(57)【要約】【課題】複数の電力変換装置を含む装置系の異常を検出することが可能な作業機械を提供する。【解決手段】直流母線に、直流母線への電力の入出力を制御する複数の電力変換装置が接続されている。複数の電力変換装置にそれぞれ電気機器が接続されている。異常検知装置が、複数の電力変換装置の異常を検知する。【選択図】図１
2018125991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流母線と、
前記直流母線に接続され、前記直流母線への電力の入出力を制御する複数の電力変換装置と、
複数の前記電力変換装置にそれぞれ接続された電気機器と、
複数の前記電力変換装置を含む装置系の異常を検知する異常検知装置と
を有する作業機械。
【請求項２】
複数の前記電気機器の１つは電力を供給する電源であり、他の１つは電力を蓄積する蓄電装置であり、さらに他の１つは電動機であり、
前記異常検知装置は、複数の前記電力変換装置のそれぞれに対応して配置され、対応する前記電力変換装置を経由して前記直流母線へ流出入する電力を計測する電力検出器を含む請求項１に記載の作業機械。
【請求項３】
前記異常検知装置は、複数の前記電力変換装置を経由して前記直流母線に流出入する電力の合計値に基づいて、複数の前記電力変換装置及び前記直流母線を含む前記装置系の異常を検知する制御装置を含む請求項２に記載の作業機械。
【請求項４】
前記直流母線の正側母線と負側母線との間に平滑コンデンサが接続されており、
前記異常検知装置は、前記直流母線の電圧が目標値に維持されるように複数の前記電力変換装置を制御して前記平滑コンデンサを充放電させ、前記平滑コンデンサの充放電の繰り返し周期よりも長い期間に亘って前記直流母線への入出力電力を平均した値に基づいて、前記装置系の異常を検知する請求項３に記載の作業機械。
【請求項５】
複数の前記電力変換装置の各々は、入力側と出力側の端子の一方が前記直流母線に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを含み、複数の前記電力検出器は、対応する前記電力変換装置の、前記直流母線に接続されていない方の端子において、対応する前記電力変換装置を経由して前記直流母線に流出入する電力を計測する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項６】
前記電動機に接続された前記電力変換装置は、前記直流母線の直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給するインバータを含み、前記電力検出器の１つは前記インバータと前記電動機との間の交流区間において、前記電力変換装置を経由して前記直流母線に流出入する電力を計測する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項７】
直流母線と、
前記直流母線への電力の入出力を行う複数の電力変換装置と、
複数の前記電力変換装置の少なくもと１つによって駆動されるモータと、
複数の前記電力変換装置の各々による前記直流母線への入出力電力を計測する電力検出器と、
複数の前記電力変換装置の各々による前記直流母線への入出力電力の合計値に基づいて、前記直流母線、前記電力変換装置、及び前記電力検出器を含む装置系の異常を検知する制御装置と
を有するモータ駆動システム。
【請求項８】
複数の前記電力変換装置の少なくとも１つはＤＣ−ＤＣコンバータであり、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記直流母線と電力の送受を行う機器に接続された一次側端子と、前記直流母線に接続された二次側端子とを含み、
前記電力検出器は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの一次側端子において前記直流母線への入出力電力を計測する請求項７に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記電力変換装置の少なくとも１つはインバータであり、前記インバータの直流側端子が前記直流母線に接続され、交流側端子が電動機に接続されており、前記電力検出器は前記インバータの前記交流側端子において前記直流母線への入出力電力を計測する請求項７または８に記載のモータ駆動システム。
【請求項１０】
前記直流母線の正側母線と負側母線との間に平滑コンデンサが接続されており、
前記制御装置は、前記直流母線の電圧が目標値に維持されるように前記電力変換装置を制御して前記平滑コンデンサの充放電を行い、前記平滑コンデンサの充放電の繰り返し周期よりも長い期間に亘って前記直流母線への入出力電力を平均した値に基づいて、前記装置系の異常を検知する請求項７乃至９のいずれか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記装置系の異常を検知した場合、複数の前記電力変換装置の動作を停止させる請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のモータ駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械及びモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
クレーン等の作業機械において、交流電源、交流電動機、及び蓄電池が直流母線を介して相互に接続される（例えば特許文献１）。交流電源は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置を介して直流母線に接続される。蓄電池は、蓄電池の充放電のタイミングと電力量を制御する充電／放電コントローラを介して直流母線に接続される。交流電動機は、直流電力を交流電力に変換するインバータを介して直流母線に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３１３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンバータ装置、充電／放電コントローラ、インバータ等の電力変換装置に異常が発生した状態で運転を継続すると、異常が拡大したり、正常な他の装置、例えば交流電源、蓄電池、交流電動機等に異常が発生したりしてしまう場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、複数の電力変換装置を含む装置系の異常を検出することが可能な作業機械、及びこの作業機械に搭載されるモータ駆動システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
