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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridarbeitsmaschine, die ohne eine Verschlechterung der Wärmebilanz eines Transformators und eines Kondensators eine Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung durchführen kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es gibt eine Hybridarbeitsmaschine, die konfiguriert ist für den Betrieb einer Arbeitseinheit oder dergleichen durch den Antrieb eines Generatormotors mit einer Antriebsmaschine und den Antrieb eines Motors mit Energie, die durch den Generatormotor erzeugt wird. Patentliteratur 1 beschreibt zum Beispiel eine Technologie, bei der eine Hydraulikpumpe und ein Generatormotor durch eine Antriebsmaschine angetrieben werden und eine Batterie durch einen Generierungsbetrieb des Generatormotors geladen wird. Ferner wird eine Antriebsmaschine durch den Antrieb des Generatormotors mit Batteriestrom unterstützt. Weiterhin beschreibt Patentliteratur 1 die Technologie, bei der die Ausgangsleistung des Generators begrenzt wird, bis eine Antriebsmaschinendrehzahl bei der Beschleunigung der Antriebsmaschine eine Einstelldrehzahl erreicht, um auf diese Weise die Beschleunigung zu unterstützen, indem die Last der Antriebsmaschine verringert wird.
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Ferner beschreibt Patentliteratur 2 eine Technologie, bei der bestimmt wird, ob ein Generatormotor veranlasst werden soll, einen Antriebsmaschinen-Drehmomentunterstützungsbetrieb durchzuführen oder einen Antriebsmaschinen-Drehmomentunterstützungsbetrieb nicht durchzuführen. Falls bestimmt wird, dass der Generatormotor veranlasst werden soll, den Antriebsmaschinen-Drehmomentunterstützungsbetrieb durchzuführen, wird der Generatormotor zur Durchführung des Antriebsmaschinen-Drehmomentunterstützungsbetriebs veranlasst, und falls bestimmt wird, dass der Generatormotor nicht veranlasst werden soll, den Antriebsmaschinen-Drehmomentunterstützungsbetrieb durchzuführen, wird der Generatormotor zur Durchführung des Generierungsvorgangs gemäß einem angeforderten Generierungsbetrag veranlasst.
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DOKUMENTLISTE
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 2008-121659
- Patentliteratur 2: Offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 2007-218111
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ÜBERSICHT
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Technisches Problem
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Eine Hybridarbeitsmaschine enthält eine Hybridsteuerung, die konfiguriert ist für durch die Durchführung einer Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung und einer Generierungssteuerung, eine Pumpensteuerung, die konfiguriert ist für die Steuerung der Fördermenge einer Hydraulikpumpe, und eine Antriebsmaschinensteuerung, die konfiguriert ist für die Steuerung einer Antriebsmaschinendrehzahl. Die Hybridsteuerung berechnet eine für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl, welche eine Antriebsmaschinen-Mindestdrehzahl zum Sichern einer Energieerzeugungsleistung ist. Die Pumpensteuerung wählt von einer Antriebsmaschinen-Solldrehzahl, die auf der Basis eines Betätigungsbetrags eines Bedienhebels, einer Last etc. angefordert wird, und der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl, die von der Hybridsteuerung ausgegeben wird, eine höhere Antriebsmaschinendrehzahl und gibt die gewählte höhere Antriebsmaschinendrehzahl als endgültige Antriebsmaschinen-Solldrehzahl an die Antriebsmaschinensteuerung und die Hybridsteuerung aus. Ferner steuert die Antriebsmaschinensteuerung die endgültige Antriebsmaschinen-Solldrehzahl. Während dieser Steuerung führt die Hybridsteuerung eine Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung durch, um die Antriebsmaschinendrehzahl durch den Generatormotor zu beschleunigen, falls die endgültige Antriebsmaschinen-Solldrehzahl eine Abweichung zeigt, die die Antriebsmaschinen-Istdrehzahl um eine vorgegebene oder höhere Drehzahl übersteigt.
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Falls die Kondensatorspannung eines Kondensators abnimmt, berechnet die Hybridsteuerung hier beispielsweise eine den Generator steuernde hohe Antriebsmaschinen-Solldrehzahl, um die notwendige Generierungsleistung sicherzustellen, und führt als Ergebnis eine Antriebsmaschinen-Unterstützung durch. Jedoch nimmt die Kondensatorspannung durch diese Antriebsmaschinen-Unterstützung weiter ab.
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Diese weitere Abnahme der Kondensatorspannung erhöht den Eingangs-/Ausgangsstrom bezüglich des Kondensators und eines Transformators, nämlich eines Spannungswandlers für den Kondensator. Wenn der Spannungswert von einem optimalen Spannungswert abweicht, der zur Verringerung eines Verlustes für den Transformator vorab eingestellt wurde, ist der Umwandlungsverlust umso größer, je größer die Abweichung des Spannungswerts ist. Aus diesem Grund kann gegebenenfalls das Problem entstehen, dass sich die Wärmebilanz des Transformators und des Kondensators verschlechtert.
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Vorliegende Erfindung ist das Ergebnis der vorstehend beschriebenen Situation, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hybridarbeitsmaschine bereitzustellen, die geeignet ist für die Durchführung einer Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung bei gleichzeitiger Verhinderung einer Verschlechterung der Wärmebilanz des Transformators und des Kondensators.
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Problemlösung
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Zur Lösung des vorstehend genannten Problems umfasst eine Hybridarbeitsmaschine gemäß vorliegender Erfindung: eine Antriebsmaschine; einen Generatormotor, der mit einer Antriebswelle der Antriebsmaschine verbunden ist; eine Speicherbatterie, die konfiguriert ist für die Speicherung der Energie, die durch den Generatormotor erzeugt wird, und für die Versorgung des Generatormotors mit Energie; einen Motor, der konfiguriert ist für den Antrieb durch zumindest die Energie, die durch den Generatormotor erzeugt wird, oder zumindest die Energie, die in der Speicherbatterie gespeichert ist; einen Transformator, der zwischen die Speicherbatterie und sowohl den Generatormotor als auch den Motor geschaltet ist; eine Einheit zum Berechnen einer Antriebsmaschinen-Solldrehzahl, die konfiguriert ist für die Berechnung einer Solldrehzahl der Antriebsmaschine zumindest auf der Basis einer Antriebsmaschinenlast und eines Leistungszustands des Generatormotors; eine Generierungssteuereinheit, die konfiguriert ist für die Ausgabe einer für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl, welche eine Antriebsmaschinen-Mindestdrehzahl zur Sicherung der Generierungsenergie der Speicherbatterie ist, entsprechend einem Speicherzustand der Batterie und einer Generatormotordrehzahl; eine Einheit zum Berechnen einer die Antriebsmaschine steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl, die konfiguriert ist für die Berechnung und Ausgabe einer die Antriebsmaschine steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl auf der Basis der Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl; eine Antriebsmaschinen-Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung einer Antriebsmaschinendrehzahl auf der Basis der die Antriebsmaschine steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl; und eine Unterstützungssteuereinheit, die konfiguriert ist für die Einstellung einer Antriebsmaschinen-Solldrehzahl auf die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und für die Steuerung der Antriebsmaschinenunterstützung auf der Basis der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und der Generatormotordrehzahl.
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Darüber hinaus umfasst eine Hybridarbeitsmaschine gemäß vorliegender Erfindung: eine Antriebsmaschine; einen Generatormotor, der mit einer Antriebswelle der Antriebsmaschine verbunden ist; eine Speicherbatterie, die konfiguriert ist für die Speicherung der Energie, die durch den Generatormotor erzeugt wird, und für die Versorgung des Generatormotors mit Energie; einen Motor, der konfiguriert ist für den Antrieb durch zumindest die Energie, die durch den Generatormotor erzeugt wird, oder zumindest die Energie, die in der Speicherbatterie gespeichert ist; einen Transformator, der zwischen die Speicherbatterie und sowohl den Generatormotor als auch den Motor geschaltet ist; eine Einheit zum Berechnen einer Antriebsmaschinen-Solldrehzahl, die konfiguriert ist für die Berechnung einer Solldrehzahl der Antriebsmaschine zumindest auf der Basis einer Antriebsmaschinenlast und eines Leistungszustands des Generatormotors; eine Generierungssteuereinheit, die konfiguriert ist für die Ausgabe einer für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl, welche eine Antriebsmaschinen-Mindestdrehzahl zur Sicherung der Generierungsenergie der Speicherbatterie ist, entsprechend einem Speicherzustand der Batterie und einer Generatormotordrehzahl; eine Einheit zum Berechnen einer die Antriebsmaschine steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl, die konfiguriert ist für die Berechnung und Ausgabe einer die Antriebsmaschine steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl auf der Basis der Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl; eine Antriebsmaschinen-Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung einer Antriebsmaschinendrehzahl auf der Basis der die Antriebsmaschine steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl; eine Ausgabeverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist für die Ausgabe der Antriebsmaschinen-Solldrehzahl als eine den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl zu einem Zeitpunkt, an dem die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl die Solldrehzahl der Antriebsmaschine übersteigt; und eine Unterstützungssteuereinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung der Antriebsmaschinenunterstützung auf der Basis einer von der Ausgabeverarbeitungseinheit ausgegebenen, den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und einer Generatormotordrehzahl.
