JP5090720B2 - Energy regeneration system for work machines - Google Patents
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Description
本発明は、流体圧アクチュエータを備える作業機械用のエネルギー回生システムの技術分野に関し、該システムでは吐出流体のエネルギーが回生される。 The present invention relates to a technical field of an energy regeneration system for a work machine including a fluid pressure actuator, in which energy of discharged fluid is regenerated.
一般に、油圧掘削機などの作業機械には、ポンプからの加圧流体によって作動される種々の流体圧アクチュエータが設けられ、またこの作業機械に関連して、流体圧アクチュエータから吐出された流体のエネルギーを回生するための方法、例えば、それぞれの流体圧アクチュエータから吐出された流体の圧力をアキュムレータに蓄積するように回収する方法が従来知られている。しかし、これらのアキュムレータは、バッテリなどの他のエネルギー蓄積手段と比較してエネルギー蓄積量に関して大きな容量を必要するという問題、さらに、蓄積時間が短くなるという問題を生じさせる。 In general, work machines such as hydraulic excavators are provided with various hydraulic actuators that are actuated by pressurized fluid from a pump, and in relation to the work machines, the energy of the fluid discharged from the hydraulic actuators. For example, a method for recovering the pressure of fluid discharged from each fluid pressure actuator so as to accumulate in an accumulator is known. However, these accumulators cause a problem that a large capacity is required with respect to an energy storage amount as compared with other energy storage means such as a battery, and further a problem that storage time is shortened.
したがって、流体圧アクチュエータから吐出された流体のエネルギーを電気エネルギーとして回生して蓄積するための方法を改善する必要がある。 Therefore, it is necessary to improve a method for regenerating and storing the energy of the fluid discharged from the fluid pressure actuator as electric energy.
一般に、流体圧アクチュエータから吐出された流体の流量が、絞りの大きさに基づいてメータアウト制御を行う制御弁によって制御されるように、油圧掘削機などの作業機械が構成される。既知の一実施例において、(特許文献1)に開示されている方法は、吐出流体の流入によって回転駆動されるタービンをこのような制御弁の下流側に設けている。したがって、タービンが回転してエネルギーを回生する前に、制御弁は、流体圧アクチュエータから吐出流体を除去し、この結果、温度が上昇し、これによりエネルギーが消費されて、エネルギー回生効率が低下するという問題が生じる。 Generally, a work machine such as a hydraulic excavator is configured such that the flow rate of fluid discharged from a fluid pressure actuator is controlled by a control valve that performs meter-out control based on the size of a throttle. In one known embodiment, the method disclosed in Patent Document 1 includes a turbine that is rotationally driven by the inflow of discharged fluid downstream of such a control valve. Thus, before the turbine rotates and regenerates energy, the control valve removes the discharged fluid from the fluid pressure actuator, which results in an increase in temperature, thereby consuming energy and reducing energy regeneration efficiency. The problem arises.
さらに、(特許文献1)では、流体圧アクチュエータが流体圧モータであることに対する考慮がなされていないが、上部回転体および/または油圧駆動モータを回転させるための油圧回転モータなどの種々の流体圧モータを、油圧掘削機などの作業機械内に含むことができる。このような流体圧モータは、一般に、流量を制御するための制御弁と、モータの始動時または停止時に流体供給流路および/または吐出流路の圧力上昇を防止するためのリリーフ弁とを含む。リリーフ弁を通過する流体の温度が上昇すると、エネルギーを消費することがあるので、この場合、リリーフ弁を通過する流体のエネルギーも回生できることが要求される。 Furthermore, in Patent Document 1, no consideration is given to the fact that the fluid pressure actuator is a fluid pressure motor, but various fluid pressures such as a hydraulic rotary motor for rotating the upper rotating body and / or the hydraulic drive motor are used. The motor can be included in a work machine such as a hydraulic excavator. Such a fluid pressure motor generally includes a control valve for controlling the flow rate and a relief valve for preventing a pressure increase in the fluid supply passage and / or the discharge passage when the motor is started or stopped. . When the temperature of the fluid passing through the relief valve rises, energy may be consumed. In this case, it is required that the energy of the fluid passing through the relief valve can also be regenerated.
本開示は、当業者に知られているこの課題および他の課題を解決することを目的とする。 The present disclosure aims to solve this and other problems known to those skilled in the art.
