JP5178666B2 - Hybrid drilling machine - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンにより発生される動力、及び蓄電された電気エネルギを利用して駆動系を駆動するハイブリッド型掘削機械に関する。   The present invention relates to a hybrid excavating machine that drives a drive system using power generated by an engine and stored electrical energy.

油圧ショベル等の建設機械においては、上部旋回体の旋回減速時に生じる回生電力、及びブーム下げ時に発生する回生電力が1つのバッテリに蓄えられる(たとえば特許文献1参照)。上部旋回体の減速とブーム下げとを同時に行うと、両者からの回生電力が一時に発生してバッテリの充電に際して大電流が流れ、エネルギ損失が大きくなる。バッテリの充放電回路(コンバータ)の許容電流値を超える場合もある。   In a construction machine such as a hydraulic excavator, regenerative power generated when the upper swing body is turned and decelerated and regenerative power generated when the boom is lowered are stored in one battery (see, for example, Patent Document 1). If the upper revolving body is decelerated and the boom is lowered at the same time, regenerative power from both is generated at a time, and a large current flows when the battery is charged, resulting in a large energy loss. The allowable current value of the battery charge / discharge circuit (converter) may be exceeded.

特開2007−217992号公報JP 2007-217992 A

本発明の目的は、エネルギ損失の少ないハイブリッド型掘削機械を提供することである。   An object of the present invention is to provide a hybrid excavating machine with low energy loss.

本発明の一観点によれば、動力を発生するエンジンと、前記エンジンで発生された動力が伝達可能であるように、前記エンジンに接続され、前記エンジンの回転動力によって発電動作を行う発電機と、前記発電機から電力が供給される蓄電回路と、上部旋回体に取り付けられ、少なくとも前記エンジンで発生した動力が供給されることで駆動され、前記上部旋回体に対して上下方向に揺動するブームと、前記ブームを前記上部旋回体に対して下降させる回生動作時に、前記ブームのもつ力学的エネルギを電気エネルギに変換し、回生電力を前記蓄電回路に供給するブーム回生用モータと、前記上部旋回体を旋回させる旋回用電動機であって、少なくとも前記蓄電回路から電力が供給されて行う力行動作、及び電力を発生する回生動作を行い、該回生動作により発生した電力を前記蓄電回路に供給する旋回用電動機と、前記蓄電回路の動作を制御する制御装置とを有し、前記蓄電回路は、前記発電機、前記旋回用電動機、及び前記ブーム回生用モータが電気的に接続されるDCバスラインと、前記DCバスラインに電気的に接続され、前記旋回用電動機から供給される電力を蓄電する第1のキャパシタと、前記DCバスラインに電気的に接続され、前記ブーム回生用モータから供給される電力を蓄電する第2のキャパシタと、前記第1のキャパシタの充放電電流を制御する第1のキャパシタ充放電回路と、前記第2のキャパシタの充放電電流を制御する第2のキャパシタ充放電回路とを備えるハイブリッド型掘削機械が提供される。   According to an aspect of the present invention, an engine that generates power, and a generator that is connected to the engine and that generates power using the rotational power of the engine so that the power generated by the engine can be transmitted. A power storage circuit to which electric power is supplied from the generator and an upper swing body are attached and driven by at least the power generated by the engine, and swings in the vertical direction with respect to the upper swing body A boom, a boom regenerative motor that converts mechanical energy of the boom into electrical energy and supplies regenerative power to the power storage circuit during a regenerative operation of lowering the boom relative to the upper swing body, and the upper part A turning electric motor for turning a turning body, performing at least a power running operation performed by supplying electric power from the power storage circuit, and a regenerative operation for generating electric power, A turning electric motor that supplies the electric power generated by the regenerative operation to the electric storage circuit; and a control device that controls the operation of the electric storage circuit, wherein the electric storage circuit includes the generator, the electric rotating motor, and the boom A DC bus line to which a regenerative motor is electrically connected, a first capacitor that is electrically connected to the DC bus line and stores electric power supplied from the turning motor, and an electric power to the DC bus line A second capacitor for storing electric power supplied from the boom regeneration motor, a first capacitor charge / discharge circuit for controlling a charge / discharge current of the first capacitor, and the second capacitor. There is provided a hybrid excavating machine including a second capacitor charging / discharging circuit for controlling the charging / discharging current.

本発明によれば、エネルギ損失の少ないハイブリッド型掘削機械を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a hybrid type excavation machine with little energy loss can be provided.

第1及び第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械(パワーショベル)の側面図を示す。The side view of the hybrid type excavation machine (power shovel) by the 1st and 2nd Example is shown. 第1及び第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械のブロック図を示す。The block diagram of the hybrid type excavation machine by the 1st and 2nd Example is shown. 第1の実施例によるハイブリッド型掘削機械における蓄電回路120の構成を示す。The structure of the electrical storage circuit 120 in the hybrid type excavation machine by a 1st Example is shown. コンバータ100a、100bの等価回路図を示す。An equivalent circuit diagram of converters 100a and 100b is shown. 第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械における蓄電回路120の構成を示す。The structure of the electrical storage circuit 120 in the hybrid type excavation machine by a 2nd Example is shown. コンバータ130の等価回路図を示す。An equivalent circuit diagram of the converter 130 is shown.

図1に、第1及び第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械(パワーショベル)の側面図を示す。下部走行体(基体)1に、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。旋回機構2は、電動機(モータ)を含み、上部旋回体3を時計回り、または反時計回りに旋回させる。上部旋回体3に、ブーム4が取り付けられている。ブーム4は、油圧駆動されるブームシリンダ7により、上部旋回体3に対して上下方向に揺動する。ブーム4の先端に、アーム5が取り付けられている。アーム5は、油圧駆動されるアームシリンダ8により、ブーム4に対して前後方向に揺動する。アーム5の先端にバケット6が取り付けられている。バケット6は、油圧駆動されるバケットシリンダ9により、アーム5に対して上下方向に揺動する。上部旋回体3には、さらに運転者を収容するキャビン10が搭載されている。   FIG. 1 shows a side view of a hybrid excavator (power shovel) according to the first and second embodiments. An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body (base body) 1 via a swing mechanism 2. The turning mechanism 2 includes an electric motor (motor), and turns the upper turning body 3 clockwise or counterclockwise. A boom 4 is attached to the upper swing body 3. The boom 4 swings up and down with respect to the upper swing body 3 by a hydraulically driven boom cylinder 7. An arm 5 is attached to the tip of the boom 4. The arm 5 swings in the front-rear direction with respect to the boom 4 by an arm cylinder 8 that is hydraulically driven. A bucket 6 is attached to the tip of the arm 5. The bucket 6 swings up and down with respect to the arm 5 by a hydraulically driven bucket cylinder 9. The upper swing body 3 further includes a cabin 10 that accommodates a driver.

