WO2011034061A1 - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

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hydraulic
motor
pump
construction machine
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哲司 小野
春男 呉
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid construction machine in which a part of a drive mechanism is motorized.
  • the first pump mainly supplies the fluid in the tank to the boom cylinder circuit that controls the boom cylinder
  • the second pump mainly supplies the fluid in the tank to the arm cylinder circuit that controls the arm cylinder
  • the third pump The pump has a fluid pressure motor function to supply the fluid in the tank to a swing motor circuit that controls the swing motor.
  • a pressure fluid supply circuit for supplying pressure fluid to the boom cylinder circuit and the arm cylinder circuit is connected to the discharge port of the third pump.
  • the present invention aims to provide a hybrid construction machine in which two pumps are arranged in an efficient manner.
  • an engine a power storage device, first and second pumps, a motor for driving the first pump, and a plurality of actuators driven by the first and second pumps are provided.
  • a hybrid type construction machine having The first and second pumps are arranged to control at least one each of the plurality of actuators independently of each other, The first pump is electrically driven by the motor using electric power from the power storage device, A hybrid type construction machine is provided, wherein the second pump is directly connected to the engine.
  • a hybrid construction machine is obtained in which two pumps are arranged in an efficient manner.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an essential part of a hydraulic system configuration according to a first embodiment.
  • FIG. 6 is a table showing the relationship between various operations of the hybrid construction machine 100 and the hydraulic pump used in the construction in the first embodiment.
  • 5 is a graph showing an example of a time series of the relationship between the engine rotation speed of the engine 11 and the rotation speed of the first hydraulic pump 28.
  • FIG. FIG. 7 is a block diagram showing an essential part of a hydraulic system configuration according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a table showing the relationship between various operations of the hybrid type construction machine 100 and a hydraulic pump used in that case in the second embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the main parts of a hydraulic system configuration according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is a table showing the relationship between various operations of the hybrid type construction machine 100 in Example 3 and hydraulic pumps used at that time.
  • FIG. 1 is a main part configuration diagram showing a characteristic configuration of a hybrid type construction machine 100 according to the present invention.
  • the hybrid-type construction machine 100 may be any type including a hydraulic shovel, a lifting magnet (ref mug) and the like.
  • the mechanical power system is indicated by a double line
  • the hydraulic line is indicated by a solid line
  • the electric drive system is indicated by a thick line.
  • the hybrid type construction machine 100 includes an engine 11 formed of an internal combustion engine.
  • a motor generator (M / G) 12 is mechanically connected directly to the engine 11.
  • a variable displacement hydraulic pump 14 (hereinafter, referred to as a second hydraulic pump 14) is mechanically connected to the rotation shaft of the motor generator 12.
  • the second hydraulic pump 14 is, for example, a variable swash plate type hydraulic pump, and the pump output can be changed by changing the angle of the swash plate. That is, the angle of the swash plate can be adjusted by changing the control current supplied to the second hydraulic pump 14, whereby the output of the second hydraulic pump 14 can be changed.
  • the second hydraulic pump 14 is driven by the output of the engine 11 and / or the motor generator 12 to discharge high-pressure hydraulic oil.
  • the engine 11 and the motor generator 12 may be connected to a splitter (power distribution mechanism) to transmit power to the second hydraulic pump 14 via the splitter.
  • the motor generator 12 is electrically connected to the battery unit 19 via an inverter 18.
  • Battery unit 19 includes a converter 19A and a battery 19B.
  • the battery 19B may be any battery as long as it is a secondary battery, and may be, for example, a lead battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion battery, or an electric double layer capacitor.
  • the inverter 18 is controlled by the controller 30.
  • the swing motor 21 is electrically connected to the battery unit 19 via the inverter 20.
  • a swing mechanism 24 for swinging the upper swing body of the hybrid type construction machine 100 is connected to the output shaft of the swing motor 21.
  • the turning mechanism 24 is driven by the power from the battery unit 19.
  • the inverter 20 is controlled by the controller 30 based on the operation mode of the turning operation lever.
