JP6596458B2 - 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

電動式油圧作業機械の油圧駆動装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6596458B2
JP6596458B2 JP2017047817A JP2017047817A JP6596458B2 JP 6596458 B2 JP6596458 B2 JP 6596458B2 JP 2017047817 A JP2017047817 A JP 2017047817A JP 2017047817 A JP2017047817 A JP 2017047817A JP 6596458 B2 JP6596458 B2 JP 6596458B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydraulic
power storage
pressure
control
horsepower
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017047817A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018150728A5 (ja
JP2018150728A (ja
Inventor
究 高橋
竜夫 滝下
誠之 湯上
賢一郎 中谷
太平 前原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2017047817A priority Critical patent/JP6596458B2/ja
Application filed by Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Priority to EP18767847.9A priority patent/EP3489424B1/en
Priority to CN201880003121.8A priority patent/CN109790699B/zh
Priority to PCT/JP2018/009830 priority patent/WO2018168887A1/ja
Priority to US16/327,115 priority patent/US10697150B2/en
Priority to KR1020197003923A priority patent/KR102127995B1/ko
Publication of JP2018150728A publication Critical patent/JP2018150728A/ja
Publication of JP2018150728A5 publication Critical patent/JP2018150728A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6596458B2 publication Critical patent/JP6596458B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2239Control of flow rate; Load sensing arrangements using two or more pumps with cross-assistance
    • E02F9/2242Control of flow rate; Load sensing arrangements using two or more pumps with cross-assistance including an electronic controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2246Control of prime movers, e.g. depending on the hydraulic load of work tools
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F5/00Dredgers or soil-shifting machines for special purposes
    • E02F5/28Dredgers or soil-shifting machines for special purposes for cleaning watercourses or other ways
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2004Control mechanisms, e.g. control levers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2232Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps
    • E02F9/2235Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2267Valves or distributors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2271Actuators and supports therefor and protection therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2285Pilot-operated systems
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2292Systems with two or more pumps
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors
    • F15B11/161Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors with sensing of servomotor demand or load
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors
    • F15B11/17Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors using two or more pumps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • E02F3/325Backhoes of the miniature type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/20507Type of prime mover
    • F15B2211/20515Electric motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/2053Type of pump
    • F15B2211/20538Type of pump constant capacity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/2053Type of pump
    • F15B2211/20546Type of pump variable capacity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/20576Systems with pumps with multiple pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/25Pressure control functions
    • F15B2211/253Pressure margin control, e.g. pump pressure in relation to load pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/255Flow control functions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/265Control of multiple pressure sources
    • F15B2211/2654Control of multiple pressure sources one or more pressure sources having priority
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/275Control of the prime mover, e.g. hydraulic control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50Pressure control
    • F15B2211/505Pressure control characterised by the type of pressure control means
    • F15B2211/50563Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a differential pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50Pressure control
    • F15B2211/515Pressure control characterised by the connections of the pressure control means in the circuit
    • F15B2211/5157Pressure control characterised by the connections of the pressure control means in the circuit being connected to a pressure source and a return line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50Pressure control
    • F15B2211/575Pilot pressure control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/605Load sensing circuits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6309Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a pressure source supply pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6313Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a load pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/633Electronic controllers using input signals representing a state of the prime mover, e.g. torque or rotational speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6346Electronic controllers using input signals representing a state of input means, e.g. joystick position
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6651Control of the prime mover, e.g. control of the output torque or rotational speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6654Flow rate control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6655Power control, e.g. combined pressure and flow rate control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051Linear output members
    • F15B2211/7053Double-acting output members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7058Rotary output members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/71Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/71Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders
    • F15B2211/7135Combinations of output members of different types, e.g. single-acting cylinders with rotary motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]

Description

電動機により油圧ポンプを駆動してアクチュエータを駆動し、各種作業を行う油圧ショベル等の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置に係わり、特にその油圧ポンプの吸収トルクが、ある値以下になるように、その油圧ポンプを駆動する電動機の回転数を制御し、いわゆる馬力制御を行う油圧駆動装置に関する。
電動機により油圧ポンプを駆動してアクチュエータを駆動し、各種作業を行う油圧ショベル等の電動式油圧作業機械の従来技術が特許文献1、特許文献2に記載されている。
特許文献1によれば、電動機により駆動される固定容量型の油圧ポンプを備え、この油圧ポンプの吐出圧と複数のアクチュエータの最大負荷圧との差圧が一定になるように電動機の回転数を制御することでロードセンシング制御を行う構成が提案されており、この技術を用いれば、可変容量型油圧ポンプを用いてロードセンシング制御を行う場合よりも油圧配管を減らすことができ、高効率なロードセンシング制御を、必要な搭載スペースの少ない小型油圧ショベルなどへ適用することが容易になる。
また、特許文献2によれば、油圧ポンプを馬力制御機能のみを有する可変容量型とするか、電動機回転数の制御コントローラに、可変容量型油圧ポンプの馬力制御特性を模擬する制御アルゴリズムを備えた電動式油圧作業機械が提案されており、この技術を用いれば、特許文献1の効果に加え、電動機の動力源である蓄電装置を長持ちさせ、かつ電動機を小型化することが可能となる。
特開2008−256037号公報 WO2013/058326号公報
しかしながら、特許文献1、特許文献2に記載の従来技術を用いた場合でも、以下のような問題があった。
一般に、電動式油圧作業機械に必要とされる馬力が大きくなると、それに応じて電動機についても大きな定格出力を有するものを選択しないといけないが、電動機の定格出力が大きくなると、電動機およびその制御回路であるインバータに流れる電流が大きくなるのを避けるため、定格電圧が高くなる場合がある(例えば定格出力が20kWでは定格電圧は200Vだが定格出力が40kWでは定格電圧は400V)。
その場合、蓄電装置の定格電圧や、昇降圧チョッパの定格電圧を、より小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通にすることができず、専用のものを設定する必要があり、煩わしさがあった。
その煩わしさを回避するための対策として、油圧ポンプ、電動機、インバータ、昇降圧チョッパ、蓄電装置などを複数系統、並列に設け、それら複数系統のポンプから吐出される圧油を合流して各アクチュエータへの圧油を制御する複数の流量制御弁に供給するようにすることが考えられる。
このようにすれば、複数系統の油圧ポンプから吐出される圧油を合流するので、各アクチュエータを所定のスピードで作動させることができるとともに、蓄電装置の定格電圧や、昇降圧チョッパの定格電圧をより小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通化することができる。
