JP2002242234A - ハイブリッドショベル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 回収エネルギーの回収効率を高めると共に省
エネルギー、低騒音、排ガス低減を図ったハイブリッド
ショベルを提供する。 【解決手段】 内燃エンジン３１と、油圧ポンプ３２及
び発電電動機３０を備え、この発電電動機３０で上部旋
回体を直接駆動すると共に回生発電を行う旋回駆動用発
電電動機３７と、発電電動機３０から電力供給を受け高
回生油圧閉回路アクチュエータを介してブームを駆動す
ると共に高回生油圧閉回路アクチュエータの回生発電を
行うブーム駆動用発電電動機３６と、油圧ポンプの圧油
で作業部を駆動する油圧シリンダを備える。発電電動機
３０と各用途用発電電動機３６〜３９との間の給電線
に、変換器５１とコンデンサ４２の直列回路と変換器５
７とバッテリ４１の直列回路を並列に接続し、給電線へ
の給電順序をコンデンサ４２、発電電動機３０、バッテ
リ４１の順に設定する制御手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来油圧モータ等
の油圧駆動装置で構成された駆動源の一部の回生発電を
行う発電電動機としたハイブリッドショベルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧ショベルは、一般に、図１０
及び図１２に示されるように構成されていた。

【０００３】図１２は従来の油圧ショベルの側面図、図
１０はその油圧ショベルの油圧系のブロック図である。

【０００４】これらの図において、１は上部旋回体、２
は下部走行体、３は作業部（ブーム）、４は作業部（ア
ーム）、５は作業部（バケット）、６は運転室、２９は
ブームシリンダ、３１は内燃エンジン、３２は油圧ポン
プ、３３は油圧制御器、３４はアームシリンダ、３５は
バケットシリンダ、４３は作動油タンク、４５は油圧モ
ータ（右走行）、４６は油圧モータ（左走行）、４７は
油圧モータ（旋回）である。

【０００５】従来の油圧ショベルは、上部旋回体１に搭
載された内燃エンジン３１の動力を利用して油圧ポンプ
３２を駆動し、このポンプ３２から吐出された圧油を油
圧制御器３３を介して作業部のブームシリンダ２９、ア
ームシリンダ３４、バケットシリンダ３５と旋回部の旋
回用油圧モータ４７と走行部の走行用油圧モータ４５、
４６の各アクチュエータに供給することにより、各部の
駆動を行うようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、環境重視の社会
ニーズ、例えば、省エネ、低騒音、排ガス低減等が強く
求められ、従来の油圧方式だけではこれらの社会ニーズ
に対応することが困難になってきている。

【０００７】油圧方式における油圧アクチュエータは、
単位重量当たりに出せる推力やトルクが大きいという利
点があるものの、油通路圧損、制御弁圧損、無負荷時の
損失等、無視できない欠点がある。また、油圧アクチュ
エータにおける制動時の圧油は、リリーフ弁、オリフィ
ス弁より熱として捨てられていた。そこで、この制動時
のエネルギーの回収を行うために、圧油の回収が一部蓄
圧器（アキュムレータ等）で試みられているが、その回
収効率はきわめて低いのが現状である。

【０００８】一方、ブーム起伏用として、発電電動モー
タと減速機で直接回転駆動する例が特開平１１−３４３
６４２号公報に示されているが、これは大きな回転トル
クを必要とするために極めて大きな装置となる問題があ
り、実装するのは不可能であった。

【０００９】また、油圧シリンダの戻り油をバルブの切
換によって油圧モータに流入し、この油圧モータに連結
した発電機を駆動して回生発電する例が特願２０００−
０２０６６８号として出願されているが、バルブ及び油
圧モータについてのエネルギー損失と制御の複雑さに関
して難点があった。

【００１０】図１１は、複数のアクチュエータを有する
油圧ショベル（回生無し）の一般掘削作業（掘削−旋回
−排土）時の、１サイクル当たりのアクチュエータ全体
消費動力変動推移の一般傾向を示している。この図に示
すように、消費動力の最大値を１００とすると、クラス
及び作業内容により変動があるが、平均値は一般に６０
前後となっている。

【００１１】ところで、油圧ショベルでは、エンジンの
出力を設定する際、消費動力の最大値（１００）を目途
にした上でポンプ効率等を考慮し仕様を決めることか
ら、平均値よりかなり大きな出力を有するエンジンとな
るため、低負荷時の損失が大きくなり、またエンジン騒
音が大きいという問題がある。

【００１２】本発明は、上記状況に鑑みて、回収エネル
ギーの回収効率を高めると共に省エネルギー、低騒音、
排ガス低減を図ったハイブリッドショベルを提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記目
的を達成するために、 〔１〕下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体
と、該上部旋回体に起伏可能に取り付けられたブーム
と、該ブームに取り付けられたアームおよびバケットか
らなる作業部と、動力源となる内燃エンジンと、該内燃
エンジンに連結された油圧ポンプ及び発電電動機を備
え、前記発電電動機からの電力供給を受けて前記上部旋
回体を直接駆動すると共に回生制動動作により回生発電
を行う旋回駆動用発電電動機と、前記発電電動機から電
力供給を受け高回生油圧閉回路アクチュエータを介して
前記ブームを駆動すると共に前記高回生油圧閉回路アク
チュエータの回生制動動作により回生発電を行うブーム
駆動用発電電動機と、前記油圧ポンプから吐出された圧
油を受けて前記作業部を駆動する油圧シリンダを備えた
ハイブリッドショベルにおいて、前記発電電動機と各用
途用発電電動機との間の給電線に、変換器とコンデンサ
の直列回路と変換器とバッテリの直列回路を該給電線に
対し並列に接続し、給電線への給電優先順位を前記コン
デンサ、発電電動機、バッテリの順に設定する制御手段
を設けたことを特徴とする。

【００１４】〔２〕上記〔１〕記載のハイブリッドショ
ベルにおいて、前記回生発電された回生電力を、コンデ
ンサおよびバッテリに前記コンデンサを優先して充電
し、該充電した電力を負荷の給電需要に応じて給電制御
する制御手段を有することを特徴とする。

【００１５】〔３〕上記〔２〕記載のハイブリッドショ
ベルにおいて、前記発電電動機からの発電余剰電力を、
前記バッテリに蓄えるように給電制御する制御手段を有
することを特徴とする。

【００１６】〔４〕上記〔３〕記載のハイブリッドショ
ベルにおいて、前記コンデンサを給電路に接続する変換
器を、充電時には定電流制御、放電時には動作範囲の広
い定電圧制御を行う変換器としたことを特徴とする。

【００１７】〔５〕上記〔３〕記載のハイブリッドショ
ベルにおいて、統括制御器は、前記油圧ポンプが前記内
燃エンジンの出力以上の出力を要求している指令を検出
したとき、前記バッテリおよび前記コンデンサの出力電
力を前記発電電動機に給電し、該発電電動機を電動機と
して駆動することを特徴とする。

