JP2010106561A - Hybrid-type construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動作業要素と油圧作業要素を含むハイブリッド型建設機械に関する。 The present invention relates to a hybrid construction machine including an electric work element and a hydraulic work element.
従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型建設機械が提案されている。このような建設機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備え、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに減速機を介して電動発電機を接続し、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得る電力を蓄電器に充電している。 Conventionally, a hybrid construction machine in which a part of a drive mechanism is electrically driven has been proposed. Such a construction machine includes a hydraulic pump for hydraulically driving work elements such as a boom, an arm, and a bucket, and a motor generator is connected to an engine for driving the hydraulic pump via a speed reducer. The motor generator assists the drive of the engine, and the power obtained by the power generation is charged in the capacitor.
また、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として油圧モータに加えて電動機を備え、旋回機構の加速時に電動機で油圧モータの駆動をアシストし、旋回機構の減速時に電動機で回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している(例えば、特許文献1参照)。
ハイブリッド型建設機械には、電動発電機、旋回用の電動機、及びインバータ等を冷却する冷却系統が設けられている。 The hybrid construction machine is provided with a cooling system for cooling a motor generator, a turning electric motor, an inverter, and the like.
ところで、上記文献における油圧駆動装置においては、ポンプモータの作動油により、電動発電機の冷却を行うことが開示されている。 By the way, in the hydraulic drive device in the above document, it is disclosed that the motor generator is cooled by hydraulic oil of the pump motor.
しかしながら、作業を継続すると作動油の温度は上昇してしまうため、作動油による冷却能力が著しく低下してしまう。その場合、電動発電機は過熱状態となってしまい、損傷してしまう。 However, if the operation is continued, the temperature of the hydraulic oil rises, and the cooling capacity by the hydraulic oil is significantly reduced. In that case, the motor generator is overheated and damaged.
そこで、本発明は、油圧駆動部とは独立した冷却装置を設けることにし、さらに、冷却装置に異常が生じた場合においても、運転状態を継続することのできるハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a cooling device independent of the hydraulic drive unit, and further provides a hybrid construction machine capable of continuing the operation state even when an abnormality occurs in the cooling device. Objective.
本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、電動駆動される電動作業要素を含むハイブリッド型建設機械において、内燃機関によって駆動される電動発電機と、前記電動発電機で発電された電力を蓄電する蓄電器と、前記電動発電機又は前記電動発電機の駆動制御部を冷却する冷却装置と、前記冷却装置に配設され、前記冷却装置の異常を検出する第1の異常検出部と、前記第1の異常検出部の検出結果に基づいて前記冷却装置の異常判定を行うコントローラとを含み、前記コントローラは、異常判定の前後で、前記電動発電機及び前記蓄電器の制御を継続させる。 A hybrid type construction machine according to one aspect of the present invention is a hybrid type construction machine including an electrically driven electric working element, and stores a motor generator driven by an internal combustion engine and electric power generated by the motor generator. A capacitor, a cooling device that cools the motor generator or a drive control unit of the motor generator, a first abnormality detection unit that is disposed in the cooling device and detects an abnormality of the cooling device, and the first And a controller that performs abnormality determination of the cooling device based on a detection result of the abnormality detection unit, and the controller continues control of the motor generator and the battery before and after the abnormality determination.
また、前記電動発電機又は前記電動作業要素に備えられた第2の異常検出部をさらに含み、前記コントローラは、前記第2の異常検出部の検出値と第1の閾値とを比較し、第1の閾値以上であるものについては、出力を制限させてもよい。 The motor generator further includes a second abnormality detection unit provided in the motor generator or the electric work element, and the controller compares a detection value of the second abnormality detection unit with a first threshold value, For those having a threshold value of 1 or more, the output may be limited.
また、前記電動発電機の駆動制御部又は前記電動作業要素の駆動制御部に備えられた第2の異常検出部をさらに含み、前記コントローラは、前記駆動制御部に備えられた第2の異常検出部の検出値と第1の閾値とを比較し、第1の閾値以上であるものについては、出力を制限させてもよい。 Further, the apparatus further includes a second abnormality detection unit provided in the drive control unit of the motor generator or the drive control unit of the electric work element, and the controller includes a second abnormality detection provided in the drive control unit. The detected value of the part may be compared with a first threshold value, and the output may be limited for those that are equal to or greater than the first threshold value.
また、前記コントローラは、前記第2の異常検出部の検出値と第2の閾値とを比較し、第2の閾値以上であるものの運転継続を禁止してもよい。 In addition, the controller may compare the detection value of the second abnormality detection unit with a second threshold value, and prohibit the continuation of operation that is equal to or greater than the second threshold value.
