JP2013517405A - 一体型スタータ・ジェネレータを有する移動式作業機械 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも一つの内燃機関（１）と、電力及び／又はトルクを発生させるＩＳＧ（一体型スタータ・ジェネレータ）（４）とを具備している移動式作業機械に関する。その移動式作業機械において、ＩＳＧ（４）が少なくとも一つのステータと少なくとも一つのロータとを具備しており、ＩＳＧ（４）が内燃機関（１）のクランクシャフトに動作可能に接続されている。

Description

本発明は、一体型スタータ・ジェネレータを有する移動式作業機械に関する。
高電力を必要とする電気負荷、例えば電磁石、加熱装置及びファン駆動装置は、移動式作業機械と一体化されることが多い。従来のこの種の作業機械においては、この電力は、ベルト駆動によって機械的に駆動されるか又は別体の液圧モータによって液圧的に駆動されるジェネレータによって発生されていた。
特許文献１（ドイツ国特許第１９９５５３１１号）には、産業車両用の駆動システムが開示されており、この駆動システムは、駆動装置と、産業車両の作業動作のための少なくとも一つの組立体とを有し、この組立体は、内燃機関と、内燃機関のシャフトに接続された無限可変調整ギア機構と、ギア機構セット（このギア機構セットの一つの入力シャフトは内燃機関のシャフトに直接接続され、そして、このギア機構セットの第２の入力シャフトは調整ギア機構の出力シャフトに接続される）と、電気モータ（この電気モータのシャフトはギア機構セットの第３の入力シャフトに接続される）と、ギア機構セットの出力シャフトと産業車両の駆動輪との間の切替ギア機構と、パワーエレクトロニクスシステムによって電気モータに接続される電池とを有している。
ドイツ国特許第１９９５５３１１号
上記装置の欠点は、この種の装置の効率が低く、構造が複雑であり、そして高コストである点にある。
本発明の目的は、効率を改善し、そして、より環境に優しく、合理的コストで、特に電気負荷のための移動式作業機械において、高出力を実現することにある。
本発明の目的は、特許請求の範囲１及び１２の記載によって達成される。本発明の更なる有利な特徴等は、従属クレームに開示されている。従来、電力は、効率がかなり良いコンパクトな一体型フライホイールジェネレータによって発生されている。本発明の一つの有利な特徴によれば、内燃機関を具備し、そして、物理的にフライホイールの代わりになる並列電気機械を設けた一般的な移動式作業機械が提供される。電気機械は、特に、非常に多様な負荷、例えば、アスファルトまたは道路舗装機におけるスクリード加熱装置、ソレノイド、例えば掘削機におけるソレノイド、又は三相ソケットによって又は単相ソケットによって接続されるその他の外部負荷のために、パワーエレクトロニクスシステムによって電力を発生させる。これの利点は、本発明による移動式作業機械が燃料及び設置スペースを節約する点にある。更なる利点は、節約された設置スペースによって排ガス後処理装置のためのスペースが作られ、従って、燃料節約効果と同時に環境保護の観点が改良される点にある。
ソレノイドの作動を示す。 スクリード加熱装置の作動を示す。 スクリード加熱装置の作動を示す。 三相高出力オンボード電気システムを示す。 移動式作業機械の概略図を示す。 移動式作業機械のブロック図を示す。
図１はソレノイドの作動を示し、このソレノイドは、電圧制御可変ＤＣ電圧中間回路、ソレノイド９に給電するための電圧反転及び電流調整用のＨ−ブリッジ、１２Ｖオンボード電気システム用のＤＣ／ＤＣコンバータ５、１１０Ｖ又は２３０Ｖ用のＤＣ／ＡＣコンバータ６、１６Ａヒューズを有する５０／６０Ｈｚソケット、及び、可変ＤＣ電圧中間回路内の更なる高電力負荷、例えば扇風機のための外部接続端子を有する。
図２はスクリード加熱装置の作動を示し、このスクリード加熱装置は、電圧制御可変ＤＣ電圧中間回路、スクリード加熱装置８に給電するための包括的温度調整機能付き電流調整用のＨ−ブリッジ、１２Ｖオンボード電気システム用のＤＣ／ＤＣコンバータ５、１１０Ｖ／２３０Ｖ用のＤＣ／ＡＣコンバータ６、１６Ａヒューズを有する５０／６０Ｈｚソケット、可変ＤＣ電圧中間回路内の更なる高電力負荷、例えば扇風機のための外部接続端子を有する。
図３にはスクリード加熱装置の別の作動例が示され、ここでは、可変中間回路電圧によってスクリード加熱装置８に給電するための包括的温度調整機能によって電流調整が実現される。
