(57)【要約】      （修正有）【課題】クレーン又はケーブル掘削機のような作業機械の非常荷重降下のための高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置を提供する。【解決手段】電気駆動ユニット４と電気駆動ユニットにエネルギーを供給するための一次ＤＣエネルギー源５とを有する高電圧オンボードネットワーク２と、エネルギーを取り入れて出力するための低電圧再充電可能バッテリー６を有する低電圧オンボードネットワーク３と、を備え、高電圧オンボードネットワーク及び低電圧オンボードネットワークは、高電圧オンボードネットワークから低電圧オンボードネットワークの方向へのエネルギー流れを可能にする、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して接続されている。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータが、低電圧オンボードネットワークから高電圧オンボードネットワークの方向へのエネルギー流れを可能にする、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。【選択図】図１
0003235187.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
特にクレーン又は掘削機のような作業機械の非常荷重降下のための高電圧オンボードネットワーク（２）の非常供給用装置（１）であって、
電気駆動ユニット（４）と前記電気駆動ユニット（４）にエネルギーを供給するための一次エネルギー源（５）とを有する高電圧オンボードネットワーク（２）と、
エネルギーを取り入れて出力するための低電圧再充電可能バッテリー（６）を有する低電圧オンボードネットワーク（３）、好ましくは２４Ｖオンボードネットワーク又は４８Ｖオンボードネットワークと、
前記高電圧オンボードネットワーク（２）と前記低電圧オンボードネットワーク（３）とを互いに接続して、前記高電圧オンボードネットワーク（２）から前記低電圧オンボードネットワーク（３）の方向へのエネルギー流れを可能にするＤＣ／ＤＣコンバータ（７）と、備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）は、前記低電圧オンボードネットワーク（３）から前記高電圧オンボードネットワーク（２）の方向へのエネルギー流れを可能にする双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）である、ことを特徴とする高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項２】
前記装置（１）は、前記高電圧オンボードネットワーク（２）における前記一次エネルギー源（５）の故障時、前記高電圧オンボードネットワーク（２）の非常供給が、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）を介して前記低電圧バッテリー（６）から来る、前記低電圧オンボードネットワーク（３）からのエネルギーによって行われる、ように構成されている、請求項１に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項３】
前記高電圧オンボードネットワーク（２）は、６０Ｖ〜１．５ｋＶの間の範囲及び／又はより高電圧範囲におけるＤＣ電圧で動作するオンボードネットワークである、請求項１又は２に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項４】
前記低電圧オンボードネットワーク（３）は、最大６０Ｖまでの、好ましくは１２Ｖ，２４Ｖ又は４８ＶのＤＣ電圧で動作するオンボードネットワークである、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項５】
前記高電圧オンボードネットワーク（２）には、前記電気駆動ユニット（４）によって駆動可能な軸を制動及び／又は保持するために、電気的に作動可能な制動装置（８）がさらに設けられており、前記電気的に作動可能な制動装置（８）は、好ましくは、前記電気駆動ユニット（４）によって駆動可能な前記軸を保持するためにのみ構成された保持ブレーキである、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項６】
前記高電圧オンボードネットワーク（２）には、前記高電圧オンボードネットワーク（２）においてショートタームエネルギーバッファリングを実行するために、好ましくは、スーパーキャパシタ又は中間回路キャパシタの形で、ショートタームエネルギーストア（９）がさらに設けられている、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項７】
前記装置（１）は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（７）が、通常運転において前記低電圧オンボードネットワーク（３）に前記高電圧オンボードネットワーク（２）からのエネルギーを供給しており、前記一次エネルギー源（５）の故障時に存在する非常運転において前記高電圧オンボードネットワーク（２）に前記低電圧オンボードネットワーク（３）の前記低電圧再充電可能バッテリー（６）からのエネルギーを供給する、ように構成されている請求項１乃至６のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項８】
