CN103562036A - 混合动力作业机械及混合动力作业机械的控制方法 - Google Patents

混合动力作业机械及混合动力作业机械的控制方法 Download PDF

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Abstract

混合动力液压挖掘机(1)具备发动机(17)、发电电动机(19)、电容器(25)、回旋马达(23)、变压器(26)、变压器温度传感器(50)、电容器温度传感器(51)、混合动力控制器(C2)。混合动力控制器(C2)的过热抑制控制部(C21)基于变压器温度传感器(50)检测到的变压器(26)的温度及电容器温度传感器(51)检测到的电容器(25)的温度，来改变回旋马达(23)通过再生而产生的电力向电容器(25)的供给量和向发电电动机(19)的供给量。

Description

混合动力作业机械及混合动力作业机械的控制方法
技术领域
本发明涉及一种具备内燃机、发电电动机、蓄电器、及接受来自发电电动机和蓄电器的至少一方的电力而进行驱动的发电机的混合动力作业机械及其控制方法。
背景技术
存在一种通过发动机来驱动发电电动机，并利用该发电电动机发出的电力来驱动电动机而使作业机等进行动作的混合动力作业机械。例如，在专利文献1中记载有一种用于防止搭载在这种混合动力作业机械上的电气设备过热的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2008/120682号公报
发明内容
发明要解决的课题
在混合动力作业机械中，通常的情况是，在混合动力作业机械具备的电动机、例如混合动力液压挖掘机的使上部回旋体回旋的电动机通过从加速转变为减速进行再生动作而生成电力(再生能量)的情况下，该电力蓄积在混合动力作业机械具备的蓄电器中，该蓄积的电力在使电动机加速时向电动机供给，从而有效地利用再生能量。这种情况下，虽然配置有蓄电器及在蓄电器与电动机之间配置有变压器，但是需要避免电动机进行再生时生成的再生能量超过能够向蓄电器及变压器输入的电力的范围。在专利文献1中，关于在电动机的再生时抑制变压器及蓄电器的升温的情况没有任何记载或暗示，存在改善的余地。
本发明的目的是在搭载于混合动力作业机械的电动机的再生时，抑制变压器及蓄电器的升温。
用于解决课题的手段
本发明涉及一种混合动力作业机械，其特征在于，所述混合动力作业机械包括：内燃机；发电电动机，其与所述内燃机的输出轴连结；蓄电器，其蓄积所述发电电动机发出的电力，而另一方面，向所述发电电动机供给电力；电动机，其由所述发电电动机发出的电力和所述蓄电器蓄积的电力的至少一方来驱动；变压器，其设置在所述发电电动机及所述电动机与所述蓄电器之间；变压器温度检测传感器，其检测所述变压器的温度；蓄电器温度检测传感器，其检测所述蓄电器的温度；过热抑制控制装置，其基于所述变压器温度检测传感器检测到的所述变压器的温度及所述蓄电器温度检测传感器检测到的所述蓄电器的温度，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量。
在本发明中，优选的是，所述过热抑制控制装置基于第一动力运行输出和第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，该第一动力运行输出基于所述蓄电器的电压来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
在本发明中，优选的是，所述蓄电侧输入极限电力基于第一变压器输入极限电力、第二变压器输入极限电力及蓄电器输入极限电力来决定，该第一变压器输入极限电力根据所述蓄电器的电压来确定，该第二变压器输入极限电力根据所述变压器的温度来确定，该蓄电器输入极限电力根据所述蓄电器的温度来确定。
在本发明中，优选的是，所述第二变压器输入极限电力在所述变压器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定，所述蓄电器输入极限电力在所述蓄电器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定。
在本发明中，优选的是，就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同。
在本发明中，优选的是，就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同，就所述第二变压器输入极限电力而言，所述变压器的温度增加时的变化路径与所述变压器的温度减少时的变化路径不同，就所述蓄电器输入极限电力而言，所述蓄电器的温度增加时的变化路径与所述蓄电器的温度减少时的变化路径不同。
在本发明中，优选的是，所述过热抑制控制装置基于第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
在本发明中，优选的是，所述过热抑制控制装置在所述电动机进行动力运行的情况下，随着所述电动机的旋转速度变大而降低所述发电电动机发电时的电力的目标值。
在本发明中，优选的是，所述电动机使液压挖掘机的上部回旋体回旋。
本发明涉及一种混合动力作业机械的控制方法，其特征在于，所述混合动力作业机械包括：内燃机；发电电动机，其与所述内燃机的输出轴连结；蓄电器，其蓄积所述发电电动机发出的电力，而另一方面，向所述发电电动机供给电力；电动机，其由所述发电电动机发出的电力和所述蓄电器蓄积的电力的至少一方来驱动；变压器，其设置在所述发电电动机及所述第二发电机与所述蓄电器之间，在所述混合动力作业机械的控制方法控制所述混合动力作业机械时，包括：计测工序，至少对所述变压器的温度及所述蓄电器的温度进行计测的；控制工序，基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量。
本发明优选的是，在所述控制工序中，基于第一动力运行输出和第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，该第一动力运行输出基于所述蓄电器的电压来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
在本发明中，优选的是，所述第二变压器输入极限电力在所述变压器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定，所述蓄电器输入极限电力在所述蓄电器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定。
在本发明中，优选的是，所述蓄电侧输入极限电力基于第一变压器输入极限电力、第二变压器输入极限电力及蓄电器输入极限电力来决定，该第一变压器输入极限电力根据所述蓄电器的电压来确定，该第二变压器输入极限电力根据所述变压器的温度来确定，该蓄电器输入极限电力根据所述蓄电器的温度来确定。
在本发明中，优选的是，就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同。
在本发明中，优选的是，就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同，就所述第二变压器输入极限电力而言，所述变压器的温度增加时的变化路径与所述变压器的温度减少时的变化路径不同，就所述蓄电器输入极限电力而言，所述蓄电器的温度增加时的变化路径与所述蓄电器的温度减少时的变化路径不同。
优选的是，在所述控制工序中，基于第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
