(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧で作動する特定の定格電圧（ＵN）を有する少なくともひとつの電気コンポーネント、装置、又はマシン（２３，２４）を含む鉱山車両であって、
さらに、鉱山車両への電力供給のための結合ケーブル（１９）と、結合ケーブル（１９）のためのケーブル・リール（２０）と、鉱山車両を交流電力網に結合する結合手段と、交流電力網の異なる電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）を該定格電圧（ＵN）に変換するように配置された変圧器（２２）と、を含む鉱山車両において、
前記変圧器（２２）は複数のタッピング・ポイントを有する単巻変圧器であり、前記交流電力網に結合する前記変圧器（２２）の入力側と、前記交流電力網の前記電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）を変換して前記定格電圧（ＵN）を出力する前記変圧器（２２）の出力側とが、前記交流電力網の電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）の大きさに応じたタッピング・ポイントを選択することによって決定され、
定格電圧（ＵN）より低い電圧（Ｕ2）と定格電圧（ＵN）より高い電圧（Ｕ1）が変圧器（２２）に供給可能であり、定格電圧（ＵN）より低い電圧（Ｕ2）が変圧器（２２）に供給されるときには変圧器はその電圧を定格電圧（ＵN）まで上げ、定格電圧（ＵN）より高い電圧（Ｕ1）が変圧器に供給されるときには変圧器はその高い電圧（Ｕ1）を定格電圧（ＵN）まで下げ、定格電圧（ＵN）より低い電圧（Ｕ2）が変圧器（２２）に供給されるときにも定格電圧（ＵN）より高い電圧（Ｕ1）が変圧器（２２）に供給されるときにも変圧器（２２）が電気コンポーネント、装置、又はマシン（２３，２４）に給電するように配置されることを特徴とする鉱山車両。
【請求項２】
鉱山車両（１）のすべての電気モータ（２４）が同じ定格電圧（ＵN）を有する仕方で少なくとも２つの電気モータ（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の鉱山車両。
【請求項３】
変圧器（２２）の前記タッピング・ポイント（ａ１からａ３まで、ｂ１からｂ３まで、ｃ１からｃ３まで）は、変圧器（２２）が、電圧を上げるときも電圧を下げるときも同じ巻線エリアを用いるように、言い換えると、電圧を上げるか下げるかによって定格電圧（ＵN）タッピング・ポイントを変えられるように、形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鉱山車両。
【請求項４】
鉱山車両が岩盤掘削装置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉱山車両。
【請求項５】
交流電圧で作動するある特定の定格電圧（ＵN）を有する少なくともひとつの電気コンポーネント、装置、又はマシン（２３，２４）を含む鉱山車両にエネルギーを供給する方法であって、
異なる電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）で交流電力網から鉱山車両に電力を供給するステップを含み、
前記鉱山車両は変圧器（２２）を有し、該変圧器（２２）によって交流電力網の異なる電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）を必要に応じて定格電圧（ＵN）に変換する方法において、
前記変圧器（２２）は複数のタッピング・ポイントを有する単巻変圧器であり、
前記交流電力網に結合する前記変圧器（２２）の入力側と、前記交流電力網の前記電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）を変換して前記定格電圧（ＵN）を出力する前記変圧器（２２）の出力側とを、前記交流電力網の電圧レベル（Ｕ1，Ｕ2）の大きさに応じてタッピング・ポイントを選択することによって決定し、
定格電圧（ＵN）より低い電圧（Ｕ2）が変圧器（２２）に供給されるときは変圧器（２２）によってその電圧を定格電圧（ＵN）まで上げ、定格電圧（ＵN）より高い電圧（Ｕ1）が変圧器（２２）に供給されるときは変圧器（２２）によってその高い電圧を該定格電圧（ＵN）まで下げ、定格電圧（ＵN）より低い電圧（Ｕ2）が変圧器（２２）に供給されるときも定格電圧（ＵN）より高い電圧（Ｕ1）が変圧器（２２）に供給されるときも変圧器（２２）によって電気コンポーネント、装置、又はマシン（２３，２４）に給電することを特徴とする方法。
