建設機械の油圧駆動装置
【課題】第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立できるとともに第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができ、さらに、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる建設機械の油圧駆動装置の提供。
【解決手段】エンジン２５により第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを駆動し、電動機４５により第２油圧ポンプ３０を駆動するようにした。また、エンジン２５により発電機４1を駆動し、発電機４1により発電される電気エネルギから第２油圧ポンプ３０の駆動に必要な電気エネルギを差引いた電気エネルギをバッテリ４０に蓄えておき、発電機４1により発電される電気エネルギのみでは第２油圧ポンプ３０の駆動に必要な電気エネルギが賄えないときに、バッテリ４０から得られる電気エネルギを使用するようにした。
【解決手段】エンジン２５により第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを駆動し、電動機４５により第２油圧ポンプ３０を駆動するようにした。また、エンジン２５により発電機４1を駆動し、発電機４1により発電される電気エネルギから第２油圧ポンプ３０の駆動に必要な電気エネルギを差引いた電気エネルギをバッテリ４０に蓄えておき、発電機４1により発電される電気エネルギのみでは第２油圧ポンプ３０の駆動に必要な電気エネルギが賄えないときに、バッテリ４０から得られる電気エネルギを使用するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１以上の油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない別の油圧アクチュエータと、この別の油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する別の油圧ポンプとを備える建設機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の建設機械の油圧駆動装置、例えば油圧ショベルの油圧駆動装置として特許文献１に示されるものがある。この油圧駆動装置は、１以上の第１油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダおよびアームシリンダと、第１油圧アクチュエータとは別の油圧アクチュエータであって第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータ、例えば旋回モータとを備えている。また、ブームシリンダとアームシリンダに供給する圧油を吐出する１以上の第１油圧ポンプ、例えば２つの第１油圧ポンプと、この第１油圧ポンプとは別の油圧ポンプであって旋回モータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプとを備えている。さらに、第１，第２油圧ポンプを駆動する１つのエンジンを備えている。
【０００３】
第１油圧ポンプの吐出流量は、２つの第１油圧ポンプの吐出圧のいずれか高い方が所定の圧力値以上の状態において、その高い方の吐出圧の上昇に連動して減少し、その高い方の吐出圧の低下に連動して増加するようになっている。さらに、第１油圧ポンプの吐出流量は、第２油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力値以上の状態において、第２油圧ポンプの吐出圧の変動が反映し、第２油圧ポンプの吐出圧の上昇に連動して減少し、第２油圧ポンプの吐出圧の低下に連動して増加するようになっている。
【０００４】
第２油圧ポンプの吐出流量は、第２油圧ポンプ自身の吐出圧が所定の圧力値以上の状態において、第２油圧ポンプの吐出圧の上昇に連動して減少し、第２油圧ポンプの吐出圧の低下に連動して増加するようになっている。なお、前述したように第１油圧ポンプの吐出流量については第２油圧ポンプの吐出圧の変動が反映するようになっているが、第２油圧ポンプの吐出流量については第１油圧ポンプの吐出圧の変動が反映しないようになっている。
【０００５】
このように構成された油圧駆動装置は次のように動作する。
【０００６】
旋回モータが動作していない状態でブームシリンダとアームシリンダが動作する場合、ブームシリンダやアームシリンダの負荷に対抗する２つの第１油圧ポンプの吐出圧のうちの高い方が所定の圧力値以上の状態では、その高い方の吐出圧の上昇に連動して第１油圧ポンプの吐出流量が減少し、その高い方の吐出圧の低下に連動して第１油圧ポンプの吐出流量が増加する。これにより、ブームシリンダやアームシリンダの駆動圧が確保された状態で、２つの第１油圧ポンプの吸収トルクの合計がエンジントルクとほぼ同値に維持される。
【０００７】
ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとが複合動作する場合、旋回モータの動作開始時に慣性モーメントによって旋回モータの負荷が上昇し、第２油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力値以上に上昇する。すると、第１油圧ポンプの吐出流量が第２油圧ポンプの吐出圧の上昇に連動して減少し、第１油圧ポンプの吸収トルクが低下する。これにより、第１油圧ポンプに対するエンジントルクの割当てが減少し、この割当ての減少分が第２油圧ポンプに割当てられて、第１，第２油圧ポンプの吸収トルクの合計がエンジントルク以下に抑えられる。この結果、旋回モータの駆動力と動作速度が確保される。
【特許文献１】特開２００２−２４２９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した従来の油圧ショベルの油圧駆動装置は、旋回モータが動作していない状態においては第１油圧ポンプに割当てられていたエンジントルクの一部を、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時においては第２油圧ポンプに割当てている。つまり、ブームシリンダやアームシリンダの駆動力および動作速度を低下させることと引換えに、旋回モータの駆動力および動作速度を確保している。しがって、ブームシリンダやアームシリンダの駆動力および動作速度の確保と旋回モータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができない。このため、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時におけるブームシリンダとアームシリンダの動作による作業の能率が、旋回モータが動作していないときよりも低くなるという問題があった。
【０００９】
また、従来の油圧ショベルの油圧駆動装置は、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時において、第２油圧ポンプにエンジントルクを割当てるために、第１油圧ポンプの吐出流量を第２油圧ポンプの吐出圧の変動に連動させて変動させる。このため、旋回モータの動作開始時に旋回モータの負荷が上昇すると、ブームシリンダやアームシリンダの動作速度が遅くなり、旋回モータの動作が等速状態になって旋回モータの負荷が低下すると、ブームシリンダやアームシリンダの動作速度が速くなる。つまり、従来の建設機械の油圧駆動装置には、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時において、ブームシリンダやアームシリンダの動作速度が不安定になり、ブームシリンダやアームシリンダの操作性が低下するという問題がある。
【００１０】
また、従来の油圧ショベルの油圧駆動装置は、１つのエンジンにより第１，第２油圧ポンプを駆動するので、第１，第２油圧ポンプに入力されたエンジン出力のうちのブームシリンダ、アームシリンダおよび旋回モータのいずれの駆動にも使用されない過剰なエンジン出力は、第１，第２油圧ポンプから吐出された圧油を作動油タンクに排出することにより無駄に消費される。このため、過剰なエンジン出力を有効に利用することによって省エネを実現することが要望されていた。
【００１１】
本発明は、上述の実状を考慮してなされたものであり、その目的は、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立できるとともに第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができ、さらに、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
〔１〕 本発明は、前述の目的を達成するために、１以上の第１油圧アクチュエータと、この第１油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する１以上の第１油圧ポンプと、前記第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧ポンプとは別の油圧ポンプであって前記第２油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプとを備える建設機械の油圧駆動装置において、前記第１油圧ポンプを駆動するエンジンと、このエンジンにより駆動されて発電する発電機と、この発電機が発電した電気エネルギを蓄える蓄電部と、前記発電機および前記蓄電部の少なくとも一方から得られる電気エネルギより駆動されて前記第２油圧ポンプを駆動する電動機とを備えることを特徴とする。
【００１３】
このように構成した本発明は、エンジンにより第１油圧ポンプを駆動し、電動機により第２油圧ポンプを駆動するので、第１油圧ポンプの吸収トルクと第２油圧ポンプの吸収トルクとを互いの変動に関係なく個別に設定することができる。これにより、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において、第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるとともに、第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができる。
【００１４】
また、本発明は、発電機と蓄電部から得られる電気エネルギにより電動機を駆動する。電動機により第２油圧ポンプを駆動する際、第２油圧ポンプの駆動に必要な電気エネルギが発電機により発電された電気エネルギよりも小さい場合には、発電機により発電された電気エネルギから第２油圧ポンプの駆動に必要な電気エネルギを差引いた電気エネルギを、蓄電部に充電する。そして、第２油圧ポンプの駆動に必要な電気エネルギが発電機により発電された電気エネルギよりも大きくなった場合には、発電部が発電する電気エネルギと蓄電部に蓄えられた電気エネルギの両方により電動機を駆動して第２油圧ポンプを駆動する。つまり、過剰なエンジン出力を蓄えておき、第２油圧ポンプを駆動するために使用することができるので、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる。
【００１５】
〔２〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記第２油圧アクチュエータを駆動させる旨の指令の有無を判定する判定手段と、前記指令がないという判定が前記判定手段によりなされたときに、前記電動機の回転速度を所定値まで低下させる制御を行う低回転制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このように構成した本発明は、第２油圧アクチュエータの駆動が指令されていないという判定を、すなわち第２油圧アクチュエータが動作していないという判定を判定手段により行ったときに、低回転制御手段により電動機の回転速度を所定の回転数まで低下させる。これにより、第２油圧アクチュエータが動作していないときにおける電動機の消費電力を低減することができる。
【００１７】
〔３〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記第２油圧アクチュエータと作動油タンクとを連絡するメータアウト通路に設けられる油圧モータと、この油圧モータにより駆動され、前記蓄電部に充電する電気エネルギを発電する発電機とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このように構成した本発明は、第２油圧アクチュエータから作動油タンクに排出される圧油により油圧モータを駆動し、この油圧モータにより発電機を駆動し、この発電機により発電して、発電した電気エネルギを充電池に充電する。これにより、第２アクチュエータから排出される圧油のエネルギを蓄えておき、第２油圧ポンプを駆動するために使用することができる。
【００１９】
〔４〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記建設機械が油圧ショベルからなり、前記第１油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの作業機を駆動する油圧シリンダからなり、前記第２油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの旋回体を駆動する油圧モータからなることを特徴とする。
【００２０】
このように構成した本発明は、作業機と旋回体との複合動作時において、作業機の駆動力および動作速度の確保と旋回体の駆動力および動作速度の確保とを両立することができるとともに作業機の動作速度を安定させることができる。
