WO2015151917A1 - ショベル - Google Patents

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WO2015151917A1
WO2015151917A1 PCT/JP2015/058839 JP2015058839W WO2015151917A1 WO 2015151917 A1 WO2015151917 A1 WO 2015151917A1 JP 2015058839 W JP2015058839 W JP 2015058839W WO 2015151917 A1 WO2015151917 A1 WO 2015151917A1
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motor
turning
storage system
power
shovel
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PCT/JP2015/058839
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竹尾　実高
Original Assignee
住友建機株式会社
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Priority to JP2016511558A priority patent/JP6466409B2/ja
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
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    • E02F9/268—Diagnosing or detecting failure of vehicles with failure correction follow-up actions
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
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    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2300/00—Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60W2300/17—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor

Definitions

  • the present invention relates to a shovel including a turning motor driven by electric power stored in a storage battery.
  • Patent Document 1 does not mention the case where a serious failure occurs in the storage system and it is necessary to stop the storage system.
  • the storage system is stopped, even if the shovel can drive the electric swing system by the engine, the storage system can not absorb the regenerative electric power from the electric swing system, so the electric swing system can not be electrically braked. Therefore, the shovel needs to be maintained in a state in which the electric turning system is mechanically stopped.
  • the shovel is in an unstable posture on a slope, it may be undesirable in terms of safety to stop the motor-driven turning system mechanically.
  • the shovel includes an engine, a motor generator that functions as a generator that utilizes the driving force of the engine, and a motor generator that functions as a motor capable of assisting the engine, a storage system, for turning Excavator having a motor, a bus line connecting the motor generator, the storage system, and the turning motor, and a control device for controlling the movement of the motor generator, the storage system, and the turning motor And the control device supplies the generated electric power of the motor generator functioning as a generator to the turning motor when the turning motor is driven in a powering operation when the storage system is stopped.
  • the regenerative electric power of the turning motor is supplied to the motor generator that functions as a motor when the turning motor is to be regenerated.
  • the above-described means provides a shovel capable of appropriately driving the electric swing system even when the storage system is stopped.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a storage system. It is a flowchart which shows the flow of electrical storage system stop processing. It is a flowchart which shows the flow of turning control switching processing. It is a flowchart which shows the flow of the turning regeneration process in turning control at the time of an electrical storage system stop.
  • FIG. 1 is a side view showing a hybrid shovel to which the present invention is applied.
  • An upper swing body 3 is mounted on a lower traveling body 1 of the hybrid shovel via a turning mechanism 2.
  • a boom 4 is attached to the upper swing body 3.
  • An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5.
  • the boom 4, the arm 5 and the bucket 6 constitute an excavating attachment which is an example of an attachment, and are hydraulically driven by the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 and the bucket cylinder 9 respectively.
  • a cabin 10 is provided in the upper revolving superstructure 3 and a power source such as an engine is mounted.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a drive system of a hybrid shovel according to an embodiment of the present invention.
  • the mechanical power system is shown by a double line, the high pressure hydraulic line by a thick solid line, the pilot line by a broken line, and the electric drive and control system by a thin solid line.
  • An engine 11 as a mechanical drive unit and a motor generator 12 as an assist drive unit are connected to two input shafts of a transmission 13 respectively.
  • a main pump 14 as a variable displacement hydraulic pump and a pilot pump 15 as a fixed displacement hydraulic pump are connected to an output shaft of the transmission 13.
  • a control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.
  • the control valve 17 is a control device that controls the hydraulic system in the hybrid shovel. Hydraulic actuators such as hydraulic motors 1A (for the right) and 1B (for the left) for the lower traveling vehicle 1, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 are connected to the control valve 17 via a high pressure hydraulic line. .
  • the hydraulic system includes hydraulic motors 1A (for the right) and 1B (for the left) for the lower traveling vehicle 1, a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, a bucket cylinder 9, a main pump 14, and a control valve 17.
  • a storage system 120 including a capacitor as a storage battery is connected to the motor generator 12 via an inverter 18 as a motor generator control unit. Further, the storage system 120 is connected with a turning electric motor 21 as a motor operation element via an inverter 20 as a motor generator control unit.
  • the resolver 22, the mechanical brake 23, and the turning transmission 24 are connected to the rotation shaft 21 ⁇ / b> A of the turning motor 21.
