JP2011166914A

JP2011166914A - 建設機械の充電装置

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Publication number: JP2011166914A
Application number: JP2010025810A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Yoshihiro Egawa; 祐弘江川
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-25
Also published as: DE112011100478T5; CN102696165A; KR101504407B1; US9124133B2; US20120228948A1; WO2011096404A1; KR20120063481A

Abstract

【課題】エネルギーロスを最小限に抑える建設機械の充電装置を提供することである。
【解決手段】エンジンＥと、発電機であるオルタネータ２２と、低電圧バッテリー２３と、高電圧バッテリー２４と、ダイオード５１と、スイッチ機構５２と、高電圧変換手段５３と、上記低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているかどうかを判定し、しきい値以下のとき低電圧バッテリーに発電機の電力を供給するための信号を上記切換制御手段に出力し、上記しきい値以上のとき高電圧バッテリーに充電させるための信号を上記切換制御手段に出力する第１コントローラＣ１および第２コントローラＣ２とを設けた。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばハイブリッドの建設機械のバッテリーを充電する装置に関する。

従来の建設機械の充電装置では、操作弁などのソレノイドやそれらを制御するコントローラ等の補機が必要とする電力を低電圧バッテリーに蓄電するとともに、この低電圧バッテリーを、エンジンの駆動力で回転する発電機に連係し、この発電機で発電した電力を当該低電圧バッテリーに充電していた。

そして、上記低電圧バッテリーがフル充電の状態になると、発電機を無負荷で空回りさせて、その発電機能を停止させる。
また、上記低電圧バッテリーの蓄電量が低下してくると、自動的に発電機の発電機能を発揮させ、再充電ができるようにしている。

特開２００９−２３５７１７号公報

上記のようにした従来の建設機械の充電装置では、低電圧バッテリーがフル充電の状態になると、発電機を無負荷で空回りさせているので、その分エネルギーロスが大きくなるという問題があった。

この発明の目的は、エネルギーロスを最小限に抑える建設機械の充電装置を提供することである。

第１の発明は、発電機と、この発電機からの電力を充電するための低電圧バッテリーと、発電機に対して低電圧バッテリーと並列に接続するとともに発電機からの電力を充電するための高電圧バッテリーと、発電機からの電力を低電圧バッテリーあるいは高電圧バッテリーのいずれかに供給するための切換制御をする切換制御手段と、この切換制御手段と上記高電圧バッテリーとの間に設けるとともに低電圧を高電圧に変換する高電圧変換手段と、上記低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているかどうかを判定し、しきい値を下回っているとき低電圧バッテリーに発電機の電力を供給するための信号を上記切換制御手段に出力し、上記しきい値以上のとき高電圧バッテリーに充電させるための信号を上記切換制御手段に出力するコントローラとを設けた点に特徴を有する。

第２の発明は、上記コントローラが、低電圧バッテリーの蓄電容量を監視する機能と、低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているか否かを判定する機能と、高電圧バッテリーの蓄電容量が基準値を超えているか否かを判定する機能と、低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えていると判定したとき、切換制御手段に信号を出力してそれを切換動作させ、発電機からの電力を、上記高電圧変換手段を介して高電圧バッテリーに充電させる機能とを備えた点に特徴を有する。

第３の発明は、上記切換制御手段が、発電機と低電圧バッテリーとの間に設けかつ発電機から低電圧バッテリーへの電流の流れのみを許容するダイオードと、このダイオードの上流側から上記高電圧変換手段に接続する過程に設けたスイッチとを備えた請求項１または２記載の建設機械の充電装置。

第１〜３の発明によれば、低電圧バッテリーがフル充電の状態になったとき、発電機で発電された電力を高電圧バッテリーに充電できるので、発電機を無負荷状態で空回りさせることがなくなり、エネルギーロスを最小限に抑えることができる。
また、コントローラは低電圧バッテリーの蓄電状況を監視し、その電圧しきい値以下になったとき、発電機の発電電力を低電圧バッテリーに自動的に導くので、低電圧バッテリーが電力不足になることはない。

