JP5275106B2 - Battery powered construction machinery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery-driven construction machine which protects a switching element of a boosting circuit. <P>SOLUTION: The boosting circuit 24 which boosts a DC voltage from a built-in battery 16 is arranged between the built-in battery 16 and an inverter 20. A protection circuit 25 composed of first and second comparators 26, 27 and an RS flip-flop 28 is arranged at the boosting circuit 24. When a current Is flowing in the switching element 24A is increased above a predetermined current I0, the protection circuit 25 determines the increase by using the first comparator 26, and fixes the switching element 24A to an off-state by using the RS flip-flop 28. Furthermore, when an output voltage V2out of the boosting circuit 24 is decreased below a predetermined voltage V0, the protection circuit 25 determines the decrease by using the second comparator 27, and restores the switching operation of the switching element 24A by using the RS flip-flop 28. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、内蔵バッテリを駆動源として作動する油圧ポンプを備えたバッテリ駆動建設機械に関する。   The present invention relates to a battery-powered construction machine including a hydraulic pump that operates using a built-in battery as a drive source.

例えば油圧ショベル等のバッテリ駆動建設機械としては、内蔵バッテリを駆動源として油圧ポンプを作動させ、該油圧ポンプにて生成した油圧を用いてブームシリンダ、アームシリンダ等のアクチュエータを駆動するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなバッテリ駆動建設機械は、排気ガスの問題が無いことに加えて、市街地で用いるのに好適な低振動・低騒音の機械として注目されている。   For example, as a battery-driven construction machine such as a hydraulic excavator, a machine that operates a hydraulic pump using a built-in battery as a drive source and drives an actuator such as a boom cylinder or an arm cylinder using hydraulic pressure generated by the hydraulic pump is known. (For example, see Patent Documents 1 and 2). Such a battery-driven construction machine attracts attention as a low-vibration and low-noise machine suitable for use in an urban area, in addition to having no problem of exhaust gas.

そして、バッテリ駆動建設機械は、例えば内蔵バッテリから供給される直流電圧を昇圧する昇圧回路を備え、該昇圧回路によって昇圧した直流電圧をインバータを用いて交流電圧に変換して電動モータに供給し、該電動モータによって油圧ポンプを駆動する構成となっている。   The battery-driven construction machine includes a booster circuit that boosts a DC voltage supplied from, for example, a built-in battery, converts the DC voltage boosted by the booster circuit into an AC voltage using an inverter, and supplies the AC voltage to the electric motor. A hydraulic pump is driven by the electric motor.

特許第３８９７８７５号公報Japanese Patent No. 3898775 特開平１０−１５９１３３号公報JP-A-10-159133

ところで、油圧ショベル等の建設機械では、例えば土砂等を持ち上げるときには負荷が大きくなり、旋回動作や放土動作のときには負荷が小さくなる。また、バケットを硬質な地面やコンクリート等に強く衝突させたときには、衝撃的に大きな負荷が作用することもある。このように、建設機械では、負荷の変動が非常に大きいという特徴がある。一方、バケット等による負荷が増加したときには、油圧ポンプを通じて電動モータに大きな負荷が作用するから、電動モータの電源側に接続された昇圧回路にも大きな負荷電流が流れる。   By the way, in a construction machine such as a hydraulic excavator, for example, the load increases when lifting earth and sand or the like, and the load decreases during a turning operation or a soil discharging operation. Moreover, when the bucket is strongly collided with hard ground or concrete, a large load may be applied in an impact. As described above, the construction machine is characterized by a very large load fluctuation. On the other hand, when a load due to a bucket or the like increases, a large load acts on the electric motor through the hydraulic pump, so that a large load current also flows through the booster circuit connected to the power supply side of the electric motor.

このとき、昇圧回路は、リアクトルとスイッチング素子とを備え、スイッチング素子がオン（ＯＮ）のときにリアクトルにエネルギを蓄積し、スイッチング素子がオフ（ＯＦＦ）のときに入力電圧とリアクトルのエネルギが加算されて出力側に伝達される構成となっている。このため、例えば衝撃的な負荷が作用して負荷電流が急激に増加した場合、リアクトルの容量範囲を超えると、飽和を起こしてリアクトルを流れる電流が急激に増加する。この結果、急激な電流の増加によって、スイッチング素子に過大な電流が流れて、スイッチング素子が破損する虞れがある。   At this time, the booster circuit includes a reactor and a switching element, accumulates energy in the reactor when the switching element is on (ON), and adds the input voltage and the energy of the reactor when the switching element is off (OFF). And transmitted to the output side. For this reason, for example, when an impact load is applied and the load current increases rapidly, when the capacity range of the reactor is exceeded, saturation occurs and the current flowing through the reactor increases rapidly. As a result, an abrupt increase in current may cause an excessive current to flow through the switching element, which may damage the switching element.

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、昇圧回路のスイッチング素子を保護することができるバッテリ駆動建設機械を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a battery-powered construction machine capable of protecting a switching element of a booster circuit.

上述した課題を解決するために、本発明は、内蔵バッテリと、該内蔵バッテリから供給される直流電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路によって昇圧した直流の昇圧電圧を交流電圧に変換するインバータと、該インバータから供給される交流電圧によって駆動する電動モータと、該電動モータによって駆動する油圧ポンプと、該油圧ポンプにて生成した油圧を用いて複数のアクチュエータを駆動するバッテリ駆動建設機械に適用される。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a built-in battery, a booster circuit that boosts a DC voltage supplied from the built-in battery, and an inverter that converts a DC boosted voltage boosted by the booster circuit into an AC voltage. And an electric motor driven by the AC voltage supplied from the inverter, a hydraulic pump driven by the electric motor, and a battery-driven construction machine that drives a plurality of actuators using the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump Is done.

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記昇圧回路は、オンとオフの切換動作を繰り返すスイッチング素子と、該スイッチング素子をオンしたときに入力端子から電流が流れ、該スイッチング素子をオフしたときにダイオードを通じて出力端子に電流を流すリアクトルとを備えた直流チョッパ回路として構成し、前記昇圧回路には、前記スイッチング素子に流れる電流が前記スイッチング素子を保護するための電流値よりも増加したときに前記スイッチング素子をオフにする保護回路を設け、前記保護回路は、前記スイッチング素子をオフにした後に、前記昇圧回路から出力される昇圧電圧が前記電動モータを継続運転するための電圧値よりも低下したときに前記スイッチング素子のオンとオフの切換動作を復帰させる構成としたことにある。 A feature of the configuration adopted by the invention of claim 1 is that the step-up circuit includes a switching element that repeats an on / off switching operation, and a current flows from an input terminal when the switching element is turned on. Configured as a DC chopper circuit having a reactor that flows current to the output terminal through a diode when the switch is turned off, and in the booster circuit, the current flowing through the switching element is more than the current value for protecting the switching element. A protection circuit for turning off the switching element when the switching element is increased, and the protection circuit is a voltage for continuously operating the electric motor by the boosted voltage output from the boosting circuit after the switching element is turned off; the switching operation of the on and off the switching element is configured attempting to bring when lower than the value It lies in the fact.

請求項２の発明では、前記保護回路は、前記スイッチング素子に流れる電流が前記スイッチング素子を保護するための電流値よりも増加したか否かを判定する電流判定器と、前記昇圧回路から出力される昇圧電圧が前記電動モータを継続運転するための電圧値よりも低下したか否かを判定する昇圧電圧判定器と、前記電流判定器によって前記スイッチング素子に流れる電流が前記電流値よりも増加したと判定したときに前記スイッチング素子をオフに固定し、該昇圧電圧判定器によって前記昇圧電圧が前記電圧値よりも低下したと判定したときに前記スイッチング素子のオンとオフの切換動作を復帰させる切換動作制御回路とを備える構成としている。 According to a second aspect of the present invention, the protection circuit is output from a current determination unit that determines whether or not a current flowing through the switching element is greater than a current value for protecting the switching element, and the booster circuit. A boost voltage determiner for determining whether or not the boost voltage is lower than a voltage value for continuously operating the electric motor, and the current flowing through the switching element by the current determiner is increased from the current value. The switching element is fixed to OFF when it is determined that the switching element is turned off, and when the boost voltage determining unit determines that the boosted voltage is lower than the voltage value, the switching operation for returning the switching element ON / OFF switching operation is restored. And an operation control circuit.

請求項３の発明では、前記昇圧回路は、前記リアクトルの一端側を入力端子に接続し、前記リアクトルの他端側を前記ダイオードのアノードに接続し、前記ダイオードのカソードを出力端子に接続し、前記スイッチング素子を前記ダイオードのアノードとグランドとの間に接続した昇圧チョッパ回路を用いる構成としている。 In the invention of claim 3, the booster circuit connects one end side of the reactor to an input terminal, connects the other end side of the reactor to an anode of the diode, and connects a cathode of the diode to an output terminal, wherein is a Ru configuration using the step-up chopper circuit connected between the switching element anode and the ground of the diode.

請求項４の発明では、前記昇圧回路の入力側には、外部バッテリが接続可能な外部バッテリ接続コネクタを接続し、前記昇圧回路は、前記外部バッテリから供給される直流電圧を昇圧して前記インバータに供給する構成としている。 According to a fourth aspect of the present invention, an external battery connection connector to which an external battery can be connected is connected to the input side of the booster circuit, and the booster circuit boosts a DC voltage supplied from the external battery to the inverter It is configured to supply to.

請求項５の発明では、前記インバータの入力側には、交流電圧を直流電圧に変換する交流・直流変換器を接続し、該交流・直流変換器の入力側には、商用交流電源が接続可能な商用電源接続コネクタを接続する構成としている。 In the invention of claim 5 , an AC / DC converter for converting an AC voltage into a DC voltage is connected to the input side of the inverter, and a commercial AC power source can be connected to the input side of the AC / DC converter. It connects to a commercial power supply connector.

請求項６の発明では、前記交流・直流変換器の出力側と内蔵バッテリとの間には、前記内蔵バッテリを充電するための充電回路を設け、該充電回路は、前記交流・直流変換器から出力される直流電圧を降圧して前記内蔵バッテリに供給する構成としている。 In the invention of claim 6 , a charging circuit for charging the built-in battery is provided between the output side of the AC / DC converter and the built-in battery, and the charging circuit is connected to the AC / DC converter. The output DC voltage is stepped down and supplied to the built-in battery.

上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、昇圧回路には保護回路を設けたから、例えば衝撃的な負荷が作用してスイッチング素子に流れる電流が急激に増加するときでも、保護回路は、この電流がスイッチング素子を保護するための電流値よりも増加したときにスイッチング素子をオフにする。これにより、スイッチング素子に破損が生じるような過大な電流が流れるのを防止することができる。また、昇圧回路の容量を衝撃的な負荷を考慮しないで設計することができるから、昇圧回路の小型化や低コスト化を図ることができる。   As described above, according to the first aspect of the present invention, since the booster circuit is provided with the protection circuit, for example, even when an impact load is applied and the current flowing through the switching element suddenly increases, the protection circuit is When the current increases above the current value for protecting the switching element, the switching element is turned off. As a result, it is possible to prevent an excessive current that causes damage to the switching element from flowing. Further, since the capacity of the booster circuit can be designed without considering a shocking load, the booster circuit can be reduced in size and cost.

