CN103328731A - 具有回转体的施工机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种当蓄电装置的蓄电量超过了适当值时也能够继续进行作业的混合动力方式的施工机械。作为上部回转体（20）的驱动用具有液压马达（27）和电动马达（25）两方。当电容（24）的蓄电量适当时，通过液压马达（27）和电动马达（25）两方来驱动上部回转体（20）。当电容（24）的蓄电量超过适当值时切换为只使用液压马达（27）的上部回转体（20）的驱动，并且辅助驱动或发动机驱动辅助发电马达（23），使电容（24）的蓄电量快速地回到适当范围。能够使电容（24）的容量变小，能够不损害回转动作的操作性地管理电容的蓄电量。

Description

具有回转体的施工机械
技术领域
本发明涉及液压挖掘机等具有回转体的施工机械，特别涉及施工机械中的能量管理单元，该施工机械具有：回转体驱动用的电动马达以及液压泵辅助用的电动马达；以及蓄电装置，上述蓄电装置进行利用这些各电动马达而再生的电能的充电，和对这些各电动马达的电能的放电。
背景技术
以往，关于液压挖掘机等具有回转体的施工机械，通过发动机来驱动液压泵，通过从液压泵排出的液压来旋转液压马达，驱动作为惯性体的回转体的施工机械是主流，但是直到近年，为了实现发动机的燃料效率提升，噪音水平的降低以及排气量的降低等，提出了使用接受来自蓄电装置的电能的供给进行驱动的电动马达以及液压马达双方来驱动回转体的混合动力方式的施工机械（例如，参照专利文献1）。该专利文献1记载的施工机械除了回转用的电动马达，还设置了当蓄电装置的蓄电水平低下时向蓄电装置供给电能的发电用的其他电动马达。
在像这样的混合动力方式的施工机械中，需要适当地控制液压马达和电动马达分担的驱动转矩，以使得习惯于只使用液压马达来驱动回转体的现有方式的施工机械的操作的作业员能够感觉不到不舒服感地进行操作。这时，电动马达驱动（动力运行）时消耗的能量和制动（再生）时产生的能量对与电动马达连接的蓄电装置进行充放电。由于蓄电装置的容量有限，所以适当管理蓄电装置的蓄电量，即，能量管理特别重要。
在专利文献1中公开了这样的技术：作为混合动力方式的施工机械的控制单元，具有：转矩指令单元，其用于与回转驱动用的液压马达的内侧和外侧的压力差关联起来对驱动控制电动马达时的转矩发出指令。另外，在专利文献1中还公开了这样的技术：将液压马达的内侧和外侧的压力差作为参数来制定加速驱动时的液压马达的转矩和电动马达的转矩的比率，以及减速驱动时的液压马达的转矩和电动马达的转矩的比率（例如，段落0060）。专利文献1中记载了：根据这些技术能够连续顺畅地驱动控制为惯性体的回转体，且能够将制动时的能量作为电能有效地取入到蓄电装置（例如，段落0033、0034）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-63888号公报
发明内容
但是，专利文献1所记载的技术是这样的结构：将液压马达的内侧和外侧的压力差作为参数，通过分别变更加速驱动时以及减速驱动时的液压马达分担的转矩和电动马达分担的转矩来变更它们的比率，得到回转体驱动所需要的转矩，但是根据这样的结构，由于加速驱动时电动马达消耗的电能与减速驱动时电动马达发出的电能存在差，由此蓄电装置的蓄电量会增减。当然，当蓄电装置的蓄电量不足时，无法通过所需要的转矩来驱动电动马达，当蓄电装置的蓄电量为过度充电的状态时，对蓄电装置的寿命造成不良影响，最坏的情况为蓄电装置发生故障。
但是，在专利文献1中，关于蓄电装置的放电充电管理只记载有：当蓄电装置的蓄电量比预定值低时，驱动发电用的电动机，向蓄电装置供给该发电能量（段落0053，0055），关于比包括蓄电装置的过度充电还严密的能量管理没有任何记载。另外，只要具有大容量的蓄电装置，就能够不需要严密的能量管理，但是存在以下缺点：伴随蓄电装置的大容量化，施工机械中的蓄电装置的设置空间变大，且施工机械高成本化。
并且，即使实施严密的能量管理，由于没有规定机械的作业模式，所以由于加速驱动时电动马达消耗的电能和减速驱动时电动马达发出的电能的差，蓄电装置的蓄电量有可能超过适当值。为了防止该情况，考虑了蓄电装置的大容量化，但是如上所述从设置空间和成本的观点出发大容量化并不是优选的。为了使混合动力方式的施工机械成为具有实用性的机械，要求在蓄电装置的蓄电量超过了适当值时也能够继续作业。
