作業機械
【課題】寒冷地で作動させる場合でも、インバータ装置等の電力制御装置の寿命低下を防止することができる温度調節システムを備えた作業機械を提供する。
【解決手段】
温度調節システム５４は、分流装置６４と、この分流装置６４で分流された冷媒の一方が流れるラジエータ６５と、ヒーターコア６６と、冷媒温度センサ６８と、基板温度センサ７０と、コントローラ５１等を有する。コントローラ５１は、冷媒温度センサ６８で測定される冷媒温度Ｔｆおよび基板温度センサ７０で測定される基板温度ＴＫに基づいて、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬ未満の場合、旋回用電動機２５や電動機２３を停止するために、インバータ・コンバータ２８に停止信号を出力する。また、基板温度ＴＫと冷媒温度Ｔｆの温度差ΔＴがある設定温度差ΔＴｓより小さい場合はヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げて基板温度ＴＫを上げるよう分流装置６４を制御する。
【解決手段】
温度調節システム５４は、分流装置６４と、この分流装置６４で分流された冷媒の一方が流れるラジエータ６５と、ヒーターコア６６と、冷媒温度センサ６８と、基板温度センサ７０と、コントローラ５１等を有する。コントローラ５１は、冷媒温度センサ６８で測定される冷媒温度Ｔｆおよび基板温度センサ７０で測定される基板温度ＴＫに基づいて、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬ未満の場合、旋回用電動機２５や電動機２３を停止するために、インバータ・コンバータ２８に停止信号を出力する。また、基板温度ＴＫと冷媒温度Ｔｆの温度差ΔＴがある設定温度差ΔＴｓより小さい場合はヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げて基板温度ＴＫを上げるよう分流装置６４を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に係わり、より具体的には、被駆動部材を駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動を制御する電力制御装置を備える作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧作業機械の一例である油圧ショベルは、走行体と、この走行体に旋回可能に設けた旋回体と、この旋回体に俯仰動可能に接続されたブーム、アーム及びバケットを含む多関節型の作業装置（フロント装置）とを備えている。これら走行体、旋回体及び作業装置は、このショベルに備えられた駆動装置の被駆動部材を構成している。
【０００３】
油圧ショベルの駆動装置は、エンジン等の原動機と、この原動機によって駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され、ブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、走行体を走行させる走行モータ、及び旋回体を走行体に対し旋回させる旋回油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータとを有する油圧方式の駆動装置として構成されている。
【０００４】
一方、自動車の分野では、エンジンで発電機を駆動し、その発電電力で電動モータを駆動するとともに残りの電力をバッテリに蓄積し、エンジンのパワーが足りない時にバッテリの電力により発電機を電動モータとして駆動してエンジンをアシストする、いわゆるハイブリッド式の駆動装置が提唱されている。
【０００５】
近年、油圧ショベル等の油圧作業機械においても、この電動モータを備えたハイブリッド式の油圧作業機械が提案されている。例えば、旋回電動モータを有するハイブリッド式油圧ショベルがある。このショベルは、旋回電動モータを備えることで制動時の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生できる（旋回油圧モータは運動エネルギーを熱として放出）ため、省エネルギー化を図れるメリットがある。
【０００６】
ところで、電動モータ等の電動アクチュエータ及びその電力制御装置であるインバータ等の電気機器は、発熱を伴うため、ハイブリッド式の作業機械にはこれら電気機器を冷却する冷却システムが搭載されている。この冷却システムは冷却媒体が循環する冷却回路を備え、冷却回路は冷却媒体を冷却するラジエータと冷却媒体を循環するポンプとを有し、ラジエータによって冷却された冷却媒体をポンプで循環させ、その冷却媒体により電動アクチュエータ等の電気機器を冷却する。電気自動車用のそのような冷却システムの一例が例えば特許文献１及び２に記載されている。
【０００７】
また特許文献２では、季節に関係なく安定した冷却を行うために、ラジエータとポンプを有する冷却回路と、複数のバルブと、ヒータを有するヒータ循環回路等を備え、外気温度に基づいて複数の切換弁の開閉を制御する。例えば、低温時には、常温時に冷却回路を形成していたバルブを閉じて常温時に閉じていた別のバルブを開き、ヒータ側へ冷媒を流してヒータ回路を形成する。冷却媒体は外部熱源であるヒータにより加温され、回路を暖める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−６８１１号公報
【特許文献２】特許３４９７８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、油圧ショベルのような作業機械は寒冷地で作業に供される場合がある。ハイブリッド式の作業機械に備えられる電気機器のうちインバータ装置等の電力制御装置には、大電流が流れる強電基板が設けられている。このような電力制御装置を備えた作業機械を寒冷地で作動させると、強電基板を流れる電力・電流の抵抗発熱によって、基板が急激に加熱され、大きな熱ストレスを受けることになる。この熱ストレスは基板の変形（歪）を生じさせ、この熱ストレスが繰り返されることで寿命低下の可能性が懸念される。また、はんだによって異種金属配線を接続した接点部分は、熱膨張率の違いからこの熱ストレスによる歪によってダメージを受けやすく、接点の接続不良や断線が発生するなどして動作不良が発生する可能性がある。
【００１０】
特許文献１に記載の従来技術は、電動モータあるいはインバータ装置等の電力制御装置を冷却するための技術であり、作業機械を寒冷地で作動させる場合の上述した課題を解決することはできない。特許文献２に記載の従来技術では、外気の温度に基づいてバルブを操作して冷却回路とヒータ循環回路とを切り換えているため、電動アクチュエータやインバータ装置自体の冷却効率・暖房効率を向上させることはできる。しかし、インバータ装置の基板に関わる上述した問題の配慮がなされておらず、特許文献１に記載の従来技術と同様、作業機械を寒冷地で作動させた場合の電力制御装置の寿命低下を防止することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、作業機械を寒冷地で作動させる場合でも、インバータ装置等の電力制御装置の寿命低下を防止することができる温度調節システムを備えた作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、蓄電装置と、この蓄電装置の電力により駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動および前記蓄電装置の充放電を制御する電力制御装置と、この電力制御装置に設けられた基板の温度を調整する温度調整システムとを備える作業機械において、前記温度調整システムは、冷媒を循環させる電動水ポンプと、この電動水ポンプに直列に接続され、前記冷媒を２方向に任意の割合で分流する分流装置と、この分流装置で分流された冷媒の一方が流れるラジエータと、このラジエータに並列に接続され、前記分流装置で分流された冷媒のもう一方が流れるヒーターコアと、前記ラジエータ及び前記ヒーターコアを流れた冷媒が合流する合流部とを有し、前記合流部で合流した冷媒が前記電力制御装置を通過して前記電動水ポンプに戻る冷媒回路と、前記合流部から前記電力制御装置へと流れる冷媒の温度を測定する冷媒温度センサと、前記電力制御装置の基板の温度を測定する基板温度センサと、前記冷媒温度センサで測定される冷媒温度および前記基板温度センサで測定される基板温度が入力されるコントローラとを有し、前記コントローラは、前記冷媒温度センサおよび前記基板温度センサから入力された前記冷媒温度および前記基板温度に基づいて、前記基板温度が推奨使用下限温度よりも低いときは前記電動アクチュエータを停止させるとともに、前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となるように前記分流装置を制御して前記ラジエータ側及び前記ヒーターコア側への冷媒の流量比を調整する。
