WO2012039083A1

WO2012039083A1 - 旋回駆動制御装置

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Publication number: WO2012039083A1
Application number: PCT/JP2011/003354
Authority: WO
Inventors: 智規佐藤; 健吾粂内; 俊平奥谷
Original assignee: 株式会社竹内製作所
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-03-29
Also published as: JPWO2012039083A1; EP2620555A4; EP2620555A1; EP2620555B1; JP5699155B2

Abstract

　旋回操作レバー（１９ａ）と、旋回油圧モータ（３１）と、メイン油圧ポンプ（３２）と、第１電動モータ（３４）と、メインコントロールバルブ（３６）と、作動油圧検出センサ（４０ａ，４０ｂ）と、旋回電動モータ（５１）と、コントローラ（５２）と、第１インバータ（５３）と、第２インバータ（５４）と、第１バッテリ（５５）と、第２バッテリ（５６）とを備え、コントローラ（５２）は、旋回操作レバー（１９ａ）が操作され作動油圧が所定圧以上の場合、旋回油圧モータ（３１）及び旋回電動モータ（５１）を駆動させるように制御し、旋回操作レバー（１９ａ）が操作され作動油圧が所定圧未満の場合、旋回電動モータ（５１）のみを駆動させるように制御して、旋回台の旋回制御を行う。

Description

旋回駆動制御装置

　本発明は、旋回台を有して構成される作業機械等の旋回駆動制御装置に関し、さらに詳しくは電動モータおよび油圧モータを組み合わせて旋回駆動を行わせる構成の旋回駆動制御装置に関する。

　電動モータで油圧ポンプを駆動させ、油圧ポンプから供給された作動油を用いて油圧アクチュエータを作動させる構成を有する作業機械が最近実用化されつつある。例えば、パワーショベルにこのような電気駆動装置を用いたものがある。油圧アクチュエータとしては油圧モータや油圧シリンダ等があるが、パワーショベルでは、これらの油圧アクチュエータ、すなわちブーム、アーム、バケット等を作動させる油圧シリンダ、及び走行、旋回等を行う油圧モータを作動させて走行、旋回、掘削等の各種作作動を行うようになっている。

　このような作業機械として、例えば、特許文献１に記載のものがある。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、電動モータを駆動源とする電動ユニットとを備え、旋回時に電動ユニットにおいてコントローラとインバータが電動モータの駆動を制御し、その駆動トルクで油圧ユニットをアシストするようになっている。すなわち、電動ユニットが油圧ユニットをアシストする際には油圧モータと電動モータの両方により上部旋回体を旋回駆動させることが可能となっている。定常旋回時及び減速時には電動モータに回生作用を行わせるようになっており、回生電力を蓄電機に蓄えて発電機を不要にもしくは小さくすることができ、システムをシンプル化し且つコストダウンできるという効果を得ている。

特開２００５－２９０８８２号公報

　ところで、上述したような電動ユニットと油圧ユニットを用いた構成の従来の作業機械は、あくまで油圧ユニットを主として作動させる構成となっている。油圧ユニットを構成する油圧モータは、電動モータと比較して、大きな力が必要な作業には向いているものの低負荷の作業時には無駄にエネルギーを消費するという特性を有しており、その構成から見て回生エネルギーを取得しづらいと特性を有している。このことから分かるように、油圧モータは電動モータに比べて、省エネルギー化の観点からはあまり好ましくないという課題があった。

　一方、油圧ユニットを用いず、電動ユニットのみにより駆動を行うということも考えられるが、電動モータは作業負荷が増すのに応じて発熱が増加し、高温化する傾向があるためヒートバランス対策を講じなければならないという課題がある。また、電動モータは特に、低回転時、例えば、停止時からの作動においては大きなトルクを出力できないという特性を有する。このため、低回転時に大きな力が必要な作業、例えば停止状態から旋回台を旋回させる場合のように静止状態から大きなトルクが必要な場合は、スムーズ且つ迅速な作動を行わせることが難しいという課題がある。

