建設機械の油圧駆動装置
【課題】油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することのできる建設機械の油圧駆動装置の提供。
【解決手段】蓄電装置９からの電気エネルギにより駆動される電動機１６をエンジン１０から離隔させて設けるとともに、電動機１６によって駆動され、ブームシリンダ５a及びアームシリンダ６aに圧油を吐出する補助ポンプとブームシリンダ５aからの戻り油によって駆動される油圧モータを兼ねる油圧ポンプ・モータ１５と、この油圧ポンプ・モータ１５から圧油を油圧ポンプ１１からの圧油に合流させてブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３を経由させずに、ブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３に導く補助管路、すなわち管路２６、管路２７、管路２８、管路３１を設けた構成にしてある。
【解決手段】蓄電装置９からの電気エネルギにより駆動される電動機１６をエンジン１０から離隔させて設けるとともに、電動機１６によって駆動され、ブームシリンダ５a及びアームシリンダ６aに圧油を吐出する補助ポンプとブームシリンダ５aからの戻り油によって駆動される油圧モータを兼ねる油圧ポンプ・モータ１５と、この油圧ポンプ・モータ１５から圧油を油圧ポンプ１１からの圧油に合流させてブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３を経由させずに、ブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３に導く補助管路、すなわち管路２６、管路２７、管路２８、管路３１を設けた構成にしてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータからの戻り油のエネルギを回収して、このエネルギを再利用する回生機構を備えた建設機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械にも良好な環境性能が求められるようになり、種々の手法が提案されている。例えば、この種の建設機械の油圧駆動装置として、特許文献１に示す従来技術がある。この従来技術では、主に、電動機が取付けられたエンジンによって駆動される油圧ポンプを有し、この油圧ポンプにコントロールバルブを介して接続される油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダと、これらの油圧アクチュエータからの戻り油によって回転駆動される油圧ポンプ・モータと、前述の油圧アクチュエータにおけるメータアウト側からの戻り油を案内する案内管路と、この案内管路からの戻り油によって回転する油圧ポンプ・モータにより電気エネルギを発生する発電機と、この発電機で発生した電気エネルギを蓄電するバッテリ、すなわち蓄電装置などを設けている。このように構成された従来技術では、油圧アクチュエータからの戻り油による圧力により発電機を駆動し、この電気エネルギを蓄電装置に蓄電することにより、油圧アクチュエータの収縮操作に伴うエネルギ、例えば、ブーム下げ操作の位置エネルギ等を回収できるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１１１６８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述した従来の技術では、蓄電装置に回収された電気エネルギにより、油圧アクチュエータの駆動に必要なトルクを発生させるためには、前述のエンジンに取付けられた電動機をエンジンと連結駆動しなければならないので、この電動機のエンジンとの連結駆動によってエンジンロスが生じるとともに、前述のように、蓄電装置に回収された電気エネルギを利用して、エンジンに取付けられた電動機により油圧ポンプを駆動させ、油圧エネルギに変換した後も、圧油は必ずコントロールバルブを経由するため、この圧油のコントロールバルブの経由に伴う絞り損失が生じ、これにより、エネルギ効率が悪いという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の課題を考慮してなされたもので、その目的は、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することの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】
【０００５】
この目的を達成するために、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの圧油が供給されるコントロールバルブと、このコントロールバルブによって制御される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り圧油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを蓄える蓄電装置とを備える建設機械の油圧駆動装置において、前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動され、前記エンジンから離隔させて設けた電動機と、この電動機により駆動される補助ポンプと、この補助ポンプから圧油を前記油圧ポンプからの圧油に合流させて前記コントロールバルブを経由させずに、前記油圧アクチュエータに導く補助管路を設けたことを特徴としている。
【０００６】
このように構成した本発明は、蓄電装置からの電気エネルギにより駆動される電動機をエンジンから離隔させて設けたことにより、従来のような電動機との連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができる。また、油圧アクチュエータの操作に伴って回収した蓄電装置の電気エネルギを利用して、電動機を駆動させ、この電動機の駆動によって吐出する補助ポンプからの圧油を、補助管路を通して、油圧ポンプからの圧油に合流させて、油圧アクチュエータに導くようにしたので、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギにより発生させた圧油をコントロールバルブを経由させずに、油圧アクチュエータに導くことができる。つまり、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のコントロールバルブ経由に伴う絞り損失を無くすことができる。これらにより、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することができる。
【０００７】
また、本発明は、前記発明において、前記油圧モータが前記補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成り、前記発電機が前記油圧ポンプ・モータを前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動する電動機を兼ねることを特徴としている。このように構成した本発明は、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【０００８】
さらに、本発明は、前記発明において、前記蓄電装置からの電気エネルギによって駆動される旋回用電動機を設けたことを特徴とする。このように構成した本発明では、蓄電装置の回収した電気エネルギを利用して旋回用電動機を駆動することにより、回収した電機エネルギを有効活用できる。また、これによって、旋回用電動機を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機の容量を小さく、もしくはこの発電機を無くすことができる。したがって、本発明も、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記発明において、前記油圧ポンプからの圧油を前記油圧モータに導く誘導管路を有するとともに、前記誘導管路の開閉を切替える切換手段を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、蓄電装置の電気エネルギが不足した時に、油圧ポンプからの圧油を誘導管路により直接油圧モータに導くことよって、この油圧モータを駆動させて発電することができる。これによって、旋回用等の電動機を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機を無くすことができる。したがって、本発明も、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、従来のような蓄電装置からの電気エネルギにより駆動される電動機のエンジンとの連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができるとともに、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のコントロールバルブ経由に伴う絞り損失を無くすことができる。すなわち、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することができ、これによって、従来よりもエネルギ効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図、図２は、図１に示す油圧ショベルに備えられる本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態を示す回路図である。図３は、本実施形態に備えられる車体コントローラの構成を示すブロック図である。
【００１３】
本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる油圧ショベルには、図１に示すように、走行体１と、この走行体１上に配置され、運転室３、カウンタウェイト４を有する旋回体２と、この旋回体２に連結され、回動可能に設けられるブーム５と、このブーム５に連結され、回動可能に設けられるアーム６と、このアーム６に連結され、回動可能に設けられるバケット７とを備えている。前述のブーム５、アーム６、バケット７は、油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａの伸縮動作によって回動可能となっている。さらに、本実施形態の油圧ショベルには、運転室３の後部に設けられ、前述のブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ、及び後述する各種機器の作動を制御する車体コントローラ８と、カウンタウェイト４に設けられ、発電した電気エネルギを蓄える蓄電装置９とを備えている。
【００１４】
また、図２に示すように、本実施形態は、エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動される油圧ポンプ１１と、この油圧ポンプ１１から吐出される圧油の流れを制御することにより、前述のブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａの作動を制御するコントロールバルブ、すなわちブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３、及びバケット用制御弁１４と、これらのブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３、及びバケット用制御弁１４に接続されるタンク４４とを備えている。
【００１５】
さらに、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａからの戻り油圧によって駆動され、後述する電動機１６を発電機として駆動させる油圧モータと、後述する電動機１６を駆動させることによって、ブームシリンダ５及びアームシリンダ７に圧油を吐出する補助ポンプとを兼ねる油圧ポンプ・モータ１５と、この油圧ポンプ・モータ１５によって駆動される発電機と蓄電装置９からの電気エネルギにより駆動される電動機とを兼ね、エンジン１０と離隔して設けられる電動機１６と、図１の旋回体２を蓄電装置９からの電気エネルギによって駆動させる旋回用電動機１７とを備えている。また、旋回用電動機１７と蓄電装置９は、インバータ１８を介して電気的に接続され、電動機１６と蓄電装置９は、インバータ１９を介して電気的に接続されている。