図2に、第1及び第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械のブロック図を示す。図2において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気系統を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。   FIG. 2 is a block diagram of a hybrid excavating machine according to the first and second embodiments. In FIG. 2, the mechanical power system is represented by a double line, the high-pressure hydraulic line is represented by a thick solid line, the electric system is represented by a thin solid line, and the pilot line is represented by a broken line.

エンジン11の駆動軸が変速機13の入力軸に連結されている。エンジン11には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン11は、掘削機械の運転中は、常時駆動されている。   The drive shaft of the engine 11 is connected to the input shaft of the transmission 13. As the engine 11, an engine that generates a driving force by a fuel other than electricity, for example, an internal combustion engine such as a diesel engine is used. The engine 11 is always driven during operation of the excavating machine.

電動発電機12の駆動軸が、変速機13の他の入力軸に連結されている。電動発電機12は、電動(アシスト)運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機12には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型(Interior Permanent Magnet; IPM)モータが用いられる。変速機13は、2つの入力軸と1つの出力軸とを有する。出力軸には、メインポンプ14の駆動軸が連結されている。   The drive shaft of the motor generator 12 is connected to the other input shaft of the transmission 13. The motor generator 12 can perform both the electric (assist) operation and the power generation operation. As the motor generator 12, for example, an interior permanent magnet (IPM) motor in which a magnet is embedded in a rotor is used. The transmission 13 has two input shafts and one output shaft. A drive shaft of the main pump 14 is connected to the output shaft.

エンジン11に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機12がアシスト運転を行い、電動発電機12の駆動力が変速機13を介してメインポンプ14に伝達される。これにより、エンジン11に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン11に加わる負荷が小さい場合には、エンジン11の駆動力が変速機13を介して電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が発電運転される。電動発電機12のアシスト運転と発電運転との切り替えは、電動発電機12に接続されたインバータ18により行われる。インバータ18は、制御装置30により制御される。   When the load applied to the engine 11 is large, the motor generator 12 performs an assist operation, and the driving force of the motor generator 12 is transmitted to the main pump 14 via the transmission 13. Thereby, the load applied to the engine 11 is reduced. On the other hand, when the load applied to the engine 11 is small, the driving force of the engine 11 is transmitted to the motor generator 12 via the transmission 13, so that the motor generator 12 is in a power generation operation. Switching between the assist operation and the power generation operation of the motor generator 12 is performed by an inverter 18 connected to the motor generator 12. The inverter 18 is controlled by the control device 30.

制御装置30は、中央処理装置(Central Processing Unit; CPU)30A及び内部メモリ30Bを含む。CPU30Aは、内部メモリ30Bに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置30は、表示装置35に、各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。   The control device 30 includes a central processing unit (CPU) 30A and an internal memory 30B. The CPU 30A executes a drive control program stored in the internal memory 30B. The control device 30 alerts the driver by displaying the deterioration state of various devices on the display device 35.

メインポンプ14は、高圧油圧ライン16を介して、コントロールバルブ17に油圧を供給する。コントロールバルブ17は、運転者からの指令により、油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びパケットシリンダ9に油圧を分配する。油圧モータ1A及び1Bは、それぞれ図1に示した旋回機構2を時計回り、及び反時計回りに旋回させる回転力を発生する。   The main pump 14 supplies hydraulic pressure to the control valve 17 via the high pressure hydraulic line 16. The control valve 17 distributes hydraulic pressure to the hydraulic motors 1A, 1B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the packet cylinder 9 in accordance with a command from the driver. The hydraulic motors 1A and 1B generate torques that cause the turning mechanism 2 shown in FIG. 1 to turn clockwise and counterclockwise, respectively.

電動発電機12の電気系統の入出力端子が、インバータ18を介して蓄電回路120のDCバスラインに接続されている。また、蓄電回路120のDCバスラインは、他のインバータ132を介して、ブーム回生用モータ131に接続されている。更に、旋回用電動機21が、インバータ20を介して、蓄電回路120のDCバスラインに接続されている。インバータ18、20、132は、三相交流と直流とを相互に変換することが可能である。インバータ18、20、132は、制御装置30からの制御信号により制御される。   The input / output terminal of the electric system of the motor generator 12 is connected to the DC bus line of the storage circuit 120 via the inverter 18. Further, the DC bus line of the power storage circuit 120 is connected to the boom regeneration motor 131 via another inverter 132. Further, the turning electric motor 21 is connected to the DC bus line of the power storage circuit 120 via the inverter 20. The inverters 18, 20, and 132 can convert three-phase alternating current and direct current into each other. Inverters 18, 20, 132 are controlled by a control signal from control device 30.

電動発電機12が発電運転されている期間は、電動発電機12はエンジン11の回転動力によって発電動作を行う発電機として機能し、電動発電機12によって発電された電力が、インバータ18を介して蓄電回路120に供給され、蓄電回路120が充電される。電動発電機12がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路120からインバータ18を介して電動発電機12に供給される。   During the period in which the motor generator 12 is in the power generation operation, the motor generator 12 functions as a generator that performs a power generation operation by the rotational power of the engine 11, and the electric power generated by the motor generator 12 passes through the inverter 18. The electric storage circuit 120 is supplied, and the electric storage circuit 120 is charged. During the period in which the motor generator 12 is being assisted, necessary power is supplied from the power storage circuit 120 to the motor generator 12 via the inverter 18.

ブーム回生用モータ131は、ブーム回生用ポンプ130と接続され、ブーム下げ時(回生動作時)に、ブームのもつ力学的エネルギから発生するブーム回生用ポンプ130の駆動力により発電を行うことができる。ブーム回生用モータ131で発生された電力は、インバータ132を介して蓄電回路120に蓄えられる。   The boom regenerative motor 131 is connected to the boom regenerative pump 130 and can generate power by the driving force of the boom regenerative pump 130 generated from the mechanical energy of the boom when the boom is lowered (during regenerative operation). . The electric power generated by the boom regeneration motor 131 is stored in the power storage circuit 120 via the inverter 132.

蓄電回路120と旋回用電動機21との間では、インバータ20を通して、電気エネルギの授受が行われる。たとえば、上部旋回体3の旋回駆動に必要な電力が、蓄電回路120から旋回用電動機21に供給され、上部旋回体3の旋回減速時に旋回用電動機21で発生される電力が蓄電回路120に蓄えられる。   Electric energy is transferred between the storage circuit 120 and the turning electric motor 21 through the inverter 20. For example, the electric power necessary for the turning drive of the upper swing body 3 is supplied from the power storage circuit 120 to the turning electric motor 21, and the electric power generated by the turning electric motor 21 when the upper swing body 3 is decelerated is stored in the power storage circuit 120. It is done.