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Bei der vorstehend beschriebenen Hybridarbeitsmaschine gemäß vorliegender Erfindung gibt die Ausgabeverarbeitungseinheit außerdem die Antriebsmaschinen-Solldrehzahl als eine den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl aus, wenn einer der folgenden Fälle eintritt: die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl überschreitet die Antriebsmaschinen-Solldrehzahl; die Spannung der Speicherbatterie überschreitet die vorgegebene Spannung; eine Transformatortemperatur überschreitet eine vorgegebene Transformatortemperatur; und eine Speicherbatterietemperatur überschreitet eine vorgegebene Speicherbatterietemperatur.
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Bei der vorstehend beschriebenen Hybridarbeitsmaschine gemäß vorliegender Erfindung berechnet die Steuereinheit für die Antriebsmaschinen-Solldrehzahl ferner als Antriebsmaschinen-Solldrehzahl eine Antriebsmaschinendrehzahl an einem Schnittpunkt zwischen einer Angleichungsstrecke und einer Linie für die Festlegung einer Antriebsmaschinen-Sollleistung, die in einem Drehmomentdiagramm die Antriebsmaschinen-Sollleistung relativ zu einer Antriebsmaschinendrehzahl angibt.
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Bei der vorstehend beschriebenen Hybridarbeitsmaschine gemäß vorliegender Erfindung ist ein Spannungswandlungsverhältnis des Wandlers das gleiche wie ein Windungszahlverhältnis zwischen der Spulenwindungszahl auf einer Seite, welche eine Eingangsseite bilden soll, und einer Spulenwindungszahl auf einer Seite, welche eine Ausgangsseite bilden soll.
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Erfindungsgemäß berechnet die Einheit zum Berechnen der Antriebsmaschinen-Solldrehzahl die Antriebsmaschinen-Solldrehzahl zumindest auf der Basis der Antriebsmaschinenlast und des Leistungszustands eines Generatormotors, und die Unterstützungssteuereinheit ist konfiguriert für die Steuerung der Antriebsmaschinenunterstützung auf der Basis der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und der Generatormotordrehzahl, wobei die Antriebsmaschinen-Solldrehzahl als die den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl festgelegt wird. Deshalb wird eine unnütze Antriebsmaschinenunterstützung, die durch eine für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinenendrehzahl hervorgerufen wird, verhindert, und eine Verschlechterung der Wärmebilanz des Wandlers und des Kondensators wird unterbunden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hybridbaggers als Beispiel einer Hybridarbeitsmaschine;
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration des in 1 dargestellten Hybridbaggers zeigt;
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3 ist ein Schaltdiagramm, das eine Detailkonfiguration eines Transformators zeigt;
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4 ist ein Blockdiagramm, das Konfigurationen einer Hybridsteuerung, einer Pumpensteuerung und einer Antriebsmaschinensteuerung in Bezug auf die Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung zeigt;
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5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer beispielhaften Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung;
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6 ist ein Blockdiagramm, das Konfigurationen einer Hybridsteuerung, einer Pumpensteuerung und einer Antriebsmaschinensteuerung in Bezug auf ein modifiziertes Beispiel der Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung zeigt;
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7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs für die Verarbeitung zur Bestimmung einer Sperrbedingung durch eine Verarbeitungseinheit für die Bestimmung einer Sperrbedingung;
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8 zeigt in einem Diagramm ein Drehmoment im Verhältnis zu einer Antriebsmaschinendrehzahl, wobei die Grundzüge einer Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuerung dargestellt werden.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für die Implementierung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Hybridbagger 1 als Beispiel einer Hybridarbeitsmaschine. 2 zeigt in einem Blockdiagramm eine Vorrichtungskonfiguration des in 1 dargestellten Hybridbaggers 1. Es ist zu beachten, dass das Konzept einer reinen Arbeitsmaschine, die kein Hybrid ist, Baumaschinen wie Bagger, Bulldozer, Kipper und Radlader umfasst und dass vorliegend eine Hybridarbeitsmaschine dahingehend definiert wird, dass diese eine Konfiguration hat, die sich auf Hybriden beschränkt, wobei in den vorstehend genannten Baumaschinen ein Elektromotor enthalten ist, der für den Antrieb durch die Antriebskraft einer Antriebsmaschine sowie durch Energie im Austausch mit anderen Energieversorgungseinrichtungen konfiguriert ist.
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(Hybridbagger)
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Der Hybridbagger 1 hat einen Fahrzeugkörper 2 und eine Arbeitseinheit 3. Der Fahrzeugkörper 2 hat einen unteren Fahrkörper 4 und einen oberen Drehkörper 5. Der untere Fahrkörper 4 hat ein Paar von Fahrvorrichtungen 4a, die jeweils mit Raupenketten 4b versehen sind. Durch den Antrieb eines rechten Hydraulikfahrmotors 34 und eines linken Hydraulikfahrmotors 35, die in 2 dargestellt sind, kann der Hybridbagger 1 durch die jeweiligen Fahrvorrichtungen 4a und die Raupenketten 4b fahren.
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Der obere Drehkörper 5 ist auf dem unteren Fahrkörper 4 vorgesehen und kann geschwenkt werden. Der obere Drehkörper 5 hat einen Schwenkmotor 23, so dass er selbständig schwenken kann. Der Schwenkmotor 23 ist mit einer Antriebswelle eines Schwenkmechanismus 24 (Reduzierer) verbunden. Die Drehkraft des Schwenkmotors 23 wird über den Schwenkmechanismus 24 übertragen. Die übertragene Drehkraft wird über ein Schwenkritzel, einen Drehkranz etc., die nicht dargestellt sind, auf den oberen Drehkörper 5 übertragen, wodurch der obere Drehkörper 5 geschwenkt wird. Der Schwenkmotor 23 ist ein Elektromotor, der durch die von einem Generatormotor 19 oder einem Kondensator 25 bereitgestellte Energie angetrieben wird, kann jedoch auch ein Hydraulikmotor sein, der durch Hydraulikdruck angetrieben wird. Gemäß vorliegender Ausführungsform ist der Schwenkmotor 23 ein Beispiel eines Motors zum Schwenken des oberen Drehkörpers 5. Der Motor kann jedoch auch eine Hydraulikpumpe für den Antrieb der Arbeitseinheit 3 oder ein Bauelement für den Antrieb des unteren Fahrkörpers 4 sein.
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Auf dem oberen Drehkörper 5 ist ein Bedienerraum 6 vorgesehen. Ferner enthält der obere Drehkörper 5 einen Kraftstofftank 7, einen Hydrauliköltank 8, einen Antriebsmaschinenraum 9 und ein Gegengewicht 10. Der Kraftstofftank 7 speichert Kraftstoff für den Antrieb einer Antriebsmaschine 17 als Brennkraftmaschine. Der Hydrauliköltank 8 speichert Hydrauliköl, das von einer Hydraulikpumpe 18 an Hydraulikeinrichtungen, die Hydraulikzylinder wie einen Ausleger-Hydraulikzylinder 14, einen Stiel-Hydraulikzylinder 15 und einen Löffel-Hydraulikzylinder 16 umfassen, und an Hydraulikmotoren (Hydraulikaktuatoren) wie den rechten Hydraulikfahrmotor 34 und den linken Hydraulikfahrmotor 35 abgegeben wird. In dem Antriebsmaschinenraum 9 befinden sich verschiedene Vorrichtungen wie beispielsweise die Antriebsmaschine 17, die Hydraulikpumpe 18, ein Generatormotor 19 und ein Kondensator 25 als Speicherbatterie. Das Gegengewicht 10 liegt hinter dem Antriebsmaschinenraum 9.
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Die Arbeitseinheit 3 ist in einer zentralen Position eines Frontbereichs des oberen Drehkörpers 5 montiert und umfasst einen Ausleger 11, einen Stiel 12, einen Löffel 13, den Ausleger-Hydraulikzylinder 14, den Stiel-Hydraulikzylinder 15 und den Löffel-Hydraulikzylinder 16. Ein unterer Endbereich des Auslegers 11 ist mit dem oberen Drehkörper 5 schwenkbar verbunden. Ferner ist ein vorderer Endbereich des Auslegers 11 auf einer dem unteren Endbereich gegenüberliegenden Seite mit einem unteren Endbereich des Stiels 12 verbunden. Der Löffel 13 ist auf der dem unteren Endbereich gegenüberliegenden Seite mit einem vorderen Endbereich des Stiels 12 schwenkbar verbunden. Ferner ist der Löffel 13 über ein Zwischenglied mit dem Löffel-Hydraulikzylinder 16 verbunden. Der Ausleger-Hydraulikzylinder 14, der Stiel-Hydraulikzylinder 15 und der Löffel-Hydraulikzylinder 16 sind Hydraulikzylinder (Hydraulikaktuatoren), die durch Hydrauliköl aus der Hydraulikpumpe 18 ausfahren und einfahren. Der Ausleger-Hydraulikzylinder 14 schwenkt den Ausleger 11. Der Stiel-Hydraulikzylinder 15 schwenkt den Stiel 12. Der Löffel-Hydraulikzylinder 16 schwenkt den Löffel 13.
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In 2 enthält der Hybridbagger 1 die Antriebsmaschine 17, die Hydraulikpumpe 18 und den Generatormotor 19 als Antriebsquellen. Als Antriebsmaschine 17 ist eine Dieselmaschine und als Hydraulikpumpe 18 eine hydraulische Verstellpumpe vorgesehen. Die Hydraulikpumpe 18 ist zum Beispiel eine Hydraulikpumpe mit Taumelscheibe, bei der die Pumpenleistung durch eine Änderung des Neigungswinkels einer Taumelscheibe 18a geändert wird, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der Antriebsmaschine 17 ist ein Rotationssensor 41 vorgesehen, der konfiguriert ist für die Detektion einer Drehzahl der Antriebsmaschine 17 (Antriebsmaschinendrehzahl pro Zeiteinheit). Ein Signal, das die durch den Rotationssensor 41 detektierte Drehzahl der Antriebsmaschine 17 (Antriebsmaschinendrehzahl) anzeigt, wird von einer Antriebsmaschinensteuerung C12 erfasst, und eine Hybridsteuerung C2 empfängt das Signal von der Antriebsmaschinensteuerung C12 über ein fahrzeuginternes Netzwerk. Der Rotationssensor 41 detektiert die Antriebsmaschinendrehzahl der Antriebsmaschine 17.
