KR20100126491A - 작업기계 - Google Patents

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KR20100126491A
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motor
degree
drive
driving
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KR1020107022631A
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KR101169962B1 (ko
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마코토 야나기사와
히데아키 간바야시
Original Assignee
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
스미토모 겐키 가부시키가이샤
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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Abstract

작업기계로서, 작업을 위해 이용되는 제1 전동기와, 작업 이외의 용도에 이용되는 제2 전동기와, 제1 전동기에 접속된 제1 인버터 회로와, 제2 전동기에 접속된 제2 인버터 회로와, 제1 및 제2 인버터 회로에 접속된 축전지와, 제1 및 제2 인버터 회로를 구동하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 축전지에 축적된 전력을 방전시키기 위한 방전모드를 가지고, 이 방전모드에 있어서, 제1 인버터 회로를 정지시킴과 함께, 제2 인버터 회로를 구동하여 제2 전동기를 구동운전시킴으로써 축전지를 방전시킨다. 이에 의해, 충전율을 저하시켜, 커패시터의 수명 장기화를 도모할 수 있다.

Description

작업기계{Operating machine}
본 발명은, 2008년 4월 11일에 출원된 일본특허출원 제2008-103950호 및 2009년 2월 10일에 출원된 일본특허출원 제2009-028612호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전 내용은, 이 명세서 중에 참조에 의해 원용되어 있다.
본 발명은 작업기계에 관한 것이다.
종래부터, 엔진을 어시스트하기 위한 전동발전기를 포함하는 작업기계에서는, 전동발전기로의 전력공급과, 회생전력의 충전을 행하기 위한 커패시터 등의 축전지를 구비한다. 이와 같은 커패시터는, 충방전이 반복 수행되는 환경하에서 사용되기 때문에, 수명 장기화를 도모하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
예컨대, 커패시터의 전압치가 너무 상승하면 커패시터가 열화되는 점을 감안하여, 커패시터의 전압치에 방전설정치를 설정하고, 작업기계의 작업 종료시에 커패시터의 충전전압이 방전설정치를 초과하여 있을 경우에는, 커패시터의 전압치가 방전설정치 이하가 되도록 방전을 행함으로써, 커패시터의 수명 장기화를 도모하는 것이 제안되어 있다. 방전된 전력은 보조 배터리에 축적되고 있었다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2005-218285호
일반적으로, 축전지는 충전율이 높은 상태가 계속되면 열화가 촉진된다.
본 발명은, 충전율을 저하시킴으로써, 축전지의 수명 장기화를 도모한 작업기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 작업기계는, 작업을 위해서 이용되는 제1 전동기와, 작업 이외의 용도에 이용되는 제2 전동기와, 제1 전동기에 접속된 제1 인버터 회로와, 제2 전동기에 접속된 제2 인버터 회로와, 제1 및 제2 인버터 회로에 접속된 축전지와, 제1 및 제2 인버터 회로를 구동하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 축전지에 축적된 전력을 방전시키기 위한 방전모드를 가지고, 이 방전모드에 있어서, 제1 인버터 회로를 정지시킴과 함께, 제2 인버터 회로를 구동하여 제2 전동기를 전동(電動)운전시킴으로써 축전지를 방전시킨다.
바람직하게는, 제1 전동기가, 조작자의 조작에 의해 구동되는 작업용 전동기이며, 제1 인버터 회로가, 작업용 전동기의 단자에 일단이 접속되고, 축전지가, 제1 인버터 회로의 타단에 직류전압 변환기를 통해 접속되며, 제1 인버터 회로 및 직류전압 변환기를 냉각하기 위해서 설치되고, 냉각액을 순환시키는 펌프, 및 이 펌프를 구동하는 제2 전동기로서의 냉각용 전동기를 포함하는 냉각액 순환시스템을 더욱 구비하며, 제2 인버터 회로가, 냉각용 전동기와 직류전압 변환기 사이에 접속되고, 제어부가, 제1 및 제2 인버터 회로 및 직류전압 변환기를 구동하며, 제어부는, 방전모드에 있어서, 제1 인버터 회로를 정지시킴과 함께, 제2 인버터 회로를 구동하여 냉각용 전동기에 전력을 소비시킴으로써 축전지를 방전시킨다.
바람직하게는, 직류전압 변환기가, 승압용 및 강압용의 각 스위칭 소자와, 각 스위칭 소자의 각각에 대해 병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 승강압형의 스위칭 제어방식을 가지고 있고, 제어부가, 방전모드시에 각 스위칭 소자를 구동하지 않는다.
바람직하게는, 내연기관 발동기와, 내연기관 발동기에 연결되고, 내연기관 발동기의 구동력에 의해 발전을 행함과 함께, 자신의 구동력에 의해 내연기관 발동기의 구동력을 보조하는 전동발전기와, 전동발전기와 직류전압 변환기 사이에 접속된 제3 인버터 회로를 더욱 구비하고, 제어부는, 방전모드에 있어서 제3 인버터 회로를 정지시킨다.
냉각액 순환시스템이 작업용 전동기를 더욱 냉각시켜도 좋다.
바람직하게는, 제2 전동기가, 엔진을 어시스트하기 위한 전동발전기이며, 축전지가, 전동발전기로의 전력공급, 또는 회생전력의 충전을 행하고, 제2 인버터 회로가, 전동발전기의 구동제어를 행하며, 제어부는, 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하는 구동정도 판정부를 포함하고, 제2 인버터 회로는, 구동정도 판정부에 의해 엔진 또는 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전한다.
제2 인버터 회로는, 축전지의 충전율이 소정 정도 이상으로 유지되도록 전동발전기를 전동구동해도 된다.
구동정도 판정부는, 작업요소의 작동상태에 근거하여 엔진의 구동정도를 판정하거나, 또는, 엔진의 회전수에 따라 엔진의 구동정도를 판정하거나, 또는, 작업요소의 조작장치에 입력되는 조작량에 따라 작업요소의 구동정도를 판정하거나, 또는, 운전석으로부터의 운전자의 이탈을 금지하기 위한 게이트 로크 레버의 작동상태에 따라 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하거나, 또는 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있어도 된다.
바람직하게는, 엔진을 어시스트하기 위한 전동발전기와, 이 전동발전기로의 전력공급, 또는 회생전력의 충전을 행하는 커패시터를 포함하고, 복수의 작업요소를 전동력 또는 유압력으로 구동하며, 전동발전기의 구동제어를 행하는 구동제어부와, 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하는 구동정도 판정부를 포함하고, 구동제어부는, 구동정도 판정부에 의해 엔진 또는 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전한다.
구동제어부는, 커패시터에 축적되어 있는 전력을 이용하여 전동발전기를 전동구동해도 된다.
구동제어부는, 커패시터의 충전율이 소정 정도 이상으로 유지되도록 전동발전기를 전동구동해도 된다.
구동정도 판정부는, 작업요소의 작동상태에 근거하여 엔진의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고, 구동제어부는, 작업요소의 작동상태에 근거하여 구동정도 판정부에 의해 엔진의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전해도 된다.
구동정도 판정부는, 엔진의 회전수에 따라 엔진의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고, 구동제어부는, 구동정도 판정부에 의해 엔진의 회전수에 근거하여 엔진의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전해도 된다.
구동정도 판정부는, 작업요소의 조작장치에 입력되는 조작량에 따라 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고, 구동제어부는, 구동정도 판정부에 의해 작업요소의 조작장치에 입력되는 조작량에 근거하여 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전해도 된다.
구동정도 판정부는, 운전석으로부터의 운전자의 이탈을 금지하기 위한 게이트 로크 레버의 작동상태에 따라 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고, 구동제어부는, 구동정도 판정부에 의해 게이트 로크 레버의 작동상태에 근거하여 엔진 또는 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전해도 된다.
구동정도 판정부는, 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고, 구동제어부는, 구동정도 판정부에 의해 이그니션 스위치의 조작위치에 근거하여 엔진 또는 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우, 전동발전기를 전동운전해도 된다.
본 발명에 의하면, 충전율을 저하시킴으로써, 커패시터의 수명 장기화를 도모한 작업기계를 제공할 수 있다는 특유의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계를 나타내는 측면도이다.
도 2는, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 작업요소의 부하의 정도에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 엔진회전수에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시형태 3의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 레버(26A 등)의 조작의 유무에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시형태 3의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계의 운전석 및 그 주변을 나타내는 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는, 운전석의 좌측에 있는 콘솔을 나타내는 측면도이다.
도 10은, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 게이트 로크 레버(60A)의 조작의 유무에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시형태 5의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
도 13은, 실시형태 5의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시형태 6의 하이브리드형 건설기계의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 15는, 실시형태 6의 하이브리드형 건설기계의 전기계통이나 유압계통과 같은 내부구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은, 도 15에 있어서의 축전부의 내부구성을 나타내는 도면이다.
도 17은, 냉각액 순환시스템의 블록도이다.
도 18은, 서보 제어유닛의 사시도이다.
도 19는, 각 냉각용 배관을 접속한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 20은, (a)는 컨트롤 유닛의 평면 단면도이다. (b)는 (a)의 I-I선을 따르는 측단면도이다. (c)는 (a)의 II-II선을 따르는 측단면도이다. (d)는 (a)의 III-III선을 따르는 측단면도이다.
도 21은, (a)는 도 20(a)의 IV-IV선을 따르는 측단면도이다. (b)는 컨트롤 유닛을 (a)와 동일방향에서 본 측면도이다.
도 22는, (a)는 히트싱크 및 냉각용 배관을 나타내는 평면도이다. (b)는 (a)에 나타내는 V-V선을 따르는 측단면도이다.
도 23은, 히트싱크 및 냉각용 배관을 덮도록 배치된 컨트롤 카드를 나타내는 평면도이다.
도 24는, 도 23에 나타내는 VI-VI선을 따르는 단면의 일부를 나타내는 측단면도이다.
도 25는, (a)는 승강압 컨버터 유닛의 내부구성을 나타내는 평면도이다. (b)는 승강압 컨버터 유닛의 내부구성을 나타내는 측면도이다.
도 26은, (a)는 인버터 유닛의 내부구성을 나타내는 평면도이다. (b)는 인버터 유닛의 내부구성을 나타내는 측면도이다.
도 27은, 냉각액 순환시스템에 의한 선회용 전동기의 냉각방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 28은, 방전모드에 있어서의 하이브리드형 건설기계의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 29는, 방전모드에 있어서의 배터리의 양단 전압의 추이의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 30은, (a)는 작업기계로서의 포크리프트의 외관을 나타내는 도면이다. (b)는 포크리프트가 구비하는 전기계통의 개략 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
[실시형태 1]
도 1은, 실시형태 1의 하ㄸ이브리드형 건설기계를 나타내는 측면도이다.
이 하이브리드형 건설기계의 하부 주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통해 상부 선회체(3)가 탑재되어 있다. 또한, 상부 선회체(3)에는, 붐(4), 암(5), 및 리프팅 마그넷(6)과, 이들을 유압구동하기 위한 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9) 외에도, 캐빈(10) 및 동력원이 탑재된다.
[전체 구성]
도 2는, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도 2에서는, 기계적 동력계를 이중선, 고압 유압라인을 실선, 파일럿 라인을 파선, 전기 구동·제어계를 일점쇄선으로 각각 나타낸다.
기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)(제2 전동기)는, 모두 증력기로서의 감속기(13)의 입력축에 접속되어 있다. 또한, 이 감속기(13)의 출력축에는, 메인펌프(14) 및 파일럿 펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압 유압라인(16)을 통해 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.
컨트롤밸브(17)는, 실시형태 1의 건설기계에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치이며, 이 컨트롤밸브(17)에는, 하부 주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)가 고압 유압라인을 통해 접속된다.
또한, 전동발전기(12)에는, 제2 인버터 회로(구동제어부)로서의 인버터(18A) 및 승강압 컨버터(30)를 통해 축전기, 즉 축전지로서의 커패시터(19)가 접속된다. 이 인버터(18A)와 승강압 컨버터(30) 사이는, DC버스(40)에 의해 접속되어 있다.
또한, DC버스(40)에는, 인버터(18B)를 통해 리프팅 마그넷(6)이 접속됨과 함께, 제1 인버터 회로로서의 인버터(20)를 통해 선회용 전동기(21)(제1 전동기)가 접속되어 있다. DC버스(40)는, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21) 사이에서 전력의 수수를 행하기 위해 배치되어 있다.
DC버스(40)에는, DC버스(40)의 전압치(이하, DC버스 전압치라 함)를 검출하기 위한 DC버스 전압 검출부(41)가 배치되어 있다. 검출되는 DC버스 전압치는, 제어부로서의 컨트롤러(50)에 입력된다.
커패시터(19)에는, 커패시터 전압치를 검출하기 위한 커패시터 전압 검출부(31)와, 커패시터 전류치를 검출하기 위한 커패시터 전류 검출부(32)가 배치되어 있다. 커패시터 전압 검출부(31)에 의해 검출되는 커패시터 전압치는, 컨트롤러(50)에 입력된다. 또한, 커패시터 전류 검출부(32)에 의해 검출되는 커패시터 전류치는, 컨트롤러(50)에 입력된다.
선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 미케니컬 브레이크(23), 및 선회 감속기(24)가 접속된다. 또한, 파일럿 펌프(15)에는, 파일럿 라인(25)을 통해 조작장치(26)가 접속된다.
조작장치(26)는, 선회용 전동기(21), 하부 주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)을 조작하기 위한 조작장치이며, 레버(26A 및 26B)와 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A)는, 선회용 전동기(21) 및 암(5)을 조작하기 위한 레버이며, 상부 선회체(3)의 운전석 근방에 설치된다. 레버(26B)는, 붐(4) 및 버킷(6)을 조작하기 위한 레버이며, 운전석 근방에 설치된다. 또한, 페달(26C)은, 하부 주행체(1)를 조작하기 위한 한 쌍의 페달이며, 운전석의 발 밑에 설치된다.
이 조작장치(26)는, 파일럿 라인(25)을 통해 공급되는 유압(1차측의 유압)을 운전자의 조작량에 따른 유압(2차측의 유압)으로 변환해 출력한다. 조작장치(26)로부터 출력되는 2차측의 유압은, 유압라인(27)을 통해 컨트롤밸브(17)에 공급됨과 함께, 압력센서(29)에 의해 검출된다.
레버(26A 및 26B)와 페달(26C)의 각각이 조작되면, 유압라인(27)을 통해 컨트롤밸브(17)가 구동되고, 이로써, 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9) 내의 유압이 제어됨으로써, 하부 주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)이 구동된다.
다만, 압력센서(29)에는, 실시형태 1의 건설기계의 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(50)가 접속되어 있다.
이와 같은 실시형태 1의 건설기계는, 엔진(11), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)를 동력원으로 하는 하이브리드형 건설기계이다. 이들 동력원은, 도 1에 나타내는 상부 선회체(3)에 탑재된다. 이하, 각 부에 대해 설명한다.
[각 부의 구성]
엔진(11)은, 예컨대, 디젤엔진으로 구성되는 내연기관이며, 그 출력축은 감속기(13)의 일방의 입력축에 접속된다. 이 엔진(11)은, 건설기계의 운전 중에는 상시 운전된다.
전동발전기(12)는, 전동(어시스트)운전 및 발전운전 쌍방이 가능한 전동기이면 된다. 여기에서는, 전동발전기(12)로서, 인버터(18A)에 의해 교류구동되는 전동발전기를 나타낸다. 이 전동발전기(12)는, 예컨대, 자석이 로터 내부에 내장된 IPM(Interior Permanent Magnetic) 모터로 구성할 수 있다. 전동발전기(12)의 회전축은 감속기(13)의 타방의 입력축에 접속된다.