この方法により、流体圧シリンダからの吐出流体の流入によって回転駆動されるタービンが吐出流路に設けられ、この場合、タービンの駆動力により、発電機が電気エネルギーを発生させることが許容される。このようにして、吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして効率的に回生して蓄積することができ、さらに、電気エネルギーをエンジンへの代替動力源として利用できるので、環境に優しい方法となる。 By this method, a turbine that is rotationally driven by the inflow of the discharge fluid from the fluid pressure cylinder is provided in the discharge flow path. In this case, the generator is allowed to generate electric energy by the driving force of the turbine. In this way, the energy of the discharged fluid can be efficiently regenerated and stored as electric energy, and furthermore, the electric energy can be used as an alternative power source for the engine, which is an environmentally friendly method.
一形態では、本開示は、作業機械用のエネルギー回生システムを提供する。システムは、流体を供給/吐出することによって作動されるように適応された流体圧アクチュエータを含む。さらに、システムは、流体圧アクチュエータから吐出される流体用の吐出流路にある可変容量形回生流体圧モータであって、該回生流体圧モータの押しのけ容積を制御することによって、流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量ならびに吐出流路の圧力を制御することが許容される可変容量形回生流体圧モータを含む。その上、システムは、回生流体圧モータを少なくとも部分的に回転させることによって吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして回生するためのエネルギー回生装置を含む。 In one form, the present disclosure provides an energy regeneration system for a work machine. The system includes a fluid pressure actuator adapted to be actuated by supplying / dispensing fluid. Further, the system is a variable capacity regenerative fluid pressure motor in a discharge flow path for fluid discharged from the fluid pressure actuator, and controls the displacement volume of the regenerative fluid pressure motor to thereby remove the fluid pressure actuator from the fluid pressure actuator. It includes a variable capacity regenerative fluid pressure motor that is allowed to control the flow rate of the discharge fluid and the pressure of the discharge flow path. In addition, the system includes an energy regeneration device for regenerating the energy of the discharged fluid as electrical energy by at least partially rotating the regenerative fluid pressure motor.
他の形態では、本開示は、第1および第2の供給/吐出ポートを有する油圧アクチュエータと、前記第1および第2の供給/吐出ポートにそれぞれ接続されている第1および第2の流量制御ラインを含む流量制御回路とを含む作業機械を提供する。さらに、作業機械は、前記流量制御回路内の少なくとも1つの可変容量形油圧モータ、および前記少なくとも1つの可変容量形油圧モータと前記油圧アクチュエータとの間の前記流量制御回路内に配置された少なくとも1つの感圧手段を含む。その上、作業機械は、前記油圧アクチュエータの吐出流体のエネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーとして回生するための、可変容量形油圧モータに接続されたエネルギー回生装置を含む。 