JP6285843B2 - 建設機械の油圧駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の油圧駆動システムに関する。

油圧ショベルや油圧クレーンのような建設機械では、油圧駆動システムによって各部が駆動される。このような油圧駆動システムでは、アクチュエータからタンクに戻される作動油を利用してエネルギを回生することが行われている。

例えば、特許文献１には、油圧ショベルのブーム下げ時にエネルギを回収し、回収したエネルギをブーム上げ時に利用するように構成された油圧駆動システムが開示されている。具体的に、この油圧駆動システムでは、回生モータがクラッチを介してフライホイールと連結されている。そして、ブーム下げ時には、クラッチがオンとされた状態でブームシリンダから排出される作動油が回生モータに導かれる。これにより、ブーム下げ時のエネルギがフライホイールに回転運動として蓄積される。

一方、蓄積されたエネルギは、ブーム上げ時に利用される。具体的に、ブーム上げ時には、クラッチがオンとされることにより、回生モータがポンプとして機能する。これにより、回生モータから吐出された作動油が、メインポンプから吐出された作動油と合流してブームシリンダに供給される。

特開２００８−１３８４３９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された油圧駆動システムのように回生モータとフライホイールとの間にクラッチが設けられている場合には、クラッチがオンとされるときに滑りによってエネルギが熱となって消費される。また、クラッチの存在によって、構成が複雑でコストが高くなるばかりでなく、故障も発生し易い。さらに、蓄積されたエネルギが利用されるのはブーム上げ時であるので、ブーム下げ操作が行われてから次のブーム上げ操作が行われるまでに、蓄積されたエネルギがフライホイールの摩擦等で徐々に減少する。

そこで、本発明は、フライホイールに蓄積したエネルギを有効に利用することが可能な建設機械の油圧駆動システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の建設機械の油圧駆動システムは、アクチュエータに作動油を供給する、アシストモータと連結されたポンプと、フライホイールと直接的にまたはギヤを介して連結された回生モータと、前記アクチュエータから排出される作動油を前記回生モータに導く回収位置と前記回生モータに導かない非回収位置との間で切り換えられる第１回生切換弁と、前記回生モータから排出される作動油を前記アシストモータに導くエネルギ放出位置とタンクに導くエネルギ蓄積・保持位置との間で切り換えられる第２回生切換弁と、前記第１回生切換弁が前記非回収位置に位置するときに、前記回生モータへの作動油の流入を可能とする補給ラインと、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１回生切換弁を回収位置、第２回生切換弁をエネルギ蓄積・保持位置に切り換えれば、アクチュエータから排出される作動油で回生モータを駆動することができる。これにより、フライホイールにエネルギを蓄積することができる。フライホイールは回生モータと直接的にまたはギヤを介して連結されているので、フライホイールと回生モータの間で滑りは生じない。従って、フライホイールと回生モータの間でエネルギが伝達されるときに、エネルギが無駄に消費されることがない。しかも、クラッチがないので、構成が簡単でコストが低く、かつ、故障も発生し難い。

一方、第１回生切換弁を非回収位置、第２回生切換弁をエネルギ放出位置に切り換えれば、回生モータをポンプとして機能させることができる。そして、回生モータから吐出された作動油は、ポンプと連結されたアシストモータに導かれるので、蓄積されたエネルギをポンプの駆動力として使用することができる。すなわち、本発明では、エネルギの蓄積後に直ちに蓄積したエネルギを利用することができ、フライホイールの摩擦等でエネルギを失う量を極力減らすことができる。

前記アクチュエータは、旋回モータであり、前記第１回生切換弁は、旋回減速時以外は前記非回収位置に維持され、旋回減速時に前記回収位置に切り換えられてもよい。この構成によれば、旋回減速時のエネルギを回生することができる。

上記の油圧駆動システムは、前記旋回モータに対する作動油の供給および排出を制御する旋回制御弁であって、旋回減速時には旋回減速前の位置を維持するように構成された旋回制御弁を備え、前記第１回生切換弁は、前記旋回制御弁からタンクへ延びるタンクラインに設けられており、前記非回収位置では作動油をタンクに導いてもよい。この構成によれば、旋回速度をゼロよりも大きな値に減少させる旋回減速時でもエネルギを積極的に回生することができる。

前記回生モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、上記の油圧駆動システムは、前記回生モータの傾転角を調整する回生モータレギュレータと、前記第１回生切換弁が前記回収位置に位置するときに、前記旋回モータの回転数が高くなるほど前記回生モータの傾転角が大きくなるように、前記回生モータレギュレータを制御する制御装置と、を備えてもよい。この構成によれば、旋回速度に応じた適切な回収を行うことができる。

上記の油圧駆動システムは、前記旋回モータと接続された一対の旋回ラインと、前記一対の旋回ライン同士を接続する橋架路であって、互いに逆向きに一対のリリーフ弁が設けられた橋架路と、前記一対のリリーフ弁のそれぞれをバイパスする、逆止弁が設けられたバイパス路と、前記アシストモータの出口からタンクへ延びるタンクラインであって、０．１ＭＰａ以上のクラッキング圧を有する逆止弁が設けられたタンクラインと、前記橋架路における前記一対のリリーフ弁の間の部分と前記タンクラインにおける前記逆止弁よりも上流側部分とを接続する中継ラインと、を備えてもよい。この構成によれば、アシストモータから排出される作動油の圧力を０．１ＭＰａ以上と若干高く維持することができるとともに、その若干高く維持された圧力を旋回モータへの補給に利用することができる。

