JP2001012417A - 電動機一体型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化を招くことなくキャビテーションを防
止することが可能な電動機一体型アクチュエータを提供
する。 【解決手段】 油圧シリンダ５１と、前記油圧シリンダ
５１を駆動する圧油を発生する油圧ポンプ５４と、油圧
ポンプ５４を駆動する電動機５５とを備え、少なくとも
油圧ポンプ５４と電動機５５とが一体となった電動機一
体型アクチュエータであり、油圧シリンダ５１に対する
圧油の流入側５９又は６０と流出側６０又は５９とを連
通させるバイパス経路５３ｃと、そのバイパス経路５３
ｃを開閉する開閉手段５２とが油圧シリンダ５１に一体
的に組み込まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機で油圧ポン
プを駆動して油圧シリンダを作動させる電動機一体型ア
クチュエータに係わり、特に、エンジンとバッテリとを
組み合わせて各種の作業を行うハイブリッドショベルや
ハイブリッドクレーン等のハイブリッド建設機械に用い
られる電動機一体型アクチュエータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ショベル等の建設機械は、一般に、エン
ジンによりアクチュエータを駆動するように構成されて
いるが、この構成では、作業時における大きな負荷変動
に対応するようにエンジン出力を大幅に変動させながら
作業を行う必要があるため、燃費効率が悪いと共に、騒
音や排気ガス等の環境上の点でも問題が生じている。

【０００３】そこで、近年においては、エンジンに電動
機や発電機を連結し、エンジン出力の一部や全部を電力
に変換し、軽負荷の作業時に余った電力をバッテリに充
電しておく一方、重負荷の作業時にバッテリから電力を
取り出して重負荷の作業に利用するというハイブリッド
建設機械およびその油圧制御装置が開発、提案されてい
る（実開平５−４８５０１号公報等）。そして、この構
成であれば、例えば図６に示すように、作業負荷（作業
エネルギー）の変動分をバッテリの充放電で平滑化する
ことができるため、作業負荷（作業エネルギー）が大幅
に変動した場合であっても、エンジン出力の変動を最小
限に抑制することができ、結果として良好な燃費効率、
低騒音化および排気ガスの低減化が可能になっている。

【０００４】上記従来のように、エンジンとバッテリと
を組み合わせたハイブリッド建設機械に使用されるアク
チュエータとしては、油圧シリンダと、前記油圧シリン
ダを駆動する圧油を発生する油圧ポンプと、前記油圧ポ
ンプを駆動する電動機とを備え、少なくとも前記油圧ポ
ンプと前記電動機とが一体となっている電動機一体型ア
クチュエータが知られている。このような電動機一体型
アクチュエータは、少なくとも前記油圧ポンプと前記電
動機とを一体に構成することにより、アクチュエータ自
体の小型化を図り、更に、この電動機一体型アクチュエ
ータを備える建設機械の小型化にも寄与している。

【０００５】一方、従来の建設機械の油圧シリンダ等を
制御するための油圧制御装置には、キャビテーシヨンを
防止するために、特開平９−１７４３００に開示されて
いるようなキャビテーシヨン防止弁を有していることが
ある。前記キャビテーシヨン防止弁１０６、１０７は、
図７に示すように給排通路１０４、１０５とタンク１０
９とを接続するように設けられる。図７において、符号
１０１はポンプ、１０２は電動モータ、１０３は油圧シ
リンダ等のアクチュエータ、１０８はピストンである。
このようなキャビテーシヨン防止弁１０６、１０７を有
する油圧制御装置は、電動モータ１０２の逆転により、
ピストン１０８が直ちに追従せず復帰作動ができず、給
排通路１０４又は１０５に負圧が生じた場合でもキャビ
テーシヨン防止弁１０６、１０７によりタンク１０９か
ら不足流量分を直接吸引することにより、キャビテーシ
ヨンを防止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
電動機一体型アクチュエータの油圧シリンダを駆動させ
る場合、キャビテーシヨンを防止するために、前記キャ
ビテーション防止弁のようなキャビテーシヨン防止手段
を設けようとすると、キャビテーション防止手段を別付
けするための配管が必要となり大型化を招くという問題
がある。これは、小型化を特徴とする電動機一体型アク
チュエータの長所を阻害する。

