KR20110091732A - 하이브리드형 건설기계 - Google Patents

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KR20110091732A
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
스미토모 겐키 가부시키가이샤
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Abstract

하이브리드형 건설기계는, 내연기관 또는 전동발전기의 구동력으로 발생되는 유압에 의하여 구동되는 유압작업요소와, 전동구동되는 전동작업요소를 포함한다. 상위제어부는, 유압작업요소 및 전동작업요소의 구동제어를 행하기 위한 제어지령을 생성한다. 하위제어부는, 상위제어부에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여, 유압작업요소 및 상기 전동작업요소의 구동제어를 행한다. 하위제어부는, 상위제어부의 이상을 감시한다.

Description

하이브리드형 건설기계{Hybrid construction machine}
본 발명은 건설기계에 관한 것으로서, 특히 전동(電動)작업요소와 유압(油壓)작업요소를 포함하는 하이브리드형 건설기계에 관한 것이다.
종래부터, 구동기구의 일부를 전동화한 하이브리드형 건설기계가 제안되고 있다. 이러한 건설기계는, 일반적으로, 붐, 암, 및 버킷 등의 유압작업요소를 유압구동하기 위한 유압펌프를 구비하고 있다. 유압펌프를 구동하기 위한 엔진에, 감속기를 통하여 전동발전기가 접속된다. 전동발전기는 엔진의 구동을 어시스트함과 함께, 엔진으로부터의 동력에 의하여 전동발전기는 발전(發電)운전되고, 얻어진 전력이 축전기에 충전된다.
상부선회체를 선회시키기 위한 선회기구는, 동력원으로서의 유압모터에 더하여 전동기를 포함한다. 선회기구의 가속시에 전동기로 유압모터의 구동을 어시스트한다. 또한, 선회기구의 감속시에 전동기로 회생(回生)운전하고, 얻어진 회생전력을 배터리에 충전한다. (예컨대, 특허문헌 1 참조).
또한, 하이브리드형 건설기계에서는, 선회기구 등의 작업요소의 구동이나 유압펌프의 구동을 행하기 위한 교류전동기를 더욱 구비하고 있는 경우도 있다. 예컨대, 선회구동원으로서 전동기를 이용하는 선회식 건설기계가 제안되고 있다(특허문헌 2 참조).
일본 공개특허 평10-103112호 공보 일본 공개특허 2005-299102호 공보
전동발전기 등의 전동작업요소, 유압작업요소, 또는 냉각계를 제어하는 제어계로서, 상위제어부와, 상위제어부에서 생성된 구동지령에 근거하여, 전동작업요소, 유압작업요소, 또는 냉각계의 구동제어를 행하는 하위제어부를 가지는 하이브리드형 건설기계가 있다. 이러한 하이브리드형 건설기계에서는, 상위제어부에 고장 등의 이상(異常)이 발생한 경우에 대한 대책은, 특별히 행하여지지 않았다.
그러나, 하이브리드형 건설기계에서는, 이상이 발생한 부위나 이상의 상태에 따라서는, 운전을 정지하는 것이 좋은 경우와 운전을 계속하는 것이 좋은 경우가 있다.
따라서, 본 발명은, 상위제어부의 이상을 하위제어부에서 검출할 수 있고, 상위제어부에 이상이 발생하여도, 이상의 종류에 따라서 하위제어부에서 대처할 수 있도록 함으로써, 작업효율의 향상을 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 내연기관 또는 전동발전기의 구동력으로 발생되는 유압에 의하여 구동되는 유압작업요소와, 전동구동되는 전동작업요소를 포함하는 하이브리드형 건설기계에 있어서, 유압작업요소 및 전동작업요소의 구동제어를 행하기 위한 제어지령을 생성하는 상위제어부와, 상위제어부에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여, 유압작업요소 및 전동작업요소의 구동제어를 행하는 하위제어부를 포함하고, 하위제어부는, 상위제어부의 이상을 감시하는, 하이브리드형 건설기계가 제공된다.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, 상위제어부에서 발생한 이상을 하위제어부에서 검출할 수 있고, 상위제어부에 이상이 발생하여도, 이상의 종류에 따라서 하위제어부에서 대처할 수 있도록 함으로써, 작업효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계의 일례인 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 측면도이다.
도 2는, 제1 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 축전계의 회로도이다.
도 4는, 제1 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 전동발전기, 감속기, 및 선회용 전동기의 구동제어계의 냉각경로를 나타내는 도면이다.
도 5는, 제1 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 제어계의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은, 제1 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 하위제어부에 의한 상위제어부의 이상감시처리의 순서를 나타내는 도면이다.
도 7은, 제3 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계의 일례인 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8은, 제4 실시예에 있어서의 승강압컨버터를 포함하는 축전계의 회로도이다.
도 9는, 제4 실시예에 있어서의 서보제어유닛의 사시도이다.
도 10a는, 컨트롤유닛의 평면단면도이다.
도 10b는, 도 10a의 I-I선을 따르는 측단면도이다.
도 10c는, 도 10a의 II-II선을 따르는 측단면도이다.
도 10d는, 도 10a의 III-III선을 따르는 측단면도이다.
도 11a는, 도 10a의 IV-IV선을 따르는 측단면도이다.
도 11b는, 컨트롤유닛을 도 11a의 측단면도와 동일방향으로부터 본 측면도이다.
도 12a는, 상위제어부만이 설치된 컨트롤유닛의 평면단면도이다.
도 12b는, 도 12a의 I-I선을 따르는 측단면도이다.
도 12c는, 도 12a의 II-II선을 따르는 측단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 하이브리드형 건설기계에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계의 일례인 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 측면도이다.
리프팅마그넷식 유압쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 붐(4), 암(5), 및 리프팅마그넷(6)이 탑재되어 있다. 붐(4), 암(5), 및 리프팅마그넷(6)은, 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 또한, 상부선회체(3)에는, 운전석 및 조종장치가 구비된 캐빈(10) 및 엔진 등의 동력원이 탑재된다.
도 2는 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계가 이중선, 고압 유압라인이 실선, 파일럿라인이 파선, 전기구동·제어계가 실선으로 각각 나타내어져 있다.
기계식 구동부로서의 엔진(11) 및 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 증속기 또는 감속기로서 기능하는 변속기(13)의 입력축에 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압 유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.
컨트롤밸브(17)는, 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 컨트롤밸브(17)에는, 하부주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)가 고압 유압라인을 통하여 접속된다.
전동발전기(12)에는, 인버터(18A) 및 승강압컨버터(100)를 통하여 축전기로서의 배터리(19)가 접속된다. 인버터(18A)와 승강압컨버터(100)의 사이는, DC버스(110)에 의하여 접속되어 있다. 배터리(19)와 승강압컨버터(100)로 축전계가 구성된다. 또한, 전동발전기(12)와 인버터(18A)로 전동발전계가 구성된다.
DC버스(110)에는, 인버터(18B)를 통하여 리프팅마그넷(6)이 접속된다. 또한 DC버스(110)에는, 인버터(20)를 통하여 전동작업요소로서의 선회용 전동기(21)도 접속되어 있다. DC버스(110)는, 배터리(19), 전동발전기(12), 리프팅마그넷(6), 및 선회용 전동기(21) 사이에서 전력의 수수를 위하여 설치되어 있다.
DC버스(110)에는, DC버스(110)의 전압치(이하, DC버스전압치라고 한다)를 검출하기 위한 DC버스전압검출부(111)가 설치되어 있다. DC버스전압검출부(111)에 의하여 검출된 DC버스전압치는, 컨트롤러(30)에 공급된다.
배터리(19)에는, 배터리전압치를 검출하기 위한 배터리전압검출부(112)와, 배터리전류치를 검출하기 위한 배터리전류검출부(113)가 설치되어 있다. 이들에 의하여 검출된 배터리전압치와 배터리전류치는, 컨트롤러(30)에 공급된다.
선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메카니컬 브레이크(23), 및 선회감속기(24)가 접속된다. 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 선회용 전동기(21), 인버터(20), 리졸버(22), 및 선회용 감속기(24)로 부하구동계가 구성된다.
조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C), 및 버튼스위치(26D)를 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)에는, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)가 각각 접속된다. 이 압력센서(29)에는, 실시 형태 1의 건설기계의 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)가 접속되어 있다.
상기 서술한 리프팅마그넷식 유압쇼벨은, 엔진(11), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)를 동력원으로 하는 하이브리드형 건설기계이다. 이들 동력원은, 도 1에 나타내는 상부선회체(3)에 탑재된다. 이하, 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 각 부에 대하여 설명한다.
엔진(11)은, 예컨대, 디젤엔진으로 구성되는 내연기관이며, 그 출력축은 변속기(13)의 2개의 입력축 중 일방에 접속된다. 엔진(11)은, 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 운전 중에는 상시 운전된다. 엔진(11)의 운전은, ECU(Electronic Control Unit)(11A)에 의하여 제어된다.
전동발전기(12)는, 전동(어시스트)운전 및 발전운전의 쌍방이 가능한 전동기이다. 본 실시예에서는, 전동발전기(12)로서, 인버터(20)에 의하여 교류구동되는 전동발전기를 이용하고 있다. 전동발전기(12)는, 예컨대, 자석이 로터 내부에 내장된 IPM(Interior Permanent Magnet) 모터로 구성할 수 있다. 전동발전기(12)의 회전축은 변속기(13)의 타방의 입력축에 접속된다.
변속기(13)는, 2개의 입력축과 하나의 출력축을 가진다. 2개의 입력축의 각각에는, 엔진(11)의 구동축과 전동발전기(12)의 구동축이 접속된다. 출력축에는 메인펌프(14)의 구동축이 접속된다. 엔진(11)의 부하가 큰 경우에는, 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하고, 전동발전기(12)의 구동력이 변속기(13)의 출력축을 거쳐서 메인펌프(14)에 전달된다. 이로써 엔진(11)의 구동이 어시스트된다. 한편, 엔진(11)의 부하가 작은 경우는, 엔진(11)의 구동력이 변속기(13)를 거쳐 전동발전기(12)에 전달됨으로써, 전동발전기(12)가 발전운전을 행한다. 전동발전기(12)의 역행(力行)운전과 발전(發電)운전의 전환은, 컨트롤러(30)에 의하여, 엔진(11)의 부하에 따라서 행하여진다.
