專利名稱：混合動力式作業(yè)機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及混合動力式作業(yè)機械，詳細地講，涉及具有對發(fā)動機進行助力的助力電動機的混合動力式作業(yè)機械。
背景技術(shù)：
以往，作為混合動力式作業(yè)機械，存在具有用于對驅(qū)動液壓泵的發(fā)動機進行助力的助力電動機的作業(yè)機械(例如，參照國際公開第2008 / 117748號公報(專利文獻I))。在上述混合動力式作業(yè)機械中，通常使用電池或電容器等大容量的蓄電器，將再生的能量暫時存儲到蓄電器中，根據(jù)發(fā)動機負載/轉(zhuǎn)速和蓄電器的剩余容量，以預(yù)先決定的輸出進行發(fā)動機的助力。然而，存在上述混合動力式作業(yè)機械所使用的大容量的蓄電器成本高且安裝尺寸大這樣的課題。此外，還存在如下課題，該大容量的蓄電器需要振動對策和冷卻對策，由于老化嚴重而內(nèi)部發(fā)熱增大，導(dǎo)致蓄電量降低。此外，還存在如下課題，在上述混合動力式作業(yè)機械中，當(dāng)進行維護作業(yè)時需要對大容量的蓄電器確保安全性，大容量的蓄電器的廢棄成本較高，而且截流繼電器、浪涌電流抑制電路等附加電路也使成本升高。在上述以往的混合動力式作業(yè)機械中，如果在回收再生能量過程中處于由于發(fā)動機驅(qū)動液壓泵的負載等而存在發(fā)動機負載的狀態(tài)，則可以與發(fā)電同時地進行發(fā)動機助力，因而不需要暫時將能量存儲到蓄電器中，可以將再生能量用于發(fā)動機助力。然而，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速或作業(yè)機的作業(yè)狀態(tài)的不同，存在由再生能量發(fā)電的發(fā)電量比發(fā)動機負載大的情況。當(dāng)這樣的由再生能量發(fā)電的發(fā)電量比發(fā)動機負載大時，如果原樣繼續(xù)發(fā)電，則可能導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升而破壞設(shè)備，或者控制器內(nèi)的穩(wěn)定電壓用的電容器電壓值上升而使設(shè)備破損。專利文獻專利文獻1:國際公開第2008 / 117748號公報
實用新型內(nèi)容實用新型要解決的問題因此，本實用新型的課題在于，提供一種不需要對用于驅(qū)動助力電動機的電力進行蓄電，而能夠利用再生能量對發(fā)動機進行助力的價格低廉的混合動力式作業(yè)機械。用于解決問題的手段為了解決上述課題，本實用新型的混合動力式作業(yè)機械的特征在于，具有:作業(yè)機；發(fā)動機，其為上述作業(yè)機提供動力；助力電動機，其用于對上述發(fā)動機進行助力；再生裝置，其對上述作業(yè)機在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量進行再生；發(fā)電機，其通過由上述再生裝置再生的能量進行發(fā)電；變流器，其將由上述發(fā)電機發(fā)電產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；逆變器，其將由上述變流器轉(zhuǎn)換得到的直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動上述助力電動機的交流電壓；以及控制裝置，其根據(jù)上述發(fā)動機的負載控制上述發(fā)電機的發(fā)電量。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過再生裝置使發(fā)電機對作業(yè)機在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量再生而進行發(fā)電，通過變流器將來自發(fā)電機的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，通過逆變器將變流器的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。這樣，通過由逆變器轉(zhuǎn)換得到的交流電壓驅(qū)動助力電動機。此時，控制裝置根據(jù)發(fā)動機的負載控制發(fā)電機的發(fā)電量，因此例如以發(fā)電機的發(fā)電量不大于與發(fā)動機負載相當(dāng)?shù)碾娏α康姆绞较拗瓢l(fā)電機的發(fā)電量，由此可以將變流器與逆變器之間的直流環(huán)節(jié)(DC link)電壓的上升設(shè)為容許電壓以下。由此，可以不需要對用于驅(qū)動助力電動機的電力進行蓄電，而能夠利用再生能量與發(fā)電同時地對發(fā)動機進行助力。