(57)【要約】      （修正有）【課題】１相当たり１つ以上の分離した巻線を有する３相以上の電気駆動モータを有する採掘車両を作動する、新しいタイプの採掘車両と方法を提供する。【解決手段】予め定めた駆動速度と負荷に基づいて電気駆動モータ５の公称出力を決定し、以て電気駆動モータが予め定めた回転速度において公称トルクを有するようにし、電気駆動モータを一定のギア比を使った牽引車輪６に連結し、モータ制御器１１を使って電気駆動モータの回転速度を制御し、特定の駆動速度でデルタ結線状態で電気駆動モータを作動し、必要に応じて、予め定めた駆動速度よりも小さい駆動速度で星形結線状態で電気駆動モータを作動することにより予め定めた駆動速度よりも小さい駆動速度で電気駆動モータのトルクを増加すると同時に、モータ制御器のアンペア数を増加することなく一時的に電気駆動モータを過負荷作動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１相当たり１つ以上の分離した巻線を有する３相以上の電気駆動モータを有する採掘車両を作動する方法において、
予め定めた駆動速度と負荷に基づいて前記電気駆動モータの公称出力を決定し、以て前記電気駆動モータが予め定めた回転速度において公称トルクを有するようにし、
前記電気駆動モータを一定のギア比を使った牽引車輪に連結し、
モータ制御器を使って前記電気駆動モータの回転速度を制御し、
特定の駆動速度でデルタ結線状態で前記電気駆動モータを作動し、
必要に応じて、前記予め定めた駆動速度よりも小さい駆動速度で星形結線状態で前記電気駆動モータを作動することにより前記予め定めた駆動速度よりも小さい駆動速度で前記電気駆動モータのトルクを増加すると同時に、前記モータ制御器のアンペア数を増加することなく一時的に前記電気駆動モータを過負荷作動させることを特徴とする方法。
【請求項２】
過負荷作動中、前記電気モータの電流は、夫々の巻線結線の電気モータの公称電流の少なくとも２倍あることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モータ制御器は周波数コンバータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記モータ制御器はインバータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記電気駆動モータは２重の巻線を有し、以て必要に応じて高電圧星形結線状態、高電圧デルタ結線状態、低電圧星形結線状態、及び低電圧デルタ結線状態で作動されることを特徴とする前出請求項いずれかに記載の方法。
【請求項６】
採掘車両において、
公称出力と公称トルクを有する３相以上の電気駆動モータ、
前記電気駆動モータと牽引車輪との間で一定ギア比を有する接続部、
前記電気駆動モータの回転速度を制御するためのモータ制御器、及び
前記電気駆動モータを予め定めた駆動速度でデルタ結線状態で作動すると共に前記予め定めた駆動速度よりも小さい速度で星形結線状態で作動し、同時に、必要に応じて、前記予め定めた駆動速度よりも小さい駆動速度で電気駆動モータのトルクを増加させるために一時的に前記電気駆動モータを過負荷作動させるように構成された制御ユニット、を有することを特徴とする採掘車両。
【請求項７】
過負荷作動中、前記電気駆動モータの電流は、電気モータの公称電流の少なくとも２倍あることを特徴とする請求項６に記載の採掘車両。
【請求項８】
前記モータ制御器は周波数コンバータであることを特徴とする請求項６又は７に記載の採掘車両。
【請求項９】
前記モータ制御器はインバータであることを特徴とする請求項６又は７に記載の採掘車両。
【請求項１０】
前記電気駆動モータは２重の巻線を有し、以て必要に応じて高電圧星形結線状態、高電圧デルタ結線状態、低電圧星形結線状態、及び低電圧デルタ結線状態で作動可能であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の採掘車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は採掘車両及び採掘車両の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
採掘車両には一般にディーゼルエンジンのような１台以上の燃焼機関が設けられる場合がある。しかしながら、燃焼機関から出る排気ガスや騒音は採掘における問題を生じる。加えて燃焼機関は車両の台車上でかなりの空間を占めると共に定期的なメンテナンスを必要とする。また燃焼機関は、その表面が高温であると共に車両及び採掘坑内で可燃性燃料を保管・取り扱わなければならないため、採掘坑内の火災安全性という点でマイナスの影響を持っている。更に、燃焼機関を備えた採掘車両は大量の熱エネルギを生じることで採掘坑を不必要に加熱してしまう。
【０００３】
