特許7397891機械用電気油圧駆動システム、電気油圧駆動システムを伴う機械、および電気油圧駆動システムを制御するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】機械用電気油圧駆動システム、電気油圧駆動システムを伴う機械、および電気油圧駆動システムを制御するための方法
(51)【国際特許分類】
F15B 11/02 20060101AFI20231206BHJP
F15B 11/16 20060101ALI20231206BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
F15B11/02 B
F15B11/16 Z
E02F9/20
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021577626
(86)(22)【出願日】2020-06-04
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-07
(86)【国際出願番号】 US2020036030
(87)【国際公開番号】W WO2021029940
(87)【国際公開日】2021-02-18
【審査請求日】2021-12-27
(31)【優先権主張番号】62/886,419
(32)【優先日】2019-08-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】513307933
【氏名又は名称】パーカー－ハネフィン コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＰＡＲＫＥＲ－ＨＡＮＮＩＦＩＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】６０３５ Ｐａｒｋｌａｎｄ Ｂｌｖｄ． Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ， ＯＨ ４４１２４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100153006
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 勇三
(72)【発明者】
【氏名】チャン，ハオ
(72)【発明者】
【氏名】カール・ブレイク
(72)【発明者】
【氏名】ヴァンダーラーン，デイル
(72)【発明者】
【氏名】フランツォーニ，ゲルマーノ
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５９－０８６７０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１０５２２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００１／０８８３８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特許第３８６２２５６（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７６５５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０４８８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１４１５０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１５Ｂ １１／００－１１／２２
Ｆ１５Ｂ ２１／１４
Ｅ０２Ｆ ９／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
油圧システムであって、シリンダ、および前記シリンダ内にスライド可能に適合されたピストンを備える油圧シリンダアクチュエータであって、前記ピストンは、ピストンヘッド、および前記ピストンヘッドから伸展する棒を備え、前記ピストンヘッドは、前記シリンダの内部空間を分割して第１のチャンバおよび第２のチャンバにし、前記油圧シリンダアクチュエータは、前記ピストンを所与の方向に駆動するために前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバに提供される流体の第１の流体流量が、前記ピストンが動くときに他方のチャンバから放出される流体の第２の流体流量と異なるように不平衡である油圧シリンダアクチュエータと、
前記油圧シリンダアクチュエータの前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバに流体流を提供して前記ピストンを駆動するために、第１の電気モータにより反対の回転方向に駆動される双方向流体流供給源になるように構成された第１のポンプと、
ブースト流体流を提供するように、または前記第１の流体流量と第２の流体流量の差を備える過剰な流体流を受け取るように構成されたブースト流管路と、
油圧モータアクチュエータと、
前記油圧モータアクチュエータに流体流を提供し、前記油圧モータアクチュエータを駆動させるために第２の電気モータにより駆動される、前記第２の電気モータにより反対方向に回転可能な対応する前記双方向流体流供給源になるように構成された第２のポンプであって、前記油圧シリンダアクチュエータが前記第１のポンプにより駆動させられている間、前記第１の流体流量と前記第２の流体流量との間の差を埋め合わせるために、前記ブースト流管路に流体で連結されて、前記油圧シリンダアクチュエータに前記ブースト流体流を提供する第２のポンプと
を備える油圧システム。
【請求項2】
前記第１のポンプは、（ｉ）第１の流体流の管路を介して前記第１のチャンバに流体で連結された第１のポンプポート、および（ｉｉ）第２の流体流の管路を介して前記第２のチャンバに流体で連結された第２のポンプポートを有し、前記油圧システムは、（ｉ）前記第１の流体流の管路に流体で連結された第１のパイロットポート、（ｉｉ）前記第２の流体流の管路に流体で連結された第２のパイロットポート、および（ｉｉｉ）前記ブースト流管路に流体で連結されたブーストポートを有する逆シャトル弁であって、前記第１の流体流の管路と前記第２の流体流の管路の間の圧力差に応答する逆シャトル弁
をさらに備える、
請求項１に記載の油圧システム。
【請求項3】
前記第１の流体流の管路内の圧力レベルが前記第２の流体流の管路内の圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁のシャトル要素は中で移動して、前記第２のパイロットポートに前記ブーストポートを流体で連結して、前記第２の流体流の管路に前記ブースト流体流を提供し、前記第２の流体流の管路内の前記圧力レベルが前記第１の流体流の管路内の前記圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁の前記シャトル要素は中で移動して、前記ブーストポートに前記第１のパイロットポートを流体で連結して、前記第１の流体流の管路から前記ブースト流管路に前記過剰な流体流を提供する、
請求項２に記載の油圧システム。
【請求項4】
前記第１のポンプポートと前記油圧シリンダアクチュエータの前記第１のチャンバの間で前記第１の流体流の管路内に配置された第１の荷重保持弁であって、作動するまで前記第１のチャンバから前記第１のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第１のポンプポートから前記第１のチャンバに至る流体流を可能にするように構成された第１の荷重保持弁と、前記第２のポンプポートと前記油圧シリンダアクチュエータの前記第２のチャンバの間で前記第２の流体流の管路内に配置された第２の荷重保持弁であって、作動するまで前記第２のチャンバから前記第２のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第２のポンプポートから前記第２のチャンバに至る流体流を可能にするように構成された第２の荷重保持弁と
をさらに備える、請求項２に記載の油圧システム。
【請求項5】
ワークポート圧力逃し弁組立体であって、（ｉ）前記第１のチャンバ内の流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第１のチャンバから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第１の荷重保持弁と前記第１のチャンバの間に配置された第１の圧力逃し弁、および（ｉｉ）前記第２のチャンバ内の流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第２のチャンバから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第２の荷重保持弁と前記第２のチャンバの間に配置された第２の逃し弁を備えるワークポート圧力逃し弁組立体をさらに備える、請求項４に記載の油圧システム。
【請求項6】
ポンプ圧力逃し弁組立体であって、（ｉ）前記第１のポンプポートでの流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第１のポンプポートから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第１のポンプポートと前記第１の荷重保持弁の間に配置された第１の圧力逃し弁、および（ｉｉ）前記第２のポンプポートでの流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第２のポンプポートから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第２のポンプポートと前記第２の荷重保持弁の間に配置された第２の圧力逃し弁を備えるポンプ圧力逃し弁組立体をさらに備える、請求項４に記載の油圧システム。
【請求項7】
前記第２のポンプは、（ｉ）第１の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第１のポンプポート、および（ｉｉ）第２の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第２のポンプポートを有し、前記油圧システムは、前記第２のポンプと並列に配置されたシャトル弁であって、（ｉ）前記第１の流体流の管路に流体で連結された第１の注入口ポート、（ｉｉ）前記第２の流体流の管路に流体で連結された第２の注入口ポート、および（ｉｉｉ）前記ブースト流管路に流体で連結された放出口ポートを有し、前記第１の注入口ポートと前記第２の注入口ポートの間の圧力差に応答し、前記第２のポンプが、第１の回転方向に回転して前記第１の流体流の管路に流体を提供しようと、第２の回転方向に回転して前記第２の流体流の管路に前記流体を提供しようと、前記流体は前記シャトル弁の前記放出口ポートに、次いで前記ブースト流管路に流れるシャトル弁
をさらに備える、
請求項１に記載の油圧システム。
【請求項8】
前記ブースト流管路内に配置されたバイパス弁であって、電気コマンド信号により作動するまで前記シャトル弁の前記放出口ポートからの流体流を遮断するように構成された電気作動常閉弁であるバイパス弁をさらに備える、請求項７に記載の油圧システム。
【請求項9】
