JPH0447528B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、内燃機関とこの内燃機関により駆動
される交流発電機とから成る内燃機関駆動式交流
発電機と、この内燃機関駆動式交流発電機が発生
する交流電力を直流電力に変換し得る電力変換器
とを搭載し、内燃機関を駆動源として交流電動機
を介して車輪を駆動すると共に、トロリー線が敷
設されている区間ではこのトロリー線に接続され
た直流電源を駆動源として該交流電動機を介して
車輪を駆動し得るようにした内燃機関駆動電気式
−電気式ハイブリツド車両用制動装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕 大形のダンプトラツクや自走式クレーン車など
のような大形建設機械用車両などでは、その車両
に搭載する機器が小形軽量であることや保守が容
易であること、さらに連続降坂のために連続した
非機械式抑速ブレーキが得られることなどのため
に、従来の内燃機関からクラツチや減速歯車・差
動歯車を介して車輪を駆動するようなされている
機械式から、内燃機関で交流発電機を駆動し、こ
の交流発電機の出力を半導体変換器により可変電
圧・可変周波数の交流電力に変換して、車輪と連
結された交流電動機を駆動するようになされてい
る内燃機関駆動電気式が使用されるようになつて
きた。

第１図は３相誘導電動機により車輪を駆動する
ようなされている内燃機関駆動電気式車両の従来
例を示す主回路接続図である。この第１図におい
てデイーゼルエンジンあるいはカソリンエンジン
などの内燃機関１には同期発電機２が結合されて
おり、この同期発電機２の出力はダイオード整流
器３により直流に変換される。なお、２３は内燃
機関１と同期発電機２とか成る内燃機関駆動式交
流発電機である。ダイオード整流器３の直流側と
後述するGTインバータ８Ｌ，８Ｒの直流側と
を接続しているいわゆる直流中間回路４は、フイ
ルタリアクトル４Ｌとフイルタコンデンサ４Ｃと
から成るフイルタを有しを平滑している。この平
滑された直流電力は、たとえばゲートターンオフ
サイリスタから成る電力変換器としてのGTOイ
ンバータ８に入力され、このGTOインバータ８
の出力によつて誘導電動機９を駆動する。なお、
GTOインバータ８は左車輪用GTOインバータ８
Ｌと右車輪用GTOインバータ８Ｒとから構成さ
れ、誘導電動機９は左車輪用誘導電動機９Ｌと右
車輪用誘導電動機９Ｒとから構成されている。左
車輪を駆動する誘導電動機９Ｌは左車輪用のGT
Ｏインバータ８Ｌから、また右車輪を駆動する誘
導電動機９Ｒは左車輪用のGTインバータ８Ｒ
から交流電力の供給を受けるのであるが、これら
のGTインバータ８Ｌと８Ｒは前述の平滑され
た直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に
変換するので、誘導電動機９Ｌと９Ｒの回転速度
とトルクすなわち当該車両の走行速度とけん引ト
ルクはGTインバータ８Ｌと８Ｒの順変換動作
により制御される。また左車輪用のインバータ８
Ｌと電動機９Ｌ、および右車輪用のインバータ８
Ｒを電動機９Ｒはそれぞれ別個に制御することが
できるので、曲線を円滑に走行することができ
る。また車輪と地面との間に滑りが発生しても、
その車輪のトルクと回転速度とを制御することに
よりこの滑りを素早く解消することもできる。

直流中間回路には制動抵抗６とチヨツパ７との
直列接続回路が接続されており、車両を制動運転
させたいときは誘導電動機９Ｌ，９Ｒを誘導発電
機として動作させ、GTインバータ８Ｌと８Ｒ
を逆変換動作させることにより、上述の誘導発電
機からの交流電力は直流電力に変換されて直流中
間回路に送り込まれるので、この直流電力をチヨ
ツパ７を介して制動抵抗６に消費させることでこ
の車両の速度を抑制する。このとき制動抵抗６で
消費する電力の調整はチヨツパ７を制御すること
で達成される。

