JP4907231B2

JP4907231B2 - エネルギー回生型動力装置

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Publication number: JP4907231B2
Application number: JP2006157861A
Authority: JP
Inventors: 治彦川崎; 祐弘江川
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: JP2007327527A

Description

この発明は、パワーショベル等の建設機械であって、エネルギーの回生を可能にした動力装置に関する。

建設機械の動力装置として、例えばパワーショベルがあるが、このパワーショベルに用いる回路構成には、特許文献１に示すものが一般的に用いられている。以下に、このパワーショベルの主要な構造および作用について説明する。
図４に示すように、このパワーショベルにおいては、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とを駆動源であるエンジンに連係するとともに、エンジンの回転によって上記両ポンプＰ１，Ｐ２から作動油を吐出するようにしている。

上記第１ポンプＰ１は、第１ポンプ通路１および第１タンデム通路１ａを介して左走行用バルブ２に接続しているが、第１タンデム通路１ａにおいて、旋回用バルブ３、アームＩ速用バルブ４、ブームII速用バルブ５、予備用バルブ６を接続している。ただし、第１ポンプ通路１には第１パラレル通路７を接続するとともに、各バルブ３〜６を、この第１パラレル通路７を介してパラレルに接続している。
また、第２ポンプＰ２は、第２ポンプ通路８および第２タンデム通路８ａに接続するとともに、この第２タンデム通路８ａには、右走行用バルブ９、バケット用バルブ１０、ブームＩ速用バルブ１１、アームII速用バルブ１２を接続している。ただし、第２ポンプ通路８には第２パラレル通路１３を接続するとともに、上記バケット用バルブ１０およびブームＩ速用バルブ１１を、この第２パラレル通路１３に対してパラレルに接続している。
なお、上記左走行用バルブ２および右走行用バルブ９が走行系のアクチュエータを制御するバルブであり、その他のバルブが作業機系のアクチュエータを制御するバルブである。

また、上記第２ポンプ通路８には分配通路１４を接続するとともに、この分配通路１４を上記左走行用バルブ２に導いている。そして、分配通路１４には切換弁１５を設け、第２ポンプＰ２と左走行用バルブ２とを連通したり遮断したりするようにしている。
なお、図中符号１６はメインリリーフの切換弁、１７〜１９はリリーフ弁、２０はパイロットポンプである。このパイロットポンプ２０は、各バルブや切換弁１５、切換弁１６を切り換えるためのパイロット圧を吐出するものであり、リリーフ弁１９によってパイロットラインの最高圧が設定されている。
また、リリーフ弁１７はリリーフ弁１８よりも設定圧を高くしている。したがって、切換弁１６が図示の連通位置にある場合には、リリーフ弁１８の設定圧が回路の最高圧となり、切換弁１６が図面左側の遮断位置にある場合には、リリーフ弁１７の設定圧が回路の最高圧となる。

また、図中符号Ａは、作業機系のアクチュエータの一例であるブーム用アクチュエータである。このブーム用アクチュエータＡは、シリンダ内にピストンを収容するとともに、このピストンによってシリンダ内をロッド側室Ａ１と、ピストン側室Ａ２とに区画している。そして、ピストンにはロッド側室Ａ１側に突出するようにロッドを固定するとともに、このロッドにブームの負荷を作用させるようにしている。また、上記ロッド側室Ａ１には接続通路２１を接続するとともに、ピストン側室Ａ２には接続通路２２を接続している。なお、図示していないが、この接続通路２１，２２は、ブームII速用バルブ５およびブームＩ速用バルブ１１を一方の側に切り換えたとき、第１パラレル通路７および第２パラレル通路１３に連通し、上記バルブ５，１１を他方の側に切り換えたとき、タンクに連通する。

次に、このパワーショベルの作用について説明する。
パワーショベルが停止した状態で作業機系のアクチュエータを作動する場合には、第１ポンプＰ１を回転させるとともに、旋回用バルブ３、アームＩ速用バルブ４、ブームII速用バルブ５のいずれかを切り換える。いま、アーム用アクチュエータを制御するために、アームＩ速用バルブ４を切り換えたとすると、第１ポンプＰ１から吐出した作動油は、第１パラレル通路７およびアームＩ速用バルブ４を介してアーム用アクチュエータに導かれるとともに、当該作動油によってアーム用アクチュエータを作動することができる。なお、このときアームＩ速用バルブ４が切り換わったことによって、第１ポンプ通路１が遮断されて第１ポンプＰ１と左走行用バルブ２とが遮断される。