　このような課題に鑑み、本発明は、電動モータおよび油圧モータの組み合わせにより駆動される構成の駆動制御装置であって、省エネルギー化を図るとともに、大きな駆動力が必要な作業でもスムーズ且つ迅速に行うことが可能な構成の駆動制御装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明に係る旋回駆動制御装置は、旋回動自在な旋回台を備え、前記旋回台を油圧駆動式の旋回油圧モータおよび電気駆動式の旋回電動モータを組み合わせて旋回駆動する制御を行う構成であり、前記旋回油圧モータに駆動用の作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記旋回油圧モータへの作動油の供給制御を行う作動油供給制御バルブと、前記旋回電動モータに駆動用の電力を供給する電力供給源と、前記電力供給源から前記旋回電動モータへの電力供給制御を行う電力供給制御装置と、前記旋回台の旋回制御のために操作される旋回操作装置と、前記旋回油圧モータの駆動負荷を検出する駆動負荷検出装置と、前記旋回操作装置の操作および前記駆動負荷検出装置により検出される駆動負荷に基づいて、前記作動油供給制御バルブおよび前記電力供給制御装置の作動を制御するコントローラとを備える。そして、前記コントローラは、前記旋回操作手段の操作に対応して、前記作動油供給制御バルブにより前記油圧ポンプから前記旋回油圧モータへ作動油を供給させて前記旋回油圧モータにより前記旋回台を旋回駆動させるとともに、前記電力供給制御装置により前記旋回電動モータに駆動用の電力を供給して前記旋回電動モータによる前記旋回台を旋回駆動させる制御を行い、前記駆動負荷検出装置により検出された前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定高負荷のときには前記旋回油圧モータおよび前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させ、前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となったときに前記旋回油圧モータによる駆動を停止して前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させる制御を行なう。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となって前記旋回油圧モータによる駆動を停止するときに、前記旋回油圧モータがフリー回転する状態とする制御を行う。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記油圧ポンプが電動モータにより駆動される構成であり、前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となって前記旋回油圧モータによる駆動を停止するときに、前記電動モータの駆動を停止して前記油圧ポンプの駆動を停止する制御を行う。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記駆動負荷検出装置が、前記油圧ポンプから前記旋回油圧モータへ供給される作動油圧を検出して前記旋回油圧モータの駆動負荷を検出するように構成される。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記旋回台の旋回速度を検出する旋回速度検出装置を備え、前記コントローラは、前記旋回速度検出装置により検出される前記旋回台の旋回速度が、前記旋回操作手段の操作に対応する旋回速度となるように、前記旋回油圧モータおよび前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させる制御を行う。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記旋回油圧モータによる駆動を停止して前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させているときに、前記旋回速度検出装置により検出された前記旋回台の旋回速度が前記旋回操作手段の操作に対応する旋回速度より遅くなると、前記旋回電動モータに加えて前記旋回油圧モータによる前記旋回台の旋回駆動を行わせる。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記旋回台の旋回速度を検出する旋回速度検出装置と、前記作動油供給制御バルブから前記旋回油圧モータに供給される作動油のリリーフ圧を可変設定するリリーフバルブとを備え、前記コントローラは、前記旋回油圧モータによる前記旋回台の旋回駆動を行わせているときに、前記旋回速度検出装置により検出された前記旋回台の旋回速度が前記旋回操作手段の操作に対応する旋回速度より遅くなるのに応じて、前記リリーフバルブのリリーフ圧を高くする制御を行う。

　上記構成の旋回駆動制御装置において、好ましくは、前記リリーフバルブのリリーフ圧を調整するためのリリーフ制御油圧を前記リリーフバルブに供給する調整用油圧供給バルブが設けられ、前記コントローラが前記調整用油圧供給バルブからのリリーフ制御油圧を制御することにより、前記リリーフ圧を可変設定する。

　以上、本発明に係る作業機械の駆動制御装置においては、コントローラは、旋回操作手段の操作に対応して、旋回油圧モータおよび旋回電動モータによる旋回台を旋回駆動させる制御を行うのであるが、旋回油圧モータの駆動負荷が所定高負荷のときには旋回油圧モータおよび旋回電動モータにより旋回台を旋回駆動させるので、高負荷状態、すなわち大きな力が必要な時でもスムーズに作業を行わせることができる。一方、旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となったときに旋回油圧モータによる駆動を停止して旋回電動モータにより旋回台を旋回駆動させる制御を行なうので、油圧モータよりもエネルギー効率の良い電動モータのみを使用して省エネルギー化を図ることができる。

