JP2024002331A - 液圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生時において、電動機の過大な負荷が作用することを抑えることができる液圧駆動装置を提供する。【解決手段】液圧駆動装置は、ヘッド側ポート及びロッド側ポートの各々に対して作動液を給排するで液圧シリンダを駆動させる液圧駆動装置であって、作動液を吐出し且つ供給される作動液によって回転駆動される液圧ポンプモータと、液圧ポンプモータに接続される電動機と、液圧ポンプモータとヘッド側ポートとの間を流れる作動液の方向を切換える方向制御弁と、ヘッド側ポートとロッド側ポートと繋ぐ再生通路を開閉する再生弁と、液圧ポンプモータの流入圧力を検出する圧力センサと、方向制御弁及び再生弁の各々の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、再生弁によって再生通路を開き且つ方向制御弁によってヘッド側ポートと液圧ポンプモータとを接続する際、圧力センサによって検出する作動液の流入圧力に応じて再生弁の開度を制御する。【選択図】 図１

Description

本開示は、液圧シリンダのヘッド側ポート及びロッド側ポートの各々に対して作動液を給排する液圧駆動装置に関する。

液圧シリンダを駆動する液圧駆動装置として、例えば特許文献１のような液圧駆動装置が知られている。特許文献１のような液圧駆動装置では、ブーム下げ操作において、ブームシリンダのヘッド側ポートから排出される作動油によって液圧ポンプモータを回転駆動する。これにより、ブームの位置エネルギーを電気エネルギーに回生することができる。

特開２０２１－１８１７８９号公報

特許文献１の液圧駆動装置では、瞬間的に過大な負荷がブームに作用する場合がある。この場合、エネルギーを回生すべく電動機に過大な負荷が与えられる。このような過大な負荷が電動機に作用することを抑えることが望まれている。

そこで本開示は、回生時において、電動機の過大な負荷が作用することを抑えることができる液圧駆動装置を提供することを目的としている。

本開示の液圧駆動装置は、ヘッド側ポート及びロッド側ポートの各々に対して作動液を給排することによって液圧シリンダを駆動させる液圧駆動装置であって、作動液を吐出し且つ供給される作動液によって回転駆動される液圧ポンプモータと、前記液圧ポンプモータに接続される電動機と、前記液圧ポンプモータと前記ヘッド側ポートとの間を流れる作動液の方向を切換える方向制御弁と、前記ヘッド側ポートと前記ロッド側ポートと繋ぐ再生通路を開閉する再生弁と、前記液圧ポンプモータの流入圧力を検出する圧力センサと、前記方向制御弁及び前記再生弁の各々の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記再生弁によって前記再生通路を開き且つ前記方向制御弁によって前記ヘッド側ポートと前記液圧ポンプモータとを接続する際、前記圧力センサによって検出する作動液の流入圧力に応じて前記再生弁の開度を制御するものである。

本開示によれば、流入圧力に応じて再生弁の開度を制御される。それ故、回生時において過大な負荷が電動機に生じる際に再生弁によって圧力損失を発生させることができる。これにより、回生時において、電動機に過大な負荷が作用することが抑制される。

本開示によれば、回生時において、電動機の過大な負荷が作用することを抑えることができる。

本開示の第１実施形態の液圧駆動装置の構成を示す回路図である。 図１の液圧駆動装置が実行するブームシリンダ伸縮処理の手順を示すフローチャートである。 図１の液圧駆動装置において、ブームシリンダを伸長させる際の作動液の流れを示す回路図である。 図１の液圧駆動装置において、ブームシリンダを収縮させる際の作動液の流れを示す回路図である。 本開示の第２実施形態の液圧駆動装置の構成を示す回路図である。

以下、本開示に係る第１及び第２実施形態の液圧駆動装置１，１Ａについて前述する図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する液圧駆動装置１，１Ａは、本開示の一実施形態に過ぎない。従って、本開示は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［第１実施形態］
図１に示す液圧駆動装置１は、例えば作業車両（図示せず）等に備わっている。作業車両は、例えば液圧ショベル及び液圧クレーン等の建設車両及びリフト等の産業車両である。本実施形態において、作業車両は、液圧ショベルである。液圧ショベルは、ブーム、及びアーム及びアタッチメント（例えばバケット等）を備えている。液圧ショベルは、ブーム、アーム及びアタッチメント（例えばバケット等）を動かすことによって種々の作業を行うことができる。液圧ショベルは、ブームシリンダ２を備えている。

液圧シリンダの一例であるブームシリンダ２は、ヘッド側ポート２ａ及びロッド側ポート２ｂを有している。ブームシリンダ２は、ブームに設けられている。ブームシリンダ２は、伸縮することによってブームを動かす。ブームシリンダ２は、ヘッド側ポート２ａ及びロッド側ポート２ｂの各々に対して作動液（例えば油又は水等の液体）が給排されることによって駆動する。より詳細に説明すると、ブームシリンダ２は、ヘッド側ポート２ａに作動液が供給され且つロッド側ポート２ｂから作動液が排出されると伸長する。これにより、ブームが上昇する。他方、ブームシリンダ２は、ヘッド側ポート２ａから作動液を排出させ且つロッド側ポート２ｂに作動液が供給されることによって収縮する。これにより、ブームが下降する。なお、ブームシリンダ２は、本実施形態において収縮する方向にブームの自重を受けている。それ故、ブームシリンダ２は、ブームの自重によってヘッド側ポート２ａから作動液を排出させ、且つロッド側ポート２ｂから作動液を吸入することによって収縮する。