【００１３】
このように構成した本発明においては、作業機械を寒冷地で作動させる場合でも、温度調節システムによってインバータ・コンバータの基板の温度が推奨使用下限温度より低いときは電動アクチュエータを停止し、冷媒温度を制御して基板温度を上昇させて推奨使用下限温度より高くなるようにラジエータ側とヒーターコア側への冷媒の流量比を分流装置で制御する。このため、基板温度が低い場合は基板に大電流が流れず、また基板温度が推奨使用下限温度まで上昇してから電動アクチュエータを駆動するため、基板が熱ストレスによってダメージを受けることが抑制され、電力制御装置の寿命の低下が防止される。
【００１４】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械において、前記コントローラは、前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となって前記電力制御装置を起動させた後は、前記冷媒温度が前記推奨使用下限温度になるように前記分流装置を制御する。
【００１５】
これにより、基板温度が推奨使用下限温度以上になった後には冷媒温度が推奨使用下限温度となるように制御するため、安定した冷却が行われて強電基板が熱ダメージを受けないように効率的に制御され、電力制御装置の寿命の低下がより効果的に防止される。
【００１６】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の作業機械において、前記ヒーターコア側の冷媒流路から前記電動水ポンプの吸込側に冷媒をバイパスさせる水抜き回路と、この水抜き回路内に設置されている低圧逆止弁付き開閉弁とを更に備え、前記コントローラは、前記ラジエータ側にのみ冷媒が供給される場合は、前記開閉弁を開き、前記水抜き回路を介して前記ヒーターコア側の冷媒を前記電動水ポンプの吸込側へ移動させる制御を行う。
【００１７】
これにより、分流装置の分流段階がラジエータ側のみに冷媒が供給されているときは、開閉弁を開いてヒーターコア側の冷媒を電動水ポンプの吸込側に流すように制御されるため、ヒーターコア側の冷媒が必要以上に加熱されて冷媒温度が過度に上昇することを防止し、高温の冷媒が冷媒回路に流れることが抑制され、安定した基板温度制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、作業機械を寒冷地で作動させる場合でも、インバータ装置等の電力制御装置の寿命低下を防止することができる温度調節システムを備えた作業機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。
【図２】油圧ショベルの主要電動・油圧機器のシステム構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による温度調節システムの構成を示す図である。
【図４】図３のインバータ・コンバータ部分の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態によるコントローラが行う制御機能を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
以下、作業機械としてハイブリッド式油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
〜油圧ショベルの構成〜
本発明の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルの側面図を図１に示す。
【００２３】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは下部走行体１０と、この下部走行体１０上に旋回可能に設けられた上部旋回体２０と、ショベル機構３０とを備えている。
【００２４】
下部走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の右及び左走行用油圧モータ１３，１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２５】
上部旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動される電動機２３と、電動機２３により発生された電力を蓄えるためのキャパシタ２４と、電動機２３又はキャパシタ２４からの電力により駆動される旋回用電動機２５と、旋回用油圧モータ２７等を有し、旋回用電動機２５と旋回用油圧モータ２７の駆動力により下部走行体１０に対して上部旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させるための旋回機構２６等で構成されている。ここで、上部旋回体２０は主として旋回用油圧モータ２７により駆動され、旋回用電動機２５が旋回用油圧モータ２７と協調駆動することで、補助的に旋回用電動機２５により駆動される。
【００２６】
ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００２７】
さらに、上部旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路装置４０が搭載されている。油圧回路装置４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブユニット４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００２８】
〜システム構成〜
油圧ショベルの主要電動・油圧機器のシステム構成を図２に示す。図２中、図１と同じ構成要素には図１と同じ符号を付してある（後の図も同様とする）。また、図２中、二本線は機械的駆動系統を、太線は電気的駆動系統を、通常太さの実線は油圧駆動系統を示す。
【００２９】
図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達される。
【００３０】
コントロールバルブユニット４２は、アクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品によって構成される方向制御弁を備え、レバー操作式の旋回用の操作装置５２及びその他のそれぞれのレバー操作式の操作装置（図示せず）からの操作信号（操作指令圧力）に応じてそれらの方向制御弁を駆動することで、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の方向と流量を制御する。
【００３１】
インバータ・コンバータ２８は、コントローラ５１からの信号により電動機２３の回転速度とトルクを制御するインバータ装置２８ａと、コントローラ５１からの信号により旋回用電動機２５の回転速度とトルクを制御するインバータ装置２８ｂと、インバータ装置２８ｂで変換された直流をキャパシタ２４に出力する場合に降圧する機能及びキャパシタ２４から入力された直流を昇圧する機能を選択的に行う昇降圧チョッパ２８ｃとを備える。
【００３２】
キャパシタ２４からの直流電力は、インバータ・コンバータ２８のインバータ装置２８ｂにより所定の電圧及び周波数のパルス信号に変換され、旋回用電動機２５に入力される。また、旋回用電動機２５は減速時には発電機特性で使用し、インバータ装置２８ｂは旋回用電動機２５により回生された電力を直流に変換してキャパシタ２４に蓄える。
【００３３】
コントローラ５１は、操作装置５２の操作信号（操作指令圧力）を検出する圧力センサ５３ａ，５３ｂと旋回用油圧モータ２７のメータイン及びメータアウトの圧力を検出する圧力センサ（不図示）からの検出信号に基づいてインバータ・コンバータ２８及びコントロールバルブユニット４２へ送る信号を演算し、出力する。
例えば、コントローラ５１は、上部旋回体２０の旋回を停止する操作がされた場合、旋回用電動機２５により上部旋回体２０の減速或いは停止時のエネルギーを電力として回生するために、インバータ装置２８ｂで変換された直流を昇降圧チョッパ２８ｃで降圧しキャパシタ２４に出力する。これにより、キャパシタ２４を充電するようになっている。一方、上部旋回体２０を旋回させる操作がなされた時に旋回用油圧モータ２７と旋回用電動機２５を併用する場合、コントローラ５１は、キャパシタ２４からの直流を昇降圧チョッパ２８ｃで昇圧してインバータ装置２８ｂに出力し、旋回用電動機２５を駆動する。
【００３４】
以上の構成において、旋回用電動機２５および電動機２３が本発明における電動アクチュエータに、インバータ・コンバータ２８が本発明における電力制御装置に該当する。
【００３５】
次に、本実施形態の温度調整システムについて、図を用いて説明する。図３は本発明の温度調節システムを説明する図であり、図４は図３のインバータ・コンバータ２８の部分を拡大した図である。
【００３６】
