JP5197231B2

JP5197231B2 - 作業機械のエネルギ回生装置

Info

Publication number: JP5197231B2
Application number: JP2008213286A
Authority: JP
Inventors: 隆久保; 公則佐野; 寛石山
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: JP2010048343A

Description

本発明は作業機械のエネルギ回生装置に関するものであり、特に、ブームの位置エネルギに加えてアーム等の位置エネルギも回収できるようにした作業機械のエネルギ回生装置に関するものである。

近年、ハイブリッド駆動方式の作業機械としては、例えば旋回部又は作業部などの油圧駆動部を動作させる油圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ）と、該油圧アクチュエータに方向切換弁を介して圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータの圧油を利用して電力を発生させる電動発電機と、該発生した電力を充電するバッテリとを備えたものが知られている。

特に、油圧ショベルなどの作業機械においては、油圧アクチュエータの作動油（保持油又戻り油）を利用して回生油圧モータを回転駆動し、該回転エネルギを電動発電機により電力に変換するエネルギ回生装置が開発されている。

従来、此種エネルギ回生装置は、ブームを駆動するブームシリンダと、該ブームシリンダに接続されたブーム用の回生油圧モータと、該回生油圧モータに連結された電動発電機とを備え、ブームシリンダから排出される圧油の保持圧により回生油圧モータを回転駆動し、該回生油圧モータの回転エネルギを電動発電機によって電力に変換している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１９０８４５号公報

特許文献１記載の従来技術は、回生油圧モータに連結した電動発電機によって回生発電することにより、ブームの位置エネルギを回生することができるが、作業機械のエネルギ回生装置全体としてのエネルギの回収効率はそれほど高くない。このため、作業機械のエネルギ回生装置全体としてのエネルギの回収効率を向上させることが大きな課題になっている。

前記エネルギの回収効率を向上させるためには、ブームの位置エネルギの回生に加えて、他の作業部たとえばアームの位置エネルギを回生させることが考えられる。しかし、アームの位置エネルギを回生させるには、アームシリンダにアーム用回生油圧モータと電動発電機を新たに増設させる必要がある。その結果、エネルギ回生装置の構成が複雑になるとともに、製作費が高騰するという問題を有する。

そこで、回生油圧モータと電動発電機を新たに追加させることなく、エネルギ回生装置全体のエネルギの回収効率を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ブームシリンダの圧油を回生して回転駆動させる回生油圧モータと、該回生油圧モータに連結された電動発電機とを備えた作業機械のエネルギ回生装置において、
前記ブームシリンダに対してアームシリンダ等の他の油圧アクチュエータを並列に接続する回生油路を形成し、該回生油路の下流側に前記回生油圧モータを設けると共に、該回生油圧モータの上流側に回生切換弁を介装させ、該回生切換弁を介して前記回生油圧モータに前記ブームシリンダ又は前記油圧アクチュエータを選択的に接続させることによって、該ブームシリンダ又は前記油圧アクチュエータから排出される圧油により前記回生油圧モータを回転駆動できるように構成したことを特徴とする作業機械のエネルギ回生装置を提供する。

この構成によれば、ブームの位置エネルギの回生に加えて、ブーム以外の他の作業部の位置エネルギ、即ち、該作業部を駆動する油圧アクチュエータの圧油のエネルギも回生することができる。ブームの位置エネルギに加えて、例えばアームの位置エネルギを回生する場合は、アーム閉操作時のみに回生切換弁の操作により回生油圧モータにアームシリンダを接続させることによって、アームシリンダの圧油が回生油圧モータに供給される。そのため、アームシリンダの圧油により回生油圧モータが回転駆動して、該回生油圧モータの回転エネルギが電動発電機によって電力に変換される。

請求項２記載の発明は、上記ブームシリンダと上記回生油圧モータとの間には、ブーム下げ操作時のみに前記ブームシリンダを前記回生油圧モータに接続するブーム回生弁が設けられ、更に、上記油圧アクチュエータがアームシリンダであって、該アームシリンダと前記回生油圧モータとの間に、アーム閉操作時のみに該アームシリンダを前記回生油圧モータに接続するアーム回生弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の作業機械のエネルギ回生装置を提供する。

この構成によれば、ブームシリンダと回生油圧モータとは、ブーム下げ操作時のみにブーム回生弁を介して接続される。しかし、ブーム下げ操作を行わない時には、ブームシリンダはブーム回生弁の下流側の油路に接続されないので、ブームシリンダの圧油がブーム回生弁を通過して回生油圧モータ側に流れることを阻止する。

