WO2011058699A1

WO2011058699A1 - 電源システム

Info

Publication number: WO2011058699A1
Application number: PCT/JP2010/006190
Authority: WO
Inventors: 健吾粂内; 幹樹柳田
Original assignee: 株式会社竹内製作所
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2011-05-19
Also published as: EP2501015B1; EP2501015A1; EP2501015A4

Abstract

　油圧ポンプ（３２）と、ポンプ用電動モータ（３３）と、油圧アクチュエータ（３５）と、メインバッテリ（４１）及びサブバッテリ（４２）と、メインバッテリ（４１）からの直流電力を交流電力に変換して供給させることによりポンプ用電動モータ（３３）を作動させるインバータ（４３）と、サブバッテリ（４２）からの直流電力を受けて作動して、コントローラ（４４）とを備えた油圧ユニットの電源システムにおいて、メインバッテリ（４１）からサブバッテリ（４２）への充電をオン／オフするリレー（４７）を備え、コントローラ（４４）が、サブバッテリ（４２）のバッテリ残量を検出し、バッテリ残量が所定値より少なくなったとき、上記リレー（４７）にオンさせる。

Description

電源システム

　本発明は、電動モータを動力源とする装置に用いられる電源システムに関する。特に、主として建設機械に用いられる油圧ユニットを電動モータを動力源として用いる構成の電源システムに関する。

　電動モータで油圧ポンプを稼動させ油圧ポンプから供給された作動油を用いて油圧アクチュエータを作動させる構成を有する油圧ユニットを備えた機械として、例えば、パワーショベル等の建設機械がある。油圧アクチュエータとしては油圧モータや油圧シリンダ等があるが、例えば建設機械では、これらの油圧アクチュエータを作動させることにより、走行装置、旋回装置、ブーム、アーム、バケット等のシリンダを作動させて走行、掘削等各種作業を行う。パワーショベルは、走行、掘削の作業の他に、車両の旋回や土砂を移動させるような作業も行うことができる。

　上述したような建設機械には、一般的に、例えば図５に示すように、作動油を貯留する作動油タンク１３１と、油圧駆動式の油圧ポンプ１３２と、油圧ポンプ１３２を駆動させる電動モータ１３３と、油圧ポンプ１３２から吐出された作動油の油量等を制御するコントロールバルブ１３４と、複数の油圧シリンダ及び油圧モータで構成される油圧アクチュエータ１３５とを備えて構成される油圧ユニット１３０が設けられる。また、電動モータ１３３に電力を供給する電源ユニット１４０を備え、電源ユニット１４０は、例えば充電器１２９を介して商用電源１２８の電力を蓄電するとともに直流電力を供給するバッテリ１４１と、バッテリ１４１の直流電力を交流電力に変換し電動モータ１３３に供給するインバータ１４３と、インバータ１４３の作動を制御するコントローラ１４４と、バッテリ１４１の直流電圧を所定の電圧に変換してその電力をコントローラ１４４に出力するＤＣ－ＤＣコンバータ１４６と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１４６を介してバッテリ１４１から得た電力により作動する前照灯等のオプション１５２とを備えて構成されている。

　また、バッテリはメインバッテリとサブバッテリから構成され、メインバッテリにＤＣ－ＤＣコンバータを介してサブバッテリを接続させることにより、上記のようなコントローラに大容量で安定した電力を供給することを可能にしているハイブリッド式の建設機械（例えば、特許文献１を参照）が公知である。そして、バッテリが、電動モータに電力を供給する第１バッテリと、コントローラに電力を供給する第２バッテリとから構成され、充電装置が、第１バッテリを充電する第１充電装置と、第２バッテリを充電する第２充電装置とから構成され、車体に太陽光エネルギを受けて発電して起電力を第２充電装置に供給する太陽光発電装置が設けられている建設機械もある（例えば、特許文献２を参照）。

　上記のような電源ユニットに用いられるバッテリとしては、リチウムイオンバッテリが用いられることが多いが、このバッテリには、例えば夜間等作業をしないときに充電できるようになっている。また、充電システムを備えた建設機械としては、省エネルギー化を目的として、車両の旋回駆動等により生じる回生エネルギーを取得するものも周知となっているが、このように、回生エネルギーを用いる場合には、ある程度の放電時間を確保できるコンデンサ等の蓄電デバイスが必要となる（例えば、特許文献３を参照）。

