JP6147153B2 - 動力制御装置及びこれを備えた建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧アクチュエータからの戻り油が持つエネルギーを電力として回収するための動力制御装置及びこれを備えた建設機械に関する。

特許文献１に記載の油圧ショベルを例にとって説明する。

特許文献１に記載の油圧ショベルは、油圧ポンプと、油圧ポンプからの作動油の供給により作動するブームシリンダと、ブームシリンダからの戻り油を分流する２つの戻り通路のそれぞれに設けられた流量比制御弁と、一方の戻り通路に設けられた回生モータと、回生モータの回転駆動に伴い作動することにより発電する発電機とを備えている。

前記油圧ショベルでは、ブーム下げ動作時にブームシリンダから排出される戻り油により回生モータを介して発電機が駆動することによって、前記戻り油の持つエネルギーを電力として回収することができる。

また、前記油圧ショベルでは、各流量比制御弁が制御されることにより、回生モータに流れる作動油の流量が徐々に増加するように２つの戻り通路を流れる戻り油の流量比が調整される。

これにより、ブーム下げ動作時に、ショックの発生を防止できるとともに、ブームシリンダの急激な負荷変動を抑えることによりブームシリンダを安定して動作させることができる。

特開２００６−３３６８４６号公報

特許文献１に記載の油圧ショベルは、ブームシリンダの急激な負荷変動を抑えながらブームシリンダからの戻り油が持つエネルギーを最大限回収するために、回生モータに流れる流量が徐々に増加するように流量比制御弁を制御するものである。

そのため、回生モータ及び発電機には、回生モータに流れる戻り油の流量が最大とされた状態においてブームシリンダの戻り油から得られる全てのエネルギーを吸収することができる性能が要求される。

したがって、回生モータ及び発電機のコストが増加するとともに、回生モータ及び発電機が大型化してその搭載位置が制約されるという問題がある。

本発明の目的は、回生モータ及び発電機のコストの低減及び小型化を図ることができる動力制御装置及びこれを備えた建設機械を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの作動油の供給により作動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油を流す戻り油路に対して互いに並列に接続された回生油路及び非回生油路のうちの前記回生油路に設けられた回生モータと、前記非回生油路に設けられているとともに前記非回生油路における作動油の流量を制御する流量制御弁と、前記回生モータの回転駆動に伴い作動する発電機と、前記油圧アクチュエータからの戻り油の流量が回生モータに予め設定された許容流量を超える場合に、余剰の作動油が前記非回生油路に流れるように前記流量制御弁を制御するコントローラと、前記回生油路に設けられているとともに前記回生油路における作動油の圧力を制御する圧力制御機構とを備え、前記コントローラは、前記回生モータを通過する作動油の流量により特定される目標速度で前記発電機を駆動するための仮想トルクが前記発電機に予め設定された許容トルクを超える場合に、前記仮想トルクを前記許容トルク以下に低下させるために前記回生モータの上流側と下流側との差圧が小さくなるように前記圧力制御機構を制御する、動力制御装置を提供する。

本発明によれば、流量調整弁を制御することにより、回生モータに流れる油圧アクチュエータからの戻り油の上限を許容流量に制限することができる。そのため、回生モータに要求される許容流量の性能を抑えることができる。

さらに、圧力制御機構を制御することにより、発電機の仮想トルクの上限を許容トルク以下に制限することができる。そのため、発電機に要求されるトルク性能を抑えることができる。

したがって、本発明によれば、回生モータ及び発電機のコストの低減及び小型化を図ることができる。

前記動力制御装置において、前記圧力制御機構は、作動油が通過する開口の面積を調整可能な開口制御弁を有することが好ましい。

この態様によれば、開口制御弁により開口面積を調整して作動油の圧力損失を変化させることにより、開口制御弁の上流側及び下流側の圧力を低下させることができる。

前記動力制御装置において、前記圧力制御機構は、前記開口制御弁の上流側の作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧を超えたときに開放するリリーフ弁をさらに有することが好ましい。

この態様によれば、油圧アクチュエータの動作の急激な速度変化により開口制御弁の上流側の圧力が急激に上昇した場合に、リリーフ弁が開放することにより、開口制御弁を保護することができる。

前記動力制御装置において、前記圧力制御機構は、その上流側の作動油の圧力がリリーフ圧を超えたときに開放するとともに前記コントローラからの指令に応じて前記リリーフ圧を調整可能な可変リリーフ弁を有することが好ましい。

