JP2014228033A - 油圧モータの回生回路、回生回路を備える建設機械及び油圧モータの回生回路の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧モータの余剰エネルギを回生する回生回路であって、油圧モータの戻り油を回収するときに、戻り油の圧力より低い圧力の圧油を油圧モータに再供給することができる油圧モータの回生回路、回生回路を備える建設機械又は油圧モータの回生回路の制御方法を提供すること。
【解決手段】油圧モータＭｔｒの戻り油を回収する回収油路１１ａと、回収した戻り油のエネルギを回生する回生システム１１と、回生システム１１から油圧モータＭｔｒに圧油を再供給する再供給油路１１ｂとを有し、回生システム１１は、回収油路１１ａを経由して回収した戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換する圧油流入部と、機械エネルギに変換しているときに戻り油より低い圧力の圧油を再供給油路１１ｂへ流出する圧油流出部と、変換した機械エネルギを蓄える回生部とを備える、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧モータの回生回路、回生回路を備える建設機械及び油圧モータの回生回路の制御方法に関する。

油圧を用いて出力軸などを回転する機械（以下、「油圧モータ」という）には、油圧ポンプから吐出された圧油の圧力エネルギを用いて回転するものがある。このとき、油圧モータは、供給された圧油を戻り油として排出する。

排出される戻り油は、余剰エネルギ（圧力、流量など）を有する。このため、油圧モータには、戻り油の余剰エネルギを有効利用する目的で、排出された戻り油（のエネルギ）を回収（回生）するものがある。

特許文献１には、旋回モータ（油圧モータ）の動作によって発生した運動エネルギを圧油のポテンシャルエネルギに変換し（回生し）、旋回モータの加速時にポテンシャルエネルギを再利用する油圧システム（油圧回路）に関する技術を開示している。

特表２０１１−５１４９５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、油圧モータの回生時に、油圧モータの内部に一定流量の油（作動油）が必要であるため、油圧ポンプから吐出した圧油を油圧モータに供給し続けている。また、特許文献１に開示されている技術では、油圧モータの回生時に、油圧ポンプから吐出した圧油を減圧して、油圧モータに供給している。すなわち、特許文献１に開示されている技術では、回生時においても油圧ポンプから圧油を吐出するためのエネルギを消費する。また、特許文献１に開示されている技術では、油圧ポンプから吐出した圧油を減圧するため、圧力損失、発熱などのエネルギ損失が発生する。

本発明は、このような事情の下に為され、油圧モータの余剰エネルギを回生する回生回路であって、油圧モータの戻り油を回収するときに、戻り油の圧力より低い圧力の圧油を油圧モータに再供給することができる油圧モータの回生回路を提供することを目的とする。また、本発明は、前記回生回路を備える建設機械であってもよい。更に、本発明は、前記回生回路の制御方法であってもよい。

本発明の一の態様によれば、油圧ポンプから吐出された圧油を供給される油圧モータの運動エネルギを回生する油圧モータの回生回路であって、前記油圧モータの戻り油を回収する回収油路と、回収した前記戻り油のエネルギを回生する回生システムと、前記回生システムから前記油圧モータに圧油を再供給する再供給油路とを有し、前記回生システムは、前記回収油路を経由して回収した前記戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換する圧油流入部と、前記機械エネルギに変換しているときに前記戻り油より低い圧力の圧油を前記再供給油路へ流出する圧油流出部と、変換した前記機械エネルギを蓄える回生部とを備える、ことを特徴とする油圧モータの回生回路が提供される。前記油圧モータの運動エネルギの回生時に、前記圧油流出部により前記油圧モータに圧油を再供給されることによって、前記油圧ポンプからの圧油の吐出流量を低減する、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。前記回生システムは、ピストン及びピストン用シリンダ、並びに、プランジャ及びプランジャ用シリンダで構成され、前記ピストンで区画された前記ピストン用シリンダ内の一方のシリンダ室及び他方のシリンダ室と前記プランジャ用シリンダ内のプランジャシリンダ室とを形成され、前記圧油流入部は前記一方のシリンダ室であり、前記圧油流出部は前記他方のシリンダ室であり、前記回生部は前記プランジャシリンダ室である、又は、前記圧油流出部は前記プランジャシリンダ室であり、前記回生部は前記他方のシリンダ室である、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。前記回生部は、変換した前記機械エネルギに応じて生成される圧油を蓄えるアキュームレータを更に備える、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。前記再供給油路は、作動油タンク及び逆止弁を更に接続され、前記作動油タンクは、前記逆止弁を経由して、前記再供給油路に圧油を補給する、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。前記回生システムは、ピストン及びピストン用シリンダ、並びに、前記ピストンに接続されたバネ部材で構成され、前記ピストンで区画された前記シリンダ内の一方のシリンダ室及び他方のシリンダ室を形成され、前記圧油流入部は、前記一方のシリンダ室であり、前記圧油流出部は、前記他方のシリンダ室であり、前記回生部は、前記バネ部材である、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。前記油圧ポンプから吐出された圧油を供給される油圧アクチュエータを更に有し、前記回生システムは、前記油圧モータと前記油圧アクチュエータとを同時駆動する場合に、該油圧モータからの高圧の前記戻り油を回収し、回収した前記戻り油のエネルギを回生し、前記再供給油路により該油圧モータに低圧の圧油を供給し、前記油圧アクチュエータは、前記油圧ポンプから該油圧アクチュエータの負荷圧に基づく圧油を供給される、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。前記油圧モータの回転方向に基づいて、前記回収油路及び前記再供給油路と該油圧モータとを夫々接続する油路を切り換える油圧モータ側切換弁と、前記回生システムの前記圧油流入部と前記圧油流出部とを切り換える回生側切換弁と、を更に備える、ことを特徴とする油圧モータの回生回路であってもよい。上記のいずれか一つの油圧モータの回生回路を備える建設機械であってもよい。