また、保護回路によってスイッチング素子をオフに固定すると、昇圧回路から出力される昇圧電圧は低下する。このとき、保護回路は、昇圧電圧が電動モータを継続運転するための電圧値よりも低下したときに、スイッチング素子のオンとオフの切換動作を復帰させる。これにより、昇圧電圧が低下して電動モータが停止する前に、スイッチング素子の切換動作が回復するから、昇圧回路は再び動作してその出力電圧を予め決められた値まで昇圧する。この結果、電動モータが停止することなく、昇圧回路の動作を回復することができるから、油圧ポンプおよびアクチュエータを連続的に動作させることができる。 Further , when the switching element is fixed off by the protection circuit, the boosted voltage output from the booster circuit decreases. At this time, the protection circuit restores the switching operation of the switching element when the boosted voltage falls below the voltage value for continuously operating the electric motor. As a result, the switching operation of the switching element is recovered before the boosted voltage is lowered and the electric motor is stopped. Therefore, the booster circuit operates again to boost the output voltage to a predetermined value. As a result, since the operation of the booster circuit can be recovered without stopping the electric motor, the hydraulic pump and the actuator can be continuously operated.

請求項２の発明によれば、電流判定器はスイッチング素子に流れる電流がスイッチング素子を保護するための電流値よりも増加したか否かを判定するから、切換動作制御回路は、該電流判定器によってスイッチング素子に流れる電流が前記電流値よりも増加したと判定したときにスイッチング素子をオフに固定する。また、昇圧電圧判定器は昇圧回路から出力される昇圧電圧が電動モータを継続運転するための電圧値よりも低下したか否かを判定するから、切換動作制御回路は、該昇圧電圧判定器によって昇圧電圧が前記電圧値よりも低下したと判定したときにスイッチング素子の切換動作を復帰させることができる。 According to the second aspect of the present invention, since the current determiner determines whether or not the current flowing through the switching element has increased more than the current value for protecting the switching element, the switching operation control circuit includes the current determiner. When the current flowing through the switching element is determined to have increased from the current value, the switching element is fixed off. Further, since the boost voltage determiner determines whether the boost voltage output from the boost circuit is lower than the voltage value for continuously operating the electric motor, the switching operation control circuit uses the boost voltage determiner. When it is determined that the boosted voltage has dropped below the voltage value, the switching operation of the switching element can be restored.

請求項３の発明によれば、昇圧回路は、スイッチング素子、リアクトルおよびダイオードを備えた直流チョッパ回路を用いて構成したから、リアクトルは、スイッチング素子をオンしたときに、入力端子から電流が流れてエネルギを蓄積し、スイッチング素子をオフしたときに、蓄積したエネルギを放出し、ダイオードを介して出力端子に向けて電流を供給する。このとき、スイッチング素子がオフとなったときには、入力端子側の電圧（入力電圧）に加えてリアクトルのエネルギが加算されて出力端子に伝達されるため、出力端子側の電圧（出力電圧）は入力電圧よりも高くなる。このため、スイッチング素子のオンとオフの切換動作を繰り返すことによって、昇圧回路は、切換動作のデューティ比に応じて入力電圧を昇圧することができる。 According to the invention of claim 3 , since the booster circuit is configured using a DC chopper circuit including a switching element, a reactor, and a diode, when the switching element is turned on, current flows from the input terminal of the reactor. When energy is stored and the switching element is turned off, the stored energy is released, and current is supplied to the output terminal via the diode. At this time, when the switching element is turned off, the reactor energy is added to the input terminal side voltage (input voltage) and transmitted to the output terminal, so the output terminal side voltage (output voltage) is input. It becomes higher than the voltage. For this reason, by repeating the switching operation of turning on and off the switching element, the booster circuit can boost the input voltage according to the duty ratio of the switching operation.

請求項４の発明によれば、昇圧回路の入力側には、外部バッテリが接続可能な外部バッテリ接続コネクタを接続したから、昇圧回路は、内蔵バッテリに加えて、外部バッテリによる直流電圧を昇圧してインバータに供給することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the external battery connection connector to which an external battery can be connected is connected to the input side of the booster circuit, the booster circuit boosts the DC voltage from the external battery in addition to the built-in battery. Can be supplied to the inverter.

請求項５の発明によれば、インバータの入力側には交流・直流変換器を接続すると共に、交流・直流変換器の入力側には商用電源接続コネクタを接続する構成としたから、交流・直流変換器を用いて商用交流電源による交流電圧を直流電圧に変換してインバータに供給することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the AC / DC converter is connected to the input side of the inverter, and the commercial power supply connector is connected to the input side of the AC / DC converter. An AC voltage from a commercial AC power source can be converted into a DC voltage using a converter and supplied to the inverter.

請求項６の発明によれば、交流・直流変換器の出力側とインバータとの間には充電回路を設けたから、充電回路は、交流・直流変換器から出力される直流電圧を降圧して内蔵バッテリに供給し、内蔵バッテリを充電することができる。
According to the invention of claim 6 , since the charging circuit is provided between the output side of the AC / DC converter and the inverter, the charging circuit steps down the DC voltage output from the AC / DC converter and is built in. The battery can be supplied and the built-in battery can be charged.

本発明の実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。1 is a front view showing a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention. 図１中の上部旋回体を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the upper turning body in FIG. 図１中の油圧ショベルに適用する電源系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power supply system applied to the hydraulic excavator in FIG. 図３中の充電回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the charging circuit in FIG. 図３中の昇圧回路および保護回路を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a booster circuit and a protection circuit in FIG. 3. 動作モードの切換え例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of switching of an operation mode. スイッチング素子の電流、昇圧回路の出力電圧、第１，第２の比較器の出力信号、ＲＳフリップフロップの出力信号、スイッチング制御回路の出力信号の時間変化を示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing temporal changes in switching element current, booster circuit output voltage, first and second comparator output signals, RS flip-flop output signal, and switching control circuit output signal. 変形例による昇圧回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the booster circuit by a modification.

以下、本発明の実施の形態によるバッテリ駆動建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, a hydraulic excavator will be described as an example of a battery-powered construction machine according to an embodiment of the present invention and will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図中、１は油圧ショベルの下部走行体を示し、該下部走行体１上には上部旋回体２が旋回可能に搭載されている。また、上部旋回体２には、運転席３等が配設されている。ここで、下部走行体１には走行モータが設けられると共に、上部旋回体２には旋回モータ（いずれも図示せず）が設けられている。そして、下部走行体１は走行モータによって前進、後進等の走行動作を行い、上部旋回体２は旋回モータによって旋回動作するものである。   In the figure, reference numeral 1 denotes a lower traveling body of a hydraulic excavator, and an upper revolving body 2 is mounted on the lower traveling body 1 so as to be able to swivel. In addition, a driver's seat 3 and the like are disposed on the upper swing body 2. Here, the lower traveling body 1 is provided with a traveling motor, and the upper revolving body 2 is provided with a turning motor (both not shown). The lower traveling body 1 performs traveling operations such as forward and backward movement by a traveling motor, and the upper revolving body 2 is swung by a swing motor.

４は上部旋回体２の前部に俯仰動可能に取り付けられた作業装置（フロント）で、該作業装置４はブーム５、アーム６、バケット７等によって構成され、ブーム５、アーム６、バケット７にはブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０等の油圧シリンダが取り付けられている。そして、これらのシリンダ８〜１０は、走行モータや旋回モータ等の油圧モータと共に、後述の油圧ポンプ１１から供給される油圧によって駆動するアクチュエータを構成している。   Reference numeral 4 denotes a work device (front) attached to the front portion of the upper swing body 2 so as to be able to move up and down. The work device 4 includes a boom 5, an arm 6, a bucket 7, and the like. A hydraulic cylinder such as a boom cylinder 8, an arm cylinder 9, and a bucket cylinder 10 is attached to the cylinder. And these cylinders 8-10 comprise the actuator driven with the hydraulic pressure supplied from the below-mentioned hydraulic pump 11 with hydraulic motors, such as a travel motor and a turning motor.

１１は油圧源としての油圧ポンプで、該油圧ポンプ１１は、上部旋回体２のうち運転席３の後方下側に設けられている。そして、油圧ポンプ１１は、図２および図３に示すように、後述の電動モータ１５によって回転駆動し、油圧を生成する。また、油圧ポンプ１１は、方向切換弁からなる制御弁（Ｃ／Ｖ）１２を介して各シリンダ８〜１０等に接続され、オイルタンク１３内の作動油を吸込んで高圧な油圧を生成し、この油圧を各シリンダ８〜１０等に向けて供給する。なお、オイルタンク１３は、例えば上部旋回体２のうち運転席３の右側に配置されると共に、オイルタンク１３には、作動油を冷却するためのオイルクーラ１３Ａが取り付けられている。   Reference numeral 11 denotes a hydraulic pump as a hydraulic source, and the hydraulic pump 11 is provided on the lower side of the driver seat 3 in the upper swing body 2. Then, as shown in FIGS. 2 and 3, the hydraulic pump 11 is rotationally driven by an electric motor 15 described later to generate hydraulic pressure. The hydraulic pump 11 is connected to the cylinders 8 to 10 and the like via a control valve (C / V) 12 formed of a direction switching valve, and sucks the hydraulic oil in the oil tank 13 to generate high pressure oil pressure. This hydraulic pressure is supplied toward each cylinder 8-10. For example, the oil tank 13 is disposed on the right side of the driver's seat 3 in the upper swing body 2, and the oil tank 13 is provided with an oil cooler 13 </ b> A for cooling the hydraulic oil.

このとき、図１に示す運転席３に着座したオペレータが操作レバー１４等を操作することによって、制御弁１２が切換操作される。これにより、例えば各シリンダ８〜１０に対する油圧の供給、排出が切換えられ、各シリンダ８〜１０の伸縮動作が制御弁１２を用いて制御される。   At this time, the operator sitting on the driver's seat 3 shown in FIG. 1 operates the operation lever 14 and the like, so that the control valve 12 is switched. Thereby, for example, supply and discharge of hydraulic pressure to each cylinder 8 to 10 are switched, and the expansion and contraction operation of each cylinder 8 to 10 is controlled using the control valve 12.

