(57)【要約】      （修正有）【課題】新しいタイプの採鉱車両とそのエネルギー供給のための方法を提供する。【解決手段】この採鉱車両は、台車と、台車を移動させるための駆動機器と、少なくとも一つの採鉱作業装置とを有する。採鉱車両は、鉱山の電気回路網２０から採鉱作業装置に供給するための接続部２４と、駆動機器にエネルギーを供給するためのエネルギー源２５とを有する。エネルギー源は発電機３３を用いて充電され、発電機を回転させるための機械的エネルギーは、鉱山の電気回路網から得られ、これにより、鉱山の電気回路網からの電気エネルギーが、発電機を回転させるための機械的エネルギーに変換される。【選択図】図２
2014239642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
採鉱車両において、
台車と、
前記台車を移動させるための駆動機器と、
少なくとも一つの採鉱作業装置と、
前記駆動機器にエネルギーを供給するためのエネルギー源と、
前記エネルギー源を充電するための発電機と、
鉱山の電気回路網から前記採鉱作業装置に供給するための接続部であって、充電中に、前記鉱山の前記電気回路網に前記採鉱車両を接続するように構成される、接続部と、
充電中に、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換して、それにより、前記鉱山の前記電気回路網からの電気エネルギーが、機械的エネルギーに変換されるように構成される手段であって、前記発電機を回転するように構成される、手段と、を具備することを特徴とする採鉱車両。
【請求項２】
前記採鉱車両は、充電中に、電気エネルギーを運動エネルギーに変換するように構成される手段と、
運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するための手段と、
前記圧力エネルギーを運動エネルギーに再び変換して、前記発電機を回転させるための手段と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の採鉱車両。
【請求項３】
前記発電機を回転させるために、充電中に、前記鉱山の前記電気回路網から電気エネルギーを供給するために、前記接続部と前記発電機との間に油圧システムを具備する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の採鉱車両。
【請求項４】
前記圧力エネルギーを運動エネルギーに変換するための前記手段は、前記エネルギー源から供給される、油圧ポンプを具備しており、
前記油圧ポンプは、前記エネルギー源を充電するための前記発電機を回転させるための油圧モータとして使用される、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の採鉱車両。
【請求項５】
前記油圧ポンプはギアポンプである、ことを特徴とする請求項４に記載の採鉱車両。
【請求項６】
前記油圧ポンプはピストンポンプである、ことを特徴とする請求項４に記載の採鉱車両。
【請求項７】
前記発電機は、前記エネルギー源に急速充電を提供する、高速モータである、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の採鉱車両。
【請求項８】
採鉱車両のエネルギーの供給ための方法であって、
採鉱車両のエネルギー源を充電する段階を具備する、方法において、
前記採鉱車両は、
台車と、
前記台車を移動させるための駆動機器と、
少なくとも一つの採鉱作業装置と、
鉱山の電気回路網から前記採鉱作業装置に供給するための接続部と、
前記駆動機器にエネルギーを供給するためのエネルギー源と、
前記エネルギー源を充電するための発電機と、を具備しており、
該方法は、
充電中に、前記鉱山の前記電気回路網に前記採鉱車両を接続する、段階と、
充電中に、前記鉱山の前記電気回路網から供給される電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する段階と、
前記機械的エネルギーにより前記発電機を回転するように構成する段階と、を具備することを特徴とする方法。
【請求項９】
前記採鉱車両が、充電中に、前記鉱山の前記電気回路網からの電気エネルギーを運動エネルギーに変換する段階と、
