JP5265595B2 - Control device for hybrid construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機の駆動力で回転するサブポンプを備えたハイブリッド建設機械の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a hybrid construction machine provided with a sub-pump that rotates with a driving force of an electric motor.
この種の装置として特許文献１に開示された装置が従来から知られている。
この従来の装置は、可変容量型のメインポンプの吐出側に可変容量型のサブポンプの吐出油を合流させるとともに、このサブポンプを電動モータで駆動するようにしている。また、上記メインポンプは操作弁の操作量に応じて発生するパイロット圧の作用でその傾転角が制御される。
そして、メインポンプに対するサブポンプのアシスト力は、上記パイロット圧に対応して最も効率的になるようにあらかじめ設定されている。
A device disclosed in Patent Document 1 is conventionally known as this type of device.
In this conventional apparatus, the discharge oil of the variable displacement sub pump is joined to the discharge side of the variable displacement main pump, and the sub pump is driven by an electric motor. The tilt angle of the main pump is controlled by the action of pilot pressure generated according to the operation amount of the operation valve.
The assist force of the sub pump with respect to the main pump is set in advance so as to be most efficient corresponding to the pilot pressure.
上記のようにした従来の装置では、サブポンプのアシスト力が、メインポンプのパイロット圧に対応しながらもあらかじめ設定されているので、例えば、軽作業や重作業などの作業状態が変化しても、そのアシスト力が変わらない。そのために、アシストポンプは、軽作業時にも必要以上の出力をしてしまうので、バッテリー消費が大きくなるという問題があった。
また、上記電動モータは、バッテリーの電力で駆動するが、バッテリーの寿命は、消耗した電力の累積量に比例するので、軽作業時に必要以上の電力を消費すれば、その分、バッテリーの寿命も短くなるという問題もあった。
In the conventional device as described above, the assist force of the sub pump is set in advance while corresponding to the pilot pressure of the main pump, so that, for example, even if the work state such as light work or heavy work changes, The assist power does not change. Therefore, the assist pump outputs more than necessary even during light work, and there is a problem that battery consumption increases.
The electric motor is driven by battery power, but the life of the battery is proportional to the cumulative amount of consumed power, so if you consume more power than necessary during light work, the life of the battery will be increased accordingly. There was also a problem of shortening.
この発明の目的は、サブポンプの駆動源である電動モータの出力を、軽作業や重作業などの作業状態に対応して制御し、バッテリー消費を少なくするとともに、バッテリーの寿命を延ばしたり、あるいはバッテリーを小型化したりできるハイブリッド建設機械の制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to control the output of an electric motor, which is a drive source of a sub-pump, in accordance with a work state such as a light work or a heavy work, thereby reducing battery consumption and extending battery life or It is providing the control apparatus of the hybrid construction machine which can reduce in size.
第１の発明の装置は、可変容量型のメインポンプに複数の操作弁を設けてなる回路系統を接続している。そして、上記メインポンプにはその傾転角を制御するレギュレータを設けている。そして、上記いずれかの操作弁を切り換え操作したときに発生するパイロット圧を導くパイロット流路を上記回路系統に設け、このパイロット流路にはパイロット圧を検出する圧力センサーを設けるとともに、上記回路系統に設けたパイロット流路をメインポンプのレギュレータに接続している。 In the apparatus according to the first aspect of the present invention, a circuit system comprising a plurality of operation valves is connected to a variable capacity main pump. The main pump is provided with a regulator for controlling the tilt angle. A pilot flow path for guiding a pilot pressure generated when any one of the operation valves is switched is provided in the circuit system, and a pressure sensor for detecting the pilot pressure is provided in the pilot flow path. Is connected to the regulator of the main pump.
また、上記メインポンプの吐出側に、電動モータの出力で駆動する可変容量型のサブポンプを接続するとともに、このサブポンプにはその傾転角を制御する傾角制御器を設けている。さらに、上記サブポンプの傾角制御器を制御するコントローラを設けるとともに、このコントローラには上記圧力センサーを接続し、この圧力センサーからの圧力信号に応じて、上記コントローラが上記サブポンプの傾転角を制御する構成にしている。 In addition, a variable displacement sub pump driven by the output of the electric motor is connected to the discharge side of the main pump, and the sub pump is provided with an inclination controller for controlling the inclination angle thereof. Furthermore, a controller for controlling the tilt angle controller of the sub pump is provided, and the pressure sensor is connected to the controller, and the controller controls the tilt angle of the sub pump according to a pressure signal from the pressure sensor. It has a configuration.
