JP5399105B2 - ハイブリッド式作業機械 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド式作業機械に係り、特に油圧駆動機構と電動駆動機構とを有するハイブリッド式作業機械に関する。

油圧式作業機械において、省エネルギの観点からハイブリッド化が進められている。ハイブリッド式作業機械の一例として、ハイブリッド式油圧ショベルがある。ハイブリッド式油圧ショベルにおいて、運転席及び油圧作業部分を含む上部旋回体を旋回させるための旋回機構を電動式にしたものが提案されている。上部旋回体の旋回機構に旋回用電動機を用いて電動式とすることで、上部旋回体の旋回運動を減速する際に旋回用電動機を回生運転し、回生電力を蓄電手段等に蓄積して利用することができる。

一方、ハイブリッド式油圧ショベルは、油圧駆動部分を駆動するための油圧シリンダや、走行用の油圧モータ等を有している。油圧ポンプから油圧負荷に供給された作動油はタンクに戻されるが、この戻りの作動油を利用して回生用油圧モータを駆動し、この動力で発電機を駆動して電力を発生させることができる。このように、各油圧負荷から戻る作動油を利用して回生電力を発生し、この回生電力をバッテリに蓄電して利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２０７４８２号公報

ハイブリッド式油圧ショベルには大小各種の油圧負荷があり、それらの各々からの戻り作動油を利用して回生電力を発生させるためには、複雑な油圧回路や複雑な電力制御が必要となる。また、戻り作動油で発生した動力（機械エネルギ）を回生電力（電気エネルギ）に変換する際にエネルギ損失が生じる。さらに、回生電力を一旦バッテリに蓄積してから電気負荷に供給する方法では、バッテリの充放電における電力損失が生じる。このように、油圧負荷からの戻り作動油のエネルギを一旦全て電力エネルギに変換する方法では、戻り作動油のエネルギを最大限に利用することができない。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、油圧負荷からの戻り作動油の動力を電気負荷に直接供給して電気負荷を駆動することのできるハイブリッド式作業機械を提供することを目的とする。

本発明によれば、エンジンと、該エンジンの動力で駆動する第１の電動発電機と、該第１の電動発電機により発電した電力を蓄電する蓄電器と、油圧負荷からの戻り作動油が供給されて駆動される回生油圧モータと、該回生油圧モータに機械的に接続され、前記回生油圧モータの出力により駆動される第２の電動発電機と、該第２の電動発電機により駆動される電動機構と、前記第２の電動発電機により発生した動力を該電動機構に伝達する変速機とを有し、前記蓄電器は前記第２の電動発電機により発生した電力を蓄電することを特徴とするハイブリッド式作業機械が提供される。

上述のハイブリッド式作業機械において、前記変速機は、前記第２の電動発電機と前記電動機構との間に配置されたクラッチを含むことが好ましい。また、前記油圧負荷はブームシリンダであり、前記電動機構は旋回体を旋回させる旋回機構であることとしてもよい。

本発明によれば、回生油圧モータの出力が第２の電動発電機と変速機とを介して機械的に電動機構に伝達されて電動機構が駆動されるので、回生油圧モータで発生した動力で電動機構を直接駆動することができる。したがって、回生油圧モータで発生した動力を一旦電力に変換する必要が無く、機械・電気エネルギ変換に伴うエネルギ損失を抑制して回生油圧モータで発生した動力を効率的に利用することができる。

ハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。 ハイブリッド式油圧ショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。 本発明の一実施形態によるハイブリッド式油圧ショベルの駆動系を表すブロック図である。 本発明の一実施形態によるハイブリッド式油圧ショベルの駆動系を表すブロック図である。 本発明の一実施形態によるハイブリッド式油圧ショベルの駆動制御処理のフローチャートである。 駆動制御処理を実行した際のハイブリッド式油圧ショベルの各部の状態を説明するための図である。

以下に本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明が適用されるハイブリッド式作業機械としては、バッテリからの電力により駆動する電動発電機でエンジンをアシストしながら油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプで発生した油圧で作業を行なう油圧式作業機械であればどのような作業機械であってもよい。そのようなハイブリッド式作業機械として、例えば、油圧ショベル、リフティングマグネット、クレーン、ホイルローダなどが挙げられる。

まず、本発明が適用されるハイブリッド式作業機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルについて説明する。

図１はハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。ハイブリッド式油圧ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。

図２は、図１に示すハイブリッド式油圧ショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。減速機１３の出力軸には、油圧ポンプ１４が接続されている。油圧ポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。

コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

電動発電機１２には、インバータ１８を介して蓄電器を含む蓄電手段３０が接続されている。蓄電手段３０には、インバータ２０を介して旋回用電動発電機２１が接続されている。旋回用電動発電機２１はハイブリッド式油圧ショベルにおける電気負荷であり、旋回機構２を駆動して上部旋回体３を旋回させるための電動機として機能し、且つ回生電力を発生させるための発電機としても機能することができる。

以上の構成を有するハイブリッド式油圧ショベルは、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動発電機２１を動力源とするハイブリッド式作業機械である。以下、各部について説明する。

エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１は、作業機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、力行運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。すなわち、電動発電機１２は発電機兼電動機である。ここでは、電動発電機１２として、インバータ１８によって駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。なお、電動発電機１２は力行運転及び発電運転の双方が可能であるが、力行運転を行なう電動機と発電運転を行なう発電機とを減速機を介してエンジン１１に接続することとしてもよい。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸には油圧ポンプ１４の駆動軸が接続される。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラにより、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

油圧ポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生する油圧ポンプである。油圧ポンプ１４で発生した油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧負荷である油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と蓄電手段３０との間に設けられ、コントローラからの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電手段３０から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の発電運転を制御している際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電手段３０に供給する。

蓄電器を含む蓄電手段３０は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動発電機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、蓄電手段３０は力行運転に必要な電力を供給することができる。また、少なくともどちらか一方が発電運転又は回生運転を行っている際には、蓄電手段３０は発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源として機能する。

以上のような構成の駆動系において、通常、左右走行モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９からの戻り作動油はコントロールバルブ１７介して作動油タンク（図示せず）に戻され、油圧ポンプ１４により吸引されて高圧とされ、再度コントロールバルブ１７に供給される。図２に示す例では、比較的大きな油圧負荷であるブームシリンダ７の戻り作動油を利用して回生電力を発生させて蓄電手段３０に供給している。

具体的には、ブーム回生バルブ４０を切り替えてブームシリンダ７からの戻り作動油をブーム回生油圧モータ４０に供給し、ブーム回生油圧モータ４２を駆動する。ブーム回生油圧モータ４２はブーム回生発電機４４に接続されており、ブーム回生油圧モータ４２が駆動されると、ブーム回生発電機４４が駆動されて電力が発生する。ブーム回生発電機４４が発生した電力は、インバータ４６を介して蓄電手段３０に供給され、コンバータを介して蓄電手段３０に蓄積されたり、電動発電機１２や旋回用電動機２１に供給される。

以上のようなブームシリンダ７からの戻り作動油を利用して電力を発生させる機構には、ブーム回生油圧モータ４２の他に、ブーム回生発電機４４及びインバータ４６が必要であり、その分コストアップとなる。また、ブーム回生油圧モータ４２で回生した動力を、ブーム回生発電機４４により一旦電力に変換してから利用するので、機械エネルギから電気エネルギに変換する際のエネルギ損失が発生する。さらに、電力を一旦蓄電手段３０に蓄電してから電気負荷に供給するときにも充放電時のエネルギ損失が発生する。

そこで、本発明の一実施形態では、ブーム回生油圧モータ４２が発生する動力を旋回用電動発電機２１に直接伝達して旋回用電動発電機２１を駆動し、これにより旋回機構２を駆動する。

図３及び図４は本発明の一実施形態によるハイブリッド式油圧ショベルの駆動系を表すブロック図である。図３には、ブームシリンダ７からの戻り作動油を用いてブーム回生油圧モータ４２を駆動して動力を回生するとき（以下、この動作を「ブーム回生」と称する）の状態が示されている。一方、図４には、ブーム回生を行なっていないときの状態が示されている。

本実施形態では、ブーム回生バルブ４０とブーム回生油圧モータ４２との間の油路に作動油の流れる方向を切り替える方向切替バルブ５０が設けられる。また、旋回用電動発電機２１と旋回機構２との間に、クラッチを含む変速機５２が設けられる。そして、ブーム回生油圧モータ４２の出力軸は旋回用電動発電機２１の出力軸に機械的に接続されている。したがって、ブーム回生油圧モータ４２が駆動されると、ブーム回生油圧モータ４２の出力軸からの動力で旋回用電動発電機２１が駆動される。これにより、変速機５２を介して通常は旋回用電動発電機２１により駆動される電動機構である旋回機構２が変速機５２を介して機械的に駆動される。すなわち、ブーム回生油圧モータ４２で発生した動力を旋回機構２に直接供給して旋回機構２を駆動し、上部旋回体３を旋回させることができる。

