CN102134867B - 混合型作业机械 - Google Patents

Abstract

一种混合型作业机械，在发生DC总线或升降压转换器的异常时限制起重电磁铁的消磁动作，由此抑制DC总线或升降压转换器的损伤，实现可靠性的提高。该混合型作业机械为，在包括被电动驱动的电动作业单元及起重电磁铁的作业机械中，包括：蓄电器，在上述电动作业单元及上述起重电磁铁之间进行电力的授受；DC总线，将上述电动作业单元与上述起重电磁铁之间进行连接；升降压转换器，配设在上述DC总线与上述蓄电器之间；驱动控制部，进行上述起重电磁铁的驱动控制；以及异常检测部，检测上述蓄电器、上述DC总线或上述升降压转换器的异常；当由上述异常检测部检测到异常时，上述驱动控制部限制上述起重电磁铁的消磁动作。

Description

混合型作业机械

技术领域

本发明涉及一种使用了升降压转换器的混合型作业机械，该升降压转换器进行向起重电磁铁或其他电动作业单元的电力供给的控制、和通过起重电磁铁或其他电动作业单元得到的再生电力向蓄电器的供给的控制。

背景技术

以往，提出了将驱动机械的一部分电动化的混合型作业机械。这种建筑机械具备用于对吊杆、臂及吊斗等作业单元进行液压驱动的液压泵，用于驱动该液压泵的发动机经由增速机与电动发电机连接，通过电动发电机辅助发动机的驱动，同时将通过发电而得到的电力充电到蓄电器中。

并且，作为用于使上部旋转体旋转的旋转机构的动力源，除了液压马达以外还具备电动机，在旋转机构的加速时通过电动机辅助液压马达的驱动，在旋转机构的减速时通过电动机进行再生运转，并将所发电的电力充电到电池中(例如参照特许文献1)。

特许文献1：日本特开平10-103112号公报

然而，在作为作业单元而具备起重电磁铁的混合型作业机械中，除了反复进行电动发电机或旋转用电动机的电力消耗和再生电力的生成以外，还加上随着起重电磁铁的励磁(吸引)和消磁(释放)的电力消耗和再生电力的生成。

起重电磁铁为，对金属制的物体进行磁吸引而搬运，所以与电动发电机或旋转用电动机相比电力消耗量更多。并且，一般在进行起重电磁铁的消磁(释放)时，为了使磁吸引力在短时间内大致成为零，而将与进行励磁(吸引)时反极性的电压在短时间的期间中施加到起重电磁铁上，所以在起重电磁铁的消磁(释放)时，急剧地产生很大的再生电力。

因此，对电动发电机、旋转用电动机及起重电磁铁之间进行连接的DC总线的电压值(以下称作DC总线电压值)，在混合型作业机械的运转中较大地变动。

当DC总线电压值的变动较大时，产生控制性的降低或蓄电器的过电压等，所以为了抑制上述那种DC总线电压值的变动，存在通过在DC总线和蓄电器之间配设升降压转换器、而将DC总线电压值保持为大致一定的方法。

但是，在升降压转换器或DC总线产生了断线等异常的情况下，当起重电磁铁被消磁(释放)时，很大的再生电力急剧地供给到DC总线，所以有可能产生DC总线的损伤或升降压转换器的损伤。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种混合型作业机械，在产生了DC总线或升降压转换器的异常的情况下，通过限制起重电磁铁的消磁动作，来抑制DC总线或升降压转换器的损伤，实现了可靠性的提高。

本发明的第一方案的混合型作业机械，在包括被电动驱动的电动作业单元及起重电磁铁的作业机械中，包括：蓄电器，在上述电动作业单元及上述起重电磁铁之间进行电力的授受；DC总线，将上述电动作业单元与上述起重电磁铁之间进行连接；升降压转换器，配设在上述DC总线与上述蓄电器之间；驱动控制部，进行上述起重电磁铁的驱动控制；以及异常检测部，检测上述蓄电器、上述DC总线或上述升降压转换器的异常；当由上述异常检测部检测到异常时，上述驱动控制部限制上述起重电磁铁的消磁动作。

并且，也可以为，还包括检测上述DC总线的电压值的DC总线电压检测部；当由上述异常检测部检测到异常时，上述驱动控制部使上述起重电磁铁的消磁动作停止，直到由上述DC总线电压检测部检测到的上述DC总线的电压值成为规定值以下。

并且，也可以为，上述驱动控制部，在由上述异常检测部检测到异常的情况下使上述起重电磁铁消磁时，进行上述起重电磁铁的驱动控制，以使从上述起重电磁铁向上述DC总线供给的每单位时间的再生电力、比上述DC总线的每单位时间的消耗电力少。

并且，也可以为，上述驱动控制部，在由上述异常检测部检测到异常的情况下使上述起重电磁铁消磁时，使上述起重电磁铁自然放电。

根据本发明，能够得到的特有的效果为，能够提供一种混合型作业机械，在产生了DC总线或升降压转换器的异常的情况下，通过限制起重电磁铁的消磁动作，来抑制DC总线及升降压转换器的损伤，实现了可靠性的提高。

附图说明

图1是表示本实施方式的混合型作业机械的侧视图。

图2是表示本实施方式的混合型作业机械的构成的框图。

图3是概略地表示本实施方式的混合型作业机械中使用的升降压转换器的电路构成的图。

图4是表示将本实施方式的混合型作业机械的起重电磁铁释放(消磁)时的控制处理的顺序的图。

图5是表示在本实施方式的混合型作业机械中进行起重电磁铁的消磁动作的限制时的DC总线电压值和起重电磁铁的端子电压值的特性图，图5(a)表示本实施方式的混合型作业机械的特性，图5(b)作为比较对象而表示不像本实施方式那样进行消磁动作的限制时的特性。