【０００７】本発明は、上記問題を鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、大型化を招くこと
なくキャビテーションを防止することが可能な電動機一
体型アクチュエータを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、油圧シリンダと、前記油圧シリ
ンダを駆動する圧油を発生する油圧ポンプと、前記油圧
ポンプを駆動する電動機とを備え、少なくとも前記油圧
ポンプと前記電動機とが一体となっている電動機一体型
アクチュエータにおいて、前記油圧シリンダに対する圧
油の流入側と流出側とを連通させるバイパス経路と、そ
のバイパス経路を開閉する開閉手段とを前記油圧シリン
ダに一体的に組み込んだことを特徴とする電動機一体型
アクチュエータである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載の電動
機一体型アクチュエータであって、前記油圧シリンダ
が、ピストンと、該ピストンを収納するシリンダ本体
と、前記シリンダ本体の側面に沿って前記シリンダ本体
の圧油の流入側と流出側とを連通するバイパス経路を形
成している経路形成体と、該バイパス経路を開閉するた
めに前記シリンダ本体の一端側に設けられた開閉手段と
有することを特徴とする電動機一体型アクチュエータで
ある。

【００１０】請求項１又は請求項２の発明によれば、油
圧シリンダに対する圧油の流入側と流出側とを連通させ
るバイパス経路と、そのバイパス経路を開閉する開閉手
段とを前記油圧シリンダに一体的に組み込んでいるの
で、電動機の駆動方向の逆転により、油圧シリンダが直
ちに追従せず復帰作動できずに、圧油の流入側で流量が
不足しそうになった場合、前記油圧シリンダの流入側の
油圧が低くなりすぎる前に、圧油が余っている前記油圧
シリンダの流出側から不足分の流量を調達する。

【００１１】加えて、前記油圧シリンダの流入側と流出
側を連通させるバイパス経路及びその開閉手段を通して
前記油圧シリンダの流出側から流入側へ圧油を調達して
いるので、油圧ポンプからの吐出流量以上の圧油で前記
油圧シリンダを駆動する。

【００１２】請求項３の発明は、前記請求項１又は請求
項２に記載の電動機一体型アクチュエータがハイブリッ
ド建設機械に備えられていることを特徴とする。請求項
３の発明によれば、ハイブリッド建設機械に備えられる
ことにより、ハイブリッド建設機械自体の小型化を促進
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明実施の形態を示す図で
あり、（ａ）は（ｂ）中の油圧シリンダ５１のＡ−Ａ線
断面図である。図１において、５１は油圧シリンダ、５
４は油圧ポンプ、５５は電動機、６７は切換弁、６８は
作動油タンクである。

【００１４】本発明の電動機一体型アクチュエータは、
油圧シリンダ５１と、前記油圧シリンダを駆動する圧油
を発生する油圧ポンプ５４と、電動機５５と備え、少な
くとも前記油圧ポンプ５４と前記電動機５５とが一体と
なっているアクチュエータである。後述する図４に示さ
れるハイブリッドショベルに搭載されるような一体型ア
クチュエータＡ１、Ａ２、Ａ３のように、油圧シリンダ
１８、２０、２２、油圧ポンプ１６、２４、２６、電動
機１５、２３、２５、及び図に現れていない作動油タン
クとが全て一体に構成されていてもよい。

【００１５】前記油圧シリンダ５１は、ピストン５８
と、前記ピストン５８を収納するシリンダ本体５６と、
前記シリンダ本体５６側面に沿って前記シリンダ本体の
圧油の流入側と流出側とを連通するバイパス経路５３ｃ
を形成している経路形成体５３と、前記バイパス経路５
３ｃを開閉するために前記シリンダ本体５６の一端側に
設けられた開閉手段５２と有する。

【００１６】前記シリンダ本体５６は、円筒状であり、
第一及び第二底面５６ａ、５６ｂと側面５６ｃとで油圧
貯溜空間を形成している。前記側面５６ｃの第一底面５
６ａ側には図中上側に第一給排通路口６１が設けられ、
前記第一給排通路口６１と前記油圧貯溜空間を挟んで対
向する位置（図中下側）には前記バイパス経路５３ｃの
第一出入口５３ａが設けられている。前記側面５６ｃの
第二底面５６ｂ側には図中上側に第二給排通路口６２が
設けられ、前記第二給排通路口６２と前記油圧貯溜空間
を挟んで対向する位置（図中下側）には前記バイパス経
路５３ｃの第二出入口５３ｂが設けられている。

