JP2015155606A - Construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば油圧ショベル、ホイールローダ、油圧クレーン、フォークリフト等の建設機械に関し、エンジン(内燃機関)と電動機(アシスト発電モータ)の双方を動力源とするハイブリッド式の建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine such as a hydraulic excavator, a wheel loader, a hydraulic crane, and a forklift, and more particularly to a hybrid construction machine that uses both an engine (internal combustion engine) and an electric motor (assist power generation motor) as power sources.
一般に、建設機械の代表例としての油圧ショベルは、走行用、作業用の動力源(原動機)としてガソリン、軽油等を燃料とするエンジンを備えている。この場合、油圧ショベルは、エンジンによって油圧ポンプを駆動することにより、油圧ポンプから吐出した圧油によって油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを作動させる構成となっている。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。 In general, a hydraulic excavator as a representative example of a construction machine includes an engine using gasoline, light oil, or the like as a fuel as a power source (motor) for traveling or working. In this case, the hydraulic excavator is configured to operate a hydraulic actuator such as a hydraulic motor or a hydraulic cylinder by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump by driving the hydraulic pump by the engine. Hydraulic actuators are small and light and capable of high output, and are widely used as construction machine actuators.
一方、走行用、作業用の動力源(原動機)としてエンジンと電動機(電動モータ)とを併用したハイブリッド式の油圧ショベルが提案されている。このハイブリッド式の油圧ショベルは、例えば、エンジンと、該エンジンによって駆動されることにより発電を行う発電機機能、および、電力供給されることによりエンジンの駆動を補助(アシスト)する電動機機能を有する発電電動機(アシスト発電モータ)と、エンジン(および必要に応じて発電電動機)により駆動され作業用油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに向けて圧油を吐出する油圧ポンプと、発電電動機により発電された電力を充電し、または、充電された電力を放電する蓄電装置と、該蓄電装置の電力によって駆動される旋回電動機(旋回電動モータ)、走行電動機(走行電動モータ)等の電動アクチュエータとを含んで構成されている(特許文献1)。 On the other hand, a hybrid hydraulic excavator that uses both an engine and an electric motor (electric motor) as a power source for driving and working (prime mover) has been proposed. This hybrid hydraulic excavator has, for example, an engine, a generator function that generates electric power by being driven by the engine, and an electric generator function that assists driving of the engine by being supplied with electric power. Charges the electric power (assisted generator motor), the hydraulic pump that is driven by the engine (and generator motor if necessary) and discharges hydraulic oil to the hydraulic actuators such as working hydraulic cylinders, and the electric power generated by the generator motor Or a power storage device that discharges the charged power, and an electric actuator such as a swing electric motor (swing electric motor) or a travel motor (travel electric motor) that is driven by the electric power of the power storage device. (Patent Document 1).
電動アクチュエータは、油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い。具体的には、電動アクチュエータは、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生することができる。これに対し、油圧アクチュエータは、制動時に運動エネルギが熱となって放出される。このため、電動アクチュエータと蓄電装置を用いた油圧ショベルは、油圧回路と油圧アクチュエータのみを用いた油圧ショベルと比較して、エネルギ効率の向上、省エネルギ化を図ることができる。 Electric actuators are more energy efficient than hydraulic actuators. Specifically, the electric actuator can regenerate kinetic energy at the time of braking as electric energy. On the other hand, in the hydraulic actuator, kinetic energy is released as heat during braking. Therefore, a hydraulic excavator using an electric actuator and a power storage device can improve energy efficiency and save energy compared to a hydraulic excavator using only a hydraulic circuit and a hydraulic actuator.
ここで、蓄電装置は、例えばバッテリや電気二重層キャパシタ等により構成され、発電電動機の発電機機能に基づいて発電された電力を充電(蓄電)する。さらに、蓄電装置は、充電された電力を発電電動機に放電(給電)し、発電電動機の電動機機能に基づいてエンジンの駆動を補助(アシスト)する。例えば、油圧ポンプとエンジンの制御がエンジンスピード・センシング(ESS)制御の場合は、発電電動機は、エンジンの回転速度の低下に応じて、油圧ポンプの減馬力制御に加えてアシスト力を制御するアシスト制御を行う。また、発電電動機は、ESS制御とは無関係に、高負荷時、即ち、エンジンのみでは負荷を賄いきれなくなったときに、その不足分をアシスト作動で補う場合もある。 Here, the power storage device includes, for example, a battery, an electric double layer capacitor, and the like, and charges (accumulates) electric power generated based on the generator function of the generator motor. Further, the power storage device discharges (power feeds) the charged power to the generator motor, and assists (assists) driving of the engine based on the motor function of the generator motor. For example, when the control of the hydraulic pump and engine is engine speed sensing (ESS) control, the generator motor assists in controlling the assist force in addition to the horsepower reduction control of the hydraulic pump in response to a decrease in the engine speed. Take control. In addition, the generator motor may compensate for the shortage with an assist operation when the load is high, that is, when the engine alone cannot cover the load regardless of the ESS control.
一方、特許文献2には、エンジンの目標回転数と実回転数の偏差や燃料残量に基づいて、過負荷等によるエンジンの停止(エンスト)や燃料切れによるエンストを検出し、エンストまたはエンストに直結する運転状態が検出されたときは、発電電動機によるエンジンアシストを自動的に停止する構成が記載されている。
On the other hand,
ところで、発電電動機の出力の増大に伴って、エンジンを停止しても発電電動機単独で油圧ポンプを回し続けることが可能となってきている。このため、例えば、メンテナンス時や緊急停止時等に、エンジンを停止するためのエンジン停止スイッチを操作し、これによりエンジンを停止しても、発電電動機のエンジンアシストにより油圧ポンプが回り続けるおそれがある。即ち、エンジン停止スイッチによりエンジンの燃料供給(燃料噴射)を停止し、エンジンを停止しても、発電電動機が回り続けることにより、油圧ポンプを迅速に停止できない(機械を即座に停止できない)おそれがある。 By the way, with the increase in the output of the generator motor, it is possible to continue to rotate the hydraulic pump by the generator motor alone even if the engine is stopped. For this reason, for example, even when an engine stop switch for stopping the engine is operated during maintenance or an emergency stop, and the engine is thereby stopped, the hydraulic pump may continue to rotate due to the engine assist of the generator motor. . That is, even if the engine fuel supply (fuel injection) is stopped by the engine stop switch and the engine is stopped, the generator motor continues to rotate, so that the hydraulic pump cannot be stopped quickly (the machine cannot be stopped immediately). is there.
例えば、特許文献2に記載された構成で、大出力の発電電動機が搭載されている場合は、エンジン停止スイッチによりエンジンを停止しても、蓄電装置に貯えられた電力により発電電動機が動作(エンジンアシスト)し続けるおそれがある。これにより、エンジンおよび発電電動機により駆動される機器(例えば油圧ポンプ)を迅速に停止できない(車体の動作を即座に停止できない)おそれがある。
For example, in the configuration described in
これに加えて、特許文献2に記載された構成の場合は、発電電動機の停止制御がマイクロコンピュータ等により構成されるコントローラの指令に基づいて行われると考えられる。このため、コントローラの誤作動等により、エンジンの回転速度を検出できない場合、実回転速度と目標回転速度の偏差の算出を行うことができない場合等に、発電電動機によるエンジンアシストを停止できないおそれもある。
In addition, in the case of the configuration described in
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、大出力の発電電動機を搭載した構成でも、エンジン停止スイッチを操作することで、エンジンおよび発電電動機により駆動される機器を迅速に停止することができる建設機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is driven by an engine and a generator motor by operating an engine stop switch even in a configuration equipped with a high-output generator motor. An object of the present invention is to provide a construction machine capable of quickly stopping equipment.
