JP2012082953A - ハイブリッド型油圧装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】既存の油圧装置を小改良するだけで、回生エネルギを得ることができる油圧エネルギ回生装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド型油圧装置は、旋回体８を旋回させる旋回用油圧モータ１と、旋回体８の旋回方向を切り換える６ポート３位置の方向切換バルブ２と、旋回用油圧モータ１に作動油を送る油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３を駆動するエンジン４と、旋回用油圧モータ１から流出した作動油の運動エネルギを電気エネルギに変換する油圧エネルギ回生装置７を備えている。この油圧エネルギ回生装置７は、油タンク５へ戻すべき作動油が供給される回生用油圧モータ１０２と、回生用油圧モータ１０２に並列に接続された回生用リリーフバルブ１０１と、回生用油圧モータ１０２で駆動される発電機１０３とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等に使用される油圧エネルギ回生装置に関する。
従来、油圧エネルギ回生装置としては、特開２０００−１３６８０６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この油圧エネルギ回生装置は、油圧ポンプから圧油が供給される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータから流出した戻り圧油の運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置と、この変換装置で変換された電気エネルギを蓄えるバッテリとを備える。
上記エネルギ変換装置は、油圧アクチュエータから流出した戻り圧油が流入して駆動力を発生する油圧ポンプモータと、この油圧ポンプモータが発生する駆動力を受けて電気エネルギを発生する電動モータとからなっている。
ところで、上記従来の油圧エネルギ回生装置では、油圧アクチュエータから流出した戻り圧油の全部を油圧ポンプモータに流入させている。このため、上記油圧ポンプモータは大容量で大きくなっている。この大きい油圧ポンプモータを搭載できるだけのスペースは既存の油圧装置に存在しない。
したがって、既存の油圧装置を小改良しただけでは、大きい油圧ポンプモータを既存の油圧装置に搭載できず、回生エネルギを得られないという問題があった。
特開２０００−１３６８０６号公報
そこで、本発明の課題は、既存の油圧装置を小改良するだけで、回生エネルギを得ることができる油圧エネルギ回生装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の油圧エネルギ回生装置は、
油タンクへ戻すべき作動油が供給される回生用油圧モータと、
上記回生用油圧モータに並列に接続されたリリーフバルブと、
上記回生用油圧モータで駆動される発電機と
を備えることを特徴としている。
上記構成によれば、上記回生用油圧モータにリリーフバルブを並列に接続しているので、回生用油圧モータに供給される作動油の流量を低く抑えることができる。したがって、上記回生用油圧モータを小さくできる。
また、上記回生用油圧モータは小さくできるので、既存の油圧装置を小改良すれば、既存の油圧装置に搭載できる。例えば、マルチバルブ部およびパイロットバルブ部を備える既存の油圧装置に対して、マルチバルブ部およびパイロットバルブ部を変更せずに、回生用油圧モータを搭載することができる。
また、既存の油圧装置に回生用油圧モータを搭載すれば、油タンクへ戻すべき作動油を回生用油圧モータに供給し、回生用油圧モータで発電機を駆動して、回生エネルギを得ることができる。
一実施形態の油圧エネルギ回生装置では、
上記発電機に接続されたインバータと、
上記インバータを介して上記発電機の回転数またはトルクを制御する制御装置と
を備える。
上記実施形態によれば、上記制御装置がインバータを介して発電機の回転数またはトルクを制御することによって、発電機の回転数が過大になるのを防ぐことができる。
もし、上記発電機の回転数が過大になったなら、発電機の負荷が大きくなり、発熱も大きくなるため、発熱対策が必要となって、製造コストの上昇を招く。
したがって、上記発電機の回転数が過大になるのを防ぐことは、製造コストの上昇を抑制できる。
一実施形態の油圧エネルギ回生装置では、
上記回生用油圧モータよりも上流側の作動油の圧力を検出する圧力センサを備え、
上記制御装置は、上記圧力センサが検出した作動油の圧力に基づいて、上記発電機の回転数またはトルクを制御する。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、圧力センサが検出した作動油の圧力に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、圧力センサが検出した作動油の圧力に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態の油圧エネルギ回生装置は、
上記回生用油圧モータを通過する作動油の流量を検出するための検出装置を備え、
上記制御装置は、上記検出装置が検出した値に基づいて、上記発電機の回転数またはトルクを制御する。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、検出装置が検出した値に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、検出装置が検出した値に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態の油圧エネルギ回生装置では、
上記検出装置は、上記発電機の回転速度を検出する回転速度センサであり、
上記検出装置が検出した値は、上記回転速度センサが検出した上記発電機の回転速度である。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、回転速度センサが検出した発電機の回転速度に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、回転速度センサが検出した上記発電機の回転速度に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態の油圧エネルギ回生装置では、
上記検出装置は、上記回生用油圧モータを通過する作動油の流量を検出する流量センサであり、
上記検出装置が検出した値は、上記流量センサが検出した作動油の流量である。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、回生用油圧モータを通過する作動油の流量、つまり、流量センサが検出した作動油の流量に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、流量センサが検出した作動油の流量に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態の油圧エネルギ回生装置では、
複数のアクチュエータからの作動油が、上記回生用油圧モータよりも上流側の作動油に合流することが可能になっている。
上記実施形態によれば、上記複数のアクチュエータからの作動油が回生用油圧モータよりも上流側の作動油に合流することが可能になっているので、回生エネルギを効率良く得ることができる。
本発明の油圧エネルギ回生装置によれば、油タンクへ戻すべき作動油が供給される回生用油圧モータと、この回生用油圧モータに並列に接続されたリリーフバルブとを備えることによって、回生用油圧モータに供給される作動油の流量を低く抑えることができるので、回生用油圧モータを小さくできる。したがって、既存の油圧装置を小改良すれば、既存の油圧装置に回生用油圧モータを搭載できる。
また、既存の油圧装置に回生用油圧モータを搭載すれば、油タンクへ戻すべき作動油を回生用油圧モータに供給し、回生用油圧モータで発電機を駆動して、回生エネルギを得ることができる。
