JP6695311B2 - 電気駆動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば大規模鉱山等の採掘現場での鉱石運搬に使用され、給電設備の架線から集電装置を介して電力を受けて走行する電気駆動車両に関する。
従来、給電設備から架線が設置された採掘現場で電気駆動により効率良く電気駆動車両を走行させる場合、昇降可能に設けられた集電装置の集電部(集電舟、すり板とも呼ばれる)が架線から外れないように電気駆動車両を運転する必要がある。なお、架線はトロリー線、集電装置はパンタグラフとも呼ばれる。
鉱山等で使用される電気駆動車両の一例であるトロリー式ダンプトラックでは、架線から得た電力で走行するトロリーモードと架線から電力を得ないで原動機であるディーゼルエンジンで走行するディーゼルモード(非トロリーモード)との2つの走行モードを併用して走行することができる。パンタグラフは、運転室に設置されたコントローラにより集電部の上昇と下降とを制御できる仕組みとなっている。トロリー式ダンプトラックがトロリーモードで走行する場合、パンタグラフの集電部を上昇させて架線と集電部を接触させ、架線から電力を受ける。また、架線が敷設されていない場所では、トロリー式ダンプトラックは、パンタグラフを折り畳むと共に、走行モードをディーゼルモードに切り換えて、ディーゼルエンジンで駆動される発電機により電力を発生させて走行する。
ところで、一般に積込み場や放土場等、架線が敷設されていない場所の路面は、架線が敷設されている路面と比べると、余り平坦な状態には整備されていない。このため、架線が敷設されていない場所での走行中には、振動により折り畳まれたパンタグラフが相応の振動を受ける。即ち、パンタグラフが折り畳まれた状態での走行時には、路面の凹凸等によりトロリー式ダンプトラックは大きな振動を受け、これに搭載されているパンタグラフも大きく振動する。
このようなパンタグラフの折り畳み時に受ける振動対策に関連する公知技術として、例えば特許文献1が挙げられる。特許文献1には、「台枠に揺動自在に連結される下枠と下枠に揺動自在に連結される、集電舟を支持する上枠とを有する枠組と、折畳姿勢に枠組を保持するロック機構とを備える。ロック機構は、集電舟に設けた鉤受に係合する鉤部を有する旋回自在な鉤部材と、鉤部材を、鉤部が鉤受に係合可能となる旋回方向一方に向けて付勢するコイルばねと、鉤部材に当接可能な押圧ロッド部を有するアクチュエータとを有する。」ことが記載されている(要約参照)。
特開2015−12744号公報
特許文献1は鉄道車両用パンタグラフを想定しており、走行路面が平坦であることから、ロック機構の鉤部材が旋回自在な可動部であるとしても特に支障はない。しかしながら、特許文献1の構成をトロリー式ダンプトラックにそのまま適用した場合、非給電時のディーゼルモードで走行する際に路面の凹凸が大きいと振動によってロック機構が破損するおそれがある。このため、特許文献1に記載の技術をトロリー式ダンプトラックに適用するには、何らかの改善が必要である。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、集電装置のロック機構の破損を防止できる電気駆動車両を提供することにある。
上記技術的課題を解決するため、本発明の一態様は、車体の上部に設置され、架線から電力を受ける集電装置を備えた電気駆動車両であって、前記集電装置は、台枠と、前記台枠に揺動自在に連結される下枠と、前記下枠に揺動自在に連結される上枠とを含んで構成される枠組と、前記上枠に支持される集電部と、前記枠組を所定の姿勢に保持するロック機構と、を備え、前記枠組は、前記集電部が上昇した起立姿勢と、前記集電部が下降した折り畳み姿勢との間で昇降動作が可能であり、前記ロック機構は、前記上枠に設けられた磁性体から成る吸着板と、電磁石が内蔵され、前記吸着板を磁力により吸引保持して前記枠組を前記所定の姿勢としての前記折り畳み姿勢に保持する鉤装置と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、ロック機構に可動部がないため、集電装置のロック機構の破損を防止できる。