JP2018170872A - Power component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーコンポーネントに関する。 The present invention relates to power components.
図1は、パワーコンポーネント200の回路図である。パワーコンポーネント200は、整流回路202、電磁接触器204、DCリンク206、平滑コンデンサ(DCリンクコンデンサ)208、充電抵抗210、を備える。整流回路202の入力は三相交流電源と接続され、三相交流波形を全波整流する。整流回路202の出力は、電磁接触器204を介してDCリンク206と接続される。DCリンク206には平滑コンデンサ208が接続される。
FIG. 1 is a circuit diagram of the
電磁接触器204は、パワーコンポーネント200の非動作状態においてオフであり、動作状態においてオンされる。電磁接触器204をオンしたときに平滑コンデンサ208に突入電流が流れるのを防止するために、電磁接触器204と並列に充電抵抗210が設けられている。平滑コンデンサ208は、電磁接触器204がオンする前に、充電抵抗210を含む充電経路211を介して初期充電され、これにより突入電流が防止される。初期充電の完了後に電磁接触器204がオンとなり、負荷の通常運転中は、電磁接触器204を含む稼働時電流経路205を介して大電流が流れる。
The
充電抵抗210の抵抗値は、平滑コンデンサ208の容量値が大きいほど、大きくする必要がある。したがって大型のパワーコンポーネント200では充電抵抗210のサイズが非常に大きくなるという問題がある。
The resistance value of the
加えて本発明者は、図1のパワーコンポーネント200について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。上述のように、通常運転中は電磁接触器204がオンされており、充電抵抗210には大電流は流れない。ところが、電磁接触器204の故障や異常によって電磁接触器204を含む稼働時電流経路205が遮断されると、充電抵抗210に大電流が定常的に流れ続けることになる。この課題を当業者の一般的な認識と捉えてはならない。
In addition, as a result of studying the
この問題を解決する第1のアプローチとして、想定される定常的な大電流よりも定格電流が大きな抵抗器を選定する方法が考えられるが、これは、ただでさえ大きい抵抗器が、より一層大きくなることを意味し、コストおよびサイズの増大をもたらすであろう。 As a first approach to solve this problem, a method of selecting a resistor having a larger rated current than an expected steady state large current can be considered. Will lead to an increase in cost and size.
第2のアプローチとしては、充電経路211上に充電抵抗210と直列に、リレーを挿入することが考えられる。この場合、電磁接触器204に異常や故障が発生した場合、リレーをオフすることにより、充電抵抗210に流れる電流を遮断できる。しかしながらこの場合、リレーを追加することによるコスト増は避けられず、また、平滑コンデンサ208の容量値が大きい場合に、大きな抵抗器が必要となることにかわりはない。
As a second approach, it is conceivable to insert a relay in series with the
本発明は係る課題に鑑み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、サイズおよびコストの増加を抑制しつつ、信頼性を高めたパワーコンポーネントの提供にある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a power component with improved reliability while suppressing an increase in size and cost.
本発明のある態様はパワーコンポーネントに関する。パワーコンポーネントは、DCリンクと、DCリンクと接続される平滑コンデンサと、平滑コンデンサに至る第1経路に設けられるメインスイッチと、メインスイッチと並列な第2経路に設けられる半導体スイッチと、を備える。 An aspect of the present invention relates to a power component. The power component includes a DC link, a smoothing capacitor connected to the DC link, a main switch provided in a first path reaching the smoothing capacitor, and a semiconductor switch provided in a second path parallel to the main switch.
この態様によると、充電期間において半導体スイッチを介して平滑コンデンサを充電することができる。半導体スイッチを高速にスイッチングさせ、そのデューティ比(オンの時間比率)を短くすることで、実効的な抵抗値を大きくできるため、大きな抵抗器が不要となる。 According to this aspect, the smoothing capacitor can be charged via the semiconductor switch during the charging period. Since the effective resistance value can be increased by switching the semiconductor switch at high speed and shortening the duty ratio (on time ratio), a large resistor is not required.
