KR20120109401A - 하이브리드식 건설 기계 - Google Patents

하이브리드식 건설 기계 Download PDF

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KR20120109401A
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다까또시 오오끼
유스께 가지따
히데또시 사따께
세이지 이시다
시호 이즈미
고오지 이시까와
신야 오꾸무라
마나부 에다무라
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 유압 모터와 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서, 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있도록 하는 것이다.
선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 그들의 개구 면적이 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 커지도록 설정되고, 또한 선회용 유압 모터(27)의 감속 시 혹은 가속 시에, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 실토크(제동 토크 혹은 가속 토크)와 선회용 전동기(25)의 토크(제동 토크 혹은 가속 토크)의 합이, 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 토크(제동 토크 혹은 가속 토크)와 동등해지도록, 선회용 전동기(25)의 토크를 제어한다.

Description

하이브리드식 건설 기계{HYBRID?TYPE CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 하이브리드식 건설 기계에 관한 것으로, 특히 상부 선회체를 유압 모터와 전동기로 구동하는 하이브리드식 건설 기계에 관한 것이다.
종래, 건설 기계의 분야에서는, 출력에 대해 기기를 소형 경량으로 할 수 있으므로, 유압 액추에이터가 널리 사용되고 있었다. 그러나, 최근, 에너지 효율을 높이기 위해, 전동 액추에이터를 탑재한 건설 기계가 제안되어, 일부 실용화되고 있다. 특히, 건설 기계의 상부 선회체를 하부 주행체에 대해 선회 구동하는 액추에이터는 관성 부하가 큰 회전식 액추에이터이고 또한 사용 빈도가 높고, 기동 정지가 빈번하므로 상부 선회체를 정지시킬 때의 에너지 회수를 예상할 수 있기 때문에, 선회용 액추에이터로서 전동 액추에이터를 사용하면, 에너지 효율의 개선 효과가 크다.
따라서, 고효율로 에너지 회수를 행할 수 있는 유압 건설 기계로서, 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 바와 같이, 상부 선회체를 유압 모터와 전동기에 의해 구동하도록 한 것이 알려져 있다.
일본 특허 제4024120호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-290882호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-63888호 공보
특허 문헌 1 내지 3에 기재된 기술과 같이, 상부 선회체를 유압 모터와 전동기에 의해 구동함으로써, 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시에 전동기를 발전기로서 기능시켜 에너지를 전력으로서 회생하고, 에너지 효율을 개선할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 기술에서는, 전동기의 구동[가속 및 감속(제동)] 시에, 전동기의 토크를 어떻게 결정할지의 검토에만 종시하고 있고, 유압 모터의 구동 토크와 전동기의 구동 토크의 밸런스를 어떻게 정할지에 대한 검토가 이루어져 있지 않다. 그 결과, 상부 선회체를 유압 액추에이터만으로 구동하는 종래의 건설 기계에 익숙해진 오퍼레이터에게는, 종래의 건설 기계와 동등한 조작감이 얻어지지 않아, 위화감을 느껴 버린다.
본 발명의 목적은 유압 모터와 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서, 상부 선회체의 감속 시 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있는 하이브리드식 건설 기계를 제공하는 데 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하부 주행체와, 이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치한 상부 선회체와, 이 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 모터, 상기 선회용 유압 모터에 압유를 공급하는 유압 펌프, 상기 선회용 유압 모터로부터의 복귀 오일을 받고, 또한 상기 유압 펌프로의 오일의 공급원이 되는 탱크 및 상기 선회용 유압 모터와 상기 유압 펌프를 접속하는 관로 상에 배치되어, 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 선회용 유압 모터로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브를 포함하는 유압 회로 장치와, 상기 유압 펌프를 구동하는 원동기와, 상기 상부 선회체를 보조적으로 구동하고 또한 감속 시에 발전기로서 기능하는 선회용 전동기와, 상기 선회용 전동기와 전기 에너지의 수수를 행하는 축전 장치와, 상기 선회용 전동기의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 상기 방향 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터 사이에 위치하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크 사이에 위치하는 미터 아웃 오리피스를 갖고, 또한 상기 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 유압 모터의 감속 시에, 상기 선회용 유압 모터에 발생한 실제동 토크와 상기 선회용 전동기의 제동 토크의 합이, 상기 미터 아웃 오리피스를 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 제동 토크와 동등해지도록, 상기 선회용 전동기의 토크를 제어하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 선회용 유압 모터와 선회용 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하므로, 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있다. 또한, 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성이, 미터 아웃 오리피스의 개구 면적이 상부 선회체를 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고, 또한 선회용 유압 모터의 감속 시에, 선회용 유압 모터에 발생한 실제동 토크와 선회용 전동기의 제동 토크의 합이, 미터 아웃 오리피스의 개구 면적을 당해 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 제동 토크와 동등해지도록, 선회용 전동기의 토크를 제어하므로, 상부 선회체의 선회 감속 시의 제동 토크는 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계의 경우의 제동 토크와 동등해져, 상부 선회체의 선회 감속 시에 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 방향 제어 밸브의 상기 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다.
이에 의해 종래의 조작 장치의 조작 신호를 그대로 방향 제어 밸브에 부여함으로써, 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적은 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 종래의 조작 장치를 포함하는 조작계를 그대로 적용할 수 있어, 조작계를 저렴하게 구성할 수 있다.
(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고, 상기 유압 건설 기계는 상기 방향 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 조작 신호에 대한 상기 방향 제어 밸브의 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 상기 조작 신호를 보정해도 좋다.
이에 의해 방향 제어 밸브가 상부 선회체를 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브와 동일해도, 조작 신호에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적은 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 종래의 방향 제어 밸브를 그대로 적용할 수 있어, 방향 제어 밸브를 저렴하게 구성할 수 있다.
(4) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 방향 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 탱크 사이에 위치하는 블리드 오프 오리피스를 더 갖고, 또한 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 유압 모터의 가속 시에, 상기 선회용 유압 모터에 발생한 실가속 토크와 상기 선회용 전동기의 가속 토크의 합이, 상기 블리드 오프 오리피스를 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 가속 토크와 동등해지도록, 상기 선회용 전동기의 토크를 제어한다.
이에 의해 상부 선회체의 선회 가속 시의 가속 토크는 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에서 얻어지는 가속 토크와 동등해져, 상부 선회체의 선회 가속 시에 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
(5) 상기 (4)에 있어서, 바람직하게는, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다.
이에 의해 종래의 조작 장치의 조작 신호를 그대로 방향 제어 밸브에 부여함으로써, 방향 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적은 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 종래의 조작 장치를 포함하는 조작계를 그대로 적용할 수 있어, 조작계를 저렴하게 구성할 수 있다.
(6) 상기 (4)에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고, 상기 유압 건설 기계는 상기 방향 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 조작 신호에 대한 상기 방향 제어 밸브의 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 상기 조작 신호를 보정해도 좋다.
