(57)【要約】【課題】電力変換部の主回路電圧が異常上昇するような異常発生時に、簡単な構成で主回路電圧の上昇を抑制できる油圧装置を提供する。【解決手段】油タンク７へ戻すべき作動油が供給される油圧モータ５と、油圧モータ５で駆動される発電機６と、発電機６により発電された電力を変換する電力変換部２０と、電力変換部２０により変換された電力により駆動されるアシストモータ８と、発電機６とアシストモータ８を制御するコントローラ３０とを備える。上記コントローラ３０は、電力変換部２０の主回路電圧が判定値を越えたか否かを判定する主回路電圧判定部３１aと、主回路電圧判定部３１aが電力変換部２０の主回路電圧が判定値を越えたと判定したとき、発電機６に弱め界磁電流を流すように発電機６の界磁電流を制御する界磁電流制御部３１bとを有する。【選択図】図１
2015061380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油タンク(７)へ戻すべき作動油が供給される油圧モータ(５)と、
上記油圧モータ(５)で駆動される発電機(６)と、
上記発電機(６)により発電された電力を変換する電力変換部(２０)と、
上記電力変換部(２０)により変換された電力により駆動されるアシストモータ(８)と、
上記発電機(６)と上記アシストモータ(８)を制御するコントローラ(３０)と
を備え、
上記コントローラ(３０)は、
上記電力変換部(２０)の主回路電圧が判定値を越えたか否かを判定する主回路電圧判定部(３１a)と、
上記主回路電圧判定部(３１a)が上記電力変換部(２０)の主回路電圧が判定値を越えたと判定したとき、上記発電機(６)に弱め界磁電流を流すように上記発電機(６)の界磁電流を制御する界磁電流制御部(３１b)と
を有することを特徴とする油圧装置。
【請求項２】
請求項１に記載の油圧装置において、
上記コントローラ(３０)は、上記アシストモータの異常を検知する異常検知部(３２a)を有し、
上記界磁電流制御部(３１b)は、上記主回路電圧判定部(３１a)が上記電力変換部(２０)の主回路電圧が判定値を越えたと判定し、かつ、上記異常検知部(３２a)が上記アシストモータ(８)の異常を検知したとき、上記発電機(６)に弱め界磁電流を流すように上記発電機(６)の界磁電流を制御することを特徴とする油圧装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の油圧装置において、
上記油圧モータ(５)に作動油を供給する第１リリーフ弁(１,２)と、
上記第１リリーフ弁(１,２)の上記油圧モータ(５)側と上記油タンク(７)との間に接続された第２リリーフ弁(３)と、
上記第１リリーフ弁(１,２)と上記油圧モータ(５)との間かつ上記第１リリーフ弁(１,２)と上記第２リリーフ弁(３)との接続点よりも下流側に接続された遮断弁(４)と
を備え、
上記コントローラ(３０)は、上記界磁電流制御部(３１b)により上記発電機(６)に弱め界磁電流を流すときに上記遮断弁(４)を閉鎖する遮断弁制御部(３１c)を有することを特徴とする油圧装置。
【請求項４】
請求項３に記載の油圧装置において、
上記コントローラ(３０)は、上記発電機(６)の回転数が予め設定された回転数以下であるか否かを判定する発電機回転数判定部(３１d)を有し、
上記遮断弁制御部(３１c)によって上記遮断弁(４)を閉鎖した後、上記発電機回転数判定部(３１d)が上記発電機(６)の回転数が予め設定された回転数以下になったと判定すると、上記界磁電流制御部(３１b)は、上記発電機(６)に上記弱め界磁電流を流す前の界磁電流を流すように上記発電機(６)の界磁電流を制御することを特徴とする油圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、油タンクへ戻す作動油のエネルギーを油圧モータで回収して発電する油圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧装置としては、油圧モータとその油圧モータで駆動される発電機とを備え、作動油のエネルギーを油圧モータに回収して発電機により発電するものがある(例えば、特開２０１２−８２９５３号公報(特許文献１)参照)。
【０００３】
