ハイブリッド式建設機械
【課題】本発明は、回生電力によるバッテリの過充電を防止したハイブリッド式建設機械を提供することを課題とする。
【解決手段】 油圧発生機１４は、エンジン１１の出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する。電動発電機１２はエンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する。蓄電器１９は、電動発電機１２に電力を供給して電動機として機能させる。電気駆動部は、蓄電器１９及び電動発電機１２からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して蓄電器１９及び電動発電機１２の少なくとも一方に供給する。電気遮断装置４０は、電動発電機１２と蓄電器１９との間に設けられ、制御部３０により開閉制御される。
【解決手段】 油圧発生機１４は、エンジン１１の出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する。電動発電機１２はエンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する。蓄電器１９は、電動発電機１２に電力を供給して電動機として機能させる。電気駆動部は、蓄電器１９及び電動発電機１２からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して蓄電器１９及び電動発電機１２の少なくとも一方に供給する。電気遮断装置４０は、電動発電機１２と蓄電器１９との間に設けられ、制御部３０により開閉制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械に係り、特に２つの動力源を併用して効率的に作業を行うハイブリッド式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式の作業機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式の作業機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。
【０００３】
パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行なう動力機とが、共通の動力源としての内燃機関（エンジン）にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機作用によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機作用と電動機作用の双方を行なう兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。
【０００４】
このようなハイブリッド式の作業機械によると、エンジンの負荷を軽減し、エンジンを高効率範囲で運転することによって省エネルギーを実現することができる。しかし、従来のハイブリッド式の作業機械は、以下のような問題を有している。
【０００５】
リチウムイオン蓄電器等のバッテリ(二次電池)やキャパシタ(電気二重層コンデンサ)等の蓄電装置の充放電特性は、その充電量に依存しており、充電量が低くなるほど最大充電力は大きく、最大放電力は小さくなる。そこで、このような蓄電装置の充電量に関係なくエンジンと蓄電装置のパワー配分を決めているため、負荷状況によっては蓄電装置の充電量が少な過ぎる、あるいは多すぎる状態となる。この結果、蓄電装置の能力を有効に利用できないとともに、蓄電装置の劣化を招くことがある。
【０００６】
このような蓄電装置の劣化の問題は、ハイブリッド式自動車においても同様に生じる。そこで、走行用の電動機とエンジンにより駆動される発電機との間にスイッチを設け、惰行運転時や制動時にはスイッチをオフにすることで、発電機からの充電を阻止することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１４１１１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ハイブリッド式建設機械では、電気駆動部が複数あることが多く、電気駆動系からの回生電力が大きくなり、バッテリの充電可能量を上回るおそれがある。このような場合でも回生電力を全てバッテリの充電に回すと、バッテリが早期に劣化し、最悪の場合はバッテリが破壊してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、回生電力によるバッテリの過充電を防止したハイブリッド式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】
上述の問題を解決するために、本発明によれば、エンジンの出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する油圧発生機と、前記エンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する電動発電機と、該電動発電機に電力を供給して電動機として機能させる蓄電器と、該蓄電器及び前記電動発電機からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して前記蓄電器及び前記電動発電機の少なくとも一方に供給する電気駆動部と、前記電動発電機の動作を制御する制御部と、前記電動発電機と前記蓄電器との間に設けられ、前記制御部により開閉制御される電気遮断装置とを有することを特徴とするハイブリッド式建設機械が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電器の充電率に基づいて蓄電器への電気通路を強制的に遮断することで、例えば電動発電機の発電電流による充電が行なわれないようにし、蓄電器の過充電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、本発明が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式パワーショベルについて説明する。
【００１３】
図１はハイブリッド式パワーショベルの側面図である。パワーショベルの下部走行体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。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、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によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。
【００１４】
図２は、図１に示すパワーショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、油圧系ラインは細い実線、電気系ラインは太い実線、電気制御系ラインは破線でそれぞれ示されている。
【００１５】
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（アシストモータ１２とも称する）は、ともに増力機としての減速機１３（スプリッタとしても機能する）に接続されている。減速機１３の出力軸には、油圧ポンプ１４が接続されている。油圧発生機である油圧ポンプ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。
