JP4023740B2

JP4023740B2 - 圧油のエネルギー回収装置

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Publication number: JP4023740B2
Application number: JP2003373930A
Authority: JP
Inventors: 英樹角; 直樹石崎
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2023-11-04
Also published as: JP2005140143A

Description

本発明は、油圧ショベルやホイールローダ等の建設機械および作業車両等の油圧回路に関わり、油圧ポンプによって発生したエネルギーを回収する圧油のエネルギー回収装置に関する。

従来、油圧ショベル等の建設機械、作業車両等の油圧システムには、油圧機器の破壊を防止するために、回路圧が過大にならないように、所定の圧力以上になると油圧ポンプの吐出油をタンクに排出するリリーフ弁を備えた回路が配置されている。

例えば、油圧ショベルのバケットで岩盤層を連続して掘削する場合や、ホイールローダでバケットを盛土や地山にくい込ませて、自然石、土砂等をすくい込む時に、アクチュエータの圧油が高圧となり、油圧ポンプの吐出回路の圧力がリリーフ弁の設定圧力以上となるので、油圧ポンプの吐出油がリリーフ弁によりタンクに排出される。

このような場合に、油圧ポンプで発生した高圧な圧油のエネルギーを回収し電気エネルギーとして回収するシステムとして、例えば、特許文献１に開示されているものがある。この従来技術は、油圧ポンプからリリーフ弁を通過してタンクに連通する回路の途中に、圧油のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置を配置し、油圧回路の負荷圧がリリーフ弁の設定圧以上になったとき、油圧ポンプで発生した高圧な圧油の大きなエネルギーを電気エネルギーとして回収し、バッテリーに蓄えることができる。

したがって、高圧な圧油の大きなエネルギーが変換された電気エネルギーをバッテリーに蓄えるようにしたので、この電気エネルギーを種々のエネルギーとして回生し利用することができ油圧ポンプで発生した圧油のエネルギーの消費効率が向上する。

また、別の従来技術例として、例えば、特許文献２に開示されているものがある。この従来技術は、センターバイパス回路を有する油圧装置の、すべての油圧アクチュエータの操作レバーが操作されず、すべての方向切換弁が中立位置にあるとき、油圧ポンプから吐出された全部の圧油のエネルギーを回収し電気エネルギーとしてバッテリーに蓄へ回収することができる。

したがって、電気エネルギーをバッテリーに蓄えるようにしたので、この電気エネルギーを種々のエネルギーとして回生し利用することができ油圧ポンプで発生した圧油のエネルギーの消費効率が向上する。
特開２００３−４９８０９号公報特開２００３−４９８１０号公報

しかしながら、特許文献１に示されたシステムでは、油圧ポンプからリリーフ弁を通過してタンクに連通する回路の途中に、圧油のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置を配置しているため、リリーフ弁が作動して圧油がエネルギー変換装置に導かれるときに、エネルギー変換装置の慣性、摩擦抵抗、圧力損失により、リリーフ弁で設定した圧力より高い圧油がエネルギー変換装置の上流部、すなわちリリーフ弁の出口に発生する。すると、リリーフ弁の出口圧力の増加分だけリリーフ弁の設定圧力も上昇する。また、リリーフ弁に流れる流量の変動により、エネルギー変換装置の回転にむらができ、リリーフ弁の出口の圧力が変動する。すると、リリーフ弁の出口の圧力変動にともないリリーフ弁の設定圧力も変動し油圧ポンプから吐出された圧力が安定しない。このことにより、操作性能に影響を与え操作性能を悪化させてしまう。また、リリーフ弁の設定圧力以上の圧力が発生するため回路の破損にもつながる。

次に、特許文献２に示された従来技術では、センターバイパス回路を有する油圧装置の、すべての油圧アクチュエータの操作レバーが操作されず、すべての方向切換弁が中立位置にあるとき、油圧ポンプから吐出された圧油を回収することができる。しかし、方向切換弁が中立位置にありセンターバイパスの通過流量が多くなると油圧ポンプの吐出流量を減らすように、ポンプ吐出流量を制御するため回収できるエネルギーは少ない。

第１の発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向を制御する方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出回路の最大圧力を規制するリリーフ弁と圧油のエネルギーを回収するエネルギー回収装置とを有し、前記エネルギー回収装置は前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される油圧モータと、前記油圧モータと回転軸により連結された発電機で構成される、圧油を回収するエネルギー回収装置において、吐出回路からタンクへの回路に前記リリーフ弁と並列に前記圧油のエネルギー回収装置を並べて配置し、前記リリーフ弁が作動したことを検出する検出手段と、前記リリーフ弁が作動してリリーフ流量が発生したときに前記圧油のエネルギー回収装置に圧油を流し、リリーフ流量がゼロのときに前記圧油のエネルギー回収装置への圧油を遮断する手段を設け構成している。

第２の発明は、第１の発明においてエネルギー変換装置への圧油を遮断する手段を切換弁としたものである。

第３の発明は、第１の発明においてエネルギー変換装置を可変容量型油圧モータとし、圧油を連通するのにモータの容量を増加させ、圧油を遮断するのにモータの容量をゼロとすることとしたものである。