图6是表示本发明适用于起重机的事例的图。

符号说明：

1下部行驶体

1A、1B行驶机构

2旋转机构

3上部旋转体

4吊杆

5臂

6起重电磁铁

7吊杆缸

8臂缸

9吊斗缸

10座舱

11发动机

12电动发电机

13减速机

14主泵

15先导泵

16高压液压管线

17控制阀

18A、18B逆变器

19电池

21旋转用电动机

22旋转变压器

23机械制动器

24旋转减速机

25先导管线

26操作装置

26A、26B控制杆

26C踏板

26D按钮开关

27液压管线

28液压管线

29压力传感器

30控制器

31速度指令变换部

32驱动控制装置

40旋转驱动控制装置

50驱动控制部

100升降压转换器

101电抗器

102A升压用IGBT

102B降压用IGBT

103电池

104电源连接端子

105马达

106输出端子

107电容器

110DC总线

111DC总线电压检测部

112电池电压检测部

113电池电流检测部

120警报装置

具体实施方式

以下，对使用了本发明的混合型作业机械的实施方式进行说明。

图1是表示具有本实施方式的混合型作业机械的建筑机械的侧视图。

在该混合型作业机械的下部行驶体1上经由旋转机构2搭载有上部旋转体3。并且，在上部旋转体3上，除了吊杆4、臂5及起重电磁铁6、和用于对它们进行液压驱动的吊杆缸7、臂缸8及吊斗缸9以外，还搭载有座舱10及动力源。

[整体构成]

图2是表示本实施方式的混合型作业机械的构成的框图。在该图2中，分别用双线表示机械动力系统、用粗实线表示高压液压管线、用虚线表示先导管线、用细实线表示电驱动·控制系统。

作为机械式驱动部的发动机11和作为辅助驱动部的电动发动机12，都与作为增力机的减速机13的输入轴连接。并且，在该减速机13的输出轴上连接有主泵14及先导泵15。在主泵14上经由高压液压管线16连接有控制阀17。

控制阀17是进行本实施方式的建筑机械中的液压系统控制的控制装置，在该控制阀17上经由高压液压管线连接有下部行驶体1用的液压马达1A(右用)及1B(左用)、吊杆缸7、臂缸8及吊斗缸9。

并且，在电动发电机12上经由逆变器18A及升降压转换器100连接有作为蓄电器的电池19。该逆变器18A与升降压转换器100之间通过DC总线110连接。

并且，在该DC总线110上经由逆变器18B连接有起重电磁铁6。起重电磁铁6为，包括产生用于磁力地吸引金属物的磁吸引力的电磁铁，并经由逆变器18B从DC总线110供给电力。

并且，在DC总线110上经由逆变器20连接着旋转用电动机21。旋转用电动机21是旋转机构2的动力源，进行用于使上部旋转体3向右方向或左方向旋转的驱动控制。

为了在电池19、起重电磁铁6、电动发电机12及旋转用电动机21之间进行电力的授受，而配设有DC总线110。

在该DC总线110上，配设有用于检测DC总线110的电压值(以下在本实施方式中称作DC总线电压值)的DC总线电压检测部111。所检测的DC总线电压值被输入到控制器30。

并且，在电池19上，配设有用于检测电池电压值的电池电压检测部12、和用于检测电池电流值的电池电流检测部113。由它们检测的电池电压值和电池电流值被输入到控制器30。

在旋转用电动机21的旋转轴21A上连接有旋转变压器22、机械制动器及旋转减速机24。并且，在先导泵15上经由先导管线25连接有操作装置26。

操作装置26包括控制杆26A、控制杆26B、踏板26C及按钮开关26D，在控制杆26A、控制杆26B及踏板26C上，经由液压管线27及28分别连接有控制阀17及压力传感器29。在该压力传感器29上，连接有进行本实施方式的建筑机械的电气系统的驱动控制的控制器30。

并且，为了便于说明，在图2的框图中将按钮开关26D与操作装置26相独立地表示，但该按钮开关26D是在位于操作者右侧的控制杆26A的顶部配设的按压按钮开关，并与控制器30电连接。该按钮开关26D是用于进行起重电磁铁6的操作(励磁(吸引)或消磁(释放)的切换操作)的按钮开关。并且，励磁用和消磁用的开关也可以分别设置，也可以在处于操作者左前方的控制杆26B上设置励磁用开关，在处于操作者右前方的控制杆26A上设置消磁用开关。

另外，控制器30具备作为对电池19、升降压转换器100及DC总线110的异常进行检测的异常检测部的功能，在检测到异常的情况下，经由警报装置120报告异常内容。警报装置120例如由配设在座舱10内的驾驶席周边的监视器构成。

这种本实施方式的建筑机械，是将发动机11、电动发电机12及旋转用电动机21作为动力源的混合型作业机械。这些动力源搭载于图1所示的上部旋转体3。以下，对各部分进行说明。

[各部分的构成]

发动机11例如是由柴油发动机构成的内燃机，其输出轴与减速机13的一个输入轴连接。该发动机11在建筑机械的运转中常时运转。

电动发电机12是能够进行电动(辅助)运转及发电运转双方的电动机即可。这里，作为电动发电机12表示通过逆变器20交流驱动的电动发电机。该电动发电机12例如能够由在转子内部埋入了磁铁的IPM(InteriorPermanent Magnetic：永磁交流)马达构成。电动发电机12的旋转轴与减速机13的另一个输入轴连接。