  • a first hydraulic pump 28 instead of the swing motor 21 (see FIG. 1) electrically driven by the battery unit 19 and the inverter 20, a first hydraulic pump 28 (or The swing motor 21 driven by the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump 14) may be used.
  • a motor generator (M / G) 27 is electrically connected to the battery unit 19 via an inverter 25.
  • a variable displacement hydraulic pump 28 (hereinafter, referred to as a first hydraulic pump 28) is mechanically connected to the output shaft of the motor generator 27.
  • the inverter 25 is controlled by the controller 30.
  • the first hydraulic pump 28 is, for example, a variable swash plate type hydraulic pump, and the pump output can be changed by changing the angle of the swash plate. That is, it is possible to adjust the angle of the swash plate by changing the control current to the first hydraulic pump 28, thereby changing the output of the first hydraulic pump 28.
  • the first hydraulic pump 28 is driven by the power from the battery unit 19. That is, the first hydraulic pump 28 is driven by the output of the motor generator 27 and discharges high-pressure hydraulic oil.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are connected in a hydraulic circuit to various actuators associated with each other via the control valve 17.
  • the various actuators include a traveling right motor 1A for driving the right wheel of the hybrid construction machine 100, a traveling left motor 1B for driving the left wheel, and a boom for driving the boom up and down.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 have at least one of the various hydraulic actuators 1A, 1B, 7, 8 and 9 independent of each other. Are arranged to control. That is, at least one dedicated hydraulic actuator to be driven is assigned to each of the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14.
  • the kind of hydraulic actuator for exclusive use of which each is allocated to the 1st hydraulic pump 28 and the 2nd hydraulic pump 14 is arbitrary, for example, the 1st hydraulic pump 28 runs the traveling left motor 1B.
  • the second hydraulic pump 14 are configured to control the traveling right motor 1A independently of the first hydraulic pump 28.
  • the traveling right motor 1A can be communicated with the first hydraulic pump 28 via the switching valve
  • the traveling left motor 1B can be communicated with the second hydraulic pump 14 via the switching valve. It is also good.
  • the hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 is only the second hydraulic pump 14. That is, only one second hydraulic pump 14 is connected to the engine 11 and the motor generator 12 for driving the actuator. In other words, generally, two hydraulic pumps are directly connected to the engine 11 and the motor generator 12 for driving an actuator, but one of the two hydraulic pumps is a second hydraulic pump. While remaining as the hydraulic pump 14, the other hydraulic pump is eliminated, and instead, it is driven by the motor generator 27 (a motor generator different from the motor generator 12) using the electric power from the battery unit 19.
  • An actuator driving hydraulic pump (first hydraulic pump 28) is set. Note that another hydraulic pump that is not for driving the actuator, for example, a pilot pump that generates a pilot pressure necessary for a hydraulic control system may be connected to the engine 11 and the motor generator 12.
  • the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 only one hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 is provided. Therefore, the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 The idling pump loss can be reduced to half or less as compared with a general configuration in which there are two or more driving hydraulic pumps. Further, instead of using only one hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12, the motor generator 27 (separate from the motor generator 12) using electric power from the battery unit 19 is used. Since the actuator drive hydraulic pump (first hydraulic pump 28) driven by the motor generator is set, it is possible to supply necessary hydraulic pressure and flow rate to various actuators 1A, 1B, 7, 8 and 9. At the same time, waste of output can be eliminated.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the main part of the hydraulic system configuration according to the first embodiment.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts in FIG.
  • the mechanical power system is indicated by a double line
  • the hydraulic line is indicated by a solid line
  • the electric system is indicated by a thick line
  • the control system is indicated by a broken line.
  • the control valve 17 includes a plurality of switching valves 171-178.
  • the plurality of switching valves 171-178 are a collection of switching valves 171-174 provided in the first oil passage 42 connecting the discharge side of the first hydraulic pump 28 and the reservoir tank 40, and the discharge side of the second hydraulic pump 14. And a set of switching valves 175-178 provided in the second oil passage 44 connecting the reservoir tank 40.
