JP5448472B2 - ハイブリッド型作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、運動エネルギや位置エネルギを電気エネルギに変換して蓄電装置に蓄電し、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作業機械に関する。

近年、建設作業機械等の動力発生機械に、地球環境に配慮した省燃費、低公害、低騒音等の性能が求められている。これらの要請を満たすために、油圧ポンプに代えて、または油圧ポンプの補助として電動機を利用した油圧ショベル等の作業機械が登場している。電動機を組み込んだ作業機械においては、電動機から発生する余剰の運動エネルギが電気エネルギに変換され、キャパシタ等に蓄積される。キャパシタには、例えば電気二重層コンデンサが用いられる。

キャパシタは、充放電を繰り返す長期間の使用により、または過充電、過放電や発熱等により、劣化が進行する。キャパシタの内部抵抗を測定することにより、劣化状態を判定することができる（特許文献１）。

特開２００７−１５５５８６号公報

キャパシタが過熱した状態で充放電を行うと、キャパシタの劣化が速まる。また、低温状態では、キャパシタの内部抵抗が高くなるため、低温の状態で通常の充放電を行うことは好ましくない。

本発明の一観点によると、
電力の供給によって駆動される力行動作、及び電力を発生する回生動作を行う第１の電動機と、
前記第１の電動機の出力を制御する第１の電気回路と、
前記第１の電動機に電力を供給し、及び前記第１の電動機からの回生電力を蓄電するキャパシタと、
前記キャパシタの充放電電流を制御するキャパシタ充放電回路と、
前記キャパシタの温度を検出する温度検出器と、
電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジンと、
前記エンジンによって駆動されて発電し、発電された電力によって前記キャパシタを充電する第２の電動機と、
前記温度検出器で検出された温度データが入力され、前記温度検出器で検出された温度が第１の基準温度以上になったとき、前記キャパシタの充電電流及び放電電流が、通常時の制限値である第１の制限値よりも小さい第２の制限値を超えないように、前記キャパシタ充放電回路を制御する制御装置と
を有するハイブリッド型作業機械が提供される。

キャパシタのさらなる温度上昇を抑制することができる。これにより、キャパシタの劣化が抑制される。

実施例によるハイブリッド型作業機械の側面図である。 実施例によるハイブリッド型作業機械のブロック図である。 実施例によるハイブリッド型作業機械に用いられるコンバータの等価回路図である。 実施例によるハイブリッド型作業機械の運転状態の状態遷移図である。 第１の高温異常状態になる例を示すタイミングチャートである。 第２の高温異常状態になる例を示すタイミングチャートである。 低温異常状態になる例を示すタイミングチャートである。

図１に、実施例によるハイブリッド型作業機械の側面図を示す。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、または反時計周りに旋回させる。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。

図２に、ハイブリッド型作業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。

エンジン１１の駆動軸が減速機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、作業機械の運転中は、常時駆動されている。

電動発電機１２の駆動軸が、減速機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（ＩＭＰ）モータが用いられる。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ１４の駆動軸が連結されている。

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の駆動力が減速機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の駆動力が減速機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。

制御装置３０は、中央処理装置（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。

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に示した下部走行体１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

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９０に接続されている。インバータ１８は、制御装置３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。蓄電回路９０には、さらに、他のインバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。蓄電回路９０及びインバータ２０は、制御装置３０により制御される。

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９０から電動発電機１２に供給される。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、蓄電回路９０に供給される。

旋回用電動機２１は、インバータ２０からのパルス幅変調（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ＩＭＰモータが用いられる。ＩＭＰモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。

旋回用電動機２１の力行動作中は、旋回用電動機２１の回転力が減速機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、減速機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、減速機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、減速機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の回転数を上昇させることができる。

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。

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。

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。

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作業機械では、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。

さらに、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のいずれも運転されておらず、蓄電回路９０への電力の供給及び蓄電回路９０からの電力の強制的な取り出しのいずれも行われていない状態（非運転状態）を検出することができる。

図３に、蓄電回路９０の等価回路図を示す。蓄電回路９０は、キャパシタ１９、コンバータ２００、及びＤＣバスライン１１０を含む。コンバータ１００の一対の電源接続端子１０３Ａ、１０３Ｂにキャパシタ１９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。