しかしながら、上記従来の油圧装置では、発電機が何等かの理由でトルクの調整ができなくなった場合、油圧モータへの供給油量を抑制することができなくなって、発電機に重大な故障を生じさせたり、発電電力の使用先の機器を故障させたりする場合があり、これにより装置全体の機能停止(動作不能)を発生させる場合がある。
【０００４】
そこで、本発明者は、発電機の故障や、発電電力の使用先の機器の故障を防止するため、異常が生じたときに油圧モータへの作動油の供給を遮断弁により遮断することによって、発電機の発電を停止する油圧装置を考えた。なお、この油圧装置は、この発明を理解しやすくするために説明するものであって、公知技術ではなく、従来技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８２９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記油圧装置において、発電電力を利用するアシストモータに異常が発生した場合、遮断弁の電気的,機械的な動作遅れにより、異常発生から油圧モータへの作動油の供給を遮断するまでの期間に油圧モータに過剰な作動油が流れるために電力変換部の主回路電圧が異常上昇して、主回路が破損する恐れがあった。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、電力変換部の主回路電圧が異常上昇するような異常発生時に、簡単な構成で主回路電圧の上昇を抑制できる油圧装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の油圧装置は、
油タンクへ戻すべき作動油が供給される油圧モータと、
上記油圧モータで駆動される発電機と、
上記発電機により発電された電力を変換する電力変換部と、
上記電力変換部により変換された電力により駆動されるアシストモータと、
上記発電機と上記アシストモータを制御するコントローラと
を備え、
上記コントローラは、
上記電力変換部の主回路電圧が判定値を越えたか否かを判定する主回路電圧判定部と、
上記主回路電圧判定部が上記電力変換部の主回路電圧が判定値を越えたと判定したとき、上記発電機に弱め界磁電流を流すように上記発電機の界磁電流を制御する界磁電流制御部と
を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、コントローラの主回路電圧判定部が、電力変換部の主回路電圧が判定値を越えたか否かを判定すると、コントローラの界磁電流制御部は、発電機に弱め界磁電流を流すように発電機の界磁電流を制御するので、異常が生じて油圧モータへの流量が急激に増えても発電機の逆起電圧の上昇が抑制され、電力変換部の主回路電圧の上昇を抑制できる。このように、電力変換部の主回路電圧が異常上昇するような異常発生時に、簡単な構成で主回路電圧の上昇を抑制できる。
【００１０】
また、一実施形態の油圧装置では、
上記コントローラは、上記アシストモータの異常を検知する異常検知部を有し、
上記界磁電流制御部は、上記主回路電圧判定部が上記電力変換部の主回路電圧が判定値を越えたと判定し、かつ、上記異常検知部が上記アシストモータの異常を検知したとき、上記発電機に弱め界磁電流を流すように上記発電機の界磁電流を制御する。
【００１１】
上記実施形態によれば、主回路電圧判定部が電力変換部の主回路電圧が判定値を越えたと判定し、かつ、異常検知部がアシストモータの異常を検知したとき、発電機に弱め界磁電流を流すように界磁電流制御部が発電機の界磁電流を制御するので、正常時の電力変換部の主回路電圧の単なる急変により、誤って弱め界磁電流制御を行うことを防止できる。
【００１２】
また、一実施形態の油圧装置では、
上記油圧モータに作動油を供給する第１リリーフ弁と、
上記第１リリーフ弁の上記油圧モータ側と上記油タンクとの間に接続された第２リリーフ弁と、
上記第１リリーフ弁と上記油圧モータとの間かつ上記第１リリーフ弁と上記第２リリーフ弁との接続点よりも下流側に接続された遮断弁と
を備え、
上記コントローラは、上記界磁電流制御部により上記発電機に弱め界磁電流を流すときに上記遮断弁を閉鎖する遮断弁制御部を有する。
【００１３】
上記実施形態によれば、界磁電流制御部により発電機に弱め界磁電流を流すときにコントローラの遮断弁制御部により遮断弁を閉鎖することによって、油圧モータに作動油が供給されずに第２リリーフ弁から油タンクに作動油が戻るので、発電機の発電を確実に停止することができる。