  • the pilot pump 15 is connected with the controller 26 via the pilot line 25.
  • the turning electric motor 21, the inverter 20, the resolver 22, the mechanical brake 23, and the turning transmission 24 constitute an electric turning system as a load drive system.
  • the operating device 26 includes a lever 26A, a lever 26B, and a pedal 26C.
  • the lever 26A, the lever 26B and the pedal 26C are connected to the control valve 17 and the pressure sensor 29 via hydraulic lines 27 and 28, respectively.
  • the pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electrical system.
  • the tilt sensor M1 is an example of a slope detection unit that detects that the hybrid shovel is positioned on a slope.
  • the tilt sensor M1 is an acceleration sensor mounted on the upper swing body 3, detects the tilt angle of the upper swing body 3, and outputs the detected value to the controller 30.
  • the heat consuming unit 40 is a functional element for consuming, as heat, the regenerative power generated by the turning motor 21 when the turning is stopped.
  • the heat consuming unit 40 includes an electric resistance unit 40a and a flow control valve 40b.
  • one of the electric resistance part 40a and the flow control valve 40b may be abbreviate
  • the electrical resistance unit 40a includes a changeover switch and an electrical resistance.
  • the changeover switch is a switch that switches between conduction and interruption between the inverter 20 and the electrical resistance in accordance with a control signal from the controller 30. Then, the electric resistance portion 40a brings the inverter 20 and the electric resistance into conduction in response to the control signal from the controller 30, and accepts the regenerated electric power generated by the turning motor 21 when the turning is stopped as the DC power to the electric resistance.
  • the electrical resistance receives regenerative power to generate heat. As described above, the electric resistance unit 40a can consume the regenerative power as heat, thereby reliably using the regenerative power generated by the turning motor 21.
  • the flow control valve 40 b is a valve capable of controlling the flow rate of the hydraulic fluid discharged by the main pump 14.
  • the flow rate control valve 40 b restricts the flow rate of the hydraulic fluid discharged by the main pump 14 in accordance with the control signal from the controller 30 to increase the discharge pressure of the main pump 14 and hence the absorption horsepower.
  • the flow rate control valve 40 b generates pressure loss by generating a heat by limiting the flow rate of the hydraulic fluid discharged by the main pump 14. Also, the increase in absorption horsepower of the main pump 14 leads to an increase in the hydraulic load of the engine 11, and an increase in the assist torque by the motor generator 12 that can be accepted by the engine 11.
  • the increase in assist torque that can be received by the engine 11 leads to an increase in the amount of regenerated power that can be consumed by the motor generator 12 and thus to the increase in the amount of regenerated power that can be generated by the turning motor 21.
  • the flow control valve 40b can consume the regenerative power indirectly as heat, so that the regenerative power generated by the turning motor 21 can be reliably consumed.
  • the target rotational speed of the engine 11 may be kept low. Maintaining the kinetic energy of the engine 11 in a low state increases the acceptable regenerative power.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of power storage system 120.
  • Storage system 120 includes a capacitor 19 as a first storage battery, a buck-boost converter 100, and a DC bus 110 as a bus line.
  • the DC bus 110 as a second storage battery controls the exchange of power between the capacitor 19 as a first storage battery, the motor generator 12 and the electric motor 21 for turning.
  • the capacitor 19 is provided with a capacitor voltage detection unit 112 for detecting a capacitor voltage value and a capacitor current detection unit 113 for detecting a capacitor current value.
  • the capacitor voltage value and the capacitor current value detected by the capacitor voltage detection unit 112 and the capacitor current detection unit 113 are supplied to the controller 30.
  • the capacitor 19 is provided with a temperature sensor M2 as a temperature detection unit for detecting the temperature of the capacitor 19.
  • a temperature sensor M3 as a temperature detection unit for detecting the temperature of the buck-boost converter 100 is also provided in the buck-boost converter 100.
  • the temperature sensor M2 and the temperature sensor M3 are, for example, thermistors, and output detection values to the controller 30.
  • the temperature of the capacitor 19 may be detected indirectly by detecting the temperature of the cooling water used to cool the capacitor 19.
  • the step-up / step-down converter 100 performs control to switch between the step-up operation and the step-down operation so that the DC bus voltage value falls within a predetermined range according to the operating state of the motor generator 12 and the turning motor 21.