【００１６】
コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。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。また、コントロールバルブ１７には、ブーム回生バルブ７Ａを介してブーム回生油圧モータ７Ｂが接続されている。
【００１７】
電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及びコンバータ１８Ｂを介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続されている。
【００１８】
バッテリ１９には、インバータ２０及びコンバータ１８Ｂを介して旋回モータ２１が接続されている。旋回モータ２１はパワーショベルにおける電気駆動部（電気負荷）であり、旋回テーブル２２を回転させると共に回生電力を生成することができる。また、バッテリ１９には、インバータ２３を介して電気駆動部（電気負荷）であるブーム回生モータ２４が接続されている。ブーム回生モータ２４は、ブーム回生油圧モータ７Ｂに接続されており、ブーム回生油圧モータ７Ｂを駆動してブームシリンダ７を作動させることができると共に、ブーム回生油圧モータ７Ｂにより駆動されて回生電力を生成することができる。さらに、バッテリ１９には、インバータ２５を介して、電磁石よりなる電気駆動部（電気負荷）であるリフティングマグネット（略してリフマグと称する）２５が接続されている。
【００１９】
上述のように、電気負荷であるブーム回生モータ２４、旋回モータ２１、及びリフマグ２６は、電力ライン２７により電動発電機１２に接続されており、電動発電機１２からの電力により駆動可能である。また、バッテリ１９は電力ライン２８により電力ライン２７の途中に接続されており、ブーム回生モータ２４、旋回モータ２１、及びリフマグ２６は、バッテリ１９からの電力によっても駆動可能である。さらに、バッテリ１９は電力ライン２７及び２８により電動発電機１２に接続されており、電動発電機１２からの電力によりバッテリ１９を充電することができると共に、バッテリ１９からの電力で電動発電機１２を駆動することもできる。
【００２０】
以上の構成を有するパワーショベルは、エンジン１１、電動発電機１２、旋回モータ２１及びブーム回生モータ２４を動力源とするハイブリッド式の建設機械である。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。
【００２１】
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。エンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００２２】
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。
【００２３】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸には油圧ポンプ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の出力軸を経て油圧ポンプ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の電動（アシスト）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。
【００２４】
油圧ポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生する油圧ポンプである。油圧ポンプ１４で発生した油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧負荷である油圧モータ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。
【００２５】
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。
【００２６】
インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２とバッテリ１９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１８が電動発電機１２の電動（アシスト）を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の発電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バッテリ１９に充電する。
【００２７】
蓄電器であるバッテリ１９は、電動発電機１２、旋回モータ２１及びブーム回生モータ２４の少なくともいずれかが電動運転あるいは力行運転を行っている際には、電動運転あるいは力行運転に必要な電力を供給するとともに、少なくともいずれかが発電運転あるいは回生運転を行っている際には、発電運転あるいは回生運転によって発生した発電電力あるいは回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。
【００２８】
インバータ２０は、上述の如く旋回モータ２１とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回モータ２１に対して運転制御を行う。これにより、旋回モータ２１が力行運転している際には、必要な電力がバッテリ１９から旋回モータ２１に供給される。また、旋回モータ２１が回生運転をしている際には、旋回モータ２１により発電された電力がバッテリ１９に充電される。
【００２９】
旋回モータ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。力行運転の際には、旋回モータ２１の回転駆動力が減速機にて増幅され、上部旋回体３は加減速制御されながら回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機にて回転数が増大されて旋回モータ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、旋回モータ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。この旋回モータ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、回生時に旋回モータ２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００３０】
なお、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）、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、コントローラ３０によって行われる。
【００３１】
コントローラ３０は、パワーショベルの駆動制御を行う制御装置であり、速度指令変換部、駆動制御装置、及び旋回駆動制御装置を含む。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で構成される。速度指令変換部、駆動制御装置、及び旋回駆動制御装置は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納された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。
【００３２】
