專利名稱：混合式工作機械及伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工作機械，尤其涉及一種通過來自蓄電器的電力來驅動電動機而驅動液壓泵的混合式工作機械及伺服控制系統(tǒng)。
背景技術：
工作機械多為液壓驅動機械。作為液壓驅動式工作機械的一例，例如有液壓挖土機。在液壓挖土機中，通常利用液壓驅動器(液壓缸、液壓馬達)進行挖土機的驅動、上部回轉體的回轉及下部行駛體的行駛。供給至液壓驅動器的液壓多為通過將引擎作為驅動源的液壓泵而產(chǎn)生。這時，液壓驅動器的輸出取決于引擎的輸出。液壓挖土機的工作不僅有相對于引擎的能力經(jīng)常需要100%的能力的工作，而且大多為例如只要輸出90%、80%的能力即可完成這樣的工作。于是，通過根據(jù)工作負載改變液壓挖土機的動作模式，在各個不同的工作負載下進行最佳的引擎輸出控制，有效地驅動引擎來改善油耗。例如，可設定進行相當于引擎的最大輸出的負荷工作的“高負荷模式”、進行一般負荷工作的“一般負荷模式”及進行輕負荷工作的“低負荷模式”的不同的工作模式。并且， 各工作模式中，以液壓泵為了驅動液壓驅動器而所需的驅動轉矩與引擎的輸出轉矩相等的方式進行等馬力控制，有效地應用引擎的輸出來實現(xiàn)改善油耗。液壓挖土機通常搭載具有與“高負荷模式”下的輸出相等的最大輸出的引擎。然而，“高負荷模式”下的運行遠遠少于“一般負荷模式”下的運行。因此，在“一般負荷模式” 下運行液壓挖土機時，在引擎的輸出上有富余。換言之，相當于搭載相對于“一般負荷模式” 下的運行具有富余的輸出的較大引擎。近年來，在包括上述液壓挖土機的液壓驅動式工作機械中，有將引擎小型化來降低燃料消耗量之類的要求。若簡單地將引擎小型化，則在“高負荷模式”下的運行時無法得到充分的液壓輸出。于是，開發(fā)了具備引擎、通過引擎驅動的發(fā)電機、通過發(fā)電機進行充電的蓄電機構和通過蓄電機構的電力驅動的電動機的所謂混合式施工機械(例如，參考專利文獻Io ) ο以往技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平10-103112號公報發(fā)明的概要發(fā)明要解決的技術問題在混合式工作機械中，不僅從引擎，而且也從輔助馬達(電動機)得到工作用動力 (即驅動液壓泵的動力)。輔助馬達利用來自蓄電構件的電力驅動?；旌鲜焦ぷ鳈C械中有將驅動部分的一部分作成電動驅動而不是作成液壓驅動的機械。例如液壓挖土機中有通過回轉用電動馬達驅動上部回轉體而使其回轉的機械。這時， 回轉用電動馬達也與輔助馬達相同，通過直流母線(DC母線)被電連接于蓄電器(蓄電池)上。上述蓄電器(蓄電池)將DC母線的電壓維持成恒定電壓。即，若直流母線(DC母線)的電壓高于蓄電器(蓄電池)，則電流從直流母線(DC母線)流向蓄電器(蓄電池)并對蓄電器(蓄電池)進行充電。另一方面，若直流母線(DC母線)的電壓低于蓄電器(蓄電池)，則電流從蓄電器(蓄電池)流向直流母線(DC母線)而對蓄電器(蓄電池)進行放 H1^ ο在此，蓄電器(蓄電池)產(chǎn)生故障時，無法控制DC母線的電壓。這時，不僅不能進行蓄電器(蓄電池)的充電，而且也不能驅動從DC母線接受電流的供給來驅動的電動部分 (上述回轉用電動馬達等)。但是，能夠通過引擎的輸出來驅動電動部分以外的液壓驅動部分，因此能夠在沒有輔助馬達的輔助的狀態(tài)暫且進行驅動。從而，即使不進行直流母線(DC母線)的電壓控制，也希望能夠通過輔助馬達的發(fā)電向電動部分供給電力來驅動電動部分。用于解決課題的手段為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供一種混合式工作機械，其通過由引擎驅動的發(fā)電機向蓄電器進行充電，利用來自該蓄電器的電力驅動電負載，所述混合式工作機械具有被電連接于該蓄電器的直流母線、檢測該直流母線的電壓的電壓檢測器及根據(jù)該電壓檢測器的電壓檢測值控制該發(fā)電機的驅動的驅動控制部，該驅動控制部根據(jù)該電壓檢測值與電壓指令值的偏差控制該發(fā)電機。