(57)【要約】【課題】エネルギー効率の改善、操作性の向上を図れる作業機械の駆動装置を提供する。【解決手段】エンジン７により発電機20を駆動し、発電機20により発電した電力をキャパシタ50およびバッテリ52に蓄える。発電機20、キャパシタ50およびバッテリ52から、油圧ショベルの作業装置に設けた複数のアクチュエータ駆動ユニット21，29，37に電力を供給する。アクチュエータ駆動ユニット21，29，37は、電力により作動する回転速度制御可能の電動機22，30，38と、電動機22，30，38により駆動する油圧ポンプ23，31，39と、油圧ポンプ23，31，39から吐出した作動油を方向制御してブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aに供給する方向切換弁24，32，40と、作動油を回収してポンプに循環させるタンク27，35，41とをそれぞれ具備している。【選択図】        図１
2004197901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業装置を複数のアクチュエータにより作動する作業機械の駆動装置であって、
エンジンと、
エンジンにより駆動される発電機と、
発電機により発電された電力を蓄える蓄電手段と、
複数のアクチュエータに対してそれぞれ設けられ発電機および蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力により作動する複数のアクチュエータ駆動ユニットと
を具備したことを特徴とする作業機械の駆動装置。
【請求項２】
蓄電手段は、キャパシタと、バッテリとを具備した
ことを特徴とする請求項１記載の作業機械の駆動装置。
【請求項３】
アクチュエータは、流体圧により作動する流体圧アクチュエータであり、
アクチュエータ駆動ユニットは、
発電機および蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機と、
電動機により駆動されるポンプと、
ポンプから吐出された作動流体を方向制御して流体圧アクチュエータに供給する方向切換弁と、
ポンプから流体圧アクチュエータに供給された作動流体を回収してポンプに循環させるタンクと
を具備したことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の駆動装置。
【請求項４】
アクチュエータ駆動ユニットに対して別置き設置され流体圧アクチュエータに流量を補充する流量補充ユニット
を具備したことを特徴とする請求項３記載の作業機械の駆動装置。
【請求項５】
流量補充ユニットは、
発電機および蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機と、
電動機により駆動されるポンプと、
ポンプから吐出された作動流体を方向制御してアクチュエータ駆動ユニットに供給する方向切換弁と、
アクチュエータ駆動ユニットから戻された作動流体を回収してポンプに循環させるメインタンクと、
アクチュエータ駆動ユニットからメインタンクへの戻り回路中に設けられ戻り回路の絞りを調整する戻り回路絞り調整弁と
を具備したことを特徴とする請求項４記載の作業機械の駆動装置。
【請求項６】
流量補充ユニットの方向切換弁の中立時に流量補充ユニットのメインタンクとアクチュエータ駆動ユニットのタンクとを連通させて流量補充ユニットのポンプにより作動流体を循環させる中立時循環回路
を具備したことを特徴とする請求項５記載の作業機械の駆動装置。
【請求項７】
流量補充ユニットは、
エンジンにより発電機とともに駆動される流量調整機能を有する可変容量型のポンプと、
ポンプから吐出された作動流体を方向制御してアクチュエータ駆動ユニットに供給する方向切換弁と、
ポンプからアクチュエータ駆動ユニットに供給された作動流体を回収してポンプに循環させるタンクと
を具備したことを特徴とする請求項４または６記載の作業機械の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと発電機を併用した動力源を有する油圧ショベルなどの作業機械の駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５および図６は従来技術に関するものであり、図５は油圧ショべルの構造図、図６はその油圧システムの構成を示す回路図である。
【０００３】
図５において、下部走行体１に上部旋回体２が回動可能に結合され、この上部旋回体２に、上部旋回体２に揺動自在に取付けられブームシリンダ3aで駆動されるブーム３と、ブーム３の先端に揺動自在に取付けられアームシリンダ4aで駆動されるアーム４と、アーム４の先端に取付けられバケットシリンダ5aで駆動されるバケット５とを備えた作業装置６が搭載されている。
【０００４】
図６に示されるように、従来の油圧システムは、上部旋回体２に搭載されたエンジン７と、エンジン７によって駆動される斜板制御装置8a，9aを有する可変容量型の油圧ポンプ８，９と、パイロット圧を供給するためのパイロットポンプ10と、油圧ポンプ８，９の圧油を各アクチュエータに分配するためのパイロット操作式のコントロール弁11と、コントロール弁11をパイロット制御するための操作弁（以下、操作弁を「リモコン弁」という）12と、エンジン7の回転速度を設定するエンジン回転設定器13と、エンジン７および油圧ポンプ８，９の出力を制御する制御器14と、作業装置６を駆動するブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aと、上部旋回体２を旋回させるための油圧モータ15と、下部走行体１を駆動させる走行用の油圧モータ16a，16bとを備えている。
【０００５】
図６において、リモコン弁12を操作してコントロール弁11を切換え、エンジン７によって駆動される油圧ポンプ８，９の圧油を各アクチュエータに分配して作業機を作動させる。
【０００６】
このようにエンジン７により油圧ポンプ８，９を直接駆動する駆動システムでは、軽負荷から重負荷までの種々の作業に対応できるように、最大負荷を見込んだ大出力のエンジン７を搭載しているが、重負荷の作業は作業時間全体の一部でしかない。
