JP5573824B2 - 油圧エネルギー回生装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、油圧ショベル等の建設機械などに使用される油圧エネルギー回生装置に関する。

従来、油圧エネルギー回生装置としては、油圧ポンプと、上記油圧ポンプから吐出される油により駆動する油圧アクチュエータと、上記油圧ポンプから上記油圧アクチュエータに供給される油の流量および流れ方向を制御する切換弁と、上記切換弁の下流側に設けられる回生用油圧モータと、上記回生用油圧モータで駆動される発電機とを備えたものがある（特開２００３−４９８１０号公報：特許文献１参照）。

そして、上記切換弁が中立位置にあるときのみに、油圧ポンプから吐出される油を回生用油圧モータに供給して、この油を発電機に利用していた。一方、切換弁が切換位置にあるとき、油圧ポンプから吐出される油は、回生用油圧モータに供給されず、発電機に利用されていなかった。以下、回生用油圧モータに中立位置のみで連通する切換弁の通路（ポート）を、絞り用通路（ポート）という。

ここで、実際には、上記切換弁が切換位置にあるときでも、油圧アクチュエータを安定して操作するために、油圧ポンプから余剰な油を流していた。そして、この余剰な油は、回生用油圧モータに供給されずに、無駄にタンクに捨てられていた。

特開２００３−４９８１０号公報

そこで、この発明の課題は、切換弁の切換位置においても、油圧ポンプから吐出される余剰な油を有効に利用することができる油圧エネルギー回生装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の油圧エネルギー回生装置は、
油圧ポンプ装置と、
上記油圧ポンプ装置から吐出される油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、
上記油圧ポンプ装置から上記各油圧アクチュエータに供給される油の流量および流れ方向を制御すると共に、中立位置および切換位置において開放するバイパス通路を有する複数の切換弁と、
上記油圧ポンプ装置から上記複数の切換弁の上記バイパス通路を通ってタンクに連通するバイパスラインに、上記複数の切換弁の下流側に設けられると共に、このバイパスラインを通って上記タンクに流出する油によって回転する回生用油圧モータと、
上記回生用油圧モータで駆動される発電機と、
上記回生用油圧モータで駆動される上記発電機の回転トルクを変化させて上記回生用油圧モータを通過する油の流量および圧力を制御する流量圧力制御部と
を備えることを特徴としている。

この発明の油圧エネルギー回生装置によれば、上記切換弁は、中立位置および切換位置において開放するバイパス通路を有するので、切換弁が中立位置にあるとき、油圧ポンプ装置から吐出される油は、バイパス通路を介して、回生用油圧モータに供給され、発電機に利用される。一方、切換弁が切換位置にあるとき、油圧アクチュエータを安定して操作するために油圧ポンプ装置から吐出される余剰な油は、回生用油圧モータに供給され、発電機に利用される。

したがって、上記切換弁の切換位置においても、油圧ポンプ装置から吐出される余剰な油を有効に利用することができる。

この実施形態の油圧エネルギー回生装置によれば、上記流量圧力制御部は、回生用油圧モータで駆動される上記発電機の回転トルクを変化させて回生用油圧モータを通過する油の流量および圧力を制御するので、油圧ポンプ装置から吐出され回生用油圧モータを通過する油は、回生用油圧モータによって抵抗を与えられながら、回生用油圧モータの下流側のタンクに流される。

これにより、上記バイパスライン、つまり、このバイパスラインに常時連通する油圧ポンプ装置の吐出ラインに、油圧アクチュエータを操作するために必要な圧力を発生させることができる。このように、回生用油圧モータに、従来の切換弁の絞り用ポートの機能をもたせることができる。

反対に、上記バイパスラインから必要以上の圧力を逃がすこともできるので、回生用油圧モータに、従来のリリーフバルブの機能をもたせることができる。さらに、リリーフバルブとして圧力を逃がす際にも、回生用油圧モータを回転させるので、高圧の余剰油を回生に利用できる。

したがって、中圧から高圧の余剰油をそのまま回生に利用できて、流量回生効率を低下することなく、圧力回生効率を向上することができる。また、回生用油圧モータおよび発電機は、リリーフバルブの機能および絞りの機能を有する。

また、一実施形態の油圧エネルギー回生装置では、
上記油圧ポンプ装置は、吐出する油の流量を可変する機能を有し、
上記油圧ポンプ装置から上記油圧アクチュエータに供給される油の流量および流れ方向を操作する操作部を設け、
上記操作部は、上記操作部の操作の大きさが大きいほど、上記切換弁の上記油圧アクチュエータに連通するポートの開度が大きくなるように、上記切換弁を制御し、
上記切換弁の上記開度が大きいほど、上記油圧ポンプ装置から吐出される油の流量が大きくなるように、上記油圧ポンプ装置を制御するポンプ吐出量制御部を設けている。