本发明是为了解决这样的现有技术的问题点而做出的发明，其目的在于提供一种蓄电装置的蓄电量为最小限度即可，且当蓄电量偏离适当值时仍能够继续作业的混合动力方式的施工机械。
用于解决课题的手段
为了达成上述的课题，本发明构成为，具有：发动机；液压泵，其由该发动机驱动；回转体；第1电动马达以及液压马达，其用于驱动该回转体；回转用操作杆，其由作业员操作以便驱动上述回转体；第2电动马达，其在动力运行动作时辅助驱动上述液压泵，在基于上述发动机的驱动时产生电能；蓄电装置，其对用于向上述第1以及第2电动马达供给的电能进行存储；以及控制器，其输入与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的信号，并控制上述蓄电装置的充放电，上述控制器与上述蓄电装置的蓄电量相关地存储：作为该蓄电装置的最佳使用范围的通常使用区域的上限值以及下限值；设定为比上述通常使用区域的上限值大、且比该蓄电装置的最大蓄电量低的值的再生禁止值；以及设定为比上述通常使用区域的下限值小、且比该蓄电装置的最小蓄电量高的值的回转禁止值，当上述蓄电装置的蓄电量在上述通常使用范围内时，使用上述第1电动马达以及上述液压马达双方来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动和制动，当上述蓄电装置的蓄电量超过上述通常使用范围的上限值且达到上述再生禁止值时，只使用上述液压马达来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动和制动，并且使上述第2电动马达进行动力运行来消耗存储在上述蓄电装置的电能，相反地，当上述蓄电装置的蓄电量低于上述通常使用范围的下限值且达到上述回转禁止值时，只使用上述液压马达来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动和制动，并且利用上述发动机驱动上述第2电动马达来向上述蓄电装置充电。
如上所述，在混合动力方式的施工机械中，即使实施严密的能量管理，由于加速驱动时第1电动马达消耗的电能与减速驱动时第1电动马达发出的电能的差，蓄电装置的蓄电量有可能超过适当值。上述结构的混合动力方式的施工机械中，当蓄电装置的蓄电量达到预先设定的再生禁止值或回转禁止值时，由于切换成只使用液压马达来进行回转体的驱动以及制动的方式，所以能够持续地进行回转体的回转，即，基于施工机械的作业。另外，关于上述结构的混合动力方式的施工机械，与此同时，由于使第2电动马达动力运行或使发动机驱动第2电动马达来促进蓄电装置的充放电，所以能够快速地恢复到使用了第1电动马达和液压马达双方的通常的回转体的驱动模式。
另外，本发明构成为：在上述结构的施工机械中，在上述蓄电装置的蓄电量超过上述通常使用范围的上限值且达到上述再生禁止值时，上述控制器使只使用了上述液压马达的上述回转体的驱动和制动持续，直到上述蓄电装置的蓄电量达到设定在上述通常使用范围的上限值和下限值之间的预定的中间值为止，当上述蓄电装置的蓄电量达到上述中间值时，上述控制器切换为使用了上述第1电动马达以及上述液压马达双方的上述回转体的驱动和制动。
根据这样的结构，由于能够增大再生禁止值和中间值的差，所以蓄电装置的蓄电量不易超过通常使用范围的下限值而达到回转禁止值，能够减少从使用了第1电动马达以及液压马达双方的回转体的驱动和制动状态向只使用了液压马达的回转体的驱动和制动状态的切换频率。
另外本发明构成为：在上述结构的施工机械中，在上述蓄电装置的蓄电量低于上述通常使用范围的下限值且达到上述回转禁止值时，上述控制器使只使用了上述液压马达的上述回转体的驱动和制动持续，直到上述蓄电装置的蓄电量达到设定在上述通常使用范围的上限值和下限值之间的预定的中间值为止，当上述蓄电装置的蓄电量达到上述中间值时，上述控制器切换为使用了上述第1电动马达以及上述液压马达双方的上述回转体的驱动和制动。
根据这样的结构，由于能够增大回转禁止值和中间值的差，所以蓄电装置的蓄电量不易超过通常使用范围的下限值而达到回转禁止值，能够减少从使用了第1电动马达以及液压马达双方的回转体的驱动和制动状态向只使用了液压马达的回转体的驱动和制动状态的切换频率。
