JP5948704B2 - ハイブリッド式建設機械の動力回生回路 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド式建設機械の動力回生回路に関する。

従来より、エンジン動力と電力とにより動作するハイブリッド式建設機械がある。特許文献１（請求項１、図１）には、アクチュエータ（油圧アクチュエータ）の動力を、回生モータ（油圧モータ）により回生する技術が記載されている。この回生モータは、油圧ポンプの駆動（機械動力回生）と、発電機の駆動（電力回生）と、を行う。

特開２００４−８４４７０号公報

特許文献１に記載の技術では、アクチュエータの動力（以下、「アクチュエータ回生動力」）をより多く回収しようとすると、回生モータの能力（機器スペック）を高くする必要がある。そのため、回生モータのサイズが大きくなるおそれがあり、回生モータのコストが高くなるおそれもある。

また、この回生モータは、エンジン軸に接続されている。そのため、回生モータは、配置の自由度や寸法が制限され、旋回体への搭載性が悪い。そのため、回生モータを大きくすることは困難である。

一方、回生モータの能力を低くすれば、アクチュエータ回生動力を回生モータで十分に回生できないおそれがある。この場合、アクチュエータ回生動力の一部を捨てる（例えば、熱として捨てたり、油をタンクに捨てる）ことになる。そのため、アクチュエータ回生動力の効率的な回生が行えない。

そこで、本発明では、油圧モータ（上記回生モータに対応）のコンパクト化および低コスト化、機器の旋回体への搭載性の向上、及び、アクチュエータ回生動力の回生効率の向上ができる、ハイブリッドショベルの動力回生回路を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッドショベルの動力回生回路は、エンジンの出力軸であるエンジン軸と、油圧アクチュエータと、前記エンジン軸および前記油圧アクチュエータに接続される第１油圧モータと、前記油圧アクチュエータに接続され、第１油圧モータとは別に設けられる第２油圧モータと、前記第２油圧モータに接続される発電機と、を備える。前記第１油圧モータは、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動されて前記エンジン軸に動力を伝えることで、アクチュエータ回生動力を機械動力として回生可能に構成される。前記第２油圧モータは、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動されて前記発電機を駆動することで、前記アクチュエータ回生動力を電力として回生可能に構成される。前記アクチュエータ回生動力が前記第１油圧モータによる回生可能動力以下の場合、前記第１油圧モータが前記アクチュエータ回生動力を回生する。前記アクチュエータ回生動力が前記第１油圧モータによる前記回生可能動力より大きい場合、前記第１油圧モータは、前記アクチュエータ回生動力を前記回生可能動力分だけ回生するとともに、前記第２油圧モータは、前記回生可能動力に対する前記アクチュエータ回生動力の超過分を回生する。

上記構成により、第１油圧モータのコンパクト化および低コスト化、機器の旋回体への搭載性の向上、及び、アクチュエータ回生動力の回生効率の向上ができる。

第１実施形態の動力回生回路のブロック図である。 図１に示す動力回生回路の動作のフローチャートである。 第２実施形態の図１相当図である。

（第１実施形態）
図１〜図２を参照して第１実施形態の動力回生回路１について説明する。動力回生回路１はハイブリッド式建設機械（図示なし）が備える回路である。

ハイブリッド式建設機械（以下、単に「建設機械」ともいう）は、図１に示すエンジン１５の動力および蓄電装置２０に蓄えられた電力により駆動される。建設機械は、例えばショベル等である。建設機械は、下部本体（下部走行体、図示なし）と、旋回体Ａと、アタッチメント（図示なし）と、を備える。旋回体Ａは、下部本体に旋回可能に搭載される。アタッチメントは、旋回体Ａに取り付けられ、旋回体Ａに対して可動である。建設機械がショベルの場合、アタッチメントは、例えば、ブームＢと、アーム（図示なし）と、バケット（図示なし）と、を備える。ブームＢは、旋回体Ａに対して上げ下げ（起伏）可能に、旋回体Ａに取り付けられる。

動力回生回路１は、油圧アクチュエータ１１の動力（アクチュエータ回生動力）を回生する。動力回生回路１は、油圧アクチュエータ１１と、回生対象外油圧アクチュエータ１３と、エンジン１５と、電気機器類２０〜３３と、油圧機器類４１〜６７と、コントローラ７０と、を備える。

