特許 7198330 ダンプトラックのドライブシステム

(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】

(24)【登録日】2022-12-20

(45)【発行日】2022-12-28

(54)【発明の名称】ダンプトラックのドライブシステム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/10 20060101AFI20221221BHJP

   H02P 9/00 20060101ALI20221221BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20221221BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20221221BHJP

   H02P 101/45 20150101ALN20221221BHJP

   H02P 103/20 20150101ALN20221221BHJP

【ＦＩ】

H02P9/10 A

H02P9/00 C

H02P9/04 L

F02D29/06 D

H02P101:45

H02P103:20

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021174190

(22)【出願日】2021-10-25

【審査請求日】2022-10-17

(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】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】金子 悟

(72)【発明者】

【氏名】吉村 正利

(72)【発明者】

【氏名】松尾 興祐

(72)【発明者】

【氏名】石田 誠司

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 聡彦

(72)【発明者】

【氏名】池上 ▲徳▼磨

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特許第６９２３７２２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０２１－４８６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１１６２７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ９／１０

Ｈ０２Ｐ ９／００

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｆ０２Ｄ ２９／０６

Ｈ０２Ｐ １０１／４５

Ｈ０２Ｐ １０３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主巻線と補助巻線とを含む一次巻線を有する誘導発電機と、
前記主巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、
前記整流器に接続された主機側負荷と、
前記補助巻線に接続され、前記誘導発電機の二次巻線を励磁するとともに、前記補助巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータに接続された補機側負荷と、
前記コンバータを制御する制御装置とを備えたダンプトラックのドライブシステムにおいて、
前記制御装置は、前記補機側負荷の要求電力に応じて前記補機側負荷の直流電圧を制御し、前記主機側負荷の要求電力と前記コンバータの電流容量であるコンバータ容量とに応じて前記主機側負荷の直流電圧を制御する
ことを特徴とするダンプトラックのドライブシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のダンプトラックのドライブシステムにおいて、
前記制御装置は、
前記補機側負荷の直流電圧値と直流電圧指令値との偏差に基づいて前記誘導発電機のｑ軸電流指令値を算出し、
前記主機側負荷の要求電力と直流電圧と前記コンバータ容量とに基づいて前記誘導発電機のｄ軸電流指令値を算出し、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値とに応じた制御信号を前記コンバータへ出力する
ことを特徴とするダンプトラックのドライブシステム。

【請求項3】

請求項２に記載のダンプトラックのドライブシステムにおいて、
前記制御装置は、前記コンバータ容量が変更された場合に、前記主機側負荷の要求電力と前記主機側負荷の直流電圧と変更後の前記コンバータ容量とに基づいてｄ軸電流指令値を算出する
ことを特徴とするダンプトラックのドライブシステム。

【請求項4】

請求項１に記載のダンプトラックのドライブシステムにおいて、
前記コンバータは、複数のコンバータで構成され、
前記制御装置は、
前記複数のコンバータのそれぞれから出力される直流電流を検出するセンサを有し、
前記複数のコンバータのそれぞれから直流電流が出力されている場合は、前記複数のコンバータの合計容量を前記コンバータ容量として算出し、
前記複数のコンバータに含まれる特定のコンバータから直流電流が出力されなくなった場合は、前記複数のコンバータから前記特定のコンバータを除いたコンバータの合計容量を前記コンバータ容量として算出する
ことを特徴とするダンプトラックのドライブシステム。