前記装置（１）は、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）が、通常運転において、一次エネルギー源（５）がスイッチオフされた、前記低電圧ネットワークに配置されたコンシューマにエネルギーを供給して、エネルギー源（５）がスイッチインされた前記低電圧オンボードネットワーク（３）のバッファリングを提供しており、一次エネルギー源（５）が故障した非常運転において、前記低電圧ネットワークに配置された任意のコンシューマ（１３）と前記高電圧オンボードネットワーク（２）における前記電気駆動ユニット（４）及び／又は前記高電圧オンボードネットワーク（２）に配置された電気的に作動可能な制動装置（８）との両方にエネルギーを供給する、ように構成されている請求項１乃至７のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項９】
前記電気駆動ユニット（４）は、インバータ（１０）、特に４象限インバータと、好ましくはトランスミッションアレンジメントに接続された電気モータ（１０）と、を含む、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項１０】
前記電気駆動ユニット（４）は、好ましくは、回生運転状態を採用するように構成されており、前記回生運転状態において、前記電気駆動ユニット（４）は、駆動しないが、エネルギーを前記高電圧オンボードネットワーク（２）に供給するために駆動される、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項１１】
前記高電圧オンボードネットワーク（２）には、クレーン又はケーブル掘削機のリフト機構（１２）がさらに配置されており、前記リフト機構（１２）は、前記電気駆動ユニット（４）によって作動可能であり、前記高電圧オンボードネットワーク（２）に同様に配置された電気的に作動可能な制動装置（８）によって制動可能である、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項１２】
前記電気的に作動可能な制動装置（８）は、前記リフト機構によって運ばれる荷重を静止状態に保持するための電気式又は電気油圧式保持ブレーキであって、開放するために前記高電圧オンボードネットワーク（２）を介してエネルギーを供給されており、前記保持ブレーキは、好ましくは自己閉鎖式である、請求項１１に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項１３】
前記装置（１）は、前記一次エネルギー源（５）が故障した非常運転において、前記保持ブレーキが、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）からのエネルギーによって開放され、前記リフト機構によって運ばれる荷重が、降下して、これにより、前記電気駆動ユニット（４）が、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）にエネルギーを供給する回生運転状態を引き受ける、ように構成されている、請求項１１又は１２に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項１４】
前記装置（１）は、非常運転において、前記保持ブレーキが、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）からのエネルギーによって閉鎖され、前記リフト機構によって運ばれる前記荷重を固定する、ように構成されている、又は、前記装置（１）は、前記保持ブレーキが、セルフロックである、若しくは非常運転においてそれ自体で前記保持ブレーキを固定する、ように構成されている、請求項１３に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）を備える移動式作業機械、特にクレーン又はケーブル掘削機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、特にクレーン又はケーブル掘削機のような作業機械の、高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置に、関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の作業機械又は車両が、それらの一次エネルギー源の故障後に安全な状態に戻ることは、基本である。例えば、クレーン又はケーブル掘削機においても、一次エネルギー源の自然故障時に、上昇した荷重を安全に地面に確実に降下することは、非常に重要である。ブーム調整ウインチを用いてクレーンにブームを座らせることは、機械の転倒が強風で差し迫っているときにも、非常に重要であり得る。従来技術によるこのような非常降下が、非常降下を実行するために、バックアップエネルギー源又は十分な寸法の再充電可能バッテリーを高電圧オンボードネットワークに提供することは、通例である。従来技術によれば、クローラ搭載クレーン及びケーブル掘削機は、小型油圧ユニット（発電セット＋油圧ポンプ）の助けを借りて荷重を降下することが通例の、ディーゼル油圧機械である。多くの場合、この非常ユニットは、機械の一部でさえないが、問題が発生した場合に導入される必要があり、装置に存在するインターフェースに接続される必要がある。
