KR20230017761A - 전동식 건설 기계 - Google Patents

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KR20230017761A
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cooling
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KR1020227032161A
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슈 니시코리
켄스케 카네다
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얀마 홀딩스 주식회사
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Abstract

전동식 건설 기계는 전력에 의해 기체를 구동시키는 구동 시스템과, 구동 시스템을 냉각하기 위한 냉각 매체의 열 교환을 행하는 열 교환 장치와, 열 교환 장치를 냉각하는 공기를 보내는 냉각팬과, 설정된 작동 모드에 따라 냉각팬의 회전을 제어하는 냉각팬 제어부를 구비한다. 상기 동작 모드는 구동 시스템을 구동하는 구동 모드와, 구동 시스템의 구동을 정지시켜서 전력을 축전하는 배터리를 충전하는 충전 모드를 포함한다. 냉각팬 제어부는 충전 모드에 있어서의 냉각팬의 회전수를 구동 시스템의 구동 상태에 대응하는 충전 모드 회전수로 설정한다.

Description

전동식 건설 기계
본 발명은 전동식 건설 기계에 관한 것이다.
종래부터 외부 전원으로부터의 전력에 의해 구동되는 전동 모터를 구비한 전동식 건설 기계가 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는 전동 모터로 구동되어 열 교환 장치를 냉각하는 제 1 냉각팬과는 별도로 제 2 냉각팬을 설치하고, 전동 모터의 정지 시에 제 2 냉각팬을 구동시켜서 제어반을 냉각하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허공개 2014-84569호 공보
그런데 전동식 건설 기계에서는 전동 모터의 구동원으로서 외부 전원 이외에, 예를 들면 충전 가능한 배터리를 사용하는 구성도 생각된다. 배터리를 탑재한 전동식 건설 기계에서는 배터리 또는 외부 전원으로부터 공급되는 전력에 의해 기체를 구동시키는 구동 시스템이 구축된다. 그리고 이와 같은 구동 시스템의 동작 모드로서 구동 시스템을 구동하는 구동 모드 외에 구동 시스템의 구동을 정지시켜서 배터리를 충전하는 충전 모드를 설정할 수 있다.
그러나 충전 모드에 있어서의 냉각팬의 회전 제어에 대해서는 특허문헌 1도 포함해서 아직 제안되어 있지 않다. 특히, 구동 모드로 구동하고 있었던 구동 시스템의 구동 상태(예를 들면, 전동 모터의 구동 시의 부하)를 고려한 충전 모드에서의 냉각팬의 회전 제어에 대해서는 종래 전혀 제안되어 있지 않다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 구동 시스템의 구동 상태를 고려하여 충전 모드에서의 냉각팬의 회전을 적절하게 제어하고, 이것에 의해 구동 시스템의 구동 상태에 따른 효과를 얻을 수 있는 전동식 건설 기계를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일측면에 의한 전동식 건설 기계는 전력에 의해 기체를 구동시키는 구동 시스템과, 상기 구동 시스템을 냉각하기 위한 냉각 매체의 열 교환을 행하는 열 교환 장치와, 상기 열 교환 장치를 냉각하는 공기를 보내는 냉각팬과, 설정된 동작 모드에 따라 상기 냉각팬의 회전을 제어하는 냉각팬 제어부를 구비하고, 상기 동작 모드는 상기 구동 시스템을 구동하는 구동 모드와, 상기 구동 시스템의 구동을 정지시켜서 상기 전력을 축전하는 배터리를 충전하는 충전 모드를 포함하고, 상기 냉각팬 제어부는 상기 충전 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 구동 시스템의 구동 상태에 대응하는 충전 모드 회전수로 설정한다.
(발명의 효과)
상기 구성에 의하면 구동 시스템의 구동 상태에 따른 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 전동식 건설 기계의 일례인 유압 셔블의 개략의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2는 상기 유압 셔블의 기관실의 내부의 개략의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 상기 유압 셔블에 있어서의 냉각수의 순환 경로를 나타내는 설명도이다.
도 4는 상기 유압 셔블에 있어서의 작동유의 순환 경로를 나타내는 설명도이다.
도 5는 상기 유압 셔블의 제어계의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은 상기 냉각수의 온도와 냉각팬의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 작동유의 온도와 상기 냉각팬의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 상기 유압 셔블이 갖는 전동 모터의 회전수와 상기 냉각팬의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 상기 유압 셔블이 갖는 인버터의 출력과 상기 냉각팬의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 상기 냉각수의 온도에 의거하는 상기 냉각팬의 회전 제어에 의한 동작의 흐름을 구동 모드로부터 충전 모드에 걸쳐 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은 상기 냉각수의 온도에 의거하여 제어되는 상기 냉각팬의 회전수의 천이의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는 상기 냉각수의 온도에 의거하여 제어되는 상기 냉각팬의 회전수의 천이의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 13은 상기 냉각수 및 작동유의 온도에 의거하는 상기 냉각팬의 회전 제어에 의한 동작의 흐름을 상기 구동 모드로부터 상기 충전 모드에 걸쳐 나타내는 플로우 차트이다.
도 14는 상기 냉각수의 온도에 의거하여 제어되는 상기 냉각팬의 회전수의 천이의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 15는 상기 냉각수의 온도에 의거하여 제어되는 상기 냉각팬의 회전수의 천이의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시형태에 대해서 도면에 의거하여 설명하면 이하와 같다.
[1. 전동식 건설 기계]
도 1은 본 실시형태의 전동식 건설 기계의 일례인 유압 셔블(1)의 개략의 구성을 나타내는 측면도이다. 또한, 전동식 건설 기계는 유압 셔블(1)에 한정되지 않고, 휠 로더 등의 다른 차량이어도 좋다. 유압 셔블(1)은 하부 주행체(2)와, 작업기(3)와, 상부 선회체(4)를 구비한다.
여기에서 도 1에 있어서 방향을 이하와 같이 정의한다. 우선, 하부 주행체(2)가 직진하는 방향을 전후 방향으로 하고, 그 중 일방측을 「전」으로 하고, 타방측을 「후」로 한다. 도 1에서는 예로서 블레이드(23)에 대해서 주행 모터(22)측을 「전」으로 해서 나타낸다. 또한, 전후 방향에 수직인 횡 방향을 좌우 방향으로 한다. 이때 조종석(41a)에 앉은 오퍼레이터(조종자, 운전수)로부터 보아 좌측을 「좌」로 하고, 우측을 「우」로 한다. 또한, 전후 방향 및 좌우 방향에 수직인 중력 방향을 상하 방향으로 하고, 중력 방향의 상류측을 「상」으로 하고, 하류측을 「하」로 한다.
(하부 주행체)
하부 주행체(2)는 좌우 1쌍의 크롤러(21)와, 좌우 1쌍의 주행 모터(22)를 구비한다. 각 주행 모터(22)는 유압 모터이다. 좌우의 주행 모터(22)가 좌우의 크롤러(21)를 각각 구동함으로써 유압 셔블(1)을 전후진시킬 수 있다. 하부 주행체(2)에는 정지(整地) 작업을 행하기 위한 블레이드(23)와 블레이드 실린더(23a)가 설치된다. 블레이드 실린더(23a)는 블레이드(23)를 상하 방향으로 회동시키는 유압 실린더이다.
(작업기)
작업기(3)는 붐(31), 암(32), 및 버킷(33)을 구비한다. 붐(31), 암(32), 및 버킷(33)을 독립적으로 구동함으로써 토사 등의 굴착 작업을 행할 수 있다.
