JP7037290B2 - 油圧駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、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やホイールローダのような産業車両では、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としては、従来、走行回路や旋回回路に油圧式無段変速機（ＨＳＴ）を用いたものがある。

例えば、特許文献１には、旋回減速操作時の運動エネルギを回生でき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。この油圧駆動システムでは、エンジンにより駆動される両方向ポンプ（オーバーセンターポンプともいう）が一対の給排ラインにより閉ループを形成するように旋回モータと接続される。また、エンジンは、旋回モータ以外の油圧アクチュエータへ作動油を供給する供給ポンプも駆動する。

特許文献１に開示された油圧駆動システムでは、旋回減速操作時に、旋回モータから排出される作動油により両方向ポンプが駆動される。これにより、両方向ポンプがモータとして機能し、旋回減速操作時の運動エネルギによりエンジンによる供給ポンプの駆動がアシストされる。

特開２０１６－８０００９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では、供給ポンプが何れかの油圧アクチュエータへ作動油を供給している場合にしか旋回減速操作時の運動エネルギが回生されない。

そこで、本発明は、油圧モータに対する減速操作時の運動エネルギを任意のタイミングで回生することができる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、本発明の一つの側面からの油圧駆動システムは、油圧モータと、第１閉ループを形成するように前記油圧モータと接続された、エンジンにより駆動されて前記油圧モータへ作動油を供給する両方向ポンプと、前記両方向ポンプの傾転角を調整する第１レギュレータと、第２閉ループを形成するように前記油圧モータと接続された、前記油圧モータに対する減速操作時に前記油圧モータから排出される作動油により駆動される両方向モータと、前記両方向モータにより回転されるフライホイールと、前記両方向モータの傾転角を調整する第２レギュレータと、前記油圧モータに対する操作に基づいて前記第１レギュレータおよび前記第２レギュレータを制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、油圧モータに対する減速操作時の運動エネルギをフライホイールに蓄積することができる。従って、油圧モータに対する減速操作時の運動エネルギを任意のタイミングで回生することができる。例えば、油圧モータに対する加速操作時または等速操作時に、フライホイールによって両方向モータを駆動するとともに両方向モータの傾転角をゼロ以外として両方向モータをポンプとして機能させれば、フライホイールに蓄積したエネルギにより油圧モータを駆動することができる。あるいは、エンジンが油圧モータ以外の油圧アクチュエータへ作動油を供給する供給ポンプも駆動する場合には、油圧モータに対する加速操作時または等速操作時でなくても、油圧モータの出力軸をロック機構でロックした上で、フライホイールによって両方向モータを駆動するとともに両方向モータの傾転角をゼロ以外として両方向モータをポンプとして機能させれば、両方向ポンプがモータとして機能することになる。従って、フライホイールに蓄積したエネルギによりエンジンによる供給ポンプの駆動をアシストすることができる。

上記の油圧駆動システムは、前記制御装置により制御される、前記第１閉ループを通じた作動油の循環を許可または禁止する第１切換弁と、前記制御装置により制御される、前記第２閉ループを通じた作動油の循環を許可または禁止する第２切換弁と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、第１閉ループを通じた循環の許可と禁止および第２閉ループを通じた循環の許可と禁止を瞬時に切り換えることができる。また、第１切換弁および第２切換弁が循環禁止状態で逆止弁として機能するように構成されていれば、両方向ポンプおよび両方向モータでの作動油の逆流を防止することができる。

前記第１切換弁は、前記第１閉ループを通じた作動油の循環を禁止する中立状態と、第１方向への前記第１閉ループを通じた作動油の循環を許可する第１状態と、前記第１方向とは逆の第２方向への前記第１閉ループを通じた作動油の循環を許可する第２状態とに切り換え可能であり、前記第２切換弁は、前記第２閉ループを通じた作動油の循環を禁止する中立状態と、作動油が前記油圧モータを通過する向きが前記第１方向と同じである第３方向への前記第２閉ループを通じた作動油の循環を許可する第１状態と、前記第３方向とは逆の第４方向への前記第２閉ループを通じた作動油の循環を許可する第２状態とに切り換え可能であってもよい。この構成によれば、油圧モータに両方向ポンプと両方向モータの双方から作動油を供給する場合（第１切換弁および第２切換弁の双方が第１状態または第２状態に切り換えられる場合）に、第１閉ループまたは第２閉ループでの作業油の逆流を防止することができる。

例えば、上記の油圧駆動システムは、前記油圧モータによって駆動される物体の速度を検出する速度検出器をさら備え、前記制御装置は、前記油圧モータに対する減速操作時に、前記第２切換弁を前記第１状態または前記第２状態に切り換え、前記減速操作後に前記速度検出器で検出される物体の速度がゼロとなったときに前記第２切換弁を中立状態に切り換えてもよい。

