆを独立して上下させることができる独立懸架式のサスペンションシリンダであり、その上端側は車体フレーム１に取り付けられ、下端側は左右のフロントタイヤ５Ｆを支持している車輪支持部材（図示せず）に取り付けられている。リアサスペンションシリンダ６Ｌ，６Ｒは、左右のリアタイヤ５Ｒを独立して上下させることができる独立懸架式のサスペンションシリンダであり、その上端側は車体フレーム１に取り付けられ、下端側は左右のリアタイヤ５Ｒを支持している車輪支持部材（図示せず）に取り付けられている。

車体フレーム１の前側には、オペレータが歩行可能なデッキ９が取り付けられている。デッキ９上面には、ダンプトラックの操作を行うためにオペレータが搭乗するキャブ３１、各種電力機器が収納されたコントロールキャビネット１０、コントロールキャビネット１０の余剰エネルギーを熱として放散するためのグリッドボックス１１などが搭載されている。また、フロントタイヤ５Ｆにより隠れた部分には、蓄電装置１７，１８、主に補機類用電力源としての補助発電機（図示せず）、主に油圧機器用油圧源としてのメインポンプ（図示せず）などが搭載されている。

次に、ダンプトラックの操作方法について説明する。キャブ３１内には不図示のアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストペダル、ハンドルが設置されている。オペレータはキャブ３１内のアクセルペダル、ブレーキペダルを踏み込むことによりダンプトラックの駆動力、制動力を制御することができる（後述）。さらにオペレータはハンドルを左右に回転させることによって油圧駆動による操舵操作を行い、ホイストペダルを踏み込むことにより油圧駆動によるダンプ操作を行う。なお、操舵操作、ダンプ操作のシステムについては従来と同様であるため、説明は省略する。

図２は、図１に示すダンプトラックの走行システムの構成図である。図２に示すように、走行システムは、リアタイヤ５Ｒを駆動する主機モータ１２Ｌ，１２Ｒと、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒと電力の授受を行う主機用インバータ１４と、グリッドボックス１１と、チョッパ２２と、蓄電可能な電力量が小さくかつ出力密度（単位質量または単位体積当たりの出力電力）が高い（小容量高出力の）第１蓄電装置１７と、蓄電可能な電力量が大きくかつ出力密度が低い（大容量低出力の）第２蓄電装置１８からなる電力供給装置３０と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、チョッパ２２、主機用インバータ１４、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御するコントローラ１３とを備えている。コントローラ１３、主機用インバータ１４、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、コントロールキャビネット１０に収納されている。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の一方の入出力端子は、第１直流母線ライン１９を介して主機用インバータ１４の直流側の入出力端子とチョッパ２２の直流側の入出力端子とに接続されている。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の他方の入出力端子は、第２直流母線ライン２０を介して第１蓄電装置１７の入出力端子と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の一方の入出力端子とに接続されている。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の他方の入出力端子は、第３直流母線ライン２１を介して第２蓄電装置１８の入出力端子に接続されている。

主機用インバータ１４は、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒと第１直流母線ライン１９との間で電力の授受を行う。チョッパ２２は、第１直流母線ライン１９の電力をグリッドボックス１１に供給する。グリッドボックス１１は、チョッパ２２から供給された電力を熱に変換して放出する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は第１直流母線ライン１９と第２直流母線ライン２０との間で電力変換を行い、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は第２直流母線ライン２０と第３直流母線ライン２１との間で電力変換を行う。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は絶縁性を有しており、第２直流母線ライン２０と第３直流母線ライン２１と間の絶縁性を確保している。

コントローラ１３は、ダンプトラックの状態を検知するセンサからの入力やオペレータの操作入力に応じて主機用インバータ１４、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６、およびチョッパ２２に入出力指令を与えることにより、走行システム内の電力の流れを制御する。

次に、走行システム内の電力の流れの詳細について説明する。蓄電装置１７，１８はダンプトラックの停止時に予め、またはダンプトラックの走行中に外部から充電される。ダンプトラックは蓄電装置１７，１８が充電された状態で動作を開始する。走行システムをスタンバイ状態にするためオペレータがキーオン操作などを行うと、コントローラ１３は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作を開始し、第１直流母線ライン１９および第２直流母線ライン２０の電圧を制御する。この制御に先立ち第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６に内蔵されているリレー回路などを駆動し、別途第１直流母線ライン１９および第２直流母線ライン２０の初期充電動作を行っても良い。

