KR20140002720A

KR20140002720A - 건설 기계

Info

Publication number: KR20140002720A
Application number: KR1020137019784A
Authority: KR
Inventors: 마나부 에다무라; 다케노리 히로키; 마사유키 시이나; 고오이치 시바타
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2014-01-08
Also published as: JP2012198132A; EP2696208A4; WO2012128133A1; JP5493135B2; CN103339519A; EP2696208A1; US20140002091A1

Abstract

전동 시스템을 구비한 건설 기계에 있어서, 전동 시스템은, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)와, 릴레이(56)에 대하여 축전 디바이스(24)측과 제1 전압 파형 발생 장치(100A)에 접속되고, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)로부터 입력된 파형의 변화를 측정함으로써, 축전 디바이스(24)측의 절연 저항 열화를 검지하는 제1 검지부(99A)를 갖는 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)와, 제2 전압 파형 발생 장치(100B)와, 릴레이(56)에 대하여 구동 시스템(55)측과 제2 전압 파형 발생 장치(100B)에 접속되고, 제2 전압 파형 발생 장치(100B)로부터 입력된 파형의 변화를 측정함으로써 구동 시스템측의 절연 저항 열화를 검지하는 제2 검지부(99B)를 갖는 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)를 구비했다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은, 건설 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 축전 디바이스, 전동 모터 등을 포함하여 이루어지는 전동 시스템과 차체 사이의 절연 저항 열화 검출 기능을 갖는 건설 기계에 관한 것이다.

예를 들어, 유압 셔블과 같은 건설 기계에 있어서는, 동력원으로서, 가솔린, 경유 등의 연료를 사용하고, 엔진에 의해 유압 펌프를 구동해서 유압을 발생시킴으로써 유압 모터, 유압 실린더와 같은 유압 액추에이터를 구동한다. 유압 액추에이터는, 소형 경량으로 대출력이 가능하고, 건설 기계의 액추에이터로서 널리 사용되고 있다.

한편, 최근, 전동 모터 및 축전 디바이스(배터리나 전기 이중층 캐패시터 등)를 사용함으로써, 유압 액추에이터만을 사용한 종래의 건설 기계보다 에너지 효율을 높이고, 에너지 절약화를 도모한 건설 기계가 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

전동 모터(전동 액추에이터)는 유압 액추에이터에 비하여 에너지 효율이 좋은, 제동시의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회생시킬 수 있다는(유압 액추에이터의 경우에는 열로서 방출), 에너지적으로 우수한 특징이 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에 개시되는 종래 기술에서는, 선회체의 구동 액추에이터로서 전동 모터를 탑재한 유압 셔블의 실시 형태가 나타나 있다. 유압 셔블의 선회체를 주행체에 대하여 선회 구동하는 액추에이터(종래는 유압 모터를 사용)는, 사용 빈도가 높고, 작업에 있어서 기동 정지, 가속 감속을 빈번히 반복한다. 이때, 감속시(제동시)에 있어서의 선회체의 운동 에너지는, 유압 액추에이터의 경우에는 유압 회로 상에서 열로서 버려지지만, 전동 모터의 경우에는 전기 에너지로서의 회생을 예상할 수 있으므로, 에너지 절약화가 도모된다.

그런데, 이러한 하이브리드식 유압 셔블에 탑재하는 전동 액추에이터 및 축전 디바이스는, 고전압·대전류에서 사용되기 때문에, 메인 전기 회로와 차체 사이의 절연 저항이 열화된 경우에, 그 절연 저항 열화부를 통해서 차체에 전류가 흘러, 감전 등의 위험으로 연결될 우려가 있다.

이러한 문제에 대처하기 위해서, 다양한 절연 저항 열화 검지 장치가 제안되고 있다. 예를 들어, 대상 회로에 소정 주파수의 교류 신호를 인가하고, 미리 결정된 측정점에 있어서의 교류 신호의 진폭 레벨을 계측함으로써 절연 저항 열화를 검지하는 장치가 있다. 승압 회로(초퍼 등)가 축전 디바이스와 인버터 사이에 내장된 시스템에 있어서, 승압 회로 작동시에 오검출을 방지함과 함께, 절연 저항 열화를 계속 검지할 수 있는 장치가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

또한, 절연 저항 열화의 검지 수단뿐만 아니라, 자기의 개폐 동작에 의해 축전 디바이스와 전동 액추에이터 및 인버터 등과의 사이의 접속을 차단 가능한 릴레이에 대해서, 그 차단 기능을 진단하는 릴레이 고장 진단에 관한 기술이 있다. 절연 저항 열화 검지 장치를 사용하여, 릴레이의 고장 진단을 행하는 릴레이 고장 진단 장치가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).

