(57)【要約】  ブーム１１１の下げ動作時に、操作レバー４ａの操作量が圧力センサ１６で検出されてコントローラ９に入力され、コントローラ９は入力された操作量に基づいてブームシリンダ３から排出される戻り油の目標流量Ｑ０を求め、目標流量Ｑ０と回転数センサ１７で求めた電動機１２の実回転数Ｎから求めた実流量Ｑとの偏差ΔＱを演算し、このΔＱだけ制御弁２に圧油を流すように比例電磁弁７の開口面積を制御する信号Ｓｍを演算し、このＳｍに基づいてサブポンプ８から供給される制御弁２の操作パイロット圧の圧力が制御され、制御弁２にΔＱだけ圧油が流れるように制御される。これにより、油圧アクチュエータの動きだし時の応答性を確保し、かつ回収するエネルギーを多くすることができる作業機械の動力回生装置と、その動力回生装置を備えた作業機械を提供することができる。
2013099710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業装置（１０２）を駆動する油圧アクチュエータ（３，１１４，１１５）と、前記油圧アクチュエータを操作・制御するための制御弁（２）と、前記制御弁を操作し前記油圧アクチュエータを動作させるための操作レバー（４ａ）を有する操作レバー装置（４）とを備える作業機械の動力回生装置（１９）であって、
前記油圧アクチュエータの戻り油により駆動される油圧モータ（１１）と、
前記油圧モータに機械的に連結され、前記油圧モータにより駆動されて発電動作を行う電動機（１２）と、
前記電動機の回転数を制御するためのインバータ（１３）と、
前記電動機によって発電された電力を蓄えるための蓄電装置（１５）とを備え、
前記油圧アクチュエータから排出される戻り油を分流し、前記制御弁側と前記油圧モータ側に配分する動力回生装置において、
前記電動機の実回転数を検出する回転数検出器（１７）と、
前記操作レバーの操作量を検出する操作量検出器（１６）と、
前記制御弁の開口面積を調整する比例電磁弁（７）と、
前記回転数検出器で検出される回転数及び前記操作量検出器で検出される操作量が入力される制御装置（９）とを更に備え、
前記制御装置は、前記操作量に基づいて前記油圧アクチュエータから排出される戻り油の目標流量と前記電動機の目標回転数を求め、前記電動機の目標回転数が得られるよう前記インバータを介して前記電動機の回転数を制御するとともに、前記目標流量と前記回転数検出器によって検出された前記電動機の実回転数に基づいて前記目標流量と前記電動機を通過する圧油の実流量との偏差を求め、この偏差に基づいて前記比例電磁弁を制御することを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の動力回生装置において、
前記制御装置は、
前記操作量を入力し、この操作量に基づいて前記目標流量を求める目標流量演算部（３１）と、この目標流量から前記目標回転数を求める目標回転数演算部（３２）と、この目標回転数から前記インバータに対するインバータ制御信号を求める電動機指令値演算部（３３）と、前記実回転数を入力し、この実回転数に基づいて前記実流量を求める実流量演算部（３４）と、この実流量と前記目標流量から前記偏差を求め、この偏差を前記制御弁の目標流量とする制御弁目標流量演算部（３５）と、この制御弁目標流量から前記比例電磁弁に対する制御信号を求める比例電磁弁指令値演算部（３６）とを有す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記載の作業機械の動力回生装置において、
前記制御装置は、
前記操作量を入力し、この操作量に基づいて前記目標流量を求める目標流量演算部（３１）と、この目標流量から前記目標回転数を求める目標回転数演算部（３２）と、この目標回転数から前記インバータに対するインバータ制御信号を求める電動機指令値演算部（３３）と、前記実回転数を入力し、前記目標回転数演算部で求めた前記目標回転数と前記実回転数との偏差から前記目標流量と前記実流量との偏差を求め、この偏差を前記制御弁の目標流量とする制御弁目標流量演算部（３５Ａ）と、この制御弁目標流量から前記比例電磁弁に対する制御信号を求める比例電磁弁指令値演算部（３６）とを有す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ないし３のいずれか１項記載の作業機械の動力回生装置において、
前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの圧油供給側との間に前記制御弁と並列に接続され、前記操作レバー装置の操作レバーが操作された時に開位置に切り換わる開閉弁（２３）を更に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５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の作業機械の動力回生装置を備えることを特徴とする作業機械。
【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および作業機械に係わり、特には、ハイブリッド式油圧ショベルなど、作業装置を駆動する油圧アクチュエータを有する作業機械に設けられ、アクチュエータからの戻り油によりエネルギーを回収する動力回生装置およびその動力回生装置を備えた作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベルを始めとする作業機械に対して燃料消費率（燃費）の向上に関する要求が高まっており、そのための提案が種々なされている。【０００３】