第４の発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向を制御するクローズドセンター型の方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出回路の最大圧力を規制するリリーフ弁と、前記方向切換弁が中立の時に、圧油をアンロードするアンロード弁と、圧油のエネルギーを回収するエネルギー回収装置とを有し、前記エネルギー回収装置は前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される油圧モータと前記油圧モータと回転軸により連結された発電機で構成される圧油を回収するエネルギー回収装置において、吐出回路からタンクへの回路に前記リリーフ弁と並列に前記圧油のエネルギー回収装置を並べて配置し、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動したことを検出する検出手段と、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動してリリーフ流量またはアンロード流量が発生したときに前記圧油のエネルギー回収装置に圧油を流し、リリーフ流量またはアンロード流量がゼロのときに前記圧油のエネルギー回収装置への圧油を遮断する手段を設け構成している。

第５の発明は、第４の発明においてエネルギー変換装置への圧油を遮断する手段を切換弁としたものである。

第６の発明は、第４の発明においてエネルギー変換装置を可変容量型油圧モータとし、圧油を連通するのにモータの容量を増加させ、圧油を遮断するのにモータの容量をゼロとすることとしたものである。

第７の発明は、油圧ポンプと前記油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向を制御するオープンセンター型の方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出回路の最大圧力を規制するリリーフ弁と、前記方向切換弁が中立の時に、複数の方向切換弁を通ってタンクへ連通するセンターバイパス回路と、圧油のエネルギーを回収するエネルギー回収装置とを有し、前記エネルギー回収装置は前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される油圧モータと前記油圧モータと回転軸により連結された発電機で構成される圧油を回収するエネルギー回収装置において、吐出回路からタンクへの回路に前記リリーフ弁と並列に前記圧油のエネルギー回収装置を並べて配置し、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動したことを検出する検出手段と、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動してリリーフ流量またはアンロード流量が発生したときに前記圧油のエネルギー回収装置に圧油を流し、リリーフ流量またはアンロード流量がゼロのときに前記圧油のエネルギー回収装置への圧油を遮断する手段を設け構成している。

第８の発明は、第７の発明においてエネルギー変換装置への、圧油を遮断する手段を切換弁としたものである。

第９の発明は、第７の発明においてエネルギー変換装置を、可変容量型油圧モータとし、圧油を連通するのにモータの容量を増加させ、圧油を遮断するのにモータの容量をゼロとすることとしたものである。

第１から第３の発明によれば、リリーフ弁とリリーフ弁からタンクへの回路と並列にエネルギー回収装置を並べることにより、油圧回路の負荷圧がリリーフ弁の設定圧力以上になり、リリーフ弁からタンクへ排出される高圧な圧油のエネルギーをエネルギー回収装置へ迂回させて回収しエネルギー回収装置の慣性、圧力損失、摩擦抵抗等により油圧ポンプからアクチュエータに供給される回路の圧力が変動することを防止し、リリーフ弁作動時の回路の圧力を安定させることにより、アクチュエータの操作性能を良好にさせることができる。また、リリーフ弁の設定圧力以上の圧力が発生しないため回路の破損が起こらない。

また、第４から第６の発明によれば、エネルギー変換装置を１つ配置することで、リリーフ弁からの高圧な圧油のエネルギー回収とクローズドセンター型の方向制御弁がすべて中立の時にアンロードされるエネルギーとを回収することがでる。そのため、エネルギーを有効に回収できる。高圧な圧油のエネルギー回収時には、アクチュエータの操作性能を良好にさせることができ、リリーフ弁の設定圧力以上の圧力が発生しないため回路の破損が起こらない。

また、第７から第９の発明によれば、エネルギー変換装置を１つ配置することで、リリーフ弁からの高圧な圧油のエネルギー回収とオープンセンター型の方向制御弁がすべて中立の時にセンターバイパス回路からの圧油を回収することができる。そのため、エネルギーを有効に回収できる。高圧な圧油のエネルギー回収時にはアクチュエータの操作性能を良好にさせることができ、リリーフ弁の設定圧力以上の圧力が発生しないため回路の破損が起こらない。

以下、本発明に係る油圧回収装置の実施形態について図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施形態による圧油のエネルギー回収装置を図１により説明する。図１は油圧ショベルやホイールローダ等の建設機械および作業車両等に用いられる油圧システムの一例を示すもので、図示しないエンジン等の動力源によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１の吐出回路５０に油圧ポンプ１から供給される圧油の流量および方向を制御する方向切換弁３が接続されている。この方向切換弁３は、操作レバー３０により圧油が供給され方向切換弁３が切換わる。この切換操作により吐出回路５０の圧油を油圧シリンダ５に供給し油圧シリンダ５を動作させる。さらに、吐出油路５０からでた圧油が方向切換弁３、吐出油路５１を通り方向切換弁４に接続される。この方向切換弁４は、操作レバー４０により圧油が供給され方向切換弁４が切換わる。この切換操作により吐出回路５０の圧油を油圧シリンダ６に供給し油圧シリンダ６を動作させる。そして、吐出油路５０の圧油は方向切換弁４を通り油圧タンク７に通じるセンターバイパス回路５２に接続される。このセンターバイパス回路５２とタンク７の間に絞り１３を設け、絞り１３の上流の圧油を油圧ポンプ１の斜板を制御する制御部に回路５８により導く。

