特許 6987187 回生制動システム、及び、それを用いた電気駆動作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6987187

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】回生制動システム、及び、それを用いた電気駆動作業車両

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/08 20060101AFI20211213BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20211213BHJP

   B60L 7/14 20060101ALI20211213BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20211213BHJP

   B60L 50/61 20190101ALI20211213BHJP

   B60K 6/46 20071001ALI20211213BHJP

   B60W 20/13 20160101ALI20211213BHJP

   H02J 7/14 20060101ALI20211213BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   B60W10/08 900

   B60L1/00 L

   B60L7/14

   B60L9/18 J

   B60L50/61

   B60K6/46ZHV

   B60W20/13

   H02J7/14 L

   H02J7/00 P

   H02J7/00 L

【請求項の数】3

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2020-120231(P2020-120231)

(22)【出願日】2020年7月13日

【審査請求日】2021年4月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】門田 充弘

(72)【発明者】

【氏名】國友 裕一

(72)【発明者】

【氏名】北口 篤

(72)【発明者】

【氏名】田中 貴照

(72)【発明者】

【氏名】福田 直紀

【審査官】 岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１９−０６４４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３０２０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｗ １０／００−２０／５０

Ｂ６０Ｋ ６／２２− ６／５４７

Ｂ６０Ｌ １／００−５８／４０

Ｈ０２Ｊ ７／１４

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンに接続される第一の発電機および第二の発電機と、
前記第一の発電機に接続され、前記第一の発電機の出力を整流して直流電力として第一の直流ラインに出力する第一の整流回路と、
前記第一の直流ラインと電動機の間に接続されるインバータと、
前記第一の直流ラインに接続され、前記第一の直流ラインの電力を消費可能な電力消費装置と、
前記第二の発電機に接続され、前記第二の発電機の出力を整流して直流電力として第二の直流ラインに出力する第二の整流回路と、
前記第二の直流ラインに接続される補機装置と、
前記第一の直流ラインの電力を変換して前記第二の直流ラインに供給する第一の電力変換装置と、
蓄電装置と、
前記蓄電装置を放電して前記第二の直流ラインに電力を供給する放電動作と、前記第二の直流ラインの電圧を前記蓄電装置の電圧に変換して前記蓄電装置を充電する充電動作とを切り換えて行う第二の電力変換装置と、
制御装置とを備えた回生制動システムにおいて、
前記制御装置は、前記電動機の駆動対象に係る情報に基づいて、前記電動機が回生動作を行っているか否かを判定し、
前記回生動作中であると判定した場合には、
前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた第一の電圧値となるように前記第二の発電機を制御し、
前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた電圧値であって前記第一の電圧値よりも高い第二の電圧値となるように前記第二の電力変換装置を制御し、
前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた電圧値であって前記第二の電圧値よりも高い第三の電圧値となるように前記第一の電力変換装置を制御し、
前記回生動作が終了したと判定した場合には、
前記第一の電力変換装置を停止し、前記第二の発電機、及び、前記第二の電力変換装置を前記回生動作中と同様に制御することを特徴とする回生制動システム。

【請求項2】

請求項１記載の回生制動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記回生動作が終了したと判定した場合には、
前記回生動作が終了した時点から所定の時間が経過するまでの間、前記蓄電装置の放電のみによって前記補機装置を駆動できるように前記蓄電装置の放電電流の上限値を設定し、
前記所定の時間が経過した後、前記蓄電装置の放電電流の上限値を時間の経過とともに減少させるように前記第二の電力変換装置を制御することを特徴とする回生制動システム。

【請求項3】

エンジンと、
請求項１記載の回生制動システムと、
前記回生制動システムの前記第一の発電機から前記第一の整流回路を介して前記第一の直流ラインに出力される電力で動作するとともに、前記第一の直流ラインに回生電力を出力する前記電動機を走行モータとして駆動される駆動輪と
を備えたことを特徴とする電気駆動作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回生制動システム、及び、それを用いた電気駆動作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、化石燃料の枯渇や地球環境問題の悪化を背景として、ハイブリッド自動車や電気自動車のように電気エネルギーを利用した電動車両への関心が高まっており、また、実用化されている。例えば、鉱山現場においては様々な電気駆動の作業車両が使用されており、搬送用途の作業車両としては、電気駆動ダンプトラックなどのような大型の電気駆動作業車両も用いられている。電気駆動ダンプトラックには、エンジンに接続された主機発電機の発電電力をインバータによって変換して走行モータを駆動する電気駆動システムが用いられる場合がある。このような電気駆動システムを搭載したダンプトラックでは、リタード（制動）時に走行モータが生み出す回生電力を補機に供給する、所謂、回生制動システムを搭載することによって、省エネルギー化や燃料消費量低減を実現できると考えられる。

【0003】

このような回生制動システムに関する技術として、例えば、特許文献１には、第１の電圧を第１電源線に出力する電源回路と、前記第１電源線に接続され、前記第１の電圧を受けて充電される蓄電部と、前記第１電源線からの前記第１の電圧を第２の電圧に降圧して第２電源線に出力する降圧機能を有する電圧変換回路と、前記第２電源線に接続され、前記第２の電圧を受けて駆動する電気負荷とを備え、前記電気負荷は、前記第２の電圧を、正常動作が保証される動作電圧下限値として有し、前記電圧変換回路の降圧機能が損なわれたときには、前記電圧変換回路における降圧動作を停止させるとともに、電圧変換比を略１に固定する電圧低下保護手段をさらに備える、電源システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−７４９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回生制動システムでは、走行モータが回生電力を生み出す回生動作中（回生期間）においては、走行モータの回生電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機に供給する。一方、回生動作を行わない他の期間では、エンジン等で駆動される補機発電機で生成した電力を補機に供給する。ここで、回生制動システムによって大きな省エネルギー効果を得るためには、回生期間において補機発電機の出力をゼロとし、補機の消費電力の全てをＤＣ／ＤＣコンバータから供給することが望ましい。したがって、そのような場合には、回生期間の開始または終了時に補機への電力の供給元の切り換えが発生する。補機発電機の出力応答は、ＤＣ／ＤＣコンバータといった電力変換器に比べて遅いため、回生期間の開始や終了直後の過渡状態においては、補機に供給される電圧が急激に変動し、補機の正常な動作が妨げられる可能性がある。特に回生期間の終了直後には、補機発電機を出力がゼロの状態から起動させるため、補機に供給される電圧の急激な低下が懸念される。例えば、補機直流ラインに大容量の平滑コンデンサを接続して補機直流電圧の変動を抑制することも考えられるが、システムの大型化やコストアップなどの問題のほか、起動時の初充電や停止時の放電に時間を要するという問題も発生する。

【0006】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、走行モータによる回生動作の切り換わり時における補機への供給電圧の変動を抑制することができる回生制動システム、及び、それを用いた電気駆動作業車両を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンに接続される第一の発電機および第二の発電機と、前記第一の発電機に接続され、前記第一の発電機の出力を整流して直流電力として第一の直流ラインに出力する第一の整流回路と、前記第一の直流ラインと電動機との間に接続されるインバータと、前記第一の直流ラインに接続され、前記第一の直流ラインの電力を消費可能な電力消費装置と、前記第二の発電機に接続され、前記第二の発電機の出力を整流して直流電力として第二の直流ラインに出力する第二の整流回路と、前記第二の直流ラインに接続される補機装置と、前記第一の直流ラインの電力を変換して前記第二の直流ラインに供給する第一の電力変換装置と、蓄電装置と、前記蓄電装置の電力を変換して前記第二の直流ラインに共有する放電状態と、前記第二の直流ラインの電力を変換して前記蓄電装置に供給する充電状態とを切り換える第二の電力変換装置と、制御装置とを備えた回生制動システムにおいて、前記制御装置は、前記電動機の駆動対象に係る情報に基づいて、前記電動機が回生動作を行っているか否かを判定し、前記回生動作中であると判定した場合には、前記第一の直流ラインの電力を前記第二の直流ラインに供給して、前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた第一の電圧値となるように前記第一の電力変換装置を制御し、前記第二の発電機を停止して前記第二の直流ラインへの電力の供給を停止するように前記第二の発電機を制御し、前記第二の直流ラインの電力を前記蓄電装置に供給するように前記第二の電力変換装置を制御し、前記回生動作が終了したと判定した場合には、前記第一の直流ラインから前記第二の直流ラインへの電力の供給を停止するように前記第一の電力変換装置を制御し、前記第二の発電機を始動して前記第二の直流ラインへの電力の供給を開始し、前記第二の直流ラインの電圧が前記第一の電圧値となるように前記第二の発電機を制御し、前記蓄電装置の電力を前記第二の直流ラインに供給して、前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた電圧値であって前記第一の電圧値よりも高い第二の電圧値となるように前記第二の電力変換装置を制御するものとする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、走行モータによる回生動作の切り換わり時における補機への供給電圧の変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施の形態に係る電気駆動ダンプトラックの外観を模式的に示す側面図である。

【図2】第１の実施の形態に係る電気駆動ダンプトラックの回生制動システムを含む電気駆動システムを概略的に示す図である。

【図3】主機系と補機系の間の電力変換装置の構成の一例を模式的に示す図である。

【図4】主機系と補機系の間の電力変換装置の動作波形の一例を示す図である。

【図5】蓄電装置と補機直流ラインの間の電力変換装置の構成の一例を模式的に示す図である。

【図6】蓄電装置と補機直流ラインの間の電力変換装置の動作波形の一例を示す図であり、蓄電装置の放電時の様子を示す図である。

【図7】蓄電装置と補機直流ラインの間の電力変換装置の動作波形の一例を示す図であり、蓄電装置の充電時の様子を示す図である。

【図8】補機電圧制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【図9】回生期間判定部による電力変換装置と補機発電機のオン・オフ切換の処理内容を示すフローチャートである。