감속기(13)는, 2개의 입력축과 1개의 출력축을 가진다. 2개의 입력축 각각에는, 엔진(11)의 구동축과 전동발전기(12)의 구동축이 접속된다. 또한, 출력축에는 메인펌프(14)의 구동축이 접속된다. 엔진(11)의 부하가 큰 경우에는, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하여, 전동발전기(12)의 구동력이 감속기(13)의 출력축을 거쳐 메인펌프(14)에 전달된다. 이에 의해 엔진(11)의 구동이 어시스트된다. 한편, 엔진(11)의 부하가 작은 경우에는, 엔진(11)의 구동력이 감속기(13)를 거쳐 전동발전기(12)에 전달됨으로써, 전동발전기(12)가 발전운전에 의한 발전을 행한다. 전동발전기(12)의 전동(어시스트)운전과 발전운전의 전환은, 컨트롤러(50)에 의해, 엔진(11)의 부하 등에 따라 행하여진다.
메인펌프(14)는, 컨트롤밸브(17)에 공급하기 위한 유압을 발생시키는 펌프이다. 이 유압은, 컨트롤밸브(17)를 통해 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9) 각각을 구동하기 위해 공급된다. 다만, 이 메인펌프(14)에는, 압유의 토출량과 압력을 검출하는 센서(14A)가 배치되어 있고, 검출된 압유의 토출량과 압력을 나타내는 신호는, 컨트롤러(50)에 입력된다.
파일럿 펌프(15)는, 유압 조작계에 필요한 파일럿압을 발생시키는 펌프이다. 다만, 이 유압 조작계의 구성에 대해서는 후술한다.
컨트롤밸브(17)는, 고압 유압라인을 통해 접속되는 하부 주행체(1)용의 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 각각에 공급하는 유압을 운전자의 조작 입력에 따라 제어함으로써, 이들을 유압구동제어하는 유압 제어장치이다.
인버터(18A)는, 상기 서술한 바와 같이 전동발전기(12)와 승강압 컨버터(30) 사이에 설치되고, 컨트롤러(50)로부터의 지령에 근거하여, 전동발전기(12)의 운전제어를 행한다. 이에 의해, 인버터(18A)가 전동발전기(12)를 전동운전할 때에는, 필요한 전력을 커패시터(19)와 승강압 컨버터(30)로부터 DC버스(40)를 통해 전동발전기(12)에 공급한다. 또한, 전동발전기(12)를 발전운전하고 있을 때에는, 전동발전기(12)에 의해 발전된 전력을 DC버스(40) 및 승강압 컨버터(30)를 통해 커패시터(19)에 충전한다.
마찬가지로, 인버터(18B)는, 리프팅 마그넷(6)과 승강압 컨버터(30) 사이에 설치되고, 컨트롤러(50)로부터의 지령에 근거하여, 전자석을 온으로 할 때에는, 리프팅 마그넷(6)에 요구된 전력을 DC버스(40)로부터 공급한다. 또한, 전자석을 오프로 하는 경우에는, 회생된 전력을 DC버스(40)에 공급한다.
리프팅 마그넷(6)은, 금속물을 자기적으로 흡착시키기 위한 자력을 발생시키는 전자석을 포함하고 있고, 인버터(18B)를 통해 DC버스(40)로부터 전력이 공급된다.
커패시터(19)는, 승강압 컨버터(30)를 통해 인버터(18A, 18B, 및 20)에 접속되어 있다. 이에 의해, 전동발전기(12)의 전동(어시스트)운전과 선회용 전동기(21)의 역행(力行)운전 중 적어도 어느 일방이 행하여지고 있을 때에는, 전동(어시스트)운전 또는 역행운전에 필요한 전력을 공급함과 함께, 또한, 전동발전기(12)의 발전운전과 선회용 전동기(21)의 회생운전 중 적어도 어느 일방이 행하여지고 있을 때에는, 발전운전 또는 회생운전에 의해 발생한 전력을 전기에너지로서 축적하기 위한 전원이다. 이 커패시터(19)는, 다수의 콘덴서를 집합시킨 것이다.
이 커패시터(19)의 충방전 제어는, 커패시터(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 리프팅 마그넷(6)의 구동상태, 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 승강압 컨버터(30)에 의해 행하여진다. 이 승강압 컨버터(30)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, 커패시터 전압 검출부(31)에 의해 검출되는 커패시터 전압치, 커패시터 전류 검출부(32)에 의해 검출되는 커패시터 전류치, 및 DC버스 전압 검출부(41)에 의해 검출되는 DC버스 전압치에 근거하여, 컨트롤러(50)에 의해 행하여진다.
인버터(20)는, 상기 서술한 바와 같이 선회용 전동기(21)와 승강압 컨버터(30) 사이에 설치되고, 컨트롤러(50)로부터의 지령에 근거하여, 선회용 전동기(21)에 대해 운전제어를 행한다. 이에 의해, 인버터가 선회용 전동기(21)의 역행을 운전제어하고 있을 때에는, 필요한 전력을 커패시터(19)로부터 승강압 컨버터(30)를 통해 선회용 전동기(21)에 공급한다. 또한, 선회용 전동기(21)가 회생운전을 하고 있을 때에는, 선회용 전동기(21)에 의해 발전된 전력을 승강압 컨버터(30)를 통해 커패시터(19)에 충전한다. 도 2에는, 선회용 전동기(1대) 및 인버터(1대)를 포함하는 실시형태를 나타내지만, 기타 마그넷 기구나 선회기구부 이외의 구동부로서 구비함으로써, 복수의 전동기 및 복수의 인버터를 DC버스(40)에 접속하도록 해도 된다.
승강압 컨버터(30)는, 일측이 DC버스(40)를 통해 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)에 접속됨과 함께, 타측이 커패시터(19)에 접속되어 있고, DC버스 전압치가 일정한 범위 내에 들도록 승압 또는 강압을 전환하는 제어를 행한다. 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에는, 인버터(18A)를 통해 전동발전기(12)에 전력을 공급할 필요가 있기 때문에, DC버스 전압치를 승압할 필요가 있다. 또한, 리프팅 마그넷(6)을 구동하는 경우에도, 인버터(18B)를 통해 리프팅 마그넷(6)에 전력을 공급할 필요가 있기 때문에, DC버스 전압치를 리프팅 마그넷(6)에 공급하는 전력에 따라, 승압한다.
한편, 전동발전기(12)가 발전운전을 행하는 경우에는, 승강압 컨버터(30)는, 발전된 전력을 인버터(18A)를 통해 커패시터(19)에 충전할 필요가 있기 때문에, DC버스 전압치를 강압할 필요가 있다. 또한, 리프팅 마그넷(6)의 전자석을 오프로 하는 경우에 회생된 전력이 DC버스(40)에 공급되면, 이 전력을 커패시터(19)에 충전하기 위해, 승강압 컨버터(30)는 DC버스 전압치를 강압한다.
이와 같이 승강압을 전환함은, 선회용 전동기(21)의 역행운전과 회생운전에 있어서도 마찬가지이다.
하이브리드형 작업기계의 실제의 작업시에는, 전동발전기(12)는 엔진(11)의 부하상태에 따라 운전상태가 전환되고, 선회용 전동기(21)는 상부 선회체(3)의 선회동작에 따라 운전상태가 전환되기 때문에, 전동발전기(12)와 선회용 전동기(21)에는, 어느 일방이 전동(어시스트)운전 또는 역행운전을 행하고, 타방이 발전운전 또는 회생운전을 행하는 상황이 발행할 수 있다. 또한, 이에 더해, 작업내용에 따라 리프팅 마그넷(6)의 전자석이 온/오프된다.
이 때문에, 승강압 컨버터(30)는, 전동발전기(12), 선회용 전동기(21), 및 리프팅 마그넷(6)의 운전상태(구동상태)에 따라, DC버스(40)의 전압치가 일정한 범위 내에 들도록 승압동작 또는 강압동작을 전환한다.
커패시터 전압 검출부(31)는, 커패시터(19)의 전압치를 검출하기 위한 전압 검출부이며, 배터리의 충전상태를 검출하기 위해 이용된다. 검출되는 커패시터 전압치는, 컨트롤러(50)에 입력되어, 승강압 컨버터(30)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하기 위해 이용된다.
커패시터 전류 검출부(32)는, 커패시터(19)의 전류치를 검출하기 위한 전류 검출부이다. 커패시터 전류치는, 커패시터(19)로부터 승강압 컨버터(30)에 흐르는 전류가 양의 값으로서 검출된다. 검출되는 커패시터 전류치는, 컨트롤러(50)에 입력되어, 승강압 컨버터(30)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하기 위해 이용된다.
DC버스(40)는, 3개의 인버터(18A, 18B, 및 20)와 승강압 컨버터 사이에 배치되어 있고, 커패시터(19), 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21) 사이에서 전력의 수수가 가능하도록 구성되어 있다.
DC버스 전압 검출부(41)는, DC버스 전압치를 검출하기 위한 전압 검출부이다. 검출되는 DC버스 전압치는 컨트롤러(50)에 입력되고, 이 DC버스 전압치를 일정한 범위 내에 들게 하기 위한 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하기 위해 이용된다.
선회용 전동기(21)는, 역행운전 및 회생운전 쌍방이 가능한 전동기이면 되고, 상부 선회체(3)의 선회기구(2)를 구동하기 위해 설치되어 있다. 역행운전시에는, 선회용 전동기(21)의 회전 구동력의 회전력이 감속기(24)에서 증폭되고, 상부 선회체(3)가 가감속 제어되어 회전운동을 행한다. 또한, 상부 선회체(3)의 관성 회전에 의해, 감속기(24)에서 회전수가 증가되어 선회용 전동기(21)에 전달되어, 회생전력을 발생시킬 수 있다. 여기에서는, 선회용 전동기(21)로서, PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라 인버터(20)에 의해 교류구동되는 전동기를 나타낸다. 이 선회용 전동기(21)는, 예컨대, 자석 내장형의 IPM 모터로 구성할 수 있다. 이에 따라, 보다 큰 유도기전력을 발생시킬 수 있기 때문에, 회생시에 선회용 전동기(21)에서 발전되는 전력을 증대시킬 수 있다.
리졸버(22)는, 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)의 회전위치 및 회전각도를 검출하는 센서이며, 선회용 전동기(21)와 기계적으로 연결함으로써 선회용 전동기(21)의 회전 전의 회전축(21A)의 회전위치와, 좌회전 또는 우회전한 후의 회전위치의 차를 검출함으로써, 회전축(21A)의 회전각도 및 회전방향을 검출하도록 구성되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)의 회전각도를 검출함으로써, 선회기구(2)의 회전각도 및 회전방향이 도출된다. 또한, 도 2에는 리졸버(22)를 장착한 형태를 나타내지만, 전동기의 회전센서를 가지지 않는 인버터 제어방식을 이용해도 된다.
미케니컬 브레이크(23)는, 기계적인 제동력을 발생시키는 제동장치이며, 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)을 기계적으로 정지시킨다. 이 미케니컬 브레이크(23)는, 전자(電磁)식 스위치에 의해 제동/해제가 전환된다. 이 전환은, 컨트롤러(50)에 의해 행하여진다.
선회 감속기(24)는, 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)의 회전속도를 감속하여 선회기구(2)에 기계적으로 전달하는 감속기이다. 이에 의해, 역행운전시에는, 선회용 전동기(21)의 회전력을 증력시켜서, 보다 큰 회전력으로서 선회체에 전달할 수 있다. 이와는 반대로, 회생운전시에는, 선회체에서 발생한 회전수를 증가시켜서, 보다 많은 회전동작을 선회용 전동기(21)에 발생시킬 수 있다.
선회기구(2)는, 선회용 전동기(21)의 미케니컬 브레이크(23)가 해제된 상태에서 선회 가능하게 되고, 이에 의해, 상부 선회체(3)가 좌방향 또는 우방향으로 선회된다.
조작장치(26)는, 선회용 전동기(21), 하부 주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 리프팅 마그넷(6)을 조작하기 위한 조작장치이며, 하이브리드형 건설기계의 운전자에 의해 조작된다.
이 조작장치(26)는, 파일럿 라인(25)을 통해 공급되는 유압(1차측의 유압)을 운전자의 조작량에 따른 유압(2차측의 유압)으로 변환하여 출력한다. 조작장치(26)로부터 출력되는 2차측의 유압은, 유압라인(27)을 통해 컨트롤밸브(17)에 공급됨과 함께, 압력센서(29)에 의해 검출된다.
조작장치(26)가 조작되면, 유압라인(27)을 통해 컨트롤밸브(17)가 구동되고, 이에 의해, 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9) 내의 유압이 제어됨으로써, 하부 주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 리프팅 마그넷(6)이 구동된다.
여기서, 유압라인(27)은, 유압모터(1A 및 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 구동에 필요한 유압을 컨트롤밸브에 공급한다.
선회용 조작 검출부로서의 압력센서(29)에서는, 조작장치(26)에 대해 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작이 입력되면, 이 조작량을 유압라인(28) 내의 유압의 변화로서 검출한다. 압력센서(29)는, 유압라인(28) 내의 유압을 나타내는 전기신호를 출력한다. 이에 의해, 조작장치(26)에 입력되는 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작량을 정확하게 파악할 수 있다. 이 전기신호는, 컨트롤러(50)에 입력되어, 선회용 전동기(21)의 구동제어에 이용된다. 또한, 실시형태 1에서는, 레버 조작 검출부로서의 압력센서를 이용하는 형태에 대해 설명하지만, 조작장치(26)에 입력되는 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작량을 그대로 전기신호로 읽어내는 센서를 이용해도 된다.
컨트롤러(50)는, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계의 구동제어를 행하는 제어장치이며, CPU 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되고, CPU가 내부 메모리에 격납되는 구동제어용 프로그램을 실행함으로써 실현되는 장치이다.
컨트롤러(50)는, 엔진(11)의 운전제어, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환), 승강압 컨버터(30)를 구동제어함에 의한 커패시터(19)의 충방전 제어, 및 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행하기 위한 제어장치이다. 다만, 선회용 전동기(21)의 구동제어는, 압력센서(29)로부터 입력되는 신호(조작장치(26)에 입력되는 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작량을 나타내는 신호)를 컨트롤러(50)가 속도지령으로 변환하고, 이 속도지령을 이용하여 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행함으로써 실행된다. 본 실시형태에서는, 제어부로서의 컨트롤러(50)가 구동정도 판정부를 포함하고 있다.
컨트롤러(50)는, 커패시터(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 승강압 컨버터(30)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하고, 이에 의해 커패시터(19)의 충방전 제어를 행한다.
이 승강압 컨버터(30)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, 커패시터 전압 검출부(31)에 의해 검출되는 커패시터 전압치, 커패시터 전류 검출부(32)에 의해 검출되는 커패시터 전류치, 및 DC버스 전압 검출부(41)에 의해 검출되는 DC버스 전압치에 근거하여 행하여진다.
다만, 엔진(11)의 운전제어에는, 엔진(11)의 부하상태에 따른 연료 분사량의 제어 등 외에, 엔진(11)의 시동과 정지의 제어가 포함된다.
또한, 실시형태 1에서, 컨트롤러(50)는, 센서(14A)에 의해 검출되는 압유의 유압, 인버터(18B)에 전송하는 제어지령치, 및 인버터(20)에 전송하는 제어지령치를 감시한다.
여기에서, 센서(14A)에 의해 검출되는 압유의 유압의 상승은, 컨트롤밸브(17)에 접속된 유압계의 작업요소(이하, 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)를 통틀어 [유압계의 작업요소]라 함) 중 어느 하나가 구동된 것을 나타내기 위해, 유압의 상승을 감시함으로써, 유압계의 작업요소의 구동을 검지할 수 있다.
또한, 인버터(18B)에 전송하는 제어지령치를 감시함으로써, 리프팅 마그넷(6)의 구동을 검지할 수 있고, 이와 마찬가지로, 인버터(20)에 전송하는 제어지령치를 감시함으로써, 선회용 전동기(21)의 역행운전을 검지할 수 있다.
