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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-27
(54)【発明の名称】電気油圧駆動システムのための二重構成
(51)【国際特許分類】
F15B 11/08 20060101AFI20221020BHJP
F15B 11/17 20060101ALI20221020BHJP
F15B 11/02 20060101ALI20221020BHJP
E02F 9/24 20060101ALI20221020BHJP
【ＦＩ】
F15B11/08 C
F15B11/17
F15B11/02 F
E02F9/24 K
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022512796
(86)(22)【出願日】2020-06-09
(85)【翻訳文提出日】2022-02-24
(86)【国際出願番号】 US2020036780
(87)【国際公開番号】W WO2021066892
(87)【国際公開日】2021-04-08
(31)【優先権主張番号】62/908,922
(32)【優先日】2019-10-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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
(72)【発明者】
【氏名】ヴァンダーラーン，デイル
(72)【発明者】
【氏名】カール・ブレイク
(72)【発明者】
【氏名】チャン，ハオ
【テーマコード（参考）】
2D015
3H089
【Ｆターム（参考）】
2D015BA01
2D015BA04
3H089AA25
3H089AA80
3H089AA86
3H089AA87
3H089BB01
3H089CC01
3H089CC08
3H089CC11
3H089DA02
3H089DA06
3H089DA14
3H089DB13
3H089DB44
3H089DB46
3H089DB48
3H089DB49
3H089EE31
3H089GG02
3H089JJ02
(57)【要約】
例示的油圧システムは、油圧アクチュエータと、電気モータによって駆動され、入口ポート及び出口ポートを有するポンプと、増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成した増幅流ラインと、槽に流体結合する槽流体ラインと、弁組立体とを含み、弁組立体は、複数の状態で動作するように構成され、ポンプが、油圧アクチュエータから排出された流体がポンプの入口ポートに供給される閉回路構成、又は油圧アクチュエータから排出された流体が槽に供給される開回路構成で動作することを可能にする。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
油圧システムであって、前記油圧システムは、ピストン又は油圧モータを移動させるため、流体流を受け入れ、排出するように構成した油圧アクチュエータと、
流体流を前記油圧アクチュエータに供給するため、電気モータによって駆動する流体流源であるように構成したポンプであって、入口ポート及び出口ポートを有するポンプと、
増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成した増幅流ラインと、
槽に流体結合する槽流体ラインと、
複数の状態で動作するように構成した弁組立体と
を備え、前記複数の状態は、少なくとも、（ｉ）前記弁組立体が前記ポンプの前記入口ポートと前記槽との間の流路を遮断し、これにより、前記ポンプが、前記油圧アクチュエータから排出された流体を前記ポンプの前記入口ポートに供給する閉回路構成で動作することを可能にする第１の状態、及び（ｉｉ）前記弁組立体が前記ポンプの前記入口ポートと前記槽との間の流路を開放し、前記ポンプが、前記槽からの流体を引き込むことを可能にし、前記ポンプの前記出口ポートから前記増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、前記ポンプが、前記油圧アクチュエータから排出された流体を前記槽に供給する開回路構成で動作することを可能にする第２の状態を含む、油圧システム。
【請求項2】
前記油圧アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内に摺動可能に収容されるピストンとを備える油圧シリンダ・アクチュエータであり、前記ピストンは、ピストン・ヘッドと、前記ピストン・ヘッドから延在するロッドとを備え、前記ピストン・ヘッドは、前記シリンダの内部空間を第１のチャンバ及び第２のチャンバに分割し、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で駆動するために前記ポンプによって前記第１のチャンバ又は前記第２のチャンバに供給される第１の流体流量が、前記ピストンが移動する際にもう一方のチャンバから排出される第２の流体流量とは異なるため、不平衡であり、前記増幅流ラインは、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含む増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成し、
前記弁組立体は、前記増幅流ラインから前記ポンプの前記入口ポートへの流路を開放する一方で、前記ポンプが前記閉回路構成で動作する前記第１の状態で動作するように更に構成する、請求項１に記載の油圧システム。
【請求項3】
前記弁組立体は、前記ポンプの前記出口ポートに流体結合する第１のポート、第２のポート、第３のポート、及び前記ポンプの前記入口ポートに流体結合する第４のポートを有するモード切替え弁と、
前記槽流体ラインに流体結合する第１のポート、及び前記モード切替え弁の前記第１のポートに流体結合する第２のポートを有する槽流弁と、
前記増幅流ラインに流体結合する第１のポート、及び前記モード切替え弁の前記第２のポートに流体結合する第２のポートを有する増幅流弁と
を備える、請求項１に記載の油圧システム。
【請求項4】
前記弁組立体が前記第１の状態にある場合、前記モード切替え弁は、前記モード切替え弁が、前記ポンプの前記出口ポートを前記槽流弁に流体結合し、前記ポンプの前記入口ポートを前記増幅流弁に流体結合するそれぞれの第１の状態で動作し、前記弁組立体が前記第２の状態にある場合、前記モード切替え弁は、前記モード切替え弁が、前記ポンプの前記出口ポートを前記増幅流弁に流体結合し、前記ポンプの前記入口ポートを前記槽流弁に流体結合するそれぞれの第２の状態で動作する、請求項３に記載の油圧システム。
【請求項5】
前記弁組立体が前記第１の状態にある場合、前記槽流弁は、前記槽流体ラインへの流体流を遮断する一方で、前記増幅流弁は、前記増幅流ラインから前記モード切替え弁の前記第２のポートへの流体流を可能にし、前記弁組立体が前記第２の状態にある場合、前記槽流弁は、前記槽流体ラインから前記モード切替え弁の前記第１のポートへの流体流を可能にする一方で、前記増幅流弁は、前記モード切替え弁の前記第２のポートから前記増幅流ラインへの流体流を可能にする、請求項４に記載の油圧システム。
【請求項6】
前記ポンプの前記入口ポートは、第１の流体流ラインを介して前記油圧アクチュエータの第１のポートに流体結合し、前記ポンプの前記出口ポートは、第２の流体流ラインを介して前記油圧アクチュエータの第２のポートに流体結合し、前記油圧システムは、前記第１の流体流ライン内で前記ポンプの前記入口ポートと前記油圧アクチュエータの前記第１のポートとの間に配設した負荷保持弁
を更に備え、前記負荷保持弁は、少なくとも２つの状態：（ｉ）前記負荷保持弁が、前記油圧アクチュエータの前記第１のポートを通じて排出された流体を前記ポンプの前記入口ポートに流すことを可能にし、前記ポンプが前記閉回路構成で動作するのを可能にするそれぞれの第１の状態、及び（ｉｉ）前記負荷保持弁が、前記油圧アクチュエータの前記第１のポートから排出された流体を前記槽流体ラインに流すことを可能にし、前記ポンプが前記開回路構成で動作するのを可能にするそれぞれの第２の状態のうち、１つの状態で動作するように構成する、請求項１に記載の油圧システム。
【請求項7】
前記負荷保持弁は、前記負荷保持弁が前記油圧アクチュエータから排出された流体を遮断するニュートラル状態で動作するように更に構成する、請求項６に記載の油圧システム。
【請求項8】
機械であって、前記機械は、増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成した増幅流ラインと、
槽に流体結合する槽流体ラインと、
複数の油圧アクチュエータと
を備え、前記複数の油圧アクチュエータの各油圧アクチュエータは、ピストン又は油圧モータを移動させるため、流体流を受け入れ、排出するように構成し、前記各油圧アクチュエータは、
（ｉ）流体流をそれぞれの油圧アクチュエータに供給し、前記それぞれの油圧アクチュエータを駆動するため、電気モータによって駆動する流体流源であるように構成したポンプであって、入口ポート及び出口ポートを有するポンプと、
（ｉｉ）複数の状態で動作するように構成した弁組立体と
を備え、前記複数の状態は、少なくとも、（ａ）前記弁組立体が前記ポンプの前記入口ポートと前記槽との間の流路を遮断し、これにより、前記ポンプが、前記それぞれの油圧アクチュエータから排出された流体を前記ポンプの前記入口ポートに供給する閉回路構成で動作することを可能にする第１の状態、及び（ｂ）前記弁組立体が前記ポンプの前記入口ポートと前記槽との間の流路を開放し、前記ポンプが、前記槽からの流体を引き込むことを可能にし、前記ポンプの前記出口ポートから前記増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、前記ポンプが、前記それぞれの油圧アクチュエータから排出された流体を前記槽に供給する開回路構成で動作することを可能にする第２の状態を含む、機械。
【請求項9】
前記機械は、ブームと、アームと、バケットと、回転プラットフォームとを有する掘削機であり、前記複数の油圧アクチュエータは、ブーム油圧シリンダ・アクチュエータと、アーム油圧シリンダ・アクチュエータと、バケット油圧シリンダ・アクチュエータと、前記回転プラットフォームを回転させるように構成した回転油圧モータ・アクチュエータとを備える、請求項８に記載の機械。
【請求項10】
前記複数の油圧アクチュエータの第１の油圧アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内に摺動可能に収容したピストンとを備える油圧シリンダ・アクチュエータであり、前記ピストンは、ピストン・ヘッドと、前記ピストン・ヘッドから延在するロッドとを備え、前記ピストン・ヘッドは、前記シリンダの内部空間を第１のチャンバ及び第２のチャンバに分割し、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で駆動するために前記第１の油圧アクチュエータの前記第１のポンプによって前記第１のチャンバ又は前記第２のチャンバに供給される第１の流体流量が、前記ピストンが移動する際に他方のチャンバから排出される第２の流体流量とは異なるため、不平衡であり、前記増幅流ラインは、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含む増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成し、
前記第１の油圧アクチュエータの第１の弁組立体は、前記第１の状態で動作し、前記第１の状態において、前記第１の弁組立体は、前記増幅流ラインから前記第１のポンプの前記入口ポートへの流路を開放するように更に構成し、
前記複数の油圧アクチュエータの第２の油圧アクチュエータの第２の弁組立体は、前記第２の状態で動作するため、前記第２の弁組立体は、前記第２の油圧アクチュエータの第２のポンプの前記出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放し、これにより、前記第１の油圧アクチュエータに対して前記第１の流体流量と前記第２の流体流量との間の差を含む前記増幅流体流を供給する、請求項８に記載の機械。
【請求項11】
前記複数の油圧アクチュエータの第１の油圧アクチュエータの第１の弁組立体は、前記第１の状態で動作し、前記第１の状態において、前記第１の弁組立体は、前記増幅流ラインから前記第１の油圧アクチュエータの第１のポンプの前記入口ポートへの流路を開放するように更に構成し、前記機械は、前記第１の油圧アクチュエータから前記槽流体ラインへ流体を供給するように構成した負荷保持弁を更に備え、前記複数の油圧アクチュエータの第２の油圧アクチュエータの第２の弁組立体は、前記第２の状態で動作するため、前記第２の弁組立体は、前記第２の油圧アクチュエータの第２のポンプの出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放し、これにより、前記第２のポンプの前記出口ポートから前記第１のポンプの前記入口ポートに流体流を供給する、請求項８に記載の機械。
【請求項12】
前記複数の油圧アクチュエータの第１の油圧アクチュエータの第１の弁組立体は、前記第２の状態で動作し、前記第２の状態において、前記第１の弁組立体は、前記第１の油圧アクチュエータの第１のポンプの第１の出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放するように更に構成し、前記複数の油圧アクチュエータの第２の油圧アクチュエータの第２の弁組立体は、前記第２の状態で動作し、前記第２の状態において、前記第２の弁組立体は、前記第２の油圧アクチュエータの第２のポンプの第２の出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放するように更に構成し、これにより、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプを並列に接続し、前記第１のポンプの前記第１の出口ポートは、前記増幅流ラインを介して前記第２のポンプの前記第２の出口ポートに流体結合する、請求項８に記載の機械。
【請求項13】
前記弁組立体は、前記ポンプの前記出口ポートに流体結合する第１のポート、第２のポート、第３のポート、及び前記ポンプの前記入口ポートに流体結合する第４のポートを有するモード切替え弁と、
前記槽流体ラインに流体結合する第１のポート、及び前記モード切替え弁の前記第１のポートに流体結合する第２のポートを有する槽流弁と、
前記増幅流ラインに流体結合する第１のポート、及び前記モード切替え弁の前記第２のポートに流体結合する第２のポートを有する増幅流弁と
を備える、請求項８に記載の機械。
【請求項14】
前記弁組立体が前記第１の状態にある場合、前記モード切替え弁は、前記モード切替え弁が、前記ポンプの前記出口ポートを前記槽流弁に流体結合し、前記ポンプの前記入口ポートを前記増幅流弁に流体結合するそれぞれの第１の状態で動作し、前記弁組立体が前記第２の状態にある場合、前記モード切替え弁は、前記モード切替え弁が、前記ポンプの前記出口ポートを前記増幅流弁に流体結合し、前記ポンプの前記入口ポートを前記槽流弁に流体結合するそれぞれの第２の状態で動作する、請求項１３に記載の機械。