【図10】電気駆動システムの動作波形の一例を示すタイミングチャートであり、回生期間開始時の様子を示す図である。

【図11】電気駆動システムの動作波形の一例を示すタイミングチャートであり、回生期間終了時の様子を示す図である。

【図12】上限値設定部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【図13】上限値設定部の動作波形の一例を示す図である。

【図14】第２の実施の形態に係る補機電圧制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【図15】第２の実施の形態に係る回生期間判定部による電力変換装置と補機発電機のオン・オフ切換の処理内容を示すフローチャートである。

【図16】第２の実施の形態に係る電気駆動システムの動作波形の一例を示すタイミングチャートであり、回生期間開始時の様子を示す図である。

【図17】第２の実施の形態に係る電気駆動システムの動作波形の一例を示すタイミングチャートであり、回生期間終了時の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、電気駆動作業車両の一例として電気駆動ダンプトラックを示して説明するが、例えば、電気駆動ホイールローダのような他の電気駆動作業車両であっても本発明の適用が可能である。

【0011】

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図１３参照しつつ説明する。

【0012】

図１は、本実施の形態に係る電気駆動ダンプトラックの外観を模式的に示す側面図である。また、図２は、電気駆動ダンプトラックの回生制動システムを含む電気駆動システムを概略的に示す図である。なお、図１においては、従動輪、駆動輪、及び、走行モータ等は、左右一対の構成のうちの一方のみを図示して符号を付し、他方については図中に括弧書きで符号のみを示して図示を省略する。

【0013】

図１及び図２において、電気駆動ダンプトラック１００は、前後方向に延在して支持構造体を形成する車体フレーム１と、車体フレーム１の上部に前後方向に延在するように配置され、その後端下部をピン結合部５ａを介して車体フレーム１に傾動可能に設けられた荷台（ベッセル）５と、車体フレーム１の下方前側左右に設けられた一対の従動輪（前輪）２Ｌ，２Ｒと、車体の下方後側左右に設けられた一対の駆動輪（後輪）３Ｌ，３Ｒと、車体フレーム１の上方前側に設けられた運転室（キャブ）４と、車体フレーム１の下方に設けられた燃料タンク９と、車体フレーム１上に配置され、燃料タンク９から供給される燃料により駆動するエンジン１１（図２参照）と、エンジン１１に接続されて駆動される主機発電機１２（第一の発電機）及び主機発電機１２から出力される電力を用いて車輪（駆動輪３Ｌ，３Ｒ）を駆動する走行モータ１０Ｌ，１０Ｒ等を有する電気駆動システム（図２参照）とから概略構成されている。走行モータ１０Ｌ，１０Ｒは、図示しない減速機とともに駆動輪３Ｌ，３Ｒの回転軸部に収められている。車体フレーム１と荷台５とはホイストシリンダ６により接続されており、ホイストシリンダ６の伸縮によって荷台５がピン結合部５ａを中心に回動される。

【0014】

車体フレーム１には、オペレータが歩行可能なデッキが取り付けられており、オペレータはデッキを介して運転室４への移動が可能である。運転室４の内部には、図示しないアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストペダル、ハンドルなどが設置されている。オペレータは運転室４内のアクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み量により電気駆動ダンプトラック１００の加速力や制動力を制御し、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荷台５のダンプ操作を行う。

【0015】

運転室４の後方には、各種電力機器が収納されたコントロールキャビネット８と、余剰エネルギーを電力消費装置１５（図２参照）などによって熱として放散するための複数のグリッドボックス７とが搭載されている。なお、図１には図示しないが、左右の前輪２Ｌ，２Ｒの間に位置する車体フレーム１上には、図２に示すエンジン１１や主機発電機１２の他に、補機類用の電力源である補機発電機４１や油圧機器用の油圧源であるメインポンプ（図示せず）などが搭載されている。

【0016】

図２において、電気駆動ダンプトラック１００の回生制動システムは、エンジン１１に接続される主機発電機１２（第一の発電機）および補機発電機４１（第二の発電機）と、主機発電機１２に接続され、主機発電機１２の出力を整流して直流電力として主機直流ライン１６（第一の直流ライン）に出力する主機整流回路１４（第一の整流回路）と、主機直流ライン１６と走行モータ１０Ｌ，１０Ｒとの間に接続される走行モータ用のインバータ１３Ｌ，１３Ｒと、主機直流ライン１６の電力を消費可能な電力消費装置１５と、補機発電機４１に接続され、補機発電機４１の出力を整流して直流電力として補機直流ライン４３（第二の直流ライン）に出力する補機整流回路４２（第二の整流回路）と、補機直流ライン４３に接続される補機装置４４と、主機直流ライン１６の電力を変換して補機直流ライン４３に供給する電力変換装置２１（第一の電力変換装置）と、蓄電装置３１と、補機直流ライン４３の電力を変換して蓄電装置３１に供給する充電動作と、蓄電装置３１の電力を変換して補機直流ライン４３に供給する放電動作とを切り換えて行う電力変換装置３２（第二の電力変換装置）と、エンジン１１や主機発電機１２、補機発電機４１、電力消費装置１５、電力変換装置２１、電力変換装置３２などの動作を制御する制御装置５０とを備えている。

【0017】

主機整流回路１４は、主機発電機１２の出力を整流して直流電力として主機直流ライン１６に出力するものである。また、補機整流回路４２は、補機発電機４１の出力を整流して直流電力として補機直流ライン４３に出力するものである。主機整流回路１４及び補機整流４２は、それぞれ、例えば、ダイオードを用いて構成される。なお、主機整流回路１４及び補機整流回路４２の代わりにスイッチング素子を用いたＡＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。ここで、補機整流回路４２による整流後の補機発電機４１の出力電流を（ＩＧ）と定義する。以降の説明においては、出力電流ＩＧを補機発電機４１の出力電流として扱う。

【0018】

主機発電機１２及び補機発電機４１は、それぞれ、例えば、巻線励磁型の同期発電機であり、アクチュエータである励磁装置がそれぞれに付属されている。ただし、主機発電機１２及び補機発電機４１として他種の発電機を適用することも可能であり、例えば、主機整流回路１４又は補機整流回路４２としてとしてＡＣ／ＤＣコンバータを用い、永久磁石同期発電機を用いることができる。

【0019】

インバータ１３Ｌ，１３Ｒは、スイッチング素子として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いて構成される。インバータ１３Ｌ，１３Ｒの直流入力は主機直流ライン１６に接続され、交流出力は走行モータ１０Ｌ，１０Ｒに接続される。

【0020】

電力消費装置１５は、制御装置５０からの指令信号に基づいて、主機直流ライン１６の電力を消費する（すなわち、熱エネルギーに変換して放熱する）ものであり、主機直流ライン１６の正負の２極間に直列に接続されてチョッパを構成するスイッチング素子１５２及びダイオード１５３と、スイッチング素子１５２に並列に接続される抵抗１５１とを有している。抵抗１５１は、グリッドボックス７に搭載されている。スイッチング素子１５２としては、例えば、ＩＧＢＴが用いられる。

【0021】

補機装置４４は、例えば、エアコン用のインバータ及びコンプレッサモータシステムや、機器冷却用のインバータ及びブロアモータシステムなどである。したがって、補機装置４４の消費電力（補機消費電力）は、電気駆動ダンプトラック１００の走行状態に応じて変化する。なお、図２においては、これらを１個の等価インピーダンスとみなして補機装置４４として図示している。

【0022】

電力変換装置２１は、後述する回生期間において、主機系（主機直流ライン１６）の主機直流電圧Ｖｉを補機直流電圧Ｖｏに変換して、補機系（補機直流ライン４３）に供給するものであり、所謂、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ここで、電力変換装置２１の補機直流ライン４３への出力電流をＩＤと定義する。

【0023】

主機直流ライン１６の正負の２極間には、主機直流ライン１６の電圧（主機直流電圧Ｖｉ）を検出する電圧検出器１７が接続されている。電圧検出器１７で検出された電圧値（検出値）は制御装置５０に出力される。

【0024】

補機直流ライン４３の正負の２極間には、補機直流ライン４３に発生する補機直流電圧（第二の直流電圧：Ｖｏ）を検出する電圧検出器４５が接続されている。また、補機直流ライン４３の正負の２極の一方には、補機直流ライン４３に発生する直流電流（ＩＤ）を検出する電流検出器２９が挿入されている。電圧検出器４５で検出された電圧値（検出値）および電流検出器２９で検出された電流値（検出値）は制御装置５０に出力される。

【0025】

電力変換装置３２は、蓄電装置３１に蓄えられている電力（電圧ＶＢ）を（Ｖｏ）に変換して補機直流ライン４３に供給する放電動作と、補機直流ライン４３の電力（電圧Ｖｏ）を（ＶＢ）に変換して蓄電装置３１に供給する充電動作とを切り換えて行うものであり、所謂、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。ここで、蓄電装置３１の正負の２極間の直流電圧をＶＢ、蓄電装置３１からの電力変換装置３２への出力電流をＩＢ、電力変換装置３２により変換されて補機直流ライン４３に出力される電流をＩＢ’と定義する。なお、電流ＩＢおよび電流ＩＢ’は、蓄電装置３１から補機直流ライン４３に出力される方向の流れ、すなわち、蓄電装置３１が放電する方向の流れを正とし、補機直流ラインから蓄電装置３１に入力される方向の流れ、すなわち、蓄電装置３１が充電する方向の流れを負とする。以降の説明においては、電流ＩＢ’を電力変換装置３２の出力電流として扱う。後述するように、電力変換装置３２の蓄電装置３１側および補機直流ライン４３側の両端子には、それぞれコンデンサが接続される。これらのコンデンサの静電容量が十分に大きく、かつ、電力変換装置３２の損失を無視できると仮定すれば、定常状態においてＩＢ’＝ＩＢ×ＶＢ／Ｖｏが成り立つ。

【0026】

蓄電装置３１の正負の２極の一方には、蓄電装置３１と電力変換装置３２との間に発生する直流電流（ＩＢ）を検出する電流検出器３３が挿入されている。電流検出器３３で検出された電流値（検出値）は制御装置５０に出力される。なお、蓄電装置３１と電力変換装置３２の間には、電流検出器３３の他に、ヒューズ、リレー、遮断器などを挿入してもよい。