本发明优选的是，在所述控制工序中，在所述电动机进行动力运行的情况下，随着所述电动机的旋转速度变大而降低所述发电电动机发电时的电力的目标值。
本发明在搭载于混合动力作业机械的电动机的再生时，能够抑制变压器及蓄电器的升温。
附图说明
图1是表示作为混合动力作业机械的一例的混合动力液压挖掘机的立体图。
图2是表示图1所示的混合动力液压挖掘机的装置结构的框图。
图3是表示作为变压器的变换器耦合型变压器的图。
图4是表示过热抑制控制的处理的流程图。
图5是表示求解目标发电电力时的处理的流程图。
图6是表示回旋马达旋转速度的绝对值与电容器目标电压的关系的图。
图7是表示求解第一动力运行输出的顺序的图。
图8是表示求解第二动力运行输出的顺序的流程图。
图9是表示求解蓄电侧输入极限的顺序的流程图。
图10是表示变压器的损失与电容器电压的关系的概念图。
具体实施方式
参照附图，详细说明用于实施本发明的方式(实施方式)。
图1是表示作为混合动力作业机械的一例的混合动力液压挖掘机1的立体图。图2是表示图1所示的混合动力液压挖掘机1的装置结构的框图。需要说明的是，在不是混合动力的仅为作业机械的概念中，包括液压挖掘机、推土机、自卸汽车、轮式装载机等建筑机械，这些建筑机械中的具备混合动力特有的结构的作业机械为混合动力作业机械。
(混合动力液压挖掘机)
混合动力液压挖掘机1具备车辆主体2和作业机3。车辆主体2具有下部行驶体4和上部回旋体5。下部行驶体4具有一对行驶装置4a。各行驶装置4a具有履带4b。各行驶装置4a通过图2所示的右行驶用液压马达34和左行驶用液压马达35的旋转驱动来驱动履带4b，从而使混合动力液压挖掘机1行驶。
上部回旋体5以可回旋的方式设置在下部行驶体4的上部。上部回旋体5为了使自身回旋而具备作为电动机的回旋马达23。回旋马达23与回转机构24(减速机)的驱动轴连结。回旋马达23的旋转力经由回转机构24传递，传递来的旋转力经由未图示的回旋齿轮及回转环等向上部回旋体5传递，使上部回旋体5回旋。
在上部回旋体5上设有驾驶室6。而且，上部回旋体5具有燃料罐7、工作油罐8、发动机室9、平衡重10。燃料罐7蓄积用于对作为内燃机的发动机17进行驱动的燃料。工作油罐8对于斗杆用液压缸14、动臂用液压缸15及铲斗用液压缸16等液压缸、以及右行驶用液压马达34及左行驶用液压马达35等液压马达(液压促动器)这样的液压设备，蓄积从液压泵18喷出的工作油。在发动机室9内收纳有发动机17、液压泵18、发电电动机19及作为蓄电器的电容器25等各种设备。平衡重10配置在发动机室9的后方。
作业机3安装在上部回旋体5的前部中央位置，具有斗杆11、动臂12、铲斗13、斗杆用液压缸14、动臂用液压缸15及铲斗用液压缸16。斗杆11的基端部以可摆动的方式与上部回旋体5连结。而且，斗杆11的基端部的相反侧的前端部以可旋转的方式与动臂12的基端部连结。在动臂12的基端部的相反侧的前端部连结有可旋转的铲斗13。而且，铲斗13经由连杆而与铲斗用液压缸16连结。斗杆用液压缸14、动臂用液压缸15及铲斗用液压缸16是借助从液压泵18喷出的工作油进行伸缩动作的液压缸(液压促动器)。斗杆用液压缸14使斗杆11摆动。动臂用液压缸15使动臂12进行摆动动作。铲斗用液压缸16使铲斗13摆动。
在图2中，混合动力液压挖掘机1具有作为驱动源的发动机17、液压泵18及发电电动机19。作为发动机17，使用柴油发动机，作为液压泵18，使用可变容量型液压泵。液压泵18例如是通过使斜板18a的倾转角变化而使泵容量变化的斜板式液压泵，但并未限定于此。发动机17具备用于检测发动机17的旋转速度(每单位时间的转速)的旋转传感器41。表示旋转传感器41检测到的发动机17的旋转速度(发动机旋转速度)的信号被输入到混合动力控制器C2。旋转传感器41接受来自未图示的电池的电力而动作，仅在后述的钥匙开关31被操作成接通(ON)或起动(ST)的位置时，检测发动机17的发动机旋转速度。
在发动机17的驱动轴20上机械地结合有液压泵18及发电电动机19，通过发动机17进行驱动，液压泵18及发电电动机19进行驱动。作为液压驱动系统，具有操作阀33、斗杆用液压缸14、动臂用液压缸15、铲斗用液压缸16、右行驶用液压马达34及左行驶用液压马达35等，液压泵18作为向液压驱动系统供给工作油的工作油供给源而驱动这些液压设备。需要说明的是，操作阀33是流量方向控制阀，根据操作杆32的操作方向而使未图示的滑柱移动，限制向各液压促动器的工作油的流动方向，并将与操作杆32的操作量对应的工作油向斗杆用液压缸14、动臂用液压缸15、铲斗用液压缸16、右行驶用液压马达34或左行驶用液压马达35等液压促动器供给。而且，发动机17的输出可以经由PTO(Power TakeOff：动力输出)轴向发电电动机19传递。
电气驱动系统包括：经由动力电缆而与发电电动机19连接的第一逆变器21、经由线束而与第一逆变器21连接的第二逆变器22、经由线束而设置在第一逆变器21与第二逆变器22之间的变压器26、经由接触器27(电磁接触器)而与变压器26连接的电容器25、经由动力电缆而与第二逆变器22连接的回旋马达23等。需要说明的是，接触器27通常将电容器25与变压器26的电气电路闭合而成为可通电状态。另一方面，混合动力控制器C2通过漏电检测等而判断为需要断开电气电路，在作出该判断时，向接触器27输出用于从可通电状态向切断状态切换的指示信号。然后，从混合动力控制器C2接收到指示信号的接触器27将电气电路断开。
回旋马达23如上述那样机械性地与回转机构24连结。发电电动机19发出的电力及蓄积在电容器25中的电力的至少一方成为回旋马达23的电力源，经由回转机构24而使上部回旋体5回旋。即，回旋马达23借助从发电电动机19及电容器25的至少一方供给的电力进行动力运行动作，由此使上部回旋体5加速回旋。而且，回旋马达23在上部回旋体5回旋减速时进行再生动作，将通过该再生动作而发出的电力(再生能量)向电容器25供给(充电)。需要说明的是，回旋马达23具备对回旋马达23的旋转速度(回旋马达旋转速度)进行检测的旋转传感器55。旋转传感器55能够对动力运行动作(回旋加速)或再生动作(回旋减速)时的回旋马达23的旋转速度进行计测。表示由旋转传感器55计测到的旋转速度的信号被输入到混合动力控制器C2。旋转传感器55可以使用例如分解器。
发电电动机19将发出的电力向电容器25供给(充电)，并根据状况而向回旋马达23供给电力。作为发电电动机19，使用例如SR(开关磁阻)马达。需要说明的是，不使用SR马达，而使用具有永久磁铁的同步电动机，也能够起到向电容器25或回旋马达23供给电能的作用。在发电电动机19使用SR马达时，由于SR马达未使用包含高价的稀有金属的磁铁，因此在成本方面有效。发电电动机19的转子轴与发动机17的驱动轴20机械结合。通过这样的结构，发电电动机19在发动机17的驱动下使发电电动机19的转子轴旋转而发电。而且，在发电电动机19的转子轴安装有旋转传感器54。旋转传感器54计测发电电动机19的旋转速度，表示由旋转传感器54计测到的旋转速度的信号被输入到混合动力控制器C2。旋转传感器54可以使用例如分解器。
变压器26设置在发电电动机19及回旋马达23与电容器25之间。变压器26使经由第一逆变器21和第二逆变器22向发电电动机19或回旋马达23供给的电力(蓄积于电容器25的电荷)的电压升压。升压后的电压在使回旋马达23进行动力运行动作(回旋加速)时向回旋马达23施加，在对发动机17的输出进行辅助时向发电电动机19施加。需要说明的是，变压器26在将由发电电动机19或回旋马达23发出的电力向电容器25充电时，也具有使电压下降(降压)的作用。在变压器26安装有变压器温度传感器50，该变压器温度传感器50作为检测作为变压器的变压器26的温度的变压器温度检测传感器。表示由变压器温度传感器50计测到的温度的信号被输入到混合动力控制器C2。而且，在变压器26与第一逆变器21及第二逆变器22之间的线束安装有电压检测传感器53，该电压检测传感器53作为用于计测由变压器26升压后的电压的大小或由回旋马达23的再生而生成的电力的电压的大小的电压检测传感器。表示由电压检测传感器53计测到的电压的信号被输入到混合动力控制器C2。
