JP5710331B2 - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧回生機構を有するハイブリッド型建設機械に関する。

ハイブリッド式ショベル等のハイブリッド型建設機械において、例えば上部旋回体を旋回させるための旋回機構を油圧アクチュエータで駆動することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。上記特許文献１，２に開示されたハイブリッド式ショベルでは、旋回機構を駆動する油圧アクチュエータとして旋回用油圧モータが用いられる。

特開２０１０−１１２４９３号公報 特開２０１０−１１２４９４号公報

旋回機構を駆動するために旋回用油圧モータを加速する際は、旋回用油圧モータに高圧の作動油が供給され、エネルギを放出して低圧となった作動油が油圧モータから排出される。一方、旋回機構を減速する際は、旋回用油圧モータで運動エネルギを吸収することでブレーキをかける。このため、減速時には、旋回用油圧モータには低圧の作動油が供給され、供給された低圧の作動油を旋回用油圧モータにより高圧にすることで、旋回用油圧モータにより運動エネルギを油圧エネルギに変換してブレーキをかける。減速時に旋回用油圧モータから吐出される、運動エネルギを吸収して高圧となった作動油はリリーフ弁を介して低圧の作動油にされ、作動油タンク等に戻される。

したがって、減速時に旋回用油圧モータでブレーキをかけるときに生成された油圧エネルギは何にも用いられず、そのまま廃棄される。すなわち、省エネルギの観点からすると、減速時に旋回用油圧モータで生成されたエネルギが無駄となっていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、旋回油圧モータを駆動するための油圧回路から排出される油圧エネルギを用いて発電することで油圧エネルギを電気エネルギに変換して回収するハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。

本発明によれば、蓄電器からの電力で電動発電機を駆動してエンジンをアシストするハイブリッド型建設機械であって、旋回体を駆動する旋回油圧モータと、該旋回油圧モータに油圧を供給するための油圧回路と、該油圧回路に接続された旋回回生用油圧モータと、該油圧回路内の油圧を検出する圧力センサと、前記旋回回生用油圧モータにより駆動される旋回回生用発電機とを有し、前記圧力センサの検出値に基づいて前記旋回回生用油圧モータに油圧を供給し、前記旋回回生用発電機を駆動して発電した電力を前記蓄電器に蓄えることを特徴とするハイブリッド型建設機械が提供される。

本発明によれば、旋回用油圧モータを含む油圧回路に供給される油圧及び当該油圧回路から排出される油圧を電気エネルギとして効率的に回収することができ、回収した電気エネルギを再利用することができる。これにより、ハイブリッド型建設機械のエネルギ効率を向上させることができ、省エネ化に貢献する。

本発明の一実施形態によるハイブリッド式ショベルの側面図である。 図１に示すハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 旋回油圧モータと旋回回生用油圧モータが接続された油圧回路の回路図である。 旋回加速時の油圧回路内での作動油の流れを示す図である。 旋回減速時の油圧回路内での作動油の流れを示す図である。 旋回回生弁の切替制御及び旋回回生発電機の動作制御を示す制御ブロック図である。 旋回回生用発電機により旋回回生電力を得る際の各部の動作を説明するための図である。 逆止弁の代わりに切替弁を設けた場合の油圧回路の回路図である。 逆止弁の代わりに切替弁を設け、且つ旋回回生弁を変更した場合の油圧回路の回路図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。

ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、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。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は、図１に示すハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。

機械式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、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。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が接続されている。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける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）及び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。

また、旋回機構２を駆動するための旋回油圧モータ２１と、旋回油圧モータ２１に関連して油圧で駆動される旋回回生用油圧モータ３１０とがコントロールバルブ１７に接続される。旋回油圧モータ２１と旋回回生用油圧モータ３１０とは、油圧回路３２０を介してコントロールバルブ１７に接続されるが、図２には油圧回路３２０は示されていない。油圧回路３２０に関しては後で説明する。

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ１８Ｂを介して旋回回生用発電機３００が接続される。図２において、図示の便宜上、旋回回生用発電機３００と旋回回生用油圧モータ３１０とは離れて示されているが、旋回回生用油圧モータ３１０の回転軸は旋回回生用発電機３００の回転軸に機械的に接続されている。したがって、旋回回生用油圧モータ３１０が油圧駆動されて回転軸が回転することで、旋回回生用発電機３００が駆動され、発電運転が行なわれる。旋回回生用発電機３００で発電された電力は、回生電力としてインバータ１８Ｂを経て蓄電系１２０に供給される。

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、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び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。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される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。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。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、蓄電系１２０の昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタの充電状態、及び電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、旋回回生用発電機３００の運転状態（発電運転）に基づいて、昇降圧コンバータ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の充放電制御を行う。ここで、キャパシタ１９を例にとって説明したが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。

次に、本実施形態における旋回油圧モータ２１と旋回回生用油圧モータ３１０との駆動を制御する油圧回路３２０について説明する。

図３は、旋回油圧モータ２１と旋回回生用油圧モータ３１０とが接続された油圧回路３２０の回路図である。油圧回路３２０は、コントロールバルブ１７から旋回油圧モータ２１のＡポートに油圧を供給する油圧ライン３２２Ａと、コントロールバルブ１７から旋回油圧モータ２１のＢポートに油圧を供給する油圧ライン３２２Ｂとを有している。

油圧ライン３２２Ａを介してコントロールバルブ１７から旋回油圧モータ２１のＡポートに高圧の作動油が供給されると、旋回油圧モータ２１は所定の方向に回転する。Ａポートに供給された高圧の作動油は旋回油圧モータ２１を駆動して低圧の作動油となり、Ｂポートから排出されて油圧ライン３２２Ｂを介してコントロールバルブ１７に戻る。反対に、油圧ライン３２２Ｂを介してコントロールバルブ１７から旋回油圧モータ２１のＢポートに高圧の作動油が供給されると、旋回油圧モータ２１は逆方向に回転する。Ｂポートに供給された高圧の作動油は旋回油圧モータ２１を駆動して低圧の作動油となり、Ａポートから排出されて油圧ライン３２２Ａを介してコントロールバルブ１７に戻る。

コントロールバルブ１７の両端には、コントロールバルブ１７に供給される旋回パイロット圧を検出する圧力センサ４０Ａ，４０Ｂが設けられている。例えば、圧力センサ４０Ａは旋回モータ２１を左回りに回すためにコントロールバルブを動作するためのパイロット圧を検出し、圧力センサ４０Ｂは旋回モータ２１を右回りに回すためにコントロールバルブを動作するためのパイロット圧を検出する。

なお、旋回油圧モータ２１の回転軸は変速機２２を介して旋回機構２に接続されており、旋回油圧モータ２１が駆動されることで旋回機構２が作動し、上部旋回体３を旋回させることができる。旋回油圧モータ２１が一方向に回転することで、上部旋回体３を例えば右方向に旋回させることができ、旋回油圧モータ２１が逆方向に回転することで、上部旋回体３を例えば左方向に旋回させることができる。

油圧ライン３２２Ａには、リリーフバルブ３２４Ａの油圧供給ポートが接続される。リリーフバルブ３２４Ａの油圧開放ポートは、メイクアップ油圧ライン３２６に接続される。メイクアップ油圧ライン３２６は、作動油タンク３３０に戻る低圧の作動油が流れる油圧ラインである。同様に、油圧ライン３２２Ｂには、リリーフバルブ３２４Ｂの油圧供給ポートが接続される。リリーフバルブ３２４Ｂの油圧開放ポートは、メイクアップ油圧ライン３２６に接続される。