【請求項5】

請求項１に記載のダンプトラックのドライブシステムにおいて、
前記主機側負荷の直流電圧は、前記補機側負荷の直流電圧より高い
ことを特徴とするダンプトラックのドライブシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主巻線と補助巻線とを含む一次巻線を有する二巻線誘導発電機を備えたドライブシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉱山では鉱石や剥土を積込場から放土場まで運搬するため、積載量が１００トン以上のダンプトラックが多数稼動している。積込場から放土場の経路は予め決められており、ダンプトラックは同じ経路を繰り返し往復走行する。１つの経路には同じ車格のダンプが複数台走行しており、稼働時間は２４時間である。このように、大型で長時間かつ複数台稼動するダンプトラックでは、単位コスト（イニシャルコスト＋ランニングコスト）当りの仕事量で示される搬送効率が重要視されている。そこで、ダンプトラックでは、この指標の向上を目指して、できるだけイニシャルコストが抑えられ、かつランニングコストが低減されるように各種方策が施されている。このうち、ランニングコストを低減するためには、燃料消費量を低減することが必要である。そのため、効率が良く、かつメンテナンスコストを抑制できる駆動システム（ドライブシステム）が求められる。このような駆動システムの一つに、電気駆動システムがある。電気駆動システムは、機械式駆動システムがエンジンの動力をトルクコンバータと変速機を介してタイヤに伝達しているのに対し、エンジンで発電機を駆動し、発電された電力を用いてタイヤ軸に連結された走行モータを駆動する。そのような電気駆動システムを開示する先行技術文献として、例えば特許文献１がある。

【0003】

特許文献１に記載の電気駆動システムは、エンジンにより駆動される主発電機および補助発電機と、主発電機が発電した三相交流電力を直流電力に変換する高圧整流回路と、高圧整流回路から出力された直流電力を三相交流電力に変換して走行モータへ出力するインバータと、補助発電機が発電した三相交流電力を直流電力に変換して補機へ出力する低圧整流回路とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－４８６７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の駆動システムは、走行に用いられる電力を発生する主発電機と補機駆動に用いられる電力を発生する補助発電機とを備えている。これらの発電機は特に種類を限定されるものではないが、例えば、界磁巻線を回転子に設けた界磁巻線型発電機とすれば、発電電力を直流に変換する際に必要となる変換器を安価な整流器とすることができる。一方、主発電機と補助発電機とが別体で構成されているため、それぞれ回転子に界磁電流を供給するためのブラシも必要となり、発電機全体の体格が大型化し、コストも増加することとなる。そこで、これらを解決する手段として、主発電機および補助発電機に代えて、主発電機の巻線と補助発電機の巻線とを一体型（２巻線型）とし、さらにブラシを不要とする誘導型とした２巻線誘導発電機を用いることが考えられる。２巻線誘導発電機を用いた場合、電圧制御を行うためのコンバータを新たに設ける必要がある。ここで、ダンプトラックは車体重量が数１００ｔに達するような大型の車両であり、それを駆動する走行モータは数１０００ｋＷの容量となる。そのため、コンバータの電流容量（コンバータ容量）が大きくなることでコストが増加するおそれがある。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、２巻線誘導発電機を励磁するコンバータの小容量化およびコンバータ容量に応じた出力制御が可能なダンプトラックのドライブシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、主巻線と補助巻線とを含む一次巻線を有する誘導発電機と、前記主巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器に接続された主機側負荷と、前記補助巻線に接続され、前記誘導発電機の二次巻線を励磁するとともに、前記補助巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータに接続された補機側負荷と、前記コンバータを制御する制御装置とを備えたダンプトラックのドライブシステムにおいて、前記制御装置は、前記補機側負荷の要求電力に応じて前記補機側負荷の直流電圧を制御し、前記主機側負荷の要求電力と前記コンバータの電流容量であるコンバータ容量とに応じて前記主機側負荷の直流電圧を制御するものとする。

