JP2010223371A

JP2010223371A - 油圧駆動装置

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Publication number: JP2010223371A
Application number: JP2009072689A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Nagura; 忍名倉
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】エネルギー効率の低下を抑えて複数の油圧アクチュエータに油を確実に分岐供給すること。
【解決手段】油圧ポンプ１０からそれぞれ個別の方向切換弁２０Ａ，２０Ｂを介して油圧シリンダアクチュエータＡＣ，ＢＣに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＡＣ，ＢＣに至る分岐油通路２，３において方向切換弁２０Ａ，２０Ｂの上流側に油圧ポンプモータ３０Ａ，３０Ｂを配設するとともに、油圧ポンプモータ３０Ａ，３０Ｂに電動モータジェネレータ４０Ａ，４０Ｂを接続し、さらに、電動モータジェネレータ４０Ａ，４０Ｂのトルクを制御することにより、油圧シリンダアクチュエータＡＣ，ＢＣの負荷圧力に一致するように分岐油通路２，３を昇圧または減圧するコントローラ７０を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧駆動装置に関するもので、詳しくは、共通の油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給してそれぞれを駆動するようにした油圧駆動装置に関するものである。

複数の油圧アクチュエータに対して共通の油圧ポンプから油を分岐供給する場合には、それぞれの油圧アクチュエータに接続された分岐油通路に圧力補償弁を配設するようにしている。圧力補償弁は、それぞれの油圧アクチュエータの負荷圧力に応じて動作し、個々の油圧アクチュエータに至る分岐油通路を最高負荷圧力により絞るものである。

従って、分岐油通路に圧力補償弁を設けた油圧駆動装置によれば、複数の油圧アクチュエータの負荷が互いに異なる場合にも低負荷圧力側の油圧アクチュエータにのみ油が供給される事態を防止してそれぞれに所望の圧力の油を供給することができ、複数の油圧アクチュエータを同時に動作させることが可能になる（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１９４０９号公報

ところで、上記のように圧力補償弁を適用した油圧駆動装置にあっては、低負荷圧力側の分岐油通路に配設した圧力補償弁において常に圧力損失が発生することになり、エネルギー効率を考慮した場合、必ずしも好ましいとはいえない。尚、油圧ポンプの供給エネルギーは、（油の吐出流量）×（油の吐出圧力）であり、上述の圧力損失をΔＰとすると、エネルギーロスは、（油の通過流量）×ΔＰで表されたものとなる。

本発明は、上記実情に鑑みて、エネルギー効率の低下を抑えて複数の油圧アクチュエータに油を確実に分岐供給することのできる油圧駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る油圧駆動装置は、共通の油圧ポンプから個別の方向切換弁を介して複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、それぞれの油圧アクチュエータに至る分岐油通路において方向切換弁の上流側に配置した油圧モータと、各油圧モータに接続した電動モータジェネレータと、前記電動モータジェネレータを制御することにより、油圧アクチュエータへの流量の制御を行うコントローラとを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１において、それぞれの方向切換弁の下流側となる部位に配設し、油圧アクチュエータの負荷圧力を検出する第１圧力センサと、それぞれの油圧モータの下流側となる部位に配設し、油圧モータの吐出圧力を検出する第２圧力センサとをさらに備え、前記コントローラは、それぞれの分岐油通路において第１圧力センサの検出した圧力と第２圧力センサの検出した圧力との差圧が互いに一致するように電動モータジェネレータの制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１において、それぞれの方向切換弁に対して個別に設けられ、レバー変位に応じて方向切換弁を動作させる操作レバーをさらに備え、前記コントローラは、操作レバーのレバー変位に応じて電動モータジェネレータを制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、電動モータジェネレータが発電動作した場合に蓄電を行う蓄電装置をさらに備え、前記コントローラは、蓄電装置の蓄電量に応じて油圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る油圧駆動装置は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、複数の油圧アクチュエータに対してそれぞれの負荷圧力を個別に検出する第１圧力センサを備え、前記コントローラは、油圧ポンプの吐出圧力がこれら第１圧力センサの検出した負荷圧力の最大値と最小値との範囲内となるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、低負荷圧力側の分岐油通路に配設した電動モータジェネレータを制御することによって、複数の油圧アクチュエータに対して所望圧力の油を供給することができる。このことによって、すべての流量を昇圧するシステムに対してアクチュエータの必要流量分だけ昇圧するため、システムのエネルギー効率に優れている。しかも油圧モータにより電動モータジェネレータを駆動することによって電気エネルギーを回収することができるため、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る油圧駆動装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である油圧駆動装置の油圧回路図を示したものである。ここで例示する油圧駆動装置は、例えばブーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＡＣを備え、これらの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対して共通の油圧ポンプ１０から油の供給制御を行うことにより所望の作業を行うようにした建設機械に適用されるものである。