温度調節システム５４は、冷媒回路５５と、冷媒温度センサ６８と、基板温度センサ７０と、コントローラ５１とを有し、インバータ・コンバータ２８、旋回用電動機２５、冷媒回路５５の順に冷媒が流れるように構成されている。
【００３７】
冷媒回路５５は、電動水ポンプ６２と、分流装置６４と、この分流装置６４で分流された冷媒の一方が流れるラジエータ６５と、このラジエータ６５に対して並列に接続され、分流装置６４で分流された冷媒のもう一方が流れるヒーターコア６６と、合流部７４と、水抜き回路７２と、この水抜き回路７２内に設置されている低圧逆止弁付き開閉弁７１等とを有する。この冷媒回路５５は、温度調整システム５４を流れる冷媒の温度を所定の温度に制御し、インバータ・コンバータ２８が備える強電基板２８ａ１，２８ｂ１や旋回用電動機２５自体の冷却をする。
【００３８】
電動水ポンプ６２は、エンジン２２の始動とともに起動し、インバータ・コンバータ２８や旋回用電動機２５から流れてきた冷媒を分流装置６４の方向に循環させている。
【００３９】
分流装置６４は、電動水ポンプ６２に対して直列に接続されており、電動水ポンプ６２からの冷媒をラジエータ６５側とヒーターコア６６側の２方向に任意の割合で分流する。分流装置６４が冷媒をすべてラジエータ６５側へ分流する段階をＬ１０、すべてヒーターコア６６側に分流する段階をＬ０とし、Ｌ０からＬ１０までの１１段階に冷媒を分流する。この分流段階はＬ０からＬ１０までの範囲であり、コントローラ５１からの指示にかかわらずこの範囲は逸脱しない。更に分流装置６４には、ラジエータ６５側とヒーターコア６６側への分流段階を検出する傾斜角センサ７３が取り付けられており、検出した分流段階の信号をコントローラ５１へ出力する。
【００４０】
ラジエータ６５は流入した冷媒を大気放熱により冷却する。ヒーターコア６６はエンジン２２の冷却水回路と熱の授受をしており、エンジン２２の始動から徐々にエンジン２２側の冷却水が温まり、冷媒を加熱する。
【００４１】
合流部７４は、ラジエータ６５及びヒーターコア６６を流れた冷媒が合流する箇所であり、この合流部の直前のラジエータ６５側およびヒーターコア６６側に逆止弁６７がそれぞれ取り付けられており、冷媒の逆流を防止している。
【００４２】
水抜き回路７２は、ヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側に冷媒をバイパスするための回路で、内部に低圧逆止弁付きの開閉弁７１が設けられている。開閉弁７１は、分流装置６４を介さずに電動水ポンプ６２の吸込側からヒーターコア６６側の冷媒流路に冷媒が流れることと、ヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側へ冷媒が流れることを防止する。
【００４３】
冷媒温度センサ６８は、合流部７４で合流してインバータ・コンバータ２８へと流れる冷媒の温度を測定する。この冷媒温度センサ６８は、ラジエータ６５で冷却された冷媒とヒーターコア６６で加熱された冷媒とが十分に混ざり合って温度が均一になる箇所に設けるべく、インバータ・コンバータ２８へ冷媒が流入する直前に設けられている。また、冷媒温度センサ６８で測定した冷媒温度は、コントローラ５１に入力される。
【００４４】
基板温度センサ７０は、インバータ・コンバータ２８内のインバータ装置２８ａ，２８ｂに設けられた強電基板２８ａ１，２８ｂ１の温度を測定する。基板温度センサ７０で測定した温度はコントローラ５１に入力される。
【００４５】
〜制御系の構成〜
次に、コントローラ５１の電気系統の構成について説明する。
【００４６】
コントローラ５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、コンピュータプログラムにより、次のように設定されている。
【００４７】
コントローラ５１は、上述のような操作装置５２の操作信号に基づいてインバータ・コンバータ２８及びコントロールバルブユニット４２へ送る信号を演算して出力するほかに、冷媒温度センサ６８で測定される冷媒温度Ｔｆおよび基板温度センサ７０で測定される基板温度ＴＫに基づいて、インバータ・コンバータ２８へ送る信号を演算して出力する。例えば、基板温度ＴＫが、ある推奨使用下限温度ＴＬ未満の場合、旋回用電動機２５や電動機２３を停止するために、インバータ・コンバータ２８のインバータ装置２８ａ，２８ｂに停止信号を出力する。また、基板温度センサの温度ＴＫがある推奨使用下限温度ＴＬ以上の場合は、旋回用電動機２５や電動機２３を起動するために、インバータ・コンバータ２８のインバータ装置２８ａ，２８ｂに起動信号を出力する。
【００４８】
またコントローラ５１は、分流装置６４の分流段階の制御を行う。例えば、旋回用電動機２５や電動機２３が停止しており、基板温度ＴＫと冷媒温度Ｔｆの温度差ΔＴ（＝ＴＫ−Ｔｆ）がある設定温度差ΔＴｓより小さい場合には、分流装置６４の分流段階を１段階下げて、ヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げて冷媒の温度を上昇させ、強電基板２８ａ１，２８ｂ１を加熱する。逆に温度差ΔＴがある設定温度差ΔＴｓと同じかそれより大きい場合は、分流段階を１段階上げて、ラジエータ６５側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を下げ、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が急激に加熱されないようにする。また、旋回用電動機２５や電動機２３が起動している場合、冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬになるように分流装置６４の分流段階を制御する。
【００４９】
更に、傾斜角センサ７３から入力される分流装置６４の分流段階の情報に応じて開閉弁７１の開閉の制御を行う。具体的には、分流装置６４の分流段階がＬ１０の場合、ヒーターコア６６側の冷媒流路の冷媒が必要以上に加熱されることを防ぐために、開閉弁７１を開放して冷媒をヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側に流す。なお、水抜き回路７２は電動水ポンプ６２より物理的に高い位置に配管されることが望ましい。また、分流装置６４の分流段階がＬ１０以外になった場合は、開放弁７１を閉鎖する。なお、無電圧状態（エンジン２２のＯｆｆ状態）では、分流装置６４の分流段階をＬ５、開閉弁７１を開放状態とすることがよい。
【００５０】
〜コントローラの処理機能〜
次に、以上のような構成のコントローラ５１の処理機能を図５を用いて説明する。図５は、コントローラ５１が行う処理機能を示すフローチャートである。
【００５１】
エンジン２２が起動すると、コントローラ５１は、まず分流装置６４の分流段階がＬ１０かどうかを判断する（ステップ１０１）。この分流段階がＬ１０の場合には、開閉弁７１を開放する信号を出力し（ステップ１０２）、ヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側に水抜き回路７２を介して冷媒を流す。分流段階がＬ１０以外の場合は、開閉弁７１を閉める信号を出力する（ステップ１０３）。
【００５２】
次にコントローラ５１は、基板温度センサ７０から入力される基板温度ＴＫが、ある基準によって設定された所定の推奨使用下限温度ＴＬより低いかどうかを判断する（ステップ１０４）。ここで、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬより低いと判断すると、コントローラ５１は電動アクチュエータ（旋回用電動機２５や電動機２３）を停止する制御を行う（ステップ１０５）。なお、推奨使用下限温度ＴＬは、例えば強電基板２８ａ１，２８ｂ１が大きな熱ストレスを受けないと判断できる温度に設定すればよい。
【００５３】
次にコントローラ５１は、基板温度センサ７０から入力される基板温度ＴＫと冷媒温度センサ６８から入力される冷媒温度Ｔｆとの温度差ΔＴ（＝ＴＫ−Ｔｆ）が、ある基準に基づいて設定された所定の設定温度差ΔＴｓを下回っているかどうかを判断する（ステップ１０７）。温度差ΔＴが設定温度差ΔＴｓを下回っていると判断すると、コントローラ５１は、分流装置６４の分流段階を一つ下げて、ヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を上げる（ステップ１０８）。温度差ΔＴが設定温度差ΔＴｓと同じかそれ以上であると判断すると、コントローラ５１は、分流装置６４の分流段階を１つ上げて、ラジエータ６５側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を下げる（ステップ１０９）。なお、設定温度差ΔＴｓをあまり大きく設定すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１と冷媒との温度差が大きくなって、強電基板２８ａ１，２８ｂ１を急激に加熱することを許容することになり、不必要な熱ストレスを強電基板２８ａ１，２８ｂ１に加えることになってしまう。逆にあまり小さく設定すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１の加熱に必要以上に時間がかかっていつまでも電動アクチュエータが停止したままとなる。このため、設定温度差ΔＴｓは適度な大きさの値に設定することが望ましい。
