ハイブリッド型建設機械
【課題】連続運転を実現することにより、作業効率を向上可能なハイブリッド型建設機械を提供する。
【解決手段】ショベルでは、コントローラ３０は、インバータを冷却するための冷却水の温度が出力抑制温度以上になった場合には、旋回用電動機等の交流電動機に供給される電流の上限値を小さくする制御を行う。これにより、インバータにおける温度上昇が抑制される。出力抑制温度は、インバータが交流電動機への電流の供給を停止する機構の動作を開始させる温度である運転停止温度より低いので、交流電動機が停止される前に、インバータが交流電動機に供給する電流の上限値を小さくする制御がコントローラにより実施される。これにより、交流電動機の温度異常による停止が防止され、ショベルの連続運転が実現される。
【解決手段】ショベルでは、コントローラ３０は、インバータを冷却するための冷却水の温度が出力抑制温度以上になった場合には、旋回用電動機等の交流電動機に供給される電流の上限値を小さくする制御を行う。これにより、インバータにおける温度上昇が抑制される。出力抑制温度は、インバータが交流電動機への電流の供給を停止する機構の動作を開始させる温度である運転停止温度より低いので、交流電動機が停止される前に、インバータが交流電動機に供給する電流の上限値を小さくする制御がコントローラにより実施される。これにより、交流電動機の温度異常による停止が防止され、ショベルの連続運転が実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。
【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の建設機械が提案されている。このような作業機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の可動部を油圧駆動するための油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに交流電動機（電動発電機）を連結し、該エンジンの駆動力を補助するとともに、発電により得られる電力を蓄電池（バッテリ）に充電している。
【０００３】
また、上部旋回体を旋回させるための動力源として油圧モータに加えて交流電動機を備え、加速旋回時に交流電動機で油圧モータの駆動をアシストし、減速旋回時に交流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】
電動発電機及び旋回のための交流電動機並びにこれらの装置を駆動制御する駆動制御装置（インバータ等）は、動作時の電力消費に起因して発熱するため、ハイブリッド型建設機械は、これらの装置を冷却するための冷却機構を備えている。さらに、これらの装置の温度異常による焼損を防止するために、駆動制御装置等は、当該駆動制御装置等が閾値以上の温度となった場合に動作を停止させるための構成を備えている。一方、建設機械が使用される現場においては、作業効率向上のため、連続運転が可能であることが好ましい。温度上昇により駆動制御装置等が停止すると、連続運転が不可能となり、作業効率の低下を招来する。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、連続運転を実現することにより、作業効率を向上可能な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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド型建設機械は、作業要素を駆動するための交流電動機と、交流電動機を駆動制御する第１の駆動制御手段と、第１の駆動制御手段を冷却する冷却装置と、冷却装置における冷媒の温度を検出する温度検出手段と、第１の駆動制御手段を制御するコントローラとを備え、第１の駆動制御手段は、第１の駆動制御手段の温度が所定の運転停止温度以上であることを検出した場合に、交流電動機を駆動するための電流の供給を停止する機構を有し、コントローラは、温度検出手段から取得した冷媒の温度が所定の出力抑制温度より大きい場合には、冷媒の温度が出力抑制温度以下の場合と比較して、交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように第１の駆動制御手段を制御し、出力抑制温度は、運転停止温度より低いことを特徴とする。
【０００８】
本発明のハイブリッド型建設機械では、第１の駆動制御手段を冷却するための冷媒の温度が出力抑制温度以上になった場合には、交流電動機に供給される電流の上限値が小さくされるので、第１の駆動制御手段における温度上昇が抑制される。出力抑制温度は、運転停止温度より低いので、第１の駆動制御手段が交流電動機への電流の供給を停止する機構の動作を開始させる前に、第１の駆動制御手段が交流電動機に供給する電流の上限値を小さくする制御がコントローラにより実施される。これにより、交流電動機の温度異常による停止が防止され、ハイブリッド建設機械の連続運転が実現される。
【０００９】
また、ハイブリッド型建設機械では、コントローラは、交流電動機に発生させるトルクの上限値を制限することにより、交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように駆動制御手段を制御することを特徴とする。この場合には、トルクの上限値を制限することにより、交流電動機に供給される電流の上限値を適切に制御することができる。
【００１０】
また、ハイブリッド型建設機械は、内燃機関に接続された電動発電機と、電動発電機を駆動制御する第２の駆動制御手段とを備え、冷却装置は、第１及び第２の駆動制御手段を冷却し、コントローラは、第１及び第２の駆動制御手段を制御すると共に、温度検出手段から取得した冷媒の温度が所定の出力抑制温度より多きい場合には、冷媒の温度が出力抑制温度以下の場合と比較して、交流電動機及び電動発電機に供給される電流の上限値を小さくするように第１及び第２の駆動制御手段を制御することを特徴とする。この場合には、コントローラは、交流電動機及び電動発電機のそれぞれに供給される電流の上限値を小さくするように、第１の駆動制御手段及び第２の駆動制御手段の制御を実施するので、温度上昇による交流電動機及び電動発電機の停止を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続運転を実現することにより、作業効率を向上可能なハイブリッド型建設機械を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る作業機械の一例として、ショベルの外観を示す斜視図である。
【図２】ショベルの電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。
【図３】インバータの構成を示す概略構成図である。
【図４】ショベルが備える冷却装置における冷却水の配管の一例を示す図である。
【図５】コントローラの構成を示す概略構成図である。
【図６】インバータ制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】コントローラにおいて実施される処理内容を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態におけるインバータの制御実施時におけるトルク、旋回体の旋回速度及び旋回用電動機の回転速度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のハイブリッド型作業機械の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ショベル１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
【００１５】
図２は、本実施形態のショベル１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。
【００１６】
図２に示すように、ショベル１は電動発電機１２および減速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に減速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２が自身の駆動力によりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、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。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、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が発電を行う。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）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、ショベル１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００１７】