【請求項15】
前記弁組立体が前記第１の状態にある場合、前記槽流弁は、前記槽流体ラインへの流体流を遮断する一方で、前記増幅流弁は、前記増幅流ラインから前記モード切替え弁の前記第２のポートへの流体流を可能にし、前記弁組立体が前記第２の状態にある場合、前記槽流弁は、前記槽流体ラインから前記モード切替え弁の前記第１のポートへの流体流を可能にする一方で、前記増幅流弁は、前記モード切替え弁の前記第２のポートから前記増幅流ラインへの流体流を可能にする、請求項１４に記載の機械。
【請求項16】
前記ポンプの前記入口ポートは、第１の流体流ラインを介して前記複数の油圧アクチュエータの前記それぞれの油圧アクチュエータの第１のポートに流体結合し、前記ポンプの前記出口ポートは、第２の流体流ラインを介して前記それぞれの油圧アクチュエータの第２のポートに流体結合し、前記機械は、前記第１の流体流ライン内で前記ポンプの前記入口ポートと、前記それぞれの油圧アクチュエータの前記第１のポートとの間に配設した負荷保持弁
を更に備え、前記負荷保持弁は、少なくとも２つの状態：（ｉ）前記負荷保持弁が、前記それぞれの油圧アクチュエータの前記第１のポートを通じて排出された流体を前記ポンプの前記入口ポートに流すことを可能にし、前記ポンプが前記閉回路構成で動作するのを可能にするそれぞれの第１の状態、及び（ｉｉ）前記負荷保持弁が、前記それぞれの油圧アクチュエータの前記第１のポートから排出された流体を前記槽流体ラインに流すことを可能にし、前記ポンプが前記開回路構成で動作するのを可能にするそれぞれの第２の状態のうち、１つの状態で動作するように構成する、請求項８に記載の機械。
【請求項17】
前記負荷保持弁は、前記負荷保持弁が前記それぞれの油圧アクチュエータから排出された流体を遮断するニュートラル状態で動作するように更に構成する、請求項１６に記載の機械。
【請求項18】
方法であって、前記方法は、油圧システムの制御器で、第１の油圧アクチュエータを作動させる要求を受信することであって、前記油圧システムは、（ｉ）流体流を前記第１の油圧アクチュエータに供給するため、第１の電気モータによって駆動するように構成した第１のポンプであって、第１の入口ポート及び第１の出口ポートを有する第１のポンプと、（ｉｉ）前記第１のポンプを増幅流ライン、及び槽に流体結合する槽流体ラインに流体結合するように構成した第１の弁組立体と、（ｉｉｉ）流体流を第２の油圧アクチュエータに供給するため、第２の電気モータによって駆動するように構成した第２のポンプであって、第２の入口ポート及び第２の出口ポートを有する第２のポンプと、（ｉｖ）前記第２のポンプを前記増幅流ライン及び前記槽流体ラインに流体結合するように構成した第２の弁組立体とを備える、受信することと、
応答して、（ｉ）流体流を供給する前記第１のポンプを駆動し、前記第１の油圧アクチュエータを駆動するため、第１の指令信号を前記第１の電気モータに送信することと、（ｉｉ）前記第１の弁組立体を、（ａ）前記第１の弁組立体が前記第１のポンプの前記第１の入口ポートと前記槽との間の流路を遮断し、これにより、前記第１のポンプが、前記第１の油圧アクチュエータから排出された流体が前記第１のポンプの前記第１の入口ポートに供給される閉回路構成で動作するのを可能にし、（ｂ）前記増幅流ラインから前記第１のポンプの前記第１の入口ポートへの流路を開放する第１の状態で動作させることと、
前記第２のポンプを駆動するため、第２の指令信号を前記第２の電気モータに送信することと、
前記第２の弁組立体を、前記第２の弁組立体が前記第２のポンプの前記第２の入口ポートと前記槽との間の流路を開放し、前記第２のポンプの前記第２の出口ポートから前記増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、前記第２のポンプが、前記第２のポンプが前記槽から前記第２のポンプの前記第２の入口ポートに流体を引き込む開回路構成で動作することを可能にする第２の状態で動作させることと
を含む、方法。
【請求項19】
前記油圧システムは、前記第１の油圧アクチュエータと前記第１のポンプの前記第１の入口ポートとの間に配設した負荷保持弁を更に備え、前記方法は、前記第１の油圧アクチュエータから排出された流体を前記槽流体ラインに供給するため、前記負荷保持弁を作動すること
を更に含み、前記第２の弁組立体は、前記第２の状態において、前記第２のポンプの前記第２の出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放し、これにより、前記第２のポンプの前記第２の出口ポートから前記第１のポンプの前記第１の入口ポートへの流体流を供給する、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
それぞれの第２の状態で動作させるため、前記第１の弁組立体を切り替えることを更に含み、前記それぞれの第２の状態において、前記第１の弁組立体は、前記第１の油圧アクチュエータの前記第１のポンプの前記第１の出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放するように構成し、前記第２の弁組立体は、前記第２の状態において、第２のポンプの前記第２の出口ポートから前記増幅流ラインへの流路を開放し、これにより、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプを並列に接続し、前記第１のポンプの前記第１の入口ポートは、前記増幅流ラインを介して前記第２のポンプの前記第２の出口ポートに流体結合する、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、作業機械（例えば、掘削機、ホイール・ローダ、バックホー等）のアクチュエータを動作させる油圧作動システムに関する。詳細には、本開示は、機械のそれぞれのアクチュエータのための、電気モータにより駆動される静油圧ポンプの使用、及びそれぞれのポンプの閉回路動作と開回路動作との間の切替えを可能にする二重システム構成に関する。
【背景技術】
【0002】
限定はしないが、油圧掘削機、ホイール・ローダ、ローディング・ショベル、バックホー・ショベル、採鉱機器、産業用機械等の作業機械では、上昇アーム及び／又は傾動アーム、ブーム、バケット、操舵機能及び旋回機能、走行手段等の１つ又は複数の作動構成要素を有することが一般的である。一般的に、そのような機械において、原動機は、流体をアクチュエータに供給する油圧ポンプを駆動する。オープンセンタ弁又はクローズドセンタ弁は、アクチュエータへの流体の流れを制御することができる。そのような弁は、弁を通る絞流のために多大な動力損失を特徴とする。更に、そのような従来のシステムは、何個のアクチュエータを使用しているかに関わらず、ポンプから一定流量の供給を伴うことがある。したがって、そのようなシステムは、乏しい効率を特徴とする。
【0003】
したがって、作業機械の効率を向上させる油圧システムを有することが望ましい場合がある。本明細書で行う開示が提示されるのは、これら及び他の考慮事項に対してである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、電気油圧駆動システムのための二重構成に関する実装形態を記載する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
第１の例示的実装形態では、本開示は、油圧システムを記載する。油圧システムは、（ｉ）ピストン又は油圧モータを移動させるため、流体流を受け入れ、排出するように構成した油圧アクチュエータと、（ｉｉ）電気モータによって駆動される流体流源であるように構成し、油圧アクチュエータに流体流を供給するポンプであって、入口ポート及び出口ポートを有するポンプと、（ｉｉｉ）増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成した増幅流ラインと、（ｉｖ）槽に流体結合する槽流体ラインと、（ｖ）複数の状態で動作するように構成した弁組立体とを備え、複数の状態は、少なくとも、（ａ）弁組立体がポンプの入口ポートと槽との間の流路を遮断し、これにより、ポンプが、油圧アクチュエータから排出された流体をポンプの入口ポートに供給する閉回路構成で動作することを可能にする第１の状態、及び（ｂ）弁組立体がポンプの入口ポートと槽との間の流路を開放し、ポンプが、槽から流体を引き込むことを可能にし、ポンプの出口ポートから増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、ポンプが、油圧アクチュエータから排出された流体を槽に供給する開回路構成で動作することを可能にする第２の状態を含む。
【0006】
第２の例示的実装形態では、本開示は、機械を記載する。機械は、（ｉ）増幅流体流を供給するか又は過剰流体流を受け入れるように構成した増幅流ラインと、槽に流体結合する槽流体ラインと、複数の油圧アクチュエータとを含み、複数の油圧アクチュエータの各油圧アクチュエータは、ピストン又は油圧モータを移動させるため、流体流を受け入れ、排出するように構成し、各油圧アクチュエータは、（ａ）流体流をそれぞれの油圧アクチュエータに供給し、それぞれの油圧アクチュエータを駆動するため、電気モータによって駆動する流体流源であるように構成したポンプであって、入口ポート及び出口ポートを有するポンプと、（ｂ）複数の状態で動作するように構成した弁組立体とを備える。複数の状態の第１の状態において、弁組立体は、ポンプの入口ポートと槽との間の流路を遮断し、これにより、ポンプが、それぞれの油圧アクチュエータから排出された流体をポンプの入口ポートに供給する閉回路構成で動作することを可能にする。複数の状態の第２の状態において、弁組立体は、ポンプの入口ポートと槽との間の流路を開放し、ポンプが、槽から流体を引き込むことを可能にし、ポンプの出口ポートから増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、ポンプが、それぞれの油圧アクチュエータから排出された流体を槽に供給する開回路構成で動作することを可能にする。
【0007】
第３の例示的実装形態では、本開示は、方法を記載する。方法は、油圧システムの制御器において、第１の油圧アクチュエータを作動させる要求を受信することを含み、油圧システムは、（ａ）流体流を第１の油圧アクチュエータに供給するため、第１の電気モータによって駆動するように構成した第１のポンプであって、第１の入口ポート及び第１の出口ポートを有する第１のポンプと、（ｂ）第１のポンプを、増幅流ライン及び槽に結合する槽流体ラインに流体結合するように構成した第１の弁組立体と、（ｃ）流体流を第２の油圧アクチュエータに供給するため、第２の電気モータによって駆動するように構成した第２のポンプであって、第２の入口ポート及び第２の出口ポートを有する第２のポンプと、（ｄ）第２のポンプを増幅流ライン及び槽流体ラインに流体結合するように構成した第２の弁組立体とを備える。また、方法は、応答して、（ａ）第１のポンプを駆動し、流体流を供給し、第１の油圧アクチュエータを駆動するため、第１の指令信号を第１の電気モータに送信することと、（ｂ）第１の弁組立体を第１の状態で動作させることとを含む。第１の状態において、第１の弁組立体は、第１のポンプの第１の入口ポートと槽との間の流路を遮断し、これにより、第１のポンプが、第１の油圧アクチュエータから排出された流体を第１のポンプの第１の入口ポートに供給する閉回路構成で動作することを可能にする。また、第１の状態において、第１の弁組立体は、増幅流ラインから第１のポンプの第１の入口ポートへの流路を開放する。方法は、第２のポンプを駆動するため、第２の指令信号を第２の電気モータに送信することを更に含む。方法は、第２の状態で第２の弁組立体を動作させることも含み、第２の状態では、第２の弁組立体は、第２のポンプの第２の入口ポートと槽との間の流路を開放し、第２のポンプの第２の出口ポートから増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、第２のポンプが、第２のポンプが槽から第２のポンプの第２の入口ポートに流体を引き込む開回路構成で動作することを可能にする。
【0008】
上記の概要は、例示にすぎず、決して限定を意図するものではない。上記した例示的態様、実装形態及び特徴に加えて、更なる態様、実装形態及び特徴が、図面及び以下の詳細な説明を参照すれば明らかになるであろう。
【0009】
例示的な例の新規特徴と考えられる特徴を添付の特許請求の範囲に示す。しかし、例示的な例、並びに好ましい使用モード、更なる目的及びそれらの説明は、添付の図面と共に読む際、本開示の例示的な例に関する以下の詳細な説明を参照すれば最良に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】例示的実装形態による掘削機の図である。
【図2】例示的実装形態による油圧システムの図である。
【図3】例示的実装形態による、流れの総和を可能にする開回路構成を有する油圧システムの図である。
【図4】例示的実装形態による、圧力の総和を可能にする開回路構成を有する油圧システムの図である。
【図5】例示的実装形態による、閉回路構成と開回路構成との間の切替えを可能にする構成を有する油圧システムの図である。
【図10】例示的実装形態による、油圧システムを動作させる方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
掘削機等の例示的油圧機械は、様々な任務を達成するため、複数の油圧アクチュエータを使用することができる。多くの電気ハイブリッド機械及び電池駆動機械は、様々な任務を達成するため、複数の油圧シリンダ及びモータを使用する。ハイブリッド内燃機関及び／又は電池のサイズを低減する一方で、電池の熱管理費用の低減を可能にすることによって、機械の効率を向上させることが望ましい。
【0012】
下記のように、効率を向上させる例示的システムの手法は、機械の各アクチュエータに対して専用静油圧ポンプ及び電気モータを有するオンデマンド閉回路システムを含む。この手法は、弁の計測を特徴とする従来のシステム、圧力の過剰生産、及び待機損失をなくす一方で、油圧－電気エネルギーの回収を可能にすることによって、効率を向上させることができる。しかし、各機械アクチュエータのための専用閉回路が、アクチュエータ間で流れの共有が可能ではない場合、過剰流容量及び過大構成要素を有するシステムにすることがある。更に、専用増幅回路又は充電回路が、以下で説明するロッド体積の補償を必要とする不平衡シリンダで使用されることがあり、システムを費用のかかるものにする。
【0013】
本明細書で開示する例の範囲内にあるのは、動力がオンデマンドの閉回路システムの費用を低減する一方で、効率に対する影響を低減可能にするシステム及び方法である。開示するシステムは、アクチュエータの負荷サイクルに応じて、アクチュエータの閉回路動作モードと開回路動作モードとの間で動的切替えを可能にする構成を有することによって、過剰流容量に対処する。開示するシステムは、ポンプが、要求がある場合に増幅流を他のアクチュエータに供給するように機械のアクチュエータを駆動することも可能にし、これにより、別個の高容量増幅ポンプの必要性をなくす。