１５は油圧ポンプ１１の近傍に位置して上部旋回体２に設けられた電動モータで、該電動モータ１５は、例えば三相誘導電動機によって構成されている。また、電動モータ１５は、図３に示すように、その出力軸が油圧ポンプ１１に連結され、油圧ポンプ１１の駆動源として機能する。そして、電動モータ１５は、後述のインバータ２０から供給される三相交流電力によって回転駆動し、その出力軸を通じて油圧ポンプ１１を駆動する。   An electric motor 15 is provided near the hydraulic pump 11 and is provided on the upper swing body 2. The electric motor 15 is constituted by, for example, a three-phase induction motor. As shown in FIG. 3, the output shaft of the electric motor 15 is connected to the hydraulic pump 11 and functions as a drive source of the hydraulic pump 11. The electric motor 15 is rotationally driven by three-phase AC power supplied from an inverter 20 described later, and drives the hydraulic pump 11 through its output shaft.

１６は上部旋回体２の後側に設けられた内蔵バッテリで、該内蔵バッテリ１６は、例えば定格出力１６０ＶDCの直流電圧を得るリチウムイオン電池等の二次電池によって構成されている。また、内蔵バッテリ１６は、それ自体が重量物であるため、作業装置４に加わる重量負荷に対するカウンタウエイトとしても機能する。そして、内蔵バッテリ１６は、後述する制御盤１７のインバータ２０を介して電動モータ１５に接続されている。 Reference numeral 16 denotes a built-in battery provided on the rear side of the upper swing body 2, and the built-in battery 16 is constituted by a secondary battery such as a lithium ion battery that obtains a DC voltage of a rated output of 160 V DC , for example. Further, since the built-in battery 16 itself is a heavy object, it also functions as a counterweight for the heavy load applied to the work device 4. The built-in battery 16 is connected to the electric motor 15 via an inverter 20 of the control panel 17 described later.

１７は電動モータ１５等の駆動を制御する制御盤で、該制御盤１７は、例えば内蔵バッテリ１６の上方位置に取付けられると共に、その背面側に商用電源接続コネクタ１８および外部バッテリ接続コネクタ１９が設けられている。そして、制御盤１７は、後述するインバータ２０、交流・直流変換器２１等によって構成されている。   Reference numeral 17 denotes a control panel for controlling the driving of the electric motor 15 and the like. The control panel 17 is mounted, for example, at a position above the built-in battery 16, and a commercial power connection connector 18 and an external battery connection connector 19 are provided on the back side thereof. It has been. The control panel 17 includes an inverter 20, an AC / DC converter 21 and the like which will be described later.

２０は電動モータ１５に接続されたインバータで、該インバータ２０は、トランジスタ、サイリスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子（図示せず）を用いて構成されている。ここで、インバータ２０は、スイッチング素子のオン／オフを制御することによって、例えば３００ＶDCの直流電力から２００ＶACの三相交流電力を生成する。そして、インバータ２０は、三相交流電力を電動モータ１５に供給し、電動モータ１５を駆動する。 Reference numeral 20 denotes an inverter connected to the electric motor 15, and the inverter 20 includes a plurality of switching elements (not shown) including transistors, thyristors, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and the like. Here, the inverter 20 generates, for example, three-phase AC power of 200 V AC from DC power of 300 V DC by controlling on / off of the switching element. The inverter 20 supplies three-phase AC power to the electric motor 15 and drives the electric motor 15.

２１は商用電源接続コネクタ１８とインバータ２０との間に電気的に接続された交流・直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）で、該交流・直流変換器２１は、例えば交流電力を全波整流する整流器と、該整流器の後段に接続され電圧を平滑化する平滑回路と、該平滑回路からの出力電圧を所望の電圧に変換する電圧変換回路とによって構成されている。そして、交流・直流変換器２１は、例えば外部の商用電源ＰＳから供給される２００ＶACの三相交流電力を３００ＶDCの直流電力に変換し、インバータ２０に供給する。 Reference numeral 21 denotes an AC / DC converter (AC / DC) electrically connected between the commercial power supply connector 18 and the inverter 20. The AC / DC converter 21 is, for example, a rectifier for full-wave rectification of AC power. And a smoothing circuit connected to the subsequent stage of the rectifier for smoothing the voltage and a voltage conversion circuit for converting the output voltage from the smoothing circuit into a desired voltage. The AC / DC converter 21 converts, for example, 200 V AC three-phase AC power supplied from an external commercial power source PS into 300 V DC DC power, and supplies the DC power to the inverter 20.

なお、交流・直流変換器２１は、商用電源接続コネクタ１８を介して単相１００ＶACの交流電力が供給される場合には、この単相１００ＶACの交流電力を３００ＶDCの直流電力に変換して出力する機能も備える。この交流・直流変換器２１の動作モードの切換えは、後述するコントローラ３０によって制御される。 The AC / DC converter 21 converts the single-phase 100V AC AC power into 300V DC DC power when single-phase 100V AC AC power is supplied via the commercial power connector 18. It also has a function to output. Switching of the operation mode of the AC / DC converter 21 is controlled by a controller 30 described later.

２２は上部旋回体２のうちオイルタンク１３の前側に配置された昇降圧器で、該昇降圧器２２は、内蔵バッテリ１６、外部バッテリ接続コネクタ１９、インバータ２０の入力側および交流・直流変換器２１の出力側に電気的に接続されている。ここで、昇降圧器２２は、後述する充電回路２３、昇圧回路２４等を備え、電圧を降圧または昇圧する電圧調整器を構成している。また、昇降圧器２２は、複数のスイッチＳ１〜Ｓ５を切換え制御することによって、充電回路２３および昇圧回路２４を選択的に作動させる。そして、昇降圧器２２は、外部バッテリＥＢや交流・直流変換器２１による電圧を降圧して内蔵バッテリ１６に供給すると共に、外部バッテリＥＢや内蔵バッテリ１６の電圧を昇圧してインバータ２０に供給する。   Reference numeral 22 denotes a step-up / step-down device disposed on the front side of the oil tank 13 in the upper swing body 2. The step-up / down step-up device 22 includes the built-in battery 16, the external battery connection connector 19, the input side of the inverter 20 and the AC / DC converter 21. It is electrically connected to the output side. Here, the step-up / down converter 22 includes a charging circuit 23, a booster circuit 24, and the like which will be described later, and constitutes a voltage regulator that steps down or boosts the voltage. The step-up / step-down device 22 selectively operates the charging circuit 23 and the booster circuit 24 by switching control of the plurality of switches S1 to S5. The step-up / down converter 22 steps down the voltage from the external battery EB and the AC / DC converter 21 and supplies it to the built-in battery 16, and boosts the voltage of the external battery EB and built-in battery 16 and supplies it to the inverter 20.

２３は昇降圧器２２を構成する充電回路で、該充電回路２３は、図３および図４に示すように、例えば降圧チョッパ回路を用いて形成され、スイッチング素子２３Ａ、コイル２３Ｂ、ダイオード２３Ｃ、コンデンサ２３Ｄ等によって構成されている。また、充電回路２３の入力端子Ｐ1aは、スイッチＳ１を介して交流・直流変換器２１の出力側に接続されると共に、スイッチＳ５を介して外部バッテリ接続コネクタ１９に接続されている。一方、充電回路２３の出力端子Ｐ1bは、スイッチＳ３を介して内蔵バッテリ１６に接続されている。   Reference numeral 23 denotes a charging circuit constituting the step-up / step-down device 22, which is formed by using, for example, a step-down chopper circuit as shown in FIGS. 3 and 4, and includes a switching element 23 A, a coil 23 B, a diode 23 C, and a capacitor 23 D. Etc. are constituted. The input terminal P1a of the charging circuit 23 is connected to the output side of the AC / DC converter 21 via the switch S1, and is connected to the external battery connection connector 19 via the switch S5. On the other hand, the output terminal P1b of the charging circuit 23 is connected to the built-in battery 16 via the switch S3.

ここで、スイッチング素子２３Ａは、一端側が入力端子Ｐ1aに接続されると共に、他端側がコイル２３Ｂに接続されている。また、コイル２３Ｂは、一端側がスイッチング素子２３Ａに接続されると共に、他端側が出力端子Ｐ1bに接続されている。これにより、スイッチング素子２３Ａおよびコイル２３Ｂは、互いに直列接続された状態で入力端子Ｐ1aと出力端子Ｐ1bとの間に接続されている。そして、コイル２３Ｂは、チョークコイルとして機能し、スイッチング素子２３Ａをオンしたときにエネルギを蓄積し、スイッチング素子２３Ａをオフしたときにエネルギを放出する。   Here, the switching element 23A has one end connected to the input terminal P1a and the other end connected to the coil 23B. The coil 23B has one end connected to the switching element 23A and the other end connected to the output terminal P1b. Thereby, the switching element 23A and the coil 23B are connected between the input terminal P1a and the output terminal P1b in a state of being connected in series with each other. The coil 23B functions as a choke coil, stores energy when the switching element 23A is turned on, and releases energy when the switching element 23A is turned off.

また、ダイオード２３Ｃは、カソードがスイッチング素子２３Ａとコイル２３Ｂとの接続点に接続されると共に、アノードがグランドに接続されている。これにより、ダイオード２３Ｃは、スイッチング素子２３Ａをオフしたときに、循環電流を流す還流ダイオードとして機能する。さらに、コンデンサ２３Ｄは、抵抗２３Ｅが並列接続されると共に、コイル２３Ｂの出力側に位置して出力端子Ｐ1bとグランドとの間に接続されている。   The diode 23C has a cathode connected to a connection point between the switching element 23A and the coil 23B, and an anode connected to the ground. Thereby, the diode 23C functions as a free-wheeling diode through which a circulating current flows when the switching element 23A is turned off. Further, the capacitor 23D is connected to the resistor 23E in parallel, and is located on the output side of the coil 23B and connected between the output terminal P1b and the ground.

そして、充電回路２３は、一定周期でスイッチング素子２３Ａのオンとオフを繰り返すことによって、入力電圧Ｖ1inを断続的に切り取り、平滑化用のコンデンサ２３Ｄを介して出力電圧Ｖ1outを供給する。これにより、充電回路２３は、スイッチング素子２３Ａの１周期当りのオン時間の比率（通流率α＝オン時間／周期）に応じて降圧した直流電圧からなる出力電圧Ｖ1outを出力する。   The charging circuit 23 intermittently cuts the input voltage V1in by repeatedly turning on and off the switching element 23A at a constant period, and supplies the output voltage V1out through the smoothing capacitor 23D. As a result, the charging circuit 23 outputs the output voltage V1out composed of a DC voltage that is stepped down in accordance with the ratio of the ON time per cycle of the switching element 23A (conduction rate α = ON time / cycle).

