JP4824069B2 - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、電動作業要素と油圧作業要素を含むハイブリッド型建設機械に関する。

従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型建設機械が提案されている。このような建設機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備え、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに減速機を介して電動発電機を接続し、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得る電力を蓄電器に充電している。

また、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として油圧モータに加えて電動機を備え、旋回機構の加速時に電動機で油圧モータの駆動をアシストし、旋回機構の減速時に電動機で回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１０３１１２号公報

ハイブリッド型建設機械には、電動発電機、旋回用の電動機、及びインバータ等を冷却する冷却系統が設けられている。

ところで、上記文献における油圧駆動装置においては、ポンプモータの作動油により、電動発電機の冷却を行うことが開示されている。

しかしながら、作業を継続すると作動油の温度は上昇してしまうため、作動油による冷却能力が著しく低下してしまう。その場合、電動発電機は過熱状態となってしまい、損傷してしまう。

そこで、本発明は、油圧駆動部とは独立した冷却装置を設けることにし、さらに、冷却装置に異常が生じた場合においても、運転状態を継続することのできるハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、電動駆動される電動作業要素を含むハイブリッド型建設機械において、内燃機関によって駆動される電動発電機と、前記電動発電機で発電された電力を蓄電する蓄電器と、前記電動発電機又は前記電動発電機の駆動制御部を冷却する冷却装置と、前記冷却装置に配設され、前記冷却装置の異常を検出する第１の異常検出部と、前記第１の異常検出部の検出結果に基づいて前記冷却装置の異常判定を行うコントローラとを含み、前記コントローラは、異常判定の前後で、前記電動発電機及び前記蓄電器の制御を継続させる。

また、前記電動発電機又は前記電動作業要素に備えられた第２の異常検出部をさらに含み、前記コントローラは、前記第２の異常検出部の検出値と第１の閾値とを比較し、第１の閾値以上であるものについては、出力を制限させてもよい。

また、前記電動発電機の駆動制御部又は前記電動作業要素の駆動制御部に備えられた第２の異常検出部をさらに含み、前記コントローラは、前記駆動制御部に備えられた第２の異常検出部の検出値と第１の閾値とを比較し、第１の閾値以上であるものについては、出力を制限させてもよい。

また、前記コントローラは、前記第２の異常検出部の検出値と第２の閾値とを比較し、第２の閾値以上であるものの運転継続を禁止してもよい。

また、前記冷却装置は、前記電動作業要素、又は前記電動作業要素の駆動制御部を冷却してもよい。

また、前記冷却装置は、前記電動作業要素の駆動制御部を冷却した後、前記電動作業要素を冷却してもよい。

また、前記冷却装置は、前記電動発電機、又は前記電動作業要素を冷却した後、減速機を冷却してもよい。

また、前記冷却装置はラジエタを含み、前記ラジエタで冷却された冷却水が直接、前記コントローラに供給されてもよい。

本発明によれば、冷却系統に異常が生じた場合においても、運転状態を継続することのできるハイブリッド型建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明のハイブリッド型建設機械を適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。

このハイブリッド型建設機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びリフティングマグネット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。

「全体構成」
図２は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を実線でそれぞれ示す。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、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。

コントロールバルブ１７は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、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、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

また、電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８Ａと昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。

また、ＤＣバス１１０には、インバータ１８Ｂを介してリフティングマグネット６が接続されるとともに、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、リフティングマグネット６、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。

リフティングマグネット６は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ１８Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。

ＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、ＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。

また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１１２と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１１３が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。

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。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が接続される。旋回用電動機２１、インバータ２０、レゾルバ２２、及び旋回用減速機２４は負荷駆動系を構成する。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃを含み、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃには、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がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。

このような実施の形態１のハイブリッド型建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。

「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１及び減速機１３は、内燃機関系を構成する。このエンジン１１は、コントローラ３０によって運転制御が行われ、ハイブリッド型建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。そして、電動発電機１２には、電動発電系の第２の異常検出部としてのサーミスタ１２Ａが配設されている。電動発電機１２に負荷がかかるとサーミスタ１２Ａの温度検出値が上昇する。これにより、サーミスタ１２Ａの温度検出値が高すぎると、電動発電機１２が過負荷状態であることを把握することができる。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための圧油を発生するポンプである。メインポンプ１４から吐出される圧油は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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の各々を駆動するために供給される。

パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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の各々に供給する油圧を操作者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８Ａは、電動発電機１２と蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電動発電機１２と駆動制御部として電動発電機１２の駆動制御を行う。これにより、インバータ１８Ａが電動発電機１２の電動運転を制御している際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２が発電運転を行っている際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。そして、インバータ１８Ａには、電動発電系の第２の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。温度センサでは、インバータ１８Ａのスイッチング素子の温度を検出することができる。

インバータ１８Ｂは、リフティングマグネット６と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット６へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１００に供給する。そして、インバータ１８Ｂには、インバータ１８Ａと同様に、第２の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。

バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８Ａ及びインバータ２０に接続されている。これにより、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動（アシスト）運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。そして、バッテリ１９には、充放電系の第２の異常検出部としての図示しない温度センサが配設されている。バッテリ１９に過電流が流れ続けると温度センサの温度検出値が上昇するので、温度センサの温度検出値を検出することで、バッテリ１９が過負荷状態であるかを把握することができ、充放電系の異常を検出することができる。

このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。そして、蓄電器１９と昇降圧コンバータ１００とで充放電系を構成している。また、蓄電器１９、ＤＣバス１１０と昇降圧コンバータ１００には、第２の異常検出部としての図示しない温度センサが設けられている。これにより、昇降圧コンバータ１００の温度センサでは、スイッチング素子やリアクトルの温度を検出し、蓄電器１９の温度センサでは蓄電器の発熱を計測する。

インバータ２０は、旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、旋回用電動機１２の駆動制御部として、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。

昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８Ａを介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８Ａを介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。これは、リフティングマグネット６を励磁又は消磁する際にも同様であり、また、旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様である。

電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、リフティングマグネット６、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１には、少なくともいずれか一つに（励磁、電動（アシスト）運転、又は力行運転のために）電力が供給され、少なくともいずれか一つから電力が回生される状況が生じうる。電動発電機１２には電動発電機１２の温度を検出する第２の異常検出部としての温度検出器が備えられている。電動発電機１２とインバータ１８とで電動発電系を構成している。

このため、昇降圧コンバータ１００は、リフティングマグネット６、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制御を行う。

ＤＣバス１１０は、２つのインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、バッテリ１９、リフティングマグネット６、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。

ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている電動作業要素である。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。

メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。

旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。

操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びリフティングマグネット６を操作するための操作装置である。レバー２６Ａ、２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄは、キャビン１０内の運転席の周囲に配設され、ハイブリッド型建設機械の操作者によって操作される。

この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者によるレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。

なお、レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、レバー２６Ｂは、ブーム４及びリフティングマグネット６の角度を操作するためのレバーである。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。ボタンスイッチ２６Ｄは、実際には、レバー２６Ａの頂部に設けられており、操作者が親指で操作できるようにされている。

操作装置２６のレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃが操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びリフティングマグネット６が駆動される。

また、ボタンスイッチ２６Ｄが押されると、コントローラ３０によってリフティングマグネット６の励磁（オン：吸着）又は消磁（オフ：釈放）が切り替えられる。

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、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の駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。

圧力センサ２９は、操作検出部としてのセンサであり、この圧力センサ２９では、旋回機構２を旋回させるためにレバー２６Ａが操作されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。

圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるためのレバー２６Ａの操作量を的確に把握することができる。

旋回機構２とブーム４の操作量を表す電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御とブーム４の駆動制御に用いられる。

なお、実施の形態１では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う制御装置である。このコントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。

コントローラ３０は、エンジン１１の運転制御、電動発電機１２の駆動制御、及びメインポンプ１４の駆動制御を行う。エンジン１１及び電動発電機１２の制御は、メインポンプ１４の負荷に応じて行われ、メインポンプ１４で発生される圧油は、コントロールバルブ１７に供給される。

また、コントローラ３０は、操作装置２６のレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃに入力される操作に応じて、コントロールバルブ１７から油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９へ圧油の供給量を制御し、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びリフティングマグネット６の駆動制御を行う。