本発明による建設機械は、基体と、該基体に搭載されたエンジンと、該エンジンにより駆動される発電電動機と、該発電電動機に接続され電荷を蓄える蓄電装置と、複数のスイッチング素子を用いて構成され前記発電電動機に接続されたアシスト発電用インバータと、該アシスト発電用インバータのスイッチング素子を開・閉制御するゲート信号を出力して前記発電電動機の回転数を制御するインバータ制御コントローラと、前記エンジンを制御するエンジン制御コントローラと、前記エンジンを停止するためのエンジン停止スイッチとを備えてなる。 A construction machine according to the present invention includes a base, an engine mounted on the base, a generator motor driven by the engine, a power storage device connected to the generator motor for storing electric charge, and a plurality of switching elements. An inverter for assist power generation connected to the generator motor, an inverter controller for controlling a rotation speed of the generator motor by outputting a gate signal for controlling opening and closing of a switching element of the inverter for assist power generation, and the engine An engine control controller for controlling the engine and an engine stop switch for stopping the engine.
上述した課題を解決するために、請求項1の発明が採用する構成の特徴は、前記エンジン停止スイッチは、その操作がされると、前記エンジンを停止することに加えて、前記インバータ制御コントローラから出力されるゲート信号を遮断する構成としたことにある。
In order to solve the above-described problem, the feature of the configuration adopted by the invention of
請求項2の発明は、前記エンジン停止スイッチによるゲート信号の遮断は、前記インバータ制御コントローラで生成され前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号に関係なく行われる構成としたことにある。 According to a second aspect of the present invention, the gate signal is interrupted by the engine stop switch regardless of the PWM signal generated by the inverter controller and corresponding to the open / close ratio of the switching element of the assist power generation inverter. It is in that.
請求項3の発明は、前記インバータ制御コントローラは、前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、前記PWM信号に基づいて前記ゲート信号を前記アシスト発電用インバータに出力するゲート信号生成手段とを備え、該ゲート信号生成手段は、前記エンジン停止スイッチの操作に基づいて前記ゲート信号の出力を停止する抑止端子を有する構成としたことにある。 According to a third aspect of the present invention, the inverter controller includes a PWM signal generating unit that generates a PWM signal corresponding to an open / close ratio of a switching element of the assist power generation inverter, and the gate signal based on the PWM signal. A gate signal generating means for outputting to the inverter for assist power generation, and the gate signal generating means has a suppression terminal for stopping the output of the gate signal based on the operation of the engine stop switch. is there.
請求項4の発明は、前記インバータ制御コントローラは、前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、前記PWM信号に基づいて前記ゲート信号を前記アシスト発電用インバータに出力するゲート信号生成手段と、前記PWM信号生成手段と前記ゲート信号生成手段との間に設けられ、前記エンジン停止スイッチの操作に基づいて前記ゲート信号生成手段に対する前記PWM信号の入力を遮断するゲート回路とを備える構成としたことにある。 According to a fourth aspect of the present invention, the inverter controller includes a PWM signal generating means for generating a PWM signal corresponding to an open / close ratio of a switching element of the assist power generation inverter, and the gate signal based on the PWM signal. Is provided between the PWM signal generating means and the gate signal generating means, and the PWM for the gate signal generating means based on the operation of the engine stop switch. A gate circuit for blocking signal input is provided.
請求項5の発明は、前記インバータ制御コントローラは、前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、前記PWM信号に基づいて前記ゲート信号を前記アシスト発電用インバータに出力するゲート信号生成手段とを備え、前記PWM信号生成手段と前記ゲート信号生成手段との間、または、該ゲート信号生成手段と前記アシスト発電用インバータとの間には、前記エンジン停止スイッチの操作に基づいて接続を遮断するリレー回路を設ける構成としたことにある。 According to a fifth aspect of the present invention, the inverter controller includes a PWM signal generating means for generating a PWM signal corresponding to an open / close ratio of the switching element of the assist power generation inverter, and the gate signal based on the PWM signal. To the assist power generation inverter, and between the PWM signal generation means and the gate signal generation means, or between the gate signal generation means and the assist power generation inverter. The relay circuit for disconnecting the connection based on the operation of the engine stop switch is provided.
請求項1の発明によれば、エンジン停止スイッチが操作されると、エンジンを停止することに加えて、インバータ制御コントローラからアシスト発電用インバータに出力されるゲート信号を遮断する。このため、エンジン停止スイッチの操作に基づいて、エンジンの停止と共に、発電電動機を停止することができる。これにより、大出力の発電電動機が搭載された構成(大出力の発電電動機とエンジンとが接続された構成)でも、エンジン停止スイッチを操作することで、エンジンおよび発電電動機により駆動される油圧ポンプ等の被駆動機器を迅速に停止することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、エンジン停止スイッチが操作されると、インバータ制御コントローラで生成されるPWM信号に関係なくゲート信号の遮断が行われる。このため、インバータ制御コントローラで発電電動機を回転し続ける旨のPWM信号が生成されていても、ゲート信号の遮断が行われ、発電電動機を確実に停止させることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、エンジン停止スイッチが操作されることにより該エンジン停止スイッチからエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力されると、このエンジン停止スイッチ信号がゲート信号生成手段の抑止端子(インヒビット端子)に入力され、ゲート信号生成手段によるゲート信号の出力を停止することができる。これにより、ゲート信号生成手段からアシスト発電用インバータに対するゲート信号の出力を停止することができ、発電電動機を確実に停止させることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、エンジン停止スイッチが操作されることにより該エンジン停止スイッチからエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力されると、このエンジン停止スイッチ信号がゲート回路に入力され、ゲート信号生成手段に対するPWM信号の入力を遮断することができる。これにより、ゲート信号生成手段からアシスト発電用インバータに対するゲート信号の出力を停止することができ、発電電動機を確実に停止させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when an engine stop switch signal (stop signal) is output from the engine stop switch by operating the engine stop switch, the engine stop switch signal is input to the gate circuit. Thus, the input of the PWM signal to the gate signal generating means can be cut off. Thereby, the output of the gate signal from the gate signal generating means to the assist power generation inverter can be stopped, and the generator motor can be stopped reliably.
請求項5の発明によれば、エンジン停止スイッチが操作されることにより該エンジン停止スイッチからエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力されると、このエンジン停止スイッチ信号がリレー回路に入力され、ゲート信号生成手段に対するPWM信号の入力、または、アシスト発電用インバータに対するゲート信号の入力を遮断することができる。これにより、発電電動機を確実に停止させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, when an engine stop switch signal (stop signal) is output from the engine stop switch by operating the engine stop switch, the engine stop switch signal is input to the relay circuit. Thus, the input of the PWM signal to the gate signal generating means or the input of the gate signal to the assist power generation inverter can be cut off. Thereby, a generator motor can be stopped reliably.
以下、本発明に係る建設機械の実施の形態を、ハイブリッド式油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a construction machine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking as an example the case of application to a hybrid hydraulic excavator.
