JP6782853B2 - 作業機械 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に係り、さらに詳しくは、油圧アクチュエータからの戻り圧油を回生できる作業機械に関する。
油圧アクチュエータからの戻り圧油を回生できる作業機械の従来技術を開示するものとして、例えば特許文献１がある。
特許文献１には、油圧アクチュエータから排出された戻り油により駆動される回生用油圧モータと、前記回生用油圧モータと機械的に連結された油圧ポンプおよび電動機とを備えた作業機械の圧油エネルギ回生装置が記載されている。この圧油エネルギ回生装置によれば、回生用油圧モータに機械的に連結された油圧ポンプを回収したエネルギで直接駆動することができるので、エネルギを一旦蓄える際の損失が発生しない。この結果、エネルギ変換損失を減少できるので効率良くエネルギを利用することが可能になる。
ＷＯ２０１５／１７３９６３
しかしながら、特許文献１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置では、戻り油の目標流量または一定回転数指令に応じて電動機の回転数が制御されるため、電動機の回転数が回生用油圧モータで回生される動力（回生動力）または油圧ポンプの動力（ポンプ動力）に対して過大となった場合に、回生用油圧ポンプおよび油圧ポンプの引きずり損失が大きくなり、電動機の回転数が回生動力またはポンプ動力に対して過小となった場合に、回生用油圧モータの回生効率が低下するという課題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧アクチュエータからの戻り圧油を回生できると共に、回生用油圧モータおよび油圧ポンプの引きずり損失の増大、および回生用油圧モータの回生効率の低下を防ぐことができる作業機械を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、第１油圧アクチュエータと、第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータから排出された戻り油により駆動する回生用油圧モータと、前記回生用油圧モータと機械的に連結された第１油圧ポンプと、前記回生用油圧モータに機械的に連結された電動機と、前記第１油圧アクチュエータまたは前記第２油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプが吐出した圧油を前記第２油圧ポンプが吐出した圧油に合流させる合流管路と、前記第１油圧アクチュエータの操作を指示する第１操作装置と、前記第１操作装置の操作量を検出する第１操作量検出装置と、前記第２油圧アクチュエータの操作を指示する第２操作装置と、前記第２操作装置の操作量を検出する第２操作量検出装置と、前記第１油圧アクチュエータの圧力を検出する第１圧力検出装置と、前記第２油圧ポンプの圧力を検出する第２圧力検出装置と、前記第１操作量検出装置、前記第２操作量検出装置、前記第１圧力検出装置、および前記第２圧力検出装置の信号が入力され、前記電動機に制御指令を出力するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記第１操作装置の操作量と前記第１油圧アクチュエータの圧力とから前記回生用油圧モータの回生流量及び回生動力を算出し、前記第２操作装置の操作量と前記第２油圧ポンプの圧力とから前記第２油圧ポンプのポンプ動力を算出し、前記回生動力と前記ポンプ動力の小さい方を前記第１油圧ポンプのアシスト動力として設定し、前記アシスト動力と前記第２油圧ポンプの圧力とから目標アシスト流量を算出する作業機械において、前記コントローラは、前記回生用油圧モータの容積である回生用油圧モータ容積と前記回生流量とから前記回生用油圧モータの要求回転数である回生用油圧モータ要求回転数を算出し、前記第１油圧ポンプの容積である第１油圧ポンプ容積と前記目標アシスト流量とから前記第１油圧ポンプの要求回転数である第１油圧ポンプ要求回転数を算出し、前記回生用油圧モータ要求回転数と前記第１油圧ポンプ要求回転数の大きい方を前記電動機の目標回転数である目標電動機回転数とするものとする。
以上のように構成した本発明によれば、回生用油圧モータの要求回転数と第１油圧ポンプの要求回転数の大きい方を電動機の目標回転数とすることにより、電動機の回転数が過大となることによる回生用油圧モータおよび第１油圧ポンプの引きずり損失の増大、および電動機の回転数が過小となることによる回生用油圧モータの回生効率の低下を防ぐことが可能になる。
本発明によれば、油圧アクチュエータからの戻り圧油を回生することができる作業機械において、回生用油圧モータおよび補助油圧ポンプの引きずり損失の増大、および回生用油圧モータの回生効率の低下を防ぐことが可能になる。
本発明の実施の形態に係る作業機械の一例としての油圧ショベルの斜視図である。 図１に示す油圧ショベルに搭載された駆動制御システムの概略図である。 図２に示すコントローラのブロック図である。 図３に示すコントローラの第２関数発生部を説明する特性図である。 コントローラによる油圧ポンプの流量制御を説明するブロック図である。
