(57)【要約】エンジン（１０２）、発電機（１１０）、および補助動力源（１２６）を有する機械（１００）の共通バス（１１４）を電圧準備する方法が提供される。この方法は、補助動力源（１２６）の動作状態を判断し、補助動力源（１２６）が動作不能であると判断された場合、エンジン（１０２）を所定のアイドリング速度で動作させ、エンジン（１０２）の所定のアイドリング速度に応答して発電機（１１０）が共通バス（１１４）を調整できるようにすることができる。
2014501480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１０２）、発電機（１１０）、および補助動力源（１２６）を有する機械（１００）の共通バス（１１４）を調整する方法であって、
補助動力源（１２６）の動作状態を判断するステップと、
補助動力源（１２６）が動作不能であると判断された場合、エンジン（１０２）を所定のアイドリング速度で動作させるステップと、
エンジン（１０２）の所定のアイドリング速度に応答して発電機（１１０）が共通バス（１１４）を調整できるようにするステップと
を含む方法。
【請求項２】
補助動力源（１２６）の動作状態が、エンジン（１０２）の始動中に判断される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定のアイドリング速度が、エンジン（１０２）の実質的に高いアイドリング速度に対応する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
所定のアイドリング速度が、機械（１００）の１つまたは複数の即時動作状態に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、共通バス（１１４）が十分に電圧準備された後、エンジン（１０２）を第２の所定のアイドリング速度で動作させるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第２の所定のアイドリング速度が、エンジン（１０２）の実質的に低いアイドリング速度に対応する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
機械（１００）用のプライマシステム（１２４）であって、
共通バス（１１４）と、
機械（１００）の共通バス（１１４）およびエンジン（１０２）に結合された発電機（１１０）であって、発電機（１１０）が、共通バス（１１４）に電流を供給するように構成される、発電機（１１０）と、
エンジン（１０２）に動作可能に結合され、共通バス（１１４）を電圧準備し、発電機（１１０）を使用可能にするために、エンジン（１０２）を高いアイドリング速度で選択的に動作させるように構成される制御装置（１２８）と
を備えるプライマシステム（１２４）。
【請求項８】
さらに、始動時に共通バス（１１４）を充電するように構成された補助動力源（１２６）を備え、制御装置（１２８）が、補助動力源（１２６）の動作状態を検出し、補助動力源（１２６）が動作不能であると判断された場合にエンジン（１０２）を高いアイドリング速度で動作するように構成される請求項７に記載のシステム（１２４）。
【請求項９】
制御装置（１２８）が、さらに、共通バス（１１４）が十分に電圧準備された後に、エンジン（１０２）を低いアイドリング速度に戻すように構成される請求項７に記載のシステム（１２４）。
【請求項１０】
発電機（１１０）が、スイッチドリラクタンス発電機である請求項７に記載のシステム（１２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電気駆動アセンブリおよび機械に関し、より詳細には、電気駆動アセンブリおよび機械の共通バスを調整するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
共通または電気的バスが、作業機械、車両、およびコンピュータを含めた様々な適用例で使用されている。電気的バスは、電源から電気的デバイスに電力を送るために高電圧用途で使用することもできる。電気的バスは、本質的には、複数の電気的デバイスを発電機、太陽電池、バッテリなどを含めた電源と接続するために使用される並列回路である。さらに、電気的バスは、直流（ＤＣ）用途で使用することができ、正ラインと、負ラインまたは接地ラインとを有し、それらのラインを介してポテンシャル電圧差を提供することができる。
【０００３】
