油圧駆動装置
【課題】エネルギー効率の低下を抑えて複数の油圧アクチュエータに油を確実に分岐供給すること。
【解決手段】共通の油圧ポンプ１０から個別の方向切換弁２０Ｂ，２０Ａを介して油圧アクチュエータＢＣ，ＡＣに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、分岐油通路２，３において方向切換弁２０Ｂ，２０Ａと油圧アクチュエータＢＣ，ＡＣとの間に油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａを配設するとともに、この油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａに電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａを接続し、さらに、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａのトルクを制御することにより、油圧アクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力に一致するように分岐油通路２，３を昇圧または減圧するコントローラ７０を備えた。
【解決手段】共通の油圧ポンプ１０から個別の方向切換弁２０Ｂ，２０Ａを介して油圧アクチュエータＢＣ，ＡＣに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、分岐油通路２，３において方向切換弁２０Ｂ，２０Ａと油圧アクチュエータＢＣ，ＡＣとの間に油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａを配設するとともに、この油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａに電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａを接続し、さらに、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａのトルクを制御することにより、油圧アクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力に一致するように分岐油通路２，３を昇圧または減圧するコントローラ７０を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動装置に関するもので、詳しくは、共通の油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給してそれぞれを駆動するようにした油圧駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の油圧アクチュエータに対して共通の油圧ポンプから油を分岐供給する場合には、それぞれの油圧アクチュエータに接続された分岐油通路に圧力補償弁を配設するようにしている。圧力補償弁は、それぞれの油圧アクチュエータの負荷圧力に応じて動作し、個々の油圧アクチュエータに至る分岐油通路を最高負荷圧力により絞るものである。
【０００３】
従って、分岐油通路に圧力補償弁を設けた油圧駆動装置によれば、複数の油圧アクチュエータの負荷が互いに異なる場合にも低負荷圧力側の油圧アクチュエータにのみ油が供給される事態を防止してそれぞれに所望の圧力の油を供給することができ、複数の油圧アクチュエータを同時に動作させることが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１９４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように圧力補償弁を適用した油圧駆動装置にあっては、低負荷圧力側の分岐油通路に配設した圧力補償弁において常に圧力損失が発生することになり、エネルギー効率を考慮した場合、必ずしも好ましいとはいえない。尚、油圧ポンプの供給エネルギーは、（油の吐出流量）×（油の吐出圧力）であり、上述の圧力損失をΔＰとすると、エネルギーロスは、（油の通過流量）×ΔＰで表されたものとなる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、エネルギー効率の低下を抑えて複数の油圧アクチュエータに油を確実に分岐供給することのできる油圧駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る油圧駆動装置は、共通の油圧ポンプから個別の方向切換弁を介して複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、油圧アクチュエータに至る分岐油通路において方向切換弁と油圧アクチュエータとの間に配置した油圧モータと、油圧モータに接続した電動モータジェネレータと、前記電動モータジェネレータを制御することにより、油圧アクチュエータへの流量の制御を行うコントローラとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１において、それぞれの方向切換弁と油圧モータとの間に配設し、方向切換弁の吐出圧力を検出する吐出圧力センサを備え、前記コントローラは、それぞれの分岐油通路において前記吐出圧力センサの検出する方向切換弁の吐出圧力が互いに一致するように電動モータジェネレータの制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１において、それぞれの方向切換弁に対して個別に設けられ、レバー変位に応じて方向切換弁を動作させる操作レバーをさらに備え、前記コントローラは、操作レバーのレバー変位に応じて電動モータジェネレータを制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、個々の方向切換弁と油圧アクチュエータのヘッド側油室及びボトム側油室との間を接続する分岐油通路にそれぞれ前記油圧モータを配設するとともに、それぞれの油圧モータに前記電動モータジェネレータを接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、電動モータジェネレータが発電動作した場合に蓄電を行う蓄電装置をさらに備え、前記コントローラは、蓄電装置の蓄電量に応じて油圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、複数の油圧アクチュエータに対してそれぞれの負荷圧力を個別に検出する負荷圧力センサを備え、前記コントローラは、油圧ポンプの吐出圧力がこれら負荷圧力センサの検出した負荷圧力の最大値と最小値との範囲内となるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低負荷圧力側の分岐油通路に配設した電動モータジェネレータを制御することによって、複数の油圧アクチュエータに対して所望圧力の油を供給することができる。このことによって、すべての流量を昇圧するシステムに対してアクチュエータの必要流量分だけ昇圧するため、システムのエネルギー効率に優れている。しかも油圧モータにより電動モータジェネレータを駆動することによって電気エネルギーを回収することができるため、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る油圧駆動装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である油圧駆動装置の油圧回路図を示したものである。ここで例示する油圧駆動装置は、例えばブーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＡＣを備え、これらの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対して共通の油圧ポンプ１０から油の供給制御を行うことにより所望の作業を行うようにした建設機械に適用されるものである。
【００１６】
油圧ポンプ１０は、建設機械に搭載されたエンジン１１によって駆動される可変容量型のもので、容量制御ユニット１２を備えている。容量制御ユニット１２は、油圧ポンプ１０の斜板を駆動するポンプ容量制御シリンダ１２ａと、ポンプ容量制御シリンダ１２ａに対する油の供給制御を行うポンプ容量制御バルブ１２ｂとを備えて構成したものである。この容量制御ユニット１２では、後述するコントローラ７０から圧力指令信号が与えられると、ポンプ容量制御バルブ１２ｂが適宜動作してポンプ容量制御シリンダ１２ａに油が供給されることになり、圧力指令信号に応じて油圧ポンプ１０の容量を変更することで圧力を設定変更することが可能となる。尚、油圧ポンプ１０としては、電動機によって駆動するものを適用しても良い。
【００１７】
油圧ポンプ１０の吐出口に接続された主油通路１は、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣに油を分岐供給すべくブーム用分岐油通路２及びアーム用分岐油通路３に２分岐している。これら分岐油通路２，３には、それぞれ方向切換弁２０Ｂ，２０Ａが設けてある。
【００１８】
ブーム用分岐油通路２に設けた方向切換弁（以下、「ブーム用切換弁２０Ｂ」という）は、ブーム用操作レバーＢＳが操作された場合にブーム用操作弁ＢＳＶから出力される操作パイロット圧によって動作し、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、ブーム用切換弁２０Ｂは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。
【００１９】
この状態からブーム用操作レバーＢＳを操作して図１に示す第１位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃとブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのボトム側油室ＢＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとを接続する一方、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのヘッド側油室ＢＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとを接続する。