図１は本発明の第１実施形態の油圧エネルギ回生装置を備えたハイブリッド型油圧装置の回路図である。 図２は上記油圧エネルギ回生装置の作動油の圧力と油圧エネルギ回生装置の作動油の流量との関係を示すグラフである。 図３は比較例のハイブリッド型油圧装置の回路図である。 図４は本発明の第１実施形態のハイブリッド型油圧装置のシミュレーションの説明図である。 図５は上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図６は上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図７は上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図８は本発明の第１実施形態の油圧エネルギ回生装置を備えたハイブリッド型油圧装置の変形例の回路図である。 図９は本発明の第２実施形態の油圧エネルギ回生装置を備えたハイブリッド型油圧装置の回路図である。 図１０は発電機の回転速度と発電機のトルクとの関係を示すグラフである。 図１１は本発明の第２実施形態の油圧エネルギ回生装置を備えたハイブリッド型油圧装置の変形例の回路図である。 図１２は本発明の第２実施形態の油圧エネルギ回生装置の変形例を備えたハイブリッド型油圧装置の変形例の回路図である。
以下、本発明の油圧エネルギ回生装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、既存の油圧装置に本発明の第１実施形態の油圧エネルギ回生装置７を後付けし、一部リリーフバルブをシーケンスバルブへと変更することで得たハイブリッド型油圧装置の回路図である。既存のリリーフバルブでは一次側、二次側の差圧を設定圧とし、バルブの開閉を行うが、二次側に油圧エネルギ回生装置７を後付けするため、従来よりも高い設定圧となってしまう。シーケンスバルブとすることで、既存と同じくタンク圧との差圧で設定できるため、メータイン・アウト圧力を従来と同等にでき、従来通りの加速・減速トルクとなる。
上記ハイブリッド型油圧装置は、旋回体８を旋回させる旋回用油圧モータ１と、旋回体８の旋回方向を切り換える６ポート３位置の方向切換バルブ２と、旋回用油圧モータ１に作動油を送る油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３を駆動するエンジン４とを備えている。
上記油圧ポンプ３は、ギアポンプ、トロコイドポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ等の油圧ポンプであり、作動油を油タンク５から吸入して吐出する。
上記方向切換バルブ２は、第１配管５１を介して油圧ポンプ３に接続されていると共に、第２，第３配管５２，５３を介して旋回用油圧モータ１に接続されている。この方向切換バルブ２は第１，第２パイロット圧受部２ａ，２ｂを有し、第１パイロット圧受部２ａが第１パイロット配管６１を介してパイロットバルブ６に接続されている一方、第２パイロット圧受部２ｂが第２パイロット配管６２を介してパイロットバルブ６に接続されている。この第１，第２パイロット圧受部２ａ，２ｂがパイロット圧を受けることによって、方向切換バルブ２の位置は、図中の中立位置から右旋回位置（図中の右側の位置）または左旋回位置（図中の左側の位置）に切り換わるようになっている。また、上記パイロットバルブ６は、図示しないパイロットポンプに接続されている。
上記中立位置では、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４が互いに連通し、かつ、第２ポートＰ２、第３ポートＰ３、第５ポートＰ５および第６ポートＰ６が遮断状態になる。このとき、油圧ポンプ３が吐出した作動油は、第１，第４ポートＰ１，Ｐ４を通過した後、第４，第５配管５４，５５を流れて油タンク５に戻る。
上記右旋回位置では、第２ポートＰ２と第６ポートＰ６が互いに連通し、かつ、第３ポートＰ３と第５ポートＰ５が互いに連通し、かつ、第１ポートＰ１および第４ポートＰ４が遮断状態になる。このとき、油圧ポンプ３が吐出した作動油は、第２，第６ポートＰ２，Ｐ６を通過した後、第３配管５３を流れて旋回用油圧モータ１に供給される。
上記左旋回位置では、第２ポートＰ２と第５ポートＰ５が互いに連通し、かつ、第３ポートＰ３と第６ポートＰ６が互いに連通し、かつ、第１ポートＰ１および第４ポートＰ４が遮断状態になる。このとき、上記油圧ポンプ３が吐出した作動油は、第２，第５ポートＰ２，Ｐ５を通過した後、第２配管５２を流れて旋回用油圧モータ１に供給される。
上記第１配管５１には第１チェックバルブ１１が設けられている。この第１チェックバルブ１１と油圧ポンプ３の間には第６配管５６の一端が接続されている。そして、上記第６配管５６にリリーフバルブ２１を設けて、第１配管５１内の作動油の圧力が所定値を超えないようにしている。
上記第２配管５２には第７，第８配管５７，５８の一端が接続され、第３配管５３には第７，第８配管５７，５８が接続されている。上記第７配管５７には第１，第２シーケンスバルブ２２，２３を設けて、第２，第３配管５２，５３内の作動油の圧力が所定値（例えば２８ＭＰａ）を超えないようにしている。一方、上記第８配管５８には第２，第３チェックバルブ１２，１３を設けて、第２，第３配管５２，５３内が真空にならないようにしている。
上記第１シーケンスバルブ２２は、第７配管５７を介して第２配管５２に接続される流入口と、この流入口から流入した作動油を吐出する吐出口とを有している。この吐出口から吐出された作動油は第９配管５９へ流れる。
上記第２シーケンスバルブ２３は、第７配管５７を介して第３配管５３に接続される流入口と、この流入口から流入した作動油を吐出する流出口とを有している。この吐出口から吐出された作動油は第９配管５９へ流れる。
また、上記ハイブリッド型油圧装置は、いわゆる油圧分流方式を採用しており、旋回用油圧モータ１から流出した作動油の運動エネルギを電気エネルギに変換する油圧エネルギ回生装置７を備えている。この油圧エネルギ回生装置７は、回生用リリーフバルブ１０１、回生用油圧モータ１０２、発電機１０３、インバータ１０４、蓄電装置１０５、圧力センサ１０６および制御装置１０７を有している。なお、回生用リリーフバルブ１０１は本発明のリリーフバルブの一例である。
上記回生用リリーフバルブ１０１は第９配管５９に設けられ、この第９配管５９の一端は第１シーケンスバルブ２２と第２シーケンスバルブ２３との間に接続されている。これにより、上記回生用リリーフバルブ１０１の流入口は、第９配管５９および第７配管５７を介して第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口に接続されている。この回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値は、第１，第２シーケンスバブル２２，２３の圧力設定値よりも低くなるように設定されている。例えば、上記第１，第２シーケンスバブル２２，２３の圧力設定値を２８ＭＰａに設定するなら、回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値は２１ＭＰａに設定する。
上記回生用油圧モータ１０２は、作動油の供給を受けて、発電機１０３を駆動する。この回生用油圧モータ１０２は回生用配管１０８に設けられ、回生用リリーフバルブ１０１に並列に接続されている。つまり、上記回生用油圧モータ１０２は、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間に接続されている。
上記インバータ１０４は、発電機１０３に接続され、発電機１０３に供給する電流の周波数を制御する。この周波数を変更することにより、発電機１０３の回転数またはトルクを制御して、発電機１０３の発電量を調整することができる。
上記蓄電装置１０５は、インバータ１０４を介して発電機１０３に接続され、発電機１０３で発電された電気を蓄える。この電気は図示しない電気装置に使用されて、省エネルギー効果が得られるようになっている。
上記圧力センサ１０６は、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力を検出する。また、上記圧力センサ１０６は、検出した作動油の圧力を示す圧力信号を制御装置１０７に送る。
