(57)【要約】【課題】トロリーモードから非トロリーモードへの切替えに際して、エンジンの状態による電気駆動車両への影響を抑えること。【解決手段】ダンプトラック１が備える制御部１４は、トロリーモードから非トロリーモードの切替え期間において、電力変換器１１から出力する交流電力が、エンジン２によって発電した交流電力を出力する発電機３の供給可能電力を超えないように、エンジン速度検出器２２で検出されるエンジン速度フィードバック値に基づいて、制御ゲイン算出部３６および上限リミッタ部３９を動作させ、電力変換器１１が電動機４に供給する交流電力を制御する。そして、切替えスイッチ１６は、パンタグラフ５及び接続点２０に接続され、非トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を遮断し、トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を接続点２０から電力変換器１１に出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機から駆動力を受けて交流電力を出力する発電機と、前記発電機が出力する交流電力を直流電力に変換する整流器と、直流電力を所望の交流に変換する電力変換器と、前記電動機によって駆動される車輪を有する電気駆動車両であって、第１のモードとして前記整流器からの直流電力を前記電力変換器により電力変換して前記電動機を駆動し、第２のモードとして前記集電器からの直流電力を前記電力変換器により電力変換して前記電動機を駆動するように制御する制御部を有し、前記制御部は、前記第２のモードから前記第１のモードへ切替るときに、前記発電機から前記電力変換器への電力が前記電力変換器から前記電動機への電力を超えないように前記発電機と前記電力変換器を制御することを特徴とする電気駆動車両。
【請求項２】
請求項１において、前記発電機の励磁電流を供給する励磁部を有し、
前記制御部は、前記第１のモードである場合に、前記発電機が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令に、前記整流器と前記電力変換器との間で検出された直流電圧値に基づいた指令信号を前記励磁部に供給し、
前記第２のモードである場合に、前記発電機が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令に、前記整流器と前記接続点との間で検出された直流電流値に基づいた制御を行って求めた前記指令信号を前記励磁部に供給する電気駆動車両。
【請求項３】
請求項２において、前記整流器の直流電力と前記集電器の直流電力は接続点で合わさって受電され、前記集電器及び前記接続点との間に接続され、前記第１のモードでは、前記架線から供給される前記直流電力を遮断し、前記第２のモードでは、前記架線から供給される直流電力を前記接続点から前記電力変換器に出力する切替えスイッチを有し、
少なくとも前記整流器と前記接続点との間に接続される第１の電流検出器、又は前記架線と前記切替えスイッチとの間に接続される第２の電流検出器のうち、いずれか１つを備え、
前記第１の電流検出器は、前記第１のモードにおいて前記整流器と前記接続点との間で検出した直流電流値を前記制御部に出力し、
前記第２の電流検出器は、前記第２のモードにおいて前記架線と前記切替えスイッチとの間で検出した直流電流値を前記制御部に出力する電気駆動車両。
【請求項４】
請求項３において、前記制御部は、前記発電機から前記接続点の間における出力電力がステップ状に増加減するように、前記指令信号を供給する電気駆動車両。
【請求項５】
請求項４において、前記制御部は、前記ステップの変化量を増加減の変化の途中で変えて前記指令信号を供給する電気駆動車両。
【請求項６】
請求項３において、前記制御部は、前記出力電力の変化率を変化の途中で変えて前記指令信号を供給する電気駆動車両。
【請求項７】
原動機から駆動力を受けて交流電力を出力する発電機と、前記発電機が出力する交流電力を直流電力に変換する整流器と、直流電力を所望の交流に変換することで電動機を駆動する電力変換器と、前記電動機によって駆動される車輪を有する電気駆動車両を制御する電気駆動車両の制御装置であって、第１のモードとして前記整流器からの直流電力を電力変換して前記電動機を駆動し、第２のモードとして前記集電器からの直流電力を電力変換して前記電動機を駆動するように制御するように構成され、前記第２のモードから前記第１のモードへ切替るときに、前記発電機から前記電力変換器への電力が前記電力変換器から前記電動機への電力を超えないように前記発電機と前記電力変換器を制御することを特徴とする電気駆動車両の制御装置。