電気駆動機械の電気的デバイスおよびサブコンポーネントは、電力に関して共通バスに依拠するので、適切な機能のために、機械の動作全体を通じてバス電圧を調整または維持することが重要である。比較的低いエンジンアイドリング速度で駆動されるスイッチドリラクタンス（ＳＲ）発電機などの発電機を使用して、関連の機械の通常動作中に共通バス電圧を調整することができることがよく知られている。しかしまた、そのような発電機は、共通バスにわたる電圧を調整するために使用するには、まず共通バスを電圧準備しなければならない、または共通バスに始動電圧を提供しなければならないことがよく知られている。例えば、バス電圧が実質的に放電されている、および／または発電機を電圧準備するのに必要な最小始動電圧未満である場合、発電機は、追加の補助なしでは、次の始動時に回転してバス電圧の調整を開始することができないことがある。
【０００４】
したがって、典型的な高電圧電気駆動機械は、始動中に共通バスおよび発電機を電圧準備するように構成された補助電圧源、例えばアクセサリ電力変換器を設けられる。例えば、機械のエンジンが操作者によって始動された後、アクセサリ電力変換器も始動されて、共通バスおよび発電機を、必要とされる最小始動電圧まで充電する。エンジンアイドリング速度が比較的低いアイドリング速度に留まって安定した後、最適なバス電圧への共通バスの調整を始めるために、発電機に要求を提示することができる。共通バスおよび発電機がアクセサリ電力変換器によって既に電圧準備または充電されているので、発電機は、要求が受信されるとすぐにバス電圧の調整を始めることができる。共通バス電圧が調整されると、操作者は、スロットル位置を変え、エンジンを比較的高いアイドリング速度に設定して、機械の通常動作を開始することを可能にされることがある。
【０００５】
そのような電圧準備ストラテジは、大抵の目的に適切となり得るが、アクセサリ電力変換器または補助電圧源が動作不良を起こした場合には、重大な問題が生じることがある。例えば、補助電圧源が、高電圧電気駆動機械の始動中に共通バスまたは発電機を電圧準備するのに失敗した場合、共通バスは、関連のＳＲ発電機を始動させるのに必要な最小電荷を有さないことがある。さらに、適切に電圧準備された共通バスを用いないと、ＳＲ発電機は、共通バスを適切なバス電圧に調整することができないことがあり、および／または共通バスに接続された機械の電気的デバイスに適切なＤＣ電圧を分散することができないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書で開示するシステムおよび方法は、上述した問題の１つまたは複数を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様では、エンジン、発電機、および補助動力源を有する機械の共通バスを調整する方法が提供される。この方法は、補助動力源の動作状態を判断し、補助動力源が動作不能であると判断された場合、エンジンを所定のアイドリング速度で動作させ、エンジンの所定のアイドリング速度に応答して発電機が共通バスを調整できるようにする。
【０００８】
本開示の別の態様では、機械用のプライマシステムが提供される。プライマシステムは、共通バスと、発電機と、制御装置とを含む。発電機は、共通バスと、機械のエンジンとに結合される。発電機は、さらに、共通バスに電流を供給するように構成される。制御装置は、エンジンに動作可能に結合され、共通バスを電圧準備し、発電機を使用可能にするために、エンジンを高いアイドリング速度で選択的に動作させるように構成される。
【０００９】
本開示のさらに別の態様では、機械用のプライマシステムが提供される。プライマシステムは、共通バス、共通バスに結合された発電機、および機械のエンジン、補助動力源、ならびに制御装置とを含む。発電機は、共通バスに電流を供給するように構成される。補助動力源は、始動時に共通バスを充電するように構成される。制御装置は、エンジンに動作可能に結合され、補助動力源の動作状態を検出するように構成される。補助動力源が動作不能であると判断された場合、制御装置は、所定のアイドリング速度でエンジンを動作する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の例示的実施形態に従って構成された機械の概略図である。
【図２】典型的な電気駆動機械に適用されるときのプライマシステムの例示的実施形態の概略図である。
