WO2011135691A1 - ハイブリッド建設機械の制御装置 - Google Patents

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中村　和人
耕才 山本
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ナブテスコ株式会社
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    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a hybrid construction machine that is driven by fluid pressure and electric power.
  • an engine drives a hydraulic pump, and a boom and the like included in the construction equipment are driven by the hydraulic pump, and the engine drives a generator.
  • the AC power generated by the generator Some have a boom or the like, and turn a turning body of a construction machine.
  • Patent Document 1 An example of such a control device for a hybrid construction machine is disclosed in Patent Document 1.
  • An object of the present invention is to provide a control device for a hybrid construction machine that is small in size, low in cost, high in reliability, and capable of driving an electric motor immediately after the engine is started.
  • the hybrid construction machine control device includes a generator. This generator is connected to the engine and generates AC power.
  • the AC power is preferably multiphase power composed of a plurality of phases.
  • the engine also drives a hydraulic pump as will be described later.
  • a first power converter is connected to the generator.
  • the first power converter is, for example, a converter.
  • a second power converter is connected to the first power converter, and the second power converter controls the power of the swing electric motor.
  • the second power converter is, for example, an inverter.
  • the first and second power converters are composed of a plurality of switch element groups arranged between each power supply line of the generator and the swing electric motor.
  • These switching element groups directly convert AC power of the generator into AC power that can be input to the swing electric motor, and control the rotation of the swing electric motor.
  • the AC power of the generator supplied to the first power converter is multiphase power, for example, three-phase power
  • the AC power input from the second power converter to the swivel electric motor is also multiphase power, For example, three-phase power.
  • These switching elements are controlled by control means for the first and second power converters.
  • the AC power of the generator is converted into AC power that can be directly input to the swing electric motor by the first and second power converters, so there is no need to use a smoothing capacitor. It can be downsized. Moreover, since no smoothing capacitor is used, there is no need to wait for the smoothing capacitor to be charged, and when the engine is started, the turning electric motor is driven immediately to turn the construction machine body. it can.
  • the engine can also drive a hydraulic pump.
  • the generator is configured to be drivable as an electric motor. This electric motor assists the power when the engine drives the hydraulic pump.
  • the AC power regenerated from the swing electric motor is directly converted into AC power for driving the generator by the switching element groups of the first and second power converters, and the generator is driven.
  • the switching element group can transmit power in both directions.
  • the generator can be driven by regenerative electric power from the turning electric motor. Since AC power regenerated from the swing electric motor can be directly converted into AC power for driving the generator, efficiency can be improved.
  • the surplus AC power is supplied to a capacitor provided between the first and second power converters. It can be charged.
  • the insufficient power can be compensated from the capacitor. If comprised in this way, even if the regenerative electric power from a turning electric motor is insufficient from the electric power required in order to drive a generator, a generator can be driven in a predetermined state.
  • the generator when the generator is in an assist mode for assisting power when driving the hydraulic pump with the engine, when the swing electric motor regenerates AC power, the regenerated AC power is prioritized. And can be supplied to the generator.
  • a smoothing capacitor is not required to drive the swing electric motor
  • the hybrid construction machine can be reduced in size, and the swing electric motor included in the hybrid construction machine can be reduced. It can be driven immediately after the engine is started.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram of the indirect matrix converter used with the hybrid construction machine of FIG.
  • the hybrid construction machine of one aspect of the present invention has an engine 2 as shown in FIG.
  • the engine 2 drives a hydraulic pump 4 and a generator 5.
  • the hydraulic pump 4 functions as a drive source for a plurality of actuators of the hybrid construction machine, for example, an arm cylinder 6, a boom cylinder 8, a bucket cylinder 10, a traveling hydraulic motor (L) 12, and a traveling hydraulic motor (R) 14.
  • the arm driven by the arm cylinder 6, the boom driven by the boom cylinder 8, and the bucket driven by the bucket cylinder 10 are attached to the upper swing body of the hybrid construction machine.
  • the traveling hydraulic motor (L) 12 and the traveling hydraulic motor (R) 14 drive the left and right crawlers of the traveling body provided with the upper swing body so as to be capable of turning.
