JP5461795B2 - Hybrid construction machine drive system - Google Patents

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本発明は、エンジンによって油圧ポンプ及び発電電動機を駆動する第一駆動モードと、エンジン及び発電電動機によって油圧ポンプを駆動する第二駆動モードとを有するハイブリッド型建設機械の駆動システムに関し、特に、発電電動機による発電を過度に制限することなく、動力伝達の際の動力損失の発生を抑制できるハイブリッド型建設機械の駆動システムに関する。   The present invention relates to a hybrid construction machine drive system having a first drive mode in which a hydraulic pump and a generator motor are driven by an engine and a second drive mode in which the hydraulic pump is driven by the engine and the generator motor, and in particular, a generator motor. It is related with the drive system of the hybrid type construction machine which can suppress generation | occurrence | production of the power loss at the time of power transmission, without restrict | limiting excessively the electric power generation by A.

従来、エンジンと油圧ポンプ及び発電電動機との間にギアボックスを介在させずにエンジン、発電電動機及び油圧ポンプのそれぞれの回転軸を全て直結するパラレル式ハイブリッド型建設機械の駆動装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a drive device for a parallel hybrid construction machine that directly connects all rotation shafts of an engine, a generator motor, and a hydraulic pump without interposing a gear box between the engine, the hydraulic pump, and the generator motor. (For example, refer to Patent Document 1).

一般的なパラレル式ハイブリッド型建設機械の駆動装置は、ギアボックスを介してエンジンの回転力を油圧ポンプ及び発電電動機のそれぞれに分配しながら伝達するが、特許文献1に記載の駆動装置は、エンジンと発電電動機と油圧ポンプとをその順で直結することで、ギアボックスで生じていた動力伝達の際の動力損失を排除し、その動力損失の際に生じる熱を冷却するための冷却装置の設置を不要としている。
特開2007−218003号公報
A drive device of a general parallel hybrid construction machine transmits the rotational force of the engine to each of the hydraulic pump and the generator motor via a gear box, and the drive device described in Patent Document 1 By connecting the generator motor and the hydraulic pump directly in that order, the power loss that occurred in the gearbox was eliminated during power transmission, and a cooling device was installed to cool the heat generated during the power loss. Is unnecessary.
JP 2007-210803 A

しかしながら、特許文献1に記載の駆動装置は、エンジン、油圧ポンプ及び発電電動機のそれぞれの回転軸を等速で回転させるため、発電電動機の回転軸の回転数をエンジンの回転軸と同じ回転数に制限することとなり、発電電動機による発電量を低いレベルに制限してしまう。   However, since the drive device described in Patent Document 1 rotates the rotation shafts of the engine, the hydraulic pump, and the generator motor at a constant speed, the rotation speed of the rotation shaft of the generator motor is set to the same rotation speed as the rotation shaft of the engine. This will limit the amount of power generated by the generator motor to a low level.

上述の点に鑑み、本発明は、発電電動機による発電を過度に制限することなく、動力伝達の際の動力損失の発生を抑制しながら油圧ポンプを駆動できるハイブリッド型建設機械の駆動システムを提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides a drive system for a hybrid construction machine that can drive a hydraulic pump while suppressing generation of power loss during power transmission without excessively limiting power generation by a generator motor. For the purpose.

上述の課題を解決するために、第一の発明に係るハイブリッド型建設機械の駆動システムは、エンジンによって油圧ポンプ及び発電電動機を駆動する第一駆動モードと、エンジン及び発電電動機によって油圧ポンプを駆動する第二駆動モードとを有するハイブリッド型建設機械の駆動システムであって、前記エンジンの回転軸と前記油圧ポンプ又は前記発電電動機の何れか一方の回転軸とを直結し、前記エンジンの回転軸、又は、前記エンジンの回転軸に直結された前記一方の回転軸と他方の回転軸とを変速機構を介して接続することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a drive system for a hybrid construction machine according to a first aspect of the present invention includes a first drive mode in which a hydraulic pump and a generator motor are driven by an engine, and a hydraulic pump that is driven by the engine and the generator motor. A drive system for a hybrid construction machine having a second drive mode, wherein the engine rotation shaft and the rotation shaft of either the hydraulic pump or the generator motor are directly connected, and the engine rotation shaft, or The one rotation shaft directly connected to the rotation shaft of the engine is connected to the other rotation shaft through a transmission mechanism.

また、第二の発明は、第一の発明に係るハイブリッド型建設機械の駆動システムであって、前記エンジンの回転軸と前記変速機構を介して接続される前記他方の回転軸とをオフセット配置とすることを特徴とする。   The second invention is a drive system for a hybrid construction machine according to the first invention, wherein the rotation shaft of the engine and the other rotation shaft connected via the speed change mechanism are arranged in an offset manner. It is characterized by doing.