In another aspect, the present disclosure provides a hydraulic actuator having first and second supply / discharge ports and first and second flow controls connected to the first and second supply / discharge ports, respectively. A work machine including a flow control circuit including a line is provided. Further, the work machine has at least one variable displacement hydraulic motor in the flow control circuit, and at least one disposed in the flow control circuit between the at least one variable displacement hydraulic motor and the hydraulic actuator. Includes two pressure sensitive means. In addition, the work machine includes an energy regeneration device connected to a variable displacement hydraulic motor for regenerating at least part of the energy of the discharge fluid of the hydraulic actuator as electric energy.
さらに他の形態では、本開示は、油圧エネルギー回収システムを作動させる方法を提供する。 In yet another aspect, the present disclosure provides a method of operating a hydraulic energy recovery system.
図1において、油圧モータ1(例えば油圧掘削機の上部回転体を回転させるための油圧回転モータ)は、油圧掘削機などの作業機械内に設けられ、第1および第2の油供給および油吐出ポート1a、1bを有する油圧モータ1は、両方向回転型であり、第1の油供給および油吐出ポート1aに圧油を供給して第2の油供給および油吐出ポート1bから油を吐出した場合に一方向に回転するように、また第2の油供給および油吐出ポート1bに圧油を供給して第1の油供給および油吐出ポート1aから油を吐出した場合には反対方向に回転するように配置される。
In FIG. 1, a hydraulic motor 1 (for example, a hydraulic rotary motor for rotating an upper rotating body of a hydraulic excavator) is provided in a work machine such as a hydraulic excavator, and includes first and second oil supply and oil discharge. The hydraulic motor 1 having the
油圧モータ1は、油圧モータ1への圧油供給源としての油圧ポンプ2を含む。油圧ポンプ2は、主動力源として作業機械に取り付けられたエンジン32と、補助動力源として以下に記載するモータ33とを使用して駆動されるように適応され、この場合、油圧ポンプ2と油圧モータ1との間には、油圧回路が設けられ、この油圧回路は、油圧ポンプ2の吐出側に接続された吐出ライン3、吐出ライン3の下流側に接続された流量制御回路4、流量制御回路4と油圧モータ1の第1の油供給および油吐出ポート1aとを接続するように適応された第1のモータ側ライン5、および流量制御回路4と油圧モータ1の第2の油供給および油吐出ポート1bとを接続するように適応された第2のモータ側ライン6を含む。
The hydraulic motor 1 includes a
吐出ライン3の中間部には、分岐するように、油タンク7への戻りライン8が形成される。戻りライン8には、以下に記載する制御装置10からのコマンドに少なくとも部分的に基づいて作動するように配置されたバイパス弁9がある。さらに、吐出ライン3において、戻りライン8用の分岐点の下流側にはチェック弁11が配置され、このチェック弁11により、油圧ポンプ2および戻りライン8への油の逆流が防止される。
A
流量制御回路4は、以下に説明するような長方形の環状形態に第1、第2、第3および第4の流量制御ライン12、13、14、15を接続することによって形成される。吐出ライン3は、第1の流量制御ライン12と第2の流量制御ライン13との間の接続部Aに接続される。第1のモータ側ライン5は、第1の流量制御ライン12と第3の流量制御ライン14との間の接続部Bに接続される。第2のモータ側ラインは、第2の流量制御ライン13と第4の流量制御ライン15との間の接続部Cに接続される。最後に、油タンク7に至る吐出ライン16は、第3の流量制御ライン14と第4の流量制御ライン15との間の接続部Dに接続される。
The flow rate control circuit 4 is formed by connecting the first, second, third and fourth flow
第1の流量制御ライン12には、吐出ライン3から第1のモータ側ライン5への供給油の流量を制御するように適応された第1のメータインバルブ17が配置される。第2の流量制御ライン13には、吐出ライン3から第2のモータ側ライン6への供給油の流量を制御するように適応された第2のメータインバルブ18が配置される。第1および第2のメータインバルブ17、18は、制御装置10によって操作可能に制御される。
The first flow
また、第3の流量制御ライン14には、第1の可変容量形回生油圧モータ19が配置される。第1の回生油圧モータ19の押しのけ容積は、制御装置10から押しのけ容積制御手段19aに出力される制御コマンドに基づいて、ゼロから所定の最大値まで変化し、このことにより、第3の流量制御ライン14の流量をゼロから所定の最大値まで変更することが許容される。次に、第1の回生油圧モータ19の押しのけ容積の変化により、第1のモータ側ライン5から吐出ライン16への吐出油の流量制御(メータアウト制御)と第1のモータ側ライン5の圧力制御とが許容される。さらに、第3の流量制御ライン14には、第1の回生油圧モータ19の上流側における第3の流量制御ライン14の圧力を検出するための第1の圧力センサ20が配置され、この第1の圧力センサ20は、検出信号を制御装置10に出力するために配置される。
