JP4480908B2

JP4480908B2 - ハイブリッドショベル

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Publication number: JP4480908B2
Application number: JP2001042569A
Authority: JP
Inventors: 忠男大須賀; 忠夫小森谷; 隆久保
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002242234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来油圧モータ等の油圧駆動装置で構成された駆動源の一部の回生発電を行う発電電動機としたハイブリッドショベルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧ショベルは、一般に、図１０及び図１２に示されるように構成されていた。
【０００３】
図１２は従来の油圧ショベルの側面図、図１０はその油圧ショベルの油圧系のブロック図である。
【０００４】
これらの図において、１は上部旋回体、２は下部走行体、３は作業部（ブーム）、４は作業部（アーム）、５は作業部（バケット）、６は運転室、２９はブームシリンダ、３１は内燃エンジン、３２は油圧ポンプ、３３は油圧制御器、３４はアームシリンダ、３５はバケットシリンダ、４３は作動油タンク、４５は油圧モータ（右走行）、４６は油圧モータ（左走行）、４７は油圧モータ（旋回）である。
【０００５】
従来の油圧ショベルは、上部旋回体１に搭載された内燃エンジン３１の動力を利用して油圧ポンプ３２を駆動し、このポンプ３２から吐出された圧油を油圧制御器３３を介して作業部のブームシリンダ２９、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３５と旋回部の旋回用油圧モータ４７と走行部の走行用油圧モータ４５、４６の各アクチュエータに供給することにより、各部の駆動を行うようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境重視の社会ニーズ、例えば、省エネ、低騒音、排ガス低減等が強く求められ、従来の油圧方式だけではこれらの社会ニーズに対応することが困難になってきている。
【０００７】
油圧方式における油圧アクチュエータは、単位重量当たりに出せる推力やトルクが大きいという利点があるものの、油通路圧損、制御弁圧損、無負荷時の損失等、無視できない欠点がある。また、油圧アクチュエータにおける制動時の圧油は、リリーフ弁、オリフィス弁より熱として捨てられていた。そこで、この制動時のエネルギーの回収を行うために、圧油の回収が一部蓄圧器（アキュムレータ等）で試みられているが、その回収効率はきわめて低いのが現状である。
【０００８】
一方、ブーム起伏用として、発電電動モータと減速機で直接回転駆動する例が特開平１１−３４３６４２号公報に示されているが、これは大きな回転トルクを必要とするために極めて大きな装置となる問題があり、実装するのは不可能であった。
【０００９】
また、油圧シリンダの戻り油をバルブの切換によって油圧モータに流入し、この油圧モータに連結した発電機を駆動して回生発電する例が特願２０００−０２０６６８号として出願されているが、バルブ及び油圧モータについてのエネルギー損失と制御の複雑さに関して難点があった。
【００１０】
図１１は、複数のアクチュエータを有する油圧ショベル（回生無し）の一般掘削作業（掘削−旋回−排土）時の、１サイクル当たりのアクチュエータ全体消費動力変動推移の一般傾向を示している。この図に示すように、消費動力の最大値を１００とすると、クラス及び作業内容により変動があるが、平均値は一般に６０前後となっている。
【００１１】
ところで、油圧ショベルでは、エンジンの出力を設定する際、消費動力の最大値（１００）を目途にした上でポンプ効率等を考慮し仕様を決めることから、平均値よりかなり大きな出力を有するエンジンとなるため、低負荷時の損失が大きくなり、またエンジン騒音が大きいという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記状況に鑑みて、回収エネルギーの回収効率を高めると共に省エネルギー、低騒音、排ガス低減を図ったハイブリッドショベルを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明において、上記目的を達成するために、
〔１〕下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、該上部旋回体に起伏可能に取り付けられたブームと、該ブームに取り付けられたアームおよびバケットからなる作業部と、動力源となる内燃エンジンと、該内燃エンジンに連結された油圧ポンプ及び発電電動機を備え、
前記発電電動機からの電力供給を受けて前記上部旋回体を直接駆動すると共に回生制動動作により回生発電を行う旋回駆動用発電電動機と、前記発電電動機から電力供給を受け高回生油圧閉回路アクチュエータを介して前記ブームを駆動すると共に前記高回生油圧閉回路アクチュエータの回生制動動作により回生発電を行うブーム駆動用発電電動機と、前記油圧ポンプから吐出された圧油を受けて前記作業部を駆動する油圧シリンダを備えたハイブリッドショベルにおいて、
前記発電電動機と各用途用発電電動機との間の給電線に、変換器とコンデンサの直列回路と変換器とバッテリの直列回路を該給電線に対し並列に接続し、給電線への給電優先順位を前記コンデンサ、発電電動機、バッテリの順に設定する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載のハイブリッドショベルにおいて、前記回生発電された回生電力を、コンデンサおよびバッテリに前記コンデンサを優先して充電し、該充電した電力を負荷の給電需要に応じて給電制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔２〕記載のハイブリッドショベルにおいて、前記発電電動機からの発電余剰電力を、前記バッテリに蓄えるように給電制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００１６】
〔４〕上記〔３〕記載のハイブリッドショベルにおいて、前記コンデンサを給電路に接続する変換器を、充電時には定電流制御、放電時には動作範囲の広い定電圧制御を行う変換器としたことを特徴とする。
【００１７】
〔５〕上記〔３〕記載のハイブリッドショベルにおいて、統括制御器は、前記油圧ポンプが前記内燃エンジンの出力以上の出力を要求している指令を検出したとき、前記バッテリおよび前記コンデンサの出力電力を前記発電電動機に給電し、該発電電動機を電動機として駆動することを特徴とする。