＜液圧駆動装置＞
液圧駆動装置１は、ヘッド側ポート２ａ及びロッド側ポート２ｂの各々に対して作動液を給排する。これにより、液圧駆動装置１は、ブームシリンダ２を駆動する、即ちブームシリンダ２を伸縮させる。また、液圧駆動装置１は、ブームシリンダ２のヘッド側ポート２ａから排出される作動液に関してエネルギー回生を行う。このように機能する液圧駆動装置１は、液圧ポンプモータ１１と、電動機１２と、方向制御弁１３と、再生弁１４と、アンロード弁１５とを備えている。また、液圧駆動装置１は、操作装置１６と、吸入側圧力センサ１７と、ストロークセンサ１８と、制御装置１９とを備えている。

＜液圧ポンプモータ＞
液圧ポンプモータ１１は、吸入ポート１１ａと、吐出ポート１１ｂとを有している。液圧ポンプモータ１１は、更にシャフト１１ｃを有している。吸入ポート１１ａは、吸入通路２１を介してタンク２０に接続されている。なお、吸入通路２１には、逆止弁２４が介在している。逆止弁２４は、タンク２０から吸入ポート１１ａへの作動液の流れを許容し、逆方向の流れを阻止する。

液圧ポンプモータ１１は、シャフト１１ｃが回転駆動されると、以下ように動作する。即ち、液圧ポンプモータ１１は、吸入ポート１１ａから作動液を吸入する。そして、液圧ポンプモータ１１は、吐出ポート１１ｂから作動液を吐出する。他方、液圧ポンプモータ１１は、吸入ポート１１ａに作動液が供給されると、シャフト１１ｃを回転させる。そして、液圧ポンプモータ１１は、吐出ポート１１ｂから作動液を排出する。液圧ポンプモータ１１は、本実施形態において、可変容量形の斜板ポンプであって、レギュレータ１１ｄを有している。レギュレータ１１ｄは、入力される容量指令に応じて斜板の傾転角を変える。そうすると、液圧ポンプモータ１１のポンプ容量が変わる。即ち、液圧ポンプモータ１１は、吐出流量及び吸入流量を変えることができる。

＜電動機＞
電動機１２は、液圧ポンプモータ１１に接続されている。より詳細に説明すると、電動機１２は、シャフト１１ｃに連結されている。電動機１２は、液圧ポンプモータ１１を回転駆動することによって液圧ポンプモータ１１から作動液を吐出させる。より詳細に説明すると、電動機１２は、シャフト１１ｃを回転駆動することによって吐出ポート１１ｂから作動液を吐出させる。また、電動機１２は、作動液の供給を受けて液圧ポンプモータ１１（より詳細にはシャフト１１ｃ）が回転させられることによって発電する。即ち、電動機１２は、液圧ポンプモータ１１と協働することによって、作動液の流体エネルギーを電気エネルギーへと回生する。更に、電動機１２は、入力される回転数指令に応じて回転数（より詳細に説明すると、シャフト１１ｃの回転数）を変える。

＜方向制御弁＞
方向制御弁１３は、液圧ポンプモータ１１とヘッド側ポート２ａとの間を流れる作動液の方向を切換える。方向制御弁１３は、液圧ポンプモータ１１の吸入ポート１１ａ及び吐出ポート１１ｂに夫々接続されている。より詳細に説明すると、方向制御弁１３は、吸入通路２１において逆止弁２４より液圧ポンプモータ１１の吸入ポート１１ａ側に繋がっている。また、方向制御弁１３は、吐出通路２２を介して吐出ポート１１ｂと繋がっている。更に方向制御弁１３は、ブームシリンダ２のヘッド側ポート２ａに接続されている。また、方向制御弁１３は、ブームシリンダ２のロッド側ポート２ｂ及びタンク２０に接続されている。

方向制御弁１３は、入力される動作指令に応じて、ヘッド側ポート２ａの接続先を吐出ポート１１ｂ及び吸入ポート１１ａに夫々切換える。更に、方向制御弁１３は、ヘッド側ポート２ａを吐出ポート１１ｂに接続する際、ロッド側ポート２ｂをタンク２０に接続する。他方、方向制御弁１３は、ヘッド側ポート２ａを吸入ポート１１ａに接続する際、ロッド側ポート２ｂを吐出ポート１１ｂに接続する。なお、方向制御弁１３は、ロッド側ポート２ｂを吐出ポート１１ｂに接続する際、吐出ポート１１ｂからロッド側ポート２ｂへの作動液の流れを許容し、且つ逆方向の作動液の流れを阻止する。また、方向制御弁１３は、ヘッド側ポート２ａを吸入ポート１１ａに接続する際、ヘッド側ポート２ａと吸入ポート１１ａとの間の開度（以下、「方向制御弁１３の開度」ともいう）を動作指令に応じて制御する。本実施形態において、方向制御弁１３は、電気式のスプール弁である。但し、方向制御弁１３は、電気式のスプール弁に限定されない。

＜再生弁＞
再生弁１４は、ヘッド側ポート２ａとロッド側ポート２ｂとを繋ぐ再生通路２３を開閉する。再生弁１４は、再生通路２３に介在している。再生弁１４は、再生指令に応じて再生通路２３を開閉する。また、再生弁１４は、再生通路２３を開いた状態で再生方向の作動液の流れを許容し、逆方向の流れを阻止する。再生方向とは、ヘッド側ポート２ａからロッド側ポート２ｂへの流れである。これにより、再生弁１４は、ヘッド側ポート２ａから排出される作動液をロッド側ポート２ｂに再生する。再生弁１４は、再生指令に応じて開度を絞る。再生弁１４は、例えば電磁比例制御弁である。

＜アンロード弁＞
アンロード弁１５は、吐出ポート１１ｂと方向制御弁１３とを繋ぐ吐出通路２２をタンク２０に接続する。より詳細に説明すると、アンロード弁１５は、入力されるアンロード指令に応じて吐出通路２２をタンク２０に接続する。これにより、液圧ポンプモータ１１をアンロードすることができる。本実施形態において、アンロード弁１５は、電磁開閉弁である。但し、アンロード弁１５は、開度を制御可能な電磁比例制御弁であってもよい。

