建設機械
【課題】簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行う絶縁抵抗劣化検知システムを備えた建設機械を提供する。
【解決手段】電動システムを備えた建設機械において、電動システムは、第１の電圧波形発生装置１００Ａと、リレー５６に対して蓄電デバイス５９側と第１の電圧波形発生装置に接続され、第１の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより蓄電デバイス側の絶縁抵抗劣化を検知する第１の検知部９９Ａとを有する第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａと、第２の電圧波形発生装置１００Ｂと、リレー５６に対して駆動システム５５側と第２の電圧波形発生装置に接続され、第２の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより駆動システム側の絶縁抵抗劣化を検知する第２の検知部９９Ｂとを有する第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂとを備えた。
【解決手段】電動システムを備えた建設機械において、電動システムは、第１の電圧波形発生装置１００Ａと、リレー５６に対して蓄電デバイス５９側と第１の電圧波形発生装置に接続され、第１の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより蓄電デバイス側の絶縁抵抗劣化を検知する第１の検知部９９Ａとを有する第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａと、第２の電圧波形発生装置１００Ｂと、リレー５６に対して駆動システム５５側と第２の電圧波形発生装置に接続され、第２の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより駆動システム側の絶縁抵抗劣化を検知する第２の検知部９９Ｂとを有する第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂとを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に係り、さらに詳しくは、蓄電デバイス、電動モータ等からなる電動システムと車体との間の絶縁抵抗劣化検出機能を有する建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば油圧ショベルのような建設機械においては、動力源として、ガソリン、軽油等の燃料を用い、エンジンによって油圧ポンプを駆動して油圧を発生することにより油圧モータ、油圧シリンダといった油圧アクチュエータを駆動する。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。
【０００３】
一方で、近年、電動モータ及び蓄電デバイス（バッテリや電気二重層キャパシタ等）を用いることにより、油圧アクチュエータのみを用いた従来の建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの旋回体を走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、電動モータの場合は電気エネルギとしての回生が見込めることから、省エネルギ化が図れる。
【０００６】
ところで、このようなハイブリッド式油圧ショベルに搭載するような電動アクチュエータ及び蓄電デバイスは、高電圧・大電流で使用されるため、メインの電気回路と車体との間の絶縁抵抗が劣化した場合に、その絶縁抵抗劣化部を通じて車体に電流が流れ、感電等の危険に繋がる虞がある。
【０００７】
このような問題に対処するために、種々の絶縁抵抗劣化検知装置が提案されている。例えば、対象回路に所定周波数の交流信号を印加し、予め決められた測定点における交流信号の振幅レベルを計測することによって絶縁抵抗劣化を検知する装置がある。昇圧回路（チョッパ等）が蓄電デバイスとインバータの間に組み込まれたシステムにおいて、昇圧回路作動時に誤検出を防止すると共に絶縁抵抗劣化を継続検知できる装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、絶縁抵抗劣化の検知手段のみでなく、自己の開閉動作により蓄電デバイスと電動アクチュエータ及びインバータ等との間の接続を遮断可能なリレーについて、その遮断機能を診断するリレー故障診断に関する技術がある。絶縁抵抗劣化検知装置を用いて、リレーの故障診断を行うリレー故障診断装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
更に、絶縁抵抗低下検知装置自体の異常を検知する自己異常診断に関する技術がある。簡易な構成により自己異常診断機能を備えた絶縁抵抗低下検出器及びその自己異常診断方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９２７８号公報
【特許文献３】特開２００７−３２９０４５号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２００７／０２６６０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献３の従来技術と特許文献４の従来技術とは、高電圧回路を備えた例えば電気自動車等の分野で主に適用されている。
【００１２】
一方、ハイブリッド式建設機械においては、絶縁抵抗劣化検知装置等を配設するスペースに限定があるため、絶縁抵抗劣化検知機能とリレー故障診断機能と自己異常診断機能との全ての機能を備え、簡易な回路構成でこれらを実現することでコンパクトに構成できる絶縁抵抗劣化検知システムが要望されていた。
【００１３】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、電動モータ等を含む駆動システム、蓄電デバイス、及び蓄電デバイスと駆動システムとの電気的接続を遮断するためのリレーを備えた建設機械において、簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行うことができる絶縁抵抗劣化検知装置を備えた建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、電動モータと、前記電動モータを駆動・制御する電気回路及びコントローラを含む駆動システムと、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記駆動システムとを電気的に接続／遮断するリレーとを有する電動システムを備えた建設機械において、前記電動システムは、第１の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記蓄電デバイス側と前記第１の電圧波形発生装置に接続され、前記第１の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記蓄電デバイス側の絶縁抵抗劣化を検知する第１の検知部とを有する第１絶縁抵抗劣化検知装置と、第２の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記駆動システム側と前記第２の電圧波形発生装置に接続され、前記第２の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記駆動システム側の絶縁抵抗劣化を検知する第２の検知部とを有する第２絶縁抵抗劣化検知装置とを備えたものとする。
【００１５】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置における第１、第２の検知部は、前記リレーの正常性を確認可能とするために、前記第２、第１電圧波形発生装置からの双方の電圧波形を取込み可能に電気的に接続したことを特徴とする。
【００１６】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーが開放されている時に、前記蓄電デバイス周辺の絶縁抵抗劣化を検知することを特徴とする。
【００１７】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム内の電気回路の正負両極とインピーダンス素子を介して接続されていることを特徴とする。