油圧ポンプ１０は、建設機械に搭載されたエンジン１１によって駆動される可変容量型のもので、容量制御ユニット１２を備えている。容量制御ユニット１２は、油圧ポンプ１０の斜板を駆動するポンプ容量制御シリンダ１２ａと、ポンプ容量制御シリンダ１２ａに対する油の供給制御を行うポンプ容量制御バルブ１２ｂとを備えて構成したものである。この容量制御ユニット１２では、後述するコントローラ７０から圧力指令信号が与えられると、ポンプ容量制御バルブ１２ｂが適宜動作してポンプ容量制御シリンダ１２ａに油が供給されることになり、圧力指令信号に応じて油圧ポンプ１０の容量を変更することで圧力を設定変更することが可能となる。

油圧ポンプ１０の吐出口に接続された主油通路１は、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣに油を分岐供給すべくブーム用分岐油通路２及びアーム用分岐油通路３に２分岐している。これら分岐油通路２，３には、それぞれ方向切換弁２０Ｂ，２０Ａ及び油圧ポンプモータ（油圧モータ）３０Ｂ，３０Ａが設けてある。

ブーム用分岐油通路２に設けた方向切換弁（以下、「ブーム用切換弁２０Ｂ」という）は、図示せぬブーム用操作レバーが操作された場合に２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、ブーム用切換弁２０Ｂは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。

この状態からブーム用操作レバー（図示せず）を適宜操作して図１に示す第１位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃとブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのボトム側油室ＢＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとを接続する一方、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのヘッド側油室ＢＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとを接続する。

これに対してブーム用操作レバー（図示せず）を逆方向に操作して第２位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとを接続する一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとを接続する。ブーム用切換弁２０Ｂの供給ポートＰｃにはブーム用分岐油通路２が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。

同様に、アーム用分岐油通路３に設けた方向切換弁（以下、「アーム用切換弁２０Ａ」という）は、図示せぬアーム用操作レバーが操作された場合に２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、アーム用切換弁２０Ａは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。

この状態からアーム用操作レバー（図示せず）を適宜操作して図１に示す第１位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃとアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのボトム側油室ＡＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとが接続される一方、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのヘッド側油室ＡＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとが接続される。

これに対してアーム用操作レバー（図示せず）を逆方向に操作して第２位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとが接続される一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとが接続されることになる。アーム用切換弁２０Ａの供給ポートＰｃにはアーム用分岐油通路３が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。

油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａは、個々の入出力軸３０ａに電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａを連結したもので、それぞれの分岐油通路２，３において切換弁２０Ｂ，２０Ａよりも上流側となる部位に配設してある。それぞれの油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａは、分岐油通路２，３に油が供給された場合に油により駆動され、モータ動作することにより電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａを発電動作させる。一方、電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａが電動動作した場合、油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａは、ポンプ動作して分岐油通路２，３からの油を供給ポートＰｃに流通させる機能を有している。尚、以下においては、ブーム用分岐油通路２に設けた油圧ポンプモータをブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂと称し、アーム用分岐油通路３に設けた油圧ポンプモータをアーム用油圧ポンプモータ３０Ａと称して両者を区別する場合がある。同様に、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂに連結した電動モータジェネレータをブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂと称し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａに連結した電動モータジェネレータをアーム用電動モータジェネレータ４０Ａと称して両者を区別する場合がある。

