KR20140044937A - 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법 - Google Patents

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨은, 메인펌프(14)와, 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유를 이용하여 유압모터로서 기능하고, 또한, 유압펌프로서 기능하는 유압펌프·모터(310)와, 컨트롤밸브(17)와, 컨트롤밸브(17)를 통하여 메인펌프(14)와 암실린더(8)를 연결하는 제1 유로와, 유압펌프·모터(310)와 암실린더(8)를 연결하는 제2 유로를 구비하고, 제2 유로는, 컨트롤밸브(17)와 암실린더(8)와의 사이에서 제1 유로에 합류한다.

Description

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법{Excavator and control method for excavator}
본 발명은, 붐 회생용 유압모터를 구비한 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법에 관한 것이다.
종래, 붐하강 시 또는 암 폐쇄 시에 회생용 유압모터에 의하여 회전 구동되는 전동발전기를 구비한 하이브리드식 쇼벨이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 하이브리드식 쇼벨은, 붐하강 시에 붐실린더의 보텀측 유실(油室)로부터 유출되는 작동유를 이용하거나, 혹은, 암 폐쇄 시에 암실린더의 로드측 유실로부터 유출되는 작동유를 이용하여 회생용 유압모터를 회전시킨다. 그 결과, 하이브리드식 쇼벨은, 회생용 유압모터에 연결된 전동발전기를 발전기로서 기능시킴으로써, 붐 및 암의 위치에너지를 전기에너지로서 회수한다.
선행기술문헌
(특허문헌)
특허문헌1: 일본 특허공개공보 2010-48343호
그러나, 특허문헌 1의 하이브리드식 쇼벨은, 회생용 유압모터에 연결된 전동발전기를 발전기로서 기능시킬 뿐이며, 그 전동발전기를 전동기로서 유효하게 기능시키기 위한 유압회로를 구비하고 있지 않아, 회생용 유압모터가 충분히 활용되고 있지 않다.
상술한 점을 감안하여, 본 발명은, 회생용 유압모터를 보다 유효하게 활용하는 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 복수의 유압액추에이터를 가지는 쇼벨로서, 메인펌프와, 상기 복수의 유압액추에이터 중 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 이용하여 유압모터로서 기능하고, 또한, 유압펌프로서 기능하는 유압펌프·모터와, 상기 복수의 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브와, 상기 컨트롤밸브를 통하여 상기 메인펌프와 상기 복수의 유압액추에이터 중 제2 유압액추에이터를 연결하는 제1 유로(油路)와, 상기 유압펌프·모터와 상기 제2 유압액추에이터를 연결하는 제2 유로를 구비하고, 상기 제2 유로는, 상기 컨트롤밸브와 상기 제2 유압액추에이터와의 사이에서 상기 제1 유로에 합류하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 제어방법은, 복수의 유압액추에이터와, 메인펌프와, 상기 복수의 유압액추에이터 중 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 이용하여 유압모터로서 기능하고, 또한, 유압펌프로서 기능하는 유압펌프·모터와 상기 복수의 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브와, 상기 컨트롤밸브를 통하여 상기 메인펌프와 상기 복수의 유압액추에이터 중 제2 유압액추에이터를 연결하는 제1 유로와, 상기 유압펌프·모터와 상기 제2 유압액추에이터를 연결하는 제2 유로를 구비하는 쇼벨의 제어방법으로서, 상기 제2 유로를 흐르는 작동유를, 상기 컨트롤밸브와 상기 제2 유압액추에이터와의 사이에서 상기 제1 유로를 흐르는 작동유에 합류시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 수단에 의하여, 본 발명은, 회생용 유압모터를 보다 유효하게 활용하는 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 동작 상태의 추이를 나타내는 도이다.
도 3은 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 축전계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제1 구동모드에 있어서의 연통회로의 구성예를 나타내는 도이다.
도 6은 제1 연통회로 구동처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제2 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 8은 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제3 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 9는 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제4 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 10은 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제５ 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 11은 제2 연통회로 구동처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 12는 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제6 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 13은 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제7 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 14는 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제8 구동모드에 있어서의 연통회로의 상태를 나타내는 도이다.
도 15는 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 제6 구동모드에 있어서의 연통회로의 다른 상태를 나타내는 도이다.
도 1은, 본 발명의 실시예가 적용되는 하이브리드식 쇼벨을 나타내는 측면도이다.
하이브리드식 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에, 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압 구동되는 작업 요소이다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 설치되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다.
다음으로, 도 2를 참조하면서 본 발명의 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 동작의 일례인 굴삭·적재 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 상태(CD1)로 나타내는 바와 같이, 조작자는, 상부선회체(3)를 선회시켜, 버킷(6)이 굴삭 위치의 상방에 위치하고, 암(5)이 개방되고, 또한, 버킷(6)이 개방된 상태에서, 붐(4)을 하강시켜, 버킷(6)의 선단이 굴삭 대상으로부터 원하는 높이가 되도록 버킷(6)을 하강시킨다. 통상, 상부선회체(3)를 선회시킬 때, 및, 붐(4)을 하강시킬 때, 조작자는, 육안으로, 버킷(6)의 위치를 확인한다. 또, 상부선회체(3)의 선회, 및, 붐(4)의 하강은 동시에 행해지는 것이 일반적이다. 이상의 동작을 붐하강 선회동작이라고 칭하고, 이 동작 구간을 붐하강 선회동작 구간이라고 칭한다.
조작자는, 버킷(6)의 선단이 원하는 높이에 도달했다고 판단한 경우, 상태(CD2)로 나타내는 바와 같이, 암(5)이 지면에 대해서 대략 수직이 될 때까지 암(5)을 폐쇄한다. 이로써, 소정의 깊이의 흙이 굴삭되어, 암(5)이 지표면에 대해서 대략 수직이 될 때까지 버킷(6)으로 긁어 모아진다. 다음으로, 조작자는, 상태(CD3)로 나타내는 바와 같이, 암(5) 및 버킷(6)을 더욱 폐쇄하여, 상태(CD4)로 나타내는 바와 같이, 버킷(6)이 암(5)에 대해서 대략 수직이 될 때까지 버킷(6)을 폐쇄한다. 즉, 버킷(6)의 상측 가장자리가 대략 수평이 될 때까지 버킷(6)을 폐쇄하여, 긁어 모은 흙을 버킷(6) 내에 수용한다. 이상의 동작을 굴삭동작이라고 칭하고, 이 동작 구간을 굴삭동작 구간이라고 칭한다.
다음으로, 조작자는, 버킷(6)이 암(5)에 대해서 대략 수직이 될 때까지 폐쇄했다고 판단한 경우, 상태(CD5)로 나타내는 바와 같이, 버킷(6)을 폐쇄한 채로 버킷의 바닥부가 지면으로부터 원하는 높이가 될 때까지 붐(4)을 상승시킨다. 이 동작을 붐 상승동작이라고 칭하고, 이 동작 구간을 붐 상승동작 구간이라고 칭한다. 이 동작에 이어, 혹은 동시에, 조작자는, 상부선회체(3)를 선회시켜, 화살표(AR1)로 나타내는 바와 같이 버킷(6)을 배토 위치까지 선회 이동시킨다. 붐 상승동작을 포함하는 이 동작을 붐상승 선회동작이라고 칭하고, 이 동작 구간을 붐상승 선회동작 구간이라고 칭한다.
