JP2013189758A

JP2013189758A - ショベル

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Publication number: JP2013189758A
Application number: JP2012054894A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawashima; 宏治川島
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: JP5864309B2

Abstract

【課題】油圧旋回ショベルに慣れた操作者にとっても使い勝手のよい電動旋回ショベルを提供すること。
【解決手段】本発明の実施例に係る電動旋回ショベルとしてのハイブリッド式ショベルは、ブームシリンダ７を駆動するメインポンプ１４と、旋回機構２を旋回駆動する旋回用電動機２１と、旋回用電動機２１の状態に基づいてブームシリンダ７への作動油の流量を制御するコントローラ３０とを備える。コントローラ３０は、旋回用電動機２１の旋回速度が大きいほど、メインポンプ１４の吐出量を少なくする。
【選択図】図２

Description

本発明は電動機を用いて旋回体を旋回駆動するショベルに関する。

一般的に、掘削作業等を行なうショベルには旋回体が設けられ、掘削作業を行なうためのブーム、アーム及びバケットが旋回体に設けられる。旋回体を旋回させることで、バケットをショベルの周囲の任意の位置に移動する。旋回用油圧モータで旋回体を旋回駆動することを油圧旋回と称する。また、旋回用電動機で旋回体を旋回駆動することを電動旋回と称する。

従来、電動旋回を採用する電動旋回ショベルとしては、エンジン駆動の油圧ポンプが吐出する作動油でブーム、アーム、及びバケットのそれぞれを動かす複数の油圧アクチュエータと、エンジン駆動の発電機が発電する電気で旋回体を旋回させる旋回用電動機とを備えたショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この構成により、特許文献１に記載のショベルは、例えば、旋回体を旋回させながらブームを上昇させる複合操作を行う場合であっても、油圧旋回ショベルのようにブームや旋回体の動きを鈍らせることがない。具体的には、油圧旋回を採用する油圧旋回ショベルでは、ブーム及び旋回体が共に油圧ポンプによって駆動されるため、ブーム及び旋回体を同時に動かした場合に、ブームシリンダ及び旋回用油圧モータのそれぞれに対する作動油の供給量が制限されてしまう。これに対し、電動旋回ショベルでは、ブームが油圧ポンプ（ブームシリンダ）によって駆動され、旋回体が旋回用電動機によって駆動されるため、ブーム及び旋回体を同時に動かした場合であっても、ブームシリンダに対する作動油の供給量が制限されないためである。

特開２００５−２９９１０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のショベルは、油圧旋回ショベル、すなわち、複合操作の際にブームの動きが鈍るショベルに慣れた操作者にとっては使い勝手の悪いものとなってしまう。

本発明は上述の課題に鑑みなされたものであり、油圧旋回ショベルに慣れた操作者にとっても使い勝手のよい電動旋回ショベルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプと、旋回機構を旋回駆動する旋回用電動機と、前記旋回用電動機の状態に基づいて前記油圧アクチュエータへの作動油の流量を制御するコントローラとを備えることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、油圧旋回ショベルに慣れた操作者にとっても使い勝手のよい電動旋回ショベルを提供することができる。

本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの側面図である。図１のハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図１のハイブリッド式ショベルの蓄電系の構成を示すブロック図である。油圧旋回ショベルに搭載される油圧回路と電動旋回ショベルに搭載される油圧回路とを比較するための図である。２つのメインポンプを備えた電動旋回ショベルに搭載される第１仮想油圧旋回システムの構成を示す図である。図５の第１仮想油圧旋回システムを動作させるための制御の流れを示すブロック図である。第１仮想油圧旋回システムを動作させるための制御の流れの別の１例を示すブロック図である。１つのメインポンプを備えた電動旋回ショベルに搭載される第２仮想油圧旋回システムの構成を示す図である。図８の第２仮想油圧旋回システムを動作させるための制御の流れを示すブロック図である。

図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。

ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、発電も行うアシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。

電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続されている。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続されている。

インバータ２０、旋回用電動機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４で負荷駆動系が構成される。