上記の油圧駆動システムは、前記フライホイールの回転速度を検出する速度検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記油圧モータに対する加速操作時および等速操作時に、前記第２検出器で検出される前記フライホイールの回転速度が前記所定値よりも大きければ、前記第２切換弁を前記第１状態または前記第２状態に切り換えるとともに、前記第１切換弁を前記中立状態に切り換え、前記速度検出器で検出される前記フライホイールの回転速度が所定値よりも小さければ、前記第１切換弁および前記第２切換弁の双方を前記第１状態または前記第２状態に切り換えてもよい。この構成によれば、油圧モータの駆動に、エンジンよりもフライホイールに蓄積したエネルギを優先的に使用し、フライホイールに蓄積したエネルギでは油圧モータの駆動に不十分な場合に、油圧モータに両方向ポンプと両方向モータの双方から作動油を供給することができる。

上記の油圧駆動システムは、ブームシリンダと、前記ブームシリンダへ制御弁を介して作動油を供給する、前記エンジンにより駆動される供給ポンプと、ブーム下げ操作時に前記ブームシリンダから排出される作動油により駆動され、前記フライホイールを回転させる回生モータと、をさらに備えてもよい。この構成によれば、ブームの位置エネルギをフライホイールに蓄積することができるので、油圧モータの駆動にブームの位置エネルギをも利用することができる。

また、本発明の別の側面からの油圧駆動システムは、油圧モータと、閉ループを形成するように前記油圧モータと接続された、前記油圧モータに対する減速操作時に前記油圧モータから排出される作動油により回転される両方向モータと、前記両方向モータにより回転されるフライホイールと、前記両方向モータの傾転角を調整するレギュレータと、前記油圧モータに対する操作に基づいて前記レギュレータを制御する制御装置と、ブームシリンダと、前記ブームシリンダへ制御弁を介して作動油を供給する、エンジンにより駆動される供給ポンプと、ブーム下げ操作時に前記ブームシリンダから排出される作動油により駆動され、前記フライホイールを回転させる回生モータと、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、油圧モータに対する減速操作時の運動エネルギをフライホイールに蓄積することができる。従って、本発明の一つの側面からの油圧駆動システムと同様に、油圧モータに対する減速操作時の運動エネルギを任意のタイミングで回生することができる。さらに、上記の構成では、ブームの位置エネルギをフライホイールに蓄積することができるので、油圧モータの駆動にブームの位置エネルギをも利用することができる。

本発明によれば、油圧モータに対する減速操作時の運動エネルギを任意のタイミングで回生することができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムのエンジンおよび旋回モータ回りの概略構成図である。 図１に示す油圧駆動システムのブームシリンダ回り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。 本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システムのエンジンおよび旋回モータ回りの概略構成図である。

（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システム１Ａを示し、図３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３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。あるいは、本発明は、建設機械に限られず、ホイールローダのような産業車両にも適用可能である。

本実施形態では、旋回回路にＨＳＴが用いられ、走行回路にはＨＳＴが用いられていない。つまり、本実施形態では、後述する旋回モータ１６が本発明の油圧モータに相当する。ただし、旋回回路にＨＳＴが用いられず、走行回路にＨＳＴが用いられてもよい。この場合、後述する左走行モータおよび右走行モータのそれぞれが本発明の油圧モータに相当する。あるいは、旋回回路と走行回路の双方にＨＳＴが用いられてもよい。

図３に示す建設機械１０は自走式であり、走行体１１と、走行体１１に旋回可能に支持された旋回体１２を含む。走行体１１は、後述する左走行モータおよび右走行モータによって駆動され、旋回体１２は、後述する旋回モータ１６によって駆動される。旋回体１２には、操縦者を収容するキャビンが設けられているとともに、ブームが連結されている。ブームの先端にはアームが連結され、アームの先端にはバケットが連結されている。ただし、建設機械１０は自走式でなくてもよい。

油圧駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、図３に示すブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５を含むとともに、図１に示す旋回モータ１６ならびに図略の左走行モータおよび右走行モータを含む。また、油圧駆動システム１Ａは、旋回モータ１６専用の両方向ポンプ２３と、旋回モータ１６以外の油圧アクチュエータへ制御弁を介して作動油を供給する供給ポンプ２２を含む。両方向ポンプ２３および供給ポンプ２２は、エンジン２１により駆動される。