【請求項６】
交流電力網の電圧レベルが該定格電圧（ＵN）に対応するとき電力供給において変圧器（２２）をバイパスすることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
鉱山車両において、スター結線で定格電圧（ＵN）を有する少なくともひとつの三相交流モータ（２４）を使用し、交流電力網の電圧レベルが定格電圧（ＵN）を√３という数で割ったものであるときも電力供給において変圧器（２２）をバイパスし、同時に電気モータ（２４）をデルタ結線で結合することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
鉱山車両（１）は少なくとも２つの電気モータ（２４）を、鉱山車両（１）のすべての電気モータ（２４）が同じ定格電圧（ＵN）を有するような仕方で使用することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
電圧が上げられるか下げられるかに応じて定格電圧（ＵN）タッピング・ポイントを変えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
鉱山車両（１）が岩盤掘削装置であることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧で作動し、ある特定の定格電圧を有する少なくともひとつの電気コンポーネント、装置、又はマシンを含む鉱山車両であって、さらに、上記鉱山車両への電力供給のための結合ケーブルと、上記結合ケーブルのためのケーブル・リールと、上記鉱山車両を交流電力網に結合する結合手段と、上記交流電力網の電圧レベルを上記定格電圧に変換するように配置された変圧器を含む鉱山車両に関する。
【０００２】
さらに本発明は、交流電圧で作動し、ある特定の定格電圧を有する少なくともひとつの電気コンポーネント、装置、又はマシンを含む鉱山車両への電力供給の方法に関し、この方法は特定電圧レベルの交流電力網から上記鉱山車両に電力を供給するステップを含み、上記鉱山車両は上記交流電力網の電圧レベルを、必要に応じて、上記定格電圧に変換する変圧器を有する。
【背景技術】
【０００３】
岩盤掘削装置の作動装置は、普通、電気的に運転される。したがって、少なくとも作業段階での作業現場で、岩盤掘削装置は電力網に結合されている。特にトンネル作業現場やその他の建設工事では、岩盤掘削装置はその全寿命のうちのほんの短い時間だけ使用され、ある作業現場で使用された後には別の作業現場に移動される。ある作業現場から別の作業現場への移動は、それらの作業現場における電力網の電圧レベルが同じでなければうまくゆかない。異なる作業現場の電力網の電圧レベルが異なる場合、変圧器によって電圧レベルを変換して岩盤掘削装置の作動装置に適したものにしなければならないが、実際には必要な変圧器のサイズが大きくなって取り扱いが困難であり、またコストも大きくなり、そのため岩盤掘削装置はそれに給電する電力網の電圧レベルがその作動装置に適した作業現場でしか使用されない。さらに、岩盤掘削装置は、電気コンポーネント、例えば保護スイッチ、接触器、ケーブル及びモータなど、を交換して供給電力網に適したものにすることもできそうである。しかし、この選択肢も実際には実施することが難しい。
【０００４】
特許文献１は電気的に作動する作動装置を有する岩盤掘削装置と上記岩盤掘削装置を電力網に結合する手段を開示している。上記岩盤掘削装置は２つの異なる電圧レベルを有する電気的に作動する作動装置を含み、そのあるものは電力網から直接給電され、あるものは変圧器を通して給電される。岩盤掘削装置は２つの異なる電圧レベルを有する少なくとも２つの電力網に結合した状態で運転できる。岩盤掘削装置の作動装置のいくつかだけを変圧器を通して給電すればよいので、変圧器は非常に大きなサイズである必要はない。それでもやはり、２つの異なる電圧レベルによって電気的に作動する作動装置を岩盤掘削装置で使用しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８０３９１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は新しい鉱山車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による鉱山車両は、定格電圧よりも低い電圧と定格電圧よりも高い電圧を変圧器に供給することができ、定格電圧よりも低い電圧が変圧器に供給されたときは変圧器がその電圧を定格電圧まで上げ、定格電圧よりも高い電圧が変圧器に供給されたときは変圧器がその高い電圧を定