油圧アクチュエータ１１は、動力回生の対象である「回生対象動作」を行う。油圧アクチュエータ１１は、動力回生の対象ではない「回生対象外動作」を行ってもよい。以下、特に断らない限り、油圧アクチュエータ１１が回生対象動作を行う場合について説明する。油圧アクチュエータ１１は、入口１１ｉと、出口１１ｏと、を備える。入口１１ｉは、作動油が供給される側（メータイン側）のポートである。出口１１ｏは、作動油が排出される側（メータアウト側）のポートである。油圧アクチュエータ１１は、油圧シリンダ、又は油圧モータ等である。例えば、油圧アクチュエータ１１は、ブームＢを上げ下げするブームシリンダである。この場合、回生対象動作はブームＢ下げ動作（ブームＢの位置エネルギーが減少する動作）である。回生対象外動作はブームＢ上げ動作である。油圧アクチュエータ１１は、片ロッド式である（両ロッド式でもよい）。油圧アクチュエータ１１は、ロッド側油室１１ｒ（ロッドが出ている側の油室）と、ヘッド側油室１１ｈ（ロッドが出ていない側の油室）と、を備える。ロッド側油室１１ｒは、入口１１ｉと連通する。ヘッド側油室１１ｈは、出口１１ｏと連通する。

回生対象外油圧アクチュエータ１３は、動力回生の対象外のアクチュエータである。回生対象外油圧アクチュエータ１３は、油圧シリンダ、又は油圧モータ等である。回生対象外油圧アクチュエータ１３は、例えば、アーム（図示なし）やバケット（図示なし）等を駆動する。

エンジン１５は、出力軸であるエンジン軸１５ａを備える。

電気機器類２０〜３３には、蓄電装置２０と、第１回転電機２１と、第２回転電機２２（発電機）と、第３回転電機２３と、第１インバータ３１と、第２インバータ３２と、第３インバータ３３と、がある。

蓄電装置２０は、第１回転電機２１及び第３回転電機２３に電力を供給する。蓄電装置２０には、第１回転電機２１、第２回転電機２２、及び第３回転電機２３それぞれの発電電力が充電される（発電電力を吸収して蓄える）。

第１回転電機２１は、エンジン軸１５ａに接続される。第１回転電機２１は、電動機動作および発電機動作が可能な発電電動機である。
（電動機動作）第１回転電機２１は、電動機動作をすることで、エンジン１５の動力をアシストする。第１回転電機２１は、エンジン１５の動力に対して第１油圧ポンプ４１（後述）の負荷が大きいときに、電動機動作をする。具体的には、第１回転電機２１は、蓄電装置２０の放電電力により駆動されて、エンジン軸１５ａを駆動する。
（発電機動作）第１回転電機２１は、発電機動作をすることで、エンジン１５の動力を回生する。第１回転電機２１は、エンジン１５の動力に対して第１油圧ポンプ４１の負荷が小さいときに、発電機動作をする。具体的には、第１回転電機２１は、エンジン軸１５ａを介してエンジン１５に駆動されて、発電電力を蓄電装置２０に供給する。

第２回転電機２２（発電機）は、第２油圧モータ５５（後述）に接続される。第２回転電機２２の機能の詳細は後述する。

第３回転電機２３は、旋回体Ａに接続される発電電動機である。第３回転電機２３は、電動機動作をすることで、旋回体Ａを駆動する（旋回させる）。第３回転電機２３は、発電機動作をすることで、旋回体Ａの制動エネルギー（運動エネルギー）を電力回生する。具体的には、第３回転電機２３は、制動時の旋回体Ａに駆動されて、発電電力を蓄電装置２０に供給する。

第１インバータ３１、第２インバータ３２、及び、第３インバータ３３それぞれは、直流と交流との電力の変換をする装置である。第１インバータ３１は、第１回転電機２１と蓄電装置２０との間に設けられる。第２インバータ３２は、第２回転電機２２と蓄電装置２０との間に設けられる。第３インバータ３３は、第３回転電機２３と蓄電装置２０との間に設けられる。

油圧機器類４１〜６７には、第１油圧機器類４１〜４７と、第２油圧機器類５５〜５９と、第３制御弁６７と、がある。

第１油圧機器類４１〜４７には、第１油圧ポンプ４１と、コントロールバルブ４３と、第１油圧モータ４５と、第１制御弁４７と、がある。

第１油圧ポンプ４１は、エンジン軸１５ａに接続される。第１油圧ポンプ４１は、エンジン１５に駆動される。第１油圧ポンプ４１は、第１油圧ポンプ４１の負荷の大きさの条件等に応じて、第１回転電機２１に駆動される。第１油圧ポンプ４１は、第１油圧モータ４５での機械動力回生時（後述）に、第１油圧モータ４５に駆動される。第１油圧ポンプ４１は、例えば複数（図１では２つ）設けられる（１つでもよい）。第１油圧ポンプ４１は、油圧アクチュエータ１１（入口１１ｉ）、及び、回生対象外油圧アクチュエータ１３に、各アクチュエータの駆動に必要な流量の作動油を供給する。

