(57)【要約】【課題】  電動モータを発電機としても用いることができ、部品点数を減らして小型、軽量化を図ることができる上に、組立作業性を向上できるようにする。【解決手段】  エンジン１０の出力軸１０Ａと油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂとの間には、エンジン１０による一方向の回転を油圧ポンプ１６に伝え、他方向の回転伝達を解除する一方向クラッチ２１を設ける。一方向クラッチ２１は、油圧ポンプ１６がエンジン１０に対して他方向で相対回転するのを許すものである。電動モータ１１は、一方向クラッチ２１よりも油圧ポンプ１６側に位置してエンジン１０とは並列関係をなすように、油圧ポンプ１６と歯車２０Ａ，２０Ｂ（動力伝達機構２０）を介して接続され、一方向クラッチ２１を介することなく油圧ポンプ１６に回転を伝達する構成としている。【選択図】      図３
2014133455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走可能な建設機械の車体に搭載された駆動源となるエンジンと、蓄電装置と共に前記車体に搭載されて前記エンジンとは別の駆動源を構成し前記蓄電装置への蓄電時には前記エンジンによって回転駆動される発電兼用の電動モータと、前記エンジンおよび／または該電動モータにより駆動され作動油タンクから吸込んだ油液を圧油として吐出する油圧ポンプとを備えてなる建設機械の油圧ポンプ駆動装置において、
前記エンジンと前記油圧ポンプとの間には、前記エンジンによる一方向の回転を前記油圧ポンプに伝え、他方向では回転伝達を解除し前記油圧ポンプがエンジンに対して相対回転するのを許す一方向クラッチを設け、
前記電動モータは、該一方向クラッチよりも前記油圧ポンプ側に位置して当該油圧ポンプに接続され、前記一方向クラッチを介することなく前記油圧ポンプに回転伝達を行なう構成としたことを特徴とする建設機械の油圧ポンプ駆動装置。
【請求項２】
前記電動モータの回転軸は、前記油圧ポンプの回転軸に対して一体に回転，停止するように連結する構成としてなる請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプ駆動装置。
【請求項３】
前記エンジンを停止して前記電動モータにより前記油圧ポンプを回転駆動するときには、前記一方向クラッチが前記エンジンと前記油圧ポンプとの間の回転伝達を解除する構成としてなる請求項１または２に記載の建設機械の油圧ポンプ駆動装置。
【請求項４】
前記エンジンと電動モータのいずれか一方または両方で前記油圧ポンプを駆動するか否かを選択する駆動モード選択装置と、該駆動モード選択装置からの信号に従って前記エンジンと電動モータとを駆動制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジンと電動モータの両方で前記油圧ポンプを駆動する駆動モードのときに前記電動モータ側の回転が前記エンジン側の回転よりも遅くなるように、前記電動モータの回転を制御する構成としてなる請求項１，２または３に記載の建設機械の油圧ポンプ駆動装置。
【請求項５】
前記電動モータと蓄電装置との間には、両者の間で電力の変換を行うチョッパおよびインバータからなる電力変換装置を設け、
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量が低下したか否かを判定する蓄電量判定手段と、該蓄電量判定手段により前記蓄電量が低下していると判定したときに前記電動モータによって発電された電力が前記蓄電装置に蓄電されるように、前記電力変換装置による電力の変換方向を切換える電力変換制御手段とを備えてなる請求項４に記載の建設機械の油圧ポンプ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械に搭載され、エンジンと電動モータとの一方または両方を油圧ポンプの駆動源として用いるようにした建設機械の油圧ポンプ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械は、自走可能な車体と、この車体に設けられた作業装置とにより大略構成されている。ここで、建設機械の車体には、駆動源となる内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）と、該エンジンにより回転駆動される油圧ポンプとが搭載されている。前記車体および作業装置に設けられた各種の油圧アクチュエータは、油圧ポンプから供給される圧油によって作動されるものである。
【０００３】
ところで、この種の建設機械は、エンジンの駆動力により油圧ポンプを回転させて種々の作業を行う場合、エンジンによる騒音対策、排気ガス規制の対策等を図ることが要求されている。このため、建設機械の駆動源として、エンジンの他に電動モータを駆動源として用いる構成としたハイブリッド式の建設機械が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０８９４３５号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１，２による従来技術は、エンジンおよび／または電動モータにより油圧ポンプを駆動する構成としている。しかし、この場合の電動モータは、別途に設けた発電機からの電力供給により駆動される構成である。このため、建設機械の車体には、油圧ポンプ駆動用の電動モータと、該電動モータに給電を行う専用の発電システムとを搭載する必要があり、ハイブリットシステム全体が大型化するという問題がある。
【０００６】
また、エンジンと油圧ポンプとの間には、エンジンによる一方向の回転を油圧ポンプに伝え、逆方向の回転伝達を解除する一方向クラッチが設けられている。さらに、電動モータと油圧ポンプとの間にも、別の一方向クラッチが設けられている。このため、２つの一方向クラッチにより装置全体の部品点数が増加して構造が複雑化し、組立て時の作業性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電動モータを発電機としても用いることができ、部品点数を減らして小型、軽量化を図ることができる上に、組立て時の作業性を向上することができるようにした建設機械の油圧ポンプ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため本発明は、自走可能な建設機械の車体に搭載された駆動源となるエンジンと、蓄電装置と共に前記車体に搭載されて前記エンジンとは別の駆動源を構成し前記蓄電装置への蓄電時には前記エンジンによって回転駆動される発電兼用の電動モータと、前記エンジンおよび／または該電動モータにより駆動され作動油タンクから吸込んだ油液を圧油として吐出する油圧ポンプとを備えてなる建設機械の油圧ポンプ駆動装置に適用される。
【０００９】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記エンジンと前記油圧ポンプとの間には、前記エンジンによる一方向の回転を前記油圧ポンプに伝え、他方向では回転伝達を解除し前記油圧ポンプがエンジンに対して相対回転するのを許す一方向クラッチを設け、前記電動モータは、該一方向クラッチよりも前記油圧ポンプ側に位置して当該油圧ポンプに接続され、前記一方向クラッチを介することなく前記油圧ポンプに回転伝達を行なう構成としたことにある。
【００１０】
請求項２の発明によると、前記電動モータの回転軸は、前記油圧ポンプの回転軸に対して一体に回転，停止するように連結する構成としている。
【００１１】
請求項３の発明によると、前記エンジンを停止して前記電動モータにより前記油圧ポンプを回転駆動するときには、前記一方向クラッチが前記エンジンと前記油圧ポンプとの間の回転伝達を解除する構成としている。
【００１２】
