专利名称：混合动力工作机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一并使用发送机动力和电力的混合动力工作机(HybridWorking Machine)。
背景技术：
以挖掘机(shovel)为例对背景技术进行说明。 挖掘机如图4所示是在履带式的下部行驶体1上以围绕纵轴0自由旋转的方式搭 载上部旋转体2，在该上部旋转体2上安装工作附属装置A而构成。 该工作附属装置A构成为包括起伏自由的吊杆(boom)3 ;在该吊杆3的前端安装 的臂4 ;在该臂4的前端安装的铲斗5 ;作为对它们进行驱动的液压传动装置的吊杆、臂、铲 斗各自的缸6、7、8。 而且，作为使上部旋转体2旋转的旋转用传动装置，在液压挖掘机的情况下使用 旋转液压马达，在混合动力挖掘机的情况下使用旋转电动机。 在混合动力挖掘机中，采用如下结构，将发动机作为动力源对液压泵和发电机进 行驱动，通过液压泵对液压传动装置进行驱动，另一方面，通过发电机、和以该发电机的输 出被充电的蓄电装置对旋转电动机进行驱动(参照日本专利申请特开2000-283107号公 报，日本专利申请特开平10-42587号公报)。 在该混合动力挖掘机中，存在蓄电装置由于例如继电器故障等而发生故障，不再
能作为电源使用的可能性。 在该情况下，在现有技术中，由于 (i)作为发电机输出的蓄电场所的、并且是旋转电动机的电源的一个消失，导致连 结发电机(发电机逆变器)和旋转电动机(旋转电动机逆变器)的直流母线电压变得不稳 定， (ii)发电机的发电力不足以维持旋转电动机的消耗电力， (iii)发动机负载变大，导致液压泵的输出下降，所以存在旋转、液压这两个工作
均不能稳定地进行的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使在蓄电装置不能使用时也能够确保稳定的旋转 和液压这两个工作的混合动力工作机。 本发明的混合动力工作机具备作为动力源的发动机；由上述发动机驱动的、作 为液压传动装置的液压源的液压泵和发电机；对上述发电机发电的发电电力进行充电的蓄 电装置；由上述发电机和蓄电装置驱动的、作为旋转体的驱动源的旋转电动机；对上述蓄 电装置不能使用的情况进行检测的蓄电装置故障检测单元；以及对上述发电机和旋转电动 机进行控制的控制单元。进而，该控制单元构成为在通过上述蓄电装置故障检测单元检测 出蓄电装置不能使用时，一边将直流母线电压保持为系统的通常工作电压以上，一边进行将上述旋转电动机的消耗电力抑制在发电机的发电电力以下的紧急避难控制。 根据本发明，在蓄电装置不能使用时，由于一边将直流母线电压保持为系统的通
常工作电压，一边抑制旋转电动机的消耗电力，所以能够确保稳定的旋转和液压这两个工作。 可是，只要蓄电装置正常的话，旋转减速时产生的再生电力就被蓄电在蓄电装置 中，但当蓄电装置不能够被使用时，再生电力的接受装置消失，存在不能够正常地发挥再生 制动作用的问题。
在该情况下，本发明优选在上述结构中设置有在旋转电动机的再生工作时，对再
生电力进行消耗的再生电阻；以及对该再生电阻进行控制的再生电阻控制单元。这是因为
使在旋转减速时产生的再生电力在再生电阻消耗，能够使再生制动作用正常地发挥。 此外，本发明优选构成为在上述任意一种结构中，具备对直流母线的电压进行检
测的母线电压检测单元，蓄电装置故障检测单元在起动时，在蓄电装置与上述直流母线连
接的状态下在通过上述母线电压检测单元检测出的母线电压是设定值以下时，判断为蓄电
装置不能够使用。 在该情况下，由于通过直接表示蓄电装置的状态的直流母线电压检测出蓄电装置 不能够使用的情况，所以不仅是蓄电装置主体的故障，其它原因导致的蓄电装置不能够使 用的情况也能够被可靠地检测。
图1是本发明的实施方式的混合动力挖掘机的框结构图。
图2是表示同挖掘机的控制切换流程的流程图。
图3是表示同挖掘机的紧急避难控制的流程的流程图。
图4是挖掘机的概略侧面图。
具体实施例方式
在实施方式中作为应用对象将挖掘机作为例子。
图1表示驱动系统和控制系统的框结构。 如图所示，在作为动力源的发动机l上，连接有以一台发挥发电机作用和电动机 作用这两方的发电电动机2、和液压泵3，通过发动机1对它们进行驱动。
在液压泵3上，经由包含未图示的控制阀的液压回路4连接有吊杆缸等其它的液 压传动装置( 一律赋予附图标记5)，通过从液压泵3供给的压力油驱动液压传动装置5。