ここで、旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転が可能な電動機であり、例えば、永久磁石がロータ内部に埋め込まれるＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータである。旋回用電動機２１は、力行運転を行なう場合には、上部旋回体３を旋回駆動するための電動アクチュエータとして機能する。また、旋回用電動機２１は、回生運転を行なう場合には、上部旋回体３の旋回に対する旋回制動力を発生させる電動発電機（ブレーキ）として機能する。

メカニカルブレーキ２３は、上部旋回体３の旋回に対する旋回制動力を発生させるブレーキの一例であり、上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくパーキングブレーキとして機能する。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続されている。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。また、上述では、蓄電器の例としてキャパシタ１９を示したが、キャパシタ１９の代わりにリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８及び２０のそれぞれと昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。

図２に戻り、コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としてのコントローラである。コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される装置である。

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動アシスト運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動アシスト運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、後述のようにキャパシタに充電する量（充電電流又は充電電力）の制御も行なう。

この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

旋回用電動機２１の回転速度（角速度ω）はレゾルバ２２により検出される。コントローラ３０は、旋回用電動機２１の角速度ωに基づいて推定旋回回生電力（エネルギ）を演算で求める。そして、コントローラ３０は、演算で求めた推定旋回回生電力に基づいて、キャパシタ１９のＳＯＣ（State Of Charge）の回生見込み目標値を演算により求める。コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣを、求めた回生見込み目標値に近づけるようにハイブリッド式ショベルの各部を制御する。

上述のような構成のハイブリッド式ショベルによる作業では、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させるといった複合操作が行われる場合がある。このとき、コントローラ３０は、油圧旋回ショベルの動きを再現した態様で、電動旋回ショベルであるハイブリッド式ショベルを動作させることができる。

ここで、図４を参照しながら、複合操作が行われる場合における、油圧旋回ショベルの動きと電動旋回ショベルの動きの違いを説明する。なお、図４は、油圧旋回ショベルに搭載される油圧回路と電動旋回ショベルに搭載される油圧回路とを比較するための図であり、左側が油圧旋回ショベルの油圧回路を示し、右側が電動旋回ショベルの油圧回路を示す。

図４に示すように、双方の油圧回路は何れも２つのメインポンプ１４ａ、１４ｂを有する。また、双方の油圧回路は、ブーム４を上昇させる操作が行われると、合流切換弁を開いて第１メインポンプ１４ａが吐出する作動油を第２メインポンプ１４ｂが吐出する作動油に合流させ、合流後の作動油をブームシリンダ７のボトム側油室７ｂに流入させる。このように、双方の油圧回路は、ブーム４を上昇させる際には共通の作動油の流れを生じさせる。

しかしながら、旋回機構２を旋回させる場合には、それぞれの油圧回路が異なる作動油の流れを生じさせる。具体的には、図４に示すように、旋回機構２を旋回させる操作が行われると、油圧旋回ショベルの油圧回路は、油圧モータ用流量制御弁を通じて、第１メインポンプ１４ａが吐出する作動油を旋回用油圧モータに供給する。また、旋回機構２を旋回させる操作とブーム４を上昇させる操作が同時に行われると、油圧旋回ショベルの油圧回路は、第１メインポンプ１４ａが吐出する作動油の一部分を旋回用油圧モータに供給し、他の部分をブームシリンダ７に供給する。

一方、旋回機構２を旋回させる操作が行われた場合であっても、電動旋回ショベルの油圧回路は、旋回用電動機２１によって旋回機構２が旋回駆動されるため、旋回機構２を旋回させるために作動油を用いることはない。また、旋回機構２を旋回させる操作とブーム４を上昇させる操作が同時に行われた場合であっても、電動旋回ショベルの油圧回路は、旋回機構２を旋回させることなくブーム４を上昇させる際の作動油の流れと同じ作動油の流れを生じさせる。

そのため、旋回機構２を旋回させる操作とブーム４を上昇させる操作が同時に行われた場合には、油圧旋回ショベルの動きと電動旋回ショベルの動きの間に違いが生じる。具体的には、油圧旋回ショベルでは、第１メインポンプ１４ａが吐出する作動油の一部が旋回機構２を旋回させるために利用される分、ブームシリンダ７に流入する作動油の量が減少するため、電動旋回ショベルに比べてブーム４の動きが遅くなる。言い換えれば、電動旋回ショベルにおけるブーム４の動きが、油圧旋回ショベルにおけるブーム４の動きよりも速くなる。その結果、油圧旋回ショベルの操作に慣れた操作者は、電動旋回ショベルを操作する際に違和感を抱く。コントローラ３０は、油圧旋回ショベルの操作に慣れた操作者が抱くこの違和感を緩和し或いは解消させるようにする。