油圧ポンプ１の吐出圧油がセンターバイパス回路５２の絞り１３を通過する流量が少ない時は、油圧ポンプ１の斜板の傾きを大きくして吐出流量を増加し、絞り１３を通過する流量が多い時は、油圧ポンプ１の斜板の傾きを小さくして吐出流量を減少させるように油圧ポンプ１を制御する。

油圧ポンプ１と方向切換弁３の間の吐出回路５０から分岐する回路５３が設けられ、この回路５３に油圧ポンプ１の吐出回路５０の最大圧力を規制するためのリリーフ弁８が設けられている。この吐出回路５０の油圧が設定圧力以上になるとリリーフ弁８が開いて圧油がタンク７へ排出され、吐出回路５０の圧力を下げてリリーフ弁８の設定圧力以内に保持する。

油圧ポンプ１と方向切換弁３の間の吐出回路５０から分岐する回路５３からリリーフ弁８を通りタンク７へ圧油を排出する回路と並行に回路５５を設けている。この回路５５と回路５６を連通遮断する切換弁９を配置し、回路５６の下流に油圧モータ１０が配置されている。この油圧モータ１０の出力軸に発電機１１が連結されており、油圧モータ１０と油圧モータ１０の出力軸に連結された発電機１１により油圧変換装置２０を構成している。

リリーフ弁８とタンク７の間に、リリーフ弁８が開いて圧油がタンク７に排出されたことを検知する絞り１２が設けられている。この絞り１２の上流の回路圧をリリーフ弁８と絞り１２の間の回路５４から分岐した回路５７により切換弁９に導いている。切換弁９はポンプ１の吐出回路５０の圧力がリリーフ弁８の設定圧力以下のときは、切換弁９のバネ力により回路５５と回路５６を遮断して油圧モータ１０に圧油が流れないようにして吐出回路５０の圧力を保持している。次に、吐出回路５０の圧力がリリーフ弁８の設定圧力以上になると、回路５３、リリーフ弁８を通った圧油が絞り１２を流れる。この絞り１２を流れることで回路５４、回路５７の圧力が高くなり、切換弁９のバネ力に打ち勝って切換弁９を切り換える。
切換弁９が切り換わると回路５５と回路５６は連通して油圧モータ１０に圧油が流れ、油圧モータ１０が駆動し出力軸を通して発電機１１を駆動する。

次に、第１の実施形態に係わる圧油エネルギー回収装置の作用について説明する。オペレータにより操作レバー３０または４０が操作されると方向切換弁３または方向切換弁４が切り換わり油圧ポンプ１の圧油が油圧シリンダ５または油圧シリンダ６に供給され油圧シリンダ５または油圧シリンダ６が作動する。

例えば、油圧ショベルのバケット用油圧シリンダを油圧シリンダ５とする。油圧ショベルで堅い岩盤を掘削中に、油圧ショベルのバケット用の油圧シリンダ５の負荷圧が上昇し、油圧ポンプ１の吐出回路５０の圧力がリリーフ弁８の設定圧力以上になり、リリーフ弁８が開くと高圧な圧油がリリーフ弁８、絞り１２を通りタンク７に排出される。この時、絞り１２の上流の回路５４にリリーフ弁の通過流量に比例した圧力が発生する。この圧油の圧力が切換弁９のばね力に打ち勝つと、切換弁９が切り換わり吐出回路５０の圧油は回路５５、切換弁９、回路５６を通り油圧モータ１０に圧油が流れ込み、油圧モータ１０が駆動される。この油圧モータ１０が駆動され出力軸を通して発電機１１を駆動し高圧な圧油のエネルギーを回収する。しかし、油圧モータ１０は切換弁９が遮断状態の時には停止しており、切換弁９が連通して初めて回り始める。このとき、油圧モータ１０の慣性、圧力損失等と発電機１１の慣性、摩擦抵抗等によりリリーフ弁８で設定した圧力より高い圧が発生する可能性があるが、吐出回路５０から分岐してタンク７へ導かれる２つの回路を並列に設け、一方の回路にリリーフ弁８を配置し、他方の回路に油圧モータ１０を有した圧油のエネルギー回収装置を並べて配置しているため、油圧モータ１０に流れる流量とリリーフ弁８へ流れる流量は、リリーフ弁８により自動的に調整され吐出回路５０の圧油がリリーフ弁８の設定圧力より高くなることはなく、高圧な圧油のエネルギーを回収することができる。