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が接続されており、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。コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、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ており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
【００１８】
電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ１８Ａ（第２の駆動制御手段）の出力端が接続されている。インバータ１８Ａの入力端には、蓄電手段１００が接続されている。蓄電手段１００は、例えば蓄電池であるバッテリと、バッテリの充放電を制御する昇降圧コンバータと、正極及び負極の直流配線からなるＤＣバスとを備えている（図示せず）。ここで、ＤＣバスは一定電圧蓄電部を構成し、バッテリは変動電圧蓄電部を構成する。即ち、インバータ１８Ａの入力端は、ＤＣバスを介して昇降圧コンバータの入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータの出力端には、バッテリが接続されている。
【００１９】
インバータ１８Ａは、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。すなわち、インバータ１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ及び昇降圧コンバータからＤＣバスを介して電動発電機に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス及び昇降圧コンバータを介してバッテリに充電する。なお、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、バッテリ電圧値、及び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。これにより、ＤＣバスを、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
【００２０】
蓄電手段１００には、インバータ１８Ｂを介してブーム回生用発電機３００が接続されている。ブームシリンダ７に油圧モータ３１０が接続されており、ブーム回生用発電機３００の回転軸は、油圧モータ３１０によって駆動される。ブーム回生用発電機３００は、ブーム５が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。
【００２１】
油圧モータ３１０は、ブーム５が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム５が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧管７Ａに設けられている。ブーム回生用発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｂを経て蓄電手段１００に供給される。
【００２２】
更に、蓄電手段１００には、インバータ１８Ｃ（第１の駆動制御手段）を介して作業用電動機としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。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。
【００２３】
旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機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。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ１８Ｃによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。
【００２４】
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回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。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、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。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３に機械的に伝達する減速機である。
【００２５】
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（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びバケット１０を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。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。
【００２６】
圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３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。
【００２７】
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によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。コントローラ３０は、各種センサ及び操作装置２６等からの操作入力を受けて、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び蓄電手段１００等の駆動制御を行う。
【００２８】
次に、図３を参照して、インバータ１８について説明する。図３は、インバータ１８の構成を示す概略構成図である。
【００２９】
インバータ１８は、コントローラ３０からのＰＷＭ信号により制御され、旋回用電動機２１等のモータを駆動するためのモータ駆動信号を生成して出力する。インバータ１８の内部には、インバータの回路を構成するトランジスタを組み込んだインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）１８ａが構成されている。ＩＰＭ１８ａは、温度センサ等の各種センサ１８ｂを搭載している。各種センサ１８ｂは、過電流、制御電源電圧低下、出力短絡、温度異常といった事象を検出し、これらの事象を検出した場合には、ＩＰＭエラー信号を出力する。ここで、温度異常の事象は、インバータ１８の温度が所定の運転停止温度ＴＩｈ以上になったことを意味する。運転停止温度は、例えば１００℃に設定される。ＩＰＭ１８ａは、ＩＰＭエラー信号を検出すると、駆動対象のモータやインバータ１８の焼損防止のために、駆動対象のモータを駆動するための電流の供給を停止する。この場合には、ショベル１の動作自体も停止され、連続運転が中断される。
【００３０】
続いて図４を参照して、ショベル１が備える冷却装置について説明する。図４は、冷却装置における冷却水の配管の一例を示す図である。
【００３１】
図４に示すように冷却装置は、タンク４００、ポンプ４０１、ポンプモータ４０２、ラジエタ４０３及び水温計４０４（温度検出手段）を備える。この冷却装置における冷却水（冷媒）は、タンク４００に蓄えられており、ポンプモータ４０２により駆動されるポンプ４０１によりラジエタ４０３に送られる。ラジエタ４０３で冷却された冷却水は、配管によりコントローラ３０を経由して、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ、昇降圧コンバータ１０２、バッテリ１０１に送られる。冷却水は、さらに旋回用電動機２１、電動発電機１２、減速機１３を経由してタンク４００に戻される。水温計４０４は、ラジエタ４０３から送出された冷却水の温度を検出し、検出した温度に関する情報をコントローラ３０に送出する。
