(57)【要約】  エンジン１１と、蓄電装置１９Ｂと、第１及び第２ポンプ２８，１４と、第１ポンプ２８を駆動させる電動機２７と、第１及び第２ポンプ２８，１４により駆動される複数のアクチュエータＡ，１Ｂ，７，８及び９とを備えるハイブリッド型建設機械１００であって、第１及び第２ポンプ２８，１４は、複数のアクチュエータＡ，１Ｂ，７，８及び９のうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置され、第１ポンプ２８は、蓄電装置１９Ｂからの電力を用いて電気的に駆動され、第２ポンプ１４は、エンジン１１に直結されていることを特徴とする。
2011034061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、蓄電装置と、第１及び第２ポンプと、前記第１ポンプを駆動させる電動機と、前記第１及び第２ポンプにより駆動される複数のアクチュエータとを備えるハイブリッド型建設機械であって、
前記第１及び第２ポンプは、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置され、
前記第１ポンプは、前記蓄電装置からの電力を用いて前記電動機により電気的に駆動され、
前記第２ポンプは、前記エンジンに直結されていることを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記複数のアクチュエータは、前記第１ポンプに接続されるブームアクチュエータを含み、
前記第１ポンプと前記ブームアクチュエータの間に回生回路を備える、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
当該建設機械の旋回動作を実現する旋回モータを備え、該旋回モータは、前記蓄電装置からの電力により、若しくは、前記電動機によって発電された回生エネルギにより駆動される電動モータである、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記エンジンに直結された電動発電機を更に備え、該電動発電機に前記電動機によって発電された回生エネルギを供給する、請求項２又は３に記載のハイブリッド型建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型建設機械自体は知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のハイブリッド型建設機械では、エンジンに発電機および電動機として機能する電動発電機が直結され、この電動発電機の回転軸に可変容量型の第１ポンプおよび第２ポンプの回転軸が直列に連結されている。これらの第１ポンプおよび第２ポンプに対し、電動・発電機によって駆動される可変容量型の第３ポンプが別に設置されている。第１ポンプは、主にブームシリンダを制御するブームシリンダ回路にタンク内の流体を供給し、第２ポンプは、主にアームシリンダを制御するアームシリンダ回路にタンク内の流体を供給し、第３ポンプは、旋回モータを制御する旋回モータ回路にタンク内の流体を供給する流体圧モータ機能を有する。また、この第３ポンプの吐出ポートには、ブームシリンダ回路およびアームシリンダ回路に圧力流体を補給する圧力流体補給回路が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な建設機械では、特許文献１に記載の構成も同様であるが、エンジンに直結された電動発電機の回転軸に直列に連結されるポンプは、２個（第１ポンプおよび第２ポンプ）設定されている。しかしながら、建設機械の動作によっては、必ずしも２つのポンプの双方を使用する必要が無い場合があり、このような場合に、２つのポンプがエンジンに結合されていることはエネルギ的に無駄である。また、ハイブリッド化に伴い、２つのポンプの一方の使用頻度が低くなる傾向にある。例えば、旋回モータを電動化した場合、例えばブーム下げと旋回の複合動作時には、２つのポンプの一方だけを使用すれば十分な場合がある。【０００５】
そこで、本発明は、２つのポンプが効率的な態様で配置されたハイブリッド型建設機械の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一局面によれば、エンジンと、蓄電装置と、第１及び第２ポンプと、前記第１ポンプを駆動させる電動機と、前記第１及び第２ポンプにより駆動される複数のアクチュエータとを備えるハイブリッド型建設機械であって、
前記第１及び第２ポンプは、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置され、
前記第１ポンプは、前記蓄電装置からの電力を用いて前記電動機により電気的に駆動され、
前記第２ポンプは、前記エンジンに直結されていることを特徴とする、ハイブリッド型建設機械が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、２つのポンプが効率的な態様で配置されたハイブリッド型建設機械が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明によるハイブリッド型建設機械１００の特徴的構成を示す要部構成図である。
【図２】実施例１による油圧システム構成の要部を示すブロック図である。
【図３】実施例１におけるハイブリッド型建設機械１００の各種動作とその際に使用する油圧ポンプの関係を示す表図である。
【図４】エンジン１１のエンジン回転数と第１の油圧ポンプ２８の回転数との関係の時系列の一例を示すグラフである。
【図５】実施例２による油圧システム構成の要部を示すブロック図である。
【図６】実施例２におけるハイブリッド型建設機械１００の各種動作とその際に使用する油圧ポンプの関係を示す表図である。
【図７】実施例３による油圧システム構成の要部を示すブロック図である。
【図８】実施例３におけるハイブリッド型建設機械１００の各種動作とその際に使用する油圧ポンプの関係を示す表図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１０】
図１は、本発明によるハイブリッド型建設機械１００の特徴的構成を示す要部構成図である。尚、ハイブリッド型建設機械１００は、油圧ショベルやリフティングマグネット（リフマグ）等を含む任意のタイプであってよい。この図１では、機械的動力系を二重線、油圧ラインを実線、電気駆動系を太線でそれぞれ示す。
【００１１】
ハイブリッド型建設機械１００は、内燃機関からなるエンジン１１を備える。エンジン１１には、電動発電機（Ｍ／Ｇ）１２が機械的に直結される。電動発電機１２の回転軸には、可変容量式油圧ポンプ１４（以下、第２の油圧ポンプ１４という）が機械的に接続される。
【００１２】
