KR101889583B1 - 건설 기계의 전동 구동 장치 - Google Patents

건설 기계의 전동 구동 장치 Download PDF

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야스타카 츠루가
기와무 다카하시
다츠오 다키시타
하지메 구리쿠마
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가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
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Abstract

본 발명은 건설 기계에 탑재된 축전 장치에 의해 제한되는 가동 시간을, 전동ㆍ발전기에 의한 발전 작용에 의해 종래보다도 길게 할 수 있는 건설 기계의 전동 구동 장치를 제공하는 것이다. 축전 장치(7)와, 전동ㆍ발전기(29)에 의해 구동하는 고정 용량형의 유압 펌프(30)와, 유압 펌프(30)로부터 복수의 유압 액추에이터로 공급하는 압유의 흐름을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브(33, 34) 등과, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 가변 제어하는 쌍방향 컨버터(28)와, LS 차압 Pls가 목표값 Pgr로 되도록, 쌍방향 컨버터(28)를 제어하는 LS 제어 장치(45)를 구비한다. 쌍방향 컨버터(28)는 LS 차압 Pls가 목표값 Pgr을 상회하여 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에, 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치(7)를 충전하는 회생 제어를 행한다.

Description

건설 기계의 전동 구동 장치 {ELECTRIC DRIVE SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 전동식 유압 셔블 등의 건설 기계에 관한 것으로, 특히, 복수의 유압 액추에이터에 압유를 공급하는 유압 펌프를 구동하는 전동ㆍ발전기와, 이 전동ㆍ발전기 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치를 탑재한 건설 기계의 전동 구동 장치에 관한 것이다.
건설 기계의 일례인 미니 셔블(즉, 운전 질량 6톤 미만의 유압 셔블)은, 일반적으로, 하부 주행체와, 이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체와, 이 상부 선회체에 부앙 가능하게 설치되어 붐, 아암 및 버킷을 포함하는 다관절형의 작업기를 구비하고 있다. 이 미니 셔블은, 예를 들어, 유압 펌프와, 복수의 유압 액추에이터(상세하게는, 예를 들어 붐용 유압 실린더, 아암용 유압 실린더 및 버킷용 유압 실린더 등)와, 유압 펌프로부터 복수의 유압 액추에이터로의 압유의 흐름을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브와, 복수의 방향 전환 밸브를 각각 조작하는 조작 수단(상세하게는, 예를 들어 조작 레버의 조작 위치에 대응하는 파일럿압을 출력하는 복수의 조작 장치)을 구비하고 있다.
최근, 배기 가스를 배출하지 않고, 소음이나 진동도 대폭으로 저감시키는 이점을 가지므로, 상기 유압 펌프의 구동원으로서 엔진 대신에, 전동 모터(전동ㆍ발전기)를 탑재한 전동식 미니 셔블이 제창되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 출원 공개 제2010-121328호 공보
상술한 전동식 미니 셔블에 있어서는, 전동 모터의 전력원으로서 복수의 배터리로 이루어지는 축전 장치를 탑재한 것이 있다. 이 축전 장치 탑재형의 전동식 미니 셔블에서는 항상 전력 케이블을 사용하여 외부 전원에 접속할 필요가 없다. 그리고, 예를 들어 미니 셔블의 작업 시에 전력 케이블을 사용하여 외부 전원에 접속하지 않는 경우에는, 이동이나 선회 동작이 제한되지 않는다고 하는 이점을 갖는다. 그러나, 미니 셔블에 탑재 가능한 배터리의 수량, 나아가서는 축전 장치의 축전 용량에는 한계가 있다. 상세하게 설명하면, 예를 들어 후방 초소선회형 혹은 초소선회형이라고 불리는 미니 셔블에 있어서는, 상부 선회체의 후단부 혹은 상부 선회체의 전체에 있어서의 선회 반경 치수가 제한되어 있다. 그리고, 상부 선회체에는 운전자가 탑승하는 운전실 등이 설치되어 있고, 또한 복수의 방향 전환 밸브, 유압 펌프 및 작동유 탱크를 포함하는 유압 기기가 탑재되어 있다. 그로 인해, 운전자의 시인성을 손상시키지 않도록 상부 선회체에 탑재할 수 있는 배터리의 스페이스는 한정되어 있고, 상부 선회체에 탑재 가능한 배터리의 수량에는 한계가 있다. 따라서, 미니 셔블에 탑재하는 축전 장치의 축전 용량에 한계가 있고, 전력 케이블을 사용하여 외부 전원에 접속하지 않는 경우의 미니 셔블의 가동 시간이 한정되어 있었다.
본 발명의 목적은 건설 기계에 탑재된 축전 장치에 의해 제한되는 가동 시간을, 전동ㆍ발전기에 의한 발전 작용에 의해 종래보다도 길게 할 수 있는 건설 기계의 전동 구동 장치를 제공하는 데 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 축전 장치와, 상기 축전 장치와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전동ㆍ발전기와, 상기 전동ㆍ발전기에 의해 구동하는 유압 펌프와, 복수의 유압 액추에이터와, 상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 수단과, 상기 복수의 조작 수단의 조작 방향 및 조작량에 따라서, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브를 구비한 건설 기계의 전동 구동 장치에 있어서, 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 가변 제어하는 전동ㆍ발전기 제어 수단과, 상기 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구비하고, 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 요구 유량의 감소에 따라서 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행한다.
이와 같은 본 발명에 있어서는, 요구 유량의 감소에 따라서 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행함으로써, 건설 기계의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 방향 전환 밸브의 각각의 전후 차압이, 상기 유압 펌프의 토출압과 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압의 차압인 로드 센싱 차압으로 되도록 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와, 상기 로드 센싱 차압을 검출하는 차압 검출 수단을 구비하고, 상기 지령 제어 수단은 상기 차압 검출 수단으로 검출된 로드 센싱 차압이 미리 설정된 목표값으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고, 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 로드 센싱 차압이 상기 목표값을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행한다.
이와 같은 본 발명에 있어서는, 로드 센싱 차압이 목표값을 상회하여(즉, 요구 유량이 감소하여) 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행함으로써, 건설 기계의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
(3) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 방향 전환 밸브의 각각의 전후 차압이, 상기 유압 펌프의 토출압과 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압의 차압인 로드 센싱 차압으로 되도록 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와, 상기 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단과, 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압을 검출하는 최고 부하압 검출 수단을 구비하고, 상기 지령 제어 수단은 상기 최고 부하압 검출 수단으로 검출된 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출압에 대한 목표값을 설정하여, 상기 토출압 검출 수단으로 검출된 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 목표값으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고, 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 목표값을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행한다.
이와 같은 본 발명에 있어서는, 유압 펌프의 토출압이 목표값을 상회하여(즉, 요구 유량이 감소하여) 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행함으로써, 건설 기계의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
(4) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 방향 전환 밸브는 오픈 센터형이고, 상기 복수의 방향 전환 밸브의 센터 바이패스 유로의 하류측에 설치된 오리피스와, 상기 오리피스의 상류측에서 전환하는 복수의 방향 전환 밸브 중 적어도 1개의 전환량의 변화에 기초하여 변화되는, 상기 오리피스의 상류측 압력을 제어압으로서 검출하는 제어압 검출 수단과, 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 취득하는 회전수 취득 수단과, 상기 회전수 취득 수단으로 취득된 상기 전동ㆍ발전기의 회전수에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 연산하는 토출 유량 연산 수단을 구비하고, 상기 지령 제어 수단은 상기 토출 유량 연산 수단으로 산출된 상기 유압 펌프의 토출 유량에 기초하여 상기 제어압에 대한 목표값을 설정하여, 상기 제어압 검출 수단으로 검출된 제어압과 상기 목표값의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고, 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 제어압이 상기 목표값을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행한다.
이와 같은 본 발명에 있어서는, 제어압이 목표값을 상회하여(즉, 요구 유량이 감소하여) 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행함으로써, 건설 기계의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
(5) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 조작 수단의 최대 조작량을 검출하는 최대 조작량 검출 수단과, 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 검출하는 회전수 취득 수단과, 상기 회전수 취득 수단으로 검출된 상기 전동ㆍ발전기의 회전수에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 연산하는 토출 유량 연산 수단을 구비하고, 상기 지령 제어 수단은 상기 최대 조작량 검출 수단으로 검출된 상기 복수의 조작 수단의 최대 조작량에 기초하여 요구 유량을 설정하여, 상기 토출 유량 연산 수단으로 산출된 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 요구 유량으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고, 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 요구 유량을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행한다.