【００１４】
また、一実施形態の油圧装置では、
上記コントローラは、上記発電機の回転数が予め設定された回転数以下であるか否かを判定する発電機回転数判定部を有し、
上記遮断弁制御部によって上記遮断弁を閉鎖した後、上記発電機回転数判定部が上記発電機の回転数が予め設定された回転数以下になったと判定すると、上記界磁電流制御部は、上記発電機に上記弱め界磁電流を流す前の界磁電流を流すように上記発電機の界磁電流を制御する。
【００１５】
上記実施形態によれば、遮断弁制御部によって遮断弁を閉鎖した後、発電機回転数判定部が発電機の回転数が予め設定された回転数以下になったと判定すると、界磁電流制御部により発電機の界磁電流を制御して、発電機に弱め界磁電流を流す前の界磁電流を流すようにするので、異常が一時的なものですぐに正常な状態に復帰するような場合、復帰後に遮断弁を開くことで、発電機による発電を速やかに行ってアシストモータを動作させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
以上より明らかなように、この発明によれば、電力変換部の主回路電圧が異常上昇するような異常発生時に、簡単な構成で主回路電圧の上昇を抑制できる油圧装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１はこの発明の実施の一形態の油圧装置の回路図である。
【図２】図２は上記油圧装置の油圧モータの圧力と流量の関係を示すグラフである。
【図３】図３は上記油圧装置の具体的な動作の一例を説明するためのグラフである。
【図４】図４は発電機流量と発電機逆起電圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の油圧装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、この油圧装置は、第１リリーフ弁１,２と、第２リリーフ弁３と、遮断弁の一例としての電磁切換弁４と、油圧モータ５と、この油圧モータ５で駆動される発電機６と、油タンク７と、アシストモータ８と、このアシストモータ８でアシストされるエンジン９と、発電機６により発電された電力を変換する電力変換部２０と、発電機６とアシストモータ８を制御するコントローラ３０と、エンジン９により駆動されるメインポンプ４０とを有する。このメインポンプ４０から吐出された作動油が、図示しない旋回系およびメイン系に供給される。上記第１リリーフ弁１,２と第２リリーフ弁３と電磁切換弁４でマルチリリーフ弁１０を構成している。
【００２０】
上記第１リリーフ弁１,２の油圧モータ５側と油タンク７との間に第２リリーフ弁３を接続している。また、上記第１リリーフ弁１,２と油圧モータ５との間かつ第１リリーフ弁１,２と第２リリーフ弁３との接続点よりも下流側に電磁切換弁４を接続している。
【００２１】
上記第１リリーフ弁１は、旋回系からの戻り作動油を受ける。また、第１リリーフ弁２は、メイン系からの戻り作動油を受ける。上記第１リリーフ弁１,２から排出された作動油は、電磁切換弁４を介して油圧モータ５に供給されて、油圧モータ５から排出された作動油は、油タンク７に戻される。
【００２２】
但し、第２リリーフ弁３の設定圧は、第１リリーフ弁１,２の設定圧よりも低くしている。この実施の形態では、第１リリーフ弁１の設定圧を２８Ｍｐａとし、第１リリーフ弁２の設定圧を３１．５ＭＰａとし、第２リリーフ弁３の設定圧を２５ＭＰａとしている。
【００２３】
上記電力変換部２０は、発電機６からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２１と、コンバータ２１からの直流電圧を所望の交流電圧に変換してアシストモータ８に出力するインバータ２２と、コンバータ２１とインバータ２２との間の直流リンク部に設けられた電圧安定用コンデンサＣ１とを有する。この電圧安定用コンデンサＣ１は、小容量であって、回生エネルギーを蓄えることができる蓄電器ではない。
【００２４】
上記コントローラ３０は、発電機６を制御する発電制御部３１と、アシストモータ８を制御するアシスト制御部３２とを有する。上記発電制御部３１とアシスト制御部３２は、互いに通信を行うことによって、発電機６で発電したエネルギーを蓄電することなくアシストモータ８ですぐに利用するように協調動作している。また、発電制御部３１は、発電機６のトルクと回転数を制御して発電量を制御する。
