JP5583917B2 - Hybrid construction machine - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。 The present invention relates to a hybrid construction machine.
例えばショベル、リフティングマグネット車両、クレーンといった作業機械において、バッテリ及び交流電動機を備え、交流電動機の力行動作によりエンジンの駆動を補助するいわゆるハイブリッド型建設機械が知られている(例えば、特許文献1参照)。 For example, in a working machine such as an excavator, a lifting magnet vehicle, or a crane, a so-called hybrid construction machine that includes a battery and an AC motor and assists driving of the engine by a power running operation of the AC motor is known (for example, see Patent Document 1). .
ハイブリッド型建設機械では、電気により動作する機器が非常に多く搭載されており、これらの機器の信頼性を確保する必要がある。一方、建設機械では、多くの振動が発生する。例えば、電気により動作する機器である複数のインバータを一体的に形成することが考えられるが、このように形成すると装置のサイズが大きくなる。振動が発生すると、サイズの大きな装置には大きなモーメントが発生するので、信頼性確保のためには、装置を強固なものとし、剛性を高める必要がある。高剛性な装置を得るためには、装置のサイズが必然的に大きくなってしまう。 Hybrid construction machines are equipped with a large number of devices that operate by electricity, and it is necessary to ensure the reliability of these devices. On the other hand, many vibrations are generated in construction machines. For example, it is conceivable to integrally form a plurality of inverters, which are devices that operate by electricity, but if formed in this way, the size of the device increases. When vibration occurs, a large moment is generated in a large-sized device. Therefore, in order to ensure reliability, it is necessary to make the device strong and to increase its rigidity. In order to obtain a highly rigid device, the size of the device inevitably increases.
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大型化を回避しつつ、搭載される装置の振動に対する耐性を高めることにより信頼性を向上させることが可能なハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a hybrid construction machine capable of improving reliability by increasing resistance to vibration of a mounted device while avoiding an increase in size. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド型建設機械は、内燃機関に接続された電動発電機と、電動発電機を駆動制御する第1の駆動制御手段と、電動発電機に電力を供給する蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する蓄電制御手段とを備え、第1の駆動制御手段は、電動発電機に隣接配置され、蓄電制御手段は、蓄電池に隣接配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a hybrid construction machine according to the present invention supplies a motor generator connected to an internal combustion engine, first drive control means for driving and controlling the motor generator, and power to the motor generator. And a storage control unit that controls charging / discharging of the storage battery, wherein the first drive control unit is disposed adjacent to the motor generator, and the storage control unit is disposed adjacent to the storage battery. To do.
本発明のハイブリッド型建設機械では、第1の駆動制御手段と電動発電機とが互いに隣接配置され、蓄電制御手段と蓄電池とが互いに隣接配置されており、第1の駆動制御手段と蓄電制御手段とは、電力供給のための配線を介して、それぞれを自在に配置できるので、これらの機器の配置の自由度が確保されると共に、これらの機器のサイズを小さくすることができる。これによりモーメントの発生を抑制できるので、これらの機器の対振動性を向上させることが可能となる。また、隣接配置される機器間の配線を短くすることができるので、構造が単純化すると共に、耐振動性が向上する。 In the hybrid construction machine of the present invention, the first drive control means and the motor generator are arranged adjacent to each other, the power storage control means and the storage battery are arranged adjacent to each other, and the first drive control means and the power storage control means are arranged. Since each can be freely arranged via wiring for power supply, the degree of freedom of arrangement of these devices is ensured and the size of these devices can be reduced. Since generation | occurrence | production of a moment can be suppressed by this, it becomes possible to improve the anti-vibration property of these apparatuses. In addition, since the wiring between adjacent devices can be shortened, the structure is simplified and the vibration resistance is improved.
また、ハイブリッド建設機械では、第1の駆動制御手段は、電動発電機を駆動制御する信号を生成するための第1のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第1のCPUとを備えることを特徴としてもよい。この場合には、電動発電機を駆動制御する第1のスイッチング素子は第1のCPUにより制御され、この第1のCPUが第1の駆動制御手段に備えられるので、第1のCPUと第1のスイッチング素子との間の配線を短くすることができる。従って、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。 In the hybrid construction machine, the first drive control means generates a first switching element for generating a signal for controlling the drive of the motor generator and a signal for controlling the switching of the first switching element. A first CPU may be provided. In this case, the first switching element for controlling the drive of the motor generator is controlled by the first CPU, and the first CPU is provided in the first drive control means. The wiring between the switching elements can be shortened. Therefore, noise resistance and reliability are improved.