【００１６】
前述のブームシリンダ５ａとブーム用制御弁１２の間には、ブーム用制御弁１２とブームシリンダ５ａのロッド室とを接続する管路２０と、ブーム用制御弁１２とブームシリンダ５ａのボトム室とを接続する管路２１が設けられている。この管路２１には、車体コントローラ８からの出力信号により管路２１を開閉する切換弁３２が備えられている。また、前述の管路２１と、油圧ポンプ・モータ１５の管路３１とは、管路２６によって接続してある。管路２６には、この管路２６を車体コントローラ８からの出力信号によって開閉する切換弁３３が備えられている。また、油圧ポンプ１１の吐出管路３０は、管路２９と管路２６に接続される管路３１と接続してある。
【００１７】
前述のアームシリンダ６ａとアーム用制御弁１３との間には、アーム用制御弁１３とアームシリンダ６ａのロッド室とを接続する管路２２と、アーム用制御弁１３とアームシリンダ６ａのボトム室とを接続する管路２３が備えられている。この管路２３と前述した油圧ポンプ・モータ１５の管路３１とは、管路２８によって接続してある。管路２８には、この管路２８を車体コントローラ８からの出力信号によって開閉する切換弁３５が備えられている。さらに、管路２２と管路３１とは、管路２７によって接続してある。管路２７には、この管路２７を車体コントローラ８からの出力信号によって開閉する切換弁３４が備えられている。
【００１８】
前述のバケットシリンダ７ａとバケット用制御弁１４との間には、バケット用制御弁１４とバケットシリンダ７ａのロッド室とを接続する管路２４と、制御弁１４とバケットシリンダ７ａのボトム室とを接続する管路２５が備えられている。
【００１９】
特に、本実施形態では、補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５から吐出される圧油を油圧ポンプ１１からの圧油に合流させて、ブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３を経由させずに、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導く補助管路、すなわち管路３１、管路２６、管路２７、管路２８を備えている。
【００２０】
また、油圧ポンプ１１からの圧油を前述の油圧ポンプ・モータ１５に導く誘導管路、すなわち吐出管路３０、管路２９、管路３１を備えるとともに、吐出管路３０と管路３１とを接続する管路２９の開閉を切替える切換手段、すなわち切換弁３６を備えている。なお、切換弁３６も、前述の切換弁３２、３３、３４、３５と同様に車体コントローラ８からの出力信号によって切り換えられるようになっている。
【００２１】
さらに、本実施形態は、ブーム５、アーム６、バケット７及び旋回体２の旋回を操作する操作装置として、運転室３の内部に配置されるブーム用操作レバー３７及びパイロット弁３７ａ、アーム用操作レバー３８及びパイロット弁３８ａ、バケット用操作レバー３９及びパイロット弁３９ａ、旋回用操作レバー４０及びパイロット弁４０ａも備えられている。
【００２２】
パイロット弁３７ａ〜４０ａのそれぞれは、パイロットポンプ４１に接続され、ブーム用操作レバー３７の操作によりパイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧は、前述のブーム用制御弁１２の受圧部１２ａ、又は受圧部１２ｂに導かれ、この受圧部１２ａ、又は受圧部１２ｂが受けるブームパイロット圧の大きさに応じてブーム制御弁１２の開度の調整、及び（ａ）位置、（ｂ）位置への切換えができるようになっている。また、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧の値は、圧力センサ４２ａ、４２ｂによって検出され、この検出信号は車体コントローラ８に送られるようになっている。
【００２３】
アーム用操作レバー３８の操作によりパイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧は、前述のアーム用制御弁１３の受圧部１３ａ、又は受圧部１３ｂに導かれ、この受圧部１３ａ、又は受圧部１３ｂが受けるアームパイロット圧の大きさに応じてアーム用制御弁１３の開度の調整、及び（ａ）位置、（ｂ）位置への切り替えができるようになっている。また、パイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧の値は、圧力センサ４２ｃ、４２ｄによって検出され、この検出信号は車体コントローラ８に送られるようになっている。
【００２４】
バケット用操作レバー３９の操作によりパイロット弁３９ａで発生したパイロット圧は、前述のバケット用制御弁１４の受圧部１４ａ、又は受圧部１４ｂに導かれ、この受圧部１４ａ、又は受圧部１４ｂが受けるバケットパイロット圧の大きさに応じてバケット用制御弁１４の開度の調整、及び（ａ）位置、（ｂ）位置への切り替えができるようになっている。また、パイロット弁３９ａで発生したバケットパイロット圧の値は、圧力センサ４２ｅ、４２ｆによって検出され、この検出信号は車体コントローラ８に送られるようになっている。
【００２５】
旋回用操作レバー４０の操作によりパイロット弁４０ａで発生した旋回パイロット圧は、パイロット弁４０ａに接続された圧力センサ４２ｇ、圧力センサ４２ｈによって検出され、この旋回パイロット圧の検出信号は、車体コントローラ８に送られるようになっている。そして、車体コントローラ８は、パイロット弁４０ａによって発生した旋回パイロット圧の検出信号を基に、旋回用電動機１７の目標回転数をインバータ１８に出力し、この出力値によってインバータ１８は、蓄電装置９の電気エネルギを利用して、旋回用電動機１７を操作レバー４０の操作量に応じた目標回転数で駆動するようになっている。
【００２６】
また、図３に示すように、前述の車体コントローラ８は、操作レバー（３７，３８，３９，４０）の操作によってパイロット弁（３７ａ，３８ａ，３９ａ，４０ａ）で生じたパイロット圧（ブームパイロット圧，アームパイロット圧，バケットパイロット圧，旋回パイロット圧）を基に操作量（ブーム操作量、アーム操作量、バケット操作量、旋回操作量）を算出する操作量算出部８ａと、この操作量算出部８ａで算出した操作量により動作速度（ブーム速度、アーム速度、バケット速度、旋回速度）を算出する速度算出部８ｂと、この速度算出部８ｂで算出された旋回速度により、旋回用電動機１７の目標回転数をインバータ１８へ出力する旋回用電動機制御部８ｃとを備えている。
【００２７】
また、エンジン１０を制御するエンジンコントローラ４３から出力されるエンジン回転数と油圧ポンプ１１の吐出容量によって、油圧ポンプ１１のポンプ流量を算出する流量算出部８ｄと、前述のインバータ１８、インバータ１９から出力される蓄電装置９のバッテリ電圧によって、目標発電電力を算出する発電電力算出部８ｅも備えている。さらに、前述の速度算出部８ｂで算出した動作速度（ブーム速度、アーム速度、バケット速度）、前述の流量算出部８ｄで算出したポンプ流量、及び前述の発電電力算出部８ｅで算出した目標発電電力のそれぞれに応じた電動機１６の目標回転数をインバータ１９に出力するとともに、切換弁３２，３３，３４，３５，３６に開閉信号を出力する回生・支援電動機制御部８ｆとを備えている。
【００２８】
［ブーム用操作レバーによるブーム動作］
このように構成した本実施形態は、エンジン１０を駆動させると、油圧ポンプ１１から圧油が吐出され、この圧油が吐出管路３０を通り、ブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３、バケット用制御弁１４に供給される。この状態において、ブーム用操作レバー３７をブーム５が上昇する方向に操作すると、パイロット弁３７ａでは、ブーム用操作レバー３７の操作量に応じたブームパイロット圧が発生し、このブームパイロット圧がブーム用制御弁１２の受圧部１２ａに導かれる。この受圧部１２ａが受けるブームパイロット圧によって、ブーム用制御弁１２は、（ａ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からブーム制御弁１２に供給された圧油が、開位置に保たれている切換弁３２、管路２１を介してブームシリンダ５ａのボトム室に導かれるとともに、ブームシリンダ５ａのロッド室側の管路２０が、タンク４４に接続されるので、ブームシリンダ５ａは延びる方向へ動作し、ブーム５が上昇する。
【００２９】
また、ブーム用操作レバー３７をブーム５が下降する方向に操作すると、パイロット弁３７ａでブーム用操作レバー３７の操作量に応じたブームパイロット圧が発生し、このブームパイロット圧がブーム用制御弁１２の受圧部１２ｂに導かれる。この受圧部１２ｂが受けるブームパイロット圧によって、ブーム用制御弁１２は、（ｂ）位置に切換わる。
【００３０】
なお、この間に、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧は、圧力センサ４２ａ、圧力センサ４２ｂで検出され、この検出信号を受けた図３に示す車体コントローラ８の操作量算出部８ａにより、ブーム操作量が算出される。そして、この算出されたブーム操作量により、ブーム速度が速度算出部８ｂによって算出され、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。回生・支援電動機制御部８ｆは、算出されたブーム操作量により、ブーム用操作レバー３７がブーム５を下降する方向に操作されたと判断し、これによって、切換弁３２へ閉信号を出力するとともに、切換弁３３へ開信号を出力する。これにより、切換弁３２は、閉状態、切換弁３３は開状態となる。
【００３１】
したがって、前述のようにして油圧ポンプ１１からブーム制御弁１２に供給された圧油が、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室側に導かれ、ブームシリンダ５ａのボトム室から管路２１、管路２６、切換弁３３を順に流れ、管路３１を経由して、油圧ポンプ・モータ１５に接続されるタンクに流れ込む。したがって、ブームシリンダ５ａは縮む方向へ動作し、ブーム５が下降する。
【００３２】
［アーム用操作レバーによるアーム動作］
さらに、アーム用操作レバー３８をアーム６がクラウドするように操作すると、パイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧がアーム用制御弁１３の受圧部１３ａに導かれ、アーム用制御弁１３は、（ａ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からアーム制御弁１３に供給された圧油が、管路２３からアームシリンダ６ａのボトム室側に導かれるとともに、アームシリンダ６ａのロッド室側の管路２２が、タンク４４に接続されるので、アームシリンダ６ａは延びる方向へ動作し、アーム６がクラウド動作をする。
【００３３】
また、アーム用操作レバー３８をアーム６がダンプするように操作すると、パイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧がアーム用制御弁１３の受圧部１３ｂに導かれ、アーム用制御弁１３は、（ｂ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からアーム用制御弁１３に供給された圧油が、管路２２からアームシリンダ６ａのロッド室側に導かれるとともに、アームシリンダ６ａのボトム室側の管路２３が、タンク４４に接続されるので、アームシリンダ６ａは縮む方向へ動作し、アーム６がダンプ動作をする。
【００３４】
［バケット用操作レバーによるバケット動作］
さらに、バケット用操作レバー３９をバケット７がクラウドするように操作すると、パイロット弁３９ａで発生したバケットパイロット圧がバケット用制御弁１４の受圧部１４ａに導かれ、バケット用制御弁１４は、（ａ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からバケット用制御弁１４に供給された圧油が、管路２５からバケットシリンダ７ａのボトム室に導かれるとともに、バケットシリンダ７ａのロッド室側の管路２４が、タンク４４に接続されるので、バケットシリンダ７ａは延びる方向へ動作し、バケット７がクラウドする。