In addition, a first variable displacement regenerative
第4の流量制御ライン15には、第3の流量制御ライン14に配置された第1の回生油圧モータ19および第1の圧力センサ20と同様の第2の回生油圧モータ21および第2の圧力センサ22が配置される。次に、制御装置10から第2の回生油圧モータ21の押しのけ容積制御手段21aに出力される制御コマンドに基づいて、第2の回生油圧モータ21の押しのけ容積が変化することにより、第2のモータ側ライン6から吐出ライン16への吐出油の流量制御(メータアウト制御)と第2のモータ側ライン6の圧力制御とが許容される。
The fourth flow
第1および第2の発電機23と24は、第1および第2の回生油圧モータ19と21にそれぞれ連動するように接続される。第1および第2の回生油圧モータ19と21のトルクにより、第1および第2の発電機23と24を駆動させて電力を発生させることができる。
The first and
第3および第4の流量制御ライン14と15は、第1および第2の回生油圧モータ19と21をそれぞれバイパスするためのバイパスライン14aと15aも含む。バイパスライン14aと15aには、吐出ライン16から第1のモータ側ライン5および第2のモータ側ライン6への油の流れを許容するが、反対方向への油の流れを防止するように配置されたチェック弁25と26がそれぞれ配置される。このようにして、第1のモータ側ライン5または第2のモータ側ライン6が減圧状態になった場合に油タンク7からの油の補給が行われる。
The third and fourth
マイクロコンピュータ等からなる制御装置10は、油圧モータ1用の制御レバー27から出力されたコマンド信号と、第1および第2の圧力センサ20と22から出力された検出信号とを受信し、次に、入力された信号に基づいて、油圧ポンプ2の押しのけ容積制御手段2a、バイパス弁9、第1および第2のメータインバルブ17と18、第1および第2の回生油圧モータ19と21の押しのけ容積制御手段19aと21a等に制御コマンドを出力する。
The
制御装置10から出力された制御コマンドに関して、油圧モータ1用の制御レバー27が停止位置に位置決めされた(すなわち制御レバー27で操作が行われなかった)場合、制御装置10は、「弁の開口」という制御コマンドをバイパス弁9に出力し、一方、「弁の閉鎖」を第1および第2のメータインバルブ17と18に出力し、さらに、「押しのけ容積ゼロ」という制御コマンドを第1および第2の回生油圧モータ19と21の押しのけ容積制御手段19aと21aに出力する。このようにして、油圧ポンプ2から強制的に送られた油は戻りライン8を通して油タンク7に戻され、ここで、第1〜第4の流量制御ライン12〜15は閉鎖状態にあるので、油が油圧モータ1に供給されることもそこから吐出されることもなく、したがって、油圧モータ1は停止する。
When the
他方、油圧モータ1が一方向に回転するように指示した位置に制御レバー27があった場合、制御装置10は、「弁の閉鎖」という制御コマンドをバイパス弁9に出力し、一方、「弁の開口」という制御コマンドを第1のメータインバルブ17に出力し、また「弁の閉鎖」という制御コマンドを第2のメータインバルブ18に出力する。この場合、制御レバー27の動作の大きさの増大または減少に従って、第1のメータインバルブ17の開口の大きさが増大または減少するように制御される。また、制御装置10は、第1の圧力センサ20によって検出された第3の流量制御ライン14の圧力P1が所定のリリーフ圧PS以下であった場合、「押しのけ容積ゼロ」という制御コマンドを第1の回生油圧モータ19の押しのけ容積制御手段19aに出力し、一方、圧力P1が所定のリリーフ圧PSよりも大きかった場合、所定のリリーフ押しのけ容積になるような制御コマンドを前記押しのけ容積制御手段19aに出力する。さらに、制御装置10は、第2の圧力センサ22によって検出された第4の流量制御ライン15の圧力P2が所定のリリーフ圧以下であった場合、制御レバー27の動作の大きさの増大または減少に従って押しのけ容積が増大または減少されるように制御コマンドを第2の回生油圧モータ21の押しのけ容積制御手段21aに出力し、また圧力P2が所定のリリーフ圧PSよりも大きかった場合、リリーフ押しのけ容積になるような制御コマンドを前記押しのけ容積制御手段21aに出力する。この場合、制御レバー27の動作の大きさに対応する第2の回生油圧モータ21の押しのけ容積が、リリーフ押しのけ容積よりも大きかった場合、モータは、第4の流量制御ライン15の圧力に関係なく、制御レバー27の動作の大きさに対応する押しのけ容積になるように制御される。
On the other hand, when the
したがって、油圧ポンプ2から強制的に送られた油は、吐出ライン3を通って第1の流量制御ライン12に流れ、次に、第1のモータ側ライン5を通して油圧モータ1の第1の油供給および油吐出ポート1aに供給されるように、油の流量が、第1の流量制御ライン12に配置された第1のメータインバルブ17によって制御される。他方、第2の油供給および油吐出ポート1bからの吐出油は、第2のモータ側ライン6を通って第4の流量制御ライン15に流れ、次に、吐出ライン16を通して油タンク7に流入させるように、流量が、第4の流量制御ライン15に配置された第2の回生油圧モータ21によって制御され、これにより、油圧モータ1が一方向に回転する。さらに、油圧モータ1が一方向に回転すると、油圧モータ1からの吐出流路における流量を制御する第2の回生油圧モータ21が少なくとも部分的に回転するので、第2の発電機24が駆動されて電力を発生させる。
Therefore, the oil forcibly sent from the