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Eine Antriebswelle 20 der Antriebsmaschine 17 ist direkt oder indirekt mit der Hydraulikpumpe 18 und dem Generatormotor 19 verbunden, und die Hydraulikpumpe 18 und der Generatormotor 19 werden durch den Antrieb der Antriebsmaschine 17 angetrieben. Als hydraulisches Antriebssystem sind ein Betätigungsventil 33, der Ausleger-Hydraulikzylinder 14, der Stiel-Hydraulikzylinder 15, der Löffel-Hydraulikzylinder 16, der rechte Hydraulikfahrmotor 34, der linke Hydraulikfahrmotor 35 etc. vorgesehen. Die Hydraulikpumpe 18 hat die Funktion einer Hydraulikölversorgungsquelle für das hydraulische Antriebssystem und treibt diese Hydraulikvorrichtungen an. Weiterhin ist das Betätigungsventil 33 ein Strömungsrichtungs-Steuerventil, das konfiguriert ist für die Bewegung eines nicht dargestellten Schiebers entsprechend der Betätigungsrichtungen der Bedienhebel 32L, 32R und für die Regulierung der Flussrichtung des Hydrauliköls zu den jeweiligen Hydraulikaktuatoren. Ferner ist das Betätigungsventil 33 konfiguriert für die Zuführung des Hydrauliköls zu dem Hydraulikaktuator, zum Beispiel zu dem Ausleger-Hydraulikzylinder 14, dem Stiel-Hydraulikzylinder 15, dem Löffel-Hydraulikzylinder 16 und dem rechten Hydraulikfahrmotor 34 oder dem linken Hydraulikfahrmotor 35, entsprechend dem Betrag der Betätigung der Bedienhebel 32L, 32R und eines nicht dargestellten Hebels für den Fahrbetrieb. Ferner kann die Ausgangsleistung des Motors 17 über eine PTO (power take off shaft = Zapfwelle) auf die Hydraulikpumpe 18 oder den Generatormotor 19 übertragen werden. Es ist zu beachten, dass der Pumpdruck des von der Hydraulikpumpe 18 geförderten Hydrauliköls durch einen Drucksensor 61 detektiert wird und von sonstigen Steuerungen C1 empfangen wird. Es ist zu beachten, dass die sonstigen Steuerungen C1 außer der Hybridsteuerung C2 Steuerungen wie eine Pumpensteuerung C11 und die Antriebsmaschinensteuerung C12 einschließen.
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Ein elektrisches Antriebssystem enthält einen ersten Inverter 21, der über ein Stromkabel mit dem Generatormotor 19 verbunden ist, einen zweiten Inverter 22, der über einen Kabelbaum mit dem ersten Inverter 21 verbunden ist, einen Transformator 26, der als Transformator über einen Kabelbaum zwischen den ersten Inverter 21 und den zweiten Inverter 22 geschaltet ist, einen Kondensator 25, der über ein Schütz 27 (elektromagnetisches Schütz) mit dem Transformator 26 verbunden ist, den Schwenkmotor 23, der über ein Stromkabel mit dem zweiten Inverter 22 verbunden ist, usw. Es ist zu beachten, dass das Schütz 27 einen Stromkreis zwischen dem Kondensator 25 und dem Transformator 26 normalerweise schließt, um einen stromführenden Zustand herzustellen. Andererseits bestimmt die Hybridsteuerung C2 die Notwendigkeit des Öffnens des Stromkreises abhängig von der Detektion eines Kriechverlustes und dergleichen. Wenn eine solche Bestimmung vorliegt, wird an das Schütz 27 ein Befehlssignal für die Änderung des stromführenden Zustands in den stromlosen Zustand ausgegeben. Ferner öffnet das Schütz 27, das das Befehlssignal von der Hybridsteuerung C2 empfangen hat, den Stromkreis.
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Der Schwenkmotor 23 ist mit dem Schwenkmechanismus 24 mechanisch verbunden, wie vorstehend beschrieben. Zumindest die durch den Generatormotor 19 erzeugte Energie oder zumindest die in dem Kondensator 25 gespeicherte Energie wird die Energiequelle des Schwenkmotors 23, der den oberen Drehkörper 5 über den Schwenkmechanismus 24 schwenkt. Insbesondere beschleunigt der Schwenkmotor 23 die Schwenkbewegung des oberen Drehkörpers 5 durch einen Leistungsbetrieb mit der Energie, die zumindest von dem Generatormotor 19 oder zumindest von dem Kondensator 25 bereitgestellt wird. Ferner arbeitet der Schwenkmotor 23 im Regenerativbetrieb, während die Schwenkbewegung des oberen Drehkörpers 5 verzögert wird, und liefert (lädt) die durch den Regenerativbetrieb erzeugte Energie (regenerative Energie) an (in) den Kondensator 25 oder leitet die Abtriebsleistung der Welle über den Generatormotor 19 zurück zur Antriebsmaschine 17. Es ist zu beachten, dass der Schwenkmotor 23 mit einem Rotationssensor 55 ausgestattet ist, der konfiguriert ist für die Detektion der Drehzahl des Schwenkmotors 23 (Schwenkmotordrehzahl). Der Rotationssensor 55 kann die Drehzahl des Schwenkmotors 23 zum Zeitpunkt des Leistungsbetriebs (Schwenkbeschleunigung) oder zum Zeitpunkt des Regenerativbetriebs (Schwenkverzögerung) messen. Ein Signal, das die durch den Rotationssensor 55 gemessene Drehzahl anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen. Als Rotationssensor 55 kann zum Beispiel ein Drehmelder verwendet werden.
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Der Generatormotor 19 liefert (lädt) die erzeugte Energie an (in) den Kondensator 25 und versorgt abhängig von der Situation auch den Schwenkmotor 23 mit Energie. Als Generatormotor 19 wird zum Beispiel ein SR-Motor (Switched Reluctance Motor = geschalteter Reluktanzmotor) verwendet. Es ist zu beachten, dass bei Verwendung eines Synchronmotors mit einem Permanentmagnet anstelle des SR-Motors der Synchronmotor auch die Funktion der Energieversorgung des Kondensators 25 oder des Schwenkmotors 23 ausüben kann. Falls der SR-Motor als Generatormotor 19 verwendet wird, schafft dies einen Kostenvorteil, da in dem SR-Motor kein Permanentmagnet verwendet wird, der ein teures Seltenmetall enthält. Der Generatormotor 19 hat eine Rotorwelle, die mit der Antriebswelle 20 der Antriebsmaschine 17 mechanisch verbunden ist. Bei dieser Konfiguration wird die Rotorwelle des Generatormotors 19 durch den Antrieb der Antriebsmaschine 17 gedreht, wodurch der Generatormotor 19 die Energie erzeugt. Ferner ist ein Rotationssensor 54 an der Rotorwelle des Generatormotors 19 befestigt. Der Rotationssensor 54 misst eine Drehzahl des Generatormotors 19 (Generatormotordrehzahl), und ein Signal, das eine durch den Rotationssensor 54 gemessene Generatormotordrehzahl anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen. Als Rotationssensor 54 kann zum Beispiel ein Drehmelder verwendet werden.
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Der Transformator 26 ist zwischen dem Kondensator 25 und sowohl dem Generatormotor 19 als auch dem Schwenkmotor 23 angeordnet. Der Transformator 26 erhöht optional die Spannung des Stroms (in dem Kondensator 25 gespeicherte elektrische Ladung), der über den ersten Inverter 21 und den zweiten Inverter 22 zu dem Generatormotor 19 geleitet wird. Die Spannungserhöhung wird an späterer Stelle erläutert. Die erhöhte Spannung wird an dem Schwenkmotor 23 angelegt, wenn der Schwenkmotor 23 zum Arbeiten im Leistungsbetrieb veranlasst wird (Schwenkbeschleunigung), und wird an dem Generatormotor 19 angelegt, wenn die Leistung der Antriebsmaschine 12 unterstützt wird. Es ist zu beachten, dass der Transformator 26 über eine Funktion verfügt zum Absenken (Herunterstufen) der Spannung auf 1/2, wenn der Kondensator 25 mit der durch den Generatormotor 19 oder den Schwenkmotor 23 erzeugten Energie geladen wird. Ein Transformator-Temperatursensor 50, der für die Detektion einer Temperatur des Transformators 26 konfiguriert ist, ist an dem Transformator 26 befestigt. Ein Signal, das die durch den Transformator-Temperatursensor 50 gemessene Transformatortemperatur anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen. Ferner ist ein Spannungsdetektionssensor 53 an dem Kabelbaum zwischen dem Transformator 26 und sowohl dem ersten Inverter 21 als auch dem zweiten Inverter 22 befestigt, um die Höhe der durch den Transformator 26 erhöhten Spannung oder die Höhe der Spannung des Stroms, der durch die Regeneration des Schwenkmotors 23 erzeugt wird, zu messen. Ein Signal, das die durch den Spannungsdetektionssensor 53 gemessene Spannung anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen.