【0014】
図１は、例示的実装形態による掘削機１００を示す。掘削機１００は、ブーム１０２と、アーム１０４と、バケット１０６と、回転プラットフォーム１１０に組み付けられる運転台１０８とを含むことができる。回転プラットフォーム１１０は、車輪付き車台又は軌道１１２等の軌道の上に置くことができる。アーム１０４は、ディッパ又はスティックと呼ぶこともできる。
【0015】
ブーム１０２、アーム１０４、バケット１０６及び回転プラットフォーム１１０の動きは、油圧流体の使用を通じて、油圧シリンダ及び油圧モータにより達成することができる。特に、ブーム１０２は、ブーム油圧シリンダ・アクチュエータ１１４により動かすことができ、アーム１０４は、アーム油圧シリンダ・アクチュエータ１１６により動かすことができ、バケット１０６は、バケット油圧シリンダ・アクチュエータ１１８により動かすことができる。
【0016】
回転プラットフォーム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、回転プラットフォーム１１０を組み付ける旋回輪又は旋回歯車を含むことができる。旋回駆動装置は、旋回油圧モータ・アクチュエータ１２０を含むこともでき（図５～図９の回転油圧モータ・アクチュエータ５０６も参照）、旋回油圧モータ・アクチュエータ１２０は、回転プラットフォーム１１０の下に配設され、歯車箱に結合される。歯車箱は、旋回歯車の歯と係合する小歯車を有するように構成することができる。したがって、加圧流体により旋回油圧モータ・アクチュエータ１２０を作動すると、旋回油圧モータ・アクチュエータ１２０が歯車箱の小歯車を回転させ、これにより、回転プラットフォーム１１０を回転させる。
【0017】
運転台１０８は、掘削機１００のオペレータのための制御ツールを含むことができる。例えば、掘削機１００は、右ジョイスティック１２２と左ジョイスティック１２４とを有するドライブバイワイヤ・システムを含むことができ、右ジョイスティック１２２及び左ジョイスティック１２４は、電気信号を掘削機１００の制御器にもたらすためにオペレータが使用することができる。次に、制御器は、上述の様々なアクチュエータを駆動し、掘削機械１００を動作させるため、電気指令信号を掘削機械１００の様々な電気作動構成要素に供給する。一例として、左ジョイスティック１２４は、アーム油圧シリンダ・アクチュエータ１１６及び旋回油圧モータ・アクチュエータ１２０を動作し得る一方で、右ジョイスティック１２２は、ブーム油圧シリンダ・アクチュエータ１１４及びバケット油圧シリンダ・アクチュエータ１１８を動作し得る。
【0018】
掘削機１００は、開示するシステムの動作を示す例示的機械として本明細書では使用される。しかし、他の機械（ホイール・ローダ、バックホー、テレハンドラー等）を本明細書で開示するシステム及び方法によって制御し得ることを理解されたい。
【0019】
従来の機械において、エンジンは、１つ又は複数のポンプを駆動し、１つ又は複数のポンプは、次に、加圧流体を機械のアクチュエータ内のチャンバに供給する。アクチュエータ（例えば、ピストン）面上に作用する加圧流体の力は、アクチュエータ、及び接続した作業ツールを移動させる。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、低圧槽に戻される。
【0020】
従来の油圧システムは、アクチュエータに供給される流体及びアクチュエータから槽に戻る流体を絞る弁を含むことができる。弁を通じて流体を絞ることにより、エネルギー損失が生じ、機械負荷サイクルの過程にわたり油圧システムの効率を低減させる。流体絞りに対する別の望ましくない影響は、油圧流体を加熱し、冷却要件及び冷却費用を増大させることである。更に、オープンセンタ弁を伴ういくつかの従来のシステムにおいて、１つ又は複数のポンプは、負荷サイクルの特定の時点で、機械オペレータが何個のアクチュエータを使用しているかに関わらず、全てのアクチュエータを移動させるのに十分であるような多量の流体流をもたらす。アクチュエータによって消費されなかった過剰流体は、槽に「捨てられる」。
【0021】
一例として、そのような油圧システムの効率は、２０％程の低さであることがある。油圧機械が負荷サイクルごとに使用する燃料をより少なくすることを可能にするには、油圧機械の効率を向上させることが望ましい場合がある。より効率的な油圧機械を有すると、従来の内燃機関により駆動される油圧機械ではなく、充電可能な電池を有する電気システムを使用することも可能にする。油圧機械の効率を向上させるため、上記した従来の油圧システムを、オンデマンド閉回路電気静油圧アクチュエータ・システムに代えることができ、このシステムは、各機械アクチュエータのための専用静油圧ポンプと双方向可変速度電気モータとを有する。
【0022】
図２は、例示的実装形態による油圧システム２００の図である。油圧システム２００は、第１の油圧シリンダ・アクチュエータ２０４を制御する電気静油圧アクチュエータ・システム（ＥＨＡ）２０２と、第２の油圧シリンダ・アクチュエータ２０８を制御するＥＨＡ２０６とを含む。油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８は、例えば、掘削機１００のシリンダ・アクチュエータのいずれかを表すことができる。しかし、油圧システム２００は、任意の数のアクチュエータ及び他の種類のアクチュエータ（例えば、油圧モータ）を含み得ることを理解されたい。
【0023】
油圧シリンダ・アクチュエータ２０４は、シリンダ２１０と、ピストン２１２とを含み、ピストン２１２は、シリンダ２１０内に摺動可能に収容され、線形方向で中を移動するように構成される。ピストン２１２は、ピストン・ヘッド２１４と、ロッド２１６とを含み、ロッド２１６は、ピストン・ヘッド２１４からシリンダ２１０の中心長手方向軸方向に沿って延在する。ロッド２１６は、負荷２１８（例えば、ブーム１０２、アーム１０４又はバケット１０６及びロッドに加えられるあらゆる力を表す）に結合される。ピストン・ヘッド２１４は、シリンダ２１０の内部空間を第１のチャンバ２２０及び第２のチャンバ２２２に分割する。
【0024】
第１のチャンバ２２０は、チャンバ内の流体がピストン・ヘッド２１４と相互作用するため、ヘッド側チャンバと呼ぶことができ、第２のチャンバ２２２は、ロッド２１６が部分的に中に配設されるため、ロッド側チャンバと呼ぶことができる。流体は、ワークポート２１５を通じて第１のチャンバ２２０間を流れることができ、ワークポート２１７を通じて第２のチャンバ２２２間を流れることができる。
【0025】
ピストン・ヘッド２１４は、直径ＤＨを有し得る一方で、ロッド２１６は、直径ＤＲを有し得る。したがって、第１のチャンバ２２０内の流体は、ピストン・ヘッド２１４の断面領域で相互作用し、この断面領域は、ピストン・ヘッド領域と呼ぶことができ、
【0026】
【数1】
【0027】
に等しい。一方で、第２のチャンバ２２２内の流体は、ピストン２１２の環状面領域で相互作用し、この環状面領域は、ピストン環状領域
【0028】
【数2】
【0029】
と呼ぶことができる。
【0030】
領域Ａ環状は、ピストン・ヘッド領域ＡＨよりも小さい。したがって、ピストン２１２がシリンダ２１０内で拡張する（例えば、図２の右に移動する）か又は後退する（例えば、図２の左に移動する）際、第１のチャンバ２２０に入る又は第１のチャンバ２２０から排出される流体流量ＱＨは、第２のチャンバ２２２に入る又は第２のチャンバ２２２から排出される流体流量Ｑ環状よりも多い。特に、ピストン２１２が特定速度Ｖで移動している場合、ＱＨ＝ＡＨＶは、Ｑ環状＝Ａ環状Ｖより大きい。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はロッド２１６の断面積であり、
【0031】
【数3】
【0032】
に等しい。この構成により、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４は、一方のチャンバへの流体流／一方のチャンバからの流体流が、もう一方のチャンバへの流体流／もう一方のチャンバからの流体流に等しくないため、不平衡アクチュエータと呼ぶことができる。
【0033】
ＥＨＡ２０２は、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４への油圧流体流の量及び方向を制御するように構成される。そのような制御は、ポンプ２２６の駆動に使用される電気モータ２２４の速度及び方向を制御することによって達成され、ポンプ２２６は、双方向流体流源として構成される。ポンプ２２６は、流体流ライン２３０によって油圧シリンダ・アクチュエータ２０４の第１のチャンバ２２０に接続される第１のポンプ・ポート２２８と、流体流ライン２３４によって油圧シリンダ・アクチュエータ２０４の第２のチャンバ２２２に接続される第２のポンプ・ポート２３２とを有する。用語「流体流ライン」は、本明細書全体を通じて、示される接続をもたらす１つ又は複数の流体通路、導管等を示すために使用される。
【0034】
第１のポンプ・ポート２２８及び第２のポンプ・ポート２３２は、電気モータ２２４及びポンプ２２６の回転方向に基づき、入口ポート及び出口ポートの両方であるように構成される。したがって、電気モータ２２４及びポンプ２２６は、第１の回転方向で回転し、流体を第１のポンプ・ポート２２８（この場合入口ポート）から引き出し、流体を第２のポンプ・ポート２３２（この場合出口ポート）に注入するか、逆に、第２の回転方向で回転し、流体を第２のポンプ・ポート２３２（この場合入口ポート）から引き出し、流体を第１のポンプ・ポート２２８（この場合出口ポート）に注入することができる。
【0035】
図２に示すように、ポンプ２２６及び油圧シリンダ・アクチュエータ２０４は、閉回路、即ち、閉ループ油圧回路で構成される。用語「閉回路」は、流体がポンプ２２６と油圧シリンダ・アクチュエータ２０４との間のループ内で再循環されることを示すために本明細書で使用される。特に、ＥＨＡ２０２において、ポンプ２２６は、流体を第１のポンプ・ポート２２８を通じてワークポート２１５に供給するか、又は第２のポンプ・ポート２３２を通じてワークポート２１７に供給し、他のワークポートから排出された流体は、ポンプ２２６の対応するポートに戻る。したがって、流体は、ポンプ２２６と油圧シリンダ・アクチュエータ２０４との間を再循環する。閉回路とは対照的に、開回路又は開ループ回路は、ポンプにより流体を槽から引き出し、次に、流体をアクチュエータに供給するが、アクチュエータから排出された流体が、ポンプの入口ポートに流れるのではなく、槽に戻ることを伴う。
【0036】
一例では、ポンプ２２６は、固定容積ポンプとすることができ、ポンプ２２６によって供給される流体流量は、電気モータ２２４の速度によって（即ち、ポンプ２２６の入力軸に結合された電気モータ２２４の出力軸の回転速度によって）制御される。例えば、ポンプ２２６は、特定のポンプ押しのけ量ＰＤを有するように構成することができ、ポンプ容積ＰＤは、例えば、ポンプ２２６によって生成又は供給される、１回転あたりの立方インチ単位の流体量（ｉｎ３／ｒｅｖ）を決定する。電気モータ２２４は、毎分回転数（ＲＰＭ）単位を有する指令速度で稼働することができる。したがって、電気モータ２２４の速度にＰＤを乗算すると、ポンプ２２６によって油圧シリンダ・アクチュエータ２０４に供給される１分あたりの立方インチ（ｉｎ３／ｍｉｎ）での流体流量Ｑが決定される。
【0037】
流量Ｑは、今度は、ピストン２１２の線形速度を決定する。例えば、電気モータ２２４が回転しており、ポンプ２２６が、第１のチャンバ２２０に流体を供給する第１の回転方向である場合、ピストン２１２は、速度
【0038】
【数4】
【0039】
で拡張することができる。一方、電気モータ２２４が回転しており、ポンプ２２６が、第２のチャンバ２２２に流体を供給する第２の回転方向である場合、ピストン２１２は、速度
【0040】
【数5】
【0041】
で後退することができる。
【0042】
図２に示すように、油圧シリンダ・アクチュエータ２０８は、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４と同様に構成することができ、それぞれの負荷２３６に結合することができる。ＥＨＡ２０６も、ＥＨＡ２０２と同様に構成することができ、（ポンプ２２６と同様の）それぞれのポンプ２３８を含むことができ、ポンプ２３８は、それぞれの第１のポンプ・ポート２３７とそれぞれの第２のポンプ・ポート２３９とを有し、（電気モータ２２４と同様の）それぞれの電気モータ２４０によって制御される。
【0043】
上述のように、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４は、第１のチャンバ２２０に供給される又は第１のチャンバ２２０から排出される流体流量が、第２のチャンバ２２２に供給される又は第２のチャンバ２２２から排出される流体流量よりも大きいため、不平衡である。したがって、第１のポンプ・ポート２２８から第１のチャンバ２２０に供給される、又は第１のポンプ・ポート２２８で受け入れる第１のチャンバ２２０からの流体流量は、第２のポンプ・ポート２３２から第２のチャンバ２２２に供給される、又は第２のポンプ・ポート２３２で受け入れる第２のチャンバ２２２からの流体流量よりも大きい。ポンプ２２６が供給する流体流量とポンプ２２６で受け入れる流体流量との間のそのような差異により、キャビテーションが生じることがあり、ポンプ２２６が適切に動作しない場合がある。
【0044】
ＥＨＡ２０２は、増幅回路２４２を含み、増幅回路２４２は、流体流量を増幅する又は過剰流を消費し、そのような流体流量の差異を補償するように構成される。増幅回路２４２は、例えば、チャージ・ポンプを含むことができ、チャージ・ポンプは、槽２４４から流体を引き出し、流れを増幅流ライン２４６に供給するように構成される。槽２４４は、低圧レベル、例えば、７５～１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）で流体を収容する流体保管所として構成することができる。別の例では、増幅回路２４２は、加圧流体を保管するように構成した蓄圧器を備えることができ、槽２４４は使用しなくてよい。増幅回路２４２は、増幅流ライン２４６を流れる過剰流体を受け入れ、そのような過剰流のための槽２４４への経路をもたらすように構成することもできる。
【0045】
ＥＨＡ２０２は、逆止め弁２４７を含むことができる。逆止め弁２４７は、ポンプ・ポート２２８を介してポンプ２２６によって供給される流体を遮断し、そのような流体を第１のチャンバ２２０にそらし、ピストン２１２を拡張させるように構成することができる。例では、逆止め弁２４７は、ピストン２１２が後退している場合等に電子制御することができ、過剰流を増幅回路２４２に供給することが望ましい場合、逆止め弁２４７は、開放状態に切り替えることができ、過剰流を第１のチャンバ２２０から増幅回路２４２に流すことを可能にする。