메인펌프(14)는, 컨트롤밸브(17)에 공급하기 위한 유압을 발생시키는 펌프이다. 메인펌프(14)에는, 펌프의 경전각(傾轉角)을 제어하는 펌프제어부(14A)가 접속된다. 펌프제어부(14A)는, 컨트롤러(30)에 의하여 전기적으로 구동되고, 메인펌프(14)의 경전각의 제어를 행하게 된다. 메인펌프(14)로부터 토출되는 압유(壓油)는, 컨트롤밸브(17)를 통하여 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 각각을 구동하기 위하여 공급된다.
파일럿펌프(15)는, 유압조작계에 필요한 파일럿압을 발생시키는 펌프이다. 유압조작계의 구성에 대해서는 후술한다.
컨트롤밸브(17)는, 고압 유압라인을 통하여 접속되는 하부주행체(1)용의 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 각각에 공급하는 유압을 운전자의 조작입력에 따라서 제어하는 유압제어장치이다.
인버터(18A)는, 전동발전기(12)와 승강압컨버터(100)의 사이에 설치되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 전동발전기(12)의 운전제어를 행한다. 이로써, 인버터(18A)가 전동발전기(12)의 역행(力行)을 운전제어하고 있을 때에는, 필요한 전력을 배터리(19)와 승강압컨버터(100)로부터 DC버스(110)를 통하여 전동발전기(12)에 공급한다. 또한, 전동발전기(12)의 회생(回生)을 운전제어하고 있을 때에는, 전동발전기(12)에 의하여 발전된 전력을 DC버스(110) 및 승강압컨버터(100)를 통하여 배터리(19)에 충전한다.
인버터(18B)는, 리프팅마그넷(6)과 승강압컨버터(100) 사이에 설치된다. 인버터(18B)는, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 전자석을 온으로 할 때에는, 리프팅마그넷(6)에 요구된 전력을 DC버스(110)로부터 공급한다. 또한, 인버터(18B)는, 전자석을 오프로 하는 경우에는, 회생된 전력을 DC버스(100)에 공급한다.
전원으로서의 배터리(19)는, 승강압컨버터(100)를 통하여 인버터(18A, 18B 및 20)에 접속되어 있다. 이로써, 전동발전기(12)의 전동(어시스트)운전과 선회용 전동기(21)의 역행운전 중 적어도 어느 일방을 행하고 있을 때에는, 전동(어시스트)운전 또는 역행운전에 필요한 전력이 배터리(19)로부터 공급된다. 한편, 전동발전기(12)의 발전운전과 선회용 전동기(21)의 회생운전 중 적어도 어느 일방을 행하고 있을 때에는, 발전운전 또는 회생운전에 의하여 발생한 전력이 전기에너지로서 배터리(19)에 축적된다
배터리(19)의 충방전제어는, 배터리(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 리프팅마그넷(6)의 운전상태, 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 승강압컨버터(100)에 의하여 행하여진다. 승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, DC버스전압검출부(111)에 의하여 검출되는 DC버스전압치, 배터리전압검출부(112)에 의하여 검출되는 배터리전압치, 및 배터리전류검출부(113)에 의하여 검출되는 배터리전류치에 근거하여, 컨트롤러(30)에 의하여 행하여진다.
인버터(20)는, 선회용 전동기(21)와 승강압컨버터(100) 사이에 설치되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 선회용 전동기(21)에 대하여 운전제어를 행한다. 이로써, 인버터가 선회용 전동기(21)의 역행(力行)을 운전제어하고 있을 때에는, 필요한 전력은 배터리(19)로부터 승강압컨버터(100)를 통하여 선회용 전동기(21)에 공급된다. 한편, 선회용 전동기(21)가 회생(回生)운전을 하고 있을 때에는, 선회용 전동기(21)에 의하여 발전된 전력이 승강압컨버터(100)를 통하여 배터리(19)에 공급되어, 배터리(19)는 충전된다.
도 3은, 도 2에 나타내는 축전계의 회로도이다. 축전계는, 일정전압 축전부로서의 DC버스(110), 축전제어부로서의 승강압컨버터(100), 및 변동전압 축전부로서의 배터리(19)를 포함한다.
승강압컨버터(100)의 일측은, DC버스(110)를 통하여 전동발전기(12), 리프팅마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)에 접속된다. 승강압컨버터(100)의 타측은 배터리(19)에 접속된다. 승강압컨버터(100)는, DC버스전압치가 일정한 범위 내에 들도록 승압 또는 강압을 전환하는 제어를 행한다. 전동발전기(12)가 전동(어시스트)운전을 행하는 경우에는, 인버터(18A)를 통하여 전동발전기(12)에 전력을 공급할 필요가 있기 때문에, DC버스전압치를 승압할 필요가 있다. 한편, 전동발전기(12)가 발전운전을 행하는 경우에는, 발전된 전력을 인버터(18A)를 통하여 배터리(19)에 공급할 필요가 있기 때문에, DC버스전압치를 강압할 필요가 있다. 이는, 리프팅마그넷(6)의 여자(흡인)동작과 소자(석방)동작, 및, 선회용 전동기(21)의 역행운전과 회생운전에 있어서도 마찬가지이다. 더욱이, 전동발전기(12)는 엔진(11)의 부하상태에 따라서 운전상태가 전환되고, 리프팅마그넷(6)은, 작업상태에 따라서 여자(흡인)동작과 소자(석방)동작이 전환되고, 또한, 선회용 전동기(21)는 상부선회체(3)의 선회동작에 따라서 운전상태가 전환된다. 이로 인하여, 전동발전기(12), 리프팅마그넷(6), 및 선회용 전동기(21) 중, 어느 것이 전동(어시스트)운전, 여자(흡인)동작, 또는 역행운전하고, 어느 것이 발전운전, 소자(석방)동작, 또는 회생운전을 행하는 상황이 발생할 수 있다.
이로 인하여, 승강압컨버터(100)는, 전동발전기(12), 리프팅마그넷(6), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태에 따라서, DC버스전압치를 일정한 범위 내에 들도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다.
DC버스(110)는, 2개의 인버터(18A, 18B, 및 20)와 승강압컨버터(100) 사이에 배치되어 있다. DC버스(110)는, 배터리(19), 전동발전기(12), 리프팅마그넷(6), 및 선회용 전동기(21) 사이에서 전력의 수수가 가능하게 구성되어 있다.
DC버스전압검출부(111)는, DC버스전압치를 검출하기 위한 전압검출부이다. DC버스전압검출부(111)에 의하여 검출된 DC버스전압치는 컨트롤러(30)에 입력된다. DC버스전압치는, DC버스전압치를 일정한 범위 내에 들도록 하기 위한 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하기 위하여 이용된다.
배터리전압검출부(112)는, 배터리(19)의 전압치를 검출하기 위한 전압검출부이며, 배터리의 충전상태를 검출하기 위하여 이용된다. 배터리전압검출부(112)에 의하여 검출된 배터리전압치는, 컨트롤러(30)에 입력되고, 승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하기 위하여 이용된다.
배터리전류검출부(113)는, 배터리(19)의 전류치를 검출하기 위한 전류검출부이다. 배터리전류치는, 배터리(19)로부터 승강압컨버터(100)에 흐르는 전류를 플러스의 값으로 하여 검출된다. 배터리전류검출부(113)에 의하여 검출된 배터리전류치는, 컨트롤러(30)에 입력되고, 승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하기 위하여 이용된다.
선회용 전동기(21)는, 역행운전 및 회생운전의 쌍방이 가능한 전동기이다. 선회용 전동기(21)는, 상부선회체(3)의 선회기구(2)를 구동하기 위하여 설치되어 있는 전동작업요소이다. 역행운전시에는, 선회용 전동기(21)의 회전구동력의 회전력이 감속기(24)에서 증폭되고, 상부선회체(3)가 가감속 제어되어 회전운동을 행한다. 또한, 상부선회체(3)가 관성회전하면 감속기(24)의 축이 회전한다. 감속기(24)의 회전력은 선회용 전동기(21)에 전달되고, 선회용 전동기(21)는 회생전력을 발생시킨다. 여기에서는, 선회용 전동기(21)로서, PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라서 인버터(20)에 의하여 교류구동되는 전동기를 나타낸다. 선회용 전동기(21)는, 예컨대, 자석 내장형의 IPM 모터로 구성할 수 있다. 이로써, 보다 큰 유도기전력을 발생시킬 수 있으므로, 회생시에 선회용 전동기(21)에서 발전되는 전력을 증대시킬 수 있다.
리졸버(22)는, 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)의 회전위치 및 회전각도를 검출하는 센서이다. 리졸버(22)는, 선회용 전동기(21)와 기계적으로 연결함으로써 선회용 전동기(21)의 회전 전의 회전축(21A)의 회전위치와, 좌회전 또는 우회전한 후의 회전위치의 차를 검출한다. 이로써, 리졸버(22)는, 회전축(21A)의 회전각도 및 회전방향을 검출한다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)의 회전각도를 검출함으로써, 선회기구(2)의 회전각도 및 회전방향이 도출된다. 도 2에는 리졸버(22)를 장착한 형태를 나타내지만, 전동기의 회전센서를 가지지 않는 인버터 제어방식을 이용하여도 좋다.
메카니컬 브레이크(23)는, 기계적인 제동력을 발생시키는 제동 장치이며, 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)을 기계적으로 정지시킨다. 메카니컬 브레이크(23)는, 전자식 스위치에 의하여 제동/해제가 전환된다. 이 전환은, 컨트롤러(30)에 의하여 행하여진다.
선회감속기(24)는, 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)의 회전 속도를 감속하여 선회기구(2)에 기계적으로 전달하는 감속기이다. 이로써, 역행운전시에는, 선회용 전동기(21)의 회전력을 증력시켜서, 보다 큰 회전력으로서 선회체에 전달할 수 있다. 한편, 회생운전시에는, 선회체에서 발생한 회전수를 증가시켜서, 보다 많은 회전동작을 선회용 전동기(21)에 발생시킬 수 있다.