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Gemäß vorliegender Ausführungsform hat der Transformator 26 die Funktion, den empfangenen Gleichstrom zu erhöhen oder zu verringern und diesen als den Gleichstrom auszugeben. Der Transformator 26 ist nicht auf einen speziellen Typ beschränkt, solange er über die vorstehend beschriebenen Funktionen verfügt. Gemäß vorliegender Ausführungsform wird zum Beispiel ein Transformator verwendet, der als übertragergekoppelter Transformator bezeichnet wird, bei dem der Transformator und zwei Inverter mit dem Transformator 26 kombiniert sind. Abgesehen von dem vorgenannten Transformator kann als Transformator 26 auch ein DC-DC-Wandler verwendet werden. Es folgt nunmehr eine kurze Erläuterung des übertragergekoppelten Transformators.
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3 zeigt in einem Diagramm als Transformator den übertragergekoppelten Transformator. Wie in 3 gezeigt ist, sind der erste Inverter 21 und der zweite Inverter 22 über eine positive Elektrodenleitung 60 und eine negative Elektrodenleitung 61 verbunden. Der Transformator 26 ist zwischen die positive Elektrodenleitung 60 und die negative Elektrodenleitung 61 geschaltet. Der Transformator 26 arbeitet mit einer AC-(Wechselstrom)-Verbindung unter Verwendung eines Transformators 64 zwischen den beiden Invertern: einem niederdruckseitigen Inverter 62, nämlich einem primärseitigen Inverter mit einem hochdruckseitigen Inverter 63, nämlich einem sekundären Inverter. Dadurch ist der Transformator 26 der übertragergekoppelte Transformator. In der folgenden Beschreibung ist zu beachten, dass ein Wicklungsverhältnis zwischen einer niederdruckseitigen Spule 65 und einer hochdruckseitigen Spule 66 des Transformators auf eins zu eins festgelegt ist.
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Der niederdruckseitige Inverter 62 und der hochdruckseitige Inverter 63 sind elektrisch in Reihe geschaltet, so dass eine positive Elektrode des niederdruckseitigen Inverters 62 und eine negative Elektrode des hochdruckseitigen Inverters 63 additive Polarität aufweisen. Mit anderen Worten: der Transformator 26 ist parallelgeschaltet, so dass er die gleiche Polarität wie der erste Inverter 21 hat.
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Der niederdruckseitige Inverter 62 enthält: vier IGBTSs (Isolated Gate Bipolar Transistor = Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) 71, 72, 73, 74, die mit der niederdruckseitigen Spule 65 des Transformators 64 über eine Brückenschaltung verbunden sind; und Dioden 75, 76, 77, 78, die mit den IGBTs jeweils parallelgeschaltet sind und entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Die Brückenschaltung, auf die hier Bezug genommen wird, zeigt eine Konfiguration, bei welcher ein Ende der niederdruckseitigen Spule 65 mit einem Emitter des IGBT 71 und einem Kollektor des IGBT 72 verbunden ist und das andere Ende mit einem Emitter des IGBT 73 und einem Kollektor des IGBT 74 verbunden ist. Die IGBTs 71, 72, 73, 74 werden aktiviert, indem Schaltsignale an den Gates angelegt werden und Strom von den Kollektoren zu den Emittern fließt.
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Ein positiver Elektrodenanschluss 25a des Kondensators 25 ist über eine positive Elektrodenleitung 91 mit dem Kollektor des IGBT 71 verbunden. Der Emitter des IGBT 71 ist mit dem Kollektor des IGBT 72 elektrisch verbunden. Der Emitter des IGBT 72 ist über eine negative Elektrodenleitung 92 mit einem negativen Elektrodenanschluss 25b des Kondensators 25 elektrisch verbunden. Die negative Elektrodenleitung 92 ist mit der negativen Elektrodenleitung 61 verbunden.
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In der gleichen Weise ist der positive Elektrodenanschluss 25a des Kondensators 25 über die positive Elektrodenleitung 91 mit dem Kollektor des IGBT 73 elektrisch verbunden. Der Emitter des IGBT 73 ist mit dem Kollektor des IGBT 74 elektrisch verbunden. Der Emitter des IGBT 74 ist über die negative Elektrodenleitung 92 mit dem negativen Elektrodenanschluss 25b des Kondensators 25 verbunden.
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Der Emitter des IGBT 71 (Anode der Diode 75) und der Kollektor des IGBT 72 (Kathode der Diode 76) sind mit einem Anschluss der niederdruckseitigen Spule 65 des Transformators 64 verbunden, und auch der Emitter des IGBT 73 (Anode der Diode 77) und der Kollektor des IGBT 74 (Kathode der Diode 78) sind mit dem anderen Anschluss der niederdruckseitigen Spule 65 des Transformators 64 verbunden.
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Der hochdruckseitige Inverter 63 enthält: vier IGBTs 81, 82, 83, 84, die über eine Brückenschaltung mit der hochdruckseitigen Spule 66 des Transformators 64 verbunden sind; und Dioden 85, 86, 87, 88, die mit den IGBTs 81, 82, 83, 84 jeweils parallelgeschaltet sind und entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Die Brückenschaltung, auf die hier Bezug genommen wird, hat eine Konfiguration, bei der ein Ende der hochdruckseitigen Spule 66 mit einem Emitter des IGBT 81 und einem Kollektor des IGBT 82 verbunden ist und das andere Ende mit einem Emitter des IGBT 83 und einem Kollektor des IGBT 84 verbunden ist. Die IGBTs 81, 82, 83, 84 werden aktiviert, indem Schaltsignale an Gates angelegt werden und Strom von den Kollektoren zu den Emittern fließt.
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Die Kollektoren der IGBTs 81, 83 sind über eine positive Elektrodenleitung 93 mit der positiven Elektrodenleitung 60 des ersten Inverters 21 elektrisch verbunden. Der Emitter des IGBT 81 ist mit dem Kollektor des IGBT 82 elektrisch verbunden. Der Emitter des IGBT 83 ist mit dem Kollektor des IGBT 84 elektrisch verbunden. Die Emitter der IGBTs 82, 84 sind mit der positiven Elektrodenleitung 91, nämlich den Kollektoren der IGBTs 71, 73, des niederdruckseitigen Inverters 62 elektrisch verbunden.
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Der Emitter des IGBT 81 (Anode der Diode 85) und der Kollektor des IGBT 82 (Kathode der Diode 86) sind mit einem Anschluss der hochdruckseitigen Spule 66 des Transformators 64 elektrisch verbunden, und auch der Emitter des IGBT 83 (Kollektor der Diode 87) und der Kollektor des IGBT 84 (Kathode der Diode 88) sind mit dem anderen Anschluss der hochdruckseitigen Spule 66 des Transformators 64 elektrisch verbunden.
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Ein Kondensator 67 ist elektrisch zwischen die positive Elektrodenleitung 61, die mit den Kollektoren der IGBTs 81, 83 verbunden ist, und die positive Elektrodenleitung 91, die mit den Emittern der IGBTs 82, 84 verbunden ist, geschaltet. Der Kondensator 67 dient zum Absorbieren von Brummstrom. Der zum Absorbieren von Brummstrom verwendete Kondensator 67 kann mit der Kollektorseite des IGBT 71 und mit der Emitterseite des IGBT 72 verbunden sein.
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Der Wandler 64 hat eine Streuinduktivität mit einem konstanten Wert L. Die Streuinduktivität lässt sich erzielen, indem ein Spalt zwischen der niederdruckseitigen Spule 65 und der hochdruckseitigen Spule 66 des Transformators 64 eingestellt wird. In 3 ist die Streuinduktivität geteilt, so dass der Induktivitätswert an der niederdruckseitigen Spule L/2 wird und der an der hochdruckseitigen Spule 66 L/2 wird.
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Der vorstehend beschriebene Transformator-Temperatursensor 50 ist jeweils an der niederdruckseitigen Spule 65 und an der hochdruckseitigen Spule 66, die in dem Transformator 64 enthalten sind, und jeweils auch an den IGBTs 71, 72, 73, 74 des niederdruckseitigen Inverters 62 und jeweils an den IGBTs des hochdruckseitigen Inverters 63 befestigt.
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Durch die selektive Ansteuerung der IGBTs 71 bis 74 und 81 bis 84 empfängt der Transformator 26 Strom von dem Kondensator 25, der in die niederdruckseitige Spule 65 als Eingangsseite eingeleitet wird. Eine Ausgangsseite nach der Erhöhung wird auf einen Zustand mit additiver Polarität eingestellt, die durch den Ausgang der niederdruckseitigen Spule 65 und den Ausgang der Hochdruckseite 66 gebildet wird. Der Ausgangsstrom der Ausgangsseite nach der Erhöhung wird zu den Seiten des ersten Inverters 21 und zweiten Inverters 22 geleitet. Auf diese Weise erfolgt eine Erhöhung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite. An dieser Stelle wird die Windungszahl der Spule auf der Niederdruckseite als Spulenwindungszahl auf der Eingangsseite festgelegt, und die Windungszahl, die sich durch eine Addition der Spulenwindungszahl auf der Niederdruckseite mit der Spulenwindungszahl auf der Hochdruckseite ergibt, wird als Spulenwindungszahl auf der Ausgangsseite festgelegt, wodurch ein Windungszahlverhältnis zwischen der Windungszahl auf der Eingangsseite und der Windungszahl auf der Ausgangsseite erhalten wird. Wenn das Windungszahlverhältnis das gleiche wird wie ein Erhöhungsverhältnis, wird der Verlust zum Zeitpunkt der Transformation am niedrigsten.