パワーコンポーネントは、第2経路に半導体スイッチと直列に設けられた抵抗をさらに備えてもよい。これにより抵抗とスイッチングのデューティ比の組み合わせによって実効的な抵抗値を調節することができるため、設計の自由度を高めることができる。 The power component may further include a resistor provided in series with the semiconductor switch in the second path. As a result, the effective resistance value can be adjusted by the combination of the resistance and the switching duty ratio, so that the degree of freedom in design can be increased.
パワーコンポーネントは、平滑コンデンサへの充電電流を検出する電流センサと、充電電流の検出値にもとづいて、半導体スイッチのスイッチングをフィードバック制御するコントローラと、をさらに備えてもよい。これにより充電電流量を正確に制御できる。 The power component may further include a current sensor that detects a charging current to the smoothing capacitor, and a controller that performs feedback control of switching of the semiconductor switch based on a detected value of the charging current. Thereby, the amount of charging current can be accurately controlled.
パワーコンポーネントは、初期充電期間において、オープンループで半導体スイッチのスイッチングを制御するコントローラをさらに備えてもよい。 The power component may further include a controller that controls switching of the semiconductor switch in an open loop during the initial charging period.
メインスイッチは電磁接触器であってもよい。メインスイッチに半導体スイッチを用いると、負荷側の電力を電源側に回収する回生運転が不能となる場合があるが、電磁接触器を用いると、回生運転が可能となる。 The main switch may be an electromagnetic contactor. If a semiconductor switch is used as the main switch, the regenerative operation for collecting the power on the load side to the power source side may be disabled.
パワーコンポーネントは、入力が交流電源と接続され、出力がDCリンクと接続される整流器をさらに備えてもよい。 The power component may further include a rectifier whose input is connected to the AC power source and whose output is connected to the DC link.
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、サイズおよびコストの増加を抑制しつつ、パワーコンポーネントの信頼性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reliability of a power component can be improved, suppressing the increase in size and cost.
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.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
(第1実施例)
図2は、第1実施例に係るパワーコンポーネント300Aの回路図である。パワーコンポーネント300Aは、整流器302、メインスイッチ304、DCリンク306、平滑コンデンサ308、半導体スイッチ310、コントローラ320を備える。
(First embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram of the
整流器302は、入力が交流電源101と接続され、出力がDCリンク306と接続される。平滑コンデンサ308は、DCリンク306と接続される。メインスイッチ304は、平滑コンデンサ308に至る第1経路305に設けられる。たとえばメインスイッチ304は電磁接触器MCである。半導体スイッチ310は、メインスイッチ304と並列な第2経路311に設けられる。半導体スイッチ310は、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などを用いることができる。
The
コントローラ320は、パワーコンポーネント300Aに接続される負荷の稼働時(通常運転期間中)は半導体スイッチ310をオフ状態にする。またコントローラ320は、通常運転に先立つ充電期間において、半導体スイッチ310をスイッチングする。充電期間は、平滑コンデンサ308の電荷量が少なく、したがってDCリンク電圧が低い状態、言い換えれば突入電流が発生する可能性がある状況に設けられる。たとえばパワーコンポーネント300Aの起動直後は、典型的な充電期間である。パワーコンポーネント300Aは、充電電流ICHGを検出する電流センサ322をさらに備える。コントローラ320は充電電流ICHGの検出値にもとづいて、半導体スイッチ310のスイッチングをフィードバック制御してもよい。
The
DCリンク306に発生するDCリンク電圧VDCは、負荷(不図示)に供給される。 A DC link voltage V DC generated in the DC link 306 is supplied to a load (not shown).