이에 의해 방향 제어 밸브가 상부 선회체를 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브와 동일해도, 조작 신호에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적은 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 종래의 방향 제어 밸브를 그대로 적용할 수 있어, 방향 제어 밸브를 저렴하게 구성할 수 있다.
(7) 또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하부 주행체와, 이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치한 상부 선회체와, 이 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 모터와, 상기 선회용 유압 모터에 압유를 공급하는 유압 펌프와, 상기 선회용 유압 모터로부터의 복귀 오일을 받고, 또한 상기 유압 펌프로의 오일의 공급원이 되는 탱크와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 유압 펌프를 접속하는 관로 상에 배치되어, 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 선회용 유압 모터로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브와, 상기 유압 펌프를 구동하는 원동기와, 상기 상부 선회체를 보조적으로 구동하고 또한 감속 시에 발전기로서 기능하는 선회용 전동기와, 상기 선회용 전동기와 전기 에너지의 수수를 행하는 축전 장치와, 상기 선회용 전동기의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 상기 방향 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 탱크 사이에 위치하는 블리드 오프 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터 사이에 위치하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크 사이에 위치하는 미터 아웃 오리피스를 갖고, 또한 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 유압 모터의 가속 시에, 상기 선회용 유압 모터에 발생한 실가속 토크와 상기 선회용 전동기의 가속 토크의 합이, 상기 블리드 오프 오리피스를 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 구동 토크와 동등해지도록, 상기 선회용 전동기의 토크를 제어하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 선회용 유압 모터와 선회용 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하므로, 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있다. 또한, 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성을, 블리드 오프 오리피스의 개구 면적이 상부 선회체를 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고, 또한 선회용 유압 모터의 가속 시에, 선회용 유압 모터에 발생한 실가속 토크와 선회용 전동기의 가속 토크의 합이, 블리드 오프 오리피스의 개구 면적을 당해 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 구동 토크와 동등해지도록, 선회용 전동기의 토크를 제어하므로, 상부 선회체의 선회 가속 시의 가속 토크는 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계의 경우의 가속 토크와 동등해져, 상부 선회체의 선회 가속 시에 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
(8) 상기 (7)에 있어서, 바람직하게는, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다.
이에 의해 종래의 조작 장치의 조작 신호를 그대로 방향 제어 밸브에 부여함으로써, 방향 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적은 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 종래의 조작 장치를 포함하는 조작계를 그대로 적용할 수 있어, 조작계를 저렴하게 구성할 수 있다.
(9) 상기 (7)에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고, 상기 유압 건설 기계는 상기 방향 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 조작 신호에 대한 상기 방향 제어 밸브의 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 상기 조작 신호를 보정해도 좋다.
이에 의해 방향 제어 밸브가 상부 선회체를 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브와 동일해도, 조작 신호에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적은 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 종래의 방향 제어 밸브를 그대로 적용할 수 있어, 방향 제어 밸브를 저렴하게 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유압 모터와 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서, 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 상부 선회체를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 측면도.
도 2는 유압 셔블의 주요 전동ㆍ유압 기기의 시스템 구성을 도시하는 도면.
도 3은 유압 회로 장치 중 선회 섹션에 관한 부분(선회 유압 시스템)의 상세를 도시하는 도면.
도 4는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 5는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 6은 도 3에 도시한 선회 유압 시스템을 모식적으로 도시한 도면.
도 7은 컨트롤러가 행하는 제어 기능을 도시하는 흐름도.
도 8은 조작 장치의 조작 지령압(유압 파일럿 신호)이 최대이고, 최고 선회 속도로부터 조작 지령압 0까지 램프 형상으로 조작 지령압을 저감시킨 경우의 선회 제동 시에 있어서의 전동기 제어의 시계열 파형.
도 9는 조작 장치의 선회 조작 지령압(유압 파일럿 신호)이 0이고, 선회 정지 상태로부터 조작 지령압 최대까지 램프 형상의 조작 지령압을 증가시킨 경우의 선회 가속 시에 있어서의 전동기 제어의 시계열 파형.
도 10은 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성의 다른 예를 도시하는 도면.
도 11은 선회용 방향 제어 밸브의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성의 다른 예를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블에 탑재되는 유압 회로 장치 중 선회 섹션에 관한 선회 유압 시스템의 상세를 도시하는, 도 3과 동일한 도면.
도 13은 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 14는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 15는 컨트롤러의 선회용 방향 제어 밸브에 대한 제어 처리 내용을 도시하는 흐름도.
도 16은 도 15의 스텝 S210에서 행하는 신호 증가 보정 처리의 상세를 도시하는 기능 블록도.
도 17은 도 15의 스텝 S220에서 행하는 신호 감소 보정 처리의 상세를 도시하는 기능 블록도.
도 18은 조작 장치의 조작 신호를 증가 처리한 경우의 레버 조작량과 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적의 관계를 나타내는 도면.
도 19는 조작 장치의 조작 신호를 감소 처리한 경우의 레버 조작량과 선회용 방향 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적의 관계를 나타내는 도면.
이하, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 선회체를 구비한 건설 기계 전반(작업 기계를 포함함)에 적용이 가능하고, 본 발명의 적용은 유압 셔블로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은 선회체를 구비한 크레인차 등, 그 밖의 건설 기계에도 적용 가능하다.
<제1 실시 형태>
~유압 셔블의 구성~
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 측면도를 도 1에 도시한다.
도 1에 있어서, 하이브리드식 유압 셔블은 하부 주행체(10)와, 이 하부 주행체(10) 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(20)와, 셔블 기구(30)를 구비하고 있다.
하부 주행체(10)는 한 쌍의 크롤러(11a, 11b) 및 크롤러 프레임(12a, 12b)(도 1에서는 편측만을 도시함), 각 크롤러(11a, 11b)를 독립하여 구동 제어하는 한 쌍의 우측 및 좌측 주행용 유압 모터(13, 14) 및 그 감속 기구 등으로 구성되어 있다.
상부 선회체(20)는 선회 프레임(21)과, 선회 프레임(21) 상에 설치된, 원동기로서의 엔진(22)과, 엔진(22)에 의해 구동되는 발전기(23)와, 발전기(23)에 의해 발생된 전력을 축적하기 위한 배터리(24)와, 발전기(23) 또는 배터리(24)로부터의 전력에 의해 구동되는 선회용 전동기(25)와, 선회용 유압 모터(27)를 포함하고, 선회용 전동기(25)와 선회용 유압 모터(27)의 구동력에 의해 하부 주행체(10)에 대해 상부 선회체(20)[선회 프레임(21)]를 선회 구동시키기 위한 선회 기구(26) 등으로 구성되어 있다. 여기서, 상부 선회체(20)는 주로 선회용 유압 모터(27)에 의해 구동되고, 선회용 전동기(25)가 선회용 유압 모터(27)와 협조 구동함으로써, 보조적으로 선회용 전동기(25)에 의해 구동된다.
