JP2001016704A

JP2001016704A - 油圧駆動装置

Info

Publication number: JP2001016704A
Application number: JP11181173A
Authority: JP
Inventors: Masami Hideura; 雅美秀浦; Etsujiro Imanishi; 悦二郎今西
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2019-06-28
Also published as: JP3647319B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アームやブームの良好な操作性を確保しつつ
比較的エネルギー効率の高い油圧駆動装置を得る。【解決手段】油圧ポンプ２０にはコントロールバルブ
２１を介してアームシリンダ２２およびブームシリンダ
２３を接続し、発電機１１にはインバータを介してバケ
ット用電動機３３などを接続する。油圧ポンプ２０側の
低負荷時には、発電機１１で発電した電気エネルギーを
バッテリ３２に蓄える。油圧ポンプ２０側の高負荷時に
は、バッテリ３２に蓄えられた電気エネルギーで発電機
１１を電動機として駆動し、そのトルクを油圧ポンプ２
０に与える。これにより、アームおよびブームの良好な
操作性が確保されるとともに省エネルギーを図ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧駆動装置に関
し、特に省エネルギーを図ることができるとともに優れ
た操作性の実現を可能とした建設機械などの油圧駆動装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、油圧ショベル、ホイールローダな
どの建設機器やフォークリフトなどの油圧作業機を含む
油圧駆動装置として、エンジンの負担や燃料消費率低減
などのために動力源としてエンジンのほかに発電機をも
備えるようにした、所謂ハイブリッド型のものの開発が
進められている。

【０００３】ハイブリッド型の油圧駆動装置として、実
開平５−４８５０１号公報には、低負荷運転時に発電機
で発生した電気エネルギーをバッテリに蓄積し、高負荷
運転時にその電気エネルギーを取り出してエンジンの負
担を軽減するようにした装置が記載されている。また、
特開平８−６０７０５号公報には、エンジンによって直
接駆動される油圧ポンプと、発電機および蓄電池に接続
されたモータによって駆動される油圧ポンプとによって
油圧シリンダを駆動するようにした建設機械の出力支援
装置が記載されている。また、特開平１０−１０３１１
２号公報には、エンジンに接続された油圧ポンプによっ
て駆動される油圧アクチュエータのほかに、蓄圧手段に
接続された旋回ポンプモータによって駆動される旋回系
を具備した油圧駆動装置が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した公報の技術に
よると、油圧駆動装置の駆動部分であるアクチュエータ
がエンジンや蓄圧手段に直結された油圧ポンプによって
駆動されることになる。そのため、油圧ショベルのアー
ムやブームを動かす場合には、操作レバーの動きに追従
した滑らかな動作を実現することができる。しかしなが
ら、その一方で、アクチュエータを駆動するのにエンジ
ンなどに直結された油圧ポンプを用いることによりエネ
ルギー効率が低くなってしまうという問題があり、上記
公報の技術によると、油圧駆動装置の動作部の操作性と
比較的高いエネルギー効率との両方を満足させることが
できなかった。

【０００５】そこで、本発明の主な目的は、動作部の良
好な操作性を確保しつつ比較的エネルギー効率の高い油
圧駆動装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の油圧駆動装置は、エンジンと、前記エン
ジンによって駆動される第１の油圧ポンプと、コントロ
ールバルブを介して前記第１の油圧ポンプに接続された
第１の油圧アクチュエータと、電気エネルギーを蓄える
ための蓄電手段と、前記エンジンから受け取った機械エ
ネルギーを電気エネルギーに変換して前記蓄電手段に供
給する動作と、前記蓄電手段から受け取った電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換して前記第１の油圧ポンプ
に供給する動作とを選択的に行なうことが可能であるエ
ネルギー変換手段と、前記エネルギー変換手段および前
記蓄電手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギ
ーの供給を受けて動作部の駆動源となる第１の電動機と
を備えていることを特徴とするものである。

