動力系の原動機を始動させるためのシステムおよび方法
【課題】動力系の原動機を始動させるためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機を含む。動力系はまた、第１の電気エネルギー貯蔵装置および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含む。動力系は、第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を選択的に始動させるように構成された動力系制御装置をさらに含み得る。
【解決手段】動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機を含む。動力系はまた、第１の電気エネルギー貯蔵装置および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含む。動力系は、第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を選択的に始動させるように構成された動力系制御装置をさらに含み得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、原動機を備える動力系、より詳しくは、そのような原動機の始動に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械の動力系は、機械によって種々の作業を行うための動力を提供する原動機を含む。例えば、多くの機械は、原動機としてエンジンを含み、エンジンは、機械で１つ以上の作業を行うために使用できる電気を発生させる電動機／発電機に駆動接続されている。機械の原動機は、一般に、機械が使用されていないときには停止されている。１つ以上の作業を行うために機械を動作させることが望まれる場合、原動機を始動させる必要があるかもしれない。多くの場合、原動機の始動には、原動機がそれ自体の動力によって動作し始めることができるようになるまで、外部動力源によって原動機を駆動させることを必要とする。
【０００３】
原動機を始動させるための多くの公知の手法は、原動機がそれ自体の動力で動作し始めるまで、電動機を使用して原動機を駆動することを含む。例えば、多くの公知のシステムは、バッテリなどの電気エネルギー貯蔵装置を使用して電動機を駆動し、原動機を始動させる。電気エネルギー貯蔵装置の充電レベルが低すぎると、残念ながら原動機を始動させることはできないであろう。
【０００４】
市川への（特許文献１）には、機械の動力系のバッテリを充電することが開示されている。（特許文献１）には、電動機／発電機に駆動接続されたエンジンを備える動力系が開示されている。（特許文献１）には、バッテリに接続されたインバータからの電気によってエンジンを始動させるための電動機／発電機の動作が開示されている。（特許文献１）のシステムは、バッテリを充電するために、１００ｖまたは２００ｖの交流電力の商用電源などの、機械に取り付けられていない電力供給装置に接続できる充電器を含む。
【０００５】
（特許文献１）には、バッテリを充電するために、機械に取り付けられていない商用電源に接続できる充電器を備えるシステムが開示されているが、一定の不利益が依然としてあるかもしれない。例えば、多くの場合、充電器に接続しバッテリを充電するための非搭載型商用電源に、すぐに利用できる供給源はないかもしれない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００７６６３６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示のシステムおよび方法は、上記の問題の１つ以上を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示される一実施形態は動力系に関する。動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機を含み得る。動力系はまた、第１の電気エネルギー貯蔵装置および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。動力系は、第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を選択的に始動させるように構成された動力系制御装置をさらに含み得る。
【０００９】
別の実施形態は動力系の動作方法に関する。動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機、第１の電気エネルギー貯蔵装置、および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。この方法は、第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を始動させることを含み得る。
【００１０】
さらに開示される実施形態は、車台と動力系とを有する機械に関する。動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機、電力負荷、および電動機／発電機から電力負荷に電気を伝達するように動作可能な電力線を含み得る。動力系はまた、第１の電気エネルギー貯蔵装置および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。第１の電気エネルギー貯蔵装置は車台に接地され、第２の電気エネルギー貯蔵装置は車台から電気的に絶縁され得る。動力系はまた、第２の電気エネルギー貯蔵装置によって供給されたエネルギーを使用して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を始動するように構成された動力系制御装置を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示による動力系を有する機械の一実施形態を示す。
【図２】本開示による動力系の一実施形態をより詳細に示す。
【図３】本開示による例示的な動力系の一動作方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１および図２に、本明細書による機械１０、動力系１１、およびそれらの種々の構成要素を示す。機械１０は、１つ以上の作業を実施するために動力を用いる任意のタイプの機械とし得る。例えば、機械１０は、人、物品、または他の物質（ｍａｔｔｅｒ）または物体を運搬するかまたは動かすように構成された可動機械とし得る。加えて、または代わりに、機械１０は、採鉱、建設、エネルギー探査および／または生成、製造、輸送、および農業などの商業または工業に関連した種々の他の作業を実施するように構成し得る。
【００１３】
図１に示すように、一部の実施形態では、機械１０は、採掘用に構成されたエクスカベータとし得る。機械１０は、機械１０の他の構成要素が取り付けられる車台１３を含み得る。一部の実施形態では、車台１３の一部分または全体は、導電性材料、例えば鋼、鋳鉄、アルミニウム、および／または他の導電性金属などから構成される。図１に示す例では、車台１３は下部走行体１４および上部旋回体２０を含み得る。下部走行体１４はフレーム１２を含み得る。一部の実施形態では、機械１０を可動機械とし、下部走行体１４は１つ以上の推進装置１６を含んで機械１０を推進させ得る。推進装置１６は、機械１０を推進させるように構成された任意のタイプの装置とし得る。例えば、図１に示すように、推進装置１６は履帯ユニットとし得る。代わりに、推進装置１６は車輪、または機械１０を推進させるように動作可能な他のタイプの装置とし得る。下部走行体１４はまた、推進装置１６を駆動させるために１つ以上の構成要素を含み得る。例えば、下部走行体１４は、推進装置１６を駆動させるために駆動モータ１８を含み得る。駆動モータ１８は電動機または液圧モータとし得る。
【００１４】
上部旋回体２０はフレーム１２から吊るされ得る。一部の実施形態では、上部旋回体２０はピボットシステム２２によってフレーム１２から吊るされ得る。ピボットシステム２２は旋回ベアリング２４および電動機４６を含み得る。旋回ベアリング２４は、フレーム１２に装着された内側レースと、上部旋回体２０が装着される外側レースとを含み得る。旋回ベアリング２４の内側レースおよび外側レースの双方とも、垂直軸３４に同心に延在し得る。内側レースおよび外側レースは、玉軸受などの転動体（図示せず）を介して互いに係合し、外側レースおよび上部旋回体２０が軸３４の周りでフレーム１２に対して旋回し得るようにする。
【００１５】
電動機４６は、上部旋回体２０および旋回ベアリング２４の外側レースを軸３４の周りで回転させるように動作可能とし得る。電動機４６は、その出力軸に装着された歯車５１を有し、電動機４６は、歯車５１がフレーム１２上の歯車の歯にかみ合うような位置で上部旋回体２０を装着し得る。電動機４６は、動力系１１の種々の構成要素から動力を受けて、軸３４の周りで上部旋回体２０を回転させ得る。電動機４６は、動力系１１の多くの電力負荷の１つを構成し得る。
【００１６】
機械１０は種々の他の構成要素を含み得る。例えば、図１に示すように、機械１０は器具３６を含み得る。器具３６は機械１０の種々の部分に装着され、かつ種々の作業を実施するように構成され得る。一部の実施形態では、器具３６は上部旋回体２０に装着され、かつ採掘を行うように構成され得る。機械１０はまたオペレータステーション３８を含み、そこから、個人が機械１０の動作の１つ以上の局面を制御できる。オペレータステーション３８はまた上部旋回体２０に装着され得る。
【００１７】
図２は、詳細な動力系１１の図を示す。動力系１１は、動力系制御装置２６、および種々の作業を実施するために動力を提供するように動作可能な種々の構成要素を含み得る。一部の実施形態では、動力系１１はハイブリッド式電力系統とし得る。動力系制御装置２６に加えて、動力系１１は電動機４６、原動機３０、電動機／発電機３２、第１の電気エネルギー貯蔵装置４８、第２の電気エネルギー貯蔵装置５０、および動力伝達システム５２を含み得る。本明細書で使用されるように、用語「電動機／発電機」は、電力を受けるときには電動機として動作するように機能し、および／または機械的に駆動されているときには発電機として動作するように機能する任意の電気装置を指す。
【００１８】
原動機３０は、電動機／発電機３２を駆動するための機械的な力を生じるように構成された任意のタイプの装置とし得る。例えば、原動機３０をディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン、または機械的な力を生じるように動作可能な任意の他のタイプの構成要素とし得る。
【００１９】
電動機／発電機３２は、原動機３０から受けた機械的な力によって電気を生成するように動作可能な任意のタイプの構成要素とし得る。電動機／発電機３２はまた、電気を受けて電動機として動作し、いくつもの目的のために原動機３０を駆動するように動作可能とし得る。電動機４６を、動力伝達システム５２から電気を受けて電動機として動作するように動作可能な任意のタイプの構成要素とし得る。電動機／発電機３２および電動機４６の各々を、例えば、永久磁石型電気機械、スイッチドリラクタンス電気機械、直流機、誘導型機のいずれかまたは当該技術分野で公知の任意の他のタイプの電気機械のいずれかとし得る。
【００２０】
電気エネルギー貯蔵装置４８を、電気エネルギーを貯蔵しかつ動力伝達システム５２と電気を交換する（すなわち、電気を受けたり伝達したりする）ように動作可能な任意のタイプの装置とし得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８は、１つ以上のバッテリおよび／または１つ以上のコンデンサを含み得る。電気エネルギー貯蔵装置４８は陽極端子５４および陰極端子５６を含み得る。電気エネルギー貯蔵装置４８は、機械１０の車台１３から電気的に絶縁され得る。電気エネルギー貯蔵装置４８は、陽極端子５４および陰極端子５６に電気的に接続された１つ以上の貯蔵セル（図示せず）を含み得る。一部の実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置４８は、陽極端子５４および陰極端子５６に直列および／または並列に電気的に接続された複数の貯蔵セルを含み得る。
【００２１】
電気エネルギー貯蔵装置４８はまた、端子５４、５６および／または貯蔵セルに接続された種々の他の電気部品を含み得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８が、互いに接続された複数のエネルギー貯蔵セルを含む一部の実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置４８は１つ以上の回路を含んで、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電および／または放電中に１つ以上のセルの周りに電気が流れることを可能にし得る。電気エネルギー貯蔵装置４８のこれらのおよび他の構成要素は、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電中などの所定の状況では、貯蔵セルの相対的な充電レベルが不均衡となった状況においてそのセルの充電の平衡を保つために、限られた電流しか流すことができないかもしれない。
【００２２】
電気エネルギー貯蔵装置４８は、動力系１１用の主電気エネルギー貯蔵装置としての機能を果たし得る。従って、電気エネルギー貯蔵装置４８は高いエネルギー貯蔵容量を有し得る。加えて、電気エネルギー貯蔵装置４８は、例えば約３５０ボルトの比較的高い公称定格電圧を有し得る。
【００２３】
電気エネルギー貯蔵装置５０はまた、電気エネルギーを貯蔵しかつ動力伝達システム５２と電気を交換する（すなわち、電気を受けたり伝達したりする）ように動作可能な任意のタイプの装置とし得る。電気エネルギー貯蔵装置４８のように、電気エネルギー貯蔵装置５０は１つ以上のバッテリおよび／または１つ以上のコンデンサを含み得る。電気エネルギー貯蔵装置５０は陽極端子５８および陰極端子６０を含み得る。一部の実施形態では、端子５８、６０の一方は車台１３に電気的に接続されることにより、端子５８、６０の電圧は車台を基準にするようにする。例えば、陰極端子６０は電気的な接地１４０を介して車台１３に電気的に接続し得る。電気エネルギー貯蔵装置５０は動力系１１の副電気エネルギー貯蔵装置として機能し得る。加えて、電気エネルギー貯蔵装置５０は、エネルギー貯蔵装置４８よりも遙かに低い公称定格電圧を有し得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置５０は約１２ボルトまたは約２４ボルトの公称定格電圧を有し得る。
【００２４】