  • the switching valves 171-174 switch the supply state of hydraulic oil for realizing the traveling operation by the traveling left motor 1B, and switch the supply state of hydraulic oil for realizing the turning operation by the turning motor 21.
  • Switching valves 175-178 respectively switch the supply state of the hydraulic oil for realizing the traveling operation by the traveling right motor 1A, and the supply state of the hydraulic oil for realizing the bucket opening / closing operation by the bucket cylinder 9
  • a switching valve 176 for switching, a switching valve 177 for switching the supply state of hydraulic oil to realize boom raising / lowering operation (first gear) by the boom cylinder 7, and an arm opening / closing operation (second gear) by the arm cylinder 8 are realized.
  • Switching valve 178 for switching the supply state of the operating oil.
  • a negative control throttle 46 throttle for negative feedback
  • a negative control pressure negative control throttle
  • the pressure on the upstream side of 46) Pn1 is negatively fed back to the regulator 54.
  • a variable relief valve 50 that adjusts the relief pressure of the first oil passage 42 is connected to the first oil passage 42.
  • the controller 30 and the regulator 54 control the first hydraulic pump 28 in a manner to reduce the loss of the discharge flow rate of the first hydraulic pump 28 returning to the reservoir tank 40 based on the negative control pressure Pn1 (so-called negative control). Do).
  • a negative control throttle 48 throttle for negative feedback
  • Pn2 pressure on the upstream side of the negative control throttle 48
  • a variable relief valve 52 that adjusts the relief pressure of the second oil passage 44 is connected to the second oil passage 44.
  • the controller 30 and the regulator 56 control the second hydraulic pump 14 in a manner to reduce the loss of the discharge flow rate of the second hydraulic pump 14 returning to the reservoir tank 40 based on the negative control pressure Pn2 (so-called negative control). Do).
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are mechanically separated.
  • a relief valve 60 for limiting the maximum pressure of the hydraulic circuit is connected to the first oil passage 42 and the second oil passage 44.
  • the relief valve 60 is actuated when the pressure in the hydraulic circuit exceeds a predetermined set pressure, and brings the hydraulic circuit into communication with the reservoir tank 62.
  • FIG. 3 is a table showing the relationship between various operations of the hybrid construction machine 100 and the hydraulic pump used at that time in the first embodiment.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 include at least one of various hydraulic actuators 1A, 1B, 7, 8, 9 and 21. , Are arranged to control independently of each other.
  • the first hydraulic pump 28 is configured to control the traveling left motor 1B and the swing motor 21 independently from the second hydraulic pump 14, and the second hydraulic pump 14 is controlled to travel right
  • the motor 1A and the bucket cylinder 9 are configured to be controlled independently of the first hydraulic pump 28.
  • the traveling right motor 1A can be communicated with the first hydraulic pump 28 via the switching valve (not shown), and the second hydraulic pump 14 via the switching valve (not shown)
  • the traveling left motor 1B may be in communication.
  • the hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 is only the second hydraulic pump 14. That is, only one second hydraulic pump 14 is connected to the engine 11 and the motor generator 12 for driving the actuator.
  • only one hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 is connected to the engine 11 and the motor generator 12.
  • the pump loss at idling can be reduced to half or less.
  • the motor generator 27 (separate from the motor generator 12) using electric power from the battery unit 19 is used. Since the actuator drive hydraulic pump (first hydraulic pump 28) driven by the motor generator is set, the necessary hydraulic pressure and flow rate are supplied to the various actuators 1A, 1B, 7, 8, 9 and 21. While making it possible, waste of output can be saved. Specifically, as shown in FIG.
  • both the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are operated, and the boom cylinder 7 is operated. It can supply necessary and sufficient hydraulic pressure and flow rate.
  • the second hydraulic pump 14 operates to supply the hydraulic cylinder 12 with the necessary and sufficient hydraulic pressure and flow rate. By stopping it, energy loss can be reduced. For example, as shown conceptually in FIG.