上記のようにしたコントローラは、上記メインポンプの出力を検出する機能と、このメインポンプの出力に応じてあらかじめ記憶されたテーブルに基づいて上記電動モータの出力を制御する機能とを備えている。 The controller configured as described above has a function of detecting the output of the main pump and a function of controlling the output of the electric motor based on a table stored in advance according to the output of the main pump.
第２の発明の装置は、上記コントローラが、上記テーブルに基づいて出力された出力制御値をフィルタリングし、このフィルタリングされた出力制御値で上記電動モータを制御する。
第３の発明の装置は、上記コントローラがメインポンプの出力に応じて重作業状態かあるいは軽作業状態かを判定する機能を備えるとともに、コントローラにあらかじめ記憶された上記テーブルは、重作業状態から軽作業状態に応じた出力制御値を保持し、コントローラは重作業から軽作業に応じた上記出力制御値に基づいて上記電動モータを制御する。
In the apparatus of the second invention, the controller filters the output control value output based on the table, and controls the electric motor with the filtered output control value.
The apparatus of the third invention has a function of determining whether the controller is in a heavy work state or a light work state according to the output of the main pump, and the table stored in advance in the controller is light from the heavy work state. An output control value corresponding to the work state is held, and the controller controls the electric motor based on the output control value corresponding to heavy work to light work.
この発明の装置によれば、例えば、軽作業あるいは重作業などの作業状態に対応して、電動モータのアシスト力を制御できるので、軽作業時に必要以上のアシスト力を発揮することがなくなり、その分、バッテリー消費が少なくなる。
軽作業時に電動モータの出力を相対的に小さくできるので、バッテリーの寿命を延ばすこともできるし、消費電力を小さくした分、バッテリーを小型化することもできる。
According to the apparatus of the present invention, for example, the assist force of the electric motor can be controlled in response to a work state such as a light work or a heavy work. Min, battery consumption is reduced.
Since the output of the electric motor can be relatively reduced during light work, the life of the battery can be extended, and the battery can be reduced in size by reducing the power consumption.
図１に示した実施形態は、パワーショベルの制御装置で、可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を備えるとともに、第１メインポンプＭＰ１には第１回路系統を接続し、第２メインポンプＭＰ２には第２回路系統を接続している。
上記第１回路系統には、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する旋回モータ用の操作弁１、図示していないアームシリンダを制御するアーム１速用の操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁３、図示していない予備用アタッチメントを制御する予備用の操作弁４および図示していない左走行用モータを制御する左走行モータ用の操作弁５を接続している。
The embodiment shown in FIG. 1 is a control device for a power shovel and includes variable capacity type first and second main pumps MP1 and MP2, and a first circuit system is connected to the first main pump MP1, and a second A second circuit system is connected to the main pump MP2.
The first circuit system includes, in order from the upstream side, an operation valve 1 for a swing motor that controls the swing motor RM, an
上記各操作弁１〜５のそれぞれは、中立流路６およびパラレル通路７を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。
上記中立流路６であって、左走行モータ用の操作弁５の下流側にはパイロット圧生成機構８を設けている。このパイロット圧生成機構８はそこを流れる流量が多ければ高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成するものである。
また、上記中立流路６は、上記操作弁１〜５のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第１メインポンプＭＰ１から吐出された流体の全部または一部をタンクＴに導くが、このときにはパイロット圧生成機構８を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。
一方、上記操作弁１〜５がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路６が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、パイロット圧生成機構８を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作弁１〜５の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路６からタンクＴに導かれることになるので、パイロット圧生成機構８は、中立流路６に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、パイロット圧生成機構８は、操作弁１〜５の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。
Each of the operation valves 1 to 5 is connected to the first main pump MP1 via the
A pilot
The
On the other hand, when the operation valves 1 to 5 are switched in a full stroke state, the
However, depending on the operation amount of the operation valves 1 to 5, a part of the pump discharge amount is guided to the actuator and a part is guided to the tank T from the
そして、上記パイロット圧生成機構８にはパイロット流路９を接続するとともに、このパイロット流路９を、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１０に接続している。このレギュレータ１０は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作弁１〜５をフルストロークして中立流路６の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構８が発生するパイロット圧がゼロになったときに第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路９には第１圧力センサー１１を接続するとともに、この第１圧力センサー１１で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
A pilot flow path 9 is connected to the pilot
A
一方、上記第２回路系統には、その上流側から順に、図示していない右走行用モータを制御する右走行モータ用の操作弁１２、図示していないバケットシリンダを制御するバケット用の操作弁１３、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作弁１４および図示していないアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１５を接続している。なお、上記ブーム１速用の操作弁１４には、その操作方向および操作量を検出するセンサー１４ａを設けている。
