JP2012122277A - ハイブリッド型作業機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動部分が少ない機構を用いて蓄電器の電圧抜きを短時間で行なうことのできるハイブリッド型作業機械を提供することを目的とする。
【解決手段】 ハイブリッド型作業機械は、エンジン１１をアシストするアシストモータ１２に電力を供給する蓄電装置１２０と、蓄電装置の蓄電器１９の電力により力行運転される電圧抜き用電動機３００と、電圧抜き用電動機に連結された電圧抜き用油圧モータ３１０と、電圧抜き用油圧モータを駆動制御する油圧回路とを有する。油圧回路は、電圧抜き用油圧モータの油圧供給ポートと油圧排出ポートとに接続される循環回路を含み、且つ、電圧抜き処理を行なう際に電圧抜き用油圧モータ３１０が循環回路に接続されるように切り替える切替弁３３０を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明はハイブリッド型作業機械に関する。
一般的に、ハイブリッド型ショベル等のハイブリッド型作業機械は、エンジンをアシストするための電動発電機を含む。電動発電機は、蓄電池あるいは蓄電器を含む蓄電装置からの電力によって駆動される。また、回生機構により得られた回生電力は蓄電装置に充電される。
蓄電装置の蓄電器として大容量のキャパシタを用いる場合がある。このようなキャパシタは、充放電が繰り返し行なわれると劣化が促進され、寿命が短くなるという特性を有している。そこで、キャパシタの寿命を延ばすために種々の工夫がなされている。
例えば、キャパシタの電圧が高いほど劣化の度合いが大きいことに鑑み、作業機械の運転終了時に、キャパシタの電圧が設定電圧以下となるようにキャパシタを放電させることが提案されている。キャパシタから放電された電力は、例えば補助バッテリ等の蓄電部に蓄積される。
また、補助バッテリ等の蓄電部を設けずにキャパシタを放電させるために、例えばキャパシタからの電力で水冷ポンプ（水冷ポンプ用電動機）を駆動して電力を消費してキャパシタ電圧を下げることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
国際公開ＷＯ２００９／１２５８３３号
上述のようにキャパシタからの電力で水冷ポンプ（水冷ポンプ用電動機）を駆動して電力を消費することで、キャパシタの電圧を下げる場合（これを電圧抜きと称する）、水冷ポンプは一般的に容量が小さいため、水冷ポンプが消費する電力は小さく、電圧抜きに時間がかかってしまうおそれがある。電圧抜きを行なうのは、通常、建設機械の運転を停止するときであり、電圧抜きに時間がかかると、その分建設機械の運転を完全に停止するまでの時間も長くなってしまうという問題がある。また、寒冷地仕様の建設機械には水冷が不要で水冷ポンプが用いられていない場合もあり、そのような場合には電圧抜きを行えなくなってしまう。
そこで、電圧抜きのために水冷ポンプを使用する代わりに、アシストモータを使用することも提案されている。この場合、アシストモータを駆動するためには、メイン油圧ポンプが機械的に接続されているエンジンを駆動しておく必要がある。したがって、作動させる駆動機構が多いので駆動機構が故障した場合に電圧抜きができないという問題が生じるおそれがある。また、電圧抜きが終了するまでエンジンを駆動しておくため、エンジンで無駄なエネルギを消費することとなる。
そこで、本発明は、駆動部分が少ない機構を用いてキャパシタの電圧抜きを短時間で行なうことのできる技術を提供することを目的とする。
本発明によれば、エンジンと、前記エンジンをアシストするアシストモータと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記アシストモータに電力を供給する蓄電装置と、前記蓄電装置の蓄電器の電力により力行運転される電圧抜き用電動機と、前記電圧抜き用電動機に連結された電圧抜き用油圧モータと、前記電圧抜き用油圧モータを駆動制御する油圧回路とを有するハイブリッド型作業機械であって、前記油圧回路は、前記電圧抜き用油圧モータの油圧供給ポートと油圧排出ポートとに接続される循環回路を含み、且つ、電圧抜き処理を行なう際に前記電圧抜き用油圧モータが前記循環回路に接続されるように切り替える切替弁を含むことを特徴とするハイブリッド型作業機械が提供される。
本発明によれば、電圧抜き用電動機を駆動することで蓄電器の電圧抜きを行なうため、駆動する部分は電圧抜き用電動機及び電圧抜き用油圧モータのみであり、エンジンが停止している状態でも電圧抜きを行なうことができる。また、電圧抜き用電動機を比較的大きな容量のブーム回生用電動発電機又は旋回改正用電動発電機とすることで、電圧抜きのために蓄電器から放出する電力を短時間で消費することができる。
