JP2015192568A - Power supply device for industrial vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress decline in efficiency while suppressing ripples.SOLUTION: A duty controller 140 adjusts a duty command value S3 so that a DC link voltage Vgenerated in a DC bus 104 becomes near to a target voltage Vr. A pulse width modulator 142 adjusts a duty ratio of a pulse signal S4 according to the duty command value S3. A frequency controller 144 estimates an inductance L on the basis of a DC superposition property and a detected current Ic, and as the inductance L becomes smaller, makes a carrier frequency fc of the pulse width modulator 142 higher, and adjusts a loop gain of the duty controller 140 so as to cancel a change in the inductance L.

Description

本発明は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを有する産業車両用電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device for an industrial vehicle having a bidirectional DC / DC converter.

近年のパワーショベルやクレーンをはじめとする建設機械において、上部旋回体の動力源として、油圧モータと交流電動機のハイブリッド型が利用される。ハイブリッド型の旋回動力源は、上部旋回体の加速時において、交流電動機によって油圧モータをアシストし、減速時においては交流電動機によって回生運転を行い、発電エネルギによってバッテリなどの蓄電器を充電する。   In recent construction machines such as power shovels and cranes, a hybrid type of a hydraulic motor and an AC motor is used as a power source for the upper swing body. The hybrid-type turning power source assists the hydraulic motor with an AC motor during acceleration of the upper turning body, performs a regenerative operation with the AC motor during deceleration, and charges a storage battery such as a battery with generated energy.

交流電動機とバッテリ間でエネルギを相互に授受するために、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇降圧コンバータともいう）を用いた電源装置が設けられる。図１は、電源装置１００ｒの基本構成を示す回路図である。電源装置１００ｒは、蓄電器１０２、ＤＣバス１０４、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、コントローラ１２０を備える。   In order to mutually transfer energy between the AC motor and the battery, a power supply device using a bidirectional DC / DC converter (also referred to as a step-up / down converter) is provided. FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of the power supply apparatus 100r. The power supply device 100r includes a capacitor 102, a DC bus 104, a bidirectional DC / DC converter 110, and a controller 120.

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の１次側には蓄電器１０２が接続され、その２次側にはＤＣバス１０４が接続される。ＤＣバス１０４は、負荷２００と接続される。負荷２００は、電動機およびインバータを含む。電源装置１００ｒからみて、負荷２００は、可変の負荷電流Ｉｍを生成する可変電流源として作用する。たとえば交流電動機が力行運転するとき、負荷電流Ｉｍは正であり、回生運転するとき負荷電流Ｉｍは負となる。   The battery 102 is connected to the primary side of the bidirectional DC / DC converter 42, and the DC bus 104 is connected to the secondary side thereof. The DC bus 104 is connected to the load 200. Load 200 includes an electric motor and an inverter. From the viewpoint of the power supply device 100r, the load 200 acts as a variable current source that generates a variable load current Im. For example, when the AC motor performs a power running operation, the load current Im is positive, and when the regenerative operation is performed, the load current Im is negative.

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、インダクタ（リアクトル）Ｌ１、平滑キャパシタＣ１、トランジスタＭ１、Ｍ２を含む。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０のトポロジーは公知であるため説明を省略する。   Bidirectional DC / DC converter 110 includes an inductor (reactor) L1, a smoothing capacitor C1, and transistors M1 and M2. Since the topology of the bidirectional DC / DC converter 110 is known, the description thereof is omitted.

コントローラ１２０は、上流のコントローラから、ＤＣバス１０４の電圧（ＤＣリンク電圧）ＶＤＣの目標値を指示する電圧指令Ｖｒを受け、ＤＣリンク電圧ＶＤＣが電圧指令Ｖｒと一致するように、トランジスタＭ１、Ｍ２のスイッチングのデューティ比を制御する。 The controller 120 receives a voltage command Vr indicating a target value of the voltage (DC link voltage) V DC of the DC bus 104 from the upstream controller, and the transistor M1 so that the DC link voltage V DC matches the voltage command Vr. , M2 controls the switching duty ratio.

特開２０１２−１５７１５３号公報JP 2012-157153 A 特開２０１３−０４６４３１号公報JP 2013-046431 A

インダクタＬ１に流れる直流電流が大きくなると磁気飽和によってそのインダクタンスが定格値よりも小さくなる。これをインダクタの直流重畳特性ともいう。図２は、インダクタの直流重畳特性の一例を示す図である。インダクタンスが低下し始める電流を、直流重畳許容電流ＩＴＨという。 When the direct current flowing through the inductor L1 increases, the inductance becomes smaller than the rated value due to magnetic saturation. This is also called the DC superimposition characteristic of the inductor. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the DC superposition characteristics of the inductor. The current at which the inductance starts to decrease is referred to as a DC superposition allowable current I TH .

インダクタＬ１の両端間に電圧Ｖ（ｔ）が印加されたときの電流ＩＬ（ｔ）は式（１）で与えられる。
ＩＬ（ｔ）＝１／Ｌ・∫Ｖ（ｔ）ｄｔ …（１）
図３（ａ）、（ｂ）は、同じ振幅の矩形パルス電圧が印加されたときのコイル電流ＩＬを示す波形図である。図３（ａ）と（ｂ）とでは、コイル電流ＩＬの直流成分ＩＤＣが異なっており、図１に示すように図３（ｂ）の直流成分ＩＤＣ２に対するインダクタンスＬは、図３（ａ）の直流成分ＩＤＣ１に対するインダクタンスＬの略１／３となっている。コイル電流ＩＬのリップル成分の振幅は、インダクタンスに反比例するから、図３（ｂ）では、図３（ａ）の３倍のリップルが観測される。 The current I L (t) when the voltage V (t) is applied across the inductor L1 is given by equation (1).
I L (t) = 1 / L · ∫V (t) dt (1)
Figure 3 (a), (b) is a waveform diagram showing the coil current I L when the rectangular pulse voltage having the same amplitude is applied. 3A and 3B, the DC component I DC of the coil current I L is different, and as shown in FIG. 1, the inductance L for the DC component I DC2 in FIG. It is approximately 1/3 of the inductance L with respect to the DC component IDC1 of a). The amplitude of the ripple component of the coil current I L, inversely proportional to the inductance, in FIG. 3 (b), 3 times the ripple shown in FIG. 3 (a) is observed.