＜操作装置＞
操作装置１６は、ブーム（より詳細にはブームシリンダ２）を操作するためのものである。操作装置１６は、操作レバー１６ａを有している。操作レバー１６ａは、操作可能に構成されている。操作装置１６は、操作レバー１６ａの操作方向及び操作量に応じた操作信号を出力する。操作装置１６は、例えば電気ジョイスティックである。但し、操作装置１６は、パイロット操作弁であってもよい。この場合、操作装置１６は、パイロット操作弁の出力圧に応じた操作信号を出力する。また、操作装置１６は、タッチパネルであってもよい。この場合、操作装置１６は、入力される操作やプログラムに応じて操作信号を出力する。

＜吸入側圧力センサ＞
吸入側圧力センサ１７は、液圧ポンプモータ１１の流入圧力を検出する。流入圧力は、液圧ポンプモータ１１の吸入ポート１１ａに流入する作動液の圧力であって、吸入圧ともいう。より詳細に説明すると、吸入側圧力センサ１７は、吸入通路２１に接続されている。吸入側圧力センサ１７は、吸入通路２１の液圧を流入圧力として検出する。そして、吸入側圧力センサ１７は、検出した流入圧力を出力する。

＜ストロークセンサ＞
速度用センサの一例であるストロークセンサ１８は、ブームシリンダ２の速度を検出するためのセンサである。より詳細に説明すると、ストロークセンサ１８は、ブームシリンダ２のストローク量を検出する。そして、ストロークセンサ１８は、検出したストローク量を出力する。なお、速度用センサは、速度センサ、加速度センサ、角度センサ、及び慣性計測装置（略称：ＩＭＵ）であってもよく、その他の検出結果に基づいてブームシリンダ２の速度を算出することができるセンサであればよい。なお、速度センサは、ブームシリンダ２におけるストロークの速度を検出する。加速度センサは、ブームシリンダ２におけるストロークの加速度を検出する。角度センサは、ブームの角度を検出する。ＩＭＵは、ブームの加速度及び回転速度を検出する。

＜制御装置＞
制御装置１９は、入力される操作信号に応じて、方向制御弁１３、再生弁１４、及びアンロード弁１５の動作を制御する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、操作信号に応じた動作指令、再生指令、及びアンロード指令を出力することによって、方向制御弁１３、再生弁１４、及びアンロード弁１５の動作を制御する。これにより、制御装置１９は、液圧駆動装置１における作動液の流れを制御する。また、制御装置１９は、操作信号に応じて液圧ポンプモータ１１及び電動機１２の動作を制御する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、操作信号に応じた容量指令及び回転数指令を出力することによって液圧ポンプモータ１１及び電動機１２の動作を制御する。これにより、制御装置１９は、液圧ポンプモータ１１の吐出流量及び吸入流量を制御する。

また、制御装置１９は、本実施形態においてストロークセンサ１８の検出結果に応じて液圧ポンプモータ１１の吐出流量及び吸入流量を変える。これにより、制御装置１９は、ブームシリンダ２の速度又は加速度（本実施形態において速度）をフィードバック制御する。更に、制御装置１９は、吸入側圧力センサ１７で検出される流入圧力に応じて方向制御弁１３及び再生弁１４の動作を制御する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、吸入側圧力センサ１７で検出される流入圧力に応じて方向制御弁１３及び再生弁１４の開度を制御する。

＜液圧駆動装置の動作＞
液圧駆動装置１では、操作装置１６が操作される（本実施形態において、操作レバー１６ａが操作される）と、操作信号が操作装置１６から出力される。制御装置１９は、操作信号に応じて方向制御弁１３と、再生弁１４と、アンロード弁１５の動作を制御する。また、制御装置１９は、操作信号及びストロークセンサ１８の検出結果に応じて電動機１２、及び液圧ポンプモータ１１の動作を制御する。これにより、制御装置１９は、操作信号（本実施形態において、操作レバー１６ａの操作方向及び操作量）に応じた方向及び速度でブームシリンダ２を伸縮させる。液圧駆動装置１では、ブームを下ろす際（即ち、ブームシリンダ２を収縮させる際）、ブームシリンダ２のヘッド側ポート２ａから排出される作動液の一部分がロッド側ポート２ｂに再生される。また、液圧駆動装置１では、ヘッド側ポート２ａから排出される作動液の残余部分がエネルギー回生される。更に、制御装置１９は、液圧ポンプモータ１１の流入圧力に応じて方向制御弁１３及び再生弁１４の開度を制御する。これにより、電動機１２の負荷が過度に上昇することを抑制する。

以下では、ブームシリンダ２を伸長及び収縮させるブームシリンダ伸縮処理について、図２のフローチャートを参照しながら更に詳細に説明される。液圧駆動装置１では、ブームシリンダ２を伸縮させるべく操作装置１６が操作されると、操作装置１６から操作信号が出力される。そうすると、ブームシリンダ伸縮処理が開始され、ステップＳ１に移行する。ブーム下げ操作判定工程であるステップＳ１では、操作装置１６に対する操作がブーム下げ操作（即ち、ブームシリンダ２を収縮させる操作）か否かを制御装置１９が判定する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、操作信号に基づいて操作レバー１６ａの操作方向を検出する。そして、制御装置１９は、操作レバー１６ａの操作方向に応じてブーム下げ操作か否かを判定する。例えば、操作レバー１６ａが第１方向に操作されている場合、制御装置１９は、ブーム上げ操作と判定する。そうすると、ステップＳ２に移行する。他方、操作レバー１６ａが第２方向に操作されている場合、制御装置１９は、ブーム下げ操作と判定する。そうすると、ステップＳ３に移行する。