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可以對發(fā)動機進行助力的價格低廉的混合動力式作業(yè)機械。此外，在一個實施方式的混合動力式作業(yè)機械中，采用在上述變流器與上述逆變器之間不連接實質(zhì)上對電力進行蓄電的蓄電器而利用直流環(huán)節(jié)部進行連接的結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述實施方式，通過采用在變流器與逆變器之間不連接實質(zhì)上對電力進行蓄電的蓄電器而利用直流環(huán)節(jié)部進行連接的結(jié)構(gòu)，不使用需要振動對策、冷卻對策、安全對策等并且尺寸較大的蓄電器，因此能夠?qū)崿F(xiàn)處理容易的混合動力式作業(yè)機械。此外，在一個實施方式的混合動力式作業(yè)機械中，上述控制裝置具有:發(fā)電量判定部，其判定上述發(fā)電機通過上述作業(yè)機在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量能夠發(fā)電的發(fā)電量是否為與上述發(fā)動機的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨?；以及發(fā)電量控制部，當(dāng)上述發(fā)電量判定部判定為上述發(fā)電機的可發(fā)電電力為與上述發(fā)動機的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨蠒r，控制上述發(fā)電機的發(fā)電量，以使得上述發(fā)電機的發(fā)電量成為與上述發(fā)動機的負載相當(dāng)?shù)陌l(fā)電量。根據(jù)上述實施方式，當(dāng)發(fā)電量判定部判定為發(fā)電機的可發(fā)電電力為與發(fā)動機的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨蠒r，通過發(fā)電量控制部控制發(fā)電機的發(fā)電量，以使得發(fā)電機的發(fā)電量成為與發(fā)動機的負載相當(dāng)?shù)陌l(fā)電量，因此能夠以簡單的控制將變流器與逆變器之間的直流環(huán)節(jié)電壓抑制在容許電壓以下。由此，能夠抑制變流器與逆變器之間的直流環(huán)節(jié)電壓的過電壓，可靠地防止部件的破損。此外，在一個實施方式的混合動力式作業(yè)機械中，上述再生裝置是液壓設(shè)備。根據(jù)上述實施方式，在通過液壓驅(qū)動作業(yè)機的作業(yè)機械的情況下，通過在再生裝置中使用液壓設(shè)備，能夠利用液壓回路容易地對作業(yè)機在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量進行再生。實用新型的效果由以上可知，根據(jù)該實用新型，能夠?qū)崿F(xiàn)不需要使用大容量的蓄電器而能夠利用再生能量對發(fā)動機進行助力的價格低廉的混合動力式作業(yè)機械。

圖1是本實用新型一個實施方式的混合動力式作業(yè)機械的結(jié)構(gòu)圖。圖2是用于對上述混合動力式作業(yè)機械的動作進行說明的流程圖。圖3是示出當(dāng)上述混合動力式作業(yè)機械的發(fā)動機負載減小時的直流環(huán)節(jié)電壓的變化的圖。標號說明[0026]I…作業(yè)機2…發(fā)動機3…助力電動機4…再生裝置5…發(fā)電機6…變流器6a…可發(fā)電電力計算部6b…發(fā)電量判定部6c…發(fā)電量控制部7…逆變器10…直流環(huán)節(jié)部11…作業(yè)機控制器12…發(fā)動機控制器
具體實施方式
以下，通過圖示的實施方式詳細地對本實用新型的混合動力式作業(yè)機械進行說明。圖1示出本實用新型一個實施方式的混合動力式作業(yè)機械的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該一個實施方式的混合動力式作業(yè)機械具有:作業(yè)機I ;發(fā)動機2，其為作業(yè)機I提供動力；助力電動機3，其用于對發(fā)動機2進行助力；再生裝置4，其對作業(yè)機I在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量進行再生；發(fā)電機5，其通過由再生裝置4再生的能量進行發(fā)電；變流器6，其將由發(fā)電機5發(fā)電得到的三相交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；以及逆變器7，其將由變流器6轉(zhuǎn)換得到的直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動助力電動機3的三相交流電壓。