ハイブリッド型建設機械
【課題】上位制御部に異常が発生しても、異常の種類に応じて下位制御部で対処できるようにすることにより、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によって駆動される油圧作業要素と、電動駆動される電動作業要素とを含むハイブリッド型建設機械は、油圧作業要素及び電動作業要素の駆動制御を行うための制御指令を生成する上位制御部と、上位制御部によって生成される制御指令に基づき油圧作業要素及び電動作業要素の駆動制御を行う下位制御部とを含む。下位制御部は上位制御部の異常を監視する。
【解決手段】内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によって駆動される油圧作業要素と、電動駆動される電動作業要素とを含むハイブリッド型建設機械は、油圧作業要素及び電動作業要素の駆動制御を行うための制御指令を生成する上位制御部と、上位制御部によって生成される制御指令に基づき油圧作業要素及び電動作業要素の駆動制御を行う下位制御部とを含む。下位制御部は上位制御部の異常を監視する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、及びバケット等の油圧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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動発電機等の電動作業要素、油圧作業要素、又は冷却系等を制御する制御系として、上位制御部と、上位制御部で生成された駆動指令に基づいて、電動作業要素、油圧作業要素、又は冷却系等の駆動制御を行う下位制御部とを有するハイブリッド型建設機械がある。
【０００６】
このようなハイブリッド型建設機械では、上位制御部が故障等の異常が発生した場合に対する対策は、特に行われていなかった。
【０００７】
しかしながら、ハイブリッド型建設機械では、異常の発生した部位や異常の状態によっては、運転を停止した方が良い場合と運転を継続した方が良い場合とがある。
【０００８】
そこで、本発明は、上位制御部の異常を下位制御部で検出することができ、上位制御部に異常が発生しても、異常の種類に応じて下位制御部で対処できるようにすることにより、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によって駆動される油圧作業要素と、電動駆動される電動作業要素とを含むハイブリッド型建設機械において、前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行うための制御指令を生成する上位制御部と、前記上位制御部によって生成される制御指令に基づき、前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行う下位制御部とを含み、前記下位制御部は、前記上位制御部の異常を監視する。
【００１０】
また、前記下位制御部は、一又は複数の前記油圧作業要素、及び、一又は複数の前記電動作業要素の各々に対して配設されており、前記下位制御部の各々は、前記上位制御部の異常を検出すると、各々の制御対象である前記油圧作業要素又は前記電動作業要素の駆動態様に応じた異常時用の制御処理を実行してもよい。
【００１１】
また、前記上位制御部は、前記下位制御部の各々に対応した複数の上位制御モジュールを含んでもよい。
【００１２】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとしてハイブリッド型建設機械の蓄電系の制御指令を生成する蓄電系上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記蓄電系上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記蓄電系の駆動制御を行う蓄電系下位制御部であり、前記蓄電系下位制御部は、前記蓄電系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記蓄電系における充放電制御を所定時間経過後に停止させてもよい。
【００１３】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちの回転機の制御指令を生成する回転機上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記回転機上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記回転機の駆動制御を行う回転機下位制御部であり、前記回転機下位制御部は、前記回転機上位制御モジュールの異常を検出すると、前記回転機の駆動を停止させてもよい。
【００１４】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちのリフティングマグネットの制御指令を生成するリフティングマグネット上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記リフティングマグネット上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記リフティングマグネットの駆動制御を行うリフティングマグネット下位制御部であり、前記リフティングマグネット下位制御部は、前記リフティングマグネット上位制御モジュールの異常を検出した場合に、前記リフティングマグネットが吸引作業中である場合は、前記リフティングマグネットの吸引状態を保持し、前記リフティングマグネットが吸引作業を行っていない場合は、前記リフティングマグネットの吸引操作を禁止してもよい。
【００１５】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記内燃機関の制御指令を生成する内燃機関上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記内燃機関上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記内燃機関の駆動制御を行う内燃機関下位制御部であり、
前記内燃機関下位制御部は、前記内燃機関上位制御モジュールの異常を検出すると、前記内燃機関の駆動を継続してもよい。
【００１６】
また、前記ハイブリッド型建設機械の電力系統の冷却水を循環させる電動冷却ポンプの駆動制御を行う冷却系下位制御部をさらに含むとともに、前記上位制御部は、前記冷却ポンプ駆動部に前記電動冷却ポンプの駆動制御を行うための制御指令を生成する冷却系上位制御モジュールをさらに含み、前記冷却系下位制御部は、前記冷却系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記電動冷却ポンプの駆動を継続させてもよい。
【００１７】
また、前記油圧作業要素を駆動させるための油圧を生成する油圧ポンプの出力を制御する油圧ポンプ出力下位制御部をさらに含むとともに、前記上位制御部は、前記油圧ポンプ出力下位制御部に前記油圧ポンプの出力を制御するための制御指令を生成する油圧ポンプ上位制御モジュールをさらに含み、前記油圧ポンプ出力下位制御部は、前記油圧ポンプ上位制御モジュールの異常を検出すると、前記油圧ポンプの出力を所定出力まで低下させてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上位制御部の異常を下位制御部で検出することができ、上位制御部に異常が発生しても、異常の種類に応じて下位制御部で対処できるようにすることにより、作業効率の向上を図った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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】蓄電系の内部の詳細図である。
【図４】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１の駆動制御系の冷却経路を示す。
【図５】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の下位制御部による上位制御部の異常監視処理の手順を示す図である。
【図７】実施の形態３のハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
「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。
【００２４】
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。
【００２５】
コントロールバルブ１７は、実施の形態１の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。
【００２６】
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。そして、蓄電器１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電系を構成し、電動発電機１２とインバータ１８Ａとで電動発電系を構成している。
【００２７】
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、電動発電機１２、リフティングマグネット６、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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とで負荷駆動系を構成する。
【００３１】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄ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。
【００３２】
このような実施の形態１の建設機械は、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。
【００３３】
「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。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。エンジン１１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１Ａによって運転制御が行われる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。ここで、減速機１３は、エンジン１１の回転を増速して電動発電機１２へ伝達し、電動発電機１２の回転を減速してエンジン１１の回転をアシストする。
【００３６】
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り、傾転角を制御するポンプ制御部１４Ａを有する。このポンプ制御部１４Ａは、コントローラ３０によって電気的に駆動され、メインポンプ１４の傾転角の制御が行われる。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。
【００３７】
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。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３８】
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運転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。
【００３９】
インバータ１８Ａは、電動発電機１２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からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８Ａが電動発電機１２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の回生を運転制御している際には、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、１８Ｂ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。
【００４２】
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）、リフティングマグネット６の運転状態、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。