【0008】

以上のように構成した本発明によれば、誘導発電機の二次巻線を励磁するコンバータを補助巻線に接続することにより、コンバータを小容量化することが可能となる。また、補機側負荷の要求電力に基づいて補機側負荷の直流電圧を制御することにより、補機側負荷の要求電力を出力することが可能となる。さらに、主機側負荷の要求電力とコンバータの電流容量であるコンバータ容量とに基づいて主機側負荷の直流電圧を制御することにより、コンバータ容量を越えない範囲で主機側負荷の直流電圧を制御することが可能となる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、２巻線誘導発電機を備えたダンプトラックのドライブシステムにおいて、２巻線誘導発電機を励磁するコンバータの小容量化およびコンバータ容量に応じた出力制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】鉱山向けダンプトラックの構成を示す図である。

【図2】従来技術におけるドライブシステムの構成を示す図である。

【図3】本発明の第１の実施例に係るドライブシステムの構成を示す図である。

【図4】エンジン回転数と主機側ＤＣバスおよび補機側ＤＣバスの電圧との関係を示す図である。

【図5】制御装置の処理のうち励磁コンバータの制御に関わる部分を示すブロック図である。

【図6】電流指令決定部の処理を示すブロック図である。

【図7】本発明の第２の実施例に係るドライブシステムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

【実施例1】

【0012】

まず、本発明の実施形態に係るドライブシステムが搭載される鉱山向けダンプトラックについて説明する。鉱山向けダンプトラックは、積み込み場で土砂を積載し、積み込み場から放土場まで走行し、放土場で放土し、放土場から積み込み場まで走行するという一連の作業サイクルを繰り返し行う。

【0013】

図１に鉱山向けダンプトラックの構成を示す。図１において、鉱山向けダンプトラックは、発電機２０（図３に示す）の動力源であるエンジン１と、車体の上側後方に上下方向に回転可能に取り付けられた荷台７と、上側前方に設けられた運転席６とを備えている。また、車体下方前側には左右一対の従動輪４Ｌ，４Ｒが配置されており、車体下方後側には左右一対の駆動輪５Ｌ，５Ｒが配置されている。駆動輪５Ｌ，５Ｒは、発電機２０から電力が供給される走行モータ３によって駆動される。

【0014】

次に、駆動輪５Ｌ，５Ｒを駆動する電気駆動式のドライブシステムについて説明する。

【0015】

図２に従来技術におけるドライブシステムの構成を示す。図２において、ドライブシステム１００Ｘは、エンジン１によって駆動される主発電機（ＭＧ：Main Generator）２および補助発電機（ＳＧ：Sub Generator）１４と、駆動輪５Ｌ，５Ｒを駆動する走行モータ３と、補機用モータ１３と、主機側負荷である走行用インバータ９と、補機側負荷である補機用インバータ１２と、整流器８と、補助整流器１１と、放電抵抗器１５と、主発電機２および補助発電機１４を制御する制御装置３０Ｘとを備える。

【0016】

主発電機２および補助発電機１４は、エンジン１の回転エネルギーを電気エネルギー（交流電力）に変換する。整流器８は、主発電機２から供給される交流電力を直流電力に整流し、走行用インバータ９に供給する。走行用インバータ９は、整流器８から供給される直流電力を交流電力に変換し、走行モータ３に供給する。

【0017】

補助発電機１４は、冷却機器等の補機を駆動する補機系システムの電源として利用される。補助整流器１１は、補助発電機１４から供給される交流電力を直流電力に整流し、補機用インバータ１２に供給する。補機用インバータ１２は、補助整流器１１から供給される直流電力を交流電力に変換し、補機用モータ１３に供給する。補機用モータ１３は、例えばブロア等の冷却機器（図示せず）を駆動する。なお、図２では、補機系システムとして、補機用インバータ１２と補機用モータ１３の１組のみを示しているが、実際の車両においては、補機に相当する機器が複数存在するため、容量が異なる複数の補機用インバータと補機用モータが搭載される。

