專利名稱：混合動力工作機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一并使用發(fā)送機動力和電力的混合動力工作機(HybridWorking Machine)。
背景技術：
以挖掘機(shovel)為例對背景技術進行說明。 挖掘機如圖4所示是在履帶式的下部行駛體1上以圍繞縱軸0自由旋轉的方式搭 載上部旋轉體2，在該上部旋轉體2上安裝工作附屬裝置A而構成。 該工作附屬裝置A構成為包括起伏自由的吊桿(boom)3 ;在該吊桿3的前端安裝 的臂4 ;在該臂4的前端安裝的鏟斗5 ;作為對它們進行驅動的液壓傳動裝置的吊桿、臂、鏟 斗各自的缸6、7、8。 而且，作為使上部旋轉體2旋轉的旋轉用傳動裝置，在液壓挖掘機的情況下使用 旋轉液壓馬達，在混合動力挖掘機的情況下使用旋轉電動機。 在混合動力挖掘機中，采用如下結構，將發(fā)動機作為動力源對液壓泵和發(fā)電機進 行驅動，通過液壓泵對液壓傳動裝置進行驅動，另一方面，通過發(fā)電機、和以該發(fā)電機的輸 出被充電的蓄電裝置對旋轉電動機進行驅動(參照日本專利申請?zhí)亻_2000-283107號公 報，日本專利申請?zhí)亻_平10-42587號公報)。 在該混合動力挖掘機中，存在蓄電裝置由于例如繼電器故障等而發(fā)生故障，不再
能作為電源使用的可能性。 在該情況下，在現(xiàn)有技術中，由于 (i)作為發(fā)電機輸出的蓄電場所的、并且是旋轉電動機的電源的一個消失，導致連 結發(fā)電機(發(fā)電機逆變器)和旋轉電動機(旋轉電動機逆變器)的直流母線電壓變得不穩(wěn) 定， (ii)發(fā)電機的發(fā)電力不足以維持旋轉電動機的消耗電力， (iii)發(fā)動機負載變大，導致液壓泵的輸出下降，所以存在旋轉、液壓這兩個工作
均不能穩(wěn)定地進行的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種即使在蓄電裝置不能使用時也能夠確保穩(wěn)定的旋轉 和液壓這兩個工作的混合動力工作機。 本發(fā)明的混合動力工作機具備作為動力源的發(fā)動機；由上述發(fā)動機驅動的、作 為液壓傳動裝置的液壓源的液壓泵和發(fā)電機；對上述發(fā)電機發(fā)電的發(fā)電電力進行充電的蓄 電裝置；由上述發(fā)電機和蓄電裝置驅動的、作為旋轉體的驅動源的旋轉電動機；對上述蓄 電裝置不能使用的情況進行檢測的蓄電裝置故障檢測單元；以及對上述發(fā)電機和旋轉電動 機進行控制的控制單元。進而，該控制單元構成為在通過上述蓄電裝置故障檢測單元檢測 出蓄電裝置不能使用時，一邊將直流母線電壓保持為系統(tǒng)的通常工作電壓以上，一邊進行將上述旋轉電動機的消耗電力抑制在發(fā)電機的發(fā)電電力以下的緊急避難控制。 根據(jù)本發(fā)明，在蓄電裝置不能使用時，由于一邊將直流母線電壓保持為系統(tǒng)的通
常工作電壓，一邊抑制旋轉電動機的消耗電力，所以能夠確保穩(wěn)定的旋轉和液壓這兩個工作。 可是，只要蓄電裝置正常的話，旋轉減速時產(chǎn)生的再生電力就被蓄電在蓄電裝置 中，但當蓄電裝置不能夠被使用時，再生電力的接受裝置消失，存在不能夠正常地發(fā)揮再生 制動作用的問題。
在該情況下，本發(fā)明優(yōu)選在上述結構中設置有在旋轉電動機的再生工作時，對再
生電力進行消耗的再生電阻；以及對該再生電阻進行控制的再生電阻控制單元。這是因為
使在旋轉減速時產(chǎn)生的再生電力在再生電阻消耗，能夠使再生制動作用正常地發(fā)揮。 此外，本發(fā)明優(yōu)選構成為在上述任意一種結構中，具備對直流母線的電壓進行檢
測的母線電壓檢測單元，蓄電裝置故障檢測單元在起動時，在蓄電裝置與上述直流母線連
接的狀態(tài)下在通過上述母線電壓檢測單元檢測出的母線電壓是設定值以下時，判斷為蓄電