  • the DC bus 110 is disposed between the inverters 18 and 20 and the buck-boost converter 100, and exchanges power between the capacitor 19, the motor generator 12, and the turning motor 21.
  • a switch M4 is provided between the capacitor 19 and the buck-boost converter 100.
  • the changeover switch M4 is a switch that switches between conduction and interruption between the capacitor 19 and the buck-boost converter 100 in accordance with a control signal from the controller 30.
  • the controller 30 is a control device as a main control unit that performs drive control of the hybrid shovel.
  • the controller 30 is configured by an arithmetic processing unit including a CPU and an internal memory, and various functions are realized by the CPU executing a program for drive control stored in the internal memory.
  • the controller 30 converts a signal supplied from the pressure sensor 29 into a speed command, and performs drive control of the turning motor 21.
  • the signal supplied from the pressure sensor 29 corresponds to a signal representing an operation amount when the operation device 26 is operated to turn the turning mechanism 2.
  • controller 30 performs operation control (switching between electric (assist) operation and power generation operation) of motor generator 12 and performs charge and discharge of capacitor 19 by driving and controlling buck-boost converter 100 as a buck-boost control unit. Take control.
  • controller 30 controls buck-boost converter 100 based on the charge state of capacitor 19, the operation state of motor generator 12 (assist operation or power generation operation), and the operation state of power motor 21 for turning (power running operation or regenerative operation). Switching control of the step-up operation and the step-down operation, thereby performing charge / discharge control of the capacitor 19.
  • the switching control of the step-up operation and the step-down operation of the step-up / step-down converter 100 is performed based on the DC bus voltage value detected by the DC bus voltage detection unit 111, the capacitor voltage value detected by the capacitor voltage detection unit 112, and the capacitor current detection unit 113. On the basis of the capacitor current value detected by the DC bus voltage detection unit 111, the capacitor voltage value detected by the capacitor voltage detection unit 112, and the capacitor current detection unit 113. On the basis of the capacitor current value detected by
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the storage system stop process, and the controller 30 repeatedly executes the storage system stop process at a predetermined cycle.
  • the "abnormality" of the storage system 120 may include all situations where an event to stop the flow of power in and out of the capacitor 19 has occurred.
  • controller 30 determines whether or not storage system 120 is abnormal (step S1). In the present embodiment, controller 30 determines whether or not storage system 120 is abnormal based on the outputs of DC bus voltage detection unit 111, capacitor voltage detection unit 112, capacitor current detection unit 113, temperature sensor M2, temperature sensor M3 and the like. Determine if Specifically, controller 30 determines that storage system 120 is abnormal when the temperature of capacitor 19 becomes equal to or higher than a predetermined temperature, or when the temperature of buck-boost converter 100 becomes equal to or higher than a predetermined temperature. . In addition, controller 30 indicates that storage system 120 is abnormal when the capacitor voltage value deviates from the predetermined range, the capacitor current value deviates from the predetermined range, or the DC bus voltage value deviates from the predetermined range.
  • controller 30 determines that storage system 120 is abnormal when abnormality in DC bus voltage detection unit 111, capacitor voltage detection unit 112, capacitor current detection unit 113, temperature sensor M2, temperature sensor M3, etc. is detected. May be Further, when the controller 30 detects the deterioration of the capacitor 19 based on the measurement result of the internal resistance of the capacitor 19, the controller 30 may determine that the storage system 120 is abnormal.
  • controller 30 stops storage system 120 (step S2).
  • the controller 30 outputs a control signal (cutoff signal) to the changeover switch M4 to cut off between the capacitor 19 and the buck-boost converter 100.
  • controller 30 sets the value of the storage system state flag in the internal memory to “1” (stop state).
  • the storage system state flag is a flag for storing the state of the storage system 120, and “0” (operating state) is set as an initial value. Then, the controller 30 stops the operation of the buck-boost converter 100. Controller 30 may stop power storage system 120 simply by stopping operation of buck-boost converter 100.
  • controller 30 ends the current storage system stop process without stopping storage system 120. In addition, even when storage system 120 has already been stopped, controller 30 ends the current storage system stop process without restarting the operation of storage system 120.