다만, 컨트롤러(50)는, 센서(14A)에 의해 검출되는 압유의 유압, 인버터(18B)에 전송하는 제어지령치, 및 인버터(20)에 전송하는 제어지령치를 감시하기 위한 역치를 보관하고 있고, 각 값이 각각의 역치 이상이 된 경우에, 유압계의 작업요소의 구동, 리프팅 마그넷(6)의 구동, 및 선회용 전동기(21)의 역행운전을 검지하도록 구성되어 있다.
[충전량(SOC)의 설정]
실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에서는, 운전개시 직후(작업 전)에 있어서의 커패시터(19)의 충전량(SOC)은, 70%로 설정된다. 또한, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21) 중 어느 하나의 구동이 필요한 때에는, 충전량(SOC)은 85%로 상승된다. 그리고, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것도 구동되지 않게 되면, 충전량(SOC)은 70%로 저하된다.
이는, 운전개시되고 나서 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21) 중 어느 하나가 구동될 때까지의 사이나, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것도 구동되지 않게 된 경우에는, 커패시터(19)에 막대한 전력을 축적해 둘 필요가 없기 때문에, 방전모드로 하여, 커패시터(19)의 전기에너지를 방출해서 충전량(SOC)을 비교적 낮게 (70%로) 설정하여 발열량을 저감시킴으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
또한, 어느 하나를 구동하는 경우에는 커패시터(19)로부터 전력을 공급할 필요가 있기 때문에, 전기에너지를 흡수해 충전량(SOC)을 어느 정도 상승시켜 둘 필요가 있으므로, 85%로 상승시킨다. 다만, 유압계의 작업요소의 구동은 유압으로 행하여지기 때문에 직접적으로는 전기에너지는 필요하지 않지만, 유압계의 작업요소의 구동시에는, 메인펌프(14)로부터의 압유가 필요하게 되어, 엔진(11)을 어시스트하는 전동발전기(12)의 구동이 필요하게 되는 경우가 있기 때문에, 컨트롤러(50)는, 유압계의 작업요소의 구동을 검지한 경우에, 충전량(SOC)을 상승시킨다.
여기에서, 충전량(SOC)을 저하시켜 두는 경우에 70%로 설정하는 것은, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21) 중 적어도 어느 하나를 구동할 때에는, 어느 정도의 전력이 즉석에서 필요하기 때문에, 충전량(SOC)을 낮게 설정하면서도, 작업에 지장이 없는 응답성을 확보하기 위해서이다. 즉, 최저 충전량은 구동부의 기동 응답성에 근거하여 미리 설정된다.
또한, 충전량(SOC)을 상승시키는 경우에 85%로 설정하는 것은, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21) 중 적어도 어느 하나를 구동할 때에는, 회생운전에 의해 얻어지는 전력을 커패시터(19)에 충전할 필요가 있기 때문에, 충전량(SOC)을 비교적 높게 설정하면서도, 더욱 충전을 행하기 위해 충분한 여지(빈 용량)를 확보하기 위해서이다. 즉, 최대 충전량은 구동부의 회생전력에 근거하여 미리 설정되어 있다.
또한, 충전량(SOC)의 85%(또는 그 이상)에서 70%로의 저감은, 컨트롤러(50)가 인버터(18A)에 구동지령을 전송하여 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하게 하여, 커패시터(19)에 축적된 전력을 소비시킴으로써 실현된다.
엔진(11)은 상시 운전되어 메인펌프(14)를 구동하고 있기 때문에, 전동발전기(12)의 전동(어시스트)운전에 의해, 커패시터(19) 내의 전기에너지를 기계에너지로 변환하여 엔진(11)의 운전효율을 보다 효율적인 것으로 개선할 수 있다.
다만, 충전량(SOC)의 상승 또는 저하는, 컨트롤러(50)가 승강압 컨버터(30)를 구동함으로써 실행되고, 강압(커패시터(19)의 충전)시에 DC버스 전압치가 낮은 경우에는, 전동발전기(12)에 발전운전을 행하게 하여 DC버스 전압을 상승시킨다.
도 3은, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 작업요소(선회기구(2)(선회용 전동기(21)), 붐(4), 암(5), 리프팅 마그넷(6))의 구동정도에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다. 이 처리는, 컨트롤러(50)에 의해 실행되는 처리이다.
컨트롤러(50)는, 하이브리드형 건설기계의 운전 중에 도 3에 나타내는 처리를 개시(스타트)시킨다.
우선, 컨트롤러(50)는, 센서(14A)에 의해 검출되는 압유의 유압이 역치 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S1A). 유압계의 작업요소의 구동시에는, 메인펌프(14)로부터의 압유가 필요하게 되므로, 엔진(11)을 어시스트하는 전동발전기(12)의 구동이 필요하게 되는 경우가 있기 때문에, 유압계의 작업요소의 구동을 검지함으로써, 전동발전기(12)의 구동의 가능성을 검지하기 위해서이다.
컨트롤러(50)는, 유압이 역치 이상이라고 판정한 경우는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S2). 유압계의 작업요소 중 어느 하나의 구동에 따라, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에 대비하여 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 센서(14A)에 의해 검출되는 압유의 유압이 역치 미만이라고 판정한 경우는, 리프팅 마그넷(6)의 구동을 검지했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S1B). 리프팅 마그넷(6)의 구동시에는 DC버스(40)를 통해 전력을 공급할 필요가 있고, 이를 위해서는 충전량(SOC)을 상승시킬 필요가 있기 때문에, 구동의 검지를 판정하는 것이다.
컨트롤러(50)는, 리프팅 마그넷(6)의 구동을 검지한 경우에는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S2). 리프팅 마그넷(6)으로의 전력공급에 대비해 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 리프팅 마그넷(6)의 구동을 검지하지 않은 경우는, 선회용 전동기(21)의 구동을 검지했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S1C). 선회용 전동기(21)의 구동시에는 DC버스(40)를 통해 전력을 공급할 필요가 있고, 이를 위해서는 충전량(SOC)을 상승시킬 필요가 있기 때문에, 구동의 검지를 판정하는 것이다.
컨트롤러(50)는, 선회용 전동기(21)의 구동을 검지한 경우에는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S2). 선회용 전동기(21)로의 전력공급에 대비해 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 선회용 전동기(21)의 구동을 검지하지 않은 경우는, 충전량(SOC)을 70%로 유지한다(스텝 S3). 어느 작업요소(유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21))도 구동되지 않는 상태이기 때문에, 커패시터 전압을 낮은 상태로 유지함으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
다만, 이상에서 설명한 스텝 S1A~S3의 처리는 반복 실행된다. 충전량(SOC)이 높은 상태(85% 또는 그 이상)에서 스텝 S3로 순서가 진행된 경우에는, 컨트롤러(50)가 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하게 함으로써, 충전량(SOC)이 70%로 저하되게 된다.
도 4는, 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
시각 T0에 있어서 하이브리드형 건설기계의 운전이 개시되면, 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 유지된다.
시각 T1에 있어서 유압계의 작업요소의 구동이 검지되면(스텝 S1A에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S2에 상당).
그 후에는, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)가 순차 구동됨으로써, 엔진(11)에 의해 증가시킨 기계에너지를 전동발전기(12)에서 전기에너지로 변환해 커패시터(19)에 공급하도록, 인버터(18a)에 의해 전동발전기(12)를 발전운전시킨다. 이때, 엔진(11)의 출력은, 전동발전기(12)의 구동상태에 대응하여 증가된다. 이와 같이 하여, 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S2에 상당).
또한, 시각 T2에 있어서 선회용 전동기(21)의 구동이 종료되면(스텝 S1C에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 커패시터(19)로부터의 전기에너지를 전동발전기(12)에서 기계에너지로 변환해 엔진(11)에 전달시키도록, 인버터(18a)에 의해 전동발전기(12)를 전동(어시스트)운전시킨다. 이 경우에 있어서도, 엔진(11)의 구동 토크는, 전동발전기(12)의 전동(어시스트)운전에 의해 증가하게 된다. 이와 같이 하여, 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 저하된다(스텝 S3에 상당).
시각 T3에서는, 다시 유압계의 작업요소의 구동이 검지되고(스텝 S1A에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S2에 상당).
또한, 그 후, 유압계의 작업요소 이외(리프팅 마그넷(6)이나 선회용 전동기(21))가 구동되지 않고, 시각 T4에 있어서 유압계의 작업요소의 구동이 종료되면 (스텝 S1A~S1C에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 저하된다(스텝 S3에 상당).
시각 T5에서는, 리프팅 마그넷(6)이 구동되고(스텝 S1B에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S2에 상당).
그 후, 리프팅 마그넷(6)에 더해 유압계의 작업요소 및 선회용 전동기(21)의 구동이 행하여지고, 다시 리프팅 마그넷(6)만의 구동으로 돌아온 후, 시각 T6에 있어서 리프팅 마그넷(6)의 구동이 종료되면, 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 저하된다(스텝 S3에 상당). 이상으로, 도 4에 나타내는 동작이 종료된다.
실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 의하면, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것도 구동되고 있지 않은 상태가 검지되면, 컨트롤러(50)에 의해 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정된다. 이와 같이, 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것에도 전력공급의 필요가 없는 경우에는, 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정되므로, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
다만, 이상에서는, 커패시터(19)의 충전량(SOC)이 80% 이하인지 아닌지를 판정하는 형태에 대해 설명했다. SOC의 역치를 80%로 설정한 것은, 하이브리드형 건설기계가 차회 운전개시될 때에 충분한 충전량을 확보하기 위해서와, 회생전력을 충전하기 위한 충분한 빈 용량을 확보하기 위해서이다. 이 때문에, 판정에 이용하는 SOC의 역치는, 80%로 한정되는 것은 아니고, 실기(實機)의 사양 등에 따라 적절히 설정하는 것이 가능하다.
또한, 이상에서는, 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 저하시키는 경우에 70%로 설정하는 형태에 대해 설명했지만, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21) 중 적어도 어느 하나를 구동할 때에, 작업에 지장이 없는 응답성을 확보할 수 있다면, 낮게 설정하는 경우의 충전량(SOC)은 70%로 한정되지 않고, 70%보다 높거나 낮아도 된다.
또한, 이상에서는, 엔진(11)을 어시스트하기 위한 전동발전기(12)와 선회용 전동기(21)를 포함하는 하이브리드형 건설기계에 본 실시형태의 하이브리드형 작업기계를 적용한 형태에 대해 설명했지만, 하이브리드화에 의해 전동화되는 요소는 이들로 한정되지 않고, 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 또는 버킷 실린더(9)가 전동화된 하이브리드형 건설기계에 대해서도 마찬가지로 적용 가능하다.
[실시형태 2]
실시형태 2의 하이브리드형 건설기계는, 엔진(11)의 회전수에 따라 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 설정한다는 점이 실시형태 1과 상이하다. 이 때문에, 컨트롤러(50)에는, 엔진(11)의 회전수를 나타내는 전기신호가 입력되도록 구성된다.
실시형태 2에서는, 컨트롤러(50)는, 엔진(11)의 제어장치(예컨대, ECU(Electronic Control Unit))로부터 전송되는 엔진회전수를 감시하고 있다.
다만, 여기에서, 예컨대, 엔진(11)의 아이들링 시의 회전수가 1000rpm, 최고 허용 회전수는 2000rpm이라고 하면, 판정에 이용하는 역치는, 예컨대, 1200rpm으로 설정하면 된다.
여기에서, 엔진(11)의 회전수는, 캐빈(10) 내에 조작장치(26)와 함께 배치되는 볼륨스위치에 의해 전환된다. 예컨대, 엔진(11)의 아이들링 시의 회전수가 1000rpm, 최고 허용 회전수가 2000rpm이라고 하면, 일반적으로, 운전자는, 작업을 행하는 경우에는, 볼륨스위치를 조작해 원하는 정격치(예컨대, 1800rpm)로 설정하고, 비작업시에는, 볼륨스위치를 조작해 아이들링 상태(1000rpm)로 설정한다.
이 때문에, 실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에서는, 엔진회전수를 감시함으로써, 작업의 유무의 판정을 행한다.
다만, 기타의 구성은 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 준하므로, 중복설명은 생략한다.
[충전량(SOC)의 설정]
실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에서는, 운전개시 직후(작업 전)에 있어서의 커패시터(19)의 충전량(SOC)은, 70%로 설정된다. 또한, 엔진회전수가 역치 이상으로 상승했을 때에는, 충전량(SOC)은 85%로 상승된다. 그리고, 엔진회전수가 역치 미만으로 저하되면, 충전량(SOC)은 70%로 저하된다.
이는, 비작업시에는, 커패시터(19)에 막대한 전력을 축적해 둘 필요가 없기 때문에, 방전모드로 하여, 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 비교적 낮게 (70%로) 설정하여 발열량을 저감시킴으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
또한, 작업을 행하기 위해 볼륨스위치의 조작에 의해 엔진(11)의 회전수가 상승된 경우에는, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 대비하여 커패시터(19)로부터 전력을 공급할 준비를 행하기 위해 충전량(SOC)을 어느 정도 상승시켜 둘 필요가 있으므로, 85%로 상승시킨다.
도 5는, 실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 엔진회전수(엔진(11)의 구동정도)에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다. 이 처리는, 컨트롤러(50)에 의해 실행되는 처리이다.
컨트롤러(50)는, 하이브리드형 건설기계의 운전 중에 도 5에 나타내는 처리를 개시(스타트)시킨다.
우선, 컨트롤러(50)는, 엔진회전수가 역치 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S21). 엔진회전수가 상승되는 경우는, 작업을 행하는 경우인 것이라고 상정되므로, 엔진회전수를 감시함으로써, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동이 행하여질 가능성을 검지하기 위해서이다.
다만, 판정에 이용하는 역치는, 예컨대, 1200rpm으로 설정하면 된다.
컨트롤러(50)는, 엔진회전수가 역치 이상이라고 판정한 경우는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S22). 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 따라, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에 대비해 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 엔진회전수가 역치 미만이라고 판정한 경우는, 충전량(SOC)을 70%로 유지한다(스텝 S23). 어느 작업요소(유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21))도 구동되고 있지 않은 상태(비작업 상태)이기 때문에, 커패시터 전압을 낮은 상태로 유지함으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
다만, 이상에서 설명한 스텝 S21~S23의 처리는 반복 실행된다. 충전량(SOC)이 높은 상태(85% 또는 그 이상)에서 스텝 S23으로 순서가 진행된 경우에는, 컨트롤러(50)가 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하게 함으로써, 충전량(SOC)이 70%로 저하되게 된다.
도 6은, 실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
시각 T0에 있어서 하이브리드형 건설기계의 엔진(11)의 회전수가 정격치로 설정되면, 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다.
그 후, 시각 T21에 있어서 엔진회전수가 역치(1200rpm) 미만이 되면(스텝 S21에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S23에 상당).
또한, 시각 T22에 있어서 엔진회전수가 역치(1200rpm) 이상이 되면(스텝 S21에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S22에 상당).
이어서, 시각 T23에 있어서 엔진회전수가 역치(1200rpm) 미만이 되면(스텝 S21에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S23에 상당).
또한, 시각 T24에 있어서 엔진회전수가 역치(1200rpm) 이상이 되면(스텝 S21에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S22에 상당).
그 후, 시각 T25에서는 엔진회전수가 정격치로 복귀한다.
이와 같이, 실시형태 2의 하이브리드형 건설기계에 의하면, 엔진(11)의 아이들링 상태(비작업 상태에 상당)가 검지되면, 컨트롤러(50)에 의해 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정된다. 이와 같이, 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것에도 전력공급의 필요가 없는 경우에는, 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정되므로, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
[실시형태 3]
실시형태 3의 하이브리드형 건설기계는, 레버(26A 및 26B)와 페달(26C)(이하, 실시형태 3에서는 [레버(26A 등)]라 약칭함)의 조작의 유무에 따라 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 설정하는 점이 실시형태 1과 상이하다. 이 때문에, 컨트롤러(50)에는, 압력센서(29)로부터 전송되는 레버(26A 등)의 조작의 유무를 나타내는 전기신호가 입력되도록 구성된다.
실시형태 3의 하이브리드형 건설기계는, 레버(26A 등)의 조작의 유무에 따라, 작업의 유무의 판정을 행한다.
