JP2005207385A - Control method in hybrid system - Google Patents

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充弘 中垣
Osamu Yasuda
修 安田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the service life of an engine by controlling so that when the charged amount of a battery decreases by a specified amount or higher, the engine is controlled to increase the output of the engine without torque assistance by a motor to level a load on the engine and to prevent the battery from being over-discharged. <P>SOLUTION: In this hybrid system, the torque assist is performed by the motor 5 driven by using a power supplied from the battery 14. When the charged state of the battery 14 is below a pre-set specified value, the torque assist by a motor generator 40 is not performed until a pre-set time is elapsed from a time when a power supply from the battery 14 followed by the torque assistance of the motor generator 40 is completed, and a throttle actuator 22 is controlled to regulate the speed of the engine 2 so as to maintain an engine output constant. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを駆動源とした発電機により発電された電力を、コンバータを介してバッテリに充電するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。   The present invention relates to a hybrid system, and more particularly to a hybrid system that charges a battery with electric power generated by a generator using an engine as a drive source via a converter. In the present invention, “hybrid” means that at least mechanical driving force and electric power are extracted from the engine.

従来、電気自動車や作業機などに適用されるハイブリッドシステムとして、電動機（モータ）と発電機とを別々に備えた構成のものと、電動機及び発電機の機能を兼ね備えたモータジェネレータを備えた構成のものとが知られている。
これらのハイブリッドシステムにおいては、発電機による発電電力の蓄電装置（バッテリ）への蓄電と、このバッテリの給電電力を用いたモータやモータとして作動するモータジェネレータの駆動によるトルクアシストとが行われている。
そして、このような発電機や電動機の作動について、例えばモータジェネレータを備えたハイブリッドシステムの場合に、予め設定される目標トルクに対応する燃料噴射量を燃料噴射量の目標値として用い、この目標値と燃料噴射量の実測値との比較結果に基づいて、モータジェネレータを電動機として作動させてトルクアシストを行うか、発電機として作動させてバッテリの蓄電を行うかを制御することで、エンジンを最適な運転状態に近付くようにする技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a hybrid system applied to an electric vehicle or a work machine, a configuration in which a motor (motor) and a generator are separately provided, and a configuration in which a motor generator having a function of the motor and the generator is provided are provided. Things are known.
In these hybrid systems, electric power generated by a generator is stored in a power storage device (battery), and torque assist is performed by driving a motor or a motor generator that operates as a motor using electric power supplied from the battery. .
For the operation of such a generator or electric motor, for example, in the case of a hybrid system equipped with a motor generator, a fuel injection amount corresponding to a preset target torque is used as a target value for the fuel injection amount. The engine is optimized by controlling whether the motor generator is operated as an electric motor to perform torque assist or the generator is operated as a battery to store the battery based on the comparison result between the fuel injection amount and the actual fuel injection amount. A technique for approaching a driving state is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−２７９８５号公報JP 2003-27985 A

本発明が解決しようとする問題は、前述のような、バッテリからの給電電力を利用して駆動するモータやモータとして作動するモータジェネレータによってトルクアシストが行われるハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充電量が減少することによってモータへの電力供給が十分になされず、モータによる安定したトルクアシストが行われない場合がある点である。また、モータによるトルクアシストが連続して行われることにより、バッテリの過放電状態が発生する場合がある点である。   The problem to be solved by the present invention is that the charge amount of the battery is reduced in the hybrid system in which torque assist is performed by the motor driven by the power supplied from the battery or the motor generator operating as the motor as described above. As a result, the power supply to the motor is not sufficient, and stable torque assist by the motor may not be performed. In addition, the battery may be overdischarged due to continuous torque assist by the motor.

しかし、前記従来のハイブリッドシステムなどにおいては、バッテリからの給電電力を利用して駆動するモータによるトルクアシストは、エンジンの負荷トルクの変化にともなう燃料噴射量の変化に基づいて行われるように制御されるものであり、例えば、仮にエンジンの負荷トルクが高い状態が続いたりすると、モータのトルクアシスト状態が連続することとなり、当然その分のバッテリの電力消費量も増加する。つまり、作業状態などによっては、発電機の発電電力によるバッテリへの充電量よりも、バッテリからの給電量の方が多くなることがある。このような場合、バッテリの充電量が少なくなり、トルクアシストを行うモータへの電力供給が十分になされず、作業中などに出力不足が生じたり、急激にエンジンの回転数が低下したりするおそれがある。このような状況が発生することとなると、モータによるトルクアシストによって機関出力を一定に保ち、エンジンの負荷平準化を図ることで、エンジンの小型化や燃費の向上を図ろうとするハイブリッドシステムとしての目的が損なわれてしまう。
また、上述のようにバッテリの充電量が不足した状態でモータが作動し続けると、バッテリからの給電も継続されることとなり、バッテリの過放電状態が発生する場合がある。このバッテリの過放電は、バッテリ性能の低下や劣化につながりバッテリ寿命を縮める原因となる。 However, in the conventional hybrid system and the like, torque assist by a motor driven using power supplied from a battery is controlled based on a change in fuel injection amount accompanying a change in engine load torque. For example, if the engine load torque continues to be high, for example, the motor torque assist state will continue, and the battery power consumption will naturally increase accordingly. That is, depending on the working state, the amount of power supplied from the battery may be larger than the amount of charge to the battery by the power generated by the generator. In such a case, the amount of charge of the battery is reduced, the power supply to the motor that performs torque assist is not sufficient, and there is a risk that the output will be insufficient during work or the engine speed may be drastically reduced. There is. When such a situation occurs, the purpose of the hybrid system is to reduce the engine size and improve fuel efficiency by maintaining the engine output constant by torque assist by the motor and leveling the engine load. Will be damaged.
In addition, if the motor continues to operate in a state where the amount of charge of the battery is insufficient as described above, power supply from the battery is continued, and an overdischarge state of the battery may occur. This overdischarge of the battery leads to a decrease or deterioration of the battery performance, and shortens the battery life.

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バッテリからの給電電力を利用して駆動するモータによってトルクアシストが行われるハイブリッドシステムにおいて、バッテリの充電量が一定以上減少すると、モータによるトルクアシストを行わず、エンジン自体の出力を増加させるように制御することで、エンジンの負荷平準化を図るとともに、バッテリの過放電を防止してバッテリ性能の低下を抑制し長寿命化を図ることである。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to use a battery in a hybrid system in which torque assist is performed by a motor driven by using power supplied from the battery. When the amount of charge decreases more than a certain level, the motor is not torque-assisted and the engine output is controlled to increase, thereby achieving engine load leveling and preventing battery overdischarge. This is to suppress the decrease and to extend the life.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.

即ち、請求項１においては、エンジンと、モータと、これらを制御する制御手段と、発電機と、蓄電装置とを備え、前記エンジンの回転数をアクチュエータを介して調整する操作レバーによるエンジンの指示回転数が一定状態で、前記発電機によって発電された電力による前記蓄電装置の充電と、該蓄電装置から給電される電力によって駆動する前記モータによるトルクアシストとを制御することによって機関出力を一定に保持しようとするハイブリッドシステムであって、前記制御手段は、前記蓄電装置の充電状態が、予め設定された規定値を下回った場合、前記モータによるトルクアシストを行わず、前記アクチュエータを制御することによってエンジンの回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御するものである。   That is, according to the first aspect of the present invention, the engine is instructed by an operating lever that includes an engine, a motor, a control unit that controls these, a generator, and a power storage device, and that adjusts the rotational speed of the engine via an actuator. The engine output is kept constant by controlling charging of the power storage device by the power generated by the generator and torque assist by the motor driven by the power supplied from the power storage device with a constant rotational speed. In the hybrid system to be held, the control means controls the actuator without performing torque assist by the motor when the state of charge of the power storage device falls below a preset specified value. The engine speed is adjusted to keep the engine output constant.

請求項２においては、エンジンと、モータと、これらを制御する制御手段と、発電機と、蓄電装置とを備え、前記エンジンの回転数をアクチュエータを介して調整する操作レバーによるエンジンの指示回転数が一定状態で、前記発電機によって発電された電力による前記蓄電装置の充電と、該蓄電装置から給電される電力によって駆動する前記モータによるトルクアシストとを制御することによって機関出力を一定に保持しようとするハイブリッドシステムであって、前記制御手段は、前記モータのトルクアシストにともなう前記蓄電装置からの給電が終了した時から、予め設定された時間が経過するまでは、前記モータによるトルクアシストを行わず、前記アクチュエータを制御することによってエンジンの回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御するものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an engine, a motor, a control means for controlling these, a generator, and a power storage device, and an engine designated rotational speed by an operating lever that adjusts the rotational speed of the engine via an actuator. The engine output is kept constant by controlling charging of the power storage device by the power generated by the power generator and torque assist by the motor driven by the power supplied from the power storage device in a constant state The control means performs torque assist by the motor from when power supply from the power storage device accompanying torque assist of the motor is completed until a preset time elapses. First, the engine output is adjusted by controlling the actuator to control the engine output. And controls to hold in.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項１においては、エンジンが長時間高負荷状態となってモータによるトルクアシストが連続して行われた場合などのように、蓄電装置の充電量が不足した状態でも、作業負荷に対するエンジンの特性（作業速度など）が変化することなく、作業中に蓄電装置の充電量不足にともなうモータのトルクアシストのトルク不足による違和感（機関回転数の急激な低下など）を解消することができる。また、蓄電装置の過放電を防止することができるので、蓄電装置の過放電によるバッテリ性能の低下を防止して長寿命化を図ることができる。   According to the first aspect of the present invention, even when the engine is in a high load state for a long time and torque assist by the motor is continuously performed, the engine characteristics with respect to the work load can be obtained even when the charge amount of the power storage device is insufficient. It is possible to eliminate a sense of incongruity (such as a rapid decrease in the engine speed) due to a lack of torque in the torque assist of the motor that accompanies a shortage of the charge amount of the power storage device during the work without changing (working speed or the like). In addition, since the overdischarge of the power storage device can be prevented, the battery performance can be prevented from being deteriorated due to the overdischarge of the power storage device, thereby extending the life.

請求項２においては、蓄電装置による給電が終了した時から一定時間は少なくとも蓄電装置の放電が行われることはないので、蓄電装置の過放電を予め防止することが可能となる。また、このような制御を行う場合をモードとして設定して切換え可能とすることで、作業状態に即して蓄電装置の過放電を防止できるとともに、エンジンの負荷平準化を図ることが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, since the power storage device is not discharged at least for a certain period of time after the power supply by the power storage device is completed, it is possible to prevent the power storage device from being overdischarged in advance. In addition, by setting such a case where control is performed as a mode and enabling switching, overdischarge of the power storage device can be prevented in accordance with the working state, and engine load leveling can be achieved. .

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１はハイブリッドシステムIの構成を示す図、図２はハイブリッドシステムIの動作モードの一覧を示す図、図３はハイブリッドシステムIのスタータ機能を示す説明図、図４はハイブリッドシステムIのアシスト機能を示す説明図、図５はハイブリッドシステムIの充電（発電）機能を示す説明図、図６はバッテリ液の比重とバッテリ回路電圧の関係を示す図、図７はバッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図、図８はハイブリッドシステムIIの構成を示す図、図９はハイブリッドシステムIIの動作モードの一覧を示す図、図１０はハイブリッドシステムIIのスタータ機能を示す説明図、図１１はハイブリッドシステムIIのアシスト機能を示す説明図、図１２はハイブリッドシステムIIの充電（発電）機能を示す説明図、図１３はハイブリッドシステムIIのモータ駆動機能を示す説明図である。 Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a diagram showing a configuration of the hybrid system I, FIG. 2 is a diagram showing a list of operation modes of the hybrid system I, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a starter function of the hybrid system I, and FIG. 4 is an assist function of the hybrid system I FIG. 5 is an explanatory diagram showing the charging (power generation) function of the hybrid system I, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the specific gravity of the battery fluid and the battery circuit voltage, and FIG. 7 is the specific gravity of the battery fluid and the discharging of the battery. FIG. 8 is a diagram showing a relationship of depth (DOD), FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the hybrid system II, FIG. 9 is a diagram showing a list of operation modes of the hybrid system II, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing a starter function of the hybrid system II FIG. 11 is an explanatory diagram showing an assist function of the hybrid system II, and FIG. 12 is an explanatory diagram showing a charging (power generation) function of the hybrid system II. 3 is an explanatory diagram showing a motor drive function of the hybrid system II.

まず、本発明に係るハイブリッドシステムの一実施例としてのハイブリッドシステムIの構成について図１を用いて説明する。
ハイブリッドシステムIでは、エンジン２の出力軸部４の駆動を、エンジン２と電動機（モータ）として機能するモータジェネレータ４０との両方により可能としている。出力軸部４から取り出された駆動力は、クラッチ部４ａを介して出力部６に伝達され、動力伝達装置などを介して、作業機などの各種作業部、また、移動体などにおける走行車輪や船舶の水中推進用プロペラ等を駆動する。 First, the configuration of a hybrid system I as an embodiment of the hybrid system according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the hybrid system I, the output shaft 4 of the engine 2 can be driven by both the engine 2 and the motor generator 40 that functions as an electric motor (motor). The driving force taken out from the output shaft portion 4 is transmitted to the output portion 6 via the clutch portion 4a, and various working portions such as a work machine, a traveling wheel in a moving body, etc. Drives underwater propulsion propellers, etc.

モータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸にその駆動軸が連結されたエンジン直結のホイールインモータであり、エンジン２の本体側と出力軸部４との間に介装されている。
モータジェネレータ４０は、発電機またはモータとして機能し、インバータ部４１の可変電圧可変周波数（以下、ＶＶＶＦ）インバータコンバータ４２と接続されている。このＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、昇降圧チョッパ４４を介して蓄電装置であるバッテリ１４に接続されている。そして、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合には、バッテリ１４の給電電力がインバータ部４１を介してモータジェネレータ４０に供給される。一方、モータジェネレータ４０が発電機として機能する場合には、エンジン２の駆動により該モータジェネレータ４０で発電された電力がインバータ部４１を介してバッテリ１４に蓄電される。 The motor generator 40 is a wheel-in motor directly connected to the engine in which the drive shaft is connected to the crankshaft of the engine 2, and is interposed between the main body side of the engine 2 and the output shaft portion 4.
The motor generator 40 functions as a generator or a motor, and is connected to a variable voltage variable frequency (hereinafter referred to as VVVF) inverter converter 42 of the inverter unit 41. The VVVF inverter converter 42 is connected to a battery 14 that is a power storage device via a step-up / step-down chopper 44. When the motor generator 40 functions as a motor, the power supplied from the battery 14 is supplied to the motor generator 40 via the inverter unit 41. On the other hand, when the motor generator 40 functions as a generator, the electric power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is stored in the battery 14 via the inverter unit 41.

