特許 5969437 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969437

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20160804BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 Z

   H02P27/06

【請求項の数】3

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-172465(P2013-172465)

(22)【出願日】2013年8月22日

(65)【公開番号】特開2015-40433(P2015-40433A)

(43)【公開日】2015年3月2日

【審査請求日】2015年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100077816

【弁理士】

【氏名又は名称】春日 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100156524

【弁理士】

【氏名又は名称】猪野木 雄一

(72)【発明者】

【氏名】泉 枝穂

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 英敏

(72)【発明者】

【氏名】石川 広二

(72)【発明者】

【氏名】金田 朋晃

(72)【発明者】

【氏名】天野 裕昭

(72)【発明者】

【氏名】西川 真司

【審査官】 富山 博喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６２８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５３１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６３８８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、旋回体と、前記油圧ポンプから吐出される圧油により前記旋回体を駆動する旋回油圧モータと、蓄電装置からの電力により前記旋回体を駆動する旋回電動モータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用操作レバーと、前記油圧ポンプの吐出容量を調整する吐出容量調整手段と、前記旋回用操作レバーが操作されたときに前記旋回油圧モータと前記旋回電動モータの両方を駆動して、前記旋回油圧モータのトルクと前記旋回電動モータのトルクとの合計で前記旋回体の制駆動の制御を行う制御装置とを備えた建設機械において
前記旋回用操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、前記旋回電動モータの速度を検出する速度検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記操作量検出手段が検出した前記旋回用操作レバーの操作量信号と前記速度検出手段が検出した前記旋回電動モータの速度信号とを取込み、これらの検出信号に基づいて前記旋回電動モータへのトルク指令値を算出するトルク指令値演算部と、
前記旋回電動モータへのトルク指令値と前記旋回用操作レバーの操作量信号と前記旋回電動モータの速度信号とに基づいて前記油圧ポンプの出力の減少率を算出し、前記吐出容量調整手段を制御する油圧ポンプ出力減少制御部とを備え
前記油圧ポンプ出力減少制御部は、前記旋回用操作レバーの操作量が所定の操作量以下の微操作の場合には、前記油圧ポンプの出力の減少率を大きく算出し、前記旋回用操作レバーの操作量が前記所定の操作量を超過して大きければ大きいほど、前記油圧ポンプの出力の減少率を小さく算出する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械において、
前記油圧ポンプ出力減少制御部は、前記旋回電動モータの速度が大きければ大きいほど、前記油圧ポンプの出力の減少率を小さく算出する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記旋回電動モータが駆動トルクを発生した場合に、前記旋回体に与えた仕事量の分、前記旋回油圧モータによる前記旋回体への仕事量を減らすように、前記油圧ポンプの容量を減少させる制御を行う
ことを特徴とする建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ショベル等の旋回体を有する建設機械に係り、特に、旋回体駆動用の電動モータと油圧モータとを備えた建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル等の旋回体を有する建設機械は、従来、エンジンで油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出される圧油にて油圧モータを回転し、慣性体である旋回体を駆動するものが主流であったが、近年に至り、エンジンの燃費向上、騒音レベルの低減及び排ガス量の低減などを図るため、蓄電装置からの電気エネルギの供給を受けて駆動する電動モータ及び油圧モータの双方を用いて旋回体を駆動するハイブリッド方式の建設機械が提案されている。このようなハイブリッド方式の建設機械においては、従来方式の建設機械の操作に慣れたオペレータが違和感なく操作できるように、油圧モータ及び電動モータが分担する駆動トルクを適切に制御する必要がある。

【0003】

従来、慣性体である旋回体を連続してスムーズに駆動制御すると共に、効率よくエネルギの回生を可能とすることを目的として、旋回駆動用の油圧モータに設置されている油の吸い込み口（イン側）および吐き出し口（アウト側）となる２つのポートに生じる差圧に基づいて、旋回駆動用の電動モータへのトルク指令値を算出するハイブリッド方式の建設機械の制御手段がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−６３８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した特許文献１に記載の従来技術においては、旋回体の加速駆動時と減速駆動時とで、旋回体を駆動する全トルクにおける電動モータのトルクの割合を変化させている。このため、例えば、電動モータが故障して所定のトルクが出せない場合には、油圧モータからのトルクのみとなり、操作者が旋回操作レバーの操作量で要求するトルクが得られない可能性が生じる。

【0006】

また、特許文献１には、電動モータを発電機として、慣性体の有する運動エネルギを電気エネルギに変換して回収することで省エネルギを図ることの記載はあるが、電動モータ駆動時におけるエネルギの効率よい使用方法についての記載はない。例えば、電動モータの力行駆動時における、油圧モータと油圧モータへ圧油を供給する油圧ポンプの効率的な制御等については言及されていない。このため、建設機械全体の省エネルギの観点からは、十分な燃費低減効果を得られないという憾みがあった。

【0007】

本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、良好な操作性を確保し、回収したエネルギを効率良く使用することで、大きな燃料低減効果が得られる建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、旋回体と、前記油圧ポンプから吐出される圧油により前記旋回体を駆動する旋回油圧モータと、蓄電装置からの電力により前記旋回体を駆動する旋回電動モータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用操作レバーと、前記油圧ポンプの吐出容量を調整する吐出容量調整手段と、前記旋回用操作レバーが操作されたときに前記旋回油圧モータと前記旋回電動モータの両方を駆動して、前記旋回油圧モータのトルクと前記旋回電動モータのトルクとの合計で前記旋回体の制駆動の制御を行う制御装置とを備えた建設機械において、前記旋回用操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、前記旋回電動モータの速度を検出する速度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記操作量検出手段が検出した前記旋回用操作レバーの操作量信号と前記速度検出手段が検出した前記旋回電動モータの速度信号とを取込み、これらの検出信号に基づいて前記旋回電動モータへのトルク指令値を算出するトルク指令値演算部と、前記旋回電動モータへのトルク指令値と前記旋回用操作レバーの操作量信号と前記旋回電動モータの速度信号とに基づいて前記油圧ポンプの出力の減少率を算出し、前記吐出容量調整手段を制御する油圧ポンプ出力減少制御部とを備え、前記油圧ポンプ出力減少制御部は、前記旋回用操作レバーの操作量が所定の操作量以下の微操作の場合には、前記油圧ポンプの出力の減少率を大きく算出し、前記旋回用操作レバーの操作量が前記所定の操作量を超過して大きければ大きいほど、前記油圧ポンプの出力の減少率を小さく算出するものとする。