또한, 절연 저항 저하 검지 장치 자체의 이상을 검지하는 자기 이상 진단에 관한 기술이 있다. 간이한 구성에 의해 자기 이상 진단 기능을 구비한 절연 저항 저하 검출기 및 그 자기 이상 진단 방법이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 4 참조).

일본 특허 공개 제2001-016704호 공보 일본 특허 공개 제2009-109278호 공보 일본 특허 공개 제2007-329045호 공보 국제 공개 제WO 2007/026603호

상술한 특허문헌 3의 종래 기술과 특허문헌 4의 종래 기술이란, 고전압 회로를 구비한, 예를 들어 전기 자동차 등의 분야에서 주로 적용되고 있다.

한편, 하이브리드식 건설 기계에 있어서는, 절연 저항 열화 검지 장치 등을 배치하는 스페이스에 한정이 있기 때문에, 절연 저항 열화 검지 기능과 릴레이 고장 진단 기능과 자기 이상 진단 기능의 모든 기능을 구비하고, 간이한 회로 구성으로 이들을 실현함으로써 컴팩트하게 구성할 수 있는 절연 저항 열화 검지 시스템이 요망되고 있었다.

본 발명은 상술한 사항에 기초해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 전동 모터 등을 포함하는 구동 시스템, 축전 디바이스 및 축전 디바이스와 구동 시스템의 전기적 접속을 차단하기 위한 릴레이를 구비한 건설 기계에 있어서, 간이한 회로 구성으로 절연 저항 열화 검지, 릴레이의 고장 진단, 자기 이상 진단 전부를 행할 수 있는 절연 저항 열화 검지 장치를 구비한 건설 기계를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 제1 발명은, 전동 모터와, 상기 전동 모터를 구동·제어하는 전기 회로 및 컨트롤러를 포함하는 구동 시스템과, 축전 디바이스와, 상기 축전 디바이스와 상기 구동 시스템을 전기적으로 접속/차단하는 릴레이를 갖는 전동 시스템을 구비한 건설 기계에 있어서, 상기 전동 시스템은, 제1 전압 파형 발생 장치와, 상기 릴레이에 대하여 상기 축전 디바이스측과 상기 제1 전압 파형 발생 장치에 접속되고, 상기 제1 전압 파형 발생 장치로부터 입력된 파형의 변화를 측정함으로써, 상기 축전 디바이스측의 절연 저항 열화를 검지하는 제1 검지부를 갖는 제1 절연 저항 열화 검지 장치와, 제2 전압 파형 발생 장치와, 상기 릴레이에 대하여 상기 구동 시스템측과 상기 제2 전압 파형 발생 장치에 접속되고, 상기 제2 전압 파형 발생 장치에서 입력된 파형의 변화를 측정함으로써, 상기 구동 시스템측의 절연 저항 열화를 검지하는 제2 검지부를 갖는 제2 절연 저항 열화 검지 장치를 구비한 것으로 한다.

또한, 제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제1, 제2 절연 저항 열화 검지 장치에 있어서의 제1, 제2 검지부는, 상기 릴레이의 정상성을 확인 가능하게 하기 위해서, 상기 제2, 제1 전압 파형 발생 장치로부터의 양쪽의 전압 파형을 도입 가능하게 전기적으로 접속한 것을 특징으로 한다.