【００４３】
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からの指令に基づき、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。
【００４４】
図３は、蓄電系の内部の詳細図である。蓄電系は、一定電圧蓄電部としてのＤＣバス１１０、蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００と変動電圧蓄電部としてのバッテリ１９により構成される。
【００４５】
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、リフティングマグネット６、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の励磁（吸引）動作と消磁（釈放）動作、及び、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り、その上、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、リフティングマグネット６は、作業状態によって励磁（吸引）動作と消磁（釈放）動作が切り替えられ、さらに、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、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１には、いずれかが電動（アシスト）運転、励磁（吸引）動作、又は力行運転を行い、いずれかが発電運転、消磁（釈放）動作、又は回生運転を行う状況が生じうる。
【００４６】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を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。
【００４７】
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、電動発電機１２、リフティングマグネット６、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、運転席の右前方に位置する。レバー２６Ｂは、ブーム４及びリフティングマグネット６を操作するためのレバーであり、運転席の左前方に位置する。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。なお、レバー２６Ｂは、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り、リフティングマグネット６の電磁石のオン／オフの切替は、後述するボタンスイッチ２６Ｄによって操作される。
【００５９】
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。
【００６０】
また、説明の便宜上、図２のブロック図ではボタンスイッチ２６Ｄを操作装置２６とは独立して示すが、このボタンスイッチ２６Ｄはレバー２６Ａの頂部に配設される押ボタンスイッチであり、コントローラ３０に電気的に接続される。このボタンスイッチ２６Ｄはリフティングマグネット６の電磁石のオン／オフの切替操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのボタンスイッチである。
【００６１】
なお、ボタンスイッチ２６Ｄは、レバー２６Ｂの頂部に配設されていてもよく、また、励磁用と消磁用のスイッチが別々にされていてもよい。励磁用と消磁用のスイッチが別々の場合は、いずれか一方をレバー２６Ａに配設し、他方をレバー２６Ｂに配設してもよい。
【００６２】
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。
【００６３】
旋回用操作検出部としての圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２を旋回させるための操作が入力されると、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。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操作量を的確に把握することができる。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。また、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。
【００６４】
「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主制御部としての制御装置であり、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、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００６５】
コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号（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操作量を表す信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。
【００６６】
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、リフティングマグネット６の駆動制御（励磁（吸引）動作又は消磁（釈放）動作の切り替え）、及び旋回用電動機２１の運転制御（力行運転又は回生運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部として昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００６７】
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いて行われる。
【００６８】
図４は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１の駆動制御系の冷却経路を示す。図４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。
【００６９】
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。
【００７０】
図４に示すように、この冷却系統は、タンク２１０内の冷却水が、冷却水ポンプ２２０によって送出され、ラジエタ２３０で冷却され、コントローラ３０、電源系２４０、旋回用電動機２１、電動発電機１２、減速機１３の順に循環し、タンク２１０に戻るように構成されている。
【００７１】
冷却水ポンプ２２０は、コントローラ３０によって駆動制御が行われるポンプ用モータ２２１によって駆動される。
【００７２】
電源系２４０は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０、ポンプ用インバータ２２２、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る。ここで、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０、昇降圧コンバータ１００及びコントローラ３０は、防水及び防塵のため密閉構造となっている。
【００７３】
図５は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示す図である。この制御系は、上位制御部としてのコントローラ３０と、下位制御部４０とを含む。
【００７４】
上位制御部としてのコントローラ３０は、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、コンバータ上位制御モジュール３４、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７を含む。
【００７５】
また、下位制御部４０は、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａを含む。
【００７６】
ここで、電動発電機下位制御部４１は、インバータ１８Ａに含まれる下位制御部であり、回転機上位制御モジュールとしての電動発電機上位制御モジュール３１から伝送される制御指令に基づき、回転機のうちの一つである電動発電機１２の駆動制御を行う回転機下位制御部である。
【００７７】
旋回用下位制御部４２は、インバータ２０に含まれる下位制御部であり、回転機上位制御モジュールとしての旋回用上位制御モジュール３２から伝送される制御指令に基づき、回転機のうちの一つである電動発電機１２の駆動制御を行う回転機下位制御部である。
【００７８】
リフティングマグネット下位制御部４３は、インバータ１８Ｂに含まれる下位制御部であり、リフティングマグネット上位制御モジュールとしてのリフティングマグネット上位制御モジュール３３から伝送される制御指令に基づき、リフティングマグネット６の駆動制御を行うリフティングマグネット下位制御部である。
【００７９】
コンバータ下位制御部４４は、昇降圧コンバータ１００に内蔵される下位制御部であり、蓄電系上位制御モジュールとしてのコンバータ上位制御モジュール３４から伝送される制御指令に基づき、昇降圧コンバータ１００の駆動制御を行う蓄電系下位制御部である。
【００８０】
そして、コンバータ下位制御部４４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）、リフティングマグネット６の作動状態（励磁（吸引）動作又は消磁（釈放）動作）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、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い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００８１】
冷却系下位制御部４５は、ポンプ用インバータ２２２に含まれる下位制御部であり、冷却ポンプ上位制御モジュールとしての冷却系上位制御モジュール３５から伝送される制御指令に基づき、ポンプ用モータ２２１の駆動制御を行う冷却ポンプ下位制御部である。
【００８２】
ＥＣＵ１１Ａは、内燃機関上位制御モジュールとしてのエンジン上位制御モジュール３６から伝送される制御指令に基づき、エンジン１１の駆動制御（運転制御）を行う内燃機関下位制御部である。
【００８３】
ポンプ制御部１４Ａは、油圧ポンプ上位制御モジュールとしての油圧ポンプ上位制御モジュール３７から伝送される制御指令に基づき、油圧ポンプ１４の傾転角を制御する油圧ポンプ出力下位制御部である。
【００８４】
上位制御部としてのコントローラ３０に含まれる各モジュール（３１〜３７）は、対応する下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）に制御指令を伝送し、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）は、制御対象の制御を行う。具体的には下記の通りに各制御対象の駆動制御が行われる。
【００８５】
「上位制御部の各モジュール及び下位制御部による駆動制御」
電動発電機上位制御モジュール３１は、電動発電機下位制御部４１に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、インバータ１８Ａ内の電動発電機下位制御部４１がインバータ１８Ａを駆動し、これにより電動発電機下位制御部４１によって電動発電機１２の駆動制御が行われる。
【００８６】
旋回用上位制御モジュール３２は、旋回用下位制御部４２に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、インバータ２０内の旋回用下位制御部４２がインバータ２０を駆動し、これにより旋回用下位制御部４２によって旋回用電動機２１の駆動制御が行われる。
【００８７】
リフティングマグネット上位制御モジュール３３は、リフティングマグネット下位制御部４３に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、インバータ１８Ｂ内のリフティングマグネット下位制御部４３がインバータ１８Ｂを駆動し、これによりリフティングマグネット下位制御部４３によってリフティングマグネット６の駆動制御（励磁（吸引）動作又は消磁（釈放）動作の切り替え）が行われる。