【００３５】
また、バケット用操作レバー３９をバケット７がダンプするように操作すると、パイロット弁３９ａで発生したバケットパイロット圧がバケット用制御弁１４の受圧部１４ｂに導かれ、バケット用制御弁１４は、（ｂ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からバケット用制御弁１４に供給された圧油が、管路２４からバケットシリンダ７ａのロッド室側に導かれるとともに、バケットシリンダ７ａのボトム室側の管路２５が、タンク４４に接続されるので、バケットシリンダ７ａは縮む方向へ動作し、バケット７がダンプする。
【００３６】
［旋回用操作レバーによる旋回動作］
さらに、旋回用操作レバー４０を操作すると、パイロット弁４０ａで旋回用操作レバー４０の操作量に応じた旋回パイロット圧が発生し、この旋回パイロット圧は、圧力センサ４２ｇ、圧力センサ４２ｈで検出され、この検出信号を受けた車体コントローラ８の操作量算出部８ａにより、旋回操作量が算出される。そして、この算出された旋回操作量により、旋回速度が速度算出部８ｂによって算出され、この算出された旋回速度は、旋回用電動機制御部８ｃに送られる。旋回用電動機制御部８ｃは、算出された旋回速度から図２に示す旋回用電動機１７の目標回転数を算出し、この算出した目標回転数をインバータ１８へ出力する。これにより、旋回用電動機１７は、インバータ１８により、旋回用操作レバー４０の操作量に応じた目標回転数で駆動される。
【００３７】
［ブームの下げ動作に伴う充電］
次に、前述したブーム６の下げ操作によって得られる位置エネルギ、すなわちブームシリンダ５ａからの戻り油のエネルギを電気エネルギとして蓄電装置９に充電するまでの動作について説明する。まず、ブーム用操作レバー３７をブーム５が下降する方向に操作すると、前述のように、ブーム用制御弁１２が（ｂ）位置に切換わり、車体コントローラ８の出力信号によって切換弁３２が閉状態、切換弁３３が開状態となる。これにより、油圧ポンプ１１からブーム用制御弁１２に供給された圧油が、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室側に導かれ、ブームシリンダ５ａのボトム室から戻り油として、管路２１、管路２６、切換弁３３、管路３１を順に流れ、この戻り油によって油圧ポンプ・モータ１５が駆動される。これによって、油圧ポンプ・モータ１５と連結された電動機１６は、油圧ポンプ・モータ１５の回転駆動により、発電機として駆動され、ここで発電された電気エネルギは、インバータ１９を介して蓄電装置９に充電される。
【００３８】
なお、この間に、図３に示す車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、速度算出部８ｂで算出されたブーム速度、すなわちブーム操作量に応じたブームシリンダ５ａのシリンダ速度と、予め記憶されたブームシリンダ５ａのピストンの受圧面積データを利用して、ブームシリンダ５ａからの戻り油の流量が計算される。
【００３９】
戻り油の流量＝ピストンの受圧面積×シリンダ速度
さらに、この算出された戻り油の流量と、予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量データによって、電動機１６の所要回転数が計算される。
【００４０】
電動機１６の所用回転数＝戻り油の流量／油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量
また、算出された電動機１６の所要回転数は、インバータ１９へ出力される。これにより、インバータ１９は、ブームシリンダ５ａのボトム室からの戻り油の流量がブーム速度に応じた流量となるように、電動機１６の回転数を制御する。したがって、ブーム５の動作速度は、ブーム用操作レバー３７の操作量に応じた速度に制御される。
【００４１】
［蓄電装置の蓄電量が不足した場合の充電］
次に、車体コントローラ８によって蓄電装置９の蓄電量が不足していると判断された場合に、蓄電装置９に充電する動作について説明する。図３に示す車体コントローラ８の発電電力算出部８ｅでは、蓄電装置９と接続されたインバータ１８、インバータ１９から送信されるバッテリ電圧の信号を常に受信し、蓄電装置９の蓄電量が必要量であるかが判断されている。この車体コントローラ８の発電電力算出部８ｅで、蓄電装置９の蓄電量が少ないと判断された場合には、発電電力算出部８ｅにより目標発電電力が算出され、この目標発電電力は、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。目標発電電力を受信した回生・支援電動機制御部８ｆは、切換弁３６へ開信号を出力するとともに、目標発電電力を発電するために必要な電動機１６の目標回転数をインバータ１９へ出力する。これにより、切換弁３６は開状態となり、油圧ポンプ１１から吐出される圧油が誘導管路、すなわち吐出管路３０、管路２９、３１を順に流れ、その圧油により油圧ポンプ・モータ１５が駆動される。したがって、電動機１６は、油圧ポンプ・モータ１５の回転駆動により、発電機として駆動されるとともに、インバータ１９により発電電力目標に応じた目標回転数に制御される。これにより、不足分の電気エネルギが電動機１６によって発電され、この電気エネルギは、インバータ１９を介して蓄電装置９に充電される。
【００４２】
なお、前述のアーム７のクラウド動作、及びダンプ動作に伴う戻り油を、車体コントローラ８の出力信号によって切換弁３４、３５を開閉させることにより、油圧ポンプ・モータ１５に導くことができ、これにより、電動機１６を駆動させ、蓄電装置９に充電させることもできる。また、旋回体２を旋回駆動させた時の速度エネルギを、旋回体の減速停止時に電動機１７を発電機として駆動させ、インバータ１８を介して蓄電装置９に充電することもできる。
【００４３】
［ブームの下げ操作による戻り油を利用した流量支援］
次に、ブーム５の下げ操作による戻り油を利用して、アーム６の操作をする動作について説明する。まず、ブーム用操作レバー３７によりブーム５の下げ操作を行うと同時に、アーム操作レバー３８をアーム６がクラウドするように操作すると、前述したように、ブーム５側の油圧回路では、ブーム用制御弁１２が（ｂ）位置に切換わり、ブーム用制御弁１２に供給された圧油は、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室に流れ込む。一方、アーム６側の油圧回路では、前述したように、アーム用制御弁１３が（ａ）位置に切換わり、アーム用制御弁１３に供給された圧油は、管路２３からアームシリンダ６ａのボトム室に流れ込む。
【００４４】
なお、この間に、車体コントローラ８では、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧とパイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧を基に、操作量算出部８ａにより、ブーム操作量、アーム操作量が算出される。そして、この算出されたブーム操作量、アーム操作量により、ブーム速度、アーム速度が速度算出部８ｂによって算出され、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム操作量、アーム操作量、ブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａのピストンの受圧面積データとアームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データにより、ブームシリンダ５ａの下げ操作、アームシリンダ６ａのクラウド操作のそれぞれの操作に必要な流量が算出される。そして、この回生・支援電動機制御部８ｆにより、アームシリンダ６ａのクラウド操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３５に開信号が出力される。これによって、切換弁３５は開状態となるので、ブームシリンダ５ａのボトム室から管路２１、管路２６、切換弁３３、管路３１を順に流れる戻り油が、管路２８から切換弁３５を介して管路２３に流れ込む。つまり、アーム６のクラウド操作に不足する流量がブーム下げ動作に伴う戻り油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でクラウドする。
【００４５】
さらに、ブーム用操作レバー３７によりブーム５の下げ操作を行うと同時に、アーム操作レバー３８をアーム６がダンプするように操作すると、前述したように、ブーム５側の油圧回路では、ブーム用制御弁１２が（ｂ）位置に切換わり、ブーム用制御弁１２に供給された圧油は、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室に流れ込む。一方、アーム６側の油圧回路では、前述したように、アーム用制御弁１３が（ｂ）位置に切換わり、アーム用制御弁１３に供給された圧油が管路２２からアームシリンダ６ａのロッド室に流れ込む。
【００４６】
なお、この間に、車体コントローラ８では、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧とパイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧を基に、操作量算出部８ａにより、ブーム操作量、アーム操作量が算出される。そして、この算出されたブーム操作量、アーム操作量により、ブーム速度、アーム速度が速度算出部に８ｂよって算出され、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム操作量、アーム操作量、ブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａのピストンの受圧面積データとアームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データにより、ブームシリンダ５ａの下げ操作、アームシリンダ６ａのダンプ操作のそれぞれの操作に必要な流量が算出される。そして、この回生・支援電動機制御部８ｆにより、アームシリンダ６ａのダンプ操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３４に開信号が出力される。これによって、切換弁３４は開状態となるので、ブームシリンダ５ａのボトム室から管路２１、管路２６、切換弁３３、管路３１を順に流れる戻り油が、管路２７から切換弁３４を介して管路２２に流れ込む。つまり、アーム６のダンプ操作に不足する流量がブーム下げ動作に伴う戻り油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でダンプ動作する。
【００４７】
［油圧ポンプ・モータ１５からの圧油による流量支援］
次に、各シリンダ（５ａ，６ａ，７ａ）の複合操作などによって、油圧ポンプ１１だけでは、各シリンダ（５ａ，６ａ，７ａ）に供給する圧油の流量が不足する場合に、油圧ポンプ・モータ１５による流量支援を行う動作について説明する。例えば、ブーム用操作レバー３７をブーム５が上昇する方向に操作すると同時に、アーム用操作レバー３８をアーム６がダンプする方向に操作すると、車体コントローラ８では、圧力センサ４２ａ、圧力センサ４２ｂからのブームパイロット圧、及び圧力センサ４２ｃ、４２ｄからのアームパイロット圧の検知信号に基づき、操作量算出部８ａでブーム操作量、アーム操作量が算出され、速度算出部８ｂでブーム速度、アーム速度が算出される。そして、このブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データを利用して、回生・支援電動機制御部８ｆでは、ブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をダンプさせる操作に必要な流量が算出される。また、回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をダンプさせる操作に必要な流量の合計流量が算出された後、この合計流量と流量算出部８ｄによって算出された油圧ポンプ１１のポンプ流量とが比較される。
【００４８】
