作業機械の動力回生装置
【課題】蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電が防止できる作業機械の動力回生装置を提供する。
【解決手段】油圧シリンダ３ａのボトム側油圧室に接続され油圧シリンダの縮短時にタンク６Ａに戻る戻り油が流通する油路３１と、油路に設けられ油路を複数の油路に分流する分岐部３２と、分岐部に接続され、発電機１２が接続された油圧モータ１１を介して戻り油をタンクに導く回生管路３３と、分岐部に接続され、制御弁２を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路３４と、操作装置４の操作量を検出する操作量検出手段１６と、発電機１２によって発電された電力を蓄える蓄電装置１５と、蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段１７と、充電量検出手段からの充電量信号に応じて、回生管路側を流れる戻り油の流量及び制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段９を備える。
【解決手段】油圧シリンダ３ａのボトム側油圧室に接続され油圧シリンダの縮短時にタンク６Ａに戻る戻り油が流通する油路３１と、油路に設けられ油路を複数の油路に分流する分岐部３２と、分岐部に接続され、発電機１２が接続された油圧モータ１１を介して戻り油をタンクに導く回生管路３３と、分岐部に接続され、制御弁２を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路３４と、操作装置４の操作量を検出する操作量検出手段１６と、発電機１２によって発電された電力を蓄える蓄電装置１５と、蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段１７と、充電量検出手段からの充電量信号に応じて、回生管路側を流れる戻り油の流量及び制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の動力回生装置に係わり、特に油圧アクチュエータからの戻り圧油によりエネルギを回収する作業機械の動力回生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧アクチュエータからの戻り流体により油圧モータを駆動してエネルギを回収すると共に、操作性を向上するためブームからの戻り流量を回生側と制御弁側とに分岐する建設機械が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献のように建設機械が油圧ショベルの場合、例えばダンプへの砂利積み作業などブーム上げ下げ動作を頻繁に行う作業を行うと、回生動力量が増加する。この結果、蓄電装置が過充電になり装置の劣化や破損などを招くおそれ生じる。このような蓄電装置の過充電を防ぐためには、大容量の蓄電装置を配設し余裕を持って使用する方法が考えられる。
【０００５】
しかし、例えば、ハイブリッド式油圧ショベルの構成部品において、蓄電装置は非常に高価な部品であり、容量にその価格がほぼ比例するため、蓄電装置の容量を小さくすることが望まれている。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電が防止できる作業機械の動力回生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。
【０００８】
また、第２の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。
【０００９】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記流量演算手段は、前記操作装置における下げ操作信号が検出されている間は、前記回生管路側を流れる戻り油の流量と前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量との配分特性を固定化させていることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正されることを特徴とする。
【００１１】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を制御する為に、前記制御弁へのパイロット圧を制御する電磁比例弁を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電を防止することができる。この結果生産性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図である。
【図２】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を示す制御システムの概略図である。
【図３】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路が備える一のメータリング特性図である。
【図４】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。
【図６Ａ】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する他のメータリング特性図である。
【図６Ｂ】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する更に他のメータリング特性図である。
【図７】本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。
【図８】本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の作業機械の動力回生装置の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図、図２は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を示す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、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。
【００１５】
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。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（図２参照）によって制御されている。
【００１６】
図２に示す実施の形態においては、ブーム１ａを操作するブームシリンダ３ａに関する制御システムのみを示している。この制御システムは、制御弁２と、操作装置４と、比例電磁弁７と、パイロットチェック弁１０と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、圧力センサ１６と、電圧検出器１７とを備えており、制御装置としてコントローラ９を備えている。
【００１７】
油圧源装置としては、油圧ポンプ６とパイロット圧油を供給するパイロット油ポンプ８と作動油タンク６Ａとを備えている。油圧ポンプ６とパイロット油ポンプ８とは同一の駆動軸で連結され、この駆動軸と直列に接続されたエンジン５０によって駆動される。
【００１８】
油圧ポンプ６からの圧油をブームシリンダ３ａへ供給する油路３０には、油路内の圧油の方向と流量を制御する制御弁２が設けられている。制御弁２は、そのパイロット受圧部２Ａ，２Ｂへのパイロット圧油の供給により、スプール位置を切り換えて、油圧ポンプ６からの圧油を油圧アクチュエータ３ａに供給して、ブーム１ａを駆動している。
【００１９】
制御弁２のスプール位置は、操作装置４の操作レバー等の操作によって切換え操作される。操作装置４には、パイロット弁５が設けられていて、操作レバー等の図上ａ方向の傾動操作（ブーム上げ方向操作）により、パイロット油ポンプ７からの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２０ａを通して制御弁２のパイロット受圧部２ａに供給している。また、パイロット弁５は、操作レバー等の図上ｂ方向の傾動操作（ブーム下げ方向操作）により、パイロット油ポンプ７からの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２０ｃを通してパイロットチェック弁１０の受圧部に供給している。
【００２０】
このパイロット二次側油路２０ｃには、圧力センサ１６が取り付けられている。この圧力センサ１６は、操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂを検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号をコントローラ９に出力可能に構成されている。
【００２１】
一方、制御弁２のパイロット受圧部２ｂには、パイロット二次側油路２０ｂの一端側が接続され、パイロット二次側油路２０ｂの他端側は、２位置２ポート型の電磁比例弁８の出力側ポートに接続されている。電磁比例弁８の入力側ポートは、パイロット油ポンプ７からの圧油を供給するパイロット油路２０が接続されている。
【００２２】
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、図２に示すように、油路３１と、分岐部３２と、回生管路３３と、制御弁管路３４と、圧力センサ１６と、コントローラ９と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、電圧検出器１７とを備えている。
【００２３】
油路３１は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク６Ａに戻る油（戻り油）が流通する油路であり、ブームシリンダ３ａのボトム側油圧室に接続されている。油路３１には当該油路３１を複数の油路に分流する分岐部３２が設けられている。分岐部３２には、回生管路３３と、制御弁管路３４とが接続されている。
【００２４】