다만, 버킷(6)의 바닥부가 원하는 높이가 될 때까지 붐(4)을 상승시키는 것은, 예를 들면, 덤프카의 화물칸에 배토할 때에는 버킷(6)을 화물칸의 높이보다 높게 들어 올리지 않으면 버킷(6)이 화물칸에 부딪쳐 버리기 때문이다.
다음으로, 조작자는, 붐상승 선회동작이 완료되었다고 판단한 경우, 상태(CD6)로 나타내는 바와 같이, 붐(4)을 하강시키면서 혹은 붐(4)을 정지시키면서 암(5) 및 버킷(6)을 개방하여, 버킷(6) 내의 흙을 배출한다. 이 동작을 덤프동작이라고 칭하고, 이 동작 구간을 덤프동작 구간이라고 칭한다.
다음으로, 조작자는, 덤프동작이 완료되었다고 판단한 경우, 상태(CD7)로 나타내는 바와 같이, 화살표(AR2)의 방향으로 상부선회체(3)를 선회시켜, 버킷(6)을 굴삭 위치의 바로 위로 이동시킨다. 이 때, 선회와 동시에 붐(4)을 하강시켜 버킷(6)을 굴삭 대상으로부터 원하는 높이의 위치까지 하강시킨다. 이 동작은 상태(CD1)에서 설명한 붐하강 선회동작의 일부이다. 그 후, 조작자는, 상태(CD1)로 나타내는 바와 같이 버킷(6)을 원하는 높이까지 하강시켜, 다시 굴삭동작 이후의 동작을 행하도록 한다.
조작자는, 상술한 “붐하강 선회동작”, “굴삭동작”, “붐상승 선회동작”, 및 “덤프동작”을 1사이클로 하여 이 사이클을 반복하면서 굴삭·적재를 진행시켜 나간다.
실시예 1
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3은, 기계적 동력계를 이중선, 고압유압라인을 실선(굵은 선), 파일럿라인을 파선, 전기구동·제어계를 실선(가는 선)으로 각각 나타낸다.
기계식 구동부로서의 엔진(11), 및, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 변속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 유압펌프로서 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.
레귤레이터(14A)는, 메인펌프(14)의 토출량을 제어하기 위한 장치이며, 예를 들면, 메인펌프(14)의 토출압, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호 등에 따라 메인펌프(14)의 경사판 경전각(傾轉角)을 조절함으로써, 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다.
컨트롤밸브(17)는, 하이브리드식 쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 하부주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9)는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 다만, 이하에서는, 하부주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9)를 총칭하여 유압액추에이터라고 한다.
전동발전기(12)에는, 인버터(18A)를 통하여, 축전기로서의 커패시터를 포함하는 축전계(120)가 접속된다. 축전계(120)에는, 인버터(20)를 통하여 전동 작업 요소로서의 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메커니컬브레이크(23), 및 선회변속기(24)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 선회용 전동기(21), 인버터(20), 리졸버(22), 메커니컬브레이크(23) 및 선회변속기(24)로 제1 부하구동계가 구성된다.
조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 유압액추에이터의 각각의 작동 상태를 검출하는 작동 상태 검출부로서 기능하며, 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속되어 있다.
또, 제1 실시예에서는, 붐 회생전력을 얻기 위한 붐 회생용 전동발전기(300)가 인버터(18C)를 통하여 축전계(120)에 접속되어 있다. 전동발전기(300)는, 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유에 의하여 구동되는 유압펌프·모터(310)에 의하여 발전기로서 구동된다. 전동발전기(300)는, 붐(4)이 자중으로 하강할 때에 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유의 압력을 이용하여, 붐(4)의 위치에너지(붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유의 유압에너지)를 전기에너지로 변환한다. 다만, 도 3에 있어서, 설명의 편의상, 유압펌프·모터(310)와 전동발전기(300)는 떨어진 위치에 나타나 있지만, 실제로는, 전동발전기(300)의 회전축은 유압펌프·모터(310)의 회전축에 기계적으로 연결되어 있다. 즉, 유압펌프·모터(310)는, 붐(4)이 하강할 때에 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유에 의하여 회전하도록 구성되어 있으며, 붐(4)이 자중으로 하강할 때의 작동유의 유압에너지를 회전력으로 변환하기 위하여 설치되어 있다.
전동발전기(300)로 발전된 전력은, 회생전력으로서 인버터(18C)를 거쳐 축전계(120)에 공급된다. 전동발전기(300)와 인버터(18C)로 제2 부하구동계가 구성된다.
연통회로(320)는, 유압펌프·모터(310)의 기능을 유압펌프와 유압모터로 전환하여 동작시키기 위한 유압회로이며, 예를 들면, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 따라 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유의 전부 또는 일부를 유압펌프·모터(310)에 공급하여, 유압펌프·모터(310)를 붐 회생용 유압모터로서 동작시킨다. 또, 연통회로(320)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 따라, 전동발전기(300)에 의하여 유압펌프로서 구동되는 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7) 또는 암실린더(8)에 공급한다. 다만, 연통회로(320)의 동작에 대해서는 후술한다.
도 4는 축전계(120)의 구성을 나타내는 블록도이다. 축전계(120)는, 커패시터(19), 승강압컨버터(100) 및 DC버스(110)를 포함한다. 커패시터(19)에는, 커패시터 전압치를 검출하기 위한 커패시터 전압검출부(112)와, 커패시터 전류치를 검출하기 위한 커패시터 전류검출부(113)가 형성되어 있다. 커패시터 전압검출부(112)와 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치와 커패시터 전류치는, 컨트롤러(30)에 공급된다.
승강압컨버터(100)는, 전동발전기(12), 선회용 전동기(21) 및 전동발전기(300)의 운전 상태에 따라, DC버스 전압치가 일정한 범위 내에 들어가도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다. DC버스(110)는, 인버터(18A, 18C 및 20), 및, 승강압컨버터(100)의 사이에 배치되어 있으며, 커패시터(19), 전동발전기(12), 선회용 전동기(21) 및 전동발전기(300)의 사이에서 전력의 수수(授受)를 행한다.
여기에서 다시 도 3을 참조하여 컨트롤러(30)의 상세에 대하여 설명한다. 컨트롤러(30)는, 하이브리드식 쇼벨의 구동제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되어, CPU가 내부메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 실행함으로써 동작하는 장치이다.
컨트롤러(30)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호를 선회속도 지령으로 변환하여, 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행한다. 이 경우, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호는, 선회기구(2)를 선회시키기 위하여 조작장치(26)(선회조작레버)를 조작한 경우의 조작량을 나타내는 신호에 상당한다.
또, 컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환)를 행함과 함께, 승강압 제어부로서의 승강압컨버터(100)를 구동제어하는 것에 의한 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전), 및, 전동발전기(300)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하고, 이로써 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다.
이 승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, DC버스 전압검출부(111)에 의하여 검출되는 DC버스 전압치, 커패시터 전압검출부(112)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치, 및 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전류치에 근거하여 행해진다.
이상과 같은 구성에 있어서, 어시스트모터인 전동발전기(12)가 발전한 전력은, 인버터(18A)를 통하여 축전계(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 승강압컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다. 또, 선회용 전동기(21)가 회생운전하여 생성한 회생전력은, 인버터(20)를 통하여 축전계(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 승강압컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다. 또, 붐 회생용의 전동발전기(300)가 발전한 전력은, 인버터(18C)를 통하여 축전계(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 승강압컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다. 다만, 전동발전기(12) 또는 전동발전기(300)가 발전한 전력은, 인버터(20)를 통하여 선회용 전동기(21)에 직접적으로 공급되어도 되고, 선회용 전동기(21) 또는 전동발전기(300)가 발전한 전력은, 인버터(18A)를 통하여 전동발전기(12)에 직접적으로 공급되어도 되며, 전동발전기(12) 또는 선회용 전동기(21)가 발전한 전력은, 인버터(18C)를 통하여 전동발전기(300)에 직접적으로 공급되어도 된다.
