JP2013517405A5

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Publication number: JP2013517405A5
Application number: JP2012543516A
Authority: JP
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2015-05-07

Description

一体型スタータ・ジェネレータを有する移動式作業機械

本発明は、一体型スタータ・ジェネレータを有する移動式作業機械に関するものである。

高電力を必要とする電気負荷、例えば電磁石、加熱装置及びファン駆動装置は、移動式作業機械と一体化されることが多い。従来のこの種の作業機械ではベルト駆動によって機械的に駆動されるか、別体の液圧モータによって液圧的に駆動されるジェネレータによって電力が発生されていた。

特許文献１（ドイツ国特許第１９９５５３１１号）には、産業車両用の駆動システムが開示されており、この駆動システムは、駆動装置と、産業車両の作業動作のための少なくとも一つの組立体とを有している。この組立体は、内燃機関と、内燃機関のシャフトに接続された無限可変調整ギア機構と、ギア機構セット（このギア機構セットの一つの入力シャフトは内燃機関のシャフトに直接接続され、そして、このギア機構セットの第２の入力シャフトは調整ギア機構の出力シャフトに接続される）と、電気モータ（この電気モータのシャフトはギア機構セットの第３の入力シャフトに接続される）と、ギア機構セットの出力シャフトと産業車両の駆動輪との間の切替ギア機構と、パワーエレクトロニクスシステムによって電気モータに接続される電池とを有している。

ドイツ国特許第１９９５５３１１号公報

上記装置の欠点は、この種の装置の効率が低く、構造が複雑であり、そして高コストである点にある。

本発明の目的は、移動式作業機械における電気負荷に対してできるだけ高い電力を提供することにあり、合理的コストで効率を改善し、環境改善に貢献することにある。

本発明の目的は、特許請求の範囲１及び１２の記載によって達成される。本発明の更なる有利な特徴等は、従属クレームに開示されている。

従来、電力は、効率がかなり良いコンパクトな一体型フライホイールジェネレータによって発生されているが、本発明では、その一つの有利な特徴によって、上記フライホイールの代わりとなる電気機械を内燃機関と並列に配置した移動式作業機械が提供される。この電気機械はパワーエレクトロニクス装置群を介して各種の負荷に対する電力を発生させる。この負荷としては例えばアスファルトまたは道路舗装機におけるスクリード加熱装置、ソレノイド、例えば掘削機におけるソレノイド、又は三相ソケットによって又は単相ソケットによって接続されるその他の外部負荷が含まれる。

本発明の移動式作業機械は燃料及び設置スペースを節約できるという利点がある。本発明の更なる利点は、節約された設置スペースによって排ガス後処理装置のためのスペースが作られ、従って、燃料節約効果と同時に環境保護の観点が改良される点にある。

ソレノイドの制御を示す図。スクリード加熱装置の制御を示す図。スクリード加熱装置の制御を示す他の図。三相高出力オンボード電気システムを示す図。移動式作業機械の概略図を示す図。移動式作業機械のブロック図を示す図。

［図５］は本発明の移動式作業機械を示し、この移動式作業機械は内燃機関１と、内燃機関１用の制御装置と、それに組合されたパワーエレクトロニクス装置群３とを有する。
内燃機関１は、いわゆる一体型スタータ・ジェネレータ４を有し、この一体型スタータ・ジェネレータ４はステータとロータを有し、一つの運転状態では内燃機関１用のスタータとして機能し、別の運転状態では一体型スタータ・ジェネレータ４はジェネレータとして機能する。
［図５］から分かるように、この一体型スタータ・ジェネレータ４は内燃機関に通常設けられているフライホイールの代わりとなる。この構成にすることによって従来必要であったフライホイールのコスト及び設置スペースが節約できるという利点がある。節約された設置スペースは、他の排ガス後処理装置、例えばＤＰＦ（ディーゼル車の排ガス浄化装置）、ＳＣＲ（選択触媒還元設備）、ＡＧＲ（排気再循環）、ＡＧＲ冷却システム（これらは図示されていない）のために使用できる。
パワーエレクトロニクス装置群３にはＤＣ／ＤＣコンバータ５、更にＤＣ／ＡＣコンバータ６、電気エネルギー貯蔵手段７、場合により、加熱装置８、電磁石９、電気アクチュエータ１０、更にインバータ１１が含まれる。

