(57)【要約】【課題】アシスト用の電動発電機、旋回用の電動機等の電動作業要素、又はこれらを駆動する駆動制御系に異常が発生した場合においても、ある程度の期間にわたって電動発電機や旋回用の電動機等の電動作業要素の駆動制御を行えるようにすることにより、信頼性の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供すること。【解決手段】電動発電機及び電動作業要素との間で電力の授受を行う蓄電器と、電動発電機と電動作業要素との間を接続するＤＣバスと、ＤＣバスと蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、電動発電機又は電動作業要素の駆動制御系の異常を検出する異常検出部と、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御を行う昇降圧制御部とを含み、昇降圧制御部は、異常検出部によって電動発電機又は電動作業要素の制御系の異常が検出された場合に、昇降圧コンバータによるＤＣバスの昇降圧制御を継続する。【選択図】図２
2010133235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と接続され、電動発電運転する電動発電系と、
前記電動発電系と接続される蓄電系と、
前記蓄電系と接続され、電気駆動する負荷駆動系と、
前記電動発電系及び前記負荷駆動系に備えられる異常検出部と、
前記異常検出部の検出値に基づいて異常判定を行う主制御部と
を備え、
前記主制御部は、異常判定の前後において前記蓄電系の駆動を継続する、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記蓄電系、前記負荷駆動系、及び前記電動発電系を接続するＤＣバスを備え、
前記主制御部は、前記異常検出部によって前記電動発電系又は前記負荷駆動系の異常判定後には、前記ＤＣバスの電圧値が予め定められた目標値になるように前記蓄電系の制御を行う、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
前記蓄電系には蓄電系異常検出部が備えられ、
前記主制御部は、前記蓄電系異常検出部の検出値が予め定められた閾値を超えると、前記蓄電系を停止させる、請求項１又は２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記蓄電系に含まれる蓄電器と、
前記蓄電器の充電電圧値を検出する充電電圧値検出部と
をさらに備え、
前記主制御部は、前記負荷駆動系の異常判定度に、前記充電電圧値検出部によって検出される充電電圧値が予め定められた範囲から逸脱すると、前記電動発電系の駆動を停止させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧用スイッチング素子及び降圧用スイッチング素子を有し、負荷への電力供給の制御と、負荷より得られる回生電力の蓄電器への供給の制御とを行う昇降圧コンバータを用いたハイブリッド型建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型建設機械が提案されている。このような建設機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備え、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに減速機を介して電動発電機を接続し、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得る電力を蓄電器に充電している。
【０００３】
また、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として油圧モータに加えて電動機を備え、旋回機構の加速時に電動機で油圧モータの駆動をアシストし、旋回機構の減速時に電動機で回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のハイブリッド型建設機械では、充放電の制御は特に行われておらず、また、電動発電機や電動機への供給電圧の制御も特に行われていなかったため、アシスト用の電動発電機、旋回用の電動機等の電動作業要素への供給電圧が不安定であった。さらに、アシスト用の電動発電機、旋回用の電動機等の電動作業要素、又はこれらを駆動するインバータ等の駆動制御系に故障が生じると、アシスト用の電動発電機の電動運転と発電運転、又は旋回用の電動機の力行運転と回生運転の制御が正確に行えなくなる、あるいは、制御を全く行えなくなる可能性があった。
【０００６】
これは、アシスト用の電動発電機、旋回用の電動機以外の電動作業要素、又はこの電動作業要素を駆動するインバータ等の駆動制御系に異常が発生した場合においても、同様に、正確な制御を行えなくなる、あるいは、制御を全く行えなくなる可能性があった。
【０００７】
また、従来のハイブリッド型建設機械では、上述のように電動発電機等やインバータ等の駆動制御系に異常が発生した場合に、アシスト用の電動発電機の発電運転、又は旋回用の電動機の回生運転によって多大な電力が生成されると、異常の生じていない正常なインバータを損傷するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明のハイブリッド型建設機械では、電動発電機、電動作業要素と蓄電器との間に蓄電制御部を設けることで、電動発電機や電動作業要素への供給電圧の安定化を図り、さらに、アシスト用の電動発電機、旋回用の電動機等の電動作業要素、又はこれらを駆動する駆動制御系に異常が発生した場合においても、ある程度の期間にわたって電動発電機や旋回用の電動機等の電動作業要素の駆動制御を行えるようにすることにより、信頼性の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、内燃機関と接続され、電動発電運転する電動発電系と、前記電動発電系と接続される蓄電系と、前記蓄電系と接続され、電気駆動する負荷駆動系と、前記電動発電系及び前記負荷駆動系に備えられる異常検出部と、前記異常検出部の検出値に基づいて異常判定を行う主制御部とを備え、前記主制御部は、異常判定の前後において前記蓄電系の駆動を継続する。
【００１０】
また、前記蓄電系、前記負荷駆動系、及び前記電動発電系を接続するＤＣバスを備え、前記主制御部は、前記異常検出部によって前記電動発電系又は前記負荷駆動系の異常判定後には、前記ＤＣバスの電圧値が予め定められた目標値になるように前記蓄電系の制御を行ってもよい。
【００１１】
また、前記蓄電系には蓄電系異常検出部が備えられ、前記主制御部は、前記蓄電系異常検出部の検出値が予め定められた閾値を超えると、前記蓄電系を停止させてもよい。
【００１２】