减速机13具有2个输入轴和1个输出轴。在2个输入轴上分别连接有发动机11的驱动轴和电动发电机12的驱动轴。并且，在输出轴上连接有主泵14的驱动轴。在发动机11的负荷较大的情况下，电动发电机12进行电动(辅助)运转，电动发电机12的驱动力经由减速机13的输出轴传递到主泵14。由此辅助发动机11的驱动。另一方面，在发动机11的负荷较小的情况下，发动机11的驱动力经由减速机11传递到电动发电机12，由此电动发电机12进行基于发电运转的发电。电动发电机12的动力运行运转与发电运转的切换，由控制器30根据发动机11的负荷等来进行。

主泵14是产生用于对控制阀17供给的液压的泵。为了对液压马达1A、1B、吊杆缸7、臂缸8及吊斗缸9分别进行驱动而经由控制阀17供给该液压。

先导泵15是产生液压操作系统所需要的先导压的泵。对于该液压操作系统的构成将后述。

控制阀17是如下的液压控制装置：根据驾驶员的操作输入对向经由高压液压管线连接的下部行驶体1用的液压马达1A、1B、吊杆缸7、臂缸8及吊斗缸9分别供给的液压进行控制，由此对它们进行液压驱动控制。

逆变器18A为，如上述那样设置在电动发电机12与升降压转换器100之间，基于来自控制器30的指令，进行电动发电机12的运转控制。由此，逆变器18A在对电动发电机12进行电动运转时，将所需要的电力从电池19和升降压转换器100经由DC总线110供给到电动发电机12。并且，在对电动发电机12进行发电运转时，将由电动发电机12发电的电力经由DC总线110及升降压转换器100充电到电池19。

逆变器18B为，设置在起重电磁铁6与升降压转换器100之间，在基于来自控制器30的指令而使电磁铁为导通时，从DC总线110向起重电磁铁6供给所要求的电力。并且，在使电磁铁为截止的情况下，将所再生的电力供给到DC总线110。

电池19经由升降压转换器100与逆变器18A、逆变器18B及逆变器20连接。由此，在进行电动发电机12的电动(辅助)运转和旋转用电动机21的动力运行运转的至少某一个时，或者在对起重电磁铁6进行励磁(使其导通)时，电池19供给需要的电力。并且，在进行电动发电机12的发电运转和旋转用电动机21的再生运转的至少某一个时，或者在对起重电磁铁6进行消磁(使其截止)时产生了再生电力时，电池19将通过发电运转或再生运转而产生的电力作为电能蓄积。

另外，在DC总线110上，经由逆变器18A、18B及20连接有电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21，因此有时由电动发电机12发电的电力直接被供给到起重电磁铁6或旋转用电动机21，有时由起重电磁铁6再生的电力被供给到电动发电机12或旋转用电动机21，并且有时由旋转用电动机21再生的电力被供给到电动发电机12或起重电磁铁6。

该电池19的充放电控制，由升降压转换器100基于电池19的充电状态、电动发电机12的运转状态(电动(辅助)运转或发电运转)、起重电磁铁6的驱动状态、旋转用电动机21的运转状态(动力运行运转或再生运转)来进行。该升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制，由控制器30基于由DC总线电压检测部111检测的DC总线电压值、由电池电压检测部112检测的电池电压值以及由电池电流检测部113检测的电池电流值来进行。

逆变器20为，如上述那样设置在旋转用电动机21与升降压转换器100之间，基于来自控制器30的指令，对旋转用电动机21进行运转控制。由此，在逆变器对旋转用电动机21的动力运行进行运转控制时，从电池19经由升降压转换器100向旋转用电动机21供给需要的电力。并且，在旋转用电动机21进行再生运转时，由旋转用电动机21发电的电力经由升降压转换器100向电池19充电。

升降压转换器100为，一侧经由DC总线110与电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21连接，并且另一侧与电池19连接，进行切换升压或降压的控制以使DC总线电压值成为一定的范围内。

在电动发电机12进行电动(辅助)运转的情况下，需要经由逆变器18A对电动发电机12供给电力，所以需要将DC总线电压值升压。另一方面，在电动发电机12进行发电运转的情况下，需要将所发电的电力经由逆变器18A充电到电池19，所以需要将DC总线电压值降压。

该情况在起重电磁铁6的励磁(导通)和消磁(截止)、及旋转用电动机21的动力运行运转和再生运转中也是相同的。电动发电机12根据发动机11的负荷状态而被切换运转状态，起重电磁铁6在作业状态下被切换驱动状态(励磁和消磁)，并且旋转用电动机21根据上部旋转体3的旋转动作而被切换运转状态。

因此，能够产生如下的状况：在电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21中，经由DC总线110对某一个进行电力供给，并从某一个对DC总线110进行电力供给。

因此，升降压转换器100根据电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21的运转状态，进行切换升压动作和降压动作的控制以使DC总线电压值成为一定范围内。

DC总线110为，配设在3个逆变器18A、18B及20与升降压转换器之间，并在电池9、电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21之间进行电力的授受。

DC总线电压检测部111是用于检测DC总线电压值的电压检测部。所检测到的DC总线电压值被输入到控制部30，并为了进行用于使该DC总线电压值成为一定范围内的升压动作和降压动作的切换控制而使用。