採掘車両の少なくとも駆動モータは電気駆動モータであるように採掘車両に１台以上の電動機を設けることも可能である。その電気駆動モータは採掘坑の電気回路網から電力供給されるかもしれない。採掘坑の電気回路網は交流又は直流回路網であっても良い。電気駆動モータはまた、採掘車両に設けられるエネルギ源、例えばバッテリから電力供給されるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は新しいタイプの採掘車両と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は独立請求項に開示された特徴によって特徴付けられる。
【０００６】
実施形態によれば、採掘車両は３相以上の電気駆動モータを有する。その電気駆動モータは１相につき１つ以上の分離した巻線を有する。駆動モータの公称出力は特定の駆動速度と負荷に基づいて決定され、以て駆動モータは予め定めた回転速度で公称トルクを有する。駆動モータは一定のギア比を用いた採掘車両の牽引車輪に接続される。駆動モータの回転速度はモータ制御器を使うことで制御される。駆動モータは予め定めた駆動速度ではデルタ結線状態で作動し、必要に応じて前記予め定めた駆動速度より低い駆動速度での駆動モータのトルクは、駆動モータを星形結線状態で作動すると同時に駆動モータを一時的に過負荷状態にさせることより増加する。そのような実施形態では、採掘車両におけるギアボックスの使用が回避される。しかしながら、電気モータの低回転速度での高トルクは、電気モータとモータ制御器のアンペア数を高く見積もることなく達成される。
【０００７】
以下、本発明の幾つかの実施形態を添付図面においてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】採掘車両の概略的側面図である。
【図２】電動機の高電圧星形結線の概略図である。
【図３】電動機の高電圧デルタ結線の概略図である。
【図４】電動機の低電圧星形結線の概略図である。
【図５】電動機の低電圧デルタ結線の概略図である。
【図６】異なる結線による電動機のトルク曲線の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図では、本発明の幾つかの実施形態は、その明瞭化のため単純化されて示されている。図において類似の部品は同じ参照番号が付されている。
【００１０】
図１に採掘車両の一例を示す。採掘車両１は駆動設備３によって移動可能な台車２を有する。駆動設備３は、１台以上の三相以上電気駆動モータ４と、駆動力を１個以上の車輪６に伝達する１つ以上の動力伝達手段５とを有する。駆動力変速装置は機械的動力伝達部材を有しても良く、またその代わりとして油圧又は電気駆動電力システムを使用しても良い。駆動モータ４は一定のギア比を用いた牽引車輪６に連結される。即ち、直接連結が使われる。一定のギヤ比を使ったり直接連結を使用することは、駆動力が駆動モータ４から牽引車輪へとギアボックスなしで伝達されることを意味している。即ち、採掘車両１はギアボックスを有さない。
【００１１】
採掘坑は、固定して構成されたり、或いは修正可能な回路網から構成しても良い電気回路網７を有するかもしれない。電気回路網７は３相交流回路網であっても良い。採掘車両１は１本以上の接続ケーブル８によって電気回路網７に接続されるかもしれない。接続ケーブル８はリール９上に配置することができ、それには電気回路網７の給電端子に接続できる適当なコネクタ１０が装備されるかもしれない。これに代わるものとして、リール９やケーブル８を採掘坑内に配しても良く、接続ケーブル８を採掘車両１に接続しても良い。従って、図１に示した実施形態では、電気駆動モータ４は採掘坑の電気回路網から給電される。採掘坑の電気回路網は又、直流トロリー線のような直流回路網であっても良い。そのような場合には採掘車両１は１本以上のトロリーアームを用いて直流トロリー線に接続されるかもしれない。採掘車両にバッテリのようなエネルギ源を設けることも可能である。即ち、電気駆動モータ４に対しては、採掘車両１に設けられたエネルギ源から給電することも可能である。
【００１２】
採掘車両１は、ダンプカー、ローダー、削岩装置、或いは他の採掘車両であっても良い。採掘車両１は１台以上の採掘装置を装備しても良く、採掘装置自体は以下の各採掘装置、即ち削岩機、ボルト締め機、ショットクリート機、スケーリング装置、射出装置、発破孔充填機、装填装置、バケット、ボックス、測量装置、又は小さな装填掘削で使用される掘削、シーリング及び燃料送り機器の１つ又はそれ以上であっても良い。
【００１３】
採掘車両１は更にモータ制御器１１を有する。モータ制御器１１は駆動モータ４の回転速度を制御する。仮に採掘坑の電気回路網７が３相交流回路網ならば、モータ制御器１１は周波数を必要通り駆動モータ４に適当なものへと変換する周波数コンバータであるかもしれない。仮に、例えば電気回路網が直流回路網であったり、或いは仮に採掘車両のエネルギ源が直流電流を供給するならば、モータ制御器１１は直流電流を交流電流へと変え、以て周波数を必要通り駆動モータに適当なものへと調整するインバータであるかもしれない。
