特許 6270704 建設機械の油圧駆動システム

(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】6270704

(24)【登録日】2018年1月12日

(45)【発行日】2018年1月31日

(54)【発明の名称】建設機械の油圧駆動システム

(51)【国際特許分類】

   F15B 21/14 20060101AFI20180122BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20180122BHJP

【ＦＩ】

   F15B21/14 A

   E02F9/20 Z

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-249816(P2014-249816)

(22)【出願日】2014年12月10日

(65)【公開番号】特開2016-109271(P2016-109271A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年2月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 哲弘

(72)【発明者】

【氏名】弓達 陽治

(72)【発明者】

【氏名】加藤 武久

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１９３５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０２４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９７７８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ ２１／１４

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブームシリンダおよび旋回油圧モータに作動油を供給するポンプと、
前記ポンプと連結された回生油圧モータであって、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される作動油および／または旋回減速時に前記旋回油圧モータから排出される作動油が導かれる回生油圧モータと、
前記ポンプを駆動するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられたオルタネータであって、電力が供給されたときに前記エンジンの出力軸を回転させ得るオルタネータと、
前記オルタネータと接続された蓄電器と、
前記オルタネータと前記蓄電器との間に介在する電力変換器であって、前記オルタネータと前記蓄電器との間での電力伝達を可能とするサーボオン状態と、前記オルタネータと前記蓄電器との間での電力伝達を不能とするサーボオフ状態との間で切り換えられる電力変換器と、
前記電力変換器を前記サーボオン状態と前記サーボオフ状態のどちらかに切り換えるとともに、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えたときには、前記電力変換器を、前記オルタネータから前記蓄電器へ伝達される電力を調整する充電モードと前記蓄電器から前記オルタネータへ伝達される電力を調整する放電モードのどちらかで制御する制御装置と、
を備える、建設機械の油圧駆動システム。

【請求項2】

前記回生油圧モータには、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される作動油が導かれ、
前記制御装置は、ブーム下げ時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態であるブーム充電条件が満たされるときは、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記充電モードで制御し、前記ブーム充電条件が満たされないときは、前記電力変換器を前記サーボオフ状態に切り換えるか、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記放電モードで制御する、請求項１に記載の建設機械の油圧駆動システム。

【請求項3】

前記回生油圧モータには、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される作動油が導かれるとともに、旋回減速時に前記旋回油圧モータから排出される作動油が導かれ、
前記制御装置は、ブーム下げ時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態であるブーム充電条件と、旋回減速時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態である旋回充電条件のどちらかが満たされるときは、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記充電モードで制御し、前記ブーム充電条件と前記旋回充電条件のどちらも満たされないときは、前記電力変換器を前記サーボオフ状態に切り換えるか、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記放電モードで制御する、請求項１に記載の建設機械の油圧駆動システム。

【請求項4】

前記ブームシリンダに対する作動油の供給および排出を制御するブーム制御弁を備え、前記ブーム制御弁は、ブーム排出ラインにより前記回生油圧モータと接続されており、前記ブーム制御弁にはタンクラインが接続されており、
前記ブーム制御弁は、ブーム上げ時には前記ブームシリンダから排出される作動油が当該ブーム制御弁から前記タンクラインへ流入し、ブーム下げ時には前記ブームシリンダから排出される作動油が当該ブーム制御弁から前記ブーム排出ラインへ流入するように構成されている、請求項２または３に記載の建設機械の油圧駆動システム。

【請求項5】

前記回生油圧モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、
前記回生油圧モータの傾転角を調整する回生油圧モータレギュレータを備え、
前記制御装置は、旋回減速時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態である旋回充電条件が満たされるときに、前記旋回油圧モータの回転数が高くなるほど前記回生油圧モータの傾転角が大きくなるように、前記回生油圧モータレギュレータを制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。

【請求項6】

前記回生油圧モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、
前記回生油圧モータの傾転角を調整する回生油圧モータレギュレータを備え、
前記制御装置は、ブーム下げ時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態であるブーム充電条件が満たされるときに、ブーム操作弁の操作量が大きくなるほど前記回生油圧モータの傾転角が大きくなるように、前記回生油圧モータレギュレータを制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。

【請求項7】

前記オルタネータは、公称電圧が３０Ｖ以上の発電機である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建設機械の油圧駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルや油圧クレーンのような建設機械では、油圧駆動システムによって各部が駆動される。このような油圧駆動システムでは、エンジンによって駆動されるポンプから種々のアクチュエータに作動油が供給される。

【0003】

例えば、特許文献１には、エンジンによって駆動されるメインポンプに加え、電動モータによって駆動されるブースタポンプを用いた油圧駆動システムが開示されている。ブースタポンプは、高負荷時にアクチュエータに供給される作動油の量を増大させるためのものである。

