特許 6771487 作業機械

(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】6771487

(24)【登録日】2020年10月1日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20201012BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20201012BHJP

   F15B 11/02 20060101ALI20201012BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20201012BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 Z

   E02F9/22 K

   F15B11/02 V

   H02P9/04 L

   H02J7/34 D

【請求項の数】13

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2017-555071(P2017-555071)

(86)(22)【出願日】2016年12月6日

(86)【国際出願番号】JP2016086197

(87)【国際公開番号】WO2017099063

(87)【国際公開日】20170615

【審査請求日】2019年7月19日

(31)【優先権主張番号】特願2015-238886(P2015-238886)

(32)【優先日】2015年12月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】川島 宏治

【審査官】 東 芳隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２０７４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１０００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５８８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４８１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７０５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２７６４４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２０６２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０２１２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７２３９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／００−３／９６、９／００−９／２８

Ｆ１５Ｂ １１／０２

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｈ０２Ｊ ７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定のアクチュエータを駆動させる他の駆動系と電気的に接続される電動機と、
前記電動機と機械的に接続され、前記電動機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油が流通する油圧回路と、
前記油圧回路に接続され、前記作動油の供給を受けることが可能な油圧アクチュエータと、
前記油圧回路に接続される蓄圧器と、
前記油圧回路の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記他の駆動系から前記電動機に余剰電力が供給されると、前記油圧回路を制御し、前記油圧ポンプから吐出される作動油を前記蓄圧器に供給させる、
作業機械。

【請求項2】

前記油圧回路は、前記油圧ポンプから前記蓄圧器への作動油の供給経路の連通／非連通を切り替える切替弁が設けられ、
前記制御部は、前記他の駆動系から前記電動機に所定の余剰電力が供給されると、前記切替弁を制御し、前記供給経路を連通させる、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記切替弁は、前記供給経路を連通させる状態と、前記蓄圧器から前記油圧アクチュエータに作動油を供給可能な状態とを切り替え可能に構成される、
請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記他の駆動系は、機械エネルギ、油圧エネルギ、又は電気エネルギにより前記所定のアクチュエータを駆動すると共に、前記所定のアクチュエータの余剰動力に基づく前記余剰電力、又は前記電気エネルギを蓄電する蓄電手段の前記余剰電力を前記電動機に供給する、
請求項３に記載の作業機械。

【請求項5】

前記所定のアクチュエータと機械的に接続される他の電動機を更に備え、
前記電動機は、前記余剰電力として前記他の電動機から供給される前記所定のアクチュエータに基づく回生電力により前記油圧ポンプを駆動する、
請求項４に記載の作業機械。

【請求項6】

前記油圧ポンプは、更にエンジンと機械的に接続され、前記エンジン又は前記電動機により駆動される、
請求項５に記載の作業機械。

【請求項7】

前記他の電動機に駆動電力を供給すると共に、前記他の電動機からの前記回生電力を蓄電する蓄電装置であって、予め電流の上限値が設定される蓄電装置を更に備え、
前記制御部は、前記他の電動機が前記回生電力を生成する回生発電を行う場合であって、前記蓄電装置の充電率が所定閾値以下である場合、前記切替弁を制御し、前記供給経路を連通させる、
請求項６に記載の作業機械。

【請求項8】

前記他の電動機に駆動電力を供給すると共に、前記他の電動機からの前記回生電力を蓄電する蓄電装置であって、予め電流の上限値が設定される蓄電装置を更に備え、
前記他の電動機の前記回生電力は、前記蓄電装置に電気エネルギとして蓄積されると同時に、前記蓄圧器に圧力エネルギとして蓄積される、
請求項６に記載の作業機械。

【請求項9】

前記所定のアクチュエータ及び前記油圧アクチュエータの操作を行う操作装置と、
前記他の電動機に駆動電力を供給すると共に、前記他の電動機が前記回生電力を蓄電する蓄電装置であって、予め電流の上限値が設定される蓄電装置と、
前記操作装置における前記所定のアクチュエータの操作状態に応じて、前記他の電動機の前記回生電力の電力量を算出する回生電力量算出部と、
前記上限値に基づき、前記他の電動機が前記回生電力を生成する回生発電を行う際に前記蓄電装置が受け入れ可能な電力量を算出する受入電力量算出部と、
前記操作装置における前記油圧アクチュエータの操作状態に応じて、前記電動機の駆動動力を算出する駆動動力算出部と、を更に備え、
前記制御部は、前記他の電動機が前記回生発電を行う場合であって、前記受入電力量算出部により算出される電力量と前記駆動動力算出部により算出される駆動動力との和が前記回生電力量算出部により算出される電力量より小さい場合、前記切替弁を制御し、前記供給経路を連通させる、
請求項６に記載の作業機械。

【請求項10】

前記切替弁と、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する油圧制御弁とを同一の筐体内に含む制御弁ユニットを備え、
前記切替弁は、スプールを交換することにより、旋回用油圧モータに前記油圧ポンプから供給される作動油の流量と流れる方向を制御する旋回制御弁として使用することが可能なスプール弁である、
請求項６に記載の作業機械。

【請求項11】

前記所定のアクチュエータは、旋回体であり、
前記他の電動機は、前記旋回体の旋回減速動作に応じて、前記回生電力を前記電動機に供給する、
請求項５乃至１０の何れか一項に記載の作業機械。

【請求項12】

前記所定のアクチュエータは、ブームであり、
前記他の電動機は、前記ブームのブーム下げ動作に応じて、前記回生電力を前記電動機に供給する、
請求項５乃至１０の何れか一項に記載の作業機械。

【請求項13】

前記所定のアクチュエータは、走行用の車輪であり、
前記他の電動機は、前記車輪の減速動作に応じて、前記回生電力を前記電動機に供給する、
請求項５乃至１０の何れか一項に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作業機械において、回生エネルギ（例えば、ショベルのブーム下げ時における位置エネルギ、旋回式作業機械の旋回減速時における運動エネルギ、ホイルローダの走行減速時における運動エネルギ等）を電気エネルギとして蓄電装置に蓄積させる技術が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

【0003】

特許文献１では、上部旋回体を旋回させる旋回用電動機を備えるハイブリッド型のショベルにおいて、旋回減速時の運動エネルギを回生し、電気エネルギとしてキャパシタに蓄積させている。

【0004】

このように、他の駆動系で発生する余剰エネルギである回生エネルギを蓄電装置に蓄積させることにより、蓄積された電気エネルギを適切なタイミングで電動アクチュエータ（エンジンをアシストする電動機、電動旋回用の電動機等）を駆動するために利用し、エネルギ効率を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−１５７１３６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、キャパシタ等の蓄電装置は、比較的高価であり且つ体積が比較的大きいため、その容量が限られる場合がある。よって、蓄電装置の状態等によっては、回生エネルギを全て回収できない可能性がある。また、蓄電装置が故障した場合やそもそも蓄電装置が搭載できない場合には、回生エネルギを蓄積させること自体ができない。そのため、回生エネルギを事後的に利用可能な態様で蓄電装置以外に蓄積可能な作業機械が望まれている。

【0007】

そこで、上記課題に鑑み、回生エネルギ等の他の駆動系で発生する余剰エネルギを事後的に利用可能な態様で蓄電装置以外に蓄積させることが可能な作業機械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】

