JP2009024778A - 発電機駆動制御装置および作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷により変動しやすいポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータを定速制御できる発電機駆動制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン６の駆動軸に、可変容量型ポンプ７と補助ポンプ８とを接続する。可変容量型ポンプ７の吐出ラインに発電機駆動モータ９を接続し、発電機駆動モータ９の駆動軸に発電機10を接続する。補助ポンプ８の吐出ラインに、アキュームレータ14を接続する。アキュームレータ14を接続した通路は、電磁比例流量制御弁17を経て、可変容量型ポンプ７の吐出ラインに接続する。コントローラ30は、ポンプ圧力検出器21の信号に基づいて電磁比例流量制御弁17を制御するとともに、補助ポンプ８の電磁アンロード弁15を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネット作業用の発電機を駆動する発電機駆動制御装置およびこの発電機駆動制御装置を備えた作業機械に関するものである。

従来の油圧ショベルなどの作業機械に搭載された作業腕装置の先端に装着されたマグネット作業用の電磁石（以下、リフティングマグネットという）は、油圧ショベルに搭載された油圧駆動発電装置より電力の供給を受ける。この油圧駆動発電装置は、リフティングマグネット専用の油圧ポンプから発電機駆動用油圧モータに圧油を供給し、発電機の回転速度（以下、回転速度を「回転数」という）を一定に保持するため、発電機駆動用油圧モータの入口に圧力補償付流量制御弁を設けた油圧回路を備えている（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術では、油圧ポンプを駆動するエンジンが定常回転で駆動している場合は、油圧モータに供給する流量が十分確保できるので、発電機を一定回転数で制御できるが、作業アームとリフティングマグネットを同時に操作した場合は、一時的にエンジンが過負荷状態になり回転数が低下して、油圧モータへの供給流量が十分確保できず、発電機の回転数が下がり、リフティングマグネットに供給する電力が低下する。そのため、リフティングマグネットの電磁力が低下する不都合が生じるとともに、作業効率が低下する問題がある。

一方、油圧ポンプの吐出側に、リフティングマグネットの運転時には油圧ポンプの吐出油のうちの一定流量を優先的にリフティングマグネット用油圧モータに供給し、残りの余剰流量をアキュームレータに供給するプライオリティバルブを配すると共に、リフティングマグネット用油圧モータの回転数が低下した場合に、前記アキュームレータに畜圧された圧油をリフティングマグネット用油圧モータに供給する補充用油路を設けたことにより、一時的に過負荷状態となってエンジン回転数および油圧ポンプの出力流量が低下した場合に、リフティングマグネット用油圧モータの回転数が低下することを防止する油圧制御回路がある（例えば、特許文献２参照）。
登録実用新案第３０４３１９９号公報（第１頁、図１） 特開２００６−２０７１４３号公報（第９頁、図２）

上記の油圧制御回路は、エンジン負荷によりエンジン回転数が低下したときアキュームレータからポンプ流量の不足分を補充して適切なモータ回転数を保持しようとするものであるが、ポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータを定速制御することは容易でない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、負荷により変動しやすいポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータを定速制御できる発電機駆動制御装置およびこの発電機駆動制御装置を搭載した作業機械を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、エンジンにより駆動される定馬力特性を有する可変容量型ポンプと、可変容量型ポンプから吐出された作動流体により作動される発電機駆動モータと、発電機駆動モータにより駆動されて電磁石に電力を供給する発電機と、可変容量型ポンプからの吐出流量とは別に作動流体を発電機駆動モータに補充する補充手段と、可変容量型ポンプから吐出された作動流体の発電機駆動ポンプ圧力を検出するポンプ圧力検出器と、発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は発電機駆動ポンプ圧力に応じて補充手段から可変容量型ポンプの吐出側に補充される作動流体の補充量を制御するコントローラとを具備した発電機駆動制御装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の発電機駆動制御装置における補充手段が、ポンプから供給された作動流体を蓄圧するアキュームレータと、アキュームレータに蓄圧された作動流体を発電機駆動モータに補充する補充制御弁とを備え、コントローラは、発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は発電機駆動ポンプ圧力に応じて補充制御弁を開く機能を備えたものである。