以上のようにブーム回生を行なって旋回機構２を駆動する場合には、ブーム回生バルブ４０は、ブームシリンダ７からの戻り作動油が方向切替バルブ５０に流れるように油路を切り替える。これにより、ブームシリンダ７からの戻り作動油は、方向切替バルブ５０を通ってブーム回生油圧モータ４２に流れ、ブーム回生油圧モータ４２から排出された作動油は方向切替バルブ５０を通ってタンク２３に流れることとなる。

方向切替バルブ５０は、ブーム回生油圧モータ４２への作動油の供給方向を切り替えるためのバルブである。すなわち、ブーム回生油圧モータ４２は正転・逆転可能な油圧モータであり、方向切替バルブ５０で、ブーム回生油圧モータ４２の作動油供給と排出を反対にすることで、ブーム回生油圧モータ４２を必要に応じて正転あるいは逆転させることができる。これにより、ブーム回生油圧モータ４２により駆動される上部旋回体３を左右いずれの方向にも旋回させることができる。なお、ブーム回生油圧モータ４２を正転・逆転可能ではなく一方向にのみ回転可能な油圧モータとした場合、変速機５２に反転機構を設けることで、上部旋回体３を左右いずれの方向にも旋回させることができる。

以上のように、ブーム回生バルブ４０及び方向切替バルブ５０を操作することで、ブームシリンダ７からの戻り作動油によりブーム回生油圧モータ４２を所望の回転方向に駆動することができる。そして、旋回機構２を駆動して上部旋回体３を旋回させるには、変速機５２のクラッチを接続に切り替えて旋回用電動発電機２１と旋回機構２とを機械的に接続する。これにより、ブーム回生油圧モータ４２で発生した動力が旋回用電動発電機２１と変速機５２を介して旋回機構２に伝達され、旋回機構２が駆動される。

一方、上部旋回体３を旋回させる必要の無いときには、変速機５２に含まれているクラッチにより旋回用電動発電機２１と旋回機構２とを切り離すことにより、旋回機構２は駆動されない。このとき、インバータ２０により旋回用電動発電機２１を発電運転させることで、発生した電力（ブーム回生電力）を蓄電手段３０に供給することができる。蓄電手段３０は、必要に応じて供給された電力を電動発電機１２に供給したり、コンバータを介して蓄電手段３０に蓄電することができる。

以上のようにブーム回生を行なって旋回用電動発電機２１によりブーム回生電力を発生させる場合には、変速機５２のクラッチを切り離し、旋回用電動発電機２１と旋回機構２とを機械的に切り離しておく必要がある。

ブーム回生を行なわない場合は、図４に示すように、ブーム回生バルブ４０を操作し、ブームシリンダ７からの作動油が方向切替バルブ５０（すなわちブーム回生油圧モータ４２）に流れないように切り替える。このとき、ブーム回生バルブ４０は、タンク２３の作動油が切替バルブ５０を介してブーム回生油圧モータ４２に流れるように油路を切り替える。この油路の切り替えは、ブーム回生油圧モータ４２を空回りさせるために行なわれる。すなわち、ブーム回生を行なわないときでも、旋回用電動発電機２１を蓄電手段３０からの電力で駆動して旋回機構２を駆動する場合があり、そのようなときには、ブーム回生油圧モータ４２を空回りさせる必要がある。また、旋回用電動発電機２１が発電運転を行なって回生電力を発生させる場合にも、ブーム回生油圧モータ４２を空回りさせる必要がある。

ブーム回生がなされない場合には、ブーム回生油圧モータ４２を空回りさせた際に流れる作動油の量が最も少ない状態に制御することが好ましい。具体的には、ブーム回生油圧モータ４２を斜板式油圧モータとした場合、斜板の角度を最小に起きた状態にして、空回りする際に極力少ない量の作動油をメークアップ回路５４を介してブーム回生油圧モータ４２に供給してからタンク２３に戻すことで、ブーム回生油圧モータ４２を空回りさせるための動力損失を最小限に抑えることが好ましい。ここで、メークアップ回路５４は、ブーム回生油圧モータ４２の流入側管路が負圧になることを防止するために、タンク２３への戻り油路を開いて、ブーム回生油圧モータ４２の流入側管路に作動油をメークアップ油として供給するようにしている。