また、第三の発明は、第一の発明に係るハイブリッド型建設機械の駆動システムであって、前記変速機構は、遊星歯車機構であり、前記エンジンの回転軸と前記変速機構を介して接続される前記他方の回転軸とが同軸上に配置されることを特徴とする。   A third invention is a drive system for a hybrid construction machine according to the first invention, wherein the speed change mechanism is a planetary gear mechanism, and is connected to the rotation shaft of the engine via the speed change mechanism. The other rotating shaft is coaxially disposed.

また、第四の発明は、第一乃至第三の何れかの発明に係るハイブリッド型建設機械の駆動システムであって、前記エンジンの回転軸と前記油圧ポンプの回転軸とを直結し、前記油圧ポンプの回転軸と前記発電電動機の回転軸とを増速機構を介して接続することを特徴とする。   Further, a fourth invention is a drive system for a hybrid construction machine according to any one of the first to third inventions, wherein the rotary shaft of the engine and the rotary shaft of the hydraulic pump are directly connected, and the hydraulic pressure The rotary shaft of the pump and the rotary shaft of the generator motor are connected via a speed increasing mechanism.

上述の手段により、本発明は、発電電動機による発電を過度に制限することなく、動力伝達の際の動力損失の発生を抑制しながら油圧ポンプを駆動できるハイブリッド型建設機械の駆動システムを提供することができる。   By the above means, the present invention provides a drive system for a hybrid construction machine that can drive a hydraulic pump while suppressing generation of power loss during power transmission without excessively limiting power generation by a generator motor. Can do.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は、本発明に係る駆動システムが搭載されるハイブリッド型建設機械の構成例を示す図であり、ハイブリッド型建設機械1は、クローラ式の下部走行体2の上に、旋回機構を介して、上部旋回体3をX軸周りに旋回自在に搭載する油圧ショベルである。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a hybrid construction machine on which a drive system according to the present invention is mounted. The hybrid construction machine 1 is placed on a crawler type lower traveling body 2 via a turning mechanism. A hydraulic excavator in which the upper swing body 3 is mounted so as to be swingable around the X axis.

また、上部旋回体3は、前方中央部に、ブーム4、アーム5及びバケット6、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧シリンダとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9から構成される掘削アタッチメントを備える。   The upper swing body 3 includes a boom 4, an arm 5 and a bucket 6, and a boom cylinder 7, an arm cylinder 8 and a bucket cylinder 9 as hydraulic cylinders for driving the boom 4, the arm 5 and the bucket 6, respectively. Is provided.

図2は、本発明に係る駆動システム100の概略図であり、駆動システム100は、エンジン21、変速機構22、発電電動機23、インバータ24、バッテリ25、メインコントローラ26、油圧ポンプ27、旋回用電動機28、コントロールバルブ29、ブーム操作レバー30、旋回操作レバー31及び圧力センサ32を含む。   FIG. 2 is a schematic diagram of a drive system 100 according to the present invention. The drive system 100 includes an engine 21, a transmission mechanism 22, a generator motor 23, an inverter 24, a battery 25, a main controller 26, a hydraulic pump 27, and a turning electric motor. 28, a control valve 29, a boom operation lever 30, a turning operation lever 31, and a pressure sensor 32.

エンジン21は、所定のエンジン回転数で回転しながら油圧ポンプ27を駆動し、同時に、変速機構22を介して発電電動機23を駆動可能な内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等であって、回転数をメインコントローラ26に対して出力する。   The engine 21 is an internal combustion engine capable of driving the hydraulic pump 27 while rotating at a predetermined engine speed and simultaneously driving the generator motor 23 via the speed change mechanism 22, such as a gasoline engine or a diesel engine. The rotation number is output to the main controller 26.

変速機構22は、所定の変速比でエンジン21の回転力を発電電動機23に伝達するための装置であり、例えば、2000rpmで回転するエンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2を入力軸とし、発電電動機23の回転軸SFT3を出力軸としながら、その出力軸を4000〜8000rpmまで増速させる。   The speed change mechanism 22 is a device for transmitting the rotational force of the engine 21 to the generator motor 23 at a predetermined speed ratio. For example, the rotation shaft of the hydraulic pump 27 directly connected to the rotation shaft SFT1 of the engine 21 rotating at 2000 rpm. While using SFT2 as an input shaft and rotating shaft SFT3 of generator motor 23 as an output shaft, the output shaft is accelerated to 4000 to 8000 rpm.

また、図2は、等速で回転するエンジン21の回転軸SFT1と油圧ポンプ27の回転軸SFT2とを黒色の太線で示し、それら二つの回転軸より高速で回転する発電電動機23の回転軸SFT3を灰色の太線で示す。   Further, FIG. 2 shows the rotating shaft SFT1 of the engine 21 rotating at a constant speed and the rotating shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 by a black thick line, and the rotating shaft SFT3 of the generator motor 23 rotating at a higher speed than these two rotating shafts. Is indicated by a thick gray line.

