WO2011086888A1 - 作業機械の駆動制御装置 - Google Patents

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WO2011086888A1
WO2011086888A1 PCT/JP2011/000072 JP2011000072W WO2011086888A1 WO 2011086888 A1 WO2011086888 A1 WO 2011086888A1 JP 2011000072 W JP2011000072 W JP 2011000072W WO 2011086888 A1 WO2011086888 A1 WO 2011086888A1
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hydraulic motor
torque
control device
control
valve
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PCT/JP2011/000072
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良 山本
昌啓 山田
陽治 弓達
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川崎重工業株式会社
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    • F15B7/005—With rotary or crank input
    • F15B7/006—Rotary pump input

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a drive device used in a work machine, and more particularly to a drive control device for a work machine that drives a structure by a hydraulic motor and an electric motor.
  • power machines such as hydraulic excavators, cranes, wheel loaders, bulldozers, etc. (in this specification and claims, these power machines (heavy machinery) are collectively referred to as “work machines”) Used for construction work.
  • a hydraulic excavator will be described as an example.
  • an upper swing body structure
  • an engine, a driver's seat, and a bucket are provided at the tip of the upper swing body.
  • An arm, a boom connected to the arm, and the like are provided, which makes a large heavy object.
  • the upper swing body is swung on the upper portion of the lower traveling body by operating a remote control valve on the driver's seat during work, and various operations are performed by the bucket at the end of the arm.
  • a revolving body is swung by a drive device for driving to turn, and recently, a drive device including a hydraulic motor and an electric motor has been proposed as the drive device.
  • Patent Document 1 there is a work machine described in Patent Document 1 as a work machine provided with this type of drive device.
  • This work machine includes a drive device having a hydraulic unit using a hydraulic motor as a drive source and an electric unit using an electric motor as a drive source.
  • the drive device controls a motor by a controller and an inverter during turning, and the torque It is configured to assist the hydraulic unit.
  • the regenerative power is stored in the electric storage device by causing the electric motor to perform a regenerative action during steady turning and deceleration of the drive unit.
  • the control means of the drive device causes the electric motor to generate regenerative power when turning, on condition that the turning speed or turning acceleration is equal to or higher than a set value and the amount of power stored in the capacitor is equal to or lower than the set value.
  • the control means obtains a torque required at the time of turning, and when the required torque exceeds a set value, a necessary torque is output from the electric motor.
  • control means controls the output torque of the electric motor so as to shorten the relief time by the relief valve provided in the hydraulic motor circuit as much as possible. This suppresses energy loss in the relief valve. Further, by providing a buffering poppet on the spring side of the relief valve, the relief operation is performed after reaching the peak while demonstrating the boosting buffering (shockless) function of the relief valve during acceleration.
  • the necessary torque can be generated by adjusting the assist amount of the electric unit while securing the necessary maximum torque as a whole. I am doing so. Thus, energy saving and prevention of hunting due to excessive torque are achieved.
  • the construction machine described in Patent Document 2 includes a hybrid drive device having a driving force combining mechanism that combines the driving force of a hydraulic actuator and an electric motor / generator.
  • the construction machine is provided with a communication valve (bypass valve) in order to effectively use the energy generated during braking, so that the inertial energy of the rotating body can be efficiently regenerated as electric energy by the motor / generator. I'm trying.
  • the hybrid construction machine disclosed in Patent Document 3 detects a differential pressure between both ports of the hydraulic actuator, and issues a torque command to the motor / generator provided in the hydraulic actuator in relation to the differential pressure. It has become.
  • the remote control valve is often operated quickly and largely in order to turn the upper revolving body which is an inertial body with a large heavy object as described above at a desired speed.
  • control means is configured to output the necessary torque from the electric motor only when the torque required during turning exceeds the required value. Therefore, under operating conditions where a relatively small torque is continuously required, it may not be possible to secure a sufficient time for the electric motor to operate. Accordingly, there may be a situation where the stored electrical energy cannot be fully utilized.
  • an object of the present invention is to provide a drive control device for a work machine that can suppress energy loss by controlling the amount of oil supplied to a hydraulic motor with higher accuracy.
  • the present invention has a structure comprising a hydraulic motor in which the pressure oil from a hydraulic pump is flow-controlled by a control valve and supplied via a hydraulic motor circuit, and an electric motor that cooperates with the hydraulic motor.
  • a drive control device for a work machine that drives a body, a remote control valve that determines an operation amount of the structure, an electric motor torque calculation unit that calculates torque of the electric motor, and a hydraulic motor that calculates torque of the hydraulic motor
  • the control valve is operated so that the torque required for driving the structure can be obtained from the torque of the electric motor and the torque of the hydraulic motor.
  • a control device that outputs an opening degree control signal to reduce the pilot pressure applied to the control valve based on the opening degree control signal from the control device And an electromagnetic pressure reducing valve.
  • the “operation amount of the structure” in the document of this specification and claims includes the revolving direction, revolving speed, revolving angle, etc. of the revolving structure. If it is a structure that moves linearly, it means the amount of movement including the direction of movement, movement speed, etc.
  • the pilot pressure acting on the control valve is reduced by the electromagnetic pressure reducing valve to adjust the pressure oil flow rate from the control valve, and the torque corresponding to the operation amount of the remote control valve is obtained from the electric motor torque and the hydraulic motor torque.
  • the torque of the hydraulic motor can be controlled.
  • the pressure oil flow rate of the control valve is controlled with high accuracy because the electromagnetic pressure reducing valve reduces the pilot pressure oil based on the opening degree control signal from the control device. Therefore, since the hydraulic oil flow controlled with high accuracy is supplied to the hydraulic motor and the hydraulic motor torque is generated as much as necessary, the energy efficiency can be improved.
  • the electric motor has a regenerative function for converting inertial energy into electric energy when the hydraulic motor decelerates, and the hydraulic motor circuit that supplies the hydraulic oil to the hydraulic motor has a regenerative function when the hydraulic motor decelerates.
  • a communication mechanism for communicating the suction port and the discharge port may be provided. In this way, it is possible to prevent the brake torque from being generated in the hydraulic motor by operating the communication mechanism according to the communication command from the control device when the hydraulic motor is decelerated. Thereby, inertia energy can be efficiently converted into electric energy by the regenerative function of the electric motor and recovered as regenerative power.
  • control device may be configured to issue an opening adjustment command for adjusting the opening of the communication mechanism when the hydraulic motor is decelerated.
  • the hydraulic motor decelerates, braking cannot be performed only with the regenerative function (regenerative brake torque) by the motor, or when the brake torque to be generated by the motor exceeds the allowable value, the voltage and current control values of the battery Can be decelerated by generating insufficient brake torque in the hydraulic motor by adjusting the opening of the communication mechanism.
  • the communication mechanism may include an electromagnetic relief valve that communicates the suction port and the discharge port of the hydraulic motor.
  • the electromagnetic relief valve corresponding to the rotation direction is opened, and the suction port and the discharge port of the hydraulic motor are communicated to avoid pressure loss that occurs on the discharge side of the hydraulic motor. Can do. Thereby, almost all of the inertial energy can be efficiently recovered as electric energy by the regenerative action of the electric motor. Moreover, it is possible to brake the hydraulic motor by generating a brake torque by controlling the relief pressure of the electromagnetic relief valve.
  • the communication mechanism may include a bypass valve that connects the suction port and the discharge port of the hydraulic motor.
  • a bypass valve that connects the suction port and the discharge port of the hydraulic motor.
  • the control valve has two control valves that perform opening degree control during acceleration / deceleration during forward / reverse rotation of the hydraulic motor, and the two control valves are based on a control signal from the control device. And an electromagnetic pressure reducing valve for reducing a pilot pressure applied to the pilot port, and the hydraulic motor circuit is configured to release the hydraulic motor when the hydraulic motor discharge port is opened by the two control valves when the hydraulic motor is decelerated.
  • a check valve for sucking oil into the suction port may be provided, and the control device may be configured to perform meter-in control or meter-out control of the control valve when the hydraulic motor is decelerated.
  • the discharge port can be opened by opening one of the control valves according to the direction of rotation when the hydraulic motor decelerates. Pressure loss that occurs on the discharge side of the hydraulic motor can be avoided. Almost all of the inertial energy can be efficiently recovered as electric energy by the regenerative action of the electric motor. Also, the brake torque can be generated and braked in the hydraulic motor by controlling the opening of the control valve by meter-out control, and the torque of the hydraulic motor can be controlled by meter-in control.
  • the hydraulic motor may be composed of a variable tilt hydraulic motor.
  • the brake torque can be made zero by preventing the circulation by making the tilt angle of the hydraulic motor zero and setting the flow rate to zero. Thereby, almost all of the inertial energy can be efficiently recovered as electric energy by the regenerative action of the electric motor. Further, it is possible to brake the hydraulic motor by generating a brake torque by tilt control of the hydraulic motor.
  • the hydraulic pump performs a tilt control based on a negative control that controls the tilt based on an excess oil flow rate of an oil amount necessary for a swing operation that passes through the control valve, or a pilot port pressure difference of the control valve. You may be comprised so that it may be controlled by positive control. In this way, the tilt of the hydraulic pump can be controlled according to the operating state of the control valve, and the hydraulic pump can be controlled to a discharge amount based on the amount of oil necessary for driving the hydraulic motor.
  • the electromagnetic pressure reducing valve may be configured as an inversely proportional type. In this way, even if the electromagnetic pressure reducing valve cannot be controlled due to a failure or electrical failure of the electromagnetic pressure reducing valve, the maximum control pressure directly acts on the pilot port of the control valve, and operation can be performed only with the hydraulic pressure.
  • control device may compensate for the insufficient torque with the drive torque of the hydraulic motor by excluding the drive torque that can be output by the electric motor from the torque required for acceleration of the structure during the initial turning acceleration of the structure.
  • An opening degree control signal may be sent to the electromagnetic pressure reducing valve of the control valve to drive and control the hydraulic motor.
  • the torque required for the acceleration of the structure is excluded from the drive torque that can be output by the electric motor based on the voltage of the capacitor and the driving torque of the electric motor.
  • the turning control can be performed while calculating the respective energies so as to make the turning by supplementing the shortage with the driving torque of the hydraulic motor. Thereby, the utilization efficiency of stored electrical energy can be increased.