［図６］は移動式作業機械の運転の全体効率を上げるための制御システムのブロック図を示している。この制御システムは全てのシステムコンポーネントを包括的に制御及び調整する。内燃機関には電気機械が一体化されている。上記制御システムは、内燃機関のトルク、上記電気機械のトルク及び一体型スタータ・ジェネレータ４のトルク及び駆動列のトルクを要求に応じて割り当てる。

一体型スタータ・ジェネレータ４はインバータ１１に接続されている。このインバータ１１は全ての電気負荷に給電する。インバータ１１は電気エネルギー貯蔵手段７に給電又はこれを充電する。変形例として、特に様々な電圧が要求されるときに、更に別の電気エネルギー貯蔵手段を設けることができる。

様々な負荷、例えば作業用電磁石９、アクチュエータ１０、１２ボルトＤＣ接続端子、２３０又は３８０ボルトＡＣ接続端子、補助組立体、例えば加熱装置８等のためのインターフェースの全部または一部をこのインバータ１１と一体化することができる。

作業用電磁石９及び／又はアクチュエータ１０内に蓄積されたエネルギーのような負荷は駆動列へ戻すことができる。作業用電磁石９及び／又はアクチュエータ１０内に貯蔵されたエネルギーのような負荷を電気エネルギー貯蔵手段７へ戻すこともできる。電気エネルギー貯蔵手段７に貯蔵されたエネルギーは、内燃機関１を補助するために使用できる。また、電気エネルギー貯蔵手段７に貯蔵されたエネルギーを作業用電磁石９、アクチュエータ１０、１２ボルトＤＣ接続端子、２３０／３８０ボルトＡＣ接続端子、補助組立体又は加熱装置９のような負荷への給電に使用できる。駆動列に貯蔵されたエネルギーを一体型スタータ・ジェネレータ４によって電気エネルギー貯蔵手段へ戻すことができる。また、駆動列に貯蔵されたエネルギーを電気負荷への給電にも使用できる。必要に応じて他の補助組立体を動作させることもできる。１２ボルトＤＣ及び２３０／３８０ボルトＡＣ接続端子は標準的な負荷への給電に使用できる。

［図１］はソレノイドの制御を示している。この制御では電圧制御可変ＤＣ電圧中間回路、ソレノイド９に給電するための電圧反転及び電流調整用のＨ−ブリッジ、１２Ｖオンボード電気システム用のＤＣ／ＤＣコンバータ５、１１０Ｖ又は２３０Ｖ用のＤＣ／ＡＣコンバータ６、１６Ａヒューズを有する５０／６０Ｈｚソケット、及び、可変ＤＣ電圧中間回路内の更なる高電力負荷、例えば扇風機のための外部接続端子が用いられる。

［図２］はスクリード加熱装置の制御を示している。この制御では電圧制御可変ＤＣ電圧中間回路、スクリード加熱装置８に給電するための包括的温度調整機能付き電流調整用のＨ−ブリッジ、１２Ｖオンボード電気システム用のＤＣ／ＤＣコンバータ５、１１０Ｖ／２３０Ｖ用のＤＣ／ＡＣコンバータ６、１６Ａヒューズを有する５０／６０Ｈｚソケット、可変ＤＣ電圧中間回路内の更なる高電力負荷、例えば扇風機のための外部接続端子が用いられる。

［図３］はスクリード加熱装置の別の制御を示している。この制御では可変中間回路電圧によってスクリード加熱装置８に給電するための包括的温度調整機能によって電流調整が実現される。

［図４］は、電圧制御可変ＤＣ電圧中間回路を有する三相高出力オンボード電気システムを示している。このシステムは、外部負荷用の電流調整三相４００ボルト、１６Ａ／３２Ａ／６４Ａオンボード電気システムを提供する。このシステムはさらに、１２Ｖオンボード電気システム用のＤＣ／ＤＣコンバータ５、１１０Ｖ／２３０Ｖ用のＤＣ／ＡＣコンバータ６、１６Ａヒューズを有する５０／６０Ｈｚソケットも有している。ＤＣ電圧中間回路内にはさらに、高電力負荷、例えば扇風機のための外部接続端子も設けられている。高出力オンボード電気システムが非対称負荷の場合の変形例では、第４の半ブリッジを追加でき、スターポイントはこの第４の半ブリッジに接続される。

本発明による更なる実施例では、一体型スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）４とパワーエレクトロニクスシステム３とを含んだ内燃機関１を有する可搬式リフティングプラットフォームが提供される。この場合、電圧コンバータ５、６はパワーエレクトロニクス装置群３内に配置されて、リフティングプラットフォームの蒸気エジェクタのようなリフティングプラットフォームを動作させる独立した電源システムを提供する。