さらに、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、前述の合計流量が油圧ポンプ１１のポンプ流量よりも多い場合、油圧ポンプ・モータ１５からの流量支援が必要であると判断し、油圧ポンプ１１と前述の合計流量との流量差を算出するとともに、この流量差と予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量から、電動機１６の目標回転数を算出する。また、この算出された電動機１６の目標回転数は、インバータ１９へ出力される。これにより、インバータ１９は、電動機１６を目標回転数で駆動し、不足分の流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５から吐出される。
【００４９】
また、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量、アーム６をダンプさせる操作に必要な流量から、どちらの動作に流量が不足するかが判断され、その判断に基づいて、切換弁３３、切換弁３４へ開信号を出力する。例えば、アーム６のダンプ操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３４に開信号が出力される。これによって、切換弁３４が開状態となるので、油圧ポンプ・モータ１５から吐出された圧油は、補助管路である管路３１、管路２７を流れ、切換弁３４を介して管路２２に送られる。これにより、アーム６のダンプ操作に不足する流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５からの圧油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でダンプする。また、ブーム５を上昇させる操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３３に開信号が出力される。これによって、切換弁３３が開状態となるので、油圧ポンプ・モータ１５から吐出された圧油は、補助管路である管路３１、管路２６を順に流れ、切換弁３３を介して管路２１に送られる。これにより、ブーム５の上げ操作に不足する流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５からの圧油により補充され、これにより、ブーム５は、ブーム操作レバー３７の操作量に応じた速度で上昇する。
【００５０】
また、ブーム用操作レバー３７をブーム５が上昇する方向に操作すると同時に、アーム用操作レバー３８をアーム６がクラウドする方向に操作すると、車体コントローラ８では、圧力センサ４２ａ、圧力センサ４２ｂからのブームパイロット圧、及び圧力センサ４２ｃ、４２ｄからのアームパイロット圧の検知信号に基づき、操作量算出部８ｂでブーム操作量、アーム操作量が算出され、速度算出部８ｂでブーム速度、アーム速度が算出される。そして、このブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データを利用して、回生・支援電動機制御部８ｆでは、ブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をクラウドさせる操作に必要な流量が算出される。また、これらの算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をクラウドさせる操作に必要な流量との合計流量が算出された後、この合計流量と流量算出部によって算出された油圧ポンプ１１のポンプ流量とが比較される。
【００５１】
さらに、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、前述の合計流量が油圧ポンプ１１のポンプ流量よりも多い場合、油圧ポンプ・モータ１５からの流量支援が必要であると判断し、油圧ポンプ１１と前述の合計流量との流量差を算出するとともに、この流量差と予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量から、電動機１６の目標回転数が算出される。また、この算出された電動機１６の目標回転数は、インバータ１９へ出力される。これにより、インバータ１９は、電動機１６を目標回転数で駆動し、不足分の流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５から吐出される。
【００５２】
また、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量、アーム６がクラウド操作するのに必要な流量から、どちらの動作に流量が不足するかが判断され、その判断に基づいて、切換弁３３、切換弁３５へ開信号を出力する。例えば、アーム６のクラウド操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３５に開信号が出力される。これによって、切換弁３５が開状態となるので、油圧ポンプ・モータ１５から吐出された圧油は、補助管路である管路３１、管路２８を流れ、切換弁３５を介して管路２３に送られる。これにより、アーム６のクラウド操作に不足する流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５からの圧油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でクラウドする。
【００５３】
［本実施形態の効果］
このように構成した本実施形態によれば、蓄電装置９からの電気エネルギにより駆動される電動機１６をエンジン１０から離隔させて設けたことにより、電動機１６のエンジン１０との連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができるとともに、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収した蓄電装置９の電気エネルギを利用して、電動機１６を駆動させ、この電動機１６の駆動によって吐出する油圧ポンプ・モータ１５からの圧油を、管路２６、管路２７、管路２８、管路３１を通して、油圧ポンプ１１からの圧油に合流させて、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導くようにしたので、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油をブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３を経由させずに、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導くことができる。つまり、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３の経由に伴う絞り損失を無くすことができる。すなわち、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収したエネルギをブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａの駆動に有効活用することができ、これによって、エネルギ効率を向上させることができる。
【００５４】
また、発電機を兼ねる電動機１６と、この電動機１６によって駆動され、ブームシリンダ５及びアームシリンダ７に圧油を吐出する補助ポンプとブームシリンダ５からの戻り油によって駆動される油圧モータを兼ねる油圧ポンプ・モータ１５とを設けたことにより、発電機と電動機、及び油圧モータと油圧ポンプを別々に設ける必要がないので、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【００５５】
さらに、蓄電装置９の回収した電気エネルギを利用して旋回用電動機１７を駆動することにより、回収した電気エネルギを有効活用でき、これによって、旋回用電動機１７を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機の容量を小さく、もしくはこの発電機を無くすことができる。したがって、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【００５６】
また、蓄電装置９の電気エネルギが不足した時に、油圧ポンプ１１からの圧油を吐出管路３０、管路２９、管路３１により直接油圧ポンプ・モータ１５に導くことよって、この油圧ポンプ・モータ１５を駆動させて発電することができるので、旋回用等の電動機を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機を無くすことができる。したがって、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【００５７】
なお、アームシリンダ６ａの操作に伴って回収した蓄電装置９の電気エネルギを利用して、電動機１６を駆動させ、この電動機１６の駆動によって吐出する油圧ポンプ・モータ１５からの圧油を、管路２６、管路２７、管路２８、管路３１を通して、油圧ポンプ１１からの圧油に合流させて、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導くこともできる。したがって、アームシリンダ６ａの操作に伴って回収したエネルギをブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａの駆動に有効活用することができ、エネルギ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。
【図２】本実施形態の駆動回路図である。
【図３】図２の車体コントローラの制御内容を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
５ ブーム
５ａ ブームシリンダ
６ アーム
６ａ アームシリンダ
８ 車体コントローラ
８ａ 操作量算出部
８ｂ 速度算出部
８ｃ 旋回用電動機制御部
８ｄ 流量算出部
８ｅ 発電電力算出部
８ｆ 回生・支援電動機制御部
９ 蓄電装置
１０ エンジン
１１ 油圧ポンプ
１２ ブーム用制御弁
１３ アーム用制御弁
１５ 油圧ポンプ・モータ（補助ポンプ）
１６ 電動機
１７ 旋回用電動機
１８ インバータ
１９ インバータ
２６ 管路（補助管路）
２７ 管路（補助管路）
２８ 管路（補助管路）
２９ 管路（誘導管路）
３０ 吐出管路（誘導管路）
３１ 吐出管路（補助管路）（誘導管路）
３２ 切換弁
３３ 切換弁
３４ 切換弁
３５ 切換弁
３６ 切換弁（切換手段）
３７ ブーム用操作レバー
３８ アーム用操作レバー
４０ 旋回用操作レバー
４２ｂ 圧力センサ
４２ｃ 圧力センサ
４２ｄ 圧力センサ
４２ｅ 圧力センサ
４２ｆ 圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧アクチュエータからの戻り油のエネルギを回収して、このエネルギを再利用する回生機構を備えた建設機械の油圧駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械にも良好な環境性能が求められるようになり、種々の手法が提案されている。例えば、この種の建設機械の油圧駆動装置として、特許文献１に示す従来技術がある。この従来技術では、主に、電動機が取付けられたエンジンによって駆動される油圧ポンプを有し、この油圧ポンプにコントロールバルブを介して接続される油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダと、これらの油圧アクチュエータからの戻り油によって回転駆動される油圧ポンプ・モータと、前述の油圧アクチュエータにおけるメータアウト側からの戻り油を案内する案内管路と、この案内管路からの戻り油によって回転する油圧ポンプ・モータにより電気エネルギを発生する発電機と、この発電機で発生した電気エネルギを蓄電するバッテリ、すなわち蓄電装置などを設けている。このように構成された従来技術では、油圧アクチュエータからの戻り油による圧力により発電機を駆動し、この電気エネルギを蓄電装置に蓄電することにより、油圧アクチュエータの収縮操作に伴うエネルギ、例えば、ブーム下げ操作の位置エネルギ等を回収できるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１１１６８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述した従来の技術では、蓄電装置に回収された電気エネルギにより、油圧アクチュエータの駆動に必要なトルクを発生させるためには、前述のエンジンに取付けられた電動機をエンジンと連結駆動しなければならないので、この電動機のエンジンとの連結駆動によってエンジンロスが生じるとともに、前述のように、蓄電装置に回収された電気エネルギを利用して、エンジンに取付けられた電動機により油圧ポンプを駆動させ、油圧エネルギに変換した後も、圧油は必ずコントロールバルブを経由するため、この圧油のコントロールバルブの経由に伴う絞り損失が生じ、これにより、エネルギ効率が悪いという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の課題を考慮してなされたもので、その目的は、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することの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】