請求項３に記載された発明は、請求項２記載の発電機駆動制御装置において、可変容量型ポンプと共にエンジンにより駆動されアキュームレータに作動流体を供給する補助ポンプを具備し、コントローラは、電磁石の非励磁時に補助ポンプでアキュームレータに作動流体を蓄圧し、電磁石の励磁時に補充制御弁を制御してアキュームレータの蓄圧流体を可変容量型ポンプの吐出側に補充する機能を備えたものである。

請求項４に記載された発明は、請求項３記載の発電機駆動制御装置において、補助ポンプの吐出ラインに設けられて補助ポンプをアンロード状態に制御するアンロード弁を具備し、コントローラは、ポンプ圧力検出器で検出された発電機駆動ポンプ圧力が規定圧力以上になったとき補助ポンプのアンロード弁をアンロード状態に制御する機能を備えたものである。

請求項５に記載された発明は、請求項４記載の発電機駆動制御装置において、アキュームレータに蓄圧された作動流体の蓄圧力を検出する蓄圧力検出器を具備し、コントローラは、蓄圧力検出器で検出されたアキュームレータの蓄圧力が規定値に達したとき補助ポンプのアンロード弁をアンロード状態に制御する機能を備えたものである。

請求項６に記載された発明は、機体と、機体に設けられた作業腕装置と、作業腕装置の先端に装着された電磁石と、電磁石に電力を供給する発電機と、発電機を駆動制御する機体に搭載された請求項１乃至５のいずれか記載の発電機駆動制御装置とを具備した作業機械である。

請求項１に記載された発明によれば、エンジンにより駆動される定馬力特性を有する可変容量型ポンプから吐出された作動流体により発電機駆動モータを駆動する発電機駆動制御装置において、ポンプ圧力検出器で検出された可変容量型ポンプの発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上になったときは、コントローラが補充手段を制御して、発電機駆動ポンプ圧力に応じて補充手段から可変容量型ポンプの吐出側に補充される作動流体の補充量を制御するので、発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合はポンプ流量不足が生じる定馬力特性の可変容量型ポンプにおいて、負荷により変動しやすいポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータを定速制御でき、電磁石への安定した電力供給を確保できる。

請求項２に記載された発明によれば、発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は発電機駆動ポンプ圧力に応じてコントローラが補充制御弁を開くことで、定馬力特性を有する可変容量型ポンプの高圧域における流量不足分をアキュームレータに蓄圧された作動流体で瞬時に補充できる。

請求項３に記載された発明によれば、コントローラは、電磁石の非励磁時すなわち可変容量型ポンプの無負荷時に補助ポンプでアキュームレータに作動流体を蓄圧し、電磁石の励磁時すなわち可変容量型ポンプの負荷時に補充制御弁を制御してアキュームレータの蓄圧流体を可変容量型ポンプの吐出側に補充するので、非励磁時から励磁時にわたって負荷の平均化を図り、エンジンに急激な負荷が加わることを防止できる。

請求項４に記載された発明によれば、コントローラは、発電機駆動ポンプ圧力が規定圧力以上になったとき補助ポンプのアンロード弁をアンロード状態に制御するので、補助ポンプ分のエンジン負荷を軽減できる。

請求項５に記載された発明によれば、蓄圧力検出器で検出されたアキュームレータの蓄圧力が規定値に達したときにアンロード弁により補助ポンプをアンロード状態に制御するので、アキュームレータ蓄圧状態で補助ポンプがエンジン負荷となることを防止できる。

請求項６に記載された発明によれば、負荷により変動しやすいポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータを定速制御できる発電機駆動制御装置により、マグネット作業時のエンジン負荷を平均化でき、安定した吸着力で効率の良いマグネット作業を行なえる作業機械を提供できる。