On the other hand, the second circuit system includes, in order from the upstream side thereof, a right travel motor operation valve 12 for controlling a right travel motor (not shown) and a bucket operation valve for controlling a bucket cylinder (not shown). 13. A boom first
上記各操作弁１２〜１５は、中立流路１６を介して第２メインポンプＭＰ２に接続するとともに、バケット用の操作弁１３およびブーム１速用の操作弁１４はパラレル通路１７を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
上記中立流路１６であって、アーム２速用の操作弁１５の下流側にはパイロット圧生成機構１８を設けているが、このパイロット圧生成機構１８は、先に説明したパイロット圧生成機構８と全く同様に機能するものである。
The operation valves 12 to 15 are connected to the second main pump MP2 through the
A pilot
そして、上記パイロット圧生成機構１８にはパイロット流路１９を接続するとともに、このパイロット流路１９を、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２０に接続している。このレギュレータ２０は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作弁１２〜１５をフルストロークして中立流路１６の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１８が発生するパイロット圧がゼロになったとき、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路１９には第２圧力センサー２１を接続するとともに、この第２圧力センサー２１で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
A
The
上記のようにした第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は、一つのエンジンＥの駆動力で同軸回転するものである。このエンジンＥにはジェネレータ２２を設け、エンジンＥの余剰出力でジェネレータ２２を回して発電できるようにしている。そして、ジェネレータ２２が発電した電力は、バッテリーチャージャー２３を介してバッテリー２４に充電される。
なお、上記バッテリーチャージャー２３は、通常の家庭用の電源２５に接続した場合にも、バッテリー２４に電力を充電できるようにしている。つまり、このバッテリーチャージャー２３は、当該装置とは別の独立系電源にも接続可能にしたものである。
The first and second main pumps MP1 and MP2 configured as described above rotate coaxially with the driving force of one engine E. The engine E is provided with a generator 22 so that the generator 22 can be powered by the surplus output of the engine E. The electric power generated by the generator 22 is charged to the
The
また、第１回路系統に接続した旋回モータ用の操作弁１のアクチュエータポートには、旋回モータＲＭに連通する通路２６，２７を接続するとともに、両通路２６，２７のそれぞれにはブレーキ弁２８，２９を接続している。そして、旋回モータ用の操作弁１を図示の中立位置に保っているときには、上記アクチュエータポートが閉じられて旋回モータＲＭは停止状態を維持する。
上記の状態から旋回モータ用の操作弁１を例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２７がタンクＴに連通する。したがって、通路２６から圧力流体が供給されて旋回モータＲＭが回転するとともに、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路２７を介してタンクＴに戻される。
旋回モータ用の操作弁１を上記とは逆に左側位置に切り換えると、今度は、通路２７にポンプ吐出流体が供給され、通路２６がタンクＴに連通し、旋回モータＲＭは逆転することになる。
Further,
When the operation valve 1 for the swing motor is switched from the above state to, for example, the right side position in the drawing, one
When the operation valve 1 for the swing motor is switched to the left position, the pump discharge fluid is supplied to the
上記のように旋回モータＲＭを駆動しているときには、上記ブレーキ弁２８あるいは２９がリリーフ弁の機能を発揮し、通路２６，２７が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁２８，２９が開弁して高圧側の流体を低圧側に導く。また、旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ用の操作弁１を中立位置に戻せば、当該操作弁１のアクチュエータポートが閉じられる。このように操作弁１のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続けるが、旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することによって、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、通路２６，２７、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁２８あるいは２９で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁２８あるいは２９によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。
When the swing motor RM is driven as described above, the
一方、ブーム１速用の操作弁１４を中立位置から図面右側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３０を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３１に供給されるとともに、そのロッド側室３２からの戻り流体は通路３３を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長することになる。
反対に、ブーム１速用の操作弁１４を図面左方向に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３３を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３２に供給されるとともに、そのピストン側室３１からの戻り流体は通路３０を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮することになる。なお、ブーム２速用の操作弁３は、上記ブーム１速用の操作弁１４と連動して切り換るものである。
上記のようにしたブームシリンダＢＣのピストン側室３１とブーム１速用の操作弁１４とを結ぶ通路３０には、コントローラＣで開度が制御される比例電磁弁３４を設けている。なお、この比例電磁弁３４はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。
On the other hand, when the
On the contrary, when the
A proportional
次に、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力をアシストする可変容量型のサブポンプＳＰについて説明する。
上記可変容量型のサブポンプＳＰは、発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力で回転するが、この電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量型のアシストモータＡＭも同軸回転する構成にしている。そして、上記電動モータＭＧにはインバータＩを接続するとともに、このインバータＩをコントローラＣに接続し、このコントローラＣで電動モータＭＧの回転数等を制御できるようにしている。
また、上記のようにしたサブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角は傾角制御器３５，３６で制御されるが、この傾角制御器３５，３６は、コントローラＣの出力信号で制御されるものである。
Next, the variable displacement sub pump SP that assists the outputs of the first and second main pumps MP1 and MP2 will be described.