【００８８】
コンバータ上位制御モジュール３４は、コンバータ下位制御部４４に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、コンバータ下位制御部４４によって昇降圧コンバータ１００の駆動制御（昇降圧制御）が行われる。
【００８９】
冷却系上位制御モジュール３５は、冷却系下位制御部４５に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、ポンプ用インバータ２２２内の冷却系下位制御部４５がポンプ用インバータ２２２を駆動し、これにより冷却系下位制御部４５によってポンプ用モータ２２１の駆動制御が行われる。
【００９０】
エンジン上位制御モジュール３６は、ＥＣＵ１１Ａに制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、ＥＣＵ１１Ａによってエンジン１１の駆動制御が行われる。
【００９１】
油圧ポンプ上位制御モジュール３７は、ポンプ制御部１４Ａに制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、ポンプ制御部１４Ａによって油圧ポンプの駆動制御（傾転角の制御による出力制御）が行われる。
【００９２】
また、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、コンバータ上位制御モジュール３４、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７は、エネルギ配分を表す情報のやりとりを行う。
【００９３】
また、実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、下位制御部は、上位制御部の異常を監視する。具体的には、次の通りの異常監視処理が行われる。
【００９４】
「下位制御部による異常監視処理」
図６は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の下位制御部による上位制御部の異常監視処理の手順を示す図である。この処理手順は、下位制御部４０に含まれる、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａの各々によって行われる処理であるが、重複説明を避けるために、監視対象を「上位制御モジュール」と記し、処理主体を「下位制御部」と記す。
【００９５】
ハイブリッド型建設機械の運転が開始されると、下位制御部は上位制御モジュールの監視処理を開始する（スタート）。
【００９６】
下位制御部は、上位制御モジュールに異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１による処理は、上位制御モジュールの異常を検出するまで繰り返し実行される。異常検出処理では、まず、予め定められたカウント値Ｎ（初期値は例えば０）のインクリメント（加算処理：たとえば＋１）が周期的に実行される。そして、下位制御部は、上位制御モジュールでインクリメントにより生成されるサービスクロックを監視しておき、サービスクロックが変化しない時間が所定時間以上になった場合に、上位制御モジュールに異常が発生したと判定する。
【００９７】
下位制御部は、上位制御モジュールの異常を検出すると、異常時用の制御処理を実行する（ステップＳ２）。この異常時用の制御処理は、上位制御モジュールに異常が発生して上位制御モジュールから制御指令が伝送されなくなった場合に、下位制御部が独自に制御対象の駆動制御を行う処理である。
【００９８】
下位制御部は、ステップＳ２の処理が終了すると、異常監視処理を終了する（エンド）。なお、異常監視処理の終了後においても、下位制御部は、制御対象の駆動制御を継続する。
【００９９】
この異常監視処理は、具体的には、各下位制御部によって以下のように実行される。
【０１００】
「各下位制御部による異常時用の制御処理」
電動発電機下位制御部４１は、電動発電機上位制御モジュール３１からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、電動発電機１２を停止させる。電動発電機上位制御モジュール３１に異常が発生した場合には、電動発電機１２に要求されるアシスト量、又はエンジン１１の出力の余剰分を把握することができず、電動運転と発電運転の切り替えを適切に行うことができないからである。
【０１０１】
旋回用下位制御部４２は、旋回用上位制御モジュール３２からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、旋回用電動機２１を停止させる。旋回用上位制御モジュール３２に異常が発生した場合には、旋回加速に必要なトルクや減速時に必要なトルクを的確に把握することができず、力行運転と回生運転の切り替えを適切に行うことができないからである。
【０１０２】
リフティングマグネット下位制御部４３は、リフティングマグネット上位制御モジュール３３からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合において、リフティングマグネット６が吸引作業中である場合は、リフティングマグネット６の吸引状態を保持する。リフティングマグネット上位制御モジュール３３に異常が生じても、リフティングマグネット６で金属物を吸引している場合は、直ちに釈放せずに、吸引状態を保持し、操作者の操作に従って制御を継続する方がハイブリッド型建設機械の操作性を向上させることができるからである。
【０１０３】
一方、リフティングマグネット上位制御モジュール３３からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合において、リフティングマグネット６が吸引作業を行っていない場合は、リフティングマグネット６の吸引操作を禁止する。リフティングマグネット上位制御モジュール３３に異常が生じた場合に、吸引を行っていない場合は、吸引作業を禁止させる方がハイブリッド型建設機械の操作性を向上させることができるからである。
【０１０４】
コンバータ下位制御部４４は、コンバータ上位制御モジュール３４からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御（充放電制御）を所定時間だけ許可し、所定時間の経過後に停止させる。
【０１０５】
コンバータ上位制御モジュール３４に異常が生じた場合は、バッテリ１９の最大入出力の値やバッテリ１９の充電率を的確に把握することができない。また、リフティングマグネット６の吸引や釈放、旋回用電動機２１の力行運転、回生運転に伴うキャパシタの充放電を行うため、所定時間経過後に停止させている。
【０１０６】
冷却系下位制御部４５は、冷却系上位制御モジュール３５からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、ポンプ用モータ２２１の駆動を継続させる。冷却系上位制御モジュール３５に異常が発生した場合には、冷却水温度、水圧、残量を的確に把握することができない。しかしながら、ポンプ用モータ２２１を直ちに停止させてしまうと、冷却系統に含まれるいずれかの要素（２３０、３０、２４０、２１、１２、又は１３）の温度が上昇してしまう可能性がある。このため、冷却系上位制御モジュール３５に異常が発生しても、ポンプ用モータ２２１の駆動を継続させることとしたものである。
【０１０７】
ＥＣＵ１１Ａは、エンジン上位制御モジュール３６からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、エンジン１１の運転を無負荷時の出力で継続する。このとき、エンジン１１の回転数を異常時用の回転数に変えてもよい。エンジン上位制御モジュール３６に異常が発生した場合には、エンジン１１に要求される出力を的確に把握することができないが、エンジン１１の運転を継続させることにより、油圧ポンプ１４を駆動させて、油圧作業要素の駆動を確保するためである。
【０１０８】
ポンプ制御部１４Ａは、油圧ポンプ上位制御モジュール３７からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、油圧ポンプ１４の傾転角を所定の角度まで低下させる。油圧ポンプ上位制御モジュール３７に異常が発生した場合には、油圧ポンプ１４に要求される出力を的確に把握することができないが、油圧ポンプ１４の出力をある程度低下させた状態で運転を継続させることにより、油圧作業要素の駆動を確保するためである。
【０１０９】
従来のハイブリッド型建設機械では、上位制御部に異常が発生すると、一切の作業を行うことができなかった。
【０１１０】
しかしながら、実施の形態１のハイブリッド型建設機械によれば、上位制御部に異常が発生しても、上述のように、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）による異常時用の制御処理が実行されるため、上位制御モジュールに異常が生じた場合でも、異常の発生箇所に応じて、駆動の停止又は継続を行うことができるため、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１１１】
なお、以上の説明では、エンジン上位制御モジュール３６及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７が下位制御部であるＥＣＵ１１Ａ及びポンプ制御部１４Ａに制御指令を伝送し、下位制御部であるＥＣＵ１１Ａ及びポンプ制御部１４Ａがエンジン１１及び油圧ポンプ１４を駆動制御する形態について説明した。
【０１１２】
しかしながら、エンジン１１及び油圧ポンプ１４の制御系については、上位制御部と下位制御部に分けなくてもよい。例えば、エンジン上位制御モジュール３６の代わりにエンジン制御モジュールを備え、ＥＣＵ１１Ａ自体がエンジン１１の駆動制御を行い、エンジン制御モジュールは、コントローラ３０に含まれる上位制御用の各モジュールとの間で、エネルギ配分に関する情報のやりとりを行うように構成してもよい。
【０１１３】
また、油圧ポンプ上位制御モジュール３７及びポンプ制御部１４Ａについても同様に、必ずしも上位制御部と下位制御部に分けなくてもよい。例えば、油圧ポンプ上位制御モジュール３７の代わりに油圧ポンプ制御モジュールを備え、ポンプ制御部１４Ａ自体が油圧ポンプ１４の駆動制御を行い、油圧ポンプ制御モジュールは、コントローラ３０に含まれる上位制御用の各モジュールとの間で、エネルギ配分に関する情報のやりとりを行うように構成してもよい。
【０１１４】
また、以上では、ステップＳ２で下位制御部が異常監視処理を終了する形態について説明したが、ステップＳ２が終了した後に、制御対象の駆動制御を継続しつつ、手順をステップＳ１にリターンするようにしてもよい。この場合、上位制御モジュールの異常状態が解消した場合には、下位制御部が上位制御モジュールから伝送される制御指令に基づく駆動制御を行う通常時の制御状態に復帰させるようにしてもよい。
【０１１５】
なお、以上の説明では、ハイブリッド型建設機械がリフティングマグネット６を備える形態について説明したが、ハイブリッド型建設機械は、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ものであってもよい。この場合は、リフティングマグネット６についての異常時用の制御処理は不要になる。
【０１１６】
［実施の形態２］
実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、上位制御モジュールの異常を検出する手法が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。
【０１１７】
実施の形態２のハイブリッド型建設機械の下位制御部は、上位制御モジュールから伝送されるサービスクロックを監視するのではなく、上位制御モジュールから伝送される制御指令の値に基づいて異常を検出する点が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。
【０１１８】
具体的には、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａの各々が、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７から伝送される制御指令の値が異常であるか否かを判定するために下限値としての閾値１と、上限値としての閾値２を保持し、制御指令が閾値１から閾値２の範囲内でなくなった場合に、各上位制御モジュールの異常であると判定する。
【０１１９】