【0018】

なお、電気自動車等の２次電池が搭載されたシステムでは、走行モータ３の制動時に発生する回生電力は、２次電池に回収（充電）され、加速時など瞬間的に大きなパワーが必要な際に放電される。一方、本発明で対象とするダンプトラックでは、搬送効率の低下につながるような重量物の搭載は避ける傾向にあり、２次電池などは搭載されないシステムが多い。そのようなシステムでは、放電抵抗器１５を搭載することで、制動時に発生する走行モータ３から発生する回生電力を消費することにより、走行モータ側（主機側）のＤＣバス部分の過電圧を抑制しながら、走行モータ３から電気的な制動力を得ることが可能となる。

【0019】

上述のドライブシステム１００Ｘは基本的にディーゼルエレクトリック式のドライブシステムであって、機械式ダンプのようにエンジンの回転動力を用いてトルクコンバータやトランスミッションを介し、タイヤを直接駆動することはなく、エンジンの回転駆動は発電機の発電に利用される。ドライブシステム１００Ｘは、走行に用いられる電力を発生する主発電機２と補機駆動に用いられる電力を発生する補助発電機１４とを備えている。これらの発電機は特に種類を限定されるものではないが、例えば、界磁巻線を回転子に設けた界磁巻線型発電機とすれば、図２に示すように発電電力を直流に変換する際に必要となる変換器を安価な整流器とすることができる。しかしながら、界磁巻線型発電機を用いた場合、主発電機２と補助発電機１４とが別体で構成されており、それぞれ回転子に界磁電流を供給するためのブラシも必要となり、発電機全体の体格が大型化し、コストも増加することとなる。

【0020】

そこで、これらを解決する手段として、主発電機２および補助発電機１４に代えて、主発電機２の巻線と補助発電機１４の巻線とを一体型（２巻線型）とし、さらにブラシを不要とする誘導型とした２巻線誘導発電機を用いることが考えられる。

【0021】

図３に本実施例におけるドライブシステムの構成を示す。図３において、ドライブシステム１００は、２巻線誘導発電機（ＩＧ：Induced Generator）２０と、走行用インバータ９と、補機用インバータ１２と、整流器８と、励磁コンバータ２１と、放電抵抗器１５と、励磁コンバータ２１、走行用インバータ９、および補機用インバータ１２を統括的に制御する制御装置３０とを備える。

【0022】

整流器８は、交流側が二巻線誘導発電機２０の主巻線に接続され、直流側が主機側ＤＣバス１６を介して走行用インバータ９および放電抵抗器１５に接続されている。整流器８は、主巻線に生じた交流電力を直流電力に整流し、主機側ＤＣバス１６に供給する。走行用インバータ９は、走行モータ３に接続されており、主機側ＤＣバス１６の直流電力を交流電力に変換し、走行モータ３に供給する。放電抵抗器１５は、走行モータ３の回生動作時（リタード時）に通電し、走行モータ３の回生動作によって発電される電力（回生電力）を消費する。励磁コンバータ２１は、交流側が二巻線誘導発電機２０の補助巻線に接続され、直流側が補機側ＤＣバス１７を介して補機用インバータ１２に接続されている。励磁コンバータ２１は、補助巻線に生じた交流電力を直流電力に変換し、補機側ＤＣバス１７に供給する。補機用インバータ１２は、補機用モータ１３に接続されており、補機側ＤＣバス１７の直流電力を交流電力に変換し、補機用モータ１３に供給する。走行用インバータ９および補機用インバータ１２はいずれも電圧型インバータであるため、各インバータの入力側となるＤＣバスの電圧を主機側、補機側の各々の電力を安定して供給できる電圧に制御することが求められる。そのために、主巻線側と補助巻線側の電圧を励磁コンバータ２１で安定的に制御することが必要である。