また、前記蓄電系に含まれる蓄電器と、前記蓄電器の充電電圧値を検出する充電電圧値検出部とをさらに備え、前記主制御部は、前記負荷駆動系の異常判定度に、前記充電電圧値検出部によって検出される充電電圧値が予め定められた範囲から逸脱すると、前記電動発電系の駆動を停止させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アシスト用の電動発電機、旋回用の電動機等の電動作業要素、及びこれらを駆動する駆動制御系に異常が発生した場合においても、ある程度の期間にわたって電動発電機や旋回用の電動機等の電動作業要素の駆動制御を行えるようにすることにより、信頼性の向上を図ったハイブリッド型建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【図２】実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。
【図３】実施の形態１のハイブリッド型建設機械に用いる蓄電系の詳細図である。
【図４】実施の形態１のハイブリッド型建設機械において、インバータ２０の異常が検出された場合にコントローラ３０によってＤＣバス１１０の電圧値が一定に保持される際のＤＣバス電圧値とバッテリ電圧値の時間推移を示す図である。
【図５】比較例のハイブリッド型建設機械において、インバータ２０の異常が検出された場合におけるバッテリ電圧値の時間推移を示す図である。
【図６】実施の形態２のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【図７】実施の形態２のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。
【図８】実施の形態３のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。
【図９】実施の形態４のハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のハイブリッド型建設機械を適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
「実施の形態１」
図１は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【００１７】
このハイブリッド型建設機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。
【００１８】
「全体構成」
図２は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を実線でそれぞれ示す。
【００１９】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
【００２０】
コントロールバルブ１７は、実施の形態１の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。
【００２１】
また、電動発電機１２には、インバータ１８及び蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８と昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。
【００２２】
また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１は電動作業要素であり、作業用電動機として構成されている。ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。
【００２３】
ＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、ＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。
【００２４】
また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１１２と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１１３が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。なお、バッテリ１９、ＤＣバス１１０と昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う蓄電系を構成する。
【００２５】
旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。旋回用電動機２１、インバータ２０、レゾルバ２２、及び旋回用減速機２４とで負荷駆動系を構成する。
【００２６】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含み、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃには、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、実施の形態１の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。
【００２７】
このような実施の形態１の建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。
【００２８】
「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００２９】
電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。そして、電動発電機１２には、電動発電系の異常検出部としての温度センサ１２Ａが配設されている。電動発電機１２に負荷がかかると温度センサ１２Ａの温度検出値が上昇する。これにより、温度センサ１２Ａの温度検出値が高すぎると、電動発電機１２が過負荷状態であることを把握することができる。
【００３０】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００３１】
メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。
【００３２】
パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３３】
コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
【００３４】
インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う電動発電機１２の駆動制御部である。これにより、インバータ１８が電動発電機１２を電動運転している際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転している際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。電動発電機１２とインバータ１８とで電動発電系を構成している。そして、インバータ１８には、電動発電系の異常検出部としての図示しない温度センサ、電流検出器、及び電圧検出器が配設されている。温度センサではインバータ１８のスイッチング素子の温度を検出し、電流検出器によって電動発電機１２の電流を検出することができる。例えば、インバータ１８と電動発電機１２との間で断線が発生した場合には、電流検出器で検出される電流値は急激に低下することで、異常が発生したことを検出することができる。