請求項４の発明は、前記エンジンと電動モータのいずれか一方または両方で前記油圧ポンプを駆動するか否かを選択する駆動モード選択装置と、該駆動モード選択装置からの信号に従って前記エンジンと電動モータとを駆動制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記エンジンと電動モータの両方で前記油圧ポンプを駆動する駆動モードのときに前記電動モータ側の回転が前記エンジン側の回転よりも遅くなるように、前記電動モータの回転を制御する構成としている。
【００１３】
請求項５の発明によると、前記電動モータと蓄電装置との間には、両者の間で電力の変換を行うチョッパおよびインバータからなる電力変換装置を設け、前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量が低下したか否かを判定する蓄電量判定手段と、該蓄電量判定手段により前記蓄電量が低下していると判定したときに前記電動モータによって発電された電力が前記蓄電装置に蓄電されるように、前記電力変換装置による電力の変換方向を切換える電力変換制御手段とを備える構成としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、エンジンと電動モータのいずれか一方または両方で油圧ポンプを駆動することができると共に、電動モータを発電機としても用いることができ、駆動源としてエンジンと電動モータとを用いたハイブリッドシステム全体をコンパクトに形成することができる。しかも、エンジンと油圧ポンプとの間に一方向クラッチを設けるだけでよく、電動モータと油圧ポンプとの間には一方向クラッチを設ける必要はない。このため、部品点数を減らして構造の簡素化、小型・軽量化を図ることができる上に、組立て時の作業性を向上することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、電動モータの回転軸と油圧ポンプの回転軸とを、クラッチ類（例えば、前記一方向クラッチとは別の一方向クラッチ）を介することなく連結でき、両方の回転軸を一体に回転，停止させることができる。
【００１６】
請求項３の発明によると、エンジンを停止した状態で、電動モータのみにより油圧ポンプを回転駆動するときには、エンジンと油圧ポンプとの間に設けた一方向クラッチが両者の間の回転伝達を解除し、エンジンの出力軸に外力が加えられるのを防ぎ、エンジンを停止状態に保つことができる。
【００１７】
請求項４の発明によると、油圧ポンプをエンジンと電動モータとの両方で回転駆動するモード選択時には、電動モータ側の回転がエンジン側の回転よりも遅くなるように、制御装置は電動モータの回転を制御する。このため、電動モータをエンジンに対しアシスト（補助）モータとして作動させることができ、油圧ポンプ側の負荷変動に対しても、エンジン側に過負荷が発生しないように電動モータの回転制御により対処することができる。
【００１８】
請求項５の発明によると、蓄電装置の蓄電量が低下したか否かを蓄電量判定手段により判定することができ、前記蓄電量の低下時には、電力変換装置による電力の変換方向を電力変換制御手段で切換えることにより、発電兼用の電動モータによって発電を行いつつ、発電された電力を蓄電装置に蓄電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による油圧ポンプ駆動装置が搭載された油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】図１中の旋回フレーム上に搭載されたエンジン、電動モータ、蓄電装置及び油圧ポンプの配置関係を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態による油圧ポンプ駆動装置の全体構成を油圧回路と共に示す全体構成図である。
【図４】エンジンと油圧ポンプとの間に設ける一方向クラッチを拡大して示す断面図である。
【図５】エンジンと電動モータとの駆動モードおよび発電モード等を一覧表として示すモードテーブルの説明図である。
【図６】油圧ポンプの吐出圧力と吐出量との関係を示す特性線図である。
【図７】油圧ポンプを駆動する複数の駆動モードによる制御処理を示す流れ図である。
【図８】第２の実施の形態による旋回フレーム上に搭載されたエンジン、電動モータ、蓄電装置及び油圧ポンプの配置関係を示す平面図である。
【図９】第２の実施の形態による油圧ポンプ駆動装置の全体構成を油圧回路と共に示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態による油圧ポンプ駆動装置を、ハイブリッド式である小型の油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
ここで、図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械としてのハイブリッド式である小型の油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置５とにより大略構成されている。
【００２２】
ここで、作業装置５は、スイングポスト式の作業装置として構成され、スイングポスト５Ａ、ブーム５Ｂ、アーム５Ｃ、作業具としてのバケット５Ｄ、スイングシリンダ（図示せず）、ブームシリンダ５Ｅ、アームシリンダ５Ｆおよびバケットシリンダ５Ｇ等を備えている。作業装置５は、ブーム５Ｂ、アーム５Ｃおよびバケット５Ｄを作動させることにより、例えば側溝掘りを含めた掘削作業を行うものである。一方、上部旋回体４は、後述の旋回フレーム６、外装カバー７、キャブ８およびカウンタウエイト９を含んで構成されている。
【００２３】
６は上部旋回体４の支持構造体をなす旋回フレームで、該旋回フレーム６は、旋回装置３を介して下部走行体２上に取付けられている。旋回フレーム６には、後部側に後述のカウンタウエイト９、エンジン１０、油圧ポンプ１６が設けられ、左前側には後述のキャブ８が設けられている。また、旋回フレーム６には、キャブ８とカウンタウエイト９との間に位置して外装カバー７が設けられている。この外装カバー７内には、エンジン１０、電動モータ１１、蓄電装置１２、電力変換装置１５および油圧ポンプ１６（図２参照）が収容されている。
【００２４】
８は旋回フレーム６の左前側に搭載されたキャブを示し、該キャブ８は、オペレータが搭乗する運転室を内部に画成している。また、キャブ８の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバー、走行用レバー（いずれも図示せず）、後述の回転数設定装置２６および駆動モード選択装置２７等が配設されている。なお、旋回フレーム６上には、キャブ８に替えてキャノピ（図示せず）を設ける構成としてもよい。
【００２５】
９は上部旋回体４の一部を構成するカウンタウエイトで、該カウンタウエイト９は、後述するエンジン１０の後側に位置して旋回フレーム６の後端部に取付けられ、作業装置５との重量バランスをとるものである。また、カウンタウエイト９の後面側は、図２に示すように円弧状をなして形成され、上部旋回体４の旋回半径を小さく収める構成となっている。
【００２６】
１０は旋回フレーム６の後側に設けられたエンジンで、該エンジン１０は、カウンタウエイト９の前側で旋回フレーム６上に横置き状態となって配置されている。このエンジン１０は、前述の如く小型の油圧ショベル１に搭載されるため、例えば小型のディーゼルエンジン（内燃機関）を用いて構成されている。エンジン１０は、後述の油圧ポンプ１６を回転駆動する第１の駆動源を構成している。エンジン１０の出力軸１０Ａは、図３、図４に示すように、後述の一方向クラッチ２１を介して油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂに連結されている。
【００２７】