【００１８】
〔６〕ハイブリッドショベルにおいて、作業部駆動用油圧アクチュエータの圧油を制御する油圧制御器と、ブーム駆動用発電電動機および旋回駆動用発電電動機を電力制御するドライバ制御器及び、駆動源の内燃エンジン、油圧ポンプ、発電電動機の動力配分を制御する動力制御器と、前記各制御器を統括制御する統括制御器を備え、該統括制御器は運転者のレバー操作出力とコンデンサ及びバッテリの蓄電量を検出して、該コンデンサ及び該バッテリの充放電を制御するとともに、前記各制御器を統括する統括制御器によって無駄なく最大限活用できるようにし、且つ、内燃エンジン出力、蓄電されたコンデンサ出力および蓄電されたバッテリ出力からなる動力源を、運転者の要求であるレバー操作出力にそって、前記動力源の状況に応じて配分することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、最も位置エネルギー回収の大きなブーム起伏用アクチュエータとして、油圧と電気の利点を組み合わせた高回生油圧閉回路アクチュエータを設けている。
【００２０】
本発明のハイブリッドショベルは、ブーム俯仰時、インバータ制御電力により電動機で油圧閉回路固定容量油圧ポンプモータをポンプとして駆動し、圧油で油圧シリンダを動作させブームを俯仰し、ブーム下向時は、油圧シリンダの戻り油で油圧閉回路固定容量油圧ポンプモータをモータとして駆動し、このモータに連結された発電機により回生制動を掛けることにより回生電力を発生することができる。
【００２１】
さらに、本発明のハイブリッドショベルは、発電電動機にパーマネントマグネット（永久磁石）発電電動機を採用したために小型化を図ることができ、且つ、油圧閉回路を採用したため大きな作動油タンクを必要とせずコンパクトな装置にできる。また、作業部（アーム、バケット）はブームに比較し、位置エネルギーとしての蓄え量が極めて少なく、回生効果が低い為、従来方式のエンジンに連結された油圧ポンプの圧油により油圧シリンダを駆動する方式としている。
【００２２】
また、本発明のハイブリッドショベルは、上部旋回体に駆動源として内燃エンジンとこの内燃エンジンに連結された油圧ポンプ及び発電電動機を備えたハイブリッドショベルであって、作業部の負荷が大きいため大きな油圧ポンプ動力が必要な場合、上記発電電動機をコンデンサ及びバッテリ電力により電動機として駆動し、油圧ポンプの補助動力として活用できるため、その分エンジンを小型化できることになる。
【００２３】
本発明のハイブリッドショベルでは、回生電力をコンデンサ及びバッテリにコンデンサを優先し蓄電することで再利用ができ、且つ全体のアクチュエータの負荷が軽くエンジンの出力に余裕が生じた時は、バッテリに充電し再利用ができる構成になっている。このことからコンデンサ電力及びバッテリ電力をアクチュエータである発電電動機の補助動力源として活用できるため、その分エンジンを小型化できることになる。
【００２４】
図９は、本発明に係るハイブリッドショベルの１サイクル当たりのアクチュエータ全体動力変動推移説明図であり、複数のアクチュエータを有するハイブリッドショベル（回生あり）の一般掘削作業（掘削ー旋回ー排土）時の、１サイクル当たりのアクチュエータ全体の消費動力変動推移の一般傾向を示している。この図に示すように、消費電力の最大値を１００とすると、クラス及び作業内容により変動があるが、平均値は一般に旋回とブームの回生制動に伴う回生エネルギーを１５程度考慮すれば４５前後と推定できる。
【００２５】
一般に油圧ポンプ効率と発電機効率は同等であることから、従来の油圧ショベルのエンジン出力設定基準１００に対し、本発明のハイブリッドショベルではエンジン出力設定基準が４５となり、エンジン出力５５％減という大幅な小型化ができると概算され、コンデンサ及びバッテリの充放電損失等を考慮しても５０％の小型化が可能と考えられる。このことは、低騒音及び省エネに大きく寄与する効果を有する。
本発明は、ブーム駆動用発電電動機と旋回駆動用発電電動機において、制動時に発電機として発生する回生電力をコンデンサおよびバッテリに短時間に充電が可能なコンデンサに優先して蓄積し、上記各駆動用発電電動機及びエンジンに連結された発電電動機が電動機として駆動される際にコンデンサ蓄積電力を優先し再利用する。その際、変換器のチョッパ式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して上記コンデンサに充電することで、効率の良い回生が可能となる。
上記コンバータは、コンデンサを有効活用する為、昇電圧変換、定電流制御、定電圧制御の各種機能を有している。回生電力の充電時、コンデンサが空状態にあると、大電流が流れようとして電源とコンデンサとの間に存在する抵抗により充電電力の約半分が熱となり損失が大きいが、上記コンバータの定電流制御により回生時の大電流で充電を行っても９０％以上の高い充電効率が得られる。又コンデンサ電圧を電源電圧と同等にすると、コンデンサがかなり大きくなり、搭載に難点が生じるが、上記コンバータに降圧変換機能を付加することで電源より低い定格のコンデンサが使用でき、コンデンサの小型化を図ることができる。コンデンサ電力再利用の放電時、放電に伴って端子電圧がゼロヘと低下するが、上記コンバータの昇電圧変換と動作範囲の広い定電圧出力制御により蓄積電力を高い効率で有効に放電し利用することができる。
【００２６】
なお、静電容量の大きい電気二重層型コンデンサを適用することにより、搭載可能な大きさに納めることが出来る。
【００２７】
本発明は、ブーム駆動用発電電動機、旋回駆動用発電電動機及び作業部駆動用油圧シリンダにおいて、それらの負荷が軽く合計必要動力が内燃エンジンの最大動力に対して下回る場合、備え付けのバッテリの放電状態に応じて、内燃エンジンに連結された発電電動機を内燃エンジンの余力動力により駆動発電しバッテリに充電することを特徴としている。ここでは充放電にコンデンサを優先して使用するようにしているが、コンデンサに代わるものとしてコンデンサに相当する充電特性を有する蓄電器であれば、コンデンサでなくても良い。
【００２８】
バッテリに対する充放電時、変換器のチョッパ式ＤＣ／ＤＣコンバータを経由することでバッテリ電圧の電源より低い設定が可能となり、搭載可能な大きさに納めることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様を図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベルのブロック構成図、図２はそのハイブリッドショベルの側面図および平面図、図３はそのハイブリッドショベルのエネルギー系を示すブロック構成図、図４は内燃エンジン、油圧ポンプおよび発電電動機の各種の連結実施例を示すブロック構成図である。なお、従来と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００３１】
