JP2002310102A - 油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの電動機で複数の油圧ポンプを駆動する
電動機共用方式をとりながら、アクチュエータ間の油圧
の干渉を防止する。 【解決手段】 第１シリンダ１を駆動する第１シリンダ
駆動回路６と、第２シリンダ２を駆動する第２シリンダ
駆動回路７の油圧源として別々の油圧ポンプ３，４を設
けてこれらを一つの電動機５で駆動する構成とする。そ
して、単独操作時の操作側、及び複合操作時における要
求流量の多い側のポンプの吐出量を、電動機５の回転数
制御によって要求流量通りに確保し、非操作側または要
求流量の少ない側のポンプの吐出量は傾転制御によって
最小に抑え、または要求流量を得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はとくに油圧ショベル
やクレーン等の建設機械に好適な油圧回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルを例にとって従来の技術を
説明する。

【０００３】近時、油圧ショベルにおいては、電動機で
油圧ポンプを駆動し、このポンプからの油によって油圧
シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータを駆動す
る電動機駆動方式が採用されつつある。

【０００４】この電動機駆動方式において、各ポンプを
別々の電動機で駆動する個別駆動方式が公知であるが、
この方式によると、大きな電動機が多数必要となるた
め、駆動設備が大形化するとともにコストが高騰すると
いう問題があった。

【０００５】このため、とくに小形の油圧ショベルで
は、駆動設備の設置スペースを確保できないことから実
機への搭載が困難となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、一つの電動機
で複数のポンプを駆動する電動機共用方式が考えられて
いる。

【０００７】この電動機共用方式においては、操作手段
の操作量に応じて電動機回転数を変えてポンプ吐出量を
制御する構成がとられる。

【０００８】ところが、こうすると、弊害として、複数
のアクチュエータを同時に作動させる複合操作時に、あ
るアクチュエータは適正流量で操作通りの動きをする一
方で、別のアクチュエータは流量過多または流量不足で
操作通りの動きが得られないという各アクチュエータ間
での油圧の干渉が生じるという問題があり、これが電動
機共用方式をとる上での障害となっていた。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑み、電動機共用方
式をとりながら、アクチュエータ間の油圧の干渉を防止
することができる油圧回路を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の油圧アクチュエータに対する動作指令信号を出力する
複数の操作手段と、この操作手段からの動作指令信号に
基づいて各油圧アクチュエータを個別に駆動する複数の
アクチュエータ駆動回路と、上記各油圧アクチュエータ
に対応して設けられた複数の油圧ポンプと、この各油圧
ポンプを駆動する共通の駆動源としての電動機と、上記
各操作手段の操作量に応じて対応する油圧ポンプの吐出
量を制御するポンプ吐出量制御手段とを具備するもので
ある。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、ポンプ吐出量制御手段は、電動機の回転数を制御す
る電動機回転数制御部と、油圧ポンプの傾転を制御する
ポンプ傾転制御部とを備え、（ｉ）各操作手段がいずれ
も操作されないときは、要求流量が最小であるとして、
各油圧ポンプの吐出量が最小となるように電動機回転数
制御部に回転数指令信号を送り、（ｉｉ）一つの操作手
段のみが操作される単独操作時は、対応する一つの油圧
ポンプの吐出量が要求流量と一致するように電動機回転
数制御部に回転数指令信号を送るとともに、それ以外の
油圧ポンプの吐出量が最小となるようにポンプ傾転制御
部に傾転指令信号を送り、（ｉｉｉ）複数の操作手段が
同時に操作される複合操作時は、そのうちの最大要求流
量が得られるように上記電動機回転数制御部に回転数指
令信号を送るとともに、それよりも要求流量が小さい油
圧ポンプの吐出量がその要求流量と一致するようにポン
プ傾転制御部に傾転指令信号を送るように構成されたも
のである。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２の構
成において、各アクチュエータ駆動回路に余剰油をタン
クに戻すアンロード回路が設けられ、少なくとも一つの
アクチュエータ駆動回路のアンロード回路に、補助圧源
としてのアキュムレータと、余剰油のアンロード先をこ
のアキュムレータとタンクのうちから選択する切換弁が
設けられたものである。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３の構成におい
て、アキュムレータの圧力を検出するアキュムレータ圧
力検出手段と、このアキュムレータ圧力検出手段からの
圧力信号に基づいてアキュムレータ圧力が設定値以下の
ときに切換弁をアキュムレータ側に切換える切換制御手
段が設けられたものである。