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Die Stromsteuerung für den Generatormotor 19 und den Schwenkmotor 23 erfolgt jeweils unter Steuerung der Hybridsteuerung C2 durch den ersten Inverter 21 und den zweiten Inverter 22. Ein Amperemesser 52 ist an dem zweiten Inverter 22 vorgesehen, um die Höhe eines in den zweiten Inverter 22 eingespeisten Gleichstroms zu messen. Ein Wert des Stroms, der in dem zweiten Inverter 22 fließt, kann auch auf der Basis einer Drehzahl und eines Drehmoment-Befehlswerts des Schwenkmotors 23 und eines geschätzten Umwandlungswirkungsgrads an dem Inverter ohne die Verwendung eines Amperemessers berechnet werden. Ein Signal, das den durch den Amperemesser 52 detektierten Strom anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen. Eine in dem Kondensator 25 gespeicherte Energiemenge (Lademenge oder Kapazität) kann unter Verwendung der Spannungshöhe als Index gesteuert werden. Ein Spannungssensor 28 ist an einem vorgegebenen Ausgangsanschluss des Kondensators vorgesehen, um die Höhe der Spannung der in dem Kondensator 25 gespeicherten Energie zu detektieren. Ein Signal, das die durch den Spannungssensor 28 detektierte Spannung des Kondensators anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen. Die Hybridsteuerung C2 überwacht die Lademenge (Strommenge (Lademenge oder Kapazität)) des Kondensators 25 und verwaltet die Energie, indem sie beispielsweise die durch den Generatormotor 19 erzeugte Energie in den Kondensator 25 speist (lädt) oder den Schwenkmotor 23 versorgt (Energieversorgung für den Leistungsbetrieb).
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Gemäß vorliegender Ausführungsform wird als Kondensator 25 zum Beispiel ein elektrischer Zweischichtkondensator verwendet. Anstelle des Kondensators 25 kann auch eine Speicherbatterie verwendet werden, die die Funktion einer weiteren Sekundärbatterie hat, zum Beispiel eine Lithium-Eisen-Zelle und Nickel-Wasserstoff-Zelle. Ferner wird als Schwenkmotor 23 ein Permanentmagnet-Synchronmotor verwendet, wobei der Schwenkmotor nicht auf letzteren beschränkt ist. Ein Kondensator-Temperatursensor 51, der für die Detektion einer Temperatur des Kondensators 25 als Speicherbatterie konfiguriert ist, ist an dem Kondensator 25 befestigt. Ein Signal, das die durch den Kondensator-Temperatursensor 51 gemessene Kondensatortemperatur anzeigt, wird von der Hybridsteuerung C2 empfangen.
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Das hydraulische Antriebssystem und das elektrische Antriebssystem werden in Abhängigkeit von der Betätigung der Bedienhebel 32L, 32R, zum Beispiel eines Hebels für die Arbeitseinheit und eines Hebels für den Schwenkbetrieb, die in dem auf dem Fahrzeugkörper 2 angeordneten Bedienerraum vorgesehen sind, angesteuert. Eine vertikale Bewegung des Auslegers und eine Aushub- oder Abladebewegung des Löffels werden in Abhängigkeit einer Betätigung des Bedienhebels 32R nach vorne, nach hinten, nach rechts oder nach links ausgeführt, und eine Schwenkbewegung zur Seite und eine Aushub- oder Abladebewegung des Stiels werden in Abhängigkeit einer Betätigung des Bedienhebels 32L nach vorne, nach hinten, nach rechts und nach links ausgeführt. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Hebeln sind der rechte und der linke Fahrhebel vorgesehen. Wenn ein Bediener des Hybridbaggers 1 den Bedienhebel 32L (Hebel für den Schwenkbetrieb) als Betätigungseinheit für das Schwenken des oberen Drehkörpers 5 betätigt, werden eine Betätigungsrichtung und ein Betätigungsbetrag des Hebels für den Schwenkbetrieb durch ein Potentiometer, einen Pilotdrucksensor oder dergleichen detektiert, und der detektierte Betätigungsbetrag wird als elektrisches Signal zu sonstigen Steuerungen C1 und auch zur Hybridsteuerung C2 übertragen.
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Wird der andere Bedienhebel betätigt, wird in der gleichen Weise ein elektrisches Signal zu sonstigen Steuerungen C1 und zur Hybridsteuerung C2 übertragen. Die sonstigen Steuerungen C1 und die Hybridsteuerung C2 steuern den zweiten Inverter 22, den Transformator 26 und den ersten Inverter 21 entsprechend der Betätigungsrichtung und dem Betätigungsbetrag des Hebels für den Schwenkbetrieb oder entsprechend der Betätigungsrichtung und dem Betätigungsbetrag des anderen Bedienhebels, um eine Leistungsübertragungssteuerung (Energieverwaltung), zum Beispiel eine Drehung des Schwenkmotors (Leistungsbetrieb und Regenerationsbetrieb), eine Elektroenergieverwaltung für den Kondensator 25 (Lade- oder Entladesteuerung) und eine Elektroenergieverwaltung für den Generatormotor 19 (Unterstützung bei der Energieerzeugung oder der Leistungsabgabe der Antriebsmaschine und im Leistungsbetrieb des Schwenkmotors 23) durchzuführen.
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Eine Überwachungsvorrichtung 30 und ein Schlüsselschalter 31 sind zusätzlich zu den Bedienhebeln 32L, 32R in dem Bedienerraum 6 vorgesehen. Die Überwachungsvorrichtung 30 wird durch ein Flüssigkristallpanel, einen Bedienknopf usw. gebildet. Ferner kann die Überwachungsvorrichtung 30 auch ein Touchpanel sein, in welchem eine Displayfunktion des Flüssigkristallpanels und eine Funktion für die Eingabe von verschiedenen Arten von Informationen mit dem Bedienknopf integriert sind. Die Überwachungsvorrichtung 30 ist eine Informations-Eingabe-/Ausgabevorrichtung mit einer Mitteilungsfunktion, um den Bediener oder einen Servicetechniker über die Betriebszustände des Hybridbaggers 1 (Wassertemperatur der Antriebsmaschine, Ausfälle in Hydraulikvorrichtungen etc. oder Restkraftstoffmenge usw.) zu informieren, und mit einer Einstellfunktion, damit ein Bediener gewünschte Einstellungen oder Befehlsausgaben (Einstellung des Leistungsniveaus der Antriebsmaschine, Einstellung der Drehzahlhöhe oder der Höhe der Fahrgeschwindigkeit etc. oder, wie später beschrieben, den Befehl an den Kondensator, Ladung abzugeben) bezüglich des Hydraulikbaggers 1 vornehmen kann.
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Eine Drosselwählscheibe 56 ist ein Schalter zum Einstellen einer Kraftstoffzuführmenge zur Antriebsmaschine 17, wobei ein Einstellwert der Drosselwählscheibe 56 in ein elektrisches Signal umgewandelt und an sonstige Steuerungen C1 ausgegeben wird.
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Der Schlüsselschalter 31 hat als Hauptkomponente einen Schlüsselzylinder. Der Schlüsselschalter 31 ist konfiguriert für das Starten eines Starters (Anlassermotor der Antriebsmaschine), der mit der Antriebsmaschine 17 verbunden ist, und für den Antrieb der Antriebsmaschine (Antriebsmaschinenstart) durch das Einführen des Schlüssels in den Schlüsselzylinder und das Herumdrehen des Schlüssels. Ferner ist der Schlüsselschalter 31 konfiguriert für die Ausgabe eines Befehls zum Stoppen der Antriebsmaschine (Antriebsmaschinenstopp), indem der Schlüssel während des Antriebs der Antriebsmaschine in die zur Anlassrichtung entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Mit anderen Worten: der Schlüsselschalter 31 ist eine Befehlsausgabeeinheit, die konfiguriert ist für die Ausgabe des Befehls an die Antriebsmaschine 17 und an verschiedene elektrische Einrichtungen des Hybridbaggers 1.
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Wenn der Schlüssel gedreht wird (bzw. in eine später beschriebene AUS-Position gebracht wird), um die Antriebsmaschine 17 zu stoppen, werden die Kraftstoffzufuhr zur Antriebsmaschine 17 und die Stromzufuhr (Energieversorgung) zu den verschiedenen Arten von elektrischen Einrichtungen aus einer nicht dargestellten Batterie unterbrochen, wodurch die Antriebsmaschine gestoppt wird. Wird der Schlüssel in die AUS-Position gedreht, unterbricht der Schlüsselschalter 31 die Energieversorgung der verschiedenen Arten von elektrischen Einrichtungen aus der nicht dargestellten Batterie. Wird der Schlüsselschalter 31 in eine AN-Position gedreht, versorgt der Schlüsselschalter die verschiedenen elektrischen Einrichtungen mit Strom aus der Batterie. Wird der Schlüssel von der AN-Position in die START-Position (ST) gedreht, kann die Antriebsmaschine durch den Start des Anlassermotors gestartet werden. Nach dem Starten der Antriebsmaschine 17 bleibt der Schlüssel in der Drehstellung der AN-Position, während die Antriebsmaschine 17 angetrieben wird.