【００２１】
〔５〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記第１油圧ポンプを２つ、前記第２油圧ポンプを１つ備えることを特徴とする。
【００２２】
このように構成した発明は、２つの第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と、第２油圧ポンプの吸収トルクとを互いの変動に関係なく個別に設定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
前述のように、本発明によれば、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において、第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるので、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時における第１油圧アクチュエータの動作による作業の能率の向上に貢献できる。
【００２４】
また、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において、第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができるので、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時における第１油圧アクチュエータの操作性の向上に貢献できる。
【００２５】
また、過剰なエンジン出力を有効に利用することができるので、建設機械の駆動に係るエネルギの省エネに貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の建設機械の油圧駆動装置を油圧ショベルに適用した場合の実施形態について説明する。
【００２７】
＜１＞ 油圧ショベルの構成
後述する第１実施形態が適用される油圧ショベルの構成について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態が適用される油圧ショベルの側面図である。
【００２８】
図１に示すように、油圧ショベル１は、不図示の一対の走行モータ（油圧モータ）、すなわち左走行モータおよび右走行モータの動力により走行する走行体２を備えている。この走行体２上には、運転室４や機械室５を有し不図示の旋回モータ（油圧モータ）の動力により旋回する旋回体３を設けてある。この旋回体３には、作業機６を設けてある。この作業機６は、一端が旋回体３にピン結合され旋回体３に対して上下方向へ回動可能なブーム７と、このブーム７の他端部に一端部がピン結合されブーム７に対して上下方向へ回動可能なアーム８と、このアーム８の他端部にピン結合されてアーム８に対して上下方向へ回動可能なバケット９とを有する。ブーム７、アーム８およびバケット９はそれぞれブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の伸縮によって駆動されるようにしてある。
【００２９】
＜２＞ 第１実施形態
第１実施形態について図１〜６を用いて説明する。図２は第１実施形態の構成を示す油圧回路図、図３は第１実施形態における第１油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図、図４は第１実施形態における第２油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図、図５は第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と発電機の吸収トルクとの関係を示す積み上げ図、図６は第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と第２油圧ポンプの吸収トルクとの関係を示す積み上げ図である。
【００３０】
＜２．１＞ 第１実施形態の構成
第１実施形態は図２に示すように構成してある。なお、図２において、前述したブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、旋回モータ、走行モータ、および操作パイロット系のそれぞれの図は、省略してある。
【００３１】
第１実施形態は、１以上の第１油圧アクチュエータ、例えば前述したブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１と、これら第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータ、例えば前述した不図示の旋回モータを備えている。
【００３２】
また、第１実施形態は、ブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１に供給する圧油を吐出する１以上、例えば２つの第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと、旋回モータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプ３０とを備えている。
【００３３】
また、第１実施形態は、第１油圧ポンプ１３Ｂに接続される主管路１５Ｂに設けられ、第１油圧ポンプ１３Ｂからブームシリンダ１０に供給される圧油の流れを制御する第１ブーム用方向切換弁２３と、第１油圧ポンプ１３Ａに接続される主管路１５Ａに設けられ、第１油圧ポンプ１３Ａからブームシリンダ１０に供給される圧油の流れを制御する第２ブーム用方向切換弁２０を備えている。また、主管路１５Ａに設けられ、第１油圧ポンプ１３Ａからアームシリンダ１１に供給される圧油の流れを制御する第１アーム用方向切換弁１９と、主管路１５Ｂに設けられ第１油圧ポンプ１３Ｂからアームシリンダ１１に供給される圧油の流れを制御する第２アーム用方向切換弁２２とを備えている。さらに、第２油圧ポンプ３０に接続される主管路３２に設けられ第２油圧ポンプ３０から旋回モータに供給される圧油の流れを制御する旋回用方向切換弁３５を備えている。
【００３４】
また、第１実施形態は、左走行モータと、右走行モータと、第１油圧ポンプ１３Ａの主管路１５Ａに設けられ第１油圧ポンプ１３Ａから一方の走行モータ例えば左走行モータに供給される圧油の流れを制御する走行左用方向切換弁１８と、第１油圧ポンプ１３Ｂの主管路１５Ｂに設けられ第１油圧ポンプ１３Ｂから他方の走行モータすなわち右走行モータに供給される圧油の流れを制御する走行右用方向切換弁２１を備えている。
【００３５】
また、第１実施形態は、バケットシリンダ１２と、第１油圧ポンプ１３Ｂの主管路１５Ｂに設けられ第１油圧ポンプ１３Ｂからバケットシリンダ１２に供給される圧油の流れを制御するバケット用方向切換弁２４とを備えている。
【００３６】
前述した第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂは、１回転当たりの吐出流量（押し退け容積）を可変にする押し退け容積可変機構部１４Ａ，１４Ｂを有する可変容量型油圧ポンプからなる。押し退け容積可変機構部１４Ａ，１４Ｂは、共通の第１レギュレータ１７によって制御されるようにしてある。この第１レギュレータ１７は、第１油圧ポンプ１３Ａの主管路１５Ａから管路１６Ａを介して付与される吐出圧と、第１油圧ポンプ１３Ｂの主管路１５Ｂから管路１６Ｂを介して付与される吐出圧とを平均した圧力（以下「第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１」という）により駆動されるようにしてある。
【００３７】
第１レギュレータ１７は、図３に示す吐出圧−吐出流量特性に従って、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂの吐出流量（以下「第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１」という）を制御するよう設定してある。
【００３８】
つまり、第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が０から所定の圧力値Ｐ１ｓ以下の状態では、第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１が、最大吐出量Ｑ１ｍａｘに維持されるようにしてある。また、第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が所定の圧力値Ｐ１ｓ以上の状態では、第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１が第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１の上昇に連動して減少し、第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１の低下に連動して増加するようにしてある。これにより、図５の斜線部Ａで示すように、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の駆動に必要な第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が確保された状態で、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂの吸収トルクの合計（以下「第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１」という）が予め設定された吸収トルクの上限値Ｔ１ｍａｘに維持されるようにしてある。
【００３９】
前述した第２油圧ポンプ３０も、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと同様に可変容量型油圧ポンプからなる。この第２油圧ポンプの押し退け容積可変機構部３１は、第２レギュレータ３４によって制御されるようにしてある。この第２レギュレータ３４は、第２油圧ポンプ３０の主管路３２から管路３３介して付与される第２油圧ポンプ３０の吐出圧（以下「第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２」という）により駆動されるようにしてある。
【００４０】
この第２レギュレータ３４は、図４に示す吐出圧−吐出流量特性に従って、第２油圧ポンプ３０の吐出流量（以下「第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２」という）を制御するよう設定してある。
【００４１】
つまり、第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が０から所定の圧力値Ｐ２ｓ以下の状態では、第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２が、最大吐出流量Ｑ２ｍａｘに維持されるようにしてある。また、第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が所定の圧力値Ｐ２ｓ以上の状態では、第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２が第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２の上昇に連動して減少し、第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２の低下に連動して増加するようにしてある。これにより、図６の点部Ｂで示すように、旋回モータの駆動に必要な第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が確保された状態で、第２油圧ポンプ３０の吸収トルク（以下「第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２」）が予め設定した上限値Ｔ２ｍａｘに維持されるようにしてある。なお、上限値Ｔ２ｍａｘは、後述する電動機４５の最大出力トルクＴＭｍａｘとほぼ同値に設定してある。
【００４２】
また、図６に示すように、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２の上限値Ｔ２ｍａｘと、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１の上限値Ｔ１ｍａｘとの合計は、エンジントルクＴＥよりも大きな値に設定してある。なお、説明を簡単にするために、所定の圧力値Ｐ２ｓは前記所定の圧力値Ｐ１ｓと同値（Ｐ２ｓ＝Ｐ１ｓ）にしてある。
【００４３】
また、第１実施形態は、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂおよびパイロットポンプ１０１を駆動するエンジン２５と、エンジン２５により駆動されて発電する発電機４１と、この発電機４１が発電した電気エネルギを蓄える蓄電部すなわちバッテリ４０と、発電機４１およびバッテリ４０の少なくとも一方からの電気エネルギにより駆動されて第２油圧ポンプ３０を駆動する電動機４５とを備えている。
【００４４】
電動機４５は、エンジントルクＴＥから第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１の上限値Ｔ１ｍａｘを差引いた値よりも大きい最大出力トルクＴＭｍａｘを出力しつつ、予め設定された回転速度で回転可能な電動機である。
【００４５】
発電機４１とバッテリ４０を接続する電気回路４３には、発電機４１の負荷、すなわち発電機４１が発電する電力を制御するコンバータ４４を設けてある。また、コンバータ４４およびバッテリ４０と電動機４５とを接続する電気回路４７には、電動機４５の出力トルク（以下「電動機出力トルクＴＭ」という）、すなわち電動機４５に供給する電力を制御するインバータ４８を設けてある。