次に、本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】
本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０が、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０は、電力ライン２７の途中に設けられた開閉器ＳＷ１と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２とを含む。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００３４】
なお、上述の開閉器ＳＷ１及びＳＷ２は、コントローラ３０からの信号により電気通路を開閉するものであればどのようなものでもよい。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２として、例えば、機械的に接点を開閉するリレー、あるいは電子的に開閉するソリッドステートリレー等、様々なものを用いることができる。
【００３５】
開閉器ＳＷ１をＯＮ（閉）とすることにより、電動発電機（アシストモータ）１２に電力を供給して電動（アシスト）運転することができ、且つ電動発電機１２を発電機として運転して電力を出力させることができる。反対に、開閉器ＳＷ１をＯＦＦ（開）とすることにより、電動発電機（アシストモータ）１２の電動（アシスト）運転を禁止し、且つ電動発電機１２を発電機として運転することも禁止することができる。
【００３６】
開閉器ＳＷ２をＯＮ（閉）とすることにより、バッテリ１９の充放電が可能となる。すなわち、バッテリ１９から電力を供給して各電気駆動部を駆動すると共に、バッテリ１９に電力を供給して充電することができる。反対に、開閉器ＳＷ２をＯＦＦ（開）とすることにより、バッテリ１９の充放電を禁止することができる。
【００３７】
開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉の組み合わせにより、駆動系を以下のように制御することができる。
【００３８】
まず、開閉器ＳＷ１をＯＮとし、且つ開閉器ＳＷ２をＯＦＦとすることにより、バッテリ１９の過充電を防止したり、充電率ＳＯＣの過度の上昇を抑制することができる。例えば、バッテリ１９の充電率ＳＯＣが目標充電率より高くなった場合にＳＷ２をＯＦＦとすることで、例えば旋回モータ２１により発生した回生電力がバッテリ１９に供給されないようにし、バッテリ１９を保護することができる。この場合、開閉器ＳＷ１はＯＮとなっているので、回生電力は電動発電機１２に供給され消費される。
【００３９】
バッテリ１９の蓄電率ＳＯＣが目標充電率より小さくなったら、開閉器ＳＷ２をＯＮとすることでバッテリ１９に電力を供給して充電可能な状態とする。これにより、例えば電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電することができる。
【００４０】
また、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４のみを力行運転する際は、開閉器ＳＷ１をＯＦＦとし、開閉器ＳＷ２をＯＮとする。これにより、バッテリ１９から放電された電力は電動発電機に供給されることなく、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４に供給されて、旋回テーブル２２やブームシリンダ７を電気駆動することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態において、制御部であるコントローラ３０は、蓄電器であるバッテリ１９の蓄電率に応じて電気遮断装置４０の開閉動作を制御することで、バッテリ１９を適切に保護することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図４において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０Ａが、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０Ａは、電力ライン２７の途中に設けられた開閉器ＳＷ１と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２と、開閉器ＳＷ２に並列に接続された整流器ＲＣ１とを含む。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００４４】
開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉の組み合わせにより、駆動系を以下のように制御することができる。
【００４５】
まず、開閉器ＳＷ１をＯＮとし、且つ開閉器ＳＷ２をＯＦＦとすることにより、バッテリ１９の過充電を防止したり、充電率ＳＯＣの過度の上昇を抑制することができる。例えば、バッテリ１９の充電率ＳＯＣが目標充電率より高くなった場合にＳＷ２をＯＦＦとすることで、例えば旋回モータ２１により発生した回生電力がバッテリ１９に供給されないようにし、バッテリ１９を保護することができる。この場合、開閉器ＳＷ１はＯＮとなっているので、回生電力は電動発電機１２に供給され消費される。ここで、開閉器ＳＷ１が壊れていたり誤動作してＯＮとなっていなくても、整流器ＲＣ１が開閉器ＳＷ１に並列に接続されているので、回生電力を電動発電機１２側へ確実に逃がすことができ、電気バッテリ１９に加えて電気遮断装置４０も保護することができる。
【００４６】
バッテリ１９の蓄電率ＳＯＣが目標充電率より小さくなったら、開閉器ＳＷ２をＯＮとすることでバッテリ１９に電力を供給して充電可能な状態とする。これにより、例えば電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電することができる。
【００４７】
また、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４のみを力行運転する際は、開閉器ＳＷ１をＯＦＦとし、開閉器ＳＷ２をＯＮとする。これにより、バッテリ１９から放電された電力は電動発電機に供給されることなく、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４に供給されて、旋回テーブル２２やブームシリンダ７を電気駆動することができる。
【００４８】
次に、本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図５において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０Ｂが、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０Ｂは、電力ライン２７の途中に設けられた電気切替装置４２と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２とを含む。電気切替装置４２は、開閉器ＳＷ１と、並列に接続された整流器ＲＣ１及びＲＣ２とを含む。整流器ＲＣ１はバッテリ１９から電動発電機１２への方向にのみ電流が流れる回路を形成し、整流器ＲＣ２は電動発電機１２からバッテリ１９への方向にのみ電流が流れる回路を形成する。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００５０】
開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉の組み合わせにより、駆動系を以下のように制御することができる。