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図２は、マグネット作業用の作業機械31を示し、この作業機械31は、機体32が、下部走行体１と、この下部走行体１に旋回可能に設けられた上部旋回体２とにより設けられ、この上部旋回体２に、作業腕装置33が設けられている。この作業腕装置33は、上部旋回体２にブーム３の基端が上下方向回動可能に軸支され、このブーム３の先端にアーム４が回動自在に軸結合されたものである。

アーム４の先端に、バケットに替えてマグネット作業用の電磁石（以下、「リフティングマグネット」という）５が回動自在に軸結合されている。作業腕装置33のブーム３はブームシリンダ3aにより回動され、アーム４はアームシリンダ4aにより回動され、リフティングマグネット５は、本来はバケット回動用のバケットシリンダ5aにより回動される。機体32には、図１に示された発電機駆動制御装置34が搭載されている。

図１は、リフティングマグネット５の油圧駆動発電装置を示し、その流体圧回路としての油圧回路は、作業機械31の上部旋回体２に搭載されたエンジン６の駆動軸には、作動流体としての作動油を吐出するマグネット作業用の可変容量型ポンプ７と、補助ポンプ８とが接続されている。

可変容量型ポンプ７は、ポンプ容量可変手段としてのレギュレータ7rにより斜板の傾転角を制御してポンプ容量を可変調整するもので、レギュレータ7rは、通路7fを経てフィードバックされたポンプ吐出圧力を受けて、図４に特性曲線Ｃ，Ｄ，Ｅで示される定馬力制御特性を有する。すなわち、エンジン６から可変容量型ポンプ７に供給される馬力が一定であるように制御する。

可変容量型ポンプ７の吐出ラインには、上部旋回体２に搭載された定容量型油圧モータである発電機駆動モータ９が接続されている。この発電機駆動モータ９の駆動軸には、リフティングマグネット５に電力を供給する発電機10の駆動軸が連結されている。

可変容量型ポンプ７の吐出ラインと、タンク19への戻りラインとの間には、マグネット作業モードにより切替わる電磁切換弁11と、回路圧力設定用のリリーフ弁12と、バキューム防止用チェック弁13とが、並列に接続されている。

前記補助ポンプ８には、可変容量型ポンプ７からの吐出流量とは別の経路で作動油を発電機駆動モータ９に補充する補充手段27が接続されている。

この補充手段27は、補助ポンプ８の吐出ラインに、作動油を蓄圧するアキュームレータ14と、アンロード弁としての電磁アンロード弁15とが、それぞれ接続されている。

電磁アンロード弁15は、補助ポンプ８の吐出ラインをパイロット操作によりタンク19に連通する外部パイロット方式のアンロード弁本体15aと、このアンロード弁本体15aをパイロット操作する電磁切換弁15bとを備えている。アキュームレータ14と電磁アンロード弁15とが接続された通路中にはチェック弁16が設けられている。

さらに、補充手段27は、アキュームレータ14の接続部と可変容量型ポンプ７のポンプ吐出ラインとの間の通路中に設置された、電気入力信号に比例する出力流量が得られる補充制御弁としての電磁比例流量制御弁17と、アキュームレータ14からポンプ吐出ラインへの一方向流れを可能とするチェック弁18とを備えている。

30はコントローラであり、このコントローラ30の入力側には、バケット装着時の通常作業モードをマグネット作業モードに切替えるマグネットモードスイッチ20と、発電機10を駆動する発電機駆動モータ９に対し可変容量型ポンプ７から吐出された発電機駆動ポンプ圧力を検出するポンプ圧力検出器21と、アキュームレータ14に蓄圧された作動油の蓄圧力を検出する蓄圧力検出器22とが接続されている。コントローラ30の出力側には、電磁切換弁11、電磁アンロード弁15の電磁切換弁15bおよび電磁比例流量制御弁17の各ソレノイドが接続されている。