発電電動機23は、機械エネルギーを電磁作用により電気エネルギーに変換して電力を産出し、一方で、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して回転力を産出するための装置であり、油圧ポンプ27や関連する他の構成部品の形状に応じて、縦長形状、扁平形状等の種々の形状が選択され得る。   The generator motor 23 is a device for converting mechanical energy into electric energy by electromagnetic action to produce electric power, while converting electric energy into mechanical energy to produce rotational force. Various shapes such as a vertically long shape and a flat shape can be selected in accordance with the shape of the other component parts.

油圧ポンプ27や関連する他の構成部品と組み合わせたときに駆動システム100内に無駄な空間を生じさせないようにして、駆動システム100の小型化、省スペース化を図るためである。   This is to reduce the size and space of the drive system 100 so as not to create a useless space in the drive system 100 when combined with the hydraulic pump 27 and other related components.

また、発電電動機23は、例えば、エンジン21によって駆動されることで発電した電気エネルギーを電力供給先(旋回用電動機28を含む。)にインバータ24を介して供給し、或いは、発電した電気エネルギーをバッテリ25にインバータ24を介して充電する発電機として機能し、一方で、インバータ24を介してバッテリ25に蓄えられた電気エネルギーを利用しながらエンジン21によって駆動される油圧ポンプ27にアシストトルクを与える電動機として機能する。   The generator motor 23 supplies, for example, electric energy generated by being driven by the engine 21 to an electric power supply destination (including the turning electric motor 28) via the inverter 24, or the generated electric energy is supplied. It functions as a generator that charges the battery 25 via the inverter 24, while giving assist torque to the hydraulic pump 27 driven by the engine 21 while using the electrical energy stored in the battery 25 via the inverter 24. Functions as an electric motor.

インバータ24は、交流電力と直流電力とを変換するための装置であり、例えば、発電電動機23が産出した交流電力を直流電力に変換してバッテリ25に充電したり、若しくは、旋回用電動機28に供給したりし、或いは、メインコントローラ26が出力する制御信号に基づいてバッテリ25の直流電力を交流電力に変換して発電電動機23又は旋回用電動機28に供給したりする。なお、インバータ24は、メインコントローラ26に一体化されていてもよい。   The inverter 24 is a device for converting alternating current power and direct current power. For example, the inverter 24 converts the alternating current power produced by the generator motor 23 into direct current power and charges the battery 25 or the turning electric motor 28. Or the DC power of the battery 25 is converted into AC power based on a control signal output from the main controller 26 and supplied to the generator motor 23 or the turning motor 28. The inverter 24 may be integrated with the main controller 26.

バッテリ25は、放電だけでなく、充電を行うことにより元の放電前の状態を回復できる装置であり、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等であって、バッテリ残存容量をメインコントローラ26に対して出力する。   The battery 25 is a device that can recover not only the discharge but also the original state by discharging, for example, a lead storage battery, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, an electric double layer capacitor, etc. The remaining capacity is output to the main controller 26.

メインコントローラ26は、駆動システム100を制御するための装置であり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備えたコンピュータを含み、電動機制御手段260、アシストトルク制御手段261及び発電制御手段262のそれぞれに対応するプログラムをROMに記憶しながら、各手段に対応する演算処理をCPUに実行させる。   The main controller 26 is a device for controlling the drive system 100, and includes, for example, a computer having a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), etc., and motor control means 260, causing the CPU to execute arithmetic processing corresponding to each means while storing programs corresponding to each of the assist torque control means 261 and the power generation control means 262 in the ROM.

メインコントローラ26の電動機制御手段260は、例えば、旋回操作レバー31の信号出力に基づいて旋回用電動機28が要求する電気エネルギーに関する情報を取得し、圧力センサ32の信号出力に基づいて発電電動機23が供給(発電)可能な電気エネルギーに関する情報を取得し、かつ、バッテリ25の信号出力に基づいてバッテリ25が供給(放電)可能な電気エネルギーに関する情報を取得して、発電電動機23及びバッテリ25のそれぞれから旋回用電動機28に供給すべき電気エネルギーを演算する。   The motor control means 260 of the main controller 26 acquires, for example, information on the electrical energy required by the turning motor 28 based on the signal output of the turning operation lever 31, and the generator motor 23 operates based on the signal output of the pressure sensor 32. Information on electrical energy that can be supplied (power generation) is acquired, and information on electrical energy that can be supplied (discharged) by the battery 25 is acquired based on the signal output of the battery 25, so that each of the generator motor 23 and the battery 25 The electric energy to be supplied to the turning electric motor 28 is calculated.