电池电压检测部112是用于检测电池19的电压值的电压检测部，为了检测电池的充电状态而使用。所检测到的电池电压值被输入到控制器30，并为了进行升压动作和降压动作的切换控制以使升降压转换器100的升降压控制的响应性提高而使用。

电池电流检测部113是用于检测电池19的电流值的电流检测部。电池电流值为，将从电池19向升降压转换器100流动的电流检测为正值。所检测到的电池电流值被输入到控制器30，并为了进行升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制而使用。

旋转用电动机21，是能够进行动力运行运转及再生运转双方的电动机即可，而设置用于驱动上部旋转体3的旋转机构2。在动力运行运转时，旋转用电动机21的旋转驱动力的旋转力由减速机24放大，上部旋转体3被加减速控制并进行旋转运动。并且，通过上部旋转体3的惯性旋转，由减速机24使转速增加并传递到旋转用电动机21，能够产生再生电力。这里，作为旋转用电动机21，示出根据PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制信号由逆变器20交流驱动的电动机。该旋转用电动机21例如能够由磁铁埋入型的IPM马达构成。由此，能够产生更大的感应电动势，所以在再生时能够使由旋转用电动机21发电的电力增大。

旋转变压器22是对旋转用电动机21的旋转轴21A的旋转位置及旋转角度进行检测的传感器，其构成为：通过与旋转用电动机21机械地连结，来对旋转用电动机21的旋转前的旋转轴21A的旋转位置、与左旋转或右旋转后的旋转位置的差进行检测，由此检测旋转轴21A的旋转角度及旋转方向。通过对旋转用电动机21的旋转轴21A的旋转角度进行检测，由此导出旋转机构2的旋转角度及旋转方向。并且，图2表示安装了旋转变压器22的方式，但也可以使用不具有电动机的旋转传感器的逆变器控制方式。

机械制动器23是产生机械制动力的制动装置，使旋转用电动机21的旋转轴21A机械地停止。该机械制动器23通过电磁式开关来切换制动/解除。该切换由控制器30进行。

旋转减速机24是将旋转用电动机21的旋转轴21A的转速减速并机械地传递到旋转机构2的减速机。由此，在动力运行运转时，能够使旋转用电动机21的旋转力增力，成为更大的旋转力而向旋转体传递。与此相反，在再生运转时，能够使由旋转体产生的转速增加，并使旋转用电动机21产生更多的旋转动作。

旋转机构2能够在旋转用电动机21的机械制动器23被解除的状态下旋转，由此使上部旋转体3向左方向或右方向旋转。

操作装置26是用于操作旋转用电动机21、下部行驶体1、吊杆4、臂5及吊斗6的操作装置，包括控制杆26A、控制杆26B、踏板26C及按钮开关26D。控制杆26A、控制杆26B、踏板26C及按钮开关26D配设在座舱10内的驾驶席的前方。

控制杆26A是用于操作旋转用电动机21及臂5的控制杆，控制杆26B是用于操作吊杆4及吊斗6的控制杆。此外，踏板26C是用于操作下部行驶体1的一对踏板，设置在驾驶席的脚下。

并且，按钮开关26D是用于进行起重电磁铁6的操作(励磁(吸引)或消磁(释放)的切换操作)的开关，其构成为：配设在控制杆26A的顶部，驾驶者能够用右手拇指容易地进行切换操作。

该操作装置26，将通过先导管线25所供给的液压(1次侧的液压)变换为与控制杆26A、26B及踏板26C的操作量相对应的液压(2次侧的液压)而输出。从操作装置26输出的2次侧的液压，通过液压管线27而供给到控制阀17，并且由压力传感器29检测。

并且，操作装置26将电信号传递给控制器30，该电信号表示输入到按钮开关26D中的起重电磁铁6的操作内容(励磁(吸引)或消磁(释放))。

当控制杆26A及26B和踏板26C的各自被操作时，通过液压管线27而控制阀17被驱动，由此液压马达1A、1B、吊杆缸7、臂缸8及吊斗缸9内的液压被控制，由此下部行驶体1、吊杆4、臂5及吊斗6被驱动。

并且，当按钮开关26D被操作时，起重电磁铁6的驱动状态(励磁(吸引)或消磁(释放))被切换。

另外，液压管线27对控制阀供给液压马达1A、1B、吊杆缸7、臂缸8及吊斗缸9的驱动所需要的液压。

在作为旋转用操作检测部的压力传感器29中，当对操作装置26输入用于使旋转机构2旋转的操作时，将该操作量作为液压管线28内的液压变化进行检测。压力传感器29输出表示液压管线28内的液压的电信号。由此，能够可靠地掌握向操作装置26输入的、用于使旋转机构2旋转的操作量。该电信号被输入到控制器30，用于旋转用电动机21的驱动控制。并且，在本实施方式中，对使用作为控制杆操作检测部的压力传感器的方式进行说明，但也可以使用如下的传感器：将向操作装置26输入的、用于使旋转机构2旋转的操作量，直接以电信号来读取。

[控制器30]

控制器30是进行本实施方式的混合型作业机械的驱动控制的控制装置，包括旋转驱动控制部40及驱动控制部50，由包括CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)及内部存储器的运算处理装置构成，是通过CPU执行内部存储器所储存的驱动控制用的程序来实现的装置。

