JP5573824B2 - 油圧エネルギー回生装置 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、油圧ショベル等の建設機械などに使用される油圧エネルギー回生装置に関する。
従来、油圧エネルギー回生装置としては、油圧ポンプと、上記油圧ポンプから吐出される油により駆動する油圧アクチュエータと、上記油圧ポンプから上記油圧アクチュエータに供給される油の流量および流れ方向を制御する切換弁と、上記切換弁の下流側に設けられる回生用油圧モータと、上記回生用油圧モータで駆動される発電機とを備えたものがある(特開2003−49810号公報:特許文献1参照)。
そして、上記切換弁が中立位置にあるときのみに、油圧ポンプから吐出される油を回生用油圧モータに供給して、この油を発電機に利用していた。一方、切換弁が切換位置にあるとき、油圧ポンプから吐出される油は、回生用油圧モータに供給されず、発電機に利用されていなかった。以下、回生用油圧モータに中立位置のみで連通する切換弁の通路(ポート)を、絞り用通路(ポート)という。
ここで、実際には、上記切換弁が切換位置にあるときでも、油圧アクチュエータを安定して操作するために、油圧ポンプから余剰な油を流していた。そして、この余剰な油は、回生用油圧モータに供給されずに、無駄にタンクに捨てられていた。
特開2003−49810号公報
そこで、この発明の課題は、切換弁の切換位置においても、油圧ポンプから吐出される余剰な油を有効に利用することができる油圧エネルギー回生装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の油圧エネルギー回生装置は、
油圧ポンプ装置と、
上記油圧ポンプ装置から吐出される油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、
上記油圧ポンプ装置から上記油圧アクチュエータに供給される油の流量および流れ方向を制御すると共に、中立位置および切換位置において開放するバイパス通路を有する複数の切換弁と、
上記油圧ポンプ装置から上記複数の切換弁の上記バイパス通路を通ってタンクに連通するバイパスラインに、上記複数の切換弁の下流側に設けられると共に、このバイパスラインを通って上記タンクに流出する油によって回転する回生用油圧モータと、
上記回生用油圧モータで駆動される発電機と
上記回生用油圧モータで駆動される上記発電機の回転トルクを変化させて上記回生用油圧モータを通過する油の流量および圧力を制御する流量圧力制御部と
を備えることを特徴としている。
この発明の油圧エネルギー回生装置によれば、上記切換弁は、中立位置および切換位置において開放するバイパス通路を有するので、切換弁が中立位置にあるとき、油圧ポンプ装置から吐出される油は、バイパス通路を介して、回生用油圧モータに供給され、発電機に利用される。一方、切換弁が切換位置にあるとき、油圧アクチュエータを安定して操作するために油圧ポンプ装置から吐出される余剰な油は、回生用油圧モータに供給され、発電機に利用される。
したがって、上記切換弁の切換位置においても、油圧ポンプ装置から吐出される余剰な油を有効に利用することができる。
この実施形態の油圧エネルギー回生装置によれば、上記流量圧力制御部は、回生用油圧モータで駆動される上記発電機の回転トルクを変化させて回生用油圧モータを通過する油の流量および圧力を制御するので、油圧ポンプ装置から吐出され回生用油圧モータを通過する油は、回生用油圧モータによって抵抗を与えられながら、回生用油圧モータの下流側のタンクに流される。
これにより、上記バイパスライン、つまり、このバイパスラインに常時連通する油圧ポンプ装置の吐出ラインに、油圧アクチュエータを操作するために必要な圧力を発生させることができる。このように、回生用油圧モータに、従来の切換弁の絞り用ポートの機能をもたせることができる。
反対に、上記バイパスラインから必要以上の圧力を逃がすこともできるので、回生用油圧モータに、従来のリリーフバルブの機能をもたせることができる。さらに、リリーフバルブとして圧力を逃がす際にも、回生用油圧モータを回転させるので、高圧の余剰油を回生に利用できる。
したがって、中圧から高圧の余剰油をそのまま回生に利用できて、流量回生効率を低下することなく、圧力回生効率を向上することができる。また、回生用油圧モータおよび発電機は、リリーフバルブの機能および絞りの機能を有する。
また、一実施形態の油圧エネルギー回生装置では、
上記油圧ポンプ装置は、吐出する油の流量を可変する機能を有し、