【００１８】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーに対して前記駆動システム側に配設され、前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム側からケーブルと他のリレーを介して前記蓄電デバイス側に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電動モータ等を含む駆動システム、蓄電デバイス、及び蓄電デバイスと駆動システムとの電気的接続を遮断するためのリレーを備えた建設機械において、簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の建設機械の一実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動システムの電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、電動モータを含む駆動システム、蓄電デバイス、蓄電デバイスを駆動システムから遮断するためのリレーを備えた車両や建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。図１は本発明の建設機械の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動システムの電気回路図である。
【００２２】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及びショベル機構３０を備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５及び旋回油圧モータ２７と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層のキャパシタ２４と、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００２５】
また、旋回体２０にはショベル機構（フロント装置）３０が搭載されている。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。
【００２６】
さらに、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、旋回油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アークシリンダ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システム４０が搭載されている。油圧システム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。
【００２７】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達されている。コントロールバルブ４２は、図示しない旋回用の操作レバー装置からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回油圧モータ２７に供給される圧油の流量と方向を制御する。またコントロールバルブ４２は、旋回以外の操作レバー装置からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、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流量と方向を制御する。
【００２８】
電動システムは、上述したアシスト発電モータ２３、旋回電動モータ２５、これらを駆動制御する電気部品からなるパワーコントロールユニット５５、及びメインコントローラ８０を備えた駆動システムと、電気二重層のキャパシタ２４からなる蓄電デバイスと、この蓄電デバイスと駆動システムとの電気的接続を遮断するメインリレー５６と、絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂとを備えている。
【００２９】
駆動システムを構成するパワーコントロールユニット５５は、チョッパ５１、インバータ５２，５３、及び平滑コンデンサ５４等を有している。また、メインリレー５６はリレー５７Ａ，５７Ｂと、抵抗５８と突入電流防止回路を構成するリレー５７Ｃと、後述する絶縁抵抗劣化検知装置用のリレー１０３とを有している。
【００３０】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。リレー５７Ａ，５７Ｂは、メインコンタクタであり、電動システムの停止時や異常発生時に、キャパシタ２４の電荷の電動システムへの供給を遮断するために設けられている。リレー５７Ｃ及び抵抗５８により構成する突入電流防止回路は、チョッパ５１内のコンデンサが充電されていない状態において、リレー５７Ａ，５７Ｂを閉じる前にこの回路の経路から制限した電流を供給してチョッパ５１内のコンデンサを充電するものである。平滑コンデンサ５４は、母線電圧を安定化させるために設けられている。
【００３１】
旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転軸は結合されており、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態(力行しているか回生しているか)によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。なお、図２に示すように、キャパシタ２４とメインリレー５６とは、蓄電ユニット５９である１個の筺体の内部に配設されている。
【００３２】
メインコントローラ８０は、操作指令信号、圧力信号及び回転速度信号等の図２に示されない信号を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、油圧単独旋回モード、油圧電動複合旋回モードの切り替え、及び各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。電磁比例バルブ７５は、メインコントローラ８０からの電気信号を油圧パイロット信号に変換するものであって、この油圧パイロット信号によって、コントロールバルブ４２が制御される。
【００３３】
電動コントローラ１０４は、メインコントローラ８０と信号の授受を行い、パワーコントロールユニット５５に内蔵された２系統のインバータ５２，５３、チョッパ５１、及び後述の第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂ等の統括制御を行う。
【００３４】
第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂは、パワーコントロールユニット５５に内蔵され結合インピーダンス素子１０１Ａ〜１０１Ｃと第１及び第２検知経路１０２Ａ，１０２Ｂを介して各電気回路に接続されている。
【００３５】
図２において、９１〜９５は、電動コントローラ１０４の絶縁抵抗劣化部位を特定するための検知シーケンスと第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂによって特定できる部位であって、９１はキャパシタ２４〜メインリレー５６間母線を、９２はメインリレー５６〜チョッパ５１間母線を、９３はインバータ５２〜インバータ５３間母線を、９４はアシスト発電モータ２３〜インバータ５３間ケーブルを、９５は旋回電動モータ２５〜インバータ５２間ケーブルをそれぞれ示している。
【００３６】
次に、本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動システムの電気回路を図３を用いて説明する。図３において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図３に示すように、電動システムは、大略キャパシタ２４と、メインリレー５６と、チョッパ５１と、主平滑コンデンサ５４と、旋回電動モータ２５と、旋回電動モータ用インバータ５２と、アシスト発電モータ２３と、アシスト発電モータ用インバータ５３と、メインコントローラ８０と、絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂとを備えている。
【００３７】