本発明に係る作業機械の駆動制御装置を適用させた一例として示すパワーショベルの斜視図である。上記駆動制御装置を示す油圧回路及び電気回路を示す図である。上記駆動制御装置における起動直後からの時間とトルクとの関係を示すグラフである。図２の回路構成において、更にレゾルバと、リリーフバルブとを具備した回路を示す図である。図２の回路構成において、更にレゾルバと、リリーフバルブと、比例バルブとを具備した回路を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１には、本発明に係る作業機械の駆動制御装置を適用した作業機械の一例としてクローラ型のパワーショベル１を示している。このパワーショベル１は、平面視略Ｈ字状の走行台車２（車体）の左右に走行機構３，３が設けられて構成される走行装置４と、走行台車２の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード５と、走行台車２の上部に旋回可能に設けられた旋回台６と、旋回台６の前部に設けられたショベル機構７と、旋回台６の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン８（車体）とから構成されている。

　走行装置４を構成する左右一対の走行機構３，３は、走行台車２の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール９と、走行台車２の左右後部に設けられたアイドラホイール１０との間に履帯１１が巻き掛けられて構成される。駆動用スプロケットホイール９は、油圧で作動する走行油圧モータ（不図示）により回転駆動される。ブレード５は、油圧駆動式のブレードシリンダ（不図示）の作動により揺動される。旋回台６は、図２に示す旋回油圧モータ３１及び旋回電動モータ５１により旋回動される（後に詳述）。

　ショベル機構７は、旋回台６の前部に起伏動自在に枢結されたブーム１２と、ブーム１２の先端部にブーム１２の起伏面内において上下に揺動自在に枢結されたアーム１３と、アーム１３の先端に上下に揺動自在に枢結されたバケット１４と、油圧駆動式のブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１７とから構成されている。ブーム１２はブームシリンダ１５の伸縮作動に応じて起伏動され、アーム１３はアームシリンダ１６の伸縮作動に応じて上下揺動され、バケット１４はバケットシリンダ１７の伸縮作動に応じて揺動される。以降の説明ではこれらシリンダ１５～１７やブレード５用のブレードシリンダを纏めて油圧シリンダ群と呼ぶ。オペレータキャビン８は、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成されており、内部に運転者が着座するためのオペレータシート１８と、走行装置４やショベル機構７の作動操作を行うための操作装置１９とが設けられている。

　操作装置１９には、パワーショベル１の走行、掘削等の操作を行うための操作レバー１９ａ－１９ｃが設けられており、運転者は、オペレータシート１８に着座して操作レバー１９ａ－１９ｃを操作することにより油圧シリンダ群及び走行油圧モータの駆動を制御してパワーショベル１を走行させたり、旋回油圧モータ３１及び旋回電動モータ５１の駆動を制御して旋回台６を旋回させたり、ショベル機構７の作動を制御して掘削等の作業をしたりすることができる。

　上述した油圧シリンダ群、走行油圧モータ、および旋回油圧モータ３１（図２参照）は、作動油の供給（油圧）により作動する。すなわち、後述する油圧ユニット３０が作業者による操作装置１９の操作レバー１９ａ－１９ｃの操作に応じて油圧シリンダ群、走行油圧モータ、及び旋回油圧モータ３１へ供給される作動油の量及び方向を制御することにより、パワーショベル１の走行、ショベル機構７の作動、旋回台６の旋回等を行い、走行、掘削、旋回等の作業ができる。操作装置１９は、パワーショベル１の走行を操作する走行操作レバー１９ｂと、ブーム、アーム、バケット等の操作を行うための作業操作レバー１９ｃと、旋回台６の旋回を操作する旋回操作レバー１９ａを備える。

　このように構成されるパワーショベル１において、旋回台６の旋回作動制御に本発明に係る駆動制御装置を用いており、以下においては、この旋回台６の旋回作動制御を行う装置および方法について説明する。旋回台６の旋回作動は、油圧ユニット３０と電動ユニット５０とを備えて構成される旋回制御機構２０（図２参照）により行われる。この旋回駆動制御は、後述のように、電動ユニット５０（旋回電動モータ５１）のみによる駆動（以下、電動のみの駆動と称する）、油圧ユニット３０（旋回油圧モータ３１）のみによる駆動（以下、油圧のみの駆動と称する）、および電動ユニット５０（旋回電動モータ５１）および油圧ユニット３０（旋回油圧モータ３１）の両方による駆動（以下、電動及び油圧による駆動と称する）、という３つの駆動パターンを有している。