【００３２】
また、コントローラ３０への冷却水の配管は、ラジエター４０３と直結されている。これにより、コントローラ３０内のＣＰＵに対する冷却性能を確保することができるので、ショベル１の信頼性が確保される。図４では、コントローラ３０の冷却に使用した冷却水がインバータ１８Ａ〜１８Ｃ、昇降圧コンバータ１０２等の冷却に用いられるように配管が接続されているが、ラジエタ４０３からの配管が、コントローラ３０、インバータ１８Ａ〜１８Ｃ、昇降圧コンバータ１０２等に並列接続されることとしてもよい。
【００３３】
続いて、図５を参照して、コントローラ３０について説明する。図５は、コントローラ３０の機能的構成を示す概略構成図である。
【００３４】
図５に示すようにコントローラ３０は、全体制御部３０Ｄ、インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを含む。全体制御部３０Ｄは、ショベル１が備える各構成要素の全体的な制御を実施する部分であり、インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対して速度指令、トルクリミット値といった各種情報を送出する。また、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から送出された冷却水の温度に関する情報を取得する。
【００３５】
全体制御部３０Ｄがインバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに送出するトルクリミット値は、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃから、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１に供給される電流の上限値を設定するために用いられる。即ち、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から取得した冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈ以上である場合には、冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈより低い場合と比較して、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１に供給される電流の上限値を小さくするようにインバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを制御する。ここで、冷却水はコントローラ３０内のＣＰＵに対する冷却性能を維持する必要があるため、出力抑制温度Ｔｔｈは、インバータの運転停止温度ＴＩｈより低く設定される。具体的には、出力抑制温度Ｔｔｈは、インバータ１８のＩＰＭ１８ａにおいて、ＩＰＭエラー信号が出力される事象の１つである温度異常の基準温度である運転停止温度より低く設定される。これにより、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１への電流の供給を停止させる機構の動作を開始する前に、供給される電流の上限値を小さくするような制御がコントローラ３０により行われる。従って、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１の温度異常による運転停止が防止され、ショベル１の連続運転が実現される。ここでコントローラ３０により行われる制御の詳細については後述する。
【００３６】
インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃはそれぞれ、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを制御する部分である。ここで、図６を参照して、インバータ制御部３０について説明する。図６はインバータ制御部３０Ｃの構成を示すブロック図である。なお、インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂは、インバータ制御部３０Ｃと同様の構成を有する。
【００３７】
図６に示すように、インバータ制御部３０Ｃ（３０）は、減算器３１、ＰＩ制御部３２、トルク制限部３３、減算器３４、ＰＩ制御部３５、電流変換部３７、旋回動作検出部３８及びＰＷＭ信号生成部４０を備える。
【００３８】
減算器３１は、旋回用電動機２１に駆動される作業要素の旋回速度の速度指令値から、旋回動作検出部３８により検出される旋回速度値を減算して偏差を出力する。旋回速度の速度指令値は、例えば操作装置２６の操作量に応じた指令値であり（図２参照）、コントローラ３０の全体制御部３０Ｄから送出される。
【００３９】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置の変化を検出する。旋回動作検出部３８は、旋回用電動機２１の回転位置の変化に基づいて旋回速度値を算出し、減算器３１に出力する。
【００４０】
ＰＩ制御部３２は、減算器３１から出力された偏差に基づいて、旋回用電動機２１の回転速度を速度指令値に近づけて偏差が小さくなるようにＰＩ制御を行い、その制御のためのトルク電流指令値を生成する。ＰＩ制御部３２は、トルク電流指令値をトルク制限部３３に出力する。
【００４１】
トルク制限部３３は、ＰＩ制御部３２から出力されたトルク電流指令値によって旋回用電動機２１に生じるトルクが、旋回用電動機２１の許容トルク値以下になるように、トルク電流指令値を所定のトルクリミット値（トルクの上限値）の範囲に制限する。このトルクリミット値は、全体制御部３０Ｄから送出され、トルク制限部３３は、送出されたトルクリミット値を取得する。インバータ１８Ｃを制御するインバータ制御部３０Ｃでは、通常時には、例えば加速時トルクリミット値ＸＵは駆動対象の旋回用電動機２１における定格トルクの１５０％、減速時トルクリミット値ＸＤは定格トルクの２５０％に設定される。
【００４２】
ここで、図７のフローチャートを参照して、コントローラ３０の全体制御部３０Ｄにおいて実行されるトルクリミット値の設定処理を説明する。
【００４３】
ステップＳ１において、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から取得した冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈより大きいか否かを判定する。出力抑制温度Ｔｔｈは、例えば６０℃に設定される。冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈより大きい場合には、処理はステップＳ２に進められ、冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈより大きくない場合には、ステップＳ１の判定処理が繰り返される。
【００４４】
ステップＳ２において、全体制御部３０Ｄは、インバータ制御部３０のトルク制限部３３のためのトルクリミット値を、加速時トルクリミット値ＸＵ及び減速時トルクリミット値ＸＤから、加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊及び減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊に変更する。加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊は、例えば旋回用電動機２１における定格トルクの１００％に設定され、減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊は、例えば旋回用電動機２１における定格トルクの１５０％に設定される。これにより、旋回用電動機２１に供給される電流の上限値を小さくするようにインバータ１８Ｃを制御することができる。なお、設定の基準とする定格トルクは、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１といった駆動対象に応じた値が用いられる。
【００４５】