また、エンジン１０は、電子制御式燃料噴射装置を有した電子ガバナ１０Ｂ（図３参照）を備え、この電子ガバナ１０Ｂにより噴射燃料の供給量が可変に制御される。即ち、電子ガバナ１０Ｂは、後述の制御装置２２から出力される制御信号に基づいてエンジン１０に供給すべき燃料の噴射量を可変に制御する。これにより、エンジン１０の回転数は、後述の回転数設定装置２６による目標回転数に対応した回転数となるように制御される。即ち、エンジン１０の実回転数は、後述の回転センサ２３で検出され、この実回転数が目標回転数に対応した回転数となるようにエンジン回転数はフィードバック制御される。
【００２８】
１１は蓄電装置１２と共に旋回フレーム６上に搭載された発電兼用の電動モータである。この電動モータ１１は、後述の油圧ポンプ１６を回転駆動する第２の駆動源を構成し、電動モータ１１の回転軸１１Ａは、後述の動力伝達機構２０を介して油圧ポンプ１６に連結されている。即ち、電動モータ１１の回転軸１１Ａは、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂに後述の歯車２０Ａ，２０Ｂ（動力伝達機構２０）を介して接続されている。電動モータ１１は、一方向クラッチ２１よりも油圧ポンプ１６側に位置してエンジン１０とは並列関係をなすように配設され、後述の一方向クラッチ２１を介することなく油圧ポンプ１６に回転伝達を行う構成となっている。
【００２９】
電動モータ１１は、例えば三相誘導モータを用いて構成され、蓄電装置１２から供給される電力（即ち、後述のインバータ１４から供給される三相交流電力）により回転し、電磁気による回転力によって油圧ポンプ１６を駆動するものである。また、蓄電装置１２から電動モータ１１への電力供給を停止した状態では、電動モータ１１をエンジン１０で回転駆動することにより、電動モータ１１は発電機として作動される。電動モータ１１で発電した電力は、電力変換装置１５を介して蓄電装置１２に蓄電されるものである。
【００３０】
ここで、蓄電装置１２は、例えば充電と放電が可能な二次電池を用いることにより車載のバッテリ（直流電源）として構成されている。また、蓄電装置１２には、その蓄電（充電）量がどのような状態にあるかを検出するための蓄電量検出器１２Ａが設けられている。なお、蓄電装置１２としては、前述のバッテリに限るものでなく、例えば充，放電が可能なキャパシタを用いる構成としてもよい。
【００３１】
電動モータ１１と蓄電装置１２との間には、両者の間で直流電力と交流電力との電力変換を行うチョッパ１３およびインバータ１４からなる電力変換装置１５が設けられている。電力変換装置１５は、後述の制御装置２２からチョッパ１３およびインバータ１４に出力される充，放電用の制御信号に従って電力の変換方向が切換えられる。
【００３２】
即ち、電力変換装置１５は、電動モータ１１を駆動するときに、蓄電装置１２からの直流電力をチョッパ１３により予め決められた電圧値まで昇圧させ、昇圧された直流電力をインバータ１４を用いて三相交流電力に変換させる。電動モータ１１は、インバータ１４で変換された三相交流電力が供給されることにより、電力量に応じた回転速度、負荷特性をもって回転駆動される。
【００３３】
一方、電動モータ１１によって発電された電力（三相交流電力）を蓄電装置１２に蓄電または充電する場合には、電動モータ１１によって発電された電力（三相交流電力）がインバータ１４によって逆に直流電力に変換され、この直流電力をチョッパ１３により予め決められた電圧値まで降圧させる。これにより、電動モータ１１によって発電された電力は、所定の電圧値まで降圧された直流電力として蓄電装置１２に蓄電されるものである。
【００３４】
１６はエンジン１０および／または電動モータ１１により回転駆動される油圧ポンプで、該油圧ポンプ１６は、作動油タンク１７（図３参照）と共に油圧源を構成するものである。油圧ポンプ１６は、例えば可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成され、後述のレギュレータ１９により駆動される容量可変部１６Ａを有している。油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂは、図３、図４に示すように、後述の一方向クラッチ２１を介してエンジン１０の出力軸１０Ａに連結されている。
【００３５】
ここで、油圧ポンプ１６は、作動油タンク１７内から油液を吸込みつつ、この油液を高圧な圧油として吐出する。油圧ポンプ１６から吐出された圧油は、図３に示す如く方向制御弁１８（Ｃ／Ｖ）を介して各種の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５Ｅ、アームシリンダ５Ｆおよびバケットシリンダ５Ｇ等）に供給される。なお、油圧アクチュエータとしては、これらの各シリンダ５Ｅ，５Ｆ、５Ｇ以外に、前記スイングシリンダ、走行用油圧モータおよび旋回用油圧モータ（いずれも図示せず）が含まれるものである。
【００３６】
レギュレータ１９は、油圧ポンプ１６の容量可変部１６Ａを大容量位置（最大傾転位置）と小容量位置（最小傾転位置）との間で傾転駆動し、油圧ポンプ１６からエンジン１０に加えられる負荷が過大になるのを抑える構成となっている。即ち、レギュレータ１９は、後述の制御装置２２から出力される傾転制御信号に従って容量可変部１６Ａの傾転角を可変に制御する。エンジン１０のみにより油圧ポンプ１６を回転駆動する場合には、油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐと吐出量Ｑとの関係は、例えば図６中に実線で示す特性線２９の範囲内で制御されるものである。
【００３７】
２０は電動モータ１１と油圧ポンプ１６との間に設けられた動力伝達機構で、該動力伝達機構２０は、電動モータ１１の回転軸１１Ａと一体に回転する第１の歯車２０Ａと、該第１の歯車２０Ａに噛合し油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂと一体に回転する第２の歯車２０Ｂとにより構成されている。第１，第２の歯車２０Ａ，２０Ｂは、その外周側で互いに噛合する平歯車により形成され、歯車２０Ａ，２０Ｂ間の減速比ｅは、これまでの実験データ、経験値等に基づいて予め決められた値に設定されている。
【００３８】
このため、電動モータ１１の回転軸１１Ａは、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂに対し減速比ｅ倍の速度で回転し、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂは、電動モータ１１の回転軸１１Ａに対し（１／ｅ）倍の速度で回転される。しかし、第１の実施の形態においては、説明を簡略化するために減速比ｅを、ｅ＝１とした場合を例に挙げて説明するものとする。なお、動力伝達機構２０は、歯車２０Ａ，２０Ｂを用いた機構に限るものではなく、例えば他の歯車機構、チェーン、ベルト、プーリ等を用いた動力伝達機構により構成してもよい。
【００３９】
２１はエンジン１０と油圧ポンプ１６との間に設けられた一方向クラッチで、該一方向クラッチ２１は、図４に示すように、筒状の内輪２１Ａ、筒状の外輪２１Ｂおよび複数個の中間部材２１Ｃにより構成されている。これらの中間部材２１Ｃは、楔形状をなすころ部材により形成されている。一方向クラッチ２１の内輪２１Ａは、エンジン１０の出力軸１０Ａと一体に回転するように、出力軸１０Ａの外周側にスプライン結合されている。
【００４０】
一方向クラッチ２１の外輪２１Ｂは、内輪２１Ａの外周側に相対回転可能に挿嵌して設けられ、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂと一体に回転するように外周側が回転軸１６Ｂの内周側にスプライン結合されている。一方向クラッチ２１の各中間部材２１Ｃは、内輪２１Ａの外周面と外輪２１Ｂの内周面との間に互いに間隔もって配置され、両者間での回転を伝達または解除するものである。
