作業機械用エネルギー再生システム
【課題】作業機械用エネルギー再生システムを提供する。
【解決手段】流体圧アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして再生する場合の再生効率を向上させる方法及び装置。油圧シリンダのヘッド側油チャンバから吐出された油用の吐出流路として機能する流量制御ラインには、可変容量型再生油圧モータが設けられており、再生油圧モータの押しのけ容量を制御することにより、油圧シリンダのヘッド側油チャンバからの吐出油の流量が制御可能とされる。さらに、再生油圧モータの回転により電力を発生する発電機が設けられている。
【解決手段】流体圧アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして再生する場合の再生効率を向上させる方法及び装置。油圧シリンダのヘッド側油チャンバから吐出された油用の吐出流路として機能する流量制御ラインには、可変容量型再生油圧モータが設けられており、再生油圧モータの押しのけ容量を制御することにより、油圧シリンダのヘッド側油チャンバからの吐出油の流量が制御可能とされる。さらに、再生油圧モータの回転により電力を発生する発電機が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、流体圧アクチュエータを備え、流体圧アクチュエータから吐出された流体のエネルギーを再生する作業機械用のエネルギー再生システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧式ショベルなどの作業機械は、ポンプからの加圧流体により動作する様々な種類の流体圧アクチュエータが設けられている。従来より、流体圧アクチュエータから吐出された流体のエネルギーを再生する技術が知られている。例えば、流体圧アクチュエータが油圧シリンダである場合において、各油圧シリンダのヘッド側油チャンバから吐出された油の一部をロッド側油チャンバに供給する再生回路が設けられる技術がある。他の技術においては、各油圧シリンダから吐出された油のエネルギーがアキュムレータ内で回収される。
【０００３】
しかしながら、再生回路を含む技術によれば、油圧シリンダのヘッド側油チャンバからの吐出油の一部を再生することができるが、油の大部分は、直接、油タンクに迂回され、その結果、エネルギーの再生効率が低いという問題がある。一方、アキュムレータを備える技術では、バッテリなどの他のエネルギー蓄積手段と比較して、より大きなエネルギー蓄積容量を必要とする可能性があり、さらに、エネルギー蓄積時間がより短い。
【０００４】
改善手段として、（特許文献１）では、圧力アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして再生及び蓄積する技術を提案している。この技術は、油圧シリンダからの吐出油の流入により回転駆動されるタービンを、吐出流路内に設けるものである。このタービンの駆動力により、発電機が電気エネルギーを発生し、よって、吐出油のエネルギーが電気エネルギーとして効果的に再生及び蓄積されることができ、さらには、この電気エネルギーがエンジンに対する代替電源として用いることができ、結果的にも環境に優しい技術となる。
【０００５】
一方、油圧式ショベルなどの作業機械は、一般に、油圧シリンダからの吐出油の流量が、絞り量に基づいてメータアウト制御を行う制御弁により制御されるように構成される。特に、上記の参考特許出願に開示された技術では、かかる制御弁の下流側に、吐出油の流入により回転駆動されるタービンを設けている。したがって、タービンがエネルギーを再生するために回転する前に、制御弁は、油圧シリンダからの吐出油を絞って温度を上げ、これによりエネルギーを消費し、結果的にエネルギーの再生効率がより低くなるという問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の実情を鑑みて、上記問題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態において、本発明は、流体を供給／吐出することにより動作するようになされた流体圧アクチュエータを備える作業機械を提供するものであり、可変容量型再生流体圧モータが、流体圧アクチュエータから吐出される流体用の吐出流路に設けられ、この再生流体圧モータの押しのけ容量を制御することにより流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量を制御可能とし、さらに、再生流体圧モータを回転させる吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして再生するエネルギー再生装置が設けられていることにより特徴付けられる。
【０００９】
他の形態において、本発明は作業機械を提供するものである。この作業機械は、油圧ポンプと当該油圧ポンプに連結され第１及び第２の供給／吐出ポートを有する油圧アクチュエータと油圧アクチュエータからの吐出流ラインとを備える油圧システム、及びエンジンを備える。作業機械は、さらに、第１及び第２の供給／吐出ポート間に流動的に配置され、吐出流ラインの流体圧に曝された可変容量型油圧モータを備え、前記可変容量型油圧モータが、油圧アクチュエータからの吐出流体の流量を制御するように構成されている。また、エネルギー再生装置は、可変容量型油圧モータが設けられ、これに動作可能に連結されており、このエネルギー再生装置は、エンジン及び油圧ポンプの少なくとも一方を動作させるための電力を供給するように構成されている。
【００１０】
さらに他の形態において、本発明は作業機械の電力システムを動作させる方法を提供する。本方法は、作業機械の内燃機関を介して油圧ポンプに少なくとも部分的に電力を供給する工程と、油圧ポンプを介して作業機械の少なくとも１つの油圧アクチュエータに油圧流体を供給する工程とを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの油圧アクチュエータの流体吐出ライン内に少なくとも部分的に配置された油圧モータを通して油圧流体を吐出する工程を介して、作業機械の発電機に少なくとも部分的に電力を供給する工程と、発電機からの電力を介して油圧ポンプに少なくとも部分的に電力を供給する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１においては、参照符号１は、油圧式ショベルなどの作業機械に設けられた油圧シリンダ（例えば、油圧式ショベルに実装されたブームを垂直方向に動かすブーム油圧シリンダ）を示しており、この油圧シリンダ１は、ロッド側油チャンバ１ｂとヘッド側油チャンバ１ｃがピストン１ａの両側に形成された単一ロッド型である。この油圧シリンダは、ロッド側油チャンバ１ｂに圧油を供給しヘッド側油チャンバ１ｃから油を吐出する際に収縮して重量負荷Ｗの印加方向にピストン１ａを動かすように構成されている。さらに、油圧シリンダ１は、ヘッド側油チャンバ１ｃに圧油を供給しロッド側油チャンバ１ｂから油を吐出する際に伸長し、重量負荷Ｗの印加方向とは反対方向に、ピストン１ａを動かすように設計されている。