셔블 기구(30)는 붐(31)과, 붐(31)을 구동하기 위한 붐 실린더(32)와, 붐(31)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단에 회전 가능하게 축지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36) 등으로 구성되어 있다.
또한, 상부 선회체(20)의 선회 프레임(21) 상에는 상술한 주행용 유압 모터(13, 14), 선회용 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 등의 유압 액추에이터를 구동하기 위한 유압 회로 장치(40)가 탑재되어 있다. 유압 회로 장치(40)는 유압을 발생하는 유압원이 되는 유압 펌프(41)(도 2) 및 각 액추에이터를 구동 제어하기 위한 컨트롤 밸브 유닛(42)(도 2)을 포함하고, 유압 펌프(41)는 엔진(22)에 의해 구동된다.
~시스템 구성~
유압 셔블의 주요 전동ㆍ유압 기기의 시스템 구성을 도 2에 도시한다. 도 2 중, 도 1과 동일한 구성 요소에는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 도 2 중, 이중선은 기계적 구동 계통을, 굵은선은 전기적 구동 계통을, 통상 굵기의 실선은 유압 구동 계통을 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(22)의 구동력은 유압 펌프(41)로 전달된다. 컨트롤 밸브 유닛(42)은 액추에이터마다 스풀이라고 불리는 밸브 부품에 의해 구성되는 방향 제어 밸브를 구비하고, 레버 조작식의 선회용 조작 장치(52) 및 그 밖의 각각의 레버 조작식 조작 장치(도시하지 않음)로부터의 조작 신호(조작 지령 압력)에 따라서 그들의 방향 제어 밸브를 구동함으로써, 선회용 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 및 주행용 유압 모터(13, 14)에 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어한다.
배터리(24)로부터의 직류 전력은 인버터ㆍ컨버터(28)에 의해 소정의 전압 및 주파수의 펄스 신호로 변환되어, 선회용 전동기(25)에 입력된다. 또한, 선회용 전동기(25)는 감속 시에는 발전기 특성으로 사용하고, 인버터ㆍ컨버터(28)는 선회용 전동기(25)에 의해 회생된 전력을 직류로 변환하여 배터리(24)에 축적한다.
또한, 인버터ㆍ컨버터(28)는 컨트롤러(51)로부터의 신호에 의해 선회용 전동기(25)의 회전 속도와 토크를 제어한다. 컨트롤러(51)는 조작 장치(52)의 조작 신호(조작 지령 압력)를 검출하는 압력 센서(53a, 53b) 및 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 및 미터 아웃의 압력을 검출하는 압력 센서(63a, 63b)로부터의 검출 신호에 기초하여 인버터ㆍ컨버터(28) 및 컨트롤 밸브 유닛(42)으로 보내는 신호를 연산하여, 출력한다.
~선회 유압 시스템~
유압 회로 장치(40) 중 선회 섹션에 관한 부분(이하, 선회 유압 시스템이라고 함)의 상세를 도 3에 도시한다. 도면 중, 도 1 및 도 2와 동일한 구성 요소에는 도 1 및 도 2와 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 3에 있어서, 선회 유압 시스템은 전술한 유압 펌프(41) 및 선회용 유압 모터(27)와, 선회용 방향 제어 밸브(37) 및 탱크(T)를 구비하고 있다. 선회용 방향 제어 밸브(37)는 선회용 유압 모터(27)와 유압 펌프(41)를 접속하는 관로 상에 배치되어, 유압 펌프(41)로부터 토출되어 선회용 유압 모터(27)로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어한다. 또한, 선회용 방향 제어 밸브(37)는 오픈 센터 타입이고, 상류측이 유압 펌프(41)에 접속되고, 하류측이 탱크(T)에 접속된 오픈 센터 유로(61) 상에 배치되어 있다. 선회용 방향 제어 밸브(37)는 조작 장치(52)로부터의 조작 신호에 따라서 스풀(37a)이 변위됨으로써, 오리피스(후술)의 개구 면적이 일의적으로 정해진다. 다른 방향 제어 밸브에 대해서도 마찬가지이다. 탱크(T)는 선회용 유압 모터(27) 및 그 밖의 액추에이터로부터의 복귀 오일을 받는 동시에, 유압 펌프(41)로의 오일의 공급원이 된다.
유압 펌프(41)는 가변 용량 펌프이고, 토크 제어를 행하는 레귤레이터(64)를 구비하고, 레귤레이터(64)를 동작시킴으로써 유압 펌프(41)의 틸팅각이 바뀌고 유압 펌프(41)의 용량이 바뀌고, 유압 펌프(41)의 토출 유량이 바뀐다.
조작 장치(52)는 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력을 레버 조작량에 따라서 감압하는 감압 밸브를 내장하고, 레버 조작량에 따른 조작 지령 압력을 조작 신호로서 선회용 방향 제어 밸브(37)의 좌우 어느 하나의 압력실(37b, 37c)에 부여한다.
선회용 방향 제어 밸브(37)는 A, B, C의 3위치를 갖고, 조작 장치(52)로부터의 조작 신호(조작 지령 압력)를 받아 중립 위치 B로부터 A위치 또는 C위치로 연속적으로 전환된다. 또한, 선회용 방향 제어 밸브(37)는 오픈 센터 유로(61) 상에 위치하는[따라서, 유압 펌프(41)와 탱크(T) 사이에 위치함] 블리드 오프 오리피스(37BO)와, 유압 펌프(41)와 선회용 유압 모터(27) 사이에 위치하는 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc)와, 선회용 유압 모터(27)와 탱크(T) 사이에 위치하는 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)를 갖고, 블리드 오프 오리피스(37BO)의 하류측은 오픈 센터 유로(61)를 통해 탱크(T)에 접속되고, 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc)의 하류측 및 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 상류측은 액추에이터 라인(62a, 62b)을 통해 선회용 유압 모터(27)의 입출력 포트에 접속되어 있다. 액추에이터 라인(62a, 62b)에는 압력 센서(63a, 63b)가 설치되고, 그 검출 신호는 컨트롤러(51)로 보내진다(도 2).
선회용 방향 제어 밸브(37)가 중립 위치 B에 있을 때에는, 유압 펌프(41)로부터 토출되는 압유는 블리드 오프 오리피스(37BO)를 통하고, 또한 오픈 센터 유로(61)를 통해 탱크(T)로 복귀된다. 선회용 방향 제어 밸브(37)가 조작 장치(52)의 레버 조작량에 따른 조작 지령 압력을 받아 A위치로 전환되면, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 A위치의 미터 인 오리피스(37MIa)를 통해 선회용 유압 모터(27)의 한쪽의 포트로 보내지고, 선회용 유압 모터(27)로부터의 복귀 오일은 A위치의 미터 아웃 오리피스(37MOa)를 통해 탱크(T)로 복귀되고, 선회용 유압 모터(27)는 일방향으로 회전한다. 반대로, 선회용 방향 제어 밸브(37)가 조작 장치(52)의 레버 조작량에 따른 조작 지령 압력을 받아 C위치로 전환되면, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 C위치의 미터 인 오리피스(37MIc)를 통해 선회용 유압 모터(27)의 다른 쪽의 포트로 보내지고, 선회용 유압 모터(27)로부터의 복귀 오일은 C위치의 미터 아웃 오리피스(37MOc)를 통해 탱크(T)로 복귀되고, 선회용 유압 모터(27)는 A위치의 경우와는 역방향으로 회전한다.