另外本发明构成为：在上述结构的施工机械中，当上述蓄电装置的蓄电量在上述通常使用范围内、且使用上述第1电动马达以及上述液压马达双方来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动时，上述控制器根据上述蓄电装置的蓄电量来运算上述第1电动马达的驱动转矩指令值，并且根据该运算出的驱动转矩指令值来驱动上述第1电动马达。
用于使回转体回转的第1电动马达相比于用于进行蓄电装置的充放电的第2电动马达，转矩以及发电量特别大。因此，当根据蓄电装置的蓄电量来运算第1电动马达的驱动转矩指令值，并根据该算出的驱动转矩指令值来驱动第1电动马达时，与使用第2电动马达时相比，能够高效地进行蓄电装置的充放电。因此，能够减少向只使用液压马达来进行回转体的驱动以及制动的状态的转移频率，并且能够实现蓄电装置的低容量化。另外，能够有效地应用能量，能够实现燃料效率的提升。
另外，本发明构成为：在上述结构的施工机械中，当上述蓄电装置的蓄电量在上述通常使用范围内、且使用上述第1电动马达以及上述液压马达双方来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的制动时，上述控制器根据上述蓄电装置的蓄电量来运算上述第1电动马达的驱动转矩指令值，并且根据该运算出的驱动转矩指令值来驱动上述第1电动马达，进行上述回转体的制动。
这时能够与使用算出的加算值来进行第1电动马达的驱动时获得同样的效果。
另外，本发明构成为：在上述结构的施工机械中，根据上述蓄电装置的蓄电量而算出的上述第1电动马达的驱动转矩指令值在同一驱动或制动条件下根据上述蓄电量而变动，但是该变动转矩幅度相对于上述同一驱动或制动条件下的电动马达和液压马达的合计转矩的标准值在20%以下。
像这样，以操作员感到的回转体的回转触感为基准，将同一条件下的回转转矩的变动抑制在20%以下，由此不会给操作员带来操作上的不舒服感，能够执行严密的能量管理。
发明效果
根据本发明，当蓄电装置的蓄电量达到预先设定的再生禁止值或回转禁止值时，停止基于第1电动马达的回转体的驱动以及制动，而切换到只使用液压马达来进行该回转体的驱动以及制动的方式，所以能够继续进行基于施工机械的作业。另外，由于这时使第2电动马达动力运行或用发动机驱动第2电动马达，来促进蓄电装置的充放电，所以能够快速地恢复为使用了第1电动马达和液压马达双方的通常的回转体的驱动模式。
附图说明
图1是实施方式的液压挖掘机的侧视图。
图2是实施方式的液压挖掘机的系统结构图。
图3是实施方式的液压挖掘机的详细的系统结构图。
图4是表示杆操作量与液压马达驱动转矩以及电动马达驱动转矩的关系的图。
图5是能量管理部的控制方框图。
图6是存储在控制器的通常使用区域、再生禁止区域、回转禁止区域、以及放电指令和充电指令的说明图。
图7是表示算出回转电动马达的转矩指令值的处理流程的图。
图8是表示追加请求输出指令值电容电压的关系的图。
图9是表示从上部回转体的启动到停止的液压马达转矩、回转电动马达转矩与追加转矩的变化的图。
图10是表示液压单独模式切换请求的输出例的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的施工机械，以液压挖掘机为例进行说明。另外，本发明能够应用到具有回转体的所有的作业机械以及施工机械，而不限定于应用于液压挖掘机的发明。
如图1所示，本例的液压挖掘机具有：下部行驶体10；上部回转体20，其能够回转地设置在下部行驶体10的上部；挖掘机构30，其由一端与上部回转体20连接的多关节连杆机构构成。
下部行驶体10具有左右一对的履带11以及履带框架12（图1中只表示单侧），经未图示的减速机构等分别利用图2所示的一对行驶用液压马达13、14来独立地驱动各履带11。
上部回转体20具有能够回转地安装在下部行驶体10的回转框架21，该回转框架21搭载有：发动机22；辅助发电马达（第2电动马达）23，其由发动机22驱动；回旋电动马达（第1电动马达）25；电容24，其是与辅助发电马达23以及回转电动马达25连接的蓄电装置；以及回转液压马达27。另外，该回转框架21还搭载有：液压系统40，其包括图2所示的液压泵41以及控制阀42；以及回转控制系统41，其包括电力控制单元55以及控制器60。回转框架21经回转机构能够回转地安装到下部行驶体10的上部，上述回转机构包括对回转电动马达25的旋转进行减速的减速机构26，并由回转电动马达25和回转液压马达27的驱动力来驱动。另外，在本实施方式中，使用电容24作为蓄电装置，但是也能够使用蓄电池，还能够并用电容和蓄电池双方。