また、ハイブリッド建設機械では、蓄電制御手段は、蓄電池の充放電を制御する信号を生成するための第2のスイッチング素子と、第2のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第2のCPUとを備えることを特徴としてもよい。この場合には、蓄電池を制御する第2のスイッチング素子は第2のCPUにより制御され、この第2のCPUが第2の駆動制御手段に備えられるので、第2のCPUと第2のスイッチング素子との間の配線を短くすることができる。従って、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。 In the hybrid construction machine, the power storage control means includes a second switching element for generating a signal for controlling charging / discharging of the storage battery, and a second for generating a signal for switching control of the second switching element. A CPU may be provided. In this case, since the second switching element for controlling the storage battery is controlled by the second CPU, and the second CPU is provided in the second drive control means, the second CPU and the second switching element The wiring between the two can be shortened. Therefore, noise resistance and reliability are improved.
また、ハイブリッド建設機械では、走行機構と、走行機構の上部に旋回機構を介して回動自在に設けられた旋回体と、蓄電池により電力を供給され、旋回機構を駆動する旋回用電動機と、旋回用電動機を駆動制御する第2の駆動制御手段とを備え、第2の駆動制御手段は、旋回用電動機に隣接配置されていることを特徴としてもよい。この場合には、旋回用電動機と第2の駆動制御手段とが互いに隣接配置され、第2の駆動制御手段は、電力の供給を受けるための配線を介して電力の供給源に対して自在に配置することができる。これにより、旋回用電動機及び第2の駆動制御手段を、電力の供給源である蓄電制御手段等とは非一体の構成とすることができるので、装置のサイズを小さくすることができる。また、旋回用電動機と第2の駆動制御手段との間の配線を短くすることができるので、構造が単純化されると共に、対振動性が向上する。 Further, in the hybrid construction machine, a traveling mechanism, a revolving body provided on the upper portion of the traveling mechanism via a revolving mechanism, a revolving body that is powered by a storage battery and drives the revolving mechanism, And a second drive control means for driving and controlling the electric motor. The second drive control means may be disposed adjacent to the turning electric motor. In this case, the electric motor for turning and the second drive control means are arranged adjacent to each other, and the second drive control means is free to the power supply source via the wiring for receiving the power supply. Can be arranged. As a result, the turning electric motor and the second drive control means can be configured to be non-integrated with the power storage control means or the like that is a power supply source, so that the size of the apparatus can be reduced. Further, since the wiring between the turning electric motor and the second drive control means can be shortened, the structure is simplified and the vibration resistance is improved.
また、ハイブリッド建設機械では、作業要素に連結され、この作業要素を移動させるためのブームと、ブームの動作により回生動作し、この回生動作により発生した電力を蓄電池に供給するブーム回生用発電機と、ブーム回生用発電機を制御する第3の駆動制御手段とを備え、第3の駆動制御手段は、ブーム回生用発電機に隣接配置されていることを特徴としてもよい。この場合には、ブーム回生用発電機と第3の駆動制御手段とが互いに隣接配置され、第3の駆動制御手段は、電力の供給を受けるための配線を介して電力の供給源に対して自在に配置することができる。これにより、ブーム回生用発電機及び第3の駆動制御手段を、電力の供給源である蓄電制御手段等とは非一体の構成とすることができるので、装置のサイズを小さくすることができる。また、ブーム回生用発電機と第3の駆動制御手段との間の配線を短くすることができるので、構造が単純化されると共に、対振動性が向上する。 Further, in the hybrid construction machine, a boom connected to the work element and moving the work element, and a boom regenerative generator that performs a regenerative operation by the operation of the boom and supplies electric power generated by the regenerative operation to the storage battery, And a third drive control means for controlling the boom regeneration generator, wherein the third drive control means is arranged adjacent to the boom regeneration generator. In this case, the boom regeneration generator and the third drive control means are arranged adjacent to each other, and the third drive control means is connected to the power supply source via the wiring for receiving power supply. It can be arranged freely. As a result, the boom regeneration generator and the third drive control unit can be configured so as not to be integrated with the power storage control unit or the like that is a power supply source, so that the size of the apparatus can be reduced. Moreover, since the wiring between the boom regeneration generator and the third drive control means can be shortened, the structure is simplified and the vibration resistance is improved.
