JPS6112442B2

JPS6112442B2 -

Info

Publication number: JPS6112442B2
Application number: JP55158892A
Authority: JP
Inventors: Chuzo Mitomi
Original assignee: Toyo Denki Seizo KK; Komatsu Ltd
Current assignee: Toyo Denki Seizo KK; Komatsu Ltd
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1986-04-08
Also published as: JPS5783102A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電気駆動車両において牽引電動機電力
を車両搭載の原動機により付勢される発電機（以
降原動発電機と称す）および地上電源設備よりの
架線給電のいずれからも給電走行できるよう構成
したデユアルモード走行車両の制御方式に関す
る。

大型建設車両や露天掘鉱山における鉱石や表土
運搬車両においては、車両保守費、運搬コストな
どの低減を目的とし従来の機械的動力伝達機関を
有する機械的走行車両から、ゴムタイヤを有した
電気駆動車両に変化しており、その車両の運搬能
力も120tから320t積程度迄大型化し今後その規模
はますます拡大する方向にある。

このような大型走行車両においては従来の機械
式車両では、動力伝達機関の構成が難かしくなる
だけでなく、制動時の吸収すべき運動エネルギー
があまりにも大きくなるため摩擦式の機械的制動
装置が巨大なものとなり、その構成する難かしく
なるため、車両走行時はエンジンにて発電機を駆
動し変換して得た電力にて、駆動車両内もしくは
その近傍に分散して配置した複数台の電動機を付
勢して走行せしめ車両制動時は該牽引電動機を発
電機として作用せしめることにより、車両運動エ
ネルギーをブレーキ抵抗器にて熱として発散せし
めるいわゆる発電ブレーキを採用した電気駆動車
が主流をなしている。このような車両を使用する
建設現場や鉱山においては、トロツコや貨車など
による有軌道運搬の概念からオフザロードの概念
を取り入れた大型タイヤを装着した無軌道運搬工
法が主流をなしている。

これは、従来の有軌道車運搬工法のためのレー
ルや架線敷設の必要もなく、また有軌道車である
がための運搬工法の制約もなく、鉱山におけるマ
イニングプランはその時々の計画により容易に変
更が可能となり、またそのための運搬路建設費用
も安く、かつその時間的制約も少ないなど多くの
特長を有するがためで、近年開発された鉱山では
ほとんど上記の如きオフザロKgドの概念を取り入
れた運搬工法が採用されている。

かかる運搬工法の採用により、鉱山における生
産の効率向上および運搬コストの低減化が可能と
なつた。

しかし、近年の石油シヨツクに起因する石油コ
ストの上昇は、かかる車両の燃費上昇を招き、特
に非産油国における鉱山計画においてその鉱山計
画変更を余儀なくされている面も発生している。
このことは、特に中南米やアフリカ等の大規模な
水力発電が可能な土地においては、この水力発電
電力を使用した鉱石運搬工法は見逃すことのでき
ない魅力的な工法として注目されている。

かかる見地から、最近このような鉱山におい
て、採石積載場や散土場においては車両搭載の原
動発電機を使用したオフザロードの概念を取入れ
た車両システムとし、積車登坂場などのエネルギ
ー多消費場においては、トロリー等を使用した架
線給電により車両走行させるシステムが試みはじ
められている。

本発明はかかる点に鑑み、車両搭載の原動発電
機および地上発電設備よりの架線給電のいずれか
らも給電走行できるよう構成したデユアルモード
走行車両の制御方式を提供せんとするものであ
る。

第１図は従来の原動発電機を駆動源とした走行
車両制御の１例を示す回路構成図で、１はデイゼ
ルエンジン、２はデイゼルエンジン１に直結され
た回転界磁型交流発電機で、三相交流発電機２の
固定子には電機子巻線３と、交流励磁機４の界磁
５がある。また三相交流発電機２の回転軸には交
流励磁機４の電機子６と、その交流出力を整流す
る整流器７と、整流器７の直流出力で励磁される
主発電機界磁８がある。従つてエンジン回転中、
交流励磁機界磁５を励磁すると電機子巻線３に三
相交流を発生する。９は三相交流発電機２の出力
を直流に変換する三相全波整流装置で、車両推進
時は牽引電動機１０，１１に並列給電し、制動時
は牽引電動機１０，１１を他励発電機として構成
し、牽引電動機１０，１１の界磁１４，１５を付
勢せしめるのに使用する。牽引電動機１０，１１
は直流電動機で、１２，１３は各々の電機子、１
４，１５は界磁である。かかる構成において、車
両推進時は力行用接触器１６，１７を閉じ牽引電
動機１０，１１を２台並列に接続し、三相交流発
電機２の出力で並列駆動する。車両制動時は制動
用接触器１８，１９，２２を閉じ電機子１２，１
３に発電制動用抵抗器２０，２１を並列接続し、
また界磁１５，１４は接触器２２を介して三相交
流発電機２の出力で付勢されるように構成する。
かかる構成により牽引電動機１０，１１にて発電
制動を作用させる。

