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

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    • F15B2211/88Control measures for saving energy

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8.45kgm、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8.45kgm、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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