また、ハイブリッド建設機械では、第1の駆動制御手段及び蓄電制御手段を制御するための制御信号を送信するコントローラと、運転操作を受け付けて、この運転操作内容に基づく制御信号をコントローラに送出する操作手段とを備え、コントローラは、操作手段に隣接配置されていることを特徴としてもよい。この場合には、コントローラと操作手段との間の配線を短くすることが可能となる。 In the hybrid construction machine, a controller that transmits a control signal for controlling the first drive control unit and the power storage control unit, and an operation that receives the driving operation and sends a control signal based on the driving operation content to the controller. And the controller may be arranged adjacent to the operation means. In this case, the wiring between the controller and the operation means can be shortened.
本発明によれば、振動が生じる環境においても、搭載される装置の振動に対する耐性を高めることにより信頼性を向上させることが可能なハイブリッド型建設機械が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even in the environment where a vibration generate | occur | produces, the hybrid type construction machine which can improve reliability by improving the tolerance with respect to the vibration of the mounted apparatus is provided.
本発明のハイブリッド型作業機械の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 An embodiment of a hybrid work machine of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル1の外観を示す斜視図である。図1に示すように、ショベル1は、無限軌道を含む走行機構2と、走行機構2の上部に旋回機構3を介して回動自在に搭載された旋回体4とを備えている。旋回体4には、ブーム5と、ブーム5の先端にリンク接続されたアーム6と、アーム6の先端にリンク接続されたバケット10とが取り付けられている。バケット10は、例えば土砂等をすくい上げるための設備である。ブーム5、アーム6、及びバケット10は、それぞれブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によって油圧駆動される。また、旋回体4には、バケット10の位置を操作する操作者を収容するための運転室4aや、油圧を発生するためのエンジン11といった動力源が設けられている。エンジン11は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an
図2は、本実施形態のショベル1の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図2では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図3は、図2における蓄電手段100の内部構成を示す図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration such as an electric system and a hydraulic system of the
図2に示すように、ショベル1は電動発電機12および減速機13を備えており、エンジン11及び電動発電機12の回転軸は、共に減速機13の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン11の負荷が大きいときには、電動発電機12が自身の駆動力によりエンジン11の駆動力を補助(アシスト)し、電動発電機12の駆動力が減速機13の出力軸を経てメインポンプ14に伝達される。一方、エンジン11の負荷が小さいときには、エンジン11の駆動力が減速機13を経て電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が発電を行う。電動発電機12は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータによって構成される。電動発電機12の駆動と発電との切り替えは、ショベル1における電気系統の駆動制御を行うコントローラ30により、エンジン11の負荷等に応じて行われる。
As shown in FIG. 2, the
減速機13の出力軸にはメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されており、メインポンプ14には高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。コントロールバルブ17は、ショベル1における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ17には、図1に示した走行機構2を駆動するための油圧モータ2A及び2Bの他、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ17は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
A
電動発電機12の電気的な端子には、インバータ18A(第1の駆動制御手段)の出力端が接続されている。インバータ18Aの入力端には、蓄電手段100が接続されている。蓄電手段100は、図3に示すように、例えばDCバス103といった正極及び負極の直流配線により構成される一定電圧蓄電部と、昇降圧コンバータ102(蓄電制御手段)と、例えば蓄電池であるバッテリ101により構成される変動電圧蓄電部とを備えている。即ち、インバータ18Aの入力端は、DCバス103を介して昇降圧コンバータ102の入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータ102の出力端には、蓄電池としてのバッテリ101が接続されている。昇降圧コンバータ102の内部構成の詳細については後述する。
The electrical terminal of the