この態様によれば、可変リリーフ弁のリリーフ圧を調整することにより、回生モータの上流側と下流側の差圧を直接制御することができるので、開口面積を調整する場合と比較して圧力制御の精度を向上することができる。

前記動力制御装置において、前記圧力制御機構は、前記回生モータの下流側に設けられているとともに、前記回生モータの下流側で、かつ、前記圧力制御機構の上流側の圧力を上昇させることが好ましい。

圧力制御機構が回生モータの上流側に設けられている場合、回生モータの上流側の圧力を低下させるために回生モータへの作動油の供給量を制限する結果、回生モータのキャビテーションが生じるおそれがある。

一方、前記態様のように、圧力制御機構を回生モータの下流側に設ける場合、回生モータの下流側の圧力を上昇させるために回生モータから排出される作動油の流れを規制するため、回生モータのキャビテーションの発生を防止することができる。

ただし、圧力制御弁が回生モータの上流側に設けられている構成を本発明から除外する趣旨ではない。

前記流量制御弁を通過した作動油をタンクに回収してもよいが、前記動力制御装置は、前記非回生油路に設けられているとともに前記流量制御弁を通過した作動油により蓄圧されるアキュムレータをさらに備えていることが好ましい。

この態様によれば、流量制御弁を通過した作動油（戻り油）の持つエネルギーをアキュムレータに蓄圧することができるため、流量制御弁を通過した作動油をタンクに回収する場合と比較して、エネルギーの回収効率を向上することができる。

前記動力制御装置は、前記戻り油路、前記回生油路、及び前記非回生油路を接続する接続状態と、前記回生油路と前記非回生油路とを接続し、かつ、前記回生油路及び前記非回生油路から前記戻り油路を遮断する遮断状態との間で切換可能な接続回路をさらに備え、前記コントローラは、前記接続回路を遮断状態に切り換えるとともに、前記アキュムレータから前記回生モータへの流れを許容するように前記流量制御弁及び前記圧力制御機構を制御する電力変換制御を行うことが好ましい。

この態様によれば、アキュムレータから回生モータに作動油を流すことにより、アキュムレータに蓄圧されたエネルギーを電力として回収することができる。そのため、上述のように回生モータ及び発電機に要求される性能を低くしながら戻り油が持つエネルギーをより有効に電力として回収することができる。

ここで、接続回路により戻り油路と回生油路及び非回生油路とを遮断することができるため、油圧アクチュエータの動作と上述した電力変換制御とを独立して行うことができる。

前記動力制御装置において、前記コントローラは、前記油圧アクチュエータの予め設定された動作が行われた場合に前記接続回路を接続状態に切り換えて前記回生モータを用いた前記戻り油の回生を行う一方、前記油圧アクチュエータの予め設定された動作以外の動作が行われた場合に前記電力変換制御を行うことが好ましい。

この態様によれば、回生の対象となる油圧アクチュエータの動作以外の動作が行われる期間を利用して、アキュムレータからのエネルギーの回収を行うことができる。そのため、戻り油の持つエネルギーの回収を最大限に行いながら、そこで蓄圧されたアキュムレータからのエネルギーの回収も有効に行うことができる。

前記動力制御装置は、前記戻り油路に対して前記回生油路及び前記非回生油路と並列に接続されているとともにタンクに接続された排出側油路に設けられたリリーフ弁をさらに備え、前記リリーフ弁のリリーフ圧は、前記アキュムレータに蓄圧された作動油の圧力の上限値として予め設定された制限圧力に設定されていることが好ましい。

この態様によれば、アキュムレータに蓄圧可能な容量を超えた余剰の戻り油が供給された場合に、リリーフ弁を通じて余剰の戻り油をタンクに回収することができる。そのため、アキュムレータの破損を防止することができる。

また、本発明は、ベースマシンと、前記ベースマシンに対して起伏可能に取り付けられたブームと、前記ブームを起伏させる、前記油圧アクチュエータとしてのブームシリンダと、前記ブームの下げ動作時おける前記ブームシリンダからの戻り油が持つエネルギーを電力として回収する前記動力制御装置とを備えている、建設機械を提供する。

本発明によれば、前記動力制御装置を有することにより、上述のように回生モータ及び発電機のコストの低減及び小型化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、ブーム下げ動作時におけるブームシリンダからの戻り油が持つエネルギー、つまり、ブームの位置エネルギーを含むエネルギーを電力として回収することができる。そのため、エネルギーの回収効率を向上することができる。