この実施形態の油圧エネルギー回生装置によれば、上記切換弁制御部と上記ポンプ吐出量制御部とを有するので、操作部の操作の大きさが大きいほど、油圧ポンプ装置から吐出される油の流量を大きくする。いわゆる、ポジコン制御を行う。

また、一実施形態の油圧エネルギー回生装置では、
上記油圧ポンプ装置から吐出された油の流量から、上記回生用油圧モータの回転数から求めた油の通過流量を差し引いて、上記油圧アクチュエータの駆動に使用された油の使用量を求める使用量演算部と、
上記使用量演算部によって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、上記油圧ポンプ装置から吐出される油の流量、または、上記回生用油圧モータで駆動される上記発電機の回転トルクの少なくとも一方を補正する流量圧力補正部と
を備える。

この実施形態の油圧エネルギー回生装置によれば、上記使用量演算部と上記流量圧力補正部とを有するので、油圧アクチュエータの負荷圧に左右されずに、精度のよい操作を行うことができる。

この発明の油圧エネルギー回生装置によれば、上記切換弁は、中立位置および切換位置において開放するバイパス通路を有するので、切換弁の切換位置においても、油圧ポンプ装置から吐出される余剰な油を有効に利用することができる。

本発明の油圧エネルギー回生装置の第１実施形態を示す回路図である。 操作部の操作の大きさと各ポートの通路の開口面積との関係を示すグラフである。 操作の大きさとポンプ圧力との関係を示すグラフである。 本発明の油圧エネルギー回生装置の第２実施形態を示す回路図である。 本発明の油圧エネルギー回生装置の第３実施形態を示す回路図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の油圧エネルギー回生装置の一実施形態である回路図を示している。図１に示すように、この油圧エネルギー回生装置は、例えば、油圧ショベル等の建設機械などに使用され、油圧ポンプ装置１０と、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂと、第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂと、回生用油圧モータ６２と、発電機６３とを備える。

上記油圧ポンプ装置１０は、可変容量型油圧ポンプ１と、この可変容量型油圧ポンプ１を駆動するエンジン４とを有する。可変容量型油圧ポンプ１は、ベーンポンプやピストンポンプ等の油圧ポンプであり、時間当たりに吐出する油の流量を可変する。

上記第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂは、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される油により駆動する。第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂは、例えば、ブームやアームやバケット等を駆動するシリンダであり、このシリンダロッドが、作動油によって、上下方向や左右方向に往復移動される。

上記第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂは、可変容量型油圧ポンプ１から第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂに供給される油の流量および流れ方向を制御する。第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂは、互いに、可変容量型油圧ポンプ１からタンク５に連通するバイパスラインとしての第１ライン５１を介して、接続されている。第１ライン５１上において、第１切換弁２Ａは、第２切換弁２Ｂよりも、可変容量型油圧ポンプ１側に位置している。第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂは、それぞれ、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される吐出ラインとしての第２ライン５２に接続されている。第２ライン５２は、第１ライン５１の第１切換弁２Ａの上流側部分に、接続されている。

上記第１切換弁２Ａは、第２，第３ライン５２，５３を介して、第１油圧アクチュエータ８Ａに接続され、第５ライン５５を介して、タンク７に接続されている。上記第２切換弁２Ｂは、第６，第７ライン５６，５７を介して、第２油圧アクチュエータ８Ｂに接続され、第５ライン５５を介して、タンク７に接続されている。

上記回生用油圧モータ６２は、第１ライン５１に、第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂの下流側に設けられ、この第１ライン５１を通ってタンク５に流出する油によって回転する。

上記発電機６３は、回生用油圧モータ６２のシャフトに連結され、回生用油圧モータ６２で駆動される。発電機６３には、コンバータ６４が接続され、コンバータ６４は、発電機６３に供給する電流の周波数を制御する。この周波数を変更することにより、発電機６３の回転数またはトルクを制御して、発電機６３の発電量を調整することができる。コンバータ６４には、蓄電装置６５が接続され、蓄電装置６５は、発電機６３で発電された電気を蓄える。この電気は図示しない電気装置に使用されて、省エネルギー効果が得られるようになっている。