  • the amount of hydraulic oil in the hydraulic motor is supplied through a control valve that is controlled with high precision by an electromagnetic pressure reducing valve, so that energy that can compensate for the shortage of the motor is supplied. Become.
  • the structure is configured with the hydraulic motor. It becomes possible to improve the energy efficiency for driving the body.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a drive control device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the drive control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a drive sequence diagram of a revolving structure by the drive control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing a first example of a method for controlling a hydraulic pump in the drive control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a hydraulic circuit diagram showing a second example of a method for controlling the hydraulic pump in the drive control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a hydraulic circuit diagram showing a third example of a method for controlling the hydraulic pump in the drive control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a drive control device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the drive control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a drive sequence diagram of a revolving structure by the drive control
  • FIG. 5 is a hydraulic circuit diagram of a drive control device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a hydraulic circuit diagram of a drive control device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a hydraulic circuit diagram at the time of forward rotation in the drive control device shown in FIG. 8, (a) is a hydraulic circuit diagram at the time of forward rotation acceleration, and (b) is a hydraulic circuit diagram at the time of forward rotation deceleration.
  • FIG. 9 is a hydraulic circuit diagram at the time of reverse rotation in the drive control device shown in FIG. 8, (a) is a hydraulic circuit diagram at the time of reverse rotation acceleration, and (b) is a hydraulic circuit diagram at the time of reverse rotation deceleration. It is a hydraulic-circuit figure of the drive control apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.
  • the drive control device 1 drives a turning body (not shown) to turn by the cooperation of a hydraulic motor 2 and an electric motor 3.
  • the inertial energy (kinetic energy) of the hydraulic motor 2 is converted into electric energy and recovered by the regenerative function. Since the regenerative function for causing the electric motor 3 to perform a regenerative operation as a generator is a known technique, detailed description thereof is omitted.
  • the drive control device 1 is provided with a remote control valve 5 that determines the operation amount such as the turning direction and the turning speed of the turning body.
  • the remote control valve 5 has a tilting handle 4 that determines the turning direction of the swinging body, and the turning direction and speed of the swinging body are determined by the direction, angle, speed, and the like of tilting the tilting handle 4.
  • the remote control valve 5 is provided with a pressure sensor 6 for detecting a secondary pressure corresponding to the operation amount, and the differential pressure between the left and right ports detected by the pressure sensor 6 is used for speed command (rotation). Number command) is input to the control device 7. If the positive signal is forward rotation, the negative signal is reverse rotation.
  • the hydraulic motor 2 is driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump 10 and is connected to a hydraulic motor circuit 11 that sucks and discharges the pressure oil from the hydraulic pump 10.
  • a hydraulic motor circuit 11 that sucks and discharges the pressure oil from the hydraulic pump 10.
  • oil passages 12 and 13 connected to the suction port and the discharge port of the hydraulic motor 2 are connected to the hydraulic pump 10 via the control valve 14, and the hydraulic pump 10
  • the flow rate of pressure oil supplied to the hydraulic motor circuit 11 is controlled.
  • the suction port and the discharge port of the hydraulic motor 2 are switched according to the rotation direction of the hydraulic motor 2.
  • electromagnetic relief valves 15 and 16 serving as a communication mechanism are provided between the oil passages 12 and 13 of the hydraulic motor circuit 11.
  • the oil passages 12 and 13 are communicated with each other by the electromagnetic relief valves 15 and 16, thereby avoiding loss that occurs on the discharge side of the hydraulic motor 2.
  • the electromagnetic relief valves 15 and 16 are provided in the respective directions of the oil passages 12 and 13 because the directions in which the pressure oil flows during the forward rotation and the reverse rotation of the hydraulic motor 2 are different.
  • electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 are installed in pilot ports 17 and 18 (swinging section) of the control valve 14.
  • the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 are led to the secondary pressure of the remote control valve 5 as the primary pressure.
  • inverse proportional electromagnetic pressure reducing valves are used as the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 in this embodiment.
  • the control of the control valve 14 by the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 is such that the amount of pressure oil based on the operation amount of the remote control valve 5 is supplied to the hydraulic motor 2, and the opening degree control from the control device 7 is performed. This is done based on the signal.
  • the opening control of the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 by the control device 7 is performed based on the operation amount of the remote control valve 5, and pilot pressure oil (primary pressure) supplied from the remote control valve 5 is used as the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20. In this control, the pressure is reduced by 20 and the opening degree of the control valve 14 is adjusted by the reduced pilot pressure.
  • a relief valve 22 and check valves 23 and 24 are provided between the oil passages 12 and 13.
  • the relief valve 22 operates so as to release the pressurized oil to the tank 21 when the pressure in the oil passages 12 and 13 exceeds the pressure during normal use, and the check valves 23 and 24 are oils in the oil passages 12 and 13. When the amount of oil decreases during the circulation, oil is sucked from the tank 21.
  • pressure sensors 25 and 26 are provided at the suction port and the discharge port of the hydraulic motor 2, respectively.
  • the pressure difference (that is, differential pressure) detected by these pressure sensors 25 and 26 is input to the control device 7 as torque feedback.
  • the generated torque of the hydraulic motor 2 is estimated in the control device 7 based on the differential pressure of the suction and discharge ports of the hydraulic motor 2 (reverse torque in the case of a negative signal).
  • the electric motor 3 is connected to the electric storage device 27 that stores electric power for driving the electric motor 3 via the control device 7.
  • the battery 27 exchanges power with the motor 3 via the control device 7.
  • the accumulator 27 is discharged to supply power to the electric motor 3 that cooperates with the hydraulic motor 2 when the hydraulic motor 2 is accelerating to rotate the revolving structure, and when the hydraulic motor 2 is decelerated,
  • the regenerative electric power obtained by generating a regenerative action in the electric motor 3 so as to brake the hydraulic motor 2 is configured to be stored.
  • control device 7 issues a rotation command to the electric motor 3 that cooperates with the hydraulic motor 2 when the hydraulic motor 2 is driven to accelerate, and regenerates the electric motor 3 to brake the hydraulic motor 2 when the hydraulic motor 2 is driven to decelerate. Command is to be issued.
  • the electric motor 3 is provided with a rotation sensor 28, and the rotation speed detected by the rotation sensor 28 is input to the control device 7 as speed feedback.
  • the acceleration is obtained from the difference between the speed command (rotational speed command) from the remote control valve 5 and the actual rotational speed in the control device 7.
  • the control device 7 adjusts the torque of the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 so that the torque determined from the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 can be obtained. Specifically, the control device 7 controls the speed command (rotation number signal) based on the differential pressure signal of the remote control valve 5, the torque feedback (torque signal) based on the differential pressure signal of the hydraulic motor 2, and the rotation number signal of the electric motor 3. Rotation of the motor 3 based on the speed feedback (actual rotational speed) based on the above and the operation amount of the remote control valve 5 and the opening control signal to the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 so as to compensate for the torque shortage of the motor 3 The pressure oil is supplied to the hydraulic motor 2 while adjusting the opening degree of the control valve 14 to rotate the hydraulic motor 2.
  • the hydraulic motor 2 is driven such that a deficient torque obtained by removing the torque by the electric motor 3 from the turning drive torque based on the operation amount of the remote control valve 5 is obtained.
  • the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 installed in the control valve 14 are controlled based on an opening degree control signal from the control device 7, and the control valve 14 whose opening degree is controlled by the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 is controlled.
  • the hydraulic motor 2 is driven by the pressure oil supplied via the pressure oil.
  • the remote controller valve 5 As a method of controlling the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 of the control valve 14 by the control device 7, the remote controller valve 5 is operated and it is determined that acceleration is performed, and electric energy that can operate the electric motor 3 is stored in the capacitor 27. In this case, the electric motor 3 is preferentially driven by this electric energy. At this time, a portion of the necessary torque that is insufficient due to the torque by the electric motor 3 is compensated by the hydraulic motor 2 driven by the pressure oil supplied through the control valve 14 controlled as described above. During this period, the electromagnetic relief valves 15 and 16 are basically not operated, but may be used auxiliary to supplement the pressure control performance of the control valve 14.
  • the opening degree control of the control valve 14 with high accuracy by the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20, it becomes possible to change the distribution of the torque by the electric motor 3 and the torque by the hydraulic motor 2 with high accuracy.
  • the torque of the electric motor 3 is gradually reduced and at the same time the torque of the hydraulic motor 2 is increased, so that the switching from the electric motor 3 to the hydraulic motor 2 is smooth without shock. Can be done.
  • the remote control valve 5 when it is determined that the remote control valve 5 is operated to decelerate, the regenerative power obtained by converting the inertial energy into electric energy by causing the motor 3 to perform a regenerative action is stored in the capacitor 27. At this time, the electromagnetic relief valve 15 or 16 on the brake side is unloaded to circulate the hydraulic oil.
  • the set pressure of the brake side electromagnetic relief valve 15 or 16 is adjusted to increase the resistance in the oil passages 12 and 13. Thereby, the insufficient brake torque can be generated by the hydraulic motor 2.
  • the torque distribution between the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 is set in advance at a ratio at which the energy utilization rate is the best, and the state change related to the torque of the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 (the accumulated energy of the capacitor 27 is a predetermined value). The total torque of the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 becomes a necessary turning drive torque.
  • the pilot pressure oil from the remote control valve 5 is supplied to the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 that are controlled based on a command from the control device 7, and this electromagnetic pressure is controlled based on the opening degree control signal from the control device 7.
  • the opening degree of the control valve 14 can be controlled with the pilot pressure reduced by the pressure reducing valves 19 and 20.
  • the flow rate to the hydraulic motor 2 can be controlled with high accuracy, and pressure oil from the hydraulic pump 10 is not discharged from the relief valve 22 during normal operation. Therefore, energy efficiency can be improved.
  • the speed is calculated by the speed command calculation 30 based on the tilt direction and the operation amount of the remote control valve 5.
  • the required acceleration is calculated by the acceleration calculation 31 from the difference from the speed feedback from the rotation sensor 28 provided in the electric motor 3, and the acceleration torque of the acceleration is calculated by the acceleration torque calculation 32.
  • the voltage of the battery 27 is detected by the battery voltage detection 33, and the torque that can be output by the motor 3 is calculated by the motor torque calculation 34 based on the voltage and the total torque calculated by the acceleration torque calculation 32.