チョッパ５１は、リアクトル５１ａと、スイッチング素子として例えばＩＧＢＴのようなパワートランジスタ（以下トランジスタという）５１ｂ，５１ｃと、平滑コンデンサ５１ｄとを備えている。
【００３８】
リアクトル５１ａは、一端がリレー５７Ａを介してキャパシタ２４の正極に接続され、他端がトランジスタ５１ｂのソース及びトランジスタ５１ｃのドレインに接続されている。トランジスタ５１ｂのドレインは、主平滑コンデンサ５４の一端、アシスト発電モータ用インバータ５３、及び旋回電動モータ用インバータ５２の一端に接続されている。トランジスタ５１ｃのソースは、リレー５７Ｂを介してキャパシタ２４の負極、主平滑コンデンサ５４の他端、アシスト発電モータ用インバータ５３、及び旋回電動モータ用インバータ５２の他端に接続されている。また、リアクトル５１ａの一端には、平滑コンデンサ５１ｄの一端が接続され、平滑コンデンサ５１ｄの他端は、トランジスタ５１ｃのソースに接続されている。
【００３９】
各トランジスタ５１ｂ，５１ｃのゲートには、電動コントローラ１０４が接続されていて、スイッチング制御が行われる。電動コントローラ１０４からの指令を受けて２個のトランジスタ５１ｂ，５１ｃを交互に開閉させることにより、キャパシタ２４の電圧をアシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２が動作可能な母線電圧に昇圧すると共に、母線電圧を所定の一定値付近に制御する動作を行う。
【００４０】
主平滑コンデンサ５４は、直流電圧を平滑化する。アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２は、一方にチョッパ５１及び主平滑コンデンサ５４が接続され、他方には、アシスト発電モータ２３と旋回電動モータ２５とがそれぞれ接続されている。
【００４１】
アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２は、例えばＩＧＢＴのようなスイッチング素子としてのトランジスタ５３Ａ，５２Ａそれぞれ６個からなるブリッジ回路を用いて、電動コントローラ１０４からの指令を受けて、電流のON/OFFを繰り返し、パルス幅を変動させることで三相交流を作り出し、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５を駆動する。
【００４２】
アシスト発電モータ２３とパワーコントロールユニット５５とは、コネクタ１２２を介してケーブル９４により接続されている。また、旋回電動モータ２５とパワーコントロールユニット５５とは、コネクタ１２３を介してケーブル９５により接続されている。同様に、パワーコントロールユニット５５と蓄電ユニット５９とは、コネクタ１２０と１２１とを介してケーブル９２とケーブル１０１Ｄとにより接続されている。
【００４３】
第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａは、交流あるいはパルス波形を生成する第１電圧波形発生装置１００Ａと、この交流あるいはパルス波形を印加するために電動システムの電気回路の所定部位に接続される第１検知経路１０２Ａと、第１検知経路１０２Ａを介して入力信号の振幅レベルや波形等を測定し、生成信号と測定信号とを比較して対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を算出し、予め設定された設定値と比較することで絶縁抵抗劣化の有無を検知する第１検知部９９Ａとを備えている。同様に、第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂは、交流あるいはパルス波形を生成する第２電圧波形発生装置１００Ｂと、この交流あるいはパルス波形を印加するために電動システムの電気回路の所定部位に接続される第２検知経路１０２Ｂと、第２検知経路１０２Ｂを介して入力信号の振幅レベルや波形等を測定し、生成信号と測定信号とを比較して対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を算出し、予め設定された設定値と比較することで絶縁抵抗劣化の有無を検知する第２検知部９９Ｂとを備えている。
【００４４】
第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂにおいては、第１及び第２電圧波形発生装置１００Ａ，１００Ｂと第１及び第２検知部９９Ａ，９９Ｂとを組み合わせて使用する場合のほかに、第１及び第２電圧波形発生装置１００Ａ，１００Ｂをそれぞれ単独で使用したり、第１及び第２検知部９９Ａ，９９Ｂをそれぞれ単独で使用したりすることもできる。
【００４５】
第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知経路１０２Ａは、第１検知部９９Ａから、結合インピーダンス素子１０１Ａとケーブル１０１Ｄとリレー１０３とを介してキャパシタ２４とメインリレー５６間の母線９１の負極側に接続されている。リレー１０３は、機械停止中に修理やメンテナンスの目的で、コネクタ１２０または１２１を外す場合に活線状態とならないように、機械停止中は開（遮断）状態とするものである。第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａまたは、第１電圧波形発生装置１００Ａを用いて絶縁抵抗劣化検知を行う際には、閉（接続）状態とする。
【００４６】
第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知経路１０２Ｂは、第２検知部９９Ｂから分岐部を経た一方が、結合インピーダンス素子１０１Ｂを介して、アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２の一端の正極側に接続されている。また、第２検知部９９Ｂから分岐部を経た他方は、結合インピーダンス素子１０１Ｃを介して、アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２の一端の負極側に接続されている。
【００４７】
第１及び第２電圧波形発生装置１００Ａ，１００Ｂは、車体フレームの電位に対する電気回路の電位が、例えばパルス状に時間変化するように電圧波形を注入する電圧波形発生器である。
【００４８】
ここで、絶縁抵抗劣化部位を特定するための検知シーケンスについて説明する。上述したように、電動システムにおいては、アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２のスイッチング素子５３Ａ，５２Ａ、チョッパ５１のトランジスタ５１ｂ，５１ｃ、及びメインリレー５６を電動コントローラ１０４からの信号によりそれぞれ開閉可能に構成している。これら構成部材の開閉を制御しながら第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂの検知信号を電動コントローラ１０４で監視することで、絶縁抵抗劣化部位を特定することができる。
【００４９】
次に、本発明の建設機械の一実施の形態における絶縁抵抗劣化検知装置の動作を図３を用いて説明する。
【００５０】
（１）メインリレー５６開放時の蓄電デバイス周辺の絶縁抵抗劣化検知
蓄電ユニット５９内のキャパシタ２４とメインリレー５６間の母線９１の絶縁抵抗劣化の検知は、以下の手順による。
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは開（遮断）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させて、キャパシタ２４とメインリレー５６間の母線９１の負極側に印加し、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａにより、入力信号の振幅レベルや波形等を測定し、生成信号と測定信号とを比較して対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を算出し、予め設定された設定値と比較して絶縁抵抗劣化の有無を検知する。
【００５１】
（２）メインリレー５６開放時の電動システム周辺の絶縁抵抗劣化検知
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは開（遮断）状態の場合、まず、第１ステップにおいて、第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂによって、旋回電動モータ用インバータ５２とアシスト発電モータ用インバータ５３間の母線９３の正負両極の絶縁抵抗劣化を検知する。
