JP2009174678A

JP2009174678A - ハイブリッド型油圧装置

Info

Publication number: JP2009174678A
Application number: JP2008016232A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sakai; 利幸酒井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-01-28
Also published as: JP4831082B2

Abstract

【課題】従来の油圧装置をそのままの状態または僅かな改造でハイブリッド化して、その油圧装置の旋回を電動化できるハイブリッド型油圧装置を提供する。
【解決手段】エンジン１が二連可変容量主ポンプ２を駆動し、二連可変容量主ポンプ２が吐出した作動油がマルチ弁３を介して油圧モータ４に供給される。これにより、油圧モータ４が発電機５を駆動し、発電機５が発電する。発電機５で発電された電気、または、蓄電装置６に蓄えられた電気で旋回用電動機７が駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば建設機械等に使用されるハイブリッド型油圧装置に関する。

従来、ハイブリッドショベルとしては、特開２００３−４９８８１０号公報（特許文献１）に開示されたものがある。このハイブリッドショベルは、下部走行体と、この下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体とを備えている。

上記上部旋回体は電気モータによって旋回する。この電気モータに使用する電気は、発電機で発電されたものである。また、上記発電機はエンジンの駆動軸に接続されている。つまり、上記発電機はエンジンで駆動されて発電する。

ところで、例えば特開平５−１８７０４２号公報（特許文献２）に記載された従来の油圧ショベルを上記ハイブリッドショベルのように改造して、その油圧ショベルの上部旋回体の旋回を電動化するには、エンジンと油圧ポンプとの間に発電機を設置する必要がある。

しかしながら、上記従来の油圧ショベルにおいては、エンジンと油圧ポンプとの間にはスペースがないため、その間に発電機を設置できず、ハイブリッドショベルに改造できないという問題があった。

仮に、上記従来の油圧ショベルを改造でハイブリッド化したなら、大きな労力およびコストが生じてしまう。
特開２００３−４９８８１０号公報（図６，図７）特開平５−１８７０４２号公報

そこで、本発明の課題は、従来の油圧装置をそのままの状態または僅かな改造でハイブリッド化して、その油圧装置の旋回を電動化できるハイブリッド型油圧装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のハイブリッド型油圧装置は、
エンジンと、
上記エンジンで駆動される油圧ポンプと、
上記油圧ポンプからの作動油で駆動される油圧モータと、
上記油圧ポンプと上記油圧モータとの間に設けられた制御弁と、
上記油圧モータで駆動される発電機と、
上記発電機で発電された電気を蓄える蓄電装置と、
上記発電機で発電された電気、または、上記蓄電装置に蓄えられた電気で駆動される旋回用電動機と
を備えたことを特徴としている。

上記構成のハイブリッド型油圧装置を例えばハイブリッドショベルに用いた場合、そのハイブリッドショベルの上部旋回体を旋回用電動機で旋回させることができる。この旋回用電動機は、発電機で発電された電気、または、蓄電装置に蓄えられた電気で駆動されるが、その発電機は、油圧ポンプからの作動油を動力として制御弁のオプションポートに配管された油圧モータによって駆動されるので、エンジンと油圧ポンプとの間に設けなくてもよい。

したがって、上記ハイブリッド型油圧装置の構成を用いることによって、従来の油圧装置をそのままの状態または僅かな改造でハイブリッド化して、その油圧装置の旋回を電動化できる。

また、上記油圧ポンプと油圧モータとの間に制御弁を設けているので、油圧モータへの作動油の供給を制御することができる。

一実施形態のハイブリッド型油圧装置では、
上記旋回用電動機の回生電力を上記蓄電装置に蓄電する。

上記実施形態のハイブリッド型油圧装置によれば、上記旋回用電動機が減速時に回生発電作用するので、省エネ効果が得られる。

一実施形態のハイブリッド型油圧装置は、
上記蓄電装置の蓄電量に基づいて上記制御弁を制御する制御装置を備えている。

上記実施形態のハイブリッド型油圧装置によれば、上記制御装置は、蓄電装置の蓄電量に基づいて制御弁を制御するので、蓄電装置に蓄電する必要がない場合にまで蓄電がされるのを防ぐことができる。