前記運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する段階と、
前記圧力エネルギーを運動エネルギーに再び変換する段階と、
前記運動エネルギーにより前記発電機を回転させる段階と、
を具備することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記エネルギー源が、急速充電を用いて充電されるので、急速充電の間に、少なくとも一つの充電装置の温度が測定され、前記充電装置は、その最大温度に到達するまで、最大動力を供給するように制御される、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採鉱車両、及び採鉱車両のエネルギー供給のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山において、削岩リグ及びその他の採鉱車両は、予め計画された作業現場における採鉱作業装置の作業サイクルに従ったオペレーション（操作）を実行するために使用される。作業サイクルに従って、ボーリング掘削等の必要な作業が実行された後に、採鉱車両は、次の作業現場に移動して、新たな作業サイクルが開始される。地下鉱山では特に、採鉱車両が一般に使用されており、採鉱車両においては、作業サイクルに従ったオペレーションのための駆動エネルギーは、鉱山の電気回路網からの電気である。対照的に、作業現場間の移動走行は、典型的にはディーゼルエンジンである燃焼機関を用いて得られた駆動エネルギーによって行われており、それにより、電気ケーブル等は、移動走行を制限しない。しかし、燃焼機関からの排気ガスや騒音は、鉱山における問題を引き起こす。更に、燃焼機関は、車両の運搬台車に広いスペースを必要とし、定期的な保守を必要とする。燃焼機関は、熱い表面を有し、車両及び鉱山において可燃性の燃料を貯蔵し、取り扱うことも必要であるので、燃焼機関はまた、鉱山の火災安全性に悪影響を及ぼす。
【０００３】
鉱山の電気回路網に連続的に接続された採鉱車両もまた、鉱山で使用される。この場合、採鉱車両は電気モータを有しており、一般的には、一定の回転速度の電気モータが使用される。作業段階において必要とされる動力は、その後の油圧構成要素により調整することができ、電気モータは、鉱山の電気回路網からの作業段階のエネルギー消費によって規定される電流と負荷動力を取得する。更にその場合、採鉱車両の移動は一般的に、通常の電気回路網により制限されるか、あるいは少なくとも電気回路網に接続するケーブル、及び採鉱車両内又は固定電気回路網においてコイル状に巻かれているケーブルにより制限される。
【０００４】
ある特許文献は、例えば、バッテリ駆動式採鉱車両を提示する（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献は特に、電池及び駆動伝達の構成要素として交流モータの使用及び配置について記載している。
【０００５】
また、ある特許文献は、オーバーヘッドバスバー（頭上母線）システムから電気を供給される、採鉱車両を提示する（例えば、特許文献２参照。）。採鉱車両はまた、採鉱車両で使用されるエネルギーが、電気回路網から取られるか、あるいは、電池又はディーゼルモータ等の補助エネルギー源から取られるかを選択するためのスイッチを、採鉱車両内に有する。エネルギーが補助エネルギー源から取り出される場合には、採鉱車両は、オーバーヘッド（頭上）電気回路網に採鉱車両を接続せずに、短い距離を移動することができる。
【０００６】
また、ある特許文献は、作業現場において外部電気回路網に接続される、採鉱車両を開示する（例えば、特許文献３参照。）。車両が作業現場にある場合に、車両のエネルギーは、掘削計画によって規定される作業サイクル中に充電され貯蔵される。この作業サイクルの実施後に、エネルギー貯蔵から得られた電気は、移動走行において使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７０５３５６８号明細書
【特許文献２】米国特許第５２９３９４７号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１０／０６１０５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、新しいタイプの採鉱車両とそのエネルギー供給のための方法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】