コントロールバルブ４３は、油圧アクチュエータ１１及び回生対象外油圧アクチュエータ１３と、第１油圧ポンプ４１と、の間に設けられる。コントロールバルブ４３は、第１油圧ポンプ４１の吐出油を、油圧アクチュエータ１１及び回生対象外油圧アクチュエータ１３に分配する。コントロールバルブ４３は、作動油の流量や方向を制御する。

第１油圧モータ４５は、エンジン軸１５ａおよび油圧アクチュエータ１１に接続される。第１油圧モータ４５は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏ（ブームＢを下げたときのメータアウト側）に接続される。第１油圧モータ４５は、可変容量型である。第１油圧モータ４５の容量は、第１油圧モータ４５に供給される作動油の流量に応じて制御される。

この第１油圧モータ４５等は、次のように配置される。エンジン軸１５ａに接続される機器、すなわち、第１回転電機２１、第１油圧ポンプ４１、及び第１油圧モータ４５を、「エンジン軸接続機器２１・４１・４５」とする。エンジン軸接続機器２１・４１・４５及びエンジン１５は、一か所にまとまって配置される（まとまった状態で旋回体Ａ内に組み込まれる）。エンジン軸接続機器２１・４１・４５は、例えば図１に示すように、エンジン軸１５ａと同軸に（直列的に）配置される。エンジン軸接続機器２１・４１・４５の少なくとも一部は、例えば、図示しないギア等（例えばパワーデバイダ等）を介して、並列的に配置されてもよい。

第１制御弁４７は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏと、第１油圧モータ４５と、の間に設けられる。第１制御弁４７は、出口１１ｏから第１油圧モータ４５に供給される作動油の流量を制御する。第１制御弁４７は、例えば絞り弁（バルブ絞り）である。第１制御弁４７は、例えば流路を開く又は閉じる機能のみ備えたオンオフ弁でもよい。なお、後述する第２制御弁５７、第３制御弁６７、及び第４制御弁１４３も、第１制御弁４７と同様に、例えば絞り弁やオンオフ弁等である。

第２油圧機器類５５〜５９には、第２油圧モータ５５と、第２制御弁５７と、圧力センサ５９と、がある。

第２油圧モータ５５は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏ（ブームＢを下げたときのメータアウト側）に接続される。第２油圧モータ５５は、エンジン軸１５ａには接続されない。第２油圧モータ５５は、可変容量型である（固定容量型でもよい）。第２油圧モータ５５に供給される作動油の流量に応じて、第２油圧モータ５５の容量および第２回転電機２２の回転数のうち少なくともいずれかが制御される。なお、第２油圧モータ５５および第２回転電機２２を一体として、電気／油圧回生ユニットを構成してもよい。

第２制御弁５７は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏと、第２油圧モータ５５との間に設けられる。第２制御弁５７は、出口１１ｏから第２油圧モータ５５に供給される作動油の流量を制御する。

圧力センサ５９は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏの油圧を検出する。圧力センサ５９は、第１制御弁４７、第２制御弁５７、及び第３制御弁６７よりも、出口１１ｏ側に設けられる。

第３制御弁６７は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏと、タンクＴとの間に設けられる。第３制御弁６７は、出口１１ｏからタンクＴに流れる油の流量を制御する。

コントローラ７０は、各種信号の入出力および演算などを行う。コントローラ７０は、油圧アクチュエータ１１の動力（アクチュエータ回生動力）に応じて、第１制御弁４７、第２制御弁５７、及び第３制御弁６７を制御する。コントローラ７０には、圧力センサ５９の検出結果、エンジン軸１５ａの回転数、第１油圧モータ４５の容量などの情報が入力される。

（第１油圧モータ４５及び第２油圧モータ５５の動力回生動作）
次に、第１油圧モータ４５及び第２油圧モータ５５による、アクチュエータ回生動力の回生の動作を説明する。

第１油圧モータ４５は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏから吐出される作動油（戻り油）により駆動されて、エンジン軸１５ａに動力を伝える（エンジン軸１５ａを直接駆動する）。これにより、第１油圧モータ４５は、アクチュエータ回生動力を機械動力として回生する。そして、第１油圧ポンプ４１は、この回生された機械動力により駆動される。