インバータ部４１は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２と昇降圧チョッパ４４とから構成され、これらＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４は、シーケンサ４３を介してシステムコントローラ７と接続されている。このシーケンサ４３を含むシステムコントローラ７が制御手段となる。システムコントローラ７は、制御対象の状態や、機関回転数や各種アクチュエータ等の外部からの信号に基づき、制御対象に与える操作やその順序などを制御する。そのため、システムコントローラ７とシーケンサ４３との間では各種制御信号の通信が行われており、システムコントローラ７と、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４との信号のやりとりは、シーケンサ４３を介して行われる。システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２へは、起動信号や速度指令（モータ指令）などの信号が送信されており、システムコントローラ７と昇降圧チョッパ４４との間では、起動信号や充電開始・充電電流に関する信号が通信されている。
また、インバータ部４１には電圧センサ４５が接続されており、この電圧センサ４５によってインバータ部４１のインバータ直流電圧やバッテリ電圧など各部の電圧を検出する。 The inverter unit 41 includes a VVVF inverter converter 42 and a step-up / step-down chopper 44, and the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are connected to the system controller 7 via a sequencer 43. The system controller 7 including the sequencer 43 serves as control means. The system controller 7 controls operations to be performed on the control target, the order thereof, and the like based on the state of the control target, the engine speed, and external signals from various actuators. Therefore, various control signals are communicated between the system controller 7 and the sequencer 43, and signal exchange between the system controller 7, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44 is performed via the sequencer 43. Is called. Signals such as a start signal and a speed command (motor command) are transmitted from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42, and a start signal, a charge start / charge current are transmitted between the system controller 7 and the step-up / step-down chopper 44. Signals about are being communicated.
In addition, a voltage sensor 45 is connected to the inverter unit 41, and the voltage sensor 45 detects a voltage of each unit such as an inverter DC voltage or a battery voltage of the inverter unit 41.

モータジェネレータ４０は、モータとしての機能（図２のＭ１・Ｍ２、図３及び図４参照）、及び発電機としての機能（図２のＭ３〜Ｍ５及び図５参照）を有しており、作業状況などに応じて各機能を発揮する。
つまり、ハイブリッドシステムIにおいては、モータジェネレータ４０をモータとして作動させる場合には、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２をインバータとして作動させるとともに、バッテリ１４からの給電電力を、昇降圧チョッパ４４により昇圧してモータジェネレータ４０に供給し、モータジェネレータ４０を発電機として作動させる場合には、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２をコンバータとして作動させるとともに、モータジェネレータ４０による発電電力を、昇降圧チョッパ４４により降圧してバッテリ１４に蓄電することを特徴としている。 The motor generator 40 has a function as a motor (see M1 and M2 in FIG. 2, see FIGS. 3 and 4) and a function as a generator (see M3 to M5 in FIG. 2 and FIG. 5). Demonstrate each function according to the situation.
In other words, in the hybrid system I, when the motor generator 40 is operated as a motor, the VVVF inverter converter 42 is operated as an inverter, and the electric power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44. When the motor generator 40 is operated as a generator, the VVVF inverter converter 42 is operated as a converter, and the power generated by the motor generator 40 is stepped down by the step-up / down chopper 44 and stored in the battery 14. It is characterized by.

すなわち、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合には、バッテリ１４からの給電電力がモータジェネレータ４０に供給され、これにより、該モータジェネレータ４０が作動する。バッテリ１４から給電される直流電力は昇降圧チョッパ４４を介してＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。このとき、昇降圧チョッパ４４は昇圧チョッパとして機能し、バッテリ１４の給電電圧を所定の電圧に昇圧して、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に出力する。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はインバータとして機能して、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力をモータジェネレータ４０に供給する。   That is, when the motor generator 40 functions as a motor, the electric power supplied from the battery 14 is supplied to the motor generator 40, and the motor generator 40 is thereby operated. DC power fed from the battery 14 is input to the VVVF inverter converter 42 via the step-up / step-down chopper 44. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a boost chopper, boosts the power supply voltage of the battery 14 to a predetermined voltage, and outputs the boosted voltage to the VVVF inverter converter 42. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter, converts the input DC power into AC power having a predetermined voltage and frequency, and supplies the converted AC power to the motor generator 40.

また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７からの指令（速度指令・制御信号）に従い、モータとして作動するモータジェネレータ４０の回転数及びトルクを制御する。前述したように、モータジェネレータ４０の駆動軸はエンジン２のクランク軸と連結されており、モータジェネレータ４０がモータとして作動することにより、該モータジェネレータ４０の駆動力がエンジン２に伝達されて、後述するモータジェネレータ４０によるスタータ機能及びアシスト機能が発揮される。   The VVVF inverter converter 42 controls the rotation speed and torque of the motor generator 40 that operates as a motor in accordance with a command (speed command / control signal) from the system controller 7. As described above, the drive shaft of the motor generator 40 is connected to the crankshaft of the engine 2, and when the motor generator 40 operates as a motor, the drive force of the motor generator 40 is transmitted to the engine 2, which will be described later. The starter function and the assist function by the motor generator 40 are exhibited.

一方、モータジェネレータ４０が発電機として機能する場合には、エンジン２の駆動力の一部または全部がモータジェネレータ４０の作動に用いられ、このエンジン２からの駆動力によりモータジェネレータ４０が作動して、発電が行われる。エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０で発電された電力は、三相交流電力としてＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はコンバータとして機能し、モータジェネレータ４０から入力された交流電力を整流・平滑化して直流電力に変換する。ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって変換された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に入力され、これによりバッテリ１４に蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ４４は降圧チョッパとして機能し、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２から出力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ１４に蓄電する。   On the other hand, when the motor generator 40 functions as a generator, part or all of the driving force of the engine 2 is used for the operation of the motor generator 40, and the motor generator 40 is operated by the driving force from the engine 2. Power generation is performed. The electric power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is input to the VVVF inverter converter 42 as three-phase AC power. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter, and rectifies and smoothes AC power input from the motor generator 40 to convert it into DC power. The DC power converted by the VVVF inverter converter 42 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, and is thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper and steps down the DC power output from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14.

なお、以上に述べたように、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０がモータとして作動する場合には、バッテリ１４から給電される直流電力を交流電力に変換するインバータとして機能し、モータジェネレータ４０が発電機として作動する場合には、該モータジェネレータ４０により発電された交流電力を直流電力に変換するコンバータとして機能する双方向電力変換装置となっている。   As described above, when the motor generator 40 operates as a motor, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter that converts DC power fed from the battery 14 into AC power. When operating as a generator, the bidirectional power conversion device functions as a converter that converts AC power generated by the motor generator 40 into DC power.

このように、インバータ部４１に昇降圧チョッパ４４を使用することにより、バッテリ１４からモータジェネレータ４０へ供給される電圧を昇圧することができるため、バッテリ１４からの出力（電力）が同じであれば、電圧が高くなった分、小電流化を図ることが可能となる（電力＝電流×電圧）。これにより、昇降圧チョッパ４４とＶＶＶＦインバータコンバータ４２とを接続する配線、及びＶＶＶＦインバータコンバータ４２とモータジェネレータ４０とを接続する配線において、負荷をかけたとき流れる負荷電流の配線の抵抗によって失われる損失（銅損）を低減することができる。   Thus, since the voltage supplied from the battery 14 to the motor generator 40 can be boosted by using the step-up / step-down chopper 44 in the inverter unit 41, if the output (electric power) from the battery 14 is the same. The current can be reduced as the voltage increases (power = current × voltage). Thereby, in the wiring connecting the buck-boost chopper 44 and the VVVF inverter converter 42 and the wiring connecting the VVVF inverter converter 42 and the motor generator 40, the loss lost due to the resistance of the wiring of the load current that flows when a load is applied. (Copper loss) can be reduced.

また、昇降圧チョッパ４４を使用することにより、バッテリ１４の小型化が図れる。つまり、モータとして駆動するモータジェネレータ４０に供給する電圧は、高いほどモータジェネレータ４０のモータ機能を発揮するためには有利であり、高い電圧で供給しようとすると、バッテリ１４を大きくする必要があるが、昇降圧チョッパ４４を使用することでバッテリ１４から供給する電圧が低くても昇圧することが可能となるので、バッテリ１４を大きくする必要がなくなるのである。これにより、本ハイブリッドシステムを搭載する機体における省スペース化、及び軽量化を図ることができる。   Further, by using the step-up / down chopper 44, the battery 14 can be reduced in size. That is, the higher the voltage supplied to the motor generator 40 that is driven as a motor, the more advantageous the motor function of the motor generator 40 is. In order to supply at a higher voltage, the battery 14 needs to be enlarged. By using the step-up / step-down chopper 44, it is possible to boost the voltage even if the voltage supplied from the battery 14 is low, so that the battery 14 need not be enlarged. Thereby, the space saving and weight reduction in the airframe which mounts this hybrid system can be achieved.

一方、エンジン２の駆動力（回転数）の調節は、操作部８に配設されるレギュレータレバー等の操作レバー９を操作することによって行われる。また、操作レバー９には、該操作レバー９のレバー位置を検出する位置センサ（図示略）が付設されており、この位置センサはシステムコントローラ７と接続されている。また、操作部８には、切り換え操作手段として、ＶＶＶＦ起動（回転数）指示スイッチ、ＣＶＣＦ（定電圧定周波数）起動スイッチ、昇降圧チョッパ起動スイッチ、蓄電開始スイッチ、蓄電電流指示スイッチ等の各種スイッチが配設されており、これらの各種スイッチはシステムコントローラ７と接続されている。   On the other hand, the adjustment of the driving force (rotation speed) of the engine 2 is performed by operating an operation lever 9 such as a regulator lever provided in the operation unit 8. The operation lever 9 is provided with a position sensor (not shown) for detecting the lever position of the operation lever 9, and this position sensor is connected to the system controller 7. The operation unit 8 includes various switches such as a VVVF start (rotation speed) instruction switch, a CVCF (constant voltage constant frequency) start switch, a step-up / down chopper start switch, a storage start switch, and a storage current instruction switch as switching operation means. These various switches are connected to the system controller 7.

操作レバー９を操作すると、該操作レバー９のレバー位置が前記位置センサにより検出され、レバー位置に応じた信号がシステムコントローラ７に入力される。そして、システムコントローラ７は入力された信号に基づいてシフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２を作動させる。   When the operation lever 9 is operated, the position of the operation lever 9 is detected by the position sensor, and a signal corresponding to the lever position is input to the system controller 7. Then, the system controller 7 operates the shift actuator 21 and the throttle actuator 22 based on the input signal.

シフトアクチュエータ２１は、前記クラッチ部４ａに接続されており、このシフトアクチュエータ２１の作動によりクラッチ部４ａのクラッチを作動させるように制御している。このようにしてクラッチを作動させることにより、出力軸部４から出力部６への駆動力の断接が行われる。また、シフトアクチュエータ２１には、そのシフト位置を検出するポテンショメータ（図示略）が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ７と接続されており、このポテンショメータにより検出されたシフト位置がシステムコントローラ７に入力される。   The shift actuator 21 is connected to the clutch portion 4a, and is controlled to operate the clutch of the clutch portion 4a by the operation of the shift actuator 21. By operating the clutch in this manner, the driving force from the output shaft portion 4 to the output portion 6 is connected / disconnected. The shift actuator 21 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the shift position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the shift position detected by the potentiometer is input to the system controller 7.

スロットルアクチュエータ２２は、ラックピニオン式のＤＣモータ（スロットルモータ）により構成され、エンジン２のスロットルに接続されている。このスロットルアクチュエータ２２の作動により、スロットル位置（スロットル開度）が変化する。このスロットル位置の変化によりエンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力（回転数）を調節可能としている。すなわち、スロットルアクチュエータ２２は、エンジン２の回転数調節手段として機能する。そして、このスロットルアクチュエータ２２を構成する前記ＤＣモータは、システムコントローラ７に接続されており、該システムコントローラ７から送られる指令によって該ＤＣモータが制御される。また、スロットルアクチュエータ２２には、そのスロットル位置を検出するポテンショメータ（図示略）が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ７と接続されており、このポテンショメータにより検出されたスロットルアクチュエータ２２のスロットル位置がシステムコントローラ７に入力される。
このように、操作レバー９を操作して、そのレバー位置を調節することにより、エンジンの駆動力（回転数）の調節を行っている。ただし、後述するモータジェネレータ４０の各制御が行われているときには、操作レバー９を操作することによる燃料噴射量の調節は行われない。つまり、モータジェネレータ４０の制御は、操作レバー９のレバー位置から要求される燃料噴射量（指示回転数）が一定の状態で行われる。 The throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor (throttle motor), and is connected to the throttle of the engine 2. The operation of the throttle actuator 22 changes the throttle position (throttle opening). The fuel injection amount in the engine 2 is adjusted by the change in the throttle position so that the driving force (rotation speed) of the engine 2 can be adjusted. That is, the throttle actuator 22 functions as a rotation speed adjusting means for the engine 2. The DC motor constituting the throttle actuator 22 is connected to the system controller 7, and the DC motor is controlled by a command sent from the system controller 7. Further, the throttle actuator 22 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the throttle position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the throttle position of the throttle actuator 22 detected by the potentiometer is input to the system controller 7.
In this manner, the operating force of the engine (rotational speed) is adjusted by operating the operating lever 9 and adjusting the lever position. However, when each control of the motor generator 40 described later is being performed, the fuel injection amount is not adjusted by operating the operation lever 9. That is, the motor generator 40 is controlled in a state where the fuel injection amount (instructed rotational speed) required from the lever position of the operation lever 9 is constant.

以上のように構成されるハイブリッドシステムIにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は、次のように機能して本ハイブリッドシステムの制御を行う。
システムコントローラ７には、前述したように、操作部８における操作レバー９に付設される位置センサが接続され、また、シフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２と、これらシフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２にそれぞれ付設されるポテンショメータとが接続されている。 In the hybrid system I configured as described above, the system controller 7 as a main controller functions as follows to control the hybrid system.
As described above, the system controller 7 is connected to the position sensor attached to the operation lever 9 in the operation unit 8, and is attached to the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, and the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, respectively. Connected to a potentiometer.

また、システムコントローラ７は、エンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７に機関回転数が入力される。機関回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ（図示略）により検出される。また、この回転センサにより検出される機関回転数は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２へも入力される。   The system controller 7 is connected to the engine 2, and the engine speed is input from the engine 2 to the system controller 7. The engine speed is detected by a speed sensor (not shown) attached to the engine 2. The engine speed detected by the rotation sensor is also input to the VVVF inverter converter 42.

