KR20160033762A - 건설 기계 - Google Patents

Abstract

선회체(20)와, 당해 선회체를 공통의 구동 대상으로 하여, 서로 기계적으로 연결된 유압 모터(27) 및 전동 모터(25)와, 유압 모터에 압유를 공급하기 위한 유압 펌프(41)와, 선회체의 선회 동작을 지시하기 위한 선회 조작 레버(72)와, 선회 조작 레버에 의하여 지시되는 선회체의 선회 동작에 요구되는 요구 토크를 전동 모터 단독으로 출력 가능할 때, 전동 모터와 동반하여 회전되는 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압이 근접하도록 유압 펌프의 토출 유량과 전동 모터의 출력 토크 중 적어도 한쪽을 제어하는 컨트롤러(80)를 구비한다.

Description

건설 기계 {CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 선회체를 구비하는 건설 기계에 관한 것이며, 특히 당해 선회체를 구동하기 위한 전동 모터 및 유압 모터를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 선회체를 갖는 건설 기계는 종래, 엔진으로 유압 펌프를 구동하고, 유압 펌프로부터 토출되는 유압으로 유압 모터를 회전시켜, 관성체인 선회체를 구동하는 것이 주류였다. 그러나 최근에 이르러, 엔진의 연비 향상, 소음 수준의 저감 및 배기 가스양의 저감 등을 도모하기 위하여, 종래부터 선회체의 구동에 이용되고 있는 유압 모터 외에, 축전 장치로부터 전기 에너지의 공급을 받아 구동되는 전동 모터를 더 이용하여 선회체를 구동하는 하이브리드 방식의 것이 제안되어 있다.

하이브리드 방식으로 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서는, 유압 모터만을 이용하여 선회체를 구동하는 종래 방식의 건설 기계(종래기)의 조작에 익숙해진 오퍼레이터가 위화감 없이 조작할 수 있도록, 유압 모터 및 전동 모터가 분담하는 구동 토크를 적절히 제어할 필요가 있다.

일본 특허 공개 제2008-63888호 공보에는, 상기와 같은 하이브리드 방식의 건설 기계 제어 수단으로서, 선회체 구동용 유압 모터에 설치되어 있는 오일의 흡입구(인측) 및 토출구(아웃측)로 되는 2개의 포트에 발생하는 차압에 기초하여, 선회체 구동용 전동 모터에의 토크 명령값을 산출하는 기술이 개시되어 있다. 여기서는, 선회 가속 시에 있어서의 유압 모터의 토크와 전동 모터의 토크의 비율, 및 감속 시에 있어서의 유압 모터의 토크와 전동 모터의 토크의 비율을, 유압 모터의 인측과 아웃측의 차압을 파라미터로 하여 결정하고 있다. 이 기술에 의하면, 관성체인 선회체를 연속하여 원활히 구동 제어하는 것이 가능해지고, 또한 제동 시의 에너지를 전기 에너지로서 효과적으로 축전 장치에 도입할 수 있다.

일본 특허 공개 제2008-63888호 공보

그런데 유압 모터와 전동 모터의 손실은 선회 조작 레버의 조작량 또는 선회체의 선회 속도에 따라 개별적으로 변화된다. 그러나 상기 문헌에 기재된 기술은, 선회체의 구동에 이용되는 전체 토크 중 전동 모터의 토크의 비율을, 선회 조작 레버의 조작량(선회 파일럿압)과 무관하게 유압 모터의 인측과 아웃측의 차압에 의하여 결정하고 있다. 따라서 유압 모터와 전동 모터를 구동했을 경우에 발생하는 각 부의 손실에 대해서는 고려되어 있지 않아, 에너지 효율을 개선할 여지가 있었다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 선회체를 유압 모터 단독으로 구동하는 종래의 것과 동등한 조작성을 확보함과 함께, 선회체 구동 시의 시스템 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 건설 기계를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하는 수단을 복수 포함하고 있는데, 그 일례를 들자면, 선회체와, 당해 선회체를 공통의 구동 대상으로 하여, 서로 기계적으로 연결된 유압 모터 및 전동 모터와, 원동기에 의하여 구동되며, 상기 유압 모터에 압유를 공급하기 위한 유압 펌프와, 상기 선회체의 선회 동작을 지시하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치에 의하여 지시되는 상기 선회체의 선회 동작에 요구되는 요구 토크를 상기 전동 모터 단독으로 출력 가능할 때, 상기 전동 모터와 동반하여 회전되는 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압이 근접하도록, 또는 당해 미터아웃압이 당해 미터인압보다도 커지도록, 상기 유압 펌프의 토출 유량과 상기 전동 모터의 출력 토크 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 장치를 건설 기계에 구비하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 주로 전동 모터로 선회체를 구동할 때, 당해 전동 모터에 동반하여 회전되는 유압 모터에서 발생하는 손실을 저감시킬 수 있으므로, 선회체 구동 시의 에너지 효율이 개선되어 큰 연료 저감 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 측면도.
도 2는 도 1에 도시한 유압 셔블에 탑재된 전동·유압 기기의 시스템 구성도.
도 3은 도 2의 시스템 구성도의 상세도.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시한 시스템 구성도 중 상부 선회체의 선회 동작에 관한 유압 시스템을 추출한 도면.
도 5는 유압 전동 복합 선회 제어부(83)의 기능 블록도의 일부.
도 6은 선회 스풀(44)의 스풀 스트로크에 대한 블리드 오프 개구 면적, 미터인 개구 면적 및 미터아웃 개구 면적의 관계도.
도 7은 선회 유압 모터 단독으로 선회 동작을 했을 경우의 정상 선회 시에 있어서의 유압부의 손실과, 그와 동등한 속도로 선회 전동 모터 단독으로 선회 동작을 했을 경우의 전동부의 손실을 나타낸 도면.
도 8은 본 실시 형태에 있어서, 전동 모터(25)와 유압 모터(27)의 출력 배분을 선회 레버 조작압에 따라 설정한 선회 출력 특성의 일례.
도 9는 선회 전동 모터(25)의 토크를 증가시켰을 경우에 있어서의 전동 토크와 유압부의 손실의 관계도.
도 10은 도 9에 나타낸 밸브 손실을 블리드 오프 손실, 미터인 손실 및 미터아웃 손실로 분해하여 도시한 도면.
도 11은 도 9 및 도 10의 경우에 있어서의 전동 토크와 선회 메인압의 관계도.
도 12는 선회 전동 모터(25)의 토크를 증가시켰을 경우에 있어서의 전동 토크와 유압부의 손실의 관계를 선회 전동 모터(25)의 회전수마다 나타낸 도면.
도 13은 선회 전동 모터(25)의 목표 토크 Tms*와 선회 파일럿압의 관계를 선회 속도마다 나타낸 도면.
도 14는 유압 펌프(41)의 유량을 증가시켰을 경우에 있어서의 펌프 유량과 유압부의 손실의 관계도.
도 15는 도 14의 경우에 있어서의 펌프 유량과 선회 메인압의 관계도.
도 16은 본 실시 형태에 있어서의 선회 유압 모터(27)에 관한 유압 회로의 간략도.
도 17은 유압 펌프(41)의 유량이 소정값이며, 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어하여 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 동등한 상태를 창출할 때의 흐름도.
도 18은 선회 전동 모터(25)의 토크가 소정값이며, 유압 펌프(41)의 유량을 제어하여 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 동등한 상태를 창출하는 경우의 흐름도.
도 19는 유압 펌프(41)의 유량을 스탠바이 유량으로 유지하면서 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어할 때의 흐름도.

먼저, 본 발명의 각 실시 형태를 설명하기 전에, 본 발명의 각 실시 형태에 관한 건설 기계에 포함되는 주된 특징에 대하여 설명한다.

(1) 후술하는 본 발명의 실시 형태에 관한 건설 기계는, 선회체와, 당해 선회체를 공통의 구동 대상으로 하여, 서로 기계적으로 연결된 유압 모터 및 전동 모터와, 원동기에 의하여 구동되며, 상기 유압 모터에 압유를 공급하기 위한 유압 펌프와, 상기 선회체의 선회 동작을 지시하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치에 의하여 지시되는 상기 선회체의 선회 동작에 요구되는 요구 토크를 상기 전동 모터 단독으로 출력 가능할 때, 상기 전동 모터와 동반하여 회전되는 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압이 근접하도록, 또는 당해 미터아웃압이 당해 미터인압보다도 커지도록, 상기 유압 펌프의 토출 유량(본 명세서에서는 「펌프 유량」 또는 「유량」이라는 약칭을 사용하는 경우가 있음)과 상기 전동 모터가 출력하는 토크(본 명세서에서는 「출력 토크」 또는 「토크」라는 약칭을 사용하는 경우가 있음) 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

발명자들은, 상기 요구 토크가 상기 전동 모터 단독으로 출력 가능할 정도로 작아{예를 들어 상기 선회체가 저속으로 가속 중일 때, 또는 상기 선회체의 회전 속도가 일정할 때(정상 선회 중)}, 당해 요구 토크의 전부 또는 대부분을 상기 전동 모터에서 출력하는 경우에는, 당해 전동 모터에 동반하여 회전되는 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압이 일치할 때, 당해 유압 모터를 구동하는 유압 시스템의 손실(유압 모터에 관한 블리드 오프 손실, 미터인 손실 및 미터아웃 손실의 합)이 최소화되는 것을 지견하였다. 또한 상기 요구 토크가 상기 전동 모터 단독으로 출력 가능할 정도로 작은 경우에는, 상기 유압 모터를 이용하지 않고 상기 전동 모터 단독으로 상기 선회체를 구동하는 편이 효율이 좋은 것도 지견하였다. 따라서 상기와 같이 구성한 건설 기계에 의하면, 상기 요구 토크의 전부 또는 대부분을 상기 전동 모터에서 출력할 때, 당해 전동 모터에 동반하여 회전되는 상기 유압 모터에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있으므로, 선회 구동 시의 에너지 효율이 개선되어 큰 연료 저감 효과를 얻을 수 있다.

또한 상기와 같이 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압을 일치시키는 것은, 본 발명의 필수 사항은 아니다. 발명자들은, 상기 경우에 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압을 일치시키는 것이 어려운 경우에는, 당해 미터아웃압이 당해 미터인압보다도 커지더라도(즉, 상기 유압 모터가 역행(力行) 토크를 발생시키지 않는 경우에도), 상기 유압 모터 단독으로 상기 선회체를 구동하는 경우보다도 시스템 전체의 에너지 효율이 개선되는 경우가 있음을 지견하였다. 즉, 상기 유압 모터의 미터아웃압이 미터인압보다도 큰 경우에는, 상기 유압 모터는 제동 토크를 발생시켜 상기 전동 모터의 부하로서 작용하지만, 그럼에도 불구하고 상기 유압 모터의 토출 유량에 따라서는, 상기 유압 모터 단독으로 상기 선회체를 구동하는 경우보다도 시스템 전체의 에너지 효율이 높아지는 경우가 있다는 것이다. 따라서 상기 유압 모터가 제동 토크를 발생시키는 경우에 대해서도 연료 저감 효과를 발휘할 수 있다.