커패시터(19)는, 승강압컨버터(100)를 통하여 DC버스(110)와의 사이에서 전력의 수수를 행할 수 있도록, 충방전 가능한 축전기이면 된다. 다만, 도 4에는, 축전기로서 커패시터(19)를 나타내지만, 커패시터(19) 대신에, 리튬이온전지 등의 충방전 가능한 이차전지, 리튬이온커패시터, 또는, 전력의 수수가 가능한 그 외의 형태의 전원을 축전기로서 이용해도 된다.
상술과 같은 기능에 더하여, 컨트롤러(30)는 또한, 하이브리드식 쇼벨의 구동모드에 따라 연통회로(320)의 구동제어를 행한다.
여기에서, 도 5를 참조하면서, 연통회로(320)의 상세에 대하여 설명한다. 다만, 도 5는, 연통회로(320)의 구성예를 나타내는 도이며, 제1 실시예에 있어서, 연통회로(320)는, 제1 전자밸브(321), 제2 전자밸브(322), 및 역지밸브(323)로 구성된다. 그리고, 연통회로(320)는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 붐실린더 보텀측 유로(C1)(굵은 선으로 강조하여 표시)와, 암실린더(8)의 로드측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 암실린더 로드측 유로(C2)(동일하게 굵은 선으로 강조하여 표시)와, 유압펌프·모터(310)를 접속하도록 배치된다.
제1 전자밸브(321)는, 유압펌프·모터(310)에 유입되는 작동유의 공급원을 전환하고, 또한, 유압펌프·모터(310)로부터 유출되는 작동유의 공급처를 전환하는 전자밸브이며, 예를 들면, 4포트 3위치의 스풀밸브이다. 유압펌프·모터(310)에 유입되는 작동유의 공급원은, 예를 들면, 붐실린더(7)의 보텀측 유실, 또는, 작동유 탱크이다. 또, 유압펌프·모터(310)로부터 유출되는 작동유의 공급처는, 예를 들면, 작동유 탱크, 붐실린더(7)의 보텀측 유실, 또는, 암실린더(8)의 로드측 유실이다.
제2 전자밸브(322)는, 붐실린더 보텀측 유로(C1)와 유압펌프·모터(310)와의 사이의 접속과, 암실린더 로드측 유로(C2)와 유압펌프·모터(310)와의 사이의 접속을 양자택일로 전환하기 위한 전자밸브이며, 예를 들면, 4포트 2위치의 스풀밸브이다.
역지밸브(323)는, 제2 전자밸브(322)와 암실린더 로드측 유로(C2)를 접속하는 유로(C3)에 설치되어, 암실린더 로드측 유로(C2)로부터 유압펌프·모터(310)에 작동유가 흐르는 것을 방지하는 밸브이다.
다만, 유압펌프·모터(310)의 2개의 토출구의 각각과 작동유 탱크와의 사이에는, 체크밸브(310a, 310b)가 배치된다. 2개의 토출구의 각각에 있어서의 압력이 작동유 탱크의 압력 미만이 된 경우에, 작동유 탱크로부터 압유를 공급하여, 토출구의 압력을 작동유 탱크의 압력 이상으로 유지하기 위해서이다.
여기에서, 도 6을 참조하면서, 컨트롤러(30)가 연통회로(320)에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하는 처리(이하, “제1 연통회로 구동처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 6은, 제1 연통회로 구동처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 컨트롤러(30)는, 쇼벨운전 중, 소정의 제어주기로 반복하여 제1 연통회로 구동처리를 실행한다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 압력센서(29)의 출력에 근거하여 붐 조작레버의 조작량을 검출하여, 붐(4)을 구동하고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST1). 또, 컨트롤러(30)는, 붐(4)의 회전운동 각도를 검출하는 각도센서(도시하지 않음), 또는, 붐실린더(7)의 변위(신축)를 검출하는 변위센서(도시하지 않음)의 출력에 근거하여 붐(4)을 구동하고 있는지 아닌지를 판정하도록 해도 된다. 암(5) 또는 버킷(6)이 구동하고 있는지 아닌지를 판정하는 경우도 마찬가지이다.
붐(4)을 구동하고 있지 않다고 판정한 경우(스텝 ST1의 NO), 컨트롤러(30)는, 압력센서(29)의 출력에 근거하여 암 조작레버의 조작량을 검출하여, 암(5)을 구동하고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST2).
암(5)을 구동하고 있지 않다고 판정한 경우(스텝 ST2의 NO), 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)로부터 유압펌프·모터(310)를 차단한다(스텝 ST3).
다만, 이하에서는, 붐(4) 및 암(5)이 모두 비구동상태에 있는 이 상태를 제1 구동모드라고 칭한다. 도 5는, 하이브리드식 쇼벨이 이 제1 구동모드에 있을 때의 연통회로(320)의 상태를 나타낸다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제2 밸브위치(321B)로 전환하여, 연통회로(320)로부터 유압펌프·모터(310)를 차단한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300) 및 유압펌프·모터(310)의 회전을 정지시킨다.
한편, 암(5)을 구동하고 있다고 판정한 경우(제1 실시예에서는, 암(5)을 개방방향으로 구동하고 있다고 판정한 경우)(스텝 ST2의 YES), 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시켜, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급한다(스텝 ST4).
다만, 이하에서는, 붐(4)이 비구동상태일 때에 암(5)이 구동상태(제1 실시예에서는 암(5)이 개방되는 상태)에 있는 이 상태를 제2 구동모드라고 칭한다. 후술하는 도 7은, 하이브리드식 쇼벨이 이 제2 구동모드에 있을 때의 연통회로(320)의 상태를 나타낸다. 하이브리드식 쇼벨은, 예를 들면, 덤프동작 중에 이 제2 구동모드가 된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 유로(C3)를 통하여 암실린더 로드측 유로(C2)와 유압펌프·모터(310)를 연통한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300) 및 유압펌프·모터(310)의 회전을 개시시킨다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14RA)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여 메인펌프(14R)의 토출량을 제어하고, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유와 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 의하여, 암실린더(8)의 로드측 유실에 원하는 유량으로 작동유가 공급되도록 한다. 다만, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만을 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급하여 암(5)을 개방방향으로 구동해도 된다.
이로써, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시켜, 암(5)을 구동하기 위하여(제1 실시예에서는 암(5)을 개방하기 위하여), 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 이용할 수 있다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
또, 붐(4)을 구동하고 있다고 판정한 경우(스텝 ST1의 YES), 컨트롤러(30)는, 붐(4)을 상승방향으로 구동하고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST5).
붐(4)을 상승방향으로 구동하고 있다고 판정한 경우(스텝 ST5의 YES), 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시켜, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 공급한다(스텝 ST6).