【請求項８】
第２のモードとして集電器を介して受けた架線からの直流電力を電力変換器が電力変換して電動機を駆動し、
第１のモードとして発電機からの電力を整流器で整流し該整流した直流電力を前記電力変換器が電力変換して前記電動機を駆動し、
前記第２のモードから前記第１のモードへ切替るときに、直流電力を前記電力変換器で電力変換して前記電動機に供給するに際して、前記発電機から前記電力変換器への電力が前記電力変換器から前記電動機への電力を超えないように前記発電機と前記電力変換器を制御する電気駆動車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気駆動車両、電気駆動車両の制御装置及び電気駆動車両の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の原動機から電力供給を受けて電動機を駆動できる電気駆動車両が知られている。このような電気駆動車両としては、例えばダンプトラックがある。このダンプトラックは、ディーゼルエンジンと、このディーゼルエンジンの出力を電力に変換する発電機と、発電機から供給される電力を変換する電力変換機と、車輪を駆動する電動機とを備えている。
【０００３】
このようなダンプトラックが用いられる場面としては、例えば、露天掘りの採石場がある。採石場においては、平坦な道では、ディーゼルエンジンからの出力により発電機が発電した電力を電動機に供給してダンプトラックを動かしている。鉱床が現れるまで地表面を掘り下げているため、鉱石を積載したダンプトラックは、鉱床から地表面までの急な坂道を上り下りしている。
【０００４】
ダンプトラック本体の重さに加え、荷台に積載した鉱石の重さは数十トンを超す場合があり、ディーゼルエンジンだけを動力源として用いると非常に燃費が悪いことに加え、エンジンに対し高い負荷がかかるため、保守点検をこまめに実施せねばならず、メンテナンスコストも多くなるため、架線を張っておき、例えば坂道でダンプトラックを上る際には、架線から供給される電力により電動機を駆動させてダンプトラックを動かしている。
【０００５】
ディーゼルエンジン等の原動機からの電力供給と、架線からの電力供給を切替えて電動機を駆動できる電気駆動車両は、例えば特開２００２−６７７７６号公報に、架線からの給電が得られない時に起動されて走行装置を駆動可能とする発動発電機に関する技術として開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６７７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、架線から供給される電力により電動機を駆動させるいわゆるトロリー式の電気駆動車両では、架線電圧により電力変換器に供給される直流電圧が決定される。架線電圧は、一般に、発電機が出力する電圧よりも大きい。このため、ディーゼルエンジン等の動力源に基づくいわゆる非トロリーモードからトロリーモード、トロリーモードから非トロリーモードへと相互にモードを切替えた際に、電動機に対して急激な負荷変動が発生するところ、上記従来技術ではこのような現象を意識しておらず、そのため、電動機に負担をかけてしまう。また、エンジンおよび発電機に対しては、負荷となる電動機への電力を適切に制御できなければ、発電機から供給しようとする電力が、現在供給できる電力を超えてしまい、同様に、エンジンストールを発生させてしまう。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、制御モードの切替えに際して、エンジンの状態による電気駆動車両への影響を抑えることが可能な電気駆動車両、電気駆動車両の制御装置及び電気駆動車両の制御方法を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、整流器からの直流電力を電力変換して電動機を駆動する第１のモードと、集電器からの直流電力を電力変換して電動機を駆動する第２のモードについて、第２のモードから第１のモードへ切替るときに、発電機から電力変換器への電力が電力変換器から電動機への電力を超えないように制御するように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第２のモードから第１のモードへ、エンジンがストールすることなく滑らかに切替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態例における非トロリーモード区間とトロリーモード区間の例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