第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡは、主機用インバータ１４および主機モータ１２Ｌ，１２Ｒの電流を小さくするために比較的高圧（例えば１０００～３０００Ｖ）となるよう制御する。第３直流母線ライン２１の電圧ＶＣは第２蓄電装置１８の端子電圧となるが、大容量電池の端子電圧を高くすることは安全上の懸念がある。そのため、第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡよりも低い端子電圧（例えば１００～５００Ｖ）の電池を第２蓄電装置１８として用いる。第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢは第１蓄電装置１７の端子電圧となるが、第１蓄電装置１７は小容量であるため、第３直流母線ライン２１の電圧ＶＣよりも高い電圧（例えば６００～８００Ｖ）とすることができる。すなわち、車体走行が可能な制御状態ではＶＡ＞ＶＢ＞ＶＣの関係が成立する。

この状態でオペレータがアクセルペダルを踏み込むと、コントローラ１３から主機用インバータ１４に加速のための制御信号が入力され、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒに電力が供給される。同時に第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６に制御信号を入力し、第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８の少なくとも一つを放電させ、主機用インバータ１４への供給電力を維持する。これにより主機モータ１２Ｌ，１２Ｒは減速機を介してリアタイヤ５Ｒを駆動し、車体を前進または後進させる。一方、オペレータがブレーキペダルを踏んだ時や、降坂における制動動作時は、コントローラ１３から主機用インバータ１４に減速のための制御信号が入力され、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒは車体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、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒは発電機として動作する。この時発生した電力は通常、第１直流母線ライン１９および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して第１蓄電装置１７または第２蓄電装置１８に蓄えられる。第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８が満充電であった場合や、発生した電力が第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の最大充放電電力を超過していた場合は、コントローラ１３はチョッパ２２を起動し、グリッドボックス１１に電力を供給する。グリッドボックス１１は内部に高出力の抵抗を備えており、電力を熱に変換し不図示のファンを用いて熱を大気中に放出することで走行システムの温度上昇を防ぐ。

コントローラ１３の制御の詳細について図３および図４を用いて説明する。図３はコントローラ１３の入出力信号を示す図であり、図４はコントローラの制御フローを示す図である。

コントローラ１３には、第１直流母線ライン１９の電圧指令ＶＡｒｅｆ、および第２直流母線ライン２０電圧指令ＶＢｒｅｆが予め設定されている。なお、電圧指令ＶＡｒｅｆはオペレータのアクセルまたはブレーキ等の操作入力に応じて変更しても良い。

コントローラ１３は、第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡが電圧指令ＶＡｒｅｆと一致するように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）のＤｕｔｙを変化させる。そのための制御フローを図４の上側に示す。電圧制御部１３ａは、電圧指令ＶＡｒｅｆと電圧ＶＡの検出値との差分を小さくするための電流指令ＩＡｒｅｆを決定する。電流指令制限部１３ｂは、電流指令ＩＡｒｅｆを電流制限値ＩＡｍａｘ以下に制限する。ここで、電流制限値ＩＡｍａｘは第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の機器由来の値であり、正側・負側ともに一定値である。電流制御部１３ｃは、制限された電流指令ＩＡｒｅｆと電流ＩＡの検出値との差分が小さくなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５のＤｕｔｙを決定し、このＤｕｔｙに応じた制御信号を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５へ出力する。

また、コントローラ１３は、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢが電圧指令ＶＢｒｅｆと一致するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６のＰＷＭのＤｕｔｙを変化させる。そのための制御フローを図４の下側に示す。電圧制御部１３ｄは、電圧指令ＶＢｒｅｆと電圧ＶＢの検出値との差分を小さくするための電流指令ＩＢｒｅｆを決定する。電流指令制限部１３ｅは、電流指令ＩＢｒｅｆを電流制限値ＩＢｍａｘ以下に制限する。ここで、電流制限値ＩＢｍａｘは第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の機器由来の値であり、正側・負側ともに一定値である。電流制御部１３ｆは、制限された電流指令ＩＢｒｅｆと電流ＩＢの検出値との差分が小さくなるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６のＤｕｔｙを決定し、このＤｕｔｙに応じた制御信号を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６へ出力する。