The variable displacement sub-pump SP is rotated by the driving force of the electric motor MG that also serves as a generator, and the variable displacement assist motor AM is also rotated coaxially by the driving force of the electric motor MG. An inverter I is connected to the electric motor MG, and the inverter I is connected to a controller C so that the controller C can control the rotational speed of the electric motor MG.
The tilt angles of the sub-pump SP and the assist motor AM as described above are controlled by
上記サブポンプＳＰには吐出通路３７を接続しているが、この吐出通路３７は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路３８と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路３９とに分岐するとともに、これら第１，２合流通路３８，３９のそれぞれには、コントローラＣの出力信号で開度が制御される第１，２比例電磁絞り弁４０，４１を設けている。
A
一方、アシストモータＡＭには接続用通路４２を接続しているが、この接続用通路４２は、合流通路４３およびチェック弁４４，４５を介して、旋回モータＲＭに接続した通路２６，２７に接続している。しかも、上記合流通路４３にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁４６を設けるとともに、この電磁切換弁４６とチェック弁４４，４５との間に、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー４７を設け、この圧力センサー４７の圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
On the other hand, a
また、合流通路４３であって、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して、上記電磁切換弁４６よりも下流側となる位置には、安全弁４８を設けているが、この安全弁４８は、例えば電磁切換弁４６など、接続用通路４２、合流通路４３などに故障が生じたとき、通路２６，２７の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
さらに、上記ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁３４との間には、接続用通路４２に連通する通路４９を設けるとともに、この通路４９にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁５０を設けている。
In addition, a
Further, a
また、この実施形態では、第１，２圧力センサー１１，２１の圧力信号に応じてサブポンプＳＰのアシスト流量を予め設定しておき、その中で、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、アシストモータＡＭの傾転角、電動モータＭＧの回転数などをどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実施するようにしている。
In this embodiment, the assist flow rate of the sub pump SP is set in advance according to the pressure signals of the first and
ただし、この実施形態のコントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力を検出し、その出力状態から軽作業状態で操作されているのか、あるいは重作業状態で操作されているのかを推定できるようにしている。
すなわち、コントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出圧とその吐出流量からその出力を推定するようにしている。なお、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量は、それを図示していない流量検出器で直接計測してもよいが、当該第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の１回転当たりの押し除け容積と、そのときの回転数から推測してもよい。
However, the controller C of this embodiment detects the output of the first and second main pumps MP1 and MP2, and determines whether it is operated in the light work state or the heavy work state from the output state. It is possible to estimate.
That is, the controller C estimates the output from the discharge pressure and the discharge flow rate of the first and second main pumps MP1, MP2. The discharge amount of the first and second main pumps MP1 and MP2 may be directly measured by a flow rate detector (not shown). You may presume from a removal volume and the rotation speed at that time.
さらに、上記コントローラＣには、図２に示すテーブルがあらかじめ記憶されている。このテーブルは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力に対応するアシスト修正係数のデータである。そして、このアシスト修正係数は、重作業状態のときを１とし、軽作業状態のときを１以下としている。 Further, the table shown in FIG. 2 is stored in the controller C in advance. This table is data of assist correction coefficients corresponding to the outputs of the first and second main pumps MP1 and MP2. The assist correction coefficient is set to 1 when in a heavy work state and 1 or less when in a light work state.
したがって、コントローラＣは、先ず第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力を推定して、その値に応じたアシスト修正係数を特定し、そのアシスト修正係数をローパスフィルターでフィルタリングしてアシスト流量パワー修正指令値を演算するとともに、このアシスト流量パワー修正指令値に基づいてコントローラＣはサブポンプＳＰを駆動する電動モータＭＧの出力を制御する。
なお、掘削作業など、作業内容によって第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力が大きく変動するので、上記のようにローパスフィルターによって、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力変動を抑えて修正指令を出し、電動モータＭＧの急激な変化を抑えて制御できるようにしている。
Therefore, the controller C first estimates the outputs of the first and second main pumps MP1 and MP2, specifies the assist correction coefficient according to the value, and filters the assist correction coefficient with a low-pass filter to correct the assist flow power. While calculating the command value, the controller C controls the output of the electric motor MG that drives the sub pump SP based on the assist flow rate power correction command value.