前記アクチュエータは、ブームシリンダであり、前記第１回生切換弁は、ブーム下げ時以外は前記非回収位置に維持され、ブーム下げ時に前記回収位置に切り換えられてもよい。この構成によれば、ブーム下げ時のエネルギを回生することができる。

前記回生モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、上記の油圧駆動システムは、前記回生モータの傾転角を調整する回生モータレギュレータと、前記第１回生切換弁が前記回収位置に位置するときに、ブーム操作弁から出力されるパイロット圧が大きくなるほど前記回生モータの傾転角が大きくなるように、前記回生モータレギュレータを制御する制御装置と、を備えてもよい。この構成によれば、ブーム下げの速度に応じた適切な回収を行うことができる。

前記アシストモータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、上記の油圧駆動システムは、前記アシストモータの傾転角を調整するアシストモータレギュレータと、前記フライホイールの回転が停止したときに前記アシストモータの傾転角が実質的にゼロになるように、前記アシストモータレギュレータを制御する制御装置と、を備えてもよい。この構成によれば、フライホイールにエネルギが蓄積されていないときに、アシストモータがポンプとして機能することを防止できる。

前記建設機械は、走行体と、前記走行体にベアリングを介して支持された旋回体を含み、前記フライホイールは、前記走行体内に配置された旋回用リングギヤに沿うリング状の形状を有し、前記回生モータに取り付けられたギヤと噛み合う内歯を含んでもよい。この構成によれば、比較的に重量の大きなフライホイールを採用することができ、エネルギの蓄積量を増大させることができる。

前記建設機械は、走行体と、前記走行体にベアリングを介して支持された旋回体を含み、前記フライホイールは、前記旋回体内で、前記回生モータと直接的に連結されていてもよい。この構成によれば、コンパクトな構造のフライホイールを採用することができる。

本発明によれば、フライホイールに蓄積したエネルギを有効に利用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。 建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。 （ａ）はフライホイールの１つのレイアウトを示す油圧ショベルの断面図、（ｂ）はフライホイールの他のレイアウトを示す油圧ショベルの断面図である。 旋回モータ回転数と回生モータ傾転角の関係を示すグラフである。 旋回操作弁からのパイロット圧と電磁比例弁の二次圧の関係を示すグラフである。 第１実施形態の変形例の油圧駆動システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ａを示し、図２に、その油圧駆動システム１Ａが搭載された建設機械１０を示す。図２に示す建設機械１０は油圧ショベルであるが、本発明は、油圧クレーンなどの他の建設機械にも適用可能である。

建設機械１０は、図３（ａ）に示すように、走行体１１と、走行体１１にベアリング１８Ａを介して支持された旋回体１２を含む。旋回体１２内には、旋回モータ１６が配置されており、走行体１１内には、旋回モータ１６に取り付けられたギヤ１６ａと噛み合う旋回用リングギヤ１９が配置されている。

本実施形態では、建設機械１０が自走式の油圧ショベルであるが、建設機械１０が船舶に搭載される油圧ショベルである場合には、運転室を含む旋回体１２が船体に旋回可能に支持される。

図２に戻って、旋回体１２には、ブーム１０ａが揺動可能に連結されている。さらに、ブーム１０ａの先端にはアーム１０ｂが揺動可能に連結され、アーム１０ｂの先端にはバケット１０ｃが揺動可能に連結されている。ブーム１０ａ、アーム１０ｂおよびバケット１０ｃは、それぞれブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５により作動させられる。

図１に示すように、上述した旋回モータ１６およびシリンダ１３〜１５ならびに図略の左右一対の走行モータを含むアクチュエータには、メインポンプ２１から作動油が供給される。本実施形態の油圧駆動システム１Ａは、旋回減速時のエネルギを回生することができるように構成されたものである。そのため、図１では、旋回モータ１６以外のアクチュエータを省略している。また、通常は、メインポンプ２１としてダブルポンプが採用されるが、本件明細書では、説明の便宜上、そのダブルポンプを１つのメインポンプ２１として説明する。

メインポンプ２１は、エンジン１７と連結されており、エンジン１７により駆動される。また、メインポンプ２１は、アシストモータ２２と連結されている。

メインポンプ２１は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）であり、その傾転角はメインポンプレギュレータ２１ａにより調整される。メインポンプレギュレータ２１ａは、制御装置９により制御される。なお、図１では、図面の簡略化のために、一部の制御線のみを描いている。例えば、メインポンプ２１が斜板ポンプである場合、メインポンプレギュレータ２１ａは、ポンプの斜板と連結されたスプールに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、ポンプの斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。

アシストモータ２２は、本実施形態では、固定容量型のモータである。タンク３０からアシストモータ２２の入口へは供給ライン３４が延びており、アシストモータ２２の出口からタンク３０へはタンクライン３６が延びている。供給ライン３４には、通常のクラッキング圧（０．１ＭＰａ以下）を有する逆止弁３５が設けられており、タンクライン３６には、０．１ＭＰａ以上の高いクラッキング圧を有する逆止弁３７が設けられている。

メインポンプ２１からはタンク３０へブリードライン３１が延びている。なお、図１では、ブリードライン３１の上流側部分のみを描いている。ブリードライン３１上には、旋回制御弁４１を含む複数の制御弁が配置されている。ブリードライン３１からはパラレルライン３２が分岐しており、このパラレルライン３２を通じて全ての制御弁へ作動油が導かれる。