異常を検出した後の異常時用の制御処理は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同一であるため、説明を省略する。
【０１２０】
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、上位制御モジュールから伝送される制御指令の値を下位制御部で監視し、上位制御部の異常を検出した場合には、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）による異常時用の制御処理を実行する。このため、上位制御モジュールに異常が生じた場合でも、異常の発生箇所に応じて、駆動の停止又は継続を行うことができ、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１２１】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３のハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。実施の形態３のハイブリッド型建設機械は、メインポンプ１４の駆動がポンプ用電動機３００によって行われ、エンジン１１によって駆動されることによる電力の回収（発電運転）を行うように構成されている点が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。その他の構成は実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、電動発電機１２は、ここではエンジン１１によって駆動させることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能のみを備えている。
【０１２２】
ポンプ用電動機３００は、メインポンプ１４を駆動するための力行運転だけを行うように構成されており、インバータ３１０を介してＤＣバス１１０に接続されている。
【０１２３】
このポンプ用電動機３００は、コントローラ３０によって駆動されるように構成されている。レバー２６Ａ〜２６Ｃのいずれかが操作されると、ポンプ用電動機３００には、ＤＣバス１１０からインバータ３１０を介して電力が供給され、これによって力行運転が行われ、ポンプ１４が駆動されて圧油が吐出される。
【０１２４】
実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、電動発電機１２、ポンプ用電動機３００、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われる状況が生じうる。また、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１には、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【０１２５】
実施の形態３では、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、ポンプ用電動機３００、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を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。
【０１２６】
ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、３１０、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、ポンプ用電動機３００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【０１２７】
このような実施の形態３のハイブリッド型建設機械における下位制御部による上位制御モジュールの異常監視処理は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に行われる。
【０１２８】
すなわち、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａの各々は、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７の各々を監視し、サービスクロックを検出できない時間が所定時間以上になった場合に、上位制御モジュールに異常が発生したと判定する。
【０１２９】
このように、実施の形態３のシリーズ型のハイブリッド型建設機械においても、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に、下位制御部で上位制御モジュールを監視し、上位制御部の異常を検出した場合には、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）による異常時用の制御処理を実行する。このため、上位制御モジュールに異常が生じた場合でも、異常の発生箇所に応じて、駆動の停止又は継続を行うことができ、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１３０】
なお、以上では、油圧ポンプ１４の駆動制御系についての異常監視については、ポンプ制御部１４Ａが油圧ポンプ上位制御モジュール３７の異常を監視することによって実現する形態について説明したが、インバータ３１０内に下位制御部を内蔵するとともに、上位制御部としてのコントローラ３０内にポンプ用電動機３００の駆動制御を行うための上位制御モジュールを含む場合には、ポンプ制御部１４Ａによる油圧ポンプ上位制御モジュール３７の異常監視に加えて、インバータ３１０内に下位制御部で、コントローラ３０内にポンプ用電動機３００の駆動制御を行うための上位制御モジュールを監視するように構成してもよい。
【０１３１】
この場合、ポンプ用電動機３００の駆動制御を行うための上位制御モジュールに異常が発生した場合には、インバータ３１０内に下位制御部でポンプ用電動機３００の運転を継続するようにすればよい。
【０１３２】
ポンプ用電動機３００を駆動させて油圧ポンプ１４の出力をある程度低下させた状態で運転を継続させることにより、油圧作業要素の駆動を確保するためである。
【０１３３】
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。
【符号の説明】
【０１３４】
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
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
１８、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
２６Ｄ ボタンスイッチ
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
１００ 昇降圧コンバータ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ バッテリ電圧検出部
１１３ バッテリ電流検出部
２１０ タンク
２２０ 冷却水ポンプ
２２１ ポンプ用モータ
２２２ ポンプ用インバータ
２３０ ラジエタ
２４０ 電源系
３００ ポンプ用電動機
３１０ インバータ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、及びバケット等の油圧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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動発電機等の電動作業要素、油圧作業要素、又は冷却系等を制御する制御系として、上位制御部と、上位制御部で生成された駆動指令に基づいて、電動作業要素、油圧作業要素、又は冷却系等の駆動制御を行う下位制御部とを有するハイブリッド型建設機械がある。
【０００６】
このようなハイブリッド型建設機械では、上位制御部が故障等の異常が発生した場合に対する対策は、特に行われていなかった。
【０００７】
しかしながら、ハイブリッド型建設機械では、異常の発生した部位や異常の状態によっては、運転を停止した方が良い場合と運転を継続した方が良い場合とがある。
【０００８】
そこで、本発明は、上位制御部の異常を下位制御部で検出することができ、上位制御部に異常が発生しても、異常の種類に応じて下位制御部で対処できるようにすることにより、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によって駆動される油圧作業要素と、電動駆動される電動作業要素とを含むハイブリッド型建設機械において、前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行うための制御指令を生成する上位制御部と、前記上位制御部によって生成される制御指令に基づき、前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行う下位制御部とを含み、前記下位制御部は、前記上位制御部の異常を監視する。
【００１０】
また、前記下位制御部は、一又は複数の前記油圧作業要素、及び、一又は複数の前記電動作業要素の各々に対して配設されており、前記下位制御部の各々は、前記上位制御部の異常を検出すると、各々の制御対象である前記油圧作業要素又は前記電動作業要素の駆動態様に応じた異常時用の制御処理を実行してもよい。
【００１１】
また、前記上位制御部は、前記下位制御部の各々に対応した複数の上位制御モジュールを含んでもよい。
【００１２】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとしてハイブリッド型建設機械の蓄電系の制御指令を生成する蓄電系上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記蓄電系上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記蓄電系の駆動制御を行う蓄電系下位制御部であり、前記蓄電系下位制御部は、前記蓄電系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記蓄電系における充放電制御を所定時間経過後に停止させてもよい。
【００１３】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちの回転機の制御指令を生成する回転機上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記回転機上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記回転機の駆動制御を行う回転機下位制御部であり、前記回転機下位制御部は、前記回転機上位制御モジュールの異常を検出すると、前記回転機の駆動を停止させてもよい。
【００１４】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちのリフティングマグネットの制御指令を生成するリフティングマグネット上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記リフティングマグネット上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記リフティングマグネットの駆動制御を行うリフティングマグネット下位制御部であり、前記リフティングマグネット下位制御部は、前記リフティングマグネット上位制御モジュールの異常を検出した場合に、前記リフティングマグネットが吸引作業中である場合は、前記リフティングマグネットの吸引状態を保持し、前記リフティングマグネットが吸引作業を行っていない場合は、前記リフティングマグネットの吸引操作を禁止してもよい。
【００１５】
また、前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記内燃機関の制御指令を生成する内燃機関上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記内燃機関上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記内燃機関の駆動制御を行う内燃機関下位制御部であり、
前記内燃機関下位制御部は、前記内燃機関上位制御モジュールの異常を検出すると、前記内燃機関の駆動を継続してもよい。
【００１６】