【００１７】前記シリンダ本体５６の油圧貯溜空間に
は、ピストン５８が配設されている。前記ピストン５８
は、第一底面５６ａを通して前記シリンダ本体５６内か
ら外部へ突出しているピストンロッド５８ｂと、前記ロ
ッド５８ｂのシリンダ本体５６内側の一端に設けられた
円板上のピストンヘッド５８ａとからなる。前記ヘッド
５８ａの直径は、前記ヘッド５８ａが前記シリンダ本体
５６内に供給される油圧によって移動可能なように、前
記シリンダ本体５６の内径より僅かに小さい直径を有し
ている。そして、前記ヘッド５８ａは前記シリンダ本体
５６内をピストンヘッド側のヘッド室５９とピストンロ
ッド側のロッド室６０とに仕切っている。

【００１８】前記経路形成体５３は、前記ヘッド室５９
及びロッド室６０を連通させるための通路、即ち、油圧
シリンダの圧油の流入側と流出側を連通させるバイパス
経路５３ｃを形成するための形成体であり、前記シリン
ダ本体の側面５６ｃに沿って軸方向にバイパス経路５３
ｃを形成する分だけを側面５６ｃを構成する側壁から突
出するように設けられている。尚、このバイパス経路５
３ｃを形成するにあたっては、前記シリンダ本体の側面
５６ｃを構成する側壁の厚み部分に通路を通すようにし
て設けてもよい。

【００１９】前記開閉手段５２は、磁性体弁６３、バネ
６４、コイル６５とコイルホルダー５７とを備えてい
る。前記磁性体弁６３は前記バイパス経路５３ｃの第一
出入口５３ａを開閉するための円筒形をした弁である。
その直径は、前記シリンダ本体５６の内径より少し大き
く、前記シリンダ本体５６の側面５６ｃを形成する側壁
の厚み部分であってロッド室６０側の端部にバネ６４と
共に埋め込まれている。通常は、前記バイパス経路５３
ｃの第一出入口５３ａを閉塞するように、前記第一底面
５６ａ側へバネ６４によって付勢されている。また、前
記第一給排通路口６１が常に開口するように前記第一給
排通路口６１に相当する部分はくり抜かれている。

【００２０】そして、前記コイル６５はコイルホルダー
５７によって前記磁性体弁６３の外周を包囲する位置に
支持されており、前記コイル６５への通電によって前記
磁性体弁５３は前記バネ６４に抗して前記第一出入口５
３ａを開口するように移動する。開口の度合いは、前記
コイル６５に通電される電流に比例し、前記バイパス経
路５３ｃを通過する圧油の流量を調整することが可能で
ある。前記コイルホルダー５７は、前記バイパス経路５
３ｃと第一給排通路口６１から続く第一給排通路６１ａ
を確保しつつ、前記シリンダ本体５６のロッド室６０側
の一端の周囲を取り巻くように設けられており、前記コ
イル６５を保持している。尚、前記開閉手段５２を設け
る位置は、ヘッド室側５９であっても良い。

【００２１】以上のように本実施形態の電動機一体型ア
クチュエータは、前記油圧シリンダ５１に対する圧油の
流入側５９又は６０と流出側６０又は５９とを連通させ
るバイパス経路５３ｃと、そのバイパス経路５３ｃを開
閉するための開閉手段５２とが前記油圧シリンダ５１に
一体的に組み込まれている。従って、電動機５５の駆動
方向の逆転により、油圧シリンダ５１が直ちに追従せず
復帰作動できずに、圧油の流入側で流量が不足しそうに
なっても、前記油圧シリンダ５１の流入側の油圧が低く
なりすぎる前に、圧油が余っている前記油圧シリンダ５
１の流出側から不足分の流量を調達することができ、キ
ャビテーションを防止することができる。その上、従来
技術のようなキャビテーション防止弁を別付けするため
の配管が省略でき、配管の削減による小型化及びキャビ
テーション防止手段の損傷の防止も図れる。