상기 유압 모터가 제동 토크를 발생시키더라도 효율의 개선이 보여지는 상기 유압 펌프의 유량 구체예로서는 스탠바이 유량이 있다. 이는, 펌프 유량을 스탠바이 유량으로 낮춤으로써 유압 시스템에서의 손실을 대폭 저감시킬 수 있기 때문이다. 또한 본 명세서에 있어서의 「스탠바이 유량」이란, 건설 기계에 탑재된 유압 액추에이터의 구동 지시용 조작 장치(조작 레버) 모두가 중립 위치에 있는 경우에 상기 유압 펌프의 유량으로서 설정되는 유량을 나타낸다. 유압 시스템의 효율 향상의 관점에서는, 당해 조작 장치 모두가 중립 위치에 있는 경우에 당해 건설 기계의 가동 유지가 가능한 상기 유압 펌프의 최저 유량을 스탠바이 유량으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 「상기 요구 토크가 상기 전동 모터 단독으로 출력 가능할 정도로 작은 경우」의 구체예로서는, 상기 조작 장치가 미세 조작되어 상기 선회체가 가속 중일 때(저속으로 가속 중일 때)와, 상기 조작 장치의 조작량의 대소에 관계없이 상기 선회체의 회전 속도가 일정할 때(정상 선회 중일 때)가 있다. 여기서 말하는 「미세 조작」이란, 상기 선회체에의 선회 명령 시에 상기 조작 장치로부터 출력되는 선회 조작압(선회 파일럿압)이 기준값 이하로 되는 조작량의 영역이다. 당해 기준값으로서는, 상기 전동 모터만으로 선회 구동하는 경우의 효율과 상기 전동 모터 및 상기 유압 모터로 선회 구동하는 경우의 효율을 비교하여, 전자 쪽이 고효율로 되는 값을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 당해 기준값의 정도를 나타내는 지표로서는, 1.5㎫ 정도의 선회 파일럿압이 하나의 목표로 될 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 요구 토크는 상기 조작 장치의 조작량(선회 파일럿압)과 상기 선회체의 회전수(선회 속도)에 기초하여 결정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 조작 장치의 조작량의 증가할수록 상기 요구 토크가 증가 하도록 설정되어 있으며, 또한 상기 선회체의 회전수가 감소할수록 상기 요구 토크가 증가하도록 설정되어 있다. 또한 (1)의 경우에는, 당해 요구 토크의 전부 또는 대부분을 상기 전동 모터에서 출력하는 경우이므로, 상기 요구 토크는 상기 전동 모터의 토크와 동의로 된다.

상기 (1) 또는 (2)에 있어서의 상기 전동 모터와 상기 유압 모터의 제어의 구체예로서는, 하기 (3) 및 (4)에 나타내는 것이 있다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 조작 장치의 조작량이 기준값 이하인 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때(저속으로 가속 중일 때), 또는 상기 조작 장치의 조작량에 관계없이 상기 선회체의 회전 속도가 일정할 때(정상 선회 중일 때), 상기 제어 장치는 상기 유압 펌프의 토출 유량을 소정의 목표값으로 유지하고, 또한 상기 제어 장치는, 상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 근접하도록, 또는 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록, 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 것이 바람직하다.

즉, 이 경우, 상기 유압 펌프의 유량을 목표값으로 유지하면서, 상기 전동 모터의 토크를 제어함으로써 미터인압과 미터아웃압을 조절하게 된다. 이 경우, 전동 모터의 토크를 제어하게 되므로, 유압 모터를 제어하는 후술하는 (4)의 경우와 비교하여 응답성이 좋은 점이 장점으로 된다. 또한 상기 유압 펌프가 상기 유압 모터 외에 다른 유압 액추에이터에도 압유를 공급하고 있는 경우에는, (4)와 같이 상기 유압 모터를 제어하면 상기 다른 유압 액추에이터의 제어에도 영향을 미칠 우려가 있지만, 상기와 같이 상기 전동 모터를 제어하면, 상기 다른 유압 액추에이터의 제어에 본 발명의 제어의 영향을 미치기 어렵다는 점도 장점으로 된다.

(4) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 조작 장치의 조작량이 기준값 이하인 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때, 또는 상기 조작 장치의 조작량에 관계없이 상기 선회체의 회전 속도가 일정할 때, 상기 제어 장치는 상기 조작 장치의 조작량과 상기 선회체의 회전수에 기초하여 결정되는 소정의 목표값으로 상기 전동 모터의 토크를 유지하고, 또한 상기 제어 장치는, 상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 근접하도록, 또는 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록, 상기 유압 모터의 토출 유량을 제어하는 것이 바람직하다.

즉, 이 경우, 상기 전동 모터의 토크를 목표값으로 유지하면서, 상기 유압 펌프의 유량을 제어함으로써 미터인압과 미터아웃압을 조절하게 된다. 이 경우, 유압 펌프 유량(펌프 출력)을 제어하게 되므로, 유압 시스템에 관한 손실을 직접적으로 저감시킬 수 있어, (3)의 경우보다도 엔진의 연료 소비량의 저감 효과가 큰 점이 장점으로 된다. 또한 상기 전동 모터에 대한 전력 공급의 제한이 행해지고 있는 경우에도 본 제어는 이용 가능하며, 이것에 의하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 점도 장점으로 된다.

또한 (3) 및 (4) 중 어느 경우에 대해서도, 상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 일치하도록 상기 전동 모터와 상기 유압 모터를 제어하는 것이 시스템 효율의 향상에 가장 기여하는 것은 상술한 바와 같다.

(5) 상기 (3)에 있어서, 상기 조작 장치의 조작량이 상기 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때, 상기 제어 장치는, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 스탠바이 유량으로 유지하고, 또한 상기 제어 장치는, 상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 근접하도록, 또는 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록, 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 것이 바람직하다.

「상기 조작 장치의 조작량이 상기 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때」는, 비조작 상태(예를 들어 유압 셔블에 있어서의 모든 조작 장치가 중립 위치에 있는 상태)로부터 선회체의 선회를 개시하는 것을 나타내므로, 상기 유압 펌프의 유량을 스탠바이 유량으로 유지하여, 유압 시스템의 손실을 최소한으로 하는 것이 시스템 효율을 개선하는 데 있어서 중요해진다. 이 경우, 상기 유압 펌프의 유량은 스탠바이 유량 미만으로 저감시킬 수 없기 때문에, 상기 (3) 및 (4)의 경우와 비교하여 상기 전동 모터와 상기 유압 모터의 제어가 크게 제한되게 되지만, 상기와 같이 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록 상기 전동 모터의 토크값을 제어하는 것을 이용함으로써, 이 경우에도 시스템 효율을 개선할 수 있다.

또한 상기 (1) 내지 (5)와 같이 상기 미터아웃압과 상기 미터인압에 기초하여 상기 유압 펌프의 유량과 상기 전동 모터의 토크를 제어하는 경우에는, 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압의 센서 검출값에 기초하여 상기 유압 펌프의 유량과 상기 전동 모터의 토크를 제어하는, 소위 피드백 제어를 이용해도 된다.

또한 상기 요구 토크의 크기에 따라 상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 상기 관계를 유지하는, 상기 유압 펌프의 유량과 상기 전동 모터의 토크를 미리 설정해 두고(예를 들어 요구 토크, 유압 펌프 유량 및 전동 모터 토크의 관계를 테이블로서 기억시켜 둠), 당해 설정값에 기초하여 상기 유압 펌프의 유량과 상기 전동 모터의 토크를 제어해도 된다.

또한 우선은 후자의 제어를 이용한 후에, 상기 미터아웃압과 상기 미터인압의 센서 검출값에 기초하여 전자의 제어를 추가적으로 이용함으로써, 후자의 제어에 전자의 제어(피드백 제어)에 의한 보정을 추가하는 구성으로 해도 된다. 이와 같이 후자와 전자의 제어를 조합했을 경우에는, 본 발명의 제어에 관한 응답성 및 정밀도를 현저히 향상시킬 수 있다.

이하, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 또한 본 발명은 선회체를 구비한 모든 작업 기계 및 건설 기계에 적용 가능하며, 유압 셔블에의 적용에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 유압 셔블에 탑재된 전동·유압 기기의 시스템 구성도이며, 도 3은 도 2의 시스템 구성도의 상세도이다. 또한 이들 도면 및 이후의 각 도면도 포함하여, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 예의 유압 셔블은, 하부 주행체(10)와, 하부 주행체(10)의 상부에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(20)와, 일단부가 상부 선회체(20)에 연결된 다관절 링크 기구를 갖는 셔블 기구(프론트 작업 장치)(30)를 구비하고 있다.

하부 주행체(10)는 좌우 1쌍의 크롤러(11) 및 크롤러 프레임(12)(도 1에는 편측만을 도시함)을 구비하고 있다. 각 크롤러(11)는, 도시하지 않은 감속 기구 등을 통하여, 도 2에 도시하는 1쌍의 주행용 유압 모터(13, 14)에 의하여 각각 독립적으로 구동된다.

상부 선회체(20)는, 하부 주행체(10)에 선회 가능하게 설치된 선회 프레임(21)을 갖고 있으며, 이 선회 프레임(21)에는, 엔진(22)과, 엔진(22)에 의하여 구동되는 어시스트 발전 모터(23)와, 선회 전동 모터(25)와, 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)에 접속되는 축전 장치인 캐패시터(24)와, 선회 유압 모터(27)가 탑재되어 있다. 또한 이 선회 프레임(21)에는, 도 2에 도시하는 유압 펌프(41) 및 컨트롤 밸브(42)를 포함하는 유압 시스템(40)과, 파워 컨트롤 유닛(55) 및 컨트롤러(제어 장치)(80)를 포함하는 선회 제어 시스템이 더 탑재되어 있다.

선회 프레임(21)은, 선회 전동 모터(25)의 회전을 감속하는 감속 기구를 포함하며, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 구동력에 의하여 구동시키는 선회 기구(26)를 개재하여, 하부 주행체(10)의 상부에 선회 가능하게 설치된다.

또한 본 실시 형태에 있어서는, 축전 장치로서 캐패시터(24)를 사용하고 있지만, 축전지를 사용할 수도 있고, 캐패시터와 축전지 양쪽을 병용할 수도 있다. 또한 축전 장치 대신, 유선 접속된 외부 전원으로부터 전력 공급을 받아도 된다.

셔블 기구(30)는, 붐(31)과, 붐(31)을 구동하기 위한 붐 실린더(32)와, 붐(31)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축 지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단부에 회전 가능하게 축 지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36)를 구비하고 있다. 붐(31)의 기단부는, 선회 프레임(21)에 회전 가능하게 축 지지되어 있다. 붐(31), 아암(33) 및 버킷(35)은 각각의 연결 축을 중심으로 하여 회전되며, 이것에 의하여 유압 셔블에 의한 굴삭 등의 작업이 행해진다.

도 1의 유압 시스템(40)은 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(22)과, 엔진(22)에 의하여 구동되는 유압 펌프(41)와, 유압 펌프(41)로부터 유압 배관(43)을 통하여 토출되는 작동유(압유)에 의하여 구동되는 복수의 유압 액추에이터{주행용 유압 모터(13, 14), 선회 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아암 실린더(34) 및 버킷 실린더(36))와, 이들 각 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 공급량 및 공급 방향을 조작 레버(72, 73)(도 3 참조)로부터의 명령에 기초하여 전환하는 컨트롤 밸브(42)를 구비하고 있다.

유압 펌프(41)는, 레귤레이터(88)(펌프 용량 조정 장치)에 의하여 틸팅 각도를 변경함으로써 펌프 용량이 변경되는 가변 용량형 펌프이다. 펌프 용량이 변경되면 펌프 출력 및/또는 펌프 유량이 변경된다. 레귤레이터(88)는, 컨트롤러(80)로부터의 전기 신호가 전기·유압 신호 변환 장치(75c)에서 변환된 유압 신호에 의하여 제어되며, 유압 펌프(41)의 용량을 제어한다.

또한 본 실시 형태에 관한 컨트롤 밸브(42)는, 선회 조작 레버(72)(도 3 참조)의 조작량이 중간 영역일 때의 미터아웃 개구 면적을 통상기(유압 모터 단독으로 상부 선회체를 선회 구동하는 것)보다도 크게 하고, 조작량이 중간 영역에서의 선회 유압 모터(27)의 제동 토크{상부 선회체(20)를 제동하는 방향의 토크}가 통상기보다도 작아지도록 하고 있다.

선회 제어 시스템으로서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 선회 조작 레버(72)로부터의 명령에 따른 제어 신호(조작 신호)를, 컨트롤 밸브(42)와, 캐패시터(24)의 충방전을 제어하는 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력하는 컨트롤러(80)가 구비된다.

도 1의 유압 셔블은, 도 3에 있어서, 엔진(22)을 시동하기 위한 시동 키(70)와, 작업 중지 시에 파일럿압 차단 밸브(76)를 ON으로 하여 유압 시스템의 작동을 불능으로 하는 게이트 로크 레버 장치(71)를 구비하고 있다.