이와 같은 본 발명에 있어서는, 유압 펌프의 토출 유량이 요구 유량을 상회하여(즉, 요구 유량이 감소하여) 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행함으로써, 건설 기계의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 요구 유량의 감소에 따라서 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행함으로써, 건설 기계의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 적용 대상인 전동식 미니 셔블의 전체 구조를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 전동 구동 장치의 구성 중, 대표예로서 붐용 유압 실린더 및 아암용 유압 실린더의 구동에 관한 구성을 나타내는 동시에, LS 차압 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에서 도시된 LS 제어 장치의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
도 5a는 도 4에서 도시된 로우 패스 필터부의 처리를 설명하기 위한 도면으로, 구체예의 하나로서, 처리 전의 차분 ΔPls의 경시 변화를 나타낸다.
도 5b는 도 4에서 도시된 로우 패스 필터부의 처리를 설명하기 위한 도면으로, 구체예의 하나로서, 처리 후의 ΔPls"의 경시 변화를 나타낸다.
도 6은 도 2에서 도시된 쌍방향 컨버터의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제1 변형예에 있어서의 LS 차압 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 변형예에 있어서의 LS 차압 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 변형예에 있어서의 LS 차압 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 11은 도 10에서 도시된 LS 제어 장치의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 13은 도 12에서 도시된 네거티브 제어 장치의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
도 14는 도 13에서 도시된 목표값 설정부의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 16은 도 15에서 도시된 포지티브 제어 장치의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
도 17은 도 16에서 도시된 목표값 설정부의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1 실시 형태를, 도 1 내지 도 5에 의해 설명한다.
도 1은 본 발명의 적용 대상인 전동식 미니 셔블의 전체 구조를 나타내는 측면도이다. 또한, 이후, 전동식 미니 셔블이 도 1에 도시하는 상태에서 운전자가 운전석에 착석한 경우에 있어서의 운전자의 전방측(도 1 중 좌측), 후방측(도 1 중 우측), 좌측(도 1 중 지면을 향해 전방측), 우측(도 1 중 지면을 향해 안측)을, 단순히 전방측, 후방측, 좌측, 우측이라고 칭한다.
이 도 1에 있어서, 전동식 미니 셔블은 크롤러식 하부 주행체(1)와, 이 하부 주행체(1) 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)의 기초 하부 구조를 이루는 선회 프레임(3)과, 이 선회 프레임(3)의 전방측에 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치된 스윙 포스트(4)와, 이 스윙 포스트(4)에 상하 방향으로 회전 가능(부앙 가능)하게 연결된 다관절형의 작업기(5)와, 선회 프레임(3) 상에 설치된 캐노피 타입의 운전실(6)과, 선회 프레임(3) 상의 후방측에 설치되어, 복수의 배터리(예를 들어, 리튬 전지)로 이루어지는 축전 장치(7)(후술하는 도 2 참조)를 수납한 배터리 탑재부(8)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상부 선회체(2)의 측방에는 외부 전원으로부터의 케이블을 접속 가능한 급전 소킷(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
하부 주행체(1)는 상방으로부터 볼 때 대략 H자 형상의 트랙 프레임(9)과, 이 트랙 프레임(9)의 좌우 양측의 후단부 근방에 회전 가능하게 지지된 좌우의 구동륜(10)과, 트랙 프레임(9)의 좌우 양측의 전단부 근방에 회전 가능하게 지지된 좌우의 종동륜(아이들러)(11)과, 좌우 각각의 구동륜(10)과 종동륜(11)에 권취된 좌우의 크롤러 벨트(크롤러)(12)를 구비하고 있다. 그리고, 좌측의 주행용 유압 모터(13A)의 구동에 의해 좌측의 구동륜(10)[즉, 좌측의 크롤러 벨트(12)]이 회전하고, 우측의 주행용 유압 모터(13B)(후술하는 도 2 참조)의 구동에 의해 우측의 구동륜(10)[즉, 우측의 크롤러 벨트(12)]이 회전하도록 되어 있다.
트랙 프레임(9)의 전방측에는 배토용 블레이드(14)가 상하 이동 가능하게 설치되어 있고, 이 블레이드(14)는 블레이드용 유압 실린더(15)(후술하는 도 2 참조)의 신축 구동에 의해 상하 이동하도록 되어 있다.
트랙 프레임(9)의 중앙부에는 선회륜(16)이 설치되고, 이 선회륜(16)을 통해 선회 프레임(3)이 선회 가능하게 설치되어 있고, 선회 프레임(3)[즉, 상부 선회체(2)]은 선회용 유압 모터(17)(후술하는 도 2 참조)의 구동에 의해 선회하도록 되어 있다.
스윙 포스트(4)는 선회 프레임(3)의 전방측에 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치되어 있고, 스윙용 유압 실린더(18)(후술하는 도 2 참조)의 신축 구동에 의해 좌우 방향으로 회전하도록 되어 있다. 이에 의해, 작업기(5)가 좌우로 스윙하도록 되어 있다.
작업기(5)는 스윙 포스트(4)에 상하 방향으로 회전 가능하게 연결된 붐(19)과, 이 붐(19)에 상하 방향으로 회전 가능하게 연결된 아암(20)과, 이 아암(20)에 상하 방향으로 회전 가능하게 연결된 버킷(21)을 구비하고 있다. 붐(19), 아암(20) 및 버킷(21)은 붐용 유압 실린더(22), 아암용 유압 실린더(23) 및 버킷용 유압 실린더(24)에 의해 상하 방향으로 회전하도록 되어 있다.
운전실(6)에는 운전자가 착석하는 운전석(좌석)(25)이 설치되어 있다. 운전석(25)의 전방에는 손 또는 발로 조작 가능하게 하여 전후 방향으로 조작함으로써 좌우의 주행용 유압 모터(13A, 13B)의 동작을 각각 지시하는 좌우의 주행용 조작 레버(26A, 26B)(단, 도 1 중 26A만 도시함)가 설치되어 있다. 우측의 주행용 조작 레버(26B)의 더욱 우측의 발밑 부분에는, 좌우 방향으로 조작함으로써 스윙용 유압 실린더(18)의 동작을 지시하는 스윙용 조작 페달(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
운전석(25)의 좌측에는 전후 방향으로 조작함으로써 아암용 유압 실린더(23)의 동작을 지시하여, 좌우 방향으로 조작함으로써 선회용 유압 모터(17)의 동작을 지시하는 십자(十字) 조작식의 아암ㆍ선회용 조작 레버(27A)가 설치되어 있다. 운전석(25)의 우측에는 전후 방향으로 조작함으로써 붐용 유압 실린더(22)의 동작을 지시하여, 좌우 방향으로 조작하는 버킷용 유압 실린더(24)의 동작을 지시하는 십자 조작식의 붐ㆍ버킷용 조작 레버(27B)(후술하는 도 3 참조)가 설치되어 있다. 또한, 운전석(25)의 우측에는 전후 방향으로 조작함으로써 블레이드용 유압 실린더(15)의 동작을 지시하는 블레이드용 조작 레버(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
도 2는 상술한 전동식 미니 셔블에 구비된 본 실시 형태의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 3은 도 2에서 도시된 전동 구동 장치의 구성 중, 대표예로서 붐용 유압 실린더(22) 및 아암용 유압 실린더(23)의 구동에 관한 구성을 나타내는 동시에, LS 차압 검출 장치의 구성을 나타내는 유압 회로도이다.
이들 도 2 및 도 3에 있어서, 전동 구동 장치는 복수(도 2에서는 편의상 2개만 도시하지만, 실제로는 그것보다 많음)의 배터리로 이루어지는 축전 장치(7)와, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 축전 장치(7)와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전동ㆍ발전기(29)와, 이 전동ㆍ발전기(29)에 의해 구동하는 고정 용량형의 유압 펌프(30) 및 고정 용량형의 파일럿 펌프(도시하지 않음)와, 복수의 유압 액추에이터[상세하게는, 상술한 좌우의 주행용 유압 모터(13A, 13B), 블레이드용 유압 실린더(15), 선회용 유압 모터(17), 스윙용 유압 실린더(18), 붐용 유압 실린더(22), 아암용 유압 실린더(23) 및 버킷용 유압 실린더(24). 이후, 이들을 유압 액추에이터(22, 23) 등이라고 칭함]와, 유압 펌프(30)로부터 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등으로 공급하는 압유의 흐름을 제어하는 밸브 유닛(32)을 구비하고 있다.
밸브 유닛(32)은 유압 펌프(30)로부터 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등으로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 클로즈드 센터형의 방향 전환 밸브[상세하게는, 도 3에서 도시하는 붐용 방향 전환 밸브(33) 및 아암용 방향 전환 밸브(34) 및 도시하지 않은 좌우의 주행용 방향 전환 밸브, 블레이드용 방향 전환 밸브, 선회용 방향 전환 밸브, 스윙용 방향 전환 밸브 및 버킷용 방향 전환 밸브. 이후, 이들을 방향 전환 밸브(33, 34) 등이라고 칭함]를 갖고 있다. 또한, 밸브 유닛(32)은 방향 전환 밸브(33, 34) 등의 상류측에 각각 설치된 복수의 압력 보상 밸브[상세하게는, 도 3에서 도시하는 붐용 압력 보상 밸브(35) 및 아암용 압력 보상 밸브(36) 및 도시하지 않은 좌우의 주행용 압력 보상 밸브, 블레이드용 압력 보상 밸브, 선회용 압력 보상 밸브, 스윙용 압력 보상 밸브 및 버킷용 압력 보상 밸브. 이후, 이들을 압력 보상 밸브(35, 36) 등이라고 칭함]를 갖고 있다.
