JP2001173024A - 建設機械におけるハイブリッドシステム - Google Patents
建設機械におけるハイブリッドシステムInfo
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- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
- Electromagnetic Pumps, Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 油圧ポンプが搭載された建設機械において、
燃費、騒音、コスト的に有利な小さな容量のエンジンを
用いながら、重負荷の作業も効率良くできるようにす
る。 【解決手段】 油圧ポンプの補助動力源として電動機を
設け、該電動機の出力を必要に応じてエンジン出力に加
算できるように構成した。
燃費、騒音、コスト的に有利な小さな容量のエンジンを
用いながら、重負荷の作業も効率良くできるようにす
る。 【解決手段】 油圧ポンプの補助動力源として電動機を
設け、該電動機の出力を必要に応じてエンジン出力に加
算できるように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械のハイブリッドシステムの技術分野に属するも
のである。
建設機械のハイブリッドシステムの技術分野に属するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の建設機械で
は、油圧ポンプの動力源としてエンジン（内燃機関）が
用いられる場合が多いが、この場合、建設機械の行う軽
負荷から重負荷までの種々の作業に対応できるように、
最大負荷の作業を見込んだ出力容量のエンジンが搭載さ
れている。ところで、建設機械が例えば油圧ショベルで
ある場合、軽負荷の作業としては法面仕上げやハンマー
作業等があり、中負荷の作業としては通常の掘削や吊り
上げ作業等があり、また重負荷の作業としては重掘削や
ダンプ積込作業等があるが、該重負荷の作業を行うのは
油圧ショベルの稼動時間の一部であり、さらに重負荷の
作業を行う場合でもエンジンの最大出力を必要とするの
は作業時間のうちの一部でしかない。
は、油圧ポンプの動力源としてエンジン（内燃機関）が
用いられる場合が多いが、この場合、建設機械の行う軽
負荷から重負荷までの種々の作業に対応できるように、
最大負荷の作業を見込んだ出力容量のエンジンが搭載さ
れている。ところで、建設機械が例えば油圧ショベルで
ある場合、軽負荷の作業としては法面仕上げやハンマー
作業等があり、中負荷の作業としては通常の掘削や吊り
上げ作業等があり、また重負荷の作業としては重掘削や
ダンプ積込作業等があるが、該重負荷の作業を行うのは
油圧ショベルの稼動時間の一部であり、さらに重負荷の
作業を行う場合でもエンジンの最大出力を必要とするの
は作業時間のうちの一部でしかない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかるに建設機械で
は、従来、前述したように最大負荷の作業に対応した出
力容量のエンジンが用いられているため、軽負荷や中負
荷作業を行うときには過大な出力容量のエンジンが搭載
されていることになり、燃費、騒音、コスト等の点から
不利になる。そこで、可変排気量エンジンを採用した
り、複数のエンジンを搭載し、作業内容に応じて駆動さ
せるエンジンの数を選択したりすることが考えられる
が、何れのものもコスト、技術面から実用化するのは困
難であり、ここに本発明が解決しようとする課題があっ
た。
は、従来、前述したように最大負荷の作業に対応した出
力容量のエンジンが用いられているため、軽負荷や中負
荷作業を行うときには過大な出力容量のエンジンが搭載
されていることになり、燃費、騒音、コスト等の点から
不利になる。そこで、可変排気量エンジンを採用した
り、複数のエンジンを搭載し、作業内容に応じて駆動さ
せるエンジンの数を選択したりすることが考えられる
が、何れのものもコスト、技術面から実用化するのは困
難であり、ここに本発明が解決しようとする課題があっ
た。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、エンジンを動力源として駆動す
る油圧ポンプが搭載された建設機械において、該建設機
械に、油圧ポンプの補助動力源として作動する電動機を
設けたものである。そして、この様にすることにより、
燃費、騒音、コスト的に有利な小さな出力容量のエンジ
ンを搭載しても、電動機を補助動力源として作動させる
ことにより、重負荷の作業にも対応できる大きな出力を
得ることができる。このものにおいて、電動機を、エン
ジン始動時におけるスタータモータとして作動するよう
に構成することにより、スタータ専用のモータが不要と
なって、部材の兼用化が計れる。また、建設機械に、電
動機への電力供給を断絶する制御手段を設けることによ
り、必要に応じて電動機を補助動力源として作動させる
ことができる。さらに、電動機は、回生発電機能を有す
る回転電機であって、該回転電機は、バッテリからの電
力供給を受けることで回転駆動する電動機として作動す
る一方、エンジン回転に連繋して回転することで発電
し、該発電した電力を前記バッテリに充電する発電機と
して作動するように構成することにより、電動機として