ここで、図５及び図６を参照しながら、旋回機構２とブーム４の複合操作の際に、電動旋回ショベルとしてのハイブリッド式ショベルを油圧旋回ショベルのように動作させるための仕組み（以下、「第１仮想油圧旋回システム」とする。）について説明する。なお、図５は、２つのメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒを備えた電動旋回ショベルに搭載される第１仮想油圧旋回システムの構成を示す図であり、図６は、第１仮想油圧旋回システムを動作させるためのコントローラ３０における制御の流れを示すブロック図である。

図５に示すように、本実施例では、メインポンプ１４は、右側ポンプ１４Ｒ及び左側ポンプ１４Ｌで構成される。なお、右側ポンプ１４Ｒは、図４の電動旋回ショベルにおける第１メインポンプ１４ａに相当し、左側ポンプ１４Ｌは、図４の電動旋回ショベルにおける第２メインポンプ１４ｂに相当する。

また、右側ポンプ１４Ｒ及び左側ポンプ１４Ｌは、それぞれ、右側レギュレータ５０Ｒ、左側レギュレータ５０Ｌによって吐出量及び吐出圧が制御される。以下は、右側レギュレータ５０Ｒの説明であるが、左側レギュレータ５０Ｌについても同様の説明が適用される。

右側レギュレータ５０Ｒは、右側ネガコン用レギュレータ５１Ｒ及び右側馬力制御用レギュレータ５２Ｒを含む。なお、「ネガコン」は、ネガティブコントロール制御を表す。

右側ネガコン用レギュレータ５１Ｒは、圧力室５１Ｒａを有し、圧力室５１Ｒａで受ける制御圧（以下、「第一制御圧」とする。）に応じて右側ポンプ１４Ｒの吐出量を変化させるように動作する。

圧力室５１Ｒａは、右側センターバイパス管路６０Ｒの最下流に配置される右側絞り６１Ｒの上流側で生成される圧力（以下、「ネガコン圧」とする。）、及び、比例弁５３を通じて導入される圧力（以下、「第１導入圧」とする。）のうちの大きい方を第１制御圧として受ける。

右側馬力制御用レギュレータ５２Ｒは、３つの圧力室５２Ｒａ、５２Ｒｂ、５２Ｒｃを有し、それら３つの圧力室５２Ｒａ、５２Ｒｂ、５２Ｒｃのそれぞれで受ける制御圧の合計値（以下、「第２制御圧」とする。）に応じて右側ポンプ１４Ｒの吐出量を変化させるように動作する。

圧力室５２Ｒａは、右側ポンプ１４Ｒの吐出圧（以下、「右側ポンプ吐出圧」とする。）を制御圧として受け、圧力室５２Ｒｂは、左側ポンプ１４Ｌの吐出圧（以下、「左側ポンプ吐出圧」とする。）を制御圧として受け、圧力室５２Ｒｃは、馬力制御用比例弁５４を通じて導入される圧力（以下、「第２導入圧」とする。）を制御圧として受ける。

右側レギュレータ５０Ｒは、第１制御圧により発生する推力（圧力×受圧面積）に応じて動く第１ピストン５１Ｒｐのストロークと、圧力室５２Ｒａ、５２Ｒｂ、５２Ｒｃのそれぞれで受ける制御圧により発生する推力の合計値に応じて動く第２ピストン５２Ｒｐのストロークとのうち大きい方のストロークに応じて右側ポンプ１４Ｒの吐出量を変化させる。具体的には右側レギュレータ５０Ｒは、最終的なストロークが小さいほど、右側ポンプ１４Ｒの吐出量を増大させる。

比例弁５３は、左側ポンプ１４Ｌの吐出量に影響を与えることなく、右側ポンプ１４Ｒの吐出量を調整するための弁である。具体的には、比例弁５３は、例えば、コントローラ３０からの電流指令に応じて、パイロットポンプ１５が吐出する作動油の、右側ネガコン用レギュレータ５１Ｒの圧力室５１Ｒａへの流入を制御して第１導入圧を調整する。