以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
図１は本実施の形態に係る油圧ショベルを示す斜視図、図２は図１に示す油圧ショベルに搭載された駆動制御システムの概略図である。
図１において、油圧ショベル１は、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型の作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂとを備えている。ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されていて、第１油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ（油圧シリンダ）３ａにより駆動される。上部旋回体１ｄは下部走行体１ｅ上に旋回可能に設けられている。上部旋回体１ｄは旋回モータ３ｄ（図２に示す）により旋回駆動される。
アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されていて、アームシリンダ（油圧シリンダ）３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されていて、バケットシリンダ（油圧シリンダ）３ｃにより駆動される。下部走行体１ｅは、左右の走行モータ（図示せず）により駆動される。ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、及びバケットシリンダ３ｃの駆動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され油圧信号を出力する操作装置４，２４（図２参照）によって制御される。
図２に示す駆動制御システムは、動力回生装置７０と、操作装置４，２４と、複数のスプール型方向切換弁からなる制御弁５と、チェック弁６と、切換弁７と、電磁切換弁８と、インバータ９Ａと、チョッパ９Ｂと、蓄電装置９Ｃと、制御装置としてのコントローラ１００とを備えている。
油圧源装置としては、第２油圧ポンプとしての可変容量型の油圧ポンプ１０とパイロット圧油を供給するパイロット油圧ポンプ１１とタンク１２とを備えている。油圧ポンプ１０とパイロット油圧ポンプ１１とは駆動軸で連結されたエンジン５０によって駆動される。油圧ポンプ１０はレギュレータ１０Ａを有していて、レギュレータ１０Ａは後述する電磁比例弁７４から出力される制御圧により油圧ポンプ１０の斜板傾転角を制御することで、油圧ポンプ１０の吐出流量を調整する。
油圧ポンプ１０からの圧油をブームシリンダ３ａ〜旋回モータ３ｄへ供給する油路３０には、後述するチェック弁６を介して連結される合流管路としての補助油路３１と各アクチュエータへ供給する圧油の方向と流量を制御する複数のスプール型方向切換弁からなる制御弁５と油圧ポンプ１０の吐出圧を検出する第２圧力検出装置としての圧力センサ４０とが設けられている。制御弁５は、そのパイロット受圧部へのパイロット圧油の供給により、各方向切換弁のスプール位置を切り換えて、油圧ポンプ１０からの圧油を各油圧アクチュエータに供給して、アーム１ｂ等を駆動する。圧力センサ４０は検出した油圧ポンプ１０の吐出圧を後述するコントローラ１００に出力する。
制御弁５の各方向切換弁のスプール位置は、操作装置４，２４の操作レバー等の操作によって切り換えられる。操作装置４，２４は、操作レバー等の操作により、パイロット油圧ポンプ１１から図示しないパイロット一次側油路を介して供給されるパイロット一次圧油を、パイロット二次側油路を通して制御弁５のパイロット受圧部に供給する。ここで、操作装置４はブームシリンダ３ａ（第１油圧アクチュエータ）の操作を指示する第１操作装置であり、操作装置２４はブームシリンダ３ａ以外のアクチュエータ（第２油圧アクチュエータ）の操作を指示する第２操作装置を１つにまとめた形で示している。
操作装置４は、内部にパイロット弁４Ａが設けられていて、制御弁５のブームシリンダ３ａの駆動を制御するスプール型方向切換弁の受圧部にパイロット配管を介して接続されている。パイロット弁４Ａは、操作装置４の操作レバーの傾倒方向と操作量に応じて制御弁５のパイロット受圧部に油圧信号を出力する。ブームシリンダ３ａの駆動を制御するスプール型方向切換弁は、操作装置から入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ１０から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することでブームシリンダ３ａの駆動を制御する。ここで、ブーム１ａが上げ方向に動作するようにブームシリンダ３ａを駆動するための油圧信号（ブーム上げ操作信号Ｐｕ）が通過するパイロット配管には圧力センサ７５が取り付けられている。圧力センサ７５は検出したブーム上げ操作信号Ｐｕを後述するコントローラ１００に出力する。さらに、ブーム１ａが下げ方向に動作するようにブームシリンダ３ａを駆動するための油圧信号（ブーム下げ操作信号Ｐｄ）が通過するパイロット配管には第１操作量検出装置としての圧力センサ４１が取り付けられている。圧力センサ４１は検出したブーム下げ操作信号Ｐｄを後述するコントローラ１００に出力する。