【００２５】
上記発電制御部３１は、電力変換部２０の主回路電圧を判定する主回路電圧判定部３１aと、発電機６の界磁電流を制御する界磁電流制御部３１bと、遮断弁制御部の一例としての電磁切換弁制御部３１cと、発電機６の回転数を判定する発電機回転数判定部３１dとを有する。また、アシスト制御部３２は、アシストモータ８の異常を検知する異常検知部３２aを有する。この異常検知部３２aは、温度センサ(図示せず)により検出されたアシストモータ８の温度が所定温度以上になったとき、アシストモータ８が異常であると判断する。なお、異常検知部は、アシストモータの動力線の短絡により、アシストモータの異常を検知してもよく、このアシストモータの動力線の短絡およびアシストモータの温度の両方を用いて異常を検知してもよく、他の手段によりアシストモータの異常を検知してもよい。
【００２６】
また、図２は上記油圧装置の油圧モータ５の圧力と流量の関係を示している。図２において、横軸は油圧モータ流量[任意目盛]を表し、縦軸は油圧モータ圧力[任意目盛]を表している。ここで、油圧モータ流量は、油圧モータ５の回転数に相当し、油圧モータ圧力は発電機６のトルクに相当する。
【００２７】
図２に示すように、油圧モータ流量の増加に伴って油圧モータ圧力も増加するが、最大流量(この実施の形態では１００L/min)に達すると、油圧モータ圧力が急激に増大する。このとき、設定圧が２５ＭＰａの第２リリーフ弁３から余剰流を油タンク７に排出して、油圧モータ流量を制限している。
【００２８】
上記構成の油圧装置では、正常運転時、発電制御部３１とアシスト制御部３２との協調動作によって、発電制御部３１は、発電機６のトルクと回転数を制御して発電量を制御する。そして、何等かの理由で、発電機６やアシストモータ８などが故障すると、コントローラ３０は、電磁切換弁４を直ちに閉鎖することにより、第２リリーフ弁３から作動油を油タンク７へ排出して、油圧モータ５への作動油の供給を停止する。これにより、油圧モータ５を停止して、発電機６の駆動を停止する。
【００２９】
このとき、電磁切換弁４の閉鎖と同時に、界磁電流制御部３１bによって、発電機６に弱め界磁電流を流すように発電機６の界磁電流を制御する。これにより、異常が生じて油圧モータ５への流量が急激に増えても発電機６の逆起電圧の上昇が抑制され、電力変換部２０の主回路電圧の上昇を抑制できる。ここで、電力変換部２０の主回路電圧とは、コンバータ２１とインバータ２２との間の直流リンク部の直流電圧である。
【００３０】
したがって、上記油圧装置によれば、電力変換部２０の主回路電圧が異常上昇するような異常発生時に、簡単な構成で主回路電圧の上昇を抑制することができる。
【００３１】
図３は上記油圧装置の具体的な動作の一例を説明するためのグラフを示し、図４は発電機流量と発電機逆起電圧の関係を示している。図３において、横軸は時間[任意目盛]を表し、縦軸は上から順に、戻り油流量[L/min]、発電機流量[L/min]、主回路電圧[V]を表している。図４において、横軸は発電機流量[L/min]を表し、縦軸は発電機逆起電圧[V]図３,図４は油圧装置の特性を示す一例である。
【００３２】
この実施の形態の油圧装置の発電機流量と発電機起電圧は、図４に示すように比例関係にあり、発電機流量が１３０[L/min]では、発電機起電圧は３２８[V]であり、発電機流量が２５０[L/min]では、発電機起電圧は６３０[V]である。しかしながら、電力変換部２０の主回路の限界電圧は６００[V]である。
【００３３】
このような性能の発電機６を用いた油圧装置において、戻り油流量が２５０[L/min]であるとき、正常動作時は、図３に示すように、第２リリーフ弁３により余剰分が油タンク７に戻り、油圧モータ５には１３０[L/min]が流れて電力変換部２０の主回路電圧は３６０[V]となっている。なお、図１に示すアシスト制御部３２により制御されるアシストモータ８は、常に主回路電圧が一定(３６０Ｖ)になるように動作するので、戻り油流量と発電機流量がいずれもゼロの状態の場合は、アシストモータ８がエンジン９のエネルギーを利用して回生動作を行って、主回路電圧を３６０Ｖに維持している。そして、戻り油流量が発生して発電機６が発電を始めると、主回路電圧が３６０Ｖから上昇するので、アシストモータ８は主回路電圧を下げるために力行動作となる。このアシストモータ８の力行動作のエネルギーがエンジン９をアシストするエネルギーとなる。