なお、それ以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係るトロリー式ダンプトラックの側面図である。 図1のトロリー式ダンプトラックの正面図である。 図1に示すパンタグラフを起立姿勢で示す斜視図である。 図3に示すパンタグラフを折り畳み姿勢で示す側面図である。 図3に示す鉤装置をロック状態で部分的に拡大して示す側面図である。 図5に示す鉤装置を部分的に拡大して示した斜視図であって、(a)はそのロック状態を示す図、(b)はその非ロック状態を示す図である。 図3に示すパンタグラフの上枠の先端部の下面を示した斜視図である。 図3に示すパンタグラフを固定する鉤装置が備える電磁石へ電力供給する電源回路をその周辺構成を含めて示す模式図である。
以下、本発明の電気駆動車両について、実施形態を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る電気駆動車両の一実施形態であるトロリー式ダンプトラックの側面図、図2はその正面図である。なお、図1は集電装置であるパンタグラフが起立した使用状態を示しており、図2はパンタグラフが折り畳まれた収納状態を示している。図1において、架線1は給電設備から採掘現場の大規模鉱山等の走行路面上に張られ、トロリー式ダンプトラック(以下、ダンプトラックと略記する)2は鉱石運搬に使用される。このダンプトラック2は、架線1から得られる電力で走行するトロリーモードと、ディーゼルエンジンENG(図8参照)で発電機を駆動して得られる電力で走行するディーゼルモード(非トロリーモード)と、を併用して走行する電気駆動式を採用している。
トロリーモードとディーゼルモードとの切り換えは、キャブ7内に設けられたコントローラ40により行われる。コントローラ40は、図示しないが、CPU、ROM、RAM、通信I/F等を備え、CPUがROMに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、ダンプトラック2の走行等を制御する。また、コントローラ40は、パンタグラフ3の昇降動作を制御するほか、後述する鉤装置24に内蔵された電磁石24a−1の励磁/非励磁を切り換えてロック機構35の動作を制御する。
本実施形態では、トロリーモードとディーゼルモードを常に使い分けて走行する構成としており、特に登坂時には架線1から得た電力を使用するトロリーモードで走行することにより登坂速度を向上できるようにしている。尚、トロリーモードとディーゼルモードとの変更はモード切換器41(図8参照)を操作することにより可能である。
また、ダンプトラック2がディーゼルエンジンで発電機を駆動して走行する場合には、発電機で得られた電気をインバータ等の制御機器で制御した後、負荷装置となる交流モータ(誘導モータ)を駆動し走行するというAC駆動方式を採用している。因みに、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)インバータとグリッド抵抗とを採用すれば、より強力な電気ブレーキ力を発揮させることが可能になる。ダンプトラック2の前上部には、キャブ7に設置されたコントローラ40の指令により昇降動作が制御されるパンタグラフ3が搭載されている。
具体的に云えば、ダンプトラック2のデッキ8に設けたパンタグラフサポート4の上部にパンタグラフ搭載用の架台5が設置され、この架台5に架線1から集電するためのパンタグラフ3が設置されている。パンタグラフ3の上部には、架線1と接触して摺動し、架線1から電力を集電する集電部としての集電舟6が設置されている。なお、参照符号の9、9´は運転者等がキャブ7に乗り込むためのステップ、10は手摺りである。
更に、ダンプトラック2には、図2の正面図を参照すれば、上述したパンタグラフ3がパンタグラフサポート4上の左右にそれぞれ1台ずつ合計2台設置されている。左右のパンタグラフ3の集電舟6は、絶縁性を有するパンタグラフ繋ぎ板11により互いに接続されている。
図3は上述したパンタグラフ3が起立した使用状態における外観斜視図、図4はパンタグラフ3が折り畳まれた収納状態を示す側面図である。図3及び図4を参照して、本実施形態に係るパンタグラフ3の全体構成を説明する。
