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JP2013177037A - ハイブリッド駆動機構の始動制御装置 - Google Patents

ハイブリッド駆動機構の始動制御装置 Download PDF

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JP2013177037A JP2012041412A JP2012041412A JP2013177037A JP 2013177037 A JP2013177037 A JP 2013177037A JP 2012041412 A JP2012041412 A JP 2012041412A JP 2012041412 A JP2012041412 A JP 2012041412A JP 2013177037 A JP2013177037 A JP 2013177037A
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capacitor
motor
voltage
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Yasunaga Kobayashi
康永 小林
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Nabtesco Corp
Original Assignee
Nabtesco Corp
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Priority to US14/381,631 priority patent/US20150061383A1/en
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Abstract

【課題】 充電装置が放電していても、エンジンの始動を行えるようにする。
【解決手段】 エンジン４に連結された電動機兼発電機２が、発電を行うと共に、エンジン４の始動のスタータ機能を備えている。エンジン４の出力によってポンプ６が駆動される。電動機兼発電機２で発電された電力により、インダイレクトマトリクスコンバータ８を介して発電機兼電動機１４が駆動される。発電機で発電された電力がコンデンサ２２にコンバータ１０及びチョッパ２０を介して蓄電される。コンデンサ２２にチョッパ２４を介してバッテリー２６が接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド駆動機構が備えるエンジンを始動制御する始動制御装置に関する。
ハイブリッド駆動機構を備えた機器では、エンジンの他に発電機を備え、この発電機によってモータを駆動して、被駆動部を駆動している。このエンジンを駆動させるために、スタータを使用するが、スタータの使用はコストアップを招く。特許文献１には、スタータを使用せずに、モータのみによる車両の走行中にエンジンの始動要求があると、動力分割機能によって車両の駆動輪からの駆動力をエンジンに伝達して、エンジンを始動するようにした技術が開示されている。
特開２００７−５５２９１号公報
特許文献１の技術によれば、エンジンを始動させるためには、モータが回転していることが必要であり、ハイブリッド駆動機構全体を起動させる場合には使用不能である。例えばバッテリーのような充電装置をハイブリッド駆動機構に備えておき、この充電装置の電力によってモータを起動して、モータの回転によってエンジンを始動させることも考えられる。しかし、このハイブリッド駆動機構を起動しようとしたときに、充電装置が放電していると、モータを回転させることができず、エンジンの始動も行えない。
本発明は、充電装置が放電していても、エンジンの始動を行えるハイブリッド駆動機構の始動制御装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様のハイブリッド駆動機構の始動制御装置は、発電機を有している。この発電機は、エンジンに連結され、発電を行うと共に、前記エンジンの始動のスタータ機能を備えている。発電機としては、電動機としても使用可能なものを利用できる。また、発電機としては、交流発電機を使用することができる。前記エンジンの出力によって駆動部が駆動される。駆動部としては、種々のものを使用することができるが、例えばハイブリッド建設機械の場合、クローラ車両の駆動源となる油圧ポンプを使用することができるし、ハイブリッド車両の場合、駆動部として、車両の駆動輪を使用することもできる。 前記発電機で発電された電力により電動機が駆動される。電動機としては、発電機としても使用可能なものを利用できる。電動機も交流電動機を使用することができる。電動機は、例えばハイブリッド建設機械の場合、ブームを旋回させたり、伸縮させたりするのに使用することができる。また、ハイブリッド車両の場合、電動機は、駆動輪を駆動するのに使用することができる。前記発電機で発電された電力がコンデンサに蓄電される。