JP2019092373A

JP2019092373A - 工作機械

Info

Publication number: JP2019092373A
Application number: JP2018212786A
Authority: JP
Inventors: ラークソネン，ヨンナ; Laaksonen Jonna; ヤルヴェライネン，テロ; Jaervelaeinen Tero
Original assignee: Danfoss Mobile Electrification Oy
Current assignee: Danfoss Editron Oy
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2038-11-13
Also published as: US10787081B2; EP3486110A1; US20190143819A1; CN109787345A; JP7393859B2

Abstract

【課題】工作機械のパワーエレクトロニクスシステムの複雑性を低減させる。【解決手段】工作機械は、直流電圧源（３０１）と、工作機械の作動装置を駆動するために、直流電圧源から電気機械（３０３ａ、３０３ｂ）にエネルギを移動するための第１の電力変換装置（３０２）と、外部電力網に電気的に接続するための電気コネクタシステム（３０４）と、外部電力網から直流電圧源にエネルギを移動するための第２の電力変換装置（３０５）と、工作機械の補助装置を駆動するための交流電気機械（３０６ａ、３０６ｂ）とを備える。電気コネクタシステムは、交流電気機械を接続して、外部電力網の交流電圧を受領するのに適切であり、第２の電力変換装置は、エネルギを直流電圧源から交流電気機械に移動するのに適切である。したがって、工作機械が外部電力網に接続するとき、補助装置を駆動する電気機械は、外部電力網によって直接動力を得ることができる。【選択図】図３

Description

本開示は、工作機械の１つまたは複数の補助装置を駆動する方法に関する。補助装置は、たとえば、油圧ポンプ、送風機、圧縮器、または冷却剤循環ポンプであってよいが、これらに限定されない。さらに、本開示は工作機械に関する。

多くの事例では、工作機械は、１つまたは複数の電動の作動装置を備える。工作機械は、たとえば、車輪および／または無限軌道を有する可動式工作機械であってもよい。可動式工作機械は、たとえばトラクタ、バケットチャージャー、路面ならし機、掘削機、またはブルドーザであってもよい。また、工作機械は、たとえば、工作機械を移動する手段を必ずしも備えない砕石機または木片粉砕機であってもよい。各作動装置は、たとえば、車輪、無限軌道、木片粉砕機のカッター、または工作機械の別の作動装置であってもよい。前述の種類の工作機械は、一般に、直流電圧源と、電力を直流電圧源から１つまたは複数の電気機械に移動し、１つまたは複数の作動装置を駆動するための電力変換装置とを備える。直流電圧源は、たとえばバッテリ要素および／またはコンデンサ要素を備えていてもよい。また、直流電圧源は、発電機、発電機を駆動するための燃焼機関、発電機の電圧を適切な直流電圧に変換するための電力変換装置を備えていてもよい。

一般に、前述の種類の工作機械は、さらに、工作機械の作動装置の操作を可能にする、および／または補助する補助装置を備える。補助装置は、たとえば、油圧ポンプ、送風機、圧縮器、冷却剤循環ポンプ、暖房システム、または冷却システムであってもよい。電動の作動装置を有する工作機械では、補助装置も一般に電動である。工作機械は、たとえば、バッテリ要素などの直流電圧源の直流電圧を、補助装置を駆動する電気機械に適切な電圧に変換するための１つまたは複数の電力変換装置を備えていてもよい。このように、前述の種類の工作機械は、空間、冷却能力、および保守を必要とする多数の電力変換装置を備えていてもよい。さらに、多数の電力変換装置が必要となることで、工作機械の製造費用は上昇する。

以下、様々な本発明の実施形態の一部の態様を基本的に理解するために、簡潔な要約を提示する。要約は、本発明の広範な概要ではない。要約は、本発明の主要または重要な要素を特定することを目的とせず、また、発明の範囲を描写することを目的とするものではない。以下の要約は、単に、本発明の例示実施形態をさらに詳細に説明する序文として、簡潔な形態で、本発明の一部の概念を提示するものである。