【0008】

上記目的を達成するため、一実施形態において、作業機械は、
所定のアクチュエータを駆動させる他の駆動系と電気的に接続される電動機と、
前記電動機と機械的に接続され、前記電動機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油が流通する油圧回路と、
前記油圧回路に接続され、前記作動油の供給を受けることが可能な油圧アクチュエータと、
前記油圧回路に接続される蓄圧器と、
前記油圧回路の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記他の駆動系から前記電動機に余剰電力が供給されると、前記油圧回路を制御し、前記油圧ポンプから吐出される作動油を前記蓄圧器に供給させる。

【発明の効果】

【0009】

上述の実施形態によれば、回生エネルギ等の他の駆動系で発生する余剰エネルギを事後的に利用可能な態様で蓄電装置以外に蓄積させることが可能な作業機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】作業機械の特徴的な構成を概念的に示す図である。

【図2】ショベルの側面図である。

【図3】ショベルの駆動系の構成の一例を示す図である。

【図4】ショベルの蓄電系の構成の一例を示す図である。

【図5】ショベルの油圧回路の構成の一例を示す図である。

【図6】ショベルの油圧回路の構成の一例を示す図である。

【図7】ショベルの油圧回路の構成の一例を示す図である。

【図8】比較例に係るショベルの油圧回路の構成を示す図である。

【図9】ショベルの油圧回路の構成の他の例を示す図である。

【図10】ショベルの油圧回路の構成の他の例を示す図である。

【図11】ショベルの油圧回路の構成の他の例を示す図である。

【図12】ショベルの油圧回路の構成の更に他の例を示す図である。

【図13】ショベルの油圧回路の構成の更に他の例を示す図である。

【図14】ショベルの油圧回路の構成の更に他の例を示す図である。

【図15】変形例に係るショベルの駆動系の構成を示す図である。

【図16】変形例に係るショベルの油圧回路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

【0012】

最初に、図１を参照して、本実施形態に係る作業機械の特徴について説明をする。

【0013】

図１は、本実施形態に係る作業機械３００の特徴的な構成の一例を概念的に示す図である。

【0014】

本実施形態に係る作業機械３００は、第１の駆動系３１０と、第２の駆動系３２０を含む。

【0015】

尚、作業機械３００において、第１の駆動系３１０の駆動対象（油圧アクチュエータ３１４）が主たる動作要素で、第２の駆動系の駆動対象（例えば、後述するアクチュエータ３２１）が補助的な動作要素であってもよいし、その逆であってもよい。また、図中、第１の駆動系３１０と、第２の駆動系３２０とは、便宜上、分離された構成とされているが、一部の構成が共有される態様であってもよい。例えば、後述する第２の駆動系３２０のエネルギ供給部３２２からアクチュエータ３２１への動力伝達経路として、油圧回路３１３の一部が共用される構成であってもよい。

【0016】

第１の駆動系３１０は、電動機３１１と、油圧ポンプ３１２と、油圧回路３１３と、油圧アクチュエータ３１４と、蓄圧器３１５と、制御部３１６を含む。

【0017】

電動機３１１は、油圧ポンプ３１２と機械的に接続され、所定の電力源（例えば、図示しない蓄電装置や後述する第２の駆動系３２０）から供給される電力で作動し、油圧ポンプ３１２を駆動する。

【0018】

油圧ポンプ３１２は、上述の如く、電動機３１１と機械的に接続され、電動機３１１により駆動される。油圧ポンプ３１２は、電動機３１１で駆動されることにより、作動油タンク（不図示）から作動油を吸い込み、油圧回路３１３に吐出する。

【0019】

油圧回路３１３は、例えば、オペレータの操作に応じて、油圧ポンプ３１２から吐出される作動油を油圧アクチュエータ３１４に供給可能に構成される。また、油圧回路３１３は、例えば、制御部３１６からの制御指令に応じて、油圧ポンプ３１２から吐出される作動油を蓄圧器３１５に供給可能に構成される。また、例えば、油圧回路３１３は、制御部３１６からの制御指令に応じて、蓄圧器３１５に蓄圧された油圧エネルギを油圧アクチュエータ３１４に駆動動力として供給可能に構成される。例えば、油圧回路３１３は、油圧アクチュエータ３１４への作動油の流量及び流れる方向を切り替え可能な油圧制御弁を含む。また、例えば、油圧回路３１３は、油圧ポンプ３１２と蓄圧器３１５との油圧ラインの連通／非連通を切り替える、図示しない蓄圧制御弁（切替弁）を含む。また、該蓄圧制御弁は、制御部３１６からの制御指令に応じて、油圧ポンプ３１２から蓄圧器３１５への油圧ラインを連通させる状態と、蓄圧器３１５から油圧アクチュエータ３１４に作動油（蓄圧された油圧エネルギ）を供給する状態とを切り替え可能な構成であってもよい。これにより、油圧回路３１３は、該蓄圧制御弁を利用して、油圧ポンプ３１２から吐出される作動油を蓄圧器３１５に供給し、蓄圧させたり、蓄圧器３１５に蓄圧された油圧エネルギを油圧アクチュエータ３１４に供給し、再利用したりすることができる。

【0020】

油圧アクチュエータ３１４は、油圧回路３１３から供給される作動油により動作する。例えば、油圧アクチュエータ３１４は、作業機械３００のオペレータによる操作状態に応じて、その動作が油圧制御される。油圧アクチュエータ３１４は、例えば、作業機械の各種作業要素（ブーム、アーム、バケット等）を駆動する油圧シリンダであってよい。

【0021】

蓄圧器３１５は、油圧回路３１３から供給される作動油を油圧エネルギとして蓄圧する。また、蓄圧器３１５は、油圧回路３１３を通じて、蓄圧した油圧エネルギ（作動油）を油圧アクチュエータ３１４に供給することができる。

【0022】

制御部３１６は、上述の如く、油圧回路３１３の動作を制御する。

【0023】

第２の駆動系３２０は、アクチュエータ３２１、エネルギ供給部３２２、動力伝達部３２３を含む。

【0024】

アクチュエータ３２１（所定のアクチュエータ）は、エネルギ供給部３２２から供給される、機械エネルギ、油圧エネルギ、又は電気エネルギにより駆動される。例えば、アクチュエータ３２１は、エネルギ供給部３２２としてのエンジンの出力で機械的に駆動される態様であってもよいし、エネルギ供給部３２２としての油圧ポンプから供給される作動油で油圧駆動される態様あってもよいし、エネルギ供給部３２２としての蓄電装置から供給される電力で電気駆動される態様であってもよい。

【0025】

また、アクチュエータ３２１は、余剰動力（余剰エネルギ）が発生すると、動力伝達部３２３を介して、余剰動力に基づく余剰電力を電動機３１１に供給することができる。当該余剰動力は、例えば、アクチュエータ３２１が制動する際の回生エネルギである。

【0026】

エネルギ供給部３２２は、上述の如く、アクチュエータ３２１の駆動動力（駆動エネルギ）としての機械エネルギ、油圧エネルギ、又は電気エネルギを供給する。また、エネルギ供給部３２２は、アクチュエータ３２１に電気エネルギを供給する構成である場合、余剰電力を電動機３１１に供給する。当該余剰電力は、例えば、エネルギ供給部３２２としての蓄電装置を構成する複数の単位セルをセルバランスするための強制放電の電力である。

【0027】

動力伝達部３２３は、アクチュエータ３２１の余剰動力を、電動機３１１で利用可能な電力（余剰電力）として供給する。例えば、余剰動力が機械エネルギである場合、動力伝達部３２３は、機械エネルギを電力に変換する発電機を含んでよい。また、例えば、余剰動力が油圧エネルギである場合、動力伝達部３２３は、余剰動力としての油圧エネルギで回転する油圧モータと該油圧モータと同軸に配置される発電機を含んでよい。