【図３】機械の電気的な共通バスを調整する例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、具体的な実施形態または特徴に詳細に言及する。それらの実施形態または特徴の例は、添付図面に示されている。一般に、図面を通じて、同一または対応する部分を表すために、対応する参照番号が使用されている。
【００１２】
図１は、移動を生じさせるための電気駆動手段を採用することができる可動機械１００を概略的に示す。より具体的には、機械１００は、主動力源１０２を含むことができ、主動力源１０２は、牽引デバイス１０６によって移動を生じさせるための電気駆動機構１０４に結合される。そのような可動機械１００は、採掘、建設、農業、輸送、または当技術分野で知られている任意の他の適切な産業など、ある産業に関連付けられる特定のタイプの動作を実施するための作業機械として使用することができる。例えば、機械１００は、土木機械、船舶、航空機、トラクタ、オフロードトラック、オンハイウェイ乗用車、または任意の他の適切な可動機械でよい。
【００１３】
図２にさらに示されるように、電気駆動機構１０４の主動力源１０２は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、または動力を発生するために一般に使用される任意の他のタイプの燃焼機関を含むことがある。また、電気駆動機構１０４は、例えば燃料電池など任意の他の適切な動力源と共に使用することもできる。エンジン１０２は、寄生負荷１０８に動力を直接伝達する、またはベルトや油圧システムなどを介して間接的に伝達するように構成することができる。また、エンジン１０２は、結合する、または軸方向に回転する駆動シャフト１１２を介して発電機１１０に動力を機械的に伝達するように構成することもできる。
【００１４】
図２の発電機１１０は、スイッチドリラクタンス（ＳＲ）発電機、またはエンジン１０２からの回転入力に応答して電力を発生するように構成された任意の他の適切な発電機でよい。当技術分野でよく知られているように、発電機１１０は、回転子（図示せず）を含むことがあり、回転子は、定置固定子（図示せず）の内部に回転可能に配設される。発電機１１０の回転子は、直接クランクシャフト、歯車列、油圧回路などを介してエンジン１０２の出力に回転可能に結合させることができる。発電機１１０の固定子は、整流器、インバータ、コンデンサなどを有する変換器回路１１６を介して電気駆動機構１０４の共通バス１１４に結合させることができる。発電動作モード中、主動力源１０２によって発電機１１０の回転子が固定子内部で回転されるとき、固定子内部で電流が誘発されて、変換器回路１１６に供給されることがある。変換器回路１１６は、電気信号を適当な直流（ＤＣ）電圧に変換して、機械１００の様々な電気的デバイスおよびサブコンポーネントに分散させることができる。さらに、発電機１１０は、例えば電動動作モード中に共通バス１１４から固定子に提供される電気信号に応答して、回転子の回転を引き起こすことを可能にされることがある。
【００１５】
共通バス１１４は、正ライン１１８と、負ラインまたは接地ライン１２０とを提供することができ、それらのラインを介して、共通バス１１４は、機械１００の１つまたは複数の電気的に並列なデバイスまたはサブコンポーネントの間で共通ＤＣバス電圧を伝達することができる。例えば、共通バス１１４は、牽引デバイス１０６による運動を引き起こすために、エンジン１０２および発電機１１０によって供給される動力を１つまたは複数のモータ１２２に伝達することができる。特に、発電機１１０に関連付けられる第１の変換器回路１１６は、送信すべきＤＣ信号を、１つまたは複数のモータ１２２に関連付けられる第２の変換器回路１１６に提供することができる。第２の変換器回路１１６は、ＤＣ信号を、モータ１２２を駆動させるのに必要な適当な位相信号に変換することができる。また、共通バス１１４は、共通ＤＣ電圧を、電力貯蔵デバイス（図示せず）やアクセサリ電力負荷（図示せず）など機械１００の他の構成要素に伝達することもできる。さらに、または任意選択で、共通バス１１４は、電力貯蔵デバイスなど二次動力源によって供給される動力を、発電機１１０および／または１つまたは複数のモータ１２２に伝達することができるように構成することができる。さらに、共通バス１１４にわたるＤＣ電圧は、かなり高いＤＣ電圧でよく、この電圧は、接続されている機械１００の任意の構成要素またはサブコンポーネントによって必要とされるときには、より低い電圧に調整または変換することができる。
【００１６】
