以下、本発明のハイブリッド型建設機械� ��びハイブリッド型建設機械及びハイブリッ� ��型建設機械の制御方法を適用した実施の形� ��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� �械を含む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� ��1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭� ��されている。また、上部旋回体3には、ブー ム4、アーム5、及びバケット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� �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� �械の構成を表すブロック図である。この図2� ��は、機械的動力系を二重線、高圧油圧ライ� ��を太実線、パイロットラインを破線、電気� ��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� �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� ��いる。また、この減速機13の出力軸には、� �インポンプ14及びパイロットポンプ15が接続� ��れている。メインポンプ14には、高圧油圧� �イン16を介してコントロールバルブ17が接続� ��れている。

 コントロールバルブ17は、実施の形態1の� ��設機械における油圧系の制御を行う制御装� ��であり、このコントロールバルブ17には、� �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� �接続される。

 また、電動発電機12には、インバータ18を 介して蓄電手段が接続される。この蓄電手段 は、インバータ18を介して電動発電機12との� �で電力の授受を行う。

 また、蓄電手段には、インバータ20を介� �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。蓄電手段は、インバータ20を� ��して旋回用電動機21との間で電力の授受を� �う。

 すなわち、蓄電手段は、電動発電機12及� �旋回用電動機21との間で電力の授受を行うた めに配設されている。

 旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾル� �22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機2 4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� �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とで負荷駆 動系を構成する。

 操作装置26は、レバー26A、レバー26B、ペ� �ル26Cを含み、レバー26A、レバー26B、及びペ� �ル26Cには、油圧ライン27及び28を介して、コ� ��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� ��形態1の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� �3に搭載される。以下、各部について説明す� ��。

 「各部の構成」
 エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジ� �で構成される内燃機関であり、その出力軸� �減速機13の一方の入力軸に接続される。この エンジン11は、建設機械の運転中は常時運転� ��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� ��20によって交流駆動される電動発電機を示� �。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 Magne tic)モータで構成することができる。電動発� �機12の回転軸は減速機13の他方の入力軸に接� ��される。

 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� ��。また、出力軸にはメインポンプ14の駆動� �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� �行い、電動発電機12の駆動力が減速機13の出� ��軸を経てメインポンプ14に伝達される。こ� �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� ��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� �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� �れる。

 メインポンプ14は、コントロールバルブ17 に供給するための油圧を発生するポンプであ る。この油圧は、コントロールバルブ17を介� ��て油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、ア� �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� �なパイロット圧を発生するポンプである。� �の油圧操作系の構成については後述する。

 コントロールバルブ17は、高圧油圧ライ� �を介して接続される下部走行体1用の油圧モ� ��タ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリン� �8、及びバケットシリンダ9の各々に供給する 油圧を運転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18は、上述の如く電動発電機12 と蓄電手段との間に設けられ、コントローラ 30からの指令に基づき、電動発電機12の運転� �御を行う。これにより、インバータ18が電動 発電機12の力行を運転制御している際には、� ��要な電力を蓄電手段から電動発電機12に供� �する。また、電動発電機12の回生を運転制御 している際には、電動発電機12により発電さ� ��た電力を蓄電手段に充電する。なお、電動� ��電機12とインバータ18とで電動発電系を構成 している。

 旋回用電動機21は、力行運転及び回生運� �の双方が可能な電動機であればよく、上部� �回体3の旋回機構2を駆動するために設けられ ている。力行運転の際には、旋回用電動機21� ��回転駆動力の回転力が減速機24にて増幅さ� �、上部旋回体3が加減速制御され回転運動を� ��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� ��21に伝達され、回生電力を発生させること� �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� ��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� ��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� ��で旋回用電動機21の回転前の回転軸21Aの回� �位置と、左回転又は右回転した後の回転位� �との差を検出することにより、回転軸21Aの� �転角度及び回転方向を検出するように構成� �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� �角度及び回転方向が導出される。また、図2� ��はレゾルバ22を取り付けた形態を示すが、� �動機の回転センサを有しないインバータ制� �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� �を発生させる制動装置であり、旋回用電動� �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� ��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� �伝達する減速機である。これにより、力行� �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� ��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� ��ブレーキ23が解除された状態で旋回可能と� �り、これにより、上部旋回体3が左方向又は� ��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、及びバケット6を操� �するための操作装置であり、ハイブリッド� �建設機械の運転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)を運転者 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� ��バルブ17に供給されるとともに、圧力セン� �29によって検出される。

 操作装置26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、� ��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� ��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、及びバケット6� �駆動される。

 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� �バケットシリンダの駆動に必要な油圧をコ� �トロールバルブに供給する。

 旋回用操作検出部としての圧力センサ29� �は、操作装置26に対して旋回機構2を旋回さ� �るための操作が入力されると、この操作量� �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� �す電気信号を出力する。これにより、操作� �置26に入力される旋回機構2を旋回させるた� �の操作量を的確に把握することができる。� �の電気信号は、コントローラ30に入力され、 旋回用電動機21の駆動制御に用いられる。ま� ��、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。

 蓄電手段は、インバータ18及びインバー� �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� ��運転に必要な電力を供給するとともに、ま� ��、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。

 この蓄電手段の充放電制御は、蓄電手段� ��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� �運転状態(力行運転又は回生運転)に基づいて コントローラ30によって行われる。

 インバータ20は、上述の如く旋回用電動� �21と蓄電手段との間に設けられ、コントロー ラ30からの指令に基づき、旋回用電動機21に� �して運転制御を行う。これにより、インバ� �タが旋回用電動機21の力行を運転制御してい る際には、必要な電力を蓄電手段から旋回用 電動機21に供給する。また、旋回用電動機21� �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蓄電手段へ充電する 。図2には、旋回電動機(1台)及びインバータ(1 台)を含む実施の形態を示すが、その他マグ� �ット機構や旋回機構部以外の駆動部として� �えることで、複数の電動機及び複数のイン� �ータを蓄電手段に接続するようにしてもよ� �。

 ところで、このようなハイブリッド型建� ��機械では、電動発電機12等のような負荷に� �る電力消費と回生電力の生成が繰り返し行� �れるため、蓄電手段の電圧値は大きく変動� �る。そして、蓄電手段の電圧値の変動は、� �荷の制御性のばらつきを発生させるので、� �回用電動機21の出力がばらつき、このため、 作業性が低下してしまう。また、過電流によ る負荷のドライバの損傷等をもたらし、運転 継続性に影響を及ぼす場合がある。

 そこで、本実施の形態では、図3に示すよ うに、蓄電手段は一定電圧蓄電部としてのDC� ��ス110と変動電圧蓄電部としてのバッテリ19� �で構成し、インバータ18、20をDCバス110と接� �する。これにより、インバータ18、20へ供給� ��る電圧を、予め定めた一定の範囲内に収ま� ��ように保持することができる。この結果、� ��荷の制御性のばらつきを抑制することがで� ��、電動発電機12、旋回用電動機21の出力のば らつきを防止することができる。さらに、バ ッテリ19の蓄電電圧を変動させることで、電� ��発電機12の電動発電運転又は旋回用電動機31 の力行回生運転による電圧値の変動を許容す ることができる。それにより、過電流による 負荷のインバータ18、20における損傷等を防� �することができ、運転継続性を向上させる� �とができる。

 「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� ��ド型建設機械の駆動制御を行う制御装置で� ��り、昇降圧制御を行う昇降圧制御部として� ��昇降圧駆動制御部120を含み、CPU(Central Proces sing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置� ��構成され、CPUが内部メモリに格納される駆� ��制御用のプログラムを実行することにより� ��現される装置である。

 昇降圧駆動制御部120は、電動発電機12の� �転制御(電動(アシスト)運転又は発電運転の� �り替え)、及び、蓄電手段の充放電制御を行� ��ための制御装置である。昇降圧駆動制御部1 20は、蓄電手段の充電状態、電動発電機12の� �転状態(電動(アシスト)運転又は発電運転)、� ��び旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は� ��生運転)に基づいて、蓄電手段の充放電制御 を行う。

 図3は、実施の形態1のハイブリッド型建� �機械に用いる蓄電手段の詳細図である。

 この蓄電手段は、バッテリ19、昇降圧コ� �バータ100、及びDCバス110を含む。DCバス110に� ��、インバータ105が接続されている。一定電� ��蓄電部としてのバッテリ19と変動電圧蓄電� �としてのDCバス110は、蓄電手段を構成する。

 昇降圧コンバータ100は、リアクトル101、昇� ��用IGBT(Insulated Gate Bipolar
Transistor)102A、降圧用IGBT102B、バッテリ19を接� �するための電源接続端子104、及び、インバ� �タ105を接続するための出力端子106を備える� �昇降圧コンバータ100の出力端子106とインバ� �タ105との間は、DCバス110によって接続される 。インバータ105は、インバータ18、20に相当� �る。

 リアクトル101は、一端が昇圧用IGBT102A及� �降圧用IGBT102Bの中間点に接続されるとともに 、他端が電源接続端子104に接続されており、 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9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、MOSFET(Metal
Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor)をゲート部に組み込んだバイポーラ� ��ランジスタで構成され、大電力の高速スイ� ��チングが可能な半導体素子である。昇圧用I GBT102A及び降圧用IGBT102Bは、昇降圧駆動制御部 120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。昇圧用IGBT102A及び� ��圧用IGBT102Bには、整流素子であるダイオー� �102a及び102bが並列接続される。

 バッテリ19は、昇降圧コンバータ100を介� �てDCバス110との間で電力の授受が行えるよう に、充放電可能な蓄電器であればよい。

 電源接続端子104及び出力端子106は、バッ� ��リ19及びインバータ105が接続可能な端子で� �ればよい。一対の電源接続端子104と並列に� �バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出� �112が接続される。一対の出力端子106と並列� �、、DCバス電圧を検出するDCバス電圧検出部1 11が接続される。

 バッテリ電圧検出部112は、バッテリ19の� �圧値(vbat_det)を検出し、DCバス電圧検出部111� �、DCバス110の電圧(以下、DCバス電圧:vdc_det)を 検出する。

 バッテリ電流検出部113は、バッテリ19に� �流する電流の値を検出可能な検出手段であ� �ばよく、電流検出用の抵抗器を含む。この� �アクトル電流検出部108は、バッテリ19に通流 する電流値(ibat_det)を検出する。

 「昇降圧動作」
 このような昇降圧コンバータ100において、D Cバス110を昇圧する際には、昇圧用IGBT102Aのゲ ート端子にPWM電圧を印加し、降圧用IGBT102Bに� ��列に接続されたダイオード102bを介して、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をDCバス110に供給する� ��これにより、DCバス110が昇圧される。

 また、DCバス110を降圧する際には、降圧� �IGBT102Bのゲート端子にPWM電圧を印加し、降圧 用IGBT102B、インバータ105を介して供給される� ��生電力をDCバス110からバッテリ19に供給する 。これにより、DCバス110に蓄積された電力が� ��ッテリ19に充電され、DCバス110が降圧される 。