【００２０】
これに対してブーム用操作レバーＢＳを逆方向に操作して第２位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとを接続する一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとを接続する。ブーム用切換弁２０Ｂの供給ポートＰｃにはブーム用分岐油通路２が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。
【００２１】
同様に、アーム用分岐油通路３に設けた方向切換弁（以下、「アーム用切換弁２０Ａ」という）は、アーム用操作レバーＡＳが操作された場合にアーム用操作弁ＡＳＶから出力される操作パイロット圧によって動作し、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、アーム用切換弁２０Ａは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。
【００２２】
この状態からアーム用操作レバーＡＳを操作して図１に示す第１位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃとアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのボトム側油室ＡＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとを接続する一方、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのヘッド側油室ＡＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとを接続する。
【００２３】
これに対してアーム用操作レバーＡＳを逆方向に操作して第２位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとが接続される一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとが接続されることになる。アーム用切換弁２０Ａの供給ポートＰｃにはアーム用分岐油通路３が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。
【００２４】
分岐油通路２，３において切換弁２０Ｂ，２０Ａとそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣとの間に位置する油通路ＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＡａ，ＬＡｂには、油圧ポンプモータ（油圧モータ）３０Ｂａ，３０Ｂｂ，３０Ａａ，３０Ａｂが配設してある。より具体的に説明すると、ブーム用切換弁２０Ｂの２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂからブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの各油室ＢＣｂ，ＢＣａに至る２つの油通路ＬＢｂ，ＬＢａにそれぞれ油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ｂａを配設し、アーム用切換弁２０Ａの２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂからアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの各油室ＡＣｂ，ＡＣａに至る２つの油通路ＬＡｂ，ＬＡａにそれぞれ油圧ポンプモータ３０Ａｂ，３０Ａａを配設している。
【００２５】
油圧ポンプモータ３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂは、個々の入出力軸３０ａにそれぞれ電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂを連結したものである。個々の油圧ポンプモータ３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂは、それぞれ油通路ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＢａ，ＬＢｂに供給された油により駆動され、モータ動作することにより電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂを発電動作させる。一方、電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂが電動動作した場合、油圧ポンプモータ３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂは、ポンプ動作してそれぞれの油通路ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＢａ，ＬＢｂに油を流通させる機能を有している。
【００２６】
尚、以下においては、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのボトム側油室ＢＣａに至る油通路ＬＢａに設けた油圧ポンプモータをブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａと称し、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのボトム側油室ＡＣａに至る油通路ＬＡａに設けた油圧ポンプモータをアーム用油圧ポンプモータ３０Ａａと称して両者を区別する場合がある。同様に、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに連結した電動モータジェネレータをブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａと称し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａに連結した電動モータジェネレータをアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａと称して両者を区別する場合がある。
【００２７】
個々の電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂには、それぞれ個別のインバータ５０を介して共通の蓄電装置６０が接続してある。この蓄電装置６０は、電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂが発電動作した場合に蓄電を行う一方、電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂを電動動作させる際には電源となるものである。
【００２８】
尚、図１中の符号１３は、主油通路１において油圧ポンプ１０の吐出口と分岐油通路２，３の分岐点との間に接続したリリーフ弁である。このリリーフ弁１３は、常時閉状態を維持する一方、主油通路１の油圧が後述するコントローラ７０によって設定されたリリーフ圧力を超えた場合に主油通路１の油をリリーフするように構成してある。
【００２９】
さらに、上記油圧駆動装置には、コントローラ７０が設けてある。コントローラ７０は、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力及び蓄電装置６０の蓄電量を検出し、これらの検出結果並びにブーム用操作レバーＢＳ及びアーム用操作レバーＡＳのレバー変位に基づいて油圧ポンプ１０の容量制御、リリーフ弁１３のリリーフ圧制御、インバータ５０を介した電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂの動作制御を行うものである。
【００３０】
以下、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣをそれぞれ伸長動作させる際の動作を例示しながら、コントローラ７０の具体的な制御内容について詳述する。
【００３１】
図１に示すように、ブーム用操作レバーＢＳの操作によってブーム用切換弁２０Ｂが第１位置となり、かつアーム用操作レバーＡＳの操作によってアーム用切換弁２０Ａが第１位置となると、油圧ポンプ１０から主油通路１に吐出された油がそれぞれの分岐油通路２，３に分岐され、それぞれの切換弁２０Ｂ，２０Ａ及び油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａを介して油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａに供給されることになる。
【００３２】
この間、コントローラ７０は、図２に示すように、ブーム用操作レバーＢＳのレバー変位及びアーム用操作レバーＡＳのレバー変位を読み取り、それぞれのレバー変位からブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの目標流量及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの目標流量を算出する。次いで、コントローラ７０は、算出した目標流量から油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａの目標回転数を設定し、油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａの回転数がこの目標回転数となるように電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの動作制御を行う。
【００３３】
一方、コントローラ７０は、各油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａと油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａとの間の油通路ＬＢａ，ＬＡａに介在させた第１圧力センサ（負荷圧力センサ）Ｓ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出結果からそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力を検出する。これと同時にコントローラ７０は、蓄電装置６０の蓄電量に応じてポンプ目標吐出圧力及びリリーフ圧力を設定し、油圧ポンプ１０の吐出圧力がこのポンプ目標吐出圧力となるように容量制御ユニット１２のポンプ容量制御バルブ１２ｂに圧力指令信号を与えるとともに、リリーフ弁１３がリリーフ圧力となるように制御信号を出力する。コントローラ７０が設定するリリーフ圧力は、ポンプ目標吐出圧力よりも高い圧力である。