馬力制御用比例弁５４は、メインポンプ１４のポンプ馬力を調整するための弁である。具体的には、馬力制御用比例弁５４は、メインポンプ１４のポンプ馬力を調整するために、右側ポンプ１４Ｒ及び左側ポンプ１４Ｌのそれぞれの吐出量を調整する。馬力制御用比例弁５４は、例えば、コントローラ３０からの電流指令に応じて、パイロットポンプ１５が吐出する作動油の、右側馬力制御用レギュレータ５２Ｒの圧力室５２Ｒｃへの流入、及び、左側馬力制御用レギュレータ５２Ｌの圧力室５２Ｌｃへの流入を制御する。そして、馬力制御用比例弁５４は、圧力室５２Ｒｃ及び圧力室５２Ｌｃのそれぞれにおける制御圧としての第２導入圧を調整する。

このように、比例弁５３の第１導入圧は、右側ポンプ１４Ｒの吐出量のみに影響するのに対し、馬力制御用比例弁５４の第２導入圧は、右側ポンプ１４Ｒ及び左側ポンプ１４Ｌのそれぞれの吐出量に影響する。そのため、コントローラ３０は、右側ポンプ１４Ｒの吐出量のみを調整する場合には、比例弁５３に対する電流指令を調整する。

ここで再び図５を参照する。右側センターバイパス管路６０Ｒ上には、右側ポンプ１４Ｒが吐出する作動油を各種油圧アクチュエータに供給するための右側流量制御弁１７Ｒａ、１７Ｒｂ、１７Ｒｃが配置されている。また、左側センターバイパス管路６０Ｌ上には、左側ポンプ１４Ｌが吐出する作動油を各種油圧アクチュエータに供給するための左側流量制御弁１７Ｌａ、１７Ｌｂ、１７Ｌｃが配置されている。また、ブームシリンダ７は、流量制御弁１７Ｌｂに接続されている。さらに、右側ポンプ１４Ｒとブームシリンダ７との間は管路６２によって流体的に連通可能とされ、管路６２上には合流切換弁６３が配置されている。

合流切換弁６３は、複合操作が行われた場合に所定の油圧アクチュエータに流入する作動油の量を増大させるための弁である。本実施例では、合流切換弁６３は、コントローラ３０からの制御指令に応じて管路６２を連通させ、右側ポンプ１４Ｒが吐出する作動油を左側ポンプ１４Ｌが吐出する作動油に合流させ、合流後の作動油をブームシリンダ７のボトム側油室に流入させる。

具体的には、図６に示すように、コントローラ３０は、右ポンプ流量算出部３０１において、右ポンプ１４Ｒの回転速度、吐出圧、及びネガコン圧と、左ポンプ１４Ｌの吐出圧と、ポンプ馬力制御指令とに基づいて、右ポンプ１４Ｒが吐出すべき作動油の量（以下、「第１目標流量」とする。）を算出する。

具体的には、右ポンプ流量算出部３０１は、ネガコン圧に基づいて右ポンプ１４Ｒのネガコン制御吐出流量を算出する。一方で、右ポンプ流量算出部３０１は、右ポンプ１４Ｒの吐出圧と、左ポンプ１４Ｌの吐出圧と、ポンプ馬力制御指令とに基づいて馬力制御吐出流量を算出する。その上で、右ポンプ流量算出部３０１は、ネガコン制御吐出流量及び馬力制御吐出流量のうちの小さい方を第１目標流量とする。

なお、ポンプ馬力制御指令は、メインポンプ１４のポンプ馬力を調整するための指令であり、例えば、図示しない動作モード切換スイッチによって「高」、「標準」、「低」の３段階で切り換えられる。

また、コントローラ３０は、油圧旋回相当流量算出部３００において、上部旋回体３の旋回速度に基づいて油圧旋回相当流量を算出する。

「油圧旋回相当流量」とは、本実施例の電動旋回ショベルが仮に油圧旋回ショベルであった場合に、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる操作が行われたときに、旋回用電動機２１による旋回と同じように上部旋回体３を旋回させるために旋回用油圧モータに供給される作動油の量を表す。なお、油圧旋回相当流量と旋回速度との対応関係は、旋回速度が大きいほど油圧旋回相当流量が大きくなるように、予め算出式として登録され、或いは、参照マップ等に登録される。

