JP6316623B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、旋回用電動機及び蓄電系を備えるショベル及びショベルの制御方法に関する。

上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として電気モータを用いるハイブリッド式ショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このハイブリッド式ショベルは、蓄電器又は旋回機構の動力源である電気モータがエネルギを必要とする場合にエンジンに連結された発電機で発電する。

特開２００７−２１８００３号公報

しかしながら、上述のハイブリッド式ショベルは、発電中には、ブーム等の作業要素の油圧源となる油圧ポンプの出力を下げることになり、ブーム等の動きを鈍くしてしまう。

上述に鑑み、油圧系と電動旋回系がパワフルなショベル及びショベルの制御方法を提供することが望ましい。

本発明の実施例に係るショベルは、エンジンと、前記エンジンをアシスト可能な電動発電機と、蓄電器と、旋回用電動機と、前記電動発電機、前記蓄電器、及び前記旋回用電動機を接続するバスラインと、前記蓄電器の充放電を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記蓄電器の充電率に対する充電量の変化率を放電量の変化率以下にし、或いは、最大充電量の大きさを最大放電量の大きさ以下にする。

また、本発明の実施例に係るショベルの制御方法は、エンジンと、前記エンジンをアシスト可能な電動発電機と、蓄電器と、旋回用電動機と、前記電動発電機、前記蓄電器、及び前記旋回用電動機を接続するバスラインと、前記蓄電器の充放電を制御する制御装置とを有するショベルの制御方法であって、前記蓄電器の充電率を取得するステップと、前記充電率に基づいて前記蓄電器の充電量及び放電量を導き出すステップと、前記充電量及び前記放電量に基づいて前記蓄電器の充放電を制御するステップとを有し、前記蓄電器の充電率に対する充電量の変化率は放電量の変化率以下であり、或いは、前記蓄電器の最大充電量の大きさは最大放電量の大きさ以下である。

上述の手段により、油圧系と電動旋回系がパワフルなショベル及びショベルの制御方法を提供できる。

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。 蓄電系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の回路図である。 要求値導出処理の流れを示すフローチャートである。 ＳＯＣ・要求値対応テーブルの一例を説明する図である。 旋回力行時処理の流れを示すフローチャートである。 旋回回生時処理の流れを示すフローチャートである。 旋回停止時処理の流れを示すフローチャートである。 パワーブースト処理の流れを示すフローチャートである。 電動発電機のアシスト出力の時間的推移の一例を示す図である。 許容最大吸収馬力増減処理を説明する概念図である。 所要電力、発電電力、及び許容最大吸収馬力の時間的推移を示す図である。 旋回力行中における電動発電機、キャパシタ、及び旋回用電動機の間の電力の授受を説明する図である。 旋回回生中における電動発電機、キャパシタ、及び旋回用電動機の間の電力の授受を説明する図である。

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、アタッチメントの１例である掘削アタッチメントを構成し、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、本発明の実施形態によ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、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。

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制御装置である。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、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。なお、油圧系は、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、メインポンプ１４、コントロールバルブ１７を含む。

電動発電機１２には、電動発電機制御部としてのインバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。また、蓄電系１２０には、電動発電機制御部としてのインバータ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が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系としての電動旋回系が構成される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、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、バスラインとしての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と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とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

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。

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制御装置である。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、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより各種機能が実現される。

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（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替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。

この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、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に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ２０を介して旋回用電動機２１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に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ１８を介して電動発電機１２に供給される。また、キャパシタ１９に蓄積された電力は、昇降圧コンバータ１００及びＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１の少なくとも一方に供給される。

図４は、蓄電系１２０の回路図である。昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１８、２０を接続するための一対の出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の一対の出力端子１０６とインバータ１８、２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図４には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源が蓄電器として用いられてもよい。

電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８、２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値(vbat_det)を検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧：vdc_det）を検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。キャパシタ 電流検出部１１３は、キャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９に流れる電流値(ibat_det)を検出する。

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図４では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

上述のような構成のハイブリッド式ショベルにおいて、コントローラ３０は、キャパシタ１９が所定の充電率（ＳＯＣ）を維持できるようにキャパシタ１９を充放電させる。具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９が旋回用電動機２１等の各種電気負荷から回生電力を受け入れたとしても、或いは、キャパシタ１９の充電以外の目的で電動発電機１２が行う発電による発電電力を受け入れたとしても過充電とならないよう、キャパシタ１９のＳＯＣを適切なレベル（例えば７０％）に維持する。

なお、「キャパシタ１９の充電以外の目的」は、エンジン１１に意図的に負荷を掛けることを含む。また、任意のタイミングで電動発電機１２を発電機として機能させることでエンジン１１に意図的に負荷を掛けることにより、コントローラ３０は、エンジン１１の出力を任意のタイミングで増大させることができる。エンジン１１は負荷が増大した場合に所定回転数を維持しようとして出力を増大させるためである。そのため、コントローラ３０は、エンジン１１に油圧負荷が掛かる前に、エンジン１１の出力を瞬間的に増大させることによって、油圧負荷が実際に掛かったときに出力不足によってエンジン１１の回転数が低下するのを防止できる。なお、以下では、この機能を「負荷前ブースト」と称する。

なお、本実施例では、キャパシタ１９のＳＯＣは、キャパシタ電圧検出部１１２が検出するキャパシタ電圧値に基づいて算出される。但し、キャパシタ１９のＳＯＣは、キャパシタ１９の内部抵抗を計測することによって導き出されてもよく、他の任意の公知の方法を用いて導き出されてよい。

コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣの現在値に基づいて充電要求値（充電量に相当する。）及び放電要求値（放電量に相当する。）を決定し、キャパシタ１９の充放電を制御する。コントローラ３０は、充電要求値をゼロ以外の負値（本実施例では、充電出力を負値とし、放電出力を正値とする。）とした場合、電動発電機１２を発電機として機能させる。そして、電動発電機１２に充電要求値に相当する電力以上の出力で発電させ、充電要求値に相当する電力でキャパシタ１９を充電させる。また、コントローラ３０は、充電要求値を値ゼロとした場合、キャパシタ１９を充電させない。そのため、キャパシタ１９の充電のみのために電動発電機１２を発電機として機能させることはない。但し、他の目的のために電動発電機１２を発電機として機能させることを禁止することはない。

また、コントローラ３０は、放電要求値をゼロ以外の正値とした場合、電動発電機１２を電動機として機能させる。そして、電動発電機１２に放電要求値に相当する電力以上の出力でアシスト運転させ、放電要求値に相当する電力でキャパシタ１９を放電させる。なお、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が力行運転している場合には、放電要求値に相当する電力でキャパシタ１９の電力を旋回用電動機２１に向けて放電させる。この場合、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の駆動に要する出力［ｋＷ］が放電要求値に相当する電力より大きければ、電動発電機１２を電動機としてではなく発電機として機能させる。電動発電機１２が発電する電力とキャパシタ１９が放電する電力とで旋回用電動機２１を駆動させるためである。また、コントローラ３０は、放電要求値を値ゼロとした場合、キャパシタ１９を放電させない。そのため、キャパシタ１９の放電のみのために電動発電機１２を電動機として機能させることはなく、キャパシタ１９の電力を旋回用電動機２１に向けて放電させることもない。