回生管路３３は、パイロットチェック弁１０と、このパイロットチェック弁１０の下流側に設置され発電機１２が接続された油圧モータ１１を備えており、当該油圧モータ１１を介してボトム側油圧室からの戻り油をタンク６Ａに導いている。ブーム下げ時における戻り油を回生管路３３に導入して油圧モータ１１を回転させると発電機１２が回転して回生電力を発生させ、その電力はインバータ１３、昇圧のためのチョッパ１４を介して蓄電装置１５に蓄電される。なお、本実施の形態においては、蓄電装置１５としてキャパシタを例に説明する。
【００２５】
蓄電装置１５の充電量であるＳＯＣ（State of Charge）の値は、コントローラ９に入力されている。蓄電装置１５がキャパシタの場合、ＳＯＣの値は、キャパシタの電圧を検出することで確認することができる。本実施の形態においては、蓄電装置１５に電圧検出器１７を設け、この電圧検出器１７が検出した信号をコントローラ９に入力している。
【００２６】
パイロットチェック弁１０は、回生管路３３の漏れ防止など、油路３１から回生管路３３への不用意な圧油流入（ブーム落下）を防止するために設けられていて、通常は回生管路３３を遮断している。
【００２７】
パイロットチェック弁１０には、オペレータによってブーム下げ操作が行われたときに操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂが導かれていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量が所定量に達したときに出力される操作信号（パイロット圧Ｐｂ）によって開くように設定されている。これにより操作装置４の操作量が所定値以上になったときに油圧モータ１１に戻り油が供給されるようになっている。
【００２８】
また、ブーム下げ操作時における油圧モータ１１及び発電機１２の回転数はインバータ１３によって制御されている。このように油圧モータ１１の回転数をインバータ１３で制御すると油圧モータ１１を通過する油の流量を調整できるので、ボトム側油圧室から回生管路３３に流れる戻り油の流量を調整することができる。すなわち、本実施の形態におけるインバータ１３は、回生管路３３の流量を制御する流量制御手段として機能している。
【００２９】
制御弁管路３４は、流量調整手段である制御弁２（スプール型方向切換弁）を介してボトム側油圧室からの戻り油をタンク６Ａに導いている。制御弁２における一方のパイロット受圧部２ｂにはブーム下げ操作時にパイロット油ポンプ７から電磁比例弁８を介して出力される操作信号（油圧信号）が入力されており、また、他方のパイロット受圧部２ａにはブーム上げ操作時に操作装置４からのパイロット弁５の上げ側パイロット圧Ｐａが入力されている。制御弁２のスプールは、これら２つのパイロット受圧部に入力される操作信号に応じて移動し、油圧ポンプ６からブームシリンダ３ａに供給される圧油の方向及び流量を切り換える。
【００３０】
電磁比例弁８は、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に応じた操作信号を制御弁２のパイロット受圧部２ｂに出力するものであり、これによりボトム側油圧室から制御弁２を通過する戻り油の流量（すなわち、制御弁管路３４を流れる戻り油の流量）を調整している。すなわち、本実施の形態における電磁比例弁８は、制御弁管路３４の流量を制御する流量制御手段として機能している。
【００３１】
本実施の形態における電磁比例弁８の入力ポートには、パイロット油ポンプ７から出力される圧油が入力されている。一方電磁比例弁８の操作部には、コントローラ９の後述する電磁比例弁出力値演算部１０４（図５参照）から出力される指令値が入力されている。この指令値に応じて電磁比例弁８のポート位置が調整され、これにより、パイロット油ポンプ７から制御弁２の受圧部２ｂに供給される圧油の圧力が適宜調整されている。
【００３２】
コントローラ９は、圧力センサ１６から操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂを、電圧検出器１７から蓄電装置１５のＳＯＣの値をそれぞれ入力し、これらの入力値に応じた演算がなされ、電磁比例弁８及びインバータ１３へ制御指令を出力することで、回生管路３３と制御弁管路３４とを通過する戻り油の流量を制御している。
【００３３】
次に、操作装置４の操作による各部動作の概要を図２を用いて説明する。
まず、操作装置４の操作レバーをａ方向に傾動操作すると、パイロット弁５から生成されるパイロット圧Ｐａが制御弁２のパイロット受圧部２ａに導かれ、制御弁２が切換操作される。これにより、油圧ポンプ６からの圧油がブームシリンダ３ａの油路３１に導かれ、ブームシリンダ３ａは伸長動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのロッド側油室から排出される戻り流量は、油路３０、制御弁２を通ってタンク６Ａに導かれる。このとき、パイロットチェック弁１０には操作圧力が導かれないので、回生管路３３は遮断された状態となっており、回生動作は行われない。
【００３４】
次に、操作装置４の操作レバーをｂ方向に傾動操作すると、パイロット弁５から生成されるパイロット圧Ｐｂが圧力センサ１６で検出されコントローラ９に入力される。コントローラ９では予め決められたテーブルにより、入力されたパイロット圧に応じて電磁比例弁８に制御指令を出力する。この結果、制御弁２のパイロット受圧部２ｂにパイロット圧が加わり、制御弁２が切換操作される。これにより、油圧ポンプ６からの圧油がブームシリンダ３ａの油路３０に導かれ、ブームシリンダ３ａは縮小動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量は、油路３１、制御弁２を通ってタンク６Ａに導かれる。
【００３５】
このとき、パイロット弁５からパイロット圧Ｐｂがパイロット二次側油路２０ｃを介してパイロットチェック弁１０に操作圧として導かれるため、パイロットチェック弁１０が開動作する。これにより、ブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量の一部が油圧モータ１１に導かれ、油圧モータ１１に接続された発電機１２が発電動作を行う。発電された電気エネルギは蓄電装置１５に蓄電される。
【００３６】
一方、コントローラ９は、入力されたパイロット圧Ｐｂの信号、及びＳＯＣの信号から状態を判断し、電磁比例弁８への指令値および発電機１２の制御装置であるインバータ１３への制御指令値を算出・出力する。この結果、ブーム下げ動作においてブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量が、制御弁２側（制御弁側流量）と回生用の油圧モータ１１側（回生側流量）とに導かれるので、操作性を確保しつつ適切な回生動作が行われる。
【００３７】
ここで、コントローラ９のパイロット圧Ｐｂに基づくブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量の関係を図３を用いて説明する。図３は、本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路が備える一のメータリング特性図である。
図３において、細い実線で示したメータリング線図は、操作装置４のレバー操作量と制御弁管路３４側を流れる戻り油の流量（制御弁管路流量Ｑ１）との関係を示したものであり、破線で示したメータリング線図は、操作装置４のレバー操作量と回生管路３３側を流れる戻り油の流量（回生管路流量Ｑ２）との関係を示したものである。また、太い実線で示したメータリング線図は、先の２つのメータリング線図を合成したものを示し、制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２の合計流量を示している。
【００３８】
これらのメータリング線図が示すように、操作装置４のレバー操作量が第１設定値Ｌ１未満の場合（以下において「微操作域」と称することがある）には、合計流量は制御弁管路流量Ｑ１と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室からの戻り油は全て制御弁管路３４に流されるようになっており、回生管路３３はパイロットチェック弁１０によって閉じられている。
【００３９】
また、操作装置４のレバー操作量が第２設定値Ｌ２（第１設定値よりも大きな値）以上の場合（以下において「フル回生域」と称することがある）には、合計流量は回生管路流量Ｑ２と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室からの戻り油は全て回生管路３３に流されるようになっており、制御弁管路３４は制御弁２によって閉じられている。
【００４０】
一方、操作量が第１設定値Ｌ１以上かつ第２設定値Ｌ２未満の場合（以下において「中間域」と称することがある）には、回生管路３３と制御弁管路３４の双方に戻り油が流されている。具体的には、操作装置４のレバー操作量が第１設定値Ｌ１から第２設定値Ｌ２まで増加する間に、制御弁管路流量Ｑ１は第１設定値Ｌ１のときの合計流量ｑ１からゼロに向かって漸減しつつ、回生管路流量Ｑ２はゼロから第２設定値Ｌ２のときの合計流量ｑ２に向かって漸増するように設定されている。
【００４１】
次に、本実施の形態において、コントローラ９が実行する蓄電装置１５のＳＯＣの状態に応じて回生管路流量と制御弁管路流量とを変える方法について、図４を用いて概要を説明する。図４は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが図示しない油圧ショベルのキーをＯＮにした状態とする。
【００４２】
ステップ（Ｓ１）では、ブーム下げレバー操作の有無を判断する。具体的には、圧力センサ１６から入力されるパイロット圧Ｐｂの信号の有無で判断する。ブーム下げレバー操作ありと判断されれば、ステップ（Ｓ２）へ進み、ＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。
【００４３】
ステップ（Ｓ２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力されるキャパシタ２４の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ４）へ進む。
【００４４】
ステップ（Ｓ３）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が保持される。
【００４５】
ステップ（Ｓ４）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更される。具体的には、回生管路流量を減少させ、制御弁管路流量を増加させる。ＳＯＣが基準値を上回った場合、回生管路流量を減らすので、回生電力による蓄電装置１５の過充電を防ぐことができる。