 なお、実際には、昇降圧駆動制御部120と� ��圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bとの間には、昇 圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bを駆動するPWM信� �を生成する駆動部が存在するが、図3では省� ��する。このような駆動部は、電子回路又は� ��算処理装置のいずれでも実現することがで� ��る。

 次に、図3に示す構成を図2との関係で説� �する。

 バッテリ19は、昇降圧コンバータ100及びDC バス110を介してインバータ105(インバータ18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� �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� �)運転又は力行運転に必要な電力を供給する� ��ともに、また、電動発電機12の発電運転と� �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。

 DCバス110は、インバータ105(インバータ18� �びインバータ20)と昇降圧コンバータ100との� �に配設されており、バッテリ19、電動発電機 12、及び旋回用電動機21の間で電力の授受が� �能に構成されている。そして、DCバス110には 昇降圧コンバータ100の一対の出力端子106に並 列に挿入される平滑用のコンデンサ107を備え る。この平滑用のコンデンサ107は、出力端子 106の正極端子と負極端子との間に挿入され、 DCバス電圧を平滑化できる蓄電素子であれば� ��い。

 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、� �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。このDCバス電圧検出部111で検� ��されたDCバス電圧値は、昇降圧駆動制御部12 0に入力される。

 バッテリ電圧検出部112は、バッテリ19の� �圧値を検出するための電圧検出部であり、� �ッテリの充電状態を検出するために用いら� �る。検出されるバッテリ電圧値は、コント� �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。このバッテリ電圧検出部112で検出 されたバッテリ電圧値は、昇降圧駆動制御部 120に入力される。

 バッテリ電流検出部113は、バッテリ19の� �流値を検出するための電流検出部である。� �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� ��圧動作と降圧動作の切替制御を行うために� ��いられる。このバッテリ電流検出部113で検� ��されたバッテリ電流値は、昇降圧駆動制御� ��120に入力される。

 このバッテリ19の充放電制御は、バッテ� �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� �、昇降圧コンバータ100によって行われる。� �の昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動� �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� ��112によって検出されるバッテリ電圧値、及� ��バッテリ電流検出部113によって検出される� ��ッテリ電流値に基づき、昇降圧駆動制御部1 20によって行われる。

 昇降圧コンバータ100は、一側がDCバス110� �介してインバータ105(インバータ18及びイン� �ータ20)に接続されるとともに、他側がバッ� �リ19に接続されており、DCバス電圧値が一定� ��範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り� ��える。具体的には、昇降圧駆動制御部120に� ��いて、DCバス電圧検出部111によるDCバス電圧 検出値とDCバスの目標電圧値とを対比して制� ��指令値を算出し、昇圧用IGBT102A及び降圧用IG BT102Bのスイッチング制御を行う。電動発電機 12が電動(アシスト)運転を行う場合には、イ� �バータ18を介して電動発電機12に電力を供給� ��る必要があるため、DCバス電圧値を昇圧す� �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18を介してバッテリ19に充電する必要があ� �ため、DCバス電圧値を降圧する必要がある。 これは、旋回用電動機21の力行運転と回生運� ��においても同様であり、その上、電動発電� ��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� ��3の旋回動作に応じて運転状態が切り替えら れるため、電動発電機12と旋回用電動機21に� �、いずれか一方が電動(アシスト)運転又は力 行運転を行い、他方が発電運転又は回生運転 を行う状況が生じうる。

 このため、昇降圧コンバータ100は、電動� ��電機12と旋回用電動機21の運転状態に応じて 、DCバス電圧値を一定の範囲内に収まるよう� ��昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行� ��。

 このように、一定電圧蓄電部としてのDC� �ス110と変動電圧蓄電部としてのバッテリ19と の間に昇降圧コンバータ110を配置することで 、DCバス110の電圧値を予め定めた一定の範囲� ��に収まるように保持することができる。従� ��て、インバータ18、20に供給する電圧を安定 させることで、電動発電機12、旋回用電動機2 1の出力を安定させることができる。

 なお、図3には、蓄電器としてバッテリ19� ��示すが、バッテリ19の代わりに、コンデン� �、充放電可能な二次電池、又は、電力の授� �が可能なその他の形態の電源を蓄電器とし� �用いてもよい。

 しかしながら、一般的な昇降圧コンバー� ��には、電圧制御を行うことにおける課題が� ��る。例えば、昇降圧コンバータでは、その� ��造上、昇圧用スイッチング素子と降圧用ス� ��ッチング素子とを同時にオンにすると大電� ��が流れて危険である。さらに、電圧制御に� ��る昇圧動作又は降圧動作を行っているとき� ��、電動発電機等の負荷が多大な電力を必要� ��している場合や、負荷の回生運転により多� ��な電力が充電用に供給される場合には、昇� ��圧コンバータ100が過負荷状態となり、スイ� ��チング素子に過大な電流が流れ、スイッチ� ��グ素子が損傷するおそれがあった。

 そこで、実施の形態2では、昇降圧駆動制 御部120に電圧制御部12、電流制御部122を備え� ��ことで、電圧制御と電流制御とを切り替え� ��昇降圧コンバータ100の負荷が予め定められ� ��負荷以下となるように切替制御を行うこと� ��した。

 「実施の形態2」
 図4は、実施の形態2のハイブリッド型建設� �械に用いる昇降圧コンバータ100の制御装置� �回路構成を制御ブロックで示す図である。� �の図に示すように、昇降圧コンバータ100の� �降圧駆動制御部120は、電圧制御部121、電流� �御部122、制御切替部123、及び昇降圧切替部12 4を備える。

 この昇降圧駆動制御部120には、電源接続� ��子104、出力端子106、昇圧用PM(Power Module)125� �及び降圧用PM126が接続される。これらは、図 3に示すハードウェア構成を実現可能とする� �うに接続される。すなわち、昇降圧駆動制� �部120によって昇圧用PM125及び降圧用PM126に含� ��れる昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102BがPWM駆動 され、その結果、電源接続端子104からバッテ リ電圧Vbat(=vbat_det)及びバッテリ電流Ibat(=ibat_d et)が出力され、出力端子106からDCバス電圧Vout (=vdc_det)が出力されるように接続される。

 電圧制御部121は、目標電圧値Vout_refと、出� �端子106から出力されるDCバス電圧Voutとの差� �基づいてPI(Proportional
Integral)制御を行うことにより、昇圧用IBGT2及� ��降圧用IGBT102Bを駆動制御するための第1スイ� ��チングデューティduty_vを演算する。この第1 スイッチングデューティduty_vの演算過程では 、制御部13において、電圧積分値Vout_Iが補正� ��れる。この補正の手法については後述する� ��

 電流制御部122は、電流閾値Ibat_refと、電� �接続端子104から出力されるバッテリ電流Ibat� ��の差に基づいてPI制御を行うことにより、� �圧用IBGT2及び降圧用IGBT102Bを駆動制御するた� ��の第2スイッチングデューティduty_iを演算す る。この第2スイッチングデューティduty_iの� �算過程では、制御部13において、電流積分値 Ibat_Iが補正される。この補正の手法について は後述する。

 ここでは、昇圧用IGBT102Aを駆動するため� �スイッチングデューティと、降圧用IGBT102Bを 駆動するためのスイッチングデューティとに 互いに異なる符号を用いて区別を図っている 。このため、上述した第1スイッチングデュ� �ティ及び前記第2スイッチングデューティの� ��々には、昇圧用IGBT102Aの駆動用に正の符号� �付し、降圧用IGBT102Bの駆動用に負の符号を付 す。

 制御切替部123は、リアクトル101又はイン� ��ータ105の負荷が所定負荷以下になるように� ��電圧制御部121又は電流制御部122のいずれか� ��選択的に切り替える。具体的には、電圧制� ��部121による駆動制御が行われているときに� ��リアクトル101を通流する電流の絶対値が電� ��閾値よりも大きくなると、電流制御部122に� ��る駆動制御に切り替える。また、電流制御� ��122による駆動制御が行われているときに、� ��力端子106の端子電圧値が目標電圧値よりも� ��くなると、電圧制御部121による駆動制御に� ��り替える。

 このような電圧制御と電流制御との切り� ��えは、制御切替部123の切替部123Aによって行 われる。切替部123Aがプラス(+)に接続されて� �れば電圧制御が行われ、マイナス(-)に接続� �れていれば電流制御が行われる。

 また、制御切替部123は、上述のように、� ��圧制御部121が演算する電圧積分値を第2スイ ッチングデューティを用いて補正するととも に、電流制御部122が演算する電流積分値を第 1スイッチングデューティを用いて補正する� �

 なお、補正手法については、以下で述べ� ��が、電圧制御時は、制御切替部123の切替部1 23B及び123Cはプラス(+)側に接続され、電流制� �時は、切替部123B及び123Cはマイナス(-)側に接 続される。

 ここで、電圧積分値Vout_I及び電流積分値Ibat _Iの補正について説明する。電圧制御部121と� ��流制御部122とで電圧制御用の第1スイッチン グデューティと電流制御用の第2スイッチン� �デューティとを演算すると、通常は、電圧� �令と電流指令は一致しないので、電圧制御� �電流制御の切替時に、昇圧用IGBT102A又は降圧 用IGBT102Bに供給されるデューティが不連続と� ��るが、実施の形態1のハイブリッド型建設機 械の昇降圧コンバータ100では、電圧制御部121 と電流制御部122を切り替える際に、下記条件 (1)及び(2)を用いて、スイッチングデューティ の初期値を補正している。
(1)Vout_Iを(duty_i - Vout_P)に設定する。
(2)Ibat_Iを(duty_v - Ibat_P)に設定する。

 ここで、Vout_Iは電圧制御部121で演算され� ��電圧積分値、duty_iは電流制御部122で演算さ� ��る第2スイッチングデューティ、Vout_Pは電圧 制御部121で演算される電圧比例値である。

 また、Ibat_Iは電流制御部122で演算される� ��流積分値、duty_vは電圧制御部121で演算され� ��第1スイッチングデューティ、Ibat_Pは電流制 御部122で演算される電流比例値である。

 制御切替部123は、条件(1)に示すように、� ��圧制御部121で演算される電圧積分値Vout_Iを� ��2スイッチングデューティduty_i及び電圧比例 値Vout_Pを用いて補正する。また、制御切替部 123は、条件(2)に示すように、電流制御部122で 演算される電流積分値Ibat_I を第1スイッチン グデューティduty_v及び電流比例値Ibat_Pを用い て補正する。

 電流制御状態では制御切替部123の切替部1 23A乃至123Cがすべてマイナス(-)側に接続され� �状態となっている。この状態において、切� �部123Aのマイナス(-)側には、電流制御部122でP I制御によって生成される電流制御指令値(duty _i)が入力され、電流制御が実行されている。 一方、切替部123Aのプラス(+)側では、切替部12 3Bにおいてマイナス(-)側に接続された状態と� ��っているので、電圧積分値の補正値として( duty_i-Vout_P)が入力された状態となっている。