선회기구(2)는, 선회용 전동기(21)의 메카니컬 브레이크(23)가 해제된 상태에서 선회 가능하게 된다. 이로써, 상부선회체(3)가 좌방향 또는 우방향으로 선회된다.
조작장치(26)는, 선회용 전동기(21), 하부주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 리프팅마그넷(6)을 조작하기 위한 장치이다. 레버(26A, 26B), 페달(26C), 및 버튼스위치(26D)는, 캐빈(10) 내의 운전석의 주위에 배치되고, 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 조작자에 의하여 조작된다.
조작장치(26)는, 파일럿라인(25)을 통하여 공급되는 유압(1차측의 유압)을 조작자에 의한 레버(26A, 26B), 및 페달(26C)의 조작량에 따른 유압(2차측의 유압)으로 변환하여 출력한다. 조작장치(26)로부터 출력되는 2차측의 유압은, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 공급된다. 압력센서(29)는, 조작장치(26)로부터 출력되는 2차측의 유압을 검출하여, 유압 검출치를 컨트롤러(30)에 공급한다.
레버(26A)는, 선회용 전동기(21) 및 암(5)을 조작하기 위한 레버이며, 운전석의 우측 전방에 위치한다. 레버(26B)는, 붐(4) 및 리프팅마그넷(6)을 조작하기 위한 레버이며, 운전석의 좌측 전방에 위치한다. 페달(26C)은, 하부주행체(1)를 조작하기 위한 한 쌍의 페달이며, 운전석의 발 밑에 설치된다. 다만, 레버(26B)는, 리프팅마그넷(6)의 각도를 조작하기 위한 레버이다. 리프팅마그넷(6)의 전자석의 온/오프의 전환은, 후술하는 버튼스위치(26D)에 의하여 조작된다.
조작장치(26)의 레버(26A, 26B), 및 페달(26C)이 조작되면, 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 구동된다. 이로써, 유압모터(1A, 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9) 내의 유압이 제어되어, 하부주행체(1), 붐(4), 암(5), 및 리프팅마그넷(6)이 구동된다.
설명의 편의상, 도 2에 있어서 버튼스위치(26D)를 조작장치(26)와는 독립하여 나타내지만, 버튼스위치(26D)는 레버(26A)의 정수리부에 배치되는 누름 버튼스위치이고, 컨트롤러(30)에 전기적으로 접속된다. 버튼스위치(26D)는 리프팅마그넷(6)의 전자석의 온/오프의 전환조작(여자(흡인) 또는 소자(석방)의 전환조작)을 행하기 위한 스위치이다.
버튼스위치(26D)는, 레버(26B)의 정수리부에 배치되어 있어도 된다. 여자용과 소자용 스위치는 각각 분리되어 있어도 된다. 여자용과 소자용 스위치가 각각인 경우는, 어느 일방을 레버(26A)에 배치하고, 타방을 레버(26B)에 배치하여도 좋다.
유압라인(27)은, 유압모터(1A 및 1B), 붐 실린더(7), 암 실린더(8), 및 버킷 실린더(9)의 구동에 필요한 유압을 컨트롤밸브(17)에 공급하기 위한 유압배관이다.
선회용 조작검출부로서의 압력센서(29)는, 조작장치(26)에 대하여 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. 이로써, 조작장치(26)에 입력되는 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작량을 정확하게 파악할 수 있다. 이 전기신호는, 컨트롤러(30)에 입력되고, 선회용 전동기(21)의 구동제어에 이용된다. 또한, 제1 실시예에서는, 레버조작 검출부로서의 압력센서를 이용하는 형태에 대하여 설명하지만, 조작장치(26)에 입력되는 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작량을 그대로 전기신호로 읽어내는 센서를 이용하여도 좋다.
컨트롤러(30)는, 제1 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 구동제어를 행하는 주(主)제어부이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치를 포함하고, CPU가 내부메모리에 격납되는 구동제어용 프로그램을 실행함으로써 제어가 행하여진다.
컨트롤러(30)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호(조작장치(26)에 입력되는 선회기구(2)를 선회시키기 위한 조작량을 나타내는 신호)를 속도지령으로 변환하여, 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행한다.
컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환), 리프팅마그넷(6)의 구동제어(여자(흡인)동작 또는 소자(석방)동작의 전환), 및 선회용 전동기(21)의 운전제어(역행운전 또는 회생운전의 전환)를 행한다. 또한, 컨트롤러(30)는, 승강압제어부로서 승강압컨버터(100)를 구동제어함으로써 배터리(19)의 충방전제어를 행한다.
승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, DC버스전압검출부(111)에 의하여 검출되는 DC버스전압치, 배터리전압검출부(112)에 의하여 검출되는 배터리전압치, 및 배터리전류검출부(113)에 의하여 검출되는 배터리전류치에 근거하여 행하여진다.
도 4는, 전동발전기(12), 감속기(13), 및 선회용 전동기(21)를 포함하는 구동제어계를 냉각하는 냉각수의 경로를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 각 구성요소에 냉각수가 흐르는 순서를 나타내고 있고, 화살표는 냉각수가 흐르는 방향을 나타낸다.
본 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨은, 엔진(11)의 냉각계통과는 별도로, 전동발전기(12), 감속기(13), 및 선회용 전동기(21)를 냉각하기 위한 냉각계통을 가진다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 냉각계통에 있어서 탱크(210) 내의 냉각수가 냉각수펌프(220)에 의하여 송출되어, 라디에이터(230)에서 냉각되고, 컨트롤러(30), 전원계(240), 선회용 전동기(21), 전동발전기(12), 감속기(13)의 순서로 순환하여, 탱크(210)로 되돌아온다.
냉각수펌프(220)는, 컨트롤러(30)에 의하여 제어되는 펌프용 모터(221)에 의하여 구동된다.
전원계(240)는, 인버터(18A, 18B, 20), 펌프용 인버터(222), 승강압컨버터(100), 및 배터리(19)를 포함한다. 리프팅마그넷(6)은, 공랭식이기 때문에, 이 냉각계통에는 포함되지 않고, 리프팅마그넷(6)의 구동제어를 행하는 인버터(18B)만이 냉각계통에 포함된다.
도 5는, 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 제어계의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 5에 나타내는 제어계는, 상위제어부로서의 컨트롤러(30)와, 하위제어부(40)를 포함한다.
상위제어부로서의 컨트롤러(30)는, 전동발전기 상위제어모듈(31), 선회용 상위제어모듈(32), 리프팅마그넷 상위제어모듈(33), 컨버터 상위제어모듈(34), 냉각계 상위제어모듈(35), 엔진 상위제어모듈(36), 및 유압펌프 상위제어모듈(37)을 포함한다.
하위제어부(40)는, 전동발전기 하위제어부(41), 선회용 하위제어부(42), 리프팅마그넷 하위제어부(43), 컨버터 하위제어부(44), 냉각계 하위제어부(45), ECU(11A), 및 펌프제어부(14A)를 포함한다.
전동발전기 하위제어부(41)는, 인버터(18A)에 포함되는 회전기(回轉機) 하위제어부이다. 전동발전기 하위제어부(41)는, 회전기 상위제어모듈로서의 전동발전기 상위제어모듈(31)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 회전기 중 하나인 전동발전기(12)의 구동제어를 행한다.
선회용 하위제어부(42)는, 인버터(20)에 포함되는 회전기 하위제어부이다. 선회용 하위제어부(42)는, 회전기 상위제어모듈로서의 선회용 상위제어모듈(32)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 회전기 중 하나인 전동발전기(12)의 구동제어를 행한다.
리프팅마그넷 하위제어부(43)는, 인버터(18B)에 포함되는 리프팅마그넷 하위제어부이다. 리프팅마그넷 하위제어부(43)는, 리프팅마그넷 상위제어모듈로서의 리프팅마그넷 상위제어모듈(33)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 리프팅마그넷(6)의 구동제어를 행한다.
컨버터 하위제어부(44)는, 승강압컨버터(100)에 내장되는 축전계 하위제어부이다. 컨버터 하위제어부(44)는, 축전계 상위제어모듈로서의 컨버터 상위제어모듈(34)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 승강압컨버터(100)의 구동제어를 행한다.
컨버터 하위제어부(44)는, 배터리(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 리프팅마그넷(6)의 작동상태(여자(흡인)동작 또는 소자(석방)동작), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하고, 이로써 배터리(19)의 충방전제어를 행한다.
냉각계 하위제어부(45)는, 펌프용 인버터(222)에 포함되는 냉각펌프 하위제어부이다. 냉각계 하위제어부(45)는, 냉각펌프 상위제어모듈로서의 냉각계 상위제어모듈(35)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 펌프용 모터(221)의 구동제어를 행한다.
ECU(11A)는, 내연기관 상위제어모듈로서의 엔진 상위제어모듈(36)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 엔진(11)의 구동제어(운전제어)를 행하는 내연기관 하위제어부이다.
펌프제어부(14A)는, 유압펌프 상위제어모듈로서의 유압펌프 상위제어모듈(37)로부터 전송되는 제어지령에 근거하여, 유압펌프(14)의 경전각(傾轉角)을 제어하는 유압펌프출력 하위제어부이다.
상위제어부로서의 컨트롤러(30)에 포함되는 각 모듈(31~37)은, 대응하는 하위제어부(41~45, 11A, 및 14A)에 제어지령을 전송한다. 각 하위제어부(41~45, 11A, 및 14A)는, 제어지령에 근거하여 제어대상의 제어를 행한다. 구체적으로는 이하와 같이 각 제어대상의 구동제어가 행하여진다.
[상위제어부의 각 모듈 및 하위제어부에 의한 구동제어]
전동발전기 상위제어모듈(31)은, 전동발전기 하위제어부(41)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, 인버터(18A) 내의 전동발전기 하위제어부(41)가 인버터(18A)를 구동한다. 이로써 전동발전기 하위제어부(41)에 의하여 전동발전기(12)의 구동제어가 행하여진다.