引き続き図２を参照すると、機械１００の電気駆動機構１０４は、例示的なプライマシステム１２４を設けられることもあり、例示的なプライマシステム１２４は、共通バス１１４に最小始動電圧を電圧準備するように、および発電機によって可能な共通バスの調整を促すように構成される。より具体的には、図２のプライマシステム１２４は、エンジン１０２の始動中に始動電圧に発電機１１０を充電するように構成された補助動力源１２６と、プライマシステム１２４の全体の動作を管理するための制御装置１２８とを含むことがある。補助動力源１２６は、共通バス１１４および制御装置１２８と電気的に通信することができる。また、補助動力源１２６に加えて、制御装置１２８が、エンジン１０２または他の主動力源、および発電機１１０と電気的に通信することもできる。代替実施形態では、補助動力源１２６を省くことができ、プライマシステム１２４は、制御装置１２８のみに依拠して、エンジン１０２および／または発電機１１０が始動中に共通バス１１０を電圧準備および調整することができるようにする。
【００１７】
補助動力源１２６は、エンジン１０２の点火中に最小始動電圧に共通バス１１４を自動的に充電するように構成された補助ＤＣ電源などを含むことがある。共通バス１１４が十分に電圧準備された後、エンジン１０２を比較的低いアイドリング速度で動作させたまま、補助動力源１２６の電源を切断することができる。低いエンジンアイドリング速度が安定した後、発電機１１０は、最適なバス電圧への共通バス１１４の調整を始めることができる。特に、低いエンジンアイドリング速度が安定した後、低いエンジンアイドリング速度に応答して、既定のバス電圧への共通バス１１４の調整を始めるように、制御装置１２８からエンジン１０２および／または発電機１１０に電圧準備要求が送信されることがある。バス電圧が発電機１１０によって調整されている間に、操作者は、例えば、スロットル位置を変えて、エンジンを比較的高いアイドリング速度に設定することによって、機械１００の通常動作を開始することができる。
【００１８】
プライマシステム１２４の動作は、機械１００の既存の制御に埋め込むまたは組み込むことができる。さらに、制御装置１２８は、プライマシステム１２４の機能を電子的に制御するための処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、電子制御モジュール（ＥＣＭ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、または任意の他の適切な手段の１つまたは複数を使用して実装することができる。制御装置１２８は、機械１００の動作状態に基づいてプライマシステム１２４を制御するための所定のアルゴリズムまたは命令セットに従って動作するように構成することができる。そのようなアルゴリズムまたは命令セットは、当技術分野で一般に使用されるような制御装置１２８のメモリに予めプログラムする、または組み込むことができる。
【００１９】
図３に示されるように、機械１００の共通バス１１４を調整するための例示的な方法は、複数の条件ステップを含むことができ、これらのステップは、電気駆動機構１０４の補助動力源１２６および／またはエンジン１０２の動作状態に基づいて選択的に実施される。さらに、開示する方法は、アルゴリズムまたは１組のプログラムコードとして実装することができ、制御装置１２８が、そのアルゴリズムまたは１組のプログラムコードによって動作するように構成される。図示されるように、制御装置１２８は、まず、機械１００を始動するための要求が存在するかどうか判断することができる。そのような始動要求の表明は、機械１００の操作者によるキーの物理的な回転または切替えなどに対応することがある。始動要求が存在する場合、制御装置１２８は、補助動力源１２６の動作状態を判断することができる。制御装置１２８は、例えば、補助動力源１２６に設けられたスイッチを使用して、または補助動力源１２６の出力で電流をサンプリングして、または最小始動電圧に関して共通バス１１４を監視して、または任意の他の適切な手段で、補助動力源１２６の動作状態を判断することができる。
【００２０】