しかしながら、前記のような構成とした場合でも、以下のような場合に問題があった。
第一に、複数系統の油圧ポンプ、電動機、インバータ、昇降圧チョッパ、蓄電装置を並列に設けるので、仮に前記複数系統の油圧ポンプが同じ仕様で、それらのポンプが同じ動力を発生させている場合でも、それら複数系統の油圧ポンプの機械効率、インバータおよび昇降圧チョッパの効率などにより、蓄電装置の消費電力に僅かに差が生じてしまうことがあった。
第二に、蓄電装置は通常、複数のセルを直列に接続して構成される場合が多いが、それらセルの電圧にはバラつきがあり、それら複数のセルの内、最も電圧が降下しているセルの電圧により蓄電装置の蓄電状態(=SOC(State of Charge))が強く影響される。このため、前記のように複数系統の蓄電装置を備える場合には、それら複数系統の蓄電装置が、仮に全く同じ電力を消費したとしても、それら複数系統の蓄電装置それぞれを構成する複数のセル電圧のバラつきの違いなどから、異なるSOCを示してしまうことがあった。
これら第一、第二の場合に、電動式油圧作業機械の稼働を続けると、前述の複数系統の蓄電装置のSOCにアンバランスが発生し、結果的にいずれかひとつの蓄電装置のSOCが先に使用できる限界水準を下回り、使用できなくなってしまうことがあった。
そのような場合には、複数の蓄電装置のうち、いずれかひとつの蓄電装置が使用できなくなり、その蓄電装置によって電力を供給されていた電動機により駆動されていた油圧ポンプから圧油が供給されなくなり、油圧作業機械の各アクチュエータスピード、更には油圧作業機械の作業性が著しく低下する、という問題があった。
本発明の目的は、複数の蓄電装置と複数の電動機と複数の油圧ポンプとを並列に設けることで、蓄電装置などの種々の電気機器の定格電圧をより小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通化することができるとともに、電動式油圧作業機械の稼働に伴い、複数の蓄電装置の内いずれか一つの蓄電状況だけが著しく低下することを防止し、電動式油圧作業機械の各アクチュエータが所定のスピードを得られる時間を延長することができる電動式油圧作業機械の油圧駆動装置を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明は、第1油圧ポンプと、前記第1油圧ポンプから供給される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータへ供給される圧油の方向と流量を制御する複数の流量制御弁と、前記第1油圧ポンプを駆動する第1電動機と、前記第1電動機に電力を供給する第1蓄電装置と、前記第1油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記第1油圧ポンプの吐出流量を減少させることで前記第1油圧ポンプの吸収馬力が第1許容値を超えないように制御する第1馬力制御装置とを備えた電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、第2油圧ポンプと、前記第1及び第2油圧ポンプから吐出された圧油が合流し、前記複数の流量制御弁に供給される共通の圧油供給路と、前記第2油圧ポンプを駆動する第2電動機と、前記第2電動機に電力を供給する第2蓄電装置と、前記第2油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記第2油圧ポンプの吐出流量を減少させることで前記第2油圧ポンプの吸収馬力が第2許容値を超えないように制御する第2馬力制御装置と、前記第1及び第2蓄電装置の蓄電状態がそれぞれ等しくなるように前記第1及び第2馬力制御装置の前記第1及び第2許容値を変更する馬力配分制御装置とを備えるものとする。
このように第1油圧ポンプ、第1電動機、第1蓄電装置に加え第2油圧ポンプ、第2電動機、第2蓄電装置と、第1及び第2油圧ポンプから吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路を設け、この合流した圧油を複数の流量制御弁に供給し、更に複数のアクチュエータへと供給する構成とすることにより、蓄電装置などの種々の電気機器の定格電圧をより小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通化することができる。
また、第1及び第2蓄電装置の蓄電状態がそれぞれ等しくなるように第1及び第2馬力制御装置の第1及び第2許容値を変更する馬力配分制御装置を設けることにより、第1及び第2油圧ポンプ(複数の油圧ポンプ)の機械効率、それら複数の油圧ポンプをそれぞれ駆動する複数の電動機の回転数を制御するインバータや昇降圧チョッパなどの電気機器の効率に差がある場合でも、或いは複数の蓄電装置の消費電力量或いは蓄電状態特性に差がある場合でも、複数の蓄電装置の蓄電状態は等しくなるように制御されながら減少していく。このため複数の蓄電装置の内、いずれか一つの蓄電状況だけが著しく低下することが防止され、電動式油圧作業機械の各アクチュエータが所定のスピードを得られる時間を延長することができる。
本発明によれば、蓄電装置などの種々の電気機器の定格電圧をより小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通化することができる。
また、本発明によれば、電動式油圧作業機械の各アクチュエータが所定のスピードを得られる時間を延長することができる。
本発明の第1の実施の形態による電動式油圧作業機械の油圧駆動装置を示す図である。 本発明の油圧駆動装置が搭載された電動式油圧ショベルの外観を示す図である。 コントローラの機能を示すブロック図である。 コントローラの仮想トルク演算部の機能を示すブロック図である。 仮想トルク演算部の第1テーブルの特性を示す図である。 仮想トルク演算部の第2テーブルの特性を示す図である。 コントローラの第1及び第2電動機回転数制御部の機能を示すブロック図である。 第1及び第2電動機回転数制御部における可変馬力制御テーブルの特性を示す図である。 本発明の第2の実施の形態による電動式油圧作業機械の油圧駆動装置を示す図である。 本発明の第3の実施の形態による電動式油圧作業機械の油圧駆動装置を示す図である。 パイロットポンプ用のコントローラの機能を示すブロック図である。 パイロットポンプ用のコントローラの仮想容量の増減量を演算するテーブルの特性を示す図である。 仮想トルク演算部の第1テーブルの特性の変形例示す図である。 仮想トルク演算部の第2テーブルの特性の変形例を示す図である。 仮想トルク演算部の第1テーブルの特性の他の変形例示す図である。 仮想トルク演算部の第2テーブルの特性の他の変形例を示す図である。 本発明の第4の実施の形態による電動式油圧作業機械の油圧駆動装置を示す図である。 コントローラの機能を示すブロック図である。 コントローラの比例電磁弁目標電流演算部の機能を示すブロック図である。 比例電磁弁目標電流演算部の第1テーブルの特性を示す図である。 比例電磁弁目標電流演算部の第2テーブルの特性を示す図である。 可変容量型のメインポンプのレギュレータピストンによる馬力制御特性を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
<第1の実施の形態>
〜構成〜
図1は、本発明の第1の実施の形態による電動式油圧作業機械(油圧ショベル)の油圧駆動装置を示す図である。
本実施の形態の油圧駆動装置は、電動機101,201(第1及び第2電動機)と、それら電動機101,201によってそれぞれ駆動される固定容量型のメインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)と、固定容量型のパイロットポンプ130,230と、固定容量型のメインポンプ102,202から吐出された圧油によって駆動される複数のアクチュエータであるブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、旋回モータ3c、バケットシリンダ3d、スイングシリンダ3e、走行モータ3f,3g、ブレードシリンダ3hと、固定容量型のメインポンプ102,202から吐出された圧油を複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hへ導くための圧油供給路105,205と、圧油供給路105,205の下流に設けられ、固定容量型のメインポンプ102,202から吐出された圧油が導かれる制御弁ブロック4とを備えている。
制御弁ブロック4は、圧油供給路105,205に接続され、メインポンプ102,202から吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路305と、共通の圧油供給路305に接続され、共通の圧油供給路305から複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hへ供給される圧油の方向と流量を制御する複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hと、複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hの前後差圧をそれぞれ制御する圧力補償弁7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7hと、共通の圧油供給路305に設けられ、共通の圧油供給路305の圧力が設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁14と、複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hの負荷ポートに接続され、複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hの最高負荷圧Plmaxを検出し、その検出した最高負荷圧Plmaxを最高負荷圧油路306に出力するシャトル弁9a,9b,9c,9d,9e,9f,9gと、共通の圧油供給路305に接続され、共通の圧油供給路305の圧力が複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hの最高負荷圧Plmaxにバネの設定圧力を加算した圧力(アンロード弁セット圧)よりも高くなると開状態になって共通の圧油供給路305の圧油をタンクに戻すアンロード弁15とを有している。
アンロード弁15の作動圧を決めるバネは、複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hの動作を指令する複数の操作装置の操作レバーが中立位置にあるときに共通の圧油供給路305の圧力が目標LS差圧Pgr(後述)よりも僅かに高くなるよう、そのバネ力を設定してある。
また、本実施の形態の油圧駆動装置は、固定容量型のパイロットポンプ130,230から吐出された圧油が、それぞれ、チェック弁133,233を介して導かれる圧油供給路31と、圧油供給路31に接続され、圧油供給路31の圧力を一定に保つパイロットリリーフ弁32と、圧油供給路31に接続され、下流側のパイロット圧油路を圧油供給路31に接続するかタンクに接続するかを切り換えるゲートロック弁100と、油圧作業機械の運転席入側に配置され、ゲートロック弁100を切り換え操作するためのゲートロックレバー24とを備えている。
ゲートロック弁100の下流側のパイロット圧油路は、上記複数の操作装置に備えられた複数のパイロット弁60a,60b,60c,60d,60e,60f,60e,60f,60g,60h(図13参照)に接続され、複数のパイロット弁60a,60b,60c,60d,60e,60f,60e,60f,60g,60h(図13参照)は、ゲートロック弁100の下流側のパイロット圧油路の圧油に基づいて操作量に応じたパイロット操作圧を生成し、このパイロット操作圧により複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hを切り換え制御する。
本実施の形態の油圧駆動装置は、更に、電動機101,201の回転数を制御するインバータ160,260と、インバータ160,260へ一定の電圧で電力を供給する昇降圧チョッパ161,261と、昇降圧チョッパ161,261、インバータ160,260を介して電動機101,201に電力を供給するように接続された蓄電装置170,270(第1及び第2蓄電装置)と、蓄電装置170,270の電圧や温度などの情報を後述するコントローラ50に出力するバッテリマネジメントシステム(BMS)171,271と、複数のアクチュエータ3a〜3hの最大速度を指示するための基準回転数指示ダイヤル56と、共通の圧油供給路305に設けられ、共通の圧油供給路305の圧力、すなわちメインポンプ102,202の吐出圧(以下適宜ポンプ圧という)Psを検出する圧力検出器40と、最高負荷圧油路306に設けられ、最高負荷圧油路306の圧力(複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hの最高負荷圧Plmax)を検出する圧力検出器41と、バッテリマネジメントシステム171,271、基準回転数指示ダイヤル56、圧力検出器40,41からの信号を入力し、それらの情報からインバータ160,260に対する回転数指示信号を生成するコントローラ50とを備えている。
図2に、上記油圧駆動装置が搭載された電動式油圧ショベルの外観を示す。
電動式油圧ショベルは、下部走行体501と、上部旋回体502と、スイング式のフロント作業機504を備え、フロント作業機504は、ブーム511、アーム512、バケット513から構成されている。上部旋回体502は下部走行体501に対し旋回モータ3cの回転によって旋回可能である。上部旋回体の前部にはスイングポスト503が取付けられ、このスイングポスト503にフロント作業機504が上下動可能に取付けられている。スイングポスト503はスイングシリンダ3eの伸縮により上部旋回体502に対して水平方向に回動可能であり、フロント作業機504のブーム511、アーム512、バケット513はブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ3dの伸縮により上下方向に回動可能である。下部走行体501の中央フレーム505には、ブレードシリンダ3hの伸縮により上下動作を行うブレード506が取付けられている。下部走行体501は、走行モータ3f,3gの回転により左右の履帯を駆動することによって走行を行う。
上部旋回体502には運転室508が設置され、運転室508内には、運転席521と、パイロット弁60a〜60dを内蔵したブーム用、アーム用、バケット用、旋回用の操作装置522,523(図2では左側のみ図示)と、パイロット弁60eを内蔵したスイング用の操作装置(図示せず)と、パイロット弁60hを内蔵したブレード用の操作装置(図示せず)と、パイロット弁60f,60gを内蔵した走行用の操作装置524a,524b(図2では左側のみ図示)と、ゲートロックレバー24等が設けられている。
操作装置522,523の操作レバーは中立位置から十字方向を基準とした任意の方向に操作可能であり、左側の操作装置522の操作レバーを左右方向に操作すると、操作装置522は旋回用の操作装置として機能して旋回用のパイロット弁60c(図13参照)が動作し、同操作装置522の操作レバーを前後方向に操作すると、操作装置522はアーム用の操作装置として機能してアーム用のパイロット弁60b(図13参照)が動作し、右側の操作装置523の操作レバーを前後方向に操作すると、操作装置523はブーム用の操作装置として機能してブーム用のパイロット弁60aが動作し、同操作装置523の操作レバーを左右方向に操作すると、操作装置523はバケット用の操作装置として機能してバケット用のパイロット弁60d(図13参照)が動作する。
図3に、上記コントローラ50の機能ブロック図を示す。
コントローラ50は固定容量型のメインポンプ102,202の仮想制限トルク演算部51と、第1電動機回転数制御部52及び第2電動機回転数制御部53とを有している。
仮想制限トルク演算部51は、バッテリマネジメントシステム171,271からの情報(電圧、温度など)を入力し、所定の演算処理を行う。仮想制限トルク演算部51の出力は、圧力検出器40,41、基準回転数指示ダイヤル56からの出力とともに、第1電動機回転数制御部52及び第2電動機回転数制御部53に入力される。第1電動機回転数制御部52及び第2電動機回転数制御部53は、それぞれ、それらの入力を用いて所定の演算処理を行い、その処理結果がそれぞれインバータ160,260へと出力される。
図4に、コントローラ50内の仮想制限トルク演算部51の機能ブロック図を示す。
仮想制限トルク演算部51は、第1及び第2SOC推定部51a,51bと、差分器51cと、第1及び第2テーブル51d,51eとを有している。