また、前記冷却装置は、前記電動作業要素、又は前記電動作業要素の駆動制御部を冷却してもよい。 The cooling device may cool the electric work element or a drive control unit of the electric work element.
また、前記冷却装置は、前記電動作業要素の駆動制御部を冷却した後、前記電動作業要素を冷却してもよい。 The cooling device may cool the electric work element after cooling the drive control unit of the electric work element.
また、前記冷却装置は、前記電動発電機、又は前記電動作業要素を冷却した後、減速機を冷却してもよい。 The cooling device may cool the reduction gear after cooling the motor generator or the electric working element.
また、前記冷却装置はラジエタを含み、前記ラジエタで冷却された冷却水が直接、前記コントローラに供給されてもよい。 The cooling device may include a radiator, and the cooling water cooled by the radiator may be directly supplied to the controller.
本発明によれば、冷却系統に異常が生じた場合においても、運転状態を継続することのできるハイブリッド型建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to provide a unique effect that it is possible to provide a hybrid construction machine capable of continuing the operation state even when an abnormality occurs in the cooling system.
以下、本発明のハイブリッド型建設機械を適用した実施の形態について説明する。 Embodiments to which the hybrid type construction machine of the present invention is applied will be described below.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a side view showing the hybrid construction machine of the first embodiment.
このハイブリッド型建設機械の下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。また、上部旋回体3には、ブーム4、アーム5、及びリフティングマグネット6と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9に加えて、キャビン10及び動力源が搭載される。
An
「全体構成」
図2は、実施の形態1のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図2では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を実線でそれぞれ示す。
"overall structure"
FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the hybrid construction machine according to the first embodiment. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a solid line.
機械式駆動部としてのエンジン11と、アシスト駆動部としての電動発電機12は、ともに増力機としての減速機13の入力軸に接続されている。また、この減速機13の出力軸には、メインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。
An engine 11 as a mechanical drive unit and a
コントロールバルブ17は、実施の形態1のハイブリッド型建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ17には、下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が高圧油圧ラインを介して接続される。
The
また、電動発電機12には、インバータ18A及び昇降圧コンバータ100を介して蓄電器としてのバッテリ19が接続される。このインバータ18Aと昇降圧コンバータ100との間は、DCバス110によって接続されている。
The
また、DCバス110には、インバータ18Bを介してリフティングマグネット6が接続されるとともに、インバータ20を介して電動作業要素としての旋回用電動機21が接続されている。DCバス110は、バッテリ19、リフティングマグネット6、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間で電力の授受を行うために配設されている。
In addition, a
リフティングマグネット6は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ18Bを介してDCバス110から電力が供給される。
The
DCバス110には、DCバス110の電圧値(以下、DCバス電圧値と称す)を検出するためのDCバス電圧検出部111が配設されている。検出されるDCバス電圧値は、コントローラ30に入力される。
The
また、バッテリ19には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部112と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部113が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ30に入力される。
Further, the
旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続される。旋回用電動機21、インバータ20、レゾルバ22、及び旋回用減速機24は負荷駆動系を構成する。
A resolver 22, a mechanical brake 23, and a
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cを含み、レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cには、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29がそれぞれ接続される。この圧力センサ29には、実施の形態1のハイブリッド型建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ30が接続されている。
The
このような実施の形態1のハイブリッド型建設機械は、エンジン11、電動発電機12、及び旋回用電動機21を動力源とするハイブリッド型建設機械である。これらの動力源は、図1に示す上部旋回体3に搭載される。以下、各部について説明する。
The hybrid construction machine according to the first embodiment is a hybrid construction machine that uses the engine 11, the
「各部の構成」
エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機13の一方の入力軸に接続される。エンジン11及び減速機13は、内燃機関系を構成する。このエンジン11は、コントローラ30によって運転制御が行われ、ハイブリッド型建設機械の運転中は常時運転される。
"Configuration of each part"
The engine 11 is an internal combustion engine composed of, for example, a diesel engine, and its output shaft is connected to one input shaft of the