上記油圧ポンプ装置から上記油圧アクチュエータに供給される油の流量および流れ方向を操作する操作部を設け、
上記操作部は、上記操作部の操作の大きさが大きいほど、上記切換弁の上記油圧アクチュエータに連通するポートの開度が大きくなるように、上記切換弁を制御し、
上記切換弁の上記開度が大きいほど、上記油圧ポンプ装置から吐出される油の流量が大きくなるように、上記油圧ポンプ装置を制御するポンプ吐出量制御部を設けている。
この実施形態の油圧エネルギー回生装置によれば、上記切換弁制御部と上記ポンプ吐出量制御部とを有するので、操作部の操作の大きさが大きいほど、油圧ポンプ装置から吐出される油の流量を大きくする。いわゆる、ポジコン制御を行う。
また、一実施形態の油圧エネルギー回生装置では、
上記油圧ポンプ装置から吐出された油の流量から、上記回生用油圧モータの回転数から求めた油の通過流量を差し引いて、上記油圧アクチュエータの駆動に使用された油の使用量を求める使用量演算部と、
上記使用量演算部によって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、上記油圧ポンプ装置から吐出される油の流量、または、上記回生用油圧モータで駆動される上記発電機の回転トルクの少なくとも一方を補正する流量圧力補正部と
を備える。
この実施形態の油圧エネルギー回生装置によれば、上記使用量演算部と上記流量圧力補正部とを有するので、油圧アクチュエータの負荷圧に左右されずに、精度のよい操作を行うことができる。
この発明の油圧エネルギー回生装置によれば、上記切換弁は、中立位置および切換位置において開放するバイパス通路を有するので、切換弁の切換位置においても、油圧ポンプ装置から吐出される余剰な油を有効に利用することができる。
本発明の油圧エネルギー回生装置の第1実施形態を示す回路図である。 操作部の操作の大きさと各ポートの通路の開口面積との関係を示すグラフである。 操作の大きさとポンプ圧力との関係を示すグラフである。 本発明の油圧エネルギー回生装置の第2実施形態を示す回路図である。 本発明の油圧エネルギー回生装置の第3実施形態を示す回路図である。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、この発明の油圧エネルギー回生装置の一実施形態である回路図を示している。図1に示すように、この油圧エネルギー回生装置は、例えば、油圧ショベル等の建設機械などに使用され、油圧ポンプ装置10と、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bと、第1、第2切換弁2A,2Bと、回生用油圧モータ62と、発電機63とを備える。
上記油圧ポンプ装置10は、可変容量型油圧ポンプ1と、この可変容量型油圧ポンプ1を駆動するエンジン4とを有する。可変容量型油圧ポンプ1は、ベーンポンプやピストンポンプ等の油圧ポンプであり、時間当たりに吐出する油の流量を可変する。
上記第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bは、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される油により駆動する。第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bは、例えば、ブームやアームやバケット等を駆動するシリンダであり、このシリンダロッドが、作動油によって、上下方向や左右方向に往復移動される。
上記第1、第2切換弁2A,2Bは、可変容量型油圧ポンプ1から第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bに供給される油の流量および流れ方向を制御する。第1、第2切換弁2A,2Bは、互いに、可変容量型油圧ポンプ1からタンク5に連通するバイパスラインとしての第1ライン51を介して、接続されている。第1ライン51上において、第1切換弁2Aは、第2切換弁2Bよりも、可変容量型油圧ポンプ1側に位置している。第1、第2切換弁2A,2Bは、それぞれ、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される吐出ラインとしての第2ライン52に接続されている。第2ライン52は、第1ライン51の第1切換弁2Aの上流側部分に、接続されている。
上記第1切換弁2Aは、第2,第3ライン52,53を介して、第1油圧アクチュエータ8Aに接続され、第5ライン55を介して、タンク7に接続されている。上記第2切換弁2Bは、第6,第7ライン56,57を介して、第2油圧アクチュエータ8Bに接続され、第5ライン55を介して、タンク7に接続されている。
