JP2013170406A

JP2013170406A - ハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械及びその建設機械に備わる回生装置と回生方法

Info

Publication number: JP2013170406A
Application number: JP2012035687A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nishitani; 圭介西谷; Masahiro Nishiyama; 雅大西山
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02
Also published as: CN103255798B; CN103255798A; US20130218422A1; US8694213B2

Abstract

【課題】ハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械において、ブレーキ時は油圧モータの入口ポートと出口ポートを連通弁により内部にて連通させることにより油圧モータをフリーにさせ、運動エネルギの大部分を発電／電動モータの回生発電によって慣性エネルギを電気エネルギに変換して蓄電する際に、最適な状態で回生発電させるための制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置が油圧アクチュエータの回転方向と、前記油圧アクチュエータの操作部の操作方向と、前記油圧アクチュエータの実回転速度と、前記油圧アクチュエータの操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定する。
【選択図】図１

Description

油圧ショベル等建設機械装置の上部旋回体の駆動に関わるハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械及びその建設機械に備わる回生装置と回生方法であって、油圧モータおよび発電／電動モータにより協調制御され上部旋回体が起動し旋回運動をした後、ブレーキ時は油圧モータの入口ポートと出口ポートを連通弁により内部にて連通させることにより油圧モータをフリーにさせ、運動エネルギの大部分を発電／電動モータの回生発電によって慣性エネルギを電気エネルギに変換して蓄電する際に、最適な状態で回生発電させるためのハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械及びその建設機械に備わる回生装置と回生方法の提供に関する。

油圧ショベル等の建設機械において、近年、排気ガスや騒音等の作業環境を改善する方策としてハイブリッド型の駆動装置が種々提案され、その中でもハイブリッドの特長を活かすものとして、高効率のエネルギ回収を行える建設機械のエネルギ回生装置が提案されている。

出願人は、先に特許文献１において、油圧ショベルのブームや上部旋回体などの比較的大きな慣性体の慣性体エネルギを効果的に回生すると共に、電動・発電機用の蓄電装置に補充充電の必要がないハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械に開する技術を提案している。

図３は、一般的な油圧ショベルの概観図である。油圧ショベルは、図に示すように、この油圧ショベルは、走行手段としての左・右無限軌道履帯１０２Ａを備えた下部走行体１０２と、この下部走行体１０２上に旋回可能に設けた上部旋回体１０４と、この上部旋回体１０４に俯仰動可能に接続され、ブーム１０６、アーム１０８、バケット１１０からなる多関節型の油圧作業機（フロント装置）１１１と、ブーム１０６、アーム１０８、バケット１１０、上部旋回体１０４、左・右無限軌道履帯１０２Ａをそれぞれ駆動するブーム用油圧シリンダ１１４、アーム用油圧シリンダ１１６、バケット用油圧シリンダ１１８、旋回用油圧モータ１２０、減速機１２２、左・右走行用油圧モータ１２４Ｌ，１２４Ｒとを備えている。

このような建設機械に回生装置を適用するには、具体的には、「操縦者が上部旋回体を停止させようと操作弁のレバーを中立に戻した場合は、油／電変換器からの信号が変化したことを制御装置が検出し、その内部に組み込まれた演算処理プログラムに従い生成される制御信号がサーボドライバに与えられる。サーボドライバはそれに応答して、電動モータヘの供給電気量を制御して回生作動させると共に、電／油変換弁へ制御信号を与える。この制御信号により電／油変換弁は圧油信号を発生しそれにより連通弁を作動させて油圧モータの入り口２ヶ所のポートを連通させるので、油圧モータに発生するブレーキトルクは最小限となり、上部旋回体の持つ慣性体エネルギの大部分は発電機として機能する電動モータヘ集中して供給されることとなる。」と記載されている。すなわち、操縦者が操作弁のレバーを中立に戻したことを油／電変換器からの信号の変化したことを制御装置が、検知して回生動作を行わせている。

また、特許文献２では、段落００５９において、「参照符号ＥＴ２は、加速駆動時において蓄電装置の側から発電・電動機へ電気エネルギが供給されることを示し、また、参照符号ＥＴ２は、減速駆動時において発電・電動機の側から蓄電装置へ電気エネルギが供給されることを示す。また、参照符号ｘａ、ｘｄは油圧モータの加速駆動時、減速駆動時のトルクＴｍの推移を示し、参照符号ｙａ、ｙｂは発電・電動機の加速駆動時、減速駆動時のトルクＴｅ（ｍｏｔｏｒ）、Ｔｅ（ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の推移を示す。」と記載されるように、「減速駆動時において発電・電動機の側から蓄電装置へ電気エネルギが供給され」て、すなわち回生動作がなされている。