旋回用電動機21は、インバータ20からのパルス幅変調(Pulse Width Modulation; PWM)制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回用電動機21には、例えばIPMモータが用いられる。IPMモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。   The turning electric motor 21 is AC driven by a pulse width modulation (PWM) control signal from the inverter 20 and can perform both a power running operation and a regenerative operation. For example, an IPM motor is used as the turning electric motor 21. An IPM motor generates a large induced electromotive force during regeneration.

旋回用電動機21の力行動作中は、旋回用電動機21の回転力が変速機24を介して、図1に示した旋回機構2に伝達される。この際、変速機24は、回転速度を遅くする。これにより、旋回用電動機21で発生した回転力が増大して、旋回機構2に伝達される。また、回生運転時には、上部旋回体3の回転運動が、変速機24を介して旋回用電動機21に伝達されることにより、旋回用電動機21が回生電力を発生する。この際、変速機24は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回用電動機21の回転数を増速させることができる。   During the power running operation of the turning electric motor 21, the rotational force of the turning electric motor 21 is transmitted to the turning mechanism 2 shown in FIG. 1 through the transmission 24. At this time, the transmission 24 reduces the rotation speed. As a result, the rotational force generated by the turning electric motor 21 increases and is transmitted to the turning mechanism 2. Further, during the regenerative operation, the rotational motion of the upper swing body 3 is transmitted to the turning electric motor 21 via the transmission 24, so that the turning electric motor 21 generates regenerative electric power. At this time, the transmission 24 increases the rotational speed, contrary to the power running operation. Thereby, the rotation speed of the electric motor 21 for turning can be increased.

レゾルバ22が、旋回用電動機21の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置30に入力される。旋回用電動機21の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。   The resolver 22 detects the position of the rotation shaft of the turning electric motor 21 in the rotation direction. The detection result is input to the control device 30. By detecting the position of the rotating shaft in the rotational direction before and after the operation of the turning electric motor 21, the turning angle and the turning direction are derived.

メカニカルブレーキ23が、旋回用電動機21の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ23の制動状態と解除状態とは、制御装置30からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。   A mechanical brake 23 is connected to the rotating shaft of the turning electric motor 21 and generates a mechanical braking force. The braking state and the released state of the mechanical brake 23 are controlled by the control device 30 and switched by an electromagnetic switch.

パイロットポンプ15が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン25を介して操作装置26に供給される。操作装置26は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置26は、パイロットライン25から供給される1次側の油圧を、運転者の操作に応じて、2次側の油圧に変換する。2次側の油圧は、油圧ライン27を介してコントロールバルブ17に伝達されると共に、他の油圧ライン28を介して圧力センサ29に伝達される。   The pilot pump 15 generates a pilot pressure necessary for the hydraulic operation system. The generated pilot pressure is supplied to the operating device 26 via the pilot line 25. The operating device 26 includes a lever and a pedal and is operated by a driver. The operating device 26 converts the primary side hydraulic pressure supplied from the pilot line 25 into a secondary side hydraulic pressure in accordance with the operation of the driver. The secondary side hydraulic pressure is transmitted to the control valve 17 via the hydraulic line 27 and to the pressure sensor 29 via the other hydraulic line 28.

圧力センサ29で検出された圧力の検出結果が、制御装置30に入力される。これにより、制御装置30は、下部走行体1、旋回機構2、ブーム4、アーム5、及びバケット6の操作の状況を検知することができる。特に、実施例によるハイブリッド型掘削機械では、油圧モータ1A、1Bのみならず、旋回用電動機21も旋回機構2を駆動する。このため、旋回機構2を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置30は、圧力センサ29を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。   The detection result of the pressure detected by the pressure sensor 29 is input to the control device 30. Thereby, the control apparatus 30 can detect the operation state of the lower traveling body 1, the turning mechanism 2, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6. In particular, in the hybrid excavating machine according to the embodiment, not only the hydraulic motors 1A and 1B but also the turning electric motor 21 drives the turning mechanism 2. For this reason, it is desirable to detect the operation amount of the lever for controlling the turning mechanism 2 with high accuracy. The control device 30 can detect the operation amount of the lever with high accuracy via the pressure sensor 29.

図3に、第1の実施例によるハイブリッド型掘削機械における蓄電回路120の構成を示す。蓄電回路120は、DCバスライン110、コンバータ100a、100b、及びキャパシタ19a、19bを含んで構成される。キャパシタ19a、19bは、それぞれコンバータ100a、100bを介してDCバス110の同電位に連続する部分に接続されている。コンバータ100a、100bは、制御装置30からの制御信号により、それぞれキャパシタ19a、19bの充放電電流を制御する。DCバスライン110は、平滑用コンデンサ105を含む。平滑用コンデンサ105の両端に発生している電圧が、電圧計111により測定され、測定結果が制御装置30に入力される。   FIG. 3 shows the configuration of the power storage circuit 120 in the hybrid excavating machine according to the first embodiment. The power storage circuit 120 includes a DC bus line 110, converters 100a and 100b, and capacitors 19a and 19b. Capacitors 19a and 19b are connected to portions of DC bus 110 that are connected to the same potential via converters 100a and 100b, respectively. Converters 100a and 100b control charge / discharge currents of capacitors 19a and 19b, respectively, according to a control signal from control device 30. The DC bus line 110 includes a smoothing capacitor 105. The voltage generated at both ends of the smoothing capacitor 105 is measured by the voltmeter 111, and the measurement result is input to the control device 30.

DCバスライン110は、インバータ18、20、132を介して、それぞれ電動発電機12、旋回用電動機21、ブーム回生用モータ131に接続されている。   The DC bus line 110 is connected to the motor generator 12, the turning electric motor 21, and the boom regeneration motor 131 via inverters 18, 20, and 132, respectively.

電動発電機12が発電運転されている期間は、電動発電機12によって発電された電力が、インバータ18及びコンバータ100aを介してキャパシタ19aに供給され、キャパシタ19aが充電される。電動発電機12がアシスト運転されている期間は、電力がキャパシタ19aからコンバータ100a及びインバータ18を介して電動発電機12に供給される。   During the period in which the motor generator 12 is generating, the electric power generated by the motor generator 12 is supplied to the capacitor 19a via the inverter 18 and the converter 100a, and the capacitor 19a is charged. During the period in which the motor generator 12 is assisted, electric power is supplied from the capacitor 19a to the motor generator 12 via the converter 100a and the inverter 18.

旋回用電動機21には、キャパシタ19aから、コンバータ100a及びインバータ20を介して電力が供給される。また、旋回用電動機21で発生した回生電力は、インバータ20及びコンバータ100aを介してキャパシタ19aに蓄電される。   Electric power is supplied to the turning electric motor 21 from the capacitor 19a through the converter 100a and the inverter 20. Further, the regenerative power generated by the turning electric motor 21 is stored in the capacitor 19a through the inverter 20 and the converter 100a.