第２の油圧ポンプ１４は、例えば可変斜板式油圧ポンプであり、斜板の角度を変更することでポンプ出力を変更することができる。すなわち、第２の油圧ポンプ１４への制御電流を変更することにより斜板の角度を調整し、これにより第２の油圧ポンプ１４の出力を変更することができる。第２の油圧ポンプ１４は、エンジン１１及び／又は電動発電機１２の出力により駆動されて高圧の作動油を吐出する。尚、エンジン１１及び電動発電機１２は、スプリッタ（動力分配機構）に接続され、スプリッタを介して第２の油圧ポンプ１４に動力を伝達してもよい。
【００１３】
電動発電機１２は、インバータ１８を介してバッテリユニット１９に電気的に接続されている。バッテリユニット１９は、コンバータ１９Ａとバッテリ１９Ｂを含む。バッテリ１９Ｂは、二次バッテリあれば任意のバッテリであってよく、例えば鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタであってもよい。尚、インバータ１８は、コントローラ３０により制御される。
【００１４】
バッテリユニット１９には、インバータ２０を介して旋回モータ２１が電気的に接続される。旋回モータ２１の出力軸には、ハイブリッド型建設機械１００の上部旋回体を旋回させるための旋回機構２４が接続される。これにより、旋回機構２４は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される。インバータ２０は、旋回操作用レバーの操作態様に基づいてコントローラ３０により制御される。尚、後述の実施例１で説明するように、バッテリユニット１９及びインバータ２０により電気的に駆動される旋回モータ２１（図１参照）に代えて、後述の第１の油圧ポンプ２８（又は第２の油圧ポンプ１４）の発生する油圧により駆動される旋回モータ２１が使用されてもよい。
【００１５】
バッテリユニット１９には、インバータ２５を介して電動発電機（Ｍ／Ｇ）２７が電気的に接続される。電動発電機２７の出力軸には、可変容量式油圧ポンプ２８（以下、第１の油圧ポンプ２８という）が機械的に接続される。尚、インバータ２５は、コントローラ３０により制御される。
【００１６】
第１の油圧ポンプ２８は、例えば可変斜板式油圧ポンプであり、斜板の角度を変更することでポンプ出力を変更することができる。すなわち、第１の油圧ポンプ２８への制御電流を変更することにより斜板の角度を調整し、これにより第１の油圧ポンプ２８の出力を変更することができる。第１の油圧ポンプ２８は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される。即ち、第１の油圧ポンプ２８は、電動発電機２７の出力により駆動されて高圧の作動油を吐出する。
【００１７】
第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４は、コントロールバルブ１７を介して、それぞれ対応付けられた各種アクチュエータに油圧回路で接続される。図示の例では、各種アクチュエータは、ハイブリッド型建設機械１００の右側車輪を駆動するための走行右モータ１Ａ、同左側車輪を駆動するための走行左モータ１Ｂ、ブームの上げ・下げ駆動するためのブームシリンダ７、アームを開閉駆動するためのアームシリンダ８、及びバケットを開閉駆動するためのバケットシリンダ９である。
【００１８】
ここで、本発明の特徴的構成として、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４は、各種油圧アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８及び９のうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置される。即ち、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４には、それぞれ、専用の駆動対象の油圧アクチュエータが少なくとも１つ割り当てられる。この際、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４にそれぞれ割り当てられる専用の駆動対象の油圧アクチュエータの種類は任意であるが、例えば、第１の油圧ポンプ２８は、走行左モータ１Ｂを、第２の油圧ポンプ１４から独立して制御するように構成され、第２の油圧ポンプ１４は、走行右モータ１Ａを、第１の油圧ポンプ２８から独立して制御するように構成される。但し、この場合も、第１の油圧ポンプ２８に切換弁を介して走行右モータ１Ａが連通可能とされ、第２の油圧ポンプ１４に切換弁を介して走行左モータ１Ｂが連通可能とされてもよい。
【００１９】
また、本発明の特徴的構成として、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプは、第２の油圧ポンプ１４のみである。即ち、唯一の第２の油圧ポンプ１４が、アクチュエータ駆動用としてエンジン１１及び電動発電機１２に接続される。他言すると、一般的には、アクチュエータ駆動用としてエンジン１１及び電動発電機１２には、２つの油圧ポンプが直結されるが、当該２つの油圧ポンプのうちの一方の油圧ポンプは、第２の油圧ポンプ１４としてそのまま残される一方、他方の油圧ポンプは無くされ、その代わりに、バッテリユニット１９からの電力を用いて電動発電機２７（電動発電機１２とは別の電動発電機）により駆動されるアクチュエータ駆動用油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ２８）が設定される。尚、アクチュエータ駆動用でない他の油圧ポンプ、例えば油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するパイロットポンプが、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されてもよい。
【００２０】
このような本発明の特徴的構成によれば、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなるので、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが２つ以上存在する一般的な構成に比べて、アイドリング時のポンプ損失を半減以下にすることができる。また、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなる代わりに、バッテリユニット１９からの電力を用いて電動発電機２７（電動発電機１２とは別の電動発電機）により駆動されるアクチュエータ駆動用油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ２８）が設定されるので、各種アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８及び９に対して必要な油圧・流量を供給可能としつつ、出力の無駄を省くことができる。
【００２１】