【００１８】〔６〕ハイブリッドショベルにおいて、作
業部駆動用油圧アクチュエータの圧油を制御する油圧制
御器と、ブーム駆動用発電電動機および旋回駆動用発電
電動機を電力制御するドライバ制御器及び、駆動源の内
燃エンジン、油圧ポンプ、発電電動機の動力配分を制御
する動力制御器と、前記各制御器を統括制御する統括制
御器を備え、該統括制御器は運転者のレバー操作出力と
コンデンサ及びバッテリの蓄電量を検出して、該コンデ
ンサ及び該バッテリの充放電を制御するとともに、前記
内燃エンジンの持っている動力を最大限出力できるよう
にし、且つ、運転者の要求する機械の最適な稼働が可能
なように前記各制御器に指令を出すことを特徴とする。

【００１９】本発明は、最も位置エネルギー回収の大き
なブーム起伏用アクチュエータとして、油圧と電気の利
点を組み合わせた高回生油圧閉回路アクチュエータを設
けている。

【００２０】本発明のハイブリッドショベルは、ブーム
俯仰時、インバータ制御電力により電動機で油圧閉回路
固定容量油圧ポンプモータをポンプとして駆動し、圧油
で油圧シリンダを動作させブームを俯仰し、ブーム下向
時は、油圧シリンダの戻り油で油圧閉回路固定容量油圧
ポンプモータをモータとして駆動し、このモータに連結
された発電機により回生制動を掛けることにより回生電
力を発生することができる。

【００２１】さらに、本発明のハイブリッドショベル
は、発電電動機にパーマネントマグネット（永久磁石）
発電電動機を採用したために小型化を図ることができ、
且つ、油圧閉回路を採用したため大きな作動油タンクを
必要とせずコンパクトな装置にできる。また、作業部
（アーム、バケット）はブームに比較し、位置エネルギ
ーとしての蓄え量が極めて少なく、回生効果が低い為、
従来方式のエンジンに連結された油圧ポンプの圧油によ
り油圧シリンダを駆動する方式としている。

【００２２】また、本発明のハイブリッドショベルは、
上部旋回体に駆動源として内燃エンジンとこの内燃エン
ジンに連結された油圧ポンプ及び発電電動機を備えたハ
イブリッドショベルであって、作業部の負荷が大きいた
め大きな油圧ポンプ動力が必要な場合、上記発電電動機
をコンデンサ及びバッテリ電力により電動機として駆動
し、油圧ポンプの補助動力として活用できるため、その
分エンジンを小型化できることになる。

【００２３】本発明のハイブリッドショベルでは、回生
電力をコンデンサ及びバッテリにコンデンサを優先し蓄
電することで再利用ができ、且つ全体のアクチュエータ
の負荷が軽くエンジンの出力に余裕が生じた時は、バッ
テリに充電し再利用ができる構成になっている。このこ
とからコンデンサ電力及びバッテリ電力をアクチュエー
タである発電電動機の補助動力源として活用できるた
め、その分エンジンを小型化できることになる。

【００２４】図９は、本発明に係るハイブリッドショベ
ルの１サイクル当たりのアクチュエータ全体動力変動推
移説明図であり、複数のアクチュエータを有するハイブ
リッドショベル（回生あり）の一般掘削作業（掘削ー旋
回ー排土）時の、１サイクル当たりのアクチュエータ全
体の消費動力変動推移の一般傾向を示している。この図
に示すように、消費電力の最大値を１００とすると、ク
ラス及び作業内容により変動があるが、平均値は一般に
旋回とブームの回生制動に伴う回生エネルギーを１５程
度考慮すれば４５前後と推定できる。

【００２５】一般に油圧ポンプ効率と発電機効率は同等
であることから、従来の油圧ショベルのエンジン出力設
定基準１００に対し、本発明のハイブリッドショベルで
はエンジン出力設定基準が４５となり、エンジン出力５
５％減という大幅な小型化ができると概算され、コンデ
ンサ及びバッテリの充放電損失等を考慮しても５０％の
小型化が可能と考えられる。このことは、低騒音及び省
エネに大きく寄与する効果を有する。本発明は、ブーム
駆動用発電電動機と旋回駆動用発電電動機において、制
動時に発電機として発生する回生電力をコンデンサおよ
びバッテリに短時間に充電が可能なコンデンサに優先し
て蓄積し、上記各駆動用発電電動機及びエンジンに連結
された発電電動機が電動機として駆動される際にコンデ
ンサ蓄積電力を優先し再利用する。その際、変換器のチ
ョッパ式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して上記コンデンサ
に充電することで、効率の良い回生が可能となる。上記
コンバータは、コンデンサを有効活用する為、昇電圧変
換、定電流制御、定電圧制御の各種機能を有している。
回生電力の充電時、コンデンサが空状態にあると、大電
流が流れようとして電源とコンデンサとの間に存在する
抵抗により充電電力の約半分が熱となり損失が大きい
が、上記コンバータの定電流制御により回生時の大電流
で充電を行っても９０％以上の高い充電効率が得られ
る。又コンデンサ電圧を電源電圧と同等にすると、コン
デンサがかなり大きくなり、搭載に難点が生じるが、上
記コンバータに降圧変換機能を付加することで電源より
低い定格のコンデンサが使用でき、コンデンサの小型化
を図ることができる。コンデンサ電力再利用の放電時、
放電に伴って端子電圧がゼロヘと低下するが、上記コン
バータの昇電圧変換と動作範囲の広い定電圧出力制御に
より蓄積電力を高い効率で有効に放電し利用することが
できる。

【００２６】なお、静電容量の大きい電気二重層型コン
デンサを適用することにより、搭載可能な大きさに納め
ることが出来る。

【００２７】本発明は、ブーム駆動用発電電動機、旋回
駆動用発電電動機及び作業部駆動用油圧シリンダにおい
て、それらの負荷が軽く合計必要動力が内燃エンジンの
最大動力に対して下回る場合、備え付けのバッテリの放
電状態に応じて、内燃エンジンに連結された発電電動機
を内燃エンジンの余力動力により駆動発電しバッテリに
充電することを特徴としている。ここでは充放電にコン
デンサを優先して使用するようにしているが、コンデン
サに代わるものとしてコンデンサに相当する充電特性を
有する蓄電器であれば、コンデンサでなくても良い。

【００２８】バッテリに対する充放電時、変換器のチョ
ッパ式ＤＣ／ＤＣコンバータを経由することでバッテリ
電圧の電源より低い設定が可能となり、搭載可能な大き
さに納めることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様を図面
を参照しながら説明する。

【００３０】図１は本発明の第１実施例を示すハイブリ
ッドショベルのブロック構成図、図２はそのハイブリッ
ドショベルの側面図および平面図、図３はそのハイブリ
ッドショベルのエネルギー系を示すブロック構成図、図
４は内燃エンジン、油圧ポンプおよび発電電動機の各種
の連結実施例を示すブロック構成図である。なお、従来
と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明
は省略する。

【００３１】まず、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、
本発明のハイブリッドショベルは、例えば図２（ｂ）の
クローラ式ショベルおよび図２（ｃ）のホイール式ショ
ベルに共通に示されているように、走行部となる下部走
行体２、旋回部となる上部旋回体１および作業部となる
ブーム３、アーム４およびバケット５に分けることがで
きる。

【００３２】まず、各部の主な構成要素について説明す
る。

【００３３】操作装置は、ブームレバー１６、アームレ
バー１７、バケットレバー１８、旋回レバー１９および
走行レバー２０として上部旋回体１の運転室６に設けら
れ、その操作出力は統括制御器２３に入力される。