操作装置２４は、内部にパイロット弁２４Ａが設けられていて、制御弁５のブームシリンダ３ａ以外のアクチュエータの駆動を制御するスプール型方向切換弁の受圧部にパイロット配管を介して接続されている。パイロット弁２４Ａは、操作装置２４の操作レバーの傾倒方向と操作量に応じて制御弁５のパイロット受圧部に油圧信号を出力する。該当するアクチュエータの駆動を制御するスプール型方向切換弁は、操作装置から入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ１０から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで該当するアクチュエータの駆動を制御する。
操作装置２４のパイロット弁２４Ａと制御弁５の受圧部とを接続する２系統のパイロット配管には、それぞれのパイロット圧力を検出する第２操作量検出装置としての圧力センサ４２，４３が設けられている。圧力センサ４２，４３は検出した操作装置２４の操作量信号を後述するコントローラ１００に出力する。
操作装置４の内部にあるパイロット弁４Ａから出力される上げ側パイロット圧Ｐｕと下げ側パイロット圧Ｐｄは、それぞれ高圧選択弁７１に入力され高い方の圧力が選択される。操作装置２４の内部にあるパイロット弁２４Ａから出力されるそれぞれパイロット圧は高圧選択弁７３に入力され高い方の圧力が選択される。高圧選択弁７２には高圧選択弁７１，７３で選択された圧力が入力され、入力された圧力の高い方が選択される。すなわち高圧選択弁７１，７２，７３により、パイロット弁４Ａと２４Ａから出力される最も高い圧力が選択され、電磁比例弁７４に入力される。
電磁比例弁７４は、入力された圧力をコントローラ１００からの指令に応じて所望の圧力に減圧し、油圧ポンプ１０のレギュレータ１０Ａに出力する。レギュレータ１０Ａは、入力された圧力に比例した押しのけ容積になるように油圧ポンプ１０を制御する。
次に、動力回生装置７０について説明する。動力回生装置７０は、ボトム側油路３２と、回生回路３３と、切換弁７と、電磁切換弁８と、インバータ９Ａと、チョッパ９Ｂと、蓄電装置９ｃと、回生用油圧モータとしての可変容量型の油圧モータ１３と、電動機１４と、補助油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）としての可変容量型の油圧ポンプ１５と、コントローラ１００とを備えている。回生用油圧モータ１３はレギュレータ１３Ａを有していて、レギュレータ１３Ａは後述するコントローラ１００からの指令により油圧モータ１３の斜板傾転角を制御する。
ボトム側油路３２は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク１２に戻る油（戻り油）が流通する油路であり、一端側がブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１に接続されていて他端側が制御弁５の接続ポートに接続されている。ボトム側油路３２には、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力を検出する第１圧力検出装置としての圧力センサ４４と、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油を制御弁５を介してタンク１２に排出するか否かを切り替える切換弁７が設けられている。圧力センサ４４は、検出したボトム側油室３ａ１の圧力を後述するコントローラ１００に出力する。
切換弁７は、一端側にばね７ｂを、他端側にパイロット受圧部７ａを有し、そのパイロット受圧部７ａへのパイロット圧油の供給の有無により、スプール位置を切り換えて、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から制御弁５へ流入する戻り油の連通／遮断を制御する。パイロット受圧部７ａには、パイロット油圧ポンプ１１から後述する電磁切換弁８を介してパイロット圧油が供給される。
電磁切換弁８の入力ポートには、パイロット油圧ポンプ１１から出力される圧油が入力される。一方、電磁切換弁８の操作部には、コントローラ１００から出力される指令信号が入力される。この指令信号に応じて、パイロット油圧ポンプ１１から供給されたパイロット圧油の切換弁７のパイロット受圧部７ａへの供給／遮断が制御される。
回生回路３３は、その一端をボトム側油路３２の切換弁７とブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１との間に接続し、その他端を油圧モータ１３の入口に接続している。これにより、回生用油圧モータ１３を介してボトム側油室３ａ１からの戻り油がタンク１２に導かれる。