油圧ライン３２２Ａの、リリーフバルブ３２４Ａが接続された位置とコントロールバルブ１７との間には、逆止弁３２８Ａの閉止側ポートが接続される。逆止弁３２８Ａの開放側ポートはメイクアップ油圧ライン３２６に接続される。すなわち、逆止弁３２８Ａは、メイクアップ油圧ライン３２６から油圧ライン３２２Ａへの作動油の流れは許容するが、油圧ライン３２２Ａからメイクアップ油圧ライン３２６への作動油の流れは許容しない。

同様に、油圧ライン３２２Ｂの、リリーフバルブ３２４Ｂが接続された位置とコントロールバルブ１７との間には、逆止弁３２８Ｂの閉止側ポートが接続される。逆止弁３２８Ｂの開放側ポートはメイクアップ油圧ライン３２６に接続される。すなわち、逆止弁３２８Ｂは、メイクアップ油圧ライン３２６から油圧ライン３２２Ｂへの作動油の流れは許容するが、油圧ライン３２２Ｂからメイクアップ油圧ライン３２６への作動油の流れは許容しない。

以上のようにリリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂ及び逆止弁３２８Ａ，３２８Ｂを含む油圧回路は、旋回油圧モータ２１の駆動を制御するための一般的な油圧回路である。

ここで、本実施形態では、旋回油圧モータ２１のＡポートの油圧を検出するために、油圧ライン３２２Ａ内の油圧を検出する圧力センサ３４０Ａが設けられる。圧力センサ３４０Ａは、リリーフバルブ３２４Ａが油圧ライン３２２Ａに接続された位置と旋回油圧モータ２１のＡポートとの間であって、Ａポートに近い位置に接続される。したがって、圧力センサ３４０Ａで検出した油圧ライン３２２Ａ内の油圧は、旋回油圧モータ２１のＡポートにおける油圧に等しいとみなすことができる。また、旋回油圧モータ２１のＢポートの油圧を検出するために、油圧ライン３２２Ｂ内の油圧を検出する圧力センサ３４０Ｂが設けられる。圧力センサ３４０Ｂは、リリーフバルブ３２４Ｂが油圧ライン３２２Ｂに接続された位置と旋回油圧モータ２１のＢポートとの間であって、Ｂポートに近い位置に接続される。したがって、圧力センサ３４０Ｂで検出した油圧ライン３２２Ｂ内の油圧は、旋回油圧モータ２１のＢポートにおける油圧に等しいとみなすことができる。圧力センサ３４０Ａ，３４０Ｂが検出する油圧は、後述のように旋回回生用油圧モータ３１０の駆動を制御するために用いられる。

本実施形態では、旋回油圧モータ２１に対して並列に、油圧ライン３２２Ａと油圧ライン３２２Ｂとを接続する接続油圧ライン３５０が設けられる。接続油圧ライン３５０の途中には２つの逆止弁３５２Ａ，３５２Ｂが互いに逆向きに設けられる。逆止弁３５２Ａの閉止側ポートは油圧ライン３２２Ａ側に接続され、逆止弁３５２Ｂの閉止側ポートは油圧ライン３２２Ｂ側に接続される。したがって、逆止弁３５２Ａと逆止弁３５２Ｂの間の接続油圧ライン３５０の部分には、油圧ライン３２２Ａ及び油圧ライン３２２Ｂから作動油が流れ込むことができるが、油圧ライン３２２Ａ及び油圧ライン３２２Ｂに向かって作動油が流れ出ることはできない。

旋回回生用油圧モータ３１０は、旋回回生弁３６０を介してこの逆止弁３５２Ａと逆止弁３５２Ｂの間の油圧ライン３５０ａと、上述のリリーフバルブ３２４Ａとリリーフバルブ３２４Ｂとの間の油圧ライン３２６ａに接続されている。すなわち、旋回回生用油圧モータ３１０の一方のポート（Ｂポート）は、旋回回生弁３６０を介して、逆止弁３５２Ａと逆止弁３５２Ｂの間の油圧ライン３５０ａに接続可能であり、他方のポート（Ａポート）は、旋回回生弁３６０を介して、リリーフバルブ３２４Ａとリリーフバルブ３２４Ｂの間の油圧ライン３２６ａに接続される。

旋回回生弁３６０は切替弁であり、旋回回生用油圧モータ３１０への油圧の供給と停止を切り替える。旋回回生弁３６０の切替動作は、油圧アクチュエータ３６２により行なわれる。油圧アクチュエータ３６２は電磁弁の動作により油圧でプランジャを移動するものであり、プランジャの動作により旋回回生弁３６０の切替動作を行なう。また、旋回回生弁３６０には、回生が不要な場合に、旋回回生用油圧モータ３１０への作動油の供給を防止するため、チェック弁が備えられている。

なお、旋回回生用油圧モータ３１０に並列に設けられた逆止弁３７０は、旋回回生用油圧モータ３１０への油圧供給が停止されているときに、旋回回生用油圧モータ３１０が空回りできるようにするためのものである。

旋回回生用油圧モータ３１０の回転軸は、旋回回生用発電機３００の回転軸に接続されており、旋回回生用油圧モータ３１０に油圧が供給されて駆動されると旋回回生用発電機３００が発電運転される。旋回回生用発電機３００が発電した電力は、インバータ１８Ｂを介して蓄電系１２０に供給され、蓄電系１２０の蓄電器（キャパシタ）に蓄電される。

次に、上述の油圧回路３２０による旋回油圧モータ２１と旋回回生用油圧モータ３１０との駆動制御について説明する。

図４は上部旋回体３を旋回させる際に旋回油圧モータ２１を駆動して加速するときの、油圧回路３２０内での作動油の流れを示す図である。図４に示す例では、矢印Ｂ１，Ｂ２で示すように、コントロールバルブ１７から油圧ライン３２２Ｂを流れて旋回油圧モータ２１のＢポートに高圧の作動油が供給されている。Ｂポートに供給された高圧の作動油は、旋回油圧モータ２１を回転させてエネルギを放出し、低圧の作動油となってＡポートから排出される。旋回油圧モータ２１のＡポートから排出された低圧の作動油は、矢印Ａ１，Ａ２で示すように、油圧ライン３２２Ａを流れてコントロールバルブ１７に戻る。

この際、コントロールバルブ１７から油圧ライン３２２Ｂに供給される高圧の作動油が所定の圧力以上となると、油圧ライン３２２Ｂに接続されているリリーフバルブ３２４Ｂが開き、矢印Ｂ３で示すように、高圧の作動油の一部が油圧ライン３２６ａからメイクアップ油圧ライン３２６に流れるようになる。これにより、旋回油圧モータのＢポートに過大な油圧が加わらないようにしている。したがって、リリーフバルブ３２４Ｂのリリーフ圧力を適切な値に設定することで、旋回油圧モータ２１に加える油圧を調節している。このように高圧の作動油の一部をリリーフバルブ３２４Ｂからメイクアップ油圧ラインに３２６に逃がすことは、高圧にした作動油を何の仕事もさせずに低圧に戻していることであり、油圧エネルギを捨てていることとなる。本実施形態では、リリーフバルブ３２４Ｂを介して捨てている油圧エネルギを回収して電気エネルギに変換し、再利用する。油圧エネルギの回収については後述する。