また、コントローラ３０は、後述する冷却系統に配設された第１の異常検出部３１０Ａ、３２０Ａ、３３０Ａ、３４０Ｂからの検出値に基づいて、冷却系統の有無を判定する冷却機能異常判定部１２０としての機能を担う。コントローラ３０は、後述する冷却系統の異常を検出すると、リフティングマグネット６、電動発電機１２、旋回用電動機２１の運転を継続可能にするための処理を行う。この処理については後述する。

また、コントローラ３０は駆動部異常判定部４０を備え、駆動部異常判定部４０には第２の異常検出部で検出される電動発電機１２の温度、インバータ１８に含まれるスイッチング素子の温度を表す信号が入力されるように構成される。

図３は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の冷却系統を示す図であり、（ａ）はエンジン１１の冷却系統を示す図、（ｂ）は電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１、及びこれらの駆動制御系の冷却経路を示す。図３は、各構成要素に冷却水が通流する順番を示しており、矢印は冷却水の通流方向を示す。

図３（ａ）に示すように、エンジン１１の冷却系統は、タンク３００、第１ポンプ３０１、ラジエタ３０２、エンジン１１の順で冷却水が循環するように構成されている。エンジン１１の冷却水路を通った冷却水はタンク３００に戻る。なお、第１ポンプ３０１は、エンジン１１の出力軸にファンベルトを介して機械的に接続されており、エンジン１１によって駆動される。なお、第１ポンプ３０１は、エンジン１１によって駆動されるものに限られず、電動機によって駆動されてもよい。この電動機へは、ＤＣバス１１０から電力を供給すればよい。この場合、第１ポンプ３０１を駆動すると、タンク３００内の冷却水は、第１ポンプ３０１によって吸引され、配管Ｌ−ａ１、Ｌ−ａ２を介してラジエタ３０２に供給される。ラジエタ３０２で熱交換が行われた後、配管Ｌ−ａ３を通じてエンジン１１へ供給されエンジン１１を冷却する。その後、エンジン１１の熱により温められた冷却水は、配管Ｌ−ａ４を通り、タンク３００へ循環するようにエンジン１１の冷却系統は構成されている。

また、実施の形態１のハイブリッド型建設機械は、エンジン１１の冷却系統とは別に、電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１を冷却するための冷却系統を有する。

図３（ｂ）に示すように、この冷却系統を構成する冷却装置は、タンク３１０、ポンプ用インバータ３２２、第２ポンプ３２０、ラジエタ３３０、コントローラ３０、電源系３４０、旋回用電動機２１、電動発電機１２、減速機１３の順で冷却水が循環するように構成されている。なお、第２ポンプ３２０は、ポンプ用モータ３２１によって駆動される。

電源系３４０は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０、ポンプ用インバータ３２２、昇降圧コンバータ１００、及びバッテリ１９を含む。また、リフティングマグネット６自体は、空冷式であるため、この冷却系統には含まれず、リフティングマグネット６の駆動制御を行うインバータ１８Ｂのみが冷却系統に含まれている。

ポンプ用モータ３２１は、ポンプ用インバータ３２２を介して、コントローラ３０によって駆動制御が行われる。

また、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、ポンプ用モータ３２１、及び電源系３４０には、サーミスタ１２Ａ、１３Ａ、２１Ｂ、３４０Ａが配設されている。

なお、図３では第２の異常検出手段として電源系３４０のサーミスタ３４０Ａとして一体的に示すが、実際には、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０、昇降圧コンバータ１００、及びバッテリ１９の各々の温度を個別に検出できるように構成されている。また、第１の異常検出手段としてポンプ用インバータ３２２の温度センサであるサーミスタ３４０Ｂが配設されている。