上記制御装置１０７は、インバータ１０４を介して発電機１０３の回転数またはトルクを制御する。より詳しくは、上記制御装置１０７は、圧力センサ１０６からの圧力信号に基づいて、インバータ１０４に制御信号を送る。
また、上記油圧エネルギ回生装置７では、複数のアクチュエータからの作動油を、回生用油圧モータ１０２よりも上流側の作動油に合流させることが可能になっている。つまり、図示しないが、上記第９配管５９において回生用配管１０８の一端が接続されている箇所において、複数のアクチュエータから油タンク５に作動油を戻すための配管を接続可能の接続口を設けている。
図２は、上記油圧エネルギ回生装置７の作動油の圧力と油圧エネルギ回生装置７の作動油の流量との関係を示すグラフである。
上記制御装置１０７による発電機１０３の回転数またはトルクの制御は、グラフ中の実線、一点鎖線および点線が得られるように行われる。
上記実線は、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力と、回生用リリーフバルブ１０１を通過する作動油の流量との関係を示している。
上記一点鎖線は、第２シーケンスバルブ２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力と、回生用油圧モータ１０２を通過する作動油の流量との関係を示している。
上記点線は、第２シーケンスバルブ２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力と、合計流量との関係を示している。ここで、上記合計流量は、回生用リリーフバルブ１０１を通過する作動油の流量と、回生用油圧モータ１０２を通過する作動油の流量とを合計した流量に相当する。
上記構成のハイブリッド型油圧装置では、回生用油圧モータ１０２に回生用リリーフバルブ１０１を並列に接続しているので、回生用油圧モータ１０２に供給される作動油の流量を低く抑えることができる。したがって、上記回生用油圧モータ１０２を小さくできる。
また、上記回生用油圧モータ１０２を小さくできるので、例えば方向切替バルブ２およびパイロットバルブ６を変更することなく、油圧装置に油圧エネルギ回生装置７を後付けできる。
また、上記油タンク５へ戻すべき作動油を回生用油圧モータ１０２に供給するので、回生用油圧モータ１０２で発電機１０３を駆動して、回生エネルギを得ることができる。
また、上記回生用油圧モータ１０２を小さくできるので、既存の油圧装置の設計を少し変更すれば、油圧エネルギ回生装置７を後付けできる油圧装置を設計できる。
また、既存の油圧装置の設計を少し変更するだけなら、新たな生産設備を設ける必要がない。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けを行っても、旋回体８を旋回用油圧モータ１だけで旋回させるので、旋回体８の操作フィーリングは油圧エネルギ回生装置７の後付け前と同じである。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けした油圧装置では、蓄電装置１０５の蓄電量が０％になっても、旋回体８を油圧だけで旋回させることができる。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けした油圧装置では、蓄電装置１０５の蓄電量に関係なく、旋回体８の旋回速度を油圧だけで減速させることができる。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けした油圧装置では、蓄電装置の蓄電量が１００％近くになれば回生をやめればよい。したがって、上記蓄電装置１０５の充放電制御を単純化できる。
また、上記回生用油圧モータ１０２および発電機１０３が故障しても、油圧エネルギ回生装置７の後付け前と同じ使い方ができる。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の不具合発生時、切り替え操作にて回生機能をオフできるようにして、作業性能を保証できれば、油圧エネルギ回生装置７の実用試験の期間を短縮できるし、油圧エネルギ回生装置７を保護する装置を簡単にすることができる。
また、上記制御装置１０７がインバータ１０４を介して発電機１０３の回転数を制御することによって、発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことができる。
もし、上記発電機１０３の回転速度が過大になったなら、回生する電圧が大きくなり、機器の損傷につながる。また、上記発電機１０３の発熱が大きくなるため、発熱対策が必要となって、製造コストの上昇を招く。
したがって、上記発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことは、製造コストの上昇を抑制できる。
また、上記制御装置１０７は、圧力センサ１０６が検出した作動油の圧力に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、発電機１０３の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置１０７は、圧力センサ１０６が検出した作動油の圧力に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
図３は比較例のハイブリッド型油圧装置の回路図である。この図３において、図１に示した構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
上記ハイブリッド型油圧装置は、いわゆる電油複合方式を採用しており、旋回用油圧モータ１をアシストする電動モータ９と、第２，第３リリーフバルブ１２２，１２３から吐出された作動油を油タンク５へ案内する第１０配管６０とを備えている。この第１０配管６０には回生用リリーフバルブ１０１を設けていないし、回生用配管１０８の一端も接続していない。
上記ハイブリッド型油圧装置では、旋回用油圧モータ１のトルクと電動モータ９のトルクとの合計が、従来の油圧装置（非ハイブリッド型油圧装置）の旋回用油圧モータ１のトルクと同じにする必要がある。このため、電気モータのアシスト分、旋回用油圧モータ１のメータイン圧およびメータアウト圧を下げる必要がある。
したがって、従来の油圧装置をハイブリッド型油圧装置に改造する場合、リリーフ圧を下げると共に、操作レバー位置に対して、メータイン絞り、メータアウト絞りおよびブリードオフ絞りの全ての開口面積を開く側へ補正する必要があるので、この改造は困難である。
また、上記電動モータ９のトルクを従来のリリーフによる減速トルクの１／３とした場合、電動モータ９は旋回体８と機械的に直結されており、電動モータ９の回転数は旋回体８の速度に比例するため、理論回生エネルギは旋回エネルギの１／３となる。
これに対して、本実施形態のハイブリッド型油圧装置の理論回生エネルギでは、回生油圧モータ１０２の回転速度は旋回体８の速度に依存せず、任意に決めることができるため、旋回エネルギの５／９となる。
したがって、本実施形態のハイブリッド型油圧装置の理論回生エネルギは、比較例のハイブリッド型油圧装置の理論回生エネルギの約２倍である。
図４は本実施形態のハイブリッド型油圧装置のシミュレーションの説明図である。
上記シミュレーションでは、旋回用油圧モータ１が１５００ｍｉｎ−１で、メータアウト絞りが０．２秒で全閉となり、リリーフにより減速して停止する状況を設定し、圧力Ｐ１，Ｐ２の時間変化と、作動油の流量Ｑ１〜Ｑ５の時間変化とを算出した。また、上記シミュレーションでは、旋回用油圧モータ１については、初期速度１５００ｍｉｎ−１、容積１５０ｃｃ／ｒｅｖ、モータ軸換算慣性８．４５ｋｇｍ２、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の圧力設定値２８ＭＰａ、回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値１６ＭＰａとしている。