直流母線と、
前記直流母線に接続され、前記直流母線への電力の入出力を制御する複数の電力変換装置と、
複数の前記電力変換装置にそれぞれ接続された電気機器と、
複数の前記電力変換装置を含む装置系の異常を検知する異常検知装置と
を有する作業機械が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
直流母線と、
前記直流母線への電力の入出力を行う複数の電力変換装置と、
複数の前記電力変換装置の少なくもと１つによって駆動されるモータと、
複数の前記電力変換装置の各々による前記直流母線への入出力電力を計測する電力検出器と、
複数の前記電力変換装置の各々による前記直流母線への入出力電力の合計値に基づいて、前記直流母線、前記電力変換装置、及び前記電力検出器を含む装置系の異常を検知する制御装置と
を有するモータ駆動システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
電力変換装置の異常を検知することが可能である。また、直流母線への入出力電力の合計値に基づいて、電力変換装置及び直流母線を含む装置系の異常を検知することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例によるモータ駆動システムの概略等価回路図である。
【図２】図２は、図１に示した制御装置が実行する異常判定処理のフローチャートである。
【図３】図３は、他の実施例によるモータ駆動システムの概略等価回路図である。
【図４】図４は、図３に示した制御装置が実行する異常判定処理のフローチャートである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、さらに他の実施例によるクレーンシステムの概略正面図及び概略側面図である。
【図６】図６は、クレーンシステムの電力系統図である。
【図７】図７は、さらに他の実施例におけるクレーンシステムの電力系統図である。
【図８】図８は、さらに他の実施例におけるクレーンシステムの電力系統図である。
【図９】図９は、さらに他の実施例におけるクレーンシステムの電力系統図である。
【図１０】図１０Ａは、さらに他の実施例によるショベルの側面図であり、図１０Ｂは、ショベルの油圧駆動系及び電気駆動系のブロック図である。
【図１１】図１１は、さらに他の実施例によるショベルの油圧駆動系及び電気駆動系ブロック図である。
【図１２】図１２は、さらに他の実施例によるショベルの油圧駆動系及び電気駆動系ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１及び図２を参照して、実施例によるモータ駆動システムを搭載した作業機械について説明する。
【００１１】
図１は、本実施例による作業機械の概略等価回路図である。エンジン１７によって発電機１６が駆動される。発電機１６で発電された三相交流電力が整流器１５で整流され、整流後の直流電力が電力変換装置１１の一次側端子に入力される。電力変換装置１１の二次側端子が直流母線１０に接続されている。整流器１５として、例えば三相全波整流器が用いられる。電力変換装置１１は、一次側端子に入力された直流電力を昇圧して直流母線１０に供給する。
【００１２】
電力変換装置１２の一次側端子に蓄電装置２０が接続されており、二次側端子に直流母線１０が接続されている。蓄電装置２０には、電力を蓄積及び放出する二次電池、キャパシタ等を用いることができる。電力変換装置１２は、蓄電装置２０の端子間電圧を昇圧し、蓄電装置２０からの出力電力を直流母線１０に供する。さらに、電力変換装置１２は、直流母線１０の電圧を降圧し、直流母線１０から蓄電装置２０に電力を供給する。この電力により蓄電装置２０が充電される。
【００１３】
電力変換装置１３の一次側端子がインバータ２３を介して電動機２４に接続されており、二次側端子が直流母線１０に接続されている。電力変換装置１３は、直流母線１０の電圧を昇圧し、直流母線１０からインバータ２３に電力を供給する。インバータ２３は、電力変換装置１３から供給された直流電力を三相交流電力に変換して電動機２４に供給する。電動機２４は、例えばガントリークレーンの走行用モータ、横行用モータ、巻上げモータ等、ハイブリッド型ショベルの旋回モータ等に相当する。
【００１４】
さらに、インバータ２３は電動機２４で発生した回生電力を直流電力に変換して電力変換装置１３に供給する。電力変換装置１３は、インバータ２３から入力された回生電力を降圧して直流母線１０に供給する。
【００１５】
このように、直流母線１０に電力変換装置１１、１２、１３を介して複数の電気機器が接続されている。制御装置３０が電力変換装置１１、１２、１３、及びインバータ２３を制御することにより、これらの電気機器を動作させる。
【００１６】