図３は、コントローラ30のブロック図を示し、このコントローラ30には、マグネットモードスイッチ20、ポンプ圧力検出器21、蓄圧力検出器22の各信号が入力され、電磁切換弁11、電磁アンロード弁15の電磁切換弁15bおよび電磁比例流量制御弁17に対する指令信号が出力される。マグネットモードスイッチ20は、電磁切換弁11に直接、接続されている。

また、このコントローラ30は、蓄圧力検出器22の信号が所定圧力に達するとオン信号を出力するオン／オフ信号設定器23と、同様にポンプ圧力検出器21の信号が所定圧力に達するとオン信号を出力するオン／オフ信号設定器24と、これらの２つの信号の論理和を求めるオア演算器25とを備えている。このオア演算器25は、前記電磁切換弁15bに接続されている。さらに、このコントローラ30は、ポンプ圧力検出器21の信号に基づいて電磁比例流量制御弁17の信号を設定する流量信号設定器26を備えている。

そして、このコントローラ30は、ポンプ圧力検出器21で検出された発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は発電機駆動ポンプ圧力に応じて電磁比例流量制御弁17を開くことで補充手段27から可変容量型ポンプ７の吐出側に補充される作動油の補充量を制御する機能と、リフティングマグネット５の非励磁時に補助ポンプ８でアキュームレータ14に作動油を蓄圧するとともに、リフティングマグネット５の励磁時に電磁比例流量制御弁17を開口制御することでアキュームレータ14の蓄圧油を可変容量型ポンプ７の吐出側に補充する機能と、ポンプ圧力検出器21で検出された発電機駆動ポンプ圧力が規定圧力以上になったとき電磁アンロード弁15により補助ポンプ８をアンロード状態に制御する機能と、蓄圧力検出器22で検出されたアキュームレータ14の蓄圧力が規定値に達したときに電磁アンロード弁15により補助ポンプ８をアンロード状態に制御する機能とを備えている。

次に、図１乃至図４に示された実施の形態の作用を説明する。

マグネット作業用の可変容量型ポンプ７は、図４に示されるように定馬力制御特性を有し、この図４中のＣ，Ｄ，Ｅ曲線で示されるポンプ特性を有する。

(a) 非マグネット作業モード
マグネットモードスイッチ20がオフであるため、電磁切換弁11は非励磁になり、マグネット作業用の可変容量型ポンプ７から吐出された作動油は電磁切換弁11を経たバイパス通路はタンク19に開放される。

(b) マグネット作業モードでマグネット非励磁
マグネットモードスイッチ20はオンで、電磁切換弁11がバイパス通路を閉じているが、マグネット非励磁のときは、発電機10の負荷がないので、可変容量型ポンプ７は、図４に示されたＡ線の状態にある。一方、補助ポンプ８から吐出された補充圧油はチェック弁16を経てアキュームレータ14に供給され、このアキュームレータ14内に蓄圧される。アキュームレータ14の蓄圧力が高くなると、蓄圧力検出器22の信号によりコントローラ30のオン／オフ信号設定器23の出力がオンになり、オア演算器25を経て、電磁アンロード弁15の電磁切換弁15bを励磁して、アンロード弁本体15aをアンロード状態に制御する。

(c) マグネット作業モードでマグネット励磁
マグネットモードスイッチ20がオンで、電磁切換弁11がバイパス通路を閉じており、リフティングマグネット５が励磁されると、マグネット作業用の可変容量型ポンプ７は、図４に示されたＢ線の状態にあり、この可変容量型ポンプ７から吐出される発電機駆動ポンプ圧力が高くなる。すると、ポンプ圧力検出器21の信号によりコントローラ30のオン／オフ信号設定器24の出力がオンになり、オア演算器25を経て、電磁アンロード弁15の電磁切換弁15bを励磁し、アンロード弁本体15aをアンロード状態に制御し、補助ポンプ８の補充ラインをアンロード状態にする。

