JP5476555B2

JP5476555B2 - ハイブリッド式建設機械

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Publication number: JP5476555B2
Application number: JP2011068629A
Authority: JP
Inventors: 孝利大木; 勇輔梶田; 英敏佐竹; 誠司石田; 泉　　枝穂; 広二石川; 信也奥村; 学枝村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: KR101897830B1; EP2503064A2; CN102704523B; JP2012202141A; CN102704523A; EP2503064A3; KR20120109401A; US20120240581A1; US8950180B2

Description

本発明はハイブリッド式建設機械に係わり、特に上部旋回体を油圧モータと電動機で駆動するハイブリッド式建設機械に関する。

従来、建設機械の分野では、出力に対して機器が小型軽量に出来ることから、油圧アクチュエータが広く用いられていた。しかし、近年、エネルギー効率を高めるため、電動アクチュエータを搭載した建設機械が提案され、一部実用化されている。特に、建設機械の上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動するアクチュエータは慣性負荷の大きい回転式のアクチュエータでありかつ使用頻度が高く、起動停止が頻繁なことから上部旋回体を停止させるときのエネルギ回収が見込めるため、旋回用アクチュエータとして電動アクチュエータを用いると、エネルギー効率の改善効果が大きい。

そこで、高効率にエネルギー回収を行える油圧建設機械として、特許文献１〜３に記載のように、上部旋回体を油圧モータと電動機とにより駆動するようにしたものが知られている。

特許第４０２４１２０号公報特開２００５−２９０８８２号公報特開２００８−６３８８８号公報

特許文献１〜３に記載の技術のように、上部旋回体を油圧モータと電動機とにより駆動することで、上部旋回体の減速或いは停止時に電動機を発電機として機能させてエネルギーを電力として回生し、エネルギー効率を改善することができる。

しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術では、電動機の駆動（加速及び減速（制動））に際して電動機のトルクをどのように決定するかの検討のみに終始しており、油圧モータの駆動トルクと電動機の駆動トルクのバランスをどのように決めるかについての検討がなされていない。その結果、上部旋回体を油圧アクチュエータのみで駆動する従来の建設機械に慣れたオペレータには、従来の建設機械と同等の操作感が得られず、違和感を感じてしまう。

本発明の目的は、油圧モータと電動機を併用して上部旋回体を駆動する建設機械において、上部旋回体の減速時或いは停止時のエネルギを電力として回生し、駆動時にアシストすることができるとともに、上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができるハイブリッド式建設機械を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、この上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータ、前記旋回用油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプ、前記旋回用油圧モータからの戻り油を受け、かつ前記油圧ポンプへの油の供給源となるタンク、及び前記旋回用油圧モータと前記油圧ポンプとを接続する管路上に配置され、前記油圧ポンプから吐出され前記旋回用油圧モータへ送られる圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁を含む油圧回路装置と、前記油圧ポンプを駆動する原動機と、前記旋回用油圧モータと併用して前記上部旋回体を駆動しかつ減速時に発電機として機能する旋回用電動機と、前記旋回用電動機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置と、前記旋回用電動機の動作を制御する制御装置とを備えるハイブリッド式建設機械において、前記方向制御弁は、前記油圧ポンプと前記旋回用油圧モータとの間に位置するメータイン絞りと、前記旋回用油圧モータと前記タンクとの間に位置するメータアウト絞りとを有し、かつ前記メータアウト絞りの開口面積特性は、前記ハイブリッド式建設機械とは別の建設機械であって、前記旋回用電動機を有しておらず、上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積となるように設定され、前記制御装置は、前記旋回用油圧モータの減速時に、前記旋回用油圧モータに発生した制動トルクと前記旋回用電動機の制動トルクとの和が、前記メータアウト絞りを前記所定の開口面積としたときに発生する制動トルクと等しくなるように、前記旋回用電動機のトルクを制御するものとする。

このように構成した本発明においては、旋回用油圧モータと旋回用電動機を併用して上部旋回体を駆動するため、上部旋回体の減速或いは停止時のエネルギを電力として回生し、駆動時にアシストすることができる。また、メータアウト絞りの開口面積特性が、メータアウト絞りの開口面積が、本発明のハイブリッド式建設機械とは別の建設機械であって、旋回用電動機を有しておらず、上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積となるように設定され、かつ旋回用油圧モータの減速時に、旋回用油圧モータに発生したた制動トルクと旋回用電動機の制動トルクとの和が、メータアウト絞りの開口面積を当該所定の開口面積としたときに発生する制動トルクと等しくなるように、旋回用電動機のトルクを制御するため、上部旋回体の旋回減速時の制動トルクは上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械の場合の制動トルクと同等となり、上部旋回体の旋回減速時に上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記方向制御弁の前記メータアウト絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定されている。

これにより従来の操作装置の操作信号をそのまま方向制御弁に与えることで、方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積は所定の開口面積より大きな開口面積となるため、従来の操作装置を含む操作系をそのまま適用することができ、操作系を安価に構成することができる。

（３）上記（１）において、前記方向制御弁の前記メータアウト絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積と同じ開口面積になるように設定され、前記油圧建設機械は、前記方向制御弁を駆動するための操作信号を出力する操作装置を更に備え、前記制御装置は、前記操作信号に対する前記方向制御弁の開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積となるように前記操作信号を補正してもよい。

これにより方向制御弁が上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械における方向制御弁と同じであっても、操作信号に対する開口面積特性でみた場合のメータアウト絞りの開口面積は所定の開口面積より大きな開口面積となるため、従来の方向制御弁をそのまま適用することができ、方向制御弁を安価に構成することができる。

（４）また、上記（１）において、好ましくは、前記方向制御弁は、前記油圧ポンプと前記タンクとの間に位置するブリードオフ絞りを更に有し、かつ前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記上部旋回体を前記旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積となるように設定され、前記制御装置は、前記旋回用油圧モータの加速時に、前記旋回用油圧モータに発生した加速トルクと前記旋回用電動機の加速トルクとの和が、前記ブリードオフ絞りを前記所定の開口面積としたときに発生する加速トルクと等しくなるように、前記旋回用電動機のトルクを制御する。

これにより上部旋回体の旋回加速時の加速トルクは上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械で得られる加速トルクと同等となり、上部旋回体の旋回加速時に上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができる。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定されている。