格電圧まで下げて、定格電圧よりも低い電圧が変圧器に供給されたときも定格電圧よりも高い電圧が変圧器に供給されたときも、変圧器が電気コンポーネント、装置、又はマシンに給電するように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明によるソリューションは、定格電圧より低い電圧が変圧器に供給されたときはその電圧を変圧器によって定格電圧まで上げ、定格電圧より高い電圧が変圧器に供給されたときはその高い電圧を変圧器によって定格電圧まで下げ、定格電圧よりも低い電圧が変圧器に供給されたときも定格電圧よりも高い電圧が変圧器に供給されたときも、変圧器によって電気コンポーネント、装置、又はマシンに給電することを特徴とする。
【０００９】
提案されたソリューションでは、鉱山車両は交流電圧で作動し特定の定格電圧を有する電気コンポーネント、デバイス、又はマシンを含む。鉱山車両はさらに、この鉱山車両に電力を供給する給電ケーブルと、この給電ケーブルのためのケーブル・リールと、鉱山車両を交流電力網に結合する結合手段と、交流電力網の電圧レベルを定格電圧に変換するように配置された変圧器を含む。鉱山の電力網の電圧レベルによって、定格電圧よりも低い電圧も定格電圧より高い電圧も変圧器に供給される。定格電圧よりも低い電圧が変圧器に供給されたときは、変圧器はその電圧を定格電圧に上げる。定格電圧よりも高い電圧が変圧器に供給されたときは、変圧器はその高い電圧を定格電圧に下げる。定格電圧よりも低い電圧が変圧器に供給されたときも定格電圧よりも高い電圧が変圧器に供給されたときも、変圧器が電気コンポーネント、装置、又はマシンに給電するように配置される。こうして、鉱山車両の電気コンポーネント、装置、又はマシンが特定の定格電圧を有していても、鉱山車両は異なる電圧レベルの電力網に結合できる。こうして、鉱山車両はひとつの作業現場から別の作業現場へ、その供給電力網の電圧レベルに関わりなく容易に移動させることができる。言い換えると、電力網の異なる電圧レベルに対して異なる電気装置を有する鉱山車両を製造する必要はなくなる。すなわち、鉱山車両を製造するさい、異なるいくつかの使用目的に対して同じコンポーネントとソリューションを用いることができる。さらに、かなりあとの製造段階で装置を顧客が使用する電圧に合わせて構成することができ、顧客もその希望に応じてその電圧結合を変えることができる。
【００１０】
鉱山車両は以下の鉱山作業装置のひとつ以上を備える：削岩機、ボルト打設機、コンクリート吹き付け機、スケーリング・デバイス、注入装置、発破孔充填装置、ローディング装置、計測装置、又は少量装填掘削で用いる削岩機、封止装置、及び爆薬供給装置。岩盤掘削装置は、面掘削機又は生産ホール穿孔に用いる装置、すなわち、ファン形状の孔を穿孔するロングホール穿孔機である。鉱山作業装置は、はがれていない岩を扱うのに用いるアクチュエータであり、与えられた作業サイクルに従っていくつかの引き続く作業をこなす。普通、いくつかの同様の作業がひとつの作業現場にある鉱山作業装置によって行われる。それらの作業は、穿孔プラン、装填プラン、又は対応する採鉱プランなどの掘削プランで定められる。鉱山作業装置は、普通、張り出し支柱（ブーム）に配置されて、装置は作業サイクルの間それによって移動される。他方、鉱山作業装置は鉱山車両の対応する支柱又は支持構造に配置され、作業サイクルの間それに支持される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】岩盤掘削装置を示す概略側面図である。
【図２】岩盤掘削装置の電力供給配置を示すダイアグラムである。
【図３】岩盤掘削装置の電力供給配置を示すダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面では、本発明のいくつかの実施形態が分かりやすくするために単純化されて示されている。図面において同じ参照数字は同じパーツを表している。
【００１３】
図１は、鉱山車両１の一例である岩盤掘削装置を示している。岩盤掘削装置はひとつ以上の鉱山作業装置２を備えている。岩盤掘削装置は駆動設備４で動かすことができるキャリア３を含む。駆動設備４はひとつ以上の駆動モータ５と、駆動パワーをひとつ以上の車輪７に伝達するためのひとつ以上の動力伝達手段６を含む。駆動パワーの伝達（トランスミッション）は機械的歯車システムと機械的なパワー伝達部材から成る、あるいはまた、駆動パワー伝達は油圧又は電気的に行われる。キャリア３にはひとつ以上の支柱（ブーム）８があり、支柱に鉱山作業装置２が備えられている。