次に、本実施形態によるハイブリッド式油圧ショベルの駆動制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１において、運転者が運転席でレバー操作を行なうことにより、レバー操作信号がコントローラに入力され、レバー操作に基づいてショベル、アーム、ブーム等の各操作部が駆動される。次に、ステップＳ２において、ブーム回生を行なうか否かが判定される。ブーム回生を行なうか否かは、ブーム操作レバーの操作によりブームを動作させるときに、ブームシリンダ７から作動油がタンク２３に戻されるような状態となるか否かにより判定する。

ステップＳ２においてブーム回生を行なわない（ブーム回生無し）と判定される、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ブーム回生バルブ４０をＯＦＦとし、ブームシリンダ７からの作動油がブーム回生油圧モータ４２に流れずにブーム回生油圧モータ４２を空回りさせるためのメークアップ回路に切り替える。これにより、ステップＳ４において、ブーム回生油圧モータ４２はメークアップ回路５４を介して流れる作動油（メークアップ流量）により空回り（無負荷空回転）する。

続いて、ステップＳ５において、旋回機構２の動作パターンを判定する。すなわち、ステップＳ５において、上部旋回体３が右方向に旋回するように操作されているか、左方向に旋回するように操作されているかを判定する。ここでは、上部旋回体３を右方向に旋回させるときを旋回正転駆動とし、左方向に旋回させるときを旋回逆転駆動とする。

ステップＳ５において旋回正転駆動と判定された場合は、処理はステップＳ６Ａに進み、方向切替バルブ５０を操作して、ブーム回生バルブ４０から供給される作動油がブーム回生油圧モータ４２を正転させるように油路を切り替える。すなわち、ブーム回生を行なわない場合は、ブーム回生油圧モータは空回りするだけであり、この際、ブーム回生油圧モータ４２の流入側が負圧になるため、逆止弁５６が開き、メークアップ回路５４から作動油が補われる。

また、ステップＳ５において旋回正転駆動と判定された場合、すなわち、ブーム回生油圧モータ４２が逆転を行なう場合には、処理はステップＳ６Ｂに進み、方向切替バルブ５０を操作してブーム回生油圧モータ４２への流入側が逆方向になるように切り替えを行なう。この場合、逆止弁５８のほうが開き、メークアップ回路５４から作動油が補われる。

続いて、ステップＳ７において、変速機５２のクラッチを接続状態に設定する。これにより、旋回用電動発電機２１の出力軸と旋回機構２の入力軸とが機械的に接続され、旋回用電動発電機２１の動力が旋回機構２に伝達される状態となる。

次に、ステップＳ８において上部旋回体３の旋回を加速するような操作が行なわれているか否かについて判定される。上部旋回体３の旋回を加速すると判定された場合は、処理はステップＳ９に進み、旋回用電動発電機２１を力行運転するように（すなわち、電動機として機能するように）設定する。これにより、旋回用電動発電機２１により旋回機構２を駆動して上部旋回体３を旋回させることができる状態となる。

続いて、ステップＳ１０において、蓄電手段３０の蓄電器を放電状態に設定し、蓄電手段３０からの電力で旋回用電動発電機２１を駆動する。これにより、旋回機構２が駆動されて上部旋回体３が旋回する。このときのブーム回生バルブ４０、旋回機構２、変速機５２、方向切替バルブ５０、ブーム回生油圧モータ４２、旋回用電動発電機２１の状態が、図６のバッテリ出力状態の（１）、（３）の欄に示されている。

一方、ステップＳ８において上部旋回体３の旋回を加速しないと判定された場合は、処理はステップＳ１１に進み、旋回用電動発電機２１を発電運転するように（すなわち、発電機として機能するように）設定する。これにより、旋回用電動発電機２１により発電して電力を供給することができる状態となる。続いて、ステップＳ１２において、蓄電手段３０の蓄電器を充電状態に設定し、旋回用電動発電機２１で発生した電力を蓄電手段３０に供給して蓄電手段３０を充電する。このときのブーム回生バルブ４０、旋回機構２、変速機５２、方向切替バルブ５０、ブーム回生油圧モータ４２、旋回用電動発電機２１の状態が、図６のバッテリ出力状態の（２）、（４）の欄に示されている。

以上の処理が、ブーム回生を行なわないときの制御処理である。

一方、ステップＳ２においてブーム回生を行なう（ブーム回生有り）と判定されると、処理はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ブーム回生バルブ４０をＯＮとし、ブームシリンダ７からの作動油がブーム回生油圧モータ４２に流れるように油路を切り替える。これにより、ステップＳ１４において、ブームシリンダ７からの戻り作動油がブーム回生バルブ４０を通ってブーム回生油圧モータ４２に向かって流れる。