コントローラ320は、パワーコンポーネント300Aの初期充電期間において、オープンループで半導体スイッチ310のスイッチングを制御する。
The
以上がパワーコンポーネント300Aの構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図2のパワーコンポーネント300Aの動作波形図である。時刻t0〜t1が充電期間を、時刻t1以降が通常運転期間を示す。充電期間において電磁接触器MCはオフしている。MCは、メインスイッチ304のオン、オフを、CNTは半導体スイッチ310の制御信号を示す。
The above is the configuration of the
コントローラ320は充電期間において、半導体スイッチ310をスイッチング(チョッピング)させる。これにより、間欠的な充電電流ICHGが平滑コンデンサ308に供給される。図2には、充電電流ICHGが連続波形として示されるが、実際にはスイッチング電流であり、図2に示すのはスイッチング電流の時間平均である。
The
間欠的な充電電流ICHGによって平滑コンデンサ308が充電されると、DCリンク電圧VDCが時間とともに上昇していく。そして時刻t1に充電が完了すると、半導体スイッチ310のチョッピングが終了し、オフとなる。そして半導体スイッチ310である電磁接触器MCがオンとなる。
When the smoothing
以上がパワーコンポーネント300Aの動作である。このパワーコンポーネント300Aによれば、充電期間において半導体スイッチ310を介して平滑コンデンサ308を緩やかに充電することができ、突入電流を防止できる。半導体スイッチ310を高速にスイッチングさせ、そのデューティ比(オンの時間比率)を短くすることで、実効的な抵抗値を大きくできるため、大きな抵抗器が不要となり、コストおよびサイズを小さくできる。
The above is the operation of the
万が一、通常運転期間中にメインスイッチ304に異常や故障が発生しても、半導体スイッチ310はオフしているから、半導体スイッチ310に大電流が流れることはなく、高い信頼性が確保されている。
Even if an abnormality or failure occurs in the
また半導体スイッチ310のスイッチングのデューティ比をフィードバック制御することにより、充電電流を正確に制御できる。
Further, the charging current can be accurately controlled by feedback control of the switching duty ratio of the
また、メインスイッチ304側には、電磁接触器MCなどの機械接点を有するスイッチを用いることで、第1経路305には、双方向に電流を流すことができる。これにより、DCリンク306に接続される負荷が回生運転をした場合に、回生エネルギーを交流電源101側に回収することができる。
Further, by using a switch having a mechanical contact such as an electromagnetic contactor MC on the
(第2実施例)
図4は、第2実施例に係るパワーコンポーネント300Bの回路図である。パワーコンポーネント300Bは、図2のパワーコンポーネント300Aに加えて、抵抗312をさらに備える。抵抗312は、第2経路311上に、半導体スイッチ310と直列に設けられる。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram of a
このパワーコンポーネント300Bによれば、充電経路の抵抗値は、半導体スイッチ310のチョッピングによる抵抗成分と、抵抗312の抵抗値の合計となる。したがって抵抗312とスイッチングのデューティ比の組み合わせによって実効的な抵抗値を調節することができるため、設計の自由度を高めることができる。なおこの構成では、抵抗312はそれほど大きな抵抗値が求められないため、図1のパワーコンポーネント200と比べても、抵抗を小型化できるという利点は図2と同様である。
According to the
第1、第2の実施例において、コントローラ320は、オープンループで半導体スイッチ310をスイッチングしてもよい。
In the first and second embodiments, the
(第3実施例)
第1、第2実施例では、整流器302を備えるパワーコンポーネント300を説明したがその限りではない。図5は、第3実施例に係るパワーコンポーネント300Cの回路図である。パワーコンポーネント300Cは昇降圧コンバータであり、ダイオード330,332、リアクトル334、スイッチング素子336,338を備える。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the power component 300 including the
パワーコンポーネント300Cでは、充電期間において第2経路311およびダイオード330を経由して平滑コンデンサ308が充電される。充電期間において半導体スイッチ310をスイッチングし、そのデューティ比を最適化することにより充電電流ICHGを抑制できる。
In the
図5のパワーコンポーネント300Cにおいて、抵抗312を省略してもよい。またコントローラ320はオープンループで半導体スイッチ310を制御してもよいし、フィードバックにより半導体スイッチ310を制御してもよい。
In the
(用途)
(1) 射出成形機
続いてパワーコンポーネント300の用途を説明する。図6は、射出成形機600を示す図である。射出成形機600は主として、射出装置611、型締装置612、エジェクタ装置671を備える。これらはベースフレーム613の上に支持されている。また射出成形機600には、着脱可能な金型装置643が取り付けられる。
