特許 7609684 電動式建設機械

(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】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】電動式建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20241224BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021058546

(22)【出願日】2021-03-30

(65)【公開番号】P2022155176

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2024-03-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】宝 河

(72)【発明者】

【氏名】釣賀 靖貴

(72)【発明者】

【氏名】星野 雅俊

(72)【発明者】

【氏名】土方 聖二

(72)【発明者】

【氏名】八木澤 遼

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５０７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１５５７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７８７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４１１９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０８３９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０５９３３７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０ － ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変容量型の第１油圧ポンプと、
電源から電力が供給され、前記第１油圧ポンプを駆動する第１電動モータと、
前記第１油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータにより駆動される複数の被駆動体の動作を指示する複数の操作装置と、
前記複数の操作装置の操作により前記第１油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブとを備えた電動式建設機械において、
固定容量型の第２油圧ポンプと、
前記電源から電力が供給され、前記第２油圧ポンプを駆動する第２電動モータと、
前記第１油圧ポンプの吐出油と前記第２油圧ポンプの吐出油を合流して前記コントロールバルブに供給する圧油供給路と、
前記圧油供給路の圧油の圧力を前記第１及び第２油圧ポンプからなるポンプ装置の吐出圧として検出する圧力センサと、
前記操作装置の操作と前記圧力センサによって検出された前記吐出圧とに基づいて、前記第１油圧ポンプの容量と、前記第１電動モータ及び前記第２電動モータの回転数とを制御する車体コントローラとを備え、
前記車体コントローラは、
前記吐出圧が第１閾値よりも低いときは、前記第１及び第２油圧ポンプのうち少なくとも前記第１油圧ポンプを駆動し、前記吐出圧が前記第１閾値以上にあるときは、前記第２油圧ポンプのみを駆動するように前記第１及び第２電動モータを制御するとともに、
前記吐出圧が前記第１閾値よりも低い第２閾値以上にあるときは、前記吐出圧が上昇するにしたがって前記第１及び第２油圧ポンプからなる前記ポンプ装置の吐出流量が連続的に減少し、前記ポンプ装置の出力を予め設定した最大出力以下に制限する出力制限制御を行うように、前記第１油圧ポンプの容量と前記第１及び第２電動モータの回転数を制御することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項2】

請求項１記載の電動式建設機械において、
前記車体コントローラは、
前記吐出圧が前記第１閾値よりも低いときは、前記第２油圧ポンプを停止し、前記第１油圧ポンプのみを駆動し、前記吐出圧が前記第１閾値以上にあるときは、前記第１油圧ポンプを停止し、前記第２油圧ポンプのみを駆動するよう前記第１及び第２電動モータを制御するとともに、
前記吐出圧が前記第２閾値と前記第１閾値との間にあるときは、前記第１油圧ポンプの出力が前記出力制限制御の最大出力を超えないように前記第１油圧ポンプの容量と前記第１電動モータの回転数を制御し、
前記吐出圧が前記第１閾値以上にあるときは、前記第２油圧ポンプの出力が前記出力制限制御の最大出力を超えないように前記第２電動モータの回転数を制御することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項3】

請求項１記載の電動式建設機械において、
前記圧油供給路は、
前記第１油圧ポンプに接続された第１油路と、
前記第２油圧ポンプに接続された第２油路と、
前記第１油路及び第２油路を前記コントロールバルブに接続する第３油路と、
前記第１油路に配置され、前記第１油圧ポンプの停止時に、前記第３油路から前記第１油圧ポンプへの圧油の逆流を防止するチェック弁とを備えることを特徴とする電動式建設機械。

【請求項4】

請求項１記載の電動式建設機械において、
アキュムレータと、
前記アキュムレータを前記圧油供給路に接続する圧油補給路と、
前記圧油補給路に配置され、開位置と閉位置に切り換え可能な電磁切換弁とを更に備え、
前記車体コントローラは、
前記吐出圧が前記第１閾値よりも低いときは、前記電磁切換弁を前記閉位置に保持する閉指令を出力し、前記吐出圧が前記第１閾値以上になると、前記電磁切換弁を前記閉位置から前記開位置に切り換える開指令を出力することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項5】

請求項１記載の電動式建設機械において、
前記車体コントローラは、
前記吐出圧が前記第１閾値よりも低いときは、前記第１油圧ポンプと前記第２油圧ポンプの両方を駆動し、前記吐出圧が前記第１閾値以上にあるときは、前記第１油圧ポンプを停止し、前記第２油圧ポンプの駆動を継続するよう前記第１及び第２電動モータを制御するとともに、
前記吐出圧が前記第２閾値と前記第１閾値との間にあるときは、第１油圧ポンプと前記第２油圧ポンプの合計出力が前記出力制限制御の最大出力を超えないように前記第１油圧ポンプの容量と前記第１及び第２電動モータの回転数を制御し、
前記吐出圧が前記第１閾値以上にあるときは、前記第２油圧ポンプの出力が前記出力制限制御の最大出力を超えないように前記第２電動モータの回転数を制御することを特徴とする電動式建設機械。

【請求項6】

請求項１記載の電動式建設機械において、
前記第１閾値は、前記出力制限制御の特性図において、前記最大出力を示す等出力線の最大曲率点の圧力よりも高く、最大吐出圧の３／５の圧力よりも低い値に設定されていることを特徴とする電動式建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力を動力源とした電動式建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

温暖化ガスの排出を抑えるため、従来の油圧ショベル等の建設機械のエンジンを電動モータに置き換えた電動式建設機械が開発・製品化されている。

【0003】

特許文献１は、走行モードと掘削モードと掘削エコモードの３種類の作業モードを設定するモード切替手段を備え、走行モードにおいては電動モータの回転数を第１の回転数に設定し、掘削モードにおいては電動モータの回転数を第１の回転数よりも小さな第２の回転数に設定し、掘削エコモードにおいては電動モータの回転数を第２の回転数より更に小さな第３の回転数に設定することで、電動モータの使用電力の無駄を削減し、省エネルギー化を図る技術を記載している。また、特許文献１は、作業モードに応じて電動モータの回転数だけでなく、電動モータの出力をも変更することに言及している。

【0004】

特許文献２は、ポンプ効率が高い領域でエンジンを稼働させ、油圧ポンプの効率を高めることを課題とし、エンジン回転数を横軸に持つエンジンのトルク線図上で、エンジンの出力トルクと油圧ポンプの吸収トルクとが釣り合うマッチング点が移動するようにエンジンを制御するエンジンの制御装置において、エンジンの回転数が低くなり油圧ポンプの容量が大きくなるトルク線図上の領域に、目標トルク線を設定し、この目標トルク線上の点でマッチングするように、エンジンを制御する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５８５１８４３号公報

【文献】特開２００４－１５０３０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように特許文献１では、電動式建設機械において、作業モードに応じて電動モータの回転数又は回転数と出力を変更することにより、電動モータの消費電力を削減し、省エネルギー化を図ることを提案している。

【0007】

しかし、電動モータの回転数又は回転数と出力を低下させた場合は、確かに電動モータの消費電力は低減するが、それだけでは、建設機械の力不足により作業効率が低下するなど、建設機械の掘削力等の本来の性能が損なわれてしまう可能性があり、真に省エネルギー化を実現したと言うことはできない。

【0008】

特許文献２では、エンジンの回転数が低くなり油圧ポンプの容量が大きくなるトルク線図上の領域に設定した目標トルク線上の点でマッチングするように、エンジンを制御しているため、ポンプ効率を高くすることができる。