【００２２】前記電動機５５は、ショベルやクレーン等
の建設機械のエンジンで駆動される発電機およびこの発
電機の電力により充電されたバッテリの少なくとも一方
の電力により作動される。前記油圧ポンプ５４は、前記
電動機５５によって駆動し、双方向に圧油を吐出するこ
とが可能である。前記切換弁６７は、ａ，ｂ，ｃの３つ
の切換ポジションを有しており、前記第一給排通路６１
ａと第二給排通路６２ａとの間に設けられ、前記第一給
排通路６１ａと第二給排通路６２ａの圧力差を感知して
そのポジションを切り換える。

【００２３】次に、本発実施形態の電動機一体型アクチ
ュエータにおける回路の接続を説明する。前記電動機５
５はコントローラ６６からの指令を受信して油圧ポンプ
５４を駆動させることが可能なように、コントローラ６
６及び油圧ポンプ５４に接続されている。油圧ポンプ５
４の両吐出口はそれぞれ、第一、第二給排通路６１ａ、
６２ａを介して油圧シリンダ５１の第一、第二給排通路
口６１、６２に接続されている。前記第一、第二給排通
路６１ａ、６２ａは共通の切換弁６７を介してタンク６
８に接続されている。前記切換弁６７のポジションがａ
の時に、第一給排通路６１ａとタンク６８との通路が開
かれ、第二給排通路６２ａとタンク６８との通路が閉ざ
される。切換弁６７のポジションがｃの時に、第二給排
通路６２ａとタンク６８との通路が開かれ、第一給排通
路６１ａとタンク６８との通路が閉ざされる。切換弁６
７のポジションがｂの時に第一及び第二給排通路６１
ａ、６２ａとタンク６８との両通路が閉ざされるように
なっている。そして、油圧シリンダ５１の開閉手段５２
は、バイパス経路５３ｃの第一出入口５３ａの開閉に関
する指令をコントローラ６６から受信可能なように、コ
ントローラ６６に接続されている。

【００２４】次に、本実施形態の電動機一体型アクチュ
エータの作動を図２及び図３を参照しつつ説明する。図
２（ａ）において、ピストンロッド５８ｂを伸長させる
ようにコントローラ６６から電動機５５へ指令がある
と、電動機５５による油圧ポンプ５４の駆動が開始し、
第二給排通路６２ａへと圧油が吐出される。そして、第
二給排通路６２ａでの高圧を検知した切換弁６７は、そ
のポジションをｂからａに移動する。そして、シリンダ
本体のヘッド室５９へと圧油が第二給排通路口６２を通
って供給され、ピストンのヘッド５８ａが図面上方に押
圧され移動する。ロッド室６０側の圧油は第一給排通路
口６１から第一給排通路６１ａへと排出され、切換弁６
７を通ってタンク６８へと戻される。

【００２５】次に、図２（ｂ）において、ピストンロッ
ドが所定の長さだけ伸長するとコントローラ６６から開
閉手段５２へ指令が出され、このコントローラ６６から
の指令に応じた電流が開閉手段のコイル６５に流れる。
コイル６５の通電量に応じた距離だけ磁性体弁６３がバ
ネ６４に抗して図面下方に移動し、バイパス経路５３ｃ
への第一出入口５３ａを開く。そして、ロッド室６０側
の圧油の一部は前記第一出入口５３ａから前記経路５３
ｃを通ってヘッド室５９へと流入する。この時、ヘッド
室５９への圧油の供給は、第二給排通路口６２と、バイ
パス経路５３ｃの第二出入口５３ｂとの両方から行われ
る。

【００２６】このように第二給排通路６２ａと、バイパ
ス経路５３ｃと両方の通路から圧油の供給を行うと、油
圧ポンプ５４のみから吐出される圧油の量よりも多くヘ
ッド室５９へ圧油を供給できる。従って、不必要に油圧
ポンプを駆動する必要がなく、省エネルギー効果が得ら
れる。

【００２７】そして、更に、ピストンロッド５８ｂが所
望の長さまで伸長すると、コントローラ６６から電動機
５５へ停止の指令が出力され、油圧ポンプ５４からヘッ
ド室５９への圧油の供給が停止される。この時、ヘッド
室５９への圧油の供給が停止されたにもかかわらず、ピ
ストンヘッド５８ａが慣性によりロッド室６０へわずか
に移動しつづけても、バイパス経路５３ｃを通じてロッ
ド室６０からヘッド室５９へと圧油が供給されるので、
ヘッド室５９で圧油の流量不足となることがなく、負圧
とならないのでキャビテーシヨンが防止される。