　油圧ユニット３０は、図２に示すように、旋回油圧モータ３１に加えて、メイン油圧ポンプ３２と、パイロット油圧ポンプ３３と、第１電動モータ３４と、第２電動モータ３５と、メインコントロールバルブ３６と、ソレノイド式切換バルブ３７と、リモートコントロールバルブ３８と、パイロット圧検出センサ３９ａ，３９ｂと、作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂと、作動油タンク４１とを備えて構成される。なお、図２では、油圧回路を実線で示し、電気的または光学的信号回路を破線で示している。

　油圧ユニット３０において、メイン油圧ポンプ３２は、第１電動モータ３４により駆動され、旋回油圧モータ３１に供給するための作動油を吐出する。パイロット油圧ポンプ３３は、第２電動モータ３５により駆動され、パイロット油路にパイロット圧を供給するための作動油を吐出する。第１電動モータ３４及び第２電動モータ３５は、第１インバータ５３を介して交流電流を受けこれにより駆動するようになっている。メインコントロールバルブ３６は、後述するようにパイロット圧を受けて旋回油圧モータ３１への作動油の供給制御を行う。このパイロット圧は、リモートコントロールバルブ３８において生成され、ソレノイド式切換バルブ３７を経てメインコントロールバルブ３６に出力される。メインコントロールバルブ３６はこのパイロット圧を受けて作動され、旋回油圧モータ３１への作動油の供給制御を行う。

　メインコントロールバルブ３６は、Ｐポート（ポンプポート）、Ｔポート（タンクポート）、及び二つのＡポート（出力ポート）を有しており、Ｐポートにメイン油圧ポンプ３２、Ｔポートに作動油タンク４１、二つのＡポートに旋回油圧モータ３１の両側のポートが図示のようにそれぞれ接続されている。図２に示すように、メインコントロールバルブ３６が中立状態のときには、Ｐポートがブロックされてメイン油圧ポンプ３２からの油圧供給が遮断され、Ｔポートと二つのＡポートが連通されて、旋回油圧モータ３１の両側のポートがタンクに繋がり、旋回油圧モータ３１はフリー回転する状態となる。

　一方、パイロット油圧を右側に受けてメインコントロールバルブ３６が図２において左動されると、Ｐポートが左側のＡポートと繋がるとともにＴポートが右側のＡポートと繋がり、メイン油圧ポンプ３２からの吐出油が旋回油圧モータ３１の右側ポートから供給されてこれを回転駆動し、旋回台６が旋回作動される。逆に、パイロット油圧を左側に受けてメインコントロールバルブ３６が図２において右動されると、Ｐポートが右側のＡポートと繋がるとともにＴポートが左側のＡポートと繋がり、メイン油圧ポンプ３２からの吐出油が旋回油圧モータ３１の左側ポートから供給されてこれを上記と逆の方向に回転駆動し、旋回台６が上記と逆方向に旋回作動される。

　リモートコントロールバルブ３８は、Ｐポート（ポンプポート）、Ｔポート（タンクポート）、及び二つのＡポート（出力ポート）を有しており、Ｐポートにパイロット油圧ポンプ３３、Ｔポートに作動油タンク４１、Ａポートにソレノイド式切換バルブ３７が図示のようにそれぞれ接続されている。リモートコントロールバルブ３８は旋回操作レバー１９ａの操作に応じて作動されるように構成されており、旋回操作レバー１９ａの非操作時においてＰポートはブロックされた状態である。旋回操作レバー１９ａを操作すると、その操作に対応して、パイロット油圧ポンプ３３からの作動油を用いてリモートコントロールバルブ３８によりパイロット圧が生成される。このパイロット圧（リモート制御圧）は、ソレノイド式切換バルブ３７を介してメインコントロールバルブ３６に出力される。このとき発生するパイロット圧は、旋回操作レバー１９ａの操作量に対応する圧を有するようにリモートコントロールバルブ３８により調整される。具体的には、旋回操作レバー１９ａの操作量が小さければパイロット圧も小さく、操作量が大きくなるに応じてパイロット圧も大きくなる。