다만, 이하에서는, 붐(4)이 상승하는 이 상태를 제3 구동모드라고 칭한다. 후술하는 도 8은, 하이브리드식 쇼벨이 이 제3 구동모드에 있을 때의 연통회로(320)의 상태를 나타낸다. 하이브리드식 쇼벨은, 예를 들면, 붐상승 선회동작 중에 이 제3 구동모드가 된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 붐실린더 보텀측 유로(C1)와 유압펌프·모터(310)를 연통한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300) 및 유압펌프·모터(310)의 회전을 개시시킨다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14LA)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여 메인펌프(14L)의 토출량을 제어하여, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유와 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유에 의하여, 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 원하는 유량으로 작동유가 공급되도록 한다. 다만, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만을 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 공급하여, 붐(4)을 상승방향으로 구동해도 된다.
이로써, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시켜, 붐(4)을 상승방향으로 구동하기 위하여, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 이용할 수 있다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 보다 효율적으로 이용할 수 있다.
한편, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있다고 판정한 경우(스텝 ST5의 NO), 컨트롤러(30)는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 유압펌프·모터(310)에 공급하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시킨다(스텝 ST7).
다만, 이하에서는, 붐(4)이 하강하는 이 상태를 제4 구동모드라고 칭한다. 후술하는 도 9는, 하이브리드식 쇼벨이 이 제4 구동모드에 있을 때의 연통회로(320)의 상태를 나타낸다. 하이브리드식 쇼벨은, 예를 들면, 붐하강 선회동작 중에 이 제4 구동모드가 된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 붐실린더 보텀측 유로(C1)와 유압펌프·모터(310)를 연통한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300)를 회생운전시킨다.
이로써, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 붐(4)의 위치에너지를 회생하기 위하여, 유압펌프·모터(310)를 이용할 수 있다.
또, 제1 실시예에 있어서, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 붐(4) 또는 암(5)의 구동을 위하여 이용하지만, 버킷(6)의 구동 또는 하부주행체(1)의 주행을 위하여 이용해도 된다.
여기에서, 도 7~도 9를 참조하면서, 제2 구동모드, 제3 구동모드, 및 제4 구동모드의 각각에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 상세하게 설명한다. 다만, 도 7~도 9에 있어서의 굵은 실선은, 작동유의 흐름이 발생되고 있는 것을 나타낸다.
먼저, 도 7을 참조하면서, 제2 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 설명한다.
도 7은, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유가 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입되는 상태를 나타낸다. 다만, 이 때의 암실린더 로드측 유로(C2)는, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로, 즉, 구동대상의 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 제1 유로로서, “제1 유로”라고도 칭해진다.
이러한 상태에 있어서, 컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(321A)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제2 밸브위치(322B)로 전환한다. 그 결과, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 제1 전자밸브(321), 제2 전자밸브(322), 및 유로(C3)를 통하여 암실린더 로드측 유로(C2)(제1 유로)에 이르고, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 합류되어, 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입된다. 다만, 이 때의 유압펌프·모터(310)와 암실린더 로드측 유로(C2)를 접속하는 유로(유로(C3)를 포함함)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로, 즉, 구동대상의 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 제2 유로로서, “제2 유로”라고도 칭해진다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14RA)에 대해서 제어신호를 출력하고, 메인펌프(14R)의 토출량을 조정하여, 예를 들면, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 유량만큼, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키도록 한다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)의 토출량을 저감시켜, 컨트롤밸브(17)에서의 압력손실을 저감시키기 위해서이다. 또, 컨트롤러(30)는, 컨트롤밸브(17) 중 하나인 암용 유량제어밸브(17A)를 제어하여 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키거나 혹은 소멸시키도록 해도 된다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 다른 유압액추에이터에 공급할 수 있도록 하기 위해서이다. 다만, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 소멸시킨 경우에는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만이 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급된다. 또, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키는 일 없이, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급해도 된다. 메인펌프(14R)의 토출량의 부족을 보충하기 위하여, 혹은, 암(5)의 동작속도를 증대시키기 위해서이다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 비구동상태일 때에 암(5)이 개방되는 제2 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입시키도록 한다.
다만, 유로(C3)는, 암실린더(8)의 보텀측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 유로에 합류하는 것이어도 된다. 이 경우, 제2 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 암실린더(8)의 보텀측 유실에 유입되어, 암(5)을 폐쇄하기 위하여 이용된다.
다음으로, 도 8을 참조하면서, 제3 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 설명한다.
도 8은, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유가 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 유입되는 상태를 나타낸다. 다만, 이 경우의 제1 유로는, 붐실린더 보텀측 유로(C1)가 된다. 붐실린더 보텀측 유로(C1)는, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로, 즉, 구동대상의 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 제1 유로이다.
이러한 상태에 있어서, 컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(321A)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(322A)로 전환한다. 그 결과, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)를 통하여 붐실린더 보텀측 유로(C1)(제1 유로)에 이르고, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유에 합류하여, 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 유입된다. 다만, 이 경우의 제2 유로는, 유압펌프·모터(310)와 붐실린더 보텀측 유로(C1)를 접속하는 유로(C4)가 된다. 유로(C4)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로, 즉, 구동대상의 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 제2 유로이다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14LA)에 대해서 제어신호를 출력하고, 메인펌프(14L)의 토출량을 조정하여, 예를 들면, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 유량만큼, 메인펌프(14L)로부터 붐실린더(7)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키도록 한다. 붐(4)의 상승방향의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14L)의 토출량을 저감시켜, 컨트롤밸브(17)에서의 압력손실을 저감시키기 위해서이다. 또 컨트롤러(30)는, 컨트롤밸브(17) 중 하나인 붐용 유량제어밸브(17B)를 제어하여 메인펌프(14L)로부터 붐실린더(7)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키거나 혹은 소멸시키도록 해도 된다. 붐(4)의 상승방향의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 다른 유압액추에이터에 공급할 수 있도록 하기 위해서이다. 다만, 메인펌프(14L)로부터 붐실린더(7)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 소멸시킨 경우에는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만이 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 공급된다. 또, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14L)로부터 붐실린더(7)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키는 일 없이, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 공급해도 된다. 메인펌프(14L)의 토출량의 부족을 보충하기 위하여, 혹은, 붐(4)의 동작속도를 증대시키기 위해서이다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 상승하는 제3 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 유입시키도록 한다.
다음으로, 도 9를 참조하면서, 제4 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 설명한다.
컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제3 밸브위치(321C)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(322A)로 전환한다. 또한, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300) 및 유압펌프·모터(310)의 회전을 정지시켜, 회생운전 가능한 상태로 한다. 그 결과, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유는, 그 일부 또는 전부가 제2 전자밸브(322) 및 제1 전자밸브(321)를 통하여 유압펌프·모터(310)에 유입되고, 나머지 부분이 컨트롤밸브(17)의 붐용 유량제어밸브(17B)를 통하여 작동유 탱크로 배출된다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 하강하는 제4 구동모드에 있어서, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 유압펌프·모터(310)에 유입시키도록 한다.
이상의 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨은, 제2 구동모드 및 제3 구동모드일 때에 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시키고, 또한, 제4 구동모드일 때에 유압펌프·모터(310)를 회생용 유압모터로서 기능시킨다. 그 결과, 하이브리드식 쇼벨은, 유압펌프·모터(310)를 유효하게 이용할 수 있다.
또, 본 발명의 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨은, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를, 구동대상의 유압액추에이터와 컨트롤밸브(17)와의 사이에서 합류시킨다. 그 결과, 하이브리드식 쇼벨은, 컨트롤밸브(17)에서 발생하는 압력손실을 회피하면서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 효율적으로 공급할 수 있다.