従来では、想定されるインダクタに流れる直流電流の最大値を見積もっておき、その最大値より大きな直流重畳許容電流ＩＴＨを有するインダクタを選定し、インダクタンスが低下する領域では動作しないように設計するのが一般的であった。しかしながら直流重畳許容電流ＩＴＨが大きなインダクタは、大きくまた高価であり、電源装置１００ｒのコスト増の要因になっていた。 Conventionally, the maximum value of the direct current flowing through the assumed inductor is estimated, an inductor having a DC superimposition allowable current I TH larger than the maximum value is selected, and it is designed not to operate in a region where the inductance decreases. Was common. However, an inductor having a large DC superimposition allowable current I TH is large and expensive, which causes an increase in cost of the power supply device 100r.

本発明は、かかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、効率の低下を抑制しつつ、リップルを抑制可能な電源装置の提供にある。   The present invention has been made in such a situation, and one of exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a power supply device capable of suppressing ripple while suppressing a decrease in efficiency.

本発明のある態様は、電動機と、電動機を駆動するインバータと、を備える産業車両に搭載される電源装置に関する。電源装置は、蓄電器と、インバータが接続されるＤＣバスと、１次側に蓄電器が接続され、２次側にＤＣバスが接続され、１次側と２次側で双方向にエネルギを授受可能に構成された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータコントローラと、を備える。コンバータコントローラは、ＤＣバスに生ずるＤＣリンク電圧が所定の目標電圧に近づくように値が調節されるデューティ指令値を生成するデューティコントローラと、デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、（i）双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるインダクタに流れる電流を検出し、（ii）少なくとも検出された電流がインダクタの直流重畳許容電流より大きな範囲において、インダクタの直流重畳特性と検出された電流にもとづきインダクタンスを推定し、インダクタンスが小さくなるにしたがい、パルス幅変調器のキャリア周波数を高くし、（iii）インダクタンスの変化を相殺するようにデューティコントローラのループゲインを調節する周波数コントローラと、を備える。   An aspect of the present invention relates to a power supply device mounted on an industrial vehicle including an electric motor and an inverter that drives the electric motor. The power supply device has a DC bus to which the battery and the inverter are connected, a battery is connected to the primary side, a DC bus is connected to the secondary side, and energy can be exchanged in both directions on the primary and secondary sides. And a converter controller for controlling the bidirectional DC / DC converter. The converter controller generates a duty command value whose value is adjusted so that the DC link voltage generated in the DC bus approaches a predetermined target voltage, and generates a pulse signal having a duty ratio corresponding to the duty command value A pulse width modulator and (i) detecting a current flowing in an inductor included in the bidirectional DC / DC converter, and (ii) a DC superposition of the inductor in a range where at least the detected current is larger than a DC superposition allowable current of the inductor. Estimate inductance based on characteristics and detected current, increase carrier frequency of pulse width modulator as inductance decreases, and (iii) adjust loop gain of duty controller to offset inductance change A frequency controller.

この態様によると、直流重畳許容電流を超える電流範囲において、インダクタンスの低下に反してキャリア周波数を高めることにより、電流リップルを抑制できる。またインダクタンスに流れる電流が直流重畳許容電流より小さな範囲では、キャリア周波数は低くなるため、定常的な電力損失の増大を抑制できる。   According to this aspect, current ripple can be suppressed by increasing the carrier frequency against the decrease in inductance in the current range exceeding the DC superposition allowable current. In addition, in the range where the current flowing through the inductance is smaller than the DC superimposition allowable current, the carrier frequency becomes low, and thus it is possible to suppress a steady increase in power loss.

周波数コントローラは、推定されたインダクタンスとの積が一定となるように、パルス幅変調器のキャリア周波数を制御してもよい。   The frequency controller may control the carrier frequency of the pulse width modulator so that the product of the estimated inductance is constant.

デューティコントローラは、ＤＣリンク電圧が目標電圧に近づくように値が調節される電流指令を生成する電圧コントローラと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに流れるコンバータ電流の検出値が電流指令と一致するように、デューティ指令値を調節する電流コントローラと、含んでもよい。   The duty controller generates a current command whose value is adjusted so that the DC link voltage approaches the target voltage, and the detected value of the converter current flowing through the bidirectional DC / DC converter matches the current command. And a current controller for adjusting the duty command value.

本発明の別の態様も、産業車両に搭載される産業車両用電源装置に関する。産業車両用電源装置は、蓄電器と、インバータが接続されるＤＣバスと、１次側に蓄電器が接続され、２次側にＤＣバスが接続され、１次側と２次側で双方向にエネルギを授受可能に構成された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータコントローラと、を備える。コンバータコントローラは、ＤＣバスに生ずるＤＣリンク電圧が所定の目標電圧に近づくように値が調節されるデューティ指令値を生成するデューティコントローラと、デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるインダクタに流れる電流を検出し、少なくとも検出された電流が予め定めた所定の第１電流値より小さい範囲では、第１周波数を用い、大きい範囲では第１の周波数より高い第２周波数を用いるように、パルス幅変調器のキャリア周波数を調節する周波数コントローラと、を含む。   Another aspect of the present invention also relates to an industrial vehicle power supply device mounted on an industrial vehicle. An industrial vehicle power supply device includes a capacitor, a DC bus connected to an inverter, a capacitor connected to the primary side, a DC bus connected to the secondary side, and energy in both directions on the primary side and the secondary side. And a converter controller that controls the bidirectional DC / DC converter. The converter controller generates a duty command value whose value is adjusted so that the DC link voltage generated in the DC bus approaches a predetermined target voltage, and generates a pulse signal having a duty ratio corresponding to the duty command value The current flowing in the pulse width modulator and the inductor included in the bidirectional DC / DC converter is detected, and at least in the range where the detected current is smaller than the predetermined first current value, the first frequency is used and the current is large. A frequency controller that adjusts the carrier frequency of the pulse width modulator to use a second frequency higher than the first frequency in the range.

周波数コントローラは、インダクタに流れる電流が第１電流値より大きい所定の第２電流値を超える範囲では、第２周波数より高い第３周波数を用いるように、パルス幅変調器のキャリア周波数を調節してもよい。   The frequency controller adjusts the carrier frequency of the pulse width modulator so that the third frequency higher than the second frequency is used in a range where the current flowing through the inductor exceeds a predetermined second current value larger than the first current value. Also good.

周波数コントローラには、インダクタに流れる電流とキャリア周波数の関係が規定されており、検出された電流と関係にもとづいて、キャリア周波数を決定してもよい。   The frequency controller defines a relationship between the current flowing through the inductor and the carrier frequency, and the carrier frequency may be determined based on the detected current and the relationship.