前記と同様な構成により、アームシリンダと回生油圧モータとは、アーム閉操作時のみにアーム回生弁を介して接続される。しかし、アーム下げ操作を行わない時には、アームシリンダはブーム回生弁の下流側の油路に接続されないので、アームシリンダの圧油がアーム回生弁を通過して回生油圧モータ側に流れることを阻止する。

請求項３記載の発明は、上記ブームシリンダと上記ブーム回生弁との間には、ブーム下げ操作時にのみ開口して前記ブームシリンダの圧油を前記ブーム回生弁側に排出させるブーム用ホールディング弁が介装され、且つ、上記アームシリンダと上記アーム回生弁との間には、アーム閉操作時にのみ開口して前記アームシリンダの圧油を前記アーム回生弁側に排出させるアーム用ホールディング弁が介装されていることを特徴とする請求項２記載の作業機械のエネルギ回生装置を提供する。

この構成によれば、ブームシリンダとブーム回生弁との間に、ブーム下げ操作時のみに開口するブーム用ホールディング弁を介装したので、ブームシリンダの圧油は、ブーム下げ操作時にはブーム回生弁側に排出されるが、それ以外の時にはブーム用ホールディング弁を通過してブーム回生弁側に排出されることが阻止される。

前記と同様な構成により、アームシリンダとアーム回生弁との間に、アーム閉操作時のみに開口するアーム用ホールディング弁を介装したので、アームシリンダの圧油は、アーム閉操作時にはアーム回生弁側に排出されるが、それ以外の時にはアーム用ホールディング弁を通過してブーム回生弁側に排出されることが阻止される。

請求項１記載の発明は、ブームの位置エネルギのみならず、アーム等の位置エネルギも回生して電力に変換できるので、従来のエネルギ回生装置に比してエネルギの回収効率を向上させることができる。この場合、回生油圧モータと電動発電機を新たに増設させる必要がないため、構成を複雑化させることがなく、且つ、製作費の節減化も図ることができる。

請求項２記載の発明は、ブーム下げ操作又はアーム閉操作を行わない時には、ブームシリンダ又はアームシリンダの圧油がブーム回生弁又はアーム回生弁の下流側に流れないので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ブームシリンダ又はアームシリンダの圧油の保持圧が低下することを防止することができる。

請求項３記載の発明は、ブーム下げ操作又はアーム閉操作を行わない時には、ブームシリンダ又はアームシリンダの圧油がブーム回生弁側又はアーム回生弁の下流側にリークすることを抑止できるので、請求項２記載の発明の効果に加えて、圧油のリークによるエネルギロスを防止して、エネルギの回収効率を一層向上させることができる。

本発明は、回生油圧モータと電動発電機を新たに追加させることなく、エネルギ回生装置全体のエネルギの回収効率を向上させるという目的を達成するために、ブームシリンダの圧油を回生して回転駆動される回生油圧モータと、該回生油圧モータに連結された電動発電機とを備えた作業機械のエネルギ回生装置において、前記ブームシリンダに対してアームシリンダ等の他の油圧アクチュエータを並列に接続する回生油路を形成し、該回生油路の下流側に前記回生油圧モータを設けると共に、該回生油圧モータの上流側に回生切換弁を介装させ、該回生切換弁を介して前記回生油圧モータに前記ブームシリンダ又は前記油圧アクチュエータを接続させることにより、該ブームシリンダ又は前記油圧アクチュエータから排出される圧油により前記回生油圧モータを回転駆動できるように構成したことにより実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図３に従って説明する。図１は本実施例に係る作業機械としてのハイブリッド駆動式油圧ショベルを示す側面図である。同図に示すように、下部走行体１上には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載され、又、該上部旋回体３にはブーム４、アーム５及びバケット６と、これらを駆動する油圧アクチュエータ、即ち、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９並びにキャビン１０が搭載されている。

図２は前記油圧ショベルの油圧駆動回路を示すブロック図である。同図において、１１は機械式駆動部としてのエンジン、１２は電動式アシスト駆動部としての電動発電機であり、該エンジン１１と電動発電機１２は変速機１３の入力軸に夫々接続されている。