ブーム回生用モータ131で発生した回生電力は、インバータ132及びコンバータ100bを介してキャパシタ19bに蓄電される。   The regenerative power generated by the boom regeneration motor 131 is stored in the capacitor 19b via the inverter 132 and the converter 100b.

旋回用電動機21で発生した回生電力をキャパシタ19aに蓄電し、ブーム回生用モータ131で発生した回生電力をキャパシタ19bに蓄電することで、両者からの回生電力が一時に発生した場合であっても、コンバータ100a、100bを流れる電流を許容電流値以内とすることができる。また、コンバータ100a、100bを流れる電流値を小さくすることができるため、エネルギ損失を少なくすることができる。   Even when the regenerative power generated by the turning motor 21 is stored in the capacitor 19a and the regenerative power generated by the boom regenerative motor 131 is stored in the capacitor 19b, regenerative power from both is generated at a time. The currents flowing through converters 100a and 100b can be set within the allowable current value. Further, since the current value flowing through converters 100a and 100b can be reduced, energy loss can be reduced.

図4は、コンバータ100a、100bの等価回路図を示す。   FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of converters 100a and 100b.

コンバータ100a、100bの一対の電源接続端子103A、103Bにキャパシタ19a、19bが接続されており、一対の出力端子104A、104BにDCバスライン110の平滑用コンデンサ105が接続されている。一方の電源接続端子103B、及び一方の出力端子104Bは接地されている。   Capacitors 19a and 19b are connected to a pair of power supply connection terminals 103A and 103B of converters 100a and 100b, and a smoothing capacitor 105 of DC bus line 110 is connected to a pair of output terminals 104A and 104B. One power connection terminal 103B and one output terminal 104B are grounded.

昇圧用の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT)102Aのコレクタと、降圧用のIGBT102Bのエミッタとが相互に接続された直列回路が、出力端子104Aと104Bとの間に接続されている。昇圧用IGBT102Aのエミッタが接地され、降圧用IGBT102Bのコレクタが、高圧側の出力端子104Aに接続されている。昇圧用IGBT102Aと降圧用IGBT102Bの相互接続点が、リアクトル101を介して、高圧側の電源接続端子103Aに接続されている。   A series circuit in which a collector of a boosted insulated gate bipolar transistor (IGBT) 102A and an emitter of a step-down IGBT 102B are connected to each other is connected between output terminals 104A and 104B. . The emitter of the step-up IGBT 102A is grounded, and the collector of the step-down IGBT 102B is connected to the output terminal 104A on the high voltage side. An interconnection point between the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B is connected to the high-voltage side power supply connection terminal 103A via the reactor 101.

昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bに、それぞれダイオード102a、102bが、エミッタからコレクタに向かう向きが順方向になる向きで並列接続されている。   Diodes 102a and 102b are connected in parallel to the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, respectively, such that the direction from the emitter to the collector is the forward direction.

電源接続端子103Aと103Bとの間に接続された電圧計106が、キャパシタ19a、19bの端子間電圧を測定する。リアクトル101に直列に挿入された電流計107が、キャパシタ19a、19bの充放電電流を測定する。電圧及び電流の測定結果は、制御装置30に入力される。   A voltmeter 106 connected between the power connection terminals 103A and 103B measures the voltage between the terminals of the capacitors 19a and 19b. An ammeter 107 inserted in series with the reactor 101 measures charge / discharge currents of the capacitors 19a and 19b. The measurement results of voltage and current are input to the control device 30.

制御装置30が、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bのゲート電極に、制御用のパルス幅変調(PWM)電圧を印加する。   The control device 30 applies a pulse width modulation (PWM) voltage for control to the gate electrodes of the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B.

以下、昇圧動作(放電動作)について説明する。昇圧用IGBT102Aのゲート電極にPWM電圧を印加する。昇圧用IGBT102Aのオフ時に、リアクトル101に、高圧側の電源接続端子103Aから昇圧用IGBT102Aのコレクタに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この起電力が、ダイオード102bを介してDCバスライン110に印加される。これにより、DCバスライン110が昇圧される。   Hereinafter, the boosting operation (discharging operation) will be described. A PWM voltage is applied to the gate electrode of the boosting IGBT 102A. When the boosting IGBT 102A is turned off, an induced electromotive force is generated in the reactor 101 in a direction in which a current flows from the high-voltage side power supply connection terminal 103A toward the collector of the boosting IGBT 102A. This electromotive force is applied to the DC bus line 110 via the diode 102b. Thereby, the DC bus line 110 is boosted.

次に、降圧動作(充電動作)について説明する。降圧用IGBT102Bのゲート電極に、PWM電圧を印加する。降圧用IGBT102Bのオフ時に、リアクトル101に、降圧用IGBT102Bのエミッタから高圧側の電源接続端子103Aに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この誘導起電力により、キャパシタ19a、19bが充電される。   Next, the step-down operation (charging operation) will be described. A PWM voltage is applied to the gate electrode of the step-down IGBT 102B. When the step-down IGBT 102B is turned off, an induced electromotive force is generated in the reactor 101 in a direction in which a current flows from the emitter of the step-down IGBT 102B toward the high-voltage side power supply connection terminal 103A. The capacitors 19a and 19b are charged by the induced electromotive force.

第1の実施例においては、コンバータ100aとコンバータ100bに対して、別個に独立した制御が行われる。たとえばコンバータ100aに対しては、電圧制御が行われる。具体的には、DCバス110の電圧が一定に保たれるように、DCバス110とキャパシタ19aとの間で電気エネルギの授受を行わせる。コンバータ100aを電圧制御することによって、電動発電機12によって発電された電力、及び旋回用電動機21で発生した回生電力が、キャパシタ19aに蓄電される。また、電動発電機12のアシスト運転に使用される電力、及び旋回用電動機21に供給される電力をキャパシタ19aから放電することができる。   In the first embodiment, independent and independent control is performed on converter 100a and converter 100b. For example, voltage control is performed on converter 100a. Specifically, electrical energy is transferred between the DC bus 110 and the capacitor 19a so that the voltage of the DC bus 110 is kept constant. By controlling the voltage of the converter 100a, the power generated by the motor generator 12 and the regenerative power generated by the turning motor 21 are stored in the capacitor 19a. Further, the electric power used for the assist operation of the motor generator 12 and the electric power supplied to the turning electric motor 21 can be discharged from the capacitor 19a.

コンバータ100bに対しては、たとえば回生電流値に応じた電流制御が行われる。電流制御によって、たとえばブーム回生用モータ131で発生した回生電力がキャパシタ19bに蓄えられるように、所望の電流をキャパシタ19bに流出入させることができる。   For converter 100b, for example, current control according to the regenerative current value is performed. With the current control, for example, a desired current can be flowed into and out of the capacitor 19b so that regenerative power generated by the boom regeneration motor 131 is stored in the capacitor 19b.