【００５４】
基板温度ＴＫと冷媒温度Ｔｆの温度差ΔＴと設定温度差ΔＴｓとの大小に関わらず（ステップ１０８、ステップ１０９のどちらのステップであっても）、コントローラ５１は再度ステップ１０１に処理を戻し、上述の処理を繰り返す。
【００５５】
ステップ１０４に戻って、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬと同じか高いと判断すると、コントローラ５１はインバータ・コンバータ２８の強電基板２８ａ１，２８ｂ１に大電流を流して問題ないと判断し、インバータ・コンバータ２８を制御して電動アクチュエータを起動させる（ステップ１０６）。
【００５６】
次にコントローラ５１は、冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬより低いかどうかを判断する（ステップ１１０）。冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬより低いと判断すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が必要以上に冷却されることがないように、コントローラ５１は分流装置６４の分流段階を一つ下げてヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を上げるように制御する（ステップ１１１）。また、冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬと同じか高いと判断すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１の冷却が弱まることがないよう、コントローラ５１は分流装置６４の分流段階を一つ上げて、ラジエータ６５側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を下げる制御を行う（ステップ１１２）。これにより基板温度ＴＫを推奨使用下限温度ＴＬを下回ることなく最大限に冷却することが可能になる。
【００５７】
冷媒温度Ｔｆと推奨使用下限温度ＴＬとの大小に関わらず、（ステップ１１１、ステップ１１２のどちらのステップであっても）、コントローラ５１は再度ステップ１０１に処理を戻し、処理を繰り返す。
【００５８】
〜効果〜
以上のように構成した本実施の形態によれば、寒冷地等でのエンジン２２の作動時でも、インバータ・コンバータ２８に設けられた強電基板２８ａ１，２８ｂ１の温度ＴＫが、ある所定の推奨使用下限温度ＴＬより低い場合はインバータ・コンバータ２８を制御して電動アクチュエータを停止させる。また、並列に接続したラジエータ６５とヒーターコア６６への冷媒の流量の流量比を調節して冷媒温度を徐々に上昇させて、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬより高くなるようにラジエータ６５側とヒーターコア６６側への冷媒の流量比を分流装置６４で制御する温度調節システムを備える。このため、寒冷地等の外気温が非常に低く、基板温度ＴＫが非常に低い場合でも、起動直後に強電基板２８ａ１，２８ｂ１に大電流が流れず、また基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬまで上昇してから電動アクチュエータを起動するため、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が熱ストレスによってダメージを受けることが強く抑制され、インバータ・コンバータ２８の寿命の低下が防止される。
【００５９】
また、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬ以上になった後に電動アクチュエータを起動し、そして冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬとなるように分流装置６４を制御する。このため、強電基板２８ａ１，２８ｂ１は安定に冷却され、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が熱ダメージを受けないように効率的に制御されて、寿命の低下がより効果的に防止される。
【００６０】
更に、分流装置６４の分流段階がＬ１０のラジエータ６５側のみに冷媒が供給される場合には、開閉弁７１を開いてヒーターコア６６側の冷媒を水抜き回路７２を介して電動水ポンプ６２の吸込側に流すことで、ヒーターコア６６側に残留する冷媒が加熱されて冷媒温度が過度に上昇することを防止でき、高温の冷媒が冷媒回路５５に流れることを抑制して安定した基板温度制御が実現され、基板へのダメージをより効果的に低減することができる。
【００６１】
＜その他＞
なお、本発明は、被駆動部材を駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動を制御する電力制御装置を備える作業機械全般に適用が可能であり、本発明の適用はハイブリッド式油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、被駆動部材を駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動を制御する電力制御装置を備えたクレーン車、ホイールローダ、フォークリフト、道路機械等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 下部走行体
１１ａ，１１ｂ クローラ
１２ａ，１２ｂ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
２０ 上部旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ 発電機
２４ キャパシタ
２５ 旋回用電動機
２６ 旋回機構
２７ 旋回用油圧モータ
２８ 旋回用インバータ
２８ａ，２８ｂ インバータ装置
２８ａ１，２８ｂ１ 強電基板
２８ｃ 昇降圧チョッパ
２９ 油圧パイロット油圧源
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３２ ブームシリンダ
３３ アーム
３４ アームシリンダ
３５ バケット
３６ バケットシリンダ
３７ 旋回用方向制御弁
４０ 油圧回路装置
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブユニット
５１ コントローラ
５２ 操作装置
５３ａ，５３ｂ 圧力センサ
５４ 温度調節システム
５５ 冷媒回路
６２ 電動水ポンプ
６４ 分流装置
６５ ラジエータ
６６ ヒーターコア
６７ 逆止弁
６８ 冷媒温度センサ
７０ 基板温度センサ
７１ 開閉弁
７２ 水抜き回路
７３ 傾斜角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に係わり、より具体的には、被駆動部材を駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動を制御する電力制御装置を備える作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧作業機械の一例である油圧ショベルは、走行体と、この走行体に旋回可能に設けた旋回体と、この旋回体に俯仰動可能に接続されたブーム、アーム及びバケットを含む多関節型の作業装置（フロント装置）とを備えている。これら走行体、旋回体及び作業装置は、このショベルに備えられた駆動装置の被駆動部材を構成している。
【０００３】
油圧ショベルの駆動装置は、エンジン等の原動機と、この原動機によって駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され、ブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、走行体を走行させる走行モータ、及び旋回体を走行体に対し旋回させる旋回油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータとを有する油圧方式の駆動装置として構成されている。
【０００４】
一方、自動車の分野では、エンジンで発電機を駆動し、その発電電力で電動モータを駆動するとともに残りの電力をバッテリに蓄積し、エンジンのパワーが足りない時にバッテリの電力により発電機を電動モータとして駆動してエンジンをアシストする、いわゆるハイブリッド式の駆動装置が提唱されている。