【００１４】請求項５の発明は、請求項３または４の構
成において、アクチュエータ駆動回路に、操作手段の操
作に応じて油圧アクチュエータの作動を制御する油圧パ
イロット式のコントロールバルブが設けられ、このコン
トロールバルブのパイロット油圧源としてアキュムレー
タが接続されたものである。

【００１５】上記構成によると、共通（一つ）の電動機
で駆動される複数のポンプの吐出量が、ポンプ吐出量制
御手段により、対応する操作手段の操作量に応じて個別
に制御される。

【００１６】すなわち、電動機共用方式をとりながら、
各アクチュエータが独立して作動するため、複合操作時
のアクチュエータ間の油圧の干渉を防止することができ
る。

【００１７】この場合、請求項２の構成によると、複合
操作時に、電動機回転数制御部により、最大要求流量に
合わせて電動機の回転数（ポンプ吐出量に対応）が設定
される一方、そのままでは流量過多となるアクチュエー
タ駆動回路についてはポンプ傾転制御部によりポンプ傾
転が制御されて要求流量に抑えられ、これによってアク
チュエータ間の油圧の干渉が防止される。

【００１８】一方、請求項３の構成によると、各アクチ
ュエータについて要求流量を越える余剰油を補助圧源と
してのアキュムレータに導入し得るため、このアキュム
レータを補助油圧ポンプに代わる補助圧源（請求項５で
はアクチュエータ駆動回路におけるコントロールバルブ
のパイロット油圧源）として使用することが可能とな
る。すなわち、補助油圧ポンプを省略して設備占有スペ
ースを縮小し、コストを安くすることができる。

【００１９】この場合、請求項４の構成によると、余剰
油のアンロード先を切換える切換弁の作動が切換弁制御
手段によって自動時に、かつ、アキュムレータ圧力に応
じて適切に行われる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図によって説
明する。

【００２１】この油圧回路においては、複数の油圧アク
チュエータを別々の油圧ポンプで駆動し、この各油圧ポ
ンプを一つの電動機で駆動する構成（電動機共用方式）
がとられる。

【００２２】ただし、この実施形態では説明をわかり易
くするために、最小限の数である二つの油圧アクチュエ
ータ（ここでは油圧シリンダを例示しているが油圧モー
タでもよいし、油圧シリンダと油圧モータの組み合わせ
でもよい）１，２を別々の油圧ポンプ３，４で駆動し、
これらを一つの電動機５で駆動する場合を例にとってい
る。

【００２３】電動機５は、図示しないエンジンで駆動さ
れる発電機、またはバッテリで駆動され、その回転軸に
接続された第１及び第２両ポンプ３，４が一体に（同時
に同速度で）回転する。

【００２４】この両ポンプ３，４に接続された第１、第
２両シリンダ駆動回路６，７には、シリンダ１，２の作
動方向を制御する油圧パイロット式のコントロールバル
ブ８と、このコントロールバルブ８を制御する一対の電
磁比例減圧弁９，１０が設けられ、電磁比例減圧弁（以
下、単に比例弁という）９，１０が操作体１１，１２の
操作に基づくコントローラ１３からの制御信号により制
御される。

【００２５】すなわち、操作体１１，１２は、レバー１
１ａ，１２ａの操作量を電気信号（操作信号Ｓｏ１，Ｓ
ｏ２に変換してコントローラ（ポンプ吐出量制御手段）
１３に送り、コントローラ１３からこの操作信号Ｓｏ
１，Ｓｏ２に応じた指令信号が比例弁９，１０に選択的
に送られてコントロールバルブ８が制御され、油圧シリ
ンダ１，２の作動が制御される。

【００２６】また、電動機５には、その回転数を制御す
る電動機回転数制御部としての電動機制御器１４、両ポ
ンプ３，４にはその傾転を制御するポンプ傾転制御部と
してのポンプレギュータ１５，１６がそれぞれ設けら
れ、操作体１１，１２の操作量に応じた回転数信号Ｓｍ
が電動機制御器１４に、操作体１１，１２の操作量に応
じた傾転信号Ｓｒ１，Ｓｒ２がポンプレギュータ１５，
１６にそれぞれ送られて、電動機回転数とポンプ傾転が
制御される。この点の作用は後に詳述する。