【００１４】
採掘車両１は更に、３相交流電気モータの巻線を必要に応じて星形結線状態とデルタ結線状態に接続する連結装置１２を有する。連結装置１２は電気モータ４を星形結線状態かデルタ結線状態のいずれかに接続する接触器又はその他の適当な切換手段を有するかもしれない。連結装置１２は電気モータ４の接続ボックス内に設けても、或いは電気モータ４の外側に設けるようにしても良い。
【００１５】
また、採掘車両１には制御ユニット１３が設けられる。制御ユニット１３は、例えばモータ制御器１１と連結装置１２の作動を制御する。制御ユニット１３はコンピュータであったり、或いはプロセッサ、プログラマブル論理装置又はその目的に適したその他の制御装置を有する対応制御装置であっても良く、その目的のために少なくとも１つの対応戦略を設定でき、かつその目的に従って制御を別個に実行したり、或いはオペレータとの協力関係で制御を実行するようなものでも良い。
【００１６】
駆動モータ４の公称出力は予め定めた駆動速度及び負荷に基づいて決定される。一例として負荷は採掘車両の重量とその採掘車両によって運搬される材料の重さに基づいて決定される。一例として予め定めた駆動速度は２０ｋｍ／ｈであるかもしれないし、採掘車両の重量とそれによって運ばれる材料は２０トンであるかもしれない。一実施形態では、これは駆動モータ４に対し７５ｋｗの公称出力を提供する。駆動モータ４の寸法設計は予め定めた回転速度における駆動モータの公称トルクを与える。駆動モータの寸法設計は当業者にとって自明のことであるため、ここでは詳細には論じないことにする。
【００１７】
モータ制御器１１は、一方で駆動モータの公称出力に基づき、他方では駆動モータの予め定めた回転速度において必要なトルクに基づいて形成される。採掘車両は、同時に駆動モータでは低回転速度であるような非常に遅い駆動速度で大きなトルクを有する必要がある。一例としてはローダーのバケットの充填作業がある。充填時、ローダーは岩石の山に向かって非常に遅い速度で突っ込んでいく。被駆動長さは例えば１〜５ｍとなるかもしれない。ローダーへの充填作業は例えば５〜３０秒であるかもしれない。低駆動速度・高トルクの別の例としては、削岩装置を上り坂運転することであったり、或いは障害物を越えたりデコボコの険しい表面上で削岩装置を運転することである。平らな表面上での通常の移動運転時においては、より速い速度が必要とされるが、同時にかなり小さいトルクも必要とされる。必要とされるトルクに基づいてモータ制御器１１を設計することは、結果としてモータ制御器１１を大規模なものにしてしまう。このため、低回転速度・高トルクを実現するために一般的にはギアボックスを使用する。しかしながらギアボックス自体はかなり高価な部品である。従ってここに開示した実施形態ではギアボックスは使用せず、低駆動速度・高トルクを達成するために駆動モータ４は星形結線状態で作動され、通常作動では駆動モータはデルタ結線状態で作動される。星形結線では、デルタ結線よりもモータ制御器の定格電流が小さいため、低駆動速度時の高トルクを達成することができる。低駆動速度上での高トルクを共に達成するために、駆動モータは短期間、一時的に過負荷状態になる。採掘車両では低駆動速度・高トルクは非常に短い時間でしか必要とされず、従ってこの過負荷状態は駆動モータにダメージを与えない。
【００１８】
図２、３、４及び図５は駆動モータ巻線の接続方法を示している。図２、３、４及び図５に示した実施形態では、駆動モータには２重の巻線が設けられ、１台のモータが４つの異なる出力を提供している。２重巻線とは相当たり２つの別個の巻線があるということである。モータの公称出力とモータの公称トルクは同一周波数上ではまったく同じであるが、電流値と電圧値は異なる。更に図２は車両のギヤ１を示し、図３は車両のギア２、図４は車両のギア３、そして図５は車両のギア４を示していると言うこともできる。
【００１９】
図２は高電圧の星形結線を示している。この実施形態では端子Ｔ４は端子Ｔ７に接続され、端子Ｔ５は端子Ｔ８に接続され、端子Ｔ６は端子Ｔ９に接続され、そして端子Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２は互いに接続されている。仮にモータの公称出力が７５ｋＷであるならば、Ｔ１とＴ２の間の主電圧は６９０Ｖ、相電流は７７．７Ａとなる。例えばＴ１−Ｔ４間のような特定の巻線にかかる電圧は６９０Ｖ／（２＊√３）＝２００Ｖとなる。
【００２０】