【０００５】
近年、油圧ショベル等の油圧作業機械においても、この電動モータを備えたハイブリッド式の油圧作業機械が提案されている。例えば、旋回電動モータを有するハイブリッド式油圧ショベルがある。このショベルは、旋回電動モータを備えることで制動時の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生できる（旋回油圧モータは運動エネルギーを熱として放出）ため、省エネルギー化を図れるメリットがある。
【０００６】
ところで、電動モータ等の電動アクチュエータ及びその電力制御装置であるインバータ等の電気機器は、発熱を伴うため、ハイブリッド式の作業機械にはこれら電気機器を冷却する冷却システムが搭載されている。この冷却システムは冷却媒体が循環する冷却回路を備え、冷却回路は冷却媒体を冷却するラジエータと冷却媒体を循環するポンプとを有し、ラジエータによって冷却された冷却媒体をポンプで循環させ、その冷却媒体により電動アクチュエータ等の電気機器を冷却する。電気自動車用のそのような冷却システムの一例が例えば特許文献１及び２に記載されている。
【０００７】
また特許文献２では、季節に関係なく安定した冷却を行うために、ラジエータとポンプを有する冷却回路と、複数のバルブと、ヒータを有するヒータ循環回路等を備え、外気温度に基づいて複数の切換弁の開閉を制御する。例えば、低温時には、常温時に冷却回路を形成していたバルブを閉じて常温時に閉じていた別のバルブを開き、ヒータ側へ冷媒を流してヒータ回路を形成する。冷却媒体は外部熱源であるヒータにより加温され、回路を暖める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−６８１１号公報
【特許文献２】特許３４９７８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、油圧ショベルのような作業機械は寒冷地で作業に供される場合がある。ハイブリッド式の作業機械に備えられる電気機器のうちインバータ装置等の電力制御装置には、大電流が流れる強電基板が設けられている。このような電力制御装置を備えた作業機械を寒冷地で作動させると、強電基板を流れる電力・電流の抵抗発熱によって、基板が急激に加熱され、大きな熱ストレスを受けることになる。この熱ストレスは基板の変形（歪）を生じさせ、この熱ストレスが繰り返されることで寿命低下の可能性が懸念される。また、はんだによって異種金属配線を接続した接点部分は、熱膨張率の違いからこの熱ストレスによる歪によってダメージを受けやすく、接点の接続不良や断線が発生するなどして動作不良が発生する可能性がある。
【００１０】
特許文献１に記載の従来技術は、電動モータあるいはインバータ装置等の電力制御装置を冷却するための技術であり、作業機械を寒冷地で作動させる場合の上述した課題を解決することはできない。特許文献２に記載の従来技術では、外気の温度に基づいてバルブを操作して冷却回路とヒータ循環回路とを切り換えているため、電動アクチュエータやインバータ装置自体の冷却効率・暖房効率を向上させることはできる。しかし、インバータ装置の基板に関わる上述した問題の配慮がなされておらず、特許文献１に記載の従来技術と同様、作業機械を寒冷地で作動させた場合の電力制御装置の寿命低下を防止することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、作業機械を寒冷地で作動させる場合でも、インバータ装置等の電力制御装置の寿命低下を防止することができる温度調節システムを備えた作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、蓄電装置と、この蓄電装置の電力により駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動および前記蓄電装置の充放電を制御する電力制御装置と、この電力制御装置に設けられた基板の温度を調整する温度調整システムとを備える作業機械において、前記温度調整システムは、冷媒を循環させる電動水ポンプと、この電動水ポンプに直列に接続され、前記冷媒を２方向に任意の割合で分流する分流装置と、この分流装置で分流された冷媒の一方が流れるラジエータと、このラジエータに並列に接続され、前記分流装置で分流された冷媒のもう一方が流れるヒーターコアと、前記ラジエータ及び前記ヒーターコアを流れた冷媒が合流する合流部とを有し、前記合流部で合流した冷媒が前記電力制御装置を通過して前記電動水ポンプに戻る冷媒回路と、前記合流部から前記電力制御装置へと流れる冷媒の温度を測定する冷媒温度センサと、前記電力制御装置の基板の温度を測定する基板温度センサと、前記冷媒温度センサで測定される冷媒温度および前記基板温度センサで測定される基板温度が入力されるコントローラとを有し、前記コントローラは、前記冷媒温度センサおよび前記基板温度センサから入力された前記冷媒温度および前記基板温度に基づいて、前記基板温度が推奨使用下限温度よりも低いときは前記電動アクチュエータを停止させるとともに、前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となるように前記分流装置を制御して前記ラジエータ側及び前記ヒーターコア側への冷媒の流量比を調整する。
【００１３】
このように構成した本発明においては、作業機械を寒冷地で作動させる場合でも、温度調節システムによってインバータ・コンバータの基板の温度が推奨使用下限温度より低いときは電動アクチュエータを停止し、冷媒温度を制御して基板温度を上昇させて推奨使用下限温度より高くなるようにラジエータ側とヒーターコア側への冷媒の流量比を分流装置で制御する。このため、基板温度が低い場合は基板に大電流が流れず、また基板温度が推奨使用下限温度まで上昇してから電動アクチュエータを駆動するため、基板が熱ストレスによってダメージを受けることが抑制され、電力制御装置の寿命の低下が防止される。
【００１４】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械において、前記コントローラは、前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となって前記電力制御装置を起動させた後は、前記冷媒温度が前記推奨使用下限温度になるように前記分流装置を制御する。
【００１５】
これにより、基板温度が推奨使用下限温度以上になった後には冷媒温度が推奨使用下限温度となるように制御するため、安定した冷却が行われて強電基板が熱ダメージを受けないように効率的に制御され、電力制御装置の寿命の低下がより効果的に防止される。
【００１６】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の作業機械において、前記ヒーターコア側の冷媒流路から前記電動水ポンプの吸込側に冷媒をバイパスさせる水抜き回路と、この水抜き回路内に設置されている低圧逆止弁付き開閉弁とを更に備え、前記コントローラは、前記ラジエータ側にのみ冷媒が供給される場合は、前記開閉弁を開き、前記水抜き回路を介して前記ヒーターコア側の冷媒を前記電動水ポンプの吸込側へ移動させる制御を行う。
【００１７】
これにより、分流装置の分流段階がラジエータ側のみに冷媒が供給されているときは、開閉弁を開いてヒーターコア側の冷媒を電動水ポンプの吸込側に流すように制御されるため、ヒーターコア側の冷媒が必要以上に加熱されて冷媒温度が過度に上昇することを防止し、高温の冷媒が冷媒回路に流れることが抑制され、安定した基板温度制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、作業機械を寒冷地で作動させる場合でも、インバータ装置等の電力制御装置の寿命低下を防止することができる温度調節システムを備えた作業機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。
【図２】油圧ショベルの主要電動・油圧機器のシステム構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による温度調節システムの構成を示す図である。
【図４】図３のインバータ・コンバータ部分の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態によるコントローラが行う制御機能を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
以下、作業機械としてハイブリッド式油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
〜油圧ショベルの構成〜
本発明の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルの側面図を図１に示す。