上記の状態において、切換弁１５を図示の遮断位置に保ったまま、第２ポンプＰ２を回転させるとともに、バケット用バルブ１０を切り換える。すると、第２ポンプＰ２から吐出した作動油は、第２ポンプ通路８、第２パラレル通路１３およびバケット用バルブ１０を介して、図示しないバケット用アクチュエータに導かれるとともに、当該作動油によってバケット用アクチュエータを作動することができる。
なお、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２から作動油を吐出させた状態で、アームＩ速用バルブ４およびアームII速用バルブ１２を切り換えれば、アーム用アクチュエータを２速制御することができる。
このように、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２を回転させるとともに、作業機系のアクチュエータを制御するバルブを切り換えれば、アームやブームを２速制御したり、あるいは、ブーム、アーム、バケットを同時に制御したりすることができる。

一方、パワーショベルの走行中に、作業機系のアクチュエータを制御する場合、言い換えれば、走行系と作業機系とを同時制御する場合には、切換弁１５を図中左側の連通位置に切り換える。そして、第２ポンプＰ２を回転させるとともに、左走行用バルブ２および右走行用バルブ９を切り換えれば、第２ポンプＰ２から吐出した作動油が、第２ポンプ通路８および右走行用バルブ９を介して右走行用アクチュエータに、また、分配通路１４および左走行用バルブ２を介して左走行用アクチュエータに導かれる。このように、第２ポンプＰ２から吐出した作動油が、走行系の両アクチュエータに導かれるので、パワーショベルを走行させることができる。
この状態において、第１ポンプＰ１を回転させるとともに、旋回用バルブ３、アームＩ速用バルブ４、ブームII速用バルブ５のいずれかを切り換えれば、第１ポンプＰ１から吐出する作動油によって作業機系のアクチュエータを作動することができる。

そして、作業機系のアクチュエータを作動せずに、パワーショベルを走行させる場合には、切換弁１５を図示の遮断位置に保ったまま、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２を回転させるとともに、左走行用バルブ２と右走行用バルブ９とを切り換える。すると、第１ポンプＰ１から吐出した作動油が左走行用アクチュエータに導かれるとともに、第２ポンプＰ２から吐出した作動油が右走行用アクチュエータに導かれ、パワーショベルを走行させることができる。
油空圧便覧（（社）日本油空圧学会編）油圧ショベル応用事例Ｐ６３８、６３９

上記のパワーショベルにおいては、第１ポンプＰ１が吐出する作動油を左走行用アクチュエータに導くとともに、第２ポンプＰ２が吐出する作動油を右走行用アクチュエータに導いて、パワーショベルが走行するようにしている。
ところが、パワーショベルを用いる建設現場には、泥濘や凸凹が散見され、路面状況が非常に劣悪な場合が多い。このような泥濘や凸凹の地面をパワーショベルが走行すると、クローラが泥濘や凸凹にはまってしまい、そこから抜け出せなくなってしまうおそれがある。

そのため、両ポンプＰ１，Ｐ２の最大吐出容量を大きくして、走行系のアクチュエータに大きな作動力を付与できるようにするとともに、クローラが泥濘や凸凹にはまった場合にも、そこから容易に抜け出すことができるようにしている。
ところが、劣悪な路面状況でも走行できるように両ポンプＰ１，Ｐ２の最大吐出容量を大きくしてしまうと、負荷の小さい作業をする場合や、平坦な路面を走行する場合に、駆動源の負荷が必要以上に大きくなってしまう。そのため、通常作業時におけるエネルギー効率が非常に悪くなってしまうという問題があった。

この発明の目的は、エネルギー効率の高い建設機械の動力装置を提供することである。

この発明は、作業機系のアクチュエータと、走行系のアクチュエータと、上記作業機系または走行系のアクチュエータに作動油を選択的に供給する第１ポンプおよび第２ポンプとを備えた建設機械の動力装置を前提とする。
上記の構成を前提として、第１の発明は、作業機系のアクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに戻り側となる通路に接続する可変容量形の回生モータと、この回生モータと一体に回転するとともに、上記第１ポンプまたは第２ポンプのいずれか一方または双方に作動油を合流する可変容量形の補助ポンプと、上記回生モータおよび補助ポンプと一体に回転する発電電動機と、この発電電動機が発電した電力を蓄電する蓄電ユニットとを備えた点に特徴を有する。