붐(31)은 붐 실린더(31a)에 의해 회동된다. 붐 실린더(31a)는 기단부가 상부 선회체(4)의 전방부에 지지되고, 신축 가능하게 가동한다. 암(32)은 암 실린더(32a)에 의해 회동된다. 암 실린더(32a)는 기단부가 붐(31)의 선단부에 지지되고, 신축 가능하게 가동한다. 버킷(33)은 버킷 실린더(33a)에 의해 회동된다. 버킷 실린더(33a)는 기단부가 암(32)의 선단부에 지지되고, 신축 가능하게 가동한다. 붐 실린더(31a), 암 실린더(32a), 및 버킷 실린더(33a)는 유압 실린더에 의해 구성된다.
(상부 선회체)
상부 선회체(4)는 하부 주행체(2)에 대해서 선회 베어링(도시하지 않음)을 통해 선회 가능하게 구성된다. 상부 선회체(4)에는 조종부(41), 선회대(42), 선회 모터(43), 기관실(44) 등이 배치된다. 또한, 기관실(44)의 내부의 상세에 대해서는 후술한다. 상부 선회체(4)는 유압 모터인 선회 모터(43)의 구동에 의해 선회 베어링을 통해 선회한다.
상부 선회체(4)에는 복수의 유압 펌프(71)(도 2 참조)가 배치된다. 각 유압 펌프(71)는 기관실(44)의 내부의 전동 모터(63)(도 2 참조)에 의해 구동된다. 각 유압 펌프(71)는 유압 모터(예를 들면, 좌우의 주행 모터(22), 선회 모터(43)) 및 유압 실린더(예를 들면, 블레이드 실린더(23a), 붐 실린더(31a), 암 실린더(32a), 버킷 실린더(33a))에 작업유(압유)를 공급한다. 임의의 유압 펌프(71)로부터 작동유가 공급되어 구동되는 유압 모터 및 유압 실린더를 합쳐서 유압 액추에이터(73)(도 4 참조)라고 부른다.
조종부(41)에는 조종석(41a)이 배치된다. 조종석(41a)의 주위에는 각종 레버(41b)가 배치된다. 오퍼레이터가 조종석(41a)에 착좌해서 레버(41b)를 조작함으로써 유압 액추에이터(73)가 구동된다. 이것에 의해 하부 주행체(2)의 주행, 블레이드(23)에 의한 정지 작업, 작업기(3)에 의한 굴착 작업, 상부 선회체(4)의 선회 등을 행할 수 있다.
상부 선회체(4)에는 도시하지 않은 급전구가 형성된다. 상기 급전구와, 외부 전원인 상용 전원(51)은 급전 케이블(52)을 통해 접속된다. 이것에 의해 상용 전원(51)으로부터 공급되는 전력에 의해 전동 모터(63)를 구동할 수 있다. 또한, 상용 전원(51)으로부터 공급되는 전력을 상부 선회체(4)에 착탈 가능하게 부착되는 배터리(53)(예를 들면, 리튬 이온 배터리)에 공급함으로써 배터리(53)를 충전하는 것도 가능하다.
상부 선회체(4)에는 배터리(53) 외에 후술하는 냉각팬(F)(도 2 참조)을 구동하는 전용의 팬 구동용 전원(54)이 착탈 가능하게 부착된다. 팬 구동용 전원(54)은, 예를 들면 12V의 직류 전압을 출력하는 납 배터리로 구성된다. 배터리(53) 및 팬 구동용 전원(54)(납 배터리)은 장기 사용 또는 수명에 의해 성능이 저하된 경우에는 신품과 교환 가능하다.
또한, 하부 주행체(2), 작업기(3), 및 상부 선회체(4)는 전동 주행 모터, 전동 실린더, 전동 선회 모터 등을 포함해서 구성되어도 좋다. 이 경우 하부 주행체(2), 작업기(3), 및 상부 선회체(4)를 유압 기기를 사용하지 않고, 모두 전력에 의해 구동할 수 있다. 즉, 하부 주행체(2), 작업기(3), 및 상부 선회체(4)를 합쳐서 기체(BA)라고 했을 때 기체(BA)는 전력에 의해서만 구동되어도 좋고(올 전동), 전력과 유압 기기를 병용해서 구동되어도 좋다. 따라서, 본 실시형태의 유압 셔블(1)은 적어도 전력에 의해 구동되는 기체(BA)를 포함하는 구성이다라고 할 수 있다.
[2. 기관실의 내부 구성]
도 2는 기관실(44)의 내부의 개략의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 또한, 도 2에서는 편의적으로 기관실(44)의 상면의 도시를 생략함과 아울러, 유압 펌프(71)를 1개만 도시한다. 기관실(44)의 내부에는 상술한 배터리(53) 및 유압 펌프(71) 외에 인버터(62), 전동 모터(63), 열 교환 장치(HE), 냉각팬(F), 작동유 탱크(74) 등이 설치된다. 작동유 탱크(74)에는 유압 액추에이터(73)를 구동하기 위한 작동유가 수용된다. 또한, 기관실(44)에는 급전기(61)(도 3 참조)도 배치된다.
(급전기, 인버터)
급전기(61)는 상용 전원(51)으로부터 급전 케이블(52)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 인버터(62)는 급전기(61)로부터 출력되는 직류 전압, 또는 배터리(53)로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환해서 전동 모터(63)에 공급한다.
후술하는 구동 모드에서는 인버터(62)로부터 출력되는 교류 전압이 전동 모터(63)에 공급되어 전동 모터(63)가 구동된다. 한편, 후술하는 충전 모드에서는 급전기(61)로부터 출력되는 직류 전압이 배터리(53)에 공급되어 배터리(53)가 충전된다.
(전동 모터)
전동 모터(63)는 상용 전원(51) 및 배터리(53) 중 적어도 일방으로부터 인버터(62)를 통해 공급되는 전력에 의해 구동된다. 전동 모터(63)는, 예를 들면 모터의 회전축이 좌우 방향이 되도록 기관실(44)에 배치되지만 이 배치에는 한정되지 않는다. 상술한 배터리(53)는 전동 모터(63)의 상방에 배치된다. 또한, 배터리(53)의 상방에는 시트 마운트를 통해 조종석(41a)이 배치된다. 또한, 전동 모터(63)와 배터리(53)의 위치 관계도 상기 예에는 한정되지 않는다.
전동 모터(63)의 회전축(출력축)에는 유압 펌프(71)가 접속된다. 유압 펌프(71)에 의해 작동유 탱크(74) 내의 작동유가 유압 밸브(72)(도 4 참조)를 통해 유압 액추에이터(73)에 공급된다.
(열 교환 장치)
열 교환 장치(HE)는 기관실(44) 내에 있어서 전동 모터(63)에 대해서 유압 펌프(71)와는 반대측에 위치한다. 열 교환 장치(HE)는 제 1 열 교환 장치(HE1)와 제 2 열 교환 장치(HE2)를 포함해서 구성된다.
≪제 1 열 교환 장치≫
제 1 열 교환 장치(HE1)는 냉각 매체에 대해서 열 교환을 행하는 라디에이터로 구성된다. 냉각 매체는 전동 모터(63) 등을 지나는 순환 경로 내를 순환함으로써 전동 모터(63) 등을 냉각한다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 냉각 매체로서 물(이하, 「냉각수」라고 부른다)을 사용하고 있지만 물 이외의 매체(예를 들면, 기름)이어도 좋다.
도 3은 냉각수의 순환 경로를 나타내는 설명도이다. 냉각수는 급전기(61), 인버터(62), 전동 모터(63), 제 1 열 교환 장치(HE1), 물탱크(64), 전동수 펌프(65)의 순서대로 순환한다. 제 1 열 교환 장치(HE1)에서는 전동 모터(63)로부터 공급되는 고온의 냉각수를 냉각팬(F)으로부터의 송풍에 의해 열 교환해서 냉각하고, 물탱크(64)로 되돌린다. 냉각수를 순환시킴으로써 전동 모터(63) 등의 기기를 냉각할 수 있다.