インバータ18Aは、コントローラ30からの指令に基づき、電動発電機12の運転制御を行う。すなわち、インバータ18Aが電動発電機12を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ101及び昇降圧コンバータ102からDCバス103を介して電動発電機12に供給する。また、電動発電機12を回生運転させる際には、電動発電機12により発電された電力をDCバス103及び昇降圧コンバータ102を介してバッテリ101に充電する。なお、昇降圧コンバータ102の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス電圧値、バッテリ電圧値、及びバッテリ電流値に基づき、コントローラ30によって行われる。これにより、DCバス103を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
The
蓄電手段100には、インバータ18B(第3の駆動制御手段)を介してブーム回生用発電機300が接続されている。ブームシリンダ7に油圧モータ310が接続されており、ブーム回生用発電機300の回転軸は、油圧モータ310によって駆動される。ブーム回生用発電機300は、ブーム5が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。
A
油圧モータ310は、ブーム5が下げられるときにブームシリンダ7から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム5が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ310は、コントロールバルブ17とブームシリンダ7の間の油圧管7Aに設けられている。ブーム回生用発電機300で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ18Bを経て蓄電手段100に供給される。
The
更に、蓄電手段100には、インバータ18C(第2の駆動制御手段)を介して作業用電動機としての旋回用電動機21が接続されている。旋回用電動機21は、旋回体4を旋回させる旋回機構3の動力源である。旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。
Furthermore, a turning
旋回用電動機21が力行運転を行う際には、旋回用電動機21の回転駆動力の回転力が旋回減速機24にて増幅され、旋回体4が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体4の慣性回転により、旋回減速機24にて回転数が増加されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機21は、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ18Cによって交流駆動される。旋回用電動機21としては、例えば、磁石埋込型のIPMモータが好適である。
When the turning
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機21と機械的に連結することで回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ22が回転軸21Aの回転角度を検出することにより、旋回機構3の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ30からの指令によって、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度を減速して旋回機構3に機械的に伝達する減速機である。
The
パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26(操作手段)が接続されている。操作装置26は、旋回用電動機21、走行機構2、ブーム5、アーム6、及びバケット10を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置26には、油圧ライン27を介してコントロールバルブ17が接続され、また、油圧ライン28を介して圧力センサ29が接続される。操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を操作者の操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。
An operation device 26 (operation means) is connected to the
圧力センサ29は、操作装置26に対して旋回機構3を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン28内の油圧の変化として検出する。圧力センサ29は、油圧ライン28内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ30に入力され、旋回用電動機21の駆動制御に用いられる。
When an operation for turning the
コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをCPUが実行することにより実現される。コントローラ30は、各種センサ及び操作装置26等からの操作入力を受けて、インバータ18A,18B,18C及び蓄電手段100等の駆動制御を行う。
The
ここで、再び図3を参照して、本実施形態における昇降圧コンバータ102について詳細に説明する。図3には、昇降圧コンバータ102の回路構成が概略的に示されている。昇降圧コンバータ102は、リアクトル102A、トランジスタ102B及び102C、並びに平滑用のコンデンサ102D備えている。トランジスタ102B及び102Cは、本発明における第2のスイッチング素子を構成する。トランジスタ102B及び102Cは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)によって構成され、互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ102Bのコレクタとトランジスタ102Cのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ102Bのエミッタはバッテリ101の負側端子およびDCバス103の負側配線に接続され、トランジスタ102CのコレクタはDCバス103の正側配線に接続されている。そして、リアクトル102Aは、その一端がトランジスタ102Bのコレクタ及びとトランジスタ102Cのエミッタに接続されるとともに、他端がバッテリ101の正側端子に接続されている。トランジスタ102B及び102Cのゲートには、昇降圧コンバータ102に備えられたCPU102E(図5参照)(第2のCPU)により生成された制御信号に応じてPWM電圧が印加される。このPWM電圧により、トランジスタ102B及び102Cは、スイッチング制御される。CPU102Eは、コントローラ30からの制御信号により制御される。なお、トランジスタ102Bのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード102bが逆方向に接続されている。同様に、トランジスタ102Cのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード102cが逆方向に接続されている。平滑用のコンデンサ102Dは、トランジスタ102Cのコレクタとトランジスタ102Bのエミッタとの間に接続され、昇降圧コンバータ102からの出力電圧を平滑化する。