또한, 제3 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제1 절연 저항 열화 검지 장치는, 상기 릴레이가 개방되어 있을 때, 상기 축전 디바이스 주변의 절연 저항 열화를 검지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제4 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제2 절연 저항 열화 검지 장치는, 상기 구동 시스템 내의 전기 회로의 정부 양극과 임피던스 소자를 통해서 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 제5 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제1, 제2 절연 저항 열화 검지 장치는, 상기 릴레이에 대하여 상기 구동 시스템측에 배치되고, 상기 제1 절연 저항 열화 검지 장치는, 상기 구동 시스템측으로부터 케이블과 다른 릴레이를 통해서 상기 축전 디바이스측에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전동 모터 등을 포함하는 구동 시스템, 축전 디바이스 및 축전 디바이스와 구동 시스템의 전기적 접속을 차단하기 위한 릴레이를 구비한 건설 기계에 있어서, 간이한 회로 구성으로 절연 저항 열화 검지, 릴레이의 고장 진단, 자기 이상 진단 전부를 행하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 구성하는 전동 시스템의 전기 회로도이다.

이하, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용해서 설명한다. 또한, 본 발명은, 전동 모터를 포함하는 구동 시스템, 축전 디바이스, 축전 디바이스를 구동 시스템으로부터 차단하기 위한 릴레이를 구비한 차량이나 건설 기계 전반(작업 기계를 포함한다)에 적용이 가능하고, 본 발명의 적용은 유압 셔블에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 도시하는 측면도, 도 2는 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도, 도 3은 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 구성하는 전동 시스템의 전기 회로도이다.

도 1에 있어서, 하이브리드식 유압 셔블은 주행체(10)와, 주행체(10) 위에 선회 가능하게 설치한 선회체(20) 및 셔블 기구(30)를 구비하고 있다.

주행체(10)는, 한 쌍의 크롤러(11a, 11b) 및 크롤러 프레임(12a, 12b)(도 1에서는 편측만을 나타낸다), 각 크롤러(11a, 11b)를 독립하여 구동 제어하는 한 쌍의 주행용 유압 모터(13, 14) 및 그 감속 기구 등으로 구성되어 있다.

선회체(20)는, 선회 프레임(21)과, 선회 프레임(21) 위에 설치된, 원동기로서의 엔진(22)과, 엔진(22)에 의해 구동되는 어시스트 발전 모터(23)와, 선회 전동 모터(25) 및 선회 유압 모터(27)와, 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)에 접속되는 전기 이중층의 캐패시터(24)와, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 회전을 감속시키는 감속 기구(26) 등으로 구성되어, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 구동력이 감속 기구(26)를 통해서 전달되어, 그 구동력에 의해 주행체(10)에 대하여 선회체(20)[선회 프레임(21)]를 선회 구동시킨다.

또한, 선회체(20)에는 셔블 기구(프론트 장치)(30)가 탑재되어 있다. 셔블 기구(30)는, 붐(31)과, 붐(31)을 구동하기 위한 붐 실린더(32)와, 붐(31)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축 지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단에 회전 가능하게 축 지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36) 등으로 구성되어 있다.

또한, 선회체(20)의 선회 프레임(21) 위에는, 상술한 주행용 유압 모터(13, 14), 선회 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아크 실린더(34), 버킷 실린더(36) 등의 유압 액추에이터를 구동하기 위한 유압 시스템(40)이 탑재되어 있다. 유압 시스템(40)은, 유압을 발생하는 유압원이 되는 유압 펌프(41)(도 2) 및 각 액추에이터를 구동 제어하기 위한 컨트롤 밸브(42)(도 2)를 포함하고, 유압 펌프(41)는 엔진(22)에 의해 구동된다.

이어서, 유압 셔블의 전동·유압 기기의 시스템 구성에 대해서 개략 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(22)의 구동력은 유압 펌프(41)에 전달되고 있다. 컨트롤 밸브(42)는, 도시하지 않은 선회용 조작 레버 장치로부터의 선회 조작 명령(유압 파일럿 신호)에 따라, 선회 유압 모터(27)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다. 또한, 컨트롤 밸브(42)는, 선회 이외의 조작 레버 장치로부터의 조작 명령(유압 파일럿 신호)에 따라, 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 및 주행용 유압 모터(13, 14)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다.

전동 시스템은, 상술한 어시스트 발전 모터(23), 선회 전동 모터(25), 이들을 구동 제어하는 전기 부품을 포함하여 이루어지는 파워 컨트롤 유닛(55) 및 메인 컨트롤러(80)를 구비한 구동 시스템과, 전기 이중층의 캐패시터(24)를 포함하여 이루어지는 축전 디바이스와, 이 축전 디바이스와 구동 시스템의 전기적 접속을 차단하는 메인 릴레이(56)와, 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)를 구비하고 있다.