【0009】

しかし、この提案技術もエンジン回転数を低くしており、建設機械の力不足により作業効率が低下するなど、建設機械の掘削力等の本来の性能が損なわれてしまう可能性がある。また、特許文献２は「エンジンの制御装置」を発明として提案しており、原動機としてエンジンの代わりに電動モータを使用することは意図していない。仮に原動機としてエンジンの代わりに電動モータを使用したとしても、目標トルク線上のマッチング点まで電動モータの出力を下げる必要があるため、掘削等の作業で油圧ポンプの油圧負荷が増加すると、電動モータが油圧ポンプの油圧負荷を支えられなくなり、システムが成立しなくなってしまう。

【0010】

本発明の目的は、電動モータが油圧ポンプを駆動するときの油圧ポンプのポンプ効率を改善し、建設機械の本来の性能を損なうことなく、省エネルギー化を実現することできる電動式建設機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

このような課題を解決するため、本発明は、可変容量型の第１油圧ポンプと、電源から電力が供給され、前記第１油圧ポンプを駆動する第１電動モータと、前記第１油圧ポンプの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータにより駆動される複数の被駆動体の動作を指示する複数の操作装置と、前記複数の操作装置の操作により前記第１油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブとを備えた電動式建設機械において、固定容量型の第２油圧ポンプと、前記電源から電力が供給され、前記第２油圧ポンプを駆動する第２電動モータと、前記第１油圧ポンプの吐出油と前記第２油圧ポンプの吐出油を合流して前記コントロールバルブに供給する圧油供給路と、前記圧油供給路の圧油の圧力を前記第１及び第２油圧ポンプからなるポンプ装置の吐出圧として検出する圧力センサと、前記操作装置の操作と前記圧力センサによって検出された前記吐出圧とに基づいて、前記第１油圧ポンプの容量と、前記第１電動モータ及び前記第２電動モータの回転数とを制御する車体コントローラとを備え、前記車体コントローラは、前記吐出圧が第１閾値よりも低いときは、前記第１及び第２油圧ポンプのうち少なくとも前記第１油圧ポンプを駆動し、前記吐出圧が前記第１閾値以上にあるときは、前記第２油圧ポンプのみを駆動するように前記第１及び第２電動モータを制御するとともに、前記吐出圧が前記第１閾値よりも低い第２閾値以上にあるときは、前記吐出圧が上昇するにしたがって前記第１及び第２油圧ポンプからなる前記ポンプ装置の吐出流量が連続的に減少し、前記ポンプ装置の出力を予め設定した最大出力以下に制限する出力制限制御を行うように、前記第１油圧ポンプの容量と前記第１及び第２電動モータの回転数を制御するものとする。

【0012】

このように第１油圧ポンプと第２油圧ポンプの動作範囲を分け、第１及び第２油圧ポンプからなるポンプ装置の吐出圧に基づいて第１油圧ポンプの容量と第１電動モータ及び第２電動モータの回転数を制御することにより、第１及び第２油圧ポンプのそれぞれの動作領域において第１及び第２油圧ポンプはポンプ容量（流量）が大きくポンプ効率が高い領域で動作する頻度が増加し、１つのポンプで出力制限制御を行う場合に比べて第１及び第２電動モータの消費電力の無駄を削減し、省エネルギー化を実現することができる。また、建設機械の力不足による作業効率の低下を抑制することができる。これにより電動モータが油圧ポンプを駆動するときの油圧ポンプのポンプ効率を改善し、建設機械の本来の性能を損なうことなく、省エネルギー化を実現することできる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、電動モータが油圧ポンプを駆動するときの油圧ポンプのポンプ効率を改善し、建設機械の本来の性能を損なうことなく、省エネルギー化を実現することできる、

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る電動式建設機械の一例としてクローラ型の油圧ショベルを示す図である。

【図2】本発明の第１の実施形態の電動式建設機械に搭載される油圧システムとその制御システムを含む全体システムを示す図である。

【図3A】従来の油圧システムの出力制限制御の特性図にポンプ等効率線を重ねて示す図である。

【図3B】第１の実施形態の油圧システムの出力制限制御の特性図にポンプ等効率線を重ねて示す図である。

【図3C】第１の実施形態の油圧システムで使用する固定容量型の第２油圧ポンプの吐出圧の全範囲にわたって駆動した場合の流量特性にポンプ等効率線を重ねて示す図である。

【図4】第１の実施形態の車体コントローラのアルゴリズムを示す図である。

【図5A】目標容量演算部の目標容量の演算テーブルに設定された吐出圧と目標容量との関係を示す図である。

【図5B】制限回転数演算部の第１電動モータの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【図5C】要求回転数制限部の要求回転数の演算テーブルに設定された第１ポンプの要求回転数Ｎ1reqと修正回転数Ｎ1corとの関係を示す図である。

【図6A】要求回転数制限部の要求回転数の制限回転数の演算テーブルに設定された第２ポンプの要求回転数Ｎ2reqと修正回転数Ｎ2corとの関係を示す図である。

【図6B】制限回転数演算部の第２電動モータの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【図7A】可変ポンプ制御部により第１ポンプと第１電動モータが制御されるときの第１ポンプの動作特性を示す図である。

【図7B】固定ポンプ制御部により第２電動モータが制御されるときの第２ポンプの動作特性を示す図である。

【図8】本発明の第２の実施形態の電動式建設機械に搭載される油圧システムとその制御システムを含む全体システムを示す図である。

【図9】車体コントローラに設定された電磁切換弁を切り換える制御ロジックを示す図である。

【図10】本発明の第３実施形態の電動式建設機械に搭載される油圧システムとその制御システムを含む全体システムを示す図である。

【図11】本発明の第３実施形態の動作原理を示す図３Ｂと同様な図である

【図12】第３の実施形態の車体コントローラのアルゴリズムを示す図である。

【図13A】目標容量演算部の目標容量の演算テーブルに設定された吐出圧と目標容量との関係を示す図である。

【図13B】制限回転数演算部の第１電動モータの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【図14】制限回転数演算部の第２電動モータの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【図15A】可変ポンプ制御部により第１ポンプと第１電動モータが制御されるときの第１ポンプの動作特性を示す図である。

【図15B】固定ポンプ制御部により第２電動モータが制御されるときの第２ポンプの動作特性を示す図である。

【図16A】第１の実施形態の変形例において、可変ポンプ制御部の制限回転数演算部に設定した吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【図16B】第１の実施形態の変形例において、固定ポンプ制御部に設定した吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
＜第１の実施形態＞
～建設機械～
図１は、本発明に係る電動式建設機械の一例としてクローラ型の油圧ショベルを示す図である。なお、本発明は、クローラ型の油圧ショベルに限らず、ホイール型の油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の電動式建設機械にも適用可能である。

【0016】

図１において、油圧ショベルは、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１００ａ、アーム１００ｂ及びバケット１００ｃからなる多関節型のフロント装置１００Ａと、上部旋回体１００ｄ及び下部走行体１００ｅからなる車体１００Ｂとで構成され、フロント装置１００Ａのブーム１００ａの基端は上部旋回体１００ｄの前部に垂直方向に回動可能に支持され、上部旋回体１００ｄは下部走行体１００ｅ上に旋回可能に搭載されている。ブーム１００ａ、アーム１００ｂ、バケット１００ｃ、上部旋回体１００ｄ及び下部走行体１００ｅはそれぞれブームシリンダ１０３ａ、アームシリンダ１０３ｂ、バケットシリンダ１０３ｃ、旋回モータ１０３ｄ、左右の走行モータ１０３ｅ，１０３ｆによりそれぞれ駆動される。ブーム１００ａ、アーム１００ｂ、バケット１００ｃ、上部旋回体１００ｄの動作はフロント・旋回用の操作レバー装置１０４ａ，１０４ｂ（図２参照）により生成される操作パイロット圧により指示され、下部走行体１ｅの動作は走行用の操作レバー／ペダル装置１０５ａ，１０５ｂ（図２参照）によって生成される操作パイロット圧により指示される。