ここで、図５を参照し、コントローラ３０がキャパシタ１９のＳＯＣに基づいて充電要求値及び放電要求値を導き出す処理（以下、「要求値導出処理」とする。）について説明する。なお、図５は、要求値導出処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの要求値導出処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣを取得する（ステップＳ１）。本実施例では、コントローラ３０は、キャパシタ電圧検出部１１２が検出するキャパシタ電圧値に基づいてＳＯＣを算出する。

また、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の状態を検出する（ステップＳ２）。本実施例では、コントローラ３０は、レゾルバ２２の出力に基づいて算出される旋回速度から旋回用電動機２１の運転状態と停止状態とを判別する。また、コントローラ３０は、インバータ２０を流れる電流に基づいて算出される旋回トルクと旋回速度から旋回用電動機２１の力行運転状態と回生運転状態とを判別する。

また、ステップＳ１及びステップＳ２は順不同であり、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の状態を検出した後でキャパシタ１９のＳＯＣを取得してもよく、２つの処理を同時に実行してもよい。

その後、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣ及び旋回用電動機２１の状態に基づいて充電要求値を導き出す（ステップＳ３）。本実施例では、コントローラ３０は、内部メモリに格納されたＳＯＣ・要求値対応テーブルを参照し、現在のＳＯＣ及び現在の旋回用電動機２１の状態に基づいて充電要求値を導き出す。

また、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣ及び旋回用電動機２１の状態に基づいて放電要求値を導き出す（ステップＳ４）。本実施例では、コントローラ３０は、充電要求値を導出する場合に用いたＳＯＣ・要求値対応テーブルを参照し、現在のＳＯＣ及び現在の旋回用電動機２１の状態に基づいて放電要求値を導き出す。

図６は、ＳＯＣ・要求値対応テーブルの一例を説明する図である。具体的には、図６は、キャパシタ１９のＳＯＣと放電要求値及び充電要求値との関係を示すグラフであり、横軸がＳＯＣ［％］に対応し、縦軸が要求値に対応する。なお、図６では、放電要求値を正値とし、充電要求値を負値とする。また、図６の充電要求値は、キャパシタ１９の充電のために電動発電機１２を発電機として機能させるためのものであり、旋回用電動機２１の回生電力による充電を要求するものではない。旋回用電動機２１の回生電力は、充電要求値に応じた電動発電機１２の発電電力による充電とは別にキャパシタ１９に充電される。

また、図６の破線で示す推移ＣＬ１は、旋回用電動機２１が力行運転状態の場合に採用される充電要求値の推移を表し、図６の一点鎖線で示す推移ＣＬ２は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に採用される充電要求値の推移を表し、二点差線で示す推移ＣＬ３は、旋回用電動機２１が停止状態の場合に採用される充電要求値の推移を表す。

また、図６の破線で示す推移ＤＬ１は、旋回用電動機２１が力行運転状態の場合に採用される放電要求値の推移を表し、図６の一点鎖線で示す推移ＤＬ２は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に採用される放電要求値の推移を表し、二点差線で示す推移ＤＬ３は、旋回用電動機２１が停止状態の場合に採用される放電要求値の推移を表す。

具体的には、推移ＣＬ１は、ＳＯＣが４０［％］以下の場合に充電要求値が値Ｃ１となり、ＳＯＣが４０［％］を超えて４５［％］に至るまで徐々に値ゼロに近づき、ＳＯＣが４５［％］以上の場合に値ゼロとなることを表す。

また、推移ＣＬ２は、ＳＯＣが４０［％］以下の場合に充電要求値が値Ｃ２となり、ＳＯＣが４０［％］を超えて６０［％］に至るまで徐々に値ゼロに近づき、ＳＯＣが６０［％］以上の場合に値ゼロとなることを表す。なお、値Ｃ２の大きさは値Ｃ１の大きさより大きい。

また、推移ＣＬ３は、ＳＯＣが４０［％］以下の場合に充電要求値が値Ｃ３となり、ＳＯＣが４０［％］を超えて６０［％］に至るまで徐々に値ゼロに近づき、ＳＯＣが６０［％］以上の場合に値ゼロとなることを表す。なお、値Ｃ３の大きさは、値Ｃ１の大きさより大きく、値Ｃ２の大きさより小さい。

また、推移ＤＬ１は、ＳＯＣが６０［％］以下の場合に放電要求値が値ゼロとなり、ＳＯＣが６０［％］を超えて１００［％］に至るまで一定の割合で増加し、ＳＯＣが１００［％］に達した場合に値Ｄ１となることを表す。

また、推移ＤＬ２は、ＳＯＣが７０［％］以下の場合に放電要求値が値ゼロとなり、ＳＯＣが７０［％］を超えて８０［％］に至るまで一定の割合で増加し、ＳＯＣが８０［％］以上の場合に値Ｄ２となることを表す。なお、値Ｄ２の大きさは、値Ｄ１の大きさより小さい。

また、推移ＤＬ３は、ＳＯＣが７０［％］以下の場合に放電要求値が値ゼロとなり、ＳＯＣが７０［％］を超えて８５［％］に至るまで一定の割合で増加し、ＳＯＣが８５［％］以上の場合に値Ｄ３となることを表す。なお、値Ｄ３の大きさは、値Ｃ２の大きさより大きい。なお、値Ｄ３の大きさは、値Ｄ２の大きさより小さい。

図６のグラフは、例えば、キャパシタ１９の現在のＳＯＣが７０［％］で且つ旋回用電動機２１の現在の状態が力行運転状態であれば、充電要求値が値ゼロで且つ放電要求値がＤ４であることを表す。

また、図６のグラフは、キャパシタ１９の現在のＳＯＣが３０［％］で且つ旋回用電動機２１の現在の状態が回生運転状態であれば、充電要求値がＣ２で且つ放電要求値が値ゼロであることを表す。

次に、図７を参照し、旋回用電動機２１が力行運転状態の場合に、コントローラ３０が充電要求値及び放電要求値を利用してキャパシタ１９の充放電を制御する処理（以下、「旋回力行時処理」とする。）について説明する。なお、図７は、旋回力行時処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が力行運転状態の場合に、所定の制御周期で繰り返しこの旋回力行時処理を実行する。なお、コントローラ３０は、旋回力行開始時に一度だけこの旋回力行時処理を実行してもよい。

最初に、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の旋回駆動に必要な出力（以下、「所要出力」とする。）が放電要求値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、コントローラ３０は、レゾルバ２２の出力に基づいて算出される旋回速度と、インバータ２０を流れる電流に基づいて算出される旋回トルクの積から所要出力を導き出す。そして、コントローラ３０は、その所要出力と要求値導出処理で導き出した放電要求値とを比較する。