【０００３】
原則として、電気駆動車両は、高電圧オンボードネットワークと低電圧オンボードネットワークとの、２つの異なる電圧のネットワークを有する。高電圧オンボードネットワークは、一次エネルギー源によって供給され、通常、６０Ｖと１．５ｋＶとの間の電圧を有する。原則として、この高電圧オンボードネットワークでは、高電圧オンボードネットワークを介して供給されるエネルギーによって動作する、電気リフト機構等のような電気駆動ユニットも存在する。
【０００４】
原則として、低電圧オンボードネットワークは、６０Ｖ以下に相当し、例えば、ディスプレイ、ラジオ、制御、コンポーネントの論理供給等の、電力消費がより小さなコンシューマに供給するのに役立つ、電圧で動作する。低電圧オンボードネットワークは、それ自身のエネルギー源を有さないが、むしろＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧オンボードネットワークに接続されており、高電圧オンボードネットワークに配置された一次エネルギー源からエネルギーを得るが、低電圧オンボードネットワークがバックアップバッテリー（１２Ｖ又は２４Ｖ、鉛酸バッテリー、又はリチウムイオンバッテリー）を含むことも可能であり得る。この２４ボルトバッテリーは、エネルギーを、スイッチオフされた高電圧オンボードネットワークと共に、低電圧オンボードネットワークに、供給する。すなわち、この場合における低電圧オンボードネットワークは、機械を通常最初に動作させる、それ自身の内部エネルギー源を有する。制御が立ち上がり、様々なテストを経て作動した場合にのみ、高電圧電源は、スイッチインされる。スイッチオフされるとき、このルーチンは、逆の順序で行われる。
【０００５】
電気推進モータで車両を動作する方法は、トラクションバッテリー、すなわち車両の一次エネルギー源の故障を扱う、ＤＥ１０１０８９０９Ｂ４から知られている。このような車両を安全な状態にするために、車両は、回生制動され、他のコンシューマは、バッテリー、特にトラクションバッテリーの故障時に、エネルギーが供給される。基本的なアイデアは、走行する車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで、構成される。ステアリングシステムのような他のコンシューマは、これによって停止するまで供給されることができる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、一次エネルギー源の故障時に利用可能な運動エネルギーが、特定の状況において安全な状態に到達できるほど十分に大きくないことは、不利である。例えば、特定の非常動作を実行するために必要とさるエネルギーが、駆動コンポーネントが十分に速く動き、したがって十分な運動エネルギーを有する場合にのみ、利用可能であるという、可能性がある。停止からの非常動作の開始は、特定の状況下では不可能である。
【０００７】
本考案の目的は、特に省資源でスリムな基本設計にもかかわらず、例えば、クレーン又はケーブル掘削機の、荷重又は装置部品の非常降下を行うことができるように、高電圧オンボードネットワークの非常供給を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで、本考案の目的は、請求項１の全ての特徴を有する装置によって達成される。ここで、装置の有利な態様は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
したがって、特にクレーン又はケーブル掘削機のような作業機械の非常荷重降下のための高電圧オンボードネットワークの非常供給用の、本考案に係る装置は、電気駆動ユニットと前記電気駆動ユニットにエネルギーを供給するための一次エネルギー源とを有する高電圧オンボードネットワークと、エネルギーを取り入れて出力するための低電圧再充電可能バッテリーを有する低電圧オンボードネットワーク、好ましくは１２Ｖオンボードネットワーク、２４Ｖオンボードネットワーク又は４８Ｖオンボードネットワークと、を備えており、前記高電圧オンボードネットワークと前記低電圧オンボードネットワークとは、前記高電圧オンボードネットワークから前記低電圧オンボードネットワークの方向へのエネルギー流れを可能にする、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されている。本装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、前記低電圧オンボードネットワークから前記高電圧オンボードネットワークの方向へのエネルギー流れをさらに可能にする双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである、ことを特徴とする。
【００１０】