　ソレノイド式切換バルブ３７は、後に詳述するコントローラ５２からの制御信号を受けて作動し、メインコントロールバルブ３６により生成されたパイロット圧を、メインコントロールバルブ３６に伝えたり、これを遮断したりする制御を行う。

　このようにしてリモートコントロールバルブ３８から出力されたパイロット圧は、リモートコントロールバルブ３８とソレノイド式切換バルブ３７との間に設けられたパイロット圧検出センサ３９ａ，３９ｂにより検出されるようになっており、検出されたパイロット圧は、コントローラ５２に送られる。メインコントロールバルブ３６はパイロット圧を受けて作動されるが、このとき、パイロット圧の大きさに対応してその作動量が制御される構成であり、パイロット圧が大きくなるに応じて、メイン油圧ポンプ３１から旋回油圧モータ３１に供給される油量が増加し、旋回速度が速くなる。

　作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂは、メインコントロールバルブ３６と旋回油圧モータ３１との間の油路に設けられ、この油路における旋回油圧モータ３１の作動油圧を検出する。作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂにより検出された作動油圧も、コントローラ５２に送られる。

　電動ユニット５０は、上述した旋回電動モータ５１と、コントローラ５２と、第１及び第２インバータ５３，５４と、第１及び第２バッテリ５５，５６と、旋回油圧モータ３１の回転を検出するレゾルバ６１を備えて構成される。第１インバータ５３は、第１バッテリ５５からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を第１電動モータ３４に供給する制御を行う。一方、第２インバータ５４は、第２バッテリ５６からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を旋回電動モータ５１に供給する制御を行う。第１バッテリ５５及び第２バッテリ５６は、例えば一日の作業が終わった時点で、充電器（不図示）を介して外部の商用電源（不図示）から電力を受けて充電できる。第１バッテリ５５及び第２バッテリ５６としては、例えばリチウムイオン電池や有機ラジカル電池等の二次電池を用いることができる。なお、第１バッテリ５５及び第２バッテリ５６のようにバッテリを２つ設けるのではなく、１つのバッテリを共用させるようにしてもよい。

　コントローラ５２は、旋回制御を統括的に行うものであり、パイロット圧検出センサ３９ａ，３９ｂにより検出されたパイロット圧信号と、作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂにより検出された作動油圧信号と、レゾルバ６１により検出された旋回油圧モータ３１の回転速度信号（すなわち、旋回台６の回転速度を示す信号）を受ける。そして、これらパイロット圧信号、作動油圧信号および回転速度信号に基づいて第１及び第２インバータ５３，５４、並びにソレノイド式切換バルブ３７の作動を制御し、旋回台６の旋回制御を行う。以下においては、コントローラ５２による旋回制御について説明する。

　この旋回制御は、省エネルギーという観点から、旋回電動モータ５１による旋回制御を優先し、必要に応じて旋回油圧モータ３１によるアシストを受けるような制御を基本とする。その上で、旋回始動時や低速旋回時のように大きな駆動トルクが必要なときには、旋回駆動モータ５１および旋回油圧モータ３１を駆動し、旋回駆動トルクが小さくなるのに応じて旋回油圧モータ３１のアシストを低下させて旋回電動モータ５１の駆動比率を大きくし、最終的に旋回油圧モータ３１の駆動を無くして、旋回電動モータ５１による旋回作動を行わせるような制御を行う。

　このようにして旋回電動モータ５１により旋回作動を行わせているときに、旋回操作レバー１９ａの操作に基づく旋回作動速度要求（パイロット圧もしくはリモート制御圧）に対し、実際の旋回速度が小さくなるとき（例えば、旋回させながらバケットを押し付ける作業を行うような場合で、旋回抵抗が大きくなって旋回速度が低下するとき）には、旋回油圧モータ３１も併せて作動させて大きな旋回駆動力を発生させて旋回させる制御を行う。好ましい制御として、旋回操作レバー１９ａの操作に対する要求値（想定回転数）より旋回速度が小さいときには、その差に応じて旋回油圧モータ３１の駆動におけるリリーフ圧を上げるという制御を行う。このような制御の具体例を以下に説明する。