并且，根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供一種伺服控制系統(tǒng)，其通過由引擎驅動的發(fā)電機向蓄電器進行充電，利用來自該蓄電器的電力驅動電負載，所述伺服控制系統(tǒng)具有被電連接于該蓄電器的直流母線、檢測該直流母線的電壓的電壓檢測器及根據(jù)該電壓檢測器的電壓檢測值控制該發(fā)電機的驅動的驅動控制部，該驅動控制部根據(jù)該電壓檢測值與電壓指令值的偏差控制該發(fā)電機。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，即使不將直流母線的電壓通過蓄電器保持恒定，也能夠由利用電動發(fā)電機進行直流母線的電壓控制，由此通過直流母線向電負載供給電力來驅動電負載。


圖1是混合式液壓挖土機的側視圖。圖2是表示圖1所示的混合式液壓挖土機的驅動系統(tǒng)結構的塊圖。圖3是表示蓄電系統(tǒng)結構的塊圖。圖4是將圖1所示的混合式液壓挖土機的動力系統(tǒng)模式化而表示的圖。圖5是表示圖1所示的混合式液壓挖土機的控制系統(tǒng)的塊圖。圖6是切換電壓控制模式的控制的一例的功能塊圖。圖7是切換電壓控制模式的控制的另一例的功能塊圖。圖8是切換電動發(fā)電機的控制模式的處理的流程圖。圖9是表示可應用本發(fā)明的串聯(lián)方式的混合式液壓挖土機的結構的塊圖。
具體實施方式
作為適用本發(fā)明的混合式工作機械，只要是利用通過來自蓄電池的電力驅動的電動發(fā)電機邊輔助引擎邊驅動液壓泵，并利用由液壓泵產(chǎn)生的液壓進行工作的液壓式工作機械，則可以是任何工作機械。作為這樣的混合式工作機械，例如可舉出功率挖土機、起重磁鐵、起重機、輪式裝載機等。首先，作為應用本發(fā)明的混合式工作機械的一例，對混合式液壓挖土機進行說明。圖1是混合式液壓挖土機的側視圖。在混合式液壓挖土機的下部行駛體1上通過回轉機構2搭載有上部回轉體3。動臂4從上部回轉體3延伸，斗桿5連接于動臂4的前端。另外，鏟斗6連接于斗桿5的前端。動臂4、斗桿5及鏟斗6通過動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9分別被液壓驅動。而且，在上部回轉體3上搭載駕駛室10及動力源(未圖示)。圖2是表示圖1所示的混合式液壓挖土機的驅動系統(tǒng)的結構的塊圖。圖2中，分別以雙重線表示機械動力系統(tǒng)、以實線表示高壓液壓管路、以虛線表示先導管路、以單點劃線表示電驅動或控制系統(tǒng)。作為機械式驅動部的引擎11和作為輔助驅動部的電動發(fā)電機12均連接于作為增力器的變速器13的輸入軸上。在變速器13的輸出軸上連接有主泵14及先導泵15。主泵 14上通過高壓液壓管路16連接有控制閥17。在此，也可以不使用變速器而直接連接引擎 11和電動發(fā)電機12?？刂崎y17為進行液壓系統(tǒng)的控制的控制裝置?？刂崎y17上通過高壓液壓管路連接下部行駛體1用的液壓馬達IA(右用)及IB (左用)、動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9。電動發(fā)電機12上通過逆變器18連接有包括蓄電器的蓄電系統(tǒng)120。蓄電系統(tǒng)120 上通過逆變器20連接有回轉用電動機21?；剞D用電動機21為混合式液壓挖土機中的電負載。回轉用電動機21的旋轉軸21A上連接分解器22、機械制動器23及回轉變速器M。先導泵15上通過先導管路25連接操作裝置26。操作裝置沈上通過液壓管路27及觀分別連接控制閥17及作為桿操作檢測部的壓力傳感器29。壓力傳感器四連接在進行電力系統(tǒng)的驅動控制的控制器30上。具有以上結構的混合式液壓挖土機為以引擎11、電動發(fā)電機12及回轉用電動機 21作為動力源的混合式施工機械。這些動力源搭載于圖1所示的上部回轉體3上。以下， 對各部進行說明。弓丨擎11例如為由柴油引擎構成的內燃機，其輸出軸連接于變速器13的一方的輸入軸上。引擎11在施工機械的運行中始終運行。電動發(fā)電機12為可進行動力運行及發(fā)電運行雙方的電動機即可。即，電動發(fā)電機 12為發(fā)電機兼電動機。在此，作為電動發(fā)電機12表示通過逆變器18驅動的電動發(fā)電機。 