【００１２】
また、参照符号２は、油圧シリンダ１に対する圧油供給源としての油圧ポンプを示している。ここで、油圧ポンプ２と油圧シリンダ１との間の油圧回路には、油圧ポンプ２の吐出側に接続された吐出ライン３と、吐出ライン３の下流側に接続された流量制御回路４と、流量制御回路４と油圧シリンダ１のロッド側油チャンバ１ｂとに接続するようになされたロッド側ライン５と、流量制御回路４と油圧シリンダ１のヘッド側油チャンバ１ｃとに接続するようになされたヘッド側ライン６とが設けられている。
【００１３】
吐出ライン３の中間部では、油タンク７への戻りライン８が分岐して形成され、この戻りライン８では、後述するように、制御装置１０からの命令に基づいて動作するように、バイパス弁９が配置されている。さらに、吐出ライン３には、戻りライン８の分岐点の下流側に逆止弁１１が配置されており、この逆止弁１１が油圧ポンプ２及び戻りライン８に油が逆流するのを防いでいる。
【００１４】
流量制御回路４は、矩形環状に第１、第２、第３及び第４の流量制御ライン１２、１３、１４、及び１５を接続することにより形成される。ここで、吐出ライン３は、第１の流量制御ライン１２と第２の流量制御ライン１３との間の接続部分Ａに接続され、ロッド側ライン５は、第１の流量制御ライン１２と第３の流量制御ライン１４との間の接続部分Ｂに接続され、ヘッド側ライン６は、第２の流量制御ライン１３と第４の流量制御ライン１５との間の接続部分Ｃに接続され、油タンク７に達する吐出ライン１６は、第３の流量制御ライン１４と第４の流量制御ライン１５との間の接続部分Ｄに接続される。
【００１５】
第１の流量制御ライン１２では、吐出ライン３からロッド側ライン５への供給油の流量を制御するようになされたロッド側メータイン弁１７が配置されている。第２の流量制御ライン１３では、吐出ライン３からヘッド側ライン６への供給油の流量を制御するようになされたヘッド側メータイン弁１８が配置されている。第３の流量制御ライン１４では、ロッド側ライン５から吐出ライン１６への吐出油の流量を制御するようになされたロッド側メータアウト弁１９が配置されている。ロッド側メータイン弁１７、ヘッド側メータイン弁１８、及びロッド側メータアウト弁１９は、制御装置１０からの命令に基づいて動作するように構成される。
【００１６】
さらに、第４の流量制御ライン１５には、可変容量型再生油圧モータ２０が配置されている。再生油圧モータ２０の押しのけ容量は、制御装置１０から押しのけ容量制御手段２０ａに出力された制御命令に基づき、ゼロから所定の最大値まで変化し、これにより、第４の流量制御ライン１５における流量をゼロから所定の最大値まで変化させ、その後、再生油圧モータ２０の押しのけ容量の変化により、ヘッド側ライン６から吐出ライン１６への吐出油の流量制御（メータアウト制御）を可能とする。さらに、発電機２１は、再生油圧モータ２０に連動して接続され、ここで、発電機２１は、再生油圧モータ２０のトルクにより駆動されて、電力を発生することができる。
【００１７】
また、第３及び第４の流量制御ライン１４及び１５には、ロッド側メータアウト弁１９や、再生油圧モータ２０を迂回するためのバイパスライン１４ａ及び１５ａもそれぞれ設けられており、さらに、バイパスライン１４ａ及び１５ａには、油流れを吐出ライン１６からロッド側ライン５及びヘッド側ライン６へと可能とするが逆流を防ぐようにする逆止弁５１及び２２がそれぞれ配置されている。このため、油タンク７からの油の補充は、ロッド側ライン５又はヘッド側ライン６が真空状態となった際に行われるようになる。
【００１８】
一方、制御装置１０は、マイクロコンピュータなどから構成され、油圧シリンダ１用の制御レバー２３から出力された命令信号を受信し、その後、この命令信号に基づいて、油圧ポンプ２の押しのけ容量制御手段２ａ、バイパス弁９、ロッド側メータイン弁１７、ヘッド側メータイン弁１８、ロッド側メータアウト弁１９、再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａなどに、制御命令を出力する。
【００１９】
制御装置１０から出力される制御命令に関しては、油圧シリンダ１用の制御レバー２３が停止位置にある（つまり、制御レバー２３において動作が行われない）場合には、制御装置１０は、「弁開放」の制御命令をバイパス弁９に出力するとともに、「弁閉鎖」の制御命令をロッド側メータイン弁１７、ヘッド側メータイン弁１８、及びロッド側メータアウト弁１９に出力し、さらに、「変位ゼロ」の制御命令を再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａに出力する。このため、油圧ポンプ２から強制的に送出された油は、戻りライン８を通って油タンク７に戻され、また、第１〜第４の流量制御ライン１２〜１５は、閉じた状態であるため、油圧シリンダ１に／から供給／吐出される油はなく、したがって、油圧シリンダ１が停止される。
【００２０】
一方、制御レバー２３が油圧シリンダ１の伸長を示す位置にあるように動作している場合には、制御装置１０は、「弁閉鎖」の制御命令をバイパス弁９に出力するとともに、「弁開放」の制御命令をヘッド側メータイン弁１８及びロッド側メータアウト弁１９に出力し、「弁閉鎖」の制御命令をロッド側メータイン弁１７に出力し、さらに、「変位ゼロ」の制御命令を再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａに出力する。この場合、ヘッド側メータイン弁１８及びロッド側メータアウト弁１９の開口量は、制御レバー２３の動作量の増減に応じて増減するように制御される。
【００２１】
したがって、油圧ポンプ２から強制的に送出された油は、吐出ライン３を通って第２の流量制御ライン１３に流れ、その後、油の流量は、ヘッド側ライン６を通って油圧シリンダ１のヘッド側油チャンバ１ｃに供給されるように、第２の流量制御ライン１３に配置されたヘッド側メータイン弁１８により制御される。一方、ロッド側油チャンバ１ｂからの吐出油は、ロッド側ライン５を通して第３の流量制御ライン１４に流れ、その後、油の流量は、吐出ライン１６を通して油タンク７に流れるように、第３の流量制御ライン１４に配置されたロッド側メータアウト弁１９により制御される。このように、圧油をヘッド側油チャンバ１ｃに供給し、ロッド側油チャンバ１ｂから油を吐出することによって、重量負荷Ｗの印加方向とは反対方向にピストン１ａを移動し、油圧シリンダ１を伸長させる。
【００２２】
また、制御レバー２３が油圧シリンダ１の収縮を示す位置にあるように動作している場合には、制御装置１０は、「弁閉鎖」の制御命令をバイパス弁９に出力するとともに、「弁開放」の制御命令をロッド側メータイン弁１７及びヘッド側メータイン弁１８に出力し、また、「弁閉鎖」の制御命令をロッド側メータアウト弁１９に出力する。この場合には、ロッド側メータイン弁１７の開口量は、制御レバー２３の動作量の増減に応じて増減するように制御される。さらに、制御装置１０は、押しのけ容量が制御レバー２３の動作量の増減に応じて増減するように、再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａに制御命令を出力する。