旋回制御弁４１は、旋回モータ１６に対する作動油の供給および排出を制御する。具体的に、旋回制御弁４１は、一対の旋回ライン５１，５２により旋回モータ１６と接続されている。また、旋回制御弁４１からは、タンク３０へタンクライン３３が延びている。

一対の旋回ライン５１，５２同士は、橋架路５３によって接続されている。橋架路５３には、互いに逆向きに一対のリリーフ弁５４が設けられている。旋回ライン５１，５２間には、各リリーフ弁５４をパイパスするようにバイパス路５５が設けられており、各バイパス路５５には逆止弁５６が設けられている。橋架路５３におけるリリーフ弁５４の間の部分は、中継ライン５７によって、アシストモータ２２の出口とつながる上述したタンクライン３６における逆止弁３７よりも上流側部分と接続されている。

本実施形態では、旋回制御弁４１が、旋回減速時には旋回減速前の位置を維持するように構成されている。具体的に、旋回制御弁４１は、一対のパイロットポートを有し、これらのパイロットポートはそれぞれ電磁比例弁４２，４３と接続されている。電磁比例弁４２，４３にはサブポンプ２５から作動油が供給され、電磁比例弁４２，４３は、制御装置９から送給される電流に応じた大きさの二次圧を旋回制御弁４１のパイロットポートへ出力する。

制御装置９は、旋回操作弁４４から出力される左旋回パイロット圧ＰＬを計測する第１圧力計９１と、旋回操作弁４４から出力される右旋回パイロット圧ＰＲを計測する第２圧力計９２と接続されている。旋回操作弁４４は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧（ＰＬまたはＰＲ）を出力する。

図５に示すように、制御装置９は、左旋回パイロット圧ＰＬが上昇するとき（すなわち、左旋回加速時）、および左旋回パイロット圧ＰＬが一定のとき（すなわち、等速左旋回時）は、左旋回パイロット圧ＰＬの大きさに応じた電流を左旋回用の電磁比例弁４２へ送給する。これにより、電磁比例弁４２からは、左旋回パイロット圧ＰＬと比例する二次圧が出力される。一方、左旋回パイロット圧ＰＬが下降するとき（すなわち、左旋回減速時）には、制御装置９は、電磁比例弁４２へ送給する電流を変化させず、旋回減速前の電流を維持する。これにより、旋回減速中は電磁比例弁４２から出力される二次圧が変化せず、旋回制御弁４１が旋回減速前の位置に維持される。左旋回パイロット圧ＰＬがゼロになれば、制御装置９は電磁比例弁４２へ送給する電流をゼロにする。

同様に、制御装置９は、右旋回パイロット圧ＰＲが上昇するとき（すなわち、右旋回加速時）、および右旋回パイロット圧ＰＲが一定のとき（すなわち、等速右旋回時）は、右旋回パイロット圧ＰＲの大きさに応じた電流を右旋回用の電磁比例弁４３へ送給する。これにより、電磁比例弁４３からは、右旋回パイロット圧ＰＲと比例する二次圧が出力される。一方、右旋回パイロット圧ＰＲが下降するとき（すなわち、右旋回減速時）には、制御装置９は、電磁比例弁４３へ送給する電流を変化させず、旋回減速前の電流を維持する。これにより、旋回減速中は電磁比例弁４３から出力される二次圧が変化せず、旋回制御弁４１が旋回減速前の位置に維持される。右旋回パイロット圧ＰＲがゼロになれば、制御装置９は電磁比例弁４３へ送給する電流をゼロにする。

図１に戻って、旋回制御弁４１からタンク３０へ延びるタンクライン３３には、第１回生切換弁６１が設けられている。第１回生切換弁６１は、第１回生路７１により回生モータ２３と接続されている。

回生モータ２３は、フライホイール２４と直接的にまたはギヤを介して連結されている。回生モータ２３がフライホイール２４とギヤを介して連結される場合、例えば、図３（ａ）に示すように、フライホイール２４は、上述した旋回用リングギヤ１９に沿うリング状の形状を有し、回生モータ２３に取り付けられたギヤ２３ｂと噛み合う内歯２４ａを含んでもよい。例えば、フライホイール２４は、走行体１１内で、ベアリング１８Ｂによって回転可能に支持される。この場合、回生モータ２３は旋回体１２に取り付けられていてもよいが、走行体１１に取り付けられていることが望ましい。この構成であれば、比較的に重量の大きなフライホイール２４を採用することができ、エネルギの蓄積量を増大させることができる。

あるいは、フライホイール２４は、例えば、図３（ｂ）に示すように、旋回体１２内の任意の位置（例えばエンジンルーム１２ａ内）で、回生モータ２３と直接的に連結されていてもよい。この構成であれば、コンパクトな構造のフライホイール２４を採用することができる。

図１に戻って、第１回生切換弁６１は、旋回モータ１６から排出される作動油を、回生モータ２３に導く回収位置（図１の右位置）と、回生モータ２３に導かずにタンク３０に導く非回収位置（図１の左位置）との間で切り換えられる。第１回生切換弁６１は、制御装置９により制御される。上述したように、本実施形態は、旋回減速時のエネルギを回生することを目的としたものである。このため、制御装置９は、第１回生切換弁６１を、旋回減速時以外は非回収位置に維持し、旋回減速時に回収位置に切り換える。