第２油圧モータ５５は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏから吐出される作動油（戻り油）により駆動されて、第２回転電機２２を駆動する（発電させる）。そして、第２回転電機２２は、発電電力を第２インバータ３２を介して蓄電装置２０に供給する。これにより、第２油圧モータ５５は、第２回転電機２２を介して、アクチュエータ回生動力を電力として回生する。

（アクチュエータ回生動力の分配制御）
図２に、アクチュエータ回生動力の分配制御のフローチャートを示す。以下、上述した動力回生回路１の各構成要素については図１を参照して説明し、後述する各ステップＳ１〜Ｓ３９については図２を参照して説明する。

アクチュエータ回生動力Ｐ１（図２では「回生動力Ｐ１」と記載）は、第２油圧モータ５５に対して、第１油圧モータ４５で優先して回生される。アクチュエータ回生動力Ｐ１の分配の概要は次の通りである。
（ａ）アクチュエータ回生動力Ｐ１が第１油圧モータ４５による回生可能動力Ｐ２以下の場合（Ｓ７でＹＥＳ）、第１油圧モータ４５がアクチュエータ回生動力Ｐ１を回生する。
（ｂ）アクチュエータ回生動力Ｐ１が第１油圧モータ４５による回生可能動力Ｐ２より大きい場合（Ｓ７でＮＯ）、次の（ｂ１）及び（ｂ２）の動作が行われる。（ｂ１）第１油圧モータ４５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を回生可能動力Ｐ２分だけ回生する（Ｓ２０）。（ｂ２）第２油圧モータ５５は、回生可能動力Ｐ２に対するアクチュエータ回生動力Ｐ１の超過分（回生余剰動力Ｐ３）を回生する（Ｓ２９、Ｓ３０）。
（ｃ）回生余剰動力Ｐ３が第２油圧モータ５５による回生可能動力Ｐ４より大きい場合（Ｓ２７でＮＯ）、第３制御弁６７は、回生可能動力Ｐ４に対する回生余剰動力Ｐ３の超過分（回生余剰動力Ｐ５）を損失させる。以下、詳細を説明する。

ステップＳ１では、油圧アクチュエータ１１が回生対象動作をしていることが検出される。具体的には、ブームＢを下げるレバー操作が行われたことが検出される。次にステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、アクチュエータ回生動力Ｐ１が算出される。この算出は、コントローラ７０により行われる（以下の算出や判定についても同様）。具体的には、アクチュエータ回生動力Ｐ１は、次の（式１）から算出される。
Ｐ１＝Ｑｈ×ｐ （式１）
ｐは、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏの圧力である。圧力ｐは、圧力センサ５９で検出される。
Ｑｈは、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏ（ヘッド側油室１１ｈ）から吐出される作動油（戻り油）の流量である。流量Ｑｈは、流量センサ（図示なし）等により直接検出されてもよく、間接的に算出されてもよい。例えば、流量Ｑｈは、油圧アクチュエータ１１の動作速度と、ヘッド側油室１１ｈの断面積と、の積から算出されてもよい。次に、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、第１油圧モータ４５での回生可能動力Ｐ２（第１回生可能動力）が算出される。回生可能動力Ｐ２は、次に述べる第１回生能力Ｐ２’及び消費動力Ｐ２’’のうち、小さいほうの動力（低位選択した動力）である。

第１回生能力Ｐ２’は、第１油圧モータ４５自体の回生可能動力であり、次の（式２）から算出される。
Ｐ２’＝ｑ１ｍａｘ×Ｎ１×ｐ （式２）
ｑ１ｍａｘは、第１油圧モータ４５の容量の最大値（傾転の制御最大値）である。
Ｎ１は、第１油圧モータ４５の回転数（エンジン軸１５ａの回転数）である。
ｐは、上述したように、油圧アクチュエータ１１の戻り油の圧力である。

消費動力Ｐ２’’は、エンジン軸１５ａに接続された機器で消費される動力である。具体的には、消費動力Ｐ２’’は、第１油圧ポンプ４１や、補機類（図示なし）で消費される動力である。なお、第１回転電機２１による消費動力は、ゼロとすることが好ましい（後述）。

ステップＳ７では、アクチュエータ回生動力Ｐ１が、回生可能動力Ｐ２以下であるか否かが判定される。Ｐ１≦Ｐ２（ＹＥＳ）の場合は、ステップＳ１９に進む。Ｐ１＞Ｐ２（ＮＯ）の場合は、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１９では、アクチュエータ回生動力Ｐ１の全量が第１油圧モータ４５により回生される。第２油圧モータ５５（及び第２回転電機２２）は、アクチュエータ回生動力Ｐ１の回生を行わない。具体的には、第１制御弁４７が開かれるとともに、第２制御弁５７及び第３制御弁６７が閉じられる。その結果、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏからの吐出油の全量が第１油圧モータ４５に供給される。上記の弁の開閉の指令は、コントローラ７０により行われる（以下、弁の開閉について同様）。