冷却装置は、ポンプ用インバータ３２２からの信号に基づき、第２ポンプ３２０を駆動すると、タンク３１０内の冷却水は、第２ポンプ３０１によって吸引され、配管Ｌ−ｂ１、Ｌ−ｂ２を介してラジエタ３３０に供給される。ラジエタ３３０で熱交換が行われた後、直接、配管Ｌ−ｂ３を通じてコントローラ３０へ供給される。これは、コントローラ３０に配置されたＣＰＵの耐熱温度が最も低いため、最も低温状態の冷却水を使用する必要があるからである。そして、コントローラ３０により温められた冷却水は、配管Ｌ−ｂ４により電源系３４０へ供給される。発熱した電源系の熱を吸収し、さらに温められた冷却水は、Ｌ−ｂ５、Ｌ−ｂ６を通じて旋回用電動機２１及び電動発電機１２へ供給される。そこで、さらに高温となった後、最も高温となる減速機１３へ供給され、減速機１３を冷却する。このように、電気系の冷却系統においては、耐熱温度が最も低いコントローラ３０を最初に冷却し、最後に耐熱温度が最も高い減速機１３を冷却するように構成することができる。これにより、一つの冷却系統で複数の発熱体を効率よく冷却することができる。

さらに、電気系の冷却系統においても、第１の異常検出部としての第２ポンプから吐出する配管Ｌ−ｂ２に圧力計３２０Ａ、配管Ｌ−ｂ３に水温計３３０Ａ、及びタンク３１０に水量計３１０Ａが配設されている。そして、圧力計３２０Ａ、水温計３３０Ａ、及び水量計３１０Ａで検出された検出値がコントローラ３０へ入力され、それぞれ検出値に応じた閾値と比較して異常発生の有無を判定している。例えば、水温計３３０Ａは、ラジエタ３３０の配管の詰まり等に起因して冷却能力が低下した場合、水温計の検出値が顕著に上昇する。この場合、水温の異常として判断する予め定められた閾値に到達すると、コントローラ３０は冷却機能に異常が発生したと判断する。同様に、配管に穴が開いた場合には、冷却水の量が少なくなるので、水量計の検出値が低下し、閾値に到達することで異常発生の有無を判断する。

第１の異常検出部であるポンプ用インバータ３２２のサーミスタ３４０Ｂ、第２の異常検出部であるサーミスタ１２Ａ、１３Ａ、２１Ｂ、３４０Ａで検出された温度を表す電気信号は、すべてコントローラ３０に入力される。

コントローラ３０における冷却機能異常判定部１２０では、第１の異常検出部で検出された検出値が入力されると、それぞれの種類の検出値に対応して予め設定された閾値と比較し、閾値を超えると冷却機能に異常が発生したと判定する。

同様に、コントローラ３０の駆動部異常判定部４０では、第２の異常検出部で検出されるバッテリ１９の温度、バッテリ１９や昇降圧コンバータ１００に通電する電流値、バッテリ１９や昇降圧コンバータ１００に印加される電圧値、昇降圧コンバータ１００のスイッチング素子の温度や、電動発電機１２、旋回用電動機２１の温度、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０に通電する電流値、電圧値、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０のスイッチング素子の温度を表す信号が入力され、それぞれの種類の検出値に対応して予め設定された閾値を超えると駆動機能に異常が発生したと判定する。

コントローラ３０は、例えば、ラジエタ３３０が損傷して熱交換能力が低下した場合、配管Ｌ−ｂ３に排出される冷却水の温度が上昇してしまう。それにより、水温計３３０Ａの温度が徐々に上昇し、予め定められた閾値に到達すると、冷却機能異常判定部１２０では、冷却能力に冷却機能に異常が発生したと判定する。しかしながら、冷却異常の判定前後において、コントローラ３０は電動発電機１２、旋回用電動機２１等の駆動部の運転を引き続き継続させる。これは、冷却機能に異常が発生した場合でも、必ずしも、駆動部の温度に異常が生じるとは限らないからである。従って、水温計３３０Ａの温度が予め定められた閾値に到達した場合であっても、電動発電機１２、旋回用電動機２１等は継続して運転を行う。

同様に、第１の異常検出部であるサーミスタ３４０Ｂの検出値に基づき、冷却機能異常判定部１２０にてポンプ用インバータ３２２のスイッチング素子が過熱状態であるとした場合には、コントローラ３０は引き続き電動発電機１２、旋回用電動機２１等の駆動系をう運転を継続させる。