다만, 기타의 구성은 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 준하므로, 중복설명은 생략한다.
[충전량(SOC)의 설정]
실시형태 3의 하이브리드형 건설기계에서는, 운전개시 직후(작업 전)에 있어서의 커패시터(19)의 충전량(SOC)은, 70%로 설정된다. 또한, 레버(26A 등)의 조작이 있음으로 판정된 때에는, 엔진(11), 또는 작업요소(선회기구(2)(선회용 전동기(21)), 붐(4), 암(5), 리프팅 마그넷(6))의 구동정도가 높아진다고 판정하여, 충전량(SOC)은 85%로 상승된다. 그리고, 레버(26A 등)의 조작이 없어졌다(없음)고 판정된 때에는, 엔진(11), 또는 작업요소(선회기구(2)(선회용 전동기(21)), 붐(4), 암(5), 리프팅 마그넷(6))의 구동정도가 낮아진다고 판정하여, 충전량(SOC)은 70%로 저하된다.
이는, 비작업시에는 커패시터(19)에 막대한 전력을 축적해 둘 필요가 없기 때문에, 방전모드로 하여, 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 비교적 낮게 (70%로) 설정하여 발열량을 저감시킴으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
또한, 작업을 행하기 위해 레버(26A 등)가 조작된 경우에는, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 대비하여 커패시터(19)로부터 전력을 공급할 준비를 행하기 위해 충전량(SOC)을 어느 정도 상승시켜 둘 필요가 있으므로, 85%로 상승시킨다.
도 7은, 실시형태 3의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 레버(26A 등)의 조작의 유무(조작장치(26)에 입력되는 조작량에 따른 작업요소의 구동정도)에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다. 이 처리는, 컨트롤러(50)에 의해 실행되는 처리이다.
컨트롤러(50)는, 하이브리드형 건설기계의 운전 중에 도 7에 나타내는 처리를 개시(스타트)시킨다.
우선, 컨트롤러(50)는, 레버(26A 등)의 조작이 있는지 없는지를 판정한다(스텝 S31). 레버(26A 등)가 조작되는 경우는, 작업이 행하여지는 경우이기 때문에, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동을 검지하기 위해서이다.
컨트롤러(50)는, 레버(26A 등)의 조작이 있음으로 판정한 경우에는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S32). 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 따라, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에 대비해 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 레버(26A 등)의 조작이 없음으로 판정한 경우에는, 충전량(SOC)을 70%로 유지한다(스텝 S33). 어느 작업요소(유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21))도 구동되지 않는 상태(비작업 상태)이기 때문에, 커패시터 전압을 낮은 상태로 유지함으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
다만, 이상에서 설명한 스텝 S31~S33의 처리는 반복 실행된다. 충전량(SOC)이 높은 상태(85% 또는 그 이상)에서 스텝 S33으로 순서가 진행된 경우에는, 컨트롤러(50)가 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하게 함으로써, 충전량(SOC)이 70%로 저하된다.
도 8은, 실시형태 3의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
시각 T0에 있어서 하이브리드형 건설기계의 운전이 개시되면, 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 유지된다.
시각 T31에 있어서 레버(26A 등)의 조작이 있음으로 판정되면(스텝 S31에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S32에 상당).
또한, 시각 T32에 있어서 레버(26A 등)의 조작이 없음으로 판정되면(스텝 S31에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S33에 상당).
또한, 시각 T33에 있어서 레버(26A 등)의 조작이 있음으로 판정되면(스텝 S31에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S32에 상당).
또한, 시각 T34에 있어서 레버(26A 등)의 조작이 없음으로 판정되면(스텝 S31에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S33에 상당).
이와 같이, 실시형태 3의 하이브리드형 건설기계에 의하면, 레버(26A 등)의 조작이 없음으로 판정되면, 컨트롤러(50)에 의해 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정된다. 이와 같이, 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것에도 전력공급의 필요가 없는 경우에는, 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정되므로, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
[실시형태 4]
실시형태 4의 하이브리드형 건설기계는, 게이트 로크 레버의 조작의 유무에 따라 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 설정하는 점이 실시형태 1과 상이하다. 이 때문에, 컨트롤러(50)에는, 게이트 로크 레버의 개폐상태를 나타내는 전기신호가 입력되도록 구성된다.
도 9는, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계의 운전석 및 그 주변을 나타내는 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는, 운전석의 좌측에 있는 콘솔을 나타내는 측면도이다.
게이트 로크 조작부(60)는, 건설기계의 사용 가능(운전 가능)한 상태와, 사용 불가능(운전 불가능)한 상태를 전환하기 위한 게이트 로크 장치이다. 이 게이트 로크 조작부(60)는, 건설기계의 오동작 방지를 위해 설치되어 있다. 여기에서, 도 9를 이용하여 게이트 로크 조작부(60)에 대해 설명한다.
캐빈(10) 내에 배치되는 운전석(10A)의 양측에는, 콘솔(10B)이 배치되어 있고, 이 한 쌍의 콘솔(10B)에는, 한 쌍의 조작 레버(27A)가 각각 배치되어 있다. 운전석(10A)에는, 캐빈 앞 방향에 대해 좌측으로부터 승강이 가능하고, 좌측의 콘솔(10B)에는, 게이트 로크 조작부(60)가 배치되어 있다.
또한, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 좌측의 콘솔(10B)에 배치되는 게이트 로크 조작부(60)는, 게이트 로크 레버(60A), 게이트(60B), 및 리미트 스위치(60C)를 구비한다.
게이트 로크 조작부(60)는, 상부 선회체(3)의 캐빈 내에 배치되는 운전석의 옆에 배치되어 있으며, 운전석으로의 승강부에 배치되는 게이트(60B)를 개폐 조작하기 위한 조작부이다. 게이트(60B)와 게이트 로크 레버(60A)는 와이어로 접속되어 있어, 게이트 로크 레버(60A)가 끌어 올려지면 게이트(60B)는 폐쇄되고(실선으로 나타내는 상태), 게이트 로크 레버(60A)가 내려지면 게이트(60B)는 개방된다(파선으로 나타내는 상태). 이 게이트가 폐쇄되었을 때, 운전자는 운전석에서 내리지 못하며, 개방되었을 때에 내릴 수 있는 상태가 된다.
리미트 스위치(60C)는, 게이트 로크 레버(60A)의 조작을 검출하기 위한 센서이며, 게이트 로크 레버(60A)가 끌어 올려지면 온이 되고, 게이트 로크 레버(60A)가 내려지면 오프가 된다.
이 리미트 스위치(60C)는, 파일럿 펌프(15)로부터 조작장치(26)에 파일럿압을 전달하는 파일럿 라인(25)에 배치되는 차단밸브에 접속되어 있으며, 리미트 스위치(60C)로부터 전송되는 전기신호에 따라, 연통상태/차단상태의 전환이 행하여진다. 건설기계의 사용시에는 연통상태가 되어 파일럿압을 조작장치(26)에 전달하고, 불사용시에는 차단상태가 되어 파일럿압의 조작장치(26)로의 전달을 차단한다. 이 차단밸브의 전환 제어는 게이트 로크 조작부(60)에 의해 행하여진다.
리미트 스위치(60C)가 온이 되면, 차단밸브의 릴레이는 온이 되고, 리미트 스위치(60C)가 오프가 되면, 릴레이는 오프가 된다. 이와 같이, 차단밸브는, 리미트 스위치(60C)에 의해 전환된다. 다만, 리미트 스위치(60C)의 온/오프를 나타내는 신호는, 컨트롤러(50)에도 입력된다.
게이트 로크 레버(60A)가 끌어 올려져 게이트(60B)가 폐쇄된 상태에서는, 릴레이가 온이 되어 차단밸브가 연통상태가 되므로, 건설기계는 사용 가능(운전 가능)한 상태가 된다. 한편, 게이트 로크 레버(60A)가 내려져, 게이트(60B)가 개방된 상태에서는, 릴레이가 오프가 되어 차단밸브가 차단상태가 되기 때문에, 건설기계는 사용 불가능(운전 불가능)한 상태가 된다. 이는, 오동작 방지를 위해서이다.
실시형태 4에서는, 컨트롤러(50)는, 게이트 로크 조작부(60)로부터 전송되는 게이트 로크 레버(60A)의 조작의 유무를 감시하고 있고, 게이트 로크 레버(60A)의 조작의 유무에 의해, 작업의 유무의 판정을 행한다.
다만, 기타 구성은 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 준하므로, 중복설명은 생략한다.
[충전량(SOC)의 설정]
실시형태 4의 하이브리드형 건설기계에서는, 운전개시 직후(작업 전)에 있어서의 커패시터(19)의 충전량(SOC)은, 70%로 설정된다. 또한, 게이트 로크 레버(60A)가 끌어 올려졌다고 판정된 때에는, 충전량(SOC)은 85%로 상승된다. 그리고, 게이트 로크 레버(60A)가 내려졌다고 판정된 때에는, 충전량(SOC)은 70%로 저하된다.
이는, 비작업시에는, 커패시터(19)에 막대한 전력을 축적해 둘 필요가 없기 때문에, 방전모드로 하여, 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 비교적 낮게 (70%로) 설정하여 발열량을 저감시킴으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
또한, 작업을 행하기 위해 게이트 로크 레버(60A)가 끌어 올려졌다고 판정된 경우에는, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 대비하여 커패시터(19)로부터 전력을 공급할 준비를 행하기 위해 충전량(SOC)을 어느 정도 상승시켜 둘 필요가 있기 때문에, 85%로 상승시킨다.
도 10은, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 게이트 로크 레버(60A)의 조작의 유무에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
실시형태 4에서는, 게이트 로크 레버(60A)의 조작의 유무(작동상태)에 따라 엔진(11) 또는 작업요소(선회기구(2)(선회용 전동기(21)), 붐(4), 암(5), 리프팅 마그넷(6))의 구동정도를 판정하여, 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 실행시킴으로서, SOC를 변경한다.
이 처리는, 컨트롤러(50)에 의해 실행되는 처리이다. 여기에서는, 게이트 로크 레버(60A)가 끌어 올려졌다고 판정된 경우를 [조작 있음], 게이트 로크 레버(60A)가 내려진 경우를 [조작 없음]으로 표현한다.
컨트롤러(50)는, 하이브리드형 건설기계의 운전 중에 도 10에 나타내는 처리를 개시(스타트)시킨다.
우선, 컨트롤러(50)는, 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 있는지 없는지를 판정한다(스텝 S41). 게이트 로크 레버(60A)가 조작되는 경우는, 작업이 행하여지는 경우이므로, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동을 검지하기 위해서이다.
컨트롤러(50)는, 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 있음으로 판정한 경우에는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S42). 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 따라, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에 대비하여 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 없음으로 판정한 경우에는, 충전량(SOC)을 70%로 유지한다(스텝 S43). 어느 작업요소(유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21))도 구동되지 않는 상태(작업 금지 상태)이므로, 커패시터 전압을 낮은 상태로 유지함으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
다만, 이상에서 설명한 스텝 S41~S43의 처리는 반복 실행된다. 충전량(SOC)이 높은 상태(85% 또는 그 이상)에서 스텝 S43으로 순서가 진행된 경우에는, 컨트롤러(50)가 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하도록 함으로써, 충전량(SOC)이 70%로 저하된다.
도 11은, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
시각 T0에 있어서 하이브리드형 건설기계의 운전이 개시되면, 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 유지된다.
시각 T41에 있어서 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 있음으로 판정되면(스텝 S41에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S42에 상당).
또한, 시각 T42에 있어서 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 없음으로 판정되면(스텝 S41에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S43에 상당).
또한, 시각 T43에 있어서 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 있음으로 판정되면(스텝 S41에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S42에 상당).
또한, 시각 T44에 있어서 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 없음으로 판정되면(스텝 S41에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S43에 상당).
이와 같이, 실시형태 4의 하이브리드형 건설기계에 의하면, 게이트 로크 레버(60A)의 조작이 없음으로 판정되면, 컨트롤러(50)에 의해 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정된다. 이와 같이, 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것에도 전력공급의 필요가 없는 경우에는, 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정되므로, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
[실시형태 5]
실시형태 5의 하이브리드형 건설기계는, 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 설정하는 점이 실시형태 1과 상이하다. 이 때문에, 컨트롤러(50)에는, 이그니션 스위치로부터 전송되는 레버(26A 등)의 조작의 유무를 나타내는 전기신호가 입력되도록 구성된다. 이그니션 스위치는, 도 9에 나타내는 운전석(10A)의 옆에 배치되어 있다.
실시형태 5의 하이브리드형 건설기계는 이그니션 스위치의 조작위치에 근거하여, 작업의 유무의 판정을 행할 때에, 이그니션 스위치의 조작위치가 OFF 위치로부터 ACC(액세서리 모드) 위치 및 ON 위치를 거쳐 START(스타터를 구동하기 위한 모드) 위치가 되고, 그 후 ON 위치로 설정된 경우에, 엔진(11)이 운전상태라고 판정한다. 또한, ON 위치로부터 ACC 위치 또는 OFF 위치로 조작된 경우에, 엔진(11)이 정지되었다고 판정한다.
다만, 기타 구성은 실시형태 1의 하이브리드형 건설기계에 준하므로, 중복설명은 생략한다.
[충전량(SOC)의 설정]
실시형태 5의 하이브리드형 건설기계에서는, 운전개시 직후(작업 전)에 있어서의 커패시터(19)의 충전량(SOC)은, 70%로 설정된다. 또한, 이그니션 스위치의 조작에 의해 엔진(11)이 운전상태가 되었다고 판정된 때에는, 충전량(SOC)이 85%로 상승된다. 그리고, 이그니션 스위치의 조작에 의해 엔진(11)이 정지상태가 되었다고 판정된 때에는, 충전량(SOC)은 70%로 저하된다.
이는, 엔진(11)이 정지된 비작업시에는, 커패시터(19)에 막대한 전력을 축적해 둘 필요는 없기 때문에, 방전모드로 하여, 커패시터(19)의 충전량(SOC)을 비교적 낮게 (70%로) 설정하여 발열량을 저감시킴으로써, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
또한, 엔진(11)이 운전상태가 된 경우에는, 작업을 행하기 위해, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 대비해 커패시터(19)로부터 전력을 공급할 준비를 행하기 위해 충전량(SOC)을 어느 정도 상승시켜 둘 필요가 있으므로, 85%로 상승시킨다.
도 12는, 실시형태 5의 하이브리드형 건설기계에 있어서, 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 커패시터(19)의 SOC를 변경하는 경우의 처리순서를 나타내는 도면이다.
실시형태 5에서는 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 엔진(11) 또는 작업요소(선회기구(2)(선회용 전동기(21)), 붐(4), 암(5), 리프팅 마그넷(6))의 구동정도를 판정하여, 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하게 함으로써, SOC를 변경한다. 다만, 이 처리는, 컨트롤러(50)에 의해 실행되는 처리이다.
컨트롤러(50)는, 하이브리드형 건설기계의 운전 중에 도 12에 나타내는 처리를 개시(스타트)시킨다.
우선, 컨트롤러(50)는, 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 시동되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 S51). 엔진(11)이 시동되는 경우는, 작업이 행하여지는 경우이므로, 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동을 검지하기 위해서이다.
컨트롤러(50)는, 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 시동된다고 판정한 경우에는, 충전량(SOC)을 85%로 상승시킨다(스텝 S52). 유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 또는 선회용 전동기(21)의 구동에 따라, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에 대비하여 충전량(SOC)을 상승시키기 위해서이다.
한편, 컨트롤러(50)는, 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 정지된다고 판정한 경우는, 충전량(SOC)을 70%로 유지한다(스텝 S53). 엔진(11)의 정지에 의해, 어느 작업요소(유압계의 작업요소, 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21))도 구동되지 않는 상태(비작업 상태)이므로, 커패시터 전압을 낮은 상태로 유지함으로서, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모하기 위해서이다.