電力変換装置１１、１２、１３の一次側端子にそれぞれ電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａが接続されており、二次側端子にそれぞれ電力検出器２５Ｂ、２６Ｂ、２７Ｂが接続されている。電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａは、それぞれ電力変換装置１１、１２、１３の一次側端子に接続されて直流母線１０と電力の送受を行う機器から、電力変換装置１１、１２、１３に入出力される電力を計測する。電力検出器２５Ｂ、２６Ｂ、２７Ｂは、それぞれ電力変換装置１１、１２、１３から直流母線１０に流出入する電力を決定する基礎となる物理量を計測する。電力検出器２５Ａ、２５Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ、２７Ａ、２７Ｂの各々は、例えば電圧センサと電流センサとで構成され、電圧値及び電流値を計測する。電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａによって計測される電力変換装置１１、１２、１３の一次側端子への入力電力を、それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３で表すこととする。電力変換装置１１、１２、１３の一次側端子から、一次側端子に接続された機器に電力が出力される場合には、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が負になる。入力電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ電力変換装置１１、１２、１３を通して直流母線１０に供給される電力に相当する。
【００１７】
電力検出器２５Ａ、２５Ｂの検出結果が、異常判定部３１に入力される。例えば、電力変換装置１１の一次側端子の電圧と電流の計測値、及び二次側端子の電圧と電流の計測値が異常判定部３１に入力される。異常判定部３１は、電力検出器２５Ａ、２５Ｂで計測された電圧及び電流が設計時の許容範囲内の値であるか否かを判定することにより、電力変換装置１１の異常を検知する。同様に、異常判定部３２が、電力検出器２６Ａ、２６Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置１２の異常を検知する。異常判定部３３が、電力検出器２７Ａ、２７Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置１３の異常を検知する。異常判定部３１、３２、３３による異常の検知結果が制御装置３０に入力される。
【００１８】
制御装置３０は、異常判定部３１、３２、３３からの検知結果に基づいて、異常時の処理を実行するか否かを判定し、検知結果が異常を示している場合には、異常時の処理を実行する。異常時の処理として、例えば電力変換装置１１、１２、１３の動作を停止させる。制御装置３０、電力検出器２５Ａ、２５Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ、２７Ａ、２７Ｂ、及び異常判定部３１、３２、３３が、装置の異常を検知する異常検知装置として機能する。
【００１９】
図２は、制御装置３０及び異常判定部３１、３２、３３（図１）が実行する異常検知処理のフローチャートである。図２に示した異常検知処理は、例えば一定の周期で起動される。
【００２０】
異常検知処理が起動されると、異常判定部３１（図１）が、電力検出器２５Ａ、２５Ｂから、電力変換装置１１の一次側端子及び二次側端子の電圧及び電流の計測値を取得する。同様に、異常判定部３２が、電力検出器２６Ａ、２６Ｂから、電力変換装置１２の一次側端子及び二次側端子の電圧及び電流の計測値を取得する。さらに、異常判定部３３が、電力検出器２７Ａ、２７Ｂから、電力変換装置１２の一次側端子及び二次側端子の電圧及び電流の計測値を取得する（ステップＳＡ１）。
【００２１】
異常判定部３１、３２、３３は、電圧及び電流の計測値と、設計時の許容範囲とを比較し、計測値が許容範囲外であれば、それぞれ電力変換装置１１、１２、１３に異常が発生していると判定する（ステップＳＡ２）。異常の検知結果が、制御装置３０に入力される。
【００２２】
制御装置３０は、異常判定部３１、３２、３３から入力された異常の検知結果に基づいて、異常時の処理を実行するか否かを判定する（ステップＳＡ３）。異常判定部３１、３２、３３の少なくとも１つが異常を検知している場合、制御装置３０は、異常時の処理を実行（ステップＳＡ４）した後、異常検知処理を終了する。ステップＳＡ４において、例えば、制御装置３０は電力変換装置１１、１２、１３の動作を停止させる。異常判定部３１、３２、３３のいずれにおいても異常が検知されていない場合には、制御装置３０は、異常時の処理を実行することなく、異常検知処理を終了する。
【００２３】
次に、図１及び図２に示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例においては、電力変換装置１１、１２、１３のいずれかに異常が発生した場合、異常判定部３１、３２、３３により異常を検知することができる。異常が検知された場合、制御装置３０が異常時の処理を実行することにより、異常の拡大を抑制することが可能になる。
【００２４】
制御装置３０が異常を検知すると、オペレータに異常を報知して、オペレータの注意を喚起させるようにするとよい。オペレータが異常の報知に気付いて保守サービス部門に連絡することにより、迅速な異常対応及び修理を行うことが可能になる。これにより、作業機械の稼働停止時間を短くすることができる。
【００２５】
次に、図１及び図２に示した実施例の変形例について説明する。
第１の変形例による作業機械においては、電力検出器２５Ａ、２５Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ、２７Ａ、２７Ｂの各々が二重化されている。例えば、電力検出器２５Ａが、２つの電圧センサと２つの電流センサとを含む。異常判定部３１は、２つの電圧センサの計測値を比較し、さらに２つの電流センサの計測値を比較して、電力検出器２５Ａの動作の正常性を確認する。同様に、異常判定部３２が、電力検出器２６Ａ、２６Ｂの動作の正常性を確認し、異常判定部３３が、電力検出器２７Ａ、２７Ｂの動作の正常性を確認する。
【００２６】
このように電圧センサ及び電流センサを二重化することにより、電圧センサ及び電流センサ自体の異常を検知することができる。
【００２７】