特開２００７－１０７２３１号公報特開２００７－２８４８７４号公報特開２００２－３２５３７８号公報

　ところで、上述したようなバッテリが複数ある建設機械においては、コントローラが第１バッテリ（メインバッテリ）から電力を受け、また、ライト等のオプションも第１バッテリ（メインバッテリ）から電力を受ける構成となっている場合がある。このような構成では、第２バッテリ（サブバッテリ）が設けられていたとしても、常に第１バッテリから電力を消費するため、実質的に第１バッテリの寿命が長くならないという課題があった。また、ＤＣ－ＤＣコンバータは、一般に使用率が高い程、電圧の変換効率が上がるが、上記の構成では、バッテリからＤＣ－ＤＣコンバータを介して、使用頻度は低いが消費電力量は大きいライト、ホーン等に直接電力が供給されるため、ＤＣ－ＤＣコンバータの使用が少なくなり、ＤＣ－ＤＣコンバータの電圧の変換効率が良くないという課題があった。

　また、上記のような回生エネルギーを利用する建設機械においては、一般的に、蓄電した電力を熱エネルギーに変換させることが多く、また蓄電した電力をメインバッテリに充電させる構成を用いていることが多い。このように、熱エネルギーに変換させたりメインバッテリに充電させたりする構成を採用する場合、省エネルギー化を実現させることはできるものの、蓄電デバイスとメインバッテリとの電圧差を補正するため、昇降圧回路を備えた制御回路の組み込み等が必須となりその結果構成が複雑化しているという課題があった。また、この複雑化により制御回路に掛かるコストが高くなりメンテナンス性も低く、コストメリットが出ないという課題があった。

　本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ＤＣ－ＤＣコンバータの使用率を上げることによって、ＤＣ－ＤＣコンバータの効率を上げ、機械の稼動時間を延ばすことにより充放電のサイクル数を減らし、バッテリの長寿命化を図ることが可能な電源システムを提供することを目的とする。

　本発明はまた、省エネルギー化を実現させるとともに、構成を簡略化してコストダウンを図り、メンテナンス性を向上させることが可能な電源システムを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明に係る油圧ユニットの電源システムは、直流電力を出力する第１バッテリ（例えば、実施形態におけるメインバッテリ４１）と、第１バッテリからの電力供給を受けて充電可能な、直流電力を出力する第２バッテリ（例えば、実施形態におけるサブバッテリ４２）と、第１バッテリからの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、インバータから出力される交流電力により駆動される交流電動モータと、第２バッテリからの直流電力を受けて作動して、インバータの作動を制御するインバータコントローラ（例えば、実施形態におけるコントローラ４４）とを備えた電源システムにおいて、第１バッテリから第２バッテリへの充電をオン／オフする充電切換スイッチ（例えば、実施形態におけるリレー４７）と、第２バッテリのバッテリ残量を検出し、バッテリ残量が所定値より少なくなったとき、充電切換スイッチをオンさせるスイッチコントローラ（例えば、実施形態におけるコントローラ４４）とを備える。

　上記電源システムにおいて、好ましくは、前記交流電動モータにより駆動されて作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される油圧アクチュエータとを備える。

　上記電源システムにおいて、好ましくは、前記第１バッテリの直流電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータを備え、前記ＤＣ－ＤＣコンバータから出力された電力により前記第２バッテリが充電される。

　上記電源システムにおいて、好ましくは、前記第２バッテリ及び前記交流電動モータに電気的に接続され、前記交流電動モータの駆動エネルギーを回生発電させ、前記回生発電させた電力を前記第２バッテリに蓄電する回生電力蓄電手段と、前記回生電力蓄電手段と前記第２バッテリとの電気的接続をオン／オフする回生切換スイッチと、前記交流電動モータが駆動状態か停止状態であるかを判断し、前記判断結果に応じて前記回生切換スイッチのオン／オフの切り替えを行う回生スイッチ切換部とを備え、前記回生スイッチ切換部が前記回生切換スイッチをオンにしたとき、前記回生電力蓄電手段に蓄電された電力が前記第２バッテリに充電される。

　上記電源システムにおいて、好ましくは、前記回生スイッチ切換部は、前記交流電動モータが駆動状態であると判断したときは前記回生切換スイッチをオフにし、前記交流電動モータが停止状態であると判断したときは前記回生切換スイッチをオンにする切り替えを行う。

