JP2013531753A

JP2013531753A - ハイブリッド式掘削機の馬力制御システム及びその制御方法

Info

Publication number: JP2013531753A
Application number: JP2013518206A
Authority: JP
Inventors: イ・チュンハン; キム・ジンソプ
Original assignee: ボルボコンストラクションイクイップメントアーベー
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2013-08-08
Also published as: WO2012005391A1; US20130103272A1; CN103154389A; EP2592189A1; KR20130050306A; KR101698896B1

Abstract

本発明は、第１の作業モード時、旋回トルク比＝１、油圧トルク比＝１で、第２の作業モード時、旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒで、発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動を制御するハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システム及びその制御方法に係り、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用したい場合にはエネルギー貯蔵装置のエネルギーを用いて作業量を極大化させ、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合には既存のシステムの出力と略同じレベルの動力で駆動装置を制限的に用いて燃料の消耗量を最小化する。

Description

本発明は、ハイブリッド式掘削機の馬力制御システム及びその制御方法に係り、さらに詳しくは、ユーザによる要求出力を全て制限なしに使用したい場合にはエネルギー貯蔵装置のエネルギーを積極的に用いて作業量を極大化させ、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合には既存のシステムの出力と略同じレベルの動力で駆動装置を制限的に用いて燃料の消耗量を最小化するハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システム及びその制御方法に関する。

従来のハイブリッド掘削機に関連する技術においては、大韓民国特許出願番号第１０−２００７−１３７４７８号のように、所定の規則によって制御して効率性を高めたり、大韓民国特許出願番号第１０−２００１−７０１６５２３号のように、ユーザの運転パターンを自動的に読み込んで制御に応用していたが、実際の運転条件を正確に反映することが困難であるだけではなく、その目的は、燃料の消耗量の低減にあり、作業量の増大にあるものではなかった。

本発明は、上述した問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、ユーザによる要求出力を全て制限無しに使用したい場合には、さらなる構成要素及びコストを発生させることなく、既存の掘削機に比べて約２倍の出力を発揮して作業量を極大化させ、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合には、既存のシステムの出力と略同じレベルの動力で各駆動装置を制限的に用いて燃料の消耗量を最小化するハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システム及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力の制御システムは、エンジンと、前記エンジンによって駆動され、吐出油によって油圧アクチュエーターを駆動する油圧ポンプと、前記エンジンによって駆動されて発電する発電機と、前記発電機によって発電された電気エネルギーを充電し、かつ、旋回電気モータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵装置と、を備えてなるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムにおいて、ユーザの設定により第１の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力とエンジン出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して掘削機の作業量を極大化させ、ユーザの設定により第２の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力またはエンジン出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより前記発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して出力を制限して燃料の消耗量を最小化する出力制御コントローラを備えてなることを特徴とする。

好ましくは、前記エネルギー貯蔵装置は、電気エネルギーが貯蔵可能なバッテリーやスーパーキャパシター、または、油圧エネルギーが貯蔵可能なアキュミュレーターであることを特徴とする。

前記目的を達成するために、本発明の他の実施形態に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの出力制御方法は、エンジンと、前記エンジンによって駆動され、吐出油によって油圧アクチュエーターを駆動する油圧ポンプと、前記エンジンによって駆動されて発電する発電機と、前記発電機によって発電された電気エネルギーを充電し、かつ、旋回電気モータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵装置と、を備えてなるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの出力制御方法において、ユーザの設定により第１の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力とエンジン出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して掘削機の作業量を極大化させるステップと、ユーザの設定により第２の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力またはエンジン出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより前記発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して出力を制限して燃料の消耗量を最小化するステップと、を含んでなることを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システム及びその制御方法は、ユーザによる要求出力を全て制限なしに使用したい場合には、エネルギー貯蔵装置のエネルギーを用いて、既存のシステムの瞬間出力を大きく上回るモードで作業量を極大化させて、さらなる構成要素及びコストを発生させることなくユーザの使い勝手を向上させ、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合には、既存のシステムの出力と略同じレベルの動力で各駆動装置を制限的に用いて燃料の消耗量を最小化する。

本発明によるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムを示すブロック構成図である。本発明によるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの動作を順番に示したフローチャートである。本発明による作業モードと、旋回トルク比と、油圧トルク比との間の関係を示す図である。