第1及び第2SOC推定部51a,51bは、それぞれ、バッテリマネジメントシステム171,271からの情報(電圧、温度など)を入力し、蓄電装置170,270の蓄電状態を示すSOC(Stage of Charge)を演算し、それぞれのSOCとしてSOC1,SOC2を出力する。SOC1とSOC2は差分器51cによって差分され、ΔSOC(=SOC1−SOC2)が演算される。ΔSOCは第1及び第2テーブル51d,51eに入力され、メインポンプ102の仮想制限トルクT1とメインポンプ202の仮想制限トルクT2(馬力制御量)に変換される。
図5A及び図5Bにテーブル51d,51eの特性を示す。
図5Aに示すように、テーブル51dの特性は、蓄電状態の差分ΔSOCが正の値にあるとき仮想制限トルクT1として所定の最大値T1_max(一定)を出力し、ΔSOCが負の値にあるとき、ΔSOCが小さくなるにしたがって小さくなる仮想制限トルクT1を出力し、ΔSOCが最小値-ΔSOC_max近傍の-ΔSOC_0に達すると仮想制限トルクT1として最小値T1_minを出力するように設定されている。
図5Bに示すように、テーブル51eの特性はテーブル51dの特性と逆に設定されている。すなわち、テーブル51eの特性は、ΔSOCが負の値にあるとき仮想制限トルクT2として最大値T2_maxを出力し、ΔSOCが正の値にあるとき、ΔSOCが大きくなるにしたがって小さくなる仮想制限トルクT2を出力し、ΔSOCが最大値ΔSOC_max近傍のΔSOC_0に達すると仮想制限トルクT2として最小値T2_minを出力するように設定されている。
図6に、コントローラ50の第1及び第2電動機回転数制御部52,53の機能ブロック図を示す。以下、()内の番号はそれらが電動機回転数制御部53の場合の番号であることを示す。
圧力検出器40,41からの出力をVps,Vplmaxとすると、これらの出力Vps,Vplmaxは、それぞれ圧力テーブル52a(53a),52b(53b)により共通の圧油供給路305の圧力、すなわちポンプ圧Psと複数のアクチュエータ3a〜3hの最高負荷圧Plmaxに変換され、差分器52c(53c)によりそれらの差分Pls=Ps−Plmaxが算出される。
一方、基準回転数指示ダイヤル56からの出力をVecとすると、出力Vecは、回転数テーブル52d(53d)により基準回転数N_0に変換され、更に前記基準回転数N_0は、差圧テーブル52e(53e)により目標LS差圧Pgrに変換される。
前述のPlsとPgrは差分器52f(53f)に入力され、差分ΔP=Pgr−Plsが算出される。
前記ΔPはテーブル52g(53g)に入力され、仮想容量の増減量Δqが算出される。
前記Δqは、メモリーに格納されている1制御ステップ前の、馬力制御反映後の仮想容量q1**(q2**)に加算され、更にテーブル52i(53i)によりそれらの最小値と最大値で制限され、新たな馬力制御反映前の仮想容量q1*(q2*)が算出される。
一方、前述のポンプ圧Psと、前記コントローラ50内の仮想制限トルク演算部51の出力である仮想制限トルクT1(T2)が可変馬力制御テーブル52r(53r)に入力され、メインポンプ102,202の吸収馬力(消費馬力)の第1及び第2許容値としての仮想容量の制限値q1*limit(q2*limit)に変換され、出力される。
図7に可変馬力制御テーブル52r,53rの特性を示す。
可変馬力制御テーブル52r,53rの実線A1で示す特性はいわゆる馬力制御を模擬した特性となっており、ポンプ圧Psが高くなると、その仮想容量の制限値q1*limit(q2*limit)が小さくなるような特性となっている。
また、仮想ポンプトルクT1(T2)が小さくなると、図7に矢印で示すように馬力制御を模擬した特性が破線B1,C1のように変化することで、その制限の程度がより強くなり、仮想容量の制限値q1*limit(q2*limit)が小さくなるような特性となっている。
前述の馬力制御反映前の仮想容量q1*(q2*)と、前述の可変馬力制御テーブル52r(53r)によって出力される仮想容量の制限値q1*limit(q2*limit)のうちの小さい方の値が馬力制御反映後の仮想容量q1**(q2**)として、最小値選択器52s(53s)によって選択される。
更に仮想容量q1**(q2**)は乗算器52j(53j)によって基準回転数N_0が乗算され、目標流量Q1d(Q2d)として出力される。
固定容量型のメインポンプ102,202の物理的な容量をqmax1(qmax2)とすると、目標流量Q1dにゲイン52k(53k)の1/qmax1(1/qmax2)を乗じ、目標回転数N1d(N2d)に変換される。
更に目標回転数N1d(N2d)はテーブル52m(53m)によって、インバータ160(260)への入力Vinv1(Vinv2)に変換され、インバータ160(260)へ出力される。
〜請求の範囲との対応〜
以上において、固定容量型のメインポンプ102,202は第1及び第2油圧ポンプであり、第1及び第2油圧ポンプから吐出された圧油は共通の圧油供給路305で合流して複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hに供給され、更に複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hへと供給される。
電動機101,201は、メインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)をそれぞれ駆動する第1及び第2電動機であり、蓄電装置170,270は、電動機101,201(第1及び第2電動機)にそれぞれ電力を供給する第1及び第2蓄電装置である。
コントローラ50の電動機回転数制御部52内の可変馬力制御テーブル52rと最小値選択器52sは、圧力検出器40とともに、メインポンプ102(第1油圧ポンプ)の吐出圧が上昇したときにメインポンプ102(第1油圧ポンプ)の吐出流量を減少させることでメインポンプ102(第1油圧ポンプ)の吸収馬力が仮想容量の制限値q1*limit(第1許容値)を超えないように制御する第1馬力制御装置を構成し、コントローラ50の電動機回転数制御部53内の可変馬力制御テーブル53rと最小値選択器53sは、圧力検出器40とともに、メインポンプ202(第2油圧ポンプ)の吐出圧が上昇したときにメインポンプ202(第2油圧ポンプ)の吐出流量を減少させることでメインポンプ202(第2油圧ポンプ)の吸収馬力が仮想容量の制限値q2*limit(第2許容値)を超えないように制御する第2馬力制御装置を構成する。
コントローラ50の仮想制限トルク演算部51と電動機回転数制御部52、53内の可変馬力制御テーブル52r,53rは、蓄電装置170,270(第1及び第2蓄電装置)の蓄電状態がそれぞれ等しくなるように上記第1及び第2馬力制御装置の仮想容量の制限値q1*limit,q2*limit(第1及び第2許容値)を変更する馬力配分制御装置を構成する。
また、本実施の形態において、メインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)は、それぞれ、固定容量型の油圧ポンプであり、上記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、メインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の回転数を制御することで、上記馬力配分制御装置によって変更された上記第1及び第2馬力制御装置の仮想容量の制限値q1*limit,q2*limit(第1及び第2許容値)を超えないようにメインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の吸収馬力を制御する。
コントローラ50の電動機回転数制御部52内のテーブル52a〜52mとインバータ160は、圧力検出器40,41及び基準回転数指示ダイヤル56とともに、複数の操作装置522,523,524a,524b…の少なくとも1つが操作されたとき、メインポンプ102(第1油圧ポンプ)の吐出圧Psが複数のアクチュエータ3a〜3hの最高負荷圧Plmaxより目標差圧(目標LS差圧Pgr)だけ高くなるよう、メインポンプ102(第1油圧ポンプ)の吐出流量を制御するロードセンシング制御を行う第1流量制御装置を構成し、コントローラ50の電動機回転数制御部53内のテーブル53a〜53mとインバータ260は、圧力検出器40,41及び基準回転数指示ダイヤル56とともに、複数の操作装置522,523,524a,524b…の少なくとも1つが操作されたとき、メインポンプ202(第2油圧ポンプ)の吐出圧Psが複数のアクチュエータ3a〜3hの最高負荷圧Plmaxより目標差圧(目標LS差圧Pgr)だけ高くなるよう、メインポンプ202(第2油圧ポンプ)の吐出流量を制御するロードセンシング制御を行う第2流量制御装置を構成する。
上記第1及び第2流量制御装置は、それぞれ、メインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の回転数を制御することで、メインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の吐出圧が複数のアクチュエータ3a〜3hの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるようメインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の吐出流量を制御し、上記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、メインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の吸収馬力が上記仮想容量の制限値q1*limit,q2*limit(第1及び第2許容値)を超えないように、上記ロードセンシング制御により制御されるメインポンプ102,202(第1及び第2油圧ポンプ)の吐出流量を制御する。
バッテリマネジメントシステム171とコントローラ50の仮想制限トルク演算部51内の第1SOC推定部51aは、蓄電装置170(第1蓄電装置)の蓄電状態を推定する第1蓄電状態推定部を構成し、バッテリマネジメントシステム271とコントローラ50の仮想制限トルク演算部51内の第2SOC推定部51bは、蓄電装置270(第2蓄電装置)の蓄電状態を推定する第2蓄電状態推定部を構成する。
コントローラ50の仮想制限トルク演算部51内の差分器51cと第1及び第2テーブル51d,51eは、上記第1蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置170(第1蓄電装置)の蓄電状態が上記第2蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置270(第2蓄電装置)の蓄電状態より少ないときは、メインポンプ102(第1油圧ポンプ)の吸収馬力を減少させるための仮想制限トルクT1(第1馬力制御量)を演算し、上記第2蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置270(第2蓄電装置)の蓄電状態が上記第1蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置170(第1蓄電装置)の蓄電状態より少ないときは、メインポンプ202(第2油圧ポンプ)の吸収馬力を減少させるための仮想制限トルクT2(第2馬力制御量)を演算する馬力制御量演算部を構成する。
コントローラ50の電動機回転数制御部52内の可変馬力制御テーブル52rは、上記馬力制御量演算部によって演算された仮想制限トルクT1(第1馬力制御量)に基づいて上記第1馬力制御装置の仮想容量の制限値q1*limit(第1許容値)を変更する第1許容値変更部を構成し、コントローラ50の電動機回転数制御部53内の馬力制御特性を模擬した可変馬力制御テーブル53rは、上記馬力制御量演算部によって演算された仮想制限トルクT2(第2馬力制御量)に基づいて上記第2馬力制御装置の仮想容量の制限値q2*limit(第2許容値)を変更する第2許容値変更部を構成する。
〜作動〜
本実施の形態の作動を図1〜7を用いて説明する。
電動機101,201によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ130,230から吐出された圧油は、それぞれチェック弁133,233を介して圧油供給路31に供給される。圧油供給路31には、パイロットリリーフ弁32が接続されており、圧油供給路31にパイロット1次圧Ppi0を生成している。
一方、蓄電装置170,270の電圧、温度などの情報はバッテリマネジメントシステム171,271を介し、コントローラ50内の仮想制限トルク演算部51における第1及び第2SOC推定部51a,51bに導かれ、それぞれ、蓄電装置170の蓄電状態SOC1と蓄電装置270の蓄電状態SOC2から、固定容量型のメインポンプ102,202の仮想制限トルクT1,T2を演算し、電動機101の回転数制御部52と電動機201の回転数制御部53へそれぞれ出力している。
(a) 蓄電装置170と蓄電装置270のSOCが等しい場合
まず、図4に示す仮想制限トルク演算部51の機能ブロック図において、第1SOC推定部51aで推定される蓄電装置170の蓄電状態SOC1と、第2SOC推定部51bで推定される蓄電装置270の蓄電状態SOC2が等しい場合を考える。
SOC1=SOC2なので、差分器51cで計算されるΔSOC=SOC1−SOC2=0となり、図5A及び図5Bに示すテーブル51d,51eの特性から、固定容量型のメインポンプ102,202の仮想制限トルクT1,T2は、それぞれT1=T1_max、T2=T2_maxとなる。
仮想制限トルク演算部51の出力である仮想制限トルクT1,T2は、電動機回転数制御部52,53のそれぞれ可変馬力制御テーブル52r,53rに導かれる。
<(a-1)全ての操作レバーが中立の場合>
全ての操作装置522,523,524a,524b…の操作レバー(以下適宜単に操作レバーという)が中立なので、全ての流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h(図13参照)が全て中立位置にある。
このため、アクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hの最高負荷圧Plmaxは、流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h及びシャトル弁9a,9b,9c,9d,9e,9f,9gを介してタンク圧と等しくなっている。
最高負荷圧Plmaxは、アンロード弁15と圧力検出器41に導かれている。
電動機101,201によって駆動される固定容量型のメインポンプ102,202から吐出された圧油は共通の圧油供給路305に導かれるが、前述のように複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hが全て中立位置にあるため、アンロード弁15からタンクに排出される。
アンロード弁15に導かれたPlmaxがタンク圧(タンク圧≒0と推定)と等しいので、共通の圧油供給路305の圧力、すなわちポンプ圧Psは、アンロード弁15に設けられたバネの働きにより、目標LS差圧であるPgrよりも若干高く保たれる。
共通の圧油供給路305の圧力(ポンプ圧)Psは圧力検出器40に導かれている。
ポンプ圧Psの圧力検出器40の出力Vps、最高負荷圧Plmaxの圧力検出器41の出力Vplmaxと、基準回転数指示ダイヤル56の出力Vecが、前述の仮想制限トルクT1,T2に加えて、コントローラ50内の電動機回転数制御部52,53に入力される。
電動機回転数制御部52と電動機回転数制御部53は同じ作動をするので、以下、電動機回転数制御部52を例に挙げ説明する。
前述のVps,Vplmax,Vecはそれぞれ、テーブル52a,52b,52dにより、Ps,Plmax,N_0に変換され、Ps,Plmaxは差分器52c(53c)によりそれらの差分Pls=Ps−Plmaxが算出される。
テーブル52eによって基準回転数N_0から変換された目標LS差圧Pgrと、差分器52fによって前述のPlsとの差分ΔPが演算される。このとき、全ての操作レバーが中立の場合は、前述のようにPsはPgrよりも若干高い値に保たれており、Plmaxがタンク圧(タンク圧≒0と推定)なので、Pls=Ps−PlmaxもPgrよりも若干高い値に保たれている。このためΔP=Pgr−Pls<0となり、テーブル52gにより演算される仮想容量の増減量Δqは負の値となる。
仮想容量の増減量Δqは、1制御ステップ前の馬力制御反映後の仮想容量q1**と加算され、更にテーブル52iによって最小値と最大値で制限された上で、新たな馬力制御反映前の仮想容量q1*となる。仮想容量の増減量Δqが負の値なので、制御ステップを重ねることにより、馬力制御反映前の仮想容量q1*はテーブル52iで規定される最小値に保たれる。
一方、可変馬力制御テーブル52rには前述のように仮想制限トルクT1としてT1_maxが入力されるので、仮想容量の制限値q1*limitは図7の実線A1上の値となる。
前述のように、全ての操作レバーが中立の場合は、ポンプ圧PsはPgrより若干高い値に保たれており、その時のPsをPntrとすると、図7から、仮想容量の制限値q1*limit=qmax1となる。