【００４１】
即ち、一方向クラッチ２１の各中間部材２１Ｃは、エンジン１０の出力軸１０Ａが内輪２１Ａと一緒に一方向（図４中の矢示Ａ方向）に回転するときに外輪２１Ｂを同方向に回転させるように、内輪２１Ａと外輪２１Ｂとの間で回転伝達を行う。しかし、出力軸１０Ａが内輪２１Ａと一緒に他方向（図４中の矢示Ｂ方向）に回転するときには、各中間部材２１Ｃが内輪２１Ａと外輪２１Ｂとの間の相対回転を許すように動作し、両者間の回転伝達を解除する。
【００４２】
このため、一方向クラッチ２１は、エンジン１０の出力軸１０Ａ（即ち、内輪２１Ａ）を停止させた状態で、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂ（即ち、外輪２１Ｂ）を矢示Ａ方向に回転させるときには、各中間部材２１Ｃが内輪２１Ａと外輪２１Ｂとの間の相対回転を許すように動作し、外輪２１Ｂの矢示Ａ方向の回転が内輪２１Ａに伝わるのを防ぐ。従って、油圧ポンプ１６からエンジン１０に向けた他方向での回転伝達は、一方向クラッチ２１により解除され、エンジン１０の出力軸１０Ａは、回転停止状態に保持されるものである。
【００４３】
２２はエンジン１０と電動モータ１１の回転を制御する制御装置で、該制御装置２２は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ等からなる記憶部２２Ａを有している。制御装置２２の入力側には、蓄電量検出器１２Ａ、回転センサ２３，２４、圧力センサ２５、回転数設定装置２６および駆動モード選択装置２７等が接続されている。制御装置２２の出力側には、エンジン１０の電子ガバナ１０Ｂ、レギュレータ１９、電力変換装置１５のチョッパ１３およびインバータ１４等が接続されている。
【００４４】
ここで、回転センサ２３は、エンジン１０の実回転数を検出するクランク角センサ等により構成され、回転センサ２４は、電動モータ１１の実回転数を検出するものである。圧力センサ２５は、油圧ポンプ１６と方向制御弁１８との間に設けられ、油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐ（図６参照）を前記油圧アクチュエータによる負荷圧として検出するものである。
【００４５】
また、回転数設定装置２６は、エンジン１０の目標回転数を可変に設定するもので、油圧ショベル１のキャブ８（図１参照）内に設けられている。回転数設定装置２６は、オペレータが手動でダイヤル操作する操作ダイヤル等により構成されている。回転数設定装置２６を用いることにより、エンジン１０の目標回転数は、ローアイドル回転数（図５に示す低回転数ＭＩＮに対応）とハイアイドル回転数（図５に示す高回転数ＭＡＸに対応）との間で任意の回転数に可変に設定されるものである。なお、回転数設定装置２６は、前記操作ダイヤルに限られるものではなく、例えば公知のアップダウンスイッチまたはエンジンレバー（いずれも図示せず）等によっても構成することができる。
【００４６】
駆動モード選択装置２７は、油圧ポンプ１６の駆動モードを選択するもので、油圧ショベル１のキャブ８内に設けられている。駆動モード選択装置２７は、オペレータが手動で切換操作することによって、図７に示すスタンバイモード（以下、待機モードという）、低騒音モード、パワーモード、省エネルギモード（以下、省エネモードという）または発電モード等のいずれかにモード選択を行う機能を有している。
【００４７】
図５、図７に示すエンジン１０の低回転数ＭＩＮは、前述の如くエンジン１０のローアイドル回転数に対応する回転数であり、高回転数ＭＡＸはエンジン１０のハイアイドル回転数に対応する回転数である。また、中間の任意回転数Ｎは、低回転数ＭＩＮと高回転数ＭＡＸとの間の任意の回転数であり、回転数の許容値αに対して下記の数１式を満たす関係に設定されている。また、以下の説明では電動モータ１１の回転数についても、エンジン１０と同様な回転数に設定した場合を例に挙げて説明する。
【００４８】
ここで、回転数の許容値αとは、電動モータ１１が中間の任意回転数Ｎで回転するときの回転変化量の許容値であり、電動モータ１１の回転数は、例えば油圧ポンプ１６からの負荷変動に対して、回転数（Ｎ−α）から回転数（Ｎ＋α）の範囲内で変化するものである。
【００４９】
【数１】
2014133455.tif 000003
【００５０】
ここで、図５中に示すモードテーブル２８のうち、「●」印で示すモードは、エンジン１０を停止した状態で行う待機モードと低騒音モードとを表している。待機モードは、油圧ショベル１を作業前に待機状態で運転するモードであり、このためにエンジン１０を停止させ、電動モータ１１のみを低回転数ＭＩＮで駆動する。これにより、待機モードでは油圧ポンプ１６が無負荷状態で低速回転され、油圧ポンプ１６の所謂慣らし運転が行われる。
【００５１】
また、低騒音モードは、市街地等で油圧ショベル１を稼動するときにエンジン１０による騒音を低減するためにモード選択されるものである。低騒音モードでは、エンジン１０を停止したまま、電動モータ１１のみによって油圧ポンプ１６を負荷運転状態で回転駆動することができる。
【００５２】
これに対し、パワーモードと省エネモードとは、図５中に「○●」印で示すように、エンジン１０と電動モータ１１を共に駆動するモードである。このうちパワーモードは、回転数設定装置２６によりエンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸに設定され、電動モータ１１はアシストモータ（即ち、補助モータ）として働き、高回転数ＭＡＸよりも低い回転数（Ｎ＋α）に設定される（Ｎ＋α＜ＭＡＸ）。これにより、油圧ポンプ１６は、エンジン１０と電動モータ１１との両方を用いてパワーモードにより回転駆動され、油圧ショベル１により重作業（作業現場での走行駆動を含む）を行う場合の大きな負荷に抗しても油圧ポンプ１６を駆動できるものである。
【００５３】
一方、省エネモードでは、回転数設定装置２６によりエンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸ、またはこれよりも低い中間の任意回転数Ｎに設定され、電動モータ１１は任意回転数Ｎ以下で、低回転数ＭＩＮ以上の回転数に設定される。この省エネモードでも、油圧ポンプ１６を駆動する上で、電動モータ１１はエンジン１０に対するアシストモータとして働くように制御される。このため、電動モータ１１の回転数は、エンジン１０の回転数よりも低い回転数に抑えられ、エンジン１０の目標回転数が中間の任意回転数Ｎのときに、電動モータ１１の回転数は、任意回転数Ｎよりも低い回転数（Ｎ−α）以下で、低回転数ＭＩＮ以上の回転数に設定される。
【００５４】
これにより、油圧ポンプ１６は、エンジン１０と電動モータ１１との両方を用いて省エネモードにより駆動される。即ち、油圧ショベル１による作業時に油圧ポンプ１６にかかる負荷が前記パワーモード時の負荷よりも小さくなるような場合に、オペレータがパワーモードを選択する必要がないと判断し、省エネルギ化を図ることを目的とした場合に、オペレータによる駆動モード選択装置２７の手動操作により、省エネモードは選択されるものである。
【００５５】
図５中に「×」印で示すモードは、エンジン１０と電動モータ１１の回転数が等しく、両者の負荷割合が同一になるように設定される場合である。しかし、この場合には、油圧ポンプ１６の負荷変動により、エンジン１０と電動モータ１１とがそれぞれ油圧ポンプ１６を駆動したり、しなかったりして駆動状態が不安定になり易い。このため、図５中に「×」印で示すモードは、設定を行わないようにして制御を禁止するものとする。
【００５６】