【００２７】なお、図１中、１７，１７は両シリンダ駆
動回路６，７の上限圧を設定するリリーフ弁である。

【００２８】また、両シリンダ駆動回路６，７には、余
剰油をタンクＴに戻すアンロード回路１８が設けられ、
このうち、第２シリンダ回路７のアンロード回路１８
に、電磁切換式の切換弁１９を介してアキュムレータ２
０が接続されている。

【００２９】切換弁１９は、コントローラ１３からの切
換信号Ｓｖによってタンク位置ａとアキュムレータ位置
ｂとの間で切換わり作動し、余剰油は、タンク位置ａで
はタンクＴに戻され、アキュムレータ位置ｂでアキュム
レータ２０に導入されて蓄圧作用を行う。

【００３０】このアキュムレータ２０の圧力は、圧力ス
イッチ等の圧力検出器２１により検出されてその圧力信
号Ｓｐがコントローラ１３に送られ、アキュムレータ圧
力が予め設定された値以下のときに切換弁１９がアキュ
ムレータ位置ｂに切換わって上記アキュムレータ蓄圧作
用が行われる。

【００３１】上記構成において、操作体１１，１２が操
作されると、その操作量に応じた操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ
２がコントローラ１３に送られ、このコントローラ１３
からの各信号により、電動機５の回転数とポンプ３，４
の傾転（ポンプ容量）が設定されるとともに、比例弁
９，１０（コントロールバルブ８）が作動して、シリン
ダ１，２が作動する。

【００３２】ここで、操作体１１，１２の操作量と電動
機回転数（ポンプ吐出量に対応）は、図２に示すように
ほぼ比例関係となるように設定され、これによりシリン
ダ１，２が操作量に応じた速度で作動する。

【００３３】以下、操作パターンごとに詳述する。

【００３４】Ａ．非操作時 両操作体１１，１２がいずれも操作されないときは、操
作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２がコントローラ１３に入力されな
い。従って、コントローラ１３から電動機制御器１４及
びポンプレギュータ１５，１６には、要求流量が最小で
あるとして最小の吐出量が指令されるため、ポンプ吐出
量が最小となる。

【００３５】このとき、両シリンダ回路６，７の余剰油
はアンロード回路１８を介して（第２シリンダ回路７の
場合は切換弁１９経由で）タンクＴに戻される。

【００３６】なお、この非操作時に、ポンプ吐出量が０
となるように電動機５を停止させてもよい。

【００３７】Ｂ．単独操作時 両操作体１１，１２のうちの一方のみが操作されたとき
は、その操作された側の操作信号Ｓｏ１またはＳｏ２が
コントローラ１３に送られる。

【００３８】第１シリンダ１用の第１操作体１１が操作
された場合を例にとると、このときコントローラ１３
は、この操作信号Ｓｏ１に基づいて、操作量に対応する
電動機回転数の指令信号Ｓｍを電動機制御器１４に出力
する。これにより、図２に示すように操作量にほぼ比例
して電動機回転数が変化し、この電動機回転数に応じて
ポンプ吐出量が要求流量まで変化して、第１シリンダ１
が操作量に応じた速度で作動する。

【００３９】なお、この場合、第１ポンプ３の傾転を固
定したまま電動機回転数のみによって要求流量を確保し
てもよいし、電動機制御と同時に第１ポンプ３の傾転を
制御して要求流量を得るように構成してもよい。

【００４０】一方、このとき、第１シリンダ用の第１ポ
ンプ３だけでなく第２ポンプ４も一体に回転するため、
このままではアンロード回路１８を通ってアンロードさ
れる油量が多くてエネルギーの無駄となる。

【００４１】そこで、この場合、コントローラ１３から
非操作側である第２ポンプ４用のポンプレギュータ１６
にポンプ容量を最小にする傾転指令信号Ｓｒ２が送られ
る。これにより、第２ポンプ４からの吐出量が最小とな
る。

【００４２】Ｃ．複合操作時 両操作体１１，１２が同時に異なる量ずつ操作されたと
きは、両操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２のうち大操作量の信号
に基づいて電動機回転数が設定される。