【００２３】
したがって、油圧ポンプ２から強制的に送出される油は、吐出ライン３を通して第１の流量制御ライン１２に流れ、その後、油の流量が、ロッド側ライン５を通して油圧シリンダ１のロッド側油チャンバ１ｂに供給されるように、第１の流量制御ライン１２に配置されたロッド側メータイン弁１７により制御される。一方、ヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油はヘッド側ライン６を通って流れ、接続部分Ｃにおいて第２の流量制御ライン１３及び第４の流量制御ライン１５に分離される。その後、第２の流量制御ライン１３に流れる吐出油は、接続部分Ａで吐出ライン３からの圧油に合流し、第１の流量制御ライン１２及びロッド側ライン５を通る再生油として、油圧シリンダ１のロッド側油チャンバ１ｂに供給される。一方、第４の流量制御ライン１５の油の流量は、吐出ライン１６を通して油タンク７に流れるように、再生油圧モータ２０により制御される。このように、圧油をロッド側油チャンバ１ｂに供給し、ヘッド側油チャンバ１ｃから油を吐出することによって、重量負荷Ｗの印加方向にピストン１ａを移動し、油圧シリンダ１を収縮する。
【００２４】
さらに、油圧シリンダ１を収縮した際に油圧シリンダ１からの吐出流路として機能する第４の流量制御ライン１５に配置された再生油圧モータ２０が回転すると、発電機２１を駆動して電力を発生し、この電力が、油圧ポンプ２の電源としてモータ２４を電力供給するようになされた燃料電池装置２５に用いられる。
【００２５】
燃料電池装置２５は、電解水用の電解槽２６、電解槽２６で生じた水素を吸収するための水素吸蔵合金を含む水素蓄積装置２７、燃料電池２８などからなる。発電機２１は、電源経路２９を介して電解槽２６に接続されている。電解槽２６は、発電機２１から供給される電力を用いて水を電解し、水素及び酸素を生成する。その後、水素及び酸素は、燃料電池２８用の燃料として用いられて電力を発生し、この電力が油圧ポンプ２を駆動するための電源として役立つようにモータ２４に供給される。この場合には、一旦、電解槽２６で生じた水素を水素蓄積装置２７に蓄積すると、長期間のエネルギー蓄積が可能となる。図１では、参照符号３０は、燃料電池２８内で電力とともに発生した水を電解槽２６に戻すための戻り水経路を示しており、この戻り水経路３０を設けることにより、水を再利用することが可能となる。参照符号３７は、水素流路を示しており、一方、参照符号３６は、酸素流路を示している。参照符号３９は、給気口を特定している。
【００２６】
加えて、燃料電池２８の電力発生を制御可能とするように、水素蓄積装置２７から燃料電池２８に供給される水素量が制御される構成をとることにより、モータ２４の出力を最適に制御することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２〜第４の実施形態について、図２〜図４の各々を参照して説明する。第２〜第４の実施形態では、第１の実施形態で示したものと共通（同一）の構成要素については、同一の参照番号を付すものとし、これらの説明を省略することに留意されたい。
【００２８】
まず、図２に示した第２の実施形態に関して、燃料電池装置２５は、メタノール、エタノール、又はＬＰＧなどの化学燃料を原料として用い、水素を生成する改質装置３１を備える。ここで、改質装置３１により生成される水素は、上述した水素蓄積装置２７からの水素に合流し、燃料電池２８に供給される。このように、改質装置３１を設けることにより、水素蓄積装置２７の寸法を大きくすることなく、水素を十分に燃料電池２８に供給することができる。
【００２９】
また、図３に示した第３の実施形態では、燃料電池装置が設けられていないが、発電機２１により発生された電力を蓄積するためのコンデンサ３２及び蓄電池３３と、蓄電池３３から供給されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、電圧を制御するインバータ３４とが設けられている。ここで、モータ２４は、インバータ３４から供給された電力により駆動されるようになされる。
【００３０】
さらに、第１〜第３の実施形態では、モータ２４は、油圧ポンプ２を駆動する電源として用いられる。しかしながら、建設機械などの複数の油圧式アクチュエータを備える作業機械の場合には、油圧シリンダ１からの吐出油の再生エネルギーが電力不足となり、また、蓄電池などの電力蓄積装置の大きさが、作業機械に搭載するのに困難なほど大きくなされてしまう可能性がある。ここで、図４に示した第４の実施形態では、エンジン３５が油圧ポンプ２用の電源として搭載され、モータ２４がエンジン３５を支援するための補助電源として用いられる。このように、モータ２４を補助電源として用いることにより、エンジン３５により消費される化石燃料の量を削減することが可能であり、これはエネルギーの節約に貢献することができ、また環境的にも好ましいことである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述したように構成された第１の実施形態においては、油圧シリンダ１を収縮すると、圧油は、ロッド側油チャンバ１ｂに供給されるようになるとともに、油がヘッド側油チャンバ１ｃから吐出されるようになる。ヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油が、重量負荷Ｗの印加により高い圧力を有しており、ヘッド側油チャンバ１ｃに面するピストン１ａの圧力受け面積が、ロッド１ｄの断面積分、ロッド側油チャンバ１ｂに面するピストン１ａの圧力受け面よりも大きいという理由から、ロッド側油チャンバ１ｂに供給される圧油よりも多くの量の油が、ヘッド側油チャンバ１ｃから吐出されるようになる。そして、ヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油の一部が、上述したように、再生油として、ヘッド側ライン６、第２の流量制御ライン１３、第１の流量制御ライン１２、及びロッド側ライン５を通して、ロッド側油チャンバ１ｂに供給される。一方、吐出油の残りは、第４の流量制御ライン１５に配置された可変容量型再生油圧モータ２０により流量制御（メータアウト制御）を施される。そして、この油は、吐出ライン１６を通して油タンク７に吐出され、発電機２１が再生油圧モータ２０の回転により駆動されて電力を発生する。その後、この電力は、油圧ポンプ２用の電源として、モータ２４を電力供給するようになされた燃料電池装置２５に用いられ得る。
【００３２】
上述したように、本実施形態では、再生油圧モータ２０が油圧シリンダ１のヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油の流入により回転し、発電機２１が再生油圧モータ２０の回転駆動により電力を発生し、これにより、吐出油のエネルギーが電気エネルギーとして再生されることができる。再生油圧モータ２０は、発電機２１を駆動するだけでなく、油圧シリンダ１からの吐出油の流量を制御する。
【００３３】