【0046】
図２に示すように、油圧システム２００は、制御器２４８を含むことができる。制御器２４８は、１つ若しくは複数のプロセッサ又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（例えば、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等）を含んでもよい。データ記憶装置は、命令をデータ記憶装置上に記憶させることができ、これらの命令は、制御器２４８の１つ又は複数のプロセッサによって実行されると、制御器２４８が、本明細書で説明する動作を実施する。
【0047】
制御器２４８は、様々なセンサ又は入力デバイスからの信号を介してセンサ情報を含む入力情報を受信することができ、応答して、ＥＨＡ２０２の様々な構成要素に電気信号を供給する。例えば、制御器２４８は、（例えば、掘削機１００のジョイスティック１２２、１２４から）指令又は入力を受信し、ピストン２１２を所与の方向で、特定の所望の速度で移動させる（例えば、ピストンを拡張又は後退させる）ことができる。制御器２４８は、ピストン２１２の１つ若しくは複数の位置又は速度、様々な油圧ライン、チャンバ、又はＥＨＡ２０２のポートの圧力レベル、負荷２１８の大きさ等を示すセンサ情報を受信することもできる。これに応答して、制御器２４８は、指令信号をパワー・エレクトロニクス・モジュール２５０を介して電気モータ２２４に供給し、ピストン２１２を指令方向で、所望の指令速度で、制御して移動させることができる。
【0048】
パワー・エレクトロニクス・モジュール２５０は、例えば、半導体切替え要素（トランジスタ）の構成を有するインバータを備えることができ、掘削機１００の電池２５２から供給される直流電流（ＤＣ）電力から、電気モータ２２４を駆動可能な３相電力に変換することを支持し得る。電池２５２は、制御器２４８に電気的に結合し、電力を制御器２４８に供給し、制御器２４８からの指令を受信することもできる。他の例では、掘削機１００を、電池２５２によって電気的に推進するのではなく、内燃機関（ＩＣＥ）によって推進させる場合、発電機をＩＣＥに結合し、パワー・エレクトロニクス・モジュール２５０のために発電することができる。
【0049】
油圧システム２００は、電気モータ２４０を制御し制御器２４８と通信する別のパワー・エレクトロニクス・モジュールを含むことができる。増幅回路２４２は、それぞれの電気モータ及びチャージ・ポンプを制御するそれぞれのパワー・エレクトロニクス・モジュールを含むこともできる。そのようなパワー・エレクトロニクス・モジュールは、図の視覚的な煩雑さを低減するため、図２では示さない。
【0050】
ピストン２１２を拡張する（即ち、ピストン２１２を図２の右に移動させる）には、制御器２４８は、指令信号をパワー・エレクトロニクス・モジュール２５０に送信し、電気モータ２２４を動作させ、ポンプ２２６を第１の回転方向で回転させることができる。したがって、流体は、ポンプ・ポート２２８から流体流ライン２３０を通じて第１のチャンバ２２０に供給され、ピストン２１２を拡張させる。ピストン２１２が拡張するにつれて、流体が第２のチャンバ２２２から排出され、第２のポンプ・ポート２３２に流れる（閉回路構成）。
【0051】
同時に、増幅回路２４２は、増幅流ライン２４６を通じて流れを補償又は増幅することができ、増幅流は、第２のチャンバ２２２から排出された流体に合流する。次に、第２のチャンバ２２２及び増幅回路２４２から結合した流れは、第２のポンプ・ポート２３２に流れる。増幅流量Ｑ増幅の補償は、Ｑ増幅＝ＡＲＶとして決定され、上述のように、式中、ＡＲは、ロッド２１６の断面積であり、Ｖは、ピストン２１２の速度である。
【0052】
したがって、ポンプ・ポート２３２に供給される流量は、ポンプ２２６によってポンプ・ポート２２８及び流体流ライン２３０を通じて第１のチャンバ２２０に供給される流量に実質的に等しい。特に、チャンバ２２２から流体流ライン２３４を通じてポンプ・ポート２３２に戻る流体は、低圧レベルを有し、したがって、ポンプ・ポート２３２に戻る流れの低圧レベルに一致する低圧レベルで増幅流を供給することができる。例えば、増幅流は、１０～３５バール又は１４５～５００ｐｓｉの範囲内で圧力レベルを有することができる。このことは、負荷２１８が抵抗性であると仮定して、負荷２１８に対してピストン２１２を拡張させるためにポンプ２２６が第１のチャンバ２２０に供給し得る４５００ｐｓｉ等の高圧レベルと比較される。
【0053】
ピストン２１２を後退させる（即ち、ピストン２１２を図２の左に移動させる）には、制御器２４８は、指令信号をパワー・エレクトロニクス・モジュール２５０に送信し、電気モータ２２４を動作させ、ポンプ２２６を第１の回転方向とは反対の第２の回転方向で回転させることができる。したがって、流体は、ポンプ・ポート２３２から流体流ライン２３４を通じて第２のチャンバ２２２に供給され、ピストン２１２を後退させる。
【0054】
第１のチャンバ２２０から排出された流体は、第２のチャンバ２２２に供給される流体と比較すると、より高流速で流れる。第１のチャンバ２２０から戻る過剰流は、増幅流ライン２４６に流れ、次に、増幅回路２４２に流れことができ、これにより、槽２４４への流路をもたらすことができる。過剰流量は、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２２０からの過剰流は、増幅流ライン２４６に供給される一方で、第１のチャンバ２２０からポンプ・ポート２２８に戻る流体流量は、ポンプ２２６によって、ポンプ・ポート２３２及び流体流ライン２３４を通じて第２のチャンバ２２２に供給される流量に実質的に等しい。
【0055】
ＥＨＡ２０６は、ピストンを拡張又は後退させるのと同様に、油圧シリンダ・アクチュエータ２０８のピストンの動作を制御することができる。したがって、油圧システム２００は、各油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８のための専用静油圧ポンプ（即ち、ポンプ２２６、２３８）と、電気モータ（即ち、電気モータ２２４、２４０）とを有するオンデマンド閉回路システムを備える。この手法は、弁の計測を特徴とする従来のシステムをなくすことによって、効率を向上させることができる。
【0056】
しかし、増幅流をもたらし、過剰流を受け入れる専用増幅回路２４２があると、増幅回路２４２が更なる増幅ポンプ及び関連する流体接続部を含み得る場合、油圧システムに費用及び複雑さを追加させる。増幅流をもたらすのに既存のポンプ及びモータを利用する様式で油圧システムを構成するのではなく、専用増幅システムを伴わずに機械の油圧システム構成することが望ましい場合があり、これにより、システムの費用を低減し、その効率を増大させる。
【0057】
更に、各機械アクチュエータのための専用閉回路が、アクチュエータの間で流れの共有及び流れの総和を可能にしない場合、過剰流量及び過大構成要素を有するシステムにすることがある。例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８の一方にそれぞれの負荷を移動させるように命じる一方で、他方に移動を命じていない場合、命じられていない油圧シリンダ・アクチュエータは、流れを供給するための容量が使用されずに、遊休状態のままである。したがって、場合によっては、ポンプ２２６、２３８を並列に流体接続する開回路構成でＥＨＡ２０２、２０６の一方又は両方を動作させ、流れの総和を可能にし、システムのポンプ及びモータの利用を向上させることが望ましい場合がある。このように、場合によっては、より小さなポンプを使用することができる。
【0058】
図３は、例示的実装形態による、開回路構成が流れの総和を可能にする油圧システム３００を示す。油圧システム３００は、流れの総和を示すため、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８のピストンの拡張を伴う状態を示す簡略化された形式で示す。しかし、油圧システム３００は、方向弁を含むことができ、方向弁は、油圧システム５００に対して以下で説明するように、ピストンの後退を可能にするように作動し得ることを理解されたい。更に、槽２４４は、油圧システム３００内の複数の場所で示されるが、図３全体を通して同じ参照番号で指定される。
【0059】
油圧システム３００は、ポンプ・ポート２２８を油圧シリンダ・アクチュエータ２０４の第１のチャンバ２２０に流体結合し得る可変オリフィス３０２と、第２のチャンバ２２２を槽２４４に流体結合する可変オリフィス３０４とを含む。可変オリフィス３０２、３０４は、図３に概略的に示すが、例えば、電気的に作動することができる方向弁、比例弁によって形成し得ることを理解されたい。可変オリフィス３０２、３０４は、個別の弁又は一方向弁内に含めることができる。油圧システム３００は、可変オリフィス３０６と可変オリフィス３０８とを更に含み、可変オリフィス３０６及び可変オリフィス３０８は、油圧シリンダ・アクチュエータ２０８に流体結合され、可変オリフィス３０２、３０４と同様に動作する。
【0060】
閉回路構成で構成したポンプ２２６、２３８を有する油圧システム２００とは対照的に、油圧システム３００は、開回路構成で構成したポンプ２２６、２３８を有する。特に、ポンプ２２６のポンプ・ポート２２８は、流体流ライン３１０を介してポンプ２３８のポンプ・ポート２３７に流体結合される一方で、ポンプ２２６のポンプ・ポート２３２及びポンプ２３８のポンプ・ポート２３９は、槽２４４に流体結合される。このように、それぞれのピストンが拡張する際に油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８から排出される流体は、油圧システム２００のような閉ループではポンプ２２６、２３８に戻らない。そうではなく、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８から排出された流体は、槽２４４に戻る。この場合、ポンプ２２６、２３８は、槽２４４から流体を引き込み、流体を油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８に押し出し、ピストンを拡張させる。
【0061】
例えば、オペレータがピストン２１２を拡張させる指令を与えたと仮定すると、制御器２４８は、電気モータ２２４を作動させ、ポンプ２２６を駆動することができる。ポンプ２２６は、ポンプ・ポート２３２を通じて流体を槽２４４から引き込み、流体をポンプ・ポート２２８に押し出す。また、制御器２４８は、可変オリフィス３０２を開放し、第１のチャンバ２２０への流路を開放し、ピストン２１２を拡張させ、可変オリフィス３０４を開放し、第２のチャンバ２２２から排出された流体を槽２４４に供給する流路を形成する。
【0062】
特に、油圧システム３００の構成により、ポンプ２３８のポンプ・ポート２３７は、流体流ライン３１０を介してポンプ２２６のポンプ・ポート２２８に流体結合される。このように、ポンプ２２６、２３８は、並列で接続される。したがって、ポンプ２３８の流体出力は、ピストン２１２を拡張させるために油圧シリンダ・アクチュエータ２０４の第１のチャンバ２２０に流れる前、ポンプ２２６の流体出力に合流するか、ポンプ２２６の流体出力に追加されるか、又はポンプ２２６の流体出力と総和される。同様に、ポンプ２２６の流体出力は、ピストンを拡張させるために油圧シリンダ・アクチュエータ２０８に流れる前、ポンプ２３８の流体出力に合流するか、ポンプ２３８の流体出力に追加されるか、又はポンプ２３８の流体出力と総和される。
【0063】
このように、ポンプ２２６、２３８を駆動する電気モータ２２４、２４０の最大許容速度に基づき利用可能な総流量は、それぞれのピストンに対する指令速度に応じて、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４と２０８との間に分配することができる。例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４のピストン２１２に、油圧シリンダ・アクチュエータ２０８のピストンと比較してより高速で移動するように命じたと仮定する。この例では、制御器２４８は、可変オリフィス３０２、３０６を異なる開放サイズに開放することができ、これにより、ポンプ・ポート２３７を通じてポンプ２３８によって押し出される流体部分が油圧シリンダ・アクチュエータ２０８に流れてピストンを拡張させる。流体の残りの部分は、流体流ライン３１０を通じて流れ、ポンプ・ポート２２８を通じてポンプ２２６によって押し出された流体に合流し、可変オリフィス３０２を通じて第１のチャンバ２２０に流れ、ピストン２１２を拡張させる。この構成は、ポンプ２２６、２３８の個々のポンプ容量を低減可能にし得る。というのは、この構成により、２つのポンプ２２６、２３８の間の流れの総和を可能にするためである。したがって、油圧システム２００と比較して、より小型の、費用があまり高くない構成要素を使用することができる。
【0064】
他の例では、圧力の総和を可能にするシステム構成を有することが望ましい場合がある。電気モータ２２４、２４０によって与えられるモータ・トルクは、それぞれのポンプの出口ポートにおける圧力レベル（Ｐ出）とポンプの入口ポートにおける圧力レベル（Ｐ入）との間の圧力差に基づき決定される。例えば、電気モータ２２４がポンプ２２６に供給し、ピストン２１２を拡張させ、負荷２１８を押し出すトルク（したがって動力）は、（Ｐ出－Ｐ入）のデルタ圧力値に基づき、Ｐ出は、（第１のチャンバ２２０内の圧力レベルに実質的に等しい）ポンプ・ポート２２８の圧力レベルであり、Ｐ入は、（第２のチャンバ２２２内の圧力レベルに実質的に等しい）ポンプ・ポート２３２の圧力レベルである。圧力レベルＰ出、Ｐ入は、負荷２１８の大きさによって決定することができる。
【0065】
デルタ圧力値（Ｐ出－Ｐ入）がより高いほど、電気モータ２２４がピストン２１２及び負荷２１８を所与の速度で駆動するために供給する必要があるトルク及び動力は、より大きい。したがって、ポンプ２２６、２３８を直列に流体接続する開回路構成でＥＨＡ２０２、２０６の一方又は両方を動作させることが望ましい場合があり、第１のポンプの出口ポートは、第２のポンプの入口ポートに接続され、圧力の総和を可能にし、第２のポンプにわたるデルタ圧力値を低減する。このように、第２のポンプのモータが供給する必要があるトルクを低減することができる。したがって、システムの利用を向上することができ、場合によっては、より小型サイズのモータを使用することができる。
【0066】
図４は、例示的実装形態による、圧力の総和を可能にする開回路構成を有する油圧システム４００を示す。油圧システム４００は、簡略化された形式で示され、圧力の総和を示すため、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８のピストンの拡張を伴う状態を示す。しかし、油圧システム４００は、方向弁を含むことができ、方向弁は、油圧システム５００に対して以下で説明するように、ピストンの後退を可能にするように作動し得ることを理解されたい。更に、槽２４４は、油圧システム４００内の複数の場所で示されるが、図４全体を通して同じ参照番号で指定する。