また、旋回加速時に旋回油圧モータ２１の駆動を開始した直後は、旋回油圧モータ２１の回転数が小さいため、旋回油圧モータ２１のＢポートからＡポートに少量の作動油しか流れることはできない。したがって、旋回油圧モータ２１の駆動を開始した直後は、油圧ライン３２２Ｂには少量の作動油しか流れることができない。ところが、旋回油圧モータ２１を駆動するためにコントロールバルブ１７が開くと、旋回油圧モータ２１を必要な回転数で駆動できるだけの量の作動油が油圧ライン３２２Ｂに流れ込もうとするため、油圧ライン３２２Ｂ内の油圧は急激に上昇し、リリーフバルブ３２４Ｂのリリーフ圧を越えてしまう。このため、旋回油圧モータ２１の駆動を開始した直後にリリーフバルブ３２４Ｂが開き、高圧の作動油の大部分が、矢印Ａ３で示すようにリリーフバルブ３２４Ｂを通って油圧ライン３２６ａからメイクアップ油圧ライン３２６に流れるようになる。このときのリリーフバルブ３２４Ｂを介して作動油を逃がすことも、油圧エネルギを捨てていることとなる。

そこで、本実施形態では、リリーフバルブ３２４Ｂから逃がす作動油を旋回回生用油圧モータ３１０に導いて旋回回生用油圧モータ３１０を駆動することで油圧エネルギを動力に変換し、得られた動力で旋回回生用発電機３００を駆動して発電する。すなわち、リリーフバルブ３２４Ｂから逃がす作動油の油圧エネルギを、旋回回生用油圧モータ３１０と旋回回生用発電機３００とにより電気エネルギに変換し、蓄電系１２０に供給して再利用する。

リリーフバルブ３２４Ｂから逃がす作動油を旋回回生用油圧モータ３１０に導くためには、リリーフバルブ３２４Ｂから作動油が逃げているか否かを判定し、逃げていると判定されたときだけ旋回回生弁３６０を切り替えて油圧ライン３２２Ｂを旋回回生用油圧モータ３１０に繋げる必要がある。

そこで、まず、リリーフバルブ３２４Ｂから作動油が逃げているか否かの判定を、圧力センサ３４０Ｂが検出する油圧に基づいて行なう。圧力センサ３４０Ｂは油圧ライン３２２Ｂに接続された油圧ライン３５０の油圧（旋回回生用油圧モータ３１０のＡポートの油圧に相当する）を検出しており、リリーフバルブ３２４Ｂが作動して油圧を逃がしているときには、圧力センサ３４０Ｂが検出する油圧は、リリーフバルブ３２４Ｂのリリーフ圧より高くなっている。そこで、圧力センサ３４０Ｂが検出した油圧が、リリーフバルブ３２４Ｂのリリーフ圧（最大リリーフ圧）より低い所定の閾値（第１の閾値ＴＨ１）を超えているかを判定し、超えている場合はリリーフバルブ３２４Ｂから作動油が逃げていると判定することができる。

このようにして、リリーフバルブ３２４Ｂから作動油が逃げていると判定されると、旋回回生弁３６０を切り替えて、油圧ライン３２２Ｂが旋回回生用油圧モータ３１０のポートに繋がるようにする。すなわち、コントローラ３０は、圧力センサ３４０Ｂが検出する油圧を監視しており、圧力センサ３４０Ｂが検出した油圧が第１の閾値ＴＨ１を超えたときに旋回回生弁切替信号（電気信号）を生成し、油圧アクチュエータ３６２に送る。旋回回生弁切替信号が供給されると、油圧アクチュエータ３６２は作動して旋回回生弁３６０を切り替える（開いた状態とする）。これにより、矢印Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６で示すように、油圧ライン３２２Ｂから高圧の作動油が接続油圧ライン３５０及び旋回回生弁３６０を介して旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに供給される。なお、図４には、旋回回生弁３６０が切り替えられた状態（開いた状態）が示されている。

旋回回生弁３６０が切り替えられた状態（開いた状態）では、油圧ライン３２２Ｂが旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに接続されるのと同時に、旋回回生用油圧モータ３１０のＡポートは、２つのリリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂの間のメイクアップ油圧ライン３２６に接続される。したがって、旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに供給された高圧の作動油は旋回回生用油圧モータ３１０を駆動してから低圧の作動油となってＡポートから排出され、メイクアップ油圧回路３２６に流れる。

以上のように、旋回加速時には、圧力センサ３４０Ｂが検出した油圧が第１の閾値ＴＨ１を超えたら旋回回生弁３６０が切り替えられて高圧の作動油が旋回回生用油圧モータ３１０に供給される。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０が駆動されて旋回回生油圧モータ３００が発電運転を行い、得られた電力が蓄電系１２０に供給される。

次に、旋回減速時の油圧回路３２０内での作動油の流れについて説明する。図５は旋回減速時の油圧回路３２０内での作動油の流れを示す図である。

上部旋回体３の旋回運動を減速あるいは停止するときには、コントロールバルブ１７を閉じて高圧の作動油の供給が停止される。コントロールバルブ１７が閉じられると、コントロールバルブ１７から作動油は供給されず、また、作動油はコントロールバルブ１７に戻ることはできない。

ここで、上部旋回体３の旋回運動を減速あるいは停止するときには、旋回油圧モータ２１は瞬時に減速あるいは停止することはできず、上部旋回体３や旋回機構２の慣性力により旋回油圧モータ２１は回転を続けながら、徐々に回転速度が下がっていくこととなる。旋回油圧モータ２１が回転を続けるためには、Ｂポートから作動油を吸い込み、吸い込んだ作動油をＡポートら吐出しなければならない。

ここで、吸い込み側のＢポートの油圧を低くし、吐出側のＡポートの油圧を高くすると、旋回油圧モータ２１で油圧を発生させることになり、旋回油圧モータ２１で油圧エネルギをするだけの動力が消費されることとなる。この動力は旋回油圧モータ２１の回転力を抑止する力となり、上部旋回体３や旋回機構２の慣性力を強制的に減少させて減速させるための制動力となる。

油圧回路３２０では、このような制動力を得ることができる。すなわち、コントロールバルブ１７が閉じられて油圧ライン３２２Ｂへの高圧の作動油の供給が停止されると、まず、旋回油圧モータ２１の回転によりＢポートの油圧が低下していく。一方、コントロールバルブ１７が閉じられると作動油はコントロールバルブ１７に戻ることができないため、油圧ライン３２２Ａ内に作動油が溜まり、Ａポートの油圧は上昇していく。

Ｂポートの油圧（すなわち、油圧ライン３２２Ｂ内の油圧）が低下して、メイクアップ油圧ライン３２６の油圧より低くなると、逆止弁３２８Ｂが開いてメイクアップ油圧ライン３２６から低圧の作動油が、矢印Ｂ７に示すように逆止弁２２８Ｂを通って油圧ライン３２２Ｂに流れ込む。メイクアップ油圧ライン３２６から流れ込んだ低圧の作動油は、矢印Ｂ８に示すように油圧ライン３２２Ｂを流れて旋回油圧モータ２１のＢポートに供給される。

一方、旋回油圧モータ２１のＡポートから吐出される作動油は、矢印Ａ４で示すように油圧ライン３２２Ａに流入して溜まっていき、Ａポートにおける油圧（すなわち油圧ライン３２２Ａ内の油圧）は上昇していく。このＡポートにおける油圧の上昇によって上述のように旋回油圧モータ２１で制動力を発生することができる。