ブームシリンダ伸長工程であるステップＳ２では、制御装置１９がブームシリンダ２を伸長させる。より詳細に説明すると、制御装置１９は、操作信号に応じて方向制御弁１３を動作させる。例えば、制御装置１９は、操作信号に応じた動作指令を方向制御弁１３に出力する。これにより、方向制御弁１３は、図３に示すように吐出ポート１１ｂをヘッド側ポート２ａに接続し、ロッド側ポート２ｂをタンク２０に接続する。なお、方向制御弁１３において吐出ポート１１ｂとヘッド側ポート２ａとの間の開度は、本実施形態において全開となっている。そして、吸入ポート１１ａは、方向制御弁１３によってヘッド側ポート２ａ及びロッド側ポート２ｂから遮断される。また、制御装置１９は、操作信号に応じた回転数指令及び容量指令を出力する。これにより、液圧ポンプモータ１１が操作信号に応じた流量の作動液を吐出ポート１１ｂから吐出する。吐出される作動液は、方向制御弁１３を介してヘッド側ポート２ａに導かれる（図３の矢印Ａ１）。他方、ロッド側ポート２ｂからは、方向制御弁１３を介してタンク２０に作動液が排出される（図３の矢印Ａ２）。これにより、ブームシリンダ２が操作信号に応じた速度で伸長する（図３の矢印Ａ及び二点鎖線参照）。それ故、ブームを操作信号に応じた速度で上げることができる。その後、ブーム上げ操作が終わると、制御装置１９はブームシリンダ伸縮処理を終了する。

ブームシリンダ収縮工程であるステップＳ３では、制御装置１９がブームシリンダ２を収縮させる。より詳細に説明すると、制御装置１９は、操作信号に応じて方向制御弁１３、再生弁１４、及びアンロード弁１５を動作させる。例えば、制御装置１９は、操作信号に応じた動作指令を方向制御弁１３に出力する。これにより、制御装置１９は、図４に示すように方向制御弁１３によってヘッド側ポート２ａを吸入ポート１１ａに接続させる。また、制御装置１９は、再生指令を再生弁１４に出力する。これにより、制御装置１９は、再生弁１４によって再生通路２３を開く。そうすると、ヘッド側ポート２ａとロッド側ポート２ｂとが連通する。更に、制御装置１９は、アンロード指令をアンロード弁１５に出力する。これにより、制御装置１９は、アンロード弁１５によって吐出通路２２をタンク２０に接続させる。そうすると、液圧ポンプモータ１１がアンロードされる。

前述するように方向制御弁１３、再生弁１４、及びアンロード弁１５を動作させると、作動液が以下のように流れる。即ち、ブームシリンダ２は、収縮する方向にブームの自重を受けている。それ故、ブームシリンダ２は、ブームの自重によって収縮させられる。これにより、ヘッド側ポート２ａから作動液が排出される。排出された作動液の一部分が再生通路２３を通ってロッド側ポート２ｂに供給される。即ち、作動液の一部分がヘッド側ポート２ａからロッド側ポート２ｂに再生される（図４の矢印Ｂ１参照）。他方、残余部分は、方向制御弁１３を介して液圧ポンプモータ１１の吸入ポート１１ａに供給される（図４の矢印Ｂ２参照）。そして、残余部分は、液圧ポンプモータ１１を介して電動機１２を回転駆動した後、吐出ポート１１ｂからアンロード弁１５を介してタンク２０に排出される。電動機１２を回転駆動させることによって電動機１２が発電する。これにより、残余部分の流体エネルギーが電気エネルギーに回生される。即ち、ブームの位置エネルギーが電気エネルギーに回生される。このように、排出される作動液に対してエネルギー回生を行うことができる。

また、制御装置１９は、液圧ポンプモータ１１の吸入流量を制御することによって、操作信号に応じた速度でブームシリンダ２を収縮させる。より詳細に説明すると、制御装置１９は、操作信号に応じた回転数指令及び容量指令を出力する。これにより、液圧ポンプモータ１１が操作信号に応じた流量の作動液を吸入ポート１１ａに流入させることができるので、ブームシリンダ２のヘッド側ポート２ａから排出される作動液の流量を操作信号に応じた流量に制御することができる。そうすると、ロッド側ポート２ｂに再生される作動液の流量が操作信号に応じた流量に制御されるので、ブームシリンダ２を操作信号に応じた速度で収縮することができる（図４の矢印Ｂ及び二点鎖線参照）。これにより、ブームを操作信号に応じた速度で下げることができる。ブーム下げ操作に応じてブームシリンダ２を収縮させると、ステップＳ４に移行する。

なお、制御装置１９は、ブーム下げ操作において、以下のようなフィードバック制御を行う。即ち、制御装置１９は、ストロークセンサ１８の検出結果に応じて液圧ポンプモータ１１の吸入流量を変える。より詳細に説明すると、制御装置１９は、ストロークセンサ１８の検出結果に応じて容量指令及び回転数指令を出力することによって、液圧ポンプモータ１１の吸入流量を変える。このようにして、ブームシリンダ２の速度が制御装置１９によってフィードバック制御される。これにより、ブームシリンダ２で発生するハンチングが抑制される。

流入負荷判定工程であるステップＳ４では、電動機１２に流入する負荷である流入負荷が所定値Ｉ１以上であるか否かを制御装置１９が判定する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、吸入側圧力センサ１７で検出される流入圧力に基づいて流入負荷Ｉを推定する。具体的に説明すると、制御装置１９は、回転数指令及び容量指令に基づいて液圧ポンプモータ１１の吸入流量を算出する。そして制御装置１９は、吸入流量と流入圧力とに基づいて流入負荷Ｉを推定する。制御装置１９は、流入負荷Ｉが所定値Ｉ１以上か否かを判定する。流入負荷Ｉが所定値Ｉ１未満である場合、ステップＳ５に移行する。他方、流入負荷Ｉが所定値Ｉ１以上である場合、ステップＳ６に移行する。