図４は、電圧制御可変ＤＣ電圧中間回路を有する三相高出力オンボード電気システムを開示している。このシステムは、外部負荷用の電流調整三相４００ボルト、１６Ａ／３２Ａ／６４Ａオンボード電気システムを提供する。このシステムは、１２Ｖオンボード電気システム用のＤＣ／ＤＣコンバータ５、１１０Ｖ／２３０Ｖ用のＤＣ／ＡＣコンバータ６、１６Ａヒューズを有する５０／６０Ｈｚソケットを更に有する。ＤＣ電圧中間回路内には更なる高電力負荷、例えば扇風機のための外部接続端子も設けられている。高出力オンボード電気システムが非対称負荷の場合は、変形例として、第４の半ブリッジを追加でき、スターポイントはこの第４の半ブリッジに接続される。本発明による更なる実施例では、この種の内燃機関１を有する可搬式リフティングプラットフォームが提供され、この内燃機関１は一体型スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）４及びパワーエレクトロニクスシステム３を有し、電圧コンバータ５、６がパワーエレクトロニクスシステム３内に配置され、リフティングプラットフォームのための、例えばリフティングプラットフォーム上の蒸気エジェクタを動作させるための独立した電源システムを提供する。
〔動的プロセスの場合のユニットの遮断〕
駆動列の動的出力を増大させるために、パワーエレクトロニクスシステムとディーゼル機関の制御装置との間の適切な通信によって電気負荷を遮断することができ、技術的観点から可能である。従って、スクリード加熱装置は、負荷が接続されるとき又は回転速度が急増するときの限られた期間の間、不作動にすることができ、そして、動的プロセスが終了するとすぐに再作動することができる。
〔電気エネルギーの駆動列へのフィードバック〕
ソレノイド９が使用されるときには、電磁石の遮断後にできるだけ迅速に電磁石に蓄積された磁気エネルギーを回収する必要がある。この場合、従来は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する抵抗が使用されることが多い。本発明のシステムにおいては、電気エネルギーを駆動列にフィードバックすることが可能である。例えば、一体型スタータ・ジェネレータ４をジェネレータとして使用して、間接的方法により、機械エネルギーを、電気エネルギー貯蔵手段７、例えばＮｉＭｈ、ＬｉＰｏ又はＬｉＦｅＰｏ充電池又は高電流コンデンサへのフィードバックし、更に、負荷において変換される。従って、電気エネルギーが回収され、そして、エネルギーが利用されずに単純に消費されるのみである別体の抵抗は必要ない。
図５は、内燃機関１と、内燃機関１用の制御装置と、それに組合されたパワーエレクトロニクスシステム３とを有する移動式作業機械を示す。内燃機関１は、いわゆる一体型スタータ・ジェネレータ４を有し、この一体型スタータ・ジェネレータ４は、ステータ及びロータを有し、一つの運転状態では内燃機関１用のスタータとして機能し、別の運転状態では一体型スタータ・ジェネレータ４はジェネレータとして機能する。図５は、一体型スタータ・ジェネレータ４が、内燃機関において通常設けられているフライホイールの代わりとなることを示している。かかる構成は、従来必要であった部品と代替することが可能であり、これによってコスト及び設置スペースが節約されるという利点がある。節約された設置スペースは、他の排ガス後処理装置、例えばＤＰＦ（ディーゼル車の排ガス浄化装置）、ＳＣＲ（選択触媒還元設備）、ＡＧＲ（排気再循環）、ＡＧＲ冷却システム（これらは図示されていない）のために使用できる。パワーエレクトロニクスシステムは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、更にＤＣ／ＡＣコンバータ６、電気エネルギー貯蔵手段７、場合により、加熱装置８、電磁石９、電気アクチュエータ１０、更にインバータ１１を含む。
図６にブロック図の形で示した移動式作業機械を運転するためのシステムは、全体効率を上げることを目的としている。
システム制御手段は、全てのシステムコンポーネントを包括的に制御及び調整する。電気機械は内燃機関と一体化される。内燃機関のトルク、電気機械のトルク及び一体型スタータ・ジェネレータ４のトルク及び駆動列のトルクを必要に応じて割り当てることができる。電気機械４はインバータ１１に接続される。インバータ１１は全ての電気負荷に給電する。インバータ１１は電気エネルギー貯蔵手段７に給電又はこれを充電する。変形例として、特に様々な電圧が要求されるときに、更に別の電気エネルギー貯蔵手段を設けることができる。
