つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき� ��明する。
 本発明のハイブリット電源装置は、ラバー� ��ヤードガントリークレーンやタイヤマウン� ��式ジブクレーン等の機械において、ウイン� ��や横走行装置等の作業用アクチュエータに� ��力を供給するための装置であって、エンジ� ��発電機と蓄電器を有し、エンジン発電機の� ��転を適切に制御でき、しかも装置が大型化� ��ることを防ぐことができることに特徴を有� ��ている。

 図1は本実施形態のハイブリット電源装置10� ��概略回路図である。同図において、符号10� �本実施形態のハイブリット電源装置を示し� �いる。また、符号Aは、ハイブリット電源装� ��から電力が供給される作業用アクチュエー� ��を示している。
 なお、以下では、作業用アクチュエータAが 、モータ等の電動機M、インバータIを有する� ��を説明するが、インバータIは、電動機Mと� �述する直流母線Laとの間に設けられていれば よく、ハイブリット電源装置10に内蔵されて� ��てもよい。

 図1において、符号Laは、本実施形態のハイ� ��リット電源装置10から外部に直流電力を供� �する直流母線を示している。この直流母線La は、一対の導電路を有しており、この一対の 導電路間に電解コンデンサ18が設けられてい� ��。この電解コンデンサ18は、直流母線Laに供 給される直流電力を貯蔵したり、また、放電 して直流母線Laに対して直流電力を供給した� ��することができるものである。この電解コ� ��デンサ18はその充電率と直流母線Laの直流電 圧との関係から自動的に貯蔵放電を行うので 、電解コンデンサ18に蓄えられている電力は� ��業用アクチュエータAが要求する電力の変動 に対してバッファとして機能する。
 なお、インバータIや後述する各コンバータ 13,16は、通常、直流母線Laと並列に接続され� �電解コンデンサを内蔵しているので、かか� �電解コンデンサに上記電解コンデンサ18の機 能を行わせるのであれば、特別な電解コンデ ンサ18は設けなくてもよい。

 図1に示すように、前記直流母線Laには、� ��イオードコンバータ12、昇圧コンバータ13を 介して本実施形態のハイブリット電源装置10� ��エンジン発電機11が接続されている。

 エンジン発電機11は、交流電力を発生させ� �エンジン発電機であって、自動電圧調整器(A VR)を有しており、出力電圧の変動が少ないも のである。このエンジン発電機11は、ダイオ� ��ドコンバータ12によって発生した交流電力� �直流電力に変換して昇圧コンバータ13に供給 できるように構成されている。
 なお、エンジン発電機11は、ターボチャー� �ャー等の過給機構を備えたディーゼル発電� �等を採用することができるが、交流電力を� �生させるエンジン発電機であれば、とくに� �定はない。
 さらになお、エンジン発電機よって発生し� ��交流電力を直流電力に変換して出力する機� ��はダイオードコンバータに限られない。

 ダイオードコンバータ12によって変換され� �直流電力は、昇圧コンバータ13を介して直流 母線Laに供給されるように構成されている。
 この昇圧コンバータ13は、ダイオードコン� �ータ12によって変換された直流電力の電圧(� �下、エンジン側電圧という)を昇圧して出力� ��る機能を有するものであり、制御部17から� �指令に基づいて作動するようになっている� �具体的には、制御部17からの指令に基づいて 、昇圧コンバータ13はダイオードコンバータ1 2から直流母線Laに供給する電流量を制御して おり、この電流量を制御することによって、 直流母線Laに対して供給する直流電力量、直� ��電力を供給する時間およびタイミングを調� ��しているのである。

 このため、昇圧コンバータ13を制御すれ� �、所望のタイミングに所望の時間だけ、言� �換えれば、所望のタイミングに所望の量だ� �、エンジン側電圧よりも高い電圧の直流電� �を直流母線Laに供給することができるのであ る。

