JPS60190103A - 内燃機関駆動電気式車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、内燃機関と発電機と半導体変換器を塔載し
、交流電動機を介して車輪を駆動するようなされている
内燃機関駆動電気式車両に関する。

〔従来技術とその問題点〕

大形のダンプトラックや自走式クレーン車などのような
大形建設機械用車両などでは、その車両に塔載する機器
が小形軽量であることや保守が容易であること、さらに
連続降板のために連続した非機械式抑速ブレーキが得ら
れることなどのために、従来の内燃機関からの動、力を
クラッチや減速歯車・差動歯車を介して車輪に与えて駆
動するようなされている機械式よりも内燃機関で交流発
電機を駆動し、この交流発電機の出力を半導体変換器に
より可変電圧φ可変周波数の交流電力に変換して、車輪
と連結された交流ｔ＊ｌＩ機を駆動するようなされてい
る電気式が使用されるようになってきた。

第１図は３相誘導電動機により車輪を駆動するようなさ
れている内燃機関駆動電気式車両の従来例を示す主回路
接続図である。この第１図においてディーゼルエンジン
あるいはガソリンエンジンなどの内燃機関１には同期発
電機２が結合されており、この同期発電機２の出力はダ
イオード整流器３により直流に変換される。このダイオ
ード整流器３の直流側と後述するＧＴＯインバータ８Ｌ
、８Ｒの直流側とを接続している回路いわゆる直流中間
回路にはフィルタリアクトル４Ｌとフィルタコンデンサ
４Ｃとにより形成される逆り形フィルタが接続されてい
て、ダイオード整流器３が出力する直流電力を平滑して
いる。この平滑された直流電力は、たとえばゲートター
ンオフサイリスタでなる電動機側変換器としてのＧＴＯ
インバータ８Ｌと８Ｒに入力される。左車輪を駆動する
誘導電動機９Ｌは左車輪用のＧＴ（５インバータ８Ｌか
ら、また右車輪を駆動する誘導電動機９Ｒは右車輪用の
ＧＴＯインバータ駅から交流電力の供給を受けるのであ
るが、これらのＧＴＯインバータ８Ｌと８Ｒは前述の平
滑された直流電力を可変電圧等可変周波数の交流電力に
変換するので、誘導電動機９Ｌと９Ｒの回転速度とトル
クすなわち当該車両の走行速度とけい引トルクはＧＴＯ
インバータ８Ｌと８Ｒの順変換動作により制御される。

また左車輪用のインバータ８Ｌと電動４ａ９Ｌ。

および右車輪用のインバータ８Ｒと電動機９Ｒはそれぞ
れ別個に制御することができるので、曲線を円滑に走行
することができる。また車輪と地面との間に滑りが発生
しても、その車輪のトルクと回転速度とを制御すること
によりこの滑りを素早く解消することもできる。

直流中間回路には制動抵抗６とチョッパ７との直列接続
回路が接続されており、車両を制動運転させたいときは
誘導電動機９Ｌ　、　９Ｒを誘導発電機として動作させ
、ＧＴＯインバータ８Ｌと８Ｒを逆変換動作させること
により、上述の誘導発ｔｌｔ機からの交流電力は直流電
力に変換されて直流中間回路に送り込まれるので、この
直流電力をチョッパ７を介して制動抵抗６に消費させる
ことでこの車両の速度を抑制する。このとき制動抵抗６
で消費する電力の調整はチョッパ７を制御することで達
成される。

第１図に示す従来例では、この車両は速度に応じたけい
引力や制動力は十分にかつ安定に得られるのであるが、
降板時の抑速制動にはその制動電力をすべて連続して制
動抵抗６で消費させるために大容量の抵抗器が必要であ
る。このような大きな制動専用抵抗器６を塔載しなけれ
ばならないので、当該車両の本来の目的に使用する載貨
重量とスペースが減少するばかりでなく、この制動抵抗
６のために当該車両の燃費が悪化するという欠点を有す
る。

〔発明の目的〕

この発明は、制動運転時に制動抵抗で消費される制＠覗
力を低減することで制動抵抗を小形軽量化するとともに
走行時の燃費の改善を図ることができる内燃機関駆動電
気式車両を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、内燃機関と交流発電機を連結し、交流発電
機の出力を第１の半導体変換器で直流に変換し、第２の
半導体変換器で前記直流を交流に変換し、この交流を車
輪と連結された誘導電動機に印加してトルクと回転数を
制御して速度を調整する内燃機関駆動電気式車両に於い
て、前記第１の半導体変換器を順変換、逆変換動作可能
な変換器として構成し、制動時は第１の変換器を逆変換
動作させて前記交流発電機を電動機運転してエンジンブ
レーキを作用させると共に、交流発電機の出力に第３の
半導体変換器を接続し、この変換器の出力に制動用抵抗
器を接続して、第３の半導体変換器の出力電圧を可変し
て制動力を調整するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の実施例を示す主回路接続図であって、
この第２図より本発明の内容を以下に詳述する。

