JP2005290674A - ハイブリッドショベルの操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧系アクチュエータと電動系アクチュエータとが混在してなるハイブリッドショベルに於いて、部品の共用化が可能で、且つ、油圧系アクチュエータの操作と同じ操作で電動系アクチュエータの操作ができる操作装置を得る。
【解決手段】油圧系アクチュエータ（油圧モータ２５）を遠隔操作する油圧パイロット操作弁２７と同じ構造をした油圧パイロット操作弁４４を、電動系アクチュエータ（電動モータ４５）を遠隔操作する手段として設け、パイロットポンプ２４で送られて来るパイロットオイルで該油圧パイロット操作弁４４に生成されるパイロット２次圧を圧力センサ４３ａ，４３ｂで検出し、更に電気信号に変換して制御部４０に出力し、該制御部４０が該電気信号に応じて電動系アクチュエータ（電動モータ４５）の駆動を制御するように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッドショベルの操作装置に関するものであり、特に、油圧で駆動する油圧系アクチュエータと電力で駆動する電動系アクチュエータとを備えるハイブリッドショベルの操作装置に関するものである。

近年、排気ガスや騒音等の作業環境を改善した建設機械が種々提案されている。その一つに、エンジンと電動モータを併用したハイブリッド式の建設機械がある。このハイブリッド式の建設機械は、エンジンの動力で駆動されるアクチュエータ用の油圧ポンプの他に、バッテリの電力で駆動される電動モータが設けられている。そして、アクチュエータ駆動モードを切り換えると、油圧ポンプの駆動を「バッテリ駆動」、「エンジン駆動」、「エンジン駆動とバッテリによるアシスト駆動」に変更することが可能で、この駆動形式を作業内容等に応じて切り換えることにより、エンジンの負荷を軽減して排気ガスや騒音等を改善するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００１−２０７４８２号公報。

特許文献１記載の発明は、各種アクチュエータの全てを油圧ポンプの駆動で行う方法が採られている。しかしながら、作業環境や機能的に見た場合には、油圧で駆動した方が都合の良いアクチュエータと電力で駆動した方が都合の良いアクチュエータとがある。従って、今後は油圧で駆動するアクチュエータ（以下、これを「油圧系アクチュエータ」という）と電力で駆動するアクチュエータ（以下、これを「電動系アクチュエータ」という）とが混在してなるハイブリッド形式のショベルは増えることが予想される。

このように油圧系のアクチュエータと電動系のアクチュエータとを混在させて搭載するハイブリッドショベルでは、油圧系アクチュエータを制御する操作手段と電動系アクチュエータを制御する操作手段の２種類の操作手段が必要になり、部品管理が複雑化し、コストも上がるという問題がある。又、油圧系アクチュエータでは、一般に中立位置に設定された操作レバーを傾倒することによって操作される油圧パイロット操作弁を用いていたが、電動系アクチュエータを操作レバーを用いない、例えばスイッチ操作で行うことになると、不慣れなオペレータは操作がしづらいという問題の発生が予想される。

そこで、油圧系アクチュエータと電動系アクチュエータとが混在してなるハイブリッドショベルに於いて、部品の共用化が可能で、且つ、油圧系アクチュエータの操作と同じ操作で電動系アクチュエータの操作ができる操作装置を得るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、油圧ポンプの吐出作動油で駆動される油圧アクチュエータと、バッテリの電力で駆動される電動系アクチュエータと、遠隔操作用のパイロット油圧を生成するパイロットポンプとを備え、前記油圧ポンプと前記パイロットポンプがエンジンの動力で駆動されているハイブリッドショベルに於いて、前記電動系アクチュエータを前記パイロット油圧で遠隔操作する油圧パイロット操作弁と、該油圧パイロット操作弁の２次圧を電気信号に変換して出力する圧力センサと、該圧力センサからの信号に応じて前記電動系アクチュエータを制御する制御部、とを備えたハイブリッドショベルの操作装置を提供する。