ハイブリッド式ショベルの側面図である。 第１実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の回路図である。 電圧抜き処理の一例のフローチャートである。 電圧抜き処理の他の例のフローチャートである。 旋回油圧モータにより旋回機構を駆動するハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 第２実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 シリーズ型ハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
図１は、本発明が適用されるハイブリッド型作業機械の一例であるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。
ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
図２は、本発明の第１実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。
電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
本実施形態では、ブーム回生電力を得るためのブーム回生用モータ３００（電動電動発電機３００とも称する）がインバータ１８Ｃを介して蓄電系１２０に接続されている。電動発電機３００は、ブームシリンダ７から吐出される作動油により駆動される油圧モータ３１０によって駆動される。電動発電機３００は、ブーム４が重力に従って下げられるときにブームシリンダ７から吐出される作動油の圧力を利用して、ブーム４の位置エネルギを電気エネルギに変換する。なお、図２において、説明の便宜上、油圧モータ３１０と電動発電機３００は離れた位置に示されているが、実際には、電動発電機３００の回転軸は油圧モータ３１０の回転軸に機械的に接続されている。
すなわち、油圧モータ３１０は、ブーム４が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される作動油によって回転されるように構成されており、ブーム４が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧配管７Ａに設けられており、上部旋回体３内の適当な場所に取り付けることができる。
電動発電機３００で発電された電力は、回生電力としてインバータ１８Ｃを経て蓄電系１２０に供給される。電動発電機３００とインバータ１８Ｃとで負荷駆動系が構成される。
なお、本実施形態では、ブーム４の角度を検出するためのブーム角度センサ７Ｂがブーム４の支持軸に取り付けられている。ブーム角度センサ７Ｂは、検出したブーム角度θＢをコントローラ３０に供給する。
図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータとＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ 電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、電動発電機３００、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、１８Ｃ、及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、電動発電機３００、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
図２に戻り、コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。また、ブーム回生用の電動発電機３００が発電した電力は、インバータ１８Ｃを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。
旋回用電動機２１の回転速度（角速度ω）はレゾルバ２２により検出される。また、ブーム４の角度（ブーム角度θＢ）はブーム４の支持軸に設けられたロータリエンコーダ等のブーム角度センサ７Ｂにより検出される。
本実施形態では、キャパシタ１９の電圧抜きが必要なときに、キャパシタ１９からブーム回生用モータ３００に電力を供給して油圧モータ３１０を駆動することで、キャパシタ１９からの電力を消費する。これにより、キャパシタ１９の電圧を予め定められた低い電圧まで下げることで電圧抜きが行なわれる。
図４は電圧抜きを行なうための油圧回路を示す図である。電圧抜きを行なうときは、まず、コントローラ３０からインバータ１８Ｃに対して、電圧抜きのためにブーム回生用モータ３００を駆動するための制御信号が送られる。制御信号を受けると、インバータ１８Ｃは、蓄電系１２０から供給されるキャパシタ１９の電力をブーム回生用モータ３００に供給する。これによりブーム回生用モータ３００は駆動され、駆動力により油圧モータ３１０が回転する。