上記圧力Ｐ１，Ｐ２の時間変化は図５のグラフとなる。上記圧力Ｐ２は、約０．２秒〜約１．６秒の間、回生用リリーフバルブ１０１の作動で約１６ＭＰａに維持される。また、上記圧力Ｐ２は、約１．６秒〜約２．２秒の間、発電機１０３のみで制御される。
上記作動油の流量Ｑ１〜Ｑ３の時間変化は図６のグラフとなる。この流量Ｑ２は、メータアウト流量であり、方向切替バルブ２の位置が右旋回位置または左旋回位置から中立位置に戻ることで約０．２秒に０となり、約０．２秒より後では流量Ｑ１の全てが油圧エネルギ回生装置７に向かって流れる。なお、図６のグラフでは、０．０秒〜約０．１秒の間における流量Ｑ１と流量Ｑ２の差を誇張して描くと共に、約０．２秒〜約２．１秒の間における流量Ｑ１と流量Ｑ３の差も誇張して描いている。
上記作動油の流量Ｑ３〜Ｑ５の時間変化は図７のグラフとなる。この流量Ｑ３，Ｑ４は流量が一定となる時間はないが、約０．２秒〜約１．６秒の間、流量Ｑ５は回生油圧モータ１０２の回転速度を制御することで一定流量となるので、発電機１０３において一定の発電量が得られる。また、約１．６秒より後は、流量Ｑ５は流量Ｑ３と同様に低下する。
このように、上記流量Ｑ５が低く抑えられているので、回生用油圧モータ１０２の容量を小容量でよく、回生用リリーフバルブ１０１を小さくできる。
上記第１実施形態において、インバータ１０４および制御装置１０７を無くしても、回生エネルギは得られる。
上記第１実施形態において、第９配管５９において回生用配管１０８の一端が接続されている箇所には接続口を設けていたが、この接続口に、図８に示すように、シリンダ用配管７１を介して複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…を接続してもよい。このようにすると、回生エネルギを効率良く得ることができる。なお、複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…は本発明のアクチュエータの一例である。また、図８の８２Ａ，８２Ｂ，…はシーケンスバルブである。
〔第２実施形態〕
図９は、既存の油圧装置に本発明の第２実施形態の油圧エネルギ回生装置２０７を後付けすることで得たハイブリッド型油圧装置の回路図である。また、図９において、図１における構成部と同一の構成部は、図１における構成部の参照番号と同一の参照番号を付して説明を省略する。
上記油圧エネルギ回生装置２０７は、発電機１０３の回転速度を検出する回転速度センサ３０６と、この回転速度センサ３０６が検出した発電機１０３の回転速度に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御する制御装置３０７とを有している。なお、回転速度センサ３０６は検出装置の一例である。
図１０は、上記発電機１０３の回転速度と発電機１０３のトルクとの関係を示すグラフである。
上記制御装置３０７による発電機１０３の回転数またはトルクの制御は、グラフ中の実線が得られるに行われる。より詳しくは、発電機１０３の回転速度が０からＲ１になると、発電機１０３のトルクが略一定になるように、発電機１０３のトルクを調整する。そして、発電機１０３の回転速度がＲ２になると、発電機１０３のトルクを急激に増大させて、発電機１０３の回転速度の増大を抑制する。
また、上記発電機１０３の回転速度がＲ２になったとき、発電機１０３のトルクはＴ２であるが、このＴ２は回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値に対応する。このため、発電機１０３のトルクを急激に増大させるとき、回生用リリーフバルブ１０１が開くことになる。
上記構成のハイブリッド型油圧装置によれば、制御装置３０７がインバータ１０４を介して発電機１０３の回転数を制御することによって、発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことができる。
もし、上記発電機１０３の回転速度が過大になったなら、発電機１０３の発熱が大きくなるため、発熱対策が必要となって、製造コストの上昇を招く。
したがって、上記発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことは、製造コストの上昇を抑制できる。
また、上記制御装置３０７は、回転速度センサ３０６が検出した発電機１０３の回転速度に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、発電機１０３の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置３０７は、回転速度センサ３０６が検出した発電機１０３の回転速度に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
ただし、上記発電機１０３の発電量の制御の精度や応答性は、上記第１実施形態の方が優れている。
上記第２実施形態において、インバータ１０４および制御装置３０７を無くしても、回生エネルギは得られる。
上記第２実施形態において、第９配管５９において回生用配管１０８の一端が接続されている箇所には接続口を設けていたが、この接続口に、図１１に示すように、シリンダ用配管７１を介して複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…を接続してもよい。このようにすると、回生エネルギを効率良く得ることができる。なお、複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…は本発明のアクチュエータの一例である。また、図１１の８２Ａ，８２Ｂ，…はシーケンスバルブである。
上記第２実施形態では、油圧エネルギ回生装置２０７をハイブリッド型油圧装置に後付けしていたが、図１２に示すように、油圧エネルギ回生装置４０７をハイブリッド型油圧装置に後付けしてもよい。この油圧エネルギ回生装置４０７は、検出装置の一例としての流量センサ５０６と、制御装置５０７とを有している。上記流量センサ５０６は、回生用油圧モータ１０２を通過する作動油の流量を検出する。また、上記制御装置５０７は、流量センサ５０６が検出した作動油の流量に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御する。このような油圧エネルギ回生装置４０７によっても、油圧エネルギ回生装置２０７と同様の作用効果が得られる。
また、図１２のハイブリッド型油圧装置において、図１１のシリンダ用配管７１のような配管を用いてもよい。すなわち、上記ハイブリッド型油圧装置において、複数のアクチュエータからの作動油を回生用油圧モータ１０２よりも上流側に案内する配管を設けてもよい。
本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１，第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１，第２実施形態およびその変形を適宜組み合わせたものを本発明の一実施形態としてもよい。
１…旋回用油圧モータ
２…方向切換バルブ
３…油圧ポンプ
４…エンジン
５…油タンク
６…パイロットバルブ
７，２０７，４０７…油圧エネルギ回生装置
８…旋回体
９…電動モータ
８１Ａ，８１Ｂ…シリンダ
１０１…回生用リリーフバルブ
１０２…回生用油圧モータ
１０３…発電機
１０４…インバータ
１０５…蓄電装置
１０６…圧力センサ
１０７，３０７，５０７…制御装置
３０６…回転速度センサ
５０６…流量センサ
本発明は、ハイブリッド型油圧装置に関する。
従来、油圧エネルギ回生装置としては、特開２０００−１３６８０６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この油圧エネルギ回生装置は、油圧ポンプから圧油が供給される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータから流出した戻り圧油の運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置と、この変換装置で変換された電気エネルギを蓄えるバッテリとを備える。