【０００７】
このような大出力のエンジン７を搭載した従来の建設機械では、軽負荷や使用率の大半を占める中負荷の作業を行う場合、コントロール弁11で油圧ポンプ８，９の吐出圧油を絞って、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aなどの各アクチュエータに分配するため、燃料消費量、騒音、生産コストなどの点で不利である。
【０００８】
また、軽負荷の作業は、エンジン出力を絞ったり、エンジン回転速度の低い状態で行うが、エンジン７の特性からエンジン回転速度が低いほど、トルクが小さく、かつ不安定であり、エンストや回転むらが生じ易く、操作性上、好ましくない。
【０００９】
これに対して、油圧ショベルの動力源としてエンジンによって発電機を駆動し、この発電機から供給される電力をバッテリに蓄え、電力によって単数の電動機を回転させ、この電動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから供給された作動油を共通のコントロール弁により制御して、下部走行体、上部旋回体および作業装置の各油圧アクチュエータを作動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１―１１８８８号公報（第３頁、図３）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載された油圧ショベルは、図６に示された従来技術との比較では、エンジンをより効率良く運転することも可能であるが、油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を制御するときは、コントロール弁により作動油を絞って油圧アクチュエータに供給するので、また、上部旋回体上の油圧ポンプから作業装置の各油圧アクチュエータに対して長尺配管を経て作動油を供給するので、コントロール弁および長尺配管において圧力損失が著しく生じ、エネルギー効率を低下させている。
【００１２】
また、共通の動力源により駆動される共通の油圧ポンプがコントロール弁を経て複数の油圧アクチュエータに作動油を供給するので、複数の油圧アクチュエータを連動操作するときに、複数の油圧アクチュエータの駆動圧力に差が生じたときに、それらの駆動圧力が干渉し合って、油圧アクチュエータの作動速度が変化するなどの現象が生じ、作業機械の操作性を損なう問題がある。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、エネルギー効率の改善、操作性の向上を図れる作業機械の駆動装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、作業装置を複数のアクチュエータにより作動する作業機械の駆動装置であって、エンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、発電機により発電された電力を蓄える蓄電手段と、複数のアクチュエータに対してそれぞれ設けられ発電機および蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力により作動する複数のアクチュエータ駆動ユニットとを具備した作業機械の駆動装置であり、各アクチュエータ駆動ユニットを各アクチュエータに対してそれぞれ設けたので、各アクチュエータ駆動ユニットは必要な分の電力供給を受けて、無駄のないアクチュエータ駆動ができ、また、従来技術のようなコントロール弁の流量絞りやポンプ・アクチュエータ間の長尺配管による圧力損失を防止できるので、エネルギー効率を改善できるとともに、各アクチュエータ毎に各アクチュエータ駆動ユニットを独立させたので、連動操作時における各アクチュエータの駆動圧力に差が生じても、この駆動圧力の他のアクチュエータへの干渉を低減でき、作業機械の操作性を向上できる。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の作業機械の駆動装置における蓄電手段が、キャパシタと、バッテリとを具備したものであり、キャパシタにより、瞬時の充放電に対応できるとともに、バッテリにより、比較的長い時間の充放電に対応できる。
【００１６】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の作業機械の駆動装置におけるアクチュエータが、流体圧により作動する流体圧アクチュエータであり、アクチュエータ駆動ユニットは、発電機および蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機と、電動機により駆動されるポンプと、ポンプから吐出された作動流体を方向制御して流体圧アクチュエータに供給する方向切換弁と、ポンプから流体圧アクチュエータに供給された作動流体を回収してポンプに循環させるタンクとを具備したものであり、エンジンと発電機を併用した駆動源を有する作業機械において、作業装置の各流体圧アクチュエータ毎に、回転速度制御可能の電動機と、電動機で駆動されるポンプと、ポンプからの作動流体を方向制御する方向切換弁と、タンクとを具備したアクチュエータ駆動ユニットをそれぞれ設けたことにより、回転速度制御可能の電動機でポンプ流量を制御することで、方向切換弁が流量制御のために回路を絞ることをなくしたので、方向切換弁における圧力損失を低減することが可能となり、従来の流量制御をしていたコントロール弁および配管による絞り損失がなくなり、無駄な発熱を抑えられるなどのエネルギー効率を改善できるとともに、連動操作時における各流体圧アクチュエータの駆動圧力に差を生じても、この圧力の他の流体圧アクチュエータへの干渉を低減でき、操作性を向上できる。
【００１７】
請求項４に記載された発明は、請求項３記載の作業機械の駆動装置において、アクチュエータ駆動ユニットに対して別置き設置され流体圧アクチュエータに流量を補充する流量補充ユニットを具備したものであり、大流量を必要とする流体圧アクチュエータに対しても、アクチュエータ駆動ユニットに対して別置き設置された流量補充ユニットより流量を補充して、必要な作動速度で駆動することができる。