【0028】

かかる構成の作業機械３００において、制御部３１６は、第２の駆動系３２０から上述の余剰電力が供給されると、油圧回路３１３を制御し、油圧ポンプ３１２から吐出される作動油を蓄圧器３１５に供給させる。より具体的には、制御部３１６は、第２の駆動系３２０から余剰電力が供給されると、上述の蓄圧制御弁を制御し、油圧ポンプ３１２と蓄圧器３１５との間の油圧ラインを連通させてよい。これにより、第２の駆動系３２０から供給される余剰電力を油圧エネルギとして蓄圧器３１５に蓄えることができる。また、通常、油圧アクチュエータ３１４が作動していない状況では、第２の駆動系３２０から供給される余剰電力を、電動機３１１、油圧ポンプ３１２、油圧回路３１３を介して油圧アクチュエータ３１４で再利用（消費）できないところ、蓄圧器３１５を設けることにより、油圧アクチュエータ３１４の作動状態に依らず、余剰電力を再利用可能な状態で蓄積することができる。

【0029】

また、制御部３１６は、油圧アクチュエータ３１４が作動すると（例えば、オペレータによる油圧アクチュエータ３１４を作動させる操作が行われると）、油圧回路３１３を制御し、蓄圧器３１５に蓄圧された油圧エネルギにより、蓄圧器３１５から油圧アクチュエータ３１４に作動油を供給させる。より具体的には、制御部３１６は、油圧アクチュエータ３１４が作動すると、上述の蓄圧制御弁を制御し、蓄圧器３１５と油圧アクチュエータ３１４との間の油圧ラインを連通させてよい。これにより、蓄圧器３１５に蓄積された余剰電力に基づく油圧エネルギを油圧アクチュエータ３１４の動力源として再利用することができる。

【0030】

このように、本実施形態に係る作業機械３００によれば、他の駆動系（第２の駆動系３２０）で発生する余剰電力を事後的に利用可能な態様で蓄電装置以外（蓄圧器３１５）に蓄積させることができる。

【0031】

以下、上述の特徴を有する作業機械について、より具体的な構成を提示する実施例を用いて説明をする。

【0032】

＜実施例＞

【0033】

まず、図２〜図４を参照して、本実施形態に係る作業機械の一例としてのショベルの構成について説明をする。

【0034】

図２は、本実施形態に係るショベルを示す側面図である。

【0035】

図２に示すように、油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図３参照）により油圧駆動される下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、バケット６が取り付けられる。アタッチメントとしてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、オペレータが搭乗するキャビン１０が設けられると共に、エンジン１１（図３参照）等が搭載される。

【0036】

尚、以下において、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６をショベルの動作要素と称する場合がある。また、ショベルの動作要素のうち、後述の如く、エネルギ回生に利用される上部旋回体３を第１動作要素と称する場合がある。また、ショベルの動作要素のうち、油圧駆動される下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を第２動作要素と称する場合がある。

【0037】

図３は、ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図中、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。

【0038】

本実施形態に係るショベルにおけるメイン駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、減速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続される。減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続される。即ち、エンジン１１は、減速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動し、電動発電機１２は、エンジン１１をアシストしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動することができる。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続される。

【0039】

メインポンプ１４（油圧ポンプの一例）は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量（吐出圧）を制御することができる。メインポンプ１４は、後述の如く、２つのメインポンプ１４Ａ、１４Ｂを含む。

【0040】

パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプである。

【0041】

コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作に応じて、油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）、１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等（以下、まとめて「油圧アクチュエータ」と称する場合がある）は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４と各油圧アクチュエータとの間に設けられ、メインポンプ１４（１４Ａ，１４Ｂ）から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁を含む。具体的には、コントロールバルブ１７は、油圧モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のそれぞれに対して設けられる走行制御弁（右用）、走行制御弁（左用）、ブーム制御弁１７Ａ（図５等参照）、アーム制御弁１７Ｂ（図５等参照）、バケット制御弁１７Ｃ（図５等参照）等を含む。また、コントロールバルブ１７は、後述する蓄圧制御弁１７Ｄ（図５等参照）を含む。即ち、コントロールバルブ１７は、油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁と、蓄圧制御弁１７Ｄとを同一の筐体内に含む制御弁ユニットである。コントロールバルブ１７を含む油圧回路の詳細は後述する。

【0042】

電動発電機１２（電動機の一例）には、インバータ１８Ａを介して、蓄電装置としてのキャパシタ１９（図４参照）を含む蓄電系１２０が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６は、レバー２６Ａ，２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含み、下部走行体１（油圧モータ１Ａ，１Ｂ）、上部旋回体３（後述する旋回用電動機２１）、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５（アームシリンダ８）、及びバケット６（バケットシリンダ９）等の操作を行うための操作手段である。レバー２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び油圧ライン２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット信号（パイロット圧）が入力される。圧力センサ２９は、コントローラ３０に接続される。これにより、コントローラ３０には、操作装置２６における上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じた圧力信号が入力される。

【0043】

また、本実施形態に係るショベルは、旋回機構２（所定のアクチュエータの一例）が電動化され、旋回機構２（上部旋回体３）を駆動する旋回用電動機２１（他の電動機の一例）が設けられる。旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して蓄電系１２０に接続される。旋回用電動機２１は、上部旋回体３（複数の動作要素に含まれる第１動作要素の一例）の旋回減速動作に応じて、回生発電を行う。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。

【0044】

コントローラ３０は、ショベルにおける駆動制御を行う主たる制御装置である。コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ等を含む演算処理装置で構成され、ＲＯＭに格納される各種駆動制御用のプログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種駆動制御が実現される。

【0045】

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される圧力信号（操作装置２６における上部旋回体３の操作状態を表す信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。尚、圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるための操作装置２６における操作量を表す信号である。

【0046】

また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧コンバータ１００（図４参照）を駆動制御することによるキャパシタ１９（図４参照）の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。

【0047】

また、コントローラ３０は、後述する蓄圧制御弁１７Ｄの動作制御を実行する。コントローラ３０は、かかる蓄圧制御弁１７Ｄの動作制御に関連する機能部として、蓄圧制御部３０ａ、回生電力量算出部３０ｂ、受入電力量算出部３０ｃ、駆動動力算出部３０ｄを含む。各機能部の詳細は、後述する。

【0048】

図４は、蓄電系１２０の構成の一例を示す回路図である。

【0049】

蓄電系１２０は、キャパシタ１９、昇降圧コンバータ１００、ＤＣバス１１０等を含む。

【0050】

ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ１９の電圧値、及び電流値を検出するキャパシタ電圧検出部１１２、及びキャパシタ電流検出部１１３が設けられる。キャパシタ電圧検出部１１２、及びキャパシタ電流検出部１１３により検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

【0051】

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、１８Ｂと昇降圧コンバータ１００との間に配設され、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１は、ＤＣバス１１０を介して、電力の授受を行う。

【0052】

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１により検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２により検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３により検出されるキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０により実行される。

【0053】

キャパシタ１９は、予め定格電流値（電流の上限値）が規定されている。コントローラ３０は、キャパシタ電流検出部１１３により検出されるキャパシタ電流値に基づき、キャパシタ電流値が定格電流値を超えるような状況にある場合、キャパシタ１９の充放電を制限し、キャパシタ電流値が定格電流値を超えないように制御する。