本発明の他の態様によれば、油圧ポンプから吐出された圧油を供給される油圧モータの運動エネルギを回生する油圧モータの回生回路の制御方法であって、回収油路を用いて、前記油圧モータの戻り油を回収する回収ステップと、回収した前記戻り油のエネルギを回生する回生ステップと、再供給油路を用いて、前記油圧モータに圧油を再供給する再供給ステップとを含み、前記回生ステップは、回生システムを用いて、回収した前記戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換し、変換した前記機械エネルギを蓄え、前記再供給ステップは、前記回生システムを用いて、前記回生ステップで前記機械エネルギに変換しているときに、前記再供給油路を経由して、前記戻り油より低い圧力の圧油を前記油圧モータに再供給する、ことを特徴とする油圧モータの回生回路の制御方法が提供される。

本発明に係る油圧モータの回生回路、回生回路を備える建設機械又は油圧モータの回生回路の制御方法によれば、油圧モータの戻り油を回収するときに、戻り油の圧力より低い圧力の圧油を油圧モータに再供給することができる。

本発明の第１の実施形態に係る油圧モータの回生回路の一例を説明する概略回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る回生システムの一例を説明する概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る回生システムの他の例を説明する概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る油圧モータの回生回路の一例を説明する概略回路図である。 本発明の実施例に係る建設機械の例を説明する概略外観図である。

添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

以後に、実施形態に係る油圧モータの回生回路を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は、本実施形態以外でも、油圧を用いて出力軸などを回転する機械を備えるもの（油圧回路、機械、機器、装置、ユニット、システムなど）であって、その機械の余剰エネルギ（例えば油圧モータの戻り油のエネルギ）を回生（回収、再生、蓄えるなど）するものであればいずれのものにも用いることができる。

下記に示す順序で、本発明を説明する。

１．第１の実施形態に係る油圧回路
１−１ 回生システムの例
１−２ 回生動作の例
２．第２の実施形態に係る油圧回路
３．実施例（建設機械の例）
［１．第１の実施形態に係る油圧回路］
図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１０を説明する。図１は、本実施形態に係る油圧回路１０の一例を説明する概略回路図である。ここで、図に記載した実線は、油路（圧油の通路）を示す。／／を付加している実線は、電気制御系を示す。

なお、図１では、本発明を説明するために油圧ポンプＰｍｐが吐出した圧油の油路及び後述する回生回路（回生システム１１、回収油路１１ａ、再供給油路１１ｂ）を主に示し、その他の部分（例えば他の油圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ）など）は省略している。

図１に示すように、本実施形態に係る油圧回路１０は、圧油（作動油）を吐出する油圧ポンプＰｍｐと、油圧ポンプＰｍｐから吐出された圧油を供給される油圧モータＭｔｒとを備える。また、油圧回路１０は、油圧モータＭｔｒの戻り油を回収する回収油路１１ａと、回収した戻り油のエネルギを回生する回生システム１１と、回生システム１１から油圧モータに圧油を再供給する再供給油路１１ｂとを有する。更に、油圧回路１０は、油圧回路１０の全体の動作を制御する制御手段１４を接続されている。なお、本実施形態に係る油圧回路１０（制御手段１４）は、建設機械（例えば後述する図５）に搭載される場合には、オペレータが操作する操作レバーの操作量及び操作方向に応じて、油圧回路１０の各構成の動作を制御する。

油圧ポンプＰｍｐは、油圧モータＭｔｒ（及び不図示の他の油圧アクチュエータ）に供給する圧油（作動油）を吐出するものである。油圧ポンプＰｍｐは、本実施形態では、動力源のエンジン（不図示）の出力軸に機械的に接続され、動力源の動力を用いて圧油を吐出する。なお、油圧ポンプＰｍｐは、制御手段１４によって、その吐出流量を制御される。制御手段１４は、例えば油圧回路１０を建設機械に搭載した場合に、オペレータが入力する操作レバーの操作量に応じて、油圧ポンプＰｍｐの吐出流量（例えばレギュレータの傾転角）を制御する。

油圧モータＭｔｒは、供給された圧油の圧力（油圧）に応じて回転駆動する機械である。油圧モータＭｔｒは、例えば歯車モータ、ベーンモータ、ピストンモータ等を用いることができる。油圧モータＭｔｒは、本実施形態では、油圧モータＭｔｒの回転方向及び回転速度を切り換える方向制御弁１３を介して、油圧ポンプＰｍｐから圧油を供給される。なお、方向制御弁１３は、制御手段１４によって、そのスプール位置を切り換えられる。制御手段１４は、例えば油圧回路１０を建設機械に搭載した場合に、オペレータが入力する操作レバーの操作量及び操作方向に応じて、方向制御弁１３のスプール位置（例えば入力するリモコン圧）を制御する。