また、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２と接続されており、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動信号、及び予め決定される速度指令を送る。そして、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、これらの信号に基づいて、モータとして作動する場合のモータジェネレータ４０を制御する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７へモータとして作動するモータジェネレータ４０の回転数、トルク、及び交流電圧値などの信号を送る。モータジェネレータ４０の回転数は、該モータジェネレータ４０をモータとして作動させるときの回転数であり、前記回転センサにより検出される。つまり、モータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成としているため、回転数センサでモータジェネレータ４０の回転数を検出することにより、エンジン２の回転数を知ることができる。よって、回転数センサは、機関回転数検出手段として機能することとなる。また、モータジェネレータ４０の交流電圧は、該モータジェネレータ４０をモータとして作動させるときにＶＶＶＦインバータコンバータ４２から供給される交流電圧である。   The system controller 7 is connected to a VVVF inverter converter 42, and the system controller 7 sends a start signal for a motor generator 40 as a motor and a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42. Based on these signals, VVVF inverter converter 42 controls motor generator 40 when operating as a motor. On the other hand, the VVVF inverter converter 42 sends signals such as the rotational speed, torque, and AC voltage value of the motor generator 40 that operates as a motor to the system controller 7. The rotation speed of the motor generator 40 is the rotation speed when the motor generator 40 is operated as a motor, and is detected by the rotation sensor. That is, since the motor generator 40 is configured to always rotate synchronously with the crankshaft of the engine 2, the rotational speed of the engine 2 can be known by detecting the rotational speed of the motor generator 40 with the rotational speed sensor. Therefore, the rotational speed sensor functions as an engine rotational speed detection means. The AC voltage of the motor generator 40 is an AC voltage supplied from the VVVF inverter converter 42 when the motor generator 40 is operated as a motor.

また、システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、起動信号、充電開始指示、充電電流（リミッタ）指示などを送り、昇降圧チョッパ４４に接続されるバッテリ１４を制御する。一方、昇降圧チョッパ４４は、システムコントローラ７へバッテリ１４の電圧、充放電電流などに関する信号を送る。システムコントローラ７は、前記電圧センサ４５によって検出されるバッテリ１４の電圧や、充放電電流を検出することによりバッテリ１４の状態を知ることができる。   The system controller 7 is connected to the step-up / down chopper 44, and the system controller 7 sends an activation signal, a charge start instruction, a charge current (limiter) instruction, etc. to the step-up / down chopper 44. The connected battery 14 is controlled. On the other hand, the step-up / down chopper 44 sends a signal related to the voltage of the battery 14, the charge / discharge current, and the like to the system controller 7. The system controller 7 can know the state of the battery 14 by detecting the voltage of the battery 14 detected by the voltage sensor 45 and the charge / discharge current.

以上のように構成されるハイブリッドシステムIは、例えば、図２に示すような動作モードを備えており、各動作モードの動作状態におけるモータジェネレータ４０の機能として、スタータ機能（図３参照）、アシスト機能（図４参照）、及び充電（発電）機能（図５参照）を有している。以下、各動作モードについて説明する。   The hybrid system I configured as described above has, for example, an operation mode as shown in FIG. 2, and the starter function (see FIG. 3), assist as the function of the motor generator 40 in the operation state of each operation mode. It has a function (see FIG. 4) and a charging (power generation) function (see FIG. 5). Hereinafter, each operation mode will be described.

図３には、エンジン２起動（始動）時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。エンジン２は、バッテリ１４からモータジェネレータ４０に電力を供給して、該モータジェネレータ４０をモータとして機能させることにより始動する。エンジン２を始動する際には、オペレータによる始動キーの操作により図示せぬリレーがオンされ、システムコントローラ７にエンジン始動の指令が入力される。システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４にエンジン２の起動信号を送る。これにより、バッテリ１４からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータジェネレータ４０に供給される。このようにして、モータジェネレータ４０はモータとして作動する。このモータジェネレータ４０の駆動軸は、前述したようにエンジン２のクランク軸と連結されており常時同期回転するため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動することにより、停止状態のエンジン２を始動させる。   FIG. 3 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the engine 2 is started (started). The engine 2 is started by supplying electric power from the battery 14 to the motor generator 40 and causing the motor generator 40 to function as a motor. When starting the engine 2, a relay (not shown) is turned on by operating the start key by the operator, and an engine start command is input to the system controller 7. The system controller 7 sends a start signal for the engine 2 to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. As a result, the power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a boost chopper, is converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter, and is supplied to the motor generator 40 as AC power. Supplied. In this way, the motor generator 40 operates as a motor. Since the drive shaft of the motor generator 40 is connected to the crankshaft of the engine 2 as described above and always rotates synchronously, the engine 2 in a stopped state is started by driving the motor generator 40 as a motor.

このように、モータとして作動するモータジェネレータ４０にスタータ機能を兼ね備え、該モータジェネレータ４０をエンジン２の起動時におけるスタータとして利用することにより、別途セルモータ（スタータモータ）等を設ける必要がなくなるので、省スペース化を図ることが可能となり、本ハイブリッドシステムが適用される機体において動力機関の搭載スペースを小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。さらに、セルモータと比較して、エンジン起動時の騒音の低減、及び迅速な起動が可能となる。   Thus, since the motor generator 40 that operates as a motor also has a starter function, and the motor generator 40 is used as a starter when the engine 2 is started, it is not necessary to provide a cell motor (starter motor) separately. Space can be achieved, and the mounting space of the power engine can be reduced in the airframe to which the hybrid system is applied. In addition, the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, compared with a cell motor, noise during engine start-up and quick start-up are possible.

そして、エンジン２の起動終了後は、モータジェネレータ４０を発電機として作動させ、常時バッテリ１４への充電を行っており、「トルクアシスト要求」が発生した場合にのみ、モータジェネレータ４０をモータとして作動させてトルクアシストを行う。なお、ここでの「トルクアシスト要求」とは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によってモータジェネレータ４０によるトルクアシストが必要と判断された場合に、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータジェネレータ４０へ送られる信号であり、この速度制御でのトルク指令を増加させる信号が相当する。   After the start of the engine 2, the motor generator 40 is operated as a generator, and the battery 14 is always charged. Only when the “torque assist request” is generated, the motor generator 40 is operated as a motor. To perform torque assist. The “torque assist request” here is a signal sent from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 when the VVVF inverter converter 42 determines that torque assist by the motor generator 40 is necessary. This corresponds to a signal for increasing the torque command in the speed control.

図４には、モータジェネレータ４０によるトルクアシスト時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。なお、「トルクアシスト」とは、モータジェネレータ４０をモータとして作動させ、このモータジェネレータ４０によってエンジン２の駆動負荷の一部を賄うことを意味する。   FIG. 4 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force at the time of torque assist by the motor generator 40. “Torque assist” means that the motor generator 40 is operated as a motor and the motor generator 40 covers a part of the driving load of the engine 2.

トルクアシストを行う際、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対して予め決定される速度指令を出力し、昇降圧チョッパ４４に対して起動信号を出力する。これにより、バッテリ１４が放電状態となり、このバッテリ１４からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータジェネレータ４０に供給される。このようにして、モータジェネレータ４０が作動する。このトルクアシストを行う場合には、エンジン２に高い負荷がかかった場合や加速を行う場合等で、機関回転数が速度指令よりも低くなるような場合やトルク変動が生じた場合等において、モータジェネレータ４０をモータとして駆動させる。この時エンジン２も駆動しており、モータジェネレータ４０及びエンジン２の駆動力の和が出力軸部４の駆動力となる。   When performing torque assist, the system controller 7 outputs a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42 and outputs an activation signal to the step-up / down chopper 44. As a result, the battery 14 is discharged, and the power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a boost chopper, and is converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter. Then, it is supplied to the motor generator 40 as AC power. In this way, the motor generator 40 operates. When this torque assist is performed, when the engine 2 is under a heavy load or when acceleration is performed, the motor speed is reduced when the engine speed is lower than the speed command or when torque fluctuation occurs. The generator 40 is driven as a motor. At this time, the engine 2 is also driven, and the sum of the driving forces of the motor generator 40 and the engine 2 becomes the driving force of the output shaft portion 4.

このように、モータとして機能するモータジェネレータ４０によって、トルクアシスト要求に従った適切なトルクアシストを行うことにより、エンジン２の出力が補われるので、エンジン２の小型化を図ることができる。また、このモータジェネレータ４０による適切なトルクアシストによって、作業機などの加速性及び駆動性の向上が図れるとともに、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。   As described above, the motor generator 40 functioning as a motor performs appropriate torque assist according to the torque assist request, so that the output of the engine 2 is supplemented. Therefore, the engine 2 can be downsized. In addition, by the appropriate torque assist by the motor generator 40, it is possible to improve the acceleration performance and drivability of the work machine and the like, improve the fuel consumption, reduce the noise, and improve the exhaust color.

図５には、モータジェネレータ４０により発電された電力により、バッテリ１４の蓄電を行うとき、即ち、モータジェネレータ４０を発電機として作動させてバッテリ１４を充電するときの電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。このとき、エンジン２により出力軸部４及びモータジェネレータ４０が駆動される。この状態においては、エンジン２にかかる負荷トルクが、該エンジン２の出力トルクよりも小さくなっており、このエンジン２の余剰トルク分をモータジェネレータ４０による発電に用いている。つまり、エンジン２のみによって作業負荷に対応しており、このエンジン２の駆動によってモータジェネレータ４０が発電機として作動して発電が行われ、このモータジェネレータ４０による発電によってバッテリ１４の蓄電が行われている状態である。   FIG. 5 shows the operation of the electric circuit and the driving force when the battery 14 is charged with the electric power generated by the motor generator 40, that is, when the motor generator 40 is operated as a generator and the battery 14 is charged. The transmission state is shown. At this time, the output shaft 4 and the motor generator 40 are driven by the engine 2. In this state, the load torque applied to the engine 2 is smaller than the output torque of the engine 2, and the surplus torque of the engine 2 is used for power generation by the motor generator 40. In other words, only the engine 2 corresponds to the work load, and the motor generator 40 operates as a generator to generate power by driving the engine 2, and the battery 14 is charged by the power generation by the motor generator 40. It is in a state.

発電機としてのモータジェネレータ４０によってバッテリ１４の蓄電を行う場合には、システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２と昇降圧チョッパ４４に充電開始指示を出力する。モータジェネレータ４０による発電電力は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑化されて直流電力に変換された後、昇降圧チョッパ４４により降圧されて、バッテリ１４に蓄電される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はコンバータとして機能する。   When the battery 14 is stored by the motor generator 40 as a generator, the system controller 7 outputs a charge start instruction to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44. The electric power generated by the motor generator 40 is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42 and converted into DC power, and then stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter.

また、ハイブリッドシステムIにおいては、このようにモータジェネレータ４０を発電機として作動させて行うバッテリ１４の蓄電には、該モータジェネレータ４０の回生発電による蓄電を含むことを特徴としている。
この回生発電が発生する場合としては、例えば、本ハイブリッドシステムを油圧ショベル等の油圧建設機械に適用した場合には、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム下げ時や、このフロント作業機が取付けられる旋回体の旋回動作の制動時などである。 The hybrid system I is characterized in that the power storage of the battery 14 performed by operating the motor generator 40 as a generator in this way includes power storage by regenerative power generation of the motor generator 40.
For example, when this regenerative power generation occurs, when this hybrid system is applied to a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, the front work machine having a boom, an arm, a bucket, etc. For example, when the turning motion of the turning body to which the machine is mounted is braked.

このように、発電機として作動するモータジェネレータ４０によるバッテリ１４の蓄電に、該モータジェネレータ４０による回生発電による蓄電を含むことにより、前述したようなブーム下げ時や旋回体の旋回動作の制動時の慣性エネルギーを回生電力として有効に取り出すことができ、モータジェネレータ４０によるバッテリ１４の充電効率の向上を図ることができる。   As described above, the battery 14 stored by the motor generator 40 operating as a generator includes the battery stored by the regenerative power generation by the motor generator 40, so that the boom can be lowered or the swing operation of the swinging body can be braked as described above. Inertial energy can be effectively taken out as regenerative power, and the charging efficiency of the battery 14 by the motor generator 40 can be improved.

また、同じくモータジェネレータ４０が発電機として作動している場合において、モータジェネレータ４０に電気負荷がかかってない状態、即ち無電負荷の作動状態がある。この動作モードでは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４は停止状態となっており、発電機としてのモータジェネレータ４０は実質停止状態となり、エンジン２のみが単体で作動している状態となる。つまり、この動作モードにおいては、エンジン２の出力と該エンジン２に対する負荷とが均衡状態となっており、エンジン２のみによって効率の良い動作が行われている。なお、このモータジェネレータ４０による発電によってバッテリ１４が満充電状態となったときも、インバータ部４１とバッテリ１４との電位差が小さくなることでバッテリ１４からの給電及びバッテリ１４への充電は停止状態となり、エンジン２のみが単体で作動している状態となる。   Similarly, when the motor generator 40 is operating as a generator, there is a state in which no electric load is applied to the motor generator 40, that is, an operating state of a non-electric load. In this operation mode, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are stopped, the motor generator 40 as a generator is substantially stopped, and only the engine 2 is operating alone. That is, in this operation mode, the output of the engine 2 and the load on the engine 2 are in a balanced state, and efficient operation is performed only by the engine 2. Even when the battery 14 is fully charged by the power generation by the motor generator 40, the potential difference between the inverter unit 41 and the battery 14 is reduced, so that the power supply from the battery 14 and the charging to the battery 14 are stopped. Only the engine 2 is operating alone.

以上の図３から図５を用いて説明したハイブリッドシステムIの有する機能は、図２に示す動作モードと次のように対応している。
図２に示すＭ１は、図３を用いて説明したモータとして機能するモータジェネレータ４０によるスタータ機能が発揮される動作モードである。Ｍ２は、図４を用いて説明した同じくモータとして機能するモータジェネレータ４０によるアシスト機能が発揮される動作モードである。Ｍ３からＭ５は、図５を用いて説明した発電機として機能するモータジェネレータ４０による充電（発電）機能が発揮される動作モードであり、Ｍ３は、モータジェネレータ４０が無電負荷の作動状態であり、エンジン２のみ単体で作動している動作モード、Ｍ４は、モータジェネレータ４０による発電を行いつつエンジン２には作業負荷がかかっている状態で、モータジェネレータ４０による回生発電が行われた場合は、この回生電力をバッテリ１４に蓄電する動作モード、そしてＭ５は、Ｍ４の動作モードにおいてアイドル状態となったときの動作モードである。このアイドル状態においては、作業負荷はかかっておらず、モータジェネレータ４０によるバッテリ１４の充電のみが行われる。 The functions of the hybrid system I described with reference to FIGS. 3 to 5 correspond to the operation modes shown in FIG. 2 as follows.
M1 shown in FIG. 2 is an operation mode in which the starter function is exhibited by the motor generator 40 that functions as the motor described with reference to FIG. M2 is an operation mode in which the assist function by the motor generator 40 that functions as the motor described with reference to FIG. 4 is exhibited. M3 to M5 are operation modes in which the charging (power generation) function by the motor generator 40 functioning as the generator described with reference to FIG. 5 is exhibited, and M3 is an operation state in which the motor generator 40 is a non-electric load. An operation mode in which only the engine 2 is operated alone, M4, is generated when regenerative power generation is performed by the motor generator 40 while the engine 2 is generating power while a work load is applied to the engine 2. An operation mode in which the regenerative power is stored in the battery 14, and M5 is an operation mode when an idle state is entered in the operation mode of M4. In this idle state, no work load is applied, and only the battery 14 is charged by the motor generator 40.