続いて、ステップＳ１５において、旋回機構２の動作パターンを判定する。すなわち、上部旋回体３を旋回させるか否か、また、旋回させる場合はブーム回生油圧モータ４２を正転させるか、逆転させるかについて判定する。ブーム回生油圧モータ４２を正転させるか、逆転させるかの判定は、上部旋回体３を右方向に旋回させるように操作レバーが操作されているか、左方向に旋回させるように操作レバーが操作されているかに基づいて行なわれる。

ステップＳ１５において上部旋回体３を旋回させないと判定されると、処理はステップＳ１６を経てステップＳ１７に進む。ステップＳ１６では方向切替バルブ５０を動作させることなく、ステップＳ１７において変速機５０のクラッチを非接続状態（離脱）とする。そして、ステップＳ１８において旋回用電動発電機２１を発電運転する。続いてステップＳ１９において、旋回用電動発電機２１で発生した電力を蓄電手段３０に蓄電する。このときのブーム回生バルブ４０、旋回機構２、変速機５２、方向切替バルブ５０、ブーム回生油圧モータ４２、旋回用電動発電機２１の状態が、図６のバッテリ出力状態の（５）の欄に示されている。

ここで、ステップＳ１５において上部旋回体３を正転駆動すると判定されると、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、方向切替バルブ５０を操作してブーム回生バルブ４０から供給される作動油がブーム回生油圧モータ４２を正転させるように油路を切り替える。そして、処理はステップＳ２２進み、て変速機５０のクラッチを接続状態（接続）とする。一方、ステップＳ１５において上部旋回体３を逆転駆動すると判定されると、処理はステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、方向切替バルブ５０を操作してブーム回生バルブ４０から供給される作動油がブーム回生油圧モータ４２を逆転させるように油路を切り替える。そして、処理は正転時と同様にステップＳ２２に進み、変速機５０のクラッチを接続状態（接続）とする。

続いて、ステップＳ２３において、上部旋回体３の旋回を加速するような操作が行なわれているか否かについて判定される。上部旋回体３の旋回を加速すると判定された場合は、処理はステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、ブーム回生により発生する動力が、上部旋回体３の旋回を加速するために必要な動力より大きいか否かが判定される。すなわち、ブーム回生により発生する動力を旋回機構２に供給してもなお発電するだけの余裕があるか否かが判定される。

ステップＳ２４においてブーム回生により発生する動力が上部旋回体３の旋回を加速するために必要な動力より大きくないと判定されると、処理はステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、旋回用電動発電機２１を力行電運転するように（すなわち、電動機として機能するように）設定する。これにより、旋回用電動発電機２１により旋回機構２を駆動して上部旋回体３を旋回させることができる状態となる。

続いて、ステップＳ２６において、蓄電手段３０を放電状態に設定し、蓄電手段３０からの電力でも旋回用電動発電機２１を駆動する。ステップＳ２４で判定されたようにブーム回生により発生する動力が上部旋回体３の旋回を加速するために必要な動力より大きくないということは、ブーム回生により発生する動力だけでは上部旋回体３の旋回を所望のように加速することができないということである。そこで、ステップＳ２６における処理を行い、蓄電手段３０からの電力で旋回用電動発電機２１を力行運転してアシストする。これにより、旋回機構２が駆動されて上部旋回体３が所望のように旋回する。このときのブーム回生バルブ４０、旋回機構２、変速機５２、方向切替バルブ５０、ブーム回生油圧モータ４２、旋回用電動発電機２１の状態が、図６のバッテリ出力状態の（７）、（１０）の欄に示されている。

一方、ステップＳ２４においてブーム回生により発生する動力が上部旋回体３の旋回を加速するために必要な動力より大きいと判定されると、処理はステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、旋回用電動発電機２１を発電運転するように（すなわち、発電機として機能するように）設定する。これにより、旋回用電動発電機２１により発電しながら旋回機構２を駆動して上部旋回体３を旋回させることができる状態となる。