その後、コントローラ３０は、減算器において、第１目標流量から油圧旋回相当流量を減算して、第２目標流量を算出する。

その後、コントローラ３０は、フィルタ部３０２において、第２目標流量を所定範囲内の値に制限して第３目標流量を算出する。例えば、フィルタ部３０２は、第２目標流量が所定の最小流量未満の場合には、その所定の最小流量を第３目標流量として出力する。すなわち、コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回速度にかかわらず、右ポンプ１４Ｒの吐出量が所定レベルに維持されるようにする。油圧アクチュエータを駆動せずに上部旋回体３を旋回させる場合に、或いは、油圧アクチュエータをゆっくりと駆動しながら上部旋回体３を旋回させる場合に、右ポンプ１４Ｒの吐出量が過度に低減されてしまうのを防止するためである。

その後、コントローラ３０は、比例弁電流指令生成部３０３において、比例弁５３に対して出力するための電流指令を第３目標流量に基づいて生成する。

なお、コントローラ３０は、比例弁５３に対する電流指令の生成とは別に、馬力制御用比例弁電流指令生成部３０４において、馬力制御用比例弁５４に対して出力するための電流指令をポンプ馬力制御指令に基づいて生成する。

以上の構成により、コントローラ３０は、操作装置２６の出力に基づいて、ブーム４を上昇させる操作が行われたことを検知すると、合流切換弁６３に対して制御指令を出力し、管路６２を連通させる。その結果、コントロール３０は、右側ポンプ１４Ｒが吐出する作動油と左側ポンプ１４Ｌが吐出する作動油とを合流させてブームシリンダ７のボトム側油室に流入させる。

このとき、コントローラ３０は、操作装置２６の出力に基づいて、上部旋回体３を旋回させる操作が行われたことを検知すると、比例弁５３に対して電流指令を出力し、右側ネガコン用レギュレータ５１Ｒの圧力室５１Ｒａに第１導入圧を導入させる。その結果、コントロール３０は、右側ポンプ１４Ｒの吐出量を減少させる。

このようにして、第１仮想油圧旋回システムは、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合には、上部旋回体３を停止させたままブーム４を上昇させる場合に比べ、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の量を減少させ、旋回速度に応じてブーム４の動きを鈍化させることができる。

その結果、第１仮想油圧旋回システムは、電動旋回ショベル上で、油圧旋回ショベルの動きを正確に再現することができ、油圧旋回ショベルの操作に慣れた操作者が電動旋回ショベルを操作する際に抱く違和感を緩和し或いは解消させることができる。

また、第１仮想油圧旋回システムは、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合には、合流切換弁６３を開いた上で、右側ポンプ１４Ｒの吐出量を減少させることによって、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の量を減少させる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１仮想油圧旋回システムは、右側ポンプ１４Ｒの吐出量を減少させることなく、流量制御弁としての合流切換弁６３の開度を低下させることによって合流切換弁６３を通る作動油の量を減少させ、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の量を減少させてもよい。この場合、合流切換弁６３を通る作動油の量は、旋回用電動機の旋回速度が大きいほど少なくなるように調整される。

次に、図７を参照しながら、第１仮想油圧旋回システムを動作させるためのコントローラ３０における制御の流れの別の１例について説明する。

図７は、ポジティブコントロール制御（以下、「ポジコン」とする。）が採用された場合における制御の流れを示し、ネガコンが採用された場合における制御の流れを示す図６のブロック図に対応する。また、図７のブロック図は、図６の「右ポンプネガコン圧」の代わりに、「レバー２６Ａの操作量」、「レバー２６Ｂの操作量」、及び「ペダル２６Ｃの操作量」を右ポンプ流量算出部３０１の入力として有する。なお、ポジコンが採用される場合には、レギュレータ５１Ｒは、比例弁５３を通じて導入される圧力のみに応じて右側ポンプ１４Ｒの吐出量を変化させるように動作する。