機械であって、複数の油圧シリンダアクチュエータであって、前記複数の油圧シリンダアクチュエータの各油圧シリンダアクチュエータは、シリンダ、および前記シリンダ内にスライド可能に適合されたピストンを備え、前記ピストンは、ピストンヘッド、および前記ピストンヘッドから伸展する棒を備え、前記ピストンヘッドは、前記シリンダの内部空間を分割して第１のチャンバおよび第２のチャンバにし、前記各油圧シリンダアクチュエータは、所与の方向に前記ピストンを駆動するために前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバに提供される流体の第１の流体流量が、前記ピストンが動くときに他方のチャンバから放出される流体の第２の流体流量と異なるように不平衡であり、前記複数の油圧シリンダアクチュエータの前記各油圧シリンダアクチュエータは、対応する前記油圧シリンダアクチュエータの前記第１のチャンバまたは前記第２のチャンバに流体流を提供して前記ピストンを駆動するために、対応する電気モータにより反対回転方向に駆動される双方向流体流供給源になるように構成された対応するポンプを備える電気静圧作動システムＥＨＡにより動作する複数の油圧シリンダアクチュエータと、
ブースト流体流を提供するように、または前記第１の流体流量と前記第２の流体流量の差を備える過剰な流体流を受け取るように構成されたブースト流管路と、
油圧モータＥＨＡが動作させる油圧モータアクチュエータであって、前記油圧モータアクチュエータに流体流を提供し、前記油圧モータアクチュエータを駆動させるために電気モータにより駆動される、前記電気モータにより反対方向に回転可能な対応する双方向流体流供給源になるように構成されたポンプを備え、前記油圧シリンダアクチュエータが前記対応するポンプにより駆動させられている間、前記第１の流体流量と前記第２の流体流量との間の差を埋め合わせるために、前記ポンプは、前記ブースト流管路に流体で連結されて、前記対応する油圧シリンダアクチュエータに前記ブースト流体流を提供する油圧モータアクチュエータと
を備える機械。
【請求項10】
前記機械は、ブーム、アーム、バケット、および回転台を有する掘削機であり、前記複数の油圧シリンダアクチュエータは、ブーム油圧シリンダアクチュエータ、アーム油圧シリンダアクチュエータ、およびバケット油圧シリンダアクチュエータを備え、前記油圧モータアクチュエータは、前記回転台を回転させるように構成された旋回油圧モータアクチュエータである、請求項９に記載の機械。
【請求項11】
前記対応するポンプは、（ｉ）第１の流体流の管路を介して前記第１のチャンバに流体で連結された第１のポンプポート、および（ｉｉ）第２の流体流の管路を介して前記第２のチャンバに流体で連結された第２のポンプポートを有し、前記対応する油圧シリンダアクチュエータの前記ＥＨＡは、（ｉ）前記第１の流体流の管路に流体で連結された第１のパイロットポート、（ｉｉ）前記第２の流体流の管路に流体で連結された第２のパイロットポート、および（ｉｉｉ）前記ブースト流管路に流体で連結されたブーストポートを有する逆シャトル弁であって、前記第１の流体流の管路と前記第２の流体流の管路の間の圧力差に応答し、
前記第１の流体流の管路内の圧力レベルが前記第２の流体流の管路内の圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁のシャトル要素は中で移動して、前記第２のパイロットポートに前記ブーストポートを流体で連結して、前記第２の流体流の管路に前記ブースト流体流を提供し、
前記第２の流体流の管路内の前記圧力レベルが前記第１の流体流の管路内の前記圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁の前記シャトル要素は中で移動して、前記ブーストポートに前記第１のパイロットポートを流体で連結して、前記第１の流体流の管路から前記ブースト流管路に前記過剰な流体流を提供する
逆シャトル弁をさらに備える、
請求項９に記載の機械。
【請求項12】
前記ＥＨＡは、前記第１のポンプポートと前記対応する油圧シリンダアクチュエータの前記第１のチャンバの間で前記第１の流体流の管路内に配置された第１の荷重保持弁であって、作動するまで前記第１のチャンバから前記第１のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第１のポンプポートから前記第１のチャンバに至る流体流を可能にするように構成される第１の荷重保持弁と、
前記第２のポンプポートと前記対応する油圧シリンダアクチュエータの前記第２のチャンバの間で前記第２の流体流の管路内に配置された第２の荷重保持弁であって、作動するまで前記第２のチャンバから前記第２のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第２のポンプポートから前記第２のチャンバに至る流体流を可能にするように構成された第２の荷重保持弁と
をさらに備える、請求項１１に記載の機械。
【請求項13】
前記ＥＨＡは、ワークポート圧力逃し弁組立体であって、（ｉ）前記第１のチャンバ内の流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第１のチャンバから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第１の荷重保持弁と前記第１のチャンバの間に配置された第１の圧力逃し弁、および（ｉｉ）前記第２のチャンバ内の流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第２のチャンバから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第２の荷重保持弁と前記第２のチャンバの間に配置された第２の逃し弁を備えるワークポート圧力逃し弁組立体
をさらに備える、請求項１２に記載の機械。
【請求項14】
前記ＥＨＡは、ポンプ圧力逃し弁組立体であって、（ｉ）前記第１のポンプポートでの流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第１のポンプポートから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第１のポンプポートと前記第１の荷重保持弁の間に配置された第１の圧力逃し弁、および（ｉｉ）前記第２のポンプポートでの流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第２のポンプポートから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第２のポンプポートと前記第２の荷重保持弁の間に配置された第２の圧力逃し弁を備えるポンプ圧力逃し弁組立体
をさらに備える、請求項１２に記載の機械。
【請求項15】
前記油圧モータアクチュエータを駆動する前記ポンプは、（ｉ）第１の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第１のポンプポート、および（ｉｉ）第２の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第２のポンプポートを有し、前記油圧モータＥＨＡは、前記ポンプと並列に配置されたシャトル弁であって、（ｉ）前記第１の流体流の管路に流体で連結された第１の注入口ポート、（ｉｉ）前記第２の流体流の管路に流体で連結された第２の注入口ポート、および（ｉｉｉ）前記ブースト流管路に流体で連結された放出口ポートを有し、前記第１の注入口ポートと前記第２の注入口ポートの間の圧力差に応答し、前記ポンプが、第１の回転方向に回転して前記第１の流体流の管路に流体を提供しようと、第２の回転方向に回転して前記第２の流体流の管路に前記流体を提供しようと、前記流体は前記シャトル弁の前記放出口ポートに、次いで前記ブースト流管路に流れるシャトル弁
をさらに備える、請求項９に記載の機械。
【請求項16】
前記ブースト流管路内に配置されたバイパス弁であって、電気コマンド信号により作動するまで前記シャトル弁の前記放出口ポートからの流体流を遮断するように構成された電気作動常閉弁であるバイパス弁をさらに備える、請求項１５に記載の機械。
【請求項17】
前記複数の油圧シリンダアクチュエータの１つからの前記過剰な流体流は、前記ブースト流管路を介して前記複数の油圧シリンダアクチュエータの別の前記油圧シリンダアクチュエータのための前記ブースト流体流の一部分として提供される、請求項９に記載の機械。
【請求項18】
前記機械の対応する電気モータに電力を提供するように構成された対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールと、前記複数の油圧シリンダアクチュエータの対応するピストンに要求された速度を示すコマンド信号を受信して、それに応答して、対応するコマンド信号を前記対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールに提供するように構成されたコントローラと、
前記対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールに直流電力を提供するように構成された電池と
をさらに備える、請求項９に記載の機械。
【請求項19】
方法であって、油圧システムのコントローラで、油圧シリンダアクチュエータのピストンを伸展させるリクエストを受信するステップであって、前記油圧シリンダアクチュエータは、前記ピストンがスライド可能に適合されたシリンダを備え、前記ピストンは、ピストンヘッド、および前記ピストンヘッドから伸展する棒を備え、前記ピストンヘッドは、前記シリンダの内部区間を分割してヘッド側チャンバおよび棒側チャンバにするステップと、
応答して第１の電気モータに第１のコマンド信号を送信して、第１のポンプを駆動して、第１の流体流の管路を介して前記ヘッド側チャンバに流体流を提供し、前記ピストンを伸展させるステップであって、前記油圧シリンダアクチュエータは、前記ピストンを伸展させるために前記第１の流体流の管路を介して前記ヘッド側チャンバに提供される流体の第１の流体流量が、前記ピストンが伸展するときに前記棒側チャンバから放出され、第２の流体流の管路を介して前記第１のポンプに戻して提供される流体の第２の流体流量よりも大きくなるように不平衡であるステップと、
第２の電気モータに第２のコマンド信号を送信して、第２のポンプを駆動するステップであって、前記第２のポンプは、油圧モータアクチュエータを駆動するために前記第２の電気モータにより駆動される、前記第２の電気モータにより反対方向に回転可能な双方向流体流供給源となるように構成されるステップと、
前記第２の流体流の管路に前記第２のポンプを流体で連結するブースト流管路を介して前記第２のポンプからブースト流体流を提供するステップであって、その結果、前記ブースト流体流は、前記油圧シリンダアクチュエータの前記ピストンが伸展する間、前記第２の流体流の管路を介して前記第１のポンプに戻る流体を結合し、前記第１の流体流量と前記第２の流体流量の差を埋め合わせるステップと
を備える方法。
【請求項20】
前記油圧システムは、前記ブースト流管路内に配置されたバイパス弁を備え、前記バイパス弁は、作動していないときに前記ブースト流管路を通して前記第２のポンプから得られる流体流を遮断するように構成された電気作動常閉弁であり、前記方法は、前記バイパス弁に第３のコマンド信号を送信して、前記バイパス弁を開けて、前記第２のポンプから前記ブースト流管路を通して前記第２の流体流の管路に流体が流れるようにすることができるステップ
をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１９年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／８８６，４１９号明細書の優先権を主張する。
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１９年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／８８６，４１９号明細書の優先権を主張する。
【0002】
本発明は、一般に作業機で少なくとも１つの不平衡油圧シリンダアクチュエータを伸縮させるための油圧作動システムに関し、少なくとも１つの不平衡油圧シリンダアクチュエータを駆動する静圧ポンプ（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｕｍｐ）用のメークアップ流またはブースト流は、付加的専用ブーストシステムによるのではなくむしろ作業機の別の油圧アクチュエータを駆動する別の静圧ポンプにより提供される。
【背景技術】
【0003】
限定することなく油圧掘削機、ホイールローダ、ショベルカー、バックホーショベル、採鉱設備、産業機械などのような作業機が、つり腕および／または傾動アーム、ブーム、バケット、ステアリングおよび方向転換機能、移動手段などのような１つまたは複数の作動構成要素を有するのは一般的である。通常、そのような機械では原動機は、アクチュエータに流体を提供するために油圧ポンプを駆動する。オープンセンタ弁またはクローズドセンタ弁は、アクチュエータに至る流体の流れを制御する。そのような弁は、そこを通る絞り流に起因して動力損失が大きいことを特徴とする。さらに、そのような従来のシステムは、アクチュエータのうちいくつを使用しているかとは無関係に、ポンプから一定量の流れを提供することを伴うことがある。したがって、そのようなシステムは効率が低いことを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国仮特許出願第６２／８８６，４１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、作業機の効率を高める油圧システムを有することが望ましいことがある。本開示が本明細書で提示するのはこれらおよび他の考察に関する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、機械用電気油圧駆動システムに関する実装形態について記述する。
【0007】
実装形態の第１の例では、本開示は油圧システムについて記述する。油圧システムは、（ｉ）シリンダ、およびシリンダ内にスライド可能に適合されたピストンを備える油圧シリンダアクチュエータであって、ピストンは、ピストンヘッド、およびピストンヘッドから伸展する棒を備え、ピストンヘッドは、シリンダの内部空間を分割して第１のチャンバおよび第２のチャンバにし、油圧シリンダアクチュエータは、所与の方向にピストンを駆動するために第１のチャンバまたは第２のチャンバに提供される流体の第１の流体流量が、ピストンが動くときに他方のチャンバから放出される流体の第２の流体流量と異なるように不平衡である油圧シリンダアクチュエータと、（ｉｉ）油圧シリンダアクチュエータの第１のチャンバまたは第２のチャンバに流体流を提供してピストンを駆動するために、第１の電気モータにより反対の回転方向で駆動される双方向の流体流供給源になるように構成された第１のポンプと、（ｉｉｉ）ブースト流体流を提供するように、または第１の流体流量と第２の流体流量の差を備える過剰な流体流を受け取るように構成されたブースト流管路と、（ｉｖ）油圧モータアクチュエータと、（ｖ）油圧モータアクチュエータに流体流を提供するために第２の電気モータにより駆動される、第２の電気モータにより反対方向に回転可能な対応する双方向流体流供給源になるように構成された第２のポンプであって、油圧シリンダアクチュエータにブースト流体流を提供するためにブースト流管路に流体で連結された第２のポンプとを備える。
【0008】
実装形態の第２の例では、本開示は機械について記述する。機械は、（ｉ）複数の油圧シリンダアクチュエータであって、複数の油圧シリンダアクチュエータの各油圧シリンダアクチュエータは、シリンダ、およびシリンダ内でスライド可能に適合されたピストンを備え、ピストンは、ピストンヘッド、およびピストンヘッドから伸展する棒を備え、ピストンヘッドは、シリンダの内部空間を分割して第１のチャンバおよび第２のチャンバにし、各油圧シリンダアクチュエータは、所与の方向にピストンを駆動するために第１のチャンバまたは第２のチャンバに提供される流体の第１の流体流量が、ピストンが動くときに他方のチャンバから放出される流体の第２の流体流量と異なるように不平衡であり、複数の油圧シリンダアクチュエータの各油圧シリンダアクチュエータは、対応する油圧シリンダアクチュエータの第１のチャンバまたは第２のチャンバに流体流を提供してピストンを駆動するために、対応する電気モータにより反対の回転方向に駆動される双方向流体流供給源になるように構成された対応するポンプを備える電気静圧作動システム（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ、ＥＨＡ）により動作する複数の油圧シリンダアクチュエータと、（ｉｉ）ブースト流体流を提供するように、または第１の流体流量と第２の流体流量の差を備える過剰な流体流を受け取るように構成されたブースト流管路と、（ｉｉｉ）油圧モータＥＨＡにより動作する油圧モータアクチュエータであって、油圧モータアクチュエータに流体流を提供するために電気モータにより駆動される、電気モータにより反対方向に回転可能な対応する双方向流体流供給源になるように構成されたポンプを備え、ポンプは、ブースト流体流に流体で連結されて、対応する油圧シリンダアクチュエータにブースト流体流を提供するためにブースト流体の流路に流体で連結された油圧モータアクチュエータとを含む。
【0009】
実装形態の第３の例では、本開示は方法について記述する。方法は、（ｉ）油圧システムのコントローラで、油圧シリンダアクチュエータのピストンを伸展させるリクエストを受信するステップであって、油圧シリンダアクチュエータは、ピストンがスライド可能に適合されたシリンダを備え、ピストンは、ピストンヘッド、およびピストンヘッドから伸展する棒を備え、ピストンヘッドは、シリンダの内部空間を分割してヘッド側チャンバおよび棒側チャンバにするステップと、（ｉｉ）応答して第１の電気モータに第１のコマンド信号を送信して、第１のポンプを駆動して、第１の流体流の管路を介してヘッド側チャンバに流体流を提供し、ピストンを伸展させるステップであって、油圧シリンダアクチュエータは、ピストンを伸展させるために第１の流体流の管路を介してヘッド側チャンバに提供される流体の第１の流体流量が、ピストンが伸展するときに棒側チャンバから放出され、第２の流体流の管路を介して第１のポンプに戻して提供される流体の第２の流体流量よりも大きくなるように不平衡であるステップと、（ｉｉｉ）第２の電気モータに第２のコマンド信号を送信して、第２のポンプを駆動するステップであって、第２のポンプは、油圧モータアクチュエータを駆動するために第２の電気モータにより駆動される、第２の電気モータにより反対方向に回転可能な双方向流体流供給源になるように構成されるステップと、（ｉｖ）第２の流体流の管路に第２のポンプを流体で連結するブースト流管路を介して第２のポンプからブースト流体流を提供するステップであって、その結果、ブースト流体流は、第２の流体流の管路を介して第１のポンプに戻る流体を結合し、第１の流体流量と第２の流体流量の差を埋め合わせるステップとを備える。
【0010】
前述の要約は例示的でしかなく、決して限定することを意図するものではない。上記で記述する例示的様態、実装形態、および特徴に加えて図および以下の詳細な記述を参照することにより、他の様態、実装形態、および特徴が明らかになるであろう。
【0011】
例証する例に特徴的であると考えられる新規の特徴について、添付の特許請求の範囲に示す。しかしながら、例証する例だけではなく、例証する例の好ましい利用形態、他の目的、およびそれらについての記述も、添付図と併せて読んだとき、本開示の例証する例の以下の詳細な記述を参照することにより最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実装形態の例による掘削機を例示する。
【図2-1】実装形態の例による、油圧シリンダアクチュエータを駆動するための電気静圧アクチュエータシステムを例示する。
【図2-2】実装形態の例による、油圧シリンダアクチュエータを駆動するための電気静圧アクチュエータシステムを例示する。
【図3-1】実装形態の例による掘削機の油圧システムを例示する。
【図3-2】実装形態の例による掘削機の油圧システムを例示する。
【図4】実装形態の例による、油圧システムを動作させるための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
掘削機などの油圧機械の例は、多数の油圧アクチュエータを使用して、さまざまな仕事を達成することができる。従来のシステムでは、エンジンは１つまたは複数のポンプを駆動し、次いで１つまたは複数のポンプは、アクチュエータ内部にあるチャンバに加圧流体を提供する。アクチュエータ（たとえば、ピストン）表面に作用する加圧流体力は、アクチュエータおよび接続された作業ツールの動きを引き起こす。油圧エネルギーが利用されると、流体はチャンバから排出されて、低圧貯蔵器に戻る。
【0014】
従来のシステムは、アクチュエータに提供されている流体およびアクチュエータから貯蔵器に戻る流体を絞る弁を含む。弁を通る流体を絞ることによりエネルギー損失を生じさせ、エネルギー損失は、機械のデューティサイクルの間に油圧システムの効率を低減する。流体を絞る別の望ましくない効果は作動液の加熱であり、その結果、冷却要件および費用が高くなる。さらに、オープンセンタ弁を伴ういくつかの従来のシステムでは、１つまたは複数のポンプは、デューティサイクルの特定の時点で機械の操作者がアクチュエータをいくつ使用するかとは無関係に、すべてのアクチュエータを動かすのに十分な大量の流体流を提供する。アクチュエータにより消費されない過剰な流体は、貯蔵器に「捨てられる」。ある例では、そのような油圧システムの効率は２０％程度の低さになる可能性がある。油圧機械がデューティサイクルあたりより少ない燃料を使用可能にするために、油圧機械の効率を高めることが望ましいことがある。さらにまた、より効率的な油圧機械を有することにより、従来の内燃機関駆動油圧機械ではなくむしろ再充電可能電池を有する電気システムを使用することが可能になることがある。
【0015】
油圧機械の効率を高めるために、上記で記述する従来の油圧システムの代わりに電気静圧アクチュエータシステムを使うことができる。電気静圧アクチュエータシステムは、アクチュエータのモーションを制御するために油圧シリンダなどのアクチュエータに流体を提供するための静圧ポンプに接続された双方向変速電気モータを含むことができる。電気モータの速度および方向は、アクチュエータに至る流体の流れを制御する。
【0016】