선회용 상위제어모듈(32)은, 선회용 하위제어부(42)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, 인버터(20) 내의 선회용 하위제어부(42)가 인버터(20)를 구동한다. 이로써 선회용 하위제어부(42)에 의하여 선회용 전동기(21)의 구동제어가 행하여진다.
리프팅마그넷 상위제어모듈(33)은, 리프팅마그넷 하위제어부(43)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, 인버터(18B) 내의 리프팅마그넷 하위제어부(43)가 인버터(18B)를 구동한다. 이로써 리프팅마그넷 하위제어부(43)에 의하여 리프팅마그넷(6)의 구동제어(여자(흡인)동작 또는 소자(석방)동작의 전환)가 행하여진다.
컨버터 상위제어모듈(34)은, 컨버터 하위제어부(44)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, 컨버터 하위제어부(44)에 의하여 승강압컨버터(100)의 구동제어(승강압제어)가 행하여진다.
냉각계 상위제어모듈(35)은, 냉각계 하위제어부(45)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, 펌프용 인버터(222) 내의 냉각계 하위제어부(45)가 펌프용 인버터(222)를 구동한다. 이로써 냉각계 하위제어부(45)에 의하여 펌프용 모터(221)의 구동제어가 행하여진다.
엔진 상위제어모듈(36)은, ECU(11A)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, ECU(11A)에 의하여 엔진(11)의 구동제어가 행하여진다.
유압펌프 상위제어모듈(37)은, 펌프제어부(14A)에 제어지령을 전송한다. 이 제어지령에 근거하여, 펌프제어부(14A)에 의하여 유압펌프의 구동제어(경전각의 제어에 의한 출력제어)가 행하여진다.
전동발전기 상위제어모듈(31), 선회용 상위제어모듈(32), 리프팅마그넷 상위제어모듈(33), 컨버터 상위제어모듈(34), 냉각계 상위제어모듈(35), 엔진 상위제어모듈(36), 및 유압펌프 상위제어모듈(37)은, 에너지 배분을 나타내는 정보의 교환을 행한다.
본 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨에서는, 하위제어부는, 상위제어부의 이상(異常)을 감시한다. 구체적으로는, 이하에 설명하는 바와 같이 이상감시처리가 행하여진다.
[하위제어부에 의한 이상감시처리]
도 6은, 하위제어부에 의한 상위제어부의 이상감시처리의 순서를 나타내는 도면이다. 이 처리순서는, 하위제어부(40)에 포함되는, 전동발전기 하위제어부(41), 선회용 하위제어부(42), 리프팅마그넷 하위제어부(43), 컨버터 하위제어부(44), 냉각계 하위제어부(45), ECU(11A), 및 펌프제어부(14A)의 각각에 의하여 행하여지는 처리이다. 중복설명을 피하기 위하여, 감시대상을 “상위제어모듈”이라고 표기하고, 처리주체를 “하위제어부”라고 표기한다.
리프팅마그넷식 유압쇼벨의 운전이 개시되면, 하위제어부는 상위제어모듈의 감시처리를 개시한다(스타트).
하위제어부는, 상위제어모듈에 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 S1). 스텝 S1에 의한 처리는, 상위제어모듈의 이상을 검출할 때까지 반복 실행된다. 이상검출처리에서는, 먼저, 미리 정하여진 카운트치 N(초기치는 예컨대 0)의 인크리먼트(가산처리: 예컨대 +1)가 주기적으로 실행된다. 그리고, 하위제어부는, 상위제어모듈에서 인크리먼트에 의하여 생성되는 서비스 클럭을 감시하도록 하여 두고, 서비스 클럭이 변화하지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에, 상위제어모듈에 이상이 발생하였다고 판정한다.
하위제어부는, 상위제어모듈의 이상을 검출하면, 이상시(異常時)용의 제어처리를 실행한다(스텝 S2). 이 이상시용의 제어처리에 있어서, 상위제어모듈에 이상이 발생하여 상위제어모듈로부터 제어지령이 전송되지 않게 된 경우에, 하위제어부가 독자적으로 제어대상의 구동제어를 행한다.
하위제어부는, 스텝 S2의 처리가 종료되면, 이상감시처리를 종료한다(엔드). 다만, 이상감시처리의 종료 후에 있어서도, 하위제어부는, 제어대상의 구동제어를 계속한다.
상기 서술한 이상감시처리는, 구체적으로는, 각 하위제어부에 의하여 이하와 같이 실행된다.
[각 하위제어부에 의한 이상시용의 제어처리]
전동발전기 하위제어부(41)는, 전동발전기 상위제어모듈(31)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 전동발전기(12)를 정지시킨다. 이는, 전동발전기 상위제어모듈(31)에 이상이 발생한 경우에는, 전동발전기(12)에 요구되는 어시스트량, 또는 엔진(11)의 출력의 잉여분을 파악하지 못하여, 전동운전과 발전운전의 전환을 적절히 행할 수 없기 때문이다.
선회용 하위제어부(42)는, 선회용 상위제어모듈(32)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 선회용 전동기(21)를 정지시킨다. 이는, 선회용 상위제어모듈(32)에 이상이 발생한 경우에는, 선회가속에 필요한 토크나 감속시에 필요한 토크를 정확하게 파악하지 못하여, 역행운전과 회생운전의 전환을 적절히 행할 수 없기 때문이다.
리프팅마그넷 하위제어부(43)는, 리프팅마그넷 상위제어모듈(33)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에 있어서, 리프팅마그넷(6)이 흡인작업 중인 경우는, 리프팅마그넷(6)의 흡인상태를 유지한다. 즉, 리프팅마그넷 상위제어모듈(33)에 이상이 생겨도, 리프팅마그넷(6)으로 금속물을 흡인하고 있는 경우는, 바로 석방하지 않고, 흡인상태를 유지한다. 이로써, 조작자의 조작에 따라서 제어를 계속하는 편이 하이브리드형 건설기계의 조작성을 향상시킬 수 있다.
한편, 리프팅마그넷 상위제어모듈(33)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에 있어서, 리프팅마그넷(6)이 흡인작업을 행하고 있지 않은 경우는, 리프팅마그넷(6)의 흡인조작을 금지한다. 이는, 리프팅마그넷 상위제어모듈(33)에 이상이 생긴 경우에, 흡인을 행하고 있지 않은 경우는, 흡인작업을 금지시키는 편이 하이브리드형 건설기계의 조작성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
컨버터 하위제어부(44)는, 컨버터 상위제어모듈(34)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 승강압컨버터(100)의 승강압제어(충방전제어)를 소정시간만 허가하고, 소정시간의 경과 후에 정지시킨다.
컨버터 상위제어모듈(34)에 이상이 생겼을 경우는, 배터리(19)의 최대 입출력의 값이나 배터리(19)의 충전률을 정확하게 파악할 수 없다. 또한, 리프팅마그넷(6)의 흡인이나 석방, 선회용 전동기(21)의 역행운전, 회생운전에 수반하는 커패시터의 충방전을 행하기 위하여, 소정시간 경과 후에 정지시키고 있다.
냉각계 하위제어부(45)는, 냉각계 상위제어모듈(35)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 펌프용 모터(221)의 구동을 계속시킨다. 냉각계 상위제어모듈(35)에 이상이 발생한 경우에는, 냉각수 온도, 수압, 잔량을 정확하게 파악할 수 없다. 그러나, 펌프용 모터(221)를 즉시 정지시켜 버리면, 냉각계통에 포함되는 몇몇 요소(230, 30, 240, 21, 12, 또는 13)의 온도가 상승하여 버릴 가능성이 있다. 이로 인하여, 냉각계 상위제어모듈(35)에 이상이 발생하여도, 펌프용 모터(221)의 구동을 계속시키는 것으로 한 것이다.
ECU(11A)는, 엔진 상위제어모듈(36)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 엔진(11)의 운전을 무부하시의 출력으로 계속한다. 이때, 엔진(11)의 회전수를 이상시용의 회전수로 바꾸어도 좋다. 엔진 상위제어모듈(36)에 이상이 발생한 경우에는, 엔진(11)에 요구되는 출력을 정확하게 파악할 수 없지만, 엔진(11)의 운전을 계속시킴으로써, 유압펌프(14)를 구동시켜서, 유압작업요소의 구동을 확보하기 위함이다.
펌프제어부(14A)는, 유압펌프 상위제어모듈(37)로부터 서비스 클럭이 전송되지 않는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 유압펌프(14)의 경전각을 소정의 각도까지 저하시킨다. 유압펌프 상위제어모듈(37)에 이상이 발생한 경우에는, 유압펌프(14)에 요구되는 출력을 정확하게 파악할 수 없기 때문에, 유압펌프(14)의 출력을 어느 정도 저하시킨 상태로 운전을 계속시킴으로써, 유압작업요소의 구동을 확보할 수 있다.
종래의 하이브리드형 건설기계에서는, 상위제어부에 이상이 발생하면, 일체의 작업을 행할 수 없었다. 그러나, 본 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계에 의하면, 상위제어부에 이상이 발생하여도, 상기 서술한 바와 같이, 각 하위제어부(41~45, 11A, 및 14A)에 의한 이상시용의 제어처리가 실행된다. 이로 인하여, 상위제어모듈에 이상이 생긴 경우에도, 이상의 발생 부위에 따라서, 구동의 정지 또는 계속을 행할 수 있다. 이로써, 작업효율의 향상을 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
다만, 상기 서술한 실시예에서는, 엔진 상위제어모듈(36) 및 유압펌프 상위제어모듈(37)이 하위제어부인 ECU(11A) 및 펌프제어부(14A)에 제어지령을 전송하고, 하위제어부인 ECU(11A) 및 펌프제어부(14A)가 엔진(11) 및 유압펌프(14)를 구동제어하는 형태에 대하여 설명하였다.