一実施形態のハイブリッド型油圧装置では、
上記蓄電装置は、上記油圧ポンプの吐出圧力が所定圧力以下であるときに蓄電される。

上記実施形態のハイブリッド型油圧装置によれば、上記油圧ポンプの吐出圧力が所定圧力以下であるときに蓄電装置に蓄電するので、油圧ポンプに定馬力制御を行うなら、その蓄電を定馬力制御が行われないときにすることができる。

本発明のハイブリッド型油圧装置によれば、発電機で発電された電気、または、蓄電装置に蓄えられた電気で駆動される旋回用電動機を備えているので、従来の油圧装置の旋回を電動化することができる。

また、上記油圧モータで発電機を駆動するので、発電機はエンジンと油圧ポンプとの間に設けなくてもよい。

以下、本発明のハイブリッド型油圧装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態のハイブリッド型油圧装置を搭載するハイブリッドショベルの概略斜視図である。なお、図１においては、上記ハイブリッドショベルの構造を判り易くするため、内部が見えるように図示している。

上記ハイブリッドショベルは、走行モータ１０４を内蔵する下部走行体１０１と、この下部走行体１０１に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２に搭載された作業アーム１０３とを備えている。

上記作業アーム１０３は、ブーム１０５、アーム１０６、バケット１０７、ブームシリンダ１０８、ブームオフセットシリンダ１０９、アームシリンダ１１０およびバケットシリンダ１１１を含んでいる。

上記ブーム１０５の一端は上部旋回体１０２に回動自在に連結されている。また、上記ブーム１０５の他端にはアーム１０６の一端が回動自在に連結されている。そして、上記アーム１０６の他端にはバケット１０７が回動自在に連結されている。これらのブーム１０５、アーム１０６およびバケット１０７の回動は、ブームシリンダ１０８、ブームオフセットシリンダ１０９、アームシリンダ１１０およびバケットシリンダ１１１によって行われる。

図２は、上記ハイブリッド型油圧装置の構成を示す模式図である。

上記ハイブリッド型油圧装置は、エンジン１と、油圧ポンプの一例としての二連可変容量主ポンプ２と、マルチ弁３と、油圧モータ４と、発電機５と、蓄電装置６と、旋回用電動機７とを備えている。

上記二連可変容量主ポンプ２は第１主ポンプ部Ｐ１および第２主ポンプ部Ｐ２を含む。この二連可変容量主ポンプ２は、エンジン１で駆動されて、タンク８内の作動油を吸い込み、回路９を介してマルチ弁３に供給する。

上記マルチ弁３は、第１コントローラ１０に制御されて、二連可変容量主ポンプ２からの作動油をアクチュエータ部１０に流したり、油圧モータ４に流したりする。なお、上記第１コントローラは制御装置の一例である。

上記アクチュエータ部１０は、走行モータ１０４、ブームシリンダ１０８、ブームオフセットシリンダ１０９、アームシリンダ１１０およびバケットシリンダ１１１等を含んでいる（図１参照）。

上記油圧モータ４はマルチ弁３のオプションポートに接続されている。そして、上記油圧モータ４が発電機５を駆動することにより、発電機５で発電できるようになっている。

上記蓄電装置６には発電機５で発電された電気が蓄電装置６に蓄えられる。また、上記蓄電装置６に蓄えた電気量は第１コントローラ１０で検出可能となっている。

上記第１コントローラ１０は、二連可変容量主ポンプ２の吐出圧が定馬力制御の圧力範囲に入らないように、発電機５の負荷トルクを調整する。また、上記第１コントローラ１０は、蓄電装置６の容量と二連可変容量主ポンプ２の吐出圧とに基づき、電磁弁１３のＯＮ，ＯＦＦを制御して、油圧モータ操作用バルブ３０３（図３参照）を操作する。