同時に、ポンプ圧力検出器21の信号に基づき流量信号設定器26から電磁比例流量制御弁17に対して信号が出力され、アキュームレータ14から可変容量型ポンプ７の吐出ラインに蓄圧油が補充される。流量信号設定器26は、ポンプ圧力検出器21の信号に応じて、図４に示された斜線部Ｄ，Ｅ，Ｆの流量を補充するように信号を出力する。したがって、発電機10は非励磁時とほぼ同じ回転数を維持できる。

要するに、発電機10を駆動する発電機駆動モータ９の油圧駆動装置において、定馬力特性を有する可変容量型ポンプ７と、アキュームレータ14と、このアキュームレータ14に作動油を蓄圧させる補助ポンプ８とを設け、アキュームレータ14の蓄圧力が規定値に達したとき、または可変容量型ポンプ７から吐出される発電機駆動ポンプ圧力が規定圧力以上になったときに、補助ポンプ８をアンロード状態に制御する。

また、(b)に示されるように、非励磁時に補助ポンプ８でアキュームレータ14に作動油を蓄圧し、(c)に示されるように、励磁時に発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上になると、発電機10の回転数が一定になるようにアキュームレータ14に蓄圧された圧油を発電機駆動モータ９の駆動回路に補充する。これらの作用により、発電機駆動時のエンジン負荷の平均化を図り、エンジン６に急激な負荷が加わらないようする。

次に、上記実施の形態の効果を説明する。

エンジン６により駆動される定馬力特性を有する可変容量型ポンプ７から吐出された作動油により発電機駆動モータ９を駆動する発電機駆動制御装置34において、ポンプ圧力検出器21で検出された可変容量型ポンプ７の発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上になったときは、コントローラ30が補充手段27を制御して、発電機駆動ポンプ圧力に応じて補充手段27から可変容量型ポンプ７の吐出側に補充される作動油の補充量を制御するので、発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合はポンプ流量不足が生じる定馬力特性の可変容量型ポンプ７において、負荷により変動しやすいポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータ９すなわち発電機10の回転数を定速制御でき、リフティングマグネット５への安定した電力供給を確保できる。

ポンプ圧力検出器21で検出された発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は、この発電機駆動ポンプ圧力に応じてコントローラ30が電磁比例流量制御弁17を開くことで、定馬力特性を有する可変容量型ポンプ７の高圧域における流量不足分をアキュームレータ14に蓄圧された作動油で瞬時に補充できる。

コントローラ30は、リフティングマグネット５の非励磁時すなわち可変容量型ポンプ７の無負荷時に補助ポンプ８でアキュームレータ14に作動油を蓄圧し、リフティングマグネット５の励磁時すなわち可変容量型ポンプ７の負荷時に発電機10の回転数が一定になるように電磁比例流量制御弁17を開口制御してアキュームレータ14の蓄圧油を可変容量型ポンプ７の吐出側回路に補充するので、マグネット作業時の非励磁時から励磁時にわたってエンジン６の負荷を平均化でき、エンジン６に急激な負荷が加わることを防止できる。

したがって、従来のマグネット仕様機では、作業腕装置33とリフティングマグネット５とを同時に操作した場合に、一時的にエンジン６が過負荷になり、エンジン回転数すなわちポンプ回転数が低下して、発電機駆動モータ９への供給流量が十分確保できず、発電機10の回転数が低下し、吸着力が低下する不具合が生じていたが、発電機駆動制御装置34により、これらの不具合を解消できるとともに、作業効率を向上できる。さらに、エンジン６の負荷が滑らかになるので、燃費を向上できる。

コントローラ30は、ポンプ圧力検出器21で検出された発電機駆動ポンプ圧力が規定圧力以上になったとき、補助ポンプ８の電磁アンロード弁15をアンロード状態に制御するので、補助ポンプ分のエンジン負荷を軽減できる。

コントローラ30は、蓄圧力検出器22で検出されたアキュームレータ14の蓄圧力が規定値に達したときに、電磁アンロード弁15により補助ポンプ８をアンロード状態に制御するので、アキュームレータ蓄圧力状態で補助ポンプ８がエンジン負荷となることを防止できる。