次に、以上の特徴的構成について、その詳細を幾つかの実施例に分けて説明していく。
【実施例１】
【００２２】
図２は、実施例１による油圧システム構成の要部を示すブロック図である。図２において図１と同様であってよい構成については、同一の参照符号を付している。また、図２では、機械的動力系が二重線、油圧ラインが実線、電気系が太線、制御系が破線でそれぞれ示されている。【００２３】
尚、本実施例１では、図１を参照して説明した構成とは異なり、バッテリユニット１９及びインバータ２０により電気的に駆動される旋回モータ２１（電動モータ、図１参照）に代えて、第１の油圧ポンプ２８の発生する油圧により駆動される旋回モータ（油圧モータ）２１が用いられる。【００２４】
コントロールバルブ１７は、複数の切換バルブ１７１−１７８を備える。複数の切換バルブ１７１−１７８は、第１の油圧ポンプ２８の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第１油路４２に設けられる切換バルブ１７１−１７４の集合と、第２の油圧ポンプ１４の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第２油路４４に設けられる切換バルブ１７５−１７８の集合とからなる。【００２５】
切換バルブ１７１−１７４は、それぞれ、走行左モータ１Ｂによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７１、旋回モータ２１による旋回動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７２、ブームシリンダ７によるブーム上げ動作（２速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７３、及び、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７４である。【００２６】
切換バルブ１７５−１７８は、それぞれ、走行右モータ１Ａによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７５、バケットシリンダ９によるバケット開閉動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７６、ブームシリンダ７によるブーム上げ・下げ動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７７、及び、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（２速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７８である。【００２７】
第１の油圧ポンプ２８側の第１油路４２において、切換バルブ１７４より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４６（負帰還用の絞り）が挿入され、ネガコン圧（ネガコン絞り４６の上流側圧力）Ｐｎ１がレギュレータ５４に負帰還される。第１油路４２には、第１油路４２のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５０が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５４は、ネガコン圧Ｐｎ１に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第１の油圧ポンプ２８の吐出流量の損失を低減する態様で、第１の油圧ポンプ２８を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。【００２８】
同様に、第２の油圧ポンプ１４の第２油路４４において、切換バルブ１７８より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４８（負帰還用の絞り）が挿入され、ネガコン圧（ネガコン絞り４８の上流側圧力）Ｐｎ２がレギュレータ５６に負帰還される。第２油路４４には、第２油路４４のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５２が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５６は、ネガコン圧Ｐｎ２に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第２の油圧ポンプ１４の吐出流量の損失を低減する態様で、第２の油圧ポンプ１４を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。このように、第１の油圧ポンプ２８と第２の油圧ポンプ１４とは機械的に分離されている。【００２９】
また、第１油路４２及び第２油路４４には、油圧回路の最高圧を制限するリリーフ弁６０が接続されている。リリーフ弁６０は、油圧回路内の圧力が所定の設定圧を超えると作動し、リザーバタンク６２に油圧回路を連通させる。【００３０】
図３は、実施例１におけるハイブリッド型建設機械１００の各種動作とその際に使用する油圧ポンプの関係を示す表図である。【００３１】
図３に示すように、単独での旋回動作時は、第１の油圧ポンプ２８のみが使用され、第２の油圧ポンプ１４が不作動とされる。この場合、エンジン１１は継続して回転するため、第２の油圧ポンプ１４の回転運動は継続するものの、第２の油圧ポンプ１４が出力しない状態となる。また、単独でのブーム上げ動作（１速）時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、単独でのブーム下げ動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。この場合、第１の油圧ポンプ２８は、電動発電機２７により回転運動が継続するものの、出力しない状態となる。また、単独でのバケット開閉動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム下げとバケット開閉の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム上げ動作（１速）とバケット開閉の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。【００３２】