上記回生用油圧モータ62は、第1ライン51に、第1、第2切換弁2A,2Bの下流側に設けられ、この第1ライン51を通ってタンク5に流出する油によって回転する。
上記発電機63は、回生用油圧モータ62のシャフトに連結され、回生用油圧モータ62で駆動される。発電機63には、コンバータ64が接続され、コンバータ64は、発電機63に供給する電流の周波数を制御する。この周波数を変更することにより、発電機63の回転数またはトルクを制御して、発電機63の発電量を調整することができる。コンバータ64には、蓄電装置65が接続され、蓄電装置65は、発電機63で発電された電気を蓄える。この電気は図示しない電気装置に使用されて、省エネルギー効果が得られるようになっている。
上記第1切換弁2Aは、6つのポートP,P',T',T,A,Bを有する。PポートPは、第2ライン52に接続され、P'ポートP'は、チェック弁12を介して、第2ライン52に接続され、T'ポートT'は、第5ライン55に接続され、TポートTは、第1ライン51に接続され、AポートAは、第3ライン53に接続され、BポートBは、第4ライン54に接続される。
上記第1切換弁2Aは、中立位置としての第1位置S1と、切換位置としての第2位置S2および第3位置S3とを有する。第1位置S1では、PポートPとTポートTが連通し、かつ、P'ポートP'、T'ポートT'、AポートAおよびBポートBが遮断状態になる。このとき、可変容量型油圧ポンプ1から吐出された油は、PポートP、TポートTを通過した後、第1ライン51を流れる。
上記第2位置S2では、P'ポートP'とAポートAが連通し、かつ、T'ポートT'とBポートBが連通し、かつ、PポートPとTポートTが連通する。このとき、可変容量型油圧ポンプ1から吐出された油は、PポートP、TポートTを通過した後、第1ライン51を流れる。また、可変容量型油圧ポンプ1から吐出された油は、P'ポートP'、AポートAを通過した後、第3ライン53を流れて、第1油圧アクチュエータ8Aの一方の第1シリンダ室に供給される。第1油圧アクチュエータ8Aの他方の第2シリンダ室の油は、第4ライン54を流れ、BポートB、T'ポートT'を通過し、第5ライン55を流れて、タンク7に戻る。P'ポートP'の上流側には、チェック弁11が設けられている。
上記第3位置S3では、P'ポートP'とBポートBが連通し、かつ、T'ポートT'とAポートAが連通し、かつ、PポートPとTポートTが連通する。このとき、可変容量型油圧ポンプ1から吐出された油は、PポートP、TポートTを通過した後、第1ライン51を流れる。また、可変容量型油圧ポンプ1から吐出された油は、P'ポートP'、BポートBを通過した後、第4ライン54を流れて、第1油圧アクチュエータ8Aの他方の第2シリンダ室に供給される。第1油圧アクチュエータ8Aの一方の第1シリンダ室の油は、第3ライン53を流れ、AポートA、T'ポートT'を通過し、第5ライン55を流れて、タンク7に戻る。
上記第2切換弁2Bは、第1切換弁2Aと同様に、6つのポートP,P',T',T,A,Bを有する。PポートPは、第1ライン51に接続され、P'ポートP'は、チェック弁12を介して、第2ライン52に接続され、T'ポートT'は、第5ライン55に接続され、TポートTは、第1ライン51を介して、回生用油圧モータ62に接続され、AポートAは、第6ライン56に接続され、BポートBは、第7ライン57に接続される。
上記第2切換弁2Bの第1、第2、第3位置S1,S2,S3において、PポートPとTポートTが連通し、第1切換弁2Aから第1ライン51を流れる油は、第2切換弁2BのPポートP、TポートTを通過した後、回生用油圧モータ62に流れる。なお、上記第2切換弁2Bのその他の構造は、上記第1切換弁2Aと同じ構造であるので、説明を省略する。
上記第1、第2切換弁2A,2Bは、回生用油圧モータ62に常時連通するPポートP、TポートTを有する。例えば、切換弁2A,2Bは、PポートPとTポートTとの間に、ランドを設けない構成とする。
言い換えると、第1、第2切換弁2A,2Bは、第1位置S1(中立位置)および第2、第3位置S2,S3(切換位置)において開放するバイパス通路を有する。このバイパス通路は、第1ライン51に連通する。つまり、この切換弁2A,2BのPポートPおよびTポートTには、従来の切換弁の絞り用ポートの絞り機能がない。