動力伝達システム５２は、インバータ１００、電力調整器１０２、電力調整器１０４、および種々の電気コネクタ、例えばこれらの装置を接続する電気線路および／または電気スイッチを含み得る。インバータ１００はパワーエレクトロニクスユニット１０６、パワーエレクトロニクスユニット１０８、電力線１１０、１１１、バルクコンデンサ１１４、および制御装置１１２を含み得る。パワーエレクトロニクスユニット１０６は、電動機４６と電力線１１０、１１１との間の電力の流れを調整するように動作可能とし得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０６はまた、電動機４６と電力線１１０、１１１との間に流れる電気の形態を変換するように動作可能とし得る。例えば、パワーエレクトロニクスユニット１０６は、電動機４６での交流電流と電力線１１０、１１１での直流との間の変換を行うように動作可能とし得る。同様に、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電動機／発電機３２と電力線１１０、１１１との間の電力の流れを調整するように動作可能とし得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０８はまた、電動機／発電機３２での交流電流の電気と電力線１１０、１１１での直流の電気とを変換するなど、電動機／発電機３２と電力線１１０、１１１との間に流れる電気の形態を変換し得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８は、電力を調整および／または変換するために種々のタイプの制御可能な電気部品を含み得る。制御可能な電気部品は、ＳＣＲ（シリコン制御整流器）、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、およびＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を含むがこれらに限定されない。バルクコンデンサ１１４は、電力線１１０と１１１との間に接続され、かつ電力線１１０、１１１での電圧のいかなる変動も取り除く働きをし得る。インバータ１００のこの形態は、パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８および電力線１１０、１１１を経由した電動機／発電機３２と電動機４６との間の電気の交換を可能にし得る。
【００２５】
制御装置１１２は、パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８に動作可能に接続され、制御装置１１２は、パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８の動作の１つ以上の局面を制御するように構成され得る（例えば、プログラムされ得る）。一部の実施形態では、制御装置１１２は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサおよび／または１つ以上のメモリ素子を含み得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８を制御することによって、制御装置１１２は、電力線１１０、１１１上の電圧、および電力線１１０、１１１、電動機４６、および電動機／発電機３２の間を流れる電流量を制御するように動作可能とし得る。一部の実施形態では、制御装置１１２はパワーエレクトロニクスモジュールを制御して、電力線１１０、１１１の電圧を電気エネルギー貯蔵装置４８の公称定格電圧よりも高く維持し得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８の公称定格電圧が約３５０ボルトである場合、制御装置１１２はパワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８を動作して、電力線の電圧を約６５０ボルトに維持し得る。
【００２６】
電力調整器１０２は入力／出力端子１１６、１１７、１１８、１１９を含み得る。電力調整器１０２は、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間で交換される電気の１つ以上の局面を調整可能にする任意の形態を有し得る。電力調整器１０２は、例えば、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間で電気を交換するかどうかを制御するように動作可能とし得る。電力調整器１０２はまた、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間に流れる電気の方向、すなわち、電気が端子１１６、１１７から端子１１８、１１９へ流れるか、またはその反対方向に流れるかを制御するように構成され得る。電力調整器１０２は、種々の形態の電気を交換し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０２は、端子１１６、１１７、１１８、１１９で直流の電気を受けるおよび／または供給するように構成され得る。電力調整器１０２はまた、端子１１６、１１７、１１８、１１９の各々での電圧を、および端子１１６、１１７、１１８、１１９の各々で流れる電流量を制御するように動作可能とし得る。例えば、電力調整器１０２は、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間で伝達された電気を、端子１１６、１１７での直流の電気のある電圧（例えば約６５０ボルト）から、端子１１８、１１９での直流の電気の別の電圧（例えば約３５０ボルト）に変更するように動作可能とし得る。以下さらに説明するように、電力調整器１０２はまた、動力系１１の１つ以上の他の構成要素によって制御可能とし得るので、それらの他の構成要素は、電力調整器１０２が端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間の電気の交換を制御する方法を制御し得る。電力調整器１０２は、上述の機能性を提供することを可能にする構成要素の任意の相応しい構成を含み得る。
【００２７】
電力調整器１０４は入力／出力端子１２６、１２７、１２８、１２９を含み得る。電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で交換される電気の１つ以上の局面を調整できるようにする任意の構成を有し得る。電力調整器１０４は、例えば、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で電気が交換されるかどうかを制御するように動作可能とし得る。電力調整器１０４は種々の形態の電気を交換し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７、１２８、１２９直流の電気を受けるおよび／または供給するように構成され得る。電力調整器１０４はまた、端子１２６、１２７、１２８、１２９の各々での電圧を、および端子１２６、１２７、１２８、１２９の各々で流れる電流量を制御するように動作可能とし得る。例えば、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で伝達される電気を、端子１２６、１２７での直流の電気のある電圧（例えば約１２または２４ボルト）から、端子１２８、１２９での直流の電気の別の電圧（例えば約３５０ボルト）に変更するように動作可能とし得る。
【００２８】
電力調整器１０４は一方向または双方向電力調整器とし得る。電力調整器１０４が一方向電力調整器である実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で一方向にのみ電気を伝達するように動作可能とし得る。例えば、一部の実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７から端子１２８、１２９へ電気を伝達するが、その反対方向には伝達しないように動作可能とし得る。反対に、電力調整器１０４が双方向電力調整器である実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間を流れる電気の方向、すなわち、電気が端子１１６、１１７から端子１１８、１１９へ流れるか、またはその反対方向に流れるかを制御するように構成され得る。
【００２９】
電力調整器１０４は、電力調整器１０４がその端子１２６、１２７、１２８、１２９間で電気の交換を制御する方法の上述の局面を制御するように構成された（例えば、プログラムされた）制御装置１３４を含み得る。制御装置１３４は、電力調整器１０４のそのような制御を実施できるようにする任意の構成を有し得る。一部の実施形態では、制御装置１３４は、１つ以上のマイクロプロセッサおよび／または１つ以上のメモリ素子を含み得る。制御装置１３４はまた、電力調整器１０２およびインバータ１００の制御装置１１２に動作可能に接続され得るので、制御装置１３４は、電力調整器１０２およびインバータ１００の動作の１つ以上の局面を監視および／または制御し得る。以下さらに説明するように、制御装置１３４および電力調整器１０４は、動力系制御装置２６の他の構成要素に動作可能に接続し得るので、それらの他の構成要素は、情報を提供し得るおよび／または制御装置１３４が電力調整器１０４、電力調整器１０２、およびインバータ１００を制御する方法の１つ以上の局面を制御し得る。電力調整器１０４は、上述の機能性を提供できるようにする構成要素の任意の相応しい構成を含み得る。
【００３０】
一部の実施形態では、電力調整器１０４は、少量の電流を電力調整器１０２よりも正確に制御するように動作可能とし得る。例えば、電力調整器１０４は、ミリアンペアで測定された電流量および電流の電圧の安定的で効果的な制御を提供するように動作可能とし得るが、電力調整器１０２は、遙かに大きい電力レベル、数十または数百アンペアの電流量などを制御するように構成され得る。同時に、一部の実施形態では、電力調整器１０２は電力調整器１０４よりも高い電力容量を有し得る。例えば、電力調整器１０２は電力調整器１０４の電力容量の数十、数百、または数千倍の電力容量を有し得る。
【００３１】
インバータ１００、電力調整器１０２、１０４、電気エネルギー貯蔵装置４８、５０、電動機４６、および電動機／発電機３２は、種々の方法で互いに電気的に接続され得る。図２に示すように、一部の実施形態では、電力調整器１０２の端子１１６、１１７はインバータ１００の電力線１１０、１１１に電気的に接続される。これにより、インバータ１００の電力線１１０、１１１を介した電力調整器１０２、電動機４６、および電動機／発電機３２の間での電気の交換が可能になる。
【００３２】
加えて、動力伝達システム５２は、電力調整器１０２の端子１１８、１１９を直接または間接的に電力調整器１０４、電気エネルギー貯蔵装置４８、および電気エネルギー貯蔵装置５０の各々と接続し得る。電力調整器１０２の端子１１８は、例えば、電力調整器１０４の端子１２８に連続して電気的に接続され得る。加えて、動力伝達システム５２は、閉じられているときに電力調整器１０２の端子１１９を電力調整器１０４の端子１２９に電気的に接続するように動作可能なスイッチング素子１３８を含み得る。それゆえ、スイッチング素子１３８が、電力調整器１０２の端子１１８、１１９が電力調整器１０４の端子１２８、１２９に電気的に接続されるように閉鎖動作状態にあるとき、電力調整器１０２、１０４は互いの間で電気を交換し、電力調整器１０２は電力調整器１０４を通して電気エネルギー貯蔵装置５０に間接的に接続され得る。反対に、スイッチング素子１３８がその開放動作状態にあるとき、電力調整器１０２および電力調整器１０４は互いに効果的に電気的に絶縁され得る。
【００３３】
スイッチング素子１３８はまた、電力調整器１０２の端子１１９を電気エネルギー貯蔵装置４８の陰極端子５６に電気的に接続するように動作可能とし得る。加えて、動力伝達システム５２は、閉鎖動作状態にあるときに電力調整器１０２の端子１１８を電気エネルギー貯蔵装置４８の陽極端子５４に電気的に接続するように動作可能なスイッチング素子１３６を含み得る。それゆえ、スイッチング素子１３６、１３８が閉鎖動作状態にあるとき、電力調整器１０２および電気エネルギー貯蔵装置４８は互いの間で電気を交換し得る。反対に、スイッチング素子１３６、１３８のいずれかが開放動作状態にあるとき、電気エネルギー貯蔵装置４８は電力調整器１０２から効果的に電気的に絶縁され得る。スイッチング素子１３６、１３８は、動力系制御装置２６の種々の他の構成要素によって制御され得る。一部の実施形態では、スイッチング素子１３６、１３８は、例えば制御装置１３４によって制御され得る。
【００３４】
動力伝達システム５２はまた、電力調整器１０４と電気エネルギー貯蔵装置４８との間の電気の交換を可能にするように構成し得る。電力調整器１０４の端子１２９は、例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８の陰極端子５６に連続して電気的に接続され得る。加えて、上述のように、電力調整器１０４の端子１２８は電力調整器１０２の端子１１８に連続して電気的に接続され、スイッチング素子１３６は、閉鎖動作状態にあるときに電力調整器１０２の端子１１８を電気エネルギー貯蔵装置４８の陽極端子５４に電気的に接続するように動作可能とし得る。それゆえ、スイッチング素子１３６が閉鎖動作状態にあるときに、電力調整器１０４および電気エネルギー貯蔵装置４８は互いの間で電気を交換し得る。反対に、スイッチング素子１３６が開放動作状態にあるときには、電力調整器１０４および電気エネルギー貯蔵装置４８は互いに効果的に電気的に絶縁され得る。
【００３５】
動力伝達システム５２はまた、電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４との間で電気を伝達し得る。例えば、電力調整器１０４の端子１２６は電気エネルギー貯蔵装置５０の陽極端子５８に連続して接続され得る。加えて、電気エネルギー貯蔵装置５０の陰極端子６０および電力調整器１０４の端子１２７は電気的に共通の大地１４０、例えば機械１０の車台１３の導電性部分に電気的に接続され得る。
【００３６】
図２に示す動力伝達システム５２の例示的な形態は、種々の方法で電力調整器１０２、１０４を通して電動機／発電機３２、電動機４６、電気エネルギー貯蔵装置４８、および電気エネルギー貯蔵装置５０の間で電気を伝達できるようにし得る。例えば、スイッチング素子１３６が閉鎖動作状態にあり、スイッチング素子１３８が開放動作状態にあるとき、動力伝達システム５２は、電力調整器１０４を経由して電気エネルギー貯蔵装置５０と電気エネルギー貯蔵装置４８との間で電気を伝達し得る。スイッチング素子１３６が開放動作状態にあり、スイッチング素子１３８が閉鎖動作状態にあるとき、動力伝達システム５２は、電力調整器１０２、１０４を経由して電気エネルギー貯蔵装置５０、電動機／発電機３２、および電動機４６との間で電気を伝達し得る。両スイッチング素子１３６、１３８が閉鎖しているとき、動力伝達システム５２は、電力調整器１０２、１０４の一方または双方を通して電気エネルギー貯蔵装置４８、電気エネルギー貯蔵装置５０、電動機／発電機３２、および電動機４６の間で電気を自由に交換し得る。
【００３７】
図２で示したものに加え、動力系１１はまた、いくつもの他の電気負荷および／または電源を含み得る。例えば、電動機４６に加えて、動力系１１は、種々の他の大型で高電圧の電気負荷、例えば、インバータ１００の電力線１１０、１１１に接続された駆動モータ１８を含み得る。加えて、動力系１１は、ライト、計器、センサ、ファンモータなどの小型で低電圧の負荷とし得る、電気エネルギー貯蔵装置５０に接続された種々の電気負荷６２を有し得る。そのような負荷６２は、動力伝達システム５２とは別個の低電圧の動力伝達システムを通して電気エネルギー貯蔵装置５０に接続され得る。加えて、動力系１１は１つ以上の電源を含んで、電気エネルギー貯蔵装置５０を充電し得るおよび／またはそれに接続された任意の小型の低電圧負荷に電力を供給し得る。例えば、動力系１１は、原動機３０によって駆動された従来のオルタネータ（図示せず）を含み得る。複数の電力負荷６２、それらを電気エネルギー貯蔵装置５０に接続する低電圧の動力伝達システム、ならびに電気エネルギー貯蔵装置５０および複数の電力負荷６２に接続された他の任意の電気エネルギー源は、例えば大地１４０への接続によって、車台１３を電気的に基準とし得る。