周波数コントローラは、ループゲインが実質的に一定となるように、キャリア周波数を設定してもよい。   The frequency controller may set the carrier frequency so that the loop gain is substantially constant.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、効率の低下を抑制しつつ、リップルを抑制できる。   According to the present invention, it is possible to suppress a ripple while suppressing a decrease in efficiency.

電源装置の基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of a power supply device. インダクタの直流重畳特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the direct current superimposition characteristic of an inductor. 図３（ａ）、（ｂ）は、同じ振幅の矩形パルス電圧が印加されたときのコイル電流ＩＬを示す波形図である。3A and 3B are waveform diagrams showing the coil current IL when a rectangular pulse voltage having the same amplitude is applied. 実施の形態に係る建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the shovel which is an example of the construction machine which concerns on embodiment. 実施の形態に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。It is a block diagram, such as an electric system and a hydraulic system, of the excavator according to the embodiment. 実施の形態に係る電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply device concerning an embodiment. 図６の電源装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the power supply device of FIG. 図８（ａ）、（ｂ）は、図６の電源装置の動作波形図である。8A and 8B are operation waveform diagrams of the power supply device of FIG.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

図４は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル１の外観を示す斜視図である。ショベル１は、主として走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された上部旋回体（以下、単に旋回体ともいう）４とを備えている。   FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of an excavator 1 that is an example of the construction machine according to the embodiment. The excavator 1 mainly includes a traveling mechanism 2 and an upper revolving body (hereinafter also simply referred to as a revolving body) 4 that is rotatably mounted on the upper portion of the traveling mechanism 2 via a revolving mechanism 3.

旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。   The revolving body 4 is attached with a boom 5, an arm 6 linked to the tip of the boom 5, and a bucket 10 linked to the tip of the arm 6. The bucket 10 is a facility for capturing suspended loads such as earth and sand and steel materials. The boom 5, the arm 6, and the bucket 10 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively. Further, the revolving body 4 is provided with a power source such as a driver's cab 4a for accommodating an operator who operates the position of the bucket 10, excitation operation and release operation, and an engine 11 for generating hydraulic pressure. The engine 11 is composed of, for example, a diesel engine.

図５は、実施の形態に係るショベル１の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図５では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。   FIG. 5 is a block diagram of an electric system and a hydraulic system of the excavator 1 according to the embodiment. In FIG. 5, the mechanical power transmission system is indicated by a double line, the hydraulic system is indicated by a thick solid line, the steering system is indicated by a broken line, and the electrical system is indicated by a thin solid line.

ショベル１は電動発電機１２および減速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に減速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２が自身の駆動力によりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切りかえは、ショベル１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。   The excavator 1 includes a motor generator 12 and a speed reducer 13, and the rotation shafts of the engine 11 and the motor generator 12 are connected to each other by being connected to the input shaft of the speed reducer 13. When the load of the engine 11 is large, the motor generator 12 assists (assists) the driving force of the engine 11 with its own driving force, and the driving force of the motor generator 12 passes through the output shaft of the speed reducer 13 to the main pump 14. Communicated. On the other hand, when the load on the engine 11 is small, the driving force of the engine 11 is transmitted to the motor generator 12 via the speed reducer 13, so that the motor generator 12 generates power. The motor generator 12 is configured by, for example, an IPM (Interior Permanent Magnetic) motor in which a magnet is embedded in the rotor. Switching between driving of the motor generator 12 and power generation is performed by the controller 30 that controls driving of the electric system in the excavator 1 according to the load of the engine 11 and the like.

減速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図４に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。   A main pump 14 and a pilot pump 15 are connected to the output shaft of the speed reducer 13, and a control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16. The control valve 17 is a device that controls the hydraulic system in the excavator 1. In addition to the hydraulic motors 2A and 2B for driving the traveling mechanism 2 shown in FIG. 4, a boom cylinder 7, an arm cylinder 8 and a bucket cylinder 9 are connected to the control valve 17 via a high pressure hydraulic line. The control valve 17 controls the hydraulic pressure supplied to them according to the operation input of the driver.

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びバケット１０を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。   An operation device 26 (operation means) is connected to the pilot pump 15 via a pilot line 25. The operating device 26 is an operating device for operating the turning electric motor 21, the traveling mechanism 2, the boom 5, the arm 6, and the bucket 10, and is operated by an operator. A control valve 17 is connected to the operating device 26 via a hydraulic line 27, and a pressure sensor 29 is connected via a hydraulic line 28. The operating device 26 converts the hydraulic pressure (primary hydraulic pressure) supplied through the pilot line 25 into a hydraulic pressure (secondary hydraulic pressure) corresponding to the operation amount of the operator and outputs the hydraulic pressure. The secondary hydraulic pressure output from the operating device 26 is supplied to the control valve 17 through the hydraulic line 27 and detected by the pressure sensor 29.

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。   When an operation for turning the turning mechanism 3 is input to the operating device 26, the pressure sensor 29 detects this operation amount as a change in the oil pressure in the hydraulic line 28. The pressure sensor 29 outputs an electrical signal indicating the hydraulic pressure in the hydraulic line 28. This electric signal is input to the controller 30 and used for driving control of the turning electric motor 21.

コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。コントローラ３０は、各種センサ及び操作装置２６等からの操作入力を受けて、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ及び蓄電手段１０１等の駆動制御を行う。   The controller 30 is configured by an arithmetic processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the internal memory. The controller 30 receives operation inputs from various sensors and the operation device 26, and performs drive control of the inverters 18A, 18B, 18C, the power storage means 101, and the like.

油圧モータ３１０は、ブーム５が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム５が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧管７Ａに設けられている。ブーム回生用発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｂを経て蓄電手段１０１に供給される。   The hydraulic motor 310 is configured to be rotated by oil discharged from the boom cylinder 7 when the boom 5 is lowered, and is provided to convert energy when the boom 5 is lowered according to gravity into rotational force. It has been. The hydraulic motor 310 is provided in the hydraulic pipe 7 </ b> A between the control valve 17 and the boom cylinder 7. The electric power generated by the boom regenerative generator 300 is supplied as regenerative energy to the power storage means 101 via the inverter 18B.

旋回用電動機２１は、図４の旋回機構３に設けられ、上部旋回体４を回動させる。旋回用電動機２１は交流電動機であり、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。旋回用インバータ１８Ｃは、蓄電手段１０１からの電力を受け、旋回用電動機２１を駆動する。また旋回用電動機２１の回生運転時には、旋回用電動機２１からの電力を蓄電手段１０１に回収する。   The turning electric motor 21 is provided in the turning mechanism 3 of FIG. 4 and rotates the upper turning body 4. The turning electric motor 21 is an AC electric motor and is a power source of the turning mechanism 3 for turning the turning body 4. A resolver 22, a mechanical brake 23, and a turning speed reducer 24 are connected to the rotating shaft 21 </ b> A of the turning electric motor 21. The turning inverter 18 </ b> C receives electric power from the power storage means 101 and drives the turning electric motor 21. Further, during the regenerative operation of the turning electric motor 21, the electric power from the turning electric motor 21 is collected in the power storage means 101.