【0067】
油圧システム４００は、開回路実装形態で構成したポンプ２２６、２３８を有する。しかし、ポンプ２２６、２３８が並列に接続され、ポンプ出口ポート（ポンプ２２６のポンプ・ポート２２８及びポンプ・ポート２３７）が流体接続される油圧システム３００とは対照的に、油圧システム４００では、ポンプ２２６、２３８は直列に接続される。詳細には、ポンプ・ポート２３７（関連するピストンが拡張している際のポンプ２３８の出口ポート）は、流体流ライン４０２を介してポンプ・ポート２３２（ピストン２１２が拡張している際のポンプ２２６の入口ポート）に接続される。
【0068】
したがって、ポンプ２３８の流体出力は、ポンプ２２６の入口ポートに供給される。このように、ポンプ２３８は、高圧流体をポンプ２２６の入口ポートに供給し、これにより、ポンプ２２６にわたる圧力差を低減する（即ち、ポンプ２２６が流体を加圧する大きさを低減する）ことができる。ポンプ２２６にわたるデルタ圧力（Ｐ出－Ｐ入）を低減した結果として、電気モータ２２４がポンプ２２６に供給するトルク及び動力を低減することができる。したがって、油圧システム４００の電力消費量も低減することができる。
【0069】
したがって、油圧システム２００は、各アクチュエータのための専用ＥＨＡを有する閉回路構成をもたらす一方で、油圧システム３００、４００は、流れの総和及び圧力の総和のそれぞれを可能にする開回路構成をもたらす。閉回路構成と開回路構成との間で選択的に切り替える油圧システムを有することが望ましい場合がある。そのようなシステムは、異なる動作モードの間での切替えに対して柔軟性をもたらし、油圧システムのオペレータの指令及び条件に基づき、システムの効率及びシステムの構成要素の利用を最適化する。
【0070】
図５は、例示的実装形態による、閉回路構成と開回路構成との間の切替えを可能にする構成を有する油圧システム５００を示す。油圧システム５００は、機械の様々なアクチュエータを制御するＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ、５０１Ｃを含む。特に、ＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂは、油圧シリンダＥＨＡであり、ＥＨＡ５０１Ａが油圧シリンダ・アクチュエータ５０２を制御し、ＥＨＡ５０１Ｂが油圧シリンダ・アクチュエータ５０４を制御する一方で、ＥＨＡ５０１Ｃは、油圧モータＥＨＡであり、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６を制御する。
【0071】
油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４は、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４、２０８と同様に構成され、掘削機１００の油圧シリンダ・アクチュエータ１１４、１１６及び１１８のいずれかを表すことができる。回転油圧モータ・アクチュエータ５０６は、例えば、掘削機１００の旋回油圧モータ・アクチュエータ１２０を表すことができる。特に、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４の不平衡アクチュエータとは異なり、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６は平衡であり、動作の際に増幅流を必要としない。
【0072】
ＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ及び５０１Ｃは、同じ構成要素を備える。したがって、ＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ及び５０１Ｃの構成要素又は要素は、同じ参照番号で指定し、「Ａ」、「Ｂ」又は「Ｃ」の接尾辞は、ＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ及び５０１Ｃのそれぞれに対応する。ＥＨＡ５０１Ａを以下で詳細に説明するが、ＥＨＡ５０１Ｂ及び５０１Ｃは同様に動作することを理解されたい。
【0073】
更に、制御器２４８、パワー・エレクトロニクス・モジュール２５０及び電池２５２は、図の視覚的な煩雑さを低減するため、図５には示さない。しかし、油圧システム５００は、制御器２４８等の制御器を含むことができ、制御器は、電気モータ及び電気作動弁のソレノイド・コイル等の油圧システム５００の様々な構成要素を動作、作動させるように構成されることを理解されたい。また、油圧システム５００の電気モータは、パワー・エレクトロニクス・モジュール２５０と同様に、それぞれのパワー・エレクトロニクス・モジュールによって駆動又は制御されることを理解されたい。電池２５２と同様の電池も、油圧システム５００の様々な構成要素及びモジュールに給電することができる。
【0074】
油圧シリンダ・アクチュエータ５０２は、油圧シリンダ・アクチュエータ２０４と同様に構成され、ピストン・ヘッドを有するピストン５０８Ａを有し、ピストン・ヘッドは、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２のシリンダを、ヘッド側又は第１のチャンバ５１０及びロッド側又は第２のチャンバ５１２に分割する。ＥＨＡ５０１Ａは、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２への油圧流体流の量及び方向を制御するように構成される。そのような制御は、双方向流体流源として構成した（ポンプ２２６、２３８と同様の）ポンプ５１６Ａを駆動するように構成した（電気モータ２２４、２４０と同様の）電気モータ５１４Ａの速度及び方向を制御することによって達成される。ポンプ５１６Ａは、流体流ライン５２０Ａによって油圧シリンダ・アクチュエータ５０２の第１のチャンバ５１０に接続される第１のポンプ・ポート５１８Ａと、流体流ライン５２４Ａによって油圧シリンダ・アクチュエータ５０２の第２のチャンバ５１２に接続される第２のポンプ・ポート５２２Ａとを有する。
【0075】
第１のポンプ・ポート５１８Ａ及び第２のポンプ・ポート５２２Ａは、電気モータ５１４Ａ及びポンプ５１６Ａの回転方向に基づき、入口ポート及び出口ポートの両方であるように構成される。したがって、電気モータ５１４Ａ及びポンプ５１６Ａは、第１の回転方向で回転し、第１のポンプ・ポート５１８Ａを通じて流体を引き込み、流体を第２のポンプ・ポート５２２Ａに注入するか、又は逆に、第２の回転方向で回転し、第２のポンプ・ポート５２２Ａを通じて流体を引き込み、流体を第１のポンプ・ポート５１８Ａに注入することができる。
【0076】
ＥＨＡ５０１Ａは、第１の負荷保持弁５２６Ａを更に含み、第１の負荷保持弁５２６Ａは、第１のポンプ・ポート５１８Ａと第１のチャンバ５１０との間で流体流ライン５２０Ａ内に配設される。ＥＨＡ５０１Ａは、第２の負荷保持弁５２８Ａも含み、第２の負荷保持弁５２８Ａは、第２のポンプ・ポート５２２Ａと第２のチャンバ５１２との間で流体流ライン５２４Ａ内に配設される。負荷保持弁５２６Ａ、５２８Ａは、圧力制御弁として構成することができ、ピストン５０８Ａが制御されずに移動しないようにする。特に、負荷保持弁５２６Ａ、５２８Ａは、逆止め弁として動作するように構成することができ、ポンプ５１６Ａからチャンバ５１０、５１２への自由な流れを可能にする一方で、作動されるまで、流体がチャンバ５１０、５１２からポンプ５１６Ａに戻るのを遮断する。用語「遮断」は、本明細書全体を通して、例えば、１分あたりの液滴の最小流又は漏洩流を除き、流体流を実質的に防止することを示すように使用される。
【0077】
一例として、負荷保持弁５２６Ａは、３つのポートを有する方向弁として構成することができ、第１のポートは、第１のチャンバ５１０に流体結合し、第２のポートは、（ポンプ・ポート５１８Ａに結合される）流体流ライン５２０Ａに流体結合し、第３のポートは、流体槽５３２に流体結合する槽流体ライン５３０に流体結合する。負荷保持弁５２６Ａは、ソレノイド・コイル５３４Ａ、５３６Ａを備えるソレノイド・アクチュエータを有する電気作動弁とすることができる。
【0078】
負荷保持弁５２６Ａがニュートラル位置又はニュートラル状態にある場合（即ち、ソレノイド・コイル５３４Ａ、５３６Ａに通電されていない場合）、流体がポンプ５１６Ａから（ポンプ・ポート５１８Ａ及び流体流ライン５２０Ａを通り）負荷保持弁５２６Ａを通じて第１のチャンバ５１０に流れることを可能にするが、第１のチャンバ５１０から排出された流体を遮断する。ソレノイド・コイル５３４Ａに通電すると、負荷保持弁５２６Ａは、第１の状態で動作し、第１のチャンバ５１０から排出された流体が、負荷保持弁５２６Ａを通じて流体流ライン５２０Ａに流れ、次に、ポンプ５１６Ａのポンプ・ポート５１８Ａに流れることを可能にする（例えば、閉回路構成）。一方、ソレノイド・コイル５３６Ａに通電すると、負荷保持弁５２６Ａは、第２の状態で動作し、第１のチャンバ５１０から排出された流体が、負荷保持弁５２６Ａを通じて槽流体ライン５３０に流れることを可能にする（例えば、開回路構成）。
【0079】
負荷保持弁５２８Ａは、負荷保持弁５２６Ａと同様に構成される。特に、負荷保持弁５２８Ａは、３つのポートを有する方向弁として構成することができ、第１のポートは、第２のチャンバ５１２に流体結合し、第２のポートは、（ポンプ・ポート５２２Ａに結合される）流体流ライン５２４Ａに流体結合し、第３のポートは、槽流体ライン５３０に流体結合する。負荷保持弁５２８Ａも、ソレノイド・コイル５３８Ａ、５４０Ａを備えるソレノイド・アクチュエータを有する電気作動弁とすることができる。
【0080】
負荷保持弁５２８Ａがニュートラル位置又はニュートラル状態にある場合（即ち、ソレノイド・コイル５３８Ａ、５４０Ａに通電されていない場合）、流体がポンプ５１６Ａから（ポンプ・ポート５２２Ａ及び流体流ライン５２４Ａを通り）負荷保持弁５２８Ａを通じて第２のチャンバ５１２に流れることを可能にするが、第２のチャンバ５１２から排出された流体を遮断する。ソレノイド・コイル５３８Ａに通電すると、負荷保持弁５２８Ａは、第１の状態で動作し、第２のチャンバ５１２から排出された流体が、負荷保持弁５２８Ａを通じて流体流ライン５２４Ａに流れ、次に、ポンプ５１６Ａのポンプ・ポート５２２Ａに流れることを可能にする（例えば、閉回路構成）。一方、ソレノイド・コイル５４０Ａに通電すると、負荷保持弁５２８Ａは、第２の状態で動作し、第２のチャンバ５１２から排出された流体が、負荷保持弁５２８Ａを通じて槽流体ライン５３０に流れることを可能にする（例えば、開回路構成）。
【0081】
例えば、ピストン５０８Ａを拡張させるには、ポンプ５１６Ａは、流体流を第１のポンプ・ポート５１８Ａから負荷保持弁５２６Ａを通じて第１のチャンバ５１０に供給することができる（負荷保持弁５２６Ａを図５で示すように作動させなくてもよく、代替的に、ソレノイド・コイル５３４Ａに通電することによって第１の状態に作動させてもよい）。第２のチャンバ５１２から排出された流体は、負荷保持弁５２８Ａが作動されるまで、負荷保持弁５２８Ａによって遮断される。例えば、図５に示す状態で示すように、ソレノイド・コイル５３８Ａに通電し、第２のチャンバ５１２から第２のポンプ・ポート５２２Ａへの流体流路を開放し、ＥＨＡ５０１Ａを閉回路構成で動作させることができる。代替的に、負荷保持弁５２８Ａは、ソレノイド・コイル５４０Ａに通電することによって作動させ、第２のチャンバ５１２から槽流体ライン５３０への流体流路を開放し、ＥＨＡ５０１Ａを開回路構成で動作させることができる。
【0082】
逆に、ピストン５０８Ａを後退させるには、ポンプ５１６Ａは、流体流を第２のポンプ・ポート５２２Ａから負荷保持弁５２８Ａを通じて第２のチャンバ５１２に供給することができる（負荷保持弁５２６Ａを作動させなくてもよく、ソレノイド・コイル５３８Ａに通電することによって第１の状態に作動させてもよい）。第１のチャンバ５１０から排出された流体は、負荷保持弁５２６Ａが作動されるまで、負荷保持弁５２６Ａによって遮断される。例えば、ソレノイド・コイル５３４Ａに通電し、第１のチャンバ５１０から第１のポンプ・ポート５１８Ａへの流体流路を開放し、ＥＨＡ５０１Ａを閉回路構成で動作させることができる。代替的に、負荷保持弁５２８Ａは、ソレノイド・コイル５３６Ａに通電することによって作動させ、第１のチャンバ５１０から槽流体ライン５３０への流体流路を開放し、ＥＨＡ５０１Ａを開回路構成で動作させることができる。
【0083】
一例では、負荷保持弁５２６Ａ、５２８Ａは、作動時に全開するオン／オフ弁とし得る。別の例では、流体が排出されるチャンバ又は分配流体がそれぞれ供給されるチャンバ（チャンバ５１０、５１２のいずれか）内の流体圧力レベルを制御することが望ましい場合がある。この例では、負荷保持弁５２６Ａ、５２８Ａは、比例弁として構成することができ、負荷保持弁を通る特定のサイズの開口を有するように変調し、流体が排出されるチャンバ又は特定の流体量を可能にするチャンバのそれぞれにおける特定の背圧を達成することができる。
【0084】
油圧シリンダ・アクチュエータ５０２は、第１のチャンバ５１０に供給される流体流量又は第１のチャンバ５１０から排出される流体流量が、第２のチャンバ５１２に供給される流体流量又は第２のチャンバ５１２から排出される流体流量よりも大きいため、不平衡である。したがって、ＥＨＡ５０１Ａが閉回路構成で動作する場合、第１のポンプ・ポート５１８Ａから第１のチャンバ５１０に供給される流体流量又は第１のチャンバ５１０から第１のポンプ・ポート５１８Ａで受け入れられる流体流量は、第２のポンプ・ポート５２２Ａから第２のチャンバ５１２に供給される流体流量又は第２のチャンバ５１２から第２のポンプ・ポート５２２Ａで受けられる流体流量よりも大きい。ポンプ５１６Ａが供給する流体流量とポンプ５１６Ａで受けられる流体流量との間のそのような差異により、キャビテーションが生じることがあり、ポンプ５１６Ａが適切に動作しない場合がある。ＥＨＡ５０１Ａは、流体流量を増幅させ、流体流量のそのような差異を補償する構成をもたらす。
【0085】
ＥＨＡ５０１Ａは、モード切替え弁５４２Ａを含むことができ、モード切替え弁５４２Ａは、閉回路動作モードと開回路動作モードとの間でＥＨＡ５０１Ａの動作モードを切り替えるように構成される。ＥＨＡ５０１Ａは、モード切替え弁５４２Ａに流体結合する増幅流弁５４４Ａと槽流弁５４６Ａとを有するように更に構成される。
【0086】
特に、モード切替え弁５４２Ａは、４つのポートを有する３位置／４方向弁として構成することができ、（ｉ）第１のポートは、槽流弁５４６Ａに流体結合し、（ｉｉ）第２のポートは、増幅流弁５４４Ａに流体結合し、（ｉｉｉ）第３のポートは、流体流ライン５２０Ａ及びポンプ・ポート５１８Ａに流体結合し、（ｉｖ）第４のポートは、流体流ライン５２４Ａ及びポンプ・ポート５２２Ａに流体結合する。モード切替え弁５４２Ａは、ソレノイド・コイル５４８Ａ、５５０Ａを備えるソレノイド・アクチュエータを有する電気作動弁とすることができる。
【0087】