そして、メインコントローラ26の電動機制御手段260は、その演算結果に基づきインバータ24に対して制御信号を出力し、かつ、発電電動機23に対して制御電流(例えば、回転子に供給する界磁電流である。)を供給しながら、発電電動機23及びバッテリ25の電気エネルギーを旋回用電動機28に供給できるようにする。   Then, the motor control means 260 of the main controller 26 outputs a control signal to the inverter 24 based on the calculation result, and controls the generator motor 23 with a control current (for example, a field current supplied to the rotor). The electric energy of the generator motor 23 and the battery 25 can be supplied to the turning electric motor 28.

なお、発電電動機23が発電可能な電気エネルギーは、エンジン21の出力トルクから油圧ポンプ27の吸収トルクを差し引いた残余トルクに基づいて算出され、エンジン21の出力トルクはエンジン21が出力する回転数に基づいて算出され、油圧ポンプ27の吸収トルクは、圧力センサ32が検出する油圧ポンプ27の吐出圧に基づいて算出される(吐出圧が大きいほど油圧ポンプ27の吸収トルクは大きくなる。)。   The electric energy that can be generated by the generator motor 23 is calculated based on the residual torque obtained by subtracting the absorption torque of the hydraulic pump 27 from the output torque of the engine 21, and the output torque of the engine 21 is the number of revolutions output by the engine 21. The absorption torque of the hydraulic pump 27 is calculated based on the discharge pressure of the hydraulic pump 27 detected by the pressure sensor 32 (the absorption torque of the hydraulic pump 27 increases as the discharge pressure increases).

メインコントローラ26のアシストトルク制御手段261は、圧力センサ32の信号出力に基づいて油圧ポンプ27の吸収トルクを算出し、エンジン21の出力トルクと油圧ポンプ27の吸収トルクとの間の差である残余トルクが所定値未満となった場合に、インバータ24に対して制御信号を出力しバッテリ25から発電電動機23に電気エネルギーを供給させ発電電動機23を電動機として機能させることで、油圧ポンプ27の回転軸SFT2を回転させるためのアシストトルクを供給する。   The assist torque control means 261 of the main controller 26 calculates the absorption torque of the hydraulic pump 27 based on the signal output of the pressure sensor 32, and the residual that is the difference between the output torque of the engine 21 and the absorption torque of the hydraulic pump 27. When the torque becomes less than a predetermined value, a control signal is output to the inverter 24 to supply electric energy from the battery 25 to the generator motor 23 so that the generator motor 23 functions as an electric motor. Assist torque for rotating the SFT 2 is supplied.

これにより、油圧ポンプ27の回転軸SFT2は、エンジン21の出力トルクと発電電動機23のアシストトルクとによって回転させられることとなる。   Thereby, the rotating shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 is rotated by the output torque of the engine 21 and the assist torque of the generator motor 23.

メインコントローラ26の発電制御手段262は、発電電動機23に対して出力する制御電流(界磁電流)の大きさを変化させながら、残余トルクの範囲内で、発電電動機23の発電量を制御する。   The power generation control means 262 of the main controller 26 controls the power generation amount of the generator motor 23 within the range of the remaining torque while changing the magnitude of the control current (field current) output to the generator motor 23.

油圧ポンプ27の吸収トルクがエンジン21の出力トルクを超過してエンジンを停止させてしまうことがないようにするためである。   This is to prevent the absorption torque of the hydraulic pump 27 from exceeding the output torque of the engine 21 and stopping the engine.

油圧ポンプ27は、圧油を吐出するためのポンプであり、エンジン21の出力トルクのみによって駆動される第一駆動モード、或いは、エンジン21の出力トルクと発電電動機23が発生させるアシストトルクとの合計トルクによって駆動される第二駆動モードとを有し、必要に応じて吐出量Qを変化させながらブームシリンダ7、アームシリンダ8又はバケットシリンダ9等の油圧アクチュエータに圧油を供給する。   The hydraulic pump 27 is a pump for discharging pressure oil, and is the first drive mode driven only by the output torque of the engine 21 or the sum of the output torque of the engine 21 and the assist torque generated by the generator motor 23. The second drive mode is driven by torque, and pressure oil is supplied to a hydraulic actuator such as the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 or the bucket cylinder 9 while changing the discharge amount Q as necessary.

なお、メインコントローラ26は、油圧ポンプ27が第一駆動モードで駆動される場合に、発電電動機23に対して制御電流を供給し残余トルクを利用した発電を実行させるが、発電の必要が無い場合には(バッテリ残存容量が十分である場合には)、発電電動機23に対する制御電流の供給を中止し発電電動機23を無負荷で回転させるようにする。   When the hydraulic pump 27 is driven in the first drive mode, the main controller 26 supplies a control current to the generator motor 23 to execute power generation using the remaining torque, but there is no need for power generation. (When the remaining battery capacity is sufficient), the supply of the control current to the generator motor 23 is stopped and the generator motor 23 is rotated without load.