 また、図1に示すように、前記直流母線La� ��は、昇降圧コンバータ16を介して、充放電� �可能なバッテリやキャパシタ等の蓄電器15が 、前記エンジン発電機11と並列となるように� ��続されている。つまり、蓄電器15も昇降圧� �ンバータ16を介して、直流母線Laを通して作� ��用アクチュエータAに電力を供給できるよう になっている。

 昇降圧コンバータ16は、蓄電器15から供給さ れる直流電力の電圧(以下、蓄電器側電圧と� �う)を昇圧して出力したり降圧して低くした� ��する機能を有するものであり、昇圧コンバ� ��タ13と同様に、制御部17からの指令に基づい て作動するようになっている。具体的には、 制御部17からの指令に基づいて、昇降圧コン� ��ータ16は昇圧制御により蓄電器15から直流母 線Laに供給する電流量を制御しており、この� ��流量を制御することによって、直流母線La� �電圧(電解コンデンサ18の端子間電圧)が低下� ��ないように、直流母線Laに対して供給する� �流電流を調整しているのである。
 また、昇降圧コンバータ16は、降圧制御す� �ことにより、直流母線Laの電圧が上昇しない ように蓄電器15に、直流母線Laから直流電流� �供給する機能も有している。

 このため、昇降圧コンバータ16を昇圧制御� �れば、所望のタイミングに所望の時間だけ� �言い換えれば、所望のタイミングに所望の� �だけ、蓄電器側電圧よりも高い電圧の直流� �力を直流母線Laに供給することができ、直流 母線Laを所定の設定電圧に保つことができる� ��である。
 また、昇降圧コンバータ16は、降圧制御し� �、直流母線Laの電圧よりも降圧された蓄電器 側電圧よりも少し高い電圧を蓄電器15側に出� ��し、蓄電器15に直流電力を供給する機能も� �している。よって、蓄電器15の充電率が減少 した場合や直流母線Laの電圧が所定の設定電� ��よりも高くなりすぎた場合には、直流母線L aから蓄電器15に降圧した直流電力を供給して 、蓄電器15を充電させることも可能である。

 つぎに、制御部17を説明する。
 上述したように、制御部17は、昇圧コンバ� �タ13および昇降圧コンバータ16の作動を制御� ��て、エンジン発電機11および蓄電器15が負担 する電力を調整する機能を有するものである 。この制御部17には、直流母線Laの電圧情報� �作業用アクチュエータAのインバータIに対し て流れる電流情報、蓄電器15の充電量情報等� ��入力されており、これらの情報に基づいて� ��ンジン発電機11および蓄電器15が負担する電 力を調整している。

 なお、制御部17がエンジン発電機11および 蓄電器15の負担する直流電力を決定する方法� ��とくに限定されず、上記情報以外の情報に� ��づいて直流電力を決定することができる。

 以上のごとき構成であるから、本実施形態� ��ハイブリット電源装置10では、エンジン発� �機11と蓄電器15の両方から作業用アクチュエ� ��タAに電力を供給することができる。
 すると、作業用アクチュエータAが要求する 電力が昇圧コンバータ13を介してエンジン発� ��機11から供給できる電力より大きくても、� �足する電力を蓄電器15に負担させることが可 能となるし、逆に、作業用アクチュエータA� �要求する電力が昇降圧コンバータ16を介して 蓄電器15から供給できる電力よりも大きくて� ��、不足する電力をエンジン発電機11に負担� �せることが可能となる。
 つまり、作業用アクチュエータAが要求する 最大電力よりも小さい電力しか供給できない 発電機11や蓄電器15でも、作業用アクチュエ� �タAを作動させることができるから、エンジ� ��発電機11と蓄電器15をともに小型化すること が可能となり、ハイブリット電源装置10全体� ��しても小型化することができる。