図1ないし図3は本発明の第1の実施の形態を示している。図1において、1はハイブリッド式の建設機械の代表例としてのハイブリッド式油圧ショベルを示している。ハイブリッド式油圧ショベル1(以下、油圧ショベル1という)は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に設けられた旋回軸受装置3と、該旋回軸受装置3を介して下部走行体2上に旋回可能に搭載され該下部走行体2と共に車体(基体)を構成する上部旋回体4と、該上部旋回体4の前側に俯仰動可能に取付けられ土砂の掘削作業等を行う作業装置5とを含んで構成されている。
1 to 3 show a first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
下部走行体2は、トラックフレーム2Aと、該トラックフレーム2Aの左,右両側に設けられた駆動輪2Bと、トラックフレーム2Aの左,右両側で駆動輪2Bと前,後方向の反対側に設けられた遊動輪2Cと、駆動輪2Bと遊動輪2Cに巻回された履帯2D(いずれも左側のみ図示)とにより構成されている。左,右の駆動輪2Bは、油圧モータ(油圧アクチュエータ)からなる左,右の走行油圧モータ2E,2F(図2参照)によって回転駆動される。一方、トラックフレーム2Aの中央部の上側には、旋回軸受装置3が取付けられている。
The
作業装置5は、後述する旋回フレーム6の前側に俯仰動可能に取付けられたブーム5Aと、該ブーム5Aの先端部に俯仰動可能に取付けられたアーム5Bと、該アーム5Bの先端部に回動可能に取付けられたバケット5Cと、これらを駆動する油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)からなるブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fとにより構成されている。
The working
上部旋回体4は、強固な支持構造体をなす旋回フレーム6を含んで構成されている。旋回フレーム6は、旋回軸受装置3を介して下部走行体2上に旋回可能に搭載されている。このために、旋回フレーム6の下面側には、旋回軸受装置3が取付けられている。一方、旋回フレーム6上には、後述のキャブ7、カウンタウエイト8、エンジン9、アシスト発電モータ10、油圧ポンプ11、蓄電装置14、旋回装置15、電力変換装置19等が設けられている。
The upper revolving
7は旋回フレーム6の左前側に設けられたキャブを示している。キャブ7内には、オペレータが着座する運転席が設けられている。運転席の周囲には、後述のコントロールバルブ13に接続された走行用の操作レバー・ペダル、作業用の操作レバー等(いずれも図示せず)が配設されている。
8は旋回フレーム6の後端側に取付けられたカウンタウエイトを示している。カウンタウエイト8は、作業装置5との重量バランスをとるものである。
Reference numeral 8 denotes a counterweight attached to the rear end side of the revolving frame 6. The counterweight 8 balances the weight with the
9はキャブ7とカウンタウエイト8との間に位置して旋回フレーム6上に設けられたエンジンを示している。エンジン9は、例えばディーゼルエンジンを用いて構成され、ハイブリッド式油圧ショベル1の内燃機関として、上部旋回体4に左,右方向に延在する横置き状態で搭載されている。エンジン9の出力側には、後述するアシスト発電モータ10と油圧ポンプ11が接続されている。
ここで、エンジン9は、電子制御式エンジンにより構成され、例えば、燃料の供給量が電子制御噴射弁等の燃料噴射装置9Aにより可変に制御される。即ち、この燃料噴射装置9Aは、後述のエンジン制御コントローラ(ECU)28から出力される制御信号に基づいてエンジン9のシリンダ(図示せず)内に噴射される燃料の噴射量(燃料噴射量)を可変に制御する。これにより、エンジン9は、オペレータの運転操作や車両の作動状態等に応じた回転数で作動する。また、エンジン9は、後述するエンジン停止スイッチ30が操作されると、エンジン制御コントローラ28の指令により燃料噴射装置9Aの燃料噴射が停止され、エンジン9が停止する。
Here, the
10はエンジン9に接続された発電電動機としてのアシスト発電モータを示している。アシスト発電モータ10は、例えば永久磁石式の同期電動機によって構成され、エンジン9によって回転駆動されることにより発電を行い、または電力が供給されることによりエンジン9の駆動を補助(アシスト)するものである。即ち、アシスト発電モータ10は、エンジン9によって回転駆動されることにより発電を行う機能(発電機機能)と、後述の直流母線23A,23Bを介して電力供給されることによりエンジン9の駆動を補助する機能(電動機機能)とを有するものである。
アシスト発電モータ10の発電電力は、後述する第1のインバータ20および直流母線23A,23Bを介して、後述する第2のインバータ21およびチョッパ22に供給され、旋回電動モータ17の駆動、蓄電装置14の充電(蓄電)が行われる。一方、エンジン9の駆動を補助するときは、アシスト発電モータ10は、蓄電装置14に充電された電力(ないし旋回電動モータ17の回生電力)により駆動される。
The electric power generated by the assist
11は作動油タンク12と共に油圧源を構成する(複数の)油圧ポンプを示している。油圧ポンプ11は、例えば斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプ等によって構成され、エンジン9およびアシスト発電モータ10により駆動されるものである。油圧ポンプ11は、各油圧アクチュエータ、即ち、下部走行体2の走行油圧モータ2E,2F、作業装置5のブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、後述の旋回油圧モータ16等を駆動するための動力源として、作動油タンク12内の作動油を昇圧して後述のコントロールバルブ13に向けて吐出する。
13は旋回フレーム6上に設けられたコントロールバルブを示している。コントロールバルブ13は、各油圧アクチュエータ(具体的には、走行用モータ2E,2F、作業装置5の各シリンダ5D,5E,5F、旋回油圧モータ16)を制御する複数個の油圧制御弁により構成されている。コントロールバルブ13は、油圧ポンプ11から供給される圧油の供給と排出を、走行用の操作レバー・ペダルや作業用の操作レバーの操作に基づく油圧信号等に応じて切換える(圧油の吐出量および吐出方向を制御する)。これにより、油圧ポンプ11からコントロールバルブ13に供給された作動油(圧油)は、それぞれの油圧アクチュエータ2E,2F,5D,5E,5F、16に適宜分配され、これら各油圧アクチュエータ2E,2F,5D,5E,5F、16を駆動(伸長、縮小、回転)することができる。
14は旋回フレーム6上に設けられた蓄電装置を示している。蓄電装置14は、後述するチョッパ22、第1のインバータ20、第2のインバータ21を介して、アシスト発電モータ10、旋回電動モータ17に接続されている。蓄電装置14は、例えば電気二重層のキャパシタを用いて構成され、電荷を蓄えるものである。即ち、蓄電装置14は、アシスト発電モータ10による発電電力、旋回電動モータ17による旋回減速時の発電電力(回生電力)を充電(蓄電)し、または、充電された電力をアシスト発電モータ10、旋回電動モータ17に放電(給電)するものである。蓄電装置14としては、キャパシタ以外にも、例えばリチウムイオンバッテリ等のバッテリを用いることもできる。
15は上部旋回体4(旋回フレーム6)に設けられた旋回装置を示している。旋回装置15は、旋回軸受装置3に回転力を伝達することにより、上部旋回体4を下部走行体2に対して旋回させるものである。ここで、旋回装置15は、旋回油圧モータ16と旋回電動モータ17とが協働して上部旋回体4を旋回駆動する、いわゆるハイブリッド型の旋回装置として構成されている。このために、旋回装置15は、斜板式の油圧モータ等の油圧アクチュエータにより構成された旋回油圧モータ16と、電動モータ等の電動アクチュエータにより構成された旋回電動機としての旋回電動モータ17と、旋回油圧モータ16および/または旋回電動モータ17から入力された回転を減速する減速機構18と、該減速機構18によって減速された回転を旋回軸受装置3(の内輪の内歯)に出力するピニオンとしての出力軸(図示せず)とを備えている。
ここで、旋回電動モータ17は、旋回油圧モータ16と協働して上部旋回体4を旋回駆動するものである。旋回電動モータ17は、例えば永久磁石型同期電動機を用いて構成され、アシスト発電モータ10による発電電力と蓄電装置14の電力により駆動される。さらに、旋回電動モータ17は、旋回動作を減速するときに発生するエネルギを電気エネルギに変換し発電を行う。即ち、旋回電動モータ17は、後述の直流母線23A,23Bを介して電力が供給されることにより上部旋回体4を旋回させる機能(電動機機能)と、旋回減速時に上部旋回体4の運動エネルギ(回転エネルギ)を電気エネルギに変換(回生発電)する機能(発電機機能)とを有するものである。旋回電動モータ17の発電電力(回生電力)は、後述する第2のインバータ21および直流母線23A,23Bを介して、後述する第1のインバータ20およびチョッパ22に供給され、アシスト発電モータ10の駆動、蓄電装置14の充電(蓄電)が行われる。
Here, the swing
次に、ハイブリッド式油圧ショベル1の電動システムの構成について説明する。
Next, the configuration of the electric system of the
図2および図3に示すように、油圧ショベル1の電動システムは、上述したアシスト発電モータ10、蓄電装置14、旋回電動モータ17に加えて、後述する第1のインバータ20,第2のインバータ21、チョッパ22、インバータ制御コントローラ24、チョッパ制御コントローラ25、統合コントローラ26等によって構成されている。この場合、例えば、第1のインバータ20と第2のインバータ21とチョッパ22とインバータ制御コントローラ24とチョッパ制御コントローラ25は、電力変換装置(PCU:パワーコントロールユニット)19としてまとめて(ユニット化して)上部旋回体4に搭載されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the electric system of the
20はアシスト発電モータ10に電気的に接続されたアシスト発電用インバータ(アシスト発電用スイッチング装置)としての第1のインバータを示している。第1のインバータ20は、アシスト発電モータ10の駆動を制御するものである。具体的には、第1のインバータ20は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等からなる複数(例えば6個)のスイッチング素子を用いて構成され、後述する一対の直流母線23A,23Bに接続されている。第1のインバータ20のスイッチング素子は、その開・閉が後述のインバータ制御コントローラ24によって制御される。アシスト発電モータ10の発電時には、第1のインバータ20は、アシスト発電モータ10による発電電力を直流電力に変換して直流母線23A,23Bに供給する。一方、アシスト発電モータ10のモータ駆動時には、第1のインバータ20は、直流母線23A,23Bの直流電力から三相(U相、V相、W相)の交流電力を生成し、アシスト発電モータ10に供給する。
21は旋回電動モータ17に電気的に接続された旋回用インバータ(旋回用スイッチング装置)としての第2のインバータを示している。第2のインバータ21は、旋回電動モータ17の駆動を制御するものである。具体的には、第2のインバータ21は、第1のインバータ20とほぼ同様に、複数(例えば6個)のスイッチング素子を用いて構成され、後述する一対の直流母線23A,23Bに接続されている。第2のインバータ21のスイッチング素子は、その開・閉が後述のインバータ制御コントローラ24によって制御される。旋回電動モータ17の旋回駆動時には、第2のインバータ21は、直流母線23A,23Bの直流電力から三相(U相、V相、W相)の交流電力を生成し、旋回電動モータ17に供給する。一方、旋回電動モータ17の旋回減速時(回生時)には、第2のインバータ21は、旋回電動モータ17による回生電力を直流電力に変換して直流母線23A,23Bに供給する。