【０００５】
この目的を達成するために、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの圧油が供給されるコントロールバルブと、このコントロールバルブによって制御される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り圧油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを蓄える蓄電装置とを備える建設機械の油圧駆動装置において、前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動され、前記エンジンから離隔させて設けた電動機と、この電動機により駆動される補助ポンプと、この補助ポンプから圧油を前記油圧ポンプからの圧油に合流させて前記コントロールバルブを経由させずに、前記油圧アクチュエータに導く補助管路を設けたことを特徴としている。
【０００６】
このように構成した本発明は、蓄電装置からの電気エネルギにより駆動される電動機をエンジンから離隔させて設けたことにより、従来のような電動機との連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができる。また、油圧アクチュエータの操作に伴って回収した蓄電装置の電気エネルギを利用して、電動機を駆動させ、この電動機の駆動によって吐出する補助ポンプからの圧油を、補助管路を通して、油圧ポンプからの圧油に合流させて、油圧アクチュエータに導くようにしたので、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギにより発生させた圧油をコントロールバルブを経由させずに、油圧アクチュエータに導くことができる。つまり、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のコントロールバルブ経由に伴う絞り損失を無くすことができる。これらにより、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することができる。
【０００７】
また、本発明は、前記発明において、前記油圧モータが前記補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成り、前記発電機が前記油圧ポンプ・モータを前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動する電動機を兼ねることを特徴としている。このように構成した本発明は、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【０００８】
さらに、本発明は、前記発明において、前記蓄電装置からの電気エネルギによって駆動される旋回用電動機を設けたことを特徴とする。このように構成した本発明では、蓄電装置の回収した電気エネルギを利用して旋回用電動機を駆動することにより、回収した電機エネルギを有効活用できる。また、これによって、旋回用電動機を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機の容量を小さく、もしくはこの発電機を無くすことができる。したがって、本発明も、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記発明において、前記油圧ポンプからの圧油を前記油圧モータに導く誘導管路を有するとともに、前記誘導管路の開閉を切替える切換手段を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、蓄電装置の電気エネルギが不足した時に、油圧ポンプからの圧油を誘導管路により直接油圧モータに導くことよって、この油圧モータを駆動させて発電することができる。これによって、旋回用等の電動機を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機を無くすことができる。したがって、本発明も、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、従来のような蓄電装置からの電気エネルギにより駆動される電動機のエンジンとの連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができるとともに、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のコントロールバルブ経由に伴う絞り損失を無くすことができる。すなわち、油圧アクチュエータの操作に伴って回収したエネルギを油圧アクチュエータの駆動に有効活用することができ、これによって、従来よりもエネルギ効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図、図２は、図１に示す油圧ショベルに備えられる本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態を示す回路図である。図３は、本実施形態に備えられる車体コントローラの構成を示すブロック図である。
【００１３】
本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる油圧ショベルには、図１に示すように、走行体１と、この走行体１上に配置され、運転室３、カウンタウェイト４を有する旋回体２と、この旋回体２に連結され、回動可能に設けられるブーム５と、このブーム５に連結され、回動可能に設けられるアーム６と、このアーム６に連結され、回動可能に設けられるバケット７とを備えている。前述のブーム５、アーム６、バケット７は、油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａの伸縮動作によって回動可能となっている。さらに、本実施形態の油圧ショベルには、運転室３の後部に設けられ、前述のブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ、及び後述する各種機器の作動を制御する車体コントローラ８と、カウンタウェイト４に設けられ、発電した電気エネルギを蓄える蓄電装置９とを備えている。
【００１４】
また、図２に示すように、本実施形態は、エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動される油圧ポンプ１１と、この油圧ポンプ１１から吐出される圧油の流れを制御することにより、前述のブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａの作動を制御するコントロールバルブ、すなわちブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３、及びバケット用制御弁１４と、これらのブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３、及びバケット用制御弁１４に接続されるタンク４４とを備えている。
【００１５】
さらに、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａからの戻り油圧によって駆動され、後述する電動機１６を発電機として駆動させる油圧モータと、後述する電動機１６を駆動させることによって、ブームシリンダ５及びアームシリンダ７に圧油を吐出する補助ポンプとを兼ねる油圧ポンプ・モータ１５と、この油圧ポンプ・モータ１５によって駆動される発電機と蓄電装置９からの電気エネルギにより駆動される電動機とを兼ね、エンジン１０と離隔して設けられる電動機１６と、図１の旋回体２を蓄電装置９からの電気エネルギによって駆動させる旋回用電動機１７とを備えている。また、旋回用電動機１７と蓄電装置９は、インバータ１８を介して電気的に接続され、電動機１６と蓄電装置９は、インバータ１９を介して電気的に接続されている。
【００１６】
前述のブームシリンダ５ａとブーム用制御弁１２の間には、ブーム用制御弁１２とブームシリンダ５ａのロッド室とを接続する管路２０と、ブーム用制御弁１２とブームシリンダ５ａのボトム室とを接続する管路２１が設けられている。この管路２１には、車体コントローラ８からの出力信号により管路２１を開閉する切換弁３２が備えられている。また、前述の管路２１と、油圧ポンプ・モータ１５の管路３１とは、管路２６によって接続してある。管路２６には、この管路２６を車体コントローラ８からの出力信号によって開閉する切換弁３３が備えられている。また、油圧ポンプ１１の吐出管路３０は、管路２９と管路２６に接続される管路３１と接続してある。
【００１７】
前述のアームシリンダ６ａとアーム用制御弁１３との間には、アーム用制御弁１３とアームシリンダ６ａのロッド室とを接続する管路２２と、アーム用制御弁１３とアームシリンダ６ａのボトム室とを接続する管路２３が備えられている。この管路２３と前述した油圧ポンプ・モータ１５の管路３１とは、管路２８によって接続してある。管路２８には、この管路２８を車体コントローラ８からの出力信号によって開閉する切換弁３５が備えられている。さらに、管路２２と管路３１とは、管路２７によって接続してある。管路２７には、この管路２７を車体コントローラ８からの出力信号によって開閉する切換弁３４が備えられている。
【００１８】
前述のバケットシリンダ７ａとバケット用制御弁１４との間には、バケット用制御弁１４とバケットシリンダ７ａのロッド室とを接続する管路２４と、制御弁１４とバケットシリンダ７ａのボトム室とを接続する管路２５が備えられている。
【００１９】
特に、本実施形態では、補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５から吐出される圧油を油圧ポンプ１１からの圧油に合流させて、ブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３を経由させずに、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導く補助管路、すなわち管路３１、管路２６、管路２７、管路２８を備えている。
【００２０】
また、油圧ポンプ１１からの圧油を前述の油圧ポンプ・モータ１５に導く誘導管路、すなわち吐出管路３０、管路２９、管路３１を備えるとともに、吐出管路３０と管路３１とを接続する管路２９の開閉を切替える切換手段、すなわち切換弁３６を備えている。なお、切換弁３６も、前述の切換弁３２、３３、３４、３５と同様に車体コントローラ８からの出力信号によって切り換えられるようになっている。
【００２１】
さらに、本実施形態は、ブーム５、アーム６、バケット７及び旋回体２の旋回を操作する操作装置として、運転室３の内部に配置されるブーム用操作レバー３７及びパイロット弁３７ａ、アーム用操作レバー３８及びパイロット弁３８ａ、バケット用操作レバー３９及びパイロット弁３９ａ、旋回用操作レバー４０及びパイロット弁４０ａも備えられている。
【００２２】