【0054】

次に、図５〜図７を参照して、本実施形態に係るショベルにおける油圧アクチュエータを駆動する油圧回路の詳細について説明する。

【0055】

図５〜図７は、本実施形態に係るショベルの油圧回路の一例を示す図である。具体的には、図５は、ショベルが旋回動作を行っていない場合（ブーム上げ動作を単独で行う場合）における油圧回路の状態を示す図である。また、図６は、ショベルがブーム下げ旋回動作（ブーム下げ動作と旋回動作とを同時に行う複合動作）を行う場合における油圧回路の状態を表す図である。また、図７は、ショベルがアーム開き動作を単独で行う場合における油圧回路の状態を示す図である。

【0056】

尚、図５〜図７では、上述した走行制御弁（右用、左用）やインバータ１８Ａ，１８Ｂ等は、省略されている。

【0057】

［油圧回路の構成］
図５〜図７に示すように、コントロールバルブ１７は、上述の如く、メインポンプ１４からブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のそれぞれに供給される作動油の流量（油圧）及び流れる方向を制御するブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、及びバケット制御弁１７Ｃを含む。また、本実施形態に係るショベルは、メインポンプ１４から供給される作動油で蓄圧可能なアキュムレータ４０（蓄圧器の一例）を更に含み、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４からアキュムレータ４０への作動油の供給の有無を切替可能な蓄圧制御弁１７Ｄ（切替弁の一例）を含む。

【0058】

尚、図中の太い実線は、電力系統を表し、二重線は、機械的動力系統を表し、細い実線は、油圧系統を表す。また、ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、及びバケット制御弁１７Ｃは、それぞれ、操作装置２６から入力されるパイロット信号に応じて、スプールが移動することにより、操作装置２６における操作状態に応じたブーム４、アーム５、及びバケット６の作動状態を実現する、即ち、ブーム４、アーム５、及びバケット６における所望の動作を実現する。また、蓄圧制御弁１７Ｄには、コントローラ３０（蓄圧制御部３０ａ）の制御指令に基づくパイロット信号（パイロットポンプ１５で生成されるパイロット圧をコントローラ３０の制御指令に応じて図示しない電磁弁等で調整したパイロット信号）が入力される。そして、蓄圧制御弁１７Ｄは、かかるパイロット信号に応じて、スプールが移動し、後述する作動状態を実現する。

【0059】

メインポンプ１４は、上述の如く、２つのメインポンプ１４Ａ，１４Ｂを含む。メインポンプ１４Ａは、アーム制御弁１７Ｂ、及び蓄圧制御弁１７Ｄのそれぞれを介して、アームシリンダ８、及びアキュムレータ４０に作動油を供給することができる。また、メインポンプ１４Ｂは、ブーム制御弁１７Ａ、及びバケット制御弁１７Ｃのそれぞれを介して、ブームシリンダ７、及びバケットシリンダ９に作動油を供給することができる。

【0060】

メインポンプ１４Ａから延出する高圧油圧ライン１６（１６Ａ）は、コントロールバルブ１７内のセンターバイパスライン２０１に接続される。センターバイパスライン２０１は、作動油タンク５０に接続され、作動油タンク５０に至るまでのセンターバイパスライン２０１上において、アーム制御弁１７Ｂ、及び蓄圧制御弁１７Ｄは、上流側（メインポンプ１４側）から蓄圧制御弁１７Ｄ、アーム制御弁１７Ｂの順で、直列（タンデム）関係で配置されている。

【0061】

また、センターバイパスライン２０１から油圧ライン２０２、及び油圧ライン２０３が分岐し、それぞれ、蓄圧制御弁１７Ｄ、及びアーム制御弁１７Ｂのポートに接続される。

【0062】

油圧ライン２０２は、センターバイパスライン２０１のうち、最上流の油圧ライン２０１ａから分岐し、チェック弁２０５を介して、蓄圧制御弁１７Ｄのポートに接続される。これにより、蓄圧制御弁１７Ｄのかかるポートとアキュムレータ４０が接続されるポートとの間を連通させる位置にスプールを移動させることにより、油圧ライン２０２を通じてメインポンプ１４Ａからアキュムレータ４０に作動油を供給することができる。

【0063】

油圧ライン２０３は、センターバイパスライン２０１のうち、蓄圧制御弁１７Ｄとアーム制御弁１７Ｂとの間の油圧ライン２０１ｂから分岐し、チェック弁２０６を介して、アーム制御弁１７Ｂのポートに接続される。これにより、アーム制御弁１７Ｂのかかるポートとアームシリンダ８のボトム側油室に接続されるポート或いはロッド側油室に接続されるポートとの間を連通させる位置にスプールを移動させることにより、アームシリンダ８を伸縮させることができる。

【0064】

アーム制御弁１７Ｂには、戻り油ライン２０９が接続され、センターバイパスライン２０１（最下流の油圧ライン２０１ｃ）と合流し、アームシリンダ８からの作動油（戻り油）を作動油タンク５０に戻すことができる。

【0065】

尚、蓄圧制御弁１７Ｄにも、戻り油ライン２０８が接続されるが、本実施形態に係るショベルでは使用されない。後述の如く、アキュムレータ４０に蓄圧された圧力エネルギ（作動油）は、作動油タンクではなく、油圧アクチュエータに供給されるからである。

【0066】

また、蓄圧制御弁１７Ｄをバイパスしてメインポンプ１４Ａの作動油を下流側のアーム制御弁１７Ｂに導入するため、パラレルライン２０４が設けられる。パラレルライン２０４は、油圧ライン２０２のチェック弁２０５の上流側から分岐し、チェック弁２０７を介して、油圧ライン２０３のチェック弁２０６の下流側に合流する。これにより、蓄圧制御弁１７Ｄにより、油圧ライン２０１ａと油圧ライン２０１ｂとの間が非連通状態である場合であっても、パラレルライン２０４を通じて、メインポンプ１４Ａからの作動油をアーム制御弁１７Ｂ（アームシリンダ８）に供給することができる。

【0067】

メインポンプ１４Ｂから延出する高圧油圧ライン１６（１６Ｂ）は、コントロールバルブ１７内のセンターバイパスライン２１１に接続される。センターバイパスライン２１１は、作動油タンク５０に接続され、作動油タンク５０に至るまでのセンターバイパスライン２１１上において、ブーム制御弁１７Ａ、及びバケット制御弁１７Ｃは、上流側（メインポンプ１４側）からバケット制御弁１７Ｃ、ブーム制御弁１７Ａの順で、直列（タンデム）関係で配置されている。

【0068】

また、センターバイパスライン２１１から油圧ライン２１２、及び油圧ライン２１３が分岐し、それぞれ、バケット制御弁１７Ｃ、及びブーム制御弁１７Ａのポートに接続される。

【0069】

油圧ライン２１２は、センターバイパスライン２１１のうち、最上流の油圧ライン２１１ａから分岐し、チェック弁２１５を介して、バケット制御弁１７Ｃのポートに接続される。これにより、バケット制御弁１７Ｃのかかるポートとバケットシリンダ９のボトム側油室に接続されるポート或いはロッド側油室に接続されるポートとの間を連通させる位置にスプールを移動させることにより、バケットシリンダ９を伸縮させることができる。

【0070】

油圧ライン２１３は、センターバイパスライン２１１のうち、バケット制御弁１７Ｃとブーム制御弁１７Ａとの間の油圧ライン２１１ｂから分岐し、チェック弁２１６を介して、ブーム制御弁１７Ａのポートに接続される。これにより、ブーム制御弁１７Ａのかかるポートとブームシリンダ７のボトム側油室に接続されるポート或いはロッド側油室に接続されるポートとの間を連通させる位置にスプールを移動させることにより、ブームシリンダ７を伸縮させることができる。