上記第１切換弁２Ａは、６つのポートＰ，Ｐ'，Ｔ'，Ｔ，Ａ，Ｂを有する。ＰポートＰは、第２ライン５２に接続され、Ｐ'ポートＰ'は、チェック弁１２を介して、第２ライン５２に接続され、Ｔ'ポートＴ'は、第５ライン５５に接続され、ＴポートＴは、第１ライン５１に接続され、ＡポートＡは、第３ライン５３に接続され、ＢポートＢは、第４ライン５４に接続される。

上記第１切換弁２Ａは、中立位置としての第１位置Ｓ１と、切換位置としての第２位置Ｓ２および第３位置Ｓ３とを有する。第１位置Ｓ１では、ＰポートＰとＴポートＴが連通し、かつ、Ｐ'ポートＰ'、Ｔ'ポートＴ'、ＡポートＡおよびＢポートＢが遮断状態になる。このとき、可変容量型油圧ポンプ１から吐出された油は、ＰポートＰ、ＴポートＴを通過した後、第１ライン５１を流れる。

上記第２位置Ｓ２では、Ｐ'ポートＰ'とＡポートＡが連通し、かつ、Ｔ'ポートＴ'とＢポートＢが連通し、かつ、ＰポートＰとＴポートＴが連通する。このとき、可変容量型油圧ポンプ１から吐出された油は、ＰポートＰ、ＴポートＴを通過した後、第１ライン５１を流れる。また、可変容量型油圧ポンプ１から吐出された油は、Ｐ'ポートＰ'、ＡポートＡを通過した後、第３ライン５３を流れて、第１油圧アクチュエータ８Ａの一方の第１シリンダ室に供給される。第１油圧アクチュエータ８Ａの他方の第２シリンダ室の油は、第４ライン５４を流れ、ＢポートＢ、Ｔ'ポートＴ'を通過し、第５ライン５５を流れて、タンク７に戻る。Ｐ'ポートＰ'の上流側には、チェック弁１１が設けられている。

上記第３位置Ｓ３では、Ｐ'ポートＰ'とＢポートＢが連通し、かつ、Ｔ'ポートＴ'とＡポートＡが連通し、かつ、ＰポートＰとＴポートＴが連通する。このとき、可変容量型油圧ポンプ１から吐出された油は、ＰポートＰ、ＴポートＴを通過した後、第１ライン５１を流れる。また、可変容量型油圧ポンプ１から吐出された油は、Ｐ'ポートＰ'、ＢポートＢを通過した後、第４ライン５４を流れて、第１油圧アクチュエータ８Ａの他方の第２シリンダ室に供給される。第１油圧アクチュエータ８Ａの一方の第１シリンダ室の油は、第３ライン５３を流れ、ＡポートＡ、Ｔ'ポートＴ'を通過し、第５ライン５５を流れて、タンク７に戻る。

上記第２切換弁２Ｂは、第１切換弁２Ａと同様に、６つのポートＰ，Ｐ'，Ｔ'，Ｔ，Ａ，Ｂを有する。ＰポートＰは、第１ライン５１に接続され、Ｐ'ポートＰ'は、チェック弁１２を介して、第２ライン５２に接続され、Ｔ'ポートＴ'は、第５ライン５５に接続され、ＴポートＴは、第１ライン５１を介して、回生用油圧モータ６２に接続され、ＡポートＡは、第６ライン５６に接続され、ＢポートＢは、第７ライン５７に接続される。

上記第２切換弁２Ｂの第１、第２、第３位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において、ＰポートＰとＴポートＴが連通し、第１切換弁２Ａから第１ライン５１を流れる油は、第２切換弁２ＢのＰポートＰ、ＴポートＴを通過した後、回生用油圧モータ６２に流れる。なお、上記第２切換弁２Ｂのその他の構造は、上記第１切換弁２Ａと同じ構造であるので、説明を省略する。

上記第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂは、回生用油圧モータ６２に常時連通するＰポートＰ、ＴポートＴを有する。例えば、切換弁２Ａ，２Ｂは、ＰポートＰとＴポートＴとの間に、ランドを設けない構成とする。

言い換えると、第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂは、第１位置Ｓ１（中立位置）および第２、第３位置Ｓ２，Ｓ３（切換位置）において開放するバイパス通路を有する。このバイパス通路は、第１ライン５１に連通する。つまり、この切換弁２Ａ，２ＢのＰポートＰおよびＴポートＴには、従来の切換弁の絞り用ポートの絞り機能がない。

上記回生用油圧モータ６２の回転トルクを変化させて上記回生用油圧モータ６２を通過する油の流量および圧力を制御する流量圧力制御部９０を設けている。具体的に述べると、流量圧力制御部９０は、回生用油圧モータ６２のシャフトに連結された発電機６３のトルクを制御することで、回生用油圧モータ６２のトルクを変化する。