【００４６】
また、第１実施形態は、発電機４１の回転速度を検出し、検出した回転速度に相応する発電機回転速度信号を出力する発電機用回転速度検出器４２と、電動機４５の回転速度を検出し、検出した回転速度に相応する電動機回転速度信号を出力する電動機用回転速度検出器４６を備えている。さらに、発電機回転速度信号の変動に応じてコンバータ４４の制御を行うとともに、電動機回転速度信号の変動に応じてインバータ４８の制御を行うコントローラ４９（マイコン）とを備えている。
【００４７】
コントローラ４９は、発電機回転速度信号を受入れ、この発電機回転速度信号に応じてコンバータ４４に与える目標値を算出して、目標値に相応する制御信号をコンバータ４４に出力するよう設定してある。コントローラ４９によるコンバータ４４の制御では、発電機４１により発電される電力が、発電機回転速度に対応する予め設定された電力に制御されるようにしてある。
【００４８】
また、コントローラ４９は、電動機回転速度信号を受入れ、電動機回転速度信号の変動量を算出し、変動量に応じてインバータ４８に与える目標値を算出して、目標値に相応する制御信号をインバータ４８に出力するよう設定してある。コントローラ４９によるインバータ４８の制御では、電動機４５の回転速度が予め設定された回転速度に維持されるよう電動機出力トルクＴＭ、すなわち電動機４５に供給される電力が制御されるようにしてある。
【００４９】
＜２．２＞ 第１実施形態の動作
第１実施形態は次のように動作する。
【００５０】
第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂはエンジン２５により駆動される。第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂが吐出する圧油は、第１ブーム用方向切換弁２３および第２ブーム用方向切換弁２０により流れを制御されてブームシリンダ１０に供給されるとともに、第１アーム用方向切換弁１９および第２アーム用方向切換弁２２により流れを制御されてアームシリンダ１１に供給される。
【００５１】
この間、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の負荷の変動に伴う第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１の変動によって第１レギュレータ１７が動作し、第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１、すなわちブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１に供給される圧油の流量が制御される。
【００５２】
ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の負荷に対抗する第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が０からＰ１ｓ以下の状態では、第１レギュレータ１７は第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１を最大吐出流量Ｑ１ｍａｘに維持する。この状態では、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１は、上限値Ｔ１ｍａｘ以下である。
【００５３】
また、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の負荷に対抗する第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が所定の圧力値Ｐ１ｓ以上の状態では、第１レギュレータ１７は第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持されるよう第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１を制御する。この状態では、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の駆動圧が確保された状態で、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持される。
【００５４】
また、第２油圧ポンプ３０は電動機４５により駆動される。第２油圧ポンプ３０が吐出される圧油は、旋回用方向切換弁３５により流れを制御され、旋回モータに供給される。
【００５５】
この間、旋回モータの負荷の変動に伴う第２油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ２の変動によって第２レギュレータ３４が動作し、第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２、すなわち旋回モータに供給される圧油の流量が制御される。
【００５６】
旋回モータの負荷に対抗する第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が０からＰ２ｓ以下の状態では、第２レギュレータ３４は第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２を最大吐出流量Ｑ２ｍａｘに維持する。この状態では、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２は上限値Ｔ１ｍａｘ以下である。
【００５７】
旋回モータの負荷に対抗する第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が所定の圧力値Ｐ２ｓ以上の状態では、第２レギュレータ３４は第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が上限値Ｔ２ｍａｘに維持されるよう第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２を制御する。この状態では、旋回モータの駆動圧が確保された状態で、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が電動機４５の最大出力トルクＴＭｍａｘ（＝Ｔ２ｍａｘ）に維持される。
【００５８】
また、発電機４１はエンジン２５により駆動される。発電機吸収トルクＴＧは、図５において縦線部Ｃで示すように、エンジントルクＴＥから第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１を差引いた値となる。つまり、発電機４１は、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂが吸収しないエンジントルク（ＴＥ−Ｔ１）を割当てられて発電する。なお、図５において、説明を簡単にするためにパイロットポンプ１０１の吸収トルクは０と仮定してある。
【００５９】
発電機４１が発電を行っている間、発電機用回転速度検出器４２が発電機４１の回転速度を検出して発電機回転速度信号をコントローラ４９に出力する。すると、コントローラ４９は、発電機回転速度に応じた制御信号をコンバータ４４に出力する。これにより、発電機４１により発電される電力が、そのときの発電機４１の回転速度に対応する予め設定された電力に制御される。
【００６０】
また、この間、電動機用回転速度検出器４６が電動機４５の回転速度を検出し、電動機回転速度信号をコントローラ４９に出力する。すると、コントローラ４９は、電動機回転速度の変動量を算出し、その変動量に応じてインバータ４８に制御信号を出力する。これにより、インバータ４８は、発電機４１からコンバータ４４を介して得られる電気エネルギと、バッテリ４０から得られる電気エネルギとから、インバータ４８が電動機４５の回転速度を予め設定された回転速度に維持するのに必要な電力を生成し、電動機４５に供給する。このとき、電動機４５の回転速度を維持するのに必要な電気エネルギが発電機４１により発電される電気エネルギよりも小さい場合には、電動機４５が発電した電気エネルギから電動機４５の駆動に必要な電気エネルギを引いた電気エネルギが、コンバータ４４を介してバッテリ４０に充電される。
【００６１】
例えば、旋回モータが回転を開始するときは、慣性モーメントによる旋回モータの負荷の上昇に伴って、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が上限値Ｔ２ｍａｘに達する。このとき、電動機４５の回転速度を維持するのに必要な電気エネルギが発電機４１が発電する電気エネルギを越える。したがって、インバータ４８は、電動機４５の回転速度を維持するために必要な電力を、コンバータ４４を介して発電機４１から得られる電気エネルギとバッテリ４０から得られる電気エネルギとの両方を使用して電力を生成し、電動機４５に供給する。これにより、図６に示すように、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２との合計がエンジントルクＴＥを越えた状態で、第１，第２油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂ，３０を稼働させることが可能になる。
【００６２】
また、例えば旋回モータが動作していないときや、ほぼ一定の速度で回転しているときなどは、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が最低または比較的低いので、インバータ４８は、電動機４５の回転速度を維持するのに必要な電力を、コンバータ４４を介して得られる発電機４１からの電気エネルギのみを使用して電力を生成し、電動機４５に供給する。これにより、電動機４５が発電した電気エネルギから電動機４５が消費する電気エネルギを差引いた電気エネルギが、コンバータ４４を介してバッテリ４０に充電される。
【００６３】
＜２．３＞ 第１実施形態によれば次の効果を得られる。
【００６４】
第１実施形態は、エンジン２５により第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを駆動し、電動機４５により第２油圧ポンプ３０を駆動するので、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２とを互いの変動に関係なく個別に設定することができる。これにより、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１と旋回モータとの複合動作時において、ブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の駆動力および動作速度の確保と旋回モータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるとともにブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の動作速度を安定させることができる。この結果、作業機６と旋回体３との複合動作時において、作業機６による作業の効率の向上に貢献できるとともに、作業機６の操作性の向上に貢献できる。
【００６５】
また、第１実施形態は、過剰なエンジン出力を発電機４１により電気エネルギに変換してバッテリ４０に蓄えておき、その電気エネルギを使用して電動機４５、すなわち第２油圧ポンプ３０を駆動するので、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる。この結果、油圧ショベル１の駆動に係るエネルギの省エネに貢献できる。
【００６６】
また、第１実施形態は、図６に示すように、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持された状態であって、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２をとの合計がエンジントルクＴＥを越えた状態で、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと第２油圧ポンプ３０を駆動することができる。これにより、作業機６と旋回体３の複合動作による作業の能率の向上に貢献できる。
【００６７】
なお、第１実施形態は、２つの第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを備える例であったが、本発明はこれに限るものではなく、第１油圧ポンプを１だけ備えるものでも３以上備えているものでもよい。
【００６８】
また、第１実施形態は、可変容量型油圧ポンプからなる第２油圧ポンプ３０を備える例であったが、本発明はこれに限るものではなく、第２油圧ポンプ３０を固定容量型油圧ポンプにしてもよい。
【００６９】
また、第１実施形態は、電動機４５の回転速度を予め設定された回転速度に維持するようインバータ４８を制御する例であったが、本発明はこれに限るものではなく、旋回モータが動作していないときには電動機４５の回転速度が低下するようインバータ４８を制御するようにてもよい。
【００７０】
このようにインバータ４８を制御するには、図７に示すように、旋回用方向切換弁３５に入力されるパイロット圧を検出し、パイロット圧に相応する圧力信号を出力する圧力検出器５０Ａ，５０Ｂを設ける。そして、コントローラ４９が旋回モータを駆動させる旨の指令の有無を前記圧力信号から判定する判定手段として機能し、この判定手段により前記指令がないという判定がなされたときに電動機４５の回転速度を所定値まで低下させるようインバータ４８を制御する低回転制御手段として機能するようコントローラ４９の動作をプログラムすればよい。