【0017】

～全体システム（油圧システムと制御システム）～
図２は、本実施形態の電動式建設機械に搭載される油圧システムとその制御システムを含む全体システムを示す図である。油圧システムは符号２００で示され、制御システムは符号３００で示されている。

【0018】

本実施形態において、油圧システム２００は、可変容量型の第１油圧ポンプ１ａと、電源であるバッテリ８から電力が供給され、第１油圧ポンプ１ａを駆動する第１電動モータ２ａと、第１油圧ポンプ１ａの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータ（前述したブームシリンダ１０３ａ、アームシリンダ１０３ｂ、バケットシリンダ１０３ｃ、旋回モータ１０３ｄ、左右の走行モータ１０３ｅ，１０３ｆ）と、複数の油圧アクチュエータ１０３ａ～１０３ｆにより駆動される複数の被駆動体である上述したブーム１００ａ、アーム１００ｂ、バケット１００ｃ、上部旋回体１００ｄ及び下部走行体１ｅの動作を指示する操作装置（前述した操作レバー装置１０４ａ，１０４ｂ及び操作レバー／ペダル装置１０５ａ，１０５ｂ）と、第１油圧ポンプ１ａの吐出油が供給され、操作装置１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂの操作に応じて複数の油圧アクチュエータ１０３ａ～１０３ｆに供給される圧油を制御する複数のスプール弁を内蔵したコントロールバルブ４とを備えている。

【0019】

第１油圧ポンプ１ａはレギュレータ７を備え、レギュレータ７は第１油圧ポンプ１ａの容量（例えば斜板の傾転）を可変に調整する。

【0020】

油圧システム２００は、また、固定容量型の第２油圧ポンプ１ｂと、電源であるバッテリ８から電力が供給され、第２油圧ポンプ１ｂを駆動する第２電動モータ２ｂと、第１油圧ポンプ１ａの吐出油と第２油圧ポンプ１ｂの吐出油を合流してコントロールバルブ４に供給する圧油供給路５とを備えている。

【0021】

圧油供給路５は、第１油圧ポンプ１ａに接続された第１油路５ａと、第２油圧ポンプ１ｂに接続された第２油路５ｂと、第１油路５ａ及び第２油路５ｂをコントロールバルブ４に接続する第３油路５ｃと、第１油路５ａに配置され、第１油圧ポンプ１ａの停止時に、第３油路５ｃから第１油圧ポンプ１ａへの圧油の逆流を防止するチェック弁６とを有している。

【0022】

制御システム３００は、圧油供給路５の圧油の圧力を第１及び第２油圧ポンプ１ａ，１ｂからなるポンプ装置１の吐出圧として検出する圧力センサ１０と、操作装置１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂの操作パイロット圧のうち最も高い圧力を取り出すシャトル弁ブロック１１と、このシャトル弁ブロック１１によって取り出された操作パイロット圧を検出する圧力センサ１２と、バッテリ８の直流電流を三相交流に変換し、第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数を制御する第１及び第２インバータ１５ａ，１５ｂと、車体コントローラ２０とを備えている。

【0023】

圧力センサ１０は圧油供給路５の第３油路５ｃに設けられ、第３油路５ｃを流れる圧油の圧力を第１及び第２油圧ポンプ１ａ，１ｂからなるポンプ装置１の吐出圧として検出する。なお、「第１及び第２油圧ポンプ１ａ，１ｂからなるポンプ装置１」とは、説明の便宜上そのように定義したが、「ポンプ装置１」を構成する第１及び第２油圧ポンプ１ａ，１ｂは機械的に一体の装置である必要はなく、第１及び第２油圧ポンプ１ａ，１ｂはそれぞれ個別のポンプであってもよい。

【0024】

シャトル弁ブロック１１と圧力センサ１２は、シャトル弁ブロック１１によって取り出された操作装置１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂの操作パイロット圧のうち最も高い圧力を圧力センサ１２が検出することで、操作装置１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂの操作を検出する。

【0025】

車体コントローラ２０は、シャトル弁ブロック１１と圧力センサ１２によって検出された操作装置１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂの操作と、圧力センサ１０によって検出された吐出圧に基づいて、第１油圧ポンプ１ａの容量と第１電動モータ２ａ及び第２電動モータ２ｂの回転数を制御する。

【0026】

～動作原理～
本発明の動作原理を図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを用いて説明する。なお、以下において、「油圧ポンプ」は適宜単に「ポンプ」と言う。

【0027】

図３Ａは、従来の油圧システムの出力制限制御の特性図にポンプ等効率線を重ねて示す図であり、図３Ｂは、本実施形態の油圧システムの出力制限制御の特性図にポンプ等効率線を重ねて示す図である。従来の油圧システムでは油圧ポンプは１つ（可変容量型の油圧ポンプ）であり、本実施形態ではポンプは２つ（可変容量型の第１ポンプ１ａと固定容量型の第２ポンプ１ｂ）である。図３Ｃは、本実施形態の油圧システムで使用する固定容量型の第２ポンプ１ｂの吐出圧の全範囲にわたって駆動した場合の流量特性にポンプ等効率線を重ねて示す図である。

【0028】

図３Ａ～図３Ｃにおいて、横軸はそれぞれのポンプの吐出圧であり、縦軸はそれぞれのポンプの吐出流量である。２つのポンプを使用する本実施形態では、横軸の吐出圧はそれらの吐出油が流れる第３油路５ｃの圧力である。図３Ａの場合も図３Ｂの場合も必要なポンプ出力は同じであるが、そのポンプ出力を図３Ａでは１つのポンプで発生し、図３Ｂでは２つのポンプで発生する。

【0029】

符号Ａで示される曲線は等出力線であり、横軸に示されるＰL0（第２閾値）は出力制限制御の開始圧力である。Ｐmaxは油圧システムに備えられるメインリリーフ弁（図示せず）で決まる圧油供給路５の最大圧力（最大ポンプ吐出圧）である。縦軸のＱ1maxは、第１ポンプ１ａの容量が最大で、第１ポンプ１ａが基準回転数（例えば１８００ｒｐｍ）で駆動されるときの吐出流量である。

【0030】

エンジンで駆動される可変容量型のポンプを備える油圧ショベルでは、掘削など高負荷時にはエンジンストールを防ぐため、吐出圧が高くなるにしたがってポンプの容量（流量）を制限している。具体的には、エンジン出力、補機の負荷及びポンプの効率（ポンプ効率）から許容される最大出力Ｍを設定し、吐出圧がＰL0以上になると、吐出圧が高くなるにしたがって流量を減少させ、ポンプの出力が最大出力Ｍを超えないように（ポンプの吐出流量がＭ／吐出圧で算出される最大流量を超えないように）ポンプの容量（流量）を制御することで、ポンプの出力をＭに制限している。この制御は一般に馬力制限制御（本明細書では出力制限制御という）と呼ばれている。この出力制限制御の最大出力Ｍが、図３Ａに示した等出力線Ａで示されている。ポンプの吐出圧の全範囲で、ポンプの流量が常に等出力線Ａの内側（原点側）にあれば、ポンプ出力はＭを超えることがなく、エンジンストールを防ぐことができる。

【0031】

電動モータで駆動されるポンプの場合も同様であり、図３Ａに示すように等出力線Ａを設定することで、ポンプの出力が最大出力Ｍを超えないようにポンプの容量と回転数を制御する。これにより掘削等の作業で油圧ポンプの油圧負荷が増加するとき、電動モータがポンプの油圧負荷を支えられなくなることを防止し、効率良く掘削等の作業を行うことができる。

【0032】

一方、ポンプの効率は容積効率及びトルク効率で規定される値であり、ポンプ容量が大きいほど容積効率及びトルク効率が良くなり、ポンプ効率が高くなることが知られており（例えば上述した特許文献２「特開２００４－１５０３０４号公報」参照）、図３Ａに示すように、中間的な吐出圧で流量（容量）が大きいときにポンプ効率が最も高くなり、吐出圧と流量が低い領域ではポンプ効率は低下する。