キャパシタ19bの電気エネルギは、たとえばキャパシタ19bの端子間電圧が所定値を超え、かつ旋回用電動機21が力行動作を行う期間に、コンバータ100bの動作によって放電されるように制御される。また、ブーム上げ要求時(力行動作時)に放電されるよう制御される。前者の放電制御により、旋回用電動機21の力行動作に用いられるエネルギの少なくとも一部が、キャパシタ19bの電気エネルギでまかなわれる。後者の放電制御により、ブームを上昇させる動作に必要なエネルギの一部が、電動発電機12のアシスト運転を介して、キャパシタ19bの電気エネルギでまかなわれる。ブームの上昇をキャパシタ19bのエネルギを用いて行った場合、キャパシタ19bのエネルギ出入収支を安定させることができる。   The electrical energy of the capacitor 19b is controlled so that it is discharged by the operation of the converter 100b, for example, during a period in which the voltage across the capacitor 19b exceeds a predetermined value and the turning electric motor 21 performs a power running operation. Moreover, it controls so that it discharges at the time of boom raising request | requirement (at the time of power running operation). By the former discharge control, at least a part of the energy used for the power running operation of the turning electric motor 21 is provided by the electric energy of the capacitor 19b. By the latter discharge control, a part of energy necessary for the operation of raising the boom is supplied by the electric energy of the capacitor 19b through the assist operation of the motor generator 12. When the boom is raised using the energy of the capacitor 19b, the energy input / output balance of the capacitor 19b can be stabilized.

第1の実施例においては、キャパシタ19aには、電動発電機12によって発電された電力、及び旋回用電動機21で発生した回生電力が蓄えられるのに対し、キャパシタ19bには、ブーム回生用モータ131で発生した回生電力が蓄電されるのみである。このため、キャパシタ19bの静電容量は、キャパシタ19aのそれより小さくてよい。   In the first embodiment, the capacitor 19a stores the power generated by the motor generator 12 and the regenerative power generated by the turning motor 21, whereas the capacitor 19b stores the boom regeneration motor 131. Only the regenerative power generated in is stored. For this reason, the capacitance of the capacitor 19b may be smaller than that of the capacitor 19a.

図5に、第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械における蓄電回路120の構成を示す。第2の実施例における蓄電回路120は、2つのDCバスライン110a、110b、及び両者間に配置されたコンバータ130を備える点において第1の実施例におけるそれと相違する。   FIG. 5 shows the configuration of the storage circuit 120 in the hybrid excavating machine according to the second embodiment. The power storage circuit 120 in the second embodiment is different from that in the first embodiment in that it includes two DC bus lines 110a and 110b and a converter 130 disposed therebetween.

DCバスライン110aには、コンバータ100aを介してキャパシタ19aが接続されている。また、インバータ18、20を介して、電動発電機12、旋回用電動機21が接続されている。DCバスライン110aは平滑用コンデンサ105aを含み、その両端に発生している電圧が、電圧計111aにより測定され、測定結果が制御装置30に入力される。   A capacitor 19a is connected to the DC bus line 110a via a converter 100a. A motor generator 12 and a turning electric motor 21 are connected via inverters 18 and 20. The DC bus line 110 a includes a smoothing capacitor 105 a, the voltage generated at both ends thereof is measured by the voltmeter 111 a, and the measurement result is input to the control device 30.

DCバスライン110bには、コンバータ100bを介してキャパシタ19bが接続されている。また、インバータ132を介して、ブーム回生用モータ131が接続されている。DCバスライン110bは平滑用コンデンサ105bを含み、その両端に発生している電圧が、電圧計111bにより測定され、測定結果が制御装置30に入力される。   A capacitor 19b is connected to the DC bus line 110b via a converter 100b. Further, a boom regeneration motor 131 is connected via an inverter 132. The DC bus line 110b includes a smoothing capacitor 105b, the voltage generated at both ends thereof is measured by the voltmeter 111b, and the measurement result is input to the control device 30.

コンバータ100a、100bは、図4に等価回路図を示したコンバータである。制御装置30からの制御信号により、それぞれキャパシタ19a、19bの充放電電流を制御する。   Converters 100a and 100b are converters whose equivalent circuit diagram is shown in FIG. The charge / discharge currents of the capacitors 19a and 19b are controlled by control signals from the control device 30, respectively.

図6は、コンバータ130の等価回路図を示す。コンバータ130は、たとえば図4に示すコンバータ100a、100bにおいて、端子104Aと、降圧用IGBT102B、ダイオード102bとの間に、リレースイッチ108を備える構成を有する。端子103A、103Bは、DCバスライン110b(平滑用コンデンサ105bの端子間)に接続され、端子104A、104Bは、DCバスライン110a(平滑用コンデンサ105aの端子間)に接続される。   FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram of the converter 130. For example, converter 130 has a configuration in which relay switch 108 is provided between terminal 104A, step-down IGBT 102B, and diode 102b in converters 100a and 100b shown in FIG. The terminals 103A and 103B are connected to the DC bus line 110b (between the terminals of the smoothing capacitor 105b), and the terminals 104A and 104B are connected to the DC bus line 110a (between the terminals of the smoothing capacitor 105a).

コンバータ130は、リレースイッチ108をオフとすることで、両DCバスライン110a、110b間を電気的に切断することができる。また、リレースイッチ108をオンとし、昇圧動作、降圧動作等その他の動作を行わないことで、DCバスライン110bの電圧が、DCバスライン110aの電圧よりも高いとき、DCバスライン110bからDCバスライン110aに電流を流す(電力を供給する)ことができる。   Converter 130 can electrically disconnect both DC bus lines 110a and 110b by turning off relay switch 108. Further, by turning on the relay switch 108 and not performing other operations such as step-up operation and step-down operation, when the voltage of the DC bus line 110b is higher than the voltage of the DC bus line 110a, the DC bus line 110b is connected to the DC bus. A current can be passed through the line 110a (power can be supplied).

更に、DCバスライン110bの電圧が、DCバスライン110aの電圧よりも低いとき、DCバスライン110aの昇圧動作を、リレースイッチ108をオンした状態で行うことにより、DCバスライン110bからDCバスライン110aに電流を流す(電力を供給する)ことができる。   Furthermore, when the voltage of the DC bus line 110b is lower than the voltage of the DC bus line 110a, the boosting operation of the DC bus line 110a is performed with the relay switch 108 turned on, so that the DC bus line 110b is switched to the DC bus line. An electric current can be passed through 110a (power can be supplied).