したがって、本考案の基本的なアイデアは、高電圧オンボードネットワークと低電圧オンボードネットワークとを、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによって、リンクすることで構成されている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、高電圧オンボードネットワークから低電圧オンボードネットワークの方向と、他の方向、すなわち低電圧オンボードネットワークから高電圧オンボードネットワークの方向との、両方へのエネルギー流れを可能にする。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによって、高電圧オンボードネットワークに配置されたコンシューマは、一次エネルギー源の故障時に、低電圧再充電可能バッテリーから、エネルギーを簡単に供給され、安全な運転状態への移行を可能にする。
【００１１】
公知の従来技術とは異なり、低電圧オンボードネットワークに収容された再充電可能バッテリーの、低電圧オンボードネットワークに蓄積されたエネルギーを利用することができるので、高電圧オンボードネットワークに別個のバックアップソリューションを提供することは、必要ない。
【００１２】
ここで、低電圧再充電可能バッテリーは、エネルギーを低電圧で取り込む又は出力するように設計された、標準的な再充電可能バッテリーである。ここで、再充電可能バッテリーは、鉛酸バッテリー又はリチウムイオンバッテリーでもよい。
【００１３】
一次エネルギー源は、本考案に係るＤＣエネルギー源でもよい。本状況はまた、エネルギー源が、再充電可能バッテリー、及び／又は、高電圧を高電圧オンボードネットワークに供給する、燃料によって作動される発電機であるという、本考案によってカバーされる。したがって、燃料電池、整流器を有するディーゼルユニット、整流器を有するガソリン駆動発電機、及び／又は高電圧バッテリーは、一次エネルギー源として適している。
【００１４】
さらに、本考案によれば、前記装置が、前記高電圧オンボードネットワークにおける前記一次エネルギー源の故障時、前記高電圧オンボードネットワークの非常供給が、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記低電圧バッテリーから来る、前記低電圧オンボードネットワークからのエネルギーによって行われるように、構成されることを、提供してもよい。
【００１５】
本考案の任意のさらなる発展によれば、前記高電圧オンボードネットワークが、６０Ｖ〜１．５ｋＶの間の範囲及び／又はより高電圧範囲におけるＤＣ電圧で動作するオンボードネットワークであることを、提供してもよい。
【００１６】
本考案の任意のさらなる発展によれば、前記低電圧オンボードネットワークが、最大６０Ｖまでの、好ましくは１２Ｖ，２４Ｖ又は４８ＶのＤＣ電圧で動作するオンボードネットワークであることを、提供してもよい。
【００１７】
本考案の任意の変形例によれば、前記高電圧オンボードネットワークには、前記電気駆動ユニットによって駆動可能な軸を制動するために、電気式又は電気油圧式で作動可能な制動装置が設けられていることが、提供される。
【００１８】
したがって、電気駆動ユニットによって駆動可能な軸は、制動装置によって制動又は停止されることが可能な、クレーン又はケーブル掘削機のリフト機構のための駆動軸としてもよい。この点において、電気制動装置は、自己閉鎖式として設計されるように、すなわち、例えば、一次エネルギー源の故障時に制動状態に変化するように、デザインされてもよい。次に、非常降下のために、上昇した荷重を地面に安全に座らせることができるように、低電圧再充電可能バッテリーに蓄積されたエネルギーによってブレーキを開放することが、必要であり得る。
【００１９】
本考案の好ましい実施形態によれば、前記高電圧オンボードネットワークには、前記高電圧オンボードネットワークにおいてショートタームエネルギーバッファリングを実行するために、好ましくは、スーパーキャパシタ又は中間回路キャパシタの形で、ショートタームエネルギーストアがさらに設けられている。このようなショートタームエネルギーストアは、通常、供給された変動電圧の平滑化のために機能し、不変の電圧レベルを、高電圧オンボードネットワークにおけるコンシューマに供給する。
【００２０】
本考案の任意の変形例によれば、前記装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、通常運転において、前記低電圧オンボードネットワークに前記高電圧オンボードネットワークからのエネルギーを供給しており、前記一次エネルギー源の故障時に存在する非常運転において、前記高電圧オンボードネットワークに前記低電圧オンボードネットワークの前記低電圧再充電可能バッテリーからのエネルギーを供給するように、構成されている。
【００２１】
さらなる任意の変形例によれば、前記装置は、前記低電圧再充電可能バッテリーが、通常運転において、一次エネルギー源がスイッチオフされた、前記低電圧ネットワークに配置されたコンシューマにエネルギーを供給しており、エネルギー源がスイッチインされた前記低電圧オンボードネットワークをバッファすることを提供しており、一次エネルギー源が故障した非常運転において、前記低電圧ネットワークに配置された任意のコンシューマと前記高電圧オンボードネットワークにおける前記電気駆動ユニット及び／又は前記高電圧オンボードネットワークに配置された電気的に作動可能な制動装置との両方にエネルギーを供給するように、構成されている。
【００２２】
本考案によれば、追加的に、前記電気駆動ユニットが、インバータ、特に４象限インバータと、好ましくはトランスミッションアレンジメントに接続された電気モータと、を含むことを、提供してもよい。