したがって、油圧シリンダ１の吐出流路に流量制御用の制御弁を設ける必要がなくなり、その結果、制御弁を通過する際のエネルギー損失がなくなり、これにより、吐出油のエネルギーを電気エネルギーとして高効率で再生することができ、エネルギー再生効率を向上することが可能となる。
【００３４】
上述の実施形態は、油圧シリンダを流体圧アクチュエータとして例証しているが、油圧モータに適用し得るものであり、さらに、油圧だけでなく、空気圧の分野の加圧流体に幅広い範囲で適用可能であることを留意すべきである。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、流体圧アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを再生することにより得られた電気エネルギーを、流体圧アクチュエータに加圧流体を供給するようになされたポンプを駆動するためのモータ用の電源として用いているが、本実施形態は、これに限らず、当然ながら、作業機械に搭載される多様な種類の電気機械にも用いることができることは明らかである。
【００３６】
本説明は、例示のみを目的とし、あらゆる方法で本開示内容の幅を狭めるものであると解釈されるべきではない。このため、当業者は、本開示内容の意図する趣旨及び範囲を逸脱することなく、本開示の実施形態について、種々の変更が可能であることを理解するであろう。他の形態、特徴、及び利点は、添付の図面及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本開示内容の第１の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図である。
【図２】本開示内容の第２の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図であり、図１に対して類似要素には類似番号を付してある。
【図３】本開示内容の第３の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図であり、図１及び図２に対して類似要素には類似番号を付してある。
【図４】本開示内容の第４の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図であり、図１〜図３に対して類似要素には類似番号を付してある。
【符号の説明】
【００３８】
１ 油圧シリンダ
１ａ ピストン
１ｂ ロッド側油チャンバ
１ｃ ヘッド側油チャンバ
１ｄ ロッド
２ 油圧ポンプ
２ａ 押しのけ容量制御手段
３ 吐出ライン
４ 流量制御回路
５ ロッド側ライン
６ ヘッド側ライン
７ 油タンク
８ 戻りライン
９ バイパス弁
１０ 制御装置
１１ 逆止弁
１２ 第１の流量制御ライン
１３ 第２の流量制御ライン
１４ 第３の流量制御ライン
１４ａ バイパスライン
１５ 第４の流量制御ライン
１５ａ バイパスライン
１６ 吐出ライン
１７ ロッド側メータイン弁
１８ ヘッド側メータイン弁
１９ ロッド側メータアウト弁
２０ 再生油圧モータ
２０ａ 押しのけ容量制御手段
２１ 発電機
２２ 逆止弁
２３ 制御レバー
２４ モータ
２５ 燃料電池装置
２６ 電解槽
２７ 水素蓄積装置
２８ 燃料電池
２９ 電源経路
３０ 戻り水経路
３１ 改質装置
３２ コンデンサ
３３ 蓄電池
３４ インバータ
３５ エンジン
３６ 酸素通路
３７ 水素通路
３９ 給気口
５１ 逆止弁
Ａ 接続部分
Ｂ 接続部分
Ｃ 接続部分
Ｄ 接続部分
Ｗ 重量負荷
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、流体圧アクチュエータを備え、流体圧アクチュエータから吐出された流体のエネルギーを再生する作業機械用のエネルギー再生システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧式ショベルなどの作業機械は、ポンプからの加圧流体により動作する様々な種類の流体圧アクチュエータが設けられている。従来より、流体圧アクチュエータから吐出された流体のエネルギーを再生する技術が知られている。例えば、流体圧アクチュエータが油圧シリンダである場合において、各油圧シリンダのヘッド側油チャンバから吐出された油の一部をロッド側油チャンバに供給する再生回路が設けられる技術がある。他の技術においては、各油圧シリンダから吐出された油のエネルギーがアキュムレータ内で回収される。
【０００３】
しかしながら、再生回路を含む技術によれば、油圧シリンダのヘッド側油チャンバからの吐出油の一部を再生することができるが、油の大部分は、直接、油タンクに迂回され、その結果、エネルギーの再生効率が低いという問題がある。一方、アキュムレータを備える技術では、バッテリなどの他のエネルギー蓄積手段と比較して、より大きなエネルギー蓄積容量を必要とする可能性があり、さらに、エネルギー蓄積時間がより短い。
【０００４】
改善手段として、（特許文献１）では、圧力アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして再生及び蓄積する技術を提案している。この技術は、油圧シリンダからの吐出油の流入により回転駆動されるタービンを、吐出流路内に設けるものである。このタービンの駆動力により、発電機が電気エネルギーを発生し、よって、吐出油のエネルギーが電気エネルギーとして効果的に再生及び蓄積されることができ、さらには、この電気エネルギーがエンジンに対する代替電源として用いることができ、結果的にも環境に優しい技術となる。
【０００５】
一方、油圧式ショベルなどの作業機械は、一般に、油圧シリンダからの吐出油の流量が、絞り量に基づいてメータアウト制御を行う制御弁により制御されるように構成される。特に、上記の参考特許出願に開示された技術では、かかる制御弁の下流側に、吐出油の流入により回転駆動されるタービンを設けている。したがって、タービンがエネルギーを再生するために回転する前に、制御弁は、油圧シリンダからの吐出油を絞って温度を上げ、これによりエネルギーを消費し、結果的にエネルギーの再生効率がより低くなるという問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の実情を鑑みて、上記問題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態において、本発明は、流体を供給／吐出することにより動作するようになされた流体圧アクチュエータを備える作業機械を提供するものであり、可変容量型再生流体圧モータが、流体圧アクチュエータから吐出される流体用の吐出流路に設けられ、この再生流体圧モータの押しのけ容量を制御することにより流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量を制御可能とし、さらに、再生流体圧モータを回転させる吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして再生するエネルギー再生装置が設けられていることにより特徴付けられる。
【０００９】