【００７１】
このように構成したものは、旋回モータが動作しないときに、電動機４５が消費する電気エネルギを低減することができ、同時にバッテリ４０に充電する電気エネルギを増加させることができる。また、旋回モータが動作しないときでも電動機４５を駆動させておくことによって、旋回モータの動作を円滑に開始させることができる。
【００７２】
＜３＞ 第２実施形態
第２実施形態について図８を用いて説明する。図８は、第２実施形態の構成を示す油圧回路図である。なお、図８において、図２に示すものと同等のものには図２に付した符号と同じ符号を付してある。
【００７３】
＜３．１＞ 第２実施形態の構成
第２実施形態は次のように構成してある。次に説明する構成以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００７４】
第２実施形態は、図８に示すように、旋回モータ７０と作動油タンク１００を連絡するメータアウト通路に設けられる油圧モータ、例えば固定容量型の油圧モータ６１と、この油圧モータ６１により駆動されバッテリ４０に充電する電気エネルギを発電する回生用発電機６２とを備えている。前記メータアウト通路は、旋回モータ７０と作動油タンク１００を、旋回用方向切換弁３５内に形成される通路３５ａまたは３５ｂを介して連絡してなる。
【００７５】
図８において、８０は、旋回モータ７０を操作する操作レバー装置である。この操作レバー装置８０は、パイロットポンプ１０１と接続してあり、操作レバー８０ａを左方向に傾倒させると旋回用方向切換弁３５の弁体を左方向に移動させるパイロット圧Ｐｌを生成し、操作レバー８０ａを右方向に傾倒させると旋回用方向切換弁３５の弁体を右方向に移動させるパイロット圧Ｐｒを生成するようにしてある。そして、旋回用方向切換弁３５の弁体がパイロット圧Ｐｌを与えられて左位置に切換わると、旋回モータ７０が左方向に回転するようにしてある。逆に、旋回用方向切換弁３５の弁体がパイロット圧Ｐｒを与えられて右位置に切換わると、旋回モータ７０は右方向に回転するようにしてある。
【００７６】
また、７１は、旋回モータ７０の回転速度（以下「旋回速度」ともいう）を検出し、旋回速度に相応する旋回速度信号を出力する旋回速度検出器である。８１は、操作レバー８０ａの傾倒角度を検出し、傾倒角度に相応する傾倒角度信号を出力する傾倒角度検出器である。６４は、回生用発電機６２とバッテリ４０を接続する電気回路６３に設けられ、回生用発電機６２が発電する電力を制御するとともに回生用発電機６２が発電した交流の電力を直流の電力に変換するコンバータである。
【００７７】
コントローラ６５は、第１の実施形態のコントローラ４９と同様にコンバータ４４およびインバータ４８を制御するよう設定してあるとともに、傾倒角度検出器８１が出力する傾倒角度信号と、旋回速度検出器７１が出力する旋回速度信号とを受入れ、傾転角度信号に対応する旋回速度を旋回速度信号に対応する旋回速度から差引いた値に基づいてコンバータ６４に与える目標値を算出し、目標値に相応する制御信号をコンバータ６４に出力するよう設定してある。
【００７８】
コントローラ６５によるコンバータ６４の制御では、操作レバー８０ａにより指令された指令旋回速度から実際の旋回速度を差引いた値、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」が０以上の値ときは、回生用発電機６２の負荷が最小になるようにしてある。一方、「指令旋回速度−実旋回速度」が負の値のときは、「指令旋回速度−実旋回速度」の値が小さいほど（絶対値が大きいほど）回生発電機６２の負荷が大きくなり、「（指令旋回速度−実旋回速度）」が大きいほど回生発電機６２の負荷が小さくなるようにしてある。
【００７９】
＜３．２＞ 第２実施形態の動作
第２実施形態は次のように動作する。前述の第１実施形態と同様の構成による第２実施形態の動作については説明を省略する。
【００８０】
操作レバー８０ａが例えば左方向に傾倒されると、旋回用方向切換弁３５の弁体が中立位置よりも左位置側の任意の位置へ移動する。これに伴い、第２油圧ポンプ３０からから吐出される圧油が、旋回用方向切換弁３５の通路３５ｃにより旋回モータ７０へ導かれ、旋回モータ７０を駆動する。そして、旋回モータ７０から排出された圧油は、旋回用方向切換弁３５の通路３５ａおよび油圧モータ６１を介して作動油タンク１００へ戻される。
【００８１】
このようにして旋回モータ７０が駆動される際、傾倒角度検出器８１は、左方向への傾倒する操作レバー８０ａの傾倒角度を検出して傾倒角度信号をコントローラ６５に出力し、また、旋回速度検出器７１は実際の旋回速度を検出して旋回速度信号をコントローラ４９に出力する。これに伴い、コントローラ４９は、指令旋回速度から実際の旋回速度を差引いた値、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」を算出し、その値に対応する制御信号をコンバータ６４に出力する。
【００８２】
操作レバー８０ａの左方向への傾倒角度に対応する位置に旋回用方向切換弁３５が移動した当初、すなわち旋回モータ７０の起動時には、旋回モータ７０に対して静止状態を維持しようとする慣性モーメントが作用するので、実際の旋回速度が指令旋回速度よりも遅い状態、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」が０よりも大きい値となっている。この状態では、コンバータ６４によって回生用発電機６２の負荷が最小値に設定され、これに伴い、油圧モータ６１の吸収トルクが最小値に設定される。また、「指令旋回速度−実旋回速度」が０の状態、すなわち旋回モータ７０の回転速度が指令旋回速度に達して一定になった状態でも、回生用発電機６２の負荷が最小値に設定されて、油圧モータ６１の吸収トルクが最小値に設定される。
【００８３】
操作レバー８０ａが中立方向に傾倒されると、傾倒角度検出器８１は、減少する操作レバー８０ａの傾倒角度を検出して傾倒角度信号をコントローラ６５に出力し、また、旋回速度検出器７１は実際の旋回速度を検出して旋回速度信号をコントローラ４９に出力する。これに伴い、コントローラ４９は、「指令旋回速度−実旋回速度」を算出し、その値に対応する制御信号をコンバータ６４に出力する。
【００８４】
操作レバー８０ａの中立方向への傾倒に伴って旋回用方向切換弁３５が操作レバー８０ａの傾倒角度に対応する位置に移動した当初は、旋回モータ７０に対して回転状態を維持しようとする慣性モーメントが作用するので、実際の旋回速度が指令旋回速度よりも速い状態、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」が負の値となっている。この状態では、「指令旋回速度−実旋回速度」が小さいほど、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」の絶対値が大きいほど、コンバータ６４を介して回生用発電機６２の負荷が増大され、油圧モータ６１の吸収トルクが上昇する。この結果、旋回モータ７０の慣性モーメントが大きいほど、旋回モータ７０の回転に対抗するブレーキ圧が増大して、旋回モータ７０の回転速度が、操作レバー８０ａの傾倒角度に対応する回転速度まで減速する。
【００８５】
＜３．３＞ 第２実施形態の効果
第２実施形態によれば次の効果を得られる。
【００８６】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、エンジン２５により第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを駆動し、電動機４５により第２油圧ポンプ３０を駆動するので、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２とを互い変動に関係なく個別に設定することができる。これにより、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１と旋回モータとの複合動作時において、ブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の駆動力および動作速度の確保と旋回モータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるとともにブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の動作速度を安定させることができる。この結果、作業機６と旋回体３との複合動作時において、作業機６による作業の効率の向上に貢献できるとともに、作業機６の操作性の向上に貢献できる。
【００８７】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、過剰なエンジン出力を発電機４１により電気エネルギに変換してバッテリ４０に蓄えておき、その電気エネルギを使用して電動機４５、すなわち第２油圧ポンプ３０を駆動するので、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる。この結果、油圧ショベル１の駆動に係るエネルギの省エネに貢献できる。
【００８８】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、図６に示すように、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持された状態であって、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２との合計がエンジントルクＴＥを越えた状態で、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと第２油圧ポンプ３０を駆動することができる。これにより、作業機６と旋回体３の複合動作による作業の能率の向上に貢献できる。
【００８９】
特に、第２実施形態では、旋回モータ７０から作動油タンク１００に排出される圧油が油圧モータ６１を駆動し、この油圧モータ６１が回生用発電機６２を駆動し、この回生用発電機６２が発電して、発電された電気エネルギがバッテリ４０に充電される。これにより、旋回モータ７０から排出される圧油のエネルギを蓄えて第２油圧ポンプ３０の駆動に使用することができる。この結果、油圧ショベル１の駆動に係るエネルギの省エネに第１実施形態よりも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施形態が適用される油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１実施形態の構成を示す油圧回路図のである。
【図３】第１実施形態における第１油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図である。
【図４】第１実施形態における第２油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図である。
【図５】第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と発電機の吸収トルクとの関係を示す積み上げ図である。
【図６】第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と第２油圧ポンプの吸収トルクとの関係を示す積み上げ図である。
【図７】第１実施形態において旋回モータが動作しない場合に電動機の回転速度を低下させるようにする場合の構成を示す油圧回路図である。
【図８】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２実施形態の構成を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 油圧ショベル（建設機械）
３ 旋回体
６ 作業機
７ ブーム
８ アーム
１０ ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）
１１ アームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）
１３Ａ，１３Ｂ 第１油圧ポンプ
２５ エンジン
３０ 第２油圧ポンプ
４０ バッテリ（蓄電部）
４１ 発電機
４５ 電動機
４９ コントローラ
４４ コンバータ
４８ インバータ
５０Ａ，５０Ｂ 圧力検出器
６１ 油圧ポンプ
６２ 発電機
６４ コンバータ
６５ コントローラ
７０ 旋回モータ（第２油圧アクチュエータ）
８０ 操作レバー装置
１００ 作動油タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１以上の油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない別の油圧アクチュエータと、この別の油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する別の油圧ポンプとを備える建設機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の建設機械の油圧駆動装置、例えば油圧ショベルの油圧駆動装置として特許文献１に示されるものがある。この油圧駆動装置は、１以上の第１油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダおよびアームシリンダと、第１油圧アクチュエータとは別の油圧アクチュエータであって第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータ、例えば旋回モータとを備えている。また、ブームシリンダとアームシリンダに供給する圧油を吐出する１以上の第１油圧ポンプ、例えば２つの第１油圧ポンプと、この第１油圧ポンプとは別の油圧ポンプであって旋回モータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプとを備えている。さらに、第１，第２油圧ポンプを駆動する１つのエンジンを備えている。