【００２３】
前記電気駆動ユニットは、好ましくは、回生運転状態を採用するように構成されており、前記回生運転状態において、前記電気駆動ユニットは、駆動しないが、エネルギーを前記高電圧オンボードネットワークに供給するために駆動される。したがって、例えば、上昇した荷重の地面の方向への降下時、駆動ユニットは、回復することができ、その結果、開放された制動状態の維持のために使用できるエネルギーが生成される。これより取得したエネルギーは、荷重の降下から、さらに、そこへのＨＶネットワークにフィードバックされることができ、例えば、荷重の制御された降下に寄与することができる。
【００２４】
さらに、前記高電圧オンボードネットワークには、クレーン又はケーブル掘削機のリフト機構が配置されており、前記リフト機構は、前記電気駆動ユニットによって作動可能であり、前記高電圧オンボードネットワークに同様に配置された電気的に作動可能な制動装置によって制動可能であることを、提供してもよい。
【００２５】
ここで、好ましくは、前記電気的に作動可能な制動装置は、前記リフト機構によって運ばれる荷重を静止状態に保持するための電気式又は電気油圧式保持ブレーキであって、開放するために前記高電圧オンボードネットワークを介してエネルギーを供給されており、前記保持ブレーキは、好ましくは、自己閉鎖式及び／又は電気機械式保持ブレーキであることを、提供してもよい。
【００２６】
ここで、前記装置は、好ましくは、前記一次エネルギー源が故障した非常運転において、前記保持ブレーキを前記低電圧再充電可能バッテリーからのエネルギーによって開放するように、構成されている。その結果、前記リフト機構によって運ばれる前記荷重は、降下する。このことは、特定の状況下において、前記電気駆動ユニットが、前記低電圧再充電可能バッテリーがエネルギーを供給される又は充電される回生運転状態を採用する、という効果を持つ。
【００２７】
また、前記装置は、好ましくは、非常運転において、前記保持ブレーキを前記低電圧再充電可能バッテリーからのエネルギーによって閉鎖して、前記リフト機構によって運ばれる前記荷重を停止するように、設計されている。しかしながら、さらに、保持ブレーキが独立して閉鎖することも、可能である。ここで、保持ブレーキを開いたまま保つためには、エネルギーが必要である。
【００２８】
さらに、前記装置が、一次エネルギー源が保持トルク又は制動トルクをリフト機構によって運ばれる荷重に及ぼすのに失敗した場合に、非常運転において低電圧再充電可能バッテリーからのエネルギーを電気駆動ユニットに供給するように設計されることを、提供してもよい。その結果、例えば、荷重は、保持ブレーキの開放時に、制御不能な態様で落下しない。
【００２９】
したがって、また、前記装置は、リフト機構によって運ばれる荷重を停止又は保持するために、非常運転において、低電圧再充電可能バッテリーからのエネルギーを電気駆動ユニットに供給するように、設計されてもよい。
【００３０】
さらに、本考案は、上記変形例の１つに係る装置を備える移動式作業機械、特にクレーン又はケーブル掘削機若しくは油圧式ケーブル掘削機を、含む。
【００３１】
さらなる特徴、詳細及び利点は、以下の図面の説明を参照することで、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本考案に係る装置の概略基本設計を示す。
【図２】図２は、クレーン又はケーブル掘削機の非常降下時における低電圧オンボードネットワークと高電圧オンボードネットワークとの間のエネルギー流れを示す。
【図３】図３は、クレーン又はケーブル掘削機の非常降下のための、想定パラメータでのシミュレーションモデルのブロック図を示す。
【図４ａ】図４ａは、シミュレートされた非常降下の実行に関するシミュレーション結果を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、シミュレートされた非常降下の実行に関するさらなるシミュレーション結果を示す。
【考案を実施するための形態】
【００３３】
非常降下を参照した、本考案の基本的な考えの以下の説明は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、むしろ、本考案の広範囲の適用からの例の、例示的な説明に役立つに過ぎない。クレーンとは関係ない適用事例でも、本考案の基本的な考えを容易に使用できることは、当業者に明らかである。
【００３４】
図１は、クレーン又はケーブル掘削機の非常降下のための、本考案の実施における概略基本設計を示す。装置１は、高電圧範囲から電圧が供給される複数のコンポーネントが配置された、高電圧オンボードネットワーク２を備える。さらに、装置１は、６０Ｖまでの範囲における電圧が供給されるコンポーネントを有する、低電圧オンボードネットワーク３を備える。低電圧の標準値は、１２Ｖ，２４Ｖ又は４８Ｖである一方、高電圧範囲における電圧は、６０Ｖと１．５ｋＶとの間である。
【００３５】
この場合、クレーン又はケーブル掘削機のリフト機構１２を駆動するために設計された電気駆動ユニット４が、高電圧オンボードネットワーク２に配置されている。駆動ユニット４は、インバータ１０及びモータ１１を有し、さらにまた、モータを制御するために必要なセンサシステムが設けられてもよい。さらに、駆動ユニット４は、モータの下流及び／又は上流に配置され、リフト機構に作用するモータトルクを乗じる、トランスミッションを介して設けられてもよい。