【００３４】
いま、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であるものとする。ここで、蓄電装置６０の蓄電量が充分であったとすると、コントローラ７０は、例えば、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２に設定する。
【００３５】
この結果、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対しては、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａによって回転数が設定された油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａの駆動によって油が供給されることになり、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣにのみ油が供給される事態を防止することができるようになる。
【００３６】
しかも、ブーム用分岐油通路２（油通路ＬＢａ）においては、油圧が１７０ｋｇ／ｃｍ２から１００ｋｇ／ｃｍ２に降下（減圧）するため、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに油が供給された場合にこれがモータ動作し、ブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａが油圧ポンプモータ３０Ｂａにより駆動されて発電動作することになる。これにより、油圧ポンプ１０の駆動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。
【００３７】
一方、アーム用分岐油通路３（油通路ＬＡａ）においては、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａにおいて油圧を１７０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２に昇圧する必要があるため、アーム用電動モータジェネレータ４０Ａａが電動動作するようにこれを動作制御し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａをポンプ動作させることになる。従って、ブーム用分岐油通路２（油通路ＬＢａ）におけるブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量に対して、アーム用分岐油通路３（油通路ＬＡａ）におけるアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が大きい場合には、蓄電装置６０の蓄電量が減少傾向となる。この場合、コントローラ７０は、ポンプ目標吐出圧力を高く設定し、エンジン１１による投入馬力を増加させる。例えば、先と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であるものとすると、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２から１９０ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。また、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。これにより、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに連結したブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量が増大する一方、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が減少する。この結果、蓄電装置６０の蓄電量が増加傾向に転じ、蓄電装置６０の蓄電量を維持することができるようになる。
【００３８】
逆に、蓄電装置６０の蓄電量が増えた場合にはポンプ目標吐出圧力を低く設定し、エンジン１１の負荷を下げる。
【００３９】
この実施の形態１の油圧駆動装置では、それぞれの分岐油通路２，３において油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂと切換弁２０Ｂ，２０Ａとの間の油通路ＬＢｂ，ＬＡｂにも油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂが配設してある。従って、油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂから返却される油によって油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂをモータ動作させ、これに連結した電動モータジェネレータ４０Ｂｂ，４０Ａｂを発電動作させることができ、油圧ポンプ１０のエネルギー効率をさらに向上させることが可能である。
【００４０】
尚、上述した実施の形態１では、容量制御ユニット１２を備えた可変容量型の油圧ポンプ１０を適用しているが、固定容量型の油圧ポンプを適用することも可能である。この場合、上述したリリーフ弁１３によって油圧ポンプの吐出圧力を調整することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２である油圧駆動装置の油圧回路図を示したものである。ここで例示する油圧駆動装置は、実施の形態１と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＡＣを備え、これらの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対して共通の油圧ポンプ１０から油の供給制御を行うことにより所望の作業を行うようにした建設機械に適用されるもので、実施の形態１とは、方向切換弁の詳細構成及びコントローラが実行する処理の詳細内容が異なっている。
【００４２】
すなわち、実施の形態２の油圧駆動装置では、方向切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの第１位置において供給ポートＰｃから第１アクチュエータポートＰｂに至る流路に絞りを設け、かつ第２位置において供給ポートＰｃから第２アクチュエータポートＰａに至る流路に絞りを設けるようにしている。また、分岐油通路２，３において方向切換弁１２０Ｂ，１２０Ａとそれぞれの油圧ポンプモータ（油圧モータ）３０Ｂａ，３０Ａａとの間に第２圧力センサ（吐出圧力センサ）Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ａを配設し、これら第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出する方向切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの吐出圧力が互いに一致するように電動モータジェネレータ４０Ｂｂ，４０Ｂａ，４０Ａｂ，４０Ａａを制御するようにしている。尚、その他の構成に関しては、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
【００４３】
以下、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣをそれぞれ伸張動作させる際の動作を例示しながら、コントローラ８０の具体的な制御内容について詳述する。
【００４４】
図３に示すように、ブーム用操作レバー（図示せず）の操作によってブーム用切換弁１２０Ｂが第１位置となり、かつアーム用操作レバー（図示せず）の操作によってアーム用切換弁１２０Ａが第１位置となると、油圧ポンプ１０から主油通路１に吐出された油がそれぞれの分岐油通路２，３に分岐され、それぞれの切換弁１２０Ｂ，１２０Ａ及び油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａを介して油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａに供給されることになる。
【００４５】
この間、コントローラ８０は、各油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａと油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａとの間の油路に介在させた第１圧力センサ（負荷圧力センサ）Ｓ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出結果からそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力を検出する。これと同時にコントローラ８０は、蓄電装置６０の蓄電量に応じて操作弁目標吐出圧力を設定し、油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａと切換弁１２０Ｂ，１２０Ａとの間の油路に介在させた第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出結果がこの操作弁目標吐出圧力となって互いに一致するように電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの駆動制御を行う。これにより、切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの前後差圧がすべての切換弁１２０Ｂ，１２０Ａでほぼ一致することになり、切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの開口面積に比例した流量に制御される。さらにコントローラ８０は、この操作弁目標吐出圧力に対して予め設定した差圧値だけ高い圧力をポンプ目標吐出圧力として設定し、油圧ポンプ１０の吐出圧力がこのポンプ目標吐出圧力となるように容量制御ユニット１２のポンプ容量制御バルブ１２ｂに圧力指令信号を与えるとともに、リリーフ弁１３がリリーフ圧力となるように制御信号を出力する。コントローラ８０が設定するリリーフ圧力は、ポンプ目標吐出圧力よりも高い圧力である。