回生用油圧モータ１３は、補助油圧ポンプ１５と機械的に連結されている。油圧モータ１３の駆動力によって補助油圧ポンプ１５は回転する。
第１油圧ポンプとしての補助油圧ポンプ１５の吐出口には、補助油路３１の一端側が接続されていて、他端側は油路３０に接続されている。補助油路３１には、補助油圧ポンプ１５から油路３０への圧油の流入を許容し、油路３０から補助油圧ポンプ１５側への圧油の流入を禁止するチェック弁６が設けられている。
補助油圧ポンプ１５はレギュレータ１５Ａを有していて、レギュレータ１５Ａは後述するコントローラ１００からの指令により補助油圧ポンプ１５の斜板傾転角を制御することで、補助油圧ポンプ１５の吐出流量を調整する。
油圧モータ１３は、さらに電動機１４と機械的に連結されていて、油圧モータ１３の駆動力により発電を行う。電動機１４には、回転数を制御するためのインバータ９Ａ、昇圧するためのチョッパ９Ｂ、発電した電気エネルギを蓄えるための蓄電装置９Ｃが電気的に接続されている。
コントローラ１００は、圧力センサ７５が検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの上げ側パイロット圧信号Ｐｕと、圧力センサ４１が検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧信号Ｐｄと、圧力センサ４２，４３が検出した操作装置２４のパイロット弁２４Ａのパイロット圧信号と、圧力センサ４４が検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力信号とを入力し、これらの入力値に応じた演算を行い、電磁切換弁８、インバータ９Ａ、電磁比例弁７４、及び回生用油圧モータ１３のレギュレータ１３Ａ、補助油圧ポンプ１５のレギュレータ１５Ａへ制御指令を出力する。
電磁切換弁８はコントローラ１００からの指令信号により切り換えられ、切換弁７にパイロット油圧ポンプ１１からの圧油を送る。インバータ９Ａはコントローラ１００からの信号により所望の回転数に制御され、電磁比例弁７４はコントローラ１００の指令に応じた圧力を出力し油圧ポンプ１０の容量を制御する。回生用油圧モータ１３はコントローラからの指令により所望の容量に制御される。補助油圧ポンプ１５はコントローラ１００からの信号により所望の容量に制御される。
次に、上述した本実施の形態に係る油圧ショベル１の動作を説明する。
まず、図２に示す操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向に操作すると、パイロット弁４Ａからパイロット圧Ｐｄが制御弁５のパイロット受圧部に伝えられ、制御弁５のブームシリンダ３ａの駆動を制御するスプール型方向切換弁が切換操作される。これにより、油圧ポンプ１０からの圧油が制御弁５を介してブームシリンダ３ａのロッド側油室３ａ２に流入する。この結果、ブームシリンダ３ａのピストンロッドは縮小動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から排出される戻り油は、ボトム側油路３２と連通状態の切換弁７と制御弁５とを通ってタンク１２に導かれる。
このとき、コントローラ１００には、圧力センサ４０が検出した油圧ポンプ１０の吐出圧信号と、圧力センサ４４が検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力信号と、圧力センサ７５が検出したパイロット弁４Ａの上げ側パイロット圧信号Ｐｕと、圧力センサ４１が検出したパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧信号Ｐｄとが入力される。
このような状態において、オペレータが操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向に、規定値以上に操作すると、コントローラ１００は、電磁切換弁８へ切換指令を、インバータ９Ａへ回転数指令を、回生用油圧モータ１３のレギュレータ１３Ａ及び補助油圧ポンプ１５のレギュレータ１５Ａへ容量指令を、電磁比例弁７４へ制御指令をそれぞれ出力する。
この結果、切換弁７が遮断位置に切り換わり、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油は、制御弁５への油路が遮断されるため、回生回路３３に流れ、油圧モータ１３を駆動してその後タンク１２に排出される。このとき、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から排出される流量（ボトム側流量）が回生用油圧モータ１３で回生される流量（回生流量）となる。
回生用油圧モータ１３の駆動力により補助油圧ポンプ１５は回転する。補助油圧ポンプ１５の吐出した圧油は、補助油路３１とチェック弁６とを介して油圧ポンプ１０の吐出した圧油と合流する。コントローラ１００は、油圧ポンプ１０の動力をアシストするように補助油圧ポンプ１５のレギュレータ１５Ａへ容量指令を出力する。コントローラ１００は、補助油圧ポンプ１５から供給された圧油の流量分、油圧ポンプ１０の容量を低減するように電磁比例弁７４へ制御指令を出力する。