ここで、油圧ライン３２２Ａに接続油圧ライン３５０が設けられていない場合（すなわち、一般的な油圧回路）、油圧ライン３２２Ａ内の油圧がリリーフバルブのリリーフ圧を超えるとリリーフバルブ３２２Ａが開き、油圧ライン３２２Ａ内の高圧の作動油はリリーフバルブ３２４Ａを通ってメイクアップ油圧ライン３２６に流れ込むこととなる。旋回加速時と同様に、リリーフバルブ３２４Ａを通ってメイクアップ油圧ライン３２６に流れ込ませて低圧の作動油とすることは、油圧エネルギを捨てていることとなる。

そこで、本実施形態では、リリーフバルブ３２４Ａを通ってメイクアップ油圧ライン３２６に流れ込む作動油を、旋回回生用油圧モータ３１０に導いて旋回回生用油圧モータ３１０を駆動し、これにより旋回回生用発電機３００を発電運転して、油圧エネルギを回生電力として回収する。そのために、本実施形態では、油圧ライン３２２Ａに接続油圧ライン３５０が接続されている。

上述のように旋回油圧モータ２１のＢポートの油圧が低下しながら、Ａポートの油圧が上昇していくと、ある時点でＡポートの油圧（すなわち油圧ライン３２２Ａ内の油圧）がＢポートの油圧（すなわち油圧ライン３２２Ｂ内の油圧）より高くなる。すると、油圧ライン３２２Ａに溜まった作動油は、矢印Ａ５で示すように接続油圧ライン３５０及び逆止弁３５２Ａを流れて、逆止弁３５２Ａ，３５２Ｂの間の油圧ライン３５０ａに流れ込む。油圧ライン３５０ａに流れ込んだ作動油は、逆止弁３５２Ｂがあるので油圧ライン３２２Ｂには流れることができず、油圧ライン３５０ａに溜まっていくこととなる。このとき、旋回回生弁３６０は閉じた状態となっており、油圧ライン３５０ａから旋回回生油圧モータ３１０のＢポートに作動油が流れないようになっている。

旋回油圧モータ２１が回転し続けると、油圧ライン３２２Ａ、接続油圧ライン３５０及び油圧ライン３５０ａに溜まった作動油の圧力は次第に上昇し、結局は油圧ライン３２２Ａ内の油圧がリリーフバルブのリリーフ圧を超えるとリリーフバルブ３２２Ａが開き、油圧ライン３２２Ａ内の高圧の作動油はリリーフバルブ３２４Ａを通ってメイクアップ油圧ライン３２６に流れ込むこととなる。

そこで、本実施形態では、圧力センサ３４０Ａで検出した油圧ライン３２２Ａ内の油圧が、リリーフバルブ３２４Ａのリリーフ圧（最大リリーフ圧）より低い所定の閾値（第１の閾値ＴＨ１）となったら、油圧アクチュエータ３６２を作動させて旋回回生弁３６０を切り替えて開いた状態とし、油圧ライン３５０ａ内の高圧の作動油が旋回回生用油圧ポンプ３１０のＢポートに流れるようにする。これにより、旋回油圧モータ２１のＡポートから吐出される高圧の作動油の大部分は、矢印Ａ５，Ａ６で示すように、接続油圧ライン２５０、逆止弁３５２Ａ、油圧ライン３５０ａ、及び旋回回生弁３６０を通って旋回回生油圧モータ３１０に供給されることとなる。

旋回回生油圧モータ３１０のＢポートに供給された高圧の作動油は、旋回回生油圧モータ３１０を駆動して低圧の作動油となり、Ａポートから排出される。旋回回生油圧モータ３１０のＢポートから排出された低圧の作動油は、矢印Ａ７で示すように、旋回回生弁３６０を通って、リリーフ弁３２４Ａとリリーフ弁３２４Ｂとの間のメイクアップ油圧ライン３２６に流れる。

以上のように、旋回減速時には、圧力センサ３４０Ａが検出した油圧が第１の閾値ＴＨ１を超えたら旋回回生弁３６０が切り替えられて高圧の作動油が旋回回生用油圧モータ３１０に供給される。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０が駆動されて旋回回生発電機３００が発電運転を行い、得られた電力が蓄電系１２０に供給される。

次に、旋回回生弁３６０の切替制御及び旋回回生発電機３００の動作制御について説明する。図６は、コントローラ３０が行なう、旋回回生弁３６０の切替制御及び旋回回生発電機３００の動作制御を示す制御ブロック図である。

まず、旋回回生弁３６０の切替制御について説明する。旋回回生弁３６０の切替制御では、まず、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力とＢポートの圧力を検出する。そして、最大選択部４０１は、２つの検出値を比較して大きい方を選択する。旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力とＢポートの圧力は、圧力センサ３４０Ａと圧力センサ３４０Ｂで検出する圧力に相当する。

ここで、図４に示す旋回加速時には、高圧の作動油が旋回油圧モータ２１のＢポートに供給され、低圧の作動油となってＡポートから排出される。したがって、旋回油圧モータ２１が図４に示す方向に回転する場合で、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力のほうがＡポートの圧力より大きい場合は、旋回油圧モータ２１は、加速中であると判定することができる。一方、旋回油圧モータ２１が図５に示す方向に回転する場合で、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力のほうがＢポートの圧力より大きい場合は、旋回油圧モータ２１は減速中であると判定することができる。

旋回油圧モータ２１の回転方向は、上部旋回体３の旋回方向により決まる。したがって、例えば操作装置２６でのレバー操作を検出することで、現在、上部旋回体３がどちらの方向に旋回しているかを判定することができ、これにより旋回油圧モータ２１がどちらの方向に回転しているかを判定することができる。

そこで、旋回油圧モータ２１の回転方向に基づいて、例えば旋回油圧モータ２１が図４に示す方向に回転していると判定され、且つＢポートの圧力のほうがＡポートの圧力より大きい場合は旋回加速中であると判定される。そして、閾値比較部４０２は、最大選択部４０１が選択したＢポートの圧力と第１の閾値ＴＨ１とを比較する。そして、圧力センサ３４０Ｂが検出したＢポートの圧力が、リリーフ最大圧よりやや低めの値に設定された第１の閾値ＴＨ１を超えたら、閾値比較部４０２は、リリーフバルブ３２４Ｂが開いていると判定して、旋回回生弁開口信号を油圧アクチュエータ３２６に供給する。これにより、旋回回生弁３６０は開いた状態に切り替えられ、旋回回生用油圧モータ３１０が駆動され、旋回回生が行なわれる。

一方、例えば旋回油圧モータ２１が図５に示す方向に回転していると判定され、且つＡポートの圧力のほうがＢポートの圧力より大きい場合は、旋回減速中であると判定される。そして、閾値比較部４０２は、圧力センサ３４０Ａが検出したＡポートの圧力と第１の閾値ＴＨ１とを比較する。そして、圧力センサ３４０Ａが検出した圧力が第１の閾値ＴＨ１を超えたら、閾値比較部４０２は、リリーフバルブ３２４Ａが開いていると判定して、旋回回生弁開口信号を油圧アクチュエータ３２６に供給する。これにより、旋回回生弁３６０は開いた状態に切り替えられ、旋回回生用油圧モータ３１０が駆動され、旋回回生が行なわれる。