コンデンサは充電可能なものである。前記コンデンサと前記発電機との間に変換器が配置されている。変換器は、発電機が発電した電力をコンデンサに充電するためのもので、例えば交流電力を直流電力に変換するものを使用することができる。この変換器は、電動機に駆動電力を供給するために使用する別の変換器と共に使用することができ、この変換器と前記別の変換器とによってマトリクスコンバータを構成するものを使用することもできる。前記コンデンサに接続可能に低圧蓄電手段が設けられている。低圧蓄電手段としては、例えばバッテリーを使用することができる。低圧蓄電手段の電圧は、コンデンサの電圧よりも低い。前記低圧蓄電手段と前記コンデンサとの間に昇圧器が配置されている。昇圧器は、低圧蓄電手段の電圧を昇圧させて、変換器を介して発電機に電力を供給することができ、かつ昇圧器を介して低圧蓄電手段に充電可能なものとすることが望ましい。
このように構成されたハイブリッド駆動機構の始動制御装置で、エンジンを起動しようとするとき、電動機も起動されて無く、かつコンデンサも放電されているとすると、低圧蓄電手段の電圧を昇圧器を介して電動機に供給し、電動機を回転させ、電動機の回転によってエンジンを始動させる。
本発明によれば、エンジンに対してスタータを設ける必要が無く、また電動機が非回転の状態からでも、エンジンを始動できるし、たとえコンデンサが放電していたとしても、低圧蓄電手段の利用によって電動機を回転させることによって、エンジンを始動させることができる。
本発明の１実施形態のハイブリッド駆動機構の始動制御装置のブロック図である。
本発明の１実施形態のハイブリッド駆動機構の始動制御装置は、ハイブリッド建設機械に、本発明を実施したものである。このハイブリッド建設機械は、発電機、例えば電動機兼発電機２を有している。この電動機兼発電機２は、エンジン４が動作しているとき、エンジン４によって発電機として駆動される。電動機兼発電機２の回転軸は、エンジン４の駆動軸に結合されている。エンジン４は、駆動部、例えばポンプ６にも４によって結合されており、エンジン４が動作しているとき、電動機兼発電機２が発電すると共に、ポンプ６も駆動される。ポンプ６は、例えばハイブリッド建設機械のアームシリンダ、ブームシリンダ、バケットシリンダ、走行油圧モータ等の油圧アクチュエータの駆動源として機能する。また、電動機兼発電機２は、電動機としても動作可能で、電動機として動作しているとき、エンジン４が停止していると、エンジン４を起動することもできる。
電動機兼発電機２がエンジン４によって駆動されたことによって交流電力を発生する。この交流電力は、インダイレクトマトリクスコンバータ８が備える変換器、例えばコンバータ１０及びインバータ１２によって所望の周波数の所望の電圧の交流電力に変換されて、電動機、例えば発電機兼電動機１４に供給される。このインダイレクトマトリクスコンバータ８からの交流電力によって、発電機兼電動機１４が回転する。発電機兼電動機１４は、ハイブリッド建設機械の場合、ハイブリッド建設機械が備える上部旋回体を旋回させるために、上部旋回体に旋回機構１６を介して結合されている。
コンバータ１０及びインバータ１２は、制御手段、例えば制御装置１８によって制御され、制御装置１８は、エンジン４も制御している。
インダイレクトマトリクスコンバータ１０のコンバータ１０及びインバータ１２は、それぞれ半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴまたはＦＥＴを含み、これらが制御装置１８によってオン、オフ制御され、コンバータ１０は、供給された交流電圧を中間直流電圧に変換し、インバータ１２は、この中間直流電圧を所望の周波数の所望の電圧の交流電圧に変換して、発電機兼電動機１４に供給する。
電動機兼発電機２が発電機として回転しているとき、インダイレクトマトリクスコンバータ１０のコンバータ１０の出力である中間直流電圧が、変換器、例えばチョッパ２０を介してＥＤＬＣのようなコンデンサ２２に供給され、このコンデンサ２２を充電する。この充電が行われるようにチョッパ２０は制御装置１８によって制御される。このチョッパ１８も、半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴまたはＦＥＴを含みを含み、これが制御装置１８によってオン、オフ制御される。
このコンデンサ２２の充電電圧が制御装置１８に供給される。この充電電圧が予め定めた充電開始電圧よりも低く、コンデンサ２２がかなり放電している場合には、チョッパ２０が制御されて、コンデンサ２２の充電が行われる。コンデンサ２２の電圧が充電停止電圧以上となると、充分に充電されていることを充電電圧が表しているので、充電が行われないように、チョッパ２０が制御装置１８によって制御される。なお、充電停止電圧は、充電開始電圧と同じ電圧とすることもできるし、充電開始電圧よりも大きい電圧とすることもできる。なお、発電機兼用電動機１４の回生電力も、インバータ１２及びチョッパ２０を介してコンデンサ２２の充電に使用される。ハイブリッド建設機械の場合、短時間で大きな回生電力が発電機兼用電動機１４において発生するので、コンデンサ２２としては、充電時間の短いＥＤＬＣが適している。