第１開度制御工程であるステップＳ５では、流入負荷Ｉに応じて制御装置１９が再生弁１４の開度を制御する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、再生弁１４の開度Ｒを所定の第１再生開度Ｒ１以上、例えば全開にする。また、制御装置１９は、ヘッド側ポート２ａと吸入ポート１１ａとの間の開度、即ち方向制御弁１３の開度Ｄもまた所定の第１回生開度Ｄ１以上、例えば全開にする。このように、再生弁１４及び方向制御弁１３を全開状態にすることによって作動液に生じる圧力損失を抑えることができるので、より大きなエネルギーを電気エネルギーに回生することができる。なお、第１再生開度Ｒ１及び第１回生開度Ｄ１は、必ずしも全開である必要はなく、全開の８５％以上であればよい。その後、ブーム下げ操作が終わると、制御装置１９はブームシリンダ伸縮処理を終了する。

第２開度制御工程であるステップＳ６では、制御装置１９は、再生弁１４の開度を絞る。より詳細に説明すると、制御装置１９は、再生弁１４の開度Ｒを第１再生開度Ｒ１から絞る。即ち、制御装置１９は、再生弁１４の開度Ｒを第２再生開度Ｒ２（例えば全開状態に対して２０％以上８５％未満の間の開度）に絞る。これにより、液圧駆動装置１を流れる作動液に圧力損失が生じる。それ故、液圧ポンプモータ１１に供給される作動液の流体エネルギーを低減させることができる。なお、第２再生開度Ｒ２は前述する数値範囲に限られず、第１再生開度Ｒ１より小さければよい。

また、制御装置１９は、方向制御弁１３の開度を絞る。より詳細に説明すると、制御装置１９は、方向制御弁１３の開度Ｄを第１回生開度Ｄ１から絞る。即ち、制御装置１９は、方向制御弁１３の開度Ｄを第２回生開度Ｄ２（例えば全開状態に対して２０％以上８５％未満の間の開度）に絞る。これにより、ロッド側ポート２ｂに供給される作動液の液圧の低減を抑えつつ、液圧ポンプモータ１１に供給される作動液に圧力損失を生じさせることができる。それ故、液圧ポンプモータ１１に供給される作動液の流体エネルギーを低減させることができる。なお、第２回生開度Ｄ２は前述する数値範囲に限られず、第１回生開度Ｄ１より小さければよい。

このように液圧駆動装置１では、再生弁１４及び方向制御弁１３によって作動液の流体エネルギーが低減される。これにより、液圧ポンプモータ１１に流入する流体エネルギーが低減される。それ故、回生時において、電動機１２の流入負荷が抑制される。再生弁１４及び方向制御弁１３の開度を絞った後、ブーム下げ操作が終わると、制御装置１９はブームシリンダ伸縮処理を終了する。

なお、制御装置１９は、回生時において液圧ポンプモータ１１のポンプ容量及び電動機１２の回転数を流入負荷に応じて制御する。より詳細に説明すると、制御装置１９は、出力する容量指令及び回転数指令を推定される流入負荷に応じて制限する。これにより、液圧ポンプモータ１１のポンプ容量及び電動機１２の回転数の各々が制限される。そうすると、液圧ポンプモータ１１の吸入流量を抑えることができる。これにより、回生時における電動機１２によって回生するエネルギー量を低減することができる。従って、電動機１２に過大な負荷（例えば、定格出力を超える出力）が作用することを抑制することができる。

本実施形態の液圧駆動装置１では、流入圧力に応じて再生弁１４の開度が制御される。それ故、回生時において過大な負荷が電動機１２に生じる際に再生弁１４によって圧力損失を発生させることができる。これにより、回生時において、電動機１２に過大な負荷が作用することが抑制される。

また、本実施形態の液圧駆動装置１では、流入負荷が所定値以上になると、制御装置１９が再生弁１４の開度を絞る。それ故、圧力損失を発生させることができる。これにより、再生時における電動機１２の負荷を低減することができる。それ故、電動機１２が過負荷状態になることを抑制できる。他方、流入負荷が所定値未満において再生弁１４の開度を大きくしておくことによって、再生時の圧力損失を抑制することができる。これにより、液圧駆動装置１における再生効率を高く維持することができる。

更に、本実施形態の液圧駆動装置１では、流入負荷が所定値以上になると、制御装置１９が方向制御弁１３の開度を絞る。それ故、圧力損失を発生させることができる。これにより、回生時における電動機１２の負荷を低減することができる。それ故、電動機１２が過負荷状態になることを抑制できる。他方、流入負荷が所定値未満において方向制御弁１３の開度を大きくしておくことによって、回生時の圧力損失を抑制することができる。これにより、液圧駆動装置１における回生効率を高く維持することができる。

更に、本実施形態の液圧駆動装置１では、制御装置１９が流入圧力に応じて電動機１２の回転速度を制御する。それ故、電動機１２の回転速度を下げることによって、液圧ポンプモータ１１の吸入流量を抑えることができる。これにより、電動機１２における負荷を抑えることができる。それ故、電動機１２が過負荷状態となることが抑えられる。

更に、本実施形態の液圧駆動装置１では、制御装置１９が流入圧力に応じて液圧ポンプモータ１１のポンプ容量を制御する。それ故、液圧ポンプモータ１１のポンプ容量を下げることによって、液圧ポンプモータ１１の吸入流量を抑えることができる。これにより、電動機１２における負荷を抑えることができる。それ故、電動機１２が過負荷状態となることが抑えられる。