図１に示された実施形態では、第１の支柱８ａは掘削支柱であり、その最も外側の端にフィード・ビーム１０を含む岩盤掘削ユニット９があり、そのビームに沿って岩盤掘削機１１を送り装置１２によって動かすことができる。岩盤掘削機１１は、工具に衝撃パルスを発生する打撃装置１３と、工具１４をその長手軸のまわりで回転させる回転装置１５を含む。岩盤掘削装置にはいくつかのこのような掘削支柱８ａがあってよい。例えば、第２の支柱８ｂはボルト打設機が備えられていて、予め掘削された孔にロック・ボルトを打設して掘削された岩の孔を補強できる。図１の実施形態では、第３の支柱８ｃに掘削された孔を計測する計測装置１７が装備されている。別の鉱山作業装置２としては、岩石に封止材料を送り込むのに用いられる注入装置、少量装填掘削で用いる装置、及び爆薬を送り込むのに用いられる発破孔装薬器、などがある。
【００１４】
図１はさらに、電力網１８も示しており、これは固定された構成であっても、変更できる電力網であってもよい。電力網１８は普通は三相交流電力網である。鉱山車両が作業現場にあるとき、その鉱山作業装置、油圧システム、及び必要な補助システムは主に外部電力網から得られる電力で駆動される。岩盤掘削装置はひとつ以上のケーブル１９によって電力網１８に結合される。結合ケーブル１９はリール２０に配置され、適当なコネクタ２１を備え、それを電力網１８の供給端子に結合することができる。岩盤掘削装置１はさらに変圧器２２を備え、それを通して電力網１８から供給される電力がいろいろな作動装置に向けて岩盤掘削装置１に導かれる。変圧器２２の構造と結合は図２と３を参照してさらに詳しく説明される。
【００１５】
変圧器２２はこのように鉱山の電力網１８に結合されている。図２の場合、鉱山の電力網１８の電圧は、例えば、１０００ボルトである。岩盤掘削装置の電気コンポーネント、装置、又はマシンの定格電圧ＵNは，例えば６９０ボルトである。すなわち、変圧器２２は電力網の電圧、すなわち１０００ボルト、を定格電圧ＵNまで、すなわち６９０ボルトまで下げる。
【００１６】
定格電圧ＵNはこのように変圧器２２から鉱山車両の電気コンポーネント、装置、又はマシンに供給される。図２と３では、その例はマスター主配電盤２３と三相モータ２４である。電気モータ２４は、例えば、岩盤掘削装置の動力ユニットである。鉱山車両のその他の対応するコンポーネント、装置、又はマシンは、例えば、圧縮機の電気モータ、水ポンプ、補助機能のソケット、制御変圧器、駆動設備、ポンプその他の補助装置、並びにその他の対応する電気作動装置などである。
【００１７】
図３の場合、定格電圧ＵNは図２の場合と同じである、すなわち、例えば６９０ボルトである。これと対照的に、図３の場合、電力網の電圧Ｕ2は例えば５２５ボルトである。この場合、変圧器２２は電圧Ｕ2、例えば５２５ボルト、を定格電圧ＵNに、すなわち、例えば６９０ボルトに上げる。図３の場合、鉱山車両は図２の場合と異なる電圧を有する鉱山の交流電力網で運転されるにもかかわらず、図２の場合と同じ定格電圧ＵNが変圧器２２によって電気コンポーネント、装置、又はマシンに供給される。図２と図３はこのように同じ鉱山車両を示しており、変圧器２２の入力及び出力結合だけが異なる仕方で実施されている。
【００１８】
このように、定格電圧ＵNより高い電圧が変圧器に供給されるとき、変圧器はこの高い電圧を定格電圧ＵNに下げる。さらに、定格電圧ＵNより低い電圧が変圧器に供給されるとき、変圧器はこの電圧を定格電圧ＵNに上げる。したがって、すべての電気コンポーネント、装置、又はマシンは同じ定格電圧ＵNを有することができる。鉱山の電力網の電圧が定格電圧ＵNに対応するときは、変圧器は迂回（バイパス）される、すなわち、電気コンポーネント、装置、又はマシンは鉱山の電力網から直接給電される。さらに、あるコンポーネント、例えば三相交流モータ、がスター結線で与えられた定格電圧を有する場合、それに対応してデルタ結線ではモータには上記の電圧を√３で割った電圧で給電することができる。したがって、このような場合、手順は、スター結線での定格電圧ＵNが６９０ボルトであり、電力網の電圧が６９０ボルトであるときは変圧器２２を迂回し、電気モータには電力網から直接に給電してスター結線に結線される。電力網の電圧が１０００ボルトであるときは変圧器２２によって電圧を６９０ボルトに下げ、さらに、電気モータはスター結線で運転される。電力網の電圧が５２５ボルトであるときは変圧器２２によって電圧を６９０ボルトに上げ、さらに、電気モータはスター結線で運転される。対照的に、電力網の電圧が４００ボルトであるときは、変圧器２２を迂回し、電気モータはデルタ結線で結合される。このようにして、いくつかの異なる電圧レベルの電力網で鉱山車両を運転するための単純でかつ全体として経済的なソリューションが実現される。