回生用油圧モータ１３に入力された油圧エネルギの内、補助油圧ポンプ１５で消費しきれなかった余剰エネルギは、電動機１４を駆動し発電することで費やされる。電動機１４の発電した電気エネルギは蓄電装置９Ｃに蓄えられる。
本実施の形態においては、ブームシリンダ３ａから排出された圧油のエネルギは、回生用油圧モータ１３によって回収し、補助油圧ポンプ１５の駆動力として油圧ポンプ１０の動力をアシストする。また、余分な動力は、電動機１４を介して蓄電装置９Ｃに蓄える。これにより、エネルギの有効用と燃費の低減とを図っている。
次に、コントローラ１００の制御について図３、図４及び図５を用いて説明する。図３はコントローラ１００のブロック図である。
図３に示すように、コントローラ１００は、第１関数発生部１０１と、第２関数発生部１０２と、第１減算部１０３と、第１乗算部１０４と、第２乗算部１０５と、第１出力変換部１０６と、第３関数発生部１０７と、最小値選択部１０８と、第１除算部１０９と、第４関数発生部１１１と、第２減算部１１２と、第２出力変換部１１３と、最少流量指令部１１４、第２除算部１２１、第３除算部１２２、最大値選択部１２３、第４除算部１２４、第５除算部１２５と、第３出力変換部１２６と、第４出力変換部１２７と、第５出力変換部１２８とを備えている。
第１関数発生部１０１は、圧力センサ４１で検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧Ｐｄをレバー操作信号１４１として入力する。第１関数発生部１０１には、レバー操作信号１４１に対する切換開始点が予めテーブルに記憶されている。
第１関数発生部１０１は、レバー操作信号１４１が切換開始点以下の場合にはＯＦＦ信号を、切換開始点超過の場合にはＯＮ信号を、第１出力変換部１０６に出力する。第１出力変換部１０６は、入力信号を電磁切換弁８の制御信号に変換し、電磁弁指令信号２０８として電磁切換弁８に出力する。これにより、電磁切換弁８が動作し、切換弁７が切換えられ、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の油は、回生回路３３側に流入する。
第２関数発生部１０２は、下げ側パイロット圧Ｐｄをレバー操作信号１４１として一の入力端に入力し、圧力センサ４４で検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力を圧力信号１４４として他の入力端に入力する。これらの入力信号を基にブームシリンダ３ａの目標ボトム流量信号１０２Ａを算出する。
第２関数発生部１０２の演算の詳細を図４を用いて説明する。図４は第２関数発生部１０２を説明する特性図である
図４において、横軸はレバー操作信号１４１の操作量を示し、縦軸は目標ボトム流量（ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から流出する戻り油の目標流量）を示している。図４において、実線の基本特性線ａは、従来の制御弁５による戻り油制御と同等の特性を得るために設定されている。上側の破線で示す特性線ｂと下側の破線で示す特性線ｃは、ボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４によって特性線ａを補正した場合を示している。
具体的には、ボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４が増加すると、基本特性線ａの傾きが増加して特性線ｂの方向に補正されて、連続的に特性が変化する。逆に、圧力信号１４４が減少すると、基本特性線ａの傾きが減少して特性線ｃの方向に補正されて、連続的に特性が変化する。このように、第２関数発生部１０２は、レバー操作信号１４１に応じて基本となる目標ボトム流量信号を算出し、ボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４の変化に応じて基本となる目標ボトム流量信号を補正して、最終的な目標ボトム流量信号１０２Ａを算出する。
図３に戻り、第２関数発生部１０２は、目標ボトム流量信号１０２Ａを第４除算部１２４と第１乗算部１０４とへ出力する。
圧力信号１４４は第３関数発生部１０７に入力される。第３関数発生部１０７は、圧力信号１４４に応じて回生用油圧モータ１３の要求容量を算出する。第３関数発生部１０７の特性は、ボトム圧力が大きくなるにつれて容量を下げる特性となっている。この理由としては、電動機１４は最大トルクが設定されているため高圧で大容量に制御してしまうと電動機１４の最大トルクを超えて過回転になる可能性がある。そのため高圧時には容量を下げ電動機１４で負担するトルクを下げるように回生用油圧モータ１３の容量を制御する。また、油圧モータは大容量で制御する方が一般的に効率が良いことから、高圧ではない場合はなるべく大容量にするためである。