Here, with reference to FIG. 3 again, the buck-
このような構成を備える昇降圧コンバータ102において、直流電力をバッテリ101からDCバス103へ供給する際には、トランジスタ102BのゲートにPWM電圧を印加し、トランジスタ102Bのオン/オフに伴ってリアクトル102Aに発生する誘導起電力をダイオード102cを介して伝達し、この電力をコンデンサ102Dにより平滑化する。また、直流電力をDCバス103からバッテリ101へ供給する際には、トランジスタ102CのゲートにPWM電圧を印加するとともに、トランジスタ102Cから出力される電流をリアクトル102Aにより平滑化する。
In the buck-
次に、図4を参照して、インバータ18A、18B、18Cについて詳細に説明する。図4には、インバータ18の回路構成が概略的に示されており、インバータ18A、18B、18Cは、例えば図4に示すインバータ18のような回路構成を有している。
Next,
インバータ18は、電源入力端181と、各交流電動機Mと電気的に接続されて交流電源電圧を各交流電動機Mへ供給する駆動電力出力端182とを有している。ここで、本実施形態の電動発電機12、旋回用電動機21及びブーム回生用発電機300は、交流電動機Mに相当する。電源入力端181の正側入力端及び負側入力端はそれぞれ、DCバス103の正側配線及び負側配線と接続されている。
The
インバータ18の回路は、三相インバータブリッジによって構成されている。すなわち、インバータ18の回路は、直列に接続された2つのトランジスタ183A,183Bからなる組(ブリッジ)が3組並列に接続されて成り、トランジスタ183Aのコレクタが正電圧側の直流電源ラインと接続され、トランジスタ183Bのエミッタが負電圧側の直流電源ラインと接続されている。トランジスタ183Aのエミッタとトランジスタ183Bのコレクタとの接続点は、交流モータMの電源入力端子と接続されている。また、各トランジスタと並列に、ダイオードが逆方向接続されている。正電圧側の直流電源ラインと負電圧側の直流電源ラインとの間には、平滑用コンデンサ184が設けられている。なお、インバータ18Aにおけるトランジスタ183A,183Bは、本発明における第1のスイッチング素子を構成する。
The circuit of the
トランジスタ183A及び183Bのゲートには、インバータ18に備えられたCPU185A,185B,185C(図5参照)により生成された制御信号に応じてPWM電圧が印加される。このPWM電圧により、トランジスタ183A及び183Bは、スイッチング制御される。CPU185A,185B,185Cは、コントローラ30からの制御信号により制御される。
A PWM voltage is applied to the gates of the
次に、図5を用いて、図2に示した各構成要素の配置を説明する。図5は、ショベル1が備える構成要素の配置を示す概略上面図である。
Next, the arrangement of each component shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic top view showing the arrangement of components included in the
図5に示すように、ショベル1は、走行機構2として右側無限軌道2a及び左側無限軌道2b並びにブーム5を備えており、図示上方が前進時の進行方向となる。
As shown in FIG. 5, the
ブーム5の左側側方には運転室4aが設けられており、運転室4a内に操作装置26及びコントローラ30が設けられている。操作装置26は、運転者による運転操作を受け付けて、該運転操作内容に基づく制御信号をコントローラ30に送出する。コントローラ30は、操作装置26に隣接配置されており、インバータ18A,18B,18C及び昇降圧コンバータ102を制御するためのCPU30aを備える。CPU30aからの制御信号は、制御信号線30bを介してCPU185C、CPU102E、CPU185Aに直列に送信される。
A
コントローラ30が操作装置26に隣接配置されることにより、コントローラ30と操作装置26との間の配線を短くすることができるので、耐ノイズ性及び信頼性を向上させることが可能となる。また、コントローラ30が運転室4a内に設けられるので、CPU30a等の電子部品を動作に適した温度下に設けることが可能となる。
Since the
ブーム5の右側側方には、バッテリ101及び昇降圧コンバータ102が設けられている。昇降圧コンバータ102は、バッテリ101に隣接配置されており、昇降圧コンバータ102とバッテリ101との間は、2本の強電線により接続されている。昇降圧コンバータ102がバッテリ101に隣接配置されているので、昇降圧コンバータ102とバッテリ101との間の配線を短くすることが可能となる。
A
昇降圧コンバータ102は、トランジスタ102B、102Cをスイッチング制御するためのCPU102E及び端子台103aを備えている。端子台103aには、正極及び負極の直流配線であるDCバス103が接続されている。この端子台103a及びDCバス103は、直流電圧母線部103bを構成し、DCバス103は一定電圧蓄電部を構成している。昇降圧コンバータ102から出力される直流電力は、DCバス103を介して、インバータ18A、18B、18Cに供給される。
The buck-
インバータ18Aは、図5に示すように、電動発電機12に隣接配置されている。インバータ18Aと電動発電機12との間は、3本の強電線により接続されており、インバータ18Aと電動発電機12とが隣接配置されることにより3本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ18A及び電動発電機12をひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、2本の強電線であるDCバス103を介して、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ102に対して自在に配置することができる。インバータ18Aを昇降圧コンバータ102から離して配置することにより、「2本の強電線」からなるDCバス103のための配線スペースが必要となるが、インバータ18Aを制御対象の発電機(ここでは、電動発電機12)に隣接配置することにより、インバータ18Aと制御対象との間の「3本の強電線」のための配線スペースを極めて小さくすることができる。従って、インバータ18Aと昇降圧コンバータ102とを隣接配置する場合と比較して、インバータ18Aと電動発電機12とを隣接配置する場合の方が、配線のためのスペースを小さくできる。このような配線スペース削減の効果は、後述するインバータ18B及び18Cについても同様である。