【0023】

ここで、２巻線誘導発電機２０の主巻線は、バッテリや大容量のキャパシタを接続することなく整流器８のみを介して走行用インバータ９に接続されていること、あるいは、電力系統に接続されていないことから、二巻線誘導発電機２０の主巻線の出力は定電圧にする必要はない。また、二巻線誘導発電機２０の主巻線と補助巻線の電圧は概ね比例する。そのため、補助巻線に接続された励磁コンバータ２１で補助巻線を励磁することにより、補助巻線と主巻線の双方の電圧を変化させることができる。このように、励磁コンバータ２１で二巻線誘導発電機２０の補助巻線を励磁する構成とすることで、主機側と補機側を含めた発電機のブラシレス化が可能となる。なお、本実施形態におけるドライブシステム１００では、走行用インバータ９の容量が補機用インバータ１２の容量より大きいため、整流器よりも高価なコンバータは、走行用インバータ９に接続するよりも、要求される電力の小さい補機用インバータ１２に接続したほうがコスト的に有利である。

【0024】

図４は、エンジン回転数と主機側ＤＣバス１６および補機側ＤＣバス１７の電圧との関係を示す図である。図４において、横軸はエンジン回転数、縦軸は主機側ＤＣバス電圧および補機側ＤＣバス電圧を示す。補機側ＤＣバス電圧は、アイドリング時のエンジン回転数（Ｎｍｉｎ）からエンジンの最大回転数（Ｎｍａｘ）までＶｍｉｎで一定となる。これに対して主機側ＤＣバス電圧は、アイドリング時に最低電圧（＞Ｖｍｉｎ）となり、車両の駆動に必要な電力の増加（エンジン回転数の増加）に伴い上昇する。さらに、車両のリタード（電気制動）時は、主機側ＤＣバス電圧は最大電圧Ｖｍａｘ付近に達する。また、車両の通常走行時は、主機側ＤＣバス電圧はこの電圧範囲で変化する。なお、主機側ＤＣバス１６の電圧特性は図４に示すものに限られず、走行用インバータ９で必要な電力が安定的に出力される電圧特性とすればよい。なお、補機側ＤＣバス電圧は、補機装置がほぼ一定の電力を消費することから、ほぼ一定となるように制御することが望ましい。制御装置３０は、このような車両の動作と電圧範囲において２巻線誘導発電機２０の主機側出力（負荷）と補機側出力（負荷）がバランスするように、励磁コンバータ２１を介して２巻線誘導発電機２０の電流を制御する。

【0025】

図５は、制御装置３０の処理のうち励磁コンバータ２１の制御に関わる部分を示すブロック図である。図５において、制御装置３０は、電圧偏差演算部３１と、電圧制御部３２と、電流指令決定部３３と、電流制御部３４とを有する。制御装置３０は、演算処理機能を有するコントローラ、外部機器との間の信号入出力を行う入出力インタフェース等で構成され、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各部の機能を実現する。

【0026】

電圧偏差演算部３１は、制御装置３０内に予め設定された補機側ＤＣ電圧指令値と補機側ＤＣ電圧との差分（電圧偏差）を算出し、電圧制御部３２へ出力する。電圧制御部３２は、補機側ＤＣ電圧指令値と補機側ＤＣ電圧との差分（電圧偏差）に基づいて補機側電流指令（ｑ軸電流指令値）を算出し、電流指令決定部３３および電流制御部３４へ出力する。電圧制御部３２の具体的な演算内容は特に本発明に関わるところではなく、例えば、通常よく用いられる比例積分演算を実施すればよい。ここで、電圧制御部３２から出力される補機側電流指令を２巻線誘導発電機２０に対するｑ軸相当の電流指令とするのは、補助巻線に接続された励磁コンバータ２１が直接補機側負荷に接続されていることから、補機側負荷の大きさによって変動する補機側ＤＣバス１７の電圧は補助巻線の有効パワーで補償する必要があるためである。