該電動發(fā)電機12例如能夠由在轉子內部埋入磁鐵的IPM(Interior Permanent Magnet)馬達構成。電動發(fā)電機12的旋轉軸連接于變速器13的另一方的輸入軸上。另外，在本實施方式中使用可進行動力運行及發(fā)電運行雙方的電動發(fā)電機12，但是也可以設為通過變速器將進行動力運行的電動機和進行發(fā)電運行的發(fā)電機連接于引擎11。變速器13具有2個輸入軸和1個輸出軸。2個輸入軸上分別連接引擎11的驅動軸和電動發(fā)電機12的驅動軸。并且，輸出軸上連接主泵14的驅動軸。電動發(fā)電機12的動力運行和發(fā)電運行的切換通過控制器30根據(jù)引擎11的負荷等來進行。主泵14為產(chǎn)生用于供給至控制閥17的液壓的液壓泵。為了通過控制閥17分別驅動作為液壓負載的液壓馬達ΙΑ、1B、動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9而供給利用主泵14產(chǎn)生的液壓。先導泵15為產(chǎn)生液壓操作系統(tǒng)所需的先導壓力的泵?？刂崎y17為如下液壓控制裝置其根據(jù)駕駛員的操作輸入而控制分別供給至通過高壓液壓管路連接的下部行駛體1用的液壓馬達1A、1B、動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9 的液壓，由此，對它們進行液壓驅動控制。逆變器18如上那樣設置于電動發(fā)電機12與蓄電系統(tǒng)120之間，根據(jù)來自控制器 30的指令進行電動發(fā)電機12的運行控制。由此，當逆變器18運行控制電動發(fā)電機12的動力時，將所需的電力從蓄電系統(tǒng)120供給至電動發(fā)電機12。并且，當控制電動發(fā)電機12的發(fā)電運行時，將通過電動發(fā)電機12所發(fā)電的電力供給至蓄電系統(tǒng)120。包括蓄電器的蓄電系統(tǒng)120配設于逆變器18與逆變器20之間。當電動發(fā)電機12 與回轉用電動機21的至少任意一方進行動力運行時，供給動力運行所需的電力，并且，當至少任意一方進行發(fā)電運行或再生運行時，成為將通過發(fā)電運行或再生運行產(chǎn)生的電力作為電能蓄積的電源。圖3是蓄電系統(tǒng)120的塊圖。蓄電系統(tǒng)120具有蓄電池19作為變動電壓蓄電部。 在本實施方式中使用電容器(雙電層型電容器)作為蓄電池19，但是不限定于電容器，只要是能夠反復充放電的電池，則可以是任何電池。將蓄電池19通過升降壓用轉換器58連接于作為恒定電壓蓄電部的DC母線110。逆變器18、20連接于DC母線110上。逆變器20如上那樣設置于回轉用電動機21與蓄電池19之間，根據(jù)來自控制器30 的指令對回轉用電動機21進行運行控制。由此，當回轉用電動機21動力運行時，所需電力從蓄電系統(tǒng)120被供給至回轉用電動機21。并且，當回轉用電動機21再生運行時，通過回轉用電動機21發(fā)電的電力供給至蓄電系統(tǒng)120而對蓄電池19進行充電。在此，在圖2中使用電動機作為回轉用電動機21，但是也可以使用于回轉用途以外，另外，還可以在蓄電系統(tǒng)120上連接多個電動機來控制?；剞D用電動機21為可進行動力運行及再生運行雙方的電動機即可，為了驅動上部回轉體3的回轉機構2而設置。當動力運行時，以變速器M放大回轉用電動機21的旋轉驅動力的旋轉力，上部回轉體3邊被加減速控制邊進行旋轉運動。并且，能夠通過上部回轉體3的慣性旋轉，以變速器M增加轉速并傳遞至回轉用電動機21而產(chǎn)生再生電力。在此，表示根據(jù)PWM(Pulse Width Modulation)控制信號通過逆變器20交流驅動的電動機作為回轉用電動機21。該回轉用電動機21例如能夠由磁鐵埋入型的IPM馬達構成。操作裝置沈為混合式液壓挖土機的駕駛員用于操作回轉用電動機21、下部行駛體1、動臂4、斗桿5及鏟斗6的輸入裝置，并包括桿26A及26B和踏板^C。桿26A為用于操作回轉用電動機21及斗桿5的桿，設置于上部回轉體3的駕駛席附近。桿26B為用于操作動臂4及鏟斗6的桿，設置于駕駛席附近。并且，踏板26C為用于操作下部行駛體1的一對踏板，設置于駕駛席腳下。