本実施形態では、第１回生切換弁６１が、回収位置で、タンクライン３３の上流側部分と第１回生路７１との連通度合およびタンクライン３３の上流側部分とタンクライン３３の下流側部分との連通度合、を変更できるように構成されている。すなわち、回収位置では、旋回モータ１６から排出される作動油が回生モータ２３だけでなくタンク３０にも導かれることがある。タンクライン３３の上流側部分に対する第１回生路７１および下流側部分の連通度合は、例えば、旋回モータ１６の回転数と回生モータ２３の回転数に基づいて制御される。

なお、第１回生切換弁６１は、必ずしも図１に示すような単一の弁である必要はない。例えば、第１回生路７１がタンクライン３３から分岐していて、第１回生切換弁６１が、タンクライン３３の下流側部分および第１回生路７１に設けられた一対の電気式可変絞りで構成されていてもよい。

回生モータ２３は、第２回生路７２により第２回生切換弁６２と接続されている。第２回生切換弁６２からは、第３回生路７３がタンク３０へ延びている。また、第２回生切換弁６２は、第４回生路７４によって、アシストモータ２２の入口とつながる上述した供給ライン３４における逆止弁３５が作動可能な側、すなわち、逆止弁３５よりも下流側部分と接続されている。

第２回生切換弁６２は、回生モータ２３から排出される作動油を、アシストモータ２２に導くエネルギ放出位置（図１の右位置）と、アシストモータ２２に導かずにタンク３０に導くエネルギ蓄積・保持位置（図１の左位置）との間で切り換えられる。本実施形態では、エネルギ蓄積・保持位置では、第２回生切換弁６２が第４回生路７４をブロックする。第２回生切換弁６２は、制御装置９により制御される。本実施形態では、制御装置９が、第２回生切換弁６２を、旋回減速前および旋回減速中はエネルギ蓄積・保持位置に維持し、旋回減速後にエネルギ放出位置に切り換える。ただし、第２回生切換弁６２は、少なくとも旋回減速時にエネルギ蓄積・保持位置に維持されればよい。

本実施形態では、第２回生切換弁６２が、エネルギ放出位置で、第２回生路７２と第４回生路７４との連通度合および第２回生路７２と第３回生路７３との連通度合、を変更できるように構成されている。すなわち、エネルギ放出位置では、回生モータ２３から排出される作動油がアシストモータ２２だけでなくタンク３０にも導かれることがある。第２回生路７２に対する第４回生路７４および第３回生路７３の連通度合は、例えば、アシストモータ２２の回転数および回生モータ２３の回転数に基づいて制御される。

さらに、本実施形態では、第２回生切換弁６２が、第５回生路７５により第１回生路７１と接続されている。また、第１回生路７１には、第５回生路７５がつながる位置よりも上流側に逆止弁６３が設けられている。

第２回生切換弁６２は、エネルギ蓄積・保持位置では第５回生路７５をブロックする一方、エネルギ放出位置では第５回生路７５を第３回生路７３と連通させる。第２回生切換弁６２がエネルギ放出位置に位置するのは旋回減速後であり、このときには第１回生切換弁６１は非回収位置に位置する。このため、旋回モータ１６から排出される作動油は回生モータ２３に導かれない。しかしながら、第２回生切換弁６２がエネルギ放出位置に位置するときは、第５回生路７５が第３回生路７３と連通し、タンク３０から回生モータ２３に作動油が導かれる。すなわち、第５回生路７５および第３回生路７３は、第１回生切換弁６１が非回収位置に位置するときに、回生モータ２３への作動油の流入を可能とする補給ライン８を構成する。

回生モータ２３は、傾転角が変更可能な可変容量型のモータ（斜板モータまたは斜軸モータ）であり、その傾転角は回生モータレギュレータ２３ａにより調整される。回生モータレギュレータ２３ａは、制御装置９により制御される。例えば、回生モータ２３が斜板モータである場合、回生モータレギュレータ２３ａは、モータの斜板と連結されたスプールに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、モータの斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。

より詳しくは、制御装置９は、旋回モータ１６の回転数を計測する回転数センサ９３と接続されている。そして、制御装置９は、第１回生切換弁６１が回収位置に位置するときに、図４に示すように、旋回モータ１６の回転数が高くなるほど回生モータ２３の傾転角が大きくなるように、回生モータレギュレータ２３ａを制御する。

次に、油圧駆動システム１Ａの動作を説明する。

第１回生切換弁６１は、旋回減速時以外は、非回収位置に維持される。このため、旋回加速時および等速旋回時は、旋回モータ１６から排出される作動油は、タンクライン３３を通じてタンク３０へ戻される。なお、上述したように、旋回減速前は、第２回生切換弁６２はエネルギ蓄積・保持位置に維持される。

旋回減速時は、旋回制御弁４１が旋回減速前の位置に維持される。このため、タンクライン３３に流入する作動油の量は変化しない。一方、旋回減速時は、第２回生切換弁６２がエネルギ蓄積・保持位置に維持されたままで、第１回生切換弁６１が回収位置に切り換えられる。これにより、旋回モータ１６から排出される作動油で回生モータ２３を駆動することができ、フライホイール２４にエネルギを蓄積することができる。回生モータ２３を回転させる負荷によって、旋回体１２が減速される。

