JP3647319B2 - Hydraulic drive - Google Patents

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  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧駆動装置に関し、特に省エネルギーを図ることができるとともに優れた操作性の実現を可能とした建設機械などの油圧駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、油圧ショベル、ホイールローダなどの建設機器やフォークリフトなどの油圧作業機を含む油圧駆動装置として、エンジンの負担や燃料消費率低減などのために動力源としてエンジンのほかに発電機をも備えるようにした、所謂ハイブリッド型のものの開発が進められている。
【0003】
ハイブリッド型の油圧駆動装置として、実開平5−48501号公報には、低負荷運転時に発電機で発生した電気エネルギーをバッテリに蓄積し、高負荷運転時にその電気エネルギーを取り出してエンジンの負担を軽減するようにした装置が記載されている。また、特開平8−60705号公報には、エンジンによって直接駆動される油圧ポンプと、発電機および蓄電池に接続されたモータによって駆動される油圧ポンプとによって油圧シリンダを駆動するようにした建設機械の出力支援装置が記載されている。また、特開平10−103112号公報には、エンジンに接続された油圧ポンプによって駆動される油圧アクチュエータのほかに、蓄圧手段に接続された旋回ポンプモータによって駆動される旋回系を具備した油圧駆動装置が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報の技術によると、油圧駆動装置の駆動部分であるアクチュエータがエンジンや蓄圧手段に直結された油圧ポンプによって駆動されることになる。そのため、油圧ショベルのアームやブームを動かす場合には、操作レバーの動きに追従した滑らかな動作を実現することができる。しかしながら、その一方で、アクチュエータを駆動するのにエンジンなどに直結された油圧ポンプを用いることによりエネルギー効率が低くなってしまうという問題があり、上記公報の技術によると、油圧駆動装置の動作部の操作性と比較的高いエネルギー効率との両方を満足させることができなかった。
【0005】
そこで、本発明の主な目的は、動作部の良好な操作性を確保しつつ比較的エネルギー効率の高い油圧駆動装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の油圧駆動装置は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される第1の油圧ポンプと、コントロールバルブを介して前記第1の油圧ポンプに接続された第1の油圧アクチュエータと、電気エネルギーを蓄えるための蓄電手段と、前記エンジンから受け取った機械エネルギーを電気エネルギーに変換して前記蓄電手段に供給する動作と、前記蓄電手段から受け取った電気エネルギーを機械エネルギーに変換して前記第1の油圧ポンプに供給する動作とを選択的に行なうことが可能であるエネルギー変換手段と、前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の両者から電気エネルギーの供給を受け得るように構成され、且つ前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供給を受けて動作部の駆動源となる第1の電動機とを備えていることを特徴とするものである。
【0007】
請求項1の油圧駆動装置によると、エンジンによって駆動される第1の油圧ポンプがコントロールバルブを介して第1の油圧アクチュエータに接続されているので、操作レバーの動きに追従して滑らかに動作させる必要のある例えば油圧ショベルのアームやブームなどの動作部に対して良好な操作性を実現することが可能である。
【0008】
また、エネルギー変換手段および蓄電手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供給を受ける第1の電動機が動作部の駆動源となるようにしているので、例えば油圧ショベルのバケットや旋回系、走行系などの高い操作性を要求されない動作部の駆動源を第1の電動機とすることにより、従来よりもエネルギー効率を高めることができるようになる。
【0009】
すなわち、請求項1の油圧駆動装置では、良好な操作性が要求される動作部を第1の油圧ポンプで駆動し、良好な操作性があまり要求されない動作部の駆動源を第1の電動機とすることにより、動作部の良好な操作性を確保しつつ比較的高いエネルギー効率を実現することが可能になっている。
【0010】
また、動作部が第1の油圧ポンプで駆動されるものと第1の電動機で駆動されるものとに分けられるので、これらをそれぞれ比較的小型にして別々の場所に分けて設置することができる。例えば、第1の油圧ポンプを油圧駆動装置の主筐体内に配置するとともに第1の電動機を対応した動作部近傍などに設置することで、一個所に大きなスペースが必要となることがなく、小型の油圧駆動装置を提供することができるようになる。
【0011】
さらに、エネルギー変換手段がエンジンから受け取った機械エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電手段に供給する動作と、蓄電手段から受け取った電気エネルギーを機械エネルギーに変換して第1の油圧ポンプに供給する動作とを選択的に行なうことが可能であるので、第1の油圧ポンプ側の低負荷時にはエンジンの余剰トルクを用いてエネルギー変換手段で発電を行って蓄電手段に電気エネルギーを蓄え、第1の油圧ポンプ側の高負荷時には蓄電手段に蓄えた電気エネルギーを動力源にしてエネルギー変換手段がモータとして第1の油圧ポンプのトルクアシストを行なうようにすることで、エンジンの負担を平滑化して軽減することが可能である。そのため、エンジンは平均的な出力を分担できる程度の大きさのものでよく、最大出力に対応した大型のものである必要がなくなって、エンジンサイズを小さくすることができて排ガスおよび騒音の削減とともに省エネルギーが図れる。
【0012】
また、請求項2の油圧駆動装置は、前記第1の電動機の回生制御によって発生する電気エネルギーが前記蓄電手段に蓄えられるようにしたことを特徴とするものである。
【0013】
請求項2によると、第1の電動機の回生制御によって発生する電気エネルギーが蓄電手段に蓄えられることにより、エネルギー効率をより一層高めることができるようになる。
【0014】
また、請求項3の油圧駆動装置は、前記第1の電動機によって駆動される第2の油圧ポンプと、前記第2の油圧ポンプによって駆動される第2の油圧アクチュエータとをさらに備えていることを特徴とするものである。
【0015】
請求項3によると、第1の電動機によって駆動される第2の油圧ポンプによって第2の油圧アクチュエータを駆動するようにしたので、動作部を直線運動させる必要がある場合に大きな推力を与えることができ、しかもラック・ピニオンなどで回転運動を直線運動に変換するよりも構造が簡単である。
【0016】
また、請求項4の油圧駆動装置は、前記第1の電動機と前記第2の油圧ポンプと前記第2の油圧アクチュエータとが一体に構成されていることを特徴とするものである。
【0017】
請求項4によると、第1の電動機と第2の油圧ポンプと第2の油圧アクチュエータとが一体に構成されていることにより、これらの小型軽量化を図ることができるとともに、第2の油圧アクチュエータを動作させる必要がない場合には対応する第1の電動機および第2の油圧ポンプを停止することによりて余剰な圧油が廃棄されないようにすることができる。従って、エネルギー効率をより一層高めることができるようになる。また、第2の油圧ポンプと第2の油圧アクチュエータとを結ぶ配管を施すことが不要になって、構造が簡単になるとともに油漏れなどが起こる確率を低下させることができる。