　上記電源システムにおいて、好ましくは、前記第１バッテリ及び前記回生電力蓄電手段から出力される電力の変圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより変圧された電力が前記第２バッテリに充電される。

　以上、本発明に係る油圧ユニットの電源システムにおいては、第１バッテリ及び第２バッテリと、第１バッテリから第２バッテリへの充電をオンオフするスイッチと、第２バッテリのバッテリ残量が所定値以下になったときに上記スイッチをオンさせるスイッチコントローラとを備えている。従って、作業中などに第２バッテリのバッテリ残量が低下したときに限り、第１バッテリから電力を出力し第２バッテリへの充電を行う構成になっているため、第１バッテリの電力の消費量を抑えることが可能になり、全体として第１及び第２バッテリの長寿命化を実現できる。

　また、ＤＣ－ＤＣコンバータが第１バッテリと第２バッテリの間に設けられている場合、第１バッテリと第２バッテリは第２バッテリのバッテリ残量が減少した場合にのみ接続されるようになっているため、ＤＣ－ＤＣコンバータの使用率を従来より上げることが可能となり、ＤＣ－ＤＣコンバータに効率良く電圧変換させることができる。

　また、交流電動モータの回生電力を蓄電する回生電力蓄電手段が第２バッテリ及び交流電動モータに接続して設けられ、蓄電した電力を、インバータへの電力供給を行う第１バッテリではなく第２バッテリに充電させる構成を採用し、交流電動モータの駆動状態に応じて第２バッテリへの充電を行うか否かが決定されるように構成でき、これにより、省エネルギー化を可能にするとともに、電気回路における昇降圧手段の組み込み等が不要となり、構成を簡略化させメンテナンス性を向上させることができる。

　また、スイッチ切り替え部が、交流電動モータの駆動時にスイッチをオンにし、交流電動モータの停止にスイッチをオフするように作動する場合、交流電動モータの駆動時にはその駆動エネルギーから回生電力を蓄電させることができ、交流電動モータの停止時には蓄電した回生電力を第２バッテリへ充電させることができる。このため、モータ駆動時及び停止時に、回生電力を効率的に取得及び蓄電することが可能となり、更なる省エネルギー化を図ることができる。

　そして、第１バッテリ及び回生電力蓄電手段から出力される電力の変圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータを設けることにより、少なくとも、回生電力蓄電手段と第２バッテリはスイッチ切り替え部がスイッチをオンにしたときにのみ電気的接続されるように構成されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータに効率良く電圧変換させて第２バッテリへの充電を行うことが可能となる。

本発明に係る油圧ユニットの電源システムを適用させた建設機械の一例として示すパワーショベルの斜視図である。本発明の第１実施形態に係る電源システム（油圧ユニット用の電源システム）を示す油圧回路及び電気回路を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る電源システム（油圧ユニット用の電源システム）を示す油圧回路及び電気回路を示すブロック図である。上記第２実施形態に係る電源システム（特に、充電システム）の電気回路構成を示す電気回路図である。従来の油圧ユニットの電源システムを示す油圧回路及び電気回路を示すブロック図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明に係るの電源システムを適用する建設機械の一例としてクローラ型のパワーショベル１を示している。このパワーショベル１は、平面視略Ｈ字状の走行台車４（車体）の左右に走行機構３，３が設けられて構成される走行装置２と、走行台車４の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード９と、走行台車４の上部に旋回可能に設けられた旋回台１１と、旋回台１１の前部に設けられたショベル機構１２と、旋回台１１の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン１５（車体）とから構成されている。

　走行装置２を構成する左右一対の走行機構３，３は、走行台車４の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール５と、走行台車４の左右後部に設けられたアイドラホイール６との間に履帯７が巻き掛けられて構成される。駆動用スプロケットホイール５は、電動モータあるいは油圧モータからなる走行モータにより回転駆動される。ブレード９は、油圧駆動式のブレードシリンダ（不図示）の作動により揺動される。旋回台１１は、電動モータあるいは油圧モータからなる旋回モータ（不図示）により旋回動される。