 また、制御部17によって、エンジン発電機11 および蓄電器15のそれぞれから直流母線Laに� �給する直流電力を調整できるので、エンジ� �発電機11および蓄電器15のそれぞれが負担す� ��直流電力の割合を自由に調整することがで� ��る。
 すると、エンジン発電機11および蓄電器15の いずれか一方の負荷が大きくなりすぎること も防ぐことができる。
 しかも、作業用アクチュエータAが要求する 電力、言い換えれば、本実施形態のハイブリ ット電源装置10から作業用アクチュエータAに 供給する電力が急激に変動した場合でも、一 時的に蓄電器15側の負担が多くなるように制� ��すれば、エンジン発電機11の負荷が急激に� �動することを抑えることができ、黒煙の発� �やエンジン発電機の緊急停止などが発生す� �ことを防ぐことができる。
 そして、制御部17は蓄電器15の充電量も考慮 してエンジン発電機11が負担する電力を決定� ��ているので、蓄電器15の充電量を適切に保� �、過放電を防ぐことができる。

 さらに、本実施形態のハイブリット電源装� ��10では、制御部17によって直流母線Laの電圧� ��ダイオードコンバータ12から昇圧コンバー� �13に供給される直流電力の電圧よりも常に高 くなるように昇降圧コンバータ16を制御して� ��る。
 昇圧コンバータ13は出力電圧を入力電圧よ� �も低くすることができないので、直流母線La の電圧がエンジン側電圧よりも低くなると、 昇圧コンバータ13によって直流母線Laに供給� �る電流を制御することができなくなり、ダ� �オードコンバータ12から直流母線Laに無制限� ��電流が供給されることになる。言い換えれ� ��、昇圧コンバータ13によってエンジン発電� �11の負荷を制御できなくなり、無制限に流れ る電流を供給するためにエンジン発電機11が� ��動することになる。すると、エンジン発電� ��11には過剰な負荷が加わることとなり、黒� �の発生を生じたり、最悪の場合にはエンジ� �発電機11停止する場合もある。
 しかし、本実施形態のハイブリット電源装� ��10では、制御部17によって直流母線Laの電圧� ��ダイオードコンバータ12から昇圧コンバー� �13に供給される直流電力の電圧よりも常に高 くなるように昇降圧コンバータ16を制御して� ��るので、上記のごとき問題が発生すること� ��防ぐことができる。そして、昇圧コンバー� ��13を制御することにより、常に、エンジン� �電機11の負荷変動を能動的に制御することが できるから、エンジン発電機11の負荷変動を� ��定した負荷変動率内に抑えることができる� ��

 なお、直流母線Laの電圧(電解コンデンサ1 8の端子間電圧)はエンジン側電圧や蓄電器側� ��圧よりも常に高い電圧に維持されるのであ� ��が、この電圧値はエンジン発電機11が供給� �きる最大電圧および蓄電器15が供給できる最 大電圧よりも高く設定されているのは、いう までもない。

 さらに、本実施形態のハイブリット電源� ��置10では、インバータIで使用される電力に� ��えて、供給電流量と直流母線Laの電圧とを� �出し、直流母線Laの電圧を所定の設定電圧に 保つように制御するだけで、電力バランスを 調整しているので、制御を容易にすることが できる。

 通常、エンジン発電機11と蓄電器15からイ ンバータIに電力を供給する場合、エンジン� �電機11の供給する電力と蓄電器15の供給する� ��力の合計電力がインバータIの電力と一致す るようにしなければならない。このため、従 来は、インバータIで使用される電力を検出� �、このインバータIで使用される電力に基づ� ��てエンジン発電機11および蓄電器15の出力電 圧および出力電流をそれぞれ制御していた。 そして、エンジン発電機11と蓄電器15の合計� �力が、インバータIで使用される電力と一致� ��るように制御していた。つまり、従来は、� ��力を直接検出し制御するという発想に基づ� ��て発電装置の制御を行っていたため、電力� ��ランスを調整する制御が非常に複雑となっ� ��いた。

 しかし、本実施形態のハイブリット電源� ��置10では、以下のごとき理由により電力バ� �ンスを容易に調整できる。

 まず、エンジン発電機11は出力電圧が比� �的安定しているため、制御部17は、供給電流 量に基づいてエンジン発電機11から直流母線L aに供給する電流量を、昇圧コンバータ13を制 御して調整するだけで、エンジン発電機11が� ��流母線Laに供給する電力を制御できる。つ� �り、制御部17は電流量だけで、エンジン発電 機11から直流母線Laに供給する電力(エンジン� ��電機の負荷)を、実用的に足りる程度の精度 で制御できる。