 ここで、電流制御から電圧制御に切り替� ��られると、制御切替部123の切替部123A乃至123 Cがすべてマイナス(-)側からプラス(+)側に切� �替えられる。これにより、切替部123Bでは、� ��イナス(-)側からプラス(+)側に切り替えられ� ��直後における電圧積分値Vout_Iは、(duty_i-Vout_ P)に設定される。この電圧積分値Vout_I(=duty_i-V out_P)は、電圧比例値Vout_Pと加算されるため、 第1スイッチングデューティduty_vは、電流制� �の最後に得られた第2スイッチングデューテ� ��duty_iと等しい値となる。このように、制御� ��替部123をマイナス(-)側からプラス(+)側に切� ��替える際には、切替前の電流制御指令値(第 2スイッチングデューティ)の最後値と切り替� ��後の電圧制御指令値(第1スイッチングデュ� �ティ)の初期値が等しくなるように、切替後� ��電圧目標値の初期値が補正される。

 これにより、電流制御から電圧制御への� ��り替え時に、切替部123Aがマイナス(-)からプ ラス(+)側に切り替えられても、切替部123Aの� �ラス(+)側とマイナス(-)側におけるデューテ� �の値は、電流制御の最後に得られた第2スイ� ��チングデューティduty_iであるため、電圧制� ��への切り替え時における不連続性を解消す� ��ことができる。

 また、同様に、電圧制御から電流制御に切� ��替えられると、切替部123Cでは、プラス(+)側 からマイナス(-)側に切り替えられた直後にお ける電流積分値Ibat_Iは、(duty_v
- Ibat_P)に設定される。この電流積分値Ibat_I(= duty_v - Ibat_P)は、電流比例値Ibat_Pと加算され るため、第2スイッチングデューティduty_iは� �電圧制御の最後に得られた第1スイッチング� ��ューティduty_vと等しい値となる。このよう� ��、制御切替部123をプラス(+)側からマイナス( -)側に切り替える際には、切替前の電流制御� ��令値(第1スイッチングデューティ)の最後値� ��切り替え後の電圧制御指令値(第2スイッチ� �グデューティ)の初期値が等しくなるように� ��切替後の電圧目標値の初期値が補正される� ��

 これにより、電圧制御から電流制御への� ��り替え時に、切替部123Aがプラス(+)側からマ イナス(-)側に切り替えられても、切替部123A� �プラス(+)側とマイナス(-)側におけるデュー� �ィの値は、電圧制御の最後に得られた第1ス� ��ッチングデューティduty_vであるため、電流� ��御への切り替え時における不連続性を解消� ��ることができる。

 制御切替部123は、上述のように切替部123A を切り替えることにより、電圧制御部121から 得られる第1スイッチングデューティと、電� �制御部122から得られる第2スイッチングデュ� ��ティとのいずれかを昇圧用PM125及び降圧用PM 126を駆動するための駆動用デューティduty_ref� ��して選択する。この選択は、バッテリ電流I batが電源供給電流閾値Ibat_refを超えると、電� ��制御部122(すなわち、第2スイッチングデュ� �ティ)による駆動制御に切り替え、DCバス電� �Voutが出力目標電圧値Vout_refに復帰すると、� �圧制御部121(すなわち、第1スイッチングデュ ーティ)による駆動制御部に復帰させること� �よって実現される。

 選択された駆動用デューティduty_refは、� �降圧切替部124に伝送される。なお、この駆� �用デューティduty_refは、第1スイッチングデ� �ーティ、又は第2スイッチングデューティの� ��ずれかであるため、昇圧駆動用の駆動用デ� ��ーティには正の符号が付され、降圧駆動用� ��駆動用デューティには負の符号が付される� ��とになる。

 昇降圧切替部124は、制御切替部123から伝� ��される駆動用デューティduty_refの符号に基� �き、この駆動用デューティduty_refによって駆 動されるパワーモジュールを昇圧用PM125又は� ��圧用PM126のいずれかに決定する。

 昇圧用PM(Power Module)125は、上述の昇圧用IG BT102Aと、この昇圧用IGBT102Aを駆動するための� ��動回路及び自己保護機能とを組み込んだパ� ��ーモジュールである。

 同様に、降圧用PM126は、上述の降圧用IGBT1 02Bと、この降圧用IGBT102Bを駆動するための駆� ��回路及び自己保護機能とを組み込んだパワ� ��モジュールである。

 なお、図4にはリアクトルを図示しないが 、電源接続端子104から出力されるバッテリ電 流Ibatは、リアクトルを通流する電流である� �

 なお、上述のように、降圧用PM126に含ま� �る降圧用IGBT102Bには、昇降圧切替部124から負 の駆動用デューティduty_refが伝送されるため� ��符号を反転(-1倍)するように構成されている 。

 図5は、昇降圧切替部124によって昇降圧動 作が切り替えられる際の状態遷移を概念的に 示す図である。表1は、図5に示す状態遷移と� ��動用デューティの関係を表す。ここで、説� ��の便宜上、モード0(Mode=0)を運転開始前の停� ��中、モード1(Mode=1)を昇圧中、モード2(Mode=2)� ��降圧中、モード3(Mode=3)を無動作(昇降圧切替 の間の停止中)とする。

 
 図5及び表1に示すように、昇降圧コンバー� �100の運転開始時(モード0)に、駆動用デュー� �ィが0以上である場合は、昇降圧切替部124は� ��昇圧用PM125の駆動制御を実行させる。一方� �駆動用デューティが負の値である場合は、� �降圧切替部124は、電圧制御部121に降圧用PM126 の駆動制御を実行させる。

 また、昇圧用PM125の駆動制御が行われて� �る時(モード1)に、駆動用デューティが0以上� ��ある場合は、昇降圧切替部124は、昇圧用PM12 5の駆動制御を継続させる。一方、駆動用デ� �ーティが負の値である場合は、昇降圧切替� �124は、昇圧用PM125の駆動制御を停止させる。

 また、降圧用PM126の駆動制御が行われて� �る時(モード2)に、駆動用デューティが0以上� ��ある場合は、昇降圧切替部124は、降圧用PM12 6の駆動制御を停止させる。一方、駆動用デ� �ーティが負の値である場合は、昇降圧切替� �124は、降圧用PM126の駆動制御を継続させる。

 さらに、電圧制御部121及び電流制御部122� ��よる駆動制御が昇降圧の切替の間で共に停� ��状態であるとき(モード3)に、駆動用デュー� ��ィが0以上である場合は、昇降圧切替部124は 、昇圧用PM125の駆動制御を行わせる。一方、� ��動用デューティが負の値である場合は、昇� ��圧切替部124は、降圧用PM126の駆動制御を実� �させる。

 なお、昇降圧切替部124は、モード3におけ る停止期間には、駆動用デューティをオフに する。

 図6は、図5に示す状態遷移を時系列的に� �す動作説明図である。

 図6(a)は、昇圧動作から無動作を経て降圧 動作に遷移する場合の動作例を示す。このよ うに、昇圧動作と降圧動作との間には、駆動 用デューティをオフとする無動作(上述のモ� �ド3)の時間を設ける。例えば、200μ秒毎に昇� ��圧の制御を行う場合は、昇圧動作から降圧� ��作に遷移する間の200μ秒だけ無動作による� �止期間が設けられる。これにより、昇降圧� �替時に、安定的な動作を実現できる。

 同様に、図6(b)は、降圧動作から無動作を 経て昇圧動作に遷移する場合の動作例を示す 。図6(c)は、昇圧動作から無動作を経て降圧� �作に遷移し、再び無動作を経て昇圧動作に� �移する場合の例を示す。これらは、図6(a)に� ��す場合と同様で、昇圧動作から降圧動作に� ��移する場合に無動作の状態を経る種々の場� ��を示す。

 図6(d)は、昇圧動作と降圧動作の切替が頻 繁に行われる場合の動作例を示す。このよう に、昇降圧の切替が頻繁に行われる場合は、 昇圧動作と降圧動作との切替動作に加えて、 昇圧動作から無動作を経て再び昇圧動作にな る場合も含まれる。このように同一の動作に 復帰する場合でも、無動作の時間は制御周期 の1周期(200μ秒)と短いため、安定的な昇降圧� ��御を実現できる。

 図7は、電圧制御と電流制御の切替条件を 概念的に示す図である。図8は、昇圧動作中� �おける電圧制御と電流制御の切替動作を説� �するための動作例を示す図である。図9は、� ��圧動作中における電圧制御と電流制御の切� ��動作を説明するための動作例を示す図であ� ��。このような電圧制御と電流制御の切替動� ��は、切替制御部13によって実行される。

 図7(a)に示すように、昇圧動作中で、電圧 制御部121による電圧制御が行われているとき に、バッテリ電流Ibatの電流値が電源供給電� �閾値Ibat_refよりも大きくなると、リアクトル 101に出力端子106に向かう方向の過大電流が通 流することを防ぐために、切替制御部13は、� ��流制御部122による駆動制御に切り替える。� ��れは、図8に示す時系列において最初の電圧 制御から電流制御に遷移した場合に対応する 。

 例えば、インバータ105の電力消費量が多� ��場合、つまり、電動発電機12の電動量や旋� �電動機21の力行量が多い場合には、リアクト ル101を始めとする回路素子に許容電流値より も多い過電流が通流することによって、回路 素子が損傷を受ける場合がある。このため、 リアクトル101に通流するバッテリ電流Ibatの� �流値が電源供給電流閾値Ibat_ref以上に大きく なった場合には、電流制御部122による駆動制 御に切り替える。

 また、電流制御部122による駆動制御に切� ��替えられると、電動発電機12や旋回用電動� �21の要求量以上に電流を通流させることがで きなくなるため、DCバス110に蓄電された電力� ��消費して運転を継続する。従って、図8に示 すように、DCバス電圧Voutは、出力目標電圧値 Vout_refから大きく低下し始める。インバータ1 05の負荷の状態が変わらない限り変化しない� ��

 そして、電流制御部122による駆動制御が� ��われているときに、電動発電機12の電動量� �又は旋回用電動機21の力行量が小さくなるこ とによりDCバス電圧Voutが出力目標電圧値Vout_r efに復帰すると、つまり、DCバス電圧Voutが出� ��目標電圧値Vout_ref以上になると、切替制御� �13は、電圧制御部121による駆動制御に切り替 える。これは、図8に示す電流制御から、時� �列において最後の電圧制御に遷移した場合� �対応する。これにより、DCバス110の電圧値が 過剰に高くなることを防止することができる 。その結果、DCバス110の電圧値を安定させる� ��とができ、インバータ18、20の制御性を安定 させることができる。