挖掘机构30由以下部分构成：斗杆31；斗杆气缸32，其用于驱动斗杆31；动臂33，其能够自由旋转地被轴支承在斗杆31的末端部附近；动臂气缸34，其用于驱动动臂33；挖斗35，其能够旋转地被轴支承在动臂33的末端；以及挖斗气缸36，其用于驱动挖斗35，斗杆31的基端部能够旋转地轴支承在回转框架21。斗杆31、动臂33以及挖斗35以彼此的连接轴为中心在垂直方向进行驱动、进行挖掘等作业。
如图2所示，记载于图1的液压系统40由以下部分构成：发动机22；液压泵41，其由发动机22驱动；行驶用液压马达13、14、回转液压马达27、斗杆气缸32、动臂气缸34以及挖斗气缸36，其由从液压泵41排出的工作液驱动；以及控制阀42，其根据来自操作杆72（参照图3）的指令来切换供给到这些各液压致动器的工作液的供给量以及供给方向。
另外，实施方式的控制阀42使回转操作杆的操作量为中间区域（中立与最大之间）时的泄放（bleed off）开口面积比通常设备大，使操作量为中间区域时的回转液压马达27的驱动转矩（驱动上部回转体20的方向的转矩）比通常设备小。另外，该控制阀42使回转操作杆的操作量为中间区域时的出口节流（meter-out）开口面积比通常设备大，使操作量为中间区域时的回转液压马达27的制动转矩（对上部回转体20制动的方向的转矩）比通常设备小。另外，所谓通常设备为这样的施工机械：不具有辅助用电动马达，只通过液压机构来驱动回转体等驱动部。
如图2所示，作为回转控制系统41设置有控制器80，该控制器80将响应来自操作杆72（参照图3）的指令的控制信号输出给上述的控制阀42和电力控制单元55，上述电力控制单元55控制电容24的充放电。电力控制单元55由以下部分构成：断路器51，其是对从电容24向辅助发电马达23以及回转电动马达25的电力供给、和从辅助发电马达23以及回转电动马达25回收的交流电力向电容24的充电进行控制的装置，将从电容24供给的直流电升压到预定的母线电压；变换器（inverter）52，其用于驱动回转电动马达25；变换器53，其用于驱动辅助发电马达23；以及平滑电容54，其为了使母线电压稳定化而被设置。另外，图中符号56表示主接触器（MC，main contactor），该主接触器56由主继电器（relay）57以及突入电流防止电路58构成。
回转电动马达25的旋转轴和回转液压马达27的旋转轴相结合，通过这些各马达产生的合计转矩来驱动上部回转体20。根据这些辅助发电马达23以及回转电动马达25的驱动状态（动力运行或再生），对电容24进行充电或放电。
如图3所示，控制器80由以下部分构成：异常监视和异常处理控制块（block）81、能量管理控制块82、液压电动复合回转控制块83、液压单独回转控制块84、以及液压电动复合回转控制块83与液压单独回转控制块84的切换单元85。向异常监视和异常处理控制块81输入从电力控制单元55输出的错误（error）、故障和警告信号。能量管理控制块82输入从电力控制单元55输出的电容余量信号，并输出对电力控制单元55的辅助发电马达转矩指令和对液压电动复合回转控制块83的追加转矩请求。液压电动复合回转控制块83输入：从回转操作杆72输出且通过液压→电气信号变换装置（例如，压力传感器）74（HE）而变换为电气信号的回转先导压力信号、从电力控制单元55输出的回转马达速度、以及从控制阀42输出且通过电气→压力信号变换装置（例如，电磁比例阀）75（EH）而变换为液压先导信号的回转工作压力，并输出对电力控制单元55的回转电动马达转矩指令、对液压泵41的泵吸收转矩修正指令、以及对控制阀42的回转液压马达输出转矩减少指令。液压单独回转控制块84输入从回转操作杆72输出且通过液压→电气信号变换装置74而变换为电气信号的回转先导压力信号，并输出对控制阀42的液压回转特性修正指令、回转先导压力修正信号。切换单元85，如后所述，除了根据上部回转体20的驱动状态以及电容24的蓄电量，由控制器80自动地进行切换之外，能够利用附设在控制器80的液压单独回转模式固定开关77以手动方式来进行切换。另外，图中符号71表示闸门锁杆，符号76表示由闸门锁杆71操作的先导压力信号阻断阀。