操作裝置沈將通過先導管路25所供給的液壓(1次側液壓)轉換為與駕駛員的操作量相應的液壓O次側液壓)來輸出。從操作裝置26輸出的2次側液壓通過液壓管路 27供給至控制閥17的同時，通過壓力傳感器四檢測。若分別操作桿26A及26B和踏板^C，則通過液壓管路27驅動控制閥17，由此，控制液壓馬達1A、1B、動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9內的液壓，由此驅動下部行駛體1、動臂4、斗桿5及鏟斗6。另外，液壓管路27為了操作液壓馬達IA及IB而各設置2個(即合計4個)，為了分別操作動臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9而各設置2個(即合計6個)，因此實際上全部為 8個，但是方便說明起見概括為1個來表示。在作為桿操作檢測部的壓力傳感器四中，用壓力傳感器四檢測由桿2隊的回轉操作引起的液壓管路觀內的液壓變化。壓力傳感器四輸出表示液壓管路觀內的液壓的電信號。該電信號輸入至控制器30。由此，能夠確切地把握桿26A的回轉操作量。并且，在本實施方式中，使用壓力傳感器作為桿操作檢測部，但是也可以使用利用電信號直接讀取桿2隊的回轉操作量的傳感器?？刂破?0為進行混合式液壓挖土機的驅動控制的控制裝置，包括引擎控制部32 及驅動控制裝置40。引擎控制部32進行引擎運行時的目標轉速的設定或用于維持轉速的燃料噴射量的控制。驅動控制裝置40根據(jù)來自壓力傳感器四、逆變器18、20及分解器觀等的信號進行回轉用電動機21、電動發(fā)電機12及主泵14的輸出控制。接著，對上述混合式液壓挖土機的驅動控制進行說明。圖4是將上述混合式液壓挖土機的動力系統(tǒng)模式化而表示的圖。圖4的模式圖中， 液壓負載M相當于通過液壓而被驅動的構成部件，包括上述動臂缸7、斗桿缸8、鏟斗缸9、 液壓馬達1A、1B。液壓負載M上供給利用作為液壓泵的主泵14產(chǎn)生的液壓。引擎11向作為液壓泵的主泵14供給動力而驅動。S卩，引擎11所產(chǎn)生的動力通過主泵14轉換為液壓并供給至液壓負載M。電負荷56相當于如電動馬達或電動驅動器等那樣由電力驅動的構成部件，包括上述回轉用電動機21。電負載56上通過轉換器58從蓄電池19供給電力并被驅動。將驅動電負載56的情況稱為動力運行。電負載56例如如電動機兼發(fā)電機那樣能夠產(chǎn)生再生電力，產(chǎn)生的再生電力被供給至蓄電系統(tǒng)120的DC母線110，并通過轉換器58被積蓄于蓄電池19中。如上所述，蓄電系統(tǒng)120的蓄電池19通過來自電負載56的再生電力進行充電。并且，在電動發(fā)電機12接受來自引擎11的動力而作為發(fā)電機發(fā)揮作用時，也能夠將電動發(fā)電機12所產(chǎn)生的電力供給至蓄電系統(tǒng)120的蓄電池19并進行充電。在本實施方式中設為使用電容器(雙電層型電容器)作為蓄電池19。如以上結構的混合式液壓挖土機中，當蓄電系統(tǒng)120的轉換器58與蓄電池19之間斷線、或者轉換器58產(chǎn)生故障時，無法控制DC母線110的電壓。這時，不僅無法進行蓄電池19的充電，而且也無法驅動從DC母線110接受電流的供給來驅動的回轉用電動機21。但是，液壓產(chǎn)生用主泵14能夠通過引擎11的輸出來驅動，所以能夠以無電動發(fā)電機12的輔助狀態(tài)暫且進行驅動。并且，即使不進行基于轉換器58的DC母線110的電壓控制，也能夠通過電動發(fā)電機12的發(fā)電將電流供給至DC母線110來控制DC母線110的電壓， 由此驅動回轉用電動機21。從而，當蓄電系統(tǒng)120的轉換器58與蓄電池19之間斷線、或轉換器58產(chǎn)生故障的情況下，無法通過轉換器58控制DC母線110的電壓時，控制成，利用電動發(fā)電機12控制DC母線的電壓，并以來自電動發(fā)電機12的電流而不是來自蓄電池19的電流驅動回轉用電動機21。