 逆に、図7(b)に示すように、降圧動作中で 、電圧制御部121による電圧制御が行われてい るときに、例えば、電動発電機12の発電量又� ��旋回用電動機21の回生量が多い場合にも同� �に、リアクトル101をはじめとする回路素子� �許容電流値よりも多い過電流が通流するこ� �によって、回路素子が損傷を受ける場合が� �る。このため、バッテリ電流Ibatが電源供給� ��流閾値Ibat_ref以下になると、リアクトル101� �電源接続端子104に向かう方向の過大電流が� �流することを防ぐために、切替制御部13は、 電流制御部122による駆動制御に切り替える。 これは、図9に示す時系列において最初の電� �制御から電流制御に遷移した場合に対応す� �。ここで、降圧中のバッテリ電流Ibat_と電源 供給電流閾値Ibat_refとは負の値を持つ。

 また、電流制御部122による駆動制御が行� ��れているときに、DCバス電圧Voutが出力目標� ��圧値Vout_refに復帰すると、つまり、DCバス電 圧Voutが出力目標電圧値Vout_ref以下になると、 切替制御部13は、電圧制御部121による駆動制� ��に切り替える。これは、図9に示す電流制御 から、時系列において最後の電圧制御に遷移 した場合に対応する。その結果、DCバス110の� ��圧値を安定させることができ、インバータ1 8、20の制御性を安定させることができる。

 以上のように、実施の形態2のハイブリッ ド型建設機械によれば、電流制御部122で演算 される第2スイッチングデューティを用いて� �圧制御部121で電圧積分値を演算し、また、� �圧制御部121で演算される第1スイッチングデ� ��ーティを用いて電流制御部122で電流積分値� ��演算する。その上で、バッテリ電流Ibatの絶 対値が電源供給電流閾値Ibat_refを超えると、� ��流制御部122による駆動制御に切り替え、DC� �ス電圧Voutが出力目標電圧値Vout_refに復帰す� �と、電圧制御部121による駆動制御部に復帰� �せる。

 このように、電圧制御を基本としつつ、� ��ッテリ電流Ibatが過大になると、回路を保護 するために電流制御に切り替える。そして、 その切り替えのときに、昇圧用IGBT102A及び降� ��用IGBT102Bの両方を停止させる停止期間(無動� ��)を設けるので、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT 102Bを損傷させることなく、昇圧動作と降圧� �作との切り替えを安定的に行うことのでき� �ハイブリッド型建設機械を提供できる。

 以上では、出力端子106にインバータ105を� ��接接続する形態について説明したが、これ� ��代えて、出力端子106にインバータを介して� ��流駆動されるモータを接続してもよい。

 ところで、昇降圧コンバータ100をフィー� ��バック制御する場合には、昇圧動作と降圧� ��作の切替点に近い電流値が微小な領域(低電 流領域)において、電流の立ち上がりが遅れ� �ため、デューティ指令に対して電流の応答� �遅れるという課題がある。

 このような電流応答の遅れは、デューテ� ��指令に対する電流の特性に図15に示すよう� �不感帯領域として現れる。この不感帯医療� �内では電流値が小さいため、昇圧動作又は� �圧動作が適切に行われず、昇降圧コンバー� �と電動発電機等の負荷との間にあるDCバスの 電圧値が変動しやすくなる。このため、不感 帯領域内でDCバス電圧値が変動すると、DCバ� �から負荷に供給される電圧も変動するため� �電動発電機等の負荷を正確に制御しにくく� �るという課題があった。

 また、降圧動作を行う際に、電流応答の� ��れによりDCバス電圧が上昇しすぎると、電� �発電機等の負荷のドライバは過電圧で損傷� �る恐れがあった。これとは逆に、昇圧動作� �行う際に、DCバス電圧が低下し過ぎて蓄電器 の電圧と同等になると、蓄電器から負荷に常 に電流が流れることにより、電動発電機等の 負荷を制御しにくくなるという課題があった 。

 そこで、実施の形態3において、スイッチ ング素子を損傷することなく昇圧動作と降圧 動作を行うことができるとともに、昇圧動作 と降圧動作の切替点付近における応答性を向 上させた昇降圧コンバータを用いたハイブリ ッド型建設機械を提供する。

 「実施の形態3」
 実施の形態3のハイブリッド型建設機械は、 実施の形態1と同一の昇降圧コンバータ100を� �いる。このため、実施の形態3では図3を援用 する。実施の形態3は、図2に示す実施の形態1 の昇降圧駆動制御部120の替わりに駆動制御部 200を用いる点が実施の形態1と異なる。

 昇降圧コンバータ100において、DCバス110� �昇圧する際には、昇圧用IGBT102Aのゲート端子 にPWM電圧を印加し、降圧用IGBT102Bに並列に接� ��されたダイオード102bを介して、昇圧用IGBT10 2Aのオン/オフに伴ってリアクトル101に発生す る誘導起電力をDCバス110に供給する。これに� ��り、DCバス110が昇圧される。

 また、DCバス110を降圧する際には、降圧� �IGBT102Bのゲート端子にPWM電圧を印加し、降圧 用IGBT102Bを介して、インバータ105から供給さ� ��る回生電力をDCバス110からバッテリ19に供給 する。これにより、DCバス110に蓄積された電� ��がバッテリ19に充電され、DCバス110が降圧さ れる。

 ところで、モータ19の力行運転及び回生� �転に際しては、力行運転に必要な電力はDCバ ス110からインバータ105を介してモータ19に供� ��されるとともに、回生運転によって得られ� ��電力はモータ19からインバータ105を介してDC バス110に供給されるため、DCバス110の電圧値� ��変動する。

 しかしながら、実施の形態3のハイブリッ ド型建設機械によれば、以下で説明する制御 手法によって昇圧動作と降圧動作の切替点付 近における電流の応答性を向上させ、これに よりDCバス110の電圧値を一定の範囲内に保持� ��る。

 図10は、実施の形態3のハイブリッド型建� ��機械の昇降圧コンバータの駆動制御装置の� ��路構成を示す制御ブロック図である。この� ��に示すように、実施の形態3の昇降圧コンバ ータの駆動制御部200は、図2に示す実施の形� �1における昇降圧駆動制御部120に替わるもの� ��あり、電圧制御指令生成部201、電圧制御部2 02、PWM指令算出部203、PWM指令合算部204、昇降� ��切替制御部205、補償値算出部206、及び補償� ��切替部207を含む。

 これらのうち、電圧制御指令生成部201、� ��圧制御部202、PWM指令算出部203、PWM指令合算� ��204、及び昇降圧切替制御部205は、DCバス電� �値(vdc_det)とDCバス目標電圧値(vdc_ref)との偏差 に基づくPI制御により昇降圧コンバータ100を� ��動するための駆動指令を生成するフィード� ��ックループを形成する。このフィードバッ� ��ループは、駆動指令を生成するための主制� ��部として機能する。

 また、PWM指令合算部204、補償値算出部206� ��及び補償値切替部207は、DCバス電圧値(vdc_det )、バッテリ電圧値(vbat_det)、及びバッテリ電� ��値(ibat_det)を用いて昇降圧コンバータ100の駆 動指令を補償するための補償値を演算し、こ の補償値を駆動指令に合算するためのフィー ドフォワードループを形成する。

 なお、バッテリ電流値(ibat_det)は、バッテ リ19からDCバス110へ流れる方向を正とする。

 「各部の説明」
 電圧制御指令生成部201は、DCバス110の目標� �圧となるDCバス目標電圧値(vdc_ref)を出力する 。モータ19の駆動開始前におけるDCバス電圧� �0(V)であるため、このDCバス目標電圧値(vdc_ref )は、モータ19の駆動開始により0(V)から徐々� �上昇し、モータ19の駆動が立ち上がってDCバ� ��電圧が所定値を超えると、一定値に保持さ� ��るように設定されている。DCバス目標電圧� �(vdc_ref)は、電圧制御部202と補償値切替部207� �入力される。

 電圧制御部202は、DCバス電圧値(vdc_det)とDC バス目標電圧値(vdc_ref)に近づけるように(す� �わち、この偏差を小さくするように)PI制御� �行い、そのために必要な電圧制御指令(datl)� �演算する。生成された電圧制御指令(datl)は� �PWM指令算出部203に入力される。

 PWM指令算出部203は、電圧制御指令(datl)をP WM制御に必要なデューティ値を表すPWM電圧指� ��値(pwm_v)に変換するための算出処理を行う。 算出されたPWM電圧指令値(pwm_v)は、PWM指令合� �部204に入力される。

 PWM指令合算部204は、PWM指令算出部203から� ��力されるPWM電圧指令値(pwm_v)と、補償値算出 部206から入力される補償デューティ値(pwm_duty )とを補償値切替部207から入力されるフラグ(d uty.flg)の値に応じて合算し、合算デューティ� ��(pwm_sum)を出力する合算処理を行う(合算部と しての機能)。この合算処理は、PWM指令合算� �204の不感帯補償機能により、フラグ(duty.flg)� ��値に応じて、PWM電圧指令値(pwm_v)と補償デュ ーティ値(pwm_duty)との合算の手法が変更され� �。この不感帯補償機能による合算処理につ� �ては後述する。

 なお、PWM指令合算部204で出力される合算� ��ューティ値(pwm_sum)は、PWMデューティ値に変� ��される前の制御量(%)である。

 昇降圧切替制御部205は、合算デューティ� ��(pwm_sum)をPWMデューティ値であるデューティ� ��令値(pwm_ref)に変換する。このデューティ指� ��値(pwm_ref)は、昇降圧コンバータ100の昇圧用I GBT102Aと降圧用IGBT102Bを駆動するためのPWMデュ ーティを表す値(%)である。

 ここで、デューティ指令値(pwm_ref)は、昇� ��用の値に正の符号を付し、降圧用の値に負� ��符号を付して昇降圧用の値を区別する。こ� ��ため、昇降圧切替制御部205は、デューティ� ��令値(pwm_ref)が正の値である場合は、デュー� ��ィ指令値(pwm_ref)を昇圧用IGBT102Aに送り、デ� �ーティ指令値(pwm_ref)が負の値である場合は� �デューティ指令値(pwm_ref)を降圧用IGBT102Bに送 る。

 補償値算出部206は、DCバス電圧値(vdc_det)� �バッテリ電圧値(vbat_det)、及びバッテリ電流� ��(ibat_det)に基づき、PWM電圧指令値(pwm_v)を補� �するための不感帯補償機能による合算処理� �必要な補償デューティ値(pwm_duty)を算出する� ��この補償デューティ値(pwm_duty)は、昇降圧コ ンバータ100のPWMデューティに対する電流の特 性(図15参照)における昇圧側又は降圧側の変� �点を表すPWMデューティ値に相当する制御量� �ある。変曲点を表すPWMデューティ値に相当� �る制御量は、降圧側の値はDCバス電圧値(vdc_d et)に対するバッテリ電圧値(vbat_det)の比(vbat_de t)/(vdc_det)で与えられ、昇圧側の値は、{1-(vbat_ det)/(vdc_det)}で与えられるる。補償値算出部206 は、DCバス電圧値(vdc_det)に対するバッテリ電� ��値(vbat_det)の比(vbat_det)/(vdc_det)を表す制御量� ��補償デューティ値(pwm_duty)として算出し、補 償値切替部207に入力する。