ＤＣバスライン１１０は、インバータ１８、２０を介して、電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されている。ＤＣバスライン１１０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。

昇圧用の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（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。

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。出力端子１０４Ａと１０４Ｂとの間に、平滑用のコンデンサ１０５が挿入されている。

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１９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１９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。

温度検出器３６が、キャパシタ１９の温度を検出する。検出された温度データは、制御装置３０に入力される。キャパシタ１９は、例えば直列接続された１４４個の電気二重層コンデンサを含む。温度検出器３６は、例えば１４４個の電気二重層コンデンサから選択された４個のコンデンサに対応して準備された４個の温度計を含む。制御装置３０は、例えば、４個の温度計で取得された４個の温度データの平均を算出し、平均値をキャパシタ１９の温度とする。なお、キャパシタの過熱状態を判定する際には、４個の温度データが示す温度のうち最も高い温度を、キャパシタの温度として採用してもよい。逆に、キャパシタの温度が低下し過ぎた状態の判定には、４個の温度データが示す温度のうち最も低い温度を、キャパシタの温度として採用してもよい。

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。

制御装置３０は、内部メモリ３０Ｂを含む。内部メモリ３０Ｂには、充放電電流制限値記憶部３１及び旋回出力制限値記憶部３２が確保されている。これらの役割については、図４〜図７を参照しながら後述する。

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。

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１９が充電される。なお、キャパシタ１９を放電する向きの電流を正とし、充電する向きの電流を負とする。

図４に、制御装置３０により制御される運転状態の遷移図の一例を示す。運転状態は、通常、低温異常、第１の高温異常、第２の高温異常、及び高温異常回復待ちの５個の状態を含む。通常状態で運転中に、キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１以上になると、運転状態が第１の高温異常状態に遷移する。第１の高温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１よりも低い高温異常回復温度Ｔ_ＨＲまで低下すると、運転状態が通常状態に戻る。

第１の高温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が、第１の基準温度Ｔ_１よりも高い第２の基準温度Ｔ_２以上になると、運転状態が第２の高温異常状態に遷移する。第２の高温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が第２の基準温度Ｔ_２まで低下すると、運転状態が高温異常回復待ち状態に遷移する。高温異常回復待ち状態で運転中に、作業者が回復指示の操作を行うと、現時点のキャパシタ温度と第１の基準温度Ｔ_１との大小を比較する。キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１以上の場合には、運転状態が第１の高温異常状態に遷移する。キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１未満である場合には、運転状態は通常状態に戻る。回復指示の操作は、図２に示した操作装置２６により行われる。

高温異常回復待ち状態のときに、キャパシタ温度が再度第２の基準温度Ｔ_２以上になると、第２の高温異常状態に戻る。

通常状態で運転中に、キャパシタ温度が、第１の基準温度Ｔ_１よりも低い第３の基準温度Ｔ_３以下になったら、運転状態が低温異常状態に遷移する。低温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が低温異常回復温度Ｔ_ＬＲ以上になったら、運転状態が通常状態に復帰する。

図５に、運転状態が、通常状態から第１の高温異常状態になった後、通常状態に戻る場合のタイミングチャートの一例を示す。

最上段に、温度検出器１９で検出されたキャパシタ１９の温度を示す。時間経過と共にキャパシタ１９の温度が上昇し、時刻ｔ_１に、第１の基準温度Ｔ_１を超える。キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１を超えると、図４に示したように、運転状態が通常状態から第１の高温異常状態に遷移する。

キャパシタ温度が、第２の基準温度Ｔ_２に到達することなく、時刻ｔ_２において、高温異常回復温度Ｔ_ＨＲまで低下する。時刻ｔ_２において、運転状態が第１の高温異常状態から通常状態に戻る。高温異常回復温度Ｔ_ＨＲを、第１の基準温度Ｔ_１よりも低く設定しておくことにより、第１の高温異常状態と通常状態との間での、短周期の遷移の繰り返しを防止することができる。