  • an electric motor for example, a three-phase electric motor 18 is coupled to the upper turning body via the turning mechanism 16.
  • the above-described generator 5 is coupled to the engine 2.
  • the generator 5 is, for example, a three-phase AC generator that generates three-phase AC power, and can also operate as a three-phase motor.
  • the hydraulic pump 4 is driven together with the engine 2.
  • AC power generated by the generator 5 is supplied to the indirect matrix converter 22, converted in frequency and voltage, and supplied to the three-phase motor 18.
  • the indirect matrix converter 22 is controlled by the control unit 24.
  • the output voltage of the generator 20 is detected by the voltage detector 26, and the output current of the indirect matrix converter 22 is detected by the current detector 28. Detection results in the voltage detection unit 26 and the current detection unit 28 are supplied to the control unit 24.
  • the indirect matrix converter 22 includes a first power converter, for example, a converter 30, and a second power converter, for example, an inverter 32.
  • the converter 30 has three-phase AC power input terminals 34r, 34s and 34t, and further has two intermediate DC output terminals 36p and 36n.
  • a switching element such as a bidirectional switching circuit 38 is connected between the power input terminal 34r and the intermediate DC output terminal 36p.
  • the bidirectional switching circuit 38 has an IGBT 40 whose collector is connected to the power supply input terminal 34r and an IGBT 42 whose collector is also connected to the intermediate DC output terminal 36p, and the emitters of these IGBTs 40 and 42 are connected to each other.
  • Diodes 44 and 46 are connected in antiparallel between the collectors and emitters of the IGBTs 40 and 42.
  • Switching circuits 48 and 50 are connected between the power input terminals 34s and 34t and the intermediate DC output terminal 36p, respectively. Similarly to the switching circuit 38, the bidirectional switching circuits 48 and 50 are also composed of two IGBTs 52, 54, 56 and 58 and antiparallel diodes 60, 62, 64 and 66.
  • bidirectional switching circuits 68, 70, 72 are connected between the power input terminals 34r, 34s, 34t and the intermediate DC output terminal 36n.
  • These bidirectional switching circuits 68, 70, 72 are also constituted by two IGBTs 74, 76, 78, 80, 82, 84, respectively, and two diodes 86, 88, 90, 92, 94, 96, respectively.
  • the converter 30 is constituted by 12 IGBTs and 12 diodes.
  • the converter 30 generates an intermediate DC voltage between the intermediate DC output terminals 36p and 36n.
  • the inverter 32 has an intermediate DC input terminal 100p connected to the intermediate DC output terminal 36p via the intermediate DC power supply line 98p, and the intermediate DC input connected to the intermediate DC output terminal 36n via the intermediate DC power supply line 98n. It also has a terminal 100n and further has AC output terminals 102u, 102v, 102w connected to each phase of the three-phase motor 18.
  • a semiconductor switching element for example, an IGBT 104 is connected between the intermediate DC input terminal 100p and the AC output terminal 102u.
  • the collector of the IGBT 104 is positioned on the intermediate DC input terminal 100p side, and the emitter is positioned on the AC output terminal 102u.
  • a diode 108 is connected in antiparallel between the collector and emitter of the IGBT 104.
  • IGBTs 108 and 110 are connected between the intermediate DC input terminal 100p and the AC output terminals 102v and 102w, respectively.
  • Diodes 112 and 114 are connected to these IGBTs 108 and 110 in antiparallel.
  • IGBTs 116, 118, 120 are also connected between the AC output terminals 102u, 102v, 102w and the intermediate DC input terminal 100n.
  • the IGBTs 116, 118, and 120 have their collectors positioned on the AC output terminals 102u, 102v, and 102w side, and their emitters positioned on the intermediate DC input terminal 100n side.
  • Diodes 122, 124, and 126 are connected in antiparallel between the collectors and emitters of the IGBTs 116, 118, and 120, respectively.
  • the inverter 32 is configured by six IGBTs.
  • a charge / discharge circuit 128 is provided between the intermediate DC power supply lines 98p and 98n.