 補償値切替部207は、DCバス目標電圧値(vdc_ ref)、DCバス電圧値(vdc_det)、及びバッテリ電流 値(ibat_det)に基づいてフラグ(duty.flg)を導出し� ��このフラグ(duty.flg)と補償デューティ値(pwm_d uty)をPWM指令合算部204に入力する処理を行う� �フラグ(duty.flg)は「-1」、「0」又は「+1」の� �ずれかの値をとる。このフラグ(duty.flg)は、� ��述する不感帯補償機能による合算処理に用� ��られる。

 図11は、実施の形態3のハイブリッド型建� ��機械の昇降圧コンバータの駆動制御装置の� ��償値切替部207で導出するフラグ(duty.flg)と、 昇降圧コンバータ100の駆動領域との関係を示 す図である。

 図11において、横軸はバッテリ電流値(ibat _det)、縦軸はDCバス電圧偏差{DCバス目標電圧� �(vdc_ref)-DCバス電圧値(vdc_det)}である。

 ここで、バッテリ電流値(ibat_det)は、バッ テリ19からDCバス110へ流れる方向を正とする� �め、横軸が正の領域は、DCバス110を昇圧する (リアクトル101からDCバス110に電力を供給する )領域である。この動作が継続されると、バ� �テリ19に蓄積された電力がDCバス110へ供給さ� ��る(バッテリ19からDCバス110への放電が行わ� �る)。これに対して横軸が負の領域は、DCバ� �110を降圧する(バッテリ19を充電する)領域で� ��る。

 また、縦軸のDCバス電圧偏差は、{DCバス� �標電圧値(vdc_ref)-DCバス電圧値(vdc_det)}で表さ� ��るため、縦軸が正の領域は、DCバス目標電� �値(vdc_ref)よりもDCバス電圧値(vdc_det)が低く、 DCバス110の電圧が降下している領域である。� ��の領域では、モータ等の負荷の変動により� ��DCバス電圧値(vdc_det)が低下するので、昇降� �コンバータ100は、DCバス電圧値(vdc_det)を昇圧 するための制御を行う。その結果、バッテリ 19からDCバス110への放電が行われる。これに� �して縦軸が負の領域は、DCバス目標電圧値(vd c_ref)よりもDCバス電圧値(vdc_det)が高く、DCバ� �110の電圧が上昇している領域である。この� �域では、モータ等の負荷の変動により、DCバ ス電圧値(vdc_det)が上昇するので、昇降圧コン バータ100は、DCバス電圧値(vdc_det)を低下させ� ��ために、バッテリ19を充電するための制御� �行う。

 横軸には、中央のバッテリ電流値(ibat_det) =0の軸を挟み、-bat_Iと+bat_Iの2つの閾値が設定 されている。これにより、昇降圧コンバータ 100の駆動領域は、横軸方向において、バッテ リ電流値(ibat_det)に応じて、-bat_I≦バッテリ� �流値(ibat_det)、-bat_I<バッテリ電流値(ibat_det )<+bat_I、+bat_I≦バッテリ電流値(ibat_det)の3� �の領域に分けられている。なお、予め定め� �れた閾値である-bat_Iと+bat_Iとの間は、従来� �昇降圧コンバータであれば不感帯領域(図15� �照)が生じるような電流値の微小な領域であ� ��。

 また、縦軸には、DCバス電圧偏差{DCバス� �標電圧値(vdc_ref)-DCバス電圧値(vdc_det)}=-dc_V、0 、+dc_Vの3つの予め定められた閾値が設定され ている。これにより、昇降圧コンバータ100の 駆動領域は、縦軸方向において、DCバス電圧� ��差に応じて、DCバス電圧偏差≦-dc_V、-dc_V< DCバス電圧偏差<0、0≦DCバス電圧偏差<+dc_ V、+dc_V≦DCバス電圧偏差の4つの領域に分けら れる。

 ここで、縦軸における予め定められた閾� ��は、DCバス110の特性に基づく制御精度に対� �して決定される。閾値+dc_Vを大きくすると、 切替が起こりづらくなり、DCバス110が過電圧� ��なってしまう。一方、閾値+dc_Vを小さくす� �と、切替が頻繁に行ってしまい、電流補償� �過多となり、その結果、DCバス110を流れる電 流の損失が大きくなってしまう。これは、閾 値-dc_Vの絶対値についても同様である。

 このように横軸及び縦軸に閾値を設定す� ��ことにより、昇降圧コンバータ100の駆動領� ��は、図11に示すようにマトリクス状に配置� �れる12個の領域(1)~(12)に区分される。昇降圧� ��ンバータ100の駆動時には、バッテリ電流値( ibat_det)とDCバス電圧偏差{DCバス目標電圧値(vdc _ref)-DCバス電圧値(vdc_det)}が変動するため、駆 動領域は(1)~(12)の中で遷移する。これにより� ��異なる処理形態への切替判断を簡単に行う� ��とができるだけでなく、迅速に不感帯補償� ��能を起動することができる。

 なお、上述したように、フラグ(duty.flg)は 、後述する不感帯補償機能による合算処理に 用いられるフラグであり、フラグ(duty.flg)が� �+1」であることは昇圧動作中において不感帯 補償機能が起動状態であることを表し、フラ グ(duty.flg)が「-1」であることは降圧動作中に 不感帯補償機能が起動状態であることを表す 。また、フラグ(duty.flg)が「0」であることは� ��感帯補償機能が解除状態であることを表す� ��なお、不感帯機能は、起動開始されて起動� ��態となり、起動終了されて解除状態となる� ��

 「駆動領域(1)~(12)の説明」
 領域(1)は「バッテリ電流値(ibat_det)≦-bat_I、 かつ、+dc_V≦DCバス電圧偏差」の駆動領域で� �る。駆動領域が領域(1)に遷移しても、充放� �の切替から離れた領域、すなわち、DCバス110 の電流不感帯から離れた領域であるため、そ のままのフラグを用いることができる。具体 的には、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フ ラグ(duty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前� ��のduty.flg)。

 領域(2)は「-bat_I<バッテリ電流値(ibat_det )<+bat_I、かつ、+dc_V≦DCバス電圧偏差」の駆 動領域である。駆動領域が領域(2)に遷移した 場合は、フラグ(duty.flg)を「+1」に設定する(du ty.flg=+1)。ここで、領域(2)に遷移した場合に� �フラグ(duty.flg)を「+1」に設定するのは、昇� �動作中においてバッテリ電流値(ibat_det)が絶� ��値で閾値よりも小さく、かつ、DCバス電圧� �差が閾値(+dc_V)以上である場合には、DCバス� �圧値(vdc_det)が比較的低くてDCバス110の昇圧が 必要な状態であるのに、電流が十分に流れて いない状態であるため、不感帯補償機能を起 動開始させてバッテリ電流値(ibat_det)を増大� �せることにより、昇圧動作を促進するため� �ある。ここで、フラグ(duty.flg)の「+1」への� �替は、例えば、領域(5)においてフラグ(duty.fl g)が「0」の状態からDCバス電圧偏差が大きく� ��り、+dc_Vを超えて領域(2)になった場合に実� �される。これにより、DCバス電圧偏差に基づ く充放電制御を行う際に、DCバス110の不感帯� ��おいて強引に電流を流すべく、後述するPWM� ��圧指令値(pwm_v)を補償する操作が起動される 。

 領域(3)は「+bat_I≦バッテリ電流値(ibat_det) 、かつ、+dc_V≦DCバス電圧偏差」の駆動領域� �ある。駆動領域が領域(3)に遷移した場合は� �フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラグ(duty .flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回のduty.f lg)。

 領域(4)は「バッテリ電流値(ibat_det)≦-bat_I 、かつ、0≦DCバス電圧偏差<+dc_V」の駆動領 域である。駆動領域が領域(4)に遷移した場合 は、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラグ (duty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回のd uty.flg)。

 領域(5)は「-bat_I<バッテリ電流値(ibat_det )<+bat_I、かつ、0≦DCバス電圧偏差<+dc_V」� ��駆動領域である。すなわち、DCバス電圧偏� �が小さく、バッテリ電流値(ibat_det)も充放電� ��切り替わる遷移領域に相当する。駆動領域� ��領域(5)に遷移した場合において、遷移前の( 前回の)フラグ(duty.flg)が「-1」又は「0」の場� ��は、(今回の)フラグ(duty.flg)を「0」に設定し 、遷移前の(前回の)フラグ(duty.flg)が「+1」の� ��合は、(今回の)フラグ(duty.flg)を(前回の)フ� �グ(duty.flg)と同一の値「+1」に設定する。

 ここで、領域(5)に遷移した場合において� ��遷移前の(前回の)フラグ(duty.flg)が「-1」の� �合に(今回の)フラグ(duty.flg)を「0」に設定す� ��のは、フラグ(duty.flg)が「-1」であって降圧� ��作時において不感帯補償機能が起動されて� ��る状態から、バッテリ電流値(ibat_det)が絶対 値で閾値よりも小さく、かつ、DCバス電圧偏� ��が閾値(+dc_V)未満の状態(領域(5))に遷移した� ��合には、遷移前の降圧動作時における不感� ��補償機能によってDCバス電圧値(vdc_det)は十� �に降圧されており、領域(5)に遷移した後は� �感帯補償機能によるバッテリ電流値(ibat_det)� ��増大は不要と考えられるためである。これ� ��より、DCバス電圧偏差に基づく充放電制御� �おいて、後述するPWM電圧指令値(pwm_v)を補償� ��る操作が解除される。

 領域(6)は「+bat_I≦バッテリ電流値(ibat_det) 、かつ、0≦DCバス電圧偏差<+dc_V」の駆動領 域である。駆動領域が領域(6)に遷移した場合 は、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラグ (duty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回のd uty.flg)。

 領域(7)は「バッテリ電流値(ibat_det)≦-bat_I 、かつ、-dc_V<DCバス電圧偏差<0」の駆動� �域である。駆動領域が領域(7)に遷移した場� �は、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラ� �(duty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回の duty.flg)。

 領域(8)は「-bat_I<バッテリ電流値(ibat_det )<+bat_I、かつ、-dc_V<DCバス電圧偏差<0」 の駆動領域である。駆動領域が領域(8)に遷移 した場合において、遷移前の(前回の)フラグ( duty.flg)が「-1」の場合は、(今回の)フラグ(duty .flg)を(前回の)フラグ(duty.flg)と同一の値「-1� �に設定し、遷移前の(前回の)フラグ(duty.flg)� �「0」又は「+1」の場合は、(今回の)フラグ(du ty.flg)を「0」に設定する。