例えば、油圧ショベルでは、ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）のボトム側油圧室のブーム下げ時の戻り油が流通する油路（戻り油油路）に固定容量型油圧モータを配置し、この油圧モータに電動機（発電機）を連結したハイブリッド式油圧ショベルがある。このハイブリッド式油圧ショベルでは、ブームシリンダからの戻り油によって油圧モータを駆動し、この油圧モータによって電動機を駆動している。この電動機を駆動して得られた電気エネルギーをインバータ、チョッパ等を介して接続された蓄電装置に蓄電している。【０００４】
このようにブームシリンダからの戻り油を固定容量型油圧モータに導入して動力回生を行う作業機械の動力回生装置として、特許文献１には、油圧アクチュエータの操作性を向上するため、ブームシリンダからの戻り油を動力回生側（油圧モータ側）と制御弁側とに分岐するようにしたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
油圧アクチュエータ（ブームシリンダ）からの戻り油により油圧モータを駆動し、電動機を駆動してエネルギーを回収する動力回生装置においては、油圧モータと電動機の慣性モーメントが大きいために、オペレータの操作に対して油圧アクチュエータの動作の動きだし時の応答性が悪くなるという問題がある。【０００７】
特許文献１に記載の動力回生装置では、操作性を向上させるため、ブームシリンダからの戻り油を動力回生側と制御弁側に分岐している。しかし、動力回生側と制御弁側への流量配分は、操作レバーの操作に応じて一義的に行っているため、必要以上に流量を制御弁側に流すことになり、動力回生装置で回収できるエネルギーが減少するという問題がある。【０００８】
本発明の目的は、油圧アクチュエータの動きだし時の応答性を確保し、かつ回収するエネルギーを多くすることができる作業機械の動力回生装置と、その動力回生装置を備えた作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、作業装置を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作・制御するための制御弁と、前記制御弁を操作し前記油圧アクチュエータを動作させるための操作レバーを有する操作レバー装置とを備える作業機械の動力回生装置であって、前記油圧アクチュエータの戻り油により駆動される油圧モータと、前記油圧モータに機械的に連結され、前記油圧モータにより駆動されて発電動作を行う電動機と、前記電動機の回転数を制御するためのインバータと、前記電動機によって発電された電力を蓄えるための蓄電装置とを備え、前記油圧アクチュエータから排出される戻り油を分流し、前記制御弁側と前記油圧モータ側に配分する動力回生装置において、前記電動機の実回転数を検出する回転数検出器と、前記操作レバーの操作量を検出する操作量検出器と、前記制御弁の開口面積を調整する比例電磁弁と、前記回転数検出器で検出される回転数及び前記操作量検出器で検出される操作量が入力される制御装置とを更に備え、前記制御装置は、前記操作量に基づいて前記油圧アクチュエータから排出される戻り油の目標流量と前記電動機の目標回転数を求め、前記電動機の目標回転数が得られるよう前記インバータを介して前記電動機の回転数を制御するとともに、前記目標流量と前記回転数検出器によって検出された前記電動機の実回転数に基づいて前記目標流量と前記電動機を通過する圧油の実流量との偏差を求め、この偏差に基づいて前記比例電磁弁を制御するものとする。【００１０】
このように構成した本発明の動力回生装置では、油圧アクチュエータの操作時に、制御装置によって操作レバーの操作量に基づいて油圧アクチュエータから排出される戻り油の目標流量と電動機の目標回転数が求められ、この目標回転数となるようインバータを介して電動機の回転数が制御されるとともに、目標流量と回転数検出器によって検出された電動機の実回転数との偏差に基づいて比例電磁弁が制御される。このため、アクチュエータの動きだしの際に、油圧モータの吐出容量が固定であるためにアクチュエータからの圧油の排出が目標通りにならずに発生する不足流量分だけ制御弁を流れるように制御弁の操作スプールに比例電磁弁を介して操作パイロット圧が入力され、不足流量だけ圧油が流れるように制御弁の開口面積が制御される。よって、油圧アクチュエータから排出される圧油の流量が目標流量通りになり、オペレータの操作に従ってスムーズに油圧アクチュエータが動作する。また、制御弁に流れる圧油の量は応答性を上げるために必要な必要最低限の量である不足流量分であり、必要以上に圧油を制御弁に流す必要がなく、動力回生装置による動力回生の効率も十分に高く保つことができる。【００１１】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械の動力回生装置において、前記制御装置は、前記操作量を入力し、この操作量に基づいて前記目標流量を求める目標流量演算部と、この目標流量から前記目標回転数を求める目標回転数演算部と、この目標回転数から前記インバータに対するインバータ制御信号を求める電動機指令値演算部と、前記実回転数を入力し、この実回転数に基づいて前記実流量を求める実流量演算部と、この実流量と前記目標流量から前記偏差を求め、この偏差を前記制御弁の目標流量とする制御弁目標流量演算部と、この制御弁目標流量から前記比例電磁弁に対する制御信号を求める比例電磁弁指令値演算部とを有する。【００１２】