【００３５】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８及びインバータ２０に接続されている。これにより、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動（アシスト）運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。そして、バッテリ１９には、蓄電系異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。バッテリ１９に過電流が流れ続けると温度センサの温度検出値が上昇するので、温度センサの温度検出値を検出することで、バッテリ１９が過負荷状態であるかを把握することができ、蓄電系の異常を検出することができる。また、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電系を構成している。そして、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００には、蓄電系異常検出部としての図示しない温度センサが設けられている。これらにより、昇降圧コンバータ１００の温度センサでは、スイッチング素子やリアクトルの温度を検出し、蓄電器１９の温度センサでは蓄電器の発熱を計測する。
【００３６】
このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。
【００３７】
インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う旋回用電動機２１の駆動制御部である。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。図２には、旋回電動機（１台）及びインバータ（１台）を含む実施の形態を示すが、その他マグネット機構や旋回機構部以外の駆動部として備えることで、複数の電動機及び複数のインバータをＤＣバス１１０に接続するようにしてもよい。そして、旋回用電動機２１には、電動作業要素の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。旋回用電動機２１に負荷がかかると温度センサの温度検出値が上昇する。これにより、温度センサの温度検出値が高すぎると、旋回用電動機２１が過負荷状態であることを把握することができる。さらに、インバータ１８には、負荷駆動系の異常検出部としての図示しない温度センサ、電流検出器及び電圧検出器が配設されている。温度センサではインバータ２０のスイッチング素子の温度を検出し、電流検出器によって旋回用電動機２１の電流を検出することができる。例えば、インバータ２０と旋回用電動機２１の間で断線が発生した場合は、電流検出器で検出される電流値が急激に低下することで、異常が発生したことを検出することができる。
【００３８】
昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８を介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８を介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。これは、旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様であり、その上、電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、電動発電機１２と旋回用電動機２１には、いずれか一方が電動（アシスト）運転又は力行運転を行い、他方が発電運転又は回生運転を行う状況が生じうる。
【００３９】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２と旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
【００４０】
ＤＣバス１１０は、２つのインバータ１８及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。
【００４１】
ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４２】
バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。そして、ＤＣバス電圧検出部１１１とバッテリ電圧検出部１１２とは、昇降圧コンバータ１００とバッテリ１９の間で異常が発生すると、バッテリ電圧検出部１１２とＤＣバス電圧検出部１１１との電圧値を比較することで、蓄電系における異常の発生と異常発生箇所の特定を行うことができる蓄電系異常検出部としても機能する。そして、蓄電系異常検出部からの検出値が、異常判断の閾値を超えると、コントローラ３０は蓄電系で異常が発生したと判断し、蓄電系を停止させる。
【００４３】
バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。そして、バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ電流検出部１１３で検出される電流値を把握することで、蓄電系異常検出部としても機能する。
【００４４】
旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている電動作業要素である。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００４５】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
【００４６】
メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。
【００４７】
旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。
【００４８】
旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。
【００４９】
操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、ハイブリッド型建設機械の運転者によって操作される。
【００５０】
この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。
【００５１】
操作装置２６が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。
【００５２】
なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
【００５３】
旋回用操作検出部としての圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を的確に把握することができる。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。また、実施の形態１では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