以上の説明のような、各モードにおいて好適に作動するハイブリッドシステムIを作業機などに適用することにより、前述した各作動時における効果に加え、一連の作動においてエンジン２にかかる負荷を一定にすることができ、負荷率の向上（後述する負荷平準化）を図ることができる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
また、低速域におけるエンジンの特性として、機関回転数が低いほどトルクが小さく不安定であること等があるが、モータジェネレータ４０によるトルクアシストによって、この低速域におけるトルクの向上を図ることができる。これにより、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができ、また、作業機として低速かつ正確な動作が要求される軽負荷の作業時での操作性を向上及び騒音の低減を図ることができる。 By applying the hybrid system I that operates suitably in each mode as described above to a work machine or the like, in addition to the effects at the time of each operation described above, the load applied to the engine 2 in a series of operations is made constant. The load factor can be improved (load leveling described later). As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load.
Further, as a characteristic of the engine in the low speed range, there is a case where the torque becomes smaller and unstable as the engine speed is lower. However, torque assist by the motor generator 40 can improve the torque in the low speed range. This makes it possible to improve engine performance such as improved fuel efficiency and exhaust color, and improves operability during light-load work that requires low-speed and accurate operation as a work implement and noise. Can be reduced.

また、このような構成のハイブリッドシステムIを小型の作業機などに適用する場合は、バッテリ１４に出入力される電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ４４を使用しない構成とすることもできる。つまり、小型の作業機などのように、モータとして作動するモータジェネレータ４０の出力が比較的小さくてもその作動に影響がないような場合、モータジェネレータ４０のモータ機能を発揮するためには高い電圧は必要なく、昇降圧チョッパ４４を使用せずとも本ハイブリッドシステムによる効果を得ることができる。
この場合、バッテリ１４はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に直接接続され、バッテリ１４のバッテリ容量はモータとして作動するモータジェネレータ４０のモータ出力に対応したものとなる。 Further, when the hybrid system I having such a configuration is applied to a small working machine or the like, a configuration in which the step-up / step-down chopper 44 that steps up / down the voltage input / output to / from the battery 14 is not used may be employed. That is, when the output of the motor generator 40 that operates as a motor is relatively small and does not affect the operation, such as a small working machine, a high voltage is required to exert the motor function of the motor generator 40. Therefore, the effect of the present hybrid system can be obtained without using the step-up / down chopper 44.
In this case, the battery 14 is directly connected to the VVVF inverter converter 42, and the battery capacity of the battery 14 corresponds to the motor output of the motor generator 40 that operates as a motor.

このように、本ハイブリッドシステムを昇降圧チョッパ４４を使用しない構成とすることにより、小型の作業機などにおいても、本ハイブリッドシステムによる効率の良い運転が可能となり、ランニングコストの低減効果を得ることが可能となる。   In this way, by adopting a configuration in which the hybrid system does not use the step-up / down chopper 44, even with a small work machine, an efficient operation by the hybrid system is possible, and an effect of reducing running costs can be obtained. It becomes possible.

次に、本ハイブリッドシステムにおける、バッテリ１４の充電状態に基づくエンジン２及びモータジェネレータ４０の制御方法について説明する。
本制御方法は、バッテリ１４の充電量が規定値を下回ると、モータジェネレータ４０によるトルクアシストを行わず、通常、操作レバー９を操作することによって調節するエンジン２の回転数を、システムコントローラ７によって自動的に制御することで、機関出力（機関回転数）を一定に制御しようとするものである。すなわち、本制御方法は、バッテリ１４の充電状態が、予め設定された規定値を下回った場合、モータジェネレータ４０によるトルクアシストを行わず、スロットルアクチュエータ２２を構成する前記ＤＣモータを制御することによってエンジン２の回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御することを特徴としている。 Next, a control method of the engine 2 and the motor generator 40 based on the state of charge of the battery 14 in the hybrid system will be described.
In this control method, when the charge amount of the battery 14 falls below a specified value, the motor generator 40 does not perform torque assist, and the system controller 7 adjusts the rotation speed of the engine 2 that is normally adjusted by operating the operation lever 9. By automatically controlling, the engine output (engine speed) is to be controlled to be constant. That is, in the present control method, when the state of charge of the battery 14 falls below a preset specified value, torque assist by the motor generator 40 is not performed, and the DC motor constituting the throttle actuator 22 is controlled to control the engine. The engine speed is controlled so as to keep the engine output constant by adjusting the rotational speed of 2.

まず、バッテリ１４の充電状態（以下、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ））を演算する方法について説明する。
前述したように、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０にて発電された交流電力は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２にて整流・平滑化され直流電力に変換された後、昇降圧チョッパ４４により所定の電圧に変圧されて、バッテリ１４に蓄電される。また、バッテリ１４からの給電電力によりモータジェネレータ４０への電力供給を行い、該モータジェネレータ４０を駆動可能としている。 First, a method for calculating the state of charge of the battery 14 (hereinafter, SOC (State of Charge)) will be described.
As described above, the AC power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42 and converted to DC power, and then converted to DC power by the step-up / down chopper 44. It is transformed and stored in the battery 14. In addition, power is supplied to the motor generator 40 by the power supplied from the battery 14 so that the motor generator 40 can be driven.

バッテリ１４のＳＯＣは、バッテリ１４の起電力とバッテリ１４のバッテリ液（電解液）の比重との関係から、システムコントローラ７にて演算される。
具体的に説明すると、充放電中のバッテリ電圧（バッテリ１４の端子電圧）Ｖｂａｔは、次式（１）により表される。
Ｖｂａｔ＝ＥO±ＩCD・ＲO ・・・（１）
この式を用いてバッテリ１４のＳＯＣを算出する。式（１）において、ＥOはバッテリ１４の起電力（バッテリ開路電圧）、ＩCDはバッテリ１４の充放電電流、ＲOはバッテリ１４の内部抵抗である。バッテリ１４の充放電電流ＩCDは、電流の向きによって充電電流または放電電流となり、式（１）においては、正（＋）の場合には、充電電流であり、負（−）の場合には放電電流である。 The SOC of the battery 14 is calculated by the system controller 7 from the relationship between the electromotive force of the battery 14 and the specific gravity of the battery liquid (electrolyte) of the battery 14.
If it demonstrates concretely, the battery voltage (terminal voltage of the battery 14) Vbat during charging / discharging will be represented by following Formula (1).
Vbat = E O ± I CD · R O (1)
The SOC of the battery 14 is calculated using this equation. In Equation (1), E O is the electromotive force (battery open circuit voltage) of the battery 14, I CD is the charge / discharge current of the battery 14, and R O is the internal resistance of the battery 14. The charging / discharging current I CD of the battery 14 becomes a charging current or a discharging current depending on the direction of the current. In the formula (1), the charging current is positive (+) and is negative (−). Discharge current.

電圧センサ４５によって検出されるバッテリ電圧Ｖｂａｔ、及び充放電電流ＩCDは、昇降圧チョッパ４４からシーケンサ４３を介してシステムコントローラ７に送信される。システムコントローラ７は、入力されたバッテリ電圧Ｖｂａｔ及び充放電電流ＩCDに基づいてバッテリ１４の内部抵抗ＲOを演算する。この算出された内部抵抗ＲOに基づき、式（１）からバッテリ開路電圧ＥOを演算する。そして、予めシステムコントローラ７には、図６に示すような、バッテリ開路電圧ＥOとバッテリ１４のバッテリ液（電解液）の比重との関係と、図７に示すような、バッテリ液の比重とバッテリ１４の放電深度（以下、ＤＯＤ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ））との関係が記憶されている。なお、システムコントローラ７には、バッテリ液とＤＯＤとの関係に代えて、バッテリ液とＳＯＣとの関係を予め記憶させておいてもよい。このＤＯＤとＳＯＣとは、ともにバッテリの充電状態を表す量であり、両者の間には、ＤＯＤ＋ＳＯＣ＝１００％という関係がある。 The battery voltage Vbat and the charge / discharge current I CD detected by the voltage sensor 45 are transmitted from the step-up / down chopper 44 to the system controller 7 via the sequencer 43. The system controller 7 calculates the internal resistance R O of the battery 14 based on the input battery voltage Vbat and charge / discharge current I CD . Based on the calculated internal resistance R O , the battery open circuit voltage E O is calculated from Equation (1). The system controller 7 previously stores the relationship between the battery open circuit voltage E O and the specific gravity of the battery fluid (electrolyte) of the battery 14 as shown in FIG. 6, and the specific gravity of the battery fluid as shown in FIG. The relationship with the depth of discharge of the battery 14 (hereinafter referred to as DOD (Depth of Discharge)) is stored. The system controller 7 may store the relationship between the battery fluid and the SOC in advance instead of the relationship between the battery fluid and the DOD. Both DOD and SOC are quantities representing the state of charge of the battery, and there is a relationship of DOD + SOC = 100% between the two.

バッテリ開路電圧ＥOが分かると、システムコントローラ７は、バッテリ開路電圧ＥOとバッテリ液の比重との関係により、あるバッテリ温度（周囲温度）に対するバッテリの比重が算出される。そして、算出されたバッテリ液の比重から、バッテリ液の比重とＤＯＤとの関係によりバッテリ１４のＤＯＤが演算され、このＤＯＤに対するバッテリ１４のＳＯＣが演算される。なお、このバッテリ１４のＳＯＣの演算方法は一例であり、システムコントローラ７によって一定以上の正確性を有するバッテリ１４のＳＯＣが随時演算できる方法であれば前記演算方法に限定されるものではない。 When the battery open circuit voltage E O is known, the system controller 7 calculates the specific gravity of the battery with respect to a certain battery temperature (ambient temperature) based on the relationship between the battery open circuit voltage E O and the specific gravity of the battery fluid. Then, the DOD of the battery 14 is calculated from the calculated specific gravity of the battery fluid based on the relationship between the specific gravity of the battery fluid and the DOD, and the SOC of the battery 14 with respect to this DOD is calculated. The method for calculating the SOC of the battery 14 is an example, and the method is not limited to the above calculation method as long as the SOC of the battery 14 having a certain level of accuracy can be calculated by the system controller 7 at any time.

そして、システムコントローラ７にて、演算されたバッテリ１４のＳＯＣと、該システムコントローラ７に予め記憶されている規定値ＳＯＣminとが比較され、バッテリ１４のＳＯＣが規定値ＳＯＣminを下回っているか否かが判断される。ここで、バッテリ１４のＳＯＣが規定値ＳＯＣminを下回っている判断された場合、前述したエンジン２に一定以上高い作業負荷がかかった際のモータジェネレータ４０によるトルクアシストを行わないようにし、その代わりに、エンジン２自体の出力を増加させることで、作業負荷に対するエンジン２の負荷平準化を行うように制御する。つまり、バッテリ１４の充電量が低下し、モータジェネレータ４０による十分なトルクアシストが行われない状態となった場合は、モータジェネレータ４０によるトルクアシストを行わないようにすることでバッテリ１４の放電を停止し、モータジェネレータ４０によるトルクアシストの代わりに、エンジン２の燃料噴射量を調節するスロットルアクチュエータ２２を制御することにより、機関出力（機関回転数）を一定に保持する。 Then, the calculated SOC of the battery 14 is compared with the specified value SOC min stored in advance in the system controller 7 by the system controller 7, and whether or not the SOC of the battery 14 is below the specified value SOC min. Is judged. Here, if it is determined that the SOC of the battery 14 is lower than the specified value SOC min , torque assist by the motor generator 40 when the above-described engine 2 is subjected to a work load higher than a certain level is not performed, instead. In addition, control is performed so as to perform load leveling of the engine 2 with respect to the work load by increasing the output of the engine 2 itself. That is, when the charge amount of the battery 14 decreases and the motor generator 40 does not perform sufficient torque assist, the discharge of the battery 14 is stopped by not performing the torque assist by the motor generator 40. Then, instead of torque assist by the motor generator 40, the engine output (engine speed) is kept constant by controlling the throttle actuator 22 that adjusts the fuel injection amount of the engine 2.

具体的にスロットルアクチュエータ２２を制御することによるエンジン２の負荷平準化は次のようにして行われる。
スロットルアクチュエータ２２は、前述したようにラックピニオン式のＤＣモータで構成されており、このスロットルアクチュエータ２２のラックギアは、前述したメカニカルガバナのガバナレバーと接続されている。そして、このＤＣモータをシステムコントローラ７によって自動制御することにより、エンジン２の燃料噴射量を調節するとともに、機関回転数を調節する。 Specifically, the load leveling of the engine 2 by controlling the throttle actuator 22 is performed as follows.
As described above, the throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor, and the rack gear of the throttle actuator 22 is connected to the governor lever of the mechanical governor described above. The DC motor is automatically controlled by the system controller 7, thereby adjusting the fuel injection amount of the engine 2 and adjusting the engine speed.

すなわち、システムコントローラ７にて、前述のように演算されるバッテリ１４のＳＯＣが、規定値ＳＯＣminを下回った状態で、エンジン２に高い作業負荷がかかり、エンジン２の実回転数が速度指令よりも低くなった場合は、システムコントローラ７からスロットルアクチュエータ２２のＤＣモータへ燃料噴射量を増やす方向にガバナレバーを作動させるように指令を送り、機関出力が一定となるように機関回転数を速度指令による指令値に保持する。そして、モータジェネレータ４０による発電によってバッテリ１４のＳＯＣが規定値ＳＯＣminを下回った状態から、規定値ＳＯＣminを上回った場合は、通常のモータジェネレータ４０によるトルクアシストの制御に移行する。 That is, in the state where the SOC of the battery 14 calculated by the system controller 7 as described above is lower than the specified value SOC min , a high work load is applied to the engine 2, and the actual rotational speed of the engine 2 is determined from the speed command. If the engine speed has also decreased, a command is sent from the system controller 7 to the DC motor of the throttle actuator 22 to operate the governor lever in the direction of increasing the fuel injection amount, and the engine speed is set according to the speed command so that the engine output becomes constant. Hold at the command value. When the SOC of the battery 14 is lower than the specified value SOC min due to the power generation by the motor generator 40, the control shifts to the normal torque assist control by the motor generator 40 when the SOC exceeds the specified value SOC min .