第２段目に、コンバータ１００の運転指令状態を示す。「ＯＮ」は、コンバータ１００が運転状態であることを示し、「ＯＦＦ」は、コンバータ１００が停止状態であることを示す。運転状態においては、図３に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート電極に、所定のＰＷＭ電圧が印加される。停止状態においては、図３に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂが常時非導通になっている。

第３段目に、図３に示した電流計１０７で計測される充放電電流の一例を示す。縦軸のＩ_ＤＦ及びＩ_ＣＦは、それぞれ異常時の放電電流及び充電電流の制限値を示し、Ｉ_ＤＮ及びＩ_ＣＮは、それぞれ通常時の放電電流及び充電電流の制限値を示す。これらの制限値は、図３に示した充放電電流制限値記憶部３１に記憶される。充電電流の向きを負と定義したが、これらの充電電流の制限値Ｉ_ＣＮ、Ｉ_ＣＦは、電流の大きさを表す。このため、図４に示したチャートでは、充電電流の制限値Ｉ_ＣＮ、Ｉ_ＣＦにマイナス符号を付している。異常時の充電電流の制限値Ｉ_ＣＦは、通常時の充電電流の制限値Ｉ_ＣＮよりも小さい。異常時の放電電流の制限値Ｉ_ＤＦは、通常時の放電電流の制限値Ｉ_ＤＮよりも小さい。

制御装置３０は、充放電電流が、現在有効な制限値を超えないように、コンバータ１００を制御する。

運転状態が通常状態の時、すなわち、時刻０からｔ_１の間、及び時刻ｔ_２以降では、キャパシタ１９の放電電流の制限値として通常時の制限値Ｉ_ＤＮが有効となり、充電電流の制限値として、通常時の制限値Ｉ_ＣＮが有効になる。どの制限値を有効にするかは、制御装置３０により決定される。運転状態が第１の高温異常状態の時、すなわち、時刻ｔ_１からｔ_２までの期間は、キャパシタ１９の放電電流の制限値として、高温異常時制限値Ｉ_ＤＦを有効にし、充電電流の制限値として、高温異常時制限値Ｉ_ＣＦを有効にする。

充放電電流は、実際には図３に示したリアクトル１０１で発生する誘導起電力により、パルス的に流れる。「充放電電流の大きさ」は、厳密にはパルス的に流れる電流の時間平均値を意味する。充放電電流の大きさは、実際には、図３に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート電極に印加するＰＷＭ電圧の周波数を変化させることにより制御される。

第１の高温異常状態のときに充放電電流の制限値として、より小さな制限値を有効にすることにより、キャパシタ１９からの発熱を抑制することができる。これにより、キャパシタ１９のさらなる温度上昇が抑制される。

第４段目に、エンジン１１の出力の一例を示す。通常時及び第１の高温異常時のエンジン１１の制限値Ｐ_Ｅは同一である。制御装置３０は、エンジン１１の出力が制限値Ｐ_Ｅを超えないようにエンジン１１を制御する。

第５段目に、旋回用電動機２１の出力の一例を示す。縦軸のＰ_ＣＮ及びＰ_ＣＦは、それぞれ通常時制限値及び高温異常時制限値を示す。高温異常時制限値Ｐ_ＣＦは、通常時制限値Ｐ_ＣＮよりも小さい。

制御装置３０は、旋回用電動機２１の出力が、現時点の有効な制限値を超えないように、インバータ２０を制御する。運転状態が通常状態のとき、通常時制限値Ｐ_ＣＮを有効にし、運転状態が第１の高温異常状態のとき、高温異常時制限値Ｐ_ＣＦを有効にする。

旋回用電動機２１は、電動発電機１２で発生した電力、及びキャパシタ１９から放電される電力により駆動される。第１の高温異常状態のときにキャパシタ１９の放電電流の制限値が小さくなっていることに対応して、旋回用電動機２１の出力の制限値が低くされている。これにより、電動発電機１２の発電動作時に、過剰な電気的負荷が加わることが防止される。