【００５４】
「コントローラ３０」
コントローラ３０は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う主制御部としての制御装置であり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００５５】
コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号（操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を表す信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。
【００５６】
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部として昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００５７】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づいて行われる。
【００５８】
また、コントローラ３０には、電動発電機１２の温度、電動発電機１２に通流する電流値、電動発電機１２に印加される電圧値、旋回用電動機２１の温度、旋回用電動機２１に通流する電流値、旋回用電動機２１に印加される電圧値、インバータ１８、２０に含まれるスイッチング素子の温度、インバータ１８、２０に供給される電圧値、及びインバータ１８、２０に供給される電流値を表す信号が入力されるように構成されている。
【００５９】
コントローラ３０は、これらの温度等に基づき、それぞれの異常検出部に対応して予め設定された閾値とを比較することで、電動発電機１２、インバータ１８、２０、及び旋回用電動機２１の異常判定を行う。このため、コントローラ３０は、電動発電機１２、インバータ１８、２０、及び旋回用電動機２１の異常を検出する異常判定部としての機能も担う。
【００６０】
なお、電動発電機１２又は旋回用電動機２１の異常とは、例えば、電動発電機１２又は旋回用電動機２１に断線が生じている場合や、温度が異常に上昇している状態をいう。
【００６１】
また、インバータ１８又は２０の異常とは、例えば、断線や故障により、スイッチング素子の温度、電圧値、又は電流値がそれぞれの閾値を超えて、過熱状態、過電圧状態、又は過電流状態が生じていることをいう。
【００６２】
図３は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械に用いる蓄電系の詳細図である。この昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、バッテリ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１０５との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。なお、インバータ１０５は、インバータ１８Ａ、２０に相当する。
【００６３】
リアクトル１０１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１０４に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス９に供給するために設けられている。
【００６４】
昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
【００６５】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてバッテリ１９を示すが、バッテリ１９の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
【００６６】
電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、バッテリ１９及びインバータ１０５が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
【００６７】
バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値(vbat_det)を検出し、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧：vdc_det）を検出する。
【００６８】
平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。
【００６９】
バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９に通流する電流の値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このリアクトル電流検出部１０８は、バッテリ１９に通流する電流値(ibat_det)を検出する。
【００７０】
「昇降圧動作」
このような昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力をＤＣバス１１０に供給する。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
【００７１】
また、ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、インバータ１０５を介して供給される回生電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９に供給する。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がバッテリ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
【００７２】
なお、実際には、コントローラ１２０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
【００７３】
図４は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械において、インバータ１８の異常が検出された場合にコントローラ３０によってＤＣバス１１０の電圧値が一定に保持される際のＤＣバス電圧値とバッテリ電圧値の時間推移を示す図である。
【００７４】
ここで、Ｖ１はＤＣバス電圧値を昇圧することのできるバッテリ電圧値の下限値、Ｖ２はバッテリ使用範囲の下限値、Ｖ３は電動発電機１２及び旋回用電動機２１の定格電圧値の下限値、Ｖ４はバッテリの使用範囲の上限値、Ｖ５はＤＣバス電圧値の目標値、ＶＤＣはＤＣバス電圧値、ＶＢＡＴはバッテリ電圧値である。
【００７５】
昇圧可能なバッテリ電圧値の下限値Ｖ１は、ＤＣバス電圧値の昇圧を行うためにバッテリ１９に必要とされる電圧値の下限値であり、この下限値を下回ると、ＤＣバス１１０の昇圧が行えなくなる電圧値である。
【００７６】
バッテリ使用範囲とは、ハイブリッド型建設機械において、バッテリ１９を使用する際のバッテリ電圧値の範囲であり、下限値Ｖ２と上限値Ｖ４によって規定される。下限値Ｖ２と上限値Ｖ４で規定される範囲から外れると、旋回用電動機２１の制御が停止される。