ステップＳ３において、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から取得した冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈ以下に戻ったか否かを判定する。冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈ以下になった場合には、処理はステップＳ４に進められ、冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈ以下でない場合には、ステップＳ３の判定処理が繰り返され、トルクリミット値は、加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊及び減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊が設定されたままとなる。
【００４６】
ステップＳ４において、全体制御部３０Ｄは、トルク制限部３３のためのトルクリミット値を、加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊及び減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊から、加速時トルクリミット値ＸＵ及び減速時トルクリミット値ＸＤに戻す。
【００４７】
ここで再び図６を参照して、減算器３４は、トルク制限部３３から出力されたトルク電流指令値から、電流変換部３７からの出力値を減算して偏差を出力する。
【００４８】
電流変換部３７は、旋回用電動機２１のモータ駆動信号の電流値を検出し、検出したモータ駆動信号の電流値をトルク電流指令値に相当する値に変換して、減算器３４に出力する。
【００４９】
ＰＩ制御部３５は、減算器３４から出力された偏差を取得し、この偏差が小さくなるようなＰＩ制御を行い、インバータ１８Ｃを駆動するための駆動指令を生成する。ＰＩ制御部３５は、駆動指令をＰＷＭ信号生成部４０に出力する。
【００５０】
ＰＷＭ信号生成部４０は、ＰＩ制御部３５からの駆動指令に基づいて、インバータ１８Ｃのトランジスタをスイッチング制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ１８Ｃに出力する。
【００５１】
次に、コントローラ３０の全体制御部３０Ｄによりトルクリミット値の設定が行われたときの、トルク、旋回体４の旋回速度及び旋回用電動機２１の回転速度を図８に示す。図８（ａ）は、運転操作によって時間に対して変化するトルクの状態を示したグラフであり、図８（ｂ）は、旋回体４の旋回速度を示したグラフであり、図８（ｃ）は、旋回用電動機２１の回転速度を示したグラフである。これらのグラフにおいて、通常時は実線で示され、トルクリミット値が変更された場合は破線で示されている。
【００５２】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、通常時には、時刻ｔ０〜ｔ１において、旋回用電動機２１の定格トルクの１５０％のトルクで旋回体４の旋回が加速される。これに対して、トルクリミット値が変更された場合には、時刻ｔ０〜ｔ２において、定格トルクの１００％のトルクで旋回体４の旋回が加速される。トルクリミット値が変更された場合における加速度は、通常時と比較して小さくなっている。また、トルクリミット値が変更された場合における加速の結果到達する旋回速度は、通常時と比較して遅くなっており、通常時の６０％程度である。
【００５３】
時刻ｔ３から減速操作を行うと、通常時には、時刻ｔ３〜ｔ４において、旋回用電動機２１の定格トルクの２５０％のトルクで旋回体４の旋回が減速される。一方、トルクリミット値が変更された場合には、時刻ｔ３〜ｔ５において、定格トルクの１５０％のトルクで旋回体４の旋回が減速される。トルクリミット値が変更された場合における加速度は、通常時と比較して小さくなっている。また、トルクリミット値が変更された場合には、通常時と比較して、停止するための時間が多く要される。
【００５４】
また、図８（ｃ）に示すように、エンジン１１の回転数が一定であることに起因して、旋回用電動機２１の回転速度は、トルクリミット値が変更された場合及び通常時共に一定となる。このため、旋回用電動機２１に対する負荷の状況によりトルクが変動することとなり、変動するトルクに対応して、インバータ１８Ｃから旋回用電動機２１に電流が供給される。従って、トルクリミット値を設定することにより、旋回用電動機２１に供給される電流の上限を制御することが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態のショベル１では、インバータ１８を冷却するための冷却水の温度が出力抑制温度Ｔｔｈ以上になった場合には、旋回用電動機２１等の交流電動機に供給される電流の上限値が小さくされるので、インバータ１８における温度上昇が抑制される。出力抑制温度Ｔｔｈは、ＩＰＭ１８ａにおける運転停止温度ＴＩｈより低いので、インバータ１８が交流電動機への電流の供給を停止する機構の動作を開始させる前に、インバータ１８が交流電動機に供給する電流の上限値を小さくする制御がコントローラにより実施される。このように、インバータ１８ａ内の温度センサの検出値が運転停止温度ＴＩｈ以上になるとショベル１の機械を停止させることが可能であるため、冷却水の温度が上昇しても直ちに機械を停止させる必要はない。これにより、インバータ１８の温度異常による停止が防止され、ショベル１の連続運転が実現される。
【００５６】
なお、以上の実施形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル１を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、リフティングマグネット車両、ホイルローダ及びクレーン等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ショベル、２…走行機構、２Ａ…油圧モータ、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、７Ａ…油圧管、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、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，１８Ｃ…インバータ、１８ｂ…各種センサ、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、２７，２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…インバータ制御部、３０Ｄ…全体制御部、３１…減算器、３２…制御部、３３…トルク制限部、３４…減算器、３５…制御部、３７…電流変換部、３８…旋回動作検出部、４０…ＰＷＭ信号生成部、１００…蓄電手段、１０１…バッテリ、１０２…昇降圧コンバータ、３００…ブーム回生用発電機、３１０…油圧モータ、４００…タンク、４０１…ポンプ、４０２…ポンプモータ、４０３…ラジエタ、４０４…水温計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。
【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の建設機械が提案されている。このような作業機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の可動部を油圧駆動するための油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに交流電動機（電動発電機）を連結し、該エンジンの駆動力を補助するとともに、発電により得られる電力を蓄電池（バッテリ）に充電している。
【０００３】
また、上部旋回体を旋回させるための動力源として油圧モータに加えて交流電動機を備え、加速旋回時に交流電動機で油圧モータの駆動をアシストし、減速旋回時に交流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】