また、DCバスライン110bの電圧が、DCバスライン110aの電圧よりも低いとき、リレースイッチ108をオンし、降圧用IGBT102Bのゲート電極にPWM電圧を印加してDCバスライン110aを降圧することで、DCバスライン110aからDCバスライン110bに電流を流す(電力を供給する)ことができる。   Further, when the voltage of the DC bus line 110b is lower than the voltage of the DC bus line 110a, the relay switch 108 is turned on, the PWM voltage is applied to the gate electrode of the step-down IGBT 102B, and the DC bus line 110a is stepped down. A current can be supplied (power can be supplied) from the DC bus line 110a to the DC bus line 110b.

第2の実施例によるハイブリッド型掘削機械の通常運用時においては、リレースイッチ108をオフし、DCバスライン110a、110b間を電気的に切断する。   During normal operation of the hybrid excavator according to the second embodiment, the relay switch 108 is turned off to electrically disconnect the DC bus lines 110a and 110b.

電動発電機12が発電運転されている期間は、電動発電機12によって発電された電力が、インバータ18及びコンバータ100aを介してキャパシタ19aに供給され、キャパシタ19aが充電される。電動発電機12がアシスト運転されている期間は、電力がキャパシタ19aからコンバータ100a及びインバータ18を介して電動発電機12に供給される。   During the period in which the motor generator 12 is generating, the electric power generated by the motor generator 12 is supplied to the capacitor 19a via the inverter 18 and the converter 100a, and the capacitor 19a is charged. During the period in which the motor generator 12 is assisted, electric power is supplied from the capacitor 19a to the motor generator 12 via the converter 100a and the inverter 18.

旋回用電動機21には、コンバータ100a及びインバータ20を介してキャパシタ19aから電力が供給される。また、旋回用電動機21で発生した回生電力は、インバータ20及びコンバータ100aを介してキャパシタ19aに蓄電される。   Electric power is supplied to the turning electric motor 21 from the capacitor 19a through the converter 100a and the inverter 20. Further, the regenerative power generated by the turning electric motor 21 is stored in the capacitor 19a through the inverter 20 and the converter 100a.

ブーム回生用モータ131で発生した回生電力は、インバータ132及びコンバータ100bを介してキャパシタ19bに蓄電される。   The regenerative power generated by the boom regeneration motor 131 is stored in the capacitor 19b via the inverter 132 and the converter 100b.

コンバータ100a、100bに対しては、たとえばともに電圧制御が行われる。DCバス110a、110bの電圧がそれぞれ一定に保たれるように、DCバス110a、110bとキャパシタ19a、19bとの間で電気エネルギの授受を行わせる。   For example, voltage control is performed on both converters 100a and 100b. Electric energy is exchanged between the DC buses 110a and 110b and the capacitors 19a and 19b so that the voltages of the DC buses 110a and 110b are kept constant.

旋回用電動機21で発生した回生電力がキャパシタ19aに蓄電され、ブーム回生用モータ131で発生した回生電力がキャパシタ19bに蓄電されるため、両者の回生電力が一時に発生した場合であっても、コンバータ100a、100bを流れる電流を許容電流値以内とすることができる。また、コンバータ100a、100bを流れる電流値を小さくすることができるため、エネルギ損失を少なくすることができる。   Since the regenerative power generated by the turning electric motor 21 is stored in the capacitor 19a and the regenerative power generated by the boom regenerative motor 131 is stored in the capacitor 19b, even if both regenerative powers are generated at a time, The current flowing through converters 100a and 100b can be set within an allowable current value. Further, since the current value flowing through converters 100a and 100b can be reduced, energy loss can be reduced.

なお、第2の実施例においても、キャパシタ19aには、電動発電機12によって発電された電力、及び旋回用電動機21で発生した回生電力が蓄えられるのに対し、キャパシタ19bには、ブーム回生用モータ131で発生した回生電力が蓄電されるのみである。このため、キャパシタ19bの静電容量は、キャパシタ19aのそれより小さくてよい。   Also in the second embodiment, the capacitor 19a stores the power generated by the motor generator 12 and the regenerative power generated by the turning motor 21, whereas the capacitor 19b stores the power for boom regeneration. Only regenerative power generated by the motor 131 is stored. For this reason, the capacitance of the capacitor 19b may be smaller than that of the capacitor 19a.

たとえばキャパシタ19bの端子間電圧が所定値を超え、かつ旋回用電動機21が力行動作を行う期間、及びブーム上げ要求時(力行動作時)に、キャパシタ19bの電気エネルギが、コンバータ100bの動作によって放電されるように、コンバータ100bを制御するとともに、コンバータ130を制御して、リレースイッチ108をオンし、DCバスライン110aを昇圧する。こうすることで、キャパシタ19bの電気エネルギは、DCバスライン110bからDCバスライン110aに移動される。旋回用電動機21が力行動作を行う期間であれば、それに用いられるエネルギの少なくとも一部が、キャパシタ19bの電気エネルギでまかなわれる。ブーム上げ時(力行動作時)であれば、ブームを上昇させる動作に必要なエネルギの一部が、電動発電機12のアシスト運転を介して、キャパシタ19bの電気エネルギでまかなわれる。ブームの上昇をキャパシタ19bのエネルギを用いて行った場合、キャパシタ19bのエネルギ出入収支を安定させることができる。   For example, during the period in which the voltage between the terminals of the capacitor 19b exceeds a predetermined value and the turning electric motor 21 performs the power running operation and when the boom is requested (during the power running operation), the electrical energy of the capacitor 19b is discharged by the operation of the converter 100b. As described above, the converter 100b and the converter 130 are controlled, the relay switch 108 is turned on, and the DC bus line 110a is boosted. By doing so, the electrical energy of the capacitor 19b is transferred from the DC bus line 110b to the DC bus line 110a. If it is the period when the electric motor 21 for turning is performing a power running operation, at least a part of the energy used for it is provided by the electric energy of the capacitor 19b. When the boom is raised (during a power running operation), part of the energy necessary for the operation of raising the boom is supplied by the electric energy of the capacitor 19b through the assist operation of the motor generator 12. When the boom is raised using the energy of the capacitor 19b, the energy input / output balance of the capacitor 19b can be stabilized.

一方、DCバスライン110aからDCバスライン110bへの電気エネルギの移動は、たとえば実施例によるハイブリッド型掘削機械の立ち上げ時に行われる。掘削機械の立ち上げの際には、キャパシタ19a、19bを充電する。キャパシタ19bの充電に当たっては、DCバスライン110aの電圧をDCバスライン110bのそれより高くし、リレースイッチ108をオンするとともに、DCバスライン110aを降圧させるようにコンバータ130を制御する。それととともに、またはその後、コンバータ100bの動作によってキャパシタ19bが充電されるように、コンバータ100bを制御する。   On the other hand, the electric energy is transferred from the DC bus line 110a to the DC bus line 110b, for example, when the hybrid excavating machine according to the embodiment is started up. When the excavating machine is started up, the capacitors 19a and 19b are charged. When charging the capacitor 19b, the voltage of the DC bus line 110a is set higher than that of the DC bus line 110b, the relay switch 108 is turned on, and the converter 130 is controlled to step down the DC bus line 110a. Together with or after that, the converter 100b is controlled so that the capacitor 19b is charged by the operation of the converter 100b.