　ショベル機構１２は、旋回台１１の前部に起伏動自在に枢結されたブーム２１と、ブーム２１の先端部にブーム２１の起伏面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム２２と、アーム２２の先端に上下で揺動自在に枢結されたバケット２３と、油圧駆動式のブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６とから構成されている。ブーム２１はブームシリンダ２４により起伏動され、アーム２２はアームシリンダ２５により揺動され、バケット２３はバケットシリンダ２６により揺動される。以降の説明ではこれらのシリンダ２４～２６やブレード９のブレードシリンダを纏めて「油圧アクチュエータ３５」と呼ぶ（図２参照）。また、オペレータキャビン１５は、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成されており、内部に運転者が着座するためのオペレータシート１６と、走行装置２やショベル機構１２の作動操作を行うための操作装置１７とが設けられている。

　（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態に係る充電システムを、図２を参照して説明する。図２に示すように、上記パワーショベル１には、油圧アクチュエータ３５に作動油を供給し作動させる油圧ユニット３０が設けられている。油圧ユニット３０は、作動油を貯留するタンク３１、所定油圧、所定流量の作動油を吐出する油圧ポンプ３２、油圧ポンプ３２を駆動させるポンプ用電動モータ３３、及び、油圧ポンプ３２から吐出される作動油を操作装置１７の操作に応じた供給方向及び供給量で油圧アクチュエータ３５に供給させる制御を行うコントロールバルブ３４から構成されている。

　上記ポンプ用電動モータ３３には、電源システム４０から電力が供給されるようになっており、ポンプ用電動モータ３３はこの電力により駆動するようになっている。この電源システム４０について以下で図２を参照しながら説明する。図２では、電気的または光学的信号回路を実線の矢印で示し、油圧回路を点線の矢印で示している。なお、図２に示す構成では、上記走行モータ及び旋回モータは油圧モータからなり、これらのモータも油圧アクチュエータ３５に含まれている。

　電源システム４０は、メインバッテリ４１と、サブバッテリ４２と、インバータ４３と、コントローラ４４と、ＤＣ－ＤＣコンバータ４６と、リレー４７とを備えて構成されている。メインバッテリ４１及びサブバッテリ４２は、例えば一日の作業が終わった時点で、充電器２９を介して外部の商用電源２８から電力を受けて充電できるようになっている。本実施形態では、メインバッテリ４１とサブバッテリ４２が設けられ、後に詳述するが、コントローラ４４にはメインバッテリ４１ではなくサブバッテリ４２から電力が供給される構成となっているため、メインバッテリ４１を有効に使用し、パワーショベル１の稼動時間を延ばすことが可能となっている。

　メインバッテリ４１は、インバータ４３を介してポンプ用電動モータ３３に電力を供給するために設けられる。メインバッテリ４１としては、例えばリチウムイオン電池や有機ラジカル電池等の二次電池を用いることができる。サブバッテリ４２は、コントローラ４４及び後述するオプション５２に電力を供給するために設けられる。サブバッテリ４２としては、例えばリチウムイオン電池や鉛シール電池等を用いることができる。なお、メインバッテリ４１からは、サブバッテリ４２と比較して、高電圧の直流電流が供給される。インバータ４３は、メインバッテリ４１からの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換してこの交流電力をポンプ用電動モータ３３に供給する。

　コントローラ４４は、電源システム４０を統括的に制御し、サブバッテリ４２からの電力を受けて機能する。コントローラ４４は、モータ回転数検出センサ（不図示）、油圧・油温センサ（不図示）により、ポンプ用電動モータ３３の回転数、作動油の油圧・油温を検出することが可能となっており、検出した回転数、油圧・油温に基づいて、油圧ポンプ３２から供給される油圧等が最適状態になるように制御信号を生成し、当該制御信号をインバータ４３に送信する。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ４６は、いわゆる降圧型のものを使用しており、メインバッテリ４１から供給される高電圧の直流電流を低電圧の直流電流（例えば、ＤＣ１２．６Ｖ）に変換して安定化させる。

　ＤＣ－ＤＣコンバータ４６とサブバッテリ４２の間には、リレー４７の接点４７ａが接続されており、ＤＣ－ＤＣコンバータ４６とサブバッテリ４２とはこのリレー４７により接続及び切断される。リレー４７の接点４７ａは、コントローラ４４の制御により接続及び切断されるように構成されている。この接点４７ａは、通常は切断状態（オフ状態）に維持され、コントローラ４４からリレー４７に電圧が印加されるとオン状態となり、接点４７ａがオン状態になってメインバッテリ４１及びＤＣ－ＤＣコンバータ４６と、サブバッテリ４２とが接続されるようになっている。こうして、接点４７ａがオン状態になると、メインバッテリ４１からＤＣ－ＤＣコンバータ４６を介して、サブバッテリ４２に電力が供給されて充電されるように構成されている。