上述したパンタグラフサポート4の上部の架台5にはパンタグラフ3の台枠(ベースフレーム)12が取り付けられる。この台枠12の上部には、揺動支持軸13を介してパンタグラフ3の下枠(下アーム)14の基端部が揺動自在に取り付けられ、この下枠14は基端部を支持する揺動支持軸13を中心として起伏できるように構成されている。この下枠14の先端部には連結軸15が揺動支持軸13と平行に設けられ、この連結軸15には上枠(上アーム)16の基端部が揺動自在に連結されている。上枠16の上端側の先端部には、集電舟6が舟支え28等を介して揺動自在に支持されている。台枠12と、この台枠12に揺動自在に連結される下枠14と、この下枠14に揺動自在に連結されて集電舟6を支持する上枠16とにより枠組33が構成されている。
このパンタグラフ3では、下枠14と平行リンク機構を構成するように下釣合棒17が、また上枠16と平行リンク機構を構成するように上釣合棒18が設けられている。下釣合棒17はその基端部が台枠12に回動自在に取り付けられている。下枠14の先端部に設けられた連結軸15には平行リンク受け19が回動自在に取り付けられており、下釣合棒17の先端部は平行リンク受け19に回動自在に連結されている。ここでの下枠14、下釣合棒17、台枠12、及び平行リンク受け19によって平行リンク機構が構成され、平行リンク受け19は下枠14が起伏動作しても常に同じ姿勢に保持される。
上釣合棒18は、その基端部が平行リンク受け19に回動自在に連結されると共に、その先端部が集電舟6の舟支え28に設けたブラケット29に回動自在に連結されている。ここでの上枠16、上釣合棒18、平行リンク受け19、及び集電舟6によって平行リンク機構が構成され、集電舟6は下枠14及び上枠16が起伏動作しても常に同じ姿勢で水平位置に保持される。これにより、集電舟6は、パンタグラフ3が上昇動作をしても、降下動作をしても常に同じ姿勢で水平位置に保持されるため、集電舟6の上面を均一に架線1に接触させることができる。
更に、このパンタグラフ3では、基端側が台枠12に取り付けられると共に、先端側が下枠14に連結された油圧シリンダ(アクチュエータ)20を伸ばすと、下枠14が起立して立ち上がり、油圧シリンダ20を縮めると下枠14が下方に倒れるように構成される。上枠16を立ち上げるためのばね21の一端側(図3中では下方側)は、台枠12に結合されている。ばね21の他端側(図3中では上方側)は、上枠16の基端部から連結軸15を挟んで集電舟6と反対の側に延びるように設けた腕部16aに対してばね受け棒16b及びばね受けブラケット16cを介して揺動自在に連結されている。
このような構成により、油圧シリンダ20を伸縮させると、パンタグラフ3は、枠組33を起立させて集電舟6が架線1に接する位置まで上昇した起立姿勢(使用状態)と、枠組33を折り畳んで集電舟6が下降した折り畳み姿勢(収納状態)との間で変位することができる。また、ばね21のばね力によって、下枠14及び上枠16を介して集電舟6を一定の力で架線1に押し付けることができ、架線1の振幅の高さ変化に追従させて上下動することができる。尚、腕部16aに一体に取り付けられたダンパ用ブラケット16dのダンパ係止部16eには、基端側が台枠12に固定された略図するダンパ装置の先端側が取り付けられる。このダンパ装置は上枠16が振動するのを抑制するものである。
パンタグラフ3が折り畳まれた状態において集電舟6を支える舟受け22は、台枠12に集電舟6の長手方向に2か所設けられ、集電舟6の下面の両側を支えることができるようになっている。また、台枠12の前部中央付近に、下枠14の下面を支持するために、ゴム等の弾性材で構成された緩衝材23が設置されている。この緩衝材23は、下枠14における揺動支持軸13と連結軸15との間の中間部付近に当接し、下枠14に作用する振動を吸収、或いは抑制する。即ち、緩衝材23は、枠組33の折り畳み時に枠組33の局部との当接による衝撃を緩衝するためのものである。そして、この緩衝材23は、台枠12と下枠14との間に設置され、枠組33を折り畳んだ状態のときに下枠14を支持して枠組33の振動を抑制する役割を担う。