【0009】

また、第２の発明は、第１の発明において、前記油圧ポンプ出力減少制御部は、前記旋回電動モータの速度が大きければ大きいほど、前記油圧ポンプの出力の減少率を小さく算出することを特徴とする。

【0010】

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記制御装置は、前記旋回電動モータが駆動トルクを発生した場合に、前記旋回体に与えた仕事量の分、前記旋回油圧モータによる前記旋回体への仕事量を減らすように、前記油圧ポンプの容量を減少させる制御を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、旋回電動モータの力行時に、旋回電動モータの出力に油圧ポンプ効率を加味して油圧ポンプの動力を下げるように制御するので、旋回の駆動に必要な分だけの油圧ポンプの動力を確保できる。この結果、良好な操作性を確保することができ、大きな燃費低減効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の建設機械の一実施の形態を示す側面図である。

【図2】本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。

【図3】本発明の建設機械の一実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。

【図4】本発明の建設機械の一実施の形態の油圧システムを示すシステム構成図である。

【図5】本発明の建設機械の一実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。

【図6】本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧に対応する旋回電動モータと旋回油圧モータの出力特性を示す特性図である。

【図7】本発明の建設機械の一実施の形態を構成するコントローラの油圧電動複合旋回制御ブロックを示すブロック図である。

【図8】本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧と旋回速度に基づき電動力行トルクを算出する特性図である。

【図9】本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧に対応する制動ゲインの特性を示す特性図である。

【図10】本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧と旋回速度に基づきポンプ出力減少率を算出する特性図である。

【図11】本発明の建設機械の一実施の形態における可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧を設定する処理フローを示すフローチャート図である。

【図12】本発明の建設機械の一実施の形態における旋回電動モータのトルクを算出する処理フローを示すフローチャート図である。

【図13】本発明の建設機械の一実施の形態におけるポンプ出力減少指令を算出する処理フロー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】

【0015】

以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。図１は本発明の建設機械の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明の建設機械の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明の建設機械の一実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。

【0016】

図１において、油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及び旋回体２０に装設したフロント作業装置３０を備えている。

【0017】

走行体１０は、一対のクローラ１１及びクローラフレーム１２（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１を独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。

【0018】

旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジンにより駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５及び旋回油圧モータ２７と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重相キャパシタ２４と、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。

【0019】

また、旋回体２０にはフロント作業装置３０が搭載されている。フロント作業装置３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。

【0020】

旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３、１４、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧源となり、エンジン２２によって回転駆動される油圧ポンプ４１（図２参照）と、各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２参照）とを含む。

【0021】

次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達されている。コントロールバルブ４２は、旋回用の操作レバー装置７２からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回油圧モータ２７に供給される圧油の流量と方向を制御する。またコントロールバルブ４２は、旋回以外の操作レバー装置（図示せず）からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の流量と方向を制御する。

【0022】

なお、本実施の形態に係るコントロールバルブ４２は、旋回操作レバーの操作量が中間域（中立と最大の間）の時のブリードオフ開口面積を通常機よりも大きくし、操作量が中間域での旋回油圧モータ２７の駆動トルク（旋回体２０を駆動する方向のトルク）が通常機よりも小さくなるようにしている。

【0023】

旋回制御システムは、図２に示すように、操作レバー装置７２からの指令に応じた制御信号を、コントロールバルブ４２と、キャパシタ２４の充放電を制御するパワーコントロールユニット５５とに出力するコントローラ８０が備えられている。パワーコントロールユニット５５は、キャパシタ２４から旋回電動モータ２５への電力供給と、旋回電動モータ２５から回収された電力のキャパシタ２４への充電を制御するものであって、キャパシタ２４から供給される直流電力を所定の母線電圧に昇圧するチョッパ５１と、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２と、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３と、母線電圧を安定化させるために設けられる平滑コンデンサ５４とを備えている。旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転軸は結合されており、これらの各モータが発生する合計のトルクで旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。

【0024】

次に、本発明による旋回制御を行うのに必要なデバイスや制御手段、制御信号等を図３を用いてさらに詳細に説明する。
油圧ショベルは、上述したコントローラ８０と、コントローラ８０の入出力に係わる油圧／電気信号変換装置７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ、電気／油圧信号変換装置７５ｂ，７５ｃを備え、これらは旋回制御システムを構成する。油圧／電気信号変換装置７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄはそれぞれ例えば圧力センサであり、電気／油圧信号変換装置７５ｂ，７５ｃは例えば電磁比例減圧弁である。

【0025】

コントローラ８０は、図３に示すように、異常監視／異常処理制御ブロック８１、エネルギマネジメント制御ブロック８２、油圧電動複合旋回制御ブロック８３、及び油圧単独旋回制御ブロック８４とからなる。

【0026】

異常監視・異常処理制御ブロック８１には、パワーコントロールユニット５５から出力されるエラー・故障・警告信号が入力される。エネルギマネジメント制御ブロック８２は、パワーコントロールユニット５５から出力されるキャパシタ残量信号とチョッパ電流信号と旋回モータ速度と、コントロールバルブ４２から出力され、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ｃ，７４ｄによって電気信号に変換された旋回作動圧とを入力し、油圧電動複合旋回制御ブロック８３への制動トルク要求値を出力する。

【0027】

油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、旋回操作レバー７２から出力され、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ａ，７４ｂによって電気信号に変換された旋回パイロット圧信号と、パワーコントロールユニット５５から出力される旋回モータ速度と、コントロールバルブ４２から出力され、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ｃ，７４ｄによって電気信号に変換された旋回作動圧とを入力し、油圧ポンプ４１へのポンプ吸収トルク補正指令を吐出容量調整手段であるレギュレータ４１ａへ出力する。また、コントロールバルブ４２へリリーフ圧切替信号を、パワーコントロールユニット５５へ、旋回電動モータトルク指令をそれぞれ出力する。