作動する回転電機を有効利用してバッテリの充電を行う
ことができる。さらにこれらのものにおいて、電動機の
出力は、建設機械に設けられる油圧アクチュエータ用操
作具の操作量に対応して増減するよう制御することによ
り、操作具操作に対応した大きさの電動機出力を得るこ
とができる。また、電動機の出力は、建設機械の行う作
業負荷の大きさに対応して増減するよう制御することに
より、作業負荷に対応した大きさの電動機出力を得るこ
とができる。そしてこの場合、作業負荷の大きさは、例
えばエンジン回転数の低下に基づいて判断することがで
きる。さらに、建設機械に、電動機を最大出力で駆動さ
せるための操作手段を設けることにより、該操作手段の
操作に基づいて任意に電動機の最大出力を得ることがで
き、操作性に優れる。またこのものにおいて、電動機が
継続して最大出力で駆動する時間に制限を設けることに
より、電動機の加熱、バッテリの過放電を回避できる。
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、エンジンを動力源として駆動す
る油圧ポンプが搭載された建設機械において、該建設機
械に、油圧ポンプの補助動力源として作動する電動機を
設けたものである。そして、この様にすることにより、
燃費、騒音、コスト的に有利な小さな出力容量のエンジ
ンを搭載しても、電動機を補助動力源として作動させる
ことにより、重負荷の作業にも対応できる大きな出力を
得ることができる。このものにおいて、電動機を、エン
ジン始動時におけるスタータモータとして作動するよう
に構成することにより、スタータ専用のモータが不要と
なって、部材の兼用化が計れる。また、建設機械に、電
動機への電力供給を断絶する制御手段を設けることによ
り、必要に応じて電動機を補助動力源として作動させる
ことができる。さらに、電動機は、回生発電機能を有す
る回転電機であって、該回転電機は、バッテリからの電
力供給を受けることで回転駆動する電動機として作動す
る一方、エンジン回転に連繋して回転することで発電
し、該発電した電力を前記バッテリに充電する発電機と
して作動するように構成することにより、電動機として
作動する回転電機を有効利用してバッテリの充電を行う
ことができる。さらにこれらのものにおいて、電動機の
出力は、建設機械に設けられる油圧アクチュエータ用操
作具の操作量に対応して増減するよう制御することによ
り、操作具操作に対応した大きさの電動機出力を得るこ
とができる。また、電動機の出力は、建設機械の行う作
業負荷の大きさに対応して増減するよう制御することに
より、作業負荷に対応した大きさの電動機出力を得るこ
とができる。そしてこの場合、作業負荷の大きさは、例
えばエンジン回転数の低下に基づいて判断することがで
きる。さらに、建設機械に、電動機を最大出力で駆動さ
せるための操作手段を設けることにより、該操作手段の
操作に基づいて任意に電動機の最大出力を得ることがで
き、操作性に優れる。またこのものにおいて、電動機が
継続して最大出力で駆動する時間に制限を設けることに
より、電動機の加熱、バッテリの過放電を回避できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に、本発明が実施された油圧
ショベル１のハイブリッドシステムの概略ブロック図を
示すが、該図１において、２は油圧ショベル１に搭載さ
れるディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）であ
って、該エンジン２は、油圧ショベル１の行う中程度の
負荷の作業に対応できる出力容量のものが採用されてい
る。さらに、前記エンジン２の出力軸２ａには、回転電
機３の回転軸３ａが同軸上に接続されている。
に基づいて説明する。図１に、本発明が実施された油圧
ショベル１のハイブリッドシステムの概略ブロック図を
示すが、該図１において、２は油圧ショベル１に搭載さ
れるディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）であ
って、該エンジン２は、油圧ショベル１の行う中程度の
負荷の作業に対応できる出力容量のものが採用されてい
る。さらに、前記エンジン２の出力軸２ａには、回転電
機３の回転軸３ａが同軸上に接続されている。
【０００６】前記回転電機３は、回生発電機能を有して
いて、後述するバッテリ４からの電力供給を受けて回転
駆動する電動機として作動する一方、前記エンジン２の
出力軸２ａの回転に伴い回転軸３ａが回転することで発
電し、該発電した電力を前記バッテリ４に充電するため
の発電機として作動するように構成されている。尚、こ
の回転電機３は、直流、交流、直巻、分巻、ブラシレ
ス、ブラシ有り、同期、誘導、界磁等の種々の方式のも
のを、適宜採用することができる。
いて、後述するバッテリ４からの電力供給を受けて回転
駆動する電動機として作動する一方、前記エンジン２の
出力軸２ａの回転に伴い回転軸３ａが回転することで発
電し、該発電した電力を前記バッテリ４に充電するため
の発電機として作動するように構成されている。尚、こ
の回転電機３は、直流、交流、直巻、分巻、ブラシレ
ス、ブラシ有り、同期、誘導、界磁等の種々の方式のも
のを、適宜採用することができる。
【０００７】さらに、前記回転電機３の回転軸３ａに
は、油圧ポンプ５の駆動軸５ａが同軸上に接続されてい