なお、図１および図２では、図面の簡略化のために、旋回モータ１６およびブームシリンダ１３以外の油圧アクチュエータを省略している。また、図例では、供給ポンプ２２が１つだけ設けられているが、供給ポンプ２２は複数設けられてもよい。

両方向ポンプ２３は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプである。両方向ポンプ２３の傾転角は、レギュレータ２４（本発明の第１レギュレータに相当）により調整される。本実施形態では、両方向ポンプ２３が、斜板がセンター（両方向ポンプ２３の軸方向と直交する方向）から両側に傾倒可能な斜板ポンプである。すなわち、センターに対する斜板の角度が傾転角である。ただし、両方向ポンプ２３は、斜軸がセンター（両方向ポンプ２３の軸方向）から両側に傾倒可能な斜軸ポンプであってもよい。

両方向ポンプ２３は、一対の給排ライン４ａ，４ｂにより、第１閉ループ４を形成するように旋回モータ１６と接続されている。つまり、給排ライン４ａ，４ｂの一方を通じて両方向ポンプ２３から旋回モータ１６へ作動油が供給され、給排ライン４ａ，４ｂの他方を通じて旋回モータ１６から両方向ポンプ２３へ作動油が排出される。

なお、旋回モータ１６の停止中は、旋回モータ１６の出力軸が図略のロック機構によりロックされる。ロック機構は、例えば、旋回モータ１６の出力軸を把持するように作動する油圧シリンダを含む。

給排ライン４ａ，４ｂ同士は、第１橋架路４１、第２橋架路４３および第３橋架路４５によって接続されている。本実施形態では、第１橋架路４１、第２橋架路４３および第３橋架路４５が、両方向ポンプ２３から旋回モータ１６に向かってこの順に並んでいる。ただし、第２橋架路４３と第３橋架路４５の位置は入れ替わってもよい。

上述したエンジン２１は、チャージポンプ２５も駆動する。チャージポンプ２５からタンクまでは循環ライン３１が延びており、循環ライン３１にはリリーフ弁３２が設けられている。本実施形態では、循環ライン３１におけるリリーフ弁３２の下流側部分が両方向ポンプ２３のドレンラインを兼ねている。

第１橋架路４１には、互いに逆向きに一対の逆止弁４２が設けられている。第１橋架路４１における逆止弁４２の間の部分は、補給ライン３３により循環ライン３１におけるリリーフ弁３２の上流側部分と接続されている。第２橋架路４３には、互いに逆向きに一対のリリーフ弁４４が設けられており、第３橋架路４５には、互いに逆向きに一対の逆止弁４６が設けられている。第２橋架路４３におけるリリーフ弁４４の間の部分は、中継ライン４７により第３橋架路４５における逆止弁４６の間の部分と接続されている。

給排ライン４ａ，４ｂは、それぞれリリーフライン４８，４９により切換弁３７と接続されている。切換弁３７からタンクまでは排出ライン３８が延びており、排出ライン３８にはリリーフ弁３９が設けられている。本実施形態では、排出ライン３８におけるリリーフ弁３９の下流側部分が旋回モータ１６のドレンラインを兼ねている。

切換弁３７は、給排ライン４ａ，４ｂの一方の圧力が高いときに、圧力が低い方である他方のラインを排出ライン３８と連通するように構成されている。つまり、第２橋架路４３に設けられたリリーフ弁４４の一方が、旋回モータ１６への供給側の圧力が設定値よりも高くなることを防ぎ、排出ライン３８に設けられたリリーフ弁３９が、旋回モータ１６からの排出側の圧力が設定値よりも高くなることを防ぐ。

上述したレギュレータ２４は、電気信号により作動する。例えば、レギュレータ２４は、両方向ポンプ２３の斜板と連結されたサーボピストン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、両方向ポンプ２３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。

レギュレータ２４は、制御装置９により制御される。ただし、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。制御装置９には、旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号が入力される。旋回操作装置６７は、旋回操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。

旋回操作装置６７は、旋回操作（旋回モータ１６に対する操作）を受ける操作レバーを含み、操作レバーの傾倒角に応じた旋回操作信号（左旋回操作信号または右旋回操作信号）を出力する。つまり、旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号は、操作レバーの傾倒角（操作量）が大きくなるほど大きくなる。

制御装置９は、旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号に基づいてレギュレータ２４を制御する。例えば、制御装置９は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有し、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。なお、レギュレータ２４の制御については、後述にて詳細に説明する。

さらに、本実施形態では、両方向モータ２６が、一対の給排ライン５ａ，５ｂにより、第２閉ループ５を形成するように、旋回モータ１６と接続されている。つまり、給排ライン５ａの旋回モータ１６側の端部は上述した給排ライン４ａの旋回モータ１６側の端部と共通の流路となっており、給排ライン５ｂの旋回モータ１６側の端部は上述した給排ライン４ｂの旋回モータ１６側の端部と共通の流路となっている。