【００４６】
なお、ステップ（Ｓ３）とステップ（Ｓ４）からは、ステップ（Ｓ１）に戻り、各ステップが繰り返される。
【００４７】
次に、本実施の形態におけるコントローラ９の制御について図を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図６Ａは本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する他のメータリング特性図、図６Ｂは本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する更に他のメータリング特性図である。図５乃至図６Ｂにおいて、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図５に示すコントローラ９は、特性選択演算部１００と、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１（流量演算手段）と、モータ指令値演算部１０３と、電磁比例弁出力値演算部１０４とを備えている。
【００４９】
特性選択演算部１００は、図５に示すように、電圧検出センサ１７で検出される蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値からＳＯＣを検出し、その検出したＳＯＣと予め設定された設定値とを比較した結果により、メータリング特性を選択して出力するものである。
【００５０】
図６Ａは、予め設定された設定値よりＳＯＣが低い場合、すなわち蓄電装置１５の充電量が低い場合に選択されるメータリング特性を示している。このメータリング特性は、操作性が必要となる微操作域ではなるべく制御弁に流量を流すことで操作性を確保し、操作性がそれほど必要ではないフル回生域では回生側に多く流量を流し、回生制御を行うことを表している。
【００５１】
図６Ｂは、ＳＯＣの値に応じて、図６Ａで示した回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更されたメータリング特性が選択されることを示している。具体的には、ＳＯＣの値が上昇するに従い、制御弁管路流量を増加させて回生管路流量を減少させるように、予め決められた配分パターンのメータリング特性が選択されることを示している。すわなち、ＳＯＣの値が低い状態では配分パターンａが選択され、ＳＯＣの値が増加するにつれて配分パターンはｂ、ｃ、ｄと切り替わって選択されることを示している。このように、ＳＯＣの値が増加するにつれて制御弁管路流量を増加させて回生管路流量を減少させるので、ブームシリンダ３ａの戻り流量を変えずに回生量を抑えることが可能になる。
【００５２】
図５に戻り、第１流量演算部１０２は、特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づいて制御弁管路３４側に流れる戻り油の流量Ｑ１を演算する部分であり、第２流量演算部１０１は、特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づいて回生管路３３側を流れる戻り油の流量Ｑ２を演算する部分である。
【００５３】
第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１には圧力センサ１６の検出値が入力されており、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１は当該検出値に基づいて操作装置４の操作量を算出する。圧力センサ１６の検出値に基づいて操作装置４の操作量を算出したら、当該算出した操作量に対応する流量Ｑ１，Ｑ２を特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図に基づいて算出し、各回路３３，３４の目標流量として設定する。第１流量演算部１０２は算出した制御弁管路流量Ｑ１を電磁比例弁出力値演算部１０４に出力し、第２流量演算部１０１は算出した回生管路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０３に出力する。
【００５４】
モータ指令値演算部１０３は、第２流量演算部１０１で演算された回生管路流量Ｑ２を回生管路３３の油圧モータ１１で吸い込むために必要な油圧モータ１１の回転数を演算し、油圧モータ１１を当該演算した回転数で回転させるための回転数指令値をインバータ１３に出力する部分である。モータ指令値演算部１０３で演算された回転数指令値を入力したインバータ１３は当該回転数指令値に基づいて油圧モータ１１及び発電機１２を回転させ、これにより回生管路３３には第２流量演算部１０１で演算された流量の戻り油が流れる。
【００５５】
電磁比例弁出力値演算部１０４は、第１流量演算部１０２で演算された制御弁管路流量Ｑ１を制御弁管路３４の制御弁２に通過させるために必要な電磁比例弁８の出力値（すなわち、電磁比例弁８から制御弁２のパイロット受圧部２ｂに出力される油圧信号の圧力（パイロット圧））を演算し、当該演算した出力値を電磁比例弁８から出力させるための指令値を電磁比例弁８に出力する部分である。電磁比例弁出力値演算部１０４で演算された出力値を入力した電磁比例弁８は当該出力値に基づいて操作信号を制御弁２に出力し、これにより制御弁管路３４には第１流量演算部１０２で演算された流量の戻り油が流れる。
【００５６】
次に、本実施の形態におけるブーム下げ操作がなされたときの各部動作について説明する。
ブーム１ａの下げ操作が行われると、操作装置４のパイロット弁５のパイロット圧Ｐｂが、圧力センサ１６により検出され、コントローラ９に入力されている。このパイロット圧Ｐｂは、操作装置４のレバー操作量として第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に入力される。
【００５７】
一方、ＳＯＣ信号は、蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値が電圧検出センサ１７で常時検出され、コントローラ９に入力されている。このＳＯＣ信号は、特性選択演算部１００に入力されている。特性選択演算部１００では、ＳＯＣが低い場合、すなわち蓄電装置１５の充電量が低い場合に、なるべく回生側に流量を流し、制御弁側の流量を抑えるようなメータリング特性が選択され、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に出力されている。
【００５８】
ここで、検出しているＳＯＣ信号が増加した場合には、特性選択演算部１００において、回生管路流量を抑え、制御弁管路流量を増加させるようなメータリング特性が選択されることになる。このことにより、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に出力されるメータリング特性が変更される。
【００５９】
第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１では、操作装置４のレバー操作量に応じた制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とが出力され、電磁比例弁出力値演算部１０４、モータ指令値演算部１０３で、電磁比例弁８及びインバータ１３への制御指令が演算され出力される。
【００６０】
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。この結果、生産性の向上が図れる。
【００６１】
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態によれば、操作装置４の操作量、ＳＯＣの状態に応じて回生管路流量を抑えるため、蓄電装置１５の過充電を防ぐことが可能となると共に、蓄電装置１５の容量を小さくすることができる。また、制御弁管路流量も変更できるので、オペレータが望むブーム下げ速度も確保することができる。
【００６２】
次に、本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態について図７を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。なお、図７において、図１乃至図６Ｂに示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
上述した一実施の形態においては、コントローラ９の特性選択演算部１００が、ＳＯＣ信号に応じて選択したメータリング特性を出力し、このメータリング特性を基に第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１が制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とを算出し、これら流量を実現させるためにコントローラ９から電磁比例弁８やインバータ１３へ制御指令を出力している。このため、ブーム下げの動作中に、例えばＳＯＣの値が変化すると、選択されていたメータリング特性が変化し、操作性の急変を招く可能性がある。本実施の形態においては、ＳＯＣの値が変化しても、操作性を急変させない作業機械の動力回生装置を提供する。
【００６３】
図７に示すコントローラ９は、補正信号演算部１２０と、第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１（流量演算手段）と、乗算器１１３と、減算器１１４と、加算器１１５と、モータ指令値演算部１０３と、電磁比例弁出力値演算部１０４とを備えている。
【００６４】
第１流量演算部１１２は、図３に示すメータリング線図の制御弁管路流量特性が予め設定されていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量を入力して、制御弁管路３４側に流れる戻り油の流量Ｑ１’を演算し、加算器１１５へ出力する。第２流量演算部１１１は、図３に示すメータリング線図の回生管路流量特性が予め設定されていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づく回生管路３３側に流れる戻り油の流量Ｑ２’を演算し、乗算器１１３と減算器１１４へ出力する。
【００６５】