他の形態において、本発明は作業機械を提供するものである。この作業機械は、油圧ポンプと当該油圧ポンプに連結され第１及び第２の供給／吐出ポートを有する油圧アクチュエータと油圧アクチュエータからの吐出流ラインとを備える油圧システム、及びエンジンを備える。作業機械は、さらに、第１及び第２の供給／吐出ポート間に流動的に配置され、吐出流ラインの流体圧に曝された可変容量型油圧モータを備え、前記可変容量型油圧モータが、油圧アクチュエータからの吐出流体の流量を制御するように構成されている。また、エネルギー再生装置は、可変容量型油圧モータが設けられ、これに動作可能に連結されており、このエネルギー再生装置は、エンジン及び油圧ポンプの少なくとも一方を動作させるための電力を供給するように構成されている。
【００１０】
さらに他の形態において、本発明は作業機械の電力システムを動作させる方法を提供する。本方法は、作業機械の内燃機関を介して油圧ポンプに少なくとも部分的に電力を供給する工程と、油圧ポンプを介して作業機械の少なくとも１つの油圧アクチュエータに油圧流体を供給する工程とを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの油圧アクチュエータの流体吐出ライン内に少なくとも部分的に配置された油圧モータを通して油圧流体を吐出する工程を介して、作業機械の発電機に少なくとも部分的に電力を供給する工程と、発電機からの電力を介して油圧ポンプに少なくとも部分的に電力を供給する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１においては、参照符号１は、油圧式ショベルなどの作業機械に設けられた油圧シリンダ（例えば、油圧式ショベルに実装されたブームを垂直方向に動かすブーム油圧シリンダ）を示しており、この油圧シリンダ１は、ロッド側油チャンバ１ｂとヘッド側油チャンバ１ｃがピストン１ａの両側に形成された単一ロッド型である。この油圧シリンダは、ロッド側油チャンバ１ｂに圧油を供給しヘッド側油チャンバ１ｃから油を吐出する際に収縮して重量負荷Ｗの印加方向にピストン１ａを動かすように構成されている。さらに、油圧シリンダ１は、ヘッド側油チャンバ１ｃに圧油を供給しロッド側油チャンバ１ｂから油を吐出する際に伸長し、重量負荷Ｗの印加方向とは反対方向に、ピストン１ａを動かすように設計されている。
【００１２】
また、参照符号２は、油圧シリンダ１に対する圧油供給源としての油圧ポンプを示している。ここで、油圧ポンプ２と油圧シリンダ１との間の油圧回路には、油圧ポンプ２の吐出側に接続された吐出ライン３と、吐出ライン３の下流側に接続された流量制御回路４と、流量制御回路４と油圧シリンダ１のロッド側油チャンバ１ｂとに接続するようになされたロッド側ライン５と、流量制御回路４と油圧シリンダ１のヘッド側油チャンバ１ｃとに接続するようになされたヘッド側ライン６とが設けられている。
【００１３】
吐出ライン３の中間部では、油タンク７への戻りライン８が分岐して形成され、この戻りライン８では、後述するように、制御装置１０からの命令に基づいて動作するように、バイパス弁９が配置されている。さらに、吐出ライン３には、戻りライン８の分岐点の下流側に逆止弁１１が配置されており、この逆止弁１１が油圧ポンプ２及び戻りライン８に油が逆流するのを防いでいる。
【００１４】
流量制御回路４は、矩形環状に第１、第２、第３及び第４の流量制御ライン１２、１３、１４、及び１５を接続することにより形成される。ここで、吐出ライン３は、第１の流量制御ライン１２と第２の流量制御ライン１３との間の接続部分Ａに接続され、ロッド側ライン５は、第１の流量制御ライン１２と第３の流量制御ライン１４との間の接続部分Ｂに接続され、ヘッド側ライン６は、第２の流量制御ライン１３と第４の流量制御ライン１５との間の接続部分Ｃに接続され、油タンク７に達する吐出ライン１６は、第３の流量制御ライン１４と第４の流量制御ライン１５との間の接続部分Ｄに接続される。
【００１５】
第１の流量制御ライン１２では、吐出ライン３からロッド側ライン５への供給油の流量を制御するようになされたロッド側メータイン弁１７が配置されている。第２の流量制御ライン１３では、吐出ライン３からヘッド側ライン６への供給油の流量を制御するようになされたヘッド側メータイン弁１８が配置されている。第３の流量制御ライン１４では、ロッド側ライン５から吐出ライン１６への吐出油の流量を制御するようになされたロッド側メータアウト弁１９が配置されている。ロッド側メータイン弁１７、ヘッド側メータイン弁１８、及びロッド側メータアウト弁１９は、制御装置１０からの命令に基づいて動作するように構成される。
【００１６】
さらに、第４の流量制御ライン１５には、可変容量型再生油圧モータ２０が配置されている。再生油圧モータ２０の押しのけ容量は、制御装置１０から押しのけ容量制御手段２０ａに出力された制御命令に基づき、ゼロから所定の最大値まで変化し、これにより、第４の流量制御ライン１５における流量をゼロから所定の最大値まで変化させ、その後、再生油圧モータ２０の押しのけ容量の変化により、ヘッド側ライン６から吐出ライン１６への吐出油の流量制御（メータアウト制御）を可能とする。さらに、発電機２１は、再生油圧モータ２０に連動して接続され、ここで、発電機２１は、再生油圧モータ２０のトルクにより駆動されて、電力を発生することができる。
【００１７】
また、第３及び第４の流量制御ライン１４及び１５には、ロッド側メータアウト弁１９や、再生油圧モータ２０を迂回するためのバイパスライン１４ａ及び１５ａもそれぞれ設けられており、さらに、バイパスライン１４ａ及び１５ａには、油流れを吐出ライン１６からロッド側ライン５及びヘッド側ライン６へと可能とするが逆流を防ぐようにする逆止弁５１及び２２がそれぞれ配置されている。このため、油タンク７からの油の補充は、ロッド側ライン５又はヘッド側ライン６が真空状態となった際に行われるようになる。
【００１８】
一方、制御装置１０は、マイクロコンピュータなどから構成され、油圧シリンダ１用の制御レバー２３から出力された命令信号を受信し、その後、この命令信号に基づいて、油圧ポンプ２の押しのけ容量制御手段２ａ、バイパス弁９、ロッド側メータイン弁１７、ヘッド側メータイン弁１８、ロッド側メータアウト弁１９、再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａなどに、制御命令を出力する。
【００１９】
制御装置１０から出力される制御命令に関しては、油圧シリンダ１用の制御レバー２３が停止位置にある（つまり、制御レバー２３において動作が行われない）場合には、制御装置１０は、「弁開放」の制御命令をバイパス弁９に出力するとともに、「弁閉鎖」の制御命令をロッド側メータイン弁１７、ヘッド側メータイン弁１８、及びロッド側メータアウト弁１９に出力し、さらに、「変位ゼロ」の制御命令を再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａに出力する。このため、油圧ポンプ２から強制的に送出された油は、戻りライン８を通って油タンク７に戻され、また、第１〜第４の流量制御ライン１２〜１５は、閉じた状態であるため、油圧シリンダ１に／から供給／吐出される油はなく、したがって、油圧シリンダ１が停止される。