その理由として、充電されていない状態のキャパシタ19bに、ブーム回生用モータ131で発生した回生電力を蓄電すると、コンバータ100bを流れる電流が極めて大きくなることがある。掘削機械の立ち上げ時に、キャパシタ19bの充電を行うことで、回生電力蓄電の際にコンバータ100bを流れる電流を小さくすることができる。   The reason is that if the regenerative power generated by the boom regeneration motor 131 is stored in the uncharged capacitor 19b, the current flowing through the converter 100b may become extremely large. By charging the capacitor 19b when starting the excavating machine, the current flowing through the converter 100b during regenerative power storage can be reduced.

以上、第1及び第2の実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated along the 1st and 2nd Example, this invention is not restrict | limited to these.

たとえば、第1及び第2の実施例においては、キャパシタ19bの電気エネルギは、たとえばキャパシタ19bの端子間電圧が所定値を超え、かつ旋回用電動機21が力行動作を行う期間、及びブーム上げ要求時(力行動作時)に放電されるよう制御された。キャパシタ19bの端子間電圧が所定値を超えるという条件を満たした場合には、キャパシタ19bからの放電を行ってもよい。この場合、たとえばキャパシタ19bから放電されたエネルギが、キャパシタ19aに蓄えられるように、コンバータ100a、100b、130を制御する。   For example, in the first and second embodiments, the electrical energy of the capacitor 19b is, for example, a period during which the voltage between the terminals of the capacitor 19b exceeds a predetermined value and the turning electric motor 21 performs a power running operation, and when a boom raising request is made. It was controlled to be discharged during powering operation. When the condition that the voltage between the terminals of the capacitor 19b exceeds a predetermined value is satisfied, the capacitor 19b may be discharged. In this case, for example, converters 100a, 100b, and 130 are controlled so that energy discharged from capacitor 19b is stored in capacitor 19a.

また、第1の実施例においては、コンバータ100aに対して電圧制御を行ったが、コンバータ100bに対して電圧制御を行い、コンバータ100aに対しては、たとえば旋回用電動機21と電動発電機12で発生した電力がキャパシタ19aに充放電されるように、所望の電流をキャパシタ19aに流出入させてもよい。コンバータ100a、100bのうちの少なくとも一方に対して、回生電流値に応じた電流制御を行うことができる。   In the first embodiment, the voltage control is performed on the converter 100a. However, the voltage control is performed on the converter 100b. For the converter 100a, for example, the turning electric motor 21 and the motor generator 12 are used. A desired current may be flowed into and out of the capacitor 19a so that the generated power is charged and discharged to the capacitor 19a. Current control corresponding to the regenerative current value can be performed on at least one of converters 100a and 100b.

更に、第2の実施例においては、電動発電機12をインバータ18を介してDCバスライン110aに接続したが、DCバスライン110bに接続することもできる。この場合は、キャパシタ19bの静電容量を、キャパシタ19aのそれより大きくすることが好ましい。   Furthermore, in the second embodiment, the motor generator 12 is connected to the DC bus line 110a via the inverter 18, but it can also be connected to the DC bus line 110b. In this case, the capacitance of the capacitor 19b is preferably larger than that of the capacitor 19a.

なお、実施例では、エンジン11に電動発電機12とメインポンプ14とが連結したパラレル方式のハイブリッド型掘削機械を示したが、エンジン11に発電機としての電動発電機12のみを接続し、エンジン11の回転動力をすべて電気エネルギに変換するシリーズ方式のハイブリッド型掘削機械へ適用することも可能である。この場合、電動発電機12は、発電機としてのみ機能し、メインポンプ14を駆動させるメインポンプ用電動機が、更に備えられる。そして電動発電機12の発電動作で得られた電力をもとに、メインポンプ14は駆動する。   In the embodiment, a parallel type hybrid excavating machine in which the motor generator 12 and the main pump 14 are connected to the engine 11 is shown. However, only the motor generator 12 as a generator is connected to the engine 11, and the engine It is also possible to apply to a series type hybrid excavating machine that converts all of the 11 rotational powers into electric energy. In this case, the motor generator 12 functions only as a generator, and further includes a main pump motor that drives the main pump 14. The main pump 14 is driven based on the electric power obtained by the power generation operation of the motor generator 12.

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

ハイブリッド型掘削機械一般に利用することができる。   It can be used for hybrid excavation machines in general.

1 下部走行体
1A、1B 油圧モータ
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
13 変速機
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 インバータ
19、19a、19b キャパシタ
20 インバータ
21 旋回用電動機
22 レゾルバ
23 メカニカルブレーキ
24 変速機
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 制御装置
30A CPU
30B 内部メモリ
35 表示装置
100、100a、100b コンバータ(キャパシタ充放電回路)
101 リアクトル
102A 昇圧用IGBT
102B 降圧用IGBT
102a、102b ダイオード
103A、103B 電源接続端子
104A、104B 出力端子
105、105a、105b 平滑用コンデンサ
106 電圧計
107 電流計
108 リレースイッチ
110、110a、110b DCバスライン
111、111a、111b 電圧計
120 蓄電回路
130 コンバータ(中間電気回路)
131 ブーム回生用モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 1A, 1B Hydraulic motor 2 Turning mechanism 3 Upper turning body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 12 Motor generator 13 Transmission 14 Main pump 15 Pilot pump 16 High pressure Hydraulic line 17 Control valve 18 Inverter 19, 19a, 19b Capacitor 20 Inverter 21 Turning motor 22 Resolver 23 Mechanical brake 24 Transmission 25 Pilot line 26 Operating device 27, 28 Hydraulic line 29 Pressure sensor 30 Control device 30A CPU
30B Internal memory 35 Display device 100, 100a, 100b Converter (capacitor charge / discharge circuit)
101 Reactor 102A Boost IGBT
102B IGBT for step-down
102a, 102b Diodes 103A, 103B Power connection terminals 104A, 104B Output terminals 105, 105a, 105b Smoothing capacitor 106 Voltmeter 107 Ammeter 108 Relay switches 110, 110a, 110b DC bus lines 111, 111a, 111b Voltmeter 120 Storage circuit 130 Converter (intermediate electrical circuit)
131 Boom regeneration motor

Claims (6)