一方、制御レバー27を停止位置に戻して、上記の一方向の回転状態で作動していた油圧モータ1を停止させた場合、第2の回生油圧モータ21の押しのけ容積が、制御レバー27からの操作コマンドに基づきゼロになるように制御されて、第4の流量制御ライン15が閉状態になり、ここで、油圧モータ1は、慣性負荷が付与されて依然として回転しているので直ちに停止することができず、またこのように回転している油圧モータ1から吐出された油は、第2のモータ側ライン6を通って第4の流量制御ライン15に流れて、第4の流量制御ライン15の圧力を上昇させる。第4の流量制御ライン15の圧力P2は、第2の圧力センサ22によって検出され、ここで、第4の流量制御ライン15の圧力P2が所定のリリーフ圧PS以上になった場合、制御装置10は、上述したように、リリーフ押しのけ容積になるような制御コマンドを第2の回生油圧モータ21に出力する。このようにして、第4の流量制御ライン15は油が通過している状態にあり、ここで、第2の回生油圧モータ21は、所定のリリーフ圧PSを保持する程度の回転抵抗を有し、次に、吐出油が油圧モータ1から油タンク7に流れることが許容される。したがって、第2の回生油圧モータ21は、モータの停止時にリリーフ制御を行い、またリリーフ制御のために作動されている場合には、第2の回生油圧モータ21の回転により、第2の発電機24が駆動されて電力を発生させる。
On the other hand, when the
また、油圧モータ1が一方向に回転すると、第1の流量制御ライン12および第1のモータ側ライン5は、油圧モータ1への圧油供給流路として機能し、ここで、吐出ライン16を介して油タンク7に至る第3の流量制御ライン14は、圧油供給流路の中間部に配置された接続部Bに接続される。例えば、油圧モータ1が一方向に回転すると、第3の流量制御ライン14は、圧油供給流路に接続されたリリーフ流路に対応する。
Further, when the hydraulic motor 1 rotates in one direction, the first flow
一方、油圧モータ1が停止状態から回転状態に変化した場合、油圧モータ1に付与された慣性負荷によって始動するモータのタイムラグにより、油圧モータ1への圧油供給流路の圧力が上昇する。上昇した圧力は、第1の圧力センサ20によって検出されるように、接続部Bを通って第3の流量制御ライン14に流れる。ここで、第3の流量制御ライン14の圧力P1が所定のリリーフ圧PSよりも大きくなった場合、第1の回生油圧モータ19の押しのけ容積は、上述したように、制御装置10からのコマンドに基づいてリリーフ押しのけ容積になるように制御され、これにより、圧油供給流路の圧油は第3の流量制御ライン14と吐出ライン16とを通して油タンク7に逃がされる。このようにして、第1の回生油圧モータ19は、モータの始動時にリリーフ制御を行うことが可能であり、またこのようにリリーフ制御のために作動されている第1の回生油圧モータ19の回転により、第1の発電機23を駆動させて電力を発生させることが可能である。
On the other hand, when the hydraulic motor 1 changes from the stopped state to the rotating state, the pressure in the pressure oil supply channel to the hydraulic motor 1 increases due to the time lag of the motor that is started by the inertia load applied to the hydraulic motor 1. The increased pressure flows through the connection B to the third
他方、油圧モータ1が反対方向に回転するように指示した位置に制御レバー27が操作された場合、制御装置10は、「弁の閉鎖」という制御コマンドをバイパス弁9に出力し、また「弁の閉鎖」という制御コマンドを第1のメータインバルブ17に出力し、一方、「弁の開口」という制御コマンドを第2のメータインバルブ18に出力する。この場合、制御レバー27の動作の大きさの増大または減少に従って、第2のメータインバルブ18の開口部の大きさが増大または減少するように制御される。また、制御装置10は、第1の圧力センサ20によって検出された第3の流量制御ライン14の圧力P1が、所定のリリーフ圧PS以下であった場合、制御レバー27の動作の大きさの増大または減少に従って押しのけ容積が増大または減少されるように制御コマンドを第1の回生油圧モータ19の押しのけ容積制御手段19aに出力し、一方、圧力P1が所定のリリーフ圧PSよりも大きかった場合、リリーフ押しのけ容積になるような制御コマンドを前記押しのけ容積制御手段19aに出力する。ここで、制御レバー27の動作の大きさに対応する第1の回生油圧モータ19の押しのけ容積が、リリーフ押しのけ容積よりも大きかった場合、モータは、第3の流量制御ライン14の圧力に関係なく、制御レバー27の動作の大きさに対応する押しのけ容積になるように制御される。さらに、制御装置10は、第2の圧力センサ22によって検出された第4の流量制御ライン15の圧力P2が、所定のリリーフ圧PS以下であった場合、「押しのけ容積ゼロ」という制御コマンドを第2の回生油圧モータ21の押しのけ容積制御手段21aに出力し、一方、圧力P2が所定のリリーフ圧PSよりも大きかった場合、リリーフ押しのけ容積になるような制御コマンドを前記押しのけ容積制御手段21aに出力する。したがって、油圧ポンプ2から強制的に送られた油は吐出ライン3を通って第2の流量制御ライン13に流れ、次に、第2のモータ側ライン6を通して油圧モータ1の第2の油供給および油吐出ポート1bに供給されるように、油の流量が、第2の流量制御ライン13に配置された第2のメータインバルブ18によって制御される。他方、一方の側の第1の油供給および油吐出ポート1aからの吐出油は第1のモータ側ライン5を通って第3の流量制御ライン14に流れ、次に、吐出ライン16を通して油タンク7に流入させるように、油の流量が、第3の流量制御ライン14に配置された第1の回生油圧モータ19によって制御され、これにより、油圧モータ1が反対方向に回転する。さらに、油圧モータ1が反対方向に回転すると、油圧モータ1からの吐出流路における流量を制御する第1の回生油圧モータ19が回転するので、第1の発電機23が駆動されて電力を発生させる。