第６段目に、油圧出力の一例を示す。油圧出力の制限値Ｐ_Ｐは、通常状態及び第１の高温異常状態に関わらず一定である。第１の高温異常状態の期間は、キャパシタ１９からの放電によるアシスト動作の出力が制約されるが、エンジン１１の出力を高めることにより、必要な油圧出力を得ることができる。このため、第１の高温異常状態のときでも、油圧出力の制限値Ｐ_Ｐを小さくする必要はない。

第７段目に、表示装置３５の表示状態を示す。通常状態の時には、「通常」を表示し、第１の高温異常状態のときには、「異常１」を表示する。作業者は、この表示を視認することにより、現在の運転状態を認識することができる。

図６に、第２の高温異常状態まで至った場合のタイミングチャートの一例を示す。第１段〜第７段目のチャートは、図６と同様に、それぞれキャパシタ温度、コンバータ運転指令、充放電電流、エンジン出力、旋回用電動機出力、油圧出力、及び表示装置の出力のチャートを示す。時刻ｔ_１において、キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１を超えて、運転状態が第１の高温異常状態に遷移している。その後、時刻ｔ_３において、キャパシタ温度が第２の基準値Ｔ_２を超え、運転状態が第２の高温異常状態に遷移する。

運転状態が第２の高温異常状態になると、コンバータ運転指令が「ＯＦＦ」になる。すなわち、図３に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂが常時非導通になる。このため、リアクトル１０１の誘導起電力に基づく強制的な充電及び放電は行われなくなる。なお、出力端子１０４Ａ、１０４Ｂ間の電圧が、キャパシタ１９の端子間電圧よりも低くなると、ダイオード１０２ｂを通してキャパシタ１９の放電電流が流れる。

充放電電流の制限値として、第１の高温異常状態のときの有効な制限値Ｉ_ＤＦ及びＩ_ＣＦが維持される。ただし、コンバータ運転指令が「ＯＦＦ」であるため、充放電電流は殆ど流れない。

エンジン出力及び油圧出力の制限値Ｐ_Ｅ及びＰ_Ｐは、通常状態のときの制限値と同一である。旋回用電動機の出力の制限値として、第１の高温異常状態のときの制限値Ｐ_ＣＦが維持される。キャパシタ１９からの強制的な放電が行われないため、旋回用電動機２１は、電動発電機１２の発電動作により発生した電力で駆動される。また、電動発電機１２のアシスト動作は行われない。

第２の高温異常状態になると、表示装置に「異常２」が表示される。

第２の高温異常状態では、キャパシタ１９の充放電がほとんど行われないため、キャパシタ１９の温度の上昇が抑制され、さらには温度が低下し始める。

時刻ｔ_４において、キャパシタ１９の温度が第２の基準温度Ｔ_２以下になると、図４に示したように、高温異常回復待ちの状態に遷移する。また、表示装置には、「回復待ち」が表示される。

時刻ｔ_５において、作業者が回復指示の操作を行うと、コンバータ運転指令が「ＯＮ」になると共に、運転状態が遷移する。図６では、回復指示の操作時のキャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１以上であるため、運転状態が第１の高温異常状態に遷移する。なお、回復指示の操作時のキャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ_１未満である場合には、図４に示したように運転状態が通常状態に遷移する。時刻ｔ_６において、キャパシタ温度が高温異常回復温度Ｔ_ＨＲ以下になると、運転状態が通常状態に復帰する。

第２の高温異常状態のときに、キャパシタ１９の強制的な充放電を行わないため、キャパシタ１９のさらなる温度上昇を抑制することができる。これにより、キャパシタ１９の劣化を抑制することができる。

図７に、低温異常状態に至る場合のタイミングチャートの一例を示す。上段から順番に、キャパシタ温度、コンバータ運転指令、充放電電流、エンジン出力、旋回用電動機出力、油圧出力、電動発電機出力、及び表示装置の出力のチャートを示す。

運転開始時のキャパシタ温度が第３の基準温度Ｔ_３以下であるとする。このとき、運転状態は、低温異常状態である。コンバータ運転指令は「ＯＮ」である。充放電電流のチャートの縦軸のＩ_ＣＦＬ及びＩ_ＤＦＬは、それぞれ低温時の充電電流制限値及び低温時の放電電流制限値を示す。低温時の充電電流制限値Ｉ_ＣＦＬは、通常時の充電電流の制限値Ｉ_ＣＮよりも小さく、低温時の放電電流制限値Ｉ_ＤＦＬは、通常時の放電電流の制限値Ｉ_ＤＮよりも小さい。低音異常状態のときには、低温異常時の制限値Ｉ_ＣＦＬ、及びＩ_ＤＦＬを有効にする。