本発明によれば、回生モータ及び発電機のコストの低減及び小型化を図ることができる動力制御装置及びこれを備えた建設機械を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るハイブリッドショベルの全体構成を示す概略側面図である。 図１に示すハイブリッドショベルの動力制御装置を示す回路図である。 図２に示すコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る動力制御装置を示す回路図である。 図４に示すコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る動力制御装置を示す回路図である。 図６に示すコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る動力制御装置を示す回路図である。 本発明の第５実施形態に係る動力制御装置を示す回路図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

［第１実施形態（図１〜図３）］
図１を参照して、本発明の建設機械の一例としてのハイブリッドショベル１について説明する。

ハイブリッドショベル１は、クローラ２ａを有する自走式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に対して変位可能に設けられたアタッチメント４と、図２に示す動力制御装置５とを備えている。なお、下部走行体２及び上部旋回体３は、ベースマシンの一例である。

アタッチメント４は、上部旋回体３に起伏可能に設けられたブーム６と、ブーム６の先端部に回動可能に取り付けられたアーム７と、アーム７の先端部に回動可能に取り付けられたバケット８とを備えている。

また、アタッチメント４は、上部旋回体３に対してブーム６を起伏させるブームシリンダ９と、ブーム６に対してアーム７を回動させるアームシリンダ１０と、アーム７に対してバケット８を回動させるバケットシリンダ１１とを備えている。

以下、図２を参照して、動力制御装置５について説明する。なお、図２は、油圧アクチュエータの一例としてブームシリンダ９を示す。

動力制御装置５は、エンジン１２と、エンジン１２の出力軸に接続された発電電動機１４及び油圧ポンプ１５と、油圧ポンプ１５からブームシリンダ９への作動油の給排を制御するコントロールバルブ１６と、コントロールバルブ１６の切換操作を行うための操作手段１７と、ブームシリンダ９からの戻り油により回転駆動する回生モータ１８と、回生モータ１８の下流側に設けられた回生側制御弁（圧力制御機構）１９と、ヘッド側油路Ｒ１に対して回生モータ１８と並列に接続された非回生側制御弁（流量制御弁）２０と、回生モータ１８の回転駆動に伴い作動して発電する発電機２１と、発電機２１により発電された電力を充電する蓄電装置２２と、発電電動機１４を制御する第１インバータ２３と、発電機２１を制御する第２インバータ２４と、回生側制御弁１９及び非回生側制御弁２０の動作を制御するコントローラ２５とを備えている。

なお、油路Ｒ５に設けられたチェック弁２６は、必要に応じてブームシリンダ９のロッド側室に作動油を補給するためのものであり、タンクの上流側に設けられたチェック弁２８は、タンクからブームシリンダ９側への逆流を防止するためのものである。

発電電動機１４は、エンジン１２からの動力を受けて発電機として駆動する機能と、蓄電装置２２からの電力を受けて電動機として駆動する機能とを有する。発電電動機１４により発電された電力は、蓄電装置２２に充電される。

油圧ポンプ１５は、エンジン１２からの動力を受けて作動油を吐出する。油圧ポンプ１５の吐出圧は、油圧ポンプ１５とコントロールバルブ１６との間に設けられた圧力センサ２９により検出される。

コントロールバルブ１６は、ブームシリンダ９に対する作動油の給排を停止する中立位置と、ブームシリンダ９のヘッド側室に対して作動油を供給するとともにブームシリンダ９のロッド側室からの作動油をタンクに導くブーム上げ位置と、ブームシリンダ９のロッド側室への作動油を供給するとともにヘッド側油路Ｒ１を閉じるブーム下げ位置との間で切り換え可能である。ヘッド側油路Ｒ１内の圧力は、圧力センサ３０により検出される。

操作手段１７は、コントロールバルブ１６に対するパイロット圧を制御可能なリモコン弁と、リモコン弁を操作するための操作レバーとを備えている。操作手段１７によりコントロールバルブ１６をブーム下げ位置に切り換えるためのパイロット圧は、圧力センサ３１により検出される。

回生モータ１８は、ヘッド側油路Ｒ１から分岐した接続油路Ｒ２に接続された回生油路Ｒ３に設けられている。また、回生モータ１８は、ブームシリンダ９からの戻り油が供給されることにより回転駆動する。

