起重机用混合式电源装置及起重机用混合式电源装置的控 制方法 技术领域 本发明是涉及一种起重机用混合式电源装置及起重机用混合式电源装置的控制 方法。在龙门起重机或轮胎架式悬臂起重机等作为动力源具有引擎发电机的起重机等中， 开发出具有通过具备引擎发电机和蓄电池等蓄电装置的混合式电源驱动电动机等的机构 的起重机。
本发明是涉及一种使用于该些龙门起重机等设备的起重机用混合式电源装置及 起重机用混合式电源装置的控制方法。
背景技术 先前， 在使起重机等中的电动机或泵等电动机驱动的电力源使用具备柴油引擎等 的引擎发电机。在该些起重机等中， 通过转换器和逆变器向电动机供给引擎发电机所产生 的电力， 在向该电动机供给电力的线路也与逆变器并列设置有蓄电池等蓄电器 ( 例如专利 文献 1、 2)。
在这些专利文献 1、 2 的技术中， 存在如下优点 ： 当电动机所需电力较小时能够在 蓄电器储蓄剩余电力， 因此能够提高能量的效率。 而且， 当电动机所需电力较大时能够从引 擎发电机和蓄电器双方向电动机供给电力， 因此能够使引擎发电机小型化。
在先技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 日本特开平 11-217193 号
专利文献 2 ： 日本特开平 11-285165 号
发明内容 发明要解决的问题
然而， 在专利文献 1、 2 中， 施加于引擎发电机的负载与电动机所需电力成比例地 变动。所以， 若电动机所需电力变动， 则引擎发电机的工作状态也变动， 因此难以最适宜地 保持引擎发电机的运行状态。即， 难以在燃料消耗率良好的状态下使引擎发电机运行。
本发明鉴于上述原由， 其目的在于提供一种能够将引擎发电机的燃料消耗率始终 维持在良好状态的起重机用混合式电源装置及起重机用混合式电源装置的控制方法。
解决问题的手段
( 电源装置 )
第 1 发明的起重机用混合式电源装置具备引擎发电机、 蓄电装置、 及控制该蓄电 装置及所述引擎发电机的控制装置， 其特征在于， 所述控制装置具备 ： 负担电力计算部， 根 据来自外部负载的需求电力和所述蓄电装置的充电电力计算引擎负担电力 ； 指令信号发送 部， 根据所述引擎负担电力计算所述引擎发电机的输出转矩及转速， 对所述引擎发电机发 送指令所述输出转矩的转矩指令信号和指令所述转速的转速指令信号。
第 2 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 1 发明中， 所述引擎发电 机由引擎和具备连接于该引擎的输出轴的具有电动机功能的发电机的发电部构成， 若所述 需求电力的增加比例超出预定值， 则该引擎到达预先规定的引擎转速为止通过所述发电机 辅助运行所述引擎。
第 3 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 2 发明中， 若该引擎到达 预先规定的引擎转速， 则所述发电机从所述引擎的辅助运行切换至基于所述引擎的发电运 行。
第 4 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 1 ～ 3 发明中， 外部负载 中包含有主装置和辅助装置， 所述引擎的转速中， 无来自所述主装置的主装置需求动力的 待机状态的引擎的转速低于有来自该主装置的主装置需求动力的状态的引擎的转速。
第 5 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 1 ～ 4 发明中， 所述引擎 发电机由引擎和发电部构成， 所述引擎具备引擎主体及控制该引擎主体的工作的引擎控制 部， 所述发电部具备连接于该引擎的输出轴的具有电动机功能的发电机及控制所述发电机 的工作的发电机控制部， 所述指令信号发送部将包含指示所述引擎的转速的信息的所述转 速指令信号发送至所述引擎控制部， 将包含指示产生于所述发电部的发电机的转矩的信息 的所述转矩指令信号发送至所述发电机控制部。
第 6 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 5 发明中， 若所述需求电 力的增加比例超出预定值， 则所述指令信号发送部计算转速的时间变动数据， 该转速的时 间变动数据使所述发电部的发电机加速， 以使早于所述需求电力成为最大电力值的时间到 达该引擎能够产生所述需求电力成为所述最大电力值时所述引擎发电机所需求的所述引 擎负担电力的转速， 并将根据该转速的时间变动数据生成的所述转速指令信号发送至所述 引擎控制部及所述发电机控制部。
第 7 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 1 ～ 4 发明中， 所述引擎 发电机由引擎和发电部构成， 所述引擎具备引擎主体及控制该引擎主体的工作的引擎控制 部， 所述发电部具备连接于该引擎的输出轴的具有电动机功能的发电机及控制所述发电机 的工作的发电机控制部， 所述控制装置的指令信号发送部将包含指示所述引擎的输出转矩 的信息的所述转矩指令信号发送至所述引擎控制部， 并将包含指示所述发电部的发电机的 转速的信息的所述转速指令信号发送至所述发电机控制部。
第 8 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 7 发明中， 若所述需求电 力的增加比例超出预定值， 则所述指令信号发送部计算转速的时间变动数据， 该转速的时 间变动数据使所述发电部的发电机加速， 以使早于所述需求电力成为最大电力值的时间到 达该引擎能够产生所述需求电力成为所述最大电力值时所述引擎发电机所需求的所述引 擎负担电力的转速， 将根据该转速的时间变动数据生成的所述转速指令信号发送至所述发 电机控制部， 在所述发电部的发电机的加速期间， 计算能够在燃烧状态不恶化的程度下加 速的输出转矩， 并将根据该输出转矩生成的所述转矩指令信号发送至所述引擎控制部。
第 9 发明的起重机用混合式电源装置， 其特征在于， 在第 1 ～ 8 发明中， 若成为从 外部对所述电源装置供给电力的状态， 则所述控制装置控制成在电动回转状态下通过所述 发电部的发电机驱动所述引擎。
( 控制方法 )第 10 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法是具备引擎发电机和蓄电装置 的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 根据来自外部负载的需求电力和所 述蓄电装置的充电电力计算引擎负担电力， 根据引擎负担电力计算所述引擎发电机的输出 转矩及转速， 对所述引擎发电机发送指令所述输出转矩的转矩指令信号和指令所述转速的 转速指令信号。
第 11 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 10 发明中， 所述引擎发电机由引擎和具备连接于该引擎的输出轴的具有电动机功能的发电机的发电 部构成， 若来自外部负载的需求电力的增加比例超出预定值， 则所述引擎到达预先规定的 引擎转速为止通过所述发电机辅助运行该引擎。
第 12 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 11 发明中， 若所述引擎到达预先规定的引擎转速， 则从所述引擎的辅助运行切换至基于所述引擎的发 电运行。
第 13 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 10 ～ 12 发 明中， 外部负载中包含有主装置和辅助装置， 所述引擎的转速被控制成无来自所述主装置 的主装置需求电力的待机状态的引擎的转速低于有来自该主装置的主装置需求电力的状 态的引擎的转速。 第 14 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 10 ～ 13 发 明中， 所述引擎发电机由引擎和具备连接于该引擎的输出轴的具有电动机功能的发电机的 发电部构成， 控制所述引擎的转速和产生于所述发电部的发电机的转矩来调整所述引擎发 电机所发电的电力。
第 15 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 14 发明中， 若所述需求电力的增加比例超出预定值， 则在使所述引擎的调速器发挥作用的状态下加速 所述引擎， 以使早于所述需求电力成为最大电力值的时间到达该引擎能够产生所述需求电 力成为所述最大电力值时所述引擎发电机所需求的所述引擎负担电力的转速， 并以与该引 擎相同的速度加速所述发电部的发电机。
第 16 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 10 ～ 13 发 明中， 所述引擎发电机由引擎和具备连接于该引擎的输出轴的具有电动机功能的发电机的 发电部构成， 控制所述引擎的输出转矩和所述发电部的发电机的转速来调整所述引擎发电 机所发电的电力。