Since the output of the first and second main pumps MP1 and MP2 varies greatly depending on the work content such as excavation work, correction is performed by suppressing the output fluctuation of the first and second main pumps MP1 and MP2 by the low pass filter as described above. A command is issued so as to control the electric motor MG while suppressing a sudden change.
上記のようにした実施形態において、第１回路系統の操作弁１〜５を中立位置に保っていれば、第１メインポンプＭＰ１から吐出する流体の全量が中立流路６およびパイロット圧生成機構８を経由してタンクＴに導かれる。このように第１メインポンプＭＰ１の吐出全量がパイロット圧生成機構８を流れるときには、そこで生成されるパイロット圧が高くなるとともに、パイロット流路９にも相対的に高いパイロット圧が導かれる。そして、パイロット流路９に導かれた高いパイロット圧の作用で、レギュレータ１０が動作し、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を最小に保つ。このときの高いパイロット圧の圧力信号は、第１圧力センサー１１からコントローラＣに入力される。
In the embodiment as described above, if the operation valves 1 to 5 of the first circuit system are maintained at the neutral position, the total amount of fluid discharged from the first main pump MP1 is the
また、第２回路系統の操作弁１２〜１５を中立位置に保っているときも、第１回路系統の場合と同様にパイロット圧生成機構１８が相対的に高いパイロット圧を生成するとともに、その高い圧力がレギュレータ２０に作用して、第２メインポンプＭＰ２の吐出量を最小に保つ。そして、このときの高いパイロット圧の圧力信号は、第２圧力センサー２１からコントローラＣに入力される。
Further, when the operation valves 12 to 15 of the second circuit system are kept at the neutral position, the pilot
上記第１，２圧力センサー１１，２１からコントローラＣに相対的に高い圧力信号が入力されると、コントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が最小吐出量を維持しているものと判定して傾角制御器３５，３６を制御し、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角をゼロもしくは最小にする。
なお、コントローラＣが、上記のように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小である旨の信号を受信したとき、コントローラＣが電動モータＭＧの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。
When a relatively high pressure signal is input from the first and
When the controller C receives a signal indicating that the discharge amounts of the first and second main pumps MP1 and MP2 are minimum as described above, the controller C may stop the rotation of the electric motor MG, The rotation may be continued.
電動モータＭＧの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、電動モータＭＧを回転し続けた場合には、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、当該サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建機の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。 When the rotation of the electric motor MG is stopped, there is an effect that power consumption can be saved. When the electric motor MG is continuously rotated, the sub pump SP and the assist motor AM are also continuously rotated. There is an effect that the shock at the start-up of the motor AM can be reduced. In any case, whether to stop the electric motor MG or continue to rotate may be determined in accordance with the use and usage status of the construction machine.
上記の状況で第１回路系統あるいは第２回路系統のいずれかの操作弁を切り換えれば、その操作量に応じて中立流路６あるいは１６を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構８あるいは１８で生成されるパイロット圧が低くなる。このようにパイロット圧が低くなれば、それにともなって第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。
If the operation valve of either the first circuit system or the second circuit system is switched in the above situation, the flow rate flowing through the
また、上記のように第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大するときには、コントローラＣは、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。つまり、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小のときに電動モータＭＧを停止した場合には、コントローラＣは、パイロット圧が低くなったことを検知して、電動モータＭＧを再起動させる。 Further, when increasing the discharge amount of the first main pump MP1 or the second main pump MP2 as described above, the controller C keeps the electric motor MG always rotated. That is, when the electric motor MG is stopped when the discharge amounts of the first and second main pumps MP1 and MP2 are minimum, the controller C detects that the pilot pressure has decreased and restarts the electric motor MG. Start.
このときコントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の合計出力を演算して、それが基準値よりも高いか低いかを判定する。軽作業基準値よりも低ければ、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が軽作業状態で駆動していると判定し、重作業基準値よりも高ければ、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が重作業状態で駆動していると判定し、軽作業と重作業の間は中間状態で駆動していると判定する。 At this time, the controller C calculates the total output of the first and second main pumps MP1 and MP2, and determines whether it is higher or lower than the reference value . If it is lower than the light work reference value, it is determined that the first and second main pumps MP1 and MP2 are driven in a light work state. If it is higher than the heavy work reference value, the first and second main pumps MP1 and MP2 are It is determined that the vehicle is driven in the heavy work state, and is determined to be driven in the intermediate state between the light work and the heavy work.