回生側制御弁１９は、回生油路Ｒ３における回生モータ１８の下流側の位置に設けられている。回生側制御弁１９は、後述するコントローラ２５からの指令に応じて作動油が通過する開口の面積を調整可能である。回生側制御弁１９の開口面積が調整されることにより、回生油路Ｒ３内の作動油の圧力が調整される。

なお、回生油路Ｒ３における回生モータ１８と回生側制御弁１９との間（回生油路Ｒ３から分岐する油路Ｒ６）には、リリーフ弁２７が設けられている。したがって、回生側制御弁１９により調整される圧力が予め設定されたリリーフ圧を超えた場合にリリーフ弁２７が開放することにより、回生モータ１８及び回生側制御弁１９を保護することができる。

非回生側制御弁２０は、ヘッド側油路Ｒ１（接続油路Ｒ２）に対して回生油路Ｒ３と並列に接続された非回生油路Ｒ４に設けられている。非回生側制御弁２０は、後述するコントローラ２５から指令に応じて作動油が通過する開口の面積を調整可能である。非回生側制御弁２０の開口面積が調整されることにより、非回生油路Ｒ４内の作動油の流量が調整される。

発電機２１は、回生モータ１８の回転軸に接続された入力軸を有する。発電機２１の回転速度は、速度センサ３２により検出される。

第１インバータ２３は、後述するコントローラ２５からの指令に応じて発電電動機１４のトルクを制御することにより発電電動機１４の駆動及び蓄電装置２２の充放電を制御する。

第２インバータ２４は、後述するコントローラ２５からの指令に応じて発電機２１のトルクを制御することにより発電機２１の駆動及び蓄電装置２２の充放電を制御する。

コントローラ２５は、ブームシリンダ９からの戻り油の流量が回生モータ１８に予め設定された許容流量を超える場合に、余剰の作動油が非回生油路Ｒ４に流れるように非回生側制御弁２０を制御する。

また、コントローラ２５は、回生モータ１８を通過する作動油の流量により特定される目標速度で発電機２１を駆動するための仮想トルクが発電機２１に予め設定された許容トルクを超える場合に、仮想トルクを許容トルク以下に低下させるために回生モータ１８の下流側の圧力が大きくなるように回生側制御弁１９を制御する。

具体的に、コントローラ２５は、圧力センサ２９〜３１、及び速度センサ３２による検出結果に基づいて両制御弁１９、２０及び両インバータ２３、２４に電気指令を出力する。

以下、図２及び図３を参照して、コントローラ２５により実行される処理について説明する。

コントローラ２５による処理が開始されると、まず、圧力センサ３１による検出結果に基づいて操作手段１７によるブーム下げ操作が行なわれた否かが判定される（ステップＳ１）。

ここで、ブーム下げ操作が行なわれていないと判定されると、両制御弁１９、２０を閉鎖（開口面積を０）にするとともに、発電機２１（第２インバータ２４）に対して０のトルク指令値を出力する（ステップＳ２）。

一方、ブーム下げ操作が行なわれていると判定されると、操作手段１７によるブーム下げ操作量（圧力センサ３１の検出圧）及びブームシリンダ９のヘッド側室内の圧力（圧力センサ３０の検出圧）に基づいてブーム下げ目標流量を決定する（ステップＳ３）。

ここで、ブーム下げ目標流量をＱとし、操作手段１７の操作量との関係で予め設定された仮想開口をＡとし、ブームシリンダ９のヘッド側室内の圧力をＰとした場合に、次の式（１）を用いてブーム下げ目標流量Ｑを算出することができる。

Ｑ＝Ｃｖ×Ａ×√（Ｐ）・・・（１）
なお、Ｃｖは予め設定された係数である。

また、ステップＳ３では、例えば、ブーム下げ操作量と目標流量との関係を予め準備しておき、この関係と実際のブーム下げ操作量とに基づいて目標流量を決定してもよい。

次いで、上述のように決定された目標流量が回生モータに予め設定された許容流量を超えるか否かが判定される（ステップＳ４）。

ここで、目標流量が許容流量以下であると判定された場合、つまり、目標流量の全てを回生モータ１８に流せる場合、非回生側制御弁２０を閉鎖する（開口面積を０にする：ステップＳ５）。

一方、目標流量が許容流量を越えると判定された場合、つまり、目標流量の全てを回生モータ１８に流すことができない場合、目標流量のうちの余剰流量の作動油が非回生油路Ｒ４を流れるように非回生側制御弁２０を制御する（ステップＳ６）。