電動発電機12は、電動(アシスト)運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機12として、インバータ20によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機12は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機12の回転軸は減速機13の他方の入力軸に接続される。そして、電動発電機12には、電動発電系の第2の異常検出部としてのサーミスタ12Aが配設されている。電動発電機12に負荷がかかるとサーミスタ12Aの温度検出値が上昇する。これにより、サーミスタ12Aの温度検出値が高すぎると、電動発電機12が過負荷状態であることを把握することができる。
The
減速機13は、2つの入力軸と1つの出力軸を有する。2つの入力軸の各々には、エンジン11の駆動軸と電動発電機12の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ14の駆動軸が接続される。エンジン11の負荷が大きい場合には、電動発電機12が電動(アシスト)運転を行い、電動発電機12の駆動力が減速機13の出力軸を経てメインポンプ14に伝達される。これによりエンジン11の駆動がアシストされる。一方、エンジン11の負荷が小さい場合は、エンジン11の駆動力が減速機13を経て電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が発電運転による発電を行う。電動発電機12の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ30により、エンジン11の負荷等に応じて行われる。
The
メインポンプ14は、コントロールバルブ17に供給するための圧油を発生するポンプである。メインポンプ14から吐出される圧油は、コントロールバルブ17を介して油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の各々を駆動するために供給される。
The main pump 14 is a pump that generates pressure oil to be supplied to the
パイロットポンプ15は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。
The
コントロールバルブ17は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体1用の油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の各々に供給する油圧を操作者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
The
インバータ18Aは、電動発電機12と蓄電制御部としての昇降圧コンバータ100との間に設けられ、コントローラ30からの制御指令に基づき、電動発電機12と駆動制御部として電動発電機12の駆動制御を行う。これにより、インバータ18Aが電動発電機12の電動運転を制御している際には、必要な電力をバッテリ19と昇降圧コンバータ100からDCバス110を介して電動発電機12に供給する。また、電動発電機12が発電運転を行っている際には、電動発電機12により発電された電力をDCバス110及び昇降圧コンバータ100を介してバッテリ19に充電する。そして、インバータ18Aには、電動発電系の第2の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。温度センサでは、インバータ18Aのスイッチング素子の温度を検出することができる。
The
インバータ18Bは、リフティングマグネット6と昇降圧コンバータ100との間に設けられ、コントローラ30からの制御指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット6へ要求された電力をDCバス110より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をDCバス100に供給する。そして、インバータ18Bには、インバータ18Aと同様に、第2の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。
The
バッテリ19は、昇降圧コンバータ100を介してインバータ18A及びインバータ20に接続されている。これにより、電動発電機12の電動(アシスト)運転と旋回用電動機21の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動(アシスト)運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機12の発電運転と旋回用電動機21の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。そして、バッテリ19には、充放電系の第2の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。バッテリ19に過電流が流れ続けると温度センサの温度検出値が上昇するので、温度センサの温度検出値を検出することで、バッテリ19が過負荷状態であるかを把握することができ、充放電系の異常を検出することができる。
The
このバッテリ19の充放電制御は、バッテリ19の充電状態、電動発電機12の運転状態(電動(アシスト)運転又は発電運転)、旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づき、昇降圧コンバータ100によって行われる。この昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス電圧検出部111によって検出されるDCバス電圧値、バッテリ電圧検出部112によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部113によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ30によって行われる。そして、蓄電器19と昇降圧コンバータ100とで充放電系を構成している。また、蓄電器19、DCバス110と昇降圧コンバータ100には、第2の異常検出部としての図示しない温度センサが設けられている。これにより、昇降圧コンバータ100の温度センサでは、スイッチング素子やリアクトルの温度を検出し、蓄電器19の温度センサでは蓄電器の発熱を計測する。
The charge / discharge control of the
インバータ20は、旋回用電動機21と昇降圧コンバータ100との間に設けられ、コントローラ30からの制御指令に基づき、旋回用電動機12の駆動制御部として、旋回用電動機21に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機21の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ19から昇降圧コンバータ100を介して旋回用電動機21に供給する。また、旋回用電動機21が回生運転をしている際には、旋回用電動機21により発電された電力を昇降圧コンバータ100を介してバッテリ19へ充電する。
The
昇降圧コンバータ100は、一側がDCバス110を介して電動発電機12及び旋回用電動機21に接続されるとともに、他側がバッテリ19に接続されており、DCバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機12が電動(アシスト)運転を行う場合には、インバータ18Aを介して電動発電機12に電力を供給する必要があるため、DCバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機12が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ18Aを介してバッテリ19に充電する必要があるため、DCバス電圧値を降圧する必要がある。これは、リフティングマグネット6を励磁又は消磁する際にも同様であり、また、旋回用電動機21の力行運転と回生運転においても同様である。
The buck-