前述のように、全ての操作レバーが中立の場合は馬力制御反映前の仮想容量q1*はテーブル52iで規定される最小値に保たれており、q1*<q1*limitの関係が成り立つことから、最小値選択器52sによってq1*とq1*limitのうちq1*が選択され、馬力制御反映後の仮想容量q1**となる。
馬力制御反映後の仮想容量q1**は乗算器52jにより基準回転数N_0と乗算され、目標流量Q1dとなり、目標流量Q1dはゲイン52kで1/qmax1を掛けて目標回転数N1dに変換され、更にテーブル52mによってインバータ160への出力Vinv1に変換される。
前述のように全ての操作レバーが中立の場合には、馬力制御反映後の仮想容量q1**はテーブル52iで規定される最小値に保たれているので、目標流量Q1d、目標回転数N1dも最小値に保たれる。
すなわち、全ての操作レバーが中立の場合は、電動機101の回転数は最小回転数に保持され、固定容量型のメインポンプ102からの吐出流量も最小に保たれる。
電動機回転数制御部53も同様の作動をするので、電動機201の回転数が最小回転数に保持され、固定容量型のメインポンプ202からの吐出流量も最小に保たれる。
<(a-2)ブーム上げを操作した場合>
ブーム用操作装置523の操作レバーを上げ方向、すなわちブームシリンダ3aが伸長する方向に操作レバーを入力した場合を考える。
ブーム用の流量制御弁6aが図中で左方向に切り替わり、固定容量型のメインポンプ102,202からの圧油供給路105,205の圧油は、共通の圧油供給路305、圧力補償弁7a、流量制御弁6aを介してブームシリンダ3aのボトム側に供給される。
一方、ブームシリンダ3aの負荷圧は、流量制御弁6aの負荷ポートと、シャトル弁9a,9b,9c,9d,9e,9f,9g及び最高負荷圧油路306を介して最高負荷圧Plmaxとして各圧力補償弁7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7h、アンロード弁15、圧力検出器41にそれぞれ導かれる。
アンロード弁15に導かれたブームシリンダ3aの負荷圧により、アンロード弁15のセット圧はアンロード弁15のバネ力と最高負荷圧Plmax(ブームシリンダ3aの負荷圧)を加えた圧力まで上昇し、共通の圧油供給路305の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。
共通の圧油供給路305の圧力(ポンプPs)は圧力検出器40に導かれる。
ポンプ圧Psの圧力検出器40の出力Vps、最高負荷圧Plmaxの圧力検出器41の出力Vplmaxと、基準回転数指示ダイヤル56の出力Vecが、に前述の仮想制限トルクT1,T2に加えて、コントローラ50内の電動機回転数制御部52,53に入力される。
電動機回転数制御部52と電動機回転数制御部53は同じ作動をするので、以下、電動機回転数制御部52を例に説明する。
前述のVps,Vplmax,Vecがそれぞれ、テーブル52a,52b,52dにより、Ps,Plmax,N_0に変換される。
ブーム上げ起動直後には、ポンプ圧Psは全ての操作レバーが中立の場合と同様に、目標LS差圧より若干高い値となっており、通常、ブームシリンダ3aを伸長する場合はブームシリンダ3aの負荷圧の方がポンプ圧よりも高いことが多い。その場合、Ps<Plmaxとなるので、Pls=Ps−Plmax<0となる。
テーブル52eによって基準回転数N_0から変換された目標LS差圧Pgrと、差分器52fによって前述のPlsとの差分ΔPが演算される。
前述のようにPlsは負の値となるため、ΔP=Pgr−PlsはPgrよりも大きな正の値となる。
ΔPはテーブル52gにより、仮想容量の増減量Δqに変換されるが、ΔPがPgrよりも大きな正の値となることから、仮想容量の増減量Δqも正の値となる。
仮想容量の増減量Δqは、1制御ステップ前の馬力制御反映後の仮想容量q1**と加算され、更にテーブル52iによって最小値と最大値で制限された上で、新たな馬力制御反映前の仮想容量q1*となる。
前述のように仮想容量の増減量であるΔqが正の値なので、制御ステップを重ねることにより、馬力制御反映前の仮想容量q1*はテーブル52iの最小値、最大値の範囲内で増加していき、ΔP=Pgr−Plsが0、すなわちPlsが目標LS差圧であるPgrと等しくなるまで増加が継続する。
一方、可変馬力制御テーブル52rには前述のように仮想制限トルクT1としてT1_maxが入力されるので、仮想容量の制限値q1*limitは図7の実線A1上の値となる。
ブーム上げ動作において、前述のようにLS差圧Plsが目標LS差圧Pgrと等しくなっている場合、ポンプ圧Psは最高負荷圧Plmaxより目標LS差圧Pgr分だけ高い圧力に保たれている。
図7から、このときのブーム上げ動作時のポンプ圧PsをPbmrとすると、仮想容量の制限値q1*limitは馬力制御を模擬してqmaxよりも小さいqbmr1となる。
最小値選択器52sにおいて、前述の馬力制御反映前の仮想容量q1*と可変馬力制御テーブル52rの出力q1*limitのうち小さい方が、馬力制御反映後の仮想容量q1**ととして選択されるので、馬力制御反映後の仮想容量q1**は、可変馬力制御テーブル52rで規定される馬力制御特性の範囲で必要な流量を吐出する可変容量型のメインポンプを模擬した作動を行うようになる。
馬力制御反映後の仮想容量q1**は乗算器52jにより基準回転数N_0と乗算され、目標流量Q1dとなり、目標流量Q1dはゲイン52kで1/qmax1を掛けて目標回転数N1dに変換され、更にテーブル52mによってインバータ160への出力Vinv1に変換される。
電動機回転数制御部53も同様の作動をし、固定容量型のメインポンプ102,202から吐出された流量は合流して流量制御弁6aに供給される。
前述のように、馬力制御反映後の仮想容量q1**,q2**は可変馬力制御テーブル52r,53rで規定される馬力制御特性の範囲で必要な流量を吐出する可変容量型のメインポンプを模擬した作動をし、その流量を実現するように電動機101,201の回転数が制御されるので、固定容量型のメインポンプ102,202の消費馬力がある値を超えない範囲で、固定容量型のメインポンプ102,202の吐出量の合計が流量制御弁6aの要求する流量になるように電動機101の回転数を制御するように作動することになる。
(b) 蓄電装置270より蓄電装置170のSOCが大きい場合
図4に示す仮想制限トルク演算部51の機能ブロック図において、第1SOC推定部51aで推定される蓄電装置170の蓄電状態SOC1と、第2SOC推定部51bで推定される蓄電装置270の蓄電状態SOC2の関係が、SOC1>SOC2の場合を考える。
SOC1>SOC2なので、差分器51cで計算されるΔSOC=SOC1−SOC2>0、すなわち正の値となるので、図5A及び図5Bに示すテーブル51d,51eの特性から、固定容量型のメインポンプ102の仮想制限トルクT1はT1=T1_maxとなり、固定容量型のメインポンプ202の仮想制限トルクT2はT2_maxよりも小さい値となる。ここでは仮に、ΔSOC=SOC1−SOC2=ΔSOC_0の場合を考える。図5Bから、このときのT2は、T2=T2_minとなる。
仮想制限トルク演算部51の出力である仮想制限トルクT1,T2は、電動機回転数制御部52,53のそれぞれ可変馬力制御テーブル52r,53rに導かれる。
<(b-1)全ての操作レバーが中立の場合>
全ての操作レバーが中立の場合、前述の(a)SOC1=SOC2の場合と同様に、固定容量型のメインポンプ102,202はともに最小の回転数にて最小の流量を吐出する。
<(b-2)ブーム上げを操作した場合>
メインポンプ102,202がそれぞれの仮想制限トルクT1,T2が規定する馬力の範囲で、ロードセンシング制御にて必要な流量を吐出する基本的な作動については、前述の(a)SOC1=SOC2の場合と同様である。
前述のようにSOC1>SOC2で、ΔSOC(=SOC1−SOC2)がΔSOC_0の場合は、T1=T1_max、T2=T2_minである。
固定容量型のメインポンプ102の仮想制限トルクT1は、T1=T1_maxなので、前述の(a)と全く同じ作動をする。
一方、固定容量型のメインポンプ202の仮想制限トルクT2は、T2=T2_minであり、メインポンプ102の仮想制限トルクT1よりも小さく、図7の破線C1に示すように、馬力制御反映後の仮想容量q2**は、テーブル53rによりqbmr2_minに制限される。
馬力制御反映後の仮想容量q2**は乗算器53jにより基準回転数N_0と乗算され、目標流量Q2dとなり、目標流量Q2dはゲイン53kで1/qmax2を掛けて目標回転数N2dに変換され、更にテーブル53mによってインバータ260への出力Vinv2に変換される。
このとき、前述のように固定容量型のメインポンプ202の馬力制御反映後の仮想容量q2**はqbmr2_minに制限されているので、その回転数N2dは、固定容量型のメインポンプ102の回転数N1dよりも小さく制限される。
このように、SOC1>SOC2、すなわち蓄電装置170のSOCよりも蓄電装置270のSOCが小さい場合には、蓄電装置270によって電力を供給され駆動されるメインポンプ202から吐出される流量が、蓄電装置170によって電力を供給され駆動されるメインポンプ102から吐出される流量よりも小さくなる。
ポンプの消費動力は、圧力×流量に比例し、共通の圧油供給路305の圧力(ポンプ圧Ps)は共通で等しいが、前述のようにメインポンプ202の流量がメインポンプ102の流量よりも小さいので、メインポンプ202の消費動力がメインポンプ102の消費動力よりも小さくなる。
このため、メインポンプ202に電力を供給している蓄電装置270の消費電力が、メインポンプ102に電力を供給している蓄電装置170の消費電力よりも小さくなる。
メインポンプ202に電力を供給している蓄電装置270の消費電力が、メインポンプ102に電力を供給している蓄電装置170の消費電力よりも小さいので、蓄電装置270のSOC2が減少する速度が、蓄電装置170のSOC1が減少する速度よりも小さくなり、それはSOC1とSOC2が等しくなるまで続く。
SOC1=SOC2となれば、(a)の場合と同じ作動をする。
(c) 蓄電装置170より蓄電装置270のSOCが大きい場合
図4に示す仮想制限トルク演算部51の機能ブロック図において、第1SOC推定部51aで推定される蓄電装置170の蓄電状態SOC1と、第2SOC推定部51bで推定される蓄電装置270の蓄電状態SOC2の関係が、SOC1<SOC2の場合を考える。
以下、(b)のSOC1>SOC2の場合と、固定容量型のメインポンプ102と202の関係が逆になる。
SOC1<SOC2なので、差分器51cで計算されるΔSOC=SOC1−SOC2<0、すなわち負の値となるので、図5A及び図5Bに示すテーブル51d,51eの特性から、固定容量型のメインポンプ202の仮想制限トルクT2はT2=T2_maxとなり、固定容量型のメインポンプ102の仮想制限トルクT1はT1_maxよりも小さい値となる。ここでは仮に、ΔSOC=SOC1−SOC2=−ΔSOC_0の場合を考える。図5Aから、このときの仮想制限トルクT1は、T1=T1_minとなる。
仮想制限トルク演算部51の出力である仮想制限トルクT1,T2は、電動機回転数制御部52,53のそれぞれ可変馬力制御テーブル52r,53rに導かれる。
<(c-1)全ての操作レバーが中立の場合>
全ての操作レバーが中立の場合は、前述の(a)SOC1=SOC2、(b)SOC1>SOC2の場合と同様に、固定容量型のメインポンプ102,202はともに最小の回転数にて最小の流量を吐出する。
<(c-2)ブーム上げを操作した場合>
メインポンプ102,202がそれぞれの仮想制限トルクT1,T2が規定する馬力の範囲で、ロードセンシング制御にて必要な流量を吐出する基本的な作動については、前述の(a)SOC1=SOC2の場合と同様である。
前述のようにSOC1<SOC2で、ΔSOC(=SOC1−SOC2)が−ΔSOC_0の場合は、T1=T1_min、T2=T2_maxである。
固定容量型のメインポンプ202の仮想制限トルクT2は、T2=T2_maxなので、前述の(a)と全く同じ作動をする。
一方、固定容量型のメインポンプ102の仮想制限トルクT1は、T1=T1_minであり、メインポンプ202の仮想制限トルクT2よりも小さく、図7の破線C1に示すように、馬力制御反映後の仮想容量q1**は、テーブル52rによりqbmr1_minに制限される。
馬力制御反映後の仮想容量q1**は乗算器52jにより基準回転数N_0と乗算され、目標流量Q1dとなり、目標流量Q1dはゲイン52kで1/qmax1を掛けて目標回転数N1dに変換され、更にテーブル52mによってインバータ160への出力Vinv1に変換される。
このとき、前述のように固定容量型のメインポンプ102の馬力制御反映後の仮想容量q1**はqbmr1_minに制限されているので、その回転数N1dは、固定容量型のメインポンプ202の回転数N2dよりも小さく制限される。
このように、SOC1<SOC2、すなわち蓄電装置270のSOCよりも蓄電装置170のSOCが小さい場合には、蓄電装置170によって電力を供給され駆動されるメインポンプ102から吐出される流量が、蓄電装置270によって電力を供給され駆動されるメインポンプ202から吐出される流量よりも小さくなる。
ポンプの消費動力は、圧力×流量に比例し、共通の圧油供給路305の圧力(ポンプ圧Ps)は共通で等しいが、前述のようにメインポンプ102の流量がメインポンプ202の流量よりも小さいので、メインポンプ102の消費動力がメインポンプ202の消費動力よりも小さくなる。
このため、メインポンプ102に電力を供給している蓄電装置170の消費電力が、メインポンプ202に電力を供給している蓄電装置270の消費電力よりも小さくなる。
メインポンプ102に電力を供給している蓄電装置170の消費電力が、メインポンプ202に電力を供給している蓄電装置270の消費電力よりも小さいので、蓄電装置170のSOC1が減少する速度が、蓄電装置270のSOC2が減少する速度よりも小さくなり、それはSOC1とSOC2が等しくなるまで続く。
SOC1=SOC2となれば、(a)の場合と同じ作動をする。
〜効果〜
本実施の形態によれば以下の効果が得られる。
メインポンプ102、電動機101、蓄電装置170に加えメインポンプ202、電動機201、蓄電装置270と、メインポンプ102,202から吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路305を設け、この合流した圧油を複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hに供給し、更に複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hへと供給する構成としたため、蓄電装置などの種々の電気機器の定格電圧をより小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通化することができる。
また、仮想制限トルク演算部51と可変馬力制御テーブル52r,53rを設け、蓄電装置170,270の一方の蓄電状態が他方の蓄電状態よりも低下した場合に、蓄電装置170,270の蓄電状態がそれぞれ等しくなるように仮想容量の制限値q1*limit(q2*limit)を変更し、蓄電状態が低い方の油圧ポンプの消費動力を抑えるようにしたため、メインポンプ102,202の機械効率、インバータ160,260や昇降圧チョッパ161,261などの電気機器の効率に差がある場合でも、或いは蓄電装置170,270の消費電力量或いは蓄電状態特性に差がある場合でも、蓄電装置170,270の蓄電状態は等しくなるように制御されながら減少していく。このため蓄電装置170,270の内、いずれか一方の蓄電状況だけが著しく低下することが防止され、電動式油圧作業機械の各アクチュエータが所定のスピードを得られる時間を延長することができる。
〜テーブル51d,51eの特性の変形例〜
図12A及び図12Bにテーブル51d,51eの特性の第1変形例を示す。
図5A及び図5Bでは、テーブル51d,51eの特性は、ΔSOCが正の値にあるとき(図5A)或いはΔSOCが負の値にあるとき(図5B)の仮想制限トルクT1として一定の値(最大値T1_max)を出力するように設定したが、ΔSOCが大きくなる(図12A)或いは小さくなる(図12B)にしたがって最大値T1_maxと同じ値から値T1_od1へと更に大きくなるように仮想制限トルクT1を設定してもよい。これにより蓄電装置170と蓄電装置270とでSOCが異なる場合、SOCが小さい側の蓄電装置の消費電力が小さくなるだけでなく、SOCが大きい側の蓄電装置の消費電力が増加するため、より短時間で蓄電装置170のSOC1と蓄電装置270のSOC2を等しくすることができる。
図12C及び図12Dにテーブル51d,51eの特性の第2変形例を示す。