【0018】
また、請求項5の油圧駆動装置は、前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供給を受ける第2の電動機と、前記第2の電動機によって駆動される第3の油圧ポンプとをさらに備えており、前記第3の油圧ポンプからの圧油が、前記第1の油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に供給されるように構成したことを特徴とするものである。
【0019】
請求項5によると、第3の油圧ポンプからの圧油が第1の油圧ポンプとコントロールバルブとの間に供給されることにより、この部分の圧油の圧力を一定に保つことができるので、第1の油圧アクチュエータに対する負荷によって操作レバーの動作開始位置が異なるということがなくなり、常に一定の操作レバー位置から第1のアクチュエータが動き始めるようになって操作性が向上する。また、第1の油圧アクチュエータに対する負荷の変動を単にエネルギー変換手段によるトルクアシストで補償するよりも、確実に少ない損失で操作レバーの動作開始位置を一定に保つことが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0021】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る油圧駆動装置であるショベルの概略構成を示す模式図である。図1において、ショベル1は、下部走行体2と、上部旋回体3と、掘削アタッチメント4とから構成されている。
【0022】
下部走行体2は、左右のクローラフレーム5およびクローラ6(いずれも片側のみ図示)と、クローラ6を回転駆動する左右の走行用電動機38および走行減速機39(いずれも片側のみ図示)とを有している。走行減速機39は、走行用電動機38の回転を減速して走行機構に伝える。
【0023】
上部旋回体3は、旋回フレーム8、キャビン9などから成っている。旋回フレーム8には、動力源としてのエンジン10と、エンジン10によって駆動される発電機11および油圧ポンプ20と、バッテリ32と、作動油タンク14と、コントロールバルブ21と、上部旋回体3を回転させるための旋回用電動機36と、旋回用電動機36の回転を減速して旋回機構(旋回歯車)に伝える旋回減速機37とが設置されている。このほか、上部旋回体3内には、インバータ31(図2参照)などを含む制御部(図示せず)が設けられている。
【0024】
掘削アタッチメント4は、ブーム17と、伸縮作動してブーム17を起伏させるブームシリンダ23と、アーム19と、アーム19を回動させるアームシリンダ22と、バケット24と、バケット24を回動させるバケットシリンダ35とを具備している。また、バケットシリンダ35には、バケット用電動機33およびこれによって駆動されるバケット用油圧ポンプ(以下、「バケットポンプ」という)34が取り付けられている。バケット用電動機33とバケットポンプ34とバケットシリンダ35は、後述するように一体化されたものが用いられている。
【0025】
次に、ショベル1の駆動系について、図2に基づいて説明する。図2は、ショベル1の駆動系を概略的に示すブロック図である。図2に示すように、発電機11および油圧ポンプ20はともにエンジン10の出力軸に取り付けられている。そして、油圧ポンプ20からの圧油がコントロールバルブ21を介してアームシリンダ22およびブームシリンダ23にそれぞれ供給される。これにより、操作レバーを操作してコントロールバルブ21を制御することにより、アーム19およびブーム17を任意の速度で所定の位置に移動させることができる。
【0026】
このように、本実施の形態のショベル1では、オペレータのレバー操作に滑らかに追従する優れた操作性が要求されるアーム19およびブーム17を、電動機などを介すことなく油圧ポンプ20からの圧油によって駆動するようにしている。そのため、オペレータはアーム19およびブーム17の微妙な動きを正確に操作することが可能である。
【0027】
また、発電機11は、油圧ポンプ20側が低負荷時には、発電手段としてエンジン10の出力トルクから交流電力を発生してインバータ31に供給し、一方で油圧ポンプ20側が高負荷時には、電動機としてバッテリ32からの電気エネルギーをトルクに変換して油圧ポンプ20を駆動する。低負荷運転と高負荷運転の切り換えは、油圧ポンプ20の後段で測定した圧油の圧力と流量との積に基づいて或いは手動により図示しない制御部の制御によって行ってよい。
【0028】
発電機11にはインバータ31が接続されている。インバータ31は、発電機11で発生した交流電力を直流電力に変換してバッテリ32に蓄える通常充電作用、インバータ31に接続された電動機33、36、38の回生作用によって発生した交流電力を直流電力に変換してバッテリ32に蓄える回生充電作用の各作用を行なう。
【0029】
また、インバータ31は、バッテリ32に蓄えられた電気エネルギーを交流に変換して電動機33、36、38および/または発電機11に供給する放電作用、発電機11からの交流電力を電動機33、36、38に供給する供給作用の各作用を行なう。これら2つの作用を行う際、インバータ31は交流電流の周波数を制御部からの命令にしたがって任意の値に変更することが可能であり、これによって電動機33、36、38の回転数を制御することができるようになっている。
【0030】
インバータ31には3つの電動機33、36、38が接続されている。バケット用電動機33は、上述したようにバケットポンプ34およびバケットシリンダ35とともに一体型アクチュエータとして構成されている。旋回用電動機36および走行用電動機38はそれぞれ旋回減速機37および走行減速機39に連結されている。これら3つの電動機33、36、38は、オペレータの操作によって、それぞれのオンオフ、回転速度および回転方向が制御される。
【0031】
このように、本実施の形態のショベル1では、オペレータのレバー操作に滑らかに追従する優れた操作性があまり要求されないバケット24、旋回機構および走行機構を、電動機33、36、38を介して駆動するようにしている。そのため、エンジン10の余剰トルクを利用して蓄電されたバッテリ32の電気エネルギーを有効に用いることができて高いエネルギー効率でショベル1を動作させることができる。
【0032】
次に、ショベル1の動作について説明する。油圧ポンプ20側が低負荷時には、エンジン10が運転されると発電機11が発電作用を行い、発生した交流電力がインバータ31を介して電動機33、36、38に供給されることによりこれらの駆動が可能になる。これとともに、エンジン10によって油圧ポンプ20が駆動されるので、コントロールバルブ21を操作することによりアームシリンダ22およびブームシリンダ23を適宜動かすことが可能になる。
【0033】
電動機33、36、38は、これらへの合計負荷が小さいときには発電機11からインバータ37経由で供給される交流電力によって駆動される。このとき、発電機11で発電された交流電力は、インバータ31において直流電力に変換されてバッテリ32に蓄えられる。なお、例えばショベル1の走行時のようにアームシリンダ22およびブームシリンダ23を使用しておらず、バッテリ32の蓄電力が十分であり且つ電動機33、36、38への合計負荷が小さいときには、エンジン10の出力を低下させ或いはエンジン10を停止してバッテリ32だけから電動機33、36、38に電力を供給するようにしてもよい。これによって、エンジン10を無駄に動作させるのを防止して騒音および排ガスを削減し、さらに燃料消費率を低減することができる。