さらに、特許文献３では、電動・発電機を搭載した油圧建設機械のエネルギ回生装置において、操作レバーの操作量の値によって、電動・発電機を電動機として作用させるか、発電機として作用させるかを制御することについて記載されている。

特開２００８−２９１５２２号公報特許第４７３２２８４号公報特許第４０２４１２０号公報

ところで、特許文献１では「上部旋回体２を停止させようと操作弁４８のレバー４８ａを中立に戻した場合は、油／電変換器５０ａ、５０ｂからの信号が変化したことを制御装置４６が検出し、その内部に組み込まれた演算処理プログラムに従い生成される制御信号Ｓ１がサーボドライバ５４に与えられる」と記載され、回生するか否かについては、操作弁のレバーの位置によって定まっている。

また、特許文献２では、電動・発電機を電動機を備える建設機械において、油圧モータの二つのポート圧力の大小から、電動・発電機が電動機として作用するのか、発電機として作用するのかが定まるとしている。

更に、特許文献３では、操作レバーの操作量で定まることが記載されている。

しかし、実際に回生状態となるためには、操作レバーの位置だけでは決定することができない場合がある。

例えば、油圧建設機械であって、電動・発電機で駆動される上部旋回体と上部旋回体を操作する操作レバーについて検討する。この場合、上部旋回体の回転方向と操作レバーの操作方向が同一方向であるのか、反対方向であるかで駆動と減速が異なる。従って、駆動と減速を判定するパラメータとして、上部旋回体の回転方向と、操作レバーの操作方向がパラメータとなることは明らかである。しかし、これらの、パラメータを考慮した回生状態の制御方法については、いずれの特許文献においても十分に開示がなされているとはいえない。

さらに、操作レバーによる目標旋回速度と、実際の上部旋回体の実際の実旋回速度を比較すると、目標旋回速度と実旋回速度のいずれかが大きい場合と、両者が同一の旋回速度となる場合とがある。

その場合も、目標旋回速度が実旋回速度より大きい場合は、さらなる駆動が必要となる。一方、目標旋回速度が実旋回速度より小さい場合、減速が必要となる。従って、目標旋回速度が実旋回速度より小さい場合にエネルギを回生することができる。しかし、目標旋回速度と実旋回速度との関係についても、このパラメータを考慮した回生状態の制御については、いずれの特許文献においても開示がなされていない。

従って、本発明の目的は、油圧ショベル等建設機械装置の上部旋回体の駆動に関わる装置で、油圧モータおよび発電／電動モータにより協調制御され上部旋回体が起動し旋回運動をした後、ブレーキ時は油圧モータの入口ポートと出口ポートを連通弁により内部にて連通させることにより油圧モータをフリーにさせ、運動エネルギの大部分を発電／電動モータの回生発電によって慣性エネルギを電気エネルギに変換して蓄電する際に、最適な状態で回生発電させるための制御方法を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明に係る建設機械は、所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械であって、前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する原動機と、オペレータの操作意志を入力する操作部と、前記油圧ポンプから供給される圧油を前記操作部からの信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働、もしくは前記複数の油圧アクチュエータから独立して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換えて制御モードに応じて前記サーボドライバへ指令する制御装置とを備え、前記制御装置が前記慣性体の回転方向と、前記慣性体の操作部の操作方向と、前記慣性体の実回転速度と、前記操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えたことを特徴とする。

また、前記制御装置は、さらに前記制御装置と連結されて前記慣性体の回転方向を検出する回転方向検出部と、前記制御装置と連結されて前記操作部の操作方向を検出する操作方向検出部と、前記制御装置と連結されて前記慣性体の実回転速度を検出する実回転速度検出部と、前記制御装置と連結されて前記操作部の操作量を検出する操作量検出部とを備えることを特徴とする。

さらに、制御モードは、操作部の操作方向にトルクを発生するように前記電動・発電機に電力を供給する電力供給モードと、前記電動・発電機に電力の供給を停止するとともに前記電動・発電機から前記キャパシタへ電力を供給させる発電モードと、前記電動・発電機に電力の供給を停止することを特徴とする。