これにより従来の操作装置の操作信号をそのまま方向制御弁に与えることで、方向制御弁のブリードオフ絞りの開口面積は所定の開口面積より大きな開口面積となるため、従来の操作装置を含む操作系をそのまま適用することができ、操作系を安価に構成することができる。

（６）上記（４）において、前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積と同じ開口面積になるように設定され、前記油圧建設機械は、前記方向制御弁を駆動するための操作信号を出力する操作装置を更に備え、前記制御装置は、前記操作信号に対する前記方向制御弁の開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積となるように前記操作信号を補正してもよい。

これにより方向制御弁が上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械における方向制御弁と同じであっても、操作信号に対する開口面積特性でみた場合のブリードオフ絞りの開口面積は所定の開口面積より大きな開口面積となるため、従来の方向制御弁をそのまま適用することができ、方向制御弁を安価に構成することができる。

（７）また、上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、この上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータと、前記旋回用油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記旋回用油圧モータからの戻り油を受け、かつ前記油圧ポンプへの油の供給源となるタンクと、前記旋回用油圧モータと前記油圧ポンプとを接続する管路上に配置され、前記油圧ポンプから吐出され前記旋回用油圧モータへ送られる圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁と、前記油圧ポンプを駆動する原動機と、前記旋回用油圧モータと併用して前記上部旋回体を駆動しかつ減速時に発電機として機能する旋回用電動機と、前記旋回用電動機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置と、前記旋回用電動機の動作を制御する制御装置とを備えるハイブリッド式建設機械において、前記方向制御弁は、前記油圧ポンプと前記タンクとの間に位置するブリードオフ絞りと、前記油圧ポンプと前記旋回用油圧モータとの間に位置するメータイン絞りと、前記旋回用油圧モータと前記タンクとの間に位置するメータアウト絞りとを有し、かつ前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記ハイブリッド式建設機械とは別の建設機械であって、前記旋回用電動機を有しておらず、上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定され、前記制御装置は、前記旋回用油圧モータの加速時に、前記旋回用油圧モータに発生した加速トルクと前記旋回用電動機の加速トルクとの和が、前記ブリードオフ絞りを前記所定の開口面積としたときに発生する駆動トルクと等しくなるように、前記旋回用電動機のトルクを制御するものとする。

このように構成した本発明においては、旋回用油圧モータと旋回用電動機を併用して上部旋回体を駆動するため、上部旋回体の減速或いは停止時のエネルギを電力として回生し、駆動時にアシストすることができる。また、ブリードオフ絞りの開口面積特性を、ブリードオフ絞りの開口面積が、本発明のハイブリッド式建設機械とは別の建設機械であって、旋回用電動機を有しておらず、上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定され、かつ旋回用油圧モータの加速時に、旋回用油圧モータに発生した加速トルクと旋回用電動機の加速トルクとの和が、ブリードオフ絞りの開口面積を当該所定の開口面積としたときに発生する駆動トルクと等しくなるように、旋回用電動機のトルクを制御するため、上部旋回体の旋回加速時の加速トルクは上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械の場合の加速トルクと同等となり、上部旋回体の旋回加速時に上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができる。

（８）上記（７）において、好ましくは、前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定されている。

（９）上記（７）において、前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積と同じ開口面積になるように設定され、前記油圧建設機械は、前記方向制御弁を駆動するための操作信号を出力する操作装置を更に備え、前記制御装置は、前記操作信号に対する前記方向制御弁の開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積となるように前記操作信号を補正してもよい。

本発明によれば、油圧モータと電動機を併用して上部旋回体を駆動する建設機械において、上部旋回体の減速或いは停止時のエネルギを電力として回生し、駆動時にアシストすることができるとともに、上部旋回体を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができる。

本発明の第１の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。油圧ショベルの主要電動・油圧機器のシステム構成を示す図である。油圧回路装置のうち旋回セクションに係わる部分（旋回油圧システム）の詳細を示す図である。旋回用方向制御弁のメータアウト絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を示す図である。旋回用方向制御弁のメータイン絞り及びブリードオフ絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を示す図である。図３に示した旋回油圧システムを模式的に表した図である。コントローラが行う制御機能を示すフローチャートである。操作装置の操作指令圧（油圧パイロット信号）が最大で、最高旋回速度から操作指令圧０までランプ状に操作指令圧を低減させた場合の旋回制動時における電動機制御の時系列波形である。操作装置の旋回操作指令圧（油圧パイロット信号）が０で、旋回停止状態から操作指令圧最大までランプ状に操作指令圧を増加させた場合の旋回制動時における電動機制御の時系列波形である。旋回用方向制御弁のメータアウト絞りのスプールストロークに対する開口面積特性の他の例を示す図である。旋回用方向制御弁のメータイン絞り及びブリードオフ絞りのスプールストロークに対する開口面積特性の他の例を示す図である。本発明の第２の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルに搭載される油圧回路装置のうち旋回セクションに係わる旋回油圧システムの詳細を示す、図３と同様な図である。旋回用方向制御弁のメータアウト絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を示す図である。旋回用方向制御弁のメータイン絞り及びブリードオフ絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を示す図である。コントローラの旋回用方向制御弁に対する制御処理内容を示すフローチャートである。図１５のステップＳ２１０で行う信号増加補正処理の詳細を示す機能ブロック図である。図１５のステップＳ２２０で行う信号減少補正処理の詳細を示す機能ブロック図である。操作装置の操作信号を増加処理した場合のレバー操作量と旋回用方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積との関係を示す図である。操作装置の操作信号を減少処理した場合のレバー操作量と旋回用方向制御弁のブリードオフ絞りの開口面積との関係を示す図である。

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。例えば、本発明は旋回体を備えたクレーン車等、その他の建設機械にも適用可能である。
＜第１の実施の形態＞
〜油圧ショベルの構成〜
本発明の第１の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルの側面図を図１に示す。

図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは下部走行体１０と、この下部走行体１０上に旋回可能に設けられた上部旋回体２０と、ショベル機構３０とを備えている。

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

上部旋回体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２２により駆動される発電機２３と、発電機２３により発生された電力を蓄えるためのバッテリ２４と、発電機２３又はバッテリ２４からの電力により駆動される旋回用電動機２５と、旋回用油圧モータ２７を含み、旋回用電動機２５と旋回用油圧モータ２７の駆動力により下部走行体１０に対して上部旋回体２０(旋回フレーム２１)を旋回駆動させるための旋回機構２６等で構成されている。ここで、上部旋回体２０は主として旋回用油圧モータ２７により駆動され、旋回用電動機２５が旋回用油圧モータ２７と協調駆動することで、補助的に旋回用電動機２５により駆動される。