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Es ist zu beachten, dass anstelle des Schlüsselschalters 31 mit dem Schlüsselzylinder als Hauptkomponente eine andere Befehlsausgabeeinheit verwendet werden kann, zum Beispiel ein Drucktastenschalter. Insbesondere kann ein Drucktastenschalter über Funktionen verfügen zum Ändern des Zustands in AN, wenn der Knopf bei gestoppter Antriebsmaschine 17 einmal gedrückt wird, und zum Ändern des Zustands in START (ST), wenn der Knopf erneut gedrückt wird, und ferner zum Ändern des Zustands in AUS, wenn der Knopf bei laufender Antriebsmaschine 17 gedrückt wird. Ferner wird der Zustand von dem AUS in START (ST) geändert, so dass die Antriebsmaschine 17 gestartet werden kann, wenn der Knopf bei gestoppter Antriebsmaschine 17 für eine vorgegebene Dauer gedrückt wird.
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Die sonstigen Steuerungen C1 steuern die Antriebsmaschine 17 und die Hydraulikpumpe 18 auf der Basis eines Befehlssignals, das von der Überwachungsvorrichtung 30 ausgegeben wird, eines Befehlssignals, das in Reaktion auf die Schlüsselposition des Schlüsselschalters 31 ausgegeben wird, und eines Befehlssignals, das in Reaktion auf die Betätigung der Bedienhebel 32L, 32R ausgegeben wird (Signal, das den vorstehend beschriebenen Betätigungsbetrag und die Betätigungsrichtung anzeigt). Die Antriebsmaschine 17 wird hauptsächlich durch die Antriebsmaschinensteuerung C12 innerhalb der sonstigen Steuerungen C1 gesteuert. Ferner wird die Hydraulikpumpe 18 hauptsächlich durch die Pumpensteuerung C11 innerhalb der sonstigen Steuerungen C1 gesteuert. Die Antriebsmaschine 17 ist eine Antriebsmaschine, die geeignet ist für die Durchführung einer elektrischen Steuerung mit einem Common Rail-Kraftstoffinjektor 40. Die Antriebsmaschine 17 kann eine Soll-Antriebsleistung erreichen, indem eine Kraftstoffeinspritzmenge mit den sonstigen Steuerungen C1 in geeigneter Weise gesteuert wird, und der Antrieb kann erfolgen, indem eine Drehzahl und ein Drehmoment der Antriebsmaschine eingestellt werden, die/das entsprechend einem Lastzustand des Hybridbaggers 1 ausgegeben wird.
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Die Hybridsteuerung C2 steuert den Energietransfer mit dem Generatormotor 19, dem Schwenkmotor 23 und dem Kondensator 25 durch eine Steuerung des ersten Inverters 21, des zweiten Inverters 22 und des Transformators 26 unter einer Koordinationssteuerung mit den sonstigen Steuerungen C1, wie vorstehend beschrieben. Ferner erfasst die Hybridsteuerung C2 Detektionswerte durch verschiedene Arten von Sensoren, zum Beispiel durch den Spannungssensor 28, den Transformator-Temperatursensor 50 und den Kondensator-Temperatursensor 51, und steuert die Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis der Detektionswerte.
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Die Hybridsteuerung C2 enthält eine Generierungs-Steuereinheit C21 und eine Unterstützungs-Steuereinheit C22. Die Generierungs-Steuereinheit C21 steuert die Energieerzeugung durch den Generatormotor 19. Ferner führt die Unterstützungs-Steuereinheit C22 eine Steuerung der Antriebsmaschinenunterstützung durch den Generatormotor 19 durch.
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(Unterstützungssteuerung)
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Die Steuerung der Antriebsmaschinenunterstützung durch den Generatormotor 19 wird vorliegend hauptsächlich mit Bezug auf 4 erläutert. In 4 ist eine Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit C13 in der Pumpensteuerung C11 innerhalb der sonstigen Steuerungen C1 enthalten. In der Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit C13 berechnet eine Einheit 101 zum Berechnen einer ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl eine erste Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 auf der Basis eines Hebelwertsignals D11, welches eine Summe eines Betätigungswerts des Hebels für den Schwenkbetrieb, des Auslegerhebels, des Stielhebels, des Löffelhebels, des rechten Fahrhebels, des linken Fahrhebels durch die Bedienhebel 32L, 32R ist, und eines Drosselwerts D12 durch die Drosselwählscheibe 56. Die erste Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 entspricht der Absicht des Bedieners. Ferner berechnet eine Einheit 102 zum Berechnen einer zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl eine zweite Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 auf der Basis eines Pumpendrucks D13, einer Antriebsmaschinenlast D14, einer Generatorleistung D15 und einer Schwenkleistung D22. Die zweite Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 wird entsprechend der Leistung der Antriebsmaschine 17 und des Generatormotors 19, einer Last der Hydraulikpumpe 18 und einer Schwenkleistung bestimmt. Es ist zu beachten, dass die Antriebsmaschinenlast D14 auf der Basis der Drehzahl und des Drehmoments der Antriebsmaschine, die/das anhand der Kraftstoffeinspritzmenge, der Antriebsmaschinendrehzahl, der Atmosphärentemperatur etc. geschätzt wird, berechnet und ausgegeben wird. Vorliegend wird das Antriebsmaschinendrehmoment durch einen Drehmomentsensor tatsächlich berechnet. Ferner können die Einheit 101 zum Berechnen einer ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und die Einheit 102 zum Berechnen einer zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl zu einer Berechnungseinheit zum Berechnen einer Antriebsmaschinen-Solldrehzahl zusammengefasst sein. Eine Last der Hydraulikpumpe 13 wird anhand des Pumpendrucks geschätzt, oder es wird das Drehmoment ermittelt, sofern dies notwendig ist, indem der Pumpendruck mit einem Taumelscheibenwinkel einer hydraulischen Verstellpumpe multipliziert wird.
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Falls die Einheit 101 zum Berechnen einer ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl und die Einheit 102 zum Berechnen einer zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl zu einer Berechnungseinheit zum Berechnen einer Antriebsmaschinen-Solldrehzahl zusammengefasst sind, kann nur die Einheit 102 zum Berechnen der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl vorgesehen sein, und die Einheit 102 zum Berechnen der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl kann konfiguriert sein für die Berechnung und die Ausgabe der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 lediglich auf der Basis der Antriebsmaschinenlast D14, die zumindest eine interne Last ist, und der Generatorleistung D15. Vorzugsweise berechnet die Einheit 102 zum Berechnen der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl auch in diesem Fall die zweite Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 auf der Basis des Pumpendrucks D13, welcher eine externe Last ist, und der Schwenkleistung D22, und gibt diese aus. Wie in 4 gezeigt ist, ist ferner die Einheit 101 zum Berechnen der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl vorgesehen und berechnet vorzugsweise die erste Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 auf der Basis des Hebelwertsignals D11, das der Absicht des Bedieners entspricht, und des Drosselwerts D12 und gibt diese aus.
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Eine erste Maximalwert-Auswahleinheit 103 wählt als eine die Antriebsmaschine steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D4 von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1, der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 und einer für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl D3, die von der Generierungs-Steuereinheit C21 ausgegeben wird, eine maximale Antriebsmaschinendrehzahl und gibt die die Antriebsmaschine steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D4 an die Antriebsmaschinensteuerung C12 aus. Die Antriebsmaschinensteuerung C12 steuert die Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass die empfangene Antriebsmaschinendrehzahl D4 erreicht wird.
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Eine zweite Maximalwert-Auswahleinheit 104 gibt andererseits als eine den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 eine maximale Antriebsmaschinendrehzahl aus, um die Steuereinheit C22 der Hybridsteuerung C2 zu unterstützen. Falls eine Abweichung zwischen einer durch den Rotationssensor 54 gemessenen Generatormotordrehzahl D25 und der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5, die von der Pumpensteuerung C11 erhalten wird, ein vorgegebener Wert Δω oder größer ist, erfolgt durch die Unterstützungssteuereinheit C22 eine Steuerung zur Durchführung der Antriebsmaschinenunterstützung.
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Die Generierungs-Steuereinheit C21 erfasst die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3, welche eine Antriebsmaschinen-Mindestdrehzahl für die Sicherstellung der Generierungsenergie des Kondensators 25 ist, auf der Basis: der durch den Spannungssensor 28 detektierten Kondensatorspannung D21; der Schwenkleistung D22, die anhand des durch den Amperemesser 52 detektierten Stroms und einer durch den Spannungsdetektionssensor 53 detektierten Spannung ermittelt wird; einer durch den Transformator-Temperatursensor 50 detektierten Transformatortemperatur D23; einer durch den Kondensator-Temperatursensor 51 detektierten Kondensatortemperatur D24; und der Generatormotordrehzahl D25 und gibt die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 an die erste Maximalwert-Auswahleinheit 103 aus.
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Gemäß der einschlägigen Technik wird die die Antriebsmaschine steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D4, die von der ersten Maximalwert-Auswahleinheit 103 ausgegeben wird, als die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl an die Unterstützungs-Steuereinheit C22 ausgegeben. Deshalb wird bei einer abnehmenden Kondensatorspannung des Kondensators 25 eine den Generator steuernde hohe Antriebsmaschinen-Solldrehzahl ausgegeben, damit die notwendige Generierungsenergie sichergestellt werden kann. Die Unterstützungs-Steuereinheit C22 führt dann aufgrund der Tatsache, dass die Abweichung zwischen der Generatormotordrehzahl D25 und der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl den vorgegeben Wert Δω oder einen höheren Wert erreicht, eine Antriebsmaschinenunterstützung durch, um zu veranlassen, dass der Generatormotor 19 als Motor wirkt. Durch diese Antriebsmaschinenunterstützung nimmt die Kondensatorspannung jedoch weiter ab. Diese weitere Abnahme der Kondensatorspannung erhöht den Eingangs-/Ausgangsstrom bezüglich des Transformators 26 und vergrößert auch den Trafoverlust, da ein Spannungswert von einem für den Transformator 26 vorab festgelegten optimalen Einstellwert für die Spannungswandlung abweicht. Folglich verschlechtert sich die Wärmebilanz des Transformators 26. Ferner verringert die Abnahme der Kondensatorspannung die Lade-/Entladeleistung des Kondensators zum Zeitpunkt des Ladens/Entladens. Dies führt zu einer durch den Ladeverlust bedingten Verschlechterung der Wärmebilanz.