【０００９】
本発明は、独立請求項の形態によって特徴付けられる。本発明の実施の形態は、従属請求項に示されている。
【００１０】
提示された解決案において、採鉱車両は、台車と、台車を動かすための駆動機器と、少なくとも一つの採鉱作業装置とを有する。採鉱車両は、鉱山の電気回路網から採鉱作業装置に供給するための接続部と、駆動機器にエネルギーを供給するためのエネルギー源とを有する。エネルギー源は、発電機を用いて充電され、発電機を回転させるように構成される機械的エネルギーは、鉱山の電気回路網から得られるので、充電時に採鉱車両は、鉱山の電気回路網に接続される。充電時に、鉱山の電気回路網からの電気エネルギーは、機械的エネルギーに変換され、機械的エネルギーは、発電機を回転させるように構成される。採鉱車両は充電中に、鉱山の電気回路網に接続されるが、提示の本解決案は、鉱山の電気回路網と発電機間に電気的絶縁を提供しており、それにより、絶縁変圧器又はガルバニック（流電）遮断(galvanic isolation)を行なうための、任意の別の電気的手段は回避される。従って、採鉱車両において使用される構成要素の数を最小限に抑えることができる。更に、採鉱作業装置の電圧は、鉱山の電気回路網の電圧に一致するように適合させなければならない。発電機及びエネルギー源の電圧については、それらがお互いに一致することで十分であり、即ち、それら（発電機及びエネルギー源）の電圧は、鉱山の電気回路網の電圧に一致するように適合させる必要はない。
【００１１】
一実施の形態では、鉱山の電気回路網からのエネルギーは、最初に運動エネルギーに変換され、その運動エネルギーは圧力エネルギーに変換され、その圧力エネルギーはその後、発電機を回転させる運動エネルギーに変換される。採鉱車両は、圧力エネルギー用の油圧システムを備えてもよい。油圧システムは、採鉱作業装置を駆動し、また、駆動機器に接続されてもよい。採鉱車両は、エネルギー源から供給される、油圧ポンプを具備してもよく、この油圧ポンプは、エネルギー源を充電するための発電機を回転させるための油圧モータとして使用されてもよい。
【００１２】
実施の形態によれば、全出力掘削中、エネルギーは、鉱山の電気回路網及び採鉱車両のエネルギー源の両者から採鉱作業装置に供給される。
【００１３】
別の実施の形態によれば、鉱山の電気回路網から供給され且つ採鉱作業装置用の油圧を提供する、電気モータ、及びエネルギー源から供給される電気モータは、それら（電気モータ）の温度を決定するための手段を具備しており、従って、前記電気モータは、それらの最高温度に達するまで、最大動力を供給するために使用される。最高温度に達したときに、動力は、最高温度を超過することを防止するように減少される。
【００１４】
別の実施形態によれば、充電中に採鉱車両は、鉱山の電気回路網に接続されており、移動しない。
【００１５】
採鉱車両は 、以下に記載の採鉱作業装置の内の一以上を具備しており、以下に記載の採鉱作業装置とは、削岩機、ボルト締結機、吹き付け装置、スケール取り装置、注入装置、発破孔充填器、測定装置、又は小型充電の掘削に用いられる掘削・密封・推進剤供給装置である。削岩機は、表面掘削装置、又は生産坑井掘削に用いられる装置であってもよく、掘削に用いられる装置とは、扇状に掘削孔を掘削する長穴掘削装置である。採鉱作業装置は、分離されていない岩の処理に使用される作動機であり、指定された作業サイクルに応じた数種の連続したオペレーション（操作）を実行する。一般的には、いくつかの同様のオペレーションは、１つの作業現場において採鉱作業装置により処理される。これらのオペレーションは、掘削計画、充電計画又は対応する採鉱計画等の、採掘計画において定義されてもよい。採鉱作業装置は通常、採鉱作業装置を作業サイクル中に移動させる、ブーム上に配置される。一方、採鉱作業装置は、作業サイクル中に採鉱作業装置を支持する、採鉱車両内の対応する支持体又は支持構造上に配置されてもよい。
【００１６】
本発明の幾つかの実施の形態は、添付図面においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、この場合には削岩リグである、採鉱車両の側面概要図を示す。