  • the charging / discharging circuit 128 has an IGBT 130, and the collector of the IGBT 130 is connected to the intermediate DC power supply line 98p.
  • the emitter of the IGBT 130 is connected to the intermediate DC power supply line 98n through a series circuit of a resistor 132 and a charge / discharge capacitor 134.
  • a capacitor for example, EDLC (electric double layer capacitor), LiC (lithium ion capacitor), or the like can be used.
  • An IGBT 136 is connected in parallel with the series circuit of the resistor 132 and the charge / discharge capacitor 134.
  • the collector is located on the resistor 132 side, and the emitter is located on the intermediate DC power supply line 98n side. Between the collectors and emitters of the IGBTs 130 and 136, diodes 138 and 140 are connected in antiparallel.
  • Each IGBT of the converter 30 and the inverter 32 is controlled by the control unit 24 shown in FIG. 1 and supplies AC power having a desired frequency and a desired voltage to the three-phase generator 18.
  • the three-phase AC power is directly converted into desired AC power by the converter 30 and the inverter 32, that is, after the AC power is converted into DC power by the converter and the smoothing capacitor, the DC power is converted into the DC power. Since a method of converting to desired AC power by the inverter is not employed, it is not necessary to provide a large capacitor for smoothing between the intermediate DC power supply lines 98p and 98n. Therefore, the indirect matrix converter 22 can be reduced in size, and a hybrid construction machine using the indirect matrix converter 22 can also be reduced in size. In addition, since it is not necessary to wait for the smoothing capacitor to be sufficiently charged after the engine 2 is started, the three-phase motor 18 can be started quickly.
  • the control unit 24 supplies AC power having a desired frequency and a desired voltage to the three-phase motor 18 in order to turn the upper swing body based on a command (not shown) from the operator of the hybrid construction machine.
  • the indirect matrix converter 22 is controlled.
  • the control unit 24 preferentially supplies the electric power from the generator 5 to the turning electric motor. That is, the control unit 24 performs three-phase for turning based on a command from the operator, a magnetic pole position sensor (not shown) of the three-phase motor 18, a detection result of the voltage detection unit 26 and / or the current detection unit 28.
  • the capacitor 134 When it is determined that the required electric power is insufficient in the electric motor 18, the capacitor 134 is discharged and the electric power of the capacitor 134 is added to the electric power supplied to the three-phase electric motor 18. Further, the control unit 24 generates surplus in the power supplied to the three-phase motor 18 based on the operator's command, the magnetic pole position sensor of the three-phase motor 18, the detection result of the voltage detection unit 26 and / or the current detection unit 28. Then, when it is determined, the surplus power is charged in the capacitor 134.
  • diodes 106, 112, 114, 122 to 126 are provided in antiparallel with the IGBTs 104 to 110 and 116 to 120.
  • the converter 30 includes bidirectional switch circuits 38, 48, 50, 68 to 72, respectively. Since they are configured, by controlling these with the control unit 24, the regenerative control of the three-phase motor 18 can be performed, and AC power can be generated at the power input terminals 34r, 34s, and 34t.
  • the assist mode it is possible to set the assist mode to assist the power when the engine 2 drives the hydraulic pump 4.
  • AC power generated by regeneration from the indirect matrix converter 22 is supplied to the generator 5 to operate the generator 5 as a three-phase motor. This can assist the engine 2 in driving the hydraulic pump 4.
  • the IGBT 130 of the charging / discharging circuit 128 is made conductive and charged with the surplus electric power.
  • the discharging capacitor 134 is charged.
  • the IGBT 136 is made conductive when the charging / discharging capacitor 134 is discharged in order to prevent the charging / discharging capacitor 134 from being overcharged.
  • the charging / discharging capacitor 134 is charged in advance, the regenerative power generated based on the regeneration of the three-phase motor 18 is less than the power to be borne to drive the generator 5 as a motor. Can be discharged through the diode 138 to supplement the regenerative power based on the regeneration of the three-phase motor 18.
  • the charging / discharging capacitor 134 is charged only when surplus power is generated, and is discharged only when the regenerative power is insufficient. Therefore, the charging / discharging capacitor 134 is not charged / discharged frequently, and loss due to charging / discharging occurs. Less is.