【０００７】請求項１の油圧駆動装置によると、エンジ
ンによって駆動される第１の油圧ポンプがコントロール
バルブを介して第１の油圧アクチュエータに接続されて
いるので、操作レバーの動きに追従して滑らかに動作さ
せる必要のある例えば油圧ショベルのアームやブームな
どの動作部に対して良好な操作性を実現することが可能
である。

【０００８】また、エネルギー変換手段および蓄電手段
の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供給を
受ける第１の電動機が動作部の駆動源となるようにして
いるので、例えば油圧ショベルのバケットや旋回系、走
行系などの高い操作性を要求されない動作部の駆動源を
第１の電動機とすることにより、従来よりもエネルギー
効率を高めることができるようになる。

【０００９】すなわち、請求項１の油圧駆動装置では、
良好な操作性が要求される動作部を第１の油圧ポンプで
駆動し、良好な操作性があまり要求されない動作部の駆
動源を第１の電動機とすることにより、動作部の良好な
操作性を確保しつつ比較的高いエネルギー効率を実現す
ることが可能になっている。

【００１０】また、動作部が第１の油圧ポンプで駆動さ
れるものと第１の電動機で駆動されるものとに分けられ
るので、これらをそれぞれ比較的小型にして別々の場所
に分けて設置することができる。例えば、第１の油圧ポ
ンプを油圧駆動装置の主筐体内に配置するとともに第１
の電動機を対応した動作部近傍などに設置することで、
一個所に大きなスペースが必要となることがなく、小型
の油圧駆動装置を提供することができるようになる。

【００１１】さらに、エネルギー変換手段がエンジンか
ら受け取った機械エネルギーを電気エネルギーに変換し
て蓄電手段に供給する動作と、蓄電手段から受け取った
電気エネルギーを機械エネルギーに変換して第１の油圧
ポンプに供給する動作とを選択的に行なうことが可能で
あるので、第１の油圧ポンプ側の低負荷時にはエンジン
の余剰トルクを用いてエネルギー変換手段で発電を行っ
て蓄電手段に電気エネルギーを蓄え、第１の油圧ポンプ
側の高負荷時には蓄電手段に蓄えた電気エネルギーを動
力源にしてエネルギー変換手段がモータとして第１の油
圧ポンプのトルクアシストを行なうようにすることで、
エンジンの負担を平滑化して軽減することが可能であ
る。そのため、エンジンは平均的な出力を分担できる程
度の大きさのものでよく、最大出力に対応した大型のも
のである必要がなくなって、エンジンサイズを小さくす
ることができて排ガスおよび騒音の削減とともに省エネ
ルギーが図れる。

【００１２】また、請求項２の油圧駆動装置は、前記第
１の電動機の回生制御によって発生する電気エネルギー
が前記蓄電手段に蓄えられるようにしたことを特徴とす
るものである。

【００１３】請求項２によると、第１の電動機の回生制
御によって発生する電気エネルギーが蓄電手段に蓄えら
れることにより、エネルギー効率をより一層高めること
ができるようになる。

【００１４】また、請求項３の油圧駆動装置は、前記第
１の電動機によって駆動される第２の油圧ポンプと、前
記第２の油圧ポンプによって駆動される第２の油圧アク
チュエータとをさらに備えていることを特徴とするもの
である。

【００１５】請求項３によると、第１の電動機によって
駆動される第２の油圧ポンプによって第２の油圧アクチ
ュエータを駆動するようにしたので、動作部を直線運動
させる必要がある場合に大きな推力を与えることがで
き、しかもラック・ピニオンなどで回転運動を直線運動
に変換するよりも構造が簡単である。

【００１６】また、請求項４の油圧駆動装置は、前記第
１の電動機と前記第２の油圧ポンプと前記第２の油圧ア
クチュエータとが一体に構成されていることを特徴とす
るものである。

【００１７】請求項４によると、第１の電動機と第２の
油圧ポンプと第２の油圧アクチュエータとが一体に構成
されていることにより、これらの小型軽量化を図ること
ができるとともに、第２の油圧アクチュエータを動作さ
せる必要がない場合には対応する第１の電動機および第
２の油圧ポンプを停止することによりて余剰な圧油が廃
棄されないようにすることができる。従って、エネルギ
ー効率をより一層高めることができるようになる。ま
た、第２の油圧ポンプと第２の油圧アクチュエータとを
結ぶ配管を施すことが不要になって、構造が簡単になる
とともに油漏れなどが起こる確率を低下させることがで
きる。