아암용 방향 전환 밸브(34)는 조작 장치(37A)로부터의 파일럿압에 의해 원격 조작되도록 되어 있다. 상세하게 설명하면, 조작 장치(37A)는 상술한 아암ㆍ선회용 조작 레버(27A)와, 이 조작 레버(27A)의 전후 방향의 조작에 따라서 파일럿 펌프의 토출압을 원압으로 하여 파일럿압을 생성하는 한 쌍의 감압 밸브(38A, 38B)와, 조작 레버(27A)의 좌우 방향의 조작에 따라서 파일럿 펌프의 토출압을 원압으로 하여 파일럿압을 생성하는 한 쌍의 감압 밸브(도시하지 않음)를 갖고 있다. 그리고, 예를 들어 조작 레버(27A)를 중립 위치로부터 전방측으로 조작하면, 그 조작량에 따라서 감압 밸브(38A)에서 생성된 파일럿압이 아암용 방향 전환 밸브(34)의 도 3 중 상측의 수압부로 출력되고, 이에 의해 아암용 방향 전환 밸브(34)가 도 3 중 상측의 전환 위치로 전환된다. 이에 의해, 유압 펌프(30)로부터의 압유가 아암용 유압 실린더(23)의 로드측에 공급되어 아암용 유압 실린더(23)가 축단되어, 아암(20)이 하측으로 회전하도록 되어 있다. 한편, 예를 들어 조작 레버(27A)를 중립 위치로부터 후방측으로 조작하면, 그 조작량에 따라서 감압 밸브(38B)에서 생성된 파일럿압이 아암용 방향 전환 밸브(34)의 도 3 중 하측의 수압부로 출력되고, 이에 의해 아암용 방향 전환 밸브(34)가 도 3 중 하측의 전환 위치로 전환된다. 이에 의해, 유압 펌프(30)로부터의 압유가 아암용 유압 실린더(23)의 보톰측에 공급되어 아암용 유압 실린더(23)가 신장되어, 아암(20)이 상측으로 회전하도록 되어 있다.
붐용 방향 전환 밸브(33)는 조작 장치(37B)로부터의 파일럿압에 의해 원격 조작되도록 되어 있다. 상세하게 설명하면, 조작 장치(37B)는 상술한 붐ㆍ버킷용 조작 레버(27B)와, 이 조작 레버(27B)의 전후 방향의 조작에 따라서 파일럿 펌프의 토출압을 원압으로 하여 파일럿압을 생성하는 한 쌍의 감압 밸브(38C, 38D)와, 조작 레버(27B)의 좌우 방향의 조작에 따라서 파일럿 펌프의 토출압을 원압으로 하여 파일럿압을 생성하는 한 쌍의 감압 밸브(도시하지 않음)를 갖고 있다. 그리고, 예를 들어 조작 레버(27B)를 중립 위치로부터 전방측으로 조작하면, 그 조작량에 따라서 감압 밸브(38C)에서 생성된 파일럿압이 붐용 방향 전환 밸브(33)의 도 3 중 상측의 수압부로 출력되고, 이에 의해 붐용 방향 전환 밸브(33)가 도 3 중 상측의 전환 위치로 전환된다. 이에 의해, 유압 펌프(30)로부터의 압유가 붐용 유압 실린더(22)의 로드측에 공급되어 붐용 유압 실린더(22)가 축단되어, 붐(19)이 하측으로 회전하도록 되어 있다. 한편, 예를 들어 조작 레버(27B)를 중립 위치로부터 후방측으로 조작하면, 그 조작량에 따라서 감압 밸브(38D)에서 생성된 파일럿압이 붐용 방향 전환 밸브(33)의 도 3 중 하측의 수압부로 출력되고, 이에 의해 붐용 방향 전환 밸브(33)가 도 3 중 하측의 전환 위치로 전환된다. 이에 의해, 유압 펌프(30)로부터의 압유가 붐용 유압 실린더(22)의 보톰측에 공급되어 붐용 유압 실린더(22)가 신장되어, 붐(19)이 상측으로 회전하도록 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 좌우의 주행용 유압 모터(13A, 13B), 블레이드용 유압 실린더(15), 선회용 유압 모터(17), 스윙용 유압 실린더(18) 및 버킷용 유압 실린더(24)에 관한 구성도, 상술한 붐용 유압 실린더(22) 및 아암용 유압 실린더(23)의 구동에 관한 구성과 대략 마찬가지이다. 즉, 좌우의 주행용 방향 전환 밸브, 블레이드용 방향 전환 밸브, 선회용 방향 전환 밸브, 스윙용 방향 전환 밸브 및 버킷용 방향 전환 밸브는 각각, 대응하는 조작 장치(도시하지 않음)로부터의 파일럿압에 의해 원격 조작되도록 되어 있다.
방향 전환 밸브(33, 34) 등은 밸브 전환 시에 대응하는 유압 액추에이터의 부하압을 취출하기 위한(단, 밸브 중립 시에 탱크압으로 됨) 부하 포트(33a, 34a) 등을 갖고, 그들 부하 포트(33a, 34a) 등으로부터 출력된 부하압 중 가장 높은 부하압 Plmax[이후, 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax라고 칭함]를 선택하여 취출하기 위한 복수(본 실시 형태에서는 7개이고, 도 3에서는 2개만 도시함)의 부하압용 셔틀 밸브(39)가 설치되어 있다. 그리고, 유압 펌프(30)의 토출압 Ps와 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax의 차압인 로드 센싱 차압 Pls(이후, LS 차압 Pls라고 칭함)를 검출하는 LS 차압 검출 장치(40)가 설치되어 있다.
본 실시 형태에서는, LS 차압 검출 장치(40)는 유압 펌프(30)의 토출압 Ps를 원압으로 하여 LS 차압 Pls에 상당하는 압력을 생성하는 차압 검출 밸브(41)와, 이 차압 검출 밸브(41)의 출력압(즉, LS 차압 Pls)을 측정하는 압력 센서(42)로 구성되어 있다. 차압 검출 밸브(41)는 유압 펌프(30)의 토출압 Ps를 도입하여 승압측에 작용시키는 수압부와, 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax를 셔틀 밸브(39)로부터 도입하여 감압측에 작용시키는 수압부와, 차압 검출 밸브(41) 자신의 출력압을 도입하여 감압측에 작용시키는 수압부를 갖고 있다. 이와 같은 구조에 의해, LS 차압 Pls에 상당하는 압력을 생성하여 출력하도록 되어 있다. 그리고, 압력 센서(42)는 차압 검출 밸브(41)의 출력압을 측정하고, 이를 전기 신호로서 출력하도록 되어 있다.
압력 보상 밸브(35, 36) 등은 각각, 대응하는 방향 전환 밸브의 상류측 압력을 도입하여 밸브 폐쇄측에 작용시키는 수압부와, 대응하는 방향 전환 밸브의 하류측 압력(상세하게는, 부하 포트의 출력압)을 도입하여 밸브 개방측에 작용시키는 수압부와, LS 차압 Pls를 차압 검출 밸브(41)로부터 도입하여 밸브 개방측에 작용시키는 수압부를 갖고 있다. 이에 의해, 모든 방향 전환 밸브(33, 34) 등의 전후 차압이 LS 차압 Pls로 되도록 제어되어 있다. 그 결과, 예를 들어 2개 이상의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작의 경우, 유압 액추에이터의 부하압의 대소에 관계없이, 방향 전환 밸브의 개구 면적에 따른 비율로 압유를 분배하도록 되어 있다.
그리고, 쌍방향 컨버터(28)를 제어하는 로드 센싱 제어 장치(45)[이후, LS 제어 장치(45)라고 칭함]가 설치되어 있다. 이 LS 제어 장치(45)는 LS 차압 검출 장치(40)에서 검출된 LS 차압 Pls가 미리 설정된 목표값 Pgr로 되도록, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 가변 제어하도록 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 LS 차압의 목표값 Pgr을 변경 가능한 입력 장치(46)가 설치되어 있고, LS 차압의 목표값 Pgr의 변경에 의해 유압 액추에이터의 동작 속도를 변경 가능하게 하고 있다.