【0027】

電流指令決定部３３は、コンバータ容量（電流容量）、主機側ＤＣ電圧、主機側要求電力、および補機側電流指令（ｑ軸電流指令値）に基づいて、２巻線誘導発電機２０に対する補機側電流指令（ｄ軸電流指令値）を算出し、電流制御部３４へ出力する。ここで、電流指令決定部３３から出力される補機側電流指令をｄ軸相当の電流指令とするのは、補助巻線に接続された励磁コンバータ２１において、巻線の電圧を制御できるように磁束の調整を行うためである。

【0028】

電流制御部３４は、補機側電流指令（ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値）に基づいて励磁コンバータ２１の入力電圧を算出し、当該入力電圧に応じた制御信号を励磁コンバータ２１へ出力する。なお、電流制御部３４の演算内容は特に本発明に関わるところではなく、例えば、通常よく用いられる比例積分演算を実施すればよい。

【0029】

図６は、電流指令決定部３３の処理を示すブロック図である。図６において、電流指令決定部３３は、目標ＤＣ電圧決定部３３ａと、目標界磁電流決定部３３ｂと、発電機電流演算部３３ｃと、電流制限部３３ｄとを有する。

【0030】

目標ＤＣ電圧決定部３３ａは、主機側負荷９の要求電力に応じた主機側ＤＣ電圧の目標値（目標ＤＣ電圧）を決定し、目標界磁電流決定部３３ｂおよび発電機電流演算部３３ｃへ出力する。目標ＤＣ電圧は、主機側負荷９の要求電力に応じた直流電圧と必ずしも等しくなく、走行用インバータ９が出力可能な範囲で設定される。仮に主機側ＤＣ電圧が非常に低電圧になると、走行用インバータ９に流れる電流が過大となり、それに伴い損失が大きくなる可能性があるため、主機側ＤＣ電圧ができるたけ高くなるように目標ＤＣ電圧を調整する。ここでは予め２巻線誘導発電機２０と走行モータ３の特性を考慮し、走行モータ３の要求電力に応じた目標ＤＣ電圧を目標ＤＣ電圧決定部３３ａにて決定する。なお、目標ＤＣ電圧の決定方法としては、予め計算で求めた結果をテーブルデータ化して、テーブル検索してもよいし、実際の特性方程式を解くことにより求めてもよい。

【0031】

目標界磁電流決定部３３ｂは、目標ＤＣ電圧に応じた目標界磁電流（Ｉｄｔｇｔ）を決定し、発電機電流演算部３３ｃへ出力する。目標界磁電流の決定方法としては、予め計算で求めた結果をテーブルデータ化して、テーブル検索してもよいし、実際の特性方程式を解くことにより求めてもよい。

【0032】

発電機電流演算部３３ｃは、ｑ軸電流指令値（Ｉｑｒｅｆ）と目標界磁電流（Ｉｄｔｇｔ）とに基づいて、２巻線誘導発電機２０の電流の大きさ（Ｉ１）を算出する。２巻線誘導発電機２０の電流の大きさ（Ｉ１）は、以下の式（１）で算出される。

【0033】

【数1】

【0034】

ここで、発電機電流演算部３３ｃは、実際の主機側ＤＣ電圧と目標ＤＣ電圧とが大きく乖離している場合は、適宜、目標界磁電流（Ｉｄｔｇｔ）を増減し、主機側ＤＣ電圧が目標ＤＣ電圧値に近づくように調整を行う。

【0035】

電流制限部３３ｄは、２巻線誘導発電機２０の電流の大きさ（Ｉ１）がコンバータ容量（電流容量）を超える場合は、式（１）に従い、２巻線誘導発電機２０の電流の大きさ（Ｉ１）をコンバータ容量（電流容量）以下となるように目標界磁電流（Ｉｄｔｇｔ）を制限し、制限後の目標界磁電流（Ｉｄｔｇｔ）をｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）として決定する。このように、励磁コンバータ２１の容量を越えない範囲で目標ＤＣ電圧にもとづいてｑ軸電流指令値（Ｉｑｒｅｆ）を決定することにより、２巻線誘導発電機２０の補助巻線に接続された励磁コンバータ２１の容量を越えない範囲で主機側負荷９のＤＣ電圧を制御することが可能となる。