第 17 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 16 发明中， 若所述需求电力的增加比例超出预定值， 则控制所述引擎以产生燃烧状态不恶化程度的输 出转矩， 并使所述发电部的发电机加速， 以使早于所述需求电力成为最大电力值的时间到 达该引擎能够产生所述需求电力成为所述最大电力值时所述引擎发电机所需求的引擎负 担电力的转速。
第 18 发明的起重机用混合式电源装置的控制方法， 其特征在于， 在第 10 ～ 17 发 明中， 若成为从外部供给电力的状态， 则在电动回转状态下通过所述发电部的发电机驱动 所述引擎。
发明效果
( 电源装置 )
根据第 1 发明， 在发电引擎负担电力的基础上， 能够在燃料消耗率最佳状态下使 引擎发电机工作， 因此能够最有效地向外部供给电力。
根据第 2 发明， 加速引擎时能够通过发电部的发电机辅助该加速至引擎到达预先 规定的引擎转速， 因此能缩短引擎的加速期间。而且， 发电部的发电机辅助引擎的加速， 因 此即使为加速期间中也能够使引擎以避免燃烧状态成为异常状态的方式工作。因此， 即使 负载骤上升也能够从引擎发电机供给充分的电力， 而且也能够防止引擎发电机的燃料消耗 率的恶化或黑烟的产生。
根据第 3 发明， 若引擎达到预先规定的引擎转速， 则可迅速切换成通过引擎的发 电运行， 因此能够减轻蓄电装置的负载。
根据第 4 发明， 能够提高待机状态中的引擎发电机的燃料消耗率。
根据第 5 发明， 仅以变化产生于发电部的发电机的转矩即能够在向外部供给电力 的发电状态与通过来自外部的电力驱动的状态之间切换引擎发电机的工作状态。因此， 即 使向外部供给的电力多少变动， 也能够将引擎的运行状态维持在稳定状态。
根据第 6 发明， 在负载的增加比例超出预定值时， 将引擎加速至能供给引擎负担 电力的转速时， 能够通过发电部的发电机辅助该加速， 因此能够缩短引擎的加速期间。而 且， 发电部的发电机辅助引擎的加速， 因此即使为加速期间中也能够使引擎以避免燃烧状 态成为异常状态的方式工作。 因此， 即使负载骤上升也能够从引擎发电机供给充分的电力， 而且能够防止引擎发电机的燃料消耗率的恶化或黑烟的产生。 根据第 7 发明， 仅以变化发电部的发电机的转速即能够在向外部供给电力的发电 状态与通过来自外部的电力驱动的状态之间切换引擎发电机的工作状态。因此， 即使向外 部供给的电力多少变动， 也能够将引擎的运行状态维持在稳定状态。
根据第 8 发明， 在负载的增加比例超出预定值时， 将引擎加速至能供给引擎负担 电力的转速时， 能够通过发电部的发电机辅助该加速， 因此能够缩短引擎的加速期间。而 且， 发电部的发电机辅助引擎的加速， 因此即使为加速期间中也能够使引擎以避免燃烧状 态成为异常状态的方式工作。 因此， 即使负载骤上升也能够从引擎发电机供给充分的电力， 而且能够防止引擎发电机的燃料消耗率的恶化或黑烟的产生。
根据第 9 发明， 能够使引擎制动器发挥作用， 因此能够在发电部消耗从外部供给 的电力。并且， 在使引擎制动器发挥作用的期间， 能够截止向引擎供给的燃料， 因此能够抑 制于引擎所消耗的燃料。
( 控制方法 )
根据第 10 发明， 在发电引擎负担电力的基础上， 能够在燃料消耗率最佳状态下使 引擎发电机工作， 因此能够最有效地向外部供给电力。
根据第 11 发明， 引擎到达预先规定的引擎转速为止加速引擎时， 能够通过发电部 的发电机辅助该加速， 因此能够缩短引擎的加速期间。 而且， 发电部的发电机辅助引擎的加 速， 因此即使为加速期间中也能够使引擎以避免燃烧状态成为异常状态的方式工作。 因此， 即使负载骤上升也能够从引擎发电机供给充分的电力， 而且能够防止引擎发电机的燃料消 耗率的恶化或黑烟的产生。
根据第 12 发明， 若引擎达到预先规定的引擎转速， 则可迅速切换成通过引擎的发 电运行， 因此能减轻蓄电装置的负载。
根据第 13 发明， 能够提高待机状态中的引擎发电机的燃料消耗率。
根据第 14 发明， 仅以变化产生于发电部的发电机的转矩即能够在向外部供给电 力的发电状态与通过来自外部的电力驱动的状态之间切换引擎发电机的工作状态。因此， 即使向外部供给的电力多少变动， 也能够将引擎的运行状态维持在稳定状态。
根据第 15 发明， 在负载的增加比例超出预定值时， 将发电部的发电机加速至能供 给引擎负担电力的转速时， 能够通过发电部的发电机辅助该加速， 因此能够缩短引擎的加 速期间。 而且， 发电部的发电机辅助引擎的加速， 因此即便使调速器工作来加速也能够使引 擎以避免燃烧状态成为异常状态的方式工作。因此， 即使负载骤上升也能够从引擎发电机 供给充分的电力， 而且能够防止引擎发电机的燃料消耗率的恶化或黑烟的产生。
根据第 16 发明， 仅以变化产生于发电部的发电机的转速即能够在向外部供给电 力的发电状态与通过来自外部的电力驱动的状态之间切换引擎发电机的工作状态。因此， 即使向外部供给的电力多少变动， 也能够将引擎的运行状态维持在稳定状态。
根据第 17 发明， 在负载的增加比例超出预定值时， 将发电部的发电机加速至能供 给引擎负担电力的转速时， 能够通过发电部的发电机辅助该加速， 因此能够缩短引擎的加 速期间。 而且， 发电部的发电机辅助引擎的加速， 因此即使为加速期间中也能够使引擎以避 免燃烧状态成为异常状态的方式工作。因此， 即使负载骤上升也能够从引擎发电机供给充 分的电力， 而且能够防止引擎发电机的燃料消耗率的恶化或黑烟的产生。
根据第 18 发明， 能够使引擎制动器发挥作用， 因此能够在发电部消耗从外部供给 的电力。并且， 使引擎制动器发挥作用期间， 也能够截止向引擎供给的燃料， 因此能够抑制 在引擎消耗的燃料。附图说明
图 1 是采用了本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的设备的简要方块图。
图 2 是本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的启动及通常运行的流程图。
图 3 是以转速基值控制引擎 20 时， 负载急剧增加时的运行状态的流程图。
图 4 是以转速基值控制引擎 20 时， 负载急剧增加时的运行状态的其他流程图。
图 5 是主装置 MP 再生运行的状态中的运行状态的流程图。
图 6 是以转矩基值控制引擎 20 时， 负载急剧增加时的运行状态的流程图。
图 7 是表示引擎发电机 10 的引擎 20 的特性图一例的图。
图 8 是表示卷扬用电动机 MM 的速度的时间变化 ( 图 8(A))、 驱动卷扬用电动机 MM 时的需求电力的时间变化 ( 图 8(B))、 引擎转速的时间变化 ( 图 8(C))、 引擎发电机 10 的发 电电力的时间变化 ( 图 8(D))、 来自蓄电装置 40 的放电电力的时间变化 ( 图 8(E)) 及只有 引擎 20 的输出和来自发电机 30 的辅助输出的时间变化 ( 图 8(F)) 的图。
图 9 是作为设置本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的门式起重机 C 的简要 说明图， (A) 为正视图， (B) 为侧视图。 具体实施方式
本发明的起重机用混合式电源装置， 具有如下特征 ： 在胶轮式龙门起重机或轮胎 架式悬臂起重机等机械中， 作为用于向绞车或横行装置等作业用驱动器供给电力的装置，具有引擎发电机和蓄电装置， 通过适当地控制引擎发电机的运行来不拘于负载的变动而能 够在燃料消耗率良好的状态下运行引擎发电机。
首先， 说明本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 之前， 以门式起重机为代表 简单说明设置本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的起重机结构。
图 9 中， 符号 C 表示门式起重机。图 9(A) 表示门型起重机 C 的正面， 图 9(B) 表示 门型起重机 C 的侧面。该门式起重机 C 具备 ： 门式框架 F， 具备横樑 K 和支承该横樑 K 的柱 H； 一对行走部 R、 R， 设置于该框架 F 中的柱 H 的下端。该一对行走部 R、 R 分别具备有车轮 S 和驱动该车轮 S 的行走电动机 RM， 并构成为若使该行走电动机 RM 驱动， 则门式起重机 C 能够行走。
另一方面， 在框架 F 的横樑设置有在该横樑上行走的吊运车 T。 该吊运车设置有使 吊运车 T 横行移动的横行用电动机 TM 和吊起货物等的卷扬机 M。该卷扬机 M 具备有陆续卷 扬抽出于前端安装有用以悬挂货物的吊钩等悬挂工具 TA 的钢丝绳的卷扬用电动机 MM。