22は一端が蓄電装置14に接続され他端が一対の直流母線23A,23Bに接続されたチョッパを示している。チョッパ22とインバータ20,21は、一対の直流母線23A,23Bを介して互いに電気的に接続される。チョッパ22は、例えばIGBT等からなる複数(例えば2個)のスイッチング素子とリアクトルとを備える。チョッパ22は、後述のチョッパ制御コントローラ25によってスイッチング素子の開・閉が制御される。そして、蓄電装置14の充電時には、チョッパ22は、降圧回路(降圧チョッパ)として機能し、例えば直流母線23A,23Bから供給される直流電圧を降圧して蓄電装置14に供給する。一方、蓄電装置14の放電時には、チョッパ22は、昇圧回路(昇圧チョッパ)として機能し、蓄電装置14から供給される直流電圧を昇圧して直流母線23A,23Bに供給する。
インバータ20,21およびチョッパ22は、正極側(プラス側)と負極側(マイナス側)で一対の直流母線23A,23Bを通じて相互に接続されている。直流母線23A,23Bには、該直流母線23A,23Bの電圧を安定させるために、平滑用のコンデンサCが接続されている。直流母線23A,23Bには、例えば数百V程度の所定の直流電圧が印加される。
The
24はインバータ20,21を制御するコントローラ(制御装置)としてのインバータ制御コントローラを示している。インバータ制御コントローラ24は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、操作指令信号等のような各種の信号を用いて、第1のインバータ20および第2のインバータ21に対する制御指令(例えば、インバータ20,21のスイッチング素子を開・閉制御するゲート信号)を生成し、モータ10,17の駆動制御(回転数制御)等を行う。インバータ制御コントローラ24の構成については、後で詳しく述べる。
25はチョッパ22を制御するコントローラ(制御装置)としてのチョッパ制御コントローラを示している。チョッパ制御コントローラ25は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、操作指令信号等のような各種の信号を用いて、チョッパ22に対する制御指令(例えば、スイッチング素子を開・閉制御するゲート信号)を生成し、直流母線23A,23Bの電圧を所定の一定値付近に保持する制御等を行う。
インバータ制御コントローラ24およびチョッパ制御コントローラ25は、不調監視・不調処理制御部26A、エネルギマネジメント制御部26B等を含んで構成される統合コントローラ(メインコントロールユニット)26に、通信線27を介して電気的に相互に接続され、CAN(Control Area Network)を構成する。統合コントローラ26も、マイクロコンピュータ等により構成され、インバータ制御コントローラ24、チョッパ制御コントローラ25等に対する制御指令を生成し、アシスト発電モータ10、旋回電動モータ17の駆動制御、電動システムの不調監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。
The
例えば、不調監視・不調処理制御部26Aでは、電動システムの不調監視の制御を行なう。具体的には、不調監視・不調処理制御部26Aは、電力変換装置19、アシスト発電モータ10、旋回電動モータ17、蓄電装置14等の電動システムに故障、異常、警告等の不調状態が発生したか否かを判定し、不調が発生したと判定された場合には、その旨の信号となる電動システム不調信号(不調の旨の信号)を、インバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)等に出力する。エネルギマネジメント制御部26Bでは、例えば、旋回電動モータ17が加速時に消費するエネルギと減速時に回生するエネルギとの差によって増減する蓄電装置14の蓄電量を、アシスト発電モータ10に発電指令またはアシスト指令を出力することにより所定の範囲に保つ制御を行う。
For example, the malfunction monitoring / malfunction
統合コントローラ26は、ECU(エンジンコントロールユニット)と呼ばれるエンジン制御コントローラ28と通信線29を介して電気的に相互に接続されている。エンジン制御コントローラ28は、エンジン9の制御(回転数制御等)を行うもので、例えばエンジン9の燃料噴射装置9Aに接続されている。エンジン制御コントローラ28は、エンジン9のシリンダ内への燃料噴射装置9Aによる燃料噴射量(燃料供給量)を可変に制御することにより、オペレータの運転操作や車両の作動状態等に応じた回転数でエンジン9を作動させる。この場合、エンジン制御コントローラ28は、例えば、オペレータが操作するエンジン回転数指示ダイヤル(図示せず)の指令、統合コントローラ26からの指令等に基づいて、燃料噴射装置9Aの燃料噴射量の制御を行う。
The
30はエンジン9を停止するためのエンジン停止スイッチを示している。エンジン停止スイッチ30は、エンジン制御コントローラ28とインバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)とに接続されている。第1の実施の形態の場合、エンジン停止スイッチ30は、その操作がされると、エンジン9を停止することに加えて、インバータ制御コントローラ24から出力されるゲート信号を遮断する構成としている。この場合、エンジン停止スイッチ30によるゲート信号の遮断は、インバータ制御コントローラ24で生成されるPWM信号(スイッチング素子の開・閉の比率に対応する信号)に関係なく行われる。即ち、エンジン停止スイッチ30によるゲート信号の遮断は、インバータ制御コントローラ24で生成される第1のインバータ20に対するPWM信号と第2のインバータ21に対するPWM信号とに関係なく行われる。
ここで、インバータ制御コントローラ24は、第1のインバータ20のスイッチング素子と第2のインバータ21のスイッチング素子を開・閉制御するゲート信号を出力してアシスト発電モータ10と旋回電動モータ17を制御(例えば回転数制御)するものである。このために、インバータ制御コントローラ24は、第1のインバータ20のスイッチング素子に対するPWM信号と第2のインバータ21のスイッチング素子に対するPWM信号を生成するPWM信号生成手段としてのPWM信号生成回路24Aと、PWM信号生成回路24Aで生成されたPWM信号に基づいて第1のインバータ20にゲート信号を出力するゲート信号生成手段としての第1のゲート信号生成IC24Bと、PWM信号生成回路24Aで生成されたPWM信号に基づいて第2のインバータ21にゲート信号を出力するゲート信号生成手段としての第2のゲート信号生成IC24Cとを含んで構成されている。
Here, the
また、インバータ制御コントローラ24には、オアゲート24Dが設けられている。このオアゲート24Dは、後述のエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)と電動システム不調信号(不調の旨の信号)とのうちの少なくとも一方の信号が入力されると、第1のゲート信号生成IC24Bよび第2のゲート信号生成IC24Cに対してゲート信号の出力を停止する旨の信号を出力するためのものである。
The
インバータ制御コントローラ24は、統合コントローラ26からのトルク指令、発電指令またはアシスト指令を受け取り、その指令に従ってPWM信号生成回路24Aから3相のPWM信号を出力する。各ゲート信号生成IC24B,24Cは、PWM信号生成回路24Aから出力された3相のPWM信号(各スイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号)に基づいて、第1のインバータ20の三相各上,下アーム、および、第2のインバータ21の三相各上,下アームに対し、それぞれゲート信号を出力する。これにより、第1のインバータ20内のスイッチング素子および第2のインバータ21内のスイッチング素子が、それぞれのゲート信号に基づいて開・閉し、三相交流電流が生成される。この結果、アシスト発電モータ10および旋回電動モータ17が指令されたトルクで駆動する。
The
一方、エンジン停止スイッチ30が操作(ON:エンジン停止側に操作)されると、エンジン停止スイッチ30からエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力され、該エンジン停止スイッチ信号がエンジン制御コントローラ28に入力される。エンジン制御コントローラ28は、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が入力されると、エンジン9の燃料噴射装置9Aに対して燃料の噴射を停止する信号を出力する。これにより、燃料噴射装置9Aの燃料噴射が停止し、エンジン9が停止する。
On the other hand, when the
さらに、エンジン停止スイッチ30から出力されたエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)は、エンジン制御コントローラ28だけでなく、インバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)にも入力される。インバータ制御コントローラ24は、後述するように、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が入力されると、各ゲート信号生成IC24B,24Cから第1のインバータ20と第2のインバータ21に出力されるゲート信号を遮断し、電動システムを停止する。
Further, the engine stop switch signal (signal indicating that the engine has been stopped) output from the
また、上述したように、インバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)には、統合コントローラ26から電動システム不調信号(不調の旨の信号)も入力される。即ち、統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aは、電動システムに故障、異常、警告等の不調状態が発生した場合に、その旨の信号となる電動システム不調信号を、インバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)に出力する。また、統合コントローラ26のエネルギマネジメント制御部26Bは、例えば、蓄電装置14の蓄電量が所定の範囲外になった場合に、その旨の信号となる電動システム不調信号を、(例えば不調監視・不調処理制御部26Aを介して)インバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)に出力する。
Further, as described above, the inverter control controller 24 (or the
インバータ制御コントローラ24は、後述するように、統合コントローラ26からの電動システム不調信号(不調の旨の信号)が入力された場合も、各ゲート信号生成IC24B,24Cから第1のインバータ20と第2のインバータ21に出力されるゲート信号を遮断し、電動システムを停止する。即ち、第1の実施の形態では、インバータ制御コントローラ24は、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)と統合コントローラ26からの電動システム不調信号(不調の旨の信号)とのうちの少なくとも一方の信号が入力されると、ゲート信号生成IC24B,24Cから第1のインバータ20と第2のインバータ21に出力されるゲート信号を遮断し、電動システムを停止する。
