JP6315544B2

JP6315544B2 - ショベル

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Publication number: JP6315544B2
Application number: JP2013237395A
Authority: JP
Inventors: 祐太杉山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: JP2015096689A

Description

本発明は、ショベルに関する。

エンジンをアシストする電動発電機（アシストモータ）及び旋回機構を旋回させる旋回用電動機（旋回モータ）等の電動モータを有するハイブリッドショベルには、回生電力を蓄電するための蓄電器が設けられる（例えば、特許文献１参照。）。そして、アシストモータは、蓄電器からの電力で駆動されてエンジンをアシストする。また、アシストモータは、エンジンの動力で駆動されて発電を行う。同様に、旋回モータは蓄電器からの電力で駆動されて旋回機構を旋回させる。また、旋回モータは、旋回機構の旋回を停止させる際に発電を行う。発電された電力は蓄電器に蓄電される。なお、蓄電器は、ＤＣバスを介してアシストモータ及び旋回モータに接続される。ＤＣバスは、蓄電器、アシストモータ、及び旋回モータの間での電力の授受を制御する。

特開２０１２−１５７１３６号公報

しかしながら、ＤＣバスは、ハイブリッドショベルの起動時に基本的に０［Ｖ］の電圧レベルにある。そのため、例えば起動直後に旋回操作が行われると、不安定な旋回動作を引き起こすおそれがある。

上述の点に鑑み、ＤＣバスの電圧が低い状態での電気機器の駆動を防止するショベルの提供が望まれる。

本発明の一実施形態によるショベルは、クローラ式の下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの動力源である油圧ポンプと、エンジンと、前記エンジンに連結されるアシストモータと、前記アシストモータに接続される第１インバータと、前記第１インバータに接続されるＤＣバスと、前記ＤＣバスに接続される昇降圧コンバータと、前記昇降圧コンバータに接続される蓄電器と、前記上部旋回体を駆動するための旋回モータと、前記ＤＣバスを介して前記蓄電器に接続され、かつ、前記旋回モータに接続される第２インバータと、制御装置と、を有し、前記制御装置は、当該ショベルの起動の際に、起動直後には前記アシストモータによる前記エンジンのアシストを行わず、かつ、旋回操作が行われても前記旋回モータによる前記上部旋回体の旋回動作を行わないようにし、前記蓄電器の電気エネルギを前記ＤＣバスに移動させて前記ＤＣバスの電圧を上昇させ、前記ＤＣバスの電圧が所定電圧以上となったときに、前記ＤＣバスに接続される前記第１インバータ及び前記第２インバータを駆動させて、前記アシスト及び前記旋回動作を実施可能とする機能を有し、当該ショベルを停止させる際に、前記蓄電器の蓄電量が、当該ショベルの起動の際に少なくとも前記ＤＣバスの電圧を前記所定電圧に昇圧可能なレベル以上となるようにする機能を有する。

上述の手段により、ＤＣバスの電圧が低い状態での電気機器の駆動を防止するショベルが提供される。

本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルの側面図である。図１に示すハイブリッドショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。図１に示すハイブリッドショベルの蓄電系の構成例を示すブロック図である。図３に示す蓄電系の回路図である。

まず、本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルの全体構成及び駆動系の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態によるショベルを示す側面図である。なお、本発明は、ハイブリッドショベルに限らず、ＤＣバスを用いて蓄電器（蓄電装置）から電気機器に電力を供給する構成を有するものであれば、他のハイブリッド建設機械にも適用することができる。

図１に示すハイブリッドショベルにおける下部走行体１には、旋回機構２を介して作業要素としての上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、バケット６が取り付けられている。アタッチメントとしてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は図１に示すハイブリッドショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。

エンジン１１と、アシストモータとしての電動発電機１２は、減速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。減速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。なお、電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電装置を含む蓄電系１２０が接続される。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッドショベルにおける油圧系の制御を行う油圧制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、並びにバケットシリンダ９等の各種アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

操作装置２６は、各種アクチュエータを操作するための装置であり、操作量、操作方向等の操作内容に応じたパイロット圧を発生させる。また、操作装置２６は、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、操作装置２６が発生させたパイロット圧を電気信号に変換し、変換した電気信号をコントローラ３０に対して出力する。コントロールバルブ１７は、操作装置２６が発生させたパイロット圧に応じて各種アクチュエータに対応するスプール弁を動かし、メインポンプ１４が吐出する作動油を各種アクチュエータに供給する。

コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの駆動制御を行う制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）及び内部メモリを含む演算処理装置である。具体的には、コントローラ３０は、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

例えば、コントローラ３０は、電動発電機１２の駆動制御を通じて、電動アシスト運転と発電運転の切り替えを行う。また、コントローラ３０は、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータを駆動制御する。より具体的には、蓄電装置の充電状態及び電動発電機１２の運転状態等に基づく昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切り替え制御を通じて、蓄電装置の充放電制御を行う。なお、昇圧動作は、蓄電装置の電気エネルギをＤＣバスに移動させてＤＣバスの電圧を上昇させる動作であり、降圧動作は、ＤＣバスの電気エネルギを蓄電装置に移動させてＤＣバスの電圧を降下させる動作である。

図２に示すハイブリッドショベルは旋回機構を電動にしたものであり、旋回機構２を駆動するために旋回モータとしての旋回用電動機２１を有する。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。

図３は蓄電系１２０の構成例を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電部としての蓄電装置１９、昇降圧コンバータ１００、及び、別の蓄電部としてのＤＣバス１１０を含む。本実施形態では、蓄電装置１９は、例えばキャパシタである。また、ＤＣバス１１０は、電動発電機１２、蓄電装置１９、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。また、蓄電装置としてのキャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える。本実施形態では、昇降圧コンバータ１００は、キャパシタ１９とＤＣバス１１０との間に配置される。また、ＤＣバス１１０は、インバータ１８、２０と昇降圧コンバータ１００との間に配置され、電動発電機１２、キャパシタ１９、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が行われるようにする。

本実施形態では、コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作内容を表す信号に相当する。そして、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御を行うとともに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによってキャパシタ１９の充放電制御を行う。具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態、及び旋回用電動機２１の運転状態に基づく昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御を通じてキャパシタ１９の充放電制御を行う。なお、電動発電機１２の運転状態は、電動アシスト運転状態及び発電運転状態を含み、旋回用電動機２１の運転状態は、力行運転状態及び回生運転状態を含む。

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

以上のような構成において、電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転で生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

図４は、蓄電系１２０の回路図である。昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための一対の電源接続端子１０４、インバータ１８、２０を接続するための一対の出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用コンデンサ１０７を含む。昇降圧コンバータ１００の一対の出力端子１０６とインバータ１８、２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は正極側電源接続端子１０４Ｐに接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン・オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。本実施形態では、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（ＭＯＳＦＥＴ）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成される。そして、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。また、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受を行う充放電可能な蓄電装置である。本実施形態では、キャパシタ１９としてリチウムイオンキャパシタ（Lithium-Ion Capacitor（LIC））が採用される。なお、リチウムイオンキャパシタの代わりに、電気二重層キャパシタ（電気二重層コンデンサ、Electric Double Layer Capacitor（EDLC））、リチウムイオン電池（Lithium-Ion Battery（LIB））等の二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源が採用されてもよい。

一対の電源接続端子１０４及び一対の出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８、２０が接続可能な端子であればよい。なお、一対の電源接続端子１０４の間にはキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。また、一対の出力端子１０６の間にはＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の端子間電圧であるキャパシタ電圧値Ｖｃａｐを検出する。また、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧であるＤＣバス電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用コンデンサ１０７は、正極側出力端子１０６Ｐと負極側出力端子１０６Ｎとの間に挿入され、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃを平滑化する。

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。

昇降圧コンバータ１００によりＤＣバス１１０をキャパシタ電圧値以上に昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加される。その結果、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン・オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力が降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介してＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。なお、ＤＣバス１１０をキャパシタ電圧値未満の電圧値に昇圧する際には、昇降圧コンバータ１００は、ダイオード１０２ｂを介してキャパシタ１９の電気エネルギをＤＣバス１１０に移動させることができる。

昇降圧コンバータ１００によりＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加される。その結果、インバータ１８、２０からの回生電力が降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介してＤＣバス１１０からキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

なお、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部（図示せず。）が存在する。この駆動部は、電子回路又は演算処理装置の何れで実現されてもよい。降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂについても同様である。