LS 제어 장치(45)의 상세를, 도 4에 의해 설명한다. 도 4는 LS 제어 장치(45)의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
LS 제어 장치(45)는 입력 장치(46)로부터 입력된 LS 차압의 목표값 Pgr을 설정하는 목표값 설정부(47)와, LS 차압 검출 장치(40)의 압력 센서(42)로부터 입력된 LS 차압 Pls와 목표값 설정부(47)에서 설정된 목표값 Pgr의 차분 ΔPls를 연산하는 감산부(48)와, 이 감산부(48)에서 산출된 차분 ΔPls에 대해 컷오프 주파수 f의 로우 패스 필터 처리를 실시하는 로우 패스 필터부(51)와, 이 로우 패스 필터부(51)에서 처리된 차분 ΔPls"에 대해 소정의 연산 처리를 행하여, 생성한 제어 신호를 쌍방향 컨버터(28)로 출력하는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52)를 갖고 있다.
로우 패스 필터부(51)의 처리를, 도 5a 및 도 5b를 사용하여 구체적으로 설명한다. 감산부(48)에서 산출된 차분 ΔPls의 경시 변화는, 도 5a에서 도시한 바와 같이 2개의 주파수 fa, fb(단, fa>f>fb)가 지배적인 합성 파형인 경우를 상정한다. 로우 패스 필터부(51)는 감산부(48)에서 산출된 차분 ΔPls에 대해 주파수 f 이상의 변화 성분을 제거하는 처리를 행하므로, 처리 후의 차분 ΔPls"의 경시 변화는, 도 5b에서 도시한 바와 같이 주파수 fb가 지배적인 파형으로 된다.
전동ㆍ발전기 지령 연산부(52)는, 예를 들어 도시한 바와 같이, LS 차압의 차분 ΔPls"가 제로보다 커지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 작아지고, LS 차압의 차분 ΔPls"가 제로보다 작아지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 커지는 연산 테이블을 미리 기억하고 있다. 그리고, 이 연산 테이블에 기초하여, 로우 패스 필터부(51)에서 처리된 LS 차압의 차분 ΔPls"로부터 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN을 연산하여, 이 차분 ΔN을 전회의 회전수의 지령값[혹은, 예를 들어 쌍방향 컨버터(28)가 전동ㆍ발전기(29)의 구동 전류의 크기나 위상으로부터 산출한 회전수의 실값이어도 됨]에 가산하여 금회의 회전수의 지령값으로 하고, 이에 대응하는 제어 신호를 생성하여 쌍방향 컨버터(28)에 출력하도록 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 상한값 및 하한값을 미리 기억하고 있고, 전술한 회전수의 지령값을 상한값 및 하한값으로 제한하고 있다. 이에 의해, 파일럿 펌프의 토출압, 즉 조작 장치(37A, 37B) 등에 있어서의 파일럿압의 원압을 확보하도록 되어 있다.
쌍방향 컨버터(28)의 상세를, 도 6에 의해 설명한다. 도 6은 쌍방향 컨버터(28)의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
쌍방향 컨버터(28)는 승강압 초퍼(53)와, 교류 직류 변환기(54)와, 컨트롤러(55)를 구비하고 있다. 승강압 초퍼(53)는, 상세를 도시하지 않지만, 승압 회로, 강압 회로, 정류 회로 및 그들의 회로 사이에 설치된 개폐기를 갖고 있다. 컨트롤러(55)는 LS 제어 장치(45)로부터의 제어 신호(즉, 회전수의 지령값) 등을 입력하여, 이 회전수의 지령값에 따라서 승강압 초퍼(53) 및 교류 직류 변환기(54)를 제어하도록 되어 있다. 상세하게 설명하면, 컨트롤러(55)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 증가시킬 때 혹은 유지할 때에(바꿔 말하면, LS 차압의 차분 ΔPls"≤0일 때에), 전동ㆍ발전기(29)를 전동기로서 작동시키는 구동 지령을, 승강압 초퍼(53) 및 교류 직류 변환기(54)로 출력한다. 이에 따라서, 승강압 초퍼(53)는 축전 장치(7)로부터의 직류 전력의 전압을 승압하여 교류 직류 변환기(54)에 공급하고, 교류 직류 변환기(54)는 승강압 초퍼(53)로부터의 직류 전력을 기초로 교류 전력을 생성하여 전동ㆍ발전기(29)에 인가하여, 전동ㆍ발전기(29)를 구동시킨다. 한편, 컨트롤러(55)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에(바꿔 말하면, LS 차압의 차분 ΔPls">0일 때에), 전동ㆍ발전기(29)를 발전기(회생 브레이크)로서 작동시키는 회생 지령을, 승강압 초퍼(53) 및 교류 직류 변환기(54)로 출력한다. 이에 따라서, 교류 직류 변환기(54)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 관성력을 교류 전력으로 변환하여, 이 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 승강압 초퍼(53)는 교류 직류 변환기(54)로부터의 직류 전력의 전압을 승압하여 축전 장치(7)에 공급하여, 축전 장치(7)를 충전시킨다.
또한, 쌍방향 컨버터(28)는, 예를 들어 상용 전원(56)(외부 전원)으로부터의 케이블이 급전구에 접속된 경우에, 상용 전원(56)과 축전 장치(7) 사이에 개재하도록 되어 있다. 그리고, 전동ㆍ발전기(29)의 정지 중에 외부 전원에 의한 충전의 개시ㆍ종료를 지시 가능한 충전 스위치(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 컨트롤러(55)는 이 충전 스위치로부터의 충전 개시 지시 신호에 따라서 승강압 초퍼(53)로 충전 지령을 출력한다. 이에 따라서, 승강압 초퍼(53)는 상용 전원(56)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 동시에, 그 전압을 강압하여 축전 장치(7)에 공급하여, 축전 장치(7)를 충전시킨다.
또한, 상기에 있어서, 조작 장치(37A, 37B) 등은 특허청구의 범위에 기재된 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 수단을 구성한다. 또한, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기의 회전수를 가변 제어하는 전동ㆍ발전기 제어 수단을 구성한다. 또한, LS 차압 검출 장치(40)는 로드 센싱 차압을 검출하는 차압 검출 수단을 구성한다. 또한, LS 제어 장치(45)는 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성하고, 또한 차압 검출 수단으로 검출된 로드 센싱 차압이 미리 설정된 목표값으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성한다.
다음에, 본 실시 형태의 동작 및 작용 효과를 설명한다.
예를 들어, 운전자가 단독 조작 중인 조작 레버를 중립 위치로 복귀시키면, 대응하는 방향 전환 밸브가 중립 위치로 복귀되어, 요구 유량이 감소한다. 이에 의해, 유압 펌프(30)의 토출압 Ps가 증가하는 동시에, 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax가 감소하므로, LS 차압 Pls가 목표값 Pgr을 상회한다. 그리고, LS 제어 장치(45)는 LS 차압 Pls가 목표값 Pgr로 되도록[바꿔 말하면, 요구 유량에 적합한 유압 펌프(30)의 토출 유량으로 되도록], 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킨다. 이때, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치(7)를 충전하는 회생 제어를 행한다. 따라서, 축전 장치(7)를 충전할 수 있어, 미니 셔블의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
여기서, 예를 들어 쌍방향 컨버터(28)의 회생 제어에 의해 얻어지는 전력을 높이기 위해, 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 질량을 크게 하여 그 관성력을 높이는 것이 생각되지만, 그 경우, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어의 응답성이 저하된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, LS 제어 장치(45)는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52)가 LS 차압 Pls와 목표값 Pgr의 차분 ΔPls에 대해 연산하기 전에, 로우 패스 필터부(51)가 차분 ΔPls에 대해 주파수 f 이상의 변화 성분을 제거하는 처리를 행하고 있다. 이에 의해, LS 차압 Pls의 변동에 대한 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어의 감도를 내릴 수 있다. 따라서, 헌팅을 억제할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시 형태에 있어서는, 차압 검출 밸브(41) 및 압력 센서(42)로 구성된 LS 차압 검출 장치(40)를 구비한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들어 도 7에서 도시하는 제1 변형예와 같이, 차압 센서(57)로 구성된 LS 차압 검출 장치(40A)를 구비해도 된다. 차압 센서(57)는 유압 펌프(30)의 토출압 Ps를 도입하는 동시에, 셔틀 밸브(39)로부터 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax를 도입하여, 그들의 차압인 LS 차압 Pls를 측정하고, 이를 전기 신호로서 LS 제어 장치(45)로 출력한다. 이와 같은 변형예에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 예를 들어 도 8에서 도시하는 제2 변형예와 같이, 토출압 센서(58), 최고 부하압 센서(59) 및 감산기(60)로 구성된 LS 차압 검출 장치(40B)를 구비해도 된다. 토출압 센서(58)는 유압 펌프(30)의 토출압 Ps를 도입하여 측정하고, 이를 전기 신호로서 출력한다. 최고 부하압 센서(59)는 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax를 셔틀 밸브(39)로부터 도입하여 측정하고, 이를 전기 신호로서 출력한다. 감산기(60)는 토출압 센서(58)로부터 입력된 유압 펌프(30)의 토출압 Ps와 최고 부하압 센서(59)로부터 입력된 최고 부하압 Plmax의 차압인 LS 차압 Pls를 연산하고, 이를 전기 신호로서 LS 제어 장치(45)로 출력한다. 또한, 감산기(60)는 LS 차압 검출 장치의 일부가 아니라, LS 제어 장치의 일부가 되도록 구성해도 된다. 이와 같은 변형예에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 예를 들어 도 9에서 도시하는 제3 변형예와 같이, LS 차압 검출 장치(40C)는 상기 LS 차압 검출 장치(40B)와 동일한 구성으로 하면서, 토출압 센서(58) 및 최고 부하압 센서(59)의 유압 도입측에 오리피스(61)를 설치해도 된다. 즉, 오리피스(61)를 설치함으로써, 센서의 검출값의 변동을 억제하도록 해도 된다. 이와 같은 변형예에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 변형예에 있어서는, LS 차압 Pls에 상당하는 압력을 출력하는 차압 검출 밸브(41)를 구비하고 있지 않으므로, 압력 보상 밸브(35A, 36A) 등은 대응하는 방향 전환 밸브의 상류측 압력을 도입하여 밸브 폐쇄측에 작용시키는 수압부와, 대응하는 방향 전환 밸브의 하류측 압력(상세하게는, 부하 포트의 출력압)을 도입하여 밸브 개방측에 작용시키는 수압부와, 유압 펌프(30)의 토출압 Ps를 도입하여 밸브 개방측에 작용시키는 수압부와, 셔틀 밸브(39)로부터 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압 Plmax를 도입하여 밸브 폐쇄측에 작용시키는 수압부를 갖고 있다.
