JPS6264201A - 内燃機関駆動電気式車両の制動装置 - 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搭載し
、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の制動方式に関する。

〔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、その車両に搭載する機器
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シも、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・可変周波数の交流電力に変換して、車輪
と連結された交流電動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５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５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が結合されておシ、この同期発電機２の出力は第
１電力変換器としてのダイオード整流器３によシ直流に
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、８Ｈの直流側とを接続してい
る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
（以下ではＧＴＯと略記する）サイリスタでなる第２’
に力変換器としてのＣｒＴＯ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は右車輪用のＧＴＯインバータ８Ｒ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・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
変換動作によシ制御される。また、左車輪用のインバー
タ８Ｌと電動機９Ｌ、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シを素早く解消するこ
ともできる。

直流中間回路の正負極間には制動抵抗器６とチョッパ７
との直列接続回路が接続されてお）、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
せることによシ、上述の誘導発電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９込まれるので、
この直流電力をチョッパ７を介して制動抵抗器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
抵抗器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。

しかしながら、このチョッパ７は電動機２台分の制動エ
ネルギーを制御しなければならないため、大電力をオン
・オフできる能力を持たなければならない。それ故この
チョッパ７は大形かつ高価な装置とな９、当該車両の本
来目的に使用する載貨重量とスペースが減少し、装置の
価格を高騰させるという欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明は、発電制動用主回路機器の大形化・高価格化
を招くことなく制動エネルギーを制御することができる
内燃機関駆動電気式車両の制動方式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とを連結し、交流発
電機の出力を第１電力変換器と第２電力変換器とを介し
て車輪、に結合されている誘導電動機に供給して車両の
けい引力と走行速度を制御するとともに、制動時には第
１ｔカ変換器と第２電力変換器との直流側同士が結合さ
れている直流中間回路に制動エネルギーを返還し、この
直流中間回路の正負両極間にスイッチ素子を介して接続
される制動抵抗器に前記の制動エネルギーを消費させる
のであるが、このとき第２を力変換器を制御することに
より直流中間回路電圧を変化させて前記制動抵抗器が消
費する制動エネルギーすなわち制動力の調整を行おうと
するものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す主回路接続図である□こ
の第１図において、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の出力は第１電力変換
器としてシ）ダイオード整流器３によｐ直流に変換され
、さらに第２電力変換器としてのＧＴＯインバータ８Ｌ
、８Ｒによシ可変電圧可変周波数の交流電力に変換され
て左車輪駆動用の誘導電動機９Ｌと、右車輪駆動用の誘
導電動機９Ｒとに供給される。よってこれら両誘導電動
機９Ｌ、９Ｒは所定のトルクと速度で回転するので、当
該電気車両を所望のけい引力と走行速度で走行させるこ
とができる。

なおダイオード整流器３の直流側とＧＴＯインバータ８
Ｌ、８Ｈの直流側とを接続してい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とで
形成されるフィルタ回路が設けられて直流を力の脈動分
を除去している。さらにこの直流中間回路の正負極間に
はスイッチ素子１１を介して制動抵抗器６が接続できる
ように構成されているので、この電気車両を減速させよ
うとするときは、スイッチ素子１１を閉路して誘導電動
機９Ｌ、９ＲからＧＴＯサイリスタ８Ｌ、８Ｒを介して
直流中間回路に返還されてくる制動エネルギーを制動抵
抗器６に消費させる０このとき制動制御回路１０がＧＴ
Ｏサイリスタ８Ｌと８Ｒとに制御指令を与えて制動抵抗
器６が接続されている直流中間回路電圧を変化させるの
で、制動抵抗器６で消費される制動エネルギーも変化し
、これによシこの電気車両は所要の制動力を得ることが
できる。

第２図は誘導電動機９Ｌ、９Ｒがカ行運転しているとき
の速度特性グラフであって、横軸が電動機の回転速度を
あられしておフ、Ｎ１が当該電動機の基底速度、Ｎ２が
最高速度であって、速度零から基底速度Ｎ１までの間は
この誘導電動機は定トルク特性で運転し、基底速度Ｎ１
から最高速度Ｎ２までの間は定出力運転をするものとし
、このときの電動機トルクＴ１電動機出力Ｐ１電動機電
圧ｖＭおよび直流中間回路電圧ＶＤの変化があられされ
ている。