ステップＳ２０では、第１油圧モータ４５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１の回生を回生可能動力Ｐ２分だけ行う（部分回生する）。
ステップＳ１９及びＳ２０では、第１油圧モータ４５は、機械動力回生のみ行い、電力回生を行わないことが好ましい。具体的には、第１油圧モータ４５は、第１回転電機２１を発電機駆動させないことが好ましい。第１油圧モータ４５及び第１回転電機２１による電力回生量を小さくするほど、第１回転電機２１での機械動力から電力への変換の際のエネルギ損失を抑制できる。次に、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、回生余剰動力Ｐ３（第１回生余剰動力）が算出される。回生余剰動力Ｐ３は、第１油圧モータ４５による回生可能動力Ｐ２に対する、アクチュエータ回生動力Ｐ１の超過分である。すなわち「Ｐ３＝Ｐ１−Ｐ２」である。次に、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２５では、第２油圧モータ５５及び第２回転電機２２での回生可能動力Ｐ４（第２回生可能動力）が算出される。回生可能動力Ｐ４は、次に述べる第２回生能力Ｐ４’及び放電可能電力Ｐ４’’のうち、小さいほうの動力又は電力（低位選択した動力又は電力）である。

第２回生能力Ｐ４’は、第２油圧モータ５５自体の回生可能動力であり、次の（式３）から算出される。
Ｐ４’＝ｑ２ｍａｘ×Ｎ２×ｐ （式３）
ｑ２ｍａｘは、第２油圧モータ５５の容量の最大値（傾転の制御最大値）である。
Ｎ２は、第２油圧モータ５５の回転数（第２回転電機２２の回転数）である。
なお、「ｑ２ｍａｘ×Ｎ２」は、第２油圧モータ５５と第２回転電機２２とを備える電気／油圧回生ユニットでの最大流量である。
ｐは、上述したように、油圧アクチュエータ１１の戻り油の圧力である。

放電可能電力Ｐ４’’は、第２回転電機２２の放電可能電力である。放電可能電力Ｐ４’’は、第１回転電機２１及び第３回転電機２３の負荷（消費電力）と、蓄電装置２０の充電可能電力との和である。但し、この和よりも第２回転電機２２自体の能力（発電能力Ｐ４’’’）が小さい場合、放電可能電力Ｐ４’’は、発電能力Ｐ４’’’となる。次に、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２７では、回生余剰動力Ｐ３が回生可能電力Ｐ４以下であるか否かが判定される。Ｐ３≦Ｐ４（ＹＥＳ）の場合は、ステップＳ２９に進む。Ｐ３＞Ｐ４（ＮＯ）の場合は、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ２９では、第２油圧モータ５５及び第２回転電機２２により、回生余剰動力Ｐ３が全量回生される。具体的には、第２制御弁５７が開かれるとともに、第３制御弁６７が閉じられる。なお、上述したように第１制御弁４７は開かれる。その結果、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏからの吐出油は、第１油圧モータ４５及び第２油圧モータ５５に供給され、第３制御弁６７側には流れない。

ステップＳ３０では、第２油圧モータ５５及び第２回転電機２２は、回生余剰動力Ｐ３の回生を回生可能動力Ｐ４分だけ行う（部分回生する）。次にステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、回生余剰動力Ｐ５（第２回生余剰動力）が算出される。回生余剰動力Ｐ５は、回生可能動力Ｐ４に対する、回生余剰動力Ｐ３の超過分である。すなわち、「Ｐ５＝Ｐ３−Ｐ４」である。次にステップＳ３９に進む。