旋回用電動機28は、上部旋回体3を旋回させるための電動機であり、例えば、メインコントローラ26による制御の下、発電機として機能する発電電動機23から供給される電気エネルギー、又は、バッテリ25から供給される電気エネルギーを利用しながら、旋回操作レバー31の操作量に応じて上部旋回体3を旋回させる。   The turning electric motor 28 is an electric motor for turning the upper-part turning body 3. For example, the turning electric motor 28 is supplied from the electric energy supplied from the generator motor 23 functioning as a generator under the control of the main controller 26 or supplied from the battery 25. The upper turning body 3 is turned according to the operation amount of the turning operation lever 31 while using the electric energy.

なお、図2において、旋回用電動機28は、油圧ショベル1における電動機の単なる代表例であり、旋回用電動機28の代わりに、或いは、旋回用電動機28に加えて、他の電動機が利用され得る。   In FIG. 2, the turning electric motor 28 is merely a representative example of the electric motor in the hydraulic excavator 1, and other electric motors can be used instead of the turning electric motor 28 or in addition to the turning electric motor 28.

コントロールバルブ29は、油圧ポンプ27が吐出する圧油を油圧アクチュエータに供給し、かつ、油圧アクチュエータ内の圧油を圧油タンクTに排出するためのバルブであり、例えば、ブーム操作レバー30からの制御圧をパイロットポートで受け、その制御圧に応じてスプールを移動させながら油圧ポンプ27とブームシリンダ7との間の圧油管路を切り換えてブームシリンダ7を伸縮させる。   The control valve 29 is a valve for supplying the pressure oil discharged from the hydraulic pump 27 to the hydraulic actuator and discharging the pressure oil in the hydraulic actuator to the pressure oil tank T. For example, the control valve 29 is supplied from the boom operation lever 30. The control pressure is received by the pilot port, and the boom cylinder 7 is expanded and contracted by switching the pressure oil conduit between the hydraulic pump 27 and the boom cylinder 7 while moving the spool in accordance with the control pressure.

なお、図2において、ブームシリンダ7は、油圧ショベル1における油圧アクチュエータの単なる代表例であり、ブームシリンダ7の代わりに、或いは、ブームシリンダ7に加えて、アームシリンダ8、バケットシリンダ9又は走行モータ等の他の油圧アクチュエータが利用され得る。   In FIG. 2, the boom cylinder 7 is merely a representative example of the hydraulic actuator in the excavator 1, and instead of the boom cylinder 7 or in addition to the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, the bucket cylinder 9, or the traveling motor. Other hydraulic actuators can be utilized.

ブーム操作レバー30は、ブーム4を操作するための操作装置であり、例えば、レバーの傾倒操作に応じて、補助ポンプ(図示せず。)が吐出する圧油を制御圧管路L1、L2の何れかに流入させ、その結果として生ずる制御圧をレバー操作量としてコントロールバルブ29のパイロットポートに伝達する。   The boom operation lever 30 is an operation device for operating the boom 4, and for example, pressure oil discharged from an auxiliary pump (not shown) according to the tilting operation of the lever is set to any one of the control pressure lines L <b> 1 and L <b> 2. The resulting control pressure is transmitted to the pilot port of the control valve 29 as a lever operation amount.

なお、ブーム操作レバー30は、図2において、圧油を利用した構成を採るが、レバーの傾倒操作を電気的に検出し、かつ、そのレバー操作量をコントロールバルブ29に電気的に伝達する構成を採用するようにしてもよい。   The boom operation lever 30 employs a configuration using pressure oil in FIG. 2. However, the boom operation lever 30 electrically detects the tilting operation of the lever and electrically transmits the lever operation amount to the control valve 29. May be adopted.

旋回操作レバー31は、上部旋回体3の旋回を操作するための操作装置であり、例えば、レバーの傾倒操作に連動するポテンショメータが検出した値をレバー操作量としてメインコントローラ26に出力する。   The turning operation lever 31 is an operating device for operating the turning of the upper turning body 3, and outputs, for example, a value detected by a potentiometer linked to the tilting operation of the lever to the main controller 26 as a lever operation amount.

次に、図3〜図7を参照しながら、駆動システム100における三つの構成部品(エンジン21、発電電動機23及び油圧ポンプ27)の種々の配置について説明する。   Next, various arrangements of the three components (the engine 21, the generator motor 23, and the hydraulic pump 27) in the drive system 100 will be described with reference to FIGS.