  • control part 24 is based on the instruction
  • the generator 5 is operable as an electric motor.
  • an electric motor for auxiliary driving of the hydraulic pump 4 is provided separately, and this electric motor is driven by regenerative electric power from the indirect matrix converter 22. It can also be configured.
  • an electric motor and a hydraulic pump are provided for each arm cylinder 6, boom cylinder 8, bucket cylinder 10, traveling hydraulic motor (L) 12, and traveling hydraulic motor (R) 14, and the power distribution to each electric motor is adjusted. Also good.

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Abstract

【課題】　ハイブリッド建設機械を小型化すると共に、その旋回電気モータをエンジンの起動後直ちに駆動する。 【解決手段】　エンジン２に接続された発電機５が交流電力を発生する。発電機５にコンバータ５が接続され、旋回電気モータ１８への電力を制御するインバータ３２がコンバータ５に接続されている。コンバータ３０及びインバータ３２が、発電機５の電源ライン３４ｒ、３４ｓ、３４ｔと、旋回電気モータ１８との間に配置されたＩＧＢＴからなり、これらＩＧＢＴによって発電機５の交流電力を旋回電気モータ１８に投入可能な交流電力に直接に変換する。

Description

ハイブリッド建設機械の制御装置
　本発明は、流体圧力と電力とによって駆動される、ハイブリッド建設機械の制御装置に関する。
　ハイブリッド建設機械の制御装置には、エンジンが油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプによって建設機器が備えるブーム等が駆動されると共に、エンジンが発電機を駆動し、この発電機が発生した交流電力によって、ブーム等が設けられている、建設機械の旋回体を旋回させるものがある。このようなハイブリッド建設機械の制御装置の一例が特許文献1に開示されている。
　特許文献１の技術では、発電機が発生した交流電力が、コンバータによって整流され、平滑用のキャパシタによって平滑されて直流電力とされる。この直流電力をインバータが交流電力に変換して、旋回体を旋回させるための旋回電気モータに供給している。
特開２００８－８８６６０号公報
　特許文献１に開示した技術では、発電機が発生した交流電力を一旦直流電力に変換する必要がある。そのため大容量の平滑用のコンデンサが必要であり、制御装置が大型になる。また大容量平滑コンデンサには一般に電解コンデンサが使用されるが、電解コンデンサは電解液を用いるため、それの容量値の経時変化が大きい。特に建設機械がさらされる温度下や振動下では、耐寿命性に大きな問題がある。一方、エンジンを起動してから、旋回電気モータを回転させることを可能にするには、コンバータによって整流された直流電力によって、平滑用のコンデンサを初期充電するための回路が必要であり、制御装置の寸法やコストが増大するほか、エンジン起動後直ちに建設機械を旋回させることができなかった。
　本発明は、小型、低コストで信頼性が高く、かつエンジンの起動後でも直ちに電気モータを駆動することが可能なハイブリッド建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様のハイブリッド建設機械の制御装置は、発電機を有している。この発電機は、エンジンに接続され、交流電力を発生する。交流電力は、複数の相からなる多相電力であることが望ましい。なお、エンジンは、後述するように油圧ポンプも駆動する。前記発電機に第１電力変換器が接続されている。第１電力変換器は、例えばコンバータである。第１電力変換器に第２電力変換器が接続され、この第２電力変換器は旋回電気モータの電力を制御する。第２電力変換器は、例えばインバータである。第１及び第２の電力変換器は、前記発電機の各電源ラインと、前記旋回電気モータとの間に配置された複数のスイッチ素子群からなる。これらスイッチング素子群が前記発電機の交流電力を前記旋回電気モータに投入可能な交流電力に直接に変換し、前記旋回電気モータを回転制御する。第１の電力変換器に供給される発電機の交流電力は、多相電力、例えば三相電力であり、第２の電力変換器から前記旋回電気モータに投入される交流電力も多相電力、例えば三相電力である。これらスイッチング素子は、第１及び第２の電力変換器用の制御手段によって制御される。