구동 시스템을 구성하는 파워 컨트롤 유닛(55)은, 초퍼(51), 인버터(52, 53) 및 평활 콘덴서(54) 등을 갖고 있다. 또한, 메인 릴레이(56)는 릴레이(57A, 57B)와, 저항(58)과 돌입 전류 방지 회로를 구성하는 릴레이(57C)와, 후술하는 절연 저항 열화 검지 장치용 릴레이(103)를 갖고 있다.

캐패시터(24)로부터의 직류 전력은 초퍼(51)에 의해 소정의 모선 전압에 승압되어, 선회 전동 모터(25)를 구동하기 위한 인버터(52), 어시스트 발전 모터(23)를 구동하기 위한 인버터(53)에 입력된다. 릴레이(57A, 57B)는, 메인 컨덕터이며, 전동 시스템의 정지시나 이상 발생시에, 캐패시터(24)의 전하의 전동 시스템에의 공급을 차단하기 위해서 설치되어 있다. 릴레이(57C) 및 저항(58)에 의해 구성하는 돌입 전류 방지 회로는, 초퍼(51) 내의 콘덴서가 충전되어 있지 않은 상태에 있어서, 릴레이(57A, 57B)를 폐쇄하기 전에 이 회로의 경로로부터 제한한 전류를 공급해서 초퍼(51) 내의 콘덴서를 충전하는 것이다. 평활 콘덴서(54)는, 모선 전압을 안정화시키기 위해서 설치되어 있다.

선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 회전 축은 결합되어 있고, 감속 기구(26)를 통해서 선회체(20)를 구동시킨다. 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)의 구동 상태(역행하고 있는지 회생하고 있는지)에 의해, 캐패시터(24)는 충방전되게 된다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 캐패시터(24)와 메인 릴레이(56)는, 축전 유닛(59)인 1개의 하우징의 내부에 배치되어 있다.

메인 컨트롤러(80)는, 조작 명령 신호, 압력 신호 및 회전 속도 신호 등의 도 2에 도시되지 않는 신호를 사용하여, 컨트롤 밸브(42), 파워 컨트롤 유닛(55)에 대한 제어 명령을 생성하고, 유압 단독 선회 모드, 유압 전동 복합 선회 모드의 전환 및 각 모드의 선회 제어, 전동 시스템의 이상 감시, 에너지 매니지먼트 등의 제어를 행한다. 전자기 비례 밸브(75)는, 메인 컨트롤러(80)로부터의 전기 신호를 유압 파일럿 신호로 변환하는 것으로서, 이 유압 파일럿 신호에 의해, 컨트롤 밸브(42)가 제어된다.

전동 컨트롤러(104)는, 메인 컨트롤러(80)와 신호의 수수를 행하고, 파워 컨트롤 유닛(55)에 내장된 2계통의 인버터(52, 53), 초퍼(51) 및 후술하는 제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B) 등의 통괄 제어를 행한다.

제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)는, 파워 컨트롤 유닛(55)에 내장되어 결합 임피던스 소자(101A 내지 101C)와 제1 및 제2 검지 경로(102A, 102B)를 통해서 각 전기 회로에 접속되어 있다.

도 2에 있어서, 참조 부호 91 내지 95는, 전동 컨트롤러(104)의 절연 저항 열화 부위를 특정하기 위한 검지 시퀀스와 제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)에 의해 특정할 수 있는 부위이며, 참조 부호 91은 캐패시터(24) 내지 메인 릴레이(56) 사이 모선을, 참조 부호 92는 메인 릴레이(56) 내지 초퍼(51) 사이 모선을, 참조 부호 93은 인버터(52) 내지 인버터(53) 사이 모선을, 참조 부호 94는 어시스트 발전 모터(23) 내지 인버터(53) 사이 케이블을, 참조 부호 95는 선회 전동 모터(25) 내지 인버터(52) 사이 케이블을 각각 나타내고 있다.