在系统整体不存在异常、且能够驱动回转电动马达25的状态下，利用液压电动复合回转控制块83来进行上部回转体20的回转控制。即，在作业员操作回转操作杆72时，产生与其操作方向以及操作量对应的液压先导信号，并输入到控制阀42，并且经液压→电气信号变换装置74输入到控制器80。由此，回转液压马达用的控制阀被打开，驱动回转液压马达27，并且回转电动马达25接受来自电容24的电力供给而被驱动。
如上所述，本实施方式的控制阀42在驱动时，使回转操作杆72的操作量为中间区域时的泄放开口比通常设备大且驱动转矩变小，即使在制动时，也使回转操作杆72的操作量为中间区域时的出口节流开口面积比通常设备大且制动转矩变小。因此，在本实施方式的液压系统40中，回转液压马达27的驱动转矩比现有的液压机（通常设备）小。控制器80算出足以通过补充该回转液压马达27的驱动转矩的降低量的驱动转矩来驱动回转电动马达25的回转电动马达转矩指令。图4示意性地表示与回转操作杆72的操作量对应的回转电动马达25的驱动转矩Tms1以及回转液压马达27的驱动转矩Tmo。
液压电动复合回转控制块83在与回转操作杆72的操作量对应的回转电动马达25的驱动转矩Tms1以及回转液压马达27的驱动转矩Tmo上加上从能量管理控制块82请求的追加转矩，并输出给电力控制单元55。追加转矩是追加到回转电动马达25的驱动转矩Tms1的转矩。在后面对增加了追加转矩的回转电动马达转矩指令的算出方法进行说明。
由于回转电动马达25加速时消耗的电能和减速时再生的电能的差，电容24的蓄电量会增减。将该电容24的蓄电量控制在适当的范围的是能量管理控制块82，通过向辅助发电马达23输出发电指令或辅助指令，进行将电容24的蓄电量保持在适当范围的控制。
图5表示能量管理控制块82中的辅助发电马达23的控制方法。在本例中，针对电容目标电压Vc*，使辅助发电马达23进行动力运行动作或再生动作来控制电容电压Vc。将电容目标电压Vc*设定为依赖于上部回转体20的动能。这里，如图6所示，预先将电容24的目标电压Vc*设定为充电指令VL*、放电指令VH*，并作为与回转速度对应的图表来保持。例如，在回转动力运行动作时，由于动能较大时，即回转速度较大时与动能较小时相比在进行再生动作时得到的再生能量大，所以将电容目标电压Vc*设定得低以针对于此来降低电容的充电状态。进行再生动作时也同样地，当动能小时、即随着回转速度变小，将电容目标电压Vc*设定得高，以为下一动力运行动作做准备而升高电容的充电状态。
通过设定以上那样的电容目标电压Vc*，在图6中，当回转速度是Wx时，电容电压Vc比（Vh_x+α）高时，辅助发电马达23被控制成以最大输出来进行动力运行动作。另外，当回转速度是Wx时，电容电压Vc比（Vl_x-β）低时，辅助发电马达23被控制成以最大输出来进行发电动作。另外，当电容电压Vc满足Vl_x≤Vc≤Vh_x时，不驱动辅助发电马达23，以与回转电动马达25的动力运行动作和再生动作对应的电能对电容24进行充放电。
在图6中，表示对电容24的充电指令和放电指令的电容目标电压VL*以及VH*应该设定成有效地使用电容24的通常使用区域。即，从安全方面和寿命出发，将用于适当地使用电容24的电压范围作为通常使用区域时，电容电压Vc越是在从最小电压Vmin到最大电压Vmax的范围内最大限度地使用，越能够有效地活用电能，提升效率。因此，得到再生能量而充电时的电容电压越接近于Vmax，通过动力运行动作而放电时的电容电压越接近于Vmin，能量效率越高。但是，实际上，电容电压为带有相当于预定再生能量Ex1，或预定动力运行能量Ex2的量的余量的设定值，以备例如在坡地等的回转作业中持续通过再生而对电容24充电的情况，或在按压作业等中持续从电容24放电的情况。根据本系统，如后述那样，即使在电容余量从预定范围脱离时，由于能够切换到液压马达单独模式，所以能够将再生能量Ex1以及动力运行能量Ex2设定为较小的值，能够实现电容24的小型化。另外，最大电压Vmax以上的电压范围是禁止从辅助发电马达23以及回转电动马达25再生的电能的充电的再生禁止区域，最小电压Vmin以下的电压范围是禁止上部回转体20的回转作业的回转禁止区域。控制器80存储这些图6所示的通常使用区域、再生禁止区域以及回转禁止区域。