る。そして油圧ポンプ５は、駆動軸５ａの回転に基づい
て作動油の吸入、吐出を行うが、該油圧ポンプ５から吐
出された作動油は、コントロールバルブ６を経由して走
行用モータ（図示せず）、旋回用モータ（図示せず）、
ブーム用シリンダ７、アーム用シリンダ８、バケット用
シリンダ９等の各種油圧アクチュエータに供給されるよ
うになっている。
は、油圧ポンプ５の駆動軸５ａが同軸上に接続されてい
る。そして油圧ポンプ５は、駆動軸５ａの回転に基づい
て作動油の吸入、吐出を行うが、該油圧ポンプ５から吐
出された作動油は、コントロールバルブ６を経由して走
行用モータ（図示せず）、旋回用モータ（図示せず）、
ブーム用シリンダ７、アーム用シリンダ８、バケット用
シリンダ９等の各種油圧アクチュエータに供給されるよ
うになっている。
【０００８】一方、１０は双方向コンバータであって、
このものは、後述するコントローラ１１からの制御信号
に基づいて、バッテリ４の電力を必要な電圧／電流にし
て回転電機３に供給する一方、回転電機３により発電さ
れた電力を必要な電圧／電流にしてバッテリ４に充電す
る。この双方向コンバータ１０は、インバーター、スイ
ッチングレギュレータ等の部材装置を用いて構成される
が、前記回転電機３に対応したもの（例えば回転電機３
が直流用であれば双方向コンバータ１０も直流用）であ
ることは勿論である。
このものは、後述するコントローラ１１からの制御信号
に基づいて、バッテリ４の電力を必要な電圧／電流にし
て回転電機３に供給する一方、回転電機３により発電さ
れた電力を必要な電圧／電流にしてバッテリ４に充電す
る。この双方向コンバータ１０は、インバーター、スイ
ッチングレギュレータ等の部材装置を用いて構成される
が、前記回転電機３に対応したもの（例えば回転電機３
が直流用であれば双方向コンバータ１０も直流用）であ
ることは勿論である。
【０００９】また、前記バッテリ４は二次電池が用いら
れるが、本実施の形態では、回転電機３専用のものとし
て、ニッケル水素電池や電気二重層キャパシタ等で構成
される高圧バッテリが採用されている。この場合、コン
トローラ１１や油圧ショベル１に設けられる他の電装品
用のバッテリとして、例えば２４Ｖ（ボルト）のバッテ
リ（図示せず）を別途設けることができるが、該２４Ｖ
バッテリは、前記バッテリ４からコンバータ（ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ）を介して充電されるように構成されてい
る。
れるが、本実施の形態では、回転電機３専用のものとし
て、ニッケル水素電池や電気二重層キャパシタ等で構成
される高圧バッテリが採用されている。この場合、コン
トローラ１１や油圧ショベル１に設けられる他の電装品
用のバッテリとして、例えば２４Ｖ（ボルト）のバッテ
リ（図示せず）を別途設けることができるが、該２４Ｖ
バッテリは、前記バッテリ４からコンバータ（ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ）を介して充電されるように構成されてい
る。
【００１０】さらに、前記コントローラ１１は、マイク
ロコンピュータ等で構成されるもの（ロジック等で構成
することもできる）であって、このものは、後述する回
転数検出器１２、パワーアップスイッチ１３、モード切
換えスイッチ１４、キースイッチ１５、レバー操作検出
器１６等からの信号を入力し、該入力信号に基づいて、
前記双方向コンバータ１０、コントロールバルブ６等に
制御指令を出力する。この場合、コントローラ１１の入
出力信号は、アナログ信号、デジタル信号、シリアル通
信、パラレル通信、電圧、電流、ＰＷＭ、ＦＭ等の種々
の信号の種類、形態等のうち適切なものを採用できる。
ロコンピュータ等で構成されるもの（ロジック等で構成
することもできる）であって、このものは、後述する回
転数検出器１２、パワーアップスイッチ１３、モード切
換えスイッチ１４、キースイッチ１５、レバー操作検出
器１６等からの信号を入力し、該入力信号に基づいて、
前記双方向コンバータ１０、コントロールバルブ６等に
制御指令を出力する。この場合、コントローラ１１の入
出力信号は、アナログ信号、デジタル信号、シリアル通
信、パラレル通信、電圧、電流、ＰＷＭ、ＦＭ等の種々
の信号の種類、形態等のうち適切なものを採用できる。
【００１１】ここで、前記回転数検出器１２は、本実施
の形態ではエンジン２の出力軸２ａの回転数を検出する
ものであるが、回転電機３の回転軸３ａの回転数を検出
するものであっても良い。また、パワーアップスイッチ
１３およびモード切換えスイッチ１４は、油圧ショベル
１の運転席部に設けられるものであって、本実施の形態
では、上記モード切換えスイッチ１４により「エコノミ
ーモード」または「パワーモード」の何れかのモードを
選択できるようになっている。キースイッチ１５は、オ
ペレータがエンジン始動時にキーシリンダ（図示せず）
にキーを挿入して所定位置まで回転することによりＯＮ
されるエンジン始動スイッチである。レバー操作検出器
１６は、油圧ショベル１の運転席部に設けられる操作レ
バー１７の操作方向および操作角度θを検出するもので
あって、本実施の形態では、操作レバー１７として電気
式のジョイスティックレバーが用いられているが、レバ
ー操作に基づいてコントロールバルブ６にパイロット圧