【0034】
一方、電動機33、36、38の合計負荷が所定値よりも大きくなると、発電機11で発電された交流電力のバッテリ32への蓄電は停止され、そして、電動機33、36、38の駆動エネルギーとして、発電機11から供給された電力だけではなく必要であればバッテリ32に蓄電された電力が併せて用いられる。
【0035】
このように、インバータ31は電動機33、36、38の合計負荷が所定値よりも大きいかどうかでその動作が切り換えられ、この切り換えは電動機33、36、38を流れる電流とその電圧の積に基づいて或いは手動により制御部の制御により行われる。
【0036】
また、運転中、電動機33、36、38をその位置エネルギーおよび運動エネルギーを利用して発電機として作用(回生作用)させ、これによって発生する回生電力をバッテリ32に蓄えることができる。特に、旋回用電動機36は旋回加速時に大きな運動エネルギーを蓄えることができるので減速時におけるエネルギーの回生効果が高い。
【0037】
次に、油圧ポンプ20側が高負荷時には、発電機11は電動機として機能して、バッテリ32を介してインバータ31から受け取った電気エネルギーをトルクに変換して油圧ポンプ20を駆動する。つまり、油圧ポンプ20はエンジンの出力トルクによって駆動されるのに加えて発電機11からのトルクによっても駆動されることになる。これによって、エンジン10の出力が比較的小さい場合であっても比較的大きな負荷にまで油圧ポンプ20が対応することができるようになる。
【0038】
このとき、発電機11からインバータ31への電力供給はないので、電動機33、36、38はバッテリ32から供給された電力によって駆動されることになる。
【0039】
すなわち、本実施の形態のショベル1では、図3に示すように、エンジン10の出力エネルギーを一定にしておいて、油圧ポンプ20および電動機33、36、38の合計負荷(作業エネルギー)がこの一定値よりも小さいときにバッテリ32が充電され、作業エネルギーが一定値よりも大きいときにバッテリ32が放電されて油圧ポンプ20および/または電動機33、36、38の駆動エネルギーとして用いられることになる。
【0040】
このように、本実施の形態のショベル1によると、エンジン10によって駆動される油圧ポンプ20がコントロールバルブ21を介して油圧アクチュエータであるアームシリンダ22およびブームシリンダ23に接続されているので、操作レバーの動きに追従して滑らかに動作させる必要のあるアーム19およびブーム17に対して良好な操作性を実現することが可能である。また、発電機11および/またはバッテリ32から電気エネルギーの供給を受ける電動機33、36、38がバケット24、旋回機構および走行機構の駆動源となるようにしているので、従来よりもエネルギー効率を高めることができるようになる。つまり、本実施の形態のショベル1では、良好な操作性が要求されるアーム19およびブーム17を油圧ポンプ20で駆動し、良好な操作性があまり要求されないバケット24、旋回機構および走行機構の駆動源を電動機33、36、38とすることにより、アーム19およびブーム17の良好な操作性を確保しつつ比較的高いエネルギー効率を実現することが可能である。
【0041】
また、従来のようにすべての動作部が油圧ポンプ20で駆動されるのではなく、バケット24、旋回機構および走行機構を電動機33、36、38で駆動するようにしたことにより、油圧ポンプ20および電動機33、36、38をそれぞれ比較的小型にして別々の場所に分けて設置することができる。本実施の形態では、油圧ポンプ20をショベル1の主筐体である上部旋回体3内に配置するとともにバケット用電動機33をアーム近傍に、走行用電動機38を下部走行体2に設置することで、上部旋回体3内に大きなスペースが必要となることがなく、ショベル1を比較的小型にすることが可能となる。
【0042】
また、本実施の形態では、バケットシリンダ35を電動機33によって直接駆動するのではなくバケットポンプ34を介して駆動している。そのため、直線運動を行なうバケット24を、ラック・ピニオンなどで回転運動を直線運動に変換するよりも比較的大きな推力で動かすことができる。また、バケット24を直線運動させる機構として、ラック・ピニオンなどを用いるよりも構造が簡単である。
【0043】
次に、上述した電動機33とバケットポンプ34とバケットシリンダ35との一体型アクチュエータについて、図4および図5に基づいて説明する。図4は一体型アクチュエータの側面図であり、図5はその回路図である。
【0044】
これらの図面に示すように、バケットポンプ34は、電動機33の回転方向に応じて油の吐出方向が転換する双方向性ポンプとして構成され、ポンプ34の両側吐出口が管路41、42を介してバケットシリンダ35のヘッド側およびロッド側油室に接続されている。
【0045】
図5において、43はリリーフ弁、44はオイルタンク、45はポンプ34とオイルタンク44との間に設けられた自動切換弁、46はオペレートチェック弁、47は両側管路41、42間に設けられた手動開閉弁、48はスローリターン弁である。
【0046】
このような一体型アクチュエータを用いれば、電動機33と油圧ポンプ34を別々に設ける場合と比較してユニット全体を小型化、軽量化することができる。このため、掘削アタッチメント4に搭載するのに有利となる。また、バケットシリンダ35を停止させておく場合には電動機33および油圧ポンプ34を停止して余剰な圧油が廃棄されないようにすることができる。従って、エネルギー効率をより一層高めることができるようになる。また、油圧ポンプ34とバケットシリンダ35とを結ぶ配管を施すことが不要になって、構造が簡単になるとともに油漏れなどが起こる確率を低下させることができる。
【0047】
次に、本発明の第2の実施の形態に係るショベルについて、図6に基づいて説明する。図6は、本発明の第2の実施の形態に係る油圧駆動装置であるショベルの概略構成を示す模式図である。図6において図2と同じ構成部材には同じ符号を付けてその説明を省略する。本実施の形態のショベル50は、インバータ31とコントロールバルブ21との間が合流用油圧回路53で接続されている点を除いて、第1の実施の形態のものと基本的に同様に構成されている。なお、図面を簡略化するために図6ではバケット用電動機33、バケットポンプ34およびバケットシリンダ35の図示を省略している。
【0048】
本実施の形態では、合流用油圧回路53に電動機51、油圧ポンプ52および逆止弁54を設け、油圧ポンプ20の負荷に応じて油圧ポンプ52からの圧油を油圧ポンプ20とコントロールバルブ21との間に供給するようにしている。このとき、第1の実施の形態で説明したように、油圧ポンプ20の後段で測定した圧油の圧力と流量との積に基づいて、図示しない制御部の制御によって油圧ポンプ20側の負荷を計測し、これに応じた圧油が油圧ポンプ20とコントロールバルブ21との間に供給されるように電動機51に信号を与えればよい。
【0049】
このようにして、油圧ポンプ20の負荷に応じた量の圧油が油圧ポンプ52から油圧ポンプ20とコントロールバルブ21との間に供給されることにより、オペレータがアームシリンダ22またはブームシリンダ23を動作させるための操作レバーの動作開始位置を常に一定に保つことができる。
【0050】
この点について、図7に基づいて説明する。図7は、操作レバー位置とシリンダ速度との関係を示すグラフである。図7において、曲線71は第1の実施の形態でブームシリンダ23の負荷が比較的大きいときの、曲線72は第1の実施の形態でブームシリンダ23の負荷が比較的小さいときの、曲線73は本実施の形態における操作レバー位置とシリンダ速度との関係をそれぞれ示している。