変速機１３の出力軸にはメインポンプ（可変容量型の油圧ポンプ）１４及びパイロットポンプ１５が接続され、該メインポンプ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が接続されている。又、コントロールバルブ１７には方向切換弁が複数連設されていると共に、各方向切換弁には走行用油圧モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７等の各油圧アクチュエータが夫々接続されている。

前記メインポンプ１４はコントロールバルブ１７を介して、走行用油圧モータ１Ａ，１Ｂ及びブームシリンダ７等の各油圧アクチュエータに油圧を供給して駆動する。

電動発電機１２にはインバータ１８を介してバッテリ１９が接続され、該バッテリ１９にはインバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。電動発電機１２は力行運転及び回生運転が可能であり、インバータ２０によって交流駆動されるモータにより形成される。又、旋回用電動機２１は、上部旋回体３の慣性回転により旋回用減速機２４を介して回生電力を発生させる。

而して、エンジン１１の負荷が大きい時には、電動発電機１２の力行運転を行いメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さい時には、該エンジン１１の駆動力は電動発電機１２に伝達されて発電を行う。

更に、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、該回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するレゾルバ２２と、回転軸２１Ａに制動力を加えるメカニカルブレーキ２３及び旋回用減速機２４とが接続されている。

尚、バッテリ１９は、電動発電機１２と旋回用電動機２１の一方が力行運転を行っている場合にはそれに電力を供給し、電動発電機１２又は旋回用電動機２１により発生した電力はバッテリ１９に蓄電される。該バッテリ１９は、充電状態等に応じてコントローラ３０により制御される。

更に、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、該操作装置２６には油圧ライン２７，２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９が夫々接続されている。又、操作装置２６は旋回用電動機２１、ブーム４及びアーム５等を駆動する各油圧アクチュエータを操作する。更に、パイロットライン２５を通じて供給される１次側の油圧は、操作装置２６の操作量に応じた２次側の油圧に変換して、各油圧アクチュエータを制御する。

圧力センサ２９には電気系の各駆動部を制御するコントローラ３０が接続され、該コントローラ３０に油圧ライン２８の油圧に応じた電気信号が送信される。又、コントローラ３０は速度指令変換部３１、駆動制御装置３２及び旋回駆動制御装置４０を内蔵している。

図３は、本実施例に係るエネルギ回生装置の具体例を示す。同図に示すように、エネルギ回生装置は、図１に示す上記ブーム４の位置エネルギ、即ち、ブームシリンダ７から排出される圧油のエネルギを回生するためのブーム回生回路ＢＣと、アームシリンダ８から排出される圧油のエネルギを回生するためのアーム回生回路ＡＣとを有している。

まず、ブームシリンダ７のブーム回生回路ＢＣについて説明する。ブーム回生回路ＢＣは、ブームシリンダ７に圧油を供給する容量可変型のブーム用油圧ポンプ４２と、該ブーム用油圧ポンプ４２から供給される圧油の方向を切り換える３位置６ポート型パイロット操作式のブーム用切換弁４３とを備えている。該ブーム用切換弁４３は、ブーム操作レバー４１によりブーム上げ操作又はブーム下げ操作を行うことによって、中立位置（イ）からブーム上げ位置（ロ）又はブーム下げ位置（ハ）に切り換わる。

前記ブーム用切換弁４３の流入口側には、ブーム用油圧ポンプ４２に接続されたＰ１ポートと、チェック弁４４を介してブーム用油圧ポンプ４２に接続されたＰ２ポートと、油タンク４５に連通するＴｎポートとが設けられている。

一方、ブーム用切換操作弁４３の流出口側には、閉止ポートであるＢポートと、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒに接続されたＳポートと、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂに接続されたＴポートとが設けられている。

ブーム用切換操作弁４３が中立位置（イ）にあるときには、Ｐ１ポートはＢポートに接続され、且つ、Ｐ２ポート、Ｔｎポート、Ｓポート及びＴポートはブロック状態にある。そして、ブーム用切換操作弁４３がブーム上げ位置（ロ）に切り換えられると、Ｐ１ポートはＢポートに対して遮断されると同時に、Ｐ２ポート及びＴｎポートは夫々Ｔポート及びＳポートに接続される。又、ブーム用切換操作弁４３がブーム下げ位置（ハ）に切り換えられると、Ｐ２ポートはＳポートに接続されると共にＴｎポートはＴポートに接続される。