また、油圧ショベルのバケット用油圧シリンダを油圧シリンダ５、アーム用油圧シリンダを油圧シリンダ６とする。油圧ショベルのアームとバケットを使い堅い岩盤を掘削中に、まず、アームで掘削をしアーム用の油圧シリンダ６の負荷圧が上昇し油圧ポンプ１の吐出回路５０の圧力がリリーフ弁８の設定圧以上となり、リリーフ弁８が開き切換弁９が切り換わり圧油が油圧モータ１０を駆動し圧油のエネルギーを回収する。次に、この状態からバケットで岩盤を崩すために掘削操作をする。このときバケット用の油圧シリンダ５には、リリーフ弁８で設定した圧力が出入りをしてバケット用の油圧シリンダ５が伸縮し岩盤を崩していく。この操作にともない、リリーフ弁８に流れるリリーフ流量、エネルギー回収装置に流れる流量もバケット用の油圧シリンダ５の伸縮に合わせ増減する。すると、油圧モータ１１に流れる圧油の変動により、エネルギー変換装置の回転にむらができ、油圧モータ１０の慣性、圧力損失等と発電機１１の慣性、摩擦抵抗等によりリリーフ弁８で設定した圧力より高い圧が発生したり低い圧が発生したりして安定しない可能性がある。しかし、吐出回路５０にリリーフ弁８から分岐してタンク７へ導かれる２つの回路を並列に設け、一方の回路にリリーフ弁８を配置し、他方の回路に油圧モータ１０を有した圧油のエネルギー回収装置を並べて配置しているため、エネルギー変換装置で発生する回転むらによる流量変動は、リリーフ弁８により自動調節され吐出回路５０の圧油は、リリーフ弁８の設定圧力より高くなることはなく、高圧な圧油のエネルギーを回収することができる。

また、第１の実施形態において、油圧モータ１０により出力軸を通して発電機１１を駆動し発生した電気エネルギーは、例えば、建設機械や作業車両の電源用バッテリに蓄積して回収し、運転席の照明、機器、空調設備、ラジオ等の電気エネルギー源として回生利用することができる。

第２の実施形態による圧油エネルギー回収装置を図２により説明する。図２において図１の実施形態で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。また、第２の実施形態は、第１の実施形態に示すオープンセンター型の方向切換弁３、４を、クローズドセンター型の方向切換弁１５、１６に適用した場合の実施形態である。

油圧ポンプ１の吐出回路５０に油圧ポンプ１から供給される圧油の流量および方向を制御する方向切換弁１５が接続されている。この方向切換弁１５はクローズドセンター型の方向切換弁であり、方向切換弁１５が中立位置の時すべてのポートが閉じている。この方向切換弁１５は、操作レバー３０により圧油が供給され方向切換弁１５が切り換わる。この切換操作により吐出回路５０の圧油を油圧シリンダ５に供給し油圧シリンダ５を動作させる。さらに、吐出回路５０より分岐した回路７１を通り方向切換弁１６に接続される。この方向切換弁１６は、操作レバー４０により圧油が供給され方向切換弁１６が切り換わる。この切換操作により吐出回路５０の圧油を油圧シリンダ６に供給し油圧シリンダ６を動作させる。

この方向切換弁１５、１６がすべて中立の時に、油圧ポンプ１からの圧油をタンク７に排出するために、吐出回路５０から分岐された回路７２とタンク７に接続している回路７３の間にアンロード弁１００が配設されている。

油圧ポンプ１からの圧油を供給する吐出回路５０から分岐接続する回路５５とリリーフ弁８に接続する回路５３を含む部分を吐出回路５０ａとし、吐出回路５０ａから方向切換弁１５に接続するまでの吐出回路を吐出回路５０ｂとする。

第２実施形態に係わる圧油エネルギー回収装置の作用は、第１実施形態の吐出回路５０ａの油圧モータ１０とリリーフ弁８でのエネルギー回収部分と同一であり、第２実施形態の方向切換弁１５、１６が操作レバー３０、４０で操作され、油圧ショベルでの掘削作業をしている時の方向切換弁１５、１６の作用はほぼ同一となり、当業者であれば容易に理解されるので省略する。

第３の実施形態による圧油エネルギー回収装置を図３により説明する。図３において第１の実施形態、第２の実施形態で説明した部分と同一の部分については省略し、油圧ポンプ１と吐出回路５０の油圧モータ１０に分岐した回路５５とリリーフ弁８に分岐した回路５３を含む部分である吐出回路５０ａについて図をもちいて説明する。

第３の実施形態による圧油エネルギー回収装置では、吐出回路５０ａから分岐した回路５５に配置されている切換弁９と油圧モータ１０を可変容量型モータ１４としている。この可変容量型モータ１４の容量を変化させることにより可変容量型モータ１４へ流れる圧油を連通遮断するようにする。

次に、第３の実施形態に係わる圧油のエネルギー回収装置の作用について説明する。ポンプ１の吐出回路５０ａの圧力がリリーフ弁８の設定圧力以下のときは、可変容量型モータ１４の容量を０ｃｃ／ｒｅｖとして可変容量型モータ１４に圧油が流れないようにして圧油を遮断する。次に、吐出回路５０の圧力がリリーフ弁８の設定圧力以上になると、回路５３、リリーフ弁８を通った圧油が絞り１２を流れタンク７へ排出される。このとき、絞り１２を流れる圧油により回路５７の圧力が高くなる。この回路５７から分岐した回路５４より圧油が可変容量型モータ１４の容量可変機構部に導かれ容量を増加させる。この容量増加により可変容量型モータ１４に吐出回路５０ａ圧油が回路５５を通り導かれ、可変容量モータ１４が駆動され出力軸を通して発電機１１が駆動され高圧な圧油のエネルギーを回収する。