【0027】

以上のように、図１の回生制動システムでは、主機発電機１２から電力変換装置２１を介して供給される電力と、蓄電装置３１から電力変換装置３２を介して供給される電力と、補機発電機４１から供給される電力とが補機装置４４に供給される電力の電源となる。ここで、電流ＩＤ，ＩＢ’，ＩＧの合成電流を補機装置４４の電源電流として補機電源電流ＩＡ（＝ＩＤ＋ＩＢ’＋ＩＧ）と定義する。

【0028】

制御装置５０には、電圧検出器１７からの検出値Ｖｉと、電圧検出器４５からの検出値Ｖｏと、電流検出器３３からの検出値ＩＢとがそれぞれ入力される。また、制御装置５０には、車両情報信号ＳＶが入力される。車両情報信号ＳＶは、電気駆動作業車両である電気駆動ダンプトラック１００の車体速度情報や、オペレータの操作入力情報（アクセルペダルやブレーキペダルの操作量など）といった複数の情報を含んでいる。なお、図１では図示を省略したが、制御装置５０は、インバータ１３の交流出力電流、走行モータ１０の回転速度、エンジン１１の回転速度など、他の情報が入力されるようにしてもよい。

【0029】

制御装置５０は、検出信号に基づいて上述の各機器に制御信号を出力し、電気駆動システム内のエネルギーフローを制御する。図１では、制御装置５０からエンジン１１、主機発電機１２、インバータ１３Ｌ，１３Ｒ、電力消費装置１５、電力変換装置２１、電力変換装置３２、補機発電機４１への制御信号を示した。主機発電機１２と補機発電機４１の動作を制御する制御信号は、励磁電圧または電流の指令値である。すなわち、主機発電機１２と補機発電機４１の励磁装置は、制御装置５０からの指令値に従って励磁電圧または電流を制御する。

【0030】

図３は、主機系と補機系の間の電力変換装置の構成の一例を模式的に示す図である。

【0031】

電力変換装置２１の主機直流ライン１６側の入力端子には、インバータ２２の直流入力端子とコンデンサ２３とが接続されている。インバータ２２の交流出力端子は、トランス２４の一次巻線に接続されている。トランス２４の二次巻線は、整流回路２５の交流入力端子に接続されている。整流回路２５の直流出力端子は、チョークコイル２６とコンデンサ２７とから成るフィルタ回路を介して電力変換装置２１の補機直流ライン４３側の出力端子に接続される。

【0032】

駆動制御装置２８は、制御装置５０から入力される制御信号に基づき、インバータ２２を構成する素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動電圧を出力する。インバータ２２は、電力変換装置２１に入力される主機直流電圧Ｖｉを交流電圧Ｖｔｒに変換し、トランス２４の一次巻線に印加する。トランス２４は、電力変換装置２１の入出力間を絶縁しつつ、一次巻線に印加された電圧を変圧して二次巻線に交流電圧を発生させる。この交流電圧は、整流回路２５によって直流電圧に変換され、フィルタ回路を介して電力変換装置２１から出力される。

【0033】

なお、電力変換装置２１としては、ＤＣ／ＤＣコンバータであれば他の回路構成を利用してもよい。また、インバータ２２の回路方式として４個の素子Ｑ１〜Ｑ４を備えるフルブリッジインバータ回路を例示したが、他の回路方式であってもよい。例えば、図２では、素子Ｑ１〜Ｑ４をＩＧＢＴとした場合を例示したが、ＭＯＳＦＥＴなどの他種の素子を利用してもよい。また、整流回路２５の回路方式として４個のダイオードＤ１〜Ｄ４で構成されるフルブリッジ整流回路を例示したが、他の回路方式であってもよい。また、電力変換装置２１は上記の要素の他にも、ブレーカやリレーなどの制御部品、ヒューズやサージプロテクタなどの保護部品、ノイズフィルタを備えていてもよい。

【0034】

図４は、主機系と補機系の間の電力変換装置の動作波形の一例を示す図である。

【0035】

図４においては、素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作２周期分の動作波形を示した。図４の縦軸項目として、素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動信号（オン・オフ信号）、トランス２４の一次巻線電圧Ｖｔｒ、出力電流ＩＤ、チョークコイル２６の電流ＩＬｄを示した。出力電流ＩＤと電流ＩＬｄについては重ねて示し、出力電流ＩＤを破線とした。なお、図４では、電力変換装置２１の動作の概要を示すものであり、回路の寄生容量や寄生インダクタンスが引き起こす電圧・電流振動、及び、素子の電圧降下を無視するものとする。また、図４に示した期間においては、主機直流電圧Ｖｉと補機直流電圧Ｖｏはそれぞれ一定とした。また、コンデンサ２７の静電容量が十分大きいと仮定し、出力電流ＩＤは一定とした。

【0036】

素子Ｑ１，Ｑ４がオンの期間では、電圧Ｖｔｒの絶対値は電圧Ｖｉと等しくなり、電圧Ｖｔｒの極性は正となる。素子Ｑ２，Ｑ３がオンの期間では、電圧Ｖｔｒの絶対値は電圧Ｖｉと等しくなるが、電圧Ｖｔｒの極性は負となる。これらの期間では電流ＩＬｄが時間とともに増大する。全素子（素子Ｑ１〜Ｑ４）がオフの期間では、電圧Ｖｔｒはゼロになり、電流ＩＬｄが時間とともに減少する。以上のように電流ＩＬｄは増減を繰り返し、その平均値が出力電流ＩＤとなる。ここで、図４に示すように、スイッチング周期をＴｓｗと定義し、素子Ｑ１，Ｑ４（または素子Ｑ２，Ｑ３）のオン時間をＴｏｎと定義する。このとき、パルス幅変調（ＰＷＭ： Pulse Width Modulation）におけるデューティｄＤは（２Ｔｏｎ）／Ｔｓｗとなる。すなわち、デューティｄＤを制御することで、電力変換装置２１の出力電圧Ｖｏを制御することができる。電圧Ｖｉが一定であれば、デューティｄＤを大きくするほど電力変換装置２１の出力電圧Ｖｏは高くなる。

【0037】

図５は、蓄電装置と補機直流ラインの間の電力変換装置の構成の一例を模式的に示す図である。

【0038】

電力変換装置３２は、２個の素子Ｑ５，Ｑ６による上下アーム（ハーフブリッジ回路）３４と、チョークコイル３５と、コンデンサ３６，３７とにより構成されている。駆動制御装置３８は、制御装置５０から入力される制御信号に基づいて、素子Ｑ５，Ｑ６の駆動電圧を出力する。

【0039】

図６及び図７は、蓄電装置と補機直流ラインの間の電力変換装置の動作波形の一例を示す図であり、図６は蓄電装置の放電時の様子を、図７は蓄電装置の充電時の様子をそれぞれ示している。

【0040】

図６及び図７においては、素子Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作２周期分の動作波形を示した。図６及び図７の縦軸項目として、素子Ｑ５，Ｑ６の駆動信号（オン・オフ信号）、上下アーム３４の出力電圧Ｖｃｈ、充放電電流ＩＢ、チョークコイル３５の電流ＩＬｂを示した。電流ＩＢと電流ＩＬｂについては重ねて示し、電流ＩＢを破線とした。なお、図６及び図７では、回路の寄生容量や寄生インダクタンスが引き起こす電圧・電流振動、及び、素子の電圧降下を無視するものとする。また、図６及び図７に示した期間においては、蓄電装置３１の電圧ＶＢと補機直流電圧Ｖｏはそれぞれ一定とした。また、コンデンサ３６の静電容量が十分大きいと仮定し、電流ＩＢは一定とした。また、図示については省略するが、コンデンサ３７の静電容量も十分大きく、電流ＩＢ’も一定であるものとする。

【0041】

図６では、電力変換装置３２が蓄電装置３１を放電しており、電流ＩＢが正となっている。このとき、電力変換装置３２のコンデンサ３６が接続される側（図５の左側）の端子が入力、コンデンサ３７が接続される側（図５の右側）の端子が出力になる。素子Ｑ５は常時オフ状態である。素子Ｑ６がオンの期間では、電圧Ｖｃｈは０（ゼロ）となり、チョークコイル３５に電圧ＶＢが印加される。電流ＩＬｂが時間とともに増大し、チョークコイル３５にエネルギーが蓄えられる。素子Ｑ６がオフの期間では、チョークコイル３５に蓄えられたエネルギーが素子Ｑ５の逆並列ダイオードを通して出力側へと放出され、電流ＩＬｂは時間とともに減少する。このとき、電圧Ｖｃｈが出力電圧（補機直流電圧Ｖｏ）となる。以上のように電流ＩＬｂは増減を繰り返し、その平均値が電流ＩＢとなる。ここで、図６に示すように、スイッチング周期をＴｓｗと定義し、素子Ｑ６のオン時間をＴｏｎ６と定義する。このとき、ＰＷＭにおけるデューティｄＢ６はＴｏｎ６／Ｔｓｗとなる。デューティｄＢ６は、放電時における電力変換装置３２の操作量となる。電圧ＶＢを一定とすると、デューティｄＢ６を大きくするほど電力変換装置３２の出力電圧Ｖｏは高くなる。

【0042】

図７では、電力変換装置３２が蓄電装置３１を充電しており、電流ＩＢが負となっている。このとき、電力変換装置３２のコンデンサ３７が接続される側（図５の右側）の端子が入力、コンデンサ３６が接続される側（図５の左側）の端子が出力になる。素子Ｑ６は常時オフ状態である。素子Ｑ５がオンとなり、電圧Ｖｃｈが電圧Ｖｏとなる期間では、素子Ｑ５とチョークコイル３５を介して、入力側から出力側へと電流が流れる。電流ＩＬｂの絶対値は時間とともに増大する。素子Ｑ５がオフになると、素子Ｑ６の逆並列ダイオードが導通して電圧Ｖｃｈが０（ゼロ）となり、電流ＩＬｂの絶対値は時間とともに減少する。ここで、図７に示すように、スイッチング周期をＴｓｗと定義し、素子Ｑ５のオン時間をＴｏｎ５と定義する。このとき、ＰＷＭにおけるデューティｄＢ５はＴｏｎ５／Ｔｓｗとなる。デューティｄＢ５は、充電時における電力変換装置３２の操作量となる。電圧Ｖｏを一定とすると、デューティｄＢ５を大きくするほど出力ＶＢは高くなる。

