(57)【要約】【課題】架線へ供給する回生電力を調整することができるトロリー式ダンプトラックを提供する。【解決手段】架線（１５）からパンタグラフ（５）を介して供給される電力で走行するトロリーモードでの走行が可能なトロリー式ダンプトラック（２０）において、走行モータ（４）から抵抗器（１０）に供給される電力量を調整する抵抗器用チョッパ（９）と、走行モータからパンタグラフに供給される電力量を調整する架線用チョッパ（１２）と、抵抗器用チョッパおよび架線用チョッパの動作を制御するコントローラ（６，１１）と、を備え、コントローラは、トロリーモードでの走行中に走行モータに電気制動がかけられた場合には、外部から入力された架線の電流実測値に基づいて、架線用チョッパおよび抵抗器用チョッパを動作させて電気制動中に生成された回生電力を架線に供給する供給量を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の車輪が設けられた車体と、
前記複数の車輪を駆動する走行モータと、
前記車体の上部に配置され、架線と接触して前記走行モータに電力を供給するパンタグラフと、
前記走行モータの電気制動時に生成される回生電力を熱として消費する抵抗器と、を備え、前記架線から前記パンタグラフを介して供給される電力で走行するトロリーモードでの走行が可能なトロリー式ダンプトラックにおいて、
前記走行モータと前記抵抗器との間に介在して、前記走行モータから前記抵抗器へ供給される電力量を調整する抵抗器用チョッパと、
前記走行モータと前記パンタグラフとの間に介在して、前記走行モータから前記パンタグラフへ供給される電力量を調整する架線用チョッパと、
前記抵抗器用チョッパおよび前記架線用チョッパの動作を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記トロリーモードでの走行中に前記走行モータに電気制動がかけられた場合には、外部から入力された前記架線の電流実測値に基づいて、前記架線用チョッパおよび前記抵抗器用チョッパを動作させて前記電気制動中に生成された前記回生電力を前記架線に供給する供給量を制御する、ことを特徴とするトロリー式ダンプトラック。
【請求項２】
請求項１に記載のトロリー式ダンプトラックにおいて、
前記コントローラは、前記トロリーモードでの走行中に前記走行モータに電気制動がかけられた場合であって、外部から入力された前記架線の電流実測値が予め定められた前記架線の電流許容値未満の場合には、前記抵抗器用チョッパの動作を停止すると共に前記架線用チョッパを動作させて、前記トロリーモードでの走行中に生成された前記回生電力を前記パンタグラフを介して前記架線へ供給する一方、
前記架線の電流実測値が前記架線の電流許容値以上の場合には、前記架線用チョッパの動作を停止すると共に前記抵抗器用チョッパを動作させて、前記トロリーモードでの前記電気制動中に生成された前記回生電力を前記抵抗器へ供給する、ように制御することを特徴とするトロリー式ダンプトラック。
【請求項３】
請求項２に記載のトロリー式ダンプトラックにおいて、
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンにより駆動される発電機と、をさらに備え、
前記発電機で発電された電力で前記走行モータを駆動して走行するディーゼルモードと、前記トロリーモードとを切り換えて走行可能であり、
前記コントローラは、前記ディーゼルモードでの走行中に前記走行モータに電気制動がかけられた場合には、前記架線用チョッパの動作を停止すると共に前記抵抗器用チョッパの動作を制御して、前記ディーゼルモードでの前記電気制動中に生成された前記回生電力を前記抵抗器に供給する、ことを特徴とするトロリー式ダンプトラック。
【請求項４】
請求項１に記載のトロリー式ダンプトラックにおいて、
前記コントローラに前記架線に設けた複数の電流検出器からそれぞれ前記電流実測値が入力された場合には、前記コントローラは、入力された複数の前記電流実測値のうち最大値に基づいて、前記架線用チョッパおよび前記抵抗器用チョッパの動作を制御することを特徴とするトロリー式ダンプトラック。
【請求項５】
請求項１に記載のトロリー式ダンプトラックにおいて、
前記コントローラは、前記パンタグラフが前記架線に接触したときに、前記電流実測値の取得を開始することを特徴とするトロリー式ダンプトラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロリー式ダンプトラックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉱山等では、積込場で鉱石等の積込を行い、積荷状態で登坂路を走行し、放土場で積荷を放土して、空荷状態で積込場に戻る、といったダンプトラックによる一連の作業が繰り返し行われる。この一連の作業において、最も燃料消費が大きく、車体に負担がかかるのは積荷状態での登坂路走行である。