動力を発生するエンジンと、
前記エンジンで発生された動力が伝達可能であるように、前記エンジンに接続され、前記エンジンの回転動力によって発電動作を行う発電機と、
前記発電機から電力が供給される蓄電回路と、
上部旋回体に取り付けられ、少なくとも前記エンジンで発生した動力が供給されることで駆動され、前記上部旋回体に対して上下方向に揺動するブームと、
前記ブームを前記上部旋回体に対して下降させる回生動作時に、前記ブームのもつ力学的エネルギを電気エネルギに変換し、回生電力を前記蓄電回路に供給するブーム回生用モータと、
前記上部旋回体を旋回させる旋回用電動機であって、少なくとも前記蓄電回路から電力が供給されて行う力行動作、及び電力を発生する回生動作を行い、該回生動作により発生した電力を前記蓄電回路に供給する旋回用電動機と、
前記蓄電回路の動作を制御する制御装置と
を有し、
前記蓄電回路は、
前記発電機、前記旋回用電動機、及び前記ブーム回生用モータが電気的に接続されるDCバスラインと、
前記DCバスラインに電気的に接続され、前記旋回用電動機から供給される電力を蓄電する第1のキャパシタと、
前記DCバスラインに電気的に接続され、前記ブーム回生用モータから供給される電力を蓄電する第2のキャパシタと、
前記第1のキャパシタの充放電電流を制御する第1のキャパシタ充放電回路と、
前記第2のキャパシタの充放電電流を制御する第2のキャパシタ充放電回路と
を備えるハイブリッド型掘削機械。
An engine that generates power,
A generator that is connected to the engine and performs a power generation operation by the rotational power of the engine so that the power generated by the engine can be transmitted;
A power storage circuit to which power is supplied from the generator;
A boom attached to the upper swing body, driven by at least the power generated by the engine being supplied, and swinging up and down with respect to the upper swing body;
A boom regenerative motor that converts mechanical energy of the boom into electrical energy and supplies regenerative power to the power storage circuit during a regenerative operation of lowering the boom relative to the upper swing body;
A turning electric motor for turning the upper-part turning body, wherein at least a power running operation performed by supplying power from the power storage circuit and a regenerative operation for generating power are performed, and the power generated by the regenerative operation is supplied to the power storage circuit A turning electric motor to be supplied;
A control device for controlling the operation of the power storage circuit,
The storage circuit is
A DC bus line to which the generator, the turning electric motor, and the boom regeneration motor are electrically connected;
A first capacitor that is electrically connected to the DC bus line and stores electric power supplied from the turning electric motor;
A second capacitor that is electrically connected to the DC bus line and stores electric power supplied from the boom regeneration motor;
A first capacitor charge / discharge circuit for controlling a charge / discharge current of the first capacitor;
A hybrid excavating machine comprising: a second capacitor charging / discharging circuit that controls a charging / discharging current of the second capacitor.
前記DCバスラインは同電位に連続する第1の部分と第2の部分とを備え、
前記第1のキャパシタは、前記DCバスラインの前記第1の部分に電気的に接続され、
前記第2のキャパシタは、前記DCバスラインの前記第2の部分に電気的に接続され、
前記制御装置は、前記第1、第2のキャパシタ充放電回路の少なくとも一方に対し、前記旋回用電動機で発電された電力、または前記ブーム回生用モータで発電された電力が、前記第1または第2のキャパシタに蓄えられるように、電流を前記第1または第2のキャパシタに流入させる制御を行う請求項1に記載のハイブリッド型掘削機械。
The DC bus line includes a first portion and a second portion that are continuous at the same potential,
The first capacitor is electrically connected to the first portion of the DC bus line;
The second capacitor is electrically connected to the second portion of the DC bus line;
In the control device, the electric power generated by the turning electric motor or the electric power generated by the boom regeneration motor is supplied to the first or second capacitor charging / discharging circuit by the first or second capacitor charging / discharging circuit. The hybrid excavation machine according to claim 1, wherein control is performed so that a current flows into the first or second capacitor so that the current is stored in the second capacitor.
前記制御装置は、前記第1、第2のキャパシタ充放電回路の一方に対し、前記旋回用電動機で発電された電力、または前記ブーム回生用モータで発電された電力が、前記第1または第2のキャパシタに蓄えられるように、電流を前記第1または第2のキャパシタに流入させる制御を行い、他方に対し、前記DCバスラインの電圧が一定となるような制御を行う請求項2に記載のハイブリッド型掘削機械。   In the control device, for one of the first and second capacitor charge / discharge circuits, the electric power generated by the turning electric motor or the electric power generated by the boom regeneration motor is changed to the first or second electric power. 3. The control according to claim 2, wherein control is performed so that a current flows into the first or second capacitor so as to be stored in the capacitor, and control is performed so that the voltage of the DC bus line is constant. Hybrid drilling machine. 前記第1のキャパシタは、前記DCバスラインの第3の部分に電気的に接続され、
前記第2のキャパシタは、前記DCバスラインの第4の部分に電気的に接続され、
前記DCバスラインの前記第3の部分と前記第4の部分との間に、(i)前記第3の部分と前記第4の部分との電気的切断、(ii)前記第3の部分から前記第4の部分への電力移動、(iii)前記第4の部分から前記第3の部分への電力移動、を選択的に可能にする中間電気回路が配置された請求項1に記載のハイブリッド型掘削機械。
The first capacitor is electrically connected to a third portion of the DC bus line;
The second capacitor is electrically connected to a fourth portion of the DC bus line;
(I) electrical disconnection between the third portion and the fourth portion between the third portion and the fourth portion of the DC bus line; and (ii) from the third portion. The hybrid of claim 1, further comprising an intermediate electrical circuit that selectively enables power transfer to the fourth portion, (iii) power transfer from the fourth portion to the third portion. Type drilling machine.
前記制御装置は、前記第1、第2のキャパシタ充放電回路を、それぞれ前記DCバスラインの前記第3、第4の部分の電圧が一定となるように制御する請求項4に記載のハイブリッド型掘削機械。   5. The hybrid type according to claim 4, wherein the control device controls the first and second capacitor charge / discharge circuits so that voltages of the third and fourth portions of the DC bus line are constant, respectively. Drilling machine. 前記制御装置は、前記第2のキャパシタの電力が、前記第2のキャパシタの端子間電圧が所定値を超え、かつ前記旋回用電動機が力行動作を行う期間、または前記ブームを前記上部旋回体に対して上昇させる力行動作時に放出されるように、前記蓄電回路の動作を制御する請求項1〜5のいずれか1項に記載のハイブリッド型掘削機械。   The control device is configured such that the electric power of the second capacitor is such that the voltage between the terminals of the second capacitor exceeds a predetermined value and the electric motor for turning performs a power running operation, or the boom is used as the upper rotating body. The hybrid excavation machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the operation of the power storage circuit is controlled so as to be released during a powering operation to be raised.
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