本実施例における走行システムの各電圧および電流の変化の一例を図５に示す。図５は、ダンプトラックが停止、制動(降坂など)、惰性走行または停止、駆動、惰性走行という一連の動作を行った場合の各電圧および電流の変化を示している。なお、説明を簡略化するため、瞬時的な応答やオーバーシュート等は図示していない。また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１５，１６の出力が一定の条件下において電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣが変動することによる電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣの変化は無視している。

まず、車体が停止している状態（ａ）では、第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡ＝電圧指令ＶＡｒｅｆ、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢ＝電圧指令ＶＢｒｅｆであるため、図４の制御フローによって電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣはすべてゼロとなる。

次に、状態（ａ）で降坂などを開始し、車体に一定かつ比較的大きな制動力をかける状態（ｂ）に移行する。この時、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒからの回生電力により第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡが上昇し、電圧ＶＡと電圧指令ＶＡｒｅｆとの差分に応じてコントローラ１３は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を動作させ、電流ＩＡ（図５には電流ＩＡに代えて第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入出力電力ＶＢ×ＩＡを記載）を出力する。これにより第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢが上昇する。この電圧ＶＢの上昇により電圧指令ＶＢｒｅｆとの差分が大きくなり、コントローラ１３は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を動作させて電流ＩＢを出力させ、第２蓄電装置１８に電力を蓄える。ここで、電流ＩＢは電流指令制限部１３ｅにより電流制限値ＩＢｍａｘ以下に制限されているため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力全てを第２蓄電装置１８に蓄えることができず、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢ（第１蓄電装置１７の端子電圧）は時間とともに上昇していく。その結果、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒで発生した電力は第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８の双方に充電される。

次に、状態（ｂ）から比較的小さい制動力をかける状態（ｃ）に移行する。主機モータ１２Ｌ，１２Ｒからの回生電力が状態（ｂ）よりも小さくなるため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力も小さくなるが、電圧ＶＢは依然として電圧指令ＶＢｒｅｆよりも十分に高いため、電流ＩＢは電圧ＶＢが電圧指令ＶＢｒｅｆに近づくまで変化しない。このため、電圧ＶＢは時間とともに低下していく。その結果、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒからの回生電力、第１蓄電装置１７の放電電力の双方が第２蓄電装置１８に充電される。

次に、状態（ｃ）から車体を停止または惰性走行させた状態（ｄ）に移行する。主機モータ１２Ｌ，１２Ｒからの回生電力が発生しなくなるため、主機用コンバータ１４および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は電圧ＶＡを電圧指令ＶＡｒｅｆまで速やかに下降させたのちに出力を停止する。一方で電圧ＶＢは依然として電圧指令ＶＢｒｅｆよりも高く、主機用コンバータ１４および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は電流ＩＢを出力し続けるため、電圧ＶＢは時間とともに低下していき、電圧指令ＶＢｒｅｆに達した時点で第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は出力を停止する。その結果、電圧ＶＢが電圧指令ＶＢｒｅｆに達するまで第１蓄電装置１７が放電し、第２蓄電装置１８が充電される。

続く状態（ｅ）～（ｈ）は車体駆動時の状態であるが、各電流の方向が制動時と逆であること以外は状態（ａ）～（ｅ）と同様であるため、説明は省略する。

なお、本実施例では電圧を指令値として使用したが、各蓄電装置の充放電レベルを参照できる値、例えばＳｏＣ（State of Charge）を使用しても良い。また、簡便のため、第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡおよび第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢの制御方法を比例制御方式としたが、他の制御方法（例えば、ＰＩＤ）を用いても良い。また、第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８の入出力電力を決定するために電流制限値ＩＡｍａｘ，ＩＢｍａｘを用いたが、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入出力電力が所定の閾値以下のときに第２蓄電装置１８を第１蓄電装置１７に優先して充放電させることのできる制御方法であれば、他の制御方法を用いても良い。