　このように構成すると、発電機の交流電力を第１及び第２の電力変換器によって直接に旋回電気モータに投入可能な交流電力に変換しているので、平滑用のコンデンサを用いる必要が無く、小型化することができる。しかも、平滑用のコンデンサを使用していないので、平滑用のコンデンサが充電されるのを待つ必要が無く、エンジンを起動すると、直ちに旋回電気モータを駆動して、建設機械本体を旋回させることができる。
　前記エンジンは、油圧ポンプも駆動するものにすることができる。この場合、前記発電機は、電気モータとしても駆動可能に構成され手いる。この電気モータは、前記エンジンが前記油圧ポンプを駆動するときの動力を補助する。前記旋回電気モータから回生された交流電力を、第１及び第２の電力変換器の前記スイッチング素子群で、前記発電機を駆動する交流電力に直接に変換し、前記発電機を駆動する。スイッチング素子群は、双方向に電力を伝送可能なものとすることができる。
　このように構成すると、旋回電気モータからの回生電力によって発電機を駆動することができる。旋回電気モータから回生された交流電力を、発電機を駆動する交流電力に直接に変換できるので、効率を向上させることができる。
　さらに、前記旋回電気モータから回生された交流電力が、前記発電機で必要とする交流電力よりも多いとき、その余剰交流電力を、第１及び第２の電力変換器の間に設けた蓄電器に蓄電することができる。
　従来のもののように発電機からの交流電力を整流して平滑するために蓄電器を設けた場合、蓄電器において充放電による損失が発生する。しかし、上記のように構成した場合、余剰電力が発生した場合にのみ蓄電器は充電されるので、損失の発生が少なく、ハイブリッド建設機械の効率が向上するし、また蓄電器の寿命が延びる。
　さらに、前記旋回電気モータから回生される交流電力が、前記発電機において必要とされる交流電力よりも不足するとき、その不足電力を前記蓄電器から補うようにすることもできる。このように構成すると、旋回電気モータからの回生電力が発電機を駆動するために必要な電力よりも不足していても、発電機を所定の状態で駆動することができる。
　さらに、前記発電機が、前記エンジンで前記油圧ポンプを駆動するときの動力を補助するアシストモードのとき、前記旋回電気モータが交流電力を回生した場合には、この回生された交流電力を優先して、前記発電機に供給することができる。
　このように構成すると、アシストモードのとき、油圧ポンプが一定の動力で駆動されるので、油圧ポンプの吐出量が変動せず、油圧ポンプで駆動されるアークアクチュエータ等への影響を防止できる。また、蓄電器の充放電は行われないので、蓄電器の充放電損失を減少させることができ、効率を向上させることができる。
　以上のように、本発明によれば、旋回電気モータを駆動するために平滑用のコンデンサが不要であり、ハイブリッド建設機械を小型化することができる上に、ハイブリッド建設機械が有する旋回電気モータをエンジンの起動後直ちに駆動させることができる。
本発明の１実施形態のハイブリッド建設機械のブロック図である。 図１のハイブリッド建設機械で使用するインダイレクトマトリクスコンバータの回路図である。
　本発明の一態様のハイブリッド建設機械は、図１に示すように、エンジン２を有している。このエンジン２は、油圧ポンプ４及び発電機５を駆動する。この油圧ポンプ４は、ハイブリッド建設機械の複数のアクチュエータ、例えばアームシリンダ６、ブームシリンダ８、バケットシリンダ１０、走行油圧モータ（Ｌ）１２、走行油圧モータ（Ｒ）１４の駆動源として機能する。
　アームシリンダ６が駆動するアーム、ブームシリンダ８が駆動するブーム、バケットシリンダ１０が駆動するバケットは、ハイブリッド建設機械の上部旋回体に取り付けられている。この上部旋回体を旋回可能に設けている走行体の左右のクローラを、走行油圧モータ（Ｌ）１２、走行油圧モータ（Ｒ）１４が駆動する。