并且， 在框架 F 设置有向上述行走电动机 RM、 横行用电动机 TM 及卷扬用电动机 MM 供给电力的、 本实施方式的起重机用混合式电源装置 1。
接着， 说明本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的简要。
图 1 中， 符号 MP 表示设置有本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的门式起重 机 C 等 ( 以下称为设备 ) 的主装置。该主装置 MP 包含上述行走部 R 的行走用电动机 RM、 吊 运车 T 的横行用电动机 TM、 卷扬用电动机 MM 等门式起重机 C 中的作业用驱动器。
并且， 图 1 中， 符号 SP 表示设备中的主装置 MP 以外的装置 ( 辅助装置 )。该辅助 装置 SP 表示设备中的主装置 MP 以外的装置， 例如控制用电源或者照明或保安用电源、 其他 辅机电动机等。
另外， 包含于主装置 MP 的各电动机分别具备有控制供给至各电动机的交流电力 的逆变器。
并且， 辅助装置 SP 也具备有控制供给至辅助装置 SP 的交流电力的辅助装置逆变 器。由于辅助装置 SP 也连接于后述的直流母线 La， 因此起因于引擎发电机的电压变动， 从 直流母线 La 供给的交流电力有可能变动。然而， 由于通过辅助装置逆变器将辅助装置 SP 连接于直流母线 La， 因此供给至辅助装置 SP 的交流电力通过辅助装置逆变器控制成稳定 的电压。
在此， 主装置 MP 和辅助装置 SP 成为外部负载。
图 1 中， 符号 La 表示从本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 向外部供给直流 电力的直流母线。该直流母线 La 连接于所述主装置 MP 及所述辅助装置 SP， 并能够向该些 装置供给来自起重机用混合式电源装置 1 的电力。
相反， 通过使主装置 MP 的各电动机再生发电产生的电力也能够通过直流母线 La 对辅助装置 SP 或起重机用混合式电源装置 1 供给。
另外， 该直流母线 La 在设备正在开动的状态下调整成本实施方式的起重机用混 合式电源装置 1 预定的运行电压。
( 起重机用混合式电源装置 1 的构成说明 )
如图 1 所示， 本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 具备有引擎发电机 10、 蓄电 装置 40、 及控制引擎发电机 10 及蓄电装置 40 的工作的控制装置 2。( 引擎发电机 10 的说明 )
首先， 引擎发电机 10 具备有引擎 20 和具有连接于该引擎 20 输出轴的发电机 31 的发电部 30。
( 引擎 20 的说明 )
引擎 20 是具备涡轮增压器等增压机构的柴油引擎， 具备有引擎主体 21 和控制该 引擎主体 21 的工作的引擎控制部 22。引擎控制部 22 是根据来自控制装置 2 的指令控制引 擎主体 21 的运行状态。
另外， 引擎 20 不限于如上述般具备涡轮增压器等增压机构的柴油引擎， 也包含不 具有增压机构的柴油引擎等。
( 发电部 30 的说明 )
发电部 30 具备有发电机 31 和控制发电机 31 的工作的逆变器等发电机控制部 32。
发电机 31 例如是具备磁铁内置式同步电动机 (IPM 电动机 ) 等， 但若为除作为发 电机的功能以外也具有电动机功能， 则不特别限定。该发电机 31 的主轴与引擎 20 输出轴 直接连结。即， 发电机 31 是其转速与引擎 20 输出轴的转速 ( 即， 引擎 20 的转速 ) 始终成 为相同地 ( 或始终为一定比 ) 连结。 发电机控制部 32 具有根据来自控制装置 2 的指令信号控制发电机 31 的工作， 例 如产生于发电机 31 的转矩或发电机 31 的转速等的功能。具体而言， 发电机控制部 32 根据 从控制装置 2 发送的指令决定赋予发电机 31 的电压或频率， 进而控制成发电机 31 的转速、 产生转矩与指令值一致。
而且， 发电机控制部 32 通过控制产生于发电机 31 的转矩、 发电机 31 的转速来切 换将发电机 31 所产生的电力供给至直流母线 La 的状态和接收来自直流母线 La 的电力供 给使发电机 31 工作的状态。
( 蓄电装置 40 的说明 )
如图 1 所示， 在所述直流母线 La 连接有蓄电装置 40， 以使与所述引擎发电机 10 成 并列。该蓄电装置 40 具备有升降压转换器 42 和可充放电的蓄电池或电容器等蓄电器 41， 蓄电器 41 通过升降压转换器 42 连接于直流母线 La。即， 蓄电装置 40 能够通过升降压转换 器 42 和直流母线 La 从蓄电器 41 对主装置 MP、 引擎发电机 10 供给电力， 或者相反， 能够将 来自主装置 MP、 引擎发电机 10 的电力充电至蓄电器 41。
并且， 蓄电装置 40 也具备有蓄电控制部 43。该蓄电控制部 43 具有监视蓄电器 41 的充电率的功能和控制升降压转换器 42 的工作的功能。控制升降压转换器 42 的工作的功 能是指控制成根据从控制装置 2 发送的电力指令信号切换升压动作、 降压动作、 遮断动作。
升压动作是指将从蓄电器 41 供给的直流电力的电压 ( 以下称为蓄电器侧电压 ) 进行升压而在所期望的定时向直流母线 La 仅输出所期望的时间的动作。
降压动作是指将直流母线 La 的电压进行降压而从直流母线 La 向蓄电器 41 供给 电力的动作， 遮断动作是指电遮断蓄电器 41 与直流母线 La 之间的动作。
由于具有如以上结构， 所以若控制成升降压转换器 42 进行升压动作， 则能够在所 期望的定时从蓄电器 41 向直流母线 La 仅供给所期望的时间的高于蓄电器侧电压的电压的 直流电力， 换言之， 在所期望的定时仅供给所期望的量。
相反， 若控制成升降压转换器 42 进行降压动作， 则由于能从直流母线 La 向蓄电器
41 侧输出电力， 因此能够向蓄电器 41 供给直流电力而充电蓄电器 41。
另外， 蓄电控制部 43 通常控制成直流母线 La 的电压维持预定的运行电压。即， 控 制成若直流母线 La 的电压变得高于预定的运行电压， 则充电蓄电器 41， 相反， 若直流母线 La 的电压变得低于预定的运行电压， 则蓄电器 41 供给电力。
( 控制装置 2 的说明 )
控制装置 2 是控制上述引擎发电机 10 及蓄电装置 40 的工作的装置。
另外， 输入至控制装置 2 的信息 ( 输入信息 ) 例如是有关所述主装置 MP 或辅助装 置 SP 的工作状况的信息， 即有关供给至主装置 MP 或辅助装置 SP 的电力 ( 电流值等 ) 的信 息或者蓄电装置 40 的充电率或电池电流值、 电池电压值等电池信息、 从发电机控制部 32 供 给至直流母线 La 的电流值、 引擎 20 的运行状态 ( 转速或燃料喷射量 ) 等， 但不限于该些是 不言而知的。
该控制装置 2 具有计算引擎发电机 10 及蓄电装置 40 所负担的电力的负担电力计 算部 2a 和制作并发送向引擎发电机 10 发送的指令信号的指令信号发送部 2b。
( 负担电力计算部 2a 的说明 )
负担电力计算部 2a 具有根据所述输入信息计算必须从引擎发电机 10 及蓄电装置 40 对直流母线 La 供给的总电力的功能。即， 具有计算应从引擎发电机 10 及蓄电装置 40 向 直流母线 La 供给的直流电力 ( 以下称为需求电力 ) 的功能。需求电力， 具体而言， 是对合 计主装置 MP 的各电动机工作所需的电力的电力 ( 主装置需求电力 ) 和起重机用混合式电 源装置 1( 辅助需求电力 ) 及辅助装置 SP 工作所需的电力 ( 辅助装置需求电力 ) 进行合计 的电力。 并且， 负担电力计算部 2a 也具有在主装置 MP 进行发电时， 计算从主装置 MP 供给 至直流母线 La 的直流电力 ( 以下称为外部电力 )， 换言之输入至起重机用混合式电源装置 1 的电力的功能。
另外， 负担电力计算部 2a 具有根据需求电力和蓄电装置 40 的蓄电器 41 的充电率 等决定引擎发电机 10 及蓄电装置 40 各自所负担的电力比例的功能。而且， 还具有将包含 有关该负担比例的信息的电力指令信号对于包含引擎发电机 10 所负担的电力 ( 引擎负担 电力 ) 的信息的电力指令信号发送至指令信号发送部 2b， 并且， 对于包含蓄电装置 40 所负 担的电力 ( 蓄电器负担电力 ) 的信息的电力指令信号发送至蓄电控制部 43 的功能。