 一方、エンジン発電機11はインバータIで� ��用される電力の一部しか負担しないので、� ��ンバータIで使用される電力とエンジン発電 機11から供給される電力の差の分だけ、蓄電� ��15からインバータIに直流母線Laに電力を供� �することが必要となる。

 ここで、直流母線Laの電圧が一定であれ� �、供給電流量とエンジン発電機11から直流母 線Laに供給する電流量の差の分だけ蓄電器15� �ら電流を供給すれば、ハイブリット電源装� �10から供給する電力とインバータIで使用さ� �る電力を一致させることができる。言い換� �れば、制御部17が昇降圧コンバータ16を制御� ��て、直流母線Laの電圧が一定となるように� �電器15から直流母線Laに電流量を供給すれば� ��ハイブリット電源装置10から供給する電力� �インバータIで使用される電力を一致させる� ��とができるのである。

 以上のごとく、本実施形態のハイブリッ� ��電源装置10では、エンジン発電機11と蓄電器 15の合計電力やインバータIで使用される電力 を考慮する必要がなく、供給電流量に基づい てエンジン発電機11から母線Laに供給する電� �量を調整し、直流母線Laの電圧を設定電圧に 保つように蓄電器15から直流母線Laに供給す� �電流量を調整するだけで、電力バランスを� �整できるから、制御を容易にすることがで� �るのである。

 つぎに、本実施形態のハイブリット電源装� ��10の作動を説明する。
 以下では、(1)作業用アクチュエータAの電動 機Mが待機状態の場合、(2)作業用アクチュエ� �タAの電動機Mが力行状態の場合、(3)作業用ア クチュエータAの電動機Mが回生運転を行って� ��る場合、について説明する。

(1)作業用アクチュエータAの電動機Mが待機状� ��の場合
 作業用アクチュエータAの電動機Mが待機状� �、つまり、インバータIが電動機Mを作動させ ていない状態では、エンジン発電機11および� ��電器15から直流母線Laに対する電力供給は停 止される。
 この状態でも、電解コンデンサ18は、作業� �アクチュエータAのインバータIに電力を供給 しており、インバータI内の電解コンデンサ(� ��示せず)に付属する放電抵抗器に流れる電流 により電解コンデンサ18の電圧は徐々に低下� ��る。すると、電解コンデンサ18の電圧が低� �すると、直流母線Laの電圧も低下する。

 制御部17は直流母線Laの電圧を計測してい るので、昇降圧コンバータ16を作動させて直� ��母線Laの電圧が設定値となるように、蓄電� �15から直流母線Laに電力を供給する。具体的� ��は、昇降圧コンバータ16の昇圧側トランジ� �タのゲート開時間を制御して直流母線Laに供 給する電力を調整し、直流母線Laの電圧を設� ��値に安定させる。

(2)作業用アクチュエータAの電動機Mが力行状� ��の場合
 作業用アクチュエータAの電動機Mが力行状� �において、作業用アクチュエータAに供給す� ��電流量が増加すると、エンジン発電機11や� �電器15からの供給電力(供給電流)では、作業� ��アクチュエータAが必要とする電流量を満た すことができなくなるので、電解コンデンサ 18からの放電により、不足する電流量を補う� ��

 一方、制御部17はインバータIに対して流れ� ��電流量(インバータ側電流量)を検出してお� �、このインバータ側電流量の変化に基づい� �、エンジン発電機11から直流母線Laに供給す� ��電力、つまり、エンジン発電機11から直流� �線Laに供給する電流量を決定する。
 なお、蓄電器15の充電量が少ない場合には� �蓄電器15の負担を抑えるように、また、蓄電 器15に充電を行うことができるようにエンジ� ��発電機11の負荷が決定される。