コンデンサ２２の充電電力は、チョッパ２０及びコンバータ１０を介して電動機兼発電機２を電動機として駆動することもできる。即ち、チョッパ２０及びコンバータ１０は、電動機兼発電機２が発生した電力をコンデンサ２２に充電するだけでなく、コンデンサ２２の電力を電動機兼発電機２に放電することができる双方向電力通過手段、または充放電手段として動作する。コンデンサ２２から電動機兼発電機２に電力を供給するように、コンバータ１０とチョッパ２０とは、制御装置１８によって制御され、コンバータ１０及びチョッパ２０のＩＧＢＴまたはＦＥＴのうち選択されたものがオン状態とされて、コンデンサ２２の電力が、電動機兼発電機２に供給される。
例えば、このハイブリッド建設機械のエンジン４も発電機兼用電動機２も停止している状態において、エンジン４を起動する場合、コンデンサ２２の電力をチョッパ２０及びコンバータ１０を介して電動機兼発電機２に供給し、電動機兼発電機２を電動機として回転させて、この回転によってエンジン４を起動させることができる。即ち、電動機兼発電機２は、エンジン４に対するスタータとしても動作する。
チョッパ２０とコンデンサ２２との間に昇圧器、例えばチョッパ２４を介して低圧蓄電手段、例えばバッテリー２６が接続されている。チョッパ２４も、半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴまたはＦＥＴを含み、また、昇圧用のインダクタまたは変圧器を有し、制御装置１８によってオン、オフ制御される。
バッテリー２６は、その電圧が、コンデンサ２２の電圧よりも低いもので、電動機兼発電機２が発電機として動作しているとき、チョッパ２４を介して充電される。チョッパ２４も制御装置１８によって制御されており、図示していないが、例えばバッテリー２６の充電電圧を制御装置１８に供給し、その電圧がバッテリー充電開始電圧よりも低い場合には充電が行われるようにチョッパ２４が制御され、バッテリー充電停止電圧よりも大きい場合には充電が停止されるようにチョッパ２４が制御される。バッテリー充電停止電圧は、バッテリー充電開始電圧と同じ電圧とすることもできるし、バッテリー充電開始電圧よりも大きい電圧とすることもできる。
また、チョッパ２４は、バッテリー２６の電圧を、例えばコンデンサ２２の電圧と同じ電圧に昇圧して、チョッパ２０及びコンバータ１０を介して電動機兼発電機２に供給することもできる。
例えば、このハイブリッド建設機械がエンジン４も電動機兼発電機２も停止している状態において、エンジン４を起動しようとしたとき、コンデンサ２２が放電していることがある。コンデンサ２２としてＥＤＬＣを使用した場合、一晩でエンジン４を起動することができない程に放電することがある。この場合、電動機兼発電機２にチョッパ２０及びコンバータ１０を介して電力を供給できない。そこで、制御装置１８がチョッパ２４を制御してバッテリー２６の電圧をコンデンサ２２の電圧まで昇圧する。この昇圧された電圧が、チョッパ２０及びコンバータ１０を介して電動機兼発電機２に電力を供給して、電動機兼発電機２を電動機として回転させて、エンジン４も回転させる。これによって、エンジン４が動作したことにより、以後、電動機兼発電機２を発電機として動作させ、コンデンサ２２を充電することもできるし、発電機兼電動機１４をインダイレクトマトリクスコンバータ８を介して電動機として動作させることもできる。バッテリー２６は、エンジン４のスタータとして電動機兼発電機２を駆動することさえできればよいので、小容量のものを使用することができ、バッテリー２６への充電が、コンデンサ２２への充電に対して障害となることはない。
上記の実施形態では、発電機兼電動機１４が上部旋回体を旋回させたが、これに限ったものではなく、発電機兼用電動機１４が油圧ポンプ６を駆動するように構成することもできる。上記の実施形態では、低圧蓄電手段としてバッテリー２６を使用したが、これに代えてコンデンサを使用することもできる。
２ 電動機兼発電機（発電機）
４ エンジン
６ ポンプ（駆動部）
１０ コンバータ（変換器）
２０ チョッパ（変換器）
２２ コンデンサ
２４ チョッパ（昇圧器）
２６ バッテリー（低圧蓄圧手段）

Claims (1)

  1. エンジンに連結され、発電を行うと共に、前記エンジンの始動のスタータ機能を備えた発電機と、
    前記エンジンの出力によって駆動される駆動部と、
    前記発電機で発電された電力により駆動される電動機と、
    前記発電機で発電された電力が蓄電されるコンデンサと、
    前記コンデンサと前記発電機との間に配置された変換器とを、
    備えたハイブリッド駆動機構の始動制御装置において、
    前記コンデンサに接続可能に設けられた低圧蓄電手段を備え、
    前記低圧蓄電手段と前記コンデンサとの間に昇圧器を配置した
    ハイブリッド駆動機構の始動制御装置。
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