その他、このパンタグラフ3には、枠組33を折り畳み姿勢に保持するロック機構35が備えられている。このロック機構35は、上枠16の先端部に設けられた磁性体から成る吸着板27(後文で詳述する)と、枠組33の折り畳み時に吸着板27を磁力により吸引保持して上枠16の鉛直方向の動きを規制して、枠組33を折り畳み姿勢に保持する(上枠16を台枠12に固定する)ための電磁石錠式の鉤装置24と、を備える(図3参照)。
図5はパンタグラフ3に備えられる鉤装置24をロック状態で部分的に拡大して示す側面図である。図6は鉤装置24を部分的に拡大して示した斜視図であって、図6(a)は鉤装置24のロック状態を示す図、図6(b)は鉤装置24の非ロック状態を示す図である。なお、図6(b)において、上枠16等の図示は省略している。図7はパンタグラフ3の上枠16の先端部の下面を示した斜視図である。
図7を参照すれば、上枠16の先端部に設けた固定部材26には磁性体から成る吸着板(ストライクプレート)27が取付けられる。固定部材26は例えば断面U字状の金属板から成る。図6等に示すように、鉤装置24は、電磁石24a−1を内蔵した鉤部24aと、固定部材26を着座させて鉛直方向に強固に受け止める鉤受け24bと、を備える。尚、ここでの強固とは、パンタグラフ3を折り畳んだ状態でダンプトラック2がディーゼルモードで走行している際に、固定部材26が激しい振動や揺れに対してもガタつくことがない程度のことを意味する。そのため、鉤受け24bは、固定部材26を強固に受け止めるのに必要な強度を有する樹脂製材料から成るが、その材質は問わない。また、鉤装置24は、鉤部24a及び鉤受け24bを取付けるためのブラケット24cと、ブラケット24cを台枠12に取付けるための設置台25と、を備える。
鉤受け24bは、断面略U字状の固定部材26の形状に対応した形状から成り、枠組33の折り畳み時に固定部材26が鉤受け24bにちょうど嵌まり込む構造となっている。即ち、固定部材26と鉤受け24bとが凹凸嵌合する構造となっている。また、鉤受け24bの固定部材26との当接面24b−1には弾性材としてのゴム板30が貼り付けられている。ゴム板30は固定部材26の鉤受け24bに対するずれ防止、衝撃防止、及び破損防止の機能を有している。
以上に説明した本実施形態に係るパンタグラフ3は、コントローラ40からのパンタグラフ下降指令により鉤装置24に内蔵された電磁石24a−1が励磁され、パンタグラフ上昇指令により電磁石24a−1が非励磁になる。即ち、パンタグラフ3の昇降動作に連動して電磁石24a−1は励磁/非励磁となる。パンタグラフ3の上昇指令/下降指令は、例えばキャブ7内の図示しない操作ボタンの操作により出力される。
そして、パンタグラフ下降指令が出力されると、パンタグラフ3が徐々に折り畳まれ、パンタグラフ3の上枠16の先端に取り付けた吸着板27が電磁石24a−1により磁力吸引されて上枠16が鉤装置24によって台枠12に強固に固定される。これにより、上枠16が激しい振動や揺れに対しても上下方向にガタつくことなく、常に枠組33が折り畳み姿勢に保持される。
しかも、固定部材26と鉤受け24bとが凹凸嵌合しているため、枠組33の水平方向(ダンプトラック2の前後方向)への振動も抑制できる。このように、本実施形態によれば、ダンプトラック2がディーゼルモードで凹凸のある荒れた路面を走行するような場合であっても、パンタグラフ3が激しく振動したり、或いは大きく揺れることで破損したり変形するのを確実に防止することができる。しかも、ロック機構35には電磁石24a−1が採用されており、フック等の可動部が存在しない。そのため、ロック機構35が破損する可能性も極めて低い。つまり、本実施形態によれば、ロック機構35の長寿命化を図ることができる。
また、電磁石錠式の鉤装置24では、コントローラ40からパンタグラフ3の昇降動作の指令と鉤部24aにおける鉤開け及び鉤閉じの指令(励磁/非励磁の指令)とを同時に行うことができるため、ロック機構35の施錠/開錠に対する応答性が良く、しかも、複雑な制御が不要となる利点もある。
(変形例)