そして、充電回路２３は、入力電圧Ｖ1inに関係なく１６０ＶDCの出力電圧Ｖ1outを出力するために、入力電圧Ｖ1inに応じてスイッチング素子２３Ａの通流率αを設定する。これにより、充電回路２３は、交流・直流変換器２１の３００ＶDCと外部バッテリＥＢの２５０ＶDCとのうちいずれの直流電圧が入力されたときでも、１６０ＶDCの出力電圧Ｖ1outを出力する。この結果、充電回路２３は、内蔵バッテリ１６に対して出力電圧Ｖ1outを供給し、内蔵バッテリ１６を充電することができる。 The charging circuit 23 sets the conduction ratio α of the switching element 23A in accordance with the input voltage V1in in order to output the output voltage V1out of 160V DC regardless of the input voltage V1in. Thereby, the charging circuit 23, when none of the dc voltage of the 250V DC of 300 V DC and the external battery EB AC-DC converter 21 is also input to output the output voltage V1out of 160 V DC. As a result, the charging circuit 23 can supply the output voltage V1out to the internal battery 16 and charge the internal battery 16.

２４は昇降圧器２２を構成する昇圧回路で、該昇圧回路２４は、図３および図５に示すように、例えば昇圧チョッパ回路を用いて形成され、スイッチング素子２４Ａ、リアクトル（コイル）２４Ｂ、ダイオード２４Ｃ、コンデンサ２４Ｄ等によって構成されている。また、昇圧回路２４の入力端子Ｐ2aは、スイッチＳ２，Ｓ５を介して外部バッテリ接続コネクタ１９に接続されると共に、スイッチＳ４を介して内蔵バッテリ１６に接続されている。一方、昇圧回路２４の出力端子Ｐ2bは、インバータ２０の入力側に接続されている。   Reference numeral 24 denotes a booster circuit that constitutes the step-up / step-down device 22. The booster circuit 24 is formed by using, for example, a boost chopper circuit as shown in FIGS. 3 and 5, and includes a switching element 24A, a reactor (coil) 24B, and a diode 24C. And a capacitor 24D. Further, the input terminal P2a of the booster circuit 24 is connected to the external battery connection connector 19 via the switches S2 and S5, and is connected to the internal battery 16 via the switch S4. On the other hand, the output terminal P2b of the booster circuit 24 is connected to the input side of the inverter 20.

ここで、リアクトル２４Ｂは、一端側が入力端子Ｐ2aに接続されると共に、他端側がダイオード２４Ｃのアノードに接続されている。一方、ダイオード２４Ｃのカソードは出力端子Ｐ2bに接続されている。また、スイッチング素子２４Ａは、ダイオード２４Ｃのアノードとグランドとの間に接続されている。さらに、コンデンサ２４Ｄは、抵抗２４Ｅが並列接続されると共に、ダイオード２４Ｃの出力側（カソード側）に位置して出力端子Ｐ2bとグランドとの間に接続されている。   Here, the reactor 24B has one end connected to the input terminal P2a and the other end connected to the anode of the diode 24C. On the other hand, the cathode of the diode 24C is connected to the output terminal P2b. The switching element 24A is connected between the anode of the diode 24C and the ground. Further, the capacitor 24D is connected to the resistor 24E in parallel, and is located on the output side (cathode side) of the diode 24C and connected between the output terminal P2b and the ground.

そして、スイッチング素子２４Ａは、一定周期でオンとオフの切換動作を繰り返す。このとき、リアクトル２４Ｂは、チョークコイルとして機能し、スイッチング素子２４Ａをオンしたときに、入力端子Ｐ2aから電流が流れてエネルギを蓄積する。また、リアクトル２４Ｂは、スイッチング素子２４Ａをオフしたときに、蓄積したエネルギを放出し、ダイオード２４Ｃを介して出力端子Ｐ2bに向けて電流を供給する。   The switching element 24A repeats the ON / OFF switching operation at a constant cycle. At this time, the reactor 24B functions as a choke coil, and when the switching element 24A is turned on, a current flows from the input terminal P2a and accumulates energy. Further, the reactor 24B releases the accumulated energy when the switching element 24A is turned off, and supplies a current to the output terminal P2b via the diode 24C.

ここで、スイッチング素子２４Ａがオフとなったときには、入力電圧Ｖ2inに加えてリアクトル２４Ｂのエネルギが加算されて出力端子Ｐ2bに伝達されるため、出力電圧Ｖ2outは入力電圧Ｖ2inよりも高くなる。このため、昇圧回路２４は、スイッチング素子２４Ａのオフ時間に対する１周期の比率β（β＝１／（１−α））に応じて昇圧した直流電圧からなる出力電圧Ｖ2outを出力する。   Here, when the switching element 24A is turned off, the energy of the reactor 24B is added to the input voltage V2in and transmitted to the output terminal P2b, so that the output voltage V2out becomes higher than the input voltage V2in. For this reason, the booster circuit 24 outputs an output voltage V2out composed of a DC voltage boosted according to a ratio β (β = 1 / (1-α)) of one cycle with respect to the OFF time of the switching element 24A.

また、昇圧回路２４は、入力電圧Ｖ2inに関係なく３００ＶDCの出力電圧Ｖ2outを出力するために、入力電圧Ｖ2inに応じてスイッチング素子２４Ａのデューティ比を設定する。これにより、昇圧回路２４は、外部バッテリＥＢの２５０ＶDCと内部バッテリ１６の１６０ＶDCとのうちいずれの直流電圧が入力されたときでも、３００ＶDCの出力電圧Ｖ2outを出力する。この結果、昇圧回路２４は、インバータ２０に対して出力電圧Ｖ2outを供給し、インバータ２０を通じて電動モータ１５を回転駆動することができる。 Further, the booster circuit 24 sets the duty ratio of the switching element 24A according to the input voltage V2in in order to output the 300V DC output voltage V2out regardless of the input voltage V2in. As a result, the booster circuit 24 outputs the output voltage V2out of 300 VDC when any DC voltage of 250 VDC of the external battery EB and 160 VDC of the internal battery 16 is input. As a result, the booster circuit 24 can supply the output voltage V2out to the inverter 20 and rotate the electric motor 15 through the inverter 20.

２５は昇圧回路２４に設けられた保護回路で、該保護回路２５は、例えば第１，第２の比較器２６，２７、ＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）２８等によって構成されている。そして、保護回路２５は、昇圧回路２４のスイッチング素子２４Ａに流れる電流Ｉsが所定の電流値Ｉ0よりも増加したときに、スイッチング素子２４Ａをオフに固定し、スイッチング素子２４Ａを保護する。一方、保護回路２５は、昇圧回路２４から出力される出力電圧Ｖ2outが所定の電圧値Ｖ0よりも低下したときに、スイッチング素子２４Ａのオンとオフの切換動作を復帰させる。   Reference numeral 25 denotes a protection circuit provided in the booster circuit 24. The protection circuit 25 includes, for example, first and second comparators 26 and 27, an RS flip-flop (RS-FF) 28, and the like. Then, the protection circuit 25 fixes the switching element 24A to be off and protects the switching element 24A when the current Is flowing through the switching element 24A of the booster circuit 24 increases beyond a predetermined current value I0. On the other hand, when the output voltage V2out output from the booster circuit 24 falls below the predetermined voltage value V0, the protection circuit 25 restores the switching operation of the switching element 24A.

第１の比較器２６は、電流判定器を構成し、スイッチング素子２４Ａに流れる電流Ｉsがスイッチング素子２４Ａを保護するために予め定められた電流値Ｉ0よりも増加したか否かを判定する。このとき、昇圧回路２４には、例えばスイッチング素子２４Ａに直列に接続された検出抵抗等からなる電流検出器２６Ａが設けられ、該電流検出器２６Ａは、電流Ｉsに応じた検出電圧を出力する。このため、比較器２６の第１の入力端子は電流検出器２６Ａに接続され、比較器２６の第２の入力端子は定電圧源２６Ｂに接続されている。   The first comparator 26 constitutes a current determiner, and determines whether or not the current Is flowing through the switching element 24A has increased above a predetermined current value I0 in order to protect the switching element 24A. At this time, the booster circuit 24 is provided with a current detector 26A composed of, for example, a detection resistor connected in series to the switching element 24A, and the current detector 26A outputs a detection voltage corresponding to the current Is. For this reason, the first input terminal of the comparator 26 is connected to the current detector 26A, and the second input terminal of the comparator 26 is connected to the constant voltage source 26B.

なお、定電圧源２６Ｂは、電流検出器２６Ａによる検出電圧を判定するために、判定用の電流値Ｉ0に応じたしきい値電圧を出力する。このとき、判定用の電流値Ｉ0は、スイッチング素子２４Ａに破損が生じる電流値よりも小さい値として、例えば無負荷時の電流Ｉsに対して２〜５倍程度の値に設定されている。   The constant voltage source 26B outputs a threshold voltage corresponding to the determination current value I0 in order to determine the detection voltage by the current detector 26A. At this time, the determination current value I0 is set to a value smaller than the current value at which the switching element 24A is damaged, for example, about 2 to 5 times the no-load current Is.

そして、第１の比較器２６は、例えば電流Ｉsが電流値Ｉ0よりも小さいときには高信号（Ｈ信号）を出力し、電流Ｉsが電流値Ｉ0よりも大きいときには低信号（Ｌ信号）を出力する。また、第１の比較器２６の出力端子は、ＮＯＴ回路を介してＲＳフリップフロップ２８のリセット端子Ｒに接続されている。   For example, the first comparator 26 outputs a high signal (H signal) when the current Is is smaller than the current value I0, and outputs a low signal (L signal) when the current Is is larger than the current value I0. . The output terminal of the first comparator 26 is connected to the reset terminal R of the RS flip-flop 28 via a NOT circuit.

第２の比較器２７は、昇圧電圧判定器を構成し、昇圧回路２４から出力される出力電圧Ｖ2out（昇圧電圧）が電動モータ１５を継続運転するために予め定められた電圧値Ｖ0よりも低下したか否かを判定する。このとき、昇圧回路２４の抵抗２４Ｅは、例えば出力電圧Ｖ2outを検出するための分圧抵抗を兼ねるものであり、出力電圧Ｖ2outに応じた検出電圧を出力する。このため、比較器２７の第１の入力端子は抵抗２４Ｅに接続され、比較器２７の第２の入力端子は定電圧源２７Ａに接続されている。   The second comparator 27 constitutes a boosted voltage determiner, and the output voltage V2out (boosted voltage) output from the booster circuit 24 is lower than a predetermined voltage value V0 for continuously operating the electric motor 15. Determine whether or not. At this time, the resistor 24E of the booster circuit 24 also serves as a voltage dividing resistor for detecting the output voltage V2out, for example, and outputs a detection voltage corresponding to the output voltage V2out. For this reason, the first input terminal of the comparator 27 is connected to the resistor 24E, and the second input terminal of the comparator 27 is connected to the constant voltage source 27A.