更に、本実施形態の液圧駆動装置１では、電動機１２で回生を行う際にアンロード弁１５によって吐出通路２２がタンク２０に接続される。これにより、液圧ポンプモータ１１の吐出圧の上昇を抑えることができる。それ故、電動機１２における回生効率を高く維持することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態の液圧駆動装置１Ａは、第１実施形態の液圧駆動装置１と構成が類似している。従って、第２実施形態の液圧駆動装置１Ａの構成については、主に第１実施形態の液圧駆動装置１と異なる点が説明され、同一の構成については同一の符号を付して説明が省略される。

図５に示す第２実施形態の液圧駆動装置１Ａは、液圧ポンプモータ１１Ａと、電動機１２と、方向制御弁１３Ａと、再生弁１４とを備えている。また、液圧駆動装置１Ａは、操作装置１６と、圧力センサ１７Ａと、ストロークセンサ１８と、制御装置１９Ａとを備えている。

＜液圧ポンプモータ＞
液圧ポンプモータ１１Ａは、第１ポート１１Ａａと、第２ポート１１Ａｂと、シャフト１１ｃとを有している。第１ポート１１Ａａは、タンク通路２１Ａを介してタンク２０に接続されている。また、第２ポート１１Ａｂは、ポンプ通路２２Ａに接続されている。液圧ポンプモータ１１Ａは、シャフト１１ｃが正方向に回転駆動されると、第１ポート１１Ａａから作動液を吸入すると共に第２ポート１１Ａｂから作動液を吐出する。他方、液圧ポンプモータ１１Ａは、第２ポート１１Ａｂに作動液が供給されるとシャフト１１ｃを逆方向に回転させる。そして、液圧ポンプモータ１１Ａは、第１ポート１１Ａａから作動液を排出する。また、液圧ポンプモータ１１Ａは、本実施形態において可変容量形の斜板ポンプであって、レギュレータ１１ｄを有している。

＜方向制御弁＞
方向制御弁１３Ａは、液圧ポンプモータ１１Ａとヘッド側ポート２ａとの間を流れる作動液の方向を切換える。方向制御弁１３Ａは、ポンプ通路２２Ａを介して液圧ポンプモータ１１Ａの第２ポート１１Ａｂと繋がっている。また、方向制御弁１３Ａは、ブームシリンダ２のヘッド側ポート２ａ及びロッド側ポート２ｂに繋がっている。更に、方向制御弁１３Ａは、タンク２０に接続されている。

方向制御弁１３Ａは、動作指令が入力されると、第２ポート１１Ａｂをヘッド側ポート２ａに接続する。更に、方向制御弁１３Ａは、入力される動作指令に応じてロッド側ポート２ｂとタンク２０との間を開閉する。これにより、方向制御弁１３Ａは、液圧ポンプモータ１１Ａとヘッド側ポート２ａとの間を流れる作動液の方向を切換えることができる。また、方向制御弁１３Ａは、ヘッド側ポート２ａから第２ポート１１Ａｂに作動液を流す際、ヘッド側ポート２ａと第２ポート１１Ａｂとの間の開度（即ち、方向制御弁１３Ａの開度）を動作指令に応じて制御する。本実施形態において、方向制御弁１３Ａは、電気式のスプール弁である。但し、方向制御弁１３Ａは、電気式のスプール弁に限定されない。

＜圧力センサ＞
圧力センサ１７Ａは、液圧ポンプモータ１１Ａの流入圧力を検出する。より詳細に説明すると、圧力センサ１７Ａは、ポンプ通路２２Ａに接続されている。圧力センサ１７Ａは、ポンプ通路２２Ａを流れる作動液の液圧を検出する。それ故、圧力センサ１７Ａは、回生時において、ポンプ通路２２Ａを流れる作動液の液圧流入圧力として検出する。圧力センサ１７Ａは、検出した流入圧力を出力する。

＜制御装置＞
制御装置１９Ａは、第１実施形態の制御装置１９と同様に入力される操作信号に応じて、方向制御弁１３Ａと、再生弁１４と、アンロード弁１５の動作を制御する。また、制御装置１９Ａは、本実施形態においてストロークセンサ１８の検出結果に応じて液圧ポンプモータ１１Ａの吐出流量及び吸入流量を変える。更に、制御装置１９Ａは、圧力センサ１７Ａで検出される流入圧力に応じて方向制御弁１３Ａ及び再生弁１４の開度を制御する。

＜液圧駆動装置の動作＞
液圧駆動装置１Ａでは、操作装置１６が操作される（本実施形態において、操作レバー１６ａが操作される）と、第１実施形態の液圧駆動装置１と同様にブームシリンダ伸縮処理を実行する。制御装置１９Ａが実行するブームシリンダ伸縮処理は、第１実施形態の制御装置１９が実行するブームシリンダ伸縮処理と類似している。以下では、制御装置１９Ａが実行するブームシリンダ伸縮処理において、第１実施形態の制御装置１９が実行するブームシリンダ伸縮処理と異なる点が主に説明される。

ブームシリンダ伸長工程であるステップＳ２では、制御装置１９Ａがブームシリンダ２を伸長させる。より詳細に説明すると、制御装置１９Ａは、操作信号に応じて方向制御弁１３Ａを動作させる。例えば、制御装置１９Ａは、操作信号に応じた動作指令を方向制御弁１３Ａに出力する。これにより、方向制御弁１３Ａは、第２ポート１１Ａｂをヘッド側ポート２ａに接続し、ロッド側ポート２ｂをタンク２０に接続する。そして、制御装置１９Ａは、操作信号に応じた回転数指令及び容量指令を出力する。これにより、液圧ポンプモータ１１Ａが操作信号に応じた流量の作動液を第２ポート１１Ａｂから吐出する。それ故、ブームを操作信号に応じた速度で上げることができる。その後、ブーム上げ操作が終わると、制御装置１９Ａはブームシリンダ伸縮処理を終了する。