様々な負荷、例えば作業用電磁石９、アクチュエータ１０、１２ボルトＤＣ接続端子、２３０又は３８０ボルトＡＣ接続端子、補助組立体、例えば加熱装置８等のためのインターフェースは完全に又は部分的にインバータ１１と一体化されている。負荷、例えば作業用電磁石９及び／又はアクチュエータ１０内に蓄積されたエネルギーは駆動列へ戻すことができる。負荷、例えば作業用電磁石９及び／又はアクチュエータ１０内に貯蔵されたエネルギーは電気エネルギー貯蔵手段７へ戻すことができる。電気エネルギー貯蔵手段７に貯蔵されたエネルギーは、内燃機関１を補助するために使用できる。また、電気エネルギー貯蔵手段７に貯蔵されたエネルギーは。負荷、例えば作業用電磁石９、アクチュエータ１０、１２ボルトＤＣ接続端子、２３０／３８０ボルトＡＣ接続端子、補助組立体又は加熱装置９に給電するために使用できる。駆動列に貯蔵されたエネルギーは一体型スタータ・ジェネレータ４によって電気エネルギー貯蔵手段へ戻すことができる。駆動列に貯蔵されたエネルギーは電気負荷に給電するのに使用できる。補助組立体は必要に応じて動作させることができる。１２ボルトＤＣ及び２３０／３８０ボルトＡＣ接続端子は、標準的な負荷に給電するのに使用できる。
１：内燃機関
２：内燃機関用制御装置
３：パワーエレクトロニクスシステム
４：一体型スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）
５：ＤＣ／ＤＣコンバータ
６：ＤＣ／ＡＣコンバータ
７：電気エネルギー貯蔵手段
８：加熱装置
９：磁石
１０：電気アクチュエータ
１１：インバータ
１２：システム制御手段
１３：燃料タンク

Claims (12)

  1. 少なくとも一つの内燃機関（１）と、電力及び／又はトルクを発生させる一体型スタータ・ジェネレータ（４）とを具備している移動式作業機械にして、一体型スタータ・ジェネレータ（４）が少なくとも一つのステータと少なくとも一つのロータとを有し、一体型スタータ・ジェネレータ（４）が内燃機関のクランクシャフトに動作可能に接続されていることを特徴とする移動式作業機械。
  2. 少なくとも一つのパワーエレクトロニクスユニットを具備することを特徴とする請求項１に記載の移動式作業機械。
  3. 特にオンボード電気システム用の、１２ボルト及び／又は２４ボルト及び／又は３６ボルト及び／又は４８ボルトＤＣ／ＤＣコンバータ（５）を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の移動式作業機械。
  4. 特に１１０／２３０／３８０ボルト電気系統のための少なくとも一つのＤＣ／ＡＣコンバータ（６）を具備することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  5. 少なくとも一つの電気エネルギー貯蔵手段（７）を具備することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  6. 少なくとも一つの加熱装置（８）を具備していることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  7. 少なくとも一つの作業磁石（９）を具備していることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  8. 特に少なくとも一つの電気アクチュエータ（１０）を具備していることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  9. 特に少なくとも一つの補助組立体を具備することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  10. 少なくとも一つのポンプ及び少なくとも一つの負荷を有する少なくとも一つの液圧システムを具備することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の移動式作業機械。
  11. 少なくとも一つのリニアモータ及び／又は回転モータを具備することを特徴とする請求項１０に記載の移動式作業機械。
  12. 請求項１から１１の何れか１項に記載の装置を特に用いることを特徴とする、特に移動式作業機械を運転する方法。
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