본 발명의 제2 실시 형태를, 도 10 및 도 11에 의해 설명한다. 본 실시 형태는 상기 제1 실시 형태와는 제어 수순이 다른 로드 센싱 제어를 행하는 실시 형태이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 제1 실시 형태 및 변형예와 동등한 부분은 동일한 번호를 부여하여, 적절하게 설명을 생략한다.
도 10은 본 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 실시 형태의 전동 구동 장치는 상기 제2 또는 제3 변형예와 마찬가지로, 토출압 센서(58) 및 최고 부하압 센서(59)를 구비하고 있다. LS 제어 장치(45A)는 최고 부하압 센서(59)로 검출된 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax에 미리 설정된 LS 차압의 목표값 Pgr을 가산하고, 이를 유압 펌프(30)의 토출압의 목표값 Ps0으로서 설정한다. 또한, 토출압 센서(58)로 검출된 유압 펌프(30)의 토출압 Ps가 목표값 Ps0으로 되도록, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 가변 제어하도록 되어 있다.
LS 제어 장치(45A)의 상세를, 도 11에 의해 설명한다. 도 11은 LS 제어 장치(45A)의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
LS 제어 장치(45A)는 유압 펌프(30)의 토출압의 목표값 Ps0을 설정하는 목표값 설정부(47A)와, 토출압 센서(58)로부터 입력된 유압 펌프(30)의 토출압 Ps와 목표값 설정부(47A)에서 설정된 목표값 Ps0의 차분 ΔPs를 연산하는 감산부(48A)와, 이 감산부(48A)에서 산출된 차분 ΔPs에 대해 컷오프 주파수 f의 로우 패스 필터 처리를 실시하는 로우 패스 필터부(51A)와, 이 로우 패스 필터부(51A)에서 처리된 차분 ΔPs"에 대해 소정의 연산 처리를 행하여, 생성한 제어 신호를 쌍방향 컨버터(28)로 출력하는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52A)를 갖고 있다.
목표값 설정부(47A)는 입력 장치(46)로부터 입력된 LS 차압의 목표값 Pgr을 설정한다. 또한, 최고 부하압 센서(59)로부터 입력된 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax에 LS 차압의 목표값 Pgr을 가산하고, 이를 유압 펌프(30)의 토출압의 목표값 Ps0으로서 설정한다.
전동ㆍ발전기 지령 연산부(52A)는, 예를 들어 도시한 바와 같이, 유압 펌프(30)의 토출압의 차분 ΔPs"가 제로보다 커지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 작아지고, 유압 펌프(30)의 토출압의 차분 ΔPs"가 제로보다 작아지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 커지는 연산 테이블을 미리 기억하고 있다. 그리고, 이 연산 테이블에 기초하여, 로우 패스 필터부(51A)에서 처리된 유압 펌프(30)의 토출압의 차분 ΔPs"로부터 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN을 연산하여, 이 차분 ΔN을 전회의 회전수의 지령값[혹은, 예를 들어 쌍방향 컨버터(28)가 전동ㆍ발전기(29)의 구동 전류의 크기나 위상으로부터 산출된 회전수의 실값이어도 됨]에 가산하여 금회의 회전수의 지령값으로 하고, 이에 대응하는 제어 신호를 생성하여 쌍방향 컨버터(28)에 출력하도록 되어 있다.
또한, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52A)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 상한값 및 하한값을 미리 기억하고 있고, 전술한 회전수의 지령값을 상한값 및 하한값으로 제한하고 있다. 이에 의해, 파일럿 펌프의 토출압, 즉 조작 장치(37A, 37B) 등에 있어서의 파일럿압의 원압을 확보하도록 되어 있다.
그리고, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 증가시킬 때 혹은 유지할 때에[상세하게는, 유압 펌프(30)의 토출압의 차분 ΔPs"≤0일 때에], 전동ㆍ발전기(29)를 전동기로서 작동시킨다. 한편, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에[상세하게는, 유압 펌프(30)의 토출압의 차분 ΔPs">0일 때에], 전동ㆍ발전기(29)를 발전기(회생 브레이크)로서 작동시키도록 되어 있다.
또한, 상기에 있어서, 토출압 센서(58)는 특허청구의 범위에 기재된 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단을 구성한다. 또한, 최고 부하압 센서(59)는 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압을 검출하는 최고 부하압 검출 수단을 구성한다. 또한, LS 제어 장치(45A)는 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성하고, 또한 최고 부하압 검출 수단으로 검출된 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압에 기초하여 유압 펌프의 토출압에 대한 목표값을 설정하여, 토출압 검출 수단으로 검출된 유압 펌프의 토출압이 목표값으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성한다.
다음에, 본 실시 형태의 동작 및 작용 효과를 설명한다.
예를 들어, 운전자가 단독 조작 중인 조작 레버를 중립 위치로 복귀시키면, 대응하는 방향 전환 밸브가 중립 위치로 복귀되어, 요구 유량이 감소한다. 이에 의해, 유압 펌프(30)의 토출압 Ps가 증가하는 동시에, 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax가 감소하여 토출압의 목표값 Ps0도 감소하므로, 토출압 Ps가 목표값 Ps0을 상회한다. 그리고, LS 제어 장치(45A)는 유압 펌프(30)의 토출압 Ps가 목표값 Ps0으로 되도록[바꿔 말하면, 요구 유량에 적합한 유압 펌프(30)의 토출 유량으로 되도록], 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킨다. 이때, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치(7)를 충전하는 회생 제어를 행한다. 따라서, 축전 장치(7)를 충전할 수 있어, 미니 셔블의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, LS 제어 장치(45A)는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52A)가 유압 펌프(30)의 토출압 Ps와 목표값 Ps0의 차분 ΔPs에 대해 연산하기 전에, 로우 패스 필터부(51A)가 차분 ΔPs에 대해 주파수 f 이상의 변화 성분을 제거하는 처리를 행하고 있다. 이에 의해, 유압 펌프(30)의 토출압 Ps의 변동(즉, LS 차압 Pls의 변동)에 대한 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어의 감도를 내릴 수 있다. 따라서, 헌팅을 억제할 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 형태에 있어서는, 특별히 설명하지 않았지만, LS 제어 장치(45A)는 최고 부하압 센서(59)로부터 입력된 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax에 대해, 예를 들어 주파수 f 이상의 변화 성분을 제거하는 처리를 행하는 로우 패스 필터부를 가져도 된다. 그리고, 목표값 설정부(47A)는 그 로우 패스 필터부에서 처리된 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등의 최고 부하압 Plmax에 LS 차압의 목표값 Pgr을 가산하고, 이를 유압 펌프(30)의 토출압의 목표값 Ps0으로서 설정한다. 이와 같은 경우도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 입력 장치(46)에 의해 LS 차압의 목표값 Pgr을 변경 가능하게 한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들어, LS 차압의 목표값 Pgr은 미리 설정된 고정값으로서, LS 제어 장치(45)에 기억되어도 된다. 이 경우도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제3 실시 형태를, 도 12 내지 도 14에 의해 설명한다. 본 실시 형태는 네거티브 제어를 행하는 실시 형태이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 실시 형태와 동등한 부분은 동일한 번호를 부여하여, 적절하게 설명을 생략한다.