かかる構成の走行車両において、例えば電動ダ
ンプ車の如き走行車両においては、その車両運転
制御方法は従来の機械式駆動車と同様、アクセル
ペダル踏込により上記車両推進回路を構成すると
同時に、デイゼルエンジン燃料噴射量を制御し、
エンジン回転数をアイドル回転数から定格回転数
まで増速させ、そのエンジン回転はアクセルペダ
ル踏込量に応じアイドル回転数から定格回転数ま
で任意に制御できるように構成されている。

このようにアクセルペダル踏込量に応じエンジ
ン回転数を加減しているのでは、運転室の居住性
向上や燃費向上、エンジン等の機械的摩耗量の低
減などの理由によつている。

上記構成の走行車両によつて車両が円滑に走行
できるようにするためには、デイゼルエンジンに
直結しデイゼルエンジンで得た動力を電気エネル
ギに変換する発電機の制御をデイゼルエンジンの
出力に協調させエンスなどを生じさせないよう運
転しなければならない。このため原動発電機の制
御においては、下記に示すように制御を行なつて
いる。

第２図はデイゼルエンジンの出力性を示す図
で、横軸にエンジン回転数、縦軸にエンジン正味
軸出力を示してい。この第２図に示す通り、エン
ジン出力は定格回転数Ａ近傍において安定した最
大のエンジン正味軸出力が得られる反面、低回転
数領域においてその出力特性は不安定になる。ま
た定格回転数Ａを超えると得られる出力は急速に
低下する。上記出力特性を有するデイゼルエンジ
ンを使用し、安定した原動発電機とするために
は、エンジン回転数に応じ発電機出力がその回転
数でのエンジン正味軸出力を上回わることのない
よう制御しなければならない。

このため、例えば第３図の特性イに示すように
エンジン回転数に比例して発電機出力を制御する
ならば、エンジン低回転数領域において確実に発
電機出力をエンジン出力より下回らせ、かつ効率
の良い、定格回転数Ａ近傍において安定した最大
出力を得ることができる。

上記の如き理由により原動発電機の発電機制御
は第３図に示す特性イの如き制御を行うのが一般
的である。

かかる制御を行わせるため、第１図に示す三相
交流発電機２の出力からエンジン回転数を検出す
る周波数−電圧変換器２３と、三相全波整流器９
の出力電圧を検出するPT２４と、同出力電流を
検出するCT２５と、該PT２４とCT２５の信号
を受けその積、即ち電力を検出する掛算器２６と
により、エンジン回転数と三相交流発電機２の出
力電力を求める。

このようにして求めた両信号を交流励磁機４の
界磁５を制御する制御器２７に与え、エンジン回
転数（周波数−電圧変換器２３）と三相交流発電
機２の出力電力とが、前記特性になるよう制御器
２７で制御する。上記制御によりデイゼルエンジ
ン１と三相交流発電機２の協調がとれて運転され
るので、三相交流発電機２の出力特性は第４図の
通りとなる。

第４図は三相交流発電機の出力特性を示す図
で、横軸に出力電流、縦軸には出力電圧をとつて
表してある。図において曲線ａが界磁８の励磁一
定にした場合に得られる出力特性であり、曲線ｂ
は電力一定の特性である。従つてエンジン正味軸
出力が曲線ｂの特性を有する時、三相交流発電機
２の出力特性曲線ａは図に示す領域（）の部分
が、エンジン正味軸出力より過大となる。このた
め三相交流発電機２の出力が、あらかじめ定めて
おく電力になるよう前述の通り制御することによ
り、その出力特性は第４図の斜線で示す出力特性
となる。

かかる制御により原動発電機は協調がとれた運
転となるため、走行車両はアクセルペダルの踏込
量に応じ、その牽引力は任意に加減することがで
き、滑らかな安定した車両運転が可能となる。

なおかかる走行車両の制御においては、上記に
述べた以外に、車両牽引時は電機子電流制限（第
４図−_０）を設け、牽引電動機を保護するのが
一般で、この制御は制御器２７で行う。

本発明はかかる原理により走行する走行車両の
駆動源を、原動発電機およびここに図示する以外
の方法（例えばトロリー架線等を使用し地上電源
設備より受電する方式）によりいずれにも任意に
切替し走行できるデユアルモード走行車両におい
て、その最適の制御方式を提供するにある。

以下、本発明を実施例図面にもとづいて説明す
る。

第５図は本発明の一実施例を示す構成回路図
で、第１図と同番号品は同一機能品を示してい
る。第５図において電動発電機で走行する場合
は、この図に図示する以外の手段によりトロリー
ポール３２を下げ、地上電源設備と切離し、励磁
切替器３３をＡ側に倒す。これにより、アクセル
ペダルを踏み込むと前述の通りエンジン回転数が
増速し、デイゼルエンジン１と三相交流発電機２
は協調がとられて運転され、車両は円滑に走行す
る。なお、本発明ではエンジン回転数を検出する
のに、デイゼルエンジン回転軸に直結したコゼネ
（交流）２８によつている。他の電流、電圧、電
力検出等は第１図と同じである。