第１図に示す従来例では、この車両は速度に応
じたけん引力や制動力は十分にかつ安定に得られ
るのであるが、力行運転時の駆動力は内燃機関１
から供給されるのでエネルギー利用上の効率が悪
いことと、降坂時の抑速制動にはその制動電力を
すべて連続して制動抵抗６で消費させるために大
容量の抵抗器が必要である。このような大きな制
動抵抗６を搭載しなければならないので、当該車
両の本来の目的に使用する載貨重量とスペースが
減少するばかりでなく、この制動抵抗６の重量の
ために燃費が悪化するという欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明は、エネルギーを多量に消費する力行
運転時の省エネルギーを図るとともに、制動運転
時に使用する制動抵抗の小形軽量化による燃費改
善も図ることができる内燃機関駆動電気式−電気
式ハイブリツド車両用制動装置を提供することを
目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、内燃機関に駆動される交流発電機
からダイオード整流器により直流中間回路へ直流
電力を供給し、この直流電力をインバータで交流
電力に変換して誘導電動機を駆動するようなされ
ている内燃機関駆動電気式車両では、直流中間回
路電圧は当該車両の走行速度に関係なくほぼ一定
であうことに着目したものであつて、地上からこ
の車両に走行中でも給電できる設備がある場合
は、この地上電源により車両を駆動するようにし
て、比較的燃費のよくない内燃機関による力行運
転を最小限にするとともに、前記のダイオード整
流器を直流から交流へ逆変換動作もできる変換器
にして、制動時には誘導電動機から返還される制
動電力により交流発電機を電動機運転させてエン
ジンブレーキを作用させることにより、制動抵抗
で消費される制動電力を低減し、当該制動抵抗を
小形軽量化しようとするものである。

しかして、本発明による内燃機関駆動電気式−
電気式ハイブリツド車両用制動装置は、 可逆電力変換器と、直流中間回路と、電力変換
器とを備えた内燃機関駆動電気式−電気式ハイブ
リツド車両用制動装置であつて、 前記可逆電力変換器は、内燃機関駆動式交流発
電機から発生された交流電力を直流電力に変換し
て前記直流中間回路４に供給し、かつ車両が減速
する際には車輪を駆動する交流電動機から返還さ
れるエネルギーを前記電力変換器および直流中間
回路４を介して前記内燃機関駆動式交流発電機に
消費させるものであり、 前記直流中間回路は、フイルタリアクトルおよ
びフイルタコンデンから成るフイルタを有して、
前記可逆電力変換器の後段と前記電力変換器の前
段とに接続され、かつ逆流阻止ダイオードを介し
てトロリー線に接続可能であり、 前記電力変換器は、前記直流中間回路の後段に
接続され、この直流中間回路にて平滑された直流
電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換し
て前記交流電動機を駆動するものであることを特
徴とする。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の実施例を示す主回路接続図で
あつて、この第２図により本発明の内容を以下に
詳述する。

この第２図において、内燃機関としてのデイー
ゼルエンジン１には同期発電機２が結合されてい
て、ブリツジ接続されているダイオード整流器３
と、同じくブリツジ接続されているサイリスタイ
ンバータ２１とを逆並列接続して可逆電力交換器
２２を構成している。このように構成されている
可逆電力変換器２２はそのダイオード整流器３に
より同期発電機からの交流電力を整流して直流中
間回路に与えるとともに、この直流中間回路に返
還されてくる制動電力をサイリスタインバータ２
１で交流電力に変換し、同期発電機２を電動機運
転させることもできる。

所謂直流中間回路４はフイルタリアクトル４Ｌ
とフイルタコンデンサ４Ｃとから成るフイルタを
有し、供給される直流電力の脈動分を除去してい
る。この平滑された直流電力は、ゲートターンオ
フサイリスタで構成されている電力変換器として
のGTインバータ８Ｌと８Ｒに入力されるので
あるが、左車輪に結合されている誘導電動機９Ｌ
には８ＬなるGTインバータから、また右車輪
に結合されている誘導電動機９Ｒには８Ｒなる
GTインバータからそれぞれ別個に交流電力が
供給されるのであるが、これらのGTインバー
タ８Ｌ，８Ｒから出力される可変電圧・可変周波
数の交流電力により、当該車両は所望のけん引ト
ルクと走行速度で運行することができる。

また地上にある直流電源としての地上整流器１
１からは直流電力がトロリー線１２に供給され、
車両に設置されている集電手段としてのパンタグ
ラフ１３をこのトロリー線１２に接触させること
によりこの直流電力を当該車両内に取入れて直流
中間回路に供給する。この車両たとえば大形ダン
プトラツクなどが使用される鉱山などでは、地上
電源設備やトロリー線などを極力低コストで設置
するため、直流電源は地上整流器１１に図示する
ように簡単なものであつて回生電力を吸収する能
力を持たないので、制動電力が地上整流器１１に
逆流するのを阻止する手段として阻止ダイオード
１４が直流中間回路と地上整流器１１との中間に
設けられる。

力行運転時にはこの地上整流器１１からの直流
電力が直流中間回路とGTインバータ８Ｌ，８
Ｒを経て誘導電動機９Ｌ，９Ｒに与えられること
により、比較的燃費のよくないデイーゼルエンジ
ン１を使用しなくてもよく、トロリー線１２が設
置されていない地区を走行するときのみ、このデ
イーゼルエンジン１からのエネルギーに切換える
ようにしている。