ここで、第１の閾値ＴＨ１は、リリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂのリリーフ圧（最大リリーフ圧）より小さな値に設定される。リリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂのリリーフ圧とは、リリーフ最大圧であり、実際はリリーフ最大圧よりも低い圧力でリリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂは開き始める。すなわち、リリーフ圧（リリーフ最大圧）となるときには、リリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂは完全に開いている状態であり、すでに多量の作動油がリリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂから放出されている。そこで、本実施形態では、第１の閾値ＴＨ１をリリーフ圧より低い値に設定し、リリーフバルブ３２４Ａ，３２４Ｂが開き始めた時点の近くから旋回回生弁３６０を切り替えるようにしている。

上述のように旋回回生弁開口信号が油圧アクチュエータ３２６に対して出力されると、油圧アクチュエータ３２６が作動して旋回回生弁３６０を開いた状態に切り替える。これにより旋回回生用油圧モータ３１０に油圧が供給されて回転し始め、旋回回生用発電機３００も回転し始める。

ここで、旋回回生用発電機３００は、発電運転を行なわないときには、出力トルクはゼロとする必要があるので、ゼロトルク制御に基づいてより制御される。すなわち、旋回回生用発電機３００による発電を行なわないときには、旋回回生用発電機３００には０トルク指令が入力されており、旋回回生用発電機３００は停止しているか、あるいは回転していても空回りしている状態となる。

例えば図４に示すように旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに油圧が供給されて回転しているときには、旋回回生用発電機３００は発電運転を行なうことができる状態である。そこで、旋回回生用発電機３００を発電運転状態に切り替える必要がある。旋回回生用発電機３００が発電運転を行なうときには、旋回回生用発電機３００を速度制御する必要があり、旋回回生用発電機３００の制御をゼロトルク制御から速度制御に切り替える必要がある。

そこで、図６に示すように、発電判定部４０３は、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力とＡポートの圧力のいずれか大きい方の圧力を監視し、大きい方の圧力が所定の閾値（第２の閾値ＴＨ２）を超えたら、旋回油圧モータ２１が油圧駆動されており旋回回生用発電機３００により発電できる状態であると判定して、旋回回生用発電機３００の制御をゼロトルク制御から速度制御に切り替えるための切替信号を出力する。

すなわち、発電判定部４０３は、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力とＡポートの圧力のいずれか大きい方の圧力が、閾値ＴＨ２以下の場合は"０"信号を出力し、閾値ＴＨ２を超えている場合は"１"信号を出力する。そして、制御切替部４０８は、発電判定部４０３からの信号が"０"信号である場合は（すなわち、旋回回生弁３６０が閉じられ状態）、旋回回生用発電機３００がゼロトルク制御で制御されるように、０トルク制御部４０６からの信号に切り替える。一方、発電判定部４０３からの信号が"１"信号である場合は、制御切替部４０８は、旋回回生用発電機３００が速度制御で制御されるように、速度制御部４０７からの信号に切り替える。０トルク制御部４０６からの信号、又は速度制御部４０７からの信号は、制限器４０９に供給される。

ここで、第２の閾値ＴＨ２は、上述の第１の閾値ＴＨ１より僅かに低い値とすることが好ましい。旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力とＡポートの圧力のいずれか大きい方の圧力が第１の閾値ＴＨ１となると、上述のように旋回回生用油圧モータ３１０が回転を始め、これにより旋回回生用発電機３００も回転し始める。したがって、この時点ではすでに旋回回生用発電機３００が速度制御されている状態に切り替えておくことが好ましい。そこで、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力とＡポートの圧力のいずれか大きい方の圧力が、第１の閾値ＴＨ１より低い第２の閾値ＴＨ２となった時点で、ゼロトルク制御から速度制御に切り替えておくことで、旋回回生用発電機３００が回転し始める直前に速度制御に切り替えておくことができる。旋回回生用発電機３００が回転し始めると速度制御による発電制御が始まるので、切替制御と発電制御の開始とが同時に行なわれたときに制御が不安定となるおそれがあるが、旋回回生用発電機３００が回転し始める直前に速度制御に切り替えておくことにより、このような制御上の問題を回避することができる。

一方、旋回回生用発電機３００の速度制御では、旋回回生用発電機３００が回転し始めた時点から、旋回回生用発電機３００に速度指令を与えて旋回回生用発電機３００の回転速度を制御することにより発電制御を行なう。したがって、速度制御では、まず、速度指令算出部４０４は、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力とＡポートの圧力のいずれか大きい方の圧力が第１の閾値ＴＨ１となった時点で適当な速度値を算出し、減算部４０５に出力する。ここで、速度指令算出部４０４が生成する速度値（指令値）は段階状に与えられ、例えば、最大速度のＮ％に設定される。減算部４０５は、速度指令算出部４０４から供給された速度値から、旋回回生用発電機３００の速度を検出した速度値を減算して求めた速度値を速度制御部４０７に供給する。速度制御部４０７は、減算部４０５から供給される速度値を、旋回回生用発電機３００の速度指令値として設定する。したがって、制御切替部４０８が速度制御に切り替えられたときには、速度制御部４０７からの速度指令値が、制限器４０９に供給される。制限器４０９からは、減算部４０５での算出された速度偏差、すなわち、速度指令値が正の値の場合に、０の発電機制御電流指令値が出力される。また、速度指令値が負の値の場合には、速度指令値に対応した発電機制御電流指令値が制限器４０９より出力される。すなわち、発電機制御電流指令値は、速度指令値の符号に応じて制限器４０９により制限される。

このように、旋回回生用発電機３００の回転速度が予め設定された速度指令（回転数：Ｎ％）に達した時点で発電が開始され、予め設定された速度指令（回転速度）が維持されるように発電量を制御する。すなわち、旋回回生用発電機３００の回転速度が予め設定された速度指令（回転速度）を維持するように、旋回回生用発電機３００から出力される電流値を制御する。

以上のように旋回回生弁３６０の切替制御と旋回回生用発電機３００の発電制御を行なうことで、旋回加速時及び旋回減速時にリリーフバルブから放出されるべき油圧を旋回回生用油圧モータ３１０に導き、旋回回生用発電機３００により発電を行なって旋回回生電力を得ることができる。

次に、上述のように旋回回生用発電機３００により旋回回生電力を得る際の各部の動作について図７を参照しながら説明する。

ハイブリッド式ショベルの上部旋回体３がブーム上げ右旋回を行ない、その後ブーム下げ左旋回を行なった場合について説明する。まず、時刻ｔ１において上部旋回体３が右旋回方向に加速し始め、図７（ａ）に示すように、旋回速度は次第に大きくなる（右旋回速度を正の値とする）。上部旋回体３が目標旋回停止位置に近づくと、時刻ｔ２において減速が開始され、旋回速度は次第に小さくなり、時刻ｔ６において上部旋回体３の旋回運動は停止する。

以上の右旋回動作の際、旋回油圧モータ２１のＢポートでの圧力とＡポートでの圧力は以下のように変化する。まず、旋回加速が開始された時刻ｔ１では、コントロールバルブ１７が開いて高圧の作動油が油圧ライン３２２Ｂに供給され、高圧の作動油は旋回油圧モータ２１のＢポートに流れるため、図７（ｂ）の点線で示すように、Ｂポートの圧力が急激に上昇する。ブーム上げ旋回動作では、旋回とともにブーム上げが行なわれるため、ブーム上げに油圧が使用されるので、コントロールバルブ１７から油圧ライン３２２Ｂに供給される作動油の量はそれほど多く無く、Ｂポートの圧力は第２の閾値ＴＨ２を超えない程度である。ただし、多量の高圧の作動油が油圧ライン３２２Ｂに供給された場合は、Ｂポートの圧力が第２の閾値ＴＨ２及び第１の閾値ＴＨ１を超える場合もあり得る。そのような場合には、旋回回生用油圧モータ３１０に高圧の作動油が供給され、後述のように旋回回生が行なわれることもある。ここで、旋回回生弁３６０にはチェック弁が備えられているので、Ｂポート圧力が第１の閾値ＴＨ１に到達するまでは、旋回回生用油圧モータ３１０への作動油の供給が防止される。このため、高圧の作動油を旋回油圧モータ２１へ供給することができる。