【0043】

ここで、デューティｄＢ５，ｄＢ６を１つにまとめ、正負極性を持つデューティｄＢを定義する。駆動制御装置３８には、制御装置５０からの制御信号としてｄＢが入力される。駆動制御装置３８は、制御信号ｄＢが正の場合には、デューティｄＢ６＝ｄＢとして図６に示したように素子Ｑ６のオン・オフを制御する。一方、制御信号ｄＢが負の場合には、デューティｄＢ５＝｜ｄＢ｜として図７に示したように素子Ｑ５のオン・オフを制御する。すなわち、制御信号ｄＢが正の場合に放電を、負の場合に充電を表す。なお、定常状態では電流ＩＬｂの平均値が電流ＩＢとなる。すなわち、図２においては、制御装置５０が電流検出器３３の検出値（電流ＩＢ）を用いる構成を例示したが、電流ＩＢの代わりに電流ＩＬｂを検出してその平均値を用いる構成としてもよい。

【0044】

図２に戻る。

【0045】

図２に示したように、制御装置５０は、駆動制御部５１と、主機電圧制御部５２と、補機電圧制御部５３とを備えている。

【0046】

駆動制御部５１は、車両情報信号ＳＶに含まれるアクセルペダルやブレーキペダルの操作量にしたがってエンジン１１とインバータ１３に制御信号を出力する。後述するように、電圧Ｖｉは加速時において主機発電機１２によって制御され、制動時において電力消費装置１５によって制御される。

【0047】

主機電圧制御部５２は、入力される車両情報信号ＳＶから加速または減速（制動）を判定し、電圧Ｖｉが所定の指令値と一致するように主機発電機１２または電力消費装置１５に制御信号を出力する。

【0048】

補機電圧制御部５３は、補機直流電圧Ｖｏが所定の指令値と一致するように、補機電源である補機発電機４１、電力変換装置２１、及び、電力変換装置３２に対して制御信号を出力する。すなわち、電圧Ｖｏは、補機発電機４１、電力変換装置２１、電力変換装置３２の三点の補機電源によって制御される。補機電圧制御部５３にも、駆動制御部５１や主機電圧制御部５２と同様に車両情報信号ＳＶが入力される。

【0049】

なお、制御装置５０では、後述するように電流ＩＢを検出してこれを制御するが、電流ＩＢの代わりに電流ＩＢ’を検出して制御する構成としてもよい。その場合には、電流検出器３３の接続位置を電流ＩＢ’を検出可能な位置に変更し、前述の関係式（ＩＢ’＝ＩＢ×ＶＢ／Ｖｏ）を用いて電流指令値を変換すればよい。

【0050】

制御装置５０の実現方法については任意であるが、一例として基板上に電子回路として実装する方法がある。この場合、基板にはＣＰＵ(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)などのデバイスが搭載される。後述する補機電圧制御部５３の演算内容は、これらのデバイスで実行されるプログラム等により実現される。なお、制御装置５０は複数の演算ブロックを備えるため、各演算ブロックを別々の基板またはデバイスに実装し、これらをまとめて制御装置５０を構成してもよい。また、一つの演算ブロックを複数の基板またはデバイスに分割して実装してもよい。例えば、補機電圧制御部５３は、補機発電機４１、電力変換装置２１、電力変換装置３２の制御信号を生成するが、各制御信号の生成を別の基板またはデバイスに割り当ててもよい。

【0051】

ここで、電気駆動システムの基本的なエネルギーフローについて説明する。

【0052】

まず、加速時における電気駆動システムのエネルギーフローについて説明する。エンジン１１により主機発電機１２が駆動されると、主機発電機１２が出力する交流電圧は主機整流回路１４によって主機直流電圧Ｖｉに変換され、インバータ１３に入力される。オペレータがアクセルペダルを踏み込むと、インバータ１３から走行モータ１０に交流電力が供給され、走行モータ１０は車輪を駆動して車体を加速させる。この場合、主機直流電圧Ｖｉは主機発電機１２によって制御される。エンジン１１により補機発電機４１が駆動されると、補機発電機４１が出力する交流電圧は補機整流回路４２によって直流に変換され、補機装置４４に入力される。また、電力変換装置３２によって蓄電装置３１を放電し、放電電力を補機装置４４に供給することができる。

【0053】

次に、制動時、すなわち、走行モータ１０の回生期間におけるエネルギーフローについて説明する。オペレータがブレーキペダルを踏み込むと、走行モータ１０は車体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータ１３を介して主機直流ライン１６へ回生電力を出力する。すなわち、走行モータ１０は発電機として動作する。電力消費装置１５は、回生電力を熱に変換し、主機直流電圧Ｖｉが過大になることを防ぐ。したがって、この場合の主機直流電圧Ｖｉは電力消費装置１５によって制御される。電力変換装置２１は、主機直流電圧Ｖｉを補機直流電圧Ｖｏに変換し、回生電力の一部を補機直流ライン４３に出力する。補機直流ライン４３に出力された電力は、補機装置４４によって消費されるか、または、電力変換装置３２を介して蓄電装置３１に蓄えられる。このように回生電力が消費されることで電気ブレーキがかかり、車体は減速する。なお、車体の制動には、電気ブレーキと図示しない機械ブレーキを併用してもよい。

【0054】

制動時では、電力変換装置２１が補機装置４４に給電するため、その分だけ補機発電機４１、ひいてはエンジン１１の負荷が低減される。このような動作によって、制動時に発生する回生電力を補機で有効利用でき、その分だけダンプトラックの省エネルギー化・燃料消費量低減を実現できる。これが本発明における回生制動システムである。

【0055】

次に、制御装置５０の補機電圧制御部５３の処理内容について説明する。

【0056】

図８は、補機電圧制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【0057】

図８において、補機電圧制御部５３は、補機直流電圧Ｖｏを制御するための電圧制御系６０（第一の電圧制御系）、電圧制御系７０（第二の電圧制御系）、電圧制御系８０（第三の電圧制御系）を備えている。

【0058】

電圧制御系６０は、電圧Ｖｏが第一の電圧指令値と一致するように補機発電機４１を制御するための演算を行う。また、電圧制御系７０は、電圧Ｖｏが第二の電圧指令値と一致するように電力変換装置３２を制御するための演算を行う。また、電圧制御系８０は、電圧Ｖｏが第三の電圧指令値と一致するように電力変換装置２１を制御するための演算を行う。

【0059】

本実施の形態においては、第一の電圧指令値と第三の電圧指令値がＶ１に、第二の電圧指令値がＶ２にそれぞれ設定される。このとき、電圧Ｖ２＞Ｖ１となるように設定される。なお、電圧Ｖｏには補機装置４４が正常に動作するための許容範囲（動作電圧仕様）が耐電圧特性や動作特性などに基づいて予め定められており、電圧Ｖ１，Ｖ２はその許容範囲内の値とする。

【0060】

補機電圧制御部５３は、回生期間の判定を行い、判定結果に基づいて電力変換装置２１と補機発電機４１のオン・オフ制御を行う。回生期間判定部５４は、車両情報信号ＳＶに基づいて回生期間の判定を行い、回生期間判定信号ＳＲを生成する。回生期間判定信号ＳＲの例としては、回生期間においてＨ（ハイ）レベル、回生期間ではない期間（以下、非回生期間と称する）においてＬ（ロー）レベルとなるようなディジタル信号が考えられる。回生期間判定信号ＳＲは、後述のオン・オフ切換部８１（第二のオン・オフ切換部）と６１（第一のオン・オフ切換部）、上限値設定部７１（第一の上限値設定部）に出力される。

【0061】

車両情報信号ＳＶには、車体速度情報やオペレータの操作入力情報が含まれる。例えば、オペレータのブレーキペダル操作、または、車体の減速といった情報から、回生期間であるか否かを判定できる。なお、図示については省略するが、インバータ１３の交流出力電流を検出して走行モータ１０のトルクを計算し、これと走行モータ１０の回転速度から回生電力を計算することによって、回生期間の判定を行ってもよい。このとき、回生電力が所定の閾値より大きい場合に、回生期間であると判定する。検出されたインバータ１３の交流出力電流を利用する代わりに、駆動制御部５１で演算される電流指令値を用いてもよい。以上から、回生期間判定部５４には、車両情報信号ＳＶだけでなく、回生期間の判定に必要な他の情報を入力してもよい。

【0062】

オン・オフ切換部８１は、電力変換装置２１のオン・オフ制御に関連し、回生期間において電力変換装置２１を動作させる（オン状態とする）ようにオン・オフ信号ＳＤを生成する。生成されたオン・オフ信号ＳＤは、後述のオン・オフ制御部８２（第二のオン・オフ制御部）に出力される。オン・オフ信号ＳＤの例としては、オン状態においてＨ（ハイ）レベル、オフ状態においてＬ（ロー）レベルとなるようなディジタル信号が考えられる。この場合、オン・オフ信号ＳＤは回生期間判定信号ＳＲと同じになる。

【0063】

オン・オフ切換部６１は、補機発電機４１のオン・オフ制御に関連し、非回生期間において補機発電機４１を動作させる（オン状態とする）するようにオン・オフ信号ＳＧを生成する。生成されたオン・オフ信号ＳＧは、後述のオン・オフ制御部６２（第一のオン・オフ制御部）に出力される。オン・オフ信号ＧＳの例としては、オン状態においてＨ（ハイ）レベル、オフ状態においてＬ（ロー）レベルとなるようなディジタル信号が考えられる。この場合、オン・オフ信号ＳＧは回生期間判定信号ＳＲを反転させた信号ＳＰと同じになる。