【0051】
図7からも明らかなように、第1の実施の形態では、ブームシリンダ23への負荷の大小によってブームシリンダ23の動作開始に対応した操作レバー位置が異なっており、負荷が大きいほど操作レバーを大きく動かさないとブームシリンダ23が動作し始めない。
【0052】
これに対して、本実施の形態では、油圧ポンプ20の負荷に応じた量の圧油が油圧ポンプ52から油圧ポンプ20とコントロールバルブ21との間に供給されることにより、この部分での圧油の圧力を一定に保つことができるので、オペレータがブームシリンダ23を動作させるための操作レバーの動作開始位置を常に一定に保つことができる。従って、オペレータは、ブームシリンダ23への負荷の大小にかかわらず常に同じ感覚で操作レバーを操作することができる。なお、操作レバーの動作開始位置を一定に保つには、油圧ポンプ20側の負荷の変動を発電機11を電動機として用いることによる油圧ポンプ20へのトルクアシストで補償することも考えられるが、本実施の形態では圧油をシリンダ22、23側に直接供給することによりこの手段よりも少ない損失で確実に操作レバーの動作開始位置を一定に保つことが可能である。
【0053】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく様々な設計変更を行うことが可能である。例えば、上述の実施の形態では発電機として交流発電機を用いたが直流発電機を用いてもよい。その場合、発電機とバッテリとをインバータを介することなく直接接続してもよい。また、バケット用電動機33、バケットポンプ34およびバケットシリンダ35は必ずしも一体型とする必要はなく、それぞれ別体として構成されていてもよい。また、バッテリ32としては、通常リチウムイオンバッテリなどの2次電池が用いられるが、キャパシタを用いてもよく、これらを併用してもよい。
【0054】
また、本発明は、バケットに代えて他の作業工具(例えば排土板や破砕機)を取り付けたショベル、掘削アタッチメントとして図1に示すような手前側に掘削するバックホー型のものに代えて手前側から向こう側に掘削するローディング型のものを備えたショベル、下部走行体としてクローラに代えてホイールを用いたショベルにも適用することができるほか、ホイールローダなどの建設機器やフォークリフトなどの油圧作業機を含む油圧駆動装置に広く適用することが可能である。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の油圧駆動装置によると、良好な操作性が要求される動作部を第1の油圧ポンプで駆動し、良好な操作性があまり要求されない動作部の駆動源を第1の電動機とすることにより、動作部の良好な操作性を確保しつつ比較的高いエネルギー効率を実現することが可能である。
【0056】
また、動作部が第1の油圧ポンプで駆動されるものと第1の電動機で駆動されるものとに分けられるので、これらをそれぞれ比較的小型にして別々の場所に分けて設置することができる。
【0057】
さらに、エンジンの負担を平滑化して軽減することが可能であるので、エンジンは平均的な出力を分担できる程度の大きさのものでよく、最大出力に対応した大型のものである必要がなくなって、エンジンサイズを小さくすることができて排ガスおよび騒音の削減とともに省エネルギーが図れる。
【0058】
請求項2の油圧駆動装置によると、第1の電動機の回生制御によって発生する電気エネルギーが蓄電手段に蓄えられることにより、エネルギー効率をより一層高めることができるようになる。
【0059】
請求項3の油圧駆動装置によると、動作部を直線運動させる必要がある場合に大きな推力を与えることができ、しかもラック・ピニオンなどで回転運動を直線運動に変換するよりも構造が簡単である。
【0060】
請求項4の油圧駆動装置によると、第1の電動機と第2の油圧ポンプと第2の油圧アクチュエータとが一体に構成されていることにより、これらの小型軽量化を図ることができるとともに、第2の油圧アクチュエータを動作させる必要がない場合には対応する第1の電動機および第2の油圧ポンプを停止して余剰な圧油が廃棄されないようにすることができる。従って、エネルギー効率をより一層高めることができるようになる。また、第2の油圧ポンプと第2の油圧アクチュエータとを結ぶ配管を施すことが不要になって、構造が簡単になるとともに油漏れなどが起こる確率を低下させることができる。
【0061】
請求項5の油圧駆動装置によると、第3の油圧ポンプからの圧油が第1の油圧ポンプとコントロールバルブとの間に供給されることにより、この部分の圧油の圧力を一定に保つことができるので、第1の油圧アクチュエータに対する負荷によって操作レバーの動作開始位置が異なるということがなくなり、常に一定の操作レバー位置から第1のアクチュエータが動き始めるようになって操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る油圧駆動装置であるショベルの概略構成を示す模式図である。
【図2】図1に示したショベルの駆動系を概略的に示すブロック図である。
【図3】図1に示したショベルにおいてエンジン出力と作業エネルギーとの関係を示したグラフである。
【図4】図1に示したショベルに用いられた、電動機とバケットポンプとバケットシリンダとの一体型アクチュエータの側面図である。
【図5】図4に示した電動機とバケットポンプとバケットシリンダとの一体型アクチュエータの回路図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る油圧駆動装置であるショベルの概略構成を示す模式図である。
【図7】本発明の第1および第2の実施の形態のショベルにおいて操作レバー位置とシリンダ速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ショベル
2 下部走行体
3 上部旋回体
4 掘削アタッチメント
8 旋回フレーム
9 キャビン
10 エンジン
11 発電機
17 ブーム
19 アーム
20 油圧ポンプ
21 コントロールバルブ
22 アームシリンダ
23 ブームシリンダ
24 バケット
31 インバータ
32 バッテリ
33 バケット用電動機
34 バケットポンプ
35 バケットシリンダ
36 旋回用電動機
37 旋回減速機
38 走行用電動機
39 走行減速機
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic drive device, and more particularly, to a hydraulic drive device such as a construction machine that can save energy and realize excellent operability.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a hydraulic drive system including construction equipment such as hydraulic excavators and wheel loaders and hydraulic working machines such as forklifts, a generator in addition to the engine is provided as a power source to reduce engine burden and fuel consumption rate. The so-called hybrid type is being developed.