裝置不能夠使用。 在該情況下，由于通過直接表示蓄電裝置的狀態(tài)的直流母線電壓檢測出蓄電裝置 不能夠使用的情況，所以不僅是蓄電裝置主體的故障，其它原因導致的蓄電裝置不能夠使 用的情況也能夠被可靠地檢測。


圖1是本發(fā)明的實施方式的混合動力挖掘機的框結構圖。
圖2是表示同挖掘機的控制切換流程的流程圖。
圖3是表示同挖掘機的緊急避難控制的流程的流程圖。
圖4是挖掘機的概略側面圖。
具體實施例方式
在實施方式中作為應用對象將挖掘機作為例子。
圖1表示驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的框結構。 如圖所示，在作為動力源的發(fā)動機l上，連接有以一臺發(fā)揮發(fā)電機作用和電動機 作用這兩方的發(fā)電電動機2、和液壓泵3，通過發(fā)動機1對它們進行驅動。
在液壓泵3上，經(jīng)由包含未圖示的控制閥的液壓回路4連接有吊桿缸等其它的液 壓傳動裝置( 一律賦予附圖標記5)，通過從液壓泵3供給的壓力油驅動液壓傳動裝置5。
另一方面，在發(fā)電電動機2上，經(jīng)由構成控制單元的發(fā)電電動機逆變器6和旋轉電 動機逆變器7連接有旋轉電動機8，并且在連結兩個逆變器6、7的直流母線9a、9b上經(jīng)由電 池連接電路10連接有電池(蓄電裝置)11 ，將發(fā)電電動機2和電池10作為電源驅動旋轉電 動機8。 此外，在直流母線9a、9b上，消耗旋轉減速時的再生電力而發(fā)揮再生制動作用的 再生電阻電路12與電池11并聯(lián)連接。13是對該再生電阻電路12的再生電阻進行控制的 再生電阻控制單元。 再有，在電池(主電源)ll之外，作為輔助電源，設置成為控制系統(tǒng)或起動馬達等的電氣元件、工作燈等的電源的輔助電池(省略圖示)。 此外，在圖1中，為了將旋轉電動機8的驅動電路和電池電路與其它電路區(qū)別，以 粗線表示。 在該混合動力挖掘機中，在上述基本結構之外，還設置有檢測直流母線電壓的電 壓傳感器14、故障檢測單元15、構成控制單元的發(fā)電電動機控制單元16、以及旋轉電動機 控制單元17。 故障檢測單元15基于在系統(tǒng)起動時(鍵開關導通時)以電壓傳感器14檢測出的 直流母線電壓是否在正常時的電池電壓(例如150V)以上，判定電池11是否故障(不能使 用)，在判斷為不能使用時，向發(fā)電電動機控制單元16和旋轉電動機控制單元17發(fā)送故障 信號，進行規(guī)定的控制。 通過圖2、3的流程圖對該控制內容進行說明。 圖2表示在通?？刂坪途o急避難控制之間切換電池控制的流程，圖3表示緊急避 難控制的流程。 在圖2的控制切換流程中，當通過鍵開關導通而系統(tǒng)起動時，在步驟S1，電池ll通 過電池連接電路16與直流母線9a、9b連接，并且在步驟S2、 S3，判斷檢測出的電壓是否是 表示電池正常的正常值(例如150V)。 這里，即使在從電池連接起經(jīng)過設定時間，檢測電壓也是正常值以下時，判斷為電 池故障，切換至緊急避難控制(步驟S4、 S5)。 另一方面，在檢測電壓是正常值以上(在步驟S2為"是")時，判斷為電池正常，轉 移至通常控制(步驟S6)。 在圖3的緊急避難控制流程中，當通過起動馬達，發(fā)動機1起動時，在步驟Sll判
斷直流母線電壓是否是第一設定值以上。 第一設定值指的是發(fā)電電動機2的電動勢程度的值，當在這里為"是"時，在步驟 S12通過發(fā)電電動機逆變器6進行發(fā)電電動機2的扭矩設定，開始發(fā)電電動機2的發(fā)電工 作。 在該情況下，以將直流母線電壓保持在電池正常時的系統(tǒng)整體的通常工作電壓
(第二設定值。例如300V)以上的方式進行發(fā)電電動機2的扭矩設定/控制。 接著在步驟S13，判斷直流母線電壓是否達到了第二設定值以上。 當在這里為"是"時，通過旋轉電動機控制單元17，旋轉電動機8起動，對應于未圖
示的旋轉操作控制桿的操作量，并且以發(fā)電電動機2的發(fā)電力^旋轉電動機8的消耗電力