電動発電機及び旋回のための交流電動機並びにこれらの装置を駆動制御する駆動制御装置（インバータ等）は、動作時の電力消費に起因して発熱するため、ハイブリッド型建設機械は、これらの装置を冷却するための冷却機構を備えている。さらに、これらの装置の温度異常による焼損を防止するために、駆動制御装置等は、当該駆動制御装置等が閾値以上の温度となった場合に動作を停止させるための構成を備えている。一方、建設機械が使用される現場においては、作業効率向上のため、連続運転が可能であることが好ましい。温度上昇により駆動制御装置等が停止すると、連続運転が不可能となり、作業効率の低下を招来する。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、連続運転を実現することにより、作業効率を向上可能な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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド型建設機械は、作業要素を駆動するための交流電動機と、交流電動機を駆動制御する第１の駆動制御手段と、第１の駆動制御手段を冷却する冷却装置と、冷却装置における冷媒の温度を検出する温度検出手段と、第１の駆動制御手段を制御するコントローラとを備え、第１の駆動制御手段は、第１の駆動制御手段の温度が所定の運転停止温度以上であることを検出した場合に、交流電動機を駆動するための電流の供給を停止する機構を有し、コントローラは、温度検出手段から取得した冷媒の温度が所定の出力抑制温度より大きい場合には、冷媒の温度が出力抑制温度以下の場合と比較して、交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように第１の駆動制御手段を制御し、出力抑制温度は、運転停止温度より低いことを特徴とする。
【０００８】
本発明のハイブリッド型建設機械では、第１の駆動制御手段を冷却するための冷媒の温度が出力抑制温度以上になった場合には、交流電動機に供給される電流の上限値が小さくされるので、第１の駆動制御手段における温度上昇が抑制される。出力抑制温度は、運転停止温度より低いので、第１の駆動制御手段が交流電動機への電流の供給を停止する機構の動作を開始させる前に、第１の駆動制御手段が交流電動機に供給する電流の上限値を小さくする制御がコントローラにより実施される。これにより、交流電動機の温度異常による停止が防止され、ハイブリッド建設機械の連続運転が実現される。
【０００９】
また、ハイブリッド型建設機械では、コントローラは、交流電動機に発生させるトルクの上限値を制限することにより、交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように駆動制御手段を制御することを特徴とする。この場合には、トルクの上限値を制限することにより、交流電動機に供給される電流の上限値を適切に制御することができる。
【００１０】
また、ハイブリッド型建設機械は、内燃機関に接続された電動発電機と、電動発電機を駆動制御する第２の駆動制御手段とを備え、冷却装置は、第１及び第２の駆動制御手段を冷却し、コントローラは、第１及び第２の駆動制御手段を制御すると共に、温度検出手段から取得した冷媒の温度が所定の出力抑制温度より多きい場合には、冷媒の温度が出力抑制温度以下の場合と比較して、交流電動機及び電動発電機に供給される電流の上限値を小さくするように第１及び第２の駆動制御手段を制御することを特徴とする。この場合には、コントローラは、交流電動機及び電動発電機のそれぞれに供給される電流の上限値を小さくするように、第１の駆動制御手段及び第２の駆動制御手段の制御を実施するので、温度上昇による交流電動機及び電動発電機の停止を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続運転を実現することにより、作業効率を向上可能なハイブリッド型建設機械を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る作業機械の一例として、ショベルの外観を示す斜視図である。
【図２】ショベルの電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。
【図３】インバータの構成を示す概略構成図である。
【図４】ショベルが備える冷却装置における冷却水の配管の一例を示す図である。
【図５】コントローラの構成を示す概略構成図である。
【図６】インバータ制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】コントローラにおいて実施される処理内容を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態におけるインバータの制御実施時におけるトルク、旋回体の旋回速度及び旋回用電動機の回転速度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のハイブリッド型作業機械の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ショベル１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
【００１５】
図２は、本実施形態のショベル１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。
【００１６】
図２に示すように、ショベル１は電動発電機１２および減速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に減速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２が自身の駆動力によりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、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。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、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が発電を行う。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）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、ショベル１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００１７】
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が接続されており、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。コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、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ており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
【００１８】
電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ１８Ａ（第２の駆動制御手段）の出力端が接続されている。インバータ１８Ａの入力端には、蓄電手段１００が接続されている。蓄電手段１００は、例えば蓄電池であるバッテリと、バッテリの充放電を制御する昇降圧コンバータと、正極及び負極の直流配線からなるＤＣバスとを備えている（図示せず）。ここで、ＤＣバスは一定電圧蓄電部を構成し、バッテリは変動電圧蓄電部を構成する。即ち、インバータ１８Ａの入力端は、ＤＣバスを介して昇降圧コンバータの入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータの出力端には、バッテリが接続されている。
【００１９】
インバータ１８Ａは、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。すなわち、インバータ１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ及び昇降圧コンバータからＤＣバスを介して電動発電機に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス及び昇降圧コンバータを介してバッテリに充電する。なお、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、バッテリ電圧値、及び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。これにより、ＤＣバスを、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
【００２０】