상기 급전기(61), 인버터(62), 전동 모터(63), 전동수 펌프(65)는 전력에 의해 기체(BA)(도 1 참조)를 구동시키는 구동 시스템(DS)을 구성한다. 즉, 본 실시형태의 전동식 건설 기계로서의 유압 셔블(1)은 전력에 의해 기체(BA)를 구동시키는 구동 시스템(DS)을 구비한다. 그리고 유압 셔블(1)은 구동 시스템(DS)을 냉각하기 위한 냉각 매체의 열 교환을 행하는 열 교환 장치(HE)(예를 들면, 제 1 열 교환 장치(HE1))를 구비한다.
또한, 본 실시형태에서는 구동 시스템(DS)에 포함되는 급전기(61), 인버터(62), 전동 모터(63)는 모두 수냉이지만 일부는 공냉이어도 좋다. 예를 들면, 전동 모터(63)를 공냉으로 하고, 인버터(62)를 수냉으로 해도 좋다.
≪제 2 열 교환 장치≫
제 2 열 교환 장치(HE2)는 유압 액추에이터(73)의 구동에 사용하는 작동유에 대해서 열 교환을 행하는 오일 쿨러로 구성된다. 작동유도 냉각수와 마찬가지로 유압 셔블(1) 내의 순환 경로를 순환한다.
도 4는 작동유의 순환 경로를 나타내는 설명도이다. 작동유는 유압 펌프(71), 유압 밸브(72), 유압 액추에이터(73), 제 2 열 교환 장치(HE2), 작동유 탱크(74)의 순서대로 순환한다. 제 2 열 교환 장치(HE2)에서는 유압 액추에이터(73)로부터 공급되는 고온의 작동유를 냉각팬(F)으로부터의 송풍에 의해 냉각하고, 작동유 탱크(74)로 되돌린다. 작동유는 고온이 되면 특성(예를 들면, 점도)이 저하되고, 윤활 등의 성능이 저하된다. 따라서, 제 2 열 교환 장치(HE2)에 있어서 작동유를 냉각함으로써 작동유의 성능 저하를 억제할 수 있다.
상기 유압 펌프(71), 유압 밸브(72), 유압 액추에이터(73)는 구동 시스템(DS)을 구성하는 급전기(61), 인버터(62), 전동 모터(63), 전동수 펌프(65)와 병용된다. 따라서, 유압 펌프(71), 유압 밸브(72), 유압 액추에이터(73)도 기체(BA)(도 1 참조)를 구동시키는 상기 구동 시스템(DS)에 포함된다. 즉, 구동 시스템(DS)은 전동 모터(63)와, 전동 모터(63)에 의해 구동되는 유압 펌프(71)와, 유압 펌프(71)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터(73)를 포함한다. 그리고 열 교환 장치(HE)(제 2 열 교환 장치(HE2))가 작동유에 대해서 열 교환을 행한다.
(냉각팬)
냉각팬(F)은 열 교환 장치(HE)에 대해서 전동 모터(63)측에 위치하고, 열 교환 장치(HE)(제 1 열 교환 장치(HE1), 제 2 열 교환 장치(HE2))를 향해 송풍한다. 이와 같은 냉각팬(F)은 상술한 팬 구동용 전원(54)으로부터 공급되는 전력에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 회전팬을 포함한다. 냉각팬(F)에 의해 열 교환 장치(HE)에 블로잉되고, 냉각수 및 작동유와의 열 교환에 의해 데워진 공기는 기관실(44)의 측벽 또는 상면에 형성된 슬릿(도시하지 않음)을 통해 기관실(44)의 외부로 배출된다.
또한, 본 실시형태에서는 1개의 냉각팬(F)이 제 1 열 교환 장치(HE1) 및 제 2 열 교환 장치(HE2)의 양방에 송풍하는 구성으로 하고 있지만 제 1 열 교환 장치(HE1) 및 제 2 열 교환 장치(HE2) 중 어느 일방에 대해서만 송풍하는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 제 1 열 교환 장치(HE1) 및 제 2 열 교환 장치(HE2)가 기관실(44) 내에서 이간되어 배치되는 경우에는 제 1 열 교환 장치(HE1) 및 제 2 열 교환 장치(HE2) 각각에 대응해서 냉각팬(F)을 설치하고, 각 냉각팬(F)으로부터 제 1 열 교환 장치(HE1) 및 제 2 열 교환 장치(HE2) 각각에 대해서 별개로 송풍하는 구성이어도 좋다.
즉, 1개의 냉각팬(F)에 의한 송풍의 대상이 되는 열 교환 장치(HE)는 제 1 열 교환 장치(HE1) 및 제 2 열 교환 장치(HE2)의 양방이어도 좋고, 제 1 열 교환 장치(HE1)만이어도 좋고, 제 2 열 교환 장치(HE2)만이어도 좋다. 이 경우 냉각팬(F)은 냉각수와 작동유 중 적어도 일방에 대해서 열 교환을 행하는 열 교환 장치(HE)를 향해 송풍하는 구성이면 좋다고도 할 수 있다.
즉, 본 실시형태의 전동식 건설 기계로서의 유압 셔블(1)은 열 교환 장치(HE)를 냉각하는 공기를 보내는 냉각팬(F)을 구비한다.
또한, 냉각팬(F)에 의한 냉각 방식에는 흡입 방식과 토출 방식이 있다. 흡입 방식이란 외부로부터 내부로 공기를 흡입하여 열 교환 장치(HE)를 냉각하는 방식이다. 따라서, 흡입 방식에서는 유압 셔블(1)의 외부, 냉각팬(F), 열 교환 장치(HE), 내부, 외부의 순서대로 공기가 흐른다. 이것에 대해서 토출 방식이란 외부로부터 일단 공기를 흡입하고, 내부에서 냉각팬(F)에 의해 열 교환 장치(HE)에 공기를 토출하는 방식이다. 따라서, 토출 방식에서는 유압 셔블(1)의 외부, 내부, 냉각팬(F), 열 교환 장치(HE), 외부의 순서대로 공기가 흐른다. 본 실시형태에서는 냉각팬(F)에 의한 냉각 방식으로서 흡입 방식, 토출 방식 중 어느 것이나 채용할 수 있다.
[3. 제어계의 구성]
도 5는 유압 셔블(1)의 제어계의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 유압 셔블(1)은 상기 구성에 추가하여 동작 모드 선택부(45)와, 제어부(80)와, 파라미터 검출부(90)를 구비한다.
(동작 모드 선택부)
동작 모드 선택부(45)는 도 1의 조종석(41a)의 주위에 형성되고, 전동 모터(63)의 동작 모드를 선택하기 위해 오퍼레이터에 의해 조작된다. 이 동작 모드 선택부(45)는, 예를 들면 키, 압압 버튼, 레버, 터치 패널 표시 장치 등을 포함해서 구성된다. 키의 회동, 압압 버튼의 온/오프, 레버 조작, 터치 패널에 의한 지시 입력 등에 의해 전동 모터(63)의 동작 모드의 설정 및 스위칭을 행할 수 있다.
여기에서 전동 모터(63)의 동작 모드로서는 구동 모드와 충전 모드가 있다. 구동 모드는 배터리(53)만으로부터의 전력 공급, 또는 상용 전원(51) 및 배터리(53)의 양방으로부터의 전력 공급에 의해 전동 모터(63)를 구동해서 구동 시스템(DS)을 구동하는 동작 모드이다. 구동 모드에서는 전동 모터(63)의 구동에 의해 유압 펌프(71)를 구동해서 작동유를 유압 액추에이터(73)에 공급한다. 이것에 의해 유압 액추에이터(73)를 구동할 수 있다.