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。   When the turning electric motor 21 performs a power running operation, the rotational force of the rotational driving force of the turning electric motor 21 is amplified by the turning speed reducer 24, and the turning body 4 is subjected to acceleration / deceleration control to perform rotational motion. Further, due to the inertial rotation of the swing body 4, the rotation speed is increased by the swing speed reducer 24 and transmitted to the swing electric motor 21 to generate regenerative power.

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。   The resolver 22 is a sensor that detects the rotation position and rotation angle of the rotation shaft 21A of the turning electric motor 21, and mechanically connects to the turning electric motor 21 to detect the rotation angle and rotation direction of the rotation shaft 21A. When the resolver 22 detects the rotation angle of the rotation shaft 21A, the rotation angle and the rotation direction of the turning mechanism 3 are derived. The mechanical brake 23 is a braking device that generates a mechanical braking force, and mechanically stops the rotating shaft 21 </ b> A of the turning electric motor 21 according to a command from the controller 30. The turning speed reducer 24 is a speed reducer that reduces the rotational speed of the rotating shaft 21 </ b> A of the turning electric motor 21 and mechanically transmits it to the turning mechanism 3.

続いて電気系統について詳細に説明する。電気系統は主として、コントローラ３０、電源装置１００、インバータ１８Ａ〜１８Ｃを備える。   Next, the electric system will be described in detail. The electric system mainly includes a controller 30, a power supply device 100, and inverters 18A to 18C.

（アシスト）
アシスト用のインバータ１８Ａの２次側（出力）端には、電動発電機１２が接続される。インバータ１８Ａは、コントローラ３０の一部であるアシスト用インバータコントローラ３０Ａからの指令にもとづき、電動発電機１２の運転制御を行う。 (assist)
The motor generator 12 is connected to the secondary side (output) end of the assist inverter 18A. The inverter 18A controls the operation of the motor generator 12 based on a command from the assist inverter controller 30A that is a part of the controller 30.

（ブーム回生）
インバータ１８Ｂの２次側（出力）端には、ブーム回生用発電機３００が接続されている。上述のようにブーム回生用発電機３００は、ブーム５が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。インバータ１８Ｂは、コントローラ３０のブーム回生用のインバータコントローラ３０Ｂによって制御され、ブーム回生用発電機３００が発生する電気エネルギを直流電力に変換し、電源装置１００に回収する。 (Boom regeneration)
A boom regeneration generator 300 is connected to the secondary side (output) end of the inverter 18B. As described above, the boom regeneration generator 300 is an electric working element that converts potential energy into electrical energy when the boom 5 is lowered by the action of gravity. The inverter 18 </ b> B is controlled by the boom regeneration inverter controller 30 </ b> B of the controller 30, converts the electric energy generated by the boom regeneration generator 300 into DC power, and recovers it to the power supply device 100.

（旋回）
旋回用電動機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、旋回減速機２４、旋回用インバータ１８Ｃおよびコントローラ３０の一部である旋回用のインバータコントローラ３０Ｃは、電動旋回装置５００を構成する。
旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御指令により旋回用インバータ１８Ｃによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。 (Turning)
The turning electric motor 21, the resolver 22, the mechanical brake 23, the turning speed reducer 24, the turning inverter 18 </ b> C and the turning inverter controller 30 </ b> C that is a part of the controller 30 constitute an electric turning device 500.
The turning electric motor 21 is AC driven by the turning inverter 18C in accordance with a PWM (Pulse Width Modulation) control command. As the turning electric motor 21, for example, a magnet-embedded IPM motor is suitable.

旋回用インバータコントローラ３０Ｃは、操作入力に応じた回転速度指令を受け、レゾルバ２２により検出される旋回用電動機２１の旋回速度が、回転速度指令と一致するように、旋回用インバータ１８Ｃを制御する。   The turning inverter controller 30C receives a rotation speed command corresponding to the operation input, and controls the turning inverter 18C so that the turning speed of the turning electric motor 21 detected by the resolver 22 matches the rotation speed command.

（電源）
蓄電手段１０１とコントローラ３０の一部であるコンバータコントローラ３０Ｄは、電源装置１００を構成する。蓄電手段１０１は、例えば蓄電池であるバッテリと、バッテリの充放電を制御する昇降圧コンバータ（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、正極及び負極の直流配線からなるＤＣバスとを備えている（図示せず）。蓄電器としては、リチウムイオン電池等の充電可能な２次電池、キャパシタ、そのほか電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。ＤＣバスには、インバータ１８Ａ〜インバータ１８Ｃそれぞれの１次側（直流入力）が接続されている。コントローラ３０Ｄは、ＤＣバスに生ずるＤＣリンク電圧が所定の電圧レベルとなるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。電源装置１００は、電動発電機１２等が力行運転する際には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させ、電動発電機１２等が回生運転する際には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させ、電動発電機１２が発生した電力を蓄電器に回収する。 (Power supply)
The power storage device 101 and the converter controller 30 </ b> D that is a part of the controller 30 constitute the power supply device 100. The power storage means 101 includes, for example, a battery as a storage battery, a step-up / down converter (bidirectional DC / DC converter) that controls charging / discharging of the battery, and a DC bus including positive and negative DC wirings (not shown). ) As the electric storage device, a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery, a capacitor, or any other form of power source capable of transferring power may be used. The primary side (DC input) of each of the inverters 18A to 18C is connected to the DC bus. The controller 30D controls the bidirectional DC / DC converter so that the DC link voltage generated on the DC bus becomes a predetermined voltage level. The power supply apparatus 100 boosts the bidirectional DC / DC converter when the motor generator 12 or the like performs a power running operation, and steps down the bidirectional DC / DC converter when the motor generator 12 or the like performs a regenerative operation. The electric power generated by the motor generator 12 is collected in the battery.