ここで、電圧抜きを行なう場合は、電動発電機３００は電動機として機能しており、ブーム回生用油圧モータ３１０は電動発電機３００により駆動される油圧負荷に相当する。当然のことながら、電圧抜きを行なう場合は、ブーム回生用油圧モータ３１０による回生は行なわれない。したがって、電圧抜きを行なう際は、コントロールバルブ１７は閉じられ、且つ回生弁３２０も閉じられた状態となる。回生弁３２０が閉じられると作動油はブーム回生用油圧モータ３１０に供給されなくなる。したがって、電圧抜きを行なうときは、コントローラ３０から切替弁３３０にモード切替信号を送り、切替弁３３０を駆動して油圧回路を切り替える。すなわち、切替弁３３０を駆動して、ブーム回生用油圧モータ３１０の油圧供給ポートと油圧排出ポートとを閉ループ回路で接続する。
したがって、切替弁３３０が切り替わると、ブーム回生用油圧モータ３１０の油圧供給ポートに供給された作動油が油圧排出ポートから排出され、排出された作動油が再び油圧供給ポートに戻ることとなり、ブーム回生用油圧モータ３１０は空回りする状態となる。空回りの状態であっても、作動油を流すための動力が必要であり、これが電動発電機３００の駆動力に相当する。
以上のように、電動発電機３００に供給されるキャパシタ１９からの電力によりブーム回生用油圧モータ３１０が空回りすることで、キャパシタ１９からの電力が消費され、キャパシタ１９の電圧が下げられる。キャパシタ１９の電圧が予め設定された電圧となったところで、電圧抜きは完了し、電動発電機３００への電力供給は停止され、ブーム回生用油圧モータ３１０の空回りは停止される。
電動発電機３００及びブーム回生用油圧モータ３１０は、エンジン１１を含む駆動系とは分離された駆動系であり、エンジン１１が運転されていない（停止した）状態でも、電動発電機３００及びブーム回生用油圧モータ３１０を駆動することができる。したがって、エンジン１１を停止してから電圧抜きを行なうことができるし、エンジン１１がアイドリング状態であっても、電圧抜きを行なうことができる。
ここで、電圧抜き処理の一例について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。電圧抜き処理が開始されると、まず、ステップＳ１において、エンジン１１が停止しているか否かが判定される。エンジン１１が停止している場合は、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２において、電圧抜きモードがＯＮとされ、まず、切替弁３３０にモード切替信号が供給されて切替弁３３０が電圧抜きモードに切り替えられる。このとき、ブーム回生用油圧モータ３１０は油圧回生を行なっていないので、回生弁３２０は閉じられている。切替弁３２０が電圧抜きモードに切り替えられた後、インバータ１８Ｃに制御信号が供給される。これにより、インバータ１８Ｃは、キャパシタ１９からの電力を電動発電機３００に供給し、電動発電機３００は駆動される。電動発電機３００の駆動によりブーム回生用油圧モータ３１０が駆動され、電動発電機３００は電力を消費する。この電力はキャパシタ１９から供給される電力であり、この放電によりキャパシタ１９の電圧は降下する。
次に、ステップＳ３において、キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐが予め設定されたキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈより小さいか否かが判定される。キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐがキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈ以上である場合は、ステップＳ３の判定を繰り返し行なう。キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐがキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈより小さいと、処理はステップＳ４に進み、電圧抜きモードがＯＦＦとされる。これにより、電動発電機３００への電力供給は停止され、ブーム回生用油圧モータ３１０は停止し、電圧抜きは完了する。そこで、ステップＳ５において建設機械の電源（メインスイッチ）をＯＦＦとして電圧抜き処理を終了する。このように、電源ンをＯＦＦにすると、コンバータ、インバータへの制御信号の送信は停止される。