[0003]
As a hybrid hydraulic drive device, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-48501 discloses that electric energy generated by a generator during low-load operation is stored in a battery, and the electric energy is extracted during high-load operation to reduce the burden on the engine. An apparatus is described which is adapted to do so. Japanese Patent Laid-Open No. 8-60705 discloses a construction machine in which a hydraulic cylinder is driven by a hydraulic pump directly driven by an engine and a hydraulic pump driven by a motor connected to a generator and a storage battery. An output support device is described. Japanese Patent Laid-Open No. 10-103112 discloses a hydraulic drive apparatus having a turning system driven by a turning pump motor connected to a pressure accumulating means in addition to a hydraulic actuator driven by a hydraulic pump connected to an engine. Is described.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to the technique of the above-mentioned publication, an actuator that is a drive portion of a hydraulic drive device is driven by a hydraulic pump directly connected to an engine or a pressure accumulating means. Therefore, when the arm or boom of the hydraulic excavator is moved, a smooth operation following the movement of the operation lever can be realized. However, on the other hand, there is a problem that energy efficiency is lowered by using a hydraulic pump directly connected to an engine or the like to drive the actuator. Both operability and relatively high energy efficiency could not be satisfied.
[0005]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a hydraulic drive device that is relatively energy efficient while ensuring good operability of the operating portion.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a hydraulic drive apparatus according to claim 1 is an engine, a first hydraulic pump driven by the engine, and a first hydraulic pump connected to the first hydraulic pump via a control valve. Hydraulic actuator, power storage means for storing electrical energy, operation for converting mechanical energy received from the engine into electrical energy and supplying the electrical energy to the power storage means, and converting the electrical energy received from the power storage means into mechanical energy Energy conversion means capable of selectively performing the operation of converting and supplying the first hydraulic pump; Configured to receive supply of electrical energy from both the energy conversion means and the power storage means; and And a first electric motor that is supplied with electric energy from at least one of the energy conversion unit and the power storage unit and serves as a drive source for the operation unit.
[0007]
According to the hydraulic drive device of the first aspect, since the first hydraulic pump driven by the engine is connected to the first hydraulic actuator via the control valve, the operation is smoothly performed following the movement of the operation lever. It is possible to realize good operability with respect to an operating part such as an arm or boom of a hydraulic excavator that is necessary.
[0008]
In addition, since the first electric motor that receives the supply of electric energy from at least one of the energy conversion means and the power storage means serves as a drive source for the operation unit, for example, a bucket of a hydraulic excavator, a turning system, a traveling system, etc. By using the first electric motor as the drive source for the operation unit that does not require high operability, the energy efficiency can be improved as compared with the prior art.
[0009]
In other words, in the hydraulic drive device according to the first aspect, the operation unit that requires good operability is driven by the first hydraulic pump, and the drive source of the operation unit that does not require much operability is the first motor. By doing so, it is possible to achieve relatively high energy efficiency while ensuring good operability of the operating part.
[0010]
In addition, since the operating unit is divided into one driven by the first hydraulic pump and one driven by the first electric motor, these can be made relatively small to be installed separately in different places. . For example, by arranging the first hydraulic pump in the main housing of the hydraulic drive device and installing the first electric motor in the vicinity of the corresponding operating unit, a large space is not required in one place, and the size is small. The hydraulic drive apparatus can be provided.
[0011]
Further, the energy conversion means converts the mechanical energy received from the engine into electrical energy and supplies it to the power storage means, and the operation converts the electrical energy received from the power storage means into mechanical energy and supplies it to the first hydraulic pump Therefore, when the load on the first hydraulic pump side is low, the surplus torque of the engine is used to generate electric power with the energy conversion means to store electric energy in the power storage means, and the first hydraulic pressure is stored. When the load on the pump side is high, the energy conversion means uses the electric energy stored in the power storage means as a power source, and the energy conversion means performs torque assist of the first hydraulic pump as a motor, thereby smoothing and reducing the load on the engine. Is possible. Therefore, the engine may be of a size that can share the average output, and it is not necessary to have a large engine that can handle the maximum output, reducing the engine size and reducing exhaust gas and noise. Energy saving can be achieved.
[0012]
The hydraulic drive apparatus according to claim 2 is characterized in that electric energy generated by regenerative control of the first electric motor is stored in the power storage means.
[0013]
According to the second aspect, the electric energy generated by the regenerative control of the first electric motor is stored in the power storage means, so that the energy efficiency can be further improved.
[0014]
The hydraulic drive apparatus according to claim 3 further includes a second hydraulic pump driven by the first electric motor and a second hydraulic actuator driven by the second hydraulic pump. It is a feature.
[0015]
According to the third aspect, since the second hydraulic actuator is driven by the second hydraulic pump driven by the first electric motor, it is possible to give a large thrust when it is necessary to linearly move the operating portion. In addition, the structure is simpler than converting rotational motion into linear motion with a rack and pinion.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, the first electric motor, the second hydraulic pump, and the second hydraulic actuator are integrally configured.
[0017]
According to the fourth aspect, since the first electric motor, the second hydraulic pump, and the second hydraulic actuator are integrally configured, it is possible to reduce the size and weight of the first electric motor, the second hydraulic actuator, and the second hydraulic actuator. When it is not necessary to operate the engine, the corresponding first electric motor and second hydraulic pump are stopped, so that excess pressure oil can be prevented from being discarded. Therefore, energy efficiency can be further increased. Further, it is not necessary to provide a pipe connecting the second hydraulic pump and the second hydraulic actuator, so that the structure is simplified and the probability of oil leakage and the like can be reduced.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a hydraulic drive device including a second electric motor that receives supply of electric energy from at least one of the energy conversion means and the power storage means, and a third hydraulic pressure driven by the second electric motor. And a pump, wherein the pressure oil from the third hydraulic pump is supplied between the first hydraulic pump and the control valve.
[0019]
According to claim 5, since the pressure oil from the third hydraulic pump is supplied between the first hydraulic pump and the control valve, the pressure oil pressure in this portion can be kept constant. The operation start position of the operation lever does not differ depending on the load on the first hydraulic actuator, and the first actuator always starts to move from a certain operation lever position, improving operability. In addition, the operation start position of the operation lever can be kept constant with a small amount of loss, rather than simply compensating for fluctuations in the load on the first hydraulic actuator with torque assist by the energy conversion means.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an excavator that is a hydraulic drive device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the excavator 1 includes a lower traveling body 2, an upper swing body 3, and an excavation attachment 4.
[0022]
The lower traveling body 2 has left and right crawler frames 5 and crawlers 6 (both shown only on one side), and left and right running motors 38 and a running speed reducer 39 (both shown only on one side). is doing. The travel speed reducer 39 decelerates the rotation of the travel motor 38 and transmits it to the travel mechanism.