また、前記ハイブリッド型建設機械の電力系統の冷却水を循環させる電動冷却ポンプの駆動制御を行う冷却系下位制御部をさらに含むとともに、前記上位制御部は、前記冷却ポンプ駆動部に前記電動冷却ポンプの駆動制御を行うための制御指令を生成する冷却系上位制御モジュールをさらに含み、前記冷却系下位制御部は、前記冷却系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記電動冷却ポンプの駆動を継続させてもよい。
【００１７】
また、前記油圧作業要素を駆動させるための油圧を生成する油圧ポンプの出力を制御する油圧ポンプ出力下位制御部をさらに含むとともに、前記上位制御部は、前記油圧ポンプ出力下位制御部に前記油圧ポンプの出力を制御するための制御指令を生成する油圧ポンプ上位制御モジュールをさらに含み、前記油圧ポンプ出力下位制御部は、前記油圧ポンプ上位制御モジュールの異常を検出すると、前記油圧ポンプの出力を所定出力まで低下させてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上位制御部の異常を下位制御部で検出することができ、上位制御部に異常が発生しても、異常の種類に応じて下位制御部で対処できるようにすることにより、作業効率の向上を図った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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】蓄電系の内部の詳細図である。
【図４】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１の駆動制御系の冷却経路を示す。
【図５】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の下位制御部による上位制御部の異常監視処理の手順を示す図である。
【図７】実施の形態３のハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
「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。
【００２４】
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。
【００２５】
コントロールバルブ１７は、実施の形態１の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。
【００２６】
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。そして、蓄電器１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電系を構成し、電動発電機１２とインバータ１８Ａとで電動発電系を構成している。
【００２７】
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、電動発電機１２、リフティングマグネット６、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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とで負荷駆動系を構成する。
【００３１】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄ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。
【００３２】
このような実施の形態１の建設機械は、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。
【００３３】
「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。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。エンジン１１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１Ａによって運転制御が行われる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。ここで、減速機１３は、エンジン１１の回転を増速して電動発電機１２へ伝達し、電動発電機１２の回転を減速してエンジン１１の回転をアシストする。
【００３６】
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り、傾転角を制御するポンプ制御部１４Ａを有する。このポンプ制御部１４Ａは、コントローラ３０によって電気的に駆動され、メインポンプ１４の傾転角の制御が行われる。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。
【００３７】
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。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３８】
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運転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。
【００３９】
インバータ１８Ａは、電動発電機１２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からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８Ａが電動発電機１２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の回生を運転制御している際には、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、１８Ｂ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。
【００４２】
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）、リフティングマグネット６の運転状態、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。
【００４３】
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からの指令に基づき、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。
【００４４】
図３は、蓄電系の内部の詳細図である。蓄電系は、一定電圧蓄電部としてのＤＣバス１１０、蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００と変動電圧蓄電部としてのバッテリ１９により構成される。
【００４５】
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、リフティングマグネット６、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の励磁（吸引）動作と消磁（釈放）動作、及び、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り、その上、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、リフティングマグネット６は、作業状態によって励磁（吸引）動作と消磁（釈放）動作が切り替えられ、さらに、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、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１には、いずれかが電動（アシスト）運転、励磁（吸引）動作、又は力行運転を行い、いずれかが発電運転、消磁（釈放）動作、又は回生運転を行う状況が生じうる。
【００４６】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を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。
【００４７】
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、電動発電機１２、リフティングマグネット６、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、運転席の右前方に位置する。レバー２６Ｂは、ブーム４及びリフティングマグネット６を操作するためのレバーであり、運転席の左前方に位置する。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。なお、レバー２６Ｂは、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り、リフティングマグネット６の電磁石のオン／オフの切替は、後述するボタンスイッチ２６Ｄによって操作される。
【００５９】
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。
【００６０】
また、説明の便宜上、図２のブロック図ではボタンスイッチ２６Ｄを操作装置２６とは独立して示すが、このボタンスイッチ２６Ｄはレバー２６Ａの頂部に配設される押ボタンスイッチであり、コントローラ３０に電気的に接続される。このボタンスイッチ２６Ｄはリフティングマグネット６の電磁石のオン／オフの切替操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのボタンスイッチである。
【００６１】
なお、ボタンスイッチ２６Ｄは、レバー２６Ｂの頂部に配設されていてもよく、また、励磁用と消磁用のスイッチが別々にされていてもよい。励磁用と消磁用のスイッチが別々の場合は、いずれか一方をレバー２６Ａに配設し、他方をレバー２６Ｂに配設してもよい。
【００６２】
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。
【００６３】
旋回用操作検出部としての圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２を旋回させるための操作が入力されると、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。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操作量を的確に把握することができる。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。また、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。
【００６４】
「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主制御部としての制御装置であり、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、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００６５】
コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号（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操作量を表す信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。
【００６６】
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、リフティングマグネット６の駆動制御（励磁（吸引）動作又は消磁（釈放）動作の切り替え）、及び旋回用電動機２１の運転制御（力行運転又は回生運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部として昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００６７】
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いて行われる。
【００６８】
図４は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１の駆動制御系の冷却経路を示す。図４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。
【００６９】