図５中に「××」印で示すモードは、エンジン１０の回転よりも電動モータ１１の回転の方が速くなるように設定される場合である。しかし、この場合には、油圧ポンプ１６は電動モータ１１により駆動されるため、エンジン１０の駆動力は一方向クラッチ２１により油圧ポンプ１６に伝達されることはなく、エンジン１０の動力は無駄に消費されることになる。このため、図５中に「××」印で示すモードは、設定を行わないようにして制御を禁止するものとする。
【００５７】
さらに、図５中に「□」印で示すモードは、エンジン１０の回転より電動モータ１１を駆動して発電（即ち、蓄電装置１２に対する充電）を行う発電モードである。この発電モードでは、エンジン１０により電動モータ１１と油圧ポンプ１６とが回転駆動される。このため、エンジン１０の回転数が低回転数ＭＩＮのときには、電動モータ１１も同じ低回転数ＭＩＮで駆動されて発電を行う。エンジン１０が中間の任意回転数Ｎ（ＭＩＮ＜Ｎ＜ＭＡＸ）のときには、電動モータ１１も同じ任意回転数Ｎで駆動されて発電を行う。さらに、エンジン１０の回転数が高回転数ＭＡＸのときには、電動モータ１１も同じ高回転数ＭＡＸで駆動されて発電を行うことになる。
【００５８】
制御装置２２の記憶部２２Ａには、図５に示すモードテーブル２８と、図６に示す油圧ポンプ１６用の吐出量制御マップと、図７に示す油圧ポンプ駆動用の制御プログラムとが更新可能に格納されている。図５に示すモードテーブル２８は、エンジン１０と電動モータ１１とを駆動するときの各モードおよび発電モード等を一覧表として表したもので、実際にはマップデータとして記憶部２２Ａ内に格納されている。
【００５９】
また、制御装置２２の記憶部２２Ａには、蓄電装置１２の電力によりチョッパ１３、インバータ１４を介して電動モータ１１を駆動制御するための処理プログラム（図示せず）と、逆に電動モータ１１を発電機として用いる場合の処理プログラム（図示せず）等とが格納されている。この場合、電動モータ１１によって発電された電力（三相交流電力）は、インバータ１４によって直流電力に変換され、この直流電力がチョッパ１３により所定の電圧値まで降圧された状態で、蓄電装置１２に蓄電されるものである。
【００６０】
制御装置２２は、蓄電量検出器１２Ａからの検出信号に従って蓄電装置１２の蓄電量が低下しているか否かを判定する蓄電量判定手段（図７中のステップ１３）と、該蓄電量判定手段により前記蓄電量が低下していると判定したときに電動モータ１１によって発電された電力が蓄電装置１２に蓄電されるように、電力変換装置１５（即ち、チョッパ１３とインバータ１４）による電力の変換方向を切換える電力変換制御手段（例えば、図７中のステップ１４）とを備えている。
【００６１】
図６に示す吐出量制御マップは、油圧ポンプ１６の容量可変部１６Ａをレギュレータ１９により駆動制御するためのマップである。ここで、図６中に実線で示す特性線２９は、エンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸに設定されている場合のＰ−Ｑ線図である。油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐと吐出量Ｑとの関係が、図６に示す特性線２９の範囲を越えてしまうと、エンジン１０に過負荷が作用してエンジンストールを起こす原因になる。このため、レギュレータ１９は、制御装置２２からの傾転制御信号に従って油圧ポンプ１６の吐出量Ｑが吐出圧力Ｐに対し、図６に示す特性線２９の範囲内に収まるように油圧ポンプ１６の容量可変部１６Ａを傾転駆動するものである。
【００６２】
図６中に二点鎖線で示す特性線３０は、エンジン１０を高回転数ＭＡＸで駆動し、電動モータ１１は高回転数ＭＡＸよりも低い回転数（Ｎ＋α）で回転駆動しアシストモータ（補助モータ）として働くように制御するパワーモードの特性線である。パワーモードの場合には、アシストモータとして働く電動モータ１１によりエンジン１０の負荷が軽減されるため、特性線３０の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行う限り、エンジン１０に過負荷が作用してエンジンストールを起こすことはない。
【００６３】
図６中に一点鎖線で示す特性線３１，３２，３３は、エンジン１０を高回転数ＭＡＸで駆動し、電動モータ１１はアシストモータとして働くように制御するため、高回転数ＭＡＸよりも低い中間の任意回転数Ｎ、回転数（Ｎ−α）または低回転数ＭＩＮで回転駆動する省エネモードでの特性線である。このような省エネモードの場合にも、アシストモータとして働く電動モータ１１によりエンジン１０の負荷が軽減される。このため、特性線３１，３２，３３の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行う限り、エンジン１０に過負荷が作用してエンジンストールを起こすことはない。
【００６４】
なお、図６中に示す特性線２９〜３３は、エンジン１０を高回転数ＭＡＸで駆動した場合を示している。しかし、エンジン１０の目標回転数を中間の任意回転数Ｎに設定した場合の省エネモードでも、電動モータ１１の回転数を任意回転数Ｎよりも低い回転数（Ｎ−α）または低回転数ＭＩＮに設定することにより、電動モータ１１をアシスト（補助）モータとして働くように制御することができ、この場合には、図６中に図示した特性線３１，３２，３３とほぼ同様な特性線（図示せず）の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行うことにより、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００６５】
第１の実施の形態による油圧ショベル１に用いる油圧ポンプ駆動装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６６】
油圧ショベル１のオペレータがキャブ６に搭乗して運転席に着座し、始動スイッチ（図示せず）を投入すると、制御装置２２を含む複数の電気機器に給電が行われる。この状態で、制御装置２２は、チョッパ１３およびインバータ１４からなる電力変換装置１５に対する動作制御を開始する。これにより、電動モータ１１は、制御装置２２からの制御信号に従って待機モード、低騒音モード、パワーモード、省エネモードまたは発電モードのうち、いずれかのモードで回転が制御される。
【００６７】
また、オペレータがエンジン１０を起動した状態では、エンジン１０のよる回転駆動力が一方向クラッチ２１を介して油圧ポンプ１６に伝えられ、油圧ポンプ１６は、駆動モード選択装置２７により設定された駆動モードに従って回転駆動される。このとき、油圧ポンプ１６は、作動油タンク１７内から油液を吸込みつつ、この油液を高圧な圧油として吐出する。
【００６８】
油圧ショベル１の作業装置５を用いて掘削作業を行う場合は、キャブ８内のオペレータが前記操作レバーを操作することにより、油圧ポンプ１６から吐出された圧油が方向制御弁１８を介して前記油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５Ｅ、アームシリンダ５Ｆおよびバケットシリンダ５Ｇ等）に供給される。各シリンダ５Ｅ〜５Ｇは、圧油の供給量（流量）に対応した速度で駆動され、作業装置５を用いた掘削作業が行われる。
【００６９】
また、油圧ショベル１を作業現場で走行駆動するときには、走行用レバー（図示せず）を操作することにより、油圧ポンプ１６から吐出された圧油が方向制御弁１８を介して左，右の走行用油圧モータ（図示せず）に供給される。左，右の走行用油圧モータは、このときの圧油の流量に対応した速度で回転することにより、油圧ショベル１を前進または後退させるように走行制御されるものである。
【００７０】