在本实施方式中，变压器26具有使输入的直流电力升压或降压而作为直流电力进行输出的功能。只要具有这样的功能即可，变压器26的种类并未特别限定。在本实施方式中，例如，变压器26使用将变换器和两个逆变器组合而成的被称为变换器耦合型变压器的变压器。此外，变压器26可以使用DC-DC转换器。接着，对变换器耦合型变压器进行简单说明。
图3是表示作为变压器的变换器耦合型变压器的图。如图3所示，第一逆变器21与第二逆变器22经由正极线60和负极线61而连接。变压器26连接在正极线60与负极线61之间。变压器26利用变换器64将两个作为逆变器的一次侧逆变器即低压侧逆变器62和二次侧逆变器即高压侧逆变器63进行AC(Alternating Current)连接。这样的话，变压器26是变换器耦合型变压器。在以下的说明中，变换器64的低压侧线圈65与高压侧线圈66的绕组比为一比一。
低压侧逆变器62与高压侧逆变器63以低压侧逆变器62的正极和高压侧逆变器63的负极成为加极性的方式电串联连接。即，变压器26与第一逆变器21以成为同极性的方式并联连接。
低压侧逆变器62包括与变换器64的低压侧线圈65电桥连接的四个IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)71、72、73、74和与IGBT71、72、73、74分别并联且极性反向地连接的二极管75、76、77、78。在此所谓电桥连接是指低压侧线圈65的一端与IGBT71的发射极和IGBT72的集电极连接，且另一端与IGBT73的发射极和IGBT74的集电极连接的结构。IGBT71、72、73、74通过对栅极施加开关信号而接通，从集电极向发射极流过电流。
电容器25的正极端子25a经由正极线91而与IGBT71的正极电连接。IGBT71的发射极与IGBT72的集电极电连接。IGBT72的发射极经由负极线92而与电容器25的负极端子25b电连接。负极线92与负极线61连接。
同样地，电容器25的正极端子25a经由正极线91而与IGBT73的集电极电连接。IGBT73的发射极与IGBT74的集电极电连接。IGBT74的发射极经由负极线92而与电容器25的负极端子25b电连接。
IGBT71的发射极(二极管75的阳极)及IGBT72的集电极(二极管76的阴极)与变换器64的低压侧线圈65的一方的端子连接，并且IGBT73的发射极(二极管77的阳极)及IGBT74的集电极(二极管78的阴极)与变换器64的低压侧线圈65的另一方的端子连接。
高压侧逆变器63包括与变换器64的高压侧线圈66电桥连接的四个IGBT81、82、83、84和与IGBT81、82、83、84分别并联且极性反向地连接的二极管85、86，87、88。在此所谓电桥连接是指高压侧线圈66的一端与IGBT81的发射极和IGBT82的集电极连接，且另一端与IGBT83的发射极和IGBT84的集电极连接的结构。IGBT81、82、83、84通过对栅极施加开关信号而接通，从集电极向发射极流过电流。
IGBT81、83的集电极经由正极线93而与第一逆变器21的正极线60电连接。IGBT81的发射极与IGBT82的集电极电连接。IGBT83的发射极与IGBT84的集电极电连接。IGBT82、84的发射极与正极线91即低压侧逆变器62的IGBT71、73的集电极电连接。
IGBT81的发射极(二极管85的阳极)及IGBT82的集电极(二极管86的阴极)与变换器64的高压侧线圈66的一方的端子电连接，并且IGBT83的发射极(二极管87的集电极)及IGBT84的集电极(二极管88的阴极)与变换器64的高压侧线圈66的另一方的端子电连接。
在将IGBT81、83的集电极连接的正极线93与将IGBT82、84的发射极连接的正极线91之间电连接有电容器67。电容器67为脉动电流吸收用。
变换器64具有恒定值L的漏电感。漏电感可以通过调整变换器64的低压侧线圈65与高压侧线圈66的间隙而得到。在图1中，以低压侧线圈65侧成为L/2而高压侧线圈66侧成为L/2的方式进行分割。
上述的变压器温度传感器50分别安装在变换器64具有的低压侧线圈65及高压侧线圈66以及低压侧逆变器62的IGBT71、72、73、74及高压侧逆变器63的IGBT81、82、83、84上。在本实施方式中，变压器25的温度上升基于低压侧线圈65及高压侧线圈66的温度来执行过热抑制控制。需要说明的是，低压侧逆变器62的IGBT71、72、73、74及高压侧逆变器63的IGBT81、82、83、84也在温度上升时使用。
发电电动机19及回旋马达23以混合动力控制器C2进行的控制为基础，分别由第一逆变器21及第二逆变器22进行转矩控制。为了计测向第二逆变器22输入的直流电流的大小，而在第二逆变器22设置电流计52。表示电流计52检测到的电流的信号被输入到混合动力控制器C2。蓄积于电容器25的电力的量(电荷量或电气容量)能够以电压的大小为指标进行管理。为了检测蓄积于电容器25的电力的电压大小，而在电容器25的规定的输出端子设置电压传感器28。表示电压传感器28检测到的电压的信号被输入到混合动力控制器C2。混合动力控制器C2监视电容器25的充电量(电力的量(电荷量或电气容量))，执行将发电电动机19发出的电力向电容器25供给(充电)或向回旋马达23供给(用于动力运行作用的电力供给)这样的能量管理。
在本实施方式中，电容器25使用例如电气双层电容器。也可以取代电容器25，而使用锂离子电池或镍氢电池等其他的作为二次电池发挥功能的蓄电器。而且，作为回旋马达23，使用例如永久磁铁式同步电动机，但并未限定于此。在电容器25安装有电容器温度传感器51，该电容器温度传感器51作为检测作为蓄电器的电容器25的温度的蓄电器温度传感器。表示由电容器温度检测传感器51计测到的温度的信号被输入到混合动力控制器C2。
液压驱动系统及电气驱动系统根据在设于车辆主体2的驾驶室6的内部设置的作业机杆、行驶杆及回旋杆等操作杆32的操作而进行驱动。混合动力液压挖掘机1的操作员在操作用于使上部回旋体5回旋的作为操作机构发挥功能的操作杆32(回旋杆)时，回旋杆的操作方向及操作量由电位计或先导压力传感器等检测，检测到的操作量作为电气信号发送到控制器C1、进而发送到混合动力控制器C2。
在操作其他的操作杆32的情况下也同样地将电气信号发送到控制器C1及混合动力控制器C2。根据该回旋杆的操作方向及操作量或其他的操作杆32的操作方向、操作量，控制器C1及混合动力控制器C2为了对回旋马达23的旋转动作(动力运行作用或再生作用)、电容器25的电能的管理(用于充电或放电的控制)、发电电动机19的电能的管理(发电或发动机输出的辅助、向回旋马达23的动力运行作用)这样的电力授受进行控制(能量管理)，而执行第二逆变器22、变压器26及第一逆变器21的控制。
在驾驶室6内，除了操作杆32之外，还设有监视器装置30及钥匙开关31。监视器装置30由液晶面板、操作按钮等构成。而且，监视器装置30可以是使液晶面板的显示功能与操作按钮的各种信息输入功能综合的触摸面板。监视器装置30是具有将表示混合动力液压挖掘机1的动作状态(发动机水温的状态、液压设备等的故障有无状态或燃料剩余量等的状态等)的信息向操作员或维修人员告知的功能，且具有对混合动力液压挖掘机1进行操作员希望的设定或指示(发动机的输出水平设定、移动速度的速度水平设定等或后述的电容器电荷去除指示)的功能的、信息输入输出装置。