個々の電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａには、それぞれ個別のインバータ５０を介して共通の蓄電装置６０が接続してある。この蓄電装置６０は、電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａが発電動作した場合に蓄電を行う一方、電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａを電動動作させる際には電源となるものである。

尚、図１中の符号１３は、主油通路１において油圧ポンプ１０の吐出口と分岐油通路２，３の分岐点との間に接続したリリーフ弁である。このリリーフ弁１３は、常時閉状態を維持する一方、主油通路１の油圧が後述するコントローラ７０によって設定されたリリーフ圧力を超えた場合に主油通路１の油をリリーフするように構成してある。

さらに、上記油圧駆動装置には、コントローラ７０が設けてある。コントローラ７０は、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力及び蓄電装置６０の蓄電量を検出し、これらの検出結果に基づいて油圧ポンプ１０の容量制御、リリーフ弁１３のリリーフ圧制御、インバータ５０を介した電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａの動作制御を行うものである。

以下、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣをそれぞれ伸張動作させる際の動作を例示しながら、上述したコントローラ７０の具体的な制御内容について詳述する。尚、初期状態においては、ブーム用切換弁２０Ｂ及びアーム用切換弁２０Ａのそれぞれが中立位置にあり、油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａが停止した状態にあるものとする。この初期状態からブーム用切換弁２０Ｂ及びアーム用切換弁２０Ａの少なくとも一方が第１位置もしくは第２位置となった場合には、ブーム用操作レバー（図示せず）もしくはアーム用操作レバー（図示せず）からのレバー信号を検出したコントローラ７０によって対応する油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａが駆動される。

図１に示すように、ブーム用操作レバー（図示せず）の操作によってブーム用切換弁２０Ｂが第１位置となり、かつアーム用操作レバー（図示せず）の操作によってアーム用切換弁２０Ａが第１位置となると、油圧ポンプ１０から主油通路１に吐出された油がそれぞれの分岐油通路２，３に分岐され、それぞれの油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａ及び切換弁２０Ｂ，２０Ａを介して油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａに供給されることになる。

この間、コントローラ７０は、分岐油通路３，２において各油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａと第１アクチュエータポートＰｂとの間の油路ＬＢａ，ＬＡａに介在させた第１圧力センサＳ１の検出結果からそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力を検出する。これと同時にコントローラ７０は、各分岐油通路２，３において切換弁２０Ｂ，２０Ａと油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａとの間の油通路に介在させた第２圧力センサＳ２の検出結果が、つまり油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａの吐出圧力が、常に負荷圧力に対して予め設定した差圧値だけ高い圧力となるように電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａの動作制御を行う。これにより、切換弁２０Ｂ，２０Ａの前後差圧がすべての切換弁２０Ｂ，２０Ａでほぼ一致することになり、切換弁２０Ｂ，２０Ａの開口面積に比例した流量に制御される。さらにコントローラ７０は、蓄電装置６０の蓄電量に応じてポンプ目標吐出圧力及びリリーフ圧力を設定し、主油通路１に介在させた第３圧力センサＳ３の検出結果がこのポンプ目標吐出圧力となるように容量制御ユニット１２のポンプ容量制御バルブ１２ｂに圧力指令信号を与えるとともに、リリーフ弁１３がリリーフ圧力となるように制御信号を出力する。コントローラ７０が設定するリリーフ圧力は、ポンプ目標吐出圧力よりも高い圧力である。

いま、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ^２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ^２であり、かつ上述した差圧値として２０ｋｇ／ｃｍ^２が設定されているものとすると、コントローラ７０は、ブーム用分岐油通路２においては第２圧力センサＳ２の検出する油圧が１２０ｋｇ／ｃｍ^２となるようにブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂの動作制御を行うとともに、アーム用分岐油通路３においては第２圧力センサＳ２の検出する油圧が２２０ｋｇ／ｃｍ^２となるようにアーム用電動モータジェネレータ４０Ａの動作制御を行う。