  • the case where the rotational motion of the first hydraulic pump 28 continues is described, but since the first hydraulic pump 28 is not coupled to the engine 11, the rotational motion of the motor generator 27 is It can also be stopped. In this case, the rotational movement of the first hydraulic pump 28 can also be stopped, so energy loss can be further reduced.
  • the motor generator 27 does not necessarily have to have a power generation function, and may be realized by an electric motor.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an essential part of a hydraulic system configuration according to a second embodiment.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts in FIG.
  • the mechanical power system is indicated by a double line, the hydraulic line by a solid line, the electric system by a thick line, and the control system by a broken line.
  • a swing motor 21 electrically driven by the battery unit 19 and the inverter 20 is used as in the configuration described with reference to FIG. 1.
  • the swing motor 21 is electrically connected to the battery unit 19 via the inverter 20.
  • a swing mechanism 24 for swinging the upper swing body of the hybrid type construction machine 100 is connected to the output shaft of the swing motor 21.
  • the turning mechanism 24 is driven by the power from the battery unit 19.
  • the inverter 20 is controlled by the controller 30 based on the operation mode of the turning operation lever.
  • the swing motor 21 is a motor capable of both powering operation and regenerative operation, and is PWM (Pulse Width Modulation) driven by the above-described inverter 20.
  • the swing motor 21 is preferably an IPM motor with magnets embedded inside the rotor.
  • the rotational force of the rotational drive force of the rotational motor 21 is amplified by the rotational mechanism 24, and the upper structure of the hybrid construction machine 100 is controlled to accelerate and decelerate to perform rotational movement. Further, due to the inertial rotation of the upper structure of the hybrid type construction machine 100, the rotation speed is increased by the rotation mechanism 24, transmitted to the rotation motor 21, and the regenerative electric power can be generated.
  • the control valve 17 includes a plurality of switching valves 171-178. However, along with the motorization of the swing motor 21, the switching valve 172 for the swing motor 21 used in the above-described first embodiment is omitted.
  • the plurality of switching valves 171-178 are a collection of switching valves 171-174 provided in the first oil passage 42 connecting the discharge side of the first hydraulic pump 28 and the reservoir tank 40, and the discharge side of the second hydraulic pump 14. And a set of switching valves 175-178 provided in the second oil passage 44 connecting the reservoir tank 40.
  • the switching valves 171-174 respectively switch the supply state of the hydraulic oil for realizing the traveling operation by the traveling left motor 1B, and supply of the hydraulic oil for realizing the boom raising second speed operation by the boom cylinder 7
  • the switching valve 173 switches the state, and the switching valve 174 switches the supply state of the hydraulic oil for realizing the arm opening / closing operation (first gear) by the arm cylinder 8.
  • Switching valves 175-178 respectively switch the supply state of the hydraulic oil for realizing the traveling operation by the traveling right motor 1A, and the supply state of the hydraulic oil for realizing the bucket opening / closing operation by the bucket cylinder 9
  • a switching valve 176 for switching, a switching valve 177 for switching the supply state of hydraulic oil to realize boom raising / lowering operation (first gear) by the boom cylinder 7, and an arm opening / closing operation (second gear) by the arm cylinder 8 are realized.
  • Switching valve 178 for switching the supply state of the operating oil.
  • a negative control throttle 46 throttle for negative feedback
  • a negative control pressure negative control throttle
  • the pressure on the upstream side of 46) Pn1 is negatively fed back to the regulator 54.
  • a variable relief valve 50 that adjusts the relief pressure of the first oil passage 42 is connected to the first oil passage 42.
  • the controller 30 and the regulator 54 control the first hydraulic pump 28 in a manner to reduce the loss of the discharge flow rate of the first hydraulic pump 28 returning to the reservoir tank 40 based on the negative control pressure Pn1 (so-called negative control). Do).
  • a negative control throttle 48 throttle for negative feedback
  • Pn2 pressure on the upstream side of the negative control throttle 48
  • a variable relief valve 52 that adjusts the relief pressure of the second oil passage 44 is connected to the second oil passage 44.