【００７７】
電動発電機１２及び旋回用電動機２１の定格電圧値の下限値Ｖ３は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の定格電圧値の下限値であり、電動発電機１２及び旋回用電動機２１に供給される電圧がこの下限値を下回ると、電動発電機１２の電動運転及び旋回用電動機２１の力行運転を行えなくなる電圧値である。
【００７８】
ハイブリッド型建設機械が作業を継続し、電動発電機１２の負荷が過負荷となり、電動発電機１２の温度センサ１２Ａによる検出値が予め定められた温度に達すると、コントローラ３０は電動発電機１２が過負荷状態にあると判定する。この場合、コントローラ３０は、電動発電系に異常が発生したと判定する（時刻ｔ＝０）。このため、電動発電機１２の負荷を低減するように、インバータ１８へ電動発電機１２の駆動を停止するように制御指令を送る。
【００７９】
一方、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００に対して、電動発電系の異常発生の前後で、継続してＤＣバス電圧ＶｄｃをＶ１に一定にするように制御指令を送る。このように、電動発電系に異常が発生しても、その前後において昇降圧コンバータ１００はＤＣバスを一定電圧に保つように充放電制御を継続する。その結果、時刻ｔ＝０でインバータ１８の異常が発生した場合に、放電状態が継続する場合はバッテリ電圧値は低下し続ける。このように、異常発生の前後において昇降圧コンバータ１００によってＤＣバス電圧値が一定に保持されるので、インバータ２０及び旋回用電動機２１は安定した制御を行うことができる。
【００８０】
時刻ｔ＝ｔ２でバッテリ使用範囲の下限値Ｖ２を下回り、コントローラ３０は旋回用電動機２１の制御を停止する。
【００８１】
このように、放電状態が継続する場合は、時刻ｔ＝ｔ２でバッテリ電圧値が使用範囲の下限値を下回るため、ＤＣバス電圧値が制御されていない場合は、時刻ｔ２以降は、電動発電機１２の駆動制御を正確に行うことができなくなる。
【００８２】
ところが、実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、インバータ２０の異常が発生した場合でも、昇降圧コンバータ１００がＤＣバス電圧値を目標値Ｖ５に制御するため、ＤＣバス電圧値は時刻ｔ＝ｔ２を過ぎた後も目標値Ｖ５に保持される。このため、電動発電機１２の駆動制御を正確に行うことができる。
【００８３】
時刻ｔ＝ｔ３では、バッテリ電圧値がＤＣバス電圧値を昇圧することのできるバッテリ電圧値の下限値Ｖ１を下回るため、ＤＣバス電圧値が低下し始める。しかしながら、ＤＣバス電圧値は、電動発電機１２の定格電圧値の下限値Ｖ３よりも高いため、電動発電機１２の駆動制御は可能である。
【００８４】
時刻ｔ＝ｔ４では、ＤＣバス電圧値が下限値Ｖ３を下回る。このため、時刻ｔ＝ｔ４以降は、旋回用電動機２１の駆動制御を行えなくなる。
【００８５】
このように、実施の形態１のハイブリッド型建設機械によれば、インバータ１８に異常が発生した後も、昇降圧コンバータ１００の駆動制御を継続させるため、従来のハイブリッド型建設機械が駆動制御を行うことができなくなる時刻ｔ＝ｔ２以降も、時刻ｔ＝ｔ４まで電動発電機１２の駆動制御を行うことができる。
【００８６】
以上のように、実施の形態１のハイブリッド型建設機械によれば、インバータ１８の異常が発生した場合でも、コントローラ３０が昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御を継続するため、バッテリ電圧値が使用範囲から外れた後においても、暫くの間はＤＣバス電圧値が一定に保持され、ＤＣバス電圧値が低下し始めても、旋回用電動機２１の定格電圧値の下限値Ｖ３以上である間（時刻ｔ＝ｔ４まで）は、旋回用電動機２１を正確に駆動制御することができる。
【００８７】
このように、実施の形態１によれば、インバータ１８に異常が発生しても、暫くの間は旋回用電動機２１を正確に駆動制御できるので、従来のハイブリッド型建設機械よりもインバータ２０の異常発生後に長時間にわたって旋回用電動機２１を駆動制御することができ、非常時における信頼性を向上させたハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【００８８】
また、上述のように、インバータ１８の異常発生後にある程度の時間にわたって旋回用電動機２１を駆動制御することができるので、ＤＣバス１１０の電力が消費される。このため、ＤＣバス１１０に余剰の電力が蓄積されている状態で異常が発生しても、バッテリ１９が損傷を受けることを回避することができる。
【００８９】
また、上述のように、インバータ１８に異常が発生した場合において、コントローラ３０がエンジン１１の運転を継続するようにしてもよい。エンジン１１はメインポンプ１４を駆動しているため、インバータ１８の異常発生時においても、エンジン１１の運転を継続させてメインポンプ１４を駆動し続けることにより、油圧によって駆動される作業要素（下部走行体１、ブーム４、アーム５、バケット６）の駆動を確保することができる。
【００９０】
また、コントローラ３０は、インバータ１８の異常が発生した後に、冷却補機である旋回用電動機２１、インバータ１８、インバータ２０、コントローラ３０、及び昇降圧コンバータ１００の冷却系の駆動を継続させてもよい。この場合、昇降圧コンバータ１００が継続運転されるので、リアクトルが発熱しても冷却系の継続運転により、継続して冷却される。従って、ＤＣバス１１０を安定して一定電圧に保つことができる。
【００９１】
なお、図４では、インバータ１８に異常が発生した場合の動作について説明したが、インバータ２０に異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２の駆動制御を行うことができる。
【００９２】
また、旋回用電動機２１の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２の駆動制御を行うことができる。
【００９３】
また、電動発電機１２の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、旋回用電動機２１の駆動制御を行うことができる。
【００９４】
［比較例］
図５は、比較例のハイブリッド型建設機械において、インバータ２０の異常が検出された場合におけるバッテリ電圧値の時間推移を示す図である。
【００９５】
比較例のハイブリッド型建設機械は、従来のハイブリッド型建設機械であるため、昇降圧コンバータを備えない。
【００９６】
このため、電動発電機１２及び旋回用電動機２１に供給される電圧は、バッテリ電圧値の変動を受け、実施の形態１のハイブリッド型建設機械のように一定に保持されない。
【００９７】
また、時刻ｔ＝０でインバータ１８の異常が発生した場合に、放電状態が継続する場合はバッテリ電圧値は低下し続ける。
【００９８】
時刻ｔ＝ｔ２でバッテリ使用範囲の下限値Ｖ２を下回り、旋回用電動機２１の制御が停止される。
【００９９】
このように、比較例のハイブリッド型建設機械では、時刻ｔ＝ｔ１又はｔ２以降は、電動発電機１２の駆動制御を行えなくなる。
【０１００】
［実施の形態２］