建設機械においては、駆動系の運転に余力があるか否かは周囲環境や使用形態にも大きく依存する。従って、駆動系の運転に余力がある場合には、冷却機能が損傷しても何ら問題なく駆動系の運転を継続させることができるため、継続して建設機械を運転させることができる。これにより、掘削等の作業効率を向上させることができる。

また、実施の形態１における冷却装置は、コントローラ３０、電源系３４０、旋回用電動機２１、電動発電機１２、減速機１３と、発熱する可能性がある部位をすべて冷却する構成を用いて説明したが、ハイブリッド型建設機械における冷却装置としては、少なくとも電動発電機１２又は電動発電機１２のインバータ１８Ａを冷却するようにしてもよい。

［実施の形態２］
次に、冷却機能異常判定部１２０で異常が発生した場合に、コントローラ３０が継続して駆動部を運転する実施の形態に、さらに、駆動部毎に駆動部異常判定部４０による駆動部の異常判定機能を付加した第２の実施の形態について説明する。

コントローラ３０の駆動部異常判定部４０では、第２の異常検出部の各々で検出される検出値に基づいて、それぞれの予め設定された閾値を超えると、駆動機能に異常が発生したと判定する。この場合、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、及び電源系３４０の各々の温度を個別的に判定し、それぞれの温度に応じて、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０の各々の出力制限を行う。

図４は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械における冷却系統の異常判定処理及び出力制限処理の手順を示す図である。この処理は、コントローラ３０によって実行される。

コントローラ３０は、冷却機能異常判定部１２０において、第１の異常検出部からの検出値と閾値とを比較して、異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、配管Ｌ−ｂ３に配置された水温計等の検出値に基づいて判定を行う。このステップＳ１は繰り返し実行される。この段階では、冷却機能異常判定部１２０での異常判定の前後において、コントローラ３０は各駆動部の運転を中止させることなく継続させる。

その後、コントローラ３０は、冷却系統の異常の判定（ステップＳ１）を行った後、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０に配設された各温度センサで検出された温度が、それぞれの温度センサに対応して予め設定された低閾値としての第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

コントローラ３０は、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０のうち、温度が第１閾値以上でないものについては（ステップＳ２でＮｏ）、出力の制限を行わずに通常運転を許可する（ステップＳ３）。

一方、コントローラ３０は、ステップＳ２において、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０に配置された各温度センサで検出された温度が、それぞれの温度センサに対応して予め設定された第１閾値を超えていると判定した場合は（ステップＳ２でＹｅｓ）、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０のうち、温度が第１閾値以上になったものの出力を制限する（ステップＳ４）。ここで、減速機１３において温度異常が発生した場合には、エンジン１１の出力が制限される。

ここで、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０のうち、作業要素として運転が行われるのは、電動発電機１２、減速器１３、又は旋回用電動機２１である。また、電源系３４０のうちのインバータ１８Ｂによって駆動される作業要素としてリフティングマグネット６がある。

また、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、及びコントローラ３０のすべての温度が第１閾値を超えていない状態であっても、電源系３４０に含まれるインバータ１８Ａ、１８Ｂ、又は２０の各々に配置された各温度センサで検出された温度が第１閾値以上であると判定された場合は、ステップＳ４において、温度が第１閾値を超えたインバータ（１８Ａ、１８Ｂ、又は２０のいずれか）に対応する構成要素（リフティングマグネット６、電動発電機１２、又は旋回用電動機２１のいずれか）の出力が制限される。リフティングマグネット６、電動発電機１２、又は旋回用電動機２１は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、又は２０によって駆動制御が行われるからである。このように第１の閾値（低閾値）を設け、低閾値を超えた駆動部の出力を制限することで、継続して建設機械を運転させることができ、掘削等の作業効率を向上させることができる。

コントローラ３０は、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０のうち、ステップＳ４で出力制限を行ったものについては、温度が第１閾値よりも高い第２閾値（高閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、第２の閾値以上になっていないと判定された場合には、再度、第１の閾値と比較する（ステップＳ２）。