  • the controller 30 and the regulator 56 control the second hydraulic pump 14 in a manner to reduce the loss of the discharge flow rate of the second hydraulic pump 14 returning to the reservoir tank 40 based on the negative control pressure Pn2 (so-called negative control). Do).
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are mechanically separated.
  • a relief valve 60 for limiting the maximum pressure of the hydraulic circuit is connected to the first oil passage 42 and the second oil passage 44.
  • the relief valve 60 is actuated when the pressure in the hydraulic circuit exceeds a predetermined set pressure, and brings the hydraulic circuit into communication with the reservoir tank 62.
  • FIG. 6 is a table showing the relationship between various operations of the hybrid construction machine 100 in the second embodiment and the hydraulic pump used at that time.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are made inoperable along with the motorization of the swing motor 21.
  • the swing operation is realized by the swing motor 21 driven by the electric power from the battery unit 19.
  • the boom raising operation (first gear) alone only the second hydraulic pump 14 is used, and the first hydraulic pump 28 is inactivated.
  • the boom lowering operation alone only the second hydraulic pump 14 is used, and the first hydraulic pump 28 is inactivated.
  • the first hydraulic pump 28 is inactivated.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are configured to transmit at least one of the various hydraulic actuators 1A, 1B, 7, 8 and 9 to each other. It is arranged to control independently.
  • the first hydraulic pump 28 is configured to control the traveling left motor 1B independently from the second hydraulic pump 14, and the second hydraulic pump 14 is configured to control the traveling right motor 1A and the bucket
  • the cylinder 9 is configured to be controlled independently of the first hydraulic pump 28.
  • the traveling right motor 1A can be communicated with the first hydraulic pump 28 via the switching valve (not shown), and the second hydraulic pump 14 via the switching valve (not shown)
  • the traveling left motor 1B may be in communication.
  • the hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 is only the second hydraulic pump 14. That is, only one second hydraulic pump 14 is connected to the engine 11 and the motor generator 12 for driving the actuator.
  • the pump loss at idling can be reduced to half or less.
  • the motor generator 27 (separate from the motor generator 12) using electric power from the battery unit 19 is used. Since the actuator drive hydraulic pump (first hydraulic pump 28) driven by the motor generator is set, it is possible to supply necessary hydraulic pressure and flow rate to various actuators 1A, 1B, 7, 8 and 9. At the same time, waste of output can be eliminated. Specifically, as shown in FIG.
  • both the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are operated, and the boom cylinder 7 is operated. It can supply necessary and sufficient hydraulic pressure and flow rate.
  • the second hydraulic pump 14 operates to supply the hydraulic cylinder 12 with the necessary and sufficient hydraulic pressure and flow rate. By stopping it, energy loss can be reduced.
  • the turning operation is frequently performed depending on the work content. For this reason, when performing only the turning operation, the first hydraulic pump 28 can be inactivated. Furthermore, the rotational operation itself of the first hydraulic pump 28 can also be stopped. Therefore, energy loss can be reduced because it is not necessary to flow the hydraulic oil in vain.
  • the motor generator 27 does not necessarily have to have a power generation function, and may be realized by an electric motor.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an essential part of a hydraulic system configuration according to a third embodiment.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts in FIG.
  • the mechanical power system is indicated by a double line
  • the hydraulic line is indicated by a solid line
  • the electric system is indicated by a thick line
  • the control system is indicated by a broken line.
  • a swing motor 21 electrically driven by the battery unit 19 and the inverter 20 is used as in the configuration described with reference to FIG. 1.
  • the control valve 17 includes a plurality of switching valves 171-178. However, along with the motorization of the swing motor 21, the switching valve 172 for the swing motor 21 used in the above-described first embodiment is omitted.
  • the plurality of switching valves 171-178 are a collection of switching valves 171-174 provided in the first oil passage 42 connecting the discharge side of the first hydraulic pump 28 and the reservoir tank 40, and the discharge side of the second hydraulic pump 14. And a set of switching valves 175-178 provided in the second oil passage 44 connecting the reservoir tank 40.