上記エネルギ変換装置は、油圧アクチュエータから流出した戻り圧油が流入して駆動力を発生する油圧ポンプモータと、この油圧ポンプモータが発生する駆動力を受けて電気エネルギを発生する電動モータとからなっている。
ところで、上記従来の油圧エネルギ回生装置では、油圧アクチュエータから流出した戻り圧油の全部を油圧ポンプモータに流入させている。このため、上記油圧ポンプモータは大容量で大きくなっている。この大きい油圧ポンプモータを搭載できるだけのスペースは既存の油圧装置に存在しない。
したがって、既存の油圧装置を小改良しただけでは、大きい油圧ポンプモータを既存の油圧装置に搭載できず、回生エネルギを得られないという問題があった。
特開２０００−１３６８０６号公報
そこで、本発明の課題は、既存の油圧装置を小改良するだけで、回生エネルギを得ることができるハイブリッド型油圧装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明のハイブリッド型油圧装置は、
アクチュエータと、
上記アクチュエータに作動油を送る油圧ポンプと、
上記アクチュエータの背圧を制御するシーケンスバルブと、
油圧エネルギ回生装置と
を備え、
上記油圧エネルギ回生装置は、
上記アクチュエータから上記シーケンスバルブを介して油タンクへ戻すべき作動油が供給される回生用油圧モータと、
上記回生用油圧モータに並列に接続されたリリーフバルブと、
上記回生用油圧モータで駆動される発電機と、
上記発電機に接続されたインバータと、
上記インバータを介して上記発電機の回転数またはトルクを制御する制御装置と
を備えることを特徴としている。
上記構成によれば、上記回生用油圧モータにリリーフバルブを並列に接続しているので、回生用油圧モータに供給される作動油の流量を低く抑えることができる。したがって、上記回生用油圧モータを小さくできる。
また、上記回生用油圧モータは小さくできるので、既存の油圧装置を小改良すれば、既存の油圧装置に搭載できる。例えば、マルチバルブ部およびパイロットバルブ部を備える既存の油圧装置に対して、マルチバルブ部およびパイロットバルブ部を変更せずに、回生用油圧モータを搭載することができる。
また、既存の油圧装置に回生用油圧モータを搭載すれば、油タンクへ戻すべき作動油を回生用油圧モータに供給し、回生用油圧モータで発電機を駆動して、回生エネルギを得ることができる。
また、上記制御装置がインバータを介して発電機の回転数またはトルクを制御することによって、発電機の回転数が過大になるのを防ぐことができる。
もし、上記発電機の回転数が過大になったなら、発電機の負荷が大きくなり、発熱も大きくなるため、発熱対策が必要となって、製造コストの上昇を招く。
したがって、上記発電機の回転数が過大になるのを防ぐことは、製造コストの上昇を抑制できる。
一実施形態のハイブリッド型油圧装置は、
上記油圧エネルギ回生装置は、上記回生用油圧モータよりも上流側の作動油の圧力を検出する圧力センサを備え、
上記制御装置は、上記圧力センサが検出した作動油の圧力に基づいて、上記発電機の回転数またはトルクを制御する。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、圧力センサが検出した作動油の圧力に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、圧力センサが検出した作動油の圧力に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態のハイブリッド型油圧装置は、
上記油圧エネルギ回生装置は、上記回生用油圧モータを通過する作動油の流量を検出するための検出装置を備え、
上記制御装置は、上記検出装置が検出した値に基づいて、上記発電機の回転数またはトルクを制御する。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、検出装置が検出した値に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、検出装置が検出した値に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態のハイブリッド型油圧装置では、
上記検出装置は、上記発電機の回転速度を検出する回転速度センサであり、
上記検出装置が検出した値は、上記回転速度センサが検出した上記発電機の回転速度である。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、回転速度センサが検出した発電機の回転速度に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、回転速度センサが検出した上記発電機の回転速度に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態のハイブリッド型油圧装置では、
上記検出装置は、上記回生用油圧モータを通過する作動油の流量を検出する流量センサであり、
上記検出装置が検出した値は、上記流量センサが検出した作動油の流量である。
上記実施形態によれば、上記制御装置は、回生用油圧モータを通過する作動油の流量、つまり、流量センサが検出した作動油の流量に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、発電機の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置は、流量センサが検出した作動油の流量に基づいて、発電機の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
一実施形態のハイブリッド型油圧装置では、
他の複数のアクチュエータからの作動油が、上記シーケンスバルブより下流側かつ上記回生用油圧モータよりも上流側の作動油に合流することが可能になっている。
上記実施形態によれば、上記複数のアクチュエータからの作動油が回生用油圧モータよりも上流側の作動油に合流することが可能になっているので、回生エネルギを効率良く得ることができる。
本発明のハイブリッド型油圧装置によれば、油タンクへ戻すべき作動油が供給される回生用油圧モータと、この回生用油圧モータに並列に接続されたリリーフバルブとを備えることによって、回生用油圧モータに供給される作動油の流量を低く抑えることができるので、回生用油圧モータを小さくできる。したがって、既存の油圧装置を小改良すれば、既存の油圧装置に回生用油圧モータを搭載できる。
また、既存の油圧装置に回生用油圧モータを搭載すれば、油タンクへ戻すべき作動油を回生用油圧モータに供給し、回生用油圧モータで発電機を駆動して、回生エネルギを得ることができる。
図１は本発明の第１実施形態のハイブリッド型油圧装置の回路図である。 図２は油圧エネルギ回生装置の作動油の圧力と油圧エネルギ回生装置の作動油の流量との関係を示すグラフである。 図３は比較例のハイブリッド型油圧装置の回路図である。 図４は本発明の第１実施形態のハイブリッド型油圧装置のシミュレーションの説明図である。 図５は上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図６は上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図７は上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図８は本発明の第１実施形態のハイブリッド型油圧装置の変形例の回路図である。 図９は本発明の第２実施形態のハイブリッド型油圧装置の回路図である。 図１０は発電機の回転速度と発電機のトルクとの関係を示すグラフである。 図１１は本発明の第２実施形態のハイブリッド型油圧装置の変形例の回路図である。 図１２は本発明の第２実施形態のハイブリッド型油圧装置の変形例の回路図である。
以下、本発明のハイブリッド型油圧装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、既存の油圧装置に油圧エネルギ回生装置７を後付けし、一部リリーフバルブをシーケンスバルブへと変更することで得た本発明の第１実施形態のハイブリッド型油圧装置の回路図である。既存のリリーフバルブでは一次側、二次側の差圧を設定圧とし、バルブの開閉を行うが、二次側に油圧エネルギ回生装置７を後付けするため、従来よりも高い設定圧となってしまう。シーケンスバルブとすることで、既存と同じくタンク圧との差圧で設定できるため、メータイン・アウト圧力を従来と同等にでき、従来通りの加速・減速トルクとなる。
