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公開番号2021069239
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019194653
出願日20191025
発明の名称ダンプトラック
出願人日立建機株式会社
代理人特許業務法人平木国際特許事務所
主分類B60L 3/00 20190101AFI20210402BHJP(車両一般)
要約【課題】従来よりも信頼性および耐用性を向上させた複数の電力変換モジュールを搭載したダンプトラックを提供する。
【解決手段】パワーコントローラ150は、一部の電力変換モジュール161の故障時に、故障した電力変換モジュール161を短絡させるバイパス回路162に制御信号CS1を出力するとともに、電力回生装置160を介した高圧直流ライン112から補機直流ライン180への電力回生時に電力回生装置160の出力電圧を維持するように正常な電力変換モジュール161の出力電圧を上昇させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
走行モータと、該走行モータに接続された電力回生装置と、該電力回生装置に接続された蓄電装置と、前記電力回生装置および前記蓄電装置に接続された補機と、前記走行モータ、前記電力回生装置および前記蓄電装置を制御するパワーコントローラと、を備えたダンプトラックであって、
前記電力回生装置は、直列に接続された複数の電力変換モジュールと、前記パワーコントローラから出力される制御信号により各々の前記電力変換モジュールを短絡させる複数のバイパス回路とを有し、
前記電力変換モジュールは、前記走行モータに高圧直流ラインを介して接続されたインバータと、前記蓄電装置および前記補機に補機直流ラインを介して接続された整流回路と、前記インバータおよび前記整流回路に接続されたトランスと、を有し、
前記パワーコントローラは、一部の前記電力変換モジュールの故障時に、故障した前記電力変換モジュールを短絡させる前記バイパス回路に前記制御信号を出力するとともに、一部の前記電力変換モジュールの故障時かつ前記電力回生装置を介した前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへの電力供給時に、前記蓄電装置から前記補機へ不足した電力を供給させることを特徴とするダンプトラック。
続きを表示(約 900 文字)【請求項2】
前記電力回生装置は、前記パワーコントローラから出力される遮断制御信号に基づいて前記高圧直流ラインと前記電力変換モジュールとの間の接続を遮断するリレーを有し、
前記パワーコントローラは、故障した前記電力変換モジュールの数が許容数を超えた場合に、前記リレーへ前記遮断制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載のダンプトラック。
【請求項3】
前記パワーコントローラは、前記蓄電装置を構成する二次電池の電圧が最低使用電圧以下である場合、または、故障した前記電力変換モジュールが前記バイパス回路によって短絡されかつ前記二次電池の前記電圧が定格電圧未満である場合に、前記電力回生装置および前記蓄電装置を制御して前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへ電力を回生させて前記二次電池を充電することを特徴とする請求項1に記載のダンプトラック。
【請求項4】
前記パワーコントローラは、故障した前記電力変換モジュールの数が許容数を超え、かつ前記蓄電装置を構成する二次電池の電圧が最低使用電圧以下である場合に、前記走行モータおよび前記補機の負荷を制限することを特徴とする請求項1に記載のダンプトラック。
【請求項5】
積載物を積載するボディと、前記ボディに積載された前記積載物の重量を検知するセンサと、を備え、
前記パワーコントローラは、前記センサの出力に基づいて前記ボディに前記積載物が積載されていることを判定し、かつ、前記走行モータが発電する回生動作中であることを判定した場合に、前記制限を解除することを特徴とする請求項4に記載のダンプトラック。
【請求項6】
前記パワーコントローラは、一部の前記電力変換モジュールの故障時かつ前記電力回生装置を介した前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへの電力供給時に、故障した前記電力変換モジュールの出力電圧を補償して前記電力回生装置の出力電圧を維持するように正常な前記電力変換モジュールの出力電圧を上昇させることを特徴とする請求項1に記載のダンプトラック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、ダンプトラックに関する。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来から電力変換システムに関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。特許文献1に記載された電力変換器システムは、電力変換器群と、制御手段と、故障検出手段と、出力切り離しスイッチと、バイパススイッチと、を備えている(同文献、請求項1、第0005段落等を参照)。前記電力変換器群は、半導体スイッチ素子を用いて形成された複数の単相電力変換器の出力を直列接続した構成を有する。前記制御手段は、その電力変換器群を制御する。前記故障検出手段は、前記各単相電力変換器の故障を検出する。