【００４３】たとえば、第１操作体１１が第２操作体１
２よりも大きく操作されたときは、コントローラ１３か
ら電動機制御器１４に、第１操作体１１の操作による要
求流量（最大要求流量）を得ることができる電動機回転
数の指令信号Ｓｍが送られる。

【００４４】これにより、電動機５が指令回転数で回転
して第１ポンプ３から第１シリンダ１に要求流量が送ら
れ、同シリンダ１が指令速度で作動する（この場合も、
上記単独操作時と同様に、第１ポンプ３の傾転は固定し
たまま電動機回転数のみを制御してもよいし、電動機回
転数とポンプ傾転の双方を同時に制御してもよい）。

【００４５】このとき、コントローラ１３は、小操作側
である第２操作体１２からの操作信号Ｓｏ２に基づい
て、この操作量に対応する要求流量が第２ポンプ４から
吐出されるように、ポンプレギュータ１６に第２ポンプ
４の傾転を指令する。これにより、第２シリンダ２も指
令通りの速度で作動する。

【００４６】このように、複合操作時には、そのうちの
要求流量が多い方に合わせて電動機回転数を設定する一
方、このままでは流量過多となる他方のポンプについて
はその傾転を制御して要求通りの流量に抑えるように作
用する。

【００４７】従って、一つの電動機５で二つのポンプ
３，４を駆動する電動機共用方式をとりながら、油圧的
には両シリンダ１，２を独立作動させて互いの干渉を防
止することができる。

【００４８】一方、上記（Ｂ）の単独操作時において、
非操作側である第２ポンプ４からの吐出油がただアンロ
ードされるだけではエネルギーの無駄となる。

【００４９】そこで、コントローラ１３は、単独操作時
であること、第２ポンプ４の吐出油がアンロードされて
いること、それに圧力検出器２１からの圧力信号Ｓｐに
基づいてアキュムレータ圧力が設定値以下であることの
三つの条件を満足する場合に、切換弁１９に切換信号Ｓ
ｖを送って同切換弁１９をアキュムレータ位置ｂに切換
える。

【００５０】これにより、第２シリンダ駆動回路７のア
ンロード油が切換弁１９経由でアキュムレータ２０に供
給されてアキュムレータ２０が設定値まで蓄圧される。

【００５１】このため、エネルギーの無駄がなくなる。
また、アキュムレータ２０が常に設定圧まで蓄圧された
状態に保たれるため、この実施形態のようにアキュムレ
ータ２０を両回路６，７の比例弁９，１０（コントロー
ルバルブ８）の補助圧源として使用することが可能とな
る。

【００５２】すなわち、補助圧源として補助ポンプを別
途付加する必要がなくなり、コスト、設備スペースの点
で有利となる。

【００５３】ところで、上記実施形態では、二つのシリ
ンダ駆動回路６，７から成る油圧回路を例示して説明し
たが、モータ駆動回路、シリンダ駆動回路とモータ駆動
回路を組み合わせたアクチュエータ回路にも適用するこ
とができる。

【００５４】また、アクチュエータ駆動回路が三つ以上
の場合も、基本的な構成、作用は上記実施形態の場合と
同じで、 単独操作時に、操作側のポンプの吐出量が要求流量
と一致するように電動機回転数を制御するとともに、非
操作側のポンプを吐出量最小となるように傾転制御し、 複合操作時に、最大要求流量に合わせて電動機回転
数を設定するとともに、それより要求流量が小さいポン
プについてはその要求流量が得られるように傾転を制御
する構成をとればよい。

【００５５】さらに、本発明は油圧ショベル、とくにス
ペースに余裕のない小形の油圧ショベルに適するが、他
の建設機械にも、また油圧を用いる他の機械にも広く適
用することができる。

【００５６】

【発明の効果】上記のように本発明によると、複数のア
クチュエータ駆動回路の油圧源である複数の油圧ポンプ
を共通の電動機で駆動する構成をとり、かつ、この構成
において各アクチュエータ駆動回路のポンプの吐出量
を、ポンプ吐出量制御手段により、対応する操作手段の
操作量に応じて個別に制御し、各アクチュエータを独立
して作動させる構成としたから、電動機共用方式をとり
ながら、複合操作時のアクチュエータ間の油圧の干渉を
防止することができる。