また、本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子と昇降圧コンバータ１００の正極側電源接続端子１０４Ｐとを接続する正極側電源ラインＬＰに継電器としての正極側リレー９１Ｐが設けられる。正極側リレー９１Ｐは、コントローラ３０からの導通信号によりオン（導通）状態となり、遮断信号によりオフ（遮断）状態となる。コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐを遮断状態とすることで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

また、キャパシタ１９の負極端子と昇降圧コンバータ１００の負極側電源接続端子１０４Ｎとを接続する負極側電源ラインＬＮには負極側リレー９１Ｎが設けられる。負極側リレー９１Ｎは、正極側リレー９１Ｐと同様、コントローラ３０からの導通信号によりオン（導通）状態となり、遮断信号によりオフ（遮断）状態となる。コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎを遮断状態とすることで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

なお、コントローラ３０は、正極側リレー９１Ｐと負極側リレー９１Ｎを一組のリレーとして制御し、両方を同時に遮断状態としてキャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離してもよい。

次に、ハイブリッドショベルの起動の際にコントローラ３０が電動発電機１２及び旋回用電動機２１の駆動を開始させる処理について説明する。

概略的には、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上となるまでは電動発電機１２及び旋回用電動機２１の駆動を開始させないようにする。

具体的には、コントローラ３０は、イグニッションスイッチ（図示せず。）がオンされると、正極側リレー９１Ｐ及び負極側リレー９１Ｎに対して導通信号を出力し、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００とを電気的に接続する。そして、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ制御系を起動する。具体的には、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００に対して起動指令を出力し、昇降圧コンバータ１００を起動させる。

昇降圧コンバータ１００は、コントローラ３０から起動指令を受信すると、自身が正常に起動されたことを表す起動済み信号をコントローラ３０に対して出力する。そして、昇降圧コンバータ１００は、昇圧動作の実行を開始し、ＤＣバス電圧検出部１１１の出力を監視する。

その後、昇降圧コンバータ１００は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値に達するまで昇圧動作を継続する。そして、昇降圧コンバータ１００は、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値に達したことを検知すると、その旨を表す昇圧済み信号をコントローラ３０に対して出力する。

所定電圧値は、例えば、ＤＣバス１１０に接続される電動モータの最大出力に応じて予め決定される。本実施形態では、所定電圧値は、旋回用電動機２１の最大出力電力である６６［ｋＷ］と最大出力電流である２００［Ａ］に基づいて３６０［Ｖ］に設定される。また、所定電圧値は、キャパシタ電圧値Ｖｃａｐよりも高い値に設定される。

起動済み信号及び昇圧済み信号を受信すると、コントローラ３０は、電動モータ制御系を起動する。具体的には、コントローラ３０は、インバータ１８及びインバータ２０に対して起動指令を出力する。

インバータ１８は、起動指令を受信すると、自身が正常に起動されたことを表す起動済み信号をコントローラ３０に対して出力する。そして、インバータ１８は、電動発電機１２との間で電力の授受が可能な状態となり、電動発電機１２は、電動アシスト運転及び発電運転が可能な状態となる。

同様に、インバータ２０は、起動指令を受信すると、自身が正常に起動されたことを表す起動済み信号をコントローラ３０に対して出力する。そして、インバータ２０は、旋回用電動機２１との間で電力の授受が可能な状態となり、旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転が可能な状態となる。

なお、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧検出部１１１の出力を監視し、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上になったことを独自に判断してもよい。この場合、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００から起動済み信号を受信した後でＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値に達したことを検知した場合に電動モータ制御系を起動する。

或いは、昇降圧コンバータ１００は、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値に達したことを検知すると、コントローラ３０の内部メモリの所定領域に用意された電動モータ起動許可フラグを「１（許可）」に設定するようにしてもよい。この場合、コントローラ３０は、制御周期毎に電動モータ起動許可フラグを参照し、電動モータ起動許可フラグが「１」に設定されたときに電動モータ制御系を起動してもよい。なお、電動モータ起動許可フラグの初期値は、「０（禁止）」に設定される。

以上の構成により、本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルでは、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際に、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上となったときに、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させる機能を有する。そのため、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値未満の状態でインバータ１８及びインバータ２０を駆動させることはない。その結果、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動直後に旋回操作が行われた場合であっても、不安定な旋回動作を引き起こすことはない。

また、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際に、昇降圧コンバータ１００を起動した後で、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定値以上となったときに、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させる。そのため、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上であっても、昇降圧コンバータ１００が起動していなければ、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させることはない。その結果、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００が未起動の状態で、ＤＣバス１１０にある僅かな電力によって上部旋回体３の不安定な旋回動作が行われてしまうのを防止できる。