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。
【００７０】
図４に示すように、この冷却系統は、タンク２１０内の冷却水が、冷却水ポンプ２２０によって送出され、ラジエタ２３０で冷却され、コントローラ３０、電源系２４０、旋回用電動機２１、電動発電機１２、減速機１３の順に循環し、タンク２１０に戻るように構成されている。
【００７１】
冷却水ポンプ２２０は、コントローラ３０によって駆動制御が行われるポンプ用モータ２２１によって駆動される。
【００７２】
電源系２４０は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０、ポンプ用インバータ２２２、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る。ここで、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０、昇降圧コンバータ１００及びコントローラ３０は、防水及び防塵のため密閉構造となっている。
【００７３】
図５は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示す図である。この制御系は、上位制御部としてのコントローラ３０と、下位制御部４０とを含む。
【００７４】
上位制御部としてのコントローラ３０は、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、コンバータ上位制御モジュール３４、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７を含む。
【００７５】
また、下位制御部４０は、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａを含む。
【００７６】
ここで、電動発電機下位制御部４１は、インバータ１８Ａに含まれる下位制御部であり、回転機上位制御モジュールとしての電動発電機上位制御モジュール３１から伝送される制御指令に基づき、回転機のうちの一つである電動発電機１２の駆動制御を行う回転機下位制御部である。
【００７７】
旋回用下位制御部４２は、インバータ２０に含まれる下位制御部であり、回転機上位制御モジュールとしての旋回用上位制御モジュール３２から伝送される制御指令に基づき、回転機のうちの一つである電動発電機１２の駆動制御を行う回転機下位制御部である。
【００７８】
リフティングマグネット下位制御部４３は、インバータ１８Ｂに含まれる下位制御部であり、リフティングマグネット上位制御モジュールとしてのリフティングマグネット上位制御モジュール３３から伝送される制御指令に基づき、リフティングマグネット６の駆動制御を行うリフティングマグネット下位制御部である。
【００７９】
コンバータ下位制御部４４は、昇降圧コンバータ１００に内蔵される下位制御部であり、蓄電系上位制御モジュールとしてのコンバータ上位制御モジュール３４から伝送される制御指令に基づき、昇降圧コンバータ１００の駆動制御を行う蓄電系下位制御部である。
【００８０】
そして、コンバータ下位制御部４４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）、リフティングマグネット６の作動状態（励磁（吸引）動作又は消磁（釈放）動作）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、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い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００８１】
冷却系下位制御部４５は、ポンプ用インバータ２２２に含まれる下位制御部であり、冷却ポンプ上位制御モジュールとしての冷却系上位制御モジュール３５から伝送される制御指令に基づき、ポンプ用モータ２２１の駆動制御を行う冷却ポンプ下位制御部である。
【００８２】
ＥＣＵ１１Ａは、内燃機関上位制御モジュールとしてのエンジン上位制御モジュール３６から伝送される制御指令に基づき、エンジン１１の駆動制御（運転制御）を行う内燃機関下位制御部である。
【００８３】
ポンプ制御部１４Ａは、油圧ポンプ上位制御モジュールとしての油圧ポンプ上位制御モジュール３７から伝送される制御指令に基づき、油圧ポンプ１４の傾転角を制御する油圧ポンプ出力下位制御部である。
【００８４】
上位制御部としてのコントローラ３０に含まれる各モジュール（３１〜３７）は、対応する下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）に制御指令を伝送し、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）は、制御対象の制御を行う。具体的には下記の通りに各制御対象の駆動制御が行われる。
【００８５】
「上位制御部の各モジュール及び下位制御部による駆動制御」
電動発電機上位制御モジュール３１は、電動発電機下位制御部４１に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、インバータ１８Ａ内の電動発電機下位制御部４１がインバータ１８Ａを駆動し、これにより電動発電機下位制御部４１によって電動発電機１２の駆動制御が行われる。
【００８６】
旋回用上位制御モジュール３２は、旋回用下位制御部４２に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、インバータ２０内の旋回用下位制御部４２がインバータ２０を駆動し、これにより旋回用下位制御部４２によって旋回用電動機２１の駆動制御が行われる。
【００８７】
リフティングマグネット上位制御モジュール３３は、リフティングマグネット下位制御部４３に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、インバータ１８Ｂ内のリフティングマグネット下位制御部４３がインバータ１８Ｂを駆動し、これによりリフティングマグネット下位制御部４３によってリフティングマグネット６の駆動制御（励磁（吸引）動作又は消磁（釈放）動作の切り替え）が行われる。
【００８８】
コンバータ上位制御モジュール３４は、コンバータ下位制御部４４に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、コンバータ下位制御部４４によって昇降圧コンバータ１００の駆動制御（昇降圧制御）が行われる。
【００８９】
冷却系上位制御モジュール３５は、冷却系下位制御部４５に制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、ポンプ用インバータ２２２内の冷却系下位制御部４５がポンプ用インバータ２２２を駆動し、これにより冷却系下位制御部４５によってポンプ用モータ２２１の駆動制御が行われる。
【００９０】
エンジン上位制御モジュール３６は、ＥＣＵ１１Ａに制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、ＥＣＵ１１Ａによってエンジン１１の駆動制御が行われる。
【００９１】
油圧ポンプ上位制御モジュール３７は、ポンプ制御部１４Ａに制御指令を伝送する。この制御指令に基づき、ポンプ制御部１４Ａによって油圧ポンプの駆動制御（傾転角の制御による出力制御）が行われる。
【００９２】
また、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、コンバータ上位制御モジュール３４、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７は、エネルギ配分を表す情報のやりとりを行う。
【００９３】
また、実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、下位制御部は、上位制御部の異常を監視する。具体的には、次の通りの異常監視処理が行われる。
【００９４】
「下位制御部による異常監視処理」
図６は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の下位制御部による上位制御部の異常監視処理の手順を示す図である。この処理手順は、下位制御部４０に含まれる、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａの各々によって行われる処理であるが、重複説明を避けるために、監視対象を「上位制御モジュール」と記し、処理主体を「下位制御部」と記す。
【００９５】
ハイブリッド型建設機械の運転が開始されると、下位制御部は上位制御モジュールの監視処理を開始する（スタート）。
【００９６】
下位制御部は、上位制御モジュールに異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１による処理は、上位制御モジュールの異常を検出するまで繰り返し実行される。異常検出処理では、まず、予め定められたカウント値Ｎ（初期値は例えば０）のインクリメント（加算処理：たとえば＋１）が周期的に実行される。そして、下位制御部は、上位制御モジュールでインクリメントにより生成されるサービスクロックを監視しておき、サービスクロックが変化しない時間が所定時間以上になった場合に、上位制御モジュールに異常が発生したと判定する。
【００９７】
下位制御部は、上位制御モジュールの異常を検出すると、異常時用の制御処理を実行する（ステップＳ２）。この異常時用の制御処理は、上位制御モジュールに異常が発生して上位制御モジュールから制御指令が伝送されなくなった場合に、下位制御部が独自に制御対象の駆動制御を行う処理である。
【００９８】
下位制御部は、ステップＳ２の処理が終了すると、異常監視処理を終了する（エンド）。なお、異常監視処理の終了後においても、下位制御部は、制御対象の駆動制御を継続する。
【００９９】
この異常監視処理は、具体的には、各下位制御部によって以下のように実行される。
【０１００】
「各下位制御部による異常時用の制御処理」
電動発電機下位制御部４１は、電動発電機上位制御モジュール３１からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、電動発電機１２を停止させる。電動発電機上位制御モジュール３１に異常が発生した場合には、電動発電機１２に要求されるアシスト量、又はエンジン１１の出力の余剰分を把握することができず、電動運転と発電運転の切り替えを適切に行うことができないからである。
【０１０１】
旋回用下位制御部４２は、旋回用上位制御モジュール３２からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、旋回用電動機２１を停止させる。旋回用上位制御モジュール３２に異常が発生した場合には、旋回加速に必要なトルクや減速時に必要なトルクを的確に把握することができず、力行運転と回生運転の切り替えを適切に行うことができないからである。
【０１０２】
リフティングマグネット下位制御部４３は、リフティングマグネット上位制御モジュール３３からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合において、リフティングマグネット６が吸引作業中である場合は、リフティングマグネット６の吸引状態を保持する。リフティングマグネット上位制御モジュール３３に異常が生じても、リフティングマグネット６で金属物を吸引している場合は、直ちに釈放せずに、吸引状態を保持し、操作者の操作に従って制御を継続する方がハイブリッド型建設機械の操作性を向上させることができるからである。
【０１０３】
一方、リフティングマグネット上位制御モジュール３３からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合において、リフティングマグネット６が吸引作業を行っていない場合は、リフティングマグネット６の吸引操作を禁止する。リフティングマグネット上位制御モジュール３３に異常が生じた場合に、吸引を行っていない場合は、吸引作業を禁止させる方がハイブリッド型建設機械の操作性を向上させることができるからである。
【０１０４】
コンバータ下位制御部４４は、コンバータ上位制御モジュール３４からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御（充放電制御）を所定時間だけ許可し、所定時間の経過後に停止させる。
【０１０５】
コンバータ上位制御モジュール３４に異常が生じた場合は、バッテリ１９の最大入出力の値やバッテリ１９の充電率を的確に把握することができない。また、リフティングマグネット６の吸引や釈放、旋回用電動機２１の力行運転、回生運転に伴うキャパシタの充放電を行うため、所定時間経過後に停止させている。