さらに、上記流量圧力制御部９０は、第１ライン５１の第２切換弁２Ｂと回生用油圧モータ６２との間に設けられた圧力センサ９２の出力に基づいて、回生用油圧モータ６２のトルクを調整して、回生用油圧モータ６２を通過する油の流量および圧力を所定の値に調整する。

上記第１切換弁２Ａは、第１操作部３Ａの操作によって、制御され、上記第２切換弁２Ｂは、第２操作部３Ｂの操作によって、制御される。つまり、第１操作部３Ａは、可変容量型油圧ポンプ１から第１油圧アクチュエータ８Ａに供給される油の流量および流れ方向を操作し、第２操作部３Ｂは、可変容量型油圧ポンプ１から第２油圧アクチュエータ８Ｂに供給される油の流量および流れ方向を操作する。

上記第１操作部３Ａは、例えば操作レバーであり、第１操作部３Ａの操作を、指令信号（操作Ｐｉ）として第１切換弁２Ａに送って、第１切換弁２Ａを制御する。具体的に述べると、第１切換弁２Ａは、第１操作部３Ａの操作方向に基づいて、第１、第２、第３位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の何れかの位置、または、その中間位置に設定される。

また、上記第１操作部３Ａは、第１操作部３Ａの操作の大きさ（例えばレバーの移動量などの操作幅）に基づいて、第１切換弁２Ａの開度を制御する。つまり、第１操作部３Ａは、第１操作部３Ａの操作の大きさが大きいほど、第１切換弁２Ａの第１油圧アクチュエータ８Ａに連通するＰ'ポートＰ'，Ｔ'ポートＴ'，ＡポートＡ，ＢポートＢの開度が大きくなるように、第１切換弁２Ａを制御する。

なお、上記第２操作部３Ｂおよび上記第２切換弁２Ｂについて、上記第１操作部３Ａおよび上記第１切換弁２Ａと同様の構成であるため、説明を省略する。

上記可変容量型油圧ポンプ１、上記切換弁２Ａ，２Ｂ、および、上記流量圧力制御部９０は、制御装置６によって、制御される。制御装置６は、ポンプ吐出量制御部６ａと、使用量演算部６ｂと、流量圧力補正部６ｃと、流量圧力調整部６ｄとを有する。

上記ポンプ吐出量制御部６ａは、上記切換弁２Ａ，２Ｂの上記開度が大きいほど、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される油の流量が大きくなるように、可変容量型油圧ポンプ１を制御する。つまり、第１操作部３Ａの操作の大きさが大きく、第１切換弁２Ａの第１油圧アクチュエータ８Ａに連通するＰ'ポートＰ'，Ｔ'ポートＴ'，ＡポートＡ，ＢポートＢの開度が大きくなるほど、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される油の流量を大きくする。なお、上記第２操作部３Ｂおよび上記第２切換弁２Ｂについても同様である。このように、ポンプ吐出量制御部６ａは、いわゆる、ポジコン制御を行う。

上記使用量演算部６ｂは、可変容量型油圧ポンプ１から吐出された油の流量から、回生用油圧モータ６２の回転数から求めた油の通過流量を差し引いて、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂの駆動に使用された油の使用量を求める。

上記流量圧力補正部６ｃは、上記使用量演算部６ｂによって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される油の流量、または、回生用油圧モータ６２で駆動される発電機６３の回転トルクの少なくとも一方を補正する。つまり、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂの駆動に使用された油の使用量が、目標値に対して、多い場合、可変容量型油圧ポンプ１の吐出量を少なくして、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂに流れる油の流量を少なくし、および／または、回生用油圧モータ６２の回転トルクを小さくして、タンク５へ流れる流量を多くし第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂに流れる油の流量を少なくする。このように、油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂの負荷圧に左右されずに、精度のよい操作を行うことができる。

上記流量圧力調整部６ｄは、流量圧力制御部９０を制御する。例えば、流量圧力調整部６ｄは、流量圧力制御部９０を制御し、回生用油圧モータ６２のトルクを変化させて、第１ライン５１と、この第１ライン５１に常時連通する第２ライン５２とに、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂを操作するために必要な圧力を発生させる。

次に、上記構成の油圧エネルギー回生装置の作用について説明する。

上記切換弁２Ａ，２Ｂは、中立位置Ｓ１および切換位置Ｓ２，Ｓ３において開放するバイパス通路を有するので、切換弁２Ａ，２Ｂが中立位置Ｓ１にあるとき、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される油は、バイパス通路を介して、回生用油圧モータ６２に供給され、発電機６３に利用される。一方、切換弁２Ａ，２Ｂが切換位置Ｓ２，Ｓ３にあるとき、油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂを安定して操作するために可変容量型油圧ポンプ１から吐出される余剰な油は、回生用油圧モータ６２に供給され、発電機６３に利用される。