旋回用電動機出力のチャートの縦軸のＰ_ＣＦＬは、低温異常時の出力制限値を示す。低温異常状態のときには、低温時の出力制限値Ｐ_ＣＦＬを有効にする。表示装置には、「低温異常」が表示される。

電動発電機出力を示すチャートの縦軸のＰ_ＡＦ及びＰ_ＧＦは、それぞれ低温異常時におけるアシスト動作出力制限値及び発電動作出力制限値を示す。縦軸のＰ_ＡＮ及びＰ_ＧＮは、それぞれ通常時におけるアシスト動作出力制限値及び発電動作出力制限値を示す。制御装置３０は、現在有効な制限値を超えない範囲でアシスト動作及び発電動作が行われるように、インバータ１８を制御する。

低温異常状態であって、かつ旋回用電動機２１が駆動されていないときには、低温異常時制限値Ｐ_ＡＦ及びＰ_ＧＦを有効にし、アシスト動作と発電動作とが交互に繰り返されるように、制御装置３０がインバータ１８を制御する。旋回用電動機２１への電力の供給、及び旋回用電動機２１からの回生電力の取り出しがないため、電動発電機１２のアシスト動作時にキャパシタ１９に放電電流が流れ、発電動作時に充電電流が流れる。この充電電流及び放電電流により、キャパシタ１９で発熱が生じる。これにより、キャパシタ１９の温度を上昇させることができる。

時刻ｔ_１０において、キャパシタ温度が、第３の基準温度よりも高い低温異常回復温度Ｔ_ＬＲ以上になると、運転状態が通常状態に遷移する。充放電電流の制限値として、通常時の制限値Ｉ_ＤＮ、Ｉ_ＣＮを有効にし、旋回用電動機出力の制限値として、通常時の制限値Ｐ_ＣＮを有効にし、電動発電機出力のアシスト動作出力及び発電動作出力の制限値として、それぞれ通常時の制限値Ｐ_ＡＮ及びＰ_ＧＮを有効にする。電動発電機１２の動作も、通常状態の動作に戻る。すなわち、負荷に応じて、アシスト動作または発電動作が切り替えられる。

何らかの原因で、時刻ｔ_１２においてキャパシタ温度が第３の基準温度Ｔ_３以下になると、運転状態が低温異常状態に遷移する。各制限値として、低温異常時の制限値を有効にする。旋回用電動機２１の動作、及びキャパシタ１９の充放電動作に応じて、電動発電機１２のアシスト動作と発電動作とが切り替えられる。充放電電流の制限値を小さくすることにより、キャパシタ１９の内部抵抗が高い状態で、大きな電流が流れることを防止できる。

時刻ｔ_１２において、キャパシタ温度が低温異常回復温度Ｔ_ＬＲ以上になると、運転状態が通常状態に復帰する。

上記実施例では、通常状態時にコンバータ１００の運転指令が「ＯＮ」である場合について説明したが、コンバータ１００の運転指令が「ＯＦＦ」にされている場合もある。この場合も、各制限値は、上記実施例の場合と同様に、運転状態に応じて有効になる。

コンバータ１００の運転指令が「ＯＦＦ」のときには、図３に示したダイオード１０２ｂを経由してキャパシタ１９から放電電流が流れる場合がある。この放電電流の大きさを制限する制御は、図２に示した電動発電機１２及び旋回用電動機２１の出力の合計値を制限することにより行われる。具体的には、コンバータ１００を通って流れる放電電流の大きさが、現時点で有効になっている制限値の範囲内に納まるように、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の合計の出力の上限値を計算により求める。電動発電機１２及び旋回用電動機２１の合計の出力が、この上限値を超えないように、インバータ１８及び２０が制御される。