この構成によれば、電動系アクチュエータを操作する手段として、油圧系アクチュエータを操作する油圧パイロット操作弁と同じ油圧パイロット操作弁を用い、且つ、油圧系アクチュエータを操作する油圧パイロット操作弁と同じパイロットポンプから吐出されるパイロットオイルを使用して、電動系アクチュエータ用の油圧パイロット操作弁を操作することができる。従って、電動系アクチュエータを操作する油圧パイロット操作弁の構造を、油圧系アクチュエータを操作する油圧パイロット操作弁と同じ構造にして操作等の共通化を図ることが可能になる。そして、電動系アクチュエータを操作する場合、該電動系アクチュエータ用の油圧パイロット操作弁を操作すると、該油圧パイロット操作弁からパイロット２次圧が生成され、この２次圧が圧力センサで検知されると共に電気信号に変換され、該電気信号が電動系アクチュエータを操作するための信号として制御手段に入力される。制御手段は、この信号に基づいて電動系アクチュエータを制御する。

請求項２記載の発明は、上記油圧パイロット操作弁が、通常は中立位置に設定されている左右に傾倒可能な操作レバーと、前記操作レバーの傾倒方向と各々対応して設けられている複数のポートを有し、且つ、前記操作レバーの傾倒方向と対応したポートから上記２次圧を出力するように構成された切換弁とを備え、前記圧力センサを前記ポート毎に設けてなるハイブリッドショベルの操作装置を提供する。

この構成によれば、操作レバーを中立位置から傾倒すると、その傾倒方向と対応しているポートから２次圧が出力され、この２次圧が該ポートと対応している圧力センサで検出され、電気信号に変換されて制御手段に出力される。従って、制御手段では圧力手段の電気信号から操作レバーの傾倒方向を識別することができる。

請求項１記載の発明は、電動系アクチュエータを操作する手段として、油圧系アクチュエータの操作で使用している油圧パイロット操作弁と同じ構造にした油圧パイロット操作弁を使用して、油圧パイロット操作弁の共用化を図ることができるので、部品管理が簡単になり、コストの低減に寄与できる。又、同じ構造をした油圧パイロット操作弁を使用することによって、電動系アクチュエータの操作を油圧系アクチュエータの操作と同じ感覚で行うことができ、操作性の向上に寄与できる。更に、油圧系アクチュエータと電動系アクチュエータとが混在する形態をとることができ、作業環境や作業内容に応じたショベルを提供することができる。

請求項２記載の発明は、操作レバーを中立位置から傾倒した方向に応じて、その傾倒方向と対応している圧力センサから信号が得られるようにしているので、請求項１記載の発明の効果に加えて、操作レバーの操作された方向を圧力センサの信号から簡単に取得することができる。

油圧系アクチュエータと電動系アクチュエータとが混在してなるハイブリッドショベルに於いて、部品の共用化が可能で、且つ、油圧系アクチュエータの操作と同じ操作で電動系アクチュエータの操作ができる操作装置にするために、油圧ポンプの吐出作動油で駆動される油圧アクチュエータと、バッテリの電力で駆動される電動系アクチュエータと、遠隔操作用のパイロット油圧を生成するパイロットポンプとを備え、前記油圧ポンプと前記パイロットポンプとをエンジンの動力で駆動しているハイブリッドショベルに於いて、前記電動系アクチュエータを前記パイロット油圧で遠隔操作する油圧パイロット操作弁と、該油圧パイロット操作弁の２次圧を電気信号に変換して出力する圧力センサと、該圧力センサからの信号に応じて前記電動系アクチュエータを制御する制御部、とを備えたハイブリッドショベルの操作装置を提供する。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１は本発明を適用したハイブリッドショベルの側面図を示す。図１に於いて、該ハイブリッドショベル１０は、下部走行体１１上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３には、キャブ１４と建屋１８が設けられている他に、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１５の先端にはアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、更に該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。