時刻ｔ２より手前で旋回加速は停止され、旋回減速が開始される。旋回減速が開始されると、油圧ライン３２２Ｂに供給されていた高圧の作動油の供給は停止され、図７（ｂ）の点線で示すように、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力は低下し、時刻ｔ２において所定の低圧（メイクアップ圧力）となる。一方、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力は、図７（ｂ）の実線で示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間はメイクアップ圧であるが、旋回減速が開始されてコントロールバルブ１７が閉じられるため、旋回油圧モータ２１の速度が低下し始める時刻ｔ２において急激に上昇し、第２の閾値ＴＨ２を超え、さらに第１の閾値ＴＨ２及び第３の閾値ＴＨ３も超えた圧力となる。

時刻ｔ２において旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が上昇して第２の閾値ＴＨ２を超えると、発電判定部４０３から信号"１"が制御切替部４０４に出力され、旋回回生用発電機３００の制御がゼロトルク制御から速度制御に切り替えられる。旋回回生用発電機３００の制御がゼロトルク制御から速度制御に切り替えられると、図７（ｄ）の点線で示すように、旋回回生用発電機３００の速度指令値（回転数指令値）がゼロから所定の値（Ｎ％）になり、発電を行なう準備が整う。

また、時刻ｔ２において旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が上昇して第１の閾値ＴＨ１を超えると、図７（ｃ）に示すように、閾値比較部４０２から旋回回生弁開口信号が出力され、旋回回生弁３６０が開口する。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに油圧が供給され、旋回回生用油圧モータ３１０が回転を始めて、旋回回生用油圧モータ３１０に連結された旋回回生用発電機３００も回転し始める。

さらに、時刻ｔ２において旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が上昇して第３の閾値ＴＨ３を超えると、速度指令算出部４０４から指令値（Ｎ％）が出力される。ところが、旋回回生用発電機３００の速度は、図７（ｄ）の実線で示すように時刻ｔ２から徐々に上昇していくため、時刻ｔ３までは、速度制御部４０７からの発電指令は発電を指示する負の値にはならない。このため、制限器４０９より出力される発電機制御電流指令値は０となる。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間は、旋回回生用発電機３００は発電することができない。

時刻ｔ３になると、旋回回生用発電機３００の回転数が速度指令算出部４０４からの指令値を上回るようになり、減算部４０５で演算されて速度制御部４０７から出力される速度指令値は負の値となる。そして、速度指令値に応じた発電機制御電流指令値が制限器４０９より出力される。これにより、図７（ｅ）に示すように、時刻ｔ３において旋回回生用発電機３００が発電を開始し、発電電力が得られる。

時刻ｔ２で上昇した旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力は、時刻ｔ３を過ぎて時刻ｔ４となると、第３の閾値ＴＨ３まで下降し、その後、第３の閾値ＴＨ３より僅かに低い閾値ＴＨ１まで下降して、時刻ｔ５まで閾値ＴＨ１を維持する。したがって、時刻ｔ４以降は、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が第３の閾値ＴＨ３より低くなるので、速度指令算出部４０４から出力される指令値はＮ％からゼロに変化する）。これにより、速度制御部４０７から出力される速度指令値は急激に上昇する（負の値が大きくなる）ため、図７（ｅ）に示すように、旋回回生用発電機３００の発電電力は時刻ｔ４において急激に上昇する。

ところが、時刻ｔ４を過ぎてから時刻ｔ５までの間に、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力は減少してゼロになり、これに伴って図７（ｄ）に示すように、旋回回生用発電機３００の回転数は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間に減少し、時刻ｔ５においてゼロとなる。したがって、旋回回生用発電機３００の発電電力は時刻ｔ４において急激に上昇した後時刻ｔ５まで減少し、時刻ｔ５でゼロとなる。

時刻ｔ５を過ぎてから、時刻ｔ６で旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力はゼロとなり、これにより旋回回生用発電機３００が停止して発電電力はゼロとなる。

なお、時刻ｔ２直後は多量の作動油が旋回回生弁３６０を通過して旋回回生モータ３１０に流れようとする。ここで、時刻ｔ４において、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が第３の閾値まで減少すると、速度制御部４０４からの指令値は"０"となる。このため減算部４０５で減算された速度指令値はより小さな値（大きな負の値）となり、制限器４０９より出力される発電機制御電流指令値はより小さな電流値（大きな負の値）となる。このように、第３の閾値まで低下した時点で、油圧旋回回生用発電機３００の回転数をゼロに近くしておくことで、旋回回生用発電機３００の慣性による回転を抑制し、より大きな発電電力を得ることができる。また、仮に、時刻ｔ４において、旋回回生弁３６０が完全に閉じられたときに旋回回生用発電機３００に連結された旋回油圧モータ３１０が大きく回転していると、旋回油圧モータ３１０の入力側（この場合Ｂポート）の圧力が大きく負圧となり、キャビテーションが発生してしまうおそれがある。このため、旋回回生弁３６０を開閉させる閾値よりも、旋回回生用発電機３００を停止させるための閾値を大きくすることで、旋回回生用発電機３００の回転中は、旋回回生弁３６０の開口が維持されるようにすることができる。

その後、時刻ｔ５までは、Ａポートの圧力は第３の閾値と第１の閾値との間の圧力値となる。そして、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が第１の閾値まで減少した時刻ｔ５において、閾値比較部４０２は旋回回生弁開口信号"０"を出力し、旋回回生用発電機３００を速やかに停止させる。

以上で、ブーム上げ右旋回動作による回生電力の取得が終了する。その後、時刻ｔ７において、今度はブーム下げ左旋回動作が行なわれ、この動作においても回生電力の生成が行なわれる。

時刻ｔ７において上部旋回体３が左旋回方向に加速し始め、旋回速度は次第に大きくなる（左旋回速度を負の値とする）。上部旋回体３が目標旋回停止位置に近づくと、時刻ｔ１０の手前において減速が開始され、時刻ｔ１０から旋回速度は次第に小さくなり、時刻ｔ１４において上部旋回体３の旋回運動は停止する。ブーム下げ旋回動作では、ブームを下げる力はブーム４の自重によるところが大きく、コントロールバルブ１７に供給される油圧のほとんどが、旋回動作に用いられる。このため、コントロールバルブ１７から油圧ライン３２２Ａに多量の作動油が供給され、油圧ライン３２２Ａの圧力（すなわち、旋回油圧モータ２１のＡポートに供給される油圧）が急激に上昇してリリーフ弁３２４Ａのリリーフ圧を超えようとする。

ところが、時刻ｔ７において、旋回油圧モータ２１のＡポートに供給される油圧が第１の閾値ＴＨ１を超えると、閾値比較部４０２から旋回回生弁開口指令が出力され、図７（ｃ）に示すように旋回回生弁３６０が開口する。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに油圧が供給され、旋回回生用油圧モータ３１０が回転を始めて、旋回回生用油圧モータ３１０に連結された旋回回生用発電機３００も回転し始める。