【００２３】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは下部走行体１０と、この下部走行体１０上に旋回可能に設けられた上部旋回体２０と、ショベル機構３０とを備えている。
【００２４】
下部走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の右及び左走行用油圧モータ１３，１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２５】
上部旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動される電動機２３と、電動機２３により発生された電力を蓄えるためのキャパシタ２４と、電動機２３又はキャパシタ２４からの電力により駆動される旋回用電動機２５と、旋回用油圧モータ２７等を有し、旋回用電動機２５と旋回用油圧モータ２７の駆動力により下部走行体１０に対して上部旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させるための旋回機構２６等で構成されている。ここで、上部旋回体２０は主として旋回用油圧モータ２７により駆動され、旋回用電動機２５が旋回用油圧モータ２７と協調駆動することで、補助的に旋回用電動機２５により駆動される。
【００２６】
ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００２７】
さらに、上部旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路装置４０が搭載されている。油圧回路装置４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブユニット４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００２８】
〜システム構成〜
油圧ショベルの主要電動・油圧機器のシステム構成を図２に示す。図２中、図１と同じ構成要素には図１と同じ符号を付してある（後の図も同様とする）。また、図２中、二本線は機械的駆動系統を、太線は電気的駆動系統を、通常太さの実線は油圧駆動系統を示す。
【００２９】
図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達される。
【００３０】
コントロールバルブユニット４２は、アクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品によって構成される方向制御弁を備え、レバー操作式の旋回用の操作装置５２及びその他のそれぞれのレバー操作式の操作装置（図示せず）からの操作信号（操作指令圧力）に応じてそれらの方向制御弁を駆動することで、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の方向と流量を制御する。
【００３１】
インバータ・コンバータ２８は、コントローラ５１からの信号により電動機２３の回転速度とトルクを制御するインバータ装置２８ａと、コントローラ５１からの信号により旋回用電動機２５の回転速度とトルクを制御するインバータ装置２８ｂと、インバータ装置２８ｂで変換された直流をキャパシタ２４に出力する場合に降圧する機能及びキャパシタ２４から入力された直流を昇圧する機能を選択的に行う昇降圧チョッパ２８ｃとを備える。
【００３２】
キャパシタ２４からの直流電力は、インバータ・コンバータ２８のインバータ装置２８ｂにより所定の電圧及び周波数のパルス信号に変換され、旋回用電動機２５に入力される。また、旋回用電動機２５は減速時には発電機特性で使用し、インバータ装置２８ｂは旋回用電動機２５により回生された電力を直流に変換してキャパシタ２４に蓄える。
【００３３】
コントローラ５１は、操作装置５２の操作信号（操作指令圧力）を検出する圧力センサ５３ａ，５３ｂと旋回用油圧モータ２７のメータイン及びメータアウトの圧力を検出する圧力センサ（不図示）からの検出信号に基づいてインバータ・コンバータ２８及びコントロールバルブユニット４２へ送る信号を演算し、出力する。
例えば、コントローラ５１は、上部旋回体２０の旋回を停止する操作がされた場合、旋回用電動機２５により上部旋回体２０の減速或いは停止時のエネルギーを電力として回生するために、インバータ装置２８ｂで変換された直流を昇降圧チョッパ２８ｃで降圧しキャパシタ２４に出力する。これにより、キャパシタ２４を充電するようになっている。一方、上部旋回体２０を旋回させる操作がなされた時に旋回用油圧モータ２７と旋回用電動機２５を併用する場合、コントローラ５１は、キャパシタ２４からの直流を昇降圧チョッパ２８ｃで昇圧してインバータ装置２８ｂに出力し、旋回用電動機２５を駆動する。
【００３４】
以上の構成において、旋回用電動機２５および電動機２３が本発明における電動アクチュエータに、インバータ・コンバータ２８が本発明における電力制御装置に該当する。
【００３５】
次に、本実施形態の温度調整システムについて、図を用いて説明する。図３は本発明の温度調節システムを説明する図であり、図４は図３のインバータ・コンバータ２８の部分を拡大した図である。
【００３６】
温度調節システム５４は、冷媒回路５５と、冷媒温度センサ６８と、基板温度センサ７０と、コントローラ５１とを有し、インバータ・コンバータ２８、旋回用電動機２５、冷媒回路５５の順に冷媒が流れるように構成されている。
【００３７】
冷媒回路５５は、電動水ポンプ６２と、分流装置６４と、この分流装置６４で分流された冷媒の一方が流れるラジエータ６５と、このラジエータ６５に対して並列に接続され、分流装置６４で分流された冷媒のもう一方が流れるヒーターコア６６と、合流部７４と、水抜き回路７２と、この水抜き回路７２内に設置されている低圧逆止弁付き開閉弁７１等とを有する。この冷媒回路５５は、温度調整システム５４を流れる冷媒の温度を所定の温度に制御し、インバータ・コンバータ２８が備える強電基板２８ａ１，２８ｂ１や旋回用電動機２５自体の冷却をする。
【００３８】
電動水ポンプ６２は、エンジン２２の始動とともに起動し、インバータ・コンバータ２８や旋回用電動機２５から流れてきた冷媒を分流装置６４の方向に循環させている。
【００３９】
分流装置６４は、電動水ポンプ６２に対して直列に接続されており、電動水ポンプ６２からの冷媒をラジエータ６５側とヒーターコア６６側の２方向に任意の割合で分流する。分流装置６４が冷媒をすべてラジエータ６５側へ分流する段階をＬ１０、すべてヒーターコア６６側に分流する段階をＬ０とし、Ｌ０からＬ１０までの１１段階に冷媒を分流する。この分流段階はＬ０からＬ１０までの範囲であり、コントローラ５１からの指示にかかわらずこの範囲は逸脱しない。更に分流装置６４には、ラジエータ６５側とヒーターコア６６側への分流段階を検出する傾斜角センサ７３が取り付けられており、検出した分流段階の信号をコントローラ５１へ出力する。
【００４０】
ラジエータ６５は流入した冷媒を大気放熱により冷却する。ヒーターコア６６はエンジン２２の冷却水回路と熱の授受をしており、エンジン２２の始動から徐々にエンジン２２側の冷却水が温まり、冷媒を加熱する。
【００４１】
合流部７４は、ラジエータ６５及びヒーターコア６６を流れた冷媒が合流する箇所であり、この合流部の直前のラジエータ６５側およびヒーターコア６６側に逆止弁６７がそれぞれ取り付けられており、冷媒の逆流を防止している。
【００４２】
水抜き回路７２は、ヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側に冷媒をバイパスするための回路で、内部に低圧逆止弁付きの開閉弁７１が設けられている。開閉弁７１は、分流装置６４を介さずに電動水ポンプ６２の吸込側からヒーターコア６６側の冷媒流路に冷媒が流れることと、ヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側へ冷媒が流れることを防止する。
【００４３】
冷媒温度センサ６８は、合流部７４で合流してインバータ・コンバータ２８へと流れる冷媒の温度を測定する。この冷媒温度センサ６８は、ラジエータ６５で冷却された冷媒とヒーターコア６６で加熱された冷媒とが十分に混ざり合って温度が均一になる箇所に設けるべく、インバータ・コンバータ２８へ冷媒が流入する直前に設けられている。また、冷媒温度センサ６８で測定した冷媒温度は、コントローラ５１に入力される。
【００４４】
基板温度センサ７０は、インバータ・コンバータ２８内のインバータ装置２８ａ，２８ｂに設けられた強電基板２８ａ１，２８ｂ１の温度を測定する。基板温度センサ７０で測定した温度はコントローラ５１に入力される。
【００４５】
〜制御系の構成〜
次に、コントローラ５１の電気系統の構成について説明する。
【００４６】