선회용 방향 제어 밸브(37)가 B위치와 A위치의 중간에 위치하고 있을 때에는, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 블리드 오프 오리피스(37BO)와 미터 인 오리피스(37MIa)로 분배된다. 이때, 미터 인 오리피스(37MIa)의 입구측에는 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적에 따른 압력이 생기고, 그 압력으로 선회용 유압 모터(27)에 압유가 공급되고, 그 압력[블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적]에 따른 구동 토크(가속 토크)가 부여된다. 또한, 선회용 유압 모터(27)로부터의 배출 오일은 그때의 미터 아웃 오리피스(37MOa)의 개구 면적에 따른 저항을 받아 배압이 생기고, 미터 아웃 오리피스(37MOa)의 개구 면적에 따른 제동 토크가 발생한다. B위치와 C위치의 중간에 있어서도 마찬가지이다.
~개구 면적 특성~
선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 4에 도시한다. 도면 중, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성을 실선으로 나타내고, 전동기를 사용하지 않는, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성을 파선으로 나타낸다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적은 제어 영역 개시점 및 종점은 종래의 것과 동일하고, 중간 영역에서 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록(큰 개구 면적으로 되도록) 설계되어 있다. 즉, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성은 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계(유압 셔블)에 설정되는 소정의 개구 면적(도 4의 파선)보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다.
선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 5에 도시한다. 도면 중, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성을 실선으로 나타내고, 전동기를 사용하지 않는, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성을 파선으로 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc) 및 종래의 선회용 방향 제어 밸브의 미터 인 오리피스의 개구 면적 특성을 1점 쇄선으로 나타낸다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성은, 제어 영역 개시점 및 종점은 종래의 것과 동일하고, 중간 영역에서 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록(큰 개구 면적으로 되도록) 설계되어 있다. 즉, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성은 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적(도 5의 파선)보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다. 미터 인 오리피스의 개구 면적 특성은 본 실시 형태의 것이든 종래의 것이든 동일하다.
~제어 원리~
다음에, 컨트롤러(51)가 행하는 처리 기능에 대해 설명한다.
우선, 컨트롤러(51)의 제어 원리를 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성을, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브(37)의 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정하고 있으므로, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동한 경우에는, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 종래의 유압 셔블에 비해, 제동 토크가 감소한다.
또한, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성을, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브(37)의 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정하고 있으므로, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동한 경우에는, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 종래의 유압 셔블에 비해, 가속 토크가 감소한다.
따라서, 선회용 유압 모터(27)의 감속 시에, 선회용 전동기(25)의 출력 토크로, 미터 아웃 오리피스의 개구 면적의 증가에 대응하는 선회용 유압 모터(27)의 제동 토크의 감소분을 보충하도록 제어하면, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 실제동 토크와 선회용 전동기(25)의 제동 토크의 합이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 종래의 유압 셔블의 제동 토크[미터 아웃 오리피스의 개구 면적을 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브(37)의 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 제동 토크]와 동등해진다.
마찬가지로, 선회용 유압 모터(27)의 가속 시에, 선회용 전동기(25)의 출력 토크로, 블리드 오프 오리피스의 개구 면적의 증가에 대응하는 선회용 유압 모터(27)의 가속 토크의 감소분을 보충하도록 제어하면, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 실가속 토크와 선회용 전동기(25)의 가속 토크의 합이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 종래의 유압 셔블의 가속 토크[블리드 오프 오리피스의 개구 면적을 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브(37)의 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 가속 토크]와 동등해진다.
컨트롤러(51)는 이와 같은 생각에 기초하여, 선회용 전동기(25)의 출력 토크를 제어하는 것이다.
이하에 제어 방법의 일례를 설명한다.
도 6은 도 3에 도시한 선회 유압 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도면 중, 0pt는 블리드 오프 오리피스(37BO)이고, 0pa는 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc)이고, 0at는 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)이다.
종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 미터 아웃 오리피스의 개구 면적(도 4의 파선)을 Aat0으로 하고, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 블리드 오프 개구 면적(도 5의 파선)을 Apt0으로 하고, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 미터 인 오리피스의 개구 면적(도 5의 1점 쇄선)을 Apc로 한다. 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스 0at의 개구 면적을 Aat로 하고, 블리드 오프 오리피스 0pt의 개구 면적을 Apt로 하면, 상술한 바와 같이, Aat>Aat0, Apt>Apt0이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 인 오리피스 0pa의 개구 면적은 종래와 동일한 Apc이다.
(a) 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 Aat0을 적용하여 선회용 유압 모터(27)를 제어한 경우의 미터 아웃압[선회용 유압 모터(27)의 출구측의 배출 압력] Pmo0을 다음과 같이 하여 구한다.
미터 아웃 오리피스를 통과하는 유량을 선회용 유압 모터(27)의 배수 용적(displacement volume)과 회전수로부터 구한 유량 Q3으로 한다. 또한, 일반적으로, 오리피스의 식은 다음과 같이 나타낸다.
Figure pat00001
[수학식 1]
Q:오리피스의 통과 유량
C:유량 계수
A:오리피스의 개구 면적
ΔP:오리피스의 전후 차압
이 오리피스의 식에 개구 면적 Aat0과 유량 Q3을 대입함으로써, 개구 면적 Aat0의 미터 아웃 오리피스의 전후 차압 ΔPat가 구해진다. 이때, 미터 아웃 오리피스의 하류압은 탱크압으로 일정하게 하면, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 미터 아웃 개구 면적 Aat0을 적용한 경우의 미터 아웃압 Pmo0을 유도할 수 있다.
(b) 또한, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 Apt0, 미터 인 오리피스의 개구 면적 Apc를 적용하여 선회용 유압 모터(27)를 제어한 경우의 미터 인압[선회용 유압 모터(27)의 입구측의 공급 압력) Pmi0을 다음과 같이 하여 구한다.
우선, 유압 펌프(41)의 토출압 P1을 구한다. 이는 다음과 같이 하여 구한다. 선회용 유압 모터(27)를 통과하는 유량 Q3은 이미 구해져 있다. 유압 펌프(41)의 토출 유량 Q1은 조작 장치(52)의 레버 조작량(조작 신호)과 유압 펌프(41)의 레귤레이터(64)의 특성으로부터 구할 수 있다. 선회용 유압 모터(27)를 통과하는 유량 Q3과 펌프 토출 유량 Q1을 하기의 수학식 2에 대입하여, 블리드 오프 오리피스 0pt의 통과 유량 Q2이 구해진다.