尚、ブーム用切換操作弁４３がブーム下げ位置（ハ）に切り換えられると、ブーム下げパイロットライン４６に所定大きさのブ−ム下げパイロット圧が発生する。このとき、該ブ−ム下げパイロット圧は、ブーム下げパイロットライン４６に設置した圧力センサ４７により検出され、該検出信号は前記コントローラ３０に送信される。そして、コントローラ３０に該検出信号が入力されると、コントローラ３０はブーム回生信号を出力する。

ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂにはブーム戻り油ライン４８が接続されていると共に、該ブーム戻り油ライン４８にブーム回生弁４９が設けられている。又、ブーム回生弁４９とブームシリンダ７との間には、逆流防止機能を有するブーム用ホールディング弁５０が介装されている。更に、ブーム回生弁４９の下流側には、ブーム回生油路５２を介して電磁式の回生切換弁５３が設置されている。

前記ブーム用ホールディング弁５０により、ブーム下げ操作がなされていない時は、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂの圧油はブーム用ホールディング弁５０を通過することができないため、該ボトム側油室７Ｂの圧油の保持圧が低下しないように維持される。しかし、ブーム用切換操作弁４３がブーム下げ位置（ハ）に操作された場合は、このとき発生するブーム下げパイロット圧に基づいてブーム用ホールディング弁５０が開放状態に設定されるため、ボトム側油室７Ｂから排出される圧油は、ブーム用ホールディング弁５０を通過できるようになる。

前記ブーム回生弁４９は、ノーマル位置ではブロック状態にある２位置２ポート型のブーム方向切換弁５４と、該ブーム方向切換弁５４を切換制御する電磁パイロット弁５５とから成る。該電磁パイロット弁５５は、コントローラ３０からのブーム回生信号に基づいて、ブーム方向切換弁５４をオフセット位置に切り換えられ、これにより、前記ブーム戻り油ライン４８をブーム回生油路５２に接続する。図示例では、ブーム回生弁４９の開口量、即ち、ブーム方向切換弁５４の開口量はコントローラ３０により調整できるように構成されている。

次に、アームシリンダ８のアーム回生回路ＡＣについて説明する。アーム回生回路ＡＣは、アームシリンダ８に圧油を供給する容量可変型のアーム用油圧ポンプ５８と、該アーム用油圧ポンプ５８から供給される圧油の方向を切り換えるための３位置６ポート型パイロット操作式のアーム用切換操作弁５９とを備えている。該アーム用切換操作弁５９は、アーム操作レバー５７によりアーム閉操作又はアーム開操作を行うことによって、中立位置（ニ）からアーム閉位置（ホ）又はアーム開位置（ヘ）に切り換えられる。

前記アーム用切換操作弁５９の流入口側には、アーム用油圧ポンプ５８に接続されたＰ１ポートと、チェック弁６０を介してアーム用油圧ポンプ５８に接続されたＰ２ポートと、油タンク６１に連通するＴｎポートとが設けられている。

一方、アーム用切換操作弁５９の流出口側には、Ｂポートと、アーム用ホールディング弁６３を介してアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂに接続されたＳポートと、該アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒに接続されたＴポートとが設けられている。そして、該アーム用切換操作弁５９が中立位置（ニ）にあるときには、Ｐ１ポートはＢポートに接続され、且つ、Ｐ２ポート、Ｔｎポート、Ｓポート及びＴポートはブロック状態にある。

又、アーム用切換操作弁５９が中立位置（ニ）からアーム閉位置（ホ）に切り換わると、Ｐ１ポートはＢポートに対して遮断され、且つ、Ｐ２ポート及びＴｎポートは夫々Ｔポート及びＳポートに接続される。更に、アーム用切換操作弁５９がアーム開位置（ヘ）に切り換わると、Ｐ２ポートはＳポートに接続されるとともに、ＴｎポートはＴポートに接続される。

尚、アーム用切換操作弁５９がアーム閉位置（ホ）に切り換えられると、アーム閉パイロットライン６５に所定大きさのア−ム閉パイロット圧が発生する。このア−ム閉パイロット圧は、圧力センサ６６により検出されてコントローラ３０に送信される。そして、コントローラ３に該検出信号が入力されると、コントローラ３０はアーム回生信号を出力する。

アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにはアーム戻り油ライン６７が接続されていると共に、該アーム戻り油ライン６７にはアーム回生弁６８が設けられている。又、該アーム回生弁６８とアームシリンダ８との間には、逆流防止機能を有するアーム用ホールディング弁６３が介装されている。