旋转驱动控制部40为，将从压力传感器29输入的信号中、表示用于使旋转机构2旋转的操作量的信号变换为速度指令，进行旋转用电动机21的驱动控制。

驱动控制部50是用于进行电动发电机12的运转控制(电动(辅助)运转或发电运转的切换)、起重电磁铁6的驱动控制(励磁(导通)和消磁(截止)的切换)、以及基于驱动控制升降压转换器100的电池19的充放电控制的控制装置。驱动控制部50根据电池19的充电状态、电动发电机12的运转状态(电动(辅助)运转或发电运转)、起重电磁铁6的驱动状态(励磁(导通)和消磁(截止))、以及旋转用电动机21的运转状态(动力运行运转或再生运转)，来进行升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制，由此进行电池19的充放电控制。

该升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制，根据由DC总线电压检测部111检测到的DC总线电压值、由电池电压检测部112检测到的电池电压值、以及由电池电流检测部113检测到的电池电流值来进行。

并且，控制器30具备作为对电池19、升降压转换器100或DC总线110的异常进行检测的异常检测部的功能。作为该异常检测部的控制器30，进行由电池电压检测部112检测到的电池电压值是否未超过规定的电压阈值的监视(电池19的过电压的监视)、由电池电流检测部113检测到的电池电流值是否未超过规定的电流阈值的监视(升降压转换器100的过电流的监视)、以及由DC总线电压检测部111检测到的DC总线电压值是否未超过规定的电压阈值的监视(DC总线电压值的过电压的监视)。

控制器30在检测到电池19、升降压转换器100或DC总线110的某个的异常的情况下，将警报内容显示在警报装置120上。该警报装置120如上所述，例如由配设在座舱10内的驾驶席周边的监视器构成。

另外，控制器30在判断为由电池电压检测部112检测到的电池电压值超过了规定的电压阈值的情况、在判断为由电池电流检测部113检测到的电池电流值超过了规定的电流阈值的情况、以及判断为由DC总线电压检测部111检测到的DC总线电压值超过了规定的电压阈值的情况下，使驱动控制部50停止升降压转换器100的驱动。

图3是概略地表示在本实施方式的混合型作业机械中使用的升降压转换器的电路构成的图。该升降压转换器100具备电抗器101、升压用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)102A、降压用IGBT102B、用于连接电池19的电源连接端子104、用于连接负荷105的输出端子106、以及并列插入在一对输入端子106之间的平滑电容器107。转换器100的输出端子106与负荷105之间通过DC总线110连接。另外，电池19相当于图2中的电池19，负荷105相当于图2中的电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21。在图3中，为了图的简化而省略逆变器18A、18B及20(参照图2)。并且，省略对升压用IGBT102A及降压用IGBT102B进行PWM驱动的驱动控制部50。

电抗器101被设置为，一端与升压用IGBT102A及降压用IGBT102B的中间点连接，并且另一端与电源连接端子104连接，用于将随着升压用IGBT102A的导通/截止而产生的感应电动势供给到DC总线110。

升压用IGBT102A及降压用IGBT102B，由将MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应管)组装到栅极部的双极晶体管构成，是能够进行大功率的高速开关的半导体元件。升压用IGBT102A及降压用IGBT102B，通过从后述的升降压转换器的驱动控制装置向栅极端子施加PWM电压来驱动。对于升压用IGBT102A及降压用IGBT102B，并联有作为整流元件的二极管102a及102b。

电池19是能够进行充放电以便能够经由升降压转换器100而与DC总线110之间进行电力的授受的蓄电器即可。另外，在图3中作为蓄电器而示出电池19，但也可以代替电池19，而使用电容器、能够充放电的二次电池、或者能够进行电力的授受的其他方式的电源作为蓄电器。另外，该电池19相当于图2所示的电池19。

电源连接端子104及输出端子106，是能够连接电池19及负荷105的端子即可。在一对电源连接端子104之间连接有检测电池电压的电池电压检测部112。在一对输出端子106之间连接有检测DC总线电压的DC总线电压检测部111。

电池电压检测部112检测电池19的电压值(vbat_det)，DC总线电压检测部111检测DC总线110的电压(以下称为DC总线电压：vdc_det)。

与输出端子106连接的负荷105，是能够进行基于电力供给的驱动和基于再生的发电的电负荷即可，例如能够由在转子内部埋入了磁铁的IPM(Interior Permanent Magnetic)马达或起重电磁铁构成。在图3中示出直流驱动用的负荷105，但也可以是经由逆变器而被交流驱动的电负荷。

平滑电容器107为，插入在输出端子106的正极端子与负极端子之间，是能够使DC总线电压平滑化的蓄电元件即可。

电池电流检测部113是能够对在电池19中流通的电流的值进行检测的检测机构即可，包括电流检测用的电阻器。该电抗器电流检测部108对在电池19中流通的电流值(ibat_det)进行检测。

[升降压动作]

在这种升降压转换器100中，在将DC总线110升压时，对升压用IGBT102A的栅极端子施加PWM电压，并经由与降压用IGBT102B并联的二极管102b，将随着升压用IGBT102A的导通/截止而在电抗器101中产生的感应电动势供给到DC总线110。由此，DC总线110被升压。

并且，在将DC总线110降压时，对降压用IGBT102B的栅极端子施加PWM电压，并经由降压用IGBT102B，将由负荷105产生的再生电力从DC总线110供给到电池19。由此，DC总线110所蓄积的电力被充电到电池19中，DC总线110被降压。

这里，本实施方式的升降压转换器100，适用于混合式的建筑用机械的电源部中，所以电容器107的电压值为约200～360V，输出端子106的输出额定电压为约360V，额定输出为约20kW，瞬间最大输出功率为±80kW，额定电流为±100A，瞬间最大电流为±400A程度。因此，电抗器101、升压用IGBT102A、降压用IGBT102B、电源连接端子104、输出端子106及电容器107，要求是能够耐受这种用途的元件。