本発明によれば、新しい工作機械が提供される。工作機械は、たとえば、トラクタ、バケットチャージャー、路面ならし機、掘削機、ブルドーザ、砕石機、木片粉砕機であってもよい。本発明による工作機械は、
−直流電圧源と、
−工作機械の１つまたは複数の作動装置を駆動するために、直流電圧源から１つまたは複数の電気機械に電力を移動するための少なくとも１つの第１の電力変換装置と、
−外部交流電力網に電気的に接続するための電気コネクタシステムと、
−外部交流電力網から直流電圧源に電力を移動するための第２の電力変換装置と、
−工作機械の作動装置の操作を可能にし、および／または補助するために、１つまたは複数の補助装置を駆動するための１つまたは複数の交流電気機械と、
を備える。

電気コネクタシステムは、１つまたは複数の交流電気機械を接続して、外部交流電力網の交流電圧を受領するのに適切である。したがって、工作機械が外部交流電力網に接続するとき、補助装置を駆動する交流電気機械は、外部交流電力網によって直接動力を得ることができる。前述の第２の電力変換装置は、直流電圧源から１つまたは複数の交流電気機械に電力を移動するのに適切である。したがって、第２の電力変換装置は以下の２つの機能を有する。つまり、ｉ）工作機械が外部交流電力網に接続するとき、電力を外部交流電力網から工作機械に移動することと、ｉｉ）工作機械が外部交流電力網から切断されているとき、補助装置を駆動する交流電気機械に動力を供給すること、である。このような構成により、工作機械のパワーエレクトロニクスシステムの複雑性が低減し、それによって、冷却能力、保守、空間要件、および費用を節約することが可能となる。

本発明によれば、前述の種類の工作機械の１つまたは複数の補助装置を駆動するための新しい方法も提供される。本発明による方法は、
−工作機械が外部交流電力網から切断されている状態に応じて、第２の電力変換装置を制御し、１つまたは複数の補助装置を駆動するために電力を直流電圧源から１つまたは複数の交流電気機械に移動することと、
−工作機械が外部交流電力網に接続されている状態に応じて、１つまたは複数の交流電気機械を接続して、外部交流電力網の交流電圧を受領することと、
を含む。

本発明の様々な例示的および非限定的な実施形態を添付従属請求項に記載する。

構造および操作方法の両方に関する、本発明の様々な例示的および非限定的な実施形態は、追加の目的およびその利点と合わせ、以下の具体的な例示的および非限定的な実施形態を参照して、添付図と合わせて読むことによって、最良に理解されるであろう。

「備える」および「含む」という動詞は、本書では非限定として用いられ、記載されない特徴の存在を排除もせず、必要ともしない。従属請求項に記載される特徴は、別段の明示がない限り、相互に自由に組み合わせ可能である。さらに、本書全体を通じて、「ａ」または「ａｎ」、つまり、単数形の使用は複数を排除しない。

本発明の例示的および非限定的な実施形態、ならびにその有利点を、以下実施例という意味で、添付図を参照して詳細に説明する。

本発明の例示的および非限定的な実施形態による工作機械の給電システムの概略図を示す。工作機械の１つまたは複数の補助装置を駆動するための、本発明の例示的および非限定的な実施形態による方法のフローチャートを示す。本発明の例示的および非限定的な実施形態による工作機械の概略図を示す。

以下の説明に示す特定の例は、添付請求項の範囲および／または適用性を制限するものと解釈されてはならない。さらに、以下の説明に示す例の一覧および群は、別段明記ない限り、包括的ではないと理解されるべきである。

図１は、本発明の例示的および非限定的な実施形態による工作機械の給電システムの概略図を示す。工作機械は、直流電圧源１０１を備える。本実施例では、直流電圧源１０１は、バッテリ要素１０８と、コンデンサ要素１０９とを備える。コンデンサ要素１０９は、たとえば、コンデンサ要素１０９のエネルギ貯蔵能力を増加するために、電気二重層コンデンサ「ＥＤＬＣ」を備えていてもよい。ＥＤＬＣは「スーパーコンデンサ」と呼ばれることもある。さらに、直流電圧源１０１は、発電機１１０と、発電機を駆動するための燃焼機関１１１と、発電機１１０の電圧を適切な直流電圧に変換するための電力変換装置１１２とを備える。燃焼機関１１１は、たとえば、ディーゼル機関、オットーサイクル機関、またはタービン機関であってもよい。ただし、工作機械は、燃焼機関を備えない完全電動工作機械であってもよい。