【図２】図２は、採鉱車両のエネルギー供給構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面において、本発明のいくつかの実施の形態は、明瞭化のために簡略化して示されている。類似の部品は、図中同一の参照番号を付記して示されている。
【００１９】
発明の詳細な説明
図１は、一つ以上の採鉱作業装置２を搭載する、採鉱車両１が一例である、削岩リグを示す。削岩リグは、駆動機器４によって移動させることができる台車３を具備する。駆動機器４は、一つ以上の駆動モータ５と、一つ以上の車輪７に駆動動力を伝達するための動力伝達手段６とを具備する。動力伝達機は、機械式歯車システムと、機械式動力伝達部材とを具備しても良く、あるいは代替的に、動力伝達機は、油圧式又は電気式であってもよい。台車３上に配置された一つ以上のブーム８が備えられてもよく、ブームに採鉱作業装置２が装備されてもよい。図１に示す実施の形態では、第１のブーム８ａが掘削ブームであり、その最も外側の端部に、送りブーム１０を具備する削岩ユニット９が搭載されており、送りブーム１０に沿って、削岩機１１は、送り装置１２によって移動させることができる。削岩機１１は、ツールに衝撃パルスを生成するための衝撃装置１３と、自身の長手方向の軸の周りにツール１４を回転させるための回転装置１５とを具備してもよい。削岩リグにおいて、数基の掘削ブーム８ａが備えられてもよい。一例として、第２のブーム８ｂが、ボルト締結装置１６を具備するように示されており、ボルト締結装置１６により、掘削された岩石空洞を支持するために、ロックボルトを、予め掘削されたボーリング孔内に配置することが可能である。図１の実施の形態において、第３のブーム８ｃは、掘削されたボーリング孔を測定するための計測装置１７を装備する。別の代替の採鉱作業装置２は、岩内への封止材料の供給に用いられる注入装置と、吹き付け処理装置と、スケール取り機器と、小型充電の掘削で使用される装置と、爆薬を供給するための装置とを具備する。
【００２０】
一基以上の採鉱作業装置２を備える、採鉱車両１は、鉱山１８の採掘計画又は事前に策定された対応計画に従って作業現場１９に向かって走行駆動されており、作業現場１９では採鉱作業装置２は、作業サイクルに従ってオペレーション（操作）を実行しており、その実行には、比較的長い時間を要する。例えば、削岩機の作業サイクルは、作業現場１９の掘削計画で規定された幾つかのボーリング孔の掘削を含むことができる。更に、各ボーリング孔の掘削は一般的に、カラー設置作業、実際の掘削、延長ロッドや掘削ビットの取り換え作業、孔掘削後の延長ロッド機器の解体等の、幾つかの作業段階で構成される。作業現場１９において、掘削作業サイクルを実行することは、数時間を要し、時には作業シフト全体を必要とする場合もある。これに対応して、充電、ボルト締結、計測、注入の各作業は、非常に時間を要するオペレーションになる場合がある。一般的に、採鉱作業装置２の使用は、ボーリング孔の掘削を実施するか又は、仕上げ孔の更なる処理を実施しなければならない。その場合、これは、切り離されていない岩を取り扱うことを意味する。
【００２１】
図１は、鉱山１８が固定的に製作されてもよい電気回路網２０を有することを示しているが、あるいは、それ（電気回路網２０）は、変更可能な回路網から構成されてもよい。電気回路網２０は、典型的には、三相交流回路網である。採鉱車両１が作業現場１９にある時に 、車両１の採鉱作業装置２ 、油圧システム及び任意の必要な補助システムは、外部電気回路網から得られた電気エネルギーによって主に駆動される。採鉱車両１は、１つ以上の接続ケーブル２１により電気回路網２０に接続されてもよい。接続ケーブル２１は、リール２２上に配置されても良く、電気回路網２０の供給端子に接続してもよい、適切なコネクタ２３を装備してもよい。これとは別に、リール２２及びケーブル２１は、鉱山１８内に配置されてもよく、接続ケーブル２１は、採鉱車両１に接続される。採鉱車両１には、接続装置２４を装備しており、電気回路網２０から供給される電気は、接続装置２４を通り、採鉱車両１の異なる装置に接続される。
【００２２】