この第２図において、内燃機関とじでのティーゼルエン
ジン１には同期発電機２が結合されていて、発電機側変
換器１１に交流電力を供給する。この発電機側変換器１
１はダイオードとサイリスタとが互いに逆並列接続され
たものをブリッジ接続したものであって、同期発電機２
がらの父流′亀カはこの発電機側変換器１１を構成して
いるダイオードにより直流電力に変換できるし、また当
該発電機用変換器１１を構成しているサイリスクを適切
にオン−オフ動作させれば、直流電力を交流電力に変換
して同期発電機２を電動機として運転させることもでき
る。

発電機用変換器１１の交流側の回路には、サイリスタを
逆並列接続してなる制動電力制御手段としてのサイリス
ク調整器１３と制動抵抗１４とを直列接続してなる回路
がスター接続回路を形成して接続されている。またこの
発電機側変換器１１の直流側回路はいわゆる直流中間回
路であって、この直流中間回路にはフィルタリアクトル
４Ｌとフィルタコンデンサ４Ｃとで逆り形に形成される
フィルタが接続されていて、発電機側変換器１１から出
力される直流電力の脈動分を除去している。このフィル
タにより平滑された直流電力は、ゲートターンオフサイ
リスタで構成されている電動機側変換器としてのＧＴＯ
インバータ８Ｌと８Ｒとに入力されるのであるが、左車
輪に結合されている誘導電動機９ＬにはＧＴＯインバー
タ８Ｌから、また右車輪を駆動する誘導電動機９Ｒには
ＧＴＯインバータ８Ｒからそれぞれ別個に交流電力が供
給されるようになっているが、これらのＧＴＯインバー
タ８Ｌ、８Ｒから出力される可変電圧拳可変周波数の交
流電力により、当該車両は所望のけい引トルクと走行速
度で運行することができる。

上述のように構成されているディーゼルエンジン駆動の
電気式車両は、サイリスク調整器１３をオフ状態にして
走行するのであるが、この走行中の当該車両が制動動作
に入るとき、デづ一セルエンジン１はアイドリング運転
をしているので、同期発電機２は交流電圧を発生してお
り、直流中間回路は発電機側変換器１１のダイオードを
経て得られる直流電圧で充電されている。たとえばこの
車両が坂を降りつつあるとすると、この車両が保有する
位置のエネルギーにより誘導電動機９Ｌと９Ｒは左右の
車輪を介して回転させられるので、この誘導電動機９Ｌ
、９Ｒは誘導発電機となって交流電力を発生し、ＧＴＯ
インバータ８Ｌ　、８Ｒはこの交流電力を直流電力に変
換して直流中間回路に送り込む。このとき同期発電機２
は前述したように交流電圧を発生しているから、発電機
側変換器１１は通常の電力系統に接続された他励変換器
と同様に逆変換動作が可能であって、この発電機側変換
器１１を逆変換動作させることにより、当該発電機側変
換器１１は誘導電動機９Ｌと９Ｒから直流中間回路に送
り込まれた電力を受けてさらに同期発電機２へ向って交
流電力を送り出す。

同期発電機２は前述したように発電機側変換器１１から
逆変換されてくる交流電力により同期電動機になり、そ
の速度はアイドリング運転中のディーゼルエンジン１の
速度よりも犬となる。このようにアイドリング運転でデ
ィーゼルエンジン１の速度が増大することは、エンジン
ブレーキが作用したことになるので、結局降板中の車両
のエネルギーはこのエンジンブレーキにより吸収される
ので、当該車両の走行速度を抑制することになる。

なお発電機側変換器１１の交流側に接続されているサイ
リスタ調整器１３を動作させれば、制動抵抗１４では上
述せる誘導ｔｉＩＩＩ機９Ｌ、９Ｒからの制動電力が消
費され、エンジンブレーキと同様に当該車両の走行速度
を抑制できる。よってこのサイリスク調整器１３を適切
に制御することにより、当該車両のエネルギーを前述の
エンジンブレーキと制動抵抗１４とにどのような比率で
吸収させるかを自由に設定できるので、極端な場合はこ
のサイリスク調整器１３と制動抵抗１４を使用しなくて
もよいようになる。よってこのサイリスタ調整器１３と
制動抵抗１４の容量は従来に比してはるかに小さくする
ことができるので、小形・軽量化が図れる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す主回路接続図であ
るが、この第３図における内燃機関としてのディーゼル
エンジン１、同期発電機２、フィルタコンデンサ４Ｃ，
フィルタリアクトル４Ｌ％ＩＩＬ動機側変換器としての
ＧＴＯインバータ８Ｌと８Ｒ。

誘導電動機９Ｌと９Ｒ１制動電力制御手段としてのサイ
リスタ調整器１３、制動抵抗１４に利した符号と名称・
用途・機能は第２・図に示すものと同じであるから、そ
の説明は省略する。