第２の変形例による作業機械においては、異常判定部３１が、一次側端子に接続された電力検出器２５Ａによる計測値と、二次側端子に接続された電力検出器２５Ｂの計測値とに基づいて、電力変換装置１１の異常を検知する。例えば、一次側端子を通して電力変換装置１１に流入する電力と、二次側端子を通して電力変換装置１１から流出する電力とを比較する。電力変換装置１１が正常に動作している場合には、電力変換装置１１から流出する電力は、電力変換装置１１に流入する電力に変換効率を乗じた値に等しい。電力変換装置１１の変換効率は既知であるため、電力変換装置１１に流入する電力と、電力変換装置１１から流出する電力に基づいて、電力変換装置１１の異常を検知することができる。異常判定部３２、３３も、それぞれ電力変換装置１２、１３の異常を検知する。
【００２８】
例えば、電力変換装置１１に流入する電力に変換効率を乗じた値が、電力変換装置１１から流出する電力に実質的に等しい場合、電力変換装置１１は正常に動作していると判定することができる。ここで、「実質的」に等しいか否かは、電力変換装置１１の変換効率のばらつき、電圧センサや電流センサの測定誤差等を加味して判定するとよい。
【００２９】
電圧センサや電流センサ自体の異常により、測定対象の電圧や電流が許容範囲から外れているにもかかわらず計測値が許容範囲に収まってしまう場合がある。電圧センサや電流センサにこのような異常が発生している場合、図１及び図２に示した実施例では電力変換装置の異常を検知することができない。第２の変形例では、電圧センサや電流センサにこのような異常が発生すると、電力変換装置に流入する電力と流出する電力との関係が許容範囲から外れる。このため、電圧センサ及び電流センサ自体のこのような異常を検知することができる。
【００３０】
次に、図３及び図４を参照して、他の実施例によるモータ駆動システムを搭載した作業機械について説明する。以下、図１及び図２に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。
【００３１】
図３は、本実施例による作業機械の概略等価回路図である。図１に示した実施例では、電力変換装置１１の一次側端子に電力検出器２５Ａが接続され、二次側端子に電力検出器２５Ｂが接続されていた。同様に、他の電力変換装置１２、１３においても、一次側端子及び二次側端子の双方に電力検出器が接続されていた。これに対し、図３に示した実施例では、電力変換装置１１、１２、１３の一次側端子にのみ、それぞれ電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａが接続されており、二次側端子には電力検出器が接続されていない。電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａの計測値が制御装置３０に入力される。
【００３２】
図４は、本実施例によるモータ駆動システムの制御装置３０（図３）が実行する異常検知処理のフローチャートである。図４に示した異常検知処理は、例えば一定の周期で起動される。
【００３３】
異常検知処理が起動されると、制御装置３０は、各電力変換装置１１、１２、１３を経由して直流母線１０へ流出入する電力を計測する（ステップＳＢ１）。具体的には、制御装置３０は、電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａから電圧及び電流の計測値を取得する。電圧及び電流の計測値から、電力変換装置１１、１２、１３を経由して直流母線１０へ流出入する電力を求めることができる。
【００３４】
制御装置３０は、電力変換装置１１、１２、１３を経由して直流母線１０に流出入する電力の合計値を算出する（ステップＳＢ２）。合計値の算出後、算出された合計値に異常があるか否かを判定する（ステップＳＢ３）。例えば、合計値が許容範囲から外れている場合に、異常があると判定する。合計値に異常がある場合、制御装置３０は異常時の処理を実行し（ステップＳＢ４）、異常検知処理を終了する。合計値に異常がない場合には、制御装置３０は、異常時の処理を実行することなく異常検知処理を終了する。
【００３５】
次に、直流母線１０に流出入する電力の合計値の許容範囲について説明する。電力変換装置１１、１２、１３の変換効率が１００％であると仮定すると、エネルギ保存則から、電力変換装置１１、１２、１３を経由して直流母線１０に流入する電力の合計値は０である。電力変換装置１１、１２、１３を経由して直流母線１０に流入する電力をＰ１、Ｐ２、Ｐ３（流出する場合には負）で表すと、Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＝０が成立する。
【００３６】
実際には、電力変換装置１１、１２、１３の変換効率は１００％より低いため、直流母線１０に流出入する電力の合計値の許容範囲は、電力変換装置１１、１２、１３の変換効率を加味して決定するとよい。または、電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に、それぞれ電力変換装置１１、１２、１３の変換効率を乗じた値の合計値を求めて、この合計値が実質的に０である場合に、異常が発生していないと判定してもよい。「実質的に０」であるか否かは、電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａの測定誤差、電力変換装置１１、１２、１３の電力変換効率のばらつきを加味して判定するとよい。
【００３７】
次に、図３及び図４に示した実施例の優れた効果について説明する。
図３及び図４に示した実施例においては、電力変換装置１１、１２、１３、及び直流母線１０を含む装置系の異常を検知することができる。さらに、電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａ自体の異常を、装置系の異常として検知することができる。
【００３８】
本実施例では、装置系の異常を検知した場合に、電力検出器２５Ａ、２６Ａ、２７Ａの計測結果のみに基づいて故障が発生している装置を特定することはできない。異常を検知すると、装置の動作を停止させた後に異常が発生している装置の探索を行うとよい。さらに、本実施例では、図１及び図２に示した実施例と比べて、電力検出器の台数を削減することができる。
【００３９】
次に、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６を参照して、他の実施例によるクレーンシステムについて説明する。