【００４６】
いま、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であり、かつ上述した差圧値として２０ｋｇ／ｃｍ２が設定されているものとする。
【００４７】
ここで、蓄電装置６０の蓄電量が充分であったとすると、コントローラ８０は、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力と最高負荷圧力側となるアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力との間の中間の負荷圧力、例えば１５０ｋｇ／ｃｍ２を操作弁目標吐出圧力として設定するとともに、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２に設定する。以降、コントローラ８０は、それぞれの分岐油通路２，３において第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出する油圧が１５０ｋｇ／ｃｍ２となるように電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの駆動制御を行う。
【００４８】
この結果、ブーム用分岐油通路２においては、第２圧力センサＳ２Ｂでの圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ２となるまでブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに油を通過させないようにブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａがトルク制御されることになり、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣにのみ油が供給される事態を防止することができるようになる。しかも、ブーム用分岐油通路２においては、油圧が１５０ｋｇ／ｃｍ２から１００ｋｇ／ｃｍ２に降下（減圧）するため、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに油が供給された場合にこれがモータ動作し、ブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａが発電動作することになる。これにより、油圧ポンプ１０の駆動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、トータルとして油圧ポンプ１０のポンプ効率が低下する事態を防止することができる。
【００４９】
一方、アーム用分岐油通路３においては、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａにおいて油圧を１５０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２に昇圧する必要があるため、アーム用電動モータジェネレータ４０Ａａが電動動作するようにこれを駆動制御し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａをポンプ動作させることになる。従って、ブーム用分岐油通路２におけるブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量に対して、アーム用分岐油通路３におけるアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が大きい場合には、蓄電装置６０の蓄電量が減少傾向となる。
【００５０】
この場合、コントローラ８０は、操作弁目標吐出圧力を現在の設定値よりも大きくなるように変更する。例えば、先と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であり、かつ差圧値として２０ｋｇ／ｃｍ２が設定されているものとすると、操作弁目標吐出圧力を１５０ｋｇ／ｃｍ２から１７０ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させ、さらにこれに伴って油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２から１９０ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。また、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。これにより、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに連結したブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量が増大する一方、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が減少する。この結果、蓄電装置６０の蓄電量が増加傾向に転じ、蓄電装置６０の蓄電量を維持することができるようになる。
【００５１】
図４は、こうしたコントローラ８０による電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの動作を示すブロック線図である。すなわち、コントローラ８０は、第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出した圧力に対して第１圧力センサＳ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出した油圧が小さい場合、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａを発電機として駆動する一方、第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出した圧力に対して第１圧力センサＳ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出した油圧が大きい場合、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａを電動機として駆動する。
【００５２】
この実施の形態２の油圧駆動装置では、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂと切換弁１２０Ｂ，１２０Ａとの間の油路にも油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂが配設してある。従って、油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂから返却される油によって油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂをモータ動作させ、これに連結した電動モータジェネレータ４０Ｂｂ，４０Ａｂを発電動作させることができ、エネルギー効率をさらに向上させることが可能である。
【００５３】
尚、上述した実施の形態２では、容量制御ユニット１２を備えた可変容量型の油圧ポンプ１０を適用しているが、固定容量型の油圧ポンプを適用することも可能である。この場合、上述したリリーフ弁１３によって油圧ポンプの吐出圧力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１である油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図２】図１に示した油圧駆動装置のコントローラが実施する処理のブロック線図である。
【図３】本発明の実施の形態２である油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図４】図３に示した油圧駆動装置のコントローラが実施する処理のブロック線図である。
【符号の説明】
【００５５】
２，３ 分岐油通路
１０ 油圧ポンプ
２０Ｂ，２０Ａ 方向切換弁
３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂ 油圧ポンプモータ
４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂ 電動モータジェネレータ
５０ インバータ
６０ 蓄電装置
７０，８０ コントローラ
１２０Ｂ，１２０Ａ 方向切換弁
ＡＳ アーム用操作レバー
ＢＣ，ＡＣ 油圧シリンダアクチュエータ
ＢＳ ブーム用操作レバー
Ｓ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１ 第１圧力センサ
Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ａ 第２圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動装置に関するもので、詳しくは、共通の油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給してそれぞれを駆動するようにした油圧駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の油圧アクチュエータに対して共通の油圧ポンプから油を分岐供給する場合には、それぞれの油圧アクチュエータに接続された分岐油通路に圧力補償弁を配設するようにしている。圧力補償弁は、それぞれの油圧アクチュエータの負荷圧力に応じて動作し、個々の油圧アクチュエータに至る分岐油通路を最高負荷圧力により絞るものである。
【０００３】