このような制御機能を有する制御装置によれば、操作レバーの操作量に基づいて電動機の目標流量が求められ、電動機の回転数がこの目標流量から求められた目標回転数となるように制御されるとともに、目標流量と電動機の実流量との偏差に基づいて比例電磁弁が制御され、オペレータの操作に対する油圧アクチュエータの応答性が確保され、動き出し時の動作を良好に保持することができるとともに、必要以上に圧油を制御弁に流すこともなく、動力回生効率も良好に保持することができる。【００１３】
また請求項３記載の発明は、請求項１記載の作業機械の動力回生装置において、前記制御装置は、前記操作量を入力し、この操作量に基づいて前記目標流量を求める目標流量演算部と、この目標流量から前記目標回転数を求める目標回転数演算部と、この目標回転数から前記インバータに対するインバータ制御信号を求める電動機指令値演算部と、前記実回転数を入力し、前記目標回転数演算部で求めた前記目標回転数と前記実回転数との偏差から前記目標流量と前記実流量との偏差を求め、この偏差を前記制御弁の目標流量とする制御弁目標流量演算部と、この制御弁目標流量から前記比例電磁弁に対する制御信号を求める比例電磁弁指令値演算部とを有する。【００１４】
このような制御機能を有する制御装置においても、操作レバーの操作量に基づいて電動機の目標流量が求められ、電動機の回転数がこの目標流量から求められた目標回転数となるように制御されるとともに、目標回転数と電動機の実回転数との差に基づいて比例電磁弁が制御され、オペレータの操作に対する油圧アクチュエータの応答性が確保され、動き出し時の動作を良好に保持することができるとともに、必要以上に圧油を制御弁に流すこともなく、動力回生効率も良好に保持することができる。【００１５】
また請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の作業機械の動力回生装置において、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの圧油供給側との間に前記制御弁と並列に接続され、前記操作レバー装置の操作レバーが操作された時に開位置に切り換わる開閉弁を更に備える。【００１６】
以上のような構成の動力回生装置では、油圧アクチュエータから排出される圧油の流量が目標通りの油量になるように制御されていることに加えて、油圧ポンプと油圧アクチュエータの圧油供給側との間に制御弁に対して並列に接続された開閉弁を備える構成のため、油圧ポンプからの圧油が油圧アクチュエータの圧油供給側へ供給され、オペレータの操作に対する油圧アクチュエータの応答性がより良好となる。また、必要以上に圧油を制御弁に流す必要がないため、動力回生装置による動力回生効率も良好に保持することができる。【００１７】
また請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項記載の作業機械の動力回生装置を備える作業機械である。【００１８】
本発明の動力回生装置を備える作業機械は、オペレータの操作に対する油圧アクチュエータの応答性が確保されて油圧アクチュエータの動き出し時の動作が良好に保持されているとともに、動力回生効率も良好に保持されたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、油圧アクチュエータからの戻り油を動力回生装置で回収する際の動き出し時の応答性を確保することができるためオペレータが望む俊敏な動作が実現できると共に、回収するエネルギーを従来の装置に比べて多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムの概略の一部を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るコントローラ９の構成図の一例である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る目標回転数演算部３２に記憶されている目標流量Ｑ０と目標回転数Ｎ０の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るコントローラ９の構成図の変形例である。
【図６】本発明の第１の実施の形態において、操作レバー４ａの操作を開始したときの操作開始時間に対する実流量Ｑと目標流量Ｑ０との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムの概略の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の油圧システムが搭載される油圧ショベル（作業機械）の外観を示す図である。
【００２２】
油圧ショベルは下部走行体１００と上部旋回体１０１とフロント作業機１０２を備えている。  