【００１８】
請求項５に記載された発明は、請求項４記載の作業機械の駆動装置における流量補充ユニットが、発電機および蓄電手段の少なくとも一方から供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機と、電動機により駆動されるポンプと、ポンプから吐出された作動流体を方向制御してアクチュエータ駆動ユニットに供給する方向切換弁と、アクチュエータ駆動ユニットから戻された作動流体を回収してポンプに循環させるメインタンクと、アクチュエータ駆動ユニットからメインタンクへの戻り回路中に設けられ戻り回路の絞りを調整する戻り回路絞り調整弁とを具備したものであり、流量補充ユニットは、回転速度制御可能の電動機でポンプ流量を制御することで、方向切換弁が流量制御のために回路を絞ることをなくしたので、方向切換弁における圧力損失を低減することが可能となり、この方向切換弁を経て大流量を必要とする流体圧アクチュエータに対し、必要な流量を選択的に補充できる。また、戻り回路絞り調整弁により戻り回路の絞りを調整して、流量補充ユニットよりアクチュエータ駆動ユニットに供給される加圧流体流量に相当する流量をメインタンクに戻すように制御することで、メインタンクとアクチュエータ駆動ユニットのタンクとの間の作動流体量の均衡を図れる。
【００１９】
請求項６に記載された発明は、請求項５記載の作業機械の駆動装置において、流量補充ユニットの方向切換弁の中立時に流量補充ユニットのメインタンクとアクチュエータ駆動ユニットのタンクとを連通させて流量補充ユニットのポンプにより作動流体を循環させる中立時循環回路を具備したものであり、流量補充ユニットの方向切換弁の中立時に機能する中立時循環回路により、流量補充ユニットのメインタンクとアクチュエータ駆動ユニットのタンクとを連通させて流量補充ユニットのポンプにより作動流体を循環させることで、アクチュエータ駆動ユニットのタンクが小容量の場合に、そのタンク内で生じやすい作動流体の劣化や温度上昇を抑制できる。
【００２０】
請求項７に記載された発明は、請求項４または６記載の作業機械の駆動装置における流量補充ユニットが、エンジンにより発電機とともに駆動される流量調整機能を有する可変容量型のポンプと、ポンプから吐出された作動流体を方向制御してアクチュエータ駆動ユニットに供給する方向切換弁と、ポンプからアクチュエータ駆動ユニットに供給された作動流体を回収してポンプに循環させるタンクとを具備したものであり、流量補充ユニットは、ポンプ流量を調整できる可変容量型のポンプを有するので、方向切換弁が流量制御のために回路を絞る必要がなく、方向切換弁における圧力損失を低減することが可能となり、この方向切換弁を経て大流量を必要とする流体圧アクチュエータに必要な流量を選択的に補充できるとともに、発電機やアクチュエータ駆動ユニットの電動機が故障して停止状態にあっても、エンジンにより駆動される可変容量型のポンプから各流体圧アクチュエータに作動流体を供給して、作業装置を駆動でき、稼動率を向上できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図３に示された一実施の形態、図４に示された他の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の駆動装置に係るシステム構成例を示す。なお、図１に示された作業機械としての油圧ショベルに搭載された作業装置を駆動するアクチュエータは、流体圧としての作動油圧により作動する流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダであり、図１には、各シリンダ駆動部のみを示し、その他のアクチュエータの構成機器は省略する。
【００２３】
図１において、動力源であるエンジン７には、このエンジン７によって駆動される発電機20のみが連結され、この発電機20などから供給された電力を動力源として作動するアクチュエータ駆動ユニット21が、作業装置のブームを作動するアクチュエータとしての流体圧アクチュエータであるブームシリンダ3aの近接位置に、またはブームシリンダ3a上に一体に設けられている。
【００２４】
このアクチュエータ駆動ユニット21は、ブームシリンダ3aを駆動するためのもので、発電機20などから供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機22と、この電動機22によって駆動され作動流体としての作動油を吐出するポンプとしての油圧ポンプ23と、この油圧ポンプ23から吐出された作動油を方向制御してブームシリンダ3aに供給する方向切換弁24と、この方向切換弁24の入口側に設けられたチェック弁25，26と、油圧ポンプ23からブームシリンダ3aに供給された作動油を回収して油圧ポンプ23に循環させるタンク27とを備えている。
【００２５】
同様に、発電機20により発電された電力などを動力源として作動するアクチュエータ駆動ユニット29が、作業装置のアームを作動するアクチュエータとしての流体圧アクチュエータであるアームシリンダ4aの近接位置に、またはアームシリンダ4a上に一体に設けられている。
【００２６】
このアクチュエータ駆動ユニット29は、アクチュエータ駆動ユニット21と同様に、発電機20などから供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機30と、この電動機30によって駆動され作動流体としての作動油を吐出するポンプとしての油圧ポンプ31と、この油圧ポンプ31から吐出された作動油を方向制御してアームシリンダ4aに供給する方向切換弁32と、この方向切換弁32の入口側に設けられたチェック弁33，34と、油圧ポンプ31からアームシリンダ4aに供給された作動油を回収して油圧ポンプ31に循環させるタンク35を備えている。
【００２７】
同様に、発電機20により発電された電力などを動力源として作動するアクチュエータ駆動ユニット37が、作業装置のバケットを作動するアクチュエータとしての流体圧アクチュエータであるバケットシリンダ5aの近接位置に、またはバケットシリンダ5a上に一体に設けられている。