上記回生用油圧モータ62の回転トルクを変化させて上記回生用油圧モータ62を通過する油の流量および圧力を制御する流量圧力制御部90を設けている。具体的に述べると、流量圧力制御部90は、回生用油圧モータ62のシャフトに連結された発電機63のトルクを制御することで、回生用油圧モータ62のトルクを変化する。
さらに、上記流量圧力制御部90は、第1ライン51の第2切換弁2Bと回生用油圧モータ62との間に設けられた圧力センサ92の出力に基づいて、回生用油圧モータ62のトルクを調整して、回生用油圧モータ62を通過する油の流量および圧力を所定の値に調整する。
上記第1切換弁2Aは、第1操作部3Aの操作によって、制御され、上記第2切換弁2Bは、第2操作部3Bの操作によって、制御される。つまり、第1操作部3Aは、可変容量型油圧ポンプ1から第1油圧アクチュエータ8Aに供給される油の流量および流れ方向を操作し、第2操作部3Bは、可変容量型油圧ポンプ1から第2油圧アクチュエータ8Bに供給される油の流量および流れ方向を操作する。
上記第1操作部3Aは、例えば操作レバーであり、第1操作部3Aの操作を、指令信号(操作Pi)として第1切換弁2Aに送って、第1切換弁2Aを制御する。具体的に述べると、第1切換弁2Aは、第1操作部3Aの操作方向に基づいて、第1、第2、第3位置S1,S2,S3の何れかの位置、または、その中間位置に設定される。
また、上記第1操作部3Aは、第1操作部3Aの操作の大きさ(例えばレバーの移動量などの操作幅)に基づいて、第1切換弁2Aの開度を制御する。つまり、第1操作部3Aは、第1操作部3Aの操作の大きさが大きいほど、第1切換弁2Aの第1油圧アクチュエータ8Aに連通するP'ポートP',T'ポートT',AポートA,BポートBの開度が大きくなるように、第1切換弁2Aを制御する。
なお、上記第2操作部3Bおよび上記第2切換弁2Bについて、上記第1操作部3Aおよび上記第1切換弁2Aと同様の構成であるため、説明を省略する。
上記可変容量型油圧ポンプ1、上記切換弁2A,2B、および、上記流量圧力制御部90は、制御装置6によって、制御される。制御装置6は、ポンプ吐出量制御部6aと、使用量演算部6bと、流量圧力補正部6cと、流量圧力調整部6dとを有する。
上記ポンプ吐出量制御部6aは、上記切換弁2A,2Bの上記開度が大きいほど、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される油の流量が大きくなるように、可変容量型油圧ポンプ1を制御する。つまり、第1操作部3Aの操作の大きさが大きく、第1切換弁2Aの第1油圧アクチュエータ8Aに連通するP'ポートP',T'ポートT',AポートA,BポートBの開度が大きくなるほど、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される油の流量を大きくする。なお、上記第2操作部3Bおよび上記第2切換弁2Bについても同様である。このように、ポンプ吐出量制御部6aは、いわゆる、ポジコン制御を行う。
上記使用量演算部6bは、可変容量型油圧ポンプ1から吐出された油の流量から、回生用油圧モータ62の回転数から求めた油の通過流量を差し引いて、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bの駆動に使用された油の使用量を求める。
上記流量圧力補正部6cは、上記使用量演算部6bによって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される油の流量、または、回生用油圧モータ62で駆動される発電機63の回転トルクの少なくとも一方を補正する。つまり、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bの駆動に使用された油の使用量が、目標値に対して、多い場合、可変容量型油圧ポンプ1の吐出量を少なくして、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bに流れる油の流量を少なくし、および/または、回生用油圧モータ62の回転トルクを小さくして、タンク5へ流れる流量を多くし第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bに流れる油の流量を少なくする。このように、油圧アクチュエータ8A,8Bの負荷圧に左右されずに、精度のよい操作を行うことができる。
上記流量圧力調整部6dは、流量圧力制御部90を制御する。例えば、流量圧力調整部6dは、流量圧力制御部90を制御し、回生用油圧モータ62のトルクを変化させて、第1ライン51と、この第1ライン51に常時連通する第2ライン52とに、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bを操作するために必要な圧力を発生させる。