파워 컨트롤 유닛(55)은, 캐패시터(24)로부터 선회 전동 모터(25)에의 전력 공급과, 선회 전동 모터(25)로부터 회수된 교류 전력의 캐패시터(24)에의 충전을 제어하는 것이며, 캐패시터(24)로부터 공급되는 직류 전력을 소정의 모선 전압으로 승압하는 초퍼(51)와, 선회 전동 모터(25)를 구동하기 위한 인버터(52)와, 어시스트 발전 모터(23)를 구동하기 위한 인버터(53)와, 모선 전압을 안정화시키기 위하여 설치되는 평활 콘덴서(54)를 구비하고 있다. 또한 도 3 중의 도면 부호 (56)은 메인 콘택트를 나타내고 있으며, 이 메인 콘택트(56)는 메인 릴레이 및 돌입 전류 방지 회로를 구비하고 있다.

선회 전동 모터(25)의 회전축과 선회 유압 모터(27)의 회전축은 기계적으로 연결되어 있으며, 이들 각 모터가 발생시키는 합계의 토크로 상부 선회체(20)를 구동한다. 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)의 구동 상태{역행(力行)하고 있는지 회생하고 있는지}에 따라, 캐패시터(24)의 충전 또는 방전이 결정되게 된다.

도 4는, 도 2 및 도 3에 도시한 시스템 구성도 중 상부 선회체의 선회 동작에 관한 유압 시스템을 추출한 도면이다. 이 도면에 있어서, 유압 펌프(41)로부터 토출된 작동유는, 선회 조작 레버(72)로부터 출력되는 선회 조작 레버 신호(선회 파일럿압)에 기초하여 위치가 변경되는 선회 스풀(44)을 통하여 선회 유압 모터(27)에 도입된다. 또한 선회 스풀(44)은, 컨트롤 밸브(42)(도 2, 3 참조)에 포함되는 복수의 스풀 중 하나이다.

선회 조작 레버(72)는, 오퍼레이터가 상부 선회체(20)의 선회 동작을 제어하기 위한 것이며, 그 조작량 및 조작 방향에 따라 생성된 유압 신호(조작 신호)를 선회 스풀(44)의 2개의 압력실 중 어느 하나에 출력한다. 선회 조작 레버(72)는, 상부 선회체(20)의 선회 방향에 대응하는 2방향으로 조작 가능하며, 조작량에 비례하는 선회 파일럿압을 선회 스풀(44)의 압력실에 작용시킨다. 선회 조작 레버(72)의 조작 방향 및 조작량(선회 파일럿압)은, 선회 조작 레버(72)로부터의 작동유를 선회 스풀(44)에 작용시키기 위한 관로에 설치된 압력 센서(74a, 74b)에 의하여 검출 가능하다. 압력 센서(89a, 89b)의 검출값은 컨트롤러(80)에 출력되고 있다. 또한 압력 센서(74a, 74b)는 도 3 중의 유압·전기 신호 변환 장치(74)에 해당한다.

선회 유압 모터(27)는, 작동유의 입구와 출구로 되는 2개의 포트(A 포트, B 포트)를 갖는다. 본 명세서에서는, 좌선회할 때 작동유의 입구로 되는 포트를 A 포트, 출구로 되는 포트를 B 포트라 하고, 우선회할 때 작동유의 입구로 되는 포트를 B 포트, 출구로 되는 포트를 A 포트라 정의한다.

도 4에 있어서, A 포트측에는, A 포트측의 압력이 릴리프압에 도달했을 때 개방되는 A 포트측 릴리프 밸브(28)가 설치되어 있고, B 포트측에는, B 포트측의 압력이 릴리프압에 도달했을 때 개방되는 B 포트측 릴리프 밸브(29)가 설치되어 있다. 이 A 포트측 릴리프 밸브(28) 및 B 포트측 릴리프 밸브(29)는 전자기식 가변 릴리프 밸브로 이루어지며, 선회 유압 모터(27)의 A 포트 압력, B 포트 압력을 각각 제어하는 것이다. A 포트측 릴리프 밸브(28) 및 B 포트측 릴리프 밸브(29)의 릴리프압은, 컨트롤러(80)로부터 입력되는 릴리프압 전환 신호에 기초하여 변경될 수 있다.

또한 A 포트에는, A 포트의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(87a)가 설치되어 있고, B 포트에는, B 포트의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(87b)가 설치되어 있다. 2개의 압력 센서(87a, 87b)의 출력값은 컨트롤러(80)에 입력되고 있다. 또한 이하에서는, 2개의 압력 센서(87a, 87b)를 통틀어 나타내는 경우에, 첨자를 생략하고 「압력 센서(87)」라 기재하는 경우가 있다.

선회 스풀(44)의 전환량(스풀 스트로크)은, 선회 조작 레버(72)로부터 출력되어 압력실에 작용되는 조작압에 따라 제어되며, 당해 조작압에 의하여 선회 스풀(44)은 도 4 중의 중립 위치 O로부터 A 위치 또는 B 위치로 연속적으로 전환된다. 선회 스풀(44)의 위치를 변경하면, 선회 스풀(44)을 통하여 유압 펌프(41)로부터 선회 유압 모터(27)에 공급되는 작동유의 유량이 제어된다.

예를 들어 선회 조작 레버(72)가 중립 상태인 경우에는, 선회 스풀(44)이 중립 위치 O에 있을 때는, 유압 펌프(41)로부터 토출된 작동유는 블리드 오프 교축 밸브를 통하여 탱크로 복귀된다.

한편, 예를 들어 선회 조작 레버(72)가 좌선회를 행하도록 조작되었을 경우에는, 선회 스풀(44)이 A 위치로 전환되어 블리드 오프 교축 밸브의 개구 면적이 감소하고, 미터인 교축 밸브, 미터아웃 교축 밸브의 개구 면적이 증가한다. 유압 펌프(41)로부터 토출된 작동유는 이 A 위치의 미터인 교축 밸브를 통하여 선회 유압 모터(27)의 A 포트로 보내지고, 선회 유압 모터(27)로부터의 복귀유는 A 위치의 미터아웃 교축 밸브를 통하여 탱크로 복귀된다. 이러한 작동유의 제어를 행함으로써, 선회 유압 모터(27)는 좌측으로 회전한다. 또한 이 경우, A 포트로부터 B 포트를 향하여 작동유가 흐르므로, 압력 센서(87a)의 검출값이 유압 모터(27)의 미터인압, 압력 센서(87b)의 검출값이 그의 미터아웃압으로 된다.

또한 예를 들어 선회 조작 레버(72)가 우선회를 행하도록 조작되었을 경우에는, 선회 스풀(44)이 B 위치로 전환되어 블리드 오프 교축 밸브의 개구 면적이 감소하고, 미터인 교축 밸브, 미터아웃 교축 밸브의 개구 면적이 증가한다. 유압 펌프(41)로부터 토출된 작동유는 B 위치의 미터인 교축 밸브를 통하여 선회 유압 모터(27)의 B 포트에 보내지고, 선회 유압 모터(27)로부터의 복귀유는 B 위치의 미터아웃 교축 밸브를 통하여 탱크로 복귀된다. 이러한 작동유의 제어를 행함으로써, 선회 유압 모터(27)는 A 위치의 경우와는 역방향인 우측으로 회전한다. 또한 이 경우, B 포트로부터 A 포트를 향하여 작동유가 흐르므로, 압력 센서(87a)의 검출값이 유압 모터(27)의 미터아웃압, 압력 센서(87b)의 검출값이 미터인압으로 된다.

또한 선회 스풀(44)이 중립 위치 O와 A 위치의 중간에 위치하고 있을 때는, 유압 펌프(41)가 토출한 작동유는 블리드 오프 교축 밸브와 미터인 교축 밸브에 분배된다. 중립 위치 O와 B 위치의 중간의 경우에도 마찬가지이다.

도 2 및 도 3로 되돌아가, 컨트롤러(80)는, 압력 센서(74)로부터의 선회 조작 레버 신호(선회 파일럿압), 압력 센서(87)로부터의 선회 유압 모터 압력, 파워 컨트롤 유닛(55)으로부터의 선회 모터 속도 등의 신호를 이용하여, 유압 펌프(41)의 제어, 릴리프 밸브(28, 29)의 릴리프압의 제어, 파워 컨트롤 유닛(55)의 제어를 행한다. 또한 도 3 중에 도시한 전기·유압 신호 변환 장치(75c 내지 75e)는, 컨트롤러(80)로부터의 전기 신호를 유압 파일럿 신호로 변환하는 각종 장치이며, 예를 들어 전자기 비례 밸브가 이에 해당한다.

또한 컨트롤러(80)는 도 3에 도시한 바와 같이, 이상 감시·이상 처리 제어부(81)와, 에너지 매니지먼트 제어부(82)와, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)와, 유압 단독 선회 제어부(84)와, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)에 의한 구동과 유압 단독 선회 제어부(84)에 의한 구동을 전환하기 위한 전환 제어부(85)와, 펌프 유량 제어부(90)를 구비하고 있다.

컨트롤러(80)는 컨트롤 밸브(42), 파워 컨트롤 유닛(55)에 대하여 명령을 행하고, 유압 단독 선회 모드와 유압 전동 복합 선회 모드의 전환, 및 각 모드의 선회 제어, 전동 시스템의 이상 감시, 에너지 매니지먼트 등의 제어도 행한다.

유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 선회 조작 레버(72)로부터 출력되고, 유압·전기 신호 변환 장치(예를 들어 압력 센서)(74)에 의하여 전기 신호로 변환되어, 선회 조작 레버(72)의 조작량 및 조작 방향을 나타내는 선회 파일럿압 신호와, 파워 컨트롤 유닛(55)으로부터 출력되어, 상부 선회체(20)의 회전 속도를 나타내는 선회 모터 속도와, 컨트롤 밸브(42)로부터 출력되어, 압력 센서(유압·전기 신호 변환 장치)(87a, 87b)에 의하여 전기 신호로 변환된 선회 작동압(미터인압·미터아웃압)을 입력하고 있다. 또한 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 파워 컨트롤 유닛(55)에의 선회 전동 모터 토크 명령과, 유압 펌프(41)(레귤레이터(88))에의 펌프 용량 명령과, A 포트측 릴리프 밸브(28) 및 B 포트측 릴리프 밸브(29)(도 2 참조)에의 릴리프압 전환 신호를 출력한다.

파워 컨트롤 유닛(55)으로부터 출력되는 선회 모터 속도는, 선회 전동 모터(25)와 기계적으로 연결된 상부 선회체(20)의 회전 속도와 동치이며, 또한 선회 유압 모터(27)의 회전 속도와도 동치인데, 본 실시 형태에서는 주로 전자의 상부 선회체(20)의 회전 속도(선회 속도)를 나타내는 값으로서 이용한다. 파워 컨트롤 유닛(55)에 있어서의 선회 모터 속도의 산출은 공지된 방법을 이용 가능하며, 예를 들어 선회 전동 모터(25)의 발생 전압값 또는 선회 전동 모터(25)에의 전류값으로부터 산출할 수 있다. 또한 이 구성 대신, 선회 기구(26)의 상부 선회체(20)에의 출력 축 주위에 상부 선회체(20)의 회전 속도(회전수)를 검출하기 위한 속도 센서(86)(도 4 참조)를 설치하여, 속도 센서(86)의 검출값을 컨트롤러(80)에 출력하고, 이를 상부 선회체(20)의 속도로 해도 된다. 또한 속도 센서(86) 대신, 선회 전동 모터(25) 또는 선회 유압 모터(27)의 출력 축 주위에 속도 센서를 설치하여, 당해 속도 센서의 검출값에 선회 기구(26)의 감속비를 감안하여 상부 선회체(20)의 회전 속도를 검출해도 된다.