【００５１】
まず、開閉器ＳＷ１をＮＣ側に切替え、且つ開閉器ＳＷ２をＯＦＦとすることにより、バッテリ１９の過充電を防止したり、充電率ＳＯＣの過度の上昇を抑制することができる。例えば、バッテリ１９の充電率ＳＯＣが目標充電率より高くなった場合にＳＷ２をＯＦＦとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＣ側に切替えておくことで、例えば旋回モータ２１により発生した回生電力がバッテリ１９に供給されないようにし、バッテリ１９を保護することができる。この場合、開閉器ＳＷ１はＮＣ側に接続されているので、回生電力は整流器ＲＣ１及び開閉器ＳＷ１を通過して電動発電機１２に供給され消費される。
【００５２】
バッテリ１９の蓄電率ＳＯＣが目標充電率より小さくなったら、開閉器ＳＷ２をＯＮとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＯ側に切替えておくことで、電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電可能な状態とする。これにより、例えば電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電することができる。
【００５３】
また、例えば旋回モータ２１を力行運転するときには、開閉器ＳＷ２をＯＦＦとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＯ側に切替える。これにより、バッテリ１９に蓄積されている電力を電動発電機１２側に供給することなく、旋回モータ２１に供給することができる。
【００５４】
また、バッテリ１９の蓄電量が減少したら、開閉器ＳＷ２をＯＦＦとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＯ側に切替えることで、バッテリ１９から旋回モータ２１への電力の供給を停止し、電動発電機１２からの電力供給に変更することができる。この場合、整流器ＲＣ２が開閉器ＳＷ１と直列に接続されているので、例えば旋回モータ２１の力行運転が急激に回生運転に変更しても、大きな回生電力が急激に電動発電機１２に供給されることは無い。したがって、電動発電機１２の手前に接続されているインバータ１８Ａを大きな回生電力から保護することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態では、電気遮断装置４０Ｂは電気切替装置４２を含んでいる。電気切替装置４２は、蓄電器であるバッテリ１９から電動発電機１２への方向にのみ電流が流れる回路と、電動発電機１２からバッテリ１９への方向にのみ電流が流れる回路との間で切替えることにより、バッテリ１９を保護しながらインバータ１８Ａも保護することができる。
【００５６】
次に、本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図６において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５７】
本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０が、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０は、電力ライン２７の途中に設けられた開閉器ＳＷ１と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２とを含む。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００５８】
以上の構成は上述の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械と同じであるが、リフティングマグネット２６がインバータ２５を介して、インバータ１８Ａと電気遮断装置４０との間に接続された点が異なる。すなわち、リフティングマグネット２６を電気遮断装置４０より電動発電機１２側に接続することにより、開閉器ＳＷ２をＯＦＦとしても、電動発電機１２からインバータ１８Ａ及びインバータ２５を介してリフティングマグネット２６に電力を供給することができる。
【００５９】
例えば、リフティングマグネット２６を使用中に誤って開閉器ＳＷ２をＯＦＦとしてしまった場合でも、電動発電機１２からリフティングマグネット２６に電力が供給されるので、リフティングマグネット２６の電磁吸着力が無くなることはない。このため、リフティングマグネット２６で持ち上げている吸着物が不意に落下することを防止することができる。これは、リフティングマグネット２６のように不意に電力の供給が停止されると危険な状態となる電気駆動部に対して適用することが効果的であり、安全な運転を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ハイブリッド式パワーショベルの側面図である。
【図２】図１に示すパワーショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
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 バケット
７ ブームシリンダ
７Ａ ブーム回生バルブ
７Ｂ ブーム回生油圧モータ
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（スプリッタ）
１４ 油圧ポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，２０，２３，２５ インバータ
１８Ｂ コンバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回モータ
２２ 旋回テーブル
２４ ブーム回生モータ
２６ リフティングマグネット
２７，２８ 電力ライン
３０ コントローラ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 電気遮断装置
４２ 電気切替装置
ＳＷ１，ＳＷ２ 開閉器
ＲＣ１，ＲＣ２ 整流器
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械に係り、特に２つの動力源を併用して効率的に作業を行うハイブリッド式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式の作業機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式の作業機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。
【０００３】
パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行なう動力機とが、共通の動力源としての内燃機関（エンジン）にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機作用によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機作用と電動機作用の双方を行なう兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。
【０００４】
このようなハイブリッド式の作業機械によると、エンジンの負荷を軽減し、エンジンを高効率範囲で運転することによって省エネルギーを実現することができる。しかし、従来のハイブリッド式の作業機械は、以下のような問題を有している。