図６は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、バケット６の代わりにリフティングマグネット２００を備える点が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。このリフティングマグネット２００は、電磁吸着力によって金属物を吸引するための装置であり、電動作業要素の一つである。このため、実施の形態１のハイブリッド型建設機械とは、駆動制御系の構成も異なる。
【０１０１】
「全体構成」
図７は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。上述のように、実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、リフティングマグネット２００を備える。このため、電動発電機１２を駆動するためのインバータを符号１８Ａで記す。このインバータ１８Ａは、実施の形態１のインバータ１８と同一である。その他の構成要素は、実施の形態１と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０２】
リフティングマグネット２００は、インバータ１８Ｂを介してＤＣバス１１０に接続されている電動作業要素であり、吸着機として構成されている。
【０１０３】
リフティングマグネット２００は、金属物を磁気的に吸引するための磁気吸引力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ１８Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。リフティングマグネット２００の駆動制御は、コントローラ３０によって行われ、操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄによって励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作が行われる。
【０１０４】
インバータ１８Ｂは、リフティングマグネット２００と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット２００へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１００に供給する。リフティングマグネット２００とインバータ１８Ｂとで負荷駆動系を構成する。
【０１０５】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８Ａ、インバータ１８Ｂ、及びインバータ２０に接続されている。これにより、バッテリ１９は、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際、又は、リフティングマグネット２００を励磁する（オンにする）際には、必要な電力を供給する。また、バッテリ１９は、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際、又は、リフティングマグネット２００を消磁する（オフにする）ときに回生電力が発生している際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積する。
【０１０６】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、及び旋回用電動機２１が接続されているため、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット２００又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット２００で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット２００に供給される場合もある。
【０１０７】
このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、リフティングマグネット２００の駆動状態、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。
【０１０８】
昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２、リフティングマグネット２００、及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。
【０１０９】
昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２の電動運転と発電運転、及び旋回用電動機２１の力行運転と回生運転の場合と同様に、リフティングマグネット２００が励磁（吸引）される場合には、インバータ１８Ｂを介してリフティングマグネット２００に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、リフティングマグネット２００が消磁（釈放）にされる場合には、発電された電力をインバータ１８Ｂを介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。
【０１１０】
このため、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われ、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【０１１１】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
【０１１２】
ＤＣバス１１０は、３つのインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【０１１３】
また、ボタンスイッチ２６Ｄは、リフティングマグネット２００の操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのスイッチである。ここで、説明の便宜上、図７のブロック図ではボタンスイッチ２６Ｄを操作装置２６とは独立して示すが、このボタンスイッチ２６Ｄは操作者の右側に位置するレバー２６Ａの頂部に配設される押ボタンスイッチであり、運転者が右手親指で容易に切替操作を行えるように構成されている。
【０１１４】
操作装置２６は、ボタンスイッチ２６Ｄに入力されるリフティングマグネット２００の操作内容（励磁（吸引）又は消磁（釈放））を表す電気信号をコントローラ３０に伝達する。
【０１１５】
ボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、リフティングマグネット２００の駆動状態（励磁（吸引）又は消磁（釈放））が切り替えられる。
【０１１６】
なお、励磁用と消磁用のスイッチは別々にされていてもよく、操作者の左前方にあるレバー２６Ｂに励磁用スイッチを設置し、操作者の右前方にあるレバー２６Ａに励磁用のスイッチを設置してもよい。
【０１１７】
「コントローラ３０」
実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、リフティングマグネット２００を備えることにより、コントローラ３０の制御処理内容が実施の形態１と異なる。