 ここで、領域(8)に遷移した場合において� ��遷移前の(前回の)フラグ(duty.flg)が「+1」の� �合に(今回の)フラグ(duty.flg)を「0」に設定す� ��のは、フラグ(duty.flg)が「+1」であって昇圧� ��作時において不感帯補償機能が起動されて� ��る状態から、バッテリ電流値(ibat_det)が絶対 値で閾値よりも小さく、かつ、DCバス電圧偏� ��が閾値(-dc_V)より高い状態(領域(8))に遷移し� ��場合には、遷移前の昇圧動作時における不� ��帯補償機能によってDCバス電圧値(vdc_det)は� �分に昇圧されており、領域(8)に遷移した後� �不感帯補償機能によるバッテリ電流値(ibat_de t)の増大は不要になったと考えられるためで� ��る。これにより、DCバス電圧偏差に基づく� �放電制御において、後述するPWM電圧指令値(p wm_v)を補償する操作が解除される。

 領域(9)は「+bat_I≦バッテリ電流値(ibat_det) 、かつ、-dc_V<DCバス電圧偏差<0」の駆動� �域である。駆動領域が領域(9)に遷移した場� �は、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラ� �(duty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回の duty.flg)。

 領域(10)は「バッテリ電流値(ibat_det)≦-bat_ I、かつ、DCバス電圧偏差≦-dc_V」の駆動領域� ��ある。駆動領域が領域(10)に遷移した場合は 、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラグ(du ty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回のduty .flg)。

 領域(11)は「-bat_I<バッテリ電流値(ibat_de t)<+bat_I、かつ、DCバス電圧偏差≦-dc_V」の� �動領域である。駆動領域が領域(11)に遷移し� ��場合は、フラグ(duty.flg)を「-1」に設定する( duty.flg=+1)。ここで、領域(11)に遷移した場合� �、フラグ(duty.flg)を「-1」に設定するのは、� �圧動作中においてバッテリ電流値(ibat_det)が� ��対値で閾値よりも小さく、かつ、DCバス電� �偏差が閾値(-dc_V)以下である場合には、DCバ� �電圧値(vdc_det)が比較的上昇していてDCバス110 の降圧が必要な状態であるのに、DCバス110か� ��バッテリ19へ電流が十分に流れていない状� �であるため、不感帯補償機能を起動開始さ� �ることにより、DCバス110からバッテリ19の方� ��に流れる電流として負の値で表されるバッ� ��リ電流値(ibat_det)を絶対値で増大させること により、降圧動作を促進するためである。

 領域(12)は「+bat_I≦バッテリ電流値(ibat_det )、かつ、DCバス電圧偏差≦-dc_V」の駆動領域� ��ある。駆動領域が領域(12)に遷移した場合は 、フラグ(duty.flg)を遷移前の(前回の)フラグ(du ty.flg)と同一の値に設定する(duty.flg=前回のduty .flg)。

 ここで、昇降圧コンバータ100の起動時は� ��バッテリ電流値(ibat_det)=0、かつ、DCバス電� �偏差{DCバス目標電圧値(vdc_ref)-DCバス電圧値(v dc_det)}=0」であり、この駆動状態は領域(5)に� �まれる。このため、昇降圧コンバータ100の� �動時には、図11に示す駆動領域は、領域(5)か ら始まり、バッテリ電流値(ibat_det)とDCバス電 圧偏差{DCバス目標電圧値(vdc_ref)-DCバス電圧値 (vdc_det)}の変化により、他の領域に遷移する� �

 従って、不感帯補償機能が起動開始され� ��のは、フラグ(duty.flg)が「0」の状態から駆� �領域が領域(2)に遷移してフラグ(duty.flg)が「+ 1」に変化した場合、又は、フラグ(duty.flg)が� ��0」の状態から駆動領域が領域(11)に遷移し� �フラグ(duty.flg)が「-1」に変化した場合であ� �。すなわち、不感帯補償機能は、DCバス電圧 偏差が絶対値で所定電圧値(dc_V)以上で、かつ 、バッテリ電流値(ibat_det)が絶対値で所定の� �電流値(bat_I)未満になると起動開始される。

 また、不感帯補償機能が起動終了されるの� ��、フラグ(duty.flg)が「-1」の状態から駆動領� ��が領域(5)に遷移してフラグ(duty.flg)が「0」� �変化した場合、又は、フラグ(duty.flg)が「+1� �の状態から駆動領域が領域(8)に遷移してフ� �グ(duty.flg)が「0」に変化した場合である。す なわち、不感帯補償機能は、バッテリ電流値 (ibat_det)が絶対値で所定の低電流値(bat_I)未満� ��、かつ、DCバス電圧偏差が零になった場合� �又は、DCバス電圧偏差の符号が反転した場合 に起動終了される、
 その他の場合において、駆動領域が遷移し� ��もフラグ(duty.flg)が「0」のままである場合� �、不感帯補償機能は解除状態に保持され、� �動領域が遷移してもフラグ(duty.flg)が「-1」� �は「+1」のままの場合は、不感帯補償機能は 起動状態に保持される。

 なお、上述のように、横軸が負の領域はD Cバス110を降圧する(バッテリ19を充電する)領� ��であり、縦軸が正の領域はDCバス110の電圧� �降下している領域であるため、領域(1)と領� �(4)は、通常は経由しない駆動領域である。

 同様に、横軸が正の領域はDCバス110を昇� �する(リアクトル101からDCバス110に電力を供� �する)領域であり、縦軸が負の領域はDCバス11 0の電圧が上昇している領域であるため、領� �(9)と領域(12)は、通常は経由しない駆動領域� ��ある。

 「不感帯補償機能による合算処理」
 次に、PWM指令合算部204の処理内容(不感帯補 償機能による合算処理)について説明する。� �こで、不感帯補償機能は、フラグ(duty.flg)が� ��-1」又は「+1」の場合に起動状態とされ、フ ラグ(duty.flg)が「0」の場合は解除状態とされ� ��。

 PWM指令合算部204は、フラグ(duty.flg)の値に 応じて合算の手法を以下のように切り替える 。

 フラグ(duty.flg)が「0」の場合は、補償デ� �ーティ値(pwm_duty)は合算されず(補償デューテ ィ値(pwm_duty)を零として合算し)、合算デュー� ��ィ値(pwm_sum)としてPWM電圧指令値(pwm_v)を出力 する。すなわち、合算デューティ値(pwm_sum)=PW M電圧指令値(pwm_v)となる。

 フラグ(duty.flg)が「1」の場合は、昇圧用� �補償デューティ値(pwm_duty)をPWM電圧指令値(pwm _v)に合算する。すなわち、合算デューティ値 (pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)+昇圧用の補償デュ ーティ値(pwm_duty)となる。

 フラグ(duty.flg)が「-1」の場合は、昇圧用� ��補償デューティ値(pwm_duty)をPWM電圧指令値(pw m_v)に合算する。すなわち、合算デューティ� �(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)-昇圧用の補償デ� �ーティ値(pwm_duty)となる。

 このように、補償デューティ値(pwm_duty)は 、フラグ(duty.flg)が「1」又は「-1」の場合に� �算される。

 また、PWM指令合算部204は、フラグ(duty.flg) が「0」から「1」又は「-1」に変化する際(不� ��帯補償機能が起動開始される際)には、変曲 点を表すPWMデューティ値に相当する制御量が 補償デューティ値(pwm_duty)として加えられる� �そして、PWM指令算出部203から出力されるPWM� �圧指令値(pwm_v)に含まれる積分成分値(I成分� �)と比例成分値(P成分値)に対して、積分成分� ��(I成分値)を比例成分値(P成分値)の反数に置� ��換える処理を行う。これにより、PWM電圧指� ��値(pwm_v)の値は零となる(置換部としての機� �)。

 また、これとは逆に、PWM指令合算部204は� ��フラグ(duty.flg)が「1」又は「-1」から「0」� �変化する際(不感帯補償機能が起動終了され� ��際)には、PWM指令算出部203から出力されるPWM 電圧指令値(pwm_v)に含まれる積分成分値(I成分 値)の値を不感帯補償機能を起動終了直前の� �分成分値(I成分値)と補償デューティ値(pwm_dut y)との合計値に置き換える(置換部としての機 能)。

 次に、上述のような不感帯補償機能によ� ��合算処理について図12及び図13を用いて説明 する。

 「降圧時の不感帯補償機能による合算処理� ��
 図12は、実施の形態3の昇降圧コンバータ100� ��駆動制御装置における降圧時の不感帯補償� ��能による合算処理を説明するための原理図� ��あり、(a)は不感帯補償機能の起動開始時の� ��理、(b)は不感帯補償機能の起動終了時の処� ��、(c)は不感帯補償機能の起動中の処理をそ� ��ぞれ時間経過で示す。この不感帯補償機能� ��よる合算処理は、PWM指令合算部204によって� ��行される。

 なお、図中、PWM電圧指令値(pwm_v)の棒グラ フ中に示すP及びIは、比例成分値(P成分値)と� ��分成分値(I成分値)の割合を表す。

 ここで、降圧時に不感帯補償機能が起動� ��始されるのは、フラグ(duty.flg)が「0」の状� �から駆動領域が領域(11)に遷移してフラグ(dut y.flg)が「-1」に変化する場合である。また、� ��の不感帯補償機能が起動終了されるのは、� ��ラグ(duty.flg)が「-1」の状態から駆動領域が� ��域(5)に遷移してフラグ(duty.flg)が「0」に変� �した場合である。

 図12(a)に示すように、不感帯補償機能の� �動開始前(フラグ(duty.flg)=「0」の場合)は、補 償値切替部207から入力される補償デューティ 値(pwm_duty)は零にされているため、合算デュ� �ティ値(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)となる。

 次に、駆動領域が領域(11)に遷移すること によってフラグ(duty.flg)が「-1」に変化して不 感帯補償機能が起動開始されると、補償デュ ーティ値(pwm_duty)がPWM電圧指令値(pwm_v)に合算� ��れ、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電圧指令値 (pwm_v)+補償デューティ値(pwm_duty)となる。

 このとき、図12(a)に示すように、PWM電圧� �令値(pwm_v)に含まれる比例成分値(P成分値)は� ��不感帯補償機能の起動開始前後で同一の値� ��有するが、不感帯補償機能の起動開始直後� ��積分成分値(I成分値)は、比例成分値(P成分� �)の反数に置き換えられている。このように� ��不感帯補償機能が起動開始された直後は、P WM電圧指令値(pwm_v)の値は零となるようにする 。

 このため、実際には、合算デューティ値( pwm_sum)=補償デューティ値(pwm_duty)となる。

 ここで、補償デューティ値(pwm_duty)の値は 、補償デューティ値(pwm_duty)は、昇降圧コン� �ータ100のPWMデューティ値に対する電流値の� �性における降圧側の変曲点を表すPWMデュー� �ィ値に相当する制御量となる。その後、補� �デューティ値(pwm_duty)とPWMデューティ値とを� ��算した値に基づき、デューティ指令値(pwm_re f)が求められ、充放電制御が行われる。