  • Step S3 indicated by a broken line indicates that the process of restarting the operation of the storage system 120 is a process that can be omitted.
  • controller 30 outputs a control signal (conduction signal) to changeover switch M 4 to cause capacitor 19 and buck-boost converter 100 to conduct.
  • the controller 30 sets the value of the storage system state flag in the internal memory to "0" (operating state). Then, the controller 30 resumes the operation of the buck-boost converter 100.
  • the controller 30 resumes the operation of the storage system 120 by resuming the operation of the buck-boost converter 100.
  • controller 30 stops storage system 120 when storage system 120 is determined to be abnormal.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the turning control switching process, and the controller 30 executes the turning control switching process when the turning operation is performed.
  • controller 30 determines whether storage system 120 is in the stop state (step S11). In the present embodiment, the controller 30 determines whether or not the storage system 120 is in the stopped state with reference to the storage system state flag in the internal memory.
  • controller 30 adopts turn control during storage system stop as the content of turn control (step S12).
  • the controller 30 adopts the turning control at the time of storage system stop. The details of the turning control during storage system stop will be described later.
  • controller 30 adopts normal-time turning control as the content of turning control (step S13).
  • the controller 30 when the value of the storage system state flag is “0” (operating state), the controller 30 adopts the normal-time turning control.
  • the controller 30 charges and discharges the capacitor 19 so that the capacitor 19 can maintain a predetermined charge rate (SOC).
  • SOC charge rate
  • controller 30 generates electric power generated by motor generator 12 for purposes other than charging capacitor 19 even if capacitor 19 receives regenerative power from various electric loads such as turning motor 21 or the like.
  • an appropriate level eg, 70%
  • the SOC of the capacitor 19 is calculated based on the capacitor voltage value detected by the capacitor voltage detection unit 112.
  • the SOC of the capacitor 19 may be derived by measuring the internal resistance of the capacitor 19 or may be derived using any other known method.
  • controller 30 determines whether power storage system 120 is in the stopped state (YES in step S11), controller 30 determines whether the posture of the shovel is in the unstable state (step S14), and stores the power. It may be determined whether or not to adopt rotation control at system stop.
  • the controller 30 determines that the posture of the shovel is in an unstable state when it is detected that the shovel is positioned on a slope based on the output of the inclination sensor M1.
  • the turning speed calculated based on the output of the resolver 22 is equal to or more than a predetermined value, it may be determined that the posture of the shovel is in an unstable state.
  • the working radius of the shovel the distance between the turning center and the bucket 6
  • the weight of soil or the like in the bucket 6 calculated from the boom cylinder pressure is equal to or more than a predetermined value, it may be determined that the posture of the shovel is in the unstable state.
  • the boom angle, the arm angle, the bucket angle, the boom cylinder pressure and the like are detected using known sensors.
  • step S14 the controller 30 adopts turning control at the time of storage system stop (step S12).
  • the controller 30 stops the swing of the upper swing body 3 (step S15). Specifically, while turning, the controller 30 operates the mechanical brake 23 to stop the turning of the upper swing body 3 even when the turning operation is performed. Alternatively, the controller 30 does not operate the motor generator 12 and the electric motor 21 for turning even if the turning operation is performed unless the vehicle is turning, and the turning of the upper swing body 3 is not started. Also, the controller 30 may stop the engine 11 to completely stop the shovel.
  • step S14 and step S15 shown with a broken line represent that the process which determines whether the attitude
  • controller 30 switches the content of swing control in accordance with the state of power storage system 120.
  • the controller 30 causes the motor generator 12 to function as a generator using the driving force of the engine 11. Then, the turning motor 21 is driven only by the electric power generated by the motor generator 12.
  • the controller 30 may limit the speed command, the swing torque, and the like (hereinafter, referred to as “swing torque and the like”) so that the swing speed does not exceed a predetermined value. This is to prevent the maximum value of the regenerated electric power generated by the turning motor 21 at the time of turning regeneration thereafter from exceeding the consumable power of the motor generator 12.
  • Consumable power is power that can be received by the motor generator 12 that functions as a motor that assists the engine 11. The larger the load on the engine 11, the larger the consumable power. For example, when the hydraulic actuator is operated, since the hydraulic load of the engine 11 is large, the consumable power becomes large.