另外，在该图3中省略了对升压用IGBT102A及降压用IGBT102B进行PWM驱动的驱动控制部50，但驱动控制部50能够由电子电路或运算处理装置的任意一个来实现。

[起重电磁铁的释放时的控制处理]

图4是表示将本实施方式的混合型作业机械的起重电磁铁释放(消磁)时的控制处理的顺序的图。该控制处理由控制器30执行。

控制部30根据按钮开关26D被按下的情况、来判断是否输入了释放(消磁)指令(步骤S1)。这是因为，该控制处理是在将起重电磁铁6释放(消磁)时用于限制消磁动作的处理。因此，步骤S1的判断被反复执行，直到确认释放(消磁)指令的输入。

控制器30在判断为输入了释放(消磁)指令时，判断升降压转换器100是否为由于异常而驱动停止状态(步骤S2)。这是因为，在升降压转换器100为驱动停止状态时，在图3中能够从电池19经由二极管102b向DC总线110进行电力供给，但不能够将来自包括起重电磁铁6在内的负荷105的再生电力供给到电池19，所以需要通过限制起重电磁铁6的消磁动作，来抑制电池19、升降压转换器100及DC总线110的损伤。

另外，升降压转换器100成为由于异常而驱动停止状态的情况为，由控制器30检测到电池19的过电压、升降压转换器100的过电流、或DC总线电压值的过电压。

控制器30在判断为升降压转换器100为由于异常而驱动停止状态时，限制起重电磁铁6的消磁动作(步骤S3A)。这是因为，当急剧地将起重电磁铁6消磁时，很大的再生电力被供给到DC总线110，在升降压转换器100驱动停止的状态下，DC总线电压值急剧地上升，可能对DC总线110、升降压转换器100、或其周边的电路带来损伤。

另外，对于起重电磁铁6的消磁动作的限制方法将后述。

接着，控制器30对逆变器18B检测的起重电磁铁6的端子电压进行监视，在该端子电压成为规定值以下时，使起重电磁铁6的消磁动作停止(步骤S4)。这是因为，如果通过起重电磁铁6的再生而产生的电压值为规定值以下，则即使停止驱动而自然放电，DC总线电压值也不会急剧地上升，对DC总线110、升降压转换器100、或其周边的电路带来损伤的可能性极低。

并且，在步骤S2中，在判断为升降压转换器100不是由于异常而驱动停止状态时，过程前进到步骤S3B，控制部30执行起重电磁铁6通常那样的消磁动作。由此，经由逆变器18B在短时间的期间中对起重电磁铁6施加与进行励磁(吸引)时反极性的电压，磁吸引力急剧地下降，金属制的吸附物被释放。另外，通过起重电磁铁的消磁(释放)而产生的很大的再生电力被供给到DC总线110，并根据此时的DC总线电压值及电池19的充电率等，执行升降压转换器100的升压动作或降压动作。

控制器30至此结束将起重电磁铁释放(消磁)时的控制处理。

[消磁动作的限制方法]

接着，对起重电磁铁6的消磁动作的限制方法进行说明。在本实施方式的混合型作业机械中，在由控制器30检测到电池19、升降压转换器100或DC总线110的至少任一个的异常时，停止升降压转换器100的驱动，并在该驱动停止状态的期间限制起重电磁铁6的消磁动作。这是通过控制部30在图4所示的处理过程的步骤S3A中执行的处理，具体而言如以下那样地进行消磁动作的限制。

(1)消磁动作的限制也可以通过在由DC总线电压检测部111检测的DC总线电压下降到规定值之前进行待机来实现。这是因为，由于与DC总线110连接的起重电磁铁6以外的设备的电力消耗，DC总线电压值逐渐下降。

(2)并且，在(1)的情况下，也可以代替在由DC总线电压检测部111检测的DC总线电压下降到规定值之前进行待机的情况，而通过在DC总线电压值下降到规定值之前经由逆变器18B供给电力，将起重电磁铁6保持为励磁(吸引)了的状态(即、使消磁动作停止)。

(3)并且，也可以通过在DC总线电压值下降到规定值之后逐渐执行消磁动作，来实现消磁动作的限制。

作为消磁动作的限制，也可以在逐渐执行消磁动作时，以从起重电磁铁6向DC总线110供给的每单位时间的再生电力、比DC总线110的每单位时间的消耗电力少的方式，进行消磁动作的限制。

在混合型作业机械中，通过电动发电机12对主泵14的辅助或旋转用电动机21的动力运行运转等，总是消耗DC总线110的电力。因此，DC总线110的每单位时间的消耗电力，例如预先设定为电动发电机12和旋转用电动机21的驱动所需要的每单位时间的消耗电力即可，也可以使用电动发电机12和旋转用电动机21的额定输出等来预先设定。

(4)并且，在DC总线电压值下降到规定值之后逐渐执行消磁动作的情况下，也可以代替(3)，而通过使起重电磁铁自然放电来实现消磁动作的限制。在自然放电的情况下，由于从起重电磁铁6向DC总线110供给的再生电力微小，所以能够避免DC总线电压值急剧地上升。

另外，消磁动作的限制，也可以通过将(3)或(4)与上述(1)或(2)任意地组合来实现，在即使不等待DC总线电压值下降到规定值而逐渐执行消磁动作、也能够抑制升降压转换器100或DC总线110的损伤时，也可以不进行(1)及(2)而仅通过(3)或(4)来实现消磁动作的限制。