  • the calculated torque that can be output by the electric motor 3 is subtracted from the total torque calculated by the acceleration torque calculation 32, and the subtracted torque is calculated as a torque necessary for the hydraulic motor 2.
  • the torque required for the hydraulic motor 2 needs to be limited (for example, when the suction port pressure of the hydraulic motor 2 is to be higher than a certain value)
  • the torque required for the hydraulic motor 2 is subtracted from the total torque. Then, the torque to be output by the electric motor 3 may be calculated.
  • a differential pressure command calculation 35 is performed on the torque required for the hydraulic motor 2.
  • the electromagnetic pressure reducing valve 19 is controlled by the pressure control 36 based on the calculation result.
  • 20 is output to control the position of the spool of the control valve 14 (in the fourth embodiment described later, the tilt of the variable tilt hydraulic motor).
  • the hydraulic motor 2 is driven so as to output torque equivalent to the torque that can be output by the electric motor 3.
  • a current is calculated by a current command calculation 37 so as to output the torque calculated by the electric motor torque calculation 34, and a feedback signal of a current supplied to the electric motor 3 with respect to the calculation result.
  • the power converter 39 is controlled by the current controlled by the current control 38 based on the calculation result, and the electric motor 3 is driven.
  • the drive of the electric motor 3 is detected by the rotation sensor 28 and fed back to the calculation result of the speed command calculation 30 as the speed feedback.
  • the speed command by the remote control valve 5 the actual speed of the swing body, the generated torque of the electric motor 3, the assist torque by the hydraulic motor 2, and the total torque by the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 are Is shown on the time axis.
  • the remote control valve 5 is tilted in one direction to turn the revolving body in one direction at “acceleration” and “constant speed”, and then the remote control valve 5 is returned to neutral.
  • the revolving body is tilted in the other direction and turned in the opposite direction with “acceleration”, “constant speed”, and “deceleration”.
  • the motor 3 When the above-described speed command (upwardly turning) is issued by operating the remote control valve 5, the motor 3 is rotated at a predetermined torque as torque for rotating the revolving body that is an inertial body. Thus, the battery 27 is discharged, and the hydraulic motor 2 is driven so as to compensate for the shortage of torque by the electric motor 3. As a result, the electric motor 3 and the hydraulic motor 2 are driven so that a large combined torque for accelerating the turning body, which is an inertial body, at the start of turning is obtained by the total torque of the electric motor torque and the hydraulic motor torque. That is, at the start of turning the revolving structure in the stopped state, the output of the electric motor 3 is used so that the maximum energy saving effect is obtained, and the shortage is compensated by the hydraulic motor 2.
  • the operation is such that a small turning torque is obtained only by the hydraulic motor 2 during constant speed turning, and almost all of the inertial energy is efficiently recovered as electric energy by the regenerative action of the electric motor 3 and stored in the battery 27 during de
  • the remote control valve 5 is also operated in the opposite direction. However, since the operation is the same as that described above except that the torque is generated in the opposite direction, the description thereof is omitted.
  • the hydraulic motor 2 compensates for the shortage of torque that can be generated by the electric motor 3 with respect to the total torque based on the operation amount of the remote control valve 5. It is trying to generate. At that time, the amount of pressure oil for driving the hydraulic motor 2 can be adjusted with high accuracy by controlling the control valve 14 with the pilot pressure reduced by the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 so as to be optimized. Thereby, it becomes possible to improve the energy efficiency for driving a turning body with the electric motor 3 and the hydraulic motor 2. Moreover, since the turning control is performed while monitoring the voltage of the battery 27 and calculating the energy that can be supplied to the electric motor 3, the utilization efficiency of the stored energy can be improved.
  • the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 that control the pilot ports 17 and 18 of the control valve 14 are reversed proportional electromagnetic pressure reducing valves.
  • the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 cannot be controlled due to a failure, the secondary pressure of the remote control valve 5 is directly connected to the pilot ports 17 and 18 of the control valve 14. Therefore, the drive control device 1 is highly reliable and can be swiveled only by hydraulic pressure.
  • the example shown in FIG. 4 is an example of open center negative control control as the control of the hydraulic pump 10.
  • the amount of oil necessary for the turning operation of the hydraulic motor 2 is passed through the control valve 14, and the swash plate of the hydraulic pump 10 is tilted based on the flow rate of excess oil discharged from the center bypass and flowing out to the tank 21.
  • the pump flow rate is controlled.
  • the example shown in FIG. 5 is an example of open center positive control.
  • a high pilot pressure acting on both pilot ports 17 and 18 of the control valve 14 is selected, and the pump flow rate is controlled by tilting the swash plate of the hydraulic pump 10 based on the high pressure side pressure.
  • the tilt of the hydraulic pump 10 is controlled so as to supply only the flow rate according to the speed command obtained from the operation of the remote control valve, so that the energy efficiency is good and the energy loss is further reduced to save energy. Can be obtained.
  • the pilot pressure from the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 is detected by the pressure sensor 29, and the electric power is supplied from the control device 7 based on the pressure on the high pressure side of the two detected pressures.
  • the oil amount is controlled more finely by electric positive control control for controlling the tilting of the hydraulic pump 10, a more excellent energy saving effect can be obtained.
  • FIG. 7 shows a drive control device 40 according to the second embodiment, which is an example in which a bypass valve 41 is used in place of the electromagnetic relief valves 15 and 16 as the communication mechanism in the first embodiment described above. Since the bypass valve 41 is different from the above-described drive control device 1 of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a bypass valve 41 as a communication mechanism is provided between the oil passages 12 and 13 of the hydraulic motor circuit 11, and the opening degree of the bypass valve 41 is controlled by the control device 7 described above.
  • the control device 7 controls the speed command based on the differential pressure signal of the remote control valve 5, the torque feedback based on the differential pressure signal at the suction port and the discharge port of the hydraulic motor 2, and the motor 3 This is controlled based on the speed feedback based on the rotation speed signal from the rotation sensor 28.
  • FIG. 8 is a hydraulic circuit diagram of the drive control device 50 according to the third embodiment.
  • meter-in control and meter-out control of the control valve can be controlled independently.
  • symbol is attached
  • a first control valve 51 and a second control valve 52 are provided in this embodiment.
  • the pilot port of the first control valve 51 is provided with first electromagnetic pressure reducing valves 53 and 54
  • the pilot port of the second control valve 52 is provided with second electromagnetic pressure reducing valves 55 and 56.
  • proportional electromagnetic pressure reducing valves are used for the first electromagnetic pressure reducing valves 53 and 54 and the second electromagnetic pressure reducing valves 55 and 56.
  • the second pressure for supplying the pilot pressure oil is supplied in order to increase the degree of freedom (pressure range) of the pilot pressure for controlling the first electromagnetic pressure reducing valves 53 and 54 and the second electromagnetic pressure reducing valves 55 and 56.
  • a hydraulic pump 57 is provided in order to increase the degree of freedom (pressure range) of the pilot pressure for controlling the first electromagnetic pressure reducing valves 53 and 54 and the second electromagnetic pressure reducing valves 55 and 56.
  • control device 7 of this embodiment is configured so that when the hydraulic motor 2 is decelerated, the first electromagnetic pressure reducing valves 53, 54, and 54 adjust the brake torque of the hydraulic motor 2 when braking cannot be performed only with the brake torque of the electric motor 3.
  • An opening degree control signal is sent to the second electromagnetic pressure reducing valves 55 and 56.
  • the 1st control valve 51 or the 2nd control valve 52 adjusts the flow volume of the pressure oil discharged
  • the opening control on the meter-in side is performed, and the meter-out side is fully opened. Further, at the time of deceleration, the meter-in side is fully closed, the pressure oil from the hydraulic pump 10 is unloaded, and the opening control on the meter-out side is performed to control the deceleration torque of the hydraulic motor 2.
  • an opening degree control signal is sent to the first electromagnetic pressure reducing valve 53 and the second electromagnetic pressure reducing valve 55, and the first control valve 51 And the second control valve 52 is slid to the right as shown.
  • the pressure oil from the hydraulic pump 10 is supplied to the suction port of the hydraulic motor 2 via the first control valve 51.
  • the discharge port of the hydraulic motor 2 is communicated with the tank 21 via the second control valve 52.
  • the hydraulic motor 2 is rotated by the pressure oil supplied via the first control valve 51.
  • the amount of pressure oil supplied to the hydraulic motor 2 is adjusted by controlling the opening degree of the first control valve 51 (meter-in control).
  • the spool of the first control valve 51 is returned to return the pressure oil from the hydraulic pump 10 to the tank 21, and the hydraulic motor 2
  • the discharge port is in communication with the tank 21 via the second control valve 52.
  • the oil discharged from the discharge port of the hydraulic motor 2 is discharged to the tank 21.
  • a shortage of oil discharged from the hydraulic motor circuit 11 is supplied from the tank 21 to the suction port of the hydraulic motor 2 via the check valve 23.
  • an opening degree control signal is sent to the first electromagnetic pressure reducing valve 54 and the second electromagnetic pressure reducing valve 56, and the first control valve 51 and the second electromagnetic pressure reducing valve 56 are transmitted.
  • the control valve 52 is slid to the left as shown.
  • the pressure oil from the hydraulic pump 10 is supplied to the suction port of the hydraulic motor 2 via the second control valve 52.
  • the discharge port of the hydraulic motor 2 is communicated with the tank 21 via the first control valve 51.
  • the hydraulic motor 2 is rotated by the pressure oil supplied via the second control valve 52. In this manner, the amount of pressure oil supplied to the hydraulic motor 2 is adjusted by controlling the opening degree of the second control valve 52 (meter-in control).
  • control is performed via the control valves 51 and 52 whose opening degree is controlled by the electromagnetic pressure reducing valves 53, 54 and 55, 56 controlled by a command from the control device 7, the control is performed to the hydraulic motor 2.
  • FIG. 11 is a hydraulic circuit diagram of the drive control device 60 according to the fourth embodiment.
  • a variable tilt hydraulic motor 61 is used instead of the fixed tilt hydraulic motor 2 in the above embodiment. It is a form.
  • the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • variable tilt hydraulic motor 61 that drives the swing body does not generate torque at the time of zero tilt, so that the tilt is increased according to the required torque at the time of acceleration and at the same time the opening degree control of the control valve 14 is performed.