補正信号演算部１２０は、図７に示すように、電圧検出センサ１７で検出される蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値からＳＯＣを検出し、その検出したＳＯＣに応じて予め設定された補正信号を演算し、乗算器１１３へ出力する。この補正信号により第２流量演算部１１１の流量出力Ｑ２’が補正される。補正信号演算部１２０の出力の最大値は１であり、ＳＯＣが低い状態では、１の信号を出力し続け、乗算器１１３で第２流量演算部１１１の流量値Ｑ２’に乗算される。つまりＳＯＣが低い状態では、第２流量演算部１１１の出力信号Ｑ２’は、そのまま、モータ指令値演算部１０３の入力値Ｑ２となる。
【００６６】
一方、ＳＯＣ信号が増加して所定の値以上になると、補正信号演算部１２０の出力は０を下限値として、１より小さい値を出力する。これにより、第２流量演算部１１１の出力信号Ｑ２’は乗算器１１３の出力において、無段階に減少補正されるので、回生流量を抑えることができる。
【００６７】
減算器１１４と加算器１１５とは、回生流量を減少させた分、制御弁流量を増やす演算を行うものである。減算器１１４は、乗算器１１３の出力と第２流量演算部１１１の出力とを入力し、出力信号を加算器１１５へ入力している。減算器１１４は、第２流量演算部１１１の補正前と補正後の流量差を演算するものであり、加算器１１５は、減算器１１４で演算された流量差を第１流量演算部１１２の出力に加算し、制御弁側流量を増やす演算を行う。これにより、第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力の合計は変わらないため、所望するブームシリンダ３ａのボトム流量を確保することができる。
【００６８】
加算器１１５は算出した制御弁管路流量Ｑ１を電磁比例弁出力値演算部１０４に出力し、乗算器１１３は算出した回生管路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０３に出力する。
【００６９】
次に、本実施の形態におけるブーム下げ操作がなされたときの各部動作について説明する。
ブーム１ａの下げ操作が行われると、操作装置４のパイロット弁５のパイロット圧Ｐｂが、圧力センサ１６により検出され、コントローラ９に入力されている。このパイロット圧Ｐｂは、操作装置４のレバー操作量として第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１に入力され、レバー操作量に応じた流量信号が第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１から出力される。
【００７０】
一方、ＳＯＣ信号は、補正信号演算部１２０に入力され、ＳＯＣの状態により補正信号演算部１２０から回生側流量である第２流量演算部１１１の流量値Ｑ２’を補正する信号が出力されている。補正信号演算部１２０の出力信号は、ＳＯＣの状態に応じて連続的に変化するため、第２流量演算部１１１の出力補正値Ｑ２も連続的に変化する。
【００７１】
減算器１１４及び加算器１１５では、回生側流量の減少分が制御弁側流量に加算される。これにより、第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力の合計は変化しないため、所望するブームシリンダ３ａのボトム流量を確保することができる。
【００７２】
第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力値は、上述したように補正され、制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とが生成される。それぞれの目標流量が入力される電磁比例弁出力値演算部１０４、モータ指令値演算部１０３で、電磁比例弁８及びインバータ１３への制御指令が演算され出力される。
【００７３】
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。この結果、生産性の向上が図れる。
【００７４】
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態によれば、ＳＯＣの状態に応じて回生側流量を連続的に変化させることが可能であるため、操作性の急変を防ぎ、オペレータの望む良好な動作を確保することができる。
【００７５】
次に、本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態について図８を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。なお、図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが図示しない油圧ショベルのキーをＯＮにした状態とする。
【００７６】
ステップ（Ｓ１０１）では、ブーム下げレバー操作の有無を判断する。具体的には、圧力センサ１６から入力されるパイロット圧Ｐｂの信号の有無で判断する。ブーム下げレバー操作なしと判断されれば、ステップ（Ｓ１０２）へ進み、ＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ１０５）へ進む。
【００７７】
ステップ（Ｓ１０２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力されるキャパシタ２４の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ１０３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ１０４）へ進む。
【００７８】
ステップ（Ｓ１０３）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との設定を変えずに配分パターンが保持される。この配分パターンは、例えば、図６Ｂの配分パターンａの場合であり、回生側流量をなるべく増加させることを示している。
【００７９】
ステップ（Ｓ１０４）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更される。具体的には、回生管路流量を減少させ、制御弁管路流量を増加させるように設定し、配分パターンを保持する。この配分パターンは、例えば、図６Ｂの配分パターンｂ，ｃ，ｄの場合であり、ＳＯＣが基準値を上回った場合、回生管路流量を減らすので、回生電力による蓄電装置１５の過充電を防ぐことができる。
【００８０】
ステップ（Ｓ１０５）では、ステップ（Ｓ１０１）でブーム下げレバー操作があった場合であり、この場合、ステップ（Ｓ１０３）またはステップ（Ｓ１０４）で設定された配分パターンを保持する。
【００８１】
なお、ステップ（Ｓ１０３）とステップ（Ｓ１０４）からは、ステップ（Ｓ１０１）に戻り、各ステップが繰り返される。
【００８２】
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。
【００８３】
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態によれば、レバー操作信号が入力されている間、すなわちブーム下げ動作中には流量の配分を変えないため、操作性の急変を防ぎ、オペレータの望む良好な動作を確保することができる。
【００８４】
なお、上述した本発明の実施の形態においては、コントローラ９において４つの配分パターンを有する特性選択演算部１００を例に説明したが、これに限るものではない。配分パターンをさらに増加させることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 油圧ショベル
１ａ ブーム
２ 制御弁
２ａ パイロット受圧部
２ｂ パイロット受圧部
３ａ ブームシリンダ
４ 操作装置
５Ａ コントロールバルブ
６ 油圧ポンプ
６Ａ タンク
７ パイロット油ポンプ
８ 比例電磁弁
９ コントローラ
１０ パイロットチェック弁
１１ 油圧モータ
１２ 発電機
１３ インバータ
１４ チョッパ
１５ 蓄電装置（キャパシタ）
１６ 圧力センサ
１７ 電圧検出器
２０ａ パイロット油路
２０ｂ パイロット油路
２０ｃ パイロット油路
３０ 油路
３１ 油路
３２ 分岐部
３３ 回生管路
３４ 流量調整回路
５０ エンジン
１００ 特性選択演算部
１０１ 第２流量演算部
１０２ 第１流量演算部
１０３ モータ指令値演算部
１０４ 電磁比例弁出力値演算部
１１１ 第２流量演算部
１１２ 第１流量演算部
１２０ 補正信号演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の動力回生装置に係わり、特に油圧アクチュエータからの戻り圧油によりエネルギを回収する作業機械の動力回生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧アクチュエータからの戻り流体により油圧モータを駆動してエネルギを回収すると共に、操作性を向上するためブームからの戻り流量を回生側と制御弁側とに分岐する建設機械が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献のように建設機械が油圧ショベルの場合、例えばダンプへの砂利積み作業などブーム上げ下げ動作を頻繁に行う作業を行うと、回生動力量が増加する。この結果、蓄電装置が過充電になり装置の劣化や破損などを招くおそれ生じる。このような蓄電装置の過充電を防ぐためには、大容量の蓄電装置を配設し余裕を持って使用する方法が考えられる。
【０００５】
しかし、例えば、ハイブリッド式油圧ショベルの構成部品において、蓄電装置は非常に高価な部品であり、容量にその価格がほぼ比例するため、蓄電装置の容量を小さくすることが望まれている。
【０００６】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電が防止できる作業機械の動力回生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。
【０００８】
また、第２の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。
【０００９】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記流量演算手段は、前記操作装置における下げ操作信号が検出されている間は、前記回生管路側を流れる戻り油の流量と前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量との配分特性を固定化させていることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正されることを特徴とする。