本発明に係る油圧回路１０は、回収油路１１ａと、再供給油路１１ｂと、回生システム１１とによって回生回路を構成する。

ここで、回収油路１１ａとは、油圧モータＭｔｒの戻り油を回収するための油路である。回収油路１１ａは、油圧モータＭｔｒの回転方向に基づいて切り換えられる油圧モータ側切換弁１２を介して、油圧モータＭｔｒに接続されている。また、再供給油路１１ｂとは、回収した戻り油の圧力より低い圧力の圧油を油圧モータＭｔｒに再供給するための油路である。再供給油路１１ｂは、油圧モータＭｔｒの回転方向に基づいて切り換えられる油圧モータ側切換弁１２を介して、油圧モータＭｔｒに接続されている。なお、油圧モータ側切換弁１２は、制御手段１４によって、そのスプール位置を切り換えられる。

回生システム１１とは、回収した戻り油のエネルギを回生（回収、再生、蓄えるなど）するものである。回生システム１１は、回収油路１１ａを経由して回収した戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換する圧油流入部と、機械エネルギに変換しているときに戻り油より低い圧力の圧油（例えば低圧の圧油）を再供給油路１１ｂへ流出する圧油流出部と、変換した機械エネルギを蓄える回生部とを備える。なお、圧油流入部、圧油流出部及び回生部（並びに、図中のアキュームレータＡｃｍ、作動油タンクＴｎｋ及び逆止弁Ｖｃｈ）は、後述する［１−１ 回生システムの例］で説明する。

制御手段１４は、油圧ポンプＰｍｐの吐出流量、油圧モータ側切換弁１２、方向制御弁１３などを制御するものである。制御手段１４は、ＣＰＵ（ Central Processing Unit ）及びＲＡＭ（ Random Access Memory ）、ＲＯＭ（ Read Only Memory ）等を含む演算処理装置で構成される。制御手段１４は、例えば油圧回路１０を建設機械に搭載した場合に、建設機械に搭載されているコントローラを利用してもよい。

本発明に係る回生回路（制御手段１４）は、油圧モータＭｔｒの運動エネルギの回生時に、回収油路１１ａを用いて、油圧モータＭｔｒの戻り油（例えば高圧の圧油）を回収する。また、本発明に係る回生回路は、油圧モータＭｔｒの運動エネルギの回生時に、回生システム１１を用いて、回収した戻り油のエネルギを回生する。更に、本発明に係る回生回路は、油圧モータＭｔｒの運動エネルギの回生時に、再供給油路１１ｂを用いて、油圧モータＭｔｒに圧油（例えば低圧の圧油）を再供給する。

これにより、本発明に係る油圧回路１０（油圧モータの回生回路）は、油圧モータＭｔｒの運動エネルギの回生時に、油圧ポンプＰｍｐから油圧モータＭｔｒに供給する圧油の吐出流量を低減することができるので、油圧ポンプＰｍｐから圧油を吐出するエネルギを削減することができる。また、本発明に係る油圧回路１０（油圧モータの回生回路）は、油圧モータＭｔｒの運動エネルギの回生時に、油圧ポンプＰｍｐから吐出した圧油を減圧して油圧モータＭｔｒに供給する必要がないため、油圧ポンプＰｍｐからの圧油の供給（及び減圧）に伴う圧力損失、発熱などのエネルギ損失が発生することを防止することができる。

［１−１ 回生システムの例］
図２及び図３を用いて、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１０に配置される回生システム１１の例を説明する。ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）、並びに、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、それぞれ回生システム１１の一例を説明する概略構成図である。なお、本発明に係る回生システム１１は下記に説明するもの（図２、図３）に限定されるものではない。

図２（ａ）に示すように、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳ及びピストン用シリンダ１１Ｃａ、並びに、プランジャ１１ＰＬ及びプランジャ用シリンダ１１Ｃｂを備える。ここで、回生システム１１は、圧力室として、ピストン１１ＰＳで区画されたピストン用シリンダ１１Ｃａ内の一方のシリンダ室１１Ｃａａ及び他方のシリンダ室１１Ｃａｂと、プランジャ用シリンダ１１Ｃｂ内のプランジャシリンダ室１１Ｃｂａとを形成されている。また、回生システム１１は、一方のシリンダ室１１Ｃａａに回収油路１１ａを接続され、他方のシリンダ室１１Ｃａｂに再供給油路１１ｂを接続されている。更に、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂ（再供給油路１１ｂ）に作動油タンクＴｎｋ及び逆止弁Ｖｃｈを接続され、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａにアキュームレータ（蓄圧器など）Ａｃｍを接続されている。

すなわち、回生システム１１は、図２（ａ）の例では、圧油流入部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａを利用し、圧油流出部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの他方のシリンダ室１１Ｃａｂを利用し、回生部としてプランジャ用シリンダ１１Ｃｂのプランジャシリンダ室１１Ｃｂａ及びアキュームレータＡｃｍを利用する構成である。