【００４０】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ本実施例によるクレーンシステムの概略正面図及び概略側面図である。複数の柱４０が桁４１を支えている。柱４０と桁４１とによって門型フレームが構成される。柱４０の下端に車輪４２が取り付けられており、門型フレームがレール４３に沿って走行する。図４Ａの紙面に垂直な方向及び図４Ｂの左右方向が走行方向に相当する。桁４１にトロリー４５が搭載されている。トロリー４５に巻き上げ機４６が搭載されている。
【００４１】
複数の電動アクチュエータがそれぞれの作動部を駆動する。例えば、門型フレームに搭載された走行用モータ５１が車輪４２を駆動する。トロリー４５に搭載された横行用モータ５２が、トロリー４５を横行方向に移動させる。図４Ａの左右方向及び図４Ｂの紙面に垂直な方向が横行方向に相当する。巻き上げ機４６に搭載された巻上げモータ５３が、先端にフック等の吊り下げ具４７が取り付けられたワイヤを巻上げ及び繰り出す。このように、巻上げモータ５３、横行用モータ５２、及び走行用モータ５１等の電動アクチュエータが、それぞれ吊り下げ具４７、トロリー４５、車輪４２の作動部を駆動する。
【００４２】
門型フレームに、交流電源６０、電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）６５、蓄電装置６７、及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）６８が搭載されている。交流電源６０は、エンジン６１と発電機６２とを含む。交流電源６０は、巻上げモータ５３、横行用モータ５２、及び走行用モータ５１に駆動用の電力を供給する。さらに、交流電源６０から供給される電力によって蓄電装置６７が充電される。
【００４３】
図６は、クレーンシステムの電力系統図である。交流電源６０が整流器６３及び電力変換装置６５を介して直流母線７０に接続されている。電力変換装置６５は、交流電源６０から出力され整流器６３で整流された直流電力を、目標とする電圧の直流電力に変換して直流母線７０に供給する。直流母線７０の正側母線７０Ｐと負側母線７０Ｎとの間に平滑コンデンサ７２が接続されている。
【００４４】
蓄電装置６７が電力変換装置６８を介して直流母線７０に接続されている。電力変換装置６８は、蓄電装置６７の充放電を制御する。蓄電装置６７の放電時には、電力変換装置６８が蓄電装置６７の出力電圧を昇圧して蓄電装置６７から直流母線７０に電力を供給する。蓄電装置６７の充電時には、電力変換装置６８が直流母線７０の電圧を降圧して直流母線７０から蓄電装置６７に電力を供給する。
【００４５】
走行用モータ５１が、インバータ５４及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）５７を介して直流母線７０に接続されている。横行用モータ５２が、インバータ５５及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）５８を介して直流母線７０に接続されている。巻上げモータ５３が、インバータ５６及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）５９を介して直流母線７０に接続されている。電力変換装置５７、５８、５９は、それぞれ直流母線７０の電圧を昇圧し、昇圧された電力をインバータ５４、５５、５６に供給する。
【００４６】
コントローラ８０が、電力変換装置５７、５８、５９、６５、６８、及びインバータ５４、５５、５６を制御することにより、直流母線７０から走行用モータ５１、横行用モータ５２、及び巻上げモータ５３に電力を供給する。コントローラ８０は、直流母線７０の電圧を予め設定された目標値に維持するように電力変換装置５７、５８、５９、６５、及び６８を制御する。巻上げモータ５３が巻下げ動作をするときには、コントローラ８０がインバータ５６及び電力変換装置５９を制御して、巻上げモータ５３で発生した回生電力を降圧して直流母線７０に供給する。この回生電力により蓄電装置６７を充電することができる。
【００４７】
電力検出器７５Ａが、電力変換装置６５と整流器６３との間（電力変換装置６５の一次側端子）に接続されており、電力検出器７５Ｂが、電力変換装置６５の、直流母線７０側の端子（二次側端子）に接続されている。電力検出器７５Ａ、７５Ｂは、それぞれ電力変換装置６５の一次側端子及び二次側端子における入出力電力を計測する。同様に、電力検出器７６Ａ、７６Ｂが、それぞれ電力変換装置６８の一次側端子及び二次側端子における入出力電力を計測する。電力検出器７７Ａ、７７Ｂが、それぞれ電力変換装置５７の一次側端子及び二次側端子における入出力電力を計測する。電力検出器７８Ａ、７８Ｂが、それぞれ電力変換装置５８の一次側端子及び二次側端子における入出力電力を計測する。電力検出器７９Ａ、７９Ｂが、それぞれ電力変換装置５９の一次側端子及び二次側端子における入出力電力を計測する。
【００４８】
電力検出器７５Ａ〜７９Ａ、７５Ｂ〜７９Ｂの各々は、例えば電圧センサと電流センサとを含む。電力検出器７５Ａ〜７９Ａ、７５Ｂ〜７９Ｂによる入出力電力の計測値がコントローラ８０に入力される。
【００４９】
次に、コントローラ８０が実行する異常判定処理について説明する。コントローラ８０は、図１及び図２に示した実施例の制御装置３０と同様に、電力検出器７５Ａ、７５Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置６５の異常を検知する。さらに、電力検出器７６Ａ、７６Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置６８の異常を検知し、電力検出器７７Ａ、７７Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置５７の異常を検知し、電力検出器７８Ａ、７８Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置５８の異常を検知し、電力検出器７９Ａ、７９Ｂの計測値に基づいて、電力変換装置５９の異常を検知する。