特に、第３の発明によれば、発電機と低電圧バッテリーとの間に発電機から低電圧バッテリーへの電流の流れのみを許容するダイオードを設けたので、低電圧バッテリーには優先的に電力が供給される。したがって、操作弁などのソレノイドやそれらを制御するコントローラ等の補機が、電力不足で機能不全に陥ることはない。

第１実施形態の回路図である。第１実施形態の制御回路を示した図である。第１実施形態の制御フローを示した図である。第２実施形態の制御回路を示した図である。

図１〜図３に示した第１実施形態は、パワーショベルの制御装置で、可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を備えるとともに、第１メインポンプＭＰ１には第１回路系統を接続し、第２メインポンプＭＰ２には第２回路系統を接続している。
上記第１回路系統には、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する旋回モータ用の操作弁１、図示していないアームシリンダを制御するアーム１速用の操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁３、図示していない予備用アタッチメントを制御する予備用の操作弁４および図示していない左走行用モータを制御する左走行モータ用の操作弁５を接続している。

上記各操作弁１〜５のそれぞれは、中立流路６およびパラレル通路７を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。
上記中立流路６であって、左走行モータ用の操作弁５の下流側にはパイロット圧生成機構８を設けている。このパイロット圧生成機構８はそこを流れる流量が多ければ高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成するものである。

また、上記中立流路６は、上記操作弁１〜５のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第１メインポンプＭＰ１から吐出された流体の全部または一部をタンクＴに導くが、このときにはパイロット圧生成機構８を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。

一方、上記操作弁１〜５がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路６が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、パイロット圧生成機構８を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作弁１〜５の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路６からタンクＴに導かれることになるので、パイロット圧生成機構８は、中立流路６に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、パイロット圧生成機構８は、操作弁１〜５の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。

そして、上記パイロット圧生成機構８にはパイロット流路９を接続するとともに、このパイロット流路９を、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１０に接続している。このレギュレータ１０は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作弁１〜５をフルストロークして中立流路６の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構８が発生するパイロット圧がゼロになったときに第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路９には第１圧力センサー１１を接続するとともに、この第１圧力センサー１１で検出した圧力信号を第１コントローラＣ１に入力するようにしている。

一方、上記第２回路系統には、その上流側から順に、図示していない右走行用モータを制御する右走行モータ用の操作弁１２、図示していないバケットシリンダを制御するバケット用の操作弁１３、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作弁１４および図示していないアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１５を接続している。なお、上記ブーム１速用の操作弁１４には、その操作方向および操作量を検出するセンサー１４ａを設けている。

上記各操作弁１２〜１５は、中立流路１６を介して第２メインポンプＭＰ２に接続するとともに、バケット用の操作弁１３およびブーム１速用の操作弁１４はパラレル通路１７を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
上記中立流路１６であって、アーム２速用の操作弁１５の下流側にはパイロット圧生成機構１８を設けているが、このパイロット圧生成機構１８は、先に説明したパイロット圧生成機構８と全く同様に機能するものである。

そして、上記パイロット圧生成機構１８にはパイロット流路１９を接続するとともに、このパイロット流路１９を、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２０に接続している。このレギュレータ２０は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作弁１２〜１５をフルストロークして中立流路１６の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１８が発生するパイロット圧がゼロになったとき、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路１９には第２圧力センサー２１を接続するとともに、この第２圧力センサー２１で検出した圧力信号を第１コントローラＣ１に入力するようにしている。

上記のようにした第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は、一つのエンジンＥの駆動力で同軸回転するものである。このエンジンＥにはこの発明の発電機であるオルタネータ２２を設け、エンジンＥの余剰出力でオルタネータ２２を回して発電できるようにしている。そして、オルタネータ２２が発電した電力は、充電システムＳを介して低電圧バッテリー２３あるいは高電圧バッテリー２４に充電されるが、充電システムＳについては後で詳しく説明する。本願では低電圧バッテリー２３は建設機械用の２４Ｖバッテリー、高電圧バッテリー２４は電動モータＭＧ等に使用するバッテリーとしている。