態例におけるトロリー式のダンプトラックの内部構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態例における制御部が励磁部に供給する励磁電流指令を作成するための制御手順を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態例における電力変換器出力原指令をエンジン速度フィードバック、制御ゲイン乗算指令および上限リミッタ動作指令により自動的に調整するための手順を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態例におけるエンジン速度フィードバックと制御ゲインの関係を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態例におけるトロリーモードから非トロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００１３】
はじめに、トロリー式のダンプトラック１の概要について説明する。
【００１４】
図１は、非トロリーモード区間とトロリーモード区間の例を示す説明図である。
【００１５】
トロリー式のダンプトラック１は、電気駆動車両の一例として用いられる。ダンプトラック１は、集電器としてのパンタグラフ５を備えると共に、内部に原動機としてのエンジン２と、エンジン２によって発電した交流電力を出力する発電機３と、交流電力によって駆動される電動機４とを備える。このエンジン２には、原動機の一例として、例えばディーゼルエンジンが用いられる。
【００１６】
ダンプトラック１は、２つのモード（トロリーモードと非トロリーモード）を切替えて、前進又は後進することが可能である。
【００１７】
ダンプトラック１が、例えば平坦な道を走る区間は、非トロリーモードで走行する非トロリーモード区間となる。このとき、エンジン２を駆動して、発電機３を動かし、電力を生成する。そして、発電機３が出力した電力を電動機４に供給して車輪を駆動し、ダンプトラック１を走行させる。
【００１８】
ダンプトラック１が急峻な坂道を走る区間は、トロリーモードで走行するトロリーモード区間となる。このような坂道では、エンジン２の出力だけではダンプトラック１の速度が遅くなってしまうため、トロリーモードにより架線６から電力を受けるようにしている。このとき、パンタグラフ５が架線６に接触し、架線６から直流電力を集電している。そして、パンタグラフ５は、架線６から集電した直流電力を電動機４に供給する。そして、トロリーモード区間では、エンジン２の駆動は停止させるか、最低限の回転数で駆動させておく。トロリーモード時のダンプトラック１は、エンジン２及び発電機３を駆動しないで走行することが出来るため、燃料消費量の低減が図れる。その後、ダンプトラック１が坂道を上りきって、再び平坦な道を走る際には、非トロリーモードに切替える。
【００１９】
図２は、トロリー式のダンプトラック１の内部構成例を示すブロック図である。
【００２０】
ダンプトラック１は、エンジン２、発電機３、整流器７、電流検出器８、電圧検出器９、平滑コンデンサ１０、電力変換器１１、電動機４、ギア１２、車輪１３を備える。また、ダンプトラック１は、制御部１４、励磁部１５、切替えスイッチ１６、電圧検出器１７、電流検出器１８、接続点２０、モード切替え司令部２１、速度検出器２２とを備える。
【００２１】
また、架線６には、整流ステーション１９が設置されている。
【００２２】
なお、整流器７、電力変換器１１、制御部１４、切替えスイッチ１６は、図示しないものの発電機３の動作を制御する発電機制御装置としても用いられる。
【００２３】
エンジン２は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン２の回転速度は速度検出器２２により検出し、制御部１４に出力する。
【００２４】
発電機３は、エンジン２に接続された不図示のシャフト等の回転により、発電を行って交流電力を出力する。発電機３が出力する交流電力は、整流器７が整流する。
【００２５】
整流器７は、発電機３から入力する交流電力を直流電力に変換する。整流器７からは、所定の電圧値とされた直流電圧が２つの出力端子（不図示）に印加される。
【００２６】
電流検出器８（第１の電流検出器）は、整流器７の一方の出力端子と、接続点２０との間に接続される。電流検出器８は、非トロリーモードにおいて整流器７と接続点２０との間で検出した直流電流値を制御部１４に出力する。
【００２７】
電圧検出器９は、整流器７の両方の出力端子に接続される。電圧検出器９が直流電圧を検出すると、検出した直流電圧値が制御部１４に送られる。