まず、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明のハイブリッドショベルは、例えば図２（ｂ）のクローラ式ショベルおよび図２（ｃ）のホイール式ショベルに共通に示されているように、走行部となる下部走行体２、旋回部となる上部旋回体１および作業部となるブーム３、アーム４およびバケット５に分けることができる。
【００３２】
まず、各部の主な構成要素について説明する。
【００３３】
操作装置は、ブームレバー１６、アームレバー１７、バケットレバー１８、旋回レバー１９および走行レバー２０として上部旋回体１の運転室６に設けられ、その操作出力は統括制御器２３に入力される。
【００３４】
また、統括制御器２３本体はＣＰＵ、メモリおよび入出力ポート（図示なし）よりなる。入力ポートには、操作者の操作する各種操作手段の操作情報の他に各種センサの出力が入力される。上記各種センサとしては、エンジン回転数検出センサ、発電電動機出力センサ、バッテリ出力検出センサ、旋回用電動発電機および走行用電動機の回転数を検出するエンコーダ、油圧ポンプの油圧を検出する油圧センサ、旋回用電動発電機の駆動により旋回する作業用アクチュエータの旋回角度を検出する旋回角度検出センサ、走行用電動機の駆動により達成される走行スピードを検出する走行スピード検出センサ、油圧シリンダを操作したときに、この油圧シリンダにより伸縮されるブーム、アーム、バケットの伸縮程度を検出する伸縮検出センサ、バケットで土砂などの負荷を持ち上げた時の荷重の重量を検出する荷重検出センサ等が予定されている。出力ポートには、動力制御器４０、油圧制御器３３、発電電動機３０、変換器５１、５７およびドライバー制御器２４が接続されている。
【００３５】
コンデンサ４２は、急速に大電流を充放電でき、繰り返し放電に強く、出力（パワー）密度が大きく、充放電効率が高い特性のものを予定している。例えば、電気２重層コンデンサが好適である。
【００３６】
一般的な特性において、バッテリーと電解コンデンサーに対する電気２重層コンデンサを比較すると、以下のような傾向を有する。
【００３７】

上記したように電気２重層コンデンサは、バッテリーと従来のコンデンサーの中間的な特性を持つ。
【００３８】
この電気２重層コンデンサは、その充放電特性がバッテリーと異なり、時間に対して電圧がリニアに変化する。
【００３９】
バッテリーは、エネルギー密度および出力密度の大きいものが好適ではあるが、現状ではコスト対充放電特性を考慮すると鉛バッテリー、急速充放電特性を考慮するとニッケル・カドミニウムバッテリーが代表的なものである。他に、ニッケル・水素バッテリー、ニッケル・鉄バッテリー、ニッケル・亜鉛バッテリー、ナトリウム・硫黄バッテリー、リチウム・イオンバッテリー等が候補となる。
【００４０】
コンデンサ４２とバッテリ４１のセル数および直並列接続態様は必要な出力電力に応じて決めることになる。例えば、電気２重層コンデンサのイオン導電性溶液が水溶系電解液の場合実仕様電圧が例えば０．６〜０．８Ｖ／セル、同じく有機系電解液の場合実仕様電圧が例えば２．０〜２．５Ｖ／セル、大電流で秒単位の急速充放電が可能なバッテリの場合充電電圧が例えば１．５０〜１．６０Ｖ／セルの条件で考えると、例えばバッテリのセルを８段直列に接続して１２Ｖの端子電圧とすると、電気２重層コンデンサのセルを種類に応じて５段から２０段直列に接続することになる。さらに、この電気２重層コンデンサの前記直列接続ユニットを複数ユニット並列に接続して大電流容量とする。バッテリも同様に直列接続ユニットを必要に応じて複数ユニット並列接続する。
【００４１】
このようにすると、瞬時に大電力を充放電できる電力容量を確保できることになる。
【００４２】
前記統括制御器２３は、運転者のレバー操作出力とコンデンサおよびバッテリの蓄電量を検出し、内燃エンジンの持っている動力を最も有効に使用し、且つ、運転者の要求する機械の最適な稼働が可能なように前記各制御器２４、３３、４０に指令を出す。
【００４３】
操作者が操作装置１６〜２０から指示を出力すると、統括制御器２３は、その指示に応じてプログラムを起動して、入力された各センサからのデータを取り込み、プログラムを実行してその結果を出力ポートより指定された出力装置に出力する。即ち、統括制御器２３は油圧制御器３３とドライバー制御器２４の制御部２２に各操作レバーからの指令信号を事前に設定された作業モードに変換し指令を出す。
【００４４】
動力制御器４０は、統括制御器２３の制御指令に基づいて、（１）内燃エンジン３１の出力を油圧ポンプ３２と発電機として動作させた発電電動機３０とで振り分け制御する内燃エンジン３１の動力配分指令を出力するか、または（２）電動機として動作させた発電電動機３０の回転エネルギーを、内燃エンジン３１の出力では足りない油圧ポンプ３２の超過分に補填する制御を行う。
【００４５】
油圧制御器３３は、統括制御器２３の制御指令に基づいて、油圧ポンプ３２から供給された圧油を油圧制御器３３を介してアームシリンダ３４とバケットシリンダ３５に供給制御する。
【００４６】
ドライバー制御器２４は、交直変換器５０、インバータ５２、５３、５４、５５、５６、制御部２２からなり、制御部２２は統括制御器２３の制御指令に基づいて交直変換器５０および各インバータを制御し、各種駆動用発電電動機３６、３７、３８、３９への供給電力の制御を行うと共に前記各種駆動用発電電動機３６、３７、３８、３９からの回生電力の制御を行う。詳細は後述する。
【００４７】
次に、各部毎に説明する。
【００４８】
走行部となる下部走行体２には、左右走行駆動用発電電動機３８、３９が設けられている。旋回部となる上部旋回体１には、操作系を成すブームレバー１６、アームレバー１７、バケットレバー１８、旋回レバー１９および走行レバー２０と、原動機となる内燃エンジン３１と、油圧系を成す油圧ポンプ３２、固定容量油圧ポンプモータ２７、２８と、電気系を成す発電電動機３０、ブーム駆動用発電電動機３６、旋回駆動用発電電動機３７、バッテリ４１、コンデンサ４２、作動油タンク４３とが設けられている。
【００４９】
また、作業部３、４、５には、ブーム３を駆動するブームシリンダ２９、アーム４を駆動するアームシリンダ３４、バケット５を駆動するバケットシリンダ３５とが設けられている。
【００５０】
次に、本発明のハイブリッドショベルの各要素の接続関係とそれらの機能について説明する。
【００５１】