【0071】

ブーム制御弁１７Ａ、及びバケット制御弁１７Ｃには、戻り油ライン２１８、及び戻り油ライン２１９がそれぞれ接続され、センターバイパスライン２１１（最下流の油圧ライン２１１ｃ）と合流し、ブームシリンダ７、及びバケットシリンダ９それぞれからの作動油（戻り油）を作動油タンク５０に戻すことができる。

【0072】

また、バケット制御弁１７Ｃをバイパスしてメインポンプ１４Ｂの作動油を下流側のブーム制御弁１７Ａに導入するため、パラレルライン２１４が設けられる。パラレルライン２１４は、油圧ライン２１２のチェック弁２１５の上流側から分岐し、チェック弁２１７を介して、油圧ライン２１３のチェック弁２１６の下流側に合流する。これにより、バケット制御弁１７Ｃにより、油圧ライン２１１ａと油圧ライン２１１ｂとの間が非連通状態である場合であっても、パラレルライン２１４を通じて、メインポンプ１４Ｂからの作動油をブーム制御弁１７Ａ（ブームシリンダ７）に供給することができる。

【0073】

［油圧回路の動作］
図５に示すように、ショベルの上部旋回体３が旋回動作を行っていない場合、エンジン１１の駆動力、及び蓄電系１２０から供給される電力による電動発電機１２の駆動力が減速機１３を介してメインポンプ１４（１４Ａ、１４Ｂ）に伝達される。そして、かかる駆動力によりメインポンプ１４（１４Ａ、１４Ｂ）が作動し、メインポンプ１４（１４Ａ、１４Ｂ）から供給される作動油で各油圧アクチュエータが作動する。図５の一例では、ショベルがブーム下げの単独動作を行っており、ブーム制御弁１７Ａは、油圧ライン２１３に接続されるポートとブームシリンダ７のロッド側油室に接続されるポートを連通状態にし、メインポンプ１４Ｂから供給される作動油をブームシリンダ７のロッド側油室に送り込む。また、ブーム制御弁１７Ａは、ブーム再生回路を有し、ブームシリンダ７のボトム側油室からの戻り油を一部をブームシリンダ７のロッド側油室に供給して再利用している。これにより、メインポンプ１４Ｂの負荷を低減することができる。

【0074】

このとき、蓄圧制御弁１７Ｄは、センターバイパスライン２０１（油圧ライン２０１ａと油圧ライン２０１ｂとの間）を連通状態にし、油圧ライン２０２に接続されるポートとアキュムレータ４０に接続されるポートとの間を非連通状態にする。

【0075】

一方、図６に示すように、ショベルの上部旋回体３が旋回動作を行っている場合、図５の場合と同様、メインポンプ１４（１４Ａ、１４Ｂ）から供給される作動油で各油圧アクチュエータが作動すると共に、アキュムレータ４０が蓄圧を行う。図６の一例では、ショベルがブーム下げ旋回動作を行っており、ブーム制御弁１７Ａは、図５の場合と同様の状態になる。また、蓄圧制御弁１７Ｄは、センターバイパスライン２０１（油圧ライン２０１ａと油圧ライン２０１ｂとの間）を非連通状態にし、油圧ライン２０２に接続されるポートとアキュムレータ４０に接続されるポートとの間を連通状態にする。これにより、メインポンプ１４Ａからアキュムレータ４０に作動油が供給され（図中点線矢印）、アキュムレータ４０は蓄圧する。

【0076】

図６の一例では、ショベルがブーム下げ動作を行っているが、ブーム下げ動作の際、ブーム４、アーム５、バケット６等の自重でブーム４が下がる分の仕事量が存在する。そのため、メインポンプ１４Ｂの吸収動力は比較的低くなる（例えば、図中では、８ｋＷ）。また、アーム５は、そもそも動作していないため、メインポンプ１４Ａは、アームシリンダ８に作動油を供給する必要がない。このように、ショベルの油圧アクチュエータが比較的軽負荷で駆動可能な状態では、メインポンプ１４Ａ，１４Ｂが油圧アクチュエータを駆動するための吸収動力は非常に低くなる。

【0077】

これに対して、図６の一例では、ブーム下げ動作と同時に、旋回動作を行っているため、操作装置２６における操作に応じた旋回停止（旋回減速）の際、旋回用電動機２１が上部旋回体３を回生制動させる必要がある。旋回用電動機２１による回生電力は、主に、蓄電系１２０のキャパシタ１９に供給される。

【0078】

但し、上述の如く、キャパシタ１９には定格電流値が設けられるため、定格電流値を超えるような電力をキャパシタ１９に蓄電することはできない。即ち、操作装置２６における旋回動作（上部旋回体３）の操作状態に応じて必要とされる制動トルクに相当する回生電力（例えば、図中では、６０ｋＷ）よりもキャパシタ１９の定格電流値に基づく受入可能な電力（例えば、図中では、４０ｋＷ）が小さい場合がある。よって、かかる場合、残りの回生電力（例えば、図中では、２０ｋＷ）は、電動発電機１２に供給され、電動発電機１２がメインポンプ１４（１４Ａ，１４Ｂ）、パイロットポンプ１５を駆動することにより消費される。

【0079】

上述の如く、油圧アクチュエータが比較的軽負荷で駆動可能な状態では、メインポンプ１４Ａ，１４Ｂが油圧アクチュエータを駆動するための吸収動力は非常に低くなる。しかし、本実施形態では、メインポンプ１４Ａから蓄圧制御弁１７Ｄを通じてアキュムレータ４０に作動油を供給し、メインポンプ１４Ａの吸収動力を圧力エネルギとして蓄えることができる。そのため、残りの回生電力（図中では、２０ｋＷ）による電動発電機１２の駆動動力は、ブーム下げ動作に応じて、メインポンプ１４Ｂで消費される（図中では、８ｋＷ）と共に、メインポンプ１４Ａで消費され、アキュムレータ４０に圧力エネルギとして蓄えられる（図中では、１２ｋＷ）。

【0080】

このように、アキュムレータ４０は、キャパシタ１９の容量や定格電流値に基づく受入電力量の限界や、油圧アクチュエータを駆動するためのメインポンプ１４Ａ，１４Ｂの吸収動力の限界がある場合、旋回用電動機２１による回生電力の余剰分を圧力エネルギとして、蓄えることができる。このとき、回生エネルギ（上部旋回体３の旋回減速時における運動エネルギ）、即ち、旋回用電動機２１の回生電力は、電気エネルギとしてキャパシタ１９に蓄積されると同時に、圧力エネルギとしてアキュムレータ４０に蓄積される。

【0081】

図５に示すように、アキュムレータ４０に蓄圧された回生電力に基づく圧力エネルギは、蓄圧制御弁１７Ｄを通じて、油圧アクチュエータに供給される。図５の一例では、ショベルがアーム開き単独動作を行っており、アーム制御弁１７Ｂは、油圧ライン２０３に接続されるポートとアームシリンダ８のロッド側油室に接続されるポートを連通状態にする共に、戻り油ライン２０９に接続されるポートとアームシリンダ８のボトム側油室に接続されるポートとの間を連通状態にする。このとき、蓄圧制御弁１７Ｄは、アキュムレータ４０が接続されるポートと油圧ライン２０１ｂに接続されるポートとの間を連通状態にする。これにより、アキュムレータ４０に蓄えられた圧力エネルギ（作動油）は、油圧ライン２０１ｂ、油圧ライン２０３、及びアーム制御弁１７Ｂを通じて、アームシリンダ８（のロッド側油室）に供給され、アームシリンダ８の動作に応じて消費される。これにより、アーム開き動作のためのメインポンプ１４Ａの吸収動力を減少させることができる。即ち、ショベルのエネルギ消費（燃費）を向上させることができる。