【００２８】
平滑コンデンサ１０は、整流器７に並列に接続される。平滑コンデンサ１０は、整流器７から供給される直流電圧、又は架線６から切替えスイッチ１６を介して供給される直流電圧を充電し、平滑化する。
【００２９】
電力変換器１１は、平滑コンデンサ１０に並列に接続され、平滑コンデンサ１０から出力される平滑化された直流電力を交流電力に変換する。
【００３０】
電動機４は、電力変換器１１から出力される交流電力によって駆動され、ギア１２を駆動する。
【００３１】
車輪１３は、ギア１２を介した電動機４によって駆動される。これにより、ダンプトラック１が走行する。
【００３２】
制御部１４は、電流検出器８から直流電流値を受け取り、電圧検出器９から直流電圧値を受け取る。また、速度検出器２２からエンジン速度検出値を受け取る。そして、制御部１４は、受け取った直流電流値、直流電圧値、およびエンジン速度検出値により、励磁部１５が発電機３に印加する励磁電流の値を決定する。制御部１４は、決定した励磁電流の値を指令する指令信号を励磁部１５に出力する。ダンプトラック１のような電気駆動車両において、発電機３に供給される励磁電流は、発電機３が出力する電圧を、整流器７により整流した直流電圧をフィードバックすることによって制御されている。
【００３３】
励磁部１５は、制御部１４から受け取った指令信号に基づいて、発電機３に励磁電流を出力し、発電機３を制御する。なお、励磁部１５が発電機３に出力する励磁電流は、制御部１４が監視している。このため、励磁電流が過大となった場合には、制御部１４が異常であると速やかに認識し、励磁電流を低減させるような指示を励磁部１５に出力する。
【００３４】
切替えスイッチ１６は、パンタグラフ５及び接続点２０との間に接続され、電力変換器１１に入力する電力源を、架線６と発電機３のいずれかに切替える。そして、切替えスイッチ１６は、非トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を遮断し、トロリーモードでは、架線６から供給される直流電力を接続点２０から電力変換器１１に出力する。
【００３５】
電圧検出器１７は、架線６に接触する２本のパンタグラフ５間の直流電圧を検出し、この直流電圧値を制御部１４に出力する。
【００３６】
電流検出器１８（第２の電流検出器）は、２本のパンタグラフ５のうち、１本のパンタグラフ５に流れる架線６と切替えスイッチ１６との間に接続される。そして、電流検出器１８は、トロリーモードにおいて架線６と切替えスイッチ１６との間で検出した直流電流値を制御部１４に出力する。
【００３７】
整流ステーション１９は、架線６に供給される直流電力を整流している。
【００３８】
接続点２０は、整流器７の直流電力とパンタグラフ５の直流電力を受電するために用いられる。そして、切替えスイッチ１６は、接続点２０を介して、整流器７と平滑コンデンサ１０に並列に接続されている。
【００３９】
モード切替え司令部２１は、整流器７から供給される直流電力を電力変換器１１に出力する非トロリーモードと、架線６から供給される直流電力を電力変換器１１に出力するトロリーモードの切替えを制御部１４に指令する。また、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時は、後述する図４に示す、切替え部３８と、切替え部４０のオン・オフも制御部１４に指令する。
【００４０】
速度検出器２２は、エンジン２の回転速度を検出し、エンジン速度検出値を制御部１４に出力する。
【００４１】
次に、ダンプトラック１の各部における動作例を説明する。
【００４２】
非トロリーモード時は、切替えスイッチ１６がオフである。このとき、エンジン２が発電機３を駆動することで発電機３は交流電力を出力する。そして、発電機３は、整流器７に接続されており、整流器７は発電機３が出力する交流電力を直流電力に変換して出力する。整流器７が出力する直流電力は平滑コンデンサ１０によって平滑化され、電力変換器１１によって交流電力に変換される。この交流電力が電動機４に出力される。電力変換器１１に接続される電動機４は、ギア１２を介して車輪１３に接続されており、電動機４がギア１２を駆動すると、車輪１３が回転し、ダンプトラック１が前進又は後進したり、加速したりする。
【００４３】
トロリーモード時は、切替えスイッチ１６がオンである。このとき、パンタグラフ５を架線６に接続し、整流ステーション１９が整流した直流電力が接続点２０を介して電力変換器１１に供給される。電力変換器１１は架線６から供給された直流電力を交流電力に変換する。そして、電力変換器１１は電動機４を駆動する。電動機４はギア１２を介して車輪１３に接続されており、電動機４が車輪１３を回転させる。この時、エンジン２はアイドル状態であり、発電機３から交流電力が出力されない。
