JPS60190102A - 内燃機関駆動電気式車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は内燃機関と発電機と半導体変換器とを塔載し
、直Ｒ，電動機を介して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に関する。

〔従来機術とその問題点〕

大形のダンプトラックや自走式クレーン車のような大形
建設機械用車両などでは、その車両に塔載する機器を小
形軽量にできることや保守が容易であること、さらに連
続降板のために連続した非機械式抑速ブレーキが得′ら
れるこ♂などのために、従来の内燃機関からの動力をク
ラッチや減速歯車・差動歯車を介して電輪に与えるよう
になされている堅械式よりも、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整流器により直流電力に
変換して、車輪と連結されている直流電動機を駆動する
ようになされている電気式が使用されるようになってき
た。

第１１ｒ−？ｌは直流直巻電動機により車輪を駆動する
ように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ζこおいて、ディ
ーゼルエンジンあるいはガ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ｔｌており、この同期発
電機２の出力はダイオード整ｂｔ器３により直流電力に
変換される。この直流電力は左右の車輪に別個に連結さ
れている直流直巻電動機に与えられる。すなわち左車輪
用として発屯制動スイッチ７Ｌを介して直流電動機電機
子４Ｌと当該直流電動機の界磁巻線５Ｌとが直列に接続
されて直巻電動機を形成している。ここで９Ｌなる前後
進切替えスイッチは、界磁巻線５Ｌに流れる電流の方向
を反転させて当該電動機の回転方向を切替える役目を有
する。また右車輪用として同じように発電制動スイッチ
７Ｒを介して電機子４Ｒと界磁巻線５Ｒの直列接続でな
る直巻電動機が形成されており、界磁巻線５Ｒの極性を
切替えるための前後進切替えスイッチ９Ｒか設けられて
いる。またそれぞれの電機子４Ｌと４Ｒには並列に制動
抵抗６Ｌと６Ｒが接続されており、さらに制動運転時に
肉界磁巻線５Ｌと５Ｒを電源に接続するだめの連結スイ
ッチ８も備えられている。

車両が前進方向にカ行運転するとき、それぞれのスイッ
チは第１図に示すような状態すなわち発電制動スイッチ
７Ｌと７Ｒはダイオード整流器３が出力する直流電力を
電機子４Ｌと４Ｈに供給するようなされているので制動
抵抗６Ｌと６Ｒは切離されており、連結スイッチ８もオ
フ状態にあるので、電機子４Ｌと界磁巻線５Ｌとでなる
左車輪駆動用直流直巻電動機と、電機子４Ｒと界礎巻ｆ
ｆＡ５Ｒとでなる左車輪駆動用直流直巻電動機は、ダイ
オード整流器３からの直流ｚ’ｉ力により駆動されるの
であるが、ディーゼルエンジン１の回転速度と図示され
ていない同期発電機２の界磁の強さを調整するこみによ
り当該同期発電機２の出力電圧を制御するとともに、こ
の交流発電機２と前記の直流直巻電動機の電圧降下を利
用して当該車両は適切な速度とけい引力を得る。この車
両の進行方向を変更するのは、前後進切替えスイッチ９
Ｌと９Ｒを操作して界磁巻Ｍ５Ｌ、５Ｒに流れる電流の
方向を逆転することによって達成できる。また力行運転
時に界磁巻線５Ｌ、５Ｒに並列に図示されていない抵抗
を接続して弱め界磁にすることにより、高速での走行性
能を向上させることもできる。