【０００５】
リチウムイオン蓄電器等のバッテリ(二次電池)やキャパシタ(電気二重層コンデンサ)等の蓄電装置の充放電特性は、その充電量に依存しており、充電量が低くなるほど最大充電力は大きく、最大放電力は小さくなる。そこで、このような蓄電装置の充電量に関係なくエンジンと蓄電装置のパワー配分を決めているため、負荷状況によっては蓄電装置の充電量が少な過ぎる、あるいは多すぎる状態となる。この結果、蓄電装置の能力を有効に利用できないとともに、蓄電装置の劣化を招くことがある。
【０００６】
このような蓄電装置の劣化の問題は、ハイブリッド式自動車においても同様に生じる。そこで、走行用の電動機とエンジンにより駆動される発電機との間にスイッチを設け、惰行運転時や制動時にはスイッチをオフにすることで、発電機からの充電を阻止することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１４１１１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ハイブリッド式建設機械では、電気駆動部が複数あることが多く、電気駆動系からの回生電力が大きくなり、バッテリの充電可能量を上回るおそれがある。このような場合でも回生電力を全てバッテリの充電に回すと、バッテリが早期に劣化し、最悪の場合はバッテリが破壊してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、回生電力によるバッテリの過充電を防止したハイブリッド式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】
上述の問題を解決するために、本発明によれば、エンジンの出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する油圧発生機と、前記エンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する電動発電機と、該電動発電機に電力を供給して電動機として機能させる蓄電器と、該蓄電器及び前記電動発電機からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して前記蓄電器及び前記電動発電機の少なくとも一方に供給する電気駆動部と、前記電動発電機の動作を制御する制御部と、前記電動発電機と前記蓄電器との間に設けられ、前記制御部により開閉制御される電気遮断装置とを有することを特徴とするハイブリッド式建設機械が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電器の充電率に基づいて蓄電器への電気通路を強制的に遮断することで、例えば電動発電機の発電電流による充電が行なわれないようにし、蓄電器の過充電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、本発明が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式パワーショベルについて説明する。
【００１３】
図１はハイブリッド式パワーショベルの側面図である。パワーショベルの下部走行体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。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、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によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。
【００１４】
図２は、図１に示すパワーショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、油圧系ラインは細い実線、電気系ラインは太い実線、電気制御系ラインは破線でそれぞれ示されている。
【００１５】
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（アシストモータ１２とも称する）は、ともに増力機としての減速機１３（スプリッタとしても機能する）に接続されている。減速機１３の出力軸には、油圧ポンプ１４が接続されている。油圧発生機である油圧ポンプ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。
【００１６】
コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。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。また、コントロールバルブ１７には、ブーム回生バルブ７Ａを介してブーム回生油圧モータ７Ｂが接続されている。
【００１７】
電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及びコンバータ１８Ｂを介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続されている。
【００１８】
バッテリ１９には、インバータ２０及びコンバータ１８Ｂを介して旋回モータ２１が接続されている。旋回モータ２１はパワーショベルにおける電気駆動部（電気負荷）であり、旋回テーブル２２を回転させると共に回生電力を生成することができる。また、バッテリ１９には、インバータ２３を介して電気駆動部（電気負荷）であるブーム回生モータ２４が接続されている。ブーム回生モータ２４は、ブーム回生油圧モータ７Ｂに接続されており、ブーム回生油圧モータ７Ｂを駆動してブームシリンダ７を作動させることができると共に、ブーム回生油圧モータ７Ｂにより駆動されて回生電力を生成することができる。さらに、バッテリ１９には、インバータ２５を介して、電磁石よりなる電気駆動部（電気負荷）であるリフティングマグネット（略してリフマグと称する）２５が接続されている。
【００１９】
上述のように、電気負荷であるブーム回生モータ２４、旋回モータ２１、及びリフマグ２６は、電力ライン２７により電動発電機１２に接続されており、電動発電機１２からの電力により駆動可能である。また、バッテリ１９は電力ライン２８により電力ライン２７の途中に接続されており、ブーム回生モータ２４、旋回モータ２１、及びリフマグ２６は、バッテリ１９からの電力によっても駆動可能である。さらに、バッテリ１９は電力ライン２７及び２８により電動発電機１２に接続されており、電動発電機１２からの電力によりバッテリ１９を充電することができると共に、バッテリ１９からの電力で電動発電機１２を駆動することもできる。
【００２０】
以上の構成を有するパワーショベルは、エンジン１１、電動発電機１２、旋回モータ２１及びブーム回生モータ２４を動力源とするハイブリッド式の建設機械である。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。
【００２１】
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。エンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００２２】
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。