펌프 유량 제어부(90)는, 조작 레버(72, 73)로부터 출력되는 파일럿압, 각 유압 액추에이터에 작용하는 부하 및 엔진 회전수 등을 포함하는 각종 정보에 기초하여, 오퍼레이터가 원하는 동작에 필요한 유압 펌프(41)의 출력(흡수 토크)을 산출하고, 유압 펌프(41)의 토출압을 고려하면서 당해 출력에 필요한 값으로 유압 펌프(41)의 유량을 제어하는 부분이다. 펌프 유량 제어부(90)로부터는, 원하는 펌프 유량을 달성하기 위하여 필요한 명령을 레귤레이터(88)와 엔진(22)에 출력 가능하게 되어 있으며, 당해 명령에 의하여 유압 펌프(41)의 용량(틸팅 각도) 및/또는 엔진 회전수가 제어된다. 단, 여기서는 설명을 간략화하기 위하여, 펌프 용량만으로 펌프 유량을 제어하는 것으로 하고, 펌프 유량 제어에 수반하는 엔진 회전수 제어에 대해서는 특별히 설명하지 않기로 한다. 펌프 유량 제어부(90)로부터 출력된 펌프 유량 명령은 전기·유압 변환 장치(75c)를 통하여 유압 신호로 변환되어 레귤레이터(88)에 입력되고, 레귤레이터(88)가 당해 유압 신호에 기초하여 펌프 용량을 변경함으로써 유압 펌프(41)의 유량이 제어된다.

유압 단독 선회 제어부(84)는, 선회 조작 레버(72)로부터 출력되어, 유압·전기 신호 변환 장치(74)에 의하여 전기 신호로 변환된 선회 파일럿압 신호를 입력하고, 컨트롤 밸브(42)에의 유압 선회 특성 보정 명령 및 선회 파일럿압 보정 신호를 출력한다.

파워 컨트롤 유닛(55), 선회 전동 모터(25), 캐패시터(24) 등의 전동 시스템에 고장, 이상, 경고 상태가 발생했을 경우나, 캐패시터(24)의 축전량이 소정의 범위 외로 되었을 경우에는, 이상 감시·이상 처리 제어부(81) 및 에너지 매니지먼트 제어부(82)가 전환 제어부(85)를 전환하여 유압 단독 선회 제어부(84)를 선택하여, 유압 전동 복합 선회 모드로부터 유압 단독 선회 모드로의 전환을 행한다. 선회 유압 시스템은 선회 전동 모터(25)와 협조하여 동작하도록 매칭되어 있으므로, 유압 단독 선회 제어부(84)는 선회 구동 특성 보정 명령과 선회 파일럿압 보정 신호(L/R)를 각각 전기·유압 변환 장치(75d, 75e)에 출력하여, 선회 유압 모터(27)의 구동 토크를 증가시키는 보정 또는 선회 유압 모터(27)의 제동 토크를 증가시키는 보정을 행함으로써, 선회 전동 모터(25)의 토크가 없더라도 선회 조작성이 손상되지 않는 제어를 행한다.

유압 단독 선회 모드 고정 스위치(77)는 어떠한 이유(예를 들어 전동 시스템의 고장 시나 특정한 어태치먼트 장착 시 등)로 유압 단독 선회 모드로 고정하고자 하는 경우에 사용하는 것이며, 고정 스위치(77)가 ON 위치로 조작되면, 전환 제어부(85)는 유압 단독 선회 제어부(84)를 선택하도록 고정된다. 이것에 의하여, 이상 감시·이상 처리 제어부(81) 및 에너지 매니지먼트 제어부(82)가 상기와 같이 유압 단독 선회 제어부(84)로 전환 제어부(85)를 전환하지 않는 경우에도, 유압 단독 선회 모드가 선택 가능해진다.

도 5는 유압 전동 복합 선회 제어부(83)의 기능 블록도의 일부이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 목표 역행 토크 연산부(83a)와, 제한 게인 연산부(83b)와, 제한 토크 연산부(83c)와, 토크 명령값 연산부(83d)와, 유압 펌프 출력 감소 제어부(83e)와, 펌프 유량 보정 연산부(83g)를 구비하고 있다.

목표 역행 토크 연산부(83a)는 선회 파일럿압 및 선회 모터 회전 속도를 입력하고, 선회 전동 모터(25)의 목표 역행 토크를 연산하여 출력한다. 목표 역행 토크의 값은, 에너지 매니지먼트 제어부(82)로부터 출력되는 에너지 매니지먼트 제한 토크 요구에 의하여, 그때의 캐패시터(24)의 축전 잔량에서 선회 전동 모터(25)가 발생 가능한 토크의 범위로 제한되어 있다. 구체적으로는, 캐패시터(24)의 전압이 낮아짐에 따라 선회 전동 모터(25)의 토크 상한값은 작아진다.

제한 게인 연산부(83b)에서는, 조작 레버(73)로부터 출력되는 붐 상승 조작 파일럿압에 따른 게인 K1을 결정하고 있다. 게인 K1의 최댓값은 1이며, 붐 상승 조작 파일럿압이 클수록 제어 게인 K1은 작은 값으로 되고, 최종적으로는 0출력으로 된다. 또한 마찬가지로 엔진 회전수에 따른 게인 K2를 결정하고 있다. 게인 K2의 최댓값은 1이며, 엔진 회전수가 작을수록 제어 게인 K2는 작은 값으로 되도록 설정하고 있다. 또한 선회 파일럿압에 따른 게인 K3을 결정하고 있으며, 본 실시 형태에서는, 선회 파일럿압의 중간 영역에 있어서 게인이 커지도록 하고 있다.

제한 토크 연산부(83c)에서는, 선회 유압 모터(27)의 선회 메인압 신호와, 제한 게인 연산부(83b)에서 산출한 제어 게인 K3을 입력하고, 선회 유압 모터(27)의 선회 메인압으로부터 연산한 선회 유압 모터(27)의 토크에 제한 게인 K3을 곱함으로써, 제한 토크 Tms3을 연산하여 토크 명령값 연산부(83d)에 출력한다.

토크 명령값 연산부(83d)에는, 상술한 제어 게인 K1, K2, 및 상술한 제한 토크 Tms3을 입력한다. 목표 역행 토크 연산부(83a)에서 연산된 목표 역행 토크와 상술한 제어 게인 K1, K2를 곱하여 목표 토크 T를 산출한다. 또한 제한 토크 연산부(83c)에서 연산된 제한 토크 Tms3을 입력하고, 목표 토크 T를 제한 토크 Tms3의 값으로 제한하는 연산을 행하고(즉, 목표 토크 T가 제한 토크 Tms3을 초과하는 경우에는 제한 토크 Tms3이 토크 명령값으로 되고, 목표 토크 T가 제한 토크 Tms3 이하인 경우에는 목표 토크 T가 토크 명령값으로 됨), 그것을 토크 명령값으로 하여 파워 컨트롤 유닛(55)과 유압 펌프 출력 감소부(83e)에 출력한다. 파워 컨트롤 유닛(55)은 이 토크 명령값에 기초하여 선회 전동 모터(25)에 토크를 발생시킨다.

유압 펌프 출력 감소 제어부(83e)는 토크 명령값 연산부(83d)에서 연산한 토크 명령값을 입력하고 있으며, 선회 전동 모터(25)가 출력하는 토크의 분만큼 선회 유압 모터(27)의 토크가 감소하도록, 유압 펌프(41)의 출력을 감소시키는 명령(펌프 출력 감소 명령)을 펌프 유량 보정 연산부(83g)에 출력한다.

펌프 유량 보정 연산부(83g)에서는, 유압 펌프 출력 감소 제어부(83e)에서 연산된 펌프 출력 감소 명령에 따르도록, 유압 펌프(41)의 펌프 유량을 감소시키는 명령(펌프 유량 보정 명령)을 출력한다. 구체적으로는, 펌프 유량 보정 명령은 펌프 유량 보정 연산부(83g)로부터 펌프 유량 제어부(90)에 출력되고, 펌프 유량 제어부(90)는 당해 펌프 유량 보정 명령을 반영한 펌프 용량 명령을 전기·유압 변환 장치(75c)에 출력한다. 그리고 전기·유압 변환 장치(75c)는 이 펌프 용량 명령에 대응하는 제어 압력을 레귤레이터(88)에 출력하고, 레귤레이터(88)가 경사판의 틸팅 각도를 제어함으로써 유압 펌프(41)의 유량이 제어된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)에 의하여, 선회 전동 모터(25)가 출력하는 토크 분만큼 선회 유압 모터(27)의 토크가 감소하도록 유압 펌프(41)의 출력이 제한된다. 즉, 선회 조작 레버(72)의 조작량 및 조작 방향에 기초하여 지시되는 상부 선회체(20)의 선회 동작에 요구되는 요구 토크를, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)가 각각 발생시키는 토크의 합계로서 출력함으로써 상부 선회체(20)를 선회 구동한다. 이것에 의하여, 선회 유압 모터(27)만으로 상부 선회체(20)를 선회시키는 종래기와 동일한 조작을 본 실시 형태에서 행하더라도, 동등한 선회 속도가 얻어지도록 되어 있다. 또한 예를 들어 선회 전동 모터(25)만으로 상부 선회체(20)를 구동하는 경우에는, 선회 유압 모터(27)는, 발생하는 토크는 0으로 되고, 선회 전동 모터(25)가 발생시키는 토크가 0인 경우에는, 선회 유압 모터(27)가 발생시키는 토크만으로 구동한다.

도 6에, 본 실시 형태에 있어서의 선회 스풀(44)의 스풀 스트로크에 대한 블리드 오프 개구 면적, 미터인 개구 면적 및 미터아웃 개구 면적을 나타낸다. 스풀 스트로크는 선회 조작 레버(72)의 조작량에 따라 변화되므로, 선회 레버 조작량이라 생각해도 된다.

도 6의 미터아웃 개구 면적에 관한 실선은, 선회 유압 모터 단독으로 상부 선회체를 구동하는 건설 기계(「종래기」라고 칭하는 경우가 있음)에 있어서, 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회 유압 모터의 개구 면적을 나타내고 있다. 한편, 도 6의 미터아웃 개구 면적에 관한 점선은, 본 실시 형태에 있어서의 선회 스풀(44)의 미터아웃 개구 면적의 크기를 나타내며, 시점과 종점은, 실선으로 표시된 개구 면적과 대략 동일한 면적이고, 중간 영역에서는 본 발명 쪽이, 실선으로 표시된 개구 면적보다도 넓어지도록 설정되어 있다.

이 경우, 선회 스풀(44)의 미터아웃 교축 밸브의 개구 면적이 넓어지면, 선회 유압 모터(27)에서 얻어지는 제동 토크는 작아진다. 따라서 제동 토크의 크기는 미터아웃 교축 밸브의 개구 면적의 크기에 의존하므로, 선회 레버 조작량이 중간 영역에서의 선회 유압 모터(27)의 제동 토크는, 종래기의 선회 유압 모터의 제동 토크보다도 작아진다. 또한 선회 레버 조작량이 중립 및 최대 상태에 있어서는, 실선의 개구 면적과 대략 동일하게 하고 있으므로, 선회 유압 모터(27)의 제동 토크의 크기와 대략 동일해지도록 설정된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 건설 기계에서는, 선회 조작 레버(72)의 조작량에 대하여 결정되는 선회 스풀(44)의 미터아웃 개구 면적에 따라, 선회 유압 모터(27)의 제동 토크의 크기가 결정된다. 한편, 구동 토크에 대해서는, 선회 유압 모터 단독으로 선회체를 구동하는 종래기와 마찬가지의 조작성을 확보할 수 있도록, 선회 유압 모터(27)의 블리드 오프 개구 면적을 결정하고 있으며, 종래기와 동일한 특성을 채용하고 있다.

이하, 유압 전동 선회 복합 제어부(83)에 있어서의 선회 전동 모터(25)의 제어 방법과 유압 펌프(41)의 출력(펌프 출력)의 제어 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 선회 전동 모터(25)의 회전수{상부 선회체(20)의 회전수} ω는, 선회 유압 모터(27)의 토크 Tom과 선회 전동 모터(25)의 토크 Tem을 이용하면, 수식 (1)로 나타낼 수 있고, 선회 유압 모터(27)의 토크 Tom은, 미터인압과 미터아웃압을 이용하면 수식 (2)로 나타낼 수 있다.