  • the switching valves 171-174 respectively switch the supply state of the hydraulic oil for realizing the traveling operation by the traveling left motor 1B, and supply of the hydraulic oil for realizing the boom raising second speed operation by the boom cylinder 7
  • the switching valve 173 switches the state, and the switching valve 174 switches the supply state of the hydraulic oil for realizing the arm opening / closing operation (second speed) by the arm cylinder 8.
  • Switching valves 175-178 respectively switch the supply state of the hydraulic oil for realizing the traveling operation by the traveling right motor 1A, and the supply state of the hydraulic oil for realizing the bucket opening / closing operation by the bucket cylinder 9
  • a switching valve 176 for switching, a switching valve 177 for switching a hydraulic oil supply state for realizing boom raising / lowering operation (first gear) by the boom cylinder 7, and an arm opening / closing operation (first gear) by the arm cylinder 8 are realized.
  • Switching valve 178 for switching the supply state of the operating oil.
  • a negative control throttle 46 throttle for negative feedback
  • a negative control pressure negative control throttle
  • the pressure on the upstream side of 46) Pn1 is negatively fed back to the regulator 54.
  • a variable relief valve 50 that adjusts the relief pressure of the first oil passage 42 is connected to the first oil passage 42.
  • the controller 30 and the regulator 54 control the first hydraulic pump 28 in a manner to reduce the loss of the discharge flow rate of the first hydraulic pump 28 returning to the reservoir tank 40 based on the negative control pressure Pn1 (so-called negative control). Do).
  • a negative control throttle 48 throttle for negative feedback
  • Pn2 pressure on the upstream side of the negative control throttle 48
  • a variable relief valve 52 that adjusts the relief pressure of the second oil passage 44 is connected to the second oil passage 44.
  • the controller 30 and the regulator 56 control the second hydraulic pump 14 in a manner to reduce the loss of the discharge flow rate of the second hydraulic pump 14 returning to the reservoir tank 40 based on the negative control pressure Pn2 (so-called negative control). Do).
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are mechanically separated.
  • a relief valve 60 for limiting the maximum pressure of the hydraulic circuit is connected to the first oil passage 42 and the second oil passage 44.
  • the relief valve 60 is actuated when the pressure in the hydraulic circuit exceeds a predetermined set pressure, and brings the hydraulic circuit into communication with the reservoir tank 62.
  • the first hydraulic pump 28 has a pump motor specification, and can cooperate with the motor generator 27 to regenerate energy. Specifically, when functioning as a motor, return oil from the head chamber 7a of the boom cylinder 7 flows in, and when discharging to the tank 62, the first hydraulic pump 28 is rotated by the return oil. By this rotation, the motor generator 27 is rotated to perform regenerative operation.
  • a regeneration circuit 64 is provided between the first hydraulic operation switching valve 177 of the boom cylinder 7 and the first hydraulic pump 28. The regeneration circuit 64 brings the head chamber 7 a of the boom cylinder 7 into communication with the first hydraulic pump 28 in accordance with the position of the switching valve 177.
  • the regeneration circuit 64 is provided with a flow control valve 66 controlled by the controller 30 and a check valve 68.
  • the port 28a of the first hydraulic pump 28 is a discharge inflow port. Even when the first hydraulic pump 28 sucks in hydraulic oil from the tank 62 as a pump and discharges it to the respective drive units, it flows in the return oil from the head chamber 7 a of the boom cylinder 7 as a motor and discharges it to the tank 62. Even if it is, the same rotation direction is maintained. Therefore, even if the discharge direction is switched, the functions of the pump and the motor can be switched smoothly.
  • the flow of the hydraulic fluid in the hydraulic circuit including the regeneration circuit 64 at the time of the boom lowering operation is indicated by arrows r1 to r12.
  • the hydraulic oil discharged from the first hydraulic pump 28 is supplied to the rod chamber 7b of the boom cylinder 7 via the switching valve 177, as shown by arrows r1 to r6.