并且，也可以在(3)或(4)之后，控制器30经由逆变器18B对起重电磁铁6的端子电压进行监视，在成为规定值(例如20(V))以下的情况下，使起重电磁铁6的消磁动作停止。这是因为，在规定值以下的情况下，再生电力微小、且不产生磁吸引力。

如以上那样，在升降压转换器100为由于异常而驱动停止状态时、存在起重电磁铁6的操作输入的情况下，限制起重电磁铁6的消磁动作，所以能够未然地防止向DC总线110供给很大的再生电力、而DC总线电压值急剧地上升。由此，能够抑制升降压转换器100或DC总线110等的损伤，结果，能够提供电力系统可靠性较高的混合型作业机械。

并且，以上的说明以起重电磁铁6正被励磁为前提，在起重电磁铁6正被励磁的状态下，正在吸引并搬运金属制的物体等的可能性较高。因此，在这种状态下由于异常的发生而使升降压转换器100成为驱动停止状态的情况下，存在操作者想要停止作业而将起重电磁铁6消磁(释放)的可能性。当操作按钮开关26D而起重电磁铁6被消磁时，由于DC总线电压值的急剧的上升，会产生升降压转换器100或DC总线110的损伤。

[动作说明]

图5是表示在本实施方式的混合型作业机械中进行起重电磁铁的消磁动作的限制时的DC总线电压值和起重电磁铁的端子电压值的特性图，图5(a)表示本实施方式的混合型作业机械的特性，图5(b)作为比较例表示不像本实施方式那样进行消磁动作的限制时的特性。

另外，起重电磁铁6的端子电压值是在逆变器18B中检测的值，将励磁(吸引)所需要的电压值用正值表示，将在被消磁(释放)时得到的再生电力用负值表示。

[本实施方式的动作说明]

如图5(a)所示，在时刻t＝0(秒)，DC总线电压值被保持为V1(V)，起重电磁铁6被消磁，所以起重电磁铁6的端子电压是0(V)。该状态持续到时刻t＝5(秒)。

在时刻t＝5(秒)，当起重电磁铁6被励磁、开始吸引时，为了改善吸附力的上升响应性，而使起重电磁铁6的端子电压为最大电压V2。此时，为了预防由于从DC总线110向起重电磁铁6进行电力供给而DC总线电压值下降，升降压转换器100将DC总线110升压，由此将DC总线电压值被保持为大致一定。该状态持续到t＝约7(秒)。

在时刻t＝约7秒和时刻t＝约10秒，通过操作者的操作，起重电磁铁6的输出被控制为多段。

在时刻t＝约7(秒)，起重电磁铁6的端子电压下降到V3(V)。

并且，在时刻t＝约10(秒)，起重电磁铁6的端子电压下降到V4(V)。另外，保持该状态。

当在时刻t＝约13(秒)由于发生异常而使升降压转换器100成为驱动停止状态时，虽然起重电磁铁6保持被励磁的状态，但升降压转换器100停止驱动，所以DC总线电压值开始下降。该状态持续到t＝18(秒)。该时间带为如下的时间带：通过操作者的控制杆操作，能够进行吊杆4的上下动作、旋转动作等运转，但起重电磁铁6与操作者的操作无关地持续吸附。

在时刻t＝约18(秒)，操作按钮开关26D，输入用于将起重电磁铁6消磁(释放)的操作。此时，控制器30逐渐地执行，以使DC总线电压不会由于起重电磁铁6的再生电力而上升。

之后，起重电磁铁6持续被逐渐地消磁，当随之吸附力下降时，释放被逐渐地执行。并且，随之DC总线电压值下降到V5(V)。

如以上那样，本实施方式的混合型作业机械的异常时的起重电磁铁6的消磁动作的限制被执行。

由于在检测到了电池19、升降压转换器100或DC总线110的异常的情况下，限制起重电磁铁6的消磁动作，所以能够未然地抑制由于起重电磁铁6的再生电力而DC总线电压值急剧地上升。由此，抑制升降压转换器100或DC总线110等的损伤。

[比较例的动作说明]

在比较例中，不像本实施方式那样进行消磁动作的限制。并且，在图5(a)所示的本实施方式的特性中，说明了在由于异常的发生而使升降压转换器100成为驱动停止状态起约2秒后、为了将起重电磁铁6切换为消磁动作而操作按钮开关26D的情况；但为了使本实施方式的效果变得容易理解，在比较例中，说明在由于异常的发生而使升降压转换器100成为驱动停止状态起60秒后、为了将起重电磁铁6切换为消磁动作而操作按钮开关26D的情况。通过经过60秒，与本实施方式相比，在比较例中DC总线电压值下降到V6(V)。该电压V6(V)是比图5(a)所示的V5(V)低的值。

如图5(b)所示，在时刻t＝5(秒)，将起重电磁铁6被励磁而使端子电压为V2(V)，在时刻t＝约7(秒)，起重电磁铁6的端子电压下降到V3(V)，并且在时刻t＝约10(秒)，起重电磁铁6的端子电压下降到约V4(V)，到此为止与图5(a)相同。该状态持续到时刻t＝约35(秒)。

当在时刻t＝约35(秒)由于异常的发生而升降压转换器100成为驱动停止状态时，虽然起重电磁铁6保持被励磁，但升降压转换器100停止驱动，所以DC总线电压值开始下降。