【００２０】
一方、制御レバー２３が油圧シリンダ１の伸長を示す位置にあるように動作している場合には、制御装置１０は、「弁閉鎖」の制御命令をバイパス弁９に出力するとともに、「弁開放」の制御命令をヘッド側メータイン弁１８及びロッド側メータアウト弁１９に出力し、「弁閉鎖」の制御命令をロッド側メータイン弁１７に出力し、さらに、「変位ゼロ」の制御命令を再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａに出力する。この場合、ヘッド側メータイン弁１８及びロッド側メータアウト弁１９の開口量は、制御レバー２３の動作量の増減に応じて増減するように制御される。
【００２１】
したがって、油圧ポンプ２から強制的に送出された油は、吐出ライン３を通って第２の流量制御ライン１３に流れ、その後、油の流量は、ヘッド側ライン６を通って油圧シリンダ１のヘッド側油チャンバ１ｃに供給されるように、第２の流量制御ライン１３に配置されたヘッド側メータイン弁１８により制御される。一方、ロッド側油チャンバ１ｂからの吐出油は、ロッド側ライン５を通して第３の流量制御ライン１４に流れ、その後、油の流量は、吐出ライン１６を通して油タンク７に流れるように、第３の流量制御ライン１４に配置されたロッド側メータアウト弁１９により制御される。このように、圧油をヘッド側油チャンバ１ｃに供給し、ロッド側油チャンバ１ｂから油を吐出することによって、重量負荷Ｗの印加方向とは反対方向にピストン１ａを移動し、油圧シリンダ１を伸長させる。
【００２２】
また、制御レバー２３が油圧シリンダ１の収縮を示す位置にあるように動作している場合には、制御装置１０は、「弁閉鎖」の制御命令をバイパス弁９に出力するとともに、「弁開放」の制御命令をロッド側メータイン弁１７及びヘッド側メータイン弁１８に出力し、また、「弁閉鎖」の制御命令をロッド側メータアウト弁１９に出力する。この場合には、ロッド側メータイン弁１７の開口量は、制御レバー２３の動作量の増減に応じて増減するように制御される。さらに、制御装置１０は、押しのけ容量が制御レバー２３の動作量の増減に応じて増減するように、再生油圧モータ２０の押しのけ容量制御手段２０ａに制御命令を出力する。
【００２３】
したがって、油圧ポンプ２から強制的に送出される油は、吐出ライン３を通して第１の流量制御ライン１２に流れ、その後、油の流量が、ロッド側ライン５を通して油圧シリンダ１のロッド側油チャンバ１ｂに供給されるように、第１の流量制御ライン１２に配置されたロッド側メータイン弁１７により制御される。一方、ヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油はヘッド側ライン６を通って流れ、接続部分Ｃにおいて第２の流量制御ライン１３及び第４の流量制御ライン１５に分離される。その後、第２の流量制御ライン１３に流れる吐出油は、接続部分Ａで吐出ライン３からの圧油に合流し、第１の流量制御ライン１２及びロッド側ライン５を通る再生油として、油圧シリンダ１のロッド側油チャンバ１ｂに供給される。一方、第４の流量制御ライン１５の油の流量は、吐出ライン１６を通して油タンク７に流れるように、再生油圧モータ２０により制御される。このように、圧油をロッド側油チャンバ１ｂに供給し、ヘッド側油チャンバ１ｃから油を吐出することによって、重量負荷Ｗの印加方向にピストン１ａを移動し、油圧シリンダ１を収縮する。
【００２４】
さらに、油圧シリンダ１を収縮した際に油圧シリンダ１からの吐出流路として機能する第４の流量制御ライン１５に配置された再生油圧モータ２０が回転すると、発電機２１を駆動して電力を発生し、この電力が、油圧ポンプ２の電源としてモータ２４を電力供給するようになされた燃料電池装置２５に用いられる。
【００２５】
燃料電池装置２５は、電解水用の電解槽２６、電解槽２６で生じた水素を吸収するための水素吸蔵合金を含む水素蓄積装置２７、燃料電池２８などからなる。発電機２１は、電源経路２９を介して電解槽２６に接続されている。電解槽２６は、発電機２１から供給される電力を用いて水を電解し、水素及び酸素を生成する。その後、水素及び酸素は、燃料電池２８用の燃料として用いられて電力を発生し、この電力が油圧ポンプ２を駆動するための電源として役立つようにモータ２４に供給される。この場合には、一旦、電解槽２６で生じた水素を水素蓄積装置２７に蓄積すると、長期間のエネルギー蓄積が可能となる。図１では、参照符号３０は、燃料電池２８内で電力とともに発生した水を電解槽２６に戻すための戻り水経路を示しており、この戻り水経路３０を設けることにより、水を再利用することが可能となる。参照符号３７は、水素流路を示しており、一方、参照符号３６は、酸素流路を示している。参照符号３９は、給気口を特定している。
【００２６】
加えて、燃料電池２８の電力発生を制御可能とするように、水素蓄積装置２７から燃料電池２８に供給される水素量が制御される構成をとることにより、モータ２４の出力を最適に制御することができる。
【００２７】
次に、本発明の第２〜第４の実施形態について、図２〜図４の各々を参照して説明する。第２〜第４の実施形態では、第１の実施形態で示したものと共通（同一）の構成要素については、同一の参照番号を付すものとし、これらの説明を省略することに留意されたい。
【００２８】
まず、図２に示した第２の実施形態に関して、燃料電池装置２５は、メタノール、エタノール、又はＬＰＧなどの化学燃料を原料として用い、水素を生成する改質装置３１を備える。ここで、改質装置３１により生成される水素は、上述した水素蓄積装置２７からの水素に合流し、燃料電池２８に供給される。このように、改質装置３１を設けることにより、水素蓄積装置２７の寸法を大きくすることなく、水素を十分に燃料電池２８に供給することができる。
【００２９】
また、図３に示した第３の実施形態では、燃料電池装置が設けられていないが、発電機２１により発生された電力を蓄積するためのコンデンサ３２及び蓄電池３３と、蓄電池３３から供給されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、電圧を制御するインバータ３４とが設けられている。ここで、モータ２４は、インバータ３４から供給された電力により駆動されるようになされる。
【００３０】