下部走行体１００は左右のクローラ式走行装置１０３ａ，１０３ｂを有し、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂにより駆動される。上部旋回体１０１は下部走行体１００上に旋回可能に搭載され、旋回モータ（不図示）により旋回駆動される。フロント作業機１０２は上部旋回体１０１の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体１０１にはエンジンルーム１０６、キャビン（運転室）１０７が備えられ、エンジンルーム１０６に後述するエンジンＥや油圧ポンプ１、サブポンプ８（図２参照）等の油圧機器が配置され、キャビン１０７内には操作レバー装置４（図２参照）等が配置されている。フロント作業機１０２はブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３を有する多関節構造であり、ブーム１１１はブームシリンダ３の伸縮により上下方向に回動し、アーム１１２はアームシリンダ１１４の伸縮により上下、前後方向に回動し、バケット１１３はバケットシリンダ１１５の伸縮により上下、前後方向に回動する。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムのうちブームシリンダ３を駆動する油圧回路部分とその油圧回路部分に組み込まれた動力回生装置を示す図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００２４】
図２において、駆動制御システムは、エンジンＥにより駆動される油圧ポンプ１およびサブポンプ８と、制御弁２と、ブームシリンダ３と、操作レバー装置４と、メイクアップバルブ（補給弁）２２ａ，２２ｂと、動力回生装置１９を備えている。
【００２５】
油圧ポンプ１は、ブームシリンダ３に圧油を供給するメインのポンプである。なお、油圧ポンプ１に接続される油圧管路には不図示のリリーフ弁が設置されており、リリーフ弁はその油圧管路内の圧力が過度に上昇した場合にタンク１８に圧油を逃がし、それ以上の圧力上昇を防いでいる。制御弁２は、管路６ａ，６ｂを介してブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａ及びロッド側油圧室３ｂに接続され、油圧ポンプ１からの圧油は、制御弁２を介して管路６ａ又は６ｂによりブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａ又はロッド側油圧室３ｂに供給される。また、ブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂからの戻り油は管路６ｂ、制御弁２を介してタンク１８に還流し、ボトム側油圧室３ａからの戻り油は、一部が管路６ａ、制御弁２を介してタンク１８に還流し、大部分は動力回生装置１９の回生回路２１を介してタンク１８に還流する。以下の説明では、管路６ａをボトム側管路といい、管路６ｂをロッド側管路という。
【００２６】
操作レバー装置４は、操作レバー４ａ及びパイロット弁（減圧弁）４ｂ１，４ｂ２を備え、操作レバー４ａを図示ａ方向に傾動させる操作（ブーム上げ方向操作）を行うと、パイロット弁４ｂ１はサブポンプ８の吐出圧を元圧として操作レバー４ａの操作量に応じたパイロット圧（圧力Ｐａの油圧信号）をパイロット油路５ａに出力し、操作レバー４ａを図示ｂ方向に傾動させる操作（ブームシリンダ３の下げ方向動作）を行うと、パイロット弁４ｂ２はサブポンプ８の吐出圧を元圧として操作レバー４ａの操作量に応じたパイロット圧（圧力Ｐｂの油圧信号）をパイロット油路５ｂに出力する。
【００２７】
制御弁２は、操作ポート２ａ，２ｂを有し、操作ポート２ａはパイロット油路５ａを介してパイロット弁４ｂ１に接続され、操作ポート２ｂはパイロット油路５ｃを介して後述する比例電磁弁７に接続され、パイロット油路５ａ，５ｃに出力されるパイロット圧（油圧信号）に応じて制御弁２のスプールの位置を切り替えるための制御操作が行われ、ブームシリンダ３に供給される圧油の方向及び流量を制御する。
【００２８】
メイクアップバルブ２２ａ，２２ｂは、管路６ａ，６ｂが負圧になりキャビテーションが発生するのを防止するためのものであり、管路６ａ又は６ｂの圧力がタンク１８の圧力より低くなるとメイクアップバルブ２２ａ又は２２ｂが開いてタンク１８の作動油が管路６ａ又は６ｂに補給される。メイクアップバルブ２２ｂは、ブーム１１１下げ操作時に、ブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂにタンク１８から圧油を供給する役割も有している。
【００２９】
動力回生装置１９は、管路６ｄと、パイロットチェック弁１０と、固定容量型の油圧モータ１１と、電動機１２と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置（バッテリ）１５と、圧力センサ１６と、回転数センサ１７と、比例電磁弁７と、コントローラ（制御装置）９を備えている。
【００３０】