パイロット弁３７ａ〜４０ａのそれぞれは、パイロットポンプ４１に接続され、ブーム用操作レバー３７の操作によりパイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧は、前述のブーム用制御弁１２の受圧部１２ａ、又は受圧部１２ｂに導かれ、この受圧部１２ａ、又は受圧部１２ｂが受けるブームパイロット圧の大きさに応じてブーム制御弁１２の開度の調整、及び（ａ）位置、（ｂ）位置への切換えができるようになっている。また、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧の値は、圧力センサ４２ａ、４２ｂによって検出され、この検出信号は車体コントローラ８に送られるようになっている。
【００２３】
アーム用操作レバー３８の操作によりパイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧は、前述のアーム用制御弁１３の受圧部１３ａ、又は受圧部１３ｂに導かれ、この受圧部１３ａ、又は受圧部１３ｂが受けるアームパイロット圧の大きさに応じてアーム用制御弁１３の開度の調整、及び（ａ）位置、（ｂ）位置への切り替えができるようになっている。また、パイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧の値は、圧力センサ４２ｃ、４２ｄによって検出され、この検出信号は車体コントローラ８に送られるようになっている。
【００２４】
バケット用操作レバー３９の操作によりパイロット弁３９ａで発生したパイロット圧は、前述のバケット用制御弁１４の受圧部１４ａ、又は受圧部１４ｂに導かれ、この受圧部１４ａ、又は受圧部１４ｂが受けるバケットパイロット圧の大きさに応じてバケット用制御弁１４の開度の調整、及び（ａ）位置、（ｂ）位置への切り替えができるようになっている。また、パイロット弁３９ａで発生したバケットパイロット圧の値は、圧力センサ４２ｅ、４２ｆによって検出され、この検出信号は車体コントローラ８に送られるようになっている。
【００２５】
旋回用操作レバー４０の操作によりパイロット弁４０ａで発生した旋回パイロット圧は、パイロット弁４０ａに接続された圧力センサ４２ｇ、圧力センサ４２ｈによって検出され、この旋回パイロット圧の検出信号は、車体コントローラ８に送られるようになっている。そして、車体コントローラ８は、パイロット弁４０ａによって発生した旋回パイロット圧の検出信号を基に、旋回用電動機１７の目標回転数をインバータ１８に出力し、この出力値によってインバータ１８は、蓄電装置９の電気エネルギを利用して、旋回用電動機１７を操作レバー４０の操作量に応じた目標回転数で駆動するようになっている。
【００２６】
また、図３に示すように、前述の車体コントローラ８は、操作レバー（３７，３８，３９，４０）の操作によってパイロット弁（３７ａ，３８ａ，３９ａ，４０ａ）で生じたパイロット圧（ブームパイロット圧，アームパイロット圧，バケットパイロット圧，旋回パイロット圧）を基に操作量（ブーム操作量、アーム操作量、バケット操作量、旋回操作量）を算出する操作量算出部８ａと、この操作量算出部８ａで算出した操作量により動作速度（ブーム速度、アーム速度、バケット速度、旋回速度）を算出する速度算出部８ｂと、この速度算出部８ｂで算出された旋回速度により、旋回用電動機１７の目標回転数をインバータ１８へ出力する旋回用電動機制御部８ｃとを備えている。
【００２７】
また、エンジン１０を制御するエンジンコントローラ４３から出力されるエンジン回転数と油圧ポンプ１１の吐出容量によって、油圧ポンプ１１のポンプ流量を算出する流量算出部８ｄと、前述のインバータ１８、インバータ１９から出力される蓄電装置９のバッテリ電圧によって、目標発電電力を算出する発電電力算出部８ｅも備えている。さらに、前述の速度算出部８ｂで算出した動作速度（ブーム速度、アーム速度、バケット速度）、前述の流量算出部８ｄで算出したポンプ流量、及び前述の発電電力算出部８ｅで算出した目標発電電力のそれぞれに応じた電動機１６の目標回転数をインバータ１９に出力するとともに、切換弁３２，３３，３４，３５，３６に開閉信号を出力する回生・支援電動機制御部８ｆとを備えている。
【００２８】
［ブーム用操作レバーによるブーム動作］
このように構成した本実施形態は、エンジン１０を駆動させると、油圧ポンプ１１から圧油が吐出され、この圧油が吐出管路３０を通り、ブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３、バケット用制御弁１４に供給される。この状態において、ブーム用操作レバー３７をブーム５が上昇する方向に操作すると、パイロット弁３７ａでは、ブーム用操作レバー３７の操作量に応じたブームパイロット圧が発生し、このブームパイロット圧がブーム用制御弁１２の受圧部１２ａに導かれる。この受圧部１２ａが受けるブームパイロット圧によって、ブーム用制御弁１２は、（ａ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からブーム制御弁１２に供給された圧油が、開位置に保たれている切換弁３２、管路２１を介してブームシリンダ５ａのボトム室に導かれるとともに、ブームシリンダ５ａのロッド室側の管路２０が、タンク４４に接続されるので、ブームシリンダ５ａは延びる方向へ動作し、ブーム５が上昇する。
【００２９】
また、ブーム用操作レバー３７をブーム５が下降する方向に操作すると、パイロット弁３７ａでブーム用操作レバー３７の操作量に応じたブームパイロット圧が発生し、このブームパイロット圧がブーム用制御弁１２の受圧部１２ｂに導かれる。この受圧部１２ｂが受けるブームパイロット圧によって、ブーム用制御弁１２は、（ｂ）位置に切換わる。
【００３０】
なお、この間に、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧は、圧力センサ４２ａ、圧力センサ４２ｂで検出され、この検出信号を受けた図３に示す車体コントローラ８の操作量算出部８ａにより、ブーム操作量が算出される。そして、この算出されたブーム操作量により、ブーム速度が速度算出部８ｂによって算出され、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。回生・支援電動機制御部８ｆは、算出されたブーム操作量により、ブーム用操作レバー３７がブーム５を下降する方向に操作されたと判断し、これによって、切換弁３２へ閉信号を出力するとともに、切換弁３３へ開信号を出力する。これにより、切換弁３２は、閉状態、切換弁３３は開状態となる。
【００３１】
したがって、前述のようにして油圧ポンプ１１からブーム制御弁１２に供給された圧油が、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室側に導かれ、ブームシリンダ５ａのボトム室から管路２１、管路２６、切換弁３３を順に流れ、管路３１を経由して、油圧ポンプ・モータ１５に接続されるタンクに流れ込む。したがって、ブームシリンダ５ａは縮む方向へ動作し、ブーム５が下降する。
【００３２】
［アーム用操作レバーによるアーム動作］
さらに、アーム用操作レバー３８をアーム６がクラウドするように操作すると、パイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧がアーム用制御弁１３の受圧部１３ａに導かれ、アーム用制御弁１３は、（ａ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からアーム制御弁１３に供給された圧油が、管路２３からアームシリンダ６ａのボトム室側に導かれるとともに、アームシリンダ６ａのロッド室側の管路２２が、タンク４４に接続されるので、アームシリンダ６ａは延びる方向へ動作し、アーム６がクラウド動作をする。
【００３３】
また、アーム用操作レバー３８をアーム６がダンプするように操作すると、パイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧がアーム用制御弁１３の受圧部１３ｂに導かれ、アーム用制御弁１３は、（ｂ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からアーム用制御弁１３に供給された圧油が、管路２２からアームシリンダ６ａのロッド室側に導かれるとともに、アームシリンダ６ａのボトム室側の管路２３が、タンク４４に接続されるので、アームシリンダ６ａは縮む方向へ動作し、アーム６がダンプ動作をする。
【００３４】
［バケット用操作レバーによるバケット動作］
さらに、バケット用操作レバー３９をバケット７がクラウドするように操作すると、パイロット弁３９ａで発生したバケットパイロット圧がバケット用制御弁１４の受圧部１４ａに導かれ、バケット用制御弁１４は、（ａ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からバケット用制御弁１４に供給された圧油が、管路２５からバケットシリンダ７ａのボトム室に導かれるとともに、バケットシリンダ７ａのロッド室側の管路２４が、タンク４４に接続されるので、バケットシリンダ７ａは延びる方向へ動作し、バケット７がクラウドする。
【００３５】
また、バケット用操作レバー３９をバケット７がダンプするように操作すると、パイロット弁３９ａで発生したバケットパイロット圧がバケット用制御弁１４の受圧部１４ｂに導かれ、バケット用制御弁１４は、（ｂ）位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ１１からバケット用制御弁１４に供給された圧油が、管路２４からバケットシリンダ７ａのロッド室側に導かれるとともに、バケットシリンダ７ａのボトム室側の管路２５が、タンク４４に接続されるので、バケットシリンダ７ａは縮む方向へ動作し、バケット７がダンプする。
【００３６】
［旋回用操作レバーによる旋回動作］
さらに、旋回用操作レバー４０を操作すると、パイロット弁４０ａで旋回用操作レバー４０の操作量に応じた旋回パイロット圧が発生し、この旋回パイロット圧は、圧力センサ４２ｇ、圧力センサ４２ｈで検出され、この検出信号を受けた車体コントローラ８の操作量算出部８ａにより、旋回操作量が算出される。そして、この算出された旋回操作量により、旋回速度が速度算出部８ｂによって算出され、この算出された旋回速度は、旋回用電動機制御部８ｃに送られる。旋回用電動機制御部８ｃは、算出された旋回速度から図２に示す旋回用電動機１７の目標回転数を算出し、この算出した目標回転数をインバータ１８へ出力する。これにより、旋回用電動機１７は、インバータ１８により、旋回用操作レバー４０の操作量に応じた目標回転数で駆動される。
【００３７】
［ブームの下げ動作に伴う充電］
次に、前述したブーム６の下げ操作によって得られる位置エネルギ、すなわちブームシリンダ５ａからの戻り油のエネルギを電気エネルギとして蓄電装置９に充電するまでの動作について説明する。まず、ブーム用操作レバー３７をブーム５が下降する方向に操作すると、前述のように、ブーム用制御弁１２が（ｂ）位置に切換わり、車体コントローラ８の出力信号によって切換弁３２が閉状態、切換弁３３が開状態となる。これにより、油圧ポンプ１１からブーム用制御弁１２に供給された圧油が、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室側に導かれ、ブームシリンダ５ａのボトム室から戻り油として、管路２１、管路２６、切換弁３３、管路３１を順に流れ、この戻り油によって油圧ポンプ・モータ１５が駆動される。これによって、油圧ポンプ・モータ１５と連結された電動機１６は、油圧ポンプ・モータ１５の回転駆動により、発電機として駆動され、ここで発電された電気エネルギは、インバータ１９を介して蓄電装置９に充電される。
【００３８】
なお、この間に、図３に示す車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、速度算出部８ｂで算出されたブーム速度、すなわちブーム操作量に応じたブームシリンダ５ａのシリンダ速度と、予め記憶されたブームシリンダ５ａのピストンの受圧面積データを利用して、ブームシリンダ５ａからの戻り油の流量が計算される。
【００３９】
戻り油の流量＝ピストンの受圧面積×シリンダ速度