両方向モータ２６は、旋回減速時（旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号が減少するとき）に旋回モータ１６から排出される作動油により駆動される。つまり、旋回減速時には、給排ライン５ａ，５ｂの一方を通じて旋回モータ１６から両方向モータ２６へ作動油が供給され、給排ライン５ａ，５ｂの他方を通じて両方向モータ２６から旋回モータ１６へ作動油が排出される。

給排ライン５ａ，５ｂ同士は、橋架路５１によって接続されている。橋架路５１には、互いに逆向きに一対の逆止弁５２が設けられている。橋架路５１における逆止弁５２の間の部分は、補給ライン３４により循環ライン３１におけるリリーフ弁３２の上流側部分と接続されている。

両方向モータ２６は、傾転角が変更可能な可変容量型のモータである。両方向モータ２６の傾転角は、レギュレータ２７（本発明の第２レギュレータに相当）により調整される。本実施形態では、両方向モータ２６が、斜板がセンター（両方向モータ２６の軸方向と直交する方向）から両側に傾倒可能な斜板モータである。すなわち、センターに対する斜板の角度が傾転角である。ただし、両方向モータ２６は、斜軸がセンター（両方向モータ２６の軸方向）から両側に傾倒可能な斜軸モータであってもよい。

レギュレータ２７は、電気信号により作動する。例えば、レギュレータ２７は、両方向モータ２６の斜板と連結されたサーボピストン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、両方向モータ２６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。

レギュレータ２７は、制御装置９により制御される。制御装置９は、旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号に基づいてレギュレータ２７を制御する。なお、レギュレータ２７の制御については、後述にて詳細に説明する。

両方向モータ２６は、フライホイール５４を回転するためのものである。本実施形態では、両方向モータ２６が、ギア列からなる増速機５３を介してフライホイール５４と連結されている。ただし、両方向モータ２６がフライホイール５４と直接的に連結されてもよい。また、本実施形態では、両方向モータ２６と増速機５３との間にクラッチが設けられていないが、両方向モータ２６と増速機５３との間には、トルク伝達を許容するか否かを切り換えるクラッチが設けられてもよい。

さらに、本実施形態では、フライホイール５４が、増速機５３およびワンウェイクラッチ５５を介して回生モータ２８と連結されている。ワンウェイクラッチ５５は、回生モータ２８から増速機５３へのトルク伝達のみを許容する。

旋回回路には、第１切換弁６１および第２切換弁６４が組み込まれている。第１切換弁６１および第２切換弁６４は、制御装置９により制御される。第１切換弁６１は、上述した第１閉ループ４を通じた作動油の循環を許可または禁止し、第２切換弁６４は、上述した第２閉ループ５を通じた作動油の循環を許可または禁止する。

本実施形態では、第１切換弁６１が、給排ライン４ａに設けられた切換弁６２と、給排ライン４ｂに設けられた切換弁６３とで構成されている。また、第２切換弁６４は、給排ライン５ａに設けられた切換弁６５と、給排ライン４ｂに設けられた切換弁６６とで構成されている。

切換弁６２は、中立位置では、給排ライン４ａを通じた両方向ポンプ２３から旋回モータ１６へ向かう流れは許容するが、その逆の流れは禁止する逆止弁として機能する。制御装置９から切換弁６２へ指令電流が供給されて、切換弁６２が作動位置に切り換わると、切換弁６２は、双方向の流れを許容する。同様に、切換弁６３は、中立位置では、給排ライン４ｂを通じた両方向ポンプ２３から旋回モータ１６へ向かう流れは許容するが、その逆の流れは禁止する逆止弁として機能する。制御装置９から切換弁６３へ指令電流が供給されて、切換弁６３が作動位置に切り換わると、切換弁６３は、双方向の流れを許容する。

つまり、第１切換弁６１は、切換弁６２および切換弁６３が中立位置に位置する中立状態と、切換弁６２が中立位置、切換弁６３が作動位置に位置する第１状態と、切換弁６２が作動位置、切換弁６３が中立位置に位置する第２状態と、切換弁６２および切換弁６３が作動位置に位置する第３状態とに切り換え可能である。中立状態の第１切換弁６１は、第１閉ループ４を通じた作動油の循環を禁止する。第１状態の第１切換弁６１は、第１方向への第１閉ループ４を通じた作動油の循環を許可する一方、第１方向とは逆の第２方向への第１閉ループ４を通じた作動油の循環を禁止する。第２状態の第１切換弁６１は、第２方向への第１閉ループ４を通じた作動油の循環を許可する一方、第１方向への第１閉ループ４を通じた作動油の循環を禁止する。第３状態の第１切換弁６１は、第１方向および第２方向への第１閉ループ４を通じた作動油の循環を許容する。