また、時刻ｔ７において旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が上昇して第３の閾値ＴＨ３を超えると、速度指令算出部４０４から指令値（Ｎ％）が出力される。ところが、旋回回生用発電機３００の速度は、図７（ｄ）の実線で示すように時刻ｔ７から徐々に上昇していくため、時刻ｔ３までは、速度制御部４０７からの発電指令は発電を指示する負の値にはならない。したがって、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間は、旋回回生用発電機３００は発電することができない。

時刻ｔ８になると、旋回回生用発電機３００の回転数が速度指令算出部４０４からの指令値を上回るようになり、減算部４０５で演算されて速度制御部４０７から出力される速度指令値は負の値となる。これにより、図７（ｅ）に示すように、時刻ｔ３において旋回回生用発電機３００が発電を開始し、発電電力が得られる。

旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力は、時刻ｔ８を過ぎたところから、上昇から下降に転じ、時刻ｔ９を過ぎて時刻１０においてゼロとなる。ここで、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が減少しはじめてから時刻ｔ９になると、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力は第３の閾値にまで減少し、その後さらに減少して第１の閾値に維持される。したがって時刻９において、図７（ｄ）に示すように、速度指令算出部４０４から出力される指令値がＮ％からゼロに切り替わり、そのため、速度制御部４０７から出力される速度指令値は急激に上昇する。これにより、図７（ｅ）に示すように、時刻ｔ９において旋回回生用発電機３００の発電電力は増大し、その後、旋回回生用発電機３００の回転数がゼロとなる時刻ｔ１０の手前で減少して、時刻ｔ１０においてゼロとなる。

なお、時刻ｔ７直後は多量の作動油が旋回回生弁３６０を通過して旋回回生モータ３１０に流れようとする。ここで、時刻ｔ９において旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が第３の閾値となると、速度制御部４０４からの指令値は"０"となる。このため減算部４０５で減算された速度指令値はより小さな値（大きな負の値）となり、制限器４０９より出力される発電機制御電流指令値はより小さな電流値（大きな負の値）となる。このように、第３の閾値まで低下した時点で、油圧旋回回生用発電機３００の回転数をゼロに近くしておくことで、旋回回生用発電機３００の慣性による回転を抑制し、より大きな発電電力を得ることができる。また、仮に、時刻ｔ９において、旋回回生弁３６０が完全に閉じられたときに旋回回生用発電機３００に連結された旋回油圧モータ３１０が大きく回転していると、旋回油圧モータ３１０の入力側（この場合Ｂポート）の圧力が大きく負圧となり、キャビテーションが発生してしまうおそれがある。このため、旋回回生弁３６０を開閉させる閾値よりも、旋回回生用発電機３００を停止させるための閾値を大きくすることで、旋回回生用発電機３００の回転中は、旋回回生弁３６０の開口が維持されるようにすることができる。

その後、時刻ｔ１０までは、Ａポートの圧力は第３の閾値と第１の閾値との間の圧力値となる。そして、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が第１の閾値まで減少した時刻ｔ１０において、閾値比較部４０２は旋回回生弁開口信号"０"を出力し、旋回回生用発電機３００を速やかに停止させる。

なお、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力は、減少していく途中で時刻ｔ１０を過ぎた直後に、第１の閾値に達し、それ以後も低下してゼロになる。したがって、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が、時刻ｔ１０を過ぎた直後に第１の閾値に達した時点で、発電制判定部４０３からの出力される信号が、"０"に切り替わる。これにより、制御切替部４０８は、旋回回生用発電機３００の制御を、速度制御からゼロトルク制御に切替える。ゼロトルク制御では、旋回回生用発電機３００は発電を行なわず、空回りすることができるようになる。

その後、時刻ｔ１１より手前で旋回加速は停止され、旋回減速が開始される。旋回減速が開始されると、油圧ライン３２２Ａに供給されていた高圧の作動油の供給は停止され、図７（ｂ）の点線で示すように、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力は低下し、時刻ｔ１１において所定の低圧（メイクアップ圧力）となる。一方、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力は、図７（ｂ）の実線で示すように、時刻ｔ７から時刻ｔ１１までの間はメイクアップ圧である。ところが、時刻ｔ１１より僅かに手前で旋回減速が開始されてコントロールバルブ１７が閉じられるため、旋回油圧モータ２１の速度が低下し始める時刻ｔ１１において、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力は急激に上昇し、第２の閾値ＴＨ２を超え、さらに第１の閾値ＴＨ２及び第３の閾値ＴＨ３も超えた圧力となる。

ここで、時刻ｔ１１において、旋回油圧モータのＢポートの圧力が急激に上昇して、第２の閾値を超えると、発電判定部４０３から信号"１"が制御切替部４０４に出力され、旋回回生用発電機３００の制御がゼロトルク制御から速度制御に切り替えられる。

旋回回生用発電機３００の制御がゼロトルク制御から速度制御に切り替えられると、図７（ｄ）の点線で示すように、旋回回生用発電機３００の速度指令値（回転数指令値）がゼロから所定の値（Ｎ％）になり、発電を行なう準備が整う。

また、時刻ｔ１１において旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が上昇して第１の閾値ＴＨ１を超えると、図７（ｃ）に示すように、閾値比較部４０２から旋回回生弁開口信号が出力され、旋回回生弁３６０が開口する。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０のＢポートに油圧が供給され、旋回回生用油圧モータ３１０が回転を始めて、旋回回生用油圧モータ３１０に連結された旋回回生用発電機３００も回転し始める。

さらに、時刻ｔ１１において旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が上昇して第３の閾値ＴＨ３を超えると、速度指令算出部４０４から指令値（Ｎ％）が出力される。ところが、旋回回生用発電機３００の速度は、図７（ｄ）の実線で示すように時刻ｔ１１から徐々に上昇していくため、時刻ｔ１２までは、速度制御部４０７からの発電指令は発電を指示する負の値にはならない。したがって、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間は、旋回回生用発電機３００は発電することができない。

時刻ｔ１２になると、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が第１の閾値ＴＨ１ まで下がり、その後時刻ｔ１３まで、Ｂポートの圧力は第１の閾値ＴＨ１を維持する。ここで、上部旋回体３の旋回速度は時刻ｔ１１から減少しているので、旋回回生用発電機３００の速度は、図７（ｄ）の実線で示すように時刻ｔ１２から徐々に下降して時刻ｔ１３においてゼロとなる。

一方、時刻ｔ１１で上昇した旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力は、時刻ｔ１１から減少し始め、時刻ｔ１２となると、閾値ＴＨ３まで下降し、その後、第３の閾値ＴＨ３より僅かに低い第１の閾値ＴＨ１まで下降して、時刻ｔ１３まで第１の閾値ＴＨ１を維持する。したがって、時刻ｔ１２以降は、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が第３の閾値ＴＨ３より低くなるので、速度指令算出部４０４から出力される指令値はＮ％からゼロに変化する。これにより、旋回回生用発電機３００回転数は減少しているのにもかかわらず、速度制御部４０７から出力される速度指令値は急激に上昇する（Ｎ％がゼロとなった分だけ負の値が大きくなる）ため、図７（ｅ）に示すように、旋回回生用発電機３００の発電電力は、時刻ｔ１２において急激に上昇し、その後一定値となってから次第に減少し、上部旋回体３の旋回動作が停止する時刻ｔ１３においてゼロとなる。