다만, 이상에서 설명한 스텝 S51~S53의 처리는 반복 실행된다. 충전량(SOC)이 높은 상태(85% 또는 그 이상)에서 스텝 S53으로 순서가 진행된 경우는, 컨트롤러(50)가 전동발전기(12)에 전동(어시스트)운전을 행하게 함으로써, 충전량(SOC)이 70%로 저하된다.
도 13은, 실시형태 5의 하이브리드형 건설기계에 있어서 커패시터(19)의 SOC를 변경할 때의 차트를 나타내는 도면이다.
시각 T0에 있어서 하이브리드형 건설기계의 운전이 개시되면, 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 유지된다.
시각 T51에 있어서 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 시동된다고 판정되면(스텝 S51에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S52에 상당).
또한, 시각 T52에 있어서 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 정지된다고 판정되면(스텝 S51에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S53에 상당).
또한, 시각 T53에 있어서 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 시동된다고 판정되면(스텝 S51에서 YES에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 85%(높은 상태)로 상승된다(스텝 S52에 상당).
또한, 시각 T54에 있어서 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 정지되면(스텝 S51에서 NO에 상당), 컨트롤러(50)에 의해 충전량(SOC)은 70%(낮은 상태)로 설정된다(스텝 S53에 상당).
이와 같이, 실시형태 5의 하이브리드형 건설기계에 의하면, 이그니션 스위치의 조작위치의 변화에 근거하여, 엔진(11)이 정지된다고 판정되면, 컨트롤러(50)에 의해 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정된다. 이와 같이, 전동발전기(12), 리프팅 마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 어느 것에도 전력공급의 필요가 없는 경우에는, 커패시터 전압이 낮은 상태로 설정되므로, 커패시터(19)의 수명 장기화를 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
또한, 이상에서는, 인버터(18A 및 20)가 접속된 DC버스(40)와 커패시터(19) 사이에 승강압 컨버터(30)가 배치된 하이브리드형 건설기계에 본 실시형태의 하이브리드형 작업기계를 적용한 형태에 대해 설명했지만, 인버터나 승강압 컨버터의 배치나 수 등은 하나의 예이며, 다른 구성에 있어서도 마찬가지로 적용 가능하다.
이상에서는, 하이브리드형 건설기계에 대해 설명했지만, 하이브리드형 작업기계는, 건설기계 이외의 형태의 작업기계여도 되고, 예컨대, 하이브리드형의 운반 하역 기계(크레인이나 포크리프트)여도 된다.
예컨대, 도 2에 나타내는 엔진(11) 및 전동발전기(12)를 크레인의 엔진 및 어시스트용 전동발전기로서 이용하고, 도 2에 나타내는 선회용 전동기(21)를 크레인의 하역 작업에 있어서 부품이나 화물 등을 상승 또는 하강시키기 위한 동력원으로 이용하면 된다. 특히, 부품이나 화물 등을 상승 또는 하강시키기 위한 동력원은, 와이어의 권취, 또는 인출에 따라 역행운전(권취시)과 회생운전(인출시)을 행하기 때문에, 하이브리드형 작업기계로서 상기 서술한 하이브리드형 건설기계와 마찬가지로 실시할 수 있다.
또한, 포크리프트의 경우도 마찬가지로, 도 2에 나타내는 엔진(11) 및 전동발전기(12)를 포크리프트의 엔진 및 어시스트용 전동발전기로서 이용하고, 도 2에 나타내는 선회용 전동기(21)를 포크리프트의 하역 작업에 있어서 포크를 상승 또는 하강시키기 위한 동력원으로 이용하면 된다. 특히, 포크를 상승 또는 하강시키기 위한 동력원은, 상하 동작에 따라 역행운전(권취시)과 회생운전(인출시)을 행하기 때문에, 하이브리드형 작업기계로서 상기 서술한 하이브리드형 건설기계와 마찬가지로 실시할 수 있다.
이상과 같이, 실시형태 1~5에 있어서는, 작업이 종료하기 전에 있어서도, 작업 상태나 운전상태에 따라서는, 축전지(커패시터(19))의 충전율을 저하시킬 수 있다.
[실시형태 6]
도 14는, 본 발명에 관한 작업기계의 일 예로서, 하이브리드형 건설기계(1001)의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 하이브리드형 건설기계(1001)는 이른바 리프팅 마그넷 차량이며, 무한궤도를 포함하는 주행기구(1002)와, 주행기구(1002)의 상부에 선회기구(1003)를 통해 회전운동 가능하게 탑재된 선회체(1004)를 구비하고 있다. 선회체(1004)에는, 붐(1005)과, 붐(1005)의 선단에 링크 접속된 암(1006)과, 암(1006)의 선단에 링크 접속된 리프팅 마그넷(1007)이 장착되어 있다. 리프팅 마그넷(1007)은, 강재 등의 현수하물(G)을 자력에 의해 흡착하여 포획하기 위한 설비이다. 붐(1005), 암(1006), 및 리프팅 마그넷(1007)은, 각각 붐 실린더(1008), 암 실린더(1009), 및 버킷 실린더(1010)에 의해 유압구동된다. 또한, 선회체(1004)에는, 리프팅 마그넷(1007)의 위치나 여자(勵磁) 동작 및 석방 동작을 조작하는 조작자를 수용하기 위한 운전실(1004a)이나, 유압을 발생시키기 위한 엔진(내연기관 발동기)(1011)과 같은 동력원이 설치되어 있다. 엔진(1011)은, 예컨대 디젤엔진으로 구성된다.
또한, 하이브리드형 건설기계(1001)는, 서보 제어유닛(1060)을 구비하고 있다. 서보 제어유닛(1060)은, 선회기구(1003)나 리프팅 마그넷(1007)과 같은 작업요소를 구동하기 위한 교류전동기나, 엔진(1011)을 어시스트하기 위한 전동발전기, 및 축전지(배터리)의 충방전을 제어한다. 서보 제어유닛(1060)은, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 교류전동기나 전동발전기를 구동하기 위한 인버터 유닛, 배터리의 충방전을 제어하는 승강압 컨버터 유닛과 같은 복수의 드라이버 유닛과, 이 복수의 드라이버 유닛을 제어하기 위한 컨트롤 유닛을 구비하고 있다.
도 15는, 본 실시형태의 하이브리드형 건설기계(1001)의 전기계통이나 유압계통과 같은 내부구성을 나타내는 블록도이다. 다만, 도 15에서는, 기계적으로 동력을 전달하는 계통을 이중선으로, 유압계통을 굵은 실선으로, 조종 계통을 파선으로, 전기계통을 가는 실선으로 각각 나타내고 있다. 또한, 도 16은, 도 15에 있어서의 축전부(1120)의 내부구성을 나타내는 도면이다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 하이브리드형 건설기계(1001)는 전동발전기(1012) 및 감속기(1013)를 구비하고 있고, 엔진(1011) 및 전동발전기(1012)의 회전축은, 모두 감속기(1013)의 입력축에 접속됨으로써 서로 연결되어 있다. 엔진(1011)의 부하가 클 때에는, 전동발전기(1012)가 이 엔진(1011)을 작업요소로서 구동함으로써 엔진(1011)의 구동력을 보조(어시스트)하여, 전동발전기(1012)의 구동력이 감속기(1013)의 출력축을 거쳐 메인펌프(1014)에 전달된다. 한편, 엔진(1011)의 부하가 작을 때에는, 엔진(1011)의 구동력이 감속기(1013)를 거쳐 전동발전기(1012)에 전달됨으로써, 전동발전기(1012)가 발전을 행한다. 전동발전기(1012)는, 예컨대, 자석이 로터 내부에 내장된 IPM(Interior Permanent Magnetic) 모터에 의해 구성된다. 전동발전기(1012)의 구동과 발전의 전환은, 하이브리드형 건설기계(1001)에 있어서의 전기계통의 구동제어를 행하는 컨트롤러(1030)에 의해, 엔진(1011)의 부하 등에 따라 행하여진다.
감속기(1013)의 출력축에는 메인펌프(1014) 및 파일럿 펌프(1015)가 접속되어 있고, 메인펌프(1014)에는 고압 유압라인(1016)을 통해 컨트롤밸브(1017)가 접속되어 있다. 컨트롤밸브(1017)는, 하이브리드형 건설기계(1001)에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 장치이다. 컨트롤밸브(1017)에는, 도 14에 나타낸 주행기구(1002)를 구동하기 위한 유압모터(1002a 및 1002b) 외에도, 붐 실린더(1008), 암 실린더(1009), 및 버킷 실린더(1010)가 고압 유압라인을 통해 접속되어 있으며, 컨트롤밸브(1017)는, 이들에 공급하는 유압을 운전자의 조작 입력에 따라 제어한다.
전동발전기(1012)의 전기적인 단자에는, 인버터 회로(1018A)의 출력단이 접속되어 있다. 인버터 회로(1018A)는, 본 실시형태에 있어서의 제3 인버터 회로이다. 인버터 회로(1018A)의 입력단에는, 축전부(1120)가 접속되어 있다. 축전부(1120)는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 직류 배선을 구성하는 DC버스(1110), 승강압 컨버터(직류전압 변환기)(1100) 및 배터리(1019)를 구비하고 있다. 즉, 인버터 회로(1018A)의 입력단은, DC버스(1110)를 통해 승강압 컨버터(1100)의 입력단에 접속되는 것이 된다. 승강압 컨버터(1100)의 출력단에는, 축전지로서의 배터리(1019)가 접속되어 있다. 배터리(1019)는, 예컨대 커패시터형 축전지에 의해 구성된다.
인버터 회로(1018A)는, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 근거하여, 전동발전기(1012)의 운전제어를 행한다. 즉, 인버터 회로(1018A)가 전동발전기(1012)를 역행운전시킬 때에는, 필요한 전력을 배터리(1019)와 승강압 컨버터(1100)로부터 DC버스(1110)를 통해 전동발전기(1012)에 공급한다. 또한, 전동발전기(1012)를 회생운전시킬 때에는, 전동발전기(1012)에 의해 발전된 전력을 DC버스(1110) 및 승강압 컨버터(1100)를 통해 배터리(1019)에 충전한다. 다만, 승강압 컨버터(1100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, DC버스 전압치, 배터리 전압치, 및 배터리 전류치에 근거하여, 컨트롤러(1030)에 의해 행하여진다. 이에 의해, DC버스(1110)를, 미리 정해진 일정 전압치로 축전된 상태로 유지할 수 있다.
축전부(1120)의 DC버스(1110)에는, 인버터 회로(1020B)를 통해 리프팅 마그넷(1007)이 접속되어 있다. 리프팅 마그넷(1007)은, 금속물을 자기적으로 흡착시키기 위한 자력을 발생하는 전자석을 포함하고 있으며, 인버터 회로(1020B)를 통해 DC버스(1110)로부터 전력이 공급된다. 인버터 회로(1020B)는, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 근거하여, 전자석을 온으로 할 때에는, 리프팅 마그넷(1007)에 요구된 전력을 DC버스(1110)로부터 공급한다. 또한, 전자석을 오프로 하는 경우에는, 회생된 전력을 DC버스(1110)에 공급한다.
또한, 축전부(1120)에는, 인버터 회로(1020A)가 접속되어 있다. 인버터 회로(1020A)의 일단에는 작업용 전동기(제1 전동기)로서의 선회용 전동기(교류전동기)(1021)가 접속되어 있고, 인버터 회로(1020A)의 타단은 축전부(1120)의 DC버스(1110)에 접속되어 있다. 선회용 전동기(1021)는, 선회체(1004)를 선회시키는 선회기구(1003)의 동력원이다. 선회용 전동기(1021)의 회전축(1021A)에는, 리졸버(1022), 미케니컬 브레이크(1023), 및 선회 감속기(1024)가 접속된다. 다만, 인버터 회로(1020A)는, 본 실시형태에 있어서의 제1 인버터 회로이다.
선회용 전동기(1021)가 역행운전을 행할 때에는, 선회용 전동기(1021)의 회전 구동력의 회전력이 선회 감속기(1024)에서 증폭되어, 선회체(1004)가 가감속 제어되어 회전운동을 행한다. 또한, 선회체(1004)의 관성 회전에 의해, 선회 감속기(1024)에서 회전수가 증가되어서 선회용 전동기(1021)에 전달되어, 회생전력을 발생시킨다. 선회용 전동기(1021)는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라 인버터 회로(1020A)에 의해 교류구동된다. 선회용 전동기(1021)로서는, 예컨대, 자석 내장형의 IPM 모터가 바람직하다.
리졸버(1022)는, 선회용 전동기(1021)의 회전축(1021A)의 회전위치 및 회전각도를 검출하는 센서이며, 선회용 전동기(1021)와 기계적으로 연결함으로써 회전축(1021A)의 회전각도 및 회전방향을 검출한다. 리졸버(1022)가 회전축(1021A)의 회전각도를 검출함으로써, 선회기구(1003)의 회전각도 및 회전방향이 도출된다. 미케니컬 브레이크(1023)는, 기계적인 제동력을 발생시키는 제동장치이며, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 의해, 선회용 전동기(1021)의 회전축(1021A)을 기계적으로 정지시킨다. 선회 감속기(1024)는, 선회용 전동기(1021)의 회전축(1021A)의 회전속도를 감속해 선회기구(1003)에 기계적으로 전달하는 감속기이다.
다만, DC버스(1110)에는, 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B)를 통해, 전동발전기(1012), 선회용 전동기(1021), 및 리프팅 마그넷(1007)이 접속되어 있기 때문에, 전동발전기(1012)에서 발전된 전력이 리프팅 마그넷(1007) 또는 선회용 전동기(1021)에 직접적으로 공급되는 경우도 있고, 리프팅 마그넷(1007)에서 회생된 전력이 전동발전기(1012) 또는 선회용 전동기(1021)에 공급되는 경우도 있으며, 또한, 선회용 전동기(1021)에서 회생된 전력이 전동발전기(1012) 또는 리프팅 마그넷(1007)에 공급되는 경우도 있다.
인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B)는 큰 전력을 제어하기 때문에, 발열량이 극히 커진다. 또한, 승강압 컨버터(1100)에 포함되는 리액터(1101)(도 16을 참조)에 있어서도 발열량이 막대하게 된다. 따라서, 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B) 및 승강압 컨버터(1100)를 냉각할 필요가 생긴다. 그래서, 본 실시형태의 하이브리드형 건설기계(1001)는, 엔진(1011)용의 냉각액 순환시스템과는 별도로, 승강압 컨버터(1100), 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B)를 냉각하기 위한 냉각액 순환시스템(1070)을 구비하고 있다.
냉각액 순환시스템(1070)은, 승강압 컨버터(1100), 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B) 등에 공급되는 냉각액을 순환시키기 위한 펌프(1072)와, 이 펌프(1072)를 구동하는 펌프모터(냉각용 전동기)(1071)를 가지고 있다. 펌프모터(1071)는, 본 실시형태에 있어서의 제2 전동기이기도 하다. 펌프모터(1071)는, 인버터 회로(1020C)를 통해 축전부(1120)에 접속되어 있다. 인버터 회로(1020C)는, 본 실시형태에 있어서의 제2 인버터 회로로서, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 근거하여, 승강압 컨버터(1100)를 냉각할 때 펌프모터(1071)에 요구된 전력을 공급한다. 본 실시형태의 냉각액 순환시스템(1070)은, 승강압 컨버터(1100), 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B), 및 컨트롤러(1030)를 냉각한다. 이에 더하여, 냉각액 순환시스템(1070)은, 전동발전기(1012), 감속기(1013), 및 선회용 전동기(1021)를 냉각한다.