Figure pat00002
[수학식 2]
오리피스의 수학식 1에 유량 Q2와 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 Apt0을 대입함으로써, 개구 면적 Apt0의 블리드 오프 오리피스의 전후 차압 ΔPpt가 구해진다. 이때, 블리드 오프 오리피스의 하류압은 탱크압으로 일정하게 하면, 펌프 토출압 P1을 유도할 수 있다.
다음에, 미터 인 오리피스의 통과 유량은 선회용 유압 모터(27)를 통과하는 유량 Q3이므로, 오리피스의 수학식 1에 미터 인 오리피스의 통과 유량 Q3과 펌프 토출압 P1 및 미터인 개구 면적 Apc를 대입함으로써, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 Apt0을 적용한 경우의 미터 인압 Pmi0을 유도할 수 있다.
(c) 이상과 같이 하여 구한 미터 아웃압 Pmo0과 미터 인압 Pmi0을 사용하여, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 갖는 경우의 선회 유압 토크 Tid1을 다음 식으로부터 구한다.
Figure pat00003
[수학식 3]
(d) 한편, 도 6에 도시한 본 실시 형태에 있어서의 선회 유압 시스템의 선회 유압 토크 Tre1은 실측한 미터 인압 Pmi 및 미터 아웃압 Pmo를 사용하여 다음 식으로부터 구한다.
Figure pat00004
[수학식 4]
(e) 종래형의 유압 셔블에 있어서 선회용 방향 제어 밸브가 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 갖는 경우의 선회 유압 토크와 동일한 선회 토크를 확보하기 위해서는, 수학식 3으로 구한 선회 유압 토크 Tid1과 수학식 4로 구한 선회 유압 토크 Tre1의 차분인,
Figure pat00005
[수학식 5]
을 선회용 전동기(25)의 출력 토크로서 부여하면 된다.
~컨트롤러의 처리 기능~
다음에, 이상과 같은 제어를 행하는 컨트롤러(51)의 처리 기능을 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 컨트롤러(51)가 행하는 처리 기능을 도시하는 흐름도이다.
컨트롤러(51)에 있어서는, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 AatO의 특성(도 4의 파선), 블리드 오프 개구 면적 Apt0의 특성(도 5의 파선) 및 미터 인 오리피스의 개구 면적 Apc의 특성(도 5의 1점 쇄선)과, 레귤레이터(64)의 특성이 미리 메모리에 기억되어 있다.
우선, 컨트롤러(51)는 상기 (a) 내지 (c)에서 설명한 바와 같은 수순으로, 선회용 방향 제어 밸브가 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 갖는 경우의 선회 유압 토크 Tid1을 산출한다(스텝 S100).
여기서, 컨트롤러(51)는 상기 (a)에 있어서, 조작 장치(52)로부터의 조작 신호(조작 지령 압력)를 검출하는 압력 센서(53a 또는 53b)의 검출 신호(이하, 편의상 조작 신호라고 함)를 선회용 방향 제어 밸브(37)의 스풀 스트로크로 변환하고, 이 스풀 스트로크를 메모리에 기억시킨 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 AatO의 특성(도 4의 파선)에 참조하여 그때의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 Aat0을 산출한다. 또한, 컨트롤러(51)는 선회용 전동기(25)로부터 선회용 유압 모터(27)의 회전수의 정보를 입력하고, 선회용 유압 모터(27)의 배수 용적(기지의 값)과 그 선회용 유압 모터(27)의 회전수를 사용하여 유량 Q3을 산출한다. 그리고, 오리피스의 수학식 1로부터 개구 면적 Aat0의 미터 아웃 오리피스의 전후 차압 ΔPat를 산출하여, 미터 아웃압 Pmo0을 구한다.
또한, 상기 (b)에 있어서, 컨트롤러(51)는 조작 장치(52)로부터의 조작 신호와 메모리에 기억한 유압 펌프(41)의 레귤레이터(64)의 특성으로부터 유압 펌프(41)의 토출 유량 Q1을 구하고, 상기의 수학식 2로부터 블리드 오프 오리피스 0pt의 통과 유량 Q2를 구한다. 또한, 컨트롤러(51)는 조작 장치(52)로부터의 조작 신호로부터 구한 선회용 방향 제어 밸브(37)의 스풀 스트로크를 메모리에 기억시킨 블리드 오프 개구 면적 Apt0의 특성(도 5의 파선)에 참조하여 그때의 블리드 오프 개구 면적 Apt0을 산출하고, 오리피스의 수학식 1로부터 개구 면적 Apt0의 블리드 오프 오리피스의 전후 차압 ΔPpt를 산출하여, 펌프 토출압 P1을 구한다. 또한, 컨트롤러(51)는 조작 장치(52)로부터의 조작 신호로부터 구한 선회용 방향 제어 밸브(37)의 스풀 스트로크를 메모리에 기억시킨 미터 인 오리피스의 개구 면적 Apc의 특성(도 5의 1점 쇄선)에 참조하여 그때의 미터 인 오리피스의 개구 면적 Apc를 산출하고, 오리피스의 수학식 1로부터 미터 인압 Pmi0을 산출한다.
다음에, 컨트롤러(51)는 상기 (c)에 있어서, 수학식 3으로부터 선회 유압 토크 Tid1을 산출한다.
다음에, 컨트롤러(51)는 상기 (d)에서 설명한 바와 같이, 실측한 미터 인압 Pmi 및 미터 아웃압 Pmo를 사용하여 본 실시 형태에 있어서의 선회 유압 시스템의 선회 유압 토크 Tre1을 산출한다(스텝 S110). 여기서, 컨트롤러(51)는 압력 센서(63a, 63b)로부터 미터 인압 Pmi 및 미터 아웃압 Pmo의 실측값의 정보를 입력하고, 이 정보를 사용하여 선회 유압 토크 Tre1을 산출한다.
다음에, 컨트롤러(51)는 상기 (e)에서 설명한 바와 같이, 선회 유압 토크 Tid1과 선회 유압 토크 Tre1의 차분 ΔT＝Tid1－Tre1을 구하고(스텝 S120), 이 차분의 토크 편차 ΔT가 얻어지도록 선회용 전동기(25)의 출력 토크를 제어한다(스텝 S130).