【００１１】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を制御する為に、前記制御弁へのパイロット圧を制御する電磁比例弁を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電を防止することができる。この結果生産性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図である。
【図２】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を示す制御システムの概略図である。
【図３】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路が備える一のメータリング特性図である。
【図４】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。
【図６Ａ】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する他のメータリング特性図である。
【図６Ｂ】本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する更に他のメータリング特性図である。
【図７】本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。
【図８】本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の作業機械の動力回生装置の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図、図２は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を示す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、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。
【００１５】
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。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（図２参照）によって制御されている。
【００１６】
図２に示す実施の形態においては、ブーム１ａを操作するブームシリンダ３ａに関する制御システムのみを示している。この制御システムは、制御弁２と、操作装置４と、比例電磁弁７と、パイロットチェック弁１０と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、圧力センサ１６と、電圧検出器１７とを備えており、制御装置としてコントローラ９を備えている。
【００１７】
油圧源装置としては、油圧ポンプ６とパイロット圧油を供給するパイロット油ポンプ８と作動油タンク６Ａとを備えている。油圧ポンプ６とパイロット油ポンプ８とは同一の駆動軸で連結され、この駆動軸と直列に接続されたエンジン５０によって駆動される。
【００１８】
油圧ポンプ６からの圧油をブームシリンダ３ａへ供給する油路３０には、油路内の圧油の方向と流量を制御する制御弁２が設けられている。制御弁２は、そのパイロット受圧部２Ａ，２Ｂへのパイロット圧油の供給により、スプール位置を切り換えて、油圧ポンプ６からの圧油を油圧アクチュエータ３ａに供給して、ブーム１ａを駆動している。
【００１９】
制御弁２のスプール位置は、操作装置４の操作レバー等の操作によって切換え操作される。操作装置４には、パイロット弁５が設けられていて、操作レバー等の図上ａ方向の傾動操作（ブーム上げ方向操作）により、パイロット油ポンプ７からの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２０ａを通して制御弁２のパイロット受圧部２ａに供給している。また、パイロット弁５は、操作レバー等の図上ｂ方向の傾動操作（ブーム下げ方向操作）により、パイロット油ポンプ７からの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２０ｃを通してパイロットチェック弁１０の受圧部に供給している。
【００２０】
このパイロット二次側油路２０ｃには、圧力センサ１６が取り付けられている。この圧力センサ１６は、操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂを検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号をコントローラ９に出力可能に構成されている。
【００２１】
一方、制御弁２のパイロット受圧部２ｂには、パイロット二次側油路２０ｂの一端側が接続され、パイロット二次側油路２０ｂの他端側は、２位置２ポート型の電磁比例弁８の出力側ポートに接続されている。電磁比例弁８の入力側ポートは、パイロット油ポンプ７からの圧油を供給するパイロット油路２０が接続されている。
【００２２】
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、図２に示すように、油路３１と、分岐部３２と、回生管路３３と、制御弁管路３４と、圧力センサ１６と、コントローラ９と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、電圧検出器１７とを備えている。
【００２３】
油路３１は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク６Ａに戻る油（戻り油）が流通する油路であり、ブームシリンダ３ａのボトム側油圧室に接続されている。油路３１には当該油路３１を複数の油路に分流する分岐部３２が設けられている。分岐部３２には、回生管路３３と、制御弁管路３４とが接続されている。
【００２４】
回生管路３３は、パイロットチェック弁１０と、このパイロットチェック弁１０の下流側に設置され発電機１２が接続された油圧モータ１１を備えており、当該油圧モータ１１を介してボトム側油圧室からの戻り油をタンク６Ａに導いている。ブーム下げ時における戻り油を回生管路３３に導入して油圧モータ１１を回転させると発電機１２が回転して回生電力を発生させ、その電力はインバータ１３、昇圧のためのチョッパ１４を介して蓄電装置１５に蓄電される。なお、本実施の形態においては、蓄電装置１５としてキャパシタを例に説明する。
【００２５】
蓄電装置１５の充電量であるＳＯＣ（State of Charge）の値は、コントローラ９に入力されている。蓄電装置１５がキャパシタの場合、ＳＯＣの値は、キャパシタの電圧を検出することで確認することができる。本実施の形態においては、蓄電装置１５に電圧検出器１７を設け、この電圧検出器１７が検出した信号をコントローラ９に入力している。
【００２６】
パイロットチェック弁１０は、回生管路３３の漏れ防止など、油路３１から回生管路３３への不用意な圧油流入（ブーム落下）を防止するために設けられていて、通常は回生管路３３を遮断している。
【００２７】
パイロットチェック弁１０には、オペレータによってブーム下げ操作が行われたときに操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂが導かれていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量が所定量に達したときに出力される操作信号（パイロット圧Ｐｂ）によって開くように設定されている。これにより操作装置４の操作量が所定値以上になったときに油圧モータ１１に戻り油が供給されるようになっている。
【００２８】
また、ブーム下げ操作時における油圧モータ１１及び発電機１２の回転数はインバータ１３によって制御されている。このように油圧モータ１１の回転数をインバータ１３で制御すると油圧モータ１１を通過する油の流量を調整できるので、ボトム側油圧室から回生管路３３に流れる戻り油の流量を調整することができる。すなわち、本実施の形態におけるインバータ１３は、回生管路３３の流量を制御する流量制御手段として機能している。
【００２９】
制御弁管路３４は、流量調整手段である制御弁２（スプール型方向切換弁）を介してボトム側油圧室からの戻り油をタンク６Ａに導いている。制御弁２における一方のパイロット受圧部２ｂにはブーム下げ操作時にパイロット油ポンプ７から電磁比例弁８を介して出力される操作信号（油圧信号）が入力されており、また、他方のパイロット受圧部２ａにはブーム上げ操作時に操作装置４からのパイロット弁５の上げ側パイロット圧Ｐａが入力されている。制御弁２のスプールは、これら２つのパイロット受圧部に入力される操作信号に応じて移動し、油圧ポンプ６からブームシリンダ３ａに供給される圧油の方向及び流量を切り換える。
【００３０】
電磁比例弁８は、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に応じた操作信号を制御弁２のパイロット受圧部２ｂに出力するものであり、これによりボトム側油圧室から制御弁２を通過する戻り油の流量（すなわち、制御弁管路３４を流れる戻り油の流量）を調整している。すなわち、本実施の形態における電磁比例弁８は、制御弁管路３４の流量を制御する流量制御手段として機能している。
【００３１】
本実施の形態における電磁比例弁８の入力ポートには、パイロット油ポンプ７から出力される圧油が入力されている。一方電磁比例弁８の操作部には、コントローラ９の後述する電磁比例弁出力値演算部１０４（図５参照）から出力される指令値が入力されている。この指令値に応じて電磁比例弁８のポート位置が調整され、これにより、パイロット油ポンプ７から制御弁２の受圧部２ｂに供給される圧油の圧力が適宜調整されている。
【００３２】
コントローラ９は、圧力センサ１６から操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂを、電圧検出器１７から蓄電装置１５のＳＯＣの値をそれぞれ入力し、これらの入力値に応じた演算がなされ、電磁比例弁８及びインバータ１３へ制御指令を出力することで、回生管路３３と制御弁管路３４とを通過する戻り油の流量を制御している。