また、本発明に係る回生装置は、所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械に備わる回生装置であって、前記建設機械は、前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する原動機と、オペレータの操作意志を入力する操作部と、前記油圧ポンプから供給される圧油を前記操作部からの信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働、もしくは前記複数の油圧アクチュエータから独立して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換えて制御モードに応じて前記サーボドライバへ指令する制御装置とを備え、前記制御装置が前記慣性体の回転方向と、前記慣性体の操作部の操作方向と、前記慣性体の実回転速度と、前記操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械に備わることを特徴とする。

さらに、本発明に係る回生方法は、所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械に備わる回生装置による回生方法であって、前記建設機械は、前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する原動機と、オペレータの操作意志を入力する操作部と、前記油圧ポンプから供給される圧油を前記操作部からの信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働、もしくは前記複数の油圧アクチュエータから独立して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換えて制御モードに応じて前記サーボドライバへ指令する制御装置とを備える回生装置による回生方法であって、前記制御装置が前記慣性体の回転方向と、前記操作部の操作方向と、前記慣性体の実回転速度と、前記操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械に備わる回生装置により実行されることを特徴とする。

本発明に係る建設機械によれば、所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械であって、前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する原動機と、前記油圧ポンプから供給される圧油を操作弁からの圧油信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、前記油圧アクチュエータの駆動力と前記電動・発電機の駆動力を合成する駆動力合成機構と、前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換指令する制御装置と、前記油圧アクチュエータおよび電動・発電機により協働して駆動される前記慣性体が起動により獲得した慣性体エネルギのうち当該慣性体の制動時に前記油圧アクチュエータ側で消費されるエネルギを少なくするための消費エネルギ削減手段とを備え、前記制御装置が前記油圧アクチュエータの回転方向と、前記油圧アクチュエータの操作部の操作方向と、前記油圧アクチュエータの実回転速度と、前記油圧アクチュエータの操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えたことにより、油圧モータをフリーにさせ、運動エネルギの大部分を発電／電動モータの回生発電によって慣性エネルギを電気エネルギに変換して蓄電する際に、最適な状態で回生発電させることができる。

本発明に係る回生装置を適用する上部旋回体を回転駆動するハイブリッド型旋回駆動ユニットの正面概観図である。本発明に係る回生装置の制御ブロック図である。一般的な建設機械である油圧ショベルの概観図である。本発明に係る回生装置の制御モード決定フローチャートである。本発明に係る回生装置における上部旋回体操作レバーのレバー操作量対目標旋回速度との関係を概念的に表した説明図である。本発明に係る回生装置の制御モードの状態遷移図である。本発明に係る回生装置における回転方向と、レバー操作方向と、目標旋回速度並びに実旋回速度からなる状態のステータスの全組み合わせと、それに対応する全制御モードの対応表である。

まず、図１を用いて、本発明に係る回生装置を適用する上部旋回体を回転駆動するハイブリッド型旋回駆動ユニットの構成について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電気油圧ハイブリッドモータ２の内部構造を示す断面図である。同図において、油圧モータ４と電動モータ６が同軸上で連結されている。

油圧モータ４は、後端を開口させて筒状に形成された油圧モータハウジング１０と、この油圧モータハウジング１０の後端開口を閉塞するハウジングカバー１１とを備えており、油圧モータハウジング１０の内部には斜板１２、ピストン１４、シリンダブロック一体型の油圧モータ軸２３等が設けられている。油圧モータ軸２３は斜板１２の中心孔を貫通し、油圧モータハウジング１０の前端部に形成されたボス部２７に軸受２８を介して回転可能に支持されている。なお、本油圧モータ４のボス部２７にはオイルシールは設けられていない。

電動モータ６は、ロータ３０と、ロータ３０に取着された電動モータ軸３２と、ロータ３０の外周側に対向して配設された固定子鉄心３６と、固定子鉄心３６に取付けられたコイル３４と、これらを収容する電動モータハウジング３８およびエンドカバー４０を主要構成要素としている。

本実施形態に係る電動モータ軸３２は、ロータ３０の略中央部を貫通して固定されている。また、電動モータ軸３２は、図１において最下端で軸受４２によって回転可能に支承されている。

一方、電動モータ軸３２の油圧モータ側端部４４には、凹状に窪む凹部４６が設けられており、この凹部４６に油圧モータ軸２３が挿入されて固着されて、油圧モータ軸２３と電動モータ軸３２が一体となって回転可能に固定されている。