【００１８】また、請求項５の油圧駆動装置は、前記エ
ネルギー変換手段および前記蓄電手段の少なくともいず
れか一方から電気エネルギーの供給を受ける第２の電動
機と、前記第２の電動機によって駆動される第３の油圧
ポンプとをさらに備えており、前記第３の油圧ポンプか
らの圧油が、前記第１の油圧ポンプと前記コントロール
バルブとの間に供給されるように構成したことを特徴と
するものである。

【００１９】請求項５によると、第３の油圧ポンプから
の圧油が第１の油圧ポンプとコントロールバルブとの間
に供給されることにより、この部分の圧油の圧力を一定
に保つことができるので、第１の油圧アクチュエータに
対する負荷によって操作レバーの動作開始位置が異なる
ということがなくなり、常に一定の操作レバー位置から
第１のアクチュエータが動き始めるようになって操作性
が向上する。また、第１の油圧アクチュエータに対する
負荷の変動を単にエネルギー変換手段によるトルクアシ
ストで補償するよりも、確実に少ない損失で操作レバー
の動作開始位置を一定に保つことが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。

【００２１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
油圧駆動装置であるショベルの概略構成を示す模式図で
ある。図１において、ショベル１は、下部走行体２と、
上部旋回体３と、掘削アタッチメント４とから構成され
ている。

【００２２】下部走行体２は、左右のクローラフレーム
５およびクローラ６（いずれも片側のみ図示）と、クロ
ーラ６を回転駆動する左右の走行用電動機３８および走
行減速機３９（いずれも片側のみ図示）とを有してい
る。走行減速機３９は、走行用電動機３８の回転を減速
して走行機構に伝える。

【００２３】上部旋回体３は、旋回フレーム８、キャビ
ン９などから成っている。旋回フレーム８には、動力源
としてのエンジン１０と、エンジン１０によって駆動さ
れる発電機１１および油圧ポンプ２０と、バッテリ３２
と、作動油タンク１４と、コントロールバルブ２１と、
上部旋回体３を回転させるための旋回用電動機３６と、
旋回用電動機３６の回転を減速して旋回機構（旋回歯
車）に伝える旋回減速機３７とが設置されている。この
ほか、上部旋回体３内には、インバータ３１（図２参
照）などを含む制御部（図示せず）が設けられている。

【００２４】掘削アタッチメント４は、ブーム１７と、
伸縮作動してブーム１７を起伏させるブームシリンダ２
３と、アーム１９と、アーム１９を回動させるアームシ
リンダ２２と、バケット２４と、バケット２４を回動さ
せるバケットシリンダ３５とを具備している。また、バ
ケットシリンダ３５には、バケット用電動機３３および
これによって駆動されるバケット用油圧ポンプ（以下、
「バケットポンプ」という）３４が取り付けられてい
る。バケット用電動機３３とバケットポンプ３４とバケ
ットシリンダ３５は、後述するように一体化されたもの
が用いられている。

【００２５】次に、ショベル１の駆動系について、図２
に基づいて説明する。図２は、ショベル１の駆動系を概
略的に示すブロック図である。図２に示すように、発電
機１１および油圧ポンプ２０はともにエンジン１０の出
力軸に取り付けられている。そして、油圧ポンプ２０か
らの圧油がコントロールバルブ２１を介してアームシリ
ンダ２２およびブームシリンダ２３にそれぞれ供給され
る。これにより、操作レバーを操作してコントロールバ
ルブ２１を制御することにより、アーム１９およびブー
ム１７を任意の速度で所定の位置に移動させることがで
きる。

【００２６】このように、本実施の形態のショベル１で
は、オペレータのレバー操作に滑らかに追従する優れた
操作性が要求されるアーム１９およびブーム１７を、電
動機などを介すことなく油圧ポンプ２０からの圧油によ
って駆動するようにしている。そのため、オペレータは
アーム１９およびブーム１７の微妙な動きを正確に操作
することが可能である。