【００２３】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸には油圧ポンプ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の出力軸を経て油圧ポンプ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の電動（アシスト）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。
【００２４】
油圧ポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生する油圧ポンプである。油圧ポンプ１４で発生した油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧負荷である油圧モータ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。
【００２５】
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。
【００２６】
インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２とバッテリ１９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１８が電動発電機１２の電動（アシスト）を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の発電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バッテリ１９に充電する。
【００２７】
蓄電器であるバッテリ１９は、電動発電機１２、旋回モータ２１及びブーム回生モータ２４の少なくともいずれかが電動運転あるいは力行運転を行っている際には、電動運転あるいは力行運転に必要な電力を供給するとともに、少なくともいずれかが発電運転あるいは回生運転を行っている際には、発電運転あるいは回生運転によって発生した発電電力あるいは回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。
【００２８】
インバータ２０は、上述の如く旋回モータ２１とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回モータ２１に対して運転制御を行う。これにより、旋回モータ２１が力行運転している際には、必要な電力がバッテリ１９から旋回モータ２１に供給される。また、旋回モータ２１が回生運転をしている際には、旋回モータ２１により発電された電力がバッテリ１９に充電される。
【００２９】
旋回モータ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。力行運転の際には、旋回モータ２１の回転駆動力が減速機にて増幅され、上部旋回体３は加減速制御されながら回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機にて回転数が増大されて旋回モータ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、旋回モータ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。この旋回モータ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、回生時に旋回モータ２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００３０】
なお、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）、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、コントローラ３０によって行われる。
【００３１】
コントローラ３０は、パワーショベルの駆動制御を行う制御装置であり、速度指令変換部、駆動制御装置、及び旋回駆動制御装置を含む。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で構成される。速度指令変換部、駆動制御装置、及び旋回駆動制御装置は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納された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。
【００３２】
次に、本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】
本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０が、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０は、電力ライン２７の途中に設けられた開閉器ＳＷ１と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２とを含む。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００３４】
なお、上述の開閉器ＳＷ１及びＳＷ２は、コントローラ３０からの信号により電気通路を開閉するものであればどのようなものでもよい。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２として、例えば、機械的に接点を開閉するリレー、あるいは電子的に開閉するソリッドステートリレー等、様々なものを用いることができる。
【００３５】
開閉器ＳＷ１をＯＮ（閉）とすることにより、電動発電機（アシストモータ）１２に電力を供給して電動（アシスト）運転することができ、且つ電動発電機１２を発電機として運転して電力を出力させることができる。反対に、開閉器ＳＷ１をＯＦＦ（開）とすることにより、電動発電機（アシストモータ）１２の電動（アシスト）運転を禁止し、且つ電動発電機１２を発電機として運転することも禁止することができる。
【００３６】
開閉器ＳＷ２をＯＮ（閉）とすることにより、バッテリ１９の充放電が可能となる。すなわち、バッテリ１９から電力を供給して各電気駆動部を駆動すると共に、バッテリ１９に電力を供給して充電することができる。反対に、開閉器ＳＷ２をＯＦＦ（開）とすることにより、バッテリ１９の充放電を禁止することができる。
【００３７】
開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉の組み合わせにより、駆動系を以下のように制御することができる。
【００３８】
まず、開閉器ＳＷ１をＯＮとし、且つ開閉器ＳＷ２をＯＦＦとすることにより、バッテリ１９の過充電を防止したり、充電率ＳＯＣの過度の上昇を抑制することができる。例えば、バッテリ１９の充電率ＳＯＣが目標充電率より高くなった場合にＳＷ２をＯＦＦとすることで、例えば旋回モータ２１により発生した回生電力がバッテリ１９に供給されないようにし、バッテリ１９を保護することができる。この場合、開閉器ＳＷ１はＯＮとなっているので、回生電力は電動発電機１２に供給され消費される。
【００３９】
バッテリ１９の蓄電率ＳＯＣが目標充電率より小さくなったら、開閉器ＳＷ２をＯＮとすることでバッテリ１９に電力を供給して充電可能な状態とする。これにより、例えば電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電することができる。
【００４０】