したがって、上記切換弁２Ａ，２Ｂの切換位置Ｓ２，Ｓ３においても、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される余剰な油を有効に利用することができる。

また、上記流量圧力制御部９０は、回生用油圧モータ６２で駆動される発電機６３の回転トルクを変化させて、回生用油圧モータ６２を通過する油の流量および圧力を制御するので、可変容量型油圧ポンプ１から吐出され回生用油圧モータ６２を通過する油は、回生用油圧モータ６２によって抵抗を与えられながら、回生用油圧モータ６２の下流側のタンク５に流される。

これにより、上記第１ライン５１、つまり、この第１ライン５１に常時連通する第２ライン５２に、油圧アクチュエータを８Ａ，８Ｂを操作するために必要な圧力を発生させることができる。回生用油圧モータ６２の回転トルクを大きくすることで、回生用油圧モータ６２の上流側の圧力（つまり、油圧アクチュエータを８Ａ，８Ｂの操作圧力）を大きくすることができる。このように、回生用油圧モータ６２に、従来の切換弁の絞り用ポートの機能をもたせることができる。

反対に、上記第１ライン５１から必要以上の圧力を逃がすこともできるので、回生用油圧モータ６２に、従来のリリーフバルブの機能をもたせることができる。さらに、リリーフバルブとして圧力を逃がす際にも、回生用油圧モータ６２を回転させるので、高圧の余剰油を回生に利用できる。要するに、回生用油圧モータ６２および発電機６３は、リリーフバルブの機能および絞りの機能を有する。

具体的に述べると、上記第１切換弁２Ａの各ポートＰ，Ｐ'，Ｔ'，Ｔ，Ａ，Ｂは、図２に示すような変化パターンで制御される。なお、第２切換弁２Ｂのポートの制御も、図２と同じであるため、説明を省略する。

図２に示すように、横軸に、第１操作部３Ａの操作の大きさを示し、縦軸に、各ポートの開口面積を示す。操作の大きさが０％とは、第１操作部３Ａのレバーを中立位置、つまり、第１切換弁２Ａを第１位置Ｓ１にするときをいい、操作の大きさ１００％とは、第１操作部３Ａのレバーを一方向の切換位置へ最大に移動したとき、つまり、第１切換弁２Ａを第２位置Ｓ２にするときをいう。なお、第３位置Ｓ３への切り換えについても同様である。

そして、上記第１切換弁２Ａの制御を説明すると、第１パターン線Ｑ１に示すように、ＰポートＰからＴポートＴへの通路の面積は、常時一定である。第２パターン線Ｑ２に示すように、Ｐ'ポートＰ'からＡポートＡへの通路の面積を変化させ、かつ、図２の第３パターン線Ｑ３に示すように、ＢポートＢからＴ'ポートＴ'への通路の面積を変化させることで、第１油圧アクチュエータ８Ａに供給する流量や第１油圧アクチュエータ８Ａから流出させる流量を調整する。

このとき、従来の切換弁の絞り用ポートの「絞る」特性については、回生用油圧モータ６２の「抵抗」（つまり、回転トルク）を変化することで代用する。

本来、「絞る」機能は、「圧力を立て」ながら「油を流す」という２つの作用を持っているため、単純に「抵抗」だけでの代用は不可能である。しかし、本発明の流量圧力制御部９０については、圧力センサ９２の出力、または、回生用油圧モータ６２の回転数を検知して、流れる流量を算出することができる。これを活用して、「抵抗」を与えて「圧力を立て」ながら、同時に、「回転数」を検知して「油を流す（抵抗を調整する）」ように制御することが可能となる。これによって、回生用油圧モータ６２は、従来の絞り用ポートの代用となる。

さらに、上記回生用油圧モータ６２を、従来の「絞り」の代わりとすることで、「絞り」の場合には熱として周囲に発散していたエネルギーの幾らかを、回生用油圧モータ６２を介して、電気エネルギーとして回生できる。

また、上記回生用油圧モータ６２で圧力を制御することになるため、図３に示すように、低圧領域Ｒ１に加えて、高圧領域Ｒ２を回生することができる。図３は、操作の大きさとポンプ圧力との関係を示し、横軸に、操作部３Ａ，３Ｂの操作の大きさを示し、縦軸に、可変容量型油圧ポンプ１の吐出圧力を示す。