【0064】

図９は、回生期間判定部による電力変換装置と補機発電機のオン・オフ切換の処理内容を示すフローチャートである。補機電圧制御部５３の演算がＣＰＵにおいてプログラム等により実現される場合には、図９に示すフローチャート基づいたオン・オフ切換の処理が周期的に実行される。

【0065】

図９において、回生期間判定部５４は、まず、車両情報信号ＳＶに基づいて回生期間であるか否かを判定し、判定結果に応じた回生期間判定信号ＳＲを生成する（ステップＳ１００）。続いて、回生期間であるか否か、すなわち、回生期間判定信号ＳＲがオンであるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、判定結果がＹＥＳの場合には、オン・オフ信号ＳＤとしてＨ（ハイ）を出力することで電力変換装置２１をオン状態に制御し、オン・オフ信号ＳＧとしてＬ（ロー）を出力することで補機発電機４１をオフ状態に制御し（ステップＳ１１１）、処理を終了する。また、ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、回生期間ではないと判定した場合には、オン・オフ信号ＳＤとしてＬ（ロー）を出力することで電力変換装置２１をオフ状態に制御し、オン・オフ信号ＳＧとしてＨ（ハイ）を出力することで補機発電機４１をオン状態に制御し（ステップＳ１１２）、処理を終了する。

【0066】

ここで、電力変換装置２１の制御演算について説明する。電圧制御系８０は、電圧Ｖ１と電圧Ｖｏの偏差（Ｖ１−Ｖｏ）を計算した後、電圧制御演算部８３にて電力変換装置２１の操作量を計算してオン・オフ制御部８２に出力する。具体的には、比例積分（ＰＩ: Proportional Integral）制御などの制御則に基づき、偏差が小さくなるように操作量を変化させる。電力変換装置２１の構成では、ＰＷＭのデューティｄＤが操作量となる。オン・オフ制御部８２はオン・オフ信号ＳＤに基づいて、オン状態であれば、電圧制御演算部８３が生成した操作量をそのまま出力する。オフ状態であれば、操作量をゼロに変更して出力する。オン・オフ制御部８２の出力は、制御信号として電力変換装置２１へと出力される。

【0067】

次に、補機発電機４１の制御演算について説明する。電圧制御系６０は、電圧Ｖ１と電圧Ｖｏの偏差（Ｖ１−Ｖｏ）を計算した後、電圧制御演算部６３にて補機発電機４１の操作量を計算してオン・オフ制御部６２に出力する。前述の通り、補機発電機４１として巻線励磁型の同期発電機を想定し、励磁電圧または電流の指令値を操作量とする。オン・オフ制御部６２はオン・オフ信号ＳＧに基づいて、オン状態であれば、電圧制御演算部６３が生成した操作量をそのまま出力する。オフ状態であれば、操作量をゼロに変更して出力する。オン・オフ制御部６２の出力は、制御信号として補機発電機４１へと出力される。

【0068】

次に、電力変換装置３２の制御演算について説明する。電圧制御系７０はマイナーループとして、蓄電装置３１の充放電電流ＩＢを制御するための電流制御系７２を備える。前述のように、電流ＩＢの代わりに電流ＩＢ’や電流ＩＬｂを制御してもよい。電圧制御系７０では、電圧Ｖ２と電圧Ｖｏの偏差（Ｖ２−Ｖｏ）を計算した後、電圧制御演算部７３にて電流指令値を生成する。この電流指令値をリミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１（第一の電流指令値）と定義する。具体的には、ＰＩ制御などの制御則に基づき、偏差を小さくするようにリミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１を変化させる。リミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１は、後段の可変リミッタ７４に入力される。可変リミッタ７４には、後述される電流上限値ＩＢｍａｘも入力される。可変リミッタ７４は、上限値をＩＢｍａｘとしてリミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１にリミッタ処理を施し、リミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２（第二の電流指令値）を生成する。リミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２は電流制御系７２に入力される。

【0069】

電流制御系７２では、リミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２と電流ＩＢの偏差（ＩＢｒｅｆ２−ＩＢ）を計算した後、電流制御演算部７５にて電力変換装置３２の操作量を演算して出力する。具体的には、ＰＩ制御などの制御則に基づき、偏差を小さくするように操作量を変化させる。電力変換装置３２の構成では、ＰＷＭのデューティｄＢが操作量となる。電流制御演算部７５が生成した操作量は、制御信号として電力変換装置３２へと出力される。上限値設定部７１は、回生期間判定信号ＳＲからリミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１の上限値ＩＢｍａｘを生成して可変リミッタ７４に出力する。ＩＢｍａｘの具体的な生成方法については、動作タイミングチャートやブロック図とともに後述する。なお、図示については省略するが、電力変換装置２１の電圧制御系８０についても、電圧制御系７０と同様にマイナーループとしての電流制御系を設け、電力変換装置２１の出力電流ＩＤや電流ＩＬｄを制御する構成としてもよい。

【0070】

図１０及び図１１は、電気駆動システムの動作波形の一例を示すタイミングチャートであり、図１０は回生期間開始時の様子を、図１１は回生期間終了時の様子をそれぞれ示している。

【0071】

図１０及び図１１の縦軸項目は、電力変換装置２１と補機発電機４１のオン・オフ信号ＳＤ，ＳＧ、補機直流電圧Ｖｏ、電力変換装置２１の出力電流ＩＤ、蓄電装置３１の充放電電流ＩＢ、補機発電機４１の出力電流ＩＧである。電流ＩＢについては、電流上限値ＩＢｍａｘを点線にて重ねて示した。また、図示した期間において補機装置４４に入力される電流は一定とし、その値を電流Ｉ１として図中に記載した。なお、図１０及び図１１は、電圧や電流の変化の概形を示すものであり、これらが直線的に変化するように図示しているが、実際の電圧や電流は直線的に変化するとは限らない。

【0072】

まず、回生期間開始時の動作について説明する。図１０に示すように、時刻ｔ１，ｔ２を定義し、時刻ｔ１にて回生期間が開始するものとする。すなわち、回生期間判定部５４は、時刻ｔ１にて回生期間が開始したと判定している。以下では、図１１を用いて、時刻ｔ１以前の期間、時刻ｔ１〜ｔ２の期間、時刻ｔ２以降の期間のそれぞれの動作について順に説明する。なお、図１０では、電流ＩＢと電流ＩＢｍａｘがほぼ重なった状態となる。このことは、後述のように、電流ＩＢが可変リミッタ７４に制限されていることを意味する。

【0073】

時刻ｔ１以前の期間は非回生期間であり、電力変換装置２１がオフ状態、補機発電機４１がオン状態である。電力変換装置２１がオフ状態であるため、電流ＩＤは０（ゼロ）である。また、後述する理由によって、電圧Ｖｏは補機発電機４１によって電圧Ｖ１に制御されている。

【0074】

上限値設定部７１は、電流ＩＢｍａｘをＩ３に設定する。Ｉ３は正の値または０（ゼロ）である。すなわち、電力変換装置３２は蓄電装置３１を放電できるが、放電電流ＩＢは電流Ｉ３に制限される状態である。ここで、電流ＩＢが電流Ｉ３に制御された場合、電力変換装置３２の出力電流ＩＢ’は電流Ｉ３’になると定義する。電流ＩＢと電流ＩＢ’の相互変換については、既に説明しているため省略する。電流Ｉ３は、Ｉ３’＜Ｉ１を満たすように設定される。したがって、電力変換装置３２だけでは全ての補機電力を供給できない状態である。電力の不足分はＩ１−Ｉ３’である。

【0075】

電力変換装置３２用の電圧制御系７０は、電圧Ｖｏを電圧Ｖ２へと増大させるように動作する。しかし、電圧制御系７０において、電圧制御演算部７３がリミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１をいくら増大させても、可変リミッタ７４によってリミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２はＩＢｍａｘ＝Ｉ３に制限される。上述のように、蓄電装置３１を電流Ｉ３で放電させるだけでは全ての補機電力を供給できない。このように可変リミッタ７４に掛かった状態では、電力変換装置３２は定電流（ＣＣ： Constant Current）モードで動作することになり、電圧Ｖｏを電圧Ｖ２に制御することができない。定電流モードにおける電流指令値はＩＢｍａｘ＝Ｉ３となる。電流制御系７２によって電流ＩＢは電流Ｉ３に制御され、電流ＩＢ’は電流Ｉ３’となる。

【0076】

補機発電機４１用の電圧制御系６０は、電圧Ｖｏを電圧Ｖ１に制御するように動作する。その結果、電圧Ｖｏは補機発電機４１によって電圧Ｖ１に制御される状態となり、電流ＩＧは上述の不足電流Ｉ１−Ｉ３’となる。

【0077】

なお、図１０では、電流ＩＢｍａｘを電流Ｉ３で一定としたが、蓄電装置３１の充電残量によって電流ＩＢｍａｘを変化させてもよい。例えば、本実施の形態における電気駆動システムに対して、蓄電装置３１の電圧ＶＢを検出するための電圧検出器を追加すれば、電圧ＶＢの検出値から充電残量を計算できる。また、電流ＩＢの積算によって充電残量を計算してもよい。充電残量が下限値に達している場合、電流ＩＢｍａｘをゼロにしてもよい。電流ＩＢｍａｘがゼロであれば、電流ＩＧはＩ１となり、補機発電機４１だけで全ての補機電力を供給する状態となる。

【0078】

時刻ｔ１〜ｔ２の期間においては、時刻ｔ１にて回生期間が開始し、電力変換装置２１がオン状態に、補機発電機４１がオフ状態になる。補機発電機４１の励磁巻線電圧を０（ゼロ）にしても、励磁巻線のインダクタンスによって励磁電流は徐々に減少する。そのため、電流ＩＧも徐々に０（ゼロ）まで減少する。