（まとめ）
本実施例では、走行モータ１２Ｌ，１２Ｒと、走行モータ１２Ｌ，１２Ｒと電力の授受を行う第１インバータ１４と、直流電力を出力可能な電力供給装置３０と、第１インバータ１４と電力供給装置３０との間で電力変換を行う第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、第１インバータ１４および第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を制御するコントローラ１３とを備え、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の一方の入出力端子は、第１直流母線ライン１９を介して第１インバータ１４の直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、電力供給装置３０よりも出力密度が高い第１蓄電装置１７と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と電力供給装置３０との間で電力を授受する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とを備え、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の他方の入出力端子は、第２直流母線ライン２０を介して第１蓄電装置１７の入出力端子と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の一方の入出力端子とに接続され、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の他方の入出力端子は、第３直流母線ライン２１を介して電力供給装置３０の出力端子に接続され、コントローラ１３は、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢが第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡよりも低くなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を制御するとともに、第３直流母線ライン２１の電圧ＶＣが第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢよりも低くなるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御する。

以上のように構成した本実施例によれば、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢが電力供給装置３０の端子電圧（第３直流母線ラインの電圧ＶＣ）よりも高くなるため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の変圧比が小さくなり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５内での絶縁性の確保が不要となる。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の小型・軽量化が可能となる。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入出力電力の一部が第１蓄電装置１７に入出力されるため、車体出力を維持しつつ第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６および電力供給装置３０の入出力電力を減らすことができる。これにより、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６および電力供給装置３０の小型・軽量化が可能となる。

また、本実施例における電力供給装置３０は、第１蓄電装置１７よりも容量の大きい第２蓄電装置１８で構成されており、コントローラ１３は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５から第１インバータ１４に供給される電力が所定の閾値以下である場合に、第１蓄電装置１７に優先して第２蓄電装置１８が放電するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御し、第１インバータ１４から第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に供給される電力が前記閾値以下である場合に、第１蓄電装置１７に優先して第２蓄電装置１８が充電されるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御する。これにより、第１蓄電装置１７が充電不足に陥る可能性を減じることが可能となる。

また、本実施例における電力供給装置３０は、第１蓄電装置１７よりも容量の大きい第２蓄電装置１８で構成されており、コントローラ１３は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電力（ＶＢ×ＩＡ）が所定の閾値以下である場合に、第１蓄電装置１７の蓄電状態に応じて、第１蓄電装置１７と第２蓄電装置１８との間で電力の授受を行うように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御する（図５の状態（ｃ）、（ｄ）、（ｇ）、（ｈ））。これにより、第１蓄電装置１７の満充電によりエネルギー回収効率が低下する可能性、および第１蓄電装置１７の充電不足により車体出力が不足する可能性を減じることが可能となる。

本発明の第２の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。図６は、本実施例における走行システムの構成図である。図６において、第１の実施例（図２に示す）との相違点は、エンジン２３エンジン２３と、主発電機２４と、補助発電機２５と、補機用インバータ２６と、各補機類を駆動する補機モータ２７とを追加している点である。補機用インバータ２６は、コントロールキャビネット１０に収納されている。

主発電機２４および補助発電機２５は、エンジン２３の出力軸に機械的に連結されており、ダンプトラックの動作時にエンジン２３によって駆動される。主発電機２４の出力端子は不図示の三相ダイオードを介して第１直流母線ライン１９に接続されており、コントローラ１３からの発電制御指令に応じて第１直流母線ライン１９に給電を行う。補助発電機２５の出力端子は不図示の三相ダイオードを介して第２直流母線ライン２０に接続されており、コントローラ１３からの発電制御指令に応じて第２直流母線ライン２０に給電を行う。補機用インバータ２６は、コントローラ１３からの制御指令に応じて補機モータ２７に給電を行う。補機モータ２７は補機用インバータ２６から供給される電力で駆動される。

次に、本実施例における走行システムの動作について説明する。主発電機２４は、走行モータ１２Ｌ，１２Ｒに高い駆動力が要求されたときに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５とともに第１直流母線ライン１９に電力を供給する。また、第１蓄電装置１７または第２蓄電装置１８の蓄電電力が少なくなった場合、主発電機２４は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して第１蓄電装置１７または第２蓄電装置１８を充電することができる。補機用インバータ２６および補機モータ２７は通常、第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８の電力で駆動されるが、長期間の登坂などにより放電不可能になる可能性がある。その場合は補助発電機２５で補機用インバータ２６に電力を供給し、補機の出力を維持する。