所要出力が放電要求値以下であると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、キャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる（ステップＳ１２）。

一方、所要出力が放電要求値より大きいと判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、コントローラ３０は、電動発電機１２を発電機として機能させる（ステップＳ１３）。

そして、コントローラ３０は、放電要求値が値ゼロであるか否かを判定する（ステップＳ１４）。なお、値ゼロの放電要求値は、キャパシタ１９の放電が停止されることを意味する。

放電要求値が値ゼロであると判定した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、すなわち、キャパシタ１９の放電を停止している場合、コントローラ３０は、電動発電機１２が発電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる（ステップＳ１５）。

その後、コントローラ３０は、充電要求値が値ゼロでないか否かを判定する（ステップＳ１６）。本実施例では、要求値導出処理で導き出した充電要求値を参照して充電要求値が値ゼロでないか否かを判定する。なお、値ゼロの充電要求値は、キャパシタ１９の充電が停止されることを意味する。

充電要求値が値ゼロでないと判定した場合（ステップＳ１６のＹＥＳ）、すなわち、キャパシタ１９の充電を停止していない場合、コントローラ３０は、電動発電機１２が発電する電力でキャパシタ１９を充電させる（ステップＳ１７）。すなわち、電動発電機１２は、所要出力に相当する電力の発電、及び、旋回力行時の充電要求値に相当する電力の発電を行う。

なお、充電要求値が値ゼロであると判定した場合（ステップＳ１６のＮＯ）、コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電を停止させたまま今回の旋回力行時処理を終了させる。

また、放電要求値が値ゼロでないと判定した場合（ステップＳ１４のＮＯ）、すなわち、キャパシタ１９の放電を停止していない場合、コントローラ３０は、キャパシタ１９が放電する電力と電動発電機１２が発電する電力で旋回用電動機２１を駆動する（ステップＳ１８）。

上述の旋回力行時処理を繰り返し実行することにより、コントローラ３０は、図６の推移ＤＬ１で示すように、値ゼロでない放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば６０％より大きい値）をキャパシタ１９が示す場合、所要出力が放電要求値以下であれば、キャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる。また、値ゼロでない放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば６０％より大きい値）をキャパシタ１９が示す場合、所要出力が放電要求値より大きければ、キャパシタ１９が放電する電力（放電要求値に相当する電力）と電動発電機１２が発電する電力とで旋回用電動機２１を駆動させる。このようにして、コントローラ３０は、旋回力行時に積極的にキャパシタ１９を放電させることで、その後の旋回回生時に発生する回生電力を確実にキャパシタ１９に充電できるようにする。

また、値ゼロの放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば６０％以下の値）をキャパシタ１９が示す場合、電動発電機１２が発電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる。また、値ゼロの放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば４５％以下の値）をキャパシタ１９が示す場合、コントローラ３０は、電動発電機１２が発電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させ、さらに、充電要求値に相当する電力を電動発電機１２に発電させ、その電力をキャパシタ１９に充電させる。このようにして、コントローラ３０は、例えば、エンジン１１の負荷を一定にすべく電動発電機１２を電動機として機能させるためのキャパシタ１９の放電が増えてキャパシタ１９のＳＯＣが低い状態にある場合には、旋回力行時であってもキャパシタ１９を充電させることで、キャパシタ１９の過放電を防止する。

次に、図８を参照し、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に、コントローラ３０が充電要求値及び放電要求値を利用してキャパシタ１９の充放電を制御する処理（以下、「旋回回生時処理」とする。）について説明する。なお、図８は、旋回回生時処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に、所定の制御周期で繰り返しこの旋回回生時処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、放電要求値が値ゼロであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。

放電要求値が値ゼロであると判定した場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、すなわち、キャパシタ１９の放電を停止している場合、コントローラ３０は、充電要求値が値ゼロでないか否かを判定する（ステップＳ２２）。

充電要求値が値ゼロでないと判定した場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）、すなわち、キャパシタ１９の充電を停止していない場合、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が回生する回生電力の全てと充電要求値に相当する電力をキャパシタ１９に充電させる（ステップＳ２３）。

なお、充電要求値が値ゼロであると判定した場合（ステップＳ２２のＮＯ）、すなわち、キャパシタ１９の充電を停止している場合、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が回生する回生電力の全てをキャパシタ１９に充電させる（ステップＳ２４）。

また、放電要求値が値ゼロでないと判定した場合（ステップＳ２１のＮＯ）、すなわち、キャパシタ１９の放電を停止していない場合、コントローラ３０は、回生電力が放電要求値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。なお、本実施例では、回生電力は負値で表され、放電要求値は正値で表される。そのため、厳密には、コントローラ３０は、回生電力の絶対値が放電要求値より大きいか否かを判定する。

回生電力が放電要求値より大きいと判断した場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）、コントローラ３０は、回生電力と放電要求値に相当する電力の差の分だけ、キャパシタ１９に充電させる（ステップＳ２６）。本実施例では、コントローラ３０は、放電要求値に相当する回生電力の一部を旋回用電動機２１から電動発電機１２に供給して電動発電機１２を電動機として機能させ、回生電力の残りの部分をキャパシタ１９に充電させる。

一方、回生電力が放電要求値以下であると判断した場合（ステップＳ２５のＮＯ）、コントローラ３０は、回生電力と放電要求値に相当する電力との和を電動発電機１２に向かわせる（ステップＳ２７）。本実施例では、コントローラ３０は、回生電力の全てを旋回用電動機２１から電動発電機１２に供給し、且つ、放電要求値に相当する電力をキャパシタ１９から電動発電機１２に供給して電動発電機１２を電動機として機能させる。

なお、本実施例では、電動機として機能する電動発電機１２が受け入れ可能な電力は、所定の許容電力によって制限される。アシスト出力が大きくなり過ぎてエンジン１１が吹き上がってしまうのを防止するためである。したがって、回生電力と放電要求値に相当する電力との和が許容電力を上回る場合、コントローラ３０は、放電要求値に相当する電力を低減させることで、すなわちキャパシタ１９から放電される電力を低減させることで電動発電機１２に供給される電力が許容電力と等しくなるようにする。

上述の旋回回生時処理を繰り返し実行することにより、コントローラ３０は、図６の推移ＤＬ２で示すように、値ゼロの放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば３０％）をキャパシタ１９が示す場合、回生電力の全てをキャパシタ１９に供給してキャパシタ１９を充電させ、且つ、充電要求値に相当する電力を電動発電機１２で発電させ、その発電電力でキャパシタ１９を充電させる。このようにして、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣが低い状態にある場合には、旋回回生時であっても電動発電機１２に発電させてキャパシタ１９を充電させることで、キャパシタ１９の過放電を防止する。