【0004】

具体的に、特許文献１に開示された油圧駆動システムでは、メインポンプを駆動するエンジンにオルタネータが取り付けられ、オルタネータはバッテリと接続されている。オルタネータは、ベルトなどの動力伝達手段によりエンジンの出力軸とつながれた回転軸を有する、低容量（例えば、公称電圧が２４Ｖ）で小型の発電機である。バッテリは、リレーを介して、ブースタポンプを駆動する電動モータと接続されている。そして、リレーは、高負荷時にオンとされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８−６０７０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された油圧駆動システムのようにオルタネータがバッテリ（蓄電器の一種）と直接的に接続されている場合には、エンジンの稼動中はエンジン負荷の大小に拘らず常にオルタネータで生成された電力がバッテリへ伝達される。

【0007】

一方で、油圧駆動システムでは、例えばブーム下げ時および／または旋回減速時に、アクチュエータからタンクに戻される作動油を利用してエネルギを回生することが望まれる。

【0008】

特許文献１に開示された油圧駆動システムでは、上述したブーム下げ時および／または旋回減速時のエネルギを回生し得る場合でも、常にオルタネータで電力を生成しており、エネルギが無駄に消費されていた。

【0009】

そこで、本発明は、オルタネータから蓄電器への電力伝達を制御しつつ、エネルギを回生できる建設機械の油圧駆動システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために、本発明の建設機械の油圧駆動システムは、ブームシリンダおよび旋回油圧モータに作動油を供給するポンプと、前記ポンプと連結された回生油圧モータであって、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される作動油および／または旋回減速時に前記旋回油圧モータから排出される作動油が導かれる回生油圧モータと、前記ポンプを駆動するエンジンと、前記エンジンに取り付けられたオルタネータであって、電力が供給されたときに前記エンジンの出力軸を回転させ得るオルタネータと、前記オルタネータと接続された蓄電器と、前記オルタネータと前記蓄電器との間に介在する電力変換器であって、前記オルタネータと前記蓄電器との間での電力伝達を可能とするサーボオン状態と、前記オルタネータと前記蓄電器との間での電力伝達を不能とするサーボオフ状態との間で切り換えられる電力変換器と、前記電力変換器を前記サーボオン状態と前記サーボオフ状態のどちらかに切り換えるとともに、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えたときには、前記電力変換器を、前記オルタネータから前記蓄電器へ伝達される電力を調整する充電モードと前記蓄電器から前記オルタネータへ伝達される電力を調整する放電モードのどちらかで制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

【0011】

上記の構成によれば、エンジンにより駆動されるポンプに回生油圧モータが連結されているので、エンジンに取り付けられたオルタネータを利用して、換言すればエンジンから見てポンプ側（負荷側）に電動発電機を別途設置することなく、回生油圧モータで回収したエネルギを電気エネルギとして蓄電器に蓄積することができる。しかも、オルタネータと蓄電器の間に電力変換器が介在しているので、オルタネータから蓄電器への電力伝達を制御することができる。例えば、蓄電器がフルに充電されている場合に、電力変換器をサーボオフ状態に切り換えれば、電力を蓄電器に蓄積する代わりに、回生油圧モータで回収したエネルギでポンプの駆動をアシストすることも可能である。さらに、電力変換器をサーボオン状態に切り換えるとともに放電モードで制御すれば、蓄積された電力でポンプの駆動をアシストすることができる。

【0012】

前記回生油圧モータには、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される作動油が導かれ、前記制御装置は、ブーム下げ時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態であるブーム充電条件が満たされるときは、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記充電モードで制御し、前記ブーム充電条件が満たされないときは、前記電力変換器を前記サーボオフ状態に切り換えるか、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記放電モードで制御してもよい。この構成によれば、ブーム下げ時のエネルギを回生することができる。

【0013】

前記回生油圧モータには、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される作動油が導かれるとともに、旋回減速時に前記旋回油圧モータから排出される作動油が導かれ、前記制御装置は、ブーム下げ時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態であるブーム充電条件と、旋回減速時であるとともに前記蓄電器が充電可能な状態である旋回充電条件のどちらかが満たされるときは、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記充電モードで制御し、前記ブーム充電条件と前記旋回充電条件のどちらも満たされないときは、前記電力変換器を前記サーボオフ状態に切り換えるか、前記電力変換器を前記サーボオン状態に切り換えるとともに前記放電モードで制御してもよい。この構成によれば、ブーム下げ時のエネルギおよび旋回減速時のエネルギを回生することができる。

【0014】

上記の油圧駆動システムは、前記ブームシリンダに対する作動油の供給および排出を制御するブーム制御弁を備え、前記ブーム制御弁は、ブーム排出ラインにより前記回生油圧モータと接続されており、前記ブーム制御弁にはタンクラインが接続されており、前記ブーム制御弁は、ブーム上げ時には前記ブームシリンダから排出される作動油が当該ブーム制御弁から前記タンクラインへ流入し、ブーム下げ時には前記ブームシリンダから排出される作動油が当該ブーム制御弁から前記ブーム排出ラインへ流入するように構成されていてもよい。この構成によれば、ブームシリンダから排出される作動油をブーム下げ時に自動的に回生油圧モータへ導くことができる。

【0015】

前記回生油圧モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、上記の油圧駆動システムは、前記回生油圧モータの傾転角を調整する回生油圧モータレギュレータを備え、前記制御装置は、前記旋回充電条件が満たされるときに、前記旋回油圧モータの回転数が高くなるほど前記回生油圧モータの傾転角が大きくなるように、前記回生油圧モータレギュレータを制御してもよい。この構成によれば、旋回速度に応じた適切なエネルギ回収を行うことができる。

