(57)【要約】  【課題】応答性を改善できるとともに圧力変動を抑制でき、唸り音などの耳障りな騒音の発生を防止できる作業機械の制御装置を提供する。  【解決手段】電動・発電機４に双方向式の可変容量型ポンプ・モータ６を連結し、この可変容量型ポンプ・モータ６に流体圧アクチュエータＦを接続する。可変容量型ポンプ・モータ６は、容量可変用の斜板を有し、この斜板の傾転角を制御する斜板制御器6aを備えている。この斜板制御器6aに制御器13を接続する。この制御器13は、電動・発電機４の回転速度を制御することにより、流体圧アクチュエータＦの速度制御および馬力制御をするとともに、可変容量型ポンプ・モータ６の前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプ・モータ６を容量可変制御することにより、圧力変動を抑制制御する。  【選択図】図１
2006336842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
この電動機に連結されるとともに流体圧アクチュエータと閉回路により接続された可変容量型ポンプと、
電動機の回転速度を制御することにより流体圧アクチュエータの少なくとも速度制御をするとともに、可変容量型ポンプの前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプを容量可変制御することにより圧力変動を抑制制御する制御器と
を具備したことを特徴とする作業機械の制御装置。
【請求項２】
蓄電器と、
この蓄電器から供給される電力により電動機として機能するとともに蓄電器に電力を供給する発電機として機能する電動・発電機と、
この電動・発電機に連結され流体圧アクチュエータに作動流体を供給するポンプとして機能するとともに流体圧アクチュエータから供給された作動流体によりモータとして機能する可変容量型ポンプ・モータと、
電動・発電機の回転速度を制御することにより流体圧アクチュエータの少なくとも速度制御をするとともに、可変容量型ポンプ・モータの前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプ・モータを容量可変制御することにより圧力変動を抑制制御する制御器と
を具備したことを特徴とする作業機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機により流体圧アクチュエータを駆動する作業機械の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機により油圧シリンダを駆動する従来の技術では、電動機で固定容量型の油圧ポンプを駆動し、電動機の回転速度制御により油圧ポンプの吐出流量を制御して、油圧シリンダの速度を制御している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６８２７号公報（第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような電動機の回転速度制御で油圧シリンダの速度を制御する方式では、電動機と油圧ポンプの慣性モーメントが大きいため応答性が悪く、特に圧力変動などの高い周波数のハンチングを電動機の回転速度制御で抑制することが難しいとともに、頻繁に回転速度が細かく変動するため、唸り音などの耳障りな騒音が発生する場合がある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、応答性を改善できるとともに圧力変動を抑制でき、唸り音などの耳障りな騒音の発生を防止できる作業機械の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、電動機と、この電動機に連結されるとともに流体圧アクチュエータと閉回路により接続された可変容量型ポンプと、電動機の回転速度を制御することにより流体圧アクチュエータの少なくとも速度制御をするとともに、可変容量型ポンプの前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプを容量可変制御することにより圧力変動を抑制制御する制御器とを具備した作業機械の制御装置である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、蓄電器と、この蓄電器から供給される電力により電動機として機能するとともに蓄電器に電力を供給する発電機として機能する電動・発電機と、この電動・発電機に連結され流体圧アクチュエータに作動流体を供給するポンプとして機能するとともに流体圧アクチュエータから供給された作動流体によりモータとして機能する可変容量型ポンプ・モータと、電動・発電機の回転速度を制御することにより流体圧アクチュエータの少なくとも速度制御をするとともに、可変容量型ポンプ・モータの前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプ・モータを容量可変制御することにより圧力変動を抑制制御する制御器とを具備した作業機械の制御装置である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、電動機と可変容量型ポンプとを組合わせ、制御器が、流体圧アクチュエータの少なくとも速度制御を電動機の回転速度制御で行い、可変容量型ポンプの前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプを容量可変制御することにより圧力変動を抑制制御するので、安定した流体圧アクチュエータの速度制御などを実現できる。