上記ハイブリッド型油圧装置は、旋回体８を旋回させる旋回用油圧モータ１と、旋回体８の旋回方向を切り換える６ポート３位置の方向切換バルブ２と、旋回用油圧モータ１に作動油を送る油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３を駆動するエンジン４とを備えている。
上記油圧ポンプ３は、ギアポンプ、トロコイドポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ等の油圧ポンプであり、作動油を油タンク５から吸入して吐出する。
上記方向切換バルブ２は、第１配管５１を介して油圧ポンプ３に接続されていると共に、第２，第３配管５２，５３を介して旋回用油圧モータ１に接続されている。この方向切換バルブ２は第１，第２パイロット圧受部２ａ，２ｂを有し、第１パイロット圧受部２ａが第１パイロット配管６１を介してパイロットバルブ６に接続されている一方、第２パイロット圧受部２ｂが第２パイロット配管６２を介してパイロットバルブ６に接続されている。この第１，第２パイロット圧受部２ａ，２ｂがパイロット圧を受けることによって、方向切換バルブ２の位置は、図中の中立位置から右旋回位置（図中の右側の位置）または左旋回位置（図中の左側の位置）に切り換わるようになっている。また、上記パイロットバルブ６は、図示しないパイロットポンプに接続されている。
上記中立位置では、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４が互いに連通し、かつ、第２ポートＰ２、第３ポートＰ３、第５ポートＰ５および第６ポートＰ６が遮断状態になる。このとき、油圧ポンプ３が吐出した作動油は、第１，第４ポートＰ１，Ｐ４を通過した後、第４，第５配管５４，５５を流れて油タンク５に戻る。
上記右旋回位置では、第２ポートＰ２と第６ポートＰ６が互いに連通し、かつ、第３ポートＰ３と第５ポートＰ５が互いに連通し、かつ、第１ポートＰ１および第４ポートＰ４が遮断状態になる。このとき、油圧ポンプ３が吐出した作動油は、第２，第６ポートＰ２，Ｐ６を通過した後、第３配管５３を流れて旋回用油圧モータ１に供給される。
上記左旋回位置では、第２ポートＰ２と第５ポートＰ５が互いに連通し、かつ、第３ポートＰ３と第６ポートＰ６が互いに連通し、かつ、第１ポートＰ１および第４ポートＰ４が遮断状態になる。このとき、上記油圧ポンプ３が吐出した作動油は、第２，第５ポートＰ２，Ｐ５を通過した後、第２配管５２を流れて旋回用油圧モータ１に供給される。
上記第１配管５１には第１チェックバルブ１１が設けられている。この第１チェックバルブ１１と油圧ポンプ３の間には第６配管５６の一端が接続されている。そして、上記第６配管５６にリリーフバルブ２１を設けて、第１配管５１内の作動油の圧力が所定値を超えないようにしている。
上記第２配管５２には第７，第８配管５７，５８の一端が接続され、第３配管５３には第７，第８配管５７，５８が接続されている。上記第７配管５７には第１，第２シーケンスバルブ２２，２３を設けて、第２，第３配管５２，５３内の作動油の圧力が所定値（例えば２８ＭＰａ）を超えないようにしている。一方、上記第８配管５８には第２，第３チェックバルブ１２，１３を設けて、第２，第３配管５２，５３内が真空にならないようにしている。
上記第１シーケンスバルブ２２は、第７配管５７を介して第２配管５２に接続される流入口と、この流入口から流入した作動油を吐出する吐出口とを有している。この吐出口から吐出された作動油は第９配管５９へ流れる。
上記第２シーケンスバルブ２３は、第７配管５７を介して第３配管５３に接続される流入口と、この流入口から流入した作動油を吐出する流出口とを有している。この吐出口から吐出された作動油は第９配管５９へ流れる。
また、上記ハイブリッド型油圧装置は、いわゆる油圧分流方式を採用しており、旋回用油圧モータ１から流出した作動油の運動エネルギを電気エネルギに変換する油圧エネルギ回生装置７を備えている。この油圧エネルギ回生装置７は、回生用リリーフバルブ１０１、回生用油圧モータ１０２、発電機１０３、インバータ１０４、蓄電装置１０５、圧力センサ１０６および制御装置１０７を有している。なお、回生用リリーフバルブ１０１は本発明のリリーフバルブの一例である。
上記回生用リリーフバルブ１０１は第９配管５９に設けられ、この第９配管５９の一端は第１シーケンスバルブ２２と第２シーケンスバルブ２３との間に接続されている。これにより、上記回生用リリーフバルブ１０１の流入口は、第９配管５９および第７配管５７を介して第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口に接続されている。この回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値は、第１，第２シーケンスバブル２２，２３の圧力設定値よりも低くなるように設定されている。例えば、上記第１，第２シーケンスバブル２２，２３の圧力設定値を２８ＭＰａに設定するなら、回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値は２１ＭＰａに設定する。
上記回生用油圧モータ１０２は、作動油の供給を受けて、発電機１０３を駆動する。この回生用油圧モータ１０２は回生用配管１０８に設けられ、回生用リリーフバルブ１０１に並列に接続されている。つまり、上記回生用油圧モータ１０２は、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間に接続されている。
上記インバータ１０４は、発電機１０３に接続され、発電機１０３に供給する電流の周波数を制御する。この周波数を変更することにより、発電機１０３の回転数またはトルクを制御して、発電機１０３の発電量を調整することができる。
上記蓄電装置１０５は、インバータ１０４を介して発電機１０３に接続され、発電機１０３で発電された電気を蓄える。この電気は図示しない電気装置に使用されて、省エネルギー効果が得られるようになっている。
上記圧力センサ１０６は、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力を検出する。また、上記圧力センサ１０６は、検出した作動油の圧力を示す圧力信号を制御装置１０７に送る。
上記制御装置１０７は、インバータ１０４を介して発電機１０３の回転数またはトルクを制御する。より詳しくは、上記制御装置１０７は、圧力センサ１０６からの圧力信号に基づいて、インバータ１０４に制御信号を送る。
また、上記油圧エネルギ回生装置７では、複数のアクチュエータからの作動油を、回生用油圧モータ１０２よりも上流側の作動油に合流させることが可能になっている。つまり、図示しないが、上記第９配管５９において回生用配管１０８の一端が接続されている箇所において、複数のアクチュエータから油タンク５に作動油を戻すための配管を接続可能の接続口を設けている。
図２は、上記油圧エネルギ回生装置７の作動油の圧力と油圧エネルギ回生装置７の作動油の流量との関係を示すグラフである。
上記制御装置１０７による発電機１０３の回転数またはトルクの制御は、グラフ中の実線、一点鎖線および点線が得られるように行われる。
上記実線は、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力と、回生用リリーフバルブ１０１を通過する作動油の流量との関係を示している。
上記一点鎖線は、第２シーケンスバルブ２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力と、回生用油圧モータ１０２を通過する作動油の流量との関係を示している。
上記点線は、第２シーケンスバルブ２３の吐出口と回生用リリーフバルブ１０１の流入口との間の作動油の圧力と、合計流量との関係を示している。ここで、上記合計流量は、回生用リリーフバルブ１０１を通過する作動油の流量と、回生用油圧モータ１０２を通過する作動油の流量とを合計した流量に相当する。