第２の発明は、回生モータの傾角、補助ポンプの傾角、および発電電動機の回転を制御するコントローラを設けるとともに、このコントローラは、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換するとき、補助ポンプを制御して傾角を最小にする一方、補助ポンプから吐出する作動油を上記第１、第２ポンプから吐出する作動油に合流させるとき、発電電動機を回転させるとともに、補助ポンプの傾角を大きくし、かつ、回生モータの傾角を最小に制御する点に特徴を有する。

第３の発明は、補助ポンプと第１、第２ポンプとの接続過程には合流制御機構を設け、この合流制御機構によって、補助ポンプから第１ポンプに接続した第１ポンプ通路もしくは第２ポンプに接続した第２ポンプ通路のいずれか一方または双方に供給する作動油を制御する点に特徴を有する。

第１の発明によれば、必要に応じて補助ポンプから吐出する作動油を合流することができるので、第１、第２ポンプの容量を小さくすることができる。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプを回転させることができるので、補助ポンプによって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。

第２の発明によれば、慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する場合に、コントローラが補助ポンプを制御して傾角を最小にするので、補助ポンプが負荷にならない。したがって、慣性エネルギーや位置エネルギーを、効率よく電気エネルギーに変換することができる。
また、発電電動機によって補助ポンプを回転する場合に、コントローラが回生モータを制御して傾角を最小にするので、回生モータが負荷にならない。したがって、効率よく補助ポンプによって補助力を付与することができる。

第３の発明によれば、合流制御機構によって、補助ポンプから走行系または作業機系のアクチュエータに供給する作動油を制御するようにしたので、路面状況や作業機系のアクチュエータに作用する負荷に応じて、最適な制御が可能となる。

図１を用いて、この発明の第１実施形態について説明する。
なお、この第１実施形態においては、上記従来の回路構成と同様、作業機系のアクチュエータと、走行系のアクチュエータと、上記作業機系または走行系のアクチュエータに作動油を選択的に供給する第１、第２ポンプとを備えた建設機械の動力装置を前提とする。そして、この第１実施形態は、従来の回路構成において、合流制御機構および回生機構を接続した点に特徴を有する。したがって、上記従来の回路構成については同様の符号を付するとともに、ここでは、合流制御機構および回生機構の構成および作用を中心に説明することとする。

図１は、動力装置の一つであるパワーショベルの回路構成であるが、このパワーショベルにおいては、発電電動機Ｍと一体に回転する可変容量形の補助ポンプＰ３を通路２３に接続するとともに、合流制御弁２４によって、上記通路２３を第１合流通路２５および第２合流通路２６に分岐させている。そして、第１合流通路２５を第１ポンプ通路１に接続するとともに、第２合流通路２６を第２ポンプ通路８に接続している。

上記合流制御弁２４は、３位置に切り換え可能なバルブであって、センター位置において、通路２３を第１合流通路２５と第２合流通路２６とに連通させる。また、合流制御弁２４が図面上側位置に切り換わると、通路２３と第１合流通路２５とを連通させるとともに、通路２３と第２合流通路２６とを遮断し、図面下側位置に切り換わると、通路２３と第２合流通路２６とを連通させるとともに、通路２３と第１合流通路２５とを遮断する。

上記の合流制御弁２４は、両端にパイロット圧が作用することによって切り換わるが、このパイロット圧を制御するのがコントローラＣである。すなわち、コントローラＣは、各操作レバー２７と電気的に接続しており、各操作レバー２７の操作信号に基づいてパイロット電磁弁２８，２９を制御するとともに、合流制御弁２４に作用するパイロット圧を制御する。なお、この第１実施形態においては、合流制御弁２４、パイロット電磁弁２８，２９で、この発明の合流制御機構を構成している。

一方、ブーム用アクチュエータＡのピストン側室Ａ２と接続した接続通路２２には、戻り流路３０を介して回生モータＭ１を接続している。この回生モータＭ１は、可変容量形であって、上記補助ポンプＰ３および発電電動機Ｍと一体となって回転する。なお、戻り流路３０には２位置切換弁３１を設け、通常時において、ピストン側室Ａ２と回生モータＭ１とを遮断するようにしている。ただし、この２位置切換弁３１は、パイロット電磁弁３２によって制御されるパイロット圧を作用させることによって、ピストン側室Ａ２と回生モータＭ１とが連通する位置に切り換わる。