【００２８】
このアクチュエータ駆動ユニット37は、アクチュエータ駆動ユニット21と同様に、発電機20などから供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機38と、この電動機38によって駆動され作動流体としての作動油を吐出するポンプとしての油圧ポンプ39と、この油圧ポンプ39から吐出された作動油を方向制御してバケットシリンダ5aに供給する方向切換弁40と、油圧ポンプ39からバケットシリンダ5aに供給された作動油を回収して油圧ポンプ39に循環させるタンク41とを備えている。
【００２９】
図２は、ブームシリンダ3a上に設けられたアクチュエータ駆動ユニット21を示し、ブームシリンダ3a上に、マニホールドプレート80を介して、小型化された電動機22、油圧ポンプ23、バルブブロック24〜26（方向切換弁24、チェック弁25，26）およびタンク27がそれぞれ直付けされている。
【００３０】
油圧ポンプ23、方向切換弁24、チェック弁25，26、タンク27、ブームシリンダ3aを連通する通路は、マニホールドプレート80内にあらかじめ設けられているので、外部配管は省略できる。
【００３１】
同様に、アームシリンダ4a上にも、マニホールドプレート（図示せず）を介して、小型化された電動機30、油圧ポンプ31、方向切換弁32などのバルブブロックおよびタンク35が、また、バケットシリンダ5a上にも、マニホールドプレート（図示せず）を介して、小型化された電動機38、油圧ポンプ39、方向切換弁40およびタンク41が、それぞれ直付けされている。
【００３２】
また、発電機20により発電された電力などを動力源として作動しブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aに流量を補充する流量補充ユニット42が、アクチュエータ駆動ユニット21，29，37に対し上部旋回体に別置き設置されている。
【００３３】
流量補充ユニット42は、発電機20などから供給された電力により作動する回転速度制御可能の電動機43と、この電動機43により駆動されるポンプとしての油圧ポンプ44と、この油圧ポンプ44から吐出された作動油を方向制御してアクチュエータ駆動ユニット21またはアクチュエータ駆動ユニット29に供給する方向切換弁45と、アクチュエータ駆動ユニット21，29，37から戻された油を回収して油圧ポンプ44に循環させるメインタンク46と、アクチュエータ駆動ユニット21，29，37からメインタンク46への戻り回路中に設けられ戻り回路の絞りを調整する戻り回路絞り調整弁46aとを具備している。
【００３４】
また、流量補充ユニット42の方向切換弁45と、ブーム用のアクチュエータ駆動ユニット21のチェック弁26とは、流量補充通路81により連通されている。
【００３５】
同様に、流量補充ユニット42の方向切換弁45と、アーム用のアクチュエータ駆動ユニット29のチェック弁34とは、流量補充通路82により連通されている。
【００３６】
さらに、流量補充ユニット42と各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37との間には、流量補充ユニット42の方向切換弁45の中立時に流量補充ユニット42のメインタンク46と、各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37のタンク27，35，41とを、戻り回路絞り調整弁46aを介し連通させて、流量補充ユニット42の油圧ポンプ44により作動油を循環させる中立時循環回路83が設けられている。
【００３７】
ここで、流量補充ユニット42は、アタッチメント駆動ユニットとして用いるようにしても良い。すなわち、油圧ショベルの作業装置は、ブームおよびアーム系の先端にバケットが装着されているが、このバケットの代りに油圧ブレーカ、油圧式圧砕機などのアタッチメントを付け替えた場合は、これらのアタッチメントの油圧アクチュエータに対して、流量補充ユニット42から作動油を供給できるようにすると、アタッチメント駆動ユニットを別個に新設する必要がない。この場合、流量補充ユニット42の方向切換弁45は、アタッチメントの油圧アクチュエータに適応したものと交換する。
【００３８】
また、電気ジョイスティックなどのブーム用操作器47a、アーム用操作器47bおよびバケット用操作器47cが、制御器48に接続されている。
【００３９】
この制御器48は、操作器47a〜47cの信号に基づいてエンジン７、各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37および流量補充ユニット42に対して制御信号を出力するシステム・コントローラである。
【００４０】
発電機20には、この発電機20の電圧を制御するためのコンバータ49が接続され、また、上部旋回体には、発電機20により発電された電力の余剰分を短時間で蓄電したり負荷が大きい場合に電力を短時間で補充供給してエンジン７の動力を瞬間的に補う蓄電手段としてのキャパシタ50が搭載され、このキャパシタ50には、このキャパシタ50の充電・放電を制御するキャパシタコンバータ51が接続されている。
【００４１】
同様に、上部旋回体には、発電機20により発電された電力の余剰分を比較的長時間蓄電したり負荷が大きい場合に電力を比較的長時間補充供給してエンジン７の動力を継続的に補う蓄電手段としてのバッテリ52が搭載され、このバッテリ52には、このバッテリ52の充電および放電を制御するバッテリコンバータ53が接続されている。
【００４２】
前記制御器48、コンバータ49、キャパシタコンバータ51およびバッテリコンバータ53は、制御器54に接続されている。
【００４３】
この制御器54は、負荷に応じて発電機20の出力、キャパシタ50およびバッテリ52の各出力を調整するパワーコントローラである。
【００４４】
また、制御器48には、流量補充ユニット42の電動機43を制御するための制御器55が接続され、この制御器55によって電動機43に供給される電流を調整するためのインバータ56を制御することで、電動機43の回転速度を制御する。