工作機械は、少なくとも１つの第１の電力変換装置１０２を備える。第１の電力変換装置１０２は、１つまたは複数の工作機械の作動装置を駆動するため、直流電圧源１０１から少なくとも１つの電気機械１０３に電力を移動する。各作動装置は、たとえば、車輪、無限軌道、油圧ポンプ、木片粉砕機のカッター、またはその他の工作機械の作動装置であってもよい。図１に例示する実施例では、電気機械１０３は、工作機械の車輪である作動装置１１３を駆動するように構成される。工作機械は、電気的に外部交流「ＡＣ」電力網１１４に接続するための電気コネクタシステム１０４を備える。工作機械は、第２の電力変換装置１０５を備える。第２の電力変換装置１０５は、電力を外部交流電力網から直流電圧源１０１に移動し、それによってバッテリ要素１０８およびコンデンサ要素１０９は交流電力網から充電可能となる。工作機械は、工作機械の補助装置１０７ａ、１０７ｂ、および１０７ｃを駆動するための交流「ＡＣ」電気機械１０６ａ、１０６ｂ、および１０６ｃを備える。補助装置１０７ａ〜１０７ｃは、たとえば油圧ポンプ、送風機、圧縮器、冷却剤循環ポンプ、暖房システム、および／または冷却システムを備えていてもよい。

前述の電気コネクタシステム１０４は、ＡＣ電気機械１０６ａ〜１０６ｃを接続して、外部交流電力網１１４の交流電圧を受領するのに適切である。したがって、工作機械が外部交流電力網１１４に接続するとき、補助装置１０７ａ〜１０７ｃを駆動するＡＣ電気機械１０６ａ〜１０６ｃは、外部交流電力網１１４によって直接動力を得ることができる。前述の電力変換装置１０５は直流電圧源１０１からＡＣ電気機械１０６ａ〜１０６ｃに電力を移動するのに適切である。したがって、電力変換装置１０５は以下の２つの機能を有する。つまり、ｉ）工作機械が外部交流電力網１１４に接続するとき、電力を外部交流電力網１１４から工作機械に移動することと、ｉｉ）工作機械が外部交流電力網１１４から切断されているとき、補助装置１０７ａ〜１０７ｃを駆動するＡＣ電気機械１０６ａ〜１０６ｃに動力を提供すること、である。例示的および非限定的な実施形態による工作機械において、工作機械が外部交流電力網１１４から切断されているとき、電力変換装置１０５は、ＡＣ電気機械１０６ａ〜１０６ｃに提供される交流電圧の周波数を変更するのに適している。本実施例では、補助装置１０７ａ〜１０７ｃの出力が低くてもよいとき、電力変換装置１０５から供給される交流電圧の周波数は、たとえば、外部交流電力網１１４の交流電圧の周波数より低くてもよい。

図２は、本発明の例示的および非限定的な実施形態による、工作機械の１つまたは複数の補助装置を駆動する方法のフローチャートを示す。工作機械は、
−直流電圧源と、
−電力を直流電圧源から１つまたは複数の電気機械に移動し、工作機械の１つまたは複数の作動装置を駆動する少なくとも１つの第１の電力変換装置と、
−外部交流電力網に接続するための電気コネクタシステムと、
−電力を外部交流電力網から直流電圧源に移動するための第２の電力変換装置と、
を備える。

本方法は、以下のアクションを備える。
−アクション２０１：工作機械が外部交流電力網から切断されている状態に応じて、第２の電力変換装置を制御して、電力を直流電圧源から、１つまたは複数の補助装置を駆動する１つまたは複数の交流電気機械に移動することと、
−アクション２０２：工作機械が外部交流電力網状態に接続している状態に応じて、１つまたは複数の交流電気機械を接続して、外部交流電力網の交流電圧を受領することと、
を備える。