また、図６の推移ＤＬ２で示すように、値ゼロでない放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば７０％より大きい値）をキャパシタ１９が示す場合、回生電力の大きさが放電要求値の大きさより大きければ、ＳＯＣが１００％に達するまでは、その差分電力でキャパシタ１９を充電させながら、放電要求値に相当する電力を旋回用電動機２１から電動発電機１２に供給して電動発電機１２を電動機として機能させる。このようにして、コントローラ３０は、１８０度旋回等で大きな回生電力が発生する場合であっても、その回生電力の一部を電動発電機１２で消費させることで、キャパシタ１９の過充電を防止する。

また、値ゼロでない放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば７０％より大きい値）をキャパシタ１９が示す場合、回生電力の大きさが放電要求値の大きさ以下であれば、値ゼロの放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば７０％）に達するまでは、回生電力と放電要求値に相当する電力との和を電動発電機１２に向かわせ、電動発電機１２を電動機として機能させる。このようにして、コントローラ３０は、キャパシタ１９の過充電を防止する。

次に、図９を参照し、旋回用電動機２１が停止状態の場合に、コントローラ３０が充電要求値及び放電要求値を利用してキャパシタ１９の充放電を制御する処理（以下、「旋回停止時処理」とする。）について説明する。なお、図９は、旋回停止時処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が停止状態の場合に、所定の制御周期で繰り返しこの旋回停止時処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、放電要求値が値ゼロであるか否かを判定する（ステップＳ３１）。

放電要求値が値ゼロであると判定した場合（ステップＳ３１のＹＥＳ）、すなわち、キャパシタ１９の放電を停止している場合、コントローラ３０は、充電要求値が値ゼロでないか否かを判定する（ステップＳ３２）。

充電要求値が値ゼロでないと判定した場合（ステップＳ３２のＹＥＳ）、すなわち、キャパシタ１９の充電を停止していない場合、コントローラ３０は、電動発電機１２を発電機として機能させる（ステップＳ３３）。そして、コントローラ３０は、電動発電機１２が発電する電力でキャパシタ１９を充電させる（ステップＳ３４）。

なお、充電要求値が値ゼロであると判定した場合（ステップＳ３２のＮＯ）、すなわち、キャパシタ１９の充電を停止している場合、コントローラ３０は、キャパシタ１９を充電させない。そのため、キャパシタ１９の充電のみのために電動発電機１２を発電機として機能させることはない。但し、他の目的のために電動発電機１２を発電機として機能させることを禁止することはない。

一方、放電要求値が値ゼロでないと判定した場合（ステップＳ３１のＮＯ）、すなわち、キャパシタ１９の放電を停止していない場合、コントローラ３０は、キャパシタ１９が放電する電力で電動発電機１２を駆動させる（ステップＳ３５）。

上述の旋回停止時処理を繰り返し実行することにより、コントローラ３０は、図６の推移ＣＬ３で示すように、値ゼロでない充電要求値に対応するＳＯＣ（例えば３０％）を示すキャパシタ１９を、値ゼロの充電要求値に対応するＳＯＣ（例えば６０％）まで充電させる。このようにして、コントローラ３０は、例えば、エンジン１１の負荷を一定にすべく電動発電機１２を電動機として機能させるためのキャパシタ１９の放電が増えてキャパシタ１９のＳＯＣが低い状態にある場合には、旋回停止時であってもキャパシタ１９を充電させることで、キャパシタ１９の過放電を防止する。

また、コントローラ３０は、図６の推移ＤＬ３で示すように、値ゼロでない放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば９０％）を示すキャパシタ１９を、値ゼロの放電要求値に対応するＳＯＣ（例えば７０％）まで放電させる。このようにして、コントローラ３０は、例えば、エンジン１１に意図的に負荷を掛けるために電動発電機１２を発電機として機能させ、或いは、エンジン１１の負荷を一定にすべく電動発電機１２を電動機として機能させる機会が増えることでキャパシタ１９が頻繁に充電される場合であっても、キャパシタ１９のＳＯＣが過度に高くなるのを防止できる。

また、コントローラ３０は、充電要求値及び放電要求値が何れも値ゼロとなるＳＯＣ（例えば６０％以上７０％以下）をキャパシタ１９が示す場合、キャパシタ１９を充放電させないようにする。

次に、図１０を参照し、ショベルに対して所定の複合操作が入力された場合にコントローラ３０が放電要求値を超えてキャパシタ１９を放電させる処理（以下、「パワーブースト処理」とする。）について説明する。なお、図１０は、パワーブースト処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣが所定範囲内にある場合に、所定の制御周期で繰り返しこのパワーブースト処理を実行する。本実施例では、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣが５０％以上７０％以下の場合に、所定の制御周期で繰り返しこのパワーブースト処理を実行する。なお、コントローラ３０は、旋回力行時処理を実行している場合であっても、パワーブースト処理を優先的に実行する。

最初に、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ４１）。本実施例では、コントローラ３０は、圧力センサ２９の出力を監視することで、ブーム操作レバー及び旋回操作レバーの操作内容を監視する。そして、コントローラ３０は、ブーム操作レバーが上げ方向に操作され、且つ、旋回操作レバーが左回転方向又は右回転方向の何れかに操作されたことを検出した場合に、複合操作としてのブーム上げ旋回操作が行われたと判定する。

ブーム上げ旋回操作が行われたと判定した場合（ステップＳ４１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、ブーム操作レバーに対する操作がフルレバー操作であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。

「フルレバー操作」とは、レバー操作量を所定のレバー操作量以上とする操作であり、本実施例では、８０％以上のレバー操作量でブーム操作レバーを上げ方向に傾斜させることを意味する。なお、レバー操作量は、ブーム操作レバーが中立位置のときに０％を示し、最大傾斜位置のときに１００％を示す。

フルレバー操作であると判定した場合（ステップＳ４２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、キャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる（ステップＳ４３）。
ブーム上げ旋回操作中のブーム４の上昇速度の低下を防止するためである。具体的には、旋回力行開始時にＳＯＣが低い場合（例えば、回生電力が十分に得られなかった場合、又は、電動発電機１２によるアシスト運転のためのキャパシタ１９の放電が多かった場合）、パワーブースト処理を実行しなければ、キャパシタ１９から旋回用電動機２１への電力供給量が制限されるので、電動発電機１２から旋回用電動機２１への電力供給量が増える。そのため、通常の旋回力行時処理（図７参照。）に比べ、電動発電機１２はエンジン１１の発電負荷を増大させ、メインポンプ１４が消費できるエンジン１１の出力は減少する。そのため、メインポンプ１４は吐出量が制限され、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も制限される。その結果、ブーム４の上昇速度が低下する。パワーブースト処理は、このブーム４の上昇速度の低下を防止する。