図２は図１に示したハイブリッドショベルに於ける油圧及び電気回路構成を示す回路図である。図２に於いて、この油圧回路は、エンジン２０に動力連結された油圧アクチュエータ系統部２１と電動アクチュエータ系統部２２とを備えている。

油圧アクチュエータ系統部２１は、エンジン２０に動力伝達手段やクラッチを介して動力連結されている油圧ポンプ２３及びパイロットポンプ２４と、油圧ポンプ２３から油管３２を通って送り出されて来る吐出作動油で駆動される油圧系アクチュエータとしての油圧モータ２５と、その油圧モータ２５と油圧ポンプ２３との間に介在された方向切換弁２６と、パイロットポンプ２４から吐出されるパイロットオイルの油圧（以下、これを「パイロット油圧」という）を方向切換弁２６に付与して、該方向切換弁２６を遠隔操作する油圧パイロット操作弁２７とを備えた構成となっている。尚、油圧モータ２５と方向切換弁２６と油圧パイロット操作弁２７は、油圧ポンプ２３の作動油で駆動する作動機の数に応じて複数設けられるものであるが、ここでは説明を簡略化するために１つだけ設けた場合を示す。

油圧パイロット操作弁２７は、キャブ１４の運転席に座ったオペレータが手で操作可能な位置に設けられた図示せぬ操作台上に設置され、該操作台から上方に向かって突設された操作レバー２８を備えている。この操作レバー２８は棒状を呈し、基端部に軸受部２９が設けられ、この軸受部２９に支持軸２９ａが嵌入されることによって、操作レバー２８は支持軸２９ａを支点に回動自在に支持された状態になっている。

又、軸受部２９には、左右方向に延びるバー３０が設けられ、このバー３０の両側部の下側には、それぞれコイルスプリングを介して一対の切換弁３１ａ，３１ｂが設けられている。そして、通常、操作レバー２８は、各コイルスプリングの付勢力によって直立した中立位置に位置設定されている。又、操作レバー２８が中立位置にある状態では、方向切換弁２６は、図２に示すように、作動油遮断位置に設定され、これによって油圧モータ２５は停止状態になっている。

そして、操作レバー２８を支持軸２９ａを支点にして、例えば図２に於ける右方向に倒すことにより切換弁３１ａが開き、第１パイロット管路３３ａ、右方向の切換弁３１ａ及び第２パイロット管路３３ｂが連通して、パイロットポンプ２４からのパイロット油圧が右方向の切換弁３１ａ及び第２パイロット管路３３ｂに付与される。これによって、方向切換弁２６が右方向に移動して油圧ポンプ２３からの吐出作動油が油圧モータ２５の左方向から右方向に向かって流され、油圧モータ２５は順方向に回転する。この油圧モータ２５の回転によって例えばクローラ１９が順方向に周回し、ハイブリッドショベル１０は前進する。又、操作レバー２８が中立位置に戻されると、切換弁３１ａも閉状態に復帰し、同時に方向切換弁２６も作動油遮断位置に復帰してハイブリッドショベル１０の前進が止まる。

逆に、図２に示す状態に於いて、操作レバー２８を左方向に倒すと切換弁３１ｂが開き、第１パイロット管路３３ａ、左方向の切換弁３１ｂ及び第３パイロット管路３３ｃが連通して、パイロットポンプ２４からのパイロット油圧が左方向の切換弁３１ｂ及び第３パイロット管路３３ｃに供給される。これによって、方向切換弁２６が左方向に移動して油圧ポンプ２３からの吐出作動油が油圧モータ２５内を右方向から左方向に向かって流され、油圧モータ２５は逆方向に回転する。この油圧モータ２５の回転によってクローラ１９が逆方向に周回し、ハイブリッドショベル１０は後退する。又、操作レバー２８が中立位置に戻されると、切換弁３１ｂも閉状態に復帰し、同時に方向切換弁２６も作動油遮断位置に復帰してハイブリッドショベル１０の後退が止まる。