さらに、油圧モータ側端部４４の周囲であってエンドカバー４０に沿って電動モータオイルシール４８が設けられる。

この電動モータオイルシール４８に隣接して電動モータ軸受５０が設けられ、油圧モータ側端部４４が回転可能に固定される。

また、油圧モータハウジング１０とエンドカバー４０はＯリング５２によってシールされて液密に結合される。

以上のように構成されることで、油圧モータ４と電動モータ６とが合体され、特に電動モータオイルシール４８がエンドカバー４０上に設けられ、油圧モータ４側に存在しないため、油圧モータ４と電動モータ軸受５０とが油圧作動油中に配置されることとなり、潤滑剤の交換が必要無くなるという効果を有している。

さらに、油圧モータ軸２３と電動モータ軸３２との結合に凹部４６が存在するため、直列に結合させた際の縦方向長さを短縮することができている。

続いて、図２を用いて本発明に係る回生装置の制御ブロックについて説明する。

原動機６０の回転出力軸６０ａには、旋回用可変容量型ポンプ６２および固定容量型のギヤポンプ６４、６６の回転軸の他に、メイン用可変容量型ポンプ６１が設けられる。また、旋回用可変容量型ポンプ６２は、特に旋回用可変容量型のポンプとして設けられる。

参照符号６８は、吐出ラインＬＳ１により油圧ショベルの各油圧アクチュエータへの圧油の給排を行う旋回用切換制御弁ユニットであって、同図では上部旋回体１０４を旋回駆動するための旋回用油圧モータ４に対応するセンタバイパス型の切換制御弁６８ａを示す。

参照符号７８は、建設機械の操縦者によるレバー７８ａの操作により操作圧信号Ｐａ、Ｐｂを発生させるための操作弁である。操作弁７８にはギヤポンプ６４から所定圧の圧油がラインＬ１を介して供給されている。前記操作圧信号Ｐａ、Ｐｂは油／電変換器８０ａ、８０ｂにより電気信号に変換され、信号Ｓ８，Ｓ９として制御装置７６に与えられる。レバー７８ａには、プッシュスイッチ８１が埋め込まれており、制御装置７６と制御信号Ｓ６と接続される。

油／電変換器８０ａ、８０ｂは、箔ひずみゲージ圧力変換または半導体ひずみゲージ圧力変換（シリコンオンサファイヤセンサ）により実現する。

参照符号８６は油圧モータ制御ユニットであり、一対のリリーフ弁７１ａと連通弁７２で構成されている。この連通弁７２は図示のように、切換制御弁６８ａの各シリンダポートと圧油給排用ラインＬ７、Ｌ８により接続されている。他方、旋回用油圧モータ４ともラインＬ９，Ｌ１０により接続されている。

連通弁７２の受圧部７２ａには電気／油圧変換弁７４からの制御信号Ｓ４が与えられている。また、この電気／油圧変換弁７４には、ラインＬ２によりポンプ６６から所定圧力の圧油が供給されており、さらにラインＬ４を介して制御装置７６からの制御信号Ｓ２が与えられている。前記制御装置７６にはラインＬ７、Ｌ８の圧力を検出する分岐ラインが接続され、当該分岐ラインの圧力が図示しない油電変換器で電気信号として形成される。

参照符号８２はキャパシタであって、３相の電動・発電機６への電力を供給するサーボドライバ８４の電源ラインと接続されている。模式的に示されるように、サーボドライバ８４は、各相巻線ＰＷを介して電動・発電機６が所定のトルクを出力軸６ａに発生するように各相巻線ＰＷを介して電力を供給する機能と、外部すなわち、上部旋回体１０４の慣性体側から出力軸６ａに与えられるトルクによって電動・発電機６が発電機として作用し各相巻線ＰＷを介して電力を回生する機能とを有する。

一方、メイン用可変容量型ポンプ６１の出力先は、メイン用切換制御弁ユニット８８である。また、メイン用切換制御弁ユニット８８を調整する吐出容量調整機構６１ａは、メイン用切換制御弁ユニット８８の出力と信号ＬＳ２で連結されている。

さらに、メイン用切換制御弁ユニット８８は、メイン用可変容量型ポンプ６１の出力であるＬ１２と連結される。一方、メイン用切換制御弁ユニット８８は、さらに、Ｌ１４を介して、操作弁７８と連結される。