【0028】

油圧単独旋回制御ブロック８４は、旋回操作レバー７２から出力され、油圧／電気信号変換装置７４ａ，７４ｂによって電気信号に変換された旋回パイロット圧信号を入力し、コントロールバルブ４２への油圧旋回特性補正指令と、旋回パイロット圧補正信号とを電気／油圧信号変換装置７５ｂ，７５ｃを介して出力する。

【0029】

次に、本発明の建設機械の一実施の形態における旋回油圧システムについて図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の建設機械の一実施の形態の油圧システムを示すシステム構成図、図５は本発明の建設機械の一実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。図４及び図５において、図１乃至図３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。

【0030】

図３のコントロールバルブ４２はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を備え、旋回操作レバー７２や他の図示しない操作装置からの指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。図４に示す旋回油圧システムにおいて、コントロールバルブ４２は、旋回スプール４４と、可変オーバーロードリリーフ弁２８、２９等を含むものである。

【0031】

図４において、旋回油圧システムは、上述した油圧ポンプ４１及び旋回油圧モータ２７と、旋回操作レバー７２と、旋回スプール４４と、旋回用の電磁式の可変オーバーロードリリーフ弁２８，２９とを備えている。

【0032】

油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、レギュレータ４１ａを備え、レギュレータ４１ａを動作させることで油圧ポンプ４１の傾転角が変わって油圧ポンプ４１の容量が変わり、油圧ポンプ４１の吐出流量と出力トルクが変わる。図３に示す油圧電動複合旋回制御ブロック８３から吐出容量調整手段であるレギュレータ４１ａにポンプ吸収トルク補正指令が出力されると、レギュレータ４１ａが動作し、油圧ポンプ４１の傾転角が変わり、油圧ポンプ４１の最大出力トルクを減少させることができる。

【0033】

油圧ポンプ４１からの圧油は、中立位置ＯからＡ位置（例えば左旋回位置）又はＣ位置（例えば右旋回位置）に連続的に切り替わる旋回スプール４４によって、旋回油圧モータ２７へ切り替え供給される。また、旋回スプール４４は中立位置Ｏにあるとき、油圧ポンプ４１からの圧油がブリードオフ絞りを通ってタンクへ戻るように配管接続されている。

【0034】

旋回油圧モータ２７は、作動油の入口と出口とになる２つのポートを有していて、本実施の形態においては、左旋回する際に作動油の入口となるポートをＡポートと、出口となるポートをＢポートとし、右旋回する際に作動油の入口となるポートをＢポート、出口となるポートをＡポートと定義する。ここで、旋回油圧モータ２７のＡポートに接続された配管には、圧力を検出する圧力センサである油圧／電気信号変換装置７４ｃが設けられていて、旋回油圧モータ２７のＢポートに接続された配管には油圧／電気信号変換装置７４ｄが設けられている。

【0035】

可変オーバーロードリリーフ弁２８は、旋回油圧モータ２７のＡポート圧力を制御するものであって、電磁操作部でコントローラ８０からの電気指令を受けて、リリーフ圧力を切り替える。同様に、可変オーバーロードリリーフ弁２９は、旋回油圧モータ２７のＢポート圧力を制御するものであって、電磁操作部でコントローラ８０からの電気指令を受けて、リリーフ圧力を切り替える。

【0036】

旋回操作レバー７２は、レバー操作量に応じて接続されているパイロット油圧源（図示せず）からの圧力を減圧する減圧弁を内蔵している。レバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を旋回スプール４４の左右いずれかの操作部に与える。旋回スプール４４は、旋回操作レバー７２からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて中立位置ＯからＡ位置又はＢ位置に連続的に切り替わる。

【0037】

旋回操作レバー７２が中立状態の場合は、旋回スプール４４は中立位置Ｏにあり、油圧ポンプ４１から吐出された作動油はブリードオフ絞りを通って全量タンクへ戻る。一方、旋回操作レバー７２が左旋回を行うように操作された場合は、旋回スプール４４がＡ位置に切り換わってブリードオフ絞りの開口面積が減少し、旋回スプール４４のメータイン絞り、メータアウト絞りの開口面積が増加する。油圧ポンプ４１から吐出された作動油はこのＡ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７のＡポートに送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞りを通ってタンクへ戻る。このような作動油の制御を行うことで、旋回油圧モータは左に回転する。

【0038】

また、例えば、旋回操作レバー７２が右旋回を行うように操作された場合は、旋回スプール４４がＢ位置に切り換わってブリードオフ絞りの開口面積が減少し、旋回スプール４４のメータイン絞り、メータアウト絞りの開口面積が増加する。油圧ポンプ４１から吐出された作動油はＢ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７のＢポートに送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＢ位置のメータアウト絞りを通ってタンクへ戻る。このような作動油の制御を行うことで、旋回油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向の右に回転する。

【0039】

旋回スプール４４が中立位置ＯとＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１が吐出した作動油はブリードオフ絞りとメータイン絞りに分配される。このとき、メータイン絞りの入側にはブリードオフ絞りの開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞りの開口面積）に応じた作動トルクが与えられる。また、旋回油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞りの開口面積に応じた抵抗を受けて背圧が立ち、メータアウト絞りの開口面積に応じた制動トルクが発生する。中立位置ＯとＢ位置の中間においても同様である。

【0040】

旋回操作レバー７２を中立位置に戻し、旋回スプール４４を中立位置Ｏに戻したとき、旋回体２０は慣性体であるため、旋回油圧モータ２７はその慣性で回転を続けようとする。このとき、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）が旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁２８又は２９の設定圧力を超えようとするときは、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁２８又は２９が作動して圧油の一部をタンクに逃がすことで背圧の上昇を制限し、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁２８又は２９の設定圧力に応じた制動トルクを発生する。

【0041】

旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁２８及び２９は、それぞれ電磁操作部を有している。旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁２８及び２９の設定圧力は、電磁操作部で受信するコントローラ８０からの電気指令によって可変できる。