図3は、エンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2と、発電電動機23の回転軸SFT3とを距離Dを隔てて平行配置した状態を示す。なお、変速機構22は、油圧ポンプ27から見てエンジン21とは反対側(図において油圧ポンプ27の右側)に延びる回転軸SFT2上に取り付けられ、スパーギア(平歯車)、ヘリカルギア(はすば歯車)、インターナルギア(内歯歯車)等で構成される。また、図の明瞭化のため、一段による増速が示されるが、増速の段数に制限はない。以下の図においても同様である。   FIG. 3 shows a state in which the rotation shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 directly connected to the rotation shaft SFT1 of the engine 21 and the rotation shaft SFT3 of the generator motor 23 are arranged in parallel with a distance D therebetween. The transmission mechanism 22 is mounted on a rotary shaft SFT2 that extends on the opposite side of the engine 21 as viewed from the hydraulic pump 27 (the right side of the hydraulic pump 27 in the figure), and includes a spur gear (spur gear) and a helical gear (helical gear). Gear), an internal gear (internal gear) and the like. For the sake of clarity, the speed increase by one stage is shown, but the number of speed increase stages is not limited. The same applies to the following drawings.

この平行配置により、駆動システム100は、その全長(図の左右方向の長さ)を短縮させることができる。   Due to this parallel arrangement, the drive system 100 can reduce its overall length (length in the left-right direction in the figure).

図4は、エンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2と、発電電動機23の回転軸SFT3とを軸角θで交差させるよう傾斜配置した状態を示す。なお、変速機構22は、油圧ポンプ27から見てエンジン21とは反対側(図において油圧ポンプ27の右側)に延びる回転軸SFT2上に取り付けられ、ベベルギア(かさ歯車)等で構成される。   FIG. 4 shows a state in which the rotation shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 directly connected to the rotation shaft SFT1 of the engine 21 and the rotation shaft SFT3 of the generator motor 23 are inclined so as to intersect at an axis angle θ. The transmission mechanism 22 is mounted on a rotation shaft SFT2 that extends on the opposite side of the engine 21 when viewed from the hydraulic pump 27 (the right side of the hydraulic pump 27 in the drawing), and is configured by a bevel gear (bevel gear) or the like.

この傾斜配置により、駆動システム100は、エンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2と、発電電動機23の回転軸SFT3とを平行配置しようとした場合に(図3参照。)、油圧ポンプ27と発電電動機23とが干渉してしまい平行配置できないような場合であっても、油圧ポンプ27と発電電動機23とを干渉させることなく近接させて配置することができる。   With this inclined arrangement, the drive system 100 attempts to place the rotation axis SFT2 of the hydraulic pump 27 directly connected to the rotation axis SFT1 of the engine 21 and the rotation axis SFT3 of the generator motor 23 in parallel (see FIG. 3). ) Even when the hydraulic pump 27 and the generator motor 23 interfere with each other and cannot be arranged in parallel, the hydraulic pump 27 and the generator motor 23 can be arranged close to each other without causing interference.

図5は、エンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2と、発電電動機23の回転軸SFT3とを平行配置及び傾斜配置することなく食い違うように配置(以下、「食い違い配置」とする。)した状態を示す。なお、図5において、発電電動機23の回転軸SFT3は、紙面に垂直であり、変速機構22は、油圧ポンプ27から見てエンジン21とは反対側(図において油圧ポンプ27の右側)に延びる回転軸SFT2上に取り付けられ、スパイラルギア(ねじ歯車)やウォームギア等で構成される。   FIG. 5 shows that the rotation shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 that is directly connected to the rotation shaft SFT1 of the engine 21 and the rotation shaft SFT3 of the generator motor 23 are arranged so as to be shifted without being arranged in parallel and inclined (hereinafter referred to as “misalignment arrangement”). ")"). In FIG. 5, the rotating shaft SFT3 of the generator motor 23 is perpendicular to the paper surface, and the speed change mechanism 22 rotates to the side opposite to the engine 21 as viewed from the hydraulic pump 27 (the right side of the hydraulic pump 27 in the figure). It is mounted on the shaft SFT2 and is composed of a spiral gear (screw gear), a worm gear, or the like.

図6は、エンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2と、発電電動機23の回転軸SFT3とを同軸上に配置した状態を示す。なお、変速機構22は、油圧ポンプ27から見てエンジン21とは反対側(図において油圧ポンプ27の右側)に延びる回転軸SFT2上に取り付けられ、遊星歯車機構等で構成される。   FIG. 6 shows a state where the rotation shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 directly connected to the rotation shaft SFT1 of the engine 21 and the rotation shaft SFT3 of the generator motor 23 are arranged on the same axis. The transmission mechanism 22 is mounted on a rotation shaft SFT2 that extends to the opposite side of the engine 21 when viewed from the hydraulic pump 27 (the right side of the hydraulic pump 27 in the figure), and includes a planetary gear mechanism or the like.