이어서, 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태를 구성하는 전동 시스템의 전기 회로를 도 3을 사용해서 설명한다. 도 3에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시하는 부호와 같은 부호인 것은, 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 전동 시스템은, 대략 캐패시터(24)와, 메인 릴레이(56)와, 초퍼(51)와, 주평활 콘덴서(54)와, 선회 전동 모터(25)와, 선회 전동 모터용 인버터(52)와, 어시스트 발전 모터(23)와, 어시스트 발전 모터용 인버터(53)와, 메인 컨트롤러(80)와, 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)를 구비하고 있다.

초퍼(51)는, 리액터(51a)와, 스위칭 소자로서, 예를 들어 IGBT와 같은 파워 트랜지스터(이하, 트랜지스터라고 한다)(51b, 51c)와, 평활 콘덴서(51d)를 구비하고 있다.

리액터(51a)는, 일단부가 릴레이(57A)를 통해서 캐패시터(24)의 정극에 접속되고, 타단부가 트랜지스터(51b)의 소스 및 트랜지스터(51c)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(51b)의 드레인은, 주평활 콘덴서(54)의 일단부, 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)의 일단부에 접속되어 있다. 트랜지스터(51c)의 소스는, 릴레이(57B)를 통해서 캐패시터(24)의 부극, 주평활 콘덴서(54)의 타단부, 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)의 타단부에 접속되어 있다. 또한, 리액터(51a)의 일단부에는, 평활 콘덴서(51d)의 일단부가 접속되고, 평활 콘덴서(51d)의 타단부는, 트랜지스터(51c)의 소스에 접속되어 있다.

각 트랜지스터(51b, 51c)의 게이트에는, 전동 컨트롤러(104)가 접속되어 있어, 스위칭 제어가 행해진다. 전동 컨트롤러(104)로부터의 명령을 받아 2개의 트랜지스터(51b, 51c)를 교대로 개폐시킴으로써, 캐패시터(24)의 전압을 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)가 동작 가능한 모선 전압으로 승압시킴과 함께, 모선 전압을 소정의 일정 값 부근으로 제어하는 동작을 행한다.

주평활 콘덴서(54)는 직류 전압을 평활화한다. 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)는, 한쪽에 초퍼(51) 및 주평활 콘덴서(54)가 접속되고, 다른 쪽에는, 어시스트 발전 모터(23)와 선회 전동 모터(25)가 각각 접속되어 있다.

어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)는, 예를 들어 IGBT와 같은 스위칭 소자로서의 트랜지스터(53A, 52A) 각각 6개로 이루어지는 브리지 회로를 사용하여, 전동 컨트롤러(104)로부터의 명령을 받고, 전류의 ON/OFF를 반복하여, 펄스 폭을 변동시킴으로써 삼상 교류를 만들어 내고, 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)를 구동한다.

어시스트 발전 모터(23)와 파워 컨트롤 유닛(55)은, 커넥터(122)를 통해서 케이블(94)에 의해 접속되어 있다. 또한, 선회 전동 모터(25)와 파워 컨트롤 유닛(55)은, 커넥터(123)를 통해서 케이블(95)에 의해 접속되어 있다. 마찬가지로, 파워 컨트롤 유닛(55)과 축전 유닛(59)은, 커넥터(120, 121)를 통해서 케이블(92)과 케이블(101D)에 의해 접속되어 있다.

제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)는, 교류 혹은 펄스 파형을 생성하는 제1 전압 파형 발생 장치(100A)와, 이 교류 혹은 펄스 파형을 인가하기 위해서 전동 시스템의 전기 회로의 소정 부위에 접속되는 제1 검지 경로(102A)와, 제1 검지 경로(102A)를 통해서 입력 신호의 진폭 레벨이나 파형 등을 측정하고, 생성 신호와 측정 신호를 비교해서 대상 회로의 차체 프레임에 대한 절연 저항값을 산출하고, 미리 설정된 설정 값과 비교함으로써 절연 저항 열화의 유무를 검지하는 제1 검지부(99A)를 구비하고 있다. 마찬가지로, 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)는, 교류 혹은 펄스 파형을 생성하는 제2 전압 파형 발생 장치(100B)와, 이 교류 혹은 펄스 파형을 인가하기 위해서 전동 시스템의 전기 회로의 소정 부위에 접속되는 제2 검지 경로(102B)와, 제2 검지 경로(102B)를 통해서 입력 신호의 진폭 레벨이나 파형 등을 측정하고, 생성 신호와 측정 신호를 비교해서 대상 회로의 차체 프레임에 대한 절연 저항값을 산출하고, 미리 설정된 설정 값과 비교함으로써 절연 저항 열화의 유무를 검지하는 제2 검지부(99B)를 구비하고 있다.