本発明に係る回生システム１１は、図２（ａ）の例では、回収油路１１ａで回収した戻り油をピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａに流入される。このとき、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギをピストン１１ＰＳを移動する機械エネルギに変換する。

また、回生システム１１は、機械エネルギに変換しているときに、ピストン１１ＰＳの移動によって、他方のシリンダ室１１Ｃａｂ内の油（戻り油より低い圧力の圧油）を再供給油路１１ｂへ流出する。このとき、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂから流出する油の流量が戻り油の流量（油圧モータＭｔｒに再供給する流量）より少ない場合に、作動油タンクＴｎｋから吸い込んで、再供給油路１１ｂに圧油を補給する。すなわち、回生システム１１は、再供給油路１１ｂの負圧（油圧モータＭｔｒの回転動作の慣性力による吸い込み圧力）を用いて、逆止弁Ｖｃｈを介して、作動油タンクＴｎｋから油（圧油）を自吸する（吸い込む）ことができる。

更に、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳに連動するプランジャ１１ＰＬの移動によって、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ内を加圧する。これにより、回生システム１１は、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａに接続されたアキュームレータＡｃｍに圧油を蓄圧することができる。すなわち、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギを回生（回収）することができる。

なお、回生システム１１は、アキュームレータＡｃｍの代わりに、発電機を用いてもよい。ここで、発電機とは、供給される圧油によって回転する出力軸の駆動力を電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを蓄電器（二次電池など）に蓄電（回収）するものである。

図２（ｂ）に示すように、回生システム１１は、図２（ａ）と同様に、ピストン１１ＰＳ及びピストン用シリンダ１１Ｃａ（一方のシリンダ室１１Ｃａａ及び他方のシリンダ室１１Ｃａｂ）、並びに、プランジャ１１ＰＬ及びプランジャ用シリンダ１１Ｃｂ（プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ）を備える。また、回生システム１１は、図２（ｂ）の例では、一方のシリンダ室１１Ｃａａに回収油路１１ａを接続され、他方のシリンダ室１１Ｃａｂにアキュームレータ（蓄圧器など）Ａｃｍを接続されている。更に、回生システム１１は、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａに再供給油路１１ｂ、並びに、作動油タンクＴｎｋ及び逆止弁Ｖｃｈを接続されている。

すなわち、回生システム１１は、図２（ｂ）の例では、圧油流入部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａを利用し、圧油流出部としてプランジャ用シリンダ１１Ｃｂのプランジャシリンダ室１１Ｃｂａを利用し、回生部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの他方のシリンダ室１１Ｃａｂ及びアキュームレータＡｃｍを利用する構成である。

本発明に係る回生システム１１は、図２（ｂ）の例では、回収油路１１ａで回収した戻り油をピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａに流入される。このとき、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギをピストン１１ＰＳを移動させる機械エネルギに変換する。

また、回生システム１１は、機械エネルギに変換しているときに、ピストン１１ＰＳに連動するプランジャ１１ＰＬの移動によって、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ内の油（戻り油より低い圧力の圧油）を再供給油路１１ｂへ流出する。このとき、回生システム１１は、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａから流出する油の流量が戻り油の流量（油圧モータＭｔｒに再供給する流量）より少ない場合に、図２（ａ）の場合と同様に、作動油タンクＴｎｋを用いて、再供給油路１１ｂに圧油を補給する。

更に、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳの移動によって、他方のシリンダ室１１Ｃａｂ内を加圧する。これにより、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂに接続されたアキュームレータＡｃｍに圧油を蓄圧することができる。すなわち、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギを回生（回収）することができる。

図３（ａ）に示すように、回生システム１１は、図２（ａ）と同様に、ピストン１１ＰＳ及びピストン用シリンダ１１Ｃａ（一方のシリンダ室１１Ｃａａ及び他方のシリンダ室１１Ｃａｂ）、並びに、プランジャ１１ＰＬ及びプランジャ用シリンダ１１Ｃｂ（プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ）を備える。また、回生システム１１は、図３（ａ）の例では、一方のシリンダ室１１Ｃａａに回収油路１１ａを接続され、他方のシリンダ室１１Ｃａｂに再供給油路１１ｂ、並びに、作動油タンクＴｎｋ及び逆止弁Ｖｃｈを接続されている。更に、回生システム１１は、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａをピストン式アキュームレータとして利用する。ピストン式アキュームレータは、例えばプランジャシリンダ室１１Ｃｂａを気体で充填したものを用いることができる。

すなわち、回生システム１１は、図３（ａ）の例では、圧油流入部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａを利用し、圧油流出部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの他方のシリンダ室１１Ｃａｂを利用し、回生部としてプランジャ用シリンダ１１Ｃｂのプランジャシリンダ室１１Ｃｂａ（ピストン式アキュームレータ）を利用する構成である。

本発明に係る回生システム１１は、図３（ａ）の例では、回収油路１１ａで回収した戻り油をピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａに流入される。このとき、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギを用いて、ピストン１１ＰＳを移動させる機械エネルギに変換する。