採鉱車両１はまた、少なくとも１つのエネルギー源２５を装備する。エネルギー源２５は、例えば、電池、スーパーキャパシタ（大容量コンデンサ）又はそれらの組合せであってもよく、あるいは、発電機によって充電できる、任意の別の適切なエネルギー源であってもよい。
【００２３】
図２は、採鉱車両の幾つかの部分を非常に概略的に示す。
【００２４】
電気モータ２６は、電気回路網２０に接続する。電気モータ２６は、油圧ポンプ２７を回転させる。
【００２５】
図２は、油圧システム２８の管路を図式的に示す。バルブ２９ａ−２９ｃが示す例のように、油圧システム２８は、簡略化して示されている。当然に、油圧システム２８は、より複雑であっても良く、バルブ２９ａ−２９ｃの代わり又はそれらに加えて、油圧システム２８は、三方弁や四方弁等の別のバルブを具備することができる。
【００２６】
参照番号３０は、採鉱作業装置２への油圧の供給を表す。対応して、参照符号３１は、ステアリング（操舵装置）やブレーキ等の、駆動機器の油圧システムへの油圧の供給を表す。
【００２７】
採鉱作業装置２を使用する場合には、電気モータ２６は、油圧を提供する油圧ポンプ２７を回転させる。バルブ２９ａが開いており、弁２９ｂが閉じているので、油圧は矢印Ａで示すように供給される。
【００２８】
エネルギー源２５は、電気モータ３３にインバータ３２によって接続される。電気モータ３３は、油圧ポンプ３４を回転させる。例えば、全出力で掘削中に、採鉱作業装置２にエネルギー源２５からもまたエネルギーを供給することが可能であり、従って、ブーストモードが達成される 。その場合、弁２９ｃが閉じ、バルブ２９ｂと２９ａが開かれており、従って、矢印Ａ及びＢで示すように、油圧は供給される。
【００２９】
ブーストモードの中に、電気モータ３３もまた回転させて、採鉱作業装置にエネルギーを同時に供給することにより、電気モータ２６の負荷を低下させてもよく、あるいは、採鉱作業装置に対して正常量よりも多くのエネルギーを供給するために、電気モータ２６及び３３の両者に負荷をかける。
【００３０】
作業サイクル中において、採鉱作業装置２の動力必要量が低い時に、図２の矢印Ｃに従って油圧を供給することができる。この段階は、充電モードと呼ばれることもある。充電モードにおいて、採鉱車両１は、電気回路網２０に接続される。充電モード中において、バルブ２９ｂが開かれ、バルブ２９ａ及び２９ｃが閉じられることができる。充電モード中に、弁２９ａもまた、開けられてもよく、それに従って、油圧は、矢印Ｃ及びＡで示すように供給される。
【００３１】
この段階で、油圧は、油圧モータとして作用する油圧ポンプ３４を回転させるために使用される。その場合には、油圧ポンプ３４は、油圧モータとして作用することができる歯車ポンプであってもよい。油圧ポンプ３４は、発電機として作用する、電気モータ３３を回転させる。発電機として作用する電気モータ３３は、インバータ３２を介してエネルギー源２５を充電する。
【００３２】
バルブは、開閉弁であってもよく、それに応じて、一つ以上のバルブは、比例弁であってもよい。一実施の形態では、少なくともバルブ２８ｂは、比例弁である。この実施の形態は、ブーストモード中又は充電モード中に、例えば、油圧の流れを容易に制御できるという形態を提供する。別の実施の形態では、バルブ２９ａ及び２９ｂは比例弁であり、別の実施の形態では、全てのバルブは、比例弁である。比例弁は、より汎用性の高い制御システムを提供する。
【００３３】
歯車ポンプの代わりに、油圧を供給するための別個の油圧ポンプ、及び油圧システム２８から得られた油圧により電気モータ３３を回転させるための別個の油圧モータを使用することが可能である。油圧ポンプを回転させるための別個の電気モータ、及びエネルギー源２５を充電するための別個の発電機を使用することもできる。
【００３４】
それに応じて、図示した電気モータ２６と油圧ポンプ２７の代わりに、エネルギー源２５を充電するための油圧を供給するための別個の又は特定の油圧ポンプと、この油圧ポンプを回転させるための別個の電気モータと、を使用することが可能である。
【００３５】
油圧ポンプは、固定式ポンプ又は可変式ポンプでもよい。上述のように、油圧ポンプ３４は、歯車ポンプであってもよい。油圧ポンプ３４は同様に、ピストンポンプであってもよい。また、別のタイプのポンプでも可能である。
【００３６】