図３に示すように、油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂを操作する必要な圧力を発生させるまでの間、ポンプ圧力は、低圧の第１圧力Ｐ１となる。この第１圧力Ｐ１は、アンロード圧損となる。なお、ネガコン制御の場合、第１圧力Ｐ１は、仮想線に示す、第２圧力Ｐ２（ネガコン圧という）となり、この第２圧力Ｐ２は、第１圧力Ｐ１よりも大きい。

そして、操作の大きさを大きくしていくと、順に、第３圧力Ｐ３、第４圧力Ｐ４と変化する。第３圧力Ｐ３は、［アクチュエータ負荷圧×（１．１〜１．２）］程度であり、第４圧力Ｐ４は、［アクチュエータ負荷圧＋α］である。第４圧力Ｐ４は、第３圧力Ｐ３よりも小さい。

したがって、本発明では、低圧の油（つまり、低圧領域Ｒ１）に加えて、中圧から高圧の余剰油（つまり、中高圧領域Ｒ２）をそのまま回生に利用できて、流量回生効率を低下することなく、圧力回生効率を向上することができる。また、回生用油圧モータ６２を高圧（大きな差圧）で回転させることができるため、発電機６３を大きな力で発電させることができて、多くの発電量を得ることができる。これに対して、従来の油圧エネルギー回生装置では、高圧領域Ｒ２を回生できず、低圧領域Ｒ１しか回生できなかった。これは、高圧領域Ｒ２は、従来の切換弁の絞り用通路よりも、上流側で発生するためである。

（第２の実施形態）
図４は、この発明の油圧エネルギー回生装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、２つのポンプ駆動回路と、１つの回生用油圧モータとを有する。なお、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図４に示すように、この油圧エネルギー回生装置は、第１ポンプ駆動回路８０Ａおよび第２ポンプ駆動回路８０Ｂと、１つの回生用油圧モータ６２とを有する。

上記第１、第２ポンプ駆動回路８０Ａ，８０Ｂの構成は、上記第１実施形態の図１に示す回路の圧力センサ９２よりも上流側の構成と同じである。第１、第２ポンプ駆動回路８０Ａ，８０Ｂは、それぞれ、油圧ポンプ装置１０と、第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂと、油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂとを有する。第１、第２切換弁２Ａ，２Ｂは、それぞれ、中立位置Ｓ１および切換位置Ｓ２，Ｓ３において開放するバイパス通路を有する。

上記回生用油圧モータ６２は、上記第１、第２ポンプ駆動回路８０Ａ，８０Ｂの最下流に、連結制御弁７０を介して、接続されている。連結制御弁７０と回生用油圧モータ６２との間に、圧力センサ９２を設けている。

上記連結制御弁７０は、例えば、比例減圧弁である。連結制御弁７０は、第１から第６ポート７１〜７６を有する。第１ポート７１は、第１ポンプ駆動回路８０Ａの最下流（第１ライン５１）に接続され、第２ポート７２は、第２ポンプ駆動回路８０Ｂの最下流（第１ライン５１）に接続され、第３ポート７３は、タンク８１に接続され、第４ポート７４は、チェック弁１２を介して、回生用油圧モータ６２に接続され、第５ポート７５は、チェック弁１３を介して、回生用油圧モータ６２に接続され、第６ポート７６は、タンク８２に接続される。

上記連結制御弁７０は、第１位置Ｓ１、第２位置Ｓ２および第３位置Ｓ３を有する。第１位置Ｓ１では、第１ポート７１と第４ポート７４が連通し、かつ、第２ポート７２と第５ポート７５が連通する。そして、第１ポンプ駆動回路８０Ａの第１ライン５１を流れる油と、第１ポンプ駆動回路８０Ａの第１ライン５１を流れる油とは、回生用油圧モータ６２に流れる。

上記第２位置Ｓ２では、第１ポート７１と第４ポート７４が連通し、かつ、第２ポート７２と第６ポート７６が連通する。そして、第１ポンプ駆動回路８０Ａの第１ライン５１を流れる油は、回生用油圧モータ６２に流れる。第２ポンプ駆動回路８０Ｂの第１ライン５１を流れる油は、タンク８２に流れる。

上記第３位置Ｓ３では、第１ポート７１と第３ポート７３が連通し、かつ、第２ポート７２と第５ポート７５が連通する。そして、第２ポンプ駆動回路８０Ｂの第１ライン５１を流れる油は、回生用油圧モータ６２に流れる。第１ポンプ駆動回路８０Ａの第１ライン５１を流れる油は、タンク８１に流れる。

上記連結制御弁７０は、第３操作部３Cの操作によって、制御される。この第３操作部３Cは、第３操作部３Cの操作を、信号として連結制御弁７０に送って、連結制御弁７０を制御する。