另外， 各装置所负担的电力比例适当设定即可， 但例如主装置 MP 为通常运行状 态， 则能够指示为在需求电力中引擎发电机 10 及蓄电装置 40 均各负担 50％。并且， 若蓄 电器 41 的充电率为较高状态， 则能够加大蓄电器 41 的负担比例来减小引擎发电机 10 的负 担。 此时， 由于引擎发电机 10 的负担变小， 因此能够使引擎发电机 10 进行节能运行。 相反， 若蓄电器 41 的充电率为较低状态， 则能够减小蓄电器 41 的负担比例而抑制蓄电装置 40 的 充电率下降地工作。如此， 负担电力计算部 2a 根据来自外部负载的需求电力和所述蓄电装 置 40 的充电电力计算引擎负担电力。
而且， 负担电力计算部 2a 也具有检测出产生需求电力的急剧增加时， 计算以后所 需求的最大电力 ( 预测最大电力 ) 成为哪种程度， 并且， 预测最大电力所需求的定时为多少 的功能。
另外， 需求电力急剧增加时是指若为起重机就相当于开始卷扬动作时等。 并且， 检
测产生需求电力的急剧增加的方法不特别限定， 但例如若为起重机的卷扬动作时， 能够通 过检测使卷扬机工作的杠杆等如何由驾驶员操作来进行检测， 也能够由起重机开始卷扬动 作时特征性地产生的电力的增加率进行检测。
预测最大电力例如若为起重机能够通过事前输入吊起货物的数据等并根据该货 物的重量和电力的增加率计算， 也能够事前进行通过起重机吊起货物的试验， 并根据该数 据进行推测， 并不特别限定。
( 指令信号发送部 2b 的说明 )
指令信号发送部 2b 具有根据所述负担电力计算部 2a 计算出的引擎负担电力生成 并发送对引擎发电机 10 指示运行状态的信号的功能。指示运行状态的信号是指示引擎发 电机 10 所产生的转矩的转矩指令信号、 指示引擎发电机 10 的转速的转速指令信号等。
该指令信号发送部 2b 具有为生成转矩指令信号及转速指令信号对引擎负担电力 计算能够在燃料消耗率良好的状态下发电的输出转矩及转速的功能。 该功能计算输出转矩 及转速的方法不特别限定， 例如能够举出根据如下示意图计算输出转矩及转速的方法等， 即， 表示电力与能够在燃料消耗率最佳状态下发电该电力的引擎发电机 10 的输出转矩的 关系的示意图、 及表示引擎发电机 10 的输出转矩与能够在燃料消耗率最佳状态下输出各 输出转矩的引擎转速或燃料供给量 ( 若为柴油引擎则为燃料喷射量 ) 的关系的示意图。 将如上述般能够使用于引擎发电机 10 的输出转矩及转速的计算的示意图的一例 示于图 7。
图 7 是引擎发电机 10 的特性图， 为将横轴设为引擎转速， 将纵轴设为引擎转矩 ( 左轴 ) 及引擎输出 ( 右轴 ) 的图表， 是用虚线表示等输出线 P1 ～ P8， 用实线表示等燃料 消耗率线 α1 ～ α5。另外， 等输出线随着从 P1 向 P8 移动输出变大， 在等燃料消耗率线中， 随着从 α5 向 α1 移动燃料消耗率变良好。并且， 粗实线示出表示引擎能够输出的能力的 最大转矩线。
若使用该示意图， 则能够从引擎负担电力求出能在燃料消耗率最佳状态下发电的 引擎转矩及引擎转速。即， 若所需求的引擎负担电力为 P3 时， 燃料消耗率通过引擎转速从 α1 以下变化至 α5 以上。 这样， 若使引擎转矩和引擎转速的交点位于由 α1 包围的区域内 地选择引擎转速 ( 例如引擎转矩 τ2 和引擎转速 N2、 t1 的状态 )， 则能在燃料消耗率良好 状态下发电。尤其在该区域内， 也使引擎转矩和引擎转速的交点位于燃料消耗率变得最佳 区域地选择两者， 就能在燃料消耗率最佳状态下发电。
在该控制装置 2 输入有来自各装置的信息， 控制装置 2 根据该信息向引擎发电机 10 及蓄电装置 40 发送指令信号， 从而控制两装置的工作。
并且， 指令信号发送部 2b 具有在通常运行中进行通常运行模式下的控制， 在需求 电力急剧增加时进行加速模式下的控制的功能。
通常运行模式是根据引擎负担电力以能够在燃料消耗率良好状态下发电的输出 转矩及转速控制引擎发电机 10 的控制模式。
加速模式是主装置 MP 的需求电力急剧增加时， 进行在成为变成预测最大电力的 定时 ( 预测定时 ) 之前， 使引擎发电机 10 的转速到达引擎发电机 10 能最有效地发电引擎 负担电力的转速 ( 目标转速 ) 的控制的控制模式。
并且， 为了在加速模式中进行如上述的控制， 指令信号发送部 2b 具有制作转速的
时间变动数据， 并根据该转速的时间变动数据生成并发送转速指令信号的功能。转速的时 间变动数据是为了使引擎发电机 10 的转速在预测定时之前从目前转速上升至目标转速而 使用的数据， 例如在加速模式中为规定使引擎发电机 10 的转速时间变动的比例的数据或 按预定时间间隔指定转速的数据等， 但不特别限定。
制作转速的时间变动数据的方法不特别限定， 例如能够采用在从目前至预测定时 期间、 根据目前转速与目标转速的转速差等， 从存储于指令信号发送部 2b 的多个转速的时 间变动数据选择适当的数据的方法。 并且， 也能够采用在从目前至预测定时期间， 根据目前 转速、 目标转速等利用斜坡函数来制作转速的时间变动数据的方法。
另外， 目标转速不拘于预测最大电力的值， 也能够设为产生引擎发电机 10 的额定 输出的转速。此时， 即使实际的最大电力超出预测最大电力时或从计算预测最大电力的时 点负载进一步剧增时也能够防止从引擎发电机 10 供给的电力不足。而且， 负担电力计算部 2a 不具有计算预测定时的功能时， 若将目标转速设为产生引擎发电机 10 的额定输出的转 速， 就能够防止产生电力不足。
并且， 计算预测定时的方法不特别限定， 但例如若为起重机则能够通过事前输入 吊起货物的数据等， 并根据该货物的重量和电力的增加率计算， 也能够事前进行通过起重 机吊起货物的试验， 并根据其数据进行推测， 不特别限定。
另外， 负担电力计算部 2a 不具有计算预测定时的功能时， 也能够检测需求电力的 急剧增加之后， 使经过预先规定的期间之后到达目标转速地形成转速指令信号。例如为具 备涡轮增压器等增压机构的柴油引擎时， 考虑从加速开始至增压机构的工作为止的时滞 ( 例如 3 ～ 4 秒左右 )， 可以使在 0.5 秒左右的期间到达目标转速地形成转速指令信号。
另外， 指令信号发送部 2b 具有主装置 MP 进行再生运行时进行再生模式下的控制 的功能。
再生模式是使引擎发电机 10 的引擎 20 作为能量消耗机构来发挥作用的控制模 式。
为了在再生模式中进行如上述控制， 控制装置 2 的指令信号发送部 2b 具有制作指 示引擎 20 的转速的引擎转速指令信号和指示发电部 30 的发电机 31 的转速的发动机转速 指令信号的功能。
该功能是例如作为引擎转速指令信号， 制作转速指令信号 ( 引擎转速指令信号 ) 使引擎 20 以空转速度工作， 且作为发电机转速指令信号， 制作转速指令信号 ( 发电机转速 指令信号 ) 使发电机 31 以引擎 20 的空转速度 +α 的速度工作的功能。由此， 引擎成为负 载， 因此作为能量消耗机构发挥作用。
另外， 引擎转速指令信号及发电机转速指令信号不限于上述转速， 只要为引擎转 速指令信号稍低于发电机转速指令信号的转速即可。
( 起重机用混合式电源装置 1 的动作 )
接着， 说明具有如以上结构的本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的工作。
(1) 起重机用混合式电源装置 1 的启动动作
根据图 2 说明起重机用混合式电源装置 1 的启动。
1) 引擎 20 的启动
本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 启动时， 通过启动开关等来启动 ( 步骤S1)。而且， 启动引擎发电机 10 的引擎 20( 步骤 S2)。另外， 启动时控制成控制装置 2 不工 作。
被启动的引擎 20 控制成引擎主体 21 通过引擎控制部 22 成为空转状态。即， 引擎 主体 21 的转速上升至成为空转速度。
2) 辅助装置 SP 的启动
若启动引擎发电机 10 的引擎 20， 则通过发电部 30 的发电机 31 开始发电。而且， 若直流母线 La 的电压能够通过从发电机 31 供给的电力维持辅助装置 SP 能够运行的最低 运行电压， 则启动辅助装置 SP 内逆变器 ( 步骤 S3)。
另外， 若发电机控制部 32 为逆变器， 则发电机 31 发电的电力也能够通过逆变器的 二极管桥式电路被三相全波整流而使用于充电连接于直流母线 La 的逆变器的电容器。
并且， 发电部 30 的发电机 31 为具有励磁线圈的一般发电机时， 为防止通过供给至 直流母线 La 的电流急剧增加产生的问题， 需对发电机控制部 32 设定初始充电电流抑制功 能。另一方面， 作为发电机 31 使用 IPM 电动机时， 启动时发电机 31 的发电电压随着引擎主 体 21 的转速的上升而上升， 因此具有不设定初始充电电流抑制功能也可以的优点。
3) 控制装置 2 的启动
若启动辅助装置 SP 内的逆变器， 则确保起重机用混合式电源装置 1 的控制所需的 电源， 因此启动起重机用混合式电源装置 1 的控制装置 2， 起重机用混合式电源装置 1 工作 ( 步骤 S4)。