一方、ステップＳ１において、エンジン１１が停止していないと判定されると、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、エンジン１１がアイドリング運転中か否かが判定される。エンジン１１がアイドリング運転中ではないと判定されると、処理はステップＳ１に戻り、電圧抜き処理が最初から繰り返される。ステップＳ６においてエンジン１１がアイドリング運転中であると判定されると、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７〜ステップＳ９までの処理は、上述のステップＳ２〜ステップＳ４までの処理と同じである。
ここで、アイドリング運転とは、メインポンプへの負荷が加わっていない時のエンジンの運転状態をいう。また、アイドリング運転として、メインポンプへの負荷が加わっていない状態で、エンジン回転数が作業時回転数よりも低く設定されたアイドリング時回転数で回転している時のエンジンの運転状態としてもよい。
すなわち、ステップＳ７において、電圧抜きモードがＯＮとされ、まず、切替弁３３０にモード切替信号が供給されて切替弁３３０が電圧抜きモードに切り替えられる。このとき、ブーム回生用油圧モータ３１０は油圧回生を行なっていないので、回生弁３２０は閉じられている。切替弁３２０が電圧抜きモードに切り替えられた後、インバータ１８Ｃに制御信号が供給される。これにより、インバータ１８Ｃは、キャパシタ１９からの電力を電動発電機３００に供給し、電動発電機３００は駆動される。電動発電機３００の駆動によりブーム回生用油圧モータ３１０が駆動され、電動発電機３００は電力を消費する。この電力はキャパシタ１９から供給される電力であり、この放電によりキャパシタ１９の電圧は降下する。
次に、ステップＳ８において、キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐが予め設定されたキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈより小さいか否かが判定される。キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐがキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈ以上である場合は、ステップＳ８の判定を繰り返し行なう。キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐがキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈより小さいと、処理はステップＳ９に進み、電圧抜きモードがＯＦＦとされる。これにより、電動発電機３００への電力供給は停止され、ブーム回生用油圧モータ３１０は停止し、電圧抜きは完了する。ステップＳ９においてアイドリング運転中の電圧抜き処理が完了すると、処理はステップＳ１に戻る。ステップＳ１に戻ることにより、アイドリング運転中ではなくなりエンジン１１が停止されたか否かが判定されるので、次にエンジン１１が停止された際の電圧抜き処理を行なうことができる。
以上の電圧抜き処理ではエンジン１１がアイドリング運転中のときも、ブーム回生用の電動発電機３００を力行運転することで電圧抜きを行なっているが、エンジン１１がアイドリング運転中のときには、アシストモータである電動発電機１２を用いて電圧抜きを行なうこともできる。
ここで、電動発電機１２を用いて電圧抜きを行なう処理について、図６を参照しながら説明する。図６において、図５に示すステップと同等のステップには同じステップ番号を付し、その説明は適宜省略する。
図６に示す電圧抜き処理で、図５に示す電圧抜き処理と異なる点は、エンジン１１のアイドリング運転中の電圧抜きが、図５に示すステップＳ７の処理の代わりに図６に示すステップＳ１１の処理となっている点である。ステップＳ７の処理では、ブーム回生用油圧モータ３００を駆動することで電圧抜きを行なっているが、ステップＳ１１の処理では、エンジン１１に直結されているアシストモータである電動発電機１２を駆動することで電圧抜きを行なう。エンジン１１がアイドリング運転しているときには、電動発電機１２も回転しており、電動発電機１２を力行運転してエンジン１１のアイドリング運転をアシストすることで、電力を消費することができる。
したがって、図６に示す電圧抜き処理では、ステップＳ６においてエンジン１１がアイドリング運転中であると判定されると、処理はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において、電圧抜きモードがＯＮとされ、まず、インバータ１８Ａに制御信号が供給される。これにより、インバータ１８Ａは、キャパシタ１９からの電力を電動発電機１２に供給し、電動発電機１２は駆動され、電動発電機１２の駆動によりエンジン１１のアイドリング運転がアシストされる。このアシストする分だけ電動発電機１２はキャパシタ１９から供給される電力を消費し、これによりキャパシタ１９の電圧は降下する。