As shown in FIG. 5, the
また、インバータ18Aは、インバータ18Aが有するトランジスタ183A、183Bをスイッチング制御する信号を生成するためのCPU185A(第1のCPU)を備えている。CPU185Aがインバータ18Aに備えられることにより、CPU185Aとトランジスタ183A、183Bとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。
The
電動発電機12の回転軸は、減速機13を介してエンジン11の回転軸及びメインポンプ14に連結されている。エンジン11の近傍には、インバータ18A,18B、18C及び昇降圧コンバータ102を冷却するためのラジエタ403が設けられており、ラジエタ403は、エンジン11に連結されたファン410により冷却される。
The rotating shaft of the
インバータ18Bは、図5に示すように、ブーム回生用発電機300に隣接配置されている。ブーム回生用発電機300には、油圧モータ310が隣接配置されている。インバータ18Bとブーム回生用発電機300との間は、3本の強電線により接続されており、インバータ18Bとブーム回生用発電機300とが隣接配置されることにより3本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ18B及びブーム回生用発電機300をひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、2本の強電線であるDCバス103を介して、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ102に対して自在に配置することができる。
As shown in FIG. 5, the
また、インバータ18Bは、インバータ18Bが有するトランジスタ183A、183Bをスイッチング制御する信号を生成するためのCPU185Bを備えている。CPU185Bがインバータ18Bに備えられることにより、CPU185Bとトランジスタ183A、183Bとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。
The
インバータ18Cは、図5に示すように、旋回用電動機21に隣接配置されている。インバータ18Cと旋回用電動機21との間は、3本の強電線により接続されており、インバータ18Cと旋回用電動機21とが隣接配置されることにより3本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ18C及び旋回用電動機21をひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、2本の強電線であるDCバス103を介して、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ102に対して自在に配置することができる。
As shown in FIG. 5, the
また、インバータ18Cは、インバータ18Cが有するトランジスタ183A、183Bをスイッチング制御する信号を生成するためのCPU185Cを備えている。CPU185Cがインバータ18Cに備えられることにより、CPU185Cとトランジスタ183A、183Bとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。
The
上記した昇降圧コンバータ102のトランジスタ102B及び102Cは大電力を制御するので、発熱量が極めて大きくなる。また、リアクトル102Aにおいても発熱量が多大となる。したがって、トランジスタ102B及び102C、並びにリアクトル102Aを冷却する必要が生じる。また、インバータ18A、18B及び18Cもまた昇降圧コンバータ102と同様に大電力用のトランジスタを有するので、冷却する必要がある。そこで、本実施形態のショベル1は、昇降圧コンバータ102、インバータ18A,18B,及び18Cを冷却するための冷却液循環システムを備えている。この冷却液循環システムは、昇降圧コンバータ102等に加えて、電動発電機12、ブーム回生用発電機300、旋回用電動機21、バッテリ101及びコントローラ30等の冷却にも用いられる。図6に冷却液循環システムにおける冷却水配管の一例を示す。
Since the
図6に示すように冷却液循環システムは、タンク400、ポンプ401、ポンプモータ402及びラジエタ403を備える。冷却水は、タンク400に蓄えられており、ポンプモータ402により駆動されるポンプ401によりラジエタ403に送られる。ラジエタ403で冷却された冷却水は、配管によりインバータ18C、インバータ18A、昇降圧コンバータ102、インバータ18B及びコントローラ30に送られる。
As shown in FIG. 6, the coolant circulation system includes a
インバータ18Cに送られた冷却水は、配管により旋回用電動機21を経由してタンク400に戻される。ここで、インバータ18Cは旋回用電動機21に隣接配置されているので、インバータ18Cと旋回用電動機21との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。
The cooling water sent to the
インバータ18Aに送られた冷却水は、配管により電動発電機12、減速機13を経由してタンク400に戻される。ここで、インバータ18Aは電動発電機12に隣接配置されているので、インバータ18Aと電動発電機12との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。
The cooling water sent to the
昇降圧コンバータ102に送られた冷却水は、配管によりバッテリ101を経由してタンク400に戻される。ここで、昇降圧コンバータ102はバッテリ101に隣接配置されているので、昇降圧コンバータ102とバッテリ101との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。
The cooling water sent to the step-up / down
インバータ18Bに送られた冷却水は、配管によりブーム回生用発電機300を経由してタンク400に戻される。ここで、インバータ18Bはブーム回生用発電機300に隣接配置されているので、インバータ18Bとブーム回生用発電機300との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。
The cooling water sent to the