次にトロリーポール３２により地上電源から受
電し走行する場合、ここに図示する以外の手段に
よりトロリーポール３２を上げ、トロリーポール
３２を三相交流架線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に押し付け
る。ついで励磁切替器３３をＢ側に倒す。この状
態でアクセルペダルを踏込むと、エンジン回転数
は踏込量に応じ増速するが、励磁切替器３３はＢ
側に倒れているため界磁５は無励磁となり三相交
流発電機２は発電しない。エンジン回転数をタコ
ゼネ２８で検出し、電動発電機の制御時と同様
CT２５，PT２４により電力を掛算器２６で検出
し、エンジン回転数を電力があらかじめ定めてお
く比例値になるよう制御器２７が動作し、その信
号を励磁切替器３３を介してゲート回路２９に与
える。ゲート回路２９はサイリスタブリツジ３０
のゲート回路で、トロリーポール３２から受電す
る三相交流電源に同期したゲート信号αをサイリ
スタブリツジ３０に与える。これによりサイリス
タブリツジ３０は、直流電力を平滑リアクトル３
１を介して原動発電機と同様にエンジン回転数に
比例した電力を牽引電動機１０，１１に与え、車
両を駆動させる。上記制御によりその駆動力は、
原動発電機と同様アクセルペダル踏込量に比例し
大きくなる。

上記の通り構成することにより、１運転感覚が原動発電機、地上電源いずれの場
合も変らない。

２起動時、アクセルペダルを最大に踏込むと第
４図に示す特性_０の電流が牽引電動機１０，
１１に流れる。これにより大きな牽引力が得ら
れると同時に、車両速度が上昇すると共に電力
一定制御により自動的に牽引電流が減少し、牽
引電動機１０，１１の実効電流量が小さくなる
（走行車両においては大きな起動トルクを必要
とするため第４図に示す電機子電流制限_０は
牽引電動機１０，１１の定格電流を大巾に上回
つた値とするのが一般で（通常２〜３倍）、こ
の値を接続すると牽引電動機１０，１１の実効
値が大巾に大きくなる）。

３地上電源を受電し走行する場合、特に専用の
制御回路が不要である。

などの大きな利点がある。

上述したように本発明によれば、原動発電機、
地上電源いずれでも走行できるよう構成したデユ
アルモード走行車両においてその制御装置をでき
るだけ小型簡略化できると同時に、最適な制御シ
ステムを提供できる。

上記説明では地上電源を交流で説明したが、直
流架線でチヨツパ制御しても同様であるし、原動
発電機を直流発電機で構成しても同様にできるこ
とは言うまでもない。またデイゼルエンジンと発
電機の協調特性は、第３図に図示した如き１次関
係でなく他の制御函数であつても同様であること
は言うまでもない。原動機をデイゼルエンジンに
限ることもない。

また上記説明は直流電動機を使用した制御方式
で説明したが、誘導電動機とサイクロコンバータ
またはインバータ等と組合せ制御する場合も同様
にできることは言うまでもない。

なお上記説明では地上電源により走行する場
合、その電力制御をエンジン回転数で行なうよう
説明したが、これを例えば第５図に示すタコゼネ
２８を地上電源設備からの給電の場合は、アクセ
ルペダルに連動して動く可変抵抗器等から与えて
も良い。また上記説明では自動車の如きアクセル
ペダル、ブレーキペダルを有する車両について説
明したが、通常の有軌鉄道車両においても同様に
適用できることは言うまでもない。

以上説明した通り本発明によれば、駆動源を原
動発電機地上電源設備いずれを使用しても安定な
デユアルモード走行車両制御方式を提供できその
効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原動発電機を駆動源とした走行
車両制御の１例を示す回路構成図、第２、第３図
および第４図はそのデイゼルエンジンおよび三相
交流発電機の出力特性を説明するための特性図、
第５図は車両駆動源を原動発電機、地上電源いず
れでも走行できるよう構成した本発明の一実施例
を示す回路構成図である。１……デイゼルエンジン、２……回転界磁型三
相交流発電機、３……電機子巻線、４……交流励
磁機、９……三相全波整流器、１０，１１……牽
引電動機、１６，１７，１８，１９，２２……接
触器、２３……周波数−電圧変換器、２４……
PT、２５……CT、２６……掛算器、２７……制
御器、２８……タコゼネ、２９……ゲート回路、
３０……サイリスタブリツジ、３１……平滑リア
クトル、３２……トロリーポール、３３……励磁
切替器。

Claims

【特許請求の範囲】

１走行車両用牽引電動機駆動電力を車両搭載の
原動機により付勢される発電機または地上電源設
備のいずれからでも受電走行できるように構成し
たデユアルモード走行車両において、車両搭載の
原動機により付勢される発電機を駆動力として走
行する場合は、前記原動機の回転数に応じ発電機
の発生電力をあらかじめ定めておくパタンになる
よう前記発電機界磁励磁量を制御するように構成
し、かつ地上電源を駆動力として走行する場合
は、前記地上電源電力を受け牽引電動機牽引電力
を制御する電力制御器の制御信号を前記発電機界
磁励磁量制御信号発生手段から与えるように構成
したことを特徴とするデユアルモード走行車両制
御方式。