而且， 通过启动的控制装置 2 控制引擎发电机 10 及蓄电装置 40， 通过从引擎发电 机 10 和蓄电装置 40 双方供给的电力来调整成直流母线 La 维持预定运行电压。这样， 结束 起重机用混合式电源装置 1 的启动， 成为能够使主装置 MP 工作的状态。即， 成为能够开动 设备的状态。
在此， 直流母线 La 的运行电压为了防止无法控制从引擎发电机 10 供给至直流母 线 La 的电力 ( 电流量 ) 而设定为高于通过发电机 31 进行通常的发电能够向外部供给的电 压的最高值。即， 无法以发电机 31 的通常的发电对直流母线 La 供给电力。但是， 在本实施 方式的起重机用混合式电源装置 1 中， 通过发电机控制部 32 将发电机 31 控制为再生制动 状态， 能够从发电机 31 对直流母线 La 供给电力。
另外， 除辅助装置 SP 内的逆变器以外设置能供给其他电源 ( 例如市电 ) 等起重机 用混合式电源装置 1 的控制所需电力的电力供给机构， 则也能够在启动辅助装置 SP 内的逆 变器之前启动起重机用混合式电源装置 1。
(2) 设备开动时
在本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 中， 设备开动时， 根据主装置 MP 的工 作状况， 即主装置 MP 所需求的电力变化工作状态。具体而言， 构成为对于以下各状态， 分别 以适当的状态进行工作， 因此说明各状态中的本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的 工作。
1) 待机状态
2) 通常运行状态
3) 主装置 MP 的需求电力急剧增加时
4) 主装置 MP 进行再生运行时另外， 控制装置 2 构成为在将转速指令信号发送至引擎控制部 22 时， 转矩指令信 号发送至发电机控制部 32， 相反， 转矩指令信号发送至引擎控制部 22 时， 转速指令信号发 送至发电机控制部 32。
因此， 首先说明从控制装置 2 向引擎控制部 22 发送转速指令信号， 并向发电机控 制部 32 发送转矩指令信号的情况 ( 第 1 实施方式 )。
1) 待机状态
在主装置 MP 的电动机皆不工作的状态 ( 待机状态 ) 下， 仅在起重机用混合式电源 装置 1 及辅助装置 SP 的工作上消耗电力。此时， 成为该些工作所需电力和能够将直流母线 La 维持在运行电压程度的电力供给至直流母线 La 的状态。 在该状态下， 控制成几乎由引擎 发电机 10 负担起重机用混合式电源装置 1 及辅助装置 SP 的工作所需电力。
另一方面， 在待机状态下， 蓄电装置 40 工作成使蓄电器 41 充放电而直流母线 La 的电压维持为运行电压， 因此蓄电器 41 的充电率随着充放电上下移动。
因此， 若蓄电装置 40 的充电率成为一定值以下， 则控制装置 2 对引擎发电机 10 进 行控制， 以成为对直流母线 La 供给除了起重机用混合式电源装置 1 等的工作所需电力以外 还供给可充电蓄电装置 40 程度的电力的状态。即， 从控制装置 2 发送转速指令信号及转矩 指令信号， 以使引擎发电机 10 以能最有效地发电合计起重机用混合式电源装置 1 等的工作 所需电力和蓄电装置 40 的充电所需电力的电力的转速工作， 从而引擎发电机 10 进行工作。 而且， 若蓄电器 41 的充电率恢复至预定充电率以上， 则引擎发电机 10 通过控制装置 2 恢复 至原来的运行状态。 相反， 充电率上升时， 使从引擎发电机 10 供给至直流母线 La 的电力变得少于混合 式电源装置 1 等的工作所需电力地控制引擎发电机 10， 因此在蓄电器 41 中产生放电， 恢复 至预定充电率。
即， 控制装置 2 控制成能够将蓄电器 41 的充电率维持在预定范围内， 按照蓄电器 41 的充电率适当进行为了调整该些蓄电器 41 的充电率进行的引擎发电机 10 的运行状态的 变更。
并且， 在主装置 MP 不工作 ( 待机状态 ) 时， 所需电力较少， 因此优选控制成引擎发 电机 10 在所有运行状态中发电效率最高的运行状态即燃料消耗率最佳状态下工作。这样， 能够抑制引擎发电机 10 的燃料消耗， 因此能够较高地维持起重机用混合式电源装置 1 的运 行效率。
2) 通常运行状态 ( 步骤 S5)
接着， 根据图 2 说明起重机用混合式电源装置 1 的通常运行时的工作。
另外， 为了使说明易懂， 与图 9 的门式起重机 C 中的通常运行时的工作作对比进行 说明。
通常运行状态是需求电力的电压变动而其变动比例即， 需求电压的增加比例或减 少比例较少的状态。例如在图 9 的门式起重机 C 等中相当于卷扬用电动机 MM 未工作而行 走用电动机 RM 或横行用电动机 TM 驱动的情况。
在通常运行状态中， 首先通过控制装置 2( 例如通过负担电力计算部 2a) 计算主装 置 MP 的各电动机所具备的逆变器 ( 具体而言， 行走用逆变器、 横行用逆变器、 辅机用逆变 器、 卷扬用逆变器 ) 所需的电力， 并计算主装置 MP 的需求电力 ( 步骤 S6)。
这样， 控制装置 2 判断需求电力的增加比例是否超出预先规定的临界值， 未超出 临界值时， 控制装置 2 判断主装置 MP 为通常运行 ( 步骤 S7)， 并维持通常运行状态地进行控 制 ( 步骤 S8)。
另外， 在行走用电动机 RM 或横行用电动机 TM 的驱动中， 由于驱动时影响的设备的 惯性力小， 因此通常需求电力的增加比例不会超出预先规定的临界值。
若判断成通常运行状态， 则通过控制装置 2 的负担电力计算部 2a 计算引擎发电机 10 及蓄电装置 40 应负担的电力。 这样， 在指令信号发送部 2b 中， 根据引擎负担电力计算能 够对该引擎负担电力以燃料消耗率良好的状态下发电的输出转矩及转速。而且， 制作包含 计算出的输出转矩及转速的信息的转速指令信号及转矩指令信号， 并分别发送至引擎控制 部 22 及发电机控制部 32。同时， 从负担电力计算部 2a 相对于蓄电控制部 43， 包含蓄电器 负担电力的电力指令信号发送至蓄电控制部 43。
引擎 20 的引擎控制部 22 根据包含于转速指令信号的转速指令控制引擎主体 21 使引擎 20 维持其转速。具体而言， 通过调节器等调速器 ( 以下仅称为调节器 ) 控制引擎主 体 21 使维持所指示的转速。
另一方面， 在发电部 30 的发电机控制部 32 控制成以转矩指令信号所指示的转矩 产生于发电机 31。 即， 在所述的引擎转速中， 控制发电机 31 的转矩使发电机 31 能够产生引 擎负担电力。这样， 发电与引擎 20 的转速和发电机 31 的转矩对应的电力， 相当于所指示的 引擎负担电力的电力供给至直流母线 La。
并且， 从蓄电装置 40 根据电力指令向指流母线 La 供给蓄电装置 40 应负担的电力。 因此， 能够从引擎发电机 10 和蓄电装置 40 向直流母线 La 供给预定电力， 使满足 预定需求电力， 所以能够从直流母线 La 对主装置 MP， 换言之从起重机用混合式电源装置 1 对主装置 MP 供给所需电力。
而且， 控制成引擎发电机 10 的引擎主体 21 成为对引擎负担电力能够最有效地发 电的运行状态， 因此能提高引擎发电机 10 的燃料消耗率。
而且， 控制装置 2 的负担电力计算部 2a 始终监视需求电力， 并随着需求电力的变 动使引擎发电机 10 及蓄电装置 40 所负担的电力变化。这样， 指令信号发送部 2b 使发送至 引擎发电机 10 的指令信号变化， 因此即使需求电力变化， 也能够将引擎发电机 10 的运行状 态控制成成为最佳运行状态。
在此， 根据图 7 说明通常运行中的引擎转速和引擎转矩的变化对燃料消耗率所带 来的影响。
例如设为指令信号发送部 2b 利用图 7 的引擎特性图计算引擎转矩及引擎转速。 而 且， 设为引擎发电机 10 在引擎转矩 τ1、 引擎转速 N1 的状态， 即需求电力为 P1 以下的状态 下运行 ( 图 7 的 t0)。
设为从该状态主装置 MP 所需求的电力增加， 负担电力计算部 2a 作为引擎负担电 力计算 P3 并发送电力指令信号。接收电力指令信号的指令信号发送部 2b 能够从图 7 的引 擎特性图输出引擎负担电力 P3， 而且计算在燃料消耗率成为最佳的区域 (α1 的内侧 ) 具有 交点的引擎转速 (N2、 目标转速 ) 和引擎转矩 (τ2)(t1)。
而且， 若通过来自指令信号发送部 2b 的指示变更引擎发电机 10 的工作， 使引擎转
速成为 N2、 引擎转矩成为 τ2， 则至预定定时为止能够设为引擎发电机 10 能在燃料消耗率 良好的状态下输出引擎负担电力 P3 的状态。
2) 主装置 MP 的需求电力急剧增加时
根据图 3 说明起重机用混合式电源装置 1 的装置 MP 中的需求电力急剧增加的情 况。