　旋回操作レバー１９ａが操作されると、その操作に応じてリモートコントロールバルブ３８よりパイロット圧が生成されるが、パイロット圧検出センサ３９ａ，３９ｂによりこのパイロット圧が検出され、この検出信号がコントローラ５２に送られる。コントローラ５２は、このパイロット圧を検出すると、第２インバータ５４に制御信号を出力し、第２インバータ５４による旋回電動モータ５１への電力供給制御を行って旋回電動モータ５１を駆動させる。旋回操作レバー１９ａが中立状態から操作されて旋回台６の旋回を開始するときには、コントローラ５２は、第１インバータ５３にも制御信号を出力し、第１インバータ５３による第１電動モータ３４への電力供給制御を行ってメイン油圧ポンプ３２を駆動させる。また、パイロット圧を、ソレノイド式切換バルブ３７を介してメインコントロールバルブ３６に出力させ、当該パイロット圧に応じてメインコントロールバルブ３６を作動させ、メイン油圧ポンプ３２からの吐出油を旋回油圧モータ３１に供給させる。このように、旋回台６の旋回を開始するときには、旋回電動モータ５１による旋回駆動と、旋回油圧モータ３１による旋回駆動とが同時に行われる。すなわち、旋回開始時で大きな旋回駆動トルクが必要な時には、電動及び油圧駆動を組み合わせて、スムーズな旋回作動を行わせるようにしている。

　コントローラ５２には、作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂにより検出された旋回油圧モータ３１の作動油圧信号と、レゾルバ６１により検出された旋回油圧モータ３１の回転速度信号（旋回台６の旋回速度信号）が送られている。コントローラ５２は、旋回台６が旋回操作レバー１９ａの操作量（すなわち、パイロット圧）に対応する旋回速度で旋回するように、旋回電動モータ５１による旋回駆動と、旋回油圧モータ３１による旋回駆動とを制御する。ここで、旋回開始時には大きな駆動トルクが必要であっても、旋回が進むと必要駆動トルクが小さくなるので、旋回電動モータ５１による旋回駆動を維持すると、旋回油圧モータ３１の駆動トルク（駆動負荷）は小さくなり、作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂにより検出される作動油圧が低下する。そして、この作動油圧が小さくなり、旋回電動モータ５１による駆動のみで旋回を行わせることができる状態となると、コントローラ５２はソレノイド式切換バルブ３７に制御信号を出力し、メインコントロールバルブ３６へのパイロット圧の供給を遮断し、メインコントロールバルブ３６を中立状態（図２に示す状態）にする。このとき、第１電動モータ３４への電力供給も停止させ、省エネルギー化を図る。この結果、旋回油圧モータ３１への油圧供給は遮断され、且つその入出力ポートがタンク４１に繋がるので、旋回油圧モータ３１はフリー回転状態となり、回転抵抗が生じない状態となる。この結果、この状態では旋回電動モータ５１のみにより旋回台６を旋回させる状態として、省エネルギー化を図ることができる。この例では、旋回油圧モータ３１の駆動負荷を作動油圧検出センサ４０ａ，４０ｂにより検出しているが、駆動トルクを直接検出しても良い。

　以上のように、パワーショベル１の旋回制御機構２０は、低負荷のときは電動のみ、高負荷のときは電動及び油圧により旋回台６の旋回を行うことが可能となっている。高負荷のときとは、例えば図３に駆動トルク変化を示すように、パワーショベル１の起動直後やバケット１４を横に押しつけながら行う掘削作業のような静止しているが大きな力が必要なときが挙げられる。こうしたときに旋回油圧モータ３１による旋回作動を加えて行わせることにより、旋回作動をスムーズに行うことができ操作フィーリングを向上させることもできる。また、こうした高負荷時において、旋回電動モータ５１への電力供給を行わせず、旋回台６の旋回を旋回油圧モータ３１のみによる駆動とすることもできる。

　また、図４及び図５に示すように、回路中に旋回油圧モータ３１の回転数（回転角）を検出可能なレゾルバ６１と、メインコントロールバルブ３６及び旋回油圧モータ３１間の油路中の作動油を作動油タンク４１にリリーフさせるリリーフバルブ６２とを設けることにより、油圧駆動のトルクを可変調整できるようにしても良い。