モード切替え弁５４２Ａがニュートラル位置又は状態にある場合（即ち、ソレノイド・コイル５４８Ａ、５５０Ａに通電されていない場合）、全ての４つのポートは遮断され、流体はモード切替え弁５４２Ａを通過しない。ソレノイド・コイル５４８Ａに通電すると、モード切替え弁５４２Ａは、第１の状態（図５に示す）で動作することができ、モード切替え弁５４２Ａは、流体流ライン５２０Ａを槽流弁５４６Ａに流体結合し、流体流ライン５２４Ａを増幅流弁５４４Ａに流体結合する。一方、ソレノイド・コイル５５０Ａに通電すると、モード切替え弁５４２Ａは、第２の状態で動作することができ、モード切替え弁５４２Ａは、流体流ライン５２０Ａを増幅流弁５４４Ａに流体結合し、流体流ライン５２０Ａを槽流弁５４６Ａに流体結合する。
【0088】
例では、増幅流弁５４４Ａは、２つのポートを有する２位置／２方向弁として構成することができ、第１のポートは、増幅流ライン５５２に流体結合し、第２のポートは、モード切替え弁５４２Ａの第２のポートに流体結合する。増幅流弁５４４Ａは、ソレノイド・コイル５５４Ａを備えるソレノイド・アクチュエータを有する電気作動弁とすることができる。図５に示す例示的実装形態では、増幅流弁５４４Ａは、通常開放弁とすることができ、作動されていない場合（第１の状態）、モード切替え弁５４２Ａを増幅流ライン５５２に流体結合する。しかし、ソレノイド・コイル５５４Ａに通電すると、増幅流弁５４４Ａは、第２の状態で動作し、増幅流弁５４４Ａは、モード切替え弁５４２Ａと増幅流ライン５５２との間の流体流を遮断する。
【0089】
同様に、例では、槽流弁５４６Ａは、２つのポートを有する２位置／２方向弁として構成することができ、第１のポートは、槽流体ライン５３０に流体結合し、第２のポートは、モード切替え弁５４２Ａの第１のポートに流体結合する。槽流弁５４６Ａは、ソレノイド・コイル５５６Ａを備えるソレノイド・アクチュエータを有する電気作動弁とすることができる。図５に示す例示的実装形態では、槽流弁５４６Ａは、通常開放弁とすることができ、作動されていない場合（第１の状態）、モード切替え弁５４２Ａを槽流体ライン５３０に流体結合する。しかし、ソレノイド・コイル５５６Ａに通電すると、槽流弁５４６Ａは、第２の状態で動作し、槽流弁５４６Ａは、モード切替え弁５４２Ａと槽流体ライン５３０との間の流体流を遮断する。
【0090】
油圧システム５００は、増幅流を不平衡アクチュエータに供給し得る専用増幅システムを有するのではなく、過剰流容量を有するアクチュエータが、過剰流を増幅流ライン５５２に供給し、増幅流を要求する不平衡アクチュエータに与えるように構成される。このことは、ＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ、５０１Ｃの負荷保持弁、モード切替え弁、増幅流弁及び槽流弁の状態を変更することによって達成される。
【0091】
例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４の両方のピストンが拡張しており、したがって、増幅流を必要とする場合、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６のポンプ５１６Ｃは、増幅流を供給することができる（例えば、ポンプ５１６Ｃは、流体流ライン５２４Ｃ、ソレノイド・コイル５４８Ｃによって作動されるモード切替え弁５４２Ｃ、及び通常開放状態の増幅流弁５４４Ｃを通じて流体を増幅流ライン５５２に供給することができる）。特に、油圧システム５００の制御器（例えば、制御器２４８）は、不平衡アクチュエータによって要求される流量を決定し、電気モータ５１４Ｃに特定の速度で回転するように命じ、要求された流体流量を発生させることができる。
【0092】
場合によっては、不平衡アクチュエータ（油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４）を作動するのと同時に、機械のオペレータ（例えば、掘削機１００のオペレータ）は、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に所与の速度で移動する（例えば、回転プラットフォーム１１０を回転させる）ように命じる。これらの場合、制御器は、不平衡アクチュエータが要求する流量、及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６を動作するのに要求される流量を決定し、次に、電気モータ５１４Ｃに、合計流量を生成する特定の速度で回転するように命じることができる。
【0093】
更に、油圧システム５００は、ピストンが後退している不平衡アクチュエータの一部から戻る過剰流を、ピストンが拡張している他の不平衡アクチュエータが使用することを可能にする。例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２のピストン５０８Ａが後退している際、第１のチャンバ５１０から排出された（ポンプ５１６Ａによって消費されない）過剰流は、（例えば、負荷保持弁５２６Ａのソレノイド・コイル５３４Ａ、モード切替え弁５４２Ａの場合はソレノイド・コイル５５０Ａに通電することによって）増幅流ライン５５２に供給することができる。ピストン５０８Ｂが拡張している、したがって、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４によって増幅流が要求される場合、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２によって増幅流ライン５５２に供給される過剰流は、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４が増幅流として消費することができる。
【0094】
例では、増幅流体流を特定の圧力レベルで供給することが望ましい場合がある。例えば、ピストン５０８Ａが拡張している、したがって、増幅流が要求される場合、増幅流は、ポンプ・ポート５２２Ａに流す前、増幅流ライン５５２から非作動状態にある増幅流弁５４４Ａに供給し、次に、ソレノイド・コイル５４８Ａに通電することによって作動されるモード切替え弁５４２Ａを通り、次に、第２のチャンバ５１２から排出された戻り流に合流させることができる。第２のチャンバ５１２から排出された流体の圧力レベルに実質的に等しい圧力レベルで増幅流を有するには、油圧システム５００は、増幅流ライン５５２内の流体の圧力レベルを制御するように構成した電気油圧圧力逃し弁（ＥＨＰＲＶ）５５８を含むことができる。
【0095】
ＥＨＰＲＶ５５８は、図５に示すように、増幅流ライン５５２を槽５３２に流体結合させる。ＥＨＰＲＶ５５８は、例えば、機械的逃し部分と、ソレノイド・コイル５６０を有する電気油圧比例部分とを含むことができる。一例として、機械的逃し部分は、ばね付勢される可動要素（例えばポペット）を有することができ、可動要素は、ＥＨＰＲＶ５５８の弁体又はスリーブ内に形成される座に据え付けられる。ばねは、ＥＨＰＲＶ５５８の圧力設定を決定する。
【0096】
増幅流ライン５５２内の流体の圧力レベルが特定の圧力レベル、即ち、ＥＨＰＲＶ５５８の圧力設定を超えると、可動部材はばねに打ち勝ち、座から持ち上がり、これにより、流体が増幅流ライン５５２から槽５３２に流れる。したがって、増幅流ライン５５２内の圧力レベルは、ＥＨＰＲＶ５５８の圧力設定を超えない。
【0097】
ＥＨＰＲＶ５５８の電気油圧比例部分は、例えば、比例二方弁を含むことができる。電気信号をソレノイド・コイル５６０に供給すると、電気油圧比例部分内のスプール又は可動要素は移動し、流体信号を機械的逃し部分に供給することを可能にする。流体信号は、ソレノイド・コイル５６０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って決定された圧力設定を変化させる。信号の大きさが増大するにつれて、例えば圧力設定が増大する。またその逆も同様である。この構成により、ソレノイド・コイル５６０への電気信号によって、増幅流ライン５５２内の増幅流体流の圧力レベルを制御、変更することができる。
【0098】
油圧システム５００は、逆止め弁５６２を更に有することができ、逆止め弁５６２は、増幅流ライン５５２から槽５３２への流体流を遮断し、ＥＨＰＲＶ５５８が増幅流ライン５５２内の圧力レベルを制御することを可能にする。しかし、逆止め弁５６２は、増幅流ライン５５２内の圧力レベルが特定の圧力レベル（例えば、７０ｐｓｉ）以下に下がった場合、槽から増幅流ライン５５２への流体のための流路をもたらし、増幅流ライン５５２内のキャビテーションを防止することができる。
【0099】
油圧システム５００内の複数の弁の機能は、１つの弁又はマニホルドに一体化することができ、逆に、単一弁の機能を複数の弁に分離し得ることを理解されたい。例えば、モード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂ、５４２Ｃは、槽流弁５４６Ａ、５４６Ｂ、５４６Ｃ並びに増幅流弁５４４Ａ、５４４Ｂ及び５４４Ｃ）の一方又は両方と共に、単一弁、パッケージ又はマニホルドに一体化することができる。同様に、弁（例えば、モード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂ及び５４２Ｃ）の動作は、複数の弁に分離することができる。
【0100】
したがって、モード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂ又は５４２Ｃ、槽流弁５４６Ａ、５４６Ｂ又は５４６Ｃ並びに増幅流弁５４４Ａ、５４４Ｂ及び又は５４４Ｃは、これら弁の動作を実施するように構成した弁組立体と集合的に呼ぶことができる。例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２のモード切替え弁５４２Ａ、槽流弁５４６Ａ及び増幅流弁５４４Ａは、弁組立体５６４と集合的に呼ぶことができる。弁組立体５６４は、モード切替え弁５４２Ａ、槽流弁５４６Ａ及び増幅流弁５４４Ａのそれぞれの状態に基づき、複数の状態で動作することができる。弁組立体５６４の状態に基づき、ＥＨＡ５０１Ａは、複数の状態で動作することができる。例では、負荷保持弁５２６Ａ、５２８Ａは、弁組立体５６４内に含めることができる。
【0101】
油圧シリンダ・アクチュエータ５０４及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に対応する他の弁組立体は、図の視覚的な煩雑さを低減するため、図５では指定しない。しかし、モード切替え弁５４２Ｂ、槽流弁５４６Ｂ及び増幅流弁５４４Ｂは、ＥＨＡ５０１Ｂのための弁組立体を形成し、同様に、モード切替え弁５４２Ｃ、槽流弁５４６Ｃ及び増幅流弁５４４Ｃは、ＥＨＡ５０１Ｃのための弁組立体を形成すると理解されたい。
【0102】
図５に示す油圧システム５００は、閉回路構成におけるＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ及び５０１Ｃのそれぞれを示す（即ち、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂ及び５１６Ｂは槽５３２に流体結合していない）。しかし、油圧システム５００は、動作に柔軟性をもたらす。詳細には、専用増幅回路を有するのではなく、アクチュエータを増幅流源として使用可能にすることに加えて、油圧システム５００は、システムの条件に基づき閉回路構成と開回路構成との間で切り替えることも可能にする。更に、開回路構成において、油圧システム５００は、流れの総和又は圧力の総和を可能にするように構成することができる。したがって、弁組立体５６４、及び他のアクチュエータの対応する弁組立体は、閉回路構成又は開回路構成でそれぞれのポンプを動作させるように異なる状態で動作し得る弁構成を含むことができ、図６、図７、図８及び図９に対して以下で説明するように、流れの総和及び圧力の総和を可能にする。
【0103】
図６は、例示的実装形態による、開回路動作モードにおける回転油圧モータ・アクチュエータ５０６のＥＨＡ５０１Ｃを有する油圧システム５００を示す。図６に示す油圧システム５００の例示的動作シナリオにおいて、機械（例えば、掘削機１００）のオペレータが、入力デバイス（例えば、ジョイスティック１２２、１２４）を使用し、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２のピストン５０８Ａの拡張、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４のピストン５０８Ｂの拡張、及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６の作動を要求すると仮定する。油圧システム５００の制御器（例えば、制御器２４８）は、オペレータの指令を示す信号を入力デバイスから受信する。応答して、制御器は、指令信号の大きさを、ピストン５０８Ａ、５０８Ｂ及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に対する要求速度に変換し、これに応じて、要求速度を達成する流体流量を決定することができる。
【0104】
制御器は、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂのそれぞれが、閉回路構成で動作する際に十分な流れをそれぞれのアクチュエータに供給し得ること、及び電気モータ５１４Ａ、５１４Ｂが、十分なトルクを供給し、油圧システム５００内に存在する圧力レベルでポンプ５１６Ａ、５１６Ｂを駆動し得ることを決定することもできる。したがって、制御器は、閉回路動作モードにおけるＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂ内の動作が最適であることを決定することができる。閉回路モードでＥＨＡ５０１Ａ、５０１Ｂを動作させるため、制御器は、（ｉ）モード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂのソレノイド・コイル５４８Ａ、５４８Ｂに通電し、（ｉｉ）槽流弁５４６Ａ、５４６Ｂのソレノイド・コイル５５６Ａ、５５６Ｂに通電し、モード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂと槽流体ライン５３０との間の流体流を遮断することができる。
【0105】
しかし、増幅流を油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４に供給するため、制御器は、ＥＨＡ５０１Ｃを開回路動作モードで動作させることができ、ポンプ５１６Ｃが、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６への流体流に加えて、増幅流を増幅流ライン５５２に供給できるようにする。開回路モードでＥＨＡ５０１Ｃを動作するため、制御器は、増幅流弁５４４Ｃ又は槽流弁５４６Ｃのどちらも作動させない一方で、モード切替え弁５４２Ｃのソレノイド・コイル５５０Ｃに通電することができる。したがって、増幅流弁５４４Ｃ及び槽流弁５４６Ｃの両方は、通常開放状態で動作する。
【0106】