旋回体１２が減速して停止したとき、あるいは旋回操作弁４４の操作レバーが中立位置に戻されるか中間位置で停止されて、旋回減速操作が終了すると、制御装置９は、第１回生切換弁６１を非回収位置に切り換える。その後、任意のタイミングで、例えばメインポンプ２１の圧力がある値以上のときに、第２回生切換弁６２をエネルギ放出位置に切り換える。これにより、回生モータ２３の入口が第１回生路７１の一部、第５回生路７５および第３回生路７３を通じてタンク３０と連通し、回生モータ２３の出口が第２回生路７２、第４回生路７４および供給ライン３４の一部を通じてアシストモータ２２の入口と連通する。従って、回生モータ２３をポンプとして機能させることができる。そして、回生モータ２３から吐出された作動油は、メインポンプ２１と連結されたアシストモータ２２に導かれるので、蓄積されたエネルギをメインポンプ２１の駆動力として使用することができる。フライホイール２４に蓄積されたエネルギが全て放出される、あるいは再度の旋回減速操作が行われると、第２回生切換弁６２はエネルギ蓄積・保持位置に戻される。

なお、回生モータ２３の回転速度が小さくなったり回生モータ２３が停止すると、メインポンプ２１と連結されたアシストモータ２２はポンプとして機能することになるが、供給ライン３４およびタンクライン３６を通じて作動油を循環させるのに必要な動力はそれほど大きくないため、特に問題ではない。

さらに、アシストモータ２２がポンプとして機能するときの動力を最小化するために、アシストモータ２２とエンジン軸との間にワンウェイクラッチや電磁クラッチなどのクラッチを設けてもよい。

以上説明したように、本実施形態の油圧駆動システム１Ａでは、フライホイール２４が回生モータ２３と直接的にまたはギヤを介して連結されているので、フライホイール２４と回生モータ２３の間で滑りは生じない。従って、フライホイール２４と回生モータ２３の間でエネルギが伝達されるときに、エネルギが無駄に消費されることがない。しかも、クラッチがないので、構成が簡単でコストが低く、かつ、故障も発生し難い。

さらに、本実施形態では、蓄積されたエネルギがメインポンプ２１の駆動力として使用される。すなわち、蓄積されたエネルギは、ブームシリンダ１３やアームシリンダ１４などの全てのアクチュエータの駆動に利用される。従って、エネルギの蓄積後に直ちに蓄積したエネルギを利用することができ、フライホイール２４の摩擦等でエネルギを失う量は極く僅かである。

また、本実施形態では、旋回モータ１６の回転数が高くなるほど回生モータ２３の傾転角が大きくされるので、旋回速度に応じた適切な回収を行うことができる。

また、本実施形態では、中継ライン５７によって、橋架路５３におけるリリーフ弁５４の間の部分とタンクライン３６における逆止弁３７よりも上流側部分とが接続されているので、アシストモータ２２から排出される作動油の圧力を０．１ＭＰａ以上と若干高く維持することができるとともに、その若干高く維持された圧力を旋回モータ１６への補給に利用することができる。

＜変形例＞
図１に示す構成に対しては、種々の変形が可能である。以下、図６を参照して、第１実施形態の変形例を説明する。なお、図６では、図面の簡略化のために、制御装置９および電磁比例弁４２，４３などを省略している。

第１実施形態では、旋回制御弁４１が旋回減速時に旋回減速前の位置を維持される。すなわち、旋回減速時には、旋回モータ１６へ供給される作動油は規制されない。そこで、旋回減速時に旋回モータ１６への作動油の供給を規制できるように、パラレルライン３２における旋回制御弁４１への分岐部に電気式可変絞り６５が設けられていてもよい。

また、アシストモータ２２は、傾転角が変更可能な可変容量型のモータ（斜板モータまたは斜軸モータ）であり、その傾転角はアシストモータレギュレータ２２ａにより調整されてもよい。例えば、制御装置９は、アシストモータレギュレータ２２ａを、フライホイール２４の回転が停止したときにアシストモータ２２の傾転角が実質的にゼロ（例えば、２度以下）となるように制御する。この構成であれば、フライホイール２４にエネルギが蓄積されていないときに、アシストモータ２２がポンプとして機能することを防止できる。なお、この変形例は、後述する第２〜第５実施形態にも適用可能である。

第１回生路７１における逆止弁６３よりも下流側部分からタンク３０へは、逆止弁６４が設けられた第６回生路７６が延びていてもよい（図例では、第６回生路７６の上流側端部が第３回生路７３と合流し、第６回生路７６の下流側端部が第５回生路７５と合流しているが、それらは別々であってもよい）。この場合、第１回生切換弁６１が非回収位置に切り換えられても回生モータ２３へは第６回生路７６を通じて作動油の流入が可能である。すなわち、第６回生路７６が単独で補給ライン８として機能する。このため、第２回生切換弁６２を、第１回生切換弁６１が非回収位置に切り換えられてから比較的に早いタイミングでエネルギ放出位置に切り換える必要がない。また、第５回生路７５を省略して、第２回生切換弁６２を４ポートから３ポートに変更することも可能である。なお、この変形例は、後述する第２〜第５実施形態にも適用可能である（ただし、第３実施形態では、第１回生切換弁の符号を６１から６７に、第２回生切換弁の符号を６２から６８に読み替える）。

（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｂを説明する。なお、本実施形態および後述する第３〜第５実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態では、旋回制御弁４１のパイロットポートが旋回操作弁４４と接続されている。すなわち、旋回制御弁４１は、常に、旋回操作弁４４の操作レバーの操作量に応じて移動する。なお、図示は省略するが、旋回操作弁４４と旋回制御弁４１の間のパイロットラインには、図１と同様に、第１および第２圧力計９１，９２が設けられている。図略の制御装置９は、第１実施形態と同様に、第１および第２圧力計９１，９２で計測されるパイロット圧ＰＬ，ＰＲの変化によって旋回減速時等を判定する。