【００５２】
次の第２ステップにおいて、アシスト発電モータ用インバータ５３のスイッチング素子５３Ａの上側又は下側のいずれか１個を閉動作することで、アシスト発電モータ２３とアシスト発電モータ用インバータ５３間ケーブル９４の絶縁抵抗劣化を検知する。同様に、旋回電動モータ用インバータ５２のスイッチング素子５２Ａの上側又は下側のいずれか１個を閉動作することで、旋回電動モータ２５と旋回電動モータ用インバータ５２間ケーブル９５の絶縁抵抗劣化を検知する。
【００５３】
次の第３のステップにおいて、チョッパ５１のトランジスタ５１ｂを閉動作することで、メインリレー５６とチョッパ５１間の母線９２の正極の絶縁抵抗劣化を検知する。以上の第１〜第３ステップにより、電動システム周辺の絶縁抵抗劣化の検知が完全に実行される。
【００５４】
（３）メインリレー５６接続時の絶縁抵抗劣化検知及び自己異常診断
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは閉（接続）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させる。第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａと第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂの両方で、波形を検知し、絶縁抵抗値の算出から絶縁抵抗劣化の有無を検知する。この演算結果の比較を電動コントローラ１０４が実施することで、第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂの正常性を確認することができる。
【００５５】
同様に、第２電圧波形発生装置１００Ｂから電圧波形を発生させて、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａと第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂの両方で、波形を検知し、絶縁抵抗値の算出から絶縁抵抗劣化の有無を検知させることで、第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂの正常性を確認してもよい。
【００５６】
（４）メインリレー５６の故障診断
メインリレー５６の溶着故障等を検知する故障診断は以下の手順による。
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは閉（接続）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させる。第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂで波形が検知されることを確認する。次にリレー５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃがすべて開（遮断）した後に第２検知部９９Ｂで波形が検知されないことを確認する。同様に、第２電圧波形発生装置１００Ｂから電圧波形を発生させ、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａで波形の検知の有無を確認してもよい。
【００５７】
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃは開（遮断）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させる。第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂで波形が検知されないことを確認する。次にリレー５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃのいずれか１つが閉（接続）した後に第２検知部９９Ｂで波形が検知されることを確認する。同様に、第２電圧波形発生装置１００Ｂから電圧波形を発生させ、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａで波形の検知の有無を確認してもよい。
【００５８】
上述した本発明の一実施の形態によれば、電動モータ２５、２３等を含む電動システム５５、蓄電デバイス２４、及び蓄電デバイス２４と電動システム５５との電気的接続を遮断するためのメインリレー５６を備えた建設機械において、簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行うことが可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂを電圧波形、例えば、パルス波形を電気回路に印加して、測定部の信号の振幅レベルや波形等により、対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を測定し、さらに検知シーケンスによって、絶縁抵抗劣化部位を特定することができるものとして説明しているが、絶縁抵抗劣化部位を特定する方法は、これに限るものではない。
【００６０】
以上において、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、油圧ショベル以外の電動システム、リレー、蓄電デバイスを有する車両や建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ 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 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機
２７ 旋回油圧モータ
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５１ チョッパ
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
５４ 平滑コンデンサ
５５ パワーコントロールユニット
５６ メインリレー
５７Ａ リレー
５７Ｂ リレー
５７Ｃ リレー
５８ 抵抗
５９ 蓄電ユニット
８０ メインコントローラ
９０Ａ 第１絶縁抵抗劣化検知装置
９０Ｂ 第２絶縁抵抗劣化検知装置
９９Ａ 第１検知部
９９Ｂ 第２検知部
１００Ａ 第１電圧波形発生装置
１００Ｂ 第２電圧波形発生装置
１０２Ａ 第１検知経路
１０２Ｂ 第２検知経路
１０３ リレー
１０４ 電動コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に係り、さらに詳しくは、蓄電デバイス、電動モータ等からなる電動システムと車体との間の絶縁抵抗劣化検出機能を有する建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば油圧ショベルのような建設機械においては、動力源として、ガソリン、軽油等の燃料を用い、エンジンによって油圧ポンプを駆動して油圧を発生することにより油圧モータ、油圧シリンダといった油圧アクチュエータを駆動する。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。
【０００３】
一方で、近年、電動モータ及び蓄電デバイス（バッテリや電気二重層キャパシタ等）を用いることにより、油圧アクチュエータのみを用いた従来の建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの旋回体を走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、電動モータの場合は電気エネルギとしての回生が見込めることから、省エネルギ化が図れる。
【０００６】
ところで、このようなハイブリッド式油圧ショベルに搭載するような電動アクチュエータ及び蓄電デバイスは、高電圧・大電流で使用されるため、メインの電気回路と車体との間の絶縁抵抗が劣化した場合に、その絶縁抵抗劣化部を通じて車体に電流が流れ、感電等の危険に繋がる虞がある。
【０００７】