〔動的プロセスの場合のユニットの遮断〕
駆動列の動的出力を増大させるために、パワーエレクトロニクスシステムとディーゼル機関の制御装置との間の適切な通信によって電気負荷を遮断することができ、技術的観点から可能である。従って、スクリード加熱装置は、負荷が接続されるとき又は回転速度が急増するときの限られた期間の間、不作動にすることができ、そして、動的プロセスが終了するとすぐに再作動することができる。

〔電気エネルギーの駆動列へのフィードバック〕
ソレノイド９が使用されるときには、電磁石の遮断後にできるだけ迅速に電磁石に蓄積された磁気エネルギーを回収する必要がある。この場合、従来は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する抵抗が使用されることが多い。本発明のシステムにおいては、電気エネルギーを駆動列にフィードバックすることが可能である。例えば、一体型スタータ・ジェネレータ４をジェネレータとして使用して、間接的方法により、機械エネルギーを、電気エネルギー貯蔵手段７、例えばＮｉＭｈ、ＬｉＰｏ又はＬｉＦｅＰｏ充電池又は高電流コンデンサへのフィードバックし、更に、負荷において変換される。従って、電気エネルギーが回収され、そして、エネルギーが利用されずに単純に消費されるのみである別体の抵抗は必要ない。

１：内燃機関
２：内燃機関用制御装置
３：パワーエレクトロニクス装置群
４：一体型スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）
５：ＤＣ／ＤＣコンバータ
６：ＤＣ／ＡＣコンバータ
７：電気エネルギー貯蔵手段
８：加熱装置
９：作業用電磁石
１０：電気アクチュエータ
１１：インバータ
１２：システム制御手段
１３：燃料タンク

Claims

少なくとも一つの内燃機関（１）と、電力及びトルクを直接発生させる一体型スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）（４）と、この一体型スタータ・ジェネレータ（４）を介して上記内燃機関（１）から少なくとも一つの高負荷へ電力を供給するインバータ（１１）とを具備し、上記一体型スタータ・ジェネレータ（４）が少なくとも一つのステータと少なくとも一つのロータとを有し且つ内燃機関のクランクシャフトに動作可能に接続されていることを特徴とする移動式作業機械。
上記インバータ（１１）に結合された少なくとも一つのパワーエレクトロニクス装置群（３）をさらに有する請求項１に記載の移動式作業機械。
上記パワーエレクトロニクス装置群（３）がＤＣ／ＤＣコンバータ（５）を含む請求項２に記載の移動式作業機械。
上記のＤＣ／ＤＣコンバータ（５）が上記移動式作業機械の電気系統用のＤＣ／ＤＣコンバータである請求項３に記載の移動式作業機械。
上記の少なくとも一つのパワーエレクトロニクス装置群（３）が少なくとも一つのＤＣ／ＡＣコンバータを含む請求項２に記載の移動式作業機械。
上記ＤＣ／ＡＣコンバータが上記の少なくとも一つの高負荷に供給する１１０Ｖ／２３０Ｖ／３８０の電力の供給システム用のＤＣ／ＡＣコンバータである請求項５に記載の移動式作業機械。
上記の少なくとも一つの高負荷へ電力を供給する電気エネルギー貯蔵手段（７）をさらに有する請求項１に記載の移動式作業機械。
上記の少なくとも一つの高負荷が少なくとも一つの加熱装置（８）を含む請求項１に記載の移動式作業機械。
上記の少なくとも一つの高負荷が少なくとも一つの作業用電磁石（９）を含む請求項１に記載の移動式作業機械。
上記の少なくとも一つの高負荷が少なくとも一つのアクチュエータ（１０）を含む請求項１に記載の移動式作業機械。
上記アクチュエータ（１０）が電気アクチュエータである請求項１０に記載の移動式作業機械。
上記の少なくとも一つの高負荷用の外部接続端子をさらに有する請求項１に記載の移動式作業機械。
上記外部接続端子が単相ソケットである請求項１２に記載の移動式作業機械。
上記外部接続端子が三相ソケットである請求項１２に記載の移動式作業機械。
上記の１１０Ｖ／２３０Ｖ／３８０の電力の供給システムが三相の供給システムである請求項６に記載の移動式作業機械。
スクリード加熱装置８に給電するための温度調整機能付き電流調整用のＨ−ブリッジをさらに有する請求項１に記載の移動式作業機械。