的方式，一邊對旋轉電動機8的速度或功率(速度X扭矩)進行限制，一邊進行速度控制
(步驟S15)。 通過上述控制，在不能使用電池11的狀態(tài)下，一邊將直流母線電壓保持在系統(tǒng)整 體的通常工作電壓以上， 一邊將旋轉電動機8的消耗電力抑制在發(fā)電電動機2的發(fā)電電力 以下，能夠使旋轉電動機8和液壓傳動裝置5在所需要最小限度的動力下穩(wěn)定工作。
此外，在旋轉減速時在旋轉電動機8產(chǎn)生的再生電力，經(jīng)由旋轉電動機逆變器7向 再生電阻電路12發(fā)送，在這里被消耗。由此，能夠確保與電池正常時同樣的再生制動作用。
可是，在上述實施方式中，例示了利用發(fā)動機1對發(fā)電電動機2和液壓泵3同時進 行驅動的所謂并行方式的混合動力結構，但本發(fā)明在采用以發(fā)動機對發(fā)電機進行驅動，以該發(fā)電機的發(fā)電電力對旋轉電動機和泵用電動機進行驅動的所謂串行方式的混合動力結 構的情況下也能夠應用，能夠得到與上述相同的效果。 此外，在上述實施方式中使用了發(fā)揮發(fā)電機作用和電動機作用的發(fā)電電動機2，但 將發(fā)電機和電動機分離的裝置作為動力裝置使用也可。 進而，本發(fā)明不限于混合動力挖掘機，也能夠在轉用挖掘機而構成的破碎機或解 體機等中作為動力裝置應用。 盡管參照附圖中的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但只要不脫離本發(fā)明的技術方 案的范圍，能夠有各種替換方案和等價方案。
權利要求
一種混合動力工作機，其中，具備作為動力源的發(fā)動機；由上述發(fā)動機驅動的、作為液壓傳動裝置的液壓源的液壓泵和發(fā)電機；對上述發(fā)電機發(fā)電的發(fā)電電力進行充電的蓄電裝置；由上述發(fā)電機和蓄電裝置驅動的、作為旋轉體的驅動源的旋轉電動機；對上述蓄電裝置不能使用的情況進行檢測的蓄電裝置故障檢測單元；以及對上述發(fā)電機和旋轉電動機進行控制的控制單元，其中，該控制單元構成為在通過上述蓄電裝置故障檢測單元檢測出蓄電裝置不能使用時，一邊將直流母線電壓保持為系統(tǒng)的通常工作電壓以上，一邊進行將上述旋轉電動機的消耗電力抑制在發(fā)電機的發(fā)電電力以下的緊急避難控制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的混合動力工作機，其中，還具備在上述旋轉電動機的再生工作時，對再生電力進行消耗的再生電阻；以及對該再生電阻進行控制的再生電阻控制單元。
3. 根據(jù)權利要求l所述的混合動力工作機，其中，還具備對上述直流母線的電壓進行檢測的母線電壓檢測單元，該蓄電裝置故障檢測單元在起動時，在蓄電裝置與上述直流母線連接的狀態(tài)下在通過上述母線電壓檢測單元檢測出母線電壓是設定值以下時，判斷為蓄電裝置不能夠使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及混合動力工作機，在將發(fā)動機作為動力源對發(fā)電電動機和液壓泵進行驅動，并且通過發(fā)電電動機的發(fā)電力對電池進行充電，通過發(fā)電電動機和電池對旋轉電動機進行驅動的混合動力挖掘機中，以電壓傳感器對直流母線電壓進行檢測，通過故障檢測電源檢測電池是否不能使用。當電池不能使用時，進行一邊將直流母線電壓保持在系統(tǒng)的通常工作電壓以上，一邊將旋轉電動機的消耗電力抑制在發(fā)電電動機的發(fā)電電力以下的緊急避難控制。
文檔編號B60K6/46GK101725163SQ200910207920
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權日2008年10月29日
發(fā)明者下村啟介, 小見山昌之, 鹿兒島昌之 申請人:神鋼建設機械株式會社