図12A及び図12Bでは、ΔSOCが0から大きくなる(図12A)或いは小さくなる(図12B)にしたがって最大値T1_maxと同じ値から値T1_od1へと更に大きくなるように仮想制限トルクT1を設定したが、図12C及び図12Dでは、0〜ΔSOC_1(図12C)或いは0〜-ΔSOC_1(図12D)の不感帯を持たせ、ΔSOCが不感帯を超えると最大値T1_maxと同じ値から値T1_od1へと更に大きくなるように仮想制限トルクT1を設定したものである。これにより不感帯を超えた場合のみSOCが大きい側の蓄電装置の消費電力を増大させ、制御の安定性を図ることができる。
<第2の実施の形態>
〜構成〜
図8は、本発明の第2の実施の形態による電動式油圧作業機械(油圧ショベル)の油圧駆動装置を示す図である。
本実施の形態の油圧駆動装置は、図1に示す第1の実施の形態の構成に対し、固定容量型のメインポンプ102の圧油供給路105に設けられ、共通の圧油供給路305から可変容量型のメインポンプ102への圧油の流れを阻止するチェック弁180(第1チェック弁)と、固定容量型のメインポンプ202の圧油供給路205に設けられ、共通の圧油供給路305から可変容量型のメインポンプ202への圧油の流れを阻止するチェック弁280(第2チェック弁)とを更に備えている。
また、本実施の形態の油圧駆動装置は入力装置58を有し、蓄電装置170,270のうちどちらか一方のSOCが著しく他方のSOCに比べ低下した場合や、蓄電装置170,270のうちどちらか一方のみを用い、他方の蓄電装置に蓄えられた電力を温存し、油圧作業機の作業量を低く抑える代わりに、合計の稼働時間を増やしたい場合などに、オペレータが入力装置58を操作すると、コントローラ50は、固定容量型のメインポンプ102,202を駆動する電動機101,201のどちらか一方を停止させることができる構成となっている。
その他の構成は第1の実施の形態と同じである。
〜作動〜
以上のように構成した本実施の形態においては、圧油供給路105,205にチェック弁180,280を設けたため、固定容量型のメインポンプ102,202を駆動する電動機101,201のどちらか一方を停止した場合に、共通の圧油供給路305の圧力が停止している固定容量型のメインポンプ102,202の吐出ポートに印加されることが防止される。
その他の動作は第1の実施の形態と同じである。
〜効果〜
本実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
オペレータが入力装置58を操作し、固定容量型のメインポンプ102,202を駆動する電動機101,201のどちらか一方を停止させた場合に、チェック弁180,280は停止している固定容量型のメインポンプからタンクへ圧油が漏れ出すのを防止し、駆動している固定容量型のメインポンプから吐出された圧油の動力がリークにより無駄に失われるのを防ぐことができる。
<第3の実施の形態>
〜構成〜
図9は、本発明の第3の実施の形態による電動式油圧作業機械(油圧ショベル)の油圧駆動装置を示す図である。
本実施の形態の油圧駆動装置は、第1の実施の形態に備えられていた、電動機101,201によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ130,230を備えておらず、電動機101,201は固定容量型のメインポンプ102,202だけを駆動する構成となっている。
また、本実施の形態の油圧駆動装置は、電動機301(第3電動機)と、電動機301によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ30と、電動機301の回転数を制御するインバータ360と、インバータ360へ一定の電圧で電力を供給する昇降圧チョッパ361と、パイロットポンプ30の圧油供給路31に設けられ、圧油供給路31の圧力、すなわちパイロットポンプ30の吐出圧(以下適宜ポンプ圧という)を検出する圧力検出器42と、圧力検出器42の検出信号に基づいてインバータ360に対する回転数指示信号を生成し、インバータ360を制御するコントローラ55とを備えている。
蓄電装置270は、第1の実施の形態と同様に、昇降圧チョッパ261、インバータ260を介して電動機201に電力を供給するとともに、昇降圧チョッパ361、インバータ360を介して電動機301にも電力を供給するように接続されている。
固定容量型のパイロットポンプ30から吐出された圧油は圧油供給路31に供給される。圧油供給路31には、下流側のパイロット圧油路を圧油供給路31に接続するかタンクに接続するかを切り換えるゲートロック弁100が接続され、ゲートロック弁100にはゲートロックレバー24が設けられている。
図10に、第3の実施の形態におけるコントローラ55の機能ブロック図を示す。
コントローラ55は、テーブル55aと、テーブル55bと、加算器55cと、テーブル55dと、テーブル55fとを有している。
圧力検出器42からの出力をVpiとすると、出力Vpiはテーブル55aにより圧油供給路31の圧力(パイロット1次圧Ppi)に変換され、テーブル55bによりパイロットポンプ30の仮想容量qiの増減量Δqiに変換される。
図11にテーブル55bの特性を示す。
テーブル55bの特性は、目標のパイロット1次圧PpiをPpi0としたとき、圧油供給路31の圧力PpiがPpi0よりも小さいとき、Δqiとして0からΔqi_maxの間の正の値を出力し、PpiがPpi0よりも大きいとき、ΔqiとしてΔqi_minから0の間の負の値を出力し、PpiがPpi0と等しいとき、Δqi=0を出力するように構成されている。
パイロットポンプの仮想容量増減量Δqiは、1制御ステップ前のパイロットポンプ仮想容量qiと加算器55cで加算され、新たなパイロットポンプ仮想容量qiとなる。
パイロットポンプ仮想容量qiはテーブル55dにより、電動機301の目標回転数Npiに変換され、更にテーブル55fによりインバータ360への入力Vinv3に変換され、インバータ360へ出力されるよう構成されている。
上記以外の構成は、第1の実施の形態と同じである。
〜請求の範囲との対応〜
以上において、電動機301は、蓄電装置170,270(第1及び第2蓄電装置)の一方によって電力が供給され、パイロットポンプ30を駆動する第3電動機であり、
コントローラ55は、圧力検出器42及びインバータ360とともに、パイロットポンプ30により生成されるパイロット1次圧Ppiが目標圧力(目標パイロット1次圧Ppi0)と等しくなるよう電動機301(第3電動機)の回転数を制御するパイロットポンプ制御装置を構成する。
〜作動〜
第3の実施の形態の作動を、図9、図10、図11を用いて以下説明する。
固定容量型のメインポンプ102,202を駆動する電動機101,201の回転数制御機能は第1の実施の形態と同じである。
また、蓄電装置170,270の蓄電状態によって固定容量型のメインポンプ102,202の仮想制限トルクT1,T2を制御し、蓄電装置170,270の蓄電状態のアンバランスを解消するように制御する機能も第1の実施の形態と同じである。
第3の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、固定容量型のパイロットポンプ30を、固定容量型のメインポンプ102,202を駆動する電動機101,201と別の電動機301によって独立して駆動する点である。
以下、パイロットポンプ30を駆動する電動機301の回転数制御について、本実施の形態の作動を説明する。
(a)圧油供給路31の圧力が目標パイロット1次圧よりも低い場合
圧油供給路31の圧力(パイロット1次圧)が目標パイロット1次圧Ppi0よりも低かった場合を考える。
図10に示すように、圧力検出器42によって入力されたVpiは、テーブル55aによってパイロット1次圧Ppiに変換される。
Ppi<Ppi0の場合、図11から、パイロットポンプ仮想容量Δqiは、0からΔqi_maxの間の正の値となる。
パイロットポンプ仮想容量Δqiは、1制御ステップ前のパイロットポンプ仮想容量qiに加算され、前述のようにPpiが目標パイロット1次圧Ppi0よりも低かった場合には、パイロットポンプ仮想容量qiは増加していく。
その増加は、パイロット1次圧Ppiが目標パイロット1次圧Ppi0と等しくなるまで継続する。
パイロットポンプ仮想容量qiは、テーブル55dにて目標回転数Npiに、更にテーブル55fにてインバータ360への出力Vinv3に変換され、電動機301の回転数を制御する。
すなわち、圧油供給路31の圧力が目標パイロット1次圧Ppi0よりも低かった場合は、圧油供給路31の圧力(パイロット1次圧)が目標パイロット1次圧と等しくなるまで電動機301がその回転数を増加させる。
(b)圧油供給路31の圧力が目標パイロット1次圧よりも高い場合
圧油供給路31の圧力(パイロット1次圧)が目標パイロット1次圧Ppi0よりも高かった場合を考える。
図10に示すように、圧力検出器42によって入力されたVpiは、テーブル55aによってパイロット1次圧Ppiに変換される。
Ppi>Ppi0の場合、図11から、パイロットポンプ仮想容量Δqiは、Δqi_minから0の間の負の値となる。
パイロットポンプ仮想容量Δqiは、1制御ステップ前のパイロットポンプ仮想容量qiに加算され、前述のようにPpiが目標パイロット1次圧Ppi0よりも高かった場合には、パイロットポンプ仮想容量qiは減少していく。
その減少は、パイロット1次圧Ppiが目標パイロット1次圧Ppi0と等しくなるまで継続する。
パイロットポンプ仮想容量qiは、テーブル55dにて目標回転数Npiに、更にテーブル55fにてインバータ360への出力Vinv3に変換され、電動機301の回転数を制御する。
すなわち、圧油供給路31の圧力が目標パイロット1次圧Ppi0よりも高かった場合は、圧油供給路31の圧力(パイロット1次圧)が目標パイロット1次圧と等しくなるまで電動機301がその回転数を減少させる。
以上、上記(a)(b)で説明したように、コントローラ55は、圧油供給路31の圧力(パイロット1次圧)が目標パイロット1次圧(Ppi0)と等しくなるよう、電動機301の回転数を制御する。
〜効果〜
本実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
本実施の形態においては、蓄電装置270が消費する電力が、固定容量型のメインポンプ202を駆動する電動機201の消費電力と、固定容量型のパイロットポンプを駆動する電動機301の消費電力を合計したものとなるので、第1の実施の形態の場合と比較し、蓄電装置170の蓄電状態よりも蓄電装置270の蓄電状態の方が早く減少する傾向となる。しかし、第1の実施の形態と同様に、一方の蓄電装置(第3の実施の形態では蓄電装置270)の蓄電状態が他方の蓄電装置(第3の実施の形態では蓄電装置170)の蓄電状態よりもより低下した場合に、蓄電状態が低い方の蓄電装置(第3の実施の形態では蓄電装置270)から電力を供給される電動機で駆動される油圧ポンプ(第3の実施の形態では202)の回転数が制限され、その電動機の消費電力を抑え、それら2つの蓄電装置の蓄電状態が再び等しくなるように制御される。
よって、第1の実施の形態と同様に、2つの蓄電装置170,270のうち、どちらか一方の蓄電状態が著しく偏って減少することが防止されるので、それにより油圧作業機械がそれら2つの蓄電装置170,270を用いて稼働する時間が短くなるのを防止できる。
<第4の実施の形態>
〜構成〜
図13は、本発明の第4の実施の形態による電動式油圧作業機械(油圧ショベル)の油圧駆動装置を示す図である。
本実施の形態の油圧駆動装置は、電動機101,201,401,601と、それら電動機101,201,401,601によってそれぞれ駆動される可変容量型のメインポンプ122,222,422,622と、電動機301と、電動機301によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ30と、可変容量型のメインポンプ122,222,422,622から吐出された圧油によって駆動される複数のアクチュエータであるブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、旋回モータ3c、バケットシリンダ3d、スイングシリンダ3e、走行モータ3f,3g、ブレードシリンダ3hと、可変容量型のメインポンプ122,222,422,622から吐出された圧油を複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hへ導くための圧油供給路105a,105b,205a,205bと、圧油供給路105a,105bに接続され、メインポンプ122,222(第1及び第2油圧ポンプ)から吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路307と、圧油供給路205a,205bに接続され、メインポンプ422,622(第1及び第2油圧ポンプ)から吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路308と、共通の圧油供給路307,308の下流に設けられ、共通の圧油供給路307で合流したメインポンプ122,222から吐出された圧油と、共通の圧油供給路308で合流したメインポンプ422,622から吐出された圧油が導かれる制御弁ブロック104とを備えている。
制御弁ブロック104は、共通の圧油供給路307に接続され、複数のアクチュエータ3a,3b,3d,3e,3gに供給される圧油の方向と流量を制御する複数の方向切換弁16a,16d,16e,16g,16jと、共通の圧油供給路308に接続され、複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3f,3hに供給される圧油の方向と流量を制御する複数の方向切換弁16b,16c,16f,16h,16iと、チェック弁80a,80b,80c,80d,80e,80f,80g,80h,80i,80jと、共通の圧油供給路307,308の下流にチェック弁80e,80fを介して設けられ、共通の圧油供給路307,308の圧力が設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁14とを有している。
共通の圧油供給路307の下流には、方向切換弁16gが最上流に配置され、その下流に方向切換弁16a,16dがチェック弁80a,80bを介してパラレル接続され、更にその下流に方向切換弁16j,16eがそれぞれチェック弁80c,80dを介して、方向切換弁16jが方向切換弁16eよりも上流側になるようにタンデム接続されている。
共通の圧油供給路308の下流には、方向切換弁16c,16b,16i,16hがそれぞれチェック弁80g,80h,80i,80jを介してパラレル接続され、方向切換弁16hの下流に方向切換弁16fがタンデム接続されている。
複数の方向切換弁16a,16d,16e,16g,16jと複数の方向切換弁16b,16c,16f,16h,16iはオープンセンタ型であり、メインポンプ122,222及びメインポンプ422,622と制御弁ブロック104は開回路の油圧駆動装置を構成している。
可変容量型のメインポンプ122,222,422,622は、自らの吐出圧力が高くなるとその容量を減じてトルクを制限するためのレギュレータピストン122a,222a,422a,622aを有している。
また、メインポンプ122とメインポンプ422は、それぞれ、互いに一方の吐出圧力が高くなると他方のメインポンプの容量を減じてトルクを制限するためのレギュレータピストン122b,422bを有し、メインポンプ222とメインポンプ622は、それぞれ、互いに一方の吐出圧力が高くなると他方のメインポンプの容量を減じてトルクを制限するためのレギュレータピストン222b,622bを有している。
メインポンプ122,222,422,622は吸収馬力の制限値q1*limit,制限値q2*limit,制限値q3*limit,制限値q4*limitをそれぞれ設定するためのバネ122f,222f,422f,622fを有している。
更に、メインポンプ122,422は、外部圧力(後述する比例電磁弁20の出力圧)によりそれらの容量を減少させ、トルクを減少させるためのレギュレータピストン122c,422cを有し、メインポンプ222,622は、外部圧力(後述する比例電磁弁21の出力圧)によりそれらの容量を減少させ、トルクを減少させるためのレギュレータピストン222c,622cを有している。
また、本実施の形態の油圧駆動装置は、固定容量型のパイロットポンプ30から吐出された圧油が導かれる圧油供給路31と、圧油供給路31に接続され、下流側のパイロット圧油路を圧油供給路31に接続するかタンクに接続するかを切り換えるゲートロック弁100と、油圧作業機械の運転席入側に配置され、ゲートロック弁100を切り換え操作するためのゲートロックレバー24とを備えている。
ゲートロック弁100の下流側のパイロット圧油路は、複数の操作装置操作装置522,523,524a,524b,…(図2参照)に備えられた複数のパイロット弁60a,60b,60c,60d,60e,60f,60e,60f,60g,60hに接続され、複数のパイロット弁60a,60b,60c,60d,60e,60f,60g,60hは、ゲートロック弁100の下流側のパイロット圧油路の圧油に基づいて操作量に応じたパイロット操作圧を生成し、このパイロット操作圧により複数の方向切換弁16a,16b,16c,16d,16e,16f,16g,16h,16i,16jを切り換え制御する。