실시예 2
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨에 있어서의 구동계 및 축전계의 구성은, 도 3 및 도 4에 나타내는 제1 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨에 있어서의 구동계 및 축전계의 구성과 동일하다.
제2 실시예에서는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력을 검출하기 위한 붐실린더압 센서(S1)가 붐실린더(7)에 장착되고, 암실린더(8)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력을 검출하기 위한 암실린더압 센서(S2)가 암실린더(8)에 장착되어 있다. 붐실린더압 센서(S1) 및 암실린더압 센서(S2)의 각각은, 유압액추에이터압 검출부의 일례이며, 검출한 압력치를 컨트롤러(30)에 대해서 출력한다.
또, 제2 실시예에서는, 연통회로(320)는, 유압펌프·모터(310)의 기능을 유압펌프와 유압모터로 전환하여 동작시키기 위한 유압회로이다. 연통회로(320)는, 예를 들면, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 따라 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유의 전부 또는 일부를 유압펌프·모터(310)에 공급하여, 유압펌프·모터(310)를 붐 회생용 유압모터로서 동작시킨다. 또, 연통회로(320)는, 유압펌프로서 동작하는 유압펌프·모터(310)에, 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유의 전부 또는 일부를 공급하여, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)에 공급한다. 다만, 연통회로(320)의 동작에 대해서는 후술한다.
여기에서, 도 10을 참조하면서, 제2 실시예에 있어서의 연통회로(320)의 상세에 대하여 설명한다. 다만, 도 10은, 제2 실시예에 있어서의 연통회로(320)의 구성예를 나타내는 도이며, 제2 실시예에 있어서, 연통회로(320)는, 제1 전자밸브(321), 제2 전자밸브(322), 및 역지밸브(323)로 구성된다. 그리고, 연통회로(320)는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 붐실린더 보텀측 유로(C1)(굵은 선으로 강조하여 표시)와, 암실린더(8)의 로드측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 암실린더 로드측 유로(C2)(마찬가지로 굵은 선으로 강조하여 표시)와, 유압펌프·모터(310)를 접속하도록 배치된다.
제1 전자밸브(321)는, 유압펌프·모터(310)에 유입되는 작동유의 공급원을 전환하고, 또한, 유압펌프·모터(310)로부터 유출되는 작동유의 공급처를 전환하는 전자밸브이며, 예를 들면, 4포트 3위치의 스풀밸브이다. 유압펌프·모터(310)에 유입되는 작동유의 공급원은, 예를 들면, 붐실린더(7)의 보텀측 유실, 또는, 작동유 탱크이다. 또, 유압펌프·모터(310)로부터 유출되는 작동유의 공급처는, 예를 들면, 작동유 탱크, 또는, 암실린더(8)의 로드측 유실이다.
제2 전자밸브(322)는, 작동유 탱크와 유압펌프·모터(310)와의 사이의 접속과, 암실린더 로드측 유로(C2)와 유압펌프·모터(310)와의 사이의 접속을 양자택일로 전환하기 위한 전자밸브이며, 예를 들면, 3포트 2위치의 스풀밸브이다.
역지밸브(323)는, 제2 전자밸브(322)와 암실린더 로드측 유로(C2)를 접속하는 유로(C3)에 설치되어, 암실린더 로드측 유로(C2)로부터 유압펌프·모터(310)에 작동유가 흐르는 것을 방지하는 밸브이다.
다만, 유압펌프·모터(310)의 2개의 흡입·토출구의 각각과 작동유 탱크와의 사이에는, 체크밸브(310a, 310b)가 배치된다. 2개의 흡입·토출구의 각각에 있어서의 압력이 작동유 탱크의 압력 미만이 된 경우에, 작동유 탱크로부터 압유를 공급하여, 흡입·토출구의 압력을 작동유 탱크의 압력 이상으로 유지하기 위해서이다.
여기에서, 도 11을 참조하면서, 제2 실시예에 있어서 컨트롤러(30)가 연통회로(320)에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하는 처리(이하, “제2 연통회로 구동처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 11은, 제2 연통회로 구동처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 컨트롤러(30)는, 쇼벨운전 중, 소정의 제어주기로 반복하여 제2 연통회로 구동처리를 실행한다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 압력센서(29)의 출력에 근거하여 붐 조작레버의 조작량을 검출하여, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST1). 또, 컨트롤러(30)는, 붐(4)의 회전운동 각도를 검출하는 각도센서(도시하지 않음), 또는, 붐실린더(7)의 변위(신축)를 검출하는 변위센서(도시하지 않음)의 출력에 근거하여 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있는지 아닌지를 판정하도록 해도 된다. 암(5) 또는 버킷(6)이 구동하고 있는지 아닌지를 판정하는 경우도 동일하다.
붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있지 않다고 판정한 경우(스텝 ST1의 NO), 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)로부터 유압펌프·모터(310)를 차단한다(스텝 ST2).
다만, 이하에서는, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있지 않은 상태(즉, 붐(4)을 상승방향으로 구동하고 있거나 혹은 붐(4)을 구동하고 있지 않은 상태임)를 제５ 구동모드라고 칭한다. 도 10은, 하이브리드식 쇼벨이 이 제５ 구동모드에 있을 때의 연통회로(320)의 상태의 일례를 나타낸다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하고, 그 밸브위치를 제2 밸브위치(321B)로 전환하여, 연통회로(320)로부터 유압펌프·모터(310)를 차단한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300) 및 유압펌프·모터(310)의 회전을 정지시킨다.
한편, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있다고 판정한 경우(스텝 ST1의 YES), 컨트롤러(30)는, 압력센서(29)의 출력에 근거하여 암 조작레버의 조작량을 검출하여, 암(5)을 구동하고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST3).
암(5)을 구동하고 있다고 판정한 경우(스텝 ST3의 YES), 컨트롤러(30)는, 또한 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pb)과 암실린더(8)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pa)에 소정의 압력폭(TH1)을 더한 압력(Pa+TH1)을 비교한다(스텝 ST4).
압력(Pb)이 압력(Pa+TH1) 이상인 경우(스텝 ST4의 YES), 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시킨다. 유압펌프·모터(310)는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 흡입한 작동유의 압력(Pb)을 압력(Pa+TH1)까지 감압하여, 그 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실을 향하여 토출한다(스텝 ST5).
다만, 이하에서는, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있을 때에 암(5)을 구동하고, 또한, 압력(Pb)이 압력(Pa+TH1) 이상이 되는 상태를 제6 구동모드라고 칭한다. 하이브리드식 쇼벨은, 예를 들면, 굴삭동작 중 또는 덤프동작 중에 이 제6 구동모드가 될 수 있다.
구체적으로는, 도 12에 있어서, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 붐실린더 보텀측 유로(C1)와 유압펌프·모터(310)를 연통하고, 또한, 유로(C3)를 통하여 암실린더 로드측 유로(C2)와 유압펌프·모터(310)를 연통한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 전동발전기(300)를 회생운전시킨다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14RA)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여 메인펌프(14R)의 토출량을 제어하여, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유와 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 의하여, 암실린더(8)의 로드측 유실에 원하는 유량으로 작동유가 공급되도록 한다. 다만, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만을 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급하여 암(5)을 구동해도 된다.
이로써, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 동작시켜, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 압력을 적절한 레벨(암실린더(8)에 공급 가능한 레벨)까지 감압한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유가 암(5)을 구동하기 위하여 효율적으로 이용되도록 한다. 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 압력이, 암실린더(8)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력에 비하여 현저하게 높은 경우(예를 들면, Pa+TH1 이상인 경우임)에는, 그 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급할 때에 불필요한 압력손실을 발생시켜 버리기 때문이다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 한다.