また、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４のみを力行運転する際は、開閉器ＳＷ１をＯＦＦとし、開閉器ＳＷ２をＯＮとする。これにより、バッテリ１９から放電された電力は電動発電機に供給されることなく、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４に供給されて、旋回テーブル２２やブームシリンダ７を電気駆動することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態において、制御部であるコントローラ３０は、蓄電器であるバッテリ１９の蓄電率に応じて電気遮断装置４０の開閉動作を制御することで、バッテリ１９を適切に保護することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図４において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０Ａが、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０Ａは、電力ライン２７の途中に設けられた開閉器ＳＷ１と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２と、開閉器ＳＷ２に並列に接続された整流器ＲＣ１とを含む。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００４４】
開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉の組み合わせにより、駆動系を以下のように制御することができる。
【００４５】
まず、開閉器ＳＷ１をＯＮとし、且つ開閉器ＳＷ２をＯＦＦとすることにより、バッテリ１９の過充電を防止したり、充電率ＳＯＣの過度の上昇を抑制することができる。例えば、バッテリ１９の充電率ＳＯＣが目標充電率より高くなった場合にＳＷ２をＯＦＦとすることで、例えば旋回モータ２１により発生した回生電力がバッテリ１９に供給されないようにし、バッテリ１９を保護することができる。この場合、開閉器ＳＷ１はＯＮとなっているので、回生電力は電動発電機１２に供給され消費される。ここで、開閉器ＳＷ１が壊れていたり誤動作してＯＮとなっていなくても、整流器ＲＣ１が開閉器ＳＷ１に並列に接続されているので、回生電力を電動発電機１２側へ確実に逃がすことができ、電気バッテリ１９に加えて電気遮断装置４０も保護することができる。
【００４６】
バッテリ１９の蓄電率ＳＯＣが目標充電率より小さくなったら、開閉器ＳＷ２をＯＮとすることでバッテリ１９に電力を供給して充電可能な状態とする。これにより、例えば電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電することができる。
【００４７】
また、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４のみを力行運転する際は、開閉器ＳＷ１をＯＦＦとし、開閉器ＳＷ２をＯＮとする。これにより、バッテリ１９から放電された電力は電動発電機に供給されることなく、旋回モータ２１あるいはブーム回生モータ２４に供給されて、旋回テーブル２２やブームシリンダ７を電気駆動することができる。
【００４８】
次に、本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図５において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０Ｂが、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０Ｂは、電力ライン２７の途中に設けられた電気切替装置４２と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２とを含む。電気切替装置４２は、開閉器ＳＷ１と、並列に接続された整流器ＲＣ１及びＲＣ２とを含む。整流器ＲＣ１はバッテリ１９から電動発電機１２への方向にのみ電流が流れる回路を形成し、整流器ＲＣ２は電動発電機１２からバッテリ１９への方向にのみ電流が流れる回路を形成する。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００５０】
開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉の組み合わせにより、駆動系を以下のように制御することができる。
【００５１】
まず、開閉器ＳＷ１をＮＣ側に切替え、且つ開閉器ＳＷ２をＯＦＦとすることにより、バッテリ１９の過充電を防止したり、充電率ＳＯＣの過度の上昇を抑制することができる。例えば、バッテリ１９の充電率ＳＯＣが目標充電率より高くなった場合にＳＷ２をＯＦＦとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＣ側に切替えておくことで、例えば旋回モータ２１により発生した回生電力がバッテリ１９に供給されないようにし、バッテリ１９を保護することができる。この場合、開閉器ＳＷ１はＮＣ側に接続されているので、回生電力は整流器ＲＣ１及び開閉器ＳＷ１を通過して電動発電機１２に供給され消費される。
【００５２】
バッテリ１９の蓄電率ＳＯＣが目標充電率より小さくなったら、開閉器ＳＷ２をＯＮとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＯ側に切替えておくことで、電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電可能な状態とする。これにより、例えば電動発電機１２で発電された電力をバッテリ１９に供給して充電することができる。
【００５３】
また、例えば旋回モータ２１を力行運転するときには、開閉器ＳＷ２をＯＦＦとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＯ側に切替える。これにより、バッテリ１９に蓄積されている電力を電動発電機１２側に供給することなく、旋回モータ２１に供給することができる。
【００５４】
また、バッテリ１９の蓄電量が減少したら、開閉器ＳＷ２をＯＦＦとし且つ開閉器ＳＷ１をＮＯ側に切替えることで、バッテリ１９から旋回モータ２１への電力の供給を停止し、電動発電機１２からの電力供給に変更することができる。この場合、整流器ＲＣ２が開閉器ＳＷ１と直列に接続されているので、例えば旋回モータ２１の力行運転が急激に回生運転に変更しても、大きな回生電力が急激に電動発電機１２に供給されることは無い。したがって、電動発電機１２の手前に接続されているインバータ１８Ａを大きな回生電力から保護することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態では、電気遮断装置４０Ｂは電気切替装置４２を含んでいる。電気切替装置４２は、蓄電器であるバッテリ１９から電動発電機１２への方向にのみ電流が流れる回路と、電動発電機１２からバッテリ１９への方向にのみ電流が流れる回路との間で切替えることにより、バッテリ１９を保護しながらインバータ１８Ａも保護することができる。
【００５６】
次に、本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図６において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５７】