【００３８】
動力系制御装置２６は、蓄電装置４８、５０の充放電、原動機３０の動作、電動機／発電機３２の動作、電動機４６の動作、およびこれらのタスク全てに関連する電力転送システム５２を通した電気の伝達を制御するように構成され得る。動力系制御装置２６は、上述の複数の構成要素、例えばインバータ１００、電力調整器１０２、電力調整器１０４、およびスイッチング素子１３６、１３８を含み得る。これらの構成要素の動作を制御するために、動力系制御装置２６の一部の実施形態では１つ以上の他の構成要素を含み得る。例えば、図２に示すように、動力系制御装置２６は、電力調整器１０４の制御装置１３４に動作可能に接続された制御装置１５２を含み得る。制御装置１５２はまた、制御装置１５２がこれらの構成要素の動作の１つ以上の局面を監視および／または制御できるように、原動機３０、電動機／発電機３２、および電動機４６に動作可能に接続され得る。原動機３０、電動機／発電機３２、電動機４６、および／または動力系１１の他の構成要素の種々の運転パラメータに基づいて、制御装置１５２は動力系１１の高レベルの制御を行い得る。その際、制御装置１５２は、電力調整器１０４の制御装置１３４に、電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００、主電気エネルギー貯蔵装置４８、副電気エネルギー貯蔵装置５０、および／または動力系１１の他の構成要素の動作に対する種々の目標値を提供し得る。例えば、制御装置１５２は制御装置１３４に、動力系１１の所定の部分における電圧および／または電流に対する目標値を通信し、および制御装置１３４は、電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００、スイッチング素子１３６、１３８および／または動力系１１の他の構成要素を制御して、目標値を達成し得る。制御装置１５２は、上述の構成要素を制御するために任意の好適な情報処理装置を含み得る。一部の実施形態では、制御装置１５２は、以下説明するような方法で動力系１１を制御するようにプログラムされた１つ以上のマイクロプロセッサおよび／または１つ以上のメモリ素子を含み得る。
【００３９】
動力系制御装置２６はまた、動力系１１の動作の種々の局面を監視するための構成要素を含み得る。例えば、動力系制御装置２６は、電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６間の電圧を感知する電圧センサ１４２を含み得る。この電圧は、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルを示す機能を果たし得る。動力系制御装置２６はまた、電力調整器１０２の端子１１８、１１９間の電圧を感知する電圧センサ１４４を含み得る。同様に、動力系制御装置２６は、電力線１１０と１１１との間の電圧を感知する電圧センサ１５４を含み得る。加えて、動力系制御装置２６はまた、端子１１８の電流量を感知する電流センサ、インバータ１００と電動機４６との間を流れる電流量を感知する電流センサ１４８、およびインバータ１００と電動機／発電機３２との間を流れる電流量を感知する電流センサ１５０を含み得る。
【００４０】
動力系制御装置２６はまた、電動機／発電機３２のシャフトの回転位置を感知する位置センサ６４を含み得る。位置センサ６４は、電動機／発電機３２のシャフトの位置を感知するように動作可能な任意のタイプのセンサとし得る。一部の実施形態では、位置センサ６４は、電動機／発電機３２のシャフトが回転しているときのみ、電動機／発電機３２のシャフトの回転位置を、位置センサ６４によって生成された信号から識別できるようなタイプとし得る。
【００４１】
動力系制御装置２６のセンサは種々の構成要素に通信できるようにリンクされ得る。例えば、これらのセンサは制御装置１３４および／または制御装置１５２に通信できるようにリンクされ得るので、動力系制御装置２６は、これらのセンサによって感知されたパラメータを監視し得る。加えて、動力系制御装置２６は、動力系１１の動作の種々の他の局面、例えば原動機３０が電動機／発電機３２を駆動しているかどうかおよび電動機／発電機３２が電気を生成しているかどうかなどを感知するセンサを含み得る。制御装置１３４および／または制御装置１５２および／または動力系制御装置２６の他の構成要素はまたこれらの運転パラメータを監視し得る。
【００４２】
電気エネルギー貯蔵装置４８および電気エネルギー貯蔵装置５０は、動力系１１の２つの異なる分岐または回路の一部を形成し得る。上述のように、電気エネルギー貯蔵装置４８は機械１０の車台１３から電気的に絶縁され、および電気エネルギー貯蔵装置５０は、車台１３を大地１４０へ接続することによって車台１３を電気的な基準にし得る。上述のように、電力負荷６２、および電気エネルギー貯蔵装置５０に接続された種々の他の電気部品は、例えば大地１４０へ接続することによって、機械１０の車台１３を電気的な基準にし得る。他方で、電気エネルギー貯蔵装置４８のように、電力調整器１０２、インバータ１００、電力線１１０、１１１、電動機／発電機３２、および電動機４６は車台１３から、それゆえ、電気エネルギー貯蔵装置５０、電気負荷６２、および他の車台を基準にする電気部品から電気的に絶縁され得る。それゆえ、電気エネルギー貯蔵装置５０、電力負荷６２、および他の車台基準構成要素は、動力系１１の１つの分岐または回路の一部を形成し得る一方、電気エネルギー貯蔵装置４８、電力調整器１０２、インバータ１００、電力線１１０、１１１、電動機／発電機３２、および電動機４６は、動力系１１の別個の電気的に絶縁された分岐または回路の一部を形成し得る。上述のように、一部の実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置５０を含む分岐または回路は低電圧の分岐または回路とし、および電気エネルギー貯蔵装置４８を含む分岐または回路は高電圧の分岐または回路とし得る。電力調整器１０４は、電気エネルギー貯蔵装置５０を含む車台基準分岐または回路と、電気エネルギー貯蔵装置４８を含む他の分岐または回路との間の橋絡の機能を果たし得る。
【００４３】
機械１０および動力系１１は、図１および図２に示しかつ上記で説明した構成に限定されない。例えば、動力系制御装置２６によって扱われる制御タスクは、上述したものとは異なるように制御装置１１２、１３４、および１５２の間で分配され得る。加えて、動力系制御装置２６は、動力系１１の種々の構成要素間での電気の伝達を制御するために種々の他の構成および／または配置を含み得る。動力系制御装置２６のそのような他の構成は、互いに通信できるようにリンクされかつ制御タスクを共有するように動作可能な追加的な制御部品、例えば、制御装置１１２、１３４、および１５２とは別の制御装置を含み得る。反対に、一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、制御装置１１２、１３４、および１５２のうちの２つ以上の代わりに単一の制御装置を有し得る。加えて、動力系制御装置２６は、電力調整器、スイッチング素子、および動力系１１の電力負荷と電源との間で電力を伝達する他の構成要素の他の数および／または構成を含み得る。動力系１１はまた、上述の例とは異なる数および／または構成の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。加えて、電動機４６は、上部旋回体２０を軸３４の周りで回転させる以外の機能、例えば機械１０の他の構成要素を動かす、または機械的な力を供給して機械１０を推進させるなどの機能も果たし得る。さらに、機械１０は、静止機械を含め、エクスカベータ以外のいくつものタイプの機械のいずれかとし得る。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
機械１０および動力系１１は、１つ以上の作業を実施するための動力を必要とする任意の用途での使用法を有し得る。機械１０の作動中、動力系制御装置２６は、電動機４６を作動させて上部旋回体２０を軸３４の周りで回転させるなど、種々の電気負荷を作動させて種々の作業を実施し得る。動力系１１は、種々の状況で種々の源から電動機４６および任意の他の電気負荷の動作に必要な電気を提供し得る。状況に応じて、動力系１１は、電動機／発電機３２、主電気エネルギー貯蔵装置４８、および／または副電気エネルギー貯蔵装置５０のうちの１つ以上から電動機４６および他の電気負荷に電気を提供し得る。
【００４５】
多くの場合、原動機３０が停止しているときに、原動機３０によって動力を提供することが望ましくなり得る。そのような状況では、動力系制御装置２６が原動機３０を始動し得る。原動機３０の始動には、原動機３０がそれ自体の動力で動作し始めるまで、外部動力源による原動機３０の駆動を必要とし得る。動力系制御装置２６は、種々の外部動力源を使用して原動機３０を駆動させ、それを始動させ得る。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、電動機が主電気エネルギー貯蔵装置４８および／または副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気エネルギーで原動機３０を駆動させるように電動機／発電機３２を動作させ得る。動力系制御装置２６はそのために種々の手法を使用し得る。
【００４６】
図３は、動力系制御装置２６が電動機／発電機３２によって、および電気エネルギー貯蔵装置４８、５０の一方または双方からの電気によって原動機３０を始動し得る１つの方法を示す。原動機３０を始動させるプロセスは、原動機３０を始動するコマンドが生成されると開始し得る（ステップ３１０）。始動コマンドは、種々のエンティティ（ｅｎｔｉｔｙ）によって種々の方法で生成され得る。例えば、始動コマンドは、種々の動作条件に応えて動力系制御装置２６によって自動的に生成され得るか、または始動コマンドは、機械１０の操作者または１つ以上の非搭載型制御部品から動力系制御装置２６によって受信され得る。
【００４７】
始動コマンドに応答して、動力系制御装置２６は、電動機が原動機３０を始動させるために十分長期間原動機を駆動するように、主電気エネルギー貯蔵装置４８が電動機／発電機３２を動作させるための十分なエネルギーを有しているかどうかを判断し得る（ステップ３１２）。動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８が原動機３０を始動させるのに十分なエネルギーを有しているかどうかを評価するために種々の手法を使用し得る。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、電圧センサ１４２からの、主電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６での電圧を示す信号を使用することによって、主電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギーレベルを評価し得る。例えば、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６で感知された電圧レベルを基準値と比較して、主電気エネルギー貯蔵装置４８が原動機３０を始動させるための十分なエネルギーを有しているかどうか判断する。
【００４８】
動力系制御装置２６が、主電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギーは原動機３０を始動させるのに不十分であると判断する場合、動力系制御装置２６が、副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気によって主電気エネルギー貯蔵装置４８の充電を開始し得る（ステップ３１４）。そのためには、動力系制御装置２６はスイッチング素子１３６をその閉鎖動作状態に制御して、電力調整器１０４の端子１２８、１２９が主電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６に電気的に接続されるようにし得る。電力調整器１０４が主電気エネルギー貯蔵装置４８にそのように接続されると、動力系制御装置２６は電力調整器１０４を制御して副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気を受け、主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を伝達し得る。電力調整器１０４は副電気エネルギー貯蔵装置５０からある電圧で電気を受け、別の電圧で主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を供給し得る。例えば、電力調整器１０４は副電気エネルギー貯蔵装置５０から約１２または２４ボルトで電気を受け、電力調整器１０４は、主電気エネルギー貯蔵装置４８にそれよりも高い電圧、例えば約３５０ボルトで電気を供給し得る。
【００４９】
副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気で主電気エネルギー貯蔵装置４８を充電する間、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８が原動機３０を始動させるのに十分なエネルギーを有しているかどうかを繰り返し再評価し得る（ステップ３１２）。動力系制御装置２６が、主電気エネルギー貯蔵装置４８は原動機３０を始動させるのに十分なエネルギーを有していると判断すると、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８からの電気によって原動機３０を始動させるプロセスを開始し得る。これは、スイッチング素子１３６、１３８をそれらの閉鎖動作状態に制御して、主電気エネルギー貯蔵装置４８が電力調整器１０２を介して電力線１１０、１１１に電気的に接続されるようにすることを含み得る。
【００５０】
主電気エネルギー貯蔵装置４８が充電され、かつ電力線１１０、１１１に接続された状態では、動力系制御装置２６は、種々のステップを実行して、主電気エネルギー貯蔵装置４８からの電気によって原動機３０を始動し得る。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、原動機３０を駆動するための電動機／発電機３２への電気の供給を適切に制御するために、電動機／発電機３２のシャフトの回転位置を知る必要があるかもしれない。加えて、上述のように、一部の実施形態は、回転位置を突き止めるために電動機／発電機３２のシャフトを動かすことを必要とするタイプの位置センサ６４を有し得る。従って、原動機３０を始動させるプロセスの一部として、動力系制御装置２６は、位置センサ６４からの信号によってシャフトの回転位置を突き止めるのに十分な程度、電動機／発電機３２のシャフトを回転させる（ステップ３１５）。動力系制御装置２６は種々の方法によってそれを行うことができる。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、目標電圧レベルまでバルクコンデンサ１１４を充電し、かつパワーエレクトロニクスモジュール１０８を制御して電気のパルスをバルクコンデンサ１１４から電動機／発電機３２まで伝達し、そのシャフトを、その回転位置を突き止めるのに十分な程度に回転させ得る。動力系制御装置２６はまた、原動機３０を駆動してそれを始動させ始める前に種々の他の予備ステップを実行し得る。