管路６ｄは、ボトム側管路６ａの分岐部６ｃから分岐し、この管路６ｄにパイロットチェック弁１０を介して油圧モータ１１が接続されて回生回路２１を構成しており、ブーム１１１の下げ操作時にブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａから吐出される戻り油がパイロットチェック弁１０を介して油圧モータ１１に導かれ、油圧モータ１１を回転したのち、タンク１８に還流する。
【００３１】
パイロットチェック弁１０は、回生回路２１の圧油の漏れ防止など、ボトム側管路６ａから回生回路２１（管路６ｄ）への不要な圧油流入（ブーム落下）を防止するためのものであり、通常は回生回路２１を遮断しており、オペレータがブーム１１１の下げ操作を行ったとき（操作レバー装置４の操作レバー４ａが図２のｂ側に傾けられたとき）に、パイロット弁４ｂ２から出力されるパイロット圧（油圧Ｐｂの油圧信号）がパイロット油路５ｂを介して導かれ、そのパイロット圧により開弁して回生回路２１を開くようになっている。
【００３２】
油圧モータ１１には電動機１２が連結され、油圧モータ１１の回転動作に応じて発電し、その発電電力は、インバータ１３、チョッパ１４を介して蓄電装置（バッテリ）１５に蓄電される。チョッパ１４は昇圧用である。
【００３３】
回転数センサ１７は油圧モータ１１と電動機１２を連結する軸に設けられ、油圧モータ１１及び電動機１２の回転数Ｎ（実回転数）を検出する。
【００３４】
圧力センサ１６は、パイロット油路５ｂに接続され、ブーム１１１の下げ操作時にパイロット弁４ｂ２から管路５ｂに出力されるパイロット圧Ｐｂを検出する。圧力センサ１６と回転数センサ１７はコントローラ９に接続され、検出したパイロット圧Ｐｂ及び回転数Ｎを電気信号に変換してコントローラ９に入力する。圧力センサ１６の代わりに操作レバー４ａの位置を検出するポジションセンサを用いてもよい。
【００３５】
コントローラ９は、圧力センサ１６と回転数センサ１７の検出信号を入力し、所定の演算を行い、比例電磁弁７とインバータ１３に制御信号を出力する。
【００３６】
比例電磁弁７はコントローラ９からの制御信号によって動作し、サブポンプ８の吐出圧を元圧としてその制御信号が指示する大きさのパイロット圧を生成し、パイロット油路５ｃに出力する。このパイロット油路５ｃに出力されたパイロット圧は、制御弁２の操作ポート２ｂに導かれ、制御弁２はそのパイロット圧に応じて開口面積が調整される。
【００３７】
次に、コントローラ９が備える制御機能について図３を参照しつつ説明する。図３はコントローラ９の制御機能を示すブロック図である。
【００３８】
コントローラ９は、図３に示すように、目標流量演算部３１、目標回転数演算部３２、電動機指令値演算部３３、実流量演算部３４、制御弁目標流量演算部３５及び比例電磁弁指令値演算部３６の各機能を有している。
【００３９】
目標流量演算部３１は、操作レバー４ａのブーム下げ方向（図２の図示ｂ側）の操作量（パイロット圧Ｐｂの大きさ）に基づいてブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａから排出される戻り油の目標流量Ｑ０を演算する部分である。一般的に、操作レバー４ａのブーム下げ方向（図２の図示ｂ側）の操作量は、ブーム１１１下げの目標速度を指示するものであり、目標流量演算部３１はブーム１１１下げの目標速度からブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａから排出される戻り油の目標流量Ｑ０を求める。目標流量演算部３１で演算された目標流量Ｑ０は目標回転数演算部３２及び制御弁目標流量演算部３５に出力される。
【００４０】
目標回転数演算部３２は、目標流量演算部３１で演算された目標流量Ｑ０の全量が油圧モータ１１を通過した場合の油圧モータ１１の回転数を目標回転数Ｎ０として求める部分である。ここで、Ｑ０とＮ０はＱ０＝ｑＮ０の関係にある。ｑは油圧モータ１１の吐出容量であり、油圧モータ１１は固定容量型であるため、容量ｑは既知である。Ｑ０とＮ０の関係は、図４に示すように、目標流量Ｑ０が増加するにつれて目標回転数Ｎ０が単純増加する比例関係にある。目標回転数演算部３２で演算された目標回転数Ｎ０は電動機指令値演算部３３に出力される。
【００４１】
電動機指令値演算部３３は、目標回転数演算部３２で演算された目標回転数Ｎ０が得られるよう電動機１２を回転させるための発電制御指令値Ｓｇを演算する部分であり、当該指令値Ｓｇはインバータ１３に出力される。指令値Ｓｇを入力したインバータ１３は、当該指令値Ｓｇに基づいて電動機１２及び油圧モータ１１の回転数が目標回転数Ｎ０となるように電動機１２を発電制御する。
【００４２】
実流量演算部３４は、回転数センサ１７で検出された電動機１２の実回転数Ｎから、油圧モータ１１に実際に流れている実流量（通過流量）Ｑを演算する部分である。ＱとＮの関係は、前述のＱ０とＮ０の場合と同様、Ｑ＝ｑＮの関係にあり、ｑは既知であるため、Ｎが分かればＱを求めることができる。実流量演算部３４で演算された実流量Ｑは、制御弁目標流量演算部３５に出力される。
【００４３】
制御弁目標流量演算部３５は、目標流量演算部３１で演算された目標流量Ｑ０と実流量演算部３４で演算された実流量Ｑとに基づいて、目標流量Ｑ０と実流量Ｑとの偏差ΔＱを求める部分である。このΔＱは油圧モータ１１側に流しきれない、目標流量Ｑ０に対する不足流量であり、制御弁２に流すべきメータアウト流量（制御弁目標流量）である。制御弁目標流量演算部３５で演算された流量偏差ΔＱは、制御弁目標流量ΔＱとして比例電磁弁指令値演算部３６へ出力される。