従って、分岐油通路に圧力補償弁を設けた油圧駆動装置によれば、複数の油圧アクチュエータの負荷が互いに異なる場合にも低負荷圧力側の油圧アクチュエータにのみ油が供給される事態を防止してそれぞれに所望の圧力の油を供給することができ、複数の油圧アクチュエータを同時に動作させることが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１９４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように圧力補償弁を適用した油圧駆動装置にあっては、低負荷圧力側の分岐油通路に配設した圧力補償弁において常に圧力損失が発生することになり、エネルギー効率を考慮した場合、必ずしも好ましいとはいえない。尚、油圧ポンプの供給エネルギーは、（油の吐出流量）×（油の吐出圧力）であり、上述の圧力損失をΔＰとすると、エネルギーロスは、（油の通過流量）×ΔＰで表されたものとなる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、エネルギー効率の低下を抑えて複数の油圧アクチュエータに油を確実に分岐供給することのできる油圧駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る油圧駆動装置は、共通の油圧ポンプから個別の方向切換弁を介して複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、油圧アクチュエータに至る分岐油通路において方向切換弁と油圧アクチュエータとの間に配置した油圧モータと、油圧モータに接続した電動モータジェネレータと、前記電動モータジェネレータを制御することにより、油圧アクチュエータへの流量の制御を行うコントローラとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１において、それぞれの方向切換弁と油圧モータとの間に配設し、方向切換弁の吐出圧力を検出する吐出圧力センサを備え、前記コントローラは、それぞれの分岐油通路において前記吐出圧力センサの検出する方向切換弁の吐出圧力が互いに一致するように電動モータジェネレータの制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１において、それぞれの方向切換弁に対して個別に設けられ、レバー変位に応じて方向切換弁を動作させる操作レバーをさらに備え、前記コントローラは、操作レバーのレバー変位に応じて電動モータジェネレータを制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、個々の方向切換弁と油圧アクチュエータのヘッド側油室及びボトム側油室との間を接続する分岐油通路にそれぞれ前記油圧モータを配設するとともに、それぞれの油圧モータに前記電動モータジェネレータを接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、電動モータジェネレータが発電動作した場合に蓄電を行う蓄電装置をさらに備え、前記コントローラは、蓄電装置の蓄電量に応じて油圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、複数の油圧アクチュエータに対してそれぞれの負荷圧力を個別に検出する負荷圧力センサを備え、前記コントローラは、油圧ポンプの吐出圧力がこれら負荷圧力センサの検出した負荷圧力の最大値と最小値との範囲内となるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低負荷圧力側の分岐油通路に配設した電動モータジェネレータを制御することによって、複数の油圧アクチュエータに対して所望圧力の油を供給することができる。このことによって、すべての流量を昇圧するシステムに対してアクチュエータの必要流量分だけ昇圧するため、システムのエネルギー効率に優れている。しかも油圧モータにより電動モータジェネレータを駆動することによって電気エネルギーを回収することができるため、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る油圧駆動装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である油圧駆動装置の油圧回路図を示したものである。ここで例示する油圧駆動装置は、例えばブーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＡＣを備え、これらの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対して共通の油圧ポンプ１０から油の供給制御を行うことにより所望の作業を行うようにした建設機械に適用されるものである。
【００１６】
油圧ポンプ１０は、建設機械に搭載されたエンジン１１によって駆動される可変容量型のもので、容量制御ユニット１２を備えている。容量制御ユニット１２は、油圧ポンプ１０の斜板を駆動するポンプ容量制御シリンダ１２ａと、ポンプ容量制御シリンダ１２ａに対する油の供給制御を行うポンプ容量制御バルブ１２ｂとを備えて構成したものである。この容量制御ユニット１２では、後述するコントローラ７０から圧力指令信号が与えられると、ポンプ容量制御バルブ１２ｂが適宜動作してポンプ容量制御シリンダ１２ａに油が供給されることになり、圧力指令信号に応じて油圧ポンプ１０の容量を変更することで圧力を設定変更することが可能となる。尚、油圧ポンプ１０としては、電動機によって駆動するものを適用しても良い。
【００１７】
油圧ポンプ１０の吐出口に接続された主油通路１は、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣに油を分岐供給すべくブーム用分岐油通路２及びアーム用分岐油通路３に２分岐している。これら分岐油通路２，３には、それぞれ方向切換弁２０Ｂ，２０Ａが設けてある。
【００１８】
ブーム用分岐油通路２に設けた方向切換弁（以下、「ブーム用切換弁２０Ｂ」という）は、ブーム用操作レバーＢＳが操作された場合にブーム用操作弁ＢＳＶから出力される操作パイロット圧によって動作し、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、ブーム用切換弁２０Ｂは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。
【００１９】
この状態からブーム用操作レバーＢＳを操作して図１に示す第１位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃとブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのボトム側油室ＢＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとを接続する一方、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのヘッド側油室ＢＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとを接続する。
【００２０】
これに対してブーム用操作レバーＢＳを逆方向に操作して第２位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとを接続する一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとを接続する。ブーム用切換弁２０Ｂの供給ポートＰｃにはブーム用分岐油通路２が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。
【００２１】
同様に、アーム用分岐油通路３に設けた方向切換弁（以下、「アーム用切換弁２０Ａ」という）は、アーム用操作レバーＡＳが操作された場合にアーム用操作弁ＡＳＶから出力される操作パイロット圧によって動作し、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、アーム用切換弁２０Ａは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。
【００２２】
この状態からアーム用操作レバーＡＳを操作して図１に示す第１位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃとアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのボトム側油室ＡＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとを接続する一方、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのヘッド側油室ＡＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとを接続する。
【００２３】
これに対してアーム用操作レバーＡＳを逆方向に操作して第２位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとが接続される一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとが接続されることになる。アーム用切換弁２０Ａの供給ポートＰｃにはアーム用分岐油通路３が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。
【００２４】
分岐油通路２，３において切換弁２０Ｂ，２０Ａとそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣとの間に位置する油通路ＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＡａ，ＬＡｂには、油圧ポンプモータ（油圧モータ）３０Ｂａ，３０Ｂｂ，３０Ａａ，３０Ａｂが配設してある。より具体的に説明すると、ブーム用切換弁２０Ｂの２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂからブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの各油室ＢＣｂ，ＢＣａに至る２つの油通路ＬＢｂ，ＬＢａにそれぞれ油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ｂａを配設し、アーム用切換弁２０Ａの２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂからアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの各油室ＡＣｂ，ＡＣａに至る２つの油通路ＬＡｂ，ＬＡａにそれぞれ油圧ポンプモータ３０Ａｂ，３０Ａａを配設している。