【００３４】また、統括制御器２３本体はＣＰＵ、メモ
リおよび入出力ポート（図示なし）よりなる。入力ポー
トには、操作者の操作する各種操作手段の操作情報の他
に各種センサの出力が入力される。上記各種センサとし
ては、エンジン回転数検出センサ、発電電動機出力セン
サ、バッテリ出力検出センサ、旋回用電動発電機および
走行用電動機の回転数を検出するエンコーダ、油圧ポン
プの油圧を検出する油圧センサ、旋回用電動発電機の駆
動により旋回する作業用アクチュエータの旋回角度を検
出する旋回角度検出センサ、走行用電動機の駆動により
達成される走行スピードを検出する走行スピード検出セ
ンサ、油圧シリンダを操作したときに、この油圧シリン
ダにより伸縮されるブーム、アーム、バケットの伸縮程
度を検出する伸縮検出センサ、バケットで土砂などの負
荷を持ち上げた時の荷重の重量を検出する荷重検出セン
サ等が予定されている。出力ポートには、動力制御器４
０、油圧制御器３３、発電電動機３０、変換器５１、５
７およびドライバー制御器２４が接続されている。

【００３５】コンデンサ４２は、急速に大電流を充放電
でき、繰り返し放電に強く、出力（パワー）密度が大き
く、充放電効率が高い特性のものを予定している。例え
ば、電気２重層コンデンサが好適である。

【００３６】一般的な特性において、バッテリーと電解
コンデンサーに対する電気２重層コンデンサを比較する
と、以下のような傾向を有する。

【００３７】 鉛バッテリー 電気２重層コンデンサ 電解コンデンサ 電気容量（Ｆ） １０以上 ０．０１−１００００ ０．１以下 充電時間 １−１０時間 ０．１−１０分 １ｍｓ以下 放電時間 ０．３−３時間 ０．１−１０分 １ｍｓ以下 エネルギー密度 １０−４０ ０．２−１０ ０．１以下 （ｗｈ／ｋｇ） パワー密度 ５０−１３０ １００−２０００ １０００００以下 （Ｗ／ｋｇ） 上記したように電気２重層コンデンサは、バッテリーと
従来のコンデンサーの中間的な特性を持つ。

【００３８】この電気２重層コンデンサは、その充放電
特性がバッテリーと異なり、時間に対して電圧がリニア
に変化する。

【００３９】バッテリーは、エネルギー密度および出力
密度の大きいものが好適ではあるが、現状ではコスト対
充放電特性を考慮すると鉛バッテリー、急速充放電特性
を考慮するとニッケル・カドミニウムバッテリーが代表
的なものである。他に、ニッケル・水素バッテリー、ニ
ッケル・鉄バッテリー、ニッケル・亜鉛バッテリー、ナ
トリウム・硫黄バッテリー、リチウム・イオンバッテリ
ー等が候補となる。

【００４０】コンデンサ４２とバッテリ４１のセル数お
よび直並列接続態様は必要な出力電力に応じて決めるこ
とになる。例えば、電気２重層コンデンサのイオン導電
性溶液が水溶系電解液の場合実仕様電圧が例えば０．６
〜０．８Ｖ／セル、同じく有機系電解液の場合実仕様電
圧が例えば２．０〜２．５Ｖ／セル、大電流で秒単位の
急速充放電が可能なバッテリの場合充電電圧が例えば
１．５０〜１．６０Ｖ／セルの条件で考えると、例えば
バッテリのセルを８段直列に接続して１２Ｖの端子電圧
とすると、電気２重層コンデンサのセルを種類に応じて
５段から２０段直列に接続することになる。さらに、こ
の電気２重層コンデンサの前記直列接続ユニットを複数
ユニット並列に接続して大電流容量とする。バッテリも
同様に直列接続ユニットを必要に応じて複数ユニット並
列接続する。

【００４１】このようにすると、瞬時に大電力を充放電
できる電力容量を確保できることになる。

【００４２】前記統括制御器２３は、運転者のレバー操
作出力とコンデンサおよびバッテリの蓄電量を検出し、
内燃エンジンの持っている動力を最も有効に使用し、且
つ、運転者の要求する機械の最適な稼働が可能なように
前記各制御器２４、３３、４０に指令を出す。

【００４３】操作者が操作装置１６〜２０から指示を出
力すると、統括制御器２３は、その指示に応じてプログ
ラムを起動して、入力された各センサからのデータを取
り込み、プログラムを実行してその結果を出力ポートよ
り指定された出力装置に出力する。即ち、統括制御器２
３は油圧制御器３３とドライバー制御器２４の制御部２
２に各操作レバーからの指令信号を事前に設定された作
業モードに変換し指令を出す。

【００４４】動力制御器４０は、統括制御器２３の制御
指令に基づいて、（１）内燃エンジン３１の出力を油圧
ポンプ３２と発電機として動作させた発電電動機３０と
で振り分け制御する内燃エンジン３１の動力配分指令を
出力するか、または（２）電動機として動作させた発電
電動機３０の回転エネルギーを、内燃エンジン３１の出
力では足りない油圧ポンプ３２の超過分に補填する制御
を行う。

【００４５】油圧制御器３３は、統括制御器２３の制御
指令に基づいて、油圧ポンプ３２から供給された圧油を
油圧制御器３３を介してアームシリンダ３４とバケット
シリンダ３５に供給制御する。

【００４６】ドライバー制御器２４は、交直変換器５
０、インバータ５２、５３、５４、５５、５６、制御部
２２からなり、制御部２２は統括制御器２３の制御指令
に基づいて交直変換器５０および各インバータを制御
し、各種駆動用発電電動機３６、３７、３８、３９への
供給電力の制御を行うと共に前記各種駆動用発電電動機
３６、３７、３８、３９からの回生電力の制御を行う。
詳細は後述する。

【００４７】次に、各部毎に説明する。

【００４８】走行部となる下部走行体２には、左右走行
駆動用発電電動機３８、３９が設けられている。旋回部
となる上部旋回体１には、操作系を成すブームレバー１
６、アームレバー１７、バケットレバー１８、旋回レバ
ー１９および走行レバー２０と、原動機となる内燃エン
ジン３１と、油圧系を成す油圧ポンプ３２、固定容量油
圧ポンプモータ２７、２８と、電気系を成す発電電動機
３０、ブーム駆動用発電電動機３６、旋回駆動用発電電
動機３７、バッテリ４１、コンデンサ４２、作動油タン
ク４３とが設けられている。

【００４９】また、作業部３、４、５には、ブーム３を
駆動するブームシリンダ２９、アーム４を駆動するアー
ムシリンダ３４、バケット５を駆動するバケットシリン
ダ３５とが設けられている。