【００４４】
比例電磁弁指令値演算部３６は、制御弁目標流量演算部３５で演算された制御弁目標流量ΔＱの分だけ制御弁２に圧油を流すように制御弁２の操作ポート２ｂにパイロット圧を導入するための比例電磁弁７の開口面積を制御する指令値Ｓｍを演算する部分であり、当該指令値Ｓｍは比例電磁弁７に出力される。
【００４５】
なお、上記各演算部における操作レバー４ａの操作量と目標流量Ｑ０の関係、目標流量Ｑ０と目標回転数Ｎ０の関係、目標回転数Ｎ０と発電制御指令値Ｓｇの関係、実回転数Ｎと実流量Ｑの関係、制御弁目標流量ΔＱと制御弁２の開口面積の関係については、予めテーブルで与えておくことができる。
【００４６】
また、図３では、目標流量演算部３１で油圧モータ１１の目標流量Ｑ０を求め、実流量演算部３４で油圧モータ１１の実流量Ｑを求め、制御弁目標流量演算部３５で目標流量Ｑ０と実流量Ｑの偏差ΔＱを演算して制御弁目標流量ΔＱを求めたが、目標回転数演算部３２で求めたＮ０と回転数センサ１７で検出したＮとから制御弁目標流量ΔＱを求めてもよい。  
この場合の変形例を図５に示す。目標回転数演算部３２で演算された目標回転数Ｎ０は、電動機指令値演算部３３と制御弁目標流量演算部３５Ａとに出力される。制御弁目標流量演算部３５Ａは目標回転数Ｎ０と回転数センサ１７で検出された電動機１２の実回転数ＮからΔＱ＝ｑ（Ｎ０−Ｎ）の演算を行って流量偏差ΔＱを求め、これを制御弁目標流量として比例電磁弁指令値演算部３６に出力する。
【００４７】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００４８】
まず、ブーム１１１の上げ動作（ブームシリンダ３の伸び）時について説明する。  
操作レバー４ａを図２の図示ａ側に操作すると、パイロット弁４ｂ１からパイロット圧Ｐａがパイロット管５ａを介して制御弁２の操作ポート２ａに伝えられ、制御弁２が切換操作され、油圧ポンプ１からの圧油がボトム側管路６ａを介してブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａに供給され、ブームシリンダ３は伸び動作（ブーム１１１は上方向に回動）する。これに伴い、ブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂから排出される戻り油は、ロッド側管路６ｂ、制御弁２を通ってタンク１８に還流する。このとき、パイロットチェック弁１０には操作パイロット圧が導かれないので、ボトム側管路６ａに設けられた動力回生装置１９の回生回路２１は遮断された状態となっており、回生動作は行われない。
【００４９】
次に、ブーム１１１の下げ動作（ブームシリンダ３の縮み）時について説明する。
【００５０】
操作レバー４ａを図２の図示ｂ側に操作すると、パイロット弁４ｂ２からパイロット圧Ｐｂがパイロット管５ｂを介してパイロットチェック弁１０に導かれてパイロットチェック弁１０が開く。
【００５１】
このとき、ブーム１１１を含むフロント作業機１０２の自重でブームシリンダ３が押され、ブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａの圧油が管路６ａに向かって排出される。ここで、パイロットチェック弁１０が開いているため動力回生装置１９の回生回路２１は開かれており、排出された圧油は、管路６ｄ、パイロットチェック弁１０を介して油圧モータ１１を通過して、タンク１８に排出される。
【００５２】
また、ブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂ側へは、ブームシリンダ３がフロント作業機１０２の自重で押される際にロッド側管路６ｂが負圧にならないようにメイクアップバルブ２２ｂを介してタンク１８から圧油が補給され、ロッド側油圧室３ｂへ圧油が供給される。
【００５３】
これにより、ブームシリンダ３が収縮し、ブーム１１１が下がり始める。
【００５４】
また、油圧モータ１１はこの油圧モータ１１側に流れる戻り油により回転し、油圧モータ１１に直結された電動機１２が発電動作を行い、発電された電気エネルギーはバッテリ１５に蓄電されて、回生動作が行われる。
【００５５】
同時に、コントローラ９にもパイロット圧Ｐｂに応じた電気信号が入力され、この入力された操作レバー４ａの操作量に基づいて油圧モータ１１の目標流量Ｑ０を目標流量演算部３１で演算し、目標回転数演算部３２で目標流量Ｑ０から電動機１２の目標回転数Ｎ０を演算し、電動機指令値演算部３３でこのＮ０からインバータ１３への発電制御指令値Ｓｇを演算する。また入力された油圧モータ１１の実回転数Ｎから実際に油圧モータ１１に流れている実流量Ｑを演算実流量演算部３４で演算し、制御弁目標流量演算部３５で目標流量Ｑ０及び実流量Ｑから不足流量ΔＱを演算する。その後、比例電磁弁指令値演算部３６でこの不足流量ΔＱから比例電磁弁７の開口面積を制御する指令値Ｓｍを演算する。
【００５６】