钥匙开关31是以锁芯为主要的结构部件的结构。钥匙开关31通过将钥匙插入锁芯并使钥匙进行旋转动作而使附设于发动机17的起动器(发动机起动用电动机)起动，从而驱动发动机(发动机起动)。而且，钥匙开关31在发动机驱动中通过使钥匙向与发动机起动相反的方向进行旋转动作而发出使发动机停止(发动机停止)的指令。所谓钥匙开关31是向发动机17及混合动力液压挖掘机1的各种电气设备输出指令的指令输出机构。
当为了使发动机17停止而使钥匙进行旋转动作(具体而言操作成后述的断开的位置)时，向发动机17的燃料供给及从未图示的电池向各种电气设备的电气的供给(通电)被切断，发动机停止。钥匙开关31在使钥匙进行旋转动作时的位置为断开(OFF)时，切断从未图示的电池向各种电气设备的通电，在钥匙的位置为接通(ON)时，进行从未图示的电池向各种电气设备的通电，然后从该位置使钥匙进行旋转动作而使钥匙位置为起动(ST)时，通过控制器C1使未图示的起动器起动而能够使发动机起动。在发动机17起动之后，在发动机17进行驱动的期间，钥匙旋转位置处于接通(ON)的位置。
需要说明的是，也可以不是上述那样的以锁芯为主要的结构部件的钥匙开关31，而是其他的指令输出机构例如按钮式的钥匙开关。即，可以是如下发挥功能的机构：在发动机17停止的状态下按压一次按钮时成为接通(ON)，再按压按钮时成为起动(ST)，在发动机17进行驱动的期间按压按钮时成为断开(OFF)。而且，也可以将在发动机17停止的状态下持续按压按钮规定时间作为条件，从断开(OFF)向起动(ST)过渡，使发动机17起动。
控制器C1是将CPU(Central Processing Unit)等运算装置及存储器(存储装置)组合的结构。控制器C1基于从监视器装置30输出的指示信号、根据钥匙开关31的钥匙位置而输出的指示信号及根据操作杆32的操作而输出的指示信号(上述的表示操作量或操作方向的信号)控制发动机17及液压泵18。发动机17是能够利用共轨式的燃料喷射装置40进行电子控制的发动机。发动机17利用控制器C1适当地控制燃料喷射量，由此能够得到作为目标的发动机输出，根据混合动力液压挖掘机1的负载状态，设定发动机旋转速度及可输出的转矩，从而能够进行驱动。
作为过热抑制控制装置的混合动力控制器C2是将CPU等运算装置及存储器(存储装置)组合的结构。混合动力控制器C2在与控制器C1的协调控制下，如上述那样控制第一逆变器21、第二逆变器22及变压器26，从而控制发电电动机19、回旋马达23及电容器25的电力的授受。而且，混合动力控制器C2利用电压传感器28、变压器温度传感器50及电容器温度传感器51等各种传感器类取得检测值，基于这些检测值，执行本实施方式的作业机械的控制方法。本实施方式的作业机械的控制方法是在回旋马达23进行再生动作(回旋减速)时，用于抑制变压器26及电容器25的过热的控制。以下，将本实施方式的作业机械的控制方法适当称为过热抑制控制。过热抑制控制由混合动力控制器C2的过热抑制控制部C21实现。
(过热抑制控制)
图4是表示过热抑制控制的处理的流程图。过热抑制控制是这样的控制：基于变压器温度Tt及电容器温度Tc，来改变回旋马达23通过再生而产生的电力向电容器25的供给量和向发电电动机19的供给量，由此来抑制变压器26及电容器25的过热。过热抑制控制通过混合动力控制器C2执行用于执行该过热抑制控制的计算机程序而能够实现。该计算机程序例如存储在混合动力控制器C2的存储部C22中。
每当执行过热抑制控制时，图2所示的混合动力控制器C2的过热抑制控制部C21计测并取得过热抑制控制所需的信息(步骤S101)。步骤S101相当于过热抑制控制的计测工序。为了得到过热抑制控制所需的信息，通过步骤S101计测的是电容器25的电压Vc、回旋马达23的电力Pm、变压器26的温度Tt、电容器25的温度Tc及升压后的电压Vb。
电容器25的电压Vc是电容器25的端子间的电压，适当称为电容器电压Vc。回旋马达23的电力Pm是向回旋马达23施加的电力或回旋马达23通过再生而产生的电力(也称为再生能量或再生电力)，适当称为回旋马达电力Pm。变压器26的温度Tt是变压器26的线圈的温度，适当称为变压器温度Tt。电容器25的温度Tc是构成电容器25的元件的温度，适当称为电容器温度Tc。需要说明的是，也可以在变压器26内的多个部位设置变压器温度传感器50，将运算这些计测值的代表值(例如平均值或最大值)而得到的值作为变压器温度Tt。而且，电容器25的电容器温度Tc也同样地可以在电容器25内的多个部位设置电容器温度传感器51，将运算这些计测值的代表值(例如平均值或最大值)而得到的值作为电容器温度Tc。
电容器电压Vc由图2所示的电压传感器28计测。回旋马达电力Pm是第二逆变器22的电力(第二逆变器电力Pi2)。第二逆变器电力Pi2可以通过将回旋马达23在动力运行(回旋加速)时由变压器26升压后的电压即由电压检测传感器53检测到的升压电压Vb与向第二逆变器22输入的由电流计52计测的直流电流的计测值相乘来求出。第二逆变器电力Pi2在回旋马达23进行动力运行(回旋加速)时为正值，在再生时(回旋减速)为负值。另一方面，在回旋马达23进行再生(回旋减速)时，升压电压Vb表示向变压器26输入之前的电力的电压的值。这样的话，回旋马达电力Pm可以根据图2所示的电压检测传感器53的计测值和电流计52的计测值来求出。过热抑制控制部C21从电压检测传感器53及电流计52分别取得各自的计测值，求出回旋马达电力Pm。回旋马达电力Pm在回旋马达23进行动力运行或再生的任一动作下均能求出。在回旋马达23进行动力运行时，回旋马达电力Pm成为正值，在回旋马达23进行再生时，回旋马达电力Pm成为负值。变压器温度Tt由变压器温度传感器50计测，电容器温度Tc由电容器温度传感器51计测。
接着，过热抑制控制部C21求出目标发电电力Pg(步骤S102A)、第一动力运行输出P1(步骤S102B)、第二动力运行输出P2(步骤S102C)。目标发电电力Pg是作为发电电动机19的目标的发电电力。第一动力运行输出P1及第二动力运行输出P2是在利用由回旋马达23的再生而产生的电力的至少一部分使发电电动机19进行动力运行时，向发电电动机19供给的电力。第一动力运行输出P1基于电容器25的电压即电容器电压Vc来确定。第二动力运行输出P2基于蓄电侧输入极限电力Plm与回旋马达23通过再生而发出的回旋马达电力Pm的差量来确定，该蓄电侧输入极限电力Plm基于变压器26的温度(变压器温度)Tt及电容器25的温度(电容器温度Tc)来确定。在本实施方式中，步骤S102A、步骤S102B、步骤S102C并行处理，但也可以将它们依次处理。在进行后者的处理的情况下，处理的顺序任意。
接着，过热抑制控制部C21选择第一动力运行输出P1和第二动力运行输出P2的最大值(步骤S103)。在此，选择的最大值为PM。接着，过热抑制控制部C21在PM大于0的情况下(步骤S104为是)，使用最大值PM求出发电电动机19的转矩的指令值(转矩指令值)Tqc(步骤S105)。这种情况下的转矩指令值Tqc是将在回旋马达23的再生(回旋减速)时生成的电力的一部分不蓄积于电容器25而向发电电动机19供给，使发电电动机19进行动力运行动作的转矩指令值。这种情况下的转矩指令值Tqc的符号为正。在PM大于0(PM＞0)的情况下，回旋马达23通过再生而产生电力的状态或回旋马达23通过动力运行而消耗电力的状态这两者都可能存在。如上所述，考虑电容器电压Vc或变压器温度Tt及电容器温度Tc，确定转矩指令值Tqc。PM＞0的情况(PM大于0的情况)是指使发电电动机19进行动力运行动作的情况。