このような問題に対処するために、種々の絶縁抵抗劣化検知装置が提案されている。例えば、対象回路に所定周波数の交流信号を印加し、予め決められた測定点における交流信号の振幅レベルを計測することによって絶縁抵抗劣化を検知する装置がある。昇圧回路（チョッパ等）が蓄電デバイスとインバータの間に組み込まれたシステムにおいて、昇圧回路作動時に誤検出を防止すると共に絶縁抵抗劣化を継続検知できる装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、絶縁抵抗劣化の検知手段のみでなく、自己の開閉動作により蓄電デバイスと電動アクチュエータ及びインバータ等との間の接続を遮断可能なリレーについて、その遮断機能を診断するリレー故障診断に関する技術がある。絶縁抵抗劣化検知装置を用いて、リレーの故障診断を行うリレー故障診断装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
更に、絶縁抵抗低下検知装置自体の異常を検知する自己異常診断に関する技術がある。簡易な構成により自己異常診断機能を備えた絶縁抵抗低下検出器及びその自己異常診断方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９２７８号公報
【特許文献３】特開２００７−３２９０４５号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２００７／０２６６０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献３の従来技術と特許文献４の従来技術とは、高電圧回路を備えた例えば電気自動車等の分野で主に適用されている。
【００１２】
一方、ハイブリッド式建設機械においては、絶縁抵抗劣化検知装置等を配設するスペースに限定があるため、絶縁抵抗劣化検知機能とリレー故障診断機能と自己異常診断機能との全ての機能を備え、簡易な回路構成でこれらを実現することでコンパクトに構成できる絶縁抵抗劣化検知システムが要望されていた。
【００１３】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、電動モータ等を含む駆動システム、蓄電デバイス、及び蓄電デバイスと駆動システムとの電気的接続を遮断するためのリレーを備えた建設機械において、簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行うことができる絶縁抵抗劣化検知装置を備えた建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、電動モータと、前記電動モータを駆動・制御する電気回路及びコントローラを含む駆動システムと、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記駆動システムとを電気的に接続／遮断するリレーとを有する電動システムを備えた建設機械において、前記電動システムは、第１の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記蓄電デバイス側と前記第１の電圧波形発生装置に接続され、前記第１の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記蓄電デバイス側の絶縁抵抗劣化を検知する第１の検知部とを有する第１絶縁抵抗劣化検知装置と、第２の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記駆動システム側と前記第２の電圧波形発生装置に接続され、前記第２の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記駆動システム側の絶縁抵抗劣化を検知する第２の検知部とを有する第２絶縁抵抗劣化検知装置とを備えたものとする。
【００１５】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置における第１、第２の検知部は、前記リレーの正常性を確認可能とするために、前記第２、第１電圧波形発生装置からの双方の電圧波形を取込み可能に電気的に接続したことを特徴とする。
【００１６】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーが開放されている時に、前記蓄電デバイス周辺の絶縁抵抗劣化を検知することを特徴とする。
【００１７】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム内の電気回路の正負両極とインピーダンス素子を介して接続されていることを特徴とする。
【００１８】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーに対して前記駆動システム側に配設され、前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム側からケーブルと他のリレーを介して前記蓄電デバイス側に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電動モータ等を含む駆動システム、蓄電デバイス、及び蓄電デバイスと駆動システムとの電気的接続を遮断するためのリレーを備えた建設機械において、簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の建設機械の一実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動システムの電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、電動モータを含む駆動システム、蓄電デバイス、蓄電デバイスを駆動システムから遮断するためのリレーを備えた車両や建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。図１は本発明の建設機械の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動システムの電気回路図である。
【００２２】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及びショベル機構３０を備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５及び旋回油圧モータ２７と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層のキャパシタ２４と、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００２５】
また、旋回体２０にはショベル機構（フロント装置）３０が搭載されている。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。
【００２６】
さらに、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、旋回油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アークシリンダ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システム４０が搭載されている。油圧システム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。
【００２７】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達されている。コントロールバルブ４２は、図示しない旋回用の操作レバー装置からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回油圧モータ２７に供給される圧油の流量と方向を制御する。またコントロールバルブ４２は、旋回以外の操作レバー装置からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、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流量と方向を制御する。
【００２８】
電動システムは、上述したアシスト発電モータ２３、旋回電動モータ２５、これらを駆動制御する電気部品からなるパワーコントロールユニット５５、及びメインコントローラ８０を備えた駆動システムと、電気二重層のキャパシタ２４からなる蓄電デバイスと、この蓄電デバイスと駆動システムとの電気的接続を遮断するメインリレー５６と、絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂとを備えている。