なお、定電圧源２７Ａは、抵抗２４Ｅによる検出電圧を判定するために、判定用の電圧値Ｖ0に応じたしきい値電圧を出力する。ここで、出力電圧Ｖ2outが低下したときには、例えばインバータ２０が不足電圧を検出してその出力を停止したり、電動モータ１５の回転駆動が停止することがある。このため、電圧値Ｖ0は、インバータ２０や電動モータ１５が停止する電圧値（例えば２４０ＶDC）よりも高い値として、例えば通常状態の出力電圧Ｖ2out（３００ＶDC）に対して７０〜９０％程度の値（例えば２５０ＶDC）に設定されている。 The constant voltage source 27A outputs a threshold voltage corresponding to the determination voltage value V0 in order to determine the voltage detected by the resistor 24E. Here, when the output voltage V2out decreases, for example, the inverter 20 may detect an undervoltage and stop the output, or the electric motor 15 may stop rotating. For this reason, the voltage value V0 is higher than the voltage value (for example, 240V DC ) at which the inverter 20 and the electric motor 15 are stopped, and is, for example, about 70 to 90% with respect to the output voltage V2out (300V DC ) in the normal state. It is set to a value (for example, 250V DC ).

そして、第２の比較器２６は、例えば出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0よりも高いときにはＨ信号を出力し、出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0よりも低いときには低信号（Ｌ信号）を出力する。また、第２の比較器２７の出力端子は、ＮＯＴ回路を介してＲＳフリップフロップ２８のセット端子Ｓに接続されている。   For example, the second comparator 26 outputs an H signal when the output voltage V2out is higher than the voltage value V0, and outputs a low signal (L signal) when the output voltage V2out is lower than the voltage value V0. The output terminal of the second comparator 27 is connected to the set terminal S of the RS flip-flop 28 via a NOT circuit.

ＲＳフリップフロップ２８は、切換動作制御回路を構成し、リセット端子Ｒとセット端子ＳがそれぞれＮＯＴ回路を介して第１，第２の比較器２６，２７に接続されている。これにより、ＲＳフリップフロップ２８は、第１の比較器２６がＬ信号を出力したときに、出力端子ＱからＬ信号を出力し、第２の比較器２７がＬ信号を出力したときに、出力端子ＱからＨ信号を出力する。   The RS flip-flop 28 constitutes a switching operation control circuit, and the reset terminal R and the set terminal S are connected to the first and second comparators 26 and 27 via NOT circuits, respectively. As a result, the RS flip-flop 28 outputs an L signal from the output terminal Q when the first comparator 26 outputs an L signal, and outputs when the second comparator 27 outputs an L signal. The H signal is output from the terminal Q.

また、ＲＳフリップフロップ２８は、出力端子Ｑがスイッチング素子２４Ａの切換動作（スイッチング動作）を制御するスイッチング制御回路２９に接続されている。ここで、スイッチング制御回路２９は、ＲＳフリップフロップ２８からＨ信号が出力されたときは、パルス信号を出力してスイッチング素子２４Ａをオンとオフに断続的に切換える。一方、ＲＳフリップフロップ２８からＬ信号が出力されたときは、スイッチング制御回路２９はパルス信号の出力を停止する。   The RS flip-flop 28 has an output terminal Q connected to a switching control circuit 29 that controls the switching operation (switching operation) of the switching element 24A. Here, when the H signal is output from the RS flip-flop 28, the switching control circuit 29 outputs a pulse signal to switch the switching element 24A on and off intermittently. On the other hand, when the L signal is output from the RS flip-flop 28, the switching control circuit 29 stops outputting the pulse signal.

これにより、ＲＳフリップフロップ２８は、第１の比較器２６によって電流Ｉsが電流値Ｉ0よりも増加したと判定したときにスイッチング素子２４Ａをオフに固定し、第２の比較器２７によって出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0よりも低下したと判定したときにスイッチング素子２４Ａのオンとオフの切換動作を復帰させる。   As a result, the RS flip-flop 28 fixes the switching element 24A off when the first comparator 26 determines that the current Is has increased above the current value I0, and the second comparator 27 outputs the output voltage V2out. When the switching element 24A is determined to be lower than the voltage value V0, the switching operation of the switching element 24A is restored.

２９はスイッチング素子２４Ａの切換動作を制御するスイッチング制御回路（ＳＷ制御回路）で、該スイッチング制御回路２９は、後述するコントローラ３０からの制御信号に基づいて、予め決められたデューティ比のパルス信号を出力し、このパルス信号を増幅器２９Ａを介してスイッチング素子２４Ａの制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）に入力する。これにより、スイッチング素子２４Ａは、オンとオフの切換動作を繰り返す。また、スイッチング制御回路２９は、リセット／セット端子（Ｒ／Ｓ端子）を備え、該Ｒ／Ｓ端子にＨ信号が入力されたときにはパルス信号を出力し、Ｌ信号が入力されたときにはパルス信号の出力を停止する。   Reference numeral 29 denotes a switching control circuit (SW control circuit) for controlling the switching operation of the switching element 24A. The switching control circuit 29 generates a pulse signal having a predetermined duty ratio based on a control signal from a controller 30 described later. This pulse signal is input to the control terminal (for example, the gate terminal of the IGBT) of the switching element 24A via the amplifier 29A. Accordingly, the switching element 24A repeats the on / off switching operation. The switching control circuit 29 includes a reset / set terminal (R / S terminal). When the H signal is input to the R / S terminal, the switching control circuit 29 outputs a pulse signal. When the L signal is input, the switching control circuit 29 outputs the pulse signal. Stop output.

３０は昇降圧器２２等を制御するコントローラで、該コントローラ３０は、例えばマイクロコンピュータによって構成され、キースイッチ３０Ａを投入することによって起動する。そして、コントローラ３０は、図６に示すように、動作モードに応じて昇降圧器２２のスイッチＳ１〜Ｓ５を切換える。これにより、コントローラ３０は、商用電源ＰＳ、内蔵バッテリ１６、外部バッテリＥＢのいずれかを選択して電動モータ１５を駆動し、または商用電源ＰＳ、内蔵バッテリ１６のいずれかを選択して内蔵バッテリ１６の充電する。具体的に説明すると次のようになる。   Reference numeral 30 denotes a controller that controls the step-up / step-down device 22 and the like. The controller 30 is constituted by a microcomputer, for example, and is activated by turning on a key switch 30A. Then, as shown in FIG. 6, the controller 30 switches the switches S1 to S5 of the buck-boost 22 according to the operation mode. As a result, the controller 30 selects any one of the commercial power source PS, the built-in battery 16 and the external battery EB to drive the electric motor 15, or selects either the commercial power source PS or the built-in battery 16 to select the built-in battery 16. To charge. Specifically, it is as follows.

商用電源ＰＳを用いて電動モータ１５を駆動する場合には、昇降圧器２２のスイッチＳ１〜Ｓ５を全てオフとし、内蔵バッテリ１６を切り離して油圧ショベルを運転する。   When the electric motor 15 is driven using the commercial power source PS, all the switches S1 to S5 of the step-up / down regulator 22 are turned off, the internal battery 16 is disconnected, and the hydraulic excavator is operated.

商用電源ＰＳを用いて電動モータ１５を駆動すると共に、内蔵バッテリ１６を充電する場合には、スイッチＳ１，Ｓ３をオンとし、交流・直流変換器２１を介して得られた直流電力を充電回路２３に供給し、充電回路２３によって降圧した直流電力を用いて内蔵バッテリ１６を充電する。このとき、コントローラ３０は、交流・直流変換器２１から供給される直流電圧（３００ＶDC）に応じて、充電回路２３のスイッチング素子２３Ａのデューティ比を設定する。これにより、充電回路２３は、交流・直流変換器２１から供給される３００ＶDCの直流電圧を内蔵バッテリ１６で使用する１６０ＶDCの直流電圧に変換する。 When the electric motor 15 is driven using the commercial power source PS and the built-in battery 16 is charged, the switches S1 and S3 are turned on, and the DC power obtained via the AC / DC converter 21 is supplied to the charging circuit 23. And the built-in battery 16 is charged using the DC power stepped down by the charging circuit 23. At this time, the controller 30 sets the duty ratio of the switching element 23A of the charging circuit 23 according to the DC voltage (300V DC ) supplied from the AC / DC converter 21. As a result, the charging circuit 23 converts the DC voltage of 300 V DC supplied from the AC / DC converter 21 into the DC voltage of 160 V DC used by the built-in battery 16.

内蔵バッテリ１６を用いて電動モータ１５を駆動する場合には、昇降圧器２２のスイッチＳ４をオンとし、内蔵バッテリ１６から得られる直流電圧を昇圧回路２４を用いて昇圧し、インバータ２０に供給する。このとき、コントローラ３０は、内蔵バッテリ１６から供給される直流電圧（１６０ＶDC）に応じて、昇圧回路２４のスイッチング素子２４Ａのデューティ比を設定する。これにより、昇圧回路２４は、内蔵バッテリ１６から供給される１６０ＶDCの直流電圧をインバータ２０で使用する３００ＶDCの直流電圧に変換する。 When the electric motor 15 is driven using the built-in battery 16, the switch S <b> 4 of the buck-boost 22 is turned on, the DC voltage obtained from the built-in battery 16 is boosted using the booster circuit 24, and supplied to the inverter 20. At this time, the controller 30 sets the duty ratio of the switching element 24A of the booster circuit 24 according to the DC voltage (160V DC ) supplied from the built-in battery 16. As a result, the booster circuit 24 converts the 160 VDC direct voltage supplied from the built-in battery 16 into a 300 VDC direct voltage used by the inverter 20.

外部バッテリＥＢを用いて内蔵バッテリ１６を充電する場合には、スイッチＳ３，Ｓ５をそれぞれオンとし、外部バッテリＥＢから得られる直流電圧を充電回路２３に供給し、充電回路２３によって降圧した直流電力を用いて内蔵バッテリ１６を充電する。このとき、コントローラ３０は、外部バッテリＥＢから供給される直流電圧（２５０ＶDC）に応じて、充電回路２３のスイッチング素子２３Ａのデューティ比を設定する。これにより、充電回路２３は、外部バッテリＥＢから供給される２５０ＶDCの直流電圧を内蔵バッテリ１６で使用する１６０ＶDCの直流電圧に変換する。 When charging the built-in battery 16 using the external battery EB, the switches S3 and S5 are turned on, the DC voltage obtained from the external battery EB is supplied to the charging circuit 23, and the DC power stepped down by the charging circuit 23 is supplied. Used to charge the internal battery 16. At this time, the controller 30 sets the duty ratio of the switching element 23A of the charging circuit 23 according to the DC voltage (250V DC ) supplied from the external battery EB. As a result, the charging circuit 23 converts the DC voltage of 250 V DC supplied from the external battery EB into the DC voltage of 160 V DC used by the built-in battery 16.