ショベル機構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。

さらに、上部旋回体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回路装置４０が搭載されている。油圧回路装置４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び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ユニット４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。

〜システム構成〜
油圧ショベルの主要電動・油圧機器のシステム構成を図２に示す。図２中、図１と同じ構成要素には図１と同じ符号を付してある。また、図２中、二本線は機械的駆動系統を、太線は電気的駆動系統を、通常太さの実線は油圧駆動系統を示す。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達される。コントロールバルブユニット４２は、アクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品によって構成される方向制御弁を備え、レバー操作式の旋回用の操作装置５２及びその他のそれぞれのレバー操作式の操作装置（図示せず）からの操作信号（操作指令圧力）に応じてそれらの方向制御弁を駆動することで、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及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の方向と流量を制御する。

バッテリ２４からの直流電力はインバータ・コンバータ２８により所定の電圧及び周波数のパルス信号に変換され、旋回用電動機２５に入力される。また、旋回用電動機２５は減速時には発電機特性で使用し、インバータ・コンバータ２８は旋回用電動機２５により回生された電力を直流に変換してバッテリ２４に蓄える。

また、インバータ・コンバータ２８は、コントローラ５１からの信号により旋回用電動機２５の回転速度とトルクを制御する。コントローラ５１は、操作装置５２の操作信号（操作指令圧力）を検出する圧力センサ５３ａ，５３ｂ及び旋回用油圧モータ２７のメータイン及びメータアウトの圧力を検出する圧力センサ６３ａ，６３ｂからの検出信号に基づいてインバータ・コンバータ２８及びコントロールバルブユニット４２へ送る信号を演算し、出力する。

〜旋回油圧システム〜
油圧回路装置４０のうち旋回セクションに係わる部分（以下旋回油圧システムという）の詳細を図３に示す。図中、図１及び図２と同じ構成要素には図１及び図２と同じ符号を付してある。

図３において、旋回油圧システムは、前述した油圧ポンプ４１及び旋回用油圧モータ２７と、旋回用方向制御弁３７及びタンクＴとを備えている。旋回用方向制御弁３７は、旋回用油圧モータ２７と油圧ポンプ４１とを接続する管路上に配置され、油圧ポンプ４１から吐出され旋回用油圧モータ２７へ送られる圧油の方向及び流量を制御する。また、旋回用方向制御弁３７はオープンセンタタイプであり、上流側が油圧ポンプ４１に接続され、下流側がタンクＴに接続されたオープンセンタ油路６１上に配置されている。旋回用方向制御弁３７は、操作装置５２からの操作信号に応じてスプール３７ａが変位することで、絞り（後述）の開口面積が一義的に定まる。他の方向制御弁についても同様である。タンクＴは旋回用油圧モータ２７及びその他のアクチュエータからの戻り油を受けるとともに、油圧ポンプ４１への油の供給源となる。

油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、トルク制御を行うレギュレータ６４を備え、レギュレータ６４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の吐出流量が変わる。

操作装置５２はパイロット油圧源２９からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた操作指令圧力を操作信号として旋回用方向制御弁３７の左右いずれかの圧力室３７ｂ，３７ｃに与える。

旋回用方向制御弁３７はＡ，Ｂ，Ｃの３位置を持ち、操作装置５２からの操作信号（操作指令圧力）を受けて中立位置ＢからＡ位置又はＣ位置に連続的に切り替わる。また、旋回用方向制御弁３７は、オープンセンタ油路６１上に位置する（従って油圧ポンプ４１とタンクＴとの間に位置する）ブリードオフ絞り３７ＢＯと、油圧ポンプ４１と旋回用油圧モータ２７との間に位置するメータイン絞り３７ＭＩａ，３７ＭＩｃと、旋回用油圧モータ２７とタンクＴとの間に位置するメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃを有し、ブリードオフ絞り３７ＢＯの下流側はオープンセンタ油路６１を介してタンクＴに接続され、メータイン絞り３７ＭＩａ，３７ＭＩｃの下流側及びメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの上流側はアクチュエータライン６２ａ，６２ｂを介して旋回用油圧モータ２７の入出力ポートに接続されている。アクチュエータライン６２ａ，６２ｂには圧力センサ６３ａ，６３ｂが設けられ、その検出信号はコントローラ５１に送られる（図２）。

旋回用方向制御弁３７が中立位置Ｂにあるときは、油圧ポンプ４１から吐出される圧油はブリードオフ絞り３７ＢＯを通り、更にオープンセンタ油路６１を通ってタンクＴへ戻る。旋回用方向制御弁３７が操作装置５２のレバー操作量に応じた操作指令圧力を受けてＡ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＡ位置のメータイン絞り３７ＭＩａを通って旋回用油圧モータ２７の一方のポートに送られ、旋回用油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞り３７ＭＯａを通ってタンクＴに戻り、旋回用油圧モータ２７は一方向に回転する。逆に、旋回用方向制御弁３７が操作装置５２のレバー操作量に応じた操作指令圧力を受けてＣ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＣ位置のメータイン絞り３７ＭＩｃを通って旋回用油圧モータ２７の他方のポートに送られ、旋回用油圧モータ２７からの戻り油はＣ位置のメータアウト絞り３７ＭＯｃを通ってタンクＴに戻り、旋回用油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向に回転する。

旋回用方向制御弁３７がＢ位置とＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１からの圧油はブリードオフ絞り３７ＢＯとメータイン絞り３７ＭＩａに分配される。このとき、メータイン絞り３７ＭＩａの入側にはブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回用油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積）に応じた駆動トルク（加速トルク）が与えられる。また、旋回用油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞り３７ＭＯａ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３７ＭＯａの開口面積に応じた制動トルクが発生する。Ｂ位置とＣ位置の中間においても同様である。

〜開口面積特性〜
旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を図４に示す。図中、本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積特性を実線で示し、電動機を用いない、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積特性を破線で示す。図４に示すように、本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積は制御域開始点及び終点は従来のものと同一で、中間域で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。すなわち、旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積特性は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械（油圧ショベル）に設定される所定の開口面積（図４の破線）より大きな開口面積になるように設定されている。