 従って、実施の形態3のハイブリッド型建 設機械によれば、昇降圧コンバータ100のバッ テリ電流値(ibat_det)の絶対値が所定値未満で� �かつ、DCバス電圧偏差が絶対値で所定値以上 であり、DCバス電圧値(vdc_det)が上昇して降圧� ��作が必要な場合に、十分なバッテリ電流値( ibat_det)が得られないと判定した場合は、不感 帯補償機能を起動開始することにより、PWM指 令合算部204において、PWM電圧指令値(pwm_v)に� �償デューティ値(pwm_duty)を合算するので、図1 2(c)に示すように合算デューティ値(pwm_sum)が� �対値で増大され、これにより、昇降圧コン� �ータ100を駆動するための最終的なデューテ� �指令値(pwm_ref)が絶対値で増大される。この� �め、DCバス110からバッテリ19の方向に流れる� ��流が増大され、従来のように、低電流領域� ��おいてPWMデューティに対して電流の応答が� ��れることがなく、電流応答性が良好でDCバ� �110の電圧値を一定の範囲内に保持すること� �できる昇降圧コンバータ100の駆動制御装置� �提供することができる。

 次に、図12(b)を用いて降圧時における不� �帯補償機能を起動終了する際の動作を説明� �る。不感帯補償機能の起動状態(フラグ(duty.f lg)=「-1」の場合)では、補償値切替部207から� �力される補償デューティ値(pwm_duty)が合算さ� ��ているため、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電 圧指令値(pwm_v)+補償デューティ値(pwm_duty)とな る。

 次に、フラグ(duty.flg)が「0」に変化して� �感帯補償機能が起動終了されると、補償デ� �ーティ値(pwm_duty)が零にされ合算デューティ� ��(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)となる。

 このとき、図12(b)に示すように、PWM電圧� �令値(pwm_v)に含まれる比例成分値(P成分値)は� ��不感帯補償機能の起動開始前後で同一の値� ��有するが、不感帯補償機能の起動終了直後� ��積分成分値(I成分値)は、不感帯補償機能の� ��動終了直前の積分成分値(I成分値)と補償デ� ��ーティ値(pwm_duty)との合計値に置き換える操 作を行う。

 従って、不感帯補償機能の起動終了の前� ��において、合算デューティ値(pwm_sum)の値は� ��一となり、連続性が保たれるので、不感帯� ��償機能を起動終了しても昇降圧コンバータ1 00の制御性が低下することを抑制することが� ��きる。

 なお、不感帯補償機能が起動終了された� ��は、フラグ(duty.flg)が「0」となり補償デュ� �ティ値(pwm_duty)は合算デューティ値(pwm_sum)に� ��算されず、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電圧 指令値(pwm_v)となるため、昇降圧コンバータ10 0は、PWM指令算出部203におけるPI制御によって 生成されるPWM電圧指令値(pwm_v)によって駆動� �れることになる。

 「昇圧時の不感帯補償機能による合算処理� ��
 図13は、実施の形態3の昇降圧コンバータ100� ��駆動制御装置における昇圧時の不感帯補償� ��能による合算処理を説明するための原理図� ��あり、(a)は不感帯補償機能の起動開始時の� ��理、(b)は不感帯補償機能の起動終了時の処� ��、(c)は不感帯補償機能の起動中の処理をそ� ��ぞれ時間経過で示す。この昇圧時の不感帯� ��償機能による合算処理は、降圧時の処理と� ��様に、PWM指令合算部204によって実行される� ��なお、図中、PWM電圧指令値(pwm_v)の棒グラフ 中に示すP及びIは、比例成分値(P成分値)と積� ��成分値(I成分値)の割合を表す。

 ここで、昇圧時に不感帯補償機能が起動� ��始されるのは、DCバス電圧偏差の変動によ� �、フラグ(duty.flg)が「0」の状態から駆動領域 が領域(2)に遷移してフラグ(duty.flg)が「+1」に 変化する場合である。また、この不感帯補償 機能が起動終了されるのは、フラグ(duty.flg)� �「+1」の状態から駆動領域が領域(8)に遷移し てフラグ(duty.flg)が「0」に変化した場合であ� ��。

 図13(a)に示すように、不感帯補償機能の� �動開始前(フラグ(duty.flg)=「0」の場合)は、補 償値切替部207から入力される補償デューティ 値(pwm_duty)は零にされているため、合算デュ� �ティ値(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)となる。

 次に、駆動領域が領域(2)に遷移すること� ��よってフラグ(duty.flg)が「+1」に変化して不� ��帯補償機能が起動開始されると、補償デュ� ��ティ値(pwm_duty)がPWM電圧指令値(pwm_v)に合算� �れ、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電圧指令値( pwm_v)+補償デューティ値(pwm_duty)となる。

 このとき、図13(a)に示すように、PWM電圧� �令値(pwm_v)に含まれる比例成分値(P成分値)は� ��不感帯補償機能の起動開始前後で同一の値� ��有するが、不感帯補償機能の起動開始直後� ��積分成分値(I成分値)は、比例成分値(P成分� �)の反数に置き換えられている。これにより� ��不感帯補償機能が起動開始された直後は、P WM電圧指令値(pwm_v)の値は零となる。

 このため、実際には、合算デューティ値( pwm_sum)=補償デューティ値(pwm_duty)となる。

 ここで、補償デューティ値(pwm_duty)の値は 、補償デューティ値(pwm_duty)は、昇降圧コン� �ータ100のPWMデューティ値に対する電流値の� �性における昇圧側の変曲点を表すPWMデュー� �ィ値に相当する制御量である。

 従って、実施の形態3のハイブリッド型建 設機械によれば、昇降圧コンバータ100のバッ テリ電流値(ibat_det)の絶対値が所定値未満で� �かつ、DCバス電圧偏差が絶対値で所定値以上 であり、DCバス電圧値(vdc_det)が低下して昇圧� ��作が必要な場合に、十分なバッテリ電流値( ibat_det)が得られないと判定した場合は、不感 帯補償機能を起動開始することにより、PWM指 令合算部204において、PWM電圧指令値(pwm_v)に� �償デューティ値(pwm_duty)を合算するので、図1 3(c)に示すように合算デューティ値(pwm_sum)が� �対値で増大され、これにより、昇降圧コン� �ータ100を駆動するための最終的なデューテ� �指令値(pwm_ref)が絶対値で増大される。この� �め、バッテリ19からDCバス110の方向に流れる� ��流が増大され、従来のように、低電流領域� ��おいてPWMデューティに対して電流の応答が� ��れることがなく、電流応答性の良好な昇降� ��コンバータ100の駆動制御装置を提供するこ� ��ができる。

 次に、図13(b)を用いて昇圧時における不� �帯補償機能を起動終了する際の動作を説明� �る。不感帯補償機能の起動状態(フラグ(duty.f lg)=「+1」の場合)では、補償値切替部207から� �力される補償デューティ値(pwm_duty)が合算さ� ��ているため、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電 圧指令値(pwm_v)+補償デューティ値(pwm_duty)とな る。

 次に、フラグ(duty.flg)が「0」に変化して� �感帯補償機能が起動終了されると、補償デ� �ーティ値(pwm_duty)が零にされ合算デューティ� ��(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)となる。

 このとき、図13(b)に示すように、PWM電圧� �令値(pwm_v)に含まれる比例成分値(P成分値)は� ��不感帯補償機能の起動開始前後で同一の値� ��有するが、不感帯補償機能の起動終了直後� ��積分成分値(I成分値)は、不感帯補償機能の� ��動終了直前の積分成分値(I成分値)と補償デ� ��ーティ値(pwm_duty)との合計値に置き換えられ ている。

 従って、不感帯補償機能の起動終了の前� ��において、合算デューティ値(pwm_sum)の値は� ��一となり、連続性が保たれるので、不感帯� ��償機能を起動終了しても昇降圧コンバータ1 00の制御性が低下することを抑制することが� ��きる。

 なお、不感帯補償機能が起動終了された� ��は、フラグ(duty.flg)が「0」となり補償デュ� �ティ値(pwm_duty)は合算デューティ値(pwm_sum)に� ��算されず、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電圧 指令値(pwm_v)となるため、昇降圧コンバータ10 0は、PWM指令算出部203におけるPI制御によって 生成されるPWM電圧指令値(pwm_v)によって駆動� �れることになる。

 図14は、実施の形態3のハイブリッド型建� ��機械の昇降圧コンバータの駆動制御装置に� ��る動作特性の一例を示す特性図である。

 昇降圧コンバータ100の駆動を開始した直� ��は、駆動領域は領域(5)であるため、フラグ( duty.flg)は「0」に保持されるため、合算デュ� �ティ値(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)となり、昇 降圧コンバータ100は、PWM指令算出部203によっ て生成されたPWM電圧指令値(pwm_v)によってPI制 御される。

 駆動開始直後からA時点までは、旋回用電 動機21を加速(力行運転)するために略一定の� �ッテリ電流値(ibat_det)が流れ、DCバス電圧値(v dc_det)は-dc_V~+dc_Vの間を推移している。この状 態は、図11に示す領域(5)と領域(8)とをDCバス� �圧偏差の僅かな変動によって行き来してい� �状態に相当する。

 このように駆動領域が領域(5)又は領域(8)� ��ある状態では、フラグ(duty.flg)は「0」に保� �されるため、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電� ��指令値(pwm_v)となり、昇降圧コンバータ100は 、PWM指令算出部203によって生成されたPWM電圧 指令値(pwm_v)によってPI制御される。

 次に、A時点を超えると、旋回用電動機21� ��減速し始める(回生運転を行う)。これによ� �、バッテリ19から旋回用電動機21に供給され� ��バッテリ電流値(ibat_det)が減少し、DCバス電� ��値(vdc_det)が大きくなり、この結果、DCバス� �圧偏差{DCバス目標電圧値(vdc_ref)-DCバス電圧� �(vdc_det)}が零より小さくなる。

 このとき、駆動領域は領域(8)に遷移する� ��、フラグ(duty.flg)は「0」に保持された状態� �継続する。

 また、モータ等の電気負荷が回生運転を� ��うと、回生電流が発生するので、DCバス電� �値(vdc_det)が上昇し、バッテリ電圧値(vbat_det)/ DCバス電圧値(vdc_det)の比も小さくなる。これ� ��、DCバス電圧検出値の上昇により、DCバス9� �降圧(バッテリ19の充電)が必要になるため、� ��ッテリ19からDCバス110へ流れる電流値が減る ためである。

 また、図14には示されていないが、モー� �等の電気負荷が力行運転を行った場合には� �電気負荷から電力供給が要求され、DCバス電 圧値(vdc_det)が低下する。この場合には、DCバ� ��電圧値(vdc_det)の低下により、DCバス110の昇� �(バッテリ19の放電)が必要になる。