本実施の形態の油圧駆動装置は、更に、電動機101,201,401,601の回転数を制御するインバータ160,260,460,660と、インバータ160,460へ一定の電圧で電力を供給する昇降圧チョッパ161と、インバータ260,660へ一定の電圧で電力を供給する昇降圧チョッパ261と、電動機301の回転数を制御するインバータ360と、インバータ360へ一定の電圧で電力を供給する昇降圧チョッパ361と、昇降圧チョッパ161、インバータ160,460を介して電動機101,401(第1電動機)に電力を供給するように接続された蓄電装置170(第1蓄電装置)と、昇降圧チョッパ261、インバータ260,660を介して電動機201,601(第2電動機)に電力を供給するように接続されるとともに、昇降圧チョッパ361、インバータ360を介して電動機301に電力を供給するように接続された蓄電装置270(第2蓄電装置)と、蓄電装置170,270の電圧や温度などの情報を後述するコントローラ150に出力するバッテリマネジメントシステム(BMS)171,271と、複数のアクチュエータ3a〜3hの最大速度を指示するための基準回転数指示ダイヤル56と、パイロット弁60a,60b,60d,60e,60gの出力圧のうちの最も高い圧力を選択し出力するシャトル弁19a,19b,19c,19d,19e,19f,19g,19hと、その選択した最高圧力を検出する圧力検出器43と、パイロット弁60a,60b,60c,60h,60fの出力圧のうちの最も高い圧力を選択し出力するシャトル弁19i,19j,19k,19l,19m,19n,19o,19pと、その選択した最高圧力を検出する圧力検出器44と、パイロットポンプ30の圧油供給路31に設けられ、圧油供給路31の圧力、すなわちパイロットポンプ30の吐出圧(以下適宜ポンプ圧という)を検出する圧力検出器42と、ゲートロック弁100の下流側のパイロット圧油路に接続され、固定容量型のパイロットポンプ30から圧油が吐出される圧油供給路31の圧力を減圧してレギュレータピストン122c,422cに導かれるトルク制御圧を生成する比例電磁弁20と、圧油供給路31の圧力を減圧してレギュレータピストン222c,622cに導かれるトルク制御圧を生成する比例電磁弁21と、バッテリマネジメントシステム171,271、基準回転数指示ダイヤル56、圧力検出器43,44からの信号を入力し、それらの情報からインバータ160,260,460,660に対する回転数指示信号と、比例電磁弁20,21に対する制御信号を生成し、インバータ160,260,460,660と比例電磁弁20,21を制御するコントローラ150と、圧力検出器42の検出信号に基づいてインバータ360に対する回転数指示信号を生成し、インバータ360を制御するコントローラ55とを備えている。
図14に、第4の実施の形態におけるコントローラ150の機能ブロック図を示す。
コントローラ150は、比例電磁弁目標電流演算部151と、ゲインテーブル152a,152bと、乗算器153a,153bと、回転数指示値テーブル154と、指令値テーブル155a,155bとを有している。
バッテリマネジメントシステム171,271の出力は、比例電磁弁目標電流演算部151に入力され、その出力が比例電磁弁20,21へと出力される。
一方、ブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ3d、スイングシリンダ3e、右走行モータ3gの最大操作パイロット圧が圧力検出器43を介してコントローラ150に入力され、ブームシリンダ3a(上げ方向のみ)、アームシリンダ3b、旋回モータ3c、ブレードシリンダ3h、左走行モータ3fの最大操作パイロット圧が圧力検出器44を介してコントローラ150に入力される。
圧力検出器43,44からの出力は、それぞれゲインテーブル152a,152bに入力され、0〜100%の範囲でゲインN_gain1、N_gain2に変換され、更に基準回転数指示ダイヤル56からの出力は、回転数指示値テーブル154にて基準回転数指示値N_0に変換される。
回転数指示値テーブル154の出力である基準回転数指示値N_0にゲインN_gain1,N_gain2を乗算器153a,153bで乗算し、それぞれインバータ160,260及びインバータ460,660に対する目標回転数N1d,N2dが求められる。
目標回転数N1d,N2dはそれぞれ指令値テーブル155a,155bに入力され、それぞれインバータ160,260及びインバータ460,660に対する指令値Vinv1,Vinv2に変換され、インバータ160,260及びインバータ460,660に出力される。
図15に、第4の実施の形態におけるコントローラ150内の、比例電磁弁目標電流演算部151の機能ブロック図を示す。
比例電磁弁目標電流演算部151は、第1及び第2SOC推定部151a,151bと、差分器151cと、第1及び第2テーブル151d,151eとを有している。
バッテリマネジメントシステム171,271からの情報(電圧、温度など)は、蓄電装置170,270の蓄電状態を示す第1及び第2SOC推定部151a,151bに入力され、それぞれのSOCとしてSOC1,SOC2を出力する。SOC1とSOC2は差分器151cによって差分されΔSOC(=SOC1−SOC2)となる。差分ΔSOCは第1及び第2テーブル151d,151eに入力され、目標電流I1,I2(馬力制御量)に変換し、比例電磁弁20,21に出力される。
図16A及び図15Bに第1及び第2テーブル151d,151eの特性を示す。
図16Aに示すように、第1テーブル151dの特性は、ΔSOCが正の値にあるとき比例電磁弁20の目標電流I1として0を出力し、ΔSOCが負の値にあるとき、ΔSOCが不感帯-ΔSOC_2より小さくなるにしたがって小さくなり、ΔSOCが最小値-ΔSOC_max近傍の-ΔSOC_0に達すると目標電流I1として最大値I_maxを出力するように設定されている。
図16Bに示すように、第2テーブル151eの特性は第1テーブル151dの特性と逆に設定されている。すなわち、第2テーブル151eの特性は、ΔSOCが負の値にあるとき比例電磁弁21の目標電流I2として0を出力し、ΔSOCが正の値にあるとき、ΔSOCが不感帯ΔSOC_2より大きくなるにしたがって大きくなり、ΔSOCが最大値ΔSOC_max近傍のΔSOC_0に達すると目標電流I1として最大値I_maxを出力するように設定されている。
図17に、可変容量型のメインポンプ122,422のレギュレータピストン122a,422a、レギュレータピストン122b,422b、レギュレータピストン122c,422cによる馬力制御特性を示す。また、図17に、かっこ書きで、可変容量型のメインポンプ222,622のレギュレータピストン222a,622a、レギュレータピストン222b,622b、レギュレータピストン222c,622cによる馬力制御特性を示す。
図17の横軸はメインポンプ122,422の吐出圧P1.P2の平均値Pa(=P1+P2/2)であり、実線A2で示す特性は比例電磁弁20の目標電流I1が0で比例電磁弁20の出力圧が0であるときの特性であり、レギュレータピストン122a,422a,122b,422bは、吐出圧P1.P2の平均値PaがPa_a超え、それ以上に高くなるにしたがってメインポンプ122,422の容量qq1が小さくなるような特性となっている。
また、比例電磁弁20の目標電流I1が増大し、比例電磁弁20の出力圧が高くなるにしたがって、図17に矢印で示すように馬力制御特性は破線B2,C2のように変化することで、その制限の程度がより強くなり、メインポンプ122,422の容量qq1が小さくなるような特性となっている。
図17にかっこ書きで示す可変容量型のメインポンプ222,622のレギュレータピストン222a,622a、レギュレータピストン222b,622b、レギュレータピストン222c,622cによる馬力制御特性も同様である。
〜請求の範囲との対応〜
以上において、可変容量型のメインポンプ122,222(又は422,622)は第1及び第2油圧ポンプであり、第1及び第2油圧ポンプから吐出された圧油は共通の圧油供給路307(又は308)で合流して複数の流量制御弁16a,16b,16d,16e,16g(又は16a,16b,16c,16f,16h)に供給され、更に複数のアクチュエータ3a,3b,3d,3e,3g(又は3a,3b,3d,3e,3g)へと供給される。
電動機101,201(又は401,601)は、メインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)をそれぞれ駆動する第1及び第2電動機であり、蓄電装置170,270は、電動機101,201(又は401,601)(第1及び第2電動機)にそれぞれ電力を供給する第1及び第2蓄電装置である。
レギュレータピストン122a(又は422a)は、メインポンプ122(又は422)(第1油圧ポンプ)の吐出圧が上昇したときにメインポンプ122(又は422)(第1油圧ポンプ)の吐出流量を減少させることでメインポンプ122(又は422)(第1油圧ポンプ)の吸収馬力が制限値q1*limit(第1許容値)を超えないように制御する第1馬力制御装置を構成し、レギュレータピストン222a(又は622a)は、メインポンプ222(又は622)(第2油圧ポンプ)の吐出圧が上昇したときにメインポンプ222(又は622)(第2油圧ポンプ)の吐出流量を減少させることでメインポンプ222(又は622)(第2油圧ポンプ)の吸収馬力が制限値q2*limit(第2許容値)を超えないように制御する第2馬力制御装置を構成する。
比例電磁弁目標電流演算部151は、バッテリマネジメントシステム171,271とともに、蓄電装置170,270(第1及び第2蓄電装置)の蓄電状態がそれぞれ等しくなるように上記第1及び第2馬力制御装置の制限値q1*limit(第1許容値)及び制限値q2*limit(第2許容値)を変更する馬力配分制御装置を構成する。
また、本実施の形態において、メインポンプ122,222(又は422,622)は、それぞれ、可変容量型の油圧ポンプであり、上記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、メインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)の容量を制御することで、上記馬力配分制御装置によって変更された制限値q1*limit(第1許容値)及び制限値q2*limit(第2許容値)を超えないようにメインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)の吸収馬力を制御する。
ゲインテーブル152a(152b)、乗算器153a(153b)、回転数指示値テーブル154、指令値テーブル155a(155b)、インバータ160(又は460)は、複数の操作装置522,523,524a,524b…の少なくとも1つが操作されたとき、その操作装置による要求流量が増加するにしたがってメインポンプ122(又は422)(第1油圧ポンプ)の吐出流量を制御するポジティブ流量制御を行う第1流量制御装置を構成し、ゲインテーブル152a(152b)、乗算器153a(153b)、回転数指示値テーブル154、指令値テーブル155a(155b)、インバータ260(又は660)は、複数の操作装置522,523,524a,524b…の少なくとも1つが操作されたとき、その操作装置による要求流量が増加するにしたがってメインポンプ222(又は622)(第2油圧ポンプ)の吐出流量を制御するポジティブ流量制御を行う第2流量制御装置を構成する。
上記第1及び第2流量制御装置は、それぞれ、メインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)の回転数を制御することで、上記要求流量が増加するにしたがってメインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)の吐出流量を制御し、上記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、メインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)の吸収馬力が制限値q1*limit(又はq3*limit)(第1許容値)及び制限値q2*limit(又はq4*limit)(第2許容値)を超えないように、ポジティブ流量制御により制御されるメインポンプ122,222(又は422,622)(第1及び第2油圧ポンプ)の吐出流量を制御する。
バッテリマネジメントシステム171とコントローラ150の比例電磁弁目標電流演算部151内の第1SOC推定部151aは、蓄電装置170(第1蓄電装置)の蓄電状態を推定する第1蓄電状態推定部を構成し、バッテリマネジメントシステム271とコントローラ150の比例電磁弁目標電流演算部151内の第2SOC推定部151bは、蓄電装置270(第2蓄電装置)の蓄電状態を推定する第2蓄電状態推定部を構成する。
コントローラ150の比例電磁弁目標電流演算部151内の差分器151cと第1及び第2テーブル151d,151eは、上記第1蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置170(第1蓄電装置)の蓄電状態が上記第2蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置270(第2蓄電装置)の蓄電状態より少ないときは、メインポンプ122(又は422)(第1油圧ポンプ)の吸収馬力を減少させるための比例電磁弁20の目標電流I1(第1馬力制御量)を演算し、上記第2蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置270(第2蓄電装置)の蓄電状態が上記第1蓄電状態推定部によって推定された蓄電装置170(第1蓄電装置)の蓄電状態より少ないときは、メインポンプ222(又は622)(第2油圧ポンプ)の吸収馬力を減少させるための比例電磁弁21の目標電流I2(第2馬力制御量)を演算する馬力制御量演算部を構成する。
比例電磁弁20及びメインポンプ122(又は422)のレギュレータピストン122c(又は422c)は、上記馬力制御量演算部によって演算された比例電磁弁20の目標電流I1(第1馬力制御量)に基づいて上記第1馬力制御装置の制限値q1*limit(又はq3*limit)(第1許容値)を変更する第1許容値変更部を構成し、比例電磁弁21及びメインポンプ222(又は622)のレギュレータピストン222c(又は622c)は、上記馬力制御量演算部によって演算された比例電磁弁21の目標電流I2(第2馬力制御量)に基づいて上記第2馬力制御装置の制限値q2*limit(又はq4*limit)(第2許容値)を変更する第2許容値変更部を構成する。
〜作動〜
第4の実施の形態の作動を図12〜17を用いて説明する。
第3の実施の形態と同様、固定容量型のパイロットポンプ30を駆動する電動機301の回転数を制御することにより、圧油供給路31の圧力はパイロット1次圧Ppi0に保たれている。
(a) 蓄電装置170と蓄電装置270のSOCが等しい場合
図15に比例電磁弁目標電流演算部151の機能ブロック図を示す。
まず、第1SOC推定部151aで推定される蓄電装置170の蓄電状態SOC1と、第2SOC推定部151bで推定される蓄電装置270の蓄電状態SOC2が等しい場合には、SOC1=SOC2となっているので、差分器151cで計算されるΔSOC=SOC1−SOC2=0となり、図16に示すテーブル151d,151eの特性から、比例電磁弁20,21への電流指令は0となるので、図17に示すようにメインポンプ122,422の容量はqqmax1に、メインポンプ222,622の容量はqqmax2となる。
<(a-1)全ての操作レバーが中立の場合>
前述のようにブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ3d、スイングシリンダ3e、右走行モータ3gの最大操作パイロット圧が前記圧力検出器43を介してコントローラ150に入力され、ブームシリンダ3a(上げ方向のみ)、アームシリンダ3b、旋回モータ3c、ブレードシリンダ3h、左走行モータ3fの最大操作パイロット圧が前記圧力検出器44を介してコントローラ150に入力されるので、全ての操作レバーが中立の場合は、コントローラ150内のゲインテーブル152a,152bによって、それぞれのゲインN_gain1,N_gain2は最小の値(例えば0%)に保たれる。
更に、基準回転数指示ダイヤル56からの出力は、回転数指示値テーブル154にて基準回転数指示値N_0に変換され、乗算器153a,153bによって前記N_gain1,N_gain2と乗算され、目標回転数N1d,N2dに変換され、更に指令値テーブル155a,155bによってインバータ160,260への出力Vinv1と、インバータ460,660への出力Vinv2にそれぞれ変換されるので、全ての操作レバーが中立の際には前述のようにN_gain1,N_gain2は最小の値(例えば0%)に保たれているので、インバータ160,260への出力Vinv1と、インバータ460,660への出力Vinv2はともに最小の値に保たれる。