また、本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルでは、所定電圧値は、キャパシタ電圧値Ｖｃａｐよりも大きい電圧値となるように設定される。この場合、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃをキャパシタ電圧値Ｖｃａｐよりも大きい電圧値とすべく、昇降圧コンバータ１００による昇圧動作の実行を開始させる。ハイブリッドショベルの起動時のＤＣバス電圧値Ｖｄｃは、ほとんどの場合、キャパシタ電圧値Ｖｃａｐよりも低いためである。そして、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値に達した後で、コントローラ３０は、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させる。このように、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００による昇圧動作が行われた後で、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させる。その結果、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際に、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値未満の状態で、インバータ１８及びインバータ２０が駆動してしまうのをより確実に防止できる。但し、本発明は、所定電圧値がキャパシタ電圧値Ｖｃａｐ以下の電圧値となるように設定されることを除外するものではない。所定電圧値がキャパシタ電圧値Ｖｃａｐ以下の電圧値であっても、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃを所定電圧値とすべく、昇降圧コンバータ１００による昇圧動作（キャパシタ１９の電気エネルギをＤＣバス１１０に移動させてＤＣバス１１０の電圧を上昇させる動作）の実行を開始させるためである。

また、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルを停止させる際、すなわち、イグニッションがオフされる際のキャパシタ１９の蓄電量を管理する管理機能を有する。具体的には、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの次の起動の際に少なくともＤＣバス電圧値Ｖｄｃを所定電圧値に昇圧可能なレベル以上となるように、キャパシタ１９の蓄電量を管理する。より具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９の蓄電量が常に所定の下限レベル以上に維持されるように充放電制御を行う。その結果、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際に、キャパシタ１９の蓄電量不足によりＤＣバス電圧値Ｖｄｃを所定電圧値まで昇圧できないといった状況が発生するのを確実に防止できる。

また、本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルでは、キャパシタ１９としてリチウムイオンキャパシタが採用される。そのため、ハイブリッドショベルの起動の際のリチウムイオンキャパシタのキャパシタ電圧値は、リチウムイオンキャパシタの特性上、上述の管理機能等による別の制御によって所定の下限電圧以上に維持される。その結果、ハイブリッドショベルの起動の際のリチウムイオンキャパシタの低電圧に起因して初期充電が開始されるようなこともなく、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃをより早期に所定電圧値まで上昇させることができる。

また、本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルは、キャパシタ１９とＤＣバス１１０との間に配置される負極側リレー９１Ｎ及び正極側リレー９１Ｐを有する。そのため、ハイブリッドショベルを停止させる際、すなわち、イグニッションがオフされる際に、キャパシタ１９をＤＣバス１１０から切り離すことができる。その結果、ハイブリッドショベルの停止中にキャパシタ１９の蓄電量が低下するのを確実に防止できる。

また、コントローラ３０は、負極側リレー９１Ｎ及び正極側リレー９１Ｐを導通状態にした後で、ＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧以上となったときに、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させる。そのため、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上であっても、キャパシタ１９がＤＣバス１１０に接続されていなければ、インバータ１８及びインバータ２０を駆動させることはない。その結果、コントローラ３０は、キャパシタ１９が未接続の状態で、ＤＣバス１１０にある僅かな電力によって上部旋回体３の不安定な旋回動作が行われてしまうのを防止できる。

また、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上となった後で、電動発電機１２の駆動制御を開始させ、キャパシタ１９の充放電制御を行う。そのため、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値未満の状態で電動発電機１２を発電運転させることはない。その結果、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動直後に発電運転が行われた場合であっても、不安定な発電運転を引き起こすことはない。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施形態において、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上となるまでは電動モータ制御系を起動させないようにする。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの起動の際にＤＣバス電圧値Ｖｄｃが所定電圧値以上となるまでは、電動モータ以外の他の電気機器を起動させないようにしてもよい。