【００５７】また、請求項３の発明によると、各アクチ
ュエータについて要求流量を越える余剰油を補助圧源と
してのアキュムレータに導入するため、このアキュムレ
ータを補助油圧ポンプに代わる補助圧源（請求項５では
アクチュエータ駆動回路におけるコントロールバルブの
パイロット油圧源）として使用することが可能となる。
すなわち、補助油圧ポンプを省略して設備占有スペース
を縮小し、コストを安くすることができる。

【００５８】この場合、請求項４の発明によると、余剰
油のアンロード先を切換える切換弁の作動を切換弁制御
手段によって自動時に、かつ、アキュムレータ圧力に応
じて適切に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる油圧回路図である。

【図２】同実施形態における操作体の操作量と電動機回
転数の関係を示す図である。

【符号の説明】

１，２ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ） ３，４ 油圧ポンプ ５ 電動機 ６，７ シリンダ駆動回路 ８ コントロールバルブ １１，１２ 操作手段としての操作体 １３ ポンプ吐出量制御手段と切換制御手段を兼ねるコ
ントローラ １４ 電動機制御器（電動機回転数制御部） １５，１６ ポンプレギュータ（ポンプ傾転制御部） １８ アンロード回路 １９ 切換弁 ２０ アキュムレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB05 AB07 BA05 BB02 CA04 DA02 DA04 3H089 AA03 AA16 AA81 BB19 BB27 CC01 CC12 DA03 DA07 DA14 DA17 DB43 DC02 EE24 EE31 FF09 FF10 GG02 JJ02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の油圧アクチュエータに対する動作
   指令信号を出力する複数の操作手段と、この操作手段か
   らの動作指令信号に基づいて各油圧アクチュエータを個
   別に駆動する複数のアクチュエータ駆動回路と、上記各
   油圧アクチュエータに対応して設けられた複数の油圧ポ
   ンプと、この各油圧ポンプを駆動する共通の駆動源とし
   ての電動機と、上記各操作手段の操作量に応じて対応す
   る油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ吐出量制御手段
   とを具備することを特徴とする油圧回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の油圧回路において、ポン
   プ吐出量制御手段は、電動機の回転数を制御する電動機
   回転数制御部と、油圧ポンプの傾転を制御するポンプ傾
   転制御部とを備え、 （ｉ）各操作手段がいずれも操作されないときは、要求
   流量が最小であるとして、各油圧ポンプの吐出量が最小
   となるように電動機回転数制御部に回転数指令信号を送
   り、 （ｉｉ）一つの操作手段のみが操作される単独操作時
   は、対応する一つの油圧ポンプの吐出量が要求流量と一
   致するように電動機回転数制御部に回転数指令信号を送
   るとともに、それ以外の油圧ポンプの吐出量が最小とな
   るようにポンプ傾転制御部に傾転指令信号を送り、 （ｉｉｉ）複数の操作手段が同時に操作される複合操作
   時は、そのうちの最大要求流量が得られるように上記電
   動機回転数制御部に回転数指令信号を送るとともに、そ
   れよりも要求流量が小さい油圧ポンプの吐出量がその要
   求流量と一致するようにポンプ傾転制御部に傾転指令信
   号を送るように構成されたことを特徴とする油圧回路。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の油圧回路におい
   て、各アクチュエータ駆動回路に余剰油をタンクに戻す
   アンロード回路が設けられ、少なくとも一つのアクチュ
   エータ駆動回路のアンロード回路に、補助圧源としての
   アキュムレータと、余剰油のアンロード先をこのアキュ
   ムレータとタンクのうちから選択する切換弁が設けられ
   たことを特徴とする油圧回路。
4. 【請求項４】 請求項３記載の油圧回路において、アキ
   ュムレータの圧力を検出するアキュムレータ圧力検出手
   段と、このアキュムレータ圧力検出手段からの圧力信号
   に基づいてアキュムレータ圧力が設定値以下のときに切
   換弁をアキュムレータ側に切換える切換制御手段が設け
   られたことを特徴とする油圧回路。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の油圧回路におい
   て、アクチュエータ駆動回路に、操作手段の操作に応じ
   て油圧アクチュエータの作動を制御する油圧パイロット
   式のコントロールバルブが設けられ、このコントロール
   バルブのパイロット油圧源としてアキュムレータが接続
   されたことを特徴とする油圧回路。