【００５０】
さらに、コントローラ８０は、図３及び図４に示した実施例と同様に、電力検出器７５Ａ〜７９Ａの計測値に基づいて、直流母線７０への入出力電力の合計値を算出する。この算出結果に基づいて、電力変換装置５７〜５９、６５、６８、直流母線７０、平滑コンデンサ７２を含む装置系の異常を検知する。コントローラ８０は、装置系の異常を検知すると、電力変換装置５７〜５９、６５、６８の動作を停止させる。さらに、交流電源６０、及びインバータ５４、５５、５６の動作も停止させるとよい。
【００５１】
コントローラ８０は、走行用モータ５１、横行用モータ５２、及び巻上げモータ５３の駆動中に、直流母線７０の電圧が予め決められた目標値に維持されるように電力変換装置６５、６８、及び交流電源６０を制御している。例えば、直流母線７０の電圧が目標値より高くなると、電力変換装置６８を通して直流母線７０から蓄電装置６７に電力を供給して蓄電装置６７を充電することにより、直流母線７０の電圧を低下させる（平滑コンデンサ７２を放電させる）。さらに、電力変換装置６５を通した直流母線７０への電力の供給量を減らす。直流母線７０の電圧が目標値より低くなると、電力変換装置６８を通して蓄電装置６７を放電させ、直流母線７０に電力を供給することにより、直流母線７０の電圧を上昇させる（平滑コンデンサ７２を充電する）。さらに、電力変換装置６５を通した直流母線７０への電力の供給量を増やす。
【００５２】
このように、本実施例において、平滑コンデンサ７２が充放電を繰り返すため、充電中または放電中の極短時間では、直流母線７０への入出力電力の合計値が０にはならない。ただし、充放電の繰り返し周期より十分長い時間で平均すると、直流母線７０への入出力電力の合計値はほぼ０になる。コントローラ８０は、平滑コンデンサ７２の充放電の繰り返し周期よりも長い時間に亘って直流母線７０への入出力電力を平均し、入出力電力の平均値が許容範囲内であるか否かを判定する。
【００５３】
平滑コンデンサ７２の充放電の繰り返し周期は、直流母線７０の電圧を一定に維持するための制御パラメータに依存する。実際に設定されている制御パラメータの値から、平滑コンデンサ７２の充放電の繰り返し周期を予測することができる。従って、装置系の異常判定を行う際に、直流母線７０への入出力電力を平均する期間も、予め設定しておくことが可能である。
【００５４】
次に、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例では、電力変換装置５７〜５９、６５、６８、直流母線７０、及び平滑コンデンサ７２を含む装置系の異常を検知することができる。さらに、電力変換装置５７〜５９、６５、６８のうちどの装置で異常が検知されたかを特定することができる。また、図１及び図２に示した実施例、図３及び図４に示した実施例と同様に、電力検出器７５Ａ〜７９Ａ、７５Ｂ〜７９Ｂ自体に故障が発生した場合にも、装置系の異常として検知することができる。
【００５５】
次に、図７を参照して、さらに他の実施例によるクレーンシステムについて説明する。以下、図５Ａ、図５Ｂ、図６に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。
【００５６】
図７は、本実施例によるクレーンシステムの電力系統図である。本実施例では、電力変換装置５７〜５９、６５、６８の一次側端子に、それぞれ電力検出器７７Ａ〜７９Ａ、７５Ａ、７６Ａが接続されており、二次側端子には電力検出器が接続されていない。
【００５７】
本実施例においては、図３及び図４に示した実施例と同様に、電力変換装置５７〜５９、６５、６８、直流母線７０、及び平滑コンデンサ７２を含む装置系の異常を検知することができる。さらに、電力検出器７５Ａ〜７９Ａ自体の故障を、装置系の異常として検知することができる。
【００５８】
次に、図８を参照して、さらに他の実施例によるクレーンシステムについて説明する。以下、図７に示した実施例によるクレーンシステムとの相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００５９】
図８は、本実施例におけるクレーンシステムの電力系統図である。図７に示した実施例では、走行用モータ５１のインバータ５４、横行用モータ５２のインバータ５５、及び巻上げモータ５３のインバータ５６に対応して、それぞれ電力変換装置５７、５８、５９が接続されている。これに対し、図８に示した実施例では、３つのインバータ５４、５５、５６に対して１つの電力変換装置９０が接続されている。電力変換装置９０の一次側端子に３つのインバータ５４、５５、５６が並列に接続されている。さらに、電力変換装置９０の一次側端子に電力検出器９１が接続されており、電力検出器９１が、電力変換装置９０を経由して直流母線７０へ流出入する電力を計測する。
【００６０】
コントローラ８０は、電力検出器７５Ａ、７６Ａ、及び９１で計測された直流母線７０への入出力電力の合計値に基づいて、装置系の異常を検知する。
【００６１】
図８に示した実施例においても、電力変換装置６５、６８、９０、直流母線７０、及び平滑コンデンサ７２を含む装置系の異常を検知することができる。また、図３及び図４に示した実施例と同様に、電力検出器７５Ａ、７６Ａ、９１自体に故障が発生した場合にも、装置系の異常として検知することができる。
【００６２】
次に、図９を参照して、さらに他の実施例によるクレーンシステムについて説明する。以下、図７に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００６３】
図９は、本実施例におけるクレーンシステムの電力系統図である。図７に示した実施例では、電力変換装置５７、５８、５９とインバータ５４、５５、５６との間に、それぞれ電力検出器７７Ａ、７８Ａ、７９Ａが配置されている。本実施例では、図７に示した電力検出器７７Ａ、７８Ａ、７９Ａに代えて、インバータ５４と走行用モータ５１との間、インバータ５５と横行用モータ５２との間、及びインバータ５６と巻上げモータ５３との間の三相交流区間に、それぞれ電力検出器９５、９６、９７が挿入されている。