また、電動機の細かい回転速度変動が生じないので、唸り音などの耳障りな騒音を軽減できる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、電動・発電機と可変容量型ポンプ・モータとを組合わせ、制御器が、流体圧アクチュエータの少なくとも速度制御を電動・発電機の回転速度制御で行い、可変容量型ポンプ・モータの前後差圧の交流成分をフィードバックして可変容量型ポンプ・モータを容量可変制御することにより圧力変動を抑制するので、安定した流体圧アクチュエータの速度制御などを実現でき、また、電動・発電機の細かい回転速度変動が生じないので、唸り音などの耳障りな騒音を軽減できる。さらに、流体圧アクチュエータが自重落下動作や慣性動作により作動されたときは、その流体圧アクチュエータが有する余剰動力を、可変容量型ポンプ・モータおよび電動・発電機を通じて回生させて蓄電器に蓄えることができ、エネルギの有効利用を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図３は、本発明に係る作業機械としてのハイブリッド式油圧ショベルＡを示し、この油圧ショベルＡは、機体Ｂ上に、キャブＣおよび動力装置Ｄとともに作業装置Ｅが設けられ、この作業装置Ｅには、ブームシリンダなどの流体圧アクチュエータＦが設けられている。
【００１１】
図１は、ハイブリッド式油圧ショベルＡに搭載された余剰動力回生型の制御回路を示し、１は動力装置Ｄに設けられたエンジンであり、このエンジン１によって駆動される発電機２には、発電機２の電流を制御する発電機制御器３が接続され、さらに電動機としての電動・発電機４が、この電動・発電機４を制御する電動・発電機制御器５を介し接続されている。
【００１２】
また、電動・発電機４の回転軸には、双方向式の可変容量型ポンプとしての可変容量型ポンプ・モータ６の回転軸が連結されている。この可変容量型ポンプ・モータ６は、容量可変用の斜板を有し、この斜板の傾転角を制御する斜板制御器6aを備えている。可変容量型ポンプ・モータ６の回転軸には、チャージ用ポンプ７の回転軸が接続されている。
【００１３】
双方向式の可変容量型ポンプ・モータ６には、吸込・吐出共用の２つのポートが設けられているが、これらのポートが、ブームシリンダなどの流体圧アクチュエータＦにそれぞれ閉回路の配管により接続されている。
【００１４】
これらの配管中には、流体圧アクチュエータＦの自由落下動作を防止する電磁制御弁9a，9bがそれぞれ介在され、これらの配管間には、高圧側の圧力を一定に抑えるオーバロードリリーフ弁10a，10bと、チャージ用ポンプ７に接続されたチャージ用のチェック弁11とがそれぞれ設けられている。
【００１５】
可変容量型ポンプ・モータ６の２つのポートには、この可変容量型ポンプ・モータ６を介して前後の圧力から差圧を検出するための圧力検出器12a，12bがそれぞれ接続されている。
【００１６】
これらの圧力検出器12a，12bの各圧力検出信号ラインは、制御器13の入力部に接続されている。油圧ショベルＡのキャブＣ内に運転席とともに設置された操作レバーなどの操作器14から引出された操作信号ラインも、制御器13の入力部に接続されている。
【００１７】
制御器13の出力部から引出された制御ラインは、電動・発電機制御器５および可変容量型ポンプ・モータ６の斜板制御器6aにそれぞれ接続されている。
【００１８】
発電機制御器３および電動・発電機制御器５の電力ラインは、蓄電器としてのバッテリ15に、バッテリ制御器16を介して接続されている。
【００１９】
図２は、ハイブリッド式油圧ショベルＡの制御器13の内容を示し、前記操作器14は、この操作器14からの操作信号に基づいて要求流量を設定する要求流量設定器17に接続され、また、前記圧力検出器12aと前記圧力検出器12bは、これらの圧力検出器12a，12bで検出された圧力の差圧を演算する減算器18に接続され、この減算器18は、この減算器18から出力される差圧の交流成分を抽出するバンドパスフィルタなどのフィルタ19に接続され、このフィルタ19は、減算器18から出力される差圧からその差圧の交流成分を引いて差圧の直流成分を演算する減算器20に接続されている。
【００２０】
前記要求流量設定器17とこの減算器20は、要求流量設定器17の出力と減算器20から出力される差圧の直流成分とを掛け算して要求動力を求める乗算器21に接続され、この乗算器21は、要求動力が規定動力を超えた場合に規定動力に補正する係数を出力する動力補正係数設定器22に接続され、要求流量設定器17の出力部と動力補正係数設定器22の出力部は、要求流量設定器17の出力と動力補正係数設定器22の出力を掛け算して要求流量を補正する乗算器23に接続され、この乗算器23は、流量から電動・発電機の回転速度指令を設定する回転速度設定器24に接続され、この回転速度設定器24は、前記電動・発電機制御器５に接続されている。
【００２１】