【0079】

時刻ｔ１からｔ２にかけて、上限値設定部７１は電流ＩＢｍａｘを負の値（−Ｉ２）へと徐々に減少させる。ここで、電流Ｉ２＞０（ゼロ）である点に注意されたい。図１０では、電流ＩＢｍａｘを直線的に減少させた場合を例示したが、その限りではない。リミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２は電流ＩＢｍａｘにしたがって減少し、電流制御系７２の動作によって電流ＩＢも電流ＩＢｍａｘにしたがって減少する。すなわち、上述の定電流モードが継続し、電流指令値が徐々に減少するような動作となる。電流ＩＢｍａｘと共に電流ＩＢが正から負に反転すると、蓄電装置３１は放電から充電へと転じる。電流ＩＢ’も電流ＩＢに合わせて減少する。ここで、電流ＩＢが（−Ｉ２）に制御されるとき、電流ＩＢ’は電流（−Ｉ２’）になると定義する。

【0080】

電力変換装置２１用の電圧制御系８０は、電圧Ｖｏを電圧Ｖ１に制御するように動作を開始する。その結果、電力変換装置２１は、上述のIGとIB’の減少に対して、補機電源電流IA ( = ID＋IB’＋IG )がI1と一致するようにIDを徐々に増大させる。IGがゼロに、IB’が-I2’になるとき、IDはI1+ I2’となる。上述のようにIBを徐々に減少させることによって、電力変換装置２１の負荷変動が抑えられ、Voの過渡的な変動が小さくなる。なお、実際には、徐々に減少するIGとIB’が外乱となり、VoはV1より僅かに低くなる。図８(a)ではこれを無視し、VoがV1に一致するものとした。

【0081】

時刻ｔ２以降の期間においては、電圧Ｖｏは電力変換装置２１によって電圧Ｖ１に制御される。電流ＩＤはＩ１＋Ｉ２’になり、電流ＩＢは（−Ｉ２）になり、電流ＩＧは０（ゼロ）になる。このとき、蓄電装置３１は充電状態であり、充電電流の大きさは電流Ｉ２である。このように、回生期間において、電力変換装置２１は、補機消費電力を全て供給しつつ、電力変換装置３２が蓄電装置３１を充電するための電力を供給する。回生期間の開始後、補機電源は補機発電機４１から電力変換装置２１に切り換えられる。

【0082】

なお、図１０では、電流ＩＢｍａｘを電流（−Ｉ２）で一定としたが、蓄電装置３１の充電残量によって電流ＩＢｍａｘを変化させてもよい。例えば、充電残量が上限値に達している場合には、電流ＩＢｍａｘをゼロにしてもよい。回生期間において蓄電装置３１を充電することで、後述の放電に必要なエネルギーが蓄えられる。

【0083】

次に、回生期間終了時の動作について説明する。図１１に示すように、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５を定義する。時刻ｔ３にて、回生期間が終了するものとする。以下では、図１１を用いて、時刻ｔ３〜ｔ４の期間、及び、時刻ｔ４〜ｔ５期間のそれぞれ動作について順に説明する。なお、時刻ｔ３以前の期間の動作は時刻ｔ２以降の期間の動作（図１０参照）と同様であり、また、時刻ｔ５以降の期間の動作は時刻ｔ１以前の期間の動作（図１０参照）と同様であるため、ともに説明を省略する。

【0084】

時刻ｔ３〜ｔ４期間の期間においては、時刻ｔ３にて回生期間が終了するものとする。このとき、電力変換装置２１はオフ状態となり、電流ＩＤは０（ゼロ）まで減少する。一方、補機発電機４１はオン状態になる。

【0085】

上限値設定部７１は、電流ＩＢｍａｘを正の値Ｉ４に変化させる。電流ＩＢｍａｘが正になることで、電力変換装置３２は蓄電装置３１を放電することが可能となる。ここで、電流ＩＢが電流Ｉ４に制御された場合、電流ＩＢ’はＩ４’になると定義する。電流Ｉ４は、Ｉ４’＞Ｉ１となるように設定される。すなわち、電力変換装置３２が単独で全ての補機電力を供給することを許容する。なお、電流ＩＢがＩ１’に制御されるときの電流ＩＢ’を電流Ｉ１と定義する。Ｉ４’＞Ｉ１であるため、Ｉ１’＜Ｉ４である。

【0086】

電力変換装置３２用の電圧制御系７０は電圧ＶｏをＶ２へと増大させるために、リミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２を正の値へと増大させる。電流制御系７２の動作によって電流ＩＢは増大し、負から正へと反転する。すなわち、蓄電装置３１は充電から放電へと転じる。電流ＩＢと共に電流ＩＢ’も負から正へと反転する。

【0087】

時刻ｔ３の直後においては、電流Ｉ１に比べて電流ＩＡ（＝ＩＤ＋ＩＢ’＋ＩＧ）が小さいため、電圧ＶｏはＶ１から減少する。補機発電機４１用の電圧制御系６０は、電圧ＶｏをＶ１へと増大させるように動作し、これによって電流ＩＧが流れ始める。このように、電圧Ｖｏの減少を防ぐために、電力変換装置３２と補機発電機４１の両方が電流を出力する。しかし、電力変換装置３２に比べて補機発電機４１の応答は遅いため、電流ＩＧはほとんど増大することなく、ほぼ電流ＩＢ’のみによって電圧Ｖｏが増大へと転じる。

【0088】

電圧ＶｏがＶ１に達した後も、電圧ＶｏがＶ２より小さければ、電力変換装置３２は電流ＩＢ’を増大させようとする。これによって電圧ＶｏがＶ１を上回ると、補機発電機４１は電流ＩＧを減少させようとする。結果として、電力変換装置３２が単独で全ての補機電力を供給する状態となり、電流ＩＢ’はＩ１になり、電流ＩＢはＩ１’になる。また、電流ＩＧはゼロまで減少する。この状態になると、電圧Ｖｏは電力変換装置３２によって電圧Ｖ２に制御される。このとき、電力変換装置３２は定電圧（ＣＶ： Constant Voltage）モードで動作する。

【0089】

このように、補機発電機４１と電力変換装置３２の両方が電圧Ｖｏを制御しようとするが、Ｖ２＞Ｖ１であるため、電力変換装置３２が優先して電力を出力する状態となる。

【0090】

時刻ｔ４〜ｔ５の期間においては、回生期間の終了から所定の時間が経過した時刻ｔ４以降、上限値設定部７１は電流ＩＢｍａｘをＩ４から徐々に上述のＩ３まで減少させる。なお、図１１では、電流ＩＢｍａｘを直線的に減少させたが、その限りではない。電流ＩＢｍａｘがＩ１’より大きい期間では、電力変換装置３２が電流ＩＢをＩ１’に制御することによって電圧ＶｏをＶ２に制御している。電流ＩＢｍａｘがＩ１’より小さくなると、電力変換装置３２は単独で補機電力を供給できなくなる。電力変換装置３２は、既に説明した定電流モードに移行する。電力変換装置３２は電圧ＶｏをＶ２に維持できなくなり、電圧ＶｏはＶ２から減少していく。電圧ＶｏがＶ１より小さくなると、補機発電機４１用の電圧制御系６０は、電圧ＶｏをＶ１へと増大させるように動作し、電流ＩＧが再び流れ始める。電流ＩＢの減少を緩やかに制御しているため、応答の遅い補機発電機４１でも追従可能であり、補機発電機４１は電流ＩＧを徐々に増大させて電圧ＶｏをＶ１に制御する。

【0091】

ここで、上限値設定部７１の処理内容について詳細に説明する。

【0092】

図１２は、上限値設定部の処理内容を示す機能ブロック図である。また、図１３は、上限値設定部の動作波形の一例を示す図である。

【0093】

図１２に示すように、上限値設定部７１は、回生期間判定部５４から入力される回生期間判定信号ＳＲに基づいて電流上限値ＩＢｍａｘを生成するものである。以下の説明においては、回生期間判定信号ＳＲとその反転信号ＳＰの値について、Ｈ（ハイ）レベルの場合を１、Ｌ（ロー）レベルの場合を０（ゼロ）とする。

【0094】

上限値設定部７１が出力する電流上限値ＩＢｍａｘは、後述する回生期間用の電流上限値ＩＢＲと非回生期間用の電流上限値ＩＢＰを加算した値を立下り変化率リミッタ７１１を通すことで生成される。

【0095】

回生期間用の電流上限値ＩＢＲは、回生期間判定信号ＳＲに乗算器７１４において値（−Ｉ２）を乗算することによって生成される。すなわち、回生期間においては回生期間判定信号ＳＲ＝１であるため、電流上限値ＩＢＲ＝−Ｉ２となる。また、非回生期間においては回生期間判定信号ＳＲ＝０（ゼロ）であるため、電流上限値ＩＢＲ＝０（ゼロ）となる。

【0096】

非回生期間用の電流上限値ＩＢＰは、回生期間判定信号ＳＲの論理反転器（論理否定器）７１５による反転信号ＳＰに基づいて生成される。減衰電流指令生成部７１２は、以下の要領で信号ＳＰから減衰電流指令値ＩＢｄｅｃを生成する。減衰電流指令生成部７１２は、回生期間の終了時点、すなわち、信号ＳＰの立ち上がりをトリガとして、減衰電流指令生成部７１２は減衰電流指令値ＩＢｄｅｃを正の値ＩＢＭまで増大させる。その後、減衰電流指令生成部７１２は減衰電流指令値ＩＢｄｅｃをゼロまで減衰させる。値ＩＢＭは電流Ｉ４より大きな値に設定される。

【0097】

減衰電流指令値ＩＢｄｅｃはリミッタ７１３に入力される。リミッタ７１３は、上限値がＩ４、及び、下限値がＩ３となるように減衰電流指令値ＩＢｄｅｃに対してリミッタ処理を施す。リミッタ７１３の出力に乗算器７１６によって信号ＳＰを乗算することで電流上限値ＩＢＰが生成される。回生期間では信号ＳＰ＝０（ゼロ）であるため、電流上限値ＩＢＰ＝０（ゼロ）となる。非回生期間では信号ＳＰ＝１であり、この場合、電流上限値ＩＢＰの上限値はＩ４に、下限値はＩ３になる。なお、図１３では、電流上限値ＩＢＰと減衰電流指令値ＩＢｄｅｃを重ねて示しており、減衰電流指令値ＩＢｄｅｃを点線としている。