【００５０】次に、本発明のハイブリッドショベルの各
要素の接続関係とそれらの機能について説明する。

【００５１】図１では、内燃エンジン３１の片側から出
した出力シャフトにギアボックス２６を介して油圧ポン
プ３２および発電電動機３０を連結する。この油圧ポン
プ３２と発電電動機３０は、図１では、図４（Ｃ）、図
４（Ｄ）および図４（Ｅ）の態様と同じように、ギアボ
ックス２６を介し並列に連結した態様を示しているが、
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す直列に連結した態様
および図４（Ｆ）および図４（Ｇ）に示す内燃エンジン
３１の両側から出した出力シャフトにそれぞれ別々に直
接またはプーリを介して連結した態様でも良い。油圧ポ
ンプ３２は油圧制御器３３および作動油タンク４３を連
結して開回路を構成する。（アームシリンダおよびバケ
ットシリンダの実施の態様）油圧制御器３３は、アーム
レバー１７およびバケットレバー１８からの操作出力に
基づく統括制御器２３の指令に応じて、油圧ポンプ３２
から吐出された圧油を油圧制御器３３を介してアームシ
リンダ３４、バケットシリンダ３５に供給し、アーム
４、バケット５を駆動する。

【００５２】一方、発電電動機３０は発電機として動作
しているときに発電した電力（交流）をドライバー制御
器２４に給電する。発電電動機３０は、交流発電電動機
または直流発電電動機で構成することができる。

【００５３】以下、交流発電電動機の例を示す。

【００５４】ドライバー制御器２４は、統括制御器２３
の制御の下で、交直（交流−直流）変換器５０、複数の
インバータ５２、５３、５４、５５、５６およびＤＣ／
ＤＣコンバータを有する変換器５１、５７からなり、直
流−交流変換制御、直流−直流変換制御、交流−直流変
換制御を行う。ドライバー制御器２４は、発電電動機３
０を交流発電機として動作させて発電した交流電力を、
交直変換器５０により直流に変換してインバータ５２〜
５５に給電すると共に変換器５７を介してバッテリ４１
に給電するように制御する。

【００５５】各インバータ５２〜５５は、統括制御器２
３の指令（電圧制御指令、電流制御指令、位相角制御指
令、デューティ比制御指令等）に基づき制御部２２を介
して交流出力を制御し、発電電動機３６、３７、３８、
３９を電動機として制御する。

【００５６】本発明の実施態様におけるハイブリッドシ
ョベルの電力系回路について図８を用いて説明する。

【００５７】図８において、変換器５１は、スイッチＡ
とＤＣ／ＤＣコンバータからなり、統括制御器２３の制
御下で、発電電動機３６〜３９からの回生電力をコンデ
ンサ４２に優先的に回収充電するように機能すると共
に、負荷需要に対し優先的にコンデンサ４２から充電電
力を給電するように機能する。また、変換器５１は、充
電時に定電流制御を行い、放電時に定電圧制御を行う。

【００５８】優先順位の設定はコンデンサ４２およびバ
ッテリ４１の充放電電圧電流値、回生電力の電圧電流値
に基づきスイッチＢおよびスイッチＡの切換により以下
に述べるような態様で行う。 （１）回生電力が発生した場合、統括制御器の制御によ
り充放電優先順位をコンデンサ、バッテリの順に設定す
る、（２）発電電動機３０の余剰電力はバッテリのみに
充電する。

【００５９】変換器５７は、交直変換器５０の発生電力
に各インバータ５２、５３、５４、５５の需要以上の余
剰電力がある場合に、統括制御器２３の指令により、バ
ッテリ４１に充電すると共に、発電電動機３６〜３９か
らの回生電力の回収充電をコンデンサ４２の次に行うよ
うに機能する。

【００６０】発電電動機３６、３７、３８、３９が電動
機として動作している状況で、交直変換器５０の変換電
力が該発電電動機３６、３７、３８、３９の電力需要よ
り少ないことが計測器により計測されたとき、変換器５
１および５７は、統括制御器２３の指令により、コンデ
ンサ４２およびバッテリ４１の充電電力をコンデンサ４
２を優先してこの発電電動機３６、３７、３８、３９へ
給電するように制御される。

【００６１】発電電動機３６は、ブーム駆動用で、固定
容量油圧ポンプモータ２７と固定容量油圧ポンプモータ
２８に直列に軸で連結されている。

【００６２】固定容量油圧ポンプモータ２７と固定容量
油圧ポンプモータ２８とブームシリンダ２９は本発明に
特徴の１つとなる高回生油圧閉回路アクチュエータを構
成する。この高回生油圧閉回路アクチュエータについて
は、後で詳述する。

【００６３】ここで、給電優先順位についてのべる。 （１）各用途用発電電動機３６〜３９が電動機として設
定されている場合、電源としてコンデンサ、発電電動機
３０、バッテリの順に優先順位を設定する、（２）発電
電動機３０が電動機として設定されている場合、電源と
してコンデンサ、バッテリの順に優先順位を設定する。 （ブーム駆動用発電電動機の実施の態様）ブーム駆動用
発電電動機３６は、交流電動機として動作している状況
では、固定容量油圧ポンプモータ２７と固定容量油圧ポ
ンプモータ２８とをポンプとして動作させて、ブームシ
リンダ２９に圧油を供給してブームピストンを伸長およ
び縮小させブーム３を起伏駆動する。

【００６４】固定容量油圧ポンプモータ２８は、ポンプ
としてブームシリンダ２９の面積差を調整する為に、ブ
ームシリンダのボトム側にのみ圧油を供給する仕組みと
している。ブームの下げ動作時、ブームシリンダ２９の
ボトム側の戻り油全量が、固定容量油圧ポンプモータ２
７、２８をモータとして駆動し、これら固定容量油圧ポ
ンプモータ２７、２８に連結された発電電動機３６を発
電機として動作させ回生発電させる。この時発生した回
生電力は、統括制御器２３の指令により、インバータ５
２の交直変換動作により直流に変換し、変換器５１およ
び５７によって電圧・電流を所定の値に昇降制御した
後、コンデンサ４２およびバッテリ４１にコンデンサを
優先して充電する。

【００６５】なお、固定容量油圧ポンプモータ２７、２
８とブームシリンダ２９からなる油圧閉回路の詳細につ
いては後述する。 （旋回用電動発電機の実施の態様）発電電動機３７は、
旋回駆動用発電電動機で、旋回レバー１９の操作出力に
基づく統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、
交流電動機の機能（非回生発電モード）に設定される
と、旋回部を旋回動作中、発電電動機３０、コンデンサ
４２およびバッテリ４１からの給電によりそれらの負荷
となる電動機として動作する。また、その設定状態で、
統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、旋回駆
動用発電電動機３７は、エンコーダ、旋回角度検出セン
サ、荷重検出センサの各検出データを基に、旋回速度を
複合動作を行うための一定速度または慣性力が一定範囲
内となるような速度または負荷の軽重に応じた変速に制
御される。この結果、旋回駆動用発電電動機３７は減速
機を介して上部旋回体１を直接駆動する。

【００６６】また、旋回部の制動時、統括制御器２３の
指令に基づき制御部２２より、旋回駆動用発電電動機３
７を発電機の機能に設定し、今までの慣性力により回転
を続けようとするモータ軸に設けたロータコイルの回転
に対して遅れた位相となる回転磁界を発生するようにス
テータコイルを通電制御（回生発電モード）し、ステー
タコイルに誘導起電力を発生する。また、このようにス
テータコイルに誘導起電力を発生させた状態でモータ軸
に連結されたロータを回転させると、モータ軸に制動力
が作用する。上記誘導起電力は、回生電力として、交直
変換器としてのインバータ５３および変換器５１、５７
を介してコンデンサ４２およびバッテリ４１に、コンデ
ンサ４２を優先し、場合によっては発電電動機３０にも
給電される。 （左右走行駆動用発電電動機の実施の態様）右走行駆動
用発電電動機３８および左走行駆動用発電電動機３９
は、回転数検出センサ、走行スピード検出センサ等の検
出データおよび走行レバー２０からの操作出力に基づく
統括制御器２３の指令に基づき制御部２２より、電動機
として設定されたとき（非回生発電モード）には、それ
ぞれ個別に回転数制御等の制御下で動作する。