また、上記発電電動機Ｍは、回生モータＭ１の回転によって発電するとともに、発電電動機Ｍが発電した電気エネルギーは、インバータやコンバータ等の機能を有する電力変換装置Ｇを介して蓄電ユニットＵに蓄電される。そして、発電電動機Ｍを駆動する際には、蓄電ユニットＵに蓄電された電気エネルギーによって、発電電動機Ｍが駆動するようにしている。
なお、上記コントローラＣは、各操作レバー２７から入力される操作信号に基づいて、発電電動機Ｍの回転数や、第１ポンプＰ１，第２ポンプＰ２、補助ポンプＰ３および回生モータＭ１の傾角を制御するとともに、パイロット電磁弁２８，２９，３２を制御している。また、２位置切換弁３１、パイロット電磁弁３２、発電電動機Ｍ、回生モータＭ１、補助ポンプＰ３、電力変換装置Ｇ、および蓄電ユニットＵによって回生機構を構成している。

次に、この第１実施形態の作用について説明する。
ブーム用アクチュエータＡに負荷が作用している状態において、このブーム用アクチュエータＡに作用する負荷を下降させて、慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する場合には次の操作を行う。
すなわち、接続通路２１と、第１パラレル通路７および第２パラレル通路１３とが連通するようにブーム用操作レバー２７を下げ側に操作し、ブームII速用バルブ５およびブームＩ速用バルブ１１を切り換える。
すると、操作レバー２７からの操作信号を受信したコントローラＣは、第１ポンプＰ１または第２ポンプＰ２、補助ポンプP３、回生モータＭ１、およびパイロット電磁弁３２を制御する。

そして、第１ポンプＰ１または第２ポンプＰ２から作動油を吐出させて、ロッド側室Ａ１に作動油を供給するとともに、回生モータＭ１の傾角を所定の角度に、また補助ポンプＰ３の傾角をゼロに制御する。このとき、２位置切換弁３１は、パイロット電磁弁３２から導かれたパイロット圧によって連通位置に切り換わっているため、ピストン側室Ａ２からの戻り油は、戻り側の通路となる接続通路２２→戻り流路３０→２位置切換弁３１を介して回生モータＭ１に導かれる。

すると、ピストン側室Ａ２からの戻り油によって、回生モータＭ１が回転するとともに、この回生モータＭ１の回転に伴って補助ポンプＰ３および発電電動機Ｍが回転する。このように、回生モータＭ１が回転すると、発電電動機Ｍが発電するとともに、この発電電動機Ｍが発電した電気エネルギーを蓄電ユニットＵが蓄電することになる。
ただし、補助ポンプＰ３は、コントローラＣによって、その傾角がゼロに制御されているため、油を吐出することなく空回転する。したがって、ブーム用アクチュエータＡに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する場合に、補助ポンプＰ３が負荷とならずに、効率よく発電することができる。

一方、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を、第１ポンプＰ１または第２ポンプＰ２から吐出する作動油に合流させて、走行系または作業機系のアクチュエータに補助力を付与する場合には、各操作レバー２７の操作信号に基づいて、コントローラＣが次のような制御を行う。
すなわち、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２の傾角を制御して、走行系または作業機系のアクチュエータに作動油を供給するとともに、蓄電ユニットＵに蓄電した電気エネルギーによって発電電動機Ｍを駆動する。さらに、このとき回生モータＭ１を制御して、その傾角をゼロにするとともに、補助ポンプＰ３を制御して、その傾角を各操作レバー２７の操作量に応じて変化させる。

すると、発電電動機Ｍの回転に伴って補助ポンプＰ３が回転するとともに、その傾角に応じた作動油を通路２３に吐出する。このとき、回生モータＭ１は、その傾角をゼロにしているため、発電電動機Ｍや補助ポンプＰ３の回転に対して、回生モータＭ１が負荷になることがなく、効率よく補助力を付与することができる。
なお、上記のようにして補助ポンプＰ３から吐出した作動油を、走行系のアクチュエータに導いたり、作業機系のアクチュエータに導いたりするのが合流制御機構である。

例えば、第１ポンプＰ１から吐出した作動油を左走行用アクチュエータに導くとともに、第２ポンプＰ２から吐出した作動油を右走行用アクチュエータに導いて、パワーショベルを走行しているとする。この状態からパワーショベルを高速走行させる場合には、上記のようにして補助ポンプＰ３から作動油を吐出させればよい。合流制御弁２４は、両端に設けたスプリングによってセンター位置を保持しているので、補助ポンプＰ３から吐出した作動油は、第１合流通路２５と第２合流通路２６とに等量分配されて、補助ポンプＰ３の補助力を両走行用アクチュエータに導くことができる。