次に、上記構成の油圧エネルギー回生装置の作用について説明する。
上記切換弁2A,2Bは、中立位置S1および切換位置S2,S3において開放するバイパス通路を有するので、切換弁2A,2Bが中立位置S1にあるとき、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される油は、バイパス通路を介して、回生用油圧モータ62に供給され、発電機63に利用される。一方、切換弁2A,2Bが切換位置S2,S3にあるとき、油圧アクチュエータ8A,8Bを安定して操作するために可変容量型油圧ポンプ1から吐出される余剰な油は、回生用油圧モータ62に供給され、発電機63に利用される。
したがって、上記切換弁2A,2Bの切換位置S2,S3においても、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される余剰な油を有効に利用することができる。
また、上記流量圧力制御部90は、回生用油圧モータ62で駆動される発電機63の回転トルクを変化させて、回生用油圧モータ62を通過する油の流量および圧力を制御するので、可変容量型油圧ポンプ1から吐出され回生用油圧モータ62を通過する油は、回生用油圧モータ62によって抵抗を与えられながら、回生用油圧モータ62の下流側のタンク5に流される。
これにより、上記第1ライン51、つまり、この第1ライン51に常時連通する第2ライン52に、油圧アクチュエータを8A,8Bを操作するために必要な圧力を発生させることができる。回生用油圧モータ62の回転トルクを大きくすることで、回生用油圧モータ62の上流側の圧力(つまり、油圧アクチュエータを8A,8Bの操作圧力)を大きくすることができる。このように、回生用油圧モータ62に、従来の切換弁の絞り用ポートの機能をもたせることができる。
反対に、上記第1ライン51から必要以上の圧力を逃がすこともできるので、回生用油圧モータ62に、従来のリリーフバルブの機能をもたせることができる。さらに、リリーフバルブとして圧力を逃がす際にも、回生用油圧モータ62を回転させるので、高圧の余剰油を回生に利用できる。要するに、回生用油圧モータ62および発電機63は、リリーフバルブの機能および絞りの機能を有する。
具体的に述べると、上記第1切換弁2Aの各ポートP,P',T',T,A,Bは、図2に示すような変化パターンで制御される。なお、第2切換弁2Bのポートの制御も、図2と同じであるため、説明を省略する。
図2に示すように、横軸に、第1操作部3Aの操作の大きさを示し、縦軸に、各ポートの開口面積を示す。操作の大きさが0%とは、第1操作部3Aのレバーを中立位置、つまり、第1切換弁2Aを第1位置S1にするときをいい、操作の大きさ100%とは、第1操作部3Aのレバーを一方向の切換位置へ最大に移動したとき、つまり、第1切換弁2Aを第2位置S2にするときをいう。なお、第3位置S3への切り換えについても同様である。
そして、上記第1切換弁2Aの制御を説明すると、第1パターン線Q1に示すように、PポートPからTポートTへの通路の面積は、常時一定である。第2パターン線Q2に示すように、P'ポートP'からAポートAへの通路の面積を変化させ、かつ、図2の第3パターン線Q3に示すように、BポートBからT'ポートT'への通路の面積を変化させることで、第1油圧アクチュエータ8Aに供給する流量や第1油圧アクチュエータ8Aから流出させる流量を調整する。
このとき、従来の切換弁の絞り用ポートの「絞る」特性については、回生用油圧モータ62の「抵抗」(つまり、回転トルク)を変化することで代用する。
本来、「絞る」機能は、「圧力を立て」ながら「油を流す」という2つの作用を持っているため、単純に「抵抗」だけでの代用は不可能である。しかし、本発明の流量圧力制御部90については、圧力センサ92の出力、または、回生用油圧モータ62の回転数を検知して、流れる流量を算出することができる。これを活用して、「抵抗」を与えて「圧力を立て」ながら、同時に、「回転数」を検知して「油を流す(抵抗を調整する)」ように制御することが可能となる。これによって、回生用油圧モータ62は、従来の絞り用ポートの代用となる。
さらに、上記回生用油圧モータ62を、従来の「絞り」の代わりとすることで、「絞り」の場合には熱として周囲に発散していたエネルギーの幾らかを、回生用油圧モータ62を介して、電気エネルギーとして回生できる。