制御装置７６は、キャパシタ８２からの制御信号Ｓ５が入力されるように連結され、プッシュスイッチ８１からの信号が制御信号Ｓ６で入力されるように連結される。また、制御装置７６からは、原動機６０に連結される起動発電機９４とコンバータ／インバータ９０との間に設けられるスイッチ９２と連結され、制御装置７６からの信号Ｌ１１が入力されるようにする。さらに、制御装置７６は、旋回用可変容量型ポンプ６２の吐出容量調整機構６２ａにＳ４で連結され、信号ＬＳが入力されるようにする。また、上部旋回体１０４の回転方向と回転速度を検出する検出部１０５とが信号線Ｓ７で連結される。

制御装置７６は、具体的には中央演算素子と、プログラム格納記憶装置と、データ格納記憶装置と、外部インターフェースと、それらを連結する内部バス配線とから構成される。プログラム格納記憶装置は、回転方向ステータス算出プログラムと、レバー操作方向ステータス算出プログラムと、速度差ステータス算出プログラムと、制御モード確定プログラムが格納される。また、状態遷移表ＳＴＤもプログラム格納記憶装置に格納される。各プログラムの機能は以下に示す。

続いて、本発明に係る回生装置の動作について図４に示す制御モード決定フローチャートに基づいて説明する。

検出部１０５は、常に旋回体回転方向ＤＲＳと旋回体回転速度ＶＲＳを検出する（１３０）。前記回転方向ステータス算出プログラムに従って、前記中央演算素子が、前記検出部１０５からのデータである旋回体回転方向ＤＲＳと旋回体回転速度ＶＲＳを、前記データ格納記憶装置に格納する。

一方、操縦者はレバー７８ａを操作することで操作圧信号Ｐａ、Ｐｂを発生させる（１３２）。

操作圧信号Ｐａ、Ｐｂは、油／電変換器８０ａ、８０ｂにより電気信号に変換され、信号Ｓ８，Ｓ９となり、制御装置７６は信号Ｓ８，Ｓ９の信号差より、レバー７８ａの操作量であるレバー角度ＤＥＧＬとレバー方向ＤＥＲＬを検出する（１３４）。前記レバー操作方向ステータス算出プログラムに従って、前記中央演算素子が、信号Ｓ８，Ｓ９の信号差より、レバー７８ａの操作量であるレバー角度ＤＥＧＬとレバー方向ＤＥＲＬを検出して、結果を前記データ格納記憶装置に格納する。

ここで、Ｓ８、Ｓ９はレバー操作角度に応じて１〜５Ｖの電圧値で入力され、レバー角度ＤＥＧＬは上記電圧値と操作角度の相関から得られる用に設定される。具体例として、電圧値の１Ｖ〜５Ｖを角度０度〜９０度に対応するように設定される。

また、レバー方向ＤＥＲＬは、信号差の値を「Ｓ８−Ｓ９」と定義した場合、Ｓ８、Ｓ９は各々１〜５Ｖの電圧値で入力されるため、次のような値となる。レバーが中立となる状態は、Ｓ８−Ｓ９＝１−１＝０（ゼロと称呼する）となる場合である。一方、Ｓ８側操作は、Ｓ８−Ｓ９＝Ｓ８−１＞０（プラスと称呼する）となる。さらに、Ｓ９側操作の場合は、Ｓ８−Ｓ９＝１−Ｓ９＜０（マイナスと称呼する）となる。よって、信号差プラスは、Ｓ８側操作であり、マイナスはＳ９側操作と判断される。

制御装置７６は、レバー角度ＤＥＧＬと、図５に示すレバー操作量対目標旋回速度との関係から、目標旋回速度ＶＯを算出する（１３６）。前記レバー操作方向ステータス算出プログラムに従って、前記中央演算素子が、図５に示すレバー操作量対目標旋回速度との関係から、目標旋回速度ＶＯを算出し、結果を前記データ格納記憶装置に格納する。

目標旋回速度ＶＯは、レバー７８ａの角度が小さい場合は、遊びが生じており、速度は０である。レバー７８ａの遊び量を超えて右操作量が増えるとレバー操作量に比例して目標旋回速度ＶＯも右旋回方向に増加する。しかし、所定の角度を超えると目標旋回速度ＶＯは一定となりそれ以上増加しない。