前記アーム用ホールディング弁６３により、アーム閉操作がなされていないときは、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの圧油は、アーム用ホールディング弁６３を通過することができないため、該圧油の保持圧が低下しないように維持される。しかし、アーム用切換操作弁５９がアーム閉位置（ホ）に操作された場合は、このとき発生するア−ム閉パイロット圧に基づいて、アーム用ホールディング弁６３が開放状態に設定されるため、ロッド側油室８Ｒから排出される圧油は、アーム用ホールディング弁６３を通過できるようになる。

前記アーム回生弁６８は、ノーマル位置ではブロック状態に固定された２位置２ポート型のアーム方向切換弁６９と、該アーム方向切換弁６９の切換制御を行う電磁パイロット弁７０とから成る。該電磁パイロット弁７０は、コントローラ３０からのアーム回生信号に基づいてアーム方向切換弁６６をオフセット位置に切り換え、これにより、アーム戻り油ライン６７がアーム方向切換弁６９下流側のアーム回生油路７１に接続される。図示例では、アーム回生弁６８の開口量、即ち、アーム方向切換弁６９の開口量はコントローラ３０により調整可能に構成されている。

更に、ブーム回生弁４９とアーム回生弁６８の下流側、即ち、ブーム回生油路５２とアーム回生油路７１がパラレルに接続される箇所には上記回生切換弁５３が設置されている。依って、回生切換弁５３は前記ブーム回生弁４９とアーム回生弁６８に対して並列となるように接続されている。又、回生切換弁５３下流側の共通回生油路７３には、例えば両方向ポンプモータから成る回生油圧モータ７４が接続され、該回生油圧モータ７４の下流側は油タンク７５に連通されている。

回生切換弁５３は、平時ではブーム回生油路５２を回生油圧モータ７４に接続させ、且つ、アーム回生油路７１を油タンク７８に連通させる。そして、回生切換弁５３がコントローラ３０からのアーム回生信号に基づいてオフセット位置に切り換えられると、アーム回生油路７１は回生油圧モータ７４に接続され、且つ、ブーム回生油路５２は油タンク７８に接続される。

上記回生油圧モータ７４は、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂ若しくはアームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの圧油（戻り油又は保持油）の圧力を油圧源として回転駆動される。また、回生油圧モータ７４の駆動軸には電動発電機７６が連結され、該電動発電機７６は回生油圧モータ７４の回転駆動により回生発電することで、回生油圧モータ７４の回転エネルギを電力に変換する。

更に、電動発電機７６にはインバータ７７を介してバッテリ１９が接続され、該電動発電機７６により回生発電された電力は、インバータ７７を介してバッテリ１９に蓄電できるように構成されている。

次に、本実施例に係るブーム回生回路ＢＣの作用について説明する。図３において、ブーム操作レバー４１をブーム上げ側Ｌに操作すると、ブーム上げ操作信号がブーム用切換操作弁４３のブーム上げ側ポートに入力され、ブーム用切換操作弁４３が中立位置（イ）からブーム上げ位置（ロ）に切り換えられる。

その結果、ブーム用油圧ポンプ４２がブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂに接続されるとともに、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒが油タンク４５に連通する。従って、ブーム用油圧ポンプ４２からブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂに圧油が供給されるとともに、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧油が油タンク４５に戻され、これにより、ブームシリンダ７が伸長してブーム４が上げ動作を行う。

一方、ブーム操作レバー４１がブーム下げ側Ｒに操作されると、ブーム下げ操作信号がブーム用切換操作弁４３のブーム下げ側ポートに入力され、ブーム用切換操作弁４３がブーム下げ位置（ハ）に切り換えられる。このとき、ブ−ム下げパイロット圧が圧力センサ４７により検出されて、コントローラ３０に送信される。

このため、コントローラ３０はブ−ム下げパイロット圧信号に基づき、ブーム回生弁４９の電磁パイロット弁５５を介してブーム方向切換弁５４をオフセット位置に切り換えて、ブーム戻り油ライン４８をブーム回生油路５２に接続させ、これと略同時に、ブーム用ホールディング弁５０が開放状態に設定される。この場合、ブーム方向切換弁５４が切り換えられる前に、ブーム用ホールディング弁５０を開放させることができる。