 エンジン発電機11から直流母線Laに供給す る電流量が決定されると、制御部17から昇圧� ��ンバータ13に指令が送信され、決定された� �流量だけエンジン発電機11から直流母線Laに� ��流が供給される。具体的には、昇圧コンバ� ��タ13の昇圧側トランジスタのゲート開時間� �制御して直流母線Laに所定の電流が供給され る。なお、エンジン発電機11は直流母線Laに� �給する電流量に応じてその出力、つまり、� �荷が変動する。

 ここで、エンジン発電機11から直流母線La に対して供給される電力は、電動機Mの作動� �必要な電力の一部(例えば、半分程度)である ため、電解コンデンサ18の放電は継続し、電� ��コンデンサ18の端子間電圧は低下し、直流� �線Laの電圧も低下する。

 直流母線Laの電圧が低下すると、制御部17 から昇降圧コンバータ16に指令が送信され、� ��流母線Laの電圧が設定値となるように蓄電� �15から直流母線Laに直流電力、つまり電流が� ��給される。具体的には、昇降圧コンバータ1 6の昇圧側トランジスタのゲート開時間を制� �して直流母線Laに所定の電流が供給される。

 すると、作業用アクチュエータAに供給す る電流量とエンジン発電機11から供給される� ��流量の差分を蓄電器15から供給することが� �き、しかも、電解コンデンサ18にも充電され るから、直流母線Laの電圧を設定に保つこと� ��できる。

 ここで、エンジン発電機11がターボチャー� �ャー等の過給機構を有するものである場合� �過給機構が機能していない状態(以下、非過� ��状態という)では、エンジン発電機11の出力� ��つまり、エンジン発電機11から得られる電� �量が、過給機構が機能している状態(以下、� ��給状態という)よりも少なくなる。しかも、 非過給状態からエンジン発電機11の負荷が増� ��したときに、過給状態となるまでの時間遅� ��(以下、タイムラグという)が存在する。
 すると、作業用アクチュエータAに供給する 電流量の急激な増加に伴ってエンジン発電機 11に要求される電流量を急激に増加させた場� ��であって、その電流量が、非過給状態にお� ��る最大出力時に得られる最大電流量以下の� ��態からこの最大電流量以上に変化するとき� ��は、タイムラグ期間にエンジン発電機11の� �荷が非過給状態における最大出力を超えて� �まう可能性がある。この場合には、エンジ� �発電機11は過負荷状態となり、黒煙の発生や 、最悪の場合には、エンジン発電機11が停止� ��生じる可能性がある。
 そこで、本実施形態のハイブリット電源装� ��10は、作業用アクチュエータAに供給する電� ��量が急激に増加した場合には、以下のよう� ��エンジン発電機11の負担電力、つまり、エ� �ジン発電機11から直流母線Laに供給する電流� ��の変化状態を決定している。

 図2は作業用アクチュエータAに供給する� �流量が急激に増加した場合におけるエンジ� �発電機11の負担する電流量の変化状態を示し た図である。なお、図2では、安定運転時に� �いて、エンジン発電機11から供給する電流量 が、ハイブリット電源装置10から作業用アク� ��ュエータAに供給する電流量の半分より少な い場合を示しているが、かかる場合に限定さ れないのはいうまでもない。

 まず、図2において、実線RPは、ハイブリッ� ��電源装置10から作業用アクチュエータAに供� ��する電流量RP(以下、単に供給電流量RPとい� �)を示している。また、破線HPは、供給電流� �RPの半分の電流量HPを示すラインである。
 図2に示すように、非過給状態やエンジン発 電機11が停止している状態から、供給電流量R Pが急激に増加すると、エンジン発電機11から 直流母線Laに供給する電流量(以下、エンジン 電流量EPという)は、電流量HPのラインに沿っ� ��増加するように制御される。

 やがて、エンジン電流量EPがエンジン発� �機11において非過給状態の最大出力時に得ら れる電流量Cに到達すると、電流量EPの増加割 合を減少させる。すると、電流量EPの増加割� ��が減少している期間にエンジン発電機11が� �給状態となる。