具体的に、目標流量から許容流量を減じた流量をＱとし、ブームシリンダ９のヘッド側室内の圧力をＰとし、非回生側制御弁２０の開口をＡとした場合に、前記式（１）を用いて非回生側制御弁２０の開口Ａを算出することができる。

前記ステップＳ５及びＳ６の後、回生モータ１８の仮想トルクを算出する（ステップＳ７）。

具体的に、ステップＳ７では、ステップＳ５又はＳ６において設定される回生モータ１８に対する供給流量と回生モータ１８の物性値（例えば、モータ容量［ｃｃ／ｒｅｖ］）とに基づいて発電機２１の目標速度が定まる（供給流量［Ｌ／ｍｉｎ］÷モータ容量［ｃｃ／ｒｅｖ］×１０００）。この目標速度と現在の速度（速度センサ３２の検出値）とに基づいて例えばＰＩ制御によって回生モータ１８に対して指令すべき仮想トルクが決定される。

次いで、仮想トルクが回生モータ１８に予め設定された許容トルクを超えるか否かが判定される（ステップＳ８）。

ここで、仮想トルクが許容トルク以下であると判定された場合には、回生側制御弁１９を最大開口に設定するとともに回生モータ１８に対して仮想トルクに対応する指令を出力する（ステップＳ９）。これにより、回生モータ１８に供給される作動油から得られるエネルギーの全てを回収することができる。

一方、仮想トルクが許容トルクを超えると判定された場合、回生モータ１８の上流側と下流側との差圧が小さくなるように回生側制御弁１９を制御するとともに、回生モータ１８に対して許容トルクに対応する指令を出力する（ステップＳ１０）。

具体的に、ステップＳ１０では、仮想トルクと許容トルクとの差異に相当する圧力をＰとし、この圧力Ｐと速度センサ３２による検出結果とに基づいて算出される回生モータ１８を通過する流量をＱとし、回生側制御弁１９の開口をＡとした場合において、前記式（１）に基づいて開口Ａを算出する。そして、開口Ａに設定するための指令が回生側制御弁１９に出力される。

以上説明したように、ステップＳ６において非回生側制御弁２０を制御することにより、回生モータ１８に流れるブームシリンダ９からの戻り油の上限を許容流量に制限することができる。そのため、回生モータ１８に要求される許容流量の性能を抑えることができる。

さらに、ステップＳ１０において回生側制御弁１９を制御することにより、発電機２１の仮想トルクの上限を許容トルクに制限することができる。そのため、発電機２１に要求されるトルク性能を抑えることができる。

したがって、回生モータ１８及び発電機２１のコストの低減及び小型化を図ることができる。

さらに、ブーム下げ動作時におけるブームシリンダ９からの戻り油が持つエネルギー、つまり、ブーム６の位置エネルギーを含むエネルギーを電力として回収することができるため、エネルギーの回収効率を向上することができる。

また、第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

回生側制御弁１９により開口面積を小さくして作動油の圧力損失を大きくすることにより、回生側制御弁１９の上流側の圧力を上昇させることができる。

ブームシリンダ９の動作の急激な速度変化により回生側制御弁１９の上流側の圧力が急激に上昇した場合に、リリーフ弁２７が開放することにより、回生側制御弁１９を保護することができる。

なお、回生側制御弁１９が回生モータ１８の上流側に設けられている場合、回生モータ１８の上流側の圧力を低下させるために回生モータ１８への作動油の供給量を制限する結果、回生モータ１８のキャビテーションが生じるおそれがある。

一方、第１実施形態のように、回生側制御弁１９を回生モータ１８の下流側に設ける場合、回生モータ１８の下流側の圧力を上昇させるために回生モータ１８から排出される作動油の流れを規制するため、回生モータ１８のキャビテーションの発生を防止することができる。

また、第１実施形態では発電機２１の仮想トルクの上限を許容トルクに制限する例について説明したが、仮想トルクの上限を許容トルク以下に制限すれば、発電機２１のコストの低減及び小型化を図ることができる。

［第２実施形態（図４及び図５）］
以下、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態のうち、主に第１実施形態と異なる部分を説明する。