在PM为0以下的情况下(步骤S104为否)，过热抑制控制部C21使用目标发电电力Pg求出转矩指令值Tqc。这种情况下的转矩指令值Tqc是用于使发电电动机19进行再生动作(发电)的指令值，是用于将发电电动机19发电而发出的电力向电容器25充电的转矩指令值。这种情况下的转矩指令值Tqc的符号为负。在PM为0以下的情况下，回旋马达23进行动力运行即接受电力的供给而产生动力的状态或回旋马达23通过再生而发出电力的状态这两者都可能存在。PM的值为0以下的情况是指使发电电动机19进行再生动作(发电)的情况，如上所述，根据目标发电电力Pg来确定转矩指令值Tqc。转矩指令值Tqc通过将PM的值或目标发电电力Pg除以由图2所示的旋转传感器54计测到的发电电动机19的旋转速度Ng而求出。需要说明的是，作为旋转速度Ng，可以使用由用于计测发动机17的旋转速度的旋转传感器41计测到的旋转速度作为旋转速度Ng。步骤S102A～步骤S106相当于控制工序。在此，也可以不进行求出第一动力运行输出P1的处理(步骤S101B)，而将通过步骤S102C得到的第二动力运行输出P2在步骤S103中作为PM，来执行以后的处理。接着，对目标发电电力Pg进行说明。
(目标发电电力Pg)
图5是表示求解目标发电电力Pg时的处理的流程图。混合动力控制器C2依次算出第二逆变器22的电力即第二逆变器电力(回旋逆变器电力))Pi2(回旋马达电力Pm)，作为回旋马达23消耗的回旋动力，存储在混合动力控制器C2具备的存储器(存储部C22或未图示的存储器)中(步骤S202)。如上所述，第二逆变器电力Pi2可以通过将由变压器26升压后的电压即由电压检测传感器53检测到的升压电压Vb与向第二逆变器22输入的由电流计52计测的直流电流的计测值相乘而求出。
接着，混合动力控制器C2对第二逆变器电力Pi2与0(kW)进行比较，选择最大值(步骤S202)。这是因为仅在第二逆变器电力Pi2为正时，即仅在动力运行时(回旋马达23进行回旋加速时)，进行后述的处理。这样的话，在步骤S202中，作为第二逆变器电力Pi2，不输出负值。需要说明的是，在第二逆变器电力Pi2为负时即再生时(回旋马达23进行回旋减速时)，不进行后述的处理。
在第二逆变器电力Pi2大于0(kW)即为正时，混合动力控制器C2进行将第二逆变器电力Pi2乘以规定的系数K2的运算(步骤S203)。系数K2的具体的值将在回旋马达23的再生时通过回旋马达23的发电而返回电容器25(即，充电)的电力的量考虑在内地进行设定。在回旋马达23进行再生时使比动力运行时大的电力返回电容器25的情况(充电的情况)在物理上几乎不会发生，因此系数K2需要设为0以上的值。需要说明的是，步骤S203中的运算只要是成为比第二逆变器电力Pi2小的值的运算即可，例如，也可以从第二逆变器电力Pi2减去规定的常数。
混合动力控制器C2实时地从旋转传感器55接收表示由旋转传感器55计测出的回旋马达23的旋转速度(回旋马达旋转速度)的计测值Nm的信号(回旋马达旋转速度Nm)(步骤S204)。接着，混合动力控制器C2求出回旋马达旋转速度Nm的绝对值(步骤S205)，并设定与该值对应的电容器25的目标电压(电容器目标电压)Vct(步骤S206)。
图6是表示回旋马达旋转速度Nm的绝对值与电容器目标电压Vct的关系的图。通常，电容器25存在能发挥其性能的动作电压范围。因此，电容器目标电压Vct优选设定成与回旋马达旋转速度Nm的值无关而包含在动作电压范围内(性质1)。而且，一般认为，若回旋马达旋转速度Nm的绝对值大，则回旋马达23的再生(回旋减速)时返回的能量即向电容器25充电的电力大。因此，回旋马达旋转速度Nm的绝对值越大，电容器目标电压Vct设定得越低，越留有蓄积能量的余地，则进一步优选(性质2)。
图6所示的直线L1以回旋马达旋转速度Nm与电容器目标电压Vct的关系满足前述的两个性质的方式设定。在图6中，将电容器25的动作电压范围设为Vc1至Vc2(Vc1＜Vc2)的范围。而且，在图6中，也考虑到混合动力控制器C2进行其他的控制的情况，可以将电容器目标电压Vct的范围设定为比动作电压范围即Vc1至Vc2的范围窄。需要说明的是，回旋马达旋转速度Nm与电容器目标电压Vct的关系只要至少满足前述的两个性质即可，可以不必为线性。而且，也可以与回旋马达旋转速度Nm无关地将电容器目标电压Vct设为恒定。
接着步骤S206之后，混合动力控制器C2计算设定的电容器目标电压Vct与通过图2所示的电压传感器28实时地计测(步骤S211)到的电容器25的电压(电容器电压Vc)的电压差(Vct-Vc)(步骤S207)，并将得到的电压差乘以系数K1(步骤S208)。该系数K1是预先设定的常数，是将通过步骤S207求出的电压差(Vct-Vc)变换为电力值(第二逆变器电力Pi2的量纲)的系数。因此，与上述的系数K2不同而具有物理的量纲(在此为电流的量纲)。
混合动力控制器C2求出由步骤S203求得的计算值(Pi2×K2)与由步骤S208求得的计算值((Vct-Vc)×K1)之和(步骤S209)，使用得到的和的值来生成目标发电电力Pg(步骤S210)。在步骤S210中，混合动力控制器C2仅在由步骤S209得到的值的输出为正时生成目标发电电力Pg，并且在生成的发电指令超过发电电动机19的发电能力时，输出发电电动机19的发电能力作为目标发电电力Pg。而且，在步骤S210中，也可以加入规定的频率的滤波器。
另外，也可以使系数K2根据外气温度T(例如，假定摄氏温度)进行变化。建筑机械假定在从摄氏0度以下的低温至高温的大范围的温度带域的环境下使用。通常，当外气温度高时，电容器25的效率也上升，因此外气温度越高，可以越减小系数K2。需要说明的是，也可以取代使用外气温度T而使用电容器25的内部温度。
然而，系数K2与各种条件的关系并不局限于线性变化的情况，可以通过适当的函数来设定该变化。而且，也可以使电容器目标电压Vct与电容器电压Vc的电压差所乘的系数K1的值可变。例如，在通过步骤S209求出的值中，在通过步骤S208求出的值((Vct-Vc)×K1)的贡献比规定的基准值大的时间持续了规定时间时，混合动力控制器C2可以进行使系数K1的值变化那样的控制。而且，也可以取代乘以系数K1，而通过适当的函数对电压差(Vct-Vc)进行变换而输出。接着，对第一动力运行输出进行说明。
(第一动力运行输出P1)
图7是表示求出第一动力运行输出P1的顺序的图。第一动力运行输出P1基于电容器电压Vc来确定。第一动力运行输出P1在电容器电压Vc增加时在某范围内为恒定值(在该例子中为0)，当电容器电压Vc超过规定的值Vc3时，随着电容器电压Vc的增加一起增加。并且，当电容器电压大于规定的值Vc4(＞Vc1)时，第一动力运行输出P1成为恒定值。
第一动力运行输出P1在电容器电压Vc从比规定的值Vc4高的值减少时，在电容器电压Vc成为规定的值Vc5(＜Vc4)之前为恒定值，当电容器电压Vc小于规定的值Vc5时，随着电容器电压Vc的减少一起减少。并且，当电容器电压Vc小于规定的值Vc6(＜Vc5)时，第一动力运行输出P1成为恒定值(在该例子中为0)。
如此，第一动力运行输出P1具有滞后特性而变化。即，第一动力运行输出P1依赖于到此为止的经过。具体而言，就第一动力运行输出P1而言，电容器电压Vc增加时的变化路径(箭头I所示的路径)与电容器电压Vc减少时的变化路径(箭头D所示的路径)不同。这样的话，第一动力运行输出P1的状态具有滞后特性而变化，由此能抑制第一动力运行输出P1的波动，提高控制的稳定性。需要说明的是，本实施方式并没有将第一动力运行输出P1的变化不具有滞后特性的情况排除在外。