旋回用方向制御弁３７のメータイン絞り及びブリードオフ絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を図５に示す。図中、本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性を実線で示し、電動機を用いない、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のブリードオフ絞りの開口面積特性を破線で示す。また、本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のメータイン絞り３７ＭＩａ，３７ＭＩｃ及び従来の旋回用方向制御弁のメータイン絞りの開口面積特性を一点鎖線で示す。図５に示すように、本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性は、制御域開始点及び終点は従来のものと同一で、中間域で従来のものに比べ開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。すなわち、旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積（図５の破線）より大きな開口面積になるように設定されている。メータイン絞りの開口面積特性は、本実施の形態のものも従来のものも同じである。

〜制御原理〜
次に、コントローラ５１が行う処理機能について説明する。

まず、コントローラ５１の制御原理を説明する。

上述したように、本実施の形態においては、旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞りの開口面積特性を、旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞りの開口面積が、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械における方向制御弁３７の所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定しているため、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動した場合は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する従来の油圧ショベルに比べて、制動トルクが減少する。

また、旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞りの開口面積特性を、旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞りの開口面積が、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械における方向制御弁３７の所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定しているため、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動した場合は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する従来の油圧ショベルに比べて、加速トルクが減少する。

そこで、旋回用油圧モータ２７の減速時に、旋回用電動機２５の出力トルクで、メータアウト絞りの開口面積の増加に対応する旋回用油圧モータ２７の制動トルクの減少分を補うように制御すれば、旋回用油圧モータ２７に発生した制動トルクと旋回用電動機２５の制動トルクとの和が、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する従来の油圧ショベルの制動トルク（メータアウト絞りの開口面積を上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械における方向制御弁３７の所定の開口面積としたときに発生する制動トルク）と等しくなる。

同様に、旋回用油圧モータ２７の加速時に、旋回用電動機２５の出力トルクで、ブリードオフ絞りの開口面積の増加に対応する旋回用油圧モータ２７の加速トルクの減少分を補うように制御すれば、旋回用油圧モータ２７に発生した加速トルクと旋回用電動機２５の加速トルクとの和が、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する従来の油圧ショベルの加速トルク（ブリードオフ絞りの開口面積を上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械における方向制御弁３７の所定の開口面積としたときに発生する加速トルク）と等しくなる。

コントローラ５１は、このような考えに基づき、旋回用電動機２５の出力トルクを制御するものである。

以下に制御方法の一例を説明する。

図６は図３に示した旋回油圧システムを模式的に表した図である。図中、Optはブリードオフ絞り３７ＢＯであり、Opaはメータイン絞り３７ＭＩａ，３７ＭＩｃであり、
Oatはメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃである。

従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるメータアウト絞りの開口面積（図４の破線）をAat0とし、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積（図５の破線）をApt0とし、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるメータイン絞りの開口面積（図５の一点鎖線）をApcとする。本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞りOatの開口面積をAatとし、ブリードオフ絞りOptの開口面積をAptとすると、上述したように、Aat＞Aat0、Apt＞Apt0である。また、本実施の形態における旋回用方向制御弁３７のメータイン絞りOpaの開口面積は、従来と同じApcである。

（ａ）従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるメータアウト絞りの開口面積Aat0を適用して旋回用油圧モータ２７を制御した場合のメータアウト圧（旋回用油圧モータ２７の出側の排出圧力）Pmo0を次のようにして求める。

メータアウト絞りを通過する流量を旋回用油圧モータ２７の押し退け容積と回転数から求めた流量Ｑ３とする。また、一般に、オリフィスの式は次のように表される。

Ｑ＝ＣA√(ΔP)・・・・（１）
Ｑ：オリフィスの通過流量
Ｃ：流量係数
A：オリフィスの開口面積
ΔP：オリフィスの前後差圧
このオリフィスの式に開口面積Aat0と流量Ｑ３を代入することで、開口面積Aat0のメータアウト絞りの前後差圧ΔPatが求められる。このとき、メータアウト絞りの下流圧はタンク圧で一定とすると、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積Aat0を適用した場合のメータアウト圧Pmo0を導くことができる。

（ｂ）また、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるブリードオフ絞りの開口面積Apt0、メータイン絞りの開口面積Apcを適用して旋回用油圧モータ２７を制御した場合のメータイン圧（旋回用油圧モータ２７の入側の供給圧力）Pmi0を次のようにして求める。

まず、油圧ポンプ４１の吐出圧P１を求める。これは次のようにして求める。旋回用油圧モータ２７を通過する流量Ｑ３は既に求められている。油圧ポンプ４１の吐出流量Ｑ１は操作装置５２のレバー操作量（操作信号）と油圧ポンプ４１のレギュレータ６４の特性とから求めることができる。旋回用油圧モータ２７を通過する流量Ｑ３とポンプ吐出流量Ｑ１を下記の式（２）に代入し、ブリードオフ絞りOptの通過流量Ｑ２が求められる。

Ｑ２＝Ｑ１−Ｑ３・・・・（２）
オリフィスの式（１）に流量Ｑ２と従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるブリードオフ絞りの開口面積Apt0を代入することで、開口面積Apt0のブリードオフ絞りの前後差圧ΔPptが求められる。このとき、ブリードオフ絞りの下流圧はタンク圧で一定とすると、ポンプ吐出圧P１を導くことができる。

次に、メータイン絞りの通過流量は旋回用油圧モータ２７を通過する流量Ｑ３であるので、オリフィスの式（１）にメータイン絞りの通過流量Ｑ３とポンプ吐出圧P１およびメータイン開口面積Apcを代入することで、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるブリードオフ絞りの開口面積Apt0を適用した場合のメータイン圧Pmi0を導くことができる。

（ｃ）以上のようにして求めたメータアウト圧Pmo0とメータイン圧Pmi0を用い、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる開口面積を有する場合の旋回油圧トルクTid１を次の式から求める。

Tid１＝ηq(Pmi0−Pmo0)・・・・（３）
（ｄ）一方、図６に示した本実施の形態における旋回油圧システムの旋回油圧トルクTre１は、実測したメータイン圧Pmi及びメータアウト圧Pmoを用いて次の式から求まる。