【０００３】
第１油圧ポンプの吐出流量は、２つの第１油圧ポンプの吐出圧のいずれか高い方が所定の圧力値以上の状態において、その高い方の吐出圧の上昇に連動して減少し、その高い方の吐出圧の低下に連動して増加するようになっている。さらに、第１油圧ポンプの吐出流量は、第２油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力値以上の状態において、第２油圧ポンプの吐出圧の変動が反映し、第２油圧ポンプの吐出圧の上昇に連動して減少し、第２油圧ポンプの吐出圧の低下に連動して増加するようになっている。
【０００４】
第２油圧ポンプの吐出流量は、第２油圧ポンプ自身の吐出圧が所定の圧力値以上の状態において、第２油圧ポンプの吐出圧の上昇に連動して減少し、第２油圧ポンプの吐出圧の低下に連動して増加するようになっている。なお、前述したように第１油圧ポンプの吐出流量については第２油圧ポンプの吐出圧の変動が反映するようになっているが、第２油圧ポンプの吐出流量については第１油圧ポンプの吐出圧の変動が反映しないようになっている。
【０００５】
このように構成された油圧駆動装置は次のように動作する。
【０００６】
旋回モータが動作していない状態でブームシリンダとアームシリンダが動作する場合、ブームシリンダやアームシリンダの負荷に対抗する２つの第１油圧ポンプの吐出圧のうちの高い方が所定の圧力値以上の状態では、その高い方の吐出圧の上昇に連動して第１油圧ポンプの吐出流量が減少し、その高い方の吐出圧の低下に連動して第１油圧ポンプの吐出流量が増加する。これにより、ブームシリンダやアームシリンダの駆動圧が確保された状態で、２つの第１油圧ポンプの吸収トルクの合計がエンジントルクとほぼ同値に維持される。
【０００７】
ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとが複合動作する場合、旋回モータの動作開始時に慣性モーメントによって旋回モータの負荷が上昇し、第２油圧ポンプの吐出圧が所定の圧力値以上に上昇する。すると、第１油圧ポンプの吐出流量が第２油圧ポンプの吐出圧の上昇に連動して減少し、第１油圧ポンプの吸収トルクが低下する。これにより、第１油圧ポンプに対するエンジントルクの割当てが減少し、この割当ての減少分が第２油圧ポンプに割当てられて、第１，第２油圧ポンプの吸収トルクの合計がエンジントルク以下に抑えられる。この結果、旋回モータの駆動力と動作速度が確保される。
【特許文献１】特開２００２−２４２９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した従来の油圧ショベルの油圧駆動装置は、旋回モータが動作していない状態においては第１油圧ポンプに割当てられていたエンジントルクの一部を、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時においては第２油圧ポンプに割当てている。つまり、ブームシリンダやアームシリンダの駆動力および動作速度を低下させることと引換えに、旋回モータの駆動力および動作速度を確保している。しがって、ブームシリンダやアームシリンダの駆動力および動作速度の確保と旋回モータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができない。このため、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時におけるブームシリンダとアームシリンダの動作による作業の能率が、旋回モータが動作していないときよりも低くなるという問題があった。
【０００９】
また、従来の油圧ショベルの油圧駆動装置は、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時において、第２油圧ポンプにエンジントルクを割当てるために、第１油圧ポンプの吐出流量を第２油圧ポンプの吐出圧の変動に連動させて変動させる。このため、旋回モータの動作開始時に旋回モータの負荷が上昇すると、ブームシリンダやアームシリンダの動作速度が遅くなり、旋回モータの動作が等速状態になって旋回モータの負荷が低下すると、ブームシリンダやアームシリンダの動作速度が速くなる。つまり、従来の建設機械の油圧駆動装置には、ブームシリンダとアームシリンダと旋回モータとの複合動作時において、ブームシリンダやアームシリンダの動作速度が不安定になり、ブームシリンダやアームシリンダの操作性が低下するという問題がある。
【００１０】
また、従来の油圧ショベルの油圧駆動装置は、１つのエンジンにより第１，第２油圧ポンプを駆動するので、第１，第２油圧ポンプに入力されたエンジン出力のうちのブームシリンダ、アームシリンダおよび旋回モータのいずれの駆動にも使用されない過剰なエンジン出力は、第１，第２油圧ポンプから吐出された圧油を作動油タンクに排出することにより無駄に消費される。このため、過剰なエンジン出力を有効に利用することによって省エネを実現することが要望されていた。
【００１１】
本発明は、上述の実状を考慮してなされたものであり、その目的は、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立できるとともに第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができ、さらに、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
〔１〕 本発明は、前述の目的を達成するために、１以上の第１油圧アクチュエータと、この第１油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する１以上の第１油圧ポンプと、前記第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧ポンプとは別の油圧ポンプであって前記第２油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプとを備える建設機械の油圧駆動装置において、前記第１油圧ポンプを駆動するエンジンと、このエンジンにより駆動されて発電する発電機と、この発電機が発電した電気エネルギを蓄える蓄電部と、前記発電機および前記蓄電部の少なくとも一方から得られる電気エネルギより駆動されて前記第２油圧ポンプを駆動する電動機とを備えることを特徴とする。
【００１３】
このように構成した本発明は、エンジンにより第１油圧ポンプを駆動し、電動機により第２油圧ポンプを駆動するので、第１油圧ポンプの吸収トルクと第２油圧ポンプの吸収トルクとを互いの変動に関係なく個別に設定することができる。これにより、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において、第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるとともに、第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができる。
【００１４】
また、本発明は、発電機と蓄電部から得られる電気エネルギにより電動機を駆動する。電動機により第２油圧ポンプを駆動する際、第２油圧ポンプの駆動に必要な電気エネルギが発電機により発電された電気エネルギよりも小さい場合には、発電機により発電された電気エネルギから第２油圧ポンプの駆動に必要な電気エネルギを差引いた電気エネルギを、蓄電部に充電する。そして、第２油圧ポンプの駆動に必要な電気エネルギが発電機により発電された電気エネルギよりも大きくなった場合には、発電部が発電する電気エネルギと蓄電部に蓄えられた電気エネルギの両方により電動機を駆動して第２油圧ポンプを駆動する。つまり、過剰なエンジン出力を蓄えておき、第２油圧ポンプを駆動するために使用することができるので、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる。
【００１５】
〔２〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記第２油圧アクチュエータを駆動させる旨の指令の有無を判定する判定手段と、前記指令がないという判定が前記判定手段によりなされたときに、前記電動機の回転速度を所定値まで低下させる制御を行う低回転制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このように構成した本発明は、第２油圧アクチュエータの駆動が指令されていないという判定を、すなわち第２油圧アクチュエータが動作していないという判定を判定手段により行ったときに、低回転制御手段により電動機の回転速度を所定の回転数まで低下させる。これにより、第２油圧アクチュエータが動作していないときにおける電動機の消費電力を低減することができる。
【００１７】
〔３〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記第２油圧アクチュエータと作動油タンクとを連絡するメータアウト通路に設けられる油圧モータと、この油圧モータにより駆動され、前記蓄電部に充電する電気エネルギを発電する発電機とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このように構成した本発明は、第２油圧アクチュエータから作動油タンクに排出される圧油により油圧モータを駆動し、この油圧モータにより発電機を駆動し、この発電機により発電して、発電した電気エネルギを充電池に充電する。これにより、第２アクチュエータから排出される圧油のエネルギを蓄えておき、第２油圧ポンプを駆動するために使用することができる。
【００１９】
〔４〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記建設機械が油圧ショベルからなり、前記第１油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの作業機を駆動する油圧シリンダからなり、前記第２油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの旋回体を駆動する油圧モータからなることを特徴とする。
【００２０】
このように構成した本発明は、作業機と旋回体との複合動作時において、作業機の駆動力および動作速度の確保と旋回体の駆動力および動作速度の確保とを両立することができるとともに作業機の動作速度を安定させることができる。
【００２１】
〔５〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記第１油圧ポンプを２つ、前記第２油圧ポンプを１つ備えることを特徴とする。
【００２２】
このように構成した発明は、２つの第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と、第２油圧ポンプの吸収トルクとを互いの変動に関係なく個別に設定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
前述のように、本発明によれば、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において、第１油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保と第２油圧アクチュエータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるので、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時における第１油圧アクチュエータの動作による作業の能率の向上に貢献できる。
【００２４】
また、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時において、第１油圧アクチュエータの動作速度を安定させることができるので、第１，第２油圧アクチュエータの複合動作時における第１油圧アクチュエータの操作性の向上に貢献できる。
【００２５】
また、過剰なエンジン出力を有効に利用することができるので、建設機械の駆動に係るエネルギの省エネに貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の建設機械の油圧駆動装置を油圧ショベルに適用した場合の実施形態について説明する。
【００２７】
＜１＞ 油圧ショベルの構成
後述する第１実施形態が適用される油圧ショベルの構成について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態が適用される油圧ショベルの側面図である。
【００２８】
図１に示すように、油圧ショベル１は、不図示の一対の走行モータ（油圧モータ）、すなわち左走行モータおよび右走行モータの動力により走行する走行体２を備えている。この走行体２上には、運転室４や機械室５を有し不図示の旋回モータ（油圧モータ）の動力により旋回する旋回体３を設けてある。この旋回体３には、作業機６を設けてある。この作業機６は、一端が旋回体３にピン結合され旋回体３に対して上下方向へ回動可能なブーム７と、このブーム７の他端部に一端部がピン結合されブーム７に対して上下方向へ回動可能なアーム８と、このアーム８の他端部にピン結合されてアーム８に対して上下方向へ回動可能なバケット９とを有する。ブーム７、アーム８およびバケット９はそれぞれブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の伸縮によって駆動されるようにしてある。