【0042】

図５は、本発明の一実施の形態における旋回スプール４４のスプールストロークに対するメータアウト開口面積特性を示す図である。横軸のスプールストロークは、旋回操作レバー７２の操作量によってのみ変化するので、旋回操作レバー７２の操作量と考えても良い。

【0043】

図５において、実線で示す特性が本実施の形態のものであって、破線は、旋回油圧モータ単独で旋回体を駆動する従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性である。本実施の形態における旋回スプール４４のメータアウト開口面積の大きさは、制御開始点及び終点は、従来のものとほぼ同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。

【0044】

旋回スプール４４のメータアウト絞りの開口面積が広くなると、旋回油圧モータ２７で得られる制動トルクは小さくなる。このように、制動トルクの大きさはメータアウト絞りの開口面積の大きさに依存するので、旋回操作レバー７２の操作量が中間域における本実施の形態の旋回油圧モータ２７の制動トルクは、従来機の旋回油圧モータの制動トルクよりも小さくなるように設定されている。また、旋回操作レバー７２の操作量が中立および最大状態においては、従来機のメータアウト絞りの開口面積とほぼ同じにしているので、旋回油圧モータ２７の制動トルクの大きさは、従来機とほぼ同一となるように設定されている。

【0045】

また、本実施の形態において、旋回スプール４４のスプールストロークに対するブリードオフ開口面積特性は、旋回油圧モータ単独で旋回体を駆動する従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性と同一に設定されている。したがって、駆動トルクは、従来機の旋回油圧モータの駆動トルクと同等となるように設定されている。

【0046】

次に、本発明の建設機械の一実施の形態を構成するコントローラの油圧電動複合旋回制御ブロックについて図６乃至図１０を用いて説明する。図６は本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧に対応する旋回電動モータと旋回油圧モータの出力特性を示す特性図、図７は本発明の建設機械の一実施の形態を構成するコントローラの油圧電動複合旋回制御ブロックを示すブロック図、図８は本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧と旋回速度に基づき電動力行トルクを算出する特性図、図９は本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧に対応する制動ゲインの特性を示す特性図、図１０は本発明の建設機械の一実施の形態における旋回パイロット圧と旋回速度に基づきポンプ出力減少率を算出する特性図である。図６乃至図１０において、図１乃至図５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。

【0047】

本実施の形態においては、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５の合計出力で旋回体２０を駆動するが、旋回操作レバー７２の操作量に相当する旋回パイロット圧信号に応じて、旋回電動モータ２５の出力と旋回油圧モータ２７の出力の割合を変更している。図６に示すように、旋回パイロット圧がＭより低い領域においては、旋回電動モータ２５のみで旋回体を駆動し、旋回パイロット圧がＭより高い領域で旋回油圧モータ２７の出力を徐々に増加させている。つまり、旋回パイロット圧の増加にしたがって、旋回電動モータ２５の出力の割合を減少させるように設定している。

【0048】

これは、旋回パイロット圧が低く旋回速度が低い領域では、旋回油圧モータ２７で駆動するよりも旋回電動モータ２５で駆動した方が高効率となり、旋回パイロット圧が高くなるような旋回速度が高い領域では、旋回油圧モータ２７による駆動の方が高効率となるからである。このことにより、消費エネルギの低減化が図れる。

【0049】

特に、旋回操作が微操作である場合には、ポンプ流量をスタンバイ流量程度に下げることにより、油圧部での損失を大幅に低減できる。そのためには、旋回電動モータ２５の出力に応じて、旋回油圧モータ２７の出力を減らす必要がある。本実施の形態においては、旋回駆動時において、油圧ポンプ４１の出力を減らすことにより、上述した駆動トルクを、従来機の旋回油圧モータの駆動トルクよりも減らすようにしている。また、上述した合計出力は、従来機の油圧モータ単独で旋回駆動を行う場合に用いられるような旋回油圧モータの全出力と同等となるようにすることで、従来機と同等の操作性を確保できる。

【0050】

次に、コントローラ８０の油圧電動複合旋回制御ブロック８３について説明する。図７に示すように油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、目標力行トルク演算部８３ａと、制動ゲイン演算部８３ｂと、制動トルク演算部８３ｃと、トルク指令値演算部８３ｄと、リリーフ弁制御部８３ｅと、油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆと、ポンプ吸収トルク補正演算部８３ｇとを備えている。ここで、目標力行トルク演算部８３ａと制動ゲイン演算部８３ｂと制動トルク演算部８３ｃとトルク指令値演算部８３ｄとで、旋回電動モータ制御部８３Ｘを構成している。

【0051】

目標力行トルク演算部８３ａは、旋回操作レバー７２から出力され、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ａ，７４ｂによって電気信号に変換された旋回パイロット圧信号とパワーコントロールユニット５５から出力される旋回モータ速度と、エネルギマネジメント制御部８２で算出された制動トルク要求値とを入力し、これらの信号に基づいて、力行トルク指令Ｔａｄｄを演算する。具体的には、例えば、旋回レバー操作量と旋回モータ速度に基づいたテーブルを参照して力行トルク指令を算出する。

【0052】

図８にこのテーブルの一例を示す。図８において、横軸は旋回レバー操作量に相当する旋回パイロット圧であって、各特性線において速度の低い方から順にＷ０、Ｗ１、Ｗ２としている。このテーブルで定義する旋回電動モータ２５のトルク指令値は、旋回油圧モータ２７、油圧ポンプ４１、コントロールバルブ４２など油圧回路部の損失、旋回電動モータ２５、インバータ等の電気機器の効率を加味して決定するものである。

【0053】

図８に示すように、旋回操作が大きくなる旋回パイロット圧の増加につれて、力行トルク指令が大きくなるように設定し、旋回速度が速くなるにつれて力行トルク指令が小さくなるように設定している。目標力行トルク演算部８３ａで算出した力行トルク指令の信号は、トルク指令値演算部８３ｄへ入力される。