Tre１＝ηq(Pmi−Pmo)・・・・（４）
（ｅ）従来型の油圧ショベルにおいて旋回用方向制御弁が油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる開口面積を有する場合の旋回油圧トルクと同じ旋回トルクを確保するためには、式（３）で求めた旋回油圧トルクTid１と式（４）で求めた旋回油圧トルクTre１の差分である、
Tmot＝Tid１−Tre１・・・・（５）
を旋回用電動機２５の出力トルクとして与えればよい。

〜コントローラの処理機能〜
次に、以上のような制御を行うコントローラ５１の処理機能を図７を用いて説明する。図７は、コントローラ５１が行う処理機能を示すフローチャートである。

コントローラ５１においては、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できるメータアウト絞りの開口面積Aat0の特性（図４の破線）、ブリードオフ開口面積Apt0の特性（図５の破線）及びメータイン絞りの開口面積Apcの特性（図５の一点鎖線）と、レギュレータ６４の特性が予めメモリに記憶してある。

まず、コントローラ５１は、上記（ａ）〜（ｃ）で説明したような手順で、旋回用方向制御弁が油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる開口面積を有する場合の旋回油圧トルクTid１を算出する（ステップＳ１００）。

ここで、コントローラ５１は、上記（ａ）において、操作装置５２からの操作信号（操作指令圧力）を検出する圧力センサ５３ａ又は５３ｂの検出信号（以下、便宜上操作信号という）を旋回用方向制御弁３７のスプールストロークに変換し、このスプールストロークをメモリに記憶したメータアウト絞りの開口面積Aat0の特性（図４の破線）に参照してそのときのメータアウト絞りの開口面積Aat0を算出する。また、コントローラ５１は、旋回用電動機２５から旋回用油圧モータ２７の回転数の情報を入力し、旋回用油圧モータ２７の押し退け容積（既知の値）とその旋回用油圧モータ２７の回転数を用いて流量Ｑ３を算出する。そして、オリフィスの式（１）から開口面積Aat0のメータアウト絞りの前後差圧ΔPatを算出し、メータアウト圧Pmo0を求める。

また、上記（ｂ）において、コントローラ５１は、操作装置５２からの操作信号とメモリに記憶した油圧ポンプ４１のレギュレータ６４の特性とから油圧ポンプ４１の吐出流量Ｑ１を求め、上記の式（２）からブリードオフ絞りOptの通過流量Ｑ２を求める。更に、コントローラ５１は、操作装置５２からの操作信号から求めた旋回用方向制御弁３７のスプールストロークをメモリに記憶したブリードオフ開口面積Apt0の特性（図５の破線）に参照してそのときのブリードオフ開口面積Apt0を算出し、オリフィスの式（１）から開口面積Apt0のブリードオフ絞りの前後差圧ΔPptを算出し、ポンプ吐出圧P１を求める。更に、コントローラ５１は、操作装置５２からの操作信号から求めた旋回用方向制御弁３７のスプールストロークをメモリに記憶したメータイン絞りの開口面積Apcの特性（図５の一点鎖線）に参照してそのときのメータイン絞りの開口面積Apcを算出し、オリフィスの式（１）からメータイン圧Pmi0を算出する。

次に、コントローラ５１は、上記（ｃ）において、式（３）から旋回油圧トルクTid１を算出する。

次に、コントローラ５１は、上記（ｄ）で説明したように、実測したメータイン圧Pmi及びメータアウト圧Pmoを用いて本実施の形態における旋回油圧システムの旋回油圧トルクTre１を算出する（ステップＳ１１０）。ここで、コントローラ５１は、圧力センサ６３ａ，６３ｂからメータイン圧Pmi及びメータアウト圧Pmoの実測値の情報を入力し、この情報を用いて旋回油圧トルクTre１を算出する。

次に、コントローラ５１は、上記（ｅ）で説明したように、旋回油圧トルクTid１と旋回油圧トルクTre１の差分ΔT＝Tid１−Tre１を求め（ステップＳ１２０）、この差分のトルク偏差ΔTが得られるよう旋回用電動機２５の出力トルクを制御する（ステップＳ１３０）。

なお、上記の例では、コントローラ５１のメモリに図４及び図５に示すようなスプールストロークに対する開口面積特性を記憶し、この開口面積特性を用いてメータアウト絞りの開口面積Aat0、ブリードオフ開口面積Apt0及びメータイン絞りの開口面積Apcを算出したが、図４及び図５の横軸にかっこ書きで示すように、レバー操作量（操作信号）に対する開口面積特性を記憶し、操作装置５２の操作信号から直接、メータアウト絞りの開口面積Aat0、ブリードオフ開口面積Apt0及びメータイン絞りの開口面積Apcを算出してもよい。なお、操作信号とレバー操作量は概ね直線比例関係にあり、両者は同等と見なすことができる。

また、旋回用電動機２５の出力トルクの制御は、簡易的に行ってもよい。例えば、旋回用電動機２５の出力トルク（制動トルク及び加速トルク）を操作装置５２が出力する操作指令圧力（操作信号）の関数として予め決めてコントローラ５１に設定しておき、この関数にそのときの操作指令圧力を参照して目標トルクを求め、この目標トルクが得られるよう旋回用電動機２５を制御する。このとき、油圧ショベルの代表的な旋回作業において、旋回用油圧モータ２７に発生した出力トルクと旋回用電動機２５の出力トルクとの和が、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する従来の建設機械（油圧ショベル）における旋回用油圧モータの出力トルクと等しくなるように、操作指令圧力（操作信号）と旋回用電動機２５の出力トルクの関数を設定しておけばよい。

〜制御の時系列波形〜
旋回用の操作装置５２を操作して旋回用電動機２５を制御した場合の時系列波形を図８及び図９に示す。図８は、操作装置５２の操作指令圧力が最大で、最高旋回速度から時間T＝T５〜T８で操作指令圧力０までランプ状に操作指令圧力を低減させた場合の旋回制動時における電動機制御の時系列波形である。図９は、操作装置５２の操作指令圧力が０で、旋回停止状態から時間T＝T１〜T３で操作指令圧力最大までランプ状に操作指令圧力を増加させた場合の旋回制動時における電動機制御の時系列波形である。