図４を参照して、第２実施形態に係る動力制御装置５は、前記リリーフ弁２７に代えて可変リリーフ弁３３を備えている。

可変リリーフ弁３３は、コントローラ２５からの指令に応じてリリーフ圧を調整可能である。

図５を参照して、コントローラ２５は、第１実施形態と同じステップＳ１〜ステップＳ９を実行するとともに、第１実施形態のステップＳ１０に代えてステップＳ１０１を実行する。

具体的に、ステップＳ１０１では、仮想トルクと許容トルクとの差異に相当する圧力を生じさせるためのリリーフ圧を設定し、回生側制御弁１９を閉鎖し（開口面積を０に設定し）、発電機２１に対して許容トルクに対応する指令を出力する。

これにより、可変リリーフ弁３３の上流側（回生モータ１８の下流側）の圧力を上昇させて、発電機２１を許容トルクで駆動することができる。

なお、第２実施形態のステップＳ９では、回生側制御弁１９の開口を最大に設定しているため、可変リリーフ弁３３に対して特別な指令を出力する必要はない。可変リリーフ弁３３に対する指令を０としてもよいが（可変リリーフ弁３３を開放状態にしてもよいが）、ステップＳ１０１と同様の指令を可変リリーフ弁３３に出力してもよい。

このように第２実施形態では、可変リリーフ弁３３のリリーフ圧を調整することにより、回生モータ１８の下流側の圧力を直接制御することができるので、第１実施形態のように開口面積を調整する場合と比較して圧力制御の精度を向上することができる。

なお、第２実施形態は、次のように構成とすることもできる。

回生側制御弁１９は、開口面積を調整可能なものではなく、全開位置と全閉位置とを切換可能なものでもよい。

回生側制御弁１９及び油路Ｒ６を省略するとともに、可変リリーフ弁３３を回生油路Ｒ３における回生モータ１８の下流側に設けることもできる。

回生油路Ｒ３における回生モータ１８の上流側に可変リリーフ弁３３を設けることもできる。この場合、可変リリーフ弁３３のリリーフ圧を上げることによって、回生油路Ｒ３における回生モータ１８の上流側の圧力を低下させることができる。

可変リリーフ弁３３と回生側制御弁１９との配設位置を入れ替えることもできる。

［第３実施形態（図６及び図７）］
以下、図６及び図７を参照して、本発明の第３実施形態のうち、主に第１実施形態と異なる部分を説明する。

図６を参照して、第３実施形態に係る動力制御装置５は、非回生油路Ｒ４における非回生側制御弁２０の下流側に設けられたアキュムレータ３４と、接続油路Ｒ２に設けられた切換弁３５と、アキュムレータ３４内の圧力を検出する圧力センサ３６とを備えている。

アキュムレータ３４は、非回生側制御弁２０を通過した作動油によって蓄圧される。つまり、第２実施形態における非回生油路Ｒ４は、タンクに接続されておらず、アキュムレータ３４で終端している。

切換弁３５は、コントローラ２５からの指令に応じて接続油路Ｒ２を通じた流れを遮断する全閉位置と、接続油路Ｒ２を開放する全開位置との間で切換可能である。

つまり、第３実施形態において、接続油路Ｒ２及び切換弁３５は、ヘッド側油路Ｒ１、回生油路Ｒ３、及び非回生油路Ｒ４を接続する接続状態と、回生油路Ｒ３と非回生油路Ｒ４とを接続し、かつ、回生油路Ｒ３及び非回生油路Ｒ４からヘッド側油路Ｒ１を遮断する遮断状態との間で切換可能な接続回路を構成する。

図７を参照して、コントローラ２５は、第１実施形態のステップＳ１とステップＳ３との間にステップＳ１１を実行するとともに、第１実施形態のステップＳ２に代えてステップＳ１２、Ｓ１３、及びＳ２１を実行する。

具体的に、ステップＳ１においてブーム下げ操作があると判定されると、ステップＳ１１では、切換弁３５を全開位置に切り換える。これにより、上述したステップＳ３〜Ｓ１０における戻り油の回生を行うことができる。

一方、ステップＳ１においてブーム下げ操作がないと判定されると、ブーム上げ操作があるか否かが判定される（ステップＳ１２）。

ここで、ブーム上げ操作があると判定されると、切換弁３５を全閉位置に切り換えるとともに、両制御弁１９、２０を全開にする（電力変換制御：ステップＳ１３）。

これにより、ヘッド側油路Ｒ１と回生油路Ｒ３及び非回生油路Ｒ４とを遮断した状態で、アキュムレータ３４に蓄えられた作動油の圧力によって回生モータ１８を駆動することができる。そのため、上述のように回生モータ１８及び発電機２１に要求される性能を低くしながら戻り油の持つエネルギーをより有効に電力として回収することができる。したがって、非回生側制御弁２０を通過した作動油をタンクに回収する場合と比較して、エネルギーの回収効率を向上することができる。