【００２８】この場合、特開平９−１７４３００に開示
されているような従来のキャビテーション防止手段のよ
うに不足流量分を作動油タンクから直接吸引しないの
で、作動油タンク内の作動油の容量を必要以上に多くせ
ずに流量不足を解消でき、キャビテーション防止するこ
とができる。

【００２９】次に、図３（ａ）において、ピストンロッ
ド５８ｂを収縮させるようにコントローラ６６から電動
機５５及び開閉手段５２へ指令があると、開閉手段のコ
イル６５への通電が切られ、磁性体弁６３はバネ６４の
付勢力によって図面上方に移動し、バイパス経路５３ｃ
への第一出入口５３ａを閉じる。そして、電動機５５に
よる油圧ポンプ５４の駆動が開始し、第一給排通路６１
ａへと圧油が吐出される。そして、第一給排通路６１ａ
での高圧を検知した切換弁６７は、そのポジションをｃ
に移動する。そして、シリンダ本体のロッド室６０へと
圧油が第一給排通路口６１を通って供給され、ピストン
ヘッド５８ａが図面下方に押圧され移動する。ヘッド室
５９側の圧油は第二給排通路口６２から第一給排通路６
２ａへと排出され、切換弁６７を通ってタンク６８へと
戻される。

【００３０】次に、図３（ｂ）において、ピストンロッ
ドが所定の長さだけ収縮するとコントローラ６６から開
閉手段５２へ指令が出され、このコントローラ６６から
の指令に応じた電流が開閉手段のコイル６５に流れる。
コイル６５の通電量に応じた距離だけ磁性体弁６３がバ
ネ６４に抗して図面下方に移動し、バイパス経路５３ｃ
への第一出入口５３ａを開く。そして、へッド室５９側
の圧油の一部はバイパス経路５３ｃの第二出入口５３ｂ
から前記バイパス経路５３ｃを通ってロッド室６０へと
流入する。この時、ロッド室６０への圧油の供給は、第
一給排通路口６１と、バイパス経路５３ｃの第一出入口
５３ａとの両方から行われる。

【００３１】このように第一給排通路６１ａと、バイパ
ス経路５３ｃと両方の通路から圧油の供給を行うと、油
圧ポンプ５４のみから吐出される圧油の量よりも多くロ
ッド室５９へ圧油を供給できる。従って、不必要に油圧
ポンプを駆動する必要がなく、省エネルギー効果が得ら
れる。

【００３２】そして、更に、ピストンロッド５８ｂが所
望の長さまで収縮すると、コントローラ６６から電動機
５５へ停止の指令が出力され、油圧ポンプ５４からロッ
ド室６０への圧油の供給が停止される。この時、ロッド
室６０への圧油の供給が停止されたにもかかわらず、ピ
ストンヘッド５８ａが慣性によりヘッド室５９側へわず
かに移動しつづけても、バイパス経路５３ｃを通じてヘ
ッド室５９からロッド室６０へと圧油が供給されるの
で、ロッド室６０で圧油の流量不足となることがなく、
負圧とならないのでキャビテーシヨンが防止される。

【００３３】この場合も、特開平９−１７４３００に開
示されているような従来のキャビテーション防止手段の
ように不足流量分を作動油タンクから直接吸引しないの
で、作動油タンク内の作動油の容量を必要以上に多くせ
ずに流量不足を解消でき、キャビテーション防止するこ
とができる。

【００３４】上述のようにキャビテーシヨン防止機能を
備えた本発明実施の電動機一体型アクチュエータは、ハ
イブリッド建設機械に備えられる電動機一体型アクチュ
エータとして最適である。本発明実施の電動機一体型ア
クチュエータが備えられるハイブリッド建設機械の一つ
であるハイブリッドショベルについて図４乃至図７を参
照しつつ説明する。尚、以降の説明においては、シリー
ズ型ハイブリッド方式を採用したハイブリッドショベル
について説明するが、パラレル型ハイブリッド方式を採
用したハイブリッドショベルに適用することもできる。