【００６４】
電力検出器９５、９６、９７は、それぞれ三相交流区間において電力変換装置５７、５８、５９及びインバータ５４、５５、５６を経由して直流母線７０へ流出入する電力を計測する。
【００６５】
コントローラ８０は、電力検出器９５、９６、９７による入出力電力の計測値、インバータ５４、５５、５６の電力変換効率、及び電力変換装置５７、５８、５９の電力変換効率に基づいて、直流母線７０への実質的な入出力電力を算出する。さらに、電力検出器７５Ａ、７６Ａによる入出力電力の計測値、及び電力変換装置６５、６８の電力変換効率に基づいて、直流母線７０への実質的な入出力電力を算出する。
【００６６】
その後、コントローラ８０は、電力検出器７５Ａ、７６Ａ、９５、９６、９７の計測値から算出した実質的な入出力電力の合計値に基づいて、装置系に異常が発生しているか否かを判定する。例えば、算出された入出力電力の合計値が実質的に０であれば、装置系に異常が発生していないと判定し、それ以外であれば装置系に異常が発生していると判定する。
【００６７】
次に、図９に示した実施例の優れた効果について説明する。図９に示した実施例では、電力変換装置５７、５８、５９、６５、６８、直流母線７０、及び平滑コンデンサ７２のみならず、インバータ５４、５５、５６を含めた装置系の異常を検知することができる。
【００６８】
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、さらに他の実施例によるショベルについて説明する。
【００６９】
図１０Ａは、本実施例によるショベルの側面図である。下部走行体１００に対して旋回可能に上部旋回体１０１が搭載されている。上部旋回体１０１にアタッチメント１１０が取り付けられている。アタッチメント１１０は、上部旋回体１０１に取り付けられたブーム１１２、ブーム１１２の先端に取り付けられたアーム１１３、及びアーム１１３の先端に取り付けられたバケット１１４を含む。ブームシリンダ１１５がブーム１１２を起伏させる。アームシリンダ１１６がアーム１１３を開閉させる。バケットシリンダ１１７がバケットを開閉させる。
【００７０】
図１０Ｂは、ショベルの油圧駆動系及び電気駆動系のブロック図である。エンジン１２０、電動発電機１２２、及び油圧ポンプ１２３がトルクコンバータ１２１を介して相互に接続されている。油圧ポンプ１２３から油圧負荷１２４に動力が供給される。油圧負荷１２４には、例えば、ブームシリンダ１１５、アームシリンダ１１６、バケットシリンダ１１７（図１０Ａ）、及び下部走行体１００のクローラを駆動する油圧モータ等が含まれる。
【００７１】
電動発電機１２２で発電された電力がインバータ１３０及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１３１を介して直流母線１４０に供給される。直流母線１４０に平滑コンデンサ１４１が接続されている。
【００７２】
直流母線１４０に電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１３６を介して蓄電装置１３５が接続されている。さらに、直流母線１４０に電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１３７及びインバータ１３８を介して旋回モータ１３９が接続されている。
【００７３】
電動発電機１２２は、アシスト運転と発電運転との両方を行うことができる。電動発電機１２２が発電運転されるときは、エンジン１２０からトルクコンバータ１２１を介して電動発電機１２２に動力が伝達される。電動発電機１２２で発電された電力が、インバータ１３０及び電力変換装置１３１を介して直流母線１４０に供給される。電動発電機１２２がアシスト運転されるときは、直流母線１４０から電力変換装置１３１及びインバータ１３０を介して電動発電機１２２に電力が供給される。電動発電機１２２が動力を発生することにより、エンジン１２０をアシストする。
【００７４】
電力変換装置１３６は、蓄電装置１３５の充放電の制御を行う。蓄電装置１３５の放電時は、電力変換装置１３６が蓄電装置１３５の端子間電圧を昇圧し、蓄電装置１３５から直流母線１４０に電力を供給する。蓄電装置１３５の充電時は、電力変換装置１３６が直流母線１４０の電圧を降圧し、直流母線１４０から蓄電装置１３５に電力を供給する。
【００７５】
旋回モータ１３９は、上部旋回体１０１（図１０Ａ）を旋回させる旋回動作と、上部旋回体１０１の制動時に回生電力を発生する回生動作とを行う。旋回動作時には、電力変換装置１３７が直流母線１４０の電圧を昇圧し、直流母線１４０からインバータ１３８を介して旋回モータ１３９に電力を供給する。回生動作時には、旋回モータ１３９で発生した回生電力をインバータ１３８が直流電力に変換する。電力変換装置１３７は、インバータ１３８で変換された直流電力を降圧し、インバータ１３８から直流母線１４０に回生電力を供給する。
【００７６】
電力変換装置１３１とインバータ１３０との間（電力変換装置１３１の一次側端子）に電力検出器１４５が接続されている。電力変換装置１３６と蓄電装置１３５との間（電力変換装置１３６の一次側端子）に電力検出器１４６が接続されている。電力変換装置１３７とインバータ１３８との間（電力変換装置１３７の一次側端子）に電力検出器１４７が接続されている。電力検出器１４５、１４６、１４７は、それぞれ電力変換装置１３１、１３６、１３７を通した直流母線１４０への入出力電力を計測する。
【００７７】
コントローラ１５０が、インバータ１３０、１３８、及び電力変換装置１３１、１３６、１３７を制御する。さらに、コントローラ１５０は、電力検出器１４５、１４６、１４７による入出力電力の計測値の合計値に基づいて、装置系の異常を検知する。異常検知処理は、図３及び図４に示した実施例の異常検知処理と同様である。
【００７８】