中で動くように構成されたピストンを有する典型的な不平衡（差動）油圧シリンダでは、ピストンのヘッド側でのピストンの横断面積は、ピストンの棒側でのピストンの横断面積よりも広い。ピストンが伸展するとき、ピストンのヘッド側を有する油圧シリンダチャンバを充填するために、ピストンの棒側を有する油圧シリンダチャンバから放出されているよりも多くの流体を必要とする。逆にピストンが収縮するとき、棒側チャンバを充填するために、ヘッド側チャンバから放出されているよりも少ない流体を必要とする。
【0017】
流れの差を埋め合わせるために、専用の付加的流れブーストポンプを使用して、流れの差を提供することができる。専用の付加的ポンプを有することにより、油圧システムの費用および複雑さを増大させる可能性がある。その結果、本明細書で開示するように、付加的ブーストポンプの使用を回避する油圧システムを有することが望ましいことがある。
【0018】
図１は、実装形態の例による掘削機１００を例示する。掘削機１００は、ブーム１０２、アーム１０４、バケット１０６、および回転台１１０に搭載された運転室１０８を含むことができる。回転台１１０は、キャタピラ１１２などの車輪またはキャタピラを伴う車台の最上部に位置することができる。アーム１０４はまた、ディッパ（ｄｉｐｐｅｒ）またはスティックと呼ぶこともできる。
【0019】
ブーム１０２、アーム１０４、バケット１０６、および回転台１１０の動きは、油圧シリンダおよび油圧モータを用いて作動液を使用することにより達成することができる。詳細には、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４を用いてブーム１０２を動かすことができ、アーム油圧シリンダアクチュエータ１１６を用いてアーム１０４を動かすことができ、バケット油圧シリンダアクチュエータ１１８を用いてバケット１０６を動かすことができる。
【0020】
回転台１１０は、旋回駆動装置により回転させることができる。旋回駆動装置は、回転台１１０が搭載される回転リングまたは旋回ギアを含むことができる。旋回駆動装置はまた、回転台１１０の真下に配置され、かつギアボックスに連結された旋回油圧モータアクチュエータ１２０（図３も参照のこと）を含むことができる。ギアボックスは、旋回ギアの歯部と係合するピストンを有するように構成することができる。したがって、加圧流体を用いて旋回油圧モータアクチュエータ１２０を作動させることにより、旋回油圧モータアクチュエータ１２０にギアボックスのピニオンを回転させ、それにより回転台１１０を回転させる。
【0021】
運転台１０８は、掘削機１００の操作者用制御ツールを含むことができる。実例では、掘削機１００は、掘削機１００のコントローラに電気信号を提供するために操作者が使用することができる右側ジョイスティック１２２および左側ジョイスティック１２４を有する電子制御方式による運転システムを含むことができる。コントローラはこの場合、掘削機１００のさまざまな電気的に作動する構成要素に電気コマンド信号を提供して、上述のさまざまなアクチュエータを駆動し、掘削機１００を動作させる。ある例として、左側ジョイスティック１２４は、アーム油圧シリンダアクチュエータ１１６および旋回油圧モータアクチュエータ１２０を動作させることができるのに対して、右側ジョイスティック１２２は、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４およびバケット油圧シリンダアクチュエータ１１８を動作させることができる。
【0022】
掘削機１００のアクチュエータを駆動する油圧システムの効率を高めるために、従来のポンプおよび絞り弁システムではなくむしろ本明細書で開示する電気静圧システムを使用することができる。
【0023】
図２は、実装形態の例による、電気静圧アクチュエータシステム（ＥＨＡ）２００を例示する。図２に描くように、ＥＨＡ２００を使用して、油圧シリンダアクチュエータ２０２など、任意のタイプのアクチュエータを駆動することができる。油圧シリンダアクチュエータ２０２は、たとえばブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４、アーム油圧シリンダアクチュエータ１１６、またはバケット油圧シリンダアクチュエータ１１８からなる任意のシリンダアクチュエータを表すことができる。しかしながら、さらにまたＥＨＡ２００を使用して、旋回油圧モータアクチュエータ１２０などの油圧モータアクチュエータを駆動することができる。
【0024】
油圧シリンダアクチュエータ２０２は、シリンダ２０４、および中で直線方向に動くように構成された、シリンダ２０４内でスライド可能に適合されたピストン２０６を含む。ピストン２０６は、ピストンヘッド２０８、およびシリンダ２０４の中央の長手方向の軸方向に沿ってピストンヘッド２０８から伸展する棒２１０を含む。棒２１０は（たとえば、ブーム１０２、アーム１０４、またはバケット１０６およびそこに加えられる任意の力を表す）荷重２１２に連結される。ピストンヘッド２０８は、シリンダ２０４の内部空間を分割して第１のチャンバ２１４および第２のチャンバ２１６にする。
【0025】
第１のチャンバ２１４は、中の流体がピストンヘッド２０８と相互作用するのでヘッド側チャンバと呼ぶことができ、第２のチャンバ２１６は、棒２１０が中に部分的に配置されるので棒側チャンバと呼ぶことができる。流体は、ワークポート（ｗｏｒｋｐｏｒｔ）２１５を通って第１のチャンバ２１４との間で流れることができ、ワークポート２１７を通って第２のチャンバ２１６との間で流れることができる。
【0026】
ピストンヘッド２０８は直径ＤＨを有することができるのに対して、棒２１０は直径ＤＲを有することができる。したがって、第１のチャンバ２１４内の流体は、ピストンヘッド面積と呼ぶことができる、
【0027】
【数1】
【0028】
に等しい、ピストンヘッド２０８の横断面表面積と相互作用する。他方では、第２のチャンバ２１６内の流体は、ピストン環状面積
【0029】
【数2】
【0030】
と呼ぶことができる、ピストン２０６の環状表面積と相互作用する。
【0031】
面積Ａ環状はピストンヘッド面積ＡＨよりも狭い。したがって、ピストン２０６がシリンダ２０４内部で伸展する（たとえば図２で左側に動く）または収縮する（たとえば、図２で右側に動く）とき、第１のチャンバ２１４の中に入る、または第１のチャンバ２１４から放出される流体流の量ＱＨは、第２のチャンバ２１６から放出される、または第２のチャンバ２１６の中に入る流体流の量Ｑ環状よりも大きい。詳細には、ピストン２０６が特定の速度Ｖで動いている場合、ＱＨ＝ＡＨＶはＱ環状＝Ａ環状Ｖよりも大きい。流れの差はＱＨ－Ｑ環状＝ＡＲＶとして決定することができ、式中、ＡＲは棒２１０の横断面積であり、
【0032】
【数3】
【0033】
に等しい。この構成では、油圧シリンダアクチュエータ２０２は、その一方のチャンバとの間の流体流が他方のチャンバとの間の流体流に等しくないので、不平衡アクチュエータと呼ぶことができる。
【0034】
ＥＨＡ２００は、油圧シリンダアクチュエータ２０２に至る作動液の流れの割合および方向を制御するように構成される。そのような制御は、双方向流体流供給源として構成されたポンプ２２０を駆動するために使用される電気モータ２１８の速度および方向を制御することにより達成される。ポンプ２２０は、油圧シリンダアクチュエータ２０２の第１のチャンバ２１４に至る流体流の管路２２４により接続された第１のポンプポート２２２、および油圧シリンダアクチュエータ２０２の第２のチャンバ２１６に至る流体流の管路２２８により接続される第２のポンプポート２２６を有する。用語「流体流の管路」は、示された接続性を提供する１つまたは複数の流体通路、導管などを示すために本明細書の至る所で使用される。
【0035】
第１のポンプポート２２２および第２のポンプポート２２６は、電気モータ２１８およびポンプ２２０の回転方向に基づき注入口ポートと放出口ポートの両方になるように構成される。したがって、電気モータ２１８およびポンプ２２０は、第１の回転方向に回転して第１のポンプポート２２２から流体を引き出し、第２のポンプポート２２６に流体をポンプで注入することができる、または逆に第２の方向に回転して第２のポンプポート２２６から流体を引き出し、第１のポンプポート２２２に流体をポンプで注入することができる。
【0036】
図２に描くように、ポンプ２２０および油圧シリンダアクチュエータ２０２は、閉ループ油圧回路の形で構成される。詳細には、流体は、ポンプが貯蔵器から流体を抜き取り、次いで流体が貯蔵器に戻る開ループ回路ではなく、ポンプ２２０と油圧シリンダアクチュエータ２０２の間でループの形で再循環されている。むしろＥＨＡ２００では、ポンプ２２０は、第１のポンプポート２２２を通してワークポート２１５に、または第２のポンプポート２２６を通してワークポート２１７に流体を提供し、他方のワークポートから放出されている流体は、ポンプ２２０の対応するポートに戻る。したがって、流体は、ポンプ２２０と油圧シリンダアクチュエータ２０２の間で再循環されている。
【0037】
ある例では、ポンプ２２０は定容量形ポンプとすることができ、ポンプ２２０が提供する流体流の量は、電気モータ２１８の速度により（すなわち、ポンプ２２０の入力軸に連結した電気モータ２１８の出力軸の回転速度により）制御される。たとえば、ポンプ２２０は、たとえば１回転あたり立方インチ（ｉｎ３／ｒｅｖ）の単位でポンプ２２０が発生させる、または提供する流体の量を決定する、特定のポンプ変位ＰＤを有するように構成することができる。電気モータ２１８は、毎分回転数（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ、ＲＰＭ）の単位を有する指令速度で動作していることが可能である。したがって、流体流量Ｑは、電気モータ２１８の速度にＰＤを乗じることにより、ポンプ２２０が油圧シリンダアクチュエータ２０２に提供する毎分立方インチ（ｉｎ３／分）単位で決定される。
【0038】
流量Ｑは次にピストン２０６の線速度を決定する。実例では、電気モータ２１８がポンプ２２０を第１の回転方向に回転させて、第１のチャンバ２１４に流体を提供している場合、ピストン２０６は、速度
【0039】
【数4】
【0040】
で伸展することができる。他方では、電気モータ２１８がポンプを第２の回転方向に回転させて、第２のチャンバ２１６に流体を提供している場合、ピストン２０６は、速度
【0041】
【数5】
【0042】
で収縮することができる。
【0043】
図２に描くように、ポンプ２２０の筐体またはケースは、貯蔵器２３２に流体で連結された排出漏出管路２３０を介して排出することができる。したがって、ポンプ２２０のケースは、詳細にはポンプ２２０を高い回転速度まで迅速に回転させたとき、ポンプ２２０の内圧を低減するために排出漏出管路２３０を通して自由に排出することができ、それにより、ポンプ軸封止部の長寿命を保証する。
【0044】
ＥＨＡ２００は、第１のポンプポート２２２とワークポート２１５の間で流体流の管路２２４内に配置された第１の荷重保持弁２３４をさらに含む。ＥＨＡ２００はまた、第２のポンプポート２２６とワークポート２１７の間で流体流の管路２２８内に配置された第２の荷重保持弁２３６を含む。荷重保持弁２３４、２３６は、制御されない手法でピストン２０６が動くことを防止する（すなわち、加重２１２が落下するのを防止する）圧力制御弁として構成される。詳細には、荷重保持弁２３４、２３６は、作動するまでチャンバ２１４、２１６からポンプ２０２に戻る流体流を遮断する間、ポンプ２２０からチャンバ２１４、２１６に至る自由な流れを可能にする逆止め弁として動作するように構成される。用語「遮断する」は、たとえば毎分の液滴の最小の流れまたは漏出の流れを除く流体流を実質的に防止することを示すために本明細書の至る所で使用される。