図１では、内燃エンジン３１の片側から出した出力シャフトにギアボックス２６を介して油圧ポンプ３２および発電電動機３０を連結する。この油圧ポンプ３２と発電電動機３０は、図１では、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）および図４（Ｅ）の態様と同じように、ギアボックス２６を介し並列に連結した態様を示しているが、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す直列に連結した態様および図４（Ｆ）および図４（Ｇ）に示す内燃エンジン３１の両側から出した出力シャフトにそれぞれ別々に直接またはプーリを介して連結した態様でも良い。油圧ポンプ３２は油圧制御器３３および作動油タンク４３を連結して開回路を構成する。
（アームシリンダおよびバケットシリンダの実施の態様）
油圧制御器３３は、アームレバー１７およびバケットレバー１８からの操作出力に基づく統括制御器２３の指令に応じて、油圧ポンプ３２から吐出された圧油を油圧制御器３３を介してアームシリンダ３４、バケットシリンダ３５に供給し、アーム４、バケット５を駆動する。
【００５２】
一方、発電電動機３０は発電機として動作しているときに発電した電力（交流）をドライバー制御器２４に給電する。発電電動機３０は、交流発電電動機または直流発電電動機で構成することができる。
【００５３】
以下、交流発電電動機の例を示す。
【００５４】
ドライバー制御器２４は、統括制御器２３の制御の下で、交直（交流−直流）変換器５０、複数のインバータ５２、５３、５４、５５、５６およびＤＣ／ＤＣコンバータを有する変換器５１、５７からなり、直流−交流変換制御、直流−直流変換制御、交流−直流変換制御を行う。ドライバー制御器２４は、発電電動機３０を交流発電機として動作させて発電した交流電力を、交直変換器５０により直流に変換してインバータ５２〜５５に給電すると共に変換器５７を介してバッテリ４１に給電するように制御する。
【００５５】
各インバータ５２〜５５は、統括制御器２３の指令（電圧制御指令、電流制御指令、位相角制御指令、デューティ比制御指令等）に基づき制御部２２を介して交流出力を制御し、発電電動機３６、３７、３８、３９を電動機として制御する。
【００５６】
本発明の実施態様におけるハイブリッドショベルの電力系回路について図８を用いて説明する。
【００５７】
図８において、変換器５１は、スイッチＡとＤＣ／ＤＣコンバータからなり、統括制御器２３の制御下で、発電電動機３６〜３９からの回生電力をコンデンサ４２に優先的に回収充電するように機能すると共に、負荷需要に対し優先的にコンデンサ４２から充電電力を給電するように機能する。また、変換器５１は、充電時に定電流制御を行い、放電時に定電圧制御を行う。
【００５８】
優先順位の設定はコンデンサ４２およびバッテリ４１の充放電電圧電流値、回生電力の電圧電流値に基づきスイッチＢおよびスイッチＡの切換により以下に述べるような態様で行う。
（１）回生電力が発生した場合、統括制御器の制御により充放電優先順位をコンデンサ、バッテリの順に設定する、
（２）発電電動機３０の余剰電力はバッテリのみに充電する。
【００５９】
変換器５７は、交直変換器５０の発生電力に各インバータ５２、５３、５４、５５の需要以上の余剰電力がある場合に、統括制御器２３の指令により、バッテリ４１に充電すると共に、発電電動機３６〜３９からの回生電力の回収充電をコンデンサ４２の次に行うように機能する。
【００６０】
発電電動機３６、３７、３８、３９が電動機として動作している状況で、交直変換器５０の変換電力が該発電電動機３６、３７、３８、３９の電力需要より少ないことが計測器により計測されたとき、変換器５１および５７は、統括制御器２３の指令により、コンデンサ４２およびバッテリ４１の充電電力をコンデンサ４２を優先してこの発電電動機３６、３７、３８、３９へ給電するように制御される。
【００６１】
発電電動機３６は、ブーム駆動用で、固定容量油圧ポンプモータ２７と固定容量油圧ポンプモータ２８に直列に軸で連結されている。
【００６２】
固定容量油圧ポンプモータ２７と固定容量油圧ポンプモータ２８とブームシリンダ２９は本発明に特徴の１つとなる高回生油圧閉回路アクチュエータを構成する。この高回生油圧閉回路アクチュエータについては、後で詳述する。
【００６３】
ここで、給電優先順位についてのべる。
（１）各用途用発電電動機３６〜３９が電動機として設定されている場合、電源としてコンデンサ、発電電動機３０、バッテリの順に優先順位を設定する、
（２）発電電動機３０が電動機として設定されている場合、電源としてコンデンサ、バッテリの順に優先順位を設定する。
（ブーム駆動用発電電動機の実施の態様）
ブーム駆動用発電電動機３６は、交流電動機として動作している状況では、固定容量油圧ポンプモータ２７と固定容量油圧ポンプモータ２８とをポンプとして動作させて、ブームシリンダ２９に圧油を供給してブームピストンを伸長および縮小させブーム３を起伏駆動する。
【００６４】
固定容量油圧ポンプモータ２８は、ポンプとしてブームシリンダ２９の面積差を調整する為に、ブームシリンダのボトム側にのみ圧油を供給する仕組みとしている。ブームの下げ動作時、ブームシリンダ２９のボトム側の戻り油全量が、固定容量油圧ポンプモータ２７、２８をモータとして駆動し、これら固定容量油圧ポンプモータ２７、２８に連結された発電電動機３６を発電機として動作させ回生発電させる。この時発生した回生電力は、統括制御器２３の指令により、インバータ５２の交直変換動作により直流に変換し、変換器５１および５７によって電圧・電流を所定の値に昇降制御した後、コンデンサ４２およびバッテリ４１にコンデンサを優先して充電する。
【００６５】
なお、固定容量油圧ポンプモータ２７、２８とブームシリンダ２９からなる油圧閉回路の詳細については後述する。
（旋回用電動発電機の実施の態様）
発電電動機３７は、旋回駆動用発電電動機で、旋回レバー１９の操作出力に基づく統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、交流電動機の機能（非回生発電モード）に設定されると、旋回部を旋回動作中、発電電動機３０、コンデンサ４２およびバッテリ４１からの給電によりそれらの負荷となる電動機として動作する。また、その設定状態で、統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、旋回駆動用発電電動機３７は、エンコーダ、旋回角度検出センサ、荷重検出センサの各検出データを基に、旋回速度を複合動作を行うための一定速度または慣性力が一定範囲内となるような速度または負荷の軽重に応じた変速に制御される。この結果、旋回駆動用発電電動機３７は減速機を介して上部旋回体１を直接駆動する。
【００６６】
また、旋回部の制動時、統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、旋回駆動用発電電動機３７を発電機の機能に設定し、今までの慣性力により回転を続けようとするモータ軸に設けたロータコイルの回転に対して遅れた位相となる回転磁界を発生するようにステータコイルを通電制御（回生発電モード）し、ステータコイルに誘導起電力を発生する。また、このようにステータコイルに誘導起電力を発生させた状態でモータ軸に連結されたロータを回転させると、モータ軸に制動力が作用する。上記誘導起電力は、回生電力として、交直変換器としてのインバータ５３および変換器５１、５７を介してコンデンサ４２およびバッテリ４１に、コンデンサ４２を優先し、場合によっては発電電動機３０にも給電される。