また、上記回生用油圧モータ62で圧力を制御することになるため、図3に示すように、低圧領域R1に加えて、高圧領域R2を回生することができる。図3は、操作の大きさとポンプ圧力との関係を示し、横軸に、操作部3A,3Bの操作の大きさを示し、縦軸に、可変容量型油圧ポンプ1の吐出圧力を示す。
図3に示すように、油圧アクチュエータ8A,8Bを操作する必要な圧力を発生させるまでの間、ポンプ圧力は、低圧の第1圧力P1となる。この第1圧力P1は、アンロード圧損となる。なお、ネガコン制御の場合、第1圧力P1は、仮想線に示す、第2圧力P2(ネガコン圧という)となり、この第2圧力P2は、第1圧力P1よりも大きい。
そして、操作の大きさを大きくしていくと、順に、第3圧力P3、第4圧力P4と変化する。第3圧力P3は、[アクチュエータ負荷圧×(1.1〜1.2)]程度であり、第4圧力P4は、[アクチュエータ負荷圧+α]である。第4圧力P4は、第3圧力P3よりも小さい。
したがって、本発明では、低圧の油(つまり、低圧領域R1)に加えて、中圧から高圧の余剰油(つまり、中高圧領域R2)をそのまま回生に利用できて、流量回生効率を低下することなく、圧力回生効率を向上することができる。また、回生用油圧モータ62を高圧(大きな差圧)で回転させることができるため、発電機63を大きな力で発電させることができて、多くの発電量を得ることができる。これに対して、従来の油圧エネルギー回生装置では、高圧領域R2を回生できず、低圧領域R1しか回生できなかった。これは、高圧領域R2は、従来の切換弁の絞り用通路よりも、上流側で発生するためである。
(第2の実施形態)
図4は、この発明の油圧エネルギー回生装置の第2の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第2の実施形態では、2つのポンプ駆動回路と、1つの回生用油圧モータとを有する。なお、上記第1の実施形態と同一の符号は、上記第1の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図4に示すように、この油圧エネルギー回生装置は、第1ポンプ駆動回路80Aおよび第2ポンプ駆動回路80Bと、1つの回生用油圧モータ62とを有する。
上記第1、第2ポンプ駆動回路80A,80Bの構成は、上記第1実施形態の図1に示す回路の圧力センサ92よりも上流側の構成と同じである。第1、第2ポンプ駆動回路80A,80Bは、それぞれ、油圧ポンプ装置10と、第1、第2切換弁2A,2Bと、油圧アクチュエータ8A,8Bとを有する。第1、第2切換弁2A,2Bは、それぞれ、中立位置S1および切換位置S2,S3において開放するバイパス通路を有する。
上記回生用油圧モータ62は、上記第1、第2ポンプ駆動回路80A,80Bの最下流に、連結制御弁70を介して、接続されている。連結制御弁70と回生用油圧モータ62との間に、圧力センサ92を設けている。
上記連結制御弁70は、例えば、比例減圧弁である。連結制御弁70は、第1から第6ポート71〜76を有する。第1ポート71は、第1ポンプ駆動回路80Aの最下流(第1ライン51)に接続され、第2ポート72は、第2ポンプ駆動回路80Bの最下流(第1ライン51)に接続され、第3ポート73は、タンク81に接続され、第4ポート74は、チェック弁12を介して、回生用油圧モータ62に接続され、第5ポート75は、チェック弁13を介して、回生用油圧モータ62に接続され、第6ポート76は、タンク82に接続される。
上記連結制御弁70は、第1位置S1、第2位置S2および第3位置S3を有する。第1位置S1では、第1ポート71と第4ポート74が連通し、かつ、第2ポート72と第5ポート75が連通する。そして、第1ポンプ駆動回路80Aの第1ライン51を流れる油と、第1ポンプ駆動回路80Aの第1ライン51を流れる油とは、回生用油圧モータ62に流れる。
上記第2位置S2では、第1ポート71と第4ポート74が連通し、かつ、第2ポート72と第6ポート76が連通する。そして、第1ポンプ駆動回路80Aの第1ライン51を流れる油は、回生用油圧モータ62に流れる。第2ポンプ駆動回路80Bの第1ライン51を流れる油は、タンク82に流れる。
上記第3位置S3では、第1ポート71と第3ポート73が連通し、かつ、第2ポート72と第5ポート75が連通する。そして、第2ポンプ駆動回路80Bの第1ライン51を流れる油は、回生用油圧モータ62に流れる。第1ポンプ駆動回路80Aの第1ライン51を流れる油は、タンク81に流れる。
上記連結制御弁70は、第3操作部3Cの操作によって、制御される。この第3操作部3Cは、第3操作部3Cの操作を、信号として連結制御弁70に送って、連結制御弁70を制御する。