を出力する油圧式の操作レバーであっても良い。さらに
コントロールバルブ６は、前記操作レバー１７の操作に
対応する流量の作動油を各油圧アクチュエータに供給す
るべく作動するものであって、該コントロールバルブ６
は、本実施の形態では、操作レバー１７からの入力信号
に基づいてコントローラ１１から出力されるバルブ制御
信号により作動する電気式のものが採用されているが、
操作レバーから出力されるパイロット圧により作動する
パイロット操作方式のコントロールバルブであっても、
勿論よい。
の形態ではエンジン２の出力軸２ａの回転数を検出する
ものであるが、回転電機３の回転軸３ａの回転数を検出
するものであっても良い。また、パワーアップスイッチ
１３およびモード切換えスイッチ１４は、油圧ショベル
１の運転席部に設けられるものであって、本実施の形態
では、上記モード切換えスイッチ１４により「エコノミ
ーモード」または「パワーモード」の何れかのモードを
選択できるようになっている。キースイッチ１５は、オ
ペレータがエンジン始動時にキーシリンダ（図示せず）
にキーを挿入して所定位置まで回転することによりＯＮ
されるエンジン始動スイッチである。レバー操作検出器
１６は、油圧ショベル１の運転席部に設けられる操作レ
バー１７の操作方向および操作角度θを検出するもので
あって、本実施の形態では、操作レバー１７として電気
式のジョイスティックレバーが用いられているが、レバ
ー操作に基づいてコントロールバルブ６にパイロット圧
を出力する油圧式の操作レバーであっても良い。さらに
コントロールバルブ６は、前記操作レバー１７の操作に
対応する流量の作動油を各油圧アクチュエータに供給す
るべく作動するものであって、該コントロールバルブ６
は、本実施の形態では、操作レバー１７からの入力信号
に基づいてコントローラ１１から出力されるバルブ制御
信号により作動する電気式のものが採用されているが、
操作レバーから出力されるパイロット圧により作動する
パイロット操作方式のコントロールバルブであっても、
勿論よい。
【００１２】次に、前記コントローラ１１におけるハイ
ブリッドシステムの制御について説明する。まず、キー
スイッチ１５がＯＮされると、エンジン制御システム
（該エンジン制御システムについての説明は省略する）
がスタートして最適なスロットル開度、燃料噴射量等が
設定される。一方、コントローラ１１はキースイッチ１
５のＯＮ信号が入力されると、双方向コンバータ１０に
対し、回転電機３に最大電圧／電流を供給するよう制御
指令を出力する。これにより回転電機３は、スタータモ
ータとして作動してエンジン２をクランキングさせる。
エンジン始動後、回転数検出器１２から入力されるエン
ジン回転数が予め設定される設定回転数以上になると、
コントローラ１１は、双方向コンバータ１０に対し、回
転電機３への電力供給を停止するよう指令を出力する。
ブリッドシステムの制御について説明する。まず、キー
スイッチ１５がＯＮされると、エンジン制御システム
（該エンジン制御システムについての説明は省略する）
がスタートして最適なスロットル開度、燃料噴射量等が
設定される。一方、コントローラ１１はキースイッチ１
５のＯＮ信号が入力されると、双方向コンバータ１０に
対し、回転電機３に最大電圧／電流を供給するよう制御
指令を出力する。これにより回転電機３は、スタータモ
ータとして作動してエンジン２をクランキングさせる。
エンジン始動後、回転数検出器１２から入力されるエン
ジン回転数が予め設定される設定回転数以上になると、
コントローラ１１は、双方向コンバータ１０に対し、回
転電機３への電力供給を停止するよう指令を出力する。
【００１３】次いでコントローラ１１は、モード切換え
スイッチ１４からの入力信号により「エコノミーモー
ド」、「パワーモード」のどちらのモードが選択されて
いるかを判断する。そして、「エコノミーモード」が選
択されている場合には、双方向コンバータ１０に対し、
回転電機３が常に発電機として作動するように制御指令
を出力する。この場合、回転電機３で発電された電力
は、双方向コンバータ１０を介してバッテリ４に充電さ
れるが、コントローラ１１にはバッテリ４の情報（電
圧、比重等）が予め入力されており、最適な電圧／電流
で充電されるように指令が出力される。つまり、「エコ
ノミーモード」が選択されている場合には、回転電機３
は電動機として作動することなく常に発電機として作動
してバッテリ４への充電を行うようになっており、而し
て油圧ショベル１はエンジン２のみの出力で稼動するこ
とになり、中程度の負荷以下の作業を効率よく行うこと
ができる。
スイッチ１４からの入力信号により「エコノミーモー
ド」、「パワーモード」のどちらのモードが選択されて
いるかを判断する。そして、「エコノミーモード」が選
択されている場合には、双方向コンバータ１０に対し、
回転電機３が常に発電機として作動するように制御指令
を出力する。この場合、回転電機３で発電された電力
は、双方向コンバータ１０を介してバッテリ４に充電さ
れるが、コントローラ１１にはバッテリ４の情報（電
圧、比重等）が予め入力されており、最適な電圧／電流
で充電されるように指令が出力される。つまり、「エコ
ノミーモード」が選択されている場合には、回転電機３
は電動機として作動することなく常に発電機として作動
してバッテリ４への充電を行うようになっており、而し
て油圧ショベル１はエンジン２のみの出力で稼動するこ