  • the controller 30 may reduce the operating speed of the hydraulic actuator in accordance with the reduction of the maximum swing speed. It is for adjusting to the operation feeling which an operator desires. Specifically, the controller 30 controls a regulator (not shown) that adjusts the swash plate tilt angle of the main pump 14 according to the decrease in the maximum swing speed to reduce the discharge amount of the main pump 14.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the process, and the controller 30 repeatedly executes this process at a predetermined control cycle when the turning motor 21 is in the regenerative operation state.
  • the controller 30 limits the braking torque according to the posture of the shovel when the turning motor 21 is operated in a regenerative operation when the storage system 120 is stopped. It is for preventing that the shovel in an unstable state loses balance by the reaction by the inertia of the upper revolving superstructure 3 generated when the upper revolving superstructure 3 being turned is stopped.
  • the braking torque is basically a braking torque generated by the turning electric motor 21 by the regenerative operation, but may include a braking torque by the mechanical brake 23.
  • the controller 30 causes the motor generator 12 to consume the regenerative power generated by the turning motor 21 (step S61).
  • the motor generator 12 is forced to function as a motor regardless of whether the engine 11 requires an assist output.
  • the controller 30 limits the regenerative power (step S62). For example, the controller 30 suppresses the excitation current of the turning motor 21 to reduce the regenerative power generated by the turning motor 21. In this case, the controller 30 reduces the assist output of the motor generator 12 according to the reduction of the regenerative power.
  • the braking torque generated by the turning motor 21 is limited to less than a predetermined braking torque to prevent the reaction due to the inertia of the upper swing body 3 which occurs when the upper swing body 3 being turned is stopped becoming excessively large. It is for.
  • the controller 30 may limit the braking torque generated by the mechanical brake 23 by intermittently operating the mechanical brake 23.
  • controller 30 may consume the excess as heat. Specifically, controller 30 determines whether the regenerative power exceeds the consumable power based on the output of a current detection unit (not shown) that detects the current flowing through inverter 20 (step S63). Then, when it is determined that the regenerative power exceeds the consumable power (YES in step S63), the controller 30 operates the heat consuming unit 40 to consume the excess as heat (step S64). This is for reliably consuming all of the regenerative electric power generated by the turning motor 21 to generate a desired braking force.
  • Steps S63 and S64 indicated by broken lines indicate that the process of determining whether the regenerative power exceeds the consumable power and the process of consuming the excess as heat may be omitted.
  • the controller 30 supplies the generated electric power of the motor generator 12 functioning as a generator to the turning motor 21 when the turning motor 21 is in the powering operation.
  • the regenerative electric power of the turning electric motor 21 is supplied to the motor generator 12 functioning as an electric motor. Therefore, even when power storage system 120 is stopped, the electric turning system can be appropriately driven. As a result, even when the storage system 120 is abnormal due to an unstable posture and the electric swing system is stopped, the shovel is shifted to a stable posture by permitting the driving of the electric rotation system thereafter. It can be done.
  • the shovel which concerns on the Example of this invention may have the heat-consumption part 40 which consumes the regenerated electric power of the electric motor 21 for rotation as a heat
  • the regenerative power is larger than the consumable power of the motor generator 12, all of the regenerative power can be reliably consumed, and the upper swing body 3 can be stopped at a desired braking torque.
  • the controller 30 limits the turning torque and the like when the turning motor 21 is in the power running operation, and when the turning motor 21 is subsequently regenerated, the turning motor 21 is operated. May limit the regenerative power generated by In this case, the regenerative power can be prevented from becoming larger than the consumable power of the motor generator 12, so that all of the regenerative power can be reliably consumed by the motor generator 12, and the upper swing body 3 is stopped at a desired braking torque. It can be done.
  • controller 30 is a case where storage system 120 is stopped, and when combined operation including a turning operation and an operation of a hydraulic actuator is performed, the turning torque or the like at the time of powering operation of turning motor 21.
  • the movement of the hydraulic actuator may be restricted according to the restriction.
  • the operating speed of the hydraulic actuator can be reduced in accordance with the reduction of the maximum turning speed, and the feeling of operation desired by the operator can be realized.