第一动力运行输出P1与电容器电压Vc的关系记述在例如图7所示的映射M1中，保存在图2所示的混合动力控制器C2的存储部C22中。在求出第一动力运行输出P1时，图2所示的过热抑制控制部C21从存储部C22读出映射M1，从映射M1取得与通过图4的步骤S101计测到的电容器电压Vc对应的第一动力运行输出P1。如此，求出第一动力运行输出P1。接着，对第二动力运行输出P2进行说明。
(第二动力运行输出P2)
图8是表示求出第二动力运行输出P2的顺序的流程图。第二动力运行输出P2基于蓄电侧输入极限电力Plm与作为回旋马达23消耗或产生的电力的输入输出电力即回旋马达电力Pm的差量而求出。在求出第二动力运行输出P2时，图2所示的过热抑制控制部C21求出蓄电侧输入极限电力Plm与回旋马达电力Pm的差量Pd(＝Plm-Pm)(步骤S301)。蓄电侧输入极限电力Plm是至少基于变压器26的温度(变压器温度Tt)及电容器25的温度(电容器温度Tc)确定的、变压器26或电容器25的输入极限。关于蓄电侧输入极限电力Plm在后面叙述。
接着，过热抑制控制部C21将差量Pd乘以增益K3(步骤S302)。然后，过热抑制控制部C21将图2所示的发电电动机19可发电的最大值即最大输出Pgmax与差量Pd乘以增益K3所得到的值(Pd×K3)进行比较，选择最小值(步骤S303)。进行该步骤S303的处理的目的是为了避免将发电电动机19的最大输出Pgmax以上的值决定为第二动力运行输出P2。最大输出Pgmax是发电电动机19的能力，且是预先存储在存储部C22中的值。接着，将通过步骤S303选择的值与0(kW)进行比较，选择最大值(步骤S304)。进行该步骤S304的处理的目的是为了避免输出负值。在步骤S304中选择的值是第二动力运行输出P2。如此，求出第二动力运行输出P2。接着，对蓄电侧输入极限电力Plm进行说明。
(蓄电侧输入极限电力Plm)
图9是表示求出蓄电侧输入极限电力Plm的顺序的流程图。蓄电侧输入极限电力Plm基于根据电容器电压Vc确定的第一变压器输入极限电力Ptlm1、根据变压器温度Tt确定的第二变压器输入极限电力Ptlm2、根据电容器温度Tc确定的蓄电器输入极限电力Pclm来决定。在求解蓄电侧输入极限电力Plm时，图2所示的过热抑制控制部C21使用映射M2求出与电容器电压Vc对应的第一变压器输入极限电力Ptlm1(步骤S401A)，使用映射M3求出与变压器温度Tt对应的第二变压器输入极限电力Ptlm2(步骤S401B)，使用映射M4求出与电容器温度Tc对应的蓄电器输入极限电力Pclm(步骤S401C)。在本例中，步骤S401A、步骤S401B、步骤S401C进行并行处理，但也可以将它们依次处理。在依次处理时，顺序任意。
接着，过热抑制控制部C21将第一变压器输入极限电力Ptlm1、第二变压器输入极限电力Ptlm2、蓄电器输入极限电力Pclm进行比较，选择最大值(步骤S402)。通过步骤S402选择的值设为Plm0。在本例中，电容器25充电时的电力为负值，电容器25放电时的电力为正值。在步骤S402中，全都是负值彼此间的比较，因此当选择最大值时，该选择的值的绝对值最小。
接着，过热抑制控制部C21将Plm0与0(kW)进行比较，选择最小值(步骤S403)。这是为了避免输出正值作为蓄电侧输入极限电力Plm。在步骤S403中选择的值是蓄电侧输入极限电力Plm。如此，求出蓄电侧输入极限电力Plm。接着，对第一变压器输入极限电力Ptlm1、第二变压器输入极限电力Ptlm2及蓄电器输入极限电力Pclm进行说明。
(第一变压器输入极限电力Ptlm1)
如图9的映射M2所示，第一变压器输入极限电力Ptlm1根据电容器电压Vc的大小来确定。在该例子中，第一变压器输入极限电力Ptlm1随着电容器电压Vc变大而减小。由于第一变压器输入极限电力Ptlm1成为负值，因此随着电容器电压Vc变大而绝对值变大。这是因为，电容器25具有随着电容器电压Vc变大而可输入的电力也变大的特性。第一变压器输入极限电力Ptlm1与电容器电压Vc的关系记述在上述的映射M2中。映射M2存储在图2所示的混合动力控制器C2的存储部C22中，在求解蓄电侧输入极限电力Plm时被过热抑制控制部C21读出。
(第二变压器输入极限电力Ptlm2)
如图9所示，第二变压器输入极限电力Pt1m2根据变压器温度Tt来确定。在该例子中，第二变压器输入极限电力Ptlm2在变压器温度Tt增加时，在某范围内为恒定值，当变压器温度Tt超过规定的值Tt1时，随着变压器温度Tt的增加一起增加。由于第二变压器输入极限电力Ptlm2为负值，因此随着变压器温度Tt变大，绝对值减小。当变压器温度Tt大于规定的值Tt2(＞Tt1)时，第二变压器输入极限电力Ptlm2成为恒定值。
第二变压器输入极限电力Ptlm2在变压器温度Tt从比规定的值Tt2高的值开始减少的情况下，在变压器温度Tt成为规定的值Tt3(＜Tt2)之前为恒定值，当变压器温度Tt小于规定的值Tt3时，随着变压器温度Tt的减少一起减少。这种情况下，第二变压器输入极限电力Ptlm2的绝对值变大。并且，当变压器温度Tt小于规定的值Tt4(＜Tt3)时，第二变压器输入极限电力Ptlm2成为恒定值。
如此，第二变压器输入极限电力Ptlm2具有滞后特性而变化。即，第二变压器输入极限电力Ptlm2依赖于到此为止的经过。具体而言，就第二变压器输入极限电力Ptlm2而言，变压器温度Tt增加时的变化路径(箭头I所示的路径)与变压器温度Tt减少时的变化路径(箭头D所示的路径)不同。如此，第二变压器输入极限电力Ptlm2的状态具有滞后特性而变化，由此能抑制第二变压器输入极限电力Ptlm2的波动，提高控制的稳定性。需要说明的是，本实施方式并没有将第二变压器输入极限电力Ptlm2的变化不具有滞后特性的情况排除在外。第二变压器输入极限电力Ptlm2与变压器温度Tt的关系记述在上述的映射M3中。映射M3存储在图2所示的混合动力控制器C2的存储部C22中，在求解蓄电侧输入极限电力Plm时被过热抑制控制部C21读出。
(蓄电器输入极限电力Pclm)
如图9所示，蓄电器输入极限电力Pclm根据电容器温度Tc来确定。在该例子中，蓄电器输入极限电力Pclm在电容器温度Tc增加的情况下，在某范围内为恒定值，当电容器温度Tc超过规定的值Tc1时，随着电容器温度Tc的增加一起增加。由于蓄电器输入极限电力Pclm为负值，因此随着电容器温度Tc变大，绝对值变小。当电容器温度Tc大于规定的值Tc2(＞Tc1)时，蓄电器输入极限电力Pclm成为恒定值。
蓄电器输入极限电力Pclm在电容器温度Tc从比规定的值Tc2高的值开始减少时，在电容器温度Tc成为规定的值Tc3(＜Tc2)之前为恒定值，当电容器温度Tc小于规定的值Tc3时，与电容器温度Tc的减少一起减少。这种情况下，蓄电器输入极限电力Pclm的绝对值变大。并且，当电容器温度Tc小于规定的值Tc4(＜Tc3)时，蓄电器输入极限电力Pclm成为恒定值。
如此，蓄电器输入极限电力Pclm具有滞后特性而变化。即，蓄电器输入极限电力Pclm依赖于到此为止的经过。具体而言，就蓄电器输入极限电力Pclm而言，电容器温度Tc增加时的变化路径(箭头I所示的路径)与电容器温度Tc减少时的变化路径(箭头D所示的路径)不同。如此，蓄电器输入极限电力Pclm的状态具有滞后特性而变化，由此能抑制蓄电器输入极限电力Pclm的波动，提高控制的稳定性。需要说明的是，本实施方式并没有将蓄电器输入极限电力Pclm的变化不具有滞后特性的情况排除在外。蓄电器输入极限电力Pclm与电容器温度Tc的关系记述在上述的映射M4中。映射M4存储在图2所示的混合动力控制器C2的存储部C22中，在求解蓄电侧输入极限电力Plm时被过热抑制控制部C21读出。