そして、コントローラＣは、それぞれの作業状態に応じたアシスト流量パワー修正指令値を演算するとともに、そのアシスト流量パワー修正指令値に基づいて電動モータＭＧの出力を制御する。
したがって、コントローラＣは、重作業において電動モータＭＧの指令に修正係数＝１を乗じて駆動し、軽作業では重作業のときよりも小さいあらかじめ設定した修正係数を乗じて、更に軽作業と重作業の中間域では上記あらかじめ設定した小さい修正係数〜修正係数＝１の間の修正係数を乗じて電動モータＭＧを駆動する。
Then, the controller C calculates an assist flow power correction command value corresponding to each work state, and controls the output of the electric motor MG based on the assist flow power correction command value.
Therefore, the controller C is driven by multiplying the command of the electric motor MG by the correction coefficient = 1 in heavy work, and is multiplied by a preset correction coefficient smaller than that in heavy work , and further light work and heavy work. In the intermediate region, the electric motor MG is driven by multiplying by a correction coefficient between the previously set small correction coefficient to correction coefficient = 1.
また、コントローラＣは、第１，２圧力センサー１１，２１の圧力信号に応じて、第１，２比例電磁絞り弁４０，４１の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１，２回路系統に供給する。
上記のように２つの第１，２圧力センサー１１，２１の圧力信号だけで、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角および第１，２比例電磁絞り弁４０，４１の開度を制御できるので、圧力センサーの数を少なくできる。
Further, the controller C controls the opening degree of the first and second proportional
As described above, the controller C can control the tilt angle of the sub pump SP and the opening degrees of the first and second proportional
一方、上記第１回路系統に接続した旋回モータＲＭを駆動するために、旋回モータ用の操作弁１を左右いずれか、例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に連通し、他方の通路２７がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧はブレーキ弁２８の設定圧に保たれる。また、上記操作弁１を図面左方向に切り換えれば、上記他方の通路２７が第１メインポンプＭＰ１に連通し、上記一方の通路２６がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧もブレーキ弁２９の設定圧に保たれる。
また、旋回モータＲＭが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁１を中立位置に切り換えると、前記したように通路２６，２７間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁２８あるいは２９が当該閉回路のブレーキ圧を維持して、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。
On the other hand, in order to drive the turning motor RM connected to the first circuit system, when the operation valve 1 for the turning motor is switched to either the left or right, for example, the right side of the drawing, one
Further, when the swing motor operating valve 1 is switched to the neutral position while the swing motor RM is turning, a closed circuit is formed between the
そして、圧力センサー４７は上記旋回圧あるいはブレーキ圧を検出するとともに、その圧力信号をコントローラＣに入力する。コントローラＣは、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁２８，２９の設定圧よりも低い圧力を検出したとき、電磁切換弁４６を閉位置から開位置に切り換える。このように電磁切換弁４６が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧力流体は、合流通路４３に流れるとともに安全弁４８および接続用通路４２を経由してアシストモータＡＭに供給される。
このときコントローラＣは、圧力センサー４７からの圧力信号に応じて、アシストモータＡＭの傾転角を制御するが、それは次のとおりである。
The
At this time, the controller C controls the tilt angle of the assist motor AM in accordance with the pressure signal from the
すなわち、通路２６あるいは２７の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータＲＭを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできなくなる。
そこで、上記通路２６あるいは２７の圧力を、上記旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、コントローラＣはアシストモータＡＭの傾転角を制御しながら、この旋回モータＲＭの負荷を制御するようにしている。つまり、コントローラＣは、圧力センサー４７で検出される圧力が上記旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。
That is, unless the pressure in the
Therefore, in order to keep the pressure in the
上記のようにしてアシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできるが、このときには、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮させる。
If the assist motor AM obtains a rotational force as described above, the rotational force acts on the electric motor MG that rotates coaxially. The rotational force of the assist motor AM acts as an assist force on the electric motor MG. . Therefore, the power consumption of the electric motor MG can be reduced by the amount of the rotational force of the assist motor AM.
Further, the rotational force of the sub pump SP can be assisted by the rotational force of the assist motor AM. At this time, the assist motor AM and the sub pump SP are combined to exert a pressure conversion function.