【００４５】
同様に、制御器48には、アクチュエータ駆動ユニット21の電動機22を制御するための制御器57が接続され、この制御器57によって電動機22に供給される電流を調整するためのインバータ58を制御することで、電動機22の回転速度を制御し、同様に、制御器48には、アクチュエータ駆動ユニット29の電動機30を制御するための制御器59が接続され、この制御器59によって電動機30に供給される電流を調整するためのインバータ60を制御することで、電動機30の回転速度を制御し、同様に、制御器48には、アクチュエータ駆動ユニット37の電動機38を制御するための制御器61が接続され、この制御器61によって電動機38に供給される電流を調整するためのインバータ62を制御することで、電動機38の回転速度を制御する。
【００４６】
制御器48は、エンジン７、電動機22，30，38，43を直接的に、また、制御器54を介して、発電機20、キャパシタ50、バッテリ52を間接的に制御することで、これらを総合的に制御するシステム・コントローラである。
【００４７】
アクチュエータ駆動ユニット21，29，37の電動機22，30，38および流量補充ユニット42の電動機43は、発電機20、キャパシタ50またはバッテリ52から供給された電力により、インバータ56，58，60，62により制御された回転速度で駆動される。例えば、小型化された交流モータにより各電動機22，30，38，43を油圧シリンダなどにコンパクトに組込むことができる。これらの各電動機22，30，38，43は、直流モータでも適用可能である。
【００４８】
図３は、図１に示されたブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aの各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37および流量補充ユニット42を制御する制御器48のブロック図を示す。
【００４９】
この図３において、ブーム用操作器47aには、ブームの第１段目のポンプ流量を設定するためのポンプ流量設定器63と、第２段目のポンプ流量を設定するためのポンプ流量設定器64と、ブームの方向切換弁24に対する切換信号を設定するためのバルブ指令設定器65とが、それぞれ接続されている。
【００５０】
同様に、アーム用操作器47bには、アームの第１段目のポンプ流量を設定するためのポンプ流量設定器66と、第２段目のポンプ流量を設定するためのポンプ流量設定器67と、アームの方向切換弁32に対する切換信号を設定するためのバルブ指令設定器68とが、それぞれ接続されている。
【００５１】
さらに、ポンプ流量設定器64と、ポンプ流量設定器67と、操作器47a〜47cを操作しない中立時のポンプ流量を設定するためのポンプ流量設定器69とが、ポンプ流量選択器70に接続されている。
【００５２】
このポンプ流量選択器70は、ブームのポンプ流量設定器64の出力と、アームのポンプ流量設定器67の出力と、中立時のポンプ流量を設定するポンプ流量設定器69の出力とに基づいて、優先度の高いポンプ流量を選択するものである。
【００５３】
このポンプ流量選択器70の出力側には、前記流量補充ユニット42の電動機43を制御する制御器55と、ポンプ流量選択器70の出力に基づいて流量補充ユニット42の方向切換弁45の切換信号を出力するバルブ指令設定器71と、戻り回路絞り調整弁46aの絞りを制御する信号を出力する絞り調整弁指令設定器71aとが、それぞれ接続されている。
【００５４】
さらに、バケット用操作器47cには、バケットのポンプ流量を設定するためのポンプ流量設定器72と、バケットの方向切換弁40に対する切換信号を設定するためのバルブ指令設定器73とが、それぞれ接続されている。
【００５５】
次に、この図１および図３に示された一実施の形態の作用効果を説明する。
【００５６】
（１）非操作時
操作器47a，47b，47ｃが非操作の場合は、制御器48に内蔵されたポンプ流量設定器69により油圧ポンプ44の流量が設定され、制御器55によりインバータ56を介して電動機43の回転速度が制御され、油圧ポンプ44から所定の流量が吐出される。
【００５７】
油圧ポンプ44から吐出された圧油は、方向切換弁45の中立位置室ａから、中立時循環回路83により各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37のタンク27，35，41および戻り回路絞り調整弁46aを循環して、メインタンク46に戻る。
【００５８】
なお、このとき、各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37の電動機22、30、38は停止状態にある。
【００５９】
（２）操作時
ブーム用操作器47aを操作すると、制御器48のポンプ流量設定器63およびポンプ流量設定器64でブーム用操作器47aの出力に応じた流量が設定される。ポンプ流量設定器63の出力は制御器57に入力され、インバータ58を介して電動機22の回転速度が制御され、油圧ポンプ23から電動機22の回転速度に応じた所定の流量が吐出される。
【００６０】
また、ポンプ流量設定器64の出力は、ポンプ流量選択器70に入力される。ブーム操作器47aのみを操作している場合は、ポンプ流量選択器70によりポンプ流量設定器64の出力が選択され、制御器55に出力され、インバータ56を介して電動機43の回転速度が制御され、油圧ポンプ44から電動機43の回転速度に応じた所定の流量が吐出される。
【００６１】
同時に、ポンプ流量選択器70の出力によりバルブ指令設定器71から方向切換弁45に切換信号が出力され、方向切換弁45を室ｂに切換えるので（信号線は図示せず）、油圧ポンプ44の圧油は、流量補充通路81およびチェック弁26を経て方向切換弁24の入口に供給され、油圧ポンプ23の吐出流量と合流する。
【００６２】
一方、図３のバルブ指令設定器65からブーム用操作器47aの操作に対応した切換信号が出力され、方向切換弁24が切換えられ、ブームシリンダ3aに油圧ポンプ23と油圧ポンプ44の圧油が供給され、ブーム３が駆動される。