このように、バッテリ１４の充電量が不足した状態ではモータジェネレータ４０によるトルクアシストを行わず、エンジン２のスロットルアクチュエータ２２を制御することによって機関出力を一定に保つようにすることで、エンジン２が長時間高負荷状態となってモータジェネレータ４０によるトルクアシストが連続して行われた場合などのように、バッテリ１４の充電量が不足した状態でも、作業負荷に対するエンジン２の特性（作業速度など）が変化することなく、作業中にバッテリ１４の充電量不足にともなうモータジェネレータ４０のトルクアシストのトルク不足による違和感（機関回転数の急激な低下など）を解消することができる。また、バッテリ１４の過放電を防止することができるので、バッテリ１４の過放電によるバッテリ性能の低下を防止して長寿命化を図ることができる。   In this way, when the charge amount of the battery 14 is insufficient, torque assist by the motor generator 40 is not performed, and the engine output is kept constant by controlling the throttle actuator 22 of the engine 2 so that the engine 2 The characteristics of the engine 2 with respect to the work load (work speed, etc.) even when the charge amount of the battery 14 is insufficient, such as when the torque assist by the motor generator 40 is continuously performed after being in a high load state for a long time. Without changing, it is possible to eliminate a sense of incongruity (such as a rapid decrease in engine speed) due to insufficient torque assist of the motor generator 40 due to insufficient charge of the battery 14 during work. In addition, since the battery 14 can be prevented from being overdischarged, the battery performance can be prevented from being deteriorated due to the overdischarge of the battery 14 and the life can be extended.

また、このようなシステムコントローラ７によるスロットルアクチュエータ２２の自動制御を、バッテリ１４による給電が終了した時から一定時間行うように制御することもできる。すなわち、この場合、モータジェネレータ４０のトルクアシストにともなうバッテリ１４からの給電が終了した時から、予め設定された時間が経過するまでは、モータジェネレータ４０によるトルクアシストを行わず、スロットルアクチュエータ２２を制御することによってエンジン２の回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御する。   Further, the automatic control of the throttle actuator 22 by the system controller 7 can be controlled so as to be performed for a predetermined time from when the power supply by the battery 14 is finished. That is, in this case, until the preset time elapses after the power supply from the battery 14 with the torque assist of the motor generator 40 is completed, the torque assist by the motor generator 40 is not performed and the throttle actuator 22 is controlled. As a result, the engine speed is adjusted to keep the engine output constant by adjusting the rotational speed of the engine 2.

具体的には、エンジン２に高い作業負荷がかかってエンジン２の実回転数が速度指令よりも低くなると、モータジェネレータ４０によるトルクアシストが行われるが、その後、作業負荷が解除されてエンジン２の実回転数が速度指令よりも高くなった時、即ちバッテリ１４による給電が終了した時から、予め定められた時間が経過するまでは、モータジェネレータ４０によるトルクアシストは行わず、前述のようにシステムコントローラ７によってスロットルアクチュエータ２２の自動制御を行うことで、機関出力を一定に保ち、エンジン２の負荷平準化を図るのである。   Specifically, when a high work load is applied to the engine 2 and the actual rotational speed of the engine 2 becomes lower than the speed command, torque assist is performed by the motor generator 40. Thereafter, the work load is released and the engine 2 Torque assist by the motor generator 40 is not performed until a predetermined time elapses after the actual rotational speed becomes higher than the speed command, that is, when the power supply by the battery 14 is finished, and the system as described above. By automatically controlling the throttle actuator 22 by the controller 7, the engine output is kept constant, and the load leveling of the engine 2 is achieved.

そして、例えば、バッテリ１４による給電が終了した時から一定時間スロットルアクチュエータ２２の自動制御を行う場合を、本ハイブリッドシステムにおける「節電モード」とし、操作部８にこの「節電モード」のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ等を設け、本ハイブリッドシステムが適用される作業機などのオペレータによって任意に選択可能な構成とすることもできる。   For example, a case where the throttle actuator 22 is automatically controlled for a certain period of time after the power supply by the battery 14 is finished is referred to as a “power saving mode” in the hybrid system, and the “power saving mode” is turned on / off in the operation unit 8. A switch or the like for switching may be provided, and a configuration that can be arbitrarily selected by an operator such as a work machine to which the hybrid system is applied may be employed.

このように制御することで、バッテリ１４による給電が終了した時から一定時間は少なくともバッテリ１４の放電が行われることはないので、バッテリ１４の過放電を予め防止することが可能となる。また、このような制御が行われる場合を「節電モード」とし、切換え可能とすることによって、作業状態に即してバッテリ１４の過放電を防止できるとともに、エンジン２の負荷平準化を図ることが可能となる。   By controlling in this way, since the battery 14 is not discharged at least for a certain period of time after the power supply by the battery 14 is completed, it is possible to prevent the battery 14 from being overdischarged in advance. Further, when such control is performed, the “power saving mode” is set, and switching can be performed, so that overdischarge of the battery 14 can be prevented in accordance with the working state and load leveling of the engine 2 can be achieved. It becomes possible.

また、以上説明したような、ハイブリッドシステムIにおけるバッテリ１４の充電状態に基づく制御は、図８に示すようなハイブリッドシステムIIにおいても行うことができる。
ハイブリッドシステムIIの構成は、ハイブリッドシステムIの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムIIにおけるモータ５は、前述したハイブリッドシステムIにおいてモータとして作動する場合のモータジェネレータ４０に相当し、ハイブリッドシステムIIにおけるオルタネータ１１は、ハイブリッドシステムIにおいて発電機として作動する場合のモータジェネレータ４０に相当する。また、ハイブリッドシステムIIは、後述するようにモータ駆動機能を有している。以下、ハイブリッドシステムIIの構成について図８を用いて説明する。なお、ハイブリッドシステムIと共通の装置などや同様の機能を有する装置などについては同符号を付して説明する。 The control based on the state of charge of the battery 14 in the hybrid system I as described above can also be performed in the hybrid system II as shown in FIG.
The configuration of the hybrid system II is a change of the configuration of the hybrid system I, and the functions thereof are substantially the same. That is, the motor 5 in the hybrid system II corresponds to the motor generator 40 when operating as a motor in the hybrid system I described above, and the alternator 11 in the hybrid system II is a motor generator when operating as a generator in the hybrid system I. This corresponds to 40. The hybrid system II has a motor drive function as will be described later. Hereinafter, the configuration of the hybrid system II will be described with reference to FIG. In addition, about the apparatus etc. which are common in the hybrid system I, an apparatus etc. which have the same function, it attaches | subjects and demonstrates.

ハイブリッドシステムIIでは、エンジン２の出力軸部４の駆動を、エンジン２とモータ（電動機）５との両方により可能としている。出力軸部４から取り出された駆動力は、クラッチ部１２を介して出力部６に伝達され、動力伝達装置などを介して、作業機などの各種作業部、また、移動体などにおける走行車輪や船舶の水中推進用プロペラ等を駆動する。   In the hybrid system II, the output shaft 4 of the engine 2 can be driven by both the engine 2 and the motor (electric motor) 5. The driving force taken out from the output shaft portion 4 is transmitted to the output portion 6 through the clutch portion 12, and through the power transmission device or the like, various working portions such as a work machine, traveling wheels in a moving body, etc. Drives underwater propulsion propellers, etc.

前記クラッチ部１２においては、モータ５の出力軸部５ａが、エンジン２のクランク軸に対して略垂直方向から、出力部６へ駆動力を伝達するように連結されている。つまり、クラッチ部１２は、エンジン２及びモータ５からの駆動力を出力部６に伝達するとともに、エンジン２の出力軸部４と、モータ５の出力軸部５ａと、出力部６とのそれぞれの連結・非連結（断接）の切り換えを行っている。このクラッチ部１２の切換操作は、後述のシフトアクチュエータ２１によって選択的に行われる。   In the clutch portion 12, the output shaft portion 5 a of the motor 5 is connected so as to transmit driving force to the output portion 6 from a direction substantially perpendicular to the crankshaft of the engine 2. That is, the clutch unit 12 transmits driving force from the engine 2 and the motor 5 to the output unit 6, and each of the output shaft unit 4 of the engine 2, the output shaft unit 5 a of the motor 5, and the output unit 6. Switching between connected and disconnected (connected / disconnected) is performed. The switching operation of the clutch portion 12 is selectively performed by a shift actuator 21 described later.

また、エンジン２内には、発電機としてのオルタネータ１１が備えられており、該オルタネータ１１は、昇降圧チョッパ４４を介して蓄電装置であるバッテリ１４と接続されている。昇降圧チョッパ４４は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２と接続されており、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、前記モータ５と接続されている。オルタネータ１１は、エンジン２の駆動にともなって発電し、該オルタネータ１１で発電される電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に蓄電されるか、または、昇降圧チョッパ４４を介することなくＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力され、モータ５に供給される。なお、本実施例では、発電機としてオルタネータ１１を用いて説明しているが、エンジン２の出力軸部４側に設けられるフライホイール型の発電機としてもよく、この場合は、発電機により発電された交流電力は整流器によって整流・平滑化され直流に変換される。   Further, an alternator 11 as a generator is provided in the engine 2, and the alternator 11 is connected to a battery 14 as a power storage device via a step-up / down chopper 44. The step-up / down chopper 44 is connected to a VVVF inverter converter 42, and the VVVF inverter converter 42 is connected to the motor 5. The alternator 11 generates electric power as the engine 2 is driven, and the electric power generated by the alternator 11 is stored in the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44 or VVVF without going through the step-up / step-down chopper 44. The signal is input to the inverter converter 42 and supplied to the motor 5. In this embodiment, the alternator 11 is used as the generator. However, a flywheel generator provided on the output shaft 4 side of the engine 2 may be used. In this case, the generator generates power using the generator. The AC power thus generated is rectified and smoothed by a rectifier and converted to DC.

前記ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４は、シーケンサ４３を介してシステムコントローラ７と接続されている。このシーケンサ４３を含むシステムコントローラ７が制御手段となる。システムコントローラ７は、制御対象の状態や、機関回転数や各種アクチュエータ等の外部からの信号に基づき、制御対象に与える操作やその順序などを制御する。そのため、システムコントローラ７とシーケンサ４３との間では各種制御信号の通信が行われており、システムコントローラ７と、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４との信号のやりとりは、シーケンサ４３を介して行われる。システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２へは、起動信号や速度指令（モータ指令）などの信号が送信されており、システムコントローラ７と昇降圧チョッパ４４との間では、起動信号や充電開始・充電電流に関する信号が通信されている。
また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４からなるインバータ部には電圧センサ４５が接続されており、この電圧センサ４５によってインバータ部のインバータ直流電圧やバッテリ電圧など各部の電圧を検出する。 The VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are connected to the system controller 7 via a sequencer 43. The system controller 7 including the sequencer 43 serves as control means. The system controller 7 controls operations to be performed on the control target, the order thereof, and the like based on the state of the control target, the engine speed, and external signals from various actuators. Therefore, various control signals are communicated between the system controller 7 and the sequencer 43, and signal exchange between the system controller 7, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44 is performed via the sequencer 43. Is called. Signals such as a start signal and a speed command (motor command) are transmitted from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42, and a start signal, a charge start / charge current are transmitted between the system controller 7 and the step-up / step-down chopper 44. Signals about are being communicated.
In addition, a voltage sensor 45 is connected to the inverter unit composed of the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44, and the voltage sensor 45 detects the voltage of each unit such as the inverter DC voltage and battery voltage of the inverter unit.

このような構成により、ハイブリッドシステムIIにおいては、オルタネータ１１による発電電力を、昇降圧チョッパ４４により降圧してバッテリ１４に蓄電するか、またはインバータとして作動するＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５に供給し、該モータ５を作動させる場合には、インバータとして作動するＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介して、オルタネータ１１による発電電力、及び昇降圧チョッパ４４により昇圧されるバッテリ１４からの給電電力をモータ５に供給することを特徴としている。   With such a configuration, in the hybrid system II, the electric power generated by the alternator 11 is stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14 or supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 that operates as an inverter. When the motor 5 is operated, power generated by the alternator 11 and power supplied from the battery 14 boosted by the step-up / step-down chopper 44 are supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 operating as an inverter. It is characterized by doing.

すなわち、モータ５を作動させる場合には、オルタネータ１１により発電された電力、及びバッテリ１４からの給電電力がモータ５に供給され、これにより、該モータ５が作動する。オルタネータ１１により発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介することなくＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。また、バッテリ１４から給電される直流電流は、昇降圧チョッパ４４を介してＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。このとき、昇降圧チョッパ４４は昇圧チョッパとして機能し、オルタネータ１１の発電電力及びバッテリ１４の給電電圧を所定の電圧に昇圧して、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に出力する。これらの場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はインバータとして機能して、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力をモータ５に供給する。   That is, when the motor 5 is operated, the electric power generated by the alternator 11 and the electric power supplied from the battery 14 are supplied to the motor 5, thereby operating the motor 5. The DC power generated by the alternator 11 is input to the VVVF inverter converter 42 without passing through the step-up / step-down chopper 44. The direct current fed from the battery 14 is input to the VVVF inverter converter 42 via the step-up / step-down chopper 44. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a boost chopper, boosts the generated power of the alternator 11 and the power supply voltage of the battery 14 to a predetermined voltage, and outputs the boosted voltage to the VVVF inverter converter 42. In these cases, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter, converts the input DC power into AC power having a predetermined voltage and frequency, and supplies the converted AC power to the motor 5.

また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７からの指令（速度指令・制御信号）に従い、モータ５の回転数及びトルクを制御する。モータ５の出力軸部５ａは、前述のようにクラッチ部１２にてエンジン２の出力軸部４と連結されており、モータ５が作動することにより、該モータ５の駆動力が出力部６に伝達されて、後述するハイブリッドシステムIIにおけるスタータ機能、アシスト機能、及びモータ駆動機能が発揮される。   The VVVF inverter converter 42 controls the rotation speed and torque of the motor 5 in accordance with a command (speed command / control signal) from the system controller 7. The output shaft portion 5a of the motor 5 is connected to the output shaft portion 4 of the engine 2 by the clutch portion 12 as described above, and when the motor 5 is operated, the driving force of the motor 5 is applied to the output portion 6. By being transmitted, a starter function, an assist function, and a motor drive function in the hybrid system II described later are exhibited.

そして、モータ５が回生状態になった場合は、該モータ５からの回生電力をバッテリ１４に蓄電するようにしている。モータ５からの回生電力は、三相交流電力としてＶＶＶＦインバータコンバータ４２に出力される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はコンバータとして機能して、モータ５から入力された交流電力を整流・平滑化して直流電力に変換する。ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって変換された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に入力され、これによりバッテリ１４に蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ４４は降圧チョッパとして機能し、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２から入力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ１４に蓄電する。この回生発電が発生する場合としては、例えば、本ハイブリッドシステムを油圧ショベル等の油圧建設機械に適用した場合には、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム下げ時や、このフロント作業機が取付けられる旋回体の旋回動作の制動時などである。   When the motor 5 is in a regenerative state, the regenerative power from the motor 5 is stored in the battery 14. The regenerative power from the motor 5 is output to the VVVF inverter converter 42 as three-phase AC power. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter, and rectifies and smoothes AC power input from the motor 5 to convert it into DC power. The DC power converted by the VVVF inverter converter 42 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, and is thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper, and steps down the DC power input from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14. For example, when this regenerative power generation occurs, when this hybrid system is applied to a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, the front work machine having a boom, an arm, a bucket, etc. For example, when the turning motion of the turning body to which the machine is mounted is braked.