파일럿 펌프(1015)에는, 파일럿 라인(1025)을 통해 조작장치(1026)가 접속되어 있다. 조작장치(1026)는, 선회용 전동기(1021), 주행기구(1002), 붐(1005), 암(1006), 및 리프팅 마그넷(1007)을 조작하기 위한 조작장치이며, 조작자에 의해 조작된다. 조작장치(1026)에는, 유압라인(1027)을 통해 컨트롤밸브(1017)가 접속되고, 또한, 유압라인(1028)을 통해 압력센서(1029)가 접속된다. 조작장치(1026)는, 파일럿 라인(1025)을 통해서 공급되는 유압(1차측의 유압)을 조작자의 조작량에 따른 유압(2차측의 유압)으로 변환해 출력한다. 조작장치(1026)로부터 출력되는 2차측의 유압은, 유압라인(1027)을 통해서 컨트롤밸브(1017)에 공급됨과 함께, 압력센서(1029)에 의해 검출된다. 여기에서는, 작업용 전동기로서의 선회용 전동기(1021)를 들고 있지만, 또한, 주행기구(1002)를 작업용 전동기로서 전기 구동시켜도 된다. 또한, 포크리프트에 본원 발명을 적용하는 경우에는, 리프팅 장치를 작업용 전동기로서 전기 구동시켜도 된다.
압력센서(1029)는, 조작장치(1026)에 대해 선회기구(1003)를 선회시키기 위한 조작이 입력되면, 이 조작량을 유압라인(1028) 내의 유압의 변화로서 검출한다. 압력센서(1029)는, 유압라인(1028) 내의 유압을 나타내는 전기신호를 출력한다. 이 전기신호는, 컨트롤러(1030)에 입력되고, 선회용 전동기(1021)의 구동제어에 이용된다.
컨트롤러(1030)는, 본 실시형태에 있어서의 제어부를 구성한다. 컨트롤러(1030)는, CPU 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치에 의해 구성되고, 내부 메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 CPU가 실행함으로써 실현된다. 또한, 컨트롤러(1030)의 전원은, 배터리(1019)와는 별도의 배터리(예컨대 24V 차량탑재 배터리)이다. 컨트롤러(1030)는, 압력센서(1029)로부터 입력되는 신호 중, 선회기구(1003)를 선회시키기 위한 조작량을 나타내는 신호를 속도지령으로 변환하여, 선회용 전동기(1021)의 구동제어를 행한다. 또한, 컨트롤러(1030)는, 전동발전기(1012)의 운전제어(어시스트 운전 및 발전운전의 전환), 리프팅 마그넷(1007)의 구동제어(여자와 소자의 전환), 및 승강압 컨버터(1100)를 구동제어함에 의한 배터리(1019)의 충방전 제어를 행한다.
또한, 본 실시형태의 컨트롤러(1030)는, 하이브리드형 건설기계(1001)의 메인터넌스 등을 실시할 때에 배터리(1019)에 축적된 전력을 방전시키기 위한 방전모드를 가지고 있다. 컨트롤러(1030)는, 이 방전모드에 있어서, 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B)를 모두 정지시킴과 함께, 인버터 회로(1020C)를 구동하여 펌프모터(1071)로 전력을 소비시킴으로써 배터리(1019)를 방전시킨다. 방전모드의 개시는, 운전실(1004a)(도 14 참조) 내의 조작패널을 통해 조작자에 의해 결정된다.
여기에서, 본 실시형태에 있어서의 승강압 컨버터(1100)에 대해 상세하게 설명한다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 승강압 컨버터(1100)는, 승강압형의 스위칭 제어방식을 구비하고 있고, 리액터(1101), 트랜지스터(1100B 및 1100C), 및 평활용의 콘덴서(1100d)를 가진다. 트랜지스터(1100B)는 승압용의 스위칭 소자이고, 트랜지스터(1100C)는 강압용의 스위칭 소자이다. 트랜지스터(1100B 및 1100C)는, 예컨대 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)에 의해 구성되어, 서로 직렬로 접속되어 있다.
구체적으로는, 트랜지스터(1100B)의 컬렉터와 트랜지스터(1100C)의 이미터가 상호 접속되고, 트랜지스터(1100B)의 이미터는 배터리(1019)의 마이너스측 단자 및 DC버스(1110)의 마이너스측 배선에 접속되며, 트랜지스터(1100C)의 컬렉터는 DC버스(1110)의 플러스측 배선에 접속되어 있다. 그리고, 리액터(1101)는, 그 일단이 트랜지스터(1100B)의 컬렉터 및 트랜지스터(1100C)의 이미터에 접속됨과 함께, 타단이 스위치(1100E)를 통해 배터리(1019)의 플러스측 단자에 접속되어 있다. 트랜지스터(1100B 및 1100C)의 게이트에는, 컨트롤러(1030)로부터 PWM 전압이 인가된다. 스위치(1100E)는, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 의해 그 접속상태가 제어된다.
다만, 트랜지스터(1100B)의 컬렉터와 이미터 사이에는, 정류 소자인 다이오드(1100b)가 역방향으로 병렬 접속되어 있다. 마찬가지로, 트랜지스터(1100C)의 컬렉터와 이미터 사이에는, 다이오드(1100c)가 역방향으로 병렬 접속되어 있다. 평활용의 콘덴서(1100d)는, 트랜지스터(1100C)의 컬렉터와 트랜지스터(1100B)의 이미터 사이에 접속되어, 승강압 컨버터(1100)로부터의 출력전압을 평활화한다. 배터리(1019)의 플러스측 단자와 마이너스측 단자 사이에는, 배터리(1019)의 양단 전압을 검출하기 위한 전압센서(1100F)가 설치되어 있다. 전압센서(1100F)에 의한 전압 검출 결과는, 컨트롤러(1030)에 제공된다.
이와 같은 구성을 구비하는 승강압 컨버터(1100)에 있어서, 직류전력을 배터리(1019)로부터 DC버스(1110)에 공급할 때에는, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 의해 트랜지스터(1100B)의 게이트에 PWM 전압이 인가되어, 트랜지스터(1100B)의 온/오프에 따라 리액터(1101)에 발생하는 유도기전력이 다이오드(1100c)를 통해 전달되고, 이 전력이 콘덴서(1100d)에 의해 평활화된다. 또한, 직류전력을 DC버스(1110)로부터 배터리(1019)에 공급할 때에는, 컨트롤러(1030)로부터의 지령에 의해 트랜지스터(1100C)의 게이트에 PWM 전압이 인가됨과 함께, 트랜지스터(1100C)로부터 출력되는 전류가 리액터(1101)에 의해 평활화된다. 다만, 방전모드시에는, 컨트롤러(1030)는 트랜지스터(1100B, 1100C) 중 어느 것도 구동하지 않고, 배터리(1019)에 축적된 전력은 다이오드(1100c)를 통해 DC버스(1110)에 전달된다.
도 17은, 냉각액 순환시스템(1070)에 대해 설명하기 위한 블록도이다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 냉각액 순환시스템(1070)은, 펌프모터(1071)에 의해 구동되는 펌프(1072)와, 라디에이터(1073)와, 서보 제어유닛(1060)을 포함하고 있다. 펌프(1072)에 의해 순환된 냉각액은 라디에이터(1073)에 의해 방열되어, 서보 제어유닛(1060)에 보내진다. 서보 제어유닛(1060)은, 승강압 컨버터(1100), 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B), 및 컨트롤러(1030)를 냉각하기 위한 배관을 가지고 있고, 냉각액은 이 배관 내를 순환한다. 서보 제어유닛(1060)의 배관을 통과한 냉각액은, 선회용 전동기(1021), 전동발전기(1012), 및 감속기(1013)를 이 순서로 냉각한 후, 펌프(1072)로부터 라디에이터(1073)에 되돌려 보내진다. 다만, 서보 제어유닛(1060)의 입구에는, 냉각액의 온도를 검출하기 위한 온도센서(1077)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 검출한 온도를 표시하는 표시장치를 구비하면 더욱 좋다. 이에 의해, 라디에이터(1073)가 막혀 냉각 성능이 저하된 경우에는, 온도 검출치에 근거하여 선회용 전동기(1021) 및 전동발전기(1012)(또는, 이들 중 일방)의 출력을 제한할 수 있다. 그 결과, 연속적인 운전을 가능하게 할 수 있어, 하이브리드형 건설기계(1001)를 정지시키지 않고 계속적인 작업이 가능해진다.
다음으로, 도 18을 이용하여 서보 제어유닛(1060)에 대해 설명한다. 도 18은, 서보 제어유닛(1060)의 외관을 나타내는 사시도이다. 서보 제어유닛(1060)은, 대략 직육면체 형상의 외관을 가지고 있고, 컨트롤러(1030)를 수용하는 컨트롤 유닛(1600)과, 승강압 컨버터 유닛(1066)과, 인버터 유닛(1062~1065)을 구비하고 있다. 승강압 컨버터 유닛(1066)은 승강압 컨버터(1100)를 수용하고 있고, 인버터 유닛(1062~1065)은 예컨대 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B) 및 기타 인버터 회로를 수용하고 있다.
승강압 컨버터 유닛(1066) 및 인버터 유닛(1062~1065)은, 각각 깊이 방향으로 긴 직육면체 형상의 금속용기를 가진다. 이들 유닛(1062~1066)은, 그 길이방향과 교차하는 방향으로 늘어선 상태로, 금속제의 상면이 열린 판형상 대좌(1067) 내에 설치되고, 볼트에 의해 판형상 대좌(1067)에 각각 고정되어 있다. 그리고, 이들 유닛(1062~1066)의 위에, 유닛(1062~1066)의 상면을 덮도록 윗 덮개로서의 컨트롤 유닛 바닥판(1061)이 설치되어 있고, 컨트롤 유닛 바닥판(1061) 상에 컨트롤 유닛(1600)이 재치되어 있다. 또한 컨트롤 유닛(1600)의 상면에는 공랭을 위한 히트싱크(1068)가 장착되어 있다. 유닛(1062~1066)의 상면 측은, 컨트롤 유닛 바닥판(1061)에 의해 밀폐되어 있다.
컨트롤 유닛(1600)은, 승강압 컨버터 유닛(1066) 및 인버터 유닛(1062~1065)을 제어하기 위한 컨트롤러를 수용하고 있다. 컨트롤러는, CPU 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치나 전자회로를 가지고 있으며, 내부 메모리에 격납된 구동제어용 프로그램을 CPU가 실행함으로써 실현된다.
또한, 컨트롤 유닛(1600)에는 냉각용 배관(1608)이 내장되어 있다. 마찬가지로, 승강압 컨버터 유닛(1066)에는 냉각용 배관(1066a)이, 인버터 유닛(1062~1065)에는 냉각용 배관(1062a~1065a)이, 각각 내장되어 있다.
도 19는, 각 냉각용 배관(1062a~1066a)을 접속한 상태를 나타내는 사시도이다. 라디에이터(1073)(도 17 참조)로부터 연결 설치된 배관(1090A)은, 3개의 배관(1090B~1090D)으로 분기된다. 이들 배관 중, 배관(1090B)은 컨트롤 유닛(1600)의 냉각용 배관(1608)의 일단에 연결되고, 냉각용 배관(1608)의 타단은, 또 다른 배관(1090E)을 통해 인버터 유닛(1062)의 냉각용 배관(1062a)의 일단에 연결된다. 또한, 배관(1090C)은 승강압 컨버터 유닛(1066)의 냉각용 배관(1066a)의 일단에 연결되고, 냉각용 배관(1066a)의 타단은, 배관(1090F)을 통해 인버터 유닛(1064)의 냉각용 배관(1064a)의 일단에 연결된다. 또한, 배관(1090D)은 인버터 유닛(1065)의 냉각용 배관(1065a)의 일단에 연결되고, 냉각용 배관(1065a)의 타단은, 배관(1090G)을 통해 인버터 유닛(1063)의 냉각용 배관(1063a)의 일단에 연결된다.
그리고, 인버터 유닛(1062~1064)의 냉각용 배관(1062a~1064a)의 타단에는, 각각 배관(1090J, 1090I, 및 1090H)이 연결된다. 배관(1090J, 1090I, 및 1090 H)은 한 개의 배관(1090K)에 연결되고, 배관(1090K)이 예컨대 선회용 전동기(1021) 등의 다른 피 냉각요소에 연결 설치된다.
다음으로, 컨트롤 유닛(1600)의 구성에 대해 상세하게 설명한다. 도 20 (a)는 컨트롤 유닛(1600)의 평면 단면도이고, 도 20 (b)는 도 20 (a)의 I-I선을 따르는 측단면도이며, 도 20 (c)는 도 20 (a)의 II-II선을 따르는 측단면도이고, 도 20 (d)는 도 20 (a)의 III-III선을 따르는 측단면도이다. 또한, 도 21 (a)는 도 20 (a)의 IV-IV선을 따르는 측단면도이고, 도 21 (b)는 컨트롤 유닛(1600)을 도 21 (a)과 동일방향으로부터 본 측면도이다.
컨트롤 유닛(1600)은, 케이스 용기(1601a) 및 케이스 커버(1601b)로 이루어지는 케이스(1601)를 가지고, 컨트롤러의 전자회로 등이, 이 케이스(1601) 내에 수용되어 있다.
컨트롤 유닛(1600)의 케이스(1601)는, 직육면체 형상의 외관을 가짐과 함께, 복수의 드라이버 유닛인 승강압 컨버터 유닛(1066) 및 인버터 유닛(1062~1065) 위에 설치되어 있다. 또한. 케이스(1601)는, 대략 직사각형의 평면형상을 가지는 바닥면 상에, 대략 직육면체 형상의 내부공간을 가진다. 이 내부공간은 외기와 차단되어 있어, 컨트롤 유닛(1600)의 케이스(1601)는, 밀폐 구조로 되어 있다. 다만, 유닛(1062~1066)이 배열된 방향은, 컨트롤 유닛(1600)의 폭방향과 일치하고 있고, 이 방향은, 도 20 (a)의 지면 상하방향에 상당한다. 또한, 복수의 유닛(1062~1066)이 배열된 방향과 직교하는 방향은, 컨트롤 유닛(1600)의 길이방향과 일치하고 있고, 이 방향은, 도 20 (a)의 지면 좌우방향에 상당한다.
케이스(1601) 내의 바닥면 상에는, 직사각형의 평면형상을 가지는 카드 플레이트(1602)가 설치되어 있다. 카드 플레이트(1602)는, 카드 플레이트(1602)의 길이방향 및 폭방향을 각각 컨트롤 유닛(1600)의 길이방향 및 폭방향과 일치시켜 배치되어 있다. 카드 플레이트(1602)에는, 대략 직사각형의 평면형상의 개구가 마련되어 있다.
카드 플레이트(1602)의 개구 내에는, 이 개구와 대략 동일 형상의 평면형상을 가짐과 함께 대략 직육면체 형상의 외관을 가지는 히트싱크(열전도 플레이트)(1603)가 케이스(1601) 내의 바닥면 상에 설치되어 있다. 히트싱크(1603)는, 케이스(1601) 내에 설치되는 전자부품을 냉각하기 위한 것이며, 냉각용 배관(1608)이, 히트싱크(1603)에 대해 열적으로 결합하여 (예컨대 접촉하여) 설치되어 있다. 히트싱크(1603)는, 냉각용 배관(1608)을 순환하는 냉각액에 의해 냉각된다. 이 냉각액은, 예컨대 물이다.
히트싱크(1603) 상에는, 대략 직사각형의 평면형상을 가지는 컨트롤 카드(1604)가 설치되어 있다. 컨트롤 카드(1604)는, 다양한 전자부품이 실장되는 기판이며, 그 이면이 히트싱크(1603)와 대향하도록 배치되어 있다. 컨트롤 카드(1604)의 이면 상에는, 전자부품의 일종으로서 복수의 CPU(1605a~1605e)가 실장되어 있다. 복수의 CPU(1605a~1605e)는, 복수의 유닛(1062~1066)의 각각과 1:1로 대응하고 있고, 유닛(1062~1066) 중 각각 대응하는 유닛의 인버터 회로에 포함되는 트랜지스터의 온/오프를 제어한다. 또한, 복수의 CPU(1605a~1605e)는, 히트싱크(1603)와 열적으로 결합되어 있다. 즉, 히트싱크(1603)는, 복수의 CPU(1605a~1605e)와 냉각용 배관(1608) 사이에 배치된다.