本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械では、電力ラインを遮断することのできる電気遮断装置４０が、バッテリ１９に接続された電力ラインに設けられる。電気遮断装置４０は、電力ライン２７の途中に設けられた開閉器ＳＷ１と、電力ライン２８の途中に設けられた開閉器ＳＷ２とを含む。開閉器ＳＷ１及びＳＷ２の開閉動作はコントローラ３０により制御される。
【００５８】
以上の構成は上述の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械と同じであるが、リフティングマグネット２６がインバータ２５を介して、インバータ１８Ａと電気遮断装置４０との間に接続された点が異なる。すなわち、リフティングマグネット２６を電気遮断装置４０より電動発電機１２側に接続することにより、開閉器ＳＷ２をＯＦＦとしても、電動発電機１２からインバータ１８Ａ及びインバータ２５を介してリフティングマグネット２６に電力を供給することができる。
【００５９】
例えば、リフティングマグネット２６を使用中に誤って開閉器ＳＷ２をＯＦＦとしてしまった場合でも、電動発電機１２からリフティングマグネット２６に電力が供給されるので、リフティングマグネット２６の電磁吸着力が無くなることはない。このため、リフティングマグネット２６で持ち上げている吸着物が不意に落下することを防止することができる。これは、リフティングマグネット２６のように不意に電力の供給が停止されると危険な状態となる電気駆動部に対して適用することが効果的であり、安全な運転を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ハイブリッド式パワーショベルの側面図である。
【図２】図１に示すパワーショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるハイブリッド式建設機械の駆動系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
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 バケット
７ ブームシリンダ
７Ａ ブーム回生バルブ
７Ｂ ブーム回生油圧モータ
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（スプリッタ）
１４ 油圧ポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，２０，２３，２５ インバータ
１８Ｂ コンバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回モータ
２２ 旋回テーブル
２４ ブーム回生モータ
２６ リフティングマグネット
２７，２８ 電力ライン
３０ コントローラ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 電気遮断装置
４２ 電気切替装置
ＳＷ１，ＳＷ２ 開閉器
ＲＣ１，ＲＣ２ 整流器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する油圧発生機と、
前記エンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する電動発電機と、
該電動発電機に電力を供給して電動機として機能させる蓄電器と、
該蓄電器及び前記電動発電機からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して前記蓄電器及び前記電動発電機の少なくとも一方に供給する電気駆動部と、
前記電動発電機の動作を制御する制御部と、
前記電動発電機と前記蓄電器との間に設けられ、前記制御部により開閉制御される電気遮断装置と
を有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記制御部は前記蓄電器の蓄電率に応じて前記電気遮断装置の開閉動作を制御することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記電気遮断装置は電気切替装置を含み、該電気切替装置は前記蓄電器から前記電動発電機への方向にのみ電流が流れる回路と前記電動発電機から前記蓄電器への方向にのみ電流が流れる回路との間で切替えることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記電気遮断装置は前記蓄電器と前記電動発電機との間で直列に接続された２つの開閉器を含み、前記電気駆動部は該２つの開閉器の間に接続されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記電気駆動部の一部として電磁石よりなるリフティングマグネットを有し、
該リフティングマグネットは、前記電気遮断装置と前記電動発電機との間に接続されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項１】
エンジンの出力を油圧に変換し油圧駆動部に供給する油圧発生機と、
前記エンジンに接続され、電動機及び発電機の両方として機能する電動発電機と、
該電動発電機に電力を供給して電動機として機能させる蓄電器と、
該蓄電器及び前記電動発電機からの電力により駆動され、且つ回生電力を発生して前記蓄電器及び前記電動発電機の少なくとも一方に供給する電気駆動部と、
前記電動発電機の動作を制御する制御部と、
前記電動発電機と前記蓄電器との間に設けられ、前記制御部により開閉制御される電気遮断装置と
を有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記制御部は前記蓄電器の蓄電率に応じて前記電気遮断装置の開閉動作を制御することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記電気遮断装置は電気切替装置を含み、該電気切替装置は前記蓄電器から前記電動発電機への方向にのみ電流が流れる回路と前記電動発電機から前記蓄電器への方向にのみ電流が流れる回路との間で切替えることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記電気遮断装置は前記蓄電器と前記電動発電機との間で直列に接続された２つの開閉器を含み、前記電気駆動部は該２つの開閉器の間に接続されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
前記電気駆動部の一部として電磁石よりなるリフティングマグネットを有し、
該リフティングマグネットは、前記電気遮断装置と前記電動発電機との間に接続されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２３５７０７（Ｐ２００９−２３５７０７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８１２２７（Ｐ２００８−８１２２７）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【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２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【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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