【０００３】
そこで、車体の上部にパンタグラフを設け、登坂路に架設された架線にパンタグラフを接触させ、架線からパンタグラフを介して走行モータに給電して登坂路を走行するトロリー式ダンプトラックが実用化されている。この種のトロリー式ダンプトラックは、ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンにより駆動される発電機と、車輪を駆動する走行モータとを備えており、走行モードとしてディーゼルモードとトロリーモードとを備えている。ディーゼルモードでは、ディーゼルエンジンで発電機が駆動され、発電機で発電された電力が走行モータに供給されることで、トロリー式ダンプトラックは走行する。これに対して、トロリーモードでは、架線からパンタグラフを介して走行モータに電力が供給されることで、トロリー式ダンプトラックは走行する。
【０００４】
また、トロリー式ダンプトラックを減速させる際には、走行モータを発電機として機能させることで車体に電気制動をかけることができる（電気ブレーキ）。電気ブレーキ作動時には、走行モータにより回生電力が生成される。この回生電力は抵抗器を介して熱エネルギに変換することで消費されるが、トロリーモード中に電気ブレーキを使用すると、架線から供給される電力に加えて回生電力も抵抗器に流れ込むため、抵抗器だけでは十分に電力を消費できない場合がある。そこで、トロリー式ダンプトラックで生成された回生電力を架線に戻す技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８５５０００７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、架線を流れる電流の状況に応じて架線へ供給する回生電力を調整することができず、架線の許容電流値を超える回生電力を供給してしまい、架線をショートさせてしまう虞がある。
【０００７】
本発明の技術的課題は、架線へ供給する回生電力を調整することができるトロリー式ダンプトラックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、複数の車輪が設けられた車体と、前記複数の車輪を駆動する走行モータと、前記車体の上部に配置され、架線と接触して前記走行モータに電力を供給するパンタグラフと、前記走行モータの電気制動時に生成される回生電力を熱として消費する抵抗器と、を備え、前記架線から前記パンタグラフを介して供給される電力で走行するトロリーモードでの走行が可能なトロリー式ダンプトラックにおいて、前記走行モータと前記抵抗器との間に介在して、前記走行モータから前記抵抗器へ供給される電力量を調整する抵抗器用チョッパと、前記走行モータと前記パンタグラフとの間に介在して、前記走行モータから前記パンタグラフへ供給される電力量を調整する架線用チョッパと、前記抵抗器用チョッパおよび前記架線用チョッパの動作を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記トロリーモードでの走行中に前記走行モータに電気制動がかけられた場合には、外部から入力された前記架線の電流実測値に基づいて、前記架線用チョッパおよび前記抵抗器用チョッパを動作させて前記電気制動中に生成された前記回生電力を前記架線に供給する供給量を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、架線へ供給する回生電力を調整することができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】架線が架設された鉱山の概略構成図。
【図２】本発明の実施形態に係るトロリー式ダンプトラックの側面図。
【図３】図２に示すトロリー式ダンプトラックの内部構成を示す図。
【図４】ディーゼルモードにおける加速時および減速時の電力の流れを示す図。
【図５】トロリーモードにおける加速時の電力の流れを示す図。
【図６】トロリーモードにおける減速時の電力の流れを示す図。
【図７】車体コントローラによる制御処理の手順を示すフローチャート。
【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参照して説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
【００１２】
（鉱山全体の構成）