ブームシリンダ収縮工程であるステップＳ３では、制御装置１９Ａがブームシリンダ２を収縮させる。より詳細に説明すると、制御装置１９Ａは、操作信号に応じて方向制御弁１３Ａ、及び再生弁１４を動作させる。例えば、制御装置１９Ａは、操作信号に応じた動作指令を方向制御弁１３Ａに出力する。これにより、制御装置１９Ａは、方向制御弁１３Ａによってヘッド側ポート２ａを第２ポート１１Ａｂに接続させ、ロッド側ポート２ｂとタンク２０との間を遮断する。また、制御装置１９Ａは、再生指令を再生弁１４に出力することによって、再生弁１４によって再生通路２３を開く。そうすると、収縮する方向にブームの自重を受けるブームシリンダ２では、ヘッド側ポート２ａから作動液が押し出される。押し出された作動液の一部分がロッド側ポート２ｂに再生される。また、残余部分は、液圧ポンプモータ１１Ａに導かれる。そして、電動機１２においてエネルギー回生が行われる。また、制御装置１９Ａは、第１実施形態の制御装置１９と同様に吸入流量を制御することによって操作信号に応じた速度でブームシリンダ２を収縮させ、また、ストロークセンサ１８の検出結果に応じてブームシリンダ２の速度又は加速度をフィードバック制御する。このようにしてブーム下げ操作に応じてブームシリンダ２を収縮させると、ステップＳ４に移行する。

流入負荷判定工程であるステップＳ４では、圧力センサ１７Ａで検出される流入圧力に基づいて流入負荷Ｉを制御装置１９Ａが推定する。具体的に説明すると、制御装置１９Ａは、回転数指令及び容量指令に基づいて液圧ポンプモータ１１Ａの吸入流量を算出する。そして、制御装置１９Ａは、吸入流量と流入圧力とに基づいて流入負荷Ｉを推定する。推定される流入負荷Ｉが所定値Ｉ１未満である場合、ステップＳ５に移行する。他方、流入負荷Ｉが所定値Ｉ１以上である場合、ステップＳ６に移行する。

本実施形態の液圧駆動装置１Ａは、第１実施形態の液圧駆動装置１と同様の作用効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
本実施形態の液圧駆動装置１，１Ａにおいて、作動液を供給する液圧シリンダはブームシリンダ２以外の液圧シリンダ、例えばアームシリンダ及びリフトシリンダであってもよい。方向制御弁１３，１３Ａ及び再生弁１４は、必ずしも共に開度を調整可能なものである必要はなく、方向制御弁１３，１３Ａ及び再生弁１４の少なくとも一方が開度を調整可能に構成されていればよい。制御装置１９，１９Ａは、流入負荷が上昇した際、必ずしも方向制御弁１３，１３Ａ及び再生弁１４の両方の開度を絞る必要はない。制御装置１９，１９Ａは、方向制御弁１３，１３Ａ及び再生弁１４の少なくとも一方の開度を絞ればよい。更に、制御装置１９，１９Ａは、流入負荷に応じて方向制御弁１３，１３Ａ及び再生弁１４の開度を選択的に絞ってもよい。例えば、制御装置１９，１９Ａは、流入負荷の上昇に伴ってまず再生弁１４の開度を絞り、その後に方向制御弁１３，１３Ａの開度を絞る。また、制御装置１９，１９Ａは、流入負荷が上昇した際に必ずしも液圧ポンプモータ１１，１１Ａのポンプ容量及び電動機１２の回転数を制限する必要はない。更に、制御装置１９，１９Ａは、必ずしもブームシリンダ２の速度又は加速度をフィードバック制御する必要もない。更に、液圧ポンプモータ１１，１１Ａの駆動源は、電動機１２に限定されず、電動機１２とエンジンとのハイブリッド式の駆動源であってもよい。

＜例示的な実施形態＞
第１の局面における液圧駆動装置は、ヘッド側ポート及びロッド側ポートの各々に対して作動液を給排することによって液圧シリンダを駆動させる液圧駆動装置であって、作動液を吐出し且つ供給される作動液によって回転駆動される液圧ポンプモータと、前記液圧ポンプモータに接続される電動機と、前記液圧ポンプモータと前記ヘッド側ポートとの間を流れる作動液の方向を切換える方向制御弁と、前記ヘッド側ポートと前記ロッド側ポートと繋ぐ再生通路を開閉する再生弁と、前記液圧ポンプモータの流入圧力を検出する圧力センサと、前記方向制御弁及び前記再生弁の各々の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記再生弁によって前記再生通路を開き且つ前記方向制御弁によって前記ヘッド側ポートと前記液圧ポンプモータとを接続する際、前記圧力センサによって検出する作動液の流入圧力に応じて前記再生弁の開度を制御するものである。

上記局面に従えば、流入圧力に応じて再生弁の開度を制御される。それ故、回生時において過大な負荷が電動機に生じる際に再生弁によって圧力損失を発生させることができる。これにより、回生時において、電動機に過大な負荷が作用することが抑制される。

第２の局面における液圧駆動装置は、第１の局面における液圧駆動装置において、前記制御装置は、前記圧力センサで検出する流入圧力と前記電動機の回転数とに応じて算出される流入負荷が所定値以上になると、前記再生弁の開度を絞ってもよい。

上記局面に従えば、流入負荷が所定値以上になると、制御装置が再生弁の開度を絞る。それ故、圧力損失を発生させることができる。これにより、再生時における電動機の負荷を低減することができる。それ故、電動機が過負荷状態になることを抑制できる。他方、流入負荷が所定値未満において再生弁の開度を大きくしておくことによって、再生時の圧力損失を抑制することができる。これにより、液圧駆動装置における再生効率を高く維持することができる。

第３の局面における液圧駆動装置は、第１又は第２の局面における液圧駆動装置において、前記制御装置は、前記圧力センサで検出する流入圧力と前記電動機の回転数とに応じて算出される流入負荷が所定値以上になると、前記ヘッド側ポートと前記液圧ポンプモータとの間の開度を前記方向制御弁に絞らせてもよい。