【００５１】
任意のそのような予備ステップが完了したら、電動機が原動機３０を駆動するように、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８から電動機／発電機３２へ電気を伝達して電動機／発電機３２を動作させ得る（ステップ３１６）。これは、電力調整器１０２が主電気エネルギー貯蔵装置４８から電気を受けて電力線１１０、１１１に電気を伝達することを含み得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０８は電力線１１０、１１１から電動機／発電機３２へ電気を中継し得る。電力調整器１０２は、主電気エネルギー貯蔵装置４８からある電圧で電気を受け、電力線１１０、１１１に別の電圧で電気を供給する。例えば、電力調整器１０２は、主電気エネルギー貯蔵装置４８から約３５０ボルトで電気を受け、電力線１１０、１１１に約６５０ボルトで電気を供給する。
【００５２】
パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電動機／発電機３２に種々の形態の電気を供給し、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は種々の運転パラメータに基づいて、電動機／発電機３２に供給された電気を制御し得る。一部の実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電力線１１０、１１１での直流電流から、電動機／発電機３２に供給された多相の交流電流に電気を変換し得る。加えて、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電動機／発電機３２のシャフトの判断された回転位置に基づいて、電動機／発電機３２に供給された電気の１つ以上の局面、例えば電気の種々の位相のタイミングなどを制御し得る。
【００５３】
原動機３０がそれ自体の動力で動作し始めると、図３に示す始動ステップは終了し得る。そこで、原動機３０が電動機／発電機３２を駆動している状態では、動力系制御装置２６は、発電機が電力線１１０、１１１に電気を供給するように、電動機／発電機３２を動作させるように制御し始め得る。動力系制御装置２６は、パワーエレクトロニクスモジュール１０８を動作させて、種々の方法で電動機／発電機３２によって電力線１１０、１１１に供給された電気を制御し得る。一部の実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電力線１１０、１１１に供給された電気を約６５０ボルトの直流電流とするように制御し得る。動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１に供給されたこの電気を使用して種々の作業を行うように、種々の他の構成要素を制御し得る。例えば、動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および／または他の高電圧負荷を制御して、電動機／発電機３２によって電力線１１０、１１１に供給された電気で動作するようにし得る。
【００５４】
そのような動作中、動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および他の大型の高電圧負荷の電気条件の変動を吸収するために、主電気エネルギー貯蔵装置４８に依存し得る。これは、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および／または他の電気部品の電力条件が高いときに主電気エネルギー貯蔵装置４８から電力線１１０、１１１へ電気を伝達するための電力調整器１０２の制御を含み得る。反対に、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および／または他の電力負荷の電力条件が低いとき、電力調整器１０２は、電動機／発電機３２によって電力線１１０、１１１に供給された電気を主電気エネルギー貯蔵装置４８へ伝達してそれを充電し得る。電力調整器１０２は、電力線１１０、１１１と主電気エネルギー貯蔵装置４８との間で伝達された電気を種々の方法で制御し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０２は、伝達された電気を、主電気エネルギー貯蔵装置４８でのある電圧から電力線１１０、１１１での別の電圧に変換し得る。例えば、電力調整器１０２は、主電気エネルギー貯蔵装置４８での約３５０ボルトから電力線１１０、１１１での約６５０ボルトに変換し得る。
【００５５】
電動機／発電機３２および／または主電気エネルギー貯蔵装置４８が電気を電力線１１０、１１１に供給して電動機４６および／または他の高電圧の電力負荷に電力を供給している間、副電気エネルギー貯蔵装置５０は、動力系１１の他の電力負荷に電気を供給し得る。例えば、副電気エネルギー貯蔵装置５０は電力負荷６２に電気を供給し得る。副電気エネルギー貯蔵装置５０はこの電気を、電力線１１０、１１１に供給された電気とは異なる電圧で供給し得る。例えば、電力線１１０、１１１は電気を約６５０ボルトで送り得るが、副電気エネルギー貯蔵装置５０は、それよりも低い電圧で、例えば約１２または２４ボルトで電力負荷６２に電気を供給し得る。
【００５６】
動力系１１の動作は、本開示で説明しかつ図３に示した例に限定されない。例えば、動力系制御装置２６は、上述のおよび／または図３に示した動作の１つ以上を省略してもよい。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、電動機／発電機３２を動作させて原動機３０を駆動し、それを始動させ始める前に、電動機／発電機３２を短期間回転させてそのシャフトの位置を判断する動作を省略してもよい。
【００５７】
さらに、動力系制御装置２６は、上述の図３に示したものに加えて種々の他の動作を実行してもよい。例えば、図３に示す、原動機３０を始動させるプロセスに関連して、動力系制御装置２６は、始動プロセスのステータス情報を機械１０の操作者に通信してもよい。プロセスをトリガする始動コマンド（ステップ３１０）が操作者から届いた場合、操作者は、原動機３０が遅延なく始動することを期待する傾向にあるであろう。従って、動力系制御装置２６がまず主電気エネルギー貯蔵装置４８を充電すると決定する場合、動力系制御装置２６は操作者に、原動機３０は幾分の遅延後に始動されることを通信し得る。
【００５８】
動力系制御装置２６はまた、原動機３０を副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気によって始動させることに関して上記で説明したもの以外の手法を使用し得る。図３に示す手法によれば、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を伝達した後にその電気で原動機３０を始動させることによって、副電気エネルギー貯蔵装置からの電気によって原動機３０を始動させることがある。一部の実施形態では、代わりに、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を伝達することなく、副電気エネルギー貯蔵装置５０から電力線１１０、１１１へ電気を伝達し得る。そのためには、動力系制御装置２６は、スイッチング素子１３８をその閉鎖動作状態に制御し、かつスイッチング素子１３６をその開放動作状態に制御し得る。これは、電力調整器１０２を電力調整器１０４に電気的に接続する一方、主電気エネルギー貯蔵装置４８を電力調整器１０４から電気的に絶縁し得る。
【００５９】
動力系１１の構成要素がこのように接続されている場合、動力系制御装置２６は電力調整器１０２、１０４を動作させて、副電気エネルギー貯蔵装置５０から電力調整器１０２へ、および電力調整器１０２から電力線１１０、１１１へ電気を伝達し得る。同時に、動力系制御装置２６はパワーエレクトロニクスモジュール１０８を動作させて、電動機が原動機３０を始動させるように、電動機／発電機３２へ電気を伝達しそれを動作させる。電力調整器１０２、１０４およびパワーエレクトロニクスモジュール１０８は、種々の方法で副電気エネルギー貯蔵装置５０から伝達された電気を、それが電動機／発電機３２に流れるときに制御し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０４は、副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気をある電圧で受け、電力調整器１０２に別の電圧で電気を供給する。例えば、電力調整器１０４は、副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気を約１２または２４ボルトで受け、電力調整器１０２に約３５０ボルトで電気を供給する。同様に、電力調整器１０２は電力線１１０、１１１に、それが受けたのとは異なる電圧で電気を供給する。例えば、電力調整器１０２は、電力線１１０、１１１に約６５０ボルトで電気を供給する。電力調整器１０４が比較的高電力容量を有する動力系１１の実施形態は、電気をまず主電気エネルギー貯蔵装置４８に伝達することなく、電動機／発電機３２に電気を伝達する上述の手法に特に好適となり得る。
【００６０】
動力系制御装置２６は、上述のものとは異なる種々の方法での動力系１１における電気の伝達を制御し得る。例えば、動力系制御装置２６は、動力系１１における種々の位置での電圧を、上述の例とは異なる値に制御し得る。加えて、動力系制御装置２６は、動力系１１における種々の位置で異なるように、電気の形態を制御し得る。例えば、動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１で送られる電気を、直流の電気の代わりに交流電流の電気となるよう制御し得る。
【００６１】
上述の実施形態は所定の利点を提供し得る。例えば、原動機３０の始動に副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気を使用することは、主電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギーがそうするのに不十分であるときに、すぐに利用できる非搭載型電源がない場合でさえも、原動機３０の始動を可能にし得る。これは、機械１０の利用可能性を著しく増加させ得る。
【００６２】
当業者には、本開示の範囲から逸脱せずに、開示のシステムおよび方法に種々の修正および変形をなすことができることが明らかであろう。当業者には、本書に記載したシステムおよび方法の明細書および実施を考慮することから、開示のシステムおよび方法の他の実施形態が明らかであろう。明細書および例は例示にすぎず、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示されることが意図される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 機械
１１ 動力系
１２ フレーム
１３ 車台
１４ 下部走行体
１６ 推進装置
１８ 駆動モータ
２０ 上部旋回体
２２ ピボットシステム
２４ 旋回ベアリング
２６ 動力系制御装置
３０ 原動機
３２ 電動機／発電機
３４ 垂直軸
３６ 器具
３８ オペレータステーション
４６ 電動機
４８ 主電気エネルギー貯蔵装置
５０ 副電気エネルギー貯蔵装置
５１ 歯車
５２ 動力伝達システム
５４ 陽極端子
５６ 陰極端子
５８ 陽極端子
６０ 陰極端子
６２ 電気負荷
６４ 位置センサ
１００ インバータ
１０２、１０４ 電力調整器
１０６、１０８ パワーエレクトロニクスユニット
１１０、１１１ 電力線
１１２ 制御装置
１１４ バルクコンデンサ
１１６、１１７、１１８、１１９、１２６、１２７、１２８、１２９ 入力／出力端子
１３４ 制御装置
１３６、１３８ スイッチング素子
１４０ 大地
１４２、１４４ 電圧センサ
１４８、１５０ 電流センサ
１５２ 制御装置
１５４ 電圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、原動機を備える動力系、より詳しくは、そのような原動機の始動に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械の動力系は、機械によって種々の作業を行うための動力を提供する原動機を含む。例えば、多くの機械は、原動機としてエンジンを含み、エンジンは、機械で１つ以上の作業を行うために使用できる電気を発生させる電動機／発電機に駆動接続されている。機械の原動機は、一般に、機械が使用されていないときには停止されている。１つ以上の作業を行うために機械を動作させることが望まれる場合、原動機を始動させる必要があるかもしれない。多くの場合、原動機の始動には、原動機がそれ自体の動力によって動作し始めることができるようになるまで、外部動力源によって原動機を駆動させることを必要とする。
【０００３】
原動機を始動させるための多くの公知の手法は、原動機がそれ自体の動力で動作し始めるまで、電動機を使用して原動機を駆動することを含む。例えば、多くの公知のシステムは、バッテリなどの電気エネルギー貯蔵装置を使用して電動機を駆動し、原動機を始動させる。電気エネルギー貯蔵装置の充電レベルが低すぎると、残念ながら原動機を始動させることはできないであろう。
【０００４】
市川への（特許文献１）には、機械の動力系のバッテリを充電することが開示されている。（特許文献１）には、電動機／発電機に駆動接続されたエンジンを備える動力系が開示されている。（特許文献１）には、バッテリに接続されたインバータからの電気によってエンジンを始動させるための電動機／発電機の動作が開示されている。（特許文献１）のシステムは、バッテリを充電するために、１００ｖまたは２００ｖの交流電力の商用電源などの、機械に取り付けられていない電力供給装置に接続できる充電器を含む。
【０００５】
（特許文献１）には、バッテリを充電するために、機械に取り付けられていない商用電源に接続できる充電器を備えるシステムが開示されているが、一定の不利益が依然としてあるかもしれない。例えば、多くの場合、充電器に接続しバッテリを充電するための非搭載型商用電源に、すぐに利用できる供給源はないかもしれない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００７６６３６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示のシステムおよび方法は、上記の問題の１つ以上を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示される一実施形態は動力系に関する。動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機を含み得る。動力系はまた、第１の電気エネルギー貯蔵装置および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。動力系は、第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を選択的に始動させるように構成された動力系制御装置をさらに含み得る。
【０００９】