【0045】
ある例では、荷重保持弁２３４、２３６は、エネルギーを与えられたとき、対応する荷重保持弁２３４、２３６内部で要素（たとえば、ポペット弁）を動かして、流体を動かして、対応するチャンバ２１４、２１６からポンプ２２０に流体が流れるようにできるソレノイドコイル２３５、２３７をそれぞれ備えるソレノイドアクチュエータを有することができる。実例では、ピストン２０６を伸展させるために、ポンプ２２０は、第１のポンプポート２２２から（作動していない）荷重保持弁２３４を通して第１のチャンバ２１４にワークポート２１５を通して流体流を提供することができる。第２のチャンバ２１６から放出されている流体は、ソレノイドコイル２３７にエネルギーを与えて第２のチャンバ２１６から第２のポンプポート２２６に至る流体の流路を開くことにより荷重保持弁２３６が作動するまで、荷重保持弁２３６により遮断される。
【0046】
逆にピストン２０６を収縮させるために、ポンプ２２０は、第２のポンプポート２２６から（作動していない）荷重保持弁２３６を通して第２のチャンバ２１６にワークポート２１７を通して流体流を提供することができる。第１のチャンバ２１４から放出されている流体は、ソレノイドコイル２３５にエネルギーを与えて第１のチャンバ２１４から第１のポンプポート２２２に至る流体の流路を開くことにより荷重保持弁２３４が作動するまで、荷重保持弁２３４により遮断される。
【0047】
ある例では、荷重保持弁２３４、２３６は、作動時に完全に開くオン／オフ弁とすることができる。別の例では、流体を放出しているチャンバ（チャンバ２１４、２１６のいずれか）内の流体の圧力レベルを制御することが望ましいことがある。この例では、荷重保持弁２３４、２３６は、流体を放出している対応するチャンバ内で特定の背圧を達成する特定サイズの開口部を有するように調整することができる比例弁として構成することができる。
【0048】
場合によっては、油圧シリンダアクチュエータ２０２は、荷重保持弁２３４、２３６がチャンバ２１４、２１６からの流体流を遮断するとき、チャンバ２１４、２１６のいずれかの中で過度の圧力を引き起こす（たとえば、掘削サイクルの間にバケット１０６が硬い岩に打ち当たる）荷重２１２により引き起こされる大きな力を受ける可能性がある。ピストン２０６に過剰な外部荷重を加えた場合に過度の圧力を受ける可能性からシリンダ２０４を保護するために、ＥＨＡ２００は、荷重保持弁２３４、２３６と油圧シリンダアクチュエータ２０２の間に配置されたワークポート圧力逃し弁組立体２３８を含む。
【0049】
ワークポート圧力逃し弁組立体２３８は、第１のチャンバ２１４を保護するように構成された、流体流の管路２２４と共通流体流の管路２４１の間に接続された圧力逃し弁２４０を含むことができる。ワークポート圧力逃し弁組立体２３８はまた、第２のチャンバ２１６を保護するように構成された、流体流の管路２２８と共通流体流の管路２４１の間に接続された圧力逃し弁２４２を含むことができる。圧力逃し弁２４０、２４２は、対応するチャンバ２１４、２１６内の流体の圧力レベルが３００バールまたは４３５０ポンド／平方インチ（ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ、ｐｓｉ）などのしきい圧力値を超えるとき（以下で記述するようにブースト流管路２５６に連結した流体である）共通流体流の管路２４１に至る流体の流路を開き、提供するように構成される。
【0050】
ワークポート圧力逃し弁組立体２３８は、それぞれ圧力逃し弁２４０、２４２と並列に配置された耐キャビテーション逆止め弁２４３、２４４をさらに含むことができる。耐キャビテーション逆止め弁２４３、２４４は、チャンバ２１４、２１６のいずれかでのキャビテーションの可能性を防止または低減するように構成される。詳細には、耐キャビテーション逆止め弁２４３、２４４は、チャンバ２１４、２１６内の流体の圧力レベルが共通流体流の管路２４１内の流体の圧力レベル以下に低下するとき、共通流体流の管路２４１からチャンバ２１４、２１６に至る流体の流路を提供する。
【0051】
さらに、ポンプ２２０はまた、ポンプポート２２２、２２６で過度の圧力を受ける可能性がある。たとえば、ポンプポート２２２、２２６は、ポンプ２２０が動作している間に荷重保持弁２３４、２３６が両方とも瞬間的に一緒に作動する場合、または対応する荷重保持弁が作動する間に過負荷状況に起因してチャンバ２１４、２１６のいずれかで圧力レベルが実質的に増大する場合、過度の圧力を受ける可能性がある。過度の圧力の可能性からポンプ２２０を保護するために、ＥＨＡ２００はまた、ポンプ２２０と荷重保持弁２３４、２３６の間に配置されたポンプ圧力逃し弁組立体２４６を含んでよい。
【0052】
ポンプ圧力逃し弁組立体２４６は、第１のポンプポート２２２を保護するように構成された、流体流の管路２２４と共通流体流の管路２４１の間に接続された圧力逃し弁２４８を含むことができる。ポンプ圧力逃し弁組立体２４６はまた、第２のポンプポート２２６を保護するように構成された、流体流の管路２２８と共通流体流の管路２４１の間に接続された圧力逃し弁２５０を含むことができる。圧力戻し弁２４８、２５０は、流体流の管路２２４、２２８内の流体の圧力レベルが２５０バールまたは３６２５ｐｓｉなどのしきい圧力値を超えるとき、共通流体流の管路２４１に至る流体の流路を開いて提供するように構成される。したがって、ある例では、圧力戻し弁２４８、２５０の圧力設定は、圧力戻し弁２４０、２４２の対応する設定よりも低い可能性がある。
【0053】
ポンプ圧力逃し弁組立体２４６は、それぞれ圧力逃し弁２４８、２５０と並列に配置された耐キャビテーション逆止め弁２５１、２５２をさらに含むことができる。耐キャビテーション逆止め弁２５１、２５２は、ポンプポート２２２、２２６のいずれかでキャビテーションの可能性を防止または低減するように構成される。詳細には、耐キャビテーション逆止め弁２５１、２５２は、ポンプポート２２２、２２６の圧力レベルが共通流体流の管路２４１内の流体の圧力レベル以下になるとき、流体流の管路２２４、２２８を介して共通流体流の管路２４１からチャンバ２２２、２２６に至る流体の流路を提供する。
【0054】
上述のように、油圧シリンダアクチュエータ２０２は、第１のチャンバ２１４に提供される、または第１のチャンバ２１４から放出される流体流量の量が、第２のチャンバ２１６に提供される、または第２のチャンバ２１６から放出される流体流量の量よりも大きくなるように不平衡である。したがって、第１のポンプポート２２２から第１のチャンバ２１４に提供される、または第１のチャンバ２１４から第１のポンプポート２２２で受け取る流体流量の量は、第２のポンプポート２２６から第２のチャンバ２１６に提供される、または第２のチャンバ２１６から第２のポンプポート２２６で受け取る流体流量の量よりも大きい。ポンプ２２０が提供する流体流量とポンプ２２０で受け取る流体流量の間にあるそのような相違は、キャビテーションを引き起こす可能性があり、ポンプ２２０は適切に動作しないことがある。ＥＨＡ２００は、流体流量を高めて、そのような流体流量の相違を埋め合わせる構成を提供する。
【0055】
詳細には、ＥＨＡ２００は、メークアップ流またはブースト流の管路２５６に接続された共通流体流の管路２４１にシリンダ２０４のチャンバ２１４、２１６を流体で連結するように構成された逆シャトル弁２５４を含むことができる。逆シャトル弁２５４は、ポンプ２２０の両端間の圧力差（すなわち、第１の流体流の管路２２４と第２の流体流の管路２２８の間の圧力差）に応答するように構成される。
【0056】
ある例では、逆シャトル弁２５４は、ポンプ２２０の両端間の圧力差により位置が決定されるシャトル要素（たとえば、ポペット弁またはスプール）を中に有するパイロット式三位置シャトル弁として構成することができる。逆シャトル弁２５４は、流体流の管路２２４に流体で連結された第１のパイロットポート２５８、および流体流の管路２２８に流体で連結された第２のパイロットポート２６０を有することができる。
【0057】
逆シャトル弁２５４はまた、共通流体流の管路２４１を介してブースト流管路２５６に流体で連結された第３のポートまたはブーストポート２６２を有する。逆シャトル弁２５４は、流体流の管路２２４と２２８の間の圧力差により動作して、（ｉ）流体流の管路２２４内の圧力が所定の量だけ流体流の管路２２８内の圧力レベルを超えるとき、共通流体流の管路２４１に流体流の管路２２８を接続して、共通流体流の管路２４１を通して流体流の管路２２８にメークアップ流またはブースト流を供給し、（ｉｉ）流体流の管路２２８内の圧力が所定の量だけ流体流の管路２２４内の圧力レベルを超えるとき、共通流体流の管路２４１により第１のチャンバ２１４からの過剰な流体を受け取り、ブースト流管路２５６に提供するように、共通流体流の管路２４１に流体流の管路２２４を接続する。
【0058】
具体的には、ピストン２０６を伸展させるために電気モータ２１８によりポンプ２２０を駆動して、流体流の管路２２４に流体を供給する場合、ポンプ２２０の両端間の圧力差は、逆シャトル弁２５４のシャトル要素を移動させて、パイロットポート２６０にブーストポート２６２を接続し、それにより、流体流の管路２２４から共通流体流の管路２４１に至る流れを遮断している間、共通流体流の管路２４１（およびブースト流管路２５６）に流体流の管路２２８を流体で連結する。したがって、逆シャトル弁２５４は、ブースト流管路２５６からポンプポート２２６に至る流体の流路を提供して、第１のチャンバ２１４に提供される流体の流量と流体流の管路２２８を通して第２のチャンバ２１６から戻る流体の流量の差を埋め合わせる。
【0059】
逆に、ポンプ２２０を反対方向に駆動して、ピストン２０６を収縮させるとき、ポンプ２２０の両端間の圧力差は、逆シャトル弁２５４のシャトル要素を移動させて、ブーストポート２６２にパイロットポート２５８を接続し、それにより、流体流の管路２２８から共通流体流の管路２４１に至る流れを遮断している間、共通流体流の管路２４１に流体流の管路２２４を流体で連結する。このように、逆シャトル弁２５４は、流体流の管路２２４を通して第１のチャンバ２１４からブースト流管路２５６に戻る流体の過剰な流れのために流体の流路を提供する。
【0060】
この構成では、逆シャトル弁２５４は、流体流の管路２２４，２２８のうち一方が共通流体流の管路２４１から切断されたとき、他方の流体流の管路は接続され、それにより、ピストン２０６の油圧ロックアップの可能性を除去するわけではないとしても低減するように構成される。
【0061】
用語「逆」は、逆シャトル弁２５４が従来のシャトル弁と異なるときに逆シャトル弁２５４とみなされる。従来のシャトル弁は、第１の注入口、第２の注入口、および放出口を有してよい。弁要素は、特定の注入口を通して流体から圧力を受けるときにそのような従来のシャトル弁が反対の注入口に向けて弁要素を押しつけるように、そのような従来のシャトル弁内部で自由に動く。この動きは反対の注入口を遮断してよく、一方では、流体は特定の注入口から放出口に流れることができるようになる。このように、２つの異なる流体供給源は、一方の供給源から他方の供給源への逆流なしに放出口に加圧流体を提供することができる。逆シャトル弁２５４は、指定された放出口を有するのではなく、むしろブーストポート２６２からパイロットポート２６０に至る流体流を提供する、またはパイロットポート２５８からブーストポート２６２に至る流体流を提供する。