如上所述，第二动力运行输出P2基于蓄电侧输入极限电力Plm与回旋马达电力Pm的差量Pd。在差量Pd大于0时即为正值的情况下，回旋马达电力Pm是回旋马达23通过再生(回旋减速)而产生的电力，且大于蓄电侧输入极限电力Plm。这种情况下，当使回旋马达电力Pm全部经由变压器26蓄积于电容器25时，会供给超过变压器26及电容器25的至少一方的输入极限的电力，因此可能会导致它们的过热。因此，在过热抑制控制中，在第二动力运行输出P2的值大于0的情况下，将回旋马达23通过再生而产生的电力的至少一部分向发电电动机19供给，使这一部分电力进行动力运行(电力消耗)。在求解第二动力运行输出P2时使用的蓄电侧输入极限电力Plm如上述那样基于变压器温度Tt及电容器温度Tc来设定(参照图9)。因此，能够将它们的温度对变压器26及电容器25造成的影响反映到第二动力运行输出P2中(参照图8)。这样的话，能够使经由变压器26向电容器25供给的电力小于变压器26及电容器25的输入极限。其结果是，能够减少变压器26及电容器25的损失即发热量，因此能够有效地抑制变压器26及电容器25的过热。
另外，第二变压器输入极限电力Ptlm2以在变压器温度Tt增加时而绝对值减小的方式设定，蓄电器输入极限电力Pclm以在电容器温度Tc增加时而绝对值减小的方式设定。因此，对应于变压器26及电容器25的温度升高，来改变使发电电动机19进行动力运行动作的量(电力消耗)，即，将回旋马达23通过再生而生成的电力(再生电力)的至少一部分向发电电动机19供给。由此，过热抑制控制能够最小限度地抑制图1、图2所示的混合动力液压挖掘机1的通常驾驶时的燃料消耗量的降低。当回旋马达23通过再生而生成的电力向发电电动机19供给时，由于发电电动机19进行动力运行动作(电力消耗)而舍弃能量。按道理说若将该舍弃的能量向电容器25蓄积(充电)，则作为混合动力液压挖掘机1而言，不需要用于补充该舍弃的能量的发动机17的驱动，即不需要发电电动机19的发电，从而能够实现低燃料消耗量。但是，由于需要防止变压器26及电容器25的过升温，所以使用本实施方式的过热抑制控制。根据本实施方式的过热抑制控制，仅在变压器26及电容器25的温度升高时，将由回旋马达23生成的再生电力向发电电动机19供给而使发电电动机19进行动力运行动作。因此，本实施方式的过热抑制控制不会对通常驾驶时(变压器26及电容器25为常温时)造成影响，能够最小限度地抑制通常驾驶时的燃料消耗量的降低。
另外，过热抑制控制在变压器26及电容器25的温度升高时，改变使发电电动机19进行动力运行动作的量，因此容易将电容器电压Vc维持得较高。电容器25是电容器电压Vc越高、输入输出电流越降低而越能够降低发热量，而且输入极限变大，因此有利。如上所述，过热抑制控制能够将电容器电压Vc维持得较高，因此能够使电容器25在更有利的条件下动作，从而能够增加仅利用来自电容器25的放电的电力就能够进行回旋马达23的动作的情况。
另外，在过热抑制控制中，在求出第二动力运行输出P2时，回旋马达23的输入输出即回旋马达电力Pm自身不变化。因此，不会对使图1所示的上部回旋体5回旋时的回旋动作性能造成影响。
另外，在过热抑制控制中，不与变压器温度Tt或电容器温度Tc相应地改变发电电动机19的目标发电电力Pg及系数K2等参数。因此，能够抑制发电电动机19的发电状况由于图1所示的混合动力液压挖掘机1的挖掘等的作业状况而发生变化(发电量的增减)。例如，过热抑制控制能够抑制混合动力液压挖掘机1进行的挖掘作业中的发电电动机19的发电量的增减，因此能够抑制挖掘力的变化，从而不会对作业性能造成影响。即，在挖掘作业中，发电电动机19的发电量增减的情况会导致液压泵18的泵吸收马力的减增。发动机输出是发电电动机19的发电量与液压泵18的泵吸收马力的总计，当发电量增加时，泵吸收马力减少，而当发电量减少时，泵吸收马力增加。即，发动机输出恒定。这样的话，当由于发电量的增减而泵吸收马力减增时，从液压泵18喷出的工作油的流量发生变化，向作业机3的各液压促动器供给的工作油的流量也变化。其结果是，作业机3的动作发生变化而给操作员带来不调和感，从而对作业性能造成影响。根据本实施方式，过热抑制控制限定为在回旋马达23的再生时进行，因此能够减小对通过混合动力液压挖掘机1进行挖掘作业时的作业性能造成的影响。
图10是表示变压器26的损失Pls与电容器电压Vc的关系的概念图。尤其是使用变换器耦合型变压器这样类型的变压器作为变压器26的情况下，在电容器电压Vc为Vcb时，变压器26的损失(变压器损失)Pls成为最小值Plsmin。电容器25是电容器电压Vc越高输入输出电流越下降，因此越能够降低发热量，但如上述那样，变压器26的特性中存在变压器损失Pls成为最小时的电容器电压Vc的值(Vcb)。因此，变压器26当被施加比该电容器电压的值(Vcb)高的电压时，变压器损失Pls增加而变压器26的发热量增加。在使发电电动机19开始动力运行动作的电容器电压Vc与变压器损失Pls成为最小的电压Vcb存在较大的背离时，与借助抑制通过变压器26的电力来抑制变压器26的过热的情况相比，变压器损失Pls增加的影响变大，变压器26存在容易发生过热的可能性。
若改变使发电电动机19开始动力运行动作时的电容器电压Vc，则不仅对回旋马达23的再生时造成影响，而且可能会对图1所示的混合动力液压挖掘机1的作业状况造成影响。例如，在图2所示的发动机17处于空转状态时，在通过操作员的操作而开始作业之际，为了提高作业机3的响应性而使发电电动机19进行动力运行动作，进行辅助(协助)发动机17的控制。因此，在发动机17处于空转状态时，能够将电容器电压Vc保持得比较高，在开始下一作业时，需要使发电电动机19以能够充分辅助(协助)发动机17的方式进行准备。然而，如上所述将使发电电动机19开始动力运行动作时的电容器电压Vc设定成变压器26的变压器损失Pls成为最小的值(图10所示的电压Vcb)的情况下，将电容器25的待机电压设定得较低。因此，在发动机17处于空转状态的情况下，在作业开始时可能无法确保发电电动机19对发动机17的输出进行辅助的量(辅助量)。
过热抑制控制无需改变使发电电动机19开始动力运行动作时的电容器电压Vc的设定，基于蓄电侧输入极限电力Plm，使发电电动机19的动力运行动作量变化，即，使回旋马达23通过再生而产生的电力(再生电力)向发电电动机19的供给量(电力消耗量)变化。过热抑制控制如此能够控制向变压器26及电容器25输入的电力量，因此能够适当地减少变压器26及电容器25这双方的损失，即发热量。
这样的话，过热抑制控制不会对回旋马达23的再生时以外的充放电平衡造成大的影响，能够大幅减小回旋马达23再生时的向变压器26及电容器25的输入，从而能够抑制它们的发热。
以上，说明了本实施方式，但并没有通过上述的内容来限定本实施方式。在本实施方式中，说明了混合动力液压挖掘机1具备用于进行上部回旋体5的回旋加速(动力运行)和回旋减速(再生)的作为电动机的回旋马达23的情况。不过，混合动力液压挖掘机1也可以具备将回旋马达23和液压马达形成为一体的部件。即，在使混合动力液压挖掘机1的上部回旋体5进行回旋加速时，液压马达可对以回旋马达23的旋转进行辅助(协助)。这种情况下，回旋马达23在回旋减速(再生)时发电而生成再生电力。而且，在上述的实施方式的结构要素中，包括本领域技术人员能够容易想到的结构要素、实质上相同的结构要素、所谓等同范围的结构要素。而且，上述的结构要素可以适当组合。而且，在不脱离本实施方式的主旨的范围内能够进行结构要素的各种省略、置换及变更。而且，电动机并未限定为使混合动力液压挖掘机的上部回旋体回旋的回旋马达。
【符号说明】
1 混合动力液压挖掘机
17 发动机
19 发电电动机
21 第一逆变器
22 第二逆变器
23 回旋马达
25 电容器
26 变压器
28 电压传感器
41、54、55 旋转传感器
50 变压器温度传感器
51 电容器温度传感器
52 电流计
53 电压检测传感器
C1 控制器