また、本実施形態では、旋回ライン５１，５２間に、旋回ライン５１，５２のどちらかを選択するための切換弁６６が設けられている。切換弁６６は、本実施形態では電磁弁（ソレノイドバルブ）であるが、単なる高圧選択弁であってもよい。

さらに、本実施形態では、第１回生切換弁６１が旋回制御弁４１から延びるタンクライン３３に設けられておらず、抽出路７７により切換弁６６と接続されている。第１回生切換弁６１は、図略の制御装置９により、旋回減速時以外は抽出路７７をブロックする非回収位置に維持される。すなわち、第１回生切換弁６１は、非回収位置では旋回モータ１６から排出される作動油を回生モータ２３に導かない。

一方、旋回減速時は、図略の制御装置９は、旋回ライン５１，５２のうち旋回モータ１６から排出される作動油が流れる旋回ラインを抽出路７７と連通させるように切換弁６６を切り換えるとともに、第１回生切換弁６１を、抽出路７７を第１回生路７１と連通させる回収位置に切り換える。

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、第１実施形態のように、第１回生切換弁６１が旋回制御弁４１から延びるタンクライン３３に設けられていれば、旋回速度をゼロよりも大きな値に減少させる旋回減速時でもエネルギを積極的に回生することができる。

（第３実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｃを説明する。

本実施形態の油圧駆動システム１Ｃは、ブーム下げ時のエネルギを回生することができるように構成されたものである。そのため、図８では、ブームシリンダ１３以外のアクチュエータを省略している。

メインポンプ２１から延びるブリードライン３１上には、ブーム制御弁４５が配置されている。ブーム制御弁４５は、ブームシリンダ１３に対する作動油の供給および排出を制御する。具体的に、ブーム制御弁４５は、一対のブームライン５８，５９によりブームシリンダ１３と接続されている。また、ブーム制御弁４５からは、タンク３０へタンクライン３８が延びている。

ブーム制御弁４５のパイロットポートは、ブーム操作弁４６と接続されている。ブーム操作弁４６は、操作レバーを含み、操作レバーの操作量に応じた大きさのパイロット圧を出力する。このため、ブーム制御弁４５は、ブーム操作弁４６の操作レバーの操作量に応じて移動する。ブーム操作弁４６とブーム制御弁４５の間のパイロットラインの一方には、ブーム下げ時にブーム操作弁４６から出力されるパイロット圧を計測する圧力計９４が設けられている。圧力計９４は、制御装置９と接続されている。なお、図８では、図面の簡略化のために、一部の制御線のみを描いている。制御装置９は、圧力計９４で計測されるパイロット圧がゼロよりも大きくなったときに、ブーム下げ時であると判定する。

本実施形態では、ブーム制御弁４５から延びるタンクライン３８に第１回生切換弁６７が設けられている。第１回生切換弁６７は、第１回生路７１により回生モータ２３と接続されている。また、回生モータ２３は、第２回生路７２により第２回生切換弁６８と接続されている。なお、第１回生切換弁６７と第２回生切換弁６８の間および第２回生切換弁６８とタンク３０の間の回路構成は、図１と同様であるので、図１と同様の符号を付してその説明は省略する。第１回生切換弁６７は、必ずしもタンクライン３８に設けられている必要はなく、ブームシリンダ１３のヘッド側につながるブームライン５８に設けられていてもよい。

第１回生切換弁６７は、ブームシリンダ１３から排出される作動油を、回生モータ２３に導く回収位置（図８の右位置）と、回生モータ２３に導かずにタンク３０に導く非回収位置（図８の左位置）との間で切り換えられる。第１回生切換弁６７は、制御装置９により制御される。上述したように、本実施形態は、ブーム下げ時のエネルギを回生することを目的としたものである。このため、制御装置９は、第１回生切換弁６７を、ブーム下げ時以外は非回収位置に維持し、ブーム下げ時に回収位置に切り換える。

本実施形態では、第１回生切換弁６７が、回収位置で、タンクライン３８の上流側部分と第１回生路７１との連通度合およびタンクライン３８の上流側部分とタンクライン３８の下流側部分との連通度合、を変更できるように構成されている。すなわち、回収位置では、ブームシリンダ１３から排出される作動油が回生モータ２３だけでなくタンク３０にも導かれることがある。タンクライン３８の上流側部分に対する第１回生路７１および下流側部分の連通度合は、例えば、回生モータ２３の回転数あるいはブーム操作弁４６のパイロット圧に基づいて制御される。

なお、第１回生切換弁６７は、必ずしも図８に示すような単一の弁である必要はない。例えば、第１回生路７１がタンクライン３８から分岐していて、第１回生切換弁６７が、タンクライン３８の下流側部分および第１回生路７１に設けられた一対の電気式可変絞りで構成されていてもよい。

第２回生切換弁６８は、回生モータ２３から排出される作動油を、アシストモータ２２に導くエネルギ放出位置（図８の右位置）と、アシストモータ２２に導かずにタンク３０に導くエネルギ蓄積・保持位置（図８の左位置）との間で切り換えられる。本実施形態では、エネルギ蓄積・保持位置では、第２回生切換弁６８が第４回生路７４をブロックする。第２回生切換弁６８は、制御装置９により制御される。本実施形態では、制御装置９が、第２回生切換弁６８を、ブーム下げ前およびブーム下げ中はエネルギ蓄積・保持位置に維持し、ブーム下げ後にエネルギ放出位置に切り換える。ただし、第２回生切換弁６８は、少なくともブーム下げ時にエネルギ蓄積・保持位置に維持されればよい。