その後、コントローラ３０は、放電電力量が所定電力量に達したか否かを判定する（ステップＳ４４）。本実施例では、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回操作の際にキャパシタ１９が所定出力［ｋＷ］で旋回用電動機２１に向けて放電した電力の累積量すなわち放電電力量［ｋＪ］を監視し、その放電電力量［ｋＪ］が所定電力量［ｋＪ］に達したか否かを判定する。

その後、コントローラ３０は、放電電力量［ｋＪ］が所定電力量［ｋＪ］に達するまでキャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させ続ける。

そして、放電電力量［ｋＪ］が所定電力量［ｋＪ］に達したと判定した場合（ステップＳ４４のＹＥＳ）、コントローラ３０は、パワーブースト処理を終了させる。本実施例では、ブーム４が所定角度だけ上昇したところでコントローラ３０がパワーブースト処理を終了できるように所定電力量［ｋＪ］が設定される。パワーブースト処理終了後は、旋回回生が開始されるまでは、コントローラ３０は、その時点のＳＯＣに応じた変化率αで旋回力行時の放電要求値を低下させる。そして、旋回用電動機２１の所要出力がその放電要求値に相当する電力を超える場合には、その差分を電動発電機１２から供給させる。旋回回生が開始された後は、旋回回生時処理を実行し、充電要求値及び放電要求値に基づいてキャパシタ１９の充放電を制御する。なお、変化率αは、図６の破線で示す推移ＤＬ１の傾きに相当する変化率であってもよい。

なお、ブーム操作レバーに対する操作がフルレバー操作でないと判定した場合（ステップＳ４２のＮＯ）、コントローラ３０は、パワーブースト処理では、キャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させることはない。ブーム４を迅速に上昇させる意思を操作者が有しておらず、ブーム４の上昇速度の低下を防止する必要はないと判断できるためである。この場合、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回操作（厳密には旋回操作）が完了するまでは旋回用電動機２１の状態に応じて旋回力行時処理又は旋回回生時処理を実行する。そのため、キャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる場合もある。

以上の構成により、コントローラ３０は、キャパシタ１９の現在のＳＯＣに対応する充電要求値及び放電要求値に基づいてキャパシタ１９の充放電を制御する。そのため、キャパシタ１９の充放電をより適切に制御できる。

また、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の状態に応じて充電要求値及び放電要求値を変化させる。そのため、キャパシタ１９の充放電をより適切に制御できる。

次に、図１１を参照し、電動発電機１２のアシスト出力の時間的推移について説明する。図１１は、電動発電機１２のアシスト出力の時間的推移の一例を示す図である。

図１１の時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間及び時刻ｔ４〜時刻ｔ５の期間では、電動発電機１２は発電機として機能し、発電した電力をキャパシタ１９に充電する。これらの発電は負荷前ブーストのための発電に相当する。

また、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間では、例えば掘削作業に伴う油圧負荷が発生しており、電動発電機１２は電動機としての動作と発電機としての動作を交互に繰り返す。電動機として機能する場合、電動発電機１２は、キャパシタ１９が放電する電力を利用して回転トルクを発生させてエンジン１１をアシストする。一方、発電機として機能する場合、電動発電機１２は、エンジン１１の回転トルクを利用して発電した電力でキャパシタ１９を充電する。

時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間における電動機としての動作と発電機としての動作の繰り返しは以下の理由によって引き起こされる。

具体的には、エンジン１１は、油圧負荷が瞬間的に増大すると、燃料噴射量を増大させることでエンジン出力を増大させ、エンジン回転数を一定に維持しようとする。しかしながら、エンジン１１は、電動発電機１２に比べて応答性が低いため、燃料噴射量の増大によるエンジン出力の増大が実現される前にエンジン回転数を低下させてしまう。そのため、電動発電機１２は、瞬時に電動機として機能してエンジン１１をアシストし、エンジン回転数が低下しないようにする。

その後、エンジン１１は、油圧負荷が瞬間的に減少すると、燃料噴射量を減少させることでエンジン出力を減少させ、エンジン回転数を一定に維持しようとする。しかしながら、エンジン１１は、電動発電機１２に比べて応答性が低いため、燃料噴射量の減少によるエンジン出力の減少が実現される前にエンジン回転数を増大させてしまう。そのため、電動発電機１２は、瞬時に発電機として機能してエンジン１１に発電負荷を掛け、エンジン回転数が増大しないようにする。

その後も同様に、エンジン回転数を一定に維持するために、油圧負荷の増減に応じて、エンジン１１は燃料噴射量の増減を交互に繰り返し、電動発電機１２は電動機としての動作と発電機としての動作を交互に繰り返す。

したがって、本実施例では、電動発電機１２は電動機として機能するよりも発電機として機能する期間が長く、キャパシタ１９は放電されにくく充電され易い傾向にある。

次に、図１２を参照し、電動発電機１２が発電機又は電動機として機能する場合に、コントローラ３０がメインポンプ１４の許容最大吸収馬力を増減させる処理（以下、「許容最大吸収馬力増減処理」とする。）について説明する。なお、図１２は、許容最大吸収馬力増減処理を説明する概念図である。また、本実施例では、メインポンプ１４の吸収馬力は、メインポンプ１４の吐出量と吐出圧の積として算出される。

具体的には、コントローラ３０は、エンジン出力ＥＰを導き出す。本実施例では、コントローラ３０は、エンジン回転数センサ（図示せず。）の検出値を受け、内部メモリに予め記憶されたエンジン回転数・エンジン出力対応マップを参照してエンジン出力ＥＰを導き出す。

また、コントローラ３０は、アシスト出力ＡＰを導き出す。本実施例では、コントローラ３０は、キャパシタ電圧検出部１１２及びキャパシタ電流検出部１１３の検出値に基づき、電動発電機１２とキャパシタ１９との間でやりとりされる電力をアシスト出力ＡＰとして導き出す。なお、本実施例では、アシスト出力ＡＰは、電動発電機１２が電動機として機能する場合（キャパシタ１９が放電を行う場合）に正値となり、電動発電機１２が発電機として機能する場合（キャパシタ１９が充電を行う場合）に負値となる。

その後、コントローラ３０は、エンジン出力ＥＰとアシスト出力ＡＰとを加算して総出力ＴＰを導き出す。総出力ＴＰは、電動発電機１２が電動機として機能する場合（キャパシタ１９が放電を行う場合）にエンジン出力ＥＰよりもアシスト出力ＡＰ分だけ大きい値となり、電動発電機１２が発電機として機能する場合（キャパシタ１９が充電を行う場合）にエンジン出力ＥＰよりもアシスト出力ＡＰ分だけ小さい値となる。

その後、コントローラ３０は、ポンプ電流ＰＣを導き出す。本実施例では、コントローラ３０は、エンジン回転数センサの検出値を受け、内部メモリに予め記憶されているエンジン回転数に応じた総出力・ポンプ電流対応マップを参照してポンプ電流ＰＣを導き出す。