그러나, 엔진(11) 및 유압펌프(14)의 제어계에 대해서는, 상위제어부와 하위제어부로 나누지 않아도 좋다. 예컨대, 엔진 상위제어모듈(36) 대신에 엔진 제어모듈을 구비하고, ECU(11A) 자체가 엔진(11)의 구동제어를 행하고, 엔진 제어모듈은, 컨트롤러(30)에 포함되는 상위제어용의 각 모듈과의 사이에서, 에너지 배분에 관한 정보의 교환을 행하도록 구성하여도 좋다.
또한, 유압펌프 상위제어모듈(37) 및 펌프제어부(14A)에 대해서도 마찬가지로, 반드시 상위제어부와 하위제어부로 나누지 않아도 좋다. 예컨대, 유압펌프 상위제어모듈(37) 대신에 유압펌프제어모듈을 구비하고, 펌프제어부(14A) 자체가 유압펌프(14)의 구동제어를 행하고, 유압펌프제어모듈은, 컨트롤러(30)에 포함되는 상위제어용의 각 모듈과의 사이에서, 에너지 배분에 관한 정보의 교환을 행하도록 구성하여도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 스텝 S2에서 하위제어부가 이상감시처리를 종료하는 형태에 대하여 설명하였지만, 스텝 S2가 종료한 후에, 제어대상의 구동제어를 계속하면서, 순서를 스텝 S1로 리턴하도록 하여도 좋다. 이 경우, 상위제어모듈의 이상(異常)상태가 해소된 경우에는, 하위제어부가 상위제어모듈로부터 전송되는 제어지령에 근거하는 구동제어를 행하는 통상시의 제어상태로 복귀시키도록 하여도 좋다.
다만, 상기 서술한 실시예에서는, 하이브리드형 건설기계의 일례로서 리프팅마그넷(6)을 구비하는 유압쇼벨에 대하여 설명하였지만, 하이브리드형 건설기계는, 리프팅마그넷(6) 대신에 버킷을 구비하는 것이어도 좋다. 이 경우는, 리프팅마그넷(6)에 대한 이상시용의 제어처리는 불필요하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계에 대하여 설명한다. 제2 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계는, 상위제어모듈의 이상을 검출하는 방법이 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 상이하다.
제2 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계의 하위제어부는, 상위제어모듈로부터 전송되는 서비스 클럭을 감시하는 것이 아니라, 상위제어모듈로부터 전송되는 제어지령의 값에 근거하여 이상을 검출하는 점이 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 상이하다.
구체적으로는, 전동발전기 하위제어부(41), 선회용 하위제어부(42), 리프팅마그넷 하위제어부(43), 컨버터 하위제어부(44), 냉각계 하위제어부(45), ECU(11A), 및 펌프제어부(14A)의 각각이, 전동발전기 상위제어모듈(31), 선회용 상위제어모듈(32), 리프팅마그넷 상위제어모듈(33), 냉각계 상위제어모듈(35), 엔진 상위제어모듈(36), 및 유압펌프 상위제어모듈(37)로부터 전송되는 제어지령의 값이 이상(異常)인지 아닌지를 판정하기 위하여, 하한치로서의 임계값 1과, 상한치로서의 임계값 2를 저장하고, 제어지령이 임계값 1에서 임계값 2까지의 범위를 벗어난 경우에, 각 상위제어모듈에 이상이 발생하였다고 판정한다.
이상을 검출한 후의 이상시용의 제어처리는, 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
이와 같이, 제2 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계에 의하면, 상위제어모듈로부터 전송되는 제어지령의 값을 하위제어부에서 감시하고, 상위제어부의 이상을 검출한 경우에는, 각 하위제어부(41~45, 11A, 및 14A)에 의한 이상시용의 제어처리를 실행한다. 이로 인하여, 상위제어모듈에 이상이 생긴 경우에도, 이상의 발생 부위에 따라서, 구동의 정지 또는 계속을 행할 수 있어, 작업효율이 향상된 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계에 대하여 설명한다. 도 7은, 제3 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계의 일례인 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 구성을 나타내는 블럭도이다. 본 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨은, 메인펌프(14)의 구동이 펌프용 전동기(300)에 의하여 행하여지고, 전동발전기(12)는 엔진(11)에 의하여 구동됨에 의한 전력의 회수(발전운전)만을 행하도록 구성되어 있는 점이 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 상이하다. 즉, 본 실시예에서는, 전동발전기(12)는 엔진(11)에 의하여 구동됨에 의한 발전운전만을 행하는 발전기로서의 기능만을 구비하고 있다. 그 외의 구성은 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 동등하므로, 동등한 구성요소에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
펌프용 전동기(300)는, 메인펌프(14)를 구동하기 위한 역행(力行)운전만을 행하도록 구성되어 있고, 인버터(310)를 통하여 DC버스(110)에 접속되어 있다. 펌프용 전동기(300)는, 컨트롤러(30)에 의하여 구동되도록 구성되어 있다. 레버(26A~26C) 중 어느 하나가 조작되면, 펌프용 전동기(300)에는, DC버스(110)로부터 인버터(310)를 통하여 전력이 공급되고, 이로써 역행운전이 행하여지고, 펌프(14)가 구동되어 압유가 토출된다.
본 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨에서는, 전동발전기(12), 펌프용 전동기(300), 및 선회용 전동기(21)에는, 어느 것인가에 DC버스(110)를 통하여 전력공급이 행하여지는 상황이 발생할 수 있다. 또한, 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)에는, 어느 것인가로부터 DC버스(110)에 전력공급이 행하여지는 상황이 발생할 수 있다.
본 실시예에서는, 승강압컨버터(100)는, 전동발전기(12), 펌프용 전동기(300), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태에 따라서, DC버스전압치를 일정 범위 내에 들도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다.
DC버스(110)는, 인버터(18A, 310, 및 20)와 승강압컨버터(100) 사이에 배치되어 있고, 배터리(19), 펌프용 전동기(300), 및 선회용 전동기(21) 사이에서 전력의 수수를 행한다.
상기 서술한 제3 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계에 있어서의 하위제어부에 의한 상위제어모듈의 이상감시처리는, 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 마찬가지로 행하여진다.
즉, 전동발전기 하위제어부(41), 선회용 하위제어부(42), 리프팅마그넷 하위제어부(43), 컨버터 하위제어부(44), 냉각계 하위제어부(45), ECU(11A), 및 펌프제어부(14A)의 각각은, 전동발전기 상위제어모듈(31), 선회용 상위제어모듈(32), 리프팅마그넷 상위제어모듈(33), 냉각계 상위제어모듈(35), 엔진 상위제어모듈(36), 및 유압펌프 상위제어모듈(37)의 각각을 감시하고, 서비스 클럭을 검출할 수 없는 시간이 소정시간 이상이 된 경우에는, 상위제어모듈에 이상이 발생하였다고 판정한다.
이상과 같이, 제3 실시예에 의한 시리즈형의 하이브리드형 건설기계에 있어서도, 제1 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계와 마찬가지로, 하위제어부에서 상위제어모듈을 감시하고, 상위제어부의 이상을 검출한 경우에는, 각 하위제어부(41~45, 11A, 및 14A)에 의한 이상시용의 제어처리를 실행한다. 이로 인하여, 상위제어모듈에 이상이 생긴 경우에도, 이상의 발생 부위에 따라서, 구동의 정지 또는 계속을 행할 수 있어, 작업효율의 향상을 도모한 하이브리드형 건설기계를 제공할 수 있다.
다만, 유압펌프(14)의 구동제어계에 대한 이상감시에 대해서는, 펌프제어부(14A)가 유압펌프 상위제어모듈(37)의 이상을 감시함으로써 실현되는 형태에 대하여 설명하였지만, 인버터(310) 내에 하위제어부를 내장함과 함께, 상위제어부로서의 컨트롤러(30) 내에 펌프용 전동기(300)의 구동제어를 행하기 위한 상위제어모듈을 포함하는 경우에는, 펌프제어부(14A)에 의한 유압펌프 상위제어모듈(37)의 이상감시에 더하여, 인버터(310) 내의 하위제어부에서, 컨트롤러(30) 내에 펌프용 전동기(300)의 구동제어를 행하기 위한 상위제어모듈을 감시하도록 구성하여도 좋다. 이 경우, 펌프용 전동기(300)의 구동제어를 행하기 위한 상위제어모듈에 이상이 발생한 경우에는, 인버터(310) 내의 하위제어부에서 펌프용 전동기(300)의 운전을 계속하도록 하면 된다. 이는, 펌프용 전동기(300)를 구동시켜서 유압펌프(14)의 출력을 어느 정도 저하시킨 상태로 운전을 계속시킴으로써, 유압작업요소의 구동을 확보하기 위함이다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계의 일례로서 리프팅마그넷식 유압쇼벨에 대하여 설명한다. 제4 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 기본적인 구성은, 도 1 및 도 2에 나타내는 제1 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨과 동등하고, 그 설명은 생략한다.
본 실시예에 의한 리프팅마그넷식 유압쇼벨은, 전기부하로서의 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21), 및 배터리(19)의 충방전 등을 제어하기 위한 서보제어유닛을 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 서보제어유닛 내의 공기를 교반함으로써 온도를 균일화하여, 서보제어유닛에 있어서의 냉각효율을 향상시키고 있다. 서보제어유닛에는, 상기 서술한 제1 실시예에 있어서의 상위제어모듈에 상당하는 CPU가 내장된다. 서보제어유닛의 상세에 대해서는 후술한다.
여기서, 본 실시예에 있어서의 축전계에 포함되는 승강압컨버터(100)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 8은 승강압컨버터(100)를 포함하는 축전계의 회로도이다.