카드 플레이트(1602) 상에는, 복수의 팬(1606a)이 컨트롤 유닛(1600)의 폭방향으로 배열되어 있다. 복수의 팬(1606a)은, CPU(1605a~1605e)에서 발생한 열에 의해 가열된 공기를 교반해 케이스 내의 온도구배를 해소하기 위해 CPU(1605a~1605e)의 각각에 대응하여 설치되어 있으며, CPU(1605a~1605e)의 각각을 향하는 기류를 발생한다.
케이스(1601) 내의 바닥면 상에는, 카드 플레이트(1602)와 나란히, 직사각형의 평면형상을 가지는 카드 플레이트(1613)가 더욱 설치되어 있다. 이 카드 플레이트(1613) 상에는 전원카드(1609)가 설치되어 있다. 전원카드(1609) 상에는, 2개의 전원 IC(전원 유닛)(1610)가 설치되어 있다. 각 전원 IC(1610)에는, 전원 IC를 공랭하기 위한 히트싱크(1611)가 설치되어 있다. 또한, 케이스(1601)의 내측면에 접해 열전도 플레이트(1614)가 설치되어 있고, 전원 IC(1610) 및 히트싱크(1611)는, 열전도 플레이트(1614)와 면접촉하고 있다. 이 때문에, 전원 IC(1610)에서 발생한 열의 일부를 방열하는 것이 가능해진다. 또한, 카드 플레이트(1613) 상에는, 2개의 팬(1606b)이 설치되어 있다. 이들 팬(1606b)은, 전원 IC(1610)에서 발생한 열에 의해 가열된 공기를 교반해 케이스 내의 온도구배를 해소하기 위해 설치되어 있고, 전원 IC(1610)를 향하는 기류를 발생시킨다.
컨트롤 카드(1604)에 실장된 전자부품의 입출력부는 커넥터(1607)에 접속되어 있고, 예컨대 유닛(1062~1066)을 동작시키기 위한 명령신호나 전자부품으로부터의 출력신호 등은 커넥터(1607)를 통해 입출력된다. 커넥터(1607)는, 예컨대 서보 제어유닛(1060)을 제어하기 위한 제어부(도시하지 않음)와 배선 접속된다.
커넥터(1607)는, 케이스(1601)의 측면에 있어서의 오목형상 홈 부분에 설치되어 있고, 이 홈 부분은, 패킹(1616)에 의해 덮여 있다. 패킹(1616)은, 케이스 커버(1601b)를 통해 패킹 누름부재(1617)에 의해 덮여 있다. 패킹(1616)에 의해, 커넥터(1607)의 방수 및 방진이 실현된다.
여기에서, 컨트롤 유닛(1600)에 있어서의 수냉 구조에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 22~도 24는, 냉각 구조에 대해 나타내는 도면이다. 도 22 (a)는 히트싱크(1603) 및 냉각용 배관(1608)을 나타내는 평면도이고, 도 22 (b)는 도 22 (a)에 나타내는 V-V선을 따르는 측단면도이다. 또한, 도 23은, 히트싱크(1603) 및 냉각용 배관(1608)을 덮도록 배치된 컨트롤 카드(1604)를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 24는, 도 23에 나타내는 VI-VI선을 따르는 단면의 일부를 나타내는 측단면도이다.
도 22 (a) 및 도 22 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 냉각용 배관(1608)은 헤어핀 파이프 형상으로 성형되어 있고, 히트싱크(1603)의 이면 측에 접합되어 고정되어 있다. 보다 상세히는, 냉각용 배관(1608)은, 복수의 배관 부분(1608a)을 포함하여 구성되어 있다. 이들 복수의 배관 부분(1608a)은, 히트싱크(1603)의 폭방향으로 각각 뻗어 있으며, 또한 이 방향과 교차하는 히트싱크(1603)의 길이방향으로 소정의 간격을 두고 나란히 설치되어 있다. 그리고, 복수의 배관 부분(1608a)은, 그 일단측 및 타단측이 U자 형상의 배관 부분(1608b)에 의해 교대로 연결됨으로써, 전체로서 단일의 배관을 구성하고 있다.
히트싱크(1603)는, 히트싱크(1603)의 폭방향으로 뻗어 있고 히트싱크(1603)의 길이방향으로 늘어선 복수의 직사각 형상의 냉각영역(1603a~1603e)을 포함하고 있다. 복수의 냉각영역(1603a~1603e)의 각각은, 복수의 배관 부분(1608a) 중 서로 이웃하는 2개의 배관 부분(1608a)과 열적으로 결합되어 있다. 바꾸어 말하면, 복수의 냉각영역(1603a~1603e)은, 상방에서 보아 각각이 2개의 배관 부분(1608a)을 포함하도록 획정되어 있다.
또한, 도 23 및 도 24를 참조하면, 상기 서술한 바와 같이, 컨트롤 카드(1604)의 이면 상에는 복수의 CPU(1605a~1605e)가 실장되고, 표면 상에는 전자밸브 등으로의 전기신호를 생성하는 전기접점(1618) 등의 전기부품이 복수 배치되어 있다. 그리고, 복수의 CPU(1605a~1605e)는, 컨트롤 카드(1604)에 형성된 패턴 배선에 의해 접속되어, 통신을 행하고 있다. 이들 CPU(1605a~1605e)는 히트싱크(1603)의 길이방향으로 늘어서 배치되어 있고, 각각 히트싱크(1603)의 냉각영역(1603a~1603e) 상에 배치되어 있다. 그리고, CPU(1605a)는 열전도성 시트(1612)를 통해 히트싱크(1603)의 냉각영역(1603a)과 열적으로 결합되어 있고, CPU(1605b)는 열전도성 시트(1612)를 통해 냉각영역(1603b)과 열적으로 결합되어 있다(도 24 참조). CPU(1605c~1605e)도 마찬가지로, 열전도성 시트를 통해 냉각영역(1603c~1603e)과 열적으로 결합되어 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 복수의 CPU(1605a~1605e)가, 하나의 CPU 당 하나의 냉각영역에 대해 열적으로 결합되어 있다.
다만, 컨트롤 카드(1604)에는, 예컨대 도 23에 나타내는 바와 같이 CPU(1605c~1605e)와는 별도의 CPU(1615)가 실장되어 있는 경우가 있다. 이 CPU(1615)는, 예컨대 복수의 CPU(1605a~1605e)를 통합적으로 제어하기 위한 상위 CPU이다. 이와 같은 CPU는, 인버터 회로 등을 제어하는 CPU(1605c~1605e)와 비교하여 발열량이 크지 않기 때문에, 냉각영역(1603c~1603e)과는 관계없이 컨트롤 카드(1604) 상의 임의의 위치에 배치된다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, CPU(1605a~1605e)는, CPU(1605a~1605e)와 히트싱크(1603) 사이에 배치된 열전도성 시트(1612)를 통해 히트싱크(1603)와 열적으로 결합되어 있다. 열전도성 시트(1612)는, 히트싱크(1603)로부터 CPU(1605a~1605e)에 전해지는 진동을 흡수할 수 있는 탄성재료를 포함하는 것이 바람직하고, 예컨대 실리콘 고무로 이루어진다.
이어서, 승강압 컨버터 유닛(1066) 및 인버터 유닛(1062~1065)에 있어서의 수냉 구조에 대해 상세하게 설명한다. 도 25 (a)는, 승강압 컨버터 유닛(1066)의 내부구성을 나타내는 평면도이다. 또한, 도 25 (b)는, 승강압 컨버터 유닛(1066)의 내부구성을 나타내는 측면도이다. 다만, 이들 도면에 있어서는, 승강압 컨버터 유닛(1066)의 내부구성을 잘 알 수 있도록 케이스의 천판이나 측판을 제거한 상태를 나타내고 있다.
승강압 컨버터 유닛(1066)의 내부에는, 승강압 컨버터(1100)의 트랜지스터(1100B 및 1100C)(도 16 참조)를 장착한 인텔리전트 파워 모듈(IPM: Intelligent Power Module)(1103)과, 리액터(1101)와, 냉각용 배관(1066a)이 내장되어 있다. IPM(1103)은, 배선기판(1104) 상에 실장되어 있다. 냉각용 배관(1066a)은, 승강압 컨버터 유닛(1066)의 측면을 따라 이차원 형상으로 배치되어 있다. 구체적으로는, 냉각용 배관(1066a)은, 승강압 컨버터 유닛(1066)의 내부에서 가능한 한 길게 배치되도록 몇 번이나 절곡된 상태로 직사각형 단면의 금속용기(1066b)에 수용되어 있고, 또한 이 금속용기(1066b)의 내측면에 접하고 있다. 금속용기(1066b)의 외측면에는, 도 25 (a)에 나타내는 바와 같이 리액터(1101) 및 IPM(1103)이 접촉 배치되어 있고, 금속용기(1066b)는 리액터(1101) 및 IPM(1103)으로부터의 열을 냉각용 배관(1066a)에 전달한다. 이에 의해, 리액터(1101) 및 IPM(1103)이 냉각된다. 다만, 리액터(1101)에는, 리액터(1101)의 온도를 검출하기 위한 온도센서(1107)가 설치되는 것이 바람직하다.
도 26 (a)는, 인버터 유닛(1062)의 내부구성을 나타내는 평면도이다. 또한, 도 26 (b)는, 인버터 유닛(1062)의 내부구성을 나타내는 측면도이다. 다만, 이들 도면에 있어서는, 도 25와 마찬가지로, 인버터 유닛(1062)의 내부구성을 잘 알 수 있도록 케이스의 천판이나 측판을 제거한 상태를 나타내고 있다. 또한, 인버터 유닛(1063~1065)의 내부구성은, 내장하는 인버터 회로의 구성을 제외하고, 도 26에 나타내는 인버터 유닛(1062)의 내부구성과 마찬가지이다.
인버터 유닛(1062)의 내부에는, 인버터 회로의 트랜지스터를 장착한 IPM(1105)과, 냉각용 배관(1062a)이 내장되어 있다. IPM(1105)은, 배선기판(1106) 상에 실장되어 있다. 냉각용 배관(1062a)은, 승강압 컨버터 유닛(1066)에 있어서의 냉각용 배관(1066a)과 마찬가지의 형태로 배치되어 있다. 냉각용 배관(1062a)은 직사각형 단면의 금속용기(1062b)에 수용되어 있고, 또한 이 금속용기(1062b)의 내측면에 접하고 있다. 금속용기(1062b)의 외측면에는, 도 26 (a)에 나타내는 바와 같이 IPM(1105)이 접촉 배치되어 있어, 금속용기(1062b)는 IPM(1105)으로부터의 열을 냉각용 배관(1062a)에 전달한다.
도 27은, 냉각액 순환시스템(1070)에 의한 선회용 전동기(1021)의 냉각방식을 설명하기 위한 도면이다. 다만, 전동발전기(1012)에 있어서의 냉각방식도 선회용 전동기(1021)에 있어서의 방식과 마찬가지이므로, 여기에서는 선회용 전동기(1021)에 대해서만 대표하여 설명한다.
도 27에 나타내는 바와 같이, 선회용 전동기(1021)는, 구동부 케이스(1201)와, 구동부 케이스(1201)에 장착된 스테이터(1202)와, 스테이터(1202)의 직경방향 내부에서 회전 가능하게 배치된 로터(1203)와, 로터(1203)를 관통하여 뻗어 있고, 구동부 케이스(1201)에 대해 베어링(1204, 1205)에 의해 회전 가능하게 배치된 출력축(1206)을 구비하고 있다. 구동부 케이스(1201)는, 측판(1207 및 1208)과, 측판(1207 및 1208) 사이에 장착되고, 축방향으로 뻗는 케이스 형상의 모터 프레임(1209)에 의해 구성되며, 베어링(1204)은 측판(1207)에, 베어링(1205)은 측판(1208)에, 스테이터(1202)는 모터 프레임(1209)에 장착되어 있다.
스테이터(1202)는 도시되지 않은 코일을 구비하고 있고, 이 코일에 소정의 전류를 공급하면, 선회용 전동기(1021)가 구동되어, 로터(1203)가 전류의 크기에 대응하는 회전속도로 회전한다. 그리고, 로터(1203)의 회전은, 로터(1203)가 장착된 출력축(1206)에 전달된다.
선회용 전동기(1021)의 구동에 따라 발생한 열을 방열하여, 선회용 전동기(1021)를 냉각하기 위해, 구동부 케이스(1201)의 외주에는 재킷(1211)이 장착되어 있다. 재킷(1211)은, 냉각액이 공급되는 냉각액 공급구(1212), 선회용 전동기(1021)를 냉각한 후의, 온도가 높아진 냉각액을 배출하는 냉각액 배출구(1213), 및 냉각액 공급구(1212)와 냉각액 배출구(1213)를 연결하고, 나선형 또는 사행형으로 뻗어 있는 하나의 냉각액 유로(1214)를 가진다. 펌프(1072)로부터 라디에이터(1073) 및 서보 제어유닛(1060)을 통과해 냉각액 공급구(1212)에 공급된 냉각액은, 냉각액 유로(1214) 내를 사행하면서 흐르고, 그동안에 선회용 전동기(1021)를 냉각한 후, 냉각액 배출구(1213)로부터 배출된다. 다만, 이 냉각액 순환시스템에는, 도 27에 나타내는 바와 같이 냉각액을 보충하기 위한 보조탱크(1075)가 설치되는 것이 바람직하다.
여기에서, 컨트롤러(1030)의 방전모드에 대해 더욱 설명한다. 앞서 서술한 바와 같이, 방전모드란 배터리(1019)에 축적된 전력을 방전시키기 위한 동작모드로서, 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B)를 모두 정지시킴과 함께, 인버터 회로(1020C)를 구동하여 펌프모터(1071)로 전력을 소비시킴으로써 배터리(1019)를 방전시키는 모드이다.
도 28은, 방전모드에 있어서의 하이브리드형 건설기계(1001)의 동작을 나타내는 플로차트이다. 우선, 조작자에 의해 이그니션 키가 조작되어, 하이브리드형 건설기계(1001)가 통전 상태가 된다(스텝 S111). 이 상태에서, 조작자에 의한 방전모드의 입력이 조작패널에 이루어지면(스텝 S112: Yes), 컨트롤러(1030)는 엔진(1011)이 정지하고 있는 것을 확인한다(스텝 S113). 엔진(1011)이 정지하고 있지 않은 경우(스텝 S113: No), 운전실(1004a)(도 14 참조) 내의 모니터 화면에 있어서, 엔진 정지 후에 방전모드를 실행하도록 표시된다(스텝 S114). 한편, 엔진(1011)이 정지하고 있는 경우(스텝 S113: Yes)에는, 컨트롤러(1030)가, 승강압 컨버터(1100)와 배터리(1019) 사이의 스위치(1100E)(도 16을 참조)를 도통 상태로 하고(스텝 S115), 인버터 회로(1020C)를 구동함으로써 펌프모터(1071)를 작동시킨다(스텝 S116). 이에 의해, 배터리(1019)에 축적된 전력이 DC버스(1110)를 통해 펌프모터(1071)에 공급되고, 펌프모터(1071)에 있어서 소비된다. 다만, 이때, 컨트롤러(1030)는 인버터 회로(1018A, 1020A, 및 1020B)를 구동하지 않기 때문에, 전동발전기(1012), 선회용 전동기(1021), 및 리프팅 마그넷(1007)에는 전력은 공급되지 않는다. 이 방전동작은 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)이 소정의 역치(Vth)를 밑돌 때까지 계속된다(스텝 S117). 이때, 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)의 값은 전압센서(1100F)(도 16 참조)에 의해 검출된다.
도 29는, 방전모드에 있어서의 배터리(1019)의 양단 전압의 추이의 일 예를 나타내는 그래프이다. 펌프모터(1071)의 구동이 개시되면(도면 중의 시각 T61), 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)은 직전의 전압(Vact)에서부터 서서히 저하한다. 이 저하속도는 펌프모터의 소비전력에 의존하며, 예컨대 펌프모터(1071)의 정격전력이 0.6kW이고 또한 충전율(SOC: State Of Charge)이 85%인 경우, 방전에 요하는 시간(즉, 시각 T61로부터 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)이 소정의 역치(Vth)를 밑도는 시각 T62까지)은 대략 30분이다.