その後、コントローラ３０は、ポンプ電流ＰＣをメインポンプ１４のレギュレータ（図示せず。）に対して出力する。なお、レギュレータは、コントローラ３０からの指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調整してメインポンプ１４の吐出量を制御する装置である。本実施例では、レギュレータは、ポンプ電流ＰＣが小さいほどメインポンプ１４の吐出量を低減させる。

そのため、コントローラ３０は、エンジン回転数が一定であれば、すなわち、エンジン出力ＥＰが一定であれば、アシスト出力ＡＰが大きいほど、すなわち電動発電機１２の電力消費量（キャパシタ１９の放電量）が大きいほど、ポンプ電流ＰＣを大きくしてメインポンプ１４の許容最大吸収馬力を増大させる。アシスト出力ＡＰが大きくなると総出力ＴＰも大きくなり、総出力ＴＰに余裕が生じるためであり、その余裕分をメインポンプ１４が効率的に利用できるようにするためである。その結果、メインポンプ１４の吸収馬力は、増大された許容最大吸収馬力の範囲内で制御される。

反対に、コントローラ３０は、エンジン回転数が一定であれば、すなわち、エンジン出力ＥＰが一定であれば、アシスト出力ＡＰが小さいほど、すなわち電動発電機１２の発電量（キャパシタ１９の充電量）が大きいほど、ポンプ電流ＰＣを小さくしてメインポンプ１４の許容最大吸収馬力を低減させる。アシスト出力ＡＰが小さくなると総出力ＴＰも小さくなり、メインポンプ１４の吸収馬力を低減させなければ、その吸収馬力が総出力ＴＰを上回るおそれがあるためである。その結果、メインポンプ１４の吸収馬力は、低減された許容最大吸収馬力の範囲内で制御される。

次に、図１３を参照し、旋回用電動機２１の所要電力、電動発電機１２の発電電力、及びメインポンプ１４の許容最大吸収馬力の時間的推移について説明する。図１３は、所要電力、発電電力、及び許容最大吸収馬力の時間的推移を示す図である。

時刻ｔ１０において、旋回操作レバーが操作されると、旋回用電動機２１の所要電力は増大し始める。所要電力が放電要求値を超えるまでは、旋回用電動機２１は、キャパシタ１９が放電する電力のみを用いて上部旋回体３を旋回させる。なお、放電要求値は、図１３の破線で示すように、キャパシタ１９の放電が継続するのにしたがって、すなわちＳＯＣが低下するのにしたがって減少する。

時刻ｔ１１において、所要電力が放電要求値を超えると、旋回用電動機２１は、キャパシタ１９が放電する電力に加え、電動発電機１２が発電する電力を用いて上部旋回体３を旋回させる。そのため、電動発電機１２は、エンジン１１の回転トルクを利用する発電機として機能し、発電した電力を旋回用電動機２１に供給する。

電動発電機１２が発電を開始すると、エンジン１１の回転トルクが電動発電機１２によって吸収（消費）されるため、コントローラ３０は、許容最大吸収馬力増減処理によってメインポンプ１４の許容最大吸収馬力を低減させる。

電動発電機１２の発電電力は旋回用電動機２１の所要電力が増大するにつれて増大され、メインポンプ１４の許容最大吸収馬力は電動発電機１２の発電電力が増大するにつれて低減される。また、キャパシタ１９の放電電力は、時間の経過と共にＳＯＣ及び放電要求値が低下するにつれて低減される。そのため、電動発電機１２の発電電力は、キャパシタ１９の放電電力の低減分を補うためにも増大される。なお、図１３の所要電力の推移図における粗いハッチングの領域は所要電力に占める電動発電機１２の発電電力を示し、図１３の細かいハッチングの領域は所要電力に占めるキャパシタ１９の放電電力を示す。また、図１３の発電電力の推移図における粗いハッチングの領域は発電電力の累積量を表し、図１３の所要電力の推移図における粗いハッチングの領域に対応する。

図１１〜図１３を参照して説明したように、電動発電機１２は電動機として機能するよりも発電機として機能する期間が長く、キャパシタ１９は放電されにくく充電され易い傾向にあり、また、メインポンプ１４は電動発電機１２の発電量が大きいほどその許容最大吸収馬力が低減される傾向にある。

そのため、コントローラ３０は、放電要求値及び充電要求値を適切に設定してキャパシタ１９が放電されにくく充電され易い傾向を緩和することが望ましい。旋回操作が行われたときにキャパシタ１９が放電され易い傾向を採用することで、コントローラ３０は、キャパシタ１９から旋回用電動機２１に十分な電力が供給されるようにして電動旋回系の動きをパワフルできるためである。また、キャパシタ１９から旋回用電動機２１に十分な電力が供給されるようにし、旋回用電動機２１に電力を供給するために電動発電機１２を発電機として機能させる機会、ひいては電動発電機１２の発電によりメインポンプ１４の許容最大吸収馬力が制限される機会を減らすことで油圧系の動きをパワフルにすることができるためである。また、旋回操作の有無にかかわらず、キャパシタ１９が充電されにくい傾向を採用することで、コントローラ３０は、電動発電機１２の発電によりメインポンプ１４の許容最大吸収馬力が制限される機会を減らし、油圧系の動きをパワフルにすることができるためである。

図６で示したキャパシタ１９のＳＯＣと放電要求値及び充電要求値との関係は、上述の点を考慮して設定されたものである。そこで、図１４及び図１５を参照してその詳細を説明する。

図１４は、旋回力行中における電動発電機１２、キャパシタ１９、及び旋回用電動機２１の間の電力の授受を説明する図である。具体的には、図１４上図は、キャパシタ１９のＳＯＣと放電要求値及び充電要求値との関係を示すグラフであり、図６に対応する。なお、推移ＣＬ１は、旋回用電動機２１が力行運転状態の場合に採用される充電要求値の推移を表す。また、推移ＤＬ１は、旋回用電動機２１が力行運転状態の場合に採用される放電要求値の推移を表す。また、図１４の４点Ｐａ〜Ｐｄは、４つのＳＯＣのそれぞれにおける、旋回用電動機２１の所要出力ＲＡ［ｋＷ］と充電要求値及び放電要求値との関係を示す。また、図１４下図は、４点Ｐａ〜Ｐｄのそれぞれにおける電動発電機１２、キャパシタ１９、及び旋回用電動機２１の間の電力の授受を概略的に示す。

具体的には、点Ｐａは、ＳＯＣが９０［％］のときに、所要出力ＲＡ［ｋＷ］に相当する電力Ｗ_Ｃ１［ｋＷ］がキャパシタ１９から旋回用電動機２１に供給されることを示す。この場合、旋回用電動機２１は、キャパシタ１９が放電する電力Ｗ_Ｃ１［ｋＷ］のみで駆動される。ＳＯＣが９０［％］のときの放電要求値より所要電力ＲＡ［ｋＷ］が小さいためである。なお、本実施例では、この場合、キャパシタ１９は電動発電機１２に電力を供給しない。但し、キャパシタ１９は、ＳＯＣが９０［％］のときの放電要求値と電力Ｗ_Ｃ１［ｋＷ］との差である電力Ｗ_Ｃ０［ｋＷ］を電動発電機１２に供給して電動発電機１２を電動機として機能させ、エンジン１１をアシストしてもよい。