(Use)
(1) Injection molding machine Next, the application of the power component 300 will be described. FIG. 6 is a view showing an
(1.1) 金型装置
金型装置643は固定金型644および可動金型645を含み、型締装置612に取り付けられる。射出装置611は、樹脂を加熱して溶かし、金型装置643の内部空間に流し込む(射出)。型締装置612は、固定金型644と可動金型645とを締結し、内部の樹脂に圧力を加え、冷却し、樹脂を金型に応じた形状に成形する。エジェクタ装置671は、成形された樹脂(成形品)を金型装置643から取り出す。
(1.1) Mold Apparatus The
(1.2) 射出装置
射出装置611は、射出装置フレーム614によって支持されている。ガイド681は、射出装置フレーム614の長手方向に配設される。そして、射出装置フレーム614によってボールねじ軸621が回転自在に支持され、ボールねじ軸621の一端が可塑化移動用モータ622に連結される。また、ボールねじ軸621とボールねじナット623とが螺合させられ、ボールねじナット623と射出装置611とがスプリング624およびブラケット625を介して連結される。したがって、可塑化移動用モータ622を正方向あるいは逆方向に駆動すると、可塑化移動用モータ622の回転運動は、ボールねじ軸621とボールねじナット623との組合せ、すなわち、ねじ装置691によって直線運動に変換され、この直線運動がブラケット625に伝達される。そして、ブラケット625がガイド681に沿って矢印A方向に移動させられ、射出装置611が進退させられる。
(1.2) Injection Device The
また、ブラケット625には、前方(図における左方)に向けて加熱シリンダ615が固定され、加熱シリンダ615の前端(図における左端)に射出ノズル616が配設される。そして、加熱シリンダ615にホッパ617が配設されるとともに、加熱シリンダ615の内部にはスクリュ626が進退(図における左右方向に移動)自在に、かつ、回転自在に配設され、スクリュ626の後端(図における右端)が支持部材682によって支持される。
A
支持部材682には計量装置駆動用サーボモータ(以下、計量用サーボモータと略称する)683が取り付けられ、この計量用サーボモータ683を駆動することによって発生させられた回転がタイミングベルト684を介してスクリュ626に伝達されるようになっている。
The supporting
射出装置フレーム614には、スクリュ626と平行にボールねじ軸685が回転自在に支持されるとともに、ボールねじ軸685と射出装置駆動用サーボモータ(以下、射出用サーボモータと略称する)686とがタイミングベルト687を介して連結される。そして、ボールねじ軸685の前端は、支持部材682に固定されたボールねじナット674と螺合させられる。したがって、射出用サーボモータ686を駆動すると、その回転運動は、ボールねじ軸685とボールねじナット674との組合せ、すなわち、ねじ装置692によって直線運動に変換され、直線運動が支持部材682に伝達される。
A
次に、射出装置611の動作について説明する。まず、計量工程においては、計量用サーボモータ683を駆動し、タイミングベルト684を介してスクリュ626を回転させ、射出用サーボモータ686を駆動し、タイミングベルト687を介してスクリュ626を所定の位置まで後退(図における右方に移動)させる。このとき、ホッパ617から供給された樹脂は、加熱シリンダ615内において加熱されて溶融させられ、スクリュ626の後退に伴ってスクリュ626の前方に溜められる。
Next, the operation of the
次に、射出工程においては、射出ノズル616を固定金型644に押し付け、射出用サーボモータ686を駆動し、タイミングベルト687を介してボールねじ軸685を回転させる。このとき、支持部材682はボールねじ軸685の回転に伴って移動させられ、スクリュ626を前進(図における左方に移動)させるので、スクリュ626の前方に溜められた樹脂は射出ノズル616から射出され、固定金型644と可動金型645との間に形成されたキャビティ空間647に充填される。
Next, in the injection process, the
(1.3) 型締装置
次に、型締装置612について説明する。型締装置612は、射出装置611と対向するようにしてベースフレーム613に支持される。型締装置612は、固定プラテン651、トグルサポート652、固定プラテン651とトグルサポート652との間に架設されたタイバー653、固定プラテン651と対向して配設され、タイバー653に沿って進退自在に配設された可動プラテン654、および、可動プラテン654とトグルサポート652との間に配設されたトグル機構656を備える。そして、固定プラテン651および可動プラテン654に、互いに対向させて固定金型644および可動金型645がそれぞれ取り付けられる。
(1.3) Mold Clamping Device Next, the
トグル機構656は、図示されない型締用サーボモータによってクロスヘッド658をトグルサポート652と可動プラテン654との間で進退させることによって、可動プラテン654をタイバー653に沿って進退させ、可動金型645を固定金型644に対して接離させて、型閉、型締および型開を行うようになっている。
The
そのために、トグル機構656は、クロスヘッド658に対して揺動自在に支持されたトグルレバー661、トグルサポート652に対して揺動自在に支持されたトグルレバー662、可動プラテン654に対して揺動自在に支持されたトグルアーム663から成り、トグルレバー661とトグルレバー662との間、およびトグルレバー662とトグルアーム663との間がそれぞれリンク結合される。