　上部旋回体を旋回させるために、上部旋回体に旋回機構１６を介して電気モータ、例えば三相電動機１８が結合されている。三相電動機１８を回転させるための電力を得るために、エンジン２に上述した発電機５が結合されている。発電機５は、例えば三相交流電力を発生する三相交流発電機で、また、三相電動機としても動作可能である。発電機５が、三相電動機として動作する場合には、エンジン２と共に油圧ポンプ４を駆動する。
　発電機５が発生した交流電力は、インダイレクトマトリクスコンバータ２２に供給されて、周波数及び電圧が変換されて、三相電動機１８に供給される。インダイレクトマトリクスコンバータ２２は、制御部２４によって制御される。この制御に使用するために、発電機２０の出力電圧が電圧検出部２６によって検出され、またインダイレクトマトリクスコンバータ２２の出力電流が電流検出部２８によって検出されている。電圧検出部２６、電流検出部２８における検出結果が、制御部２４に供給される。
　インダイレクトマトリクスコンバータ２２は、図２に示すように、第１の電力変換器、例えばコンバータ３０と、第２の電力変換器、例えばインバータ３２とを有している。
　コンバータ３０は、三相交流電源入力端子３４ｒ、３４ｓ、３４ｔを有し、さらに２つの中間直流出力端子３６ｐ、３６ｎを有している。電源入力端子３４ｒと中間直流出力端子３６ｐとの間に、スイッチング素子、例えば双方向スイッチング回路３８が接続されている。双方向スイッチング回路３８では、コレクタが電源入力端子３４ｒに接続されたＩＧＢＴ４０と、同じくコレクタが中間直流出力端子３６ｐに接続されたＩＧＢＴ４２とを有し、これらＩＧＢＴ４０、４２のエミッタ同士が接続されている。これらＩＧＢＴ４０、４２のコレクタ・エミッタ間に逆並列にダイオード４４、４６が接続されている。ＩＧＢＴ４０が導通しているとき、電源入力端子３４ｒからの電流がＩＧＢＴ４０、ダイオード４６を経て中間直流出力端子３６ｐに流れる。また、ＩＧＢＴ４２が導通しているとき、中間直流出力端子３６ｐからの電流がＩＧＢＴ４２、ダイオード４４を介して電源入力端子３４ｒに流れる。
　スイッチング回路４８、５０が電源入力端子３４ｓ、３４ｔと中間直流出力端子３６ｐとの間に、それぞれ接続されている。双方向スイッチング回路４８、５０も、スイッチング回路３８と同様に２つのＩＧＢＴ５２、５４、５６、５８と逆並列ダイオード６０、６２、６４、６６とから構成されている。
　同様に、電源入力端子３４ｒ、３４ｓ、３４ｔと、中間直流出力端子３６ｎとの間に、双方向スイッチング回路６８、７０、７２が接続されている。これら双方向スイッチング回路６８、７０、７２も、それぞれ２つのＩＧＢＴ７４、７６、７８、８０、８２、８４とそれぞれ２つのダイオード８６、８８、９０、９２、９４、９６とによって構成されている。
　このようにコンバータ３０は、１２個のＩＧＢＴと、１２個のダイオードとによって構成されている。このコンバータ３０により、中間直流出力端子３６ｐ、３６ｎの間には、中間直流電圧が生成される。
　インバータ３２は、中間直流出力端子３６ｐに中間直流電源ライン９８ｐを介して接続された中間直流入力端子１００ｐを有し、中間直流出力端子３６ｎに中間直流電源ライン９８ｎを介して接続された中間直流入力端子１００ｎも有し、さらに三相電動機１８の各相に接続された交流出力端子１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗを有している。
　中間直流入力端子１００ｐと交流出力端子１０２ｕとの間に半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ１０４が接続されている。ＩＧＢＴ１０４のコレクタが中間直流入力端子１００ｐ側に、エミッタが交流出力端子１０２ｕに位置している。ＩＧＢＴ１０４のコレクタ・エミッタ間に逆並列にダイオード１０８が接続されている。同様に、中間直流入力端子１００ｐと交流出力端子１０２ｖ、１０２ｗとの間に、それぞれＩＧＢＴ１０８、１１０が接続されている。これらＩＧＢＴ１０８、１１０には逆並列にダイオード１１２、１１４が接続されている。
　同様に、交流出力端子１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗと中間直流入力端子１００ｎとの間にもＩＧＢＴ１１６、１１８、１２０が接続されている。ＩＧＢＴ１１６、１１８、１２０は、それらのコレクタが交流出力端子１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ側に位置し、それらのエミッタが中間直流入力端子１００ｎ側に位置している。これらＩＧＢＴ１１６、１１８、１２０のコレクタ・エミッタ間に逆並列にダイオード１２２、１２４、１２６が接続されている。このようにインバータ３２は、６個のＩＧＢＴによって構成されている。