  • the required oil amount is supplied to the variable tilt hydraulic motor 61. Since the opening degree control of the control valve 14 is also performed by opening degree control of the pilot ports 17 and 18 by the pilot pressure oil decompressed by the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20, the flow rate can be controlled with high accuracy and energy efficiency can be improved. Can be improved.
  • variable tilt hydraulic motor 61 when the variable tilt hydraulic motor 61 is decelerated, the control valve 14 is fully closed and the hydraulic pump 10 is unloaded, and the tilt of the variable tilt hydraulic motor 61 is lowered and at the same time the regenerative action by the electric motor 3 is performed. Inertial energy is converted to electrical energy.
  • the tilt angle of the variable tilt hydraulic motor 61 is set so that the discharge amount of the variable tilt hydraulic motor 61 becomes zero by the tilt command from the control device 7 (so that the brake torque of the hydraulic motor 61 is not generated). ), The swash plate is tilted.
  • variable tilt hydraulic motor 61 can generate hydraulic torque according to the tilt amount. Therefore, the variable tilt hydraulic motor 61 is tilted so that the discharge amount becomes zero during deceleration. It is possible to prevent the brake torque from being generated by the hydraulic motor 61. As a result, almost all of the inertial energy can be efficiently recovered as electric energy and stored in the battery 27 by the regenerative action of the electric motor 3.
  • the electromagnetic pressure reducing valve in which the supply amount of pressure oil for driving the hydraulic motors 2, 61 is installed in the control valves 14, 51, 52. Since it is controlled with high precision by the pilot pressure oil depressurized by 19, 20, 53, 54, 55, 56, only the oil amount necessary for the turning operation is passed through the control valves 14, 51, 52 to drive the hydraulic motor 2. can do. Thereby, the loss by the pressure oil which returns to the tank 21 from the relief valve 22 can be reduced, and the energy efficiency for driving a turning body can be improved.
  • the inertial energy (rotational energy) of the revolving structure is efficiently recovered as electric energy by the regenerative action of the motor 3 during deceleration and stored in the battery 27 for use in the acceleration of the next revolving structure.
  • Use efficiency improves, it leads to the improvement of the fuel consumption of the work machine, and the emission of greenhouse gases can be suppressed.
  • the motor 3 is driven preferentially using the stored energy of the battery 27 and the shortage is compensated by the hydraulic motors 2 and 61, so that quick acceleration and utilization efficiency of the stored energy are improved. be able to.
  • the opening degree control is performed by a signal from the control device 7. Since the brake torque of the hydraulic motor 2 can be made variable based on the above, the brake cannot be braked only by the brake torque (regenerative action) of the electric motor 3 when the hydraulic motor 2 is decelerated (when all the inertial energy cannot be recovered by the electric motor 3) ), It is possible to easily reduce the speed by generating the brake torque by the hydraulic motor 2 as much as necessary.
  • the torque distribution of the hydraulic motor 2 can be finely adjusted by controlling the opening of the control valves 14, 51, 52 via the electromagnetic pressure reducing valves 19, 20, 53, 54, 55, 56. Switching from the electric motor 3 to the hydraulic motor 2 can be performed without shock.
  • the rotating body may be rotationally driven only by the hydraulic motors 2 and 61 without using the electric motor 3, and the configuration is not necessarily limited to the configuration in which the electric motor 3 is used preferentially and the shortage is compensated by the hydraulic motors 2 and 61. It is not something.
  • a configuration other than the configuration in which the secondary pressure of the remote control valve 5 is guided as the primary pressure of the electromagnetic pressure reducing valves 19 and 20 may be used, and the pilot pressure oil supplied to the pilot ports 17 and 18 of the control valve 14 may be used. If it is the structure which controls with high precision by 20, the same effect can be acquired and it is not limited to the structure in the said embodiment.
  • the upper swing body of the hydraulic excavator has been described as an example of the structure of the work machine.
  • the present invention is also applicable to structures of other work machines such as a swing body of a crane and a traveling body of a wheel loader.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the drive control device for a work machine is a heavy machine such as a hydraulic excavator or a hydraulic crane, and can be used in a work machine in which a drive system is provided with a hydraulic motor and an electric motor.

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Abstract

　油圧モータ２と電動機３とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御装置に、構造体の動作量を決定するリモコン弁５と、電動機３のトルクを算出する電動機トルク算出部と、油圧モータ２のトルクを算出する油圧モータトルク算出部と、前記リモコン弁５で決定した構造体の動作量に基いて、前記電動機３のトルクと前記油圧モータ２のトルクとから構造体の駆動に必要なトルクが得られるようにコントロール弁１４に開度制御信号を送る制御装置７と、この制御装置７からの開度制御信号に基いて前記コントロール弁１４に作用させるパイロット圧を減圧する電磁減圧弁１９，２０とを備えさせる。

Description

作業機械の駆動制御装置