第４の実施形態による圧油のエネルギー回収装置を図４により説明する。図４において第１の実施形態、第２の実施形態で説明した部分と同一の部分については省略し、油圧ポンプ１と吐出回路５０ａの油圧モータ１０に分岐した回路５５とリリーフ弁８に分岐した回路５３を含む部分である吐出回路５０ａについて図をもちいて説明する。

第４の実施形態による圧油のエネルギー回収装置では、第１の実施形態と第２の実施形態で示した圧油のエネルギー回収装置に電子制御を適用させた場合の実施例である。油圧ポンプ１から吐出された圧油の圧力を検出する圧力計２０１を吐出回路５０ａに配置し、吐出回路５０ａから分岐した回路５５に電磁切換弁２０２を配置する。また、この圧力計２０１の圧力信号を受け、油路５５と油路５６を連通遮断する電磁切換弁２０２へ信号を送るコントローラ２００を配置する。

次に、第４の実施形態に係わる圧油のエネルギー回収装置の作用について説明する。リリーフ弁８の設定圧力をあらかじめコントローラ２００に設定し、吐出回路５０ａの圧力がリリーフ弁８の設定圧力以下の時は、コントローラ２００から電磁切換弁２０２に信号が出力されず、電磁切換弁２０２は作動しないので回路５５と回路５６は遮断されている。次に、吐出回路５０ａの圧力がリリーフ弁８の設定圧力以上の時は、コントローラ２００から電磁切換弁２０２に信号が出力され電磁切換弁２０２が作動し回路５５と回路５６は連通され油圧モータ１０へ圧油が流れ込み油圧モータ１０を駆動させエネルギーを回収することができる。

第５の実施形態による圧油のエネルギー回収装置を図５により説明する。図５において第１の実施形態、第２の実施形態で説明した部分と同一の部分については省略する。また、第５の実施形態は第３の実施形態で示した圧油のエネルギー回収装置に電子制御を適用させた場合の例であり、油圧ポンプ１から吐出された圧油の圧力を検出する圧力計２０１を吐出回路５０ａに配置し、電気信号により容量を変化させる可変容量型モータ１４を回路５５に配置する。そして、この圧力計２０１の圧力信号を受け、可変容量型モータ１４の容量を変化させる信号を送るコントローラ２００を配置する。

次に、第５の実施形態に係わる圧油のエネルギー回収装置の作用について説明する。リリーフ弁８の設定圧力をあらかじめコントローラ２００に設定し、吐出回路５０ａの圧力がリリーフ弁８の設定圧力以下の時は、コントローラ２００から可変容量型モータ１４の容量可変機構へ信号が出力されず容量を０ｃｃ／ｒｅｖとして可変容量型モータ１４に圧油が流れないようにして圧油を遮断する。次に、吐出回路５０ａの圧力がリリーフ弁８の設定圧力以上の時は、コントローラ２００から可変容量型モータ１４の容量可変機構へ信号が出力され容量が増加し可変容量型モータ１４に圧油が流れこみ油圧モータ１０を駆動させ圧油のエネルギーを回収することができる。

上記第４実施形態、第５実施形態において、リリーフ弁８の下流に流量計を配置しリリーフ弁８が開いたことを検知したり、リリーフ弁８とタンク７の間に絞りを設け、リリーフ弁８と絞りの間の圧力を圧力計で計測し本実施例に適用することは当業者なら容易に考えつきこの範囲は含有するものである。

第６の実施形態による圧油のエネルギー回収装置を図６により説明する。図６において図２の実施形態で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。

第６の実施形態は第２の実施形態の図２に示すリリーフ弁８からタンク７の間に配置した絞り１２を、リリーフ弁８からタンク７の回路５４とアンロード弁１００からタンク７の回路７３が合流した合流位置７４の下流に配置している。そして、この合流位置７４の圧油を回路５４から分岐した回路５７より切換弁９に導いている。

アンロード弁１００は、リリーフ弁８の設定圧力より低く設定されている。例えば、リリーフ弁８の設定圧力は３５ＭＰａでアンロード弁１００の設定圧力は１．５ＭＰａのようになっている。次に、アンロード弁１００の作動について説明する。オペレータにより操作レバー３０、４０が操作されず、方向切換弁１５、１６が中立のとき、油圧ポンプ１の吐出圧油をタンク７へ排出する。そして、オペレータが操作レバー３０、４０の一方または双方を操作して方向切換弁１５、１６に圧油を供給し、方向切換弁１５、１６の一方または双方を作動させる。すると、油圧ポンプ１の吐出圧油が油圧シリンダ５、６の一方または双方に供給され、油圧シリンダ５、６一方または双方が作動する。この時、方向切換弁１５から油圧シリンダ５へ供給される負荷圧が回路７５に供給される。また、方向切換弁１６から油圧シリンダ６へ供給される負荷圧が回路７６に供給される。この回路に供給された圧油は、シャトル弁２５に導かれ回路７５と回路７６の高い方の圧油が回路７７を通りアンロード弁１００に供給される。回路７７により導かれる圧油はアンロード弁１００のばね側から作用し、油圧ポンプ１から吐出された圧油の圧力により発生する力に対し、負荷圧により発生する力とバネ力を合わせた力が上回ると、アンロード弁１００は遮断状態となり、油圧ポンプ１から吐出された圧油をタンク７へ排出することがない。