上記旋回用電動機７は上部旋回体１０２を旋回させる。このとき、上記旋回用電動機７の駆動軸の回転速度は第２コントローラ１２に制御される。より詳しくは、上記第２コントローラ１２は操作レバー１２の操作量に応じた信号を旋回用電動機７に送出する。

図３は上記マルチ弁３の回路図である。

上記マルチ弁３は、走行モータ操作用バルブ３０１、ブームシリンダ操作用バルブ３０２および油圧モータ操作用バルブ３０３を含んでいる。なお、上記油圧モータ操作用バルブ３０３は制御弁の一例である。

上記走行モータ操作用バルブ３０１により、二連可変容量主ポンプ２からの作動油が走行モータ１０４に供給されて、下部走行体１０１が走行する。一方、上記ブームシリンダ操作用バルブ３０２により、二連可変容量主ポンプ２からの作動油がブームシリンダ１０８に供給されて、ブーム１０５が上部旋回体１０２に対して回動する。

上記油圧モータ操作用バルブ３０３はマルチ弁３の最下流部に設けられている。また、上記油圧モータ操作用バルブ３０３は、通常、図３のシンボルにして、マルチ弁３から油圧モータ４に作動油が流れるようになっているが、二連可変容量主ポンプ２の吐出圧が定馬力制御の圧力に入っているとき、または、蓄電装置６の容量が満杯であるときは、第１コントローラ１０が油圧モータ操作用バルブ３０３を切り替え、回路９から油圧モータ４を切り離す。

なお、図示しないが、上記マルチ弁３は、ブームオフセットシリンダ１０９、アームシリンダ１１０およびバケットシリンダ１１１を操作するためのバルブなども含む。

上記構成のハイブリッド型油圧装置によれば、マルチ弁３のオプションポートに接続した油圧モータ４で発電機５を駆動し、この発電機５で発電された電気を蓄電装置６に蓄える。そして、上記旋回用電動機７は、その蓄電装置６の電気を用いて、上部旋回体１０２を旋回させる。

このように、上記ハイブリッド型油圧装置は、発電機５をエンジン１と二連可変容量主ポンプ２との間に設けていなくても、上部旋回体１０２を旋回用電動機７で旋回させることができる。

したがって、上記ハイブリッド型油圧装置の構成を用いれば、例えば特開平５−１８７０４２号公報（特許文献２）に記載された従来の油圧ショベルであっても、僅かな改造で、その油圧ショベルの旋回を電動化することができる。

また、上記油圧モータ操作用バルブ３０３は、通常、図３のシンボルになっているので、マルチ弁３で余剰な作動油が生じれば、その余剰な作動油は油圧モータ４に供給される。

したがって、上記アクチュエータ部１０が駆動中であっても、油圧モータ４で発電機５を駆動して、発電機５による発電を行える。

また、上記アクチュエータ部１０が駆動していない場合、二連可変容量主ポンプ２が吐出した作動油の全てを油圧モータ４に供給して発電に使うことができる。

また、上記発電機５の負荷トルクの調整や、油圧モータ操作用バルブ３０３の切り替えは、ユーザが操作しなくても、第１コントローラ１０によって自動的に行われるので、ユーザに余計な負担を掛けずに済む。

また、上記上部旋回体１０２を旋回用電動機７で旋回させるので、旋回用電動機７の減速時、旋回用電動機７の運動エネルギを回生して蓄電装置６に蓄えることができる。

また、上記油圧モータ操作用バルブ３０３はマルチ弁３の最下流部に設けられているので、マルチ弁３内に余剰な作動油があれば、その余剰な作動油を油圧モータ４に確実に流すことができる。