제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)에 있어서는, 제1 및 제2 전압 파형 발생 장치(100A, 100B)와 제1 및 제2 검지부(99A, 99B)를 조합해서 사용하는 경우 외에, 제1 및 제2 전압 파형 발생 장치(100A, 100B)를 각각 단독으로 사용하거나, 제1 및 제2 검지부(99A, 99B)를 각각 단독으로 사용하거나 할 수도 있다.

제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)의 제1 검지 경로(102A)는, 제1 검지부(99A)로부터, 결합 임피던스 소자(101A)와 케이블(101D)과 릴레이(103)를 통해서 캐패시터(24)와 메인 릴레이(56) 사이의 모선(91)의 부극 측에 접속되어 있다. 릴레이(103)는, 기계 정지 중에 수리나 유지 보수 목적으로, 커넥터(120 또는 121)를 분리할 경우에 활선 상태가 되지 않도록, 기계 정지 중에는 개방(차단) 상태로 하는 것이다. 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A) 또는, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)를 사용해서 절연 저항 열화 검지를 행할 때에는, 폐(접속) 상태로 한다.

제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)의 제2 검지 경로(102B)는, 제2 검지부(99B)로부터 분기부를 거친 한쪽이, 결합 임피던스 소자(101B)를 통하여, 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)의 일단부의 정극측에 접속되어 있다. 또한, 제2 검지부(99B)로부터 분기부를 거친 다른 쪽은, 결합 임피던스 소자(101C)를 통하여, 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)의 일단부의 부극측에 접속되어 있다.

제1 및 제2 전압 파형 발생 장치(100A, 100B)는, 차체 프레임의 전위에 대한 전기 회로의 전위가, 예를 들어 펄스 형상으로 시간 변화되도록 전압 파형을 주입하는 전압 파형 발생기이다.

여기서, 절연 저항 열화 부위를 특정하기 위한 검지 시퀀스에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 전동 시스템에 있어서는, 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 및 선회 전동 모터용 인버터(52)의 스위칭 소자(53A, 52A), 초퍼(51)의 트랜지스터(51b, 51c) 및 메인 릴레이(56)를 전동 컨트롤러(104)로부터의 신호에 의해 각각 개폐 가능하게 구성하고 있다. 이들 구성 부재의 개폐를 제어하면서 제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)의 검지 신호를 전동 컨트롤러(104)로 감시함으로써, 절연 저항 열화 부위를 특정할 수 있다.

이어서, 본 발명의 건설 기계의 일 실시 형태에 있어서의 절연 저항 열화 검지 장치의 동작을 도 3을 사용해서 설명한다.

(1)메인 릴레이(56) 개방시의 축전 디바이스 주변의 절연 저항 열화 검지

축전 유닛(59) 내의 캐패시터(24)와 메인 릴레이(56) 사이의 모선(91)의 절연 저항 열화의 검지는, 이하의 수순에 의한다.

메인 릴레이(56)의 릴레이(57A, 57B)는 개방(차단) 상태인 경우, 릴레이(103)를 폐동작(접속)시킨다. 그 후, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)로부터 전압 파형을 발생시켜서, 캐패시터(24)와 메인 릴레이(56) 사이의 모선(91)의 부극측에 인가하고, 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)에 의해, 입력 신호의 진폭 레벨이나 파형 등을 측정하고, 생성 신호와 측정 신호를 비교해서 대상 회로의 차체 프레임에 대한 절연 저항값을 산출하고, 미리 설정된 설정 값과 비교해서 절연 저항 열화의 유무를 검지한다.

(2)메인 릴레이(56) 개방시의 전동 시스템 주변의 절연 저항 열화 검지

메인 릴레이(56)의 릴레이(57A, 57B)는 개방(차단) 상태인 경우, 우선, 제1 스텝에 있어서, 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)에 의해, 선회 전동 모터용 인버터(52)와 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 사이의 모선(93)의 정부 양극의 절연 저항 열화를 검지한다.