切換弁６５は、中立位置では、給排ライン５ａを通じた両方向モータ２６から旋回モータ１６へ向かう流れは許容するが、その逆の流れは禁止する逆止弁として機能する。制御装置９から切換弁６５へ指令電流が供給されて、切換弁６５が作動位置に切り換わると、切換弁６５は、双方向の流れを許容する。同様に、切換弁６６は、中立位置では、給排ライン４ｂを通じた両方向モータ２６から旋回モータ１６へ向かう流れは許容するが、その逆の流れは禁止する逆止弁として機能する。制御装置９から切換弁６６へ指令電流が供給されて、切換弁６６が作動位置に切り換わると、切換弁６６は、双方向の流れを許容する。

つまり、第２切換弁６４は、切換弁６５および切換弁６６が中立位置に位置する中立状態と、切換弁６５が中立位置、切換弁６６が作動位置に位置する第１状態と、切換弁６５が作動位置、切換弁６６が中立位置に位置する第２状態と、切換弁６５および切換弁６６が作動位置に位置する第３状態とに切り換え可能である。中立状態の第２切換弁６４は、第２閉ループ５を通じた作動油の循環を禁止する。第１状態の第２切換弁６４は、作動油が旋回モータ１６を通過する向きが第１方向と同じである第３方向への第２閉ループ５を通じた作動油の循環を許可する一方、第３方向とは逆の第４方向への第２閉ループ５を通じた作動油の循環を禁止する。第２状態の第２切換弁６４は、第４方向への第２閉ループ５を通じた作動油の循環を許可する一方、第３方向への第２閉ループ５を通じた作動油の循環を禁止する。第３状態の第２切換弁６４は、第３方向および第４方向への第２閉ループ５を通じた作動油の循環を許容する。

上述した第１橋架路４１および補給ライン３３は、第１切換弁６１により第１閉ループ４を通じた作動油の循環が禁止されたときに、両方向ポンプ２３の吸入側でのキャビテーションを防止する役割を果たす。同様に、橋架路５１および補給ライン３４は、第２切換弁６４により第２閉ループ５を通じた作動油の循環が禁止されたときに、両方向モータ２６の吸入側でのキャビテーションを防止する役割を果たす。

上述した供給ポンプ２２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）である。供給ポンプ２２の傾転角は図略のレギュレータにより調整される。供給ポンプ２２の吐出流量は、油圧ネガティブコントロール方式、電気ポジティブコントロール方式、ロードセンシング方式のいずれで制御されてもよい。

供給ポンプ２２は、供給ライン７１によりブーム制御弁７３を含む複数の制御弁（ブーム制御弁７３以外は図示せず）と接続されている。ブーム制御弁７３は、ブーム上げ供給ライン７５およびブーム下げ供給ライン７４によりブームシリンダ１３と接続されている。本実施形態では、供給ライン７１からブリードライン７２が分岐しており、このブリードライン７２が複数の制御弁を通過するセンターブリードラインとなっている。ただし、ブリードライン７２が複数の制御弁を通過せず、ブリードライン７２にアンロード弁が設けられてもよい。また、ブーム制御弁７３は、タンクライン７６によりタンクと接続されている。

ブーム制御弁７３は、ブーム操作装置６８が操作されることによって、中立位置からブーム上げ作動位置（図１の左側位置）またはブーム下げ作動位置（図１の右側位置）に切り換えられる。ブーム上げ作動位置では、ブーム制御弁７３は、ブーム上げ供給ライン７５を供給ライン７１と連通するとともに、ブーム下げ供給ライン７４をタンクライン７６と連通する。一方、ブーム下げ作動位置では、ブーム制御弁７３は、ブーム下げ供給ライン７４を供給ライン７１と連通するとともに、ブーム上げ供給ライン７５をタンクライン７６と連通する。

本実施形態では、ブーム制御弁７３が油圧パイロット式であり、一対のパイロットポートを有する。ただし、ブーム制御弁７３は、電磁パイロット式であってもよい。

ブーム操作装置６８は、ブーム操作（ブームシリンダ１３に対する操作）を受ける操作レバーを含み、操作レバーの傾倒角に応じたブーム操作信号（ブーム上げ操作信号またはブーム下げ操作信号）を出力する。つまり、ブーム操作装置６８から出力されるブーム操作信号は、操作レバーの傾倒角（操作量）が大きくなるほど大きくなる。