【0016】

前記回生油圧モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、上記の油圧駆動システムは、前記回生油圧モータの傾転角を調整する回生油圧モータレギュレータを備え、前記制御装置は、前記ブーム充電条件が満たされるときに、ブーム操作弁の操作量が大きくなるほど前記回生油圧モータの傾転角が大きくなるように、前記回生油圧モータレギュレータを制御してもよい。この構成によれば、ブーム下げの速度に応じた適切なエネルギ回収を行うことができる。

【0017】

前記オルタネータは、公称電圧が３０Ｖ以上の発電機であってもよい。この構成によれば、一度の発電で多くの電力を蓄電器に蓄積することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、オルタネータから蓄電器への電力伝達を制御しつつ、エネルギを回生できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。

【図2】建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。

【図3】図１に示す油圧駆動システムにおける電力関連機器のブロック図である。

【図4】図１に示す油圧駆動システムの制御装置が行う制御のフローチャートである。

【図5】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図４に示す第１充電制御オン、第２充電制御オンおよび充電制御オフのサブルーチンである。

【図6】本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。

【図7】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第２実施形態における第１充電制御オン、第２充電制御オンおよび充電制御オフのサブルーチンである。

【図8】本発明の第３実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。

【図9】第３実施形態の変形例の油圧駆動システムの概略構成図である。

【図10】本発明の第４実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。

【図11】第４実施形態の変形例の油圧駆動システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ａを示し、図２に、その油圧駆動システム１Ａが搭載された建設機械１０を示す。図２に示す建設機械１０は油圧ショベルであるが、本発明は、油圧クレーンなどの他の建設機械にも適用可能である。

【0021】

油圧駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、図２に示すブームシリンダ１１、アームシリンダ１２およびバケットシリンダ１３を含むとともに、図１に示す旋回油圧モータ１４および図示しない左右一対の走行油圧モータを含む。また、油圧駆動システム１Ａは、それらのアクチュエータへ作動油を供給するポンプ１６と、ポンプ１６を駆動するエンジン１５を含む。なお、図１では、図面の簡略化のために、旋回油圧モータ１４およびブームシリンダ１１以外のアクチュエータを省略している。

【0022】

本実施形態では、建設機械１０が自走式の油圧ショベルであるが、建設機械１０が船舶に搭載される油圧ショベルである場合には、運転室を含む旋回体が船体に旋回可能に支持される。

【0023】

ポンプ１６は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。ポンプ１６の傾転角は、ポンプレギュレータ１７により調整される。ポンプ１６の吐出流量は、ネガティブコントロール方式で制御されてもよいし、ポジティブコントロール方式で制御されてもよい。すなわち、ポンプレギュレータ１７は、油圧により作動してもよいし、電気信号により作動してもよい。

【0024】

ポンプ１６は、供給ライン３１により、ブーム制御弁４１、旋回制御弁５１およびその他の制御弁と接続されている。ブーム制御弁４１は、ブームシリンダ１１に対する作動油の供給および排出を制御し、旋回制御弁５１は、旋回油圧モータ１４に対する作動油の供給および排出を制御する。

【0025】

より詳しくは、ブーム制御弁４１は、ブーム上げ供給ライン４５およびブーム下げ供給ライン４６によりブームシリンダ１１と接続されている。また、ブーム制御弁４１は、ブーム排出ライン３２により回生切換弁７１と接続されている。回生切換弁７１については後述にて詳細に説明する。

【0026】

ブーム制御弁４１は一対のパイロットポートを有し、これらのパイロットポートは、ブーム上げパイロットライン４３およびブーム下げパイロットライン４４によりブーム操作弁４２と接続されている。ブーム操作弁４２は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量（角度）に応じた大きさのパイロット圧をブーム制御弁４１へ出力する。

【0027】

一方、旋回制御弁５１は、左旋回供給ライン６１および右旋回供給ライン６２により旋回油圧モータ１４と接続されている。また、旋回制御弁５１は、旋回排出ライン３３により回生切換弁７１と接続されている。

【0028】

左旋回供給ライン６１および右旋回供給ライン６２同士は、橋架路６３によって接続されている。橋架路６３には、互いに逆向きに一対のリリーフ弁６４が設けられている。左旋回供給ライン６１と右旋回供給ライン６２の間には、各リリーフ弁６４をパイパスするようにバイパス路６５が設けられており、各バイパス路６５には逆止弁６６が設けられている。橋架路６３におけるリリーフ弁６４の間の部分には、タンクライン６７が接続されている。

【0029】

旋回制御弁５１は、一対のパイロットポートを有している。一方のパイロットポートは、左旋回パイロットライン５３により第１旋回操作比例弁５５と接続されており、他方のパイロットポートは、右旋回パイロットライン５４により第２旋回操作比例弁５６と接続されている。第１および第２旋回操作比例弁５５，５６は、制御装置８から送給される電流に応じた大きさの二次圧を旋回制御弁５１へ出力する。