한편, 충전 모드는 구동 시스템(DS)의 구동을 정지시켜서 전력을 축전하는 배터리(53)를 충전하는 동작 모드이다. 충전 모드에서는 상용 전원(51)으로부터 급전기(61)를 통해 배터리(53)에 전력이 공급된다. 이것에 의해 배터리(53)가 충전된다.
이와 같이 상기 동작 모드는 구동 시스템(DS)을 구동하는 구동 모드와, 구동 시스템(DS)의 구동을 정지시켜서 전력을 축전하는 배터리(53)를 충전하는 충전 모드를 포함한다.
(제어부)
제어부(80)는 ECU(Electronic Control Unit)라고 불리는 전자 제어 유닛으로 구성된다. 제어부(80)는 주제어부(80a)와, 냉각팬 제어부(80b)와, 기억부(80c)를 포함한다. 주제어부(80a) 및 냉각팬 제어부(80b)는, 예를 들면 공통의 CPU(Central Processing Unit: 중앙 연산 처리 장치)로 구성되지만 별개의 CPU로 구성되어도 좋다.
주제어부(80a)는 유압 셔블(1)에 있어서 냉각팬(F) 이외의 각 부의 동작을 제어한다. 냉각팬 제어부(82)는 구동 시스템(DS)의 동작 모드에 따라 냉각팬(F)의 회전을 제어한다. 즉, 유압 셔블(1)은 (동작 모드 선택부(45)에 의해)설정된 동작 모드에 따라 냉각팬(F)의 회전을 제어하는 냉각팬 제어부(82)를 구비한다. 또한, 냉각팬 제어부(82)에 의한 냉각팬(F)의 회전 제어의 상세에 대해서는 후술한다. 냉각팬 제어부(82)는 냉각팬(F)을 회전시키는 구동 신호를 냉각팬(F)에 보내는 구동 회로를 포함한다.
기억부(80c)는 주제어부(80a) 및 냉각팬 제어부(80b)의 동작 프로그램 외, 후술하는 테이블 등의 각종 정보를 기억하는 메모리이다. 이와 같은 기억부(80c)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등을 포함해서 구성된다.
(파라미터 검출부)
파라미터 검출부(90)는 구동 시스템(DS)의 구동 상태에 따라 변화하는 파라미터를 검출한다. 상기 파라미터로서는 냉각수의 온도, 작동유의 온도, 전동 모터(63)의 회전수 등이 있다. 이들 파라미터를 검출하기 위해 파라미터 검출부(90)는 냉각수 온도 센서(90a)와, 작동유 온도 센서(90b)와, 전동 모터 회전수 검출 센서(90c)를 포함해서 구성된다.
냉각수 온도 센서(90a)는 냉각수의 온도를 검출하는 센서이다. 냉각수 온도 센서(90a)는, 예를 들면 급전기(61)의 입구에 설치되지만 도 3에서 나타낸 냉각수의 순환 경로 내에서 냉각수의 온도를 검출할 수 있는 위치에 설치되면 좋고, 설치 위치는 급전기(61)의 입구에는 한정되지 않는다.
작동유 온도 센서(90b)는 작동유의 온도를 검출하는 센서이다. 작동유 온도 센서(90b)는, 예를 들면 작동유 탱크(74)의 내부에 설치되지만 도 4에서 나타낸 순환 경로 내에서 작동유의 온도를 검출할 수 있는 위치에 설치되면 좋고, 설치 위치는 작동유 탱크(74)의 내부에는 한정되지 않는다.
냉각수 온도 센서(90a) 및 작동유 온도 센서(90b)는, 예를 들면 서미스터로 구성되지만 다른 센서(예를 들면, 열전대, 측온 저항체 등)로 구성되어도 좋다.
전동 모터 회전수 검출 센서(90c)는 전동 모터(63)의 회전수 그 자체를 검출하는 센서이다. 전동 모터 회전수 검출 센서(90c)는 리졸버, 인코더, 홀 소자 등을 사용해서 구성된다. 냉각팬 제어부(80b)는 전동 모터 회전수 검출 센서(90c)에 의해 검출된 값을 기초로 냉각팬(F)의 회전수를 연산하고, CAN(Controller Area Network) 통신 신호로서 출력하지만 이 구성에는 한정되지 않는다.
또한, 상술한 인버터(62)는 내부에 센서(62a)를 갖고 있으며, 센서(62a)에서 검출된 전압 및 전류로부터 전력을 연산해서 출력한다. 인버터(62)가 출력하는 전력도 구동 시스템(DS)의 구동 상태에 따라 변화하는 파라미터를 구성한다.
여기에서, 예를 들면 전동 모터(63)의 회전수가 증대함에 따라 전동 모터(63)의 발열량이 증대함과 아울러, 전동 모터(63)를 동력원으로 하는 유압 액추에이터(73)의 발열량이 증대한다. 이 때문에 전동 모터(63)로부터의 열의 전달에 의해 냉각수의 온도가 상승함과 아울러, 유압 액추에이터(73)로부터의 열의 전달에 의해 작동유의 온도가 상승한다. 또한, 전동 모터(63)의 회전수가 증대할 때 전동 모터(63)에 전력을 공급하는 인버터(62)의 출력도 당연히 증대한다.
따라서, 파라미터 검출부(90)가 파라미터로서 냉각수의 온도, 작동유의 온도, 또는 전동 모터(63)의 회전수를 검출함으로써 또는 인버터(62)가 출력 전력을 연산해서 구함으로써 냉각팬 제어부(80b)는 상기 파라미터에 의거하여 구동 시스템(DS)(예를 들면, 전동 모터(63))의 구동 상태(저부하/고부하, 구동중/정지 상태)를 판단할 수 있다.
또한, 상기와 같이 냉각수의 온도, 작동유의 온도, 전동 모터(63)의 회전수, 인버터(62)의 출력은 구동 시스템(DS)(예를 들면, 전동 모터(63))의 발열 상태에 따라 변화한다. 따라서, 구동 시스템(DS)의 구동 상태는 구동 시스템(DS)의 발열 상태에 의해 변화하는 파라미터(냉각수의 온도, 작동유의 온도, 전동 모터(63)의 회전수, 인버터(62)의 출력)에 의해 검출된다고 할 수 있다.
[4. 냉각팬의 회전 제어에 대해서]
본 실시형태에서는 상술한 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드, 충전 모드 각각에 있어서 상기 파라미터에 의거하여 냉각팬(F)의 회전을 제어한다. 이하, 각각의 동작 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전 제어에 대해서 설명한다.
<A. 구동 모드에서의 냉각팬의 회전 제어>
동작 모드 선택부(45)에 의해 구동 시스템(DS)(예를 들면, 전동 모터(63))의 동작 모드로서 구동 모드가 선택되면 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수(C)를 구동 모드에서 검출되는 파라미터(예를 들면, 냉각수의 온도, 작동유의 온도, 전동 모터(63)의 회전수, 인버터(62)의 출력 중 어느 1개)에 의거하여 제어한다. 보다 상세하게는 이하와 같다.
(A-1. 냉각수의 온도에 의거하는 냉각팬의 회전 제어)
도 6은 냉각수의 온도(D)(℃)와, 그 냉각수의 온도(D)에 대해서 구동 모드에서 제어해야 하는(목표가 되는) 냉각팬(F)의 회전수(C)(rpm: revolutions per minute, 1rpm=1/60s- 1)의 관계를 나타내는 그래프이다. 냉각수의 온도(D)와, 목표가 되는 냉각팬(F)의 회전수(C)는 거의 선형의 관계에 있다. 본 실시형태에서는 제어부(80)의 기억부(80c)에 도 6에서 나타낸 관계가 테이블의 상태로 미리 기억되어 있다.