ステップＳ３９では、第３制御弁６７により回生余剰動力Ｐ５が損失させられる。例えば、回生余剰動力Ｐ５に応じて第３制御弁６７を絞り、回生余剰動力Ｐ５を熱損失させる。

（効果１）
次に、図１に示す動力回生回路１による効果を説明する。
［構成１ａ］動力回生回路１は、エンジン１５の出力軸であるエンジン軸１５ａと、油圧アクチュエータ１１と、エンジン軸１５ａおよび油圧アクチュエータ１１に接続される第１油圧モータ４５と、油圧アクチュエータ１１に接続され第１油圧モータ４５とは別に設けられる第２油圧モータ５５と、第２油圧モータ５５に接続される第２回転電機２２と、を備える。
［構成１ｂ］第１油圧モータ４５は、油圧アクチュエータ１１からの戻り油により駆動されてエンジン軸１５ａに動力を伝えることで、アクチュエータ回生動力Ｐ１を機械動力として回生可能に構成される。第２油圧モータ５５は、油圧アクチュエータ１１からの戻り油により駆動されて第２回転電機２２を駆動することで、アクチュエータ回生動力Ｐ１を電力として回生可能に構成される。
［構成１ｃ］アクチュエータ回生動力Ｐ１が第１油圧モータ４５による回生可能動力Ｐ２以下の場合（図２のＳ７でＹＥＳ）、第１油圧モータ４５がアクチュエータ回生動力Ｐ１を回生する（Ｓ１９）。アクチュエータ回生動力Ｐ１が第１油圧モータ４５による回生可能動力Ｐ２より大きい場合（Ｓ７でＮＯ）、第１油圧モータ４５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を回生可能動力Ｐ２分だけ回生するとともに（Ｓ２０）、第２油圧モータ５５は、回生可能動力Ｐ２に対するアクチュエータ回生動力Ｐ１の超過分（回生余剰動力Ｐ３）を回生する（Ｓ２９、Ｓ３０）。

（効果１−１：第１油圧モータ４５のコンパクト化等）
第１油圧モータ４５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を機械動力として回生可能に構成される。第２油圧モータ５５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を電力として回生可能に構成される。第２油圧モータ５５は、第１油圧モータ４５とは別に設けられる。
よって、１つの回生モータ（第１油圧モータ４５）のみで、アクチュエータ回生動力Ｐ１の機械動力回生および電力回生の両方を行う場合に比べ、第１油圧モータ４５の必要能力（機器スペック）を低くできる。その結果、第１油圧モータ４５のコンパクト化および低コスト化が可能である。

（効果１−２：旋回体Ａへの搭載性）
第１油圧モータ４５は、エンジン軸１５ａに接続される。そのため、第１油圧モータ４５は、エンジン軸１５ａに接続されることによる配置の自由度や寸法の制限（以下「制限Ｘ」）を受けるので、旋回体Ａへの搭載性が問題となるおそれがある。しかし、上記「（効果１−１）」で述べたように、動力回生回路１では、第１油圧モータ４５をコンパクト化できる。よって、第１油圧モータ４５の旋回体Ａへの搭載性を向上させる事ができる。
また、上記［構成１ａ］〜［構成１ｃ］では、第２油圧モータ５５及び第２回転電機２２は、エンジン軸１５ａに接続される必要が無い。よって、第２油圧モータ５５及び第２回転電機２２は、上記の制限Ｘを受けずに配置できる。
したがって、第１油圧モータ４５、第２油圧モータ５５、及び第２回転電機２２の旋回体Ａへの搭載性を向上させることができる。

（効果１−３：回生効率）
第１油圧モータ４５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を機械動力として回生可能に構成される。第２油圧モータ５５は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を電力として回生可能に構成される。すなわち、動力回生回路１は、アクチュエータ回生動力Ｐ１を回生する手段を２系統備える。よって、アクチュエータ回生動力Ｐ１の全量を第１油圧モータ４５で回生できなくても、第１油圧モータ４５で回生できなかった動力（回生余剰動力Ｐ３）を第２油圧モータ５５で回生できる。よって、アクチュエータ回生動力Ｐ１のうち、回生させずに捨てる量を抑制できる。
また、動力回生回路１は、上記［構成１ｃ］を備える。すなわち、動力回生回路１では、電力回生に対し機械動力回生を優先させる。よって、この優先を行わない場合に比べ、第２油圧モータ５５及び第２回転電機２２での、機械動力から電力への変換のエネルギ損失を抑制できる。
したがって、アクチュエータ回生動力Ｐ１の回生効率を向上させる事ができる。

（効果３）
ハイブリッド式建設機械（図示なし）は、ブームＢを備える。油圧アクチュエータ１１は、ブームＢを上げ下げするブームシリンダである。第１油圧モータ４５および第２油圧モータ５５は、ブームＢを下げたときの油圧アクチュエータ１１のメータアウト側（出口１１ｏ）に接続される。
この構成では、動力回生回路１は、ブームＢの位置エネルギーの減少分の動力を回生できる。