On the other hand, when the
油圧モータ1の反対方向の回転が停止した場合、上述したような一方向の回転の場合と同様に、吐出流路に配置された第1の回生油圧モータ19はリリーフ制御を行い、またこのようにリリーフ制御のために作動されている第1の回生油圧モータ19の回転により、第1の発電機23が駆動されて電力を発生させる。また、油圧モータ1が反対方向に回転し始めた場合、第4の流量制御ライン15は、圧油供給流路に接続されたリリーフ流路として機能し、ここで、リリーフ流路に配置された第2の回生油圧モータ21はリリーフ制御を行い、またこのようにリリーフ制御のために作動されている第2の回生油圧モータ21の回転により、第2の発電機24が駆動されて電力を発生させる。
When the rotation of the hydraulic motor 1 in the opposite direction is stopped, the first regenerative
上述したように、油圧モータ1の回転時、始動時および停止時に、第1および第2の回生油圧モータ19と21の回転により、第1および第2の発電機23と24が駆動されて電力を発生させ、また電力が、キャパシタ29と蓄電バッテリ30とに蓄電されるように、ダイオード28によって整流される。次に、キャパシタ29と蓄電バッテリ30とに蓄電されている電力は、直流電力を交流電力に変換するためのおよび電圧を制御するための変換器31を介して、油圧ポンプ2用の補助動力源として機能するモータ33に供給される。
As described above, when the hydraulic motor 1 is rotated, started, and stopped, the first and
上述したような実施形態では、油圧モータ1の回転時に、圧油は一方の油供給および油吐出ポート1a(または他方の油供給および油吐出ポート1b)に供給され、一方、油は他方の油供給および油吐出ポート1b(または一方の油供給および油吐出ポート1a)から吐出され、また第2の油供給および油吐出ポート1b(または一方の油供給および油吐出ポート1a)からの吐出油は第2のモータ側ライン6(または第1のモータ側ライン5)を通って第4の流量制御ライン15(または第3の流量制御ライン14)に流れ、次に、上述したように吐出ライン16を通して油タンク7に流入させるべく、油の流量が、第4の流量制御ライン15(または第3の流量制御ライン14)に配置された第2の可変容量形回生油圧モータ21(または第1の回生油圧モータ19)によって制御される(メータアウト制御)。第2の回生油圧モータ21(または第1の回生油圧モータ19)の回転により、第2の発電機24(または第1の発電機23)が駆動されて電力を発生させる。
In the embodiment as described above, when the hydraulic motor 1 rotates, the pressure oil is supplied to one oil supply and
また、上述したように、油圧モータ1の始動時または停止時に、第1および第2の回生油圧モータ19と21は圧力制御(リリーフ制御)を行い、この圧力制御において、供給流路または吐出流路の圧力が所定のリリーフ圧以上になった場合に、流路の油を油タンク7に導くことによって、圧油供給流路または油吐出流路の圧力上昇が防止され、ここで、圧力制御によって、第1および第2の回生油圧モータ19および21が回転することにより、第1および第2の発電機23と24も駆動されて電力を発生させる。第1および第2の発電機23と24の駆動によって発生した電力は、キャパシタ29と蓄電バッテリ30とに蓄電され、また蓄電された電力は、油圧ポンプ用の補助動力源として機能するモータ33に供給することが可能である。
As described above, when the hydraulic motor 1 is started or stopped, the first and second regenerative
上述したように、本発明の実施形態では、第1および第2の回生油圧モータ19と21は、回転時の油圧モータ1からの吐出油の流入によって回転されるか、あるいは吐出油は、モータの始動時または停止時に逃がされ、また第1および第2の発電機23と24は、第1および第2の回生油圧モータ19と21の回転駆動によって電力を発生させる。このようにして、吐出油のエネルギーを電気エネルギーとして回生でき、ここで、第1および第2の回生油圧モータ19と21は、第1および第2の発電機23と24を駆動させるだけでなく、油圧モータ1からの吐出油の流量制御ならびに圧油供給流路および油吐出流路の圧力制御(リリーフ制御)も行う。
As described above, in the embodiment of the present invention, the first and second regenerative
したがって、油圧モータ1から油を吐出するための流量制御弁またはリリーフ弁を設ける必要がなくなり、この結果、流量制御弁またはリリーフ弁の通過時におけるエネルギー損失がなくなる。このようにして、吐出油のエネルギーを電気エネルギーとして高効率で回生でき、これにより、エネルギー回生効率の向上を達成することが可能になる。油圧ポンプ2を駆動させるための補助動力源となって機能するモータ33の動力源として、回生電気エネルギーを用いると、エンジン32によって消費される化石燃料の低減が許容されるので、省エネルギーに貢献でき、また環境にも優しい。
Therefore, it is not necessary to provide a flow control valve or a relief valve for discharging oil from the hydraulic motor 1, and as a result, no energy loss occurs when the flow control valve or the relief valve passes. In this way, the energy of the discharged oil can be regenerated with high efficiency as electric energy, and this makes it possible to achieve an improvement in energy regeneration efficiency. If regenerative electrical energy is used as the power source of the