左操作の場合も同様であり、目標旋回速度ＶＯは、レバー７８ａの角度が小さい場合は、遊びが生じており、速度は０である。レバー７８ａの遊び量を超えて左操作量が増えるとレバー操作量に比例して目標旋回速度ＶＯも左旋回方向に増加する。しかし、所定の角度を超えると目標旋回速度ＶＯは一定となりそれ以上増加しない。

そこで、制御装置７６旋回体回転方向ＤＲＳから回転方向ステータスＲＯＳとして、右、左、停止のいずれであるかを決定する。

ここで、右とは、下部走行体１０２に対して上部旋回体１０４を上部からみて時計回りに回転する場合を右とする。

逆に、左とは同様に上部旋回体１０４を上部からみて反時計回りに回転する場合を左とする。

また、停止とは、下部走行体１０２に対して上部旋回体１０４が回転せずに停止していることを言う。

また、レバー方向ＤＥＲＬよりレバー操作方向ステータスＤＩＲＳとして、右、左、停止のいずれであるかを決定する。

ここで、右とはレバー７８ａを操作することで、下部走行体１０２に対して上部旋回体１０４を上部からみて時計回りに回転する場合を右と定義する。

また、左は、レバー７８ａを操作することで、下部走行体１０２に対して上部旋回体１０４を上部からみて反時計回りに回転する場合を左と定義する。

さらに、停止はレバー７８ａを操作しないことを言う。

続いて速度差ステータスＤＥＦＶとして、＋、−、０のいずれであるかを決定する。速度差ステータスＤＥＦＶは、目標旋回速度ＶＯの絶対値から旋回体回転速度ＶＲＳの絶対値を差し引いた値の正負から決定される。速度差ステータス算出プログラムに従って、前記中央演算素子が、旋回体回転速度ＶＲＳと目標旋回速度ＶＯとから速度差ステータスＤＥＦＶを算出し、結果を前記データ格納記憶装置に格納する。

速度差ステータスＤＥＦＶが＋とは、目標旋回速度ＶＯの絶対値が大きい場合であり、レバー７８ａの操作量が実旋回より大きいことである。

また、速度差ステータスＤＥＦＶが−とは、旋回体回転速度ＶＲＳが大きいことを意味しており、実旋回速度が操作量より大きいことである。

続いて、速度差ステータスＤＥＦＶが０とは、目標旋回速度ＶＯの大きさと旋回体回転速度ＶＲＳの大きさが等しいこととなる。

以上の方法で、制御装置７６は、回転方向ステータスＲＯＳと、レバー操作方向ステータスＤＩＲＳと、速度差ステータスＤＥＦＶとからなるパラメータを確定する（１３８）。

制御装置７６は、その内部に内蔵されるメモリに格納され、図７に示される状態遷移表ＳＴＤを参照する。状態遷移表ＳＴＤは最も左側の列が状態番号を示し第２列が回転方向ステータスＲＯＳであり、第３列がレバー操作方向ステータスＤＩＲＳであり、第４列が速度差ステータスＤＥＦＶであり、第５列が制御モードである。各ステータスの組み合わせにより２７の状態を記載されている。

制御モードは、４モード存在し、電力を供給する電力供給モードと、発電モードと、０モードと、エラーモードがある。図７では、電力供給モードが「駆動」に該当し、発電モードが回生モードに対応し、０モードは電動・発電機がトルクを出力しない状態で、電力供給も発電も行わない状態である。エラーは、モード判定時のエラーはセンサー異常の可能性が高いため、センサーには影響されない。このモードになった際は、油圧モータで制動を行い停止する。その歳、電気モータはフリーとなり、トルクはゼロ（Ｎｍ）となる。

制御装置７６は、上記の工程で確定したパラメータと一致する状態をメモリに格納される状態遷移表ＳＴＤデータに照会する（１４０）。制御装置７６は、記録されている状態遷移表ＳＴＤから、現在の制御モードを読み取る。すなわち、制御モード確定プログラムに従い、前記中央演算素子が、各ステータスの組み合わせから状態遷移表ＳＴＤを読出し、結果を前記データ格納記憶装置に格納する。

状態遷移表ＳＴＤから、現在の制御モードを読み取ると、制御モードを決定する（１４２）。

制御モードは、図６に示されるように停止のあとは、必ず加速となる。また、加速の後は減速のみである。しかし、減速からは、加速することもあれば、停止する場合もある。

以上のように制御装置７６を動作させることで、より、操作者の意志と、操作される建設機械の状態に適した回生動作を行わせることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施例について図面により説明したが、当業者であれば、上記の図面および説明に基づいて種々の変形をすることが可能であることはもちろんである。