すなわち、インバータ１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ及び昇降圧コンバータからＤＣバスを介して電動発電機に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス及び昇降圧コンバータを介してバッテリに充電する。なお、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、バッテリ電圧値、及びバッテリ電流値にもとづき、コンバータコントローラ３０Ｄによって行われる。これにより、ＤＣバスを、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。   That is, when the inverter 18A causes the motor generator 12 to perform a power running operation, necessary power is supplied from the battery and the step-up / down converter to the motor generator via the DC bus. When the motor generator 12 is regeneratively operated, the battery is charged with the electric power generated by the motor generator 12 via the DC bus and the step-up / down converter. The switching control between the step-up / step-down converter and the step-down operation is performed by the converter controller 30D based on the DC bus voltage value, the battery voltage value, and the battery current value. As a result, the DC bus can be maintained in a state of being stored at a predetermined constant voltage value.

以上がショベル１の全体構成である。続いて、実施の形態に係る電源装置１００について詳細に説明する。   The above is the overall configuration of the excavator 1. Next, the power supply device 100 according to the embodiment will be described in detail.

図６は、実施の形態に係る電源装置１００の回路図である。電源装置１００は、蓄電器１０２、ＤＣバス１０４、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、コントローラ１２０を備える。
蓄電器１０２は、電池や大容量キャパシタである。ＤＣバス１０４には、インバータ１８Ａ〜１８Ｃが接続されうるが、理解の容易化と説明の簡潔化のため、図６には、インバータ１８Ａのみを示している。 FIG. 6 is a circuit diagram of the power supply device 100 according to the embodiment. The power supply apparatus 100 includes a capacitor 102, a DC bus 104, a bidirectional DC / DC converter 110, and a controller 120.
The battery 102 is a battery or a large capacity capacitor. Although the inverters 18A to 18C can be connected to the DC bus 104, only the inverter 18A is shown in FIG. 6 for ease of understanding and simplification of description.

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の１次側には蓄電器１０２が接続され、２次側にはＤＣバス１０４が接続される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、１次側と２次側で双方向にエネルギを授受可能に構成される。電動発電機１２が力行運転するときには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は力行動作となり、蓄電器１０２から、インダクタＬ１およびトランジスタＭ１を介して充電電流を供給し、平滑キャパシタＣ１を充電する。電動発電機１２が回生運転するときには、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は回生動作となり、電動発電機１２が生成する回生電流を、トランジスタＭ１およびインダクタＬ１を介して、蓄電器１０２に回収する。   The battery 102 is connected to the primary side of the bidirectional DC / DC converter 110, and the DC bus 104 is connected to the secondary side. The bidirectional DC / DC converter 110 is configured to be able to exchange energy bidirectionally between the primary side and the secondary side. When the motor generator 12 performs a power running operation, the bidirectional DC / DC converter 110 performs a power running operation, and a charging current is supplied from the battery 102 via the inductor L1 and the transistor M1 to charge the smoothing capacitor C1. When the motor generator 12 performs a regenerative operation, the bidirectional DC / DC converter 110 performs a regenerative operation, and the regenerative current generated by the motor generator 12 is recovered in the battery 102 via the transistor M1 and the inductor L1.

コントローラ１２０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を制御する。コントローラ１２０は、ＤＣバス１０４に生ずるＤＣリンク電圧ＶＤＣが所定の目標電圧Ｖｒに近づくように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を制御する。たとえばコントローラ１２０は、Ａ／Ｄコンバータ１２２、１２４、ゲートドライバ１２６、１２８、デジタルコントローラ１３０を備える。 The controller 120 controls the bidirectional DC / DC converter 110. The controller 120 controls the bidirectional DC / DC converter 110 so that the DC link voltage V DC generated in the DC bus 104 approaches a predetermined target voltage Vr. For example, the controller 120 includes A / D converters 122 and 124, gate drivers 126 and 128, and a digital controller 130.

Ａ／Ｄコンバータ１２２は、ＤＣリンク電圧ＶＤＣの検出値をデジタル値Ｓ１に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１２４は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０に流れるコンバータ電流、すなわち平滑キャパシタＣ１の充放電電流Ｉｃの検出値をデジタル値Ｓ２に変換する。デジタルコントローラ１３０は、ソフトウェア制御によって、トランジスタＭ１、Ｍ２のオン、オフを指示するパルス信号Ｓ４＿１、Ｓ４＿２を生成する。ゲートドライバ１２６、１２８は、パルス信号Ｓ４＿１、Ｓ４＿２に応じてトランジスタＭ１、Ｍ２をスイッチングする。 The A / D converter 122 converts the detected value of the DC link voltage V DC into a digital value S1. The A / D converter 124 converts the converter current flowing through the bidirectional DC / DC converter 110, that is, the detected value of the charge / discharge current Ic of the smoothing capacitor C1 into a digital value S2. The digital controller 130 generates pulse signals S4_1 and S4_2 for instructing on and off of the transistors M1 and M2 by software control. The gate drivers 126 and 128 switch the transistors M1 and M2 in response to the pulse signals S4_1 and S4_2.

デジタルコントローラ１３０は、デューティコントローラ１４０、パルス幅変調器１４２、周波数コントローラ１４４を備える。デューティコントローラ１４０は、ＤＣバス１０４に生ずるＤＣリンク電圧ＶＤＣが所定の目標電圧Ｖｒに近づくように値が調節されるデューティ指令値Ｓ３を生成する。パルス幅変調器１４２は、デューティ指令値Ｓ３に応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ４＿１、Ｓ４＿２を生成する。デューティコントローラ１４０およびパルス幅変調器１４２の構成は特に限定されず、公知技術を用いればよい。 The digital controller 130 includes a duty controller 140, a pulse width modulator 142, and a frequency controller 144. The duty controller 140 generates a duty command value S3 whose value is adjusted so that the DC link voltage VDC generated in the DC bus 104 approaches a predetermined target voltage Vr. The pulse width modulator 142 generates pulse signals S4_1 and S4_2 having a duty ratio corresponding to the duty command value S3. The configurations of the duty controller 140 and the pulse width modulator 142 are not particularly limited, and a known technique may be used.

周波数コントローラ１４４は、（i）双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０に含まれるインダクタＬ１に流れる電流Ｉｃを検出する。そして周波数コントローラ１４４は、（ii）少なくとも検出された電流ＩｃがインダクタＬ１の直流重畳許容電流ＩＴＨより大きな範囲において、インダクタＬ１の直流重畳特性と、検出された電流Ｉｃ（Ｓ２）の直流成分にもとづきインダクタンスＬを推定し、インダクタンスＬが小さくなるにしたがい、パルス幅変調器１４２のキャリア周波数ｆｃを高くする。また周波数コントローラ１４４は、（iii）インダクタンスＬの変化を相殺するように、デューティコントローラ１４０のループゲインｇを調節する。 The frequency controller 144 detects (i) the current Ic flowing through the inductor L1 included in the bidirectional DC / DC converter 110. Then, the frequency controller 144 (ii) converts the DC superposition characteristics of the inductor L1 and the DC component of the detected current Ic (S2) in a range where at least the detected current Ic is larger than the DC superposition allowable current ITH of the inductor L1. First, the inductance L is estimated, and the carrier frequency fc of the pulse width modulator 142 is increased as the inductance L becomes smaller. Further, the frequency controller 144 adjusts the loop gain g of the duty controller 140 so as to cancel the change in the inductance L (iii).