次に、第６の実施形態に係わる圧油のエネルギー回収装置の作用について説明する。オペレータにより操作レバー３０、４０の一方または双方が操作され、油圧ポンプ１の吐出圧油がリリーフ弁８の設定圧力以上の時は、第１の実施形態で示した作用とほぼ同一となるので省略する。次に、オペレータにより操作レバー３０、４０が操作されずすべての方向切換弁が中立位置にある時は、油圧ポンプ１の吐出圧油がアンロード弁１００を通り回路７３、絞り１２を通りタンクに排出される。このとき、絞り１２の上流の合流位置７４の圧力が高くなり、この圧油が回路５７から切換弁９に供給され切換弁９を切り換える。油圧ポンプ１の圧油は回路５５、切換弁９、回路５６を通り油圧モータ１０を駆動させ圧油のエネルギーを回収することができる。

したがって、リリーフ弁からの高圧な圧油のエネルギー回収とクローズドセンタ型の方向制御弁がすべて中立の時にアンロードされるエネルギーとをエネルギー変換装置を１つ配置することで有効に回収でき、高圧な圧油のエネルギー回収時には、リリーフ弁８の設定圧力を保持できるため、アクチュエータの操作性能を損なうことがない。

第７の実施形態による圧油エネルギー回収装置を図７により説明する。図７において第６の実施形態の図６で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。また、図６と同一の部分については説明を省略し、図も異なる部分について抜き出して描いている。

第７の実施形態による圧油のエネルギー回収装置では、第６の実施形態の図６に示す吐出回路５０ａから分岐した回路５５に配置されている切換弁９と油圧モータ１０を可変容量型モータ１４としている。この可変容量型モータ１４の容量を変化させることにより可変容量型モータ１４へ流れる圧油を連通遮断し、圧油のエネルギーを回収する。

第６の実施形態、第７の実施形態に示す圧油のエネルギー回収装置の回路構成を第４の実施形態、第５の実施形態のように変更することは、適宜選択できるものである。また、第６の実施形態、第７の実施形態では、リリーフ弁８とアンロード弁１００の下流の合流位置７４に流量検知用の絞り１２を１つ配置しただけであるが、リリーフ弁８と合流位置７４との間とアンロード弁１００と合流位置７４との間に流量検知用の絞り１２を各々設け圧油のエネルギー回収装置を構成することも適宜選択できるものである。

第８の実施形態による圧油エネルギー回収装置を図８により説明する。図８において第１の実施形態の図１で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。また、図１と同一の部分については説明を省略する。

センタ−バイパス回路５２の分岐回路８３とタンク７の間にアンロード弁３００を配置する。アンロード弁３００が作動するとセンタ−バイパス回路５２の圧油は、回路７８、絞り１２を通りタンク７に排出される。また、回路７８はリリーフ弁８の下流の回路５４と合流位置７４で接続されている。次に、センタ−バイパス回路５２の流量を検知する絞り１３の上流に切換弁３１０を配置する。この切換弁３１０は、後述する操作レバー３０、４０から出力される圧油を受けセンタ−バイパス回路５２とタンク７の回路を連通遮断する。

操作レバー３０は、油圧ポンプ２から圧油を供給されており、操作レバー３０を操作すると方向切換弁３に圧油が供給され方向切換弁３が切り換わる。この操作レバー３から出力される圧油は方向切換弁３に導かれるとともに、シャトル弁３１に導かれる。同様に操作レバー３０は、油圧ポンプ２から圧油を供給されており、操作レバー４０が操作された時に出力される圧油は方向切換弁４に導かれるとともに、シャトル弁４１に導かれる。シャトル弁３１から出力された圧油とシャトル弁４１から出力された圧油は、シャトル弁３２に導かれ回路６０に圧油を出力する。この回路６０は、センタバイパス回路５２とタンク７への回路を連通遮断する切換弁３１０に接続される。