【００２７】また、発電機１１は、油圧ポンプ２０側が
低負荷時には、発電手段としてエンジン１０の出力トル
クから交流電力を発生してインバータ３１に供給し、一
方で油圧ポンプ２０側が高負荷時には、電動機としてバ
ッテリ３２からの電気エネルギーをトルクに変換して油
圧ポンプ２０を駆動する。低負荷運転と高負荷運転の切
り換えは、油圧ポンプ２０の後段で測定した圧油の圧力
と流量との積に基づいて或いは手動により図示しない制
御部の制御によって行ってよい。

【００２８】発電機１１にはインバータ３１が接続され
ている。インバータ３１は、発電機１１で発生した交流
電力を直流電力に変換してバッテリ３２に蓄える通常充
電作用、インバータ３１に接続された電動機３３、３
６、３８の回生作用によって発生した交流電力を直流電
力に変換してバッテリ３２に蓄える回生充電作用の各作
用を行なう。

【００２９】また、インバータ３１は、バッテリ３２に
蓄えられた電気エネルギーを交流に変換して電動機３
３、３６、３８および／または発電機１１に供給する放
電作用、発電機１１からの交流電力を電動機３３、３
６、３８に供給する供給作用の各作用を行なう。これら
２つの作用を行う際、インバータ３１は交流電流の周波
数を制御部からの命令にしたがって任意の値に変更する
ことが可能であり、これによって電動機３３、３６、３
８の回転数を制御することができるようになっている。

【００３０】インバータ３１には３つの電動機３３、３
６、３８が接続されている。バケット用電動機３３は、
上述したようにバケットポンプ３４およびバケットシリ
ンダ３５とともに一体型アクチュエータとして構成され
ている。旋回用電動機３６および走行用電動機３８はそ
れぞれ旋回減速機３７および走行減速機３９に連結され
ている。これら３つの電動機３３、３６、３８は、オペ
レータの操作によって、それぞれのオンオフ、回転速度
および回転方向が制御される。

【００３１】このように、本実施の形態のショベル１で
は、オペレータのレバー操作に滑らかに追従する優れた
操作性があまり要求されないバケット２４、旋回機構お
よび走行機構を、電動機３３、３６、３８を介して駆動
するようにしている。そのため、エンジン１０の余剰ト
ルクを利用して蓄電されたバッテリ３２の電気エネルギ
ーを有効に用いることができて高いエネルギー効率でシ
ョベル１を動作させることができる。

【００３２】次に、ショベル１の動作について説明す
る。油圧ポンプ２０側が低負荷時には、エンジン１０が
運転されると発電機１１が発電作用を行い、発生した交
流電力がインバータ３１を介して電動機３３、３６、３
８に供給されることによりこれらの駆動が可能になる。
これとともに、エンジン１０によって油圧ポンプ２０が
駆動されるので、コントロールバルブ２１を操作するこ
とによりアームシリンダ２２およびブームシリンダ２３
を適宜動かすことが可能になる。

【００３３】電動機３３、３６、３８は、これらへの合
計負荷が小さいときには発電機１１からインバータ３７
経由で供給される交流電力によって駆動される。このと
き、発電機１１で発電された交流電力は、インバータ３
１において直流電力に変換されてバッテリ３２に蓄えら
れる。なお、例えばショベル１の走行時のようにアーム
シリンダ２２およびブームシリンダ２３を使用しておら
ず、バッテリ３２の蓄電力が十分であり且つ電動機３
３、３６、３８への合計負荷が小さいときには、エンジ
ン１０の出力を低下させ或いはエンジン１０を停止して
バッテリ３２だけから電動機３３、３６、３８に電力を
供給するようにしてもよい。これによって、エンジン１
０を無駄に動作させるのを防止して騒音および排ガスを
削減し、さらに燃料消費率を低減することができる。