[0023]
The upper swing body 3 includes a swing frame 8, a cabin 9, and the like. The revolving frame 8 rotates an engine 10 as a power source, a generator 11 and a hydraulic pump 20 driven by the engine 10, a battery 32, a hydraulic oil tank 14, a control valve 21, and the upper revolving body 3. A turning electric motor 36 for rotating the turning electric motor 36 and a turning speed reducer 37 for reducing the rotation of the turning electric motor 36 and transmitting it to the turning mechanism (turning gear) are installed. In addition, a control unit (not shown) including an inverter 31 (see FIG. 2) and the like is provided in the upper swing body 3.
[0024]
The excavation attachment 4 includes a boom 17, a boom cylinder 23 that extends and retracts to raise and lower the boom 17, an arm 19, an arm cylinder 22 that rotates the arm 19, a bucket 24, and a bucket cylinder that rotates the bucket 24. 35. In addition, a bucket motor 33 and a bucket hydraulic pump (hereinafter referred to as “bucket pump”) 34 driven by the bucket motor 35 are attached to the bucket cylinder 35. The bucket motor 33, the bucket pump 34, and the bucket cylinder 35 are integrated as will be described later.
[0025]
Next, the drive system of the shovel 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram schematically showing the drive system of the shovel 1. As shown in FIG. 2, the generator 11 and the hydraulic pump 20 are both attached to the output shaft of the engine 10. Then, the pressure oil from the hydraulic pump 20 is supplied to the arm cylinder 22 and the boom cylinder 23 via the control valve 21. Thereby, the arm 19 and the boom 17 can be moved to a predetermined position at an arbitrary speed by operating the operation lever to control the control valve 21.
[0026]
As described above, in the excavator 1 of the present embodiment, the arm 19 and the boom 17 that are required to have excellent operability to smoothly follow the lever operation of the operator are supplied with pressure from the hydraulic pump 20 without using an electric motor or the like. It is driven by oil. Therefore, the operator can accurately operate the delicate movements of the arm 19 and the boom 17.
[0027]
The generator 11 generates AC power from the output torque of the engine 10 as power generation means when the hydraulic pump 20 side is low in load and supplies it to the inverter 31. On the other hand, when the hydraulic pump 20 side is high in load, the battery 32 functions as an electric motor. The hydraulic pump 20 is driven by converting the electrical energy from the power into torque. Switching between the low load operation and the high load operation may be performed based on the product of the pressure oil pressure and the flow rate measured at the subsequent stage of the hydraulic pump 20 or manually by control of a control unit (not shown).
[0028]
An inverter 31 is connected to the generator 11. The inverter 31 converts the AC power generated by the generator 11 into DC power and stores it in the battery 32, and the AC power generated by the regenerative action of the motors 33, 36, and 38 connected to the inverter 31 is converted to DC power. The regenerative charging action stored in the battery 32 is converted to the above and performed.
[0029]
Further, the inverter 31 converts the electric energy stored in the battery 32 into alternating current and supplies it to the electric motors 33, 36, and 38 and / or the generator 11. , 38 performs each of the supply operations. When performing these two actions, the inverter 31 can change the frequency of the alternating current to an arbitrary value in accordance with a command from the control unit, thereby controlling the rotational speed of the electric motors 33, 36, and 38. Can be done.
[0030]
Three electric motors 33, 36 and 38 are connected to the inverter 31. As described above, the bucket motor 33 is configured as an integral actuator together with the bucket pump 34 and the bucket cylinder 35. The turning electric motor 36 and the traveling electric motor 38 are connected to a turning reduction gear 37 and a traveling reduction gear 39, respectively. These three electric motors 33, 36, and 38 are controlled on / off, rotation speed, and rotation direction by the operation of the operator.
[0031]
As described above, in the excavator 1 of the present embodiment, the bucket 24, the turning mechanism, and the traveling mechanism that do not require excellent operability that smoothly follows the lever operation of the operator are driven via the electric motors 33, 36, and 38. Like to do. Therefore, the electric energy of the battery 32 stored using the surplus torque of the engine 10 can be used effectively, and the excavator 1 can be operated with high energy efficiency.
[0032]
Next, the operation of the excavator 1 will be described. When the hydraulic pump 20 side is under low load, the generator 11 performs a power generating action when the engine 10 is operated, and the generated AC power is supplied to the motors 33, 36, and 38 via the inverter 31, thereby driving these. It becomes possible. At the same time, since the hydraulic pump 20 is driven by the engine 10, the arm cylinder 22 and the boom cylinder 23 can be appropriately moved by operating the control valve 21.
[0033]
The electric motors 33, 36, and 38 are driven by AC power supplied from the generator 11 via the inverter 37 when the total load on these is small. At this time, AC power generated by the generator 11 is converted into DC power by the inverter 31 and stored in the battery 32. When the arm cylinder 22 and the boom cylinder 23 are not used as when the excavator 1 is running, for example, when the stored power of the battery 32 is sufficient and the total load on the motors 33, 36, and 38 is small, the engine 10 may be reduced or the engine 10 may be stopped to supply power to the motors 33, 36, and 38 only from the battery 32. Accordingly, it is possible to prevent the engine 10 from operating wastefully, reduce noise and exhaust gas, and further reduce the fuel consumption rate.
[0034]
On the other hand, when the total load of the electric motors 33, 36, and 38 becomes larger than a predetermined value, the accumulator of the AC power generated by the generator 11 to the battery 32 is stopped, and the driving energy of the electric motors 33, 36, and 38 is used. Not only the power supplied from the generator 11 but also the power stored in the battery 32 is used together if necessary.
[0035]
Thus, the operation of the inverter 31 is switched depending on whether or not the total load of the electric motors 33, 36, and 38 is larger than a predetermined value. This switching is based on the product of the current flowing through the electric motors 33, 36, and the voltage thereof. Or manually under the control of the control unit.
[0036]
Further, during operation, the electric motors 33, 36, and 38 can act as a generator (regenerative action) using their potential energy and kinetic energy, and the regenerative power generated thereby can be stored in the battery 32. In particular, since the turning electric motor 36 can store a large amount of kinetic energy at the time of turning acceleration, the energy regeneration effect at the time of deceleration is high.
[0037]
Next, when the hydraulic pump 20 side is at a high load, the generator 11 functions as an electric motor, converts electric energy received from the inverter 31 via the battery 32 into torque, and drives the hydraulic pump 20. That is, the hydraulic pump 20 is driven not only by the engine output torque but also by the torque from the generator 11. As a result, even when the output of the engine 10 is relatively small, the hydraulic pump 20 can cope with a relatively large load.
[0038]
At this time, since no power is supplied from the generator 11 to the inverter 31, the electric motors 33, 36, and 38 are driven by the electric power supplied from the battery 32.