次に、第８の実施形態に係わる圧油のエネルギー回収装置の作用について説明する。オペレータにより操作レバー３０、４０の一方または双方が操作されている時は、操作レバー３０、４０の出力圧の最も高い圧力がシャトル弁３２より回路６０に出力される。この回路６０の圧油が切換弁３１０のバネ力に打ち勝ち切換弁３１０が切り換えられ、センターバイパス回路５２とタンク７を連通させる。このとき、通過流量に応じた圧力が絞り１３の上流のセンターバイパス回路５２に発生する。この圧油は回路５８から油圧ポンプ１の容量可変装置に導かれ油圧ポンプ１の容量を制御する。この操作レバー３０、４０の一方または双方が操作され、油圧ポンプ１の吐出圧がリリーフ弁８の設定圧力以上の時は、第１の実施形態で示した作用とほぼ同一となるので省略する。次に、オペレータにより操作レバー３０、４０が操作されずすべての方向切換弁３、４が中立位置にあるときは、回路６０に圧油が供給されず、切換弁３１０はバネ力により押されセンタ−バイパス回路５２とタンク７を遮断する。すると、センタ−バイパス回路５２の圧油が高まりアンロード弁３００の設定圧以上となりアンロード弁３００が開き回路７８に圧油が流れ、リリーフ弁８との合流位置７４の下流にある絞り１２を通りタンク７に排出される。このとき、絞り１２の上流の合流位置７４の圧力が高くなり、回路５４から回路５７を通り切換弁９に圧油が供給され切換弁９が切り換わり切換弁９が連通して、油圧ポンプ１の圧油は回路５５、切換弁９、回路５６を通り油圧モータ１０を駆動させ圧油のエネルギーを回収することができる。

したがって、リリーフ弁からの高圧な圧油のエネルギー回収とオープンセンター型の方向制御弁がすべて中立の時にアンロードされるエネルギーとをエネルギー変換装置を１つ配置し回収することでエネルギーを有効に回収でき、高圧な圧油のエネルギー回収時にはアクチュエータの操作性能を損なうことがない。

第９の実施形態による圧油エネルギー回収装置を図９により説明する。図９において図８の実施形態で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。また、図８と同一の部分については説明を省略し、図も異なる部分について抜き出して描いている。

第９の実施形態による圧油エネルギー回収装置では、第８の実施形態に示す図８の吐出回路５０ａから分岐した回路５５に配置されている切換弁９と油圧モータ１０を可変容量型モータ１４としている。この可変容量型モータ１４の容量を変化させることにより可変容量型モータ１４へ流れる圧油を連通遮断し、圧油のエネルギーを回収する。

第８の実施形態と第９の実施形態では、リリーフ弁８とアンロード弁３００が作動したときの圧油の流量を検知する絞り１２を、リリーフ弁８とアンロード弁３００の下流の合流位置７４とタンク７の間に１つ配置しただけであるが、リリーフ弁８と合流位置７４との間とアンロード弁１００と合流位置７４との間に流量検知用の絞り１２を各々設け圧油のエネルギー回収装置を構成することも適宜選択できるものである。

第１０の実施形態による圧油のエネルギー回収装置を図１０により説明する。図１０において第８の実施形態の図８で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。また、図８と同一の部分については説明を省略する。

第１０の実施形態では第８の実施形態に対し、吐出回路５０の圧力を検知する圧力計２０１を配置し、吐出回路５０から分岐した回路５５に配置した切換弁９を電磁切換弁２０２とし、センターバイパス回路５２とタンク７を連通遮断する切換弁８２を電磁切換弁３２０とし、操作レバー３０、４０には、操作レバー３０、４０が操作されたときに信号を出力するスイッチ３６、４６が取り付けられている。

次に、第１０の実施形態に係わる油圧エネルギー回収装置の作用について説明する。オペレータにより操作レバー３０、４０の一方または双方が操作されている時は、スイッチ３６、４６から信号が出力されコントローラ２００に入力される。この入力信号により、切換弁３２０を作動させセンターバイパス回路５２とタンク７を連通させる。吐出回路５０の圧油がリリーフ弁８の設定圧力以上になった場合、あらかじめリリーフ弁８の設定圧力をコントローラ２００に記憶させておき、圧力計２０１からの入力信号によりリリーフ弁８が作動したと判断し電磁切換弁２０２に信号を出力し電磁切換弁２０２を切り換え、油圧モータ１０に圧油を供給して駆動させ圧油のエネルギーを回収する。

オペレータにより操作レバー３０、４０がどちらも操作されず、スイッチ３６、４６から信号がコントローラ２００に出力されない場合、コントローラ２００から電磁切換弁３２０に信号が出力されず電磁切換弁３２０がバネ力により戻されセンターバイパス回路５２とタンク７を遮断する。センターバイパス回路５２の圧油がアンロード弁３００の設定圧力以上になった場合、あらかじめアンロード弁３００の設定圧力をコントローラ２００に記憶させておき、圧力計２０１からの入力信号によりアンロード弁３００が作動したと判断し電磁切換弁２０２に信号を出力し電磁切換弁２０２にを切り換え油圧モータ１０に圧油を供給して駆動させエネルギーを回収する。

したがって、第８の実施形態と同様に、リリーフ弁からの高圧な圧油のエネルギー回収とオープンセンター型の方向制御弁がすべて中立の時にアンロードされるエネルギーとをエネルギー変換装置を１つ配置し回収することでエネルギーを有効に回収でき、高圧な圧油のエネルギー回収時にはアクチュエータの操作性能を損なうことがない。

第１１の実施形態による圧油エネルギー回収装置を図１１により説明する。図１１において第１０の実施形態の図１０で説明した部分と同一の部分には同一の符号を付している。また、図１０と同一の部分については説明を省略する。図１０に描かれた、操作レバー３０、４０からコントローラ２００に出力される信号を伝達する信号線を３７、４７として、コントローラ２００から電磁切換弁３２０に出力される信号を伝達する信号線を３２１として、図１１には同一の符号で信号線のみ描いている。