具体的に述べると、使用していないポンプ駆動回路側のアンロード通路をタンクに接続している状態で、この不使用のアンロード通路を追加で使用する場合、第３操作部３Cを操作して、タンクに開放しているアンロード通路を、閉じながら、回生用油圧モータ６２に接続する。

したがって、上記構成の油圧エネルギー回生装置では、２つのポンプ駆動回路に対して１つの回生用油圧モータで構成することが可能となり、コストを低減できる。一般的にショベルにおけるポンプ駆動回路は２つであるため、ショベルに好適となる。なお、ポンプ駆動回路を３つ以上とし、この３つのポンプ駆動回路を１つの回生用油圧モータで接続するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図５は、この発明の油圧エネルギー回生装置の第３の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、制御装置の構成が相違し、流量圧力制御部に代わる構造が存在する。なお、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図５に示すように、この油圧エネルギー回生装置は、上記第１実施形態の流量圧力制御部９０に代えて、可変絞り９１と絞り量調整部９３とを有する。可変絞り９１は、第１ライン５１の圧力センサ９２の接続部分と回生用油圧モータ６２との間に、接続される。絞り量調整部９３は、圧力センサ９２の出力に基づいて可変絞り９１の絞り量を調整する。つまり、絞り量調整部９３は、圧力センサ９２の出力に基づいて、可変絞り９１の絞り量を調整して、回生用油圧モータ６２を通過する油の流量および圧力を所定の値に調整する。

そして、上記可変絞り９１と上記絞り量調整部９３は、回生用油圧モータ６２を通過する油の流量および圧力を制御するので、可変容量型油圧ポンプ１から吐出され回生用油圧モータ６２に流れる油は、可変絞り９１および絞り量調整部９３によって、抵抗を与えられながら回生用油圧モータ６２の下流側のタンク５に流される。

これにより、上記第１ライン５１、つまり、この第１ライン５１に常時連通する第２ライン５２に、油圧アクチュエータを８Ａ，８Ｂを操作するために必要な圧力を発生させることができる。可変絞り９１の絞り量を大きくすることで、可変絞り９１の上流側の圧力（つまり、油圧アクチュエータを８Ａ，８Ｂの操作圧力）を大きくすることができる。このように、可変絞り９１および絞り量調整部９３に、従来の切換弁の絞り用ポートの機能をもたせることができる。

一方、制御装置６Ａは、ポンプ吐出量制御部６ａと、使用量演算部６ｂと、流量圧力補正部６ｃと、絞り量調整部６ｅとを有する。ポンプ吐出量制御部６ａ、使用量演算部６ｂおよび流量圧力補正部６ｃは、上記第１実施形態と同じ構成であり、上記第１実施形態の流量圧力調整部６ｄに代えて、絞り量調整部６ｅを用いている。

上記絞り量調整部６ｅは、上記絞り量調整部９３を制御する。例えば、絞り量調整部６ｅは、絞り量調整部９３を制御して、第１ライン５１と、この第１ライン５１に常時連通する第２ライン５２とに、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂを操作するために必要な圧力を発生させる。

上記流量圧力補正部６ｃは、上記使用量演算部６ｂによって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、可変容量型油圧ポンプ１から吐出される油の流量、または、可変絞り９１の絞り量の少なくとも一方を補正する。つまり、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂの駆動に使用された油の使用量が、目標値に対して、多い場合、可変容量型油圧ポンプ１の吐出量を少なくして、第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂに流れる油の流量を少なくし、および／または、可変絞り９１の絞り量を大きくして、タンク５へ流れる流量を多くし第１、第２油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂに流れる油の流量を少なくする。このように、油圧アクチュエータ８Ａ，８Ｂの負荷圧に左右されずに、精度のよい操作を行うことができる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記油圧ポンプ装置を、固定容量型油圧ポンプとコンバータとから構成して、コンバータにより、固定容量型油圧ポンプの時間当りに吐出する油の流量を可変するようにしてもよい。また、上記切換弁の数量や、上記油圧アクチュエータの数量や、上記操作部の数量を増減してもよい。

また、上記油圧エネルギー回生装置のポンプ制御について、ポジコン制御に限定されず、大流量制御やネガコン制御を用いてもよい。また、上記切換弁制御部、上記ポンプ吐出量制御部、上記使用量演算部、上記流量圧力補正部および上記絞り量調整部の少なくとも一つを、省略するようにしてもよい。