本実施例においては、電力変換装置１３１、１３６、１３７、直流母線１４０、及び平滑コンデンサ１４１を含む装置系の異常を検知することができる。図９に示した実施例のように、電力検出器１４７に代えて、インバータ１３８と旋回モータ１３９との間の三相交流区間に電力検出器を接続して直流母線１４０への入出力電力を計測してもよい。同様に、電力検出器１４５に代えて、電動発電機１２２とインバータ１３０との間の三相交流区間に電力検出器を接続して直流母線１４０への入出力電力を計測してもよい。このような構成とすることで、インバータ１３０、１３８を含む装置系の異常を検知することができる。
【００７９】
次に、図１１を参照して、さらに他の実施例によるショベルについて説明する。以下、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００８０】
図１１は、本実施例によるショベルの油圧駆動系及び電気駆動系ブロック図である。図１０Ｂに示した実施例では、インバータ１３０、１３８がそれぞれ電力変換装置１３１、１３７を介して直流母線１４０に接続されているが、本実施例では、インバータ１３０、１３８が電力変換装置を介することなく直流母線１４０に接続されている。
【００８１】
インバータ１３０、１３８の直流側端子に、それぞれ電力検出器１４５、１４７が接続されている。本実施例においては、電力検出器１４５、１４６、１４７による入出力電力の計測値の合計値に基づいて、電力変換装置１３６、直流母線１４０、及び平滑コンデンサ１４１を含む装置系の異常を検知することができる。
【００８２】
次に、図１２を参照して、さらに他の実施例によるショベルについて説明する。以下、図１１に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００８３】
図１２に示した実施例では、図１１に示した実施例の電力検出器１４５、１４７に代えて、インバータ１３０、１３８のそれぞれの交流側端子に電力検出器１４８、１４９が接続されている。コントローラ１５０は、電力検出器１４８により計測された入出力電力、及びインバータ１３０の電力変換効率に基づいて、直流母線１４０への実質的な入出力電力を算出する。同様に、電力検出器１４９により計測された入出力電力、及びインバータ１３８の電力変換効率に基づいて、直流母線１４０への実質的な入出力電力を算出する。さらに、電力検出器１４６により計測された入出力電力、及び電力変換装置１３６の電力変換効率に基づいて、直流母線１４０への実質的な入出力電力を算出する。
【００８４】
コントローラ１５０は、直流母線１４０への実質的な入出力電力の合計値に基づいて、装置系に異常が発生しているか否かを判定する。
【００８５】
図１２に示した実施例では、電力変換装置１３６、直流母線１４０、及び平滑コンデンサ１４１のみならず、インバータ１３０、１３８を含む装置系の異常を検知することができる。
【００８６】
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００８７】
１０  直流母線
１１、１２、１３  電力変換装置
１５  整流器
１６  発電機
１７  エンジン
２０  蓄電装置
２３  インバータ
２４  電動機
２５Ａ、２５Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ、２７Ａ、２７Ｂ  電力検出器
３０  制御装置
３１、３２、３３  異常判定部
４０  柱
４１  桁
４２  車輪
４３  レール
４５  トロリー
４６  巻き上げ機
４７  吊り下げ具
５１  走行用モータ
５２  横行用モータ
５３  巻上げモータ
５４、５５、５６  インバータ
５７、５８、５９  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
６０  交流電源
６１  エンジン
６２  発電機
６３  整流器
６５  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
６７  蓄電装置
６８  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
７０  直流母線
７０Ｐ  正側母線
７０Ｎ  負側母線
７２  平滑コンデンサ
７５Ａ、７５Ｂ、７６Ａ、７６Ｂ、７７Ａ、７７Ｂ、７８Ａ、７８Ｂ、７９Ａ、７９Ｂ  電力検出器
８０  コントローラ
９０  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
９１  電力検出器
９５、９６、９７  電力検出器
１００  下部走行体
１０１  上部旋回体
１１０  アタッチメント
１１２  ブーム
１１３  アーム
１１４  バケット
１１５  ブームシリンダ
１１６  アームシリンダ
１１７  バケットシリンダ
１２０  エンジン
１２１  トルクコンバータ
１２２  電動発電機
１２３  油圧ポンプ
１２４  油圧負荷
１３０  インバータ
１３１  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１３５  蓄電装置
１３６  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１３７  電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１３８  インバータ
１３９  旋回モータ
１４０  直流母線
１４１  平滑コンデンサ
１４５、１４６、１４７、１４８、１４９  電力検出器
１５０  コントローラ
【図１】
2018125991.tif 000003
【図２】
2018125991.tif 000004
【図３】
2018125991.tif 000005
【図４】
2018125991.tif 000006
【図５】
2018125991.tif 000007
【図６】
2018125991.tif 000008
【図７】
2018125991.tif 000009
【図８】
2018125991.tif 000010
【図９】
2018125991.tif 000011
【図１０】
2018125991.tif 000012
【図１１】
2018125991.tif 000013
【図１２】
2018125991.tif 000014