（左右走行駆動用発電電動機の実施の態様）
右走行駆動用発電電動機３８および左走行駆動用発電電動機３９は、回転数検出センサ、走行スピード検出センサ等の検出データおよび走行レバー２０からの操作出力に基づく統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、電動機として設定されたとき（非回生発電モード）には、それぞれ個別に回転数制御等の制御下で動作する。
【００６７】
一方、車両が坂道を下る場合などに必要となる制動動作時、右走行駆動用発電電動機３８および左走行駆動用発電電動機３９は、検出データおよび走行レバー２０からの操作出力に基づく統括制御部２３の指令に基づき制御部２２より、発電機として設定されたときには、今までの慣性力により回転を続けようとするモータ軸に設けたロータコイルの回転に対して遅れた位相となる回転磁界を発生するようにステータコイルを通電制御（回生発電モード）し、ステータコイルに誘導起電力を発生する。
【００６８】
また、このようにステータコイルに誘導起電力を発生させた状態でモータ軸に連結されたロータを回転させると、モータ軸に制動力が作用する。上記誘導起電力は、回生電力として、交直変換器としてのインバータ５４、５５および変換器５１、５７を介してコンデンサ４２およびバッテリ４１に、コンデンサ４２を優先し、必要に応じ発電電動機３０にも給電される。
（コンデンサ４２の動作態様）
コンデンサ４２は、旋回およびブームの回生電力等の余剰電力を統括制御器２３の制御によりバッテリ４１より優先して充電すると共に、負荷需要に対して最優先に給電のための放電を行うように構成されている。負荷への給電順位は、１位がコンデンサ４２、２位が発電電動機３０、３位がバッテリ４１と設定してある。コンデンサ４２は、変換器５１によって充電時定電流制御され放電時定電圧制御される。実施の態様を図８を用いて説明する。
軽負荷時／通常負荷時：
統括制御器２３は、図示しない各種の操作レバーの操作指令を入力すると共に、インバータ入力端の電圧／電流センサＬ、コンデンサ４２の入力端の電圧／電流センサＡ、およびバッテリ４１の入力端の電圧／電流センサＢの各電圧／電流値を入力している。
【００６９】
各発電電動機３６〜３９が操作指令により全体としてみたとき負荷として機能していることを統括制御部２３が電圧／電流センサＬの電流の向きおよび電圧値と基準値との対比により判別した場合、統括制御器２３は制御部２２を介して、まずコンデンサ４２の電圧／電流センサＡの電圧が前記基準電圧との関係で放電可能な電圧、即ち特定の放電電圧閾値Ａ１以上であることを検出すると、バッテリ４１のスイッチＢをＯＦＦに設定する信号を出力すると共に、変換器５１のスイッチＡをＯＮに設定する信号を出力しコンデンサ４２の蓄積電荷をＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷回路の基準電圧に昇圧してインバータ５２、５３、５４、５５を介して発電電動機３６〜３９に定電圧給電する。
【００７０】
統括制御器２３は、コンデンサ４２の電圧／電流センサＡの電圧値または電流値が放電持続が不能な所定の放電電圧閾値Ａ２または所定の放電電流閾値より低下したことを検出すると、発電電動機３０を発電機に設定する信号を出力すると共に動力制御器４０を介して内燃エンジン３１により、発電電動機３０を駆動し発電電力を交直変換器５０を介して各インバータに給電すると共にスイッチＡをＯＦＦに設定する信号を出力する。
【００７１】
前記給電状態から、さらに、統括制御部２３は、負荷の需要電力が前記発電電動機３０の発生電力より多いことを検出したとき、発電電動機３０からの給電状態において、バッテリ４１のスイッチＢをＯＮに設定する信号を出力する。この結果、負荷へは発電電動機３０の発電出力とバッテリ４１からの放電電力が供給されることになる。
【００７２】
ドライバー制御器２４の制御部２２は、統括制御器２３の指令により、コンデンサ４２に充電された電力を、発電電動機３０の需要に対し発電電動機３６〜３９の需要を優先して放電を行う。その際、各発電電動機の入力電流および入力電圧を測定し前記需要を検出し、発電電動機３６〜３９の１つでも電動機として動作していることを入力電流の向き等で検出したら、インバータ５６の動作を停止する。コンデンサ４２の出力は変換器５１により動作範囲の広い昇圧制御を行う。これにより一定電力を放電する場合、小電流高電圧にできるので効率の良い放電を行うことができる。コンデンサの充電時、コンバータの定電流制御によれば熱損失を少なくすることができる。
重負荷時：
負荷が重負荷の場合、統括制御器２３は、制御部２２を介して負荷発生を検出してスイッチＡをＯＮに、スイッチＢをＯＦＦに設定する信号を出力する。これによっても電圧／電流センサＬの電圧および電流値が所定の基準値に上昇しないことを検出すると、上記のように発電電動機３０を発電機として駆動する。さらに、発電電動機３０の発電出力を加えても負荷の需要電力に満たないことを検出すると、スイッチＢをＯＮにする信号を出力する。３つの電源を同時に使用することによって重負荷時の給電制御をおこなう。
【００７３】
油圧ポンプ３２の負荷が内燃エンジン３１の出力を越える場合：
統括制御器２３は、油圧制御器３３および動力制御器４０のデータに基づいて油圧ポンプ３２の負荷容量が内燃エンジン３１の出力を越えることを検出したとき、内燃エンジン３１の出力を全て油圧ポンプ３２の駆動に向けるようにし、発電電動機３０を電動機として動作させ同時にスイッチＡ、スイッチＢの順に順次ＯＮ指令を出力する。これにより、油圧ポンプ３２には、内燃エンジン３１の出力と、コンデンサ４２とバッテリ４１との放電電力による発電電動機３０のモータとしての機械的な出力が加わることになる。
回生発電時の充電：
統括制御器２３は、操作レバーの操作指令が回生制動で、電圧／電流センサＬの検出電流の極性が反転しその検出電圧がセンサＡの検出電圧およびセンサＢの検出電圧より高いことを検出すると、以下の態様（１）（２）でスイッチＡおよびスイッチＢをＯＮ・ＯＦＦし、以下の態様（３）で発電電動機３６〜３９の出力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してコンデンサ４２には定電流で充電しバッテリ４１にも電流制御して充電する。
（１）センサＡとセンサＢの検出電圧が放電電圧閾値Ａ１以上か否かを比較し、両センサとも放電電圧閾値Ａ１以下と検出されると両スイッチＡおよびＢをＯＮに切り換える。