制動運転時たとえばこの車両が坂を降りつつあ
り、その降坂速度を抑制しようとするときは、地
上整流器１１から直流電力を受電しているか否か
に拘らずデイーゼルエンジン１はアイドリング運
転状態にしておく。制動時にはこの車両のエネル
ギーにより車輪を経て左右の誘導電動機９Ｌと９
Ｒとは回転させられるので、この誘導電動機９Ｌ
と９Ｒは誘導発電機となつて交流電力を発生し、
GTインバータ８Ｌと８Ｒはこの交流電力を直
流電力に変換して直流中間回路に送り込む。この
とき同期発電機２は前述したようにエンジンのア
イドリング運転に伴つて交流電圧を発生している
から、ダイオード整流器３とサイリスタインバー
タ２１とから成る可逆電力変換器２２は、通常の
電力系統に接続された他励変換器と同様に逆変換
動作が可能であるから、この可変電力変換器２２
により、誘導電動機９Ｌ，９Ｒから直流中間回路
に送り込まれた電力を受けて、さらに同期発電機
２へ交流電力を送り出す。ただしこのとき直流中
間回路に地上整流器１１から直流電圧が印加され
ているときは、誘導電動機９Ｌ，９ＲからGT
インバータ８Ｌ，８Ｒを経て返還される直流電力
の電圧は、地上整流器１１からの直流電圧よりも
高くなるようにGTインバータ８Ｌ，８Ｒを制
御しておけば阻止ダイオード１４により制動電力
が地上整流器１１へ逆流することはない。

同期発電機２は上述により逆変換された交流電
力を受けて同期電動機となり、その速度はアイド
リング中のデイーゼルエンジン１の速度よりも大
となる。このようにアイドリング運転でデイーゼ
ルエンジン１の速度が増大することはエンジンブ
レーキが作用することになるので、結局降坂中の
車両が保有するエネルギーはこのエンジンブレー
キにより吸収されるので、当該車両の走行速度を
抑制することになる。なお第２図に示す実施例に
おいては、制動抵抗制御手段としてのチヨツパ７
と制動抵抗６とが設置されているが、サイリスタ
インバータ２１の制御とチヨツパ７の制御を適切
に行なえば、当該車両を制動するためのエネルギ
ーを、エンジンブレーキと制動抵抗６とにどのよ
うな比率で吸収させるかを自由に設定することが
できるので、極端な場合は制動抵抗６とチヨツパ
７を使用しなくてもよい。よつて制動抵抗６とチ
ヨツパ７の容量は従来に比してはるかに小さくす
ることができる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す主回路接
続図である。この第３図において、内燃機関とし
てのデイーゼルエンジン１、同期発電機２、フイ
イルタコンデンサ４Ｃとフイルタリアクトル４Ｌ
とから成るフイルタを有する直流中間回路４、左
車輪用GTOインバータ８Ｌと右車輪用GTOイン
バータ８Ｒから成る電力変換器としてのGTOイ
ンバータ８、左車輪用誘導電動機９Ｌと右車輪用
誘導電動機９Ｒとから成る誘導電動機９、直流電
源として地上に設置された地上整流器１１、トロ
リー線１２、集電手段としてのパンタグラフ１
３、逆流阻止手段としての阻止ダイオード１４に
付した符号・名称・用途と機能は第２図に示す実
施例と同じであるから、その説明は省略する。

第３図において、同期発電機２と直流中間回路
との間には、直流を交流に変換しまた交流を直流
に逆変換し得る可逆電力変換器としてのサイリス
タインバータ３１が設けられている。さらに、交
流側がこのサイリスタインバータ３１の交流側に
接続された制動抵抗制御手段としてのサイリスタ
整流器３２と、このサイリスタ整流器３２の直流
側に接続された制動抵抗３３とが設けられてい
る。このように構成することにより、当該車両が
力行運転のときは地上整流器１１からの直流電力
あるいはデイーゼルエンジン１からのエネルギー
のいずれかにより所望の速度で走行し、制動運転
のときは誘導電動機９Ｌ，９Ｒから直流中間回路
へ返還されてくる制動電力の電圧を、地上整流器
１１からの直流電圧よりも高くしてこの地上整流
器１１から直流電力が流入してくるのを防止して
おいてサイリスタインバータ３１を逆変換動作さ
せれば、第２図に示す実施例と同様にエンジンブ
レーキが作用する。さらにサイリスタ整流器３２
を制御すれば制動抵抗３３で消費されるエネルギ
ーにより制動効果を得ることができるから、サイ
リスタインバータ３１とサイリスタ整流器３２と
により、エンジンブレーキによる制動力と、制動
抵抗３３による制動力との比率を自由に設定でき
る。