ここで、切換弁３５によりヘッド側油路Ｒ１と回生油路Ｒ３及び非回生油路Ｒ４とを遮断することができるため、ブームシリンダ９の動作と電力変換制御（ステップＳ１３）とを独立して行うことができる。

一方、ブーム上げ操作がないと判定されると、切換弁３５、回生側制御弁１９、及び非回生側制御弁２０を閉鎖する（ステップＳ２１）。

第３実施形態によれば、回生の対象となるブーム下げ動作以外の動作（ブーム上げ動作）が行われる期間を利用して、アキュムレータ３４からのエネルギーの回収を行うことができる。そのため、戻り油が持つエネルギーの回収を最大限に行いながら、そこで蓄圧されたアキュムレータ３４からのエネルギーの回収も有効に行うことができる。

なお、第３実施形態では、ブーム下げ動作以外の動作としてブーム上げ動作を例示したが、ブーム下げ動作以外の動作としては、ブームの動作が行われていない状態も含む。つまり、ステップＳ２１に代えてステップＳ１３を実行することもできる。

［第４実施形態（図８）］
以下、図８を参照して、本発明の第３実施形態のうち、主に第３実施形態と異なる部分を説明する。

図８を参照して、第３実施形態に係る動力制御装置５は、切換弁３５の下流側の位置で接続油路Ｒ２から分岐するとともにタンクに連通する排出側油路Ｒ７に設けられたリリーフ弁３７をさらに備えている。つまり、排出側油路Ｒ７は、ヘッド側油路Ｒ１に対して回生油路Ｒ３及び非回生油路Ｒ４と並列に接続されている。

リリーフ弁３７のリリーフ圧は、アキュムレータ３４に蓄圧された作動油の圧力の上限値として予め設定された制限圧力に設定されている。

そのため、回生時におけるヘッド側油路Ｒ１（排出側油路Ｒ７）内の圧力が制限圧力より低い状態においては、リリーフ弁３７が閉鎖した状態を維持して、アキュムレータ３４に対する蓄圧が可能である。

一方、回生時におけるヘッド側油路Ｒ１内の圧力が制限圧力以上の状態においては、リリーフ弁３７が開放して、余剰の作動油をタンクに導くことができる。

第４実施形態によれば、アキュムレータ３４に蓄圧可能な容量を超えた余剰の戻り油が供給された場合に、リリーフ弁３７を通じて余剰の戻り油をタンクに回収することができる。そのため、アキュムレータ３４の破損を防止することができる。

［第５実施形態（図９）］
以下、図９を参照して、本発明の第５実施形態のうち、主に第３実施形態と異なる部分を説明する。

第５実施形態に係る動力制御装置５は、回生油路Ｒ３における回生モータ１８の下流側ではなく上流側に回生側制御弁１９が設けられている。

そして、コントローラ２５は、ステップＳ１０（図３参照）において、次の制御を実行する。

仮想トルクと許容トルクとの差異に相当する圧力をＰとし、この圧力Ｐと速度センサ３２による検出結果とに基づいて算出される回生モータ１８を通過する流量をＱとし、回生側制御弁１９の開口をＡとした場合に、前記式（１）に基づいて開口Ａを算出する。そして、開口Ａに設定するための指令が回生側制御弁１９に出力される。

なお、前記第５実施形態において、回生油路Ｒ３における回生側制御弁１９の上流側にリリーフ弁２７（図２参照）を設けることもできる。

また、第１実施形態に係る回生側制御弁１９を第５実施形態と同様に回生モータ１８の上流側に設けることもできる。

さらに、第１〜５実施形態では、油圧アクチュエータとしてブームシリンダ９を例示しているが、油圧アクチュエータとして、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、下部走行体２を走行させるための走行モータ（図示省略）、及び上部旋回体３を旋回させるための旋回モータ（図示省略）を採用することもできる。