電動アクチュエータ系統部２２は、制御部４０と、エンジン２０にベルトなどの動力伝達手段やクラッチを介して動力連結されている発電機４１と、バッテリ４２と、圧力センサ４３ａ，４３ｂと、油圧パイロット操作弁４４と、電動アクチュエータとしての電動モータ４５とを備えた構成となっている。又、この電動アクチュエータ系統部２２に於いても、圧力センサ４３ａ，４３ｂと油圧パイロット操作弁４４と電動モータ４５は、電動で駆動する作動機の数に応じて複数設けられるものであるが、ここでは説明を簡略化するために各々１つだけ設けた場合を示す。

制御部４０は、電動アクチュエータ系統部２２の全体を制御するマイクロコンピュータとして構成されており、予めプログラムされている手順に従い、例えば電動モータ４５の起動・停止と回転方向を制御する。

発電機４１は、エンジン２０により回転された機械エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ４２に蓄える。

圧力センサ４３ａ，４３ｂは、油圧パイロット操作弁４４で制御された後の、第１出力ポート４６ａ又は第２出力ポート４６ｂ内に生じるパイロット２次圧を検出し、そのパイロット２次圧を電気信号に変換して制御部４０に送るセンサである。

油圧パイロット操作弁４４は、前記油圧パイロット操作弁２７の構造と同一のもので、又、油圧パイロット操作弁２７と同様に、キャブ１４の運転席に座ったオペレータが手で操作可能な位置に設けられている。従って、油圧パイロット操作弁２７と対応している部材には同じ符号を付して重複した説明は省略する。

又、油圧パイロット操作弁４４には、油圧パイロット操作弁２７と同じパイロットポンプ２４からのパイロットオイルのパイロット油圧が付与される。このパイロットオイルのパイロット油圧は、切換弁３１ａが開いて第１パイロット管路３３ａと第１出力ポート４６ａとが連通されると、該第１出力ポート４６ａ内にパイロット２次圧を発生させる。反対に、切換弁３１ｂが開いて第１パイロット管路３３ａと第２出力ポート４６ｂとが連通されると、該第２出力ポート４６ｂ内に２次圧を発生させる構造になっている。

このように構成された油圧パイロット操作弁４４を用いた電動アクチュエータ系統部２２の動作を次に説明する。油圧パイロット操作弁４４の操作レバー２８は、通常、各コイルスプリングの付勢力によって直立した中立位置に位置設定されている。操作レバー２８が中立位置にある状態では、油圧パイロット操作弁４４の切換弁３１ａ，３１ｂは、図２に示すように、パイロットオイルのパイロット油圧が第１出力ポート４６ａと第２出力ポート４６ｂ側には付与されない遮断位置に設定されていて、第１出力ポート４６ａと第２出力ポート４６ｂの何れのポートにもパイロット２次圧は発生していない。この情報は圧力センサ４３ａ，４３ｂを介して制御部４０に入力され、制御部４０は油圧モータ４５を停止状態に制御している。

そして、油圧パイロット操作弁４４の操作レバー２８を支持軸２９ａを支点にして、例えば図２に於ける右方向に倒すと切換弁３１ａが開き、第１パイロット管路３３ａと右方向の切換弁３１ａと第１出力ポート４６ａとが連通し、第１出力ポート４６ａ内にパイロット２次圧が発生する。このパイロット２次圧は圧力センサ４３ａで検出され、更に電気信号に変換されて制御部４０に送られる。これにより、電動モータ４５には、制御部４０の制御で、バッテリ４２からの電流が順方向より流され、該電動モータ４５は順方向に回転する。この電動モータ４５の回転によって例えばアーム１６が上方向に回動する。又、操作レバー２８が中立位置に戻されると、切換弁３１ａも閉状態に復帰し、同時に圧力センサ４３ａで検出される２次圧が低下し、制御部４０は電動モータ４５を停止させ、これによりアーム１６の回動も止まる。