여기서, 수식 (1)에 있어서의 Js는 상부 선회체(20)의 관성 모멘트를, Tloss는 선회부의 손실을 나타내고 있다.

본 실시 형태에 있어서, 선회 전동 모터(27)를 역행(力行) 구동했을 경우에 있어서도 유압 단독 동작 시와 동등한 조작성을 얻기 위해서는, 선회 조작 레버(72)로 동일한 레버 조작을 했을 때, 선회 전동 모터 회전수 ω가 동등해질 필요가 있다. 즉, 동일한 레버 조작을 행했을 경우에는, 수식 (2)에 있어서, Tem=0의 경우와 Tem≠0의 경우에, 동등한 ω로 되도록 선회 전동 모터의 토크나 펌프 출력을 제어한다.

도 7에, 선회 유압 모터 단독으로 선회 동작을 했을 경우의 정상 선회 시(상부 선회체(20)의 회전수가 일정값에 수렴한 상태)에 있어서의 유압부의 손실을 실선으로 나타내고, 그와 동등한 속도로 선회 전동 모터 단독으로 선회 동작을 했을 경우의 정상 선회 시에 있어서의 전동부의 손실을 파선으로 나타낸다. 유압부의 손실은, 선회 유압 모터의 출력에 대하여 펌프 출력이 커지는 경향이 있기 때문에, 특히 선회 속도가 작은 개소, 즉, 선회 조작이 미세 조작으로부터 하프 영역에 있어서 손실이 상대적으로 크다. 이는, 양호한 응답성 확보의 관점에서 선회 유압 모터의 개구 면적이 크게 설정되어 있고, 그에 수반하여 펌프 출력도 커지기 때문이다. 또한 선회 속도가 큰 영역, 즉, 선회 조작이 풀 레버에 가까운 개소에서는, 유압부의 손실은 다른 경우와 비교하여 상대적으로 저감된다.

한편, 전동부의 손실은 선회 속도의 증가에 따라, 즉, 선회 조작 레버의 조작량에 따라 증가하는 경향이 있다. 이는, 선회 전동 모터에 의한 선회 구동은, 선회 속도가 커짐에 따라 선회 출력도 증가하고, 캐패시터에의 충방전 에너지도 증가하기 때문이다.

따라서 본 실시 형태에서는, 미세 조작 영역(선회 속도가 소, 레버 조작량이 소)에서는 효율이 좋은 전동 모터(25)만에 의한 선회 구동을 실시하고, 유압의 효율이 높아지는 선회 영역(선회 속도가 중 또는 대, 레버 조작량 중 또는 대)에 있어서는 전동 모터(25)와 유압 모터(27)의 복합에 의한 구동을 실시한다. 보다 구체적으로는, 다음과 같이 전동 모터(25)와 유압 모터(27)의 출력 배분을 설정한다.

본 실시 형태에서는, 선회 조작 레버(72)의 조작량에 기초하여 결정되는 상부 선회체(20)의 선회 동작에 요구되는 출력(요구 토크)을 1로 했을 경우, 선회 전동 모터(25)의 출력(토크)의 비율을 α라 하고, 나머지 비율 분(즉, 1-α)의 출력을 선회 유압 모터(27)에서 출력함으로써, 종래기와 동등한 조작성을 확보한다. 도 8에, 본 실시 형태에 있어서의 선회의 출력 특성으로서, 전동 모터(25)와 유압 모터(27)의 출력 배분(토크 배분)을 선회 레버 조작압(선회 파일럿압이라고도 칭함)에 따라 설정한 예를 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 선회 레버 조작압이 설정값 β 이하인 미세 조작 영역에서는 전동 모터(25) 단독으로 요구 토크를 출력하고(즉, α=1), 당해 미세 조작 영역 내에서는 선회 조작 레버 조작압의 증가에 따라 전동 모터(25)의 출력을 증가시키도록 설정하고 있다. 또한 설정값 β는 1.5㎫ 정도의 값이다.

한편, 설정값 β를 초과하는 영역에서는 전동 모터(25)와 유압 모터(27) 양쪽에서 요구 토크를 출력하고, 당해 영역 내에서는 선회 레버 조작압의 증가에 따라 전동 모터(25)의 출력 비율 α를 감소시키도록 설정하고 있다.

이는, 상술한 바와 같이 선회 레버 조작압이 낮고 선회 속도가 낮은 영역(조작압이 β 이하인 영역)에서는, 유압 모터(27)로 구동하는 것보다도 전동 모터(25)로 구동하는 편이 고효율로 되고, 한편, 선회 레버 조작압이 높아지는, 선회 속도가 높은 영역(조작압이 β를 초과하는 영역)에서는, 유압 모터(27)에 의한 구동의 효율이 좋아지기 때문이며, 소비 에너지를 저감시키는 것을 목적으로 하고 있다.

또한 설정값 β의 값을 결정할 때의 조건으로서는, 선회 레버 조작압이 β일 때의 요구 토크가 선회 전동 모터(25) 단독으로 출력 가능할 것이 필요하다. 또한 그때 유압 펌프(41)의 유량을 스탠바이 유량 또는 그 근방까지 저감 가능할 것도 조건에 추가하는 것이 바람직하다. 이는, 펌프 유량을 스탠바이 유량 정도로 낮춤으로써 유압부에서의 손실을 대폭 저감시킬 수 있기 때문이다.

그런데 상부 선회체의 선회에 필요한 요구 토크는, 선회 조작 레버(72)의 조작량뿐만 아니라 상부 선회체(20)의 선회 속도(회전수)에 따라서도 변화된다. 구체적으로는, 선회 조작 레버(72)의 조작량이 증가할수록 요구 토크가 증가하고, 또한 상부 선회체(20)의 회전수가 감소할수록 요구 토크가 증가한다. 따라서 상부 선회체(20)의 회전수가 증가할수록 요구 토크는 저감되기 때문에, 상부 선회체(20)의 회전수가 일정값에 수렴한 상태(정상 선회 시)에서는, 선회 레버 조작압이 β보다 큰 영역에서도 선회 전동 모터(25) 단독으로 요구 토크의 출력이 가능해진다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 정상 선회 시의 유압부와 전동부의 손실은, 전체 영역에 걸쳐 유압부의 손실 쪽이 커지고 있기 때문에, 선회 전동 모터(25) 단독으로 요구 토크의 출력이 가능한 경우에는, 당해 요구 토크를 선회 전동 모터(25)만으로 출력하는 것이 시스템 효율상 바람직하다.

한편, 본 실시 형태와 같은 선회 기구를 구비하는 유압 셔블에서는, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)가 기계적으로 연결되어 있는 관계상, 선회 전동 모터(25) 단독으로 요구 토크를 출력하더라도 선회 유압 모터(27)가 함께 회전하기 때문에 유압에 의한 손실이 발생한다.

따라서 선회 전동 모터(25) 단독으로 요구 토크의 출력이 가능한 경우(즉, 선회 조작 레버의 조작량이 미세 조작 영역일 때, 또는 선회 조작 레버 조작량이 미세 조작 영역을 초과하지만 정상 선회일 때)에 있어서, 본 실시 형태에서는, 시스템 효율 향상의 관점에서, 선회 전동 모터(25)의 토크와, 선회 유압 모터(27)에 공급하는 작동유의 유량을 어떤 식으로 결정했는지에 대하여 설명한다.

먼저, 선회 파일럿압과 유압 펌프(41)의 유량을 고정했을 경우의 선회 전동 모터(25)의 토크의 결정에 대하여 설명한다. 도 9에, 선회 파일럿압과 유압 펌프(41)의 유량을 고정으로 하고, 선회 전동 모터(25)의 토크(전동 토크)를 서서히 증가시켰을 경우에 있어서의 전동 토크와 유압부의 손실(밸브 손실)의 관계를 나타낸다. 도 9로부터, 전동 토크를 증가시킴에 따라, 어느 전동 토크(목표 토크 Tms*라 칭함)까지는 밸브 손실이 서서히 낮아지고, 목표 토크 Tms*를 초과하면 밸브 손실이 다시 증가하는 경향으로 된다.

도 9에 나타낸 바와 같이 밸브 손실이 하방으로 볼록한 곡선을 그리는 이유는, 선회 유압 모터(27)에 관한 밸브부의 손실이 도 10에 나타내는 바와 같은 내역으로 되기 때문이다. 도 10은, 도 9에 나타낸 밸브 손실을 블리드 오프 손실, 미터인 손실 및 미터아웃 손실로 분해하여 나타낸 도면이다. 도 10에 있어서, 목표 토크(Tms*) 이하의 영역에서는, 전동 토크를 서서히 증가시키면, 선회 유압 모터(27)의 토크가 저감되므로, 밸브 손실의 대부분을 차지하고 있는 블리드 오프 손실이 감소하여 밸브 손실을 감소시킬 수 있다. 그러나 목표 토크(Tms*)를 초과하는 영역에서는, 전동 토크를 증가시킴에 따라, 블리드 오프 손실의 감소량 이상으로 미터아웃 손실이 증가하기 때문에, 밸브 손실이 다시 증가하게 된다.

도 11에, 도 9 및 도 10의 경우(즉, 선회 파일럿압은 동일함)에 있어서의 전동 토크와 선회 메인압(미터인압 및 미터아웃압)의 관계를 나타낸다. 전동 토크가 목표 토크(Tms*) 미만인 경우에는, 미터인압>미터아웃압으로 되어 있으며{수식 (2)에 있어서 유압 모터 토크 Tom이 플러스로 되는 상태를 나타냄}, 선회 유압 모터(27)가 구동 토크를 출력하기 때문에 손실이 커진다. 이 경우, 전동 토크를 증가시켜 목표 토크(Tms*)에 근접시킬수록 손실은 작아진다. 한편, 전동 토크가 목표 토크(Tms*)보다 큰 경우, 미터인압<미터아웃압으로 되어 있으며{수식 (2)에 있어서 유압 모터 토크 Tom이 마이너스로 되는 상태를 나타냄}, 선회 유압 모터(27)가 제동 토크를 출력하기 때문에 손실이 커진다. 이 경우, 전동 토크를 감소시켜 목표 토크(Tms*)에 근접시킬수록 손실은 작아진다. 그 결과, 전체로 보면, 도 9에 나타낸 바와 같이 전동 토크의 증가와 함께 유압부의 손실은 일단 감소하지만, 목표 토크 Tms*를 초과하면 다시 증가한다. 따라서 도 11로부터는, 도 9에 있어서 밸브 손실이 최소로 되는 「전동 토크가 목표 토크(Tms*)에 일치할 때」는, 미터인 압력과 미터아웃 압력이 동등하여 선회 유압 모터(27)의 토크가 0으로 될 때인 것을 알 수 있다.

상기 도 9 내지 도 11에 의하면, 선회 파일럿압과 펌프 유량을 고정했을 경우, 선회 모터 회전수마다, 밸브 손실이 최소로 되는 전동 토크의 값이 존재하는 것을 알 수 있다. 이 전동 토크값의 분포를 예시한 것을 도 12에 나타낸다.

도 12는, 선회 파일럿압과 유압 펌프(41)의 유량을 고정했을 때, 선회 전동 모터(25)의 토크(전동 토크)를 서서히 증가시켰을 경우에 있어서의 전동 토크와 유압부의 손실(밸브 손실)의 관계를 선회 전동 모터(25)의 회전수마다 나타낸 도면이다.

도 12 중의 회전수의 대소 관계는 W1<W2<W3이며, 회전수가 상승할수록 손실이 최소로 되는 전동 토크(목표 토크) Tms*는 저하된다. 각 회전수의 목표 토크 Tms*를 연결하면, 도 12에 나타내는 바와 같이 회전수의 상승에 수반하여 목표 토크 Tms*가 단조 감소하는, 대략 좌측으로 하강하는 곡선을 그릴 수 있다. 이것에 의하여 발명자들은, 당해 곡선에 따라 각 회전수에 있어서 손실이 최소로 되도록 전동 모터의 토크를 출력하면, 시스템 효율을 최적화할 수 있다는 지견을 얻었다. 이와 같이 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어하면, 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압을 동등하게 할 수 있어, 손실을 최소한으로 하는 것이 가능하다.