１・・・下部走行体１Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ２・・・旋回機構３・・・上部旋回体４・・・ブーム５・・・アーム６・・・バケット７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・バケットシリンダ１０・・・キャビン１１・・・エンジン１２・・・電動発電機１３・・・減速機１４・・・メインポンプ１５・・・パイロットポンプ１６・・・高圧油圧ライン１７・・・コントロールバルブ１８・・・インバータ１９・・・蓄電装置（キャパシタ）２０・・・インバータ２１・・・旋回用電動機２１Ａ・・・出力軸２２・・・レゾルバ２３・・・メカニカルブレーキ２４・・・旋回減速機２５・・・パイロットライン２６・・・操作装置２７、２８・・・油圧ライン２９・・・圧力センサ３０・・・コントローラ９１Ｎ・・・負極側リレー９１Ｐ・・・正極側リレー１００・・・昇降圧コンバータ１０１・・・リアクトル１０２Ａ・・・昇圧用ＩＧＢＴ１０２ａ・・・ダイオード１０２Ｂ・・・降圧用ＩＧＢＴ１０２ｂ・・・ダイオード１０４・・・電源接続端子１０４Ｎ・・・負極側電源接続端子１０４Ｐ・・・正極側電源接続端子１０６・・・出力端子１０６Ｎ・・・負極側出力端子１０６Ｐ・・・正極側出力端子１０７・・・平滑用コンデンサ１１０・・・ＤＣバス１１１・・・ＤＣバス電圧検出部１１２・・・キャパシタ電圧検出部１１３・・・キャパシタ電流検出部１２０・・・蓄電系

Claims

ショベルであって、
クローラ式の下部走行体と、
前記下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの動力源である油圧ポンプと、
エンジンと、
前記エンジンに連結されるアシストモータと、
前記アシストモータに接続される第１インバータと、
前記第１インバータに接続されるＤＣバスと、
前記ＤＣバスに接続される昇降圧コンバータと、
前記昇降圧コンバータに接続される蓄電器と、
前記上部旋回体を駆動するための旋回モータと、
前記ＤＣバスを介して前記蓄電器に接続され、かつ、前記旋回モータに接続される第２インバータと、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
当該ショベルの起動の際に、起動直後には前記アシストモータによる前記エンジンのアシストを行わず、かつ、旋回操作が行われても前記旋回モータによる前記上部旋回体の旋回動作を行わないようにし、
前記蓄電器の電気エネルギを前記ＤＣバスに移動させて前記ＤＣバスの電圧を上昇させ、
前記ＤＣバスの電圧が所定電圧以上となったときに、前記ＤＣバスに接続される前記第１インバータ及び前記第２インバータを駆動させて、前記アシスト及び前記旋回動作を実施可能とする機能を有し、
当該ショベルを停止させる際に、前記蓄電器の蓄電量が、当該ショベルの起動の際に少なくとも前記ＤＣバスの電圧を前記所定電圧に昇圧可能なレベル以上となるようにする機能を有する、
ショベル。
前記制御装置は、当該ショベルの起動の際に、前記昇降圧コンバータを起動した後で、前記ＤＣバスの電圧が所定値以上となったときに、前記ＤＣバスに接続される前記第１インバータを駆動させる、
請求項１に記載のショベル。
前記所定電圧は、前記蓄電器の端子間電圧よりも大きい、
請求項１又は２に記載のショベル。
前記蓄電器は、リチウムイオンキャパシタである、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
当該ショベルの起動の際の前記リチウムイオンキャパシタの端子間電圧は、所定の下限電圧以上に維持される、
請求項４に記載のショベル。
前記蓄電器と前記ＤＣバスとの間に配置される継電器を有し、
前記制御装置は、前記継電器を導通状態にした後で、前記ＤＣバスの電圧が所定電圧以上となったときに、前記ＤＣバスに接続される前記第１インバータを駆動させる、
請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
前記制御装置は、前記ＤＣバスの電圧が所定電圧以上となった後で、前記アシストモータの駆動制御を開始させ、前記蓄電器の充放電制御を行う、
請求項１乃至６の何れか一項に記載のショベル。
前記制御装置は、当該ショベルの起動の際に、前記昇降圧コンバータを起動した後で、前記ＤＣバスの電圧が所定値以上となったときに、前記ＤＣバスに接続される前記第１インバータ及び前記第２インバータを駆動させる、
請求項１に記載のショベル。
前記蓄電器と前記ＤＣバスとの間に配置される継電器を有し、
前記制御装置は、前記継電器を導通状態にした後で、前記ＤＣバスの電圧が所定電圧以上となったときに、前記ＤＣバスに接続される前記第１インバータ及び前記第２インバータを駆動させる、
請求項８に記載のショベル。