また、点Ｐｂは、ＳＯＣが７０［％］のときに、電力Ｗ_Ｃ２［ｋＷ］がキャパシタ１９から旋回用電動機２１に供給され、電力Ｗ_Ｇ１［ｋＷ］が電動発電機１２から旋回用電動機２１に供給され、電力Ｗ_Ｃ２［ｋＷ］と電力Ｗ_Ｇ１［ｋＷ］の合計が所要出力ＲＡ［ｋＷ］に相当することを示す。この場合、旋回用電動機２１は、電動発電機１２が発電する電力Ｗ_Ｇ１［ｋＷ］とキャパシタ１９が放電する電力Ｗ_Ｃ２［ｋＷ］とで駆動される。ＳＯＣが７０［％］のときの放電要求値より所要電力ＲＡ［ｋＷ］が大きいためである。

また、点Ｐｃは、ＳＯＣが５５［％］のときに、所要出力ＲＡ［ｋＷ］に相当する電力Ｗ_Ｇ２［ｋＷ］が電動発電機１２から旋回用電動機２１に供給されることを示す。この場合、旋回用電動機２１は、電動発電機１２が発電する電力Ｗ_Ｇ２［ｋＷ］のみで駆動される。ＳＯＣが５５［％］のときの放電要求値が値ゼロのためである。

また、点Ｐｄは、ＳＯＣが３５［％］のときに、所要出力ＲＡ［ｋＷ］に相当する電力Ｗ_Ｇ２［ｋＷ］が電動発電機１２から旋回用電動機２１に供給され、充電要求値に相当する電力Ｗ_Ｇ３［ｋＷ］が電動発電機１２からキャパシタ１９に供給されることを示す。この場合、旋回用電動機２１は、電動発電機１２が発電する電力Ｗ_Ｇ２［ｋＷ］のみで駆動される。ＳＯＣが３５［％］のときの放電要求値が値ゼロのためである。また、キャパシタ１９は、電動発電機１２が発電する電力Ｗ_Ｇ３［ｋＷ］で充電される。

このように、旋回力行中における電力の供給源及び供給先は、キャパシタ１９のＳＯＣに応じて変化する。

図１５は、旋回回生中における電動発電機１２、キャパシタ１９、及び旋回用電動機２１の間の電力の授受を説明する図である。具体的には、図１５上図は、キャパシタ１９のＳＯＣと放電要求値及び充電要求値との関係を示すグラフであり、図６及び図１４に対応する。なお、推移ＣＬ２は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に採用される充電要求値の推移を表す。また、推移ＤＬ２は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に採用される放電要求値の推移を表す。また、図１５の２点Ｐｅ及びＰｆは、２つのＳＯＣのそれぞれにおける、旋回用電動機２１が生成する回生電力ＲＢ［ｋＷ］と充電要求値及び放電要求値との関係を示す。また、図１５下図は、２点Ｐｅ及びＰｆのそれぞれにおける電動発電機１２、キャパシタ１９、及び旋回用電動機２１の間の電力の授受を概略的に示す。

具体的には、点Ｐｅは、ＳＯＣが７５［％］のときに、回生電力ＲＢ［ｋＷ］に相当する電力Ｗ_Ｇ５［ｋＷ］が旋回用電動機２１から電動発電機１２に供給され、放電要求値に相当する電力Ｗ_Ｃ５［ｋＷ］がキャパシタ１９から電動発電機１２に供給されることを示す。この場合、電動発電機１２は、旋回用電動機２１が生成する回生電力ＲＢに想到する電力Ｗ_Ｇ５［ｋＷ］とキャパシタ１９が放電する電力Ｗ_Ｃ５［ｋＷ］とを用いて電動機として機能する。ＳＯＣが７５［％］のときの放電要求値の大きさより回生電力ＲＢ［ｋＷ］の大きさが小さいためである。

また、点Ｐｆは、ＳＯＣが９０［％］のときに、回生電力ＲＢ［ｋＷ］に相当する電力Ｗ_Ｇ５［ｋＷ］が旋回用電動機２１から電動発電機１２に供給され、放電要求値に相当する電力Ｗ_Ｃ６［ｋＷ］がキャパシタ１９から電動発電機１２に供給されることを示す。この場合、電動発電機１２は、旋回用電動機２１が生成する回生電力ＲＢ［ｋＷ］に相当する電力Ｗ_Ｇ５［ｋＷ］とキャパシタ１９が放電する電力Ｗ_Ｃ６［ｋＷ］とを用いて電動機として機能する。ＳＯＣが９０［％］のときの放電要求値の大きさより回生電力ＲＢ［ｋＷ］の大きさが小さいためである。

なお、本実施例では、電動機として機能する電動発電機１２が受け入れ可能な電力は、所定の許容電力によって制限される。アシスト出力が大きくなり過ぎてエンジン１１が吹き上がってしまうのを防止するためである。したがって、電力Ｗ_Ｇ５［ｋＷ］と電力Ｗ_Ｃ６［ｋＷ］との和が許容電力を上回る場合、コントローラ３０は、電力Ｗ_Ｃ６［ｋＷ］を低減させることで、すなわちキャパシタ１９から放電される電力を低減させることで電動発電機１２に供給される電力が許容電力と等しくなるようにする。

なお、図６、図１４、及び図１５に示すように、キャパシタ１９の旋回力行中の充電要求値の最大値Ｃ１、旋回回生中の充電要求値の最大値Ｃ２、及び旋回停止中の充電要求値の最大値Ｃ３は何れも、旋回力行中の放電要求値の最大値Ｄ１、旋回回生中の放電要求値の最大値Ｄ２、及び旋回停止中の放電要求値の最大値Ｄ３の何れよりも小さい。すなわち、コントローラ３０は、最大値Ｃ１〜Ｃ３を低めに設定しておくことで、キャパシタ１９の充電のために電動発電機１２を発電機として機能させる機会を少なくし、キャパシタ１９が充電され易い傾向を緩和している。