図１は、架線が架設された鉱山の概略構成図である。図１に示す鉱山では、積込場と放土場との間の登坂路に沿って架線１５が架設されている。架線１５には、発電所３０から変電所３１を介して、トロリー式ダンプトラック（以下、ダンプトラックと略記）２０の登坂に必要な電力が供給されている。ダンプトラック２０は、その電力を架線１５からパンタグラフ５を介して受け、走行モータ４の駆動力に変換することで、登坂路を走行する。また、架線１５には、架線１５を流れる電流を検出するための複数の電流検出器１３が設けられており、各電流検出器１３で検出された電流実測値は、無線通信回線３２を介してダンプトラック２０のトラックコンピュータ１１に送信される（図３参照）。
【００１３】
（ダンプトラックの外観）
図２は本発明の実施形態に係るダンプトラックの側面図である。図２に示すように、ダンプトラック２０は、左右一対の前輪１７Ｆおよび左右一対の後輪１７Ｒが設けられた車体２２と、ディーゼルエンジン（以下、エンジンと略記）１と、エンジン１と直結し、エンジン１により駆動される発電機２と、発電機２にて発電された交流電力を制御する制御ユニット３と、左右一対の後輪１７Ｒにそれぞれ直結する左右一対の走行モータ４と、架線１５から電力を受け取るため車体２２の前方上部に昇降可能に設けられたパンタグラフ（集電装置）５と、鉱石等を積載するベッセル（荷台）２１とを有している。
【００１４】
また、運転室１８には、走行モードをディーゼルモードまたはトロリーモードに切り換えるモード選択スイッチ１９が設けられている。モード選択スイッチ１９が操作されると、後述する切換スイッチ１４（図３参照）が選択された走行モードに応じて切り換えられる。そして、モード選択スイッチ１９により走行モードがディーゼルモードからトロリーモードに切り換わるとパンタグラフ５が上昇し、走行モードがトロリーモードからディーゼルモードに切り換わるとパンタグラフ５が下降する。
【００１５】
このように構成されたダンプトラック２０において、架線１５が架設されていない走行路を走行するディーゼルモードでの走行時には、架線１５から電力は供給されないので、エンジン１が発電機２を駆動して、電力を生み出す。発電機２で生み出された電力は制御ユニット３に一旦集められる。この制御ユニット３から各走行モータ４に電力が供給され、各走行モータ４で各後輪１７Ｒを回転駆動するための駆動力に変換される。
【００１６】
これに対し、架線１５に沿って走行するトロリーモードでの走行時は、ダンプトラック２０は、パンタグラフ５を上昇させて架線１５に接触することで、架線１５から電力を受電する。この架線電力がダンプトラック２０の制御ユニット３から各走行モータ４に供給され、各走行モータ４が駆動される。
【００１７】
（ダンプトラックの内部構成）
図３はダンプトラックの内部構成を示す図である。図３に示すように、制御ユニット３は、エンジン１を駆動することで発電機２から生み出された交流電力を直流電力に変換する整流器７と、整流器７によって直流変換された電力をそれぞれの走行モータ４に交流電力として供給するインバータ８と、走行モータ４からの回生電力を抵抗器１０にて消費させるための抵抗器用チョッパ９と、走行モータ４からの回生電力をパンタグラフ５を介して架線１５へと供給するための架線用チョッパ１２と、車体コントローラ６とを有している。なお、チョッパ９，１２は高速で動作するスイッチング素子である。
【００１８】
車体コントローラ６は、エンジン１、発電機２、インバータ８を制御するほか、抵抗器用チョッパ９および架線用チョッパ１２の動作を制御している。車体コントローラ６には、切換スイッチ１４からの切換信号（モード選択スイッチ１９の選択信号）およびブレーキ信号（電気ブレーキ信号）が入力されており、各信号に基づいて、ダンプトラック２０がトロリーモードで走行中であるか否か、ダンプトラック２０が電気ブレーキを使用中であるか否かを識別することができる。また、切換スイッチ１４は図示しない電流センサを内蔵しており、電流センサからの検出信号は車体コントローラ６に入力される。
【００１９】
架線用チョッパ１２は、切換スイッチ１４を介してパンタグラフ５と電気的に接続されている。走行モードがトロリーモードに切り換わると、パンタグラフ５から切換スイッチ１４を介して、架線用チョッパ１２に電力が供給される。車体コントローラ６が架線用チョッパ１２およびインバータ８の動作を制御することで、架線１５からの電力が走行モータ４に供給される。
【００２０】
また、ダンプトラック２０は、ダンプトラック２０の稼働状況等の車体情報を車体外部に送信し、また車体外部（電流検出器１３）からの架線１５の電流実測値（電流値情報）を受信するトラックコンピュータ１１を有している。車体コントローラ６はトラックコンピュータ１１との間で各種情報の送受信を行っており、走行モードがトロリーモードに切り換わり、パンタグラフ５が架線１５に接触したときに、車体コントローラ６はトラックコンピュータ１１から架線１５の電流実測値の取得を開始する。車体コントローラ６は、切換スイッチ１４に内蔵された電流センサからの検出信号に基づいて、パンタグラフ５が架線１５に接触したか否かを判断できる。