また、第１回路系統に接続した旋回モータ用の操作弁１のアクチュエータポートには、旋回モータＲＭに連通する通路２６，２７を接続するとともに、両通路２６，２７のそれぞれにはブレーキ弁２８，２９を接続している。そして、旋回モータ用の操作弁１を図示の中立位置に保っているときには、上記アクチュエータポートが閉じられて旋回モータＲＭは停止状態を維持する。

上記の状態から旋回モータ用の操作弁１を例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２７がタンクＴに連通する。したがって、通路２６から圧力流体が供給されて旋回モータＲＭが回転するとともに、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路２７を介してタンクＴに戻される。
旋回モータ用の操作弁１を上記とは逆に左側位置に切り換えると、今度は、通路２７にポンプ吐出流体が供給され、通路２６がタンクＴに連通し、旋回モータＲＭは逆転することになる。

上記のように旋回モータＲＭを駆動しているときには、上記ブレーキ弁２８あるいは２９がリリーフ弁の機能を発揮し、通路２６，２７が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁２８，２９が開弁して高圧側の流体を低圧側に導く。また、旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ用の操作弁１を中立位置に戻せば、当該操作弁１のアクチュエータポートが閉じられる。このように操作弁１のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続けるが、旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することによって、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、通路２６，２７、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁２８あるいは２９で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁２８あるいは２９によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。

一方、ブーム１速用の操作弁１４を中立位置から図面右側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３０を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３１に供給されるとともに、そのロッド側室３２からの戻り流体は通路３３を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長することになる。

反対に、ブーム１速用の操作弁１４を図面左側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３３を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３２に供給されるとともに、そのピストン側室３１からの戻り流体は通路３０を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮することになる。なお、ブーム２速用の操作弁３は、上記ブーム１速用の操作弁１４と連動して切り換るものである。
上記のようにしたブームシリンダＢＣのピストン側室３１とブーム１速用の操作弁１４とを結ぶ通路３０には、第１コントローラＣ１で開度が制御される比例電磁弁３４を設けている。なお、この比例電磁弁３４はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。

次に、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力をアシストする可変容量型のサブポンプＳＰについて説明する。
上記可変容量型のサブポンプＳＰは、発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力で回転するが、この電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量型のアシストモータＡＭも同軸回転する構成にしている。そして、上記電動モータＭＧにはインバータＩを接続するとともに、このインバータＩを第１コントローラＣ１に接続し、この第１コントローラＣ１で電動モータＭＧの回転数等を制御できるようにしている。

また、上記のようにしたサブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角は傾角制御器３５，３６で制御されるが、この傾角制御器３５，３６は、第１コントローラＣ１の出力信号で制御されるものである。

上記サブポンプＳＰには吐出通路３７を接続しているが、この吐出通路３７は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路３８と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路３９とに分岐するとともに、これら第１，２合流通路３８，３９のそれぞれには、第１コントローラＣ１の出力信号で開度が制御される第１，２比例電磁絞り弁４０，４１を設けている。

一方、アシストモータＡＭには接続用通路４２を接続しているが、この接続用通路４２は、合流通路４３およびチェック弁４４，４５を介して、旋回モータＲＭに接続した通路２６，２７に接続している。しかも、上記合流通路４３には第１コントローラＣ１で開閉制御される電磁切換弁４６を設けるとともに、この電磁切換弁４６とチェック弁４４，４５との間に、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー４７を設け、この圧力センサー４７の圧力信号を第１コントローラＣ１に入力するようにしている。

また、合流通路４３であって、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して、上記電磁切換弁４６よりも下流側となる位置には、安全弁４８を設けているが、この安全弁４８は、例えば電磁切換弁４６など、接続用通路４２，４３系統に故障が生じたとき、通路２６，２７の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
さらに、上記ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁３４との間には、接続用通路４２に連通する通路４９を設けるとともに、この通路４９には第１コントローラＣ１で制御される電磁開閉弁５０を設けている。

一方、上記した充電システムＳは、図２からも明らかなように、オルタネータ２２と低電圧バッテリー２３とを接続する過程に、オルタネータ２２から低電圧バッテリー２３への電流の流れのみを許容するダイオード５１を設けている。
また、オルタネータ２２に対してダイオード５１と並列にしたスイッチ５２を設けるとともに、このスイッチ５２は、低電圧を高電圧に変換する高電圧変換手段５３を介して高電圧バッテリー２４に接続している。なお、上記高電圧変換手段５３に上記スイッチ５２の機能を持たせてもよい。