【００２９】
駆動システムを構成するパワーコントロールユニット５５は、チョッパ５１、インバータ５２，５３、及び平滑コンデンサ５４等を有している。また、メインリレー５６はリレー５７Ａ，５７Ｂと、抵抗５８と突入電流防止回路を構成するリレー５７Ｃと、後述する絶縁抵抗劣化検知装置用のリレー１０３とを有している。
【００３０】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。リレー５７Ａ，５７Ｂは、メインコンタクタであり、電動システムの停止時や異常発生時に、キャパシタ２４の電荷の電動システムへの供給を遮断するために設けられている。リレー５７Ｃ及び抵抗５８により構成する突入電流防止回路は、チョッパ５１内のコンデンサが充電されていない状態において、リレー５７Ａ，５７Ｂを閉じる前にこの回路の経路から制限した電流を供給してチョッパ５１内のコンデンサを充電するものである。平滑コンデンサ５４は、母線電圧を安定化させるために設けられている。
【００３１】
旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転軸は結合されており、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態(力行しているか回生しているか)によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。なお、図２に示すように、キャパシタ２４とメインリレー５６とは、蓄電ユニット５９である１個の筺体の内部に配設されている。
【００３２】
メインコントローラ８０は、操作指令信号、圧力信号及び回転速度信号等の図２に示されない信号を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、油圧単独旋回モード、油圧電動複合旋回モードの切り替え、及び各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。電磁比例バルブ７５は、メインコントローラ８０からの電気信号を油圧パイロット信号に変換するものであって、この油圧パイロット信号によって、コントロールバルブ４２が制御される。
【００３３】
電動コントローラ１０４は、メインコントローラ８０と信号の授受を行い、パワーコントロールユニット５５に内蔵された２系統のインバータ５２，５３、チョッパ５１、及び後述の第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂ等の統括制御を行う。
【００３４】
第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂは、パワーコントロールユニット５５に内蔵され結合インピーダンス素子１０１Ａ〜１０１Ｃと第１及び第２検知経路１０２Ａ，１０２Ｂを介して各電気回路に接続されている。
【００３５】
図２において、９１〜９５は、電動コントローラ１０４の絶縁抵抗劣化部位を特定するための検知シーケンスと第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂによって特定できる部位であって、９１はキャパシタ２４〜メインリレー５６間母線を、９２はメインリレー５６〜チョッパ５１間母線を、９３はインバータ５２〜インバータ５３間母線を、９４はアシスト発電モータ２３〜インバータ５３間ケーブルを、９５は旋回電動モータ２５〜インバータ５２間ケーブルをそれぞれ示している。
【００３６】
次に、本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動システムの電気回路を図３を用いて説明する。図３において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図３に示すように、電動システムは、大略キャパシタ２４と、メインリレー５６と、チョッパ５１と、主平滑コンデンサ５４と、旋回電動モータ２５と、旋回電動モータ用インバータ５２と、アシスト発電モータ２３と、アシスト発電モータ用インバータ５３と、メインコントローラ８０と、絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂとを備えている。
【００３７】
チョッパ５１は、リアクトル５１ａと、スイッチング素子として例えばＩＧＢＴのようなパワートランジスタ（以下トランジスタという）５１ｂ，５１ｃと、平滑コンデンサ５１ｄとを備えている。
【００３８】
リアクトル５１ａは、一端がリレー５７Ａを介してキャパシタ２４の正極に接続され、他端がトランジスタ５１ｂのソース及びトランジスタ５１ｃのドレインに接続されている。トランジスタ５１ｂのドレインは、主平滑コンデンサ５４の一端、アシスト発電モータ用インバータ５３、及び旋回電動モータ用インバータ５２の一端に接続されている。トランジスタ５１ｃのソースは、リレー５７Ｂを介してキャパシタ２４の負極、主平滑コンデンサ５４の他端、アシスト発電モータ用インバータ５３、及び旋回電動モータ用インバータ５２の他端に接続されている。また、リアクトル５１ａの一端には、平滑コンデンサ５１ｄの一端が接続され、平滑コンデンサ５１ｄの他端は、トランジスタ５１ｃのソースに接続されている。
【００３９】
各トランジスタ５１ｂ，５１ｃのゲートには、電動コントローラ１０４が接続されていて、スイッチング制御が行われる。電動コントローラ１０４からの指令を受けて２個のトランジスタ５１ｂ，５１ｃを交互に開閉させることにより、キャパシタ２４の電圧をアシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２が動作可能な母線電圧に昇圧すると共に、母線電圧を所定の一定値付近に制御する動作を行う。
【００４０】
主平滑コンデンサ５４は、直流電圧を平滑化する。アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２は、一方にチョッパ５１及び主平滑コンデンサ５４が接続され、他方には、アシスト発電モータ２３と旋回電動モータ２５とがそれぞれ接続されている。
【００４１】
アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２は、例えばＩＧＢＴのようなスイッチング素子としてのトランジスタ５３Ａ，５２Ａそれぞれ６個からなるブリッジ回路を用いて、電動コントローラ１０４からの指令を受けて、電流のON/OFFを繰り返し、パルス幅を変動させることで三相交流を作り出し、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５を駆動する。
【００４２】
アシスト発電モータ２３とパワーコントロールユニット５５とは、コネクタ１２２を介してケーブル９４により接続されている。また、旋回電動モータ２５とパワーコントロールユニット５５とは、コネクタ１２３を介してケーブル９５により接続されている。同様に、パワーコントロールユニット５５と蓄電ユニット５９とは、コネクタ１２０と１２１とを介してケーブル９２とケーブル１０１Ｄとにより接続されている。
【００４３】
第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａは、交流あるいはパルス波形を生成する第１電圧波形発生装置１００Ａと、この交流あるいはパルス波形を印加するために電動システムの電気回路の所定部位に接続される第１検知経路１０２Ａと、第１検知経路１０２Ａを介して入力信号の振幅レベルや波形等を測定し、生成信号と測定信号とを比較して対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を算出し、予め設定された設定値と比較することで絶縁抵抗劣化の有無を検知する第１検知部９９Ａとを備えている。同様に、第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂは、交流あるいはパルス波形を生成する第２電圧波形発生装置１００Ｂと、この交流あるいはパルス波形を印加するために電動システムの電気回路の所定部位に接続される第２検知経路１０２Ｂと、第２検知経路１０２Ｂを介して入力信号の振幅レベルや波形等を測定し、生成信号と測定信号とを比較して対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を算出し、予め設定された設定値と比較することで絶縁抵抗劣化の有無を検知する第２検知部９９Ｂとを備えている。