【００３５】図４において、ハイブリッドショベルは、
下部走行体１と、下部走行体１の上面中心部に旋回可能
に設けられた上部旋回体２と、上部旋回体２の前部に設
けられた堀削アタッチメント３とを有している。下部走
行体１は、両端部に並行配置された一対のクローラフレ
ーム４と、各クローラフレーム４の周囲に回転可能に設
けられ、地面に対して面状に接地するクローラ５と、ク
ローラ５を回転駆動する減速機３５・３６および電動機
６・７とを有している。そして、このように構成された
下部走行体１は、各クローラ５を減速機３５・３６を介
して電動機６・７により個別に正方向および逆方向に回
転駆動することによって、ショベル全体を地面に対して
前進や後退、回転、旋回させる。

【００３６】上記の下部走行体１の上面中心部には、旋
回軸８ａが下部走行体１に対して直交して設けられてい
る。旋回軸８ａの上部には、上部旋回体２の一部を構成
する旋回フレーム８が回動自在に設けられている。旋回
フレーム８の上面には、オペレータの操縦室となるキャ
ビン９と、保護カバー４０で覆われた機械収容部４１と
が設けられていると共に、上述の堀削アタッチメント３
のブーム１７およびブームシリンダ１８の一端部が上下
方向に回動自在に設けられている。

【００３７】機械収容部４１内には、旋回用電動機１３
および減速機１４が設けられていると共に、ブーム用一
体型アクチュエータＡ１が設けられている。旋回用電動
機１３は、減速機１４を介して旋回フレーム８を旋回軸
８ａを旋回中心として旋回駆動する。ブーム用一体型ア
クチュエータＡ１は、本発明実施の電動機一体型アクチ
ュエータであり、ブーム用電動機１５とブームポンプ１
６と上述のブームシリンダ１８と図に現れていない作動
油タンクとが一体化している。前記ブームシリンダ１８
は、図１で示した油圧シリンダと同様の構造をしてお
り、前記油圧シリンダに対する圧油の流入側と流出側と
を連通させるバイパス経路と、そのバイパス経路を開閉
する開閉手段とを有している。ブーム用電動機１５は及
びブームシリンダ１８の開閉手段はモータコントローラ
３７からの指令が受信可能なようにモータコントローラ
３７に接続されている（図５参照）。そして、ブームシ
リンダ１８のシリンダロッドを油圧により進退移動させ
ることによって、ブーム１７の先端側（他端側）を上下
動させる。

【００３８】上記のブーム１７の先端部には、アーム１
９が回動自在に設けられている。アーム１９の先端部に
は、バケット２１が回動自在に設けられている。また、
ブーム１７とアーム１９とは、アームシリンダ２０を介
して連結されており、アーム１９とバケット２１とは、
バケットシリンダ２２を介して連結されている。これら
のシリンダ２０・２２は、それぞれアーム用一体型アク
チュエータＡ２とバケット用一体型アクチュエータＡ３
を構成している。

【００３９】アーム用一体型アクチュエータＡ２は、本
発明実施の電動機一体型アクチュエータであり、アーム
用電動機２３とアームポンプ２４と上述のアームシリン
ダ２０と図に現れていない作動油タンクとが一体化して
いる。前記アームシリンダ２０は、図１で示した油圧シ
リンダと同様の構造をしており、前記油圧シリンダに対
する圧油の流入側と流出側とを連通させるバイパス経路
と、そのバイパス経路を開閉する開閉手段とを有してい
る。アーム用電動機２３は及びアームシリンダ２０の開
閉手段はモータコントローラ３７からの指令が受信可能
なようにモータコントローラ３７に接続されている（図
５参照）。そして、アクチュエータＡ２は、シリンダ２
０のシリンダロッドを油圧により進退移動させることに
よって、アーム１９を上下方向に回動させる。

【００４０】バケット用一体型アクチュエータＡ３は、
本発明実施の電動機一体型アクチュエータであり、バケ
ット用電動機２５とバケットポンプ２７と上述のバケッ
トシリンダ２２と図に現れていない作動油タンクとが一
体化している。前記バケットシリンダ２２は、図１で示
した油圧シリンダと同様の構造をしており、前記油圧シ
リンダに対する圧油の流入側と流出側とを連通させるバ
イパス経路と、そのバイパス経路を開閉する開閉手段と
を有している。バケット用電動機２５は及びバケットシ
リンダ２２の開閉手段はモータコントローラ３７からの
指令が受信可能なようにモータコントローラ３７に接続
されている（図５参照）。そして、アクチュエータＡ３
は、シリンダ２２のシリンダロッドを油圧により進退移
動させることによって、バケット２１を上下方向に回動
させる。