【００６７】一方、車両が坂道を下る場合などに必要と
なる制動動作時、右走行駆動用発電電動機３８および左
走行駆動用発電電動機３９は、検出データおよび走行レ
バー２０からの操作出力に基づく統括制御部２３の指令
に基づき制御部２２より、発電機として設定されたとき
には、今までの慣性力により回転を続けようとするモー
タ軸に設けたロータコイルの回転に対して遅れた位相と
なる回転磁界を発生するようにステータコイルを通電制
御（回生発電モード）し、ステータコイルに誘導起電力
を発生する。

【００６８】また、このようにステータコイルに誘導起
電力を発生させた状態でモータ軸に連結されたロータを
回転させると、モータ軸に制動力が作用する。上記誘導
起電力は、回生電力として、交直変換器としてのインバ
ータ５４、５５および変換器５１、５７を介してコンデ
ンサ４２およびバッテリ４１に、コンデンサ４２を優先
し、必要に応じ発電電動機３０にも給電される。 （コンデンサ４２の動作態様）コンデンサ４２は、旋回
およびブームの回生電力等の余剰電力を統括制御器２３
の制御によりバッテリ４１より優先して充電すると共
に、負荷需要に対して最優先に給電のための放電を行う
ように構成されている。負荷への給電順位は、１位がコ
ンデンサ４２、２位が発電電動機３０、３位がバッテリ
４１と設定してある。コンデンサ４２は、変換器５１に
よって充電時定電流制御され放電時定電圧制御される。
実施の態様を図８を用いて説明する。 軽負荷時／通常負荷時：統括制御器２３は、図示しない
各種の操作レバーの操作指令を入力すると共に、インバ
ータ入力端の電圧／電流センサＬ、コンデンサ４２の入
力端の電圧／電流センサＡ、およびバッテリ４１の入力
端の電圧／電流センサＢの各電圧／電流値を入力してい
る。

【００６９】各発電電動機３６〜３９が操作指令により
全体としてみたとき負荷として機能していることを統括
制御部２３が電圧／電流センサＬの電流の向きおよび電
圧値と基準値との対比により判別した場合、統括制御器
２３は制御部２２を介して、まずコンデンサ４２の電圧
／電流センサＡの電圧が前記基準電圧との関係で放電可
能な電圧、即ち特定の放電電圧閾値Ａ１以上であること
を検出すると、バッテリ４１のスイッチＢをＯＦＦに設
定する信号を出力すると共に、変換器５１のスイッチＡ
をＯＮに設定する信号を出力しコンデンサ４２の蓄積電
荷をＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷回路の基準電圧
に昇圧してインバータ５２、５３、５４、５５を介して
発電電動機３６〜３９に定電圧給電する。

【００７０】統括制御器２３は、コンデンサ４２の電圧
／電流センサＡの電圧値または電流値が放電持続が不能
な所定の放電電圧閾値Ａ２または所定の放電電流閾値よ
り低下したことを検出すると、発電電動機３０を発電機
に設定する信号を出力すると共に動力制御器４０を介し
て内燃エンジン３１により、発電電動機３０を駆動し発
電電力を交直変換器５０を介して各インバータに給電す
ると共にスイッチＡをＯＦＦに設定する信号を出力す
る。

【００７１】前記給電状態から、さらに、統括制御部２
３は、負荷の需要電力が前記発電電動機３０の発生電力
より多いことを検出したとき、発電電動機３０からの給
電状態において、バッテリ４１のスイッチＢをＯＮに設
定する信号を出力する。この結果、負荷へは発電電動機
３０の発電出力とバッテリ４１からの放電電力が供給さ
れることになる。

【００７２】ドライバー制御器２４の制御部２２は、統
括制御器２３の指令により、コンデンサ４２に充電され
た電力を、発電電動機３０の需要に対し発電電動機３６
〜３９の需要を優先して放電を行う。その際、各発電電
動機の入力電流および入力電圧を測定し前記需要を検出
し、発電電動機３６〜３９の１つでも電動機として動作
していることを入力電流の向き等で検出したら、インバ
ータ５６の動作を停止する。コンデンサ４２の出力は変
換器５１により動作範囲の広い昇圧制御を行う。これに
より一定電力を放電する場合、小電流高電圧にできるの
で効率の良い放電を行うことができる。コンデンサの充
電時、コンバータの定電流制御によれば熱損失を少なく
することができる。 重負荷時：負荷が重負荷の場合、統括制御器２３は、制
御部２２を介して負荷発生を検出してスイッチＡをＯＮ
に、スイッチＢをＯＦＦに設定する信号を出力する。こ
れによっても電圧／電流センサＬの電圧および電流値が
所定の基準値に上昇しないことを検出すると、上記のよ
うに発電電動機３０を発電機として駆動する。さらに、
発電電動機３０の発電出力を加えても負荷の需要電力に
満たないことを検出すると、スイッチＢをＯＮにする信
号を出力する。３つの電源を同時に使用することによっ
て重負荷時の給電制御をおこなう。

【００７３】油圧ポンプ３２の負荷が内燃エンジン３１
の出力を越える場合：統括制御器２３は、油圧制御器３
３および動力制御器４０のデータに基づいて油圧ポンプ
３２の負荷容量が内燃エンジン３１の出力を越えること
を検出したとき、内燃エンジン３１の出力を全て油圧ポ
ンプ３２の駆動に向けるようにし、発電電動機３０を電
動機として動作させ同時にスイッチＡ、スイッチＢの順
に順次ＯＮ指令を出力する。これにより、油圧ポンプ３
２には、内燃エンジン３１の出力と、コンデンサ４２と
バッテリ４１との放電電力による発電電動機３０のモー
タとしての機械的な出力が加わることになる。 回生発電時の充電：統括制御器２３は、操作レバーの操
作指令が回生制動で、電圧／電流センサＬの検出電流の
極性が反転しその検出電圧がセンサＡの検出電圧および
センサＢの検出電圧より高いことを検出すると、以下の
態様（１）（２）でスイッチＡおよびスイッチＢをＯＮ
・ＯＦＦし、以下の態様（３）で発電電動機３６〜３９
の出力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してコンデンサ４２
には定電流で充電しバッテリ４１にも電流制御して充電
する。 （１）センサＡとセンサＢの検出電圧が放電電圧閾値Ａ
１以上か否かを比較し、両センサとも放電電圧閾値Ａ１
以下と検出されると両スイッチＡおよびＢをＯＮに切り
換える。 （２）センサＡとセンサＢの検出電圧が放電電圧閾値Ａ
１以上か否かを比較し、放電電圧閾値Ａ１以上と検出さ
れたセンサ側のスイッチをＯＦＦに切り換え、放電電圧
閾値Ａ１以下と検出されたセンサ側のスイッチをＯＮに
切り換える。 （３）センサＬの検出電圧がバッテリ４１またはコンデ
ンサ４２の充電電圧以上であるか否か比較し、両者の検
出電圧が前記充電電圧以上と検出されると、ＤＣ／ＤＣ
コンバータを介して充電電圧まで降圧してコンデンサ４
２とバッテリ４１に充電する。