図１は、本発明に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムを示すブロック構成図である。

図１に示すように、このシステムは、エンジン１０１と、前記エンジン１０１により駆動され、吐出油により油圧アクチュエーターを駆動する油圧ポンプ１０２と、前記エンジン１０１によって駆動されて発電する発電機１０３と、前記発電機１０３によって発電された電気エネルギーを充電し、かつ、旋回電気モータ１０４に電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵装置１０５（例えば、電気エネルギーが貯蔵可能なバッテリーやスーパーキャパシター、または、油圧エネルギーが貯蔵可能なアキュミュレーターなど）と、を備えてなるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムにおいて、ユーザの設定により第１の作業モードが選択されるとき（または、最大出力設定スイッチのオン時に）、エネルギー貯蔵装置１０５の出力とエンジン１０１の出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機ドライバー１０６または旋回モータドライバー１０７の駆動動作を制御して掘削機の作業量を極大化させ、ユーザの設定により第２の作業モードが選択されるとき（または、最大出力設定スイッチのオフ時に）、エネルギー貯蔵装置１０５の出力またはエンジン１０１出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより前記発電機ドライバー１０６または旋回モータドライバー１０７の駆動動作を制御して出力を制限して燃料の消耗量を最小化する出力制御コントローラ１０８を備えてなる。

ここで、出力制御コントローラ１０８は、ユーザの設定により旋回側のトルク比の値を設定した後、ユーザにより選択された作業モードを確認する。確認の結果、第１の作業モードが選択されると（すなわち、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用したい場合）、エネルギー貯蔵装置１０５の出力とエンジン１０１の出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機ドライバー１０６の発電機１０３の駆動動作または旋回モータドライバー１０７の旋回電気モータ１０４の駆動動作を制御し、掘削機の作業量を極大化させる。これに対し、前記確認の結果、ユーザにより選択された作業モードが第１の作業モードでない場合は（または、他の第２の作業モードである場合）（すなわち、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合）、既存のような出力レベルで、つまり、エネルギー貯蔵装置１０５の出力またはエンジン１０１出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより前記発電機ドライバー１０６の発電機１０３の駆動動作または旋回モータドライバー１０７の旋回電気モータ１０４の駆動動作を制御して出力を制限し、燃料の消耗量を最小化する。

発電機ドライバー１０６は、前記出力制御コントローラ１０８の制御下で、異なる作業モード（例えば、第１及び第２の作業モード）で発電機１０３の駆動動作を制御する。例えば、第１の作業モードである場合（すなわち、ユーザの要求出力を全て制限無しに使用したい場合）には、前記出力制御コントローラ１０８の制御下で、エネルギー貯蔵装置１０５の出力とエンジン１０１の出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機１０３の駆動動作を制御して作業量を極大化させる。これに対し、第２の作業モードである場合（すなわち、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合）には、前記出力制御コントローラ１０８の制御下で、既存の動力レベルで、すなわち、エネルギー貯蔵装置１０５の出力またはエンジン１０１出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより発電機１０３の駆動動作を制御して出力を制限して燃料の消耗量を最小化する。

旋回モータドライバー１０７は、前記出力制御コントローラ１０８の制御下で、異なる作業モード（例えば、第１及び第２の作業モード）で、旋回電気モータ１０４の駆動動作を制御する。例えば、第１の作業モードである場合（すなわち、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用したい場合）には、前記出力制御コントローラ１０８の制御下で、エネルギー貯蔵装置１０５の出力とエンジン１０１の出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で旋回電気モータ１０４の駆動動作を制御して作業量を極大化させる。これに対し、第２の作業モードである場合（すなわち、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合）には、前記出力制御コントローラ１０８の制御下で、既存の動力レベルで、すなわち、エネルギー貯蔵装置１０５の出力またはエンジン出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより旋回電気モータ１０４の駆動動作を制御し、出力を制限して燃料の消耗量を最小化する。

ユーザ設定入力手段１０９は、異なる作業モード（例えば、第１及び第２の作業モード）をそれぞれ選択可能なキースイッチを備えているものであってもよく、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用するための第１の作業モード選択用のキースイッチのみを備えているものであってもよい。この場合、残りの作業モードは、デフォルトモードに設定されることが好ましい。加えて、ユーザ設定により、旋回側のトルク比の値を入力する手段をさらに備えてもよい。

以下、図２に基づき、図１に示す本発明に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの動作について説明する。

図２は、本発明に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの動作を順番に示す図である。

図２に示すように、本発明に係るハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの動作は、まず、出力制御コントローラが、ユーザ設定により入力された旋回側のトルク比の値を設定する（Ｓ２０１）。