圖5是表示上述混合式液壓挖土機的控制系統(tǒng)的塊圖。圖5中，對與圖2及圖3 所示的構成部件相同的部件附加相同的符號并省略其說明。在本實施方式中，在混合式液壓挖土機上設置檢測引擎11的轉速的速度傳感器 60、檢測電動發(fā)電機12的電流的電流傳感器62、檢測DC母線110的電壓的電壓傳感器64、 檢測流向電容器19與轉換器58之間的電流的電流傳感器66及檢測電容器19的端子間電壓的電壓傳感器68。速度傳感器60的速度檢測值被供給至控制部即控制器30的速度控制部30a。速度控制部30a根據(jù)所供給的速度檢測值控制引擎11的轉速。電壓傳感器64的電壓檢測值被供給至控制器30的第1電壓控制部30b和第2電壓控制部30c。電流傳感器62的電流檢測值被供給至控制器30的第2電壓控制部30c。第 1電壓控制部30b根據(jù)從電壓傳感器64所供給的電壓檢測值，通過轉換器58進行DC母線 110的電壓控制。第2電壓控制部30c根據(jù)從電流傳感器62供給的電流檢測值和從電壓傳感器64供給的電壓檢測值，通過逆變器18進行DC母線110的電壓控制的同時，進行電動發(fā)電機12的轉矩控制。第2電壓控制部30c進行的電壓控制為基于來自電壓傳感器64的電壓檢測值的控制，并為代替無法進行基于第1電壓控制部30b的電壓控制時進行的電壓控制。電流傳感器66的電流檢測值及電壓傳感器68的電壓檢測值被供給至控制器30 的故障檢測部30d。故障檢測部30d中也供給來自轉換器58的故障信號。在電流傳感器 66的電流檢測值及電壓傳感器68的電壓檢測值為異常值時、或從轉換器58供給故障信號時，故障檢測部30d生成異常信號。并且，故障檢測部30d將其異常信號作為切換信號供給至第2電壓控制部30c。接收切換信號的第2電壓控制部30c通過根據(jù)電壓傳感器64的電壓檢測值的電壓控制對電動發(fā)電機12的驅動進行控制并進行DC母線110的電壓控制。即，在電流傳感器66的電流檢測值及電壓傳感器68的電壓檢測值為異常值、或從轉換器58供給故障信號時，不是第1電壓控制部30b而是第2電壓控制部30c根據(jù)電壓傳感器64的電壓檢測值進行DC母線110的電壓控制。在電流傳感器66的電流檢測值及電壓傳感器68的電壓檢測值為異常值時可考慮到電容器19與轉換器58之間斷線為原因。S卩，若電容器19與轉換器58之間斷線，則例如電流傳感器66的電流檢測值突然變?yōu)榱?，或電壓傳感?8的電壓檢測值突然變?yōu)榱悖栽谶@種情況下能夠判斷為斷線，且故障檢測部30d生成異常信號?；蛘?，對轉換器58發(fā)出了指令，以使從電容器19放電，但基于電流傳感器66的電流檢測值仍為零時，也能夠判斷為電容器19與轉換器58之間斷線，且故障檢測部30d生成異常信號。并且，在轉換器58 出現(xiàn)故障時DC母線110與電容器19之間的電導通消失的情況也較多，在這樣的情況下故障檢測部30d也生成異常信號。如以上，若故障檢測部30d生成異常信號，且作為切換信號輸出至第2電壓控制部 30c，則切換為電壓控制。圖6是切換電壓控制模式的控制的一例的功能塊圖。一般，來自電流傳感器62的電流檢測值利用轉矩變換部76變換為轉矩值。并且，用于控制電動發(fā)電機12的輸出的轉矩指令值與來自轉矩變換部76的轉矩值的偏差被供給至補償器74。補償器74根據(jù)所供給的偏差求出電流指令，并供給至轉換指令生成部72。轉換指令生成部72根據(jù)電流指令生成用于對控制電動發(fā)電機12的驅動的逆變器18進行控制的轉換指令，并供給至逆變器 18。逆變器18根據(jù)轉換指令控制電動發(fā)電機12的驅動。以上為一般的電動發(fā)電機12的控制，并為未供給切換信號時進行的控制。另一方面，若生成異常信號并供給切換信號，則補償器74切換為補償器70進行電壓控制。在電壓控制中，首先，來自檢測DC母線110的電壓的電壓傳感器64的電壓檢測值與用于將DC母線110作為目標電壓的電壓指令值的偏差供給至補償器70。補償器70根據(jù)供給的偏差進行PI控制并求出電流指令。并且，來自補償器70的電流指令被供給至轉換指令生成部72。轉換指令生成部72根據(jù)電流指令生成用于對控制電動發(fā)電機12的驅動的逆變器18進行控制的轉換指令，并供給至逆變器18。逆變器18根據(jù)轉換指令控制電動發(fā)電機12的驅動。以上為在生成異常信號時進行的電動發(fā)電機12的控制。圖7是切換電壓控制模式的控制的另一例的功能塊圖。