　本発明は、作業機械に用いられる駆動装置の制御装置に関し、詳しくは、油圧モータと電動機とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御装置に関する。
　従来、油圧ショベル、クレーン、ホイールローダ、ブルドーザ等の動力機械類（この明細書及び特許請求の範囲の書類では、これらの動力機械類（重機）を総称して「作業機械」という）が土木・建設工事などに使用されている。例えば、油圧ショベルを例に説明すると、油圧ショベルは、下部走行体の上部に上部旋回体（構造体）が設けられ、この上部旋回体には、エンジンや運転席、バケットが先端に設けられたアーム、アームに連結されたブーム等が備えられており、大型の重量物になっている。この上部旋回体は、作業時に運転席のリモコン弁を操作することによって下部走行体の上部で旋回させられ、アーム先端のバケットによって各種作業が行われる。このような旋回体は、旋回駆動するための駆動装置によって旋回させられており、近年、この駆動装置として、油圧モータと電動機とを備えたものが提案されている。
　この種の駆動装置を備えた作業機械として、例えば、特許文献１に記載されるような作業機械がある。この作業機械は、油圧モータを駆動源とする油圧ユニットと電動機を駆動源とする電動ユニットとを有する駆動装置を備えており、駆動装置は、旋回時にコントローラとインバータによって電動機を制御し、そのトルクで油圧ユニットをアシストするように構成されている。
　この作業機械では、駆動装置の定常旋回時および減速時に電動機に回生作用を行わせて回生電力を蓄電器に蓄えるようにしている。また、上記駆動装置の制御手段は、旋回時に、旋回速度または旋回加速度が設定値以上であること、および蓄電器の蓄電量が設定値以下となったことを条件として、電動機に回生電力を発生させて蓄電器に蓄えるようにしている。そして、この作業機械では、制御手段が旋回時に要求されるトルクを求め、この要求トルクが設定値を超えたときに電動機から必要なトルクを出力させるようにしている。
　また、上記制御手段は、油圧モータ回路に設けられたリリーフ弁によるリリーフしている時間をできるだけ短縮するようにして電動機の出力トルクを制御するようになっている。これによってリリーフ弁におけるエネルギ損失を抑えるようにしている。さらに、リリーフ弁のバネ側に緩衝用のポペットを設けることによって、加速時にリリーフ弁の昇圧緩衝（ショックレス）機能を発揮させながらピークに達した後、リリーフ作動を行うようにしている。
　このように、上記作業機械では、電動ユニットによって油圧ユニットをアシストすることにより、全体として必要な最大トルクを確保しながら電動ユニットのアシスト分を調整することで、必要なトルクを発生させることができるようにしている。そして、これにより省エネルギと、過剰トルクによるハンチングの発生防止を図っている。
　なお、他の先行技術として、例えば特許文献２に記載の建設機械や特許文献３に記載のハイブリッド型建設機械がある。特許文献２に記載の建設機械は、油圧アクチュエータと電動・発電機の駆動力を合成する駆動力合成機構を有するハイブリッド型駆動装置を備えている。また、建設機械には、制動時に発生するエネルギを有効に活用するために連通弁（バイパス弁）が設けられており、旋回体の慣性エネルギを電動・発電機で電気エネルギとして効率良く回生しようと試みている。また、特許文献３のハイブリッド型建設機械は、油圧アクチュエータの両ポートの差圧を検出し、この差圧に関連させて油圧アクチュエータに併設された電動・発電機に対してトルク指令を行うようになっている。
特開２００５－２９０８８２号公報 特開２００８－２９１５２２号公報 特開２００８－６３８８８号公報
　ところで、作業機械では、油圧ショベルにおける土砂の掘削積込み作業等のように、構造体である上部旋回体を急激に加速、減速する作業が多い。そのため、上記したような大型の重量物で慣性体である上部旋回体を所望の速度で旋回させるために、リモコン弁を速く、且つ大きく操作することが多い。
　しかしながら、上記特許文献１の作業機械では、リモコン弁の二次圧を直接コントロール弁のパイロットポートに作用させて流量制御しているため、旋回操作時にリモコン弁を大きく操作すると旋回加速時にコントロール弁が大きく開き、油圧ポンプからの吐出圧油のすべてが油圧モータ回路に流入する。この場合、上記したような油圧モータ回路に昇圧緩衝機能を有するリリーフ弁を用いたとしても、慣性体である上部旋回体が所望の旋回速度に達するまで流入油の一部しか油圧モータを駆動する動力として使用されず、残りはリリーフ弁からリリーフされる。そのため、エネルギ利用効率が低下する。エネルギ消費量が増大する旋回加速時に大きなエネルギ損失を発生させるので、このようなエネルギ利用効率の低下が顕著に現れる。このようなエネルギ利用効率の低下は、旋回体以外の構造体を加速駆動する駆動装置においても同様に生じる。
　また、制御手段は、旋回時に要求されるトルクが要求値を超えた場合に限り、電動機から必要なトルクを出力する構成となっている。そのため、比較的小さいトルクが連続して必要とされるような運用条件では、電動機が作動する時間が充分に確保できない場合があり得る。したがって、蓄電した電気エネルギを充分に活用できない状況が生じる可能性がある。
　さらに、ブレーキ時にコントロール弁が閉じられると油圧モータ回路が閉回路となり、電動機で減速トルクをアシストしたとしても油圧トルクが発生してリリーフ弁が作動するので、減速時の慣性エネルギを電気エネルギとして効率良く回収することができない。
　なお、上記特許文献２に記載の発明においても、上記特許文献１と同様にリモコン弁の二次圧を直接コントロール弁のパイロットポートに作用させているため、リモコン弁の操作時に多くの圧油がコントロール弁に供給され、旋回体が所望の速度に達して油圧モータが所定トルクとなるまでは多くの圧油がリリーフ弁からリリーフされてエネルギ損失を生じる。
　また、上記特許文献３に記載の発明においては、油圧モータの圧油供給口と排出口とにおける圧力を検出して、発電・電動機の動作制御をすることについて記載されているが、その圧力を利用して油圧モータに圧油を供給する詳細な制御方法については何ら記載されていない。
　そこで、本発明は、油圧モータに供給する油量をより高精度で制御することによってエネルギ損失を抑えることができる作業機械の駆動制御装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプからの圧油がコントロール弁で流量制御されて油圧モータ回路を介して供給される油圧モータと、該油圧モータと協動する電動機とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御装置であって、前記構造体の動作量を決定するリモコン弁と、前記電動機のトルクを算出する電動機トルク算出部と、前記油圧モータのトルクを算出する油圧モータトルク算出部と、前記リモコン弁で決定した構造体の動作量に基いて、前記電動機のトルクと前記油圧モータのトルクとから構造体の駆動に必要なトルクが得られるように前記コントロール弁を動作させるための開度制御信号を出力する制御装置と、前記コントロール弁に作用させるパイロット圧を該制御装置からの開度制御信号に基いて減圧する電磁減圧弁とを備えている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「構造体の動作量」は、例えば、構造体が旋回体であれば、その旋回体の旋回方向、旋回速度、旋回角度等を含む旋回体の旋回動作量をいい、直線移動する構造体であれば、移動方向、移動速度等を含む移動動作量をいう。
　これにより、コントロール弁に作用するパイロット圧を電磁減圧弁で減圧してコントロール弁からの圧油流量を調整して、電動機トルクと油圧モータトルクとからリモコン弁の操作量に応じたトルクが得られるように、油圧モータのトルクを制御することができる。また、コントロール弁の圧油流量は、制御装置からの開度制御信号に基づいて電磁減圧弁がパイロット圧油を減圧するので、高精度で制御されている。従って、高精度で制御された圧油流量を油圧モータに供給し、必要な分だけ油圧モータトルクを発生させているので、エネルギ効率の向上を図ることができる。
　また、前記電動機は、油圧モータの減速時に慣性エネルギを電気エネルギに変換する回生機能を有し、前記油圧モータに圧油を供給する油圧モータ回路は、該油圧モータの減速時に、該油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させる連通機構を備えていてもよい。このようにすれば、油圧モータの減速時に制御装置からの連通指令によって連通機構を作動させて油圧モータにブレーキトルクが発生しないようにすることができる。これにより、電動機の回生機能によって効率的に慣性エネルギを電気エネルギに変換して回生電力として回収することができる。
　さらに、前記制御装置は、前記油圧モータの減速時に、前記連通機構の開度を調整する開度調整指令を行うように構成されていてもよい。このようにすれば、油圧モータの減速時に、電動機による回生機能（回生ブレーキトルク）だけでは制動できない場合や、電動機で発生させるべきブレーキトルクが許容値を超えた場合、蓄電器の電圧、電流制御値が許容値を超えた場合等に、連通機構の開度調整によって油圧モータに不足するブレーキトルクを発生させることで減速させることができる。
　また、前記連通機構は、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させる電磁リリーフ弁を備えていてもよい。このようにすれば、油圧モータの減速時に回転方向に応じた電磁リリーフ弁を開放し、油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させて油圧モータの排出側において発生する圧力損失を回避することができる。これにより、電動機の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収できる。また、電磁リリーフ弁のリリーフ圧制御で油圧モータにブレーキトルクを発生させて制動させることができる。
　さらに、前記連通機構は、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させるバイパス弁を備えていてもよい。このようにすれば、油圧モータの減速時にバイパス弁を開放し、油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させて油圧モータの排出側において発生する圧力損失を回避することができる。これにより、電動機の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収できる。また、バイパス弁の開度制御で油圧モータにブレーキトルクを発生させて制動させることができる。
　また、前記コントロール弁は、油圧モータの正転／逆転時における加速／減速時に開度制御を行う２つのコントロール弁を有し、該２つのコントロール弁は、前記制御装置からの制御信号に基いてパイロットポートに作用させるパイロット圧を減圧する電磁減圧弁をそれぞれ具備し、前記油圧モータ回路は、前記油圧モータの減速時に前記２つのコントロール弁によって油圧モータの排出ポートをタンク開放する時に該油圧モータの吸入ポートに油を吸引するチェック弁を具備し、前記制御装置は、前記油圧モータの減速時に前記コントロール弁をメータイン制御又はメータアウト制御するように構成されていてもよい。このようにすれば、両コントロール弁をメータイン制御とメータアウト制御とで独立制御することにより、油圧モータの減速時に回転方向に応じてコントロール弁のいずれかを開放することで排出ポートをタンク開放として油圧モータの排出側において発生する圧力損失を回避することができる。電動機の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収することができる。また、メータアウト制御によるコントロール弁の開度制御で油圧モータにブレーキトルクを発生させて制動させることができ、メータイン制御により油圧モータのトルクを制御することができる。
　さらに、前記油圧モータは、可変傾転油圧モータで構成されていてもよい。このようにすれば、油圧モータの減速時に油圧モータの傾転角をゼロにして流量ゼロとすることで循環しないようにしてブレーキトルクをゼロにすることができる。これにより、電動機の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収することができる。また、油圧モータの傾転制御によって油圧モータにブレーキトルクを発生させて制動させることもできる。