この第２図であきらかなように、カ行時には直流中間回
路電圧ＶＤは全速度領域において一定とし、電動機電圧
ｖＭは定トルク領域においてはＧＴＯインバータ８Ｌ、
８Ｒを制御することＫより電動機速度に比例させ、定出
力領域では直流中間回路電圧ｖＤで定まる一定値とする
。

第３図は誘導電動機９Ｌ、９Ｒが制動運転しているとき
の速度特性グラフであって、この誘導電動機の滑シ周波
数を負にすることによりミ動機からのエネルギーを直流
中間回路に流入させるときの電動機トルクＴ、直流中間
回路電力Ｐ、電動機電圧ｖＭ、直流中間回路電圧ＶＤの
変化をあられしている０この第３図であきらかなように
基底速度Ｎ１から最高速度Ｎ２までの定出力領域では、
直流中間回路電力Ｐは一定であるから、直流中間回路電
圧ＶＤも一定である。

一方、速度零から基底速度ＮＸまでの定トルク領域にお
いては、直流中間回路電力Ｐは＜１１式に示すように速
度Ｎに比例して変化する。

ＰぺＮ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１）制動抵抗器６の抵抗値をＲとす
ると、 Ｐ＝Ｖ９／Ｒ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（２）それ故定トルク領域においては下記の（
３）式に示すように直流中間回路電圧ＶＤは速度Ｎの平
方根に比例するように変化させればよい。

ＶＤ父４　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（３）またこの定トルク領域では電動機電
圧ｖＭは速度に比例させるのであるが、これはＧＴＯイ
ンバータ８Ｌ、８Ｒの制御によ、り達成される。

制動抵抗器６の抵抗値Ｒは一定であるから、直流中間回
路電圧ＶＤを下記の（４）弐に従って変化させることに
よシ所要の制動力を得るのであるが、この（４）式は上
述の（２）式から導かれるのであって、この直流中間回
路電圧ＶＤは電動機の滑シ周波数を制御することによっ
て得られる。

ＶＤ＝石ｒ丁　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（４）第４図は第１図に示す実施例に図示の制動制
御回路の回路図である。この第４図において、関数発生
器１０１は電動機速度Ｎを入力して、その速度に対応す
る制動電力の上限値を出力するよう罠なっている関数発
生器であって、この関数発生器１０１の出力と制動力指
令器１０３の出力とを乗算器１．０２において掛は合わ
せることにより制動電力Ｐ１を演算する。このＰ４ｈは
さらに演算回路１０４【おいて（４）式の演算を行うこ
とにより直流中間回路電圧指令値ＶＤ４）に変換される
。この直流中間回路電圧指令値ｖＤ”と直流中間回路電
圧検出値Ｖ。との偏差が滑シ周波数調節器１０５に入力
され、この入力偏差値を零にする滑〕周波数信号Ｆ、が
この滑り周波数調節器１０５から出力される。

誘導電動機の回転速度に対応した同期周波数信号Ｆｒか
ら上述の滑シ周波数信号ＦＢを減算することによりイン
バータ周波数信号Ｆｌが得られ、このインバータ周波数
信号Ｆ１がパルス幅変調回路１０６に入力される。

一方、速度検出値Ｎを入力して速度に対応した電動機電
圧の上限値を発生する関数発生器１０７の出力と、制動
力指令器１０３の出力を平方根演算器１０８を介して得
られる出力とを乗算器１０９において掛は合わせるとと
くよシ、電動機電圧指令値ｖＭ４が得られる◇この電動
機電圧指令値ｖＭ″を除算器１１０において直流中間回
路電圧検出値ＶＤで除算することによル変調率αが得ら
れるので、前述のパルス幅変調回路１０６にこの変調率
αを入力させる。