【０１０６】
冷却系下位制御部４５は、冷却系上位制御モジュール３５からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、ポンプ用モータ２２１の駆動を継続させる。冷却系上位制御モジュール３５に異常が発生した場合には、冷却水温度、水圧、残量を的確に把握することができない。しかしながら、ポンプ用モータ２２１を直ちに停止させてしまうと、冷却系統に含まれるいずれかの要素（２３０、３０、２４０、２１、１２、又は１３）の温度が上昇してしまう可能性がある。このため、冷却系上位制御モジュール３５に異常が発生しても、ポンプ用モータ２２１の駆動を継続させることとしたものである。
【０１０７】
ＥＣＵ１１Ａは、エンジン上位制御モジュール３６からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、エンジン１１の運転を無負荷時の出力で継続する。このとき、エンジン１１の回転数を異常時用の回転数に変えてもよい。エンジン上位制御モジュール３６に異常が発生した場合には、エンジン１１に要求される出力を的確に把握することができないが、エンジン１１の運転を継続させることにより、油圧ポンプ１４を駆動させて、油圧作業要素の駆動を確保するためである。
【０１０８】
ポンプ制御部１４Ａは、油圧ポンプ上位制御モジュール３７からサービスクロックが伝送されない時間が所定時間以上になった場合には、油圧ポンプ１４の傾転角を所定の角度まで低下させる。油圧ポンプ上位制御モジュール３７に異常が発生した場合には、油圧ポンプ１４に要求される出力を的確に把握することができないが、油圧ポンプ１４の出力をある程度低下させた状態で運転を継続させることにより、油圧作業要素の駆動を確保するためである。
【０１０９】
従来のハイブリッド型建設機械では、上位制御部に異常が発生すると、一切の作業を行うことができなかった。
【０１１０】
しかしながら、実施の形態１のハイブリッド型建設機械によれば、上位制御部に異常が発生しても、上述のように、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）による異常時用の制御処理が実行されるため、上位制御モジュールに異常が生じた場合でも、異常の発生箇所に応じて、駆動の停止又は継続を行うことができるため、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１１１】
なお、以上の説明では、エンジン上位制御モジュール３６及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７が下位制御部であるＥＣＵ１１Ａ及びポンプ制御部１４Ａに制御指令を伝送し、下位制御部であるＥＣＵ１１Ａ及びポンプ制御部１４Ａがエンジン１１及び油圧ポンプ１４を駆動制御する形態について説明した。
【０１１２】
しかしながら、エンジン１１及び油圧ポンプ１４の制御系については、上位制御部と下位制御部に分けなくてもよい。例えば、エンジン上位制御モジュール３６の代わりにエンジン制御モジュールを備え、ＥＣＵ１１Ａ自体がエンジン１１の駆動制御を行い、エンジン制御モジュールは、コントローラ３０に含まれる上位制御用の各モジュールとの間で、エネルギ配分に関する情報のやりとりを行うように構成してもよい。
【０１１３】
また、油圧ポンプ上位制御モジュール３７及びポンプ制御部１４Ａについても同様に、必ずしも上位制御部と下位制御部に分けなくてもよい。例えば、油圧ポンプ上位制御モジュール３７の代わりに油圧ポンプ制御モジュールを備え、ポンプ制御部１４Ａ自体が油圧ポンプ１４の駆動制御を行い、油圧ポンプ制御モジュールは、コントローラ３０に含まれる上位制御用の各モジュールとの間で、エネルギ配分に関する情報のやりとりを行うように構成してもよい。
【０１１４】
また、以上では、ステップＳ２で下位制御部が異常監視処理を終了する形態について説明したが、ステップＳ２が終了した後に、制御対象の駆動制御を継続しつつ、手順をステップＳ１にリターンするようにしてもよい。この場合、上位制御モジュールの異常状態が解消した場合には、下位制御部が上位制御モジュールから伝送される制御指令に基づく駆動制御を行う通常時の制御状態に復帰させるようにしてもよい。
【０１１５】
なお、以上の説明では、ハイブリッド型建設機械がリフティングマグネット６を備える形態について説明したが、ハイブリッド型建設機械は、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ものであってもよい。この場合は、リフティングマグネット６についての異常時用の制御処理は不要になる。
【０１１６】
［実施の形態２］
実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、上位制御モジュールの異常を検出する手法が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。
【０１１７】
実施の形態２のハイブリッド型建設機械の下位制御部は、上位制御モジュールから伝送されるサービスクロックを監視するのではなく、上位制御モジュールから伝送される制御指令の値に基づいて異常を検出する点が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。
【０１１８】
具体的には、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａの各々が、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７から伝送される制御指令の値が異常であるか否かを判定するために下限値としての閾値１と、上限値としての閾値２を保持し、制御指令が閾値１から閾値２の範囲内でなくなった場合に、各上位制御モジュールの異常であると判定する。
【０１１９】
異常を検出した後の異常時用の制御処理は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同一であるため、説明を省略する。
【０１２０】
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、上位制御モジュールから伝送される制御指令の値を下位制御部で監視し、上位制御部の異常を検出した場合には、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）による異常時用の制御処理を実行する。このため、上位制御モジュールに異常が生じた場合でも、異常の発生箇所に応じて、駆動の停止又は継続を行うことができ、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１２１】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３のハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。実施の形態３のハイブリッド型建設機械は、メインポンプ１４の駆動がポンプ用電動機３００によって行われ、エンジン１１によって駆動されることによる電力の回収（発電運転）を行うように構成されている点が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。その他の構成は実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、電動発電機１２は、ここではエンジン１１によって駆動させることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能のみを備えている。
【０１２２】
ポンプ用電動機３００は、メインポンプ１４を駆動するための力行運転だけを行うように構成されており、インバータ３１０を介してＤＣバス１１０に接続されている。
【０１２３】
このポンプ用電動機３００は、コントローラ３０によって駆動されるように構成されている。レバー２６Ａ〜２６Ｃのいずれかが操作されると、ポンプ用電動機３００には、ＤＣバス１１０からインバータ３１０を介して電力が供給され、これによって力行運転が行われ、ポンプ１４が駆動されて圧油が吐出される。
【０１２４】
実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、電動発電機１２、ポンプ用電動機３００、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われる状況が生じうる。また、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１には、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【０１２５】
実施の形態３では、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、ポンプ用電動機３００、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を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。
【０１２６】
ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、３１０、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、ポンプ用電動機３００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【０１２７】
このような実施の形態３のハイブリッド型建設機械における下位制御部による上位制御モジュールの異常監視処理は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に行われる。
【０１２８】
すなわち、電動発電機下位制御部４１、旋回用下位制御部４２、リフティングマグネット下位制御部４３、コンバータ下位制御部４４、冷却系下位制御部４５、ＥＣＵ１１Ａ、及びポンプ制御部１４Ａの各々は、電動発電機上位制御モジュール３１、旋回用上位制御モジュール３２、リフティングマグネット上位制御モジュール３３、冷却系上位制御モジュール３５、エンジン上位制御モジュール３６、及び油圧ポンプ上位制御モジュール３７の各々を監視し、サービスクロックを検出できない時間が所定時間以上になった場合に、上位制御モジュールに異常が発生したと判定する。
【０１２９】
このように、実施の形態３のシリーズ型のハイブリッド型建設機械においても、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に、下位制御部で上位制御モジュールを監視し、上位制御部の異常を検出した場合には、各下位制御部（４１〜４５、１１Ａ、及び１４Ａ）による異常時用の制御処理を実行する。このため、上位制御モジュールに異常が生じた場合でも、異常の発生箇所に応じて、駆動の停止又は継続を行うことができ、作業効率の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１３０】
なお、以上では、油圧ポンプ１４の駆動制御系についての異常監視については、ポンプ制御部１４Ａが油圧ポンプ上位制御モジュール３７の異常を監視することによって実現する形態について説明したが、インバータ３１０内に下位制御部を内蔵するとともに、上位制御部としてのコントローラ３０内にポンプ用電動機３００の駆動制御を行うための上位制御モジュールを含む場合には、ポンプ制御部１４Ａによる油圧ポンプ上位制御モジュール３７の異常監視に加えて、インバータ３１０内に下位制御部で、コントローラ３０内にポンプ用電動機３００の駆動制御を行うための上位制御モジュールを監視するように構成してもよい。
【０１３１】
この場合、ポンプ用電動機３００の駆動制御を行うための上位制御モジュールに異常が発生した場合には、インバータ３１０内に下位制御部でポンプ用電動機３００の運転を継続するようにすればよい。
【０１３２】
ポンプ用電動機３００を駆動させて油圧ポンプ１４の出力をある程度低下させた状態で運転を継続させることにより、油圧作業要素の駆動を確保するためである。
【０１３３】
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。
【符号の説明】
【０１３４】
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
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