　中間直流電源ライン９８ｐ、９８ｎ間には、充放電回路１２８が設けられている。この充放電回路１２８は、ＩＧＢＴ１３０を有し、このＩＧＢＴ１３０のコレクタが中間直流電源ライン９８ｐに接続されている。このＩＧＢＴ１３０のエミッタは、抵抗器１３２及び充放電キャパシタ１３４の直列回路を介して中間直流電源ライン９８ｎに接続されている。充放電キャパシタ１３４としては、蓄電器、例えばＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ）やＬｉＣ（リチウムイオンキャパシタ）などを使用することができる。抵抗器１３２及び充放電キャパシタ１３４の直列回路と並列に、ＩＧＢＴ１３６が接続されている。ＩＧＢＴ１３６では、コレクタが抵抗器１３２側に位置し、エミッタが中間直流電源ライン９８ｎ側に位置している。ＩＧＢＴ１３０、１３６のコレクタ・エミッタ間には、逆並列にダイオード１３８、１４０が接続されている。
　これらコンバータ３０及びインバータ３２の各ＩＧＢＴは、図１に示す制御部２４によって制御され、三相発電機１８に所望の周波数及び所望の電圧を持つ交流電力を供給する。特に、三相交流電力を、コンバータ３０及びインバータ３２によって直接に所望の交流電力に変換しているので、即ち、コンバータと平滑用キャパシタとで交流電力を直流電力に変換した後に、この直流電力をインバータで所望の交流電力に変換する手法を採用していないので、中間直流電源ライン９８ｐ、９８ｎ間に平滑用の大容量のキャパシタを設ける必要がない。従って、インダイレクトマトリクスコンバータ２２を小型化することができ、これを使用したハイブリッド建設機械も小型することができる。しかも、エンジン２を起動させた後、平滑用キャパシタが充分に充電される時間を待つ必要がないので、速やかに三相電動機１８を起動することができる。
　ハイブリッド建機の操縦者からの指令（図示しない。）に基づき、上部旋回体を旋回させるため、制御部２４は、三相電動機１８に所望の周波数及び所望の電圧を持つ交流電力を供給するようにインダイレクトマトリクスコンバータ２２を制御する。このとき、制御部２４は、発電機５からの電力を優先して旋回電動機に供給する。すなわち、制御部２４は、操縦者からの指令、三相電動機１８の磁極位置センサ（図示しない。）、電圧検出部２６および／または電流検出部２８の検出結果に基づき、旋回のために三相電動機１８で必要電力が不足すると判断したとき、キャパシタ１３４から放電させて、キャパシタ１３４の電力を、三相電動機１８に供給される電力に加える。また、制御部２４は、操縦者の指令、三相電動機１８の磁極位置センサ、電圧検出部２６および／または電流検出部２８の検出結果に基づき、三相電動機１８に供給する電力に余剰が発生すると判断したとき、この余剰電力をキャパシタ１３４に充電する。
　また、コンバータ３２では、各ＩＧＢＴ１０４乃至１１０、１１６乃至１２０に逆並列にダイオード１０６、１１２、１１４、１２２乃至１２６が設けられ、コンバータ３０はそれぞれ双方向スイッチ回路３８、４８、５０、６８乃至７２によって構成されているので、これらを制御部２４で制御することによって、三相電動機１８の回生制御を行い、電源入力端子３４ｒ、３４ｓ、３４ｔに交流電力を発生することができる。
　エンジン２で油圧ポンプ４を駆動するときの動力を補助するアシストモードに設定することが可能である。このアシストモードのとき、インダイレクトマトリクスコンバータ２２からの回生による交流電力が発電機５に供給され、発電機５を三相電動機として動作させる。これによって、エンジン２が油圧ポンプ４を駆動することを補助することができる。この回生される電力が、発電機５を電動機として駆動することによってエンジン２を補助するために必要とする電力よりも多い場合には、充放電回路１２８のＩＧＢＴ１３０を導通させ、その余剰電力で充放電用のキャパシタ１３４を充電する。なお、ＩＧＢＴ１３６は、充放電用のキャパシタ１３４が過充電となることを防止するために、充放電用のキャパシタ１３４を放電させる際に導通させられる。
　充放電用のキャパシタ１３４を充電しておくと、三相電動機１８の回生に基づいて発生させた回生電力が、発電機５を電動機として駆動するために負担すべき電力よりも少ない場合、キャパシタ１３４からダイオード１３８を介して放電して、三相電動機１８の回生に基づく回生電力を補うことができる。このように充放電用のキャパシタ１３４は、余剰電力が発生したときのみ充電され、回生電力が不足するときのみ放電されるので、頻繁に充放電されることが無く、充放電に伴う損失の発生が少ない。