【００２５】
油圧ポンプモータ３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂは、個々の入出力軸３０ａにそれぞれ電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂを連結したものである。個々の油圧ポンプモータ３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂは、それぞれ油通路ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＢａ，ＬＢｂに供給された油により駆動され、モータ動作することにより電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂを発電動作させる。一方、電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂが電動動作した場合、油圧ポンプモータ３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂは、ポンプ動作してそれぞれの油通路ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＢａ，ＬＢｂに油を流通させる機能を有している。
【００２６】
尚、以下においては、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのボトム側油室ＢＣａに至る油通路ＬＢａに設けた油圧ポンプモータをブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａと称し、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのボトム側油室ＡＣａに至る油通路ＬＡａに設けた油圧ポンプモータをアーム用油圧ポンプモータ３０Ａａと称して両者を区別する場合がある。同様に、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに連結した電動モータジェネレータをブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａと称し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａに連結した電動モータジェネレータをアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａと称して両者を区別する場合がある。
【００２７】
個々の電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂには、それぞれ個別のインバータ５０を介して共通の蓄電装置６０が接続してある。この蓄電装置６０は、電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂが発電動作した場合に蓄電を行う一方、電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂを電動動作させる際には電源となるものである。
【００２８】
尚、図１中の符号１３は、主油通路１において油圧ポンプ１０の吐出口と分岐油通路２，３の分岐点との間に接続したリリーフ弁である。このリリーフ弁１３は、常時閉状態を維持する一方、主油通路１の油圧が後述するコントローラ７０によって設定されたリリーフ圧力を超えた場合に主油通路１の油をリリーフするように構成してある。
【００２９】
さらに、上記油圧駆動装置には、コントローラ７０が設けてある。コントローラ７０は、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力及び蓄電装置６０の蓄電量を検出し、これらの検出結果並びにブーム用操作レバーＢＳ及びアーム用操作レバーＡＳのレバー変位に基づいて油圧ポンプ１０の容量制御、リリーフ弁１３のリリーフ圧制御、インバータ５０を介した電動モータジェネレータ４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂの動作制御を行うものである。
【００３０】
以下、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣをそれぞれ伸長動作させる際の動作を例示しながら、コントローラ７０の具体的な制御内容について詳述する。
【００３１】
図１に示すように、ブーム用操作レバーＢＳの操作によってブーム用切換弁２０Ｂが第１位置となり、かつアーム用操作レバーＡＳの操作によってアーム用切換弁２０Ａが第１位置となると、油圧ポンプ１０から主油通路１に吐出された油がそれぞれの分岐油通路２，３に分岐され、それぞれの切換弁２０Ｂ，２０Ａ及び油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａを介して油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａに供給されることになる。
【００３２】
この間、コントローラ７０は、図２に示すように、ブーム用操作レバーＢＳのレバー変位及びアーム用操作レバーＡＳのレバー変位を読み取り、それぞれのレバー変位からブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの目標流量及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの目標流量を算出する。次いで、コントローラ７０は、算出した目標流量から油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａの目標回転数を設定し、油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａの回転数がこの目標回転数となるように電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの動作制御を行う。
【００３３】
一方、コントローラ７０は、各油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａと油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａとの間の油通路ＬＢａ，ＬＡａに介在させた第１圧力センサ（負荷圧力センサ）Ｓ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出結果からそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力を検出する。これと同時にコントローラ７０は、蓄電装置６０の蓄電量に応じてポンプ目標吐出圧力及びリリーフ圧力を設定し、油圧ポンプ１０の吐出圧力がこのポンプ目標吐出圧力となるように容量制御ユニット１２のポンプ容量制御バルブ１２ｂに圧力指令信号を与えるとともに、リリーフ弁１３がリリーフ圧力となるように制御信号を出力する。コントローラ７０が設定するリリーフ圧力は、ポンプ目標吐出圧力よりも高い圧力である。
【００３４】
いま、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であるものとする。ここで、蓄電装置６０の蓄電量が充分であったとすると、コントローラ７０は、例えば、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２に設定する。
【００３５】
この結果、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対しては、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａによって回転数が設定された油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａの駆動によって油が供給されることになり、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣにのみ油が供給される事態を防止することができるようになる。
【００３６】
しかも、ブーム用分岐油通路２（油通路ＬＢａ）においては、油圧が１７０ｋｇ／ｃｍ２から１００ｋｇ／ｃｍ２に降下（減圧）するため、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに油が供給された場合にこれがモータ動作し、ブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａが油圧ポンプモータ３０Ｂａにより駆動されて発電動作することになる。これにより、油圧ポンプ１０の駆動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。
【００３７】
一方、アーム用分岐油通路３（油通路ＬＡａ）においては、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａにおいて油圧を１７０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２に昇圧する必要があるため、アーム用電動モータジェネレータ４０Ａａが電動動作するようにこれを動作制御し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａをポンプ動作させることになる。従って、ブーム用分岐油通路２（油通路ＬＢａ）におけるブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量に対して、アーム用分岐油通路３（油通路ＬＡａ）におけるアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が大きい場合には、蓄電装置６０の蓄電量が減少傾向となる。この場合、コントローラ７０は、ポンプ目標吐出圧力を高く設定し、エンジン１１による投入馬力を増加させる。例えば、先と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であるものとすると、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２から１９０ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。また、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。これにより、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに連結したブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量が増大する一方、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が減少する。この結果、蓄電装置６０の蓄電量が増加傾向に転じ、蓄電装置６０の蓄電量を維持することができるようになる。