図７に示す制御の流れでは、右ポンプ流量算出部３０１は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃのそれぞれの操作量に基づいて右ポンプ１４Ｒが各種油圧アクチュエータに供給する作動油の流量を算出する。そして、右ポンプ流量算出部３０１は、それぞれの流量の合計値である、右ポンプ１４Ｒのポジコン制御吐出流量を算出する。一方で、右ポンプ流量算出部３０１は、右ポンプ１４Ｒの吐出圧と、左ポンプ１４Ｌの吐出圧と、ポンプ馬力制御指令とに基づいて馬力制御吐出流量を算出する。その上で、右ポンプ流量算出部３０１は、ポジコン制御吐出流量及び馬力制御吐出流量のうちの小さい方を第１目標流量とする。以降の制御の流れは、図６に示す制御の流れと同じであるため、その説明を省略する。

このように、第１仮想油圧旋回システムにおいて、右ポンプ流量算出部３０１は、ネガコンが採用される場合ばかりでなく、ポジコンが採用される場合にも適切な第１目標流量を出力することができる。

次に、図８及び図９を参照しながら、旋回機構２とブーム４の複合操作の際に、電動旋回ショベルとしてのハイブリッド式ショベルを油圧旋回ショベルのように動作させるための仕組みの別の例（以下、「第２仮想油圧旋回システム」とする。）について説明する。なお、図８は、１つのメインポンプを備えた電動旋回ショベルに搭載される第２仮想油圧旋回システムの構成を示す図であり、図９は、第２仮想油圧旋回システムを動作させるためのコントローラ３０における制御の流れを示すブロック図である。

図８に示す第２仮想油圧旋回システムは、メインポンプ１４が１つの油圧ポンプで構成される点で、２つの油圧ポンプで構成される図５の第１仮想油圧旋回システムと相違する。そのため、図８に示す第２仮想油圧旋回システムは、図５に示す第１仮想油圧旋回システムの左側部分と、合流切換弁６３とが省略されたような構成を有する。

また、ネガコン用レギュレータ５１の圧力室５１ａには、センターバイパス管路６０の最下流に配置される絞り６１の上流側で生成されるネガコン圧が導入され、図５に示す第１仮想油圧旋回システムのようにコントローラ３０によって制御される比例弁による圧力が導入されることはない。そのため、ネガコン用レギュレータ５１は、圧力室５１ａで受けるネガコン圧に応じてメインポンプ１４の吐出量を変化させるように動作する。

また、馬力制御用レギュレータ５２は、１つの油圧ポンプ（メインポンプ１４）の馬力を制御するのみであるため、メインポンプ１４の吐出圧を制御圧として受ける圧力室５２ａと、馬力制御用比例弁５５を通じて導入される圧力を制御圧として受ける圧力室５２ｂとを有するのみである。そのため、馬力制御用レギュレータ５２は、それら２つの圧力室５２ａ、５２ｂのそれぞれで受ける制御圧の合計値に応じてメインポンプ１４の吐出量を変化させるように動作する。

レギュレータ５０は、ネガコン圧により発生する推力（圧力×受圧面積）に応じて動く第１ピストン５１ｐのストロークと、圧力室５２ａ及び５２ｂのそれぞれで出受ける制御圧により発生する推力の合計値に応じて動く第２ピストン５２ｐのストロークとのうち大きい方のストロークに応じてメインポンプ１４の吐出量を変化させる。具体的には、レギュレータ５０は、最終的なストロークが小さいほど、メインポンプ１４の吐出量を増大させる。

馬力制御用比例弁５５は、メインポンプ１４のポンプ馬力を調整するための弁である。具体的には、馬力制御用比例弁５５は、メインポンプ１４のポンプ馬力を調整するために、メインポンプ１４の吐出量を調整する。より具体的には、馬力制御用比例弁５５は、例えば、コントローラ３０からの電流指令に応じて、パイロットポンプ１５が吐出する作動油の、馬力制御用レギュレータ５２の圧力室５２ｂへの流入を制御する。圧力室５２ｂの圧力を調整するためである。