另一方面，在发电电动机2上，经由构成控制单元的发电电动机逆变器6和旋转电 动机逆变器7连接有旋转电动机8，并且在连结两个逆变器6、7的直流母线9a、9b上经由电 池连接电路10连接有电池(蓄电装置)11 ，将发电电动机2和电池10作为电源驱动旋转电 动机8。 此外，在直流母线9a、9b上，消耗旋转减速时的再生电力而发挥再生制动作用的 再生电阻电路12与电池11并联连接。13是对该再生电阻电路12的再生电阻进行控制的 再生电阻控制单元。 再有，在电池(主电源)ll之外，作为辅助电源，设置成为控制系统或起动马达等的电气元件、工作灯等的电源的辅助电池(省略图示)。 此外，在图1中，为了将旋转电动机8的驱动电路和电池电路与其它电路区别，以 粗线表示。 在该混合动力挖掘机中，在上述基本结构之外，还设置有检测直流母线电压的电 压传感器14、故障检测单元15、构成控制单元的发电电动机控制单元16、以及旋转电动机 控制单元17。 故障检测单元15基于在系统起动时(键开关导通时)以电压传感器14检测出的 直流母线电压是否在正常时的电池电压(例如150V)以上，判定电池11是否故障(不能使 用)，在判断为不能使用时，向发电电动机控制单元16和旋转电动机控制单元17发送故障 信号，进行规定的控制。 通过图2、3的流程图对该控制内容进行说明。 图2表示在通常控制和紧急避难控制之间切换电池控制的流程，图3表示紧急避 难控制的流程。 在图2的控制切换流程中，当通过键开关导通而系统起动时，在步骤S1，电池ll通 过电池连接电路16与直流母线9a、9b连接，并且在步骤S2、 S3，判断检测出的电压是否是 表示电池正常的正常值(例如150V)。 这里，即使在从电池连接起经过设定时间，检测电压也是正常值以下时，判断为电 池故障，切换至紧急避难控制(步骤S4、 S5)。 另一方面，在检测电压是正常值以上(在步骤S2为"是")时，判断为电池正常，转 移至通常控制(步骤S6)。 在图3的紧急避难控制流程中，当通过起动马达，发动机1起动时，在步骤Sll判
断直流母线电压是否是第一设定值以上。 第一设定值指的是发电电动机2的电动势程度的值，当在这里为"是"时，在步骤 S12通过发电电动机逆变器6进行发电电动机2的扭矩设定，开始发电电动机2的发电工 作。 在该情况下，以将直流母线电压保持在电池正常时的系统整体的通常工作电压
(第二设定值。例如300V)以上的方式进行发电电动机2的扭矩设定/控制。 接着在步骤S13，判断直流母线电压是否达到了第二设定值以上。 当在这里为"是"时，通过旋转电动机控制单元17，旋转电动机8起动，对应于未图
示的旋转操作控制杆的操作量，并且以发电电动机2的发电力^旋转电动机8的消耗电力
的方式，一边对旋转电动机8的速度或功率(速度X扭矩)进行限制，一边进行速度控制
(步骤S15)。 通过上述控制，在不能使用电池11的状态下，一边将直流母线电压保持在系统整 体的通常工作电压以上， 一边将旋转电动机8的消耗电力抑制在发电电动机2的发电电力 以下，能够使旋转电动机8和液压传动装置5在所需要最小限度的动力下稳定工作。
此外，在旋转减速时在旋转电动机8产生的再生电力，经由旋转电动机逆变器7向 再生电阻电路12发送，在这里被消耗。由此，能够确保与电池正常时同样的再生制动作用。
可是，在上述实施方式中，例示了利用发动机1对发电电动机2和液压泵3同时进 行驱动的所谓并行方式的混合动力结构，但本发明在采用以发动机对发电机进行驱动，以该发电机的发电电力对旋转电动机和泵用电动机进行驱动的所谓串行方式的混合动力结 构的情况下也能够应用，能够得到与上述相同的效果。 此外，在上述实施方式中使用了发挥发电机作用和电动机作用的发电电动机2，但 将发电机和电动机分离的装置作为动力装置使用也可。 进而，本发明不限于混合动力挖掘机，也能够在转用挖掘机而构成的破碎机或解 体机等中作为动力装置应用。 尽管参照附图中的实施方式对本发明进行了说明，但只要不脱离本发明的技术方 案的范围，能够有各种替换方案和等价方案。
权利要求
一种混合动力工作机，其中，具备作为动力源的发动机；由上述发动机驱动的、作为液压传动装置的液压源的液压泵和发电机；对上述发电机发电的发电电力进行充电的蓄电装置；由上述发电机和蓄电装置驱动的、作为旋转体的驱动源的旋转电动机；对上述蓄电装置不能使用的情况进行检测的蓄电装置故障检测单元；以及对上述发电机和旋转电动机进行控制的控制单元，其中，该控制单元构成为在通过上述蓄电装置故障检测单元检测出蓄电装置不能使用时，一边将直流母线电压保持为系统的通常工作电压以上，一边进行将上述旋转电动机的消耗电力抑制在发电机的发电电力以下的紧急避难控制。
2. 根据权利要求1所述的混合动力工作机，其中，还具备在上述旋转电动机的再生工作时，对再生电力进行消耗的再生电阻；以及对该再生电阻进行控制的再生电阻控制单元。
3. 根据权利要求l所述的混合动力工作机，其中，还具备对上述直流母线的电压进行检测的母线电压检测单元，该蓄电装置故障检测单元在起动时，在蓄电装置与上述直流母线连接的状态下在通过上述母线电压检测单元检测出母线电压是设定值以下时，判断为蓄电装置不能够使用。
全文摘要
本发明涉及混合动力工作机，在将发动机作为动力源对发电电动机和液压泵进行驱动，并且通过发电电动机的发电力对电池进行充电，通过发电电动机和电池对旋转电动机进行驱动的混合动力挖掘机中，以电压传感器对直流母线电压进行检测，通过故障检测电源检测电池是否不能使用。当电池不能使用时，进行一边将直流母线电压保持在系统的通常工作电压以上，一边将旋转电动机的消耗电力抑制在发电电动机的发电电力以下的紧急避难控制。
文档编号B60K6/46GK101725163SQ200910207920
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年10月29日
发明者下村启介, 小见山昌之, 鹿儿岛昌之 申请人:神钢建设机械株式会社