구동 모드에서는 냉각팬 제어부(80b)는 냉각수 온도 센서(90a)에 의해 검출된 냉각수의 온도(D)로부터 냉각팬(F)의 회전수(C)를 도 6의 테이블에 의거하여 구하고, 구한 회전수(C)로 냉각팬(F)을 회전시킨다. 예를 들면, 구동 모드에 있어서 냉각수 온도 센서(90a)가 냉각수의 온도(D1)(℃)를 검출하면 냉각팬 제어부(80b)는 도 6의 테이블로부터 온도(D1)와 대응하는 냉각팬(F)의 회전수(C11)(rpm)를 구하고, 구한 회전수(C11)로 냉각팬(F)을 회전시킨다. 또한, 예를 들면 구동 모드에 있어서 냉각수 온도 센서(90a)가 냉각수의 온도(D2)(℃)(>D1)를 검출하면 냉각팬 제어부(80b)는 도 6의 테이블로부터 온도(D2)와 대응하는 냉각팬(F)의 회전수(C12)(rpm)(>C11)를 구하고, 구한 회전수(C12)로 냉각팬(F)을 회전시킨다.
(A-2. 작동유의 온도에 의거하는 냉각팬의 회전 제어)
도 7은 작동유의 온도(G)(℃)와, 그 작동유의 온도(G)에 대해서 구동 모드에서 제어해야 하는 냉각팬(F)의 회전수(C)의 관계를 나타내는 그래프이다. 작동유의 온도(G)와, 목표가 되는 냉각팬(F)의 회전수(C)는 거의 선형의 관계에 있다. 본 실시형태에서는 제어부(80)의 기억부(80c)에 도 7에서 나타낸 관계가 테이블의 상태로 미리 기억되어 있다.
구동 모드에서는 냉각팬 제어부(80b)는 작동유 온도 센서(90b)에 의해 검출된 작동유의 온도(G)로부터 제어해야 하는 냉각팬(F)의 회전수(C)를 도 7의 테이블에 의거하여 구하고, 구한 회전수(C)로 냉각팬(F)을 회전시킨다. 예를 들면, 구동 모드에 있어서 작동유 온도 센서(90b)가 작동유의 온도(G1)(℃)를 검출하면 냉각팬 제어부(80b)는 도 7의 테이블로부터 온도(G1)와 대응하는 냉각팬(F)의 회전수(C21)(rpm)를 구하고, 구한 회전수(C21)로 냉각팬(F)을 회전시킨다. 또한, 예를 들면 구동 모드에 있어서 작동유 온도 센서(90b)가 작동유의 온도(G2)(℃)(>G1)를 검출하면 냉각팬 제어부(80b)는 도 7의 테이블로부터 온도(G2)와 대응하는 냉각팬(F)의 회전수(C22)(rpm)(>C21)를 구하고, 구한 회전수(C22)로 냉각팬(F)을 회전시킨다.
(A-3. 전동 모터의 회전수에 의거하는 냉각팬의 회전 제어)
도 8은 전동 모터의 회전수(M)(rpm)와, 그 회전수(M)에 대해서 구동 모드에서 제어해야 하는 냉각팬(F)의 회전수(C)의 관계를 나타내는 그래프이다. 전동 모터의 회전수(M)와, 목표가 되는 냉각팬(F)의 회전수(C)는 거의 선형의 관계에 있다. 본 실시형태에서는 제어부(80)의 기억부(80c)에 도 8에서 나타낸 관계가 테이블의 상태로 미리 기억되어 있다.
구동 모드에서는 냉각팬 제어부(80b)는 전동 모터 회전수 검출 센서(90c)에 의해 검출된 전동 모터(63)의 회전수(M)로부터 냉각팬(F)의 회전수(C)를 도 8의 테이블에 의거하여 구하고, 구한 회전수(C)로 냉각팬(F)을 회전시킨다. 예를 들면, 구동 모드에 있어서 전동 모터 회전수 검출 센서(90c)가 전동 모터(63)의 회전수(M1)(rpm)를 검출하면 냉각팬 제어부(80b)는 도 8의 테이블로부터 회전수(M1)와 대응하는 냉각팬(F)의 회전수(C31)(rpm)를 구하고, 구한 회전수(C31)로 냉각팬(F)을 회전시킨다.
(A-4. 인버터의 출력에 의거하는 냉각팬의 회전 제어)
도 9는 인버터(62)의 출력(P)(W)과, 그 출력(P)에 대해서 구동 모드에서 제어해야 하는 냉각팬(F)의 회전수(C)의 관계를 나타내는 그래프이다. 인버터(62)의 출력(P)과, 목표가 되는 냉각팬(F)의 회전수(C)는 거의 선형의 관계에 있다. 본 실시형태에서는 제어부(80)의 기억부(80c)에 도 9에서 나타낸 관계가 테이블의 상태로 미리 기억되어 있다.
구동 모드에서는 냉각팬 제어부(80b)는 인버터(62)의 출력(P)으로부터 냉각팬(F)의 회전수(C)를 도 9의 테이블에 의거하여 구하고, 구한 회전수(C)로 냉각팬(F)을 회전시킨다. 예를 들면, 구동 모드에 있어서 인버터(62)가 출력(P1)(W)을 검출하면 냉각팬 제어부(80b)는 도 9의 테이블로부터 출력(P)과 대응하는 냉각팬(F)의 회전수(C41)(rpm)를 구하고, 구한 회전수(C41)로 냉각팬(F)을 회전시킨다.
냉각팬 제어부(80b)는 상술한 4개의 파라미터(냉각수의 온도(D), 작동유의 온도(G), 전동 모터(63)의 회전수(M), 인버터(62)의 출력(P)) 중 어느 1개를 선택하고, 선택한 1개의 파라미터에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어할 수 있다.
이와 같이 구동 모드에서는 냉각팬 제어부(80b)가 구동 시스템(DS)(예를 들면, 전동 모터(63))의 발열 상태에 따라 변화하는 파라미터에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어한다. 이것에 의해 구동 모드에서는 구동 시스템(DS)의 구동 상태에 따른 냉각팬(F)의 회전 제어를 실현할 수 있다. 즉, 구동 모드에서는 전동 모터(63)의 구동 상태에 따라 냉각팬(F)의 회전수(C)를 변화시키고, 회전수(C)에 과부족을 발생시키는 일 없이 냉각팬(F)을 회전시킬 수 있다. 따라서, 냉각팬(F)의 회전 부족에 의한 열 교환 장치(HE)에서의 냉각수의 냉각 부족 또는 작동유의 냉각 부족의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 전동 모터(63)의 발열에 기인하는 고장의 발생 및 작동유의 고온에 의한 성능 저하를 억제하면서 냉각팬(F)을 필요 최소한의 회전수(C)로 회전시킴으로써 소비 전력을 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
특히, 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수(C)를 파라미터로서의 냉각 매체의 온도에 의거하여 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각 매체는, 예를 들면 냉각수이지만 기름이어도 좋은 것은 상술한 바와 같다.
전동 모터(63)의 회전수(M) 및 인버터(62)의 출력(P)은 단시간에 급격히 변화할 수 있지만 냉각 매체의 온도(예를 들면, 냉각수의 온도(D))는 전동 모터(63)의 구동 상태에 따라 매끄럽게 변화하고, 단시간에 급격히 변화하지 않는다. 따라서, 구동 모드에 있어서 냉각 매체의 온도에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어함으로써 냉각팬(F)의 회전 제어가 비교적 용이해진다.