蓄電手段１００には、インバータ１８Ｂを介してブーム回生用発電機３００が接続されている。ブームシリンダ７に油圧モータ３１０が接続されており、ブーム回生用発電機３００の回転軸は、油圧モータ３１０によって駆動される。ブーム回生用発電機３００は、ブーム５が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。
【００２１】
油圧モータ３１０は、ブーム５が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム５が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧管７Ａに設けられている。ブーム回生用発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｂを経て蓄電手段１００に供給される。
【００２２】
更に、蓄電手段１００には、インバータ１８Ｃ（第１の駆動制御手段）を介して作業用電動機としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。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。
【００２３】
旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機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。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ１８Ｃによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。
【００２４】
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回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。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、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。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３に機械的に伝達する減速機である。
【００２５】
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（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びバケット１０を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。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。
【００２６】
圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３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。
【００２７】
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によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。コントローラ３０は、各種センサ及び操作装置２６等からの操作入力を受けて、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び蓄電手段１００等の駆動制御を行う。
【００２８】
次に、図３を参照して、インバータ１８について説明する。図３は、インバータ１８の構成を示す概略構成図である。
【００２９】
インバータ１８は、コントローラ３０からのＰＷＭ信号により制御され、旋回用電動機２１等のモータを駆動するためのモータ駆動信号を生成して出力する。インバータ１８の内部には、インバータの回路を構成するトランジスタを組み込んだインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）１８ａが構成されている。ＩＰＭ１８ａは、温度センサ等の各種センサ１８ｂを搭載している。各種センサ１８ｂは、過電流、制御電源電圧低下、出力短絡、温度異常といった事象を検出し、これらの事象を検出した場合には、ＩＰＭエラー信号を出力する。ここで、温度異常の事象は、インバータ１８の温度が所定の運転停止温度ＴＩｈ以上になったことを意味する。運転停止温度は、例えば１００℃に設定される。ＩＰＭ１８ａは、ＩＰＭエラー信号を検出すると、駆動対象のモータやインバータ１８の焼損防止のために、駆動対象のモータを駆動するための電流の供給を停止する。この場合には、ショベル１の動作自体も停止され、連続運転が中断される。
【００３０】
続いて図４を参照して、ショベル１が備える冷却装置について説明する。図４は、冷却装置における冷却水の配管の一例を示す図である。
【００３１】
図４に示すように冷却装置は、タンク４００、ポンプ４０１、ポンプモータ４０２、ラジエタ４０３及び水温計４０４（温度検出手段）を備える。この冷却装置における冷却水（冷媒）は、タンク４００に蓄えられており、ポンプモータ４０２により駆動されるポンプ４０１によりラジエタ４０３に送られる。ラジエタ４０３で冷却された冷却水は、配管によりコントローラ３０を経由して、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ、昇降圧コンバータ１０２、バッテリ１０１に送られる。冷却水は、さらに旋回用電動機２１、電動発電機１２、減速機１３を経由してタンク４００に戻される。水温計４０４は、ラジエタ４０３から送出された冷却水の温度を検出し、検出した温度に関する情報をコントローラ３０に送出する。
【００３２】
また、コントローラ３０への冷却水の配管は、ラジエター４０３と直結されている。これにより、コントローラ３０内のＣＰＵに対する冷却性能を確保することができるので、ショベル１の信頼性が確保される。図４では、コントローラ３０の冷却に使用した冷却水がインバータ１８Ａ〜１８Ｃ、昇降圧コンバータ１０２等の冷却に用いられるように配管が接続されているが、ラジエタ４０３からの配管が、コントローラ３０、インバータ１８Ａ〜１８Ｃ、昇降圧コンバータ１０２等に並列接続されることとしてもよい。
【００３３】
続いて、図５を参照して、コントローラ３０について説明する。図５は、コントローラ３０の機能的構成を示す概略構成図である。
【００３４】
図５に示すようにコントローラ３０は、全体制御部３０Ｄ、インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを含む。全体制御部３０Ｄは、ショベル１が備える各構成要素の全体的な制御を実施する部分であり、インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対して速度指令、トルクリミット値といった各種情報を送出する。また、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から送出された冷却水の温度に関する情報を取得する。
【００３５】
全体制御部３０Ｄがインバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに送出するトルクリミット値は、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃから、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１に供給される電流の上限値を設定するために用いられる。即ち、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から取得した冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈ以上である場合には、冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈより低い場合と比較して、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１に供給される電流の上限値を小さくするようにインバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを制御する。ここで、冷却水はコントローラ３０内のＣＰＵに対する冷却性能を維持する必要があるため、出力抑制温度Ｔｔｈは、インバータの運転停止温度ＴＩｈより低く設定される。具体的には、出力抑制温度Ｔｔｈは、インバータ１８のＩＰＭ１８ａにおいて、ＩＰＭエラー信号が出力される事象の１つである温度異常の基準温度である運転停止温度より低く設定される。これにより、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１への電流の供給を停止させる機構の動作を開始する前に、供給される電流の上限値を小さくするような制御がコントローラ３０により行われる。従って、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１の温度異常による運転停止が防止され、ショベル１の連続運転が実現される。ここでコントローラ３０により行われる制御の詳細については後述する。