【００２１】
なお、車体コントローラ６とトラックコンピュータ１１とにより本発明の「コントローラ」が構成されている。
【００２２】
次に、ダンプトラック２０内の電力の流れについて、図４〜６を用いて説明する。図４はディーゼルモードにおける加速時および減速時のダンプトラック２０内の電力の流れを示す図、図５はトロリーモードにおける加速時のダンプトラック２０内の電力の流れを示す図、図６はトロリーモードにおける減速時のダンプトラック２０内の電力の流れを示す図である。
【００２３】
（ディーゼルモードでの電力の流れ）
ダンプトラック２０が平地や緩斜面などの架線１５の無いところを走行するディーゼルモードでは、架線１５からの受電を行わないので、パンタグラフ５は、下降して架線１５には接触していない。
【００２４】
図４に示すように、ディーゼルモードでの車体加速時においては、エンジン１によって駆動された発電機２から生み出された交流電力は、制御ユニット３内部の整流器７によって直流電力に変換される。変換された直流電力は、インバータ８を通すことで交流電力として走行モータ４へ供給される。インバータ８は車体コントローラ６の制御によって、任意の量の交流電力を走行モータ４へ供給することができる（図中の矢印Ａ参照）。
【００２５】
一方で車体減速時には、走行モータ４は発電機として働き、走行モータ４の制動力から回生電力を生み出す。この回生電力は、インバータ８を介して交流から直流に変換される。車体コントローラ６が抵抗器用チョッパ９の動作を制御することで、回生電力は抵抗器１０に供給され、抵抗器１０で熱に変換され、車体外へ放熱される（図中の矢印Ｂ参照）。このとき、整流器７はダイオードの役割を有しているため、この回生電力が発電機２へ逆流することはない。
【００２６】
（トロリーモードでの電力の流れ：加速時）
図５に示すように、トロリーモードにおける車体加速時には、架線１５からの電力をパンタグラフ５を通じて制御ユニット３が受電し、制御ユニット３がインバータ８を介して走行モータ４へ必要な電力を供給することで、車体の駆動力を得る。この時、エンジン１はスタンバイアイドリング状態であり、発電機２は停止している（図中の矢印Ｃ参照）。
【００２７】
（トロリーモードでの電力の流れ：減速時）
図６に示すように、トロリーモードにおける車体減速時には、車体コントローラ６がトラックコンピュータ１１から架線１５の電流実測値を取得し、その電流実測値に基づいて抵抗器用チョッパ９および架線用チョッパ１２の動作を制御する。そして、抵抗器用チョッパ９と架線用チョッパ１２のオン・オフ動作を切り換えることで、走行モータ４の電気制動時に生成される回生電力を、架線１５（図中の矢印Ｄ参照）または抵抗器１０（図中の矢印Ｅ参照）へ選択的に供給する。
【００２８】
すなわち、走行モータ４にて回生電力が発生している状況下で、抵抗器用チョッパ９がＯＮかつ架線用チョッパ１２がＯＦＦのタイミングでは、回生電力は抵抗器１０にて排熱として消費され、抵抗器用チョッパ９がＯＦＦかつ架線用チョッパ１２がＯＮのタイミングでは、回生電力がパンタグラフ５を介して架線１５へと供給される。そして、抵抗器用チョッパ９がＯＮになっている割合と架線用チョッパ１２がＯＮになっている割合を調整することで、架線１５への回生電力の供給量が制御される。
【００２９】
（車体コントローラの制御）
次に、抵抗器用チョッパ９および架線用チョッパ１２の動作の制御について説明する。図７は、車体コントローラ６による制御処理の手順を示すフローチャートである。
【００３０】
車体コントローラ６は、入力された切換スイッチ１４の切換信号、あるいは、モード選択スイッチ１９の選択信号から、走行モードがトロリーモードか否かを判定し（Ｓ１）、トロリーモードである場合（Ｓ１／ＹＥＳ）には、架線用チョッパ１２をオン状態に保持する（Ｓ２）。次いで、車体コントローラ６は、電気ブレーキ信号が入力されている場合には（Ｓ３／ＹＥＳ）、抵抗器用チョッパ９をオフにすると共に、架線用チョッパ１２を動作させるよう制御して、走行モータ４の電気制動時に生成された回生電力を架線１５へ供給する（Ｓ４）。
【００３１】
次いで、車体コントローラ６は、架線１５の電流実測値と架線１５の電流許容値との大小を判断する（Ｓ５）。なお、架線１５の電流実測値が複数の電流検出器１３からそれぞれ入力されている場合には、車体コントローラ６は複数の電流実測値のうち最大値を用いて電流許容値との大小を判断する。ここで、架線１５の許容電流値は、架線１５の仕様等に基づいて予め定められており、車体コントローラ６の図示しない記憶部に予め記憶されている。
【００３２】