For this purpose, the
また、ボールねじ軸664がトグルサポート652に対して回転自在に支持され、ボールねじ軸664と、クロスヘッド658に固定されたボールねじナット665とが螺合させられる。そして、ボールねじ軸664を回転させるために、トグルサポート652の側面に型締用サーボモータ(図示省略)が取り付けられる。
The
したがって、型締用サーボモータを駆動すると、型締用サーボモータの回転運動が、ボールねじ軸664とボールねじナット665との組合せ、すなわち、ねじ装置693によって直線運動に変換され、直線運動がクロスヘッド658に伝達され、クロスヘッド658は矢印C方向に進退させられる。すなわち、クロスヘッド658を前進(図における右方に移動)させると、トグル機構656が伸展して可動プラテン654が前進させられ、型閉および型締が行われ、クロスヘッド658を後退(図における左方に移動)させると、トグル機構656が屈曲して可動プラテン654が後退させられ、型開が行われる。
Therefore, when the mold clamping servo motor is driven, the rotational motion of the mold clamping servo motor is converted into a linear motion by the combination of the
(1.4) 電気系統
図8は、射出成形機600の電気系統を示すブロック図である。整流器702は交流電源と接続され、交流電圧を整流する。DCリンク705には平滑コンデンサ703が接続されており、整流器702の出力電圧が平滑化される。コンバータ704は、平滑コンデンサ703に生ずる直流電圧(DCリンク電圧)VDC1を、所定の電圧レベルに安定化し、DCリンク708にDCリンク電圧VDC2を発生する。DCリンク708には平滑コンデンサ706が接続される。DCリンク708には、複数のインバータ720が接続される。各インバータ720は対応するモータ722を駆動する。モータ722A〜722Cは、上述の可塑化移動用モータ622、計量用サーボモータ683、射出用サーボモータ686、型締用サーボモータであってもよい。そのほか射出成形機600にはさまざまなサーボ機構が設けられており、各軸に、インバータ720とモータ722が設けられる。
(1.4) Electric System FIG. 8 is a block diagram showing an electric system of the
双方向コンバータ710は、DCリンク708と蓄電モジュール712の間に設けられる。蓄電モジュール712は主としてバックアップ電源として機能し、交流電源が遮断された場合などに、双方向コンバータ710は、コンバータ704に変わって、蓄電モジュール712の電力を平滑コンデンサ706に供給する。また、インバータ720が回生運転を行い、余剰なエネルギーが発生した場合には、双方向コンバータ710はその余剰なエネルギーで蓄電モジュール712を充電する。
図7の整流器702および平滑コンデンサ703を、図2のパワーコンポーネント300Aあるいは図4のパワーコンポーネント300Bとしてもよい。あるいは図7のコンバータ704を、図5のパワーコンポーネント300Cとしてもよい。図7の双方向コンバータ710を、図5のパワーコンポーネント300Cとしてもよい。
The
(2) ショベル
パワーコンポーネントは、ショベルやクレーンなどの建設機械にも用いることができる。図8は、建設機械の一例であるショベル500の外観を示す斜視図である。ショベル500は、主として下部走行体(クローラ)502と、下部走行体502の上部に旋回機構503を介して回動自在に搭載された上部旋回体504とを備えている。
(2) Excavator The power component can also be used for construction machines such as excavators and cranes. FIG. 8 is a perspective view showing an appearance of an
旋回体504には、アタッチメント510が取り付けられる。アタッチメント510は、ブーム512と、ブーム512の先端にリンク接続されたアーム514と、アーム514の先端にリンク接続されたバケット516とを備える。ブーム512、アーム514、およびバケット516は、それぞれブームシリンダ520、アームシリンダ522、およびバケットシリンダ524によって油圧駆動される。また、旋回体504には、オペレータを収容するための運転室508や、油圧を発生するためのエンジン506といった動力源が設けられている。
An
図9は、ショベル500の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図9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. 9 is a block diagram of the electric system and hydraulic system of the
エンジン506および電動発電機530の回転軸は、共に減速機532の入力軸に接続され、互いに連結されている。エンジン506の負荷が大きいときには、電動発電機530が自身の駆動力によりエンジン506の駆動力を補助(アシスト)し、電動発電機530の駆動力が減速機532の出力軸を経てメインポンプ534に伝達される。一方、エンジン506の負荷が小さいときには、エンジン506の駆動力が減速機532を経て電動発電機530に伝達されることにより、電動発電機530が発電を行う。