　オプション５２は、前照灯等のライトや砕石機構を作動させるためのコントローラ等のサブアクチュエータから構成され、それぞれサブバッテリ４２からの電力をそれぞれ受けて作動する。このように構成されることにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ４６の仕様を、オプション５２の消費電力から求められたサブバッテリ４２の仕様のみに基づいて決めることができ、従来技術に比べて最適なＤＣ－ＤＣコンバータ４６を選定することができる。なお、サブバッテリ４２の容量は、一日の稼動における制御回路・保護回路・リレーの消費電力等に基づいて決定される。運転状況に応じて使用されるライトやホーン等個々のオプション５２の消費電力はサブバッテリ４２の容量計算には含めず、必要に応じてメインバッテリ４１からサブバッテリ４２経由で、供給するものとしている。

　また、コントローラ４４は、サブバッテリ４２から供給される電流及び電圧の値（電力量）に基づいてそのバッテリ残量を検出することが可能になっており、検出したバッテリ残量に応じてリレー４７の作動を制御するように構成されている。具体的には、サブバッテリ４２のバッテリ残量に応じて、メインバッテリ４１からサブバッテリ４２への充電を行うか否かを決定することが可能となっている。また、コントローラ４４は、上記充電を行うか否かの閾値として所定の上限値と下限値を設定することができるようになっており、サブバッテリ４２のバッテリ残量が下限値（閾値）より下がったときは、リレー４７に電圧を印加し接点４７ａをオン状態にし、リレー４７の接点をつないで、メインバッテリ４１からＤＣ－ＤＣコンバータ４６を介してサブバッテリ４２に一気に電力が補充され、サブバッテリ４２への充電が開始されるようになる。そして、充電が進み、サブバッテリ４２のバッテリ残量が上限値（閾値）まで到達した時点で、コントローラ４４は、接点４７ａをオフ状態にし、リレー４７の接点４７ａを遮断する。

　また、ＤＣ－ＤＣコンバータ４６は、理論上は省略することも可能ではあるが、メインバッテリ４１とサブバッテリ４２との間にＤＣ－ＤＣコンバータ４６を設けることにより、接点４７ａがオン状態になったときにメインバッテリ４１からＤＣ－ＤＣコンバータ４６を介してサブバッテリ４２に一気に電力が供給されるため、ＤＣ－ＤＣコンバータ４６の使用率をある程度上げ、これに伴い電力の変換効率を上げることが可能となるため、メインバッテリ４１から効率良くサブバッテリ４２に電力を供給することができるようになっている。

　以上、サブバッテリ４２のバッテリ残量が大きいときにはオプション５２がサブバッテリ４２からのみ電力の供給を受けるようにすることでメインバッテリ４１の消費電力を低減させることができ、パワーショベル１の稼動時間を長くすることができる。また、サブバッテリ４２のバッテリ残量が、例えば昼間の作業中に閾値未満（あるいは閾値以下）となったときにのみ、メインバッテリ４１からＤＣ－ＤＣコンバータ４６を介してサブバッテリ４２に電力を供給させることにより、サブバッテリ４２のバッテリ残量が少なくなったときでも制御装置４４及びオプション５２への電力供給を継続させることができる。

　以上、本実施形態におけるパワーショベル１は、電源システム４０が上記のように構成されていることにより、サブバッテリ４２をメインバッテリ４１により充電させることができるため、サブバッテリ４２のバッテリ残量が少なくなったときでも、コントローラ４４およびオプション５２への電力供給を継続させることができるため、従来と比較してパワーショベル１の稼動時間を長くすることができる。

　また、本実施形態において、コントローラ４４がインバータ４３及びリレー４７の作動を制御する例について説明したが、インバータ４３の作動を制御するインバータコントローラと、リレー４７の作動を制御するリレーコントローラとを別体で設けても同様の効果が得られる。

　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る充電システムを、図３を参照して説明する。図３に示す充電システムも、図１に示すパワーショベル１に用いられるが、パワーショベル１の構成は上記と同一なので、その説明は省略する。さらに、この充電システムにおいて、油圧アクチュエータ３５に作動油を供給し作動させる油圧ユニット３０が設けられているが、図２と図３を比較すると分かるように、油圧ユニット３０は同一構成であるので、その説明も省略する。