油圧ポンプ１６の容量制御を行う場合、制御装置２２は、圧力センサ２５で検出した油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐに従ってレギュレータ１９を駆動制御し、油圧ポンプ１６の容量可変部１６Ａを大容量位置と小容量位置との間で適宜に傾転させる。これにより、油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐと吐出量Ｑとの関係は、例えば図６中に実線で示す特性線２９に沿って制御され、油圧ポンプ１６からエンジン１０に加えられる負荷が過大になるのを抑え、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００７１】
また、電動モータ１１をエンジン１０に対するアシストモータとして駆動制御することにより、油圧ポンプ１６からエンジン１０に加えられる負荷割合を相対的に軽減することができる。この場合、油圧ポンプ１６の容量制御は、図６中に二点鎖線で示す特性線３０または一点鎖線で示す特性線３１，３２，３３の範囲内で行うことができ、油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐと吐出量Ｑとの関係が、図６に示す特性線２９の範囲を越えた場合でも、それぞれの特性線３０〜３３の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行う限り、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００７２】
次に、エンジン１０および／または電動モータ１１により複数の駆動モードに従って油圧ポンプ１６を駆動する場合の制御処理について、図７を参照して説明する。この場合、制御装置２２は、蓄電量検出器１２Ａ、回転センサ２３，２４および圧力センサ２５等からそれぞれの検出信号を読込み、図７に示す処理プログラムに沿って油圧ポンプ１６の駆動制御を実行する。
【００７３】
即ち、図７に示す処理動作がスタートすると、ステップ１では、駆動モード選択装置２７からモード選択信号を読込む。次のステップ２では、回転数設定装置２６からエンジン１０の目標回転数を読込む。次のステップ３では、エンジン１０が停止しているか否かを判定する。制御装置２２は、エンジン１０の回転センサ２３から出力される検出信号によりエンジン１０が回転しているか、停止しているか否かを判別することができる。
【００７４】
ステップ３で「ＹＥＳ」と判定する場合には、エンジン１０が停止しているので、次のステップ４に移って、駆動モード選択装置２７により低騒音モードが選択されているか否かを判定する。ステップ４で「ＹＥＳ」と判定した場合には、次のステップ５で低騒音モードにより油圧ポンプ１６を駆動制御する。また、ステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ６でリターンし、ステップ１以降の処理を続行するようにする。
【００７５】
ステップ５の処理により低騒音モードで油圧ポンプ１６を駆動制御する場合、図５のモードテーブル２８に「●」印で示すように、油圧ポンプ１６は電動モータ１１のみによって回転駆動され、エンジン１０は停止状態に保持される。このため、電動モータ１１の回転数を回転数（Ｎ−α）から高回転数ＭＡＸの範囲内で適宜に調整することにより、油圧ポンプ１６を低騒音状態で駆動することができ、油圧ショベル１の走行駆動または土砂の掘削作業を、市街地等でも可能な限り騒音を低減した状態で行うことができる。また、エンジン１０を停止したまま、電動モータ１１の回転数を低回転数ＭＩＮまで低下させることにより、低騒音モードから待機モードへのモード切替も容易に行うことができる。
【００７６】
次に、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、エンジン１０がオペレータの操作により起動され回転している場合である。そこで、次のステップ７では、エンジン１０の目標回転数が回転数設定装置２６により低回転数ＭＩＮに設定されているか否かを判定する。ステップ７で「ＮＯ」と判定するときには、次のステップ８でエンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸに設定されているか否かを判定する。
【００７７】
ステップ８で「ＹＥＳ」と判定された場合、エンジン１０の目標回転数は、高回転数ＭＡＸに設定されているので、次のステップ９で駆動モード選択装置２７によりパワーモードが選択されているか否かを判定する。ステップ９で「ＹＥＳ」と判定された場合には、次のステップ１０でパワーモードにより油圧ポンプ１６を駆動制御する。
【００７８】
油圧ポンプ１６をパワーモードで駆動制御する場合、図５のモードテーブル２８中に「○●」印で示す部分のうち、エンジン１０の目標回転数は、回転数設定装置２６により高回転数ＭＡＸに設定され、電動モータ１１はアシストモータとして働くように、高回転数ＭＡＸよりも低い回転数（Ｎ＋α）に設定されている。これにより、油圧ポンプ１６は、エンジン１０と電動モータ１１との両方を用いてパワーモードで回転駆動される。
【００７９】
このため、油圧ショベル１により重作業（作業現場での走行駆動を含む）を行う場合にも、油圧ポンプ１６を油圧アクチュエータからの大きな負荷圧に抗して回転駆動することができる。このようなパワーモードの場合には、アシストモータとして働く電動モータ１１によって、エンジン１０が油圧ポンプ１６から受ける負荷を軽減することができる。
【００８０】
従って、油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐと吐出量Ｑとの関係が、図６に示す特性線２９の範囲を越えた場合でも、二点鎖線で示す特性線３０の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行う限り、エンジン１０に過負荷が作用することはない。これにより、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００８１】
一方、ステップ８で「ＮＯ」と判定したとき、またはステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、次のステップ１１に移って駆動モード選択装置２７により省エネモードが選択されているか否かを判定する。ステップ１１で「ＹＥＳ」と判定されている場合は、次のステップ１２で省エネモードにより油圧ポンプ１６を駆動制御する。
【００８２】
即ち、省エネモードで油圧ポンプ１６を駆動制御する場合は、図５のモードテーブル２８中に「○●」印で示す部分のうち、エンジン１０の目標回転数は、高回転数ＭＡＸまたはこれよりも低い中間の任意回転数Ｎに設定され、電動モータ１１は任意回転数Ｎ以下で、低回転数ＭＩＮ以上の回転数に設定される。この省エネモードでも、油圧ポンプ１６を駆動する上で、電動モータ１１はエンジン１０に対するアシストモータとして働くように制御される。
【００８３】
このため、電動モータ１１の回転数は、エンジン１０の回転数よりも低い回転数に抑えられる。エンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸのときには、電動モータ１１の回転数は、中間の任意回転数Ｎ以下で、低回転数ＭＩＮ以上の回転数に設定される。エンジン１０の目標回転数が中間の任意回転数Ｎのときには、電動モータ１１の回転数は、任意回転数Ｎよりも低い回転数（Ｎ−α）以下で、低回転数ＭＩＮ以上の回転数に設定される。
【００８４】
これにより、油圧ポンプ１６は、エンジン１０と電動モータ１１との両方を用いて省エネモードにより駆動される。即ち、オペレータが駆動モード選択装置２７を用いて省エネモードを選択するのは、油圧ショベル１による作業時に油圧ポンプ１６にかかる油圧アクチュエータからの負荷圧が前記パワーモード時の負荷圧よりも小さくなるような場合であり、オペレータはパワーモードを選択する必要がないと判断し、省エネルギ化を図ることを目的として省エネモードを選択している場合である。