補助動力源１２６が動作状態であると判断された場合、共通バス１１４が十分に充電された後、制御装置１２８は、比較的低いアイドリング速度でエンジン１０２を動作させ、アイドリングしているエンジン１０２に応答して発電機１１０が動作できるようにする。さらに、制御装置１２８は、安定化のためにエンジンアイドリング速度を監視することができ、安定化後、制御装置１２８は、発電機１１０が共通バス１１４を最適なバス電圧に調整できるようにすることができる。次いで、ＤＣ電力を必要とする機械１００の様々な電気的デバイスおよびサブコンポーネントにバス電圧を分散させることができる。さらに、発電機１１０が共通バス１１４を調整するとき、操作者は、望み通りにエンジン１０２のスロットル位置を調節し、機械１００の所要の動作を行うことができる。図３に示されるように、次いで、プライマシステム１２４の制御装置１２８は、スタンバイ動作モードに入り、後続の始動要求を監視することができる。
【００２１】
あるいは、補助動力源１２６が動作不能であると判断された場合、制御装置１２８は、エンジン１０２を比較的高いアイドリング速度で一時的に動作させることができ、発電機１１０が共通バス１１４の調整を始めるのに必要とする始動電圧を発電機１１０に提供する。より具体的には、エンジン１０２の高いアイドリング速度は、残留電圧を生じることがあり、この残留電圧を使用して、共通バス１１４を電圧準備し、発電機１１０がバス電圧の調整を始められるようにすることができる。高いエンジンアイドリング速度は、所定の値でよく、この値は、制御装置１２８に記憶され、発電機１１０を始動させるための十分な始動電圧を共通バス１１４に供給するように構成される。あるいは、制御装置１２８は、エンジン１０２および／または機械１００の即時動作状態に基づいて、適当なアイドリング速度を決定することができる。発電機１１０が始動し、バス電圧が調整された後、制御装置１２８は、エンジン１０２を低いまたは通常のアイドリング速度に戻し、機械１００の通常動作を再開することができる。次いで、プライマシステム１２４の制御装置１２８は、スタンバイモードに戻り、その後の始動要求を監視することができる。
【００２２】
さらなる代替形態では、プライマシステム１２４の制御装置１２８は、図３の想像線で示されるように、補助動力源１２６が動作不能であると判断された場合には、機械１００を低機能動作モードにすることに進むことができる。さらに、制御装置１２８は、例えば、技師によって低機能モードがリセットまたはクリアされるまでは機械１００の重要な構成要素のみが動作できるように、機械１００のエンジン１０２および／または発電機１１０の動作を制限することができる。例えば、低機能モード中、エンジン１０２は、低い最大回転速度に制限することができ、最低限、さらなる検査および／または修理のための適当な設備に機械１００を移動または駆動させることができるようにする。低機能モード中には、すべての他の重要でないデバイス、サブコンポーネント、作業工具などは使用不可にすることができる。補助動力源１２６が修理され、低機能モード状態がクリアまたはリセットされた後、制御装置１２８は、スタンバイ動作モードに戻り、その後の始動要求を監視することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
一般に、前述の開示は、例えば、農業、建設、および採掘産業など様々な産業分野で利用され、トラクタ、バックホーローダ、突き固め機、フェラーバンチャ、林業機械、産業ローダ、スキッドステアローダ、ホイールローダなどの作業車両および／または機械のためのよりロバストな電気的バス電圧準備ストラテジを提供する。より具体的には、開示した電圧準備ストラテジは、スイッチドリラクタンス発電機、または当技術分野で一般に使用されている他の同等の発電機を有する高電圧電気駆動機械に適用することができる。本明細書で開示するシステムおよび方法は、補助動力源が始動中に共通バスを電圧準備し、関連の発電機を始動させることができるかどうか監視する。補助動力源が動作不能であると判断された場合、エンジンは、共通バスを電圧準備し、発電機がバス電圧を調整できるようにするために、比較的高いアイドリング速度に設定される。補助動力源が故障している場合でさえ、作業機械を始動させることができ、十分に動作状態を保つことができるので、典型的には故障した補助動力源に関連付けられるダウンタイムが大幅に短縮される。
【００２４】
以上、例示の目的でいくつかの実施形態のみを記載してきたが、当業者には、上述した説明から代替形態および修正形態が明らかであろう。これらおよび他の代替形態は、均等物であり、本開示および添付の特許請求の範囲の精神および範囲内にあるとみなされる。
【図１】
2014501480.tif 000003
【図２】
2014501480.tif 000004
【図３】
2014501480.tif 000005
【国際調査報告】
2014501480.tif 000006
2014501480.tif 000007