또한, 상기한 예에서는, 컨트롤러(51)의 메모리에 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 기억시키고, 이 개구 면적 특성을 사용하여 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 AatO, 블리드 오프 개구 면적 Apt0 및 미터 인 오리피스의 개구 면적 Apc를 산출하였지만, 도 4 및 도 5의 횡축에 괄호를 씌워 나타낸 바와 같이, 레버 조작량(조작 신호)에 대한 개구 면적 특성을 기억시키고, 조작 장치(52)의 조작 신호로부터 직접, 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 Aat0, 블리드 오프 개구 면적 Apt0 및 미터 인 오리피스의 개구 면적 Apc를 산출해도 좋다. 또한, 조작 신호와 레버 조작량은 대략 직선 비례 관계에 있고, 양자는 동등하다고 간주할 수 있다.
또한, 선회용 전동기(25)의 출력 토크의 제어는 간이적으로 행해도 좋다. 예를 들어, 선회용 전동기(25)의 출력 토크(제동 토크 및 가속 토크)를 조작 장치(52)가 출력하는 조작 지령 압력(조작 신호)의 함수로서 미리 정하여 컨트롤러(51)에 설정해 두고, 이 함수에 그때의 조작 지령 압력을 참조하여 목표 토크를 구하고, 이 목표 토크가 얻어지도록 선회용 전동기(25)를 제어한다. 이때, 유압 셔블의 대표적인 선회 작업에 있어서, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 출력 토크와 선회용 전동기(25)의 출력 토크의 합이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 종래의 건설 기계(유압 셔블)에 있어서의 선회용 유압 모터의 출력 토크와 동등해지도록, 조작 지령 압력(조작 신호)과 선회용 전동기(25)의 출력 토크의 함수를 설정해 두면 된다.
~제어의 시계열 파형~
선회용 조작 장치(52)를 조작하여 선회용 전동기(25)를 제어한 경우의 시계열 파형을 도 8 및 도 9에 도시한다. 도 8은 조작 장치(52)의 조작 지령 압력이 최대이고, 최고 선회 속도로부터 시간 T＝T5 내지 T8에서 조작 지령 압력 0까지 램프 형상으로 조작 지령 압력을 저감시킨 경우의 선회 제동 시에 있어서의 전동기 제어의 시계열 파형이다. 도 9는 조작 장치(52)의 조작 지령 압력이 0이고, 선회 정지 상태로부터 시간 T＝T1 내지 T3에서 조작 지령 압력 최대까지 램프 형상으로 조작 지령 압력을 증가시킨 경우의 선회 가속 시에 있어서의 전동기 제어의 시계열 파형이다.
도 8에 있어서, 조작 장치(52)의 조작 지령 압력 최대, 최고 선회 속도로부터 시간 T＝T5 내지 T8에서 조작 지령 압력 0까지 램프 형상으로 조작 지령 압력을 저감시켰을 때, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적이 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록 설계되어 있는 만큼, 선회용 유압 모터(27)의 미터 아웃압(M/O압)은 본 실시 형태의 쪽이 낮아진다(파선). 미터 아웃압의 차이는, 즉 제동 토크의 차이에 상당하므로, 선회용 유압 모터(27)의 토크는 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 적용한 경우보다 본 실시 형태의 쪽이, 절대값이 작아진다. 이 유압 모터 토크의 차분만큼, 제동 토크를 전동기(25)에 의해 부여할 필요가 있다. 도 8에서는 회생측의 어시스트 토크를 부로 하고 있다. 상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 전동기(25)의 어시스트 토크와 선회용 방향 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 아웃압에 유래하는 제동 토크의 합계값은 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 제동 토크와 대략 동등해지도록 제어되므로, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등한 감속감을 갖는 것이 가능해진다.
도 9에 있어서, 조작 장치(52)의 선회 조작 지령 압력 0, 선회 정지 상태로부터 시간 T＝T1 내지 T3에서 조작 지령 압력 최대까지 램프 형상으로 조작 지령 압력을 증가시켰을 때, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적이 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록 설계되어 있는 만큼, 선회용 유압 모터(27)의 미터 인압(M/I압)은 본 실시 형태의 쪽이 낮아진다. 미터 인압의 차이는, 즉 가속 토크의 차이에 상당하므로, 선회용 유압 모터(27)의 토크는 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 적용한 경우보다 본 실시 형태의 쪽이, 절대값이 작아진다. 이 유압 모터 토크의 차분만큼, 가속 토크를 전동기(25)에 의해 부여할 필요가 있다. 도 9에서는 역행측의 어시스트 토크를 정으로 하고 있다. 상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 전동기(25)의 어시스트 토크와 선회용 방향 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 인압에 유래하는 가속 토크의 합계값은, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 가속 토크와 대략 동등해지도록 제어되므로, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등한 가속감을 갖는 것이 가능해진다.
~효과~
이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 따르면, 선회용 유압 모터(27)와 선회용 전동기(25)를 병용하여 상부 선회체(20)를 구동하므로, 선회용 전동기(25)에 의해 상부 선회체(20)의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있다.
또한, 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성이, 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적이 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고, 또한 선회용 유압 모터(27)의 감속 시에, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 실제동 토크와 선회용 전동기(25)의 제동 토크의 합이, 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 제동 토크와 동등해지고, 또한 선회용 유압 모터(27)의 가속 시에, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 실가속 토크와 선회용 전동기(25)의 가속 토크의 합이, 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 가속 토크와 동등해지도록, 선회용 전동기(25)의 토크를 제어하므로, 상부 선회체(20)의 선회 감속 시의 제동 토크 및 선회 가속 시의 가속 토크는, 각각, 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계의 경우의 제동 토크 및 가속 토크와 동등해지고, 상부 선회체(20)의 선회 감속 시 및 가속 시에 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
또한, 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성을, 방향 제어 밸브(37)의 스트로크에 대한 개구 면적 특성에 있어서, 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정하였으므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 조작 장치(52)의 조작 신호를 그대로 방향 제어 밸브(37)에 부여함으로써, 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적은 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되므로, 조작 장치(52)를 포함하는 조작계로서, 종래의 조작 장치를 포함하는 조작계를 그대로 적용할 수 있어, 조작계를 저렴하게 구성할 수 있다.
<변형예>
본 발명에 있어서의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성, 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은, 도 4 및 도 5와 같은 특성으로 한정되지 않고, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 중간 영역만을 개방하는 특성으로 해도 좋고, 이와 같이 변형해도 발명의 효과는 바뀌지 않는다. 바꿔 말하면, 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적은 본 발명의 의도를 벗어나지 않는 범위에서 자유롭게 설정하는 것이 가능하다.
<제2 실시 형태>
본 발명의 제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블을 도 12 내지 도 19를 사용하여 설명한다.