在圖7所示的例子中，根據(jù)切換信號切換利用補償器78求出的增益來代替切換補償器。補償器78根據(jù)供給的偏差進行PI控制并切換使用的增益。首先，根據(jù)切換信號切換將對補償器78供給的值作為電壓檢測值與電壓指令值的偏差、還是作為轉矩值與轉矩指令值的偏差。在供給切換信號時，進行切換以將電壓檢測值與電壓指令值的偏差供給至補償器78。并且，切換信號也供給至補償器78。在未供給切換信號時，增益變更部80將在補償器78中使用的增益K設為K1。在未供給切換信號時，進行切換以將轉矩值與轉矩指令值的偏差供給至補償器78，所以在補償器78中演算使轉矩值接近轉矩指令值的電流指令值。另一方面，在供給切換信號時，補償器78將使用的增益K設為K2。在供給切換信號時，進行切換以將電壓檢測值與電壓值的偏差供給至補償器78，所以在補償器78中演算使電壓檢測值接近電壓指令值的電壓指令。轉換指令生成部72根據(jù)電流指令生成用于對控制電動發(fā)電機12的驅動的逆變器 18進行控制的轉換指令，并供給至逆變器18。逆變器18根據(jù)轉換指令控制電動發(fā)電機12 的驅動。因此，在未供給切換信號時，通過根據(jù)轉矩控制用的增益Kl而生成的轉換指令驅動電動發(fā)電機12。其為一般的轉矩控制，并為在未供給切換信號時進行的控制。另一方面， 在供給切換信號時，通過根據(jù)電壓控制用的增益K2而生成的轉換指令驅動電動發(fā)電機12。 其為在生成異常信號時進行的電壓控制，并為在供給切換信號時進行的控制。其次，對當蓄電系統(tǒng)120中產(chǎn)生斷線或故障時切換電動發(fā)電機的控制模式的模式切換處理進行說明。圖8是切換電動發(fā)電機的控制模式的處理的流程圖。首先，在步驟Sl中檢測蓄電系統(tǒng)120中是否發(fā)生了斷線或故障。該檢測由控制器 30的異常檢測部30d進行。若未檢測出蓄電系統(tǒng)120中的斷線或故障，則處理進入步驟S2。 在步驟S2中，由于在步驟Sl中未檢測出故障，所以異常檢測部30d不生成異常信號，將用于切換電動發(fā)電機的控制模式的切換信號設為OFF，完成模式切換處理。S卩，電動發(fā)電機的控制模式設為一般的轉矩控制。另一方面，在步驟Sl中檢測出蓄電系統(tǒng)120中的斷線或故障時，處理進入步驟S3。在步驟S3中，由于在步驟Sl中檢測出故障，所以異常檢測部30d生成異常信號。并且，將用于切換電動發(fā)電機的控制模式的切換信號設為ON。若切換信號成為0N，則在步驟S4中，第 2電壓控制部30c進行圖6或圖7所示的切換電壓控制模式的控制，并將電動發(fā)電機12的控制模式從轉矩控制切換為電壓控制。此時，無法將電流從轉換器58供給至DC母線110， 所以第1電壓控制部30b成為無法控制DC母線110的電壓的狀態(tài)。于是，將第2電壓控制部30c切換為電壓控制，由此控制電動發(fā)電機12的驅動來控制DC母線110的電壓。由此， 能夠利用電動發(fā)電機12發(fā)電而供給至DC母線110的電流驅動回轉電動機21。由于轉換器 58無法進行電壓控制，所以控制電動發(fā)電機12的驅動而從結果上看成為進行DC母線110 的電壓控制。若在步驟S4中切換控制模式，則在步驟S5中進行抑制液壓負載輸出的處理。由于未從蓄電系統(tǒng)120的電容器19 (蓄電池)供給電流，因此無法利用來自電容器19的電流驅動電動發(fā)電機12，主泵14(液壓泵)成為只能利用引擎11驅動。所以，抑制相對液壓負載的輸出(即主泵14的輸出)，由此使過負荷不會施加于引擎11。如以上，在將電動發(fā)電機12的控制模式切換為電壓控制的狀態(tài)下，能夠僅利用引擎11驅動主泵14而在某種程度上驅動液壓負載，且能夠通過電動發(fā)電機12的發(fā)電而在某種程度上驅動回轉用電動機21。即，即使在蓄電系統(tǒng)120上產(chǎn)生斷線或故障而不能接受來自電容器19的電流供給，也能夠在某種程度上驅動液壓負載及電負載。因此，產(chǎn)生故障也并不是立即無法進行工作，能夠利用某種程度的輸出繼續(xù)工作。另外，在本實施方式中示出了生成異常信號時進行電動發(fā)電機12的電壓控制的方式，但是在未產(chǎn)生異常信號的一般控制時也可以通過電動發(fā)電機12的電壓控制來進行控制，以恒定地保持DC母線電壓。