在时刻t＝约90(秒)，DC总线电压值和起重电磁铁6的端子电压值变为相同(V4(V))，因此之后DC总线电压值和起重电磁铁6的端子电压值一起下降。

当在时刻t＝100(秒)操作按钮开关26D、输入用于将起重电磁铁6消磁(释放)的操作时，向起重电磁铁6施加有电压。此时，通过释放动作而在起重电磁铁6的线圈中所蓄积的电能被放出，由此再生电力向DC总线110返回。由此，DC总线电压值急剧地上升。

这样，在比较例中，在由于异常发生而升降压转换器100为驱动停止状态时，当将起重电磁铁6被消磁时，DC总线电压值急剧地上升，所以有可能产生升降压转换器100或DC总线110的损伤。

在比较例中，说明了在由于异常的发生而使升降压转换器100成为驱动停止状态起60秒后、为了将起重电磁铁6切换为消磁动作而操作按钮开关26D的情况，但当在更早的时期操作按钮开关26D时，在DC总线电压值更高的状态下向DC总线110供给再生电力，所以可以认为DC总线电压值比V7(V)还进一步上升。

通过以上说明，根据本实施方式的混合型作业机械，在检测到电池19、升降压转换器100或DC总线110的异常的情况下，限制起重电磁铁6的消磁动作，所以能够未然地抑制DC总线电压值由于起重电磁铁6的再生电力而急剧上升，能够抑制升降压转换器100或DC总线110等的损伤。

另外，在以上说明中，说明了升降压转换器100由于异常而成为驱动停止状态是由控制器30检测到电池19的过电压、升降压转换器100的过电流、或DC总线电压值的过电压的情况的某一种的方式；但也可以在预先监视电池19的温度而该温度超过了规定的温度阈值的情况、或预先监视电抗器101的温度而该温度超过了规定的温度阈值的情况的某一种情况下，使升降压转换器100成为驱动停止状态。

并且，在以上说明中，说明了警报装置120是配设在座舱10内的驾驶席周边的监视器、在该监视器上显示异常内容的方式；但警报装置120并不限于驾驶席周边的监视器，也可以由配设在驾驶席周边的警报灯、或发出警报音的警报音发生装置等构成。

并且，在以上说明中，说明了在DC总线110上经由逆变器18A、18B及20连接有电动发电机12、起重电磁铁6及旋转用电动机21的方式；但起重电磁铁以外的作业单元，也可以根据混合型作业机械的规格而变更。例如，在吊杆轴或臂轴等具备发电机的情况下，也可以经由逆变器将发电机与DC总线110连接。

并且，在以上说明中，说明了使用PI控制的方式，但控制方式并不限于PI控制方式，也可以是滞后控制、鲁棒控制、适应控制、比例控制、积分控制、增益调度控制(ゲインスケジユ一リンゲ制御)、或游动方式控制。

在以上说明中，说明了混合型建筑机械，但混合型作业机械也可以是建筑机械以外的方式的作业机械，例如也可以是混合型的搬运装卸机械(起重机或叉车)。

图6表示适用于起重机的事例。在适用于起重机的情况下，例如将图2所示的发动机11及电动发电机12用作起重机的发动机及辅助用电动发电机、并将图2所示的旋转用电动机21用作用于在起重机的装卸作业中使部件或货物等上升或下降的动力源51即可。特别是，用于使部件或货物等上升或下降的动力源51，随着起重电磁铁6的吸引/释放、金属线的卷绕或者拉出，而进行动力运行运转(卷绕时)和再生运转(拉出时)，所以作为混合型作业机械能够与上述混合型建筑机械同样地实施。

以上，说明了本发明的例示的实施方式的混合型作业机械，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，能够不脱离专利请求的范围的情况下进行各种变形及变更。

Claims (5)

1.一种混合型作业机械，在包括被电动驱动的电动作业单元及起重电磁铁的作业机械中，包括：

蓄电器，在上述电动作业单元及上述起重电磁铁之间进行电力的授受；

DC总线，将上述电动作业单元与上述起重电磁铁之间进行连接；

升降压转换器，配设在上述DC总线与上述蓄电器之间；

驱动控制部，进行上述起重电磁铁的驱动控制；以及

异常检测部，检测上述蓄电器、上述DC总线或上述升降压转换器的异常，

当由上述异常检测部检测到异常时，上述驱动控制部限制上述起重电磁铁的消磁动作。

2.如权利要求1所述的混合型作业机械，其特征在于，

还包括检测上述DC总线的电压值的DC总线电压检测部，

当由上述异常检测部检测到异常时，上述驱动控制部使上述起重电磁铁的消磁动作停止，直到由上述DC总线电压检测部检测到的上述DC总线的电压值成为规定值以下。

3.如权利要求1或2所述的混合型作业机械，其特征在于，

上述驱动控制部，在由上述异常检测部检测到异常的情况下使上述起重电磁铁消磁时，进行上述起重电磁铁的驱动控制，以使从上述起重电磁铁向上述DC总线供给的每单位时间的再生电力、比上述DC总线的每单位时间的消耗电力少。

4.如权利要求1或2所述的混合型作业机械，其特征在于，

上述驱动控制部，在由上述异常检测部检测到异常的情况下使上述起重电磁铁消磁时，使上述起重电磁铁自然放电。

5.如权利要求3所述的混合型作业机械，其特征在于，

上述驱动控制部，在由上述异常检测部检测到异常的情况下使上述起重电磁铁消磁时，使上述起重电磁铁自然放电。

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