とになり、中程度の負荷以下の作業を効率よく行うこと
ができる。
【００１４】一方、「パワーモード」が選択されている
場合には、コントローラ１１は双方向コンバータ１０に
対し、油圧ショベル１の行う作業に対応して、回転電機
３を電動機あるいは発電機として作動させるべく制御指
令を出力する。この「パワーモード」における双方向コ
ンバータ１０の制御システムについて、以下に第一、第
二、第三の制御システムを説明する。
場合には、コントローラ１１は双方向コンバータ１０に
対し、油圧ショベル１の行う作業に対応して、回転電機
３を電動機あるいは発電機として作動させるべく制御指
令を出力する。この「パワーモード」における双方向コ
ンバータ１０の制御システムについて、以下に第一、第
二、第三の制御システムを説明する。
【００１５】まず、第一の制御システムでは、コントロ
ーラ１１は、レバー操作検出器１６から入力される操作
レバー１７の操作角度θに基づいて双方向コンバータ１
０に制御指令を出力する。つまり、操作レバー１７が操
作されていない（操作角度θがゼロである）場合には、
回転電機３を発電機として作動させるための指令が出力
される。一方、操作レバー１７が操作されると、回転電
機３を電動機として作動させるための指令が出力される
が、この場合、図２（Ａ）に示す如く、操作レバー１７
の操作角度θが大きくなるにつれて回転電機３の出力が
大きくなるように制御される。
ーラ１１は、レバー操作検出器１６から入力される操作
レバー１７の操作角度θに基づいて双方向コンバータ１
０に制御指令を出力する。つまり、操作レバー１７が操
作されていない（操作角度θがゼロである）場合には、
回転電機３を発電機として作動させるための指令が出力
される。一方、操作レバー１７が操作されると、回転電
機３を電動機として作動させるための指令が出力される
が、この場合、図２（Ａ）に示す如く、操作レバー１７
の操作角度θが大きくなるにつれて回転電機３の出力が
大きくなるように制御される。
【００１６】また、第二の制御システムでは、前記第一
制御システムと同様に操作レバー１７の操作角度θに基
づく双方向コンバータ１０の制御がなされるが、このも
のでは、図２（Ｂ）に示す如く、操作レバー１７の操作
角度θが予め設定される所定角度θ１以下の場合には、
回転電機３を発電機として作動させるための指令が出力
され、操作角度θが上記所定角度θ１を越えた場合に、
回転電機３を電動機として作動させるための指令が出力
される。そしてこのものにおいても、操作角度θが大き
くなるにつれて回転電機３の出力が大きくなるように制
御される。
制御システムと同様に操作レバー１７の操作角度θに基
づく双方向コンバータ１０の制御がなされるが、このも
のでは、図２（Ｂ）に示す如く、操作レバー１７の操作
角度θが予め設定される所定角度θ１以下の場合には、
回転電機３を発電機として作動させるための指令が出力
され、操作角度θが上記所定角度θ１を越えた場合に、
回転電機３を電動機として作動させるための指令が出力
される。そしてこのものにおいても、操作角度θが大き
くなるにつれて回転電機３の出力が大きくなるように制
御される。
【００１７】つまり、前記第一、第二の制御システムで
は、操作レバー１７の操作量が大きくなることに伴って
エンジン２の出力に回転電機３の出力が加算されるよう
になっており、而して重負荷の作業を行う場合であって
も、出力不足となるようなことなく、力強い作業を素早
く行うことができる。さらに、第二の制御システムのも
のでは、操作レバー１７の操作角度θが所定角度θ１以
下の場合には、回転電機３は発電機として作動するた
め、「パワーモード」で長時間作業を行う場合であって
も、バッテリ４が過放電してしまうような不具合を防止
できるようになっている。尚、前記第一、第二の制御シ
ステムにおいて、図２（Ａ）、（Ｂ）には一本の操作レ
バー１７の操作角度θと回転電機３の出力との関係を示
したが、例えば油圧ショベル１のブーム用シリンダ７と
アーム用シリンダ８とを同時に作動させる場合等、複数
の操作レバー１７を複合操作する場合には、該複数の操
作レバー１７の操作量を加算し、該加算操作量に対応さ
せて回転電機３の出力を制御するようにしても良い。さ
らにこの場合、操作された操作レバー１７の操作量を単
に加算するのではなく、各油圧アクチュエータの担う作
業負荷を考慮して操作量の加算を行うように構成するこ
ともできる。
は、操作レバー１７の操作量が大きくなることに伴って
エンジン２の出力に回転電機３の出力が加算されるよう
になっており、而して重負荷の作業を行う場合であって
も、出力不足となるようなことなく、力強い作業を素早
く行うことができる。さらに、第二の制御システムのも
のでは、操作レバー１７の操作角度θが所定角度θ１以
下の場合には、回転電機３は発電機として作動するた
め、「パワーモード」で長時間作業を行う場合であって
も、バッテリ４が過放電してしまうような不具合を防止
できるようになっている。尚、前記第一、第二の制御シ
ステムにおいて、図２（Ａ）、（Ｂ）には一本の操作レ
バー１７の操作角度θと回転電機３の出力との関係を示
したが、例えば油圧ショベル１のブーム用シリンダ７と
アーム用シリンダ８とを同時に作動させる場合等、複数
の操作レバー１７を複合操作する場合には、該複数の操
作レバー１７の操作量を加算し、該加算操作量に対応さ