【0033】

図３Ｂにおいて、縦軸に示されるＱ2maxは、本実施形態における固定容量型の第２ポンプ１ｂが基準回転数（例えば１８００ｒｐｍ）で駆動されるときの流量（基準流量）である。第２ポンプ１ｂは図３Ｃに示すように、吐出圧の全範囲にわたって基準回転数で駆動される場合は、常に一定の流量Ｑ2maxを吐出する。横軸に示されるＰL（第１閾値）は、本実施形態において第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂの駆動形態を切り換える圧力（以下切り換え圧力と言う）である。

【0034】

本発明では、図３Ｂに示すように、第１及び第２ポンプの動作範囲を分け、吐出圧がＰLよりも低いときは、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのうち少なくとも第１ポンプ１ａを駆動し、吐出圧がＰL以上にあるときは、第２ポンプ１ｂのみを駆動するように第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂを制御する。また、吐出圧がＰL0（第２閾値）以上にあるときは、吐出圧が上昇するにしたがって第１及び第２ポンプポンプ１ａ，１ｂからなるポンプ装置１の吐出流量が連続的に減少し、ポンプ装置１の出力を予め設定した最大出力Ｍ以下に制限する出力制限制御を行うように、第１ポンプ１ａの容量と、第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数（第１ポンプ１ａ及び第２ポンプ１ｂの回転数）を制御する。

【0035】

１つのポンプで出力制限制御を行った場合は、ポンプ効率が高い領域が出力制限制御が行われる領域と重なるため、相対的にポンプ効率が低い領域でポンプを駆動せざるを得ないが、適切な動作範囲を持つ２つのポンプ（第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂ）を選んで上記のように動作させれば、出力制限制御を行っても、ポンプ効率が高い領域を使うことができる。

【0036】

これにより、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのそれぞれの動作領域において、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂは容量（流量）が大きくポンプ効率が高い領域で動作する頻度が増加し、１つのポンプで出力制限制御を行う場合に比べて第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの消費電力の無駄を削減し、省エネルギー化を実現でき、しかも建設機械の力不足による作業効率の低下を抑制することができる。

【0037】

ここで、第２ポンプ１ｂの固定容量は、吐出圧がＰLを超えたときの等出力線Ａ上の動作点付近に基準流量を持つように設定する。

【0038】

また、切り換え圧力ＰLは、作業負荷によって変化する負荷圧力の分布や使用するポンプの効率の特性を考慮し、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂが一つのポンプ１として出力制限制御を行うときのポンプ効率が最適になるように設定すればよい。具体的には、出力制限制御の特性図を示す図３Bにおいて、等出力線ＡはＱ＝Ｍ／Ｐで表される双曲線であり、切り換え圧力ＰL（第１閾値）は、等出力線Ａの最大曲率点Ｘでの圧力よりも高く、最大吐出圧Ｐmaxの３／５の圧力よりも低い値に設定設定されることが好ましい。本実施形態では、一例として、切り換え圧力ＰLは最大吐出圧Ｐmaxの１／２に設定される。

【0039】

このように第２ポンプ１ｂの固定容量や切り換え圧力ＰL（第１閾値）を設定することにより、ポンプ効率の最適化が図れるとともに、等出力線Ａ上の流量変化が小さい領域で第１ポンプ１ａから第２ポンプ１ｂへの切り換えが行われるため、ポンプ切り換え時の吐出流量の変動を抑え、ポンプの切り換えをスムーズに行うことができる。

【0040】

～車体コントローラ～
車体コントローラ２０は、上述した動作原理を実現するよう第１ポンプ１ａの容量と、第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数（第１ポンプ１ａ及び第２ポンプ１ｂの回転数）を制御する。

【0041】

より詳しくは、車体コントローラ２０は、圧力センサ１０によって検出された吐出圧がＰL（第１閾値）よりも低いときは、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのうち少なくとも第１ポンプ１ａを駆動し、吐出圧がＰL（第１閾値）以上にあるときは、第２ポンプ１ｂのみを駆動するように第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂを制御する。また、車体コントローラ２０は、吐出圧がＰL0（第２閾値）以上にあるときは、吐出圧が上昇するしたがって第１及び第２ポンプポンプ１ａ，１ｂからなるポンプ装置１の吐出流量が連続的に減少し、ポンプ装置１の出力を予め設定した最大出力Ｍ以下に制限する出力制限制御を行うように、第１ポンプ１ａの容量と、第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数（第１ポンプ１ａ及び第２ポンプ１ｂの回転数）を制御する。

【0042】

また、上記制御を実現するため、本実施形態においては、車体コントローラ２０は、吐出圧がＰＬ（第１閾値）よりも低いときは、第２ポンプ１ｂを停止し、第１ポンプ１ａのみを駆動し、吐出圧がＰＬ（第１閾値）以上にあるときは、第１ポンプ１ａを停止し、第２ポンプ１ｂのみを駆動するよう第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂを制御する。車体コントローラ２０は、吐出圧がＰL0（第２閾値）とＰL（第１閾値）との間にあるときは、第１ポンプ１ａの出力が出力制限制御の最大出力Ｍを超えないように第１ポンプ１ａの容量と第１電動モータ２ａの回転数を制御し、吐出圧がＰL（第１閾値）以上にあるときは、第２ポンプ１ｂの出力が出力制限制御の最大出力Ｍを超えないように第２電動モータの回転数を制御する。

【0043】

図４は、上述した制御を行う車体コントローラ２０のアルゴリズムを示す図である。このアルゴリズムは車体コントローラ２０内で繰り返し実行される。

【0044】

車体コントローラ２０は、要求流量演算部２０ａと、可変ポンプ制御部２０ｂと、固定ポンプ制御部２０ｃとを有している。以下順番に説明する。

【0045】

要求流量演算部２０ａ
要求流量演算部２０ａは要求流量の演算テーブルを備え、圧力センサ１２によって検出された操作パイロット圧Ｐiを入力し、操作パイロット圧Ｐiに応じた目標流量Ｑreqを演算する。目標流量Ｑreqは２つのポンプ１ａ，１ｂを合わせた目標流量である。要求流量の演算テーブルには、操作パイロット圧Ｐiが上昇するにしたがって目標流量Ｑreqが増大するように、操作パイロット圧Ｐiと目標流量Ｑreqとの関係が設定されている。

【0046】

可変ポンプ制御部２０ｂ
可変ポンプ制御部２０ｂは、第１ポンプ１ａの目標容量演算部５０と、第１電動モータ２ａの制限回転数演算部５１と、除算部５３と、第１電動モータ２ａの要求回転数制限部５４と、最小値選択部５５とを有している。

【0047】

目標容量演算部５０は、第１ポンプ１ａの目標容量の演算テーブルを備え、圧力センサ１０によって検出された第３油路５ｃの圧力を第１ポンプ１ａの吐出圧Ｐsとして入力し、吐出圧Ｐsに応じた第１ポンプ１ａの目標容量ｑ1を演算する。第１ポンプ１ａの目標容量ｑ1は容量指令としてレギュレータ７に出力される。また、第１ポンプ１ａの目標容量ｑ1は、除算部５３に送られる。

【0048】

図５Ａは、目標容量の演算テーブルに設定された吐出圧と目標容量との関係を示す図である。目標容量の演算テーブルには、吐出圧Ｐsが０からＰL0までにある間は、目標容量ｑ1は最大容量ｑmaxで一定あり、吐出圧ＰsがＰL0からＰLまでにある間は、目標容量ｑ1は最大容量ｑmaxから容量ｑaまで徐々に減少し、吐出圧ＰsがＰL間から最大Ｐmaxまでにある間は、目標容量ｑ1は容量ｑaで一定となるように、吐出圧Ｐsと目標容量ｑ1との関係が設定されている。容量ｑaは後述する第２ポンプ１ｂの固定容量ｑ2に等しい値に設定されている。