また、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、走行系のアクチュエータに補助力を付与する場合には、上記と同様に、コントローラＣが、発電電動機Ｍを駆動するとともに、回生モータＭ１、補助ポンプＰ３の傾角を制御し、しかも、これと同時にパイロット電磁弁２９を制御する。すると、パイロット電磁弁２９によって制御されたパイロット圧によって、合流制御弁２４が、図中下側位置に切り換わる。したがって、補助ポンプＰ３から吐出する作動油が、第２合流通路２６を介して第２ポンプ通路８において、第２ポンプＰ２から吐出した作動油と合流して、走行系のアクチュエータに補助力を付与することができる。

また、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、作業機系のアクチュエータに補助力を付与する場合には、上記と同様に、コントローラＣが、発電電動機Ｍを駆動するとともに、回生モータＭ１、補助ポンプＰ３の傾角を制御し、しかも、これと同時にパイロット電磁弁２８を制御する。すると、パイロット電磁弁２８によって制御されたパイロット圧によって、合流制御弁２４が、図中上側位置に切り換わる。したがって、補助ポンプＰ３から吐出する作動油が、第１合流通路２５を介して第１ポンプ通路１において、第１ポンプＰ１から吐出した作動油と合流して、作業機系のアクチュエータに補助力を付与することができる。

なお、上記の説明では、発電電動機Ｍを駆動することによって、補助ポンプＰ３から補助力を付与するようにしたが、この第１実施形態によれば、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーによって、直接補助ポンプＰ３から補助力を付与することができる。
例えば、第１ポンプＰ１から吐出する作動油をロッド側室Ａ１に導いて、ブーム用アクチュエータＡを作動し、第２ポンプＰ２から吐出する作動油によって、両走行系のアクチュエータを作動する場合には、コントローラＣが次のように制御すればよい。

すなわち、コントローラＣは、パイロット電磁弁２９，３２、および補助ポンプＰ３の傾角を制御する。すると、ピストン側室Ａ２からの戻り油によって、回生モータＭ１が回転するとともに、この回生モータＭ１の回転に伴って、補助ポンプＰ３が回転する。補助ポンプＰ３は、コントローラＣによって、各操作レバー２７の操作量に応じた傾角に制御されているため、補助ポンプＰ３が回転することによって通路２３に作動油を吐出する。
このとき、コントローラＣがパイロット電磁弁２９を制御しているので、合流制御弁２４が図中下側位置に切り換わって、通路２３と第２合流通路２６とが連通する。したがって、補助ポンプＰ３から吐出した作動油が、第２ポンプＰ２から吐出する作動油と合流して、両走行用のアクチュエータに補助力を付与することができる。

上記第１実施形態によれば、必要に応じて補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流することができるので、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２の容量を必要以上に大きくする必要がない。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプＰ３を回転させることができるので、補助ポンプＰ３によって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。
さらに、合流制御機構を制御して、補助ポンプＰ３から走行系または作業機系のアクチュエータに供給する作動油を制御するようにしたので、路面状況や作業機系のアクチュエータに作用する負荷に応じて、最適な制御が可能となる。

なお、上記第１実施形態では、ブーム用アクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する構成としたが、作業機系のアクチュエータであって、慣性エネルギーあるいは位置エネルギーが作用するものであれば、いずれのアクチュエータでも構わない。したがって、作業機系のアクチュエータは、シリンダに限られずモータを利用するものでもよい。
また、上記第１実施形態においては、第１、第２ポンプの傾角を制御して吐出量を可変にすることができるが、定吐出ポンプを用いても構わない。
さらに、合流制御弁は、各操作レバーの操作量に比例して、その切換量を制御するようにしてもよいし、オンオフ的に切り換わるようにしてもよい。
また、第１実施形態においては、パワーショベルの回路構成について説明したが、この発明はパワーショベルに限らず、走行系と作業機系のアクチュエータに、二台のポンプによって作動油を導く動力装置において、広く利用することができる。