別の実施形態は動力系の動作方法に関する。動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機、第１の電気エネルギー貯蔵装置、および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。この方法は、第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を始動させることを含み得る。
【００１０】
さらに開示される実施形態は、車台と動力系とを有する機械に関する。動力系は、電動機／発電機に駆動接続された原動機、電力負荷、および電動機／発電機から電力負荷に電気を伝達するように動作可能な電力線を含み得る。動力系はまた、第１の電気エネルギー貯蔵装置および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。第１の電気エネルギー貯蔵装置は車台に接地され、第２の電気エネルギー貯蔵装置は車台から電気的に絶縁され得る。動力系はまた、第２の電気エネルギー貯蔵装置によって供給されたエネルギーを使用して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させることによって、原動機を始動するように構成された動力系制御装置を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示による動力系を有する機械の一実施形態を示す。
【図２】本開示による動力系の一実施形態をより詳細に示す。
【図３】本開示による例示的な動力系の一動作方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１および図２に、本明細書による機械１０、動力系１１、およびそれらの種々の構成要素を示す。機械１０は、１つ以上の作業を実施するために動力を用いる任意のタイプの機械とし得る。例えば、機械１０は、人、物品、または他の物質（ｍａｔｔｅｒ）または物体を運搬するかまたは動かすように構成された可動機械とし得る。加えて、または代わりに、機械１０は、採鉱、建設、エネルギー探査および／または生成、製造、輸送、および農業などの商業または工業に関連した種々の他の作業を実施するように構成し得る。
【００１３】
図１に示すように、一部の実施形態では、機械１０は、採掘用に構成されたエクスカベータとし得る。機械１０は、機械１０の他の構成要素が取り付けられる車台１３を含み得る。一部の実施形態では、車台１３の一部分または全体は、導電性材料、例えば鋼、鋳鉄、アルミニウム、および／または他の導電性金属などから構成される。図１に示す例では、車台１３は下部走行体１４および上部旋回体２０を含み得る。下部走行体１４はフレーム１２を含み得る。一部の実施形態では、機械１０を可動機械とし、下部走行体１４は１つ以上の推進装置１６を含んで機械１０を推進させ得る。推進装置１６は、機械１０を推進させるように構成された任意のタイプの装置とし得る。例えば、図１に示すように、推進装置１６は履帯ユニットとし得る。代わりに、推進装置１６は車輪、または機械１０を推進させるように動作可能な他のタイプの装置とし得る。下部走行体１４はまた、推進装置１６を駆動させるために１つ以上の構成要素を含み得る。例えば、下部走行体１４は、推進装置１６を駆動させるために駆動モータ１８を含み得る。駆動モータ１８は電動機または液圧モータとし得る。
【００１４】
上部旋回体２０はフレーム１２から吊るされ得る。一部の実施形態では、上部旋回体２０はピボットシステム２２によってフレーム１２から吊るされ得る。ピボットシステム２２は旋回ベアリング２４および電動機４６を含み得る。旋回ベアリング２４は、フレーム１２に装着された内側レースと、上部旋回体２０が装着される外側レースとを含み得る。旋回ベアリング２４の内側レースおよび外側レースの双方とも、垂直軸３４に同心に延在し得る。内側レースおよび外側レースは、玉軸受などの転動体（図示せず）を介して互いに係合し、外側レースおよび上部旋回体２０が軸３４の周りでフレーム１２に対して旋回し得るようにする。
【００１５】
電動機４６は、上部旋回体２０および旋回ベアリング２４の外側レースを軸３４の周りで回転させるように動作可能とし得る。電動機４６は、その出力軸に装着された歯車５１を有し、電動機４６は、歯車５１がフレーム１２上の歯車の歯にかみ合うような位置で上部旋回体２０を装着し得る。電動機４６は、動力系１１の種々の構成要素から動力を受けて、軸３４の周りで上部旋回体２０を回転させ得る。電動機４６は、動力系１１の多くの電力負荷の１つを構成し得る。
【００１６】
機械１０は種々の他の構成要素を含み得る。例えば、図１に示すように、機械１０は器具３６を含み得る。器具３６は機械１０の種々の部分に装着され、かつ種々の作業を実施するように構成され得る。一部の実施形態では、器具３６は上部旋回体２０に装着され、かつ採掘を行うように構成され得る。機械１０はまたオペレータステーション３８を含み、そこから、個人が機械１０の動作の１つ以上の局面を制御できる。オペレータステーション３８はまた上部旋回体２０に装着され得る。
【００１７】
図２は、詳細な動力系１１の図を示す。動力系１１は、動力系制御装置２６、および種々の作業を実施するために動力を提供するように動作可能な種々の構成要素を含み得る。一部の実施形態では、動力系１１はハイブリッド式電力系統とし得る。動力系制御装置２６に加えて、動力系１１は電動機４６、原動機３０、電動機／発電機３２、第１の電気エネルギー貯蔵装置４８、第２の電気エネルギー貯蔵装置５０、および動力伝達システム５２を含み得る。本明細書で使用されるように、用語「電動機／発電機」は、電力を受けるときには電動機として動作するように機能し、および／または機械的に駆動されているときには発電機として動作するように機能する任意の電気装置を指す。
【００１８】
原動機３０は、電動機／発電機３２を駆動するための機械的な力を生じるように構成された任意のタイプの装置とし得る。例えば、原動機３０をディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン、または機械的な力を生じるように動作可能な任意の他のタイプの構成要素とし得る。
【００１９】
電動機／発電機３２は、原動機３０から受けた機械的な力によって電気を生成するように動作可能な任意のタイプの構成要素とし得る。電動機／発電機３２はまた、電気を受けて電動機として動作し、いくつもの目的のために原動機３０を駆動するように動作可能とし得る。電動機４６を、動力伝達システム５２から電気を受けて電動機として動作するように動作可能な任意のタイプの構成要素とし得る。電動機／発電機３２および電動機４６の各々を、例えば、永久磁石型電気機械、スイッチドリラクタンス電気機械、直流機、誘導型機のいずれかまたは当該技術分野で公知の任意の他のタイプの電気機械のいずれかとし得る。
【００２０】
電気エネルギー貯蔵装置４８を、電気エネルギーを貯蔵しかつ動力伝達システム５２と電気を交換する（すなわち、電気を受けたり伝達したりする）ように動作可能な任意のタイプの装置とし得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８は、１つ以上のバッテリおよび／または１つ以上のコンデンサを含み得る。電気エネルギー貯蔵装置４８は陽極端子５４および陰極端子５６を含み得る。電気エネルギー貯蔵装置４８は、機械１０の車台１３から電気的に絶縁され得る。電気エネルギー貯蔵装置４８は、陽極端子５４および陰極端子５６に電気的に接続された１つ以上の貯蔵セル（図示せず）を含み得る。一部の実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置４８は、陽極端子５４および陰極端子５６に直列および／または並列に電気的に接続された複数の貯蔵セルを含み得る。
【００２１】
電気エネルギー貯蔵装置４８はまた、端子５４、５６および／または貯蔵セルに接続された種々の他の電気部品を含み得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８が、互いに接続された複数のエネルギー貯蔵セルを含む一部の実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置４８は１つ以上の回路を含んで、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電および／または放電中に１つ以上のセルの周りに電気が流れることを可能にし得る。電気エネルギー貯蔵装置４８のこれらのおよび他の構成要素は、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電中などの所定の状況では、貯蔵セルの相対的な充電レベルが不均衡となった状況においてそのセルの充電の平衡を保つために、限られた電流しか流すことができないかもしれない。
【００２２】
電気エネルギー貯蔵装置４８は、動力系１１用の主電気エネルギー貯蔵装置としての機能を果たし得る。従って、電気エネルギー貯蔵装置４８は高いエネルギー貯蔵容量を有し得る。加えて、電気エネルギー貯蔵装置４８は、例えば約３５０ボルトの比較的高い公称定格電圧を有し得る。
【００２３】
電気エネルギー貯蔵装置５０はまた、電気エネルギーを貯蔵しかつ動力伝達システム５２と電気を交換する（すなわち、電気を受けたり伝達したりする）ように動作可能な任意のタイプの装置とし得る。電気エネルギー貯蔵装置４８のように、電気エネルギー貯蔵装置５０は１つ以上のバッテリおよび／または１つ以上のコンデンサを含み得る。電気エネルギー貯蔵装置５０は陽極端子５８および陰極端子６０を含み得る。一部の実施形態では、端子５８、６０の一方は車台１３に電気的に接続されることにより、端子５８、６０の電圧は車台を基準にするようにする。例えば、陰極端子６０は電気的な接地１４０を介して車台１３に電気的に接続し得る。電気エネルギー貯蔵装置５０は動力系１１の副電気エネルギー貯蔵装置として機能し得る。加えて、電気エネルギー貯蔵装置５０は、エネルギー貯蔵装置４８よりも遙かに低い公称定格電圧を有し得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置５０は約１２ボルトまたは約２４ボルトの公称定格電圧を有し得る。
【００２４】
動力伝達システム５２は、インバータ１００、電力調整器１０２、電力調整器１０４、および種々の電気コネクタ、例えばこれらの装置を接続する電気線路および／または電気スイッチを含み得る。インバータ１００はパワーエレクトロニクスユニット１０６、パワーエレクトロニクスユニット１０８、電力線１１０、１１１、バルクコンデンサ１１４、および制御装置１１２を含み得る。パワーエレクトロニクスユニット１０６は、電動機４６と電力線１１０、１１１との間の電力の流れを調整するように動作可能とし得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０６はまた、電動機４６と電力線１１０、１１１との間に流れる電気の形態を変換するように動作可能とし得る。例えば、パワーエレクトロニクスユニット１０６は、電動機４６での交流電流と電力線１１０、１１１での直流との間の変換を行うように動作可能とし得る。同様に、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電動機／発電機３２と電力線１１０、１１１との間の電力の流れを調整するように動作可能とし得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０８はまた、電動機／発電機３２での交流電流の電気と電力線１１０、１１１での直流の電気とを変換するなど、電動機／発電機３２と電力線１１０、１１１との間に流れる電気の形態を変換し得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８は、電力を調整および／または変換するために種々のタイプの制御可能な電気部品を含み得る。制御可能な電気部品は、ＳＣＲ（シリコン制御整流器）、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、およびＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を含むがこれらに限定されない。バルクコンデンサ１１４は、電力線１１０と１１１との間に接続され、かつ電力線１１０、１１１での電圧のいかなる変動も取り除く働きをし得る。インバータ１００のこの形態は、パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８および電力線１１０、１１１を経由した電動機／発電機３２と電動機４６との間の電気の交換を可能にし得る。
【００２５】
制御装置１１２は、パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８に動作可能に接続され、制御装置１１２は、パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８の動作の１つ以上の局面を制御するように構成され得る（例えば、プログラムされ得る）。一部の実施形態では、制御装置１１２は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサおよび／または１つ以上のメモリ素子を含み得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８を制御することによって、制御装置１１２は、電力線１１０、１１１上の電圧、および電力線１１０、１１１、電動機４６、および電動機／発電機３２の間を流れる電流量を制御するように動作可能とし得る。一部の実施形態では、制御装置１１２はパワーエレクトロニクスモジュールを制御して、電力線１１０、１１１の電圧を電気エネルギー貯蔵装置４８の公称定格電圧よりも高く維持し得る。例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８の公称定格電圧が約３５０ボルトである場合、制御装置１１２はパワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８を動作して、電力線の電圧を約６５０ボルトに維持し得る。
【００２６】
電力調整器１０２は入力／出力端子１１６、１１７、１１８、１１９を含み得る。電力調整器１０２は、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間で交換される電気の１つ以上の局面を調整可能にする任意の形態を有し得る。電力調整器１０２は、例えば、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間で電気を交換するかどうかを制御するように動作可能とし得る。電力調整器１０２はまた、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間に流れる電気の方向、すなわち、電気が端子１１６、１１７から端子１１８、１１９へ流れるか、またはその反対方向に流れるかを制御するように構成され得る。電力調整器１０２は、種々の形態の電気を交換し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０２は、端子１１６、１１７、１１８、１１９で直流の電気を受けるおよび／または供給するように構成され得る。電力調整器１０２はまた、端子１１６、１１７、１１８、１１９の各々での電圧を、および端子１１６、１１７、１１８、１１９の各々で流れる電流量を制御するように動作可能とし得る。例えば、電力調整器１０２は、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間で伝達された電気を、端子１１６、１１７での直流の電気のある電圧（例えば約６５０ボルト）から、端子１１８、１１９での直流の電気の別の電圧（例えば約３５０ボルト）に変更するように動作可能とし得る。以下さらに説明するように、電力調整器１０２はまた、動力系１１の１つ以上の他の構成要素によって制御可能とし得るので、それらの他の構成要素は、電力調整器１０２が端子１１６、１１７と端子１１８、１１９との間の電気の交換を制御する方法を制御し得る。電力調整器１０２は、上述の機能性を提供することを可能にする構成要素の任意の相応しい構成を含み得る。