【００３８】
逆に、蓄電装置６０の蓄電量が増えた場合にはポンプ目標吐出圧力を低く設定し、エンジン１１の負荷を下げる。
【００３９】
この実施の形態１の油圧駆動装置では、それぞれの分岐油通路２，３において油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂと切換弁２０Ｂ，２０Ａとの間の油通路ＬＢｂ，ＬＡｂにも油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂが配設してある。従って、油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂから返却される油によって油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂをモータ動作させ、これに連結した電動モータジェネレータ４０Ｂｂ，４０Ａｂを発電動作させることができ、油圧ポンプ１０のエネルギー効率をさらに向上させることが可能である。
【００４０】
尚、上述した実施の形態１では、容量制御ユニット１２を備えた可変容量型の油圧ポンプ１０を適用しているが、固定容量型の油圧ポンプを適用することも可能である。この場合、上述したリリーフ弁１３によって油圧ポンプの吐出圧力を調整することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２である油圧駆動装置の油圧回路図を示したものである。ここで例示する油圧駆動装置は、実施の形態１と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＡＣを備え、これらの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対して共通の油圧ポンプ１０から油の供給制御を行うことにより所望の作業を行うようにした建設機械に適用されるもので、実施の形態１とは、方向切換弁の詳細構成及びコントローラが実行する処理の詳細内容が異なっている。
【００４２】
すなわち、実施の形態２の油圧駆動装置では、方向切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの第１位置において供給ポートＰｃから第１アクチュエータポートＰｂに至る流路に絞りを設け、かつ第２位置において供給ポートＰｃから第２アクチュエータポートＰａに至る流路に絞りを設けるようにしている。また、分岐油通路２，３において方向切換弁１２０Ｂ，１２０Ａとそれぞれの油圧ポンプモータ（油圧モータ）３０Ｂａ，３０Ａａとの間に第２圧力センサ（吐出圧力センサ）Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ａを配設し、これら第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出する方向切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの吐出圧力が互いに一致するように電動モータジェネレータ４０Ｂｂ，４０Ｂａ，４０Ａｂ，４０Ａａを制御するようにしている。尚、その他の構成に関しては、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
【００４３】
以下、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣをそれぞれ伸張動作させる際の動作を例示しながら、コントローラ８０の具体的な制御内容について詳述する。
【００４４】
図３に示すように、ブーム用操作レバー（図示せず）の操作によってブーム用切換弁１２０Ｂが第１位置となり、かつアーム用操作レバー（図示せず）の操作によってアーム用切換弁１２０Ａが第１位置となると、油圧ポンプ１０から主油通路１に吐出された油がそれぞれの分岐油通路２，３に分岐され、それぞれの切換弁１２０Ｂ，１２０Ａ及び油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａを介して油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａに供給されることになる。
【００４５】
この間、コントローラ８０は、各油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａと油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａとの間の油路に介在させた第１圧力センサ（負荷圧力センサ）Ｓ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出結果からそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力を検出する。これと同時にコントローラ８０は、蓄電装置６０の蓄電量に応じて操作弁目標吐出圧力を設定し、油圧ポンプモータ３０Ｂａ，３０Ａａと切換弁１２０Ｂ，１２０Ａとの間の油路に介在させた第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出結果がこの操作弁目標吐出圧力となって互いに一致するように電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの駆動制御を行う。これにより、切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの前後差圧がすべての切換弁１２０Ｂ，１２０Ａでほぼ一致することになり、切換弁１２０Ｂ，１２０Ａの開口面積に比例した流量に制御される。さらにコントローラ８０は、この操作弁目標吐出圧力に対して予め設定した差圧値だけ高い圧力をポンプ目標吐出圧力として設定し、油圧ポンプ１０の吐出圧力がこのポンプ目標吐出圧力となるように容量制御ユニット１２のポンプ容量制御バルブ１２ｂに圧力指令信号を与えるとともに、リリーフ弁１３がリリーフ圧力となるように制御信号を出力する。コントローラ８０が設定するリリーフ圧力は、ポンプ目標吐出圧力よりも高い圧力である。
【００４６】
いま、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であり、かつ上述した差圧値として２０ｋｇ／ｃｍ２が設定されているものとする。
【００４７】
ここで、蓄電装置６０の蓄電量が充分であったとすると、コントローラ８０は、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力と最高負荷圧力側となるアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力との間の中間の負荷圧力、例えば１５０ｋｇ／ｃｍ２を操作弁目標吐出圧力として設定するとともに、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２に設定する。以降、コントローラ８０は、それぞれの分岐油通路２，３において第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出する油圧が１５０ｋｇ／ｃｍ２となるように電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの駆動制御を行う。
【００４８】
この結果、ブーム用分岐油通路２においては、第２圧力センサＳ２Ｂでの圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ２となるまでブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに油を通過させないようにブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａがトルク制御されることになり、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣにのみ油が供給される事態を防止することができるようになる。しかも、ブーム用分岐油通路２においては、油圧が１５０ｋｇ／ｃｍ２から１００ｋｇ／ｃｍ２に降下（減圧）するため、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに油が供給された場合にこれがモータ動作し、ブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａが発電動作することになる。これにより、油圧ポンプ１０の駆動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、トータルとして油圧ポンプ１０のポンプ効率が低下する事態を防止することができる。
【００４９】
一方、アーム用分岐油通路３においては、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａにおいて油圧を１５０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２に昇圧する必要があるため、アーム用電動モータジェネレータ４０Ａａが電動動作するようにこれを駆動制御し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａをポンプ動作させることになる。従って、ブーム用分岐油通路２におけるブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量に対して、アーム用分岐油通路３におけるアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が大きい場合には、蓄電装置６０の蓄電量が減少傾向となる。