本実施形態では、第２回生切換弁６８が、エネルギ放出位置で、第２回生路７２と第４回生路７４との連通度合および第２回生路７２と第３回生路７３との連通度合、を変更できるように構成されている。すなわち、エネルギ放出位置では、回生モータ２３から排出される作動油がアシストモータ２２だけでなくタンク３０にも導かれることがある。第２回生路７２に対する第４回生路７４および第３回生路７３の連通度合は、例えば、アシストモータ２２の回転数に基づいて制御される。

本実施形態では、制御装置９が、回生モータ２３の傾転角を調整する回生モータレギュレータ２３ａを、第１回生切換弁６７が回収位置に位置するときに、ブーム操作弁４６から出力されるパイロット圧が大きくなるほど回生モータ２３の傾転角が大きくなるように制御する。

次に、油圧駆動システム１Ｃの動作を説明する。

第１回生切換弁６７は、ブーム下げ時以外は、非回収位置に維持される。このため、ブーム上げ時は、ブームシリンダ１３のロッド側から排出される作動油は、タンクライン３８を通じてタンク３０へ戻される。なお、上述したように、ブーム下げ前は、第２回生切換弁６８はエネルギ放出位置に維持される。

ブーム下げ時は、第２回生切換弁６８がエネルギ蓄積・保持位置に維持されたままで、第１回生切換弁６７が回収位置に切り換えられる。これにより、ブームシリンダ１３のヘッド側から排出される作動油で回生モータ２３を駆動することができ、フライホイール２４にエネルギを蓄積することができる。回生モータ２３を回転させる負荷によって、ブーム１０ａ（図２参照）がゆっくりと下降する。

ブーム操作弁４６の操作レバーが中立位置に戻されて、ブーム下げ操作が終了すると、制御装置９は、第１回生切換弁６７を非回収位置に切り換える。その後、任意のタイミングで、例えばメインポンプ２１の圧力がある値以上のときに、第２回生切換弁６８をエネルギ放出位置に切り換える。これにより、回生モータ２３の入口が第１回生路７１の一部、第５回生路７５および第３回生路７３を通じてタンク３０と連通し、回生モータ２３の出口が第２回生路７２、第４回生路７４および供給ライン３４の一部を通じてアシストモータ２２の入口と連通する。従って、回生モータ２３をポンプとして機能させることができる。そして、回生モータ２３から吐出された作動油は、メインポンプ２１と連結されたアシストモータ２２に導かれるので、蓄積されたエネルギをメインポンプ２１の駆動力として使用することができる。フライホイール２４に蓄積されたエネルギが全て放出される、あるいは再度のブーム下げ操作が行われると、第２回生切換弁６８はエネルギ蓄積・保持位置に戻される。

なお、回生モータ２３の回転速度が小さくなったり回生モータ２３が停止すると、メインポンプ２１と連結されたアシストモータ２２はポンプとして機能することになるが、供給ライン３４およびタンクライン３６を通じて作動油を循環させるのに必要な動力はそれほど大きくないため、特に問題ではない。

本実施形態でも、第１実施形態と同様に、フライホイール２４が回生モータ２３と直接的にまたはギヤを介して連結されているので、フライホイール２４と回生モータ２３の間で滑りは生じない。従って、フライホイール２４と回生モータ２３の間でエネルギが伝達されるときに、エネルギが無駄に消費されることがない。しかも、クラッチがないので、構成が簡単でコストが低く、かつ、故障も発生し難い。

さらに、本実施形態では、蓄積されたエネルギがメインポンプ２１の駆動力として使用される。すなわち、蓄積されたエネルギは、旋回モータ１６やアームシリンダ１４などの全てのアクチュエータの駆動に利用される。従って、エネルギの蓄積後に直ちに蓄積したエネルギを利用することができ、フライホイール２４の摩擦等でエネルギを失う量は極く僅かである。

また、本実施形態では、ブーム操作弁４６から出力されるパイロット圧が大きくなるほど回生モータ２３の傾転角が大きくされるので、ブーム下げの速度に応じた適切な回収を行うことができる。

（第４実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｄを説明する。

本実施形態の油圧駆動システム１Ｄは、第１実施形態の油圧駆動システム１Ａと第３実施形態の油圧駆動システム１Ｄが組み合わされたものである。本実施形態では、旋回減速用の回生モータ２３とブーム下げ用の回生モータ２３とが、１つのフライホイール２４に連結されている。

本実施形態の構成であれば、旋回減速時のエネルギとブーム下げ時のエネルギの双方を回収することができる。

（第５実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１Ｅを説明する。

本実施形態の油圧駆動システム１Ｅは、第４実施形態の油圧駆動システム１Ｄに対し、旋回減速時のエネルギがアシストモータ２２にダイレクトに入力されるように改良を加えたものである。すなわち、本実施形態では、旋回減速用の回生モータ２３が設けられていない。

具体的に、本実施形態では、旋回制御弁４１から延びるタンクライン３３に、第１回生切換弁６１に代えて第３回生切換弁６９が設けられている。第３回生切換弁６９は、直接回生路７８によって、アシストモータ２２の入口とつながる供給ライン３４における逆止弁３５よりも下流側部分と接続されている。また、タンクライン３３は、アシストモータ２２の出口とつながれたタンクライン３６における逆止弁３７よりも上流側部分につながっている。