図２を用いて、この発明の第２実施形態について説明する。
なお、この第２実施形態においては、上記第１実施形態における合流制御機構の構成のみ異なり、他の回路構成、および電気エネルギーの変換方法、および補助ポンプの駆動方法は上記第１実施形態と同じである。
したがって、上記第１実施形態と同じ回路構成については同様の符号を付するとともに、ここでは、上記第１実施形態と異なる点である合流制御機構の構成および作用を中心に説明することとする。

図２に示すように、補助ポンプＰ３を接続する通路２３は、この発明の合流制御機構を構成する合流制御弁３３によって、第１合流通路２５および第２合流通路２６に分岐するとともに、第１合流通路２５は第１ポンプ通路１に、第２合流通路２６は第２ポンプ通路８にそれぞれ接続している。
上記合流制御弁３３は、３位置に切り換え可能なバルブであって、両端に設けたスプリングのバネ力によってセンター位置を保持する。合流制御弁３３は、このセンター位置において、通路２３を第１合流通路２５と第２合流通路２６とに連通させ、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を両合流通路２５，２６に等分配する。

また、第１合流通路２５の圧力が第２合流通路２６の圧力よりも高くなると、合流制御弁３３が図中上側位置に切り換わるとともに、通路２３と第２合流通路２６との連通開度が徐々に絞られるので、補助ポンプＰ３の吐出流量が低圧側である第２合流通路２６側へ多く流れてしまうことがない。一方、第２合流通路２６の圧力が第１合流通路２５の圧力よりも高くなると、合流制御弁３３が図中下側位置に切り換わるとともに、通路２３と第１合流通路２５との連通開度が徐々に絞られるので、補助ポンプＰ３の吐出流量が低圧側である第１合流通路２５側へ多く流れてしまうことがない。
上記の合流制御弁３３は、第１合流通路２５側からバルブの一端（図中上側）にパイロット圧を導くとともに、第２合流通路２６側からバルブの他端（図中下側）にパイロット圧を導いている。
したがって、第１合流通路２５側の圧力が、第２合流通路２６側の圧力よりも高くなると、パイロット圧によって合流制御弁３３が図中上側位置に切り換わり、反対に第２合流通路２６側の圧力が、第１合流通路２５側の圧力よりも高くなると、パイロット圧によって合流制御弁３３が図中下側位置に切り換わる。

上記の構成からなる合流制御弁３３は、補助ポンプＰ３から作動油を吐出したとき、次のような制御を行う。
例えば、第１ポンプＰ１によって左走行用アクチュエータを作動させるとともに、第２ポンプＰ２によって右走行用アクチュエータを作動させてパワーショベルが走行している状態で、補助ポンプＰ３から作動油を吐出して、両走行用アクチュエータに補助力を付与したとする。

このとき、合流制御弁３３は、両端に設けたスプリングによってセンター位置を保持しているため、補助ポンプＰ３から吐出した作動油が、合流制御弁３３によって第１合流通路２５と第２合流通路２６とに等分配される。したがって、第１ポンプＰ１および補助ポンプＰ３から吐出した作動油が、第１ポンプ通路１で合流して左走行用アクチュエータに導かれるとともに、第２ポンプＰ２および補助ポンプＰ３から吐出した作動油が、第２ポンプ通路８で合流して右走行用アクチュエータに導かれる。
このように、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２から吐出する作動油に、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流することによって、走行系のアクチュエータに大きな作動力を付与することができる。したがって、必要に応じてパワーショベルを高速走行させたり、クローラが泥濘にはまった場合にも、そこから容易に脱出したりすることができる。

そして、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流させて走行している場合において、例えば、左側のクローラが泥濘にはまったとする。すると、左走行用アクチュエータの圧力が、右走行用アクチュエータの圧力よりも高くなるとともに、第１ポンプ通路１および第１合流通路２５の圧力が、第２ポンプ通路８および第２合流通路２６の圧力よりも高くなる。第１合流通路２５の圧力が、第２合流通路２６の圧力よりも高くなると、パイロット圧によって、合流制御弁３３が図中上側位置に徐々に切り換わる。

合流制御弁３３が図中上側位置に切り換わると、第２合流通路２６側への連通開度が徐々に絞られるとともに、第１合流通路２５側への連通開度が徐々に大きくなる。したがって、補助ポンプＰ３から吐出する作動油が、第１合流通路２５側により多く導かれ、走行系のアクチュエータのうち、圧力の高い方のアクチュエータ、すなわち、左走行用アクチュエータにより多くの作動油を導くことができる。このように、走行系のアクチュエータのうち圧力の低い方のアクチュエータに導く作動油を絞るので、圧力の低い方へ多くの流量が流れてしまうことがなくなり、パワーショベルが曲走せずに確実に走行することができる。