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Dagegen erfolgt die Steuerung gemäß vorliegender Ausführungsform unter Berücksichtigung der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl D3 als die die Antriebsmaschine steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D4 und nicht unter Berücksichtigung der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl D3 der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5. Das Ergebnis ist, dass im Fall einer Abnahme der Kondensatorspannung des Kondensators 25 die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 keinen hohen Wert erreicht, obwohl die für den Generator erforderlichen minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 mit einem hohen Wert ausgegeben wird, um die notwendige Generierungsenergie sicherzustellen. Aus diesem Grund führt die Unterstützungs-Steuereinheit C22 keine Antriebsmaschinenunterstützung durch, weil die Abweichung zwischen der Generatormotordrehzahl D25 und der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl nicht den vorgegebenen Wert Δω oder einen höheren Wert erreicht. Dadurch kann die Unterstützungssteuerung unter Vermeidung einer Verschlechterung der Wärmebilanz des Transformators 26 durchgeführt werden. Mit anderen Worten: eine unnütze Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung, die gegebenenfalls die Wärmebilanz des Transformators 26 verschlechtert, wird nicht durchgeführt.
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5 ist ein Zeitdiagramm, das eine spezielle Unterstützungssteuerung darstellt. Die Kurven L1 bis L5 geben jeweils Änderungen der Kondensatorsteuerung D21, der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl D3, der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5, der Antriebsmaschinen-Istdrehzahl und der Generatorleistung D15 an. Ferner gibt eine gestrichelt dargestellte Kurve L11 Änderungen der Kondensatorspannung D21 gemäß vorliegender Erfindung an. Zusätzlich gibt eine gestrichelt dargestellte Kurve L41 Änderungen der Antriebsmaschinen-Istdrehzahl gemäß vorliegender Ausführungsform an. Darüber hinaus gibt eine Kurve L51 Änderungen der Generatorleistung D15 an. Wenn die Generatorleistung D15 negativ ist, führt der Generatormotor 19 einen Generierungsvorgang durch, und wenn die Generatorleistung D15 positiv ist, führt der Generatormotor 15 einen Unterstützungsvorgang durch.
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In 5 übersteigt die für den Generator erforderlichen minimale Antriebsmaschinendrehzahl L2 gemäß der einschlägigen Technik an dem Zeitpunkt t1 die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl L3, und es wird unmittelbar nach dem Zeitpunkt t1, an dem die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl L3 um den vorgegebenen Wert Δω oder einen höheren Wert die Antriebsmaschinen-Istdrehzahl L4 (Generatormotordrehzahl D25) übersteigt, eine Motorunterstützung durchgeführt. Die Generatorleistung D15 wird positiv, und die Antriebsmaschinen-Istdrehzahl L4 wird erhöht. Die Kondensatorspannung L1 nimmt durch diese Motorunterstützung ab. Bei der Steuerung gemäß der einschlägigen Technik ist die für den Generator erforderlichen minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3, die die erste Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und die zweite Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 überstiegen hat, in der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 enthalten. Dadurch wird die Antriebsmaschinenunterstützung durchgeführt.
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Dagegen ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die für den Generator erforderlichen minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3, die die erste Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und die zweite Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 überstiegen hat, nicht in der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 in 4 enthalten. Aus diesem Grund übersteigt die für den Generator erforderlichen minimale Antriebsmaschinendrehzahl L2 in 5 die Antriebsmaschinen-Istdrehzahl (Generatormotordrehzahl) nicht um den vorgegebenen Wert Δω oder einen höheren Wert, und die Antriebsmaschinenunterstützung wird auch unmittelbar nach dem Zeitpunkt t1 (siehe Kurve L51) nicht durchgeführt. Deshalb kommt es auch nicht zu einer raschen Erhöhung der Antriebsmaschinen-Istdrehzahl L4 (siehe Kurve L4), und ebenso wenig nimmt die Kondensatorspannung L1 ab (siehe Kurve L11).
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Dass Ergebnis ist, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine unnütze Antriebsmaschinen-Unterstützungssteuerung, durch welche sich die Wärmebilanz des Transformators 26 und des Kondensators 25 verschlechtern könnte, nicht durchgeführt wird, obwohl die für den Generator erforderlichen minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 einen hohen Wert erreicht.
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(Modifiziertes Beispiel einer Unterstützungssteuerung)
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Unterstützungssteuerung wird die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 zum Zeitpunkt der Ausgabe der in der Unterstützungssteuereinheit C22 empfangenen, den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 nicht konstant verwendet. Gemäß dem modifizierten Beispiel wird jedoch die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5, die die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D3 nicht einbezieht, ausgegeben, sofern eine der folgenden Sperrbedingungen erfüllt wird: die Kondensatorspannung D21 übersteigt die vorgegebene Spannung D21th; die Transformatortemperatur D23 übersteigt eine vorgegebene Transformatortemperatur D23th; die Kondensatortemperatur D24 übersteigt eine vorgegebene Kondensatortemperatur D24th; die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 ist höher als die maximale Antriebsmaschinendrehzahl von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl.
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Wie insbesondere in 6 gezeigt ist, kann die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 über einen Schalter SW1 in der zweiten Auswahleinheit 104 empfangen werden, und falls die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 über den Schalter SW1 in der zweiten Maximalwert-Auswahleinheit 104 empfangen wird, gibt die zweite Maximalwert-Auswahleinheit 104 von der für den Generator erforderlichen minimalen Antriebsmaschinendrehzahl D3, der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 die maximale Antriebsmaschinendrehzahl als die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 an die Unterstützungs-Steuereinheit C22 aus. Falls andererseits der Schalter SW1 deaktiviert ist und die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 nicht in der zweiten Maximalwert-Auswahleinheit 104 empfangen wird, gibt die zweite Auswahleinheit 104 von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 die maximale Antriebsmaschinendrehzahl als die den Generator steuernde Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5 an die Unterstützungs-Steuereinheit C22 aus. Außerdem enthält eine Ausgabeverarbeitungseinheit 106 den Schalter SW1, eine Verarbeitungseinheit 106 für die Bestimmung einer Sperrbedingung und die zweite Maximalwert-Auswahleinheit 104.
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Der Schalter SW1 wird unter Steuerung der Verarbeitungseinheit 105 für die Bestimmung einer Sperrbedingung aktiviert/deaktiviert. Ein Ablauf der Verarbeitung für die Bestimmung einer Sperrbedingung durch die Verarbeitungseinheit 105 für die Bestimmung einer Sperrbedingung wird nachstehend auf der Basis des Flussdiagramms in 7 erläutert. Es ist zu beachten, dass die Verarbeitung zu jedem vorgegebenen Abtastzeitpunkt erfolgt.
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Zunächst bestimmt die Verarbeitungseinheit 105 für die Bestimmung einer Sperrbedingung, ob die Kondensatorspannung D21 die vorgegebene Spannung D21th übersteigt (Schritt S101). Falls die Kondensatorspannung D21 die vorgegebene Spannung D21th übersteigt (Schritt S101, Ja), wird der Schalter SW1 deaktiviert, und der Prozess endet (Schritt S106).
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Falls die Kondensatorspannung D21 die vorgegebene Spannung D21 nicht übersteigt (Schritt S101, Nein), erfolgt die weitere Bestimmung, ob die Transformatortemperatur D23 die vorgegebene Transformatortemperatur D23th übersteigt (Schritt S102). Falls die Transformatortemperatur D23 die vorgegebene Transformatortemperatur D23th übersteigt (Schritt S102, Ja), wird der Schalter SW1 deaktiviert, und der Prozess endet (Schritt 106).
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Falls die Transformatortemperatur D23 die vorgegebene Transformatortemperatur D23th nicht übersteigt (Schritt S102, Nein), erfolgt weiter die Bestimmung, ob die Kondensatortemperatur D24 die vorgegebene Kondensatortemperatur D24th übersteigt (Schritt S103). Falls die Kondensatortemperatur D24 die vorgegebene Kondensatortemperatur D24th übersteigt (Schritt S103, Ja), wird der Schalter SW1 deaktiviert, und der Prozess endet (Schritt S106).
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Falls die Kondensatortemperatur D24 die vorgegebene Kondensatortemperatur D24th nicht übersteigt (Schritt S103, Nein), erfolgt weiter die Bestimmung, ob die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 die höhere überschreitet (Schritt S104). Falls die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 die höhere überschreitet (Schritt S104, Ja), wird der Schalter SW1 deaktiviert, und der Prozess endet (Schritt S106). Falls die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D2 die höhere hingegen nicht überschreitet (Schritt S104, Nein), wird der Schalter SSW1 aktiviert, und der Prozess endet (Schritt S105).