図３は、本発明の例示的および非限定的な実施形態による工作機械３２０の概略図を示す。本実施例では、工作機械３２０はバケットチャージャーであるが、工作機械は、トラクタ、路面ならし機、ブルドーザ、砕石機、または木片粉砕機または任意の他の工作機械でありえる。工作機械３２０は直流電圧源３０１を備える。本実施例では、直流電圧源３０１は、バッテリ要素と、コンデンサ要素と、発電機と、発電機を駆動するための燃焼機関と、発電機の電圧を適切な直流電圧に変換するための電力変換装置とを備える。工作機械３２０は、電気機械を工作機械の車輪のハブに備える。図３では、電気機械のうち２つを符号３０３ａおよび３０３ｂで表し、工作機械の車輪の２つを符号３１３ａおよび３１３ｂで表す。工作機械３２０は、電力を電気機械３０３ａおよび３０３ｂと直流電圧源３０１との間で移動するための第１の電力変換装置３０２を備える。電力変換装置３０２は、電気機械３０３ａおよび３０３ｂに適切な振幅および周波数を有する電圧を生成するように構成される。電力変換装置３０２は、車輪のハブの各電気機械に、個別かつ独立して制御される出力段を備えていてもよい。本事例では、これらの電気機械は互いに独立して制御されてもよい。ただし、車輪のハブの電気機械は、電力変換装置３０２の同一の出力段に並列に接続されてもよく、したがって、これらの電気機械はグループとして制御されてもよい。

工作機械３２０は電気コネクタシステム３０４を備える。電気コネクタシステム３０４は、電線３２１を機械的に工作機械に取り付け、電気的に外部交流「ＡＣ」電力網３１４に電線３２１を通じて接続する。本発明の別の実施形態による工作機械では、電気コネクタシステムは、導電体に電気的に接続するためのパンタグラフを備える。工作機械３２０は、第２の電力変換装置３０５を備える。第２の電力変換装置３０５は、外部交流電力網３１４から直流電圧源３０１に電力を移動し、それによって直流電圧源３０１のバッテリ要素およびコンデンサ要素は交流電力網３１４から充電可能となる。工作機械は、工作機械の補助装置を駆動するための交流「ＡＣ」電気機械３０６ａおよび３０６ｂを備える。図３に例示する実施例では、ＡＣ電気機械３０６ａは工作機械３２０の油圧システムの油圧ポンプを駆動するように構成され、ＡＣ電気機械３０６ｂは工作機械の冷却システムの冷却剤循環ポンプを駆動するように構成される。電気コネクタシステム３０４は、ＡＣ電気機械３０６ａと３０６ｂを接続して、外部交流電力網の交流電圧３１４を受領するのに適切である。工作機械３２０はさらに、電気機械３０６ａおよび／または３０６ｂの起動電流を低減する１つまたは複数のソフトスターターを備えていてもよい。ソフトスターターは図３には図示しない。

前述の電力変換装置３０５は、電力を直流電圧源３０１からＡＣ電気機械３０６ａおよび３０６ｃに移動するのに適切である。したがって、工作機械が外部交流電力網３１４から切断されているとき、補助装置を駆動するＡＣ電気機械３０６ａおよび３０６ｂは、直流電圧源３０１から動力を得る。工作機械が外部交流電力網３１４から切断されているとき、電力変換装置３０５は、ＡＣ電気機械３０６ａおよび３０６ｃから供給される交流電圧の周波数を変更するのに適切であってもよい。

本明細書に記載する特定の例は、添付請求項の範囲および／または適応性を制限するものと解釈されてはならない。本明細書に前述する例の一覧および群は、別段明記ない限り包括的ではない。