【００４１】また、上述の機械収容部４１内には、旋回
用電動機１３やブーム用一体型アクチュエータＡ１の他
に、エンジン１０、エンジン１０の回転速度（エンジン
出力）に応じた交流電力を生成する発電機１１、通常運
転時に使用される主バッテリ１２、および主バッテリ１
２が使用不能になった緊急時に使用される補助バッテリ
４２が設けられている。尚、上記の両バッテリ１２・４
２には、鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池のような電力を
繰り返して充放電可能な二次電池が使用される。

【００４２】上記の発電機１１は、図５に示すように、
制御装置のモータコントローラ３７に接続されている。
モータコントローラ３７は、上述の各種の電動機６・７
・１３・１５・２３・２５に接続されていると共に、主
バッテリ１２および補助バッテリ４２に切換スイッチ４
３を介して接続されている。切換スイッチ４３は、二方
向に連動して切換可能なスイッチ部４３ａ〜４３ｃを３
系統備えており、２系統のスイッチ部４３ａ・４３ｂ
は、主バッテリ１２に対する充電およびその停止の切替
えに使用され、残りの１系統のスイッチ部４３ｃは、主
バッテリ１２からの放電と補助バッテリ４２からの放電
との切替えに使用される。そして、切換スイッチ４３
は、通常運転時において全スイッチ部４３ａ〜４３ｃが
主バッテリ１２とモータコントローラ３７とを接続状態
にするように設定されており、緊急時に全スイッチ部４
３ａ〜４３ｃが補助バッテリ４２とモータコントローラ
３７とを接続状態にするように手動や自動の操作で切り
替えられる。

【００４３】また、モータコントローラ３７には、操作
レバー４５が接続されている。上記のモータコントロー
ラ３７は、発電機１１からの交流電力を直流電力に変換
したり、バッテリ１２・４２からの直流電力を交流電力
に変換する電力変換機能（インバータ機能）や、操作レ
バー４５からの操作信号に基づいて例えば主バッテリ１
２から電力変換して得た交流電力を各電動機６・７・１
３・１５・２３・２５に出力する電動機作動機能、発電
機１１で生成された電力を主バッテリ１２に充電する通
常充電機構、各電動機６・７・１３・１５・２３・２５
で生じた回生電力を主バッテリ１２に充電する回生充電
機能等の諸機能を備えており、これら諸機能を主バッテ
リ１２の充電量や発電機１１の発電量、作業モード等に
基づいて任意に実行する。

【００４４】上記の構成において、ハイブリッドショベ
ルの制御装置の動作について説明する。図４のキャビン
９内のオペレータが運転キーを回動させる等の始動操作
を行うことによって、モータコントローラ３７に電源が
投入されると共にエンジン１０が運転されると、モータ
コントローラ３７は、先ず、主バッテリ１２の充電量を
確認し、充電量が不十分であれば、エンジン１０により
回転駆動される発電機１１で生成された交流電力を直流
電力に変換して主バッテリ１２を充電する。尚、主バッ
テリ１２の充電量が極めて不十分である場合には、エン
ジン１０の出力（回転速度）を増大させて発電機１１の
発電量を増大させることによって、主バッテリ１２に対
する充電を早急に行う。一方、主バッテリ１２の充電量
が十分であれば、エンジン１０の出力（回転速度）を最
低のアイドリング状態にしたり、エンジン１０を停止す
ることによって、主バッテリ１２の過剰な充電を防止し
ながら、操作レバー４５から操作信号が入力されるまで
待機する。

【００４５】次に、オペレータが所定の作業を行うよう
に操作レバー４５を操作すると、操作レバー４５から操
作量に応じた操作信号が出力される。操作信号は、モー
タコントローラ３７に入力される。前記モータコントロ
ーラ３７は、前記操作信号に対応する電動機６・７・１
３・１５・２３・２５を作動させ、ショベルの走行や堀
削、土羽打ち等の各作業を行わせる。