另外， 为了使说明易懂， 与图 9 的门式起重机 C 的通常运行时的工作作对比进行说 明。
若从通常运行状态或待机状态驱动卷扬用电动机 MM， 则通过控制装置 2( 例如通 过负担电力计算部 2a) 计算由卷扬用逆变器所需求的电力， 与通常运行状态相同地， 计算 主装置 MP 的需求电力， 并判断该需求电力的增加比例是否超出预先规定的临界值。当然， 也计算由其他逆变器所需求的电力。
在此， 卷扬用电动机 MM 的卷扬的加速与行走或横行不同， 需在预先规定的时间内 进行， 因此控制装置 2 需将较大电力供给至卷扬用逆变器。而且， 由于卷扬用电动机 MM 使 卷扬钢丝绳用飞轮等转动驱动， 因此驱动时产生影响的设备的惯性力较大。 因此， 若驱动卷 扬用电动机 MM， 则需求电力的增加比例通常超出预先规定的临界值。
如需求电力的增加比例超出预先规定的临界值时， 即， 需求电力急剧增加时， 若使 引擎发电机 10 急剧加速， 以使随从需求电力的剧增， 则恶化引擎发电机 10 的燃烧状态， 并 产生黑烟的产生或燃料消耗率的恶化， 最坏时产生引擎停止而系统失灵的问题。
因此在本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 中， 控制装置 2 检测出主装置 MP 的需求电力的增加比例超出预定值时， 为了防止引擎发电机 10 的燃烧状态恶化而构成为 在以下加速模式工作 ( 参考图 3)。
首先， 若控制装置 2 检测出主装置 MP 的需求电力的增加比例超出预定值， 则开始 加速模式下的控制 ( 步骤 S20)， 通过负担电力计算部 2a 计算预测最大电力及成为预测最大 电力的定时 ( 步骤 S21)， 并计算引擎负担电力。若计算出的引擎负担电力发送至指令信号 发送部 2b， 则通过指令信号发送部 2b 计算能最有效地输出预测最大电力的引擎 20 的转速 ( 目标转速 )( 步骤 S22)。
若计算目标转速， 则通过指令信号发送部 2b 制作转速的时间变动数据 ( 步骤 S23)， 并根据转速的时间变动数据依次向引擎发电机 10 的引擎控制部 22 发送转速指令信 号 ( 步骤 S24)。
另一方面， 在加速模式中， 对于通常运行时发送转矩指令信号的发电机控制部 32 也从指令信号发送部 2b 发送具有与发送至引擎控制部 22 的转速指令信号相同的信息的转 速指令信号 ( 步骤 S24)。
如此， 若包含相同转速的信息的转速指令信号发送至引擎控制部 22 和发电机控 制部 32 双方， 则工作成发动机 31 引擎辅助引擎 20 的转速的上升， 因此防止引擎 20 的燃烧 状态恶化的同时， 能够缩短引擎 20 的加速期间。
能够通过发电机 31 引擎辅助引擎 20 的转速的上升来防止引擎 20 的燃烧状态恶 化的理由如以下。
首先， 将引擎 20 的转速从目前转速加速至目标转速时， 调节器工作成使燃料的供 给量增加至不产生燃烧状态恶化的程度。但是， 所需求的转速上升速度较快时， 即使使燃料的供给量增加至上述程度引擎 20 的输出响应性也较慢， 因此引擎 20 的转速上升无法追随需求转速。更具体而言， 即使向 引擎 20 的喷射量变大， 但由于供给的空气不足， 因此引擎 20 无法加速。
因此， 引擎 20 的转速未充分加速而产生加速迟延。这样， 调节器为了使转速上升 而欲供给更大量的燃料， 但此时成为燃料过量供给的状态， 产生燃烧状态的恶化。如此， 在 引擎转速和增压率均未上升的状态下， 引擎 20 无法产生高输出 ( 过渡现象 )， 因此若引擎负 担过大， 则有引擎 20 停止的忧虑。
在此， 若对发电机 31 指示成使转速以与引擎 20 相同条件上升， 则发电机 31 也欲 以所需求的转速上升速度加速。因此， 即使有引擎 20 的加速迟延而发电机 31 的加速也变 慢， 则发电机控制部 32 使施加于发电机 31 的主轴的转矩增加， 以使以发电机 31 所指示的 转速上升速度加速。即， 发电机 31 作为通过从直流母线 La 供给的直流电力驱动引擎 20 的 驱动机构而进行工作。 此时所施加的转矩相当于通过调节器将燃料的供给量增加至不产生 燃烧状态恶化的程度时引擎 20 所产生的转矩与引擎 20 的加速正常所需的转矩的差。即， 成为发电机 31 引擎辅助于引擎 20 的转速的上升中不足的转矩的状态。
而且， 通过发电机 31 进行引擎辅助， 通过调节器供给至引擎 20 的燃料抑制至不产 生燃料状态恶化的程度的量。
因此， 能够防止引擎 20 的燃烧状态恶化的同时， 缩短引擎 20 的加速期间。
另外， 基于上述发电机 31 的引擎辅助包含向引擎主体 21( 也包含引擎用飞轮 ) 供 给动力 ( 转矩 ) 来辅助加速的情况和通过发电机 31 自身加速来减轻引擎主体 21 的负担而 辅助加速的情况。
指令信号发送部 2b 检测引擎转速是否达到目标转速， 直至引擎转速达到目标转 速， 持续加速模式下的运行 ( 步骤 S25)。
而且， 若引擎 20 到达目标转速， 则通过指令信号发送部 2b 制作转速指令信号及转 矩指令信号， 以使引擎 20 在能够最有效地发电对应于需求电力的引擎负担电力的运行状 态下工作。即， 控制恢复至通常运行状态 ( 步骤 S26)。
在加速模式下如以上进行控制， 因此若只要在需求预测最大电力之前， 到达能够 供给引擎发电机 10 处于预测最大电力时的引擎负担电力的转速， 则在需求预测最大电力 时， 能够将引擎负担电力可靠地供给至直流母线 La。
另外， 在加速模式下进行控制期间， 使直流母线 La 维持在运行电压地从蓄电器 41 供给电力。即， 从蓄电器 41 不仅供给需求电力， 而且供给包含用于发电机 31 工作所需电力 的所有电力， 因此直流母线 La 维持在运行电压。
并且， 在上述中说明了在加速模式下进行控制时， 从指令信号发送部 2b 也对发电 机控制部 32 发送转速指令信号的情况。但是， 能够设为通过作为已知值的引擎发电机 10 所具备的惯性力、 预先规定的上升时间 (5 秒 )， 目标转速计算所需转矩， 并将计算出的转矩 作为转矩指令信号输入至发电机控制器 32( 图 4 的步骤 S24a)， 也能够设为通过该方法发电 机 31 引擎辅助引擎 20( 图 4)。
在此， 根据图 8 说明图 9 的门式起重机 C 中执行加速模式时的一例。
另外， 在图 8 示出卷扬用电动机 MM 的转速的时间变化 ( 图 8(A))、 驱动卷扬用电 动机 MM 时的需求电力的时间变化 ( 图 8(B))、 引擎转速的时间变化 ( 图 8(C))、 引擎发电机10 的发电电力的时间变化 ( 图 8(D))、 来自蓄电装置 40 的放电电力的时间变化 ( 图 8(E)) 及在只有引擎 20 的输出 ( 实线 ) 和在只有引擎 20 的输出 (PE) 追加了来自发电机 30 的辅 助输出的合计输出 ( 点划线 ) 的时间变化 ( 图 8(F))。
通过卷扬用电动机 MM 进行卷扬时， 其转速通常需要在起重机规格上预先规定的 时间 (t2 ： 例如 5 秒 ) 之前结束加速， 切换成等速运行 ( 图 8(A))。因此， 使加速在预先规定 的时间 (t2 ： 例如 5 秒 ) 结束地计算需求电力 ( 图 8(B))。
然而， 由于引擎 20 对需求电力的增加响应性差， 因此需求电力急剧增加时， 无法 使引擎 20 的转速急剧增加至对应需求电力的增加 ( 图 8(C) 中虚线 )。
因此， 引擎 20 的转速成为 Ne 为止需要时刻 t0 ～ t3 的时间。如此， 在引擎转速 ( 在具有增压器的引擎中为引擎转速和增压率 ) 未上升的状态下， 无法使引擎发电机 10 的 输出充分上升 ( 图 8(F) 中时刻 t0 以后的虚线 )。
另一方面， 若成为引擎转速 ( 在具有增压器的引擎中为引擎转速和增压率 ) 上升 且获得引擎输出至 Pe， 则能够加速引擎 20 的转速为仅通过引擎 20 的输出对应需求电力的 增加。
因此， 获得引擎 20 能够加速的转速 Ne 以仅通过引擎 20 的输出对应需求电力的增 加为止 ( 时刻 t1 为止 ) 发电机 31 辅助引擎地工作并辅助引擎 20 的加速。
即， 若判断成通过负担电力计算部 2a 计算出的需求电力的增加比例超出预先规 定的临界值， 则发电机 31 从发电运行切换至电动运行。而且， 发电机 31 通过来自蓄电装置 40 的放电电力来进行辅助引擎 20 的运行 ( 图 8(D) 的时刻 t0 ～ t1 的阴影部分 )。
在时刻 t0 ～ t1， 来自蓄电装置 40 的放电电力在基于发电机 31 的引擎辅助运行和 基于卷扬用电动机 MM 的卷扬运行中消耗。在图 8(D) 的时刻 t0 ～ t1， 负值部分 ( 阴影部 分 ) 为通过发电机 31 消耗的放电电力， 正值部分 ( 白色部分 ) 表示由卷扬用电动机 MM 消 耗的放电电力。