なお、時刻ｔ１１直後は多量の作動油が旋回回生弁３６０を通過して旋回回生モータ３１０に流れようとする。ここで、時刻ｔ１２において、旋回油圧モータ２１のＡポートの圧力が第３の閾値となると、速度制御部４０４からの指令値は"０"となる。このため減算部４０５で減算された速度指令値はより小さな値（大きな負の値）となり、制限器４０９より出力される発電機制御電流指令値はより小さな電流値（大きな負の値）となる。このように、第３の閾値まで低下した時点で、油圧旋回回生用発電機３００の回転数をゼロに近くしておくことで、旋回回生用発電機３００の慣性による回転を抑制し、より大きな発電電力を得ることができる。また、仮に、時刻ｔ１２において、旋回回生弁３６０が完全に閉じられたときに旋回回生用発電機３００に連結された旋回油圧モータ３１０が大きく回転していると、旋回油圧モータ３１０の入力側（この場合Ａポート）の圧力が大きく負圧となり、キャビテーションが発生してしまうおそれがある。このため、旋回回生弁３６０を開閉させる閾値よりも、旋回回生用発電機３００を停止させるための閾値を大きくすることで、旋回回生用発電機３００の回転中は、旋回回生弁３６０の開口が維持されるようにすることができる。

その後、時刻ｔ１３までは、Ｂポートの圧力は第３の閾値と第１の閾値との間の圧力値となる。そして、旋回油圧モータ２１のＢポートの圧力が第１の閾値まで減少した時刻ｔ１３において、閾値比較部４０２は旋回回生弁開口信号"０"を出力し、旋回回生用発電機３００を速やかに停止させる。

以上のように、本実施形態によれば、旋回加速時には、圧力センサ３４０Ｂが検出した油圧が第１の閾値ＴＨ１を超えたら旋回回生弁３６０が切り替えられて高圧の作動油が旋回回生用油圧モータ３１０に供給される。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０が駆動されて旋回回生油圧モータ３００が発電運転を行い、得られた電力が蓄電系１２０に供給される。また、旋回加速時には、圧力センサ３４０Ａが検出した油圧が第１の閾値ＴＨ１を超えたら旋回回生弁３６０が切り替えられて高圧の作動油が旋回回生用油圧モータ３１０に供給される。これにより、旋回回生用油圧モータ３１０が駆動されて旋回回生油圧モータ３００が発電運転を行い、得られた電力が蓄電系１２０に供給される。

なお、図３において、旋回回生用油圧モータ３１０への油圧供給が停止されているときに、旋回回生用油圧モータ３１０が空回りできるようにするために、逆止弁３７０を旋回回生用油圧モータ３１０に並列に設けているが、他の構成としてもよい。

図８は、逆止弁３７０の代わりに切替弁３８０を設けた場合の油圧回路の回路図である。切替弁３８０は、旋回回生弁３６０が閉じているときに、旋回回生用油圧モータ３１０のＡポートとＢポートを短絡する切替弁である。旋回回生弁３６０を閉じるために油圧アクチュエータ３６２に供給されるパイロット油圧が切替弁３８０にも供給されて、切替弁３８０は開いた状態となり、旋回回生用油圧モータ３１０のＡポートとＢポートが短絡される。

図９は、逆止弁３７０の代わりに切替弁３８０を設け、且つ旋回回生弁３６０を変更した場合の油圧回路の回路図である。図８と同様に切替弁３８０は、旋回回生弁３６０が閉じているときに、旋回回生用油圧モータ３１０のＡポートとＢポートを短絡する切替弁である。さらに、図９に示す例のように、旋回回生弁３９０が３位置に切替え可能な切替弁で構成することもできる。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
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
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
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
１８Ａ，１８Ｂ インバータ
２１ 旋回油圧モータ
２２ 変速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０Ａ，４０Ｂ 圧力センサ
１２０ 蓄電系
３００ 旋回回生用発電機
３１０ 旋回回生用油圧モータ
３２０ 油圧回路
３２２Ａ，３２２Ｂ 油圧ライン
３２４Ａ，３２４Ｂ リリーフバルブ
３２６ メイクアップ油圧ライン
３２６ａ 油圧ライン
３２８Ａ，３２８Ｂ 逆止弁
３３０ 作動油タンク
３４０Ａ，３４０Ｂ 圧力センサ
３５０ 接続油圧ライン
３５０ａ 油圧ライン
３５２Ａ，３５２Ｂ 逆止弁
３６０ 旋回回生弁
３６２ 油圧アクチュエータ
３７０ 逆止弁
３８０ 切替弁
３９０ 旋回回生弁

Claims (7)

1. 蓄電器からの電力で電動発電機を駆動してエンジンをアシストするハイブリッド型建設機械であって、
   旋回体を駆動する旋回油圧モータと、
   該旋回油圧モータに油圧を供給するための油圧回路と、
   該油圧回路に接続された旋回回生用油圧モータと、
   該油圧回路内の油圧を検出する圧力センサと、
   前記旋回回生用油圧モータにより駆動される旋回回生用発電機と
   を有し、
   前記油圧回路は、前記旋回油圧モータのポートに接続されるリリーフバルブを含み、
   前記圧力センサが、前記リリーフバルブが開き始めた時点近傍の圧力を検出した場合に、
   前記旋回回生用油圧モータに油圧を供給し、前記旋回回生用発電機を駆動して発電した電力を前記蓄電器に蓄えることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
2. 蓄電器からの電力で電動発電機を駆動してエンジンをアシストするハイブリッド型建設機械であって、
   旋回体を駆動する旋回油圧モータと、
   該旋回油圧モータに油圧を供給するための油圧回路と、
   該油圧回路に接続された旋回回生用油圧モータと、
   該油圧回路内の油圧を検出する圧力センサと、
   前記旋回回生用油圧モータにより駆動される旋回回生用発電機と
   を有し、
   前記圧力センサの検出値に基づいて前記旋回回生用油圧モータに油圧を供給し、前記旋回回生用発電機を駆動して発電した電力を前記蓄電器に蓄え、
   前記旋回回生用油圧モータは、前記旋回体の旋回動作を行なわないときには停止しており、旋回加速開始時及び旋回減速開始時に前記油圧回路から油圧が供給されて起動することを特徴とするハイブリッド型建設機械。
3. 請求項１又は２記載のハイブリッド型建設機械であって、
   前記旋回回生用発電機は、発電運転しないときには出力トルクをゼロとするトルク制御で制御されていることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
4. 請求項３記載のハイブリッド型建設機械であって、
   前記旋回回生用発電機の制御は、前記圧力センサの検出値に基づいて、トルク制御から速度制御に切り替えられることを特徴とするハイブリッド型建設機械。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のハイブリッド型建設機械であって、
   前記旋回回生用油圧モータは、旋回回生弁を介して前記油圧回路に接続されており、
   前記圧力センサの検出値に基づいて、前記旋回回生弁を操作して前記旋回回生用油圧モータへの作動油の流れを制御することを特徴とするハイブリッド型建設機械。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のハイブリッド型建設機械であって、
   前記圧力センサは、逆止弁の間の圧力を検出するか、若しくは前記旋回油圧モータのポートにおける圧力を検出することを特徴とするハイブリッド型建設機械。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のハイブリッド型建設機械であって、
   前記旋回回生用発電機の速度制御において、前記旋回回生用発電機の回転速度が予め設定された速度指令に達した時点で発電が開始され、前記予め設定された速度指令で前記回転速度が維持されるように発電量を制御することを特徴とするハイブリッド型建設機械。

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