【００７４】コンデンサ４２は、急速充電急速放電が可
能で、上記のように定電流で充電し定電圧で放電が可能
なように構成され、しかもバッテリ４１のように放電状
態でも端子電圧を有するようなことがない。このため、
同じ回生電圧の回生電力を充電する際、回生電力の回収
効率および回生電力のうちの充電電力の比率はバッテリ
４１に対しコンデンサ４２が格段に大きくなる。 （バッテリ４１の動作態様）バッテリ４１の動作態様は
下記のとおりである。

【００７５】統括制御器２３は、発電電動機３０に余剰
電力が発生していることを検出すると、変換器５１のス
イッチＡをＯＦＦにし変換器５７のスイッチＢをＯＮに
設定する信号を出力し、バッテリ４１に充電する。

【００７６】油圧ポンプ３２の負荷と発電電動機３６〜
３９の負荷の合算値が内燃エンジン３１の最大出力より
下回り、内燃エンジン３１の動力に余裕が生じた場合、
内燃エンジン３１の余裕動力で発電電動機３０を発電駆
動し、その発電電力を交直変換器５０、変換器５７を介
してバッテリ４１に充電する。

【００７７】変換器５７は、有する昇降圧機能の内の降
圧機能を使用して充電電力を供給できるので、バッテリ
４１の定格を低電圧大電流と設定でき、この結果絶縁耐
圧を低くできるのでバッテリ４１本体の小型化を図るこ
とができる。バッテリ４１に蓄えられた電力は、下記に
示す補助動力として利用される。 （１）発電電動機３６〜３９が一時的に発電電動機３０
の能力を超える電力を必要とした場合、バッテリは変換
器５７を介して昇圧放電を行う。 （２）油圧ポンプ３２側のアームシリンダ３４、バケッ
トシリンダ３５が一時的に内燃エンジン３１の能力を超
える動力を必要としていることが検出された場合、バッ
テリ４１は変換器５７を介してインバータ５６により直
交変換し発電電動機３０を電動機として駆動しエンジン
の補助動力を供給する。 （高回生油圧閉回路アクチュエータ）図５に示す本発明
の油圧閉回路は、油圧シリンダ装置が円滑に作動し、回
生エネルギーの発生効率が高く、大容量のチャージポン
プを必要とすることなく、製造コストおよびランニング
コストの低い油圧閉回路を目的とし、概略、ピストン
と、このピストンの両側の油圧室とを備える油圧シリン
ダ装置と、油タンクと、駆動軸と２つの吐出口とを備
え、前記駆動軸が互いに接続された複数の２方向形のポ
ンプと、前記駆動軸が接続された発電電動機とを有し、
前記複数のポンプの中のいずれかのポンプにおいては、
前記吐出口の両方が前記油圧室の両方にそれぞれ連結さ
れ、前記複数のポンプの中の他のポンプにおいては、前
記吐出口の一方が前記油圧室の一方に連結され、前記吐
出口の他方が前記油タンクに連結された構成を採用して
いる。

【００７８】図５は本発明の油圧シリンダ装置と複数の
２方向形のポンプと発電電動機とからなる油圧閉回路の
一実施態様を示す。

【００７９】この図において、油圧アクチュエーターと
してのシングルロッド型油圧シリンダ装置６１は、ヘッ
ド側油圧室６１ａ、ロッド側油圧室６１ｂ、ピストン６
１ｃおよびロッド６１ｄとを有する。

【００８０】油圧シリンダ装置６１を作動させるための
２方向形のポンプ６２は、吐出方向切替型の圧油を吐出
する第１固定容量ポンプである。第１固定容量ポンプ６
２の２つの吐出口は、それぞれ、ヘッド側油圧室６１ａ
およびロッド側油圧室６１ｂに、第１管路６４および第
２管路６５を介して連結される。

【００８１】油圧シリンダ装置６１を作動させるための
２方向形のポンプ６３は、吐出方向切替型の圧油を吐出
する第２固定容量ポンプである。そして、この第２固定
容量ポンプ６３の２つの一方の吐出口は第１管路６４を
介してヘッド側油圧室６１ａに連結され、他方の吐出口
は油タンク７３に連結される。

【００８２】ピストン６１ｃのヘッド側油圧室６１ａに
おける受圧面積をＡ１、ピストン６１ｃのロッド側油圧
室６１ｂにおける受圧面積をＡ２、ロッド６１ｄの断面
積をαとした場合、前記第２固定容量ポンプ６３から吐
出される油の量が、第１固定容量ポンプ６２から吐出さ
れる油の量の（Ａ１−Ａ２）／Ａ２倍、すなわち、α／
Ａ２倍となるように、第１固定容量ポンプ６２および第
２固定容量ポンプ６３を制御する。

【００８３】不足分の油を油タンク７４から油圧閉回路
６０に供給するための図示されない駆動源によって駆動
されるチャージポンプ７１は、チャージ管路（第３管
路）６９と、第１チェック弁６６および第２チェック弁
６７を介して、第１管路６４および第２管路６５に連結
される。チャージポンプ７１から吐出される圧油の圧力
を一定に保つために、第３管路６９の、第１チェック弁
６６および第２チェック弁６７と反対側の端部は、第１
低圧リリーフ弁６８を介して、油タンク７５に連結され
る。

【００８４】操作指令により、まず、油圧シリンダ装置
６１を作動させてロッド６１ｄを伸ばす方向（図５にお
ける右方向）に移動させる場合には、第１固定容量ポン
プ６２および第２固定容量ポンプ６３から第１管路６４
側に圧油を吐出させる。これにより、ヘッド側油圧室６
１ａ内に圧油が供給され、ピストン６１ｃが図５におけ
る右方向へ押されて、ロッド６１ｄは右方向に移動させ
られる。

【００８５】一方、ピストン６１ｃは右方向へ押される
ので、ロッド側油圧室６１ｂ内の油が、第２管路６５に
排出され、この第２管路６５を通って戻り油として第１
固定容量ポンプ６２の吸い込み側に戻る。

【００８６】ここで、ピストン６１ｃのロッド側油圧室
６１ｂにおける受圧面積Ａ２は、ヘッド側油圧室６１ａ
における受圧面積Ａ１よりも、ロッド６１ｄの断面積α
の分だけ小さいので、ロッド側油圧室６１ｂから排出さ
れる油の量は、ヘッド側油圧室６１ａ内に供給される油
の量のＡ２／Ａ１倍となる。

【００８７】第１固定容量ポンプ６２から吐出される油
の量が、吐出される油の合計量のＡ２／Ａ１倍となるよ
うに調節されているので、ロッド側油圧室６１ｂから排
出される油は、すべて第１固定容量ポンプ６２の吸い込
み側に戻り吸い込まれる。したがって、第１固定容量ポ
ンプ６２内でキャビテーションが発生することもなく、
第２管路６５内の圧力が過度に上昇して、ピストン６１
ｃおよびロッド６１ｄの動きが止められてしまうことも
なくなる。一方、第２固定容量ポンプ６３の吸い込み側
には、油タンク７３から油が供給される。このため、油
圧閉回路６０の中に新鮮な油が供給されることになるの
で、油圧閉回路６０の中の油が劣化してしまうことを防
止することができる。