도 12의 결과에 근거하여, 유압 펌프(41)의 유량을 고정한 채로 선회 파일럿압{선회 조작 레버(72)의 조작량}을 변화시키면, 목표 토크 Tms*는 선회 전동 모터(25)의 회전수마다 도 13과 같이 나타낼 수 있다.

도 13은, 선회 전동 모터(25)의 목표 토크 Tms*과 선회 파일럿압의 관계를 선회 속도마다 나타낸 도면이다. 도면 중의 선회 속도(회전수)의 대소 관계는 W0<W1<W2로 한다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 목표 토크 Tms*는, 선회 조작 레버(72)의 조작량이 커짐에 따라 증가하여 소정의 값에 수렴하도록 되어 있고, 전동 모터(25)의 속도가 커짐에 따라 수렴값이 감소하도록 되어 있다.

이것에 의하여, 유압 펌프(41)의 유량이 소정값으로 유지되고, 에너지 매니지먼트 제한 토크 요구가 없으면, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)의 목표 역행 토크 연산부(83a)는 선회 파일럿압과 선회 속도를 입력하고 도 13을 이용함으로써, 시스템 효율이 좋은 목표 역행 토크를 결정할 수 있다.

다음으로, 선회 파일럿압과 선회 전동 모터(25)의 토크를 고정했을 경우의 유압 펌프(41)의 유량의 결정에 대하여 설명한다. 도 14에, 선회 파일럿압과 선회 전동 모터(25)의 토크를 고정으로 하고, 유압 펌프(41)의 유량(펌프 유량)을 서서히 증가시켰을 경우에 있어서의 펌프 유량과 유압부의 손실(밸브 손실)의 관계를 나타낸다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 앞서 설명한 전동 토크의 도 9와 마찬가지로, 펌프 유량을 증가시킴에 따라, 어느 펌프 유량(목표 유량 Q*라 칭함)까지는 밸브 손실이 서서히 낮아지고, 목표 유량 Q*를 초과하면 밸브 손실이 다시 증가하는 경향으로 된다.

도 15에, 도 14의 경우에 있어서의 펌프 유량과 선회 메인압의 관계를 나타낸다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 도 11의 전동 모터(25)의 토크의 경우와 비교하여 미터인압과 미터아웃압의 위치 관계가 역전되어 있음을 알 수 있다. 구체적으로는, 펌프 유량이 목표 유량(Q*) 미만인 경우에는, 미터인압<미터아웃압으로 되어 있으며{수식 (2)에 있어서 유압 모터 토크 Tom이 마이너스로 되는 상태를 나타냄}, 선회 유압 모터(27)가 제동 토크를 출력하기 때문에 손실이 커진다. 이 경우, 펌프 유량을 증가시켜 목표 유량(Q*)에 근접시킬수록 손실은 작아진다. 한편, 펌프 유량이 목표 유량(Q*)보다 큰 경우, 미터인압>미터아웃압으로 되어 있으며{수식 (2)에 있어서 유압 모터 토크 Tom이 플러스로 되는 상태를 나타냄}, 선회 유압 모터(27)가 구동 토크를 출력하기 때문에 손실이 커진다. 이 경우, 펌프 유량을 감소시켜 목표 유량(Q*)에 근접시킬수록 손실은 작아진다. 그 결과, 전체로 보면, 도 14에 나타낸 바와 같이 펌프 유량의 증가와 함께 유압부의 손실은 일단 감소하지만, 목표 유량 Q*를 초과하면 다시 증가한다. 따라서 도 15로부터는, 도 14에 있어서 밸브 손실이 최소로 되는 「펌프 유량이 목표 유량(Q*)에 일치할 때」는, 미터인 압력과 미터아웃 압력이 동등하여 선회 유압 모터(27)의 토크가 0으로 될 때인 것을 알 수 있다.

상기 도 14 및 도 15에 의하면, 선회 파일럿압과 전동 토크를 고정했을 경우, 선회 모터 회전수마다, 밸브 손실이 최소로 되는 펌프 유량의 값이 존재하는 것을 알 수 있다. 이때의 펌프 유량의 분포의 도시는 생략하지만, 각 회전수의 목표 유량 Q*를 연결하면, 상기 도 12와 마찬가지로, 회전수의 상승에 수반하여 목표 유량 Q*가 단조 감소하는, 대략 좌측으로 하강하는 곡선을 그릴 수 있다. 이것에 의하여 발명자들은, 원칙적으로, 당해 곡선에 따라 각 회전수에 있어서 손실이 최소로 되도록 펌프 유량을 출력하면, 시스템 효율을 최적화할 수 있다는 지견을 얻었다. 이와 같이 유압 펌프(41)의 유량을 제어하면, 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압을 동등하게 할 수 있어, 손실을 최소한으로 하는 것이 가능하다.

다음으로, 유압 펌프(41)의 유량 제어에 의하여, 선회 유압 모터(27)의 회전수{상부 선회체(20)의 회전수}를 제어 가능한 것에 대하여 설명한다. 도 16은, 본 실시 형태에 있어서의 선회 유압 모터(27)에 관한 유압 회로의 간략도이며, 당해 도면에는 후술하는 수식에서 이용되는, 당해 유압 회로에 관한 각종 기호가 기재되어 있다. 도 16에 있어서의 미터인 유량 Qmi, 미터아웃 유량 Qmo 및 블리드 오프 유량 Qbo는, 도 4의 선회 스풀(44) 내에 형성되는 3개의 유로를 통과할 때의 작동유의 유량을 각각 나타내고 있다.

먼저, 선회 유압 모터(27) 및 선회 전동 모터(25)의 회전수(선회 모터 회전수) W는 선회 유압 모터의 유량(모터 유량) Qmt에 비례하며, 그 관계는 하기 수식으로 나타난다.

여기서, q는 선회 유압 모터(27)의 용량, R은 기어비{2개의 모터(25, 27)와 상부 선회체(20)의 감속비}를 나타내고 있다. 선회 모터 회전수 W는 좌선회를 플러스, 우선회를 마이너스라 정의하고, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 회전수는 동일한 것으로 한다. 수식 (3)을 이용하면, 원하는 선회 모터 회전수 W를 얻기 위하여 필요한 선회 유압 모터(27)의 유량(선회 모터 유량) Qmt를 산출할 수 있다.

다음으로, 미터아웃 유량 Qmo는 하기 수식 (4)로 나타난다.

여기서, Cv는 유체 계수, Amo는 선회 유압 모터(27)의 미터아웃 개구 면적, Pmo는 선회 유압 모터(27)의 미터아웃압을 나타내고 있다. 미터아웃 개구 면적 Amo는, 선회 유압 모터(27)만으로 구동하는 경우에 양호한 조작성을 확보할 수 있도록 설정되어 있으며, 선회 파일럿압에 따라 변화된다. 모터 유량 Qmt가 미터아웃 유량 Qmo에 대략 동등한 것으로 하면, 수식 (3)과 수식 (4)로부터, 유압 모터(27)만으로 구동했을 경우와 동등한 선회 속도를, 동일한 선회 레버 조작으로 본 실시 형태에서 얻기 위해서는, 유압 모터(27)만으로 구동했을 경우와 동등한 모터 유량 Qmt, 즉, 미터아웃 유량 Qmo가 필요해진다. 이때의 미터아웃압 Pmo는, 수식 (4)을 변형하여, 원하는 선회 속도 W를 얻기 위하여 필요한 미터아웃 유량을 Qmo이라 하면, 하기 수식 (5)로 나타난다.

또한 원하는 선회 속도 W를 얻기 위한 미터아웃 유량 Qmo를 이용하면, 미터인 유량 Qmi도 마찬가지로 하기 식 (6)으로 나타낼 수 있다. 여기서, LossQmt는 선회부에 있어서의 손실을 나타내고 있다.

또한 미터인 유량 Qmi는, 미터아웃 유량 Qmo의 수식 (4)와 마찬가지로, 미터인 개구 면적 Ami를 이용하면 하기 수식 (7)로 나타난다. 수식 (7)을 수식 (5)와 마찬가지로 변형하여 미터인압 Pmi로 나타내고, 당해 변형 후의 수식의 미터인 유량 Qmi에 수식 (6)을 대입함으로써, 미터인압 Pmi는 하기 수식 (8)로 나타낼 수 있다.

원하는 선회 속도 W를 얻기 위한 미터아웃 유량 Qmt는 미리 파악할 수 있기 때문에, 그때의 미터인압 Pmi는 수식 (8)에 의하여 산출할 수 있다.

또한 블리드 오프 유량 Qbo는, 선회의 블리드 오프 개구 면적 Abo를 이용하면, 하기 수식 (9)로 나타난다.

수식 (8)에 있어서 미터인압 Pmi가 펌프압 Pp와 동등한 것으로 하고, 수식 (7)과 수식 (9)로부터 Pp와 γ를 소거하면, 블리드 오프 유량 Qbo는 하기 수식 (10)으로 나타낼 수 있다.

그런데 펌프 유량 Qp는 미터인 유량 Qmi와 블리드 오프 유량 Qbo의 합계이며, 하기 수식 (11)에서 산출할 수 있다.

수식 (11)에 있어서의 미터인 유량 Qmi는, 수식 (7)에 의하여 미터인압 Pmi로 나타낼 수 있고, 당해 미터인압 Pmi는 수식 (8)에 의하여 모터 유량 Qm으로 나타낼 수 있으며, 또한 당해 모터 유량 Qmt는 수식 (3)에 의하여 모터 회전수 W로 나타낼 수 있다. 즉, 펌프 유량 Qp는 모터 회전수 W로 나타낼 수 있다. 따라서 펌프 유량 Qp를 제어함으로써, 선회 모터 회전수 W를 원하는 값으로 제어할 수 있다.

또한 실제의 제어에 있어서, 각 선회 모터 회전수 W에 대하여 목표로 하는 모터 유량 Qmt를 수식 (3)에 기초하여 결정했을 경우에는, 먼저, 당해 모터 유량 Qmt와 수식 (8)을 이용하여 미터인압 Pmi를 산출하고, 다음으로, 당해 미터인압 Pmi와 수식 (7)을 이용하여 미터인 유량 Qmi를 산출하며, 또한 당해 미터인 유량 Qmi와 수식 (11)을 이용하여 필요한 펌프 유량 Qp를 산출할 수 있다. 실제의 제어 로직에 있어서는, 선회 조작 레버(72)의 조작량마다 결정되는 선회 모터 회전수 W에 대하여 목표로 하는 펌프 유량 Qp를 각각 미리 설정해 두면 된다. 즉, 레버 조작량과 펌프 유량 Qp의 조합을 테이블 형식 등으로 기억 장치(예를 들어 반도체 메모리)에 기억시켜 두고, 압력 센서 등에서 검출한 레버 조작량에 대응하는 펌프 유량 Qp를 당해 테이블로부터 탐색하고, 당해 탐색한 값을 목표값으로 하여 컨트롤러(80)에 의하여 유압 펌프(41)의 유량을 제어하면 충분하다.

그런데 본 실시 형태에서는, 선회 전동 모터(25)만으로 선회체(20)를 구동하고, 상술한 바와 같이 Pmi=Pmo(미터인압=미터아웃압)로 되도록 펌프 유량 Qp를 제어하기 때문에, 수식 (4)와 수식 (8)로부터 「Qmi=Ami·Qmo/Amo」를 도출할 수 있으며, 수식 (11)은 최종적으로 하기 수식 (12)과 같이 나타낼 수 있다.

상기에서 계산된 펌프 유량 Qp는, 펌프 유량 제어부(90)로부터 전기·유압 신호 변환 장치(75c)에 펌프 용량 명령으로서 출력되고, 전기·유압 신호 변환 장치(75c)는, 이 전기 신호에 대응하는 제어 압력을 레귤레이터(88)에 출력하고, 레귤레이터(88)가 경사판의 틸팅 각도를 제어함으로써, 유압 펌프(41)의 유량이 제어된다. 그때, 미터인압과 미터아웃압이 동등해지도록 펌프 유량을 제어하면, 그때의 유압부의 손실을 최소화할 수 있다. 또한 유압 펌프(41)의 유량은, 펌프 회전수(엔진 회전수)와 펌프 용량(경사판의 틸팅 각도)의 곱에 기초하여 결정되므로, 경사판의 틸팅 각도를 유지하면서 엔진 회전수를 변경시키면 제어하는 것이 가능하며, 상기 틸팅 각도 제어 대신 엔진 회전수의 제어를 행함으로써 펌프 유량을 제어해도 된다.