【0049】

制限回転数演算部５１は、第１電動モータ２ａの制限回転数の演算テーブルを備え、圧力センサ１０によって検出された第３油路５ｃの圧力を第１ポンプ１ａの吐出圧Ｐsとして入力し、吐出圧Ｐs に応じた第１電動モータ２ａの制限回転数Ｎ1を演算する。

【0050】

図５Ｂは、第１電動モータ２ａの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。制限回転数の演算テーブルには、吐出圧Ｐsが０からＰL0までにある間は、制限回転数Ｎ1は出力制限制御の最大回転数Ｎ1amaxで一定あり、吐出圧ＰsがＰL0からＰLまでにある間は、制限回転数Ｎ1は最大回転数Ｎ1amaxから中間回転数Ｎa1まで徐々に減少し、吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまでにある間は、制限回転数Ｎ1はゼロとなる（第１電動モータ２ａが停止する）ように、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ1との関係が設定されている。

【0051】

ここで、吐出圧ＰsがＰL0にあるとき、第１ポンプ１ａは図５Ａの最大容量ｑmaxにあり、第１電動モータ２ａは図５Ｂの最大回転数Ｎ1amaxにあり、第１ポンプ１ａは図３Ｂの最大流量Ｑ1maxを吐出する。このときのｑmax及びＮ1amaxとＱ1maxとの関係は以下の式で表される。

【0052】

Ｑ1max＝ｑmax×Ｎ1amax
また、吐出圧ＰsがＰLまで低下すると、第１ポンプ１ａは図５Ａの容量ｑaにあり、第１電動モータ２ａは図５Ｂの中間回転数Ｎa1にあり、第１ポンプ１ａは図３Ｂの流量Ｑ2max（第２ポンプ１ｂの基準流量）と等しい流量を吐出する。このときのｑa及びＮa1とＱ2maxとの関係は以下の式で表される。

【0053】

Ｑ2max＝ｑa×Ｎa1
Ｎ1amaxは第１電動モータ２ａの基準回転数（例えば１８００ｒｐｍ）である。

【0054】

吐出圧ＰsがＰL0からＰLまで変化する間の第１ポンプ１ａの容量ｑ1と第１電動モータ２ａの制限回転数Ｎ1の変化割合は、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ1との積（出力）が図３Ｂの等出力曲線Ａ上の最大出力Ｍに等しくなるように設定されている。

【0055】

除算部５３は、要求流量演算部２０ａで演算された目標流量Ｑreqを目標容量演算部５０で演算された第１ポンプ１ａの目標容量ｑ1で除算し、第１ポンプ１ａの要求回転数Ｎ1reqを演算する。

【0056】

要求回転数制限部５４は、第１電動モータ２ａの要求回転数の制限テーブルを備え、除算部５３によって演算された第１ポンプ１ａの要求回転数Ｎ1reqを入力し、要求回転数Ｎ1reqの最小値と最大値を制限した修正回転数Ｎ1corを演算する。

【0057】

図５Ｃは、要求回転数の演算テーブルに設定された第１ポンプ１ａの要求回転数Ｎ1reqと修正回転数Ｎ1corとの関係を示す図である。要求回転数の制限テーブルには、要求回転数Ｎ1reqがゼロから回転数Ｎ0までにある間は、修正回転数Ｎ1corはゼロnであり、要求回転数Ｎ1reqがＮ0から回転数Ｎrまでにある間は、要求回転数Ｎ1reqが増大するにしたがって修正回転数Ｎ1corも増大し、要求回転数Ｎ1reqが回転数Ｎrを超えると、修正回転数Ｎ1corは許容最大回転数Ｎ1maxで一定となるように要求回転数Ｎ1reqと修正回転数Ｎ1corとの関係が設定されている。

【0058】

図５Ｂに示した出力制限制御の最大回転数Ｎ1amxは、許容最大回転数Ｎ1maxよりもわずかに小さい値に設定されている。Ｎ1amxはＮ1maxと等しい値に設定してもよい。

【0059】

最小値選択部５５は、制限回転数演算部５１で演算された制限回転数Ｎ1と要求回転数制限部５４で演算された修正回転数Ｎ1corの小さい方の値を第１電動モータ２ａの目標回転数指令として選択し、その目標回転数指令を第１電動モータ２ａのインバータ３ａに出力する。

【0060】

これにより吐出圧ＰsがＰL0からＰLまでにある間、Ｎ1cor＜Ｎ1の範囲では、第１ポンプ１ａは図３Ｂの等出力線Ａの内側で動作し、Ｎ1cor≧Ｎ1の範囲では、第１ポンプ１ａは図３Ｂの等出力線Ａ上で動作する。

【0061】

吐出圧がＰL0以下のとき、吐出圧とポンプ容量の積で表される出力は等出力線Ａの最大出力Ｍより小さく、第１ポンプ１ａは図３Ｂの吐出圧がＰL0以下の領域で要求流量に応じて動作する。

【0062】

固定ポンプ制御部２０ｃ
固定ポンプ制御部２０ｃは、除算部５６と、第２電動モータ２ｂの要求回転数制限部５７と、第２電動モータ２ｂの制限回転数演算部５８と、最小値選択部５９とを有している。

【0063】

除算部５６は、要求流量演算部２０ａで演算された目標流量Ｑreqを第２ポンプ１ｂの固定容量ｑ2で除算し、第２ポンプ１ｂの要求回転数Ｎ2reqを演算する。

【0064】

要求回転数制限部５７は、第２電動モータ２ｂの要求回転数の制限テーブルを備え、除算部５６によって演算された第２ポンプ１ｂの要求回転数Ｎ2reqを入力し、要求回転数Ｎ2reqの最小値と最大値を制限した修正回転数Ｎ2corを演算する。

【0065】

図６Ａは、要求回転数の制限回転数の演算テーブルに設定された第２ポンプ１ｂの要求回転数Ｎ2reqと修正回転数Ｎ2corとの関係を示す図である。要求回転数の制限テーブルには、第１電動モータ２ａの要求回転数制限部５４と同様、要求回転数Ｎ2reqがゼロから回転数Ｎ0までにある間は、修正回転数Ｎ2corはゼロであり、要求回転数Ｎ2reqがＮ0から回転数Ｎrまでにある間は、要求回転数Ｎ2reqが増大するにしたがって修正回転数Ｎ2corも増大し、要求回転数Ｎ2reqが回転数Ｎrを超えると、修正回転数Ｎ2corは許容最大回転数Ｎ2maxで一定となるように要求回転数Ｎ2reqと修正回転数Ｎ2corとの関係が設定されている。

【0066】

制限回転数演算部５８は、第２電動モータ２ｂの制限回転数の演算テーブルを備え、圧力センサ１０によって検出された第３油路５ｃの圧力を第２ポンプ１ｂの吐出圧Ｐsとして入力し、吐出圧Ｐs に応じた第２電動モータ２ｂの制限回転数Ｎ2を演算する。

【0067】

図６Ｂは、第２電動モータ２ｂの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。制限回転数の演算テーブルには、吐出圧Ｐsが０からＰLまでにある間は、制限回転数Ｎ2はゼロであり、吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまでにある間は、制限回転数Ｎ2は出力制限制御の最大回転数Ｎ2bmaxから出力制限制御の最小回転数Ｎ2minまで徐々に減少するように、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ2との関係が設定されている。

【0068】

ここで、吐出圧ＰsがＰLにあるとき、固定容量ｑ2の第２ポンプ１ｂは図３Ｂの最大流量Ｑ1maxを吐出する。このときのＮ2bmaxとＱ1maxとの関係は以下の式で表される。