そして、上記低電圧バッテリー２３およびスイッチ５２のそれぞれに第２コントローラＣ２を接続しているが、この第２コントローラＣ２は第１コントローラＣ１にも接続している。なお、この第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４にも接続され、高電圧バッテリー２４の蓄電容量をチェックする機能を備えている。
また、第２コントローラＣ２は、低電圧バッテリー２３の電圧がしきい値を超えているか否かをチェックする機能を備えるとともに、上記スイッチ５２を開閉制御するものである。

そして、第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４の充電状況等をチェックし、高電圧バッテリー２４が使用可能状態であるとき、第２コントローラＣ２に対して、高電圧バッテリー２４への充電許可信号を出力する。
第２コントローラＣ２は、低電圧バッテリー２３がしきい値を上回り、第１コントローラＣ１から充電許可信号が入力し、かつ、高電圧バッテリー２４の蓄電量が所定値以下であると判定したときにスイッチ５２を閉じ、オルタネータ２２の電力を高電圧変換手段５３を介して昇圧し高電圧バッテリー２４に充電させる。

なお、この第１実施形態では充電システムＳをモジュラー化し、既存の装置すなわちオルタネータ２２、低電圧バッテリー２３、高電圧バッテリー２４および第１コントローラＣ１を備えた既存の装置に、当該システムＳを組み込めるようにしたものである。そのために、第１コントローラＣ１以外に第２コントローラＣ２を備えている。したがって、当該建設機械に充電装置を最初から組み込む場合には、第１コントローラＣ１に第２コントローラＣ２の機能を持たせることによって、コントローラをひとつにできる。

以下には、この実施形態の作用を説明するが、この実施形態では、サブポンプＳＰのアシスト流量を予め設定しておき、その中で、第１コントローラＣ１が、サブポンプＳＰの傾転角、アシストモータＡＭの傾転角、電動モータＭＧの回転数などをどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実施するようにしている。

今、第１回路系統の操作弁１〜５を中立位置に保っていれば、第１メインポンプＭＰ１から吐出する流体の全量が中立流路６およびパイロット圧生成機構８を経由してタンクＴに導かれる。このように第１メインポンプＭＰ１の吐出全量がパイロット圧生成機構８を流れるときには、そこで生成されるパイロット圧が高くなるとともに、パイロット流路９にも相対的に高いパイロット圧が導かれる。そして、パイロット流路９に導かれた高いパイロット圧の作用で、レギュレータ１０が動作し、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を最小に保つ。このときの高いパイロット圧の圧力信号は、第１圧力センサー１１から第１コントローラＣ１に入力される。

また、第２回路系統の操作弁１２〜１５を中立位置に保っているときも、第１回路系統の場合と同様にパイロット圧生成機構１８が相対的に高いパイロット圧を生成するとともに、その高い圧力がレギュレータ２０に作用して、第２メインポンプＭＰ２の吐出量を最小に保つ。そして、このときの高いパイロット圧の圧力信号は、第２圧力センサー２１から第１コントローラＣ１に入力される。

上記第１，２圧力センサー１１，２１から第１コントローラＣ１に相対的に高い圧力信号が入力すると、第１コントローラＣ１は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が最小吐出量を維持しているものと判定して傾角制御器３５，３６を制御し、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角をゼロもしくは最小にする。
なお、第１コントローラＣ１が、上記のように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小である旨の信号を受信したとき、第１コントローラＣ１が電動モータＭＧの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。

電動モータＭＧの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、電動モータＭＧを回転し続けた場合には、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、当該サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建機の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。

上記の状況で第１回路系統あるいは第２回路系統のいずれかの操作弁を切り換えれば、その操作量に応じて中立流路６あるいは１６を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構８あるいは１８で生成されるパイロット圧が低くなる。このようにパイロット圧が低くなれば、それにともなって第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。