制御器のメモリに記憶し得るポンプ５１６Ａ、５１６Ｂの押しのけ量に基づき、制御器は、モータ指令信号を電気モータ５１４Ａ、５１４Ｂに供給し、それぞれの回転速度で回転させ、したがって、それぞれの回転速度でポンプ５１６Ａ、５１６Ｂを回転させ、決定された流体流量をもたらし、ピストン５０８Ａ、５０８Ｂを拡張させる。
【0107】
ＥＨＡ５０１Ａを参照すると、制御器は、ソレノイド・コイル５３８Ａに通電することによって負荷保持弁５２８Ａを更に作動させ、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２の第２のチャンバ５１２から排出された流体が、負荷保持弁５２８Ａを流れ、ポンプ５１６Ａに戻ることを可能にする。ピストン５０８Ａは拡張しているので、第２のチャンバ５１２から排出された戻り流体に合流させるには、増幅流は、ポンプ・ポート５２２Ａに一緒に流す前に必要である。ピストン５０８Ａのための指令速度がＶ１であり、ピストン５０８Ａのロッドの断面積がＡロッド＿１であると仮定すると、増幅流量は、制御器によってＶ１．Ａロッド＿１であるように決定することができる。
【0108】
同様に、ＥＨＡ５０１Ｂを参照すると、制御器は、ソレノイド・コイル５３８Ｂに通電することによって負荷保持弁５２８Ｂを作動させ、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４のロッド側チャンバから排出された流体が、負荷保持弁５２８Ｂを流れ、ポンプ５１６Ｂに戻ることを可能にする。ピストン５０８Ｂは拡張しているので、ロッド側チャンバから排出された戻り流体に合流させるには、増幅流は、ポンプ５１６Ｂの入口ポートに一緒に流す前に必要である。ピストン５０８Ｂのための指令速度がＶ２であり、ピストン５０８Ｂのロッドの断面積がＡロッド＿２であると仮定すると、増幅流量は、制御器によってＶ２．Ａロッド＿２であるように決定することができる。
【0109】
オペレータは、入力デバイスを使用し、特定の回転速度ω旋回で回転プラットフォーム１１０の回転を命じることができる。次に、制御器は、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に供給する流体流量Ｑ旋回を決定し、速度ω旋回を達成する。
【0110】
制御器のメモリ上に記憶し得るポンプ５１６Ｃの押しのけ量に基づき、制御器は、それぞれの回転速度で回転させるモータ指令信号を電気モータ５１４Ｃに与え、したがって、ポンプ５１６Ｃをそれぞれの回転速度で回転させ、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６を指令速度で回転させ、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４の指令によって要求された増幅流をもたらすのに十分な流量、即ち、合計流量Ｑ合計＝Ｑ旋回＋Ｖ１．Ａロッド＿１＋Ｖ２．Ａロッド＿２をもたらす。
【0111】
ＥＨＡ５０１Ｃを参照すると、制御器は、ＥＨＡ５０１Ｃを開回路動作モードで動作させるには、ソレノイド・コイル５５０Ｃに通電することによってモード切替え弁５４２Ｃを作動させるが、槽流弁５４６Ｃを作動させない（即ち、ソレノイド・コイル５５６Ｃには通電されない）。特に、ソレノイド・コイル５５０Ｃに通電することによって、モード切替え弁５４２Ｃは、図６に示す状態で動作し、モード切替え弁５４２Ｃは、流体流ライン５２４Ｃを（通常開放状態にある）槽流弁５４６Ｃに流体結合し、したがって、流体流ライン５２４Ｃは、槽流体ライン５３０に流体結合される。
【0112】
制御器は、増幅流弁５４４Ｃも作動させない（即ち、ソレノイド・コイル５５４Ｃには通電されない）。したがって、流体流ライン５２０Ｃは、モード切替え弁５４２Ｃ及び（通常開放状態にある）増幅流弁５４４Ｃを介して増幅流ライン５５２に流体結合される。
【0113】
制御器は、ソレノイド・コイル５３８Ｃに通電することによって負荷保持弁５２８Ｃを更に作動させることができ、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６から排出された流体が、負荷保持弁５２８Ｃを通り、ポンプ５１６Ｂに戻ることを可能にする。更に、制御器は、ソレノイド・コイル５３４Ｃに通電することによって負荷保持弁５２６Ｃを作動させる。上述のように、負荷保持弁５２６Ｃは、比例弁として構成され、したがって、制御器は、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６の指令速度に比例してソレノイド・コイル５３４Ｃを作動することができる。このように、ポンプ５１６Ｃが供給する流体を分配又は分割し、流体の一部分が、負荷保持弁５２６Ｃを介して流量Ｑ旋回で回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に流れ、流体の残りの部分が、モード切替え弁５４２Ｃに流れるようにすることができる。
【0114】
上述のように、増幅流弁５４４Ｃを作動させずに、モード切替え弁５４２Ｃを図６に示す状態に作動させることによって（即ち、ソレノイド・コイル５５０Ｃに通電することによって）、増幅流のための流路が、モード切替え弁５４２Ｃ及び増幅流弁５４４Ｃを通じてポンプ５１６Ｃから増幅流ライン５５２まで開放される。詳細には、ポンプ５１６Ｃは、流量Ｖ１．Ａロッド＿１＋Ｖ２．Ａロッド＿２で流体を増幅流ライン５５２に供給することができる。更に、増幅流ライン５５２から油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４のモード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂへの流路を開放し、モード切替え弁５４２Ａ、５４２Ｂに増幅流をもたらすため、増幅流弁５４４Ａ、５４４Ｂは、作動されない（即ち、ソレノイド・コイル５５４Ａ、５５４Ｂには通電されない）。
【0115】
したがって、流量Ｖ１．Ａロッド＿１の増幅流を油圧シリンダ・アクチュエータ５０２にもたらすことができ、流量Ｖ２．Ａロッド＿２の増幅流を油圧シリンダ・アクチュエータ５０４にもたらすことができる。制御器は、増幅流ライン５５２内の特定の圧力レベルを維持する電気指令信号をＥＨＰＲＶ５５８に更に供給することができ、この特定の圧力レベルは、それぞれの油圧シリンダ・アクチュエータからポンプ５１６Ａ、５１６Ｂに戻る流体圧力レベルよりも実質的に等しいか又はこれよりも高い。
【0116】
場合によっては、速度ω旋回を達成するため、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６によって要求される流体流量に加えて、増幅流ライン５５２のために要求される合計流量Ｑ合計は、ポンプ押しのけ量、及び電気モータ５１４Ｃの最大許容モータ速度に基づき、ポンプ５１６Ｃが供給し得る最大許容流体流量Ｑ最大を超えることができる。こうした場合では、制御器は、
【0117】
【数6】
【0118】
に等しい速度低減因数を決定することができ、これにより、１よりも小さい値がもたらされる。次に、制御器は、ピストン５０８Ａのための速度指令Ｖ１、ピストン５０８Ｂのための速度指令Ｖ２、及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６のための旋回指令ω旋回に、速度低減因数を乗算し、元の指令Ｖ１、Ｖ２、及びε旋回よりも小さい修正指令Ｖ１＿修正、Ｖ２＿修正、及びω旋回＿修正をそれぞれ決定することができる。次に、制御器は、修正指令を使用し、増幅流ライン５５２及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６のために要求される流体流量を決定することができ、これらの量が、ポンプ５１６Ｃの最大許容流量Ｑ最大を超えないようにする。
【0119】
この構成により、機械（例えば、掘削機１００）の動作は、専用増幅システムの使用を伴わない。そうではなく、ＥＨＡ５０１Ｃ、特にポンプ５１６Ｃは、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６を動作するように構成されることに加えて、増幅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５００の費用及び複雑さは、それぞれのポンプ、モータ、弁及び油圧ラインを伴う更なる専用増幅システムを伴う他のシステムよりも低減することができる。
【0120】
一代替シナリオでは、増幅流をもたらすのに旋回ポンプ５１６Ｃを使用するのではなく、油圧シリンダ・アクチュエータの１つを使用し、増幅流をもたらすことができる。特に、油圧シリンダ・アクチュエータは、開回路動作モードで動作することができ、それぞれのポンプが流れを増幅流ライン５５２に供給することを可能にする。
【0121】
図７は、例示的実装形態による、開回路動作モードにおける油圧シリンダ・アクチュエータ５０４のＥＨＡ５０１Ｂを有する油圧システム５００を示す。図７に示す油圧システム５００の状態では、ＥＨＡ５０１Ａ及びＥＨＡ５０１Ｃは、閉回路構成で動作する一方で、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４に関連するＥＨＡ５０１Ｂは、開回路モードで動作する。この動作状態は、例えばオペレータが、（ｉ）ポンプ５１６Ａの流量を必要とする高速で拡張させることをピストン５０８Ａに命じる際、（ｉｉ）ポンプ５１６Ｃの流容量を必要とする高回転速度で回転させることを回転油圧モータ・アクチュエータ５０６の油圧モータに命じる際、及び（ｉｉｉ）ポンプ５１６Ｂの完全流容量を必要としない低速で拡張させることをピストン５０８Ｂに命じる際、制御器によって最適であるように決定することができる。ポンプ５１６Ｂは過剰容量を有するため、制御器は、ポンプ５１６Ｂの過剰流容量が増幅流ライン５５２に供給されるように、ＥＨＡ５０１Ｂが開回路動作モードで動作するように決定することができる。このように、ポンプ５１６Ｂの過剰流容量は、増幅流を油圧シリンダ・アクチュエータ５０２に供給することができる。
【0122】
図７に示すように、ＥＨＡ５０１Ａは、図７の場合と同じ状態で動作する。したがって、ＥＨＡ５０１Ａは、閉回路構成で動作しており、ピストン５０８Ａが拡張する際、増幅流をポンプ・ポート５２２Ａに流す前に第２のチャンバ５１２から排出された流体に合流させることを必要とする。図６とは対照的に、図７では、ＥＨＡ５０１Ｃは、閉回路動作状態で動作する。
【0123】
特に、ソレノイド・コイル５５０Ｃではなく、モード切替え弁５４２Ｃのソレノイド・コイル５４８Ｃに通電される。また、ソレノイド・コイル５３４Ｃ及び５３８Ｃに通電し、流体が負荷保持弁５２６Ｃ、５２８Ｃを介して回転油圧モータ・アクチュエータ５０６間を流れることを可能にする。したがって、ポンプ５１６Ｃは、流体流を流体流ライン５２０Ｃに供給し、次に、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に供給し、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６を特定の回転方向で回転させることができる。槽流弁５４６Ｃのソレノイド・コイル５５６Ｃも通電し、流体がモード切替え弁５４２Ｃを通じて槽流体ライン５３０に流れないようにする。回転油圧モータ・アクチュエータ５０６から排出された流体は、流体流ライン５２４Ｃを通じて流れ、ポンプ５１６Ｃの入口ポート引き込まれる。上述のように、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６は、平衡であり、閉回路構成で動作する際に増幅流を必要としない、又は過剰流をもたらさない。ソレノイド・コイル５５４Ｃには、増幅流ライン５５２が、あらゆるポンプ又はモータへの漏洩を補償する流体流を増幅流弁５４４Ｃを通じてポンプ５１６Ｃに供給するため、通電しなくてよい。
【0124】
ＥＨＡ５０１Ｂを開回路構成で動作させ、増幅流を増幅流ライン５５２に供給するため、（ｉ）モード切替え弁５４２Ｂのソレノイド・コイル５５０Ｂに通電し、（ｉｉ）槽流弁５４６Ｂのソレノイド・コイル５５６Ｂに通電し、（ｉｉｉ）負荷保持弁５２８Ｂのソレノイド・コイル５４０Ｂに通電する。この構成により、負荷保持弁５２８Ｂは、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４のロッド側チャンバから排出された流体が、ポンプ５１６Ｂの入口ポートに戻るのではなく、負荷保持弁５２８Ｂを通り槽流体ライン５３０に流れる状態で動作する。このように、ＥＨＡ５０１Ｂは、開回路構成で動作する。また、ソレノイド・コイル５５６Ｂには通電されないため、槽流弁５４６Ｂは、槽５３２からポンプ５１６Ｂの入口ポンプ・ポートへの流路を開放する。
【0125】
ポンプ５１６Ｂによって流体流ライン５２４Ｂに供給される流体は、流体の一部分が負荷保持弁５２６Ｂを通り油圧シリンダ・アクチュエータ５０４のヘッド側チャンバに流れるように分割することができ、過剰流部分があれば、モード切替え弁５４２Ｂに流れる。モード切替え弁５４２Ｂのソレノイド・コイル５５０Ｂには通電されるので、モード切替え弁５４２Ｂは、流体流ライン５２０Ｂを増幅流弁５４４Ｂに流体結合する。増幅流弁５４４Ｂは作動されないので、増幅流弁５４４Ｂに供給される流体は、増幅流弁５４４Ｂを通って増幅流ライン５５２に流れる。次に、増幅流は、増幅流ライン５５２からＥＨＡ５０１Ａの増幅流弁５４４Ａ及びモード切替え弁５４２Ａを通じて引き込まれ、ポンプ・ポート５２２Ａに流れる前に第２のチャンバ５１２から戻る流体に合流することができる。
【0126】
図７に示される状態は、油圧システム５００を示し、油圧システム５００は、過剰容量の利用可能性に基づき、アクチュエータ（油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４又は回転油圧モータ・アクチュエータ５０６）のいずれかが増幅流を供給し得るという柔軟性をもたらす。油圧システム５００は、図４に対する上記説明と同様に、圧力総和動作モードで動作するように更に構成することができる。図４に関して説明したように、圧力総和モードは、第１のポンプからの出口流が第２のポンプの入口ポートに供給される際に生じ、これにより、第２のポンプの入口における圧力レベルを増大させる。したがって、第２のポンプにわたる圧力差を低減することができ、第２のポンプを制御する電気モータによって生成されるモータ・トルクも同様に低減することができる。
【0127】
図８は、例示的実装形態による、圧力総和動作モードで動作する油圧システム５００を示す。図８に示す油圧システム５００の状態において、ＥＨＡ５０１Ｃは、高圧流体を回転油圧モータ・アクチュエータ５０６及び増幅流ライン５５２の両方にもたらすように、開回路動作モードで動作する。特に、モード切替え弁５４２Ｃのソレノイド・コイル５５０Ｃに通電し、槽流弁５４６Ｃを作動させないため、通常開放状態で動作する。この構成により、ポンプ５１６Ｃは、槽５３２から槽流体ライン５３０、槽流弁５４６Ｃ及びモード切替え弁５４２Ｃを通じて流体を引き込むことができる。次に、ポンプ５１６Ｃは、高圧流体を流体流ライン５２０Ｃに供給する。