また、回生システム１１は、機械エネルギに変換しているときに、ピストン１１ＰＳの移動によって、他方のシリンダ室１１Ｃａｂ内の油（戻り油より低い圧力の圧油）を再供給油路１１ｂへ流出する。このとき、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂから流出する油の流量が戻り油の流量（油圧モータＭｔｒに再供給する流量）より少ない場合に、図２（ａ）の場合と同様に、作動油タンクＴｎｋを用いて、再供給油路１１ｂに圧油を補給する。

更に、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳに連動するプランジャ１１ＰＬの移動によって、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ内を加圧する。これにより、回生システム１１は、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａに圧力エネルギを蓄圧することができる。すなわち、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギを回生（回収）することができる。

図３（ｂ）に示すように、回生システム１１は、図２（ａ）と同様に、ピストン１１ＰＳ及びピストン用シリンダ１１Ｃａ（一方のシリンダ室１１Ｃａａ及び他方のシリンダ室１１Ｃａｂ）、並びに、プランジャ１１ＰＬ及びプランジャ用シリンダ１１Ｃｂ（プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ）を備える。また、回生システム１１は、図３（ｂ）の例では、一方のシリンダ室１１Ｃａａに回収油路１１ａを接続され、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａに再供給油路１１ｂ、並びに、作動油タンクＴｎｋ及び逆止弁Ｖｃｈを接続されている。更に、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂをピストン式アキュームレータとして利用する。

すなわち、回生システム１１は、図３（ｂ）の例では、圧油流入部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａを利用し、圧油流出部としてプランジャ用シリンダ１１Ｃｂのプランジャシリンダ室１１Ｃｂａを利用し、回生部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの他方のシリンダ室１１Ｃａｂを利用する構成である。

本発明に係る回生システム１１は、図３（ｂ）の例では、回収油路１１ａで回収した戻り油をピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａに流入される。このとき、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギをピストン１１ＰＳを移動させる機械エネルギに変換する。

また、回生システム１１は、機械エネルギに変換しているときに、ピストン１１ＰＳに連動するプランジャ１１ＰＬの移動によって、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａ内の油（戻り油より低い圧力の圧油）を再供給油路１１ｂへ流出する。このとき、回生システム１１は、プランジャシリンダ室１１Ｃｂａから流出する油の流量が戻り油の流量（油圧モータＭｔｒに再供給する流量）より少ない場合に、図２（ａ）の場合と同様に、作動油タンクＴｎｋを用いて、再供給油路１１ｂに圧油を補給する。

更に、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳの移動によって、他方のシリンダ室１１Ｃａｂ内を加圧する。これにより、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂに圧力エネルギを蓄圧することができる。すなわち、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギを回生（回収）することができる。

図３（ｃ）に示すように、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳ及びピストン用シリンダ１１Ｃａ（一方のシリンダ室１１Ｃａａ及び他方のシリンダ室１１Ｃａｂ）、並びに、ピストン１１ＰＳに接続されたバネ部材１１ＳＰを備える。また、回生システム１１は、図３（ｃ）の例では、一方のシリンダ室１１Ｃａａに回収油路１１ａを接続され、他方のシリンダ室１１Ｃａｂに再供給油路１１ｂ、並びに、作動油タンクＴｎｋ及び逆止弁Ｖｃｈを接続されている。更に、回生システム１１は、バネ部材１１ＳＰの弾性変形（復元力）をアキュームレータ（蓄エネルギ手段）として利用する。

すなわち、回生システム１１は、図３（ｃ）の例では、圧油流入部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａを利用し、圧油流出部としてピストン用シリンダ１１Ｃａの他方のシリンダ室１１Ｃａｂを利用し、回生部としてバネ部材１１ＳＰを利用する構成である。

本発明に係る回生システム１１は、図３（ｃ）の例では、回収油路１１ａで回収した戻り油をピストン用シリンダ１１Ｃａの一方のシリンダ室１１Ｃａａに流入される。このとき、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギをピストン１１ＰＳを移動させる機械エネルギに変換する。

また、回生システム１１は、機械エネルギに変換しているときに、ピストン１１ＰＳの移動によって、他方のシリンダ室１１Ｃａｂ内の油（戻り油より低い圧力の圧油）を再供給油路１１ｂへ流出する。このとき、回生システム１１は、他方のシリンダ室１１Ｃａｂから流出する油の流量が戻り油の流量（油圧モータＭｔｒに再供給する流量）より少ない場合に、図２（ａ）の場合と同様に、作動油タンクＴｎｋを用いて、再供給油路１１ｂに圧油を補給する。

更に、回生システム１１は、ピストン１１ＰＳに連動するバネ部材１１ＳＰの弾性変形によって、戻り油の圧力エネルギを蓄えることができる。すなわち、回生システム１１は、戻り油の圧力エネルギを回生（回収）することができる。

［１−２ 回生動作の例］
本発明の第１の実施形態に係る回生回路（油圧回路１０）の回生動作（戻り油を回収する動作及び圧油を再供給する動作）の例を説明する。なお、本発明に係る回生回路の回生動作は下記に説明するものに限定されるものではない。