【００６３】
また、絞り調整弁指令設定器71aから戻り回路絞り調整弁46aに信号が出力され、この戻り回路絞り調整弁46aによって戻り回路の絞りが調整され、流量補充ユニット42よりアクチュエータ駆動ユニット21，29に供給される圧油流量に相当する流量がメインタンク46に戻るように制御される。これにより、メインタンク46とアクチュエータ駆動ユニット21，29のタンク27，35との間の作動油量の均衡を図れる。
【００６４】
アーム用操作器47bを操作した場合も、上記と同様の作用にてアームシリンダ4aが駆動される。
【００６５】
ブーム用操作器47aとアーム用操作器47bとを同時に操作した時は、ポンプ流量設定器64の出力とポンプ流量設定器67の出力がポンプ流量選択器70で比較され、優先度の高い出力が選択され、制御器55によりインバータ56を介して電動機43の回転速度が制御され、油圧ポンプ44から電動機43の回転速度に応じた所定の流量が吐出される。同時に、ポンプ流量選択器70の出力によりバルブ指令設定器71から方向切換弁45に切換信号が出力され、この方向切換弁45が室ｂまたは室ｃに切換えられ、ブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aのうちで優先度の高いシリンダに圧油が供給される。
【００６６】
バケット用操作器47cを操作した場合は、上記ブームおよびアームの場合と同様の作用で、電動機38により油圧ポンプ39が駆動され、方向切換弁40からバケットシリンダ5aに圧油が供給される。バケットシリンダ5aは、ポンプ１台分の流量でよく、油圧ポンプ44からの追加流量を必要としない。
【００６７】
（３）エンジンと発電機の動作について
図１において、エンジン７は、一定回転速度あるいは予め設定されている状態、例えば、操作器47a，47b，47cの操作量に比例させるとか、多段階設定するなど、制御器48で設定出力される状態で運転される。
【００６８】
このエンジン７により発電機20を安定した状態で駆動することにより、発電機20で発電された電力により各電動機22，30，38，43を動かし、油圧ポンプ23，31，39，44を駆動する。
【００６９】
ここで、発電機20で発電された電力を各電動機22，30，38，43へ供給したとき、各電動機22，30，38，43が必要とする電力が発電機20からの発電量以下の場合は余剰電力が生ずるので、この余剰電力はキャパシタ50およびバッテリ52に充電される。一方、発電機20からの発電量だけでは各電動機22，30，38，43が必要とする電力に不足が生ずるときは、逆にキャパシタ50およびバッテリ52からの放電により必要電力をまかなう。
【００７０】
このとき、キャパシタ50とバッテリ52の使い分けは、瞬時の充放電にはキャパシタ50を、それよりも長い時間の充放電にはバッテリ52を使う。また、充放電は、過不足をパワーコントローラとして機能する制御器54で演算し、各コンバータ49，51，53を通じて制御される。
【００７１】
（４）効果
各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37を各アクチュエータ（ブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5a）に対してそれぞれ設けたので、各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37は、各電動機22，30，38に必要な分の電力供給を受けて、各油圧ポンプ23，31，39より吐出される必要量の作動油により無駄のないアクチュエータ駆動をでき、また、従来技術のようなコントロール弁の流量絞りやポンプ・アクチュエータ間の長尺配管による圧力損失を防止できるので、エネルギー効率を改善できる。
【００７２】
すなわち、エンジン７と発電機20を併用した駆動源を有する油圧ショベルなどの作業機械において、作業装置の各アクチュエータ（ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5a）毎に、電動機22，30，38と、これらの電動機22，30，38で駆動される油圧ポンプ23，31，39と、これらの油圧ポンプ23，31，39の圧油の給排方向を切換える方向切換弁24，32，40と、作動油を収容したタンク27，35，41とを備えたアクチュエータ駆動ユニット21，29，37を設け、かつブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aに流量を補充するための電動機43、油圧ポンプ44、方向切換弁45、メインタンク46および戻り回路絞り調整弁46aを備えた流量補充ユニット42を設けたことにより、個々の電動機22，30，38，43の回転速度制御で流量制御を可能として、方向切換弁24，32，40，45が流量制御のために回路を絞らなくても済むようにしたので、方向切換弁24，32，40，45における圧力損失を低減することが可能となり、従来のシステムで生じていたコントロール弁および配管による絞り損失がなくなり、無駄な発熱を抑えられるなどのエネルギー効率を改善できる。
【００７３】
さらに、油圧系の圧力損失を改善することにより、エンジン７の燃料消費量を改善できる。特に、低負荷時の燃料消費量改善効果が高い。
【００７４】
また、各アクチュエータ毎に各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37を独立させたので、各アクチュエータの連動操作時における各アクチュエータの駆動圧力に差が生じても、この圧力の他のアクチュエータへの干渉を低減でき、油圧ショベルの操作性を向上できる。
【００７５】
さらに、流量補充ユニット42の油圧ポンプ44から方向切換弁45を経て、大流量を必要とするブームシリンダ3aまたはアームシリンダ4aに対し、必要な流量を選択的に補充でき、これらのアクチュエータを必要な作動速度で駆動することができ、作業能率および操作性の向上を図れる。
【００７６】
また、流量補充ユニット42より圧油が補充されるので、アクチュエータ駆動ユニット21，29は小型軽量化が図れる。