　また、前記油圧ポンプは、前記コントロール弁を通過させる旋回動作に必要な油量の余剰油流量に基いて傾転制御するネガティブコントロール、又は前記コントロール弁のパイロットポート圧力差に基いて傾転制御するポジティブコントロールによって制御されるように構成されていてもよい。このようにすれば、コントロール弁の動作状態に応じて油圧ポンプの傾転を制御して、油圧モータの駆動に必要な油量に基いた吐出量に油圧ポンプを制御することができる。
　さらに、前記電磁減圧弁は、逆比例型で構成されていてもよい。このようにすれば、電磁減圧弁の故障や電気的故障で電磁減圧弁が制御できなくなっても、最大制御圧がコントロール弁のパイロットポートに直接作用して油圧のみで運転をすることができる。
　また、前記制御装置は、前記構造体の初期旋回加速時に、該構造体の加速に要するトルクから電動機で出力可能な駆動トルクを除き、不足分のトルクを前記油圧モータの駆動トルクで補うように前記コントロール弁の電磁減圧弁に開度制御信号を送って油圧モータを駆動制御するように構成されていてもよい。このようにすれば、慣性体である構造体の初期旋回加速時に、その構造体の加速に要するトルクを、蓄電器の電圧に基く電動機で出力可能な駆動トルクと、その電動機の駆動トルクを除いた不足分を油圧モータの駆動トルクで補うことで旋回させるように、それぞれのエネルギを演算しながら旋回制御を行うことができる。これにより、蓄積電気エネルギの利用効率を高くすることができる。また、油圧モータの圧油量は、電動機の不足分を補うトルクを出力できる量が電磁減圧弁で高精度に制御されるコントロール弁を介して供給されるため、エネルギ効率の高い運用が可能となる。
　本発明によれば、リモコン弁の操作量に応じて油圧モータを駆動する圧油量が最適となるように電磁減圧弁でコントロール弁を高精度に制御することで調整するので、油圧モータで構造体を駆動するためのエネルギ効率を向上させることが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る駆動制御装置の油圧回路図である。 図１に示す駆動制御装置の制御ブロック図である。 図１に示す駆動制御装置による旋回体の駆動シーケンス図である。 図１に示す駆動制御装置における油圧ポンプの制御方法の第１例を示す油圧回路図である。 図１に示す駆動制御装置における油圧ポンプの制御方法の第２例を示す油圧回路図である。 図１に示す駆動制御装置における油圧ポンプの制御方法の第３例を示す油圧回路図である。 本発明の第２実施形態に係る駆動制御装置の油圧回路図である。 本発明の第３実施形態に係る駆動制御装置の油圧回路図である。 図８に示す駆動制御装置における正回転時の油圧回路図であり、(a) は正回転加速時、(b) は正回転減速時の油圧回路図である。 図８に示す駆動制御装置における逆回転時の油圧回路図であり、(a) は逆回転加速時、(b) は逆回転減速時の油圧回路図である。 本発明の第４実施形態に係る駆動制御装置の油圧回路図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。以下の実施形態では、作業機械の構造体として油圧ショベルの上部旋回体を例に説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る駆動制御装置１は、旋回体（図示略）を油圧モータ２と電動機３との協動によって旋回駆動し、油圧モータ２の減速時に電動機３の回生機能によって油圧モータ２の慣性エネルギ（運動エネルギ）を電気エネルギに変換して回収するように構成されている。この電動機３に回生作用を行わせて発電機とする回生機能は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
　また、駆動制御装置１は、上記旋回体の旋回方向及び旋回速度等の動作量を決定するリモコン弁５を備えている。このリモコン弁５は、旋回体の旋回方向を決定する傾倒ハンドル４を有しており、この傾倒ハンドル４を傾倒する方向、角度、及び速度等によって旋回体の旋回方向及び速度が決定される。リモコン弁５には、操作量に応じた二次圧を検出する圧力センサ６が設けられ、この圧力センサ６で検出された左右ポートの差圧が、旋回体を回転させるための速度指令（回転数指令）として制御装置７に入力されるようになっている。正の信号を正回転とすると、負の信号は逆回転となる。
　一方、上記油圧モータ２は、油圧ポンプ１０で吐出される圧油によって駆動されており、油圧ポンプ１０から圧油を吸入・排出する油圧モータ回路１１に接続されている。この油圧モータ回路１１では、油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートとに接続された油路１２，１３がコントロール弁１４を介して油圧ポンプ１０に接続されており、このコントロール弁１４によって油圧ポンプ１０から油圧モータ回路１１に供給される圧油流量が制御されている。油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートは、油圧モータ２の回転方向に応じて入れ替わる。
　また、この油圧モータ回路１１の油路１２，１３の間には、連通機構たる電磁リリーフ弁１５，１６が設けられている。油圧モータ２の減速時に、これらの電磁リリーフ弁１５，１６により油路１２，１３を連通させることで油圧モータ２の排出側において発生する損失を回避することができる。この電磁リリーフ弁１５，１６は、油圧モータ２の正回転、及び逆回転時に圧油が流れる方向が異なるので、油路１２，１３のそれぞれの方向に向けて設けられている。
　そして、上記コントロール弁１４による圧油量を制御するために、このコントロール弁１４のパイロットポート１７，１８（旋回セクション）に電磁減圧弁１９，２０が設置されている。この電磁減圧弁１９，２０には、一次圧として上記リモコン弁５の二次圧が導かれている。本実施形態における電磁減圧弁１９，２０は、逆比例型の電磁減圧弁が用いられている。
　この電磁減圧弁１９，２０によるコントロール弁１４の制御は、上記リモコン弁５の操作量に基いた圧油量が油圧モータ２に供給されるようになっており、制御装置７からの開度制御信号に基いて行われる。この制御装置７による電磁減圧弁１９，２０の開度制御は、上記リモコン弁５の操作量に基いて行なわれ、リモコン弁５から供給されるパイロット圧油（一次圧）を電磁減圧弁１９，２０で減圧し、減圧したパイロット圧でコントロール弁１４の開度を調整する制御である。このように、電磁減圧弁１９，２０で減圧したパイロット圧でコントロール弁１４の開度制御を行うことにより、油圧ポンプ１０から油圧モータ２に供給される圧油量が高精度で制御される。これら制御装置７による流量制御の詳細については、後述する。
　また、上記油路１２，１３の間には、リリーフ弁２２とチェック弁２３，２４が設けられている。リリーフ弁２２は、油路１２，１３の圧力が通常使用時の圧力を超えた場合にタンク２１へ圧油を逃すように作動し、チェック弁２３，２４は、油路１２，１３内の油の循環時に油量が減るとタンク２１から油を吸引するようになっている。
　さらに、上記油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートには、圧力センサ２５，２６がそれぞれ設けられている。これらの圧力センサ２５，２６で検出された圧力の差（即ち、差圧）は、トルクフィードバックとして制御装置７に入力されている。この油圧モータ２の吸入および排出ポートの差圧により、制御装置７内で油圧モータ２の発生トルクが推定される（負の信号の場合は、逆トルク）。
　また、上記電動機３は、この電動機３を駆動するための電力を蓄える蓄電器２７と上記制御装置７を介して接続されている。この蓄電器２７は、制御装置７を介して電動機３との間で電力の授受を行うようになっている。蓄電器２７は、旋回体を回転駆動するために油圧モータ２が加速駆動している時、油圧モータ２と協動する電動機３へ電力を供給するよう放電し、油圧モータ２が減速駆動する時、油圧モータ２を制動するよう電動機３に回生作用を生じさせて得た回生電力が蓄電されるように構成されている。このように、上記制御装置７は、油圧モータ２の加速駆動時に油圧モータ２と協動する電動機３へ回転指令を出し、油圧モータ２の減速駆動時に油圧モータ２を制動するよう電動機３に回生指令を行うようになっている。
　さらに、上記電動機３には、回転センサ２８が設けられており、この回転センサ２８によって検出された回転数が速度フィードバックとして上記制御装置７に入力されている。この速度フィードバックにより、制御装置７内でリモコン弁５からの速度指令（回転数指令）と実回転数の差から加速度が求められる。
　そして、上記制御装置７は、電動機３と油圧モータ２とから決められたトルクが得られるように電動機３のトルク及び油圧モータ２を調整するようになっている。具体的には、制御装置７は、リモコン弁５の差圧信号に基く速度指令（回転数信号）、油圧モータ２の差圧信号に基くトルクフィードバック（トルク信号）、及び電動機３の回転数信号に基く速度フィードバック（実回転数）と、上記リモコン弁５の操作量とに基いて電動機３を回転させると共に、電動機３のトルク不足分を補うように電磁減圧弁１９，２０へ開度制御信号を送ってコントロール弁１４の開度を調整しながら圧油を油圧モータ２に供給して油圧モータ２を回転させるようになっている。
　つまり、油圧モータ２は、リモコン弁５の操作量に基いた旋回駆動トルクから電動機３によるトルクを除いた不足分のトルクが得られるように駆動する。この際、コントロール弁１４に設置された電磁減圧弁１９，２０が制御装置７からの開度制御信号に基いて制御され、この電磁減圧弁１９，２０によって開度制御されているコントロール弁１４を介して供給される圧油によって油圧モータ２が駆動される。
　この制御装置７によるコントロール弁１４の電磁減圧弁１９，２０を制御する方法としては、リモコン弁５が操作されて加速と判断され、且つ蓄電器２７に電動機３の運転が可能な電気エネルギが蓄積されている際には、この電気エネルギで優先的に電動機３を駆動する。その際、必要なトルクのうち電動機３によるトルクで不足する分が上記したように制御されるコントロール弁１４を介して供給する圧油で駆動される油圧モータ２によって補われる。この期間、電磁リリーフ弁１５，１６は作動しないことを基本とするが、コントロール弁１４の圧力制御性能を補うために補助的に使用してもよい。
　また、コントロール弁１４の開度制御を電磁減圧弁１９，２０によって高精度で行うことにより、電動機３によるトルクと油圧モータ２によるトルクとの配分を高精度で変更することが可能となる。例えば、蓄電器２７の蓄積エネルギが規定値以下になると、電動機３のトルクを徐々に滅少させると同時に油圧モータ２のトルクを増加させて、電動機３から油圧モータ２への切り替えをショックレスでスムーズに行うことができる。
　一方、リモコン弁５が操作されて減速と判断した際には、電動機３に回生作用を行わせて慣性エネルギを電気エネルギに変換した回生電力を蓄電器２７に蓄える。このときブレーキ側の電磁リリーフ弁１５又は１６はアンロードにして作動油を循環させる。
　また、電動機３ですべての慣性エネルギが回収できないと判断した場合（電動機３で発生させるべきブレーキトルクが許容値を超えた場合、蓄電器２７の電圧、電流制御値が許容値を超えた場合等）、ブレーキ側電磁リリーフ弁１５又は１６の設定圧力を調整して油路１２，１３内の抵抗を増やす。これにより、不足するブレーキトルクを油圧モータ２で発生させることができる。この電動機３と油圧モータ２のトルク配分は、最もエネルギ利用率が良好となる比率に予め設定しておき、電動機３及び油圧モータ２のトルクに関連する状態変化（蓄電器２７の蓄積エネルギが既定値以下など）に応じて変動させ、電動機３と油圧モータ２の合計トルクが、必要な旋回駆動トルクとなるようにする。
　このように、リモコン弁５からのパイロット圧油を、制御装置７からの指令に基いて制御される電磁減圧弁１９，２０に供給し、制御装置７からの開度制御信号に基いてこの電磁減圧弁１９，２０で減圧したパイロット圧でコントロール弁１４の開度制御を行うことができる。これにより、油圧モータ２への流量を高精度で制御することができ、通常運転時にはリリーフ弁２２から油圧ポンプ１０の圧油を排出することがなくなる。それ故、エネルギ効率の向上を図ることができる。