【0054】

制動ゲイン演算部８３ｂは、旋回パイロット圧信号を入力し、この信号に基づいて、制動ゲインを演算する。具体的には、例えば、旋回レバー操作量に基づいたテーブルを参照して制動ゲインを算出する。図９にこのテーブルの一例を示す。本実施の形態においては、旋回操作レバー７２の中間操作域において、制動ゲインが最大となるように設定されている。これは、本実施の形態における旋回スプール４４のメータアウト開口面積が、図５で示したように、旋回操作レバー７２の中間操作域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されているため、この中間操作域において、従来のものに比べて制動トルクが小さくなることを補正するためである。制動ゲイン演算部８３ｂで算出した制動ゲインの信号は、制動トルク演算部８３ｃへ入力される。

【0055】

制動トルク演算部８３ｃは、旋回油圧モータ２７のＡポートおよびＢポートの圧力であって、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ｃ，７４ｄによって電気信号に変換された旋回作動圧信号と、制動ゲイン演算部８３ｂで算出された制動ゲインの信号とを入力し、これらの信号に基づいて、旋回電動モータの制動モータトルク指令値Ｔｍｓ１を算出する。具体的には、圧力センサ７４ｃ，７４ｄによって検出された旋回油圧モータ２７のＡポート圧力とＢポート圧力の差圧から、旋回油圧モータトルクを算出し、この旋回油圧モータトルクと、制動ゲイン演算部８３ｂで算出された制動ゲインの信号とを乗算して制動モータトルク指令値Ｔｍｓ１を算出する。この制動モータトルク指令値Ｔｍｓ１は、従来機の油圧モータのトルクとほぼ同じになるように設定されている。制動トルク演算部８３ｃで算出した制動モータトルク指令値Ｔｍｓ１の信号は、トルク指令値演算部８３ｄへ入力される。

【0056】

トルク指令値演算部８３ｄは、目標力行トルク演算部８３ａで算出された力行トルク指令Ｔａｄｄと、制動トルク演算部８３ｃで算出された制動モータトルク指令値Ｔｍｓ１と、後述するリリーフ弁制御部８３ｅで算出されたリリーフ指令信号とを入力し、これらの信号に基づいて、旋回電動モータ２５のトルク指令値Ｔｍｓを算出する。

【0057】

具体的には、まず、制動モータトルク指令値Ｔｍｓ１と力行トルク指令Ｔａｄｄとを合計して旋回電動モータのトルク指令値Ｔｍｓ２（Ｔｍｓ２＝Ｔｍｓ１＋Ｔａｄｄ）を算出する。次に、リリーフ弁制御部８３ｅで算出されたリリーフ指令信号により、リリーフ圧が下がっているか否かを判断し、リリーフ圧が下がっている場合に減少する旋回油圧モータ２７のトルクを補償する電動モータトルク指令値Ｔｍｓ３を算出する。そして、算出したＴｍｓ２とＴｍｓ３のいずれか大きい方を、旋回電動モータ２５のトルク指令値として選択し、トルク制限処理およびトルク変化率制限処理を実行して最終的なトルク指令Ｔｍｓを算出する。トルク指令値演算部８３ｄで算出した電動モータトルク指令値Ｔｍｓの信号は、パワーコントロールユニット５５の旋回電動モータ２５用のインバータ５２に出力すると共に、油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆへ入力される。

【0058】

リリーフ弁制御部８３ｅは、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ａ，７４ｂによって電気信号に変換された旋回パイロット圧信号とパワーコントロールユニット５５から出力される旋回モータ速度と、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ｃ，７４ｄによって電気信号に変換された旋回作動圧信号とを入力し、これらの信号に基づいて、旋回油圧システムを構成するコントロールバルブ４２の可変オーバーロードリリーフ弁２８，２９への電気指令を算出する。リリーフ弁制御部８３ｅで算出した電気指令の信号は、コントロールバルブ４２の可変オーバーロードリリーフ弁２８，２９の電磁操作部に出力すると共に、トルク指令値演算部８３ｄへ入力される。

【0059】

油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆは、油圧／電気信号変換装置（例えば、圧力センサ）７４ａ，７４ｂによって電気信号に変換された旋回パイロット圧信号とパワーコントロールユニット５５から出力される旋回モータ速度と、トルク指令値演算部８３ｄで算出した電動モータトルク指令値Ｔｍｓの信号とを入力し、これらの信号に基づいて、ポンプ出力減少指令を算出する。ここで、ポンプ出力減少指令とは、旋回電動モータ２５の駆動トルクによって、旋回体２０に与えた仕事量の分、旋回油圧モータ２７による仕事量を減らすための制御指令である。

【0060】

具体的には、まず、電動モータトルク指令値Ｔｍｓと旋回モータ速度Ｗｓとを乗算して旋回電動モータ２５の出力Ｐｍｓ（Ｐｍｓ＝Ｔｍｓ×Ｗｓ）を算出する。次に、例えば、旋回レバー操作量と旋回モータ速度に基づいたテーブルを参照してポンプ出力減少率を算出し、旋回電動モータ２５の出力Ｐｍｓとポンプ出力減少率とを乗算して、ポンプ出力減少指令を算出する。

【0061】

図１０にこのテーブルの一例を示す。図１０において、横軸は旋回レバー操作量に相当する旋回パイロット圧であって、各特性線において速度の低い方から順にＷ０、Ｗ１、Ｗ２としている。このテーブルで定義するポンプ出力減少率は、旋回油圧モータ２７、油圧ポンプ４１、コントロールバルブ４２など油圧回路部の損失、旋回電動モータ２５、インバータ等の電気機器の効率を加味して決定すると共に、旋回油圧モータ２７のトルクも必要な分だけを出力するように設定している。

【0062】

図１０に示すように、旋回操作が微操作域となるような旋回パイロット圧の領域では、ポンプ出力減少率が大きくなるように設定し、旋回速度が速くなるにつれてポンプ出力減少率が小さくなるように設定している。これは、ポンプやバルブの効率が悪い状態ほど、ポンプ出力減少率を大きくすることで、旋回油圧モータ２７のトルクも必要な分だけを出力するように制御するためである。油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆで算出したポンプ出力減少指令の信号は、ポンプ吸収トルク補正演算部８３ｇへ入力される。