この制御指令値Ｓｍが比例電磁弁７に出力され、制御指令値Ｓｍを入力した比例電磁弁７は、当該指令値Ｓｍに基づいてその開口面積が調整されて、サブポンプ８から供給される操作パイロット圧の圧力が制御される。制御された所望圧力の操作パイロット圧はパイロット管路５ｃを介して制御弁２の操作ポート２ｂに導かれ、制御弁２にΔＱだけ圧油が流れるように制御される。よって、油圧ポンプ１からΔＱ相当の圧油がブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂに供給され、ブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａのΔＱ相当の圧油が制御弁２を介してタンク１８に排出される。
【００５７】
同時に、発電制御指令値Ｓｇがインバータ１３に出力され、発電制御指令値Ｓｇを入力したインバータ１３は、当該指令値Ｓｇに基づいて電動機１２の回転数が目標回転数Ｎ０となるように電動機１２を発電制御し、電動機１２及び油圧モータ１１が目標回転数Ｎ０で回転し、油圧モータ１１を流れる圧油の流量は目標流量Ｑ０に一致するように制御され、上述の回生動作が行われる。
【００５８】
図６は、操作レバー４ａの操作を開始したときの操作開始時間に対する実流量Ｑと目標流量Ｑ０との関係を示す図である。
【００５９】
ブーム１１１の下げ操作を時刻ｔ０で開始する場合、図６に示すように、ブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａからの圧油の排出量を目標回転数Ｎ０に対応する目標流量Ｑ０（点線で示した曲線）となるように制御しようとしても、油圧モータ１１の吐出容積ｑは固定であるため、実回転数Ｎが目標回転数Ｎ０に一致するのには時間を要し、油圧モータ１１に実際に流れる実流量Ｑ（実線で示した曲線）はブームシリンダ３の動き出し時には目標流量Ｑ０とは一致せず、目標流量（Ｑ０）と実流量（Ｑ）の流量差ΔＱ（Ｑ０とＱの偏差）が発生する。例えば、操作開始からのある時刻ｔ２においては、油圧モータ１１を流れる目標流量はＱо２であるのに対し、実際に油圧モータ１１を流れる実流量はＱｒ２であり、一致しない。また、ボトム側油圧室３ａからの圧油の排出量が目標流量Ｑ０となるように油圧モータ１１が回転するのに要する時間は理想的にはｔ３であるのに対し、実際に要する時間はｔ４となる。
【００６０】
従って、ブーム１１１の動き出しをよくするためには、この流量差ΔＱの分だけ制御弁２に圧油が流れるように開口面積を制御して、ボトム側油圧室３ａから制御弁２を介して圧油をタンク１８へ排出する必要がある。
【００６１】
そこで、コントローラ９は、入力された操作レバー４ａの操作量に応じた電気信号および油圧モータ１１の実回転数に基づいてインバータ１３への発電制御指令値Ｓｇおよび比例電磁弁７への指令値Ｓｍを演算する。演算された発電制御指令値Ｓｇを入力したインバータ１３によって電動機１２の回転数が目標回転数Ｎ０となるように発電制御され、また指令値Ｓｍを入力した比例電磁弁７の開口面積が調整されて、サブポンプ８から供給される操作パイロット圧の圧力が制御され、制御弁２にΔＱだけ圧油が流れるように制御される。
【００６２】
これにより、従来のように動力回生装置１９側のみに圧油を流してブーム１１１を下げようとする場合、ボトム側油圧室３ａからの圧油の排出量が目標流量Ｑ０に到達するのに要する時間ｔ４に比べて、本実施の形態では、ブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａのΔＱ相当の圧油が制御弁２を介してタンク１８に排出されるため、ボトム側油圧室３ａからの圧油の排出量が目標流量Ｑ０に到達するのに要する時間はｔ３となり、短くすることができる。
【００６３】
よって、ブームシリンダ３はオペレータの下げ動作の操作に従ってスムーズに縮み動作（ブーム１１１は下方向に回動）する。
【００６４】
以上のような構成・動作により、オペレータがブーム１１１の下げ操作を行っても、ブームシリンダ３からの戻り油の流量が目標通りの油量になるように制御されているため、オペレータの操作に対するブームシリンダ３の応答性が確保され、動き出し時の動作を良好に保持することができる。また、必要以上に圧油を制御弁２に流す必要がないため、動力回生装置１９による動力回生効率も良好に保持することができる。
【００６５】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルについて説明する。図７は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムのうちブームシリンダ３を駆動する油圧回路部分とその油圧回路部分に組み込まれた動力回生装置を示す、図２と同様の図である。
【００６６】
図７において、駆動制御システムは、エンジンＥにより駆動される油圧ポンプ１およびサブポンプ８と、制御弁２と、ブームシリンダ３と、操作レバー装置４と、動力回生装置１９を備えている点は図２に示す駆動制御システムと同様であるが、本実施形態では、駆動制御システムは、更に、油圧ポンプ１と管路６ｂの間に制御弁２に並列に接続された開閉弁２３を備えている。
【００６７】
開閉弁２３は、操作ポート２３ａを有し、操作ポート２３ａはパイロット油路５ｄ及び５ｂを介してパイロット弁４ｂ２に接続されている。開閉弁２３は、通常閉位置にあり、パイロット油路５ｂ，５ｄに出力されるパイロット圧Ｐｂに応じて開位置に切り換えられ、油圧ポンプ１から管路６ｅ及び管路６ｂを介してブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂに圧油が供給される。