コントローラ３０は、電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０のうち、温度が第２閾値以上のものの運転を停止させる（ステップＳ６）。これにより、温度が第２閾値以上となった構成要素（電動発電機１２、減速器１３、旋回用電動機２１、コントローラ３０、又は電源系３４０のうちのいずれか）の運転が禁止される。このように、第２の閾値以上になった駆動部は、迅速に運転を停止することにより、加熱による駆動部の損傷を防止することができる。

以上で、処理が終了する。

このように、実施の形態２のハイブリッド型建設機械によれば、冷却系統に異常が生じた場合においても、各構成要素の温度が第１閾値未満であれば通常運転を許可し、第１閾値以上であっても第２閾値未満であれば、出力を制限した状態で運転を許可する。

このため、冷却系統に異常が発生しても、一律に運転ができない状態になるのではなく、温度が上昇しすぎていない構成要素については継続的に運転を行うことができるハイブリッド型建設機械を提供できる。

また、以上の実施の形態１及び２では、リフティングマグネット６を備えるハイブリッド型建設機械について説明したが、リフティングマグネット６の代わりにバケットを備えるハイブリッド型建設機械であってもよい。
なお、実施の形態１及び２では水冷式の冷却装置を用いた形態について説明したが、水冷式の代わりに油冷式を用いてもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施の形態１のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。 実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。 実施の形態１のハイブリッド型建設機械の冷却系統を示す図であり、（ａ）はエンジン１１の冷却系統を示す図、（ｂ）は電動発電機１２、減速機１３、及び旋回用電動機２１、及びこれらの駆動制御系の冷却経路を示す。 実施の形態２のハイブリッド型建設機械における冷却系統の異常判定処理及び出力制限処理の手順を示す図である。

符号の説明

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ リフティングマグネット
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
１２Ａ、１３Ａ、２１Ｂ、３４０Ａ、３４０Ｂ サーミスタ
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
１８Ａ、１８Ｂ、２０ インバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回用電動機
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
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０ 駆動部異常判定部
１２０ 冷却機能異常判定部
３００ タンク
３０１ 第１ポンプ
３０２ ラジエタ
３１０ タンク
３１０Ａ 水量計
３２０ 第２ポンプ
３２０Ａ 圧力計
３２１ ポンプ用モータ
３２２ ポンプ用インバータ
３３０ ラジエタ
３３０Ａ 水温計
３４０ 電源系

Claims (8)

1. 電動駆動される電動作業要素を含むハイブリッド型建設機械において、
   内燃機関によって駆動される電動発電機と、
   前記電動発電機で発電された電力を蓄電する蓄電器と、
   前記電動発電機又は前記電動発電機の駆動制御部と、
   前記駆動制御部を冷却する冷却装置と、
   前記冷却装置に配設され、前記冷却装置の異常を検出する第１の異常検出部と、
   前記第１の異常検出部の検出結果に基づいて前記冷却装置の異常判定を行うコントローラと
   を含み、前記コントローラは、異常判定の前後で、前記電動発電機及び前記蓄電器の制御を継続させる、ハイブリッド型建設機械。
2. 前記電動発電機又は前記電動作業要素に備えられた第２の異常検出部をさらに含み、
   前記コントローラは、前記第２の異常検出部の検出値と第１の閾値とを比較し、第１の閾値以上であるものについては、出力を制限させる、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
3. 前記電動発電機の駆動制御部又は前記電動作業要素の駆動制御部に備えられた第２の異常検出部をさらに含み、
   前記コントローラは、前記駆動制御部に備えられた第２の異常検出部の検出値と第１の閾値とを比較し、第１の閾値以上であるものについては、出力を制限させる、請求項１又は２に記載のハイブリッド型建設機械。
4. 前記コントローラは、前記第２の異常検出部の検出値と第２の閾値とを比較し、第２の閾値以上であるものの運転継続を禁止する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
5. 前記冷却装置は、前記電動作業要素、又は前記電動作業要素の駆動制御部を冷却することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
6. 前記冷却装置は、前記電動作業要素の駆動制御部を冷却した後、前記電動作業要素を冷却する、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
7. 前記冷却装置は、前記電動発電機、又は前記電動作業要素を冷却した後、減速機を冷却する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
8. 前記冷却装置はラジエタを含み、前記ラジエタで冷却された冷却水が直接、前記コントローラに供給される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。

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