本実施形態において、図6(a)及び図6(b)に示されるようにパンタグラフ3が降下完了して収納された状態(即ち、枠組33が折り畳み姿勢)にあるか否かを検出するための近接スイッチ(姿勢検出器)31を設けることもできる。この近接スイッチ31は、例えば鉤装置24の鉤部24aの近傍に取り付けられ、固定部材26の吸着板27が接近又は離間する位置によってオン・オフされる構成となっている。そして、コントローラ40は、近接スイッチ31により枠組33の折り畳み姿勢を検出した場合に、鉤部24aに内蔵された電磁石24a−1を励磁するように制御する。このようにすると、枠組33が折り畳まれたタイミングで電磁石24a−1を励磁できるため、電磁石24a−1に鉄屑等の異物が付着するのを防止でき、固定部材26と鉤受け24bとの凹凸嵌合状態を良好に維持できる。
なお、近接スイッチ31に代えてリミットスイッチ等の機械式の接点を有するセンサやフォトセンサ等の光学式センサを採用することもできる。電磁石24a−1の励磁に用いる電力はバッテリ等から供給を受けるようにするか、或いは発電機から供給を受けるようにしても良い。
図8は、上述したパンタグラフ3を固定する鉤装置24が備える電磁石24a−1へ電力供給する電源回路をその周辺構成を含めて示す模式図である。この電源回路は、AC駆動式のダンプトラック2に用いられる発電機として、車輪を駆動する駆動用モータMに電力を供給する主発電機G1と、冷却ファン44等の補機(電装品)類に電力を供給する副発電機G2と、を備える。ディーゼルエンジンENGで駆動される主発電機G1は、一般に三相交流電力を発電して出力する。発電した電力は整流器43によって直流電力に変換される。この直流電力をインバータ45、46によって可変周波数の交流電力に変換して駆動用モータMに供給する。駆動用モータMがインバータ45、46によって駆動されることで減速ギアを介して車輪が回転する。尚、整流器43とインバータ45、46との間にはチョッパ47及び回生用抵抗器48が接続されている。
次に、この電源回路におけるモード切り換えに対応した電力供給動作を説明する。AC駆動式のダンプトラック2における架線1からの電力は一般の電車とは異なり、二線式で駆動用モータM(負荷装置)へ供給される。モード切換器41は、架線1からの受電電力を電源回路の内部回路と接続する開閉器41a及びその他の制御回路により構成される。このモード切換器41をコントローラ40の指令に基づいて切換操作することにより、電力供給源を架線1からの電力(トロリー電力)と主発電機G1による電力(発電機電力)とから選択する。
なお、コントローラ40は、図示しないが、各種演算を行うCPU、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やHDD等の記憶装置、CPUがプログラムを実行する際の作業領域となるRAM、および他の機器とデータを送受信する際のインタフェースである通信インタフェースを含むハードウェアと、記憶装置に記憶され、CPUにより実行されるソフトウェアとから構成される。
コントローラ40に対するモード切換指令はダンプトラック2の運転手が行う場合もあるが、架線1をカメラで認識したり、或いは位置情報に基づいてコントローラ40が判断するようにすることも可能である。駆動用モータM向けのインバータ45、46は、モード切換器41により選択されたトロリー電力又は発電機電力の何れによっても電力供給を受けることができる。
これに対し、副発電機G2は、電磁石24a−1や冷却ファン44を含む補機類に電力を供給する。電磁石24a−1には整流器42を通して直流電力が供給される。冷却ファン44を駆動する冷却ファンモータMFには、更に別のインバータ49を通して交流電力が供給される。ディーゼルエンジンENGは、ディーゼルモードのみならずトロリーモードにおいても、コントローラ40によりアイドリング回転数に設定されて副発電機G2を駆動し、モードの如何に依らず補機類に電力を供給する。また、コントローラ40は、電力供給モードに基づいて電磁石24a−1の励磁/非励磁を選択する。