【0003】
前記出力切り離しスイッチは、前記単相電力変換器の出力線に挿入されている。前記バイパススイッチは、その切り離しスイッチを含めて各単相電力変換器の出力をバイパスするバイパス回路に挿入されている。前記制御手段は、前記故障検出手段から出力される故障検出信号に応答して、当該故障に係る前記単相電力変換器の出力切り離しスイッチを開き、かつバイパススイッチを閉じる指令を出力する。
【0004】
このように構成することにより、一つの単相電力変換器が故障した場合、制御手段と出力切り離しスイッチにより、その単相電力変換器がシステムから切り離され、かつバイパススイッチにより、その単相電力変換器の出力がバイパスされて、システムから故障に係る単相電力変換器が除去される。その結果、残りの健全な単相電力変換器の直列出力により、負荷への電力供給が継続されることになり、電力供給の信頼性が向上する(同文献、第0006段落等を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2000−245168号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前記従来の電力変換システムは、システムから故障した単相電力変換器を除去して負荷への電力供給を継続すると、他の正常な単相電力変換器の負担が大きくなり、それら正常な単相電力変換器の故障を誘発するおそれがある。
【0007】
本開示は、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置を搭載したダンプトラックを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様は、走行モータと、該走行モータに接続された電力回生装置と、該電力回生装置に接続された蓄電装置と、前記電力回生装置および前記蓄電装置に接続された補機と、前記走行モータ、前記電力回生装置および前記蓄電装置を制御するパワーコントローラと、を備えたダンプトラックであって、前記電力回生装置は、直列に接続された複数の電力変換モジュールと、前記パワーコントローラから出力される制御信号により各々の前記電力変換モジュールを短絡させる複数のバイパス回路とを有し、前記電力変換モジュールは、前記走行モータに高圧直流ラインを介して接続されたインバータと、前記蓄電装置および前記補機に補機直流ラインを介して接続された整流回路と、前記インバータおよび前記整流回路に接続されたトランスと、を有し、前記パワーコントローラは、一部の前記電力変換モジュールの故障時に、故障した前記電力変換モジュールを短絡させる前記バイパス回路に前記制御信号を出力するとともに、一部の前記電力変換モジュールの故障時かつ前記電力回生装置を介した前記高圧直流ラインから前記補機直流ラインへの電力供給時に、前記蓄電装置から前記補機へ不足した電力を供給させることを特徴とするダンプトラックである。
【発明の効果】
【0009】
本開示の上記一態様によれば、電力回生装置の複数の電力変換モジュールの一部が故障した場合に、高圧直流ラインから電力回生装置を介して補機に供給する電力が不足した場合でも、蓄電装置から補機へ不足した電力を供給することができる。したがって、一部の故障した電力変換モジュール以外の正常な電力変換モジュールの消費電力の増加を抑制することができ、従来よりも信頼性および耐用性が向上した電力回生装置を搭載したダンプトラックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本開示に係るダンプトラックの実施形態1を示す側面図。
図1に示すダンプトラックの動力システムのブロック図。
図2の動力システムを構成する電力変換モジュールの一例を示す回路図。
図2の動力システムを構成する蓄電装置の一例を示す回路図。
図2の動力システムを構成するパワーコントローラの機能ブロック図。
図5のパワーコントローラによる制御の流れの一例を示すフロー図。
図5のパワーコントローラによる制御の流れの一例を示すフロー図。
図1に示すダンプトラックの動作を示すタイムチャート。
本開示に係るダンプトラックの実施形態2のパワーコントローラの機能ブロック図。
図9のパワーコントローラを備えるダンプトラックの動作を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本開示に係るダンプトラックの実施形態を説明する。
【0012】
[実施形態1]
図1は、本開示に係るダンプトラックの実施形態1を示す側面図である。本実施形態のダンプトラック10は、たとえば、鉱山の採掘オペレーションに使用されるリジッドダンプトラックである。本実施形態のダンプトラック10は、たとえば、車体フレーム11と、左右の前輪12Fと、左右の後輪12Rと、左右の前輪側サスペンション装置と、左右の後輪側サスペンション装置13Rと、センサ13Sと、を有している。