이상에서는 구동 모드에 있어서 냉각팬 제어부(80b)가 복수의 파라미터 중 어느 1개에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어하는 예에 대해서 설명했지만 복수의 파라미터를 조합해서 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어해도 좋다. 예를 들면, 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수(C)를 파라미터로서의 냉각 매체(예를 들면, 냉각수)의 온도(D)와 작동유의 온도(G)의 양방에 의거하여 제어해도 좋다. 이 경우 냉각수 및 작동유의 양방을 충분히 냉각하는 효과가 얻어지는 냉각팬(F)의 회전수(C)를 설정하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 구동 모드에 있어서 냉각수 온도 센서(90a)에 의해 검출된 냉각수의 온도가 D1이며, 작동유 온도 센서(90b)에 의해 검출된 작동유의 온도가 G1이다라고 한다. 그리고 온도(D1)에 따른 회전수(C11)가 작동유의 온도(G1)에 따른 회전수(C21)보다 높다고 한다. 이때 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수(C)를 냉각 매체의 온도(예를 들면, D1)에 따른 회전수(C11)와, 작동유의 온도(예를 들면, G1)에 따른 회전수(예를 들면, C21) 중 보다 높은 쪽(예를 들면, C11)으로 제어한다.
이 경우 회전수(C11)에서의 냉각팬(F)의 회전에 의해 냉각수의 냉각 효과와 작동유의 냉각 효과를 둘 다 얻을 수 있다. 특히, 작동유에 대해서는 냉각에 필요한 회전수(C21)보다 높은 회전수(C11)로 냉각팬(F)이 회전하기 때문에 냉각 효과가 보다 촉진되지만 소비 전력의 저감 효과보다 작동유의 냉각 효과(작동유의 고온에 의한 성능 저하의 억제 효과)를 우선하는 경우에는 이와 같은 냉각팬(F)의 회전 제어가 매우 유효해진다.
<B. 충전 모드에서의 냉각팬의 회전 제어>
이어서, 충전 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전 제어에 대해서 설명한다. 여기에서는 구동 모드로부터 충전 모드로의 동작 모드의 이행도 포함시켜 설명한다.
(B-1. 냉각수의 온도에 의거하는 회전 제어)
도 10은 냉각수의 온도(D)에 의거하는 냉각팬(F)의 회전 제어에 의한 동작의 흐름을 구동 모드로부터 충전 모드에 걸쳐 나타내는 플로우 차트이다. 전동 모터(63)의 구동이 개시되면(S1) 구동 모드에 있어서, 예를 들면 냉각수의 온도(D)에 의거하는 냉각팬(F)의 회전 제어가 행해진다. 이것에 의해 전동 모터(63)의 구동 상태에 따른 회전수로 냉각팬(F)이 회전한다(S2). 동작 모드 선택부(45)에 의해 충전 모드가 선택되지 않으면(S3에서 No) S2에서의 냉각팬(F)의 회전 제어가 계속 행해진다.
전동 모터(63)의 구동 개시로부터 소정 시간(예를 들면, t11(min))이 경과하고, 동작 모드 선택부(45)에 의해 충전 모드가 선택되면(S3에서 Yes) 전동 모터(63)의 구동이 정지되어 충전 모드에 들어간다. 그리고 파라미터 검출부(90)(예를 들면, 냉각수 온도 센서(90a))는 구동 모드와 마찬가지로 냉각수의 온도(D)를 검출한다(S4). 또한, 충전 모드에서의 냉각수의 온도(D)의 검출 타이밍은 충전 모드에 들어간 직후이어도 좋고, 충전 모드에 들어가고 나서 소정 시간(예를 들면, 수초) 경과한 타이밍이어도 좋다.
그리고 냉각팬 제어부(80b)는 냉각수 온도 센서(90a)에 의해 검출된 냉각수의 온도(D)가 소정 역치(냉각수용 역치(Dth)(℃)) 이하인지의 여부를 판단한다(S5).
예를 들면, 충전 모드에서 검출된 냉각수의 온도가 D1이며, 도 6에 나타내는 바와 같이 온도(D1)가 냉각수용 역치(Dth) 이하일 경우(S5에서 Yes) 냉각팬 제어부(80b)는 냉각팬(F)의 회전수(C)를 구동 모드에서 제어하고 있었던 회전수(예를 들면, 온도(D1)에 대응하는 회전수(C11))보다 낮은 회전수(예를 들면, C13(rpm))로 설정하고, 회전수(C13)로 냉각팬(F)을 회전시킨다(S6). 즉, 냉각팬 제어부(80b)는 (파라미터 검출부(90)에서 검출된)파라미터가 역치 이하일 경우 구동 모드에서의 냉각팬(F)의 회전수(구동 모드에서의 상기 파라미터의 값에 대응하는 회전수)보다 낮은 회전수를 충전 모드 회전수로서 설정한다. 또한, 충전 모드 회전수란 충전 모드에서의 냉각팬(F)의 회전수를 의미한다(이하, 마찬가지로 한다).
냉각수의 온도(D1)가 냉각수용 역치(Dth) 이하의 저온이면 냉각팬 제어부(80b)는 충전 모드에 들어가기 전의 구동 모드에 있어서 전동 모터(63)가 비교적 저부하로 구동되었다고 판단할 수 있다. 전동 모터(63)가 저부하로 구동되면 전동 모터(63)의 발열량이 적기 때문에 충전 모드에 있어서 냉각팬(F)의 회전수를 저하시켜도 전동 모터(63)의 발열에 기인하는 고장은 발생하기 어렵다고 생각된다. 따라서, 이 경우 냉각팬 제어부(80b)는 냉각팬(F)의 회전수를 구동 모드로부터 변경할 수 있다고 판단한다. 이와 같은 판단에 의거하여 충전 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수를 구동 모드보다 저하시킴으로써 냉각팬(F)의 회전에 의해 소비되는 전력을 저감할 수 있다.
한편, 충전 모드에서 검출된 냉각수의 온도가, 예를 들면 D2이며, 이 온도(D2)가 냉각수용 역치(Dth)를 초과하고 있을 경우(S5에서 No) 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에서 제어하고 있었던 회전수(예를 들면, 온도(D2)에 대응하는 회전수(C12))와 동일한 회전수로 냉각팬(F)을 회전시킨다(S7). 즉, 냉각팬 제어부(80b)는 (파라미터 검출부(90)에서 검출된)파라미터가 역치를 초과하고 있을 경우 구동 모드에서의 냉각팬(F)의 회전수를 충전 모드 회전수로서 설정한다. 바꿔 말하면 냉각팬 제어부(80b)는 상기 파라미터가 역치를 초과하고 있을 경우 충전 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수를 구동 모드에서의 (상기 파라미터의 값에 대응하는)냉각팬의 회전수로 유지한다.
냉각수의 온도(D2)가 냉각수용 역치(Dth)를 초과하는 고온이면 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에 있어서 전동 모터(63)가 고부하로 구동되었다고 판단할 수 있다. 전동 모터(63)가 고부하로 구동되면 전동 모터(63)의 발열에 기인하는 고장이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이 경우 냉각팬 제어부(80b)는 냉각팬(F)의 회전수를 구동 모드로부터 변경해서는 안되다고 판단하고, 이와 같은 판단에 의거하여 충전 모드에서는 구동 모드와 동일한 회전수로 냉각팬(F)을 회전시킨다.
이것에 의해 충전 모드에서는 구동 모드와 마찬가지의 냉각팬(F)의 송풍 세기가 확보되고, 열 교환 장치(HE)에서의 냉각수에 대한 열 교환이 촉진된다. 따라서, 충전 모드에 있어서 냉각수에 대한 냉각 효과를 높일 수 있다. 그 결과, 구동 모드에서 발생한 열에 기인하여 전동 모터(63)가 고장 나는 사태를 저감할 수 있고, 기기의 안전을 확보할 수 있다.