当該車両を制動運転するには、発電制動スイッチ７Ｌと
７Ｒを制動抵抗５Ｌ　、６Ｒ側に切替えるとともに連結
スイッチ８をオンにすると、両電動機の界磁巻線５Ｌと
５Ｒは直列接続になってダイオード整流器３からの直流
電力を受けることになる。一方電機子４Ｌと４Ｒはダイ
オード整流器３から切離さ第１て制動抵抗６Ｌ、６Ｒが
接続されるので、この電機−７−４Ｌ　、Ｌ−４Ｒフｌ
（そねぞれの車輪により回転させられて他励分巻発電機
となり、その発生電力を制動抵抗５Ｌ、５Ｒに流して発
電制動状態となり、当該車両の速度を抑制する。このと
きの制動力はそれぞれの制動抵抗６Ｌと６Ｒの抵抗値と
電機子４Ｌと４Ｒの電圧の大きさで定まるから、界磁巻
線５Ｌと５Ｒを流れる電流すなわち同期発電機２の図示
していない界磁調整と、同じく図示していない制動抵抗
６Ｌ、　６Ｒの抵抗値調整により、そのときの速度に応
じて所要の制動力を得ることができる。

第１図に示す従来例では、この車両は速度に応じたけい
引力や制動力は十分にかつ安定に得られるのであるが、
たとえば連続降板などにおける抑速制動では、その制動
電力をすべて連続して制動抵抗６Ｌ、６Ｒで消費させて
いるため、大容量の抵抗器が必要である。このように大
きな制動専用抵抗器５Ｌ、５Ｒを塔載しなければならな
いので、当該車両はその本来の目的に使用する載貨重景
とスペースが削減されるばかりでなく、この制動抵抗６
Ｌ。

６Ｒのために当該車両が走行するときの燃費まで悪化す
るという欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明は、制動運転時に制動抵抗で消費される制動重
力を低減することで制動抵抗を小形軽量化すると吉もに
、走行時の燃費の改善を図ることができる内燃機関駆動
電気式車両を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、交流発電機からの交流電力を直流電力に変
換するダイオード整流器を、直流電力を交流電力に逆変
換もできる順逆変換器にして、制動時にはこの１１逆変
換器を逆変換動作させることにより、内燃機関に結合さ
れている交流発電機を電動機運転させることによりエン
ジンブレーキを作用させるとともに、直流電動機に接続
されている制動抵抗で消費する制動電力を低減させ、こ
の制動抵抗を小形軽量化しようとするものである。

さらに直流電動機の電機子と界磁巻線とは別個の変換器
から電力を供給するようにして他励で分巻特性あるいは
直巻特性を自由に得ようとするものである。

〔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って、
この第２図により本発明の内存を以下に詳述する。

この第２図において、内ｉｑ：　＋ａ関としてのディー
ゼルエンジン１には同期発電機２が結合されていて、こ
の同期発電機２からの交流電力は左車輪を駆動するため
にサイリスクで構成されている和、様子用変換器１３Ｌ
と、右車輪を駆動するために→ノーイリスタで構成さね
ている電機子用変換器１３Ｒと、同じくサイリスタで構
成されている界磁用変換器１４とに供給され、それぞれ
直／ｉｔＬ％、’力に変換される。

左車輪用の電機子用変換器１３Ｌから得られる直流電力
は制動抵抗１６Ｌと電機子４Ｌとの直列接続回路に供給
されるのであるが、この制動抵抗１６Ｌには並列に短絡
スイッチ１７Ｌが接続されている。右車輪用の電機子用
変換器１３Ｒも同様に制動抵抗１６Ｒと電機子４Ｒの直
列接続回路に直流＋ｔＬ力を供給するのであるが、制動
抵抗１６Ｒには短絡スイッチ１７１？。

が並列接続されている。さらに界磁用変換器１４からの
直流電力は直列接続されている２個の界磁巻線５Ｌと５
Ｒに供給されるのであるが、前後進切替えスイッチ１９
を操作することにより、この界磁巻％５Ｌと５Ｒに流れ
る電流方向を逆転させて当該車両の走行方向を切替える
ことができる。

車両を前進方向にカ行運転するとき、短絡スイッチ１７
Ｌと１７Ｒはオンにして制動抵抗１６Ｌと１６Ｒを短絡
してお香、電機子用変換器１３Ｌ、１３Ｒを順変換動作
をさせて左右車輪を駆動する両型動機のトルクと回転速
度が所要値になるようにそれぞれの変換器１３Ｌと１３
Ｒを制御する。このとき界磁用変換器１４からは界磁巻
線５Ｌ　、　５Ｒに所要の界磁電流を供給するよう制御
する。また電機子用変換器１３Ｌ、１３Ｒをダイオード
整流器と同じ動作をさせておき、さらに界磁用変換器１
４を調整して直巻特性を得るように界磁巻線５Ｌ、５Ｒ
に流れる電流を制御すれば他励の直巻電動機となり、従
来と同じ走行特性を得ることができる。