続いて、ステップＳ２８において、蓄電手段３０の蓄電器を充電状態に設定し、旋回用電動発電機２１で発生した電力を蓄電手段３０に蓄電する。ステップＳ２４で判定されたようにブーム回生により発生する動力が上部旋回体３の旋回を加速するために必要な動力より大きいということは、ブーム回生により発生する動力は上部旋回体３の旋回を所望のように加速することができ、且つそれ以上の動力の余裕があるいうことである。そこで、ステップＳ２８における処理を行い、ブーム回生で得られた動力で旋回用電動発電機２１を発電運転して発生した電力を蓄電手段３０に供給して充電する。これにより、旋回機構２を駆動して上部旋回体３が所望のように旋回させながら同時に余った動力で発電して蓄電手段３０を充電することができる。このときのブーム回生バルブ４０、旋回機構２、変速機５２、方向切替バルブ５０、ブーム回生油圧モータ４２、旋回用電動発電機２１の状態が、図６のバッテリ出力状態の（６）、（９）の欄に示されている。

一方、ステップＳ２３において、上部旋回体３の旋回を加速しないと判定された場合は、処理はステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、旋回用電動発電機２１を発電運転するように（すなわち、発電機として機能するように）設定する。これにより、ブーム回生による動力で旋回用電動発電機２１を駆動して発電することが可能となる。

続いて、ステップＳ３０において、蓄電手段３０の蓄電器を充電状態に設定し、旋回用電動発電機２１で発生した電力を蓄電手段３０に蓄電する。ステップＳ２３で判定されたように上部旋回体３の旋回加速は行なわれないので、ブーム回生により発生する動力を旋回用電動発電機２１の発電運転にのみ使用することができる。そこで、ステップＳ３０における処理を行い、ブーム回生により得られた動力で旋回用電動発電機２１を発電運転して発生した電力を蓄電手段３０に供給して充電する。このときのブーム回生バルブ４０、旋回機構２、変速機５２、方向切替バルブ５０、ブーム回生油圧モータ４２、旋回用電動発電機２１の状態が、図６のバッテリ出力状態の（８）、（１１）の欄に示されている。

以上の如く、本実施形態によれば、ブーム回生油圧モータ４２の出力が旋回用電動発電機２１と変速機５２とを介して機械的に旋回機構２に伝達されて旋回機構２が駆動されるので、ブーム回生油圧モータ４２で発生した動力で旋回機構２を直接駆動することができる。したがって、ブーム回生油圧モータ４２で発生した動力を一旦電力に変換する必要が無く、機械・電気エネルギ変換に伴うエネルギ損失を抑制してブーム回生油圧モータ４２で発生した動力を効率的に利用することができる。

なお、本実施形態では、回生を行なう油圧負荷をブームシリンダ７とし、ブーム回生により得られる動力で駆動される負荷を旋回用電動発電機２１としたが、これに限られることはなく、ブームシリンダ7以外の他の油圧負荷からの戻り作動油で回生を行ない、旋回用電動発電機以外の他の電気負荷に回生動力を直接供給することとしてもよい。ただし、組み合わせる油圧負荷と電気負荷として、例えば、油圧負荷から得られる回生動力が電気負荷が要求する動力（電力）をまかなえる程度の大きさであることが好ましく、また、油圧負荷での回生が行なわれる際に同時に電気負荷の運転要求が発生することが好ましい。すなわち、そのような油圧負荷と電気負荷の組み合わせを適宜選択すればよい。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ 油圧ポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８ インバータ
２０ インバータ
２１ 旋回用電動発電機
２３ タンク
３０ 蓄電手段
４０ ブーム回生バルブ
４２ ブーム回生油圧モータ
４４ ブーム回生電動発電機
４６ インバータ
５０ 方向切替バルブ
５２ 変速機
５４ メークアップ回路
５６，５８ 逆止弁

Claims (3)

1. エンジンと、
   該エンジンの動力で駆動する第１の電動発電機と、
   該第１の電動発電機により発電した電力を蓄電する蓄電器と、
   油圧負荷からの戻り作動油が供給されて駆動される回生油圧モータと、
   該回生油圧モータに機械的に接続され、前記回生油圧モータの出力により駆動される第２の電動発電機と、
   該第２の電動発電機により駆動される電動機構と、
   前記第２の電動発電機により発生した動力を該電動機構に伝達する変速機と
   を有し、
   前記蓄電器は前記第２の電動発電機により発生した電力を蓄電することを特徴とするハイブリッド式作業機械。
2. 請求項１記載のハイブリッド式作業機械であって、
   前記変速機は、前記第２の電動発電機と前記電動機構との間に配置されたクラッチを含むことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
3. 請求項１又は２記載のハイブリッド式作業機械であって、
   前記油圧負荷はブームシリンダであり、前記電動機構は旋回体を旋回させる旋回機構であることを特徴とするハイブリッド式作業機械。

Images