ここで、本実施例１の特徴的構成として、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４は、各種油圧アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８，９及び２１のうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置される。具体的には、第１の油圧ポンプ２８は、走行左モータ１Ｂ及び旋回モータ２１を、第２の油圧ポンプ１４から独立して制御するように構成され、第２の油圧ポンプ１４は、走行右モータ１Ａ及びバケットシリンダ９を、第１の油圧ポンプ２８から独立して制御するように構成される。但し、この場合も、第１の油圧ポンプ２８に切換弁（図示せず）を介して走行右モータ１Ａが連通可能とされ、第２の油圧ポンプ１４に切換弁（図示せず）を介して走行左モータ１Ｂが連通可能とされてもよい。【００３３】
また、本実施例１の特徴的構成として、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプは、第２の油圧ポンプ１４のみである。即ち、唯一の第２の油圧ポンプ１４が、アクチュエータ駆動用としてエンジン１１及び電動発電機１２に接続される。【００３４】
このような本実施例１の特徴的構成によれば、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなるので、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが２以上存在する構成に比べて、アイドリング時のポンプ損失を半減以下にすることができる。また、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなる代わりに、バッテリユニット１９からの電力を用いて電動発電機２７（電動発電機１２とは別の電動発電機）により駆動されるアクチュエータ駆動用油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ２８）が設定されるので、各種アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８，９及び２１に対して必要な油圧・流量を供給可能としつつ、出力の無駄を省くことができる。具体的には、図３に示すように、例えばブーム上げ動作（２速）の単独動作時は、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４の双方が作動して、ブームシリンダ７に必要十分な油圧・流量を供給することができる。他方、例えばブーム上げ動作（１速）の単独動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが作動して、ブームシリンダ７に必要十分な油圧・流量を供給しつつ、第１の油圧ポンプ２８を停止することでエネルギ損失を低減することができる。例えば図４に概念的に示すように、第１の油圧ポンプ２８で必要な回転数Ｎ１がエンジン１１の回転数Ｎｅよりも十分に小さい場合でも（例えば、Ｎｅが１８００ｒｐｍであり、Ｎ１が０−１０００ｒｐｍの間である場合）、第１の油圧ポンプ２８の回転数Ｎ１がエンジン１１の回転数Ｎｅに合わせて過大になることがなく、第１の油圧ポンプ２８を最適な回転数Ｎ１で作動させることができ、第１の油圧ポンプ２８出力の無駄を省くことができる。【００３５】
また、本実施例１では、第１の油圧ポンプ２８の回転運動が継続する場合を説明したが、第１の油圧ポンプ２８はエンジン１１と非結合であるため、電動発電機２７の回転運動を停止させることもできる。この場合、第１の油圧ポンプ２８の回転運動も停止させることもできるので、よりエネルギ損失を低減することができる。【００３６】
尚、本実施例１において、電動発電機２７は、必ずしも発電機能を有する必要がないため、電動機により実現されてもよい。
【実施例２】
【００３７】
図５は、実施例２による油圧システム構成の要部を示すブロック図である。図５において図１と同様であってよい構成については、同一の参照符号を付している。また、図５では、機械的動力系が二重線、油圧ラインが実線、電気系が太線、制御系が破線でそれぞれ示されている。【００３８】
本実施例２では、図１を参照して説明した構成と同様、バッテリユニット１９及びインバータ２０により電気的に駆動される旋回モータ２１（電動モータ）が用いられる。【００３９】
バッテリユニット１９には、インバータ２０を介して旋回モータ２１が電気的に接続される。旋回モータ２１の出力軸には、ハイブリッド型建設機械１００の上部旋回体を旋回させるための旋回機構２４が接続される。これにより、旋回機構２４は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される。インバータ２０は、旋回操作用レバーの操作態様に基づいてコントローラ３０により制御される。【００４０】
旋回モータ２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であり、上述のインバータ２０によってＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動される。旋回モータ２１は、好ましくは、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭモータである。旋回モータ２１は、力行運転の際には、旋回モータ２１の回転駆動力の回転力が旋回機構２４にて増幅され、ハイブリッド型建設機械１００の上部旋回体が加減速制御され回転運動を行う。また、ハイブリッド型建設機械１００の上部旋回体の慣性回転により、旋回機構２４にて回転数が増加されて旋回モータ２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。【００４１】
コントロールバルブ１７は、複数の切換バルブ１７１−１７８を備える。但し、旋回モータ２１の電動化に伴い、上述の実施例１で使用されていた旋回モータ２１用の切換バルブ１７２は省略される。複数の切換バルブ１７１−１７８は、第１の油圧ポンプ２８の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第１油路４２に設けられる切換バルブ１７１−１７４の集合と、第２の油圧ポンプ１４の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第２油路４４に設けられる切換バルブ１７５−１７８の集合とからなる。【００４２】
切換バルブ１７１−１７４は、それぞれ、走行左モータ１Ｂによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７１、ブームシリンダ７によるブーム上げ２速動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７３、及び、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７４である。【００４３】