本実施形態では、ブーム操作装置６８がブーム操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。ブーム操作装置６８から出力されるブーム操作信号は、制御装置９に入力される。

制御装置９は、ブーム制御弁７３がブーム操作信号に応じた開口面積となるように、図略の一対の電磁比例弁を介してブーム制御弁７３を制御する。ただし、ブーム操作装置６８は、ブーム操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁であってもよい。この場合、ブーム制御弁７３のパイロットポートがパイロットラインによりパイロット操作弁であるブーム操作装置６８と接続される。また、ブーム操作装置６８がパイロット操作弁である場合、ブーム操作装置６８から出力されるパイロット圧が圧力センサにより検出されて制御装置９へ入力される。

上述した回生モータ２８は、ブーム下げ操作時（ブーム操作装置６８からブーム下げ操作信号が出力されるとき）にブームシリンダ１３から排出される作動油により駆動され、フライホイール５４を回転させる。そのための構成として、タンクライン７６には、回生弁８１が設けられている。また、回生弁８１は、回生ライン８２により回生モータ２８と接続されている。ただし、回生弁８１は、ブーム上げ供給ライン７５に設けられてもよい。

回生モータ２８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）である。回生モータ２８の傾転角は図略のレギュレータにより調整される。例えば、回生モータ２８用のレギュレータは、ブーム操作信号に基づいて制御装置９により制御される。ただし、回生モータ２８は、固定容量型のモータであってもよい。

回生弁８１は、タンクライン７６をブーム制御弁７３側の上流流路とタンク側の下流流路とに分断するようにタンクライン７６に設けられている。回生弁８１は、中立位置では、タンクライン７６の上流流路を下流流路と連通する。回生弁８１は、制御装置９により制御される。回生弁８１は、ブーム下げ操作時に作動位置に切り換えられ、タンクライン７６の上流流路を回生ライン８２と連通する。

回生ライン８２には、逆止弁８３が設けられている。また、回生ライン８２における逆止弁８３の下流側部分は、逆止弁３６が設けられた補給ライン３５により循環ライン３１におけるリリーフ弁３２の上流側部分と接続されている。補給ライン３５は、回生弁８１が中立位置に位置するときに、回生モータ２８の吸入側でのキャビテーションを防止する役割を果たす。

さらに、回生ライン８２における逆止弁８３の下流側部分からはリリーフライン８４が分岐しており、このリリーフライン８４にリリーフ弁８５が設けられている。また、回生ライン８２における逆止弁８３の下流側部は、逆止弁８７が設けられた補給ライン８６によりタンクと接続されている。

次に、制御装置９が行うレギュレータ２４，２７ならびに第１切換弁６１および第２切換弁６４の制御について説明する。制御装置９は、旋回操作装置６７およびブーム操作装置６８だけでなく、第１速度検出器９１および第２速度検出器９２とも電気的に接続されている。第１速度検出器９１は旋回体１２の速度を検出し、第２速度検出器９２はフライホイール５４の回転速度を検出する。

まず、建設機械１０の起動時などで、フライホイール５４にエネルギが蓄積されていない状態、すなわち第２速度検出器９２で検出されるフライホイール５４の回転速度がゼロの状態からの制御を説明する。この初期状態では、第１切換弁６１および第２切換弁６４は、中立状態に維持される。

旋回操作装置６７の操作レバーが傾倒されることによって旋回操作が開始されると、制御装置９は、旋回操作信号の種類（左旋回か右旋回か）に応じて、第１切換弁６１を第１状態または第２状態に切り換える。また、制御装置９は、旋回加速操作時（旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号が増加するとき）および旋回等速操作時（旋回操作装置６７から出力される旋回操作信号がゼロ以外で一定のとき）に、旋回操作信号が大きくなるにつれて旋回操作信号の種類（左旋回か右旋回か）に応じた方向における両方向ポンプ２３の吐出流量が大きくなるように、レギュレータ２４を制御する。

さらに、旋回加速操作時および旋回等速操作時は、旋回減速操作の開始直後に両方向モータ２６を駆動するために、制御装置９は、両方向モータ２６の傾転角が旋回操作信号の種類および大きさに応じた角度となるようにレギュレータ２７を制御する。

旋回操作装置６７の操作レバーが中立位置に向かって戻される旋回減速操作時は、制御装置９は、第２切換弁６４を旋回操作信号の種類（左旋回か右旋回か）に応じて第１状態または第２状態に切り換えるとともに、第１切換弁６１を中立状態に切り換える。これと同時に、制御装置９は、両方向ポンプ２３の傾転角がゼロとなるようにレギュレータ２４を制御する。