第３図において同期発電機２からの交流電力を直流電力
に変換して直流中間回路に出力し、またこの直流中間回
路からの直流電力を逆変換して同期発電機２を電動機運
転させるための発電機側変換器１２は、サイリスクを逆
並列接続してなるものをブリッジ接続により構成してい
るので、同期発電機２の出力電圧が一定であっても直流
中間回路電圧を変えることができるし、制動時の動作は
第２図に示す実施例での動作と同じである。

第４図は本発明の第３の実施例を示す主回路接続図であ
って、この第４図における内燃機関としてのディーゼル
エンジン１１同期発電機２、フィルタコンデンサ４Ｃ，
フィルタリアクトル４Ｌ、ｉｌＥ動機側変換器としての
ＧＴ５インバータ８Ｌト８Ｒ１誘導電動機９Ｌと９Ｒ，
発電機側変換器１１に付した符号と名称・用途９機能は
第２図に示す実施例と同じであるから、その説明は省略
する。

第４図に示す第３の実施例では、発を機側変換器１１の
交流側にはサイリスタ整流器１５を介して制動抵抗１６
が接続されているので、当該車両を制動運転するときに
、このサイリスク整流器１５を適切に制御することによ
り、車両の保有するエネル今一をエンジンブレーキと制
動抵抗Ｊ６とにどのような比率で吸収させるかを自由に
設定できるので、このサイリスタ整流器１５と制動抵抗
１６の容量を従来のものよりもはるかに小さくすること
ができる。

なお第２図〜第４図に示す発電機側変換器を構成してい
る素子をトライアックとし、こ相をブリッジ接続により
順変換と逆変換ができる変換器を形成し、あるいはサイ
リスタの代りにＧＴＯサイリスタやトランジスタなどの
半導体スイッチング素子を使用することもできるし、第
２図と第３図に示すサイリスタ調整器１３あるいは第４
図に示すサイリスタ整流器１５をＧＴＯサイリスタやト
ランジスタなどの半導体スイッチング素子で構成したも
のも同じ動作をさせることができるし、これらは本発明
の趣旨に合致するものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、内燃機関に連結された交かＬ発電機
が出力する交流電力を、順変換と逆変換ができる発電機
側変換器により直流電力に変謙するようにするとともに
、この発電機用変換器の交流側に制動電力を吸収するた
めの制動抵抗と、この制動電力を制御できる制動電力制
御手段を接続する。このような構成で当該車両を制動運
転するときは、発電機側変換器を逆変換動作させて車輪
を駆動する電動機から返還されてくる電力を前述の交流
発心機に与えてこの発電機を電動機運転させることによ
り、制動電力の一部または全部をエンジンブレーキで吸
収させるようにしており、残りの制動電力は制動抵抗で
消費されるようにする。

それ改良時間連続して制動運転をする必要がある場合、
たとえば連続降板するような場合でも、制動運転に伴っ
て発生する制動電力はエンジンブレーキにより吸収させ
ることができるので、交流発電機出力側に設けられてい
る制動抵抗の容量と、制動電力制御手段の容量は、この
エンジンブレーキにより吸収されるエネルギーに相当す
る分だけ削減することができるので、この制動抵抗と制
動−力制御手段の容量をきわめて小さくすることができ
るので、小形軽量のものとなる。よって当該車両はその
本来の目的である載貨風−駄やスペースを拡大できるの
みならず、制動抵抗の重蓄軽減によりカ行運転時の燃費
改、善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関駆動電気式車両の従来例を示す主回路
接続図であり、第２図は本発明の実施例を示す主回路接
続図、第３図は本発明の第２の実施例を示す主回路接続
図であり、第４図は本発明の第３の実施例を示す主回路
接続図である。 １・・・内燃゛機関としてのディーセルエンジン、２・
・・同期発電機、３・・・ダイオード整流器、４Ｃ・・
フィルタコンデンサ、　４Ｌ・・・フィルタリアクトル
、６・・・制動抵抗、７・・・チョッパ、８Ｌ、８Ｒ・
・・電動機側変換器としてのＧＴ５インバータ、９Ｌ、
９１シ・・誘導１侃動機、１１．１２・・・発電機側変
換器、１３・・・制動電力制御手段としてのサイリスク
ａ！！！整器、１４．１６・・・制動抵抗、Ｊ５・・・
制動電力制御手段としてのサイリスク整流器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）内燃機関と交流発電機を連結し、交流発電機の出力
   を第１の半導体変換器で直流に変換し、第２の半導体変
   換器で前記直流を交流に変換し、この交流を車輪と連結
   された誘導電動機に印加してトルクと回転数を制御して
   速度を調整する内燃機関駆動電気式車両において、前記
   第１の半導体変換器を順変換、逆変換動作可能な変換器
   として構成し、制動時は第１の変換器を逆変換動作させ
   て前記交流発電機を電動機運転してエンジンブレーキを
   作用させると共に、交流発電機の出力に第３の半導体変
   換器を接続し、この変換器の出力に制動用抵抗器を接続
   して、第３の半導体変換器の出力電圧を可変して制動力
   を調整するようにしたことを特徴とする内燃機関駆動電
   気式車両。