【００３３】
次に、操作装置４の操作による各部動作の概要を図２を用いて説明する。
まず、操作装置４の操作レバーをａ方向に傾動操作すると、パイロット弁５から生成されるパイロット圧Ｐａが制御弁２のパイロット受圧部２ａに導かれ、制御弁２が切換操作される。これにより、油圧ポンプ６からの圧油がブームシリンダ３ａの油路３１に導かれ、ブームシリンダ３ａは伸長動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのロッド側油室から排出される戻り流量は、油路３０、制御弁２を通ってタンク６Ａに導かれる。このとき、パイロットチェック弁１０には操作圧力が導かれないので、回生管路３３は遮断された状態となっており、回生動作は行われない。
【００３４】
次に、操作装置４の操作レバーをｂ方向に傾動操作すると、パイロット弁５から生成されるパイロット圧Ｐｂが圧力センサ１６で検出されコントローラ９に入力される。コントローラ９では予め決められたテーブルにより、入力されたパイロット圧に応じて電磁比例弁８に制御指令を出力する。この結果、制御弁２のパイロット受圧部２ｂにパイロット圧が加わり、制御弁２が切換操作される。これにより、油圧ポンプ６からの圧油がブームシリンダ３ａの油路３０に導かれ、ブームシリンダ３ａは縮小動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量は、油路３１、制御弁２を通ってタンク６Ａに導かれる。
【００３５】
このとき、パイロット弁５からパイロット圧Ｐｂがパイロット二次側油路２０ｃを介してパイロットチェック弁１０に操作圧として導かれるため、パイロットチェック弁１０が開動作する。これにより、ブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量の一部が油圧モータ１１に導かれ、油圧モータ１１に接続された発電機１２が発電動作を行う。発電された電気エネルギは蓄電装置１５に蓄電される。
【００３６】
一方、コントローラ９は、入力されたパイロット圧Ｐｂの信号、及びＳＯＣの信号から状態を判断し、電磁比例弁８への指令値および発電機１２の制御装置であるインバータ１３への制御指令値を算出・出力する。この結果、ブーム下げ動作においてブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量が、制御弁２側（制御弁側流量）と回生用の油圧モータ１１側（回生側流量）とに導かれるので、操作性を確保しつつ適切な回生動作が行われる。
【００３７】
ここで、コントローラ９のパイロット圧Ｐｂに基づくブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量の関係を図３を用いて説明する。図３は、本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路が備える一のメータリング特性図である。
図３において、細い実線で示したメータリング線図は、操作装置４のレバー操作量と制御弁管路３４側を流れる戻り油の流量（制御弁管路流量Ｑ１）との関係を示したものであり、破線で示したメータリング線図は、操作装置４のレバー操作量と回生管路３３側を流れる戻り油の流量（回生管路流量Ｑ２）との関係を示したものである。また、太い実線で示したメータリング線図は、先の２つのメータリング線図を合成したものを示し、制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２の合計流量を示している。
【００３８】
これらのメータリング線図が示すように、操作装置４のレバー操作量が第１設定値Ｌ１未満の場合（以下において「微操作域」と称することがある）には、合計流量は制御弁管路流量Ｑ１と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室からの戻り油は全て制御弁管路３４に流されるようになっており、回生管路３３はパイロットチェック弁１０によって閉じられている。
【００３９】
また、操作装置４のレバー操作量が第２設定値Ｌ２（第１設定値よりも大きな値）以上の場合（以下において「フル回生域」と称することがある）には、合計流量は回生管路流量Ｑ２と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室からの戻り油は全て回生管路３３に流されるようになっており、制御弁管路３４は制御弁２によって閉じられている。
【００４０】
一方、操作量が第１設定値Ｌ１以上かつ第２設定値Ｌ２未満の場合（以下において「中間域」と称することがある）には、回生管路３３と制御弁管路３４の双方に戻り油が流されている。具体的には、操作装置４のレバー操作量が第１設定値Ｌ１から第２設定値Ｌ２まで増加する間に、制御弁管路流量Ｑ１は第１設定値Ｌ１のときの合計流量ｑ１からゼロに向かって漸減しつつ、回生管路流量Ｑ２はゼロから第２設定値Ｌ２のときの合計流量ｑ２に向かって漸増するように設定されている。
【００４１】
次に、本実施の形態において、コントローラ９が実行する蓄電装置１５のＳＯＣの状態に応じて回生管路流量と制御弁管路流量とを変える方法について、図４を用いて概要を説明する。図４は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが図示しない油圧ショベルのキーをＯＮにした状態とする。
【００４２】
ステップ（Ｓ１）では、ブーム下げレバー操作の有無を判断する。具体的には、圧力センサ１６から入力されるパイロット圧Ｐｂの信号の有無で判断する。ブーム下げレバー操作ありと判断されれば、ステップ（Ｓ２）へ進み、ＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。
【００４３】
ステップ（Ｓ２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力されるキャパシタ２４の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ４）へ進む。
【００４４】
ステップ（Ｓ３）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が保持される。
【００４５】
ステップ（Ｓ４）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更される。具体的には、回生管路流量を減少させ、制御弁管路流量を増加させる。ＳＯＣが基準値を上回った場合、回生管路流量を減らすので、回生電力による蓄電装置１５の過充電を防ぐことができる。
【００４６】
なお、ステップ（Ｓ３）とステップ（Ｓ４）からは、ステップ（Ｓ１）に戻り、各ステップが繰り返される。
【００４７】
次に、本実施の形態におけるコントローラ９の制御について図を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図６Ａは本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する他のメータリング特性図、図６Ｂは本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する更に他のメータリング特性図である。図５乃至図６Ｂにおいて、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図５に示すコントローラ９は、特性選択演算部１００と、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１（流量演算手段）と、モータ指令値演算部１０３と、電磁比例弁出力値演算部１０４とを備えている。
【００４９】
特性選択演算部１００は、図５に示すように、電圧検出センサ１７で検出される蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値からＳＯＣを検出し、その検出したＳＯＣと予め設定された設定値とを比較した結果により、メータリング特性を選択して出力するものである。
【００５０】
図６Ａは、予め設定された設定値よりＳＯＣが低い場合、すなわち蓄電装置１５の充電量が低い場合に選択されるメータリング特性を示している。このメータリング特性は、操作性が必要となる微操作域ではなるべく制御弁に流量を流すことで操作性を確保し、操作性がそれほど必要ではないフル回生域では回生側に多く流量を流し、回生制御を行うことを表している。
【００５１】
図６Ｂは、ＳＯＣの値に応じて、図６Ａで示した回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更されたメータリング特性が選択されることを示している。具体的には、ＳＯＣの値が上昇するに従い、制御弁管路流量を増加させて回生管路流量を減少させるように、予め決められた配分パターンのメータリング特性が選択されることを示している。すわなち、ＳＯＣの値が低い状態では配分パターンａが選択され、ＳＯＣの値が増加するにつれて配分パターンはｂ、ｃ、ｄと切り替わって選択されることを示している。このように、ＳＯＣの値が増加するにつれて制御弁管路流量を増加させて回生管路流量を減少させるので、ブームシリンダ３ａの戻り流量を変えずに回生量を抑えることが可能になる。
【００５２】
図５に戻り、第１流量演算部１０２は、特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づいて制御弁管路３４側に流れる戻り油の流量Ｑ１を演算する部分であり、第２流量演算部１０１は、特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づいて回生管路３３側を流れる戻り油の流量Ｑ２を演算する部分である。
【００５３】
第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１には圧力センサ１６の検出値が入力されており、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１は当該検出値に基づいて操作装置４の操作量を算出する。圧力センサ１６の検出値に基づいて操作装置４の操作量を算出したら、当該算出した操作量に対応する流量Ｑ１，Ｑ２を特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図に基づいて算出し、各回路３３，３４の目標流量として設定する。第１流量演算部１０２は算出した制御弁管路流量Ｑ１を電磁比例弁出力値演算部１０４に出力し、第２流量演算部１０１は算出した回生管路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０３に出力する。