【0036】

（まとめ）
本実施例では、主巻線と補助巻線とを含む一次巻線を有する誘導発電機２０と、前記主巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換する整流器８と、整流器８に接続された主機側負荷９と、前記補助巻線に接続され、誘導発電機２０の二次巻線を励磁するとともに、前記補助巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２１と、コンバータ２１に接続された補機側負荷１２と、コンバータ２１を制御する制御装置３０とを備えたダンプトラックのドライブシステム１００において、制御装置３０は、補機側負荷１２の要求電力に応じて補機側負荷１２の直流電圧を制御し、主機側負荷９の要求電力とコンバータ２１の電流容量であるコンバータ容量とに応じて主機側負荷９の直流電圧を制御する。

【0037】

以上のように構成した本実施例によれば、誘導発電機２０の二次巻線を励磁するコンバータ２１を補助巻線に接続することにより、コンバータ２１を小容量化することが可能となる。また、補機側負荷１２の要求電力に基づいて補機側負荷１２の直流電圧を制御することにより、補機側負荷１２の要求電力を出力することが可能となる。さらに、主機側負荷９の要求電力とコンバータ２１の電流容量であるコンバータ容量とに基づいて主機側負荷９の直流電圧を制御することにより、コンバータ容量を越えない範囲で主機側負荷９の直流電圧を制御することが可能となる。

【0038】

また、本実施例における制御装置３０は、補機側負荷１２の直流電圧値と直流電圧指令値との偏差に基づいて誘導発電機２０のｑ軸電流指令値（Ｉｑｒｅｆ）を算出し、主機側負荷９の要求電力と直流電圧と前記コンバータ容量とに基づいて誘導発電機２０のｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）を算出し、ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）とｑ軸電流指令値（Ｉｑｒｅｆ）とに応じた制御信号をコンバータ２１へ出力する。これにより、補機側負荷１２の大きさによって変動する補機側ＤＣバス１７の電圧を補助巻線の有効電力で補償することが可能となる。

【0039】

また、本実施例における主機側負荷９の直流電圧は、補機側負荷１２の直流電圧より高い。これにより、主機側負荷９の直流電圧が補機側負荷１２の直流電圧よりも高いダンプトラックのドライブシステムにおいて、２巻線誘導発電機を励磁するコンバータ２１の小容量化およびコンバータ容量に応じた出力制御が可能となる。そして、コンバータ容量に応じて出力制御を行うことで、エネルギー損失や熱によるダメージを抑制することが可能となる。

【実施例2】

【0040】

本発明の第２の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。第１の実施例に係るドライブシステム１００では、２巻線誘導発電機２０の補助巻線に接続した励磁コンバータ２１のみで主機側負荷９と補機側負荷１２への電力供給を実施している。そのため、励磁コンバータ２１が故障すると、主機側の電圧制御が困難となり、車両の動作に支障を来たす可能性がある。本実施例は、励磁コンバータが故障した際に縮退運転を可能とするものである。

【0041】

図７に本実施例におけるドライブシステムの構成を示す。図７において、第１の実施例との相違点は、励磁コンバータ２１が２台のコンバータ２１ａ，２１ｂで構成されていることである。なお、コンバータの台数は２台に限定されるものではない。

【0042】

本実施例における制御装置３０は、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂの出力電流をセンサ２２ａ，２２ｂで計測する。そして、電流が出力されなくなったコンバータを故障と判定し、当該コンバータのゲートをＯＦＦにする。このとき、電流制限部３３ｄ（図６に示す）は、正常なコンバータの容量のみを合算した値でコンバータ容量を更新し、ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）を再計算する。