【００８５】
そこで、エンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸに設定され、電動モータ１１が中間の任意回転数Ｎに設定されている場合（即ち、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定され、ステップ９で「ＮＯ」と判定され、かつステップ１１で「ＹＥＳ」と判定した場合）を例に挙げて説明すると、この場合は、図６中に一点鎖線で示す特性線３１の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行うことができる。即ち、この省エネモードでも電動モータ１１はアシストモータとして働くように制御される。このため、油圧ポンプ１６の吐出圧力Ｐと吐出量Ｑとの関係が、図６に実線で示す特性線２９の範囲を越えた場合でも、一点鎖線で示す特性線３１の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行う限り、エンジン１０に過負荷が作用することはなく、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００８６】
また、エンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸに設定され、電動モータ１１が回転数（Ｎ−α）に設定されている場合は、図６中に一点鎖線で示す特性線３２の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行うことができ、エンジンストールの発生を防ぐことができる。また、エンジン１０の目標回転数が高回転数ＭＡＸに設定され、電動モータ１１の回転数が低回転数ＭＩＮに設定されている場合には、図６中に一点鎖線で示す特性線３３の範囲内で油圧ポンプ１６の容量制御を行うことができ、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００８７】
さらに、エンジン１０の目標回転数が中間の任意回転数Ｎに設定され、電動モータ１１が回転数（Ｎ−α）、低回転数ＭＩＮに設定される省エネモードの場合（即ち、ステップ８で「ＮＯ」と判定され、かつステップ１１で「ＹＥＳ」と判定した場合）でも、油圧ポンプ１６を駆動する上で、電動モータ１１はエンジン１０に対するアシストモータとして働くことにより、油圧ポンプ１６をエンジン１０のみで駆動する場合よりも広い範囲で油圧ポンプ１６の容量制御を行うことができ、エンジンストールの発生を防ぐことができる。
【００８８】
一方、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定したとき、またはステップ１１で「ＮＯ」と判定したときには、次のステップ１３に移って蓄電装置１２は要充電状態か否かを判定する。即ち、ステップ１３の判定処理では、蓄電量検出器１２Ａからの検出信号により蓄電装置１２の蓄電量が、予め決められた判定量（図示せず）よりも低下しているか否かで、蓄電装置１２が要充電状態にあるか否かを判定する。ステップ１３で「ＹＥＳ」と判定した場合には、次のステップ１４に移ってエンジン１０と電動モータ１１とを発電モードに従って駆動制御する。また、ステップ１３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ６でリターンし、ステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００８９】
ここで、エンジン１０を発電モードで制御する場合には、図５中に「□」印で示すように、エンジン１０の回転より電動モータ１１を駆動して発電（即ち、蓄電装置１２に対する充電）を行うことができる。即ち、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定され、かつステップ１３で「ＹＥＳ」と判定された場合、エンジン１０の目標回転数は低回転数ＭＩＮに設定されている。この場合、図３に示す方向制御弁１８は全て中立位置にあり、油圧ポンプ１６は無負荷運転状態となっている。このため、エンジン１０の回転駆動力は、電動モータ１１を発電機として作動させる動力となり、電動モータ１１は、エンジン１０と同じ低回転数ＭＩＮで駆動されて発電を行う。
【００９０】
一方、ステップ８で「ＮＯ」と判定され、ステップ１１でも「ＮＯ」と判定された場合、エンジン１０の目標回転数は中間の任意回転数Ｎに設定されている。また、ステップ９で「ＮＯ」と判定され、ステップ１１でも「ＮＯ」と判定された場合、エンジン１０の目標回転数は高回転数ＭＡＸに設定されている。この状態で、ステップ１３で「ＹＥＳ」と判定し、次のステップ１４で発電モードによる制御を行う場合、エンジン１０は油圧ポンプ１６を回転駆動しつつ、残りの動力で電動モータ１１を発電機として作動させる。
【００９１】
このとき、電動モータ１１はエンジン１０と同じ回転数で駆動されて発電を行うことになる。発電モードのときには、電動モータ１１によって発電された電力（三相交流電力）を蓄電装置１２に蓄電するために、電動モータ１１によって発電された電力（三相交流電力）がインバータ１４によって逆に直流電力に変換され、この直流電力をチョッパ１３により予め決められた電圧値まで降圧させる。これにより、電動モータ１１によって発電された電力は、所定の電圧値まで高圧された直流電力として蓄電装置１２に蓄電されるものである。
【００９２】
かくして、第１の実施の形態によれば、エンジン１０の出力軸１０Ａと油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂとの間には、エンジン１０による一方向（図４中の矢示Ａ方向）の回転を油圧ポンプ１６に伝え、他方向では回転伝達を解除し油圧ポンプ１６がエンジン１０に対して相対回転するのを許す一方向クラッチ２１を設けている。電動モータ１１は、一方向クラッチ２１よりも油圧ポンプ１６側に位置してエンジン１０とは並列関係をなすように、油圧ポンプ１６と歯車２０Ａ，２０Ｂ（動力伝達機構２０）を介して接続され、一方向クラッチ２１を介することなく油圧ポンプ１６に一方向と他方向とで回転を伝達できる構成としている。
【００９３】
このため、エンジン１０と電動モータ１１のいずれか一方または両方で油圧ポンプ１６を駆動することができると共に、電動モータ１１を発電機としても用いることができ、駆動源としてエンジン１０と電動モータ１１とを用いたハイブリッドシステム全体をコンパクトに形成することができる。しかも、エンジン１０と油圧ポンプ１６との間に一方向クラッチ２１を設けるだけでよく、電動モータと油圧ポンプ１６との間にはクラッチ類（例えば、一方向クラッチ２１とは別の一方向クラッチ）を設ける必要がない。
【００９４】
即ち、電動モータ１１の回転軸１１Ａと油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂとを、両者の間にクラッチ類を介することなく連結でき、両方の回転軸１１Ａ，１６Ｂを一体に回転したり，一体に停止させたりすることができる。このため、前記クラッチ類による部品点数を減らして構造の簡素化、小型・軽量化を図ることができる上に、組立て時の作業性を向上することができる。
【００９５】
また、駆動モード選択装置２７により低騒音モードを選択した場合には、エンジン１０を停止した状態で、電動モータ１１のみにより油圧ポンプ１６を回転駆動することができる。このときには、エンジン１０と油圧ポンプ１６との間に設けた一方向クラッチ２１により両者の間の回転伝達を解除でき、エンジン１０の出力軸１０Ａに外力が加えられるのを防ぎ、エンジン１０を停止状態に保つことができる。
【００９６】