【0069】

Ｑ2max＝ｑ2×Ｎ2bmax
Ｎ2bmaxは許容最大回転数Ｎ2maxよりわずかに小さい値に設定されている。Ｎ2bmaxはＮ2maxと等しい値に設定してもよい。

【0070】

また、吐出圧ＰsがＰmaxにあるとき、固定容量ｑ2の第２ポンプ１ｂは図３Ｂの最小流量Ｑ2minを吐出する。このときのＮ2minとＱ2minとの関係は以下の式で表される。

【0071】

Ｑ2min＝ｑ2×Ｎ2min
吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまで変化する間の第２電動モータ２ｂの制限回転数Ｎ2の変化割合は、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ2との積（出力）が図３Ｂの等出力線Ａ上の最大出力Ｍに等しくなるように設定されている。

【0072】

最小値選択部５９は、制限回転数演算部５８で演算された第２電動モータ２ｂの制限回転数Ｎ2と要求回転数制限部５７で演算された修正回転数Ｎ2corの小さい方の値を第２電動モータ２ｂの目標回転数指令として選択し、その目標回転数指令を第２電動モータ２ｂのインバータ３ｂに出力する。

【0073】

これにより吐出圧ＰsがゼロからＰLまでにある間、第２ポンプ１ｂの吐出流量はゼロとなり、ＰLからＰmaxまでにある間、Ｎ2cor＜Ｎ2の範囲では、第２ポンプ１ｂは図３Ｂの等出力線Ａの内側で動作し、Ｎ2cor≧Ｎ2の範囲では、第２ポンプ１ｂは図３Ｂの等出力線Ａ上で動作する。

【0074】

図７Ａは、可変ポンプ制御部２０ｂにより第１ポンプ１ａと第１電動モータ２ａが制御されるときの第１ポンプ１ａの動作特性を示す図である。図７Ｂは、固定ポンプ制御部２０ｃにより第２電動モータ２ｂが制御されるときの第２ポンプ１ｂの動作特性を示す図である。

【0075】

図７Ａにおいて、吐出圧ＰsがＰL0からＰLまでにある間は、第１ポンプ１ａの出力は等出力線Ａ上の最大出力Ｍに制限され、吐出圧ＰsがＰLになると、第１ポンプ１ａは停止する。

【0076】

図７Ｂにおいて、吐出圧ＰsがゼロからＰL0までにある間は、第２ポンプ１ｂは停止しており、吐出圧ＰsがＰLになると、第２ポンプ１bは回転を開始し、吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまでにある間、第２ポンプ１ｂの出力は等出力線Ａ上の最大出力Ｍに制限される。

【0077】

このように動作する第１ポンプ１ａと第２ポンプ１ｂの動作特性を合成することで、図３Ｂに示した動作特性が得られる。

【0078】

～効果～
本実施形態によれば以下の効果が得られる。

【0079】

１．本実施形態において、車体コントローラ２０は、圧油供給路５の圧油の圧力（吐出圧）がＰLよりも低いときは、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのうち少なくとも第１ポンプ１ａを駆動し、吐出圧がＰL以上になると、第２ポンプ１ｂのみを駆動するように第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数を制御する。また、車体コントローラ２０は、吐出圧がＰL0（第２閾値）以上になると第１及び第２ポンプポンプ１ａ，１ｂが１つのポンプとして出力制限制御を行うように、第１ポンプ１ａの容量と、第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数（第１ポンプ１ａ及び第２ポンプ１ｂの回転数）を制御する。

【0080】

これにより第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのそれぞれの動作領域において、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂはポンプ容量（流量）が大きくポンプ効率が高い領域で動作する頻度が増加し、１つのポンプで図３Ａに示すように出力制限制御を行う場合に比べて第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの消費電力の無駄を削減し、省エネルギー化を実現することができる。また、建設機械の力不足による作業効率の低下を抑制することができる。

【0081】

このように本実施形態によれば、電動モータが駆動する油圧ポンプのポンプ効率を改善し、建設機械の本来の性能を損なうことなく、省エネルギー化を実現することできる。

【0082】

２．また、本実施形態においては、電源としてバッテリ８を用いており、上述した省エネルギー化によりバッテリ８の消費電力が減少し、建設機械の稼働時間を長期化することができる。

【0083】

なお、電源として商用電源を用いた場合は、使用電力量が減るため、電力料金を安価にすることができる。

【0084】

３．また、本実施形態においては、第２ポンプ１ｂの固定容量は、吐出圧がＰLを超えたときの等出力線Ａ上の動作点付近に基準流量を持つように設定されている。また、切り換え圧力ＰLは、等出力線Ａの最大曲率点Ｘでの圧力よりも高く、最大吐出圧Ｐmaxの３／５の圧力よりも低い値に設定設定され、一例として、切り換え圧力ＰLは最大吐出圧Ｐmaxの１／２に設定されている。これによりポンプ効率の最適化が図れるとともに、等出力線Ａ上の流量変化が小さい領域で第１ポンプ１ａから第２ポンプ１ｂへの切り換えが行われるため、ポンプ切り換え時の吐出流量の変動を抑え、ポンプの切り換えをスムーズに行うことができる。

【0085】

４．更に、本実施形態においては、第１ポンプ１ａの圧油供給路である第１油路５ａに、第１ポンプ１ａの停止時に、第３油路５ｃから第１ポンプ１ａへの圧油の逆流を防止するチェック弁６を設置した。これにより吐出圧がＰL（第１閾値）を超え、第１ポンプ１ａを停止して第２ポンプ１ｂを駆動するとき、第２ポンプ１ｂの吐出油が第１ポンプ１ａに逆流することを防止し、第２ポンプ１ｂの吐出油の全量をアクチュエータに供給することができる。

【0086】

＜変形例＞
上記の実施形態では、図５Ｂ及び図５Ｃに示したように、可変ポンプ制御部２０ｂの制限回転数演算部５１において、吐出圧ＰsがＰmaxまで上昇すると、制限回転数Ｎ1はステップ的にゼロに減少し（第１電動モータ２ａが停止し）、固定ポンプ制御部２０ｃの制限回転数演算部５８において、吐出圧ＰsがＰLになると、制限回転数Ｎ2はステップ的にＮ2bmaxに増加するように、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ1，Ｎ2との関係を設定した。しかし、制限回転数Ｎ1，Ｎ2は、切り換え圧力ＰLにおいて、それぞれ、所定の変化率で変化するように設定してもよい。

【0087】

図１６Ａ及び図１６Ｂは、そのように制限回転数Ｎ1，Ｎ2を設定した場合の吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【0088】

制限回転数演算部５１の制限回転数の演算テーブルには、図１６Ａに示すように、吐出圧ＰsがＰL以上になると、制限回転数Ｎ1が中間回転数Ｎaから斜線Ｈ1に沿って減少するように吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ1との関係が設定されている。また、制限回転数演算部５８の制限回転数の演算テーブルには、図１６Ｂに示すように、吐出圧ＰsがＰL以上になると、制限回転数Ｎ1がゼロから斜線Ｈ2に沿って増加するように吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ2との関係が設定されている。斜線Ｈ1のＮ1の変化率と斜線Ｈ2の変化率は、Ｎ1とそのときの第１ポンプ１ａの目標容量ｑ1との積（＝流量）と、第２ポンプ１ｂの固定容量ｑ2との積（＝流量）との和が図３Ｂに示す等出力線Ａ上の流量に一致するように設定される。これにより吐出圧ＰsがＰLを超え、油圧ポンプが第１ポンプ1ａから第２ポンプ１ｂに切り換わるときの流量変動を更に抑えることができる。

【0089】

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を図８及び図９を用いて説明する。

【0090】

図８、本発明の第２の実施形態の電動式建設機械に搭載される油圧システムとその制御システムを含む全体システムを示す図である。油圧システムは符号２００Ａで示され、制御システムは符号３００でＡ示されている。車体コントローラは符号２０Ａで示されている。