【００３４】一方、電動機３３、３６、３８の合計負荷
が所定値よりも大きくなると、発電機１１で発電された
交流電力のバッテリ３２への蓄電は停止され、そして、
電動機３３、３６、３８の駆動エネルギーとして、発電
機１１から供給された電力だけではなく必要であればバ
ッテリ３２に蓄電された電力が併せて用いられる。

【００３５】このように、インバータ３１は電動機３
３、３６、３８の合計負荷が所定値よりも大きいかどう
かでその動作が切り換えられ、この切り換えは電動機３
３、３６、３８を流れる電流とその電圧の積に基づいて
或いは手動により制御部の制御により行われる。

【００３６】また、運転中、電動機３３、３６、３８を
その位置エネルギーおよび運動エネルギーを利用して発
電機として作用（回生作用）させ、これによって発生す
る回生電力をバッテリ３２に蓄えることができる。特
に、旋回用電動機３６は旋回加速時に大きな運動エネル
ギーを蓄えることができるので減速時におけるエネルギ
ーの回生効果が高い。

【００３７】次に、油圧ポンプ２０側が高負荷時には、
発電機１１は電動機として機能して、バッテリ３２を介
してインバータ３１から受け取った電気エネルギーをト
ルクに変換して油圧ポンプ２０を駆動する。つまり、油
圧ポンプ２０はエンジンの出力トルクによって駆動され
るのに加えて発電機１１からのトルクによっても駆動さ
れることになる。これによって、エンジン１０の出力が
比較的小さい場合であっても比較的大きな負荷にまで油
圧ポンプ２０が対応することができるようになる。

【００３８】このとき、発電機１１からインバータ３１
への電力供給はないので、電動機３３、３６、３８はバ
ッテリ３２から供給された電力によって駆動されること
になる。

【００３９】すなわち、本実施の形態のショベル１で
は、図３に示すように、エンジン１０の出力エネルギー
を一定にしておいて、油圧ポンプ２０および電動機３
３、３６、３８の合計負荷（作業エネルギー）がこの一
定値よりも小さいときにバッテリ３２が充電され、作業
エネルギーが一定値よりも大きいときにバッテリ３２が
放電されて油圧ポンプ２０および／または電動機３３、
３６、３８の駆動エネルギーとして用いられることにな
る。

【００４０】このように、本実施の形態のショベル１に
よると、エンジン１０によって駆動される油圧ポンプ２
０がコントロールバルブ２１を介して油圧アクチュエー
タであるアームシリンダ２２およびブームシリンダ２３
に接続されているので、操作レバーの動きに追従して滑
らかに動作させる必要のあるアーム１９およびブーム１
７に対して良好な操作性を実現することが可能である。
また、発電機１１および／またはバッテリ３２から電気
エネルギーの供給を受ける電動機３３、３６、３８がバ
ケット２４、旋回機構および走行機構の駆動源となるよ
うにしているので、従来よりもエネルギー効率を高める
ことができるようになる。つまり、本実施の形態のショ
ベル１では、良好な操作性が要求されるアーム１９およ
びブーム１７を油圧ポンプ２０で駆動し、良好な操作性
があまり要求されないバケット２４、旋回機構および走
行機構の駆動源を電動機３３、３６、３８とすることに
より、アーム１９およびブーム１７の良好な操作性を確
保しつつ比較的高いエネルギー効率を実現することが可
能である。

【００４１】また、従来のようにすべての動作部が油圧
ポンプ２０で駆動されるのではなく、バケット２４、旋
回機構および走行機構を電動機３３、３６、３８で駆動
するようにしたことにより、油圧ポンプ２０および電動
機３３、３６、３８をそれぞれ比較的小型にして別々の
場所に分けて設置することができる。本実施の形態で
は、油圧ポンプ２０をショベル１の主筐体である上部旋
回体３内に配置するとともにバケット用電動機３３をア
ーム近傍に、走行用電動機３８を下部走行体２に設置す
ることで、上部旋回体３内に大きなスペースが必要とな
ることがなく、ショベル１を比較的小型にすることが可
能となる。