【００２９】
＜２＞ 第１実施形態
第１実施形態について図１〜６を用いて説明する。図２は第１実施形態の構成を示す油圧回路図、図３は第１実施形態における第１油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図、図４は第１実施形態における第２油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図、図５は第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と発電機の吸収トルクとの関係を示す積み上げ図、図６は第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と第２油圧ポンプの吸収トルクとの関係を示す積み上げ図である。
【００３０】
＜２．１＞ 第１実施形態の構成
第１実施形態は図２に示すように構成してある。なお、図２において、前述したブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、旋回モータ、走行モータ、および操作パイロット系のそれぞれの図は、省略してある。
【００３１】
第１実施形態は、１以上の第１油圧アクチュエータ、例えば前述したブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１と、これら第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータ、例えば前述した不図示の旋回モータを備えている。
【００３２】
また、第１実施形態は、ブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１に供給する圧油を吐出する１以上、例えば２つの第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと、旋回モータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプ３０とを備えている。
【００３３】
また、第１実施形態は、第１油圧ポンプ１３Ｂに接続される主管路１５Ｂに設けられ、第１油圧ポンプ１３Ｂからブームシリンダ１０に供給される圧油の流れを制御する第１ブーム用方向切換弁２３と、第１油圧ポンプ１３Ａに接続される主管路１５Ａに設けられ、第１油圧ポンプ１３Ａからブームシリンダ１０に供給される圧油の流れを制御する第２ブーム用方向切換弁２０を備えている。また、主管路１５Ａに設けられ、第１油圧ポンプ１３Ａからアームシリンダ１１に供給される圧油の流れを制御する第１アーム用方向切換弁１９と、主管路１５Ｂに設けられ第１油圧ポンプ１３Ｂからアームシリンダ１１に供給される圧油の流れを制御する第２アーム用方向切換弁２２とを備えている。さらに、第２油圧ポンプ３０に接続される主管路３２に設けられ第２油圧ポンプ３０から旋回モータに供給される圧油の流れを制御する旋回用方向切換弁３５を備えている。
【００３４】
また、第１実施形態は、左走行モータと、右走行モータと、第１油圧ポンプ１３Ａの主管路１５Ａに設けられ第１油圧ポンプ１３Ａから一方の走行モータ例えば左走行モータに供給される圧油の流れを制御する走行左用方向切換弁１８と、第１油圧ポンプ１３Ｂの主管路１５Ｂに設けられ第１油圧ポンプ１３Ｂから他方の走行モータすなわち右走行モータに供給される圧油の流れを制御する走行右用方向切換弁２１を備えている。
【００３５】
また、第１実施形態は、バケットシリンダ１２と、第１油圧ポンプ１３Ｂの主管路１５Ｂに設けられ第１油圧ポンプ１３Ｂからバケットシリンダ１２に供給される圧油の流れを制御するバケット用方向切換弁２４とを備えている。
【００３６】
前述した第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂは、１回転当たりの吐出流量（押し退け容積）を可変にする押し退け容積可変機構部１４Ａ，１４Ｂを有する可変容量型油圧ポンプからなる。押し退け容積可変機構部１４Ａ，１４Ｂは、共通の第１レギュレータ１７によって制御されるようにしてある。この第１レギュレータ１７は、第１油圧ポンプ１３Ａの主管路１５Ａから管路１６Ａを介して付与される吐出圧と、第１油圧ポンプ１３Ｂの主管路１５Ｂから管路１６Ｂを介して付与される吐出圧とを平均した圧力（以下「第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１」という）により駆動されるようにしてある。
【００３７】
第１レギュレータ１７は、図３に示す吐出圧−吐出流量特性に従って、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂの吐出流量（以下「第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１」という）を制御するよう設定してある。
【００３８】
つまり、第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が０から所定の圧力値Ｐ１ｓ以下の状態では、第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１が、最大吐出量Ｑ１ｍａｘに維持されるようにしてある。また、第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が所定の圧力値Ｐ１ｓ以上の状態では、第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１が第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１の上昇に連動して減少し、第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１の低下に連動して増加するようにしてある。これにより、図５の斜線部Ａで示すように、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の駆動に必要な第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が確保された状態で、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂの吸収トルクの合計（以下「第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１」という）が予め設定された吸収トルクの上限値Ｔ１ｍａｘに維持されるようにしてある。
【００３９】
前述した第２油圧ポンプ３０も、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと同様に可変容量型油圧ポンプからなる。この第２油圧ポンプの押し退け容積可変機構部３１は、第２レギュレータ３４によって制御されるようにしてある。この第２レギュレータ３４は、第２油圧ポンプ３０の主管路３２から管路３３介して付与される第２油圧ポンプ３０の吐出圧（以下「第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２」という）により駆動されるようにしてある。
【００４０】
この第２レギュレータ３４は、図４に示す吐出圧−吐出流量特性に従って、第２油圧ポンプ３０の吐出流量（以下「第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２」という）を制御するよう設定してある。
【００４１】
つまり、第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が０から所定の圧力値Ｐ２ｓ以下の状態では、第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２が、最大吐出流量Ｑ２ｍａｘに維持されるようにしてある。また、第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が所定の圧力値Ｐ２ｓ以上の状態では、第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２が第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２の上昇に連動して減少し、第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２の低下に連動して増加するようにしてある。これにより、図６の点部Ｂで示すように、旋回モータの駆動に必要な第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が確保された状態で、第２油圧ポンプ３０の吸収トルク（以下「第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２」）が予め設定した上限値Ｔ２ｍａｘに維持されるようにしてある。なお、上限値Ｔ２ｍａｘは、後述する電動機４５の最大出力トルクＴＭｍａｘとほぼ同値に設定してある。
【００４２】
また、図６に示すように、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２の上限値Ｔ２ｍａｘと、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１の上限値Ｔ１ｍａｘとの合計は、エンジントルクＴＥよりも大きな値に設定してある。なお、説明を簡単にするために、所定の圧力値Ｐ２ｓは前記所定の圧力値Ｐ１ｓと同値（Ｐ２ｓ＝Ｐ１ｓ）にしてある。
【００４３】
また、第１実施形態は、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂおよびパイロットポンプ１０１を駆動するエンジン２５と、エンジン２５により駆動されて発電する発電機４１と、この発電機４１が発電した電気エネルギを蓄える蓄電部すなわちバッテリ４０と、発電機４１およびバッテリ４０の少なくとも一方からの電気エネルギにより駆動されて第２油圧ポンプ３０を駆動する電動機４５とを備えている。
【００４４】
電動機４５は、エンジントルクＴＥから第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１の上限値Ｔ１ｍａｘを差引いた値よりも大きい最大出力トルクＴＭｍａｘを出力しつつ、予め設定された回転速度で回転可能な電動機である。
【００４５】
発電機４１とバッテリ４０を接続する電気回路４３には、発電機４１の負荷、すなわち発電機４１が発電する電力を制御するコンバータ４４を設けてある。また、コンバータ４４およびバッテリ４０と電動機４５とを接続する電気回路４７には、電動機４５の出力トルク（以下「電動機出力トルクＴＭ」という）、すなわち電動機４５に供給する電力を制御するインバータ４８を設けてある。
【００４６】
また、第１実施形態は、発電機４１の回転速度を検出し、検出した回転速度に相応する発電機回転速度信号を出力する発電機用回転速度検出器４２と、電動機４５の回転速度を検出し、検出した回転速度に相応する電動機回転速度信号を出力する電動機用回転速度検出器４６を備えている。さらに、発電機回転速度信号の変動に応じてコンバータ４４の制御を行うとともに、電動機回転速度信号の変動に応じてインバータ４８の制御を行うコントローラ４９（マイコン）とを備えている。
【００４７】
コントローラ４９は、発電機回転速度信号を受入れ、この発電機回転速度信号に応じてコンバータ４４に与える目標値を算出して、目標値に相応する制御信号をコンバータ４４に出力するよう設定してある。コントローラ４９によるコンバータ４４の制御では、発電機４１により発電される電力が、発電機回転速度に対応する予め設定された電力に制御されるようにしてある。
【００４８】
また、コントローラ４９は、電動機回転速度信号を受入れ、電動機回転速度信号の変動量を算出し、変動量に応じてインバータ４８に与える目標値を算出して、目標値に相応する制御信号をインバータ４８に出力するよう設定してある。コントローラ４９によるインバータ４８の制御では、電動機４５の回転速度が予め設定された回転速度に維持されるよう電動機出力トルクＴＭ、すなわち電動機４５に供給される電力が制御されるようにしてある。
【００４９】
＜２．２＞ 第１実施形態の動作
第１実施形態は次のように動作する。
【００５０】
第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂはエンジン２５により駆動される。第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂが吐出する圧油は、第１ブーム用方向切換弁２３および第２ブーム用方向切換弁２０により流れを制御されてブームシリンダ１０に供給されるとともに、第１アーム用方向切換弁１９および第２アーム用方向切換弁２２により流れを制御されてアームシリンダ１１に供給される。
【００５１】
この間、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の負荷の変動に伴う第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１の変動によって第１レギュレータ１７が動作し、第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１、すなわちブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１に供給される圧油の流量が制御される。
【００５２】
ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の負荷に対抗する第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が０からＰ１ｓ以下の状態では、第１レギュレータ１７は第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１を最大吐出流量Ｑ１ｍａｘに維持する。この状態では、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１は、上限値Ｔ１ｍａｘ以下である。
【００５３】
また、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の負荷に対抗する第１油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ１が所定の圧力値Ｐ１ｓ以上の状態では、第１レギュレータ１７は第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持されるよう第１油圧ポンプ吐出流量Ｑ１を制御する。この状態では、ブームシリンダ１０やアームシリンダ１１の駆動圧が確保された状態で、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持される。
【００５４】
また、第２油圧ポンプ３０は電動機４５により駆動される。第２油圧ポンプ３０が吐出される圧油は、旋回用方向切換弁３５により流れを制御され、旋回モータに供給される。
【００５５】
この間、旋回モータの負荷の変動に伴う第２油圧ポンプ平均吐出圧Ｐ２の変動によって第２レギュレータ３４が動作し、第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２、すなわち旋回モータに供給される圧油の流量が制御される。
【００５６】
旋回モータの負荷に対抗する第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が０からＰ２ｓ以下の状態では、第２レギュレータ３４は第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２を最大吐出流量Ｑ２ｍａｘに維持する。この状態では、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２は上限値Ｔ１ｍａｘ以下である。
【００５７】
旋回モータの負荷に対抗する第２油圧ポンプ吐出圧Ｐ２が所定の圧力値Ｐ２ｓ以上の状態では、第２レギュレータ３４は第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が上限値Ｔ２ｍａｘに維持されるよう第２油圧ポンプ吐出流量Ｑ２を制御する。この状態では、旋回モータの駆動圧が確保された状態で、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が電動機４５の最大出力トルクＴＭｍａｘ（＝Ｔ２ｍａｘ）に維持される。
【００５８】
また、発電機４１はエンジン２５により駆動される。発電機吸収トルクＴＧは、図５において縦線部Ｃで示すように、エンジントルクＴＥから第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１を差引いた値となる。つまり、発電機４１は、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂが吸収しないエンジントルク（ＴＥ−Ｔ１）を割当てられて発電する。なお、図５において、説明を簡単にするためにパイロットポンプ１０１の吸収トルクは０と仮定してある。
【００５９】
発電機４１が発電を行っている間、発電機用回転速度検出器４２が発電機４１の回転速度を検出して発電機回転速度信号をコントローラ４９に出力する。すると、コントローラ４９は、発電機回転速度に応じた制御信号をコンバータ４４に出力する。これにより、発電機４１により発電される電力が、そのときの発電機４１の回転速度に対応する予め設定された電力に制御される。
【００６０】
また、この間、電動機用回転速度検出器４６が電動機４５の回転速度を検出し、電動機回転速度信号をコントローラ４９に出力する。すると、コントローラ４９は、電動機回転速度の変動量を算出し、その変動量に応じてインバータ４８に制御信号を出力する。これにより、インバータ４８は、発電機４１からコンバータ４４を介して得られる電気エネルギと、バッテリ４０から得られる電気エネルギとから、インバータ４８が電動機４５の回転速度を予め設定された回転速度に維持するのに必要な電力を生成し、電動機４５に供給する。このとき、電動機４５の回転速度を維持するのに必要な電気エネルギが発電機４１により発電される電気エネルギよりも小さい場合には、電動機４５が発電した電気エネルギから電動機４５の駆動に必要な電気エネルギを引いた電気エネルギが、コンバータ４４を介してバッテリ４０に充電される。
【００６１】
例えば、旋回モータが回転を開始するときは、慣性モーメントによる旋回モータの負荷の上昇に伴って、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が上限値Ｔ２ｍａｘに達する。このとき、電動機４５の回転速度を維持するのに必要な電気エネルギが発電機４１が発電する電気エネルギを越える。したがって、インバータ４８は、電動機４５の回転速度を維持するために必要な電力を、コンバータ４４を介して発電機４１から得られる電気エネルギとバッテリ４０から得られる電気エネルギとの両方を使用して電力を生成し、電動機４５に供給する。これにより、図６に示すように、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２との合計がエンジントルクＴＥを越えた状態で、第１，第２油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂ，３０を稼働させることが可能になる。
【００６２】
また、例えば旋回モータが動作していないときや、ほぼ一定の速度で回転しているときなどは、第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２が最低または比較的低いので、インバータ４８は、電動機４５の回転速度を維持するのに必要な電力を、コンバータ４４を介して得られる発電機４１からの電気エネルギのみを使用して電力を生成し、電動機４５に供給する。これにより、電動機４５が発電した電気エネルギから電動機４５が消費する電気エネルギを差引いた電気エネルギが、コンバータ４４を介してバッテリ４０に充電される。
【００６３】
＜２．３＞ 第１実施形態によれば次の効果を得られる。
【００６４】
第１実施形態は、エンジン２５により第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを駆動し、電動機４５により第２油圧ポンプ３０を駆動するので、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２とを互いの変動に関係なく個別に設定することができる。これにより、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１と旋回モータとの複合動作時において、ブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の駆動力および動作速度の確保と旋回モータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるとともにブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の動作速度を安定させることができる。この結果、作業機６と旋回体３との複合動作時において、作業機６による作業の効率の向上に貢献できるとともに、作業機６の操作性の向上に貢献できる。
【００６５】
また、第１実施形態は、過剰なエンジン出力を発電機４１により電気エネルギに変換してバッテリ４０に蓄えておき、その電気エネルギを使用して電動機４５、すなわち第２油圧ポンプ３０を駆動するので、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる。この結果、油圧ショベル１の駆動に係るエネルギの省エネに貢献できる。
【００６６】
また、第１実施形態は、図６に示すように、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持された状態であって、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２をとの合計がエンジントルクＴＥを越えた状態で、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと第２油圧ポンプ３０を駆動することができる。これにより、作業機６と旋回体３の複合動作による作業の能率の向上に貢献できる。
【００６７】
なお、第１実施形態は、２つの第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを備える例であったが、本発明はこれに限るものではなく、第１油圧ポンプを１だけ備えるものでも３以上備えているものでもよい。
【００６８】
また、第１実施形態は、可変容量型油圧ポンプからなる第２油圧ポンプ３０を備える例であったが、本発明はこれに限るものではなく、第２油圧ポンプ３０を固定容量型油圧ポンプにしてもよい。
【００６９】
また、第１実施形態は、電動機４５の回転速度を予め設定された回転速度に維持するようインバータ４８を制御する例であったが、本発明はこれに限るものではなく、旋回モータが動作していないときには電動機４５の回転速度が低下するようインバータ４８を制御するようにてもよい。
【００７０】
このようにインバータ４８を制御するには、図７に示すように、旋回用方向切換弁３５に入力されるパイロット圧を検出し、パイロット圧に相応する圧力信号を出力する圧力検出器５０Ａ，５０Ｂを設ける。そして、コントローラ４９が旋回モータを駆動させる旨の指令の有無を前記圧力信号から判定する判定手段として機能し、この判定手段により前記指令がないという判定がなされたときに電動機４５の回転速度を所定値まで低下させるようインバータ４８を制御する低回転制御手段として機能するようコントローラ４９の動作をプログラムすればよい。
【００７１】
このように構成したものは、旋回モータが動作しないときに、電動機４５が消費する電気エネルギを低減することができ、同時にバッテリ４０に充電する電気エネルギを増加させることができる。また、旋回モータが動作しないときでも電動機４５を駆動させておくことによって、旋回モータの動作を円滑に開始させることができる。
【００７２】
＜３＞ 第２実施形態
第２実施形態について図８を用いて説明する。図８は、第２実施形態の構成を示す油圧回路図である。なお、図８において、図２に示すものと同等のものには図２に付した符号と同じ符号を付してある。
【００７３】
＜３．１＞ 第２実施形態の構成
第２実施形態は次のように構成してある。次に説明する構成以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００７４】
第２実施形態は、図８に示すように、旋回モータ７０と作動油タンク１００を連絡するメータアウト通路に設けられる油圧モータ、例えば固定容量型の油圧モータ６１と、この油圧モータ６１により駆動されバッテリ４０に充電する電気エネルギを発電する回生用発電機６２とを備えている。前記メータアウト通路は、旋回モータ７０と作動油タンク１００を、旋回用方向切換弁３５内に形成される通路３５ａまたは３５ｂを介して連絡してなる。
【００７５】
図８において、８０は、旋回モータ７０を操作する操作レバー装置である。この操作レバー装置８０は、パイロットポンプ１０１と接続してあり、操作レバー８０ａを左方向に傾倒させると旋回用方向切換弁３５の弁体を左方向に移動させるパイロット圧Ｐｌを生成し、操作レバー８０ａを右方向に傾倒させると旋回用方向切換弁３５の弁体を右方向に移動させるパイロット圧Ｐｒを生成するようにしてある。そして、旋回用方向切換弁３５の弁体がパイロット圧Ｐｌを与えられて左位置に切換わると、旋回モータ７０が左方向に回転するようにしてある。逆に、旋回用方向切換弁３５の弁体がパイロット圧Ｐｒを与えられて右位置に切換わると、旋回モータ７０は右方向に回転するようにしてある。
【００７６】
また、７１は、旋回モータ７０の回転速度（以下「旋回速度」ともいう）を検出し、旋回速度に相応する旋回速度信号を出力する旋回速度検出器である。８１は、操作レバー８０ａの傾倒角度を検出し、傾倒角度に相応する傾倒角度信号を出力する傾倒角度検出器である。６４は、回生用発電機６２とバッテリ４０を接続する電気回路６３に設けられ、回生用発電機６２が発電する電力を制御するとともに回生用発電機６２が発電した交流の電力を直流の電力に変換するコンバータである。
【００７７】
コントローラ６５は、第１の実施形態のコントローラ４９と同様にコンバータ４４およびインバータ４８を制御するよう設定してあるとともに、傾倒角度検出器８１が出力する傾倒角度信号と、旋回速度検出器７１が出力する旋回速度信号とを受入れ、傾転角度信号に対応する旋回速度を旋回速度信号に対応する旋回速度から差引いた値に基づいてコンバータ６４に与える目標値を算出し、目標値に相応する制御信号をコンバータ６４に出力するよう設定してある。
【００７８】
コントローラ６５によるコンバータ６４の制御では、操作レバー８０ａにより指令された指令旋回速度から実際の旋回速度を差引いた値、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」が０以上の値ときは、回生用発電機６２の負荷が最小になるようにしてある。一方、「指令旋回速度−実旋回速度」が負の値のときは、「指令旋回速度−実旋回速度」の値が小さいほど（絶対値が大きいほど）回生発電機６２の負荷が大きくなり、「（指令旋回速度−実旋回速度）」が大きいほど回生発電機６２の負荷が小さくなるようにしてある。