【0030】

本実施形態では、旋回操作用の操作レバーを含む旋回操作弁５２として、操作レバーの操作量（角度）に応じた大きさのパイロット圧を出力するパイロット式操作弁が採用されている。制御装置８は、旋回操作弁５２から出力される左旋回パイロット圧ＰＬを計測する第１圧力計８１と、旋回操作弁５２から出力される右旋回パイロット圧ＰＲを計測する第２圧力計８２と接続されている。制御装置８は、通常（旋回減速時のエネルギを回生しないとき）は、旋回操作弁５２から出力されるパイロット圧（ＰＬまたはＰＲ）と比例する電流を旋回操作比例弁（５５または５６）へ送給する。これにより、旋回操作比例弁（５５または５６）からは、旋回操作弁５２から出力されるパイロット圧（ＰＬまたはＰＲ）に準じた二次圧が出力される。ただし、旋回操作弁５２は、操作レバーの操作量（角度）に応じた大きさの電気信号を旋回信号として制御装置８に直接的に出力する電気式操作弁であってもよい。

【0031】

さらに、本実施形態では、油圧駆動システム１Ａが、ブーム下げ時のエネルギと旋回減速時のエネルギの双方を回生することができるように構成されている。そのための構成として、油圧駆動システム１Ａは、回生油圧モータ１８と上述した回生切換弁７１を含む。

【0032】

回生油圧モータ１８は、ポンプ１６と連結されている。回生油圧モータ１８は、本実施形態では、固定容量型のモータである。

【0033】

回生切換弁７１は、回生ライン３４により回生油圧モータ１８と接続されている。また、回生切換弁７１には、タンクライン３５が接続されている。回生切換弁７１は、中立位置と、ブーム回生位置（図１の右側位置）と、旋回回生位置（図１の左側位置）との間で切り換えられる。

【0034】

回生切換弁７１が中立位置に位置するとき、ブーム排出ライン３２および旋回排出ライン３３がタンクライン３５と連通する。これにより、ブームシリンダ１１から排出される作動油および旋回油圧モータ１４から排出される作動油がタンクに導かれる。回生切換弁７１がブーム回生位置に位置するとき、旋回排出ライン３３がタンクライン３５と連通する一方、ブーム排出ライン３２が回生ライン３４と連通する。これにより、ブームシリンダ１１から排出された作動油が回生油圧モータ１８に導かれる。回生切換弁７１が旋回回生位置に位置するとき、ブーム排出ライン３２がタンクライン３５と連通する一方、旋回排出ライン３３が回生ライン３４と連通する。これにより、旋回油圧モータ１４から排出された作動油が回生油圧モータ１８に導かれる。

【0035】

本実施形態では、回生切換弁７１が、ブーム回生位置でブーム排出ライン３２と回生ライン３４およびタンクライン３５との連通度合を変更可能で、かつ、旋回回生位置で旋回排出ライン３３と回生ライン３４およびタンクライン３５との連通度合を変更可能なパイロット式の可変絞りである。ただし、回生切換弁７１は、電磁式の可変絞りであってもよい。

【0036】

具体的に、回生切換弁７１は、当該回生切換弁７１をブーム回生位置に切り換えるためのブーム回生パイロットポート７２と、当該回生切換弁７１を旋回回生位置に切り換えるための旋回回生パイロットポート７３を有している。ただし、回生切換弁７１は、ブーム回生位置および旋回回生位置では排出ライン（３２または３３）を回生ライン３４と１００％連通させる、パイロット式または電磁式の単なる開閉弁であってもよい。

【0037】

ブーム回生パイロットポート７２は、ブーム回生パイロットライン７４によりブーム回生操作比例弁７５と接続されている。旋回回生パイロットポート７３は、旋回回生パイロットライン７６により旋回回生操作比例弁７７と接続されている。ブーム回生操作比例弁７５および旋回回生操作比例弁７７は、制御装置８から送給される電流に応じた大きさの二次圧を回生切換弁７１へ出力する。

【0038】

上述したエンジン１５には、オルタネータ２１が取り付けられている。オルタネータ２１には、図３に示すように、第１蓄電器２３が接続されており、第１蓄電器２３には、第２蓄電器２５が接続されている。第１蓄電器２３は、通常の電装品の電圧よりも少し高めの電圧（例えば、４８Ｖ）の蓄電器（例えば、キャパシタ）であり、第２蓄電器２５は、通常の電装品の電圧（例えば、２４Ｖ）と等しい電圧の蓄電器（例えば、バッテリ）である。第１蓄電器２３には、中電圧の電気負荷２６が接続されており、第２蓄電器２５には、低電圧の電気負荷２７が接続されている。

【0039】

オルタネータ２１と第１蓄電器２３の間には、電力制御用の第１電力変換器２２（例えば、インバータ）が介在しており、第１蓄電器２３と第２蓄電器２５の間には、電圧変換用の第２電力変換器２４が介在している。