上述のようにしてカ行運転中（イーゼルエンジン駆動電
気式車両が前進方向のままで制動動作に入るときは次の
ように操作する。すなわちディーゼルエンジン１はアイ
ドリング運転をしているので、同期発電機２は交流電圧
を発生しているのであるが、電機子用変換器１３Ｌ、１
３Ｒと界磁用変換器１４を位相制御してそれぞれの直流
出力電圧をほぼ零にして電機子４Ｌ、４Ｒと界磁巻＠５
Ｌ、５Ｒに流れる電流を零にする。ついで短絡スイッチ
１７Ｌ、１７Ｒをオフにして制動抵抗１６Ｌ、１６Ｒを
それぞれ電機子４Ｌ、４Ｒに直列に挿入するとともに前
後進切替えスイッチ１９を操作して界磁巻線５Ｌと５Ｒ
に流れる電流の方向を、カ行運転のときとは逆転させる
。このとき同期発電機２は前述したように交流電圧を発
生しているから、電機子用変換器１３Ｌと１３Ｒ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
をさせることができる。たとえば当該車両が坂を降りつ
つあるとすると、この車両が保有する位置のエネルギー
により直流電動機の電機子４Ｌと４Ｒはそれぞれ左右の
車輪により回転させられるので、このとき界磁用変換器
１４を順変換動作させて界磁巻ｉ５Ｌと５Ｒにカ行運転
時とは迎方向の界磁電流を流せば、電機子４Ｌと４Ｒに
はカ行運転時とは逆の電圧が発生する。そこで霜５機子
用変撲器１３Ｌ、１３Ｒを逆変換動作をさせると、それ
ぞれの電機子４Ｌと４Ｒには（１）式に示す電機電流Ｉ
Ａが流ねる。

ＥＡ　−Ｅｃ Ｉ＾＝□　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ＲＢ ここでＥＡは電機子４Ｌと４Ｒに発生する電圧、Ｅｃは
電機子用変換器１３Ｌと１３Ｈの逆変換動作時出力電圧
であり、ＲＢは制動回路抵抗であって制動抵抗１６Ｌ　
、　１５Ｒの抵抗値に電機子４Ｌ、４Ｒと電機子用変換
器１３Ｌ、１３Ｒの等価抵抗を加算したものである。

上記の（１）式に示す１！磯子電流ＩＡが流れることに
より制動トルクを発生する。すなわち電機子用変換器１
３Ｌ、１３Ｒを逆変換動作させることにより、発電機と
なった直流電動機が発生する電力が直流側から交流側に
送られ、同期発電機２はこの電力を受けて同期電動機の
運転となり、ディーゼルエンジン１の回転速度は前述の
アイドリング運転時よりも増大する。

アイドリング運転でディーゼルエンジンの回転速度が増
大するということは、エンジンブレーキが作用すること
になるので、降板中の当該車両のエネルギーはこのエン
ジンブレーキと制動抵抗１６Ｌ　、　１５Ｒで発生する
抵抗損失により吸収されて、この車両の走行速度を抑制
することになる。このエンジンブレーキと制動抵抗１６
Ｌ、１６Ｒとの制動電力の負担の調整は電機子用変換器
１３Ｌ、１３Ｒの出力電圧の調整により容易に行なえる
ことは（１）式からもあきらかである。また制動力が少
ない降板時の抑速ブレーキなどは、短絡スイッチ１７Ｌ
、１７Ｒをオンにして制動抵抗１６Ｌ、１６Ｒを短絡し
て、制動電力のすべてをエンジンブレーキにより吸収さ
せることもできる。