（まとめ）
本実施例におけるダンプトラックの走行システムは、エンジン２３と、エンジン２３によって駆動され、第１直流母線ライン１９に電力を供給する主発電機２４と、エンジン２３によって駆動され、第２直流母線ライン２０に電力を供給する補助発電機２５と、補機モータ２７と、第２直流母線ライン２０から供給される直流電力を交流電力に変換して補機モータ２７に供給する第２インバータ２６とを備える。

以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。さらに、第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８の出力に加え、主発電機２４の出力で走行モータ１２Ｌ，１２Ｒを駆動できるため、車体の駆動力（加速力）の上積み、または、車体の駆動力（加速力）を維持しつつ第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１６、第１蓄電装置１７、および第２蓄電装置１８の更なる小型化が可能となる。

また、主発電機２４および補助発電機２５により走行モータ１２Ｌ，１２Ｒおよび補機モータ２７の駆動用の電力が確保されているため、第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８が完全に放電してしまった状態でも車体の走行が可能となる。これにより、オペレータは第１蓄電装置１７および第２蓄電装置１８の蓄電量を気にせず運転することができる。

本発明の第３の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。図７は、本実施例における走行システムの構成図である。図７において、第１の実施例（図２に示す）との相違点は、電力供給装置３０が燃料電池２８で構成されている点である。なお、第１の実施例における第１蓄電装置１７（図２に示す）は本実施例における唯一の蓄電装置であるため、本実施例では単に「蓄電装置」と記載している。

燃料電池２８は必要な電圧、電流値を確保するために複数の燃料電池セルをスタックした機器であり、水素貯蔵タンクや冷却回路や燃料電池セル保護用のコントローラ等（いずれも不図示）を備えた機器である。燃料電池は水素と酸素の化学反応エネルギーを電力に変換する発電装置であり、水素貯蔵タンクに水素がある限り発電が可能であるため一般的な蓄電装置よりも容量の面で秀でているという特徴があるが、出力密度では劣っており、また、二次電池ではないため充電することができない。

本実施例における走行システムの各電圧および電流の変化の一例を図８に示す。図８に示す車体の走行動作は、比較のため、第１の実施例（図５に示す）と共通にしている。

まず、車体が停止している状態（ａ）では、第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡ＝電圧指令ＶＡｒｅｆ、第２直流母線ライン２０の電圧ＶＢ＝電圧指令ＶＢｒｅｆであるため、図４の制御フローによって電流ＩＡ，ＩＢ，ＩＣはすべてゼロとなる。

次に、状態（ａ）で降坂などを開始し、車体に制動力をかける状態（ｂ）、（ｃ）に移行する。この時、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒからの回生電力により第１直流母線ライン１９の電圧ＶＡが上昇し、電圧ＶＡと電圧指令ＶＡｒｅｆとの差分に応じてコントローラ１３は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を動作させ、電流ＩＡ（図８には電流ＩＡに代えて第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入出力電力ＶＢ×ＩＡを記載）を出力する。第１の実施例の第２蓄電装置１８とは異なり燃料電池２８には充電することができないため、この時の回生電力はすべて蓄電装置１８に蓄えられ、電圧ＶＢが時間とともに上昇していく。

車体の停止、制動時は蓄電装置１８に蓄えられた電力の消費先が存在しないため、制動が終了した後の惰性走行または停止状態（ｄ）、（ｅ）でも電圧ＶＢは電圧指令ＶＢｒｅｆよりも高くなる。

惰性走行または停止状態（ｄ）、（ｅ）から駆動状態（ｆ）に移行すると、主機モータ１２Ｌ，１２Ｒで電力が消費されるため、蓄電装置１８に蓄えられた電力が放電され、電圧ＶＢが低下していく。電圧ＶＢが電圧指令ＶＢｒｅｆを下回ると燃料電池２８が発電を開始する。この時、蓄電装置１８と燃料電池２８の双方の電力により主機モータ１２Ｌ，１２Ｒが駆動される。