這時，由逆變器18使DC母線電壓恒定，轉換器58根據(jù)蓄電池19的蓄電電壓要求(蓄電電壓的目標值)，在蓄電池19與DC母線之間進行充放電。另外，在上述實施方式中以并聯(lián)方式的混合式工作機械為例子進行了說明，但是本發(fā)明也能夠應用于所謂的串聯(lián)方式的混合式工作機械中。圖9是表示可應用本發(fā)明的串聯(lián)方式的混合式工作機械即串聯(lián)方式的混合式液壓挖土機的結構的塊圖。圖8中分別以雙重線表示機械動力系統(tǒng)、以粗實線表示液壓管路、 以細實線表示電驅動系統(tǒng)、以點線表示電控制系統(tǒng)。機械式驅動部211的引擎212驅動發(fā)電部213的發(fā)電機214。由發(fā)電機214生成的電力通過發(fā)電部213的逆變器215供給至蓄電部216。供給至蓄電部216的電力通過轉換器217供給至作為蓄電器的蓄電池(未圖示)。由此對蓄電池進行充電。從蓄電池接受電力供給而被驅動的電負載系統(tǒng)220中，設置有回轉用電動機221 和泵驅動用電動機222?；剞D用電動機221為用于驅動回轉機構來使上部回轉體回轉的馬達。電力從蓄電池通過逆變器223供給至回轉用電動機221。電力通過逆變器2M從蓄電池還供給至泵驅動用電動機222。泵驅動用電動機222 為用于驅動液壓負載系統(tǒng)225的液壓泵226的馬達。由液壓泵2 產(chǎn)生的液壓，通過控制閥227分別供給至鏟斗缸209、斗桿缸208、動臂缸207、行駛(右)液壓馬達2 及行駛(左)液壓馬達229。鏟斗缸209為用于驅動鏟斗的液壓缸。斗桿缸208為用于驅動斗桿的液壓缸。動臂缸207為用于驅動動臂4的液壓缸。行駛(右)液壓馬達228為用于驅動下部行駛體的右側履帶的液壓馬達，行駛(左)液壓馬達229為用于驅動下部行駛體的左側履帶的液壓馬達。另外，使用如雙電層型電容器的蓄電器作為蓄電池，但是不限定于此，也可使用其他可充放電的蓄電器。蓄電器具有能夠從端子間電壓容易求出蓄電率SOC之類的優(yōu)點。另外，用于檢測蓄電池的端子間電壓的電壓檢測器(未圖示)連接于蓄電池的端子?？刂破?40控制逆變器215、223、2M及轉換器(未圖示)，并控制從發(fā)電機214向蓄電池的供給電力(蓄電池的充電量)及從蓄電池向電負載系統(tǒng)220的供給電力(蓄電池的放電量)。并且，控制器240根據(jù)來自電壓檢測器230的檢測電壓求出蓄電池的蓄電率 S0C,并根據(jù)求出的蓄電率SOC控制蓄電池的輸出(充放電量)。在上述結構的串聯(lián)方式的混合式液壓挖土機中，在發(fā)電機214與逆變器215之間設置電流傳感器，并設置檢測DC母線219的電壓的電壓傳感器。并且，與上述的并聯(lián)方式的混合式液壓挖土機相同，控制器240中切換DC母線219的電壓控制，由此控制發(fā)電機214 來將電流供給至DC母線219，并能夠驅動電負載。另外，在串聯(lián)方式的混合式液壓挖土機中，液壓泵2 通過泵驅動用電動機222驅動，因此液壓負載的驅動也成為基于發(fā)電機214 的發(fā)電的電流的驅動。另外，上述實施方式以混合式工作機械為例進行了說明，但是本發(fā)明也能夠應用于通過由引擎驅動的發(fā)電機向蓄電器進行充電并利用來自蓄電器的電力驅動電負載的伺服控制系統(tǒng)。即，在具有被電連接于蓄電器的直流母線、檢測直流母線的電壓的電壓檢測器、根據(jù)電壓檢測器的電壓檢測值控制發(fā)電機的驅動的驅動控制部的伺服控制系統(tǒng)中，驅動控制部根據(jù)電壓檢測值與電壓指令值的偏差控制發(fā)電機。本發(fā)明并不限定于上述具體公開的實施例，只要不脫離本發(fā)明范圍就能夠構成各種各樣的變形例、改良例。本申請基于2009年1月四日申請的優(yōu)先權主張日本專利申請2009-018590號。 其全部內容援用于本說明書中。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可應用于利用電動馬達對驅動液壓泵的引擎進行輔助的混合式工作機械。