【００８８】次に、油圧シリンダ装置６１を作動させて
ロッド６１ｄを縮める方向（図５における左方向）に移
動させる場合には、第１固定容量ポンプ６２から第２管
路６５側に油を吐出させる。すると、ロッド側油圧室６
１ｂ内に油が供給され、ピストン６１ｃが図５における
左方向へ押されて、ロッド６１ｄは左方向に移動させら
れる。

【００８９】ピストン６１ｃが左方向へ押されるので、
ヘッド側油圧室６１ａ内の油が、第１管路６４に排出さ
れ、この第１管路６４を通って戻り油として第１固定容
量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３の吸い込み
側に戻る。

【００９０】なお、第１固定容量ポンプ６２および第２
固定容量ポンプ６３は吐出方向が、油圧シリンダ装置６
１を作動させてロッド６１ｄを伸ばす方向に移動させる
場合と逆の方向に切り替えられているので、油は第１固
定容量ポンプ６２からは第２管路６５に吐出され、第２
可変容量ポンプ６３からは油タンク７３に吐出される。

【００９１】ここで、ピストン６１ｃのロッド側油圧室
６１ｂにおける受圧面積Ａ２は、ヘッド側油圧室６１ａ
における受圧面積Ａ１よりも、ロッド６１ｄの断面積α
の分だけ小さいので、ヘッド側油圧室６１ａから排出さ
れる油の量は、ロッド側油圧室６１ｂ内に供給される油
の量より多い。すなわち、ヘッド側油圧室６１ａから第
１管路６４に排出される油の量は、ロッド側油圧室６１
ｂ内に供給される油の量のＡ１／Ａ２倍となる。

【００９２】そして、第１固定容量ポンプ６２から第２
管路６５に吐出される油の量が、吐出される油の合計量
のＡ２／Ａ１倍となるように制御されているので、第１
管路６４から第１固定容量ポンプ６２に吸い込まれる油
の量は、吸い込まれる油の合計量のＡ２／Ａ１倍とな
る。一方、第２固定容量ポンプ６３から油タンク７３に
吐出される油の量が、吐出される油の合計量のα／Ａ１
倍となるように制御されているので、第１管路６４から
第２固定容量ポンプ６３に吸い込まれる油の量は、吸い
込まれる油の合計量のα／Ａ１倍である。

【００９３】したがって、ヘッド側油圧室６１ａから排
出される油は、すべて第１固定容量ポンプ６２および第
２固定容量ポンプ６３の吸い込み側に戻って吸い込ま
れ、第１可固定量ポンプ６２から第２管路６５に吐出さ
れる油は、すべてロッド側油圧室６１ｂ内に供給され
る。このため、第１固定容量ポンプ６２および第２固定
容量ポンプ６３内でキャビテーションが発生することも
なく、第１管路６４および第２管路６５内の圧力が上昇
し、ピストン６１ｃおよびロッド６１ｄの動きが止めら
れてしまうこともない。

【００９４】本実施の形態において、油圧閉回路６０
は、油圧シリンダ装置６１を制動動作させる場合、ロッ
ド１６ｄを伸ばす方向への移動時には、シリンダからの
戻り油の全量が第１固定容量ポンプ６２をモータとして
駆動し、ロッド１６ｄを縮める方向への移動時には、シ
リンダからの戻り油の全量が第１固定容量ポンプ６２及
び第２固定容量ポンプ６３をモータとして駆動し、更に
該モータの駆動力は発電電動機７２を発電機として作動
させ、効率の高い回生エネルギーの回収が行える。

【００９５】なお、本実施の形態において、油圧閉回路
６０は、油圧シリンダ装置６１を作動させるためのポン
プとして、２つの２方向形のポンプ、すなわち、第１固
定容量ポンプ６２および第２固定容量ポンプ６３を有す
るが、２方向形のポンプは複数であればよく、３つ以上
であってもよい。この場合、すべての２方向形のポンプ
の駆動軸は互いに接続され、発電電動機７２の駆動軸に
接続されて、駆動される。

【００９６】なお、第１固定容量ポンプ６２および第２
固定容量ポンプ６３は可変容量ポンプであっても良い。

【００９７】さらに、油圧シリンダ装置６１を作動させ
てロッド６１ｄを縮める方向に移動させる場合、第２固
定容量ポンプ６３に吸い込まれた油は油タンク７３に排
出され、一方、ロッド６１ｄを伸ばす方向に移動させる
場合、第２固定容量ポンプ６３の吸い込み側に、油タン
ク７３から新鮮な油が供給される。したがって、油圧閉
回路６０の中の油は、第２固定容量ポンプ６３を介して
新鮮な油と入れ替えられるので、油の劣化を防止するこ
とができる。

【００９８】さらにまた、チャージポンプ７１は油圧閉
回路６０から自然にリークした分の油および回路圧によ
り圧縮された分の油を補給するためのものであるので、
極めて小容量でよい。したがって、チャージポンプ７１
として大容量のポンプを必要としないので、油圧閉回路
６０の製造コストおよびランニングコストを低くするこ
とができる。

【００９９】次に、本発明の第２実施例について図６お
よび図７を用いて説明する。

【０１００】図６はハイブリッドショベルの構成図、図
７はそのブロック図である。

【０１０１】この第２実施例は、第１実施例と比べる
と、走行用駆動源を、発電電動機３８、３９の代わりに
油圧モータ４５、４６とした点に特徴を有する。これ以
外の構成要素は同じなので、油圧モータ４５、４６の関
連構成についてのみ以下説明する。

【０１０２】統括制御器２３は走行レバー２０の操作出
力に応じて油圧制御器３３に制御指令を出力する。油圧
制御器３３はその制御指令に応じて油圧モータ（右走行
用）４５および油圧モータ（左走行用）４６に油圧ポン
プ３２の圧油を供給制御する。油圧モータ（右走行用）
４５および油圧モータ（左走行用）４６は、正逆回転可
能に構成されている。

【０１０３】本発明の第１実施例では、図２において当
該ショベル自体の走行のためのクローラ式とホイール式
を記載しているが、クローラ式の場合、全体稼働時間に
対する走行頻度の占める割合が少なく、且つ一般走行で
の制動時間は極めて短いことから、回生率も低く、回生
目的の電動化はあまり有効でない。よって、クローラ式
に関しては、第２実施例のような内燃エンジンに連結さ
れた油圧ポンプの圧油による油圧モータ駆動でも良い。
又、ホイール式の場合は、自走による搬送があるため走
行頻度が多く、且つ、高速で自走することから制動時間
も長く、高いエネルギー回収が可能であり、第１実施例
の波圧電電動機による走行の直接駆動が有効である。但
し、クローラ式、ホイール式共に第２実施例は実行可能
であり、走行の方式について限定する根拠はない。

【０１０４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【０１０５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、油圧シリンダの油排出回路中に回生用発電機を
介在させて発電を行うようにしたので、通常無駄になっ
ている油圧エネルギーを有効に利用することができる。
旋回用電動発電機は、旋回動作の制動時に無駄になる制
動エネルギーを回生動力として有効に取り出すことがで
きる。