このように、電動発電機１２を用いて電圧抜きを行なうことで、キャパシタ１９からの電力をただ消費するだけでなく、エンジン１１のアイドリング運転をアシストすることとなる。エンジン１１はアシストされた分だけ出力を少なくすることができるので、アイドリング運転中の燃料消費量を低減することができる。
次に、ステップＳ８において、キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐが予め設定されたキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈより小さいか否かが判定される。キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐがキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈ以上である場合は、ステップＳ８の判定を繰り返し行なう。キャパシタ１９の電圧Ｖｃａｐがキャパシタ目標電圧（閾値）Ｖｔｈより小さいと、処理はステップＳ１２に進み、電圧抜きモードがＯＦＦとされる。これにより、電動発電機１２への電力供給は停止され、電動発電機１２は力行運転を停止し、電圧抜きは完了する。ステップＳ１２においてアイドリング運転中の電圧抜き処理が完了すると、処理はステップＳ１に戻る。
上述の実施形態では、旋回機構２を駆動する駆動源として旋回用電動機２１を用いているが、図７に示すように旋回油圧モータ４０により旋回機構２を駆動することとしてもよい。すなわち、図７に示す構成では、図２に示す旋回用電動機２１を含む負荷駆動系の代わりに、コントロールバルブ１７に接続された旋回油圧モータ４０が設けられており、全ての駆動部が油圧によって作動する構成となっており、このような構成のハイブリッド式ショベルにも本発明を適用することができる。図７において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図７に示す構成のハイブリッド式ショベルでは、エンジン１１の余剰出力により電動発電機１２で発電された発電電力、及び、ブーム回生モータ３００によって発電された発電電力が、蓄電系１２０に蓄電される。蓄電系１２０に蓄電された蓄電電力は、エンジン１１の出力をアシストするために用いられる。
また、旋回油圧モータ４０の減速時に回生電力を発生する旋回油圧回生機構を設けた構成にも本発明を適用することができる。図８は旋回油圧回生機構が設けられた第２実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図８において、図７に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
旋回油圧回生機構は、旋回油圧モータ４０から排出される作動油で駆動可能な旋回回生用油圧モータ４１０と、旋回回生用油圧モータ４１０により駆動される電動発電機（旋回回生用モータ）４００とを含む。電動発電機４００は、インバータ１８Ｂを介して蓄電系１２０に接続されている。電動発電機４００が発電した回生電力はインバータ１８Ｂから蓄電系１２０に供給される。また、電動発電機４００は、インバータ１８Ｂから供給される電力により駆動される電動機として機能する。電動発電機４００が力行運転すると、旋回回生用油圧モータ４１０が駆動される。旋回回生用油圧モータ４１０の油圧回路には、上述の切替弁３３０と同様な機能を有する切替弁が設けられており、電圧抜きモードに設定されると旋回回生用油圧モータ４１０とタンクとを非接続状態にし、循環回路を構成することで旋回回生用油圧モータ４１０を空回りさせることができる。
上述の第１実施形態での電動発電機３００と同様に、本実施形態における電動発電機４００を電圧抜きに用いることができる。すなわち、電圧抜きモードＯＮとなると、旋回回生用油圧モータ４１０が空回り可能となり、キャパシタ１９の電力がインバータ１８Ｂを介して電動発電機４００に供給される。これにより電動発電機４００が力行運転して旋回回生用油圧モータ４１０を駆動することで、キャパシタ１９の電力が消費され、キャパシタ１９の電圧を下げることができる。
なお、上述の実施形態では、エンジン１１と電動発電機１２とを油圧ポンプであるメインポンプ１４に接続してメインポンプを駆動する、いわゆるパラレル型のハイブリッド式ショベルに本発明を適用した例について説明した。本発明は、図９に示すようにエンジン１１で電動発電機１２を駆動し、電動発電機１２が生成した電力を蓄電系１２０に蓄積してから蓄積した電力のみによりポンプ用電動機５００を駆動してメインポンプ１４を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド式ショベルにも適用することもできる。この場合、電動発電機１２は、本実施形態ではエンジン１１によって駆動させることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能を備えている。