パルス幅変調回路１０６はこの変調率αならびに前述の
インバータ周波数信号Ｆ工とが入力されるので、ＧＴＯ
インバータ８Ｌ、８Ｒが出力する交流電圧と周波数はこ
のパルス幅変調回路１０６の出力信号によって制御され
るので、直流中間回路電圧ＶＤはその指令値Ｖ♂と一致
するように誘導電動機９Ｌ、９Ｒが出力する制動エネル
ギーを制御するので、所望の制動力を得ることができる
。

〔発明の効果〕

この発明によれば、内燃機関と交流発電機とを連結し、
この交流発電機の出力を第１電力変換器と第２電力変換
器とを介して車輪に結合されている誘導電動機に供給す
るようにしている内燃機関駆動電気式車両を減速させる
ときは、第１電力変換器と第２電力変換器の直流側同士
を結合している直流中間回路の正負両極間にスイッチ素
子を介して制動抵抗器を接続し、この制動抵抗器に制動
エネルギーを消費させるとともに、第２電力変換器を制
御して直流中間回路電圧を変化させることで前述の制動
抵抗器が消費するエネルギー量を加減し、それＫよシ所
要の制動力を得るようにしている０このよう表構成では
、制動抵抗器の抵抗値は一定値でよいために従来のよう
なタッグ付き抵抗器にする必要がなく、またこの制動抵
抗器を必要なときに直流中間回路に接続できるスイッチ
素子さえ備えていれば、制動力の制御は第２電力変換器
に設けられた制動制御回路によシ行われるので、従来の
ような制動抵抗器に流れる電流をオン・オフさせるチョ
ッパ装置も不要となる。それ故直流中間回路に設置され
る発電制動用主回路機器の構成が簡単になシ、その容積
・重量が軽減されるばかりでなく、コストをも低下させ
る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す主回路接続図であシ、第
２図は誘導電動機がカ行運転しているときの速度特性グ
ラフであり、第３図は誘導電動機が制動運転していると
きの速度特性グラフ、第４図は第１図に示す実施例に図
示の制動制御回路の回路図である。第５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。 １・・・・・・内燃機関、２・・・・・・同期発電機、
３・・・・・・第１電力変換器としてのダイオード整流
器、４Ｃ・・・・・・フィルタコンデンサ、４Ｌ・・・
・・・フィルタリアクトル、６・・・・・・制動抵抗器
、７・・・・・・チョッパ、８Ｌ。 ８Ｒ・・・・・・第２電力変換器としてのＧＴＯインバ
ータ、９Ｌ、９Ｒ・・・・・・誘導電動機、１０・・・
・・・制動制御回路、１１・・・・・・スイッチ素子、
１０１・・・・・・関数発生器、１０２・・・・・・乗
算器、１０３・・・・・・制動力指令器、１０４・・・
・・・演算回路、１０５・・・・・・滑り周波数調節器
、１０６・・・・・・パルス幅変調回路、１０７・・・
・・・関数発生器、１０８・・・・・・平方根演算器、
１０９・・・・・・乗算器、１１０・・・・・・除算器
。 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関と交流発電機とを連結し、この交流発電機
   の出力を第１の電力変換器で直流電力に変換して直流中
   間回路に供給し、この直流電力を第２の電力変換器で交
   流電力に変換して車輪に結合されている誘導電動機に与
   えてこれのトルクと回転速度を制御することにより所望
   のけい引力と走行速度が得られる内燃機関駆動電気式車
   両において、走行中の前記内燃機関駆動電気式車両を減
   速するさいに生ずる制動エネルギーを第２電力変換器を
   介して直流中間回路の正負両極間に接続された抵抗器に
   消費させるにあたつて、前記第２電力変換器を制御して
   直流中間回路電圧を前記誘導電動機の回転速度に対応し
   た値に調整することを特徴とする内燃機関駆動電気式車
   両の制動方式。 ２）特許請求の範囲第１項記載の制動方式において、制
   動時の前記直流中間回路電圧は、前記誘導電動機が定出
   力領域にあるときは一定値に調整し、前記誘導電動機が
   定トルク領域にあるときは速度の平方根に比例するよう
   に調整することを特徴とする内燃機関駆動電気式車両の
   制動方式。