（２）センサＡとセンサＢの検出電圧が放電電圧閾値Ａ１以上か否かを比較し、放電電圧閾値Ａ１以上と検出されたセンサ側のスイッチをＯＦＦに切り換え、放電電圧閾値Ａ１以下と検出されたセンサ側のスイッチをＯＮに切り換える。
（３）センサＬの検出電圧がバッテリ４１またはコンデンサ４２の充電電圧以上であるか否か比較し、両者の検出電圧が前記充電電圧以上と検出されると、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電電圧まで降圧してコンデンサ４２とバッテリ４１に充電する。
【００７４】
コンデンサ４２は、急速充電急速放電が可能で、上記のように定電流で充電し定電圧で放電が可能なように構成され、しかもバッテリ４１のように放電状態でも端子電圧を有するようなことがない。このため、同じ回生電圧の回生電力を充電する際、回生電力の回収効率および回生電力のうちの充電電力の比率はバッテリ４１に対しコンデンサ４２が格段に大きくなる。
（バッテリ４１の動作態様）
バッテリ４１の動作態様は下記のとおりである。
【００７５】
統括制御器２３は、発電電動機３０に余剰電力が発生していることを検出すると、変換器５１のスイッチＡをＯＦＦにし変換器５７のスイッチＢをＯＮに設定する信号を出力し、バッテリ４１に充電する。
【００７６】
油圧ポンプ３２の負荷と発電電動機３６〜３９の負荷の合算値が内燃エンジン３１の最大出力より下回り、内燃エンジン３１の動力に余裕が生じた場合、内燃エンジン３１の余裕動力で発電電動機３０を発電駆動し、その発電電力を交直変換器５０、変換器５７を介してバッテリ４１に充電する。
【００７７】
変換器５７は、有する昇降圧機能の内の降圧機能を使用して充電電力を供給できるので、バッテリ４１の定格を低電圧大電流と設定でき、この結果絶縁耐圧を低くできるのでバッテリ４１本体の小型化を図ることができる。
バッテリ４１に蓄えられた電力は、下記に示す補助動力として利用される。
（１）発電電動機３６〜３９が一時的に発電電動機３０の能力を超える電力を必要とした場合、バッテリは変換器５７を介して昇圧放電を行う。
（２）油圧ポンプ３２側のアームシリンダ３４、バケットシリンダ３５が一時的に内燃エンジン３１の能力を超える動力を必要としていることが検出された場合、バッテリ４１は変換器５７を介してインバータ５６により直交変換し発電電動機３０を電動機として駆動しエンジンの補助動力を供給する。
（高回生油圧閉回路アクチュエータ）
図５に示す本発明の油圧閉回路は、油圧シリンダ装置が円滑に作動し、回生エネルギーの発生効率が高く、大容量のチャージポンプを必要とすることなく、製造コストおよびランニングコストの低い油圧閉回路を目的とし、概略、ピストンと、このピストンの両側の油圧室とを備える油圧シリンダ装置と、油タンクと、駆動軸と２つの吐出口とを備え、前記駆動軸が互いに接続された複数の２方向形のポンプと、前記駆動軸が接続された発電電動機とを有し、前記複数のポンプの中のいずれかのポンプにおいては、前記吐出口の両方が前記油圧室の両方にそれぞれ連結され、前記複数のポンプの中の他のポンプにおいては、前記吐出口の一方が前記油圧室の一方に連結され、前記吐出口の他方が前記油タンクに連結された構成を採用している。
【００７８】
図５は本発明の油圧シリンダ装置と複数の２方向形のポンプと発電電動機とからなる油圧閉回路の一実施態様を示す。
【００７９】
この図において、油圧アクチュエーターとしてのシングルロッド型油圧シリンダ装置６１は、ヘッド側油圧室６１ａ、ロッド側油圧室６１ｂ、ピストン６１ｃおよびロッド６１ｄとを有する。
【００８０】
油圧シリンダ装置６１を作動させるための２方向形のポンプ６２は、吐出方向切替型の圧油を吐出する第１固定容量ポンプである。第１固定容量ポンプ６２の２つの吐出口は、それぞれ、ヘッド側油圧室６１ａおよびロッド側油圧室６１ｂに、第１管路６４および第２管路６５を介して連結される。
【００８１】
油圧シリンダ装置６１を作動させるための２方向形のポンプ６３は、吐出方向切替型の圧油を吐出する第２固定容量ポンプである。そして、この第２固定容量ポンプ６３の２つの一方の吐出口は第１管路６４を介してヘッド側油圧室６１ａに連結され、他方の吐出口は油タンク７３に連結される。
【００８２】
ピストン６１ｃのヘッド側油圧室６１ａにおける受圧面積をＡ１、ピストン６１ｃのロッド側油圧室６１ｂにおける受圧面積をＡ２、ロッド６１ｄの断面積をαとした場合、前記第２固定容量ポンプ６３から吐出される油の量が、第１固定容量ポンプ６２から吐出される油の量の（Ａ１−Ａ２）／Ａ２倍、すなわち、α／Ａ２倍となるように、第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３を制御する。
【００８３】
不足分の油を油タンク７４から油圧閉回路６０に供給するための図示されない駆動源によって駆動されるチャージポンプ７１は、チャージ管路（第３管路）６９と、第１チェック弁６６および第２チェック弁６７を介して、第１管路６４および第２管路６５に連結される。チャージポンプ７１から吐出される圧油の圧力を一定に保つために、第３管路６９の、第１チェック弁６６および第２チェック弁６７と反対側の端部は、第１低圧リリーフ弁６８を介して、油タンク７５に連結される。
【００８４】
操作指令により、まず、油圧シリンダ装置６１を作動させてロッド６１ｄを伸ばす方向（図５における右方向）に移動させる場合には、第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３から第１管路６４側に圧油を吐出させる。これにより、ヘッド側油圧室６１ａ内に圧油が供給され、ピストン６１ｃが図５における右方向へ押されて、ロッド６１ｄは右方向に移動させられる。
【００８５】
一方、ピストン６１ｃは右方向へ押されるので、ロッド側油圧室６１ｂ内の油が、第２管路６５に排出され、この第２管路６５を通って戻り油として第１固定容量ポンプ６２の吸い込み側に戻る。
【００８６】
ここで、ピストン６１ｃのロッド側油圧室６１ｂにおける受圧面積Ａ２は、ヘッド側油圧室６１ａにおける受圧面積Ａ１よりも、ロッド６１ｄの断面積αの分だけ小さいので、ロッド側油圧室６１ｂから排出される油の量は、ヘッド側油圧室６１ａ内に供給される油の量のＡ２／Ａ１倍となる。
【００８７】
第１固定容量ポンプ６２から吐出される油の量が、吐出される油の合計量のＡ２／Ａ１倍となるように調節されているので、ロッド側油圧室６１ｂから排出される油は、すべて第１固定容量ポンプ６２の吸い込み側に戻り吸い込まれる。したがって、第１固定容量ポンプ６２内でキャビテーションが発生することもなく、第２管路６５内の圧力が過度に上昇して、ピストン６１ｃおよびロッド６１ｄの動きが止められてしまうこともなくなる。一方、第２固定容量ポンプ６３の吸い込み側には、油タンク７３から油が供給される。このため、油圧閉回路６０の中に新鮮な油が供給されることになるので、油圧閉回路６０の中の油が劣化してしまうことを防止することができる。