コントローラ５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、コンピュータプログラムにより、次のように設定されている。
【００４７】
コントローラ５１は、上述のような操作装置５２の操作信号に基づいてインバータ・コンバータ２８及びコントロールバルブユニット４２へ送る信号を演算して出力するほかに、冷媒温度センサ６８で測定される冷媒温度Ｔｆおよび基板温度センサ７０で測定される基板温度ＴＫに基づいて、インバータ・コンバータ２８へ送る信号を演算して出力する。例えば、基板温度ＴＫが、ある推奨使用下限温度ＴＬ未満の場合、旋回用電動機２５や電動機２３を停止するために、インバータ・コンバータ２８のインバータ装置２８ａ，２８ｂに停止信号を出力する。また、基板温度センサの温度ＴＫがある推奨使用下限温度ＴＬ以上の場合は、旋回用電動機２５や電動機２３を起動するために、インバータ・コンバータ２８のインバータ装置２８ａ，２８ｂに起動信号を出力する。
【００４８】
またコントローラ５１は、分流装置６４の分流段階の制御を行う。例えば、旋回用電動機２５や電動機２３が停止しており、基板温度ＴＫと冷媒温度Ｔｆの温度差ΔＴ（＝ＴＫ−Ｔｆ）がある設定温度差ΔＴｓより小さい場合には、分流装置６４の分流段階を１段階下げて、ヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げて冷媒の温度を上昇させ、強電基板２８ａ１，２８ｂ１を加熱する。逆に温度差ΔＴがある設定温度差ΔＴｓと同じかそれより大きい場合は、分流段階を１段階上げて、ラジエータ６５側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を下げ、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が急激に加熱されないようにする。また、旋回用電動機２５や電動機２３が起動している場合、冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬになるように分流装置６４の分流段階を制御する。
【００４９】
更に、傾斜角センサ７３から入力される分流装置６４の分流段階の情報に応じて開閉弁７１の開閉の制御を行う。具体的には、分流装置６４の分流段階がＬ１０の場合、ヒーターコア６６側の冷媒流路の冷媒が必要以上に加熱されることを防ぐために、開閉弁７１を開放して冷媒をヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側に流す。なお、水抜き回路７２は電動水ポンプ６２より物理的に高い位置に配管されることが望ましい。また、分流装置６４の分流段階がＬ１０以外になった場合は、開放弁７１を閉鎖する。なお、無電圧状態（エンジン２２のＯｆｆ状態）では、分流装置６４の分流段階をＬ５、開閉弁７１を開放状態とすることがよい。
【００５０】
〜コントローラの処理機能〜
次に、以上のような構成のコントローラ５１の処理機能を図５を用いて説明する。図５は、コントローラ５１が行う処理機能を示すフローチャートである。
【００５１】
エンジン２２が起動すると、コントローラ５１は、まず分流装置６４の分流段階がＬ１０かどうかを判断する（ステップ１０１）。この分流段階がＬ１０の場合には、開閉弁７１を開放する信号を出力し（ステップ１０２）、ヒーターコア６６側の冷媒流路から電動水ポンプ６２の吸込側に水抜き回路７２を介して冷媒を流す。分流段階がＬ１０以外の場合は、開閉弁７１を閉める信号を出力する（ステップ１０３）。
【００５２】
次にコントローラ５１は、基板温度センサ７０から入力される基板温度ＴＫが、ある基準によって設定された所定の推奨使用下限温度ＴＬより低いかどうかを判断する（ステップ１０４）。ここで、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬより低いと判断すると、コントローラ５１は電動アクチュエータ（旋回用電動機２５や電動機２３）を停止する制御を行う（ステップ１０５）。なお、推奨使用下限温度ＴＬは、例えば強電基板２８ａ１，２８ｂ１が大きな熱ストレスを受けないと判断できる温度に設定すればよい。
【００５３】
次にコントローラ５１は、基板温度センサ７０から入力される基板温度ＴＫと冷媒温度センサ６８から入力される冷媒温度Ｔｆとの温度差ΔＴ（＝ＴＫ−Ｔｆ）が、ある基準に基づいて設定された所定の設定温度差ΔＴｓを下回っているかどうかを判断する（ステップ１０７）。温度差ΔＴが設定温度差ΔＴｓを下回っていると判断すると、コントローラ５１は、分流装置６４の分流段階を一つ下げて、ヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を上げる（ステップ１０８）。温度差ΔＴが設定温度差ΔＴｓと同じかそれ以上であると判断すると、コントローラ５１は、分流装置６４の分流段階を１つ上げて、ラジエータ６５側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を下げる（ステップ１０９）。なお、設定温度差ΔＴｓをあまり大きく設定すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１と冷媒との温度差が大きくなって、強電基板２８ａ１，２８ｂ１を急激に加熱することを許容することになり、不必要な熱ストレスを強電基板２８ａ１，２８ｂ１に加えることになってしまう。逆にあまり小さく設定すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１の加熱に必要以上に時間がかかっていつまでも電動アクチュエータが停止したままとなる。このため、設定温度差ΔＴｓは適度な大きさの値に設定することが望ましい。
【００５４】
基板温度ＴＫと冷媒温度Ｔｆの温度差ΔＴと設定温度差ΔＴｓとの大小に関わらず（ステップ１０８、ステップ１０９のどちらのステップであっても）、コントローラ５１は再度ステップ１０１に処理を戻し、上述の処理を繰り返す。
【００５５】
ステップ１０４に戻って、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬと同じか高いと判断すると、コントローラ５１はインバータ・コンバータ２８の強電基板２８ａ１，２８ｂ１に大電流を流して問題ないと判断し、インバータ・コンバータ２８を制御して電動アクチュエータを起動させる（ステップ１０６）。
【００５６】
次にコントローラ５１は、冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬより低いかどうかを判断する（ステップ１１０）。冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬより低いと判断すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が必要以上に冷却されることがないように、コントローラ５１は分流装置６４の分流段階を一つ下げてヒーターコア６６側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を上げるように制御する（ステップ１１１）。また、冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬと同じか高いと判断すると、強電基板２８ａ１，２８ｂ１の冷却が弱まることがないよう、コントローラ５１は分流装置６４の分流段階を一つ上げて、ラジエータ６５側への冷媒の流量を上げ、冷媒の温度を下げる制御を行う（ステップ１１２）。これにより基板温度ＴＫを推奨使用下限温度ＴＬを下回ることなく最大限に冷却することが可能になる。
【００５７】
冷媒温度Ｔｆと推奨使用下限温度ＴＬとの大小に関わらず、（ステップ１１１、ステップ１１２のどちらのステップであっても）、コントローラ５１は再度ステップ１０１に処理を戻し、処理を繰り返す。
【００５８】
〜効果〜
以上のように構成した本実施の形態によれば、寒冷地等でのエンジン２２の作動時でも、インバータ・コンバータ２８に設けられた強電基板２８ａ１，２８ｂ１の温度ＴＫが、ある所定の推奨使用下限温度ＴＬより低い場合はインバータ・コンバータ２８を制御して電動アクチュエータを停止させる。また、並列に接続したラジエータ６５とヒーターコア６６への冷媒の流量の流量比を調節して冷媒温度を徐々に上昇させて、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬより高くなるようにラジエータ６５側とヒーターコア６６側への冷媒の流量比を分流装置６４で制御する温度調節システムを備える。このため、寒冷地等の外気温が非常に低く、基板温度ＴＫが非常に低い場合でも、起動直後に強電基板２８ａ１，２８ｂ１に大電流が流れず、また基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬまで上昇してから電動アクチュエータを起動するため、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が熱ストレスによってダメージを受けることが強く抑制され、インバータ・コンバータ２８の寿命の低下が防止される。