【0063】

ポンプ吸収トルク補正演算部８３ｇは、油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆで算出されたポンプ出力減少指令を入力し、この信号に基づいて、旋回電動モータ２５のポンプ吸収トルク指令を算出する。具体的には、ポンプ出力減少指令に相当する油圧ポンプ４１の傾転角を算出し、レギュレータ制御指令であるポンプ吸収トルク指令をレギュレータ４１ａに出力し、レギュレータ４１ａが斜板の傾転角を制御することで、油圧ポンプ４１の出力が減少する。

【0064】

次に、本発明の建設機械の一実施の形態におけるＡポート側の可変オーバーロードリリーフ弁２８の制御方法について図１１を用いて説明する。図１１は本発明の建設機械の一実施の形態における可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧を設定する処理フローを示すフローチャート図である。

【0065】

図１１における処理は、コントローラ８０の油圧電動複合旋回制御ブロック８３のリリーフ弁制御部８３ｅで主に実行される。
リリーフ弁制御部８３ｅは、Ａポートのリリーフ圧が通常の所定値であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。具体的には、リリーフ圧の通常設定指令が出力されたか否か（前のサンプリング処置を確認すること）で判断する。油圧ショベルのシステム起動の際には、Ａポートのリリーフ圧は通常所定の値に設定されている。Ａポートのリリーフ圧が通常の所定値である場合には、（ステップＳ１０２）へ進み、それ以外の場合には、（ステップＳ１０５）へ進む。

【0066】

リリーフ弁制御部８３ｅは、Ａポートの旋回作動圧が予め定めた閾値Ｐ１未満か否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、閾値Ｐ１は、リリーフ圧の設定圧を下げた場合の設定圧以下の値に設定している。Ａポートの旋回作動圧が閾値Ｐ１未満の場合には、（ステップＳ１０３）へ進み、それ以外の場合には、リターンへ進む。

【0067】

リリーフ弁制御部８３ｅは、旋回モータ速度が予め設定した正値である閾値Ｎ１の−１倍未満である、又は、旋回操作レバー７２の左側旋回操作量が予め設定した閾値Ｌ１超過か否かを判断する（ステップＳ１０３）。ここで、旋回モータ速度は、左旋回を正、右旋回を負と定義し、閾値Ｎ１は旋回モータ速度０近傍の値に設定している。また、閾値Ｌ１は、旋回レバー操作量に相当する旋回パイロット圧０近傍の値に設定している。旋回モータ速度が予め設定した正値である閾値Ｎ１の−１倍未満である、又は、旋回操作レバー７２の左側旋回操作量が予め設定した閾値Ｌ１超過である場合には、（ステップＳ１０４）へ進み、それ以外の場合には、リターンへ進む。

【0068】

リリーフ弁制御部８３ｅは、Ａポートのリリーフ圧を下げる制御を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、コントロールバルブ４２の可変オーバーロードリリーフ弁２８の電磁操作部へリリーフ圧下降信号を出力する。

【0069】

リリーフ弁制御部８３ｅは、（ステップＳ１０４）の処理終了後、又は、（ステップＳ１０２）にて、Ａポートの旋回作動圧が閾値Ｐ１未満以外と判断した場合、又は、（ステップＳ１０３）にて、旋回モータ速度が予め設定した正値である閾値Ｎ１の−１倍未満である、又は、旋回操作レバー７２の左側旋回操作量が予め設定した閾値Ｌ１超過であると判断されなかった場合には、リターンを経由して（ステップＳ１０１）に戻り、再度処理を開始する。

【0070】

（ステップＳ１０１）において、Ａポートのリリーフ圧が通常の所定値でないと判断された場合、リリーフ弁制御部８３ｅは、旋回モータ速度が予め設定した正値である閾値Ｎ２の−１倍超過である、かつ、旋回操作レバー７２の左側旋回操作量が予め設定した閾値Ｌ２未満か否かを判断する（ステップＳ１０５）。ここで、閾値Ｎ２は閾値Ｎ１以下であって旋回モータ速度０近傍の値に設定している。また、閾値Ｌ２は閾値Ｌ１以下であって、旋回レバー操作量に相当する旋回パイロット圧０近傍の値に設定している。旋回モータ速度が予め設定した正値である閾値Ｎ２の−１倍超過である、かつ、旋回操作レバー７２の左側旋回操作量が予め設定した閾値Ｌ２未満である場合には、（ステップＳ１０６）へ進み、それ以外の場合には、リターンへ進む。

【0071】

リリーフ弁制御部８３ｅは、Ａポートのリリーフ圧を通常値に戻す制御を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、コントロールバルブ４２の可変オーバーロードリリーフ弁２８の電磁操作部へリリーフ圧を通常値に戻す信号を出力する。

【0072】

リリーフ弁制御部８３ｅは、（ステップＳ１０６）の処理終了後、又は、（ステップＳ１０５）にて、旋回モータ速度が予め設定した正値である閾値Ｎ２の−１倍超過である、かつ、旋回操作レバー７２の左側旋回操作量が予め設定した閾値Ｌ２未満であると判断されなかった場合には、リターンを経由して（ステップＳ１０１）に戻り、再度処理を開始する。

【0073】

Ｂポート側の可変オーバーロードリリーフ弁２９の制御方法については、旋回方向が左右で逆であることと、それに伴い旋回速度の正負が逆になること以外は、図１１に示したＡポート側の可変オーバーロードリリーフ弁２８の制御方法の処理フローと同じである。以上のような制御フローに基づいて、ＡポートおよびＢポートのリリーフ圧を下げることで、旋回油圧モータ２７が出力する制駆動トルクを小さくすることができる。

【0074】

次に、本発明の建設機械の一実施の形態における旋回電動モータ２５の制御方法について図１２を用いて説明する。図１２は本発明の建設機械の一実施の形態における旋回電動モータのトルクを算出する処理フローを示すフローチャート図である。図１２において、図１乃至図１１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。