As will be described later, the
次に、ゲート信号生成IC24B,24Cから出力されるゲート信号を遮断する構成について説明する。
Next, a configuration for blocking the gate signals output from the gate
インバータ制御コントローラ24のゲート信号生成IC24B,24Cは、エンジン停止スイッチ30の操作、および/または、統合コントローラ26からの指令に基づいて、ゲート信号の出力を停止する抑止端子(インヒビット端子)24B1,24C1を備えている。抑止端子24B1,24C1には、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号と統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aからの電動システム不調信号とが選択的に入力される。このために、インバータ制御コントローラ24は、2入力のオアゲート24Dを備えている。
The gate
オアゲート24Dの一方の入力側は、エンジン停止スイッチ30に接続され、他方の入力側は、統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aに接続されている。一方、オアゲート24Dの出力側は、ゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1に接続されている。ここで、オアゲート24Dの一方の入力側には、エンジン停止スイッチ信号が反転して入力され、オアゲート24Dの他方の入力側には、電動システム不調信号が反転して入力され、オアゲート24DからはOR演算された出力が反転されて出力される。換言すれば、反転入力のノアゲートとして構成されている。
One input side of the
エンジン停止スイッチ30は、操作がされていない(OFFである)と1を出力し、エンジン9を停止すべくオペレータ等により操作される(ONになる)と0を出力する。統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aは、正常であると1を出力し、不調と判定されると0を出力する。
The
オアゲート24Dは、エンジン停止スイッチ信号と電動システム不調信号とのうちの少なくとも一方の信号が1から0に切換わると、その出力(反転された出力)が、ハイレベル(1)からローレベル(0)に切換わる(出力がローレベルとなる)。オアゲート24Dの出力(反転された出力)は、ゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1に入力される。この場合、ゲート信号生成IC24B,24Cは、抑止端子24B1,24C1の信号レベルがハイレベル(1)からローレベル(0)になると、第1のインバータ20と第2のインバータ21へのゲート信号の出力を停止する。これにより、エンジン停止スイッチ30が操作されると、および/または、統合コントローラ26で不調と判定されると、第1のインバータ20と第2のインバータ21に出力されるゲート信号を遮断することができ、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17を停止できる。
When at least one of the engine stop switch signal and the electric system malfunction signal is switched from 1 to 0, the
第1の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30および統合コントローラ26(の不調監視・不調処理制御部26A)は、オアゲート24Dを介して、ゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1と直接接続されている。このため、インバータ制御コントローラ24内に実装されるソフトウエアを介さずに、エンジン停止スイッチ30および/または統合コントローラ26から出力される電気的信号(エンジン停止スイッチ信号、電動システム不調信号)に基づいて、ゲート信号生成IC24B,24Cからのゲート信号の出力を停止することができる。この結果、統合コントローラ26やインバータ制御コントローラ24に不調が生じた場合でも、エンジン停止スイッチ30の操作により、オアゲート24Dを介してゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1にゲート信号の出力停止の信号が入力される。これにより、エンジン9の停止と共に、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17の停止を迅速に行うことができる。
In the first embodiment, the
第1の実施の形態による油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
The
まず、オペレータは、キャブ7に搭乗して運転席に着座する。この状態で走行用の操作レバー・ペダルを操作することにより、コントロールバルブ13から下部走行体2の走行用モータ2E,2Fに圧油を供給し、左,右の駆動輪2Bを駆動して油圧ショベル1を前進または後退させることができる。また、運転席に着座したオペレータは、作業用の操作レバーを操作することにより、上部旋回体4を旋回させたり、作業装置5を俯仰動させたりして土砂の掘削作業等を行うことができる。
First, the operator gets on the
ここで、例えば油圧ショベル1のメンテナンス時や緊急停止時等に、オペレータ等がエンジン停止スイッチ30を操作すると、エンジン停止スイッチ30からエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)がエンジン制御コントローラ28とインバータ制御コントローラ24(のオアゲート24D)に入力される。これにより、エンジン9の燃料噴射装置9Aからの燃料噴射が停止し、エンジン9が停止する。これに加えて、インバータ制御コントローラ24のゲート信号生成IC24B,24Cからのゲート信号の出力が停止し、アシスト発電モータ10および旋回電動モータ17も停止する。
Here, for example, when an operator or the like operates the
このように、第1の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30が操作されると、エンジン9を停止することに加えて、インバータ制御コントローラ24から第1のインバータ20と第2のインバータ21に出力されるゲート信号を遮断する。このため、エンジン停止スイッチ30の操作に基づいて、エンジン9の停止と共に、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17を停止することができる。これにより、大出力のアシスト発電モータ10が搭載された構成(大出力のアシスト発電モータ10とエンジン9とが接続された構成)でも、エンジン停止スイッチ30を操作することで、エンジン9およびアシスト発電モータ10により駆動される油圧ポンプ11を迅速に停止することができる。また、これに加えて、旋回電動モータ17も停止することができ、旋回装置15を迅速に停止することができる。この結果、油圧ショベル1を即座に停止することができる。
As described above, in the first embodiment, when the
第1の実施の形態によれば、エンジン停止スイッチ30が操作されると、インバータ制御コントローラ24で生成されるPWM信号に関係なくゲート信号の遮断が行われる。即ち、統合コントローラ26の指令等に基づいてインバータ制御コントローラ24のPWM信号生成回路24AでPWM信号が生成されても、エンジン停止スイッチ30から出力される電気的信号(エンジン停止スイッチ信号)に基づいて、ゲート信号生成IC24B,24Cからゲート信号の出力が停止される。このため、インバータ制御コントローラ24でアシスト発電モータ10および旋回電動モータ17を回転し続ける旨のPWM信号が生成されていても、ゲート信号の遮断が行われ、アシスト発電モータ10および旋回電動モータ17を確実に停止させることができる。
According to the first embodiment, when the
第1の実施の形態によれば、エンジン停止スイッチ30が操作されることにより該エンジン停止スイッチ30からエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力されると、このエンジン停止スイッチ信号が(オアゲート24Dを介して)ゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1に直接的に入力され、ゲート信号生成IC24B,24Cによるゲート信号の出力を停止することができる。これにより、ゲート信号生成IC24B,24Cから第1のインバータ20および第2のインバータ21に対するゲート信号の出力を停止することができ、アシスト発電モータ10および旋回電動モータ17を確実に停止させることができる。
According to the first embodiment, when the
次に、図4および図5は本発明の第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、PWM信号生成手段とゲート信号生成手段との間にPWM信号を遮断するゲート回路を設ける構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 4 and FIG. 5 show a second embodiment of the present invention. A feature of the second embodiment resides in that a gate circuit for cutting off the PWM signal is provided between the PWM signal generating means and the gate signal generating means. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図4および図5において、31は第1の実施の形態のインバータ制御コントローラ24に代えて、第2の実施の形態で用いるインバータ制御コントローラを示している。インバータ制御コントローラ31は、第1の実施の形態のPWM信号生成回路24Aと同様のPWM信号生成回路31Aと、PWM信号生成回路31Aで生成されたPWM信号に基づいて第1のインバータ20にゲート信号を出力するゲート信号生成手段としての第1のゲート信号生成IC31Bと、PWM信号生成回路31Aで生成されたPWM信号に基づいて第2のインバータ21にゲート信号を出力するゲート信号生成手段としての第2のゲート信号生成IC31Cと、後述のゲート回路32とを含んで構成されている。また、インバータ制御コントローラ31には、第1の実施の形態のオアゲート24Dとは各ゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1と接続されていない点で相違するオアゲート31Dが設けられている。この場合、オアゲート31Dは、ゲート回路32と接続されている。
4 and 5,
32はPWM信号生成回路31Aと各ゲート信号生成IC31B,31Cとの間に設けられたゲート回路を示している。ゲート回路32は、エンジン停止スイッチ30の操作に基づいて各ゲート信号生成IC31B,31Cに対するPWM信号の入力を遮断するものである。ここで、ゲート回路32には、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号と、統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aからの電動システム不調信号とが選択的に入力される。このために、ゲート回路32の入力側は、オアゲート31Dの出力側と接続され、オアゲート31Dの出力がゲート回路32に入力される構成となっている。