【００４４】
架線電圧は電圧検出器１７、架線電流は電流検出器１８により検出される。そして、制御部１４は、電圧検出器１７が検出した架線電圧と、電流検出器１８が検出した架線電流により、架線６から受け取る架線供給直流電力の変動を予測し、モードの切替えを滑らかに切替えることができる。
【００４５】
トロリー式の電気駆動車両において、トロリーモードから非トロリーモードへのモードの切替え時には、アイドル状態であるエンジン２を動作させて、発電機３から交流電力を出力させる。そして、整流器７により整流された直流電力を徐々に増やし、架線６から供給される直流電力を徐々に減らすように切替えることで、モードを滑らかに切替えていた。
【００４６】
逆に、非トロリーモードからトロリーモードへのモードの切替え時には、発電機３から交流電力を出力させ、整流器７により整流された直流電力を徐々に減らす。そして、架線６から供給される直流電力を徐々に増やすように切替えることで、モードを滑らかに切替えていた。
【００４７】
しかし、トロリーモードと非トロリーモードの切替え時には、切替えスイッチ１６がオンされている。そして、接続点２０から切替えスイッチ１６、パンタグラフ５を介し、架線６に接続されているため、電圧検出器９で検出される直流電圧は、架線電圧により決定されている。
【００４８】
ここで、励磁部が出力する励磁電流は、本実施の形態例における整流器７に相当する整流器によって整流された直流電圧を電圧検出器９で検出し、発電機３から所望の電力が出力されるように制御部１４が制御を行うとすると、また、トロリーモード時は、エンジン２はアイドル状態であり、発電機３からは交流電力が出力されないのであり、この状態から非トロリーモードへの切替えを実施するためには、整流器７により整流された直流電力を徐々に増やす必要があるが、整流器７から出力可能な直流電力はエンジン２の回転数によって決まるため、アイドル状態に近い状態でエンジンに対し急激に負荷を増やすと、エンジン過負荷によりストールを招く可能性があった。
【００４９】
この場合には、電圧検出器９で検出する、架線電圧が反映された直流電圧だけを用いて発電機３の励磁電流を制御し、発電機３から所望の電力が出力されるように制御する事は困難となる。
【００５０】
そのため、本実施の形態例に係る制御部１４では、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時には、発電機３から接続点２０の間に設置されている電流検出器８で検出される出力電流値により、励磁部１５に指令信号を供給するとともに、速度検出器２２で検出されるエンジン速度検出値により、電力変換器１１に出力指令を供給する。これにより、制御部１４は、励磁部１５が発電機３に供給する励磁電流および電力変換器１１が電動機４に供給する交流電力を制御している。
【００５１】
この制御は、電力変換器１１が電動機４に供給する交流電力が、エンジン２によって発電した交流電力を出力する発電機３の供給可能電力を超えないようにしつつ、励磁電流を徐々に増やしていくことで、整流器７から供給される直流電力を徐々に増やす一方で架線から供給される直流電力を徐々に減らし、モード切替を実施する。
【００５２】
以下に、制御部１４が行う発電機３の発電機制御方法について詳細な説明を行う。
【００５３】
図３は、制御部１４が励磁部１５に励磁電流指令を出力するための制御手順を示す説明図である。
【００５４】
制御部１４は、減算器３１、ＰＩ制御部３２、減算器３３、ＰＩ制御部３４、切替え部３５を備える。
【００５５】
制御部１４は、非トロリーモードである場合に、発電機３が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令を、電圧検出器９が検出した直流電圧値によりフィードバック制御して求めた励磁電流を励磁部１５から発電機３に供給させる制御を行う。一方、トロリーモードである場合に、発電機３が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令を、電流検出器８が検出した直流電流値によりフィードバック制御して求めた励磁電流を励磁部１５から発電機３に供給させる制御を行う。なお、発電機直流電流指令を、電流検出器８が検出した直流電流値によりフィードバック制御する処理は、非トロリーモードとトロリーモードの切替え期間にも行われる。
【００５６】