【００５９】
また、基板温度ＴＫが推奨使用下限温度ＴＬ以上になった後に電動アクチュエータを起動し、そして冷媒温度Ｔｆが推奨使用下限温度ＴＬとなるように分流装置６４を制御する。このため、強電基板２８ａ１，２８ｂ１は安定に冷却され、強電基板２８ａ１，２８ｂ１が熱ダメージを受けないように効率的に制御されて、寿命の低下がより効果的に防止される。
【００６０】
更に、分流装置６４の分流段階がＬ１０のラジエータ６５側のみに冷媒が供給される場合には、開閉弁７１を開いてヒーターコア６６側の冷媒を水抜き回路７２を介して電動水ポンプ６２の吸込側に流すことで、ヒーターコア６６側に残留する冷媒が加熱されて冷媒温度が過度に上昇することを防止でき、高温の冷媒が冷媒回路５５に流れることを抑制して安定した基板温度制御が実現され、基板へのダメージをより効果的に低減することができる。
【００６１】
＜その他＞
なお、本発明は、被駆動部材を駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動を制御する電力制御装置を備える作業機械全般に適用が可能であり、本発明の適用はハイブリッド式油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、被駆動部材を駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動を制御する電力制御装置を備えたクレーン車、ホイールローダ、フォークリフト、道路機械等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 下部走行体
１１ａ，１１ｂ クローラ
１２ａ，１２ｂ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
２０ 上部旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ 発電機
２４ キャパシタ
２５ 旋回用電動機
２６ 旋回機構
２７ 旋回用油圧モータ
２８ 旋回用インバータ
２８ａ，２８ｂ インバータ装置
２８ａ１，２８ｂ１ 強電基板
２８ｃ 昇降圧チョッパ
２９ 油圧パイロット油圧源
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３２ ブームシリンダ
３３ アーム
３４ アームシリンダ
３５ バケット
３６ バケットシリンダ
３７ 旋回用方向制御弁
４０ 油圧回路装置
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブユニット
５１ コントローラ
５２ 操作装置
５３ａ，５３ｂ 圧力センサ
５４ 温度調節システム
５５ 冷媒回路
６２ 電動水ポンプ
６４ 分流装置
６５ ラジエータ
６６ ヒーターコア
６７ 逆止弁
６８ 冷媒温度センサ
７０ 基板温度センサ
７１ 開閉弁
７２ 水抜き回路
７３ 傾斜角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、この蓄電装置の電力により駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動および前記蓄電装置の充放電を制御する電力制御装置と、この電力制御装置に設けられた基板の温度を調整する温度調整システムとを備える作業機械において、
前記温度調整システムは、
冷媒を循環させる電動水ポンプと、この電動水ポンプに直列に接続され、前記冷媒を２方向に任意の割合で分流する分流装置と、この分流装置で分流された冷媒の一方が流れるラジエータと、このラジエータに並列に接続され、前記分流装置で分流された冷媒のもう一方が流れるヒーターコアと、前記ラジエータ及び前記ヒーターコアを流れた冷媒が合流する合流部とを有し、前記合流部で合流した冷媒が前記電力制御装置を通過して前記電動水ポンプに戻る冷媒回路と、
前記合流部から前記電力制御装置へと流れる冷媒の温度を測定する冷媒温度センサと、
前記電力制御装置の基板の温度を測定する基板温度センサと、
前記冷媒温度センサで測定される冷媒温度および前記基板温度センサで測定される基板温度が入力されるコントローラとを有し、
前記コントローラは、前記冷媒温度センサおよび前記基板温度センサから入力された前記冷媒温度および前記基板温度に基づいて、前記基板温度が推奨使用下限温度よりも低いときは前記電動アクチュエータを停止させるとともに、前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となるように前記分流装置を制御して前記ラジエータ側及び前記ヒーターコア側への冷媒の流量比を調整することを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、
前記コントローラは、
前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となって前記電力制御装置を起動させた後は、前記冷媒温度が前記推奨使用下限温度になるように前記分流装置を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載の作業機械において、
前記ヒーターコア側の冷媒流路から前記電動水ポンプの吸込側に冷媒をバイパスさせる水抜き回路と、この水抜き回路内に設置されている低圧逆止弁付き開閉弁とを更に備え、
前記コントローラは、
前記ラジエータ側にのみ冷媒が供給される場合は、前記開閉弁を開き、前記水抜き回路を介して前記ヒーターコア側の冷媒を前記電動水ポンプの吸込側へ移動させる制御を行うことを特徴とする作業機械。
【請求項１】
蓄電装置と、この蓄電装置の電力により駆動する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動および前記蓄電装置の充放電を制御する電力制御装置と、この電力制御装置に設けられた基板の温度を調整する温度調整システムとを備える作業機械において、
前記温度調整システムは、
冷媒を循環させる電動水ポンプと、この電動水ポンプに直列に接続され、前記冷媒を２方向に任意の割合で分流する分流装置と、この分流装置で分流された冷媒の一方が流れるラジエータと、このラジエータに並列に接続され、前記分流装置で分流された冷媒のもう一方が流れるヒーターコアと、前記ラジエータ及び前記ヒーターコアを流れた冷媒が合流する合流部とを有し、前記合流部で合流した冷媒が前記電力制御装置を通過して前記電動水ポンプに戻る冷媒回路と、
前記合流部から前記電力制御装置へと流れる冷媒の温度を測定する冷媒温度センサと、
前記電力制御装置の基板の温度を測定する基板温度センサと、
前記冷媒温度センサで測定される冷媒温度および前記基板温度センサで測定される基板温度が入力されるコントローラとを有し、
前記コントローラは、前記冷媒温度センサおよび前記基板温度センサから入力された前記冷媒温度および前記基板温度に基づいて、前記基板温度が推奨使用下限温度よりも低いときは前記電動アクチュエータを停止させるとともに、前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となるように前記分流装置を制御して前記ラジエータ側及び前記ヒーターコア側への冷媒の流量比を調整することを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、
前記コントローラは、
前記基板温度が前記推奨使用下限温度以上となって前記電力制御装置を起動させた後は、前記冷媒温度が前記推奨使用下限温度になるように前記分流装置を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載の作業機械において、
前記ヒーターコア側の冷媒流路から前記電動水ポンプの吸込側に冷媒をバイパスさせる水抜き回路と、この水抜き回路内に設置されている低圧逆止弁付き開閉弁とを更に備え、
前記コントローラは、
前記ラジエータ側にのみ冷媒が供給される場合は、前記開閉弁を開き、前記水抜き回路を介して前記ヒーターコア側の冷媒を前記電動水ポンプの吸込側へ移動させる制御を行うことを特徴とする作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２６５７７（Ｐ２０１３−２６５７７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２５０３（Ｐ２０１１−１６２５０３）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]