【００４２】また、本実施の形態では、バケットシリン
ダ３５を電動機３３によって直接駆動するのではなくバ
ケットポンプ３４を介して駆動している。そのため、直
線運動を行なうバケット２４を、ラック・ピニオンなど
で回転運動を直線運動に変換するよりも比較的大きな推
力で動かすことができる。また、バケット２４を直線運
動させる機構として、ラック・ピニオンなどを用いるよ
りも構造が簡単である。

【００４３】次に、上述した電動機３３とバケットポン
プ３４とバケットシリンダ３５との一体型アクチュエー
タについて、図４および図５に基づいて説明する。図４
は一体型アクチュエータの側面図であり、図５はその回
路図である。

【００４４】これらの図面に示すように、バケットポン
プ３４は、電動機３３の回転方向に応じて油の吐出方向
が転換する双方向性ポンプとして構成され、ポンプ３４
の両側吐出口が管路４１、４２を介してバケットシリン
ダ３５のヘッド側およびロッド側油室に接続されてい
る。

【００４５】図５において、４３はリリーフ弁、４４は
オイルタンク、４５はポンプ３４とオイルタンク４４と
の間に設けられた自動切換弁、４６はオペレートチェッ
ク弁、４７は両側管路４１、４２間に設けられた手動開
閉弁、４８はスローリターン弁である。

【００４６】このような一体型アクチュエータを用いれ
ば、電動機３３と油圧ポンプ３４を別々に設ける場合と
比較してユニット全体を小型化、軽量化することができ
る。このため、掘削アタッチメント４に搭載するのに有
利となる。また、バケットシリンダ３５を停止させてお
く場合には電動機３３および油圧ポンプ３４を停止して
余剰な圧油が廃棄されないようにすることができる。従
って、エネルギー効率をより一層高めることができるよ
うになる。また、油圧ポンプ３４とバケットシリンダ３
５とを結ぶ配管を施すことが不要になって、構造が簡単
になるとともに油漏れなどが起こる確率を低下させるこ
とができる。

【００４７】次に、本発明の第２の実施の形態に係るシ
ョベルについて、図６に基づいて説明する。図６は、本
発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置であるショ
ベルの概略構成を示す模式図である。図６において図２
と同じ構成部材には同じ符号を付けてその説明を省略す
る。本実施の形態のショベル５０は、インバータ３１と
コントロールバルブ２１との間が合流用油圧回路５３で
接続されている点を除いて、第１の実施の形態のものと
基本的に同様に構成されている。なお、図面を簡略化す
るために図６ではバケット用電動機３３、バケットポン
プ３４およびバケットシリンダ３５の図示を省略してい
る。

【００４８】本実施の形態では、合流用油圧回路５３に
電動機５１、油圧ポンプ５２および逆止弁５４を設け、
油圧ポンプ２０の負荷に応じて油圧ポンプ５２からの圧
油を油圧ポンプ２０とコントロールバルブ２１との間に
供給するようにしている。このとき、第１の実施の形態
で説明したように、油圧ポンプ２０の後段で測定した圧
油の圧力と流量との積に基づいて、図示しない制御部の
制御によって油圧ポンプ２０側の負荷を計測し、これに
応じた圧油が油圧ポンプ２０とコントロールバルブ２１
との間に供給されるように電動機５１に信号を与えれば
よい。

【００４９】このようにして、油圧ポンプ２０の負荷に
応じた量の圧油が油圧ポンプ５２から油圧ポンプ２０と
コントロールバルブ２１との間に供給されることによ
り、オペレータがアームシリンダ２２またはブームシリ
ンダ２３を動作させるための操作レバーの動作開始位置
を常に一定に保つことができる。

【００５０】この点について、図７に基づいて説明す
る。図７は、操作レバー位置とシリンダ速度との関係を
示すグラフである。図７において、曲線７１は第１の実
施の形態でブームシリンダ２３の負荷が比較的大きいと
きの、曲線７２は第１の実施の形態でブームシリンダ２
３の負荷が比較的小さいときの、曲線７３は本実施の形
態における操作レバー位置とシリンダ速度との関係をそ
れぞれ示している。