도 12는 본 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 실시 형태에서는 유압 펌프(30)로부터 복수의 유압 액추에이터(22, 23) 등으로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 오픈 센터형의 방향 전환 밸브[상세하게는, 도 12에서 도시하는 붐용 방향 전환 밸브(33A) 및 아암용 방향 전환 밸브(34A) 및 도시하지 않은 좌우의 주행용 방향 전환 밸브, 블레이드용 방향 전환 밸브, 선회용 방향 전환 밸브, 스윙용 방향 전환 밸브 및 버킷용 방향 전환 밸브. 이후, 이들을 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등이라고 칭함]를 구비하고 있고, 이들 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등은 센터 바이패스 유로(62)를 통해 직렬 접속되어 있다.
센터 바이패스 유로(62)의 하류측에는 제어압 발생용 오리피스(63)가 설치되어 있고, 이 오리피스(63)의 상류측 압력을 제어압 Pn으로서 검출하는 제어압 센서(64)가 설치되어 있다. 그리고, 예를 들어 모든 조작 레버(27A, 27B) 등이 중립 위치에 있는 경우[즉, 모든 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등이 중립 위치에 있는 경우]에, 센터 바이패스 유로(62)의 유량이 비교적 많아지므로, 제어압 Pn은 비교적 커진다. 한편, 예를 들어 조작 레버(27A, 27B) 등 중 어느 하나가 최대 조작 위치에 있는 경우[즉, 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등 중 어느 하나가 전환 위치에 있는 경우]에, 센터 바이패스 유로(62)의 유량이 비교적 적어지므로, 제어압 Pn은 비교적 작아진다.
또한, 쌍방향 컨버터(28)의 컨트롤러(55)는 전동ㆍ발전기(29)의 구동 전류의 크기나 위상으로부터 전동ㆍ발전기(29)의 회전수(실값) N을 연산하도록 되어 있다.
그리고, 쌍방향 컨버터(28)를 제어하는 네거티브 제어 장치(66)가 설치되어 있다. 이 네거티브 제어 장치(66)는 쌍방향 컨버터(28)에서 취득된 전동ㆍ발전기(29)의 회전수 N에 기초하여 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q를 연산하고, 이 토출 유량 Q에 대응하는 제어압의 목표값 Pn0을 설정한다. 그리고, 제어압 센서(64)로 검출된 제어압 Pn과 목표값 Pn0의 차분 ΔPn에 따라서, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 가변 제어하도록 되어 있다.
네거티브 제어 장치(66)의 상세를, 도 13에 의해 설명한다. 도 13은 네거티브 제어 장치(66)의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
네거티브 제어 장치(66)는 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q를 연산하는 토출 유량 연산부(67)와, 이 토출 유량 연산부(67)에서 산출된 토출 유량 Q에 대응하는 제어압의 목표값 Pn0을 설정하는 목표값 설정부(47B)와, 제어압 센서(64)로부터 입력된 제어압 Pn과 목표값 설정부(47B)에서 설정된 목표값 Pn0의 차분 ΔPn을 연산하는 감산부(48B)와, 이 감산부(48B)에서 산출된 차분 ΔPn에 대해 컷오프 주파수 f의 로우 패스 필터 처리를 실시하는 로우 패스 필터부(51B)와, 이 로우 패스 필터부(51B)에서 처리된 차분 ΔPn"에 대해 소정의 연산 처리를 행하여, 생성한 제어 신호를 쌍방향 컨버터(28)로 출력하는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52B)를 갖고 있다.
토출 유량 연산부(67)는 유압 펌프(30)의 배수 용적(고정값)을 미리 기억하고 있고, 이 유압 펌프(30)의 배수 용적과 쌍방향 컨버터(28)에서 취득된 전동ㆍ발전기(29)의 회전수 N을 적산하여, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q를 산출하도록 되어 있다.
목표값 설정부(47B)는, 예를 들어 도 14 중 실선으로 나타내는 연산 테이블에 기초하여, 토출 유량 연산부(67)에서 산출된 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q에 대응하여 제어압의 목표값 Pn0을 설정한다. 이 제어압의 목표값 Pn0은 동일한 토출 유량 Q의 조건으로, 모든 조작 레버(27A, 27B) 등이 중립 위치에 있는 경우[바꿔 말하면, 모든 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등이 중립 위치에 있는 경우]의 제어압 Pn(도 14 중 1점 쇄선으로 나타냄)보다 소정값 a(상세하게는, 제어의 응답성 등을 고려하여 미리 설정된 소정값)만큼 작고, 또한 조작 레버(27A, 27B) 등 중 어느 하나가 최대 조작 위치에 있는 경우[바꿔 말하면, 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등 중 어느 하나가 전환 위치에 있는 경우]의 제어압 Pn(도 14 중 1점 쇄선으로 나타냄)보다 크게 되어 있다.
따라서, 예를 들어 모든 조작 레버(27A, 27B) 등이 중립 위치에 있으면, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q에 관계없이, 제어압 Pn>목표값 Pn0(즉, ΔPn>0)으로 되어, 후술하는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어를, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q의 감소 방향으로 진행시키게 된다. 즉, 제어압 Pn>목표값 Pn0의 관계를 유지하면서 제어압 Pn 및 목표값 Pn0이 감소하여, 최종적으로, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q가 최소값으로 된다[상세하게는, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수 N이 최소값으로 됨]. 한편, 예를 들어 조작 레버(27A, 27B) 등 중 어느 하나가 최대 조작 위치에 있으면, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q에 관계없이, 제어압 Pn<목표값 Pn0(즉, ΔPn <0)으로 되어, 후술하는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어를, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q의 증가 방향으로 진행시키게 된다. 즉, 제어압 Pn<목표값 Pn0의 관계를 유지하면서 제어압의 목표값 Pn0이 증가하여, 최종적으로, 유압 펌프(30)의 토출 유량이 최대값 Q_max로 된다[상세하게는, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수가 최대값 N_max로 됨].
전동ㆍ발전기 지령 연산부(52B)는, 도시한 바와 같이 제어압의 차분 ΔPn"가 제로보다 커지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 작아지고, 제어압의 차분 ΔPn"가 제로보다 작아지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 커지는 연산 테이블을 미리 기억하고 있다. 그리고, 이 연산 테이블에 기초하여, 로우 패스 필터부(51B)에서 처리된 제어압의 차분 ΔPn"로부터 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN을 연산하여, 이 차분 ΔN을 전회의 회전수의 지령값[혹은, 쌍방향 컨버터(28)에서 취득된 회전수의 실값이어도 됨]에 가산하여 금회의 회전수의 지령값으로 하고, 이에 대응하는 제어 신호를 생성하여 쌍방향 컨버터(28)에 출력하도록 되어 있다.
또한, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52B)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 상한값 및 하한값을 미리 기억하고 있고, 전술한 회전수의 지령값을 상한값 및 하한값으로 제한하고 있다. 이에 의해, 파일럿 펌프의 토출압, 즉 조작 장치(37A, 37B) 등에 있어서의 파일럿압의 원압을 확보하도록 되어 있다.
그리고, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 증가시킬 때 혹은 유지할 때에(상세하게는, 제어압의 차분 ΔPn"≤0일 때에), 전동ㆍ발전기(29)를 전동기로서 작동시킨다. 한편, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에(상세하게는, 제어압의 차분 ΔPn">0일 때에), 전동ㆍ발전기(29)를 발전기(회생 브레이크)로서 작동시키도록 되어 있다.
또한, 상기에 있어서, 제어압 센서(64)는 특허청구의 범위에 기재된 오리피스의 상류측에서 전환하는 복수의 방향 전환 밸브 중 적어도 1개의 전환량의 변화에 기초하여 변화되는, 오리피스의 상류측 압력을 제어압으로서 검출하는 제어압 검출 수단을 구성한다. 또한, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기의 회전수를 취득하는 회전수 취득 수단을 구성한다.
또한, 네거티브 제어 장치(66)는 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성한다. 또한, 네거티브 제어 장치(66)는 회전수 취득 수단으로 취득된 전동ㆍ발전기의 회전수에 기초하여 유압 펌프의 토출 유량을 연산하는 토출 유량 연산 수단과, 토출 유량 연산 수단으로 산출된 유압 펌프의 토출 유량에 기초하여 제어압에 대한 목표값을 설정하여, 제어압 검출 수단으로 검출된 제어압과 목표값의 차분에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성한다.
다음에, 본 실시 형태의 동작 및 작용 효과를 설명한다.