本実施形態に係る回生回路は、油圧ポンプＰｍｐ（図１）から吐出された圧油を供給される油圧モータＭｔｒ（図１）の運動エネルギを回生する。具体的には、回生回路は、先ず、回収ステップとして、回収油路１１ａ（図１）を用いて、油圧モータＭｔｒの戻り油を回収する。次に、回生回路は、回生ステップとして、回生システム１１（図１）を用いて、回収した戻り油のエネルギを回生する。このとき、回生回路は、再供給ステップとして、再供給油路１１ｂを用いて、油圧モータＭｔｒに圧油を再供給する。

回生ステップは、回生システム１１を用いて、回収した戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換し、変換した機械エネルギを蓄える。

再供給ステップは、回生システム１１を用いて、回生ステップで機械エネルギに変換しているときに、再供給油路を経由して、戻り油より低い圧力の圧油を油圧モータに再供給する。

以上のとおり、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１０によれば、油圧モータの回生回路（回収油路１１ａ、再供給油路１１ｂ及び回生システム１１）を用いて、戻り油の余剰エネルギを回生（回収）することにより、エネルギの利用効率を向上することができる。また、本発明に係る油圧回路１０によれば、回生時に油圧モータＭｔｒに油圧ポンプＰｍｐから圧油を供給する場合と比較して、エネルギの損失を低減することができる。油圧回路１０は、例えば油圧ポンプＰｍｐの吐出圧と油圧モータＭｔｒに供給する圧油の圧力の差（以下、「圧力差」という）を補正するために減圧する場合と比較して、圧力差と油圧モータＭｔｒへの供給流量の積に応じたエネルギを無駄にすることを防止することができる。更に、本発明に係る油圧回路１０によれば、回生システム１１を用いて、戻り油の回収と圧油の再供給をすることができるため、油圧回路の構成を単純化することができる。すなわち、本発明に係る油圧回路１０によれば、小型化及び制御が容易となり、汎用性が高く、様々な用途に容易に適用することができるという有利な効果を有する。

また、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１０によれば、回生時に油圧モータＭｔｒが作動油タンクから油を直接自吸する場合と比較して、再供給油路１１ｂに接続した作動油タンクＴｎｋから不足分の圧油を補給（自給）することができるので、油圧モータＭｔｒと作動油タンクとの間の油路で発生する圧損を低減することができる。

更に、本発明の第１の実施形態に係る油圧回路１０によれば、作動油タンクＴｎｋから補給（自給）する不足分の圧油の量が少なくて済むため、油圧モータＭｔｒが作動油タンクから直接自吸する場合と比較して、キャビテーションの発生を抑制することが可能である。

［２．第２の実施形態に係る油圧回路］
図４を用いて、本発明の第２の実施形態に係る油圧回路２０を説明する。図４は、本実施形態に係る油圧回路２０の一例を説明する概略回路図である。図４に記載した実線は、油路（圧油の通路）を示す。／／を付加している実線は、電気制御系を示す。

図４に示すように、本実施形態に係る回生回路（油圧回路２０）は、回生システム１１の圧油流入流出方向（圧油流入部と圧油流出部と）を切り換える回生側切換弁２１を更に有する。また、回生回路は、本実施形態では、回生側切換弁２１に逆止弁を内蔵している。なお、それ以外の部分は、第１の実施形態に係る油圧回路１０と同様であるため、説明を省略する。

回生側切換弁２１は、回生システム１１の上流側の回収油路１１ａ及び回生システム１１の下流側の再供給油路１１ｂに配置されている。すなわち、回生側切換弁２１は、戻り油が流入する回生システム１１のポート（圧油流入部）と回生システム１１が流出した圧油を流通する油路（再供給油路１１ｂ）を切り換える。なお、回生側切換弁２１は、制御手段１４によってそのスプール位置を制御される。制御手段１４は、例えば回生システム１１の動作状態（蓄圧状態、放圧状態など）に応じて、回生側切換弁２１のスプール位置を制御してもよい。

以上のとおり、本発明の第２の実施形態に係る油圧モータの回生回路（油圧回路２０）によれば、回生側切換弁２１を用いて、回生システム１１の動作状態に応じて、回生システム１１の戻り油を回収する動作及び圧油を再供給する動作を制御することができる。また、本実施形態に係る油圧モータの回生回路（油圧回路２０）によれば、第１の実施形態に係る回生回路（油圧回路１０）と同様の効果を得ることができる。

実施形態に係る油圧モータの回生回路を備える建設機械１００の実施例を用いて、本発明を説明する。なお、本発明に係る油圧モータの回生回路は、本実施例以外でも、油圧モータを備えるもの（油圧回路、機械、機器、装置、ユニット、システムなど）であればいずれのものにも用いることができる。また、本発明に係る油圧モータの回生回路を備える建設機械には、油圧ショベル、クレーン車、ブルドーザ、ホイールローダ及びダンプトラック、並びに、杭打ち機、杭抜き機、ウォータージェット、泥排水処理設備、グラウトミキサ、深礎工用機械及びせん孔機械などが含まれる。