【００７７】
その上、別置きの流量補充ユニット42の方向切換弁45の中立時に機能する中立時循環回路83により、流量補充ユニット42の大容量のメインタンク46と各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37に設けられた小容量のタンク27，35，41とを戻り回路絞り調整弁46aを介し連通させて、流量補充ユニット42の油圧ポンプ44により作動油を循環させることで、小容量のタンク27，35，41を完全に独立させた場合に生じやすい作動油の劣化や温度上昇を抑制できる。
【００７８】
次に、図４を参照しながら、本発明に係る他の実施の形態を説明する。
【００７９】
図４において、基本的なシステム構成は、図１に示された一実施の形態とほぼ同じであり、同一部分に同一符号を付して、同一部分の説明を省略するとともに、異なる部分のみを以下に説明する。
【００８０】
図４において、エンジン７には、このエンジン７の動力を分配する動力伝達装置74が連結され、この動力伝達装置74を介して、エンジン７で駆動される発電機20と、ポンプとしての流量調整機能を有する可変容量型の油圧ポンプ75とが、パラレルに接続されている。
【００８１】
この可変容量型の油圧ポンプ75は、ポンプ流量を調整する斜板制御装置75aを備えている。この斜板制御装置75aは、前記制御器48からの制御信号を受けて容量可変手段としての斜板75bを作動し、１回転当りのポンプ容量を増減制御する。
【００８２】
この可変容量型の油圧ポンプ75は、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aに流量を補充する流量補充ユニット42Ａの油圧源である。
【００８３】
この流量補充ユニット42Ａは、アクチュエータ駆動ユニット21，29，37に対し上部旋回体に別置き設置されたもので、可変容量型の油圧ポンプ75に加えて、この油圧ポンプ75から吐出された作動油を方向制御してアクチュエータ駆動ユニット21またはアクチュエータ駆動ユニット29，37に供給する方向切換弁76と、各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37から戻された油を回収して油圧ポンプ75に循環させるメインタンク46と、アクチュエータ駆動ユニット21，29，37からメインタンク46への戻り回路中に設けられこの戻り回路の絞りを調整する戻り回路絞り調整弁46aとを具備している。
【００８４】
方向切換弁76は、バケット用のアクチュエータ駆動ユニット37にも作動油を補充するので、このアクチュエータ駆動ユニット37には、チェック弁77，78が設けられている。
【００８５】
そして、流量補充通路82は、流量補充ユニット42Ａの方向切換弁76とアーム用のアクチュエータ駆動ユニット29のチェック弁34とを連通するとともに、方向切換弁76とバケット用のアクチュエータ駆動ユニット37のチェック弁78とを連通している。
【００８６】
次に、この図４に示された他の実施の形態の作用効果を説明する。
【００８７】
図４において、基本的な作用効果は、図１に示された実施の形態と同じであるが、流量補充ユニット42Ａの働きが異なる。
【００８８】
すなわち、図１に示された実施の形態では、電動機43で油圧ポンプ44を駆動しているのに対して、この実施の形態では、エンジン７により、動力伝達装置74を介して、発電機20とともに油圧ポンプ75を駆動する。方向切換弁76は方向切換弁45と同様に機能する。
【００８９】
したがって、この図４に示された流量補充ユニット42Ａは、図１に示された電動機43の回転速度制御の代りに、斜板制御装置75aにより油圧ポンプ75の斜板75bの傾転角を制御することで油圧ポンプ75から吐出される作動油の流量を制御し、方向制御弁76を切換えてブームシリンダ3a、またはアームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aに流量を補充する。
【００９０】
そして、流量補充ユニット42Ａは、ポンプ流量を調整できる可変容量型の油圧ポンプ75を有するので、方向切換弁76が流量制御のために回路を絞る必要がなく、方向切換弁76における圧力損失を低減することが可能となり、この方向切換弁76を経て大流量を必要とするブームシリンダ3aおよびアームシリンダ4aなどに必要な流量を選択的に補充できるとともに、発電機20やアクチュエータ駆動ユニット21，29，37の電動機22，30，38が故障して停止状態にあっても、エンジン７により駆動される油圧ポンプ75から方向切換弁76を経て各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37に作動油を供給し、方向切換弁24，32，40を制御して、作業装置のブームシリンダ3a、アームシリンダ4aおよびバケットシリンダ5aをそれぞれ駆動することができるので、上記故障が生じても休車を防止でき、稼動率を向上できる。
【００９１】
また、操作器47a，47b，47cを操作していない場合は、斜板制御装置75aで油圧ポンプ75の吐出流量を少量に制御するとともに、方向切換弁76を中立位置に制御して、油圧ポンプ75から吐出された油を、この方向切換弁76から各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37のタンク27、35、41と戻り回路絞り調整弁46aを介し、メインタンク46に循環させる。
【００９２】
このようにメインタンク46内の作動油を循環させることで、各アクチュエータ駆動ユニット21，29，37の小容量のタンク27、35、41内で生じやすい作動油の劣化や温度上昇を抑制できる。
【００９３】
また、エンジン７により発電機20と油圧ポンプ75とを駆動するが、発電機20に関しては、上記と同様に油圧ポンプ75の動力分を制御器48で演算し、エンジン出力、回転速度を図１に示された実施の形態と同様に制御する。
【００９４】