【００５１】図７からも明らかなように、第１の実施の
形態では、ブームシリンダ２３への負荷の大小によって
ブームシリンダ２３の動作開始に対応した操作レバー位
置が異なっており、負荷が大きいほど操作レバーを大き
く動かさないとブームシリンダ２３が動作し始めない。

【００５２】これに対して、本実施の形態では、油圧ポ
ンプ２０の負荷に応じた量の圧油が油圧ポンプ５２から
油圧ポンプ２０とコントロールバルブ２１との間に供給
されることにより、この部分での圧油の圧力を一定に保
つことができるので、オペレータがブームシリンダ２３
を動作させるための操作レバーの動作開始位置を常に一
定に保つことができる。従って、オペレータは、ブーム
シリンダ２３への負荷の大小にかかわらず常に同じ感覚
で操作レバーを操作することができる。なお、操作レバ
ーの動作開始位置を一定に保つには、油圧ポンプ２０側
の負荷の変動を発電機１１を電動機として用いることに
よる油圧ポンプ２０へのトルクアシストで補償すること
も考えられるが、本実施の形態では圧油をシリンダ２
２、２３側に直接供給することによりこの手段よりも少
ない損失で確実に操作レバーの動作開始位置を一定に保
つことが可能である。

【００５３】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるも
のではなく様々な設計変更を行うことが可能である。例
えば、上述の実施の形態では発電機として交流発電機を
用いたが直流発電機を用いてもよい。その場合、発電機
とバッテリとをインバータを介することなく直接接続し
てもよい。また、バケット用電動機３３、バケットポン
プ３４およびバケットシリンダ３５は必ずしも一体型と
する必要はなく、それぞれ別体として構成されていても
よい。また、バッテリ３２としては、通常リチウムイオ
ンバッテリなどの２次電池が用いられるが、キャパシタ
を用いてもよく、これらを併用してもよい。

【００５４】また、本発明は、バケットに代えて他の作
業工具（例えば排土板や破砕機）を取り付けたショベ
ル、掘削アタッチメントとして図１に示すような手前側
に掘削するバックホー型のものに代えて手前側から向こ
う側に掘削するローディング型のものを備えたショベ
ル、下部走行体としてクローラに代えてホイールを用い
たショベルにも適用することができるほか、ホイールロ
ーダなどの建設機器やフォークリフトなどの油圧作業機
を含む油圧駆動装置に広く適用することが可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の油圧駆
動装置によると、良好な操作性が要求される動作部を第
１の油圧ポンプで駆動し、良好な操作性があまり要求さ
れない動作部の駆動源を第１の電動機とすることによ
り、動作部の良好な操作性を確保しつつ比較的高いエネ
ルギー効率を実現することが可能である。

【００５６】また、動作部が第１の油圧ポンプで駆動さ
れるものと第１の電動機で駆動されるものとに分けられ
るので、これらをそれぞれ比較的小型にして別々の場所
に分けて設置することができる。

【００５７】さらに、エンジンの負担を平滑化して軽減
することが可能であるので、エンジンは平均的な出力を
分担できる程度の大きさのものでよく、最大出力に対応
した大型のものである必要がなくなって、エンジンサイ
ズを小さくすることができて排ガスおよび騒音の削減と
ともに省エネルギーが図れる。

【００５８】請求項２の油圧駆動装置によると、第１の
電動機の回生制御によって発生する電気エネルギーが蓄
電手段に蓄えられることにより、エネルギー効率をより
一層高めることができるようになる。

【００５９】請求項３の油圧駆動装置によると、動作部
を直線運動させる必要がある場合に大きな推力を与える
ことができ、しかもラック・ピニオンなどで回転運動を
直線運動に変換するよりも構造が簡単である。