다시 도 28을 참조한다. 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)이 소정의 역치(Vth)를 밑돌면(스텝 S117: Yes), 컨트롤러(1030)는, 인버터 회로(1020C)의 구동을 정지함으로써 펌프모터(1071)의 동작을 종료시킨다(스텝 S118). 그리고, 조작자에 의해 이그니션 키가 다시 조작되어, 하이브리드형 건설기계(1001)가 비통전 상태가 된다(스텝 S119).
본 실시형태의 하이브리드형 건설기계(1001)에 의해 얻을 수 있는 효과에 대해 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 하이브리드형 건설기계(1001)는, 인버터 유닛(1062~1065)이나 승강압 컨버터 유닛(1066)을 냉각하기 위한 냉각액 순환시스템(1070)을 구비하고 있고, 메인터넌스 등에 있어서의 방전모드시, 이 냉각액 순환시스템(1070)을 구동하기 위한 펌프모터(1071)가, 배터리(1019)로부터의 방전 전력에 의해 구동된다. 펌프모터(1071)는, 예컨대 유압펌프를 구동하는 전동발전기(1012)나, 선회체(1004)와 같은 작업요소를 구동하는 선회용 전동기(1021) 등의 작업용 전동기와는 달리, 가동부나 작업요소 등에 대해서 구동력을 주는 것이 아니며, 이 펌프모터(1071)가 구동해도 배관 내부를 냉각액이 순환하기만 할 뿐이다. 따라서, 본 실시형태의 하이브리드형 건설기계(1001)에 의하면, 작업요소 등에 대해서 구동력을 주지 않고 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)을 저하시킬 수 있으므로, 배터리(1019), 인버터 회로(1020C), 및 펌프모터(1071)만 동작 가능하다면, 다른 인버터 회로나 작업요소가 고장난 경우이더라도 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)을 안전하게 저하시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 하이브리드형 건설기계(1001)에 있어서 승강압 컨버터(1100)가 승강압형의 스위칭 제어방식을 가지고 있는 경우, 컨트롤러(1030)는, 방전모드시에 승강압 컨버터(1100)의 각 트랜지스터(1100B, 1100C)를 구동하지 않아도 배터리(1019)를 방전시킬 수 있다. 통상, 이와 같은 승강압 컨버터(1100)에 있어서는, 배터리(1019)에 충전할 때에는 강압동작이 행하여지고, 배터리(1019)를 방전할 때에는 승압동작이 행하여지는데, 메인터넌스시에는 승강압 컨버터(1100)가 고장나 있을 가능성도 있다. 그래서, 본 실시형태와 같이, 트랜지스터(1100B, 1100C)를 구동하지 않고, 이들 트랜지스터와 병렬로 접속된 다이오드(1100b, 1100c)를 통해 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)을 거의 그대로 펌프모터(1071)에 인가함으로써, 승강압 컨버터(1100)를 동작시키지 않고 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)을 안전하게 저하시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 하이브리드형 건설기계(1001)는, 엔진(1011)과, 엔진(1011)을 어시스트하는 전동발전기(1012)와, 인버터 회로(1018A)를 구비하고 있다. 이와 같은 경우, 컨트롤러(1030)는, 본 실시형태와 같이 방전모드에 있어서 인버터 회로(1018A)를 정지시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 붐(1005)이나 암(1006)과 같은 가동부에 유압을 공급하지 않고, 배터리(1019)의 양단 전압(Vcap)을 안전하게 저하시킬 수 있다.
계속해서, 본 발명을 다른 작업기계에 적용한 예에 대해 설명한다. 도 30 (a)는, 작업기계로서의 포크리프트(1001A)의 외관을 나타내는 도면이다. 도 30 (a)에 나타내는 바와 같이, 포크리프트(1001A)는, 그 차체 후방에 추를 다는 것에 의해 그 차체의 밸런스를 잡도록 구성된, 이른바 카운터식의 포크리프트이다.
포크리프트(1001A)는, 운전자가 승차하여 착석하기 위한 운전석(1031), 포크(1032), 차륜(1034, 1038) 등을 가지도록 구성되어 있다. 포크(1032)는, 하물을 승강시키기 위한 것이며, 이 포크(1032)는, 운전석(1031)보다 전방 측에 설치되어 있다. 차륜(1034, 1038)은, 운전석(1031)보다 전방과 후방에 2개씩 배치되어 있고, 운전석(1031)보다 후방에 배치된 차륜(1038)은, 조타용의 차륜이다. 한편, 운전석(1031)보다 전방에 배치된 차륜(1034)은, 구동륜이다.
도 30 (b)는, 포크리프트(1001A)가 구비하는 전기계통의 개략 구성도이다. 포크리프트(1001A)는, 인버터 회로(1042, 1043)를 가지고 있고, 인버터 회로(1042, 1043)는, 축전부(1041)로부터의 직류전력에 의해 구동된다. 인버터 회로(1042)는, 직류전력을 교류전력으로 변환해 하역모터(1035)를 구동한다. 한편, 인버터 회로(1043)는, 주행모터(1036)를 구동한다. 하역모터(1035)는, 포크(1032)를 승강시키기 위한 작업용 전동기이며, 주행모터(1036)는, 차륜(1034)을 구동하기 위한 작업용 전동기이다. 인버터 회로(1042, 1043)는, 도시하지 않은 컨트롤러에 의해 구동된다. 다만, 축전부(1041), 인버터 회로(1042, 1043)를 내장하는 인버터 유닛, 및 컨트롤러를 내장하는 컨트롤 유닛의 구성은. 상기 서술한 축전부(1120), 인버터 유닛(1062~1065) 및 컨트롤 유닛(1600)과 마찬가지로 할 수 있다.
또한, 포크리프트(1001A)는, 인버터 회로(1042, 1043) 및 축전부(1041)의 승강압 컨버터를 냉각하기 위한 냉각액 순환시스템을 구비하고 있다. 즉, 포크리프트(1001A)는, 냉각액을 순환시키는 펌프(1078)와, 펌프(1078)를 구동하는 펌프모터(냉각용 전동기)(1079)와, 펌프모터(1079)와 축전부(1041) 사이에 접속된 인버터 회로(1044)를 구비하고 있다. 인버터 회로(1044)는, 인버터 회로(1042, 1043)와 마찬가지로 도시하지 않은 컨트롤러에 의해 구동된다.
그리고, 이 컨트롤러는, 축전부(1041)의 배터리에 축적된 전력을 방전시키기 위한 방전모드를 가지고 있고, 이 방전모드에 있어서, 인버터 회로(1042, 1043)를 정지시킴과 함께, 인버터 회로(1044)를 구동하여 펌프모터(1079)로 전력을 소비시킴으로써 배터리를 방전시킨다.
이상과 같이, 실시형태 6에 있어서는, 통상의 작업시에 이용되는 전동기를 포함하는 기구에 의해 배터리의 충전율을 저하시킬 수 있으므로, 충전율을 저하시키기 위한 새로운 기구 등을 부가하지 않고, 배터리의 수명 장기화를 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 예시적인 실시형태의 작업기계에 대해 설명했지만, 본 발명은, 구체적으로 개시된 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 특허청구의 범위로부터 일탈하지 않고, 다양한 변형이나 변경이 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는 작업기계로서 리프팅 마그넷 차량 및 포크리프트의 경우를 예시하여 설명했지만, 다른 작업기계(예컨대, 쇼벨이나 휠로더, 크레인)에도 본 발명을 적용해도 된다.
작업기계로서, 축전지를 냉각하는 팬과, 이 팬을 구동하는 팬 모터와, 팬 모터에 접속된 인버터 회로를 가지는 냉각장치를 구비한 구성을 채용하고, 방전모드에 있어서, 팬 모터에 접속된 인버터 회로를 구동하여 팬 모터를 전동운전시킴으로써 축전지를 방전시켜도 된다.
본 발명은, 하이브리드형 건설기계 등의 작업기계에 이용 가능하다.
1…하부 주행체 1A, 1B…유압모터 2…선회기구
3…상부 선회체 4…붐 5…암
6…리프팅 마그넷 7…붐 실린더 8…암 실린더
9…버킷 실린더 10…캐빈 11…엔진
12…전동발전기 13…감속기 14…메인펌프
15…파일럿 펌프 16…고압 유압라인 17…컨트롤밸브
18A, 18B…인버터 19…커패시터 20…인버터
21…선회용 전동기 22…리졸버 23…미케니컬 브레이크
24…선회 감속기 25…파일럿 라인 26…조작장치
27, 28…유압라인 29…압력센서 30…승강압 컨버터
31…커패시터 전압 검출부 32…커패시터 전류 검출부
40…DC버스 41…DC버스 전압 검출부
50…컨트롤러 60…게이트 로크 조작부
10A…운전석 10B…콘솔 60A…게이트 로크 레버
60B…게이트 60C…리미트 스위치
1001…하이브리드형 건설기계 1002…주행기구
1003…선회기구 1004…선회체 1004a…운전실
1005…붐 1006…암 1007…리프팅 마그넷
1011…엔진 1012…전동발전기 1014…메인펌프
1018A, 1020A~1020C…인버터 회로 1019…배터리
1021…선회용 전동기 1024…선회 감속기 1026…조작장치
1027, 1028…유압라인 1029…압력센서 1030…컨트롤러
1060…서보 제어유닛 1062~1065…인버터 유닛
1062a~1066a…냉각용 배관 1066…승강압 컨버터 유닛
1068…히트싱크 1070…냉각액 순환시스템
1071…펌프모터 1072…펌프 1073…라디에이터
1075…보조탱크 1077…온도센서 1100…승강압 컨버터
1100B, 1100C…트랜지스터 1100E…스위치
1100F…전압센서 1101…리액터 1110…DC버스
1120…축전부 600…컨트롤 유닛 601…케이스
602…카드 플레이트 1603…히트싱크 1604…컨트롤 카드
1608…냉각용 배관

Claims (16)

  1. 작업을 위해 이용되는 제1 전동기와,
    작업 이외의 용도에 이용되는 제2 전동기와,
    상기 제1 전동기에 접속된 제1 인버터 회로와,
    상기 제2 전동기에 접속된 제2 인버터 회로와,
    상기 제1 및 제2 인버터 회로에 접속된 축전지와,
    상기 제1 및 제2 인버터 회로를 구동하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 축전지에 축적된 전력을 방전시키기 위한 방전모드를 가지고, 상기 방전모드에 있어서, 상기 제1 인버터 회로를 정지시킴과 함께, 상기 제2 인버터 회로를 구동하여 상기 제2 전동기를 전동운전시킴으로써 상기 축전지를 방전시키는 작업기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전동기가, 조작자의 조작에 의해 구동되는 작업용 전동기이며,
    상기 제1 인버터 회로가, 상기 작업용 전동기의 단자에 일단이 접속되고,
    상기 축전지가, 상기 제1 인버터 회로의 타단에 직류전압 변환기를 통해 접속되며,
    상기 제1 인버터 회로 및 상기 직류전압 변환기를 냉각하기 위해 설치되고, 냉각액을 순환시키는 펌프, 및 상기 펌프를 구동하는 상기 제2 전동기로서의 냉각용 전동기를 포함하는 냉각액 순환시스템을 더욱 구비하며,
    상기 제2 인버터 회로가, 상기 냉각용 전동기와 상기 직류전압 변환기 사이에 접속되고,
    상기 제어부가, 상기 제1 및 제2 인버터 회로 및 상기 직류전압 변환기를 구동하며,
    상기 제어부는, 방전모드에 있어서, 상기 제1 인버터 회로를 정지시킴과 함께, 상기 제2 인버터 회로를 구동하여 상기 냉각용 전동기로 전력을 소비시킴으로써 상기 축전지를 방전시키는 작업기계.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 직류전압 변환기가, 승압용 및 강압용의 각 스위칭 소자와, 각 스위칭 소자의 각각에 대해 병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 승강압형의 스위칭 제어방식을 가지고 있고,
    상기 제어부가, 상기 방전모드시에 각 스위칭 소자를 구동하지 않는 작업기계.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    내연기관 발동기와,
    상기 내연기관 발동기에 연결되고, 상기 내연기관 발동기의 구동력에 의해 발전을 행함과 함께, 자신의 구동력에 의해 상기 내연기관 발동기의 구동력을 보조하는 전동발전기와,
    상기 전동발전기와 상기 직류전압 변환기 사이에 접속된 제3 인버터 회로를 더욱 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 방전모드에 있어서 상기 제3 인버터 회로를 정지시키는 작업기계.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 냉각액 순환시스템이 상기 작업용 전동기를 더욱 냉각시키는 작업기계.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전동기가, 엔진을 어시스트하기 위한 전동발전기이며,
    상기 축전지가, 상기 전동발전기로의 전력공급, 또는 회생전력의 충전을 행하고,
    상기 제2 인버터 회로가, 상기 전동발전기의 구동제어를 행하며,
    상기 제어부는, 상기 엔진 또는 작업요소의 구동정도를 판정하는 구동정도 판정부를 포함하고,
    상기 제2 인버터 회로는, 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 인버터 회로는, 상기 축전지의 충전율이 소정 정도 이상으로 유지되도록 상기 전동발전기를 전동구동하는 작업기계.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 구동정도 판정부는, 상기 작업요소의 작동상태에 근거하여 상기 엔진의 구동정도를 판정하거나, 또는, 상기 엔진의 회전수에 따라 상기 엔진의 구동정도를 판정하거나, 또는, 상기 작업요소의 조작장치에 입력되는 조작량에 따라 상기 작업요소의 구동정도를 판정하거나, 또는, 운전석으로부터의 운전자의 이탈을 금지하기 위한 게이트 로크 레버의 작동상태에 따라 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도를 판정하거나, 또는, 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있는 작업기계.
  9. 청구항 1에 있어서,
    엔진을 어시스트하기 위한 전동발전기와, 상기 전동발전기로의 전력공급, 또는 회생전력의 충전을 행하는 커패시터를 포함하고, 복수의 작업요소를 전동력 또는 유압력으로 구동하며,
    상기 전동발전기의 구동제어를 행하는 구동제어부와,
    상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도를 판정하는 구동정도 판정부를 포함하고,
    상기 구동제어부는, 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 구동제어부는, 상기 커패시터에 축적되어 있는 전력을 이용하여 상기 전동발전기를 전동구동하는 작업기계.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동제어부는, 상기 커패시터의 충전율이 소정 정도 이상으로 유지되도록 상기 전동발전기를 전동구동하는 작업기계.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동정도 판정부는, 상기 작업요소의 작동상태에 근거하여 상기 엔진의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고,
    상기 구동제어부는, 상기 작업요소의 작동상태에 근거하여 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 엔진의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
  13. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동정도 판정부는, 상기 엔진의 회전수에 따라 상기 엔진의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고,
    상기 구동제어부는, 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 엔진의 회전수에 근거하여 상기 엔진의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
  14. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동정도 판정부는, 상기 작업요소의 조작장치에 입력되는 조작량에 따라 상기 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고,
    상기 구동제어부는, 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 작업요소의 조작장치에 입력되는 조작량에 근거하여 상기 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
  15. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동정도 판정부는, 운전석으로부터의 운전자의 이탈을 금지하기 위한 게이트 로크 레버의 작동상태에 따라 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고,
    상기 구동제어부는, 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 게이트 로크 레버의 작동상태에 근거하여 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
  16. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동정도 판정부는, 이그니션 스위치의 조작위치에 따라 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도를 판정하도록 구성되어 있고,
    상기 구동제어부는, 상기 구동정도 판정부에 의해 상기 이그니션 스위치의 조작위치에 근거하여 상기 엔진 또는 상기 작업요소의 구동정도가 소정 정도 이하라고 판정된 경우에, 상기 전동발전기를 전동운전하는 작업기계.
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