具体的に述べると、使用していないポンプ駆動回路側のアンロード通路をタンクに接続している状態で、この不使用のアンロード通路を追加で使用する場合、第3操作部3Cを操作して、タンクに開放しているアンロード通路を、閉じながら、回生用油圧モータ62に接続する。
したがって、上記構成の油圧エネルギー回生装置では、2つのポンプ駆動回路に対して1つの回生用油圧モータで構成することが可能となり、コストを低減できる。一般的にショベルにおけるポンプ駆動回路は2つであるため、ショベルに好適となる。なお、ポンプ駆動回路を3つ以上とし、この3つのポンプ駆動回路を1つの回生用油圧モータで接続するようにしてもよい。
(第3の実施形態)
図5は、この発明の油圧エネルギー回生装置の第3の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第3の実施形態では、制御装置の構成が相違し、流量圧力制御部に代わる構造が存在する。なお、上記第1の実施形態と同一の符号は、上記第1の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図5に示すように、この油圧エネルギー回生装置は、上記第1実施形態の流量圧力制御部90に代えて、可変絞り91と絞り量調整部93とを有する。可変絞り91は、第1ライン51の圧力センサ92の接続部分と回生用油圧モータ62との間に、接続される。絞り量調整部93は、圧力センサ92の出力に基づいて可変絞り91の絞り量を調整する。つまり、絞り量調整部93は、圧力センサ92の出力に基づいて、可変絞り91の絞り量を調整して、回生用油圧モータ62を通過する油の流量および圧力を所定の値に調整する。
そして、上記可変絞り91と上記絞り量調整部93は、回生用油圧モータ62を通過する油の流量および圧力を制御するので、可変容量型油圧ポンプ1から吐出され回生用油圧モータ62に流れる油は、可変絞り91および絞り量調整部93によって、抵抗を与えられながら回生用油圧モータ62の下流側のタンク5に流される。
これにより、上記第1ライン51、つまり、この第1ライン51に常時連通する第2ライン52に、油圧アクチュエータを8A,8Bを操作するために必要な圧力を発生させることができる。可変絞り91の絞り量を大きくすることで、可変絞り91の上流側の圧力(つまり、油圧アクチュエータを8A,8Bの操作圧力)を大きくすることができる。このように、可変絞り91および絞り量調整部93に、従来の切換弁の絞り用ポートの機能をもたせることができる。
一方、制御装置6Aは、ポンプ吐出量制御部6aと、使用量演算部6bと、流量圧力補正部6cと、絞り量調整部6eとを有する。ポンプ吐出量制御部6a、使用量演算部6bおよび流量圧力補正部6cは、上記第1実施形態と同じ構成であり、上記第1実施形態の流量圧力調整部6dに代えて、絞り量調整部6eを用いている。
上記絞り量調整部6eは、上記絞り量調整部93を制御する。例えば、絞り量調整部6eは、絞り量調整部93を制御して、第1ライン51と、この第1ライン51に常時連通する第2ライン52とに、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bを操作するために必要な圧力を発生させる。
上記流量圧力補正部6cは、上記使用量演算部6bによって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、可変容量型油圧ポンプ1から吐出される油の流量、または、可変絞り91の絞り量の少なくとも一方を補正する。つまり、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bの駆動に使用された油の使用量が、目標値に対して、多い場合、可変容量型油圧ポンプ1の吐出量を少なくして、第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bに流れる油の流量を少なくし、および/または、可変絞り91の絞り量を大きくして、タンク5へ流れる流量を多くし第1、第2油圧アクチュエータ8A,8Bに流れる油の流量を少なくする。このように、油圧アクチュエータ8A,8Bの負荷圧に左右されずに、精度のよい操作を行うことができる。
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記油圧ポンプ装置を、固定容量型油圧ポンプとコンバータとから構成して、コンバータにより、固定容量型油圧ポンプの時間当りに吐出する油の流量を可変するようにしてもよい。また、上記切換弁の数量や、上記油圧アクチュエータの数量や、上記操作部の数量を増減してもよい。