上記局面に従えば、流入負荷が所定値以上になると、制御装置が方向制御弁の開度を絞る。それ故、圧力損失を発生させることができる。これにより、回生時における電動機の負荷を低減することができる。それ故、電動機が過負荷状態になることを抑制できる。他方、流入負荷が所定値未満において方向制御弁の開度を大きくしておくことによって、回生時の圧力損失を抑制することができる。これにより、液圧駆動装置における回生効率を高く維持することができる。

第４の局面における液圧駆動装置は、第１乃至第３の何れか１つの局面における液圧駆動装置において、前記制御装置は、前記圧力センサで検出される流入圧力に応じて前記電動機の回転速度を制御してもよい。

上記局面に従えば、制御装置が流入圧力に応じて電動機の回転速度を制御する。それ故、電動機の回転速度を下げることによって、液圧ポンプモータの吸入流量を抑えることができる。これにより、電動機における負荷を抑えることができる。それ故、電動機が過負荷状態となることが抑えられる。

第５の局面における液圧駆動装置は、第１乃至第４の何れか１つの局面における液圧駆動装置において、前記液圧ポンプモータは、ポンプ容量を変えることができ、前記制御装置は、前記圧力センサで検出される流入圧力に応じて前記液圧ポンプモータのポンプ容量を制御してもよい。

上記局面に従えば、制御装置が流入圧力に応じて液圧ポンプモータのポンプ容量を制御する。それ故、液圧ポンプモータのポンプ容量を下げることによって、液圧ポンプモータの吸入流量を抑えることができる。これにより、電動機における負荷を抑えることができる。それ故、電動機が過負荷状態となることが抑えられる。

第６の局面における液圧駆動装置は、第１乃至第５の何れか１つの局面における液圧駆動装置において、アンロード弁を更に備え、前記液圧ポンプモータは、作動液を吐出する吐出ポートと、作動液を吸入する吸入ポートとを含み、前記方向制御弁は、前記ヘッド側ポート及び前記ロッド側ポートの各々の接続先を前記吐出ポート及び前記吸入ポートに夫々切り替え、前記アンロード弁は、前記吐出ポートと前記方向制御弁とを繋ぐ吐出通路をタンクに接続し、前記制御装置は、前記方向制御弁によって前記ヘッド側ポートを前記吸入ポートに接続する際に前記アンロード弁を作動させてもよい。

上記局面に従えば、電動機で回生を行う際にアンロード弁によって吐出通路がタンクに接続される。これにより、液圧ポンプモータの吐出圧の上昇を抑えることができる。それ故、電動機における回生効率を高く維持することができる。

１，１Ａ 液圧駆動装置
２ ブームシリンダ（液圧シリンダ）
２ａ ヘッド側ポート
２ｂ ロッド側ポート
１１，１１Ａ 液圧ポンプモータ
１１ａ 吸入ポート
１１ｂ 吐出ポート
１２ 電動機
１３，１３Ａ 方向制御弁
１４ 再生弁
１５ アンロード弁
１７，１７Ａ 圧力センサ
１８ ストロークセンサ
１９，１９Ａ 制御装置
２０ タンク
２２ 吐出通路
２３ 再生通路

Claims (6)

1. ヘッド側ポート及びロッド側ポートの各々に対して作動液を給排することによって液圧シリンダを駆動させる液圧駆動装置であって、
   作動液を吐出し且つ供給される作動液によって回転駆動される液圧ポンプモータと、
   前記液圧ポンプモータに接続される電動機と、
   前記液圧ポンプモータと前記ヘッド側ポートとの間を流れる作動液の方向を切換える方向制御弁と、
   前記ヘッド側ポートと前記ロッド側ポートと繋ぐ再生通路を開閉する再生弁と、
   前記液圧ポンプモータの流入圧力を検出する圧力センサと、
   前記方向制御弁及び前記再生弁の各々の動作を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記再生弁によって前記再生通路を開き且つ前記方向制御弁によって前記ヘッド側ポートと前記液圧ポンプモータとを接続する際、前記圧力センサによって検出する作動液の流入圧力に応じて前記再生弁の開度を制御する、液圧駆動装置。
2. 前記制御装置は、前記圧力センサで検出する流入圧力と前記電動機の回転数とに応じて算出される流入負荷が所定値以上になると、前記再生弁の開度を絞る、請求項１に記載の液圧駆動装置。
3. 前記制御装置は、前記圧力センサで検出する流入圧力と前記電動機の回転数とに応じて算出される流入負荷が所定値以上になると、前記ヘッド側ポートと前記液圧ポンプモータとの間の開度を前記方向制御弁に絞らせる、請求項１又は２に記載の液圧駆動装置。
4. 前記制御装置は、前記圧力センサで検出される流入圧力に応じて前記電動機の回転速度を制御する、請求項１又は２に記載の液圧駆動装置。
5. 前記液圧ポンプモータは、ポンプ容量を変えることができ、
   前記制御装置は、前記圧力センサで検出される流入圧力に応じて前記液圧ポンプモータのポンプ容量を制御する、請求項１又は２に記載の液圧駆動装置。
6. アンロード弁を更に備え、
   前記液圧ポンプモータは、作動液を吐出する吐出ポートと、作動液を吸入する吸入ポートとを含み、
   前記方向制御弁は、前記ヘッド側ポート及び前記ロッド側ポートの各々の接続先を前記吐出ポート及び前記吸入ポートに夫々切り替え、
   前記アンロード弁は、前記吐出ポートと前記方向制御弁とを繋ぐ吐出通路をタンクに接続し、
   前記制御装置は、前記方向制御弁によって前記ヘッド側ポートを前記吸入ポートに接続する際に前記アンロード弁を作動させる、請求項１又は２に記載の液圧駆動装置。

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