승강압컨버터(100)는, 리액터(101), 트랜지스터(100B 및 100C), 및 평활용 콘덴서(100d)를 구비하고 있다. 트랜지스터(100B 및 100C)는, 예컨대 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)에 의하여 구성되고, 서로 직렬로 접속되어 있다. 구체적으로는, 트랜지스터(100B)의 컬렉터와 트랜지스터(100C)의 이미터가 서로 접속된다. 트랜지스터(100B)의 이미터는 배터리(19)의 마이너스측(負側) 단자 및 DC버스(110)의 마이너스측 배선에 접속된다. 트랜지스터(100C)의 컬렉터는 DC버스(110)의 플러스측(正側) 배선에 접속된다. 리액터(101)는, 그 일단이 트랜지스터(100B)의 컬렉터 및 트랜지스터(100C)의 이미터에 접속되고, 타단이 배터리(19)의 플러스측 단자에 접속된다. 트랜지스터(100B 및 100C)의 게이트에는, 컨트롤러(30)로부터 PWM 전압이 인가된다. 트랜지스터(100B)의 컬렉터와 이미터 사이에는, 정류소자인 다이오드(100b)가 역방향으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 트랜지스터(100C)의 컬렉터와 이미터 사이에는, 다이오드(100c)가 역방향으로 접속되어 있다. 평활용 콘덴서(100d)는, 트랜지스터(100C)의 컬렉터와 트랜지스터(100B)의 이미터 사이에 접속되고, 승강압컨버터(100)로부터의 출력전압을 평활화한다.
이상과 같은 구성을 구비하는 승강압컨버터(100)에 있어서, 직류전력을 배터리(19)로부터 DC버스(110)에 공급할 때에는, 트랜지스터(100B)의 게이트에 PWM 전압이 인가된다. 트랜지스터(100B)의 온/오프에 따라서 리액터(101)에 유도기전력이 발생한다. 이 유도기전력을 다이오드(100c)를 통하여 전달하고, 콘덴서(100d)에 의하여 평활화한다.
직류전력을 DC버스(110)로부터 배터리(19)에 공급할 때에는, 트랜지스터(100C)의 게이트에 PWM 전압이 인가된다. 트랜지스터(100C)로부터 출력되는 전류는 리액터(101)에 의하여 평활화된다.
트랜지스터(100B 및 100C)는 대(大)전력을 제어하므로, 그 발열량은 매우 크다. 또한, 리액터(101)의 발열량도 크다. 따라서, 트랜지스터(100B 및 100C), 및 리액터(101)를 냉각할 필요가 있다. 또한, 인버터 회로(18A, 18B, 및 20)도 역시 승강압컨버터(100)와 마찬가지로 대(大)전력용의 트랜지스터를 가지므로, 냉각할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 승강압컨버터(100), 인버터(18A, 18B, 및 20)를 냉각하기 위한 냉각액 순환시스템이 설치되어 있다.
다음으로, 서보제어유닛(60)에 대하여 설명한다. 도 9는, 서보제어유닛(60)의 사시도이다. 서보제어유닛(60)은, 전동발전기(12), 선회용 전동기(21) 및 배터리(19)를 제어하는 장치이다. 서보제어유닛(60)은, 대략 직육면체의 외형을 가지고 있고, 컨트롤러(30)를 수용하는 컨트롤박스(600)와, 드라이버유닛(62~66)을 구비하고 있다. 드라이버유닛(62~66)은, 승강압컨버터유닛(62)과, 인버터유닛(63~66)을 포함한다.
승강압컨버터유닛(62)은, 승강압컨버터(100)를 수용하고 있다. 인버터유닛(63~66)은, 예컨대 인버터(18A, 20A, 20B) 및 그 외의 인버터를 수용하고 있다. 여기서, 승강압컨버터유닛(62) 및 인버터유닛(63~66)은, 방수 및 방진(防塵)을 위하여 밀폐구조로 되어 있다.
드라이버유닛(62~66)은, 각각 깊이방향으로 긴 직육면체 형상의 외관의 금속용기를 가진다. 이들 드라이버유닛(62~66)은, 금속으로 만든 상면이 열린 판형 대좌(臺座)(67) 내에 횡방향(제1 방향)으로 나란히 설치되어 있다. 드라이버유닛(62~66)은 각각, 볼트에 의하여 판형 대좌(67)에 고정되어 있다. 이들 드라이버유닛(62~66) 상에, 드라이버유닛(62~66)의 상면을 덮도록 윗덮개로서의 컨트롤유닛 바닥판(61b)이 설치되어 있다. 컨트롤유닛 바닥판(61b) 상에는, 컨트롤유닛(600)이 재치되어 있다. 컨트롤유닛(600)의 상면에는, 공냉을 위한 히트싱크(68)가 장착되어 있다. 드라이버유닛(62~66)의 상면측은, 컨트롤유닛 바닥판(61b)에 의하여 밀폐되어 있다.
승강압컨버터유닛(62)은, 승강압컨버터(100)를 구성하기 위한 전기회로 및 모듈 등을 수용하고 있고, 전기적인 입력단 및 출력단을 가진다. 승강압컨버터유닛(62)의 출력단에는, 예컨대 축전을 위한 배터리(19)가 접속된다. 이 경우에는, 승강압컨버터유닛(62)은, 배터리(19)의 충방전을 제어한다.
인버터유닛(63~66)은, 인버터를 구성하기 위한 전기회로 및 모듈 등을 수용하고 있고, 각각 전기적인 입력단 및 출력단을 가진다. 인버터유닛(63~66)의 출력단에는, 예컨대, 자석이 로터 내부에 내장된 IPM 모터에 의하여 구성되는 교류전동기를 접속할 수 있다. 인버터유닛(63~66)은, 직류를 교류로 변환하여 교류전동기를 구동한다. 교류전동기는, 인버터유닛(63~66)으로부터 출력되는 PWM 제어신호에 의하여 구동된다.
컨트롤유닛(600)은, 드라이버유닛(62~66)을 제어하기 위한 컨트롤러를 수용하고 있다. 컨트롤러는, CPU 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치나 전자회로를 가지고 있고, 내부메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 CPU가 실행함으로써 실현된다.
컨트롤유닛(600)에는 냉각용 배관(608)이 내장되어 있다. 마찬가지로, 승강압컨버터유닛(62)에는 냉각용 배관(62a)이, 인버터유닛(63~66)에는 냉각용 배관(63a~66a)이, 각각 내장되어 있다.
다음으로, 도 10a~10d 및 도 11a, 11b를 참조하면서, 컨트롤유닛(600)에 대하여 설명한다. 도 10a는, 컨트롤유닛(600)의 평면단면도이다. 도 10b는, 도 10a의 I-I선을 따르는 측단면도이다. 도 10c는, 도 10a의 II-II선을 따르는 측단면도이다. 도 10d는, 도 10a의 III-III선을 따르는 측단면도이다. 도 11a는, 도 10a의 IV-IV선을 따르는 측단면도이다. 도 11b는, 컨트롤유닛(600)을 도 11a의 측단면도와 동일방향에서 본 측면도이다.
컨트롤유닛(600)은, 하우징체 용기(601a) 및 하우징체 커버(601b)로 이루어지는 하우징체(601)를 가진다. 컨트롤러의 전자회로 등이 하우징체(601) 내에 수용되어 있다.
컨트롤유닛(600)의 하우징체(601)는, 직육면체의 외형을 가짐과 함께, 드라이버유닛(62~66)의 상면을 덮도록, 복수의 드라이버유닛 상에 설치되어 있다. 하우징체(601)는, 대략 직사각형상의 평면 형상을 가지는 바닥면 상에, 대략 직육면체 형상의 내부공간을 가진다. 내부공간은 외기로부터 차단되어 있고, 컨트롤유닛(600)의 하우징체(601)는, 밀폐구조로 되어 있다. 다만, 복수의 드라이버유닛이 배열된 방향(제1 방향)은, 컨트롤유닛(600)의 단변(短邊)방향과 일치하고 있고, 이 방향은, 도 10a의 지면(紙面)에 대한 상하방향에 상당한다. 또한, 복수의 드라이버유닛이 배열된 방향(제1 방향)에 직교하는 방향(제2 방향)은, 컨트롤유닛(600)의 장변(長邊)방향과 일치하고 있고, 이 방향은, 도 10a의 좌우방향에 상당한다.
하우징체(601) 내의 바닥면 상에는, 직사각형의 평면 형상을 가지는 카드플레이트(602)가 설치되어 있다. 카드플레이트(602)는, 카드플레이트(602)의 장변방향 및 단변방향을 각각 컨트롤유닛(600)의 장변방향 및 단변방향과 일치시켜서 배치되어 있다. 카드플레이트(602)에는, 대략 직사각형의 평면 형상의 개구가 마련되어 있다.
카드플레이트(602)의 개구 내에 있어서, 이 개구와 대략 동일 형상의 상면 형상을 가짐과 함께, 대략 직육면체의 외관 형상을 가지는 히트싱크(603)가 하우징체(601) 내의 바닥면 상에 설치되어 있다. 히트싱크(603)는, 하우징체(601) 내에 설치되는 전자부품을 냉각하기 위한 것이고, 냉각용 배관(608)이, 히트싱크(603)에 접하여 설치되어 있다. 히트싱크(603)는, 냉각용 배관(608)을 순환하는 액체에 의하여 냉각된다. 이 액체는, 예컨대 물이다. 다만, 도 10b 및 도 10c 그리고 도 11a에서는, 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위하여, 도 10a에 있어서의 냉각용 배관(608)의 도시를 생략하고 있다.
히트싱크(603) 상에는, 대략 직사각형의 평면 형상을 가지는 컨트롤카드(604)가 설치되어 있다. 컨트롤카드(604)는, 다양한 전자부품을 실장하기 위한 기판이다. 컨트롤카드(604) 상에는, 전자부품의 1종으로서 CPU(605) 및 CPU(620)가 설치되어 있다. CPU(605)는, 전동발전기(12)의 구동을 제어하는 하위제어부, 선회용 전동기(21)의 구동을 제어하는 하위제어부, 배터리(19)의 충방전을 제어하기 위한 하위제어부에 상당하는 연산장치이다. CPU(620)는 각 CPU(605)를 제어하기 위한 제어모듈이며, 상기 서술한 제1 실시예에 있어서의 상위제어모듈에 상당한다. CPU(605) 및 CPU(620)는, 열전도시트(612)를 통하여 히트싱크(603)와 접하고 있고, 컨트롤카드(604)에 있어서의 CPU(605)가 실장된 면은, 히트싱크(603) 측을 향하고 있다. CPU(620) 및 복수의 CPU(605)는, 컨트롤카드(604)에 형성된 패턴배선에 의하여 접속되어, 통신을 행하고 있다. 컨트롤카드(604)에 있어서의 CPU(605)의 실장면과 반대측의 면에는, 전자(電磁)밸브 등에 공급하는 전기신호를 생성하는 전기접점 등의 전기부품(도시하지 않음)이 복수 배치되어 있다.