【0091】

本実施形態において、油圧システム２００Ａは、図２に示す第１の実施形態の油圧システム２００の構成要素に加えて、アキュムレータ６０と、アキュムレータ６０を圧油供給路５の第３油路５ｃに接続する圧油補給路６１と、圧油補給路６１に配置され、開位置と閉位置に切り換え可能な電磁切換弁６２とを更に備えている。

【0092】

また、油圧システム２００Ａは、圧油補給路６１と並列に設けられ、ブーム１０１ａ（図１参照）の慣性負荷でブーム下げ方向に駆動されることのあるブームシリンダ１０３ａのボトム側をアキュムレータ６０に接続する圧油回収路６３と、この圧油回収路６３に設置され、ブームシリンダ１０３ａのボトム側の圧力が圧油補給路６１の圧力以上になったときに開弁し、ブームシリンダ１０３ａのボトム側の圧油の一部をアキュムレータ６０に回収し蓄圧するチェック弁６４とを備えている。

【0093】

圧油回収路６３に接続される油圧アクチュエータは、被駆動部材の慣性負荷で駆動されることのあるアクチュエータであれば、ブームシリンダ１０３ａ以外のアクチュエータ、例えば図１に示されるアームシリンダ１０３ｂ、旋回モータ１０３ｄ、或いはそれらの組み合わせなど、それ以外のアクチュエータであってもよい。

【0094】

図９は、車体コントローラ２０Ａに設定された電磁切換弁６２を切り換える制御ロジックを示す図である。

【0095】

車体コントローラ２０Ａは、電磁切換弁６２の切り換え圧力として、前述した切り換え圧力（第１閾値）ＰLに等しい圧力を設定し、圧油供給路５の第３油路５ｃの圧力である吐出圧が第１閾値ＰLよりも低いときは、電磁切換弁６２を閉位置に保持する閉指令を出力し、吐出圧が第３閾値ＰL以上になると、電磁切換弁６２を閉位置から開位置に切り換える開指令を出力する。

【0096】

このように構成した本実施形態においては、圧油供給路５の第３油路５ｃの圧力が切り換え圧力ＰL（第１閾値）を超え、第１ポンプ１ａを停止し、第２ポンプ１ｂのみを駆動するよう第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂを制御するとき、それと同時に、車体コントローラ２０Ａは電磁切換弁６２に開指令を出力して電磁切換弁６２を開位置に切り換え、アキュムレータ６０の蓄圧された圧油を圧油供給路５に合流させる。これによりコントロールバルブ４に圧油を供給する油圧ポンプが第１ポンプ１ａから第２ポンプ１ｂに切り換わる際の圧力変動が吸収され、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂの切り換えを更にスムーズに行うことができる。

【0097】

また、アキュムレータ６０は、油圧シリンダ１０３ａから排出され、回収した圧油を利用して蓄圧するため、特別な油圧源を必要とせず、省エネルギー化が図れる。

【0098】

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態を図１０～図１５Ｂを用いて説明する。

【0099】

～全体システム（油圧システムと制御システム）～
図１０は、本発明の第３実施形態の電動式建設機械に搭載される油圧システムとその制御システムを含む全体システムを示す図である。

【0100】

図１０において、車体コントローラは符号２０Ｂで示され、車体コントローラ２０Ｂを含む制御システムが符号３００Ｂで示されている。本実施形態では、車体コントローラ２０Ｂのアルゴリズムが第１の実施形態と異なっている。それ以外の構成は第１の実施の形態と同じである。

【0101】

～動作原理～
図１１は、本実施形態の油圧システムの出力制限制御の特性図にポンプ等効率線を重ねて示す、図３Ｂと同様な図である
本実施形態では、吐出圧がＰLは以下であるときは第１ポンプ１ａと第２ポンプ１ｂの両方が駆動され、吐出圧がＰLを超えると、第１ポンプ１ａが停止し、第２ポンプ１ｂのみが駆動されるように第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂを制御する。

【0102】

このように２つのポンプ１ａ，１ｂの動作領域を分けた場合でも、吐出圧がＰLを超えたときは第１ポンプ１ａを駆動せず、吐出圧がＰLを超えたときの等出力線Ａ上の動作点付近に基準流量を持つ固定容量型の第２ポンプのみを駆動し、吐出圧がＰL以下のときは、第１ポンプ１ａだけでなく、第２ポンプ１ｂも駆動する。これにより第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのそれぞれの動作領域において、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂはポンプ容量（流量）が大きくポンプ効率が高い領域で動作する頻度が更に増加する。

【0103】

また、本実施形態では、第２ポンプ１ｂは全吐出範囲で動作するため、切り換え圧力ＰLにおいて第１ポンプ１ａが停止するポンプ切り換え時に吐出流量の変動は発生せず、ポンプの切り換えを極めてスムーズに行うことができる。

【0104】

～車体コントローラ～
車体コントローラ２０Ｂは、上述した動作原理を実現するよう第１ポンプ１ａの容量と、第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数（第１ポンプ１ａ及び第２ポンプ１ｂの回転数）を制御する。

【0105】

より詳しくは、車体コントローラ２０Ｂは、圧油供給路５の圧油の圧力（吐出圧）が切り換え圧力ＰL（第１閾値）よりも低いときは、第１ポンプ１ａと第２ポンプ１ｂの両方を駆動し、吐出圧がＰＬ（第１閾値）以上にあるときは、第１ポンプ１ａを停止し、第２ポンプ１ｂの駆動を継続するよう第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂを制御する。また、車体コントローラは、吐出圧がＰL0（第２閾値）とＰＬ（第１閾値）との間にあるときは、第１ポンプ１ａと第２ポンプ１ｂの合計出力が出力制限制御の最大出力Ｍを超えないように第１ポンプ１ａの容量と第１及び第２電動モータ２ａ，２ｂの回転数を制御し、吐出圧がＰＬ（第１閾値）以上にあるときは、第２ポンプ１ｂの出力が出力制限制御の最大出力Ｍを超えないように第２電動モータ２ｂの回転数を制御する。

【0106】

図１２は、上述した動作原理を実現する車体コントローラ２０Ｂのアルゴリズムを示す図である。

【0107】

図１２において、本実施形態は、図４に示す第１の実施形態のアルゴリズムに対し、以下の点で相違している。

【0108】

１．可変ポンプ制御部２０Ｂｂにおいて、第１電動モータ２ａの制限回転数演算部５１に代えて制限回転数演算部５１Ｂを備え、かつ第１の実施の形態になかった減算部５２を備え、減算部５２の演算値が除算部５３に入力される点。

【0109】

２．固定ポンプ制御部２０Ｂｃにおいて、第２電動モータ２ｂの制限回転数演算部５８に代えて制限回転数演算部５８Ｂを備えている点。

【0110】

図１３Ａは、可変ポンプ制御部２０Ｂｂにおける第１ポンプ１ａの目標容量演算部５０の目標容量の演算テーブルに設定された吐出圧と目標容量との関係を示す図である。図１３Ａは第１の実施形態の図５Ａと同じであるが、第１電動モータ２ａの制限回転数演算部５１Ｂに係わる説明の理解を容易にするため再掲したものである。

【0111】

図１３Ｂは、制限回転数演算部５１Ｂの第１電動モータ２ａの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【0112】

図１３Ｂにおいて、制限回転数演算部５１Ｂの制限回転数の演算テーブルには、吐出圧Ｐsが０からＰL0までにある間は、制限回転数Ｎ1は出力制限制御の最大回転数Ｎcmaxで一定あり、吐出圧ＰsがＰL0からＰLまでにある間は、制限回転数Ｎ1は最大回転数Ｎcmaxからゼロまで減少する（第１電動モータ２ａが停止する）ように、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ1との関係が設定されている。