　上記ポンプ用電動モータ３３には、電源システム４０から電力が供給されるようになっており、ポンプ用電動モータ３３はこの電力により駆動するようになっている。この電源システム４０について以下で図３を参照しながら説明する。図３では、電気的または光学的信号回路を実線の矢印で示し、油圧回路を点線の矢印で示している。また、図２に示すシステム構成と図３に示すシステム構成は類似しており、同一構成部分には同一番号を付して説明し、同一構成部分の説明は重複するので一部省略する。

　電源システム４０は、メインバッテリ４１と、サブバッテリ４２と、インバータ４３と、コントローラ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６とを備えて構成されている。メインバッテリ４１は、インバータ４３を介してポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５に電力を供給させるために設けられる。サブバッテリ４２は、コントローラ４４及び後述するオプション５２に電力を供給させるために設けられる。なお、メインバッテリ４１からは、サブバッテリ４２と比較して高電圧の直流電流が供給される（例えば、メインバッテリ４１の電圧を３００Ｖ、サブバッテリ４２の電圧を２４Ｖとすることができる）。インバータ４３は、メインバッテリ４１からの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換してこの交流電力をポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５に供給する。

　コントローラ４４は、電源システム４０を統括的に制御し、サブバッテリ４２からの電力を受けて機能する。コントローラ４４は、モータ回転数検出センサ、油圧・油温センサにより検出した回転数、油圧・油温に基づいて、油圧ポンプ３２から供給される油圧等が最適状態になるように制御信号を生成し、インバータ４３に送信する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、メインバッテリ４１から供給される高電圧の直流電流（例えば、ＤＣ３００Ｖ）を低電圧の直流電流（例えば、ＤＣ２４Ｖ）に変換して安定化させる。

　オプション５２は、前照灯等のライトや砕石機構を作動させるための油圧モータ等のサブアクチュエータから構成され、それぞれサブバッテリ４２からの電力を受けて作動する。サブバッテリ４２の容量は、一日の稼動における電気回路・保護回路・リレーの消費電力等に基づいて決定される。運転状況に応じて使用されるライトやホーン等個々のオプション５２の消費電力はサブバッテリ４２の容量計算には含めず、必要に応じてメインバッテリ４１からサブバッテリ４２経由で、供給するものとしている。

　ところで、本実施形態における旋回モータ４５は、ポンプ用電動モータ３３と同様、電動モータからなり、インバータ４３から電力を受けて作動するようになっているが、ポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５の駆動エネルギーは回生され、その電気エネルギーが後述する第１乃至第３コンデンサ６１，６２，６３に蓄電されるようになっている。すなわち、電源システム４０を成す電気回路には、図４に示すように、第１コンデンサ６１、第２コンデンサ６２、及び第３コンデンサ６３と、第１スイッチ４８と、第２スイッチ４９とが配設されている。第１乃至第３コンデンサ６１，６２，６３はそれぞれ電気二重層６１ａ，６２ａ，６３ａを備えて構成された電気二重層コンデンサである。第１スイッチ４８及び第２スイッチ４９は、それぞれコントローラ４４の制御信号に基づいてオン／オフされるようになっており、第１スイッチ４８は、メインバッテリ４１と第１～第３コンデンサ６１，６２，６３との電気的接続オン／オフするように作動し、第２スイッチ４９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６と第１～第３コンデンサ６１，６２，６３との電気的接続をオン／オフするように作動する。

　また、図３及び図４に示すように、メインバッテリ４１から出力された電力は、コントローラ４４により第１スイッチ４８及び第２スイッチ４９をオン作動させたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６を介してサブバッテリ４２に充電されるようになっている。このように構成されることにより、サブバッテリ４２のバッテリ残量が少なくなったときでも、コントローラ４４への電力供給を止めることなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６を介してサブバッテリ４２をメインバッテリ４１により充電させることができ、パワーショベル１の稼動時間を長くすることが可能になっている。