切換バルブ１７５−１７８は、それぞれ、走行右モータ１Ａによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７５、バケットシリンダ９によるバケット開閉動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７６、ブームシリンダ７によるブーム上げ・下げ動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７７、及び、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（２速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７８である。【００４４】
第１の油圧ポンプ２８側の第１油路４２において、切換バルブ１７４より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４６（負帰還用の絞り）が挿入され、ネガコン圧（ネガコン絞り４６の上流側圧力）Ｐｎ１がレギュレータ５４に負帰還される。第１油路４２には、第１油路４２のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５０が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５４は、ネガコン圧Ｐｎ１に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第１の油圧ポンプ２８の吐出流量の損失を低減する態様で、第１の油圧ポンプ２８を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。【００４５】
同様に、第２の油圧ポンプ１４の第２油路４４において、切換バルブ１７８より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４８（負帰還用の絞り）が挿入され、ネガコン圧（ネガコン絞り４８の上流側圧力）Ｐｎ２がレギュレータ５６に負帰還される。第２油路４４には、第２油路４４のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５２が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５６は、ネガコン圧Ｐｎ２に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第２の油圧ポンプ１４の吐出流量の損失を低減する態様で、第２の油圧ポンプ１４を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。このように、第１の油圧ポンプ２８と第２の油圧ポンプ１４とは機械的に分離されている。【００４６】
また、第１油路４２及び第２油路４４には、油圧回路の最高圧を制限するリリーフ弁６０が接続されている。リリーフ弁６０は、油圧回路内の圧力が所定の設定圧を超えると作動し、リザーバタンク６２に油圧回路を連通させる。【００４７】
図６は、実施例２におけるハイブリッド型建設機械１００の各種動作とその際に使用する油圧ポンプの関係を示す表図である。【００４８】
図６に示すように、単独での旋回動作時は、旋回モータ２１の電動化に伴い、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４が不作動とされる。この際、旋回動作は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される旋回モータ２１により実現される。また、単独でのブーム上げ動作（１速）時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、単独でのブーム下げ動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、単独でのバケット開閉動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム下げと旋回の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。この際、旋回動作は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される旋回モータ２１により実現される。また、ブーム下げとバケット開閉の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム上げ動作（１速）とバケット開閉の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。【００４９】
ここで、本実施例２の特徴的構成として、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４は、各種油圧アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８及び９のうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置される。具体的には、第１の油圧ポンプ２８は、走行左モータ１Ｂを、第２の油圧ポンプ１４から独立して制御するように構成され、第２の油圧ポンプ１４は、走行右モータ１Ａ及びバケットシリンダ９を、第１の油圧ポンプ２８から独立して制御するように構成される。但し、この場合も、第１の油圧ポンプ２８に切換弁（図示せず）を介して走行右モータ１Ａが連通可能とされ、第２の油圧ポンプ１４に切換弁（図示せず）を介して走行左モータ１Ｂが連通可能とされてもよい。【００５０】
また、本実施例２の特徴的構成として、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプは、第２の油圧ポンプ１４のみである。即ち、唯一の第２の油圧ポンプ１４が、アクチュエータ駆動用としてエンジン１１及び電動発電機１２に接続される。【００５１】
このような本実施例２の特徴的構成によれば、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなるので、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが２以上存在する構成に比べて、アイドリング時のポンプ損失を半減以下にすることができる。また、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなる代わりに、バッテリユニット１９からの電力を用いて電動発電機２７（電動発電機１２とは別の電動発電機）により駆動されるアクチュエータ駆動用油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ２８）が設定されるので、各種アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８及び９に対して必要な油圧・流量を供給可能としつつ、出力の無駄を省くことができる。具体的には、図６に示すように、例えばブーム上げ動作（２速）の単独動作時は、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４の双方が作動して、ブームシリンダ７に必要十分な油圧・流量を供給することができる。他方、例えばブーム上げ動作（１速）の単独動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが作動して、ブームシリンダ７に必要十分な油圧・流量を供給しつつ、第１の油圧ポンプ２８を停止することでエネルギ損失を低減することができる。【００５２】