【0113】

ここで、吐出圧ＰsがＰL0にあるとき、第１ポンプ１ａは図１３Ａの最大容量ｑmaxにあり、第１電動モータ２ａは図１３Ｂの最大回転数Ｎcmaxにあり、第１ポンプ１ａは図１１の最大流量Ｑ1max－Ｑ2maxを吐出する。Ｑ1max－Ｑ2maxをＱ3maxで表わすと（Ｑ3max＝Ｑ1max－Ｑ2max），このときのｑmax及びＮcmaxとＱ3maxとの関係は以下の式で表される。

【0114】

Ｑ3max＝ｑmax×Ｎcmax
すなわち、Ｎcmaxは、第１の実施形態の最大回転数Ｎ1amax（図５Ｂ）よりも小さく、Ｑ3max＝ｑmax×Ｎcmaxで表わされる値である。

【0115】

また、吐出圧ＰsがＰLにあるとき、第１ポンプ１ａは図１３Ａの容量ｑaにあり、第１電動モータ２ａの回転数は図１３Ｂに示すようにゼロとなり、図１１の第２ポンプ１ｂの流量Ｑ2maxの動作点において、第１ポンプ１ａの吐出流量はゼロとなる。

【0116】

吐出圧ＰsがＰL0からＰLまで変化する間の第１ポンプ１ａの容量ｑ1と第１電動モータ２ａの制限回転数Ｎ1の変化割合は、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ1との積（出力）が図３Ｂの等出力線Ａ上の最大出力Ｍに等しくなるように設定されている。

【0117】

減算部５２は、要求流量演算部２０ａで演算された目標流量Ｑreqから固定容量型の第２ポンプ１ｂが基準回転数で駆動されるときの流量（基準流量）Ｑ2maxを減算し、第１ポンプ１ａの要求される目標流量Ｑreq1を演算する。除算部５３は、その目標流量Ｑreq1を目標容量演算部５０で演算された第１ポンプ１ａの目標容量ｑ1で除算し、第１ポンプ１ａの要求回転数Ｎ1reqを演算する。

【0118】

要求回転数制限部５４は、除算部５３によって演算された第１ポンプ１ａの要求回転数Ｎ1reqを入力し、要求回転数Ｎ1reqの最小値と最大値を制限した修正回転数Ｎ1corを演算する。要求回転数制限部５４の演算内容は第１の実施形態の要求回転数制限部５４と同じである。

【0119】

図１４は、制限回転数演算部５８Ｂの第２電動モータ２ｂの制限回転数の演算テーブルに設定された吐出圧と制限回転数との関係を示す図である。

【0120】

図１４において、制限回転数の演算テーブルには、吐出圧Ｐsが０からＰLまでにある間は、制限回転数Ｎ2は出力制限制御の最大回転数Ｎ2bmaxで一定であり、吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまでにある間は、制限回転数Ｎ2はＮ2bmaxから出力制限制御の最小回転数Ｎ2minまで徐々に減少するように、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ2との関係が設定されている。

【0121】

ここで、吐出圧ＰsがＰLにあるとき、第２電動モータ２ｂは図１４の最大回転数Ｎ2bmaxにあり、固定容量ｑ2の第２ポンプ１ｂは図１１の最大流量Ｑ2maxを吐出する。このときのＮ2bmaxとＱ2maxとの関係は以下の式で表される。

【0122】

Ｑ2max＝ｑ2×Ｎ2bmax
また、吐出圧ＰsがＰmaxにあるとき、第２電動モータ２ｂは図１４の最小回転数Ｎ2minにあり、固定容量ｑ2の第２ポンプ１ｂは図１１の最小流量Ｑ2minを吐出する。そのときのＮbminとＱ2minとの関係は以下の式で表される。

【0123】

Ｑ2min＝ｑ2×Ｎ2min
吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまで変化する間の第２電動モータ２ｂの制限回転数Ｎ2の変化割合は、吐出圧Ｐsと制限回転数Ｎ2との積（出力）が図１１の等出力線Ａ上の最大出力Ｍに等しくなるように設定されている。

【0124】

要求回転数制限部５７の演算内容は第１の実施形態の要求回転数制限部５７と同じである。

【0125】

図１５Ａは、可変ポンプ制御部２０Ｂｂにより第１ポンプ１ａと第１電動モータ２ａが制御されるときの第１ポンプ１ａの動作特性を示す図である。図１５Ｂは、固定ポンプ制御部２０Ｂｃにより第２電動モータ２ｂが制御されるときの第２ポンプ１ｂの動作特性を示す図である。

【0126】

図１５Ａにおいて、吐出圧ＰsがゼロからＰL0までにある間は、第１ポンプ１ａはＱ3max（＝Ｑ1max－Ｑ2max）を最大流量とし、Ｑ3max以下の流量を吐出し、吐出圧ＰsがＰL0からＰLまでにある間は、第１ポンプ１ａの出力は等出力線Ａ上の最大出力Ｍに制限され、吐出圧ＰsがＰLになると、第１ポンプ１ａは停止する。

【0127】

図１５Ｂにおいて、吐出圧ＰsがゼロからＰLまでにある間は、第２ポンプ１ｂは最大流量Ｑ2maxの流量を吐出し、吐出圧ＰsがＰLになると、第２ポンプ１bは等出力線Ａ上で動作し始め、吐出圧ＰsがＰLからＰmaxまでにある間、第２ポンプ１ｂの出力は等出力線Ａ上の最大出力Ｍに制限される。

【0128】

このように動作する第１ポンプ１ａと第２ポンプ１ｂの動作特性を合成することで、図１１に示す動作特性が得られる。

【0129】

このように構成した本実施形態においては、吐出圧がＰL以上になると第１ポンプ１ａを駆動せず、吐出圧がＰL以上のときの等出力線Ａ上の動作点付近に基準流量を持つ固定容量型の第２ポンプのみを駆動し、吐出圧がＰLよりも低いときは、第１ポンプ１ａだけでなく、第２ポンプ１ｂも駆動する。これにより第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂのそれぞれの動作領域において、第１及び第２ポンプ１ａ，１ｂはポンプ容量（流量）が大きくポンプ効率が高い領域で動作する頻度が一層増加し、建設機械の本来の性能を損なうことなく、省エネルギー化を実現することできる。

【0130】

また、本実施形態では、第２ポンプ１ｂは全吐出範囲で動作するため、切り換え圧力ＰLにおいて第１ポンプ１ａが停止するポンプ切り換え時に吐出流量の変動は発生せず、ポンプの切り換えを極めてスムーズに行うことができる。

【符号の説明】

【0131】

１ａ 第１油圧ポンプ
１ｂ 第２油圧ポンプ
２ａ 第１電動モータ
２ｂ 第２電動モータ
４ コントロールバルブ
５ 圧油供給路
５ａ 第１油路
５ｂ 第２油路
５ｃ 第３油路
６ チェック弁
７ レギュレータ
８ バッテリ（電源）
１０ 圧力センサ
１１ シャトル弁ブロック
１２ 圧力センサ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 車体コントローラ
２０ａ 要求流量演算部
２０ｂ 可変ポンプ制御部
２０ｃ 固定ポンプ制御部
５０ 第１ポンプ１ａの目標容量演算部
５１ 第１電動モータ２ａの制限回転数演算部
５２ 減算部
５３ 除算部
５４ 第１電動モータ２ａの要求回転数制限部
５５ 最小値選択部
６０ アキュムレータ
６１ 圧油補給路
６２ 電磁切換弁
６３ 圧油回収油路
６４ チェック弁
１０３ａ～１０３ｆ 複数の油圧アクチュエータ
１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂ 複数の操作装置
Ａ 等出力線
Ｍ 出力制限制御の最大出力
ＰL 第１閾値
ＰL0 第２閾値
Ｘ 最大曲率点

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】