【０１１８】
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、リフティングマグネット２００の駆動制御（励磁（オン）と消磁（オフ）の切り替え）、及び、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行うための制御装置である。コントローラ３０は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、リフティングマグネット２００の駆動状態（励磁（オン）と消磁（オフ））、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【０１１９】
その他の制御内容は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械のコントローラ３０と同一であるため、説明を省略する。
【０１２０】
このような実施の形態２のハイブリッド型建設機械において、インバータ２０に異常が発生した場合には、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に、昇降圧コンバータ１００によってＤＣバス１１０の昇降圧制御が行われる。このため、図４に示した時刻ｔ＝ｔ４までは、電動発電機１２及びリフティングマグネット２００の駆動制御を行うことができる。
【０１２１】
以上、実施の形態２のハイブリッド型建設機械によれば、インバータ２０に異常が発生した場合においても、暫くの間は電動発電機１２及びリフティングマグネット２００を正確に駆動制御できる。
【０１２２】
このため、従来のハイブリッド型建設機械よりもインバータ２０の異常発生後に長時間にわたって電動発電機１２及びリフティングマグネット２００を駆動制御することができ、非常時における信頼性を向上させたハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１２３】
なお、実施の形態２では、インバータ２０に異常が発生した場合の動作について説明したが、インバータ１８Ａに異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット２００の駆動制御を行うことができる。
【０１２４】
また、インバータ１８Ｂに異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の駆動制御を行うことができる。
【０１２５】
また、電動発電機１２の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、旋回用電動機２１及びリフティングマグネット２００の駆動制御を行うことができる。
【０１２６】
また、旋回用電動機２１の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２及びリフティングマグネット２００の駆動制御を行うことができる。
【０１２７】
［実施の形態３］
図８は、実施の形態３のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。実施の形態３のハイブリッド型建設機械は、ＤＣバス１１０にインバータ１８Ｃを介して電動作業要素としての発電機３００が接続されている点が実施の形態２のハイブリッド型建設機械と異なる。
【０１２８】
実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、ブームシリンダ７に油圧モータ３１０が接続されており、発電機３００の回転軸は、油圧モータ３１０によって駆動される。なお、図８では、説明の便宜上、油圧モータ３１０と発電機３００は離れているが、実際には、発電機３００の回転軸は、油圧モータ３１０の回転軸に機械的に接続されている。
【０１２９】
発電機３００は、上述のように、油圧モータ３１０によって駆動され、ブーム４が重力に従って下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素であり、作業用電動機として構成されている。
【０１３０】
油圧モータ３１０は、ブーム４が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム４が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧管７Ａに設けられているため、上部旋回体３内の適当な場所に取り付けることができる。
【０１３１】
発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｃを経てＤＣバス１１０に供給される。発電機３００とインバータ１８Ｃとで負荷駆動系を構成する。
【０１３２】
このため、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われる状況が生じうる。また、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、発電機３００、及び旋回用電動機２１には、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【０１３３】
実施の形態３では、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、発電機３００、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
【０１３４】
ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、リフティングマグネット２００、発電機３００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【０１３５】
このような実施の形態３のハイブリッド型建設機械において、インバータ１８Ｃに異常が発生した場合には、実施の形態１及び２のハイブリッド型建設機械と同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２、旋回用電動機２１、リフティングマグネット２００の駆動制御を行うことができる。
【０１３６】
また、発電機３００の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、旋回用電動機２１、リフティングマグネット２００及び電動発電機１２の駆動制御を行うことができる。
【０１３７】
なお、以上では、発電機３００が油圧モータ３１０を介してブーム４の位置エネルギを電気エネルギに変換する形態について説明したが、発電機３００は、ブーム４のブーム軸に接続されており、ブーム４が下げられるときに油圧で駆動される際に発電を行うように構成してもよい。ブーム４の上昇と下降の判別は、例えば、ブーム４の操作を行うための操作レバー２６Ａの２次側に圧力センサを設け、この圧力センサの出力に基づいてコントローラ３０が行うようにすればよい。
【０１３８】
［実施の形態４］