以上説明した実施形態では、電圧抜きに用いる電動機として、ブーム回生用モータ（電動発電機）３００又は旋回回生用モータ（電動発電機）４００を用いている。これは既存の電動発電機を用いることで、電圧抜き用電動機を新たに設ける必要がなくなるためである。ただし、電圧抜き用電動機を専用に新たに設けることとしてもよい。この場合、電圧抜き用油圧モータを油圧回路に接続し、この電圧抜き用油圧モータに電圧抜き用電動機を接続することとなる。電圧抜き用電動機を専用に新たに設けるため、電圧抜き用電動機は電動機としての機能を有していればよく、電動発電機とする必要はない。
本発明による作業機械は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では作業機械としてハイブリッド型ショベルについて説明したが、ホイルローダ、ブルドーザ、クレーン等の他の作業機械にも本発明を適用することができる。
１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
７Ａ 油圧配管
７Ｂ ブーム角度センサ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８、１８Ａ、１８Ｂ、２０ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回変速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２６Ｄ ボタンスイッチ
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３５ 表示装置
４０ 旋回油圧モータ
１００ 昇降圧コンバータ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ キャパシタ電圧検出部
１１３ キャパシタ電流検出部
１２０ 蓄電系
３００ ブーム回生用モータ（電動発電機）
３１０ ブーム回生用油圧モータ
３２０ 回生弁
３３０ 切替弁
４００ 旋回回生用モータ（電動発電機）
４１０ 旋回回生用油圧モータ
５００ ポンプ用電動機

Claims (7)

  1. エンジンと
    前記エンジンをアシストするアシストモータと、
    前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
    前記アシストモータに電力を供給する蓄電装置と、
    前記蓄電装置の蓄電器の電力により力行運転される電圧抜き用電動機と、
    前記電圧抜き用電動機に連結された電圧抜き用油圧モータと、
    前記電圧抜き用油圧モータを駆動制御する油圧回路と、
    を有するハイブリッド型作業機械であって、
    前記油圧回路は、前記電圧抜き用油圧モータの油圧供給ポートと油圧排出ポートとに接続される循環回路を含み、且つ、電圧抜き処理を行なう際に前記電圧抜き用油圧モータが前記循環回路に接続されるように切り替える切替弁を含むことを特徴とするハイブリッド型作業機械。
  2. 請求項１記載のハイブリッド型作業機械であって、
    前記電圧抜き用電動機は、前記切替弁の動作に対応して力行運転することを特徴とするハイブリッド型作業機械。
  3. 請求項２記載のハイブリッド型作業機械であって、
    前記電圧抜き用電動機は、前記ハイブリッド型作業機械の運転終了時に前記力行運転を行なうことを特徴とするハイブリッド型作業機械。
  4. 請求項３記載のハイブリッド型作業機械であって、
    前記エンジンがアイドリング運転中のときは、前記アシストモータを力行運転して前記蓄電装置からの電力を消費することを特徴とするハイブリッド型作業機械。
  5. 請求項３記載のハイブリッド型作業機械であって、
    前記エンジンがアイドリング運転中のときは、前記電圧抜き用電動機を力行運転して前記蓄電装置の蓄電器からの電力を消費することを特徴とするハイブリッド型作業機械。
  6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のハイブリッド型作業機械であって、
    前記電圧抜き用油圧モータはブーム回生用油圧モータであり、前記電圧抜き用電動機は前記ブーム回生用油圧モータに機械的に接続されたブーム回生用電動発電機であることを特徴とするハイブリッド型佐作業機械。
  7. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のハイブリッド型作業機械であって、
    前記電圧抜き用油圧モータは旋回回生用油圧モータであり、前記電圧抜き用電動機は前記旋回回生用油圧モータに機械的に接続された旋回回生用電動発電機であることを特徴とするハイブリッド型佐作業機械。
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