~시스템 구성~
도 12는 본 실시 형태에 있어서의 하이브리드식 유압 셔블에 탑재되는 유압 회로 장치 중 선회 섹션에 관한 선회 유압 시스템의 상세를 도시하는, 도 3과 동일한 도면이다. 도면 중, 도 1 내지 도 3과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 12에 있어서, 본 실시 형태의 선회 유압 시스템은, 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 압력실(37b, 37c)에 부여하는 선회 조작 지령 압력을 발생시키기 위한 전자기 비례 감압 밸브(71, 72)를 구비하고, 조작 장치(52A)는 조작 신호로서 전기 신호를 출력하는 레버 조작식 조작 장치이다. 컨트롤러(51A)는 레버 조작식 조작 장치(52A)로부터의 조작 신호(전기 신호)를 받고, 대응하는 제어 신호(전기 신호)를 전자기 비례 감압 밸브(71, 72)에 출력한다.
~개구 면적 특성~
선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 13에 도시하고, 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 14에 도시한다.
본 실시 형태에 있어서는, 선회용 방향 제어 밸브(37A)로서, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 갖는 선회용 방향 제어 밸브를 사용하는 것이고, 그 결과, 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성은, 도 4에 파선으로 나타낸, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성과 동일하고, 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성도, 도 5에 파선으로 나타낸, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성과 동일하다. 즉, 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성은 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적(도 4의 파선)과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고, 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성은 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적(도 5의 파선)과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다. 미터 인 오리피스의 개구 면적 특성은, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 본 실시 형태의 것이든 종래의 것이든 동일하다.
~제어의 개요~
다음에, 컨트롤러(51A)가 행하는 제어에 대해 설명한다.
컨트롤러(51A)는 제1 실시 형태와 동일한 전동기(25)의 토크 제어를 행한다. 또한, 컨트롤러(51A)는 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 개구 면적 특성이, 제1 실시 형태에 있어서의 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc) 및 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성과 대략 동일해지도록 제어한다. 바꿔 말하면, 컨트롤러(51A)는 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 개구 면적 특성을 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우에, 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc) 및 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적이 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적[상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적]보다 커지도록, 조작 장치(52A)의 조작 신호를 보정한다.
~컨트롤러의 처리 기능~
도 15는 컨트롤러(51A)의 선회용 방향 제어 밸브(37A)에 대한 처리 기능의 상세를 도시하는 흐름도이다.
컨트롤러(51A)는 압력 센서(63a, 63b)로부터 미터 인압 Pmi 및 미터 아웃압 Pmo의 실측값의 정보를 입력하여, 미터 인압 Pmi가 미터 아웃압 Pmo보다 높은지 여부를 판정한다(스텝 S200). 미터 인압 Pmi가 미터 아웃압 Pmo보다 높지 않은 경우는, 선회용 유압 모터(27)의 제동 시(감속 시)이고, 미터 인압 Pmi가 미터 아웃압 Pmo보다 높은 경우는, 선회용 유압 모터(27)의 가속 시(구동 시)이다. 그리고, 미터 인압 Pmi가 미터 아웃압 Pmo보다 높지 않은 경우[선회용 유압 모터(27)의 제동 시]에는, 조작 장치(52A)로부터 입력한 조작 신호의 증가 보정 제어를 행하고(스텝 S210), 미터 인압 Pmi가 미터 아웃압 Pmo보다 높은 경우[선회용 유압 모터(27)의 가속 시]에는, 조작 장치(52A)로부터 입력한 조작 신호의 감소 보정 제어를 행한다(스텝 S220).
도 16은 스텝 S210에서 행하는 신호 증가 보정 제어의 상세를 도시하는 기능 블록도이다. 컨트롤러(51A)는 그 신호 증가 보정 제어 기능으로서, 증가율 연산부(400), 보정 조작 신호 연산부(410), 스풀 스트로크 연산부(420), 목표 파일럿압 연산부(430), 목표 전류 연산부(440), 출력부(450)를 갖고 있다.
증가율 연산부(400)는 조작 장치(52A)의 조작 신호 X를 입력하고, 미리 정한 조작 신호 X와 증가율 α(1 이상의 수치)의 함수 관계를 설정한 테이블을 참조하여, 조작 신호 X를 증가 보정 제어하기 위한 증가율 α를 연산한다. 조작 신호 X와 증가율 α의 함수 관계는, 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성이, 제1 실시 형태에 있어서의 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성과 대략 동일해지도록[선회용 방향 제어 밸브(37A)의 개구 면적 특성을 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우에, 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적이 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적보다 커지도록] 설정되어 있다.
보정 조작 신호 연산부(410)는 조작 장치(52A)의 조작 신호 X에 증가율 α를 곱하여 보정 조작 신호 Xa를 연산한다.
스풀 스트로크 연산부(420)는 보정 조작 신호 연산부(410)에서 연산한 보정 조작 신호 Xa를 스풀 스트로크 S로 변환하고, 목표 파일럿압 연산부(430)는 그 스풀 스트로크 S를 목표 파일럿압으로 변환하고, 목표 전류 연산부(440)는 그 목표 파일럿압을 전자기 비례 감압 밸브(71 또는 72)를 구동하기 위한 목표 전류로 변환하고, 출력부(450)는 그 목표 전류를 증폭하여 전자기 비례 감압 밸브(71 또는 72)에 출력한다. 이들 스풀 스트로크 연산부(420) 이후의 처리는, 종래의 전기 신호를 출력하는 조작 장치를 구비한 시스템에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용과 동일하다.
도 17은 스텝 S220에서 행하는 신호 감소 보정 제어의 상세를 도시하는 기능 블록도이다. 컨트롤러(51A)는 그 신호 감소 보정 제어 기능으로서, 감소율 연산부(500), 보정 조작 신호 연산부(510), 스풀 스트로크 연산부(520), 목표 파일럿압 연산부(530), 목표 전류 연산부(540), 출력부(550)를 갖고 있다.
감소율 연산부(500)는 조작 장치(52A)의 조작 신호 X를 입력하고, 이 조작 신호 X를, 미리 정한 조작 신호 X와 감소율 β(1 이하의 수치)의 함수 관계를 설정한 테이블에 참조하여, 조작 신호 X를 감소 보정 제어하기 위한 감소율 β를 연산한다. 조작 신호 X와 감소율 β의 함수 관계는, 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성이, 제1 실시 형태에 있어서의 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성과 대략 동일해지도록[선회용 방향 제어 밸브(37A)의 개구 면적 특성을 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우에, 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적이 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적보다 커지도록] 설정되어 있다.
보정 조작 신호 연산부(510)는 조작 장치(52A)의 조작 신호 X에 감소율 β를 곱하여 보정 조작 신호 Xb를 연산한다.
스풀 스트로크 연산부(520)는 보정 조작 신호 연산부(510)에서 연산한 보정 조작 신호 Xb를 스풀 스트로크 S로 변환하고, 목표 파일럿압 연산부(530)는 그 스풀 스트로크 S를 목표 파일럿압으로 변환하고, 목표 전류 연산부(540)는 그 목표 파일럿압을 전자기 비례 감압 밸브(71 또는 72)를 구동하기 위한 목표 전류로 변환하고, 출력부(550)는 그 목표 전류를 증폭하여 전자기 비례 감압 밸브(71 또는 72)에 출력한다. 이들 스풀 스트로크 연산부(520) 이후의 처리는, 종래의 전기 신호를 출력하는 조작 장치를 구비한 시스템에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용과 동일하다.