 次に、B時点を超えると、旋回用電動機21� ��よって回生電力が発生されることにより、� ��ッテリ電流値(ibat_det)の方向が逆になり、回 生電力による電流がバッテリ19に流れ始める� ��これによってさらにDCバス電圧値(vdc_det)が� �きくなると、DCバス電圧偏差{DCバス目標電圧 値(vdc_ref)-DCバス電圧値(vdc_det)}が閾値「-dc_v」 より小さくなる。

 この補償を行わなければ、このようにDC� �ス電圧偏差の絶対値が大きくなり続ける状� �が継続すると、DCバスの特性上、昇圧動作と 降圧動作の切替点付近の低電流領域では不感 帯領域の影響を受けるため、電流の低下する 速度が遅くなり、DCバス電圧値(vdc_det)が上昇� ��過ぎて過電圧となり、モータ19のドライバ� �の機器が損傷する課題があった。

 しかしながら、実施の形態3のハイブリッ ド型建設機械によれば、低電流領域でDCバス� ��圧偏差が大きい状態では、不感帯補償機能� ��起動開始されることにより、DCバス電圧値(v dc_det)を低下させるために、積極的に電流を� �すようになる。この状態は、図11に示す駆動 領域では領域(8)から領域(11)に遷移し、フラ� �(duty.flg)は「-1」に設定される。

 これにより、PWM指令合算部204においてPWM� ��圧指令値(pwm_v)に補償デューティ値(pwm_duty)� �合算するようになり、合算デューティ値(pwm_ sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)+補償デューティ値(pwm_ duty)なる合算デューティ値(pwm_sum)が出力され� ��。

 このとき、PWM電圧指令値(pwm_v)に含まれる 比例成分値(P成分値)は、不感帯補償機能の起 動開始前後で同一の値を有するが、不感帯補 償機能の起動開始直後の積分成分値(I成分値) は、比例成分値(P成分値)の反数に置き換えら れている。これにより、不感帯補償機能が起 動開始された直後は、PWM電圧指令値(pwm_v)の� �は零(P+I=0)となるため、実際には、合算デュ� ��ティ値(pwm_sum)=補償デューティ値(pwm_duty)と� �る。

 これにより、図14に示すバッテリ電流値(i bat_det)のように、DCバス9を降圧させるためにD Cバス9からバッテリ19に向かう電流が増大し(� ��なわちバッテリ電流値(ibat_det)が絶対値で増 大し)、これによりDCバス電圧値(vdc_det)を低下 させることができる。

 この結果、昇圧動作と降圧動作の切替点� ��近の低電流領域における電流の応答性を向� ��させることができ、これによりDCバス電圧� �(vdc_det)を大きく変動させることなく一定の� �囲内に保持することができる。

 その後は、PWM指令合算部204においてPWM電� ��指令値(pwm_v)に補償デューティ値(pwm_duty)が� �算される状態が継続し、このうちのPWM電圧� �令値(pwm_v)はPWM指令算出部203におけるPI制御� �よって生成された値であるため、降圧動作� �継続され、DCバス電圧値(vdc_det)は降圧される 。DCバス電圧値(vdc_det)の低下により、DCバス� �圧偏差が絶対値で小さくなり、閾値「-dc_V」 を超えたところで駆動領域は領域(8)に遷移す る(戻る)。これが時点Cに相当する。

 C時点を超えて駆動領域が領域(8)に遷移し ても、フラグ(duty.flg)は「-1」に保持される。 その後は、PWM指令合算部204においてPWM電圧指 令値(pwm_v)に補償デューティ値(pwm_duty)が合算� ��れる状態が継続し、このうちのPWM電圧指令� ��(pwm_v)はPWM指令算出部203におけるPI制御によ� ��て生成された値であるため、降圧動作が継� ��され、DCバス電圧偏差が安定する。このと� �、DCバス電圧偏差が0(V)以上になると、駆動� �域が領域(5)に遷移する。これが時点Dに相当� ��る。

 時点Dにおいて、駆動領域が領域(8)から領 域(5)に遷移すると、フラグ(duty.flg)が「-1」の 状態で領域(5)に遷移したことになるので、フ ラグ(duty.flg)は「0」に切り替わり、不感帯補� ��機能が起動終了される。

 このように不感帯補償機能を起動終了す� ��のは、降圧動作時における不感帯補償機能� ��よってDCバス電圧値(vdc_det)は十分に降圧さ� �ており、不感帯補償機能によるバッテリ電� �値(ibat_det)の増大は不要になったと考えられ� ��ためである。

 不感帯補償機能が起動終了されると、補� ��デューティ値(pwm_duty)が零にされ合算デュー ティ値(pwm_sum)=PWM電圧指令値(pwm_v)となる。こ� ��とき、図12(b)に示すように、PWM電圧指令値(p wm_v)に含まれる比例成分値(P成分値)は、不感� ��補償機能の起動開始前後で同一の値を有す� ��が、不感帯補償機能の起動終了直後の積分� ��分値(I成分値)は、不感帯補償機能の起動終� ��直前の積分成分値(I成分値)と補償デューテ� ��値(pwm_duty)との合計値に置き換えられている 。

 従って、不感帯補償機能の起動終了の前� ��において、図12(c)に示すように合算デュー� �ィ値(pwm_sum)の値は同一となり、連続性が保� �れるので、不感帯補償機能を起動終了して� �、図14に示すように昇降圧コンバータ100のDC� ��ス電圧値(vdc_det)を略一定値に安定させるこ� ��ができる。

 なお、不感帯補償機能が起動終了された� ��は、フラグ(duty.flg)が「0」となり補償デュ� �ティ値(pwm_duty)は合算デューティ値(pwm_sum)に� ��算されず、合算デューティ値(pwm_sum)=PWM電圧 指令値(pwm_v)となるため、昇降圧コンバータ10 0は、PWM指令算出部203におけるPI制御によって 生成されるPWM電圧指令値(pwm_v)によって駆動� �れることになる。

 また、不感帯補償機能が起動終了され、� ��ラグ(duty.flg)が「0」となって領域(5)で駆動� �れている際に、DCバス電圧偏差が微小変化に より0(V)を下回ると、駆動領域が再び領域(8)� �遷移するが、領域(5)から領域(8)に遷移した� �合はフラグ(duty.flg)は「0」に保持されるため 、その後も昇降圧コンバータ100は、PWM指令算 出部203におけるPI制御によって生成されるPWM� ��圧指令値(pwm_v)によって駆動されることにな る。

 以上のように、実施の形態3のハイブリッ ド型建設機械によれば、昇圧動作と降圧動作 の切替点付近における低電流領域での電流応 答性を改善し、これによりDCバス110の電圧値� ��一定の範囲内に保持し、過電圧による負荷� ��ドライバの損傷を抑制でき、負荷の制御性� ��良好な状態に保持することができる。

 なお、図14の動作例には、領域(5)、(8)、� �び(11)を遷移することによって降圧時におけ� ��不感帯補償機能が起動開始され、その後起� ��終了される場合を示すが、昇圧時における� ��感帯補償機能の起動開始/起動終了は、領域 (2)、(5)、及び(8)を遷移することにより、同様 に行われるため、その説明を省略する。

 また、図14の動作例には、-bat_I<バッテ� ��電流値(ibat_det)<+bat_Iの場合を示すが、バ� �テリ電流値(ibat_det)≦-bat_Iの場合(領域(1)、(4) 、(7)、及び(10)の場合)は、フラグ(duty.flg)の値 は遷移前の値(前回の値)に保持されるため、� ��ッテリ電流値(ibat_det)≦-bat_Iとなっても、不 感帯補償機能の起動状態又は解除状態が保持 されるに過ぎない。このため、バッテリ電流 値(ibat_det)≦-bat_Iの場合の動作説明を省略す� �。なお、これは、同様に、+bat_I≦バッテリ� �流値(ibat_det)の場合(領域(3)、(6)、(9)、及び(12 )の場合)においても同様である。

 なお、実施の形態3のハイブリッド型建設 機械に用いる昇降圧コンバータの駆動制御装 置の制御部は、電子回路又は演算処理装置の いずれでも実現することができる。

 [実施の形態4]
 図16は、実施の形態4のハイブリッド型建設� ��械の構成を示すブロック図である。実施の� ��態4のハイブリッド型建設機械は、メインポ ンプ14の駆動がポンプ用電動機400によって行� ��れ、電動発電機12はエンジン11のアシスト(� �動運転)、又はエンジン11によって駆動され� �ことによる電力の回収(発電運転)を行うよう に構成されている点が実施の形態1のハイブ� �ッド型建設機械と異なる。その他の構成は� �施の形態1のハイブリッド型建設機械と同一� ��あるため、同一の構成要素には同一符号を� ��し、その説明を省略する。

 ポンプ用電動機400は、メインポンプ14を� �動するための力行運転だけを行うように構� �されており、インバータ410を介してDCバス110 に接続されている。

 このポンプ用電動機400は、昇降圧駆動制� ��部120によって駆動されるように構成されて� ��る。レバー26A~26Cのいずれかが操作されると 、ポンプ用電動機400には、DCバス110からイン� ��ータ410を介して電力が供給され、これによ� ��て力行運転が行われ、ポンプ14が駆動され� �圧油が吐出される。

 このため、電動発電機12、ポンプ用電動� �400、及び旋回用電動機21には、いずれかにDC� ��ス110を介して電力供給が行われる状況が生� ��うる。また、電動発電機12、及び旋回用電� �機21には、いずれかからDCバス110に電力供給� ��行う状況が生じうる。

 実施の形態4では、昇降圧コンバータ100は 、電動発電機12、ポンプ用電動機400、及び旋� ��用電動機21の運転状態に応じて、DCバス電圧 値を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、インバータ18、410、及び20と� ��降圧コンバータ100との間に配設されており� ��バッテリ19、ポンプ用電動機400、及び旋回� �電動機21の間で電力の授受を行う。

 このような実施の形態4のハイブリッド型 建設機械においても、実施の形態1のハイブ� �ッド型建設機械と同様に、負荷の制御性の� �らつきを抑制することができる。さらに、� �電流による負荷のインバータ18、20における� ��傷等を防止することができ、運転継続性を� ��上させることができる。さらに、実施の形� ��2及び3と同様に、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGB T102Bを損傷させることなく、昇圧動作と降圧� ��作との切り替えを安定的に行うことができ� ��過電圧による負荷のドライバの損傷を抑制� ��き、負荷の制御性を良好な状態に保持する� ��とができるハイブリッド型建設機械を提供� ��きる。

 また、以上では、PI制御を用いる形態に� �いて説明したが、制御方式はPI制御方式に限 られるものではなく、ヒステリシス制御、ロ バスト制御、適応制御、比例制御、積分制御 、ゲインスケジューリング制御、又は、スラ イディングモード制御であってもよい。

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

本国際出願は、2007年12月26日に出願した日� ��国特許出願2007-334350号に基づく優先権を主� �するものであり、日本国特許出願2007-334350号 の全内容を本国際出願に援用する。