다음으로 상기와 같이 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 동등한 상태를 창출하기 위하여 본 실시 형태에 관한 시스템에 의하여 실행되는 처리의 흐름도의 구체예를 설명한다.

도 17은, 상부 선회체(25)의 구동에 필요한 토크를 선회 전동 모터(25)만으로 출력 가능한 경우에, 유압 펌프(41)의 유량이 소정의 목표값으로 유지되고, 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어하여 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 동등한 상태를 창출할 때의 흐름도를 도시하는 도면이며, 도 9 내지 도 13에 나타낸 방법으로 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어한다.

도 17에 도시하는 흐름도는 선회 조작 레버(72)의 조작 중에 실행된다. 선회 조작 레버(72)의 조작이 개시되면 당해 흐름도의 처리를 개시하며, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는 먼저, 선회 조작 레버(72)로부터 출력되는 선회 파일럿압과, 파워 컨트롤 유닛(55)으로부터 출력되는 선회 전동 모터 회전수(선회 모터 속도)를 입력하고(S100, S105), 상부 선회체(20)의 선회 동작에 요구되는 요구 토크{선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)가 출력해야 하는 토크의 합계값}를 산출한다(S110).

다음으로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, S110에서 산출한 요구 토크가, 선회 전동 모터(25)만으로 출력 가능한지 여부의 판정을 행한다(S115). S115에서, 선회 전동 모터(25)만으로 출력 가능하다고 판정되었을 경우에는, 본 발명에 따른 제어를 실행하게 된다. 구체적으로는, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, S110의 요구 토크에 상당하는 토크값의 토크 명령(선회 전동 모터 토크 명령)을 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력하고, 당해 토크 명령에 기초하여 파워 컨트롤 유닛(55)의 인버터에 의하여 선회 전동 모터(25)가 제어된다(S120).

이 경우, 요구 토크의 전부를 선회 전동 모터(25)에서 조달하므로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83){펌프 유량 보정 연산부(83g)}는 펌프 유량 제어부(90)에 대하여 펌프 유량 보정 명령을 출력하지 않는다(S125). 이것에 의하여, 펌프 유량 제어부(90)는, 펌프 유량 보정 명령에 의한 보정을 행하지 않고 다른 조건으로부터 결정되는 소정의 유량값으로 펌프 유량을 제어한다.

S130에서는, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 압력 센서(87a, 87b)의 검출값이며, 미터인압 및 미터아웃압을 나타내는 선회 작동압을 입력하고, 당해 미터인압과 당해 미터아웃압의 차의 절댓값(이하에서는 「압력 차」라 칭하는 경우가 있음)이 설정값 ε 미만인지의 여부를 판정하여, 당해 압력 차가 설정값 ε 미만이면 미터인압과 미터아웃압이 동등한 것으로 동정한다. S130에서 압력 차가 설정값 ε 미만이면 선회 전동 모터의 토크 명령을 그대로 하여 S100으로 복귀되고, 후속하는 처리를 상기와 마찬가지로 반복한다.

한편, S130에서 압력 차가 설정값 ε 이상인 경우에는, 압력 센서(87a, 87b)로부터의 입력값에 기초하여, 미터인압보다 미터아웃압 쪽이 큰지의 여부를 판정한다(S135). S135에서 미터아웃압 쪽이 크다고 판정되었을 경우에는, 도 11로부터 유압 모터(27)가 제동 토크를 발생시키고 있게 되므로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시키고자, 직전에 출력한 값(즉, S120, S140 또는 S145에서 출력한 값)으로부터 선회 전동 모터(25)의 토크 명령을 감소시키고(S140), S130으로 복귀된다. S140이 완료되면, S130으로 복귀되고 다시 압력 차의 판정을 행하여, S130의 판정이 참으로 되기까지 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어한다.

또한 S140에 있어서의 1회의 토크 감소량으로서는, 미리 설정한 동일한 값을 이용하는 경우가 있다. 이 경우, 피드백 제어에 의하여 미터인압의 값과 미터아웃압의 값이 서서히 근접하게 된다. 또한 S130에서 산출한 압력 차의 값의 크기마다, S140에 있어서의 토크 감소량을 결정해 두고, 단시간에 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시켜도 된다.

한편, S135에서 미터인압 쪽이 크다고 판정되었을 경우에는, 도 11로부터 유압 모터(27)가 구동 토크를 발생시키고 있게 되므로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시키고자, 직전에 출력한 값(즉, S120, S140 또는 S145에서 출력한 값)으로부터 선회 전동 모터(25)의 토크 명령을 증가시키고(S145), S130으로 복귀된다. S145가 완료되면, S130으로 복귀되고 다시 압력 차의 판정을 행하여, S130의 판정이 참으로 되기까지 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어한다. 또한 S145에 있어서의 1회의 토크 증가량에 대해서는, S140과 마찬가지인 경우가 있다.

또한 S115에서 선회 전동 모터(25)만으로 요구 토크를 출력할 수 없다고 판정되었을 경우에는, S150에 있어서 선회 유압 모터(27)와의 복합 선회 처리를 실행하게 되지만, 이 경우의 구체적 처리에 대해서는, 본 발명과의 관련성이 낮기 때문에 설명은 생략한다.

상기와 같이 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어하면, 미터인압과 미터아웃압의 값이 상이하더라도 양자의 값을 근접시킬 수 있으므로, 유압 모터(27)에서 발생하는 토크를 대략 0으로 유지할 수 있다. 이것에 의하여 유압부의 손실을 최소한으로 할 수 있음과 함께, 손실이 적은 선회 전동 모터(25)만에 의한 상부 선회체(20)의 선회 동작을 실행할 수 있으므로, 선회 구동 시의 에너지 효율이 개선되어 큰 연료 저감 효과를 얻을 수 있다.

또한 상기 경우에는, 전동 모터(25)의 토크를 제어하게 되므로, 유압 모터(41)를 제어하는, 후술하는 도 18의 경우와 비교하여 응답성이 좋은 점이 장점으로 된다. 또한 유압 펌프(41)가 유압 모터(27) 외에 다른 유압 액추에이터에도 압유를 공급하고 있는 경우에는, 도 18과 같이 유압 모터(41)를 제어하면 당해 다른 유압 액추에이터의 제어에도 영향을 미칠 우려가 있지만, 상기와 같이 전동 모터(25)를 제어하면, 당해 다른 유압 액추에이터의 제어에 본 발명의 제어의 영향을 미치기 어렵다는 점도 장점으로 된다.

도 18은, 상부 선회체(25)의 구동에 필요한 토크(요구 토크)를 선회 전동 모터(25)만으로 출력 가능한 경우에, 선회 전동 모터(25)의 토크가 요구 토크로부터 결정되는 소정의 목표값으로 유지되고, 유압 펌프(41)의 유량을 제어하여 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 동등한 상태를 창출하는 경우의 흐름도를 도시하는 도면이며, 도 14, 도 15에 나타낸 방법으로 유압 펌프(41)의 유량을 제어한다. 이 도면에 도시하는 흐름도는, 도 17의 것과 마찬가지로 선회 조작 레버(72)의 조작 중에 실행되며, S100 내지 S135 및 S150은 도 17과 동일하므로 설명을 생략한다.

도 18의 S135에서 미터아웃압 쪽이 크다고 판정되었을 경우에는, 도 15로부터 유압 모터(27)가 제동 토크를 발생시키고 있게 되므로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시키고자, 직전에 출력한 값(즉, S125, S160 또는 S165에서 출력한 값)으로부터 유압 펌프(41)의 유량을 증가시키는 보정 명령(펌프 유량 보정 명령)을 펌프 유량 제어부(90)에 출력하고(S160), S130으로 복귀된다. S160이 완료되면, S130으로 복귀되고 압력 차의 판정을 다시 행하여, S130의 판정이 참으로 되기까지 유압 펌프(41)의 유량을 제어한다.

또한 S160에 있어서의 1회의 유량 증가량으로서는, 미리 설정한 동일한 값을 이용하는 경우가 있다. 이 경우, 피드백 제어에 의하여 미터인압의 값과 미터아웃압의 값이 서서히 근접하게 된다. 또한 S130에서 산출한 압력 차의 값의 크기마다, S160에 있어서의 유량 감소량을 결정해 두고, 단시간에 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시켜도 된다.

한편, S135에서 미터인압 쪽이 크다고 판정되었을 경우에는, 도 15로부터 유압 모터(27)가 구동 토크를 발생시키고 있게 되므로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시키고자, 직전에 출력한 값(즉, S125, S160 또는 S165에서 출력한 값)으로부터 유압 펌프(41)의 유량을 감소시키는 보정 명령(펌프 유량 보정 명령)을 펌프 유량 제어부(90)에 출력하고(S165), S130으로 복귀된다. S165가 완료되면, S130으로 복귀되고 다시 압력 차의 판정을 행하여, S130의 판정이 참으로 되기까지 유압 펌프(41)의 유량을 제어한다. 또한 S165에 있어서의 1회의 유량 감소량에 대해서는, S160과 마찬가지인 경우가 있다.

상기와 같이 유압 펌프(41)의 유량을 제어하면, 미터인압과 미터아웃압의 값이 상이하더라도 양자의 값을 근접시킬 수 있으므로, 유압 모터(27)에서 발생하는 토크를 대략 0으로 유지할 수 있다. 이것에 의하여, 유압부의 손실을 최소한으로 할 수 있음과 함께, 손실이 적은 선회 전동 모터(25)만에 의한 상부 선회체(20)의 선회 동작을 실행할 수 있으므로, 선회 구동 시의 에너지 효율이 개선되어 큰 연료 저감 효과를 얻을 수 있다.

또한 상기 경우, 유압 펌프(41)의 유량을 제어하게 되므로, 유압 시스템에 관한 손실을 직접적으로 저감시킬 수 있어, 도 17의 경우보다도 엔진(22)의 연료 소비량의 저감 효과가 큰 점이 장점으로 된다. 또한 전동 모터(25)에 대한 전력 공급의 제한이 행해지고 있는 경우에도 본 제어는 이용 가능하며, 이것에 의하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 점도 장점으로 된다.

도 17 및 도 18의 예에서는, 유압 모터(27)의 미터아웃압과 미터인압을 일치시키는 것을 전제로 하여 설명했지만, 이는 필수 사항은 아니다. 예를 들어 선회 조작 레버(72)의 조작량이 미세 조작 영역에서 상부 선회체(20)가 가속 중 또는 일정 속도(정상 선회 중)인 경우에는, 유압 펌프(41)의 유량을 스탠바이 유량으로 유지할 수 있다. 이 경우에는, 펌프 유량이 최소로 유지되어 유압부의 손실을 대폭 저감시킬 수 있으므로, 그 상태에서 유압 모터(27)의 미터아웃압이 미터인압보다도 커지더라도(즉, 유압 모터(27)가 제동 토크를 발생시키더라도), 유압 모터 단독으로 상부 선회체(20)를 구동하는 경우보다도 시스템 전체의 에너지 효율이 개선되는 것을 발명자들은 지견하였다. 다음으로, 이 경우의 구체적인 처리 내용에 대하여 도 19를 이용하여 설명한다.

도 19는, 상부 선회체(25)의 구동에 필요한 토크를 선회 전동 모터(25)만으로 출력 가능한 경우에, 유압 펌프(41)의 유량을 스탠바이 유량으로 유지하면서 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어할 때의 흐름도를 도시하는 도면이다. 이 도면에 도시하는 흐름도는, 도 17의 것과 마찬가지로 선회 조작 레버(72)의 조작 중에 실행되며, S100 내지 S115 및 S150은 도 17과 동일하므로 설명을 생략한다.