【００５４】
モータ指令値演算部１０３は、第２流量演算部１０１で演算された回生管路流量Ｑ２を回生管路３３の油圧モータ１１で吸い込むために必要な油圧モータ１１の回転数を演算し、油圧モータ１１を当該演算した回転数で回転させるための回転数指令値をインバータ１３に出力する部分である。モータ指令値演算部１０３で演算された回転数指令値を入力したインバータ１３は当該回転数指令値に基づいて油圧モータ１１及び発電機１２を回転させ、これにより回生管路３３には第２流量演算部１０１で演算された流量の戻り油が流れる。
【００５５】
電磁比例弁出力値演算部１０４は、第１流量演算部１０２で演算された制御弁管路流量Ｑ１を制御弁管路３４の制御弁２に通過させるために必要な電磁比例弁８の出力値（すなわち、電磁比例弁８から制御弁２のパイロット受圧部２ｂに出力される油圧信号の圧力（パイロット圧））を演算し、当該演算した出力値を電磁比例弁８から出力させるための指令値を電磁比例弁８に出力する部分である。電磁比例弁出力値演算部１０４で演算された出力値を入力した電磁比例弁８は当該出力値に基づいて操作信号を制御弁２に出力し、これにより制御弁管路３４には第１流量演算部１０２で演算された流量の戻り油が流れる。
【００５６】
次に、本実施の形態におけるブーム下げ操作がなされたときの各部動作について説明する。
ブーム１ａの下げ操作が行われると、操作装置４のパイロット弁５のパイロット圧Ｐｂが、圧力センサ１６により検出され、コントローラ９に入力されている。このパイロット圧Ｐｂは、操作装置４のレバー操作量として第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に入力される。
【００５７】
一方、ＳＯＣ信号は、蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値が電圧検出センサ１７で常時検出され、コントローラ９に入力されている。このＳＯＣ信号は、特性選択演算部１００に入力されている。特性選択演算部１００では、ＳＯＣが低い場合、すなわち蓄電装置１５の充電量が低い場合に、なるべく回生側に流量を流し、制御弁側の流量を抑えるようなメータリング特性が選択され、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に出力されている。
【００５８】
ここで、検出しているＳＯＣ信号が増加した場合には、特性選択演算部１００において、回生管路流量を抑え、制御弁管路流量を増加させるようなメータリング特性が選択されることになる。このことにより、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に出力されるメータリング特性が変更される。
【００５９】
第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１では、操作装置４のレバー操作量に応じた制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とが出力され、電磁比例弁出力値演算部１０４、モータ指令値演算部１０３で、電磁比例弁８及びインバータ１３への制御指令が演算され出力される。
【００６０】
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。この結果、生産性の向上が図れる。
【００６１】
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態によれば、操作装置４の操作量、ＳＯＣの状態に応じて回生管路流量を抑えるため、蓄電装置１５の過充電を防ぐことが可能となると共に、蓄電装置１５の容量を小さくすることができる。また、制御弁管路流量も変更できるので、オペレータが望むブーム下げ速度も確保することができる。
【００６２】
次に、本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態について図７を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。なお、図７において、図１乃至図６Ｂに示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
上述した一実施の形態においては、コントローラ９の特性選択演算部１００が、ＳＯＣ信号に応じて選択したメータリング特性を出力し、このメータリング特性を基に第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１が制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とを算出し、これら流量を実現させるためにコントローラ９から電磁比例弁８やインバータ１３へ制御指令を出力している。このため、ブーム下げの動作中に、例えばＳＯＣの値が変化すると、選択されていたメータリング特性が変化し、操作性の急変を招く可能性がある。本実施の形態においては、ＳＯＣの値が変化しても、操作性を急変させない作業機械の動力回生装置を提供する。
【００６３】
図７に示すコントローラ９は、補正信号演算部１２０と、第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１（流量演算手段）と、乗算器１１３と、減算器１１４と、加算器１１５と、モータ指令値演算部１０３と、電磁比例弁出力値演算部１０４とを備えている。
【００６４】
第１流量演算部１１２は、図３に示すメータリング線図の制御弁管路流量特性が予め設定されていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量を入力して、制御弁管路３４側に流れる戻り油の流量Ｑ１’を演算し、加算器１１５へ出力する。第２流量演算部１１１は、図３に示すメータリング線図の回生管路流量特性が予め設定されていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づく回生管路３３側に流れる戻り油の流量Ｑ２’を演算し、乗算器１１３と減算器１１４へ出力する。
【００６５】
補正信号演算部１２０は、図７に示すように、電圧検出センサ１７で検出される蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値からＳＯＣを検出し、その検出したＳＯＣに応じて予め設定された補正信号を演算し、乗算器１１３へ出力する。この補正信号により第２流量演算部１１１の流量出力Ｑ２’が補正される。補正信号演算部１２０の出力の最大値は１であり、ＳＯＣが低い状態では、１の信号を出力し続け、乗算器１１３で第２流量演算部１１１の流量値Ｑ２’に乗算される。つまりＳＯＣが低い状態では、第２流量演算部１１１の出力信号Ｑ２’は、そのまま、モータ指令値演算部１０３の入力値Ｑ２となる。
【００６６】
一方、ＳＯＣ信号が増加して所定の値以上になると、補正信号演算部１２０の出力は０を下限値として、１より小さい値を出力する。これにより、第２流量演算部１１１の出力信号Ｑ２’は乗算器１１３の出力において、無段階に減少補正されるので、回生流量を抑えることができる。
【００６７】
減算器１１４と加算器１１５とは、回生流量を減少させた分、制御弁流量を増やす演算を行うものである。減算器１１４は、乗算器１１３の出力と第２流量演算部１１１の出力とを入力し、出力信号を加算器１１５へ入力している。減算器１１４は、第２流量演算部１１１の補正前と補正後の流量差を演算するものであり、加算器１１５は、減算器１１４で演算された流量差を第１流量演算部１１２の出力に加算し、制御弁側流量を増やす演算を行う。これにより、第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力の合計は変わらないため、所望するブームシリンダ３ａのボトム流量を確保することができる。
【００６８】
加算器１１５は算出した制御弁管路流量Ｑ１を電磁比例弁出力値演算部１０４に出力し、乗算器１１３は算出した回生管路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０３に出力する。
【００６９】
次に、本実施の形態におけるブーム下げ操作がなされたときの各部動作について説明する。
ブーム１ａの下げ操作が行われると、操作装置４のパイロット弁５のパイロット圧Ｐｂが、圧力センサ１６により検出され、コントローラ９に入力されている。このパイロット圧Ｐｂは、操作装置４のレバー操作量として第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１に入力され、レバー操作量に応じた流量信号が第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１から出力される。
【００７０】
一方、ＳＯＣ信号は、補正信号演算部１２０に入力され、ＳＯＣの状態により補正信号演算部１２０から回生側流量である第２流量演算部１１１の流量値Ｑ２’を補正する信号が出力されている。補正信号演算部１２０の出力信号は、ＳＯＣの状態に応じて連続的に変化するため、第２流量演算部１１１の出力補正値Ｑ２も連続的に変化する。
【００７１】
減算器１１４及び加算器１１５では、回生側流量の減少分が制御弁側流量に加算される。これにより、第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力の合計は変化しないため、所望するブームシリンダ３ａのボトム流量を確保することができる。
【００７２】
第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力値は、上述したように補正され、制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とが生成される。それぞれの目標流量が入力される電磁比例弁出力値演算部１０４、モータ指令値演算部１０３で、電磁比例弁８及びインバータ１３への制御指令が演算され出力される。
【００７３】
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。この結果、生産性の向上が図れる。