【0040】

オルタネータ２１は、ベルトなどの動力伝達手段によりエンジン１５の出力軸とつながれた回転軸（図示せず）を有する。オルタネータ２１は、電力が供給されたときにエンジン１５の出力軸を回転させ得るように構成されている。例えば、オルタネータ２１は、公称電圧が３０Ｖ以上（例えば、４８Ｖ）の発電機である。これにより、一度の発電で多くの電力を第１蓄電器２３に蓄積することができる。ただし、オルタネータ２１の公称電圧は３０Ｖ未満であってもよい。本実施形態では、オルタネータ２１が交流発電機である。このため、第１電力変換器２２は、ＡＣ−ＤＣコンバータとしても機能する。

【0041】

第１電力変換器２２は、オルタネータ２１と第１蓄電器２３との間での電力伝達を可能とするサーボオン状態と、オルタネータ２１と第１蓄電器２３との間での電力伝達を不能とするサーボオフ状態との間で切り換えられる。第１電力変換器２２は、制御装置８により、サーボオン状態とサーボオフ状態のどちらかに切り換えられる。制御装置８は、第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換えたときには、第１電力変換器２２を、オルタネータ２１から第１蓄電器２３へ伝達される電力を調整する充電モードと、第１蓄電器２３からオルタネータ２１へ伝達される電力を調整する放電モードのどちらかで制御する。

【0042】

上述したように、制御装置８は、第１および第２旋回操作比例弁５５，５６、ブーム回生操作比例弁７５および旋回回生操作比例弁７７ならびに第１電力変換器２２を制御する。具体的に、制御装置８は、上述した第１および第２圧力計８１，８２ならびに第３および第４圧力計８３，８４と接続されている。第３圧力計８３は、ブーム下げ時にブーム操作弁４２から出力されるパイロット圧を計測し、第４圧力計８４は、ブーム上げ供給ライン４５の圧力を計測する。

【0043】

次に、図４および図５を参照して、制御装置８が行う制御を説明する。本実施形態では、制御装置８が、旋回減速時のエネルギよりもブーム下げ時のエネルギを優先的に回生するようにブーム回生操作比例弁７５および旋回回生操作比例弁７７を介して回生切換弁７１を制御する。また、本実施形態では、制御装置８が、ブーム充電条件と旋回充電条件のどちらかが満たされるときは、第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換えるとともに充電モードで制御し、ブーム充電条件と旋回充電条件のどちらも満たされないときは、第１電力変換器２２をサーボオフ状態に切り換えるか、第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換えるとともに放電モードで制御する。

【0044】

まず、制御装置８は、ブーム下げ時か否か（すなわち、第３圧力計８３で計測されるパイロット圧がゼロより大きいか否か）を判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＹＥＳの場合はステップＳ１２へ進み、ステップＳ１１でＮＯの場合はステップＳ１５へ進む。

【0045】

ステップＳ１２では、制御装置８は、第１蓄電器２３の蓄電量などにより第１蓄電器２３への充電が可能か否かを判定する。制御装置８は、ステップＳ１２でＹＥＳの場合は第１充電制御オンの処理を実行し（ステップＳ１３）、ステップＳ１２でＮＯの場合は充電制御オフの処理を実行する（ステップＳ１４）。ステップＳ１２でＹＥＳであること、すなわち、ブーム下げ時であるとともに第１蓄電器２３が充電可能な状態であることが、ブーム充電条件である。

【0046】

一方、ステップＳ１５では、制御装置８は、旋回減速時か否か（すなわち、第１圧力計８１で計測される左旋回パイロット圧ＰＬまたは第２圧力計８２で計測される右旋回パイロット圧ＰＲが減少するか否か）を判定する。ステップＳ１５でＹＥＳの場合はステップＳ１６へ進み、ステップＳ１５でＮＯの場合はステップＳ１８へ進む。

【0047】

ステップＳ１６では、制御装置８は、第１蓄電器２３の蓄電量などにより第１蓄電器２３への充電が可能か否かを判定する。制御装置８は、ステップＳ１６でＹＥＳの場合は第２充電制御オンの処理を実行し（ステップＳ１７）、ステップＳ１６でＮＯの場合は充電制御オフの処理を実行する（ステップＳ１４）。ステップＳ１６でＹＥＳであること、すなわち、旋回減速時であるとともに第１蓄電器２３が充電可能な状態であることが、旋回充電条件である。

【0048】

ブーム充電条件が満たされた場合の第１充電制御オンでは、図５（ａ）に示すように、制御装置８は、まず第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換える（ステップＳ３１）。ついで、制御装置８は、ブーム回生操作比例弁７５へ所定の大きさの電流を送給して、回生切換弁７１をブーム回生位置へ切り換える（ステップＳ３２）。このときに制御装置８からブーム回生操作比例弁７５へ送給される電流の大きさは、例えば、第３圧力計８３で計測されるブーム下げパイロットライン４４の圧力に基づいて決定される。その後、制御装置８は、第１電力変換器２２を充電モードで制御する（ステップＳ３４）。