【００４４】
第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂにおいては、第１及び第２電圧波形発生装置１００Ａ，１００Ｂと第１及び第２検知部９９Ａ，９９Ｂとを組み合わせて使用する場合のほかに、第１及び第２電圧波形発生装置１００Ａ，１００Ｂをそれぞれ単独で使用したり、第１及び第２検知部９９Ａ，９９Ｂをそれぞれ単独で使用したりすることもできる。
【００４５】
第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知経路１０２Ａは、第１検知部９９Ａから、結合インピーダンス素子１０１Ａとケーブル１０１Ｄとリレー１０３とを介してキャパシタ２４とメインリレー５６間の母線９１の負極側に接続されている。リレー１０３は、機械停止中に修理やメンテナンスの目的で、コネクタ１２０または１２１を外す場合に活線状態とならないように、機械停止中は開（遮断）状態とするものである。第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａまたは、第１電圧波形発生装置１００Ａを用いて絶縁抵抗劣化検知を行う際には、閉（接続）状態とする。
【００４６】
第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知経路１０２Ｂは、第２検知部９９Ｂから分岐部を経た一方が、結合インピーダンス素子１０１Ｂを介して、アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２の一端の正極側に接続されている。また、第２検知部９９Ｂから分岐部を経た他方は、結合インピーダンス素子１０１Ｃを介して、アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２の一端の負極側に接続されている。
【００４７】
第１及び第２電圧波形発生装置１００Ａ，１００Ｂは、車体フレームの電位に対する電気回路の電位が、例えばパルス状に時間変化するように電圧波形を注入する電圧波形発生器である。
【００４８】
ここで、絶縁抵抗劣化部位を特定するための検知シーケンスについて説明する。上述したように、電動システムにおいては、アシスト発電モータ用インバータ５３及び旋回電動モータ用インバータ５２のスイッチング素子５３Ａ，５２Ａ、チョッパ５１のトランジスタ５１ｂ，５１ｃ、及びメインリレー５６を電動コントローラ１０４からの信号によりそれぞれ開閉可能に構成している。これら構成部材の開閉を制御しながら第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂの検知信号を電動コントローラ１０４で監視することで、絶縁抵抗劣化部位を特定することができる。
【００４９】
次に、本発明の建設機械の一実施の形態における絶縁抵抗劣化検知装置の動作を図３を用いて説明する。
【００５０】
（１）メインリレー５６開放時の蓄電デバイス周辺の絶縁抵抗劣化検知
蓄電ユニット５９内のキャパシタ２４とメインリレー５６間の母線９１の絶縁抵抗劣化の検知は、以下の手順による。
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは開（遮断）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させて、キャパシタ２４とメインリレー５６間の母線９１の負極側に印加し、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａにより、入力信号の振幅レベルや波形等を測定し、生成信号と測定信号とを比較して対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を算出し、予め設定された設定値と比較して絶縁抵抗劣化の有無を検知する。
【００５１】
（２）メインリレー５６開放時の電動システム周辺の絶縁抵抗劣化検知
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは開（遮断）状態の場合、まず、第１ステップにおいて、第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂによって、旋回電動モータ用インバータ５２とアシスト発電モータ用インバータ５３間の母線９３の正負両極の絶縁抵抗劣化を検知する。
【００５２】
次の第２ステップにおいて、アシスト発電モータ用インバータ５３のスイッチング素子５３Ａの上側又は下側のいずれか１個を閉動作することで、アシスト発電モータ２３とアシスト発電モータ用インバータ５３間ケーブル９４の絶縁抵抗劣化を検知する。同様に、旋回電動モータ用インバータ５２のスイッチング素子５２Ａの上側又は下側のいずれか１個を閉動作することで、旋回電動モータ２５と旋回電動モータ用インバータ５２間ケーブル９５の絶縁抵抗劣化を検知する。
【００５３】
次の第３のステップにおいて、チョッパ５１のトランジスタ５１ｂを閉動作することで、メインリレー５６とチョッパ５１間の母線９２の正極の絶縁抵抗劣化を検知する。以上の第１〜第３ステップにより、電動システム周辺の絶縁抵抗劣化の検知が完全に実行される。
【００５４】
（３）メインリレー５６接続時の絶縁抵抗劣化検知及び自己異常診断
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは閉（接続）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させる。第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａと第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂの両方で、波形を検知し、絶縁抵抗値の算出から絶縁抵抗劣化の有無を検知する。この演算結果の比較を電動コントローラ１０４が実施することで、第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂの正常性を確認することができる。
【００５５】
同様に、第２電圧波形発生装置１００Ｂから電圧波形を発生させて、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａと第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂの両方で、波形を検知し、絶縁抵抗値の算出から絶縁抵抗劣化の有無を検知させることで、第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂの正常性を確認してもよい。
【００５６】
（４）メインリレー５６の故障診断
メインリレー５６の溶着故障等を検知する故障診断は以下の手順による。
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂは閉（接続）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させる。第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂで波形が検知されることを確認する。次にリレー５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃがすべて開（遮断）した後に第２検知部９９Ｂで波形が検知されないことを確認する。同様に、第２電圧波形発生装置１００Ｂから電圧波形を発生させ、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａで波形の検知の有無を確認してもよい。
【００５７】
メインリレー５６のリレー５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃは開（遮断）状態の場合、リレー１０３を閉動作（接続）させる。その後、第１電圧波形発生装置１００Ａから電圧波形を発生させる。第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ｂの第２検知部９９Ｂで波形が検知されないことを確認する。次にリレー５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃのいずれか１つが閉（接続）した後に第２検知部９９Ｂで波形が検知されることを確認する。同様に、第２電圧波形発生装置１００Ｂから電圧波形を発生させ、第１絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａの第１検知部９９Ａで波形の検知の有無を確認してもよい。