【００３６】
インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃはそれぞれ、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを制御する部分である。ここで、図６を参照して、インバータ制御部３０について説明する。図６はインバータ制御部３０Ｃの構成を示すブロック図である。なお、インバータ制御部３０Ａ，３０Ｂは、インバータ制御部３０Ｃと同様の構成を有する。
【００３７】
図６に示すように、インバータ制御部３０Ｃ（３０）は、減算器３１、ＰＩ制御部３２、トルク制限部３３、減算器３４、ＰＩ制御部３５、電流変換部３７、旋回動作検出部３８及びＰＷＭ信号生成部４０を備える。
【００３８】
減算器３１は、旋回用電動機２１に駆動される作業要素の旋回速度の速度指令値から、旋回動作検出部３８により検出される旋回速度値を減算して偏差を出力する。旋回速度の速度指令値は、例えば操作装置２６の操作量に応じた指令値であり（図２参照）、コントローラ３０の全体制御部３０Ｄから送出される。
【００３９】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置の変化を検出する。旋回動作検出部３８は、旋回用電動機２１の回転位置の変化に基づいて旋回速度値を算出し、減算器３１に出力する。
【００４０】
ＰＩ制御部３２は、減算器３１から出力された偏差に基づいて、旋回用電動機２１の回転速度を速度指令値に近づけて偏差が小さくなるようにＰＩ制御を行い、その制御のためのトルク電流指令値を生成する。ＰＩ制御部３２は、トルク電流指令値をトルク制限部３３に出力する。
【００４１】
トルク制限部３３は、ＰＩ制御部３２から出力されたトルク電流指令値によって旋回用電動機２１に生じるトルクが、旋回用電動機２１の許容トルク値以下になるように、トルク電流指令値を所定のトルクリミット値（トルクの上限値）の範囲に制限する。このトルクリミット値は、全体制御部３０Ｄから送出され、トルク制限部３３は、送出されたトルクリミット値を取得する。インバータ１８Ｃを制御するインバータ制御部３０Ｃでは、通常時には、例えば加速時トルクリミット値ＸＵは駆動対象の旋回用電動機２１における定格トルクの１５０％、減速時トルクリミット値ＸＤは定格トルクの２５０％に設定される。
【００４２】
ここで、図７のフローチャートを参照して、コントローラ３０の全体制御部３０Ｄにおいて実行されるトルクリミット値の設定処理を説明する。
【００４３】
ステップＳ１において、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から取得した冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈより大きいか否かを判定する。出力抑制温度Ｔｔｈは、例えば６０℃に設定される。冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈより大きい場合には、処理はステップＳ２に進められ、冷却水の温度Ｔが所定の出力抑制温度Ｔｔｈより大きくない場合には、ステップＳ１の判定処理が繰り返される。
【００４４】
ステップＳ２において、全体制御部３０Ｄは、インバータ制御部３０のトルク制限部３３のためのトルクリミット値を、加速時トルクリミット値ＸＵ及び減速時トルクリミット値ＸＤから、加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊及び減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊に変更する。加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊は、例えば旋回用電動機２１における定格トルクの１００％に設定され、減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊は、例えば旋回用電動機２１における定格トルクの１５０％に設定される。これにより、旋回用電動機２１に供給される電流の上限値を小さくするようにインバータ１８Ｃを制御することができる。なお、設定の基準とする定格トルクは、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１といった駆動対象に応じた値が用いられる。
【００４５】
ステップＳ３において、全体制御部３０Ｄは、水温計４０４から取得した冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈ以下に戻ったか否かを判定する。冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈ以下になった場合には、処理はステップＳ４に進められ、冷却水の温度Ｔが出力抑制温度Ｔｔｈ以下でない場合には、ステップＳ３の判定処理が繰り返され、トルクリミット値は、加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊及び減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊が設定されたままとなる。
【００４６】
ステップＳ４において、全体制御部３０Ｄは、トルク制限部３３のためのトルクリミット値を、加速時抑制トルクリミット値ＸＵ＊及び減速時抑制トルクリミット値ＸＤ＊から、加速時トルクリミット値ＸＵ及び減速時トルクリミット値ＸＤに戻す。
【００４７】
ここで再び図６を参照して、減算器３４は、トルク制限部３３から出力されたトルク電流指令値から、電流変換部３７からの出力値を減算して偏差を出力する。
【００４８】
電流変換部３７は、旋回用電動機２１のモータ駆動信号の電流値を検出し、検出したモータ駆動信号の電流値をトルク電流指令値に相当する値に変換して、減算器３４に出力する。
【００４９】
ＰＩ制御部３５は、減算器３４から出力された偏差を取得し、この偏差が小さくなるようなＰＩ制御を行い、インバータ１８Ｃを駆動するための駆動指令を生成する。ＰＩ制御部３５は、駆動指令をＰＷＭ信号生成部４０に出力する。
【００５０】
ＰＷＭ信号生成部４０は、ＰＩ制御部３５からの駆動指令に基づいて、インバータ１８Ｃのトランジスタをスイッチング制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ１８Ｃに出力する。
【００５１】
次に、コントローラ３０の全体制御部３０Ｄによりトルクリミット値の設定が行われたときの、トルク、旋回体４の旋回速度及び旋回用電動機２１の回転速度を図８に示す。図８（ａ）は、運転操作によって時間に対して変化するトルクの状態を示したグラフであり、図８（ｂ）は、旋回体４の旋回速度を示したグラフであり、図８（ｃ）は、旋回用電動機２１の回転速度を示したグラフである。これらのグラフにおいて、通常時は実線で示され、トルクリミット値が変更された場合は破線で示されている。
【００５２】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、通常時には、時刻ｔ０〜ｔ１において、旋回用電動機２１の定格トルクの１５０％のトルクで旋回体４の旋回が加速される。これに対して、トルクリミット値が変更された場合には、時刻ｔ０〜ｔ２において、定格トルクの１００％のトルクで旋回体４の旋回が加速される。トルクリミット値が変更された場合における加速度は、通常時と比較して小さくなっている。また、トルクリミット値が変更された場合における加速の結果到達する旋回速度は、通常時と比較して遅くなっており、通常時の６０％程度である。
【００５３】