【0049】

ステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４の結果、ブーム下げ時に回生油圧モータ１８で回収したエネルギを電気エネルギとして第１蓄電器２３に蓄積することができる。なお、制御装置８は、第１充電制御オンの処理を実行中は、旋回操作弁５２から出力されるパイロット圧（ＰＬまたはＰＲ）と比例する電流を旋回操作比例弁（５５または５６）へ送給し、第１および第２旋回操作比例弁５５，５６の出力を、旋回操作弁５２から出力されるパイロット圧ＰＬ，ＰＲに準じた圧力とする（ステップＳ３５）。

【0050】

一方、ブーム下げ時でも第１蓄電器２３への充電が不可の場合の充電制御オフでは、図５（ｃ）に示すように、制御装置８は、まず第１電力変換器２２をサーボオフ状態に切り換える（ステップＳ５１）。ついで、制御装置８は、ブーム回生操作比例弁７５および旋回回生操作比例弁７７のどちらにも電流を送給せずに、回生切換弁７１を中立位置へ切り換える（ステップＳ５２）。充電制御オフの処理を実行中も、第１充電制御オンの処理を実行中と同様に、第１および第２旋回操作比例弁５５，５６の出力を、旋回操作弁５２から出力されるパイロット圧に準じた圧力とする（ステップＳ５４）。

【0051】

旋回充電条件が満たされた場合の第２充電制御オンでは、図５（ｂ）に示すように、制御装置８は、まず第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換える（ステップＳ４１）。ついで、制御装置８は、旋回回生操作比例弁７７へ所定の大きさの電流を送給して、回生切換弁７１を旋回回生位置へ切り換える（ステップＳ４２）。このときに制御装置８から旋回回生操作比例弁７７へ送給される電流の大きさは、例えば、エンジン１５の回転数に基づいて決定される。その後、制御装置８は、第１電力変換器２２を充電モードで制御する（ステップＳ４４）。

【0052】

ステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４４の結果、旋回減速時に回生油圧モータ１８で回収したエネルギを電気エネルギとして第１蓄電器２３に蓄積することができる。なお、制御装置８は、第２充電制御オンの処理を実行中は、第１および第２旋回操作比例弁５５，５６の出力を、旋回制御弁５１で作動油が絞られない圧力とする（ステップＳ４５）。例えば、制御装置８は、旋回制御弁５１の開口面積が最大となるように、第１旋回操作比例弁５５または第２旋回操作比例弁５６へ電流を送給する。あるいは、制御装置８は、第２充電制御オンの処理を実行中は、旋回制御弁５１の位置が変わらないように、旋回減速前の電流を維持してもよい。

【0053】

一方、旋回減速時でも第１蓄電器２３への充電が不可の場合の充電制御オフでは、上述した図５（ｃ）に示すフローに従った制御が行われる。

【0054】

ブーム下げ時でも旋回減速時でもない場合には、制御装置８は充電制御オフの処理を実行する（ステップＳ１８）。この場合のフローも、図５（ｃ）に示すとおりである。ただし、ブーム下げ時でも旋回減速時でもない場合には、充電制御オフの処理の実行後に、さらなる処理が行われる。

【0055】

まず、制御装置８は、第１蓄電器２３の蓄電量などにより第１蓄電器２３からの放電が可能か否かを判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９でＮＯの場合は、制御装置８は放電制御オフの処理を実行する（ステップＳ２２）。具体的には、制御装置８は、第１電力変換器２２をサーボオフ状態に維持する。

【0056】

ステップＳ１９でＹＥＳの場合は、制御装置８は、さらに現在の状態が負荷状態か否かを判定する（ステップＳ２０）。負荷状態か否かは、例えば、ポンプ１６の吐出圧、ポンプレギュレータ１７への指令などにより判定することができる。ステップＳ２０でＮＯの場合も、ステップＳ２２に進む。一方、ステップＳ２０でＹＥＳの場合は、制御装置８は、放電制御オンの処理を実行する（ステップＳ２１）。具体的には、制御装置８は、第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換えるとともに放電モードで制御する。これにより、第１蓄電器２３に蓄積された電力でポンプ１６の駆動をアシストすることができる。

【0057】

以上説明したように、本実施形態の油圧駆動システム１Ａでは、エンジン１５により駆動されるポンプ１６に回生油圧モータ１８が連結されているので、エンジン１５に取り付けられたオルタネータ２１を利用して、換言すればエンジン１５から見てポンプ１６側（負荷側）に電動発電機を別途設置することなく、回生油圧モータ１８で回収したエネルギを電気エネルギとして第１蓄電器２３に蓄積することができる。しかも、オルタネータ２１と第１蓄電器２３の間に第１電力変換器２２が介在しているので、オルタネータ２１から第１蓄電器２３への電力伝達を制御することができる。

【0058】

＜変形例＞
前記実施形態では、ブーム下げ時および旋回減速時の充電制御オフの処理（ステップＳ１４）では、回生切換弁７１を中立位置に切り換えたが、回生切換弁７１は、ブーム下げ時は常にブーム回生位置に維持され、旋回減速時は常に旋回回生位置に維持されてもよい。このようにすれば、電力を第１蓄電器２３に蓄積する代わりに、回生油圧モータ１８で回収したエネルギでポンプ１６の駆動をアシストすることができる。