【0013】
また、ダンプトラック10は、たとえば、積載物を積載するボディ14と、左右のホイストシリンダ15と、キャブ16と、走行駆動装置17と、建屋18と、グリッドボックス19と、を有している。ダンプトラック10のボディ14に積み込まれる積載物は、特に限定はされないが、たとえば、土砂、砕石、鉱物資源などである。また、センサ13Sは、たとえば、後輪側サスペンション装置13Rの油圧シリンダ内に収容された油圧センサであり、シリンダ内の油圧を検知することで、ボディ14に積載された積載物の重量を検知する。
【0014】
図2は、本実施形態のダンプトラック10の動力システム100のブロック図である。動力システム100は、図1に示すダンプトラック10に搭載され、ダンプトラック10を駆動させる。動力システム100は、たとえば、走行モータ110と、インバータ111と、高圧直流ライン112と、電圧計113と、ダイオードブリッジ114と、発電機120と、エンジン130と、を有している。また、動力システム100は、たとえば、メインコントローラ140と、パワーコントローラ150と、電力回生装置160と、蓄電装置170と、補機直流ライン180と、グリッドボックス抵抗191と、グリッドボックスファンモータ192と、を有している。
【0015】
走行モータ110は、たとえば、左右の後輪12Rをそれぞれ独立して駆動させるように、左右の後輪12Rのそれぞれに対して設けられている。図2では、二つの走行モータ110のうち、一つの走行モータ110の図示を省略している。走行モータ110は、たとえば、減速機を介して後輪12Rに連結され、後輪12Rを駆動する走行駆動装置17を構成している。走行モータ110は、たとえば、インバータ111を介して高圧直流ライン112に接続されている。走行モータ110は、高圧直流ライン112の直流電力がインバータ111を介して交流電力に変換されて供給されることで駆動される。
【0016】
高圧直流ライン112は、インバータ111とグリッドボックス抵抗191とを接続するとともに、ダイオードブリッジ114を介して発電機120に接続されている。また、高圧直流ライン112は、電力回生装置160に接続されている。電圧計113は、高圧直流ライン112に接続され、高圧直流ライン112の電圧を測定し、測定結果を出力信号S2としてパワーコントローラ150へ出力する。
【0017】
発電機120は、たとえば、エンジン130の出力軸に対して動力伝達機構を介して機械的に接続された入力軸を備えている。発電機120は、エンジン130の出力軸が回転することで、動力伝達機構を介して入力軸が回転させられて発電する。発電機120は、発電した三相交流電力を、ダイオードブリッジ114によって直流電力に変換して高圧直流ライン112へ供給する。
【0018】
エンジン130は、たとえば、ダンプトラック10の車体フレーム11に支持されている。エンジン130は、メインコントローラ140から出力された制御信号が入力されることで、メインコントローラ140によって制御される。エンジン130は、各種のセンサによって検知した運転状態等をメインコントローラ140へ出力する。
【0019】
メインコントローラ140は、たとえば、マイクロコンピュータやファームウェアによって構成され、CPUなどの処理装置、RAMなどのメモリやハードディスクを含む記憶装置、記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムおよびデータ、入出力装置などを含む制御部である。メインコントローラ140は、たとえば、ダンプトラック10の状態を検知する各種のセンサの出力が入力される。
【0020】
また、メインコントローラ140は、たとえば、図示を省略するキャブ16内に設置されてダンプトラック10のオペレータによって操作されるアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストレバー、ステアリングホイールなどの操作装置の操作量が入力される。メインコントローラ140は、たとえば、前述のような各種のセンサの出力および操作装置の操作量に基づいて、エンジン130およびパワーコントローラ150に制御信号を出力することで、これらを統合的に制御している。
【0021】
パワーコントローラ150は、たとえば、メインコントローラ140と同様の構成を備えた制御部である。パワーコントローラ150は、メインコントローラ140から入力された制御信号に基づいて、走行モータ110用のインバータ111、発電機120、グリッドボックス抵抗191、グリッドボックスファンモータ192、電力回生装置160、および蓄電装置170へ制御信号を出力する。これにより、走行モータ110、発電機120、電力回生装置160、蓄電装置170、グリッドボックス抵抗191、およびグリッドボックスファンモータ192が、適切なタイミングおよび出力で駆動される。
【0022】