【０１０６】本発明によれば、コンデンサが急速に回生
電力を回収でき急速に大電流を放電できるので、建機に
おける短時間の回生制動時のエネルギーを有効に回収お
よび使用することができる。また、電気エネルギーを賄
うコンデンサを設けたので、同じく電気エネルギーを賄
うバッテリーの搭載量を軽減できる。また、バッテリー
の負荷変動の吸収をコンデンサで一部代替できるので、
バッテリーの寿命を延ばすことができる。

【０１０７】電源はエンジンに連結された発電電動機、
バッテリおよびコンデンサが併用できるので、バッテリ
ショベルのような充電による休車が不要で連続運転がで
き、又、従来の油圧ショベルに比べてエンジンの小型化
が図られ、さらに回生電力をも利用できる上、環境にも
優しく、省エネルギー化を図ることができる。

【０１０８】さらに、本発明の油圧閉回路を用いること
により、装置が簡単になり、回生エネルギーの取り出し
が容易になり、装置としての使い勝手も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベ
ルの構成図である。

【図２】本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベ
ルの側面図および平面図である。

【図３】本発明の第１実施例を示すハイブリッドショベ
ルのエネルギー系を示すブロック構成図である。

【図４】本発明の内燃エンジン、油圧ポンプ、発電電動
機の連結実施例を示すブロック構成図である。

【図５】本発明の実施形態における油圧閉回路の構成を
示す回路図である。

【図６】本発明の第２実施例を示すハイブリッドショベ
ルの構成図である。

【図７】本発明の第２実施例を示すハイブリッドショベ
ルのブロック図である。

【図８】本発明の実施態様におけるハイブリッドショベ
ルの電力系回路図である。

【図９】本発明に係るハイブリッドショベルの１サイク
ル当たりのアクチュエータ全体動力変動推移説明図であ
る。

【図１０】従来の油圧ショベルのブロック図（油圧系）
である。

【図１１】従来の油圧ショベルの１サイクル当たりのア
クチュエータ全体動力変動推移説明図である。

【図１２】従来の油圧ショベルの側面図である。

【符号の説明】

１ 上部旋回体 ２ 下部走行体 ３ 作業部（ブーム） ４ 作業部（アーム） ５ 作業部（バケット） ６ 運転室 １６ ブームレバー １７ アームレバー １８ バケットレバー １９ 旋回レバー ２０ 走行レバー ２２ 制御部 ２３ 統括制御器 ２４ ドライバー制御器 ２６ ギアボックス ２７、２８ 固定容量油圧ポンプモータ ２９ ブームシリンダ ３０ 発電電動機 ３１ 内燃エンジン ３２ 油圧ポンプ ３３ 油圧制御器 ３４ アームシリンダ ３５ バケットシリンダ ３６ ブーム駆動用発電電動機 ３７ 旋回駆動用発電電動機 ３８ 右走行駆動用発電電動機 ３９ 左走行駆動用発電電動機 ４０ 動力制御器 ４１ バッテリ ４２ コンデンサ ４３ 作動油タンク ４４ 燃料タンク ４５ 油圧モータ（右走行） ４６ 油圧モータ（左走行） ４７ 油圧モータ（旋回） ５０ 交直変換器 ５１、５７ 変換器 ５２ インバータ（ブーム） ５３ インバータ（旋回） ５４ インバータ（右走行） ５５ インバータ（左走行） ５６ インバータ（アシスト） ６０ 油圧閉回路 ６１ 油圧シリンダ装置 ６１ａ ヘッド側油圧室 ６１ｂ ロッド側油圧室 ６１ｃ ピストン ６１ｄ ロッド ６２ 第１固定容量ポンプ ６３ 第２固定容量ポンプ ６４ 第１管路 ６５ 第２管路 ６６ 第１チェック弁 ６７ 第２チェック弁 ６８ 第１低圧リリーフ弁 ６９ 第３管路 ７１ チャージポンプ ７２ 発電電動機 ７３、７４、７５ 油タンク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下部走行体に旋回可能に支持された上部旋
   回体と、該上部旋回体に起伏可能に取り付けられたブー
   ムと、該ブームに取り付けられたアームおよびバケット
   からなる作業部と、動力源となる内燃エンジンと、該内
   燃エンジンに連結された油圧ポンプ及び発電電動機を備
   え、 前記発電電動機からの電力供給を受けて前記上部旋回体
   を直接駆動すると共に回生制動動作により回生発電を行
   う旋回駆動用発電電動機と、前記発電電動機から電力供
   給を受け高回生油圧閉回路アクチュエータを介して前記
   ブームを駆動すると共に前記高回生油圧閉回路アクチュ
   エータの回生制動動作により回生発電を行うブーム駆動
   用発電電動機と、前記油圧ポンプから吐出された圧油を
   受けて前記作業部を駆動する油圧シリンダを備えたハイ
   ブリッドショベルにおいて、 前記発電電動機と各用途用発電電動機との間の給電線
   に、変換器とコンデンサの直列回路と変換器とバッテリ
   の直列回路を該給電線に対し並列に接続し、給電線への
   給電優先順位を前記コンデンサ、発電電動機、バッテリ
   の順に設定する制御手段を設けたことを特徴とするハイ
   ブリッドショベル。
2. 【請求項２】請求項１記載のハイブリッドショベルにお
   いて、前記回生発電された回生電力を、コンデンサおよ
   びバッテリに前記コンデンサを優先して充電し、該充電
   した電力を負荷の給電需要に応じて給電制御する制御手
   段を有することを特徴とするハイブリッドショベル。
3. 【請求項３】請求項２記載のハイブリッドショベルにお
   いて、前記発電電動機からの発電余剰電力を、前記バッ
   テリに蓄えるように給電制御する制御手段を有すること
   を特徴とするハイブリッドショベル。
4. 【請求項４】請求項３記載のハイブリッドショベルにお
   いて、前記コンデンサを給電路に接続する変換器を、充
   電時には定電流制御、放電時には動作範囲の広い定電圧
   制御を行う変換器としたことを特徴とするハイブリッド
   ショベル。
5. 【請求項５】請求項３記載のハイブリッドショベルにお
   いて、統括制御器は、前記油圧ポンプが前記内燃エンジ
   ンの出力以上の出力を要求している指令を検出したと
   き、前記バッテリおよび前記コンデンサの出力電力を前
   記発電電動機に給電し、該発電電動機を電動機として駆
   動することを特徴とするハイブリッドショベル。
6. 【請求項６】作業部駆動用油圧アクチュエータの圧油を
   制御する油圧制御器と、ブーム駆動用発電電動機および
   旋回駆動用発電電動機を電力制御するドライバ制御器及
   び、駆動源の内燃エンジン、油圧ポンプ、発電電動機の
   動力配分を制御する動力制御器と、前記各制御器を統括
   制御する統括制御器を備え、該統括制御器は運転者のレ
   バー操作出力とコンデンサ及びバッテリの蓄電量を検出
   して、該コンデンサ及び該バッテリの充放電を制御する
   とともに、前記内燃エンジンの持っている動力を最大限
   出力できるようにし、且つ、運転者の要求する機械の最
   適な稼働が可能なように前記各制御器に指令を出すこと
   を特徴とするハイブリッドショベル。