上記構成のハイブリッド型油圧装置では、回生用油圧モータ１０２に回生用リリーフバルブ１０１を並列に接続しているので、回生用油圧モータ１０２に供給される作動油の流量を低く抑えることができる。したがって、上記回生用油圧モータ１０２を小さくできる。
また、上記回生用油圧モータ１０２を小さくできるので、例えば方向切替バルブ２およびパイロットバルブ６を変更することなく、油圧装置に油圧エネルギ回生装置７を後付けできる。
また、上記油タンク５へ戻すべき作動油を回生用油圧モータ１０２に供給するので、回生用油圧モータ１０２で発電機１０３を駆動して、回生エネルギを得ることができる。
また、上記回生用油圧モータ１０２を小さくできるので、既存の油圧装置の設計を少し変更すれば、油圧エネルギ回生装置７を後付けできる油圧装置を設計できる。
また、既存の油圧装置の設計を少し変更するだけなら、新たな生産設備を設ける必要がない。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けを行っても、旋回体８を旋回用油圧モータ１だけで旋回させるので、旋回体８の操作フィーリングは油圧エネルギ回生装置７の後付け前と同じである。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けした油圧装置では、蓄電装置１０５の蓄電量が０％になっても、旋回体８を油圧だけで旋回させることができる。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けした油圧装置では、蓄電装置１０５の蓄電量に関係なく、旋回体８の旋回速度を油圧だけで減速させることができる。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の後付けした油圧装置では、蓄電装置の蓄電量が１００％近くになれば回生をやめればよい。したがって、上記蓄電装置１０５の充放電制御を単純化できる。
また、上記回生用油圧モータ１０２および発電機１０３が故障しても、油圧エネルギ回生装置７の後付け前と同じ使い方ができる。
また、上記油圧エネルギ回生装置７の不具合発生時、切り替え操作にて回生機能をオフできるようにして、作業性能を保証できれば、油圧エネルギ回生装置７の実用試験の期間を短縮できるし、油圧エネルギ回生装置７を保護する装置を簡単にすることができる。
また、上記制御装置１０７がインバータ１０４を介して発電機１０３の回転数を制御することによって、発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことができる。
もし、上記発電機１０３の回転速度が過大になったなら、回生する電圧が大きくなり、機器の損傷につながる。また、上記発電機１０３の発熱が大きくなるため、発熱対策が必要となって、製造コストの上昇を招く。
したがって、上記発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことは、製造コストの上昇を抑制できる。
また、上記制御装置１０７は、圧力センサ１０６が検出した作動油の圧力に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、発電機１０３の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置１０７は、圧力センサ１０６が検出した作動油の圧力に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
図３は比較例のハイブリッド型油圧装置の回路図である。この図３において、図１に示した構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
上記ハイブリッド型油圧装置は、いわゆる電油複合方式を採用しており、旋回用油圧モータ１をアシストする電動モータ９と、第２，第３リリーフバルブ１２２，１２３から吐出された作動油を油タンク５へ案内する第１０配管６０とを備えている。この第１０配管６０には回生用リリーフバルブ１０１を設けていないし、回生用配管１０８の一端も接続していない。
上記ハイブリッド型油圧装置では、旋回用油圧モータ１のトルクと電動モータ９のトルクとの合計が、従来の油圧装置（非ハイブリッド型油圧装置）の旋回用油圧モータ１のトルクと同じにする必要がある。このため、電気モータのアシスト分、旋回用油圧モータ１のメータイン圧およびメータアウト圧を下げる必要がある。
したがって、従来の油圧装置をハイブリッド型油圧装置に改造する場合、リリーフ圧を下げると共に、操作レバー位置に対して、メータイン絞り、メータアウト絞りおよびブリードオフ絞りの全ての開口面積を開く側へ補正する必要があるので、この改造は困難である。
また、上記電動モータ９のトルクを従来のリリーフによる減速トルクの１／３とした場合、電動モータ９は旋回体８と機械的に直結されており、電動モータ９の回転数は旋回体８の速度に比例するため、理論回生エネルギは旋回エネルギの１／３となる。
これに対して、本実施形態のハイブリッド型油圧装置の理論回生エネルギでは、回生油圧モータ１０２の回転速度は旋回体８の速度に依存せず、任意に決めることができるため、旋回エネルギの５／９となる。
したがって、本実施形態のハイブリッド型油圧装置の理論回生エネルギは、比較例のハイブリッド型油圧装置の理論回生エネルギの約２倍である。
図４は本実施形態のハイブリッド型油圧装置のシミュレーションの説明図である。
上記シミュレーションでは、旋回用油圧モータ１が１５００ｍｉｎ−１で、メータアウト絞りが０．２秒で全閉となり、リリーフにより減速して停止する状況を設定し、圧力Ｐ１，Ｐ２の時間変化と、作動油の流量Ｑ１〜Ｑ５の時間変化とを算出した。また、上記シミュレーションでは、旋回用油圧モータ１については、初期速度１５００ｍｉｎ−１、容積１５０ｃｃ／ｒｅｖ、モータ軸換算慣性８．４５ｋｇｍ２、第１，第２シーケンスバルブ２２，２３の圧力設定値２８ＭＰａ、回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値１６ＭＰａとしている。
上記圧力Ｐ１，Ｐ２の時間変化は図５のグラフとなる。上記圧力Ｐ２は、約０．２秒〜約１．６秒の間、回生用リリーフバルブ１０１の作動で約１６ＭＰａに維持される。また、上記圧力Ｐ２は、約１．６秒〜約２．２秒の間、発電機１０３のみで制御される。
上記作動油の流量Ｑ１〜Ｑ３の時間変化は図６のグラフとなる。この流量Ｑ２は、メータアウト流量であり、方向切替バルブ２の位置が右旋回位置または左旋回位置から中立位置に戻ることで約０．２秒に０となり、約０．２秒より後では流量Ｑ１の全てが油圧エネルギ回生装置７に向かって流れる。なお、図６のグラフでは、０．０秒〜約０．１秒の間における流量Ｑ１と流量Ｑ２の差を誇張して描くと共に、約０．２秒〜約２．１秒の間における流量Ｑ１と流量Ｑ３の差も誇張して描いている。
上記作動油の流量Ｑ３〜Ｑ５の時間変化は図７のグラフとなる。この流量Ｑ３，Ｑ４は流量が一定となる時間はないが、約０．２秒〜約１．６秒の間、流量Ｑ５は回生油圧モータ１０２の回転速度を制御することで一定流量となるので、発電機１０３において一定の発電量が得られる。また、約１．６秒より後は、流量Ｑ５は流量Ｑ３と同様に低下する。
このように、上記流量Ｑ５が低く抑えられているので、回生用油圧モータ１０２の容量を小容量でよく、回生用リリーフバルブ１０１を小さくできる。
上記第１実施形態において、インバータ１０４および制御装置１０７を無くしても、回生エネルギは得られる。
上記第１実施形態において、第９配管５９において回生用配管１０８の一端が接続されている箇所には接続口を設けていたが、この接続口に、図８に示すように、シリンダ用配管７１を介して複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…を接続してもよい。このようにすると、回生エネルギを効率良く得ることができる。なお、複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…は本発明のアクチュエータの一例である。また、図８の８２Ａ，８２Ｂ，…はシーケンスバルブである。