　ところで、ポンプ用電動モータ３３から得られたエネルギーは電力に変換され第１コンデンサ６１に、旋回モータ４５から得られたエネルギーは電力に変換され第２コンデンサ６２に、それぞれ蓄電されるようになっている。また、連続して車両を旋回させるため旋回モータ４５を駆動させ続けているときはコントローラ４４により第２スイッチ４９がオフ作動された状態となり、第２コンデンサ６２に蓄電された電力が旋回モータ４５に供給されるようになっている。また、旋回モータ４５の停止時など蓄電された電力が不要なときはコントローラ４４により第２スイッチ４９がオン作動されることにより、第２コンデンサ６２に蓄電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４６に放電され、当該放電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４６により変圧されてサブバッテリ４２に充電されるようになっている。なお、第１コンデンサ６１に蓄電された電力についても同様に、ポンプ用電動モータ３３に供給、または、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６に変圧させてサブバッテリ４２への充電、ができるようになっている。

　また、上記蓄電または放電（サブバッテリ４２への充電）のタイミングについては、コントローラ４４により制御される第２スイッチ４９のオン／オフ作動により任意にすることもできる。しかし、上記のように、旋回モータ４５の駆動時に第２コンデンサ６２が蓄電を行うとともに旋回モータ４５に電力を供給し、旋回モータ４５の停止時に第２コンデンサ６２に蓄電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４６を介してサブバッテリ４２に充電させることにより、機械停止後も自己放電させることなくサブバッテリ４２への充電が可能となり、回生エネルギーを効率良く充電及び利用することができる。

　なお、メインバッテリ４１の電圧は通常非常に高いため、第１～第３コンデンサ６１，６２，６３からメインバッテリ４１への充電は行われないようになっている。但し、昇圧回路をメインバッテリ４１と第１～第３コンデンサ６１，６２，６３との間に設ければ、メインバッテリ４１への充電も理論上は可能となるが、本実施形態では、メインバッテリ４１の充電を行わずに、第１～第３コンデンサ６１，６２，６３に蓄電された電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６により変圧させ、サブバッテリ４２に充電させることにより、電源システム４０の回路構成を簡易にすることが可能となっている。

　また、第３コンデンサ６３は、第２コンデンサ６３に並列接続されて配設される。この第３コンデンサ６３においても、第２コンデンサ６２と同様に、旋回モータ４５の回生電力を蓄電することができるようになっており、第３コンデンサ６３を設けることにより、より多くの回生電力が得られ、サブバッテリ４２へ充電させることができるようになっている。第３コンデンサ６３は、旋回モータ４５が稼動している状態において回生エネルギーを得て蓄電し旋回モータ４５の停止時にサブバッテリ４２への充電を開始するが、蓄電または放電（サブバッテリ４２への充電）のタイミングはこれに限定されない。

　以上、本実施形態における電源システム４０では、電気二重層６１ａ，６２ａ，６３ａをそれぞれ有する第１～第３コンデンサ６１，６２，６３を備え、ポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５の駆動状態に応じて、コントローラ４４が第２スイッチ４９をオン／オフさせることにより、ポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５の使用時にはポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５への電力の再供給及び第１～第３コンデンサ６１，６２，６３への蓄電が可能となる。また、ポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５の停止時には第１～第３コンデンサ６１，６２，６３に蓄電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４６により変圧されてサブバッテリ４２に充電されるようになっている。このように構成されることにより、電気二重層６１ａ，６２ａ，６３ａに初期充電に利用されていた電力も有効活用できる等、旋回モータ４５の駆動または停止に拘わらず得られた回生エネルギーを有効活用でき、省エネルギー化を図ることができる。

　また、上記電源システム４０の電気回路は、メインバッテリ４１への充電を行わない場合は昇圧回路等が不要となるため、第１～第３コンデンサ６１，６２，６３、並びに第１及び第２スイッチ４８，４９のみを備える簡易な構成とすることが可能となっている。これにより、電源システム４０にかかるコストを抑え、メンテナンス性を高めることも可能となり、コストメリットがある電気回路を提供することができる。

　なお、上述した電源システム４０において、第３コンデンサ６３を複数並列接続させたり、上記第３コンデンサ６３と同様に第１コンデンサ６１に並列接続させるコンデンサを１つ又は複数さらに設けても上記同様の効果が得られる。すなわち、電気回路におけるコンデンサの構成は、図４に示す構成に限定されない。また、コンデンサの種類についても上記電気二重層６１ａ，６２ａ，６３ａを備えた電気二重層コンデンサに限定されることなく、単板型、旋回型等、他種のコンデンサを用いても同様の効果が得られる。