【0082】

このように、本実施形態に係るショベルは、回生エネルギ（上部旋回体３の旋回減速時の運動エネルギ）を事後的に利用可能な態様で蓄電装置（キャパシタ１９）以外に蓄積することができる。即ち、油圧アクチュエータを駆動する油圧回路内のアキュムレータ４０に圧力エネルギとして、旋回減速時の回生エネルギを蓄積することができる。

【0083】

［蓄圧制御弁の制御］
まず、蓄圧制御弁１７Ｄの第１制御例について説明する。

【0084】

コントローラ３０は、上述の如く、蓄圧制御部３０ａ、回生電力量算出部３０ｂ、受入電力量算出部３０ｃ、駆動動力算出部３０ｄを含む。

【0085】

蓄圧制御部３０ａ（制御部の一例）は、圧力センサ２９からの圧力信号に基づき、操作装置２６における旋回動作（上部旋回体３）の操作状態を認識する。そして、蓄圧制御部３０ａは、ショベルが旋回減速動作を行っている場合、即ち、旋回用電動機２１が上部旋回体３を回生制動する場合、メインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。具体的には、蓄圧制御部３０ａは、図示しない電磁弁等に制御指令を送信し、蓄圧制御弁１７Ｄの油圧ライン２０２に接続されるポートとアキュムレータ４０に接続されるポートとを連通させる位置にスプールを移動させるパイロット信号（パイロット圧）を生成させる。そして、かかるパイロット信号が蓄圧制御弁１７Ｄに入力されることにより、蓄圧制御弁１７Ｄの油圧ライン２０２に接続されるポートとアキュムレータ４０に接続されるポートとが連通する。これにより、図６に示す油圧回路の動作が実現される。

【0086】

続いて、蓄圧制御弁１７Ｄの第２制御例について説明する。

【0087】

本例において、蓄圧制御部３０ａは、上部旋回体３が旋回減速動作を行う状況のうち、旋回用電動機２１が操作装置２６における旋回動作（上部旋回体３）の操作状態に応じた要求トルクを発生できない可能性がある場合に限定してメインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。即ち、キャパシタ１９に蓄電可能な電力が制限され、旋回用電動機２１が十分な制動トルクを発生できない可能性がある場合に限定して、メインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。

【0088】

具体的には、蓄圧制御部３０ａは、上部旋回体３が旋回減速動作を行っている場合であって、キャパシタ１９の充電率が所定閾値以下である場合、メインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。キャパシタ１９の充電電流は、充電率が低くなる程大きくなる傾向にあるため、定格電流値に応じたキャパシタ１９が受け入れ可能な電力は、充電率が低くなる程、小さくなる。そのため、所定閾値を適宜設定することにより、キャパシタ１９の充電率が所定閾値以下である場合は、旋回用電動機２１が十分な制動トルクを発生できない可能性があると判断することができる。

【0089】

尚、蓄圧制御部３０ａは、キャパシタ電圧検出部１１２により検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３により検出されるキャパシタ電流値等に基づき、既知の手法を用いて、キャパシタ１９の充電率を算出することができる。

【0090】

続いて、蓄圧制御弁１７Ｄの第３制御例について説明する。

【0091】

本例において、蓄圧制御部３０ａは、第２制御例と同様、上部旋回体３が旋回減速動作を行う状況のうち、旋回用電動機２１が操作装置２６における旋回動作（上部旋回体３）の操作状態に応じた要求トルクを発生できない可能性がある場合に限定してメインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。具体的には、蓄圧制御部３０ａは、キャパシタ１９が受け入れ可能な電力量、及び油圧アクチュエータを駆動するために電動発電機１２を介してメインポンプ１４で消費可能な動力の和が、要求トルク（操作装置２６における上部旋回体３の操作状態に応じた制動トルク）に対して不足するか否かを判定する。

【0092】

かかる場合、回生電力量算出部３０ｂは、操作装置２６における旋回動作（上部旋回体３）の操作状態に応じて、旋回用電動機２１の回生電力量（操作状態に応じた旋回減速度を発生させるために必要な発電量）を算出する。

【0093】

また、受入電力量算出部３０ｃは、キャパシタ１９の定格電流値に基づき、旋回用電動機２１が回生制動する際にキャパシタ１９が受け入れ可能な電力量（受入電力量）を算出する。例えば、キャパシタ１９の充電電流は、上述の如く、充電率が低くなる程大きくなる傾向にある。そのため、予めキャパシタ１９の仕様等に応じて、充電率と受入電力量の関係を表す制御マップ等をコントローラ３０の内部メモリ等に格納しておくことにより、受入電力量算出部３０ｃは、キャパシタ１９の受入電力量を算出する。

【0094】

また、駆動動力算出部３０ｄは、操作装置２６における第２動作要素（下部走行体１、ブーム４、アーム５、バケット６）の操作状態に応じて、油圧アクチュエータを駆動するために、電動発電機１２が出力可能な駆動動力（メインポンプ１４からアキュムレータ４０への作動油の供給がされない場合において、エンジン１１をアシストしてメインポンプ１４、パイロットポンプ１５を駆動する動力の上限値）を算出する。

【0095】

そして、蓄圧制御部３０ａは、旋回用電動機２１が上部旋回体３を回生制動する場合であって、受入電力量算出部３０ｃにより算出される電力量と駆動動力算出部３０ｄにより算出される駆動動力との和が回生電力量算出部３０ｂにより算出される電力量より小さい場合、メインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。

【0096】

尚、第１制御例、第２制御例を採用する場合、回生電力量算出部３０ｂ、受入電力量算出部３０ｃ、駆動動力算出部３０ｄは、省略されてよい。

【0097】

［作用］
図８の比較例を参照して、本実施形態に係るショベルの作用について説明する。

【0098】

図８は、比較例に係るショベルの油圧回路を示す図である。具体的には、比較例に係るショベルがブーム上げ旋回動作を行う場合、即ち、図６に示す例と同様の動作を行う場合における油圧回路の状態を表す図である。

【0099】

尚、図５〜図７に示す例と同様の構成には同一の符号を付している。また、図５〜図７と同様、図中の太い実線は、電力系統を表し、二重線は、機械動力系統を表し、細い実線は、油圧系統を表す。また、比較例に係るショベルの油圧制御弁１７Ｄｃは、常時、センターバイパスライン２０１（油圧ライン２０１ａと油圧ライン２０１ｃとの間）を連通状態にしている。

【0100】

図８に示すように、比較例に係るショベルは、アキュムレータ４０が設けられない点と、コントロールバルブ１７がコントロールバルブ１７ｃに置換される点、具体的には、蓄圧制御弁１７Ｄが油圧制御弁１７Ｄｃに置換される点が主に異なる。