【0075】

図１２における処理は、コントローラ８０の目標力行トルク演算部８３ａと制動ゲイン演算部８３ｂと制動トルク演算部８３ｃとトルク指令値演算部８３ｄとで構成する旋回電動モータ制御部８３Ｘで主に実行される。
旋回電動モータ制御部８３Ｘは、旋回油圧モータ２７のトルクＴｍｏを計算する（ステップＳ１１１）。具体的には、圧力センサ７４ｃ，７４ｄによって検出された旋回油圧モータ２７のＡポート圧力とＢポート圧力の差圧から、旋回油圧モータトルクＴｍｏを算出する。

【0076】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、旋回体２０を駆動する出力Ｐｍを計算する（ステップＳ１１２）。具体的には、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５のトルクを合計し、旋回電動モータ２５の速度を乗じて次式により旋回体出力Ｐｍを算出する。
Ｐｍ＝（Ｔｍｏ＋Ｔｍｓ）×Ｗｓ・・・（１）
数式（１）において、Ｔｍｏは旋回油圧モータトルク、Ｔｍｓは旋回電動モータトルク、Ｗｓは旋回速度を表す。ここで、旋回電動モータトルクＴｍｓは、１サンプル前に算出した電動モータトルク指令値Ｔｍｓ３を用いている。

【0077】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、旋回体２０が駆動しているか否かを判断する（ステップＳ１１３）。具体的には、数式（１）で算出した旋回体出力Ｐｍが、正の場合を駆動中、負の場合を制動中として判断している。旋回体２０が駆動中と判断した場合は、（ステップＳ１１４）へ進み、それ以外の場合（制動中）は、（ステップＳ１１５）へ進む。

【0078】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、駆動ゲインテーブルを用いて駆動モータトルク指令Ｔｍｓ１を計算する（ステップＳ１１４）。本実施の形態において、駆動時には、旋回スプールの開口面積の設定によって旋回油圧モータトルクを算出しないので、駆動ゲインテーブルはゼロと設定している。このため、（ステップＳ１１４）においてＴｍｓ１＝０となる。

【0079】

（ステップＳ１１３）にて、旋回体２０が制動中と判断した場合には、旋回電動モータ制御部８３Ｘは、制動ゲインテーブルを用いて制動モータトルク指令Ｔｍｓ１を計算する（ステップＳ１１５）。具体的には、制動ゲイン演算部８３ｂと制動トルク演算部８３ｃとで制動モータトルク指令Ｔｍｓ１を算出する。

【0080】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、力行要求トルクを計算する（ステップＳ１１６）。具体的には、目標力行トルク演算部８３ａで力行要求トルクＴａｄｄを算出する。

【0081】

ここで、図３に示す油圧システムにおいて、吐出流量がスタンバイ流量程度になるように油圧ポンプ４１の出力を下げ、旋回電動モータ２５のトルクを出力すると、旋回電動モータ２５の駆動トルクにより、旋回体２０が力行駆動する。このとき、旋回油圧モータ２７は旋回電動モータ２５によって回されるので、メータアウト圧が高くなり、制動トルクが発生する。

【0082】

したがって、この制動トルクを上回るように、旋回電動モータ２５の駆動トルクを出力する必要がある。また、上述した動作により、メータアウト圧損が増加するが、油圧ポンプ４１の出力を大幅に減らすことができるため、ブリードオフ損失は減少し、油圧システム全体としては高効率となる。

【0083】

また、旋回油圧モータ２７が制動トルクを出力する場合において、力行時に必要とされる従来機と同等の全トルクよりも、旋回電動モータ２５の出力を多く出す必要があるが、電動機器の効率を付加することにより、全体では、油圧のみで駆動する場合よりも損失を低減させることができる。

【0084】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、力行要求トルクＴａｄｄが、エネルギマネジメント制御ブロック８２から要求された制限値Ｔａｄｄ１を超えていないかを判断する（ステップＳ１１７）。力行要求トルクＴａｄｄが、制限値Ｔａｄｄ１より小さいと判断した場合は、（ステップＳ１１８）へ進み、それ以外の場合（制限値Ｔａｄｄ１より大きい）は、（ステップＳ１１９）へ進む。

【0085】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、出力する力行要求トルクの値をＴａｄｄとして出力する（ステップＳ１１８）。

【0086】

（ステップＳ１１７）にて、力行要求トルクＴａｄｄが制限値Ｔａｄｄ１より大きいと判断した場合には、旋回電動モータ制御部８３Ｘは、出力する力行要求トルクの値を、エネルギマネジメント制御ブロック８２から要求されている制限値で制限をかけ、Ｔａｄｄ＝Ｔａｄｄ１として出力する（ステップＳ１１９）。

【0087】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、（ステップＳ１１５）で算出した制動モータトルクと（ステップＳ１１８）又は（ステップＳ１１９）で算出した力行側のトルクとを合計して、旋回電動モータ２５のトルク指令値Ｔｍｓ２（Ｔｍｓ２＝Ｔｍｓ１＋Ｔａｄｄ）を算出する（ステップＳ１２０）。具体的には、トルク指令値演算部８３ｄにて実行される。

【0088】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧が下がっているか否かを判断する（ステップＳ１２１）。具体的には、リリーフ弁制御部８３ｅからの入力信号で判断する。リリーフ圧が下がっている場合は、（ステップＳ１２２）へ進み、それ以外の場合（リリーフ圧が通常値）は、（ステップＳ１２５）へ進む。

【0089】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、他の旋回電動モータ２５のトルク指令値Ｔｍｓ３をＴＲとして算出する（ステップＳ１２２）。具体的には、Ａポートのリリーフ圧が下がっていて、かつＡポート圧力が閾値Ｐ１よりも高いとき、又はＢポートのリリーフ圧が下がっていて、かつＢポート圧力が閾値Ｐ１よりも高いときに、電動モータトルク指令値Ｔｍｓ３＝ＴＲとする。このＴＲの値は、リリーフ圧を下げたことにより、旋回油圧モータ２７のトルクが通常時よりも小さくなった分だけ、電動モータトルク指令値Ｔｍｓ３が発生するように設定するものである。

【0090】

（ステップＳ１２１）において、リリーフ圧が下がっていないと判断した場合には、旋回電動モータ制御部８３Ｘは、他の旋回電動モータ２５のトルク指令値Ｔｍｓ３を０として算出する（ステップＳ１２５）。