さらに、第１〜第３の実施形態では、モータ２４は、油圧ポンプ２を駆動する電源として用いられる。しかしながら、建設機械などの複数の油圧式アクチュエータを備える作業機械の場合には、油圧シリンダ１からの吐出油の再生エネルギーが電力不足となり、また、蓄電池などの電力蓄積装置の大きさが、作業機械に搭載するのに困難なほど大きくなされてしまう可能性がある。ここで、図４に示した第４の実施形態では、エンジン３５が油圧ポンプ２用の電源として搭載され、モータ２４がエンジン３５を支援するための補助電源として用いられる。このように、モータ２４を補助電源として用いることにより、エンジン３５により消費される化石燃料の量を削減することが可能であり、これはエネルギーの節約に貢献することができ、また環境的にも好ましいことである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述したように構成された第１の実施形態においては、油圧シリンダ１を収縮すると、圧油は、ロッド側油チャンバ１ｂに供給されるようになるとともに、油がヘッド側油チャンバ１ｃから吐出されるようになる。ヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油が、重量負荷Ｗの印加により高い圧力を有しており、ヘッド側油チャンバ１ｃに面するピストン１ａの圧力受け面積が、ロッド１ｄの断面積分、ロッド側油チャンバ１ｂに面するピストン１ａの圧力受け面よりも大きいという理由から、ロッド側油チャンバ１ｂに供給される圧油よりも多くの量の油が、ヘッド側油チャンバ１ｃから吐出されるようになる。そして、ヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油の一部が、上述したように、再生油として、ヘッド側ライン６、第２の流量制御ライン１３、第１の流量制御ライン１２、及びロッド側ライン５を通して、ロッド側油チャンバ１ｂに供給される。一方、吐出油の残りは、第４の流量制御ライン１５に配置された可変容量型再生油圧モータ２０により流量制御（メータアウト制御）を施される。そして、この油は、吐出ライン１６を通して油タンク７に吐出され、発電機２１が再生油圧モータ２０の回転により駆動されて電力を発生する。その後、この電力は、油圧ポンプ２用の電源として、モータ２４を電力供給するようになされた燃料電池装置２５に用いられ得る。
【００３２】
上述したように、本実施形態では、再生油圧モータ２０が油圧シリンダ１のヘッド側油チャンバ１ｃからの吐出油の流入により回転し、発電機２１が再生油圧モータ２０の回転駆動により電力を発生し、これにより、吐出油のエネルギーが電気エネルギーとして再生されることができる。再生油圧モータ２０は、発電機２１を駆動するだけでなく、油圧シリンダ１からの吐出油の流量を制御する。
【００３３】
したがって、油圧シリンダ１の吐出流路に流量制御用の制御弁を設ける必要がなくなり、その結果、制御弁を通過する際のエネルギー損失がなくなり、これにより、吐出油のエネルギーを電気エネルギーとして高効率で再生することができ、エネルギー再生効率を向上することが可能となる。
【００３４】
上述の実施形態は、油圧シリンダを流体圧アクチュエータとして例証しているが、油圧モータに適用し得るものであり、さらに、油圧だけでなく、空気圧の分野の加圧流体に幅広い範囲で適用可能であることを留意すべきである。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、流体圧アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを再生することにより得られた電気エネルギーを、流体圧アクチュエータに加圧流体を供給するようになされたポンプを駆動するためのモータ用の電源として用いているが、本実施形態は、これに限らず、当然ながら、作業機械に搭載される多様な種類の電気機械にも用いることができることは明らかである。
【００３６】
本説明は、例示のみを目的とし、あらゆる方法で本開示内容の幅を狭めるものであると解釈されるべきではない。このため、当業者は、本開示内容の意図する趣旨及び範囲を逸脱することなく、本開示の実施形態について、種々の変更が可能であることを理解するであろう。他の形態、特徴、及び利点は、添付の図面及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本開示内容の第１の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図である。
【図２】本開示内容の第２の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図であり、図１に対して類似要素には類似番号を付してある。
【図３】本開示内容の第３の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図であり、図１及び図２に対して類似要素には類似番号を付してある。
【図４】本開示内容の第４の実施形態に係るエネルギー再生システムを示す図であり、図１〜図３に対して類似要素には類似番号を付してある。
【符号の説明】
【００３８】
１ 油圧シリンダ
１ａ ピストン
１ｂ ロッド側油チャンバ
１ｃ ヘッド側油チャンバ
１ｄ ロッド
２ 油圧ポンプ
２ａ 押しのけ容量制御手段
３ 吐出ライン
４ 流量制御回路
５ ロッド側ライン
６ ヘッド側ライン
７ 油タンク
８ 戻りライン
９ バイパス弁
１０ 制御装置
１１ 逆止弁
１２ 第１の流量制御ライン
１３ 第２の流量制御ライン
１４ 第３の流量制御ライン
１４ａ バイパスライン
１５ 第４の流量制御ライン
１５ａ バイパスライン
１６ 吐出ライン
１７ ロッド側メータイン弁
１８ ヘッド側メータイン弁
１９ ロッド側メータアウト弁
２０ 再生油圧モータ
２０ａ 押しのけ容量制御手段
２１ 発電機
２２ 逆止弁
２３ 制御レバー
２４ モータ
２５ 燃料電池装置
２６ 電解槽
２７ 水素蓄積装置
２８ 燃料電池
２９ 電源経路
３０ 戻り水経路
３１ 改質装置
３２ コンデンサ
３３ 蓄電池
３４ インバータ
３５ エンジン
３６ 酸素通路
３７ 水素通路
３９ 給気口
５１ 逆止弁
Ａ 接続部分
Ｂ 接続部分
Ｃ 接続部分
Ｄ 接続部分
Ｗ 重量負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械用のエネルギー再生システムであって、
流体を供給又は吐出することにより動作するようになされた流体圧アクチュエータと、
可変容量型再生流体圧モータであって、流体圧アクチュエータから吐出される流体用の吐出流路に配置され、可変容量型再生流体圧モータの押しのけ容量を制御することにより流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量を制御可能とするようになされた可変容量型再生流体圧モータと、
再生流体圧モータを回転させることにより、吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして少なくとも部分的に再生するエネルギー再生装置と
を備える作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項２】
再生流体圧モータの押しのけ容量が、流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量がゼロから所定の最大値まで変化するように制御される請求項１に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項３】
流体圧アクチュエータへの供給流体の流量が、供給流量制御弁により制御される請求項２に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項４】
流体圧アクチュエータは、単一ロッドの流体圧シリンダであり、再生流体圧モータは、流体圧シリンダのヘッド側チャンバから吐出される流体用の吐出流路に設けられている請求項３に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項５】