[0039]
That is, in the excavator 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the output energy of the engine 10 is kept constant, and the total load (working energy) of the hydraulic pump 20 and the electric motors 33, 36, and 38 is kept constant. The battery 32 is charged when the value is smaller than the value, and the battery 32 is discharged when the work energy is larger than a certain value and used as drive energy for the hydraulic pump 20 and / or the electric motors 33, 36, and 38.
[0040]
Thus, according to the shovel 1 of the present embodiment, since the hydraulic pump 20 driven by the engine 10 is connected to the arm cylinder 22 and the boom cylinder 23 that are hydraulic actuators via the control valve 21, the operation lever It is possible to realize good operability with respect to the arm 19 and the boom 17 that need to be smoothly operated following the movement of the arm 19. In addition, since the electric motors 33, 36, and 38 that are supplied with electric energy from the generator 11 and / or the battery 32 serve as driving sources for the bucket 24, the turning mechanism, and the traveling mechanism, the energy efficiency is improved as compared with the conventional case. Will be able to. That is, in the excavator 1 of the present embodiment, the arm 19 and the boom 17 that are required to have good operability are driven by the hydraulic pump 20, and the bucket 24, the turning mechanism, and the traveling mechanism that are not required to have good operability are driven. By using the electric motors 33, 36, and 38 as the source, it is possible to achieve relatively high energy efficiency while ensuring good operability of the arm 19 and the boom 17.
[0041]
Further, not all the operating parts are driven by the hydraulic pump 20 as in the prior art, but the bucket 24, the turning mechanism and the traveling mechanism are driven by the electric motors 33, 36, 38, so that the hydraulic pump 20 and The electric motors 33, 36, and 38 can be relatively small and installed separately in different places. In the present embodiment, the hydraulic pump 20 is disposed in the upper swing body 3 that is the main housing of the excavator 1, the bucket motor 33 is disposed in the vicinity of the arm, and the traveling motor 38 is disposed in the lower traveling body 2. The excavator 1 can be made relatively small without requiring a large space in the upper swing body 3.
[0042]
In the present embodiment, the bucket cylinder 35 is driven not via the electric motor 33 but via the bucket pump 34. Therefore, the bucket 24 that performs the linear motion can be moved with a relatively large thrust, compared to the case where the rotational motion is converted into the linear motion by a rack and pinion or the like. Further, as a mechanism for linearly moving the bucket 24, the structure is simpler than using a rack and pinion.
[0043]
Next, the above-described integrated actuator of the electric motor 33, the bucket pump 34, and the bucket cylinder 35 will be described with reference to FIGS. 4 is a side view of the integrated actuator, and FIG. 5 is a circuit diagram thereof.
[0044]
As shown in these drawings, the bucket pump 34 is configured as a bidirectional pump in which the oil discharge direction changes according to the rotation direction of the electric motor 33, and both side discharge ports of the pump 34 are connected via pipe lines 41 and 42. The bucket cylinder 35 is connected to the head side and the rod side oil chamber.
[0045]
In FIG. 5, 43 is a relief valve, 44 is an oil tank, 45 is an automatic switching valve provided between the pump 34 and the oil tank 44, 46 is an operation check valve, and 47 is provided between both side pipe lines 41 and 42. The manual open / close valve 48 is a slow return valve.
[0046]
If such an integrated actuator is used, the entire unit can be made smaller and lighter than when the electric motor 33 and the hydraulic pump 34 are provided separately. This is advantageous for mounting on the excavation attachment 4. When the bucket cylinder 35 is stopped, the electric motor 33 and the hydraulic pump 34 can be stopped so that excess pressure oil is not discarded. Therefore, energy efficiency can be further increased. Further, it is not necessary to provide a pipe connecting the hydraulic pump 34 and the bucket cylinder 35, so that the structure is simplified and the probability of oil leakage or the like can be reduced.
[0047]
Next, an excavator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an excavator which is a hydraulic drive device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIG. Excavator 50 of the present embodiment is configured basically in the same manner as that of the first embodiment except that inverter 31 and control valve 21 are connected by a confluence hydraulic circuit 53. ing. In order to simplify the drawing, the illustration of the bucket motor 33, the bucket pump 34, and the bucket cylinder 35 is omitted in FIG.
[0048]
In the present embodiment, the merging hydraulic circuit 53 is provided with an electric motor 51, a hydraulic pump 52 and a check valve 54, and pressure oil from the hydraulic pump 52 is supplied to the hydraulic pump 20, the control valve 21, and the hydraulic pump 20 according to the load of the hydraulic pump 20. I am trying to supply it in between. At this time, as described in the first embodiment, the load on the hydraulic pump 20 side is controlled by the control of a control unit (not shown) based on the product of the pressure oil pressure and the flow rate measured at the subsequent stage of the hydraulic pump 20. It is only necessary to measure and give a signal to the electric motor 51 so that the corresponding pressure oil is supplied between the hydraulic pump 20 and the control valve 21.
[0049]
In this way, when an amount of pressure oil corresponding to the load of the hydraulic pump 20 is supplied from the hydraulic pump 52 between the hydraulic pump 20 and the control valve 21, the operator operates the arm cylinder 22 or the boom cylinder 23. Therefore, the operation start position of the operation lever for making the operation lever can always be kept constant.
[0050]
This point will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the operating lever position and the cylinder speed. In FIG. 7, a curve 71 is a curve 73 when the load on the boom cylinder 23 is relatively large in the first embodiment, and a curve 72 is a curve 73 when the load on the boom cylinder 23 is relatively small in the first embodiment. Shows the relationship between the operating lever position and the cylinder speed in the present embodiment.
[0051]
As apparent from FIG. 7, in the first embodiment, the position of the operation lever corresponding to the start of the operation of the boom cylinder 23 differs depending on the load on the boom cylinder 23. The boom cylinder 23 will not start to operate unless it is moved greatly.
[0052]
On the other hand, in the present embodiment, an amount of pressure oil corresponding to the load of the hydraulic pump 20 is supplied from the hydraulic pump 52 between the hydraulic pump 20 and the control valve 21, so that the pressure in this portion is increased. Since the oil pressure can be kept constant, the operation start position of the operation lever for the operator to operate the boom cylinder 23 can always be kept constant. Therefore, the operator can always operate the operation lever with the same feeling regardless of the load on the boom cylinder 23. In order to keep the operation start position of the operation lever constant, it is conceivable to compensate for fluctuations in the load on the hydraulic pump 20 side with torque assist to the hydraulic pump 20 by using the generator 11 as an electric motor. In the embodiment, by directly supplying the pressure oil to the cylinders 22 and 23, it is possible to reliably keep the operation start position of the operation lever constant with less loss than this means.