返回到图5，针对算出的电容目标电压Vc*与电容电压Vc的偏差，通过控制机101来乘以比例增益，对应该从电容24充放电的输出进行运算。另外，在请求转矩算出单元102中，以辅助发电马达23的旋转速度来除由控制机101算出的输出从而换算为辅助发电马达转矩指令，并输出给电力控制单元55。这里，电容电压Vc为通过修正部103修正了由内部电阻值导致的电压下降量的值。
接下来，按照图7所示的流程图来对图5所示的回转马达追加请求转矩运算处理块104的处理进行说明。该处理时这样的处理：当仅通过基于辅助发电马达23的驱动的充放电，无法将电容24的蓄电量保持在预定范围内时，以不会给作业员带来回转触感的不舒服感的范围的转矩追加回转电动马达25的驱动转矩，调节电容24的蓄电量。由此，能够使得电容24的蓄电量不易达到再生禁止区域以及回转禁止区域。
首先，根据回转液压马达27的A端口压力和B端口压力的差来计算液压马达转矩Tmo。这里，回转液压马达27的A端口和B端口是成为回转液压马达27的工作液的入口和出口的2个端口。接下来，判定是驱动还是制动回转液压马达27。驱动时，使用对应于回转操作量而设定的驱动增益表来算出增益，并将液压马达转矩乘以算出的驱动增益而得到的值作为电动马达转矩指令值Tms1。同样地，制动时，使用对应于回转操作量而设定的制动增益表来算出增益，并将液压马达转矩乘以算出的制动增益而得到的值作为电动马达转矩指令值Tms1。以与现有机的液压马达的转矩大致相同的方式来设定该电动马达转矩指令值Tms1。因此，当旋转操作杆的操作量在中间区域时，算出的电动马达转矩指令Tms1变大。
接下来，根据电容24的充电状态算出追加请求转矩Tadd。在本实施方式中，根据电容电压Vc来定义输出的充放电电力，并除以回转速度，由此换算为追加请求转矩。图8表示针对电容电压Vc设定追加请求求输出指令的表。当回转驱动时，电容电压是VH1*以上时，将追加请求输出设定成以预定的放电功率Paddmax[kW]来进行放电。另外，当回转再生时，电容电压是VL*以下时，将追加请求输出设定成以预定充电功率Paddmin[kW]来进行充电。
另外，在图8的例子中，针对驱动时和制动时两者设定了追加请求输出，但是根据系统的不同，能够只对驱动时或制动时的某一方进行设定。通常，由于与辅助发电马达23相比回转电动马达25的最大输出较大，所以与只由辅助发电马达23来控制电容24的蓄电量相比，进行能量管理变得容易。另外，从效率的观点出发，关于在回转电动马达25的制动时存储在电容的再生能量，与其驱动辅助电动马达23而用于泵输出的辅助，不如在回转电动马达25加速回转时利用更为有效。
接下来，针对算出的追加请求转矩Tadd，进行是否超越预先设定的上限值Tadd1的判定，当超越了上限值Tadd1时，使追加请求转矩Tadd=Tadd1。在如下范围设定该上限值Tadd1：以追加请求转矩Tadd和回转电动马达25的驱动转矩Tms1的加算值驱动了回转电动马达25时作业员感觉的回转触感，和以没有加算追加请求转矩Tadd的回转电动马达25的驱动转矩Tms1驱动了回转电动马达25时作业员感觉的回转触感不会产生差异。根据发明者的实验可知：针对回转电动马达25的驱动转矩Tms1，即使追加20%左右的转矩，大部分作业员感觉不到不舒服感。这里，追加请求转矩的上限值为上述液压马达转矩指令Tms1乘以增益K1而得到的值（Tadd1=K1·Tms1）。如上所述，将向上述电动马达转矩指令值Tms1增加了追加转矩Tadd的值算出为电动马达转矩指令值Tms2（=Tms1+Tadd）。
从液压电动复合回转控制块83向电力控制单元55输出算出的电动马达转矩指令值Tms2。图9表示从上部回转体20的启动到停止的液压马达转矩Tmo以及回转电动马达转矩Tms1与追加到回转电动马达转矩Tms1的追加转矩Tadd的变化。通过进行这样的控制，容易在适当的范围对电容24的蓄电状态进行管理，能够尽可能地减少向以下说明的液压单独回转模式的切换。另外，能够实现减小了电容24的容量的系统结构。并且，不会给作业员带来操作方面的不舒服感，能够有效地应用能量，能够提升燃料效率。
接下来，对图5的液压单独模式切换请求运算处理块105进行说明。在即使追加回转电动马达25的转矩，电容24的蓄电量也没有收纳在预定范围内时，为了防止基于回转电动马达25的驱动和制动的对电容24的充放电，从液压电动复合回转模式切换到液压单独模式。设定成根据电容24的蓄电状态来进行向液压单独模式的切换，分别以2阶段来输出蓄电量较多时的再生禁止标记和蓄电量较少时的回转禁止标记。