ここで、蓄電装置６０の蓄電量が充分であったとすると、コントローラ７０は、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力と最高負荷圧力側となるアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力との間の中間の負荷圧力、例えば１７０ｋｇ／ｃｍ^２を油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力として設定し、これより高い圧力、例えば１８０ｋｇ／ｃｍ^２をリリーフ弁１３のリリーフ圧力として設定する。

この結果、ブーム用分岐油通路２においては、第２圧力センサＳ２での油圧が１２０ｋｇ／ｃｍ^２となるまでブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂに油を通過させないようにブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂがトルク制御されることになり、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣにのみ油が供給される事態を防止することができるようになる。しかも、ブーム用分岐油通路２においては、油圧が１７０ｋｇ／ｃｍ^２から１２０ｋｇ／ｃｍ^２に降下（減圧）するため、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂに油が供給された場合にこれがモータ動作し、ブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂが発電動作することになる。これにより、油圧ポンプ１０の駆動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。

一方、アーム用分岐油通路３においては、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａにおいて油圧を１７０ｋｇ／ｃｍ^２から２２０ｋｇ／ｃｍ^２に昇圧する必要があるため、アーム用電動モータジェネレータ４０Ａが電動動作するようにこれを動作制御し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａをポンプ動作させることになる。従って、ブーム用分岐油通路２におけるブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂの発電電力量に対して、アーム用分岐油通路３におけるアーム用電動モータジェネレータ４０Ａの消費電力量が大きい場合には、蓄電装置６０の蓄電量が減少傾向となる。

この場合、コントローラ７０は、油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力を現在の設定値よりも大きくなるように変更する。例えば、先と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ^２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ^２であり、かつ差圧値として２０ｋｇ／ｃｍ^２が設定されているものとすると、油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ^２から１９０ｋｇ／ｃｍ^２へ上昇させ、かつリリーフ圧力を２００ｋｇ／ｃｍ^２へ上昇させれば、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂに連結したブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂの発電電力量が増大する一方、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａの消費電力量が減少する。この結果、蓄電装置６０の蓄電量が増加傾向に転じ、蓄電装置６０の蓄電量を維持することができるようになる。

図２は、こうしたコントローラ７０による電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａの動作を示すブロック線図である。すなわち、コントローラ７０は、油圧ポンプ１０の吐出圧力に対して分岐油通路２，３における第２圧力センサＳ２での目標圧力が小さい場合、油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａにより電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａを発電機として駆動する一方、油圧ポンプ１０の吐出圧力に対して分岐油通路２，３における第２圧力センサＳ２での目標圧力が大きい場合、電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａを電動機として駆動することにより油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａを駆動する。

従って、例えば、油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力を、最高負荷圧力となるアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力＋予め設定した差圧値だけ高い圧力に一致させると、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａでの消費電力量がゼロとなり、蓄電装置６０を常に蓄電状態とすることもできる。尚、油圧駆動装置においてアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が最高負荷圧力となった場合に油圧ポンプ１０のポンプ目標吐出圧力をアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力＋予め設定した差圧値だけ高い圧力に一致させるように制御を行う場合には、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａを省略することが可能である。

尚、上述した実施の形態１では、容量制御ユニット１２を備えた可変容量型の油圧ポンプ１０を適用しているが、固定容量型の油圧ポンプを適用することも可能である。この場合、上述したリリーフ弁１３によって油圧ポンプの吐出圧力を調整することができる。

また、上述した実施の形態１では、主油通路１に第３圧力センサＳ３を配設しているため、油圧駆動装置の制御を精度良く行うことが可能となるが、第３圧力センサＳ３は必ずしも設ける必要はなく、油圧ポンプ１０の斜板もしくはリリーフ弁１３がコントローラ７０からの制御信号に応じて動作すれば良い。

さらに、上述した実施の形態１では、ポンプ目標吐出圧力として、最高負荷圧力と最低負荷圧力との間に設定しているため、分岐油通路２，３を効率良く昇圧させたり減圧させたりできるが、必ずしもこれらの設定に限定されない。例えば、蓄電装置６０の蓄電量を勘案して全ての油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａが昇圧、もしくは減圧するようにポンプ目標吐出圧力を設定しても良いのはもちろんである。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２である油圧駆動装置の油圧回路図を示したものである。ここで例示する油圧駆動装置は、例えばブーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータ（油圧アクチュエータ）ＡＣを備え、これらの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対して共通の油圧ポンプ１０から油の供給制御を行うことにより所望の作業を行うようにした建設機械に適用されるものである。