컨트롤카드(604)에 실장된 전자부품의 입출력부는, 커넥터(607)에 접속되어 있다. 예컨대 드라이버유닛(62~66)을 동작시키기 위한 명령신호나 전자부품으로부터의 출력신호 등은, 커넥터(607)를 통하여 컨트롤카드(604)에 입출력된다. 커넥터(607)는, 예컨대 서보제어유닛(60)을 제어하기 위한 제어부(도시하지 않음)와 배선 접속된다.
커넥터(607)는, 하우징체(601)의 측면에 있어서의 오목 형상 홈 부분에 설치되어 있다. 홈 부분은 패킹(616)에 의하여 덮여 있다. 패킹(616)은, 하우징체 커버(601b)를 통하여 패킹누름부재(617)에 의하여 덮여 있다. 패킹(616)에 의하여, 커넥터(607)는 방수 및 방진(防塵) 구조로 되어 있다.
승강압컨버터유닛(62), 및 인버터유닛(63~66)을 제어하기 위하여, 하위제어부로서의 CPU(605)는, 승강압컨버터유닛(62) 및 인버터유닛(63~66)마다 복수 설치되어 있고, 컨트롤유닛(600)의 단변방향으로 배열되어 있다. CPU(605)는, 매우 많은 트랜지스터에 의하여 구성되는 전자부품이므로, CPU(605)의 발열량은 매우 크다. 또한, CPU(605)를 정상으로 동작시키기 위해서는, CPU(605)의 분위기를 소정의 범위의 온도로 할 필요가 있다. CPU(605)는, 열전도시트(612)를 통하여 히트싱크(603)에 접하고 있으므로, CPU(605)에서 발생한 열의 일부를 히트싱크(603)에 의하여 흡수하여, CPU(605)를 냉각할 수 있다.
이들 전자부품을 정상으로 동작시키기 위해서는, 컨트롤유닛 내부의 온도가 일정 범위 내에 있는 것이 필요하다. 한편, 컨트롤유닛에서는, 전자부품 등의 방수 및 방진을 위하여, 밀폐구조가 채용된다. 밀폐구조에서는, 컨트롤유닛 내에서 발생한 열이 외부에 방열되기 어렵다. 컨트롤유닛 내에 있어서 부분적으로 고열이 되는 온도구배가 생기면, 전자부품의 동작에 지장을 초래할 우려가 있다.
카드플레이트(602) 상에는, 복수의 팬(606a)이 컨트롤유닛(600)의 단변방향으로 배열되어 있다. 팬(606a)은 각각 CPU(605)마다 설치되어 있고, 화살표(f1)로 나타나는 바와 같은 각 CPU(605)를 향하는 기류를 발생시키는 방향으로 배치되어 있다. 팬(606a)에 의하여 발생되는 기류의 방향은, 컨트롤유닛(600)의 장변방향을 따른 방향이다. 팬(606a)에 의하여 발생되는 기류에 의하여, CPU(605)에서 발생한 열에 의하여 가열된 공기를 교반할 수 있으므로, 하우징체 내의 온도구배가 해소된다. 따라서, 하우징체 내의 냉각효율이 향상되어, 고온에 의한 전자부품의 이상동작을 방지할 수 있다. 또한, 컨트롤카드(604) 상에는 상위제어부로서의 CPU(620)도 탑재되어 있고, CPU(620)에서 발생한 열에 의하여 가열된 공기도 교반할 수 있으므로, 하우징체 내의 온도구배가 해소된다.
컨트롤카드(604)에 있어서의 CPU(605) 근방에는, 온도센서유닛(615)이 CPU(605)마다 설치되어 있다. 온도센서유닛(615)은, 온도센서와 팬 제어부로 구성되어 있다. 여기서, CPU(605)의 하면은 히트싱크(603)에 의하여 냉각되지만, CPU(605)의 상면은 컨트롤카드(604)에 접촉하고 있으므로, CPU(605)에서 발생한 열은 컨트롤카드(604)에도 전달된다. 컨트롤카드(604)의 상면에는 전기접점 등의 전기부품이 실장되어 있다. 이로 인하여, 컨트롤카드(604)의 상측에 열이 가득찬다. 따라서, CPU(605)의 온도를 검출하기 위하여, 온도센서(615)가 컨트롤카드(604)의 상면에 배치되어 있다. 온도센서(615)는, CPU(605) 근방의 온도를 검출한다. 팬 제어부와 팬(606a)은 배선(도시하지 않음)에 의하여 접속되어 있고, 팬 제어부는, 검출된 온도에 근거하여, 예컨대 미리 정하여진 임계값과 온도검출치를 비교하여, 팬(606a)을 제어한다. 예컨대, CPU(605)의 근방의 온도가 CPU(605)를 정상 동작시키기 위한 온도로서 충분히 낮은 경우에는, 팬 제어부는, 팬(606a)을 정지시키도록 제어한다. 이로써, 팬의 수명을 향상시킬 수 있다.
하우징체(601) 내의 바닥면 상에는, 직사각형의 상면 형상을 가지는 카드플레이트(613)가 설치되어 있다. 카드플레이트(613)는, 카드플레이트(602)에서 보아 냉각용 배관(608)이 설치된 방향과 반대측의 하우징체(601) 내측면에 근접하여 설치되어 있고, 카드플레이트(613)의 장변방향은, 컨트롤유닛(600)의 단변방향에 일치하고 있다.
카드플레이트(613) 상에는, 대략 직사각형의 상면 형상을 가지는 전원카드(609)가 설치되어 있다. 전원카드(609) 상에는, 2개의 전원IC(전원유닛)(610)가 전원카드의 장변방향을 따라 배열되어 설치되어 있다. 각 전원IC(610)에는, 전원IC를 공냉하기 위한 히트싱크(611)가 설치되어 있다. 또한, 하우징체(601)의 내측면에 접하여 열전도플레이트(614)가 설치되어 있고, 전원IC(610) 및 히트싱크(611)는, 열전도플레이트(614)와 면접촉하고 있다. 이로 인하여, 전원IC(610)에서 발생한 열의 일부를 방열하는 것이 가능해진다.
카드플레이트(613) 상에는, 2개의 팬(606b)이 카드플레이트(613)의 단변방향으로 배열되어 설치되어 있다. 팬(606b)은 모두, 화살표(f2)로 나타나는 방향의 기류를 발생시키는 방향으로 설치되어 있고, 이 기류는, 전원IC(610)를 향한다. 이로써, 전원IC(610)에서 발생한 열에 의하여 가열된 공기를 교반할 수 있으므로, 하우징체 내의 온도구배가 해소된다. 따라서, 국부적인 고온부가 생기는 일이 없어지므로, 고온부에 실장되는 전기부품의 수명을 길게 할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시예에 의한 하이브리드형 건설기계에서는, 컨트롤유닛(600)의 하우징체(601) 내에 팬(606a, 606b)이 설치되어 있으므로, 밀폐구조의 하우징체(601) 내에 기류를 발생시켜서, 하우징체 내의 공기를 교반할 수 있다. 이로써, 하우징체 내의 온도구배가 해소된다. 따라서, 고온에 의한 CPU(605) 등의 전자부품의 이상동작을 방지할 수 있다.
또한, 복수의 CPU가 케이블배선에 의하여 접속되어 있으면, 케이블배선의 손상에 의한 신뢰성의 저하가 염려된다. 그러나, 본 실시예에서는, 하나의 컨트롤카드(604)에 복수의 CPU가 구비되고, 컨트롤카드(604)에 형성된 패턴배선에 의하여 접속되어 있다. 이로써, 배선의 손상이 없어 서보제어유닛(60)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 서보제어유닛(60)이 인버터유닛(63~66), 승강압컨버터유닛(62)과 컨트롤유닛(600)이 일체로 된 구성으로 되어 있지만, 반드시 일체로서 구성할 필요는 없고, 인버터유닛(63~66), 승강압컨버터유닛(62)를 분리한 상태로 컨트롤유닛(600)을 구성하여도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 컨트롤카드(604)와 히트싱크(603) 사이에 복수의 CPU(605)를 설치한 예를 나타냈지만, CPU는 하나라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
상기 서술한 실시예에서는, 상위제어부로서의 CPU(620) 및 하위제어부로서의 CPU(605)가 하나의 컨트롤카드(604)에 탑재되고, 컨트롤카드(604)는 컨트롤유닛(600)의 하우징체(601) 내에 수용되어 있다. 즉, 상기 서술한 실시예에서는, 상위제어부로서의 CPU(620) 및 하위제어부로서의 CPU(605)는 동일 하우징체(601) 내에 수용되어 있지만, 하위제어부로서의 CPU(605)를, 방수 및 방진을 위하여 밀폐구조로 되어 있는 드라이버유닛(62~66)의 각각에 수용하는 것으로 하여도 좋다. 구체적으로는, 예컨대, 배터리(19)의 충방전을 제어하기 위한 승강압컨버터유닛(62) 내에, 하위제어부로서 대응하는 CPU(605)가 설치된다. 또한, 전동발전기(12)의 구동을 제어하는 인버터유닛(63) 내에, 하위제어부로서 대응하는 CPU(605)가 설치된다. 또한, 선회용 전동기(21)의 구동을 제어하는 인버터유닛(64) 내에, 하위제어부로서 대응하는 CPU(605)가 설치된다. 이 경우, 컨트롤카드(604) 상에는 상위제어부로서의 CPU(620)가 탑재될 뿐이며, 하위제어부로서의 CPU(605)는 탑재되지 않는다.
도 12a는, 상위제어부만을 수용한 컨트롤유닛(600)의 평면단면도이다. 도 12b는, 도 12a의 I-I선을 따르는 측단면도이다. 도 12c는, 도 10a의 II-II선을 따르는 측단면도이다.