せて回転電機３の出力を制御するようにしても良い。さ
らにこの場合、操作された操作レバー１７の操作量を単
に加算するのではなく、各油圧アクチュエータの担う作
業負荷を考慮して操作量の加算を行うように構成するこ
ともできる。
【００１８】一方、第三の制御システムでは、エンジン
回転数に基づくフィードバック制御を行う。つまり、コ
ントローラ１１は、回転数検出器１２から入力されるエ
ンジン回転数が低下した場合に、該エンジン回転数を増
加させるべく双方向コンバータ１０に対して回転電機３
を電動機として作動させるための指令を出力する。この
フィードバック制御の制御方式としては、ＰＩＤ（比例
積分微分）制御等の公知の制御方式を用いることができ
る。そしてこの場合、エンジン回転数が低下する（作業
負荷が増加する）ほど、回転電機３の出力が増加するよ
うに制御されるが、作業負荷が増加してエンジン回転数
が予め設定される回転数以下となるまでは回転電機３を
発電機として作動させることにより、バッテリ４の過放
電を防止することができる。
回転数に基づくフィードバック制御を行う。つまり、コ
ントローラ１１は、回転数検出器１２から入力されるエ
ンジン回転数が低下した場合に、該エンジン回転数を増
加させるべく双方向コンバータ１０に対して回転電機３
を電動機として作動させるための指令を出力する。この
フィードバック制御の制御方式としては、ＰＩＤ（比例
積分微分）制御等の公知の制御方式を用いることができ
る。そしてこの場合、エンジン回転数が低下する（作業
負荷が増加する）ほど、回転電機３の出力が増加するよ
うに制御されるが、作業負荷が増加してエンジン回転数
が予め設定される回転数以下となるまでは回転電機３を
発電機として作動させることにより、バッテリ４の過放
電を防止することができる。
【００１９】さらに、前記「エコノミーモード」、「パ
ワーモード」の何れのモードが選択されている場合であ
っても、パワーアップスイッチ１３からＯＮ信号が入力
されると、コントローラ１１は、双方向コンバータ１０
に対し、回転電機３を電動機として最大出力で回転駆動
させるよう制御指令を出力する。この制御指令の出力
は、パワーアップスイッチ１３からＯＮ信号が入力され
なくなった場合、あるいはＯＮ信号が予め設定される設
定時間以上継続して入力された場合に停止される。ここ
で、前記パワーアップスイッチ１３は、例えば操作レバ
ー１７の先端部に設けられる押釦式のものであって、オ
ペレータがＯＮ操作しているあいだだけＯＮ信号がコン
トローラ１１に入力されるように設定されている。つま
り、オペレータがパワーアップスイッチ１３をＯＮ操作
しているあいだ、回転電機３は電動機として最大出力で
回転駆動し、これによりエンジン２の出力に回転電機３
の最大出力が加算されることになって、重負荷の作業に
対応できる大きな出力を得ることができるようになって
いる。さらにこのものにおいて、パワーアップスイッチ
１３のＯＮ操作が前記設定時間以上継続した場合には、
回転電機３を最大出力で回転駆動させるための制御指令
の出力が停止されるため、回転電機３が設定時間以上に
亘って最大出力で回転駆動することが制限され、これに
よりバッテリ４の過放電や回転電機の過熱を防止できる
ようになっている。
ワーモード」の何れのモードが選択されている場合であ
っても、パワーアップスイッチ１３からＯＮ信号が入力
されると、コントローラ１１は、双方向コンバータ１０
に対し、回転電機３を電動機として最大出力で回転駆動
させるよう制御指令を出力する。この制御指令の出力
は、パワーアップスイッチ１３からＯＮ信号が入力され
なくなった場合、あるいはＯＮ信号が予め設定される設
定時間以上継続して入力された場合に停止される。ここ
で、前記パワーアップスイッチ１３は、例えば操作レバ
ー１７の先端部に設けられる押釦式のものであって、オ
ペレータがＯＮ操作しているあいだだけＯＮ信号がコン
トローラ１１に入力されるように設定されている。つま
り、オペレータがパワーアップスイッチ１３をＯＮ操作
しているあいだ、回転電機３は電動機として最大出力で
回転駆動し、これによりエンジン２の出力に回転電機３
の最大出力が加算されることになって、重負荷の作業に
対応できる大きな出力を得ることができるようになって
いる。さらにこのものにおいて、パワーアップスイッチ
１３のＯＮ操作が前記設定時間以上継続した場合には、
回転電機３を最大出力で回転駆動させるための制御指令
の出力が停止されるため、回転電機３が設定時間以上に
亘って最大出力で回転駆動することが制限され、これに
よりバッテリ４の過放電や回転電機の過熱を防止できる
ようになっている。
【００２０】叙述の如く構成されたものにおいて、エン
ジン２は、中程度の負荷に対応した出力容量のものが採
用されているが、このものにおいて重負荷の作業を行う
場合には、回転電機３が電動機として作動し、該電動機
の出力が前記エンジン２の出力に加算されることになっ
て、重負荷の作業に対応した大きな出力を得ることがで
きる。この結果、燃費、騒音、コスト的に有利な出力容
量の小さなエンジンを搭載したものでありながら、重負
荷の作業の作業効率が損なわれるしまうようなことがな
く、生産性にも優れる。
ジン２は、中程度の負荷に対応した出力容量のものが採
用されているが、このものにおいて重負荷の作業を行う
場合には、回転電機３が電動機として作動し、該電動機