たとえば周波数コントローラ１４４には、直流重畳特性、すなわちインダクタンスＬと直流電流ＩＤＣの関係Ｌ＝ｆ（ＩＤＣ）が、数式あるいはテーブルとして保持される。そして直流重畳特性を参照し、検出されたコイル電流Ｉｃの直流レベルＩＤＣに対応するインダクタンスＬを取得する。 For example, the frequency controller 144 stores a DC superposition characteristic, that is, a relationship L = f (I DC ) between the inductance L and the DC current I DC as an equation or a table. And with reference to the DC bias characteristics, to obtain the inductance L corresponding to the DC level I DC of the detected coil current Ic.

図２に示すように、検出された電流（重畳電流）Ｉｃの直流成分ＩＤＣがインダクタＬ１の直流重畳許容電流ＩＴＨより小さな範囲においては、インダクタンスＬは定格値Ｌ０であり、実質的に一定とみなすことができる。したがって、Ｉｃ＜ＩＴＨの範囲では、キャリア周波数ｆｃを一定値ｆｃ０としてもよい。
この場合、Ｉｃ＞ＩＴＨの範囲においては、
ｆｃ＝Ｌ０×ｆｃ０／Ｌ
としてもよい。なお、周波数コントローラ１４４は、ｆｃとインダクタンスＬの関係ｆｃ＝ｇ（ＩＤＣ）を保持してもよい。
ｆｃ＝ｇ（ＩＤＣ）＝Ｌ０×ｆｃ０／ｆ（ＩＤＣ） As shown in FIG. 2, in a range where the DC component I DC of the detected current (superimposed current) Ic is smaller than the DC superimposition allowable current I TH of the inductor L1, the inductance L is the rated value L 0 and substantially. Can be considered constant. Therefore, in the range of Ic <I TH, may the carrier frequency fc as a constant value fc 0.
In this case, in the range of Ic> ITH ,
fc = L 0 × fc 0 / L
It is good. The frequency controller 144 may hold the relationship fc = g (I DC ) between fc and the inductance L.
fc = g (I DC ) = L 0 × fc 0 / f (I DC )

好ましくは、周波数コントローラ１４４は、キャリア周波数ｆｃと、推定されたインダクタンスＬとの積（ｆｃ×Ｌ）が一定となるように、キャリア周波数ｆｃを制御する。   Preferably, the frequency controller 144 controls the carrier frequency fc so that the product (fc × L) of the carrier frequency fc and the estimated inductance L is constant.

図７は、図６の電源装置１００の制御ブロック図である。デューティコントローラ１４０は、電圧コントローラ１３２、電流コントローラ１３８、利得調節部１３９を含む。   FIG. 7 is a control block diagram of the power supply apparatus 100 of FIG. The duty controller 140 includes a voltage controller 132, a current controller 138, and a gain adjustment unit 139.

電圧コントローラ１３２は、ＤＣリンク電圧ＶＤＣの検出値Ｓ１が、電圧指令Ｖｒと一致するように値が調節される電流指令Ｉｒを生成する。たとえば電圧コントローラ１３２は、ＰＩ補償器で構成される。ＰＩ制御に代えて、Ｐ制御あるいはＰＩＤ制御を用いてもよい。 The voltage controller 132 generates a current command Ir whose value is adjusted so that the detected value S1 of the DC link voltage V DC matches the voltage command Vr. For example, the voltage controller 132 includes a PI compensator. Instead of PI control, P control or PID control may be used.

電流コントローラ１３８は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０に流れるコンバータ電流Ｉｃの検出値Ｓ２が電流指令Ｉｒと一致するように、デューティ指令値Ｓ３の値を調節する。電流コントローラ１３８は、電圧コントローラ１３２と同様にＰＩ補償器が好適であるが、Ｐ補償器あるいはＰＩＤ補償器を用いてもよい。   The current controller 138 adjusts the value of the duty command value S3 so that the detected value S2 of the converter current Ic flowing through the bidirectional DC / DC converter 110 matches the current command Ir. The current controller 138 is preferably a PI compensator similarly to the voltage controller 132, but a P compensator or a PID compensator may be used.

利得調節部１３９は、利得ｇが可変に構成されており、ループゲインが一定となるように、言い換えれば、利得ｇとインダクタンスＬの積が一定となるように、周波数コントローラ１４４により調節される。利得調節部１３９は、ＡＶＲ（Automatic Voltage Regulator）の一部であってもよい。   The gain adjustment unit 139 is configured by the frequency controller 144 so that the gain g is variable and the loop gain is constant, in other words, the product of the gain g and the inductance L is constant. The gain adjustment unit 139 may be a part of AVR (Automatic Voltage Regulator).

以上が電源装置１００の構成である。続いてその動作を説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、図６の電源装置１００の動作波形図である。図８（ａ）には、ＩＤＣ＜ＩＴＨのときのコイル電流波形ＩＬ（ｔ）が、図８（ｂ）には、ＩＤＣ＞ＩＴＨのときのコイル電流波形ＩＬ（ｔ）が示される。 The above is the configuration of the power supply device 100. Next, the operation will be described.
8A and 8B are operation waveform diagrams of the power supply apparatus 100 of FIG. 8A shows the coil current waveform I L (t) when I DC <I TH , and FIG. 8B shows the coil current waveform I L (t) when I DC > I TH. Is shown.

図８（ａ）に示すように、コイル電流ＩＬの平均値、すなわち重畳電流ＩＤＣが、許容電流ＩＴＨより低いときには、インダクタンスＬは定格値Ｌ０を有し、コイル電流ＩＬのリップルは、定格値Ｌ０に応じた振幅となる。 As shown in FIG. 8A, when the average value of the coil current I L , that is, the superimposed current I DC is lower than the allowable current I TH , the inductance L has the rated value L 0 , and the ripple of the coil current I L is a amplitude corresponding to the nominal value L 0.