The rotation shafts of
電動発電機530はアシスト用インバータ531の2次側(出力)端に接続される。アシスト用インバータ531は、コントローラ540(アシスト用インバータコントローラ)からの指令にもとづき、電動発電機530の運転制御を行う。電動発電機530の駆動と発電との切りかえは、ショベル500における電気系統の駆動制御を行うコントローラ540により、エンジン506の負荷等に応じて行われる。
The
減速機532の出力軸にはメインポンプ534およびパイロットポンプ536が接続されており、メインポンプ534には高圧油圧ライン542を介してコントロールバルブ544が接続されている。コントロールバルブ544は、ショベル500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544には、図8に示した下部走行体502を駆動するための油圧モータ550Aおよび550Bの他、ブームシリンダ520、アームシリンダ522およびバケットシリンダ524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544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
パイロットポンプ536には、パイロットライン552を介して操作手段554が接続されている。操作手段554は、旋回用電動機560、下部走行体502、ブーム512、アーム514およびバケット516を操作するためのレバーやペダルであり、オペレータによって操作される。
An operation means 554 is connected to the
操作手段554には、油圧ライン556を介してコントロールバルブ544が接続され、また、油圧ライン558を介して圧力センサ559が接続される。操作手段554は、パイロットライン552を通じて供給される油圧(1次側の油圧)をオペレータ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。操作手段554から出力される2次側の油圧は、油圧ライン556を通じてコントロールバルブ544に供給されるとともに、圧力センサ559によって検出される。
A control valve 544 is connected to the operating means 554 via a
圧力センサ559は、操作手段554に対して旋回機構503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558内の油圧の変化として検出する。圧力センサ559は、油圧ライン558内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、旋回指令としてコントローラ540に入力され、旋回用電動機560の駆動制御に用いられる。
When an operation for turning the
コントローラ540(旋回用インバータコントローラ)は、操作入力に応じた回転速度指令を受け、レゾルバ562により検出される旋回用電動機560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561を制御する。たとえば旋回用電動機560は、PWM(Pulse Width Modulation)制御指令により旋回用インバータ561によって交流駆動される。
The controller 540 (turning inverter controller) receives a rotation speed command corresponding to the operation input, and controls the turning
コントローラ540は、CPU(Central Processing Unit)およ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540は、各種センサおよび操作手段554等からの操作入力を受けて、アシスト用インバータ531、旋回用インバータ561および蓄電手段570等の駆動制御を行う。
The
旋回用電動機560は、図8の旋回機構503に設けられ、上部旋回体504を回動させる交流電動機である。旋回用電動機560の回転軸566には、レゾルバ562、メカニカルブレーキ563および旋回減速機564が接続される。
The turning
旋回用電動機560が力行運転を行う際には、旋回用電動機560の回転駆動力の回転力が旋回減速機564にて増幅され、旋回体504が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体504の慣性回転により、旋回減速機564にて回転数が増加されて旋回用電動機560に伝達され、回生電力を発生させる。
When the turning
レゾルバ562は、旋回用電動機560と機械的に連結され、旋回用電動機560の回転軸566の回転位置および回転角度を検出する。メカニカルブレーキ563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540からの指令によって、旋回用電動機560の回転軸566を機械的に停止させる。旋回減速機564は、旋回用電動機560の回転軸566の回転速度を減速して旋回機構503に機械的に伝達する。
The
蓄電手段570は、旋回用インバータ561の電源であり、DCリンク電圧を供給する。蓄電手段570は、蓄電手段を含み、アシスト用インバータ531や旋回用インバータ561が回生運転を行う際には、それらからの回生エネルギーを蓄電可能に構成される。
The power storage means 570 is a power source for the turning