【0128】
負荷保持弁５２６Ｃのソレノイド・コイル５３４Ｃは、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６に要求される速度に比例して通電されるため、ポンプ５１６Ｃが供給する流体は、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６と増幅流ライン５５２との間で分配される（増幅流ライン５４４Ｃは、通常開放状態にあり、したがって、流体は流体流ライン５２４Ｃから流体流ライン５２４Ｃを通って増幅流ライン５５２に流れることができる）。特に、負荷保持弁５２８Ｃのソレノイド・コイル５４０Ｃは、回転油圧モータ・アクチュエータ５０６から排出された流体を槽流体ライン５３０に供給する。したがって、この構成により、ＥＨＡ５０１Ｃは、開回路動作モードで動作し、高圧流体は、ポンプ５１６Ｃから増幅流ライン５５２に供給される。
【0129】
油圧シリンダ・アクチュエータ５０２に関連するＥＨＡ５０１Ａについて、負荷保持弁５２８Ａのソレノイド・コイル５４０Ａに通電されているので、ピストン５０８Ａが拡張するにつれて、第２のチャンバ５１２から排出された流体は、槽流体ライン５３０に流れる。したがって、第２のチャンバ５１２から排出された流体は、ポンプ５１６Ａの入口ポート（ポンプ・ポート５２２Ａ）に戻らない。そうではなく、ポンプ５１６Ａは、増幅流ライン５５２からの流体を引き込む。
【0130】
特に、増幅流弁５４４Ａは、作動されず、したがって、通常開放状態で動作する。モード切替え弁５４２Ａのソレノイド・コイル５４８Ａには通電されるため、流体流ライン５２４Ａ（及びポンプ・ポート５２２Ａ）は、モード切替え弁５４２Ａ及び増幅流弁５４４Ａを介して増幅流ライン５５２に流体結合される。
【0131】
このように、増幅流ライン５５２は、ポンプ５１６Ａの入口ポート（ポンプ・ポート５２２Ａ）と直列である。特に、ポンプ５１６Ｃによって増幅流ライン５５２に供給される高圧流体は、ポンプ５１６Ａの入口ポート（ポンプ・ポート５２２Ａ）に流れる。したがって、ＥＨＡ５０１Ａは、増幅流ライン５５２がポンプ５１６Ａの入口ポートと直列である状態で、開回路動作モードで動作するとみなすことができる。ＥＨＡ５０１Ｂも、図８に示すＥＨＡ５０１Ａと同様に構成される。
【0132】
したがって、図４に関して上記で説明したように、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂにわたるデルタ圧力値（Ｐ出－Ｐ入）は減少する。次に、電気モータ５１４Ａ、５１４Ｂがポンプ５１６Ａ、５１６Ｂに供給するトルクが減少し、これにより、油圧システム５００の電力消費量を減少させる。図８に示す動作モードは、例えば、アクチュエータ（油圧シリンダ・アクチュエータ５０２、５０４及び回転油圧モータ・アクチュエータ５０６）の指令速度が、必要流量がわずかであるために低速である一方で、アクチュエータが与える必要がある力が高い場合、望ましい又は最適である。例えば、掘削機１００がサイクルの掘削部分にある場合、地面を掘削するためにブーム１０２及びアーム１０４を介して高い力を印加することが望ましいが、掘削の間、ブーム１０２及びアーム１０４をゆっくり動かすことができる。
【0133】
油圧システム５００は、図３に対する上記説明と同様に、流れ総和動作モードで動作するように更に構成することができる。図３に関して説明したように、流れ総和モードは、２つのポンプを並列に接続する際、即ち、第１のポンプからの出口流が第２のポンプの出口流に合流し、これにより、アクチュエータのために利用可能な流れの合計流量が増大する場合に生じる。
【0134】
図９は、例示的実装形態による、流れ総和動作モードで動作する油圧システム５００を示す。図５に示す油圧システム５００の状態では、全ての３つのＥＨＡ５０１、５０１Ｂ及び５０１Ｃは、開回路動作モードにあり、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂ及び５１６Ｃは並列に接続される。特に、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂ及び５１６Ｃの出口ポートは、増幅流ライン５５２に接続され、したがって、出口流は、全ての３つのアクチュエータの間で総和、共有することができる。図９に示すシナリオでは、ピストン５０８Ａ、５０８Ｂは、拡張しており、ポンプ５１６Ｃは、出力流を流体流ライン５２０Ｃに供給する。
【0135】
ＥＨＡ５０１Ａを参照すると、モード切替え弁５４２Ａのソレノイド・コイル５５０Ａに通電され、ＥＨＡ５０１Ａを開回路モードで動作させる。詳細には、ポンプ５１６Ａの出口ポート（ポンプ・ポート５１８Ａ）は、モード切替え弁５４２Ａを介して増幅流ライン５５２に流体結合される（増幅流弁５４４Ａは、非作動、通常開放状態にある）。このように、ポンプ５１６Ａによって供給される流体は、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２の第１のチャンバ５１０と増幅流ライン５５２との間で分割することができる。
【0136】
ポンプ５１６Ａの入口ポート（ポンプ・ポート５２２Ａ）及び流体流ライン５２４Ａ（第２のチャンバ５１２から排出された流体は、流体流ライン５２４Ａに供給される）は、モード切替え弁５４２Ａ及び（非作動、通常開放状態にある）槽流弁５４６Ａを介して槽流体ライン５３０に流体結合される。ＥＨＡ５０１Ｂ、５０１Ｃは、同様に構成される。
【0137】
したがって、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂ及び５１６Ｃの出口ポート（例えば、ピストン５０８Ａが拡張する際のポンプ・ポート５１８Ａ）は、増幅流ライン５５２に流体結合される。この構成により、流体流は、全ての３つのアクチュエータの間で共有、総和することができる。例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２が、ポンプ５１６Ａが供給し得る流量よりも高い流量を必要とする場合、ポンプ５１６Ａからの流体流は、ポンプ５１６Ｂ、５１６Ｃの一方又は両方によって増幅流ライン５５２からポンプ５１６Ａに供給される流体によって増大させることができる。例では、ポンプ５１６Ａ、５１６Ｂ及び５１６Ｃは、アクチュエータのいずれかによって更なる流れを必要とする場合にのみ、選択的にオンにすることができる。したがって、個々のポンプ押しのけ量を低減し、ポンプ及びモータの費用を節約することができる。
【0138】
図５～図９が示すように、油圧システム５００は、機械条件に基づき、閉回路モードと開回路モードとの間での切替えを可能にする二重構成を備える。このように、油圧システム５００は、特定の機械の動作条件及び予期される負荷サイクルに調整することができ、これにより、可能性としては、費用を低減する一方で、効率に対する影響を最小化する。
【0139】
油圧システム５００は、他のアクチュエータのポンプによって不平衡アクチュエータに供給する必要がある増幅流を可能にする。したがって、ポンプ及びモータを有する専用増幅回路は、不要である。そうではなく、あらゆるアクチュエータによって必要とされる過剰動力は、負荷サイクルに応じて、過剰容量を有する他のアクチュエータのＥＨＡに分散することができる。
【0140】
開回路圧力総和モード（図８）は、機械の合計流を、増大した増幅圧力と相殺することによって、据え付けた機械の合計トルクを低下させることができる。増大した増幅圧力をポンプに供給することにより、モータ・トルクを増大させずに、出力圧力を増大させる。したがって、機械は、費用対効果の高い、低速の、高い力／トルク動作モードで動作することができる。
【0141】
開回路流れ総和モード（図９）は、高速動作を必要とする際に並行ポンプ動作を可能にすることによって、据え付けるポンプの合計押しのけ量を低下させることができる。この可能性は、全体的な機械の機能を犠牲にせずに、又は更なるポンプ／モータを追加せずに、専用の予備機能も可能にする。
【0142】
図１０は、例示的実装形態による油圧システム５００を動作させる方法１０００のフローチャートである。
【0143】
方法１０００は、ブロック１００２～１００８の１つ又は複数によって示される１つ若しくは複数の動作又は操作を含むことができる。ブロックは連続的な順序で示されるが、これらのブロックは、並行して、及び／又は本明細書で説明する順序とは異なる順序で実施してもよい。また、様々なブロックは、所望の実装形態に基づき、より少ないブロックに組み合わせる、更なるブロックに分割する、及び／又は除くことができる。本明細書で開示するこの及び他の工程及び方法、フローチャートは、本発明の例の１つの可能な実装形態に対する機能及び動作を示すことを理解されたい。代替実装形態は、本開示の例の範囲内に含まれ、機能は、図示又は説明される順序から順不同に実行することができ、当業者には理解されるように、関与する機能に応じて、同時、又は逆の順序を実質的に含む。
【0144】
ブロック１００２において、方法１０００は、油圧システム（例えば、油圧システム５００）の制御器（例えば、制御器２４８）で、第１の油圧アクチュエータ（例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ５０２）を作動させる要求を受信することを含み、油圧システムは、（ｉ）流体流を第１の油圧アクチュエータに供給するため、第１の電気モータ（例えば、電気モータ５１４Ａ）によって駆動されるように構成した第１のポンプ（例えば、ポンプ５１６Ａ）であって、第１の入口ポート（例えば、ポンプ・ポート５２２Ａ）及び第１の出口ポート（例えば、ポンプ・ポート５１８Ａ）を有する、第１のポンプと、（ｉｉ）第１のポンプを増幅流ライン５５２、及び槽５３２に流体結合する槽流体ライン５３０に流体結合するように構成した第１の弁組立体（例えば、弁組立体５６４）と、（ｉｉｉ）流体流を第２の油圧アクチュエータ（例えば、油圧シリンダ・アクチュエータ５０４又は回転油圧モータ・アクチュエータ５０６）に供給するため、第２の電気モータ（例えば、電気モータ５１４Ｂ又は電気モータ５１４Ｃ）によって駆動されるように構成した第２のポンプ（例えば、ポンプ５１６Ｂ又はポンプ５１６Ｃ）であって、第２の入口ポート及び第２の出口ポートを有する第２のポンプと、（ｉｖ）第２のポンプを増幅流ライン５５２及び槽流体ライン５３０に流体結合するように構成した、第２の弁組立体（例えば、モード切替え弁５４２Ｂ、槽流弁５４６Ｂ及び増幅流弁５４４Ｂを備える弁組立体、又はモード切替え弁５４２Ｃ、槽流弁５４６Ｃ及び増幅流弁５４４Ｃを備える弁組立体）とを備える。
【0145】
ブロック１００４において、方法１０００は、応答して、（ｉ）第１のポンプを駆動し、流体流を供給し、第１の油圧アクチュエータを駆動するため、第１の指令信号を第１の電気モータに送信することと、（ｉｉ）第１の状態で第１の弁組立体を動作させることとを含み、第１の状態では、（ａ）第１の弁組立体は、第１のポンプの第１の入口ポートと槽との間の流路を遮断し、これにより、第１のポンプが、第１の油圧アクチュエータから排出された流体が第１のポンプの第１の入口ポートに供給される閉回路構成で動作するのを可能にし、（ｂ）増幅流ラインから第１のポンプの第１の入口ポートへの流路を開放する。
【0146】
ブロック１００６において、方法１０００は、第２のポンプを駆動するため、第２の指令信号を第２の電気モータに送信することを含む。
【0147】
ブロック１００８において、方法１０００は、第２の状態で第２の弁組立体を動作させることを含み、第２の状態では、第２の弁組立体は、第２のポンプの第２の入口ポートと槽との間の流路を開放し、第２のポンプの第２の出口ポートから増幅流ラインまでの流路を開放し、これにより、第２のポンプが、第２のポンプが槽から第２のポンプの第２の入口ポートに流体を引き込む開回路構成で動作することを可能にする。
【0148】
方法１０００は、第１の弁組立体及び第２の弁組立体を、図６～図９に関して上記した他の動作モード（例えば、流れ総和動作モード及び圧力総和動作モード）に対応する他の状態で動作させることを更に含むことができる。
【0149】
上記の詳細な説明は、添付の図面を参照しながら、開示するシステムの様々な特徴及び動作を説明している。本明細書で説明する例示的な実装形態は、限定的であることを意味するものではない。開示するシステムのいくつかの態様は、多種多様な異なる構成で構成、組み合わせることができ、これらの構成の全てが本明細書で企図される。
【0150】
更に、文脈が別段に示唆しない限り、図のそれぞれに示される特徴は、互いに組み合わせて使用してよい。したがって、図面は、概して、１つ又は複数の実装形態全体の構成態様として見るべきであり、全ての例示する特徴が各実装形態に必要ではないことを理解されたい。
【0151】
更に、本明細書又は特許請求の範囲におけるあらゆる要素、ブロック又はステップの列挙は、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、ブロック若しくはステップが特定の構成に忠実であること又は特定の順序で実行することを必要とする又は暗示すると解釈すべきではない。
【0152】
更に、デバイス又はシステムは、図示する機能を実施するように使用又は構成することができる。いくつかの例では、デバイス及び／又はシステムの構成要素は、構成要素が実際にそのような実施を可能にするために（ハードウェア及び／又はソフトウェアにより）構成、構造化されるように、機能を実施するように構成してよい。他の例では、デバイス及び／又はシステムの構成要素は、特定の様式で動作する等の際、機能の実施に適合させるか、機能の実施を可能にするか、又は機能の実施に適するように構成してよい。
【0153】
用語「実質的に」又は「約」によって列挙される特徴、パラメータ又は値は、厳密に達成される必要がないが、例えば、当業者に公知である測定精度の限度及び他の要因を含む偏差又はばらつきが、特徴が実現を目的とした効果を妨げない量で生じてよいことが意味される。
【0154】
本明細書で説明する構成は、例にすぎない。したがって、当業者は、他の構成及び他の要素（例えば、機械、インターフェース、動作、順序及び動作のグループ化等）を代わりに使用することができ、いくつかの要素は、所望の結果に従って完全に省いてよいことを了解するであろう。更に、説明した要素の多数は、個別構成要素若しくは分散構成要素として、又は他の構成要素と共に、あらゆる適切な組合せ及び場所で実装し得る機能的実体である。
【0155】
様々な態様及び実装形態を本明細書で開示しているが、他の態様及び実装形態は、当業者に明らかであろう。本明細書で開示する様々な態様及び実装形態は、説明のためであり、限定的であることを意図しない。真の範囲は、以下の特許請求の範囲によって、そのような請求の権利を与えられた等価物の完全な範囲と共に示される。また、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明する目的にすぎず、限定的であることを意図しない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】