　例えば、図４に示す回路構成の場合、メインコントロールバルブ３６と旋回油圧モータ３１との間の油路から分岐する分岐油路６４にリリーフバルブ６２を設け、コントローラ５２は、レゾルバ６１が検出した旋回油圧モータ３１の回転速度（すなわち、旋回台６の回転速度）を検出する。また、コントローラ５２は、図２に示すようにパイロット圧検出センサ３９ａ，３９ｂにより検出されたパイロット圧を検出し、検出したパイロット圧から想定される旋回油圧モータ３１の想定回転速度（すなわち、旋回台６の回転速度）を算出する。コントローラ５２は、検出した旋回油圧モータ３１の回転速度が想定回転速度よりも低いとき、リリーフバルブ６２に制御信号を出力してリリーフ圧を上昇させ、旋回油圧モータ３１の作動油圧を上昇させる。なお、分岐油路６４にはチェックバルブ６３が設けられ、メインコントロールバルブ３６と旋回油圧モータ３１との間の油路から分岐油路６４への作動油の流入は許容されるがその逆方向の作動油の流入は規制されるようになっている。

　図５に示す回路構成は、２個のリリーフバルブ６２ａ，６２ｂを設け、上記リリーフバルブ６２ａ，６２ｂをパイロット圧駆動とし、パイロット油圧ポンプ３３とリリーフバルブ６２ａ，６２ｂとの間の油路中に比例バルブ６５を設けた構成となっている。比例バルブ６５は、電磁比例弁でありコントローラ５２からの制御信号を受け、当該制御信号に基づいて開閉するように構成される。コントローラ５２は、レゾルバ６１が検出した旋回油圧モータ３１の回転速度に基づいて比例バルブ６５の開弁量を制御する。このように、比例バルブ６５の開弁量を制御することにより、リリーフバルブ６２ａ，６２ｂのリリーフ圧が制御され、図４に示す回路構成と同様、旋回油圧モータ３１の作動油圧を上昇させることができる。

　本実施形態におけるパワーショベル１は、以上のように構成される旋回制御機構２０を備え、この旋回制御機構２０により、旋回台６の旋回を、電動のみの駆動、油圧のみの駆動、そして電動及び油圧による駆動のように３つの駆動パターンを負荷の状態によって切り替え可能に構成されている。従って、低負荷のときにはエネルギー効率の良い旋回電動モータ５１のみを駆動させることにより省エネルギー化を実現できるとともに、高負荷のときには旋回油圧モータ３１を駆動させることによりスムーズに作業を行うことができるという効果が得られる。また、油圧駆動の場合には、そのトルクを可変調整することが可能である。

　以上、本発明は上記の実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改良可能である。例えば、旋回油圧モータ３１については、モータに限定されることはなく、別の油圧アクチュエータにより旋回台６を旋回させるようにしてもよいし、メイン油圧ポンプ３２を駆動させる駆動装置としては上記第１電動モータ３４に限定されることなく、エンジンを用いて駆動させる場合でも本発明は応用可能である。

　さらに、上記の実施形態では、クローラ型のパワーショベル１を用いた例について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、ショベルローダ、油圧クレーン等他の作業機械に本発明を適用させてもよい。

　１　　　　　　　パワーショベル（作業機械）
　２　　　　　　　走行台車（基台）
　６　　　　　　　旋回台
　１９ａ　　　　　旋回操作レバー（旋回操作手段）
　３１　　　　　　旋回油圧モータ　　　　３２　　　　　油圧ポンプ
　３４　　　　　　第１電動モータ（油圧ポンプ駆動手段）
　３６　　　　　　コントロールバルブ（作動油供給制御バルブ）
　４０ａ，４０ｂ　作動油圧検出センサ（作動油圧検出手段）
　５１　　　　　　旋回電動モータ
　５２　　　　　　コントローラ（旋回制御手段）
　５３　　　　　　第１インバータ（油圧ポンプ駆動手段）
　５４　　　　　　第２インバータ（電動モータ駆動手段）
　５５　　　　　　第１バッテリ（油圧ポンプ駆動手段）
　５６　　　　　　第２バッテリ（電動モータ駆動手段）
　６１　　　　　　レゾルバ（回転数検出手段）
　６２　　　　　　リリーフバルブ
　６５　　　　　　比例バルブ（調整用油圧供給バルブ）