　図２に示すように、上記駆動制御装置１における制御ブロック図では、リモコン弁５の傾倒方向と操作量に基づいて速度指令演算３０によって速度が演算される。この速度は、電動機３に設けられた回転センサ２８からの速度フィードバックとの差から必要な加速度が加速度演算３１によって演算され、その加速度の加速トルクが加速トルク演算３２によって演算される。
　一方、蓄電器２７の電圧が蓄電器電圧検出３３によって検出され、その電圧と上記加速トルク演算３２で演算された全体のトルクなどに基いて、電動機トルク算出３４によって電動機３で出力可能なトルクが算出される。この算出された電動機３で出力可能なトルクは、上記加速トルク演算３２で演算された全体のトルクから減算され、この減算されたトルクが油圧モータ２に必要なトルクとして算出される。なお、油圧モータ２に必要なトルクに制限が必要な場合（例えば、油圧モータ２の吸入ポート圧をある値以上にしたい場合など）は、全体トルクから逆に油圧モータ２に必要なトルクを減算して電動機３で出力すべきトルクを算出してもよい。
　そして、油圧モータ２の制御としては、この油圧モータ２に必要なトルクに対して差圧指令演算３５がなされる。この差圧指令に対して油圧モータ２の吸入・排出ポートにおける圧力を検出する圧力センサ２５，２６からの差圧フィードバックが減算された後、その算出結果に基づいて圧力制御３６によって電磁減圧弁１９，２０に開度制御信号が出力されて、コントロール弁１４（後述する第４実施形態では、可変傾転油圧モータの傾転）のスプールの位置が制御される。これにより、電動機３で出力できるトルクを除いた分のトルクを油圧モータ２が出力するように駆動される。
　一方、電動機３の制御としては、上記電動機トルク算出３４で算出されたトルクを出力するように電流指令演算３７で電流が演算され、この演算結果に対して電動機３に供給される電流のフィードバック信号が減算された後、その算出結果に基づいて電流制御３８によって制御された電流で電力変換器３９が制御されて、電動機３が駆動されるようになっている。この電動機３の駆動は、回転センサ２８によって検出されて、上記速度フィードバックとして速度指令演算３０の演算結果にフィードバックされる。
　次に、図３に基いて、上記駆動制御装置１による動作シーケンスの一例を説明する。この動作シーケンスとしては、リモコン弁５による速度指令と、旋回体の速度実績、電動機３の発生トルク、油圧モータ２によるアシストトルク、及びこれら電動機３と油圧モータ２とによる合計トルクとを、横軸を時間軸にして示している。
　図示する例では、速度実績で示すように、リモコン弁５を一方に傾倒することで旋回体を一方向に「加速」・「定速」で旋回させた後、リモコン弁５を中立に戻して「減速」させた後、他方に傾倒させて旋回体を逆方向に「加速」・「定速」・「減速」で旋回させる例を示している。
　上記リモコン弁５を操作して図示する上向き（一方へ旋回）の速度指令が出されると、慣性体である旋回体を回転させるためのトルクとして、電動機３を予め決められたトルクで回転させることで蓄電器２７は放電され、この電動機３によるトルクの不足分を補うように油圧モータ２が駆動される。これにより、これら電動機トルクと油圧モータトルクとの合計トルクによって、慣性体である旋回体を旋回開始時に加速させるための大きな合成トルクが得られるように電動機3と油圧モータ２が駆動される。つまり、停止状態の旋回体を旋回させる開始時に、最大の省エネルギ効果が得られるように電動機３の出力を利用し、その不足分を油圧モータ２で補うようにしている。そして、定速旋回時には小さな旋回トルクを油圧モータ２のみによって得るような運転とし、減速時には電動機３の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収して蓄電器２７に蓄電している。
　図では、この動作後、逆方向に向けてリモコン弁５を操作した時も示しているが、向きが逆のトルクを発生させる他は上記作用と同一であるため、その説明は省略する。
　このように、上記第１実施形態に係る駆動制御装置１によれば、リモコン弁５の操作量に基いた全トルクに対し、電動機３によって発生させることができるトルクの不足分を油圧モータ２で発生させるようにしている。その際、この油圧モータ２を駆動する圧油量は、最適となるように電磁減圧弁１９，２０で減圧したパイロット圧でコントロール弁１４を制御することで高精度に調整することができる。これにより、電動機３と油圧モータ２とによって旋回体を駆動するためのエネルギ効率を向上させることが可能となる。また、蓄電器２７の電圧を監視し、電動機３に供給できるエネルギを演算しながら旋回制御を行うので、蓄積エネルギの利用効率を向上させることができる。
　また、油圧モータ２の減速時には、電磁リリーフ弁１５又は１６を開放することによって油圧モータ２の排出側において発生する圧力損失を回避することができる。これにより、旋回体の慣性エネルギのほぼ全量を電動機３の回生作用による電気エネルギとして回収することができるので、エネルギ効率の良い駆動制御装置１の運用ができる。
　さらに、旋回体の停止時に、この種の油圧駆動による油の圧縮効果等によって生じる揺れ戻りが起こらないように、上記電動機３の回転数を観測して停止時に電動機３のトルクを制御することで乗り心地を改善することもできる。また、電動機３と油圧モータ２のトルクを個別に制御するので、旋回フィーリングの設定も自由にできる。
　その上、上記実施形態では、コントロール弁１４のパイロットポート１７，１８を制御する電磁減圧弁１９，２０を逆比例型の電磁減圧弁にすることで、電磁減圧弁１９，２０の故障や電気的故障で電磁減圧弁１９，２０が制御できなくなった場合にリモコン弁５の二次圧が直接コントロール弁１４のパイロットポート１７，１８に接続する。それ故、油圧のみでも旋回運転が可能な信頼性の高い駆動制御装置１となっている。
　次に、上記駆動制御装置１において、上記油圧ポンプ１０の傾転制御を同時に行うことで油圧ポンプ１０の駆動系で更なる省エネルギ効果を得るようにした構成の一例を説明する。以下に説明する油圧ポンプ１０の制御方法は、使用条件等に応じて適宜選択すればよい。
　図４に示す例は、上記油圧ポンプ１０の制御として、オープンセンタ・ネガティブコントロール制御の例である。この場合、油圧モータ２の旋回動作に必要な油量をコントロール弁１４に通過させ、センタバイパスから吐出されてタンク２１へ流出される余剰油の流量に基づいて油圧ポンプ１０の斜板を傾動させてポンプ流量が制御される。これにより、油圧モータ２の駆動に必要な流量だけを供給するように油圧ポンプ１０が傾転制御されるので、エネルギ効率が良く、エネルギ損失をさらに少なくして省エネルギ効果を得ることができる。
　また、図５に示す例は、オープンセンタ・ポジティブコントロール制御の例である。この場合、コントロール弁１４の両方のパイロットポート１７，１８に作用するパイロット圧を高圧選択し、その高圧側の圧に基いて油圧ポンプ１０の斜板を傾動させてポンプ流量を制御する。これによっても、リモコン弁の操作から得られる速度指令に応じた流量だけを供給するように油圧ポンプ１０の傾転が制御されるので、エネルギ効率が良く、エネルギ損失をさらに少なくして省エネルギ効果を得ることができる。さらに、図６に示す例のように、電磁減圧弁１９，２０からのパイロット圧を圧力センサ２９で検出し、検出された２つの圧力のうちの高圧側の圧に基いて制御装置７から電気的に油圧ポンプ１０の傾転制御を行う電気ポジティブコントロール制御で油量をより細かく制御すれば、より優れた省エネルギ効果を得ることもできる。
　図７は、第２実施形態に係る駆動制御装置４０であり、上述した第１実施形態における連通機構たる電磁リリーフ弁１５，１６の代わりにバイパス弁４１を用いた例である。なお、上述した第１実施形態の駆動制御装置１とは、このバイパス弁４１が異なるのみであるため、同一の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　この実施形態では、上記油圧モータ回路１１の油路１２，１３の間に連通機構たるバイパス弁４１が設けられており、このバイパス弁４１を上述した制御装置７によって開度制御するようにしている。制御装置７による制御は、上述した第１実施形態と同様に、リモコン弁５の差圧信号に基く速度指令、油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートとにおける差圧信号に基くトルクフィードバック、電動機３の回転センサ２８による回転数信号に基く速度フィードバック、とに基いて制御される。
　この実施形態の場合、油圧モータ２の減速時にバイパス弁４１を開放することにより油圧モータ２の排出側において発生する圧力損失を回避することができる。これにより電動機３による回生作用で慣性エネルギを電気エネルギに効率良く変換することができる。また、この実施形態でも、油圧モータ２のブレーキ操作時、バイパス弁４１の開度調整を行うことにより、所望のブレーキトルクを得ることができる。
　図８は、第３実施形態に係る駆動制御装置５０の油圧回路図であり、この実施形態では、コントロール弁のメータイン制御とメータアウト制御とを独立して制御できるようにしている。なお、上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図示するように、この実施形態では第一コントロール弁５１と第二コントロール弁５２とが設けられている。第一コントロール弁５１のパイロットポートには、第一電磁減圧弁５３，５４が設けられ、第二コントロール弁５２のパイロットポートには、第二電磁減圧弁５５，５６が設けられている。この例では、第一電磁減圧弁５３，５４及び第二電磁減圧弁５５，５６に比例型の電磁減圧弁が用いられている。また、この実施形態では、第一電磁減圧弁５３，５４と第二電磁減圧弁５５，５６とを制御するパイロット圧の自由度（圧力範囲）を上げるために、パイロット圧油を供給する第二油圧ポンプ５７が設けられている。
　さらに、この実施形態の制御装置７は、油圧モータ２の減速時に、電動機３のブレーキトルクだけでは制動できない場合に、油圧モータ２のブレーキトルクを調整するように第一電磁減圧弁５３，５４、第二電磁減圧弁５５，５６に開度制御信号を送る。これにより、第一コントロール弁５１又は第二コントロール弁５２は、メータアウト制御で油圧モータ２からの排出される圧油の流量を調整するようになっている。
　そして、この実施形態の駆動制御装置５０によれば、旋回体の加速時には、メータイン側の開度制御を行い、メータアウト側は全開にするようにしている。また、減速時にはメータイン側は全閉にして油圧ポンプ１０からの圧油をアンロードし、上記メータアウト側の開度制御を行うことで、油圧モータ２の減速トルクを制御するようにしている。
　具体的には、図９（ａ） に示すように、旋回体の正回転加速時には、第一電磁減圧弁５３及び第二電磁減圧弁５５に開度制御信号が送られ、第一コントロール弁５１及び第二コントロール弁５２が図示する右方にスライドさせられる。これにより、油圧ポンプ１０からの圧油が第一コントロール弁５１を介して油圧モータ２の吸入ポートに供給される。油圧モータ２の排出ポートは、第二コントロール弁５２を介してタンク２１に連通される。これにより、油圧モータ２が第一コントロール弁５１を介して供給される圧油によって回転させられる。この例では、第一コントロール弁５１の開度制御によって、油圧モータ２に供給される圧油量が調整される（メータイン制御）。
　一方、図９（ｂ） に示すように、旋回体の正回転減速時には、第一コントロール弁５１のスプールを戻して油圧ポンプ１０からの圧油をタンク２１へ戻すようにするとともに、油圧モータ２の排出ポートが第二コントロール弁５２を介してタンク２１に連通させた状態となる。これにより、油圧モータ２の排出ポートから排出される油はタンク２１に排出される。また、油圧モータ２の吸入ポートには、油圧モータ回路１１から排出された油の不足分の油がチェック弁２３を介してタンク２１から供給される。
　従って、油圧モータ２の減速時において排出ポート側で発生する圧力損失を回避することができる。これにより、電動機３の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収できる。また、第二コントロール弁５２のパイロット圧を第二電磁減圧弁５５によって調整することで、油圧モータ２にブレーキトルクを発生させて制動させることができる（メータアウト制御）。