【００３６】
駆動ユニット４によって駆動されるリフト機構１２は、ウインチ、ケーブルコントローラ、ローラ、等のような、そのための典型的なコンポーネントを含み、荷重の昇降のために機能する。
【００３７】
電気駆動ユニット４の駆動のためのエネルギーは、一次エネルギー源５によって生成され、高電圧オンボードネットワーク２を介して伝達される。ここで、一次エネルギー源は、インバータ又は充電可能な高電圧バッテリーを有する内燃機関の、例えば燃料電池の形態の、ＤＣエネルギー源とすることができる。
【００３８】
さらに、リフト機構１２を制動又は保持するための保持ブレーキ８は、高電圧オンボードネットワークに設けられており、その結果、リフト機構１２によって上昇された荷重は、停止又は保持されることができる。保持ブレーキ８は、高電圧オンボードネットワーク２を介してエネルギーを供給される、自己閉鎖電気式、電気機械式又は電気油圧式ブレーキとすることができる。
【００３９】
高電圧オンボードネットワーク２に配置されたさらなるコンシューマ１４に加えて、例えば駆動ユニットによる荷重の降下時に発生し、一次エネルギー源５にフィードバックすることができず、また装置１における任意のさらなるユーザーを見つけることもない、過剰なリカバリーエネルギーの除去のために機能する、ブレーキ抵抗器１５が存在する。
【００４０】
さらに、高電圧オンボードネットワーク２に破線で描かれたような高電圧オンボードネットワークエネルギーバッファ９が、オプションで設けられてもよい。このようなショートタームエネルギーバッファ９は、ＤＣ中間回路におけるエネルギーのショートタームバッファリングに役立ち、スーパーキャパシタ又は中間回路キャパシタによって実装することができる。
【００４１】
さらに、低電圧オンボードネットワーク３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して高電圧オンボードネットワーク２に接続されており、その結果、低電圧再充電可能バッテリー６又はさらなる低電圧コンシューマ１３のような低電圧オンボードネットワーク２に配置されたコンポーネントは、一次エネルギー源５からエネルギーを供給されることができる。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ、すなわち、１つのＤＣ電圧レベルから別のＤＣ電圧レベルへ変換するコンバータは、したがって、高電圧オンボードネットワーク２から低電圧オンボードネットワーク３へエネルギーを伝導するように、構成されている。
【００４３】
本考案によれば、コンバータが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７であるため、この場合、低電圧範囲３から高電圧範囲２へのエネルギー流れも生じることができ、その結果、一次エネルギー源の故障時に、高電圧範囲２に配置されたコンポーネントは、低電圧範囲３に配置された低電圧再充電可能バッテリー６からのエネルギーを、少なくとも短期間で供給されることができる。
【００４４】
したがって、一次ＤＣエネルギー源５の故障時、高電圧オンボードネットワーク２と電気リフト機構１２と保持ブレーキ８とは、それぞれ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して、低電圧バッテリー６から、低電圧オンボードネットワーク３からのエネルギーを供給される。このトポロジーは、ブレーキ抵抗器８と共に、減速された荷重又は装備の非常降下を、可能にする。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７の電力及び低電圧バッテリー６のエネルギー含有量は、高電圧バッテリー５の特性値を、かなり下回っている。しかしながら、荷重を保持する際、電気駆動システム４の損失のみが、低電圧バッテリー６及びＤＣ／ＤＣコンバータ７によってカバーされなければならない。ここで発生する電力ピークは、任意のＤＣ中間回路エネルギーバッファ９によって、カバーされてもよい。荷重の降下によって回収されたエネルギーは、小部分において、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して、低電圧バッテリーに戻るように伝導され、他部分は、ブレーキ抵抗器１５で除去されており、すなわち、熱に変換されるか、又は任意のエネルギーバッファ９に蓄積される。
【００４６】
非常降下運転のために、非常ユニット又は非常バッテリーなどの追加のコンポーネントが必要とされないことを、強調しなければならない。ＤＣ／ＤＣコンバータ７のみを、双方向として設計する必要がある。双方向とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介したエネルギー流れが、高電圧オンボードネットワーク２から低電圧オンボードネットワーク３に、またその逆に、生じ得ることを、意味する。
【００４７】
図２は、クレーン又はケーブル掘削機の非常降下運転における、ルーチン制御中のエネルギー流れを、示す。この状態では、一次エネルギー源５によるエネルギー供給はもはや不可能であるが、しかしながら、それでもなお、上昇した荷重の制御された降下が、行われるべきである。
【００４８】