外部バッテリＥＢを用いて電動モータ１５を駆動する場合には、昇降圧器２２のスイッチＳ２，Ｓ５をそれぞれオンとし、外部バッテリＥＢから得られる直流電圧を昇圧回路２４を用いて昇圧し、インバータ２０に供給する。このとき、コントローラ３０は、外部バッテリＥＢから供給される直流電圧（２５０ＶDC）に応じて、昇圧回路２４のスイッチング素子２４Ａのデューティ比を設定する。これにより、昇圧回路２４は、外部バッテリＥＢから供給される２５０ＶDCの直流電圧をインバータ２０で使用する３００ＶDCの直流電圧に変換する。 When driving the electric motor 15 using the external battery EB, the switches S2 and S5 of the step-up / step-down booster 22 are turned on, the DC voltage obtained from the external battery EB is boosted using the booster circuit 24, and the inverter 20 Supply. At this time, the controller 30 sets the duty ratio of the switching element 24A of the booster circuit 24 in accordance with the DC voltage (250V DC ) supplied from the external battery EB. Thereby, the booster circuit 24 converts the DC voltage of 250 V DC supplied from the external battery EB into the DC voltage of 300 V DC used in the inverter 20.

本実施の形態による油圧ショベルは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。   The hydraulic excavator according to the present embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.

まず、キースイッチ３０Ａをオンすることによってコントローラ３０が始動する。そして、コントローラ３０は、電圧センサ、電流センサ（いずれも図示せず）を用いて、商用電源ＰＳ、外部バッテリＥＢがコネクタ１８，１９に接続されているか否か、内部バッテリ１６の充電残量等を検出し、これらの検出結果に応じて昇降圧器２２のスイッチＳ１〜Ｓ５を切り換える。   First, the controller 30 is started by turning on the key switch 30A. The controller 30 uses a voltage sensor and a current sensor (both not shown) to determine whether the commercial power source PS and the external battery EB are connected to the connectors 18 and 19, the remaining charge of the internal battery 16, and the like. And switches S1 to S5 of the step-up / step-down booster 22 are switched according to the detection results.

例えば、内蔵バッテリ１６の充電が必要なときには、商用電源ＰＳまたは外部バッテリＥＢから供給される電力を、充電回路２３を介して内蔵バッテリ１６に供給する。これにより、内蔵バッテリ１６に向けて充電回路２３から１６０ＶDCの直流電力を供給し、内蔵バッテリ１６を充電することができる。 For example, when the internal battery 16 needs to be charged, the electric power supplied from the commercial power source PS or the external battery EB is supplied to the internal battery 16 via the charging circuit 23. As a result, 160 V DC direct-current power can be supplied from the charging circuit 23 toward the internal battery 16 to charge the internal battery 16.

一方、油圧ショベルを駆動するときには、インバータ２０に向けて商用電源ＰＳ、内蔵バッテリ１６、外部バッテリＥＢのいずれかの電源から３００ＶDCの直流電力を供給する。これにより、インバータ２０は、直流電力を交流電力に変換して電動モータ１５に供給するから、油圧ポンプ１１は、電動モータ１５によって駆動し、油圧を生成する。この結果、この油圧を各シリンダ８〜１０等に供給することによって、下部走行体１による走行動作、上部旋回体２の旋回動作、作業装置４による掘削作業等を行うことができる。 On the other hand, when the hydraulic excavator is driven, DC power of 300 V DC is supplied to the inverter 20 from any one of the commercial power source PS, the built-in battery 16 and the external battery EB. Thereby, since the inverter 20 converts DC power into AC power and supplies it to the electric motor 15, the hydraulic pump 11 is driven by the electric motor 15 to generate hydraulic pressure. As a result, by supplying this hydraulic pressure to each of the cylinders 8 to 10, a traveling operation by the lower traveling body 1, a turning operation of the upper revolving body 2, excavation work by the work device 4, and the like can be performed.

然るに、内蔵バッテリ１６または外部バッテリＥＢを用いて電動モータ１５を駆動したときには、昇圧回路２４には電動モータ１５を駆動するための電流が流れている。この状態で、バケット７を硬質な地面等に強く衝突させたときには、衝撃的に大きな負荷が作用する。このとき、電動モータ１５には大きな電流が流れるから、図７に示すように、昇圧回路２４にも大きな負荷電流Ｉrが流れる。   However, when the electric motor 15 is driven using the built-in battery 16 or the external battery EB, a current for driving the electric motor 15 flows through the booster circuit 24. In this state, when the bucket 7 is strongly collided with the hard ground or the like, a large load is applied in an impact. At this time, since a large current flows through the electric motor 15, a large load current Ir also flows through the booster circuit 24 as shown in FIG.

例えば、衝撃的な負荷が作用したときには、昇圧回路２４のリアクトル２４Ｂを流れる負荷電流Ｉrは無負荷状態に比べて６倍以上に急激に立ち上がる。この負荷電流Ｉrの急激な増加によって、内蔵バッテリ１６と昇圧回路２４との間のケーブルで大きな電圧降下が生じる。また、過電流によるリアクトル２４Ｂの飽和もあるので、負荷電流Ｉrは過渡的に大きなオーバーシュートを生じ、ピーク値も非常に大きくなる。   For example, when an impact load is applied, the load current Ir flowing through the reactor 24B of the booster circuit 24 rises abruptly six times or more compared to the no-load state. Due to the sudden increase in the load current Ir, a large voltage drop occurs in the cable between the built-in battery 16 and the booster circuit 24. Further, since the reactor 24B is saturated due to an overcurrent, the load current Ir transiently causes a large overshoot and the peak value becomes very large.

ここで、スイッチング素子２４Ａがオフのときには、負荷電流Ｉrはダイオード２４Ｃを通じて電動モータ１５側に出力されるのに対し、スイッチング素子２４Ａがオンのときには、負荷電流Ｉrはスイッチング素子２４Ａを流れる。このため、負荷電流Ｉrが急激に増加したときには、昇圧回路２４のスイッチング素子２４Ａにもこの負荷電流Ｉrに対応した電流Ｉsが流れるから、スイッチング素子２４Ａに破損や劣化が生じる虞れがある。   Here, when the switching element 24A is OFF, the load current Ir is output to the electric motor 15 through the diode 24C, whereas when the switching element 24A is ON, the load current Ir flows through the switching element 24A. For this reason, when the load current Ir suddenly increases, the current Is corresponding to the load current Ir also flows through the switching element 24A of the booster circuit 24, so that the switching element 24A may be damaged or deteriorated.

これに対し、本実施の形態では、昇圧回路２４には保護回路２５を設けている。このため、保護回路２５は、電流検出器２６Ａを用いてスイッチング素子２４Ａを流れる電流Ｉsを検出し、第１の比較器２６を用いて電流Ｉsがスイッチング素子２４Ａを保護するための電流値Ｉ0よりも大きいか否かを判定する。そして、比較器２６が電流Ｉsが電流値Ｉ0よりも大きいと判定したときには、比較器２６はＬ信号を出力し、このＬ信号はＮＯＴ回路を介してＲＳフリップフロップ２８のリセット端子Ｒに入力される。このため、ＲＳフリップフロップ２８は出力端子ＱからＬ信号を出力するから、スイッチング制御回路２９はパルス信号の出力を停止する。これにより、スイッチング素子２４Ａはオフに固定されるから、スイッチング素子２４Ａに電流値Ｉ0よりも大きな電流Ｉsが流れることがなくなり、スイッチング素子２４Ａを保護することができる。   On the other hand, in the present embodiment, the booster circuit 24 is provided with a protection circuit 25. For this reason, the protection circuit 25 detects the current Is flowing through the switching element 24A using the current detector 26A, and the current Is protects the switching element 24A from the current value I0 using the first comparator 26. It is determined whether or not it is larger. When the comparator 26 determines that the current Is is larger than the current value I0, the comparator 26 outputs an L signal, and this L signal is input to the reset terminal R of the RS flip-flop 28 via the NOT circuit. The For this reason, since the RS flip-flop 28 outputs the L signal from the output terminal Q, the switching control circuit 29 stops outputting the pulse signal. Thereby, since the switching element 24A is fixed off, the current Is larger than the current value I0 does not flow through the switching element 24A, and the switching element 24A can be protected.

一方、スイッチング素子２４Ａをオフに固定し続けると、昇圧回路２４は入力電圧Ｖ2inを昇圧することができず、出力電圧Ｖ2outは低下する。このとき、一般的にインバータ２０はその入力部に大きなコンデンサ（図示せず）を備えているから、このコンデンサによって出力電圧Ｖ2outは滑らかに低下する。インバータ２０として汎用品を使用した場合には、入力電圧（出力電圧Ｖ2out）が定格値（３００ＶDC）に比べて例えば６０〜８０％程度（例えば２４０ＶDC）まで低下したときに、電動モータ１５を停止させる機能を備えていることがある。この場合、急激な負荷上昇によって、電動モータ１５や作業装置４等が頻繁に停止することになり、オペレータにとっては使い難い機械となる。また、電動モータ１５は、一般的に定格値よりも低い電圧でも使用できるが、負荷が一定のため、電圧の低下分だけ電流が増加し、電動モータ１５のコイルに焼損が生じる虞れがある。 On the other hand, if the switching element 24A is kept off, the booster circuit 24 cannot boost the input voltage V2in, and the output voltage V2out decreases. At this time, since the inverter 20 generally includes a large capacitor (not shown) at the input portion thereof, the output voltage V2out is smoothly reduced by this capacitor. When a general-purpose product is used as the inverter 20, the electric motor 15 is turned on when the input voltage (output voltage V2out) is reduced to, for example, about 60 to 80% (for example, 240V DC ) compared to the rated value (300V DC ). May have a function to stop. In this case, the electric motor 15 and the work device 4 are frequently stopped due to a sudden load increase, which makes the machine difficult to use for the operator. The electric motor 15 can generally be used even at a voltage lower than the rated value. However, since the load is constant, there is a possibility that the current increases as the voltage decreases and the coil of the electric motor 15 is burned. .

これに対し、本実施の形態では、保護回路２５に第２の比較器２７を設け、昇圧回路２４の出力電圧Ｖ2outに応じてスイッチング素子２４Ａの切換動作を復帰させる構成としている。   On the other hand, in this embodiment, the second comparator 27 is provided in the protection circuit 25, and the switching operation of the switching element 24A is restored according to the output voltage V2out of the booster circuit 24.

即ち、第２の比較器２７は、昇圧回路２４の出力電圧Ｖ2outが電動モータ１５を継続運転するための電圧値Ｖ0よりも低下したか否かを判定する。そして、比較器２７が出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0よりも低下したと判定したときには、比較器２７はＬ信号を出力し、このＬ信号はＮＯＴ回路を介してＲＳフリップフロップ２８のセット端子Ｓに入力される。このため、ＲＳフリップフロップ２８は出力端子ＱからＨ信号を出力するから、スイッチング制御回路２９はパルス信号の出力を再開する。これにより、スイッチング素子２４Ａはオンとオフの切換動作を再開するから、内蔵バッテリ１６または外部バッテリＥＢからの直流電圧を昇圧してインバータ２０に供給することができる。   That is, the second comparator 27 determines whether or not the output voltage V2out of the booster circuit 24 is lower than the voltage value V0 for continuously operating the electric motor 15. When the comparator 27 determines that the output voltage V2out has decreased below the voltage value V0, the comparator 27 outputs an L signal, and this L signal is sent to the set terminal S of the RS flip-flop 28 via the NOT circuit. Entered. Therefore, since the RS flip-flop 28 outputs the H signal from the output terminal Q, the switching control circuit 29 resumes the output of the pulse signal. As a result, the switching element 24A resumes the ON / OFF switching operation, so that the DC voltage from the internal battery 16 or the external battery EB can be boosted and supplied to the inverter 20.