Vinv1,Vinv2が最小の値に保たれるので、電動機101,201,401,601はともに最小回転数でメインポンプ122,222,422,622を駆動し、圧油を供給する。
メインポンプ122,222,422,622が最小の回転数で駆動されるので、それらメインポンプから吐出される流量も最小となる。
また、メインポンプ122,222から吐出された圧油はそれぞれ圧油供給路105a,105bを経由し圧油供給路307で合流し、制御弁ブロック104のP1ポートに供給される。
全ての操作レバーが中立なので、P1ポートに供給された圧油は、方向切換弁16g,16d,16a,16j,16eの中立回路を経由し、タンクに排出される。
一方、メインポンプ422,622から吐出された圧油は、それぞれ圧油供給路205a,205bを経由し圧油供給路308で合流し、制御弁ブロック104のP2ポートに供給される。
全ての操作レバーが中立なので、P2ポートに供給された圧油は、方向切換弁16c,16b,16i,16h,16fの中立回路を経由してタンクに排出される。
<(a-2)ブーム上げを操作した場合>
ブーム用の操作レバーを上げ方向、すなわちブームシリンダ3aが伸長する方向に操作レバーを入力した場合を考える。
ブーム操作用のパイロット弁60aが操作され、a1に操作パイロット圧が発生する。
操作パイロット圧a1が加圧されるので、ブーム用の方向切換弁16a,16iがともに図中で右方向に切り替わり、可変容量型のメインポンプ122と222から圧油供給路307を介して供給される圧油と、可変容量型のメインポンプ422と622から圧油供給路308を介して供給される圧油は合流し、ブームシリンダ3aのボトム側に供給される。
一方、ブーム操作用のパイロット弁60aの出力圧は、シャトル弁19a,19e,19f,19g,19hを介して圧力検出器43に導かれると同時に、シャトル弁19pを介して圧力検出器44に導かれる。
圧力検出器43,44の出力Vpc1,Vpc2は、それぞれゲインテーブル152a,152bに導かれ、ブーム操作用パイロット弁60aの出力に応じてN_gain1,N_gain2を出力する。
例えばブーム上げ操作がフル操作の場合には、N_gain1,N_gain2は共に最大値100%となる。
一方、回転数指示値テーブル154にて基準回転数指示値N_0に変換される基準回転数指示ダイヤル56からの出力は、更に乗算器153a,153bにより前記N_gain1,N_gain2と乗算され、目標回転数N1d,N2dに変換され、更に指令値テーブル155a,155bによってインバータ160,260への出力Vinv1と、インバータ460,660への出力Vinv2にそれぞれ変換されるので、ブーム上げ操作がフル操作の場合には、N_gain1,N_gain2は最大の値(例えば100%)に保たれているので、インバータ160,260への出力Vinv1と、インバータ460,660への出力Vinv2はともに基準回転数指示ダイヤル56からの入力通りの値となる。
また、ブーム上げ操作がハーフ操作でゲインテーブル152a,152bで出力されるN_gain1,N_gain2が50%だった場合には、目標回転数N1d,N2dは、基準回転数指示ダイヤル56からの基準回転数指示値N_0に50%を掛けた数字となるので、N1d=N2d=N_0/2となり、電動機101,201,401,601は、それぞれ基準回転数N_0の半分の回転数で回転する。
このように、ブーム上げ操作をした場合には、ブーム操作用パイロット弁60aの出力が大きくなるにつれ、電動機101,201,401,601の回転数が大きくなり、操作レバー入力の大きさでブームシリンダ3aの伸長スピードを調整することができる。
また、ブーム上げ時のブームシリンダ3aの負荷圧がPa_bmrだったとすると、ブーム上げ操作時には前述のようにメインポンプ122と222,422と622の吐出圧は共にブームシリンダ3aの負荷圧Pa_bmrと等しくなる。
ここで、比例電磁弁20,21の電流指令値I1,I2が最小、例えば0だった場合には、可変容量型のメインポンプ122,222,422,622の馬力制御特性は図17の実線A2に示すようになり、ポンプ吐出圧がPa_bmrで可変容量型のメインポンプ122,222の容量はqqbmr1に、可変容量型のメインポンプ422,622の容量がqqbmr2にそれぞれ制限される。
このように、ブーム上げ操作を行った際には、メインポンプ122,222,422,622はブーム上げ操作入力に応じた回転数で、それぞれの馬力制御特性によって決まる容量で圧油を供給する。
(b) 蓄電装置270より蓄電装置170のSOCが大きい場合
図15に示す比例電磁弁目標電流演算部151の機能ブロック図において、
第1SOC推定部151aで推定される蓄電装置170の蓄電状態SOC1と、第2SOC推定部151bで推定される蓄電装置270の蓄電状態SOC2の関係が、SOC1>SOC2の場合を考える。
SOC1>SOC2なので、差分器151cで計算されるΔSOC=SOC1−SOC2>0、すなわち正の値となるので、比例電磁弁20に対する電流指令値I1は最小I1=0となり、比例電磁弁21に対する電流指令値I2は、図16に示すテーブル151eの特性に従った値となる。仮に、ΔSOC>ΔSOC_0の場合には、比例電磁弁21に対する電流指令値I2は、I2=I_maxとなる。
比例電磁弁20の電流指令値I1は0なので、可変容量型のメインポンプ122,422は図17でa)I1=0の実線A2で示す特性となる。
一方、比例電磁弁21の電流指令値I2がI_maxなので、可変容量型のメインポンプ222,622は図17でc)I2=I_maxの破線C2で示す特性となる。
<(b-1)全ての操作レバーが中立の場合>
全ての操作レバーが中立の場合、前述の(a)SOC1=SOC2と同様に、可変容量型のメインポンプ122,222,422,622はともに最小の回転数にて最小の流量を吐出する。
<(b-2)ブーム上げを操作した場合>
可変容量型のメインポンプ122,222,422,622を駆動する電動機101,201,401,601の回転数がブーム上げの操作レバー入力量に応じて増加する基本的な作動については、前述の(a)SOC1=SOC2の場合と同様である。
前述のようにSOC1>SOC2で、ΔSOC(=SOC1−SOC2)がΔSOC_0の場合は、比例電磁弁20の電流指令値I1が最小値0となり、メインポンプ122,422は図17でa)I1=0の特性に従い、一方、比例電磁弁21の電流指令値I2がI2=I_maxとなるので、メインポンプ222,622は図17でc)I2=I_maxの破線C2で示す特性に従う。
ブーム上げ操作時のポンプ負荷圧をPa_bmrとすると、可変容量型のメインポンプ122,422の容量は図17でqqbmr1となる。
一方、可変容量型のメインポンプ222,622の容量はqqbmr2_minとなり、qqbmr2_min<qqbmr1となる。
可変容量型のメインポンプ122,422を駆動する電動機101,401と、可変容量型のメインポンプ422,622を駆動する電動機201,601の回転数はブーム上げ操作量でのみ決まるが、可変容量型のメインポンプ122,422の容量qq1と、可変容量型のメインポンプ222,622の容量qq2は前述のように差があるため、可変容量型のメインポンプ122,422によって吐出される流量よりも、可変容量型のメインポンプ222,622によって吐出される流量が小さくなる。
ポンプの消費動力は、圧力×流量に比例し、ブーム上げ操作時には圧油供給路105,205の圧力は等しいが、前述のようにメインポンプ122,422の吐出流量よりも、メインポンプ222,622の吐出流量が小さいので、メインポンプ222,622の消費動力がメインポンプ122,422の消費動力よりも小さくなる。
このため、メインポンプ222,622に電力を供給している蓄電装置270の消費電力が、メインポンプ122,422に電力を供給している蓄電装置170の消費電力よりも小さくなる。
メインポンプ202に電力を供給している蓄電装置270の消費電力が、メインポンプ102に電力を供給している蓄電装置170の消費電力よりも小さいので、蓄電装置270のSOC2が減少する速度が、蓄電装置170のSOC1が減少する速度よりも小さくなり、それはSOC1とSOC2が等しくなるまで続く。
SOC1=SOC2となれば、(a)の場合と同じ作動をする。
(c) 蓄電装置170より蓄電装置270のSOCが大きい場合
SOC1>SOC2がSOC1<SOC2に換わることによりメインポンプ122,422とメインポンプ222,622との関係が逆になることを除いて、作動は実質的に(b)と同じである。
〜効果〜
本実施の形態によっても、従来の2ポンプを備えた開回路の油圧駆動装置に対して第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
すなわち、メインポンプ122,422、電動機101,401、蓄電装置170に加え、メインポンプ222,622、電動機401,601、蓄電装置270と、メインポンプ122,222から吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路307とメインポンプ422,622から吐出された圧油が合流する共通の圧油供給路308を設け、この合流した圧油を複数の方向切換弁(流量制御弁)16a,16d,16e,16g,16j或いは複数の方向切換弁(流量制御弁)16b,16c,16f,16h,16iに供給し、更に複数のアクチュエータ3a,3b,3d,3e,3g或いは複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3f,3hへと供給する構成としたため、蓄電装置などの種々の電気機器の定格電圧をより小さな馬力で済む電動式油圧作業機械のものと共通化することができる。
また、比例電磁弁目標電流演算部151と比例電磁弁20,21を設け、蓄電装置170,270の一方の蓄電状態が他方の蓄電状態よりも低下した場合に、蓄電装置170,270の蓄電状態がそれぞれ等しくなるようにメインポンプ122,222(又は422,622)の馬力制御の制限値q1*limit(q2*limit)を変更し、蓄電状態が低い方の油圧ポンプの消費動力を抑えるようにしたため、メインポンプ122,222或いは422,622の機械効率、インバータ160,260或いは460,660や昇降圧チョッパ161,261などの電気機器の効率に差がある場合でも、或いは蓄電装置170,270の消費電力量或いは蓄電状態特性に差がある場合でも、蓄電装置170,270の蓄電状態は等しくなるように制御されながら減少していく。このため蓄電装置170,270の内、いずれか一方の蓄電状況だけが著しく低下することが防止され、電動式油圧作業機械の各アクチュエータが所定のスピードを得られる時間を延長することができる。
3a〜3h アクチュエータ
4 制御弁ブロック
6a〜6h 流量制御弁
7a〜7h 圧力補償弁
9a〜9g シャトル弁
14,32 リリーフ弁
16a〜16j 方向切換弁(流量制御弁)
19a〜19p シャトル弁
20,21 比例電磁弁(馬力配分制御装置)
24 ゲートロックレバー
31 圧油供給路(パイロット)
40,41,42 圧力検出器
43,44 圧力検出器
50,55 コントローラ
51 仮想制限トルク演算部(馬力配分制御装置)
51a 第1SOC推定部(第1蓄電状態推定部)
51b 第2SOC推定部(第2蓄電状態推定部)
51c 差分器(馬力制御量演算部)
51d 第1テーブル(馬力制御量演算部)
51e 第2テーブル(馬力制御量演算部)
52,53 電動機回転数制御部
52r,53r 可変馬力制御テーブル(第1及び第2馬力制御装置;馬力配分制御装置;第1及び第2許容値変更部)
52s,53s 最小値選択器(第1及び第2馬力制御装置)
52a〜52m テーブルその他の演算要素(第1流量制御装置)
53a〜53m テーブルその他の演算要素(第2流量制御装置)
56 基準回転数指示ダイヤル
80a〜80j チェック弁
100 切換弁
101,201 電動機(第1及び第2電動機)
102,202 固定容量型のメインポンプ(第1及び第2油圧ポンプ)
104 制御弁ブロック
105,205 圧油供給路(メイン)
122,422 可変容量型のメインポンプ(第1油圧ポンプ)
122a,222a,422a,622a レギュレータピストン(第1及び第2馬力制御装置)
130,230,30 固定容量型のパイロットポンプ
133,233,180,280 チェック弁
150 コントローラ
151 比例電磁弁出力電流演算部(馬力配分制御装置)
152a,152b〜155a,155b テーブル及び乗算器(第1及び第2流量制御装置)
160,260,360 インバータ
161,261,361 昇降圧チョッパ
170,270 蓄電装置(第1及び第2蓄電装置)
171,271 バッテリマネジメントシステム(BMS)
180,280 チェック弁(第1及び第2チェック弁)
222,622 可変容量型のメインポンプ(第2油圧ポンプ)
301 電動機(第3電動機)
305,307,308 共通の圧油供給路
401,601 電動機(第1及び第2電動機)
460,660 インバータ

Claims (8)

  1. 第1油圧ポンプと、
    前記第1油圧ポンプから供給される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
    前記複数のアクチュエータへ供給される圧油の方向と流量を制御する複数の流量制御弁と、
    前記第1油圧ポンプを駆動する第1電動機と、
    前記第1電動機に電力を供給する第1蓄電装置と、
    前記第1油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記第1油圧ポンプの吐出流量を減少させることで前記第1油圧ポンプの吸収馬力が第1許容値を超えないように制御する第1馬力制御装置とを備えた電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    第2油圧ポンプと、
    前記第1及び第2油圧ポンプから吐出された圧油が合流し、前記複数の流量制御弁へと供給される共通の圧油供給路と、
    前記第2油圧ポンプを駆動する第2電動機と、
    前記第2電動機に電力を供給する第2蓄電装置と、
    前記第2油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記第2油圧ポンプの吐出流量を減少させることで前記第2油圧ポンプの吸収馬力が第2許容値を超えないように制御する第2馬力制御装置と、
    前記第1及び第2蓄電装置の蓄電状態がそれぞれ等しくなるように前記第1及び第2馬力制御装置の前記第1及び第2許容値を変更する馬力配分制御装置とを備えることを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  2. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記第1及び第2油圧ポンプは、それぞれ、固定容量型の油圧ポンプであり、
    前記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、前記第1及び第2油圧ポンプの回転数を制御することで、前記馬力配分制御装置によって変更された前記第1及び第2許容値を超えないように前記第1及び第2油圧ポンプの吸収馬力を制御することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  3. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記第1及び第2油圧ポンプは、それぞれ、可変容量型の油圧ポンプであり、
    前記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、前記第1及び第2油圧ポンプの容量を制御することで、前記馬力配分制御装置によって変更された前記第1及び第2許容値を超えないように前記第1及び第2油圧ポンプの吸収馬力を制御することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  4. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記複数のアクチュエータの動作を指令する複数の操作装置と、
    前記複数の操作装置の少なくとも1つが操作されたとき、前記第1油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう、前記第1油圧ポンプの吐出流量を制御するロードセンシング制御を行う第1流量制御装置と、
    前記複数の操作装置の少なくとも1つが操作されたとき、前記第2油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう、前記第2油圧ポンプの吐出流量を制御するロードセンシング制御を行う第2流量制御装置を更に備え、