図８（ｂ）に示すように、コイル電流ＩＬの平均値、すなわち重畳電流ＩＤＣが、許容電流ＩＴＨより大きくなると、インダクタンスＬは定格値Ｌ０から低くなる。これにより、コイル電流ＩＬの傾きは大きくなるが、周波数コントローラ１４４によってキャリア周波数ｆｃが高められるため、コイル電流ＩＬのリップルは、図８（ａ）と同程度に維持される。また周波数コントローラ１４４によって、利得調節部１３９の利得が調節されるため、ループゲインが一定に維持され、したがって系の応答性および安定性も不変である。 As shown in FIG. 8B, when the average value of the coil current I L , that is, the superimposed current I DC becomes larger than the allowable current I TH , the inductance L decreases from the rated value L 0 . Thus, although the greater the slope of the coil current I L, since the carrier frequency fc is increased by the frequency controller 144, the ripple of the coil current I L is maintained to the extent Figure 8 (a) and the same. Further, since the gain of the gain adjusting unit 139 is adjusted by the frequency controller 144, the loop gain is kept constant, and thus the responsiveness and stability of the system are unchanged.

このように、実施の形態に係る電源装置１００によれば、直流重畳許容電流ＩＴＨを超える電流範囲において、インダクタンスＬの低下に反してキャリア周波数ｆｃを高めることにより、電流リップルを抑制できる。またインダクタＬ１に流れる電流Ｉｃが直流重畳許容電流ＩＴＨより小さな範囲では、キャリア周波数ｆｃは低くなるため、定常的な電力損失の増大を抑制できる。 As described above, according to the power supply device 100 according to the embodiment, the current ripple can be suppressed by increasing the carrier frequency fc against the decrease of the inductance L in the current range exceeding the DC superposition allowable current ITH . In addition, in the range where the current Ic flowing through the inductor L1 is smaller than the direct current superimposition allowable current ITH , the carrier frequency fc is low, so that it is possible to suppress a steady increase in power loss.

加えて電源装置１００によれば以下の効果が得られる。従来では、想定されるインダクタに流れる直流電流ＩＤＣの最大値を見積もっておき、その最大値より大きな直流重畳許容電流ＩＴＨを有するインダクタを選定し、インダクタンスが低下する領域では動作しないように設計するのが一般的であった。これに対して実施の形態に係る電源装置１００では、インダクタを、直流重畳許容電流ＩＴＨを超える範囲で使用することが可能となるため、直流重畳許容電流ＩＴＨが小さな部品を選定することができ、インダクタの低コスト化および小型化を実現することができる。 In addition, according to the power supply apparatus 100, the following effects can be obtained. Conventionally, previously to estimate the maximum value of the DC current I DC flowing through the inductor envisaged, select an inductor having a large DC bias permissible current I TH than its maximum value, not designed to run in a region where the inductance is reduced It was common to do. In the power supply apparatus 100 according to the embodiment with respect to this, since the inductor, it is possible to use in a range exceeding DC bias allowable current I TH, be DC bias allowable current I TH is selected small parts Thus, the inductor can be reduced in cost and size.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It is understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, and various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. It is a place. Hereinafter, such modifications will be described.

実施の形態では、Ｉｃ＜ＩＴＨの範囲においても、キャリア周波数ｆｃおよびインダクタンスＬを一定としたが、この範囲においてもキャリア周波数ｆｃをインダクタンスＬに応じて変化させてもよい。 In the embodiment, the carrier frequency fc and the inductance L are constant even in the range of Ic < ITH , but the carrier frequency fc may be changed in accordance with the inductance L also in this range.

実施の形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル１を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、旋回機構を備えるリフティングマグネット車両やクレーン等が挙げられる。   In the embodiment, the excavator 1 is shown as an example of the hybrid-type construction machine according to the present invention. However, as another example of the hybrid-type construction machine of the present invention, a lifting magnet vehicle, a crane, or the like having a turning mechanism is given. It is done.

１…ショベル、２…走行機構、２Ａ…油圧モータ、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、７Ａ…油圧管、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、１１…エンジン、１２…電動発電機、１３…減速機、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１６…高圧油圧ライン、１７…コントロールバルブ、１８，１８Ａ，１８Ｂ…インバータ、１８Ｃ…旋回用インバータ、１９…スイッチング回路、２１…旋回用電動機、２１Ａ…回転軸、２２…レゾルバ、２３…メカニカルブレーキ、２４…旋回減速機、２５…パイロットライン、２６…操作装置、２７，２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…インバータコントローラ、３０Ｄ…コンバータコントローラ、１００…電源装置、１０１…蓄電手段、１０２…蓄電器、１０４…ＤＣバス、１１０…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｃ１…平滑キャパシタ、Ｌ１…インダクタ、１２０…コントローラ、１２１…電流センサ、１２２，１２４…Ａ／Ｄコンバータ、１２６，１２８…ゲートドライバ、１３０…デジタルコントローラ、１３２…電圧コントローラ、１３８…電流コントローラ、１３９…利得調節部、１４０…デューティコントローラ、１４２…パルス幅変調器、１４４…周波数コントローラ、２００…負荷、３００…ブーム回生用発電機、３１０…油圧モータ、Ｓ１…電圧検出値、Ｓ２…電流検出値、Ｓ３…デューティ指令値、Ｓ４…パルス信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Excavator, 2 ... Traveling mechanism, 2A ... Hydraulic motor, 3 ... Turning mechanism, 4 ... Turning body, 4a ... Driver's cab, 5 ... Boom, 6 ... Arm, 7 ... Boom cylinder, 7A ... Hydraulic pipe, 8 ... Arm Cylinder, 9 ... Bucket cylinder, 10 ... Bucket, 11 ... Engine, 12 ... Motor generator, 13 ... Reduction gear, 14 ... Main pump, 15 ... Pilot pump, 16 ... High pressure hydraulic line, 17 ... Control valve, 18, 18A , 18B ... inverter, 18C ... inverter for turning, 19 ... switching circuit, 21 ... electric motor for turning, 21A ... rotating shaft, 22 ... resolver, 23 ... mechanical brake, 24 ... turning speed reducer, 25 ... pilot line, 26 ... operation Equipment, 27, 28 ... Hydraulic line, 29 ... Pressure sensor, 30 ... Controller, 30A, 30B, 30C ... Inverter control LA, 30D ... Converter controller, 100 ... Power supply device, 101 ... Electric storage means, 102 ... Electric storage device, 104 ... DC bus, 110 ... Bidirectional DC / DC converter, C1 ... Smoothing capacitor, L1 ... Inductor, 120 ... Controller, 121 ... Current sensor, 122, 124 ... A / D converter, 126,128 ... gate driver, 130 ... digital controller, 132 ... voltage controller, 138 ... current controller, 139 ... gain controller, 140 ... duty controller, 142 ... pulse width modulation 144, frequency controller, 200, load, 300, boom regeneration generator, 310, hydraulic motor, S1, voltage detection value, S2, current detection value, S3, duty command value, S4, pulse signal.