電動発電機12はエンジン11の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機21は上部旋回体3の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、リフティングマグネット6、電動発電機12、及び旋回用電動機21には、少なくともいずれか一つに(励磁、電動(アシスト)運転、又は力行運転のために)電力が供給され、少なくともいずれか一つから電力が回生される状況が生じうる。電動発電機12には電動発電機12の温度を検出する第2の異常検出部としての温度検出器が備えられている。電動発電機12とインバータ18とで電動発電系を構成している。
The operation state of the
このため、昇降圧コンバータ100は、リフティングマグネット6、電動発電機12、及び旋回用電動機21の運転状態に応じて、DCバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
For this reason, the step-up / step-down
DCバス110は、2つのインバータ18A、18B、及び20と昇降圧コンバータ100との間に配設されており、バッテリ19、リフティングマグネット6、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間で電力の授受が可能に構成されている。
The
DCバス電圧検出部111は、DCバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるDCバス電圧値はコントローラ30に入力され、このDCバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
The DC bus voltage detection unit 111 is a voltage detection unit for detecting a DC bus voltage value. The detected DC bus voltage value is input to the
バッテリ電圧検出部112は、バッテリ19の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ30に入力され、昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
The battery
バッテリ電流検出部113は、バッテリ19の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ19から昇降圧コンバータ100に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ30に入力され、昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
The battery
旋回用電動機21は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体3の旋回機構2を駆動するために設けられている電動作業要素である。力行運転の際には、旋回用電動機21の回転駆動力の回転力が減速機24にて増幅され、上部旋回体3が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体3の慣性回転により、減速機24にて回転数が増加されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機21として、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ20によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機21は、例えば、磁石埋込型のIPMモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機21にて発電される電力を増大させることができる。
The turning
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機21と機械的に連結することで旋回用電動機21の回転前の回転軸21Aの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機21の回転軸21Aの回転角度を検出することにより、旋回機構2の回転角度及び回転方向が導出される。また、図2にはレゾルバ22を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
The resolver 22 is a sensor that detects the rotational position and the rotational angle of the
メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ23は、電磁式スイッチにより制動/解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ30によって行われる。
The mechanical brake 23 is a braking device that generates a mechanical braking force, and mechanically stops the rotating
旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度を減速して旋回機構2に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機21の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機21に発生させることができる。
The
旋回機構2は、旋回用電動機21のメカニカルブレーキ23が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体3が左方向又は右方向に旋回される。
The
操作装置26は、旋回用電動機21、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びリフティングマグネット6を操作するための操作装置である。レバー26A、26B、ペダル26C、及びボタンスイッチ26Dは、キャビン10内の運転席の周囲に配設され、ハイブリッド型建設機械の操作者によって操作される。
The
この操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を操作者によるレバー26A、26B、及びペダル26Cの操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。
The
なお、レバー26Aは、旋回用電動機21及びアーム5を操作するためのレバーであり、レバー26Bは、ブーム4及びリフティングマグネット6の角度を操作するためのレバーである。また、ペダル26Cは、下部走行体1を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。ボタンスイッチ26Dは、実際には、レバー26Aの頂部に設けられており、操作者が親指で操作できるようにされている。
The
操作装置26のレバー26A、26B、及びペダル26Cが操作されると、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17が駆動され、これにより、油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9内の油圧が制御されることによって、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びリフティングマグネット6が駆動される。
When the
また、ボタンスイッチ26Dが押されると、コントローラ30によってリフティングマグネット6の励磁(オン:吸着)又は消磁(オフ:釈放)が切り替えられる。
Further, when the
なお、油圧ライン27は、油圧モータ1A及び1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。 The hydraulic line 27 supplies hydraulic pressure necessary for driving the hydraulic motors 1A and 1B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder to the control valve.