C2 混合动力控制器
C21 过热抑制控制部
C22 存储部
M1、M2、M3、M4 映射
P1 第一动力运行输出
P2 第二动力运行输出
Pclm 蓄电器输入极限电力
Pg 目标发电电力
Pgmax 最大输出
Plm 蓄电侧输入极限
Pm 回旋马达电力
Ptlm1 第一变压器输入极限电力
Ptlm2 第二变压器输入极限电力
Tc 电容器温度
Tt 变压器温度
Vc 电容器电压

Claims (17)

1.一种混合动力作业机械，其特征在于，所述混合动力作业机械包括：
内燃机；
发电电动机，其与所述内燃机的输出轴连结；
蓄电器，其蓄积所述发电电动机发出的电力，而另一方面，向所述发电电动机供给电力；
电动机，其由所述发电电动机发出的电力和所述蓄电器蓄积的电力的至少一方来驱动；
变压器，其设置在所述发电电动机及所述电动机与所述蓄电器之间；
变压器温度检测传感器，其检测所述变压器的温度；
蓄电器温度检测传感器，其检测所述蓄电器的温度；
过热抑制控制装置，其基于所述变压器温度检测传感器检测到的所述变压器的温度及所述蓄电器温度检测传感器检测到的所述蓄电器的温度，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量。
2.根据权利要求1所述的混合动力作业机械，其中，
所述过热抑制控制装置基于第一动力运行输出和第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，
该第一动力运行输出基于所述蓄电器的电压来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，
该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
3.根据权利要求2所述的混合动力作业机械，其中，
所述第二变压器输入极限电力在所述变压器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定，
所述蓄电器输入极限电力在所述蓄电器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定。
4.根据权利要求2所述的混合动力作业机械，其中，
所述蓄电侧输入极限电力基于第一变压器输入极限电力、第二变压器输入极限电力及蓄电器输入极限电力来决定，
该第一变压器输入极限电力根据所述蓄电器的电压来确定，
该第二变压器输入极限电力根据所述变压器的温度来确定，
该蓄电器输入极限电力根据所述蓄电器的温度来确定。
5.根据权利要求2或4所述的混合动力作业机械，其中，
就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同。
6.根据权利要求4所述的混合动力作业机械，其中，
就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同，
就所述第二变压器输入极限电力而言，所述变压器的温度增加时的变化路径与所述变压器的温度减少时的变化路径不同，
就所述蓄电器输入极限电力而言，所述蓄电器的温度增加时的变化路径与所述蓄电器的温度减少时的变化路径不同。
7.根据权利要求1所述的混合动力作业机械，其中，
所述过热抑制控制装置基于第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，
该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的混合动力作业机械，其中，
所述过热抑制控制装置在所述电动机进行动力运行的情况下，随着所述电动机的旋转速度变大而降低所述发电电动机发电时的电力的目标值。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的混合动力作业机械，其中，
所述电动机使液压挖掘机的上部回旋体回旋。
10.一种混合动力作业机械的控制方法，其特征在于，
所述混合动力作业机械包括：内燃机；发电电动机，其与所述内燃机的输出轴连结；蓄电器，其蓄积所述发电电动机发出的电力，而另一方面，向所述发电电动机供给电力；电动机，其由所述发电电动机发出的电力和所述蓄电器蓄积的电力的至少一方来驱动；变压器，其设置在所述发电电动机及所述第二发电机与所述蓄电器之间，
在所述混合动力作业机械的控制方法控制所述混合动力作业机械时，包括：
计测工序，至少对所述变压器的温度及所述蓄电器的温度进行计测；
控制工序，基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量。
11.根据权利要求10所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
在所述控制工序中，基于第一动力运行输出和第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，
该第一动力运行输出基于所述蓄电器的电压来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，
该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
12.根据权利要求11所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
所述第二变压器输入极限电力在所述变压器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定，
所述蓄电器输入极限电力在所述蓄电器的温度增加时，在规定的温度之前为恒定。
13.根据权利要求11所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
所述蓄电侧输入极限电力基于第一变压器输入极限电力、第二变压器输入极限电力及蓄电器输入极限电力来决定，
该第一变压器输入极限电力根据所述蓄电器的电压来确定，
该第二变压器输入极限电力根据所述变压器的温度来确定，
该蓄电器输入极限电力根据所述蓄电器的温度来确定。
14.根据权利要求11或13所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同。
15.根据权利要求13所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
就所述第一动力运行输出而言，所述蓄电器的电压增加时的变化路径与所述蓄电器的电压减少时的变化路径不同，
就所述第二变压器输入极限电力而言，所述变压器的温度增加时的变化路径与所述变压器的温度减少时的变化路径不同，
就所述蓄电器输入极限电力而言，所述蓄电器的温度增加时的变化路径与所述蓄电器的温度减少时的变化路径不同。
16.根据权利要求10所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
在所述控制工序中，基于第二动力运行输出，来改变所述电动机通过再生而产生的电力向所述蓄电器的供给量和向所述发电电动机的供给量，
该第二动力运行输出基于蓄电侧输入极限电力和所述电动机的输入输出电力来确定，用于使所述发电电动机进行动力运行，该蓄电侧输入极限电力基于所述变压器的温度及所述蓄电器的温度来确定。
17.根据权利要求10～16中任一项所述的混合动力作业机械的控制方法，其中，
在所述控制工序中，在所述电动机进行动力运行的情况下，随着所述电动机的旋转速度变大而降低所述发电电动机发电时的电力的目标值。
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