一方、オルタネータ１１を作動させる場合には、エンジン２の駆動力の一部または全部がオルタネータ１１の作動に用いられ、このエンジン２からの駆動力によりオルタネータ１１が作動して発電が行われる。エンジン２の駆動によりオルタネータ１１で発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に入力され、これによりバッテリ１４に蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ４４は降圧チョッパとして機能し、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２から出力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ１４に蓄電する。また、このオルタネータ１１により発電された直流電力は、前述したように、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５に供給される。   On the other hand, when the alternator 11 is operated, part or all of the driving force of the engine 2 is used for the operation of the alternator 11, and the alternator 11 is operated by the driving force from the engine 2 to generate electric power. The DC power generated by the alternator 11 by driving the engine 2 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44 and thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper and steps down the DC power output from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14. Further, the DC power generated by the alternator 11 is supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 as described above.

なお、以上に述べたように、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータ５を作動させる場合には、バッテリ１４から給電される直流電力を交流電力に変換するインバータとして機能し、モータ５が回生状態になった場合には、該モータ５により発電された交流電力を直流電力に変換するコンバータとして機能する双方向電力変換装置となっている。   As described above, when operating the motor 5, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter that converts DC power supplied from the battery 14 into AC power, and the motor 5 enters a regenerative state. In this case, the bidirectional power conversion device functions as a converter that converts AC power generated by the motor 5 into DC power.

このように、昇降圧チョッパ４４を使用することにより、バッテリ１４からモータ５へ供給される電圧を昇圧することができるため、バッテリ１４からの出力（電力）が同じであれば、電圧が高くなった分、小電流化を図ることが可能となる（電力＝電流×電圧）。これにより、昇降圧チョッパ４４とＶＶＶＦインバータコンバータ４２とを接続する配線、及びＶＶＶＦインバータコンバータ４２とモータ５とを接続する配線において、負荷をかけたとき流れる負荷電流の配線の抵抗によって失われる損失（銅損）を低減することができる。   Thus, by using the step-up / step-down chopper 44, the voltage supplied from the battery 14 to the motor 5 can be boosted. Therefore, if the output (electric power) from the battery 14 is the same, the voltage increases. Accordingly, it is possible to reduce the current (power = current × voltage). Thereby, in the wiring connecting the step-up / step-down chopper 44 and the VVVF inverter converter 42 and the wiring connecting the VVVF inverter converter 42 and the motor 5, the loss (due to the resistance of the wiring of the load current that flows when a load is applied ( (Copper loss) can be reduced.

また、昇降圧チョッパ４４を使用することにより、バッテリ１４の小型化が図れる。つまり、モータ５に供給する電圧は、高いほどモータ５の機能を発揮するためには有利であり、高い電圧で供給しようとすると、バッテリ１４を大きくする必要があるが、昇降圧チョッパ４４を使用することでバッテリ１４から供給する電圧が低くても昇圧することが可能となるので、バッテリ１４を大きくする必要がなくなるのである。これにより、本ハイブリッドシステムを搭載する機体における省スペース化、及び軽量化を図ることができる。   Further, by using the step-up / down chopper 44, the battery 14 can be reduced in size. In other words, the higher the voltage supplied to the motor 5, the more advantageous it is to exert the function of the motor 5. To supply at a higher voltage, the battery 14 needs to be enlarged, but the buck-boost chopper 44 is used. By doing so, it is possible to boost the voltage even when the voltage supplied from the battery 14 is low, so that it is not necessary to enlarge the battery 14. Thereby, the space saving and weight reduction in the airframe which mounts this hybrid system can be achieved.

一方、エンジン２の駆動力（回転数）の調整は、操作部８に配設されるモード切換スイッチ（図示略）や、レギュレータレバー等の操作レバー９等を操作することによって行われる。また、操作レバー９には、該操作レバー９のレバー位置を検出する位置センサ（図示略）が付設されており、この位置センサはシステムコントローラ７と接続されている。また、操作部８には、切り換え操作手段として、ＶＶＶＦ起動（回転数）指示スイッチ、ＣＶＣＦ（定電圧定周波数）起動スイッチ、昇降圧チョッパ起動スイッチ、蓄電開始スイッチ、蓄電電流指示スイッチ等の各種スイッチが配設されており、これらの各種スイッチはシステムコントローラ７と接続されている。   On the other hand, the driving force (rotation speed) of the engine 2 is adjusted by operating a mode changeover switch (not shown) provided in the operation unit 8, an operation lever 9 such as a regulator lever, or the like. The operation lever 9 is provided with a position sensor (not shown) for detecting the lever position of the operation lever 9, and this position sensor is connected to the system controller 7. The operation unit 8 includes various switches such as a VVVF start (rotation speed) instruction switch, a CVCF (constant voltage constant frequency) start switch, a step-up / down chopper start switch, a storage start switch, and a storage current instruction switch as switching operation means. These various switches are connected to the system controller 7.

前記モード切換スイッチは、システムコントローラ７と接続されており、該モード切換スイッチを操作すると、モード切換スイッチの切換位置に対応したモード信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７により本ハイブリッドシステムのモード（駆動形態）が切り換えられて、各モードに対応した制御が行われるようにしている。
具体的には、図９に示すように、モード切換スイッチの操作によるモードの切り換えにより、出力部６をエンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストする「エンジン＋モータ」モードと、出力部６をエンジン２のみにより駆動し、オルタネータ１１の発電によるバッテリ１４の充電をともなう「エンジン＋発電機」モードと、クラッチ部１２において、エンジン２の出力軸部４と出力部６とを非連結状態（クラッチ切状態）にして出力部６をモータ５のみにより駆動する「モータ」モードと、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。 The mode changeover switch is connected to the system controller 7. When the mode changeover switch is operated, a mode signal corresponding to the changeover position of the mode changeover switch is input to the system controller 7, and the system controller 7 provides the hybrid system. These modes (drive modes) are switched so that control corresponding to each mode is performed.
Specifically, as shown in FIG. 9, an “engine + motor” mode that assists driving by the motor 5 while the output unit 6 is driven by the engine 2 by switching the mode by operating the mode changeover switch, and output The engine 6 is driven only by the engine 2, and the “engine + generator” mode in which the battery 14 is charged by the power generated by the alternator 11 is not connected to the output shaft 4 and the output unit 6 of the engine 2 in the clutch unit 12. In this state (clutch disengaged state), it is possible to carry out the operation by three types of patterns: a “motor” mode in which the output unit 6 is driven only by the motor 5.

操作レバー９を操作すると、該操作レバー９のレバー位置が前記位置センサにより検出され、レバー位置に応じた信号がシステムコントローラ７に入力される。そして、システムコントローラ７は入力された信号に基づいてシフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２を作動させる。   When the operation lever 9 is operated, the position of the operation lever 9 is detected by the position sensor, and a signal corresponding to the lever position is input to the system controller 7. Then, the system controller 7 operates the shift actuator 21 and the throttle actuator 22 based on the input signal.

シフトアクチュエータ２１は、前記クラッチ部１２に接続されており、このシフトアクチュエータ２１の作動によりクラッチ部１２のクラッチを作動させるように制御している。このようにしてクラッチを作動させることにより、エンジン２の出力軸部４から出力部６、モータ５の出力軸部５ａと出力部６、出力軸部４と出力軸部５ａ、それぞれの駆動力の断接を選択的に行うことを可能としている。また、シフトアクチュエータ２１には、そのシフト位置を検出するポテンショメータ（図示略）が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ７と接続されており、このポテンショメータにより検出されたシフト位置がシステムコントローラ７に入力される。つまり、このポテンショメータが、クラッチ部１２のクラッチの「入」「切」を検知する検知手段に相当する。   The shift actuator 21 is connected to the clutch portion 12 and is controlled so that the clutch of the clutch portion 12 is operated by the operation of the shift actuator 21. By operating the clutch in this way, the output shaft portion 4 to the output portion 6 of the engine 2, the output shaft portion 5a and the output portion 6 of the motor 5, and the output shaft portion 4 and the output shaft portion 5a are driven. It is possible to selectively connect and disconnect. The shift actuator 21 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the shift position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the shift position detected by the potentiometer is input to the system controller 7. That is, this potentiometer corresponds to a detection unit that detects “on” and “off” of the clutch of the clutch unit 12.

スロットルアクチュエータ２２は、ラックピニオン式のＤＣモータ（スロットルモータ）により構成され、エンジン２のスロットルに接続されている。このスロットルアクチュエータ２２の作動により、スロットル位置（スロットル開度）が変化する。このスロットル位置の変化によりエンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力（回転数）を調節可能としている。すなわち、スロットルアクチュエータ２２は、エンジン２の回転数調節手段として機能する。そして、このスロットルアクチュエータ２２を構成する前記ＤＣモータは、システムコントローラ７に接続されており、該システムコントローラ７から送られる指令によって該ＤＣモータが制御される。また、スロットルアクチュエータ２２には、そのスロットル位置を検出するポテンショメータ（図示略）が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ７と接続されており、このポテンショメータにより検出されたスロットルアクチュエータ２２のスロットル位置がシステムコントローラ７に入力される。
このように、操作レバー９を操作して、そのレバー位置を調節することにより、エンジンの駆動力（回転数）の調整を行っている。ただし、後述するモータ５の各制御が行われているときには、操作レバー９を操作することによる燃料噴射量の調節は行われない。つまり、モータ５の制御は、操作レバー９のレバー位置から要求される燃料噴射量（指示回転数）が一定の状態で行われる。 The throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor (throttle motor), and is connected to the throttle of the engine 2. The operation of the throttle actuator 22 changes the throttle position (throttle opening). The fuel injection amount in the engine 2 is adjusted by the change in the throttle position so that the driving force (rotation speed) of the engine 2 can be adjusted. That is, the throttle actuator 22 functions as a rotation speed adjusting means for the engine 2. The DC motor constituting the throttle actuator 22 is connected to the system controller 7, and the DC motor is controlled by a command sent from the system controller 7. Further, the throttle actuator 22 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the throttle position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the throttle position of the throttle actuator 22 detected by the potentiometer is input to the system controller 7.
As described above, the operating lever 9 is operated to adjust the position of the lever, thereby adjusting the driving force (rotation speed) of the engine. However, when each control of the motor 5 described later is being performed, the fuel injection amount is not adjusted by operating the operation lever 9. That is, the control of the motor 5 is performed in a state where the fuel injection amount (instructed rotational speed) required from the lever position of the operation lever 9 is constant.

以上のように構成されるハイブリッドシステムIIにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は、次のように機能して本ハイブリッドシステムの制御を行う。
システムコントローラ７には、前述したように、操作部８における操作レバー９に付設される位置センサが接続され、また、シフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２と、これらシフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２にそれぞれ付設される前述のポテンショメータとが接続されている。 In the hybrid system II configured as described above, the system controller 7 as a main controller functions as follows to control the hybrid system.
As described above, the system controller 7 is connected to the position sensor attached to the operation lever 9 in the operation unit 8, and is attached to the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, and the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, respectively. Connected to the aforementioned potentiometer.

また、システムコントローラ７は、エンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７に機関回転数が入力される。機関回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ（図示略）により検出される。また、この回転センサにより検出される機関回転数は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２へも入力される。   The system controller 7 is connected to the engine 2, and the engine speed is input from the engine 2 to the system controller 7. The engine speed is detected by a speed sensor (not shown) attached to the engine 2. The engine speed detected by the rotation sensor is also input to the VVVF inverter converter 42.

また、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２と接続されており、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータ５の起動信号、及び予め決定される速度指令を送る。そして、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、これらの信号に基づいてモータ５を制御する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７へモータ５の回転数、トルク、及び交流電圧値などの信号を送る。モータ５の交流電圧は、該モータ５を作動させるときにＶＶＶＦインバータコンバータ４２から供給される交流電圧である。   The system controller 7 is connected to the VVVF inverter converter 42, and the system controller 7 sends a start signal for the motor 5 and a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42. The VVVF inverter converter 42 controls the motor 5 based on these signals. On the other hand, the VVVF inverter converter 42 sends signals such as the rotation speed, torque, and AC voltage value of the motor 5 to the system controller 7. The AC voltage of the motor 5 is an AC voltage supplied from the VVVF inverter converter 42 when the motor 5 is operated.

また、システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、起動信号、充電開始指示、充電電流（リミッタ）指示などを送り、昇降圧チョッパ４４に接続されるバッテリ１４を制御する。一方、昇降圧チョッパ４４は、システムコントローラ７へバッテリ１４の電圧、充放電電流などに関する信号を送る。システムコントローラ７は、前記電圧センサ４５によって検出されるバッテリ１４の電圧や、充放電電流を検出することによりバッテリ１４の状態を知ることができる。   The system controller 7 is connected to the step-up / down chopper 44, and the system controller 7 sends an activation signal, a charge start instruction, a charge current (limiter) instruction, etc. to the step-up / down chopper 44. The connected battery 14 is controlled. On the other hand, the step-up / down chopper 44 sends a signal related to the voltage of the battery 14, the charge / discharge current, and the like to the system controller 7. The system controller 7 can know the state of the battery 14 by detecting the voltage of the battery 14 detected by the voltage sensor 45 and the charge / discharge current.

以上のように構成されるハイブリッドシステムIIは、例えば、図９に示すような動作モーとを備えており、各動作モードの動作状態におけるモータ５及びオルタネータ１１の機能として、スタータ機能（図１０参照）、アシスト機能（図１１参照）、充電（発電）機能（図１２参照）、及びモータ駆動機能（図１３参照）を有している。以下、各動作モードについて説明する。   The hybrid system II configured as described above includes, for example, an operation mode as shown in FIG. 9, and the starter function (see FIG. 10) is used as the function of the motor 5 and the alternator 11 in the operation state of each operation mode. ), An assist function (see FIG. 11), a charge (power generation) function (see FIG. 12), and a motor drive function (see FIG. 13). Hereinafter, each operation mode will be described.

図１０には、エンジン２起動（始動）時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。エンジン２は、バッテリ１４からモータ５に電力を供給して、該モータ５を機能させることにより始動する。エンジン２を始動する際には、オペレータによる始動キーの操作により図示せぬリレーがオンされ、システムコントローラ７にエンジン始動の指令が入力される。システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４にエンジン２の起動信号を送る。これにより、バッテリ１４からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータ５に供給される。このようにして、モータ５が作動する。このモータ５の駆動軸は、クラッチ部１２を介してエンジン２の出力軸部４と連結されており、該出力軸部４はエンジン２のクランク軸と常時同期回転するため、モータ５を駆動することにより、停止状態のエンジン２を始動させる。   FIG. 10 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the engine 2 is started (started). The engine 2 is started by supplying electric power from the battery 14 to the motor 5 and causing the motor 5 to function. When starting the engine 2, a relay (not shown) is turned on by operating the start key by the operator, and an engine start command is input to the system controller 7. The system controller 7 sends a start signal for the engine 2 to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. As a result, the power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a boost chopper, converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter, and supplied to the motor 5 as AC power. Is done. In this way, the motor 5 operates. The drive shaft of the motor 5 is connected to the output shaft portion 4 of the engine 2 via the clutch portion 12, and the output shaft portion 4 always rotates synchronously with the crankshaft of the engine 2, so that the motor 5 is driven. Thus, the stopped engine 2 is started.