도 19의 S115에서, 선회 전동 모터(25)만으로 출력 가능한 것으로 판정되었을 경우에는, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는 선회 레버 조작압이 설정값 β 이하인지의 여부, 즉, 선회 조작 레버(72)의 조작량이 미세 조작 영역인지의 여부의 판정을 행한다(S170). S170에서, 조작압이 설정값 β 이상이라고 판정되었을 경우에는, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, S110의 요구 토크에 상당하는 토크값의 토크 명령(선회 전동 모터 토크 명령)을 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력하고, 당해 토크 명령에 기초하여 파워 컨트롤 유닛(55)의 인버터에 의하여 선회 전동 모터(25)가 제어된다(S120).

이 경우, 유압 전동 복합 선회 제어부(83){펌프 유량 보정 연산부(83g)}는, 펌프 유량 제어부(90)에 대하여 펌프 유량을 스탠바이 유량으로 유지하는 펌프 유량 보정 명령을 출력한다(S175). 이것에 의하여, 펌프 유량 제어부(90)는 유압 펌프(41)의 유량을 스탠바이 유량으로 유지한다.

S130에서는, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압의 차의 절댓값(압력 차)이 설정값 ε 미만인지의 여부를 판정하여, 당해 압력 차가 설정값 ε 미만이면 미터인압과 미터아웃압이 동등한 것으로 동정한다. S130에서 압력 차가 설정값 ε 미만이면 선회 전동 모터의 토크 명령을 그대로 하여 S100으로 복귀되고, 후속하는 처리를 상기와 마찬가지로 반복한다.

한편, S130에서 압력 차가 설정값 ε 이상인 경우에는, 압력 센서(87a, 87b)로부터의 입력값에 기초하여, 미터인압보다 미터아웃압 쪽이 큰지의 여부를 판정한다(S135). S135에서 미터아웃압 쪽이 크다고 판정되었을 경우에는, 도 11로부터 유압 모터(27)가 제동 토크를 발생시키고 있게 되지만, 그럼에도 불구하고 종래기보다도 시스템 효율 면에서 우수하므로, 선회 전동 모터(25)의 토크 명령을 그대로 하여 S100으로 복귀되고, 후속하는 처리를 상기와 마찬가지로 반복한다.

한편, S135에서 미터인압 쪽이 크다고 판정되었을 경우에는, 도 11로부터 유압 모터(27)가 구동 토크를 발생시키고 있게 되므로, 유압 전동 복합 선회 제어부(83)는, 미터인압의 값과 미터아웃압의 값을 근접시키고자, 직전에 출력한 값(즉, S120 또는 S180에서 출력한 값)으로부터 선회 전동 모터(25)의 토크 명령을 증가시키고(S180), S130으로 복귀된다. S180이 완료되면, S130으로 복귀되고 다시 압력 차의 판정을 행하여, S130의 판정이 참으로 되기까지 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어한다. 또한 S180에 있어서의 1회의 토크 증가량에 대해서는, 도 17의 경우에 설명한 것과 마찬가지이다.

그런데 S170에서 조작압이 설정값 β를 초과하고 있다고 판정되었을 경우에는, 도 17의 S120 또는 도 18의 S120으로 나아가 각 도면의 처리를 실행한다. 그리고 각 도면의 흐름도의 최후(복귀)까지 도착하면, 도 19로 복귀되고 S100 이후의 처리를 반복한다. 또한 도 17의 S120과 도 18의 S120 중 어느 것으로 나아가야 할지를 미리 설정해 두어도 되고, 스위치 등의 전환기로 수동으로 적절히 전환 가능하게 해 두어도 된다. 또한 이와 같이 조작압이 설정값 β를 초과하고 있다고 판정되는 경우에는, 예를 들어 조작량이 β를 초과한 상태에서 상부 선회체(20)가 정상 선회 중인 경우가 해당한다. 정상 선회 중에는 요구 토크가 충분히 저하되므로, 선회 전동 모터(25)만으로 요구 토크의 출력이 가능해지는 경우가 있다. 이는, 도 17 및 도 18의 경우에도 해당하며, 당해 두 도면의 흐름도에 있어서의 S120 이후의 처리가 실행되는 구체적인 경우로서는, 상부 선회체(20)가 정상 선회 중인 경우를 들 수 있다.

상기와 같이 선회 전동 모터(25)의 토크를 제어하면, 미터인압과 미터아웃압의 값이 상이하더라도, 양자의 값을 시스템 효율이 향상되는 값에 근접시킬 수 있다. 이것에 의하여 유압부의 손실을 저감시킬 수 있음과 함께, 손실이 적은 선회 전동 모터(25)만에 의한 상부 선회체(20)의 선회 동작을 실행할 수 있으므로, 선회 구동 시의 에너지 효율이 개선되어 큰 연료 저감 효과를 얻을 수 있다.

또한 상기 S170에서는, 선회 조작 레버(72)의 조작량이 미세 조작 영역인지의 여부의 판정을 행하여 S120으로 나아갈지의 여부를 분류했지만, 상기 S170의 처리 대신, 유압 펌프(41)을 스탠바이 유량으로 유지 가능한지의 여부라는 처리를 실행해도 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 선회 전동 모터(25)의 토크 또는 유압 펌프(41)의 유량을 최적으로 제어함으로써, 선회 유압 모터(27)와 선회 전동 모터(25)의 구동에 의하여 발생하는 손실의 합계를 최소로 할 수 있으므로, 선회 구동 시에 있어서의 시스템 효율을 최적화할 수 있다. 즉, 오퍼레이터의 조작감을 손상시키지 않고 에너지를 유효하게 활용할 수 있어, 연료 소비량을 삭감할 수 있다.

또한 상기 각 예에서는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 유압 펌프(41)의 유량을 고정했을 경우의 선회 전동 모터(25)의 토크 제어와, 선회 전동 모터(25)의 토크를 고정했을 경우의 유압 펌프(41)의 유량 제어에 대하여 설명했지만, 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 동등한 상태(또는 양자의 값이 가까운 상태)를 창출할 수 있으면, 선회 전동 모터(25)의 토크와 유압 펌프(41)의 유량 양쪽 또는 적어도 한쪽을 제어해도 된다.

또한 상기에서는, 선회 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압을 압력 센서(87a, 87b)에서 검출하면서, 양자의 차가 소정의 범위에 들어가도록 선회 전동 모터(25)의 토크 또는 유압 펌프(41)의 유량을 피드백 제어함으로써 시스템 효율의 개선을 도모했지만, 다음과 같은 제어를 행해도 된다. 즉, 선회 파일럿압의 값과 선회 전동 모터(25)의 회전수 조합마다, 유압 모터(27)의 미터인압과 미터아웃압이 소정의 범위에 들어가는 선회 전동 모터(25)의 토크 또는 유압 펌프(41)의 유량 목표값을 미리 설정하고, 당해 설정을, 예를 들어 컨트롤러(80) 내의 기억 장치 등에 테이블 형식으로 기억시켜 둔 후, 각종 센서에서 검출한 선회 파일럿압과 선회 전동 모터(25)의 회전수의 값에 대응하는 선회 전동 모터(25)의 토크값 또는 유압 펌프(41)의 유량값을 당해 테이블로부터 탐색하고, 당해 탐색한 값을 목표값으로 하여 토크 제어 또는 유량 제어를 행하도록 해도 된다. 또한 이 제어를 행했을 경우에, 도 17 내지 도 19에 도시한 흐름도의 일련의 처리를 실행함으로써, 당해 테이블에 기초한 제어에 의하여 발생하는 오차를 피드백 제어에 의하여 해소함으로써 정밀도 향상을 도모해도 된다. 이와 같이 2가지 제어를 조합했을 경우에는, 본 발명의 제어에 관한 응답성 및 정밀도를 현저히 향상시킬 수 있다.

또한 상기에서는, 유압 셔블을 구체예로 들어 설명했지만, 본 발명은, 상부 선회체를 구비하고, 당해 선회체를 전동 모터 및 유압 모터로 구동하는 기구를 갖는 것이면, 크레인 등의 다른 건설 기계에도 적용 가능하다.

또한 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어 본 발명은, 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않으며, 그 구성 중 일부를 삭제한 것도 포함된다.

또한 상기 컨트롤러(80)에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그들 중 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로서 설계하는 등)에서 실현해도 된다. 또한 상기 컨트롤러(80)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의하여 판독·실행됨으로써 컨트롤러(80)의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드 디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억시킬 수 있다.

또한 상기 실시 형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시 형태의 설명에 필요한 것으로 해석되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있는 것으로 생각해도 된다.

20: 상부 선회체
22: 엔진
24: 캐패시터
25: 선회 전동 모터
26: 감속 기구
27: 선회 유압 모터
30: 셔블 기구
31: 붐
32: 붐 실린더
33: 아암
34: 아암 실린더
35: 버킷
36: 버킷 실린더
44: 선회용 스풀
40: 유압 시스템
41: 유압 펌프
42: 컨트롤 밸브
51: 초퍼
52: 선회 전동 모터용 인버터
54: 평활 콘덴서
55: 파워 컨트롤 유닛
56: 메인 콘택터
70: 시동 키
71: 게이트 로크 레버
72: 선회 조작 레버
73: 조작 레버(선회 이외)
74: 유압·전기 신호 변환 장치(압력 센서)
75: 전기·유압 신호 변환 장치
76: 파일럿압 신호 차단 밸브
77: 유압 단독 선회 모드 고정 스위치
80: 컨트롤러
81: 이상 감시·이상 처리 제어부
82: 에너지 매니지먼트 제어부
83: 유압 전동 복합 선회 제어부
83a: 목표 역행 토크 연산부
83b: 제한 게인 연산부
83c: 제한 토크 연산부
83d: 토크 명령값 연산부
83e: 유압 펌프 출력 감소 제어부
83g: 펌프 유량 보정 연산부
84: 유압 단독 제어부
86: 속도 센서
87: 압력 센서
88: 레귤레이터
90: 펌프 유량 제어부

Claims (5)

1. 선회체와,
   당해 선회체를 공통의 구동 대상으로 하여, 서로 기계적으로 연결된 유압 모터 및 전동 모터와,
   원동기에 의하여 구동되며, 상기 유압 모터에 압유를 공급하기 위한 유압 펌프와,
   상기 선회체의 선회 동작을 지시하기 위한 조작 장치와,
   상기 조작 장치에 의하여 지시되는 상기 선회체의 선회 동작에 요구되는 요구 토크를 상기 전동 모터 단독으로 출력 가능할 때, 상기 전동 모터와 동반하여 회전되는 상기 유압 모터의 미터아웃압과 미터인압이 근접하도록, 또는 당해 미터아웃압이 당해 미터인압보다도 커지도록, 상기 유압 펌프의 토출 유량과 상기 전동 모터의 출력 토크 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 요구 토크는 상기 조작 장치의 조작량과 상기 선회체의 회전수에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 조작 장치의 조작량이 기준값 이하인 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때, 또는 상기 조작 장치의 조작량에 관계없이 상기 선회체의 회전 속도가 일정할 때,
   상기 제어 장치는,
   상기 유압 펌프의 토출 유량을 소정값으로 유지하면서,
   상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 근접하도록, 또는 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록, 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
4. 제2항에 있어서,
   상기 조작 장치의 조작량이 기준값 이하인 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때, 또는 상기 조작 장치의 조작량에 관계없이 상기 선회체의 회전 속도가 일정할 때,
   상기 제어 장치는,
   상기 전동 모터의 출력 토크를 소정값으로 유지하면서,
   상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 근접하도록, 또는 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록, 상기 유압 모터의 토출 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
5. 제3항에 있어서,
   상기 조작 장치의 조작량이 상기 미세 조작 영역에서 상기 선회체가 가속 중일 때,
   상기 제어 장치는,
   상기 유압 펌프의 토출 유량을 스탠바이 유량으로 유지하면서,
   상기 미터아웃압과 상기 미터인압이 근접하도록, 또는 상기 미터아웃압이 상기 미터인압보다도 커지도록, 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.

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