また、エンジン１０と電動モータ１１の両方で油圧ポンプ１６を駆動するモードを駆動モード選択装置２７によって選択したときに、制御装置２２は、電動モータ１１側の回転がエンジン１０側の回転よりも遅くなるように、電動モータ１１の回転を制御する構成としている。このため、電動モータ１１をエンジン１０に対しアシストモータとして作動させることができ、油圧ポンプ１６側の負荷変動に対しても容易に対処することができる。即ち、制御装置２２は、エンジン１０が過負荷（エンジンストールを起こすような大きい負荷）を受けないように、電動モータ１１の回転を制御することができる。
【００９７】
さらに、制御装置２２は、蓄電量検出器１２Ａからの検出信号に基づいて蓄電装置１２の蓄電量が予め決められた判定量よりも低下しているか否かを、蓄電量判定手段（図７中のステップ１３）により判定することができ、前記蓄電量の低下時には、電力変換装置１５による電力の変換方向を電力変換制御手段（図７中のステップ１４）で切換えることにより、発電兼用の電動モータ１１によって発電を行いつつ、発電された電力を蓄電装置１２に蓄電することができる。
【００９８】
次に、図８および図９は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、油圧ポンプを挟んでエンジンと電動モータとを直列に配設する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９９】
図中、４１は第２の実施の形態で採用した発電兼用の電動モータを示し、該電動モータ４１は、第１の実施の形態で述べた電動モータ１１と同様に構成され、蓄電装置１２から供給される電力（即ち、インバータ１４から供給される三相交流電力）により回転して油圧ポンプ１６を駆動する第２の駆動源となっている。また、電動モータ４１は、エンジン１０により回転駆動されるときには発電機としても作動し、発電した電力は、チョッパ１３およびインバータ１４からなる電力変換装置１５を介して蓄電装置１２に蓄電されるものである。
【０１００】
しかし、第２の実施の形態では、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂを挟んでエンジン１０の出力軸１０Ａと電動モータ４１の回転軸４１Ａとを直列に接続するように、電動モータ４１の回転軸４１Ａは、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂに直接連結されている。即ち、図９に示すように、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂは、軸方向一側が一方向クラッチ２１を介してエンジン１０の出力軸１０Ａに連結され、回転軸１６Ｂの軸方向他側は、電動モータ４１の回転軸４１Ａに直に連結されている。
【０１０１】
これにより、エンジン１０の出力軸１０Ａと油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂと電動モータ４１の回転軸４１Ａとは、同一の軸線上に配置されている。また、電動モータ４１の回転軸４１Ａ近傍には、第１の実施の形態で述べた回転センサ２４が設けられている。回転センサ２４は電動モータ４１の実回転数を検出し、その検出信号を制御装置２２に出力している。
【０１０２】
かくして、このように構成された第２の実施の形態でも、エンジン１０と電動モータ４１とのいずれか一方または両方によって油圧ポンプ１６を駆動することができ、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。即ち、エンジン１０と電動モータ４１の両方で油圧ポンプ１６を駆動するときには、電動モータ４１をエンジン１０に対するアシストモータとして作動させ、油圧ポンプ１６の負荷変動にも容易に対処することができる。また、蓄電装置１２の蓄電量低下時には、電力変換装置１５による電力の変換方向を切換えることにより、電動モータ４１を発電機として用いることができ、発電された電力を蓄電装置１２に蓄電することができる。
【０１０３】
特に、第２の実施の形態では、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂを挟んでエンジン１０の出力軸１０Ａと電動モータ４１の回転軸４１Ａとを直列に配列する構成としている。このため、油圧ポンプ１６の回転軸１６Ｂと電動モータ４１の回転軸４１Ａとの間には、第１の実施の形態で述べた動力伝達機構２０を設ける必要がなくなり、油圧ポンプ駆動装置の構成を簡素化して、小型・軽量化を図ることができる。
【０１０４】
なお、前記第１の実施の形態では、図７に示すプログラムのうち、ステップ１３が蓄電量判定手段の具体例を示し、ステップ１４が電力変換制御手段の具体例を示している。
【０１０５】
また、前記実施の形態では、制御装置２２からの制御信号に従ってレギュレータ１９により油圧ポンプ１６の容量可変部１６Ａを傾転駆動する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば油圧ポンプ１６の吐出圧力に従って油圧的に駆動されるレギュレータを用いることにより、油圧ポンプ１６の容量可変部１６Ａを傾転駆動して、図６に示すようなＰ−Ｑ線図とほぼ同様な特性を得るようにしてもよい。この場合には、圧力センサ２５を省略することも可能である。
【０１０６】
一方、前記実施の形態では、建設機械としてスイングポスト式の作業装置５が設けられたハイブリッド式の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばオフセットブーム式の作業装置を採用してもよく、一般的な中型機に用いるモノブーム式の作業装置であってもよい。
【０１０７】
また、前記実施の形態では、ハイブリッド式の油圧ショベル１の上部旋回体３に設けたキャブ８により運転室を構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば上部旋回体に設けたキャノピにより運転室を構成してもよいものである。
【０１０８】
さらに、前記実施の形態では、ハイブリッド式建設機械として装軌式の油圧ショベルを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、他のハイブリッド式建設機械（例えば、ホイール式の油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ、ブルドーザ、フォークリフト）にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  油圧ショベル（建設機械）
２  下部走行体
３  旋回装置
４  上部旋回体
５  作業装置
５Ｅ  ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５Ｆ  アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５Ｇ  バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
６  旋回フレーム
７  外装カバー
８  キャブ
９  カウンタウエイト
１０  エンジン
１０Ａ  出力軸
１１，４１  電動モータ
１１Ａ，１６Ｂ，４１Ａ  回転軸
１２  蓄電装置
１２Ａ  蓄電量検出器
１３  チョッパ
１４  インバータ
１５  電力変換装置
１６  油圧ポンプ
１６Ａ  容量可変部
１７  作動油タンク
１８  方向制御弁
１９  レギュレータ
２０  動力伝達機構
２１  一方向クラッチ
２２  制御装置
２３，２４  回転センサ
２５  圧力センサ
２６  回転数設定装置
２７  駆動モード選択装置
２８  モードテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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