マグネット作業時の負荷により変動しやすいポンプ流量の不足分を正確に補って発電機駆動モータ９すなわち発電機10の回転数を定速制御できる発電機駆動制御装置34により、マグネット作業時のエンジン負荷を平均化でき、安定した吸着力で効率の良いマグネット作業を行なえる作業機械31を提供できる。

本発明は、油圧ショベルなどの作業機械に搭載されるリフティングマグネット用の発電機駆動制御装置に利用可能である。

本発明に係る発電機駆動制御装置の一実施の形態を示す回路図である。 同上制御装置を搭載した作業機械の側面図である。 同上制御装置のコントローラを示すブロック図である。 同上制御装置の可変容量型ポンプの定馬力制御特性を示す特性図である。

符号の説明

５ 電磁石（リフティングマグネット）
６ エンジン
７ 可変容量型ポンプ
８ 補助ポンプ
９ 発電機駆動モータ
10 発電機
14 アキュームレータ
15 アンロード弁としての電磁アンロード弁
17 補充制御弁としての電磁比例流量制御弁
21 ポンプ圧力検出器
22 蓄圧力検出器
27 補充手段
30 コントローラ
31 作業機械
32 機体
33 作業腕装置
34 発電機駆動制御装置

Claims (6)

1. エンジンにより駆動される定馬力特性を有する可変容量型ポンプと、
   可変容量型ポンプから吐出された作動流体により作動される発電機駆動モータと、
   発電機駆動モータにより駆動されて電磁石に電力を供給する発電機と、
   可変容量型ポンプからの吐出流量とは別に作動流体を発電機駆動モータに補充する補充手段と、
   可変容量型ポンプから吐出された作動流体の発電機駆動ポンプ圧力を検出するポンプ圧力検出器と、
   発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は発電機駆動ポンプ圧力に応じて補充手段から可変容量型ポンプの吐出側に補充される作動流体の補充量を制御するコントローラと
   を具備したことを特徴とする発電機駆動制御装置。
2. 補充手段は、
   ポンプから供給された作動流体を蓄圧するアキュームレータと、
   アキュームレータに蓄圧された作動流体を発電機駆動モータに補充する補充制御弁とを備え、
   コントローラは、
   発電機駆動ポンプ圧力が規定値以上の場合は発電機駆動ポンプ圧力に応じて補充制御弁を開く機能を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の発電機駆動制御装置。
3. 可変容量型ポンプと共にエンジンにより駆動されアキュームレータに作動流体を供給する補助ポンプを具備し、
   コントローラは、
   電磁石の非励磁時に補助ポンプでアキュームレータに作動流体を蓄圧し、電磁石の励磁時に補充制御弁を制御してアキュームレータの蓄圧流体を可変容量型ポンプの吐出側に補充する機能を備えた
   ことを特徴とする請求項２記載の発電機駆動制御装置。
4. 補助ポンプの吐出ラインに設けられて補助ポンプをアンロード状態に制御するアンロード弁を具備し、
   コントローラは、
   ポンプ圧力検出器で検出された発電機駆動ポンプ圧力が規定圧力以上になったとき補助ポンプのアンロード弁をアンロード状態に制御する機能を備えた
   ことを特徴とする請求項３記載の発電機駆動制御装置。
5. アキュームレータに蓄圧された作動流体の蓄圧力を検出する蓄圧力検出器を具備し、
   コントローラは、
   蓄圧力検出器で検出されたアキュームレータの蓄圧力が規定値に達したとき補助ポンプのアンロード弁をアンロード状態に制御する機能を備えた
   ことを特徴とする請求項４記載の発電機駆動制御装置。
6. 機体と、
   機体に設けられた作業腕装置と、
   作業腕装置の先端に装着された電磁石と、
   電磁石に電力を供給する発電機と、
   発電機を駆動制御する機体に搭載された請求項１乃至５のいずれか記載の発電機駆動制御装置と
   を具備したことを特徴とする作業機械。

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