【００５０】
この場合、コントローラ８０は、操作弁目標吐出圧力を現在の設定値よりも大きくなるように変更する。例えば、先と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２であり、かつ差圧値として２０ｋｇ／ｃｍ２が設定されているものとすると、操作弁目標吐出圧力を１５０ｋｇ／ｃｍ２から１７０ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させ、さらにこれに伴って油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ２から１９０ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。また、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ２から２００ｋｇ／ｃｍ２へ上昇させる。これにより、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂａに連結したブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂａの発電電力量が増大する一方、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａａの消費電力量が減少する。この結果、蓄電装置６０の蓄電量が増加傾向に転じ、蓄電装置６０の蓄電量を維持することができるようになる。
【００５１】
図４は、こうしたコントローラ８０による電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａの動作を示すブロック線図である。すなわち、コントローラ８０は、第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出した圧力に対して第１圧力センサＳ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出した油圧が小さい場合、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａを発電機として駆動する一方、第２圧力センサＳ２Ｂ，Ｓ２Ａの検出した圧力に対して第１圧力センサＳ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１の検出した油圧が大きい場合、電動モータジェネレータ４０Ｂａ，４０Ａａを電動機として駆動する。
【００５２】
この実施の形態２の油圧駆動装置では、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂと切換弁１２０Ｂ，１２０Ａとの間の油路にも油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂが配設してある。従って、油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのヘッド側油室ＢＣｂ，ＡＣｂから返却される油によって油圧ポンプモータ３０Ｂｂ，３０Ａｂをモータ動作させ、これに連結した電動モータジェネレータ４０Ｂｂ，４０Ａｂを発電動作させることができ、エネルギー効率をさらに向上させることが可能である。
【００５３】
尚、上述した実施の形態２では、容量制御ユニット１２を備えた可変容量型の油圧ポンプ１０を適用しているが、固定容量型の油圧ポンプを適用することも可能である。この場合、上述したリリーフ弁１３によって油圧ポンプの吐出圧力を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１である油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図２】図１に示した油圧駆動装置のコントローラが実施する処理のブロック線図である。
【図３】本発明の実施の形態２である油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図４】図３に示した油圧駆動装置のコントローラが実施する処理のブロック線図である。
【符号の説明】
【００５５】
２，３ 分岐油通路
１０ 油圧ポンプ
２０Ｂ，２０Ａ 方向切換弁
３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂ 油圧ポンプモータ
４０Ａａ，４０Ａｂ，４０Ｂａ，４０Ｂｂ 電動モータジェネレータ
５０ インバータ
６０ 蓄電装置
７０，８０ コントローラ
１２０Ｂ，１２０Ａ 方向切換弁
ＡＳ アーム用操作レバー
ＢＣ，ＡＣ 油圧シリンダアクチュエータ
ＢＳ ブーム用操作レバー
Ｓ１Ｂ１，Ｓ１Ａ１ 第１圧力センサ
Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ａ 第２圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の油圧ポンプから個別の方向切換弁を介して複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、
油圧アクチュエータに至る分岐油通路において方向切換弁と油圧アクチュエータとの間に配置した油圧モータと、
油圧モータに接続した電動モータジェネレータと、
前記電動モータジェネレータを制御することにより、油圧アクチュエータへの流量の制御を行うコントローラと
を備えたことを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】
それぞれの方向切換弁と油圧モータとの間に配設し、方向切換弁の吐出圧力を検出する吐出圧力センサを備え、
前記コントローラは、それぞれの分岐油通路において前記吐出圧力センサの検出する方向切換弁の吐出圧力が互いに一致するように電動モータジェネレータの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項３】
それぞれの方向切換弁に対して個別に設けられ、レバー変位に応じて方向切換弁を動作させる操作レバーをさらに備え、
前記コントローラは、操作レバーのレバー変位に応じて電動モータジェネレータを制御することを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項４】
個々の方向切換弁と油圧アクチュエータのヘッド側油室及びボトム側油室との間を接続する分岐油通路にそれぞれ前記油圧モータを配設するとともに、それぞれの油圧モータに前記電動モータジェネレータを接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
【請求項５】
電動モータジェネレータが発電動作した場合に蓄電を行う蓄電装置をさらに備え、
前記コントローラは、蓄電装置の蓄電量に応じて油圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
【請求項６】
複数の油圧アクチュエータに対してそれぞれの負荷圧力を個別に検出する負荷圧力センサを備え、
前記コントローラは、油圧ポンプの吐出圧力がこれら負荷圧力センサの検出した負荷圧力の最大値と最小値との範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
【請求項１】
共通の油圧ポンプから個別の方向切換弁を介して複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、
油圧アクチュエータに至る分岐油通路において方向切換弁と油圧アクチュエータとの間に配置した油圧モータと、
油圧モータに接続した電動モータジェネレータと、
前記電動モータジェネレータを制御することにより、油圧アクチュエータへの流量の制御を行うコントローラと
を備えたことを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】
それぞれの方向切換弁と油圧モータとの間に配設し、方向切換弁の吐出圧力を検出する吐出圧力センサを備え、
前記コントローラは、それぞれの分岐油通路において前記吐出圧力センサの検出する方向切換弁の吐出圧力が互いに一致するように電動モータジェネレータの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項３】
それぞれの方向切換弁に対して個別に設けられ、レバー変位に応じて方向切換弁を動作させる操作レバーをさらに備え、
前記コントローラは、操作レバーのレバー変位に応じて電動モータジェネレータを制御することを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
【請求項４】
個々の方向切換弁と油圧アクチュエータのヘッド側油室及びボトム側油室との間を接続する分岐油通路にそれぞれ前記油圧モータを配設するとともに、それぞれの油圧モータに前記電動モータジェネレータを接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
【請求項５】
電動モータジェネレータが発電動作した場合に蓄電を行う蓄電装置をさらに備え、
前記コントローラは、蓄電装置の蓄電量に応じて油圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
【請求項６】
複数の油圧アクチュエータに対してそれぞれの負荷圧力を個別に検出する負荷圧力センサを備え、
前記コントローラは、油圧ポンプの吐出圧力がこれら負荷圧力センサの検出した負荷圧力の最大値と最小値との範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２２３３７０（Ｐ２０１０−２２３３７０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７２６８８（Ｐ２００９−７２６８８）
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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