図５を用いて、本実施例に係る建設機械１００の概略構成を説明する。

図５に示すように、本実施例に係る建設機械１００は、キャブ（運転室）１１０Ｃｂを搭載した上部旋回体１１０Ｕｐと、車輪等を用いて建設機械１００の移動を行う下部走行体１１０Ｄｗとを備える。また、建設機械１００は、アタッチメントとして、上部旋回体１１０Ｕｐに基端部を軸支されたブーム１１１と、ブーム１１１の先端に軸支されたアーム１１２と、アーム１１２の先端に軸支されたバケット１１３とを備える。更に、建設機械１００は、油圧アクチュエータとして、ブーム１１１を駆動するブームシリンダ１１１ａと、アーム１１２を駆動するアームシリンダ１１２ａと、バケット１１３を駆動するバケットシリンダ１１３ａと、上部旋回体１１０Ｕｐを旋回する旋回モータ１１４Ｍ（実施形態の油圧モータＭｔｒに相当する）とを備える。なお、本発明を用いることができる建設機械は、アームに取り付けるアタッチメント（又はエンドアタッチメント）として、バケット以外のアタッチメントを用いてもよい。

本実施例に係る建設機械１００は、油圧回路（例えば図１の１０、又は、図４の２０）を用いて、ブームシリンダ１１ａに作動油（圧油）を供給することによって、ブームシリンダ１１１ａを長手方向に伸縮する。このとき、ブーム１１１は、ブームシリンダ１１１ａの伸縮によって、キャブ１１０Ｃｂの前方及び上方で上下方向に駆動される。また、建設機械１００は、キャブ１１０Ｃｂ内のオペレータ（運転者、作業者）の操作レバーの操作量（及び操作方向）に応じてブーム用方向制御弁を制御し、ブームシリンダ１１１ａに供給される作動油を制御する。この結果、建設機械１００は、オペレータの操作レバーの操作量等に応じて、所望の作業を実施することができる。

ブーム１１１の場合と同様に、建設機械１００は、アームシリンダ１１２ａ及びバケットシリンダ１１３ａの伸縮によって、キャブ１１０Ｃｂの前方及び／又は上方でアーム１１２及びバケット１１３を駆動する。建設機械１００は、ブームシリンダ１１１ａの場合と同様に、アーム用方向制御弁及びバケット用方向制御弁によって、アームシリンダ１１２ａ及びバケットシリンダ１１３ａに供給される作動油を制御する。

また、本実施例に係る建設機械１００は、下部走行体１１０Ｄｗの車輪及び旋回モータ１１４Ｍを用いて、建設機械１００本体の走行（前後左右の移動）及び回転（旋回など）を行う。また、建設機械１００は、走行用の方向制御弁などを用いて、キャブ１１０Ｃｂ内のオペレータの操作レバーの操作量などに応じて、建設機械１００の走行などを実施する。

更に、本実施例に係る建設機械１００は、旋回モータ１１４Ｍ（油圧モータＭｔｒ）の回生時に、回生回路（図１又は図４の回生システム１１及び回収油路１１ａ）を用いて、旋回モータ１１４Ｍに供給した作動油（圧油）の戻り油（エネルギ）を回収する。また、建設機械１００は、回生回路（図１又は図４の回生システム１１及び再供給油路１１ｂ）を用いて、旋回モータ１１４Ｍに圧油を再供給する。

すなわち、本実施例に係る建設機械１００（回生回路）は、回生システム１１を用いて、旋回モータ１１４Ｍ（油圧モータＭｔｒ）と他の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ１１１ａ、アームシリンダ１１２ａ若しくはバケットシリンダ１１３ａ）とを同時駆動する場合に、旋回モータ１１４Ｍからの高圧の戻り油を回収し、回収した戻り油のエネルギを回生することができる。また、建設機械１００（回生回路）は、回生システム１１及び再供給油路１１ｂを用いて、旋回モータ１１４Ｍに低圧の圧油を供給する。このとき、他の油圧アクチュエータは、その負荷圧に基づく圧油を油圧ポンプＰｍｐから供給される。これにより、本実施例に係る建設機械１００（回生回路）は、旋回モータ１１４Ｍの回生時に、油圧ポンプＰｍｐから吐出した圧油を減圧して旋回モータ１１４Ｍに供給する必要がないため、油圧ポンプＰｍｐから旋回モータ１１４Ｍに圧油を供給するときに発生する圧力損失、発熱などのエネルギ損失を防止することができる。

また、本実施例に係る建設機械１００（回生回路）は、回生回路を用いて、戻り油を回生する動作と圧油を再供給する動作を実施することによって、実施形態で説明したように、エネルギ（例えば油圧ポンプが吐出した圧油）の利用効率を向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。