圧力センサ29は、操作検出部としてのセンサであり、この圧力センサ29では、旋回機構2を旋回させるためにレバー26Aが操作されると、この操作量を油圧ライン28内の油圧の変化として検出する。
The
圧力センサ29は、油圧ライン28内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置26に入力される旋回機構2を旋回させるためのレバー26Aの操作量を的確に把握することができる。
The
旋回機構2とブーム4の操作量を表す電気信号は、コントローラ30に入力され、旋回用電動機21の駆動制御とブーム4の駆動制御に用いられる。
An electric signal representing the operation amount of the
なお、実施の形態1では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置26のレバー26Aに入力される旋回機構2を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
In the first embodiment, a mode in which a pressure sensor as a lever operation detection unit is used will be described. However, an operation amount for turning the
「コントローラ30」
コントローラ30は、実施の形態1のハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う制御装置である。このコントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。
"
The
コントローラ30は、エンジン11の運転制御、電動発電機12の駆動制御、及びメインポンプ14の駆動制御を行う。エンジン11及び電動発電機12の制御は、メインポンプ14の負荷に応じて行われ、メインポンプ14で発生される圧油は、コントロールバルブ17に供給される。
The
また、コントローラ30は、操作装置26のレバー26A、26B、及びペダル26Cに入力される操作に応じて、コントロールバルブ17から油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9へ圧油の供給量を制御し、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びリフティングマグネット6の駆動制御を行う。
Further, the
また、コントローラ30は、後述する冷却系統に配設された第1の異常検出部310A、320A、330A、340Bからの検出値に基づいて、冷却系統の有無を判定する冷却機能異常判定部120としての機能を担う。コントローラ30は、後述する冷却系統の異常を検出すると、リフティングマグネット6、電動発電機12、旋回用電動機21の運転を継続可能にするための処理を行う。この処理については後述する。
Further, the
また、コントローラ30は駆動部異常判定部40を備え、駆動部異常判定部40には第2の異常検出部で検出される電動発電機12の温度、インバータ18に含まれるスイッチング素子の温度を表す信号が入力されるように構成される。
In addition, the
図3は、実施の形態1のハイブリッド型建設機械の冷却系統を示す図であり、(a)はエンジン11の冷却系統を示す図、(b)は電動発電機12、減速機13、及び旋回用電動機21、及びこれらの駆動制御系の冷却経路を示す。図3は、各構成要素に冷却水が通流する順番を示しており、矢印は冷却水の通流方向を示す。
3A and 3B are diagrams showing a cooling system of the hybrid construction machine according to the first embodiment. FIG. 3A is a diagram showing a cooling system of the engine 11. FIG. 3B is a diagram showing a
図3(a)に示すように、エンジン11の冷却系統は、タンク300、第1ポンプ301、ラジエタ302、エンジン11の順で冷却水が循環するように構成されている。エンジン11の冷却水路を通った冷却水はタンク300に戻る。なお、第1ポンプ301は、エンジン11の出力軸にファンベルトを介して機械的に接続されており、エンジン11によって駆動される。なお、第1ポンプ301は、エンジン11によって駆動されるものに限られず、電動機によって駆動されてもよい。この電動機へは、DCバス110から電力を供給すればよい。この場合、第1ポンプ301を駆動すると、タンク300内の冷却水は、第1ポンプ301によって吸引され、配管L−a1、L−a2を介してラジエタ302に供給される。ラジエタ302で熱交換が行われた後、配管L−a3を通じてエンジン11へ供給されエンジン11を冷却する。その後、エンジン11の熱により温められた冷却水は、配管L−a4を通り、タンク300へ循環するようにエンジン11の冷却系統は構成されている。
As shown in FIG. 3A, the cooling system of the engine 11 is configured such that cooling water circulates in the order of the
また、実施の形態1のハイブリッド型建設機械は、エンジン11の冷却系統とは別に、電動発電機12、減速機13、及び旋回用電動機21を冷却するための冷却系統を有する。
The hybrid construction machine of the first embodiment has a cooling system for cooling the
図3(b)に示すように、この冷却系統を構成する冷却装置は、タンク310、ポンプ用インバータ322、第2ポンプ320、ラジエタ330、コントローラ30、電源系340、旋回用電動機21、電動発電機12、減速機13の順で冷却水が循環するように構成されている。なお、第2ポンプ320は、ポンプ用モータ321によって駆動される。
As shown in FIG. 3B, the cooling device constituting this cooling system includes a
電源系340は、インバータ18A、18B、20、ポンプ用インバータ322、昇降圧コンバータ100、及びバッテリ19を含む。また、リフティングマグネット6自体は、空冷式であるため、この冷却系統には含まれず、リフティングマグネット6の駆動制御を行うインバータ18Bのみが冷却系統に含まれている。
The
ポンプ用モータ321は、ポンプ用インバータ322を介して、コントローラ30によって駆動制御が行われる。
Drive control of the