通过发电机 31 进行引擎引擎辅助运行， 发电机 31 对引擎 20 辅助在引擎转速的上 升中不足的转矩量。因此， 引擎 20 的转速急剧上升 ( 图 8(C) 中时刻 t0 以后的实线 )。引 擎转速急剧上升的期间， 持续向引擎 20 供给燃料。在此期间， 通过引擎转速的上升和向引 擎的燃料的供给， 基于引擎的输出 ( 图 8(F) 中实线部分 ) 能够比无引擎辅助时 ( 图 8(F) 中虚线 ) 迅速增大。在此以后基于发电机的引擎辅助运行也持续至时刻 t1( 图 8(F) 中点 划线部分 )。
从而， 引擎转速以较高响应性上升， 因此在时刻 t1 为止期间， 引擎 20 能够到达能 够使输出仅以自身输出增大的引擎转速 Ne( 图 8(F) ： 时刻 t1)。
即， 在时刻 t1， 引擎 20 成为获得能使引擎 20 输出充分上升的引擎转速和增压率的 状态。
而且， 在时刻 t1， 由于引擎 20 到达能够仅以引擎 20 的输出增大输出的引擎转速 Ne， 因此发电机 31 从引擎辅助运行切换至发电运行 ( 图 8(D) 中时刻 t1)。与此同时， 发电 机 31 为进行引擎辅助所消耗的电力消失， 因此与此对应的量的来自蓄电装置 40 的放电电 力也减少。
从而， 来自蓄电装置 40 的放电电力暂时降低 ( 图 8(E) 中时刻 t1)。
时刻 t1 以后， 卷扬用电动机 MM 也持续加速， 因此需求电力持续增大。从而， 来自蓄电装置 40 的放电电力持续上升。
另一方面， 由于引擎 20 到达转速 Ne， 因此引擎 20 能使引擎输出仅以引擎 20 的输 出急剧上升 ( 图 8(F) 中时刻 t1 ～ t2)。
而且， 在时刻 t2， 若引擎转速到达 N1， 则起重机用混合式电源装置 1 被切换至上述 的通常运行。
如此， 起重机用混合式电源装置 1 在成为获得引擎 20 能够使其输出充分上升的引 擎转速和增压率为止期间， 使用发电机 31 的输出进行引擎辅助运行。因此， 不拘于对需求 电力的增加有响应性迟延， 能够通过发电机 31 的引擎辅助运行使引擎转速在短时间上升 至 Ne。
因此， 不会产生燃烧状态的恶化而能够使引擎转速增加。而且， 卷扬用电动机 MM 能够在预先规定的时间 (t2) 之前结束加速。因此， 在通常起重机 ( 例如图 9 的门型起重机 C 等 ) 中， 能够使卷扬动作在约 50 秒以内结束。
另外， 也能够在引擎 20 的转速到达目标转速之前恢复至通常运行模式。例如也能 够在引擎 20 的转速成为目标转速 - 数％的转速时能够恢复至通常运行模式。
3) 主装置 MP 进行再生运行时 ( 再生模式 )
在设置有本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 的设备中， 在主装置 MP 进行再 生发电时， 再生发电的电力首先使用于辅助装置 SP 的工作而被消耗。
但是， 再生发电的电力超出辅助装置 SP 的消耗电力时， 剩下电力供给至直流母线 La。即， 成为从外部对起重机用混合式电源装置 1 供给电力的状态。这样， 在起重机用混合 式电源装置 1 中， 为了辅助装置 SP 的工作而供给至直流母线 La 的电力变得多余。
在此， 在蓄电装置 40 的蓄电器 41 的充电率有剩余时， 若直流母线 La 的电压通过 从外部供给的电力变高， 则蓄电装置 40 对充电器 41 进行充电， 以使直流母线 La 的电压保 持在运行电压， 但若所充电的电力量变大， 则起因于充电的蓄电装置 40 的负载就变大。
尤其在如使用于图 9 的门式起重机 C 的卷扬用电动机 MM 中， 通常再生运行时间较 长 ( 约 1 分钟 )， 因此若将通过卷扬用电动机产生的再生电力全部充电至蓄电装置 40， 则导 致蓄电装置成为过量充电状态。而且先前， 在卷扬用电动机的再生运行中， 由于引擎 20 持 续进行空转运行， 因此引擎 20 的燃料消耗率也变差。
因此， 在本实施方式的起重机用混合式电源装置 1 中， 再生发电的电力超出辅助 装置 SP 的消耗电力时， 工作成发电机 31 驱动引擎 20 来控制成消耗再生发电的电力。 而且， 控制成只有即使驱动引擎 20 也无法消耗的电力 ( 剩余电力 ) 充电至蓄电装置 40 的蓄电器 41( 参考图 5)。
即， 再生发电的电力超出在辅助装置 SP 中消耗的电力时， 本实施方式的起重机用 混合式电源装置 1 工作成通过发电机 31 驱动引擎 20 来抑制直流母线 La 的电压上升。而 且， 工作成仅在只驱动引擎 20 无法抑制直流母线 La 的电压的上升时， 蓄电装置 40 充电剩 余电力来将直流母线 La 的电压维持在运行电压。
这样， 由于通过发电机 31 驱动引擎 20， 因此能够减少供给至引擎发电机 10 的引擎 主体 21 的燃料， 并向蓄电装置 40 仅供给剩余电力， 所以能够减少起因于充放电的蓄电装置 40 的负载。
具体而言， 若检测出从外部供给的电力 ( 例如在主装置 MP 中为再生发电的电力 )超出辅助装置 SP 的工作所需电力， 则控制装置 2 的指令信号发送部 2b 制作引擎转速指令 信号并将该引擎转速指令信号发送至引擎 20 的引擎控制部 22( 步骤 S32)。
同时， 控制装置 2 的指令信号发送部 2b 使发电机 31 以引擎 20 的空转速度 +α 的 速度工作地制作发电机转速指令信号并将该发电机转速指令信号发送至发电部 30 的发电 机控制部 32( 步骤 S31)。
这样， 由于引擎主体 21 的转速指令低于发电机 31 的转速指令， 因此发电机 31 工 作成使引擎主体 21 的转速上升而成为开动引擎制动器的状态， 所以消耗在主装置 MP 中再 生发电的电力。如此， 控制成发电机 31 工作成驱动引擎 20 消耗再生发电的电力。而且， 即 使驱动引擎 20 也无法消耗的电力 ( 剩余电力 ) 充电至蓄电装置 40( 步骤 S33、 S34)。
因此， 若在主装置 MP 再生工作时进行上述控制， 则能够减少向引擎发电机 10 的引 擎主体 21 供给的燃料并能够减少起因于充放电的蓄电装置 40 的负载。
而且， 与将从外部供给的电力通过电阻等作为热能捨弃时相比， 一部分电力有助 于引擎 20 的燃料消耗率的提高， 剩余电力能够通过从蓄电器 41 供给至直流母线 La 来再利 用， 因此能有效利用从外部供给的电力。
尤其优选对控制装置 2 设定判断能否通过再生发电的电力， 即从外部供给至直流 母线 La 的电力以空转速度 +α 的速度驱动引擎主体 21 的功能。
设定该些功能来判断成从外部供给能以空转速度 +α 的速度驱动引擎主体 21 时， 使得从控制装置 2 对引擎 20 的引擎控制部 22 发送燃料截止指令信号。
这样， 由于成为引擎 20 完全在电动回转状态下工作， 因此能够完全截止供给至引 擎主体 21 的燃料， 并能够大幅提高引擎发电机的燃料消耗率。
( 第 2 实施方式 )
接着， 作为第 2 实施方式说明从控制装置 2 向引擎控制部 22 发送转矩指令信号并 向发电机控制部 32 发送转速指令信号的情况。
另外， 关于 1) 待机状态、 4) 主装置 MP 再生运行的情况， 由于与向引擎控制部 22 发 送转速指令信号并向发电机控制部 32 发送转矩指令信号的情况相同， 因此说明 2) 通常运 行状态和 3) 主装置 MP 的需求电力急剧增加的情况。
2) 通常运行状态
接着， 说明起重机用混合式电源装置 1 的通常运行时的工作。
另外， 为使说明易懂， 与图 9 的门式起重机 C 中的通常运行时的工作作对比来进行 说明。
通常运行状态是需求电力的电压变动而其变动比例， 即需求电压的增加比例或减 少比例较少的状态。例如在图 9 的门式起重机 C 等中， 卷扬用电动机 MM 未工作， 但驱动行 走用电动机 RM 或横行用电动机 TM 时， 或者基于卷扬用电动机 MM 的工作的负载较小时相当 于通常运行状态。
在通常运行状态下， 首先通过控制装置 2( 例如通过负担电力计算部 2a) 计算主装 置 MP 的各电动机所具备的逆变器 ( 具体而言， 行走用逆变器、 横行用逆变器、 辅机用逆变 器、 卷扬用逆变器 ) 所需的电力， 并计算主装置 MP 的需求电力。
这样， 控制装置 2 判断需求电力的增加比例是否超出预先规定的临界值， 未超出 临界值时， 控制装置 2 判断成主装置 MP 为通常运行。另外， 在行走用电动机 RM 或横行用电动机 TM 的驱动中， 由于驱动时产生影响的设 备的惯性力较小， 因此需求电力的增加比例通常不会超出预先规定的临界值。
若判断成通常运行状态， 则通过控制装置 2 的负担电力计算部 2a 计算引擎发电机 10 及蓄电装置 40 应负担的电力。 这样， 在指令信号发送部 2b 中， 根据引擎负担电力对该引 擎负担电力计算能够在燃料消耗率良好的状态下发电的输出转矩及转速。而且， 制作包含 所计算的输出转矩及转速的信息的转速指令信号及转矩指令信号并分别发送至引擎控制 部 22 及发电机控制部 32。