また、ショベルでは、作業内容によって旋回動作が頻繁に行われる。このため、旋回動作のみを行う際には、第１の油圧ポンプ２８は不作動状態とすることができる。更に、第１の油圧ポンプ２８の回転動作自体を停止することもできる。このため、無駄に作動油を流す必要がないため、エネルギ損失を低減することができる。【００５３】
また、旋回動作との複合動作が多い作業では、ブームの動作と組み合わされた複合動作である。この場合であっても、ブームに作動油を流す油圧ポンプを、エンジン１１と連結した第２の油圧ポンプ１２とすることで、第１の油圧ポンプ２８の回転動作を停止することもできる。このため、複合動作を行う際であっても、無駄に作動油を流す必要がないため、エネルギ損失を低減することができる。【００５４】
尚、本実施例２において、電動発電機２７は、必ずしも発電機能を有する必要がないため、電動機により実現されてもよい。
【実施例３】
【００５５】
図７は、実施例３による油圧システム構成の要部を示すブロック図である。図７において図１と同様であってよい構成については、同一の参照符号を付している。また、図７では、機械的動力系が二重線、油圧ラインが実線、電気系が太線、制御系が破線でそれぞれ示されている。【００５６】
本実施例３では、図１を参照して説明した構成と同様、バッテリユニット１９及びインバータ２０により電気的に駆動される旋回モータ２１（電動モータ）が用いられる。【００５７】
コントロールバルブ１７は、複数の切換バルブ１７１−１７８を備える。但し、旋回モータ２１の電動化に伴い、上述の実施例１で使用されていた旋回モータ２１用の切換バルブ１７２は省略される。複数の切換バルブ１７１−１７８は、第１の油圧ポンプ２８の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第１油路４２に設けられる切換バルブ１７１−１７４の集合と、第２の油圧ポンプ１４の吐出側とリザーバタンク４０を繋ぐ第２油路４４に設けられる切換バルブ１７５−１７８の集合とからなる。【００５８】
切換バルブ１７１−１７４は、それぞれ、走行左モータ１Ｂによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７１、ブームシリンダ７によるブーム上げ２速動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７３、及び、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（２速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７４である。【００５９】
切換バルブ１７５−１７８は、それぞれ、走行右モータ１Ａによる走行動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７５、バケットシリンダ９によるバケット開閉動作を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７６、ブームシリンダ７によるブーム上げ・下げ動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７７、及び、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（１速）を実現するための作動油の供給状態を切り換える切換バルブ１７８である。【００６０】
第１の油圧ポンプ２８側の第１油路４２において、切換バルブ１７４より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４６（負帰還用の絞り）が挿入され、ネガコン圧（ネガコン絞り４６の上流側圧力）Ｐｎ１がレギュレータ５４に負帰還される。第１油路４２には、第１油路４２のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５０が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５４は、ネガコン圧Ｐｎ１に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第１の油圧ポンプ２８の吐出流量の損失を低減する態様で、第１の油圧ポンプ２８を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。【００６１】
同様に、第２の油圧ポンプ１４の第２油路４４において、切換バルブ１７８より下流側とリザーバタンク４０との間には、ネガコン絞り４８（負帰還用の絞り）が挿入され、ネガコン圧（ネガコン絞り４８の上流側圧力）Ｐｎ２がレギュレータ５６に負帰還される。第２油路４４には、第２油路４４のリリーフ圧を調整する可変リリーフ弁５２が接続されている。コントローラ３０及びレギュレータ５６は、ネガコン圧Ｐｎ２に基づいて、リザーバタンク４０に戻る第２の油圧ポンプ１４の吐出流量の損失を低減する態様で、第２の油圧ポンプ１４を制御する（いわゆるネガコン制御を行う）。このように、第１の油圧ポンプ２８と第２の油圧ポンプ１４とは機械的に分離されている。【００６２】
また、第１油路４２及び第２油路４４には、油圧回路の最高圧を制限するリリーフ弁６０が接続されている。リリーフ弁６０は、油圧回路内の圧力が所定の設定圧を超えると作動し、リザーバタンク６２に油圧回路を連通させる。【００６３】
本実施例３では、第１の油圧ポンプ２８は、ポンプモータ仕様であり、電動発電機２７と協動して、エネルギの回生が可能である。具体的には、モータとして機能する際に、ブームシリンダ７のヘッド室７ａからの戻り油を流入し、タンク６２へ吐出する際に、戻り油により第１の油圧ポンプ２８を回転させる。この回転により、電動発電機２７を回転させることで回生運転を行う。これに対応して、ブームシリンダ７の１速動作用切換バルブ１７７と第１の油圧ポンプ２８との間に回生回路６４が設けられる。回生回路６４は、切換バルブ１７７の位置に応じて、ブームシリンダ７のヘッド室７ａと第１の油圧ポンプ２８とを連通させる。回生回路６４には、コントローラ３０により制御される流量制御バルブ６６、及び、逆止弁６８が設けられる。【００６４】