第３関数発生部１０７の要求容量及び目標ボトム流量信号１０２Ａは第２除算部１２１に入力される。第２除算部１２１は、目標ボトム流量信号１０２Ａを要求流量で除算して要求回生用油圧モータ回転数を算出し、最大値選択部１２３へ出力する。
第１減算部１０３は、要求ポンプ流量信号１２０と最少流量指令部１１４からの最少流量信号とを入力し、その偏差を要求ポンプ流量信号１０３Ａとして算出し、第２乗算部１０５と第２減算部１１２とへ出力する。ここで、要求ポンプ流量信号１２０の算出方法について図５を用いて説明する。図５はコントローラ１００による油圧ポンプの流量制御を説明するブロック図である。
図５より、各パイロット弁の圧力が圧力センサ４１，７５，４２，４３により検出されそれぞれ、レバー操作信号１４１，１７５，１４２，１４３としてコントローラ１００に出力される。
コントローラ１００では、各レバー操作信号に応じた要求ポンプ流量信号１２０となるように、各レバー操作信号に対応した関数発生部１４５，１４６，１４７，１４８によって要求ポンプ流量を算出する。それぞれの関数発生部で算出された要求ポンプ流量は、加算部１４９，１５０，１５１で合計される。これは、複合操作を行った場合に、必要な油圧ポンプ流量を確保するための演算である。そして、加算部１５１から出力された要求ポンプ流量の合計値は関数発生部１５２で上限がカットされる。これは油圧ポンプ１０が吐出出来る流量には上限があるためであり、関数発生部１５２の上限は油圧ポンプ１０の最大容量から求められる値である。
以上、本制御ロジックによって、各レバー操作信号に応じた流量が過不足なく算出され、複合時には必要なだけの流量が計算されると共に、油圧ポンプ１０が吐出可能な流量の上限を超えない範囲で要求ポンプ流量信号１２０が算出される。
図３に戻り、第１乗算部１０４は、第２関数発生部１０２からの目標ボトム流量信号１０２Ａとボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４とを入力し、その乗算値を回生動力信号１０４Ａとして算出し、最小値選択部１０８へ出力する。
第２乗算部１０５は、圧力センサ４０が検出した油圧ポンプ１０の吐出圧を圧力信号１４０として一の入力端に入力し、第１減算部１０３が算出した要求ポンプ流量信号１０３Ａを他の入力端に入力し、その乗算値を要求ポンプ動力信号１０５Ａとして算出し、最小値選択部１０８へ出力する。
最小値選択部１０８は、第１乗算部１０４からの回生動力信号１０４Ａと、第２乗算部１０５からの要求ポンプ動力信号１０５Ａとを入力し、いずれか小さい方を補助油圧ポンプ１５の目標アシスト動力信号１０８Ａとして選択し、第１除算部１０９へ出力する。
ここで、機器の効率を考えた場合、回収した動力を電動機１４によって電気エネルギに変換し蓄電装置９Ｃに蓄え再利用するよりも、なるべく補助油圧ポンプ１５で用いた方が損失を少なくできるので効率が良い。このため、最小値選択部１０８で回生動力信号１０４Ａと要求ポンプ動力信号１０５Ａとのいずれか小さい方を選択することにより、要求ポンプ動力信号１０５Ａを超えない範囲で、回生動力を最大限補助油圧ポンプ１５に供給することが可能になる。
第１除算部１０９は、最小値選択部１０８からの目標アシスト動力信号１０８Ａと油圧ポンプ１０の吐出圧の圧力信号１４０とを入力し、目標アシスト動力信号１０８Ａを圧力信号１４０で除算した値を目標アシスト流量信号１０９Ａとして算出し、第３除算部１２２と第２減算部１１２と第５除算部１２５とへ出力する。
圧力信号１４０は第４関数発生部１１１に入力される。第４関数発生部１１１は、圧力信号１４０に応じて補助油圧ポンプ１５の要求容量を算出する。第４関数発生部１１１の特性は、ポンプ圧力が大きくなるにつれて容量を下げる特性となっている。この理由としては、電動機１４は最大トルクが設定されているため高圧で大容量に制御してしまうと電動機１４の最大トルクを超えて過回転になる可能性がある。そのため高圧時には容量を下げ電動機１４で負担するトルクを下げるように補助油圧ポンプ１５の容量を制御する。また、油圧ポンプは大容量で制御する方が一般的に効率が良いことから、高圧ではない場合はなるべく大容量にするためである。
第４関数発生部１１１の要求容量及び目標アシスト流量信号１０９Ａは第３除算部１２２に入力される。第３除算部１２２は、目標アシスト流量信号１０９Ａを要求容量で除算して要求補助油圧ポンプ回転数を算出し、最大値選択部１２３へ出力する。
最大値選択部１２３では入力された信号の内、大きい方が目標電動機回転数として選択され、第３出力変換部１２６、第４除算部１２４、及び第５除算部１２５に入力される。第３出力変換部１２６は、入力された目標電動機回転数をインバータ９Ａの指令信号に変換し、インバータ９Ａに出力する。
第４除算部１２４は、第２関数発生部１０２からの目標ボトム流量信号１０２Ａを最大値選択部１２３からの目標電動機回転数で除算し、回生用油圧モータ１３の目標容量信号を算出する。回生用油圧モータ１３の目標容量信号は第４出力変換部１２７に入力される。第４出力変換部１２７は、入力された回生用油圧モータ１３の目標容量信号をレギュレータ１３Ａの指令信号に変換し、レギュレータ１３Ａに出力する。