ここで、電磁石24a−1を励磁するための電力供給源の切り換えをモード切換と連動すれば、ディーゼルモードにおいて励磁、トロリーモードにおいて非励磁とすることができる。これにより、パンタグラフ3の固定が必要な状況に応じた励磁状態をモードの切換に連動して得ることができる。この結果、ディーゼルモードでは励磁、トロリーモードでは非励磁という動作をモード切換と連動させることができるため、電磁石24a−1の励磁動作を個別に操作する煩わしさがない。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、その技術的要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。上記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者であれば、開示した内容から様々な変形態様を実現することが可能であるが、これらは添付した特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。
1 架線
2 ダンプトラック
3 パンタグラフ
6 集電舟(集電部)
12 台枠
14 下枠
16 上枠
23 緩衝材
24 鉤装置
24a 鉤部
24a−1 電磁石
24b 鉤受け部
24b−1 当接面
26 固定部材
27 吸着板
30 ゴム板(弾性材)
31 リミットスイッチ(姿勢検出器)
33 枠組
35 ロック装置
40 コントローラ
41 モード切換器
41a 開閉器
M 駆動用モータ(負荷装置)

Claims (7)

  1. 車体の上部に設置され、架線から電力を受ける集電装置を備えた電気駆動車両であって、
    前記集電装置は、台枠と、前記台枠に揺動自在に連結される下枠と、前記下枠に揺動自在に連結される上枠とを含んで構成される枠組と、前記上枠に支持される集電部と、前記枠組を所定の姿勢に保持するロック機構と、を備え、
    前記枠組は、前記集電部が上昇した起立姿勢と、前記集電部が下降した折り畳み姿勢との間で昇降動作が可能であり、
    前記ロック機構は、前記上枠に設けられた磁性体から成る吸着板と、電磁石が内蔵され、前記吸着板を磁力により吸引保持して前記枠組を前記所定の姿勢としての前記折り畳み姿勢に保持する鉤装置と、を備えることを特徴とする電気駆動車両。
  2. 請求項1記載の電気駆動車両であって、
    前記電磁石の励磁/非励磁を制御するコントローラを備え、
    前記コントローラは、前記枠組の上昇動作に連動して、前記電磁石を非励磁にすることを特徴とする電気駆動車両。
  3. 請求項2記載の電気駆動車両であって、
    前記枠組が前記折り畳み姿勢にあるか否かを検出する姿勢検出器を備え、
    前記コントローラは、前記姿勢検出器により前記枠組が前記折り畳み姿勢にあることが検出されたときに、前記電磁石を励磁することを特徴とする電気駆動車両。
  4. 請求項1記載の電気駆動車両であって、
    原動機と、前記原動機により駆動される発電機と、前記発電機で得られる発電機電力と前記架線からの受電電力で得られるトロリー電力とを負荷装置の駆動電力とする電源回路と、前記電磁石の励磁/非励磁を制御するコントローラと、を備え、
    前記コントローラは、前記電源回路内に備えられる開閉器の開閉を制御し、前記負荷装置への給電モードを前記発電機電力を給電するディーゼルモード又は前記トロリー電力を給電するトロリーモードに切り換え、当該給電モードが当該ディーゼルモードにあるときに前記電磁石を励磁することを特徴とする電気駆動車両。
  5. 請求項1記載の電気駆動車両であって、
    前記上枠の先端部には、前記吸着板を取付けるための固定部材が設けられ、
    前記鉤装置は、前記固定部材と当接する鉤受けを有し、
    前記固定部材と前記鉤受けとは、互いに凹凸嵌合されて水平方向の動きを規制する形状から成ることを特徴とする電気駆動車両。
  6. 請求項5記載の電気駆動車両であって、
    前記鉤受けの前記固定部材との当接面には、弾性材が設けられることを特徴とする電気駆動車両。
  7. 請求項5記載の電気駆動車両であって、
    前記台枠には、前記枠組の折り畳み時に前記枠組の局部との当接による衝撃を緩衝するための緩衝材が設けられることを特徴とする電気駆動車両。
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