上記実施例では、ハイブリッド型作業機械として、旋回用電動機２１を回生動作させるショベルについて説明した。上記実施例で説明した蓄電回路９０の制御方法は、巻き上げ用の駆動装置が備えられたクレーンに適用することも可能である。この場合には、巻き上げ対称物の位置エネルギが電気エネルギに変換される。発生した電気エネルギがキャパシタ１９に蓄電される。巻き上げ動作時には、キャパシタ１９からの放電電流、及び電動発電機１２からの発電電力により、巻上用電動機が駆動される。

また、上記実施例で説明した蓄電回路９０の制御方法は、リフティングマグネット型作業機械に適用することもできる。この場合、キャパシタ１９からの放電電流により、リフティングマグネットの吸着動作が行われる。

以上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。例えば、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。

１ 下部走行体（基体）
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（第２の電動機）
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８ インバータ（第２の電気回路）
１９ キャパシタ
２０ インバータ（第１の電気回路）
２１ 旋回用電動機（第１の電動機）
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２７、２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ 制御装置
３５ 表示装置
３６ 温度検出器
１００ 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 平滑用コンデンサ
１０６ 電圧計
１０７ 電流計
１１１ 電圧計

Claims (6)

1. 電力の供給によって駆動される力行動作、及び電力を発生する回生動作を行う第１の電動機と、
   前記第１の電動機の出力を制御する第１の電気回路と、
   前記第１の電動機に電力を供給し、及び前記第１の電動機からの回生電力を蓄電するキャパシタと、
   前記キャパシタの充放電電流を制御するキャパシタ充放電回路と、
   前記キャパシタの温度を検出する温度検出器と、
   電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジンと、
   前記エンジンによって駆動されて発電し、発電された電力によって前記キャパシタを充電する第２の電動機と、
   前記温度検出器で検出された温度データが入力され、前記温度検出器で検出された温度が第１の基準温度以上になったとき、前記キャパシタの充電電流及び放電電流が、通常時の制限値である第１の制限値よりも小さい第２の制限値を超えないように、前記キャパシタ充放電回路を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が前記第１の基準温度以上になったとき、さらに、前記第１の電動機の出力が、通常時の制限値である第３の制限値よりも小さい第４の制限値を超えないように前記第１の電気回路を制御するハイブリッド型作業機械。
2. さらに、
   基体と、
   前記基体に対して旋回可能に取り付けられた旋回体と
   を有し、
   前記第１の電動機は、前記旋回体を旋回させる回転駆動力を発生する請求項１に記載のハイブリッド型作業機械。
3. 前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が、前記第１の基準温度よりも低い
   第１の回復温度以下になったとき、前記キャパシタの充電電流及び放電電流の制限値を通常時の値に戻して、前記キャパシタ充放電回路を制御する請求項１または２に記載のハイブリッド型作業機械。
4. 前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が、前記第１の基準温度よりも高い第２の基準温度以上になったとき、前記キャパシタへの充電及び前記キャパシタからの強制的な放電を停止させるように前記キャパシタ充放電回路を制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド型作業機械。
5. 前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が、前記第１の基準温度よりも低い第３の基準温度以下になったことを検出すると、前記キャパシタの充電電流及び放電電流が、通常時の制限値である第５の制限値よりも小さい第６の制限値を超えないように、前記キャパシタ充放電回路を制御し、かつ前記第１の電動機の出力が、通常時の制限値である第７の制限値よりも小さい第８の制限値を超えないように、前記第１の電気回路を制御する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のハイブリッド型作業機械。
6. 前記第２の電動機は、前記エンジンの駆動軸に機械的に接続され、かつ前記キャパシタに電気的に接続され、前記エンジンによって駆動されて発電を行う発電動作、及び、前記キャパシタから電力を供給されることによって機械的駆動力を発生して前記エンジンの駆動力を補助するアシスト動作を行い、
   さらに、前記第２の電動機へ電力を供給する状態と、該第２の電動機から発電電力を取り出す状態とを切り替える第２の電気回路を有し、
   前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が前記第３の基準温度以下になったときに、前記第２の電動機が発電動作とアシスト動作とを交互に繰り返すように前記第２の電気回路を制御する請求項５に記載のハイブリッド型作業機械。
   

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