従って、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒに圧油が供給されると共に、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂの圧油は、ブーム用ホールディング弁５０、ブーム方向切換弁５４、回生切換弁５３及び回生油圧モータ７４を通過して油タンク７５に排出され、これにより、ブームシリンダ７が短縮してブーム４が下げ動作を行う。

又、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂの圧油が回生油圧モータ７４に供給されることにより、回生油圧モータ７４が回転駆動し、この回転エネルギは電動発電機７６による回生発電によって電力に変換される。そして、電動発電機７６によりエネルギ変換された電力は、インバータ７７を介してバッテリ１９に蓄電される。

次に、アーム回生回路ＡＣの作用について説明する。図３において、アーム操作レバー５７がアーム開側Ｒに操作されると、アーム開操作信号がアーム用切換操作弁５９のアーム開側ポート側に入力され、アーム用切換操作弁５９は中立位置（ニ）からアーム開位置（ヘ）に切り換えられる。

その結果、アーム用切換操作弁５９のＰ２ポートがＳポートに接続されるため、アーム用油圧ポンプ５８からの圧油はアームシリンダ８のロッド側油室８Ｒに導入される。又、これと同時に、アーム用切換操作弁５９のＴｎポートがＴポートに接続されるため、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂが油タンク６１に連通する。

従って、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒへ圧油が供給されるとともに、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧油が油タンク６１に戻される。このため、アームシリンダ８が伸長してアーム５が開動作する。

一方、アーム操作レバー５７がアーム閉側Ｌに操作されると、ア−ム閉パイロットライン６５にアーム閉パイロット圧が発生すると共に、アーム閉操作信号がアーム用切換操作弁５９のアーム閉側ポートに入力される。

このため、前記ア−ム閉パイロット圧が圧力センサ６６により検出されて、アーム用ホールディング弁６３が開放状態に設定されると共に、ア−ム閉パイロット圧信号がコントローラ３０に入力される。その結果、コントローラ３０は、アーム回生弁６８の電磁パイロット弁７０及び回生切換弁５３にアーム回生信号を出力する。

そして、コントローラ３０からのアーム回生信号により、アーム方向切換弁６９がオフセット位置に切り換えられ、アーム戻り油ライン６７がアーム回生油路７１に接続される。この場合、アーム方向切換弁６９が切り換えられる前に、アーム用ホールディング弁６３を開放させることができる。

又、コントローラ３０からのアーム回生信号により、回生切換弁５３がオフセット位置に切り換えられ、アーム回生油路７１が共通回生油路７３に接続されると共に、ブーム回生油路５２が油タンク７８に連通する。

従って、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂに圧油が供給されると共に、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの圧油が油タンク７５に戻される。このため、アームシリンダ８が伸長してアーム５が閉動作を行う。

一方、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの圧油はアーム用ホールディング弁６３を通過した後、アーム戻り油ライン６７、アーム回生油路７１及び共通回生油路７３を介して回生油圧モータ７４に供給される。

これにより、回生油圧モータ７４が回転駆動し、この回転エネルギは電動発電機７６による回生発電によって電力に変換される。そして、電動発電機７６によりエネルギ変換された電力は、インバータ７７を介してバッテリ１９に蓄電される。

上記の如く本発明によると、ブーム下げの操作を行っていないときに、アーム閉操作により回生切換弁５３をオフセット位置に切り換えると、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒが回生油圧モータ７４に連通する。その結果、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの戻り油の保持圧によって回生油圧モータ７４が回転駆動して、電動発電機７６により回生発電が行われる。

従って、本発明では、ブーム４の位置エネルギに加えてアーム５の位置エネルギも回収されるので、エネルギの回収効率が大幅に向上する。しかも、アーム５の位置エネルギを回生するために、回生油圧モータと電動発電機を新規に追加させる必要がないため、エネルギ回生装置の構成が複雑化することがなく、製作コストの低減化が達成される。

又、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂは、ブーム下げ操作時にのみ回生油圧モータ７４に接続され、それ以外の時にはブーム回生弁４９の下流側に接続されない。依って、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂの圧油がブーム回生弁４９の下流側に流れ込まないので、該ボトム側油室７Ｂの圧油の保持圧を低下させるおそれもない。

上記同様の構成により、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒは、アーム閉操作時にのみ回生油圧モータ７４に接続され、それ以外の時には回生油圧モータ７４の下流側に接続されない。依って、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの圧油がアーム回生弁６８の下流側に流れ込まないので、該ロッド側油室８Ｒの圧油の保持圧を低下させるおそれもない。