具体的には、減算器３１には、発電機３が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令がプラス値として供給され、電圧検出器９が検出する発電機３が出力した直流電圧のマイナス値が、直流電圧フィードバック信号として供給される。ＰＩ制御部３２には、発電機直流電圧指令から直流電圧フィードバック信号を減じた差分値が入力され、ＰＩ制御部３２において、発電機励磁電流指令（指令信号の一例）のＰＩ制御がなされる。ＰＩ制御部３２が出力する発電機励磁電流指令は、切替え部３５に出力される。
【００５７】
一方、減算器３３には、発電機３が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令がプラス値として供給され、電流検出器８が検出する発電機３が出力した直流電流のマイナス値が、直流電流フィードバック信号として供給される。ＰＩ制御部３４には、発電機直流電流指令から直流電流フィードバック信号を減じた差分値が入力され、ＰＩ制御部３４において、ＰＩ制御がなされる。ＰＩ制御部３４が出力する発電機励磁電流指令は、切替え部３５に出力される。
【００５８】
切替え部３５には、モード切替え司令部２１から受け取った切替え指令である、現在設定されている走行モード（トロリーモード又は非トロリーモードの別）が供給される。そして、励磁部１５は、この切替え指令に基づいて、ＰＩ制御部３２，３４のいずれかに切替えた後、モードに合わせた励磁電流指令を受け取る。例えば、非トロリーモードに設定されていれば、減算器３１、ＰＩ制御部３２を経た発電機励磁電流指令が励磁部１５に供給され、励磁部１５から発電機３に励磁電流が出力される。一方、トロリーモードに設定されていれば、減算器３３、ＰＩ制御部３４を経た発電機励磁電流指令が励磁部１５に供給され、励磁部１５から発電機３に励磁電流が出力供給される。
【００５９】
図４は、制御部１４が電力変換器１１に電力変換器出力指令を出力するための制御手順を示す説明図である。
【００６０】
制御部１４は、制御ゲイン算出部３６、乗算器３７、切替え部３８、上限リミッタ部３９、切替え部４０を備える。
【００６１】
制御ゲイン算出部３６には、速度検出値２２が出力するエンジン速度検出値が、エンジン速度フィードバック信号として供給され、図５に示す関係に従った制御ゲインを出力する。図５のように、制御ゲインは０から１の間で設定され、エンジン速度フィードバック信号が大きくなるほど、出力する制御ゲインを大きくする設定としている。ここで、エンジン速度フィードバック信号が０からＥＦ1までは制御ゲインを一定に、エンジン速度フィードバック信号がＥＦ１からＥＦ２までは制御ゲインを徐々に大きくして、エンジン速度フィードバック信号がＥＦ２からＥＦ３までは制御ゲインが更に傾きを大きくして、エンジン速度フィードバック信号が３からＥＦ４までは制御ゲインをほぼＥＦ１からＥＦ２までと傾きを同様として、エンジン速度フィードバック信号がＥＦ４からは制御ゲインを一定にしている。
【００６２】
乗算器３７には、前記制御ゲインと、電力変換器出力原指令が入力され、この２つの乗算を実施する。このとき、制御ゲインは０から１の間で設定されるため、乗算器３７は、アイドル状態などでエンジン速度フィードバック値が小さい時は、電力変換器出力原指令を小さくする機能を持つ。切替え部３８には、モード切替え司令部２１から受け取った切替え指令である、制御ゲイン乗算指令が供給され、この制御ゲイン乗算指令の状態により、出力を変化させる機能を持つ。例えば、制御ゲイン乗算指令がオンであれば、乗算器３７における乗算結果を出力とし、一方、制御ゲイン乗算指令がオフであれば、電力変換器出力原指令をそのまま出力する。
【００６３】
上限リミッタ部３９は、切替え部３８の出力が供給され、供給された値が予め設定された上限値を超えていた場合は、その上限値を出力する。逆に、供給された値が予め設定された上限値以下である場合は、供給された値をそのまま出力する。切替え部４０には、モード切替え司令部２１から受け取った切替え指令である、上限リミッタ動作指令が供給され、電力変換器１１は、この切替え指令に基づいて、切替え部３８、上限リミッタ部３９のいずれかに切替えた後、上限リミッタ動作指令に合わせた電力変換器出力指令を受け取る。例えば、上限リミッタ動作指令がオンであれば、上限リミッタ部３９の出力が電力変換器１１に供給される。一方、上限リミッタ動作指令がオフであれば、切替え部３８の出力がそのまま電力変換器１１に供給される。
【００６４】
図６は、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。
【００６５】
通常、トロリーモードから非トロリーモードへの切替えに際しては、数秒程度の切替え時間を要している。