도 18 및 도 19는 상기와 같이 조작 장치(52A)의 조작 신호를 증가 보정 제어 및 감소 보정 제어한 경우의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc) 및 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중, 실선은 조작 신호를 증가 보정 제어 및 감소 보정 제어한 경우의 것이고, 파선은 조작 신호를 증가 보정 제어 및 감소 보정 제어하지 않았던 경우의 것이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37A)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)(도 18) 및 블리드 오프 오리피스(37BO)(도 19)의 개구 면적 특성이, 제1 실시 형태에 있어서의 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 선회용 방향 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc) 및 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성과 대략 동일해지도록[선회용 방향 제어 밸브(37A)의 개구 면적 특성을 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우, 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc) 및 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적이 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적보다 커지도록] 조작 신호가 보정된다.
따라서, 본 실시 형태에 의해서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 선회용 전동기(25)에서 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 방향 제어 밸브(37A)가 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브와 동일해도, 조작 신호에 대한 개구 면적 특성에 있어서, 방향 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적은, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 방향 제어 밸브(37)의 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 조작 신호가 보정되므로, 방향 제어 밸브(37A)로서는, 종래의 방향 제어 밸브를 그대로 적용할 수 있어, 방향 제어 밸브를 저렴하게 구성할 수 있다.
10 : 하부 주행체
11a, 11b : 크롤러
12a, 12b : 크롤러 프레임
13 : 우측 주행용 유압 모터
14 : 좌측 주행용 유압 모터
20 : 상부 선회체
21 : 선회 프레임
22 : 엔진
23 : 발전기
24 : 배터리
25 : 선회용 전동기
26 : 선회 기구
27 : 선회용 유압 모터
28 : 선회용 인버터
29 : 유압 파일럿 유압원
30 : 셔블 기구
31 : 붐
32 : 붐 실린더
33 : 아암
34 : 아암 실린더
35 : 버킷
36 : 버킷 실린더
37 : 선회용 방향 제어 밸브
40 : 유압 회로 장치
41 : 유압 펌프
42 : 컨트롤 밸브 유닛
51 : 컨트롤러
52 : 조작 장치
53a, 53b : 압력 센서
61 : 오픈 센터 유로
62a, 62b : 액추에이터 라인
63a, 63b : 압력 센서
64 : 레귤레이터
37A : 선회용 방향 제어 밸브
51A : 컨트롤러
52A : 조작 장치
71 : 전자기 비례 감압 밸브
72 : 전자기 비례 감압 밸브
400 : 증가율 연산부
410 : 보정 조작 신호 연산부
420 : 스풀 스트로크 연산부
430 : 목표 파일럿압 연산부
440 : 목표 전류 연산부
450 : 출력부
500 : 감소율 연산부
510 : 감압 제어 신호 연산부
520 : 스풀 스트로크 연산부
530 : 목표 파일럿압 연산부
540 : 목표 전류 연산부
550 : 출력부
37BO : 블리드 오프 오리피스
37MIa, 37MIc : 미터 인 오리피스
37MOa, 37MOc : 미터 아웃 오리피스

Claims (9)

  1. 하부 주행체와,
    이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치한 상부 선회체와,
    이 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 모터, 상기 선회용 유압 모터에 압유를 공급하는 유압 펌프, 상기 선회용 유압 모터로부터의 복귀 오일을 받고, 또한 상기 유압 펌프로의 오일의 공급원이 되는 탱크 및 상기 선회용 유압 모터와 상기 유압 펌프를 접속하는 관로 상에 배치되어, 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 선회용 유압 모터로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브를 포함하는 유압 회로 장치와,
    상기 유압 펌프를 구동하는 원동기와,
    상기 상부 선회체를 보조적으로 구동하고 또한 감속 시에 발전기로서 기능하는 선회용 전동기와,
    상기 선회용 전동기와 전기 에너지의 수수를 행하는 축전 장치와,
    상기 선회용 전동기의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 있어서,
    상기 방향 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터 사이에 위치하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크 사이에 위치하는 미터 아웃 오리피스를 갖고, 또한 상기 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 유압 모터의 감속 시에, 상기 선회용 유압 모터에 발생한 실제동 토크와 상기 선회용 전동기의 제동 토크의 합이, 상기 미터 아웃 오리피스를 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 제동 토크와 동등해지도록, 상기 선회용 전동기의 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고,
    상기 유압 회로 장치는 상기 방향 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 조작 신호에 대한 상기 방향 제어 밸브의 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 상기 조작 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 탱크 사이에 위치하는 블리드 오프 오리피스를 더 갖고, 또한 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 유압 모터의 가속 시에, 상기 선회용 유압 모터에 발생한 실가속 토크와 상기 선회용 전동기의 가속 토크의 합이, 상기 블리드 오프 오리피스를 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 가속 토크와 동등해지도록, 상기 선회용 전동기의 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  6. 제4항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고,
    상기 유압 건설 기계는 상기 방향 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 조작 신호에 대한 상기 방향 제어 밸브의 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 상기 조작 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  7. 하부 주행체와,
    이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치한 상부 선회체와,
    이 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 모터와,
    상기 선회용 유압 모터에 압유를 공급하는 유압 펌프와,
    상기 선회용 유압 모터로부터의 복귀 오일을 받고, 또한 상기 유압 펌프로의 오일의 공급원이 되는 탱크와,
    상기 선회용 유압 모터와 상기 유압 펌프를 접속하는 관로 상에 배치되어, 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 선회용 유압 모터로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브와,
    상기 유압 펌프를 구동하는 원동기와,
    상기 상부 선회체를 보조적으로 구동하고 또한 감속 시에 발전기로서 기능하는 선회용 전동기와,
    상기 선회용 전동기와 전기 에너지의 수수를 행하는 축전 장치와,
    상기 선회용 전동기의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 있어서,
    상기 방향 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 탱크 사이에 위치하는 블리드 오프 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터 사이에 위치하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크 사이에 위치하는 미터 아웃 오리피스를 갖고, 또한 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 설정되는 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 유압 모터의 가속 시에, 상기 선회용 유압 모터에 발생한 실가속 토크와 상기 선회용 전동기의 가속 토크의 합이, 상기 블리드 오프 오리피스를 상기 소정의 개구 면적으로 했을 때에 발생하는 가속 토크와 동등해지도록 상기 선회용 전동기의 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방향 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은 상기 방향 제어 밸브의 스트로크에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적과 동일한 개구 면적으로 되도록 설정되고,
    상기 유압 건설 기계는 상기 방향 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 조작 신호에 대한 상기 방향 제어 밸브의 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 상기 소정의 개구 면적보다 큰 개구 면적으로 되도록 상기 조작 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
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