駆動モードにおいて、エネルギーは、駆動機器にエネルギー源２５から供給される。駆動モードにおいて、弁２９ｃが開かれ、弁２９ｂは閉じられる。従って、矢印Ｄで示すように、油圧は供給される。システムはまた、発電機３３が空圧モータによって回転させられるように、形成されてもよい。加圧された空気が、圧縮機又は鉱山の空圧システムから空圧モータに供給されてもよい。
【００３７】
なお、電気モータ２６のように、発電機３３を同じシャフト上に設置することも可能であり、これに従い、電気モータ２６と発電機３３が機械的に接続される。これにより、油圧パワーパック（動力集団装置）の電気モータ２６が発電機３３を直接的に回転させる。
【００３８】
しかし、鉱山の電気回路網から電気エネルギーを供給するための発電機３３と、鉱山の電気回路網から採鉱作業装置に供給するための接続部との間で、発電機３３を回転させるための油圧システムを使用することにより、追加の構成要素の必要性が最小化される。
【００３９】
図２はまた、採鉱車両１の機器を制御する、制御ユニット３５を図式的に示す。電気モータ２６と、それに対応して、電気モータ３３は、電気モータ２６及び３３の温度を決定する、温度センサ３６を装備してもよい。電気モータ２６及び３３の温度は、制御ユニット３５に送られ、それにより、制御ユニット３５は、 電気モータ２６及び３３を制御するように使用されるので、それら（電気モータ２６と３３）は、それらの最高温度に到達するまで、最大動力を供給するために使用される。最高温度に達したときに、それら（電気モータ２６と３３）の動力は、低下されて、その最高温度の超過を防止する。
【００４０】
説明したシステムにおいては、電気モータ２６及び３３の共通効率は、制御ユニット３５を用いて高レベルになるように制御されてもよい。
【００４１】
記載されているシステムは、急速充電の可能性を提供する。急速充電のために、発電機３３としての電気モータは、毎分５，０００回転を超えることができる、高速モータであることが好ましい。急速充電時において、例えば、制御ユニット３５は、モータ ２６及び３３がそれらの最高温度に到達するまで、最大動力を供給するように使用されるように、電気モータ２６及び３３を制御する。
【００４２】
比例弁は、油圧システムの種々の回路への所望の作動油流量を達成するように、制御ユニット３５によって制御可能である。可変ポンプの角度を制御することも可能である。その時、ポンプは、必要とされる流量のみを吐出する。
【００４３】
全体として、記載されたシステムは、充電のための優れたダイナミクス（動的な作動）を提供する。さらに、システムの制御は、比較的簡単である。
【００４４】
本明細書に記述した解決案はまた、トンネルを掘削する際に、使用することができる。トンネルは輪切りで掘削される。作業現場は、ボーリング孔が掘削され且つ（火薬が）充填される、トンネルの前面である。１つの輪切り部が爆破される前に、削岩リグは、前面から安全な地点へ遠ざけられる。爆破後で且つ爆破された岩が除去された後に、削岩リグは、安全な地点からトンネルの前面へ戻るように駆動されて、別の輪切りを掘削する。トンネルが輪切りで掘削されるが、そのことは、新しい掘削現場、即ち、新しい作業現場は、前の掘削現場、即ち、前の作業現場からの輪切りの長さに相当する距離にあることを意味する。移動走行はその時、前の作業現場から、安全な地点を経由して、次の作業現場までである。
【００４５】
本明細書において、鉱山とは、地下鉱山及び露天掘り鉱山を参照していることに言及すべきである。更に、前記方法及び採鉱車両は、例えば、異なる岩石施設を掘削する場合に、契約作業現場で使用することができる。従って、契約作業現場はまた、１つのタイプの鉱山と考えることができる。複数の契約作業現場において、外部電気回路網は、移動可能な台車上の集合体等として、変更可能であってよい。
【００４６】
いくつかの場合において、本明細書で記載した複数の形態は、別の形態に関係ないようなものとして使用してもよい。一方、本明細書で記載した形態はまた、必要に応じて、様々な組み合わせを実現するように組み合わせることができる。
【００４７】
図面及び関連する記述は単に、本発明の概念を説明することを意図している。本発明は、特許請求の範囲の範囲内において、その詳細が変化してもよい。
【図１】
2014239642.tif 000003
【図２】
2014239642.tif 000004