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Die Verarbeitungseinheit 105 für die Bestimmung einer Sperrbedingung kann jedoch auch konfiguriert sein für die Ausgabe der den Generator steuernden Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D5, in welche die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 nicht einbezogen ist, wenn sämtliche der folgenden Sperrbedingungen erfüllt sind: die Kondensatorspannung D21 übersteigt die vorgegebene Kondensatorspannung D21th; die Transformatortemperatur D23 übersteigt die vorgegebene Transformatortemperatur D23th; die Kondensatortemperatur D24 übersteigt die vorgegebene Kondensatortemperatur D24th; und die für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl D3 ist höher als die maximale Antriebsmaschinendrehzahl von der ersten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl D1 und der zweiten Antriebsmaschinen-Solldrehzahl.
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(Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuerung)
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Gemäß der Antriebsmaschinensteuerung für den Bagger kann ein Fall vorliegen, in dem die Steuerung in einer Weise durchgeführt wird, dass sie einer Statikkurve DL1 folgt, die in dem Antriebsmaschinen-Drehmomentdiagramm von 8 im Verhältnis zur Drehzahl dargestellt ist. Die Statikkurve DL1 verläuft durch einen Schnittpunkt zwischen einer gleichen Pferdestärkenkurve EL, die die Antriebsmaschinen-Sollleistung festlegt, und einer Pumpen-Absorptionsdrehmomentlinie PL1, die die Antriebsmaschinenleistung relativ zu einer Last der Hydraulikpumpe 18 festlegt. Es ist zu beachten, dass eine Kurve TL eine maximale Drehmomentkurve der Antriebsmaschine 17 angibt.
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Dagegen wird in der Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit C13, die in der Pumpensteuerung C11 vorgesehen ist, eine Angleichungsstrecke ML spezifiziert, die vorläufig einen Ziel-Angleichungspunkt festlegt, der einen Bereich passiert, in dem der Brennstoffwirkungsgrad gut ist, wenn die Antriebsmaschinendrehzahl aufgrund einer Erhöhung der Ausgangsleistung der Antriebsmaschine hoch wird. Es ist zu beachten, dass die Angleichungstrecke ML unter Berücksichtigung der Last der Hydraulikpumpe 18, der Lasten von Zusatzeinrichtungen und der Ausgangsleistung des Generatormotors 23 festgelegt wird. Die Pumpen-Drehmomentabsorptionslinie im Fall der Berücksichtigung nur der Last der Hydraulikpumpe 13 wird als PL1 und PL2 festgelegt, so dass sie zu einer Seite mit höherer Umdrehung verschoben wird. Die Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit C13 berechnet eine Antriebsmaschinen-Solldrehzahl np und die Antriebsmaschinen-Sollleistung für eine Antriebsmaschinensteuerung auf der Basis der Betätigungsbeträge der Hebel, auf der Basis der Antriebsmaschinenlast, der Last der Hydraulikpumpe und auf der Basis der Leistungszustände des Generatormotors und des Schwenkmotors, wodurch ein Ziel-Angleichungspunkt MP an der Angleichungsstrecke ML erhalten wird. Die Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit C13 kann in der Hybridsteuerung C2 angeordnet sein.
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Ferner verschiebt die Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit C13 die Pumpen-Absorptionsdrehmomentlinie PL1 zum Beispiel entsprechend dem Lastzustand der Hydraulikpumpe 18, speziell bei einem sich verringernden Lastzustand, zur Pumpen-Absorptionsdrehmomentlinie PL2. Dann wird die Antriebsmaschinendrehzahl entlang der gleichen Pferdestärkenlinie EL, bei der die Ausgangsleistung der Antriebsmaschine relativ zu einem Drehzahlanstieg der Antriebsmaschine konstant bleibt, angehoben. Auf diese Weise werden die Pumpen-Absorptionsdrehmomentlinie PL2 und die gleiche Pferdestärkenkurve EL an dem Schnittpunkt MP2 angeglichen, wodurch eine Antriebsmaschinendrehzahl np2 erreicht wird, die niedriger als eine Antriebsmaschinendrehzahl np1 ist. Insbesondere wird die Antriebsmaschinen- Solldrehzahl np an dem Ziel-Angleichungspunkt MP, nämlich der Schnittpunkt mit der gleichen Pferdestärkenkurve EL, zu einer Seite mit niedrigerer Antriebsmaschinedrehzahl verschoben. Es ist zu beachten, dass die Sollausgangsleistung der Antriebsmaschine neben einer Ermittlung anhand der gleichen Pferdestärkenkurve (Linie zur Festlegung der Soll-Ausgangsleistung der Antriebsmaschine) aus einem Schnittpunkt zwischen der Statikkurve DL1 und der Pumpen-Absorptionsdrehmomentlinie PL1 ermittelt werden kann.
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Eine gestrichelte Linie in 8 zeigt hier eine gleiche Kraftstoffverbrauchskurve, bei der der Kraftstoffverbrauch umso besser ist, je höher das Drehmoment ist, und umso schlechter, je niedriger das Drehmoment ist. Bei der gleichen Pferdestärkenkurve (Linie für die Festlegung der Soll-Ausgangsleistung der Antriebsmaschine) EL, die quer durch die gleiche Kraftstoffverbrauchskurve verläuft, ist ferner der Kraftstoffverbrauch umso besser, je niedriger die Antriebsmaschendrehzahl ist. Mit anderen Worten: der Kraftstoffverbrauch im Fall einer gleichen Pferdestärke ist umso besser, je niedriger die Antriebsmaschinendrehzahl ist. Insbesondere wird gemäß der vorstehend beschriebenen Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuerung der Kraftstoffverbrauch besser, wenn die Angleichungsstrecke ML auf der Seite der niedrigen Antriebsmaschinendrehzahl festgelegt wird, da die Solldrehzahl np der Antriebsmaschine bei gleicher Pferdestärke niedrig eingestellt ist.
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Falls die vorstehend beschriebene Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuerung durchgeführt wird, wird eine Energieerzeugungsmenge des Generatormotors 19 verringert, da die Solldrehzahl der Antriebsmaschine relativ zur Rotationssteuerung der Antriebsmaschine unter Verwendung der Statikkurve niedrig wird. Deshalb besteht die Tendenz zu einer Spannungsabnahme der Kondensatorspannung D21. Bei der Unterstützungssteuerung gemäß der einschlägigen Technik erfolgt eine unnütze Antriebsmaschinenunterstützung bedingt durch eine solche Abnahme der Kondensatorspannung D21, wie vorstehend beschrieben, und die Wärmebilanz verschlechtert sich.
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Gemäß vorliegender Ausführungsform wird eine unnütze Antriebsmaschinenunterstützung jedoch nicht durchgeführt, und eine Verschlechterung der Wärmebilanz lässt sich selbst im Fall der Durchführung einer solchen Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuerung unterbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridbagger
- 2
- Fahrzeugkörper
- 3
- Arbeitseinheit
- 4
- unterer Fahrkörper
- 4a
- Fahrvorrichtung
- 4b
- Raupenkette
- 5
- oberer Drehkörper
- 6
- Bedienerraum
- 7
- Kraftstofftank
- 8
- Hydrauliköltank
- 9
- Antriebsmaschinenraum
- 10
- Gegengewicht
- 11
- Ausleger
- 12
- Stiel
- 13
- Löffel
- 14
- Ausleger-Hydraulikzylinder
- 15
- Stiel-Hydraulikzylinder
- 16
- Löffel-Hydraulikzylinder
- 17
- Antriebsmaschine
- 18a
- Taumelscheibe
- 18
- Hydraulikpumpe
- 19
- Generatormotor
- 20
- Antriebswelle
- 21
- erster Inverter
- 22
- zweiter Inverter
- 23
- Schwenkmotor
- 24
- Schwenkmechanismus
- 25
- Kondensator
- 26
- Transformator
- 27
- Schütz
- 28
- Spannungssensor
- 30
- Überwachungsvorrichtung
- 31
- Schlüsselschalter
- 32L, 32R
- Bedienhebel
- 33
- Betätigungsventil
- 34
- rechter Hydraulikfahrmotor
- 35
- linker Hydraulikfahrmotor
- 40
- Kraftstoffinjektor
- 41
- Rotationssensor
- 50
- Transformatortemperatursensor
- 51
- Kondensatortemperatursensor
- 52
- Amperemesser
- 53
- Spannungsdetektionssensor
- 54, 54
- Rotationssensor
- 56
- Drosselwählscheibe
- 61
- Drucksensor
- 101, 102
- Einheit zum Berechnen der Antriebsmaschinen-Solldrehzahl
- 103
- Maximalwert-Auswahleinheit
- 104
- Maximalwert-Auswahleinheit
- 105
- Verarbeitungseinheit zum Bestimmen der Sperrbedingung
- 106
- Ausgabeverarbeitungseinheit
- C1
- sonstige Steuerungen
- C11
- Pumpensteuerung
- C12
- Antriebsmaschinensteuerung
- C13
- Niedrigdrehzahl-Angleichungssteuereinheit
- C2
- Hybridsteuerung
- C21
- Generierungssteuereinheit
- C22
- Unterstützungssteuereinheit
- D1, D2
- Solldrehzahl der Antriebsmaschine
- D3
- für den Generator erforderliche minimale Antriebsmaschinendrehzahl
- D4
- die Antriebsmaschine steuernde Solldrehzahl der Antriebsmaschine
- D5
- den Generator steuernde Solldrehzahl der Antriebsmaschine
- D11
- Hebelwertsignal
- D12
- Drosselwert
- D13
- Pumpendruck
- D14
- Antriebsmaschinenlast
- D15
- Generatorleistung
- D21
- Kondensatorspannung
- D22
- Schwenkleistung
- D23
- Transformatortemperatur
- D24
- Kondensatortemperatur
- D25
- Generatormotordrehzahl
- SW1
- Schalter