更に、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂの圧油は、ブーム下げ操作を行わない時には、ブーム回生弁４９側に流動することが阻止され、且つ、アーム閉操作を行わない時には、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒの圧油は、アーム回生弁６８側に流動することが阻止される。斯くして、前記油室７Ｂ，８Ｒの圧油のリークによるエネルギロスを確実に防止して、エネルギの回収効率が一層向上する。

尚、上記実施例において、アームの位置エネルギの回生中にブーム下げ操作が行われた場合、ブーム回生弁の開口量を調整できるように構成することもでき、この場合はブームの下降速度を適宜制御することができる。前記同様に、ブームの位置エネルギの回生中にアーム閉操作が行われた場合、アーム回生弁の開口量を調整できるように構成することもでき、この場合はアームの閉速度を適宜制御することができる。

更に、図示例において、アーム回生弁に代えて、旋回モータに切り換え可能に接続された旋回回生弁を設置することも可能であり、このように構成すれば、旋回機構の減速時における回転慣性力のエネルギも回生することができる。

更に又、アームが負荷駆動されている場合、アーム保持圧が不十分であることを圧力センサで検出したときは、アーム回生弁の開口量を最大値に調整することにより、アームシリンダの背圧を低減させてエネルギの損失を少なくすることができる。

図示例では、回生切換弁として２位置４ポート型の切換弁を採用したが、３位置６ポート型の切換弁を採用してもよく、この場合、バケットシリンダに切り換え可能に接続されたバケット回生弁を３位置６ポート型の回生切換弁に接続することにより、バケットの位置エネルギの回生も可能になる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係る一実施例を示し、作業機械の側面図。一実施例に係る作業機械の油圧駆動回路全体を示すブロック図。一実施例に係るエネルギ回生回路の具体的な構成図。

符号の説明

２旋回機構
４ブーム
５アーム
６バケット
７ブームシリンダ
７Ｒロッド側油室
７Ｂボトム側油室
８アームシリンダ
８Ｂボトム側油室
８Ｒロッド側油室
１２電動発電機
１４メインポンプ
１９バッテリ
３０コントローラ
４２ブーム用油圧ポンプ
４３ブーム用切換操作弁
４９ブーム回生弁
５０ブーム用ホールディング弁
５１ブーム方向切換弁
５２ブーム回生油路
５４回生切換弁
５５電磁パイロット弁
５８アーム用油圧ポンプ
５９アーム用切換操作弁
６３アーム用ホールディング弁
６８アーム回生弁
６９アーム方向切換弁
７０電磁パイロット弁
７１アーム回生油路
７３共通回生油路
７４回生油圧モータ
７６電動発電機

Claims

ブームシリンダの圧油を回生して回転駆動させる回生油圧モータと、該回生油圧モータに連結された電動発電機とを備えた作業機械のエネルギ回生装置において、
前記ブームシリンダに対してアームシリンダ等の他の油圧アクチュエータを並列に接続する回生油路を形成し、該回生油路の下流側に前記回生油圧モータを設けると共に、該回生油圧モータの上流側に回生切換弁を介装させ、該回生切換弁を介して前記回生油圧モータに前記ブームシリンダ又は前記油圧アクチュエータを選択的に接続させることによって、該ブームシリンダ又は前記油圧アクチュエータから排出される圧油により前記回生油圧モータを回転駆動できるように構成したことを特徴とする作業機械のエネルギ回生装置。
上記ブームシリンダと上記回生油圧モータとの間には、ブーム下げ操作時のみに前記ブームシリンダを前記回生油圧モータに接続するブーム回生弁が設けられ、更に、前記油圧アクチュエータがアームシリンダであって、該アームシリンダと前記回生油圧モータとの間に、アーム閉操作時のみに前記アームシリンダを前記回生油圧モータに接続するアーム回生弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の作業機械のエネルギ回生装置。
上記ブームシリンダと前記ブーム回生弁との間には、ブーム下げ操作時のみに開口して前記ブームシリンダの圧油を前記ブーム回生弁側に排出させるブーム用ホールディング弁が介装され、且つ、上記アームシリンダと上記アーム回生弁との間には、アーム閉操作時のみ開口して前記アームシリンダの圧油を前記アーム回生弁側に排出させるアーム用ホールディング弁が介装されていることを特徴とする請求項２記載の作業機械のエネルギ回生装置。