このように、トルクアシストを行うモータ５を、エンジン２の起動時におけるスタータとして利用することにより、別途セルモータ（スタータモータ）等を設ける必要がなくなり、省スペース化を図ることが可能となるので、本ハイブリッドシステムが適用される機体において動力機関の搭載スペースを小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。   Thus, by using the motor 5 that performs torque assist as a starter when starting the engine 2, it is not necessary to provide a cell motor (starter motor) or the like separately, and space can be saved. In the airframe to which the hybrid system is applied, the space for mounting the power engine can be reduced. In addition, the manufacturing cost can be reduced.

そして、エンジン２の起動終了後は、エンジン２が作動している状態ではオルタネータ１１も作動状態となっており、常時バッテリ１４への充電を行っており、「トルクアシスト要求」が発生した場合にのみ、モータ５を作動させてトルクアシストを行う。なお、ここでの「トルクアシスト要求」とは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によってモータ５によるトルクアシストが必要と判断された場合に、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へ送られる信号であり、この速度制御でのトルク指令を増加させる信号が相当する。   After the start of the engine 2, when the engine 2 is operating, the alternator 11 is also in an operating state, the battery 14 is constantly charged, and a “torque assist request” is generated. Only, the motor 5 is operated to perform torque assist. The “torque assist request” here is a signal sent from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 when the VVVF inverter converter 42 determines that torque assist by the motor 5 is necessary. This corresponds to a signal for increasing the torque command at.

図１１には、モータ５によるトルクアシスト時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。なお、「トルクアシスト」とは、モータ５を作動させ、このモータ５によってエンジン２の駆動負荷の一部を賄うことを意味する。   FIG. 11 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force during torque assist by the motor 5. “Torque assist” means that the motor 5 is operated and a part of the driving load of the engine 2 is covered by the motor 5.

また、モータ５によって行われるトルクアシストは、エンジン２の駆動力に対するもの（エンジンアシスト）に限定されるものではない。すなわちこの場合、モータ５の出力軸部５ａを、作業機などのクローラや走行車輪の車軸にクラッチ等を介して連結し、エンジン２自体はモータ５を作動させるための電力を発電する発電機としての機能を果たす構成となる。   Further, the torque assist performed by the motor 5 is not limited to that for the driving force of the engine 2 (engine assist). That is, in this case, the output shaft portion 5a of the motor 5 is connected to a crawler such as a work machine or the axle of a traveling wheel via a clutch or the like, and the engine 2 itself is a generator that generates electric power for operating the motor 5. It becomes the composition which fulfills the function of.

モータ５によるトルクアシストは、前述したように、オルタネータ１１による発電電力及びバッテリ１４からの給電電力がモータ５に供給され、該モータ５が作動することによって行われる。このトルクアシストを行う場合には、エンジン２に高い負荷がかかった場合や加速を行う場合等で、機関回転数が速度指令よりも低くなるような場合やトルク変動が生じた場合等において、モータ５を駆動させる。この時エンジン２も駆動しており、モータ５及びエンジン２の駆動力の和が出力軸部４の駆動力となる。そして、モータ５によるトルクアシストは、通常、オルタネータ１１による発電電力によって行われており、後述する「最大トルク要求が発生した場合」にのみ、オルタネータ１１による発電電力に加え、バッテリ１４からの給電電力がモータ５へ供給される。   As described above, torque assist by the motor 5 is performed when the power generated by the alternator 11 and the power supplied from the battery 14 are supplied to the motor 5 and the motor 5 operates. When this torque assist is performed, when the engine 2 is under a heavy load or when acceleration is performed, the motor speed is reduced when the engine speed is lower than the speed command or when torque fluctuation occurs. 5 is driven. At this time, the engine 2 is also driven, and the sum of the driving forces of the motor 5 and the engine 2 becomes the driving force of the output shaft portion 4. The torque assist by the motor 5 is normally performed by the power generated by the alternator 11, and only when “maximum torque request occurs” described later, in addition to the power generated by the alternator 11, the power supplied from the battery 14 Is supplied to the motor 5.

トルクアシストを行う際、オルタネータ１１による発電電力がモータ５に供給されるが、この場合、オルタネータ１１からの発電電力は、昇降圧チョッパ４４を介することなくＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。そして、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７から送信される速度指令に従い、モータ５へトルク指令を送信してモータ５を制御する。つまり、モータ５は、システムコントローラ７からの速度指令に基づき、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によってその作動が制御される。   When torque assist is performed, the power generated by the alternator 11 is supplied to the motor 5. In this case, the power generated from the alternator 11 is input to the VVVF inverter converter 42 without passing through the step-up / down chopper 44. The VVVF inverter converter 42 controls the motor 5 by transmitting a torque command to the motor 5 in accordance with the speed command transmitted from the system controller 7. That is, the operation of the motor 5 is controlled by the VVVF inverter converter 42 based on the speed command from the system controller 7.

具体的に、システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２への速度指令の内容としては、エンジン２にかかる負荷が高い場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へのトルク指令を増加させるようなものとなり、逆に、エンジン２にかかる負荷が低い場合は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へのトルク指令を減少させるようなものとなる。   Specifically, the content of the speed command from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42 is such that when the load on the engine 2 is high, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 is increased. In addition, when the load on the engine 2 is low, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 is reduced.

このように、モータ５によって、トルクアシスト要求に従った適切なトルクアシストを行うことにより、エンジン２の出力が補われるので、エンジン２の小型化を図ることができる。また、このモータ５による適切なトルクアシストによって、作業機などの加速性及び駆動性の向上が図れるとともに、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。   As described above, by performing appropriate torque assist in accordance with the torque assist request by the motor 5, the output of the engine 2 is supplemented, so that the engine 2 can be downsized. In addition, with the appropriate torque assist by the motor 5, it is possible to improve the acceleration and drivability of the work machine and the like, improve fuel efficiency, reduce noise, and improve exhaust color.

また、前述の「最大トルク要求が発生した場合」とは、エンジン２に対する負荷トルクが該エンジン２の有する機関最大トルクを上回った場合、またはこの機関最大トルクに一定以上近付いた場合が相当する。そして、この最大トルク要求が発生した場合は、オルタネータ１１からモータへの電力供給に、バッテリ１４からの電力供給が加わる。この場合、システムコントローラ７が、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対して予め決定される速度指令を出力し、昇降圧チョッパ４４に対して起動信号を出力する。これにより、バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４に電力が供給されるようになり、このバッテリ１４からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータ５に供給される。
すなわち、ハイブリッドシステムIIにおける「エンジン＋モータ」モードにおいて、モータ５によるトルクアシストが行われている場合、エンジン２にかかる負荷が比較的安定している状態では、モータ５に供給される電力はオルタネータ１１による発電電力のみであり、負荷が高くなって最大トルク要求が発生した場合のみ、バッテリ１４からの給電電力が加わる。 The above-mentioned “when the maximum torque request is generated” corresponds to the case where the load torque for the engine 2 exceeds the engine maximum torque of the engine 2 or the case where the engine maximum torque approaches a certain level or more. When the maximum torque request is generated, the power supply from the battery 14 is added to the power supply from the alternator 11 to the motor. In this case, the system controller 7 outputs a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42 and outputs a start signal to the step-up / down chopper 44. As a result, electric power is supplied from the battery 14 to the step-up / step-down chopper 44, and the electric power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a step-up chopper, and the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter. Is converted into a required voltage and frequency and supplied to the motor 5 as AC power.
That is, in the “engine + motor” mode in the hybrid system II, when torque assist is performed by the motor 5, the electric power supplied to the motor 5 is the alternator when the load applied to the engine 2 is relatively stable. 11, only when the load becomes high and the maximum torque request is generated, the power supplied from the battery 14 is applied.

このように、モータ５によるトルクアシストが行われる場合、エンジン２にかかる負荷が比較的安定している通常状態では、オルタネータ１１による発電電力の供給のみでモータ５が作動し、このオルタネータ１１による発電電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に蓄電されることなく、オルタネータ１１からＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介して直接モータ５に供給されるので、オルタネータ１１によって発電される電力とモータ５に供給される電力との間のエネルギー効率、延いてはシステム効率の向上が図れる。そして、最大トルク要求が発生した場合のみ、モータ５への電力供給にバッテリ１４からの給電電力の供給が加わるので、適切なトルクアシストが行われることとなる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジン２の小型化が図れる。さらに、モータ５による適切なトルクアシストが行われることによって、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。   As described above, when torque assist is performed by the motor 5, in a normal state where the load applied to the engine 2 is relatively stable, the motor 5 is operated only by supplying power generated by the alternator 11, and power generation by the alternator 11 is performed. Electric power is not directly stored in the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, but is supplied directly from the alternator 11 to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42, so that the electric power generated by the alternator 11 and the motor 5 are supplied. The energy efficiency between the generated power and the system efficiency can be improved. Only when the maximum torque request is generated, the supply of power supplied from the battery 14 is added to the power supply to the motor 5, so that appropriate torque assist is performed. As a result, it is possible to reduce the size of the engine 2 mounted in anticipation of the output at the maximum load. Furthermore, by performing appropriate torque assist by the motor 5, it is possible to improve fuel consumption, reduce noise, and improve exhaust color.

図１２には、オルタネータ１１により発電された電力により、バッテリ１４の蓄電を行うときの電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。このとき、エンジン２により出力軸部４及びオルタネータ１１が駆動される。この状態においては、エンジン２にかかる負荷トルクが、該エンジン２の出力トルクよりも小さくなっており、このエンジン２の余剰トルク分をオルタネータ１１による発電に用いている。つまり、エンジン２のみによって作業負荷に対応しており、このエンジン２の駆動によってオルタネータ１１が作動して発電が行われ、このオルタネータ１１による発電によってバッテリ１４の蓄電が行われている状態である。
オルタネータ１１によってバッテリ１４の蓄電を行う場合には、システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２と昇降圧チョッパ４４に充電開始指示を出力する。オルタネータ１１によって発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４にて降圧されて、バッテリ１４に蓄電される。 FIG. 12 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the battery 14 is charged with the electric power generated by the alternator 11. At this time, the output shaft 4 and the alternator 11 are driven by the engine 2. In this state, the load torque applied to the engine 2 is smaller than the output torque of the engine 2 and the surplus torque of the engine 2 is used for power generation by the alternator 11. In other words, only the engine 2 corresponds to the work load, and the alternator 11 is operated by driving the engine 2 to generate power, and the battery 14 is charged by the power generated by the alternator 11.
When the alternator 11 stores the battery 14, the system controller 7 outputs a charge start instruction to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. The DC power generated by the alternator 11 is stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14.

また、ハイブリッドシステムIIにおいては、オルタネータ１１によって行われるバッテリ１４の蓄電時に、モータ５による回生発電が行われた場合には、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２をコンバータとして作動させるとともに、モータ５からの回生電力を、オルタネータ１１による発電電力とともにバッテリ１４に蓄電することを特徴としている。
この場合、モータ５の出力軸部５ａは、クラッチ部１２において連結状態となっており、回生時における出力部６またはエンジン２の出力軸部４の駆動によってモータ５が駆動され、該モータ５が発電機として作用して回生発電を行う。そして、このモータ５の回生発電による発電電力は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑化されて直流電力に変換された後、昇降圧チョッパ４４により降圧されて、バッテリ１４に蓄電される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はコンバータとして機能する。
この回生発電が発生する場合としては、例えば、本ハイブリッドシステムを油圧ショベル等の油圧建設機械に適用した場合には、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム下げ時や、このフロント作業機が取付けられる旋回体の旋回動作の制動時などである。 Further, in the hybrid system II, when regenerative power generation by the motor 5 is performed when the battery 14 is charged by the alternator 11, the VVVF inverter converter 42 is operated as a converter and the regenerative power from the motor 5 is The battery 14 is stored together with the electric power generated by the alternator 11.
In this case, the output shaft portion 5a of the motor 5 is in a connected state in the clutch portion 12, and the motor 5 is driven by driving the output portion 6 or the output shaft portion 4 of the engine 2 during regeneration, and the motor 5 It acts as a generator to generate regenerative power. Then, the electric power generated by the regenerative power generation of the motor 5 is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42 and converted into DC power, and then stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter.
For example, when this regenerative power generation occurs, when this hybrid system is applied to a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, the front work machine having a boom, an arm, a bucket, etc. For example, when the turning motion of the turning body to which the machine is mounted is braked.

このように、モータ５によるバッテリ１４の蓄電に、該モータ５の回生発電による蓄電を含むことにより、前述したようなブーム下げ時や旋回体の旋回動作の制動時の慣性エネルギーを回生電力として有効に取り出すことができ、オルタネータ１１によるバッテリ１４への充電を補うことができる。   As described above, the power stored in the battery 14 by the motor 5 includes the power stored by the regenerative power generation of the motor 5, so that the inertia energy at the time of lowering the boom or braking of the swing motion of the swinging body as described above is effective as the regenerative power. Thus, charging of the battery 14 by the alternator 11 can be supplemented.

また、同じくオルタネータ１１による発電によってバッテリ１４の蓄電が行われている場合において、オルタネータ１１に電気負荷がかかってない状態、即ち無電負荷の作動状態がある。この動作モードでは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４は停止状態となっており、発電機としてのオルタネータ１１は実質停止状態となり、エンジン２のみが単体で作動している状態となる。つまり、この動作モードにおいては、エンジン２の出力と該エンジン２に対する負荷とが均衡状態となっており、エンジン２のみによって効率の良い動作が行われている。なお、このオルタネータ１１による発電によってバッテリ１４が満充電状態となったときも、インバータ部とバッテリ１４との電位差が小さくなることでバッテリ１４からの給電及びバッテリ１４への充電は停止状態となり、エンジン２のみが単体で作動している状態となる。   Similarly, when the battery 14 is charged by power generation by the alternator 11, there is a state in which no electrical load is applied to the alternator 11, that is, a non-electric load operating state. In this operation mode, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are in a stopped state, the alternator 11 as a generator is in a substantially stopped state, and only the engine 2 is operating alone. That is, in this operation mode, the output of the engine 2 and the load on the engine 2 are in a balanced state, and efficient operation is performed only by the engine 2. Even when the battery 14 is fully charged by the power generation by the alternator 11, the potential difference between the inverter unit and the battery 14 is reduced, so that the power supply from the battery 14 and the charging to the battery 14 are stopped and the engine 14 is stopped. Only 2 will be operating alone.