〔第２実施形態〕
図９は、既存の油圧装置に本発明の第２実施形態の油圧エネルギ回生装置２０７を後付けすることで得たハイブリッド型油圧装置の回路図である。また、図９において、図１における構成部と同一の構成部は、図１における構成部の参照番号と同一の参照番号を付して説明を省略する。
上記油圧エネルギ回生装置２０７は、発電機１０３の回転速度を検出する回転速度センサ３０６と、この回転速度センサ３０６が検出した発電機１０３の回転速度に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御する制御装置３０７とを有している。なお、回転速度センサ３０６は検出装置の一例である。
図１０は、上記発電機１０３の回転速度と発電機１０３のトルクとの関係を示すグラフである。
上記制御装置３０７による発電機１０３の回転数またはトルクの制御は、グラフ中の実線が得られるに行われる。より詳しくは、発電機１０３の回転速度が０からＲ１になると、発電機１０３のトルクが略一定になるように、発電機１０３のトルクを調整する。そして、発電機１０３の回転速度がＲ２になると、発電機１０３のトルクを急激に増大させて、発電機１０３の回転速度の増大を抑制する。
また、上記発電機１０３の回転速度がＲ２になったとき、発電機１０３のトルクはＴ２であるが、このＴ２は回生用リリーフバルブ１０１の圧力設定値に対応する。このため、発電機１０３のトルクを急激に増大させるとき、回生用リリーフバルブ１０１が開くことになる。
上記構成のハイブリッド型油圧装置によれば、制御装置３０７がインバータ１０４を介して発電機１０３の回転数を制御することによって、発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことができる。
もし、上記発電機１０３の回転速度が過大になったなら、発電機１０３の発熱が大きくなるため、発熱対策が必要となって、製造コストの上昇を招く。
したがって、上記発電機１０３の回転速度が過大になるのを防ぐことは、製造コストの上昇を抑制できる。
また、上記制御装置３０７は、回転速度センサ３０６が検出した発電機１０３の回転速度に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、発電機１０３の発電量を精度良く制御することができる。
また、上記制御装置３０７は、回転速度センサ３０６が検出した発電機１０３の回転速度に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御するので、この制御の応答性は良好である。
ただし、上記発電機１０３の発電量の制御の精度や応答性は、上記第１実施形態の方が優れている。
上記第２実施形態において、インバータ１０４および制御装置３０７を無くしても、回生エネルギは得られる。
上記第２実施形態において、第９配管５９において回生用配管１０８の一端が接続されている箇所には接続口を設けていたが、この接続口に、図１１に示すように、シリンダ用配管７１を介して複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…を接続してもよい。このようにすると、回生エネルギを効率良く得ることができる。なお、複数の油圧シリンダ８１Ａ，８１Ｂ，…は本発明のアクチュエータの一例である。また、図１１の８２Ａ，８２Ｂ，…はシーケンスバルブである。
上記第２実施形態では、油圧エネルギ回生装置２０７をハイブリッド型油圧装置に後付けしていたが、図１２に示すように、油圧エネルギ回生装置４０７をハイブリッド型油圧装置に後付けしてもよい。この油圧エネルギ回生装置４０７は、検出装置の一例としての流量センサ５０６と、制御装置５０７とを有している。上記流量センサ５０６は、回生用油圧モータ１０２を通過する作動油の流量を検出する。また、上記制御装置５０７は、流量センサ５０６が検出した作動油の流量に基づいて、発電機１０３の回転数またはトルクを制御する。このような油圧エネルギ回生装置４０７によっても、油圧エネルギ回生装置２０７と同様の作用効果が得られる。
また、図１２のハイブリッド型油圧装置において、図１１のシリンダ用配管７１のような配管を用いてもよい。すなわち、上記ハイブリッド型油圧装置において、複数のアクチュエータからの作動油を回生用油圧モータ１０２よりも上流側に案内する配管を設けてもよい。
本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１，第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１，第２実施形態およびその変形を適宜組み合わせたものを本発明の一実施形態としてもよい。
１…旋回用油圧モータ
２…方向切換バルブ
３…油圧ポンプ
４…エンジン
５…油タンク
６…パイロットバルブ
７，２０７，４０７…油圧エネルギ回生装置
８…旋回体
９…電動モータ
８１Ａ，８１Ｂ…シリンダ
１０１…回生用リリーフバルブ
１０２…回生用油圧モータ
１０３…発電機
１０４…インバータ
１０５…蓄電装置
１０６…圧力センサ
１０７，３０７，５０７…制御装置
３０６…回転速度センサ
５０６…流量センサ

Claims (7)

  1. 油タンクへ戻すべき作動油が供給される回生用油圧モータ(１０２)と、
    上記回生用油圧モータ(１０２)に並列に接続されたリリーフバルブ(１０１)と、
    上記回生用油圧モータ(１０２)で駆動される発電機(１０３)と
    を備えることを特徴とする油圧エネルギ回生装置(７，２０７，４０７)。
  2. 請求項１に記載の油圧エネルギ回生装置(７，２０７)において、
    上記発電機(１０３)に接続されたインバータ(１０４)と、
    上記インバータ(１０４)を介して上記発電機(１０３)の回転数またはトルクを制御する制御装置(１０７，３０７)と
    を備えることを特徴とする油圧エネルギ回生装置(７，２０７，４０７)。
  3. 請求項２に記載の油圧エネルギ回生装置(７)において、
    上記回生用油圧モータ(１０２)よりも上流側の作動油の圧力を検出する圧力センサ(１０６)を備え、
    上記制御装置(１０７)は、上記圧力センサ(１０６)が検出した作動油の圧力に基づいて、上記発電機(１０３)の回転数またはトルクを制御することを特徴とする油圧エネルギ回生装置(７)。
  4. 請求項２または３に記載の油圧エネルギ回生装置(２０７，４０７)において、
    上記回生用油圧モータ(１０２)を通過する作動油の流量を検出するための検出装置(３０６，５０６)を備え、
    上記制御装置(３０７，４０７)は、上記検出装置(３０６，５０６)が検出した値に基づいて、上記発電機(１０３)の回転数またはトルクを制御することを特徴とする油圧エネルギ回生装置(２０７)。
  5. 請求項４に記載の油圧エネルギ回生装置(２０７)において、
    上記検出装置(３０６)は、上記発電機(１０３)の回転速度を検出する回転速度センサ(３０６)であり、
    上記検出装置(３０６)が検出した値は、上記回転速度センサ(３０６)が検出した上記発電機(１０３)の回転速度であることを特徴とする油圧エネルギ回生装置(２０７)。
  6. 請求項４に記載の油圧エネルギ回生装置(４０７)において、
    上記検出装置(５０６)は、上記回生用油圧モータ(１０２)を通過する作動油の流量を検出する流量センサ(５０６)であり、
    上記検出装置(５０６)が検出した値は、上記流量センサ(５０６)が検出した作動油の流量であることを特徴とする油圧エネルギ回生装置(４０７)。
  7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の油圧エネルギ回生装置(７，２０７，４０７)において、
    複数のアクチュエータ(８１Ａ，８１Ｂ)からの作動油が、上記回生用油圧モータ(１０２)よりも上流側の作動油に合流することが可能になっていることを特徴とする油圧エネルギ回生装置(７，２０７，４０７)。
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