또, 압력(Pb)이 압력(Pa+TH1) 미만인 경우(스텝 ST4의 NO), 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시킨다. 유압펌프·모터(310)는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 흡입한 작동유의 압력(Pb)을 압력(Pa+TH1)까지 증압시켜, 그 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실을 향하여 토출한다(스텝 ST6).
다만, 이하에서는, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있을 때에 암(5)을 구동하고, 또한, 압력(Pb)이 압력(Pa+TH1)을 하회하는 상태를 제7 구동모드라고 칭한다. 하이브리드식 쇼벨은, 예를 들면, 굴삭동작 중 또는 덤프동작 중에 이 제7 구동모드가 될 수 있다.
구체적으로는, 도 13에 있어서, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 붐실린더 보텀측 유로(C1)와 유압펌프·모터(310)를 연통하고, 또한, 유로(C3)를 통하여 암실린더 로드측 유로(C2)와 유압펌프·모터(310)를 연통한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300)에 역행운전시켜, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시킨다.
한편, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있다고 판정한 경우로서(스텝 ST1의 YES), 암(5)을 구동하고 있지 않다고 판정한 경우(스텝 ST3의 NO), 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 작동유 탱크로 배출시킨다(스텝 ST7).
다만, 이하에서는, 붐(4)을 하강방향으로 구동하고 있을 때에 암(5)을 구동하고 있지 않은 상태를 제8 구동모드라고 칭한다. 하이브리드식 쇼벨은, 예를 들면, 붐하강 선회동작 중에 이 제8 구동모드가 될 수 있다.
구체적으로는, 도 14에 있어서, 컨트롤러(30)는, 연통회로(320)에 있어서의 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 붐실린더 보텀측 유로(C1)와 유압펌프·모터(310)를 연통하고, 또한, 작동유 탱크와 유압펌프·모터(310)를 연통한다. 또, 컨트롤러(30)는, 암실린더 로드측 유로(C2)와 유압펌프·모터(310)와의 연통을 차단한다. 또, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 전동발전기(300)를 회생운전시킨다.
제2 실시예에 있어서, 컨트롤러(30)는, 붐(4)이 자중으로 강하할 때에 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 유압펌프·모터(310)에 공급하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 전동발전기(300)에 의한 회생운전을 실행시킨다. 그러나, 컨트롤러(30)는, 암(5)이 자중으로 개폐할 때에 암실린더(8)의 로드측 유실 또는 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 유압펌프·모터(310)에 공급하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 전동발전기(300)에 의한 회생운전을 실행시켜도 된다.
또, 제2 실시예에 있어서, 컨트롤러(30)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)에 공급하지만, 붐실린더(7), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(1A, 1B)에 공급해도 된다.
여기에서, 도 12~도 14를 참조하면서, 제6 구동모드, 제7 구동모드, 및 제8 구동모드의 각각에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 상세하게 설명한다. 다만, 도 12~도 14에 있어서의 굵은 실선은, 작동유의 흐름이 발생하고 있는 것을 나타낸다. 또, 도 12 및 도 13의 각각에 있어서의 회색의 굵은 실선으로 나타나는 유로는, 동일 도면의 검정색의 굵은 실선으로 나타나는 유로보다 압력이 낮은 것을 나타낸다.
먼저, 도 12를 참조하면서, 제6 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 설명한다.
도 12는, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유가 붐실린더(7)의 로드측 유실에 유입되어, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유가 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입되는 상태를 나타낸다. 즉, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 개방방향으로 구동되는 상태를 나타낸다. 다만, 이 때의 암실린더 로드측 유로(C2)는, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로, 즉, 구동대상의 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 제1 유로로서, “제1 유로”라고도 칭해진다.
또, 붐실린더압 센서(S1)에 의하여 검출되는, 붐실린더 보텀측 유로(C1), 즉, 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pb)은, 암실린더압 센서(S2)에 의하여 검출되는, 암실린더 로드측 유로(C2), 즉, 암실린더(8)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pa)에 압력폭(TH1)을 더한 압력(Pa+TH1)보다 크다.
이러한 상태에 있어서, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 전동발전기(300)를 회생운전시킨다. 이 때의 전동발전기(300)의 발전량(회전부하)은, 예를 들면, 압력(Pb)과 압력(Pa)과의 차(Pb-Pa)에 근거하여 결정되고, 그 차가 클 수록 커지도록 결정된다. 또, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 압력은, 전동발전기(300)의 발전량(회전부하)을 증감함으로써 조정되어, 압력(Pa)에 압력폭(TH1)을 더한 압력(Pa+TH1)이 되도록 조정된다.
또, 컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제3 밸브위치(321C)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(322A)로 전환한다. 그 결과, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 제1 전자밸브(321), 제2 전자밸브(322), 및 유로(C3)를 통하여 암실린더 로드측 유로(C2)(제1 유로)에 이르고, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 합류되어, 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입된다. 다만, 이 때의 유압펌프·모터(310)와 암실린더 로드측 유로(C2)를 접속하는 유로(유로(C3)를 포함함)는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로, 즉, 구동대상의 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 제2 유로로서, “제2 유로”라고도 칭해진다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14RA)에 대해서 제어신호를 출력하고, 메인펌프(14R)의 토출량을 조정하여, 예를 들면, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 유량만큼, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키도록 한다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)의 토출량을 저감시켜, 컨트롤밸브(17)에서의 압력손실을 저감시키기 위해서이다. 또, 컨트롤러(30)는, 컨트롤밸브(17) 중 하나인 암용 유량제어밸브(17A)를 제어하여 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키거나 혹은 소멸시키도록 해도 된다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 다른 유압액추에이터에 공급할 수 있도록 하기 위해서이다. 다만, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 소멸시킨 경우에는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만이 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급된다. 또, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키는 일 없이, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급해도 된다. 메인펌프(14R)의 토출량의 부족을 보충하기 위하여, 혹은, 암(5)의 동작속도를 증대시키기 위해서이다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 개방방향으로 구동되며, 또한, 압력(Pb)이 압력(Pa+TH1) 이상이 되는 제6 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입시키도록 한다.
다만, 유로(C3)는, 암실린더(8)의 보텀측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 유로에 합류하는 것이어도 된다. 이 경우, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 암실린더(8)의 보텀측 유실에 유입되어, 암(5)을 폐쇄하기 위하여 이용된다.
다음으로, 도 13을 참조하면서, 제7 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 설명한다.
도 13은, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유가 붐실린더(7)의 로드측 유실에 유입되어, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유가 암실린더(8)의 보텀측 유실에 유입되는 상태를 나타낸다. 즉, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 폐쇄방향으로 구동되는 상태를 나타낸다. 다만, 이 때의 제1 유로, 즉, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로는, 암실린더(8)의 보텀측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 암실린더 보텀측 유로(C2a)가 된다.
또, 붐실린더압 센서(S1)에 의하여 검출되는, 붐실린더 보텀측 유로(C1), 즉, 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pb)은, 암실린더압 센서(S2a)에 의하여 검출되는, 암실린더 보텀측 유로(C2a), 즉, 암실린더(8)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Paa)에 압력폭(TH1)을 더한 압력(Paa+TH1)보다 작다.