保持トルクは、先ず、電気駆動ユニット４によって、ステップ１で、構築される。これは、閉鎖した保持ブレーキ８で、行われる。このプロセスでは、モータ１１を制御するインバータ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７及び低電圧バッテリー６を介して、エネルギーが供給され、可能性のある電力ピークは、任意のＤＣ中間回路エネルギーバッファ９を介して、インターセプトされる。
【００４９】
ここで、エネルギー流れは、理解を容易にするために、装置１の概略基本設計図において、太い矢印で描かれている。
【００５０】
電気駆動ユニット４によって対応する保持トルクが構築されると、保持ブレーキ８は、次にステップ２で、開放される。この目的のために、保持ブレーキ８は、低電圧バッテリー６からエネルギーが供給される。
【００５１】
保持ブレーキ８が開かれると、駆動ユニット４は、荷重トルクを引き受け、その結果、荷重の制御不能な降下は、生じない。保持ブレーキ８及び電気リフト機構駆動機４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７及び低電圧バッテリー６を介して、エネルギーが供給される。任意の電力ピークは、任意のＤＣ中間回路エネルギーバッファ９によって、カバーされる。
【００５２】
荷重は、次の第３ステップで、保持される必要がある。荷重は、電気駆動機４によって保持され、保持ブレーキ８及び電気駆動機４は、その間、ＤＣ／ＤＣコンバータ７及び低電圧バッテリー６を介して、エネルギーが供給される。ここで、可能性のある電力ピークは、任意のＤＣ中間回路エネルギーバッファ９を介して、再び、緩衝されてもよい。
【００５３】
第４ステップでは、荷重は、所望の終了位置まで、降下される。高い位置から地面の方向への荷重の降下によって、駆動ユニットは、回復されることができ、すなわち、荷重の降下によってエネルギーが高電圧オンボードネットワーク２に供給される、その回生運転状態に設定されることができる。荷重の降下によって回復されるエネルギーのより小量部分は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して低電圧バッテリー６に伝導される、又は高電圧エネルギーバッファ５に直接的に伝導される（損傷がなく、エネルギーを取り込むことができる場合）。しかしながら、大部分は、ブレーキ抵抗器１５の助けを借りて、除去される。
【００５４】
荷重が所望の降下位置に近づくとき、保持ブレーキ８は、閉鎖され、ブレーキ８は、所望の降下位置に到達する際の荷重トルクを引き受ける（ステップ５参照）。手順の間、保持ブレーキ８及び電気駆動機４は、低電圧再充電可能バッテリー６及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して、エネルギーを供給される。
【００５５】
ここで、ステップ６で、モータの保持トルクを減少させる必要があり、これは、第６ステップで、行われる。この目的のために、モータトルクが減少され、モータトルクの減少に起因する可能性のある過剰エネルギーが、内部損失によって除去され、高電圧バッファ９又は低電圧バッテリー６に蓄積される。
【００５６】
結果として、リフト機構によって上昇した荷重は、ここで、地面に近い安全な状態に移動し、その結果、所望の非常降下は、上手く実行された。
【００５７】
図３は、特性パラメータ及び最重要モデルパラメータを有する、クレーン又はケーブル掘削機の非常降下の、上述の適用事例のシミュレーションモデルのブロック図を、示す。シミュレーションモデルは、電気パーツシステム及び機械パーツシステムを、含む。電気パーツシステムは、伝達比１：２７を有する理想的なＤＣ／ＤＣコンバータ７、バッファ容量ＣＤＣ、スイッチ素子Ｔ１…Ｔ６（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、等）を持つブレーキ抵抗器ＲＢ、永久同期モータ、及びｄｑ制御を、含む。機械パーツシステムは、モータの慣性モーメントθＭ、伝達比１：２５０を有する理想的なトランスミッション、及び、ｍＬ＝１５ｔ…の荷重を伴う理想的なウインチを、含む。今の簡易なシミュレーションモデルでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びパワーエレクトロニクス並びにＤＣ中間回路が、無損失且つ理想的であると仮定され、モータ損失のみが、図３に示されるパラメータによって考慮されたことに、留意しなければならない。さらに、保持ブレーキは、理想的であるとして仮定されており、すなわち、いかなるパワーテークアップも、無視された。
【００５８】
いくつかのシミュレーション結果を、図４ａ及び４ｂに示す。約１００ｍの高さからの荷重の降下を、シミュレーションシナリオでシミュレートした。先ず、荷重を保持する。ｔ＝５ｓから、荷重は、ｔ＝４０ｓで約２０ｍ／ｍｉｎの速度まで加速される。ｔ＝３３０ｓで終了位置に到達する前、荷重は、ｔ＝３０５ｓから制動される。
【００５９】
保持ブレーキの状態は、図４ａの第１図にも示されており、値１は閉を表しており、値０は開を表している。荷重の静止状態では、保持ブレーキは、閉鎖しており、ブレーキは、荷重の降下直前、降下中、及び降下後に、その開放位置にある。
【００６０】