第１１の実施形態による圧油エネルギー回収装置では、第１０の実施形態に示す図１０の吐出回路５０ａから分岐した回路５５に配置されている電磁切換弁２０２と油圧モータ１０を可変容量型モータ１４としている。この可変容量型モータ１４の容量をコントローラ２００からの信号により変化させることにより可変容量型モータ１４へ流れる圧油を連通遮断し、圧油のエネルギーを回収する。

本発明の第１の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第２の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第３の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第４の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第５の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第６の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第７の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第８の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第９の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第１０の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。本発明の第１１の実施形態による圧油のエネルギー回収装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１,２…油圧ポンプ、３,４,１５,１６…方向切換弁、５,６…油圧シリンダ、７…タンク、８…リリーフ弁、９…切換弁、１０…油圧モータ、１１…発電機、１２…絞り、１３…絞り、１４…可変油圧モータ、１７…絞り、２０…油圧変換装置、２３,２４…チェック弁、２５,３１,３２,４１…シャトル弁、３０,４０…操作レバー、３６,４６…スイッチ、１００…アンロード弁、２００…コントローラ、３００…圧力計、２０２,３２０…電磁切換弁、２０３…モータ斜板可変機構、３００…アンロード弁、３１０…切換弁

Claims

油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向を制御する方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出回路の最大圧力を規制するリリーフ弁と、圧油のエネルギーを回収するエネルギー回収装置とを有し、前記エネルギー回収装置は前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される油圧モータと前記油圧モータと回転軸により連結された発電機で構成される圧油を回収するエネルギー回収装置において、吐出回路からタンクへの回路に前記リリーフ弁と並列に前記圧油のエネルギー回収装置を並べて配置し、前記リリーフ弁が作動したことを検出する検出手段と、前記リリーフ弁が作動してリリーフ流量が発生したときに前記圧油のエネルギー回収装置に圧油を流し、リリーフ流量がゼロのときに前記圧油のエネルギー回収装置への圧油を遮断する手段を設けたことを特徴とする圧油のエネルギー回収装置。
圧油を連通遮断する手段を切換弁とした請求項１記載の圧油のエネルギー回収装置。
前記油圧モータを可変容量型油圧モータとし、圧油を連通するのにモータの容量を増加させ、圧油を遮断するのにモータの容量をゼロとすることを特徴とする請求項１記載の圧油のエネルギー回収装置。
油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向を制御するクローズドセンター型の方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出回路の最大圧力を規制するリリーフ弁と、前記方向切換弁が中立の時に、圧油をアンロードするアンロード弁と、圧油のエネルギーを回収するエネルギー回収装置とを有し、前記エネルギー回収装置は前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される油圧モータと前記油圧モータと回転軸により連結された発電機で構成される圧油を回収するエネルギー回収装置において、吐出回路からタンクへの回路に前記リリーフ弁と並列に前記圧油のエネルギー回収装置を並べて配置し、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動したことを検出する検出手段と、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動してリリーフ流量またはアンロード流量が発生したときに前記圧油のエネルギー回収装置に圧油を流し、リリーフ流量またはアンロード流量がゼロのときに前記圧油のエネルギー回収装置への圧油を遮断する手段を設けたことを特徴とする圧油のエネルギー回収装置。
圧油を連通遮断する手段を切換弁とした請求項４記載の圧油のエネルギー回収装置。
前記油圧モータを可変容量型油圧モータとし、圧油を連通するのにモータの容量を増加させ、圧油を遮断するのにモータの容量をゼロとすることを特徴とする請求項４記載の圧油のエネルギー回収装置。
油圧ポンプと前記油圧ポンプにより駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向を制御するオープンセンター型の方向切換弁と、前記油圧ポンプの吐出回路の最大圧力を規制するリリーフ弁と、前記方向切換弁が中立の時に、複数の方向切換弁を通ってタンクへ連通するセンターバイパス回路と、圧油のエネルギーを回収するエネルギー回収装置とを有し、前記エネルギー回収装置は前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される油圧モータと前記油圧モータと回転軸により連結された発電機で構成される圧油を回収するエネルギー回収装置において、前記センタ−バイパス回路にセンターバイパス圧力を設定するアンロード弁を配設し、吐出回路からタンクへの回路に前記リリーフ弁と並列に前記圧油のエネルギー回収装置を並べて配置し、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動したことを検出する検出手段と、前記リリーフ弁または前記アンロード弁が作動してリリーフ流量またはアンロード流量が発生したときに前記圧油のエネルギー回収装置に圧油を流し、リリーフ流量またはアンロード流量がゼロのときに前記圧油のエネルギー回収装置への圧油を遮断する手段を設けたことを特徴とする圧油のエネルギー回収装置。
圧油を連通遮断する手段を切換弁とした請求項７記載の圧油のエネルギー回収装置。
前記油圧モータを可変容量型油圧モータとし、圧油を連通するのにモータの容量を増加させ、圧油を遮断するのにモータの容量をゼロとすることを特徴とする請求項７記載の圧油のエネルギー回収装置。