図7は、エンジン21の回転軸SFT1に直結された油圧ポンプ27の回転軸SFT2と、発電電動機23の回転軸SFT3とを平行配置し、エンジン21と油圧ポンプ27との間に取り付けられた変速機構22を介してそれら回転軸を接続した状態を示す。なお、変速機構22は、油圧ポンプ27から見てエンジン21と同じ側(図において油圧ポンプ27の左側)にある回転軸SFT1又はSFT2上に取り付けられ、スパーギア等で構成される。   In FIG. 7, the rotation shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 directly connected to the rotation shaft SFT1 of the engine 21 and the rotation shaft SFT3 of the generator motor 23 are arranged in parallel, and the speed change attached between the engine 21 and the hydraulic pump 27. The state which connected these rotating shafts via the mechanism 22 is shown. The speed change mechanism 22 is mounted on a rotary shaft SFT1 or SFT2 on the same side as the engine 21 when viewed from the hydraulic pump 27 (left side of the hydraulic pump 27 in the figure), and is configured by a spur gear or the like.

以上の構成により、駆動システム100は、エンジン21の回転軸SFT1と油圧ポンプ27の回転軸SFT2とを直結することにより動力伝達の際の動力損失の発生を抑制し、また、油圧ポンプ27の回転軸SFT2の回転数を増速させた上でその力を発電電動機23の回転軸SFT3に伝えることにより発電電動機による発電を過度に制限することもなく、油圧ポンプ27を駆動することができる。   With the above configuration, the drive system 100 suppresses the generation of power loss during power transmission by directly connecting the rotation shaft SFT1 of the engine 21 and the rotation shaft SFT2 of the hydraulic pump 27, and the rotation of the hydraulic pump 27 The hydraulic pump 27 can be driven without excessively restricting power generation by the generator motor by increasing the number of rotations of the shaft SFT2 and then transmitting the force to the rotation shaft SFT3 of the generator motor 23.

また、駆動システム100は、上述のような種々の変速機構22を用いて油圧ポンプ27と発電電動機23とを組み合わせた集合体の寸法(容積)を自由に設定できるので、小型化、省スペース化を図ることができ、また、関連する他の構成部品との組み合わせにも柔軟に対応することができる。   Further, since the drive system 100 can freely set the size (volume) of the assembly in which the hydraulic pump 27 and the generator motor 23 are combined using the various speed change mechanisms 22 as described above, the drive system 100 can be reduced in size and space. In addition, it is possible to flexibly cope with combinations with other related components.

なお、特許請求の範囲における「オフセット配置」は、上述の実施例における「平行配置」、「傾斜配置」及び「食い違い配置」を含むものとする。   The “offset arrangement” in the claims includes “parallel arrangement”, “inclined arrangement”, and “misalignment arrangement” in the above-described embodiments.

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes are within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

例えば、上述の実施例において、駆動システム100は、エンジン21の回転軸SFT1と油圧ポンプ27の回転軸SFT2とを直結し、油圧ポンプ27の回転軸SFT2と発電電動機23の回転軸SFT3とを増速機構を介して接続するが、エンジン21の回転軸SFT1と発電電動機23の回転軸SFT3とを直結し、発電電動機23の回転軸SFT3と油圧ポンプ27の回転軸SFT2とを減速機構を介して接続するようにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the drive system 100 directly connects the rotary shaft SFT1 of the engine 21 and the rotary shaft SFT2 of the hydraulic pump 27, and increases the rotary shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 and the rotary shaft SFT3 of the generator motor 23. The rotary shaft SFT1 of the engine 21 and the rotary shaft SFT3 of the generator motor 23 are directly connected, and the rotary shaft SFT3 of the generator motor 23 and the rotary shaft SFT2 of the hydraulic pump 27 are connected via a speed reduction mechanism. You may make it connect.

これにより、駆動システム100は、高回転型のエンジン21の回転軸SFT1と発電電動機23の回転軸SFT3とを直結し動力伝達の際の動力損失の発生を抑制しながら発電電動機23を高速回転させ、一方で、減速機構22によって回転速度を減速させ大きなトルクを発生させた上で油圧ポンプ27を駆動するので、発電電動機による発電を過度に制限することなく、動力伝達の際の動力損失の発生を抑制しながら油圧ポンプ27を駆動することができる。   Thus, the drive system 100 directly connects the rotating shaft SFT1 of the high-rotation type engine 21 and the rotating shaft SFT3 of the generator motor 23 to rotate the generator motor 23 at high speed while suppressing the occurrence of power loss during power transmission. On the other hand, since the hydraulic pump 27 is driven after the rotational speed is reduced by the speed reduction mechanism 22 and a large torque is generated, generation of power loss at the time of power transmission is generated without excessively limiting power generation by the generator motor. The hydraulic pump 27 can be driven while suppressing this.

また、上述の実施例において、駆動システム100は、エンジン21の一方の側に発電電動機23及び油圧ポンプ27の双方を配置するが、エンジン21の一方の側に発電電動機23を配置し、エンジン21の他方の側に油圧ポンプ27を配置するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the drive system 100 arranges both the generator motor 23 and the hydraulic pump 27 on one side of the engine 21, but the generator motor 23 is arranged on one side of the engine 21, and the engine 21. Alternatively, the hydraulic pump 27 may be disposed on the other side.