また、上記のように第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大するときには、第１コントローラＣ１は、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。つまり、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小のときに電動モータＭＧを停止した場合には、第１コントローラＣ１は、パイロット圧が低くなったことを検知して、電動モータＭＧを再起動させる。

そして、第１コントローラＣ１は、第１，２圧力センサー１１，２１の圧力信号に応じて、第１，２比例電磁絞り弁４０，４１の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１，２回路系統に供給する。
上記のようにこの実施形態によれば、２つの第１，２圧力センサー１１，２１の圧力信号だけで、第１コントローラＣ１が、サブポンプＳＰの傾転角および第１，２比例電磁絞り弁４０，４１の開度を制御できるので、圧力センサーの数を少なくできる。

一方、上記第１回路系統に接続した旋回モータＲＭを駆動するために、旋回モータ用の操作弁１を左右いずれか、例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に連通し、他方の通路２７がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧はブレーキ弁２８の設定圧に保たれる。また、上記操作弁１を図面左方向に切り換えれば、上記他方の通路２７が第１メインポンプＭＰ１に連通し、上記一方の通路２６がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧もブレーキ弁２９の設定圧に保たれる。
また、旋回モータＲＭが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁１を中立位置に切り換えると、前記したように通路２６，２７間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁２８あるいは２９が当該閉回路のブレーキ圧を維持して、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。

そして、圧力センサー４７は上記旋回圧あるいはブレーキ圧を検出するとともに、その圧力信号を第１コントローラＣ１に入力する。第１コントローラＣ１は、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁２８，２９の設定圧よりも低い圧力を検出したとき、電磁切換弁４６を閉位置から開位置に切り換える。このように電磁切換弁４６が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧力流体は、合流通路４３に流れるとともに安全弁４８および接続用通路４２を経由してアシストモータＡＭに供給される。
このとき第１コントローラＣ１は、圧力センサー４７からの圧力信号に応じて、アシストモータＡＭの傾転角を制御するが、それは次のとおりである。

すなわち、通路２６あるいは２７の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータＲＭを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできなくなる。
そこで、上記通路２６あるいは２７の圧力を、上記旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、第１コントローラＣ１はアシストモータＡＭの傾転角を制御しながら、この旋回モータＲＭの負荷を制御するようにしている。つまり、第１コントローラＣ１は、圧力センサー４７で検出される圧力が上記旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。

上記のようにしてアシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできるが、このときには、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮させる。

つまり、接続用通路４２に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも必ず低い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰとによって増圧機能を発揮させるようにしている。
すなわち、上記アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ_１とそのときの圧力Ｐ_１の積で決まる。また、サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ_２と吐出圧Ｐ_２の積で決まる。

そして、この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ_１×Ｐ_１＝Ｑ_２×Ｐ_２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ_１を上記サブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ_２の３倍すなわちＱ_１＝３Ｑ_２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ_２×Ｐ_１＝Ｑ_２×Ｐ_２となる。この式から両辺をＱ_２で割れば、３Ｐ_１＝Ｐ_２が成り立つ。
したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、上記押しのけ容積Ｑ_２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。言い換えると、旋回モータＲＭからの流体圧を増圧してサブポンプＳＰから吐出させることができる。

ただし、アシストモータＡＭの傾転角は、上記したように通路２６，２７の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つように制御される。したがって、旋回モータＲＭからの流体を利用する場合には、アシストモータＡＭの傾転角は必然的に決められることになる。このようにアシストモータＡＭの傾転角が決められた中で、上記した圧力変換機能を発揮させるためには、サブポンプＳＰの傾転角を制御することになる。

なお、上記接続用通路４２，４３系統の圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなったときには、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて第１コントローラＣ１は、電磁切換弁４６を閉じて、旋回モータＲＭに影響を及ぼさないようにする。
また、接続用通路４２に流体の漏れが生じたときには、安全弁４８が機能して通路２６，２７の圧力が必要以上に低くならないようにして、旋回モータＲＭの逸走を防止する。