【００６６】
トロリーモードにおいて、制御部１４の指示に基づいて切替えスイッチ１６はオンされる。このとき、電力変換器１１に供給される直流電圧は架線電圧にほぼ等しい。一方、エンジン２はアイドル状態であり、発電機３は最低限の発電しか行わないため、発電機３が出力し、整流器７が整流した後の直流電圧はほぼゼロに近い。このとき、架線６から供給される架線供給直流電力は架線電圧から求まる値で一定であり、発電機３が出力する発電機出力直流電力は、ほぼゼロに近い。
【００６７】
トロリーモードから非トロリーモードへの切替えが始まると（時刻ｔ1）、架線６からの供給直流電力は、ステップ状に徐々に減らされ、逆に、発電機３からの出力直流電力がステップ状に徐々に増やされる。ここで、架線６からの供給直流電力が減らされ始めるタイミング（ｔ１）は、発電機出力直流電力が増やされるタイミングと同時である（ｔ１）。ただし、このとき（ｔ１）、制御部１４の指示に基づいて上限リミッタ動作スイッチ４０がオフからオンに切り替わり、上限リミッタ部３９が動作し、エンジンがアイドル状態に近い状態である時は、電力変換器１１が出力する交流電力に上限が設定され、発電機３が整流器７を介して供給可能な電力以上に電動機４への交流電力を増やさないようにしている。これは、モード切替え途中でエンジン２が過負荷となってストールしないようにするためである。
【００６８】
第１の切替え期間４１において（ｔ１からｔ２）、発電機３の出力直流電力はステップ状に増やされると同時に、架線６からの供給直流電力はステップ状に減らされる。この２種の直流電力がステップ状に変化し始めると、電力変換器１１に供給される直流電圧が乱される。
【００６９】
その後、第２の切替え期間４２（ｔ２からｔ３）では、非トロリーモードにおいて発電機３が目的とする電力値まで、架線６からの供給直流電力の電力値が下がると、発電機３の出力直流電力が増加され始める。このとき、制御部１４の指示に基づいて上限リミッタ動作スイッチ４０はオフする一方で（ｔ２）、制御ゲイン乗算スイッチ３８がオンし（ｔ２）、エンジン速度が上昇中の状態である場合は、エンジン速度フィードバック値に応じた電力変換器１１の出力指令を出力する。これも、モード切替え途中でエンジン２が過負荷となってストールしないようにするためである。すなわち、第２の切替え期間４２でも、発電機３が整流器７を介して供給可能な電力以上に電動機４への交流電力を増やさないようにして、エンジン２が過負荷となってストールしないようにしている。なお、第１の切替え期間４１と第２の切替え期間４２の切り替わりの瞬間に（ｔ２）、発電機３の整流後の出力電圧が架線電圧にほぼ等しくなるまで上げられる。
【００７０】
その後、架線６からの供給直流電力がほぼゼロになった時点（第２の切替え期間４２の終了時点、ｔ３）で、切替えスイッチ１６および制御ゲイン乗算スイッチ３８がオンからオフに切り替わる。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへの切替えが完了する。
【００７１】
以上説明した本実施の形態例に係るダンプトラック１によれば、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時に発電機３から接続点の間で検出される電流値に基づいて励磁電流を制御するとともに、速度検出器２２で検出されるエンジン速度検出値により、電力変換器１１に出力指令を供給する。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへ滑らかに切替えることができる。
【００７２】
すなわち、制御部１４は、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え期間において、発電機３から接続点２０の間で検出される電流値に基づいて、励磁部１５が発電機３に供給する励磁電流を制御する。この制御は、電力変換器１１が電動機４に供給する交流電力が、エンジン２によって発電した交流電力を出力する発電機３の供給可能電力を超えないようにしつつ、励磁電流を徐々に増やしていくことで、整流器７から供給される直流電力を徐々に増やす一方で架線から供給される直流電力を徐々に減らし、モード切替を実施するものである。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時に、エンジン２に対して急激な負荷を与えない。
【００７３】
なお、上述した実施の形態例によれば、第１の切替え期間４１において発電機出力直流電力と架線供給直流電力の増加減をステップ状に実施するようにしたが、一定の変化率で連続的に変化させることも可能である。ただし、発電機出力直流電力の増加を架線供給直流電力の減少より遅く実施すると、エンジン２に対する負荷の変化率が急峻となりストールを引き起こす可能性があるため、両者は同時に実施することが必要である。