２電気油圧ハイブリッドモータ
４油圧モータ
６電動モータ
６ａ出力軸
１０油圧モータハウジング
１１ハウジングカバー
１２斜板
１４ピストン
２３油圧モータ軸
２７ボス部
２８軸受
３０ロータ
３２電動モータ軸
３４コイル
３６固定子鉄心
３８電動モータハウジング
４０エンドカバー
４２軸受
４４油圧モータ側端部
４６凹部
４８電動モータオイルシール
５０電動モータ軸受
５２Ｏリング
６０原動機
６０ａ回転出力軸
６１メイン用可変容量型ポンプ
６１ａ吐出容量調整機構
６２旋回用可変容量型ポンプ
６２ａ吐出容量調整機構
６４、６６ギヤポンプ
６８切換制御弁
６８ａ切換制御弁
７１ａリリーフ弁
７２連通弁
７２ａ受圧部
７４電気／油圧変換弁
７６制御装置
７８操作弁
７８ａレバー
８０ａ、８０ｂ油／電変換器
８１プッシュスイッチ
８２キャパシタ
８４サーボドライバ
８６油圧モータ制御ユニット
８８メイン用切換制御弁ユニット
９０コンバータ／インバータ
９２スイッチ
９４起動発電機
１０２下部走行体
１０４上部旋回体
１０５検出部

Claims

所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械であって、
前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する原動機と、
オペレータの操作意志を入力する操作部と、
前記油圧ポンプから供給される圧油を前記操作部からの信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、
前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働、もしくは前記複数の油圧アクチュエータから独立して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、
前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、
前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、
前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換えて制御モードに応じて前記サーボドライバへ指令する制御装置とを備え、
前記制御装置が前記慣性体の回転方向と、前記操作部の操作方向と、前記慣性体の実回転速度と、前記操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械。
前記制御装置は、さらに
前記制御装置と連結されて前記慣性体の回転方向を検出する回転方向検出部と、
前記制御装置と連結されて前記操作部の操作方向を検出する操作方向検出部と、
前記制御装置と連結されて前記慣性体の実回転速度を検出する実回転速度検出部と、
前記制御装置と連結されて前記操作部の操作量を検出する操作量検出部とを備えることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
制御モードは、操作部の操作方向にトルクを発生するように前記電動・発電機に電力を供給する電力供給モードと、前記電動・発電機に電力の供給を停止するとともに前記電動・発電機から前記キャパシタへ電力を供給させる発電モードと、前記電動・発電機に電力の供給を停止することを特徴とする請求項１記載の建設機械。
所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械に備わる回生装置であって、
前記建設機械は、
前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する原動機と、
オペレータの操作意志を入力する操作部と、
前記油圧ポンプから供給される圧油を前記操作部からの信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、
前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働、もしくは前記複数の油圧アクチュエータから独立して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、
前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、
前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、
前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換えて制御モードに応じて前記サーボドライバへ指令する制御装置とを備え、
前記制御装置が前記慣性体の回転方向と、前記操作部の操作方向と、前記慣性体の実回転速度と、前記操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械に備わる回生装置。
所定の作業に対応する慣性体を複数備えた建設機械に備わる回生装置による回生方法であって、
前記建設機械は、
前記複数の慣性体のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する原動機と、
オペレータの操作意志を入力する操作部と、
前記油圧ポンプから供給される圧油を前記操作部からの信号に応答して前記各油圧アクチュエータへ供給する切換制御弁ユニットと、
前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータと協働、もしくは前記複数の油圧アクチュエータから独立して対応する前記慣性体を駆動する電動・発電機と、
前記電動・発電機を駆動するサーボドライバと、
前記サーボドライバを介して電力の授受を行うキャパシタと、
前記操作弁からの圧油信号に応答して前記サーボドライバへの発生トルクを指令すると共に前記サーボドライバの制御モードを電力供給モードまたは発電モードに切換えて制御モードに応じて前記サーボドライバへ指令する制御装置とを備える回生装置による回生方法であって、
前記制御装置が前記慣性体の回転方向と、前記操作部の操作方向と、前記慣性体の実回転速度と、前記操作部の操作量とから、前記制御装置の制御モードを決定するハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械に備わる回生装置による回生方法。