ここで、図5を用いてゲート回路32の具体的な構成について説明する。
Here, a specific configuration of the
PWM信号生成回路31Aからゲート回路32に入力するPWM信号は6本であり、ゲート回路32は、6個の2入力のアンドゲート32A,32Bを備えている。アンドゲート32A,32Bは、6個とも同じ構成であるため、図5では、アシスト発電モータ用の1個のアンドゲート32Aと旋回電動モータ用の1個のアンドゲート32Bとの2個のアンドゲート32A,32Bを示している。ゲート回路32では、アンドゲート32A,32Bの一方の入力側がPWM信号生成回路31Aに接続されている。即ち、アンドゲート32A,32Bの一方の入力側には、1本のPWM信号が入力される。一方、アンドゲート32A,32Bの他方の入力側は、オアゲート31Dの出力側に接続されている。即ち、アンドゲート32A,32Bの他方の入力側には、オアゲート31Dの出力(反転された出力)が入力される。
Six PWM signals are input from the PWM
ここで、エンジン停止スイッチ30は、操作がされていない(OFFである)と1を出力し、エンジン9を停止すべくオペレータ等により操作される(ONになる)と0を出力する。統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aは、正常であると1を出力し、不調と判定されると0を出力する。従って、エンジン停止スイッチ信号と電動システム不調信号とのうちの少なくとも一方の信号が1から0に切換わると、オアゲート31Dの出力(反転された出力)が、ハイレベル(1)からローレベル(0)に切換わり、アンドゲート32A,32Bの一方の入力がOFF(0)となる。これにより、PWM信号生成回路31Aから各ゲート信号生成IC31B,31Cに入力されるPWM信号が遮断され、各ゲート信号生成IC31B,31Cのゲート信号の出力が停止する。この結果、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17を停止できる。
Here, the
第2の実施の形態では、インバータ制御コントローラ31内に実装されるソフトウエアを介さずに、エンジン停止スイッチ30および/または統合コントローラ26から出力される電気的信号(エンジン停止スイッチ信号、電動システム不調信号)に基づいて、ゲート回路32により、PWM信号生成回路31Aで生成されるPWM信号が各ゲート信号生成IC31B,31Cに入力されることを阻止できる。この結果、統合コントローラ26やインバータ制御コントローラ31に不調が生じた場合でも、エンジン停止スイッチ30の操作により、オアゲート31Dを介してゲート回路32のアンドゲート32A,32Bに、ゲート信号生成IC31B,31Cに対するPWM信号の入力を停止する信号が入力される。これにより、エンジン9の停止と共に、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17の停止を迅速に行うことができる。
In the second embodiment, an electrical signal (engine stop switch signal, electric system malfunction) output from the
第2の実施の形態は、上述の如きゲート回路32を用いてPWM信号を遮断する構成としたもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
The second embodiment is configured to block the PWM signal using the
特に、第2の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30が操作されることにより該エンジン停止スイッチ30からエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力されると、このエンジン停止スイッチ信号が(オアゲート24Dを介して)ゲート回路32(のアンドゲート32A,32B)に入力され、各ゲート信号生成IC31B,31Cに対するPWM信号の入力を遮断することができる。これにより、各ゲート信号生成IC31B,31Cから第1のインバータ20および第2のインバータ21に対するゲート信号の出力を停止することができ、アシスト発電モータ10および旋回電動モータ17を確実に停止させることができる。
In particular, in the second embodiment, when an engine stop switch signal (a signal indicating a stop) is output from the
次に、図6は本発明の第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、オアゲートをインバータ制御コントローラとは別のコントローラ(統合コントローラ)に設けると共に、該別のコントローラのオアゲートにエンジン停止スイッチを接続する構成としたことにある。なお、第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態および第2の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. A feature of the third embodiment resides in that an OR gate is provided in a controller (integrated controller) different from the inverter controller and an engine stop switch is connected to the OR gate of the other controller. Note that in the third embodiment, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図6中、41は第1の実施の形態のインバータ制御コントローラ24に代えて、第3の実施の形態で用いるインバータ制御コントローラを示している。インバータ制御コントローラ41は、第1の実施の形態のPWM信号生成回路24Aと同様のPWM信号生成回路41Aと、第1の実施の形態の各ゲート信号生成IC24B,24Cと同様に抑止端子41B1,41C1を有するゲート信号生成IC41B,41Cとを含んで構成されている。第3の実施の形態では、インバータ制御コントローラ41がオアゲートを有していない(インバータ制御コントローラ41にオアゲートを設けていない)点で、第1の実施の形態のインバータ制御コントローラ24と相違する。
In FIG. 6,
42は第1の実施の形態の統合コントローラ26に代えて、第3の実施の形態で用いる統合コントローラを示している。統合コントローラ42は、第1の実施の形態と同様の不調監視・不調処理制御部42Aと、第1の実施の形態と同様のエネルギマネジメント制御部42Bとを含んで構成されている。また、統合コントローラ42には、後述のオアゲート43が設けられている。第3の実施の形態では、統合コントローラ42がオアゲート43を有する(統合コントローラ42にオアゲート43を設ける)構成としたことに伴って、エンジン停止スイッチ30は、統合コントローラ42(のオアゲート43)に接続されている。
43はエンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号と統合コントローラ42の不調監視・不調処理制御部42Aからの電動システム不調信号とが入力されるオアゲートを示している。オアゲート43は、第1の実施の形態のオアゲート24Dと同様に、エンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)と電動システム不調信号(不調の旨の信号)とのうちの少なくとも一方の信号が入力されると各ゲート信号生成IC41B,41Cに対してゲート信号の出力を停止する旨の信号を出力するものである。
43 is an OR gate to which the engine stop switch signal from the
オアゲート43の一方の入力側は、エンジン停止スイッチ30に接続され、他方の入力側は、統合コントローラ42の不調監視・不調処理制御部42Aに接続されている。一方、オアゲート43の出力側は、ゲート信号生成IC41B,41Cの抑止端子41B1,41C1に接続されている。ここで、オアゲート43の一方の入力側には、エンジン停止スイッチ信号が反転して入力され、オアゲート43の他方の入力側には、電動システム不調信号が反転して入力され、オアゲート43からはOR演算された出力が反転されて出力される。換言すれば、反転入力のノアゲートとして構成されている。
One input side of the
エンジン停止スイッチ30は、操作がされていない(OFFである)と1を出力し、エンジン9を停止すべくオペレータ等により操作される(ONになる)と0を出力する。統合コントローラ42の不調監視・不調処理制御部42Aは、正常であると1を出力し、不調と判定されると0を出力する。
The
オアゲート43は、エンジン停止スイッチ信号と電動システム不調信号とのうちの少なくとも一方の信号が1から0に切換わると、その出力(反転された出力)が、ハイレベル(1)からローレベル(0)に切換わる(出力がローレベルとなる)。オアゲート43の出力(反転された出力)は、ゲート信号生成IC41B,41Cの抑止端子41B1,41C1に入力される。この場合、ゲート信号生成IC41B,41Cは、抑止端子41B1,41C1の信号レベルがハイレベル(1)からローレベル(0)になると、第1のインバータ20と第2のインバータ21へのゲート信号の出力を停止する。これにより、第1のインバータ20と第2のインバータ21に出力されるゲート信号を遮断することができ、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17を停止できる。
When at least one of the engine stop switch signal and the electric system malfunction signal is switched from 1 to 0, the
第3の実施の形態でも、インバータ制御コントローラ41内に実装されるソフトウエアを介さずに、エンジン停止スイッチ30および/または統合コントローラ42から出力される電気的信号(エンジン停止スイッチ信号、電動システム不調信号)に基づいて、ゲート信号生成IC41B,41Cからのゲート信号の出力を停止することができる。この結果、統合コントローラ42やインバータ制御コントローラ41に不調が生じた場合でも、エンジン停止スイッチ30の操作により、オアゲート43を介してゲート信号生成IC41B,41Cの抑止端子41B1,41C1にゲート信号の出力停止の信号が入力される。これにより、エンジン9の停止と共に、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17の停止を迅速に行うことができる。
Also in the third embodiment, an electrical signal (engine stop switch signal, electric system malfunction) output from the
第3の実施の形態は、上述の如きオアゲート43を介してゲート信号を遮断する構成としたもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