【0043】

例えば、図７に示す２台のコンバータ２１ａ，２１ｂが同一の電流容量であった場合、コンバータ容量は故障前の１／２となる。ここで、コンバータ容量が１／２となった場合、式（１）に示す２巻線誘導発電機２０の電流の大きさ（Ｉ１）の上限が１／２になるため、最終的に算出されるｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）もそれに応じて制限される。制御装置３０は、新たに制限されたｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）で実現される主機側負荷９のＤＣバス電圧に応じた走行用インバータ９の要求電力を算出し、当該要求電力に応じた制御信号を走行用インバータ９へ出力する。このとき、新たに制限されたｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）で実現される主機側負荷９のＤＣ電圧は相応に低い電圧となるため、主機側負荷９に供給される電力は正常時に比べて小さくなる。これにより、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂのいずれかが故障した場合でも、縮退運転により車両の駆動を継続することが可能となる。

【0044】

（まとめ）
本実施例における制御装置３０は、コンバータ容量が変更された場合に、主機側負荷９の要求電力と主機側負荷９の直流電圧と変更後のコンバータ容量とに基づいてｄ軸電流指令値（Ｉｄｒｅｆ）を変更する。

【0045】

以上のように構成した本実施例によれば、コンバータ容量が変更された場合に、変更後のコンバータ容量を越えない範囲で主機側負荷９のＤＣ電圧を制御することが可能となる。

【0046】

また、本実施例におけるコンバータ２１は、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂで構成され、制御装置３０は、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂのそれぞれから出力される直流電流を検出するセンサ２２ａ，２２ｂを有し、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂのそれぞれから直流電流が出力されている場合は、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂの合計容量をコンバータ容量として算出し、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂに含まれる特定のコンバータから直流電流が出力されなくなった場合は、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂから前記特定のコンバータを除いたコンバータの合計容量をコンバータ容量として算出する。これにより、複数のコンバータ２１ａ，２１ｂのいずれかが故障した場合に、正常なコンバータの合計容量を越えない範囲で主機側負荷９のＤＣ電圧を制御することが可能となる。

【0047】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

【符号の説明】

【0048】

１…エンジン、２…主発電機、３…走行モータ、４Ｌ，４Ｒ…従動輪、５Ｌ，５Ｒ…駆動輪、６…運転席、７…荷台、８…整流器、９…走行用インバータ（主機側負荷）、１１…補助整流器、１２…補機用インバータ（補機側負荷）、１３…補機用モータ、１４…補助発電機、１５…放電抵抗器、１６…主機側ＤＣバス、１７…補機側ＤＣバス、２０…２巻線誘導発電機、２１…励磁コンバータ、２１ａ，２１ｂ…コンバータ、２２ａ，２２ｂ…センサ、３０，３０Ｘ…制御装置、３１…電圧偏差演算部、３２…電圧制御部、３３…電流指令決定部、３３ａ…目標ＤＣ電圧決定部、３３ｂ…目標界磁電流決定部、３３ｃ…発電機電流演算部、３４…電流制御部、１００，１００Ｘ…ドライブシステム。

【要約】

【課題】２巻線誘導発電機を励磁するコンバータの小容量化およびコンバータ容量に応じた出力制御が可能なダンプトラックのドライブシステムを提供する。
【解決手段】主巻線と補助巻線とを含む一次巻線を有する誘導発電機２０と、前記主巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換する整流器８と、整流器８に接続された主機側負荷９と、前記補助巻線に接続され、誘導発電機２０の二次巻線を励磁するとともに、前記補助巻線に生じた交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２１と、コンバータ２１に接続された補機側負荷１２と、コンバータ２１を制御する制御装置３０とを備えたダンプトラックのドライブシステムにおいて、制御装置３０は、補機側負荷１２の要求電力に基づいて補機側負荷１２の直流電圧を制御し、主機側負荷９の要求電力とコンバータ２１の電流容量であるコンバータ容量とに基づいて主機側負荷９の直流電圧を制御する。
【選択図】 図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】