図１３には、モータ５の駆動力のみが出力部６に伝達されるときの電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。すなわち、クラッチ部１２においてエンジン２の出力軸部４と出力部６とは非連結状態（クラッチ切状態）となっており、エンジン２の駆動力は出力部６へ伝達されず、モータ５の駆動力のみによって作業負荷に対応するモータ単独駆動状態としての「モータ」モードである。   FIG. 13 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when only the driving force of the motor 5 is transmitted to the output unit 6. That is, the output shaft portion 4 and the output portion 6 of the engine 2 in the clutch portion 12 are in a disconnected state (clutch disengaged state), and the driving force of the engine 2 is not transmitted to the output portion 6 and the motor 5 is driven. This is a “motor” mode as a motor single drive state corresponding to a work load only by force.

このモードにおいては、エンジン２が作動している場合、エンジン２の駆動力はオルタネータ１１の作動にのみ用いられ、このオルタネータ１１による発電電力がモータ５に供給され、該モータ５が作動する。そして、作業負荷が高くなったとき等は、オルタネータ１１からの発電電力に加え、バッテリ１４からの給電電力がモータ５へ供給される。   In this mode, when the engine 2 is operating, the driving force of the engine 2 is used only for the operation of the alternator 11, the electric power generated by the alternator 11 is supplied to the motor 5, and the motor 5 is operated. When the work load becomes high or the like, in addition to the generated power from the alternator 11, the power supplied from the battery 14 is supplied to the motor 5.

また、このモータ単独駆動状態において、エンジン２が停止している場合、モータ５に供給される電力は、バッテリ１４からの給電電力のみであり、このバッテリ１４からの給電電力によってモータ５が作動するモータ単独作動状態となる。この場合、バッテリ１４からの給電電力は、昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５に供給される。   Further, when the engine 2 is stopped in this motor single drive state, the power supplied to the motor 5 is only the power supplied from the battery 14, and the motor 5 is operated by the power supplied from the battery 14. The motor is in single operation state. In this case, the electric power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 and supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter.

このように、出力部６への駆動力の供給がモータ５のみによって行われるモータ単独駆動状態を可能とすることにより、エンジン２の駆動力が全てオルタネータ１１の作動に用いられるので、オルタネータ１１による発電量を向上させるとともに、モータの特性としての低速域におけるトルクの安定性を有効に利用することができる。
また、このモータ単独駆動状態において、エンジン２の停止状態であるモータ単独作動状態では、モータ５のみが作動している状態で、作業機などの走行が可能となるので、エンジン２の作動による排気の防止や、騒音の低減及び燃費の向上を図ることができる。このモータ単独作動状態による騒音低減は、例えば、本ハイブリッドシステムを農作業機に適用した場合など、早朝時に、納屋などから実際に作業を行う圃場までの移動時にその効果を得ることができる。 As described above, since the driving force is supplied to the output unit 6 only by the motor 5 and the motor alone driving state is enabled, all the driving force of the engine 2 is used for the operation of the alternator 11. The power generation amount can be improved, and the torque stability in the low speed region as the motor characteristic can be effectively utilized.
Further, in this motor single drive state, in the motor single operation state in which the engine 2 is stopped, the working machine or the like can travel while only the motor 5 is operating. Prevention, noise reduction, and fuel efficiency improvement. The noise reduction by this motor single operation state can be obtained when moving from a barn or the like to the field where the work is actually performed in the early morning, for example, when the present hybrid system is applied to a farm machine.

以上の図１０から図１３を用いて説明したハイブリッドシステムIIの有する機能は、図９に示す動作モードと次のように対応している。
図９に示すｍ１は、図１０を用いて説明したモータ５によるスタータ機能が発揮される動作モードである。ｍ２及びｍ３は、図１１を用いて説明したモータ５によるアシスト機能が発揮される動作モードであり、ｍ２は、モータ５への電力の供給がオルタネータ１１及びバッテリ１４によって行われる動作モードで、ｍ３は、モータ５への電力の供給がオルタネータ１１のみによって行われる動作モードである。ｍ４からｍ６は、図１２を用いて説明したオルタネータ１１による充電（発電）機能が発揮される動作モードであり、ｍ４は、オルタネータ１１が無電負荷の作動状態であり、エンジン２のみ単体で作動している動作モード、ｍ５は、オルタネータ１１による発電を行いつつエンジン２には作業負荷がかかっている状態で、モータ５による回生発電が行われた場合は、この回生電力をバッテリ１４に蓄電する動作モード、そしてｍ６は、ｍ５の動作モードにおいてアイドル状態となったときの動作モードである。このアイドル状態においては、作業負荷はかかっておらず、モータ５は停止状態で、オルタネータ１１によるバッテリ１４の充電のみが行われる。ｍ７からｍ９は、図１３を用いて説明したモータ５の駆動力のみが出力部６に伝達されるモータ駆動機能が発揮される動作モードであり、ｍ７は、モータ５への電力供給がオルタネータ１１及びバッテリ１４によって行われる動作モードで、ｍ９は、モータ５への電力供給がオルタネータ１１のみによって行われる動作モード、ｍ８は、エンジン２が停止状態のモータ単独作動状態の動作モードである。 The functions of the hybrid system II described with reference to FIGS. 10 to 13 correspond to the operation modes shown in FIG. 9 as follows.
M1 shown in FIG. 9 is an operation mode in which the starter function by the motor 5 described with reference to FIG. 10 is exhibited. m2 and m3 are operation modes in which the assist function by the motor 5 described with reference to FIG. 11 is exhibited, and m2 is an operation mode in which power supply to the motor 5 is performed by the alternator 11 and the battery 14, and m3 Is an operation mode in which power supply to the motor 5 is performed only by the alternator 11. m4 to m6 are operation modes in which the charging (power generation) function by the alternator 11 described with reference to FIG. 12 is exhibited. m4 is an operation state in which the alternator 11 is a non-electric load, and only the engine 2 operates alone. The operation mode m5 is an operation of storing the regenerative power in the battery 14 when regenerative power generation is performed by the motor 5 while the engine 2 is generating a work load while generating power by the alternator 11. Mode m6 is an operation mode when an idle state is entered in the operation mode m5. In this idle state, no work load is applied, the motor 5 is in a stopped state, and only the battery 14 is charged by the alternator 11. m7 to m9 are operation modes in which the motor driving function in which only the driving force of the motor 5 described with reference to FIG. 13 is transmitted to the output unit 6 is shown, and m7 is an alternator 11 that supplies power to the motor 5. And m9 is an operation mode in which power supply to the motor 5 is performed only by the alternator 11, and m8 is an operation mode in the motor single operation state in which the engine 2 is stopped.

以上の説明のような、各モードにおいて好適に作動するハイブリッドシステムIIを作業機などに適用することにより、前述した各作動時における効果に加え、一連の作動においてエンジン２にかかる負荷を一定にすることができ、負荷率の向上（負荷平準化）を図ることができる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
また、低速域におけるエンジンの特性として、機関回転数が低いほどトルクが小さく不安定であること等があるが、モータ５によるトルクアシストによって、この低速域におけるトルクの向上を図ることができるので、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができ、また、作業機として低速かつ正確な動作が要求される軽負荷の作業時での操作性を向上及び騒音の低減を図ることができる。 By applying the hybrid system II that operates suitably in each mode as described above to a work machine or the like, in addition to the effects at the time of each operation described above, the load applied to the engine 2 is made constant in a series of operations. The load factor can be improved (load leveling). As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load.
Further, as a characteristic of the engine in the low speed range, there is a case where the lower the engine speed is, the smaller the torque becomes and the more unstable, but the torque assist by the motor 5 can improve the torque in the low speed range. It is possible to improve engine performance such as improved fuel efficiency and exhaust color, and improve operability and reduce noise during light loads that require low speed and accurate operation as work equipment. Can be planned.

また、このような構成のハイブリッドシステムIIを小型の作業機などに適用する場合は、バッテリ１４に出入力される電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ４４を使用しない構成とすることもできる。つまり、小型の作業機などのように、モータ５の出力が比較的小さくてもその作動に影響がないような場合、モータ５の機能を発揮するためには高い電圧は必要なく、昇降圧チョッパ４４を使用せずとも本ハイブリッドシステムによる効果を得ることができる。
この場合、バッテリ１４はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に直接接続され、バッテリ１４のバッテリ容量はモータ５のモータ出力に対応したものとなる。 Further, when the hybrid system II having such a configuration is applied to a small working machine or the like, a configuration in which the step-up / step-down chopper 44 that steps up / down the voltage input / output to / from the battery 14 is not used may be employed. In other words, when the output of the motor 5 is relatively small and does not affect its operation, such as a small working machine, a high voltage is not required to exert the function of the motor 5, and the step-up / down chopper The effect of the present hybrid system can be obtained without using 44.
In this case, the battery 14 is directly connected to the VVVF inverter converter 42, and the battery capacity of the battery 14 corresponds to the motor output of the motor 5.

このように、ハイブリッドシステムIIを昇降圧チョッパ４４を使用しない構成とすることにより、小型の作業機などにおいても、本ハイブリッドシステムによる効率の良い運転が可能となり、ランニングコストの低減効果を得ることが可能となる。   In this way, by adopting a configuration in which the hybrid system II does not use the step-up / step-down chopper 44, even with a small working machine or the like, efficient operation by the hybrid system is possible, and an effect of reducing running cost can be obtained. It becomes possible.

以上説明したハイブリッドシステムIIにおいても、前述したハイブリッドシステムIにおけるバッテリ１４の充電状態に基づくエンジン２及びモータジェネレータ４０の制御方法、即ちハイブリッドシステムIIにおけるバッテリ１４の充電状態に基づくエンジン２及びモータ５の制御方法を同様にして行うことが可能であり、同様の効果を得ることができる。   Also in the hybrid system II described above, the control method of the engine 2 and the motor generator 40 based on the state of charge of the battery 14 in the hybrid system I described above, that is, the engine 2 and the motor 5 based on the state of charge of the battery 14 in the hybrid system II. The control method can be performed in the same manner, and the same effect can be obtained.

本発明の活用例として、建設機械における油圧ショベル等の駆動や、農作業機における各種作業部の駆動、また、船舶の水中推進用プロペラ等の駆動、その他の移動体（例えば、自動車等）における走行部や旋回部の駆動に広く適用可能である。   As examples of use of the present invention, driving of a hydraulic excavator or the like in a construction machine, driving of various working units in an agricultural working machine, driving of a propeller for underwater propulsion of a ship, traveling in another moving body (for example, an automobile, etc.) It can be widely applied to the driving of the part and the turning part.

ハイブリッドシステムIの構成を示す図。The figure which shows the structure of the hybrid system I. ハイブリッドシステムIの動作モードの一覧を示す図。The figure which shows the list of the operation modes of the hybrid system I. ハイブリッドシステムIのスタータ機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the starter function of the hybrid system I. ハイブリッドシステムIのアシスト機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the assist function of the hybrid system I. ハイブリッドシステムIの充電（発電）機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the charge (power generation) function of the hybrid system I. バッテリ液の比重とバッテリ回路電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between specific gravity of a battery liquid, and a battery circuit voltage. バッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the specific gravity of a battery liquid, and the discharge depth (DOD) of a battery. ハイブリッドシステムIIの構成を示す図。The figure which shows the structure of the hybrid system II. ハイブリッドシステムIIの動作モードの一覧を示す図。The figure which shows the list of the operation modes of hybrid system II. ハイブリッドシステムIIのスタータ機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the starter function of hybrid system II. ハイブリッドシステムIIのアシスト機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the assist function of hybrid system II. ハイブリッドシステムIIの充電（発電）機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the charge (power generation) function of the hybrid system II. ハイブリッドシステムIIのモータ駆動機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the motor drive function of the hybrid system II.

符号の説明Explanation of symbols

２ エンジン
５ モータ
７ システムコントローラ
９ 操作レバー
１１ オルタネータ
１２ クラッチ部
１４ バッテリ
２１ シフトアクチュエータ
２２ スロットルアクチュエータ
４０ モータジェネレータ
４２ ＶＶＶＦインバータコンバータ
４４ 昇降圧チョッパ 2 Engine 5 Motor 7 System Controller 9 Operation Lever 11 Alternator 12 Clutch Unit 14 Battery 21 Shift Actuator 22 Throttle Actuator 40 Motor Generator 42 VVVF Inverter Converter 44 Buck-Boost Chopper

Claims (2)

エンジンと、モータと、これらを制御する制御手段と、発電機と、蓄電装置とを備え、前記エンジンの回転数をアクチュエータを介して調整する操作レバーによるエンジンの指示回転数が一定状態で、前記発電機によって発電された電力による前記蓄電装置の充電と、該蓄電装置から給電される電力によって駆動する前記モータによるトルクアシストとを制御することによって機関出力を一定に保持しようとするハイブリッドシステムであって、
前記制御手段は、前記蓄電装置の充電状態が、予め設定された規定値を下回った場合、前記モータによるトルクアシストを行わず、前記アクチュエータを制御することによってエンジンの回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御することを特徴とするハイブリッドシステムにおける制御方法。 An engine, a motor, a control means for controlling these, a generator, and a power storage device, and the indicated rotational speed of the engine by an operating lever for adjusting the rotational speed of the engine via an actuator is in a constant state, It is a hybrid system that attempts to keep the engine output constant by controlling charging of the power storage device by power generated by a generator and torque assist by the motor driven by power supplied from the power storage device. And
When the state of charge of the power storage device falls below a preset specified value, the control means adjusts the engine speed by controlling the actuator without performing torque assist by the motor, and outputs engine output Is controlled so as to be kept constant, and a control method in a hybrid system. エンジンと、モータと、これらを制御する制御手段と、発電機と、蓄電装置とを備え、前記エンジンの回転数をアクチュエータを介して調整する操作レバーによるエンジンの指示回転数が一定状態で、前記発電機によって発電された電力による前記蓄電装置の充電と、該蓄電装置から給電される電力によって駆動する前記モータによるトルクアシストとを制御することによって機関出力を一定に保持しようとするハイブリッドシステムであって、
前記制御手段は、前記モータのトルクアシストにともなう前記蓄電装置からの給電が終了した時から、予め設定された時間が経過するまでは、前記モータによるトルクアシストを行わず、前記アクチュエータを制御することによってエンジンの回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御することを特徴とするハイブリッドシステムにおける制御方法。 An engine, a motor, a control means for controlling these, a generator, and a power storage device, and the indicated rotational speed of the engine by an operating lever for adjusting the rotational speed of the engine via an actuator is in a constant state, It is a hybrid system that attempts to keep the engine output constant by controlling charging of the power storage device by power generated by a generator and torque assist by the motor driven by power supplied from the power storage device. And
The control means controls the actuator without performing torque assist by the motor until a preset time elapses after power supply from the power storage device accompanying torque assist of the motor is completed. A control method in a hybrid system, characterized in that control is performed so as to maintain the engine output constant by adjusting the rotational speed of the engine.
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