また、コントローラ30への冷却水の配管は、ラジエター403から直結されている。これにより、コントローラ30内のCPUに対する冷却性能を確保することができるので、ショベル1の信頼性が確保される。図6では、コントローラ30、インバータ18A〜18C及びコンバータ102は並列に接続されているが、コントローラ30の冷却に使用した冷却水をインバータ18A〜18C及びコンバータの冷却に用いるように配管を接続しても良い。
The cooling water pipe to the
次に、ハイブリッド建設機械の他の実施形態に係るショベル1について説明する。図7は、他の実施形態のショベル1の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。
Next, an
図7に示す構成では、図2に示す構成(いわゆるパラレル方式)において、減速機13とメインポンプ14とが連結されていることに代えて、ポンプ用電動機140及びインバータ18Dが設けられている。図7に示す構成は、シリーズ方式と呼ばれ、エンジン11の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。
In the configuration shown in FIG. 7, a
インバータ18Dは、蓄電手段100とDCバス103により電気的に接続されると共に、コントローラ30により制御される。インバータ18Dの出力端は、ポンプ用電動機140に接続されており、ポンプ用電動機140は、インバータ18Dにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機140においてメインポンプ14により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ18Dを経て蓄電手段100に供給される。
The
次に、図8を用いて、図7に示した構成要素の配置を説明する。図8は、ショベル1が備える構成要素の配置を示す概略上面図であり、図7に対応している。
Next, the arrangement of the components shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic top view showing the arrangement of components included in the
図8に示すように、インバータ18Dは、ポンプ用電動機140に隣接配置されている。インバータ18Dとポンプ用電動機140との間は、3本の強電線により接続されており、インバータ18Dとポンプ用電動機140とが隣接配置されることにより3本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ18Dには、DCバス103を介して、昇降圧コンバータ102からの直流電力が供給される。インバータ18D及びポンプ用電動機140を互いに隣接配置させてひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ102に対して自在に配置することができる。
As shown in FIG. 8, the
また、インバータ18Dは、インバータ18Dが有するトランジスタ183A、183Bをスイッチング制御する信号を生成するためのCPU185Dを備えている。CPU185Dがインバータ18Dに備えられることにより、CPU185Dとトランジスタ183A、183Bとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。
The inverter 18D includes a
なお、以上の実施形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル1を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、リフティングマグネット車両、ホイルローダ及びクレーン等が挙げられる。
In the above embodiment, the
1…ショベル、2…走行機構、2A,2B…油圧モータ、2a…右側無限軌道、2b…左側無限軌道、3…旋回機構、4…旋回体、4a…運転室、5…ブーム、6…アーム、7…ブームシリンダ、7A…油圧管、8…アームシリンダ、9…バケットシリンダ、10…バケット、11…エンジン、12…電動発電機、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、18,18A,18B,18C,18D…インバータ、21…旋回用電動機、21A…回転軸、22…レゾルバ、23…メカニカルブレーキ、24…旋回減速機、25…パイロットライン、26…操作装置、27…油圧ライン、28…油圧ライン、29…圧力センサ、30…コントローラ、30b…制御信号線、100…蓄電手段、101…バッテリ、102…昇降圧コンバータ、102A…リアクトル、102B,102C…トランジスタ、102D…平滑用コンデンサ、102b…ダイオード、102c…ダイオード、103…DCバス、103a…端子台、103b…直流電圧母線部、140…ポンプ用電動機、181…電源入力端、182…駆動電力出力端、183A,183B…トランジスタ、184…平滑用コンデンサ、300…ブーム回生用発電機、310…油圧モータ、400…タンク、401…ポンプ、402…ポンプモータ、403…ラジエタ、410…ファン。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記交流電動発電機に3本の強電線により接続されて前記交流電動発電機を駆動制御する第1の駆動制御手段と、
蓄電制御手段を介して前記交流電動発電機に電力を供給する蓄電池と、
2本の強電線のDCバスを介して前記第1駆動制御手段に接続されて前記蓄電池の充放電を制御する前記蓄電制御手段と、
を備え、
前記蓄電制御手段は、前記蓄電池に隣接配置され、
前記第1駆動制御手段は前記2本の強電線より前記3本の強電線が短くなるように前記交流電動発電機に隣接配置されている
ことを特徴とするハイブリッド型建設機械。 An AC motor generator connected to the internal combustion engine;
A first drive control means for driving and controlling the AC motor generator connected to the AC motor generator by three strong wires ;
A storage battery for supplying power to the AC motor generator via a storage control means ;
And said power storage control means for controlling the charging and discharging of the storage battery is connected to the first drive control means through the DC bus of the two strong electric wire,