　なお、制御部２４は、ハイブリッド建機の操縦者の指令、キャパシタ１３４の電力検出器（図示しない。）、電圧検出部２６および／または電流検出部２８の検出結果に基づき、三相電動機１８からの回生電力が不足していること、または回生電力に余剰電力が発生していることを判断する。
　上記の実施形態では、発電機５が電動機として作動可能としたが、別途、油圧ポンプ４を補助駆動するための電動機を設け、この電動機をインダイレクトマトリクスコンバータ２２からの回生電力で駆動するように構成することもできる。さらに、アームシリンダ６、ブームシリンダ８、バケットシリンダ１０、走行油圧モータ（Ｌ）１２、走行油圧モータ（Ｒ）１４毎に電動機と油圧ポンプを設け、各電動機への電力配分を調節するようにしても良い。

Claims (7)

  1. 　エンジンに接続され、交流電力を発生する発電機と、
    　この発電機に接続された第１電力変換器と、
    　第１電力変換器に接続され、旋回電気モータの電力を制御する第２電力変換器とを、
    備えたハイブリッド式建設機械の制御装置において、
    　第１及び第２の電力変換器が、前記発電機の各電源ラインと、前記旋回電気モータとの間に配置された複数のスイッチ素子群からなり、これらスイッチング素子群によって前記発電機の交流電力を前記旋回電気モータに投入可能な交流電力に直接に変換し、前記旋回電気モータを回転制御する
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
  2. 　請求項１記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
    　前記エンジンは、油圧ポンプも駆動し、前記発電機は、電気モータとしても駆動可能に構成され、前記エンジンが前記油圧ポンプを駆動するときの動力を補助し、
    　前記旋回電気モータから回生された交流電力を、第１及び第２の電力変換器の前記スイッチング素子群で、前記発電機を駆動する交流電力に直接に変換し、前記発電機を駆動する
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
  3. 　請求項２記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記旋回電気モータから回生された交流電力が、前記発電機で必要とする交流電力よりも多いとき、その余剰交流電力を、第１及び第２の電力変換器の間に設けた蓄電器に蓄電する
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
  4. 　請求項３記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
    　前記旋回電気モータから回生される交流電力が、前記発電機において必要とされる交流電力よりも不足するとき、その不足電力を前記蓄電器から補う
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
  5. 　請求項３記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
    　前記発電機が、前記エンジンで前記油圧ポンプを駆動するときの動力を補助するアシストモードのとき、前記旋回電気モータが交流電力を回生した場合には、この回生された交流電力を優先して、前記発電機に供給する
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
  6. 　請求項２乃至５いずれか記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
    　前記蓄電器がキャパシタである
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
  7. 　請求項２乃至７いずれか記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において，
    前記油圧ポンプが前記エンジンに駆動される方式に替わって発電機の交流出力に接続された交流入力のインバータによって駆動される電動油圧ポンプであることを特徴とする
    ハイブリッド式建設機械の制御装置。
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