１０，２０ ： 油圧回路
１１ ： 回生システム（圧油流入部、圧油流出部及び回生部）
１１ａ ： 回収油路
１１ｂ ： 再供給油路
１１Ｃａ： ピストン用シリンダ
１１Ｃａａ： ピストン用シリンダ内のシリンダ室（一方のシリンダ室）
１１Ｃａｂ： ピストン用シリンダ内のシリンダ室（他方のシリンダ室）
１１Ｃｂ： プランジャ用シリンダ
１１Ｃｂａ： プランジャ用シリンダ内のシリンダ室
１１ＲＤ： ロッド
１１ＰＬ： プランジャ
１１ＰＳ： ピストン
１１ＳＰ： バネ部材
１２ ： 油圧モータ側切換弁
１３ ： 方向制御弁
１４ ： 制御手段（コントローラなど）
２１ ： 回生側切換弁
１００ ： 建設機械
１１０Ｃｂ： キャブ（運転室）
１１０Ｕｐ： 上部旋回体
１１０Ｄｗ： 下部走行体
１１１ ： ブーム
１１１ａ ： ブームシリンダ
１１２ ： アーム
１１２ａ ： アームシリンダ
１１３ ： バケット
１１３ａ ： バケットシリンダ
１１４Ｍ ： 旋回モータ
Ａｃｍ ： アキュームレータ
Ｍｔｒ ： 油圧モータ
Ｐｍｐ ： 油圧ポンプ
Ｔｎｋ ： 作動油タンク
Ｖｃｈ ： 逆止弁

Claims (10)

1. 油圧ポンプから吐出された圧油を供給される油圧モータの運動エネルギを回生する油圧モータの回生回路であって、
   前記油圧モータの戻り油を回収する回収油路と、
   回収した前記戻り油のエネルギを回生する回生システムと、
   前記回生システムから前記油圧モータに圧油を再供給する再供給油路と
   を有し、
   前記回生システムは、前記回収油路を経由して回収した前記戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換する圧油流入部と、前記機械エネルギに変換しているときに前記戻り油より低い圧力の圧油を前記再供給油路へ流出する圧油流出部と、変換した前記機械エネルギを蓄える回生部とを備える、
   ことを特徴とする油圧モータの回生回路。
2. 前記油圧モータの運動エネルギの回生時に、前記圧油流出部により前記油圧モータに圧油を再供給されることによって、前記油圧ポンプからの圧油の吐出流量を低減する、ことを特徴とする、請求項１に記載の油圧モータの回生回路。
3. 前記回生システムは、ピストン及びピストン用シリンダ、並びに、プランジャ及びプランジャ用シリンダで構成され、前記ピストンで区画された前記ピストン用シリンダ内の一方のシリンダ室及び他方のシリンダ室と前記プランジャ用シリンダ内のプランジャシリンダ室とを形成され、
   前記圧油流入部は前記一方のシリンダ室であり、
   前記圧油流出部は前記他方のシリンダ室であり、前記回生部は前記プランジャシリンダ室である、又は、前記圧油流出部は前記プランジャシリンダ室であり、前記回生部は前記他方のシリンダ室である、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の油圧モータの回生回路。
4. 前記回生部は、変換した前記機械エネルギに応じて生成される圧油を蓄えるアキュームレータを更に備える、ことを特徴とする、請求項３に記載の油圧モータの回生回路。
5. 前記再供給油路は、作動油タンク及び逆止弁を更に接続され、
   前記作動油タンクは、前記逆止弁を経由して、前記再供給油路に圧油を補給する、ことを特徴とする、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の油圧モータの回生回路。
6. 前記回生システムは、ピストン及びピストン用シリンダ、並びに、前記ピストンに接続されたバネ部材で構成され、前記ピストンで区画された前記シリンダ内の一方のシリンダ室及び他方のシリンダ室を形成され、
   前記圧油流入部は、前記一方のシリンダ室であり、
   前記圧油流出部は、前記他方のシリンダ室であり、
   前記回生部は、前記バネ部材である、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の油圧モータの回生回路。
7. 前記油圧ポンプから吐出された圧油を供給される油圧アクチュエータを更に有し、
   前記回生システムは、前記油圧モータと前記油圧アクチュエータとを同時駆動する場合に、該油圧モータからの高圧の前記戻り油を回収し、回収した前記戻り油のエネルギを回生し、前記再供給油路により該油圧モータに低圧の圧油を供給し、
   前記油圧アクチュエータは、前記油圧ポンプから該油圧アクチュエータの負荷圧に基づく圧油を供給される、
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の油圧モータの回生回路。
8. 前記油圧モータの回転方向に基づいて、前記回収油路及び前記再供給油路と該油圧モータとを夫々接続する油路を切り換える油圧モータ側切換弁と、
   前記回生システムの前記圧油流入部と前記圧油流出部とを切り換える回生側切換弁と
   を更に備える、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の油圧モータの回生回路。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の油圧モータの回生回路を備える建設機械。
10. 油圧ポンプから吐出された圧油を供給される油圧モータの運動エネルギを回生する油圧モータの回生回路の制御方法であって、
    回収油路を用いて、前記油圧モータの戻り油を回収する回収ステップと、
    回収した前記戻り油のエネルギを回生する回生ステップと、
    再供給油路を用いて、前記油圧モータに圧油を再供給する再供給ステップと
    を含み、
    前記回生ステップは、回生システムを用いて、回収した前記戻り油の圧力エネルギを機械エネルギに変換し、変換した前記機械エネルギを蓄え、
    前記再供給ステップは、前記回生システムを用いて、前記回生ステップで前記機械エネルギに変換しているときに、前記再供給油路を経由して、前記戻り油より低い圧力の圧油を前記油圧モータに再供給する、
    ことを特徴とする油圧モータの回生回路の制御方法。

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