さらに、吐出油用の流量制御弁もリリーフ弁も不要になり、部品数の低減に貢献できる。油圧モータ1の一方の油供給および油吐出ポート1a(または他方の油供給および油吐出ポート1b)への圧油供給流路に接続されたリリーフ流路が、一方の油供給および油吐出ポート1a(または他方の油供給および油吐出ポート1b)からの吐出流路として機能するように、回路が構成されるので、油圧モータ1が一方向に(または反対方向に)回転し始めた場合に圧油供給流路の圧力を制御する第1の回生油圧モータ19(または第2の回生油圧モータ21)は、モータが反対方向に(または一方向に)回転した場合に吐出流量制御を行い、また反対方向の(または一方向の)回転が停止した場合には吐出流路の圧力制御を行う。したがって、リリーフ流路および吐出流路のために、別々の回生流体圧モータをそれぞれ設ける必要がなくなり、この結果、回生油圧モータの数、およびそれに接続されている発電機の数が低減されて、コスト低減および空間節約に貢献できる。
Furthermore, neither a flow control valve nor a relief valve for discharged oil is required, which can contribute to a reduction in the number of parts. The relief flow path connected to the pressure oil supply path to one oil supply and
次に、本発明が上記の実施形態に限定されず、油圧ポンプ2を駆動させるための動力源としてモータ33が十分である場合にエンジンを使用することなくモータ33のみによって油圧ポンプ2が駆動される図2に示した第2の実施形態と同様に、本発明を構成することができることが認識される。また、発電機23と24によって発生した電力を蓄電するための装置は、キャパシタ29または蓄電バッテリ30に限定されず、図3に示した第3の実施形態と同様に構成することができる。この実施形態は、発電機23と24によって発生した電力を用いて水を電気分解して水素と酸素を発生させるための電解セル34と、電解セル34に発生した水素を吸蔵するための水素貯蔵合金を含む水素貯蔵装置35と、水素と酸素を燃料等として用いて電力を発生させて、燃料電池装置37から供給された電力を用いてモータ33を駆動させるための燃料電池36とからなる燃料電池装置37を含む実施例である。第2および第3の実施形態において、第1の実施形態に記載されている構成要素に共通の(それと同一の)構成要素は、それらの説明を省略するために、同じ参照番号で示されていることに留意されたい。
Next, the present invention is not limited to the above embodiment, and when the
さらに、上記の実施形態について、流体圧アクチュエータとして油圧モータを説明してきたが、上記の実施形態を油圧シリンダに当てはめてもよく、さらに、油圧の分野の加圧流体のみならず、空気圧の分野の加圧流体にも広く適用することが可能である。 Furthermore, although the hydraulic motor has been described as the fluid pressure actuator in the above embodiment, the above embodiment may be applied to a hydraulic cylinder. Furthermore, not only the pressurized fluid in the hydraulic field but also the pneumatic field. It can be widely applied to pressurized fluids.
最後に、上記の実施形態は、加圧流体を流体圧アクチュエータに供給するように適応されたポンプを駆動させるためのモータ用の動力供給源として、流体圧アクチュエータからの吐出流体のエネルギーを回生することによって得られる電気エネルギーを利用するが、上記の実施形態に限定されず、当然、作業機械に取り付けられた種々の電気機械のために電気エネルギーを利用できることが理解されるであろう。当業者は、包含した請求項、図面、および発明の詳細な説明に基づいて、上記の開示のこれらのおよび他の利点または形態を理解するであろう。 Finally, the above embodiment regenerates the energy of the discharged fluid from the fluid pressure actuator as a power source for the motor to drive a pump adapted to supply pressurized fluid to the fluid pressure actuator However, it is understood that the electrical energy can be used for various electrical machines attached to the work machine. Those skilled in the art will appreciate these and other advantages or forms of the above disclosure based on the appended claims, drawings, and detailed description of the invention.