図９は、実施の形態４のハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。実施の形態４のハイブリッド型建設機械は、メインポンプ１４の駆動がポンプ用電動機４００によって行われ、電動発電機１２はエンジン１１によって駆動されることによる電力の回収（発電運転）を行うように構成されている点が実施の形態１のハイブリッド型建設機械と異なる。その他の構成は実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、電動発電機１２は、本実施の形態ではエンジン１１によって駆動させることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能を備えている。
【０１３９】
ポンプ用電動機４００は、メインポンプ１４を駆動するための力行運転だけを行うように構成されており、インバータ４１０を介してＤＣバス１１０に接続されている。
【０１４０】
このポンプ用電動機４００は、コントローラ３０によって駆動されるように構成されている。レバー２６Ａ〜２６Ｃのいずれかが操作されると、ポンプ用電動機４００には、ＤＣバス１１０からインバータ４１０を介して電力が供給され、これによって力行運転が行われ、ポンプ１４が駆動されて圧油が吐出される。
【０１４１】
なお、ここでは、ポンプ用電動機４００の定格電圧値の下限値は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の定格電圧値の下限値Ｖ３と同一であるものとして説明する。
【０１４２】
このため、電動発電機１２、ポンプ用電動機４００、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われる状況が生じうる。また、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１には、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【０１４３】
実施の形態４では、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、ポンプ用電動機４００、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
【０１４４】
ＤＣバス１１０は、インバータ１８、４１０、及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、バッテリ１９、ポンプ用電動機４００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【０１４５】
このような実施の形態４のハイブリッド型建設機械において、実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に、インバータ２０の異常が発生した場合でも、コントローラ３０が昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御を継続するため、バッテリ電圧値が使用範囲から外れた後においても、暫くの間はＤＣバス電圧値が一定に保持され、ＤＣバス電圧値が低下し始めても、下限値Ｖ３以上である間（時刻ｔ＝ｔ４まで）は、電動発電機１２を正確に駆動制御することができる。
【０１４６】
このように、インバータ２０に異常が発生しても、暫くの間は電動発電機１２及びポンプ用電動機４００を正確に駆動制御できるので、従来のハイブリッド型建設機械よりもインバータ２０の異常発生後に長時間にわたって電動発電機１２及びポンプ用電動機４００を駆動制御することができ、非常時における信頼性を向上させたハイブリッド型建設機械を提供することができる。
【０１４７】
なお、以上では、インバータ２０に異常が発生した場合の動作について説明したが、インバータ１８に異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、旋回用電動機２１及びポンプ用電動機４００の駆動制御を行うことができる。
【０１４８】
また、インバータ４１０に異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の駆動制御を行うことができる。
【０１４９】
また、電動発電機１２の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、旋回用電動機２１及びポンプ用電動機４００の駆動制御を行うことができる。
【０１５０】
また、旋回用電動機２１の異常が発生した場合にも、同様に、コントローラ３０によって昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御が実行され、電動発電機１２及びポンプ用電動機４００の駆動制御を行うことができる。
【０１５１】
以上、実施の形態１乃至４では、種々の構成のハイブリッド型建設機械について説明したが、本発明のハイブリッド型建設機械は、実施の形態１乃至４に示した構成を任意に組み合わせることができる。
【０１５２】
ここで、実施の形態４のハイブリッド型建設機械では、メインポンプ１４はポンプ用電動機４００によって駆動され、エンジン１１の動力はメインポンプ１４に伝達されない。このため、インバータ１８、２０、又は４１０に異常が発生した後に、エンジン１１を駆動することによってメインポンプ１４を駆動することはできないが、実施の形態１乃至３に開示されているその他の構成は、すべて実施の形態４のハイブリッド型建設機械にも組み合わせることができる。
【０１５３】
以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５４】
１  下部走行体
１Ａ、１Ｂ  走行機構
２  旋回機構
３  上部旋回体
４  ブーム
５  アーム
６  バケット
７  ブームシリンダ
８  アームシリンダ
９  バケットシリンダ
１０  キャビン
１１  エンジン
１２  電動発電機
１３  減速機
１４  メインポンプ
１５  パイロットポンプ
１６  高圧油圧ライン
１７  コントロールバルブ
１８、１８Ａ、１８Ｂ、２０、４００  インバータ
１９  バッテリ
２１  旋回用電動機
２２  レゾルバ
２３  メカニカルブレーキ
２４  旋回減速機
２５  パイロットライン
２６  操作装置
２６Ａ、２６Ｂ  レバー
２６Ｃ  ペダル
２６Ｄ  ボタンスイッチ
２７  油圧ライン
２８  油圧ライン
２９  圧力センサ
３０  コントローラ
４０  旋回駆動制御装置
１００  昇降圧コンバータ
１０１  リアクトル
１０２Ａ  昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ  降圧用ＩＧＢＴ
１０４  電源接続端子
１０５  インバータ
１０６  出力端子
１０７  コンデンサ
１１０  ＤＣバス
１１１  ＤＣバス電圧検出部
１１２  バッテリ電圧検出部
１１３  バッテリ電流検出部
１２０  駆動制御部
２００  リフティングマグネット
３００  発電機
３１０  油圧モータ
４００  ポンプ用電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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