なお、この第２実施形態においては、パワーショベルが走行している場合について説明したが、作業機系のアクチュエータを制御している場合や、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流させてもよい。
例えば、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流させれば、同時制御時であっても、高負荷作業を行ったり、高速走行したりすることができる。
なお、合流制御弁３３は、補助ポンプＰ３を発電電動機Ｍによって回転させた場合であっても、回生モータＭ１の回転に伴って回転させた場合であっても、同じ制御を行うこと当然である。

上記第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、必要に応じて補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流することができるので、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２の容量を必要以上に大きくする必要がない。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプＰ３を回転させることができるので、補助ポンプＰ３によって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。
ただし、上記第１実施形態においては、第１ポンプＰ１および第２ポンプＰ２のいずれか一方または双方に対して、補助ポンプＰ３を選択的に合流させることができたが、この第２実施形態では合流先を選択することはできない。

図３を用いて、この発明の第３実施形態について説明する。
なお、この第３実施形態においては、上記第２実施形態における合流制御機構の構成のみ異なり、他の回路構成、および電気エネルギーの変換方法、および補助ポンプの駆動方法は上記第２実施形態と同じである。
したがって、上記第２実施形態と同じ回路構成については同様の符号を付するとともに、ここでは、上記第２実施形態と異なる点である合流制御機構の構成および作用を中心に説明することとする。
図３に示すように、補助ポンプＰ３に接続した通路２３は、第１合流通路２５および第２合流通路２６に分岐して接続するとともに、第１合流通路２５は、第１ポンプ通路１に、第２合流通路２６は、第２ポンプ通路８にそれぞれ接続している。

そして、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２と補助ポンプＰ３との接続過程である第１、第２合流通路２５，２６には、一対の圧力補償弁３４，３５を設けている。また、第１、第２合流通路２５，２６であって、一対の圧力補償弁３４，３５よりも第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２側には、高圧選択弁３６を接続している。そして、これら一対の圧力補償弁３４，３５と高圧選択弁３６とで、この発明の合流制御機構を構成しているが、この合流制御機構の構成は次の通りである。

すなわち、高圧選択弁３６は、第１合流通路２５および第２合流通路２６のいずれか高い方の圧力を選択するとともに、この選択した圧力をパイロット圧として上記一対の圧力補償弁３４，３５に導いている。
圧力補償弁３４は、第１合流通路２５であって、補助ポンプＰ３側（通路２３側）の圧力と、高圧選択弁３６から導かれた上記パイロット圧とによってバランスする。一方、圧力補償弁３５は、第２合流通路２６であって、補助ポンプＰ３側（通路２３側）の圧力と、高圧選択弁３６から導かれた上記パイロット圧とによってバランスする。また、圧力補償弁３４，３５の上流側には、それぞれ同一面積の固定絞りを設けているので、補助ポンプＰ３から第１合流通路２５に導かれる作動油と、補助ポンプＰ３から第２合流通路２６に導かれる作動油とは、常に等しくなる。

上記の構成からなる合流制御機構は、補助ポンプＰ３から作動油を吐出したとき次のような制御を行う。
例えば、第１ポンプＰ１によって左走行用アクチュエータを作動させるとともに、第２ポンプＰ２によって右走行用アクチュエータを作動させてパワーショベルが走行している状態で、補助ポンプＰ３から作動油を吐出して、両走行用アクチュエータに補助力を付与したとする。

このとき、両走行用アクチュエータの圧力がパイロット圧として、高圧選択弁３６を介して一対の圧力補償弁３４，３５に導かれている。したがって、このパイロット圧と補助ポンプＰ３の吐出圧とによって圧力補償弁３４，３５がバランスして、両合流通路２５，２６の圧力を補償するとともに、補助ポンプＰ３から吐出した作動油は、通路２３から第１合流通路２５と第２合流通路２６とに等分配される。
そして、第１ポンプＰ１および補助ポンプＰ３から吐出した作動油が、第１ポンプ通路１で合流して左走行用アクチュエータに導かれるとともに、第２ポンプＰ２および補助ポンプＰ３から吐出した作動油が、第２ポンプ通路８で合流して右走行用アクチュエータに導かれる。