1 油圧モータ
1a 第1の油供給および油吐出ポート
1b 第2の油供給および油吐出ポート
2 油圧ポンプ
2a 押しのけ容積制御手段
3 吐出ライン
4 流量制御回路
5 第1のモータ側ライン
6 第2のモータ側ライン
7 油タンク
8 戻りライン
9 バイパスライン
10 制御装置
11 チェック弁
12 第1の流量制御ライン
13 第2の流量制御ライン
14 第3の流量制御ライン
14a バイパスライン
15 第4の流量制御ライン
15a バイパスライン
16 吐出ライン
17 第1のメータインバルブ
18 第2のメータインバルブ
19 第1の回生モータ
19a 押しのけ容積制御手段
20 第1の圧力センサ
21 第2の回生モータ
21a 押しのけ容積制御手段
22 第2の圧力センサ
23 第1の発電機
24 第2の発電機
25 チェック弁
26 チェック弁
27 制御レバー
28 ダイオード
29 キャパシタ
30 蓄電バッテリ
31 変換器
32 エンジン
33 モータ
A 接続ポート
B 接続ポート
C 接続ポート
D 接続ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
流体を供給/吐出することによって作動されるように適応された流体圧アクチュエータであって、流体圧アクチュエータは、2つの流体供給および吐出ポートを有する両方向回転流体圧モータである流体圧アクチュエータと、
流体圧アクチュエータから吐出される流体用の吐出流路にある可変容量形回生流体圧モータであって、該回生流体圧モータの押しのけ容積を制御することによって、流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量ならびに吐出流路の圧力を制御することが許容され、前記流体圧アクチュエータからの吐出流体の流量がゼロから所定の最大値に変化するように、回生流体圧モータの押しのけ容積が制御される第1の可変容量形回生流体圧モータと、
回生流体圧モータを少なくとも部分的に回転させることによって吐出流体のエネルギーを電気エネルギーとして回生するための第1のエネルギー回生装置と、
供給流路の中間部と流体タンクとの間の流体圧アクチュエータに供給される流体用の供給流路に接続されたリリーフ流路にある可変容量形回生流体圧モータであって、該回生流体圧モータの押しのけ容積を制御することによって、流体圧アクチュエータへの供給流路の圧力を制御することが許容される第2の可変容量形回生流体圧モータと、
回生流体圧モータを少なくとも部分的に回転させることによって、リリーフ流路の流体のエネルギーを電気エネルギーとして回生するための第2のエネルギー回生装置とを備え、
前記第1および第2の回生流体圧モータが、流体供給および吐出ポートのそれぞれから吐出される流体用の吐出流路に設けられた可変容量形流体圧モータである、
作業機械用のエネルギー回生システム。 An energy regeneration system for a work machine,
A hydraulic actuator adapted to be actuated by supplying / dispensing fluid, wherein the hydraulic actuator is a bi-directional rotary hydraulic motor having two fluid supply and discharge ports ;
A variable capacity regenerative fluid pressure motor in a discharge flow path for fluid discharged from a fluid pressure actuator, wherein the displacement of the regenerative fluid pressure motor is controlled to control the flow rate of discharged fluid from the fluid pressure actuator and It is allowed to control the pressure of the discharge flow path, and the displacement volume of the regenerative fluid pressure motor is controlled so that the flow rate of the discharge fluid from the fluid pressure actuator changes from zero to a predetermined maximum value. A variable capacity regenerative fluid pressure motor;
A first energy regeneration device for regenerating the energy of the discharged fluid as electrical energy by at least partially rotating a regenerative fluid pressure motor;
A variable capacity regenerative fluid pressure motor in a relief passage connected to a supply passage for fluid supplied to a fluid pressure actuator between an intermediate portion of the supply passage and a fluid tank, wherein the regenerative fluid pressure A second variable capacity regenerative fluid pressure motor allowed to control the pressure of the supply flow path to the fluid pressure actuator by controlling the displacement of the motor;
A second energy regeneration device for regenerating the energy of the fluid in the relief flow path as electrical energy by at least partially rotating the regenerative fluid pressure motor;
The first and second regenerative fluid pressure motors are variable displacement fluid pressure motors provided in discharge channels for fluid discharged from the fluid supply and discharge ports, respectively.
Energy regeneration system for work machines.
リリーフ流路が、流体供給および吐出ポートの一方から吐出される流体用の吐出流路として機能するように適応される請求項1に記載の作業機械用のエネルギー回生システム。 The relief flow path is connected to a supply flow path for fluid supplied to one of the fluid supply and discharge ports of the bi-directional rotating fluid pressure motor between the intermediate portion of the supply flow path and the fluid tank,
The energy regeneration system for a work machine according to claim 1 , wherein the relief flow path is adapted to function as a discharge flow path for fluid discharged from one of the fluid supply and discharge ports.
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