例えば、旋回加速操作時に第１切換弁６１が第１状態であれば、旋回減速操作時に第２切換弁６４を第１状態に切り換えて、第１方向の作動油の循環を第３方向の作動油の循環にシフトする。これにより、旋回モータ１６から排出される作動油により両方向モータ２６が駆動され、フライホイール５４に旋回減速操作時の運動エネルギが蓄積される。ただし、旋回減速操作時には、第２切換弁６４を第１状態または第２状態に切り換える代わりに、第３状態に切り換えてもよい。

旋回減速操作後、第１速度検出器９１で検出される旋回体１２の速度がゼロとなったときに、制御装置９は、第２切換弁６４を中立状態に切り換える。これと同時に、制御装置９は、両方向モータ２６の傾転角がゼロとなるようにレギュレータ２７を制御する。

フライホイール５４にエネルギが蓄積されている状態、すなわち第２速度検出器９２で検出されるフライホイール５４の回転速度がゼロでない状態で旋回操作が開始されると、制御装置９は、旋回操作信号の種類に応じて、第２切換弁６４を第１状態または第２状態に切り換える。また、制御装置９は、旋回加速操作時および旋回等速操作時に、旋回操作信号が大きくなるにつれて旋回操作信号の種類（左旋回か右旋回か）に応じた方向における両方向モータ２６の吐出流量が大きくなるように、レギュレータ２７を制御する。

さらに、両方向モータ２６から旋回モータ１６へ作動油を供給するときは、フライホイール５４に蓄積されたエネルギ量に基づいて、両方向ポンプ２３からも旋回モータ１６へ作動油を供給するか否かが切り換えられる。

具体的に、制御装置９は、第２速度検出器９２で検出されるフライホイール５４の回転速度Ｖｆが所定値Ｖｓよりも大きければ（Ｖｆ＞Ｖｓ）、第１切換弁６１を中立状態に維持する。一方、フライホイール５４の回転速度Ｖｆが所定値Ｖｓよりも小さければ（Ｖｆ＜Ｖｓ）、制御装置９は、旋回操作信号の種類に応じて、第１切換弁６１を第１状態または第２状態に切り換える。さらに、制御装置９は、旋回操作信号の大きさに基づいて両方向ポンプ２３用のレギュレータ２４を制御する。

例えば、第２切換弁６４が第１状態であれば、第１切換弁６１も第１状態に切り換えて、第１方向の作動油の循環と第３方向の作動油の循環とを可能にする。これにより、両方向モータ２６と両方向ポンプ２３の双方から旋回モータ１６へ作動油が供給される。

フライホイール５４の回転速度がゼロでない場合の旋回減速操作時は、制御装置９は上述したフライホイール５４の回転速度がゼロである場合と同様の制御を行う。

このように、本実施形態では、旋回加速操作時または旋回等速操作時に、フライホイール５４によって両方向モータ２６を駆動するとともに両方向モータ２６の傾転角をゼロ以外として両方向モータ２６をポンプとして機能させれば、フライホイール５４に蓄積したエネルギにより旋回モータ１６を駆動することができる。

一方、フライホイール５４にエネルギが蓄積されている場合には、旋回操作が行われなくても、フライホイール５４に蓄積されたエネルギを利用することは可能である。例えば、旋回操作以外の操作が行われて、供給ポンプ２２が少なくとも１つの油圧アクチュエータへ作動油を供給する場合には、制御装置９は、旋回モータ１６の出力軸を上述した図略のロック機構でロックした上で、フライホイール５４によって両方向モータ２６を駆動するとともに両方向モータ２６の傾転角をゼロ以外として両方向モータ２６をポンプとして機能させれば、両方向ポンプ２３がモータとして機能することになる。従って、フライホイール５４に蓄積したエネルギによりエンジン２１による供給ポンプ２２の駆動をアシストすることができる。

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、旋回減速操作時の運動エネルギをフライホイール５４に蓄積することができる。従って、旋回減速操作時の運動エネルギを任意のタイミングで回生することができる。

また、本実施形態では、第１切換弁６１および第２切換弁６４のそれぞれが第１状態または第２状態では一方向のみの循環を許可するので、旋回モータ１６に両方向ポンプ２３と両方向モータ２６の双方から作動油を供給する場合（第１切換弁６１および第２切換弁６４の双方が第１状態または第２状態に切り換えられる場合）に、第１閉ループ４または第２閉ループ５での作業油の逆流を防止することができる。