컨트롤유닛(600) 내의 컨트롤카드(604)에는, 상위제어부로서의 CPU(620)가 탑재되어 있는데, 하위제어부로서의 CPU(605)는 탑재되지 않는다.
팬(606a)은 도 10a에 나타내는 예와 마찬가지로 복수개 배치되어 있고, 컨트롤카드(604)의 전체에 대하여 공기기류가 흐르게 되어 있지만, CPU(620)에 대하여 하나의 팬(606a)만을 설치하는 것으로 하여도 좋다. 그 경우, 온도센서유닛(615)도 하나만 CPU(620)의 근방에 설치된다.
이상과 같이, 상위제어부로서의 CPU(620)와 하위제어부로서의 CPU(605)를 상이한 분위기 속에 배치함으로써, 예컨대, 상위제어부로서의 CPU(620)가 오동작할 분위기(예컨대 고온 분위기)가 되어도, 하위제어부로서의 CPU(605)가 배치된 분위기는 정상인 분위기로 유지할 수 있다. 이로써, 상위제어부로서의 CPU(620)가 오동작하더라도, 하위제어부로서의 CPU(605)가 정상으로 기능하여 리프팅마그넷식 유압쇼벨의 각 부의 제어를 CPU(605)가 대행하여 행할 수 있다.
본 발명은, 구체적으로 개시된 실시예로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위로부터 일탈하지 않고, 다양한 변형이나 변경이 가능하다.
본 출원은 2008년 12월 1일 출원된 우선권주장 일본 특허출원 2008-306731호, 및, 2009년 1월 20일 출원된 우선권주장 일본 특허출원 2009-010257호에 근거하는 것으로, 그 전체 내용은 여기에 원용된다.
본 발명은, 엔진의 구동을 전동기에 의하여 어시스트하는 하이브리드형 건설기계에 적용 가능하다.
1 하부주행체
1A, 1B 주행기구
2 선회기구
3 상부선회체
4 붐
5 암
6 리프팅마그넷
7 붐 실린더
8 암 실린더
9 버킷 실린더
10 캐빈
11 엔진
12 전동발전기
13 감속기
14 메인펌프
15 파일럿펌프
16 고압 유압라인
17 컨트롤밸브
18, 18A, 18B, 20 인버터
19 배터리
21 선회용 전동기
22 리졸버
23 메카니컬 브레이크
24 선회감속기
25 파일럿라인
26 조작장치
26A, 26B 레버
26C 페달
26D 버튼스위치
27 유압라인
28 유압라인
29 압력센서
30 컨트롤러
60 서보제어유닛
62~66 드라이버유닛
100 승강압컨버터
110 DC버스
111 DC버스전압검출부
112 배터리전압검출부
113 배터리전류검출부
210 탱크
220 냉각수펌프
221 펌프용 모터
222 펌프용 인버터
230 라디에이터
240 전원계
300 펌프용 전동기
310 인버터
600 컨트롤유닛
601 하우징체
602 카드플레이트
603 히트싱크
604 컨트롤카드
605, 620 CPU
606a, 606b 팬
607 커넥터
608 냉각용 배관
609 전원카드
610 전원IC
611 히트싱크
612 열전도시트
613 카드플레이트
614 열전도플레이트
615 온도센서유닛

Claims (14)

  1. 내연기관 또는 전동발전기의 구동력으로 발생되는 유압에 의하여 구동되는 유압(油壓)작업요소와, 전동구동되는 전동(電動)작업요소를 포함하는 하이브리드형 건설기계에 있어서,
    상기 유압작업요소 및 상기 전동작업요소의 구동제어를 행하기 위한 제어지령을 생성하는 상위제어부와,
    상기 상위제어부에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여, 상기 유압작업요소 및 상기 전동작업요소의 구동제어를 행하는 하위제어부
    를 포함하고, 상기 하위제어부는, 상기 상위제어부의 이상(異常)을 감시하는, 하이브리드형 건설기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하위제어부는, 하나 또는 복수의 상기 유압작업요소, 및, 하나 또는 복수의 상기 전동작업요소의 각각에 대하여 배치되어 있고,
    상기 하위제어부의 각각은, 상기 상위제어부의 이상을 검출하면, 각각의 제어대상인 상기 유압작업요소 또는 상기 전동작업요소의 구동태양에 따른 이상시(異常時)용의 제어처리를 실행하는, 하이브리드형 건설기계.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상위제어부는, 상기 하위제어부의 각각에 대응한 복수의 상위제어모듈을 포함하는, 하이브리드형 건설기계.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상위제어부는, 상기 상위제어모듈 중 하나로서 하이브리드형 건설기계의 축전계의 제어지령을 생성하는 축전계 상위제어모듈을 포함함과 함께, 상기 하위제어부 중 하나는, 상기 축전계 상위제어모듈에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여 상기 축전계의 구동제어를 행하는 축전계 하위제어부이고,
    상기 축전계 하위제어부는, 상기 축전계 상위제어모듈의 이상을 검출하면, 상기 축전계에 있어서의 충방전제어를 소정시간 경과 후에 정지시키는, 하이브리드형 건설기계.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 상위제어부는, 상기 상위제어모듈 중 하나로서 상기 전동작업요소 중 회전기(回轉機)의 제어지령을 생성하는 회전기 상위제어모듈을 포함함과 함께, 상기 하위제어부 중 하나는, 상기 회전기 상위제어모듈에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여 상기 회전기의 구동제어를 행하는 회전기 하위제어부이고,
    상기 회전기 하위제어부는, 상기 회전기 상위제어모듈의 이상을 검출하면, 상기 회전기의 구동을 정지시키는, 하이브리드형 건설기계.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위제어부는, 상기 상위제어모듈 중 하나로서 상기 전동작업요소 중 리프팅마그넷의 제어지령을 생성하는 리프팅마그넷 상위제어모듈을 포함함과 함께, 상기 하위제어부 중 하나는, 상기 리프팅마그넷 상위제어모듈에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여 상기 리프팅마그넷의 구동제어를 행하는 리프팅마그넷 하위제어부이고,
    상기 리프팅마그넷 하위제어부는, 상기 리프팅마그넷 상위제어모듈의 이상을 검출한 경우에, 상기 리프팅마그넷이 흡인작업 중인 경우는, 상기 리프팅마그넷의 흡인상태를 유지하고, 상기 리프팅마그넷이 흡인작업을 행하지 않고 있는 경우는, 상기 리프팅마그넷의 흡인조작을 금지하는, 하이브리드형 건설기계.
  7. 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위제어부는, 상기 상위제어모듈 중 하나로서 상기 내연기관의 제어지령을 생성하는 내연기관 상위제어모듈을 포함함과 함께, 상기 하위제어부 중 하나는, 상기 내연기관 상위제어모듈에 의하여 생성되는 제어지령에 근거하여 상기 내연기관의 구동제어를 행하는 내연기관 하위제어부이고,
    상기 내연기관 하위제어부는, 상기 내연기관 상위제어모듈의 이상을 검출하면, 상기 내연기관의 구동을 계속하는, 하이브리드형 건설기계.
  8. 청구항 3 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이브리드형 건설기계의 전력계통의 냉각수를 순환시키는 전동냉각펌프의 구동제어를 행하는 냉각계 하위제어부를 더욱 포함함과 함께,
    상기 상위제어부는, 상기 냉각펌프 구동부에 상기 전동냉각펌프의 구동제어를 행하기 위한 제어지령을 생성하는 냉각계 상위제어모듈을 더욱 포함하고,
    상기 냉각계 하위제어부는, 상기 냉각계 상위제어모듈의 이상을 검출하면, 상기 전동냉각펌프의 구동을 계속시키는, 하이브리드형 건설기계.
  9. 청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압작업요소를 구동시키기 위한 유압을 생성하는 유압펌프의 출력을 제어하는 유압펌프출력 하위제어부를 더욱 포함함과 함께,
    상기 상위제어부는, 상기 유압펌프출력 하위제어부에 상기 유압펌프의 출력을 제어하기 위한 제어지령을 생성하는 유압펌프 상위제어모듈을 더욱 포함하고,
    상기 유압펌프출력 하위제어부는, 상기 유압펌프 상위제어모듈의 이상을 검출하면, 상기 유압펌프의 출력을 소정 출력까지 저하시키는, 하이브리드형 건설기계.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동작업요소를 구동하기 위한 인버터유닛을 포함하는 드라이버유닛을 제어하는 컨트롤유닛을 더욱 가지고,
    상기 컨트롤유닛은, 밀폐구조로 이루어지는 하우징체와, 상기 하우징체 내에 설치된 전자부품과, 상기 하우징체 내에 설치되고 상기 하우징체 내의 공기를 교반하기 위한 제1 팬을 구비하는, 하이브리드형 건설기계.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 하우징체 내에 설치된 상기 전자부품은, 드라이버유닛을 제어하기 위한 상기 하위제어부로서 기능하는 CPU를 제어하는 상위제어모듈을 포함하고,
    상기 제1 팬은, 상기 상위제어모듈을 향하는 기류를 발생시키도록 배치되어 있는, 하이브리드형 건설기계.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징체 내에 설치된 상기 전자부품은, 상기 하위제어부로서 기능하는 CPU를 포함하고,
    상기 제1 팬은, 상기 상위제어모듈 및 상기 하위제어부로서 기능하는 CPU를 향하는 기류를 발생시키도록 배치되어 있는, 하이브리드형 건설기계.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 컨트롤유닛은, 상기 CPU 및 상기 상위제어모듈의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더욱 구비하고,
    상기 제1 팬은, 상기 온도센서에 의하여 측정된 온도에 근거하여 제어되는, 하이브리드형 건설기계.
  14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛은,
    상기 전자부품에 전력을 공급하기 위한 전원유닛과,
    상기 전원유닛을 향하는 기류를 발생시키도록 상기 하우징체 내에 설치된 제2 팬
    을 더욱 구비하는, 하이브리드형 건설기계.
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