【0062】
上記に記述する構成の例では、逆シャトル弁２５４は、流体流の管路２２４と２２８の間の圧力差に応答してシャトル要素が動くパイロット式弁である。他の例では、逆シャトル弁２５４は、ＥＨＡ２００の電気コントローラ（たとえば、以下で記述するコントローラ２８２）が、流体流の管路２２４、２２８内で検知された圧力レベルに基づきシャトル要素を動かす電気信号を提供することができるように電気的に作動させることができる。
【0063】
いくつかの例では、ポンプ２２０は、特定のしきい速度を超えて（たとえば、５００ＲＰＭを超えて）電気モータ２１８により動かされるとき、より効率的である可能性がある。しかしながら、いくつかの動作条件の下では、特定のしきい速度でポンプ２２０が供給するよりも少量の流量で達成可能な線速度でピストン２０６を伸縮させることが望ましいことがある。これらの例および動作条件では、ポンプ２２０を特定のしきい速度で動作させて、ポンプ２２０を効率的に動作させ、一方では、油圧シリンダアクチュエータ２０２により消費されない過剰な流れを貯蔵器２３２に提供することが望ましいことがある。
【0064】
たとえば、ＥＨＡ２００は、ポンプ２２０と並列に配置されたシャトル弁２６４を含むことができる。シャトル弁２６４は、流体流の管路２２４に流体で連結された第１の注入口ポート２６６、流体流の管路２２８に流体で連結された第２の注入口ポート２６８、および放出口ポート２７０を有することができる。シャトル弁２６４は、注入口ポート２６６と２６８の間の圧力差に基づき移動可能なシャトル要素を中に有することができる。流体流の管路２２４内の圧力レベルが流体流の管路２２８内の圧力レベルよりも高い場合、注入口ポート２６６から放出口ポート２７０に流体を提供することができる。逆に、流体流の管路２２４内の圧力レベルが流体流の管路２２８内の圧力レベルよりも低い場合、注入口ポート２６８から放出口ポート２７０に流体を提供することができる。
【0065】
ＥＨＡ２００は、バイパス弁２７２をさらに含むことができる。バイパス弁２７２は、たとえば電気作動常閉弁として構成することができる。バイパス弁２７２は、作動していないとき、シャトル弁２６４の放出口ポート２７０からの流体流を遮断する。他方で、バイパス弁２７２のソレノイドコイル２７４にコマンド信号を提供した場合、バイパス弁２７２は開いて、放出口ポート２７０から貯蔵器２３２に至る流体の流路を提供する。
【0066】
したがって、ピストン２０６に関して遅い伸展速度コマンドを実現する流体流量の量よりも多くの流体流をポンプ２２０が供給する例および動作条件では、流体流の管路２２４から注入口ポート２６６を通して放出口ポート２７０に、次いでバイパス弁２７２を通して貯蔵器２３２に過剰な流れを提供することができるようにバイパス弁２７２を作動させる。同様に、ピストン２０６に関して遅い収縮速度コマンドを実現する流体流量の量よりも多くの流体流をポンプ２２０が供給する例および動作条件では、流体流の管路２２８から注入口ポート２６８を通して放出口ポート２７０に、次いでバイパス弁２７２を通して貯蔵器２３２に過剰な流れを提供することができるようにバイパス弁２７２を作動させる。
【0067】
例では、ＥＨＡ２００は、流体流の管路２７５を介してバイパス弁２７２に流体で連結された熱逃し弁２７６を含むことができる。流体流の管路２７５内の流体の圧力が特定の値を超えるように流体流の管路２７５内の流体の温度が上昇する場合、熱逃し弁２７６は開いて、流体流の管路２７５内の流体を逃して、中の圧力レベルを低減することができる。例では、ＥＨＡ２００はまた、作動液から熱を抽出するための熱交換器２７８、および貯蔵器２３２に戻る前に流体をフィルタ処理するためのフィルタ組立体２８０を含むことができる。
【0068】
図２に描くように、ＥＨＡ２００は、コントローラ２８２を含むことができる。コントローラ２８２は、１つまたは複数のプロセッサまたはマイクロプロセッサを含むことができ、データ記憶装置（たとえば、メモリ、一時的コンピュータ可読媒体、非一時的コンピュータ可読媒体など）を含んでよい。データ記憶装置は、コントローラ２８２の１つまたは複数のプロセッサにより実行されたとき、コントローラ２８２に本明細書で記述する動作を遂行させる命令を記憶していてよい。
【0069】
コントローラ２８２は、センサ情報を備える入力情報をさまざまなセンサまたは入力機器から得られる信号を介して受信し、それに応答してＥＨＡ２００のさまざまな構成要素に電気信号を提供することができる。たとえば、コントローラ２８２は（たとえば、掘削機１００のジョイスティック１２２、１２４から）コマンドまたは入力を受信して、特定の望ましい速度で所与の方向にピストン２０６を動かす（たとえば、ピストン２０６を伸縮させる）ことができる。コントローラ２８２はまた、ピストン２０６の速度、さまざまな油圧管路、チャンバ、またはＥＨＡ２００のポート内の圧力レベル、荷重２１２の大きさなどのうち１つまたは複数の位置を示すセンサ情報を受信することができる。それに応答して、コントローラ２８２は、パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４を介して電気モータ２１８に、およびソレノイドコイル２３５またはソレノイドコイル２３７にコマンド信号を提供して、制御された方式で、指令された方向に指令された望ましい速度でピストン２０６を動かすことができる。図面内の視覚的混乱を少なくするために、コントローラ２８２からソレノイドコイル２３５、２３７、および２７４へのコマンド信号線を図２に示していない。しかしながら、コントローラ２８２は、ＥＨＡ２００および掘削機１００のさまざまなソレノイドコイル、入力機器、センサなどに（たとえば、有線または無線を介して）電気的に連結されることを理解されたい。
【0070】
パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４はたとえば、掘削機１００の電池２８６から提供される直流（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ、ＤＣ）電力から、電気モータ２１８を駆動することができる三相電力への変換を支援することができる半導体スイッチング素子（トランジスタ）の配列を有するインバータを備えることができる。電池２８６はまた、コントローラ２８２に電気的に連結されて、コントローラ２８２に電力を提供し、コントローラ２８２からコマンドを受信することができる。他の例では、電池２８６を介して掘削機１００を電気的に推進させるのではなくむしろ内燃機関（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ、ＩＣＥ）により推進させる場合、ＩＣＥに発電機を連結して、パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４への電力を発生させることができる。
【0071】
ピストン２０６を伸展させる（たとえば、図２でピストン２０６を左に動かす）ために、コントローラ２８２は、パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４にコマンド信号を送信して、電気モータ２１８を回転させ、第１の回転方向にポンプ２２０を回転させることができる。その結果、ポンプポート２２２から流体流の管路２２４および作動していない荷重保持弁２３４を通して第１のチャンバ２１４に流体を提供して、ピストン２０６を伸展させる。
【0072】
第２のチャンバ２１６からポンプポート２２６に流体が流れるようにするために、コントローラ２８２は、荷重保持弁２３６のソレノイドコイル２３７にコマンド信号を送信して、ソレノイドコイル２３７を作動させ、第２のチャンバ２１６からポンプポート２２６に至る流体の流路を開く。流体流の管路２２４を通してポンプ２２０が提供する加圧流体は、逆シャトル弁２５４のシャトル要素を移動させて、流体流の管路２２８にブースト流管路２５６を接続して、ポンプポート２２６に一緒に流れる前に第２のチャンバ２１６から放出される流体を結合するメークアップ流またはブースト流を提供する。メークアップ流またはブースト流ＱブーストはＱブースト＝ＡＲＶとして決定され、式中、ＡＲは棒２１０の横断面積であり、Ｖは上述のようにピストン２０６の速度である。
【0073】
したがって、ポンプポート２２６に提供される流量の量は、ポンプポート２２２および流体流の管路２２４を通して第１のチャンバ２１４にポンプ２２０が提供する流量の量に実質的に等しい。とりわけ、流体流の管路２２８を通してチャンバ２１６からポンプポート２２６に戻る流体の圧力レベルは低く、したがって、ポンプポート２２６に戻る流れの低い圧力レベルに適合する低い圧力レベルでブースト流を提供することができる。たとえば、荷重２１２が抵抗性であると仮定して、荷重２１２に対抗してピストン２０６を伸展させるために第１のチャンバ２１４にポンプ２２０が提供してよい４５００ｐｓｉなどの高い圧力レベルと比較して、ブースト流は１０バール～３５バールまたは１４５ｐｓｉ～５００ｐｓｉの範囲の圧力レベルを有することができる。
【0074】
ピストン２０６を収縮させる（たとえば、図２でピストン２０６を右に動かす）ために、コントローラ２８２は、パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４にコマンド信号を送信して、電気モータ２１８を回転させ、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向にポンプ２２０を回転させることができる。その結果、ポンプポート２２６から流体流の管路２２８および作動していない荷重保持弁２３６を通して第２のチャンバ２１６に流体を提供して、ピストン２０６を収縮させる。
【0075】
第１のチャンバ２１４からポンプポート２２２に流体が流れるようにするために、コントローラ２８２は、荷重保持弁２３４のソレノイドコイル２３５にコマンド信号を送信して、ソレノイドコイル２３５を作動させ、第１のチャンバ２１４からポンプポート２２２に至る流体経路を開く。流体流の管路２２８を通してポンプ２２０が提供する加圧流体は、逆シャトル弁２５４のシャトル要素を移動させて、ブースト流管路２５６に流体流の管路２２４を接続し、それにより、ブースト流管路２５６に第１のチャンバ２１４から戻る過剰な流れを提供する。過剰な流れはＱ過剰＝ＡＲＶとして決定することができる。したがって、第１のチャンバ２１４からポンプポート２２２に戻る流体流量の量は、ポンプポート２２６および流体流の管路２２８を通して第２のチャンバ２１６にポンプ２２０が提供する流れの量に実質的に等しく、一方では、第１のチャンバ２１４からの過剰な流れは、ブースト流管路２５６に提供される。
【0076】
ある例では、付加的ブーストポンプおよび関連する流体接続を含むことができる専用ブーストシステムを使用して、ブースト流管路２５６に流体を提供し、ブースト流管路２５６から過剰な流体流を受け取ることができる。そのような専用ブーストシステムは、油圧システムに費用および複雑性を加える。
【0077】
さらに、ＩＣＥが駆動する従来の機械では、ＩＣＥは典型的には一定速度で動作し、ブーストポンプはＩＣＥに直接連結され、それにより、アクチュエータが必要としないときでさえ流体流を連続して提供する。そのような必要とされない流体流はエネルギーを浪費し、機械を非効率にする。
【0078】