さらに、この算出された戻り油の流量と、予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量データによって、電動機１６の所要回転数が計算される。
【００４０】
電動機１６の所用回転数＝戻り油の流量／油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量
また、算出された電動機１６の所要回転数は、インバータ１９へ出力される。これにより、インバータ１９は、ブームシリンダ５ａのボトム室からの戻り油の流量がブーム速度に応じた流量となるように、電動機１６の回転数を制御する。したがって、ブーム５の動作速度は、ブーム用操作レバー３７の操作量に応じた速度に制御される。
【００４１】
［蓄電装置の蓄電量が不足した場合の充電］
次に、車体コントローラ８によって蓄電装置９の蓄電量が不足していると判断された場合に、蓄電装置９に充電する動作について説明する。図３に示す車体コントローラ８の発電電力算出部８ｅでは、蓄電装置９と接続されたインバータ１８、インバータ１９から送信されるバッテリ電圧の信号を常に受信し、蓄電装置９の蓄電量が必要量であるかが判断されている。この車体コントローラ８の発電電力算出部８ｅで、蓄電装置９の蓄電量が少ないと判断された場合には、発電電力算出部８ｅにより目標発電電力が算出され、この目標発電電力は、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。目標発電電力を受信した回生・支援電動機制御部８ｆは、切換弁３６へ開信号を出力するとともに、目標発電電力を発電するために必要な電動機１６の目標回転数をインバータ１９へ出力する。これにより、切換弁３６は開状態となり、油圧ポンプ１１から吐出される圧油が誘導管路、すなわち吐出管路３０、管路２９、３１を順に流れ、その圧油により油圧ポンプ・モータ１５が駆動される。したがって、電動機１６は、油圧ポンプ・モータ１５の回転駆動により、発電機として駆動されるとともに、インバータ１９により発電電力目標に応じた目標回転数に制御される。これにより、不足分の電気エネルギが電動機１６によって発電され、この電気エネルギは、インバータ１９を介して蓄電装置９に充電される。
【００４２】
なお、前述のアーム７のクラウド動作、及びダンプ動作に伴う戻り油を、車体コントローラ８の出力信号によって切換弁３４、３５を開閉させることにより、油圧ポンプ・モータ１５に導くことができ、これにより、電動機１６を駆動させ、蓄電装置９に充電させることもできる。また、旋回体２を旋回駆動させた時の速度エネルギを、旋回体の減速停止時に電動機１７を発電機として駆動させ、インバータ１８を介して蓄電装置９に充電することもできる。
【００４３】
［ブームの下げ操作による戻り油を利用した流量支援］
次に、ブーム５の下げ操作による戻り油を利用して、アーム６の操作をする動作について説明する。まず、ブーム用操作レバー３７によりブーム５の下げ操作を行うと同時に、アーム操作レバー３８をアーム６がクラウドするように操作すると、前述したように、ブーム５側の油圧回路では、ブーム用制御弁１２が（ｂ）位置に切換わり、ブーム用制御弁１２に供給された圧油は、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室に流れ込む。一方、アーム６側の油圧回路では、前述したように、アーム用制御弁１３が（ａ）位置に切換わり、アーム用制御弁１３に供給された圧油は、管路２３からアームシリンダ６ａのボトム室に流れ込む。
【００４４】
なお、この間に、車体コントローラ８では、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧とパイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧を基に、操作量算出部８ａにより、ブーム操作量、アーム操作量が算出される。そして、この算出されたブーム操作量、アーム操作量により、ブーム速度、アーム速度が速度算出部８ｂによって算出され、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム操作量、アーム操作量、ブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａのピストンの受圧面積データとアームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データにより、ブームシリンダ５ａの下げ操作、アームシリンダ６ａのクラウド操作のそれぞれの操作に必要な流量が算出される。そして、この回生・支援電動機制御部８ｆにより、アームシリンダ６ａのクラウド操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３５に開信号が出力される。これによって、切換弁３５は開状態となるので、ブームシリンダ５ａのボトム室から管路２１、管路２６、切換弁３３、管路３１を順に流れる戻り油が、管路２８から切換弁３５を介して管路２３に流れ込む。つまり、アーム６のクラウド操作に不足する流量がブーム下げ動作に伴う戻り油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でクラウドする。
【００４５】
さらに、ブーム用操作レバー３７によりブーム５の下げ操作を行うと同時に、アーム操作レバー３８をアーム６がダンプするように操作すると、前述したように、ブーム５側の油圧回路では、ブーム用制御弁１２が（ｂ）位置に切換わり、ブーム用制御弁１２に供給された圧油は、管路２０からブームシリンダ５ａのロッド室に流れ込む。一方、アーム６側の油圧回路では、前述したように、アーム用制御弁１３が（ｂ）位置に切換わり、アーム用制御弁１３に供給された圧油が管路２２からアームシリンダ６ａのロッド室に流れ込む。
【００４６】
なお、この間に、車体コントローラ８では、パイロット弁３７ａで発生したブームパイロット圧とパイロット弁３８ａで発生したアームパイロット圧を基に、操作量算出部８ａにより、ブーム操作量、アーム操作量が算出される。そして、この算出されたブーム操作量、アーム操作量により、ブーム速度、アーム速度が速度算出部に８ｂよって算出され、回生・支援電動機制御部８ｆに送られる。回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム操作量、アーム操作量、ブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａのピストンの受圧面積データとアームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データにより、ブームシリンダ５ａの下げ操作、アームシリンダ６ａのダンプ操作のそれぞれの操作に必要な流量が算出される。そして、この回生・支援電動機制御部８ｆにより、アームシリンダ６ａのダンプ操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３４に開信号が出力される。これによって、切換弁３４は開状態となるので、ブームシリンダ５ａのボトム室から管路２１、管路２６、切換弁３３、管路３１を順に流れる戻り油が、管路２７から切換弁３４を介して管路２２に流れ込む。つまり、アーム６のダンプ操作に不足する流量がブーム下げ動作に伴う戻り油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でダンプ動作する。
【００４７】
［油圧ポンプ・モータ１５からの圧油による流量支援］
次に、各シリンダ（５ａ，６ａ，７ａ）の複合操作などによって、油圧ポンプ１１だけでは、各シリンダ（５ａ，６ａ，７ａ）に供給する圧油の流量が不足する場合に、油圧ポンプ・モータ１５による流量支援を行う動作について説明する。例えば、ブーム用操作レバー３７をブーム５が上昇する方向に操作すると同時に、アーム用操作レバー３８をアーム６がダンプする方向に操作すると、車体コントローラ８では、圧力センサ４２ａ、圧力センサ４２ｂからのブームパイロット圧、及び圧力センサ４２ｃ、４２ｄからのアームパイロット圧の検知信号に基づき、操作量算出部８ａでブーム操作量、アーム操作量が算出され、速度算出部８ｂでブーム速度、アーム速度が算出される。そして、このブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データを利用して、回生・支援電動機制御部８ｆでは、ブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をダンプさせる操作に必要な流量が算出される。また、回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をダンプさせる操作に必要な流量の合計流量が算出された後、この合計流量と流量算出部８ｄによって算出された油圧ポンプ１１のポンプ流量とが比較される。
【００４８】
さらに、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、前述の合計流量が油圧ポンプ１１のポンプ流量よりも多い場合、油圧ポンプ・モータ１５からの流量支援が必要であると判断し、油圧ポンプ１１と前述の合計流量との流量差を算出するとともに、この流量差と予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量から、電動機１６の目標回転数を算出する。また、この算出された電動機１６の目標回転数は、インバータ１９へ出力される。これにより、インバータ１９は、電動機１６を目標回転数で駆動し、不足分の流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５から吐出される。
【００４９】
また、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量、アーム６をダンプさせる操作に必要な流量から、どちらの動作に流量が不足するかが判断され、その判断に基づいて、切換弁３３、切換弁３４へ開信号を出力する。例えば、アーム６のダンプ操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３４に開信号が出力される。これによって、切換弁３４が開状態となるので、油圧ポンプ・モータ１５から吐出された圧油は、補助管路である管路３１、管路２７を流れ、切換弁３４を介して管路２２に送られる。これにより、アーム６のダンプ操作に不足する流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５からの圧油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でダンプする。また、ブーム５を上昇させる操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３３に開信号が出力される。これによって、切換弁３３が開状態となるので、油圧ポンプ・モータ１５から吐出された圧油は、補助管路である管路３１、管路２６を順に流れ、切換弁３３を介して管路２１に送られる。これにより、ブーム５の上げ操作に不足する流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５からの圧油により補充され、これにより、ブーム５は、ブーム操作レバー３７の操作量に応じた速度で上昇する。
【００５０】
また、ブーム用操作レバー３７をブーム５が上昇する方向に操作すると同時に、アーム用操作レバー３８をアーム６がクラウドする方向に操作すると、車体コントローラ８では、圧力センサ４２ａ、圧力センサ４２ｂからのブームパイロット圧、及び圧力センサ４２ｃ、４２ｄからのアームパイロット圧の検知信号に基づき、操作量算出部８ｂでブーム操作量、アーム操作量が算出され、速度算出部８ｂでブーム速度、アーム速度が算出される。そして、このブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａのピストンの受圧面積データを利用して、回生・支援電動機制御部８ｆでは、ブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をクラウドさせる操作に必要な流量が算出される。また、これらの算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量と、アーム６をクラウドさせる操作に必要な流量との合計流量が算出された後、この合計流量と流量算出部によって算出された油圧ポンプ１１のポンプ流量とが比較される。