第５除算部１２５は、第１除算部１０９からの目標アシスト流量信号１０９Ａを最大値選択部１２３からの目標電動機回転数で除算し、補助油圧ポンプ１５の目標容量信号を算出する。補助油圧ポンプ１５の目標容量信号は第５出力変換部１２８に入力される。第５出力変換部１２８は、入力された補助油圧ポンプ１５の目標容量信号をレギュレータ１５Ａの指令信号に変換し、レギュレータ１５Ａに出力する。
上記の演算により、回生用油圧モータ１３の要求回転数と補助油圧ポンプ１５の要求回転数の大きい方が目標電動機回転数として選択されるため、要求回転数が小さい方の回生用油圧モータ１３または補助油圧ポンプ１５の回転数が要求回転数よりも大きくなるが、要求回転数が小さい方の回生用油圧モータ１３または補助油圧ポンプ１５の容量を低減することにより目標の流量を回生または吐出することが出来る。
またこのように制御することにより、回生動力がない場合は、例え要求ポンプ流量信号が入力されたとしても電動機１４は回転しないため、不要な回生用油圧モータ１３または補助油圧ポンプ１５の引きずり損失を抑えることが出来る。一方、回生動力がありかつ要求ポンプ流量信号が入力されたとき（油圧ポンプ１０の動力をアシストするとき）に積極的に電動機１４を回転させるため、油圧エネルギを電気エネルギに変換することなく補助油圧ポンプ１５の駆動力として再利用することが出来る。当然のことながら、回生動力がありかつ要求ポンプ流量信号が入力されないとき（油圧ポンプ１０の動力をアシストしないとき）は、電動機を回転させて得られる回生エネルギを電気エネルギとして蓄えることが出来る。
第２減算部１１２は、第１減算部１０３からの要求ポンプ流量信号１０３Ａと、第１除算部１０９からの目標アシスト流量信号１０９Ａと、最少流量指令部１１４からの最少流量信号とを入力する。第２減算部１１２は、要求ポンプ流量信号１０３Ａと最少流量信号とを加算して車体制御コントローラ２００から入力された要求ポンプ流量信号１２０を算出し、この要求ポンプ流量信号１２０と目標アシスト流量信号１０９Ａとの偏差を目標ポンプ流量信号１１２Ａとして算出し、第２出力変換部１１３へ出力する。
第２出力変換部１１３は、入力された目標ポンプ流量信号１１２Ａを例えば油圧ポンプ１０の容量に変換し、容量に応じた制御圧となるように制御圧指令信号２１０Ａとして電磁比例弁７４に出力する。電磁比例弁７４は、高圧選択弁７２から出力される圧力を減圧してコントローラ１００からの指令に応じた制御圧とし、レギュレータ１０Ａに出力する。レギュレータ１０Ａは、入力された制御圧に応じて油圧ポンプ１０の容量を制御する。
上述した本実施の形態に係る油圧ショベル１によれば、回生用油圧モータ１３に機械的に連結された補助油圧ポンプ１５を回生エネルギで直接駆動することができるので、エネルギを一旦蓄える際の損失が発生しない。この結果、エネルギ変換損失を減少できるので効率良くエネルギを利用することが可能になる。
また、回生用油圧モータ１３の要求回転数と補助油圧ポンプ１５の要求回転数の大きい方を電動機１４の目標回転数とすることにより、電動機１４の回転数が過大となることによる回生用油圧モータ１３および補助油圧ポンプ１５の引きずり損失の増大、および電動機１４の回転数が過小となることによる回生用油圧モータ１３の回生効率の低下を防ぐことが可能になる。
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
１…油圧ショベル、１ａ…ブーム、３ａ…ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）、３ａ１…ボトム側油室、３ａ２…ロッド側油室、３ｂ…アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）、３ｃ…バケットシリンダ（第２油圧アクチュエータ）、３ｄ…旋回モータ（第２油圧アクチュエータ）、４…操作装置（第１操作装置）、４Ａ…パイロット弁、５…制御弁、６…チェック弁、７…切換弁、８…電磁切換弁、９Ａ…インバータ、９Ｂ…チョッパ、９Ｃ…蓄電装置、１０…油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）、１０Ａ…レギュレータ、１１…パイロット油圧ポンプ、１２…タンク、１３…回生用油圧モータ、１４…電動機、１５…補助油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）、１５Ａ…レギュレータ、１６…ブリード弁、１７…電磁比例減圧弁、２４…操作装置（第２操作装置）、２４Ａ…パイロット弁、２５…チョッパ、３０…油路、３１…補助油路（合流管路）、３２…ボトム側油路、３３…回生回路、３４…排出油路、４０…圧力センサ（第２圧力検出装置）、４１…圧力センサ（第１操作量検出装置）、４２…圧力センサ（第２操作量検出装置）、４３…圧力センサ（第２操作量検