このように、馬力制御用比例弁５５の導入圧は、メインポンプ１４の吐出量に影響する。そのため、コントローラ３０は、メインポンプ１４の吐出量を調整する場合には、馬力制御用比例弁５５に対する電流指令を調整する。

ここで再び図８を参照する。センターバイパス管路６０上には、メインポンプ１４が吐出する作動油を各種油圧アクチュエータに供給するための流量制御弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃが配置されている。また、ブームシリンダ７は、流量制御弁１７ｂに接続されている。

上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合、メインポンプ１４が吐出する作動油は、流量が調整された上で、流量制御弁１７ｂを通じてブームシリンダ７のボトム側油室に流入する。

具体的には、図９に示すように、コントローラ３０は、メインポンプ流量算出部３０１Ａにおいて、メインポンプ１４の回転速度、吐出圧、及びネガコン圧と、ポンプ馬力制御指令とに基づいて、メインポンプ１４が吐出すべき作動油の第１目標流量を算出する。

その後、コントローラ３０は、減算器において、第１目標流量から油圧旋回相当流量を減算して第２目標流量を算出する。

その後、コントローラ３０は、フィルタ部３０２において、第２目標流量を所定範囲内の値に制限して第３目標流量を算出する。

その後、コントローラ３０は、比例弁電流指令生成部３０３において、馬力制御用比例弁５５に対して出力するための電流指令を第３目標流量に基づいて生成する。

以上の構成により、コントローラ３０は、操作装置２６の出力に基づいて、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる操作を検知すると、馬力制御用比例弁５５に対して電流指令を出力し、馬力制御用レギュレータ５２の圧力室５２ｂに導入圧を導入させる。その結果、コントロール３０は、メインポンプ１４の吐出量を減少させることができる。

このようにして、第２仮想油圧旋回システムは、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合には、上部旋回体３を停止させたままブーム４を上昇させる場合に比べ、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の量を減少させ、旋回速度に応じてブーム４の動きを鈍化させることができる。

その結果、仮想油圧旋回システムは、１つのメインポンプを備えた電動旋回ショベル上であっても、油圧旋回ショベルの動きを正確に再現することができ、油圧旋回ショベルの操作に慣れた操作者が電動旋回ショベルを操作する際に抱く違和感を緩和し或いは解消させることができる。

また、第２仮想油圧旋回システムは、既存の馬力制御用比例弁５５を利用して、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合に、メインポンプ１４の吐出量を減少させ、ブーム４の動きを鈍化させることができる。このように、第２仮想油圧旋回システムは、専用の比例弁を別途設ける必要なく、油圧旋回ショベルの動きを正確に再現することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２仮想油圧旋回システムは、既存の馬力制御用比例弁５５とは別に専用の比例弁を備えていてもよい。具体的には、第２仮想油圧旋回システムは、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合に、その専用の比例弁を通じてネガコン用レギュレータ５１の圧力室５１ａに圧力を導入し、メインポンプ１４の吐出量を減少させ、ブーム４の動きを鈍化させるようにしてもよい。

また、第２仮想油圧旋回システムは、上部旋回体３を旋回させながらブーム４を上昇させる場合には、メインポンプ１４の吐出量を減少させることによって、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の量を減少させる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２仮想油圧旋回システムは、メインポンプ１４の吐出量を減少させることなく、図示しない専用の流量制御弁の開度を低下させることによって、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の量を減少させてもよい。この場合、その専用の流量制御弁を通る作動油の量は、旋回用電動機の旋回速度が大きいほど少なくなるように調整される。

また、第２仮想油圧旋回システムは、第１仮想油圧旋回システムと同様、ネガコンが採用された場合ばかりでなく、ポジコンが採用された場合にも適用可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、仮想油圧旋回システムは、ブーム上げ旋回操作が行われた場合にメインポンプの吐出量を減少させ、ブームの動きを鈍化させることによって、油圧旋回ショベルの動きを再現する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。仮想油圧旋回システムは、例えば、ブーム下げ旋回操作、アーム開き旋回操作、アーム閉じ旋回操作等の他の複合操作の際に、メインポンプの吐出量を減少させ、ブーム又はアームの動きを鈍化させることによって、油圧旋回ショベルの動きを再現してもよい。