また、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、ポンプ用モータ321、及び電源系340には、サーミスタ12A、13A、21B、340Aが配設されている。
Further, the
なお、図3では第2の異常検出手段として電源系340のサーミスタ340Aとして一体的に示すが、実際には、インバータ18A、18B、20、昇降圧コンバータ100、及びバッテリ19の各々の温度を個別に検出できるように構成されている。また、第1の異常検出手段としてポンプ用インバータ322の温度センサであるサーミスタ340Bが配設されている。
In FIG. 3, the
冷却装置は、ポンプ用インバータ322からの信号に基づき、第2ポンプ320を駆動すると、タンク310内の冷却水は、第2ポンプ301によって吸引され、配管L−b1、L−b2を介してラジエタ330に供給される。ラジエタ330で熱交換が行われた後、直接、配管L−b3を通じてコントローラ30へ供給される。これは、コントローラ30に配置されたCPUの耐熱温度が最も低いため、最も低温状態の冷却水を使用する必要があるからである。そして、コントローラ30により温められた冷却水は、配管L−b4により電源系340へ供給される。発熱した電源系の熱を吸収し、さらに温められた冷却水は、L−b5、L−b6を通じて旋回用電動機21及び電動発電機12へ供給される。そこで、さらに高温となった後、最も高温となる減速機13へ供給され、減速機13を冷却する。このように、電気系の冷却系統においては、耐熱温度が最も低いコントローラ30を最初に冷却し、最後に耐熱温度が最も高い減速機13を冷却するように構成することができる。これにより、一つの冷却系統で複数の発熱体を効率よく冷却することができる。
When the cooling device drives the
さらに、電気系の冷却系統においても、第1の異常検出部としての第2ポンプから吐出する配管L−b2に圧力計320A、配管L−b3に水温計330A、及びタンク310に水量計310Aが配設されている。そして、圧力計320A、水温計330A、及び水量計310Aで検出された検出値がコントローラ30へ入力され、それぞれ検出値に応じた閾値と比較して異常発生の有無を判定している。例えば、水温計330Aは、ラジエタ330の配管の詰まり等に起因して冷却能力が低下した場合、水温計の検出値が顕著に上昇する。この場合、水温の異常として判断する予め定められた閾値に到達すると、コントローラ30は冷却機能に異常が発生したと判断する。同様に、配管に穴が開いた場合には、冷却水の量が少なくなるので、水量計の検出値が低下し、閾値に到達することで異常発生の有無を判断する。
Further, also in the electric cooling system, a
第1の異常検出部であるポンプ用インバータ322のサーミスタ340B、第2の異常検出部であるサーミスタ12A、13A、21B、340Aで検出された温度を表す電気信号は、すべてコントローラ30に入力される。
The electrical signals representing the temperatures detected by the thermistor 340B of the pump inverter 322 that is the first abnormality detection unit and the
コントローラ30における冷却機能異常判定部120では、第1の異常検出部で検出された検出値が入力されると、それぞれの種類の検出値に対応して予め設定された閾値と比較し、閾値を超えると冷却機能に異常が発生したと判定する。
When the detection value detected by the first abnormality detection unit is input, the cooling function
同様に、コントローラ30の駆動部異常判定部40では、第2の異常検出部で検出されるバッテリ19の温度、バッテリ19や昇降圧コンバータ100に通電する電流値、バッテリ19や昇降圧コンバータ100に印加される電圧値、昇降圧コンバータ100のスイッチング素子の温度や、電動発電機12、旋回用電動機21の温度、インバータ18A、18B、20に通電する電流値、電圧値、インバータ18A、18B、20のスイッチング素子の温度を表す信号が入力され、それぞれの種類の検出値に対応して予め設定された閾値を超えると駆動機能に異常が発生したと判定する。
Similarly, in the drive unit
コントローラ30は、例えば、ラジエタ330が損傷して熱交換能力が低下した場合、配管L−b3に排出される冷却水の温度が上昇してしまう。それにより、水温計330Aの温度が徐々に上昇し、予め定められた閾値に到達すると、冷却機能異常判定部120では、冷却能力に冷却機能に異常が発生したと判定する。しかしながら、冷却異常の判定前後において、コントローラ30は電動発電機12、旋回用電動機21等の駆動部の運転を引き続き継続させる。これは、冷却機能に異常が発生した場合でも、必ずしも、駆動部の温度に異常が生じるとは限らないからである。従って、水温計330Aの温度が予め定められた閾値に到達した場合であっても、電動発電機12、旋回用電動機21等は継続して運転を行う。
In the
同様に、第1の異常検出部であるサーミスタ340Bの検出値に基づき、冷却機能異常判定部120にてポンプ用インバータ322のスイッチング素子が過熱状態であるとした場合には、コントローラ30は引き続き電動発電機12、旋回用電動機21等の駆動系をう運転を継続させる。
Similarly, if the cooling function
建設機械においては、駆動系の運転に余力があるか否かは周囲環境や使用形態にも大きく依存する。従って、駆動系の運転に余力がある場合には、冷却機能が損傷しても何ら問題なく駆動系の運転を継続させることができるため、継続して建設機械を運転させることができる。これにより、掘削等の作業効率を向上させることができる。 In construction machines, whether or not there is a surplus in driving system operation depends greatly on the surrounding environment and usage pattern. Therefore, when there is a surplus in driving system operation, even if the cooling function is damaged, the driving system operation can be continued without any problem, so that the construction machine can be operated continuously. Thereby, work efficiency, such as excavation, can be improved.