  • the hydraulic fluid discharged from the head chamber 7a of the boom cylinder 7 is supplied to the first hydraulic pump 28 through the regeneration circuit 64 via the switching valve 177 as shown by arrows r7 to r12. .
  • the first hydraulic pump 28 causes the motor generator 27 to perform a regenerative operation, whereby a regenerative operation is realized.
  • the regenerative energy (electrical energy) obtained at this time is used to charge the battery 19 B of the battery unit 19 via the inverter 25. Then, it can be supplied to the swing motor 21 through the inverter 20 or to the motor generator 12 through the inverter 18.
  • FIG. 8 is a table showing the relationship between various operations of the hybrid construction machine 100 in the third embodiment and the hydraulic pump used at that time.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are inactivated as the swing motor 21 is motorized.
  • the swing operation is realized by the swing motor 21 driven by the electric power from the battery unit 19.
  • the boom raising operation (first gear) alone only the second hydraulic pump 14 is used, and the first hydraulic pump 28 is inactivated.
  • the boom lowering operation alone only the second hydraulic pump 14 is used, and the first hydraulic pump 28 realizes the above-described regenerative operation.
  • the second hydraulic pump 14 is used, and the first hydraulic pump 28 is inactivated.
  • the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 are configured to be different from each other in at least one of the various hydraulic actuators 1A, 1B, 7, 8 and 9 It is arranged to control independently.
  • the first hydraulic pump 28 is configured to control the traveling left motor 1B independently from the second hydraulic pump 14
  • the second hydraulic pump 14 is configured to control the traveling right motor 1A and the bucket
  • the cylinder 9 is configured to be controlled independently of the first hydraulic pump 28.
  • the traveling right motor 1A can be communicated with the first hydraulic pump 28 via the switching valve (not shown), and the second hydraulic pump 14 via the switching valve (not shown)
  • the traveling left motor 1B may be in communication.
  • the hydraulic pump for driving the actuator connected to the engine 11 and the motor generator 12 is only the second hydraulic pump 14. That is, only one second hydraulic pump 14 is connected to the engine 11 and the motor generator 12 for driving the actuator.
  • the pump loss at idling can be reduced to half or less.
  • the motor generator 27 (separate from the motor generator 12) using electric power from the battery unit 19 is used. Since the actuator drive hydraulic pump (first hydraulic pump 28) driven by the motor generator is set, it is possible to supply necessary hydraulic pressure and flow rate to various actuators 1A, 1B, 7, 8 and 9. At the same time, waste of output can be eliminated. Specifically, as shown in FIG.
  • both of the first hydraulic pump 28 and the second hydraulic pump 14 operate to set the boom cylinder 7. It can supply necessary and sufficient hydraulic pressure and flow rate.
  • only the second hydraulic pump 14 operates to supply the hydraulic pressure and the flow rate necessary and sufficient to the bucket cylinder 9 while stopping the first hydraulic pump 28 Loss can be reduced.
  • the boom lowering operation is involved. The regenerative energy can be obtained by the first hydraulic pump 28 and the motor generator 27 (see the numbers 5, 10, 11, 12, 14 and 15 in FIG. 8). As a result, regeneration associated with the boom lowering operation can be realized to further save energy.
  • the switching valve 178 for the arm opening / closing operation (first gear) by the arm cylinder 8 is on the second hydraulic pump 14 side.
  • the switching valve 174 for arm opening / closing operation (2-speed) by the arm cylinder 8 is provided in the first oil passage 42 on the first hydraulic pump 28 side.
  • the switching valve 178 for the arm opening / closing operation (first gear) by the arm cylinder 8 is the first on the first hydraulic pump 28 side.
  • the switching valve 174 for arm opening / closing operation (second speed) by the arm cylinder 8 may be provided in the second oil passage 44 on the second hydraulic pump 14 side. Also in this case, the effects of the above-described second embodiment can be obtained, and energy saving can be achieved by regeneration.

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Abstract

　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。

Description

ハイブリッド型建設機械
　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。
　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。
特開２００７－１０００６号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (4)

  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。
  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。
  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。
  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。
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