また、旋回力行中の放電要求値は、図１４の破線で示す推移ＤＬ１のように、キャパシタ１９のＳＯＣが高くなるにつれて値ゼロから最大値Ｄ１に至るまで変化率α１で大きくなるように設定される。また、旋回力行中の充電要求値は、図１４の一点鎖線で示す推移ＣＬ１のように、キャパシタ１９のＳＯＣが低くなるにつれて値ゼロから最大値Ｃ１まで変化率β１で大きくなるように設定される。同様に、旋回回生中の放電要求値は、図１５の破線で示す推移ＤＬ２のように、キャパシタ１９のＳＯＣが高くなるにつれて値ゼロから最大値Ｄ２に至るまで変化率α２で大きくなるように設定される。また、旋回回生中の充電要求値は、図１５の一点鎖線で示す推移ＣＬ２のように、キャパシタ１９のＳＯＣが低くなるにつれて値ゼロから最大値Ｃ２まで変化率β２で大きくなるように設定される。また、なお、旋回力行中におけるキャパシタ１９のＳＯＣに対する充電要求値の変化率β１は放電要求値の変化率α１以下であり、旋回回生中におけるキャパシタ１９のＳＯＣに対する充電要求値の変化率β２は放電要求値の変化率α２以下である。また、図示しないが、旋回停止中の放電要求値及び充電要求値のそれぞれの変化率に関しても同じことがいえる。

この設定により、コントローラ３０は、キャパシタ１９が放電されにくい傾向を緩和し、ＳＯＣが高いほど旋回用電動機２１に対して大きな電流を供給でき、且つ、旋回用電動機２１をパワフルに駆動できる。

また、コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣが所定レベル（例えば旋回回生時の７０％）以上であれば、電動発電機１２が発電する電力よりもキャパシタ１９が放電する電力を旋回用電動機２１が優先的に利用できるようにする。この点においても、コントローラ３０は、キャパシタ１９に蓄積された電力が旋回用電動機２１で効率的に利用されるようにしてキャパシタ１９が放電されにくい傾向を緩和している。

また、コントローラ３０は、パワーブースト処理により、キャパシタ１９のＳＯＣが比較的低い場合であっても、キャパシタ１９が放電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させ、ブーム上げ旋回操作の際にブーム４の上昇速度が低下するのを防止できる。この点においても、コントローラ３０は、パワーブースト処理を実行することでキャパシタ１９のＳＯＣを下げるため、キャパシタ１９が放電されにくい傾向を緩和し、ブーム上げ旋回操作が行われたときの旋回回生時に発生する回生電力をより確実にキャパシタ１９に充電させることができる。

以上の構成により、コントローラ３０は、キャパシタ１９の現在のＳＯＣに応じた適切な充電要求値及び放電要求値を用いることで、キャパシタ１９が充電され易く放電されにくい傾向を緩和する。

例えば、コントローラ３０は、充電要求値及び放電要求値を適切に設定し、キャパシタ１９のＳＯＣが所定ＳＯＣとなるようキャパシタ１９の充放電を制御する。所定ＳＯＣは、キャパシタ１９の充放電を停止させるときのＳＯＣであり、例えば、図１４における４５［％］〜６０［％］の範囲内、又は、図１５における６０［％］〜７０［％］の範囲内にあるＳＯＣである。また、コントローラ３０は、現在のＳＯＣと所定ＳＯＣとの差が同じであれば、現在のＳＯＣが所定ＳＯＣに向かって増大する際の充電要求値の大きさが、現在のＳＯＣが所定ＳＯＣに向かって減少する際の放電要求値の大きさ以下となるように放電要求値及び充電要求値を設定する。

そのため、コントローラ３０は、キャパシタ１９を適切に充放電させてキャパシタ１９のＳＯＣを適正なレベルに維持できるようにしながらも、キャパシタ１９の充電のために電動発電機１２を発電機として機能させる機会（メインポンプ１４の許容最大吸収馬力を制限する機会）を減らすことで油圧系の動きをパワフルにできる。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９を適切に充放電させてキャパシタ１９のＳＯＣを適正なレベルに維持できるようにしながらも、旋回力行時にキャパシタ１９の放電を積極的に許容することで電動旋回系の動きをパワフルにできる。また、旋回力行時にキャパシタ１９の放電を積極的に許容することで旋回用電動機２１を駆動するために電動発電機１２を発電機として機能させる機会（メインポンプ１４の許容最大吸収馬力を制限する機会）を減らすことができ、油圧系と電動旋回系の複合操作の際の油圧系の動きをパワフルにできる。

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、図１１〜図１５を用いてエネルギマネジメント（放電要求値及び充電要求値の設定）の具体例を説明したが、本発明はこの具体例に限定されるものではない。本発明は、電動発電機１２を発電機として機能させる機会（メインポンプ１４の許容最大吸収馬力を制限する機会）を減らして油圧系の動きをパワフルにしつつ電動旋回系の動きをパワフルにできる放電要求値及び充電要求値の任意の設定を含む。

また、上述の実施例では、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回操作のためのパワーブースト処理を実行するが、アーム開き旋回操作等、旋回操作を含む他の複合操作のためにパワーブースト処理を実行してもよい。

また、ＳＯＣ・要求値対応テーブルは、温度毎に複数用意されてもよい。具体的には、気温が所定値より低い場合に採用される低温時テーブルと、気温が所定値以上の場合に採用される常温時テーブルとが用意されてもよい。

１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・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、２０・・・インバータ １９・・・キャパシタ ２１・・・旋回用電動機 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 ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー ２６Ｃ・・・ペダル ２７・・・油圧ライン ２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ １００・・・昇降圧コンバータ １０１・・・リアクトル １０２Ａ・・・昇圧用ＩＧＢＴ １０２Ｂ・・・降圧用ＩＧＢＴ １０４・・・電源接続端子 １０６・・・出力端子 １０７・・・コンデンサ 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

Claims (3)

1. 走行体と、
   前記走行体に旋回可能に搭載された旋回体と、
   電動発電機と、
   油圧ポンプと、
   前記電動発電機及び前記油圧ポンプに動力を配分するエンジンと、
   前記電動発電機の発電電力で充電される蓄電器と、
   前記旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
   制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、
   前記蓄電器から前記旋回用電動機へ供給される電力に関して予め設定される第１上限値が前記蓄電器の充電率の増加に応じて増加するように設定された放電特性と、
   前記電動発電機から前記蓄電器へ供給される電力に関して予め設定される第２上限値が前記蓄電器の充電率の低下に応じて増加するように設定された充電特性と、
   に基づいて前記蓄電器を制御し、
   前記放電特性及び前記充電特性は、前記蓄電器の充電率に対する前記第１上限値の変化率の大きさが、前記蓄電器の充電率に対する前記第２上限値の変化率の大きさよりも大きくなるように、或いは、前記第１上限値の最大値が、前記第２上限値の最大値より大きくなるように、設定されている、
   ショベル。
2. 前記充電特性は、前記蓄電器の充電率の低下に応じて前記第２上限値が増加する第１充電率範囲と、前記蓄電器の充電率が低下しても前記第２上限値が変化しない第２充電率範囲と、を有し、
   前記第２充電率範囲における充電率は、前記第１充電率範囲における充電率より低い、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記旋回用電動機を力行運転させるときの前記放電特性と前記充電特性は、前記旋回用電動機を回生運転させるときの前記放電特性と前記充電特性とは異なる、
   請求項１又は２に記載のショベル。

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