特に、スイッチング素子２４Ａのスイッチング周波数は、作業装置４等の機械的な動作時間よりもはるかに速い。また、衝撃的な負荷によって負荷電流Ｉrが増加する時間（たとえば数百ｍｓ以下）も、作業装置４等の機械動作よりも十分に速い。このため、保護回路２５は、出力電圧Ｖ2outを監視し、出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0よりも低下したときには、スイッチング素子２４Ａの切換動作を復帰させる。これにより、衝撃的な負荷が作用したときでも、電動モータ１５を継続的に運転することができるから、オペレータには違和感を与えることなく、昇圧回路２４を保護することができる。   In particular, the switching frequency of the switching element 24A is much faster than the mechanical operation time of the work device 4 or the like. In addition, the time (for example, several hundred ms or less) during which the load current Ir increases due to the shock load is sufficiently faster than the machine operation of the work device 4 or the like. For this reason, the protection circuit 25 monitors the output voltage V2out, and when the output voltage V2out falls below the voltage value V0, the protection circuit 25 restores the switching operation of the switching element 24A. Thereby, even when an impact load is applied, the electric motor 15 can be continuously operated, so that the booster circuit 24 can be protected without causing the operator to feel uncomfortable.

かくして、本実施の形態によれば、昇圧回路２４には保護回路２５を設けたから、例えば衝撃的な負荷が作用してスイッチング素子２４Ａに流れる電流Ｉsが急激に増加するときでも、保護回路２５は、電流Ｉsがスイッチング素子２４Ａを保護するための電流値Ｉ0よりも増加したときにスイッチング素子２４Ａをオフに固定する。これにより、スイッチング素子２４Ａに破損が生じるような過大な電流Ｉsが流れるのを防止することができる。また、昇圧回路２４の容量を衝撃的な負荷を考慮しないで設計することができるから、昇圧回路２４の小型化や低コスト化を図ることができる。   Thus, according to the present embodiment, since the booster circuit 24 is provided with the protection circuit 25, for example, even when an impact load is applied and the current Is flowing through the switching element 24A increases rapidly, the protection circuit 25 When the current Is increases above the current value I0 for protecting the switching element 24A, the switching element 24A is fixed off. As a result, it is possible to prevent an excessive current Is that would cause damage to the switching element 24A. Further, since the capacity of the booster circuit 24 can be designed without considering a shocking load, the booster circuit 24 can be reduced in size and cost.

また、スイッチング素子２４Ａをオフに固定すると、昇圧回路２４から出力される出力電圧Ｖ2outは低下する。このとき、保護回路２５は、出力電圧Ｖ2outが電動モータ１５を継続運転するための電圧値Ｖ0よりも低下したときに、スイッチング素子２４Ａのオンとオフの切換動作を復帰させる。これにより、出力電圧Ｖ2outが低下して電動モータ１５が停止する前に、スイッチング素子２４Ａの切換動作が回復するから、昇圧回路２４は再び動作して出力電圧Ｖ2outを予め決められた値まで昇圧する。この結果、電動モータ１５が停止することなく、昇圧回路２４の動作を回復することができるから、油圧ポンプ１１およびシリンダ８〜１０等のアクチュエータを連続的に動作させることができる。   Further, when the switching element 24A is fixed off, the output voltage V2out output from the booster circuit 24 decreases. At this time, when the output voltage V2out falls below the voltage value V0 for continuously operating the electric motor 15, the protection circuit 25 restores the switching operation of the switching element 24A. As a result, the switching operation of the switching element 24A is recovered before the output voltage V2out is lowered and the electric motor 15 is stopped. Therefore, the booster circuit 24 operates again to boost the output voltage V2out to a predetermined value. . As a result, since the operation of the booster circuit 24 can be recovered without stopping the electric motor 15, the actuators such as the hydraulic pump 11 and the cylinders 8 to 10 can be continuously operated.

また、保護回路２５は、第１，第２の比較器２６，２７およびＲＳフリップフロップ２８を用いて構成した。このとき、第１の比較器２６は、スイッチング素子２４Ａに流れる電流Ｉsがスイッチング素子２４Ａを保護するための電流値Ｉ0よりも増加したときに、出力信号を切換える。このため、ＲＳフリップフロップ２８は、第１の比較器２６の出力をリセット端子Ｒに入力することによって、電流Ｉsが電流値Ｉ0よりも増加したときにスイッチング素子２４Ａをオフに固定することができる。   The protection circuit 25 is configured by using first and second comparators 26 and 27 and an RS flip-flop 28. At this time, the first comparator 26 switches the output signal when the current Is flowing through the switching element 24A is larger than the current value I0 for protecting the switching element 24A. Therefore, the RS flip-flop 28 can input the output of the first comparator 26 to the reset terminal R to fix the switching element 24A off when the current Is increases from the current value I0. .

一方、第２の比較器２７は、出力電圧Ｖ2outが電動モータ１５を継続運転するための電圧値Ｖ0よりも低下したときに、出力信号を切換える。このため、ＲＳフリップフロップ２８は、第２の比較器２７の出力をセット端子Ｓに入力することによって、出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0よりも低下したときにスイッチング素子２４Ａの切換動作を復帰させることができる。   On the other hand, the second comparator 27 switches the output signal when the output voltage V2out falls below the voltage value V0 for continuously operating the electric motor 15. Therefore, the RS flip-flop 28 inputs the output of the second comparator 27 to the set terminal S, thereby returning the switching operation of the switching element 24A when the output voltage V2out falls below the voltage value V0. Can do.

また、昇圧回路２４は、スイッチング素子２４Ａ、リアクトル２４Ｂおよびダイオード２４Ｃを備えた直流チョッパ回路を用いて構成したから、リアクトル２４Ｂは、スイッチング素子２４Ａをオンしたときに、入力端子Ｐ2aから電流が流れてエネルギを蓄積し、スイッチング素子２４Ａをオフしたときに、蓄積したエネルギを放出し、ダイオード２４Ｃを介して出力端子Ｐ2bに向けて電流を供給する。このとき、スイッチング素子２４Ａがオフとなったときには、入力電圧Ｖ2inに加えてリアクトル２４Ｂのエネルギが加算されて出力端子Ｐ2bに伝達されるため、出力電圧Ｖ2outは入力電圧Ｖ2inよりも高くなる。このため、スイッチング素子２４Ａのオンとオフの切換動作を繰り返すことによって、昇圧回路２４は、切換動作のデューティ比に応じて入力電圧Ｖ2inを昇圧することができる。   Further, since the booster circuit 24 is configured using a DC chopper circuit including the switching element 24A, the reactor 24B, and the diode 24C, the reactor 24B has a current flowing from the input terminal P2a when the switching element 24A is turned on. When energy is stored and the switching element 24A is turned off, the stored energy is released and current is supplied to the output terminal P2b via the diode 24C. At this time, when the switching element 24A is turned off, the energy of the reactor 24B is added to the input voltage V2in and transmitted to the output terminal P2b, so that the output voltage V2out becomes higher than the input voltage V2in. Therefore, by repeating the on / off switching operation of the switching element 24A, the booster circuit 24 can boost the input voltage V2in according to the duty ratio of the switching operation.

さらに、昇圧回路２４の入力側には、外部バッテリＥＢが接続可能な外部バッテリ接続コネクタ１９を接続したから、昇圧回路２４は、内蔵バッテリ１６に加えて、外部バッテリＥＢによる直流電圧を昇圧してインバータ２０に供給することができる。   Further, since the external battery connection connector 19 to which the external battery EB can be connected is connected to the input side of the booster circuit 24, the booster circuit 24 boosts the DC voltage by the external battery EB in addition to the built-in battery 16. It can be supplied to the inverter 20.

また、インバータ２０の入力側には交流・直流変換器２１を接続すると共に、交流・直流変換器２１の入力側には商用電源接続コネクタ１８を接続する構成としたから、交流・直流変換器２１を用いて商用交流電源ＰＳによる交流電圧を直流電圧に変換してインバータ２０に供給することができる。   In addition, since the AC / DC converter 21 is connected to the input side of the inverter 20 and the commercial power supply connector 18 is connected to the input side of the AC / DC converter 21, the AC / DC converter 21 is configured. Can be used to convert the AC voltage from the commercial AC power source PS into a DC voltage and supply it to the inverter 20.

また、交流・直流変換器２１の出力側とインバータ２０との間には充電回路２３を設けたから、充電回路２３は、交流・直流変換器２１から出力される直流電圧を降圧して内蔵バッテリ１６に供給し、内蔵バッテリ１６を充電することができる。さらに、充電回路２３には外部バッテリ接続コネクタ１９を接続したから、充電回路２３は、外部バッテリＥＢによる直流電圧を降圧して内蔵バッテリ１６に供給し、内蔵バッテリ１６を充電することもできる。   In addition, since the charging circuit 23 is provided between the output side of the AC / DC converter 21 and the inverter 20, the charging circuit 23 steps down the DC voltage output from the AC / DC converter 21 and incorporates the built-in battery 16. The built-in battery 16 can be charged. Further, since the external battery connection connector 19 is connected to the charging circuit 23, the charging circuit 23 can step down the DC voltage from the external battery EB and supply it to the internal battery 16 to charge the internal battery 16.

なお、前記実施の形態では、保護回路２５は、第１，第２の比較器２６，２７および論理回路をなすＲＳフリップフロップ２８を用いて構成した。しかし、本発明はこれに限らず、マイクロコンピュータを用いて保護回路を構成してもよい。この場合、例えば電流検出器２６Ａや抵抗２４Ｅからの検出電圧をアナログ−ディジタル変換器を用いてマイクロコンピュータに入力すると共に、該マイクロコンピュータはプログラムに従って電流Ｉsおよび出力電圧Ｖ2outを判定し、スイッチング素子２４Ａの切換動作を制御すればよい。   In the embodiment, the protection circuit 25 is configured by using the first and second comparators 26 and 27 and the RS flip-flop 28 forming a logic circuit. However, the present invention is not limited to this, and the protection circuit may be configured using a microcomputer. In this case, for example, the detection voltage from the current detector 26A and the resistor 24E is input to the microcomputer using an analog-digital converter, and the microcomputer determines the current Is and the output voltage V2out according to the program, and the switching element 24A. It is sufficient to control the switching operation.