The third embodiment is configured to block the gate signal via the
特に、第3の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30を、統合コントローラ42のオアゲート43に接続することができる。これにより、エンジン停止スイッチ30の配線の自由度を向上することができる。
In particular, in the third embodiment, the
なお、第3の実施の形態では、オアゲート43の出力がゲート信号生成IC41B,41Cの抑止端子41B1,41C1に入力される構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、図6に破線で示すように、PWM信号生成回路41Aと各ゲート信号生成IC41B,41Cとの間に、第2に実施の形態のゲート回路32と同様のゲート回路51を設け、該ゲート回路51のアンドゲート(図示せず)にオアゲート43の出力が入力される構成としてもよい。
In the third embodiment, the case where the output of the
次に、図7は本発明の第4の実施の形態を示している。第4の実施の形態の特徴は、ゲート信号生成手段とアシスト発電用インバータとの間にリレー回路を設ける構成としたことにある。なお、第4の実施の形態では、上述した第1の実施の形態ないし第3の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. A feature of the fourth embodiment resides in that a relay circuit is provided between the gate signal generating means and the assist power generation inverter. Note that in the fourth embodiment, the same components as those in the first to third embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
61は第1の実施の形態のインバータ制御コントローラ24に代えて、第4の実施の形態で用いるインバータ制御コントローラを示している。インバータ制御コントローラ61は、第1の実施の形態のPWM信号生成回路24Aと同様のPWM信号生成回路61Aと、PWM信号生成回路61Aで生成されたPWM信号に基づいて第1のインバータ20にゲート信号を出力するゲート信号生成手段としての第1のゲート信号生成IC61Bと、PWM信号生成回路61Aで生成されたPWM信号に基づいて第2のインバータ21にゲート信号を出力するゲート信号生成手段としての第2のゲート信号生成IC61Cとを含んで構成されている。また、インバータ制御コントローラ61には、第1の実施の形態のオアゲート24Dとは各ゲート信号生成IC24B,24Cの抑止端子24B1,24C1と接続されていない点で相違するオアゲート61Dが設けられている。この場合、オアゲート61Dは、後述のリレー回路62と接続されている。
62は各ゲート信号生成IC61B,61Cと第1のインバータ20および第2のインバータ21との間に設けられたリレー回路を示している。リレー回路62は、エンジン停止スイッチ30の操作に基づいて各ゲート信号生成IC61B,61Cと第1のインバータ20および第2のインバータ21との間の接続を遮断するものである。ここで、リレー回路62には、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号と、統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aからの電動システム不調信号とが選択的に入力される。このために、リレー回路62の入力側は、オアゲート61Dの出力側と接続され、オアゲート61Dの出力がリレー回路62に入力される構成となっている。
ここで、エンジン停止スイッチ30は、操作がされていない(OFFである)と1を出力し、エンジン9を停止すべくオペレータ等により操作される(ONになる)と0を出力する。統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aは、正常であると1を出力し、不調と判定されると0を出力する。従って、エンジン停止スイッチ信号と電動システム不調信号とのうちの少なくとも一方の信号が1から0に切換わると、オアゲート61Dの出力(反転された出力)が、ハイレベル(1)からローレベル(0)に切換わり、リレー回路62に出力される。このとき、リレー回路62では、入力がハイレベル(1)からローレベル(0)となることに伴ってリレーが作動し、各ゲート信号生成IC61B,61Cと第1のインバータ20および第2のインバータ21との間の接続が遮断される。これにより、各ゲート信号生成IC61B,61Cから出力されるゲート信号が、第1のインバータ20および第2のインバータ21に入力されなくなり、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17が停止する。
Here, the
第4の実施の形態でも、インバータ制御コントローラ61内に実装されるソフトウエアを介さずに、エンジン停止スイッチ30および/または統合コントローラ26から出力される電気的信号(エンジン停止スイッチ信号、電動システム不調信号)に基づいて、各ゲート信号生成IC61B,61Cから出力されるゲート信号が第1のインバータ20および第2のインバータ21に入力されることを阻止できる。この結果、統合コントローラ26やインバータ制御コントローラ61に不調が生じた場合でも、エンジン停止スイッチ30の操作により、オアゲート61Dを介してリレー回路62に、第1のインバータ20および第2のインバータ21に対するゲート信号の入力を停止する信号が入力される。これにより、エンジン9の停止と共に、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17の停止を迅速に行うことができる。
Also in the fourth embodiment, an electrical signal (engine stop switch signal, electric system malfunction) output from the
第4の実施の形態は、上述の如きリレー回路62を用いてゲート信号を遮断する構成としたもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
The fourth embodiment is configured such that the gate signal is cut off using the
特に、第4の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30が操作されることにより該エンジン停止スイッチ30からエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)が出力されると、このエンジン停止スイッチ信号が(オアゲート61Dを介して)リレー回路62に入力され、第1のインバータ20および第2のインバータ21に対するゲート信号の入力を遮断することができる。これにより、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17を確実に停止させることができる。
In particular, in the fourth embodiment, when an engine stop switch signal (a signal indicating a stop) is output from the
なお、上述した第1の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30と統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aとをオアゲート24Dに接続する構成、より具体的には、オアゲート24Dの一方の入力側にエンジン停止スイッチ信号が反転して入力され、オアゲート24Dの他方の入力側に電動システム不調信号が反転して入力され、オアゲート24DからはOR演算された出力が反転されて出力される構成とした場合(反転入力のノアゲートとして構成した場合)を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、図8に示す第1の変形例のように、エンジン停止スイッチ30と統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aとをアンドゲート71に接続する構成としてもよい。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。
In the first embodiment described above, the configuration in which the
上述した第2の実施の形態では、エンジン停止スイッチ30と統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aとをオアゲート31Dに接続すると共に、オアゲート31Dをゲート回路32のアンドゲート32A,32Bに接続する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、図9に示す第2の変形例のように、オアゲートを省略した構成としてもよい。即ち、エンジン停止スイッチ30と統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aとをそれぞれゲート回路81を構成するアンドゲート81A,81B,81C,81Dと接続する構成としてもよい。換言すれば、エンジン停止スイッチ30と接続されるアンドゲート81A,81Bと、統合コントローラ26の不調監視・不調処理制御部26Aと接続されるアンドゲート81C,81Dとを、PWM信号生成回路31Aと各ゲート信号生成IC31B,31Cとの間に直列に設ける構成としてもよい。このことは、第3の実施の形態についても同様である。
In the second embodiment described above, the
上述した第4の実施の形態では、各ゲート信号生成IC61B,61Cと第1のインバータ20および第2のインバータ21との間にリレー回路62を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、PWM信号生成回路(PWM信号生成手段)とゲート信号生成IC(ゲート信号生成手段)との間にリレー回路を設ける構成としてもよい。
In the above-described fourth embodiment, the case where the
上述した第4の実施の形態では、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、インバータ制御コントローラ61をオアゲート61Dに設ける(インバータ制御コントローラ61がオアゲート61Dを有する)構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、第3の実施の形態のように、インバータ制御コントローラとは別のコントローラ(例えば、統合コントローラ)等、インバータ制御コントローラとは別の部位にエンジン停止スイッチと接続されるオアゲートを設ける構成としてもよい。このことは、第1の実施の形態、第2の実施の形態についても同様である。また、第1の変形例に関しても、エンジン停止スイッチ30と接続されるアンドゲート71をインバータ制御コントローラ24とは別の部位(例えば統合コントローラ26)に設ける構成としてもよい。
In the fourth embodiment described above, the