【0059】

また、回生切換弁７１は、必ずしも単一の３位置弁である必要はなく、ブーム排出ライン３２が接続されたブーム側２位置弁と旋回排出ライン３３が接続された旋回側２位置弁の一対の２位置弁で構成されてもよい。

【0060】

また、前記実施形態では、油圧駆動システム１Ａがブーム下げ時のエネルギと旋回減速時のエネルギの双方を回生することができるように構成されていたが、油圧駆動システム１Ａは、ブーム下げ時のエネルギと旋回減速時のエネルギのどちらか一方のみを回生することができるように構成されていてもよい。すなわち、ブーム制御弁４１と旋回制御弁５１のどちらかには、排出ライン（３２または３３）の代わりにタンクラインが接続されていてもよい。この場合、回生切換弁７１が２位置弁となることは言うまでもない。

【0061】

例えば、回生油圧モータ１８に、ブーム下げ時にブームシリンダ１１から排出される作動油のみが導かれる場合は、制御装置８は、ブーム充電条件が満たされるときは、第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換えるとともに充電モードで制御し、ブーム充電条件が満たされないときは、第１電力変換器２２をサーボオフ状態に切り換えるか、第１電力変換器２２をサーボオン状態に切り換えるとともに放電モードで制御してもよい。

【0062】

（第２実施形態）
次に、図６および図７（ａ）〜（ｃ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｂを説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

【0063】

本実施形態では、回生油圧モータ１８が、傾転角が変更可能な可変容量型のモータ（斜板モータまたは斜軸モータ）である。回生油圧モータ１８の傾転角は、回生油圧モータレギュレータ１９により調整される。本実施形態では、回生油圧モータレギュレータ１９は、電気信号により作動する。すなわち、回生油圧モータレギュレータ１９は、制御装置８により制御される。例えば、回生油圧モータ１８が斜板モータである場合、回生油圧モータレギュレータ１９は、モータの斜板と連結されたスプールに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、モータの斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。

【0064】

本実施形態では、制御装置８が、旋回油圧モータ１４の回転数を計測する回転数計８５と接続されている。制御装置８は、第１実施形態と同様に、図４に示すフローチャートに従った制御を行うが、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１充電制御オン（図４のステップＳ１３）、第２充電制御オン（図４のステップＳ１７）および充電制御オフ（図４のステップＳ１４，Ｓ１８）の処理において、回生油圧モータレギュレータ１９も制御する。

【0065】

第１充電制御オンでは、ステップＳ３２の後であってステップＳ３４の前に、制御装置８は、回生油圧モータレギュレータ１９を介して、ブーム下げ時の因子に基づいて回生油圧モータ１８の傾転角を調整する（ステップＳ３３）。例えば、制御装置８は、ブーム操作弁４２の操作量が大きくなるほど回生油圧モータ１８の傾転角が大きくなるように、回生油圧モータレギュレータ１９を制御する。これにより、ブーム下げの速度に応じた適切なエネルギ回収を行うことができる。ブーム操作弁４２の操作量としては、第３圧力計８３で計測されるブーム下げパイロットライン４４の圧力を用いてもよいし、第４圧力計８４で計測されるブーム上げ供給ライン４５の圧力を用いてもよい。

【0066】

第２充電制御オンでは、ステップＳ４２の後であってステップＳ４４の前に、制御装置８は、回生油圧モータレギュレータ１９を介して、旋回減速時の因子に基づいて回生油圧モータ１８の傾転角を調整する（ステップＳ４３）。例えば、制御装置８は、回転数計８５で計測される旋回油圧モータ１４の回転数が高くなるほど回生油圧モータ１８の傾転角が大きくなるように、回生油圧モータレギュレータ１９を制御する。これにより、旋回速度に応じた適切なエネルギ回収を行うことができる。なお、本実施形態のように回転数計８５が設けられる場合は、ステップＳ４２において制御装置８から旋回回生操作比例弁７７へ送給される電流の大きさは、回転数計８５で計測される旋回油圧モータ１４の回転数に基づいて決定されてもよい。

【0067】

充電制御オフでは、ステップＳ５２の後であってステップＳ５４の前に、制御装置８は、回生油圧モータ１８の傾転角が最小となるように回生油圧モータレギュレータ１９を制御する（ステップＳ５３）。

【0068】

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0069】

（第３実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｃを説明する。なお、本実施形態において、第１および第２実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

【0070】

本実施形態では、ブーム制御弁４１がブーム排出ライン３７により回生油圧モータ１８と接続されており、ブーム制御弁４１にはタンクライン３６が接続されている。そして、ブーム制御弁４１は、ブーム上げ時にはブームシリンダ１１から排出される作動油が当該ブーム制御弁４１からタンクライン３６へ流入し、ブーム下げ時にはブームシリンダ１１から排出される作動油が当該ブーム制御弁４１から排出ライン３７へ流入するように構成されている。この構成により、ブームシリンダ１１から排出される作動油をブーム下げ時に自動的に回生油圧モータ１８へ導くことができる。