【００２７】
電力調整器１０４は入力／出力端子１２６、１２７、１２８、１２９を含み得る。電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で交換される電気の１つ以上の局面を調整できるようにする任意の構成を有し得る。電力調整器１０４は、例えば、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で電気が交換されるかどうかを制御するように動作可能とし得る。電力調整器１０４は種々の形態の電気を交換し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７、１２８、１２９直流の電気を受けるおよび／または供給するように構成され得る。電力調整器１０４はまた、端子１２６、１２７、１２８、１２９の各々での電圧を、および端子１２６、１２７、１２８、１２９の各々で流れる電流量を制御するように動作可能とし得る。例えば、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で伝達される電気を、端子１２６、１２７での直流の電気のある電圧（例えば約１２または２４ボルト）から、端子１２８、１２９での直流の電気の別の電圧（例えば約３５０ボルト）に変更するように動作可能とし得る。
【００２８】
電力調整器１０４は一方向または双方向電力調整器とし得る。電力調整器１０４が一方向電力調整器である実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間で一方向にのみ電気を伝達するように動作可能とし得る。例えば、一部の実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７から端子１２８、１２９へ電気を伝達するが、その反対方向には伝達しないように動作可能とし得る。反対に、電力調整器１０４が双方向電力調整器である実施形態では、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９との間を流れる電気の方向、すなわち、電気が端子１１６、１１７から端子１１８、１１９へ流れるか、またはその反対方向に流れるかを制御するように構成され得る。
【００２９】
電力調整器１０４は、電力調整器１０４がその端子１２６、１２７、１２８、１２９間で電気の交換を制御する方法の上述の局面を制御するように構成された（例えば、プログラムされた）制御装置１３４を含み得る。制御装置１３４は、電力調整器１０４のそのような制御を実施できるようにする任意の構成を有し得る。一部の実施形態では、制御装置１３４は、１つ以上のマイクロプロセッサおよび／または１つ以上のメモリ素子を含み得る。制御装置１３４はまた、電力調整器１０２およびインバータ１００の制御装置１１２に動作可能に接続され得るので、制御装置１３４は、電力調整器１０２およびインバータ１００の動作の１つ以上の局面を監視および／または制御し得る。以下さらに説明するように、制御装置１３４および電力調整器１０４は、動力系制御装置２６の他の構成要素に動作可能に接続し得るので、それらの他の構成要素は、情報を提供し得るおよび／または制御装置１３４が電力調整器１０４、電力調整器１０２、およびインバータ１００を制御する方法の１つ以上の局面を制御し得る。電力調整器１０４は、上述の機能性を提供できるようにする構成要素の任意の相応しい構成を含み得る。
【００３０】
一部の実施形態では、電力調整器１０４は、少量の電流を電力調整器１０２よりも正確に制御するように動作可能とし得る。例えば、電力調整器１０４は、ミリアンペアで測定された電流量および電流の電圧の安定的で効果的な制御を提供するように動作可能とし得るが、電力調整器１０２は、遙かに大きい電力レベル、数十または数百アンペアの電流量などを制御するように構成され得る。同時に、一部の実施形態では、電力調整器１０２は電力調整器１０４よりも高い電力容量を有し得る。例えば、電力調整器１０２は電力調整器１０４の電力容量の数十、数百、または数千倍の電力容量を有し得る。
【００３１】
インバータ１００、電力調整器１０２、１０４、電気エネルギー貯蔵装置４８、５０、電動機４６、および電動機／発電機３２は、種々の方法で互いに電気的に接続され得る。図２に示すように、一部の実施形態では、電力調整器１０２の端子１１６、１１７はインバータ１００の電力線１１０、１１１に電気的に接続される。これにより、インバータ１００の電力線１１０、１１１を介した電力調整器１０２、電動機４６、および電動機／発電機３２の間での電気の交換が可能になる。
【００３２】
加えて、動力伝達システム５２は、電力調整器１０２の端子１１８、１１９を直接または間接的に電力調整器１０４、電気エネルギー貯蔵装置４８、および電気エネルギー貯蔵装置５０の各々と接続し得る。電力調整器１０２の端子１１８は、例えば、電力調整器１０４の端子１２８に連続して電気的に接続され得る。加えて、動力伝達システム５２は、閉じられているときに電力調整器１０２の端子１１９を電力調整器１０４の端子１２９に電気的に接続するように動作可能なスイッチング素子１３８を含み得る。それゆえ、スイッチング素子１３８が、電力調整器１０２の端子１１８、１１９が電力調整器１０４の端子１２８、１２９に電気的に接続されるように閉鎖動作状態にあるとき、電力調整器１０２、１０４は互いの間で電気を交換し、電力調整器１０２は電力調整器１０４を通して電気エネルギー貯蔵装置５０に間接的に接続され得る。反対に、スイッチング素子１３８がその開放動作状態にあるとき、電力調整器１０２および電力調整器１０４は互いに効果的に電気的に絶縁され得る。
【００３３】
スイッチング素子１３８はまた、電力調整器１０２の端子１１９を電気エネルギー貯蔵装置４８の陰極端子５６に電気的に接続するように動作可能とし得る。加えて、動力伝達システム５２は、閉鎖動作状態にあるときに電力調整器１０２の端子１１８を電気エネルギー貯蔵装置４８の陽極端子５４に電気的に接続するように動作可能なスイッチング素子１３６を含み得る。それゆえ、スイッチング素子１３６、１３８が閉鎖動作状態にあるとき、電力調整器１０２および電気エネルギー貯蔵装置４８は互いの間で電気を交換し得る。反対に、スイッチング素子１３６、１３８のいずれかが開放動作状態にあるとき、電気エネルギー貯蔵装置４８は電力調整器１０２から効果的に電気的に絶縁され得る。スイッチング素子１３６、１３８は、動力系制御装置２６の種々の他の構成要素によって制御され得る。一部の実施形態では、スイッチング素子１３６、１３８は、例えば制御装置１３４によって制御され得る。
【００３４】
動力伝達システム５２はまた、電力調整器１０４と電気エネルギー貯蔵装置４８との間の電気の交換を可能にするように構成し得る。電力調整器１０４の端子１２９は、例えば、電気エネルギー貯蔵装置４８の陰極端子５６に連続して電気的に接続され得る。加えて、上述のように、電力調整器１０４の端子１２８は電力調整器１０２の端子１１８に連続して電気的に接続され、スイッチング素子１３６は、閉鎖動作状態にあるときに電力調整器１０２の端子１１８を電気エネルギー貯蔵装置４８の陽極端子５４に電気的に接続するように動作可能とし得る。それゆえ、スイッチング素子１３６が閉鎖動作状態にあるときに、電力調整器１０４および電気エネルギー貯蔵装置４８は互いの間で電気を交換し得る。反対に、スイッチング素子１３６が開放動作状態にあるときには、電力調整器１０４および電気エネルギー貯蔵装置４８は互いに効果的に電気的に絶縁され得る。
【００３５】
動力伝達システム５２はまた、電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４との間で電気を伝達し得る。例えば、電力調整器１０４の端子１２６は電気エネルギー貯蔵装置５０の陽極端子５８に連続して接続され得る。加えて、電気エネルギー貯蔵装置５０の陰極端子６０および電力調整器１０４の端子１２７は電気的に共通の大地１４０、例えば機械１０の車台１３の導電性部分に電気的に接続され得る。
【００３６】
図２に示す動力伝達システム５２の例示的な形態は、種々の方法で電力調整器１０２、１０４を通して電動機／発電機３２、電動機４６、電気エネルギー貯蔵装置４８、および電気エネルギー貯蔵装置５０の間で電気を伝達できるようにし得る。例えば、スイッチング素子１３６が閉鎖動作状態にあり、スイッチング素子１３８が開放動作状態にあるとき、動力伝達システム５２は、電力調整器１０４を経由して電気エネルギー貯蔵装置５０と電気エネルギー貯蔵装置４８との間で電気を伝達し得る。スイッチング素子１３６が開放動作状態にあり、スイッチング素子１３８が閉鎖動作状態にあるとき、動力伝達システム５２は、電力調整器１０２、１０４を経由して電気エネルギー貯蔵装置５０、電動機／発電機３２、および電動機４６との間で電気を伝達し得る。両スイッチング素子１３６、１３８が閉鎖しているとき、動力伝達システム５２は、電力調整器１０２、１０４の一方または双方を通して電気エネルギー貯蔵装置４８、電気エネルギー貯蔵装置５０、電動機／発電機３２、および電動機４６の間で電気を自由に交換し得る。
【００３７】
図２で示したものに加え、動力系１１はまた、いくつもの他の電気負荷および／または電源を含み得る。例えば、電動機４６に加えて、動力系１１は、種々の他の大型で高電圧の電気負荷、例えば、インバータ１００の電力線１１０、１１１に接続された駆動モータ１８を含み得る。加えて、動力系１１は、ライト、計器、センサ、ファンモータなどの小型で低電圧の負荷とし得る、電気エネルギー貯蔵装置５０に接続された種々の電気負荷６２を有し得る。そのような負荷６２は、動力伝達システム５２とは別個の低電圧の動力伝達システムを通して電気エネルギー貯蔵装置５０に接続され得る。加えて、動力系１１は１つ以上の電源を含んで、電気エネルギー貯蔵装置５０を充電し得るおよび／またはそれに接続された任意の小型の低電圧負荷に電力を供給し得る。例えば、動力系１１は、原動機３０によって駆動された従来のオルタネータ（図示せず）を含み得る。複数の電力負荷６２、それらを電気エネルギー貯蔵装置５０に接続する低電圧の動力伝達システム、ならびに電気エネルギー貯蔵装置５０および複数の電力負荷６２に接続された他の任意の電気エネルギー源は、例えば大地１４０への接続によって、車台１３を電気的に基準とし得る。
【００３８】
動力系制御装置２６は、蓄電装置４８、５０の充放電、原動機３０の動作、電動機／発電機３２の動作、電動機４６の動作、およびこれらのタスク全てに関連する電力転送システム５２を通した電気の伝達を制御するように構成され得る。動力系制御装置２６は、上述の複数の構成要素、例えばインバータ１００、電力調整器１０２、電力調整器１０４、およびスイッチング素子１３６、１３８を含み得る。これらの構成要素の動作を制御するために、動力系制御装置２６の一部の実施形態では１つ以上の他の構成要素を含み得る。例えば、図２に示すように、動力系制御装置２６は、電力調整器１０４の制御装置１３４に動作可能に接続された制御装置１５２を含み得る。制御装置１５２はまた、制御装置１５２がこれらの構成要素の動作の１つ以上の局面を監視および／または制御できるように、原動機３０、電動機／発電機３２、および電動機４６に動作可能に接続され得る。原動機３０、電動機／発電機３２、電動機４６、および／または動力系１１の他の構成要素の種々の運転パラメータに基づいて、制御装置１５２は動力系１１の高レベルの制御を行い得る。その際、制御装置１５２は、電力調整器１０４の制御装置１３４に、電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００、主電気エネルギー貯蔵装置４８、副電気エネルギー貯蔵装置５０、および／または動力系１１の他の構成要素の動作に対する種々の目標値を提供し得る。例えば、制御装置１５２は制御装置１３４に、動力系１１の所定の部分における電圧および／または電流に対する目標値を通信し、および制御装置１３４は、電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００、スイッチング素子１３６、１３８および／または動力系１１の他の構成要素を制御して、目標値を達成し得る。制御装置１５２は、上述の構成要素を制御するために任意の好適な情報処理装置を含み得る。一部の実施形態では、制御装置１５２は、以下説明するような方法で動力系１１を制御するようにプログラムされた１つ以上のマイクロプロセッサおよび／または１つ以上のメモリ素子を含み得る。
【００３９】
動力系制御装置２６はまた、動力系１１の動作の種々の局面を監視するための構成要素を含み得る。例えば、動力系制御装置２６は、電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６間の電圧を感知する電圧センサ１４２を含み得る。この電圧は、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルを示す機能を果たし得る。動力系制御装置２６はまた、電力調整器１０２の端子１１８、１１９間の電圧を感知する電圧センサ１４４を含み得る。同様に、動力系制御装置２６は、電力線１１０と１１１との間の電圧を感知する電圧センサ１５４を含み得る。加えて、動力系制御装置２６はまた、端子１１８の電流量を感知する電流センサ、インバータ１００と電動機４６との間を流れる電流量を感知する電流センサ１４８、およびインバータ１００と電動機／発電機３２との間を流れる電流量を感知する電流センサ１５０を含み得る。
【００４０】
動力系制御装置２６はまた、電動機／発電機３２のシャフトの回転位置を感知する位置センサ６４を含み得る。位置センサ６４は、電動機／発電機３２のシャフトの位置を感知するように動作可能な任意のタイプのセンサとし得る。一部の実施形態では、位置センサ６４は、電動機／発電機３２のシャフトが回転しているときのみ、電動機／発電機３２のシャフトの回転位置を、位置センサ６４によって生成された信号から識別できるようなタイプとし得る。
【００４１】
動力系制御装置２６のセンサは種々の構成要素に通信できるようにリンクされ得る。例えば、これらのセンサは制御装置１３４および／または制御装置１５２に通信できるようにリンクされ得るので、動力系制御装置２６は、これらのセンサによって感知されたパラメータを監視し得る。加えて、動力系制御装置２６は、動力系１１の動作の種々の他の局面、例えば原動機３０が電動機／発電機３２を駆動しているかどうかおよび電動機／発電機３２が電気を生成しているかどうかなどを感知するセンサを含み得る。制御装置１３４および／または制御装置１５２および／または動力系制御装置２６の他の構成要素はまたこれらの運転パラメータを監視し得る。
【００４２】