上述した各実施の形態および各変形例では、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)と統合コントローラ26からの電動システム不調信号(不調の旨の信号)とのうちの少なくとも一方の信号に基づいて、インバータ制御コントローラ24,31,41,61から出力されるゲート信号を遮断する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、エンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)のみに基づいてインバータ制御コントローラから出力されるゲート信号を遮断する構成としてもよい。これとは逆に、エンジン停止スイッチ信号(停止の旨の信号)と電動システム不調信号(不調の旨の信号)とその他の発電電動機を停止すべき別の信号とのうちの少なくとも何れかの信号に基づいて、インバータ制御コントローラから出力されるゲート信号を遮断する構成としてもよい。
In each of the above-described embodiments and modifications, of the engine stop switch signal (stop signal) from the
上述した各実施の形態および各変形例では、エンジン停止スイッチ30からのエンジン停止スイッチ信号(および/または、統合コントローラ26からの電動システム不調信号)に基づいて、アシスト発電モータ10と旋回電動モータ17との両方を停止する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、エンジン停止スイッチからのエンジン停止スイッチ信号(および/または、コントローラからの信号)に基づいて、アシスト発電モータ(発電電動機)のみを停止する構成としてもよい。
In each of the above-described embodiments and modifications, the
上述した各実施の形態および各変形例では、旋回装置15を、旋回油圧モータ16と旋回電動モータ17とにより構成したハイブリッド型の旋回装置とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、旋回装置を旋回電動機(電動モータ)単独で構成した(油圧モータを有しない)電動型の旋回装置としてもよい。
In each of the above-described embodiments and modifications, the case where the
上述した実施の形態では、建設機械として油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばホイールローダ、油圧クレーン、フォークリフト等、各種の作業車両、作業機械等を含むハイブリッド式の建設機械に広く適用することができるものである。
In the embodiment described above, the
1 油圧ショベル(建設機械)
2 下部走行体(基体)
4 上部旋回体(基体)
9 エンジン
10 アシスト発電モータ(発電電動機)
14 蓄電装置
20 第1のインバータ(アシスト発電用インバータ)
24,31,41,61 インバータ制御コントローラ
24A,31A,41A,61A PWM信号生成回路(PWM信号生成手段)
24B,31B,41B,61B 第1のゲート信号生成IC(ゲート信号生成手段)
24C,31C,41C,61C 第2のゲート信号生成IC(ゲート信号生成手段)
24B1,24C1,41B1,41C1 抑止端子
28 エンジン制御コントローラ
30 エンジン停止スイッチ
32,51,81 ゲート回路
62 リレー回路
1 Excavator (construction machine)
2 Lower traveling body (base)
4 Upper swing body (base)
9
14
24, 31, 41, 61
24B, 31B, 41B, 61B First gate signal generation IC (gate signal generation means)
24C, 31C, 41C, 61C Second gate signal generation IC (gate signal generation means)
24B1, 24C1, 41B1,
Claims (5)
前記エンジン停止スイッチは、その操作がされると、前記エンジンを停止することに加えて、前記インバータ制御コントローラから出力されるゲート信号を遮断する構成としたことを特徴とする建設機械。 A base, an engine mounted on the base, a generator motor driven by the engine, a power storage device connected to the generator motor for storing electric charge, and a plurality of switching elements, and connected to the generator motor An inverter for assist power generation, an inverter controller for controlling the number of revolutions of the generator motor by outputting a gate signal for controlling opening and closing of the switching element of the inverter for assist power generation, and an engine controller for controlling the engine In a construction machine comprising an engine stop switch for stopping the engine,
The engine stop switch is configured to cut off a gate signal output from the inverter controller in addition to stopping the engine when operated.
前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記PWM信号に基づいて前記ゲート信号を前記アシスト発電用インバータに出力するゲート信号生成手段とを備え、
該ゲート信号生成手段は、前記エンジン停止スイッチの操作に基づいて前記ゲート信号の出力を停止する抑止端子を有する構成としてなる請求項1または2に記載の建設機械。 The inverter controller is
PWM signal generating means for generating a PWM signal corresponding to the open / close ratio of the switching element of the inverter for assist power generation;
Gate signal generating means for outputting the gate signal to the assist power generation inverter based on the PWM signal;
The construction machine according to claim 1, wherein the gate signal generation unit includes a suppression terminal that stops output of the gate signal based on an operation of the engine stop switch.
前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記PWM信号に基づいて前記ゲート信号を前記アシスト発電用インバータに出力するゲート信号生成手段と、
前記PWM信号生成手段と前記ゲート信号生成手段との間に設けられ、前記エンジン停止スイッチの操作に基づいて前記ゲート信号生成手段に対する前記PWM信号の入力を遮断するゲート回路とを備える構成としてなる請求項1または2に記載の建設機械。 The inverter controller is
PWM signal generating means for generating a PWM signal corresponding to the open / close ratio of the switching element of the inverter for assist power generation;
Gate signal generating means for outputting the gate signal to the assist power generation inverter based on the PWM signal;
And a gate circuit provided between the PWM signal generation unit and the gate signal generation unit and configured to block the input of the PWM signal to the gate signal generation unit based on an operation of the engine stop switch. Item 3. The construction machine according to item 1 or 2.
前記アシスト発電用インバータのスイッチング素子の開・閉の比率に対応するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記PWM信号に基づいて前記ゲート信号を前記アシスト発電用インバータに出力するゲート信号生成手段とを備え、
前記PWM信号生成手段と前記ゲート信号生成手段との間、または、該ゲート信号生成手段と前記アシスト発電用インバータとの間には、前記エンジン停止スイッチの操作に基づいて接続を遮断するリレー回路を設ける構成としてなる請求項1または2に記載の建設機械。 The inverter controller is
PWM signal generating means for generating a PWM signal corresponding to the open / close ratio of the switching element of the inverter for assist power generation;
Gate signal generating means for outputting the gate signal to the assist power generation inverter based on the PWM signal;
A relay circuit that disconnects between the PWM signal generation unit and the gate signal generation unit or between the gate signal generation unit and the assist power generation inverter based on the operation of the engine stop switch. The construction machine according to claim 1 or 2, wherein the construction machine is provided.
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