以下、図４のフローチャートを用いて、上記ハイブリッド型油圧装置の発電制御について説明する。

まず、ステップＳ１で、蓄電装置６の容量が満杯か否かを判定する。このステップＳ１で、蓄電装置６の容量は満杯でないと判定されると、次のステップＳ２に進む。一方、上記ステップＳ１で、蓄電装置６の容量は満杯だと判定されると、ステップＳ５に進み、油圧モータ操作用バルブ３０３を切り替え、回路９から油圧モータ４を切り離す。すなわち、上記蓄電装置６の容量が満杯である場合、油圧モータ４への作動油の供給を停止して、発電機５による発電は行わない。

次に、ステップＳ２で、二連可変容量主ポンプ２の吐出圧が所定値以上であるか否かを判定する。この所定値とは、二連可変容量主ポンプ２に対して定馬力制御を行う圧力範囲の最小値である。上記ステップＳ２で、二連可変容量主ポンプ２の吐出圧が上記所定値未満だと判定すると、次のステップＳ３に進む。一方、上記ステップＳ２で、二連可変容量主ポンプ２の吐出圧が上記所定値以上だと判定すると、ステップＳ５に進む。要するに、上記ステップＳ２において、定馬力制御を行うべき状態であるなら、ステップＳ５に進む一方、定馬力制御を行うべき状態でないなら次のステップＳ３に進む。

次に、ステップＳ３で、油圧モータ操作用バルブ３０３を切り替え、回路９と油圧モータ４とを繋ぐ。これにより、上記油圧モータ４に作動油を供給することが可能となる。

次に、ステップＳ４で、二連可変容量主ポンプ２の吐出圧が上記所定値以上とならないように、発電機５の負荷トルクを調整して、発電機５に発電させる。このとき、上記油圧モータ４は、油圧モータ操作用バルブ３０３からの作動油の流量に比例した回転速度で回転する。

このように、上記蓄電装置６の容量が満杯のとき、または、定馬力制御を行うべき状態であるときには、油圧モータ４は回路９から切り離されることによって、余剰な作動油がタンク８に直接戻るので、余分な流路損失が生じるのを防ぐことができる。

上記実施の形態では、蓄電装置６に蓄えられた電気を旋回用電動機７に供給して、旋回用電動機７を駆動していたが、発電機５で発電された電気を旋回用電動機７に直接供給して、旋回用電動機７を駆動してもよい。

図１はハイブリッドショベルの概略斜視図である。図２は本発明の一実施の形態のハイブリッド型油圧装置の模式図である。図３は上記ハイブリッド型油圧装置のマルチ弁３の回路図である。図４は上記ハイブリッド型油圧装置の発電制御のフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
２二連可変容量主ポンプ
４油圧モータ
５発電機
６蓄電装置
７旋回用電動機
３０３油圧モータ操作用バルブ

Claims

エンジン(１)と、
上記エンジン(１)で駆動される油圧ポンプ(２)と、
上記油圧ポンプ(２)からの作動油で駆動される油圧モータ(４)と、
上記油圧ポンプ(２)と上記油圧モータ(４)との間に設けられた制御弁(３０３)と、
上記油圧モータ(４)で駆動される発電機(５)と、
上記発電機(５)で発電された電気を蓄える蓄電装置(６)と、
上記発電機(５)で発電された電気、または、上記蓄電装置(６)に蓄えられた電気で駆動される旋回用電動機(７)と
を備えたことを特徴とするハイブリッド型油圧装置。
請求項１に記載のハイブリッド型油圧装置において、
上記旋回用電動機(７)の回生電力を上記蓄電装置(６)に蓄電することを特徴とするハイブリッド型油圧装置。
請求項１または２に記載のハイブリッド型油圧装置において、
上記蓄電装置(６)の蓄電量に基づいて上記制御弁(３０３)を制御する制御装置(１０)を備えていることを特徴とするハイブリッド型油圧装置。
請求項１から３までのいずれか一項に記載のハイブリッド型油圧装置において、
上記蓄電装置(６)は、上記油圧ポンプ(２)の吐出圧力が所定圧力以下であるときに蓄電されることを特徴とするハイブリッド型油圧装置。