電気モータにより駆動されるブーストポンプを有する（たとえば、電池で駆動される）電気機械では、機械の費用に専用電気モータ、およびブーストポンプに関連するパワーエレクトロニクスの費用が加わる。したがって、専用ブーストシステムなしに機械の油圧システムを構成することが望ましいことがあるが、むしろ既存のポンプおよびモータを利用してブースト流を提供する手法で油圧システムを構成し、それにより、システムの費用を低減し、システム効率を増大させることが望ましいことがある。
【0079】
図３は、実装形態の例による、掘削機１００の油圧システム３００を例示する。油圧システム３００は、掘削機１００のさまざまなアクチュエータを制御するＥＨＡ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、および２００Ｄを含む。詳細には、ＥＨＡ２００Ａ～２００Ｃは、ＥＨＡ２００Ａがブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４を制御し、ＥＨＡ２００Ｂがアーム油圧シリンダアクチュエータ１１６を制御し、ＥＨＡ２００Ｃがバケット油圧シリンダアクチュエータ１１８を制御するような油圧シリンダＥＨＡであるのに対して、ＥＨＡ２００Ｄは、旋回油圧モータアクチュエータ１２０を制御する油圧モータＥＨＡである。
【0080】
ＥＨＡ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、および２００Ｄは、図２に関して上記で記述するＥＨＡ２００と同じ構成要素を備える。したがって、ＥＨＡ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、および２００Ｄの構成要素または要素は、それぞれＥＨＡ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、および２００Ｄに対応する接尾辞「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、または「Ｄ」を付けて、ＥＨＡ２００に関して使用する同じ参照番号を用いて指定される。ＥＨＡ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、および２００Ｄの構成要素は、上記で記述するようにＥＨＡ２００の構成要素に類似する手法で動作する。
【0081】
さらに、図面内の視覚的混乱を少なくするために、コントローラ２８２、パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４、および電池２８６を図３に示していない。しかしながら、油圧システム３００は、コントローラ２８２に類似する手法で油圧システム３００のさまざまな構成要素を動作させ、作動させるように構成された、コントローラ２８２などのコントローラを含むことを理解されたい。また、電気モータ２１８Ａ、２１８Ｂ、２１８Ｃ、および２１８Ｄは、パワー・エレクトロニクス・モジュール２８４に類似する対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールにより駆動され、制御されることを理解されたい。電池２８６に類似する電池はまた、油圧システム３００のさまざまな構成要素およびモジュールに電力を供給することができる。
【0082】
油圧システム３００は、不平衡アクチュエータにブースト流を提供することができる専用ブーストシステムを有するのではなくむしろ旋回ポンプ２２０Ｄがブーストシステムを動作させてブースト流を提供するように構成されるように構成される。詳細には、ＥＨＡ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃのバイパス弁２７２Ａ、２７２Ｂ、２７２Ｃは、流体流の管路２７５を介して貯蔵器２３２に流体で連結され、一方では、旋回油圧モータアクチュエータ１２０のＥＨＡ２００Ｄのバイパス弁２７２Ｄは、ブースト流管路２５６に流体で連結される。
【0083】
この構成では、不平衡アクチュエータのいずれかがブースト流を要求する場合、掘削機１００のコントローラは、開くようにバイパス弁２７２Ｄに指令して、電気モータ２１８Ｄに指令して旋回ポンプ２２０Ｄを回転させ、シャトル弁２６４Ｄおよびバイパス弁２７２Ｄを通してブースト流管路２５６にブースト流体流を提供することができる。詳細には、コントローラは、不平衡アクチュエータが要求する流量の量を決定し、電気モータ２１８Ｄに指令して、要求された量の要求された流体流量を発生させる特定の速度で回転させることができる。
【0084】
さらに、油圧システム３００は、ピストンが収縮している不平衡アクチュエータのいくつかから戻る過剰な流れを、ピストンが伸展している他の不平衡アクチュエータにより使用できるようにする。たとえば、第１のアクチュエータの第１のピストンが収縮しており、その結果、第１のアクチュエータからブースト流管路２５６に過剰な流れが提供され、一方では、第２のアクチュエータの第２のピストンが伸展しており、その結果、ブースト流管路２５６からのブースト流を消費する場合、ブースト流管路２５６を介して第１のアクチュエータからの過剰な流れを第２のアクチュエータに提供することができる。
【0085】
上述のように、ブースト流体流は、低圧レベル（たとえば１０バール～３５バール）を有する戻り流を結合する。ある例では、戻り流の圧力レベルに実質的に等しい特定の圧力レベルでブースト流体流を提供するために、油圧システム３００は、ブースト流管路２５６内の流体の圧力レベルを制御するように構成された電気油圧式圧力逃し弁（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｖａｌｖｅ、ＥＨＰＲＶ）３０２を含むことができる。
【0086】
ＥＨＰＲＶ３０２は、図３に示すように貯蔵器２３２にブースト流管路２５６を流体で連結する。ＥＨＰＲＶ３０２は、たとえば機械的逃し部分、およびソレノイドコイル３０４を有する電気油圧比例部分を含むことができる。ある例として、機械的逃し部分は、ＥＨＰＲＶ３０２内の弁本体またはスリーブ内部に形成された座部に固定されたばねにより圧迫された可動要素（たとえば、ポペット弁）を有することができる。ばねはＥＨＰＲＶ３０２の圧力設定を決定する。
【0087】
ブースト流管路２５６内の流体の圧力レベルが特定の圧力レベルを、すなわちＥＨＰＲＶ３０２の圧力設定を超えるとき、可動要素はばねに打ち勝ち、座部から持ち上げられ、それにより、ブースト流管路２５６から貯蔵器２３２に流体を流す。その結果、ブースト流管路２５６内の圧力レベルは、ＥＨＰＲＶ３０２の圧力設定を超えない。
【0088】
ＥＨＰＲＶ３０２の電気油圧比例部分は、たとえば比例二方弁を含むことができる。ソレノイドコイル３０４に電気信号が提供されたとき、電気油圧比例部分内のスプールまたは可動要素は動き、流体信号が機械的逃し部分に提供されるようにする。流体信号は、ソレノイドコイル３０４に供給された電気信号の大きさに基づき、機械的逃し部分のばねにより決定される圧力設定を変える。信号の大きさが増大するにつれ、たとえば、圧力設定は増大し、逆も同様である。この構成では、旋回ポンプ２２０Ｄによりブースト流管路２５６に提供されるブースト流体流の圧力レベルは、ソレノイドコイル３０４への電気信号により制御し、変えることができる。
【0089】
油圧システム３００の動作について記述するシナリオの例として、掘削機１００の操作者は、ジョイスティック１２２、１２４を使用して、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４のピストン２０６Ａを伸展させることを要求し、アーム油圧シリンダアクチュエータ１１６のピストン２０６Ｂを収縮させると仮定する。油圧システム３００のコントローラ（たとえば、コントローラ２８２）は、操作者のコマンドを示す信号をジョイスティック１２２、１２４から受信する。それに応答して、コントローラは、ジョイスティックコマンド信号の大きさをピストン２０６Ａ、２０６Ｂに要求される速度に変換し、それに応じて、要求された速度を達成する流体流量の量を決定することができる。
【0090】
コントローラのメモリに記憶することができるポンプ２２０Ａ、２２０Ｂの変位に基づき、コントローラは、電気モータ２１８Ａ、２１８Ｂにモータコマンド信号を提供して、対応する回転速度で回転させ、その結果、対応する回転速度でポンプ２２０Ａ、２２０Ｂを回転させて、決定された量の流体流量を提供する。電気モータ２１８Ａ、２１８Ｂは、ピストン２０６Ａ、２０６Ｂが反対方向に動くべきとき、反対回転方向で回転することができる。
【0091】
コントローラはさらに、ＥＨＡ２００Ａの荷重保持弁２３６Ａを作動させて、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４の棒側チャンバから放出される流体が棒側チャンバを通して流れてブームポンプ２２０Ａに戻ることができるようにする。コントローラはまた、ＥＨＡ２００Ｂの荷重保持弁２３４Ｂを作動させて、アーム油圧シリンダアクチュエータ１１６のヘッド側チャンバから放出される流体がヘッド側チャンバを通して流れてポンプ２２０Ｂに戻ることができるようにする。
【0092】
ピストン２０６Ａは伸展しているので、ブースト流は、逆シャトル弁２５４を通してブースト流管路２５６から抜き取られて、ブームポンプ２２０Ａに一緒に流れる前に棒側チャンバから戻る流体を結合する。ピストン２０６Ａに関して指令された速度がＶブームであり、かつピストン２０６Ａの棒の横断面積がＡ棒＿ブームであると仮定すると、ブースト流量は、コントローラによりＶブームＡ棒＿ブームと決定することができる。他方では、ピストン２０６Ｂは収縮しているので、逆シャトル弁２５４Ｂを通してブースト流管路２５６に過剰な流れが提供される。ピストン２０６Ｂに関して指令された速度がＶアームであり、かつピストン２０６Ｂの棒の横断面積がＡ棒＿アームであると仮定すると、過剰な流量は、コントローラによりＶアームＡ棒＿アームと決定することができる。
【0093】
コントローラは、ブースト流管路２５６に提供される過剰な流量が、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４が要求するブースト流量を十分に満たすように、アーム油圧シリンダアクチュエータ１１６からの過剰な流量が、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４が要求するブースト流量以上であるかどうかを判断することができる。過剰な流量が、要求されたブースト流量以上ではない場合、コントローラは、電気モータ２１８Ｄを作動させて、旋回ポンプ２２０Ｄを駆動し、流量の差を提供することができる。
【0094】
詳細には、操作者がジョイスティック１２２、１２４を介して回転台１１０に回転するように指令しない場合、ＥＨＡ２００Ｄの荷重保持弁２３４Ｄ、２３６Ｄは作動しない。その結果、コントローラは、電気モータ２１８Ｄを作動させて、いずれかの方向に回転させ、旋回ポンプ２２０Ｄを駆動して、ＶブームＡ棒＿ブームとＶアームＡ棒＿アームの差に等しい流体流を提供することができる。
【0095】