また、上記圧力センサを、回生用油圧モータの下流に、設けてもよく、また、上記圧力センサおよび上記可変絞りを、回生用油圧モータの下流に、順に、設けてもよい。

また、上記油圧エネルギー回生装置は、ショベル以外に、小型クレーン、トラッククレーン、車両積載車、塵芥車などの機械に適用可能である。

１ 可変容量型油圧ポンプ
２Ａ 第１切換弁
２Ｂ 第２切換弁
３Ａ 第１操作部
３Ｂ 第２操作部
３Ｃ 第３操作部
４ エンジン
５ タンク
６，６Ａ 制御装置
６ａ ポンプ吐出量制御部
６ｂ 使用量演算部
６ｃ 流量圧力補正部
６ｄ 流量圧力調整部
６ｅ 絞り量調整部
８Ａ 第１油圧アクチュエータ
８Ｂ 第２油圧アクチュエータ
１０ 油圧ポンプ装置
５１ 第１ライン（バイパスライン）
５２ 第２ライン（吐出ライン）
６２ 回生用油圧モータ
６３ 発電機
６４ コンバータ
６５ 蓄電装置
７０ 連結制御弁
８０Ａ 第１ポンプ駆動回路
８０Ｂ 第２ポンプ駆動回路
９０ 流量圧力制御部
９１ 可変絞り
９２ 圧力センサ
９３ 絞り量調整部
Ｓ１ 第１位置（中立位置）
Ｓ２ 第２位置（切換位置）
Ｓ３ 第３位置（切換位置）

Claims (3)

1. 油圧ポンプ装置（１０）と、
   上記油圧ポンプ装置（１０）から吐出される油により駆動される複数の油圧アクチュエータ（８Ａ，８Ｂ）と、
   上記油圧ポンプ装置（１０）から上記各油圧アクチュエータ（８Ａ，８Ｂ）に供給される油の流量および流れ方向を制御すると共に、中立位置（Ｓ１）および切換位置（Ｓ２，Ｓ３）において開放するバイパス通路を有する複数の切換弁（２Ａ，２Ｂ）と、
   上記油圧ポンプ装置（１０）から上記複数の切換弁（２Ａ，２Ｂ）の上記バイパス通路を通ってタンク（５）に連通するバイパスライン（５１）に、上記複数の切換弁（２Ａ，２Ｂ）の下流側に設けられると共に、このバイパスライン（５１）を通って上記タンク（５）に流出する油によって回転する回生用油圧モータ（６２）と、
   上記回生用油圧モータ（６２）で駆動される発電機（６３）と、
   上記回生用油圧モータ（６２）で駆動される上記発電機（６３）の回転トルクを変化させて上記回生用油圧モータ（６２）を通過する油の流量および圧力を制御する流量圧力制御部（９０）と
   を備えることを特徴とする油圧エネルギー回生装置。
2. 請求項１に記載の油圧エネルギー回生装置において、
   上記油圧ポンプ装置（１０）は、吐出する油の流量を可変する機能を有し、
   上記油圧ポンプ装置（１０）から上記油圧アクチュエータ（８Ａ，８Ｂ）に供給される油の流量および流れ方向を操作する操作部（３Ａ，３Ｂ）を設け、
   上記操作部（３Ａ，３Ｂ）は、上記操作部（３Ａ，３Ｂ）の操作の大きさが大きいほど、上記切換弁（２Ａ，２Ｂ）の上記油圧アクチュエータ（８Ａ，８Ｂ）に連通するポート（Ｐ'，Ｔ'，Ａ，Ｂ）の開度が大きくなるように、上記切換弁（２Ａ，２Ｂ）を制御し、
   上記切換弁（２Ａ，２Ｂ）の上記開度が大きいほど、上記油圧ポンプ装置（１０）から吐出される油の流量が大きくなるように、上記油圧ポンプ装置（１０）を制御するポンプ吐出量制御部（６ａ）を設けたことを特徴とする油圧エネルギー回生装置。
3. 請求項２に記載の油圧エネルギー回生装置において、
   上記油圧ポンプ装置（１０）から吐出された油の流量から、上記回生用油圧モータ（６２）の回転数から求めた油の通過流量を差し引いて、上記油圧アクチュエータ（８Ａ，８Ｂ）の駆動に使用された油の使用量を求める使用量演算部（６ｂ）と、
   上記使用量演算部（６ｂ）によって求めた使用量と目標値とを比較して、この使用量と目標値とのずれを無くすように、上記油圧ポンプ装置（１０）から吐出される油の流量、または、上記回生用油圧モータ（６２）で駆動される上記発電機（６３）の回転トルクの少なくとも一方を補正する流量圧力補正部（６ｃ）と
   を備えることを特徴とする油圧エネルギー回生装置。

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