第４図は本発明の第３の実施例を示す主回路接
続図であるが、この第４図における内燃機関とし
てのデイーゼルエンジン１、同期発電機２、フイ
ルタコンデンサ４Ｃとフイルタリアクトル４Ｌと
から成るフイルタを有する直流中間回路４、左車
輪用GTOインバータ８Ｌと右車輪用GTOインバ
ータ８Ｒとか成る電力変換器としてのGTOイン
バータ８、左車輪用誘導電動機９Ｌと右車輪用誘
導電動機９Ｒとから成る誘導電動機９、直流電源
として地上に設置された地上整流器１１、トロリ
ー線１２、集電手段としてのパンタグラフ１３、
逆流阻止手段としての阻止ダイオード１４、可逆
電力変換器としてのサイリスタインバータ３１に
付した符号・名称・用途と機能は第３図に示す第
２の実施例と同様であるから、その説明は省略す
る。この第４図に示す第３の実施例では、交流発
電機２の出力回路には制動抵抗制御手段としての
サイリスタ調整器４２と制動抵抗４３との直列接
続回路がスター結線されているが、このサイリス
タ調整器４２により制動抵抗４３に消費される制
動電力が変化できるが、それ以外の力行運転時と
制動運転時の動作は第３図に示す第２の実施例と
同じである。なおサイリスタ整流器４２と制動抵
抗４３との直列接続図はデルタ結線により交流発
電機２の出力回路に接続されてもよい。

本発明の第１から第３の実施例に図示の可逆電
力変換器や制動抵抗制御手段は、サイリスタの代
りにGTサイリスタやトランジスタのような半
導体スイツチング素子を使用しても同様な動作を
させることができるし、これらは本発明の趣旨に
合致するものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、内燃機関に連結された交流
発電機の出力を変換して得られる直流電力と、地
上の電源から阻止ダイオードを介して得られる直
流電力とを車両の駆動エネルギーに使用するよう
に構成し、力行運転時に地上からの電力が使用で
きるときは比較的燃費のよくない内燃機関の代り
に地上からの電力を受けて運行経費を節減すると
ともに、さらに制動運転時には駆動電動機から返
還されてくるエネルギーを交流発電機を介してエ
ンジンブレーキとして消費させ、あるいは制動抵
抗に消費させるようにしている。このエンジンブ
レーキとして吸収されるエネルギーに相当する分
だけ制動抵抗の容量を削減できるので、制動抵抗
を小形軽量のものにすることができる。それ故当
該車両の本来の目的である載貨重量やスペースを
拡大できるし、さらに軽量化により力行運転時の
燃費を改善することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関駆動電気式車両の従来例を示
す主回路接続図であり、第２図は本発明の実施例
を示す主回路接続図、第３図は本発明の第２の実
施例を示す主回路接続図、第４図は本発明の第３
の実施例を示す主回路接続図である。 １……内燃機関としてのデイーゼルエンジン、
２……同期発電機、３……ダイオード整流器、４
……直流中間回路、４Ｃ……フイルタコンデン
サ、４Ｌ……フイルタリアクトル、６……制動抵
抗、７……チヨツパ、８……電動機側変換器とし
てのGTOインバータ、８Ｌ……左車輪用GTOイ
ンバータ、８Ｒ……右車輪用GTOインバータ、
９……誘導電動機、９Ｌ……左車輪用誘導電動
機、９Ｒ……右車輪用誘導電動機、１１……地上
整流器、１２……トロリー線、１３……パンタグ
ラフ、１４……逆流阻止ダイオード、２１……サ
イリスタインバータ、２２……可逆電力変換器、
２３……内燃機関駆動式交流発電機、３１……サ
イリスタインバータ、３２……サイリスタ整流
器、３３……制動抵抗、４２……サイリスタ調整
器、４３……制動抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可逆電力変換器２２，３１と、直流中間回路
   ４と、電力変換器８とを備えた内燃機関駆動電気
   式−電気式ハイブリツド車両用制動装置であつ
   て、 前記可逆電力変換器２２，３１は、内燃機関駆
   動式交流発電機２３から発生された交流電力を直
   流電力に変換して前記直流中間回路４に供給し、
   かつ車両が減速する際には車輪を駆動する交流電
   動機９から返還されるエネルギーを前記電力変換
   器８および直流中間回路４を介して前記内燃機関
   駆動式交流発電機２３に消費させるものであり、 前記直流中間回路４は、フイルタリアクトル４
   Ｌおよびフイルタコンデンサ４Ｃから成るフイル
   タを有して、前記可逆電力変換器２２の後段と前
   記電力変換器８の前段とに接続され、かつ逆流阻
   止ダイオード１４を介してトロリー線１２に接続
   可能であり、 前記電力変換器８は、前記直流中間回路４の後
   段に接続され、この直流中間回路４にて平滑され
   た直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に
   変換して前記交流電動機９を駆動するものであ
   る、 ことを特徴とする内燃機関駆動電気式−電気式ハ
   イブリツド車両用制動装置。