（第２実施形態）
図３を参照して、第２実施形態の動力回生回路１０１について、第１実施形態の動力回生回路１（図１参照）との相違点を説明する。主な相違点は次の通りである。
図１に示す動力回生回路１では、第１油圧ポンプ４１が、油圧アクチュエータ１１及び回生対象外油圧アクチュエータ１３に作動油を供給した。一方、図３に示す動力回生回路１０１では、第１油圧ポンプ４１が回生対象外油圧アクチュエータ１３に作動油を供給し、第２油圧ポンプ１４１（油圧ポンプ）が第４制御弁１４３を介して油圧アクチュエータ１１に作動油を供給する。また、動力回生回路１０１は、容量制御手段１７１を備える。以下、相違点の詳細を説明する。

第２回転電機２２は、発電機動作が可能であるとともに、蓄電装置２０から供給された電力により電動機動作が可能である。

第２油圧ポンプ１４１（油圧ポンプ）は、第２回転電機２２に接続される。第２油圧ポンプ１４１は、第２回転電機２２に駆動されて、油圧アクチュエータ１１（入口１１ｉ）に作動油を供給する。なお、油圧アクチュエータ１１の回生対象外動作時（例えばブームＢ上げ時）には、第２油圧ポンプ１４１は油圧モータとして動作し、第２油圧モータ５５は油圧ポンプとして動作する。

第４制御弁１４３は、油圧アクチュエータ１１の入口１１ｉと、第２油圧ポンプ１４１と、の間に設けられる。第４制御弁１４３は、第２油圧ポンプ１４１から油圧アクチュエータ１１へ供給される作動油の流量を制御する。なお、ブームＢの操作レバー（図示なし）が中立の時には、第４制御弁１４３及び第２制御弁５７が閉じられて、ブームＢが保持される。

容量制御手段１７１には、第２油圧モータ５５の容量を制御する（傾転角を変える）容量制御手段１７１ａと、第２油圧ポンプ１４１の容量を制御する容量制御手段１７１ｂと、がある。容量制御手段１７１は、コントローラ７０に制御される。

（油圧アクチュエータ１１の駆動）
油圧アクチュエータ１１は、いわば独立電動機駆動により駆動される。さらに詳しくは、第１油圧ポンプ４１やエンジン軸１５ａからそれぞれ独立した、第２回転電機２２、第２油圧ポンプ１４１、及び第２油圧モータ５５により、油圧アクチュエータ１１は駆動される。この構成では、第１実施形態（図１参照）に比べ、コントロールバルブ４３での流量分配ロス等の油圧損失を低減できる。なお、油圧アクチュエータ１１の供給流量（動作速度）の制御は、例えば第２回転電機２２の回転数の制御により行える。

（容量制御手段の動作）
動力回生回路１０１では、第１実施形態と同様に、油圧アクチュエータ１１からの戻り油が、第２油圧モータ５５に対して第１油圧モータ４５に優先的に流れる。そこで、容量制御手段１７１は、油圧アクチュエータ１１の出口１１ｏから第１油圧モータ４５へ流れる作動油の流量に基づいて、第２油圧モータ５５及び第２油圧ポンプ１４１のうち少なくともいずれかの容量を制御する。この制御は、油圧アクチュエータ１１について次の（式４）を満たすように行われる。以下の算出はコントローラ７０が行う。

Ａｒ：Ａｈ＝Ｑｒ：Ｑｈ （式４）
Ａｒは、ロッド側油室１１ｒの断面積（定数）である。
Ａｈは、ヘッド側油室１１ｈの断面積（定数）である。
Ｑｒは、ロッド側油室１１ｒ（入口１１ｉ側、メータイン側）への供給流量である。
Ｑｈは、ヘッド側油室１１ｈ（出口１１ｏ側、メータアウト側）からの吐出流量である。

流量Ｑｈ（（式４）参照）は、次の（式５）を満たす。
Ｑｈ＝Ｑ１＋Ｑ２ （式５）
Ｑ１は、第１油圧モータ４５への供給流量である。
Ｑ２は、第２油圧モータ５５への供給流量である。

第１油圧モータ４５への供給流量Ｑ１（（式５）参照）は、次の（式６）を満たす。
Ｑ１＝ｑ１×Ｎ１ （式６）
ｑ１は、第１油圧モータ４５の容量である。
Ｎ１は、第１油圧モータ４５の回転数（エンジン軸１５ａの回転数）である。
容量ｑ１は、図示しない容量制御手段により制御される。容量ｑ１及び回転数Ｎ１それぞれの値は、コントローラ７０に取得される。