另外， 引擎 20 的输出转矩按照供给至引擎主体 21 的燃料量变化， 因此指令信号发 送部 2b 指示在转矩指令信号中引擎 20 能够产生预定输出转矩的最低燃料量。
在引擎 20 的引擎控制部 22 中， 根据包含于转矩指令信号的燃料量的指示控制引 擎主体 21， 以使预定量燃料供给至引擎 20。具体而言， 若为柴油引擎， 则控制燃料喷射量。
另一方面， 对发电部 30 的发电机控制部 32 控制成发电机 31 以由转速指令信号指 示的转速转动。即， 在引擎主体 21 产生所述的输出转矩的状态下， 发电机 31 能够产生引擎 负担电力地， 换言之， 发电机 31 能够产生引擎负担电力地控制发电机 31 的转速。这样， 发 电对应于引擎 20 的输出转矩和发电机 31 的转速的电力， 相当于所指示的引擎负担电力的 电力供给至直流母线 La。
并且， 根据电力指令从蓄电装置 40 向直流母线 La 供给蓄电装置 40 应负担的电力。 因此， 能够从引擎发电机 10 和蓄电装置 40 向直流母线 La 供给预定电力， 以使满 足预定需求电力， 所以能够从直流母线 La 对主装置 MP， 换言之从起重机用混合式电源装置 1 对主装置 MP 供给所需电力。
而且， 控制成引擎发电机 10 的引擎主体 21 成为能最有效地发电引擎负担电力的 运行状态， 因此能够提高引擎发电机 10 的燃料消耗率。
而且， 控制装置 2 的负担电力计算部 2a 始终监视需求电力， 并随着需求电力的变 动使引擎发电机 10 及蓄电装置 40 所负担的电力变化。这样， 指令信号发送部 2b 使发送至 引擎发电机 10 的指令信号变化， 因此即使需求电力变化， 也能够控制成引擎发电机 10 的运 行状态成为最佳运行状态。
3) 主装置 MP 的需求电力急剧增加的情况 ( 加速模式 )
主装置 MP 的需求电力增加时， 控制装置 2 通常控制成使蓄电器负担电力和引擎负 担电力一同增加来满足需求电力。这样， 为对应引擎负担电力的增加， 引擎发电机 10 被控 制成加速。
在此， 需求电力急剧增加时， 若使引擎发电机 10 急剧加速成追随需求电力的剧 增， 则恶化引擎发电机 10 的燃烧状态， 发生黑烟的产生或燃料消耗率的恶化， 最坏时引擎 停止而产生系统失灵的问题。
因此， 控制装置 2 检测出主装置 MP 的需求电力的增加比例超出预定值时， 为防止 引擎发电机 10 的燃烧状态的恶化， 构成为在以下加速模式工作 ( 参考图 6)。
首先， 若控制装置 2 检测出主装置 MP 的需求电力的增加比例超出预定值， 则开始 加速模式下的控制 ( 步骤 S40)， 通过负担电力计算部 2a 计算预测最大电力及成为预测最大 电力的定时 ( 步骤 S41)， 并计算引擎负担电力。若所计算的引擎负担电力发送至指令信号
发送部 2b， 则通过指令信号发送部 2b 计算能最有效地输出预测最大电力的引擎 20 的转速 ( 目标转速 )( 步骤 S42)。
若制作转速的时间变动数据， 则根据转速的时间变动数据， 通过指令信号发送部 2b 依次向发电机控制部 32 发送转速指令信号 ( 步骤 S43、 步骤 S44)。
另一方面， 通过指令信号发送部 2b 计算在任何转速下都能够以不产生燃烧状态 恶化的状态 ( 例如不产生黑烟的状态等 ) 运行的最大量的燃料供给量。而且， 通过指令信 号发送部 2b 制作包含该些燃料供给量的信息的转矩指令信号并发送至引擎控制部 22( 步 骤 S43、 步骤 S45)。
若如上述转矩指令信号及转速指令信号发送至引擎控制部 22 及发电机控制部 32， 则引擎 20 也伴随发电机 31 的加速成为加速的状况。此时， 引擎 20 无法以所供给的燃 料量产生能追从发电机 31 的转速上升的输出转矩， 因此成为发电机 31 引擎辅助在引擎 20 的转速上升中不足的转矩的状态。即， 发电机 31 作为通过从直流母线 La 供给的直流电力 驱动引擎 20 的驱动机构进行工作。
如此， 能够在如不产生引擎 20 的燃烧状态恶化的条件下运行的同时， 通过发电机 31 所产生的转矩提高引擎 20 的转速。从而即使在加速时， 也能够防止引擎 20 的燃料消耗 率的恶化或黑烟的产生， 并能够缩短引擎 20 的加速期间。
能够通过发电机 31 引擎辅助引擎 20 的转速的上升来防止引擎 20 的发烧状态恶 化的理由如下。
首先， 将引擎 20 的转速从目前的转速加速至目标转速时， 调节器工作成使燃料的 供给量增加至不产生燃烧状态恶化的程度。
但是， 所需求的转速上升速度较快时， 即便使燃料的供给量增加至上述程度， 引擎 20 的输出响应性也慢， 因此引擎 20 的转速上升无法追随需求转速。更具体而言， 即使向引 擎 20 的喷射量变大， 也因所供给的空气不足， 因此引擎 20 无法加速。
因此， 引擎 20 的转速未充分加速而产生加速迟延。这样， 调节器为了使转速上升 欲供给更大量燃料， 但此时， 成为燃料过剩供给的状态， 导致产生燃烧状态的恶化。 如此， 在 引擎转速和增压率均未上升的状态下， 引擎 20 无法产生高输出 ( 过渡现象 )， 因此若引擎负 担过大， 则有引擎 20 停止的忧虑。
在此， 若对发电机 31 指示成使转速以与引擎 20 相同条件上升， 则发动机 31 也欲 以所需求的转速上升速度加速。因此， 即使有引擎 20 的加速迟延而发电机 31 加速也变慢， 则发电机控制部 32 使施加于发电机 31 主轴的转矩增加， 以使以发电机 31 所指示的转速上 升速度加速。即， 发电机 31 作为通过从直流母线 La 供给的直流电力驱动引擎 20 的驱动机 构进行工作。 此时所施加的转矩相当于通过调节器增加燃料的供给量至不产生燃烧状态恶 化的程度时引擎 20 所产生的转矩与引擎 20 的加速正常所需的转矩的差。即， 成为发电机 31 引擎辅助在引擎 20 的转速上升中不足的转矩的状态。
而且， 由调节器供给至引擎 20 的燃料通过发电机 31 进行引擎辅助抑制至不产生 燃烧状态恶化的程度的量。
另外， 基于上述发电机 31 的引擎辅助包含向引擎主体 21( 也包含引擎用飞轮 ) 供 给动力 ( 转矩 ) 来辅助加速的情况和发电机 31 通过自身加速来减轻引擎主体 21 的负担来 辅助加速的情况。指令信号发送部 2b 检测引擎转速是否达到目标转速， 至引擎转速达到目标转速 为止持续加速模式下的运行 ( 步骤 S46)。
而且， 若引擎 20 到达目标转速， 则通过指令信号发送部 2b 制作转速指令信号及转 矩指令信号， 以使引擎 20 在能够最有效地发电对应于需求电力的引擎负担电力的运行状 态下工作。即， 控制恢复至通常运行状态 ( 步骤 S47)。
如以上在加速模式下进行控制， 因此只要在需求预测最大电力之前到达能够供给 引擎发电机 10 处于预测最大电力时的引擎负担电力的转速， 则在需求预测最大电力时， 即 能够将引擎负担电力可靠地供给至直流母线 La。
另外， 在加速模式下进行控制期间， 向蓄电控制部 43 发送电力指令信号， 以使从 蓄电装置 40 供给发电机 31 工作所需的电力。即， 向蓄电控制部 43 发送电力指令信号， 以 使从蓄电器 41 供给包含发电机 31 工作所需的电力的所有需求电力。
并且， 在第 2 实施方式中， 在图 9 的门式起重机 C 中也执行加速模式时， 卷扬用电 动机 MM 的速度的时间变化、 驱动卷扬用电动机 MM 时的需求电力的时间变化、 引擎转速的时 间变化、 发电机的发电电力的时间变化、 来自蓄电装置的放电电力的时间变化及引擎输出 的时间变化成为与图 8 相同的时间变动。
并且， 可以在引擎 20 的转速到达目标转速之前恢复至通常运行模式。例如可以在 引擎 20 的转速成为目标转速 - 数％的转速时恢复至通常运行模式。
( 紧急时的控制 )
另外， 成为指令信号因控制装置 2 的故障等未发送至各装置的状态时， 若使引擎 发电机 10 自动地以额定速度工作， 则即使在控制装置 2 发生故障， 也能够维持向主装置 MP、 辅助装置 SP 等的电力供给。
另外， 本说明是不限于上述的实施方式而能进行各种变形。
产业上的可利用性
本发明的起重机用混合式电源装置适合于用作如龙门起重机或轮胎架式悬臂起 重机等将引擎发电机作为动力源具有的起重机等， 向逆变器的直流母线供给电力的设备的 电源。
标号说明
1- 起重机用混合式电源装置， 2- 控制装置， 2a- 负担电力计算部， 2b- 指令信号发 送部， 10- 引擎发电机， 20- 引擎， 21- 引擎主体， 22- 引擎控制部， 30- 发电部， 31- 发电机， 32- 发电机控制部， 40- 蓄电装置。