또한, 냉각수의 순환 경로에는 전동 모터(63) 외에 급전기(61) 및 인버터(62)도 존재한다(도 3 참조). 급전기(61) 및 인버터(62)는 전동 모터(63)와 마찬가지로 전력에 의해 발열한다. 특히, 인버터(62)에 대해서는 전동 모터(63)와 마찬가지로 작업 부하가 커짐에 따라 발열 온도가 높아진다. 따라서, 상술한 바와 같이 냉각수의 냉각 효과를 높이는 것은 급전기(61) 및 인버터(62)의 발열에 기인하는 고장의 저감에도 연결된다.
또한, 열 교환 장치(HE)가 제 2 열 교환 장치(HE2)를 포함하는 구성에서는 냉각팬(F)의 송풍 세기를 확보함으로써 작동유의 열 교환도 촉진된다. 이것에 의해 충전 모드에 있어서 작동유에 대한 냉각 효과를 높이고, 작동유의 고온에 의한 성능 저하를 억제할 수도 있다.
전동 모터(63)의 구동 개시로부터 소정 시간(예를 들면, t21(min))이 경과한 시점에서 배터리(53)의 충전이 완료되고, 충전 모드가 종료되면(S8) 냉각팬 제어부(80b)는 냉각팬(F)의 회전을 정지시키고(S9), 냉각팬(F)의 회전 제어를 종료한다. 결과적으로, S6의 회전 제어를 행한 경우 냉각팬(F)의 회전수(C)의 천이는 도 11에 나타내는 바와 같아진다. 한편, S7의 회전 제어를 행한 경우 냉각팬(F)의 회전수(C)의 천이는 도 12에 나타내는 바와 같아진다(회전수의 변화 없음).
이상과 같이 냉각팬 제어부(80b)는 충전 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수를 구동 시스템(DS)의(구동 모드에서의) 구동 상태에 대응하는 충전 모드 회전수로 설정한다(S6, S7).
이것에 의해 구동 시스템(DS)의 구동 상태에 따른 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 구동 시스템(DS)(전동 모터(63))이 구동 모드에 있어서 고부하로 구동된 경우에는 냉각팬(F)의 충전 모드 회전수를 구동 모드에서의 회전수와 동등하게 설정하고, 구동 모드에서 발생한 열에 기인하는 구동 시스템(DS)의 고장을 저감할 수 있다. 한편, 구동 시스템(DS)이 구동 모드에 있어서 저부하로 구동된 경우에는, 예를 들면 냉각팬(F)의 충전 모드 회전수를 구동 모드에서의 회전수보다 낮은 회전수로 설정해서 소비 전력을 저감할 수 있다.
특히, S6에서는 충전 모드 회전수는 구동 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수보다 작다. 이 때문에 구동 시스템(DS)이 저부하로 구동된 경우에 대해서는 소비 전력의 저감 효과를 얻을 수 있다.
또한, 충전 모드에 있어서 파라미터(예를 들면, 냉각수의 온도)가 역치 이하일 경우에는 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에서의 냉각팬(F)의 회전수보다 낮은 회전수를 충전 모드 회전수로서 설정한다(S6). 이것에 의해 냉각팬(F)의 회전에 의해 소비되는 전력을 저감할 수 있다.
한편, 충전 모드에 있어서 파라미터가 역치를 초과하고 있을 경우 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에서의 냉각팬(F)의 회전수를 충전 모드 회전수로서 설정한다(S7). 이 경우 충전 모드에서는 열 교환 장치(HE)에 대해서 강한 송풍이 유지되고, 냉각수에 대한 열 교환이 촉진된다. 이것에 의해 냉각수의 냉각 효과를 높이고, 기기의 고장의 저감 효과 또는 작동유의 성능 저하의 억제 효과를 얻을 수 있다.
또한, 냉각팬 제어부(80b)는 충전 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전수를 파라미터로서의 냉각 매체의 온도(예를 들면, 냉각수의 온도(D))에 의거하여 제어한다(S5~S7).
구동 모드에서의 냉각팬(F)의 회전 제어에 있어서도 설명한 바와 같이 냉각 매체의 온도는 전동 모터(63)의 구동 상태에 따라 매끄럽게 변화하고, 단시간에 급격히 변화하지 않는다. 충전 모드에 있어서도 마찬가지이며, 냉각 매체의 온도는 전동 모터(63)의 정지 후 매끄럽게 변화(예를 들면, 저하)한다. 이 때문에 충전 모드에서는 냉각 매체의 온도에 의거하여 냉각팬(61)의 회전수를 제어함으로써 그 제어가 용이해진다.
(B-2. 냉각수의 온도 및 작동유의 온도에 의거하는 회전 제어)
상술한 충전 모드에서의 냉각팬(F)의 회전 제어는 파라미터로서 냉각수의 온도(D)에 추가하여 작동유의 온도(G)를 사용해서 행해도 좋다.
도 13은 냉각수의 온도 및 작동유의 온도(G)에 의거하는 냉각팬(F)의 회전 제어에 의한 동작의 흐름을 구동 모드로부터 충전 모드에 걸쳐 나타내는 플로우 차트이다. 도 13에서는 S5에서 No 이후의 처리가 도 10과는 약간 상이하다. 이하, 도 10과 상이한 점에 대해서 설명한다.
S5에 의해 No, 즉 충전 모드에서 검출된 냉각수의 온도가, 예를 들면 D2이며, 이 온도(D2)가 냉각수용 역치(Dth)를 초과하고 있을 경우 냉각팬 제어부(80b)는 작동유 온도 센서(90b)에 의해 검출된 작동유의 온도(G)가 소정 역치(작동유용 역치(Gth)(℃)) 이하인지의 여부를 판단한다(S5-1).
예를 들면, 충전 모드에서 검출된 작동유의 온도가 G1이며, 도 7에 나타내는 바와 같이 온도(G1)가 작동유용 역치(Gth) 이하일 경우(S5-1에서 Yes) 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에서 제어하고 있었던 회전수(예를 들면, 냉각수의 온도에 따른 회전수(예를 들면, 냉각수의 온도(D2)에 대응하는 회전수(C12))와 동일한 회전수로 냉각팬(F)을 회전시키고(S7-1), 그 후 도 10과 마찬가지로 S8로 이행한다. 또한, S7-1의 처리는 도 10의 S7과 실질적으로 동일하다.
한편, 예를 들면 충전 모드에서 검출된 작동유의 온도가 G2이며, 온도(G2)가 작동유용 역치(Gth)를 초과하고 있을 경우(S5-1에서 No) 냉각팬 제어부(80b)는 구동 모드에서 제어하고 있었던 회전수(예를 들면, 온도(G2)에 대응하는 회전수(C22))와 동일한 회전수로 냉각팬(F)을 회전시키고(S7-2), 그 후 도 10과 마찬가지로 S8로 이행한다. 즉, 도 7-2에서는 냉각팬 제어부(80b)는 파라미터로서의 작동유의 온도(G2)가 역치로서의 작동유용 역치(Gth)를 초과하고 있을 경우 구동 모드에서의 작동유의 온도(G2)에 따른 냉각팬(F)의 회전수(C22)를 충전 모드 회전수로서 설정한다. 즉, 냉각팬 제어부(80b)는 냉각팬(F)의 회전수를 구동 모드에서의 작동유의 온도(예를 들면, G2)에 따른 회전수(예를 들면, C22)로 유지한다.
작동유는 고온이 되면 성능이 저하되는 것이 우려된다. 충전 모드에 있어서 작동유의 온도가 작동유용 역치(Gth)를 초과하고 있을 경우에 냉각팬(F)의 회전수를 구동 모드에서의 작동유의 온도에 따른 회전수로 유지함으로써 작동유의 냉각 효과를 높이고, 작동유의 고온에 의한 성능 저하를 억제할 수 있다.