１８、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
２６Ｄ ボタンスイッチ
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
１００ 昇降圧コンバータ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ バッテリ電圧検出部
１１３ バッテリ電流検出部
２１０ タンク
２２０ 冷却水ポンプ
２２１ ポンプ用モータ
２２２ ポンプ用インバータ
２３０ ラジエタ
２４０ 電源系
３００ ポンプ用電動機
３１０ インバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によって駆動される油圧作業要素と、電動駆動される電動作業要素とを含むハイブリッド型建設機械において、
前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行うための制御指令を生成する上位制御部と、
前記上位制御部によって生成される制御指令に基づき、前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行う下位制御部と
を含み、前記下位制御部は、前記上位制御部の異常を監視する、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記下位制御部は、一又は複数の前記油圧作業要素、及び、一又は複数の前記電動作業要素の各々に対して配設されており、
前記下位制御部の各々は、前記上位制御部の異常を検出すると、各々の制御対象である前記油圧作業要素又は前記電動作業要素の駆動態様に応じた異常時用の制御処理を実行する、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
前記上位制御部は、前記下位制御部の各々に対応した複数の上位制御モジュールを含む、請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとしてハイブリッド型建設機械の蓄電系の制御指令を生成する蓄電系上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記蓄電系上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記蓄電系の駆動制御を行う蓄電系下位制御部であり、
前記蓄電系下位制御部は、前記蓄電系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記蓄電系における充放電制御を所定時間経過後に停止させる、請求項３に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項５】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちの回転機の制御指令を生成する回転機上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記回転機上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記回転機の駆動制御を行う回転機下位制御部であり、
前記回転機下位制御部は、前記回転機上位制御モジュールの異常を検出すると、前記回転機の駆動を停止させる、請求項３又は４に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項６】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちのリフティングマグネットの制御指令を生成するリフティングマグネット上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記リフティングマグネット上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記リフティングマグネットの駆動制御を行うリフティングマグネット下位制御部であり、
前記リフティングマグネット下位制御部は、前記リフティングマグネット上位制御モジュールの異常を検出した場合に、前記リフティングマグネットが吸引作業中である場合は、前記リフティングマグネットの吸引状態を保持し、前記リフティングマグネットが吸引作業を行っていない場合は、前記リフティングマグネットの吸引操作を禁止する、請求項３乃至５のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項７】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記内燃機関の制御指令を生成する内燃機関上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記内燃機関上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記内燃機関の駆動制御を行う内燃機関下位制御部であり、
前記内燃機関下位制御部は、前記内燃機関上位制御モジュールの異常を検出すると、前記内燃機関の駆動を継続する、請求項３乃至６のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項８】
前記ハイブリッド型建設機械の電力系統の冷却水を循環させる電動冷却ポンプの駆動制御を行う冷却系下位制御部をさらに含むとともに、
前記上位制御部は、前記冷却ポンプ駆動部に前記電動冷却ポンプの駆動制御を行うための制御指令を生成する冷却系上位制御モジュールをさらに含み、
前記冷却系下位制御部は、前記冷却系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記電動冷却ポンプの駆動を継続させる、請求項３乃至７のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項９】
前記油圧作業要素を駆動させるための油圧を生成する油圧ポンプの出力を制御する油圧ポンプ出力下位制御部をさらに含むとともに、
前記上位制御部は、前記油圧ポンプ出力下位制御部に前記油圧ポンプの出力を制御するための制御指令を生成する油圧ポンプ上位制御モジュールをさらに含み、
前記油圧ポンプ出力下位制御部は、前記油圧ポンプ上位制御モジュールの異常を検出すると、前記油圧ポンプの出力を所定出力まで低下させる、請求項３乃至８のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項１】
内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によって駆動される油圧作業要素と、電動駆動される電動作業要素とを含むハイブリッド型建設機械において、
前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行うための制御指令を生成する上位制御部と、
前記上位制御部によって生成される制御指令に基づき、前記油圧作業要素及び前記電動作業要素の駆動制御を行う下位制御部と
を含み、前記下位制御部は、前記上位制御部の異常を監視する、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記下位制御部は、一又は複数の前記油圧作業要素、及び、一又は複数の前記電動作業要素の各々に対して配設されており、
前記下位制御部の各々は、前記上位制御部の異常を検出すると、各々の制御対象である前記油圧作業要素又は前記電動作業要素の駆動態様に応じた異常時用の制御処理を実行する、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
前記上位制御部は、前記下位制御部の各々に対応した複数の上位制御モジュールを含む、請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとしてハイブリッド型建設機械の蓄電系の制御指令を生成する蓄電系上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記蓄電系上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記蓄電系の駆動制御を行う蓄電系下位制御部であり、
前記蓄電系下位制御部は、前記蓄電系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記蓄電系における充放電制御を所定時間経過後に停止させる、請求項３に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項５】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちの回転機の制御指令を生成する回転機上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記回転機上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記回転機の駆動制御を行う回転機下位制御部であり、
前記回転機下位制御部は、前記回転機上位制御モジュールの異常を検出すると、前記回転機の駆動を停止させる、請求項３又は４に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項６】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記電動作業要素のうちのリフティングマグネットの制御指令を生成するリフティングマグネット上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記リフティングマグネット上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記リフティングマグネットの駆動制御を行うリフティングマグネット下位制御部であり、
前記リフティングマグネット下位制御部は、前記リフティングマグネット上位制御モジュールの異常を検出した場合に、前記リフティングマグネットが吸引作業中である場合は、前記リフティングマグネットの吸引状態を保持し、前記リフティングマグネットが吸引作業を行っていない場合は、前記リフティングマグネットの吸引操作を禁止する、請求項３乃至５のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項７】
前記上位制御部は、前記上位制御モジュールのうちの一つとして前記内燃機関の制御指令を生成する内燃機関上位制御モジュールを含むとともに、前記下位制御部のうちの一つは、前記内燃機関上位制御モジュールによって生成される制御指令に基づいて前記内燃機関の駆動制御を行う内燃機関下位制御部であり、
前記内燃機関下位制御部は、前記内燃機関上位制御モジュールの異常を検出すると、前記内燃機関の駆動を継続する、請求項３乃至６のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項８】
前記ハイブリッド型建設機械の電力系統の冷却水を循環させる電動冷却ポンプの駆動制御を行う冷却系下位制御部をさらに含むとともに、
前記上位制御部は、前記冷却ポンプ駆動部に前記電動冷却ポンプの駆動制御を行うための制御指令を生成する冷却系上位制御モジュールをさらに含み、
前記冷却系下位制御部は、前記冷却系上位制御モジュールの異常を検出すると、前記電動冷却ポンプの駆動を継続させる、請求項３乃至７のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項９】
前記油圧作業要素を駆動させるための油圧を生成する油圧ポンプの出力を制御する油圧ポンプ出力下位制御部をさらに含むとともに、
前記上位制御部は、前記油圧ポンプ出力下位制御部に前記油圧ポンプの出力を制御するための制御指令を生成する油圧ポンプ上位制御モジュールをさらに含み、
前記油圧ポンプ出力下位制御部は、前記油圧ポンプ上位制御モジュールの異常を検出すると、前記油圧ポンプの出力を所定出力まで低下させる、請求項３乃至８のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５５７２４（Ｐ２０１０−１５５７２４Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３８５３（Ｐ２００９−２７３８５３）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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