また、上述の実施例では、エンジン１１と電動発電機１２とを油圧ポンプであるメインポンプ１４に接続してメインポンプを駆動する、いわゆるパラレル型のハイブリッド式ショベルに本発明を適用した例について説明した。しかしながら、本発明は、エンジン１１で電動発電機１２を駆動し、電動発電機１２が生成した電力を蓄電系１２０に蓄積してから蓄積した電力のみによりメインポンプ１４を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド式ショベルにも適用することもできる。この場合、電動発電機１２は、エンジン１１によって駆動させることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能を備えている。

また、エンジンが搭載されずに電動機のみで油圧ポンプを駆動する電気式ショベルにも本発明を適用することができる。この場合、蓄電系１２０には、コンバータを介して外部電源が接続され、蓄電系１２０の蓄電部（キャパシタ１９）には、その外部電源から電力が供給されて充電される。

１・・・下部走行体１Ａ、１Ｂ・・・走行用油圧モータ２・・・旋回機構３・・・上部旋回体４・・・ブーム５・・・アーム６・・・バケット７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・バケットシリンダ１０・・・キャビン１１・・・エンジン１２・・・電動発電機１３・・・変速機１４・・・メインポンプ１５・・・パイロットポンプ１６・・・高圧油圧ライン１７・・・コントロールバルブ１８・・・インバータ１９・・・キャパシタ２０・・・インバータ２１・・・旋回用電動機２１Ａ・・・回転軸２２・・・レゾルバ２３・・・メカニカルブレーキ２４・・・旋回変速機２５・・・パイロットライン２６・・・操作装置２６２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー２６Ｃ・・・ペダル２７、２８・・・油圧ライン２９・・・圧力センサ３０・・・コントローラ５０、５０Ｒ、５０Ｌ・・・レギュレータ５１、５１Ｒ、５１Ｌ・・・ネガコン用レギュレータ５１ａ、５１Ｒａ、５１Ｌａ・・・圧力室５１ｐ、５１Ｒｐ・・・第１ピストン５２、５２Ｒ、５２Ｌ・・・馬力制御用レギュレータ５２ａ、５２ｂ、５２Ｒａ、５２Ｒｂ、５２Ｒｃ、５２Ｌａ、５２Ｌｂ、５２Ｌｃ・・・圧力室５２ｐ、５２Ｒｐ・・・第２ピストン５３・・・比例弁５４・・・馬力制御用比例弁５５・・・比例弁６０、６０Ｒ、６０Ｌ・・・センターバイパス管路６１、６１Ｒ、６１Ｌ・・・絞り６２・・・管路６３・・・合流切換弁１００・・・昇降圧コンバータ１１０・・・ＤＣバス１１１・・・ＤＣバス電圧検出部１１２・・・キャパシタ電圧検出部１１３・・・キャパシタ電流検出部１２０・・・蓄電系３００・・・油圧旋回相当流量算出部３０１・・・右ポンプ流量算出部３０１Ａ・・・メインポンプ流量算出部３０２・・・フィルタ部３０３・・・比例弁電流指令生成部３０４・・・馬力制御用比例弁電流指令生成部

Claims

油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプと、
旋回機構を旋回駆動する旋回用電動機と、
前記旋回用電動機の状態に基づいて前記油圧アクチュエータへの作動油の流量を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とするショベル。
前記コントローラは、前記旋回用電動機の旋回速度が大きいほど、前記油圧ポンプの吐出量を少なくする、
ことを特徴とする請求項１に記載のショベル。
前記コントローラは、前記油圧アクチュエータが非駆動中の場合、前記旋回用電動機の旋回速度にかかわらず、前記油圧ポンプの吐出量を所定レベルで維持する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のショベル。
前記油圧ポンプは、１又は複数の油圧ポンプで構成され、
前記コントローラは、前記１又は複数の油圧ポンプのうちの１つの吐出量を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
前記コントローラは、ネガコン用レギュレータを介して前記油圧ポンプの吐出量を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。
前記コントローラは、馬力制御用レギュレータを介して前記油圧ポンプの吐出量を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
前記コントローラは、前記旋回用電動機の旋回速度が大きいほど、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとを流体的に連通する管路に配置される流量制御弁を通る作動油の流量を少なくする、
をことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のショベル。