出装置）、４４…圧力センサ（第１圧力検出装置）、５０…エンジン、７０…動力回生装置、７１…高圧選択弁、７２…高圧選択弁、７３…高圧選択弁、７４…電磁比例弁、７５…圧力センサ、７６…回転数センサ、７７…圧力センサ、１００…コントローラ、１０１…第１関数発生部、１０２…第２関数発生部、１０２Ａ…目標ボトム流量信号、１０３…第１減算部、１０３Ａ…要求ポンプ流量信号、１０４…第１乗算部、１０４Ａ…回生動力信号、１０５…第２乗算部、１０５Ａ…要求ポンプ動力信号、１０６…第１出力変換部、１０７…第３関数発生部、１０８…最小値選択部、１０８Ａ…目標アシスト動力信号、１０９…第１除算部、１０９Ａ…目標アシスト流量信号、１１１…第４関数発生部、１１２…第２減算部、１１２Ａ…目標ポンプ流量信号、１１３…第２出力変換部、１１４…最少流量指令部、１２０…要求ポンプ流量信号、１２１…第２除算部、１２２…第３除算部、１２３…最大値選択部、１２４…第４除算部、１２５…第５除算部、１２６…第３出力変換部、１２７…第４出力変換部、１２８…第５出力変換部、１４１…レバー操作信号、１４２…レバー操作信号、１４３…レバー操作信号、１４５…関数発生部、１４６…関数発生部、１４７…関数発生部、１４８…関数発生部、１４９…加算部、１５０…加算部、１５１…加算部、１５２…関数発生部、１７５…レバー操作信号、２０８…電磁弁指令信号、２１０Ａ…制御圧指令信号。

Claims (5)

  1. 第１油圧アクチュエータと、
    第２油圧アクチュエータと、
    前記第１油圧アクチュエータから排出された戻り油により駆動する回生用油圧モータと、
    前記回生用油圧モータと機械的に連結された第１油圧ポンプと、
    前記回生用油圧モータに機械的に連結された電動機と、
    前記第１油圧アクチュエータまたは前記第２油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する第２油圧ポンプと、
    前記第１油圧ポンプが吐出した圧油を前記第２油圧ポンプが吐出した圧油に合流させる合流管路と、
    前記第１油圧アクチュエータの操作を指示する第１操作装置と、
    前記第１操作装置の操作量を検出する第１操作量検出装置と、
    前記第２油圧アクチュエータの操作を指示する第２操作装置と、
    前記第２操作装置の操作量を検出する第２操作量検出装置と、
    前記第１油圧アクチュエータの圧力を検出する第１圧力検出装置と、
    前記第２油圧ポンプの圧力を検出する第２圧力検出装置と、
    前記第１操作量検出装置、前記第２操作量検出装置、前記第１圧力検出装置、および前記第２圧力検出装置の信号が入力され、前記電動機に制御指令を出力するコントローラとを備え、
    前記コントローラは、前記第１操作装置の操作量と前記第１油圧アクチュエータの圧力とから前記回生用油圧モータの回生流量及び回生動力を算出し、前記第２操作装置の操作量と前記第２油圧ポンプの圧力とから前記第２油圧ポンプのポンプ動力を算出し、前記回生動力と前記ポンプ動力の小さい方を前記第１油圧ポンプのアシスト動力として設定し、前記アシスト動力と前記第２油圧ポンプの圧力とから目標アシスト流量を算出する作業機械において、
    前記コントローラは、前記回生用油圧モータの容積である回生用油圧モータ容積と前記回生流量とから前記回生用油圧モータの要求回転数である回生用油圧モータ要求回転数を算出し、前記第１油圧ポンプの容積である第１油圧ポンプ容積と前記目標アシスト流量とから前記第１油圧ポンプの要求回転数である第１油圧ポンプ要求回転数を算出し、前記回生用油圧モータ要求回転数と前記第１油圧ポンプ要求回転数の大きい方を前記電動機の目標回転数である目標電動機回転数とする
    ことを特徴とする作業機械。
  2. 請求項１に記載の作業機械において、
    前記回生用油圧モータは、可変容量型の油圧モータであり、
    前記コントローラは、前記第１油圧アクチュエータの圧力に応じて前記回生用油圧モータ容積を制御する
    ことを特徴とする作業機械。
  3. 請求項１に記載の作業機械において、
    前記第１油圧ポンプは、可変容量型の油圧ポンプであり、
    前記コントローラは、前記第２油圧ポンプの圧力に応じて前記第１油圧ポンプ容積を制御する
    ことを特徴とする作業機械。
  4. 請求項１に記載の作業機械において、
    前記回生用油圧モータは、可変容量型の油圧モータであり、
    前記コントローラは、前記目標電動機回転数と前記回生流量とに応じて前記回生用油圧モータ容積を制御する
    ことを特徴とする作業機械。
  5. 請求項１に記載の作業機械において、
    前記第１油圧ポンプは、可変容量型の油圧ポンプであり、
    前記コントローラは、前記目標電動機回転数と前記目標アシスト流量とに応じて前記第１油圧ポンプ容積を制御する
    ことを特徴とする作業機械。
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