なお、下部走行体の履体を駆動する走行駆動系や、上部旋回体を旋回する旋回駆動系は、電動機を用いて油圧ポンプを作動し、この油圧ポンプから吐出された作動油を方向切換弁で方向制御して油圧モータを作動し、この油圧モータで履帯駆動スプロケットや旋回用歯車を駆動するようにしても良いが、電動機により減速機を介し履帯駆動スプロケットや旋回用歯車を直接駆動するようにしても良い。
【００９５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、各アクチュエータ駆動ユニットを各アクチュエータに対してそれぞれ設けたので、各アクチュエータ駆動ユニットは必要な分の電力供給を受けて、無駄のないアクチュエータ駆動ができ、また、従来技術のようなコントロール弁の流量絞りやポンプ・アクチュエータ間の長尺配管による圧力損失を防止できるので、エネルギー効率を改善できるとともに、各アクチュエータ毎に各アクチュエータ駆動ユニットを独立させたので、連動操作時における各アクチュエータの駆動圧力に差が生じても、この駆動圧力の他のアクチュエータへの干渉を低減でき、作業機械の操作性を向上できる。
【００９６】
請求項２記載の発明によれば、キャパシタにより、瞬時の充放電に対応できるとともに、バッテリにより、比較的長い時間の充放電に対応できる。
【００９７】
請求項３記載の発明によれば、エンジンと発電機を併用した駆動源を有する作業機械において、作業装置の各流体圧アクチュエータ毎に、回転速度制御可能の電動機と、電動機で駆動されるポンプと、ポンプからの作動流体を方向制御する方向切換弁と、タンクとを具備したアクチュエータ駆動ユニットをそれぞれ設けたことにより、回転速度制御可能の電動機でポンプ流量を制御することで、方向切換弁が流量制御のために回路を絞ることをなくしたので、方向切換弁における圧力損失を低減することが可能となり、従来の流量制御をしていたコントロール弁および配管による絞り損失がなくなり、無駄な発熱を抑えられるなどのエネルギー効率を改善できるとともに、連動操作時における各流体圧アクチュエータの駆動圧力に差を生じても、この圧力の他の流体圧アクチュエータへの干渉を低減でき、操作性を向上できる。
【００９８】
請求項４記載の発明によれば、大流量を必要とする流体圧アクチュエータに対しても、アクチュエータ駆動ユニットに対して別置き設置された流量補充ユニットより流量を補充して、必要な作動速度で駆動することができる。
【００９９】
請求項５記載の発明によれば、流量補充ユニットは、回転速度制御可能の電動機でポンプ流量を制御することで、方向切換弁が流量制御のために回路を絞ることをなくしたので、方向切換弁における圧力損失を低減することが可能となり、この方向切換弁を経て大流量を必要とする流体圧アクチュエータに対し、必要な流量を選択的に補充できる。また、戻り回路絞り調整弁により戻り回路の絞りを調整して、流量補充ユニットよりアクチュエータ駆動ユニットに供給される加圧流体流量に相当する流量をメインタンクに戻すように制御することで、メインタンクとアクチュエータ駆動ユニットのタンクとの間の作動流体量の均衡を図れる。
【０１００】
請求項６記載の発明によれば、流量補充ユニットの方向切換弁の中立時に機能する中立時循環回路により、流量補充ユニットのメインタンクとアクチュエータ駆動ユニットのタンクとを連通させて流量補充ユニットのポンプにより作動流体を循環させることで、アクチュエータ駆動ユニットのタンクが小容量の場合に、そのタンク内で生じやすい作動流体の劣化や温度上昇を抑制できる。
【０１０１】
請求項７記載の発明によれば、流量補充ユニットは、ポンプ流量を調整できる可変容量型のポンプを有するので、方向切換弁が流量制御のために回路を絞る必要がなく、方向切換弁における圧力損失を低減することが可能となり、この方向切換弁を経て大流量を必要とする流体圧アクチュエータに必要な流量を選択的に補充できるとともに、発電機やアクチュエータ駆動ユニットの電動機が故障して停止状態にあっても、エンジンにより駆動される可変容量型のポンプから各流体圧アクチュエータに作動流体を供給して、作業装置を駆動でき、稼動率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作業機械の駆動装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上駆動装置のアクチュエータ駆動ユニットの一例を示す側面図である。
【図３】同上駆動装置の制御器の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る作業機械の駆動装置の他の実施の形態を示す回路図である。
【図５】油圧ショベルの側面図である。
【図６】従来の油圧ショべルの油圧システム構成を示す回路図である。
【符号の説明】
3a    アクチュエータとしての流体圧アクチュエータであるブームシリンダ
4a    アクチュエータとしての流体圧アクチュエータであるアームシリンダ
5a    アクチュエータとしての流体圧アクチュエータであるバケットシリンダ
６    作業装置
７    エンジン
20    発電機
21，29，37    アクチュエータ駆動ユニット
22，30，38    電動機
23，31，39    ポンプとしての油圧ポンプ
24，32，40    方向切換弁
27，35，41    タンク
42    流量補充ユニット
42Ａ  流量補充ユニット
43    電動機
44    ポンプとしての油圧ポンプ
45    方向切換弁
46    メインタンク
46a   戻り回路絞り調整弁
50    蓄電手段としてのキャパシタ
52    蓄電手段としてのバッテリ
75    ポンプとしての可変容量型の油圧ポンプ
76    方向切換弁
83    中立時循環回路
【図１】
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【図２】
2004197901.tif 000004
【図３】
2004197901.tif 000005
【図４】
2004197901.tif 000006
【図５】
2004197901.tif 000007
【図６】
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