図８において、操作装置５２の操作指令圧力最大、最高旋回速度から時間T＝T５〜T８で操作指令圧力０までランプ状に操作指令圧力を低減させたとき、旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積が従来のものに比べて開き勝手に設計されている分、旋回用油圧モータ２７のメータアウト圧(Ｍ／０圧)は本実施の形態の方が低くなる（破線）。メータアウト圧の違いはすなわち制動トルクの違いに相当するので、旋回用油圧モータ２７のトルクは従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる開口面積を適用した場合より本実施の形態の方が、絶対値が小さくなる。この油圧モータトルクの差分だけ、制動トルクを電動機２５により付与する必要がある。図８では回生側のアシストトルクを負としている。上述したように本実施の形態では、電動機２５のアシストトルクと旋回用方向制御弁３７によって発生するメータアウト圧に由来する制動トルクの合計値は従来型の油圧ショベルで発生する制動トルクと概等しくなるように制御されるので、上部旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。

図９において、操作装置５２の旋回操作指令圧力０、旋回停止状態から時間T＝T１〜T３で操作指令圧力最大までランプ状に操作指令圧力を増加させたとき、旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積が従来のものに比べて開き勝手に設計されている分、旋回用油圧モータ２７のメータイン圧(Ｍ／Ｉ圧)は本実施の形態の方が低くなる。メータイン圧の違いはすなわち加速トルクの違いに相当するので、旋回用油圧モータ２７のトルクは、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる開口面積を適用した場合より本実施の形態の方が、絶対値が小さくなる。この油圧モータトルクの差分だけ、加速トルクを電動機２５により付与する必要がある。図９では力行側のアシストトルクを正としている。上述したように本実施の形態では、電動機２５のアシストトルクと旋回用方向制御弁３７によって発生するメータイン圧に由来する加速トルクの合計値は、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御されるので、上部旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の加速フィーリングを有することが可能となる。

〜効果〜
以上のように構成した本実施の形態によれば、旋回用油圧モータ２７と旋回用電動機２５を併用して上部旋回体２０を駆動するため、旋回用電動機２５により上部旋回体２０の減速或いは停止時のエネルギを電力として回生し、駆動時にアシストすることができる。

また、旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積特性が、メータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積が上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積となるように設定され、かつ旋回用油圧モータ２７の減速時に、旋回用油圧モータ２７に発生した制動トルクと旋回用電動機２５の制動トルクとの和が、上記所定の開口面積としたときに発生する制動トルクと等しくなり、かつ回用油圧モータ２７の加速時に、旋回用油圧モータ２７に発生した加速トルクと旋回用電動機２５の加速トルクとの和が、上記所定の開口面積としたときに発生する加速トルクと等しくなるように、旋回用電動機２５のトルクを制御するため、上部旋回体２０の旋回減速時の制動トルク及び旋回加速時の加速トルクは、それぞれ、上部旋回体２０を油圧モータのみで駆動する建設機械の場合の制動トルク及び加速トルクと同等となり、上部旋回体２０の旋回減速時及び加速時に上部旋回体２０を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができる。

また、方向制御弁３７のメータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積特性を、方向制御弁３７のストロークに対する開口面積特性において、メータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積が上記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定したため、図３に示すように、操作装置５２の操作信号をそのまま方向制御弁３７に与えることで、方向制御弁３７のメータアウト絞りの開口面積は上記所定の開口面積より大きな開口面積となるため、操作装置５２を含む操作系として、従来の操作装置を含む操作系をそのまま適用することができ、操作系を安価に構成することができる。
＜変形例＞
本発明におけるメータアウト絞りの開口面積特性、ブリードオフ絞りの開口面積特性は、図４及び図５のような特性に限らず、図１０及び図１１に示すように中間域のみを開くような特性としてもよく、このように変形しても発明の効果は変わらない。言い換えれば、メータアウト絞りの開口面積及びブリードオフ絞りの開口面積は本発明の意図を外れない範囲で自由に設定することが可能である。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベルを図１２〜図１９を用いて説明する。

〜システム構成〜
図１２は、本実施の形態におけるハイブリッド式油圧ショベルに搭載される油圧回路装置のうち旋回セクションに係わる旋回油圧システムの詳細を示す、図３と同様な図である。図中、図１〜図３と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

図１２において、本実施の形態の旋回油圧システムは、旋回用方向制御弁３７Ａの圧力室３７ｂ，３７ｃに与える旋回操作指令圧力を発生させるための電磁比例減圧弁７１，７２を備え、操作装置５２Ａは操作信号として電気信号を出力するレバー操作式の操作装置である。コントローラ５１Ａは、レバー操作式の操作装置５２Ａからの操作信号（電気信号）を受けて、対応する制御信号（電気信号）を電磁比例減圧弁７１，７２に出力する。

〜開口面積特性〜
旋回用方向制御弁３７Ａのメータアウト絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を図１３に示し、旋回用方向制御弁３７Ａのメータイン絞り及びブリードオフ絞りのスプールストロークに対する開口面積特性を図１４に示す。

本実施の形態においては、旋回用方向制御弁３７Ａとして、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる開口面積を有する旋回用方向制御弁を用いるものであり、その結果、旋回用方向制御弁３７Ａのメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積特性は、図４に破線で示した、従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積特性と同じであり、旋回用方向制御弁３７Ａのブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性も、図５に破線で示した，従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のブリードオフ絞りの開口面積特性と同じである。すなわち、旋回用方向制御弁３７Ａのメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積特性は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積（図４の破線）と同じ開口面積になるように設定され、旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積（図５の破線）と同じ開口面積になるように設定されている。メータイン絞りの開口面積特性は、第１の実施の形態の場合と同様、本実施の形態のものも従来のものも同じである。

〜制御の概要〜
次に、コントローラ５１Ａが行う制御について説明する。

コントローラ５１Ａは、第１の実施の形態と同様の電動機２５のトルク制御を行う。また、コントローラ５１Ａは、操作装置５２Ａのレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７Ａの開口面積特性が、第１の実施の形態における操作装置５２のレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７メータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃ及びブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性とほぼ同じになるように制御する。言い換えれば、コントローラ５１Ａは、旋回用方向制御弁３７Ａの開口面積特性を操作装置５２Ａのレバー操作量に対する開口面積特性でみた場合に、メータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃ及びブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積が従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のメータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積（上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積）より大きくなるように、操作装置５２Ａの操作信号を補正する。