이러한 상태에 있어서, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 전동발전기(300)로 역행운전시켜, 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시킨다. 이 때의 전동발전기(300)의 회전토크(소정의 회전수를 유지하기 위하여 필요한 토크)는, 예를 들면, 압력(Paa)의 크기, 및, 압력(Pb)과 압력(Paa)과의 차(Paa-Pb)에 따라 변화되어, 압력(Paa)이 클수록 커지고, 또한, 그 차(Paa-Pb)가 클수록 커진다. 또, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 압력은, 전동발전기(300)의 회전수를 증감함으로써 조정되어, 압력(Paa)에 압력폭(TH1)을 더한 압력(Paa+TH1)이 되도록 조정된다.
또, 컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제3 밸브위치(321C)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(322A)로 전환한다. 그 결과, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 제1 전자밸브(321), 제2 전자밸브(322), 및 유로(C3)를 통하여 암실린더 보텀측 유로(C2a)(제1 유로)에 이르고, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 합류되어, 암실린더(8)의 보텀측 유실에 유입된다. 다만, 이때의 제2 유로, 즉, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 공급하는 유로는, 유압펌프·모터(310)와 암실린더 보텀측 유로(C2a)를 접속하는 유로(유로(C3)를 포함함)가 된다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14RA)에 대해서 제어신호를 출력하고, 메인펌프(14R)의 토출량을 조정하여, 예를 들면, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유의 유량만큼, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키도록 한다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)의 토출량을 저감시켜, 컨트롤밸브(17)에서의 압력손실을 저감시키기 위해서이다. 또, 컨트롤러(30)는, 컨트롤밸브(17) 중 하나인 암용 유량제어밸브(17A)를 제어하여 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키거나 혹은 소멸시키도록 해도 된다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 다른 유압액추에이터에 공급할 수 있도록 하기 위해서이다. 다만, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 소멸시킨 경우에는, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유만이 암실린더(8)의 보텀측 유실에 공급된다. 또, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 보텀측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키는 일 없이, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 보텀측 유실에 공급해도 된다. 메인펌프(14R)의 토출량의 부족을 보충하기 위하여, 혹은, 암(5)의 동작속도를 증대시키기 위해서이다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 폐쇄방향으로 구동되며, 또한, 압력(Pb)이 압력(Pa+TH1) 미만이 되는 제7 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)의 보텀측 유실에 유입시키도록 한다.
다만, 유로(C3)는, 암실린더(8)의 로드측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 유로에 합류되는 것이어도 된다. 이 경우, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입되어, 암(5)을 개방하기 위하여 이용된다.
다음으로, 도 14를 참조하면서, 제8 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 상태를 설명한다.
도 14는, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유가 붐실린더(7)의 로드측 유실에 유입되고, 암실린더(8)에 작동유가 공급되지 않는 상태를 나타낸다. 즉, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 구동되지 않는 상태를 나타낸다.
이러한 상태에 있어서, 컨트롤러(30)는, 인버터(18C)에 대해서 소정의 제어신호를 출력하여, 유압펌프·모터(310)를 유압모터로서 기능시켜, 전동발전기(300)를 회생운전시킨다. 이 때의 전동발전기(300)의 발전량(회전부하)은, 압력(Pb)의 크기에 따라 변화되어, 압력(Pb)이 클수록 커진다.
또, 컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제3 밸브위치(321C)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제2 밸브위치(322B)로 전환한다. 그 결과, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)를 통하여 작동유 탱크로 배출된다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 구동되지 않는 제8 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 작동유 탱크로 배출시킨다.
다음으로, 도 15를 참조하면서, 제6 구동모드에 있어서의 연통회로(320)의 다른 상태를 설명한다.
도 15는, 도 12와 마찬가지로, 메인펌프(14L)가 토출하는 작동유가 붐실린더(7)의 로드측 유실에 유입되고, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유가 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입되는 상태를 나타낸다. 즉, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 개방방향으로 구동되는 상태를 나타낸다.
또, 붐실린더압 센서(S1)에 의하여 검출되는, 붐실린더 보텀측 유로(C1), 즉, 붐실린더(7)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pb)은, 암실린더압 센서(S2)에 의하여 검출되는, 암실린더 로드측 유로(C2), 즉, 암실린더(8)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력(Pa)에 압력폭(TH1)을 더한 압력(Pa+TH1)보다 크다.
이러한 상태에 있어서, 컨트롤러(30)는, 제1 전자밸브(321)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(321A)로 전환한다. 또, 컨트롤러(30)는, 제2 전자밸브(322)에 대해서 제어신호를 출력하여, 그 밸브위치를 제1 밸브위치(322A)로 전환한다. 그 결과, 유압펌프·모터(310)가 연통회로(320)로부터 차단되어, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유의 일부 또는 전부는, 제1 전자밸브(321), 제2 전자밸브(322), 및 유로(C3)를 통하여 암실린더 로드측 유로(C2)(제1 유로)에 이르고, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 합류되어, 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입된다.
또, 컨트롤러(30)는, 레귤레이터(14RA)에 대해서 제어신호를 출력하고, 메인펌프(14R)의 토출량을 조정하여, 예를 들면, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되어 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입되는 작동유의 유량만큼, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키도록 한다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)의 토출량을 저감시켜, 컨트롤밸브(17)에서의 압력손실을 저감시키기 위해서이다. 또, 컨트롤러(30)는, 컨트롤밸브(17) 중 하나인 암용 유량제어밸브(17A)를 제어하여 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키거나 혹은 소멸시키도록 해도 된다. 암(5)의 움직임을 둔화시키는 일 없이, 메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 다른 유압액추에이터에 공급할 수 있도록 하기 위해서이다. 다만, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 소멸시킨 경우에는, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유만이 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급된다. 또, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(14R)로부터 암실린더(8)의 로드측 유실로 향하는 작동유의 유량을 저감시키는 일 없이, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 공급해도 된다. 메인펌프(14R)의 토출량의 부족을 보충하기 위하여, 혹은, 암(5)의 동작속도를 증대시키기 위해서이다.
이와 같이 하여, 연통회로(320)는, 붐(4)이 하강방향으로 구동되고, 암(5)이 개방방향으로 구동되며, 또한, 압력(Pb)이 압력(Pa+TH1) 이상이 되는 제6 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)를 통하는 일 없이, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 암실린더(8)의 로드측 유실에 유입시킬 수 있다.
다만, 유로(C3)는, 암실린더(8)의 보텀측 유실과 컨트롤밸브(17)를 접속하는 유로에 합류하는 것이어도 된다. 이 경우, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유는, 암실린더(8)의 보텀측 유실로 유입되어, 암(5)을 폐쇄하기 위하여 이용된다.
이상의 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨은, 제6 구동모드 및 제8 구동모드일 때에 유압펌프·모터(310)를 회생용 유압모터로서 기능시키고, 제7 구동모드일 때에 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시킨다. 그 결과, 하이브리드식 쇼벨은, 다양한 구동모드에 있어서, 유압펌프·모터(310)를 유효하게 이용할 수 있다.
또, 본 발명의 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨은, 제7 구동모드일 때에 유압펌프·모터(310)를 유압펌프로서 기능시켜, 붐실린더(7)의 보텀측 유실로부터 유출되는 작동유를 증압하여 암실린더(8)에 공급한다. 그 결과, 하이브리드식 쇼벨은, 암실린더(8)(공급처)에 있어서의 작동유의 압력(Pa)이 붐실린더(7)(공급원)에 있어서의 작동유의 압력(Pb)보다 높은 경우이더라도, 붐실린더(7)로부터 유출되는 작동유를 암실린더(8)에 공급할 수 있다. 공급원이 암실린더(8)이고, 공급처가 붐실린더(7)인 경우에도 마찬가지이다.