圖中1-下部行駛體，1A、1B-行駛機構，2-回轉機構，3-上部回轉體，4-動臂， 5-斗桿，6-鏟斗，7-動臂缸，8-斗桿缸，9-鏟斗缸，10-駕駛室，11-引擎，12-電動發(fā)電機， 13-變速器，14-主泵，15-先導泵，16-高壓液壓管路，17-控制閥，18-逆變器，19-蓄電池， 20-逆變器，21-回轉用電動機，23-機械制動器，24-回轉變速器，25-先導管路，26-操作裝置，26A.26B-桿，^C-踏板，27-液壓管路，28-液壓管路，29-壓力傳感器，30-控制器， 30a-速度控制部，30b-第1電壓控制部，30c-第2電壓控制部，30d_異常檢測部，32-引擎控制部，40-驅動控制裝置，54-液壓負載，56-電負載，58-轉換器，60-速度傳感器，62、 66-電流傳感器，64、68_電壓傳感器，70、74、78_補償器，72-轉換指令部，76-轉矩變換部， 80-增益變更部，110-DC母線，120-蓄電系統(tǒng)，211-機械式驅動部，212-引擎，213-發(fā)電部， 214-發(fā)電機，215,223,224-逆變器，216-蓄電部，219-DC母線，220-電負載系統(tǒng)，221-回轉用電動機，222-泵驅動用電動機，225-液壓負載系統(tǒng)，226-液壓泵，227-控制閥，228-行駛 (右)液壓馬達，229-行駛(左)液壓馬達，240-控制器。
權利要求
1.一種混合式工作機械，通過由引擎驅動的發(fā)電機向蓄電器進行充電，利用來自所述蓄電器的電力驅動電負載，其中，所述混合式工作機械具有被電連接于所述蓄電器的直流母線； 檢測該直流母線的電壓的電壓檢測器；及根據(jù)該電壓檢測器的電壓檢測值控制所述發(fā)電機的驅動的驅動控制部， 所述驅動控制部根據(jù)所述電壓檢測值與電壓指令值的偏差控制所述發(fā)電機。
2.如權利要求1所述的混合式工作機械，其中，在所述蓄電器與所述直流母線之間，具備根據(jù)蓄電電壓的要求進行所述蓄電器的充放電控制的轉換器。
3.如權利要求1所述的混合式工作機械，其中，所述驅動控制部根據(jù)異常信號開始所述直流母線的電壓控制，所述異常信號在檢測出包括所述蓄電器的蓄電系統(tǒng)的部件發(fā)生異常時生成。
4.如權利要求3所述的混合式工作機械，其中，還具有電流檢測器，所述電流檢測器檢測來自所述發(fā)電機的電流及流向所述電動機的電流，當生成所述異常信號時，所述驅動控制部從轉矩控制切換為電壓控制，所述轉矩控制以得到所期望的輔助發(fā)電電力的方式求出轉矩指令值，而所述電壓控制是根據(jù)檢測直流母線的電壓的電壓檢測器的電壓檢測值進行的。
5.如權利要求3所述的混合式工作機械，其中，在生成所述異常信號時，所述驅動控制部抑制液壓泵的輸出。
6.如權利要求4所述的混合式工作機械，其中，所述驅動控制部輸出多個控制增益，所述控制增益包括電壓控制增益和電流控制增
7.一種伺服控制系統(tǒng)，通過由引擎驅動的發(fā)電機向蓄電器進行充電，利用來自所述蓄電器的電力驅動電負載，其中，所述伺服控制系統(tǒng)具有被電連接于所述蓄電器的直流母線； 檢測該直流母線的電壓的電壓檢測器；及根據(jù)該電壓檢測器的電壓檢測值控制所述發(fā)電機的驅動的驅動控制部， 所述驅動控制部根據(jù)所述電壓檢測值與電壓指令值的偏差控制所述發(fā)電機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合式工作機械及伺服控制系統(tǒng)，該混合式工作機械通過由引擎驅動的發(fā)電機向蓄電器進行充電，利用來自所述蓄電器的電力驅動電負載?；旌鲜焦ぷ鳈C械包括被電連接于蓄電器的直流母線、檢測直流母線的電壓的電壓檢測器及根據(jù)電壓檢測器的電壓檢測值控制發(fā)電機的驅動的驅動控制部。驅動控制部根據(jù)電壓檢測值與電壓指令值的偏差控制發(fā)電機。
文檔編號H02J7/14GK102301583SQ201080005958
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權日2009年1月29日
發(fā)明者柳澤誠 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社