逆に、図２に示す状態に於いて、操作レバー２８を左方向に倒すと切換弁２１ｂが開き、第１パイロット管路３３ａと左方向の切換弁３１ｂと第２出力ポート４６ｂとが連通し、第２出力ポート４６ｂ内にパイロット２次圧が発生する。このパイロット２次圧は圧力センサ４３ｂで検出され、更に電気信号に変換されて制御部４０に送られる。これにより、電動モータ４５には、制御部４０の制御でバッテリ４２からの電流が逆方向より流され、該電動モータ４５は逆方向に回転する。この電動モータ４５の回転によって例えばアーム１６が下方向に回動する。又、操作レバー２８が中立位置に戻されると、切換弁３１ｂも閉状態に復帰し、同時に圧力センサ４３ｂで検出される２次圧が低下し、制御部４０は電動モータ４５を停止させ、これによりアーム１６の回動も止まる。

従って、このように構成された本実施例に係るハイブリッドショベルでは、電動系アクチュエータ（電動モータ４５）を操作する手段として、油圧系アクチュエータ（油圧モータ２５）の操作で使用している油圧パイロット操作弁２７と同じ構造にした油圧パイロット操作弁４４を使用して、油圧パイロット操作弁２７，４４の共用化を図ることができるので、部品管理が簡単になり、コストの低減に寄与できる。又、同じ構造をした油圧パイロット操作弁２７，４４を使用することによって、電動系アクチュエータの操作を油圧系アクチュエータの操作と同じ感覚で行うことができ、操作性の向上に寄与できる。更に、油圧系アクチュエータと電動系アクチュエータとが混在する形態をとることができ、作業環境や作業内容に応じたショベルを提供することができることになる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明を適用したハイブリッドショベルの側面図。 同上ハイブリッドショベルに於ける油圧及び電気回路構成の回路図。

符号の説明

２０ エンジン
２１ 油圧アクチュエータ系統部
２２ 電動アクチュエータ系統部
２３ 油圧ポンプ
２４ パイロットポンプ
２５ 油圧モータ（油圧系アクチュエータ）
２６ 方向切換弁
２７ 油圧パイロット操作弁
２８ 操作レバー
３１ａ，３１ｂ 切換弁
３３ａ 第１パイロット管路
３３ｂ 第２パイロット管路
３３ｃ 第３パイロット管路
４０ 制御部
４２ バッテリ
４３ａ，４３ｂ 圧力センサ
４４ 油圧パイロット操作弁
４５ 電動モータ（電動アクチュエータ）
４６ａ 第１出力ポート
４６ｂ 第２出力ポート

Claims (2)

1. 油圧ポンプの吐出作動油で駆動される油圧アクチュエータと、バッテリの電力で駆動される電動系アクチュエータと、遠隔操作用のパイロット油圧を生成するパイロットポンプとを備え、前記油圧ポンプと前記パイロットポンプがエンジンの動力で駆動されているハイブリッドショベルに於いて、
   前記電動系アクチュエータを前記パイロット油圧で遠隔操作する油圧パイロット操作弁と、
   該油圧パイロット操作弁の２次圧を電気信号に変換して出力する圧力センサと、
   該圧力センサからの信号に応じて前記電動系アクチュエータを制御する制御部、
   とを備えたことを特徴とするハイブリッドショベルの操作装置。
2. 上記油圧パイロット操作弁が、通常は中立位置に設定されている左右に傾倒可能な操作レバーと、前記操作レバーの傾倒方向と各々対応して設けられている複数のポートを有し、且つ、前記操作レバーの傾倒方向と対応したポートから上記２次圧を出力するように構成された切換弁とを備え、前記圧力センサを前記ポート毎に設けてなる請求項１記載のハイブリッドショベルの操作装置。

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