在此，作業(yè)機I是具有由發(fā)動機2驅(qū)動的液壓泵的建筑機械等。上述混合動力式作業(yè)機械構(gòu)成為，在變流器6與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)部10中，不具有對用于驅(qū)動助力電動機3的電力進行蓄電的蓄電器。此外，上述混合動力式作業(yè)機械具有控制作業(yè)機I的作業(yè)機控制器11和控制發(fā)動機2的發(fā)動機控制器12。上述作業(yè)機控制器11與發(fā)動機控制器12彼此進行通信而協(xié)調(diào)動作。
此外，作業(yè)機I具有作為負載的一例的旋轉(zhuǎn)液壓電動機(未圖不)。再生裝置4利用經(jīng)由在該旋轉(zhuǎn)液壓電動機加速或減速時動作的溢流閥返回油箱(未圖示)時的能量來使發(fā)電機5工作。此外，變流器6具有:可發(fā)電電力計算部6a，其計算發(fā)電機5的可發(fā)電電力；發(fā)電量判定部6b，其判定發(fā)電機5通過作業(yè)機I在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量而可以發(fā)電的發(fā)電量是否為與發(fā)動機2的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨?；以及發(fā)電量控制部6c，當(dāng)發(fā)電量判定部6b判定為發(fā)電機5的可發(fā)電電力為與發(fā)動機2的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨蠒r，控制發(fā)電機5的發(fā)電量，以使得發(fā)電機5的發(fā)電量變?yōu)榕c發(fā)動機2的負載相當(dāng)?shù)陌l(fā)電量。通過上述發(fā)動機控制器12和變流器6的可發(fā)電電力計算部6a、發(fā)電量判定部6b和發(fā)電量控制部6c，構(gòu)成根據(jù)發(fā)動機2的負載控制發(fā)電機5的發(fā)電量的控制裝置。通過上述變流器6的發(fā)電量控制部6c，例如通過控制提供給發(fā)電機5的發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，來控制發(fā)電機5的發(fā)電量。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的混合動力式作業(yè)機械，通過再生裝置4使發(fā)電機5對作業(yè)機I在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量再生而進行發(fā)電，通過變流器6將來自發(fā)電機5的三相交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，通過逆變器7將變流器6的直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。這樣，通過由逆變器7轉(zhuǎn)換得到的三相交流電壓驅(qū)動助力電動機3，對發(fā)動機2進行助力。下面依照圖2所示的流程圖對混合動力式作業(yè)機械的發(fā)動機控制器12和變流器6的動作進行說明。首先，發(fā)動機控制器12在步驟Sll中計算發(fā)動機負載。在此，由發(fā)動機控制器12根據(jù)發(fā)動機2的轉(zhuǎn)速和來自作業(yè)機控制器11的液壓泵(未圖示)的排出壓力等計算發(fā)動機負載。接著，在將在步驟S12中計算出的發(fā)動機負載發(fā)送到變流器6之后，返回步驟S11。另一方面，在步驟S21中，變流器6接收從發(fā)動機控制器12發(fā)送的發(fā)動機負載。接著，進入步驟S22，判斷可發(fā)電電力是否大于發(fā)動機負載。然后，當(dāng)判斷為可發(fā)電電力大于發(fā)動機負載時，進入步驟S23，另一方面，當(dāng)判斷為可發(fā)電電力為發(fā)動機負載以下時，進入步驟S24。在此，根據(jù)將要返回油箱的工作油被提供給再生裝置4時的工作油的壓力和流量或者發(fā)動機2的轉(zhuǎn)速等，通過變流器6的可發(fā)電電力計算部6a計算可發(fā)電電力。接著，在步驟S23中，通過變流器6的發(fā)電量控制部6c，將發(fā)電機5的發(fā)電電力設(shè)為與發(fā)動機負載相當(dāng)?shù)碾娏?。