電気エネルギー貯蔵装置４８および電気エネルギー貯蔵装置５０は、動力系１１の２つの異なる分岐または回路の一部を形成し得る。上述のように、電気エネルギー貯蔵装置４８は機械１０の車台１３から電気的に絶縁され、および電気エネルギー貯蔵装置５０は、車台１３を大地１４０へ接続することによって車台１３を電気的な基準にし得る。上述のように、電力負荷６２、および電気エネルギー貯蔵装置５０に接続された種々の他の電気部品は、例えば大地１４０へ接続することによって、機械１０の車台１３を電気的な基準にし得る。他方で、電気エネルギー貯蔵装置４８のように、電力調整器１０２、インバータ１００、電力線１１０、１１１、電動機／発電機３２、および電動機４６は車台１３から、それゆえ、電気エネルギー貯蔵装置５０、電気負荷６２、および他の車台を基準にする電気部品から電気的に絶縁され得る。それゆえ、電気エネルギー貯蔵装置５０、電力負荷６２、および他の車台基準構成要素は、動力系１１の１つの分岐または回路の一部を形成し得る一方、電気エネルギー貯蔵装置４８、電力調整器１０２、インバータ１００、電力線１１０、１１１、電動機／発電機３２、および電動機４６は、動力系１１の別個の電気的に絶縁された分岐または回路の一部を形成し得る。上述のように、一部の実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置５０を含む分岐または回路は低電圧の分岐または回路とし、および電気エネルギー貯蔵装置４８を含む分岐または回路は高電圧の分岐または回路とし得る。電力調整器１０４は、電気エネルギー貯蔵装置５０を含む車台基準分岐または回路と、電気エネルギー貯蔵装置４８を含む他の分岐または回路との間の橋絡の機能を果たし得る。
【００４３】
機械１０および動力系１１は、図１および図２に示しかつ上記で説明した構成に限定されない。例えば、動力系制御装置２６によって扱われる制御タスクは、上述したものとは異なるように制御装置１１２、１３４、および１５２の間で分配され得る。加えて、動力系制御装置２６は、動力系１１の種々の構成要素間での電気の伝達を制御するために種々の他の構成および／または配置を含み得る。動力系制御装置２６のそのような他の構成は、互いに通信できるようにリンクされかつ制御タスクを共有するように動作可能な追加的な制御部品、例えば、制御装置１１２、１３４、および１５２とは別の制御装置を含み得る。反対に、一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、制御装置１１２、１３４、および１５２のうちの２つ以上の代わりに単一の制御装置を有し得る。加えて、動力系制御装置２６は、電力調整器、スイッチング素子、および動力系１１の電力負荷と電源との間で電力を伝達する他の構成要素の他の数および／または構成を含み得る。動力系１１はまた、上述の例とは異なる数および／または構成の電気エネルギー貯蔵装置を含み得る。加えて、電動機４６は、上部旋回体２０を軸３４の周りで回転させる以外の機能、例えば機械１０の他の構成要素を動かす、または機械的な力を供給して機械１０を推進させるなどの機能も果たし得る。さらに、機械１０は、静止機械を含め、エクスカベータ以外のいくつものタイプの機械のいずれかとし得る。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
機械１０および動力系１１は、１つ以上の作業を実施するための動力を必要とする任意の用途での使用法を有し得る。機械１０の作動中、動力系制御装置２６は、電動機４６を作動させて上部旋回体２０を軸３４の周りで回転させるなど、種々の電気負荷を作動させて種々の作業を実施し得る。動力系１１は、種々の状況で種々の源から電動機４６および任意の他の電気負荷の動作に必要な電気を提供し得る。状況に応じて、動力系１１は、電動機／発電機３２、主電気エネルギー貯蔵装置４８、および／または副電気エネルギー貯蔵装置５０のうちの１つ以上から電動機４６および他の電気負荷に電気を提供し得る。
【００４５】
多くの場合、原動機３０が停止しているときに、原動機３０によって動力を提供することが望ましくなり得る。そのような状況では、動力系制御装置２６が原動機３０を始動し得る。原動機３０の始動には、原動機３０がそれ自体の動力で動作し始めるまで、外部動力源による原動機３０の駆動を必要とし得る。動力系制御装置２６は、種々の外部動力源を使用して原動機３０を駆動させ、それを始動させ得る。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、電動機が主電気エネルギー貯蔵装置４８および／または副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気エネルギーで原動機３０を駆動させるように電動機／発電機３２を動作させ得る。動力系制御装置２６はそのために種々の手法を使用し得る。
【００４６】
図３は、動力系制御装置２６が電動機／発電機３２によって、および電気エネルギー貯蔵装置４８、５０の一方または双方からの電気によって原動機３０を始動し得る１つの方法を示す。原動機３０を始動させるプロセスは、原動機３０を始動するコマンドが生成されると開始し得る（ステップ３１０）。始動コマンドは、種々のエンティティ（ｅｎｔｉｔｙ）によって種々の方法で生成され得る。例えば、始動コマンドは、種々の動作条件に応えて動力系制御装置２６によって自動的に生成され得るか、または始動コマンドは、機械１０の操作者または１つ以上の非搭載型制御部品から動力系制御装置２６によって受信され得る。
【００４７】
始動コマンドに応答して、動力系制御装置２６は、電動機が原動機３０を始動させるために十分長期間原動機を駆動するように、主電気エネルギー貯蔵装置４８が電動機／発電機３２を動作させるための十分なエネルギーを有しているかどうかを判断し得る（ステップ３１２）。動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８が原動機３０を始動させるのに十分なエネルギーを有しているかどうかを評価するために種々の手法を使用し得る。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、電圧センサ１４２からの、主電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６での電圧を示す信号を使用することによって、主電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギーレベルを評価し得る。例えば、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６で感知された電圧レベルを基準値と比較して、主電気エネルギー貯蔵装置４８が原動機３０を始動させるための十分なエネルギーを有しているかどうか判断する。
【００４８】
動力系制御装置２６が、主電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギーは原動機３０を始動させるのに不十分であると判断する場合、動力系制御装置２６が、副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気によって主電気エネルギー貯蔵装置４８の充電を開始し得る（ステップ３１４）。そのためには、動力系制御装置２６はスイッチング素子１３６をその閉鎖動作状態に制御して、電力調整器１０４の端子１２８、１２９が主電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６に電気的に接続されるようにし得る。電力調整器１０４が主電気エネルギー貯蔵装置４８にそのように接続されると、動力系制御装置２６は電力調整器１０４を制御して副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気を受け、主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を伝達し得る。電力調整器１０４は副電気エネルギー貯蔵装置５０からある電圧で電気を受け、別の電圧で主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を供給し得る。例えば、電力調整器１０４は副電気エネルギー貯蔵装置５０から約１２または２４ボルトで電気を受け、電力調整器１０４は、主電気エネルギー貯蔵装置４８にそれよりも高い電圧、例えば約３５０ボルトで電気を供給し得る。
【００４９】
副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気で主電気エネルギー貯蔵装置４８を充電する間、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８が原動機３０を始動させるのに十分なエネルギーを有しているかどうかを繰り返し再評価し得る（ステップ３１２）。動力系制御装置２６が、主電気エネルギー貯蔵装置４８は原動機３０を始動させるのに十分なエネルギーを有していると判断すると、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８からの電気によって原動機３０を始動させるプロセスを開始し得る。これは、スイッチング素子１３６、１３８をそれらの閉鎖動作状態に制御して、主電気エネルギー貯蔵装置４８が電力調整器１０２を介して電力線１１０、１１１に電気的に接続されるようにすることを含み得る。
【００５０】
主電気エネルギー貯蔵装置４８が充電され、かつ電力線１１０、１１１に接続された状態では、動力系制御装置２６は、種々のステップを実行して、主電気エネルギー貯蔵装置４８からの電気によって原動機３０を始動し得る。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、原動機３０を駆動するための電動機／発電機３２への電気の供給を適切に制御するために、電動機／発電機３２のシャフトの回転位置を知る必要があるかもしれない。加えて、上述のように、一部の実施形態は、回転位置を突き止めるために電動機／発電機３２のシャフトを動かすことを必要とするタイプの位置センサ６４を有し得る。従って、原動機３０を始動させるプロセスの一部として、動力系制御装置２６は、位置センサ６４からの信号によってシャフトの回転位置を突き止めるのに十分な程度、電動機／発電機３２のシャフトを回転させる（ステップ３１５）。動力系制御装置２６は種々の方法によってそれを行うことができる。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、目標電圧レベルまでバルクコンデンサ１１４を充電し、かつパワーエレクトロニクスモジュール１０８を制御して電気のパルスをバルクコンデンサ１１４から電動機／発電機３２まで伝達し、そのシャフトを、その回転位置を突き止めるのに十分な程度に回転させ得る。動力系制御装置２６はまた、原動機３０を駆動してそれを始動させ始める前に種々の他の予備ステップを実行し得る。
【００５１】
任意のそのような予備ステップが完了したら、電動機が原動機３０を駆動するように、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８から電動機／発電機３２へ電気を伝達して電動機／発電機３２を動作させ得る（ステップ３１６）。これは、電力調整器１０２が主電気エネルギー貯蔵装置４８から電気を受けて電力線１１０、１１１に電気を伝達することを含み得る。パワーエレクトロニクスモジュール１０８は電力線１１０、１１１から電動機／発電機３２へ電気を中継し得る。電力調整器１０２は、主電気エネルギー貯蔵装置４８からある電圧で電気を受け、電力線１１０、１１１に別の電圧で電気を供給する。例えば、電力調整器１０２は、主電気エネルギー貯蔵装置４８から約３５０ボルトで電気を受け、電力線１１０、１１１に約６５０ボルトで電気を供給する。
【００５２】
パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電動機／発電機３２に種々の形態の電気を供給し、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は種々の運転パラメータに基づいて、電動機／発電機３２に供給された電気を制御し得る。一部の実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電力線１１０、１１１での直流電流から、電動機／発電機３２に供給された多相の交流電流に電気を変換し得る。加えて、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電動機／発電機３２のシャフトの判断された回転位置に基づいて、電動機／発電機３２に供給された電気の１つ以上の局面、例えば電気の種々の位相のタイミングなどを制御し得る。
【００５３】
原動機３０がそれ自体の動力で動作し始めると、図３に示す始動ステップは終了し得る。そこで、原動機３０が電動機／発電機３２を駆動している状態では、動力系制御装置２６は、発電機が電力線１１０、１１１に電気を供給するように、電動機／発電機３２を動作させるように制御し始め得る。動力系制御装置２６は、パワーエレクトロニクスモジュール１０８を動作させて、種々の方法で電動機／発電機３２によって電力線１１０、１１１に供給された電気を制御し得る。一部の実施形態では、パワーエレクトロニクスモジュール１０８は、電力線１１０、１１１に供給された電気を約６５０ボルトの直流電流とするように制御し得る。動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１に供給されたこの電気を使用して種々の作業を行うように、種々の他の構成要素を制御し得る。例えば、動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および／または他の高電圧負荷を制御して、電動機／発電機３２によって電力線１１０、１１１に供給された電気で動作するようにし得る。
【００５４】
そのような動作中、動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および他の大型の高電圧負荷の電気条件の変動を吸収するために、主電気エネルギー貯蔵装置４８に依存し得る。これは、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および／または他の電気部品の電力条件が高いときに主電気エネルギー貯蔵装置４８から電力線１１０、１１１へ電気を伝達するための電力調整器１０２の制御を含み得る。反対に、電力線１１０、１１１に接続された電動機４６および／または他の電力負荷の電力条件が低いとき、電力調整器１０２は、電動機／発電機３２によって電力線１１０、１１１に供給された電気を主電気エネルギー貯蔵装置４８へ伝達してそれを充電し得る。電力調整器１０２は、電力線１１０、１１１と主電気エネルギー貯蔵装置４８との間で伝達された電気を種々の方法で制御し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０２は、伝達された電気を、主電気エネルギー貯蔵装置４８でのある電圧から電力線１１０、１１１での別の電圧に変換し得る。例えば、電力調整器１０２は、主電気エネルギー貯蔵装置４８での約３５０ボルトから電力線１１０、１１１での約６５０ボルトに変換し得る。
【００５５】