【0101】

比較例に係るショベルは、ショベルがブーム下げ動作を行う場合（油圧アクチュエータが軽負荷状態にある場合）におけるメインポンプ１４Ａ、１４Ｂの吸収動力は、それぞれ、非常に小さくなる（図中では、それぞれ、２ｋＷ、８ｋＷ）。そのため、電動発電機１２が出力可能な駆動動力がメインポンプ１４Ａ、１４Ｂの吸収動力の和に略制限されてしまう。そのため、キャパシタ１９の定格電流値に基づく受け入れ可能な電力量の上限（図中では、４０ｋＷ）と電動発電機１２が出力可能な駆動動力の上限（図中では、１０ｋＷ）の和が、オペレータの操作に応じて要求される制動トルク、即ち、回生電力（図中では、６０ｋＷ）より小さい場合、旋回減速時の制動トルクが制限されてしまう（図中では、５０ｋＷ）。即ち、オペレータが想定する旋回減速度が発生せず、旋回時の操作性が悪化してしまう可能性がある。

【0102】

これに対して、本実施形態に係るショベル（図５〜図７参照）では、アキュムレータ４０が設けられ、蓄圧制御部３０ａは、旋回用電動機２１が上部旋回体３を回生制動する場合、メインポンプ１４（１４Ａ）からアキュムレータ４０への作動油の供給経路を連通させる。そのため、油圧アクチュエータが軽負荷状態にある場合であっても、アキュムレータ４０に作動油を供給するためにメインポンプ１４Ａの負荷を高めることができる。即ち、アキュムレータ４０の蓄圧可能な容量に応じて、電動発電機１２が出力可能な駆動動力の上限を引き上げることができるため、アキュムレータ４０の容量を適宜設定することで、制動トルクが制限されるような事態を回避することができる。即ち、ショベルの旋回時における操作性の悪化を防止することができる。

【0103】

また、キャパシタ１９は、充電率が低くなる程充電電流が大きくなる、即ち、受け入れ可能な電力量が小さくなるため、比較例に係るショベルでは、操作性の悪化を抑制するには、キャパシタ１９の充電率をあまり下げることができない。そのため、本来、電動発電機１２のアシスト運転を行った方が良いような状況であっても、エンジン１１だけでメインポンプ１４、パイロットポンプ１５を駆動する等して、燃料消費率が悪化する可能性もある。

【0104】

これに対して、本実施形態に係るショベルでは、アキュムレータ４０の容量を適宜設定することで、充電率が低い状態であっても、制動トルクが制限されるような事態を回避することができる。そのため、キャパシタ１９をより充電率の低い領域で運用することが可能になるため、ショベルのエネルギマネジメントを適切に行い、燃費向上を図ることができる。換言すれば、アキュムレータ４０の容量を適宜設定することで、制動トルクが制限されるような事態を回避しつつ、キャパシタ１９の蓄電容量自体を小さくすることができる。そのため、比較的高価なキャパシタ１９等の蓄電装置のコストダウンを図ることができる。

【0105】

また、本実施形態に係るショベルにおける蓄圧制御弁１７Ｄは、メインポンプ１４からアキュムレータ４０に作動油を供給する経路を連通させる状態と、アキュムレータ４０から油圧アクチュエータに作動油を供給可能な状態とを切り替え可能である。そのため、アキュムレータ４０に蓄圧された圧力エネルギは、油圧アクチュエータを駆動する動力として利用することができる。即ち、本実施形態に係るショベルは、回生エネルギ（上部旋回体３の旋回減速時の運動エネルギ）を事後的に利用可能な態様で蓄電装置（キャパシタ１９）以外に蓄積することができる。

【0106】

また、本実施形態に係るショベルにおける蓄圧制御弁１７Ｄは、スプールの移動により各種状態を実現する構成である。即ち、蓄圧制御弁１７Ｄは、スプールを交換することにより、油圧ショベルの旋回用油圧モータに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する油圧制御弁（旋回制御弁）として使用することができる。そのため、本実施形態に係る旋回機構２を電動化したハイブリッド型のショベルと旋回機構２が油圧駆動される油圧ショベルとの間で、コントロールバルブ１７を共用することができる。そのため、コントロールバルブ１７のコストダウンを図ることができる。

【0107】

また、比較例に係るショベルでは、キャパシタ１９の故障を含め、蓄電系１２０が故障すると、旋回用電動機２１の回生電力をキャパシタ１９に充電することができず、十分な制動トルクを発生できないため、ショベルを異常停止させる必要がある。

【0108】

これに対して、本実施形態に係るショベルでは、アキュムレータ４０の容量を適宜設定することにより、メインポンプ１４（１４Ａ）の負荷を高めて、蓄電系１２０の故障時であっても、十分な制動トルクを発生させることができる。そのため、ショベルを異常停止させることなく、例えば、旋回速度等を制限する等して、継続運転することができる。

【0109】

［油圧回路の構成の他の例］
本実施形態に係るショベルの油圧回路において、アキュムレータ４０や蓄圧制御弁１７Ｄの配置場所は、任意であり、図５〜図７に示す例の態様には限定されない。

【0110】

例えば、図９〜図１１は、本実施形態に係るショベルの油圧回路の他の例を示す図である。具体的には、図９は、ショベルが旋回動作を行っていない場合（図４に示す例と同様、ブーム上げ動作を単独で行う場合）における油圧回路の状態を示す図である。図１０は、ショベルが、図５に示す例と同様、ブーム下げ旋回動作を行う場合における油圧回路の状態を表す図である。図１１は、ショベルが、図６に示す例と同様、アーム開き動作を単独で行う場合における油圧回路の状態を示す図である。

【0111】

尚、図５〜図７に示す例と同様の構成には同一の符号を付している。また、図５〜図７と同様、図中の太い実線は、電力系統を表し、二重線は、機械的動力系統を表し、細い実線は、油圧系統を表す。

【0112】

図９〜図１１に示すように、本例に係るショベルの油圧回路は、図５〜図７に示す例の油圧回路に対して、センターバイパスライン２０１における蓄圧制御弁１７Ｄとアーム制御弁１７Ｂの配置が入れ替えられている点が主に異なる。

【0113】

このように、センターバイパスライン２０１において、蓄圧制御弁１７Ｄがアーム制御弁１７Ｂの下流側に配置される場合でも、図１０に示すように、上部旋回体３が回生制動する場合、メインポンプ１４Ａの作動油をアキュムレータ４０に供給することができる（図中点線矢印）。

【0114】

尚、本例の場合、蓄圧制御弁１７Ｄのポートと油圧ライン２０２とを接続する油圧ライン２２１が追加される。これにより、図１１に示すように、アキュムレータ４０に蓄圧された圧力エネルギ（作動油）を、センターバイパスライン２０１における上流側に配置されるアームシリンダ８に供給することができる。

【0115】

［油圧回路の構成の更に他の例］
本実施形態に係るショベルの油圧回路において、アキュムレータ４０や蓄圧制御弁１７Ｄの配置場所は、上述の如く、任意であり、図５〜図７に示す例や図９〜図１１に示す例の態様には限定されない。また、本実施形態に係るショベルの油圧回路において、アキュムレータ４０が蓄圧した圧力エネルギを供給する対象となる油圧アクチュエータは、任意であり、図５〜図７に示す例、及び図９〜図１１に示す例の油圧アクチュエータ（アームシリンダ８）には限定されない。

【0116】

例えば、図１２〜図１４は、本実施形態に係るショベルの油圧回路の更に他の例を示す図である。具体的には、図１２は、ショベルが旋回動作を行っていない場合（ショベルの非動作時）における油圧回路の状態を示す図である。図１３は、ショベルが、ブーム下げ動作を単独で行う場合における油圧回路の状態を表す図である。図１４は、ショベルがブーム上げ動作を単独で行う場合における油圧回路の状態を示す図である。