〜コントローラの処理機能〜
図１５は、コントローラ５１Ａの旋回用方向制御弁３７Ａに対する処理機能の詳細を示すフローチャートである。

コントローラ５１Ａは、圧力センサ６３ａ，６３ｂからメータイン圧Pmi及びメータアウト圧Pmoの実測値の情報を入力し、メータイン圧Pmiがメータアウト圧Pmoより高いがどうかを判定する（ステップＳ２００）。メータイン圧Pmiがメータアウト圧Pmoより高くない場合は、旋回用油圧モータ２７の制動時（減速時）であり、メータイン圧Pmiがメータアウト圧Pmoより高い場合は、旋回用油圧モータ２７の加速時（駆動時）である。そして、メータイン圧Pmiがメータアウト圧Pmoより高くない場合（旋回用油圧モータ２７の制動時）は、操作装置５２Ａから入力した操作信号の増加補正制御を行い（ステップＳ２１０）、メータイン圧Pmiがメータアウト圧Pmoより高い場合（旋回用油圧モータ２７の加速時）は、操作装置５２Ａから入力した操作信号の減少補正制御を行う（ステップＳ２２０）。

図１６は、ステップＳ２１０で行う信号増加補正制御の詳細を示す機能ブロック図である。コントローラ５１Ａは、その信号増加補正制御機能として、増加率演算部４００、補正操作信号演算部４１０、スプールストローク演算部４２０、目標パイロット圧演算部４３０、目標電流演算部４４０、出力部４５０を有している。

増加率演算部４００は、操作装置５２Ａの操作信号Ｘを入力し、予め定めた操作信号Ｘと増加率α（１以上の数値）との関数関係を設定したテーブルを参照して、操作信号Ｘを増加補正制御するための増加率αを演算する。操作信号Ｘと増加率αとの関数関係は、操作装置５２Ａのレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７Ａのメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積特性が、第１の実施の形態における操作装置５２のレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積特性とほぼ同じになるように（旋回用方向制御弁３７Ａの開口面積特性を操作装置５２Ａのレバー操作量に対する開口面積特性でみた場合に、メータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃの開口面積が従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積より大きくなるように）設定されている。

補正操作信号演算部４１０は、操作装置５２Ａの操作信号Ｘに増加率αを乗じて補正操作信号Ｘａを演算する。

スプールストローク演算部４２０は、補正操作信号演算部４１０で演算した補正操作信号ＸａをスプールストロークＳに変換し、目標パイロット圧演算部４３０はそのスプールストロークＳを目標パイロット圧に変換し、目標電流演算部４４０はその目標パイロット圧を電磁比例減圧弁７１又は７２を駆動するための目標電流に変換し、出力部４５０は，その目標電流を増幅して電磁比例減圧弁７１又は７２に出力する。これらのスプールストローク演算部４２０以後の処理は、従来の電気信号を出力する操作装置を備えたシステムにおけるコントローラの処理内容と同じである。

図１７は、ステップＳ２２０で行う信号減少補正制御の詳細を示す機能ブロック図である。コントローラ５１Ａは、その信号減少補正制御機能として、減少率演算部５００、補正操作信号演算部５１０、スプールストローク演算部５２０、目標パイロット圧演算部５３０、目標電流演算部５４０、出力部５５０を有している。

減少率演算部５００は、操作装置５２Ａの操作信号Ｘを入力し、この操作信号Ｘを、予め定めた操作信号Ｘと減少率β（１以下の数値）との関数関係を設定したテーブルに参照して、操作信号Ｘを減少補正制御するための減少率βを演算する。操作信号Ｘと減少率βとの関数関係は、操作装置５２Ａのレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７Ａのブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性が、第１の実施の形態における操作装置５２のレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７のブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性とほぼ同じになるように（旋回用方向制御弁３７Ａの開口面積特性を操作装置５２Ａのレバー操作量に対する開口面積特性でみた場合に、ブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積が従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のブリードオフ絞りの開口面積より大きくなるように）設定されている。

補正操作信号演算部５１０は、操作装置５２Ａの操作信号Ｘに減少率βを乗じて補正操作信号Ｘｂを演算する。

スプールストローク演算部５２０は、補正操作信号演算部５１０で演算した補正操作信号ＸｂをスプールストロークＳに変換し、目標パイロット圧演算部５３０はそのスプールストロークＳを目標パイロット圧に変換し、目標電流演算部５４０はその目標パイロット圧を電磁比例減圧弁７１又は７２を駆動するための目標電流に変換し、出力部５５０は，その目標電流を増幅して電磁比例減圧弁７１又は７２に出力する。これらのスプールストローク演算部５２０以後の処理は、従来の電気信号を出力する操作装置を備えたシステムにおけるコントローラの処理内容と同じである。

図１８及び図１９は、上記のように操作装置５２Ａの操作信号を増加補正制御及び減少補正制御した場合のレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７Ａのメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃ及びブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積の関係を示す図である。図中、実線は操作信号を増加補正制御及び減少補正制御した場合のものであり、破線は操作信号を増加補正制御及び減少補正制御しなかった場合のものである。この図から分かるように、操作装置５２Ａのレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７Ａのメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃ（図１８）及びブリードオフ絞り３７ＢＯ（図１９）の開口面積特性が、第１の実施の形態における操作装置５２のレバー操作量に対する旋回用方向制御弁３７のメータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃ及びブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積特性とほぼ同じになるように（旋回用方向制御弁３７Ａの開口面積特性を操作装置５２Ａのレバー操作量に対する開口面積特性でみた場合、メータアウト絞り３７ＭＯａ，３７ＭＯｃ及びブリードオフ絞り３７ＢＯの開口面積が従来型の油圧ショベルにおいて油圧単独駆動で良好な操作性を確保できる旋回用方向制御弁のメータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積より大きくなるように）操作信号が補正される。

したがって、本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様、旋回用電動機２５で上部旋回体の減速或いは停止時のエネルギを電力として回生し、駆動時にアシストすることができるとともに、上部旋回体２０を油圧モータのみで駆動する建設機械と同等の良好な操作感を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、方向制御弁３７Ａが上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械における方向制御弁と同じであっても、操作信号に対する開口面積特性において、方向制御弁のメータアウト絞り及びブリードオフ絞りの開口面積は、上部旋回体２０を旋回用油圧モータ２７のみで駆動する建設機械における方向制御弁３７の所定の開口面積より大きな開口面積となるように操作信号が補正されるため、方向制御弁３７Ａとしては、従来の方向制御弁をそのまま適用することができ、方向制御弁を安価に構成することができる。