上記のように、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２から吐出する作動油に、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流することによって、走行系のアクチュエータに大きな作動力を付与することができる。したがって、必要に応じてパワーショベルを高速走行させたり、クローラが泥濘にはまった場合にも、そこから容易に脱出したりすることができる。

そして、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流させて走行している場合において、例えば、左側のクローラが泥濘にはまったとする。すると、左走行用アクチュエータの圧力が、右走行用アクチュエータの圧力よりも高くなるとともに、第１ポンプ通路１および第１合流通路２５の圧力が、第２ポンプ通路８および第２合流通路２６の圧力よりも高くなる。第１合流通路２５の圧力が、第２合流通路２６の圧力よりも高くなると、高圧選択弁３６が第１合流通路２５の圧力を選択して、第１合流通路２５の圧力をパイロット圧として、一対の圧力補償弁３４，３５に導く。したがって、両圧力補償弁３４，３５が、どちらも左走行用アクチュエータの圧力によって制御され、しかも、圧力補償弁３４，３５の上流側に同一面積の固定絞りを設けているので、補助ポンプＰ３から両合流通路２５，２６に、等量の作動油が導かれることになる。

このように、走行系のアクチュエータのうちいずれか高い方の圧力によって一対の圧力補償弁３４，３５を制御すれば、走行系の両アクチュエータに圧力差が生じても、圧力の低い方のアクチュエータに多くの作動油が流れてしまうことがない。したがって、第１ポンプＰ１に合流する作動油と第２ポンプＰ２に合流する作動油とを、走行系のアクチュエータに生じる圧力と関係なく、常に等しくすることができ、路面状況に影響を受けずに直進走行することができる。

なお、この第３実施形態においては、パワーショベルが走行している場合について説明したが、作業機系のアクチュエータを制御している場合や、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流させてもよい。
例えば、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流させれば、同時制御時であっても、高負荷作業を行ったり、高速走行したりすることができる。
なお、合流制御機構は、補助ポンプＰ３を発電電動機Ｍによって回転させた場合であっても、回生モータＭ１の回転に伴って回転させた場合であっても、同じ制御を行うこと当然である。

上記第３実施形態においても、上記第２実施形態と同様、必要に応じて補助ポンプＰ３から吐出する作動油を合流することができるので、第１、第２ポンプＰ１，Ｐ２の容量を必要以上に大きくする必要がない。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプＰ３を回転させることができるので、補助ポンプＰ３によって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。

第１実施形態の回路図である。第２実施形態の回路図である。第３実施形態の回路図である。従来の建設機械の動力装置に用いられる回路図である。

符号の説明

２４，３３合流制御弁
２８，２９パイロット電磁弁
３０戻り流路
３４，３５圧力補償弁
３６高圧選択弁
Ａブーム用アクチュエータ
Ｃコントローラ
Ｇ電力変換装置
Ｍ発電電動機
Ｍ１回生モータ
Ｐ１第１ポンプ
Ｐ２第２ポンプ
Ｐ３補助ポンプ
Ｕ蓄電ユニット

Claims

作業機系のアクチュエータと、走行系のアクチュエータと、上記作業機系または走行系のアクチュエータに作動油を選択的に供給する第１ポンプおよび第２ポンプとを備えた建設機械の動力装置において、上記作業機系のアクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに戻り側となる通路に接続する可変容量形の回生モータと、この回生モータと一体に回転するとともに、上記第１ポンプまたは第２ポンプのいずれか一方または双方に作動油を合流する可変容量形の補助ポンプと、上記回生モータおよび補助ポンプと一体に回転する発電電動機と、この発電電動機が発電した電力を蓄電する蓄電ユニットとを備えたエネルギー回生型動力装置。
回生モータの傾角、補助ポンプの傾角、および発電電動機の回転を制御するコントローラを設けるとともに、このコントローラは、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換するとき、補助ポンプを制御して傾角を最小にする一方、補助ポンプから吐出する作動油を上記第１、第２ポンプから吐出する作動油に合流させるとき、発電電動機を回転させるとともに、補助ポンプの傾角を大きくし、かつ、回生モータの傾角を最小に制御する構成にした請求項１記載のエネルギー回生型動力装置。
上記補助ポンプと第１、第２ポンプとの接続過程には合流制御機構を設け、この合流制御機構によって、補助ポンプから第１ポンプに接続した第１ポンプ通路もしくは第２ポンプに接続した第２ポンプ通路のいずれか一方または双方に供給する作動油を制御する構成にした上記請求項１または２記載のエネルギー回生型動力装置。