つまり、接続用通路４２に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも必ず低い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰとによって増圧機能を発揮させるようにしている。
すなわち、上記アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とそのときの圧力Ｐ１の積で決まる。また、サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２の積で決まる。そして、この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ１を上記サブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。
したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、上記押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。言い換えると、旋回モータＲＭからの流体圧を増圧してサブポンプＳＰから吐出させることができる。
That is, the fluid pressure flowing into the
That is, the output of the assist motor AM is determined displacement volume to Q 1 per rotation and the product of pressure P 1 at that time. The output of the sub pump SP is determined by the product of the displacement volume Q 2 per revolution and the discharge pressure P 2 . In this embodiment, since the assist motor AM and the sub pump SP rotate coaxially, Q 1 × P 1 = Q 2 × P 2 must be satisfied. Therefore, for example, if the displacement volume to Q 1 assist motor AM was tripled i.e. Q 1 = 3Q 2 volume Q 2 displacement of the sub pump SP, this equation does 3Q 2 × P 1 = Q 2 × the P 2. If both sides are divided by Q 2 from this equation, 3P 1 = P 2 holds.
Therefore, by changing the tilt angle of the sub pump SP, by controlling the displacement volume Q 2, the output of the assist motor AM, it is possible to maintain the predetermined discharge pressure sub pump SP. In other words, the fluid pressure from the turning motor RM can be increased and discharged from the sub pump SP.
ただし、アシストモータＡＭの傾転角は、上記したように通路２６，２７の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つように制御される。したがって、旋回モータＲＭからの流体を利用する場合には、アシストモータＡＭの傾転角は必然的に決められることになる。このようにアシストモータＡＭの傾転角が決められた中で、上記した圧力変換機能を発揮させるためには、サブポンプＳＰの傾転角を制御することになる。
However, the tilt angle of the assist motor AM is controlled so as to keep the pressure in the
なお、上記接続用通路４２、合流通路４３などの圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなったときには、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいてコントローラＣは、電磁切換弁４６を閉じて、旋回モータＲＭに影響を及ぼさないようにする。
また、接続用通路４２に流体の漏れが生じたときには、安全弁４８が機能して通路２６，２７の圧力が必要以上に低くならないようにして、旋回モータＲＭの逸走を防止する。
When the pressure in the connecting
When fluid leaks in the connecting
次に、ブーム１速用の操作弁１４およびそれに連動して第１回路系統のブーム２速用の操作弁３を切り換えて、ブームシリンダＢＣを制御する場合について説明する。
ブームシリンダＢＣを作動させるために、ブーム１速用の操作弁１４およびそれに連動する操作弁３を切り換えると、センサー１４ａによって、上記操作弁１４の操作方向とその操作量が検出されるとともに、その操作信号がコントローラＣに入力される。
Next, a case where the boom cylinder BC is controlled by switching the boom first
When the
上記センサー１４ａの操作信号に応じて、コントローラＣは、オペレータがブームシリンダＢＣを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダＢＣを上昇させるための信号がコントローラＣに入力すれば、コントローラＣは比例電磁弁３４をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁３４を全開位置に保つ。このときには、サブポンプＳＰから所定の吐出量が確保されるように、コントローラＣは、電磁開閉弁５０を図示の閉位置に保つとともに、電動モータＭＧの回転数やサブポンプＳＰの傾転角を制御する。
In response to the operation signal from the
一方、ブームシリンダＢＣを下降させる信号が上記センサー１４ａからコントローラＣに入力すると、コントローラＣは、操作弁１４の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算するとともに、比例電磁弁３４を閉じて、電磁開閉弁５０を開位置に切り換える。
On the other hand, when a signal for lowering the boom cylinder BC is input from the
上記のように比例電磁弁３４を閉じて電磁開閉弁５０を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り流体の全量がアシストモータＡＭに供給される。しかし、アシストモータＡＭで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダＢＣはオペレータが求めた下降速度を維持できない。このようなときには、コントローラＣは、上記操作弁１４の操作量、アシストモータＡＭの傾転角や電動モータＭＧの回転数などをもとにして、アシストモータＡＭが消費する流量以上の流量をタンクＴに戻すように比例電磁弁３４の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの下降速度を維持する。
If the
一方、アシストモータＡＭに流体が供給されると、アシストモータＡＭが回転するとともに、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、消費電力を少なくすることができる。
一方、電動モータＭＧに対して電力を供給せず、上記アシストモータＡＭの回転力だけで、サブポンプＳＰを回転させることもできるが、このときには、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰが、上記したのと同様にして圧力変換機能を発揮する。
On the other hand, when fluid is supplied to the assist motor AM, the assist motor AM rotates and its rotational force acts on the coaxially rotating electric motor MG. The rotational force of the assist motor AM is applied to the electric motor MG. Acts as an assist force. Therefore, power consumption can be reduced by the amount of rotational force of the assist motor AM.
On the other hand, the sub pump SP can be rotated only by the rotational force of the assist motor AM without supplying electric power to the electric motor MG. At this time, the assist motor AM and the sub pump SP are the same as described above. The pressure conversion function is demonstrated.