１０下部走行体
１１ａ，１１ｂクローラ
１２ａ，１２ｂ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上部旋回体
２１旋回フレーム
２２エンジン
２３発電機
２４バッテリ
２５旋回用電動機
２６旋回機構
２７旋回用油圧モータ
２８旋回用インバータ
２９油圧パイロット油圧源
３０ショベル機構
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
３７旋回用方向制御弁
４０油圧回路装置
４１油圧ポンプ
４２コントロールバルブユニット
５１コントローラ
５２操作装置
５３ａ，５３ｂ圧力センサ
６１オープンセンタ油路
６２ａ，６２ｂアクチュエータライン
６３ａ，６３ｂ圧力センサ
６４レギュレータ
３７Ａ旋回用方向制御弁
５１Ａコントローラ
５２Ａ操作装置
７１電磁比例減圧弁
７２電磁比例減圧弁
４００増加率演算部
４１０補正操作信号演算部
４２０スプールストローク演算部
４３０目標パイロット圧演算部
４４０目標電流演算部
４５０出力部
５００減少率演算部
５１０減圧制御信号演算部
５２０スプールストローク演算部
５３０目標パイロット圧演算部
５４０目標電流演算部
５５０出力部
３７ＢＯブリードオフ絞り
３７ＭＩａ，３７ＭＩｃメータイン絞り
３７ＭＯａ，３７ＭＯｃメータアウト絞り

Claims

下部走行体と、
この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、
この上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータ、前記旋回用油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプ、前記旋回用油圧モータからの戻り油を受け、かつ前記油圧ポンプへの油の供給源となるタンク、及び前記旋回用油圧モータと前記油圧ポンプとを接続する管路上に配置され、前記油圧ポンプから吐出され前記旋回用油圧モータへ送られる圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁を含む油圧回路装置と、
前記油圧ポンプを駆動する原動機と、
前記旋回用油圧モータと併用して前記上部旋回体を駆動しかつ減速時に発電機として機能する旋回用電動機と、
前記旋回用電動機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置と、
前記旋回用電動機の動作を制御する制御装置とを備えるハイブリッド式建設機械において、
前記方向制御弁は、前記油圧ポンプと前記旋回用油圧モータとの間に位置するメータイン絞りと、前記旋回用油圧モータと前記タンクとの間に位置するメータアウト絞りとを有し、かつ前記メータアウト絞りの開口面積特性は、前記ハイブリッド式建設機械とは別の建設機械であって、前記旋回用電動機を有しておらず、上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積となるように設定され、
前記制御装置は、前記旋回用油圧モータの減速時に、前記旋回用油圧モータに発生した制動トルクと前記旋回用電動機の制動トルクとの和が、前記メータアウト絞りを前記所定の開口面積としたときに発生する制動トルクと等しくなるように、前記旋回用電動機のトルクを制御することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁の前記メータアウト絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁の前記メータアウト絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積と同じ開口面積になるように設定され、
前記油圧建設機械は、前記方向制御弁を駆動するための操作信号を出力する操作装置を更に備え、
前記制御装置は、前記操作信号に対する前記方向制御弁の開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積となるように前記操作信号を補正することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁は、前記油圧ポンプと前記タンクとの間に位置するブリードオフ絞りを更に有し、かつ前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記上部旋回体を前記旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積となるように設定され、
前記制御装置は、前記旋回用油圧モータの加速時に、前記旋回用油圧モータに発生した加速トルクと前記旋回用電動機の加速トルクとの和が、前記ブリードオフ絞りを前記所定の開口面積としたときに発生する加速トルクと等しくなるように、前記旋回用電動機のトルクを制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定されていることを特徴とする請求項４記載のハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積と同じ開口面積になるように設定され、
前記油圧建設機械は、前記方向制御弁を駆動するための操作信号を出力する操作装置を更に備え、
前記制御装置は、前記操作信号に対する前記方向制御弁の開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積となるように前記操作信号を補正することを特徴とする請求項４記載のハイブリッド式建設機械。
下部走行体と、
この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、
この上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータと、
前記旋回用油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記旋回用油圧モータからの戻り油を受け、かつ前記油圧ポンプへの油の供給源となるタンクと、
前記旋回用油圧モータと前記油圧ポンプとを接続する管路上に配置され、前記油圧ポンプから吐出され前記旋回用油圧モータへ送られる圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁と、
前記油圧ポンプを駆動する原動機と、
前記旋回用油圧モータと併用して前記上部旋回体を駆動しかつ減速時に発電機として機能する旋回用電動機と、
前記旋回用電動機と電気エネルギの授受を行う蓄電装置と、
前記旋回用電動機の動作を制御する制御装置とを備えるハイブリッド式建設機械において、
前記方向制御弁は、前記油圧ポンプと前記タンクとの間に位置するブリードオフ絞りと、前記油圧ポンプと前記旋回用油圧モータとの間に位置するメータイン絞りと、前記旋回用油圧モータと前記タンクとの間に位置するメータアウト絞りとを有し、かつ前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記ハイブリッド式建設機械とは別の建設機械であって、前記旋回用電動機を有しておらず、上部旋回体を旋回用油圧モータのみで駆動する建設機械に設定される所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定され、
前記制御装置は、前記旋回用油圧モータの加速時に、前記旋回用油圧モータに発生した加速トルクと前記旋回用電動機の加速トルクとの和が、前記ブリードオフ絞りを前記所定の開口面積としたときに発生する駆動トルクと等しくなるように、前記旋回用電動機のトルクを制御することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積になるように設定されていることを特徴とする請求項７記載のハイブリッド式建設機械。
前記方向制御弁の前記ブリードオフ絞りの開口面積特性は、前記方向制御弁のストロークに対する開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積と同じ開口面積になるように設定され、
前記油圧建設機械は、前記方向制御弁を駆動するための操作信号を出力する操作装置を更に備え、
前記制御装置は、前記操作信号に対する前記方向制御弁の開口面積特性でみた場合の開口面積が前記所定の開口面積より大きな開口面積となるように前記操作信号を補正することを特徴とする請求項７記載のハイブリッド式建設機械。