【００８８】
次に、油圧シリンダ装置６１を作動させてロッド６１ｄを縮める方向（図５における左方向）に移動させる場合には、第１固定容量ポンプ６２から第２管路６５側に油を吐出させる。すると、ロッド側油圧室６１ｂ内に油が供給され、ピストン６１ｃが図５における左方向へ押されて、ロッド６１ｄは左方向に移動させられる。
【００８９】
ピストン６１ｃが左方向へ押されるので、ヘッド側油圧室６１ａ内の油が、第１管路６４に排出され、この第１管路６４を通って戻り油として第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３の吸い込み側に戻る。
【００９０】
なお、第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３は吐出方向が、油圧シリンダ装置６１を作動させてロッド６１ｄを伸ばす方向に移動させる場合と逆の方向に切り替えられているので、油は第１固定容量ポンプ６２からは第２管路６５に吐出され、第２可変容量ポンプ６３からは油タンク７３に吐出される。
【００９１】
ここで、ピストン６１ｃのロッド側油圧室６１ｂにおける受圧面積Ａ２は、ヘッド側油圧室６１ａにおける受圧面積Ａ１よりも、ロッド６１ｄの断面積αの分だけ小さいので、ヘッド側油圧室６１ａから排出される油の量は、ロッド側油圧室６１ｂ内に供給される油の量より多い。すなわち、ヘッド側油圧室６１ａから第１管路６４に排出される油の量は、ロッド側油圧室６１ｂ内に供給される油の量のＡ１／Ａ２倍となる。
【００９２】
そして、第１固定容量ポンプ６２から第２管路６５に吐出される油の量が、吐出される油の合計量のＡ２／Ａ１倍となるように制御されているので、第１管路６４から第１固定容量ポンプ６２に吸い込まれる油の量は、吸い込まれる油の合計量のＡ２／Ａ１倍となる。一方、第２固定容量ポンプ６３から油タンク７３に吐出される油の量が、吐出される油の合計量のα／Ａ１倍となるように制御されているので、第１管路６４から第２固定容量ポンプ６３に吸い込まれる油の量は、吸い込まれる油の合計量のα／Ａ１倍である。
【００９３】
したがって、ヘッド側油圧室６１ａから排出される油は、すべて第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３の吸い込み側に戻って吸い込まれ、第１可固定量ポンプ６２から第２管路６５に吐出される油は、すべてロッド側油圧室６１ｂ内に供給される。このため、第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３内でキャビテーションが発生することもなく、第１管路６４および第２管路６５内の圧力が上昇し、ピストン６１ｃおよびロッド６１ｄの動きが止められてしまうこともない。
【００９４】
本実施の形態において、油圧閉回路６０は、油圧シリンダ装置６１を制動動作させる場合、ロッド１６ｄを伸ばす方向への移動時には、シリンダからの戻り油の全量が第１固定容量ポンプ６２をモータとして駆動し、ロッド１６ｄを縮める方向への移動時には、シリンダからの戻り油の全量が第１固定容量ポンプ６２及び第２固定容量ポンプ６３をモータとして駆動し、更に該モータの駆動力は発電電動機７２を発電機として作動させ、効率の高い回生エネルギーの回収が行える。
【００９５】
なお、本実施の形態において、油圧閉回路６０は、油圧シリンダ装置６１を作動させるためのポンプとして、２つの２方向形のポンプ、すなわち、第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３を有するが、２方向形のポンプは複数であればよく、３つ以上であってもよい。この場合、すべての２方向形のポンプの駆動軸は互いに接続され、発電電動機７２の駆動軸に接続されて、駆動される。
【００９６】
なお、第１固定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３は可変容量ポンプであっても良い。
【００９７】
さらに、油圧シリンダ装置６１を作動させてロッド６１ｄを縮める方向に移動させる場合、第２固定容量ポンプ６３に吸い込まれた油は油タンク７３に排出され、一方、ロッド６１ｄを伸ばす方向に移動させる場合、第２固定容量ポンプ６３の吸い込み側に、油タンク７３から新鮮な油が供給される。したがって、油圧閉回路６０の中の油は、第２固定容量ポンプ６３を介して新鮮な油と入れ替えられるので、油の劣化を防止することができる。
【００９８】
さらにまた、チャージポンプ７１は油圧閉回路６０から自然にリークした分の油および回路圧により圧縮された分の油を補給するためのものであるので、極めて小容量でよい。したがって、チャージポンプ７１として大容量のポンプを必要としないので、油圧閉回路６０の製造コストおよびランニングコストを低くすることができる。
【００９９】
次に、本発明の第２実施例について図６および図７を用いて説明する。
【０１００】
図６はハイブリッドショベルの構成図、図７はそのブロック図である。
【０１０１】
この第２実施例は、第１実施例と比べると、走行用駆動源を、発電電動機３８、３９の代わりに油圧モータ４５、４６とした点に特徴を有する。これ以外の構成要素は同じなので、油圧モータ４５、４６の関連構成についてのみ以下説明する。
【０１０２】
統括制御器２３は走行レバー２０の操作出力に応じて油圧制御器３３に制御指令を出力する。油圧制御器３３はその制御指令に応じて油圧モータ（右走行用）４５および油圧モータ（左走行用）４６に油圧ポンプ３２の圧油を供給制御する。油圧モータ（右走行用）４５および油圧モータ（左走行用）４６は、正逆回転可能に構成されている。
【０１０３】
本発明の第１実施例では、図２において当該ショベル自体の走行のためのクローラ式とホイール式を記載しているが、クローラ式の場合、全体稼働時間に対する走行頻度の占める割合が少なく、且つ一般走行での制動時間は極めて短いことから、回生率も低く、回生目的の電動化はあまり有効でない。よって、クローラ式に関しては、第２実施例のような内燃エンジンに連結された油圧ポンプの圧油による油圧モータ駆動でも良い。又、ホイール式の場合は、自走による搬送があるため走行頻度が多く、且つ、高速で自走することから制動時間も長く、高いエネルギー回収が可能であり、第１実施例の波圧電電動機による走行の直接駆動が有効である。但し、クローラ式、ホイール式共に第２実施例は実行可能であり、走行の方式について限定する根拠はない。
【０１０４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１０５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、油圧シリンダの油排出回路中に回生用発電機を介在させて発電を行うようにしたので、通常無駄になっている油圧エネルギーを有効に利用することができる。旋回用電動発電機は、旋回動作の制動時に無駄になる制動エネルギーを回生動力として有効に取り出すことができる。