油圧ポンプ１０は、建設機械に搭載されたエンジン１１によって駆動される可変容量型のもので、容量制御ユニット１２を備えている。容量制御ユニット１２は、油圧ポンプ１０の斜板を駆動するポンプ容量制御シリンダ１２ａと、ポンプ容量制御シリンダ１２ａに対する油の供給制御を行うポンプ容量制御バルブ１２ｂとを備えて構成したものである。この容量制御ユニット１２では、後述するコントローラ８０から圧力指令信号が与えられると、ポンプ容量制御バルブ１２ｂが適宜動作してポンプ容量制御シリンダ１２ａに油が供給されることになり、圧力指令信号に応じて油圧ポンプ１０の容量を変更することで圧力を設定変更することが可能となる。

ブーム用分岐油通路２に設けた方向切換弁（以下、「ブーム用切換弁２０Ｂ」という）は、ブーム用操作レバーＢＳが操作された場合にブーム用操作弁ＢＳＶから出力される操作パイロット圧によって動作し、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、ブーム用切換弁２０Ｂは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。

この状態からブーム用操作レバーＢＳを操作して図３に示す第１位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃとブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのボトム側油室ＢＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとを接続する一方、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣのヘッド側油室ＢＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとを接続する。

これに対してブーム用操作レバーＢＳを逆方向に操作して第２位置となると、ブーム用切換弁２０Ｂは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとを接続する一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとを接続する。ブーム用切換弁２０Ｂの供給ポートＰｃにはブーム用分岐油通路２が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。

同様に、アーム用分岐油通路３に設けた方向切換弁（以下、「アーム用切換弁２０Ａ」という）は、アーム用操作レバーＡＳが操作された場合にアーム用操作弁ＡＳＶから出力される操作パイロット圧によって動作し、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂに対して供給ポートＰｃとドレンポートＰｄとを切換接続するものである。具体的に説明すると、アーム用切換弁２０Ａは、中立位置にある場合、２つのアクチュエータポートＰａ，Ｐｂ、供給ポートＰｃ、ドレンポートＰｄをそれぞれ閉鎖した状態に維持する。

この状態からアーム用操作レバーＡＳを操作して図３に示す第１位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃとアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのボトム側油室ＡＣａに通じる第１アクチュエータポートＰｂとが接続される一方、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣのヘッド側油室ＡＣｂに通じる第２アクチュエータポートＰａとドレンポートＰｄとが接続される。

これに対してアーム用操作レバーＡＳを逆方向に操作して第２位置となると、アーム用切換弁２０Ａは、供給ポートＰｃと第２アクチュエータポートＰａとが接続される一方、第１アクチュエータポートＰｂとドレンポートＰｄとが接続されることになる。アーム用切換弁２０Ａの供給ポートＰｃにはアーム用分岐油通路３が接続してあり、ドレンポートＰｄには油タンクＴに至るドレン通路４が接続してある。

尚、図３中の符号１３は、主油通路１において油圧ポンプ１０の吐出口と分岐油通路２，３の分岐点との間に接続したリリーフ弁である。このリリーフ弁１３は、常時閉状態を維持する一方、主油通路１の油圧が後述するコントローラ８０によって設定されたリリーフ圧力を超えた場合に主油通路１の油をリリーフするように構成してある。

さらに、上記油圧駆動装置には、コントローラ８０が設けてある。コントローラ８０は、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力及び蓄電装置６０の蓄電量を検出し、これらの検出結果並びにブーム用操作レバーＢＳ及びアーム用操作レバーＡＳのレバー変位に基づいて油圧ポンプ１０の容量制御、リリーフ弁１３のリリーフ圧制御、インバータ５０を介した電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａの動作制御を行うものである。