また、第１の油圧ポンプ２８のポート２８ａは、吐出流入ポートである。第１の油圧ポンプ２８は、ポンプとしてタンク６２から作動油を吸い込み各駆動部へ吐出する場合でも、モータとしてブームシリンダ７のヘッド室７ａからの戻り油を流入し、タンク６２へ吐出する場合であっても、同一の回転方向が維持される。このため、吐出方向が切り替わっても、円滑にポンプとモータとの機能を切り替えることができる。【００６５】
図７には、ブーム下げ動作時における回生回路６４を含む油圧回路内の作動油の流れが矢印ｒ１〜ｒ１２により示されている。ブーム下げ動作時、第１の油圧ポンプ２８から吐出される作動油は、矢印ｒ１〜ｒ６に示すように、切換バルブ１７７を介してブームシリンダ７のロッド室７ｂに供給される。これと同時に、ブームシリンダ７のヘッド室７ａから排出される作動油は、矢印ｒ７〜ｒ１２に示すように、切換バルブ１７７を介して回生回路６４を通って第１の油圧ポンプ２８に供給される。これにより、第１の油圧ポンプ２８が電動発電機２７を回生運転させ、回生動作が実現される。尚、この際得られる回生エネルギ（電気エネルギ）は、インバータ２５を介してバッテリユニット１９のバッテリ１９Ｂの充電に利用される。そして、インバータ２０を介して旋回モータ２１に供給したり、インバータ１８を介して電動発電機１２へ供給したりすることができる。【００６６】
図８は、実施例３におけるハイブリッド型建設機械１００の各種動作とその際に使用する油圧ポンプの関係を示す表図である。【００６７】
図８に示すように、単独での旋回動作時は、旋回モータ２１の電動化に伴い、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４が不作動とされる。この際、旋回動作は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される旋回モータ２１により実現される。また、単独でのブーム上げ動作（１速）時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、単独でのブーム下げ動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８は上述の回生動作を実現する。また、単独でのバケット開閉動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム下げと旋回の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８は上述の回生動作を実現する。この際、旋回動作は、バッテリユニット１９からの電力により駆動される旋回モータ２１により実現される。また、ブーム下げとバケット開閉の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８は上述の回生動作を実現する。また、ブーム下げとアーム閉じ（１速）の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８は上述の回生動作を実現する。また、ブーム下げとアーム開きの複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８は上述の回生動作を実現する。また、ブーム下げと走行の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８は上述の回生動作を実現する。この際、走行は第２の油圧ポンプ１４のみで実現される。また、バケット開閉とアーム閉じ（１速）の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、バケット開閉とアーム開きの複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム上げ（１速）とバケット開閉の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム上げ（１速）とアーム閉じ（１速）の複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。また、ブーム上げ（１速）とアーム開きの複合動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが使用され、第１の油圧ポンプ２８が不作動とされる。【００６８】
ここで、本実施例３の特徴的構成として、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４は、各種油圧アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８及び９のうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置される。具体的には、第１の油圧ポンプ２８は、走行左モータ１Ｂを、第２の油圧ポンプ１４から独立して制御するように構成され、第２の油圧ポンプ１４は、走行右モータ１Ａ及びバケットシリンダ９を、第１の油圧ポンプ２８から独立して制御するように構成される。但し、この場合も、第１の油圧ポンプ２８に切換弁（図示せず）を介して走行右モータ１Ａが連通可能とされ、第２の油圧ポンプ１４に切換弁（図示せず）を介して走行左モータ１Ｂが連通可能とされてもよい。【００６９】
また、本実施例３の特徴的構成として、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプは、第２の油圧ポンプ１４のみである。即ち、唯一の第２の油圧ポンプ１４が、アクチュエータ駆動用としてエンジン１１及び電動発電機１２に接続される。【００７０】
このような本実施例３の特徴的構成によれば、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなるので、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが２以上存在する構成に比べて、アイドリング時のポンプ損失を半減以下にすることができる。また、エンジン１１及び電動発電機１２に接続されるアクチュエータ駆動用の油圧ポンプが１つだけとなる代わりに、バッテリユニット１９からの電力を用いて電動発電機２７（電動発電機１２とは別の電動発電機）により駆動されるアクチュエータ駆動用油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ２８）が設定されるので、各種アクチュエータ１Ａ，１Ｂ，７，８及び９に対して必要な油圧・流量を供給可能としつつ、出力の無駄を省くことができる。具体的には、図８に示すように、例えばブーム上げ動作（２速）の単独動作時は、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４の双方が作動して、ブームシリンダ７に必要十分な油圧・流量を供給することができる。他方、例えばバケット開閉の単独動作時は、第２の油圧ポンプ１４のみが作動して、バケットシリンダ９に必要十分な油圧・流量を供給しつつ、第１の油圧ポンプ２８を停止することでエネルギ損失を低減することができる。また、特に本実施例３によれば、第１の油圧ポンプ２８をポンプモータ仕様とし、第１の油圧ポンプ２８とブームシリンダ７の間に回生回路６４を設けることで、ブーム下げ動作を伴う際（図８の番号５，１０，１１，１２，１４及び１５参照）、第１の油圧ポンプ２８及び電動発電機２７により回生エネルギを得ることができる。これにより、ブーム下げ動作に伴う回生を実現して更なる省エネルギ化を図ることができる。【００７１】