다음 제2 스텝에 있어서, 어시스트 발전 모터용 인버터(53)의 스위칭 소자(53A)의 상측 또는 하측 중 어느 1개를 폐동작시킴으로써, 어시스트 발전 모터(23)와 어시스트 발전 모터용 인버터(53) 사이 케이블(94)의 절연 저항 열화를 검지한다. 마찬가지로, 선회 전동 모터용 인버터(52)의 스위칭 소자(52A)의 상측 또는 하측 중 어느 1개를 폐동작시킴으로써, 선회 전동 모터(25)와 선회 전동 모터용 인버터(52) 사이의 케이블(95)의 절연 저항 열화를 검지한다.

다음 제3 스텝에 있어서, 초퍼(51)의 트랜지스터(51b)를 폐동작시켜, 메인 릴레이(56)와 초퍼(51) 사이의 모선(92)의 정극의 절연 저항 열화를 검지한다. 이상의 제1 내지 제3 스텝에 의해, 전동 시스템 주변의 절연 저항 열화의 검지가 완전히 실행된다.

(3)메인 릴레이(56) 접속시의 절연 저항 열화 검지 및 자기 이상 진단

메인 릴레이(56)의 릴레이(57A, 57B)는 폐(접속) 상태인 경우, 릴레이(103)를 폐동작(접속)시킨다. 그 후, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)로부터 전압 파형을 발생시킨다. 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)의 제1 검지부(99A)와 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)의 제2 검지부(99B)의 양쪽에서 파형을 검지하고, 절연 저항값의 산출로부터 절연 저항 열화의 유무를 검지한다. 이 연산 결과의 비교를 전동 컨트롤러(104)가 실시함으로써, 제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)의 정상성을 확인할 수 있다.

마찬가지로, 제2 전압 파형 발생 장치(100B)로부터 전압 파형을 발생시켜서, 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)의 제1 검지부(99A)와 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)의 제2 검지부(99B)의 양쪽에서, 파형을 검지하고, 절연 저항값의 산출로부터 절연 저항 열화의 유무를 검지함으로써, 제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)의 정상성을 확인해도 좋다.

(4)메인 릴레이(56)의 고장 진단

메인 릴레이(56)의 용착 고장 등을 검지하는 고장 진단은 이하의 수순에 의한다.

메인 릴레이(56)의 릴레이(57A, 57B)는 폐(접속) 상태인 경우, 릴레이(103)를 폐동작(접속)시킨다. 그 후, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)로부터 전압 파형을 발생시킨다. 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)의 제2 검지부(99B)에서 파형이 검지되는 것을 확인한다. 다음에 릴레이(57A, 57B, 57C)가 모두 개방(차단)된 후에 제2 검지부(99B)에서 파형이 검지되지 않는 것을 확인한다. 마찬가지로, 제2 전압 파형 발생 장치(100B)로부터 전압 파형을 발생시켜, 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)의 제1 검지부(99A)에서 파형의 검지 유무를 확인해도 좋다.

메인 릴레이(56)의 릴레이(57A, 57B, 57C)는 개방(차단) 상태인 경우, 릴레이(103)를 폐동작(접속)시킨다. 그 후, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)로부터 전압 파형을 발생시킨다. 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)의 제2 검지부(99B)에서 파형이 검지되지 않는 것을 확인한다. 다음에 릴레이(57A, 57B, 57C) 중 어느 하나가 폐(접속)한 후에 제2 검지부(99B)에서 파형이 검지되는 것을 확인한다. 마찬가지로, 제2 전압 파형 발생 장치(100B)로부터 전압 파형을 발생시켜, 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)의 제1 검지부(99A)에서 파형의 검지 유무를 확인해도 좋다.

상술한 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전동 모터(25, 23) 등을 포함하는 전동 시스템(55), 축전 디바이스(24) 및 축전 디바이스(24)와 전동 시스템(55)의 전기적 접속을 차단하기 위한 메인 릴레이(56)를 구비한 건설 기계에 있어서, 간이한 회로 구성으로 절연 저항 열화 검지, 릴레이의 고장 진단, 자기 이상 진단 모두를 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)를 전압 파형, 예를 들어 펄스 파형을 전기 회로에 인가하고, 측정부의 신호의 진폭 레벨이나 파형 등에 의해, 대상 회로의 차체 프레임에 대한 절연 저항값을 측정하고, 또한 검지 시퀀스에 의해, 절연 저항 열화 부위를 특정할 수 있는 것으로서 설명하고 있지만, 절연 저항 열화 부위를 특정하는 방법은, 이것에 한정되는 것은 아니다.