【0091】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、旋回電動モータトルク指令値のＴｍｓ２とＴｍｓ３のいずれか大きい方を選択する（ステップＳ１２３）。具体的には、トルク指令値演算部８３ｄにて、実行され、選択した値を旋回電動モータトルク指令値Ｔｍｓとする。

【0092】

旋回電動モータ制御部８３Ｘは、（ステップＳ１２３）で算出した旋回電動モータトルク指令値Ｔｍｓに対して、トルク制限処理及びトルク変化率制限処理を行い、最終的な旋回電動モータトルク指令Ｔｍｓを出力する（ステップＳ１２４）。

【0093】

（ステップＳ１２４）の処理実行後、リターンを経由して（ステップＳ１１１）に戻り、再度処理を開始する。

【0094】

以上の処理フローにより算出した旋回電動モータ２５のトルク指令値Ｔｍｓをパワーコントロールユニット５５に出力する。
上述した旋回電動モータ２５のトルク指令の算出方法によれば、従来機である旋回油圧モータによる旋回体の制駆動の特性を旋回電動モータ２５にて模擬することができる。本実施の形態においては、力行の要求として算出した力行要求トルクＴａｄｄが、旋回油圧モータにおけるメータインの特性を模擬し、回生の要求として算出した旋回電動モータトルク指令値Ｔｍｓ１がメータアウトの特性を模擬している。このことにより、旋回油圧モータと同等の旋回特性を実現できるので、従来の油圧機における旋回操作性を確保することができる。

【0095】

次に、本発明の建設機械の一実施の形態における油圧ポンプの出力を減少させる方法について図１３を用いて説明する。図１３は本発明の建設機械の一実施の形態におけるポンプ出力減少指令を算出する処理フローを示すフローチャート図である。図１３において、図１乃至図１２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。

【0096】

本実施の形態において、旋回電動モータ２５で駆動トルクを発生した場合には、その旋回電動モータ２５が旋回体２０に行った仕事量の分だけ、旋回油圧モータ２７による旋回体２０の仕事量を減らすように、油圧ポンプ４１の容積を減少させる制御を行う。このことにより、エンジン２２の負荷を減らすことができる。

【0097】

図１３における処理は、コントローラ８０の油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆとポンプ吸収トルク補正演算部８３ｇで主に実行される。
油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆは、旋回電動モータ２５の出力Ｐｍｓを計算する（ステップＳ１３１）。具体的には、トルク指令値演算部８３ｄで算出した電動モータトルク指令値Ｔｍｓの信号と旋回モータ速度Ｗｓとを乗算して次式により旋回電動モータ２５の出力Ｐｍｓを算出する。
Ｐｍｓ＝Ｔｍｓ×Ｗｓ・・・（２）
油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆは、旋回電動モータ２５が力行中か否かを判断する（ステップＳ１３２）。具体的には、数式（２）で算出した旋回電動モータ２５の出力Ｐｍｓが、０以上の場合を力行中として判断している。旋回電動モータ２５が力行中と判断した場合は、（ステップＳ１３３）へ進み、それ以外の場合は、リターンへ進む。

【0098】

油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆは、ポンプ出力減少指令を計算する（ステップＳ１３３）。具体的には、旋回レバー操作量と旋回モータ速度に基づいたテーブルを参照してポンプ出力減少率を算出し、旋回電動モータ２５の出力Ｐｍｓとポンプ出力減少率とを乗算して、ポンプ出力減少指令を算出する。

【0099】

油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆは、出力制限処理を行う（ステップＳ１３４）。具体的には、ポンプ出力減少指令に出力制限処理を行い、その後、ポンプ吸収トルク補正演算部８３ｇで、ポンプ吸収トルク指令として、レギュレータ４１ａに出力する。この結果、レギュレータ４１ａが斜板の傾転角を制御することで、油圧ポンプ４１の出力が減少する。

【0100】

油圧ポンプ出力減少制御部８３ｆ及びポンプ吸収トルク補正演算部８３ｇは、（ステップＳ１３４）の処理終了後、又は、（ステップＳ１３２）にて、旋回電動モータ２５が力行中であると判断されなかった場合には、リターンを経由して（ステップＳ１３１）に戻り、再度処理を開始する。

【0101】

上述した本発明の建設機械の一実施の形態によれば、旋回電動モータ２５の力行時に、旋回電動モータ２５の出力に油圧ポンプ効率を加味して油圧ポンプ４１の動力を下げるように制御するので、旋回の駆動に必要な分だけの油圧ポンプ４１の動力を確保できる。この結果、良好な操作性を確保することができ、大きな燃費低減効果を得ることができる。

【0102】

また、上述した本発明の建設機械の一実施の形態によれば、旋回電動モータ２５の力行時における旋回電動モータ２５のトルクを、旋回体２０の旋回操作レバー７２の操作量と旋回速度に基づいて算出するので、旋回操作レバー７２の操作量や負荷に応じて変化する旋回油圧モータ２７のトルクを旋回電動モータ２５が補償することができる。この結果、所望のトルクを得ることができ、良好な操作性が確保できる。

【符号の説明】

【0103】

１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
２０ 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機構
２７ 旋回油圧モータ
２８ 可変オーバーロードリリーフ弁
２９ 可変オーバーロードリリーフ弁
３０ フロント作業装置
３１ ブーム
３２ ブームシリンダ
３３ アーム
３４ アームシリンダ
３５ バケット
３６ バケットシリンダ
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４１ａ レギュレータ（吐出容量調整手段）
４２ コントロールバルブ
４４ 旋回スプール
５１ チョッパ
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５４ 平滑コンデンサ
５５ パワーコントロールユニット
７２ 旋回操作レバー
７４ 油圧／電気信号変換装置
７５ 電気／油圧信号変換装置
８０ コントローラ
８２ エネルギマネジメント制御ブロック
８３ 油圧電動複合旋回制御ブロック
８３ｄ トルク指令値演算部
８３ｆ 油圧ポンプ出力減少制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】