另一方面，在步驟S24中，通過變流器6的發(fā)電量控制部6c，將發(fā)電機5的發(fā)電電力設(shè)為可發(fā)電電力。在此，從發(fā)動機控制器12發(fā)送的發(fā)動機負載為與發(fā)動機控制器12和變流器6之間的通信方式對應(yīng)的形式的信號。另外，在上述實施方式中，將由發(fā)動機控制器12計算出的發(fā)動機負載發(fā)送到變流器6，但也可以將由作業(yè)機控制器11計算出的作業(yè)機I的操作狀態(tài)和負載發(fā)送到變流器6。該情況下，由于作業(yè)機I的操作狀態(tài)和負載與發(fā)動機負載之間具有相關(guān)關(guān)系，因此變流器6的發(fā)電量判定部6b根據(jù)從作業(yè)機控制器11發(fā)送的作業(yè)機I的操作狀態(tài)和負載來估計發(fā)動機負載。此外，圖3示出當(dāng)上述混合動力式作業(yè)機械的發(fā)動機負載減小時的直流環(huán)節(jié)電壓的變化。在圖3中，橫軸表示時間[任意刻度]，縱軸表示直流環(huán)節(jié)電壓[V]和發(fā)動機負載[kff]0圖3所示的單點劃線表示沒有根據(jù)發(fā)動機負載控制發(fā)電機5的發(fā)電量時的直流環(huán)節(jié)電壓，當(dāng)發(fā)動機負載減小時，發(fā)電機5的發(fā)電量比與發(fā)動機負載相當(dāng)?shù)碾娏α看?，變流?與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)電壓超過了電路的容許上限電壓400VDC。與此相對，圖3所示的實線示出根據(jù)該實施方式的混合動力式作業(yè)機械的發(fā)動機負載控制發(fā)電機5的發(fā)電量時的直流環(huán)節(jié)電壓。在該實施方式的混合動力式作業(yè)機械中，如圖3所示，變流器6限制發(fā)電機5的發(fā)電量，以使得發(fā)電機5的發(fā)電量不大于與發(fā)動機負載相當(dāng)?shù)碾娏α?，由此，可以將變流?與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)電壓的變動抑制在容許電壓以下。由此，能夠防止助力電動機3輸出的動力大于發(fā)動機負載,發(fā)動機2的轉(zhuǎn)速上升而使發(fā)動機2破損，并且，通過抑制變流器6與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)電壓的過電壓，能夠防止變流器6和逆變器7的破損。這樣，根據(jù)上述混合動力式作業(yè)機械，通過發(fā)動機控制器12和變流器6的發(fā)電量控制部6c，以使得發(fā)電機5的發(fā)電量成為不大于與發(fā)動機負載相當(dāng)?shù)碾娏α康姆绞较拗瓢l(fā)電機5的發(fā)電量，由此，可以將變流器6與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)電壓的變動控制在容許電壓以下。由于不需要對用于驅(qū)動助力電動機3的電力進行蓄電，可以利用再生能量與發(fā)電同時地對發(fā)動機2進行助力，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可以對發(fā)動機2進行助力的價格低廉的混合動力式作業(yè)機械。此外，通過采用由直流環(huán)節(jié)部10連接上述變流器6與逆變器7之間，以便在二者之間不連接實質(zhì)上進行蓄電的蓄電器的結(jié)構(gòu)，無需使用需要振動對策、冷卻對策、安全對策等并且尺寸較大的蓄電器，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)處理容易的混合動力式作業(yè)機械。蓄電器大致分為脈動(ripple)去除(平滑)用、電力蓄積用、交流耦合用，在本說明書中，“實質(zhì)上對電力進行蓄電的蓄電器”是電力蓄積用，不同于在變流器和逆變器等中使用的脈動去除(平滑)用電容器或交流耦合用電容器。此外，當(dāng)發(fā)電量判定部6b判定為上述發(fā)電機5的可發(fā)電電力為與發(fā)動機2的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨蠒r，通過發(fā)電量控制部6c控制發(fā)電機5的發(fā)電量，以使得發(fā)電機5的發(fā)電量成為與發(fā)動機的負載相當(dāng)?shù)陌l(fā)電量，由此，能夠以簡單的控制將變流器6與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)電壓抑制在容許電壓以下。由此，能夠抑制變流器6與逆變器7之間的直流環(huán)節(jié)電壓的過電壓，可靠地防止部件的破損。