또한, 충전 모드에서는 전동 모터(63)의 구동이 정지되어 전동 모터(63)의 회전수(M) 및 인버터(62)의 출력(P)이 제로가 된다. 이 때문에 충전 모드에서는 구동 모드에서 행한 바와 같은 전동 모터(63)의 회전수(M) 또는 인버터(62)의 출력(P)에 의거하는 냉각팬(F)의 회전 제어는 행해지지 않는다.
또한, 이상에서는 충전 모드에 있어서의 냉각팬(F)의 회전 제어로서 구동 모드에서의 회전 제어에서 사용한 파라미터와 동일한 파라미터(예를 들면, 냉각수의 온도(D), 작동유의 온도(G))에 의거하는 냉각팬(F)의 회전 제어에 대해서 설명했지만 구동 모드와 충전 모드에서 상이한 파라미터에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어해도 좋다. 예를 들면, 구동 모드에서는 전동 모터(63)의 회전수(M)에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어하고, 충전 모드에서는 냉각수의 온도(D)에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어해도 좋다.
또한, 이상에서는 충전 모드에 있어서 냉각팬 제어부(80b)가 냉각팬(F)의 회전수를 일정한 값으로 제어하는 예에 대해서 설명했지만 냉각팬(F)의 회전수를 충전 모드의 기간에서 단계적 또는 연속적으로 변화시켜도 좋다. 예를 들면, 도 14에 나타내는 바와 같이 충전 모드에 있어서 배터리(53)의 충전이 완료되기 전에 냉각수의 온도가 충분히 저하된 경우에는 그 시점(예를 들면, 전동 모터(63)의 구동 개시로부터 소정 시간(예를 들면, t15(min))이 경과한 시점)에서 냉각팬(F)의 회전을 완전히 정지하거나, 도 15에 나타내는 바와 같이 냉각팬(F)의 회전수를 단계적으로 감소시켜도 좋다. 이들의 경우 냉각팬(F)의 회전 정지에 의한 소비 전력의 저감 효과를 도 11 및 도 12의 제어에 비해 더 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 충전 모드의 종료 시점에서 냉각팬(F)의 회전을 정지시키고 있지만 단시간에 배터리(53)의 충전이 완료되고, 충전 모드가 조기에 종료되는 경우에 있어서 냉각수 등의 냉각 효과가 불충분하다고 생각되는 경우에는 충전 모드가 종료되어도 소정 시간 동안은 냉각팬(F)의 회전을 계속하고, 상기 소정 시간의 경과 후에 냉각팬(F)의 회전을 정지시키도록 해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 냉각팬 제어부(80b)가 파라미터 검출부(90)에 의해 검출된 파라미터와, 미리 설정한 테이블에 의거하여 냉각팬(F)의 회전수를 제어하는 예에 대해서 설명했지만 냉각팬(F)의 회전 제어는 이 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 냉각팬 제어부(80b)는 파라미터 검출부(90)에 의해 실제로 검출된 파라미터의 값(검출값)이 목표값에 근접하도록 피드백 제어(예를 들면, PID 제어)를 행하면서 냉각팬(F)의 회전수를 제어해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 도 6 등에 의거하는 냉각팬(F)의 회전 제어에 있어서 냉각수의 온도(D) 등과 냉각팬(F)의 회전수(C)를 1 대 1로 대응시켜 냉각팬(F)의 회전수(C)를 제어하고 있지만 반드시 1 대 1 대응으로 제어할 필요는 없다. 예를 들면, 냉각수의 소정 온도 범위(복수의 온도)에 대해서 냉각팬(F)의 회전수(C)를 1개 할당하고, 냉각수의 소정 온도 범위 내의 온도에 대해서는 공통의 회전수(C)로 냉각팬(F)을 회전시키는 제어를 행해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 도 6 등의 관계를 나타내는 테이블을 제어부(80)의 기억부(80c)(도 5 참조)에 기억시키는 예에 대해서 설명했지만 상기 테이블은 유압 셔블(1) 내에서 제어부(80)와는 상이한 메모리에 기억되어도 좋다. 또한, 상기 테이블은 유압 셔블(1)의 외부의 서버(예를 들면, 클라우드 서버)에 기억되고, 냉각팬 제어부(80b)가 상기 서버와 통신함으로써 파라미터에 따른 냉각팬(F)의 회전수의 정보를 취득하고, 취득한 회전수로 냉각팬(F)을 회전시키는 제어를 행해도 좋다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만 본 발명의 범위는 이것에 한정되는 것은 아니고, 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 확장 또는 변경해서 실시할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면 배터리로 구동되는 전동 모터를 갖는 유압 셔블 등의 전동식 건설 기계에 이용 가능하다.
1; 유압 셔블(전동식 건설 기계) 53: 배터리
63: 전동 모터 71: 유압 펌프
73: 유압 액추에이터 80b: 냉각팬 제어부
90: 파라미터 검출부 BA: 기체
DS: 구동 시스템 F: 냉각팬
HE: 열 교환 장치

Claims (10)

  1. 전력에 의해 기체를 구동시키는 구동 시스템과,
    상기 구동 시스템을 냉각하기 위한 냉각 매체의 열 교환을 행하는 열 교환 장치와,
    상기 열 교환 장치를 냉각하는 공기를 보내는 냉각팬과,
    설정된 동작 모드에 따라 상기 냉각팬의 회전을 제어하는 냉각팬 제어부를 구비하고,
    상기 동작 모드는,
    상기 구동 시스템을 구동하는 구동 모드와,
    상기 구동 시스템의 구동을 정지시켜서 상기 전력을 축전하는 배터리를 충전하는 충전 모드를 포함하고,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 충전 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 구동 시스템의 구동 상태에 대응하는 충전 모드 회전수로 설정하는 전동식 건설 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 모드 회전수는 상기 구동 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수보다 작은 전동식 건설 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 상태는 상기 구동 시스템의 발열 상태에 따라 변화하는 파라미터에 의해 검출되고,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 파라미터가 역치를 초과하고 있을 경우 상기 구동 모드에서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 충전 모드 회전수로서 설정하는 전동식 건설 기계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 파라미터가 역치 이하일 경우 상기 구동 모드에서의 상기 냉각팬의 회전수보다 낮은 회전수를 상기 충전 모드 회전수로서 설정하는 전동식 건설 기계.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 충전 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 파라미터로서의 상기 냉각 매체의 온도에 의거하여 제어하는 전동식 건설 기계.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은,
    전동 모터와,
    상기 전동 모터에 의해 구동되는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터를 포함하고,
    상기 열 교환 장치가 상기 작동유에 대해서 열 교환을 행하고,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 파라미터로서의 상기 작동유의 온도가 상기 역치로서의 작동유용 역치를 초과하고 있을 경우, 상기 구동 모드에서의 상기 작동유의 온도에 따른 상기 냉각팬의 회전수를 상기 충전 모드 회전수로서 설정하는 전동식 건설 기계.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 구동 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 파라미터에 의거하여 제어하는 전동식 건설 기계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 구동 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 파라미터로서의 상기 냉각 매체의 온도에 의거하여 제어하는 전동식 건설 기계.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 구동 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 파라미터로서의 상기 냉각 매체의 온도와 상기 작동유의 온도의 양방에 의거하여 제어하는 전동식 건설 기계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각팬 제어부는 상기 구동 모드에 있어서의 상기 냉각팬의 회전수를 상기 냉각 매체의 온도에 따른 회전수와 상기 작동유의 온도에 따른 회전수 중 보다 높은 쪽으로 제어하는 전동식 건설 기계.
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