　また、図１０（ａ）に示すように、旋回体の逆回転加速時には、第一電磁減圧弁５４及び第二電磁減圧弁５６に開度制御信号が送られ、第一コントロール弁５１及び第二コントロール弁５２が図示する左方にスライドさせられる。これにより、油圧ポンプ１０からの圧油が第二コントロール弁５２を介して油圧モータ２の吸入ポートに供給される。油圧モータ２の排出ポートは、第一コントロール弁５１を介してタンク２１に連通される。これにより、油圧モータ２が第二コントロール弁５２を介して供給される圧油によって回転させられる。このように、第二コントロール弁５２の開度制御によって、油圧モータ２に供給される圧油量が調整される（メータイン制御）。
　一方、図１０（ｂ）に示すように、旋回体の逆回転減速時には、第二コントロール弁５２のスプールを戻して油圧ポンプ１０からの圧油をタンク２１へ戻すようにするとともに、油圧モータ２の排出ポートが第一コントロール弁５１を介してタンク２１に連通させた状態となる。これにより、油圧モータ２の排出ポートから排出される油はタンク２１に排出される。また、油圧モータ２の吸入ポートには、油圧モータ回路１１から排出された油の不足分の油がチェック弁２４を介してタンク２１から供給される。
　従って、油圧モータ２の減速時において排出ポート側で発生する圧力損失を回避することができる。これにより、電動機３の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収できる。また、第一コントロール弁５１のパイロット圧を第一電磁減圧弁５４によって調整することで、油圧モータ２にブレーキトルクを発生させて制動させることができる（メータアウト制御）。
　また、このような制御を、制御装置７からの指令により制御される電磁減圧弁５３，５４及び５５，５６で開度制御が行われるコントロール弁５１，５２を介して行うので、油圧モータ２への流量制御が高精度で可能となる。これにより、リリーフ弁２２から油圧ポンプ１０の圧油を排出することがほぼなくなり、エネルギ効率の向上を図ることができる。
　図１１は、第４実施形態に係る駆動制御装置６０の油圧回路図であり、この実施形態では、上記実施形態における固定傾転の油圧モータ２に代わり、可変傾転油圧モータ６１を用いた実施形態である。上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
　図示するように、旋回体を駆動する可変傾転油圧モータ６１は、ゼロ傾転時にトルクを発生しないので、加速時の必要トルクに応じて傾転を増加させると同時にコントロール弁１４の開度制御を行い、必要な油量を可変傾転油圧モータ６１に供給する。このコントロール弁１４の開度制御も、電磁減圧弁１９，２０で減圧したパイロット圧油によるパイロットポート１７，１８の開度制御によって行われるため、高精度で流量制御することができ、エネルギ効率を向上させることができる。
　また、可変傾転油圧モータ６１の減速時は、コントロール弁１４を全閉にして油圧ポンプ１０をアンロードの状態とし、可変傾転油圧モータ６１の傾転を下げると同時に電動機３による回生作用によって慣性エネルギが電気エネルギに変換される。この可変傾転油圧モータ６１の傾転角は、制御装置７からの傾転指令により、可変傾転油圧モータ６１の吐出量がゼロになるように（油圧モータ６１のブレーキトルクが発生しないように）、斜板が傾転させられる。
　このように、この実施形態の場合、可変傾転油圧モータ６１が傾転量に応じて油圧トルクを発生させることができるので、減速時に吐出量がゼロになるように傾転させて可変傾転油圧モータ６１によるブレーキトルクの発生がないようにすることができる。これにより、電動機３の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収して蓄電器２７に蓄電することができる。
　以上のように、各実施形態の駆動制御装置１，４０，５０，６０によれば、油圧モータ２，６１を駆動する圧油の供給量をコントロール弁１４，５１，５２に設置した電磁減圧弁１９，２０，５３，５４，５５，５６で減圧したパイロット圧油によって高精度で制御するので、旋回動作に必要な油量だけをコントロール弁１４，５１，５２を通過させて油圧モータ２を駆動することができる。これにより、リリーフ弁２２からタンク２１に戻る圧油による損失を低減して、旋回体を駆動するためのエネルギ効率を向上させることができる。
　また、旋回体の慣性エネルギ（回転エネルギ）を、減速時に電動機３の回生作用によってほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収して蓄電器２７に蓄えて次の旋回体の加速時に使用するので、エネルギの利用効率が向上し、作業機械の燃費改善につながるとともに、温暖化ガスの排出も抑制することができる。
　更に、上述した実施形態では、蓄電器２７の蓄積エネルギを優先的に使用して電動機３を駆動し、不足分を油圧モータ２，６１で補うので、迅速な加速と蓄積エネルギの利用効率を向上させることができる。
　その上、上述した実施形態のように、連通機構として電磁リリーフ弁１５，１６、バイパス弁４１、メータイン・メータアウト制御等の方法を用いることにより、これらの開度制御を制御装置７からの信号に基いて行うことによって油圧モータ２のブレーキトルクを可変にできるので、油圧モータ２の減速時に電動機３のブレーキトルク（回生作用）だけでは制動できない場合（電動機３ですべての慣性エネルギを回収できない場合）には、必要な分だけ油圧モータ２でブレーキトルクを発生させることで減速させることが容易にできる。
　また、油圧モータ２のトルク配分は、コントロール弁１４，５１，５２の開度制御を電磁減圧弁１９，２０，５３，５４，５５，５６を介して行うことで細かく調整することができるので、電動機３から油圧モータ２への切り替えをショックレスで行うことが可能となる。
　なお、上記実施形態では、蓄電器２７の蓄積エネルギを優先的に使用して電動機３を駆動し、不足分のトルクを油圧モータ２，６１で補う例を説明したが、蓄電器２７の蓄積エネルギが少ない場合は電動機３を使用することなく油圧モータ２，６１のみによって旋回体を回転駆動することもあり、必ずしも電動機３を優先的に使用して不足分を油圧モータ２，６１で補う構成に限定されるものではない。
　また、リモコン弁５の二次圧を電磁減圧弁１９，２０の一次圧として導く構成以外であってもよく、コントロール弁１４のパイロットポート１７，１８に供給するパイロット圧油を電磁減圧弁１９，２０で高精度に制御するような構成であれば同様の作用効果を得ることができ、上記実施形態における構成に限定されるものではない。
　さらに、上記実施形態では、作業機械の構造体として油圧ショベルの上部旋回体を例に説明したが、クレーンの旋回体、ホイールローダの走行体等、他の作業機械における構造体にも適用することができ、上述した実施形態に限定されるものではない。
　また、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
　本発明に係る作業機械の駆動制御装置は、油圧ショベルや油圧クレーン等の重機で、駆動系に油圧モータと電動機とを並設した作業機械において利用することができる。
　　　　　　　１　駆動制御装置
　　　　　　　２　油圧モータ
　　　　　　　３　電動機
　　　　　　　４　傾倒ハンドル
　　　　　　　５　リモコン弁
　　　　　　　６　圧力センサ
　　　　　　　７　制御装置
　　　　　　１０　油圧ポンプ
　　　　　　１１　油圧モータ回路
　　　１２，１３　油路
　　　　　　１４　コントロール弁
　　　１５，１６　電磁リリーフ弁
　　　１７，１８　パイロットポート
　　　１９，２０　電磁減圧弁
　　　　　　２１　タンク
　　　　　　２２　リリーフ弁
　　　２３，２４　チェック弁
２５，２６，２９　圧力センサ
　　　　　　２７　蓄電器
　　　　　　２８　回転センサ
　　　　　　３０　速度指令演算
　　　　　　３１　加速度演算
　　　　　　３２　加速トルク演算
　　　　　　３３　蓄電器電圧検出
　　　　　　３４　電動機トルク算出
　　　　　　３５　差圧指令演算
　　　　　　３６　圧力制御
　　　　　　３７　電流指令演算
　　　　　　３８　電流制御
　　　　　　３９　電力変換器
　　　　　　４０　駆動制御装置
　　　　　　４１　バイパス弁
　　　　　　５０　駆動制御装置
　　　　　　５１　第一コントロール弁
　　　　　　５２　第二コントロール弁
　　　５３，５４　第一電磁減圧弁
　　　５５，５６　第二電磁減圧弁
　　　　　　６０　駆動制御装置
　　　　　　６１　可変傾転油圧モータ

Claims (10)

  1. 　油圧ポンプからの圧油がコントロール弁で流量制御されて油圧モータ回路を介して供給される油圧モータと、該油圧モータと協動する電動機とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御装置であって、
    　前記構造体の動作量を決定するリモコン弁と、
    　前記電動機のトルクを算出する電動機トルク算出部と、
    　前記油圧モータのトルクを算出する油圧モータトルク算出部と、
    　前記リモコン弁で決定した構造体の動作量に基いて、前記電動機のトルクと前記油圧モータのトルクとから構造体の駆動に必要なトルクが得られるように前記コントロール弁を動作させるための開度制御信号を出力する制御装置と、
    　前記コントロール弁に作用させるパイロット圧を該制御装置からの開度制御信号に基いて減圧する電磁減圧弁とを備えていることを特徴とする作業機械の駆動制御装置。
  2. 　前記電動機は、油圧モータの減速時に慣性エネルギを電気エネルギに変換する回生機能を有し、
    　前記油圧モータに圧油を供給する油圧モータ回路は、該油圧モータの減速時に、該油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させる連通機構を備えている請求項１に記載の作業機械の駆動制御装置。
  3. 　前記制御装置は、前記油圧モータの減速時に、前記連通機構の開度を調整する開度調整指令を行うように構成されている請求項２に記載の作業機械の駆動制御装置。
  4. 　前記連通機構は、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させる電磁リリーフ弁を備えている請求項２に記載の作業機械の駆動制御装置。
  5. 　前記連通機構は、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとを連通させるバイパス弁を備えている請求項２に記載の作業機械の駆動制御装置。
  6. 　前記コントロール弁は、油圧モータの正転／逆転時における加速／減速時に開度制御を行う２つのコントロール弁を有し、該２つのコントロール弁は、前記制御装置からの前記開度制御信号に基いてパイロットポートに作用させるパイロット圧を減圧する電磁減圧弁をそれぞれ具備し、
    　前記油圧モータ回路は、前記油圧モータの減速時に前記２つのコントロール弁によって油圧モータの排出ポートをタンク開放する時に該油圧モータの吸入ポートに油を吸引するチェック弁を具備し、
    　前記制御装置は、前記油圧モータの減速時に前記コントロール弁をメータイン制御又はメータアウト制御するように構成されている請求項１に記載の作業機械の駆動制御装置。
  7. 　前記油圧モータは、可変傾転油圧モータで構成されている請求項１に記載の作業機械の駆動制御装置。
  8. 　前記油圧ポンプは、前記コントロール弁を通過させる旋回動作に必要な油量の余剰油流量に基いて傾転制御するネガティブコントロール、又は前記コントロール弁のパイロットポート圧力差に基いて傾転制御するポジティブコントロールによって制御されるように構成されている請求項１に記載の作業機械の駆動制御装置。
  9. 　前記電磁減圧弁は、逆比例型で構成されている請求項１に記載の作業機械の駆動制御装置。
  10. 　前記制御装置は、前記構造体の初期旋回加速時に、該構造体の加速に要するトルクから電動機で出力可能な駆動トルクを除き、不足分のトルクを前記油圧モータの駆動トルクで補うように前記コントロール弁の電磁減圧弁に開度制御信号を送って油圧モータを駆動制御するように構成されている請求項１に記載の作業機械の駆動制御装置。
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