【0071】

より詳しくは、ブーム制御弁４１がブーム上げ方向に移動すると、供給ライン３１がブーム上げ供給ライン４５と連通するとともに、ブーム下げ供給ライン４６がタンクライン３６と連通する。逆に、ブーム制御弁４１がブーム下げ方向に移動すると、供給ライン３１がブーム下げ供給ライン４６と連通するとともに、ブーム上げ供給ライン４５がブーム排出ライン３７と連通する。

【0072】

また、本実施形態では、旋回制御弁５１が、旋回排出ライン３３により回生切換弁７８と接続されている。回生切換弁７８は、回生ライン３８によりブーム排出ライン３７と接続されており、回生切換弁７８には、タンクライン３５が接続されている。

【0073】

回生切換弁７８は、旋回排出ライン３３がタンクライン３５と連通する非回生位置と、旋回排出ライン３３が回生ライン３８と連通する回生位置との間で切り換えられる。本実施形態では、回生切換弁７８が、制御装置８により駆動される電磁式の開閉弁である。本実施形態でも、旋回減速時のエネルギよりもブーム下げ時のエネルギが優先的に回生される。すなわち、制御装置８は、旋回減速時であってもブーム下げ時でもあるときは回生切換弁７８を非回生位置に維持し、旋回減速時であってブーム下げ時でないときに回生切換弁７８を回生位置に切り換える。なお、回生切換弁７８の制御以外は、制御装置８は、第１実施形態と同様に、図４および図５（ａ）〜（ｃ）に示すフローチャートに従った制御を行う。

【0074】

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0075】

なお、図９に示す変形例の油圧駆動システム１Ｄのように、回生油圧モータ１８が第２実施形態と同様に可変容量型のモータであってもよいこと、および旋回油圧モータ１４の回転数を計測する回転数計８５が設けられてもよいことは言うまでもない。

【0076】

（第４実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第４実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｅを説明する。なお、本実施形態において、第１〜第３実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

【0077】

本実施形態では、旋回制御弁５１のパイロットポートが、左旋回パイロットライン５３および右旋回パイロットライン５４により旋回操作弁５２と接続されている。すなわち、旋回制御弁５１は、常に、旋回操作弁５２の操作レバーの操作量（角度）に応じて移動する。

【0078】

また、本実施形態では、左旋回供給ライン６１と右旋回供給ライン６２の間に、旋回供給ライン６１，６２のどちらかを選択するための切換弁９１が設けられている。切換弁９１は、旋回排出ライン９２により回生切換弁７８と接続されている。

【0079】

本実施形態では、切換弁９１が、制御装置８により駆動される電磁式の開閉弁であるが、単なる高圧選択弁であってもよい。制御装置８は、切換弁９１を、左旋回減速時に排出側の右旋回供給ライン６２が排出ライン９２と連通する第１位置に切り換え、右旋回減速時に排出側の左旋回供給ライン６１が排出ライン９２と連通する第２位置に切り換える。旋回減速時以外は、切換弁９１は第１位置と第２位置のどちらに位置していてもよい。

【0080】

回生切換弁７８は、第３実施形態では３ポートであったが、本実施形態では２ポートである。すなわち、回生切換弁７８にはタンクライン３５（図８参照）が接続されていない。そして、回生切換弁７８は、非回生位置では旋回排出ライン９２と回生ライン３８とを遮断し、回生位置では旋回排出ライン９２を回生ライン３８と連通させる。

【0081】

第３実施形態と同様に、制御装置８は、旋回減速時であってもブーム下げ時でもあるときは回生切換弁７８を非回生位置に維持し、旋回減速時であってブーム下げ時でないときに回生切換弁７８を回生位置に切り換える。なお、切換弁９１および回生切換弁７８の制御ならびに旋回操作比例弁の制御がないこと以外は、制御装置８は、第１実施形態と同様に、図４および図５（ａ）〜（ｃ）に示すフローチャートに従った制御を行う。

【0082】

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、旋回操作弁５２と旋回制御弁５１の間のパイロット回路を通常のシンプルな構成とすることができる。

【0083】

なお、図１１に示す変形例の油圧駆動システム１Ｆのように、回生油圧モータ１８が第２実施形態と同様に可変容量型のモータであってもよいこと、および旋回油圧モータ１４の回転数を計測する回転数計８５が設けられてもよいことは言うまでもない。

【0084】

（その他の実施形態）
本発明は上述した第１〜第４実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0085】

例えば、第１〜第４実施形態において、回生油圧モータ１８とポンプ１６の間にワンウェイクラッチが設けられていてもよい。

【0086】

また、第２蓄電器２５および第２電力変換器２４は、設けられていなくてもよい。

【符号の説明】

【0087】

１Ａ〜１Ｃ 油圧駆動システム
８ 制御装置
１０ 建設機械
１１ ブームシリンダ
１４ 旋回油圧モータ
１５ エンジン
１６ ポンプ
１８ 回生油圧モータ
１９ 回生油圧モータレギュレータ
２１ オルタネータ
２２ 第１電力変換器
２３ 第１蓄電器
３２，３７ ブーム排出ライン
３５，３６ タンクライン
４１ ブーム制御弁
５１ 旋回制御弁
５５，５６ 旋回操作比例弁
７１ 回生切換弁
７５ ブーム回生操作比例弁
７７ 旋回回生操作比例弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】