With
The power storage control means is disposed adjacent to the storage battery,
The hybrid construction machine, wherein the first drive control means is disposed adjacent to the AC motor generator so that the three strong electric wires are shorter than the two strong electric wires .
前記交流電動発電機を駆動制御する信号を生成するための第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第1のCPUと
を備えることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型建設機械。 The first drive control means includes
A first switching element for generating a signal for driving and controlling the AC motor generator;
The hybrid construction machine according to claim 1, further comprising: a first CPU for generating a signal for switching control of the first switching element.
前記蓄電池の充放電を制御する信号を生成するための第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第2のCPUと
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド型建設機械。 The power storage control means includes
A second switching element for generating a signal for controlling charge / discharge of the storage battery;
The hybrid construction machine according to claim 1, further comprising: a second CPU for generating a signal for switching control of the second switching element.
前記走行機構の上部に旋回機構を介して回動自在に設けられた旋回体と、
前記蓄電池により電力を供給され、前記旋回機構を駆動する旋回用電動機と、
前記旋回用電動機を駆動制御する第2の駆動制御手段と
を備え、
前記第2の駆動制御手段は、前記旋回用電動機に隣接配置されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイブリッド型建設機械。 A traveling mechanism;
A revolving body provided rotatably on the upper part of the traveling mechanism via a revolving mechanism;
A turning electric motor that is powered by the storage battery and drives the turning mechanism;
Second drive control means for driving and controlling the turning electric motor,
The hybrid type construction machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the second drive control means is disposed adjacent to the turning electric motor.
前記ブームの動作により回生動作し、該回生動作により発生した電力を前記蓄電池に供給するブーム回生用発電機と、
前記ブーム回生用発電機を制御する第3の駆動制御手段と
を備え、
前記第3の駆動制御手段は、前記ブーム回生用発電機に隣接配置されている
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のハイブリッド型建設機械。 A boom coupled to the work element for moving the work element;
A boom regenerative generator that performs a regenerative operation by the operation of the boom, and supplies power generated by the regenerative operation to the storage battery;
A third drive control means for controlling the boom regeneration generator;
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the third drive control means is disposed adjacent to the boom regeneration generator.
運転操作を受け付けて、該運転操作内容に基づく制御信号を前記コントローラに送出する操作手段と、
を備え、
前記コントローラは、前記操作手段に隣接配置されている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のハイブリッド型建設機械。 A controller for transmitting a control signal for controlling the first drive control means and the power storage control means;
Operation means for receiving a driving operation and sending a control signal based on the driving operation content to the controller;
With
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the controller is disposed adjacent to the operation means.
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