【００６８】
本実施の形態の動作を説明する。
【００６９】
ブーム１１１の上げ動作時は第１の実施の形態と略同じであるので、ブーム１１１の下げ動作についてのみ説明する。
【００７０】
操作レバー４ａを図７の図示ｂ側に操作すると、パイロット弁４ｂ２からパイロット圧Ｐｂがパイロット管５ｂを介してパイロットチェック弁１０に導かれてパイロットチェック弁１０が開く。
【００７１】
このとき、ブーム１１１を含むフロント作業機１０２の自重でブームシリンダ３が押され、ブームシリンダ３のボトム側油圧室３ａの圧油が管路６ａに向かって排出される。ここで、パイロットチェック弁１０が開いているため動力回生装置１９の回生回路２１は開かれており、排出された圧油は、管路６ｄ、パイロットチェック弁１０を介して油圧モータ１１を通過して、タンク１８に排出される。これと同時に、パイロット弁４ｂ２からのパイロット圧Ｐｂがパイロット管５ｄを介して開閉弁２３の操作ポート２３ａに導かれ、開閉弁２３が開位置に切換えられ、油圧ポンプ１からの圧油が油圧管路６ｅ及び管路６ｂを介してブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂへ供給される。これによりブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂへは、油圧ポンプ１から開閉弁２３を介して圧油が積極的に供給され、これによりブームシリンダ３を速やかに収縮させ、ブーム１１１がスムーズに下がり始める。
【００７２】
また、油圧モータ１１はブームシリンダ３から排出される戻り油により回転し、油圧モータ１１に直結された電動機１２が発電動作を行い、発電された電気エネルギーはバッテリ１５に蓄電されて、回生動作が行われる。
【００７３】
コントローラ９からの制御信号によって比例電磁弁７の開口面積が制御され、制御弁２が切換操作される点は第１の実施の形態と同様である。
【００７４】
以上のように構成した本実施の形態では、ブームシリンダ３からの戻り油の流量が目標通りの油量になるように制御されていることに加えて、油圧ポンプ１と管路６ｂとの間に開閉弁２３を備える構成のため、油圧ポンプ１からの圧油がブームシリンダ３のロッド側油圧室３ｂへ供給され、オペレータの操作に対するブームシリンダ３の下げ動作の応答性がより良好となる。また、本実施の形態でも、必要以上に圧油を制御弁２に流す必要がないため、動力回生装置１９による動力回生効率も良好に保持することができる。
【００７５】
＜その他＞
上記実施の形態では、油圧シリンダとしてブームシリンダを用いる場合を参照して説明したが、本発明はブームシリンダのみならずアームシリンダ等にも適用することができ、この場合についても同様の効果が達成される。また、電動機としては発電機として駆動するものを用いて挙げて説明したが、電動機の位置には純粋に発電動作のみを行う発電機を用いることができる。
【００７６】
更に、作業機械の例として油圧ショベルを用いて説明したが、本発明における作業機械は油圧ショベルに限られず、本発明は作業装置を駆動する油圧アクチュエータを備えた作業機械に適用することができる。例えばフォークリフト、ホイールローダ等に対しても適用することができ、この場合も同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７７】
１  油圧ポンプ
２  制御弁
３  ブームシリンダ
３ａ  ボトム側油圧室
３ｂ  ロッド側油圧室
４  操作レバー装置
４ａ  操作レバー
４ｂ  パイロット弁
５ａ，５ｂ，５ｃ  パイロット油路
６ａ，６ｂ，６ｅ  油圧管路
６ｃ  分岐部
６ｄ  分岐管路
７  比例電磁弁
８  サブポンプ
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  電動機
１３  インバータ
１４  チョッパ
１５  蓄電装置（バッテリ）
１６  圧力センサ
１７  回転数センサ
１８  タンク
１９  動力回生装置
２１  回生回路
２２ａ，２２ｂ  メイクアップバルブ
２３  開閉弁
２３ａ  操作ポート
３１  目標流量演算部
３２  目標回転数演算部
３３  電動機指令値演算部
３４  実流量演算部
３５，３５Ａ  制御弁目標流量演算部
３６  比例電磁弁指令値演算部
１００  下部走行体
１０１  上部旋回体
１０２  フロント作業機
１０３ａ  走行装置
１０４ａ  走行モータ
１０６  エンジンルーム
１０７  運転室（キャビン）
１１１  ブーム
１１２  アーム
１１３  バケット
１１４  アームシリンダ
１１５  バケットシリンダ
Ｅ  エンジン
Ｎ  実回転数
Ｎ０  目標回転数
Ｑ０  目標流量
ΔＱ  不足流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013099710.tif 000009
【国際調査報告】
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2013099710.tif 000011
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