また、前記実施の形態では、保護回路２５は、第２の比較器２７を用いて昇圧回路２４の出力電圧Ｖ2outが電圧値Ｖ0まで低下したか否か直接的に判定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば電流Ｉsが電流値Ｉ0よりも増加した後に、予め決められた時間（例えば５０ｍｓ〜１００ｍｓ）が経過したときに、昇圧回路２４の出力電圧Ｖ2outが電動モータ１５の継続運転に必要な電圧値まで低下したものと仮定して、スイッチング素子２４Ａの切換動作を復帰する構成としてもよい。   In the embodiment, the protection circuit 25 is configured to directly determine whether or not the output voltage V2out of the booster circuit 24 has decreased to the voltage value V0 using the second comparator 27. However, the present invention is not limited to this. For example, when a predetermined time (for example, 50 ms to 100 ms) elapses after the current Is increases from the current value I0, the output voltage V2out of the booster circuit 24 is set to the electric motor. The switching operation of the switching element 24 </ b> A may be resumed on the assumption that the voltage has decreased to a voltage value required for 15 continuous operations.

また、前記実施の形態では、昇圧回路２４は、リアクトル２４Ｂの一端側を入力端子Ｐ2aに接続し、リアクトル２４Ｂの他端側をダイオード２４Ｃのアノードに接続し、ダイオード２４Ｃのカソードを出力端子Ｐ2bに接続し、スイッチング素子２４Ａをダイオードのアノードとグランドとの間に接続した昇圧チョッパ回路を用いて構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図８に示す変形例による昇圧回路３１のように、スイッチング素子３１Ａ、リアクトル３１Ｂ、ダイオード３１Ｃ、コンデンサ３１Ｄ、抵抗３１Ｅからなる昇降圧チョッパ回路を用いて構成してもよい。   In the above embodiment, the booster circuit 24 has one end of the reactor 24B connected to the input terminal P2a, the other end of the reactor 24B connected to the anode of the diode 24C, and the cathode of the diode 24C connected to the output terminal P2b. The step-up chopper circuit is connected and the switching element 24A is connected between the anode of the diode and the ground. However, the present invention is not limited to this, and is configured using a step-up / step-down chopper circuit including a switching element 31A, a reactor 31B, a diode 31C, a capacitor 31D, and a resistor 31E, such as a booster circuit 31 according to a modification shown in FIG. May be.

この場合、スイッチング素子３１Ａの一端側は入力側のプラス端子に接続し、スイッチング素子３１Ａの他端側はダイオード３１Ｃのカソードに接続し、ダイオード３１Ｃのアノードは出力側のマイナス端子に接続すると共に、リアクトル３１Ｂはダイオード３１Ｃのカソードと入力側のマイナス端子および出力側のプラス端子との間に接続するものである。   In this case, one end side of the switching element 31A is connected to the positive terminal on the input side, the other end side of the switching element 31A is connected to the cathode of the diode 31C, and the anode of the diode 31C is connected to the negative terminal on the output side. Reactor 31B is connected between the cathode of diode 31C and the negative terminal on the input side and the positive terminal on the output side.

また、前記実施の形態では、外部バッテリＥＢは２５０ＶDCの直流電圧を出力し、内部バッテリ１６は１６０ＶDCの直流電圧を出力するものとした。さらに、電動モータ１５は２００ＶACの三相交流電力によって駆動するものとした。しかし、これらの電圧値は、実施の形態で示した値に限らず、各バッテリや電動モータの仕様等に応じて適宜設定すればよい。 In the above embodiment, the external battery EB outputs a DC voltage of 250V DC , and the internal battery 16 outputs a DC voltage of 160V DC . Furthermore, the electric motor 15 is driven by three-phase AC power of 200V AC . However, these voltage values are not limited to the values shown in the embodiment, and may be set as appropriate according to the specifications of each battery or electric motor.

また、前記実施の形態では、建設機械として装軌式の油圧ショベルを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばホイール式の油圧ショベル、ホイールローダ等の他の建設機械にも広く適用することができる。   In the above embodiment, a tracked hydraulic excavator has been described as an example of the construction machine. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other construction machines such as a wheel hydraulic excavator and a wheel loader. Can also be widely applied.

８ ブームシリンダ（アクチュエータ）
９ アームシリンダ（アクチュエータ）
１０ バケットシリンダ（アクチュエータ）
１１ 油圧ポンプ
１５ 電動モータ
１６ 内蔵バッテリ
１８ 商用電源接続コネクタ
１９ 外部バッテリ接続コネクタ
２０ インバータ
２１ 交流・直流変換器
２３ 充電回路
２４，３１ 昇圧回路
２４Ａ，３１Ａ スイッチング素子
２４Ｂ，３１Ｂ リアクトル
２４Ｃ，３１Ｃ ダイオード
２５ 保護回路
２６ 第１の比較器（電流判定器）
２７ 第２の比較器（昇圧電圧判定器）
２８ ＲＳフリップフロップ（切換動作制御回路） 8 Boom cylinder (actuator)
9 Arm cylinder (actuator)
10 Bucket cylinder (actuator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Hydraulic pump 15 Electric motor 16 Built-in battery 18 Commercial power connector 19 External battery connector 20 Inverter 21 AC / DC converter 23 Charging circuit 24, 31 Booster circuit 24A, 31A Switching element 24B, 31B Reactor 24C, 31C Diode 25 Protection Circuit 26 First comparator (current determination device)
27 Second comparator (boost voltage determiner)
28 RS flip-flop (switching operation control circuit)

Claims (6)

内蔵バッテリと、該内蔵バッテリから供給される直流電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路によって昇圧した直流の昇圧電圧を交流電圧に変換するインバータと、該インバータから供給される交流電圧によって駆動する電動モータと、該電動モータによって駆動する油圧ポンプと、該油圧ポンプにて生成した油圧を用いて複数のアクチュエータを駆動するバッテリ駆動建設機械であって、
前記昇圧回路は、オンとオフの切換動作を繰り返すスイッチング素子と、該スイッチング素子をオンしたときに入力端子から電流が流れ、該スイッチング素子をオフしたときにダイオードを通じて出力端子に電流を流すリアクトルとを備えた直流チョッパ回路として構成し、
前記昇圧回路には、前記スイッチング素子に流れる電流が前記スイッチング素子を保護するための電流値よりも増加したときに前記スイッチング素子をオフにする保護回路を設け、
前記保護回路は、前記スイッチング素子をオフにした後に、前記昇圧回路から出力される昇圧電圧が前記電動モータを継続運転するための電圧値よりも低下したときに前記スイッチング素子のオンとオフの切換動作を復帰させる構成としたことを特徴とするバッテリ駆動建設機械。 Driven by an internal battery, a booster circuit that boosts a DC voltage supplied from the internal battery, an inverter that converts a DC boosted voltage boosted by the booster circuit into an AC voltage, and an AC voltage supplied from the inverter An electric motor, a hydraulic pump driven by the electric motor, and a battery-driven construction machine that drives a plurality of actuators using hydraulic pressure generated by the hydraulic pump,
The step-up circuit includes a switching element that repeats an on / off switching operation, a reactor that flows current from the input terminal when the switching element is turned on, and a current that flows through the diode to the output terminal when the switching element is turned off. Configured as a DC chopper circuit with
The booster circuit is provided with a protection circuit that turns off the switching element when a current flowing through the switching element increases more than a current value for protecting the switching element ,
The protection circuit switches the switching element on and off when the boosting voltage output from the boosting circuit drops below a voltage value for continuously operating the electric motor after the switching element is turned off. A battery-powered construction machine characterized in that the operation is restored . 前記保護回路は、前記スイッチング素子に流れる電流が前記スイッチング素子を保護するための電流値よりも増加したか否かを判定する電流判定器と、前記昇圧回路から出力される昇圧電圧が前記電動モータを継続運転するための電圧値よりも低下したか否かを判定する昇圧電圧判定器と、前記電流判定器によって前記スイッチング素子に流れる電流が前記電流値よりも増加したと判定したときに前記スイッチング素子をオフに固定し、該昇圧電圧判定器によって前記昇圧電圧が前記電圧値よりも低下したと判定したときに前記スイッチング素子のオンとオフの切換動作を復帰させる切換動作制御回路とを備える構成としてなる請求項１に記載のバッテリ駆動建設機械。 The protection circuit includes: a current determination unit that determines whether or not a current flowing through the switching element is greater than a current value for protecting the switching element; and a boost voltage output from the boost circuit is the electric motor A boosted voltage determiner that determines whether or not the voltage value is lower than a voltage value for continuously operating the switching element, and the switching when the current determiner determines that the current flowing through the switching element has increased above the current value. A switching operation control circuit for fixing the element to off and returning the switching operation of the switching element to on and off when the boosted voltage determiner determines that the boosted voltage is lower than the voltage value The battery-powered construction machine according to claim 1 . 前記昇圧回路は、前記リアクトルの一端側を入力端子に接続し、前記リアクトルの他端側を前記ダイオードのアノードに接続し、前記ダイオードのカソードを出力端子に接続し、前記スイッチング素子を前記ダイオードのアノードとグランドとの間に接続した昇圧チョッパ回路を用いて構成してなる請求項２に記載のバッテリ駆動建設機械。 The booster circuit connects one end of the reactor to an input terminal, connects the other end of the reactor to an anode of the diode, connects a cathode of the diode to an output terminal, and connects the switching element to the diode. The battery-powered construction machine according to claim 2 , wherein the battery-driven construction machine is configured by using a step-up chopper circuit connected between an anode and a ground. 前記昇圧回路の入力側には、外部バッテリが接続可能な外部バッテリ接続コネクタを接続し、
前記昇圧回路は、前記外部バッテリから供給される直流電圧を昇圧して前記インバータに供給する構成としてなる請求項３に記載のバッテリ駆動建設機械。 An external battery connection connector to which an external battery can be connected is connected to the input side of the booster circuit,
The battery-powered construction machine according to claim 3 , wherein the booster circuit boosts a DC voltage supplied from the external battery and supplies the boosted voltage to the inverter. 前記インバータの入力側には、交流電圧を直流電圧に変換する交流・直流変換器を接続し、
該交流・直流変換器の入力側には、商用交流電源が接続可能な商用電源接続コネクタを接続する構成としてなる請求項３または４に記載のバッテリ駆動建設機械。 An AC / DC converter that converts AC voltage to DC voltage is connected to the input side of the inverter,
The battery-powered construction machine according to claim 3 or 4 , wherein a commercial power connection connector to which a commercial AC power source can be connected is connected to the input side of the AC / DC converter. 前記交流・直流変換器の出力側と内蔵バッテリとの間には、前記内蔵バッテリを充電するための充電回路を設け、
該充電回路は、前記交流・直流変換器から出力される直流電圧を降圧して前記内蔵バッテリに供給する構成としてなる請求項５に記載のバッテリ駆動建設機械。 Between the output side of the AC / DC converter and the built-in battery, a charging circuit for charging the built-in battery is provided,
6. The battery-driven construction machine according to claim 5 , wherein the charging circuit is configured to step down a DC voltage output from the AC / DC converter and supply the voltage to the built-in battery.
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