예를 들어, 운전자가 단독 조작 중인 조작 레버를 중립 위치로 복귀시키면, 대응하는 방향 전환 밸브가 전환 위치로부터 중립 위치로 복귀되어, 요구 유량이 감소한다. 이에 의해, 제어압 Pn이 증가하여, 유압 펌프의 토출 유량 Q에 대응하는 목표값 Pn0을 상회한다. 그리고, 네거티브 제어 장치(66)는 제어압 Pn과 목표값 Pn0의 차분에 따라서, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 최종적으로 최소값 N_min까지 감소시킨다[바꿔 말하면, 요구 유량에 적합한 유압 펌프(30)의 토출 유량으로 됨]. 이때, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치(7)를 충전하는 회생 제어를 행한다. 따라서, 축전 장치(7)를 충전할 수 있어, 미니 셔블의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 네거티브 제어 장치(66)는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52B)가 제어압 Pn과 목표값 Pn0의 차분 ΔPn에 대해 연산하기 전에, 로우 패스 필터부(51B)가 차분 ΔPn에 대해 주파수 f 이상의 변화 성분을 제거하는 처리를 행하고 있다. 이에 의해, 제어압 Pn의 변동에 대한 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어의 감도를 내릴 수 있다.
본 발명의 제4 실시 형태를, 도 15 내지 도 17에 의해 설명한다. 본 실시 형태는 포지티브 제어를 행하는 실시 형태이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 실시 형태와 동등한 부분은 동일한 번호를 부여하여, 적절하게 설명을 생략한다.
도 15는 본 실시 형태에 있어서의 전동 구동 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 실시 형태에서는 상기 제3 실시 형태와 마찬가지로, 쌍방향 컨버터(28)의 컨트롤러(55)는 전동ㆍ발전기(29)의 구동 전류의 크기나 위상으로부터 전동ㆍ발전기(29)의 회전수(실값) N을 연산하도록 되어 있다.
또한, 조작 장치(37A, 37B) 등으로부터 출력된 파일럿압 중 가장 큰 파일럿압 Pp(이후, 최대 파일럿압 Pp라고 칭함)를 선택하여 취출하기 위한 복수(본 실시 형태에서는 7개이고, 도 15에서는 4개만 도시함)의 파일럿압용 셔틀 밸브(68)가 설치되어, 최종단의 셔틀 밸브(68)의 출력압(즉, 최대 파일럿압 Pp)을 검출하는 파일럿압 센서(69)가 설치되어 있다.
그리고, 쌍방향 컨버터(28)를 제어하는 포지티브 제어 장치(70)가 설치되어 있다. 이 포지티브 제어 장치(70)는 쌍방향 컨버터(28)에서 취득된 전동ㆍ발전기(29)의 회전수 N에 기초하여 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q를 연산한다. 또한, 파일럿압 센서(69)로 검출된 최대 파일럿압 Pp에 기초하여 요구 유량 Qref를 설정하여, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q가 요구 유량 Qref로 되도록, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 가변 제어하도록 되어 있다.
포지티브 제어 장치(70)의 상세를, 도 16에 의해 설명한다. 도 16은 포지티브 제어 장치(70)의 기능적 구성을 관련 기기와 함께 나타내는 블록도이다.
포지티브 제어 장치(70)는 파일럿압 센서(69)로 검출된 최대 파일럿압 Pp에 기초하여 요구 유량(바꿔 말하면, 토출 유량의 목표값) Qref를 설정하는 목표값 설정부(47C)와, 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q를 연산하는 토출 유량 연산부(67)와, 이 토출 유량 연산부(67)에서 산출된 토출 유량 Q와 목표값 설정부(47C)에서 설정된 요구 유량 Qref의 차분 ΔQ를 연산하는 감산부(48C)와, 이 감산부(48C)에서 산출된 차분 ΔQ에 대해 컷오프 주파수 f의 로우 패스 필터 처리를 실시하는 로우 패스 필터부(51C)와, 이 로우 패스 필터부(51C)에서 처리된 차분 ΔQ"에 대해 소정의 연산 처리를 행하여, 생성한 제어 신호를 쌍방향 컨버터(28)로 출력하는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52C)를 갖고 있다.
목표값 설정부(47C)는, 예를 들어 도 17에서 도시한 바와 같은 연산 테이블에 기초하여, 최대 파일럿압 Pp에 대응하는 요구 유량 Qref를 설정한다. 이 요구 유량 Qref는 모든 조작 레버가 최대 조작 위치에 있는 경우[즉, 파일럿압 센서(69)로 검출된 최대 파일럿압이 모든 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등에 출력된 경우]를 상정하여 방향 전환 밸브(33A, 34A) 등의 개구 면적과 그 전후 차압을 적산한 것에 상당한다.
전동ㆍ발전기 지령 연산부(52C)는, 예를 들어 도시한 바와 같이, 유압 펌프(30)의 토출 유량의 차분 ΔQ"가 제로보다 커지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 작아지고, 유압 펌프(30)의 토출 유량의 차분 ΔQ"가 제로보다 작아지는 것에 따라서 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN이 제로보다 커지는 연산 테이블을 미리 기억하고 있다. 그리고, 이 연산 테이블에 기초하여, 로우 패스 필터부(51C)에서 처리된 유압 펌프(30)의 토출 유량의 차분 ΔQ"로부터 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 차분 ΔN을 연산하여, 이 차분 ΔN을 전회의 회전수의 지령값[혹은, 쌍방향 컨버터(28)에서 취득된 회전수의 실값이어도 됨]에 가산하여 금회의 회전수의 지령값으로 하고, 이에 대응하는 제어 신호를 생성하여 쌍방향 컨버터(28)에 출력하도록 되어 있다.
또한, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52C)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 상한값 및 하한값을 미리 기억하고 있고, 전술한 회전수의 지령값을 상한값 및 하한값으로 제한하고 있다. 이에 의해, 파일럿 펌프의 토출압, 즉 조작 장치(37A, 37B) 등에 있어서의 파일럿압의 원압을 확보하도록 되어 있다.
그리고, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 증가시킬 때 혹은 유지할 때에[상세하게는, 유압 펌프(30)의 토출 유량의 차분 ΔQ"≤0일 때에], 전동ㆍ발전기(29)를 전동기로서 작동시킨다. 한편, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에[상세하게는, 유압 펌프(30)의 토출 유량의 차분 ΔQ">0일 때에], 전동ㆍ발전기(29)를 발전기(회생 브레이크)로서 작동시키도록 되어 있다.
또한, 상기에 있어서, 파일럿압 센서(69)는 특허청구의 범위에 기재된 복수의 조작 수단의 최대 조작량을 검출하는 최대 조작량 검출 수단을 구성한다. 또한, 포지티브 제어 장치(70)는 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성한다. 또한, 포지티브 제어 장치(70)는 회전수 취득 수단으로 취득된 전동ㆍ발전기의 회전수에 기초하여 유압 펌프의 토출 유량을 연산하는 토출 유량 연산 수단과, 최대 조작량 검출 수단으로 검출된 복수의 조작 수단의 최대 조작량에 기초하여 요구 유량을 설정하여, 토출 유량 연산 수단으로 산출된 유압 펌프의 토출 유량이 요구 유량으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구성한다.
다음에, 본 실시 형태의 동작 및 효과를 설명한다.
예를 들어 운전자가 단독 조작 중인 조작 레버를 중립 위치로 복귀시키면, 최대 파일럿압 Pp가 감소하여, 대응하는 방향 전환 밸브가 전환 위치로부터 중립 위치로 복귀되어, 요구 유량 Qref가 감소한다. 그리고, 포지티브 제어 장치(70)는 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q가 요구 유량 Qref로 되도록, 쌍방향 컨버터(28)를 통해 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킨다. 이때, 쌍방향 컨버터(28)는 전동ㆍ발전기(29)의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 축전 장치(7)를 충전하는 회생 제어를 행한다. 따라서, 축전 장치(7)를 충전할 수 있어, 미니 셔블의 가동 시간을 길게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 포지티브 제어 장치(70)는 전동ㆍ발전기 지령 연산부(52C)가 유압 펌프(30)의 토출 유량 Q와 요구 유량 Qref의 차분 ΔQ에 대해 연산하기 전에, 로우 패스 필터부(51C)가 차분 ΔQ에 대해 주파수 f 이상의 변화 성분을 제거하는 처리를 행하고 있다. 이에 의해, 요구 유량 Qref의 변동에 대한 전동ㆍ발전기(29)의 회전수의 가변 제어의 감도를 내릴 수 있다. 따라서, 헌팅을 억제할 수 있다.