次に、旋回モータＲＭの旋回作動とブームシリンダＢＣの下降作動とを同時に行う場合について説明する。
上記のように旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させるときには、旋回モータＲＭからの流体と、ブームシリンダＢＣからの戻り流体とが、接続用通路４２で合流してアシストモータＡＭに供給される。
Next, the case where the turning operation of the turning motor RM and the lowering operation of the boom cylinder BC are simultaneously performed will be described.
When the boom cylinder BC is lowered while turning the turning motor RM as described above, the fluid from the turning motor RM and the return fluid from the boom cylinder BC merge in the
このとき、接続用通路４２の圧力が上昇すれば、それにともなって合流通路４３側の圧力も上昇するが、その圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁４４，４５があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。
また、前記したように接続用通路４２側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、コントローラＣは、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて電磁切換弁４６を閉じる。
At this time, if the pressure in the connecting
If the pressure on the
したがって、旋回モータＲＭの旋回動作とブームシリンダＢＣの下降動作とを上記のように同時に行うときには、上記旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣの必要下降速度を基準にしてアシストモータＡＭの傾転角を決めればよい。
いずれにしても、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰの出力をアシストできるとともに、サブポンプＳＰから吐出された流量を、第１，２比例電磁絞り弁４０，４１で按分して、第１，２回路系統に供給することができる。
Therefore, when the turning operation of the turning motor RM and the lowering operation of the boom cylinder BC are simultaneously performed as described above, the assist motor AM is operated on the basis of the required lowering speed of the boom cylinder BC regardless of the turning pressure or the brake pressure. The tilt angle can be determined.
In any case, the output of the sub-pump SP can be assisted by the output of the assist motor AM, and the flow rate discharged from the sub-pump SP is apportioned by the first and second proportional
一方、アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用するときには、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。 On the other hand, when the electric motor MG is used as a generator with the assist motor AM as a drive source, the tilt angle of the sub-pump SP is set to zero and the load is almost unloaded, and the assist motor AM is rotated to rotate the electric motor MG. If the necessary output is maintained, the electric motor MG can exhibit the power generation function using the output of the assist motor AM.
また、この実施形態では、エンジンＥの出力を利用してジェネレータ２２で発電したり、アシストモータＡＭを利用して電動モータＭＧに発電させたりすることができる。そして、このように発電した電力をバッテリー２４に蓄電するが、この実施形態では家庭用の電源２５を利用してバッテリー２４に蓄電できるようにしているので、電動モータＭＧの電力を多岐にわたって調達することができる。
In this embodiment, the output of the engine E can be used to generate power with the generator 22, or the assist motor AM can be used to generate power with the electric motor MG. The power generated in this manner is stored in the
一方、この実施形態では、旋回モータＲＭやブームシリンダＢＣからの流体を利用してアシストモータＡＭを回転させるとともに、このアシストモータＡＭの出力でサブポンプＳＰや電動モータＭＧをアシストできるので、回生動力を利用するまでの間のエネルギーロスを最小限に抑えることができる。 On the other hand, in this embodiment, the assist motor AM is rotated using the fluid from the turning motor RM and the boom cylinder BC, and the sub pump SP and the electric motor MG can be assisted by the output of the assist motor AM. Energy loss until use can be minimized.
しかも、上記したように、軽作業状態から重作業状態に応じて電動モータＭＧの出力を制御できるので、特に、地ならしなどの軽作業では、電動モータＭＧの出力を相対的に小さくできる。したがって、バッテリー消費が小さくなるとともに、消費電力が少なくなった分、バッテリーの寿命を延ばすことができる。
場合によっては、搭載するバッテリーの蓄電容量を小さくし、当該バッテリーを小型化することもできる。
In addition, as described above, since the output of the electric motor MG can be controlled in accordance with the heavy work state from the light work state, the output of the electric motor MG can be relatively reduced particularly in light work such as ground leveling. Therefore, the battery life is reduced, and the life of the battery can be extended by the amount of the reduced power consumption.
In some cases, the storage capacity of a battery to be mounted can be reduced, and the battery can be downsized.
パワーショベルなどのハイブリッド建設機械に最適である。 Ideal for hybrid construction machines such as power shovels.
ＭＰ１ 第１メインポンプ
ＭＰ２ 第２メインポンプ
１〜５ 操作弁
１２〜１５ 操作弁
８，１８ パイロット圧生成機構
９，１９ パイロット流路
１０，２０ レギュレータ
１１、２１ 第１，２圧力センサー
ＳＰ サブポンプ
ＭＧ 発電機兼用の電動モータ
MP1 First main pump MP2 Second main pump 1-5 Operation valve 12-15
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