の出力が前記エンジン２の出力に加算されることになっ
て、重負荷の作業に対応した大きな出力を得ることがで
きる。この結果、燃費、騒音、コスト的に有利な出力容
量の小さなエンジンを搭載したものでありながら、重負
荷の作業の作業効率が損なわれるしまうようなことがな
く、生産性にも優れる。
【００２１】しかも前記回転電機３は、電動機として作
動していないときには発電機として作動してバッテリ４
を充電する構成となっているため、電動機として作動す
る回転電機３を有効利用してバッテリ４の充電を行える
ことになって、バッテリ充電用の発電機を別途設ける必
要もなく、また外部からの充電も必要としない。
動していないときには発電機として作動してバッテリ４
を充電する構成となっているため、電動機として作動す
る回転電機３を有効利用してバッテリ４の充電を行える
ことになって、バッテリ充電用の発電機を別途設ける必
要もなく、また外部からの充電も必要としない。
【００２２】さらに、前記回転電機３は、エンジン始動
時にはスタータモータとして作動するため、スタータ専
用のモータが不要となって、部材の兼用化が計れるとい
う利点がある。
時にはスタータモータとして作動するため、スタータ専
用のモータが不要となって、部材の兼用化が計れるとい
う利点がある。
【００２３】またこのものでは、回転電機３を電動機と
して作動させない「エコノミーモード」と、電動機とし
て作動させる「パワーモード」とを、モード切換えスイ
ッチ１４により任意に選択できるようになっており、そ
して「エコノミーモード」を選択した場合には、中程度
以下の負荷の作業を低燃費、低騒音で効率よく行うこと
ができる。また「パワーモード」が選択されている場合
には、操作レバー１７の操作量や作動負荷の大きさに対
応して回転電機２が電動機として作動することになり、
重負荷の作業に対応できる大きな出力を得られるが、こ
の場合、操作レバー１７の操作量や作動負荷が小さいと
きには回転電機３を発電機として作動させることによ
り、バッテリ４が過放電となってしまうことを回避でき
る。
して作動させない「エコノミーモード」と、電動機とし
て作動させる「パワーモード」とを、モード切換えスイ
ッチ１４により任意に選択できるようになっており、そ
して「エコノミーモード」を選択した場合には、中程度
以下の負荷の作業を低燃費、低騒音で効率よく行うこと
ができる。また「パワーモード」が選択されている場合
には、操作レバー１７の操作量や作動負荷の大きさに対
応して回転電機２が電動機として作動することになり、
重負荷の作業に対応できる大きな出力を得られるが、こ
の場合、操作レバー１７の操作量や作動負荷が小さいと
きには回転電機３を発電機として作動させることによ
り、バッテリ４が過放電となってしまうことを回避でき
る。
【００２４】そのうえこのものは、パワーアップスイッ
チ１３をＯＮ操作すると回転電機３が電動機として最大
出力で駆動する構成となっているため、例えば「エコノ
ミーモード」が選択されているときに短時間重負荷の作
業を行いたい場合等に便利であって、操作性に優れる。
しかもこの最大出力できる時間は予め設定される設定時
間内に制限されているため、回転電機３の過熱やバッテ
リ４の過放電を防止することができる。
チ１３をＯＮ操作すると回転電機３が電動機として最大
出力で駆動する構成となっているため、例えば「エコノ
ミーモード」が選択されているときに短時間重負荷の作
業を行いたい場合等に便利であって、操作性に優れる。
しかもこの最大出力できる時間は予め設定される設定時
間内に制限されているため、回転電機３の過熱やバッテ
リ４の過放電を防止することができる。
【００２５】尚、本発明は上記実施の形態に限定されな
いことは勿論であって、例えば、図４に示す如く、エン
ジン２の出力軸２ａと回転電機３との回転軸３ａを並列
状に設けると共に、これらをギア１８、１９を介して油
圧ポンプ５の駆動軸５ａに接続する構成にすることもで
きる。また、回転電機と油圧ポンプとのあいだにクラッ
チを設け、該クラッチを必要に応じて、あるいはオペレ
ータの任意の操作に基づいて断続できるように構成する
こともでき、要するに、本発明は、エンジンを動力源と
する油圧ポンプが搭載された建設機械に、油圧ポンプの
補助動力源となる電動機を設けることで建設機械のハイ
ブリッド化を計ったものであり、そのハイブリッドの制
御システム等については上記実施例以外にも種々のもの
が考えられる。
いことは勿論であって、例えば、図４に示す如く、エン
ジン２の出力軸２ａと回転電機３との回転軸３ａを並列
状に設けると共に、これらをギア１８、１９を介して油
圧ポンプ５の駆動軸５ａに接続する構成にすることもで
きる。また、回転電機と油圧ポンプとのあいだにクラッ
チを設け、該クラッチを必要に応じて、あるいはオペレ
ータの任意の操作に基づいて断続できるように構成する
こともでき、要するに、本発明は、エンジンを動力源と
する油圧ポンプが搭載された建設機械に、油圧ポンプの
補助動力源となる電動機を設けることで建設機械のハイ
ブリッド化を計ったものであり、そのハイブリッドの制
御システム等については上記実施例以外にも種々のもの
が考えられる。
【図１】ハイブリッドシステムのブロック図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第一、第二システム