또한, 상기 제4 실시 형태에 있어서는, 설명하지 않았지만, 유압 액추에이터의 동작 속도를 변경하기 위한 비례 계수를 입력 가능한 입력 장치(도시하지 않음)를 설치하여, 포지티브 컨트롤 제어 장치의 목표값 설정부는 입력 장치로부터 입력된 비례 계수를 요구 유량 Qref에 적산하여 보정해도 된다. 이와 같은 경우도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 복수의 조작 수단으로서, 조작 레버의 조작 위치에 대응한 파일럿압을 출력하는 유압 파일럿식의 조작 장치(37A, 37B) 등을 채용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 예를 들어, 조작 레버의 조작 위치에 대응한 전기 조작 신호를 출력하는 전기 레버식의 조작 장치를 채용해도 된다. 그리고, 상기 제4 실시 형태에 있어서, 전기 레버식의 조작 장치를 채용한 경우에는, 최대 조작량 검출 수단으로서, 조작 장치로부터 출력된 전기 조작 신호 중 최대 조작량의 것을 선택하여 취출하는 연산부를 설치하면 된다. 이와 같은 경우도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 실시 형태에 있어서는, 쌍방향 컨버터(28)는 축전 장치(7)로부터의 전력을 전동ㆍ발전기(29)에 공급하여 전동ㆍ발전기(29)를 구동하는 제1 제어 모드 및 외부 전원으로부터의 전력을 축전 장치(7)에 공급하여 축전 장치(7)를 충전하는 제2 제어 모드를 선택적으로 행할 수 있도록 구성하여, 제1 제어 모드 중, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에 회생 제어를 행하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 전술한 제1 제어 모드 및 제2 제어 모드, 외부 전원으로부터의 전력을 전동ㆍ발전기(29)에 공급하여 전동ㆍ발전기(29)를 구동하는 제3 제어 모드 및 외부 전원으로부터의 전력을 전동ㆍ발전기(29) 및 축전 장치(7)에 공급하여 전동ㆍ발전기(29)를 구동하는 동시에 축전 장치(7)를 충전하는 제4 제어 모드를, 모드 선택 스위치(도시하지 않음)의 조작에 따라서 선택적으로 행할 수 있도록 구성해도 된다. 그리고, 제3 제어 모드 또는 제4 제어 모드 중, 전동ㆍ발전기(29)의 회전수를 감소시킬 때에, 외부 전원으로부터의 전력 공급을 일시 중단하면서, 회생 제어를 행해도 된다. 이와 같은 경우도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이상에 있어서는, 본 발명의 적용 대상으로서, 미니 셔블을 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 중형이나 대형의 유압 셔블(운전 질량 6톤 이상의 유압 셔블)에 적용해도 된다. 또한, 유압 셔블로 한정되지 않고, 유압 크레인 등, 다른 건설 기계에 적용해도 된다.
7 : 축전 장치
13A : 주행용 유압 모터
13B : 주행용 유압 모터
15 : 블레이드용 유압 실린더
17 : 선회용 유압 모터
18 : 스윙용 유압 실린더
22 : 붐용 유압 실린더
23 : 아암용 유압 실린더
24 : 버킷용 유압 실린더
28 : 쌍방향 컨버터(전동ㆍ발전기 제어 수단, 회전수 취득 수단)
29 : 전동ㆍ발전기
30 : 유압 펌프
33, 33A : 붐용 방향 전환 밸브
34, 34A : 아암용 방향 전환 밸브
35, 35A : 붐용 압력 보상 밸브
36, 36A : 아암용 압력 보상 밸브
37A : 조작 장치(조작 수단)
37B : 조작 장치(조작 수단)
40, 40A, 40B, 40C : LS 차압 검출 장치(차압 검출 수단)
45, 45A : 로드 센싱 제어 장치(지령 제어 수단)
58 : 토출압 센서(토출압 검출 수단)
59 : 최고 부하압 센서(최고 부하압 검출 수단)
62 : 센터 바이패스 유로
63 : 오리피스
64 : 제어압 센서(제어압 검출 수단)
66 : 네거티브 제어 장치(지령 제어 수단, 토출 유량 연산 수단)
69 : 파일럿압 센서(최대 조작량 검출 수단)
70 : 포지티브 제어 장치(지령 제어 수단, 토출 유량 연산 수단)

Claims (5)

  1. 축전 장치와,
    상기 축전 장치와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전동ㆍ발전기와,
    상기 전동ㆍ발전기에 의해 구동하는 유압 펌프와,
    복수의 유압 액추에이터와,
    상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 조작 방향 및 조작량에 따라서, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브를 구비한 건설 기계의 전동 구동 장치에 있어서,
    상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 가변 제어하는 전동ㆍ발전기 제어 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구비하고,
    상기 복수의 방향 전환 밸브의 각각의 전후 차압이, 상기 유압 펌프의 토출압과 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압의 차압인 로드 센싱 차압으로 되도록 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와,
    상기 로드 센싱 차압을 검출하는 차압 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 지령 제어 수단은 상기 차압 검출 수단으로 검출된 로드 센싱 차압이 미리 설정된 목표값으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고,
    상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 로드 센싱 차압이 상기 목표값을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 전동 구동 장치.
  2. 축전 장치와,
    상기 축전 장치와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전동ㆍ발전기와,
    상기 전동ㆍ발전기에 의해 구동하는 유압 펌프와,
    복수의 유압 액추에이터와,
    상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 조작 방향 및 조작량에 따라서, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브를 구비한 건설 기계의 전동 구동 장치에 있어서,
    상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 가변 제어하는 전동ㆍ발전기 제어 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구비하고,
    상기 복수의 방향 전환 밸브의 각각의 전후 차압이, 상기 유압 펌프의 토출압과 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압의 차압인 로드 센싱 차압으로 되도록 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와,
    상기 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단과,
    상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압을 검출하는 최고 부하압 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 지령 제어 수단은 상기 최고 부하압 검출 수단으로 검출된 상기 복수의 유압 액추에이터의 최고 부하압에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출압에 대한 목표값을 설정하여, 상기 토출압 검출 수단으로 검출된 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 목표값으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고,
    상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 유압 펌프의 토출압이 상기 목표값을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 전동 구동 장치.
  3. 축전 장치와,
    상기 축전 장치와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전동ㆍ발전기와,
    상기 전동ㆍ발전기에 의해 구동하는 유압 펌프와,
    복수의 유압 액추에이터와,
    상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 조작 방향 및 조작량에 따라서, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브를 구비한 건설 기계의 전동 구동 장치에 있어서,
    상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 가변 제어하는 전동ㆍ발전기 제어 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구비하고,
    상기 복수의 방향 전환 밸브는 오픈 센터형이고,
    상기 복수의 방향 전환 밸브의 센터 바이패스 유로의 하류측에 설치된 오리피스와,
    상기 오리피스의 상류측에서 전환하는 복수의 방향 전환 밸브 중 적어도 1개의 전환량의 변화에 기초하여 변화되는, 상기 오리피스의 상류측 압력을 제어압으로서 검출하는 제어압 검출 수단과,
    상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 취득하는 회전수 취득 수단과,
    상기 회전수 취득 수단으로 취득된 상기 전동ㆍ발전기의 회전수에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 연산하는 토출 유량 연산 수단을 더 구비하고,
    상기 지령 제어 수단은 상기 토출 유량 연산 수단으로 산출된 상기 유압 펌프의 토출 유량에 기초하여 상기 제어압에 대한 목표값을 설정하여, 상기 제어압 검출 수단으로 검출된 제어압과 상기 목표값의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고,
    상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 제어압이 상기 목표값을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 전동 구동 장치.
  4. 축전 장치와,
    상기 축전 장치와의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전동ㆍ발전기와,
    상기 전동ㆍ발전기에 의해 구동하는 유압 펌프와,
    복수의 유압 액추에이터와,
    상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 복수의 조작 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 조작 방향 및 조작량에 따라서, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로 공급하는 압유의 방향 및 유량을 각각 제어하는 복수의 방향 전환 밸브를 구비한 건설 기계의 전동 구동 장치에 있어서,
    상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 가변 제어하는 전동ㆍ발전기 제어 수단과,
    상기 복수의 조작 수단의 각각으로부터의 조작 지령량에 기초하는 요구 유량의 변화에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하는 지령 제어 수단을 구비하고,
    상기 복수의 조작 수단의 최대 조작량을 검출하는 최대 조작량 검출 수단과,
    상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 검출하는 회전수 취득 수단과,
    상기 회전수 취득 수단으로 검출된 상기 전동ㆍ발전기의 회전수에 기초하여 상기 유압 펌프의 토출 유량을 연산하는 토출 유량 연산 수단을 더 구비하고,
    상기 지령 제어 수단은 상기 최대 조작량 검출 수단으로 검출된 상기 복수의 조작 수단의 최대 조작량에 기초하여 요구 유량을 설정하여, 상기 토출 유량 연산 수단으로 산출된 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 요구 유량으로 되도록, 그들의 차분에 따라서 상기 전동ㆍ발전기 제어 수단으로의 지령값을 연산하고 있고,
    상기 전동ㆍ발전기 제어 수단은 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 요구 유량을 상회하여 상기 전동ㆍ발전기의 회전수를 감소시킬 때에, 상기 전동ㆍ발전기의 회전자의 관성력을 전력으로 변환하여 상기 축전 장치를 충전하는 회생 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 전동 구동 장치.
  5. 삭제
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