【００５１】
さらに、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、前述の合計流量が油圧ポンプ１１のポンプ流量よりも多い場合、油圧ポンプ・モータ１５からの流量支援が必要であると判断し、油圧ポンプ１１と前述の合計流量との流量差を算出するとともに、この流量差と予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ１５の吐出容量から、電動機１６の目標回転数が算出される。また、この算出された電動機１６の目標回転数は、インバータ１９へ出力される。これにより、インバータ１９は、電動機１６を目標回転数で駆動し、不足分の流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５から吐出される。
【００５２】
また、車体コントローラ８の回生・支援電動機制御部８ｆでは、算出されたブーム５を上昇させる操作に必要な流量、アーム６がクラウド操作するのに必要な流量から、どちらの動作に流量が不足するかが判断され、その判断に基づいて、切換弁３３、切換弁３５へ開信号を出力する。例えば、アーム６のクラウド操作に必要な流量が不足していると判断された場合には、切換弁３５に開信号が出力される。これによって、切換弁３５が開状態となるので、油圧ポンプ・モータ１５から吐出された圧油は、補助管路である管路３１、管路２８を流れ、切換弁３５を介して管路２３に送られる。これにより、アーム６のクラウド操作に不足する流量が補助ポンプである油圧ポンプ・モータ１５からの圧油により補充され、これにより、アーム６は、アーム操作レバー３８の操作量に応じた速度でクラウドする。
【００５３】
［本実施形態の効果］
このように構成した本実施形態によれば、蓄電装置９からの電気エネルギにより駆動される電動機１６をエンジン１０から離隔させて設けたことにより、電動機１６のエンジン１０との連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができるとともに、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収した蓄電装置９の電気エネルギを利用して、電動機１６を駆動させ、この電動機１６の駆動によって吐出する油圧ポンプ・モータ１５からの圧油を、管路２６、管路２７、管路２８、管路３１を通して、油圧ポンプ１１からの圧油に合流させて、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導くようにしたので、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油をブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３を経由させずに、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導くことができる。つまり、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のブーム用制御弁１２、アーム用制御弁１３の経由に伴う絞り損失を無くすことができる。すなわち、ブームシリンダ５ａの操作に伴って回収したエネルギをブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａの駆動に有効活用することができ、これによって、エネルギ効率を向上させることができる。
【００５４】
また、発電機を兼ねる電動機１６と、この電動機１６によって駆動され、ブームシリンダ５及びアームシリンダ７に圧油を吐出する補助ポンプとブームシリンダ５からの戻り油によって駆動される油圧モータを兼ねる油圧ポンプ・モータ１５とを設けたことにより、発電機と電動機、及び油圧モータと油圧ポンプを別々に設ける必要がないので、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【００５５】
さらに、蓄電装置９の回収した電気エネルギを利用して旋回用電動機１７を駆動することにより、回収した電気エネルギを有効活用でき、これによって、旋回用電動機１７を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機の容量を小さく、もしくはこの発電機を無くすことができる。したがって、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【００５６】
また、蓄電装置９の電気エネルギが不足した時に、油圧ポンプ１１からの圧油を吐出管路３０、管路２９、管路３１により直接油圧ポンプ・モータ１５に導くことよって、この油圧ポンプ・モータ１５を駆動させて発電することができるので、旋回用等の電動機を駆動する電気エネルギを確保するために別途設ける発電機を無くすことができる。したがって、機器の設置スペースを小さく抑えることができるとともに、機器の数を最小限に抑えることができる。
【００５７】
なお、アームシリンダ６ａの操作に伴って回収した蓄電装置９の電気エネルギを利用して、電動機１６を駆動させ、この電動機１６の駆動によって吐出する油圧ポンプ・モータ１５からの圧油を、管路２６、管路２７、管路２８、管路３１を通して、油圧ポンプ１１からの圧油に合流させて、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａに導くこともできる。したがって、アームシリンダ６ａの操作に伴って回収したエネルギをブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａの駆動に有効活用することができ、エネルギ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る油圧駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。
【図２】本実施形態の駆動回路図である。
【図３】図２の車体コントローラの制御内容を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
５ ブーム
５ａ ブームシリンダ
６ アーム
６ａ アームシリンダ
８ 車体コントローラ
８ａ 操作量算出部
８ｂ 速度算出部
８ｃ 旋回用電動機制御部
８ｄ 流量算出部
８ｅ 発電電力算出部
８ｆ 回生・支援電動機制御部
９ 蓄電装置
１０ エンジン
１１ 油圧ポンプ
１２ ブーム用制御弁
１３ アーム用制御弁
１５ 油圧ポンプ・モータ（補助ポンプ）
１６ 電動機
１７ 旋回用電動機
１８ インバータ
１９ インバータ
２６ 管路（補助管路）
２７ 管路（補助管路）
２８ 管路（補助管路）
２９ 管路（誘導管路）
３０ 吐出管路（誘導管路）
３１ 吐出管路（補助管路）（誘導管路）
３２ 切換弁
３３ 切換弁
３４ 切換弁
３５ 切換弁
３６ 切換弁（切換手段）
３７ ブーム用操作レバー
３８ アーム用操作レバー
４０ 旋回用操作レバー
４２ｂ 圧力センサ
４２ｃ 圧力センサ
４２ｄ 圧力センサ
４２ｅ 圧力センサ
４２ｆ 圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの圧油が供給されるコントロールバルブと、このコントロールバルブによって制御される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り圧油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを蓄える蓄電装置とを備える建設機械の油圧駆動装置において、
前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動され、前記エンジンから離隔させて設けた電動機と、この電動機により駆動される補助ポンプと、この補助ポンプから圧油を前記油圧ポンプからの圧油に合流させて前記コントロールバルブを経由させずに、前記油圧アクチュエータに導く補助管路を設けた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に記載の発明において、
前記油圧モータが前記補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成り、前記発電機が前記油圧ポンプ・モータを前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動する電動機を兼ね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または２に記載の発明において、
前記蓄電装置からの電気エネルギによって駆動される旋回用電動機を設けた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１〜３のいずれか1項に記載の発明において、
前記油圧ポンプからの圧油を前記油圧モータに導く誘導管路を有するとともに、前記誘導管路の開閉を切替える切換手段を備えたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項１】
エンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの圧油が供給されるコントロールバルブと、このコントロールバルブによって制御される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り圧油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを蓄える蓄電装置とを備える建設機械の油圧駆動装置において、
前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動され、前記エンジンから離隔させて設けた電動機と、この電動機により駆動される補助ポンプと、この補助ポンプから圧油を前記油圧ポンプからの圧油に合流させて前記コントロールバルブを経由させずに、前記油圧アクチュエータに導く補助管路を設けた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に記載の発明において、
前記油圧モータが前記補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成り、前記発電機が前記油圧ポンプ・モータを前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動する電動機を兼ね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または２に記載の発明において、
前記蓄電装置からの電気エネルギによって駆動される旋回用電動機を設けた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１〜３のいずれか1項に記載の発明において、
前記油圧ポンプからの圧油を前記油圧モータに導く誘導管路を有するとともに、前記誘導管路の開閉を切替える切換手段を備えた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２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２０２３４３（Ｐ２００８−２０２３４３Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４１０３１（Ｐ２００７−４１０３１）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【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２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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