【0098】

立ち下り変化率リミッタ７１１は、入力される電流値（ＩＢＲ＋ＩＢＰ）の立ち下りに対してのみ作用する変化率リミッタである。図１３では、電流ＩＢｍａｘと電流値（ＩＢＲ＋ＩＢＰ）を重ねて示しており、電流値（ＩＢＲ＋ＩＢＰ）を点線としている。

【0099】

以上のように構成した本実施の形態における作用効果を説明する。

【0100】

本実施の形態においては、回生期間の開始後、補機電源は補機発電機４１から電力変換装置２１に切り換えられる。すなわち、補機発電機４１の出力をゼロとし、補機電力を全て電力変換装置２１から供給するようになる。これにより、回生制動システムの省エネルギー効果を高めることができる。

【0101】

また、回生期間の終了時では、補機発電機４１に加えて電力変換装置３２が蓄電装置３１を放電させることで、補機直流電圧Ｖｏの急激な減少を抑制することができる。このとき、電力変換装置３２の電圧指令値Ｖ２を補機発電機４１の電圧指令値Ｖ１より高く設定することで、補機発電機４１よりも応答の速い電力変換装置３２から優先して電力を出力させるので、より確実に補機直流電圧Ｖｏの急激な減少を抑制することができる。電力変換装置３２が定電圧モードで動作することから、回生期間の終了後に補機電力が増減したとしても、電圧制御系７０はこれに応じて電流指令値（ＩＢｒｅｆ１、ＩＢｒｅｆ２）を自動的に増減させ、電圧ＶｏをＶ２に制御することができる。このように、補機消費電力の変動があった場合でも、電圧Ｖｏの急激な変動を防止できる。

【0102】

また、回生期間の終了から所定の時間が経過した後、上限値設定部７１は電流ＩＢｍａｘを減少させる。これにより、蓄電装置３１の容量が十分でない場合において、蓄電装置３１の充電残量が過少になることを防止できる。また、電流ＩＢｍａｘを徐々に減少させることで、補機発電機４１がこれに追従して出力を増大させることが可能となり、電圧Ｖｏの急激な変動を防止できる。

【0103】

また、電圧Ｖｏの変動を抑制することができるので、補機直流ライン４３に接続される平滑コンデンサの容量を低減することができ、システムの小型化・コストダウンを図ることができ、さらに、起動時の初充電や停止時の放電にかかる時間を短縮することができる。

【0104】

また、蓄電装置３１の放電を利用して電圧Ｖｏの変動を抑制する構成であるところ、放電に必要なエネルギーを蓄電装置３１に充電する際には、補機発電機４１の出力（つまりは、エンジン１１の出力）を利用せず、走行モータ１０の回生エネルギーを利用するので省エネルギー効率を高めることができる。さらに、蓄電装置３１の容量が十分であれば、回生期間において蓄電装置３１を充電しておき、非回生期間では蓄電装置３１から補機に給電できるので、省エネルギー効果をさらに高めることができる。

【0105】

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図１４〜図１７を参照しつつ説明する。

【0106】

本実施の形態は、回生期間であるか否かによらず、補機発電機４１をオン状態とするものである。

【0107】

図１４は、本実施の形態に係る補機電圧制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

【0108】

図１４において、補機電圧制御部５３は、補機直流電圧Ｖｏを制御するための電圧制御系６０（第一の電圧制御系）、電圧制御系７０（第二の電圧制御系）、電圧制御系８０（第三の電圧制御系）と、回生期間判定部５４と、上限値設定部７１（第一の上限値設定部）と、オン・オフ切換部８１と、オン・オフ制御部８２とを備える。本実施の形態においては、第一の電圧指令値がＶ１に、第二の電圧指令値がＶ２に、第三の電圧指令値がＶ３にそれぞれ設定される。このとき、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１に設定される。なお、指令値Ｖ１〜Ｖ３は、補機装置４４が正常に動作するための許容範囲内の値とする。

【0109】

ここで、補機発電機４１の制御演算について説明する。補機電圧制御部５３は回生期間の判定結果に基づく補機発電機４１のオン・オフ制御を行わない。すなわち、回生期間の判定結果に依らず、電圧制御演算部６３が生成した操作量を制御信号として補機発電機４１へと出力する。

【0110】

図１５は、回生期間判定部による電力変換装置と補機発電機のオン・オフ切換の処理内容を示すフローチャートである。

【0111】

図１５において、回生期間判定部５４は、まず、車両情報信号ＳＶに基づいて回生期間であるか否かを判定し、判定結果に応じた回生期間判定信号ＳＲを生成する（ステップＳ２００）。続いて、回生期間であるか否か、すなわち、回生期間判定信号ＳＲがオンであるか否かを判定し（ステップＳ２１０）、判定結果がＹＥＳの場合には、オン・オフ信号ＳＤとしてＨ（ハイ）を出力することで電力変換装置２１をオン状態に制御し（ステップＳ２１１）、処理を終了する。このとき、補機発電機４１は、常時オン状態であり、電圧制御演算部６３が生成した操作量により制御される。また、ステップＳ２１０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、回生期間ではないと判定した場合には、オン・オフ信号ＳＤとしてＬ（ロー）を出力することで電力変換装置２１をオフ状態に制御し（ステップＳ２１２）、処理を終了する。この場合においても、補機発電機４１は、常時オン状態であり、電圧制御演算部６３が生成した操作量により制御される。

【0112】

次に、電力変換装置３２の制御演算について説明する。電圧制御系７０は、電圧制御演算部７３、及び、マイナーループの電流制御系７２を備える。これらの動作については、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。電圧制御系７０は、可変リミッタ７６を備える。可変リミッタ７６には、リミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１と、電流上限値ＩＢｍａｘとに加えて、さらに、電流下限値ＩＢｍｉｎが入力される。可変リミッタ７６は、上限値をＩＢｍａｘとし、下限値をＩＢｍｉｎとして、リミッタ前電流指令値ＩＢｒｅｆ１にリミッタ処理を施すことで、リミッタ後電流指令値ＩＢｒｅｆ２を生成する。電圧制御系７０は電力変換装置３２の操作量を生成し、制御信号として電力変換装置３２へと出力する。

【0113】

図１６及び図１７は、電気駆動システムの動作波形の一例を示すタイミングチャートであり、図１６は回生期間開始時の様子を、図１７は回生期間終了時の様子をそれぞれ示している。

【0114】

図１６及び図１７の縦軸項目は、電力変換装置２１と補機発電機４１のオン・オフ信号ＳＤ，ＳＧ、補機直流電圧Ｖｏ、電力変換装置２１の出力電流ＩＤ、蓄電装置３１の充放電電流ＩＢ、補機発電機４１の出力電流ＩＧである。蓄電装置３１の充放電電流IBについては、電流上限値ＩＢｍａｘと下限値ＩＢｍｉｎを点線にて重ねて示した。

【0115】

本実施の形態においては、補機発電機４１のオン・オフ制御を行わない。そのため、第１の実施の形態との比較として補機発電機４１のオン・オフ信号ＳＧを常にオン状態として示した。補機装置４４に入力される電流は一定とし、その値をＩ１として図中に記載した。なお、図１６及び図１７は、電圧や電流の変化の概形を示すものであり、これらが直線的に変化するように図示しているが、実際の電圧や電流は直線的に変化するとは限らない。

【0116】

まず、回生期間開始時の動作について説明する。図１６に示すように、時刻ｔ１，ｔ２を定義し、時刻ｔ１にて回生期間が開始するものとする。以下では、図１６を用いて、時刻ｔ１〜ｔ２の期間、及び、時刻ｔ２以降の期間のそれぞれの動作について順に説明する。なお、時刻ｔ１以前の期間の動作については、第１の実施の形態（図１０参照）と同様であるため説明を省略する。補機電圧制御部５３は、全期間において電流値ＩＢｍｉｎを（−Ｉ２）に設定する。

【0117】

時刻ｔ１〜ｔ２の期間においては、時刻ｔ１にて回生期間が開始し、電力変換装置２１はオン状態になる。電力変換装置２１用の電圧制御系８０は、電圧ＶｏをＶ１からＶ３へと増大させるように動作し、出力電流ＩＤを増大させる。一方、電圧ＶｏがＶ１より高くなると、補機発電機４１用の電圧制御系６０は、電圧ＶｏをＶ１へと減少させるように動作し、出力電流ＩＧを減少させる。このように、電力変換装置２１と補機発電機４１の両方が電圧Ｖｏを制御しようとするが、Ｖ３＞Ｖ１であるため、電力変換装置２１が優先して出力する状態となる。結果として、電圧Ｖｏは電力変換装置２１によってＶ３に制御され、電流ＩＧは０（ゼロ）まで減少する。すなわち、補機発電機４１を常時オン状態とした場合においても、補機発電機４１の出力を抑制することができる。

【0118】

時刻ｔ１以降の期間において、上限値設定部７１は電流値ＩＢｍａｘを徐々に減少させる。一方、電力変換装置３２用の電圧制御系７０は、電圧ＶｏをＶ２へと減少させるように動作し、電流ＩＢを徐々に減少させる。図１６では、電流値ＩＢｍａｘの減少と比較して、電圧制御系７０による電流ＩＢの減少が速い場合を示した。電流ＩＢが正から負に反転すると、蓄電装置３１は放電から充電へと転じる。第１の実施の形態のように電流値ＩＢｍａｘによって強制的に充電に転じるのではなく、Ｖ３＞Ｖ２であることによって充電に転じる。なお、電流ＩＢがＩＢｍａｘより速く減少する場合、ＩＢｍａｘを（−Ｉ２）まで減少させることなく、途中で（例えばゼロで）減少を停止させても電流ＩＢの挙動は変わらない。電流ＩＢの減少により、電流ＩＢ’も合わせて減少する。