高電圧オンボードネットワークにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ７に印加され、ＤＣリンク電圧と呼ばれる、電圧レベルは、その下の図に示されている。荷重を降下すると、６４８Ｖの公称電圧と最大ＤＣリンク電圧との間に、電圧リップルが見られる。このリップルは、ＤＣ中間回路において、荷重のポテンシャルエネルギーの回復から、発生する。ＤＣ中間回路電圧（又はＤＣリンク電圧）は、フィードバックされるエネルギーによって増大される。最大許容ＤＣリンク電圧に到達すると、公称電圧に到達するまでの長い間、ブレーキ抵抗器がスイッチインされる。
【００６１】
第３図は、最大ＤＣリンク電圧に到達した際にブレーキ抵抗器をスイッチインした結果として生じる、略パルス形状の高電圧中間回路電流を、示す。
【００６２】
図４ａの最下の図は、低電圧バッテリーの電流を、示す。保持ブレーキ８無しで荷重を保持するために、それは、開放の直前及び閉鎖の直前にのみ負荷されることを、認識することができる（損失の補償）。
【００６３】
したがって、エネルギー消費量は、非常に低く、このことは、低電圧バッテリー６のエネルギーをＷｈで示す、図４ｂの第３図における十字の無い連続的に設けられた線からも、認識することができる。２４Ｖオンボードネットワークからのエネルギーは、フィードバックされるエネルギーよりもかなり小さく、電力及びエネルギーの要件は、クローラ型掘削機及び油圧ケーブル掘削機で使用される１２Ｖ又は２４Ｖバッテリーのパフォーマンス能力の範囲に必ずあると、一般に言及することができる。
【００６４】
図４ｂの最初の図は、荷重の位置及び荷重の速度を、示す。ここで、荷重の速度は、十字が設けられた線によって、描かれている。駆動により一定時間後（ｔ＝約３００ｓ）にモータによって制動される前、静止位置から、ブレーキを開放して電気駆動の回復を開始することに起因して、２０ｍ／ｍｉｎの最大値まで、直線加速度を経る。その後、速度は、遅くなり、荷重は、実線からこの図に見ることができるように、所望の位置に近づく。
【００６５】
図４ｂの第２図は、低電圧バッテリーの放電電力（実線）及びモータの機械動力（十字のある実線）を、示す。駆動ユニットの回復によって、介入時間ピリオドのための十分なエネルギーが生成されるので、低電圧バッテリーからの電力は、非常降下手順の開始時及び終了時にのみ必要であることを、認識することができる。低電圧バッテリーは、静止状態を脱して回復を開始する、又は回復終了後若しくは回復終了直前にエネルギーを供給し続けるためにのみ、必要である。
【００６６】
低電圧バッテリーからの小さなエネルギー消費に加えて、ブレーキ抵抗器１５において過剰ポテンシャルエネルギーが熱に変換されることを、図４ｂの第３図から見ることができる（ブレーキ抵抗器のエネルギーをｋＷｈで示す、十字が設けられた実線を参照）。
【００６７】
シミュレーションによって示されるように、低電圧バッテリーからＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給されるエネルギー又は電力は、非常降下を実行するのに、十分である。
【００６８】
荷重を保持するために必要な駆動ユニットの電力及び磁化損失をカバーするために必要な負荷は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７及び低電圧バッテリー６を介して、供給される。駆動ユニットのモータ１１を制御するためのインバータ１０の必要なバランスエネルギーは、中間回路キャパシタ９においてバッファリングされることができる、又は低電圧バッテリーから得られることもできる。シミュレーションは、非常運転における荷重の制御された降下が、ＤＣ／ＤＣコンバータ７及び低電圧バッテリーを介して可能であることを、示す。
【図１】
0003235187.tif 000003
【図２】
0003235187.tif 000004
【図３】
0003235187.tif 000005
【図４ａ】
0003235187.tif 000006
【図４ｂ】
0003235187.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月24日(2021.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記装置（１）は、前記一次エネルギー源（５）が故障した非常運転において、前記保持ブレーキが、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）からのエネルギーによって開放され、前記リフト機構によって運ばれる荷重が、降下して、これにより、前記電気駆動ユニット（４）が、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）にエネルギーを供給する回生運転状態を引き受ける、ように構成されている、請求項１２に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
前記装置（１）は、非常運転において、前記保持ブレーキが、前記低電圧再充電可能バッテリー（６）からのエネルギーによって閉鎖され、前記リフト機構によって運ばれる前記荷重を固定する、ように構成されている、又は、前記装置（１）は、前記保持ブレーキが、セルフロックである、若しくは非常運転においてそれ自体で前記保持ブレーキを固定する、ように構成されている、請求項１２に記載の高電圧オンボードネットワークの非常供給用装置（１）。