　また、上述した本実施形態では、ポンプ用電動モータ３３及び旋回モータ４５から回生エネルギーを取得する例について説明したが、走行モータが電動モータの場合は、走行モータから回生エネルギーを取得するようにしてもよい。

　なお、上述した本実施形態においては、コントローラ４４がインバータ４３の制御、並びに第１スイッチ４８及び第２スイッチ４９のオン／オフの制御の両方を行う例について説明したが、インバータ４３の制御を行うインバータ制御手段と、第１スイッチ４８及び第２スイッチ４９のオン／オフの切り替えを行うスイッチ切り替え部とを別体で設けてもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、理論的には省略することも可能ではあるが、電気回路における電圧を安定化させるため上記実施形態のように配設した方が好ましい。

　以上説明した、第１および第２実施形態においては、メインバッテリ４１及びサブバッテリ４２を充電する手段として商用電源２８及び充電器２９を用いる例について説明したが、上記充電の手段としてはこれに限定されることはない。例えば、太陽光エネルギを電気エネルギに変換するソーラーパネルを車体に配置してソーラーパネルに充電させるようにしてもよいし、専用の発電機を使用してもよい。

　さらに、第１および第２実施形態においては、油圧ユニットを備えた機械の一例としてパワーショベル１を示したが、油圧ユニット３０の構成が上記に限定されないとともに、適用対象の機械についてもパワーショベル１に限定されず、高所作業車、移動式クレーン、フォークリフト、ローダ等に対しても本発明を適用することは可能である。そして、建設機械以外の機械の油圧ユニット、更には、油圧ユニット以外の機器にも本発明に係る充電システムを適用させることができる。

　　　３０　　油圧ユニット
　　　３２　　油圧ポンプ
　　　３３　　ポンプ用電動モータ（交流電動モータ）
　　　３５　　油圧アクチュエータ
　　　４０　　電源システム
　　　４１　　メインバッテリ（第１バッテリ）
　　　４２　　サブバッテリ（第２バッテリ）
　　　４３　　インバータ
　　　４４　　コントローラ（インバータコントローラ、スイッチコントローラ）
　　　４６　　ＤＣ－ＤＣコンバータ
　　　４７　　リレー（スイッチ）

Claims

　直流電力を出力する第１バッテリと、
　前記第１バッテリからの電力供給を受けて充電可能な、直流電力を出力する第２バッテリと、
　前記第１バッテリからの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、
　前記インバータから出力される交流電力により駆動される交流電動モータと、
　前記第２バッテリからの直流電力を受けて作動して、前記インバータの作動を制御するインバータコントローラとを備えた電源システムにおいて、
　前記第１バッテリから前記第２バッテリへの充電をオン／オフする充電切換スイッチと、
　前記第２バッテリのバッテリ残量を検出し、前記バッテリ残量が所定値より少なくなったとき、前記充電切換スイッチをオンさせるスイッチコントローラとを備えることを特徴とする電源システム。
　前記交流電動モータにより駆動されて作動油を吐出する油圧ポンプと、
　前記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される油圧アクチュエータとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
　前記第１バッテリの直流電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータを備え、
　前記ＤＣ－ＤＣコンバータから出力された電力により前記第２バッテリが充電されることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の電源システム。
　前記第２バッテリ及び前記交流電動モータに電気的に接続され、前記交流電動モータの駆動エネルギーを回生発電させ、前記回生発電させた電力を前記第２バッテリに蓄電する回生電力蓄電手段と、
　前記回生電力蓄電手段と前記第２バッテリとの電気的接続をオン／オフする回生切換スイッチと、
　前記交流電動モータが駆動状態か停止状態であるかを判断し、前記判断結果に応じて前記回生切換スイッチのオン／オフの切り替えを行う回生スイッチ切換部とを備え、
　前記回生スイッチ切換部が前記回生切換スイッチをオンにしたとき、前記回生電力蓄電手段に蓄電された電力が前記第２バッテリに充電されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電源システム。
　前記回生スイッチ切換部は、前記交流電動モータが駆動状態であると判断したときは前記回生切換スイッチをオフにし、前記交流電動モータが停止状態であると判断したときは前記回生切換スイッチをオンにする切り替えを行うことを特徴とする請求項４に記載の充電システム。
　前記第１バッテリ及び前記回生電力蓄電手段から出力される電力の変圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
　前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより変圧された電力が前記第２バッテリに充電されることを特徴とする請求項４または５に記載の充電システム。