第３回生切換弁６９は、旋回モータ１６から排出される作動油を、アシストモータ２２に導く回収位置（図１０の右位置）と、逆止弁３７を通過させてタンク３０に導く非回収位置（図１０の左位置）との間で切り換えられる。例えば、第３回生切換弁６９は、制御装置９により、旋回減速時以外は非回収位置に維持され、旋回減速時に回収位置に切り換えられる。

さらに、本実施形態では、第３回生路７３が第２回生切換弁６８からタンク３０へ延びているのではなく、アシストモータ２２の出口とつながれたタンクライン３６における逆止弁３７よりも上流側部分につながっている。

本実施形態の構成であれば、第４実施形態よりも簡易な構成で、旋回減速時のエネルギとブーム下げ時のエネルギの双方を回収することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、回生モータ２３は、固定容量型のモータであってもよい。

１Ａ〜１Ｅ 油圧駆動システム
１０ 建設機械
１１ 走行体
１２ 旋回体
１２ａ エンジンルーム
１３ ブームシリンダ
１６ 旋回モータ
１８Ａ，１８Ｂ ベアリング
１９ 旋回用リングギヤ
２１ メインポンプ
２１ａ メインポンプレギュレータ
２２ アシストモータ
２２ａ アシストモータレギュレータ
２３ 回生モータ
２３ａ 回生モータレギュレータ
２４ フライホイール
２４ａ 内歯
３３，３６ タンクライン
３５，３７ 逆止弁
４１ 旋回制御弁
５１，５２ 旋回ライン
５３ 橋架路
５４ リリーフ弁
５５ パイパス路
５６ 逆止弁
５７ 中継ライン
６１，６７ 第１回生切換弁
６６ 切換弁
６２，６８ 第２回生切換弁
６９ 第３回生切換弁
８ 補給ライン

Claims (10)

1. アクチュエータに作動油を供給する、アシストモータと連結されたポンプと、
   フライホイールと直接的にまたはギヤを介して連結された回生モータと、
   前記アクチュエータから排出される作動油を前記回生モータに導く回収位置と前記回生モータに導かない非回収位置との間で切り換えられる第１回生切換弁と、
   前記回生モータから排出される作動油を前記アシストモータに導くエネルギ放出位置とタンクに導くエネルギ蓄積・保持位置との間で切り換えられる第２回生切換弁と、
   前記第１回生切換弁が前記非回収位置に位置するときに、前記回生モータへの作動油の流入を可能とする補給ラインと、
   を備える、建設機械の油圧駆動システム。
2. 前記アクチュエータは、旋回モータであり、
   前記第１回生切換弁は、旋回減速時以外は前記非回収位置に維持され、旋回減速時に前記回収位置に切り換えられる、請求項１に記載の建設機械の油圧駆動システム。
3. 前記旋回モータに対する作動油の供給および排出を制御する旋回制御弁であって、旋回減速時には旋回減速前の位置を維持するように構成された旋回制御弁を備え、
   前記第１回生切換弁は、前記旋回制御弁からタンクへ延びるタンクラインに設けられており、前記非回収位置では作動油をタンクに導く、請求項２に記載の建設機械の油圧駆動システム。
4. 前記回生モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、
   前記回生モータの傾転角を調整する回生モータレギュレータと、
   前記第１回生切換弁が前記回収位置に位置するときに、前記旋回モータの回転数が高くなるほど前記回生モータの傾転角が大きくなるように、前記回生モータレギュレータを制御する制御装置と、を備える、請求項２または３に記載の建設機械の油圧駆動システム。
5. 前記旋回モータと接続された一対の旋回ラインと、
   前記一対の旋回ライン同士を接続する橋架路であって、互いに逆向きに一対のリリーフ弁が設けられた橋架路と、
   前記一対のリリーフ弁のそれぞれをバイパスする、逆止弁が設けられたバイパス路と、
   前記アシストモータの出口からタンクへ延びるタンクラインであって、０．１ＭＰａ以上のクラッキング圧を有する逆止弁が設けられたタンクラインと、
   前記橋架路における前記一対のリリーフ弁の間の部分と前記タンクラインにおける前記逆止弁よりも上流側部分とを接続する中継ラインと、
   を備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
6. 前記アクチュエータは、ブームシリンダであり、
   前記第１回生切換弁は、ブーム下げ時以外は前記非回収位置に維持され、ブーム下げ時に前記回収位置に切り換えられる、請求項１に記載の建設機械の油圧駆動システム。
7. 前記回生モータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、
   前記回生モータの傾転角を調整する回生モータレギュレータと、
   前記第１回生切換弁が前記回収位置に位置するときに、ブーム操作弁から出力されるパイロット圧が大きくなるほど前記回生モータの傾転角が大きくなるように、前記回生モータレギュレータを制御する制御装置と、を備える、請求項６に記載の建設機械の油圧駆動システム。
8. 前記アシストモータは、傾転角が変更可能な可変容量型のモータであり、
   前記アシストモータの傾転角を調整するアシストモータレギュレータと、
   前記フライホイールの回転が停止したときに前記アシストモータの傾転角が実質的にゼロになるように、前記アシストモータレギュレータを制御する制御装置と、を備える、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
9. 前記建設機械は、走行体と、前記走行体にベアリングを介して支持された旋回体を含み、
   前記フライホイールは、前記走行体内に配置された旋回用リングギヤに沿うリング状の形状を有し、前記回生モータに取り付けられたギヤと噛み合う内歯を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
10. 前記建設機械は、走行体と、前記走行体にベアリングを介して支持された旋回体を含み、
    前記フライホイールは、前記旋回体内で、前記回生モータと直接的に連結されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の建設機械の油圧駆動システム。
    

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