【００６０】請求項４の油圧駆動装置によると、第１の
電動機と第２の油圧ポンプと第２の油圧アクチュエータ
とが一体に構成されていることにより、これらの小型軽
量化を図ることができるとともに、第２の油圧アクチュ
エータを動作させる必要がない場合には対応する第１の
電動機および第２の油圧ポンプを停止して余剰な圧油が
廃棄されないようにすることができる。従って、エネル
ギー効率をより一層高めることができるようになる。ま
た、第２の油圧ポンプと第２の油圧アクチュエータとを
結ぶ配管を施すことが不要になって、構造が簡単になる
とともに油漏れなどが起こる確率を低下させることがで
きる。

【００６１】請求項５の油圧駆動装置によると、第３の
油圧ポンプからの圧油が第１の油圧ポンプとコントロー
ルバルブとの間に供給されることにより、この部分の圧
油の圧力を一定に保つことができるので、第１の油圧ア
クチュエータに対する負荷によって操作レバーの動作開
始位置が異なるということがなくなり、常に一定の操作
レバー位置から第１のアクチュエータが動き始めるよう
になって操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置
であるショベルの概略構成を示す模式図である。

【図２】図１に示したショベルの駆動系を概略的に示す
ブロック図である。

【図３】図１に示したショベルにおいてエンジン出力と
作業エネルギーとの関係を示したグラフである。

【図４】図１に示したショベルに用いられた、電動機と
バケットポンプとバケットシリンダとの一体型アクチュ
エータの側面図である。

【図５】図４に示した電動機とバケットポンプとバケッ
トシリンダとの一体型アクチュエータの回路図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置
であるショベルの概略構成を示す模式図である。

【図７】本発明の第１および第２の実施の形態のショベ
ルにおいて操作レバー位置とシリンダ速度との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ショベル２下部走行体３上部旋回体４掘削アタッチメント８旋回フレーム９キャビン１０エンジン１１発電機１７ブーム１９アーム２０油圧ポンプ２１コントロールバルブ２２アームシリンダ２３ブームシリンダ２４バケット３１インバータ３２バッテリ３３バケット用電動機３４バケットポンプ３５バケットシリンダ３６旋回用電動機３７旋回減速機３８走行用電動機３９走行減速機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今西悦二郎兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 2D003 AA01 BA01 BA05 CA00 CA02 CA10 DA04 EA01 3G093 AA04 AA10 AA15 AA16 BA19 3H089 AA61 CC01 DA03 DA14 DB03 DB13 DB33 GG02 JJ02 JJ20 5H115 PA11 PG10 PI16 PI24 PI29 PI30 PO17 PU08 PU26 PV07 PV09 QA07 QA10 QE10 QI04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンと、前記エンジンによって駆動される第１の油圧ポンプと、コントロールバルブを介して前記第１の油圧ポンプに接
続された第１の油圧アクチュエータと、電気エネルギーを蓄えるための蓄電手段と、前記エンジンから受け取った機械エネルギーを電気エネ
ルギーに変換して前記蓄電手段に供給する動作と、前記
蓄電手段から受け取った電気エネルギーを機械エネルギ
ーに変換して前記第１の油圧ポンプに供給する動作とを
選択的に行なうことが可能であるエネルギー変換手段
と、前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の少なくと
もいずれか一方から電気エネルギーの供給を受けて動作
部の駆動源となる第１の電動機とを備えていることを特
徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】前記第１の電動機の回生制御によって発
生する電気エネルギーが前記蓄電手段に蓄えられるよう
にした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】前記第１の電動機によって駆動される第
２の油圧ポンプと、前記第２の油圧ポンプによって駆動される第２の油圧ア
クチュエータとをさらに備えていることを特徴とする請
求項１または２に記載の油圧駆動装置。
【請求項４】前記第１の電動機と前記第２の油圧ポン
プと前記第２の油圧アクチュエータとが一体に構成され
ていることを特徴とする請求項３に記載の油圧駆動装
置。
【請求項５】前記エネルギー変換手段および前記蓄電
手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供
給を受ける第２の電動機と、前記第２の電動機によって駆動される第３の油圧ポンプ
とをさらに備えており、前記第３の油圧ポンプからの圧油が、前記第１の油圧ポ
ンプと前記コントロールバルブとの間に供給されるよう
に構成したことを特徴とする請求項３または４に記載の
油圧駆動装置。