さらに、本実施形態では、フライホイール５４の回転速度が大きい場合は第２切換弁６４のみが第１状態または第２状態に切り換えられ、フライホイール５４の回転速度が小さい場合は第１切換弁６１および第２切換弁６４の双方が第１状態または第２状態に切り換えられる。従って、旋回モータ１６の駆動に、エンジン２１よりもフライホイール５４に蓄積したエネルギを優先的に使用し、フライホイール５４に蓄積したエネルギでは旋回モータ１６の駆動に不十分な場合に、旋回モータ１６に両方向ポンプ２３と両方向モータ２６の双方から作動油を供給することができる。

また、本実施形態では、回生モータ２８が設けられていてブームの位置エネルギもフライホイール５４に蓄積することができるので、旋回モータ１６の駆動にブームの位置エネルギをも利用することができる。

（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システム１Ｂを示す。なお、本実施形態において、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。また、図４では、図１に示す増速機５３、フライホイール５４、ワンウェイクラッチ５５および回生モータ２８を省略する。

本実施形態では、第１切換弁６１は、第１実施形態の切換弁６２，６３を組み合わせたような単一の３位置弁である。つまり、第１切換弁６１の中立位置が第１実施形態で説明した中立状態であり、第１切換弁６１の一方の作動位置（図４では上側位置）が第１実施形態で説明した第１状態であり、第１切換弁６１の他方の作動位置（図４では下側位置）が第１実施形態で説明した第２状態である。

同様に、第２切換弁６４は、第１実施形態の切換弁６５，６６を組み合わせたような単一の３位置弁である。つまり、第２切換弁６４の中立位置が第１実施形態で説明した中立状態であり、第２切換弁６４の一方の作動位置（図４では上側位置）が第１実施形態で説明した第１状態であり、第２切換弁６４の他方の作動位置（図４では下側位置）が第１実施形態で説明した第２状態である。

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。

（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、本発明が建設機械に適用される場合、油圧駆動システム（１Ａまたは１Ｂ）において、ブームの位置エネルギは非常に大きなために、両方向ポンプ２３および第１切換弁６１を省略して、フライホイール５４に蓄積したエネルギのみで旋回モータを駆動することが可能である。この場合、第２切換弁６４も省略されてもよい。

あるいは、本発明が、走行回路にＨＳＴが用いられた産業車両に適用される場合、ブームシリンダ１３および回生モータ２８が省略されてもよい。

また、第１および第２実施形態においては、第１切換弁６１および第２切換弁６４を省略して、レギュレータ２４，２７の制御のみで第１閉ループ４を通じた作動油の循環および／または第２閉ループ５を通じた作動油の循環を許可したり禁止したりすることができる。ただし、第１および第２実施形態のように第１切換弁６１および第２切換弁６４が設けられていれば、第１閉ループ４を通じた循環の許可と禁止および第２閉ループ５を通じた循環の許可と禁止を瞬時に切り換えることができる。また、第１切換弁６１および第２切換弁６４が循環禁止状態で逆止弁として機能するように構成されていれば、両方向ポンプ２３および両方向モータ２６での作動油の逆流を防止することができる。

１Ａ，１Ｂ 油圧駆動システム
１３ ブームシリンダ
１６ 旋回モータ（油圧モータ）
２１ エンジン
２２ 供給ポンプ
２３ 両方向ポンプ
２４ レギュレータ（第１レギュレータ）
２６ 両方向モータ
２７ レギュレータ（第２レギュレータ）
２８ 回生モータ
４ 第１閉ループ
５ 第２閉ループ
５４ フライホイール
６１ 第１切換弁
６４ 第２切換弁
７３ ブーム制御弁
９ 制御装置
９１ 第１速度検出器
９２ 第２速度検出器

Claims (1)

1. 第１閉ループを形成するように両方向ポンプと接続された旋回モータと、
   第２閉ループを形成するように前記旋回モータと接続された、旋回減速操作時に前記旋回モータから排出される作動油により回転される両方向モータと、
   前記両方向モータにより回転されるフライホイールと、
   前記両方向モータの傾転角を調整するレギュレータと、
   前記旋回モータに対する操作に基づいて前記レギュレータを制御するとともに前記第２閉ループを通じた作動油の循環を禁止または許可する制御装置と、
   ブームシリンダと、
   前記ブームシリンダへ制御弁を介して作動油を供給する、エンジンにより駆動される供給ポンプと、
   ブーム下げ操作時に前記ブームシリンダから排出される作動油により駆動され、前記フライホイールを回転させる回生モータと、を備え、
   前記制御装置は、旋回加速操作時または旋回等速操作時に、前記第２閉ループを通じた作動油の循環を許可することで、前記フライホイールに蓄積されたエネルギで駆動される前記両方向モータから吐出される圧油によって前記旋回モータを駆動する、油圧駆動システム。
   

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