此外，通過在上述再生裝置4中使用液壓設(shè)備，能夠利用液壓電路容易地進行作業(yè)機I在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量的再生。在上述實施方式中，對在作業(yè)機I中具有旋轉(zhuǎn)液壓電動機(未圖示)的混合動力式作業(yè)機械進行了說明，但本實用新型的混合動力式作業(yè)機械的作業(yè)機不限于旋轉(zhuǎn)液壓電動機，只要是能夠利用再生能量的作業(yè)機即可。對本實用新型的具體的實施方式進行了說明，但本實用新型不限于上述實施方式，可以在本實用新型的范圍內(nèi)進行各種變更而進行實施。
權(quán)利要求1.一種混合動力式作業(yè)機械，其特征在于，該混合動力式作業(yè)機械具有: 作業(yè)機(I); 發(fā)動機(2)，其對上述作業(yè)機(I)提供動力； 助力電動機(3)，其用于對上述發(fā)動機(2)進行助力； 再生裝置(4)，其對上述作業(yè)機(I)在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量進行再生； 發(fā)電機(5)，其通過由上述再生裝置(4)再生的能量進行發(fā)電； 變流器(6)，其將由上述發(fā)電機(5)發(fā)電得到的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓； 逆變器(7)，其將由上述變流器(6)轉(zhuǎn)換得到的直流電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動上述助力電動機(3)的交流電壓；以及 控制裝置，其根據(jù)上述發(fā)動機(2)的負載控制上述發(fā)電機(5)的發(fā)電量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力式作業(yè)機械，其特征在于， 采用在上述變流器(6)與上述逆變器(7)之間不連接實質(zhì)上對電力進行蓄電的蓄電器而利用直流環(huán)節(jié)部(10)進行連接的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力式作業(yè)機械，其特征在于， 上述控制裝置具有: 發(fā)電量判定部(6b)，其判定上述發(fā)電機(5)通過上述作業(yè)機(I)在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量能夠發(fā)電的發(fā)電量是否為與上述發(fā)動機(2)的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨希灰约? 發(fā)電量控制部(6c)，當(dāng)上述發(fā)電量判定部(6b)判定為上述發(fā)電機(5)能夠發(fā)電的電力為與上述發(fā)動機(2)的負載相當(dāng)?shù)碾娏σ陨蠒r，控制上述發(fā)電機(5)的發(fā)電量，以使得上述發(fā)電機(5)的發(fā)電量成為與上述發(fā)動機(2)的負載相當(dāng)?shù)陌l(fā)電量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的混合動力式作業(yè)機械，其特征在于， 上述再生裝置(4)是液壓設(shè)備。
專利摘要提供一種混合動力式作業(yè)機械，其價格低廉，不需要對用于驅(qū)動助力電動機的電力進行蓄電，能夠利用再生能量對發(fā)動機進行助力。該混合動力式作業(yè)機械具有作業(yè)機；發(fā)動機，其對作業(yè)機提供動力；助力電動機，其用于對發(fā)動機進行助力；再生裝置，其對作業(yè)機在加速時產(chǎn)生的過剩能量或者在減速時產(chǎn)生的慣性能量進行再生；發(fā)電機，其利用由再生裝置再生的再生能量進行發(fā)電；變流器，其將由發(fā)電機發(fā)電得到的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；以及逆變器，其將變流器的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓而驅(qū)動助力電動機。該混合動力式作業(yè)機械還具有根據(jù)上述發(fā)動機的負載控制發(fā)電機的發(fā)電量的控制裝置。
文檔編號H02P9/04GK203166822SQ20132019770
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者坂本隆幸, 河田健一, 尾中正人, 鳥居宏年 申請人:大金工業(yè)株式會社