【００７４】
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態によれば、ＳＯＣの状態に応じて回生側流量を連続的に変化させることが可能であるため、操作性の急変を防ぎ、オペレータの望む良好な動作を確保することができる。
【００７５】
次に、本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態について図８を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。なお、図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが図示しない油圧ショベルのキーをＯＮにした状態とする。
【００７６】
ステップ（Ｓ１０１）では、ブーム下げレバー操作の有無を判断する。具体的には、圧力センサ１６から入力されるパイロット圧Ｐｂの信号の有無で判断する。ブーム下げレバー操作なしと判断されれば、ステップ（Ｓ１０２）へ進み、ＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ１０５）へ進む。
【００７７】
ステップ（Ｓ１０２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力されるキャパシタ２４の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ１０３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ１０４）へ進む。
【００７８】
ステップ（Ｓ１０３）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との設定を変えずに配分パターンが保持される。この配分パターンは、例えば、図６Ｂの配分パターンａの場合であり、回生側流量をなるべく増加させることを示している。
【００７９】
ステップ（Ｓ１０４）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更される。具体的には、回生管路流量を減少させ、制御弁管路流量を増加させるように設定し、配分パターンを保持する。この配分パターンは、例えば、図６Ｂの配分パターンｂ，ｃ，ｄの場合であり、ＳＯＣが基準値を上回った場合、回生管路流量を減らすので、回生電力による蓄電装置１５の過充電を防ぐことができる。
【００８０】
ステップ（Ｓ１０５）では、ステップ（Ｓ１０１）でブーム下げレバー操作があった場合であり、この場合、ステップ（Ｓ１０３）またはステップ（Ｓ１０４）で設定された配分パターンを保持する。
【００８１】
なお、ステップ（Ｓ１０３）とステップ（Ｓ１０４）からは、ステップ（Ｓ１０１）に戻り、各ステップが繰り返される。
【００８２】
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。
【００８３】
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態によれば、レバー操作信号が入力されている間、すなわちブーム下げ動作中には流量の配分を変えないため、操作性の急変を防ぎ、オペレータの望む良好な動作を確保することができる。
【００８４】
なお、上述した本発明の実施の形態においては、コントローラ９において４つの配分パターンを有する特性選択演算部１００を例に説明したが、これに限るものではない。配分パターンをさらに増加させることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 油圧ショベル
１ａ ブーム
２ 制御弁
２ａ パイロット受圧部
２ｂ パイロット受圧部
３ａ ブームシリンダ
４ 操作装置
５Ａ コントロールバルブ
６ 油圧ポンプ
６Ａ タンク
７ パイロット油ポンプ
８ 比例電磁弁
９ コントローラ
１０ パイロットチェック弁
１１ 油圧モータ
１２ 発電機
１３ インバータ
１４ チョッパ
１５ 蓄電装置（キャパシタ）
１６ 圧力センサ
１７ 電圧検出器
２０ａ パイロット油路
２０ｂ パイロット油路
２０ｃ パイロット油路
３０ 油路
３１ 油路
３２ 分岐部
３３ 回生管路
３４ 流量調整回路
５０ エンジン
１００ 特性選択演算部
１０１ 第２流量演算部
１０２ 第１流量演算部
１０３ モータ指令値演算部
１０４ 電磁比例弁出力値演算部
１１１ 第２流量演算部
１１２ 第１流量演算部
１２０ 補正信号演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、
前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、
前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、
前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備える
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項２】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、
前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、
前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、
前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、
前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備える
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記流量演算手段は、前記操作装置における下げ操作信号が検出されている間は、前記回生管路側を流れる戻り油の流量と前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量との配分特性を固定化させている
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項４】
請求項１に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、
前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、
前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、
前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正される
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項５】
請求項１に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を制御する為に、前記制御弁へのパイロット圧を制御する電磁比例弁を設けた
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、
前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、
前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、
前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備える
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項２】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、
前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、
前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、
前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、
前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備える
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記流量演算手段は、前記操作装置における下げ操作信号が検出されている間は、前記回生管路側を流れる戻り油の流量と前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量との配分特性を固定化させている
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項４】
請求項１に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、
前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、
前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、
前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正される
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項５】
請求項１に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を制御する為に、前記制御弁へのパイロット圧を制御する電磁比例弁を設けた
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６１０４４（Ｐ２０１３−６１０４４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１１７６（Ｐ２０１１−２０１１７６）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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