次いで、ユーザにより選択された作業モードを確認する（Ｓ２０２）。
確認の結果、第１の作業モードが選択されたとき（すなわち、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用したい場合に）、エネルギー貯蔵装置の出力とエンジン出力を併用して下記[式１]によるトルク比で、発電機ドライバーの発電機の駆動動作または旋回モータドライバーの旋回電気モータの駆動動作を制御する。これにより、掘削機の作業量が極大化される（Ｓ２０３）。

[式１]
旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）

これに対し、前記確認の結果、ユーザにより選択された作業モードが第２の作業モードである場合（すなわち、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合）は、既存の動力レベルで、つまり、エネルギー貯蔵装置の出力またはエンジン出力のどちらかを用いて下記[式２]によるトルク比で、発電機ドライバーの発電機の駆動動作または旋回モータドライバーの旋回電気モータの駆動動作を制御する。これにより、出力が制限されて燃料の消耗量が最小化される（Ｓ２０４）。

[式２]
旋回トルク比＝ｒ、油圧トルク比＝１−ｒ
（ここで、ｒは、ユーザ設定値である。）

このように、本発明は、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用したい場合には、エネルギー貯蔵装置のエネルギーを用いて、かつ、既存のシステムの瞬間出力を大きく上回るモードで作業量を極大化させ、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合には、既存のシステムの出力と略同じレベルの動力で各駆動装置を制限的に用いて燃料の消耗量を最小化する。

図３は、本発明に係る作業モードと、旋回トルク比と、油圧トルク比との間の関係を示す図である。

図３に示すように、本発明は、第１の作業モード時（すなわち、ユーザの要求馬力を全て制限なしに使用したい場合）、旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で駆動装置の作業量を極大化させ、第２の作業モード時（全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合）に、旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより駆動装置の出力を制限して燃料の消耗量を最小化する。

本発明は、ハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムに使用できるものであり、ユーザの要求出力を全て制限なしに使用したい場合には、エネルギー貯蔵装置のエネルギーを用いて、かつ、既存のシステムの瞬間出力を大きく上回るモードで作業量を極大化させることができ、全体の出力を可用動力の範囲内において制限的に使用したい場合には、既存のシステムの出力と略同じレベルの動力で各駆動装置を制限的に用いて燃料の消耗量を最小化するハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムに使用可能である。

１０１エンジン
１０２油圧ポンプ
１０３発電機
１０４旋回電気モータ
１０５エネルギー貯蔵装置
１０６発電機ドライバー
１０７旋回モータドライバー
１０８出力制御コントローラ
１０９ユーザ設定入力手段

Claims

エンジンと、
前記エンジンにより駆動され、吐出油により油圧アクチュエーターを駆動する油圧ポンプと、
前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記発電機により発電された電気エネルギーを充電し、かつ、旋回電気モータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵装置と、を備えてなるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムにおいて、
ユーザの設定により第１の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力とエンジン出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して掘削機の作業量を極大化させ、
ユーザの設定により第２の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力またはエンジン出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより前記発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して出力を制限し、燃料の消耗量を最小化する出力制御コントローラを備えてなることを特徴とするハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システム。
前記エネルギー貯蔵装置は、
電気エネルギーを貯蔵可能なバッテリーやスーパーキャパシター、または、油圧エネルギーを貯蔵可能なアキュミュレーターであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システム。
エンジンと、
前記エンジンにより駆動され、吐出油により油圧アクチュエーターを駆動する油圧ポンプと、
前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記発電機により発電された電気エネルギーを充電し、かつ、旋回電気モータに電気エネルギーを供給するエネルギー貯蔵装置と、を備えてなるハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの出力制御方法において、
ユーザの設定により第１の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力とエンジン出力を併用して旋回トルク比＝１（または、１００％）、油圧トルク比＝１（または、１００％）で発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して掘削機の作業量を極大化させるステップと、
ユーザの設定により第２の作業モードが選択されるとき、エネルギー貯蔵装置の出力またはエンジン出力のどちらかを用いて旋回トルク比＝ｒ（ユーザ設定値）、油圧トルク比＝１−ｒにより前記発電機ドライバーまたは旋回モータドライバーの駆動動作を制御して出力を制限し、燃料の消耗量を最小化するステップと、を含んでなることを特徴とするハイブリッド式掘削機の出力馬力制御システムの出力制御方法。