【０１０６】
本発明によれば、コンデンサが急速に回生電力を回収でき急速に大電流を放電できるので、建機における短時間の回生制動時のエネルギーを有効に回収および使用することができる。また、電気エネルギーを賄うコンデンサを設けたので、同じく電気エネルギーを賄うバッテリーの搭載量を軽減できる。また、バッテリーの負荷変動の吸収をコンデンサで一部代替できるので、バッテリーの寿命を延ばすことができる。
【０１０７】
電源はエンジンに連結された発電電動機、バッテリおよびコンデンサが併用できるので、バッテリショベルのような充電による休車が不要で連続運転ができ、又、従来の油圧ショベルに比べてエンジンの小型化が図られ、さらに回生電力をも利用できる上、環境にも優しく、省エネルギー化を図ることができる。
【０１０８】
さらに、本発明の油圧閉回路を用いることにより、装置が簡単になり、回生エネルギーの取り出しが容易になり、装置としての使い勝手も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベルの構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベルの側面図および平面図である。
【図３】本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベルのエネルギー系を示すブロック構成図である。
【図４】本発明の内燃エンジン、油圧ポンプ、発電電動機の連結実施例を示すブロック構成図である。
【図５】本発明の実施形態における油圧閉回路の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施例を示すハイブリッドショベルの構成図である。
【図７】本発明の第２実施例を示すハイブリッドショベルのブロック図である。
【図８】本発明の実施態様におけるハイブリッドショベルの電力系回路図である。
【図９】本発明に係るハイブリッドショベルの１サイクル当たりのアクチュエータ全体動力変動推移説明図である。
【図１０】従来の油圧ショベルのブロック図（油圧系）である。
【図１１】従来の油圧ショベルの１サイクル当たりのアクチュエータ全体動力変動推移説明図である。
【図１２】従来の油圧ショベルの側面図である。
【符号の説明】
１上部旋回体
２下部走行体
３作業部（ブーム）
４作業部（アーム）
５作業部（バケット）
６運転室
１６ブームレバー
１７アームレバー
１８バケットレバー
１９旋回レバー
２０走行レバー
２２制御部
２３統括制御器
２４ドライバー制御器
２６ギアボックス
２７、２８固定容量油圧ポンプモータ
２９ブームシリンダ
３０発電電動機
３１内燃エンジン
３２油圧ポンプ
３３油圧制御器
３４アームシリンダ
３５バケットシリンダ
３６ブーム駆動用発電電動機
３７旋回駆動用発電電動機
３８右走行駆動用発電電動機
３９左走行駆動用発電電動機
４０動力制御器
４１バッテリ
４２コンデンサ
４３作動油タンク
４４燃料タンク
４５油圧モータ（右走行）
４６油圧モータ（左走行）
４７油圧モータ（旋回）
５０交直変換器
５１、５７変換器
５２インバータ（ブーム）
５３インバータ（旋回）
５４インバータ（右走行）
５５インバータ（左走行）
５６インバータ（アシスト）
６０油圧閉回路
６１油圧シリンダ装置
６１ａヘッド側油圧室
６１ｂロッド側油圧室
６１ｃピストン
６１ｄロッド
６２第１固定容量ポンプ
６３第２固定容量ポンプ
６４第１管路
６５第２管路
６６第１チェック弁
６７第２チェック弁
６８第１低圧リリーフ弁
６９第３管路
７１チャージポンプ
７２発電電動機
７３、７４、７５油タンク

Claims

下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、該上部旋回体に起伏可能に取り付けられたブームと、該ブームに取り付けられたアームおよびバケットからなる作業部と、動力源となる内燃エンジンと、該内燃エンジンに連結された油圧ポンプ及び発電電動機を備え、
前記発電電動機からの電力供給を受けて前記上部旋回体を直接駆動すると共に回生制動動作により回生発電を行う旋回駆動用発電電動機と、前記発電電動機から電力供給を受け高回生油圧閉回路アクチュエータを介して前記ブームを駆動すると共に前記高回生油圧閉回路アクチュエータの回生制動動作により回生発電を行うブーム駆動用発電電動機と、前記油圧ポンプから吐出された圧油を受けて前記作業部を駆動する油圧シリンダを備えたハイブリッドショベルにおいて、
前記発電電動機と各用途用発電電動機との間の給電線に、変換器とコンデンサの直列回路と変換器とバッテリの直列回路を該給電線に対し並列に接続し、給電線への給電優先順位を前記コンデンサ、発電電動機、バッテリの順に設定する制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッドショベル。
請求項１記載のハイブリッドショベルにおいて、前記回生発電された回生電力を、コンデンサおよびバッテリに前記コンデンサを優先して充電し、該充電した電力を負荷の給電需要に応じて給電制御する制御手段を有することを特徴とするハイブリッドショベル。
請求項２記載のハイブリッドショベルにおいて、前記発電電動機からの発電余剰電力を、前記バッテリに蓄えるように給電制御する制御手段を有することを特徴とするハイブリッドショベル。
請求項３記載のハイブリッドショベルにおいて、前記コンデンサを給電路に接続する変換器を、充電時には定電流制御、放電時には動作範囲の広い定電圧制御を行う変換器としたことを特徴とするハイブリッドショベル。
請求項３記載のハイブリッドショベルにおいて、統括制御器は、前記油圧ポンプが前記内燃エンジンの出力以上の出力を要求している指令を検出したとき、前記バッテリおよび前記コンデンサの出力電力を前記発電電動機に給電し、該発電電動機を電動機として駆動することを特徴とするハイブリッドショベル。
作業部駆動用油圧アクチュエータの圧油を制御する油圧制御器と、ブーム駆動用発電電動機および旋回駆動用発電電動機を電力制御するドライバ制御器及び、駆動源の内燃エンジン、油圧ポンプ、発電電動機の動力配分を制御する動力制御器と、前記各制御器を統括制御する統括制御器を備え、該統括制御器は運転者のレバー操作出力とコンデンサ及びバッテリの蓄電量を検出して、該コンデンサ及び該バッテリの充放電を制御するとともに、前記各制御器を統括する統括制御器によって無駄なく最大限活用できるようにし、且つ、内燃エンジン出力、蓄電されたコンデンサ出力および蓄電されたバッテリ出力からなる動力源を、運転者の要求であるレバー操作出力にそって、前記動力源の状況に応じて配分することを特徴とするハイブリッドショベル。