또, 본 발명의 제2 실시예에 관한 하이브리드식 쇼벨은, 제6 구동모드 및 제7 구동모드일 때에 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를, 구동대상의 유압액추에이터와 컨트롤밸브(17)와의 사이에서 합류시킨다. 그 결과, 하이브리드식 쇼벨은, 컨트롤밸브(17)에서 발생하는 압력손실을 회피하면서, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유를 구동대상의 유압액추에이터에 효율적으로 공급할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상술했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되는 일은 없으며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 상술한 실시예에 각종 변형 및 치환을 더할 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제2 실시예에 있어서, 유압펌프·모터(310)는, 붐 회생용 유압모터로서 기능하지만, 추가적으로 혹은 대체적으로 암 회생용 유압모터 또는 버킷 회생용 유압모터로서 기능하는 것이어도 된다.
또, 제1 및 제2 실시예에 있어서, 제1 전자밸브(321) 및 제2 전자밸브(322)는, 별개 독립된 2개의 스풀밸브로서 구성되지만, 하나의 스풀밸브로 구성되어도 된다.
또, 제1 및 제2 실시예에 있어서, 연통회로(320)는, 2개의 메인펌프(14L, 14R)가 탑재된 하이브리드식 쇼벨에 적용되고 있지만, 단일의 메인펌프(14)가 탑재된 하이브리드식 쇼벨에 적용되어도 된다.
또, 제1 및 제2 실시예에 있어서, 연통회로(320)는, 선회용 전동기(21)를 구비한 하이브리드식 쇼벨에 적용되고 있지만, 선회용 유압모터를 구비한 쇼벨에 적용되어도 된다. 이 경우, 유압펌프·모터(310)가 토출하는 작동유는, 선회용 유압모터에 공급되어도 된다.
또, 본원은, 2011년 9월 9일에 출원한 일본 특허출원 2011-197672호에 근거하는 우선권, 및, 2011년 9월 12일에 출원한 일본 특허출원 2011-198889호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며 이들 일본 특허출원의 전체 내용을 본원에 참조로 원용한다.
1: 하부주행체
1A, 1B: 주행용 유압모터
2: 선회기구
3: 상부선회체
4: 붐
5: 암
6: 버킷
7: 붐실린더
8: 암실린더
9: 버킷실린더
10: 캐빈
11: 엔진
12: 전동발전기
13: 변속기
14, 14L, 14R: 메인펌프
14A, 14LA, 14RA: 레귤레이터
15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인
17: 컨트롤밸브
17A: 암용 유량제어밸브
17B: 붐용 유량제어밸브
18A, 18C: 인버터
19: 커패시터
20: 인버터
21: 선회용 전동기
22: 리졸버
23: 메커니컬브레이크
24: 선회변속기
25: 파일럿라인
26: 조작장치
26A, 26B: 레버
26C: 페달
27, 28: 유압라인
29: 압력센서
30: 컨트롤러
40: 선회용 유압모터
100: 승강압컨버터
110: DC버스
111: DC버스 전압검출부
112: 커패시터 전압검출부
113: 커패시터 전류검출부
120: 축전계
300: 전동발전기
310: 유압펌프·모터
320: 연통회로
321: 제1 전자밸브
322: 제2 전자밸브
323: 역지밸브
S1: 붐실린더압 센서
S2, S2a: 암실린더압 센서

Claims (15)

  1. 복수의 유압액추에이터를 가지는 쇼벨로서,
    메인펌프와,
    상기 복수의 유압액추에이터 중 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 이용하여 유압모터로서 기능하고, 또한, 유압펌프로서 기능하는 유압펌프·모터와,
    상기 복수의 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브와,
    상기 컨트롤밸브를 통하여 상기 메인펌프와 상기 복수의 유압액추에이터 중 제2 유압액추에이터를 연결하는 제1 유로와,
    상기 유압펌프·모터와 상기 제2 유압액추에이터를 연결하는 제2 유로를 구비하고,
    상기 제2 유로는, 상기 컨트롤밸브와 상기 제2 유압액추에이터와의 사이에서 상기 제1 유로에 합류하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터와 상기 유압펌프·모터를 연결하는 유로에 배치되는 전자밸브를 더 구비하고,
    상기 전자밸브는, 상기 제1 유압액추에이터를 구동시킬 때에, 상기 유로를 연통하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터는, 붐을 구동하는 붐실린더이며,
    상기 유압펌프·모터는, 상기 붐을 하강시킬 때에, 상기 붐실린더로부터 유출되는 작동유를 이용하여 유압모터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터는, 붐을 구동하는 붐실린더이며,
    상기 유압펌프·모터는, 상기 붐을 상승시킬 때에, 상기 붐실린더에 작동유를 공급하는 유압펌프로서 기능하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터는, 붐을 구동하는 붐실린더이며,
    상기 유압펌프·모터는, 상기 붐이 비구동상태이고, 또한, 상기 붐 이외의 작업 요소가 구동상태인 경우에, 상기 작업 요소를 구동하는 유압액추에이터에 작동유를 공급하는 유압펌프로서 기능하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압펌프·모터는, 상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 흡입하여, 상기 복수의 유압액추에이터 중 제2 유압액추에이터를 향하여 토출하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유압펌프·모터는, 상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유의 압력을 증압하여, 상기 제2 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 압력보다 높은 상태로 토출하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유의 압력이 상기 제2 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 압력보다 소정 압력폭 이상 높은 경우에, 상기 유압펌프·모터는, 상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유의 압력을 감압하여 토출하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 상기 제2 유압액추에이터에 직접적으로 공급 가능한 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터가 붐실린더이고,
    상기 제2 유압액추에이터가 암실린더인 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터가 암실린더이고,
    상기 제2 유압액추에이터가 붐실린더인 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  12. 복수의 유압액추에이터와,
    메인펌프와,
    상기 복수의 유압액추에이터 중 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 이용하여 유압모터로서 기능하고, 또한, 유압펌프로서 기능하는 유압펌프·모터와,
    상기 복수의 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤밸브와, 상기 컨트롤밸브를 통하여 상기 메인펌프와 상기 복수의 유압액추에이터 중 제2 유압액추에이터를 연결하는 제1 유로와,
    상기 유압펌프·모터와 상기 제2 유압액추에이터를 연결하는 제2 유로를 구비하는 쇼벨의 제어방법으로서,
    상기 제2 유로를 흐르는 작동유를, 상기 컨트롤밸브와 상기 제2 유압액추에이터와의 사이에서 상기 제1 유로를 흐르는 작동유에 합류시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨의 제어방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 유압액추에이터와 상기 유압펌프·모터를 연결하는 유로에 배치되는 전자밸브가, 상기 제1 유압액추에이터를 구동시킬 때에, 상기 유로를 연통하는 것을 특징으로 하는 쇼벨의 제어방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 유압펌프·모터가, 상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유를 흡입하여, 상기 복수의 유압액추에이터 중 제2 유압액추에이터를 향하여 토출하는 것을 특징으로 하는 쇼벨의 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유압펌프·모터가, 상기 제1 유압액추에이터로부터 유출되는 작동유의 압력을 증압하여, 상기 제2 유압액추에이터에 있어서의 작동유의 압력보다 높은 상태로 토출하는 것을 특징으로 하는 쇼벨의 제어방법.
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