１０１：直流電圧源
１０２：電力変換装置
１０３：電気機械
１０４：電気コネクタシステム
１０５：電力変換装置
１０６ａ：交流電気機械
１０６ｂ：交流電気機械
１０６ｃ：交流電気機械
１０７ａ：補助装置
１０７ｂ：補助装置
１０７ｃ：補助装置
１０８：バッテリ要素
１０９：コンデンサ要素
１１０：発電機
１１１：燃焼機関
１１２：電力変換装置
１１３：作動装置
１１４：電力網
３０１：直流電圧源
３０２：電力変換装置
３０３ａ：交流電気機械
３０３ｂ：交流電気機械
３０４：電気コネクタシステム
３０５：電力変換装置
３０６ａ：電気機械
３０６ｂ：電気機械
３１４：電力網
３２０：工作機械
３２１：電線

Claims

工作機械（３２０）であって、
−直流電圧源（１０１、３０１）と、
−前記工作機械の１つまたは複数の作動装置（１１３、３１３ａ、３１３ｂ）を駆動するために、前記直流電圧源から１つまたは複数の電気機械（１０３、３０３ａ、３０３ｂ）に電力を移動するための少なくとも１つの第１の電力変換装置（１０２、３０２）と、
−外部交流電力網に電気的に接続するための電気コネクタシステム（１０４、３０４）と、
−前記外部交流電力網から前記直流電圧源に電力を移動するための第２の電力変換装置（１０５、３０５）と、
−前記工作機械の１つまたは複数の補助装置（１０７ａ〜１０７ｃ）を駆動するための１つまたは複数の交流電気機械（１０６ａ〜１０６ｃ、３０６ａ、３０６ｂ）と、
を備える工作機械（３２０）であって、
前記電気コネクタシステムは、前記１つまたは複数の交流電気機械を接続して、前記外部交流電力網の交流電圧を受領するのに適切であり、前記第２の電力変換装置は、電力を前記直流電圧源から前記１つまたは複数の交流電気機械に移動するのに適切であることを特徴とする、工作機械。
請求項１に記載の工作機械であって、前記直流電圧源は、バッテリ要素（１０８）を備える、工作機械。
請求項１または請求項２に記載の工作機械であって、前記直流電圧源は、コンデンサ要素（１０９）を備える、工作機械。
請求項３に記載の工作機械によって、前記コンデンサ要素は、電気二重層コンデンサ「ＥＤＬＣ」を備える、工作機械。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の工作機械であって、前記直流電圧源は、発電機（１１０）と、前記発電機を駆動するための燃焼機関（１１１）と、前記発電機の電圧を直流電圧に変換するための電力変換装置（１１２）とを備える、工作機械。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の工作機械であって、前記工作機械の前記１つまたは複数の補助装置は、油圧ポンプ、送風機、圧縮器、冷却剤循環ポンプ、暖房システム、冷却システムのうちの１つまたは複数を備える、工作機械。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の工作機械であって、前記工作機械は、トラクタ、バケットチャージャー、路面ならし機、掘削機、ブルドーザ、砕石機、木片粉砕機のうちの１つまたは複数を備える、工作機械。
工作機械の１つまたは複数の補助装置を駆動するための方法であって、前記工作機械は、
−直流電圧源（１０１）と、
−前記工作機械の１つまたは複数の作動装置を駆動するために、電力を前記直流電圧源から１つまたは複数の電気機械（１０３）に移動するための少なくとも１つの第１の電力変換装置（１０２）と、
−外部交流電力網に電気的に接続するための電気コネクタシステム（１０４）と、
−電力を前記外部交流電力網から前記直流電圧源に移動するための第２の電力変換装置（１０５）と、
を備え、
前記方法は、前記工作機械が前記外部交流電力網から切断されている状態に応じて、前記第２の電力変換装置を制御（２０１）し、前記１つまたは複数の補助装置を駆動するために電力を前記直流電圧源から１つまたは複数の交流電気機械（１０６ａ〜１０６ｃ）に移動することを含み、前記方法は、前記工作機械が前記外部交流電力網に接続されている状態に応じて、前記１つまたは複数の交流電気機械を接続（２０２）して、前記外部交流電力網の交流電圧を受領することを含むことを特徴とする、方法。