また、実施の形態1における冷却装置は、コントローラ30、電源系340、旋回用電動機21、電動発電機12、減速機13と、発熱する可能性がある部位をすべて冷却する構成を用いて説明したが、ハイブリッド型建設機械における冷却装置としては、少なくとも電動発電機12又は電動発電機12のインバータ18Aを冷却するようにしてもよい。
Further, the cooling device in the first embodiment has been described using the
[実施の形態2]
次に、冷却機能異常判定部120で異常が発生した場合に、コントローラ30が継続して駆動部を運転する実施の形態に、さらに、駆動部毎に駆動部異常判定部40による駆動部の異常判定機能を付加した第2の実施の形態について説明する。
[Embodiment 2]
Next, in the embodiment in which the
コントローラ30の駆動部異常判定部40では、第2の異常検出部の各々で検出される検出値に基づいて、それぞれの予め設定された閾値を超えると、駆動機能に異常が発生したと判定する。この場合、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、及び電源系340の各々の温度を個別的に判定し、それぞれの温度に応じて、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30の各々の出力制限を行う。
The drive unit
図4は、実施の形態2のハイブリッド型建設機械における冷却系統の異常判定処理及び出力制限処理の手順を示す図である。この処理は、コントローラ30によって実行される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure of cooling system abnormality determination processing and output restriction processing in the hybrid type construction machine of the second embodiment. This process is executed by the
コントローラ30は、冷却機能異常判定部120において、第1の異常検出部からの検出値と閾値とを比較して、異常が発生しているか否かを判定する(ステップS1)。具体的には、配管L−b3に配置された水温計等の検出値に基づいて判定を行う。このステップS1は繰り返し実行される。この段階では、冷却機能異常判定部120での異常判定の前後において、コントローラ30は各駆動部の運転を中止させることなく継続させる。
In the cooling function
その後、コントローラ30は、冷却系統の異常の判定(ステップS1)を行った後、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340に配設された各温度センサで検出された温度が、それぞれの温度センサに対応して予め設定された低閾値としての第1閾値以上であるか否かを判定する(ステップS2)。
Thereafter, the
コントローラ30は、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340のうち、温度が第1閾値以上でないものについては(ステップS2でNo)、出力の制限を行わずに通常運転を許可する(ステップS3)。
The
一方、コントローラ30は、ステップS2において、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340に配置された各温度センサで検出された温度が、それぞれの温度センサに対応して予め設定された第1閾値を超えていると判定した場合は(ステップS2でYes)、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340のうち、温度が第1閾値以上になったものの出力を制限する(ステップS4)。ここで、減速機13において温度異常が発生した場合には、エンジン11の出力が制限される。
On the other hand, in step S2, the
ここで、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340のうち、作業要素として運転が行われるのは、電動発電機12、減速器13、又は旋回用電動機21である。また、電源系340のうちのインバータ18Bによって駆動される作業要素としてリフティングマグネット6がある。
Here, among the
また、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、及びコントローラ30のすべての温度が第1閾値を超えていない状態であっても、電源系340に含まれるインバータ18A、18B、又は20の各々に配置された各温度センサで検出された温度が第1閾値以上であると判定された場合は、ステップS4において、温度が第1閾値を超えたインバータ(18A、18B、又は20のいずれか)に対応する構成要素(リフティングマグネット6、電動発電機12、又は旋回用電動機21のいずれか)の出力が制限される。リフティングマグネット6、電動発電機12、又は旋回用電動機21は、インバータ18A、18B、又は20によって駆動制御が行われるからである。このように第1の閾値(低閾値)を設け、低閾値を超えた駆動部の出力を制限することで、継続して建設機械を運転させることができ、掘削等の作業効率を向上させることができる。
Further, even when all the temperatures of the
コントローラ30は、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340のうち、ステップS4で出力制限を行ったものについては、温度が第1閾値よりも高い第2閾値(高閾値)以上であるか否かを判定する(ステップS5)。ここで、第2の閾値以上になっていないと判定された場合には、再度、第1の閾値と比較する(ステップS2)。
Of the
コントローラ30は、電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340のうち、温度が第2閾値以上のものの運転を停止させる(ステップS6)。これにより、温度が第2閾値以上となった構成要素(電動発電機12、減速器13、旋回用電動機21、コントローラ30、又は電源系340のうちのいずれか)の運転が禁止される。このように、第2の閾値以上になった駆動部は、迅速に運転を停止することにより、加熱による駆動部の損傷を防止することができる。
The
以上で、処理が終了する。 This is the end of the process.