より詳細には、パワーコントローラ150は、たとえば、電力回生装置160から入力された電流や電圧等の情報に基づいて、電力回生装置160の出力電圧を制御するための制御信号を電力回生装置160へ出力する。また、パワーコントローラ150は、たとえば、蓄電装置170から入力された電圧の情報と、電圧計181から入力された補機直流ライン180の電圧の情報に基づいて、蓄電装置170の充放電を制御するための制御信号を、蓄電装置170へ出力する。
【0023】
電力回生装置160は、入力側が高圧直流ライン112を介して走行モータ110に接続され、出力側が補機直流ライン180を介して蓄電装置170およびグリッドボックスファンモータ192などの補機に接続されている。電力回生装置160は、たとえば、複数の電力変換モジュール161と、複数のバイパス回路162と、リレー163と、を備えている。より具体的には、電力回生装置160は、たとえば、入力側が直列に接続されたN台(Nは2以上の自然数)の電力変換モジュール161と、各々の電力変換モジュール161の両端に設けられたバイパス回路162と、電力回生装置160の入力側に設けられた一つのリレー163とを有している。
【0024】
図3は、電力変換モジュール161の一例を示す回路図である。電力変換モジュール161は、たとえば、DC/DCコンバータである。電力変換モジュール161は、たとえば、インバータ161aと、トランス161bと、整流回路161cとを備える。また、電力変換モジュール161は、たとえば、ヒューズなどの保護部品、ノイズフィルタ、電圧検出器、電流検出器などを備えていてもよい。
【0025】
インバータ161aは、たとえば電力変換モジュール161の入力端子に接続されている。特に限定はされないが、図3に示す例において、インバータ161aは、四個のスイッチング素子を備えるフルブリッジインバータ回路によって構成されている。インバータ161aを構成するスイッチング素子としては、たとえば、MOSFETやIGBTなどを使用することができる。インバータ161aは、電力変換モジュール161に入力される直流電圧を交流電圧に変換し、出力端子を介してトランス161bの入力端子に交流電圧を印加する。
【0026】
トランス161bは、インバータ161aの出力端子に接続された一次巻線と、整流回路161cの入力端子に接続された二次巻線とを備えている。特に限定はされないが、図3に示す例において、トランス161bは、二個の二次巻線を備えるセンタータップ型のトランスである。トランス161bは、一次巻線に印加された交流電圧を二次巻線によって降圧し、その降圧された交流電圧を出力端子から出力する。
【0027】
整流回路161cは、たとえば、二個のダイオードとチョークコイルとによって構成されている。整流回路161cの入力端子は、トランス161bの出力端子に接続されている。整流回路161cは、トランス161bの出力端子を介して入力端子に印加された交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路161cの出力端子は、電力変換モジュール161の出力端子に接続されている。
【0028】
このような構成により、電力変換モジュール161は、入出力端子間がトランス161bによって絶縁されている。電力変換モジュール161は、たとえば、高圧直流ライン112から入力端子に入力された高圧の直流電圧を降圧し、出力端子から補機直流ライン180へ低圧の直流電圧を出力する。また、電力変換モジュール161は、たとえば、補機直流ライン180から出力端子に入力された低圧の直流電圧を昇圧し、入力端子から高圧直流ライン112へ高圧の直流電圧を出力することも可能である。
【0029】
複数の電力変換モジュール161の入力側の端子は、それぞれ、バイパス回路162を介して直列に接続されている。また、図2に示す例では、複数の電力変換モジュール161の出力側の端子も、それぞれ、バイパス回路162を介して直列に接続されている。これにより、各々の電力変換モジュール161において、高速動作が可能で低電力損失の低耐圧スイッチング素子を使用することができ、トランスの小型軽量化が可能になる。しかし、補機直流ライン180の電圧が高圧直流ライン112の電圧と比較して十分に低くなる場合には、複数の電力変換モジュール161の出力側の端子を、並列に接続してもよい。また、電力変換モジュール161の入力端子間および出力端子間に平滑コンデンサを接続してもよい。
【0030】
たとえば、電力回生装置160の入力側に接続された高圧直流ライン112の電圧をViとする。この場合、N台の電力変換モジュール161の入力側を直列に接続することで、各々の電力変換モジュール161にかかる電圧は、たとえばVi/Nとなる。すなわち、電力回生装置160の入力側にかかる電圧を、各々の電力変換モジュール161に分散させて低下させることができる。したがって、電力変換モジュール161に低耐圧の部品を使用することができる。また、電力変換モジュール161の出力側を直列に接続することで、電力回生装置160の出力電圧は、すべての電力変換モジュール161の出力電圧の和になる。
(【0031】以降は省略されています)

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