【0117】

尚、図５〜図７に示す例と同様の構成には同一の符号を付している。また、図５〜図７と同様、図中の太い実線は、電力系統を表し、二重線は、機械的動力系統を表し、細い実線は、油圧系統を表す。

【0118】

図１２〜図１４に示すように、本例に係るショベルの油圧回路は、図５〜図７に示す例の油圧回路に対して、蓄圧制御弁１７Ｄとバケット制御弁１７Ｃの配置が入れ替えられている点が異なる。即ち、蓄圧制御弁１７Ｄは、図５〜図７に示す例と異なり、メインポンプ１４Ｂの高圧油圧ライン１６Ｂに接続されるセンターバイパスライン２１１上で、ブーム制御弁１７Ａの上流側に直列（タンデム）関係で配置される。また、バケット制御弁１７Ｃは、メインポンプ１４Ａの高圧油圧ライン１６Ａに接続されるセンターバイパスライン２０１上で、アーム制御弁１７Ｂの上流側に直列（タンデム）関係で配置される。

【0119】

このように、蓄圧制御弁１７Ｄがセンターバイパスライン２１１上に配置される場合でも、図１３に示すように、上部旋回体３が回生制動する場合、メインポンプ１４Ｂの作動油をアキュムレータ４０に供給することができる（図中点線矢印）。

【0120】

また、本例に係るショベルの油圧回路では、図５〜図７に示す例の油圧回路に対して、アキュムレータ４０が蓄圧した圧力エネルギを供給する対象である油圧アクチュエータが異なる。即ち、本例に係るショベルの油圧回路では、図１４に示すように、アキュムレータ４０は、蓄圧した圧力エネルギをブームシリンダ７に供給する（図中点線矢印）。

【0121】

このように、アキュムレータ４０は、蓄圧した圧力エネルギを油圧アクチュエータの何れかに供給可能な態様であればよい。

【0122】

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0123】

例えば、上述した実施形態では、蓄電系１２０が設けられるが、図１５（変形例に係るショベルの駆動系の構成を示す図）、図１６（変形例に係るショベルの油圧回路を示す図）に示すように、蓄電系１２０は、省略されてもよい。

【0124】

尚、図１５、図１６に示す変形例では、蓄電系１２０が省略されるため、コントローラ３０の受入電力量算出部３０ｃは、省略される。

【0125】

かかる変形例の場合、旋回用電動機２１は、エンジン１１の動力を用いて電動発電機１２が発電した電力で駆動されると共に、旋回用電動機２１による回生電力は、電動発電機１２のアシスト運転により消費される。図１６に示すように、蓄電系１２０が省略される場合でも、アキュムレータ４０の容量を適宜設定することで、オペレータの操作に応じた必要な回生電力（図中の６０ｋＷ）の大部分をメインポンプ１４Ａの吸収動力として消費させて、アキュムレータ４０に圧力エネルギとして蓄えることができる。そのため、上述した実施形態と同様の作用・効果を奏する。

【0126】

また、上述した実施形態では、作業機械の一例としてのショベルを用いて説明を行ったが、旋回式の作業機械であれば、ショベルには限定されない。

【0127】

また、上述した実施形態では、作業機械の一例であるショベルにおける上部旋回体３の旋回減速時の回生エネルギ（運動エネルギ）を蓄圧器（アキュムレータ４０）に蓄積させる構成を採用したが、かかる構成には限定されない。即ち、回生エネルギは、上部旋回体３の旋回減速時のものには限定されず、例えば、ブーム回生時の回生エネルギ（位置エネルギ）を蓄圧器に蓄積させる構成であってもよい。具体的には、ブーム下げ動作時にブームシリンダ（所定のアクチュエータの一例）のボトム側油室から流出する作動油で、他の電動機（第１電動発電機）と同軸配置される油圧モータを駆動することにより、第１電動発電機が回生発電すると共に、エンジンをアシストして電動機（第２電動発電機）が油圧ポンプを駆動し、回生エネルギ（位置エネルギ）を蓄圧器に蓄圧可能な構成を採用してもよい。また、例えば、作業機械の一例としてのホイルローダの走行減速時の回生エネルギ（運動エネルギ）を蓄圧器に蓄積させる構成であってもよい。具体的には、ホイルローダの走行減速時に他の電動機としての走行用モータ（第１電動発電機）が車輪（所定のアクチュエータの一例）側から回されることにより、回生発電すると共に、エンジンをアシストして電動機（第２電動発電機）が油圧ポンプを駆動し、回生エネルギ（運動エネルギ）を蓄圧器に蓄積させる構成であってもよい。即ち、作業機械は、エネルギ回生に利用される第１動作要素を駆動可能な第１電動発電機であって、第１動作要素における所定の動作（旋回減速動作、ブーム下げ動作、走行減速動作等）に応じて、回生発電を行う第１電動発電機と、油圧駆動される第２動作要素を駆動する油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動するエンジンと、第１電動発電機における回生発電による電力でエンジンをアシストして油圧ポンプを駆動可能な第２電動発電機であって、エンジンの動力で発電し発電電力を第１電動発電機に供給可能な第２電動発電機と、油圧ポンプから供給される作動油で蓄圧可能な蓄圧器と、油圧ポンプから蓄圧器への作動油の供給経路の連通／非連通を切り替える制御部と、を備え、第２電動発電機は、第１電動発電機が回生発電を行う場合、油圧ポンプを駆動し、制御部は、第１電動発電機が回生発電を行う場合、油圧ポンプから蓄圧器への作動油の供給経路を連通させる構成であればよい。これにより、上述の実施形態と同様、回生エネルギを事後的に利用可能な態様で蓄電装置以外に蓄積することができる。具体的には、回生エネルギを、事後的に油圧アクチュエータを駆動するために利用可能な態様で、蓄圧器に圧力エネルギとして蓄積させることが可能になると共に、その他、上述した実施形態と同様の作用・効果を奏する。

【0128】

尚、本願は、２０１５年１２月７日に出願した日本国特許出願２０１５−２３８８８６号に基づく優先権を主張するものであり、その日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

【符号の説明】

【0129】

１ 下部走行体
１Ａ，１Ｂ 油圧モータ（油圧アクチュエータ）
２ 旋回機構（所定のアクチュエータ）
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機（電動機）
１３ 減速機
１４ メインポンプ（油圧ポンプ）
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ（制御弁ユニット）
１７Ａ ブーム制御弁（油圧制御弁）
１７Ｂ アーム制御弁（油圧制御弁）
１７Ｃ バケット制御弁（油圧制御弁）
１７Ｄ 蓄圧制御弁（切替弁）
１８Ａ，１８Ｂ インバータ
１９ キャパシタ（蓄電装置）
２１ 旋回用電動機（他の電動機）
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ，２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７，２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３０ａ 蓄圧制御部（制御部）
３０ｂ 回生電力量算出部
３０ｃ 受入電力量算出部
３０ｄ 駆動動力算出部
４０ アキュムレータ（蓄圧器）
５０ 作動油タンク
３００ 作業機械
３１０ 第１の駆動系
３１１ 電動機
３１２ 油圧ポンプ
３１３ 油圧回路
３１４ 油圧アクチュエータ
３１５ 蓄圧器
３１６ 制御部
３２０ 第２の駆動系（他の駆動系）
３２１ アクチュエータ（所定のアクチュエータ）
３２２ エネルギ供給部（蓄電装置）
３２３ 動力伝達部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】