時刻ｔ３から減速操作を行うと、通常時には、時刻ｔ３〜ｔ４において、旋回用電動機２１の定格トルクの２５０％のトルクで旋回体４の旋回が減速される。一方、トルクリミット値が変更された場合には、時刻ｔ３〜ｔ５において、定格トルクの１５０％のトルクで旋回体４の旋回が減速される。トルクリミット値が変更された場合における加速度は、通常時と比較して小さくなっている。また、トルクリミット値が変更された場合には、通常時と比較して、停止するための時間が多く要される。
【００５４】
また、図８（ｃ）に示すように、エンジン１１の回転数が一定であることに起因して、旋回用電動機２１の回転速度は、トルクリミット値が変更された場合及び通常時共に一定となる。このため、旋回用電動機２１に対する負荷の状況によりトルクが変動することとなり、変動するトルクに対応して、インバータ１８Ｃから旋回用電動機２１に電流が供給される。従って、トルクリミット値を設定することにより、旋回用電動機２１に供給される電流の上限を制御することが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態のショベル１では、インバータ１８を冷却するための冷却水の温度が出力抑制温度Ｔｔｈ以上になった場合には、旋回用電動機２１等の交流電動機に供給される電流の上限値が小さくされるので、インバータ１８における温度上昇が抑制される。出力抑制温度Ｔｔｈは、ＩＰＭ１８ａにおける運転停止温度ＴＩｈより低いので、インバータ１８が交流電動機への電流の供給を停止する機構の動作を開始させる前に、インバータ１８が交流電動機に供給する電流の上限値を小さくする制御がコントローラにより実施される。このように、インバータ１８ａ内の温度センサの検出値が運転停止温度ＴＩｈ以上になるとショベル１の機械を停止させることが可能であるため、冷却水の温度が上昇しても直ちに機械を停止させる必要はない。これにより、インバータ１８の温度異常による停止が防止され、ショベル１の連続運転が実現される。
【００５６】
なお、以上の実施形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル１を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、リフティングマグネット車両、ホイルローダ及びクレーン等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ショベル、２…走行機構、２Ａ…油圧モータ、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、７Ａ…油圧管、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、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，１８Ｃ…インバータ、１８ｂ…各種センサ、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、２７，２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…インバータ制御部、３０Ｄ…全体制御部、３１…減算器、３２…制御部、３３…トルク制限部、３４…減算器、３５…制御部、３７…電流変換部、３８…旋回動作検出部、４０…ＰＷＭ信号生成部、１００…蓄電手段、１０１…バッテリ、１０２…昇降圧コンバータ、３００…ブーム回生用発電機、３１０…油圧モータ、４００…タンク、４０１…ポンプ、４０２…ポンプモータ、４０３…ラジエタ、４０４…水温計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業要素を駆動するための交流電動機と、
前記交流電動機を駆動制御する第１の駆動制御手段と、
前記第１の駆動制御手段を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置における冷媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１の駆動制御手段を制御するコントローラとを備え、
前記第１の駆動制御手段は、該第１の駆動制御手段の温度が所定の運転停止温度以上であることを検出した場合に、前記交流電動機を駆動するための電流の供給を停止する機構を有し、
前記コントローラは、前記温度検出手段から取得した前記冷媒の温度が所定の出力抑制温度より大きい場合には、前記冷媒の温度が前記出力抑制温度以下の場合と比較して、前記交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように前記第１の駆動制御手段を制御し、
前記出力抑制温度は、前記運転停止温度より低い
ことを特徴とするハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記コントローラは、前記交流電動機に発生させるトルクの上限値を制限することにより、前記交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように前記駆動制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
内燃機関に接続された電動発電機と、
前記電動発電機を駆動制御する第２の駆動制御手段とを備え、
前記冷却装置は、前記第１及び第２の駆動制御手段を冷却し、
前記コントローラは、前記第１及び第２の駆動制御手段を制御すると共に、前記温度検出手段から取得した前記冷媒の温度が所定の出力抑制温度より大きい場合には、前記冷媒の温度が前記出力抑制温度以下の場合と比較して、前記交流電動機及び前記電動発電機に供給される電流の上限値を小さくするように前記第１及び第２の駆動制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項１】
作業要素を駆動するための交流電動機と、
前記交流電動機を駆動制御する第１の駆動制御手段と、
前記第１の駆動制御手段を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置における冷媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１の駆動制御手段を制御するコントローラとを備え、
前記第１の駆動制御手段は、該第１の駆動制御手段の温度が所定の運転停止温度以上であることを検出した場合に、前記交流電動機を駆動するための電流の供給を停止する機構を有し、
前記コントローラは、前記温度検出手段から取得した前記冷媒の温度が所定の出力抑制温度より大きい場合には、前記冷媒の温度が前記出力抑制温度以下の場合と比較して、前記交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように前記第１の駆動制御手段を制御し、
前記出力抑制温度は、前記運転停止温度より低い
ことを特徴とするハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記コントローラは、前記交流電動機に発生させるトルクの上限値を制限することにより、前記交流電動機に供給される電流の上限値を小さくするように前記駆動制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
内燃機関に接続された電動発電機と、
前記電動発電機を駆動制御する第２の駆動制御手段とを備え、
前記冷却装置は、前記第１及び第２の駆動制御手段を冷却し、
前記コントローラは、前記第１及び第２の駆動制御手段を制御すると共に、前記温度検出手段から取得した前記冷媒の温度が所定の出力抑制温度より大きい場合には、前記冷媒の温度が前記出力抑制温度以下の場合と比較して、前記交流電動機及び前記電動発電機に供給される電流の上限値を小さくするように前記第１及び第２の駆動制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項１または２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８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２２２８１５（Ｐ２０１０−２２２８１５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７００９１（Ｐ２００９−７００９１）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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