以下、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣ及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣをそれぞれ伸張動作させる際の動作を例示しながら、上述したコントローラ８０の具体的な制御内容について詳述する。尚、初期状態においては、ブーム用切換弁２０Ｂ及びアーム用切換弁２０Ａのそれぞれが中立位置にあり、油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａが停止した状態にあるものとする。

図３に示すように、ブーム用操作レバーＢＳの操作によってブーム用切換弁２０Ｂが第１位置となり、かつアーム用操作レバーＡＳの操作によってアーム用切換弁２０Ａが第１位置となると、油圧ポンプ１０から主油通路１に吐出された油がそれぞれの分岐油通路２，３に分岐され、それぞれの油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａ及び切換弁２０Ｂ，２０Ａを介して油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａに供給されることになる。

この間、コントローラ８０は、図４に示すように、ブーム用操作レバーＢＳのレバー変位及びアーム用操作レバーＡＳのレバー変位を読み取り、それぞれのレバー変位からブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの目標流量及びアーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの目標流量を算出する。次いで、コントローラ８０は、算出した目標流量から油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａの目標回転数を設定し、油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａの回転数がこの目標回転数となるように電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａの動作制御を行う。

この間、コントローラ８０は、分岐油通路３，２において各油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣのボトム側油室ＢＣａ，ＡＣａと第１アクチュエータポートＰｂとの間の油路ＬＢａ，ＬＡａに介在させた第１圧力センサＳ１の検出結果からそれぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣの負荷圧力を検出する。これと同時にコントローラ８０は、蓄電装置６０の蓄電量に応じてポンプ目標吐出圧力及びリリーフ圧力を設定し、主油通路１に介在させた第３圧力センサＳ３の検出結果がこのポンプ目標吐出圧力となるように容量制御ユニット１２のポンプ容量制御バルブ１２ｂに圧力指令信号を与えるとともに、リリーフ弁１３がリリーフ圧力となるように制御信号を出力する。コントローラ８０が設定するリリーフ圧力は、ポンプ目標吐出圧力よりも高い圧力である。

いま、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ^２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ^２であるものとする。ここで、蓄電装置６０の蓄電量が充分であったとすると、コントローラ８０は、例えば、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ^２、リリーフ圧力を１８０ｋｇ／ｃｍ^２に設定する。

この結果、それぞれの油圧シリンダアクチュエータＢＣ，ＡＣに対しては、電動モータジェネレータ４０Ｂ，４０Ａによって回転数が設定された油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａの駆動によって油が供給されることになり、低負荷圧力側となるブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣにのみ油が供給される事態を防止することができるようになる。

しかも、ブーム用分岐油通路２においては、油圧が１７０ｋｇ／ｃｍ^２から１００ｋｇ／ｃｍ^２に降下（減圧）するため、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂに油が供給された場合にこれがモータ動作し、ブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂが油圧ポンプモータ３０Ｂにより駆動されて発電動作することになる。これにより、油圧ポンプ１０の駆動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、エネルギー効率が低下する事態を防止することができる。

一方、アーム用分岐油通路３においては、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａにおいて油圧を１７０ｋｇ／ｃｍ^２から２００ｋｇ／ｃｍ^２に昇圧する必要があるため、アーム用電動モータジェネレータ４０Ａが電動動作するようにこれを動作制御し、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａをポンプ動作させることになる。従って、ブーム用分岐油通路２におけるブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂの発電電力量に対して、アーム用分岐油通路３におけるアーム用電動モータジェネレータ４０Ａの消費電力量が大きい場合には、蓄電装置６０の蓄電量が減少傾向となる。

この場合、コントローラ８０は、ポンプ目標吐出圧力を高く設定し、エンジン１１による投入馬力を増加させる。例えば、先と同様に、ブーム用油圧シリンダアクチュエータＢＣの負荷圧力が１００ｋｇ／ｃｍ^２、アーム用油圧シリンダアクチュエータＡＣの負荷圧力が２００ｋｇ／ｃｍ^２であるものとすると、ポンプ目標吐出圧力を１７０ｋｇ／ｃｍ^２から１９０ｋｇ／ｃｍ^２へ上昇させ、かつリリーフ圧力を２００ｋｇ／ｃｍ^２へ上昇させる。これにより、ブーム用油圧ポンプモータ３０Ｂに連結したブーム用電動モータジェネレータ４０Ｂの発電電力量が増大する一方、アーム用油圧ポンプモータ３０Ａに連結したアーム用電動モータジェネレータ４０Ａの消費電力量が減少する。この結果、蓄電装置６０の蓄電量が増加傾向に転じ、蓄電装置６０の蓄電量を維持することができるようになる。