【００７４】
なお、上述した実施の形態例では、電気駆動車両の一例としてダンプトラック１について説明したが、他にもバス、クレーン車等の様々な種類の車両に適用することができる。
【００７５】
また、エンジン２には、ディーゼルエンジンを用いた例を挙げたが、ガソリンエンジン、水素エンジン、燃料電池、バッテリ駆動によるエンジン等を用いてもよい。
【００７６】
また、電流検出器８，１８は、少なくともいずれか１つを備えるようにしてもよい。これにより、ダンプトラック１の重量を軽減し、使用電力も減らすことができる。
【００７７】
また、制御部１４は、発電機直流電圧指令と発電機直流電流指令に基づいて、ＰＩ制御して励磁電流指令を出力するようにしたが、他の方式により制御を行って、発電機励磁電流指令を出力するようにしてもよい。
【００７８】
また、速度検出器２２は、エンジン２の出力側に配置し、エンジン２の回転速度を検出する例を挙げたが、エンジン２と発電機３が同期して回転するのであれば、発電機３の出力側に配置し、発電機３の回転速度を使用してもよい。
【００７９】
また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
【００８０】
例えば、上記した実施形態例は本開示を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的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。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００８１】
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００８２】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【００８３】
以上のように、本実施例では、原動機によって発電機が発電する交流電力を整流器が直流電力に変換する。そして、整流器の直流電力と、架線から直流電力を集電する集電器からの直流電力を受電する接続点に接続される電力変換器が、接続点から出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力によって電動機を駆動する。
【００８４】
次に、整流器から供給される直流電力を電力変換器に出力する第１のモードと、架線から供給される直流電力を電力変換器に出力する第２のモードにおける、第１及び第２のモードの切替え期間において、制御部は以下の制御を行う。
【００８５】
制御部は、発電機から接続点の間で検出される電流値に基づいて、励磁部に指令信号を供給し、励磁部から発電機に励磁電流を出力させる。このとき、制御部は、第２のモードから第１のモードへの切替時に、原動機の回転速度に従い、電力変換器から出力する交流電力を自動的に調整する。これにより、整流器から供給される直流電力が、発電機が供給可能な電力を超えないようにしつつ徐々に増やしていくことで、架線から供給される直流電力を徐々に減らし、モード切替を実施する。
【００８６】
そして、集電器及び接続点との間に接続される切替えスイッチが、第１のモードでは、架線から供給される直流電力を遮断し、第２のモードでは、架線から供給される直流電力を接続点から電力変換器に出力するものである。
【００８７】
本実施例によれば、制御部は、発電機から接続点の間で検出される電流値および原動機の回転速度に基づいて、励磁部が発電機に出力する励磁電流および電力変換器から出力する交流電力を制御することで、第２のモードから第１のモードへエンジンがストールすることなく滑らかに切替えることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１…ダンプトラック、２…エンジン、３…発電機、４…電動機、５…パンタグラフ、６…架線、７…整流器、８…電流検出器、９…電圧検出器、１０…平滑コンデンサ、１１…電力変換器、１２…ギア、１３…車輪、１４…制御部、１５…励磁部、１６…切替えスイッチ、１７…電圧検出器、１８…電流検出器、１９…整流ステーション、２０…接続点、２１…モード切替司令部、２２…速度検出器
【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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