なお第２図に示す本発明の実施例では左畢輪用と右車輪
用の電動機界磁巻線５Ｌと５Ｒは直列に接続されて一括
制御されるようになっているが、それぞれ別個の界磁用
変換器に接続して別個に制御するようにすることもでき
るし、電機子用変換器１３Ｌ、１３Ｒと界磁用変換器１
４をＧＴＯサイリスクやトランジスタなどの半導体素子
で構成することも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が
出力する交流電力を、順変換と逆変換ができる変換器を
介して直流電動機に与えるようにするとともに、この直
流電動機に直列に制動抵抗と、この抵抗を短絡するスイ
ッチとを備える。このような構成で当該車両を制動運転
するときは、前記の変換器を逆変換動作させることによ
り、車輪により回転させられる直流電動機から返還され
る′ｎも力を前述の交流発電機に与えてこの発電機を電
動機運転させることにより、制動電力の一部または全部
をエンジンブレーキで吸収させることができる。それ改
良時間連続して制動運転をする必要がある場合、たとえ
ば連続降板するような場合でも、制動運転に伴って発生
する制動電力はエンジンブレーキにより吸収させること
ができるので、直流域ｋＪＪ磯電機子に直列接続されて
いる制動抵抗の容量は、このエンジンブレーキにより吸
収されるエネルギーに相当する分だけ削減できるので、
この制動抵抗の容量はきわめて小さいもので十分になる
から、小形軽量のものとなる。よって当該車両はその本
来の目的である載貨重量やスペースを拡大できるのみな
らず、制動抵抗の重量減少により、カ行運転時の燃費の
改善も図ることができる。さらに前述の変換器を電機子
用と界磁用とに分けることによりカ行運転時には直巻特
性を、また制動運転時には分巻特性を容易に得るこ吉が
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
続図である。 １・・・内燃機関としてのディーゼルエンジン、２・・
・同期発電機、３・・・ダイオード整流器、４Ｌ、４Ｒ
・・・直流電動機電機子、５Ｌ、５Ｒ・・・直流電動機
界磁巻線、６Ｌ　、　６Ｒ・・・制動抵抗、７Ｌ　、　
７Ｒ・・・発電制動スイッチ、８・・・連結スイッチ、
９Ｌ、９Ｒ・・・前後進切替えスイッチ、１３Ｌ、１３
Ｒ・・・電機子用変換器、１４・・・界磁用変換器、１
６Ｌ、１６Ｒ・・・制動抵抗、１７Ｌ、１７Ｍ−知ｆｌ
ｉ’ｔスイッチ、１９・・・前後進切替えスイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）車両に塔載される内燃機関に駆動される交流発電機
   が発生する交流電力を直流電力に変換して車両に結合さ
   れている直流電動機に供給し、当該車両を所望の速度で
   走行させるようなされている内燃機関駆動電気式車両に
   おいて、前記車両の速度を抑制するエンジン制動手段才
   たは発電制動手段を備えてなることを特徴とする内燃機
   関駆動電気式車両。 ２、特許請求の範囲第１項記載の内燃機関駆動電気式車
   両において、前記エンジン制動手段は前記交流発電機と
   前記直流電動機との間に設けられて交流電力を直流成力
   に変換するとともに直流電力を交流電力に変換できる順
   逆変換器でなることを特徴とする内燃機関駆動電気式車
   両。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の内燃機
   関駆動電気式車両において、前記エンジン制動手段とし
   ての順逆変換器は前記直流電動機の電機子に接続される
   電機子用変換器と、前記直流電動機の界磁巻線に接続さ
   ４する界磁用変換器とでなることを特徴とする内燃機関
   駆動電気式車両。 ４）　ｆｆ許請求の範囲第１項から第３項に記載の内燃
   機関駆動電気式車両のいずれかにおいて、前記発電制動
   手段は前記直流電動機の電機子に直列接続される制動抵
   抗と、該制動抵抗を短絡するスイッチング素子とでなる
   ことを特徴とする内燃機関駆動電気式車両。