電動機／発電機３２および／または主電気エネルギー貯蔵装置４８が電気を電力線１１０、１１１に供給して電動機４６および／または他の高電圧の電力負荷に電力を供給している間、副電気エネルギー貯蔵装置５０は、動力系１１の他の電力負荷に電気を供給し得る。例えば、副電気エネルギー貯蔵装置５０は電力負荷６２に電気を供給し得る。副電気エネルギー貯蔵装置５０はこの電気を、電力線１１０、１１１に供給された電気とは異なる電圧で供給し得る。例えば、電力線１１０、１１１は電気を約６５０ボルトで送り得るが、副電気エネルギー貯蔵装置５０は、それよりも低い電圧で、例えば約１２または２４ボルトで電力負荷６２に電気を供給し得る。
【００５６】
動力系１１の動作は、本開示で説明しかつ図３に示した例に限定されない。例えば、動力系制御装置２６は、上述のおよび／または図３に示した動作の１つ以上を省略してもよい。一部の実施形態では、動力系制御装置２６は、電動機／発電機３２を動作させて原動機３０を駆動し、それを始動させ始める前に、電動機／発電機３２を短期間回転させてそのシャフトの位置を判断する動作を省略してもよい。
【００５７】
さらに、動力系制御装置２６は、上述の図３に示したものに加えて種々の他の動作を実行してもよい。例えば、図３に示す、原動機３０を始動させるプロセスに関連して、動力系制御装置２６は、始動プロセスのステータス情報を機械１０の操作者に通信してもよい。プロセスをトリガする始動コマンド（ステップ３１０）が操作者から届いた場合、操作者は、原動機３０が遅延なく始動することを期待する傾向にあるであろう。従って、動力系制御装置２６がまず主電気エネルギー貯蔵装置４８を充電すると決定する場合、動力系制御装置２６は操作者に、原動機３０は幾分の遅延後に始動されることを通信し得る。
【００５８】
動力系制御装置２６はまた、原動機３０を副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気によって始動させることに関して上記で説明したもの以外の手法を使用し得る。図３に示す手法によれば、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を伝達した後にその電気で原動機３０を始動させることによって、副電気エネルギー貯蔵装置からの電気によって原動機３０を始動させることがある。一部の実施形態では、代わりに、動力系制御装置２６は、主電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を伝達することなく、副電気エネルギー貯蔵装置５０から電力線１１０、１１１へ電気を伝達し得る。そのためには、動力系制御装置２６は、スイッチング素子１３８をその閉鎖動作状態に制御し、かつスイッチング素子１３６をその開放動作状態に制御し得る。これは、電力調整器１０２を電力調整器１０４に電気的に接続する一方、主電気エネルギー貯蔵装置４８を電力調整器１０４から電気的に絶縁し得る。
【００５９】
動力系１１の構成要素がこのように接続されている場合、動力系制御装置２６は電力調整器１０２、１０４を動作させて、副電気エネルギー貯蔵装置５０から電力調整器１０２へ、および電力調整器１０２から電力線１１０、１１１へ電気を伝達し得る。同時に、動力系制御装置２６はパワーエレクトロニクスモジュール１０８を動作させて、電動機が原動機３０を始動させるように、電動機／発電機３２へ電気を伝達しそれを動作させる。電力調整器１０２、１０４およびパワーエレクトロニクスモジュール１０８は、種々の方法で副電気エネルギー貯蔵装置５０から伝達された電気を、それが電動機／発電機３２に流れるときに制御し得る。一部の実施形態では、電力調整器１０４は、副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気をある電圧で受け、電力調整器１０２に別の電圧で電気を供給する。例えば、電力調整器１０４は、副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気を約１２または２４ボルトで受け、電力調整器１０２に約３５０ボルトで電気を供給する。同様に、電力調整器１０２は電力線１１０、１１１に、それが受けたのとは異なる電圧で電気を供給する。例えば、電力調整器１０２は、電力線１１０、１１１に約６５０ボルトで電気を供給する。電力調整器１０４が比較的高電力容量を有する動力系１１の実施形態は、電気をまず主電気エネルギー貯蔵装置４８に伝達することなく、電動機／発電機３２に電気を伝達する上述の手法に特に好適となり得る。
【００６０】
動力系制御装置２６は、上述のものとは異なる種々の方法での動力系１１における電気の伝達を制御し得る。例えば、動力系制御装置２６は、動力系１１における種々の位置での電圧を、上述の例とは異なる値に制御し得る。加えて、動力系制御装置２６は、動力系１１における種々の位置で異なるように、電気の形態を制御し得る。例えば、動力系制御装置２６は、電力線１１０、１１１で送られる電気を、直流の電気の代わりに交流電流の電気となるよう制御し得る。
【００６１】
上述の実施形態は所定の利点を提供し得る。例えば、原動機３０の始動に副電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気を使用することは、主電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギーがそうするのに不十分であるときに、すぐに利用できる非搭載型電源がない場合でさえも、原動機３０の始動を可能にし得る。これは、機械１０の利用可能性を著しく増加させ得る。
【００６２】
当業者には、本開示の範囲から逸脱せずに、開示のシステムおよび方法に種々の修正および変形をなすことができることが明らかであろう。当業者には、本書に記載したシステムおよび方法の明細書および実施を考慮することから、開示のシステムおよび方法の他の実施形態が明らかであろう。明細書および例は例示にすぎず、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示されることが意図される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 機械
１１ 動力系
１２ フレーム
１３ 車台
１４ 下部走行体
１６ 推進装置
１８ 駆動モータ
２０ 上部旋回体
２２ ピボットシステム
２４ 旋回ベアリング
２６ 動力系制御装置
３０ 原動機
３２ 電動機／発電機
３４ 垂直軸
３６ 器具
３８ オペレータステーション
４６ 電動機
４８ 主電気エネルギー貯蔵装置
５０ 副電気エネルギー貯蔵装置
５１ 歯車
５２ 動力伝達システム
５４ 陽極端子
５６ 陰極端子
５８ 陽極端子
６０ 陰極端子
６２ 電気負荷
６４ 位置センサ
１００ インバータ
１０２、１０４ 電力調整器
１０６、１０８ パワーエレクトロニクスユニット
１１０、１１１ 電力線
１１２ 制御装置
１１４ バルクコンデンサ
１１６、１１７、１１８、１１９、１２６、１２７、１２８、１２９ 入力／出力端子
１３４ 制御装置
１３６、１３８ スイッチング素子
１４０ 大地
１４２、１４４ 電圧センサ
１４８、１５０ 電流センサ
１５２ 制御装置
１５４ 電圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機／発電機に駆動接続された原動機；
第１の電気エネルギー貯蔵装置；
第２の電気エネルギー貯蔵装置；および
動力系制御装置であって、
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気によって第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること；および
第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させること
によって原動機を選択的に始動するように構成された動力系制御装置
を含む動力系。
【請求項２】
第２の電気エネルギー貯蔵装置のエネルギー貯蔵容量が第１の電気エネルギー貯蔵装置よりも小さい、請求項１に記載の動力系。
【請求項３】
動力系制御装置が、第１の電気エネルギー貯蔵装置と第２の電気エネルギー貯蔵装置との間に接続された電力調整器を含み；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を充電することが：
第２の電気エネルギー貯蔵装置から電力調整器へ電気を伝達すること、および
電力調整器から第１の電気エネルギー貯蔵装置へ電気を伝達すること
を含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項４】
動力系制御装置が、第１の電気エネルギー貯蔵装置と第２の電気エネルギー貯蔵装置との間に接続された電力調整器を含み；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を充電することが：
第２の電気エネルギー貯蔵装置から電力調整器へ第１の電圧で電気を伝達すること、および
電力調整器から第１の電気エネルギー貯蔵装置へ第２の電圧で電気を伝達すること
を含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項５】
第２の電圧が第１の電圧よりも高い、請求項４に記載の動力系。
【請求項６】
動力系制御装置が、動力系の電力負荷の１つに電気を伝達するようにさらに動作可能であり、
原動機の始動後、電動機／発電機および第１の電気エネルギー貯蔵装置から第１の電力負荷へ第１の電圧で電力を選択的に伝達すること；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置から第２の電力負荷へ第２の電圧で電力を選択的に伝達すること
を含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項７】
動力系の動作方法であって、動力系が、電動機／発電機に駆動接続された原動機、第１の電気エネルギー貯蔵装置、および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み、方法が：
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および
第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させること
によって原動機を始動させること
を含む、方法。
【請求項８】
第１の電気エネルギー貯蔵装置から第１の電力負荷に第１の電圧で電気を選択的に供給すること；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置から第２の電力負荷に第２の電圧で電気を選択的に供給すること
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の電圧が第２の電圧よりも高い、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
原動機の始動後、発電機として電動機／発電機を動作させること、および電動機／発電機から第１の電力負荷に電気を供給することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１】
電動機／発電機に駆動接続された原動機；
第１の電気エネルギー貯蔵装置；
第２の電気エネルギー貯蔵装置；および
動力系制御装置であって、
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気によって第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること；および
第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させること
によって原動機を選択的に始動するように構成された動力系制御装置
を含む動力系。
【請求項２】
第２の電気エネルギー貯蔵装置のエネルギー貯蔵容量が第１の電気エネルギー貯蔵装置よりも小さい、請求項１に記載の動力系。
【請求項３】
動力系制御装置が、第１の電気エネルギー貯蔵装置と第２の電気エネルギー貯蔵装置との間に接続された電力調整器を含み；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を充電することが：
第２の電気エネルギー貯蔵装置から電力調整器へ電気を伝達すること、および
電力調整器から第１の電気エネルギー貯蔵装置へ電気を伝達すること
を含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項４】
動力系制御装置が、第１の電気エネルギー貯蔵装置と第２の電気エネルギー貯蔵装置との間に接続された電力調整器を含み；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を充電することが：
第２の電気エネルギー貯蔵装置から電力調整器へ第１の電圧で電気を伝達すること、および
電力調整器から第１の電気エネルギー貯蔵装置へ第２の電圧で電気を伝達すること
を含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項５】
第２の電圧が第１の電圧よりも高い、請求項４に記載の動力系。
【請求項６】
動力系制御装置が、動力系の電力負荷の１つに電気を伝達するようにさらに動作可能であり、
原動機の始動後、電動機／発電機および第１の電気エネルギー貯蔵装置から第１の電力負荷へ第１の電圧で電力を選択的に伝達すること；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置から第２の電力負荷へ第２の電圧で電力を選択的に伝達すること
を含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項７】
動力系の動作方法であって、動力系が、電動機／発電機に駆動接続された原動機、第１の電気エネルギー貯蔵装置、および第２の電気エネルギー貯蔵装置を含み、方法が：
第２の電気エネルギー貯蔵装置からの電気で第１の電気エネルギー貯蔵装置を選択的に充電すること、および
第１の電気エネルギー貯蔵装置から電動機／発電機へ電気を伝達して、電動機が原動機を始動させるように電動機／発電機を動作させること
によって原動機を始動させること
を含む、方法。
【請求項８】
第１の電気エネルギー貯蔵装置から第１の電力負荷に第１の電圧で電気を選択的に供給すること；および
第２の電気エネルギー貯蔵装置から第２の電力負荷に第２の電圧で電気を選択的に供給すること
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の電圧が第２の電圧よりも高い、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
原動機の始動後、発電機として電動機／発電機を動作させること、および電動機／発電機から第１の電力負荷に電気を供給することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４０１２３（Ｐ２０１２−１４０１２３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８９０８３（Ｐ２０１１−２８９０８３）
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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