 そして、供給電流量RPが安定状態になる� �、エンジン電流量EPは、通常の運転状態にお ける負担割合の電流量Bとなるように制御さ� �る。電流量Bは電流量Cよりも大きいが、この ときにはエンジン発電機11は過給状態となっ� ��いるので、エンジン発電機11を安定した状� �で作動させることができる。

 以上のごとく制御すれば、供給電流量RPが� �激に変動してもエンジン発電機11の負荷が過 大にならないので、黒煙の発生やエンジン発 電機11の停止が生じることを防ぐことができ� ��。
 しかも、非過給状態の最大出力時に得られ� ��電流量Cまでは、エンジン発電機11の負荷を� ��速に増加させるので、供給電流量RPの変動� �対するエンジン発電機11の追従性をある程度 高くすることができ、蓄電器15の充電量を適� ��に保つことができ、過放電の状態となるこ� ��を防ぐことができる。

 なお、非過給状態や停止状態からエンジ� ��電流量EPを増加させる場合において、エン� �ン電流量EPは、必ずしも供給電流量RPの半分� ��電流量HPのラインに沿って変動させる必要� �なく、エンジン発電機11の性能や蓄電器15の� ��能に応じて、供給電流量RPの半分以上の電� �量のラインや半分以下の電流量のラインに� �って移動させてもよい。

(3)作業用アクチュエータAの電動機Mが回生運� ��を行っている場合
 作業用アクチュエータAの電動機Mが回生運� �されると、電動機Mは発電機として動作しイ� ��バータIを介して直流母線Laに電力を供給す� ��。すると、インバータIを介して直流母線La� ��供給された電力により電解コンデンサ18に� �充電電流が流れるため、直流母線Laの電圧が 上昇する。
 直流母線Laの電圧が上昇すると、電解コン� �ンサ18を放電させ電圧を設定値まで下げるよ うに制御部17によって昇降圧コンバータ16が� �御される。具体的には、直流母線Laから蓄電 器15に電力を供給し蓄電器15を充電するよう� �、昇降圧コンバータ16の降圧側トランジスタ のゲート開時間を制御する。
 すると、インバータIより回生された電力は 蓄電器15に蓄えられるとともに直流母線Laの� �圧の上昇を抑えられ、直流母線Laの電圧を設 定値に保つことができる。

 ここで、蓄電器15の充電率が高くなりすぎ� �場合には、蓄電器15の損傷を防ぐため、制御 部17は昇降圧コンバータ16によって蓄電器15の 充電電流に制限をかける。すると、直流母線 Laの電圧を設定値に保てなくなり、直流母線L aの電圧が上昇することとなる。
 直流母線Laの電圧が上昇すると、電解コン� �ンサ18や、コンバータおよびインバータ内の 半導体素子および電解コンデンサを破損させ る可能性がある。そこで、直流母線Laに、ダ� ��ナミックブレーキユニット19(以下、DBU19で� �す)を設けている。このDBU19は、直流母線Laの 電圧が危険電圧となる前に、抵抗器に電流を 流すように動作して直流母線電圧Laを下げる� ��うに動作するものである。
 よって、電動機Mの回生運転により発生する 電力を、蓄電器15への充電だけでは吸収しき� ��ないような場合には、DBUを設けることによ� ��て、各機器の損傷を防ぐことができるから� ��電動機Mを安心して回生運転することができ る。

 なお、蓄電器15の充電率が低下している� �、力行時における電動機Mの作動に必要な電� ��とエンジン発電機11から供給される電力の� �分を蓄電器15から供給できない可能性がある 。そこで、蓄電器15の充電率が低下した場合� ��制御部17によって昇圧コンバータ13を制御し て直流母線Laに電流を供給し直流母線Laの電� �を上昇させる。直流母線Laの電圧が事前に定 めた電圧まで上昇すると、制御部17は、直流� ��線Laの電圧上昇を抑制するために昇降圧コ� �バータ16に降圧動作を行わせるので、直流母 線Laから蓄電器15に電力が供給される。よっ� �、蓄電器15を適正な充電率まで充電させるこ とができる。