【００３４】
ここで、旋回系とメイン系の複合動作や旋回系の急減速時に、発電機６やアシストモータ８などで異常が発生すると、コントローラ３０により電磁切換弁４を閉鎖するが、電磁切換弁４が閉鎖されるまでの間(この実施の形態では数百ms)に、発電機流量が２５０[L/min]に急増し始めて、アシストモータ８側が異常のときのみ電力変換部２０の主回路電圧は３６０Ｖから上昇し始める。
【００３５】
このとき、上記主回路電圧判定部３１aが電力変換部２０の主回路電圧が判定値を越えたと判定し、かつ、異常検知部３２aがアシストモータ８の異常を検知することで、発電機６に弱め界磁電流を流すように界磁電流制御部３１bが発電機６の界磁電流を制御するようにしてもよい。これにより、正常時の電力変換部２０の主回路電圧の単なる急変により誤って弱め界磁電流制御を行うことを防止できる。
【００３６】
また、上記界磁電流制御部３１bが発電機６に弱め界磁電流を流すときにコントローラ３０の電磁切換弁制御部３１cにより遮断弁である電磁切換弁４を閉鎖することによって、油圧モータ５に作動油が供給されずに第２リリーフ弁３から油タンク７に作動油が戻るので、発電機６の発電を確実に停止することができる。
【００３７】
また、上記電磁切換弁制御部３１cによって電磁切換弁４を閉鎖した後、発電機回転数判定部３１dが発電機６の回転数が予め設定された回転数以下になったと判定すると、界磁電流制御部３１bにより発電機６の界磁電流を制御して、発電機６に弱め界磁電流を流す前の界磁電流に戻すので、異常が一時的なものですぐに正常な状態に復帰した場合、電磁切換弁４を開くことにより、発電機６による発電を速やかに行ってアシストモータ８を動作させることが可能になる。
【００３８】
上記実施の形態では、発電機６のトルクと回転数を制御して発電量を制御したが、第２リリーフ弁の設定圧をコントローラで制御して、発電機の発電量を制御してもよいし、発電機を駆動する油圧モータの上流側に流量制御弁を設け、コントローラからの信号で流量制御弁を制御して、発電機の発電量を制御してもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、旋回系のメイン系の２系統から戻り作動油を受ける２つの第１リリーフ弁１,２を備えた油圧装置について説明したが、１系統または３以上の系統から戻り作動油を受ける第１リリーフ弁を備えた油圧装置にこの発明を適用してもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態では、回生エネルギーを蓄える蓄電器を備えていない油圧装置について説明したが、回生エネルギーを蓄える蓄電器を備えた油圧装置にこの発明を適用してもよい。
【００４１】
また、上記実施の形態では、遮断弁としての電磁切換弁４を備えた油圧装置について説明したが、遮断弁はなくともよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では、遮断弁としての電磁切換弁４により油圧モータ５への作動油の供給を遮断したが、油圧モータの入口側と油タンクとの接続するバイパス流路を設けて、開閉弁によりバイパス流路に作動油を流すことで、油圧モータへの作動油の供給を遮断する構成としてもよい。
【００４３】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１,２…第１リリーフ弁
３…第２リリーフ弁
４…電磁切換弁、
５…油圧モータ
６…発電機
７…油タンク
８…アシストモータ
９…エンジン
１０…マルチリリーフ弁
２０…電力変換部
２１…コンバータ
２２…インバータ
３０…コントローラ
３１…発電制御部
３１a…主回路電圧判定部
３１b…界磁電流制御部
３１c…電磁切換弁制御部
３１d…発電機回転数判定部
３２…アシスト制御部
３２a…異常検知部
４０…メインポンプ
【図１】
2015061380.tif 000003
【図２】
2015061380.tif 000004
【図３】
2015061380.tif 000005
【図４】
2015061380.tif 000006