逆に、蓄電装置６０の蓄電量が増えた場合にはポンプ目標吐出圧力を低く設定し、エンジン１１の負荷を下げる。

尚、上述した実施の形態２では、容量制御ユニット１２を備えた可変容量型の油圧ポンプ１０を適用しているが、固定容量型の油圧ポンプを適用することも可能である。この場合、上述したリリーフ弁１３によって油圧ポンプの吐出圧力を調整することができる。

また、上述した実施の形態２では、主油通路１に第３圧力センサＳ３を配設しているため、油圧駆動装置の制御を精度良く行うことが可能となるが、第３圧力センサＳ３は必ずしも設ける必要はなく、油圧ポンプ１０の斜板もしくはリリーフ弁１３がコントローラ８０からの制御信号に応じて動作すれば良い。

さらに、上述した実施の形態２では、ポンプ目標吐出圧力として、最高負荷圧力と最低負荷圧力との間に設定しているため、分岐油通路２，３を効率良く昇圧させたり減圧させたりできるが、必ずしもこれらの設定に限定されない。例えば、蓄電装置６０の蓄電量を勘案して全ての油圧ポンプモータ３０Ｂ，３０Ａが昇圧、もしくは減圧するようにポンプ目標吐出圧力を設定しても良いのはもちろんである。

本発明の実施の形態１である油圧駆動装置の油圧回路図である。図１に示した油圧駆動装置のコントローラが実施する処理のブロック線図である。本発明の実施の形態２である油圧駆動装置の油圧回路図である。図３に示した油圧駆動装置のコントローラが実施する処理のブロック線図である。

１主油通路
２，３分岐油通路
１０油圧ポンプ
２０Ａ，２０Ｂ方向切換弁
３０Ａ，３０Ｂ油圧ポンプモータ
４０Ａ，４０Ｂ電動モータジェネレータ
６０蓄電装置
７０コントローラ
８０コントローラ
ＡＣ，ＢＣ油圧シリンダアクチュエータ

Claims

共通の油圧ポンプから個別の方向切換弁を介して複数の油圧アクチュエータに油を分岐供給するようにした油圧駆動装置において、
それぞれの油圧アクチュエータに至る分岐油通路において方向切換弁の上流側に配置した油圧モータと、
各油圧モータに接続した電動モータジェネレータと、
前記電動モータジェネレータを制御することにより、油圧アクチュエータへの流量の制御を行うコントローラと
を備えたことを特徴とする油圧駆動装置。
それぞれの方向切換弁の下流側となる部位に配設し、油圧アクチュエータの負荷圧力を検出する第１圧力センサと、
それぞれの油圧モータの下流側となる部位に配設し、油圧モータの吐出圧力を検出する第２圧力センサと
をさらに備え、前記コントローラは、それぞれの分岐油通路において第１圧力センサの検出した圧力と第２圧力センサの検出した圧力との差圧が互いに一致するように電動モータジェネレータの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
それぞれの方向切換弁に対して個別に設けられ、レバー変位に応じて方向切換弁を動作させる操作レバーをさらに備え、
前記コントローラは、操作レバーのレバー変位に応じて電動モータジェネレータを制御することを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
電動モータジェネレータが発電動作した場合に蓄電を行う蓄電装置をさらに備え、
前記コントローラは、蓄電装置の蓄電量に応じて油圧ポンプの吐出圧力を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。
複数の油圧アクチュエータに対してそれぞれの負荷圧力を個別に検出する第１圧力センサを備え、
前記コントローラは、油圧ポンプの吐出圧力がこれら第１圧力センサの検出した負荷圧力の最大値と最小値との範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧駆動装置。