における操作レバーの操作角度と電動機の出力との関係
を示すグラフ図である。
における操作レバーの操作角度と電動機の出力との関係
を示すグラフ図である。
【図３】油圧ショベルの側面図である。
【図４】他例を示すハイブリッドシステムの一部ブロッ
ク図である。
ク図である。
２ エンジン ３ 回転電機 ４ バッテリ ５ 油圧ポンプ １０ 双方向コンバータ １１ コントローラ １２ 回転数検出器 １３ パワーアップスイッチ １４ モード切換えスイッチ １５ キースイッチ １６ レバー操作検出器 １７ 操作レバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｂ 9/00 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｃ 17/05 Ｆ０４Ｂ 17/00 Ａ Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB05 AB06 AB07 AC06 BA05 BB12 CA02 3G093 AA10 AA15 AA16 CA01 DA01 DB00 DB22 DB23 EB00 FA04 FA11 FB05 3H069 AA01 CC01 CC03 DD21 DD24 3H075 AA05 CC18 CC24 DB03 DB04 DB37 EE04 EE05
Claims (9)
- 【請求項１】 エンジンを動力源として駆動する油圧ポ
ンプが搭載された建設機械において、該建設機械に、油
圧ポンプの補助動力源として作動する電動機を設けたこ
とを特徴とする建設機械におけるハイブリッドシステ
ム。 - 【請求項２】 請求項１において、電動機は、エンジン
始動時におけるスタータモータとして作動するように構
成されていることを特徴とする建設機械におけるハイブ
リッドシステム。 - 【請求項３】 請求項１乃至２において、建設機械に
は、電動機への電力供給を断絶する制御手段が設けられ
ていることを特徴とする建設機械におけるハイブリッド
システム。 - 【請求項４】 請求項１乃至３において、電動機は、回
生発電機能を有する回転電機であって、該回転電機は、
バッテリからの電力供給を受けることで回転駆動する電
動機として作動する一方、エンジン回転に連繋して回転
することで発電し、該発電した電力を前記バッテリに充
電する発電機として作動することを特徴とする建設機械
におけるハイブリッドシステム。 - 【請求項５】 請求項１乃至４において、電動機の出力
は、建設機械に設けられる油圧アクチュエータ用操作具
の操作量に対応して増減するよう制御されることを特徴
とする建設機械におけるハイブリッドシステム。 - 【請求項６】 請求項１乃至５において、電動機の出力
は、建設機械の行う作業負荷の大きさに対応して増減す
るよう制御されることを特徴とする建設機械におけるハ
イブリッドシステム。 - 【請求項７】 請求項６において、作業負荷の大きさ
は、エンジン回転数の低下に基づいて判断されることを
特徴とする建設機械におけるハイブリッドシステム。 - 【請求項８】 請求項１乃至７において、建設機械に
は、電動機を最大出力で駆動させるための操作手段が設
けられていることを特徴とする建設機械におけるハイブ
リッドシステム。 - 【請求項９】 請求項１乃至８において、電動機が継続
して最大出力で駆動する時間に制限を設けたことを特徴
とする建設機械におけるハイブリッドシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35903399A JP2001173024A (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 建設機械におけるハイブリッドシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35903399A JP2001173024A (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 建設機械におけるハイブリッドシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001173024A true JP2001173024A (ja) | 2001-06-26 |
Family
ID=18462401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35903399A Pending JP2001173024A (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 建設機械におけるハイブリッドシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001173024A (ja) |
Cited By (21)
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-
1999
- 1999-12-17 JP JP35903399A patent/JP2001173024A/ja active Pending
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