【００５８】
上述した本発明の一実施の形態によれば、電動モータ２５、２３等を含む電動システム５５、蓄電デバイス２４、及び蓄電デバイス２４と電動システム５５との電気的接続を遮断するためのメインリレー５６を備えた建設機械において、簡易な回路構成で絶縁抵抗劣化検知、リレーの故障診断、自己異常診断の全てを行うことが可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、第１及び第２絶縁抵抗劣化検知装置９０Ａ，９０Ｂを電圧波形、例えば、パルス波形を電気回路に印加して、測定部の信号の振幅レベルや波形等により、対象回路の車体フレームに対する絶縁抵抗値を測定し、さらに検知シーケンスによって、絶縁抵抗劣化部位を特定することができるものとして説明しているが、絶縁抵抗劣化部位を特定する方法は、これに限るものではない。
【００６０】
以上において、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、油圧ショベル以外の電動システム、リレー、蓄電デバイスを有する車両や建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ 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 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機
２７ 旋回油圧モータ
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５１ チョッパ
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
５４ 平滑コンデンサ
５５ パワーコントロールユニット
５６ メインリレー
５７Ａ リレー
５７Ｂ リレー
５７Ｃ リレー
５８ 抵抗
５９ 蓄電ユニット
８０ メインコントローラ
９０Ａ 第１絶縁抵抗劣化検知装置
９０Ｂ 第２絶縁抵抗劣化検知装置
９９Ａ 第１検知部
９９Ｂ 第２検知部
１００Ａ 第１電圧波形発生装置
１００Ｂ 第２電圧波形発生装置
１０２Ａ 第１検知経路
１０２Ｂ 第２検知経路
１０３ リレー
１０４ 電動コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、前記電動モータを駆動・制御する電気回路及びコントローラを含む駆動システムと、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記駆動システムとを電気的に接続／遮断するリレーとを有する電動システムを備えた建設機械において、
前記電動システムは、第１の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記蓄電デバイス側と前記第１の電圧波形発生装置に接続され、前記第１の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記蓄電デバイス側の絶縁抵抗劣化を検知する第１の検知部とを有する第１絶縁抵抗劣化検知装置と、
第２の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記駆動システム側と前記第２の電圧波形発生装置に接続され、前記第２の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記駆動システム側の絶縁抵抗劣化を検知する第２の検知部とを有する第２絶縁抵抗劣化検知装置とを備えた、
ことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置における第１、第２の検知部は、前記リレーの正常性を確認可能とするために、前記第２、第１電圧波形発生装置からの双方の電圧波形を取込み可能に電気的に接続した
ことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーが開放されている時に、前記蓄電デバイス周辺の絶縁抵抗劣化を検知する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械において、
前記第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム内の電気回路の正負両極とインピーダンス素子を介して接続されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーに対して前記駆動システム側に配設され、
前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム側からケーブルと他のリレーを介して前記蓄電デバイス側に接続されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項１】
電動モータと、前記電動モータを駆動・制御する電気回路及びコントローラを含む駆動システムと、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記駆動システムとを電気的に接続／遮断するリレーとを有する電動システムを備えた建設機械において、
前記電動システムは、第１の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記蓄電デバイス側と前記第１の電圧波形発生装置に接続され、前記第１の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記蓄電デバイス側の絶縁抵抗劣化を検知する第１の検知部とを有する第１絶縁抵抗劣化検知装置と、
第２の電圧波形発生装置と、前記リレーに対して前記駆動システム側と前記第２の電圧波形発生装置に接続され、前記第２の電圧波形発生装置から入力された波形の変化を測定することにより前記駆動システム側の絶縁抵抗劣化を検知する第２の検知部とを有する第２絶縁抵抗劣化検知装置とを備えた、
ことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置における第１、第２の検知部は、前記リレーの正常性を確認可能とするために、前記第２、第１電圧波形発生装置からの双方の電圧波形を取込み可能に電気的に接続した
ことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーが開放されている時に、前記蓄電デバイス周辺の絶縁抵抗劣化を検知する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械において、
前記第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム内の電気回路の正負両極とインピーダンス素子を介して接続されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１、第２絶縁抵抗劣化検知装置は、前記リレーに対して前記駆動システム側に配設され、
前記第１絶縁抵抗劣化検知装置は、前記駆動システム側からケーブルと他のリレーを介して前記蓄電デバイス側に接続されている
ことを特徴とする建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１９８１３２（Ｐ２０１２−１９８１３２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２９９０（Ｐ２０１１−６２９９０）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【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２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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