前記フィルタ19の出力部は、差圧交流成分をフィードバックする圧力フィードバックゲイン設定器25に接続され、一方、前記回転速度設定器24の出力部は、回転速度設定器24の出力からゲイン補正係数を出力するゲイン補正設定器26に接続され、これらの圧力フィードバックゲイン設定器25およびゲイン補正設定器26は、圧力フィードバック信号に回転速度によるゲイン補正係数を掛けて圧力フィードバック信号を補正する乗算器27に接続され、この乗算器27と、可変容量型ポンプ・モータ６の斜板固定値を設定する斜板固定値設定器28とが、圧力フィードバック信号をフィードバックする減算器29に接続され、この減算器29は、前記可変容量型ポンプ・モータ６の斜板制御器6aに接続されている。
【００２２】
次に、図示された実施の形態の作用効果を説明する。
【００２３】
図２において、操作器14を操作すると要求流量設定器17で要求流量が設定される。一方、圧力検出器12a，12bの信号は減算器18で引き算され差圧が求められる。減算器18から出力される差圧はフィルタ19で交流成分が抽出される。
【００２４】
減算器20で差圧から差圧の交流成分を引いて差圧の直流成分を演算し、乗算器21で要求流量設定器17の出力と減算器20から出力される差圧の直流成分を掛け算して要求動力を求める。
【００２５】
動力補正係数設定器22は要求動力が規定動力を超えた場合に規定動力に補正する係数を出力し、要求流量設定器17の出力と動力補正係数設定器22の出力を乗算器23で掛算して要求流量を補正し、回転速度設定器24で流量から電動・発電機回転速度指令に変換して電動・発電機制御器５を用いて電動・発電機４を制御する。
【００２６】
フィルタ19で求められた差圧の交流成分は、圧力フィードバックゲイン設定器25でゲインが掛けられ圧力フィードバック信号となる。ゲイン補正設定器26は回転速度設定器24の出力からゲイン補正係数を出力し、乗算器27で圧力フィードバック信号に回転速度によるゲイン補正係数を掛けて圧力フィードバック信号を補正し、減算器29で斜板固定値設定器28の斜板指令値にフィードバックする。
【００２７】
ここで、操作器14、要求流量設定器17、乗算器23、回転速度設定器24、電動・発電機制御器５、電動・発電機４の制御系により、流体圧アクチュエータ速度は、電動・発電機４で制御される。
【００２８】
また、減算器20、乗算器21、動力補正係数設定器22、乗算器23、回転速度設定器24、電動・発電機制御器５、電動・発電機４の制御系により、馬力は、電動・発電機４で制御される。
【００２９】
さらに、減算器18、フィルタ19、圧力フィードバックゲイン設定器25、乗算器27、減算器29、斜板制御器6aの制御系により、圧力変動は、可変容量型ポンプ・モータ６の斜板制御器6aで抑制される。
【００３０】
このように、ハイブリッド式油圧ショベルＡにおいて、電動・発電機４と可変容量型ポンプ・モータ６とを組合わせ、流体圧アクチュエータＦの速度制御および馬力制御を電動・発電機４の回転速度制御で行い、圧力の交流成分をもとに可変容量型ポンプ・モータ６の斜板制御で圧力フィードバックしてハンチングを抑制する。
【００３１】
すなわち、流体圧アクチュエータ速度および馬力は、電動・発電機４で制御され、一方、高い応答性を必要とする圧力変動の抑制制御は、可変容量型ポンプ・モータ６の斜板制御器6aで行われる。
【００３２】
これによって、安定した流体圧アクチュエータＦの速度制御および動力制御を実現できる。また、電動・発電機４の細かい回転速度変動が生じないので、唸り音などの耳障りな騒音を軽減できる。
【００３３】
さらに、流体圧アクチュエータＦが自重落下動作や慣性動作により作動されたときは、その流体圧アクチュエータＦが有する余剰動力を、流体圧アクチュエータＦから供給された作動流体により流体圧モータとして機能する可変容量型ポンプ・モータ６と、バッテリ15に電力を供給する発電機として機能する電動・発電機４とを通じて回生させてバッテリ15に蓄えることができ、エネルギの有効利用を図れる。
【００３４】
なお、本発明は、油圧ショベル以外の他の作業機械にも利用可能であるとともに、図１に示されたような余剰動力回生型のハイブリッド式油圧ショベルＡに限られるものではなく、非回生型の作業機械にも利用可能である。
【００３５】
すなわち、前記電動・発電機４に替えて単なる電動機を用いるとともに、可変容量型ポンプ・モータ６に替えて単なる可変容量型ポンプを用いたものにも適用できる。この場合、制御器13は、単なる電動機の回転速度を制御することにより、流体圧アクチュエータＦの速度制御および馬力制御をするとともに、単なる可変容量型ポンプの前後差圧の交流成分をフィードバックして単なる可変容量型ポンプを容量可変制御することにより、圧力変動を抑制制御することになる。その作用効果は、図１および図２に示されたものと同様であるから、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る作業機械の制御装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上制御装置における制御器の制御ブロックを示すブロック図である。
【図３】同上制御装置を備えた作業機械の側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｆ    流体圧アクチュエータ
４    電動機としての電動・発電機
６    可変容量型ポンプとしての可変容量型ポンプ・モータ
13    制御器
15    蓄電器としてのバッテリ
【図１】
2006336842.tif 000003
【図２】
2006336842.tif 000004
【図３】
2006336842.tif 000005