本発明に係る駆動システムが搭載されるハイブリッド型建設機械の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the hybrid type construction machine by which the drive system which concerns on this invention is mounted. 本発明に係る駆動システムの概略図である。It is the schematic of the drive system which concerns on this invention. 駆動システムにおけるエンジン、油圧ポンプ及び発電電動機の配置例を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the example of arrangement | positioning of the engine in a drive system, a hydraulic pump, and a generator motor. 駆動システムにおけるエンジン、油圧ポンプ及び発電電動機の配置例を示す図(その2)である。FIG. 6 is a diagram (part 2) illustrating an arrangement example of the engine, the hydraulic pump, and the generator motor in the drive system. 駆動システムにおけるエンジン、油圧ポンプ及び発電電動機の配置例を示す図(その3)である。FIG. 9 is a third diagram illustrating an arrangement example of the engine, the hydraulic pump, and the generator motor in the drive system. 駆動システムにおけるエンジン、油圧ポンプ及び発電電動機の配置例を示す図(その4)である。FIG. 8 is a diagram (No. 4) illustrating an arrangement example of the engine, the hydraulic pump, and the generator motor in the drive system. 駆動システムにおけるエンジン、油圧ポンプ及び発電電動機の配置例を示す図(その5)である。FIG. 10 is a fifth diagram illustrating an arrangement example of the engine, the hydraulic pump, and the generator motor in the drive system.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・油圧ショベル 2・・・下部走行体 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 21・・・エンジン 22・・・変速機構 23・・・発電電動機 24・・・インバータ 25・・・バッテリ 26・・・メインコントローラ 27・・・油圧ポンプ 28・・・旋回用電動機 29・・・コントロールバルブ 30・・・ブーム操作レバー 31・・・旋回操作レバー 32・・・圧力センサ 100・・・駆動システム L1、L2・・・制御圧管路 SFT1〜SFT3・・・回転軸 T・・・圧油タンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydraulic excavator 2 ... Lower traveling body 3 ... Upper turning body 4 ... Boom 5 ... Arm 6 ... Bucket 7 ... Boom cylinder 8 ... Arm cylinder 9 ... Bucket cylinder 21 ... Engine 22 ... Speed change mechanism 23 ... Generator motor 24 ... Inverter 25 ... Battery 26 ... Main controller 27 ... Hydraulic pump 28 ... Rotating motor 29 ... Control valve 30 ... Boom operation lever 31 ... Turning operation lever 32 ... Pressure sensor 100 ... Drive system L1, L2 ... Control pressure lines SFT1 to SFT3 ... Rotation shaft T ..Pressure oil tank

Claims (2)

エンジンによって油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプ及び発電電動機を駆動する第一駆動モードと、エンジン及び発電電動機によって油圧ポンプを駆動する第二駆動モードとを有するハイブリッド型建設機械の駆動システムであって、
前記エンジンの回転軸と前記油圧ポンプとを直結し
前記エンジンの回転軸と前記電動発電機の回転軸とを変速機構を介して接続し
前記エンジンの回転軸と前記電動発電機の回転軸とをオフセット配置とされ
前記変速機構により前記発電電動機の回転軸の回転数を前記油圧ポンプの回転軸の回転数より高くし
前記発電電動機の発電量は回転子の界磁電流の大きさにより制御され、
前記油圧ポンプは、前記油圧アクチュエータへの圧油の供給量が変化するように吐出量が変化される
ことを特徴とするハイブリッド型建設機械の駆動システム。
A hybrid construction machine drive system having a first drive mode for driving a hydraulic pump and a generator motor for supplying pressure oil to a hydraulic actuator by an engine and a second drive mode for driving a hydraulic pump by the engine and the generator motor. And
Directly connecting the rotating shaft of the engine and the hydraulic pump ;
Connecting the rotating shaft of the engine and the rotating shaft of the motor generator via a transmission mechanism ;
The rotational axis of the engine and the rotational axis of the motor generator are offset .
High comb than the rotational speed of the rotating shaft of the hydraulic pump the rotation speed of the rotating shaft of the generator motor by the speed change mechanism,
The power generation amount of the generator motor is controlled by the magnitude of the field current of the rotor,
The drive system for a hybrid type construction machine , wherein a discharge amount of the hydraulic pump is changed so that a supply amount of pressure oil to the hydraulic actuator is changed .
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサの信号出力に基づいて前記発電電動機を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型建設機械の駆動システム。

Controlling the generator motor based on a signal output of a pressure sensor for detecting a discharge pressure of the hydraulic pump;
The drive system for a hybrid type construction machine according to claim 1 .

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