旋回ポンプ２２０Ｄから流れる流体は、荷重保持弁２３４Ｄ、２３６Ｄが作動していないので、旋回油圧モータアクチュエータ１２０により消費されない。その結果、旋回ポンプ２２０Ｄから流れる流体は、シャトル弁２６４Ｄの注入口ポートの一方に提供され、シャトル弁２６４Ｄのシャトル要素を移動させ、シャトル弁２６４Ｄの放出口ポートに流れる。コントローラはさらに、ＥＨＡ２００Ｄのバイパス弁２７２Ｄを作動させて、流体がシャトル弁２６４Ｄの放出口ポートからブースト流管路２５６に流れ、次いでＥＨＡ２００Ａの逆シャトル弁２５４Ａに流れて、ＶブームＡ棒＿ブームとＶアームＡ棒＿アームの差を埋め合わせることができるようにする。コントローラはさらに、ＥＨＰＲＶ３０２に電気コマンド信号を提供して、ブームポンプ２２０Ａに戻る流体の圧力レベルに実質的に等しい、ブースト流管路２５６内の特定の圧力レベルを維持することができる。
【0096】
代替シナリオでは、操作者は、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４およびアーム油圧シリンダアクチュエータ１１６の動きを指令するのと同時に、回転台１１０の回転を指令してよい。実例では、操作者は、ジョイスティック１２２、１２４を使用して、特定の回転速度ω旋回で回転台１１０の回転を指令することができる。旋回油圧モータアクチュエータ１２０の変位および指令された速度ω旋回に基づき、コントローラは、旋回油圧モータアクチュエータ１２０に提供される、速度ω旋回を達成する流体流量の量Ｑ旋回を決定し、回転台１１０の指令された回転方向に基づき荷重保持弁２３４Ｄ、２３６Ｄの一方を作動させる。
【0097】
この場合、コントローラは、ＶブームＡ棒＿ブームとＶアームＡ棒＿アームの間の流れの差に加えてω旋回に等しい、旋回ポンプ２２０Ｄが供給する流体流量の総量Ｑ総量を決定する。コントローラは次いで、電気モータ２１８Ｄに指令して、旋回ポンプ２２０Ｄにコントローラが決定した流体流量の総量Ｑ総量を提供させる速度で回転させる。コントローラはさらに、バイパス弁２７２Ｄおよび荷重保持弁２３４Ｄまたは２３６Ｄを作動させ、調整して、旋回油圧モータアクチュエータ１２０とブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４用ブースト流の間で旋回ポンプ２２０Ｄからの流体流（すなわち、ＶブームＡ棒＿ブームとＶアームＡ棒＿アームの差）を配分する。このように、旋回ポンプ２２０Ｄが提供する流体の一部分を旋回油圧モータアクチュエータ１２０により消費して、回転台１１０を駆動し、シャトル弁２６４Ｄおよびバイパス弁２７２Ｄを通してブースト流管路２５６に別の一部分を提供して、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４により消費する。
【0098】
とりわけ、ブーム１０２、アーム１０４、およびバケット１０６の不平衡アクチュエータと異なり、回転台１１０の旋回油圧モータアクチュエータ１２０は平衡し、動作したときにブースト流を要求することも、過剰な流れを供給することもない。その結果、旋回ポンプ２２０Ｄの一方のポートを通して提供される流体流は、旋回ポンプ２２０Ｄの他方のポートに戻して提供される流体流に等しい。
【0099】
場合によっては、速度ω旋回を達成するために旋回油圧モータアクチュエータ１２０が要求する流体流量に加えてブースト流管路２５６に要求される総流量Ｑ総量は、旋回ポンプ２２０Ｄのポンプ変位に基づき旋回ポンプ２２０Ｄが供給することができる最大許容流体流量Ｑ最大、および電気モータ２１８Ｄの最大許容モータ速度を超える可能性がある。これらの場合、コントローラは、１未満の値をもたらす
【0100】
【数6】
【0101】
に等しい速度低減係数を決定することができる。コントローラは次いで、ピストン２０６Ａに関する速度コマンドＶブームおよび旋回油圧モータアクチュエータ１２０に関する旋回コマンドω旋回に速度低減係数を乗じて、それぞれ最初のコマンドＶブームおよびω旋回よりも小さな修正コマンドＶブーム＿修正およびω旋回＿修正を決定することができる。コントローラは次いで、修正コマンドを使用して、ブースト流管路２５６および旋回油圧モータアクチュエータ１２０に要求された流体流量の量を決定することができ、その結果、これらの量は、旋回ポンプ２２０Ｄのその最大許容流量Ｑ最大を超えない。
【0102】
上記で提供するシナリオは例示のための例である。異なる方法でブーム１０２、アーム１０４、バケット１０６、および回転台１１０の作動を伴う他のシナリオは、上記で論じるシナリオに類似する手法でコントローラにより管理することができることを理解されたい。
【0103】
この構成では、掘削機１００を動作させるには、専用ブーストシステムを使用することを伴わない。むしろ、回転台１１０のＥＨＡ２００Ｄ、および詳細には旋回ポンプ２２０Ｄは、旋回油圧モータアクチュエータ１２０を動作させるように構成されることに加えて、ブーストシステムとして動作することができる。このように、油圧システム３００の費用および複雑性は、それぞれのポンプ、モータ、弁、および油圧管路を伴う付加的専用ブーストシステムを伴う他のシステムよりも低くなることがある。
【0104】
図４は、実装形態の例による、油圧システム３００を動作させるための方法４００の流れ図である。
【0105】
方法４００は、ブロック４０２～４０８の１つまたは複数により例示するように、１つまたは複数の動作または活動を含んでよい。連続した順序でブロックを例示するが、これらのブロックはまた、並列に、および／または本明細書で記述する順序と異なる順序で遂行されてよい。また、さまざまなブロックは、組み合わせてより少ないブロックにしてよい、分割して付加的ブロックにしてよい、および／または所望の実装形態に基づき取り除いてよい。本明細書で開示するこれまたは他の処理および方法については、流れ図は本例の１つの可能な実装形態の機能性および動作を示すことを理解されたい。代替実装形態は、当業者が理解するように、関与する機能性に応じて実質的に同時に、または逆順を含む、示し論じる順序とは順不同で機能を実行してよい本開示の例の範囲内に含まれる。
【0106】
ブロック４０２で、方法４００は、油圧システム（たとえば、油圧システム３００）のコントローラ（たとえば、コントローラ２８２）で油圧シリンダアクチュエータ（たとえば、ブーム油圧シリンダアクチュエータ１１４）のピストン（たとえば、ピストン２０６Ａ）を伸展させるリクエストを受信するステップを含み、油圧シリンダアクチュエータは、スライド可能にピストンが適合されたシリンダ（たとえば、シリンダ２０４）を備え、ピストンは、ピストンヘッド（たとえば、ピストンヘッド２０８）およびピストンヘッドから伸展する棒（たとえば、棒２１０）を備え、ピストンヘッドは、シリンダの内部空間を分割してヘッド側チャンバ（たとえば、チャンバ２１４）および棒側チャンバ（たとえば、チャンバ２１６）にする。
【0107】
ブロック４０４で、方法４００は、応答して第１の電気モータ（たとえば、電気モータ２１８Ａ）に第１のコマンド信号を送信して、第１のポンプ（たとえば、ブームポンプ２２０Ａ）を駆動して、第１の流体流の管路（たとえば、流体流の管路２２４）を介してヘッド側チャンバに流体流を提供し、ピストンを伸展させるステップを含み、油圧シリンダアクチュエータは、ピストンを伸展させるために第１の流体流の管路を介してヘッド側チャンバに提供される流体の第１の流体流量が、ピストンが伸展するときに棒側チャンバから放出され、第２の流体流の管路（たとえば、流体流の管路２２８）を介して第１のポンプに戻して提供される流体の第２の流体流量よりも大きくなるように不平衡である。
【0108】
ブロック４０６で、方法４００は、第２の電気モータ（たとえば、電気モータ２１８Ｄ）に第２のコマンド信号を送信して、第２のポンプ（たとえば、旋回ポンプ２２０Ｄ）を駆動するステップを含み、第２のポンプは、油圧モータアクチュエータ（たとえば、旋回油圧モータアクチュエータ１２０）を駆動するために第２の電気モータにより駆動される、第２の電気モータにより反対方向に回転可能な双方向流体流供給源となるように構成される。
【0109】
ブロック４０８で、方法４００は、第２の流体流の管路に第２のポンプを流体で連結するブースト流管路２５６を介して第２のポンプからブースト流体流を提供するステップを含み、その結果、ブースト流体流は、第２の流体流の管路を介して第１のポンプに戻る流体を結合し、第１の流体流量と第２の流体流量の差を埋め合わせる。コントローラはまた、バイパス弁２７２Ｄに第３のコマンド信号を送信して、バイパス弁２７２Ｄを開けて、第２のポンプからブースト流管路を通して第２の流体流の管路に流体が流れるようにすることができる。
【0110】
上記の詳細な記述は、添付図面を参照して、開示するシステムのさまざまな特徴および動作について記述している。本明細書で記述する例示的実装形態は、限定することを意味するものではない。開示するシステムのある種の様態を、本明細書ですべて企図される広汎な異なる構成で配列および組み合わせることができる。
【0111】
さらに、前後関係がそうではないと示唆しない限り、図の各々で例示する特徴は、互いに組み合わせて使用してよい。したがって、図は、例示する特徴が実装形態ごとにすべて必要であるわけではないという理解のもとで、一般に１つまたは複数の実装形態全体の構成要素の様態と見るべきである。
【0112】
その上、本明細書または特許請求の範囲での要素、ブロック、またはステップのどの列挙も、明確にするためのものである。したがって、そのような列挙は、これらの要素、ブロック、またはステップが特定の配列に忠実である、または特定の順序で行われることを要求する、または意味すると解釈されるべきではない。
【0113】
さらに、機器またはシステムを使用または構成して、図に提示する機能を遂行してよい。いくつかの実例では、機器および／またはシステムの構成要素は、そのような性能を可能にするように（ハードウェアおよび／またはソフトウェアを用いて）実際に構成され、構造化されるように機能を遂行するように構成されてよい。他の例では、機器および／またはシステムの構成要素は、特有の手法で動作するとき、機能を遂行するように適合されるように、遂行することができるように、または遂行するのに適するように配列されてよい。
【0114】
「実質的に」または「約」という用語により、列挙する特性、パラメータ、または値は、正確に達成される必要がないが、たとえば公差、測定誤差、測定精度限界、および当業者に公知の他の要因を含む偏差または変動は、特性が提供することを意図した効果を排除しない量で発生することがあることを意味する。
【0115】
本明細書で記述する配列は、例示するためだけのものである。したがって、他の配列および他の要素（たとえば機械、インタフェース、動作、順序、および動作のグループ化など）を代わりに使用することができ、所望の結果に従っていくつかの要素を完全に省いてよいことを当業者は認識されよう。さらに、記述されている要素の多くは、任意の適切な組合せおよび場所で別個の構成要素もしくは分散構成要素として、または他の構成要素と併用して実装されてよい機能的実体である。
【0116】
さまざまな様態および実装形態について本明細書で開示してきたが、他の様態および実装形態は当業者に明らかであろう。本明細書で開示するさまざまな様態および実装形態は、例示するためのものであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は、以下の特許請求の範囲により、そのような特許請求の範囲に権利を与える均等物の全範囲と共に示される。また、本明細書で使用する専門用語は、特定の実装形態について記述するためだけのものであり、限定することを意図するものではない。
【図1】
【図2-1】
【図2-2】
【図3-1】
【図3-2】
【図4】