【００４６】以上のような構成のハイブリッドショベル
に備えられた本発明実施の一体型アクチュエータＡ１、
Ａ２、Ａ３（図４及び図５参照）は、キャビテーション
防止手段が実質的に一体型アクチュエータの油圧シリン
ダに一体的に組み込まれているので、キャビテーション
防止手段を別付けするための配管が省略でき、配管の削
減によりハイブリッドショベルのブーム、アーム、バケ
ット等を駆動させる各アクチュエータの小型化に貢献す
る。その結果、ハイブリッドショベル自体の小型も図れ
る。

【００４７】

【発明の効果】請求項１又は請求項２の発明によれば、
油圧シリンダに対する圧油の流入側と流出側とを連通さ
せるバイパス経路と、そのバイパス経路を開閉する開閉
手段とを前記油圧シリンダに一体的に組み込んでいるの
で、電動機の駆動方向の逆転により、油圧シリンダが直
ちに追従せず復帰作動できずに、圧油の流入側で流量が
不足しそうになっても、前記油圧シリンダの流入側の油
圧が低くなりすぎる前に、圧油が余っている前記油圧シ
リンダの流出側から不足分の流量を調達することがで
き、流量不足を解消できる。その結果、キャビテーショ
ン防止や、それに伴うショック・回路損傷を防止するこ
とができる。

【００４８】しかも、従来技術のようなキャビテーショ
ン防止手段を別付けするための配管が省略できるので、
配管の削減によりアクチュエータ自体の大型化を招くこ
となく、キャビテーション防止機能を備えた電動機一体
型アクチュエータを実現している。更に、キャビテーシ
ョン防止手段は実質的に電動機一体型アクチュエータの
油圧シリンダに一体的に組み込まれたことになり、キャ
ビテーション防止手段の損傷の防止も図れる。

【００４９】加えて、前記油圧シリンダの流入側と流出
側を連通させるバイパス経路及びその開閉手段を通して
前記油圧シリンダの流出側から流入側へ圧油を調達する
ことで、油圧ポンプからの吐出流量以上の圧油で前記油
圧シリンダを駆動する事も出来、不必要に油圧ポンプを
駆動する必要がなくなる。その結果、省エネルギーの効
果が得られる。

【００５０】請求項３の発明によれば、上記効果に加え
て、ハイブリッド建設機械に備えられることにより、ハ
イブリッド建設機械の小型化にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の電動機一体型アクチュエータを示
す図である。

【図２】本発明実施の電動機一体型アクチュエータの作
動を示す図である。

【図３】本発明実施の電動機一体型アクチュエータの作
動を示す図である。

【図４】本発明実施の電動機一体型アクチュエータが搭
載されるハイブリッドショベルを示す図である。

【図５】ハイブリッドショベルの制御装置のブロック図
である。

【図６】ハイブリッド方式で作業した場合におけるバッ
テリの充放電の状態を示す説明図である。

【図７】従来のキャビテーション防止手段を説明する図
である。

【符号の説明】

５１ 油圧シリンダ ５２ 開閉手段 ５３ 経路形成体 ５３ｃ バイパス経路 ５４ 油圧ポンプ ５５ 電動機 ５６ シリンダ本体 ５８ ピストン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB07 BA05 BB02 CA02 CA10 DA04 3H081 AA02 BB02 CC23 DD33 DD37 FF27 FF47 HH01 3H089 BB11 CC01 DA14 DB45 DB49 DB54 EE31 GG02 HH19 JJ02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧シリンダと、前記油圧シリンダを駆
   動する圧油を発生する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを
   駆動する電動機とを備え、少なくとも前記油圧ポンプと
   前記電動機とが一体となっている電動機一体型アクチュ
   エータにおいて、 前記油圧シリンダに対する圧油の流入側と流出側とを連
   通させるバイパス経路と、そのバイパス経路を開閉する
   開閉手段とを前記油圧シリンダに一体的に組み込んだこ
   とを特徴とする電動機一体型アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記油圧シリンダは、ピストンと、該ピ
   ストンを収納するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の
   側面に沿って前記シリンダ本体の圧油の流入側と流出側
   とを連通するバイパス経路を形成している経路形成体
   と、該バイパス経路を開閉するために前記シリンダ本体
   の一端側に設けられた開閉手段と有することを特徴とす
   る請求項１に記載の電動機一体型アクチュエータ。
3. 【請求項３】 ハイブリッド建設機械に備えられること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動機一体
   型アクチュエータ。