また、上記油圧エネルギー回生装置のポンプ制御について、ポジコン制御に限定されず、大流量制御やネガコン制御を用いてもよい。また、上記切換弁制御部、上記ポンプ吐出量制御部、上記使用量演算部、上記流量圧力補正部および上記絞り量調整部の少なくとも一つを、省略するようにしてもよい。
また、上記圧力センサを、回生用油圧モータの下流に、設けてもよく、また、上記圧力センサおよび上記可変絞りを、回生用油圧モータの下流に、順に、設けてもよい。
また、上記油圧エネルギー回生装置は、ショベル以外に、小型クレーン、トラッククレーン、車両積載車、塵芥車などの機械に適用可能である。
1 可変容量型油圧ポンプ
2A 第1切換弁
2B 第2切換弁
3A 第1操作部
3B 第2操作部
3C 第3操作部
4 エンジン
5 タンク
6,6A 制御装置
6a ポンプ吐出量制御部
6b 使用量演算部
6c 流量圧力補正部
6d 流量圧力調整部
6e 絞り量調整部
8A 第1油圧アクチュエータ
8B 第2油圧アクチュエータ
10 油圧ポンプ装置
51 第1ライン(バイパスライン)
52 第2ライン(吐出ライン)
62 回生用油圧モータ
63 発電機
64 コンバータ
65 蓄電装置
70 連結制御弁
80A 第1ポンプ駆動回路
80B 第2ポンプ駆動回路
90 流量圧力制御部
91 可変絞り
92 圧力センサ
93 絞り量調整部
S1 第1位置(中立位置)
S2 第2位置(切換位置)
S3 第3位置(切換位置)

Claims (3)

  1. 油圧ポンプ装置(10)と、
    上記油圧ポンプ装置(10)から吐出される油により駆動される複数の油圧アクチュエータ(8A,8B)と、
    上記油圧ポンプ装置(10)から上記油圧アクチュエータ(8A,8B)に供給される油の流量および流れ方向を制御すると共に、中立位置(S1)および切換位置(S2,S3)において開放するバイパス通路を有する複数の切換弁(2A,2B)と、
    上記油圧ポンプ装置(10)から上記複数の切換弁(2A,2B)の上記バイパス通路を通ってタンク(5)に連通するバイパスライン(51)に、上記複数の切換弁(2A,2B)の下流側に設けられると共に、このバイパスライン(51)を通って上記タンク(5)に流出する油によって回転する回生用油圧モータ(62)と、
    上記回生用油圧モータ(62)で駆動される発電機(63)と
    上記回生用油圧モータ(62)で駆動される上記発電機(63)の回転トルクを変化させて上記回生用油圧モータ(62)を通過する油の流量および圧力を制御する流量圧力制御部(90)と
    を備えることを特徴とする油圧エネルギー回生装置。
  2. 請求項1に記載の油圧エネルギー回生装置において、
    上記油圧ポンプ装置(10)は、吐出する油の流量を可変する機能を有し、
    上記油圧ポンプ装置(10)から上記油圧アクチュエータ(8A,8B)に供給される油の流量および流れ方向を操作する操作部(3A,3B)を設け、
    上記操作部(3A,3B)は、上記操作部(3A,3B)の操作の大きさが大きいほど、上記切換弁(2A,2B)の上記油圧アクチュエータ(8A,8B)に連通するポート(P',T',A,B)の開度が大きくなるように、上記切換弁(2A,2B)を制御し、
    上記切換弁(2A,2B)の上記開度が大きいほど、上記油圧ポンプ装置(10)から吐出される油の流量が大きくなるように、上記油圧ポンプ装置(10)を制御するポンプ吐出量制御部(6a)を設けたことを特徴とする油圧エネルギー回生装置。
  3. 請求項に記載の油圧エネルギー回生装置において、
    上記油圧ポンプ装置(10)から吐出された油の流量から、上記回生用油圧モータ(62)の回転数から求めた油の通過流量を差し引いて、上記油圧アクチュエータ(8A,8B)の駆動に使用された油の使用量を求める使用量演算部(6b)と、
    上記使用量演算部(6b)によって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、上記油圧ポンプ装置(10)から吐出される油の流量、または、上記回生用油圧モータ(62)で駆動される上記発電機(63)の回転トルクの少なくとも一方を補正する流量圧力補正部(6c)と
    を備えることを特徴とする油圧エネルギー回生装置。
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