【0119】

電力変換装置２１は、電流ＩＧと電流ＩＢ’の減少に対して、補機電源電流ＩＡ（＝ＩＤ＋ＩＢ’＋ＩＧ）が電流Ｉ１と一致するように電流ＩＤを徐々に増大させる。実際には、徐々に減少する電流ＩＧと電流ＩＢ’が外乱となって、電圧ＶｏはＶ３より僅かに低くなる。ただし、図１６においてはこれを無視し、電圧ＶｏがＶ３に一致するものとした。

【0120】

時刻ｔ２以降の期間においては、時刻ｔ２にて、電流ＩＢは（−Ｉ２）まで減少する。時刻ｔ２以降の期間においても、電力変換装置３２用の電圧制御系７０は、電圧ＶｏをＶ２へと減少させるように動作する。しかし、可変リミッタ７６によって電流指令値ＩＢｒｅｆ２はＩＢｍｉｎ＝−Ｉ２より小さくならないため、電流ＩＢの減少もＩＢｍｉｎ＝−Ｉ２までとなる。第１の実施の形態で定義したように、電流ＩＢ’は（−Ｉ２’）になる。また、電流ＩＤはＩ１＋Ｉ２’となる。以上から、電圧ＶｏがＶ３に制御されることを除いて、各電流（ＩＤ，ＩＢ’，ＩＧ）の状態は、第１の実施の形態(図１０参照))における時刻ｔ２以降の期間と同様になる。

【0121】

次に、回生期間終了時の動作について説明する。図１７に示すように、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５を定義する。時刻ｔ３にて、回生期間が終了するものとする。以下では、図１７を用いて、時刻ｔ３〜ｔ４の期間、及び、時刻ｔ４〜ｔ５期間のそれぞれ動作について順に説明する。なお、時刻ｔ３以前の期間の動作については、第１の実施の形態（図１０参照）の時刻ｔ２以降と同様であるため、説明を省略する。また、時刻ｔ４〜ｔ５の期間の動作についても、第１の実施の形態（図１１参照）と同様であるため、説明を省略する。補機電圧制御部５３は、全期間において電流値ＩＢｍｉｎを（−Ｉ２）に設定する。

【0122】

時刻ｔ３〜ｔ４の期間においては、時刻ｔ３にて回生期間が終了すると、電力変換装置２１はオフ状態となり、電流ＩＤは０（ゼロ）まで減少する。

【0123】

上限値設定部７１は、電流値ＩＢｍａｘを正の値Ｉ４に変化させる。時刻ｔ３の直後では、補機装置４４の入力電流Ｉ１に比べて電流ＩＡ（＝ＩＤ＋ＩＢ’＋ＩＧ）が小さいため、電圧ＶｏはＶ３から減少する。電圧ＶｏがＶ２より小さくなると、電力変換装置３２は電流ＩＢを正へと増大させ、蓄電装置３１は充電から放電へと転じる。この放電によって電圧Ｖｏは減少から増大へと転じる。電流ＩＢ’がＩ１まで増大し、電力変換装置３２が単独で補機電力を供給するようになると、電圧ＶｏはＶ２に制御される。図１７においては、電圧ＶｏがＶ１より小さくなることがないため、電流ＩＧは０（ゼロ）のままである。以上により、時刻ｔ４までに、電圧ＶｏはＶ２に、電流ＩＢはＩ１’に、電流ＩＤと電流ＩＧは０（ゼロ）になる。

【0124】

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

【0125】

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0126】

また、電力変換装置２１の電圧指令値Ｖ３を補機発電機４１の電圧指令値Ｖ１より高く設定することにより、回生期間の開始後、補機発電機４１を停止せずとも、電力変換装置２１を動作させることで補機発電機４１の出力を抑制することができる。なお、第１の実施の形態同様に、補機電源は補機発電機４１から電力変換装置２１に切り替えられる。

【0127】

また、補機発電機４１を停止させないように構成したので、電圧Ｖｏの変動を抑制することができる。すなわち、回生期間の開始時に補機発電機４１を停止させる場合、この停止と電力変換装置２１の動作開始に時間差が生じ得る。電力変換装置２１の動作開始が遅れた場合、補機直流電圧ＶｏがＶ１から低下する。そこで、本実施の形態においては、電力変換装置２１の動作によって補機発電機４１の出力が抑制されるように構成したので、電圧Ｖｏの低下は発生しない。このように、補機発電機４１を停止させずに補機電源を切り替えることで、電圧Ｖｏの変動を防止することができる。

【0128】

また、回生期間において電圧ＶｏをＶ３まで高めておくことにより、回生期間終了後の電圧Ｖｏの低下をより確実に抑制することができる。

【0129】

次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。

【0130】

（１）上記の実施の形態では、エンジン１１に接続される第一の発電機（例えば、主機発電機１２）および第二の発電機（例えば、補機発電機４１）と、前記第一の発電機に接続され、前記第一の発電機の出力を整流して直流電力として第一の直流ライン（例えば、主機直流ライン１６）に出力する第一の整流回路（例えば、主機整流回路１４）と、前記第一の直流ラインと電動機との間に接続されるインバータ１３Ｌ，１３Ｒと、前記第一の直流ラインに接続され、前記第一の直流ラインの電力を消費可能な電力消費装置１５と、前記第二の発電機に接続され、前記第二の発電機の出力を整流して直流電力として第二の直流ライン（例えば、補機直流ライン４３）に出力する第二の整流回路（例えば、補機整流回路４２）と、前記第二の直流ラインに接続される補機装置４４と、前記第一の直流ラインの電力を変換して前記第二の直流ラインに供給する第一の電力変換装置２１と、蓄電装置３１と、前記蓄電装置の電力を変換して前記第二の直流ラインに共有する放電動作と、前記第二の直流ラインの電力を変換して前記蓄電装置に供給する充電動作とを切り換えて行う第二の電力変換装置３２と、制御装置５０とを備えた回生制動システムにおいて、前記制御装置は、前記電動機の駆動対象に係る情報に基づいて、前記電動機が回生動作を行っているか否かを判定し、前記回生動作中であると判定した場合には、前記第一の直流ラインの電力を前記第二の直流ラインに供給して、前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた第一の電圧値となるように前記第一の電力変換装置を制御し、前記第二の発電機を停止して前記第二の直流ラインへの電力の供給を停止するように前記第二の発電機を制御し、前記第二の直流ラインの電力を前記蓄電装置に供給するように前記第二の電力変換装置を制御し、前記回生動作が終了したと判定した場合には、前記第一の直流ラインから前記第二の直流ラインへの電力の供給を停止するように前記第一の電力変換装置を制御し、前記第二の発電機を始動して前記第二の直流ラインへの電力の供給を開始し、前記第二の直流ラインの電圧が前記第一の電圧値となるように前記第二の発電機を制御し、前記蓄電装置の電力を前記第二の直流ラインに供給して、前記第二の直流ラインの電圧が、前記補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた電圧値であって前記第一の電圧値よりも高い第二の電圧値となるように前記第二の電力変換装置を制御するものとした。

【0131】

これにより、走行モータによる回生動作の切り換わり時における補機への供給電圧の変動を抑制することができる。

【0132】

（２）また、上記の実施の形態では、（１）の回生制動システムにおいて、前記制御装置５０は、前記回生動作が終了したと判定した場合には、前記回生動作が終了した時点から予め定めた時間が経過した後、前記蓄電装置から前記第二の直流ラインに供給される電流を時間の経過とともに減少させるように前記第二の電力変換装置３２を制御するものとした。

【0133】

（３）また、上記の実施の形態では、（１）の回生制動システムと、前記回生制動システムの前記第一の発電機（例えば、主機発電機１２）から前記第一の整流回路（例えば、主機整流回路１４）を介して前記第一の直流ライン（例えば、主機直流ライン１６）に出力される電力で動作するとともに、前記第一の直流ラインに回生電力を出力する前記電動機を走行モータ１０Ｌ，１０Ｒとして駆動される駆動輪３Ｌ，３Ｒとを備えたものとした。

【0134】

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【符号の説明】

【0135】

１…車体フレーム、２Ｌ，２Ｒ…従動輪（前輪）、３Ｌ，３Ｒ…駆動輪（後輪）、４…運転室、５…荷台（ベッセル）、５ａ…ピン結合部、６…ホイストシリンダ、７…グリッドボックス、８…コントロールキャビネット、９…燃料タンク、１０Ｌ，１０Ｒ…走行モータ、１１…エンジン、１２…主機発電機、１３Ｌ，１３Ｒ…インバータ、１４…整流回路、１５…電力消費装置、１６…主機直流ライン、１７…電圧検出器、２１…電力変換装置、４１…補機発電機、４２…整流回路、４３…補機直流ライン、４４…補機装置、５０…制御装置、５１…駆動制御部、５２…主機電圧制御部、５３…補機電圧制御部、１００…電気駆動ダンプトラック、１５１…抵抗、１５２…スイッチング素子、１５３…ダイオード

【要約】

【課題】走行モータによる回生動作の切り換わり時における補機への供給電圧の変動を抑制することができる回生制動システム、及び、それを用いた電気駆動作業車両を提供すること。
【解決手段】回生動作中である場合には、主機側の電力を補機側に供給して、補機側の電圧が、補機装置の動作電圧仕様に基づいて予め定めた第一の電圧値となるようにし、補機側の発電機を停止して補機側への電力の供給を停止し、補機側の電力を蓄電装置に供給し、回生動作が終了した場合には、主機側から補機側への電力の供給を停止し、補機側の発電機を始動し、補機側の電圧が第一の電圧値となるように補機側の発電機を制御し、蓄電装置の電力を補機側に供給して、補機側の電圧が、第一の電圧値よりも高い第二の電圧値となるように制御する。
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

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【図7】

【図8】

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【図10】

【図11】

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【図17】