次に、ブーム１速用の操作弁１４およびそれに連動して第１回路系統のブーム２速用の操作弁３を切り換えて、ブームシリンダＢＣを制御する場合について説明する。
ブームシリンダＢＣを作動させるために、ブーム１速用の操作弁１４およびそれに連動する操作弁３を切り換えると、センサー１４ａによって、上記操作弁１４の操作方向とその操作量が検出されるとともに、その操作信号が第１コントローラＣ１に入力される。

上記センサー１４ａの操作信号に応じて、第１コントローラＣ１は、オペレータがブームシリンダＢＣを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダＢＣを上昇させるための信号が第１コントローラＣ１に入力すれば、第１コントローラＣ１は比例電磁弁３４をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁３４を全開位置に保つ。このときには、サブポンプＳＰから所定の吐出量が確保されるように、第１コントローラＣ１は、電磁開閉弁５０を図示の閉位置に保つとともに、電動モータＭＧの回転数やサブポンプＳＰの傾転角を制御する。

一方、ブームシリンダＢＣを下降させる信号が上記センサー１４ａから第１コントローラＣ１に入力すると、第１コントローラＣ１は、操作弁１４の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算するとともに、比例電磁弁３４を閉じて、電磁開閉弁５０を開位置に切り換える。
上記のように比例電磁弁３４を閉じて電磁開閉弁５０を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り流体の全量がアシストモータＡＭに供給される。しかし、アシストモータＡＭで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダＢＣはオペレータが求めた下降速度を維持できない。このようなときには、第１コントローラＣ１は、上記操作弁１４の操作量、アシストモータＡＭの傾転角や電動モータＭＧの回転数などをもとにして、アシストモータＡＭが消費する流量以上の流量をタンクＴに戻すように比例電磁弁３４の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの下降速度を維持する。

一方、アシストモータＡＭに流体が供給されると、アシストモータＡＭが回転するとともに、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、消費電力を少なくすることができる。
一方、電動モータＭＧに対して電力を供給せず、上記アシストモータＡＭの回転力だけで、サブポンプＳＰを回転させることもできるが、このときには、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰが、上記したのと同様にして圧力変換機能を発揮する。

次に、旋回モータＲＭの旋回作動とブームシリンダＢＣの下降作動とを同時に行う場合について説明する。
上記のように旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させるときには、旋回モータＲＭからの流体と、ブームシリンダＢＣからの戻り流体とが、接続用通路４２で合流してアシストモータＡＭに供給される。
このとき、接続用通路４２の圧力が上昇すれば、それにともなって合流通路４３側の圧力も上昇するが、その圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁４４，４５があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。
また、前記したように接続用通路４２側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、第１コントローラＣ１は、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて電磁切換弁４６を閉じる。

したがって、旋回モータＲＭの旋回動作とブームシリンダＢＣの下降動作とを上記のように同時に行うときには、上記旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣの必要下降速度を基準にしてアシストモータＡＭの傾転角を決めればよい。
いずれにしても、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰの出力をアシストできるとともに、サブポンプＳＰから吐出された流量を、第１，２比例電磁絞り弁４０，４１で按分して、第１，２回路系統に供給することができる。

一方、アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用するときには、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。

また、この第１実施形態では、エンジンＥの出力を利用してオルタネータ２２で発電したり、アシストモータＡＭを利用して電動モータＭＧに発電させたりすることができる。そして、このように発電した電力を高電圧バッテリー２４に蓄電するが、高電圧バッテリー２４に対しては、家庭用の電源２５を利用してバッテリー２４に蓄電できるようにしているので、電動モータＭＧの電力を多岐にわたって調達することができる。

また、操作弁のソレノイド、そのソレノイドを制御する電気系統、あるいは第１，２コントローラＣ１，Ｃ２等々に電力を供給する低電圧バッテリー２３は、オルタネータ２２で発電した電力で充電されるが、このとき充電システムＳは次のように機能する。
すなわち、図３に示すように、オルタネータ２２の電力は、ダイオード５１を介して低電圧バッテリー２３に優先的に充電される（ステップＳ１）。

このとき第２コントローラＣ２は低電圧バッテリー２３の電圧Ｖ１がしきい値よりも大きいか否かを監視している。そして、上記電圧Ｖ１がしきい値よりも低ければ、第２コントローラＣ２はスイッチ５２をオフの状態に保つ（ステップＳ２，Ｓ３）。つまり、充電システムＳは低電圧バッテリー２３への充電を優先させることになる。