また、本実施例３の特徴的構成として、上述の実施例１，２とは対照的に、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（１速）用の切換バルブ１７８が、第２の油圧ポンプ１４側の第２油路４４に設けられ、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（２速）用の切換バルブ１７４が、第１の油圧ポンプ２８側の第１油路４２に設けられる。これにより、第１の油圧ポンプ２８を停止できる動作数（動作種類の数）を増加させることができる。例えば、図８と図３又は図６とを対比するに、上述の実施例１，２では、バケット開閉とアーム開きの複合動作時（番号１８）やブーム上げ（１速）とアーム閉じ（１速）の複合動作時（番号２０）等には、第１の油圧ポンプ２８及び第２の油圧ポンプ１４の双方を作動させるのに対して、本実施例３では、同動作時に第２の油圧ポンプ１４のみを動作させるだけでよくなる。但し、本実施例３の変形例として、上述の実施例１，２と同様に、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（１速）用の切換バルブ１７８が、第１の油圧ポンプ２８側の第１油路４２に設けられ、アームシリンダ８によるアーム開閉動作（２速）用の切換バルブ１７４が、第２の油圧ポンプ１４側の第２油路４４に設けられてもよい。この場合も、上述の実施例２の効果が得られると共に回生による省エネルギ化を図ることができる。【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。【００７３】
尚、本国際出願は、２００９年９月１５日に出願した日本国特許出願２００９−２１３６４２号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
【符号の説明】
【００７４】
１Ａ    走行右モータ
１Ｂ    走行左モータ
７    ブームシリンダ
８    アームシリンダ
９    バケットシリンダ
１１    エンジン
１２    電動発電機
１４    第２の油圧ポンプ
１７    コントロールバルブ
１８    インバータ
１９    バッテリユニット
１９Ｂ    バッテリ
２０    インバータ
２１    旋回モータ
２４    旋回機構
２５    インバータ
２７    電動発電機
２８    第１の油圧ポンプ
３０    コントローラ
４０    リザーバタンク
４２    第１油路
４４    第２油路
４６，４８    ネガコン絞り
５０，５２    可変リリーフ弁
５４，５６    レギュレータ
６０    リリーフ弁
６２    リザーバタンク
６４    回生回路
６６    流量制御バルブ
６８    逆止弁
１００    ハイブリッド型建設機械
１７１−１７８    コントロールバルブの各種切換バルブ
【図１】
2011034061.tif 000003
【図２】
2011034061.tif 000004
【図３】
2011034061.tif 000005
【図４】
2011034061.tif 000006
【図５】
2011034061.tif 000007
【図６】
2011034061.tif 000008
【図７】
2011034061.tif 000009
【図８】
2011034061.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月22日(2010.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、蓄電装置と、第１及び第２ポンプと、前記第１ポンプを駆動させる電動機と、前記第１及び第２ポンプにより駆動される複数のアクチュエータとを備えるハイブリッド型建設機械であって、
前記第１及び第２ポンプは、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも各１つを、互いに独立して制御するように配置され、
前記第１ポンプは、前記蓄電装置からの電力を用いて前記電動機により電気的に駆動され、
前記第２ポンプは、前記エンジンに直結されていることを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記複数のアクチュエータのうち少なくとも２つは、同一のコントロールバルブを介して前記第１及び第２のポンプに接続される、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
前記同一のコントロールバルブは、前記複数のアクチュエータへの作動油の供給状態を切り換える切換バルブを備える、請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記エンジンと機械的に接続された電動発電機を備える、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項５】
前記第１ポンプはエンジンがアイドリング状態のときに不作動状態とされる、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項６】
前記複数のアクチュエータは、前記第１ポンプに接続されるブームアクチュエータを含み、
前記第１ポンプと前記ブームアクチュエータの間に回生回路を備える、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項７】
当該建設機械の旋回動作を実現する旋回モータを備え、該旋回モータは、前記蓄電装置からの電力により、若しくは、前記電動機によって発電された回生エネルギにより駆動される電動モータである、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項８】
前記エンジンに直結された電動発電機を更に備え、該電動発電機に前記電動機によって発電された回生エネルギを供給する、請求項６又は７に記載のハイブリッド型建設機械。
【国際調査報告】
2011034061.tif 000011
2011034061.tif 000012
2011034061.tif 000013