【００７９】
＜３．２＞ 第２実施形態の動作
第２実施形態は次のように動作する。前述の第１実施形態と同様の構成による第２実施形態の動作については説明を省略する。
【００８０】
操作レバー８０ａが例えば左方向に傾倒されると、旋回用方向切換弁３５の弁体が中立位置よりも左位置側の任意の位置へ移動する。これに伴い、第２油圧ポンプ３０からから吐出される圧油が、旋回用方向切換弁３５の通路３５ｃにより旋回モータ７０へ導かれ、旋回モータ７０を駆動する。そして、旋回モータ７０から排出された圧油は、旋回用方向切換弁３５の通路３５ａおよび油圧モータ６１を介して作動油タンク１００へ戻される。
【００８１】
このようにして旋回モータ７０が駆動される際、傾倒角度検出器８１は、左方向への傾倒する操作レバー８０ａの傾倒角度を検出して傾倒角度信号をコントローラ６５に出力し、また、旋回速度検出器７１は実際の旋回速度を検出して旋回速度信号をコントローラ４９に出力する。これに伴い、コントローラ４９は、指令旋回速度から実際の旋回速度を差引いた値、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」を算出し、その値に対応する制御信号をコンバータ６４に出力する。
【００８２】
操作レバー８０ａの左方向への傾倒角度に対応する位置に旋回用方向切換弁３５が移動した当初、すなわち旋回モータ７０の起動時には、旋回モータ７０に対して静止状態を維持しようとする慣性モーメントが作用するので、実際の旋回速度が指令旋回速度よりも遅い状態、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」が０よりも大きい値となっている。この状態では、コンバータ６４によって回生用発電機６２の負荷が最小値に設定され、これに伴い、油圧モータ６１の吸収トルクが最小値に設定される。また、「指令旋回速度−実旋回速度」が０の状態、すなわち旋回モータ７０の回転速度が指令旋回速度に達して一定になった状態でも、回生用発電機６２の負荷が最小値に設定されて、油圧モータ６１の吸収トルクが最小値に設定される。
【００８３】
操作レバー８０ａが中立方向に傾倒されると、傾倒角度検出器８１は、減少する操作レバー８０ａの傾倒角度を検出して傾倒角度信号をコントローラ６５に出力し、また、旋回速度検出器７１は実際の旋回速度を検出して旋回速度信号をコントローラ４９に出力する。これに伴い、コントローラ４９は、「指令旋回速度−実旋回速度」を算出し、その値に対応する制御信号をコンバータ６４に出力する。
【００８４】
操作レバー８０ａの中立方向への傾倒に伴って旋回用方向切換弁３５が操作レバー８０ａの傾倒角度に対応する位置に移動した当初は、旋回モータ７０に対して回転状態を維持しようとする慣性モーメントが作用するので、実際の旋回速度が指令旋回速度よりも速い状態、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」が負の値となっている。この状態では、「指令旋回速度−実旋回速度」が小さいほど、すなわち「指令旋回速度−実旋回速度」の絶対値が大きいほど、コンバータ６４を介して回生用発電機６２の負荷が増大され、油圧モータ６１の吸収トルクが上昇する。この結果、旋回モータ７０の慣性モーメントが大きいほど、旋回モータ７０の回転に対抗するブレーキ圧が増大して、旋回モータ７０の回転速度が、操作レバー８０ａの傾倒角度に対応する回転速度まで減速する。
【００８５】
＜３．３＞ 第２実施形態の効果
第２実施形態によれば次の効果を得られる。
【００８６】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、エンジン２５により第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂを駆動し、電動機４５により第２油圧ポンプ３０を駆動するので、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２とを互い変動に関係なく個別に設定することができる。これにより、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１と旋回モータとの複合動作時において、ブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の駆動力および動作速度の確保と旋回モータの駆動力および動作速度の確保とを両立させることができるとともにブームシリンダ１０およびアームシリンダ１１の動作速度を安定させることができる。この結果、作業機６と旋回体３との複合動作時において、作業機６による作業の効率の向上に貢献できるとともに、作業機６の操作性の向上に貢献できる。
【００８７】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、過剰なエンジン出力を発電機４１により電気エネルギに変換してバッテリ４０に蓄えておき、その電気エネルギを使用して電動機４５、すなわち第２油圧ポンプ３０を駆動するので、過剰なエンジン出力を有効に利用することができる。この結果、油圧ショベル１の駆動に係るエネルギの省エネに貢献できる。
【００８８】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、図６に示すように、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１が上限値Ｔ１ｍａｘに維持された状態であって、第１油圧ポンプ合計吸収トルクＴ１と第２油圧ポンプ吸収トルクＴ２との合計がエンジントルクＴＥを越えた状態で、第１油圧ポンプ１３Ａ，１３Ｂと第２油圧ポンプ３０を駆動することができる。これにより、作業機６と旋回体３の複合動作による作業の能率の向上に貢献できる。
【００８９】
特に、第２実施形態では、旋回モータ７０から作動油タンク１００に排出される圧油が油圧モータ６１を駆動し、この油圧モータ６１が回生用発電機６２を駆動し、この回生用発電機６２が発電して、発電された電気エネルギがバッテリ４０に充電される。これにより、旋回モータ７０から排出される圧油のエネルギを蓄えて第２油圧ポンプ３０の駆動に使用することができる。この結果、油圧ショベル１の駆動に係るエネルギの省エネに第１実施形態よりも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施形態が適用される油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第１実施形態の構成を示す油圧回路図のである。
【図３】第１実施形態における第１油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図である。
【図４】第１実施形態における第２油圧ポンプの吐出圧−吐出流量特性線図である。
【図５】第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と発電機の吸収トルクとの関係を示す積み上げ図である。
【図６】第１実施形態におけるエンジントルクと第１油圧ポンプの吸収トルクの合計と第２油圧ポンプの吸収トルクとの関係を示す積み上げ図である。
【図７】第１実施形態において旋回モータが動作しない場合に電動機の回転速度を低下させるようにする場合の構成を示す油圧回路図である。
【図８】本発明の建設機械の油圧駆動装置の第２実施形態の構成を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 油圧ショベル（建設機械）
３ 旋回体
６ 作業機
７ ブーム
８ アーム
１０ ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）
１１ アームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）
１３Ａ，１３Ｂ 第１油圧ポンプ
２５ エンジン
３０ 第２油圧ポンプ
４０ バッテリ（蓄電部）
４１ 発電機
４５ 電動機
４９ コントローラ
４４ コンバータ
４８ インバータ
５０Ａ，５０Ｂ 圧力検出器
６１ 油圧ポンプ
６２ 発電機
６４ コンバータ
６５ コントローラ
７０ 旋回モータ（第２油圧アクチュエータ）
８０ 操作レバー装置
１００ 作動油タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の第１油圧アクチュエータと、この第１油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する１以上の第１油圧ポンプと、前記第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧ポンプとは別の油圧ポンプであって前記第２油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプとを備える建設機械の油圧駆動装置において、
前記第１油圧ポンプを駆動するエンジンと、
このエンジンにより駆動されて発電する発電機と、
この発電機が発電した電気エネルギを蓄える蓄電部と、
前記発電機および前記蓄電部の少なくとも一方から得られる電気エネルギより駆動されて前記第２油圧ポンプを駆動する電動機とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、
前記第２油圧アクチュエータを駆動させる旨の指令の有無を判定する判定手段と、前記指令がないという判定が前記判定手段によりなされたときに、前記電動機の回転速度を所定値まで低下させる制御を行う低回転制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明において、
前記第２油圧アクチュエータと作動油タンクとを連絡するメータアウト通路に設けられる油圧モータと、
この油圧モータにより駆動され、前記蓄電部に充電する電気エネルギを発電する発電機とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の発明において、
前記建設機械が油圧ショベルからなり、
前記第１油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの作業機を駆動する油圧シリンダからなり、
前記第２油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの旋回体を駆動する油圧モータからなることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の発明において、
前記第１油圧ポンプを２つ、前記第２油圧ポンプを１つ備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項１】
１以上の第１油圧アクチュエータと、この第１油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する１以上の第１油圧ポンプと、前記第１油圧アクチュエータよりも使用頻度の少ない第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧ポンプとは別の油圧ポンプであって前記第２油圧アクチュエータに供給する圧油を吐出する第２油圧ポンプとを備える建設機械の油圧駆動装置において、
前記第１油圧ポンプを駆動するエンジンと、
このエンジンにより駆動されて発電する発電機と、
この発電機が発電した電気エネルギを蓄える蓄電部と、
前記発電機および前記蓄電部の少なくとも一方から得られる電気エネルギより駆動されて前記第２油圧ポンプを駆動する電動機とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、
前記第２油圧アクチュエータを駆動させる旨の指令の有無を判定する判定手段と、前記指令がないという判定が前記判定手段によりなされたときに、前記電動機の回転速度を所定値まで低下させる制御を行う低回転制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明において、
前記第２油圧アクチュエータと作動油タンクとを連絡するメータアウト通路に設けられる油圧モータと、
この油圧モータにより駆動され、前記蓄電部に充電する電気エネルギを発電する発電機とを備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の発明において、
前記建設機械が油圧ショベルからなり、
前記第１油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの作業機を駆動する油圧シリンダからなり、
前記第２油圧アクチュエータが、前記油圧ショベルの旋回体を駆動する油圧モータからなることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の発明において、
前記第１油圧ポンプを２つ、前記第２油圧ポンプを１つ備えることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−８３５５０（Ｐ２００６−８３５５０Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６７２７４（Ｐ２００４−２６７２７４）
【出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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