    前記第1及び第2流量制御装置は、それぞれ、前記第1及び第2油圧ポンプの回転数を制御することで、前記第1及び第2油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう前記第1及び第2油圧ポンプの吐出流量を制御し、
    前記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、前記第1及び第2油圧ポンプの吸収馬力が前記第1及び第2許容値を超えないように、前記ロードセンシング制御により制御される前記第1及び第2油圧ポンプの吐出流量を制御することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  5. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記複数のアクチュエータの動作を指令する複数の操作装置と、
    前記複数の操作装置の少なくとも1つが操作されたとき、その操作装置による要求流量が増加するにしたがって前記第1油圧ポンプの吐出流量を制御するポジティブ流量制御を行う第1流量制御装置と、
    前記複数の操作装置の少なくとも1つが操作されたとき、その操作装置による要求流量が増加するにしたがって前記第2油圧ポンプの吐出流量を制御するポジティブ流量制御を行う第2流量制御装置とを更に備え、
    前記第1及び第2流量制御装置は、それぞれ、前記第1及び第2油圧ポンプの回転数を制御することで、前記要求流量が増加するにしたがって前記第1及び第2油圧ポンプの吐出流量を制御し、
    前記第1及び第2馬力制御装置は、それぞれ、前記第1及び第2油圧ポンプの吸収馬力が前記第1及び第2許容値を超えないように、前記ポジティブ流量制御により制御される前記第1及び第2油圧ポンプの吐出流量を制御することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  6. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記馬力配分制御装置は、
    前記第1蓄電装置の蓄電状態を推定する第1蓄電状態推定部と、
    前記第2蓄電装置の蓄電状態を推定する第2蓄電状態推定部と、
    前記第1蓄電状態推定部によって推定された前記第1蓄電装置の蓄電状態が前記第2蓄電状態推定部によって推定された前記第2蓄電装置の蓄電状態より少ないときは、前記第1油圧ポンプの吸収馬力を減少させるための第1馬力制御量を演算し、前記第2蓄電状態推定部によって推定された前記第2蓄電装置の蓄電状態が前記第1蓄電状態推定部によって推定された前記第1蓄電装置の蓄電状態より少ないときは、前記第2油圧ポンプの吸収馬力を減少させるための第2馬力制御量を演算する馬力制御量演算部と、
    前記馬力制御量演算部によって演算された前記第1馬力制御量に基づいて前記第1馬力制御装置の前記第1許容値を変更する第1許容値変更部と、
    前記馬力制御量演算部によって演算された前記第2馬力制御量に基づいて前記第2馬力制御装置の前記第2許容値を変更する第2許容値変更部とを有することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  7. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記第1油圧ポンプからの圧油を前記共通の圧油供給路に導く第1圧油供給路と、
    前記第2油圧ポンプからの圧油を前記共通の圧油供給路に導く第2圧油供給路と、
    前記第1圧油供給路に設けられ、前記共通の圧油供給路から前記第1油圧ポンプへの圧油の流れを阻止する第1チェック弁と、
    前記第2圧油供給路に設けられ、前記共通の圧油供給路から前記第2油圧ポンプへの圧油の流れを阻止する第2チェック弁とを更に備えることを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
  8. 請求項1記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
    前記複数のアクチュエータの動作を指令する複数の操作装置の元圧であるパイロット1次圧を生成する固定容量型のパイロットポンプと、
    前記第1及び第2蓄電装置の一方によって電力が供給され、前記パイロットポンプを駆動する第3電動機と、
    前記パイロットポンプにより生成されるパイロット1次圧が目標圧力と等しくなるよう前記第3電動機の回転数を制御するパイロットポンプ制御装置とを更に備えることを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
JP2017047817A 2017-03-13 2017-03-13 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置 Active JP6596458B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017047817A JP6596458B2 (ja) 2017-03-13 2017-03-13 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置
CN201880003121.8A CN109790699B (zh) 2017-03-13 2018-03-13 电动式液压作业机械的液压驱动装置
PCT/JP2018/009830 WO2018168887A1 (ja) 2017-03-13 2018-03-13 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置
US16/327,115 US10697150B2 (en) 2017-03-13 2018-03-13 Hydraulic drive system for electrically-driven hydraulic work machine
EP18767847.9A EP3489424B1 (en) 2017-03-13 2018-03-13 Hydraulic drive device for electric hydraulic work machine
KR1020197003923A KR102127995B1 (ko) 2017-03-13 2018-03-13 전동식 유압 작업 기계의 유압 구동 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017047817A JP6596458B2 (ja) 2017-03-13 2017-03-13 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2018150728A JP2018150728A (ja) 2018-09-27
JP2018150728A5 JP2018150728A5 (ja) 2019-02-07
JP6596458B2 true JP6596458B2 (ja) 2019-10-23

Family

ID=63522235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017047817A Active JP6596458B2 (ja) 2017-03-13 2017-03-13 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10697150B2 (ja)
EP (1) EP3489424B1 (ja)
JP (1) JP6596458B2 (ja)
KR (1) KR102127995B1 (ja)
CN (1) CN109790699B (ja)
WO (1) WO2018168887A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4036408A4 (en) * 2019-09-24 2023-05-31 Hitachi Construction Machinery Tierra Co., Ltd. ELECTRIC HYDRAULIC WORK MACHINE
JP7253478B2 (ja) * 2019-09-25 2023-04-06 日立建機株式会社 作業機械
JP7165111B2 (ja) * 2019-09-26 2022-11-02 株式会社日立建機ティエラ 電動式油圧建設機械
JP7274391B2 (ja) * 2019-09-27 2023-05-16 ナブテスコ株式会社 油圧回路
US11933024B2 (en) 2020-02-27 2024-03-19 Cnh Industrial America Llc System and method for controlling pump operating speed range of an electric work vehicle based on hydraulic fluid pressure
JP7319942B2 (ja) 2020-03-26 2023-08-02 株式会社日立建機ティエラ 建設機械の油圧駆動装置
WO2021222532A1 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 Cummins Inc. Distributed pump architecture for multifunctional machines
US20220098832A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-31 Artisan Vehicle Systems, Inc. Redundant Dual Pump Hydraulic System and Method for Electric Mining Machine
GB2604608A (en) * 2021-03-08 2022-09-14 Bamford Excavators Ltd Hydraulic system
CN113107917B (zh) * 2021-04-09 2023-05-23 三一重机有限公司 电液控制方法、装置及作业机械
KR102288976B1 (ko) * 2021-05-06 2021-08-11 주식회사 평강비아이엠 전기적 효율성이 개선된 전기유압시스템
US11946225B2 (en) * 2021-05-28 2024-04-02 Caterpillar Inc. Method and systems for controlling electrically-powered hydraulic circuits
WO2024006727A1 (en) 2022-06-30 2024-01-04 The Procter & Gamble Company Absorbent articles with frangible pathways having tear zones

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3969068B2 (ja) * 2001-11-21 2007-08-29 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械のアクチュエータ駆動装置
JP2004190845A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 作業機械の駆動装置
JP2004357481A (ja) * 2003-05-30 2004-12-16 Sanyo Electric Co Ltd 複数のバッテリを充電する方法と放電する方法
JP3985756B2 (ja) * 2003-09-05 2007-10-03 コベルコ建機株式会社 建設機械の油圧制御回路
JP4905300B2 (ja) 2006-09-28 2012-03-28 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備えた車両、電源システムの制御方法ならびにその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体
JP2008256037A (ja) 2007-04-03 2008-10-23 Hitachi Constr Mach Co Ltd 電動式油圧作業機
KR100974275B1 (ko) * 2007-12-17 2010-08-06 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 소 선회식 굴삭기의 붐 충격 완화장치 및 그 제어방법
JP5778752B2 (ja) * 2011-02-21 2015-09-16 日立建機株式会社 電動式建設機械
JP5662900B2 (ja) * 2011-08-08 2015-02-04 日立建機株式会社 電動式建設機械
CN103890409A (zh) 2011-10-20 2014-06-25 日立建机株式会社 电动式液压作业机械的液压驱动装置
JP5837863B2 (ja) * 2012-08-21 2015-12-24 日立建機株式会社 電動式建設機械
JP2015198495A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 住友重機械工業株式会社 ショベル
CN106284475B (zh) * 2016-09-19 2018-08-14 太原理工大学 一种双电动机驱动的液压挖掘机

Also Published As

Publication number Publication date
EP3489424A1 (en) 2019-05-29
CN109790699A (zh) 2019-05-21
JP2018150728A (ja) 2018-09-27
EP3489424B1 (en) 2021-10-13
CN109790699B (zh) 2021-03-16
KR102127995B1 (ko) 2020-06-29
EP3489424A4 (en) 2020-07-01
WO2018168887A1 (ja) 2018-09-20
US10697150B2 (en) 2020-06-30
US20190194910A1 (en) 2019-06-27
KR20190026878A (ko) 2019-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6596458B2 (ja) 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置
US10280592B2 (en) Hydraulic drive system for electrically-operated hydraulic work machine
US10676898B2 (en) Hydraulic drive system of work machine
KR101992510B1 (ko) 건설 기계
JP5952897B2 (ja) ハイブリッド式作業機械
JP6005176B2 (ja) 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置
KR101736287B1 (ko) 건설 기계의 유압 구동 장치
US10407875B2 (en) Control system and work machine
JP6226844B2 (ja) 建設機械の油圧駆動装置
JP2016061387A5 (ja)
US20180238026A1 (en) Construction machine and method for controlling construction machine
KR20180022624A (ko) 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법
JP4807888B2 (ja) 油圧駆動機械の制御装置
JP6518318B2 (ja) 作業機械の油圧制御装置
JP6591370B2 (ja) 建設機械の油圧制御装置
KR102054519B1 (ko) 건설기계의 유압시스템
JP2008224039A (ja) 油圧駆動機械の制御装置
JPWO2019064555A1 (ja) 作業機械の油圧駆動装置
JP5642620B2 (ja) 作業機械のエネルギ回生装置
CN113994092A (zh) 电动式液压作业机械
JP7146669B2 (ja) 建設機械
CN117043473A (zh) 挖土机
JP2006002943A (ja) 油圧駆動機械の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181219

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190930

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6596458

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150