一方、上記低電圧バッテリー２３の電圧Ｖ１がしきい値を超えていれば、第２コントローラＣ２は第１コントローラＣ１から高電圧バッテリー２４への充電許可信号が入力しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。なお、第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４の蓄電容量を常時監視し、蓄電量電圧信号を出力する。

上記のようにして第２コントローラＣ２に充電許可信号が入力されていれば、第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧信号を第２コントローラＣ２に入力する（ステップＳ５）とともに、第２コントローラは、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が所定値よりも大きいか否かを判定する。
その結果、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が所定値を上回っていれば、第２コントローラＣ２はスイッチ５２をオフにする（ステップＳ６，Ｓ３）。

そして、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が所定値よりも低ければ、第２コントローラＣ２はスイッチ５２をオンにし（ステップＳ６，Ｓ７）、オルタネータ２２で発電された電力を、高電圧変換手段５３で昇圧して高電圧バッテリー２４に充電する。
したがって、第２コントローラＣ２は、低電圧バッテリー２３の電圧Ｖ１がしきい値以上であって、第１コントローラＣ１から高電圧バッテリー２４への充電許可信号が入力し、かつ、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が所定値以下という条件を満足しているとき、スイッチ５２をオンにして高電圧バッテリー２４を充電する。

図４に示した第２実施形態は、第１実施形態のダイオード５１に変えて、オルタネータ２２および低電圧バッテリー２３を接続する回路と、オルタネータ２２および高電圧バッテリー２４を接続する回路とを、ひとつのスイッチ機構５４でオン・オフするようにしたものであり、通常はオルタネータ２２は低電圧バッテリー２３に接続されている。
そして、スイッチ機構５４の高電圧バッテリーのオン・オフは、第２コントローラＣ２が制御するもので、その制御条件は第１実施形態と同一である。
なお、上記第１実施形態のダイオード５１およびスイッチ５２と、第２実施形態のスイッチ機構５４のそれぞれは、この発明の切換制御手段を構成するものである。

パワーショベルなどにおけるハイブリッド建設機械に最適である。

ＭＰ１第１メインポンプ
ＭＰ２第２メインポンプ
Ｃ１第１コントローラ
Ｅエンジン
２２オルタネータ
２３低電圧バッテリー
２４高電圧バッテリー
Ｃ２第２コントローラ
５１ダイオード
５４スイッチ機構

Claims

ポンプを回転するためのエンジンと、このエンジンの駆動力で回転する発電機と、この発電機からの電力を充電するための低電圧バッテリーと、発電機に対して低電圧バッテリーと並列に接続するとともに発電機からの電力を充電するための高電圧バッテリーと、発電機からの電力を低電圧バッテリーあるいは高電圧バッテリーのいずれかに供給するための切換制御をする切換制御手段と、この切換制御手段と上記高電圧バッテリーとの間に設けるとともに低電圧を高電圧に変換する高電圧変換手段と、上記低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているかどうかを判定し、しきい値以下のとき低電圧バッテリーに発電機の電力を供給するための信号を上記切換制御手段に出力し、上記しきい値以上のとき高電圧バッテリーに充電させるための信号を上記切換制御手段に出力する制御器とを設けた建設機械の充電装置。
上記制御器は、低電圧バッテリーの蓄電容量を監視する機能と、低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているか否かを判定する機能と、高電圧バッテリーの蓄電容量が基準値を超えているか否かを判定する機能と、低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えていると判定したとき、切換制御手段に信号を出力してそれを切換動作させ、発電機からの電力を、上記高電圧変換手段を介して高電圧バッテリーに充電させる機能とを備えた請求項１に記載の建設機械の充電装置。
上記切換制御手段は、発電機と低電圧バッテリーとの間に設けかつ発電機から低電圧バッテリーへの電流の流れのみを許容するダイオードと、このダイオードの上流側から上記高電圧変換手段に接続する過程に設けたスイッチとを備えた請求項１または２記載の建設機械の充電装置。