图10（a）是再生禁止标记的设定例。本例的情况中，当电容电压达到再生禁止区域的阈值Vmax时，再生禁止标记为开启，切换到液压单独模式，在电容电压恢复到通常使用区域的中央值Vcent的阶段，再生禁止标记为关闭，解除液压单独模式。图10（b）是回转禁止标记的设定例。在该情况中，当电压达到回转禁止区域的阈值Vmin时，回转禁止标记为开启，切换到液压单独模式，在电容电压恢复到通常使用区域的中央值Vcent的阶段，回转禁止标记为关闭，解除液压单独模式。为了尽可能地减少操作中的冲击，在没有进行回转动作和操作的时刻到来的阶段，进行该情况的标记的开启、关闭的切换。
另外，在图10（a）、（b）的控制基础上，能够使用在电容电压达到再生禁止区域的阈值Vmax以上的预定电压值、例如Vfull的阶段，将第2再生禁止标记切换为开启的控制方法。所谓的电容电压达到Vfull的状态，被判定为是电容24产生了异常的情况，所以不管是否进行回转动作，都立刻执行该第2再生禁止标记的从关闭向开启的切换。
另外，除根据来自上述的能量管理控制块82的请求来进行从液压电动复合回转模式向液压单独回转模式的切换之外，也能够在电力控制单元、电动马达、电容等电动系统存在异常时实施从液压电动复合回转模式向液压单独回转模式的切换。通过异常监视和异常处理块81的判断来进行这时的从液压电动复合回转模式向液压单独回转模式的切换。
关于液压电动复合回转模式和液压单独回转模式之间的模式切换，由于在模式切换时进行液压回路上的阀的切换动作等，由此存在操作上产生轻冲击的可能性，所以错误信号的内容不深刻，当不存在立刻切换的紧急性时，在没有进行回转动作和操作的时刻，或者，包括前部在内完全没有进行操作的空转时等进行液压电动复合回转模式和液压单独回转模式之间的模式切换。对于变换器的过电流异常等、可能使系统损伤、可能导致重大故障或灾害的异常，即使是操作中，也立刻使电动系统停止，切换到液压单独回转模式。
在液压单独回转控制中，使用辅助发电马达23来进行充电或放电直到电容电压恢复到预定电压值为止。当电容电压变得比预定值大、并切换为液压单独回转控制时，在电容电压下降至预定电压（本例中是Vcent）之前，辅助发电马达23被控制成以最大输出来进行辅助驱动。另外，当电容电压变得比预定值小、且切换为液压单独回转控制时，在电容电压上升到预定电压（本例中是Vcent）之前，辅助发电马达23被控制成以最大输出来进行发电驱动。
另外，在液压单独回转控制中，通过预定的错误处理，或自然消除了错误信号时，在没有进行回转动作和操作的时刻，或者包括前部在内完全没有进行操作的空转时等，进行向液压电动复合回转模式的恢复动作。
像这样，当电容电压达到预定的再生禁止值或回转禁止值时，将上部回转体20的驱动模式从液压电动复合回转模式切换到液压单独回转模式时，由于能够继续上部回转体20的驱动，所以能够维持较高的作业性。另外，将上部回转体20的驱动模式从液压电动复合回转模式切换到液压单独回转模式时，由于对辅助发电马达23进行满驱动而促进电容24的充放电，所以能够快速地恢复到液压电动复合回转模式，能够实现燃料效率的提升、噪音的降低、以及排气量的降低。
符号说明
10…下部行驶体，11…履带，12…履带框架，13…右行驶用液压马达，14…左行驶用液压马达，20…上部回转体，21…回转框架，22…发动机，23…辅助发电马达，24…电容，25…回转电动马达，26…减速机构，27…回转液压马达，30…挖掘机构，31…斗杆，32…斗杆气缸，33…动臂，34…动臂气缸，35…挖斗，36…挖斗气缸，37…回转用卷轴，40…液压系统，41…液压泵，42…控制阀，43…液压配管，51…断路器，52…回转电动马达用变换器，53…辅助发电马达用变换器，54…平滑电容，55…电力控制单元，56…主接触器，57…主继电器，58…突入电流防止电路，70…点火开关键，71…闸门锁杆，72…回转操作杆，73…操作杆（回转以外），74…液压→电气信号变换装置，75…电气→液压信号变换装置，76…先导压力信号阻断阀，77…液压单独回转模式固定开关，80…控制器（回转模式切换单元），81…异常监视和异常处理控制块，82…能量管理控制块，83…液压电动复合回转控制块，84…液压单独控制块。