流体圧アクチュエータの操作器具から入力信号を受信し、該入力信号に基づいて再生流体圧モータ用の押しのけ容量制御手段に制御命令を出力する制御装置をさらに備える請求項４に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項６】
加圧流体を流体圧アクチュエータに供給するようになされたポンプと、
ポンプと動作可能に連結されたモータと
をさらに備え、
エネルギー再生装置により得られた電気エネルギーが、モータ用の電源として用いられる請求項５に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項７】
モータが、ポンプ用の補助電源として用いられる請求項６に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項８】
エネルギー再生装置は、
再生流体圧モータの回転駆動を介して電力を発生する電力発生手段と、
電力発生手段により発生された電力を蓄積する蓄電手段と、
蓄電手段に蓄積された電力をＡＣ電力に変換するインバータと
を備える請求項７に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項９】
前記吐出流路の吐出ライン内で少なくとも部分的に配置されたメータアウト弁をさらに備え、前記制御装置は、前記可変容量型油圧モータ及び前記メータアウト弁に制御連結されており、
前記制御装置は、操作者入力装置からのアクチュエータの伸長命令に応答して、前記可変容量型油圧モータの前記押しのけ容量制御手段に変位ゼロの命令を出力するように構成され、
前記制御装置は、前記操作者入力装置からのアクチュエータの収縮命令に応答して、前記可変容量型油圧モータの前記押しのけ容量制御手段にゼロでない変位の命令を出力するように構成される請求項６に記載のエネルギー再生システム。
【請求項１０】
エンジンと、前記エンジンに動作可能に連結された油圧ポンプと、前記可変容量型油圧モータから分離され前記エネルギー再生装置及び前記油圧ポンプの各々と動作可能に連結された電動機とをさらに備える請求項１に記載のエネルギー再生システム。
【請求項１】
作業機械用のエネルギー再生システムであって、
流体を供給又は吐出することにより動作するようになされた流体圧アクチュエータと、
可変容量型再生流体圧モータであって、流体圧アクチュエータから吐出される流体用の吐出流路に配置され、可変容量型再生流体圧モータの押しのけ容量を制御することにより流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量を制御可能とするようになされた可変容量型再生流体圧モータと、
再生流体圧モータを回転させることにより、吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして少なくとも部分的に再生するエネルギー再生装置と
を備える作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項２】
再生流体圧モータの押しのけ容量が、流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量がゼロから所定の最大値まで変化するように制御される請求項１に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項３】
流体圧アクチュエータへの供給流体の流量が、供給流量制御弁により制御される請求項２に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項４】
流体圧アクチュエータは、単一ロッドの流体圧シリンダであり、再生流体圧モータは、流体圧シリンダのヘッド側チャンバから吐出される流体用の吐出流路に設けられている請求項３に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項５】
流体圧アクチュエータの操作器具から入力信号を受信し、該入力信号に基づいて再生流体圧モータ用の押しのけ容量制御手段に制御命令を出力する制御装置をさらに備える請求項４に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項６】
加圧流体を流体圧アクチュエータに供給するようになされたポンプと、
ポンプと動作可能に連結されたモータと
をさらに備え、
エネルギー再生装置により得られた電気エネルギーが、モータ用の電源として用いられる請求項５に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項７】
モータが、ポンプ用の補助電源として用いられる請求項６に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項８】
エネルギー再生装置は、
再生流体圧モータの回転駆動を介して電力を発生する電力発生手段と、
電力発生手段により発生された電力を蓄積する蓄電手段と、
蓄電手段に蓄積された電力をＡＣ電力に変換するインバータと
を備える請求項７に記載の作業機械用のエネルギー再生システム。
【請求項９】
前記吐出流路の吐出ライン内で少なくとも部分的に配置されたメータアウト弁をさらに備え、前記制御装置は、前記可変容量型油圧モータ及び前記メータアウト弁に制御連結されており、
前記制御装置は、操作者入力装置からのアクチュエータの伸長命令に応答して、前記可変容量型油圧モータの前記押しのけ容量制御手段に変位ゼロの命令を出力するように構成され、
前記制御装置は、前記操作者入力装置からのアクチュエータの収縮命令に応答して、前記可変容量型油圧モータの前記押しのけ容量制御手段にゼロでない変位の命令を出力するように構成される請求項６に記載のエネルギー再生システム。
【請求項１０】
エンジンと、前記エンジンに動作可能に連結された油圧ポンプと、前記可変容量型油圧モータから分離され前記エネルギー再生装置及び前記油圧ポンプの各々と動作可能に連結された電動機とをさらに備える請求項１に記載のエネルギー再生システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１６２４５７（Ｐ２００７−１６２４５７Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４５３５（Ｐ２００６−３３４５３５）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【出願人】（０００１９０２９７）新キャタピラー三菱株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【出願人】（０００１９０２９７）新キャタピラー三菱株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
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