図10は、ショベル500の電気系統のブロック図である。蓄電手段570は、蓄電モジュール572と、蓄電モジュール572の充放電を制御する双方向コンバータ574と、正極および負極の直流配線からなるDCリンク576とを備えている。DCリンク576には、平滑コンデンサ578が接続される。蓄電モジュール572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ることができる。DCリンク576には、アシスト用インバータ531、旋回用インバータ561それぞれの1次側(直流入力)が接続されている。双方向コンバータ574は、コントローラ540によって、DCリンク576に生ずるDCリンク電圧VDCが所定の電圧レベルとなるように制御される。たとえば双方向コンバータ574は昇降圧コンバータであり、電動発電機530や旋回用電動機560が力行運転する際には、双方向コンバータ574を昇圧動作させ、それらに電源を供給する。反対に電動発電機530や旋回用電動機560が回生運転する際には、双方向コンバータ574を降圧動作させ、電動発電機530が発生した電力を蓄電器に回収する。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リンク電圧値、バッテリ電圧値およびバッテリ電流値にもとづき、コントローラ540によって行われる。
FIG. 10 is a block diagram of the electric system of the
以上がショベル500の全体構成である。図10の双方向コンバータ(昇降圧コンバータ)574および平滑コンデンサ578を、図5のパワーコンポーネント300Cとしてもよい。
The above is the overall configuration of the
そのほか、実施の形態に係るパワーコンポーネント300は、電気自動車や電動フォークリフト、AGV(無人搬送車)にも採用することができる。 In addition, the power component 300 according to the embodiment can also be used in electric vehicles, electric forklifts, and AGVs (automated guided vehicles).
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 will be 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, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Hereinafter, such modifications will be described.
300…パワーコンポーネント、302…整流器、304…メインスイッチ、305…第1経路、306…DCリンク、308…平滑コンデンサ、310…半導体スイッチ、311…第2経路、312…抵抗、320…コントローラ、322…電流センサ、330,332…ダイオード、334…リアクトル、336,338…スイッチング素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 300 ... Power component, 302 ... Rectifier, 304 ... Main switch, 305 ... 1st path, 306 ... DC link, 308 ... Smoothing capacitor, 310 ... Semiconductor switch, 311 ... 2nd path, 312 ... Resistance, 320 ... Controller, 322 ... current sensors, 330, 332 ... diodes, 334 ... reactors, 336, 338 ... switching elements.
Claims (8)
前記DCリンクと接続される平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに至る第1経路に設けられるメインスイッチと、
前記メインスイッチと並列な第2経路に設けられる半導体スイッチと、
を備えることを特徴とするパワーコンポーネント。 A DC link;
A smoothing capacitor connected to the DC link;
A main switch provided in a first path to the smoothing capacitor;
A semiconductor switch provided in a second path parallel to the main switch;
A power component comprising:
前記充電電流の検出値にもとづいて、前記半導体スイッチのスイッチングをフィードバック制御するコントローラと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のパワーコンポーネント。 A current sensor for detecting a charging current to the smoothing capacitor;
A controller that performs feedback control of switching of the semiconductor switch based on the detected value of the charging current;
The power component according to claim 1, further comprising:
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