[0053]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made. For example, in the above-described embodiment, an AC generator is used as a generator, but a DC generator may be used. In that case, you may connect a generator and a battery directly, without passing through an inverter. Further, the bucket motor 33, the bucket pump 34, and the bucket cylinder 35 are not necessarily integrated, and may be configured as separate bodies. As the battery 32, a secondary battery such as a lithium ion battery is usually used. However, a capacitor may be used, or these may be used in combination.
[0054]
In addition, the present invention replaces a backhoe type excavating as shown in FIG. 1 as an excavator or excavation attachment with another work tool (for example, a soil removal board or a crusher) instead of the bucket. It can be applied to excavators equipped with a loading type that excavates from one side to the other, excavators that use wheels instead of crawlers as lower traveling bodies, and hydraulic work such as wheel loaders and other construction equipment and forklifts The present invention can be widely applied to hydraulic drive devices including machines.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the hydraulic drive device of the first aspect, the operation unit that requires good operability is driven by the first hydraulic pump, and the drive source of the operation unit that does not require much operability is provided. By using the first electric motor, it is possible to achieve relatively high energy efficiency while ensuring good operability of the operating unit.
[0056]
In addition, since the operating unit is divided into one driven by the first hydraulic pump and one driven by the first electric motor, these can be made relatively small to be installed separately in different places. .
[0057]
Furthermore, since the burden on the engine can be smoothed and reduced, the engine need only be of a size that can share the average output, and need not be large enough to support the maximum output. The engine size can be reduced to reduce the exhaust gas and noise and save energy.
[0058]
According to the hydraulic drive device of the second aspect, the electric energy generated by the regenerative control of the first electric motor is stored in the power storage means, so that the energy efficiency can be further improved.
[0059]
According to the hydraulic drive device of the third aspect, it is possible to give a large thrust when the operation portion needs to be linearly moved, and the structure is simpler than converting the rotational motion to the linear motion by a rack and pinion or the like. .
[0060]
According to the hydraulic drive device of the fourth aspect, since the first electric motor, the second hydraulic pump, and the second hydraulic actuator are integrally configured, it is possible to reduce the size and weight of the first electric motor, the second hydraulic pump, and the second hydraulic actuator. When it is not necessary to operate the second hydraulic actuator, the corresponding first electric motor and second hydraulic pump can be stopped so that excess pressure oil is not discarded. Therefore, energy efficiency can be further increased. Further, it is not necessary to provide a pipe connecting the second hydraulic pump and the second hydraulic actuator, so that the structure is simplified and the probability of oil leakage and the like can be reduced.
[0061]
According to the hydraulic drive device of claim 5, the pressure oil from the third hydraulic pump is supplied between the first hydraulic pump and the control valve, so that the pressure of the pressure oil in this portion is kept constant. Therefore, the operation start position of the operation lever does not differ depending on the load on the first hydraulic actuator, and the first actuator always starts to move from a certain operation lever position, thereby improving the operability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an excavator which is a hydraulic drive device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing a drive system of the shovel shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between engine output and working energy in the excavator shown in FIG. 1;
4 is a side view of an integrated actuator of an electric motor, a bucket pump, and a bucket cylinder used in the excavator shown in FIG. 1. FIG.
5 is a circuit diagram of an integrated actuator of the electric motor, bucket pump, and bucket cylinder shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an excavator which is a hydraulic drive device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between an operation lever position and a cylinder speed in the shovels according to the first and second embodiments of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Excavator
2 Lower traveling body
3 Upper swing body
4 Drilling attachment
8 Swivel frame
9 cabin
10 engine
11 Generator
17 Boom
19 Arm
20 Hydraulic pump
21 Control valve
22 Arm cylinder
23 Boom cylinder
24 buckets
31 Inverter
32 battery
33 Electric motor for bucket
34 Bucket pump
35 bucket cylinder
36 Electric motor for turning
37 Swivel reducer
38 Electric motor for running
39 Travel reducer

Claims (5)

エンジンと、
前記エンジンによって駆動される第1の油圧ポンプと、
コントロールバルブを介して前記第1の油圧ポンプに接続された第1の油圧アクチュエータと、
電気エネルギーを蓄えるための蓄電手段と、
前記エンジンから受け取った機械エネルギーを電気エネルギーに変換して前記蓄電手段に供給する動作と、前記蓄電手段から受け取った電気エネルギーを機械エネルギーに変換して前記第1の油圧ポンプに供給する動作とを選択的に行なうことが可能であるエネルギー変換手段と、
前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の両者から電気エネルギーの供給を受け得るように構成され、且つ前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供給を受けて動作部の駆動源となる第1の電動機とを備えていることを特徴とする油圧駆動装置。
Engine,
A first hydraulic pump driven by the engine;
A first hydraulic actuator connected to the first hydraulic pump via a control valve;
Power storage means for storing electrical energy;
An operation of converting mechanical energy received from the engine into electric energy and supplying the electric energy to the power storage unit, and an operation of converting electric energy received from the power storage unit into mechanical energy and supplying the energy to the first hydraulic pump. Energy conversion means that can be selectively performed;
The consists both energy conversion means and the storage means so as supplied with electrical energy, and a drive source of the operation unit is supplied with electrical energy from at least one of said energy conversion means and said storage means And a first electric motor.
前記第1の電動機の回生制御によって発生する電気エネルギーが前記蓄電手段に蓄えられるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の油圧駆動装置。2. The hydraulic drive device according to claim 1, wherein electric energy generated by regenerative control of the first electric motor is stored in the power storage means. 前記第1の電動機によって駆動される第2の油圧ポンプと、前記第2の油圧ポンプによって駆動される第2の油圧アクチュエータとをさらに備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の油圧駆動装置。3. The apparatus according to claim 1, further comprising: a second hydraulic pump driven by the first electric motor; and a second hydraulic actuator driven by the second hydraulic pump. Hydraulic drive device. 前記第1の電動機と前記第2の油圧ポンプと前記第2の油圧アクチュエータとが一体に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の油圧駆動装置。The hydraulic drive apparatus according to claim 3, wherein the first electric motor, the second hydraulic pump, and the second hydraulic actuator are integrally formed. 前記エネルギー変換手段および前記蓄電手段の少なくともいずれか一方から電気エネルギーの供給を受ける第2の電動機と、
前記第2の電動機によって駆動される第3の油圧ポンプとをさらに備えており、
前記第3の油圧ポンプからの圧油が、前記第1の油圧ポンプと前記コントロールバルブとの間に供給されるように構成したことを特徴とする請求項3または4に記載の油圧駆動装置。
A second electric motor that receives supply of electric energy from at least one of the energy conversion means and the power storage means;
A third hydraulic pump driven by the second electric motor,
5. The hydraulic drive device according to claim 3, wherein pressure oil from the third hydraulic pump is supplied between the first hydraulic pump and the control valve. 6.
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