図３は高電圧のデルタ結線を示している。この実施形態では端子Ｔ４は端子Ｔ７に接続され、端子Ｔ５は端子Ｔ８に接続され、端子Ｔ６は端子Ｔ９に接続され、端子Ｔ１０は端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ１１は端子Ｔ３に接続され、端子Ｔ１２は端子Ｔ１に接続されている。仮にモータの公称出力が７５ｋＷであるならば、Ｔ１とＴ２の間の主電圧は４００Ｖ、相電流は１３４Ａとなる。例えばＴ１−Ｔ４間のような特定の巻線にかかる電圧は４００Ｖ／２＝２００Ｖとなる。
【００２１】
図４は低電圧の星形結線を示している。この実施形態では端子Ｔ７は端子Ｔ１に接続され、端子Ｔ８は端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ９は端子Ｔ３に接続され、端子Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は互いに接続され、端子Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１２は互いに接続されている。仮にモータの公称出力が７５ｋＷであるならば、Ｔ１とＴ２の間の主電圧は３４５Ｖ、相電流は１５５．４Ａとなる。例えばＴ１−Ｔ４間のような特定の巻線にかかる電圧は３４５Ｖ／√３＝２００Ｖとなる。
【００２２】
図４は低電圧のデルタ結線を示している。この実施形態では端子Ｔ６、Ｔ１、Ｔ１２及び端子Ｔ７が共に接続され、端子Ｔ４、Ｔ２、Ｔ１０及び端子Ｔ８が共に接続され、端子Ｔ５、Ｔ３、Ｔ１１及び端子Ｔ９が共に接続される。仮にモータの公称出力が７５ｋＷであるならば、Ｔ１とＴ２の間の主電圧は２００Ｖ、相電流は２６８Ａとなる。例えばＴ１−Ｔ４間のような予め定めた巻線にかかる電圧は２００Ｖとなる。
【００２３】
ここで説明した各実施形態では、上述した接続は同一公称出力で異なる公称電流を有する。いずれにせよ予め定めた巻線にかかる電圧は全ての接続において同じである。過負荷の意味するところは、ある実施形態では電気モータの電流は公称電流の少なくとも２倍であり、別実施形態では公称電流の少なくとも２．５倍、第３の実施形態では公称電流の少なくとも３倍であるということである。このことは、電気モータが一時的に公称トルクの２倍や２．５倍、或いは３倍ものトルクを生むという特徴となる。
【００２４】
図６は、図２〜図５に示された各接続又は各ギヤに関しての公称トルク曲線と最大トルク曲線を示している。本実施形態における電気システムのパラメータは、星形結線のモータの公称電圧が６９０Ｖ、公称周波数が５０Ｈｚ、公称電流が７７．７Ａ、公称回転速度が１５００ｒｐｍ、公称出力が７５ｋＷ、公称トルクが４８４Ｎｍとなる。モータ制御器の公称電流は１５０Ａであり、モータ制御器の中間回路の電圧は４５５Ｖのモータ電圧に対応した６５０Ｖである。又、電流はトルクに直接比例していると推定される。最大トルク曲線は、一時的に電流は公称電流の２倍であり、モータ制御器の最大電流は２２５Ａの電流を供するその公称電流の１．５倍であることに基づいて決定される。
【００２５】
実施形態において、採掘車両は以下の要件：低速（５００ｒｐｍ以下）での最大トルクは少なくとも約１０００Ｎｍであり、２０００ｒｐｍでの連続トルクは少なくとも４００Ｎｍであり、４０００ｒｐｍでの連続トルクは少なくとも１００Ｎｍであるという要件を有する。図６からわかるように、これらの要件はギア１とギア２を使うことで果たされる。
【００２６】
通常の使用において、一方のギアから他方のギアに切り換える必要性はほとんどない。一実施形態において、低速で１０００Ｎｍのトルクが必要となることは滅多になく、通常は時間の少なくとも９０〜９５％はギア２を使用して運転される。
【００２７】
１つのギヤから他方への切り換えはかなり早く実行することができる。切り換え中においてモータの制御が一瞬、通常は０．５〜１秒間スイッチオフされる時、磁束の減衰は延期され、その後ギアが結合装置によって切り換えられ、周波数コントローラが電気モータを制御し続ける。
【００２８】
一時的な過負荷状態は予め定めた最長持続時間に限定されるかもしれない。一実施形態では、一時的過負荷状態の最長持続時間は６０秒であるし、他の実施形態では最長持続時間は３０秒である。１つ以上の部品の温度を測定し、その測定温度が予め定めた設定値レベルを超えたならば過負荷を中断することも可能である。その過負荷状態は制御ユニットによりオペレータに表示するようにしても良い。中断に先立ち、その過負荷状態をオペレータに前もって知らせることも可能である。
【００２９】
当業者であるならば、技術の進歩に伴って本発明の概念が様々な方法で実施可能であることが明白となるだろう。本発明とその実施形態は上述した例に限定されることなく請求の範囲内で変更しても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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