主機モータ１２Ｌ，１２Ｒの駆動電力が低下した状態（ｇ）に移行すると、燃料電池２８の電力のみで主機モータ１２Ｌ，１２Ｒが駆動できるようになり、余剰の発電電力は蓄電装置１８に蓄えられる。この充電動作は主機モータ１２Ｌ，１２Ｒが停止した後の惰性走行または停止状態（ｈ）も継続し、電圧ＶＢが電圧指令ＶＢｒｅｆに一致した状態（ｉ）になると停止する。

（まとめ）
本実施例における電力供給装置３０は、燃料電池２８で構成されている。

以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。さらに、燃料電池２８の発電能力に余裕があるタイミングで燃料電池２８の発電電力で蓄電装置１８を充電することができるため、蓄電装置１８を第１の実施例よりも小容量化し、または、蓄電装置１８の充電不足により主機モータ１２Ｌ，１２Ｒが出力不足に陥る可能性を第１の実施例よりも低くすることが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、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、本発明は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、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…車体フレーム、２…荷台、３…ホイストシリンダ、４Ｌ，４Ｒ…フロントサスペンションシリンダ、５Ｆ…フロントタイヤ、５Ｒ…リアタイヤ、６Ｌ，６Ｒ…リアサスペンションシリンダ、７…ヒンジピン、８…ペイロード、９…デッキ、１０…コントロールキャビネット、１１…グリッドボックス、１２Ｌ，１２Ｒ…主機モータ（走行モータ）、１３…コントローラ、１３ａ…電圧制御部、１３ｂ…電流指令制限部、１３ｃ…電流制御部、１３ｄ…電圧制御部、１３ｅ…電流指令制限部、１３ｆ…電流制御部、１４…主機用インバータ（第１インバータ）、１５…第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６…第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７…第１蓄電装置、１８…第２蓄電装置、１９…第１直流母線ライン、２０…第２直流母線ライン、２１…第３直流母線ライン、２２…チョッパ、２３…エンジン、２４…主発電機、２５…補助発電機、２６…補機用インバータ（第２インバータ）、２７…補機モータ、２８…燃料電池、３０…電力供給装置、３１…キャブ。

Claims (5)

1. 走行モータと、
   前記走行モータと電力の授受を行う第１インバータと、
   直流電力を出力可能な電力供給装置と、
   前記第１インバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１インバータおよび前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラとを備え、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの一方の入出力端子は、第１直流母線ラインを介して前記第１インバータの直流側の入出力端子に接続されているダンプトラックの走行システムにおいて、
   前記電力供給装置よりも出力密度が高い第１蓄電装置と、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと前記電力供給装置との間で電力変換を行う第２ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの他方の入出力端子は、第２直流母線ラインを介して前記第１蓄電装置の入出力端子と前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの一方の入出力端子とに接続され、
   前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの他方の入出力端子は、第３直流母線ラインを介して前記電力供給装置の出力端子に接続され、
   前記コントローラは、前記第２直流母線ラインの電圧が前記第１直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記第３直流母線ラインの電圧が前記第２直流母線ラインの電圧よりも低くなるように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。
2. 請求項１に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
   前記電力供給装置は、前記第１蓄電装置よりも容量の大きい第２蓄電装置で構成されており、
   前記コントローラは、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第１インバータに供給される電力が所定の閾値以下である場合に、前記第１蓄電装置に優先して前記第２蓄電装置が放電するように第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記第１インバータから前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに供給される電力が前記閾値以下である場合に、前記第１蓄電装置に優先して前記第２蓄電装置が充電されるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。
3. 請求項１に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
   前記電力供給装置は、前記第１蓄電装置よりも容量の大きい第２蓄電装置で構成されており、
   前記コントローラは、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電力が所定の閾値以下である場合に、前記第１蓄電装置の蓄電状態に応じて、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間で電力の授受を行うように前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。
4. 請求項１に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
   エンジンと、
   前記エンジンによって駆動され、前記第１直流母線ラインに電力を供給する主発電機と、
   前記エンジンによって駆動され、前記第２直流母線ラインに電力を供給する補助発電機と、
   補機モータと、
   前記第２直流母線ラインから供給される直流電力を交流電力に変換して前記補機モータに供給する第２インバータとを備える
   ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。
5. 請求項１に記載のダンプトラックの走行システムにおいて、
   前記電力供給装置は、燃料電池で構成されている
   ことを特徴とするダンプトラックの走行システム。

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