이상에 있어서, 본 발명을 유압 셔블에 적용한 경우의 실시 형태를 설명했지만, 유압 셔블 이외의 전동 시스템, 릴레이, 축전 디바이스를 갖는 차량이나 건설 기계 전반에 본 발명은 적용 가능하다.

10: 주행체
11: 크롤러
12: 크롤러 프레임
13: 우측 주행용 유압 모터
14: 좌측 주행용 유압 모터
20: 선회체
21: 선회 프레임
22: 엔진
23: 어시스트 발전 모터
24: 캐패시터
25: 선회 전동 모터
26: 감속기
27: 선회 유압 모터
30: 셔블 기구
31: 붐
33: 아암
35: 버킷
40: 유압 시스템
41: 유압 펌프
42: 컨트롤 밸브
51: 초퍼
52: 선회 전동 모터용 인버터
53: 어시스트 발전 모터용 인버터
54: 평활 콘덴서
55: 파워 컨트롤 유닛
56: 메인 릴레이
57A: 릴레이
57B: 릴레이
57C: 릴레이
58: 저항
59: 축전 유닛
80: 메인 컨트롤러
90A: 제1 절연 저항 열화 검지 장치
90B: 제2 절연 저항 열화 검지 장치
99A: 제1 검지부
99B: 제2 검지부
100A: 제1 전압 파형 발생 장치
100B: 제2 전압 파형 발생 장치
102A: 제1 검지 경로
102B: 제2 검지 경로
103: 릴레이
104: 전동 컨트롤러

Claims

전동 모터(23, 25)와, 상기 전동 모터를 구동·제어하는 전기 회로 및 컨트롤러를 포함하는 구동 시스템(55)과, 축전 디바이스(24)와, 상기 축전 디바이스(24)와 상기 구동 시스템(55)을 전기적으로 접속/차단하는 릴레이(56)를 갖는 전동 시스템을 구비한 건설 기계에 있어서,
상기 전동 시스템은, 제1 전압 파형 발생 장치(100A)와, 상기 릴레이(56)에 대하여 상기 축전 디바이스(24)측과 상기 제1 전압 파형 발생 장치(100A)에 접속되고, 상기 제1 전압 파형 발생 장치(100A)로부터 입력된 파형의 변화를 측정함으로써, 상기 축전 디바이스(24)측의 절연 저항 열화를 검지하는 제1 검지부(99A)를 갖는 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)와,
제2 전압 파형 발생 장치(100B)와, 상기 릴레이(56)에 대하여 상기 구동 시스템(55)측과 상기 제2 전압 파형 발생 장치(100B)에 접속되고, 상기 제2 전압 파형 발생 장치(100B)로부터 입력된 파형의 변화를 측정함으로써, 상기 구동 시스템(55)측의 절연 저항 열화를 검지하는 제2 검지부(99B)를 갖는 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)를 구비한 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)에 있어서의 제1, 제2 검지부(99A, 99B)는, 상기 릴레이(56)의 정상성을 확인 가능하게 하기 위해서, 상기 제2, 제1 전압 파형 발생 장치(100A, 100B)로부터의 양쪽의 전압 파형을 도입 가능하게 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)는, 상기 릴레이(56)가 개방되어 있을 때, 상기 축전 디바이스(24) 주변의 절연 저항 열화를 검지하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90B)는, 상기 구동 시스템(55) 내의 전기 회로의 정부 양극과 임피던스 소자(101B, 101C)를 통해서 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 절연 저항 열화 검지 장치(90A, 90B)는, 상기 릴레이(56)에 대하여 상기 구동 시스템(55)측에 배치되고,
상기 제1 절연 저항 열화 검지 장치(90A)는, 상기 구동 시스템(55)측으로부터 케이블(101D)과 다른 릴레이(103)를 통해서 상기 축전 디바이스(24)측에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.