このように、実施の形態2のハイブリッド型建設機械によれば、冷却系統に異常が生じた場合においても、各構成要素の温度が第1閾値未満であれば通常運転を許可し、第1閾値以上であっても第2閾値未満であれば、出力を制限した状態で運転を許可する。 Thus, according to the hybrid type construction machine of the second embodiment, even when an abnormality occurs in the cooling system, normal operation is permitted if the temperature of each component is lower than the first threshold, and the first threshold Even if it is above, if it is less than a 2nd threshold value, driving | running | working will be permitted in the state which restricted the output.
このため、冷却系統に異常が発生しても、一律に運転ができない状態になるのではなく、温度が上昇しすぎていない構成要素については継続的に運転を行うことができるハイブリッド型建設機械を提供できる。 For this reason, even if an abnormality occurs in the cooling system, it is not possible to uniformly operate, but a hybrid construction machine that can continuously operate components whose temperature has not increased excessively. Can be provided.
また、以上の実施の形態1及び2では、リフティングマグネット6を備えるハイブリッド型建設機械について説明したが、リフティングマグネット6の代わりにバケットを備えるハイブリッド型建設機械であってもよい。
なお、実施の形態1及び2では水冷式の冷却装置を用いた形態について説明したが、水冷式の代わりに油冷式を用いてもよい。
In the first and second embodiments described above, the hybrid construction machine including the
In addition, although
以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 The hybrid construction machine according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment and departs from the scope of the claims. Various modifications and changes are possible.
1 下部走行体
1A、1B 走行機構
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 リフティングマグネット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
12A、13A、21B、340A、340B サーミスタ
13 減速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18A、18B、20 インバータ
19 バッテリ
21 旋回用電動機
22 レゾルバ
23 メカニカルブレーキ
24 旋回減速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A、26B レバー
26C ペダル
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
40 駆動部異常判定部
120 冷却機能異常判定部
300 タンク
301 第1ポンプ
302 ラジエタ
310 タンク
310A 水量計
320 第2ポンプ
320A 圧力計
321 ポンプ用モータ
322 ポンプ用インバータ
330 ラジエタ
330A 水温計
340 電源系
DESCRIPTION OF
Claims (8)
内燃機関によって駆動される電動発電機と、
前記電動発電機で発電された電力を蓄電する蓄電器と、
前記電動発電機又は前記電動発電機の駆動制御部を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置に配設され、前記冷却装置の異常を検出する第1の異常検出部と、
前記第1の異常検出部の検出結果に基づいて前記冷却装置の異常判定を行うコントローラと
を含み、前記コントローラは、異常判定の前後で、前記電動発電機及び前記蓄電器の制御を継続させる、ハイブリッド型建設機械。 In a hybrid type construction machine including an electrically driven working element,
A motor generator driven by an internal combustion engine;
A battery for storing electric power generated by the motor generator;
A cooling device for cooling the motor generator or a drive control unit of the motor generator;
A first abnormality detector disposed in the cooling device for detecting an abnormality of the cooling device;
A controller that performs abnormality determination of the cooling device based on a detection result of the first abnormality detection unit, and the controller continues control of the motor generator and the capacitor before and after the abnormality determination. Mold construction machinery.
前記コントローラは、前記第2の異常検出部の検出値と第1の閾値とを比較し、第1の閾値以上であるものについては、出力を制限させる、請求項1に記載のハイブリッド型建設機械。 A second abnormality detector provided in the motor generator or the electric work element;
2. The hybrid construction machine according to claim 1, wherein the controller compares a detection value of the second abnormality detection unit with a first threshold value, and restricts an output for a value that is equal to or greater than the first threshold value. .
前記コントローラは、前記駆動制御部に備えられた第2の異常検出部の検出値と第1の閾値とを比較し、第1の閾値以上であるものについては、出力を制限させる、請求項1又は2に記載のハイブリッド型建設機械。 A second abnormality detector provided in a drive control unit of the motor generator or a drive control unit of the electric work element;
The controller compares a detection value of a second abnormality detection unit provided in the drive control unit with a first threshold value, and restricts an output for a value that is equal to or greater than the first threshold value. Or a hybrid construction machine according to 2;
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