Ｒ１ ヘッド側油路（戻り油路の一例）
Ｒ２ 接続油路（接続回路の一例）
Ｒ３ 回生油路
Ｒ４ 非回生油路
Ｒ７ 排出側油路
１ ハイブリッドショベル（建設機械の一例）
２ 下部走行体（ベースマシンの一例）
３ 上部旋回体（ベースマシンの一例）
４ アタッチメント
５ 動力制御装置
９ ブームシリンダ（油圧アクチュエータの一例）
１７ 操作手段
１８ 回生モータ
１９ 回生側制御弁
２０ 非回生側制御弁
２１ 発電機
２５ コントローラ
２７ リリーフ弁
３３ 可変リリーフ弁
３４ アキュムレータ
３５ 切換弁
３７ リリーフ弁

Claims (10)

1. 作動油を吐出する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの作動油の供給により作動する油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータからの戻り油を流す戻り油路に対して互いに並列に接続された回生油路及び非回生油路のうちの前記回生油路に設けられた回生モータと、
   前記非回生油路に設けられているとともに前記非回生油路における作動油の流量を制御する流量制御弁と、
   前記回生モータの回転駆動に伴い作動する発電機と、
   前記油圧アクチュエータからの戻り油の流量が回生モータに予め設定された許容流量を超える場合に、余剰の作動油が前記非回生油路に流れるように前記流量制御弁を制御するコントローラと、
   前記回生油路に設けられているとともに前記回生油路における作動油の圧力を制御する圧力制御機構とを備え、
   前記コントローラは、前記回生モータを通過する作動油の流量により特定される目標速度で前記発電機を駆動するための仮想トルクが前記発電機に予め設定された許容トルクを超える場合に、前記仮想トルクを前記許容トルク以下に低下させるために前記回生モータの上流側と下流側との差圧が小さくなるように前記圧力制御機構を制御する、動力制御装置。
2. 前記圧力制御機構は、作動油が通過する開口の面積を調整可能な開口制御弁を有する、請求項１に記載の動力制御装置。
3. 前記圧力制御機構は、前記開口制御弁の上流側の作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧を超えたときに開放するリリーフ弁をさらに有する、請求項２に記載の動力制御装置。
4. 前記圧力制御機構は、その上流側の作動油の圧力がリリーフ圧を超えたときに開放するとともに前記コントローラからの指令に応じて前記リリーフ圧を調整可能な可変リリーフ弁を有する、請求項１に記載の動力制御装置。
5. 前記圧力制御機構は、前記回生モータの下流側に設けられているとともに、前記回生モータの下流側で、かつ、前記圧力制御機構の上流側の圧力を上昇させる、請求項１〜４の何れか１項に記載の動力制御装置。
6. 前記動力制御装置は、前記非回生油路に設けられているとともに前記流量制御弁を通過した作動油により蓄圧されるアキュムレータをさらに備えている、請求項１〜５の何れか１項に記載の動力制御装置。
7. 前記動力制御装置は、前記戻り油路、前記回生油路、及び前記非回生油路を接続する接続状態と、前記回生油路と前記非回生油路とを接続し、かつ、前記回生油路及び前記非回生油路から前記戻り油路を遮断する遮断状態との間で切換可能な接続回路をさらに備え、
   前記コントローラは、前記接続回路を遮断状態に切り換えるとともに、前記アキュムレータから前記回生モータへの流れを許容するように前記流量制御弁及び前記圧力制御機構を制御する電力変換制御を行う、請求項６に記載の動力制御装置。
8. 前記コントローラは、前記油圧アクチュエータの予め設定された動作が行われた場合に前記接続回路を接続状態に切り換えて前記回生モータを用いた前記戻り油の回生を行う一方、前記油圧アクチュエータの予め設定された動作以外の動作が行われた場合に前記電力変換制御を行う、請求項７に記載の動力制御装置。
9. 前記動力制御装置は、前記戻り油路に対して前記回生油路及び前記非回生油路と並列に接続されているとともにタンクに接続された排出側油路に設けられたリリーフ弁をさらに備え、
   前記リリーフ弁のリリーフ圧は、前記アキュムレータに蓄圧された作動油の圧力の上限値として予め設定された制限圧力に設定されている、請求項６〜８の何れか１項に記載の動力制御装置。
10. ベースマシンと、
    前記ベースマシンに対して起伏可能に取り付けられたブームと、
    前記ブームを起伏させる、前記油圧アクチュエータとしてのブームシリンダと、
    前記ブームの下げ動作時おける前記ブームシリンダからの戻り油が持つエネルギーを電力として回収する、請求項１〜９の何れか１項に記載の動力制御装置とを備えている、建設機械。

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