第２油圧モータ５５への供給流量Ｑ２（（式５）参照）は、次の（式７）を満たす。
Ｑ２＝ｑ２×Ｎ２ （式７）
ｑ２は、第２油圧モータ５５の容量である。
Ｎ２は、第２油圧モータ５５の回転数（第２回転電機２２の回転数）である。
容量ｑ２は、容量制御手段１７１ａにより制御される。回転数Ｎ２の値は、コントローラ７０に取得される。

ロッド側油室１１ｒ（入口１１ｉ）への供給流量Ｑｒ（（式４）参照）は、次の（式８）を満たす。なお、供給流量Ｑｒの目標値は、油圧アクチュエータ１１を操作するレバーの操作量に応じて決定される。
Ｑｒ＝ｑ３×Ｎ２ （式８）
ｑ３は、第２油圧ポンプ１４１の容量である。
Ｎ２は、第２油圧ポンプ１４１の回転数（第２回転電機２２の回転数）である。
第２油圧ポンプ１４１の容量ｑ３は、容量制御手段１７１ｂに制御される。なお、第２油圧モータ５５の容量ｑ２と、第２油圧ポンプ１４１の容量ｑ３と、のうち一方のみが制御されてもよく、両方が制御されてもよい。

（効果２）
次に動力回生回路１０１による効果を説明する。動力回生回路１０１は、油圧アクチュエータ１１および第２回転電機２２に接続される第２油圧ポンプ１４１と、容量制御手段１７１と、を備える。容量制御手段１７１は、油圧アクチュエータ１１から第１油圧モータ４５への流量に基づいて、第２油圧モータ５５または第２油圧ポンプ１４１の容量を制御する。第２回転電機２２は、発電機動作及び電動機動作が可能である。
この構成では、油圧アクチュエータ１１をエンジン軸１５ａとは独立して駆動させる回路構成を備える場合でも、上記「（効果１）」と同様の効果を得ることができる。

（変形例）
上記実施形態は様々に変形できる。例えば、図２に示すフローチャートの順序は適宜変更してもよい。例えば、図２では、アクチュエータ回生動力Ｐ１の算出（ステップＳ３）の後、回生可能動力Ｐ２の算出（ステップＳ５）を行ったが、これらの算出の順序を逆にしてもよい。

１、１０１ 動力回生回路
１１ 油圧アクチュエータ
１５ エンジン
１５ａ エンジン軸
２２ 第２回転電機（発電機）
４５ 第１油圧モータ
５５ 第２油圧モータ
１４１ 第２油圧ポンプ（油圧ポンプ）
１７１ 容量制御手段
Ａ 旋回体
Ｂ ブーム

Claims (3)

1. エンジンの出力軸であるエンジン軸と、
   油圧アクチュエータと、
   前記エンジン軸および前記油圧アクチュエータに接続される第１油圧モータと、
   前記油圧アクチュエータに接続され、第１油圧モータとは別に設けられる第２油圧モータと、
   前記第２油圧モータに接続される発電機と、
   を備え、
   前記第１油圧モータは、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動されて前記エンジン軸に動力を伝えることで、アクチュエータ回生動力を機械動力として回生可能に構成され、
   前記第２油圧モータは、前記油圧アクチュエータからの戻り油により駆動されて前記発電機を駆動することで、前記アクチュエータ回生動力を電力として回生可能に構成され、
   前記アクチュエータ回生動力が前記第１油圧モータによる回生可能動力以下の場合、前記第１油圧モータが前記アクチュエータ回生動力を回生し、
   前記アクチュエータ回生動力が前記第１油圧モータによる前記回生可能動力より大きい場合、前記第１油圧モータは、前記アクチュエータ回生動力を前記回生可能動力分だけ回生するとともに、前記第２油圧モータは、前記回生可能動力に対する前記アクチュエータ回生動力の超過分を回生する、
   ハイブリッド式建設機械の動力回生回路。
2. 前記油圧アクチュエータおよび前記発電機に接続される油圧ポンプと、
   前記油圧アクチュエータから前記第１油圧モータへの流量に基づいて、前記第２油圧モータまたは前記油圧ポンプの容量を制御する容量制御手段と、
   を備え、
   前記発電機は、発電機動作および電動機動作が可能である、
   請求項１に記載のハイブリッド式建設機械の動力回生回路。
3. 前記ハイブリッド式建設機械は、ブームを備え、
   前記油圧アクチュエータは、前記ブームを上げ下げするブームシリンダであり、
   前記第１油圧モータおよび前記第２油圧モータは、前記ブームを下げたときの前記油圧アクチュエータのメータアウト側に接続される、
   請求項１または２に記載のハイブリッド式建設機械の動力回生回路。

Images