Claims (7)

電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、を備える産業車両に搭載される産業車両用電源装置であって、
蓄電器と、
前記インバータが接続されるＤＣバスと、
１次側に前記蓄電器が接続され、２次側に前記ＤＣバスが接続され、１次側と２次側で双方向にエネルギを授受可能に構成された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータコントローラと、
を備え、
前記コンバータコントローラは、
前記ＤＣバスに生ずるＤＣリンク電圧が所定の目標電圧に近づくように値が調節されるデューティ指令値を生成するデューティコントローラと、
前記デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
（i）前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるインダクタに流れる電流を検出し、（ii）少なくとも検出された電流が前記インダクタの直流重畳許容電流より大きな範囲において、前記インダクタの直流重畳特性と検出された電流にもとづきインダクタンスを推定し、インダクタンスが小さくなるにしたがい、前記パルス幅変調器のキャリア周波数を高くし、（iii）インダクタンスの変化を相殺するように前記デューティコントローラのループゲインを調節する周波数コントローラと、
を含むことを特徴とする産業車両用電源装置。 An industrial vehicle power supply device mounted on an industrial vehicle comprising an electric motor and an inverter that drives the electric motor,
A capacitor,
A DC bus to which the inverter is connected;
A bidirectional DC / DC converter configured such that the capacitor is connected to the primary side, the DC bus is connected to the secondary side, and energy can be exchanged bidirectionally between the primary side and the secondary side;
A converter controller for controlling the bidirectional DC / DC converter;
With
The converter controller is
A duty controller that generates a duty command value whose value is adjusted so that a DC link voltage generated in the DC bus approaches a predetermined target voltage;
A pulse width modulator that generates a pulse signal having a duty ratio according to the duty command value;
(I) detecting a current flowing in an inductor included in the bidirectional DC / DC converter; and (ii) detecting a DC superposition characteristic and detection of the inductor in a range where at least the detected current is larger than a DC superposition allowable current of the inductor. Inductance is estimated based on the generated current, and as the inductance decreases, the carrier frequency of the pulse width modulator is increased, and (iii) the frequency at which the loop gain of the duty controller is adjusted so as to cancel the change in inductance. A controller,
An industrial vehicle power supply device comprising: 前記周波数コントローラは、推定されたインダクタンスとの積が一定となるように、前記パルス幅変調器のキャリア周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の産業車両用電源装置。   2. The industrial vehicle power supply device according to claim 1, wherein the frequency controller controls a carrier frequency of the pulse width modulator so that a product of the estimated inductance is constant. 前記デューティコントローラは、
前記ＤＣリンク電圧が前記目標電圧に近づくように値が調節される電流指令を生成する電圧コントローラと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流の検出値が前記電流指令と一致するように、前記デューティ指令値を調節する電流コントローラと、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の産業車両用電源装置。 The duty controller
A voltage controller that generates a current command whose value is adjusted such that the DC link voltage approaches the target voltage;
A current controller that adjusts the duty command value so that a detected value of a current flowing through the bidirectional DC / DC converter matches the current command;
The power supply device for industrial vehicles according to claim 1 or 2, characterized by including. 電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、を備える産業車両に搭載される産業車両用電源装置であって、
蓄電器と、
前記インバータが接続されるＤＣバスと、
１次側に前記蓄電器が接続され、２次側に前記ＤＣバスが接続され、１次側と２次側で双方向にエネルギを授受可能に構成された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータコントローラと、
を備え、
前記コンバータコントローラは、
前記ＤＣバスに生ずるＤＣリンク電圧が所定の目標電圧に近づくように値が調節されるデューティ指令値を生成するデューティコントローラと、
前記デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに含まれるインダクタに流れる電流を検出し、少なくとも検出された電流が予め定めた所定の第１電流値より小さい範囲では、第１周波数を用い、大きい範囲では第１の周波数より高い第２周波数を用いるように、前記パルス幅変調器のキャリア周波数を調節する周波数コントローラと、
を含むことを特徴とする産業車両用電源装置。 An industrial vehicle power supply device mounted on an industrial vehicle comprising an electric motor and an inverter that drives the electric motor,
A capacitor,
A DC bus to which the inverter is connected;
A bidirectional DC / DC converter configured such that the capacitor is connected to the primary side, the DC bus is connected to the secondary side, and energy can be exchanged bidirectionally between the primary side and the secondary side;
A converter controller for controlling the bidirectional DC / DC converter;
With
The converter controller is
A duty controller that generates a duty command value whose value is adjusted so that a DC link voltage generated in the DC bus approaches a predetermined target voltage;
A pulse width modulator that generates a pulse signal having a duty ratio according to the duty command value;
A current flowing through an inductor included in the bidirectional DC / DC converter is detected, and at least in a range where the detected current is smaller than a predetermined first current value, the first frequency is used. In a larger range, the first frequency is used. A frequency controller for adjusting a carrier frequency of the pulse width modulator to use a second frequency higher than the frequency;
An industrial vehicle power supply device comprising: 前記周波数コントローラは、前記インダクタに流れる電流が前記第１電流値より大きい所定の第２電流値を超える範囲では、前記第２周波数より高い第３周波数を用いるように、前記パルス幅変調器のキャリア周波数を調節することを特徴とする請求項４に記載の産業車両用電源装置。   The frequency controller uses a third frequency higher than the second frequency in a range in which the current flowing through the inductor exceeds a predetermined second current value larger than the first current value. 5. The industrial vehicle power supply device according to claim 4, wherein the frequency is adjusted. 前記周波数コントローラには、前記インダクタに流れる電流と前記キャリア周波数の関係が規定されており、前記検出された電流と前記関係にもとづいて、前記キャリア周波数を決定することを特徴とする請求項４または５に記載の産業車両用電源装置。   5. The relationship between the current flowing through the inductor and the carrier frequency is defined in the frequency controller, and the carrier frequency is determined based on the detected current and the relationship. 5. The industrial vehicle power supply device according to 5. 前記周波数コントローラは、ループゲインが実質的に一定となるように、前記キャリア周波数を設定することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の産業車両用電源装置。   The industrial vehicle power supply apparatus according to any one of claims 4 to 6, wherein the frequency controller sets the carrier frequency so that a loop gain is substantially constant.
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