【００１９】
もちろん、ここで示した電圧レベルは単なる例であり、このやり方は必要に応じて所望の電圧レベルに適用できる。さらに、供給電力網の電圧も、例えば数十ボルト程度変動するのは普通であり、それでも電気装置の構成や結合に何も変更の必要はない。
【００２０】
普通、例えば電気モータは周波数に関わりなく同じパワーで作動できる。言い換えると、周波数は、例えば５０ヘルツでも６０ヘルツでもよい。異なる周波数では、たしかに電気モータは異なるスピードで回転するが、モータから取り出されるパワーは周波数と無関係である。変圧器の寸法設計に関して、変圧器は、例えば４７ヘルツから６３ヘルツまでの周波数範囲で動作するように寸法設計されているので、周波数は普通、何も関係がない。図２と３の実施形態では、変圧器２２は３つのタッピング・ポイントすなわちタップを有する、すなわち、ａ１からａ３まで，ｂ１からｂ３まで，ｃ１からｃ３まで，である。変圧器２２は２つのタッピング・ポイント、又は４つ以上のタッピング・ポイントを有するように実施してもよい。
【００２１】
望むなら、例えば３つのタッピング・ポイントを有する変圧器を用いる場合、電気コンポーネント、装置、又はマシンに常に真中のタッピング・ポイント、すなわちｂ１からｂ３まで、を用いて給電することができる。鉱山の電力網の電圧が定格電圧よりも高い場合、それをタッピング・ポイントａ１からａ３までに結合する。もしも、それと対照的に、鉱山の電力網の電圧が定格電圧ＵNよりも低い場合、それをタッピング・ポイントｃ１からｃ３までに結合する。しかし、その場合、タッピング・ポイントａ１からａ３までのｃ１からｃ３までに対する変圧比はかなり高くなる。例えば上で説明した５２５ボルト，６９０ボルト及び１０００ボルトでは、それは１．９０である。
【００２２】
図２と３のやり方では、それと対照的に、鉱山車両の電気コンポーネント、装置、又はマシンに定格電圧を供給するタッピング・ポイントが変えられる。すなわち、例えば電力網の電圧Ｕ1が１０００ボルトである場合、それはタッピング・ポイントａ１からａ３までに結合され、定格電圧ＵNはタッピング・ポイントｃ１からｃ３までから取り出される。もしも例えば、電力網の電圧Ｕ1が５２５ボルトである場合、それはタッピング・ポイントｃ１からｃ３までに結合され、定格電圧ＵNはタッピング・ポイントｂ１からｂ３までから取り出される。こうして、変圧器の変圧比、すなわちタッピング・ポイントａ１からａ３までのタッピング・ポイントｃ１からｃ３までに対する比は約１．４５になる。実際には、変圧器の巻線は用いる最低電圧によって寸法設計され、その電圧で巻線に流れる電流が最大になる。変圧器のサイズが、実際には、上記の変圧比の違いと同じほど小さくなっていないのはこのためである。定格電圧を鉱山車両の電気コンポーネント、装置、又はマシンに供給するタッピング・ポイントを変えることで、変圧器を上で説明したものよりも著しく小さくすることが可能になる。すなわち、このやり方では、電圧を上げるときも電圧を下げるときも、変圧器２２において同じ巻線エリアが用いられる。
【００２３】
好ましくは、変圧器２２は単巻変圧器である。単巻変圧器はオートトランスフォーマー又はオート・ステップダウン・トランスフォーマーとも呼ばれる。単巻変圧器は、鉱山作業現場での短絡電流（これは普通、すでにかなり小さいものである）を減少させない。さらに、単巻変圧器の標準的なパワーは対応する定格パワーの二重巻線変圧器の標準的なパワーよりも小さい。場合によっては、本発明で開示された特徴は、他の特徴に関わりなくそれ自体で用いることができる。他方、必要な場合、本発明で開示された特徴を組み合わせていろいろな組合せを提供することもできる。
【００２４】
図面及び関連説明は本発明を例示することを意図したものにすぎない。本発明の細部は特許請求の範囲内でいろいろな変更が可能である。
【００２５】
変圧器２２に関連して、ひとつ以上の冷却ファンを配置することができる。冷却ファンは変圧器２２を冷却することができ、それにより変圧器の物理的サイズを送風による冷却がない場合よりも小さくすることができる。さらに、ファンの吸引と送風速度は変圧器の負荷に応じて制御することができる。さらに変圧器２２に関連して、温度測定を準備して変圧器をそれによって保護することができる。温度測定に基づいて、例えば変圧器が過負荷になる危険がある場合、鉱山車両が取り出す動作パワーを制御することができる。例えば、岩盤掘削装置の場合、必要なら掘削装置が取り出すパワーを減らすことができる。
【図１】
0005933020.tif 000002
【図２】
0005933020.tif 000003
【図３】
0005933020.tif 000004