Claims

　旋回動自在な旋回台を備え、前記旋回台を油圧駆動式の旋回油圧モータおよび電気駆動式の旋回電動モータを組み合わせて旋回駆動する制御を行う旋回駆動制御装置であって、
　前記旋回油圧モータに駆動用の作動油を供給する油圧ポンプと、
　前記油圧ポンプから前記旋回油圧モータへの作動油の供給制御を行う作動油供給制御バルブと、
　前記旋回電動モータに駆動用の電力を供給する電力供給源と、
　前記電力供給源から前記旋回電動モータへの電力供給制御を行う電力供給制御装置と、
　前記旋回台の旋回制御のために操作される旋回操作装置と、
　前記旋回油圧モータの駆動負荷を検出する駆動負荷検出装置と、
　前記旋回操作装置の操作および前記駆動負荷検出装置により検出される駆動負荷に基づいて、前記作動油供給制御バルブおよび前記電力供給制御装置の作動を制御するコントローラとを備え、
　前記コントローラは、
　前記旋回操作手段の操作に対応して、前記作動油供給制御バルブにより前記油圧ポンプから前記旋回油圧モータへ作動油を供給させて前記旋回油圧モータにより前記旋回台を旋回駆動させるとともに、前記電力供給制御装置により前記旋回電動モータに駆動用の電力を供給して前記旋回電動モータによる前記旋回台を旋回駆動させる制御を行い、
　前記駆動負荷検出装置により検出された前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定高負荷のときには前記旋回油圧モータおよび前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させ、前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となったときに前記旋回油圧モータによる駆動を停止して前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させる制御を行なうことを特徴とする旋回駆動制御装置。
　前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となって前記旋回油圧モータによる駆動を停止するときに、前記旋回油圧モータがフリー回転する状態とする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の旋回駆動制御装置。
　前記油圧ポンプが電動モータにより駆動される構成であり、前記旋回油圧モータの駆動負荷が所定低負荷となって前記旋回油圧モータによる駆動を停止するときに、前記電動モータの駆動を停止して前記油圧ポンプの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の旋回駆動制御装置。
　前記駆動負荷検出装置が、前記油圧ポンプから前記旋回油圧モータへ供給される作動油圧を検出して前記旋回油圧モータの駆動負荷を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の旋回駆動制御装置。
　前記旋回台の旋回速度を検出する旋回速度検出装置を備え、前記コントローラは、前記旋回速度検出装置により検出される前記旋回台の旋回速度が、前記旋回操作手段の操作に対応する旋回速度となるように、前記旋回油圧モータおよび前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させる制御を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の旋回駆動制御装置。
　前記旋回油圧モータによる駆動を停止して前記旋回電動モータにより前記旋回台を旋回駆動させているときに、前記旋回速度検出装置により検出された前記旋回台の旋回速度が前記旋回操作手段の操作に対応する旋回速度より遅くなると、前記旋回電動モータに加えて前記旋回油圧モータによる前記旋回台の旋回駆動を行わせることを特徴とする請求項５に記載の旋回駆動制御装置。
　前記旋回台の旋回速度を検出する旋回速度検出装置と、
　前記作動油供給制御バルブから前記旋回油圧モータに供給される作動油のリリーフ圧を可変設定するリリーフバルブとを備え、
　前記コントローラは、前記旋回油圧モータによる前記旋回台の旋回駆動を行わせているときに、前記旋回速度検出装置により検出された前記旋回台の旋回速度が前記旋回操作手段の操作に対応する旋回速度より遅くなるのに応じて、前記リリーフバルブのリリーフ圧を高くする制御を行うことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の旋回駆動制御装置。
　前記リリーフバルブのリリーフ圧を調整するためのリリーフ制御油圧を前記リリーフバルブに供給する調整用油圧供給バルブが設けられ、
　前記コントローラが前記調整用油圧供給バルブからのリリーフ制御油圧を制御することにより、前記リリーフ圧を可変設定することを特徴とする請求項７に記載の旋回駆動制御装置。