電流実測値が電流許容値以上であると判断された場合（Ｓ５／ＹＥＳ）、車体コントローラ６は、架線用チョッパ１２をオフにし、抵抗器用チョッパ９を動作させるよう制御して回生電力を抵抗器１０へ供給する（Ｓ６）。そして、電流実測値が電流許容値未満になるまで、車体コントローラ６はＳ６の処理を実行し（Ｓ７／ＮＯ→Ｓ６）、電流実測値が電流許容値未満になった場合（Ｓ７／ＹＥＳ）にはＳ１に戻る。なお、電気ブレーキが使用されていない場合（Ｓ３／ＮＯ）およびＳ５において電流実測値が電流許容値未満である場合（Ｓ５／ＮＯ）はＳ１に戻る。
【００３３】
一方、トロリーモードでない場合（Ｓ１／ＮＯ）、すなわちディーゼルモードの場合、車体コントローラ６は、架線用チョッパ１２をオン状態に保持する（Ｓ８）。次いで、車体コントローラ６は、電気ブレーキ信号が入力されている場合には（Ｓ９／ＹＥＳ）、架線用チョッパ１２をオフにすると共に、抵抗器用チョッパ９を動作させるよう制御して、走行モータ４の電気制動時に生成された回生電力を抵抗器１０へ供給し（Ｓ４）、Ｓ１に戻る。なお、電気ブレーキが使用されていない場合（Ｓ９／ＮＯ）にはＳ１に戻る。
【００３４】
（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、トロリーモード中には、走行モータ４の電気制動時に生成された回生電力を、原則、架線１５に供給する（戻す）よう抵抗器用チョッパ９をオフにして架線用チョッパ１２の動作を制御しているため、エネルギの有効利用が図れる。しかも、架線１５の電流実測値が架線１５の電流許容値以上になると、回生電力を抵抗器１０にて消費するように架線用チョッパ１２をオフにして抵抗器用チョッパ９の動作を制御しているため、架線１５の許容電流値を超える回生電力を供給してしまい、架線１５をショートさせてしまうといった虞はない。すなわち、本実施形態では、架線１５の電流実測値に基づいて架線用チョッパ１２と抵抗器用チョッパ９の動作を制御することにより、電気制動中に架線１５を流れる回生電力の供給量（電流）を調整できるため、架線１５をショートさせることなく回生電力の有効利用が可能である。
【００３５】
また、ディーゼルモード中にでは、電気制動時に架線用チョッパ１２をオフにして抵抗器用チョッパ９の動作を制御しているので、回生電力を確実に抵抗器１０にて消費することができる。
【００３６】
また、車体コントローラ６は、複数の電流実測値が入力されている場合にこれらの最大値を選択して制御するので、架線１５をショートさせる可能性をより一層低減できる。また、車体コントローラ６は、パンタグラフ５が架線１５に接触したときに架線１５の電流実測値の取得を開始するようにしたので、トラックコンピュータ１１と車体コントローラ６との通信時間を低減でき、制御処理の負担が軽減される。
【００３７】
勿論、架線１５が架設された鉱山では、架線１５から電力がダンプトラック２０に供給されるため、ダンプトラック２０の登坂路走行の高速化によりサイクルタイムが減少し、生産性が向上すると共に、低燃費化を図ることができることは言うまでもない。
【００３８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、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。
【００３９】
例えば、無線通信回線３２の代わりに有線通信回線を介して電流実測値をダンプトラック２０に送信しても良い。また、回生電力を架線１５と抵抗器１０の何れに供給しているかをオペレータに表示するモニタ等を運転室１８に設置しても良い。また、切換スイッチ１４をパンタグラフ５に内蔵する構成としても良い。また、ディーゼルエンジン１に代えてガソリンを燃料とするエンジンを用いても良い。
【００４０】
また、電流検出器１３で検出される電流実測値の代わりに、変電所３１からトラックコンピュータ１１に架線１５の電流値情報を送信するようにしても良い。この場合、電流検出器１３の設置コストの削減が見込めるといった利点がある。
【符号の説明】
【００４１】
１    ディーゼルエンジン
２    発電機
４    走行モータ
５    パンタグラフ
６    車体コントローラ（コントローラ）
９    抵抗器用チョッパ
１０  抵抗器
１１  トラックコンピュータ（コントローラ）
１２  架線用チョッパ
１３  電流検出器
１４  切換スイッチ
１５  架線
１７Ｆ  前輪（車輪）
１７Ｒ  後輪（車輪）
１９  モード選択スイッチ
２２  車体
【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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【図７】
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