Claims (6)

1.一种具有回转体的施工机械，其特征在于，
该施工机械具有：发动机；液压泵，其由该发动机驱动；回转体；驱动该回转体的第1电动马达以及液压马达；回转用操作杆，其由作业员操作以便驱动上述回转体；第2电动马达，其在动力运行动作时辅助驱动上述液压泵，在基于上述发动机的驱动时产生电能；蓄电装置，其对用于向上述第1以及第2电动马达供给的电能进行存储；以及控制器，其输入与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的信号，并控制上述蓄电装置的充放电，
上述控制器与上述蓄电装置的蓄电量相关地存储：作为该蓄电装置的最佳使用范围的通常使用区域的上限值以及下限值；设定为比上述通常使用区域的上限值大、且比该蓄电装置的最大蓄电量低的值的再生禁止值；以及设定为比上述通常使用区域的下限值小、且比该蓄电装置的最小蓄电量高的值的回转禁止值，
当上述蓄电装置的蓄电量在上述通常使用范围内时，使用上述第1电动马达以及上述液压马达双方来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动和制动，当上述蓄电装置的蓄电量超过上述通常使用范围的上限值且达到上述再生禁止值时，只使用上述液压马达来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动和制动，并且使上述第2电动马达进行动力运行来消耗存储在上述蓄电装置的电能，相反地，当上述蓄电装置的蓄电量低于上述通常使用范围的下限值且达到上述回转禁止值时，只使用上述液压马达来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动和制动，并且利用上述发动机驱动上述第2电动马达来向上述蓄电装置充电。
2.根据权利要求1所述的具有回转体的施工机械，其特征在于，
在上述蓄电装置的蓄电量超过上述通常使用范围的上限值且达到上述再生禁止值时，上述控制器使只使用了上述液压马达的上述回转体的驱动和制动持续，直到上述蓄电装置的蓄电量达到设定在上述通常使用范围的上限值和下限值之间的预定的中间值为止，当上述蓄电装置的蓄电量达到上述中间值时，上述控制器切换为使用了上述第1电动马达以及上述液压马达双方的上述回转体的驱动和制动。
3.根据权利要求1所述的具有回转体的施工机械，其特征在于，
在上述蓄电装置的蓄电量低于上述通常使用范围的下限值且达到上述回转禁止值时，上述控制器使只使用了上述液压马达的上述回转体的驱动和制动持续，直到上述蓄电装置的蓄电量达到设定在上述通常使用范围的上限值和下限值之间的预定的中间值为止，当上述蓄电装置的蓄电量达到上述中间值时，上述控制器切换为使用了上述第1电动马达以及上述液压马达双方的上述回转体的驱动和制动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有回转体的施工机械，其特征在于，
当上述蓄电装置的蓄电量在上述通常使用范围内、且使用上述第1电动马达以及上述液压马达双方来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的驱动时，上述控制器根据上述蓄电装置的蓄电量来运算上述第1电动马达的驱动转矩指令值，并且根据该运算出的驱动转矩指令值来驱动上述第1电动马达。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的具有回转体的施工机械，其特征在于，
当上述蓄电装置的蓄电量在上述通常使用范围内、且使用上述第1电动马达以及上述液压马达双方来进行与上述回转用操作杆的操作量以及操作方向对应的上述回转体的制动时，上述控制器根据上述蓄电装置的蓄电量来运算上述第1电动马达的驱动转矩指令值，并且根据该运算出的驱动转矩指令值来驱动上述第1电动马达，进行上述回转体的制动。
6.根据权利要求4或5所述的具有回转体的施工机械，其特征在于，
根据上述蓄电装置的蓄电量而算出的上述第1电动马达的驱动转矩指令值在同一驱动或制动条件下根据上述蓄电量而变动，但是该变动转矩幅度相对于上述同一驱动或制动条件下的电动马达和液压马达的合计转矩的标准值在20%以下。
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