  • the controller 30 may limit the braking torque when the posture of the shovel is in an unstable state when the turning electric motor 21 is in the regenerative operation. In this case, it is possible to prevent the shovel from losing balance due to the reaction due to the inertia of the upper swing body 3 generated when the upper swing body 3 being turned is stopped.
  • heat consuming unit 40a electrical resistance unit 40b ... flow control valve 100 ... buck-boost converter 110 ... DC bus 111 ... DC bus voltage detection unit 112 ; capacitor voltage detection unit 113 ... capacitor current detection unit 120 ... storage system M1 ... inclination sensor M2 ... temperature sensor M3 ... temperature sensor M4 ⁇ Selector switch

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Abstract

本発明の実施例に係るショベルは、エンジン（１１）と、エンジン（１１）の駆動力を利用する発電機として機能し、且つ、エンジン（１１）をアシスト可能な電動機として機能する電動発電機（１２）と、蓄電系（１２０）と、旋回用電動機（２１）と、電動発電機（１２）、蓄電系（１２０）、及び旋回用電動機（２１）を接続するＤＣバス（１１０）と、電動発電機（１２）、蓄電系（１２０）、及び旋回用電動機（２１）の動きを制御するコントローラ（３０）とを有する。コントローラ（３０）は、蓄電系（１２０）を停止させた場合、旋回用電動機（２１）を力行運転させるときに、発電機として機能する電動発電機（１２）の発電電力を旋回用電動機（２１）に供給し、旋回用電動機（２１）を回生運転させるときに、旋回用電動機（２１）の回生電力を電動機として機能する電動発電機（１２）に供給する。

Description

ショベル
　本発明は、蓄電器に蓄積された電力によって駆動される旋回用電動機を含むショベルに関する。
　蓄電系の異常が検出された場合に蓄電系の出力を抑えてエンジンの出力を高めることで電動旋回系の駆動を継続させるショベルが知られている（特許文献１参照。）。
特開２０１０－２４２４４４号公報
　しかしながら、特許文献１は蓄電系に重度の故障が発生して蓄電系を停止させる必要がある場合については言及していない。蓄電系を停止させた場合、ショベルは、エンジンで電動旋回系を駆動させることができたとしても、電動旋回系による回生電力を蓄電系が吸収できないため電動旋回系を電気的に制動できない。そのため、ショベルは電動旋回系を機械的に停止させた状態で維持する必要がある。ところが、傾斜地においてショベルが不安定な姿勢にある場合に、電動旋回系を機械的に停止させるとむしろ安全面で好ましくない場合がある。
　上述に鑑み、蓄電系を停止させた場合であっても安全性を確保できるショベルの提供が望まれる。
　本発明の一実施形態によるショベルは、エンジンと、前記エンジンの駆動力を利用する発電機として機能し、且つ、前記エンジンをアシスト可能な電動機として機能する電動発電機と、蓄電系と、旋回用電動機と、前記電動発電機、前記蓄電系、及び前記旋回用電動機を接続するバスラインと、前記電動発電機、前記蓄電系、及び前記旋回用電動機の動きを制御する制御装置と、を有するショベルであって、前記制御装置は、前記蓄電系を停止させた場合、前記旋回用電動機を力行運転させるときに、発電機として機能する前記電動発電機の発電電力を前記旋回用電動機に供給し、前記旋回用電動機を回生運転させるときに、前記旋回用電動機の回生電力を電動機として機能する前記電動発電機に供給する。
　上述の手段により、蓄電系を停止させた場合であっても電動旋回系を適切に駆動できるショベルが提供される。
ハイブリッド式ショベルの側面図である。 図１のハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の構成を示すブロック図である。 蓄電系停止処理の流れを示すフローチャートである。 旋回制御切り替え処理の流れを示すフローチャートである。 蓄電系停止時旋回制御における旋回回生処理の流れを示すフローチャートである。
　図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。
　ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
　図２は、本発明の実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。
　機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、可変容量型油圧ポンプとしてのメインポンプ１４と、固定容量型油圧ポンプとしてのパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
　コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。なお、油圧系は、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、メインポンプ１４、コントロールバルブ１７を含む。
　電動発電機１２には、電動発電機制御部としてのインバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。また、蓄電系１２０には、電動発電機制御部としてのインバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続される。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系としての電動旋回系が構成される。
　操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
　傾斜センサＭ１は、ハイブリッド式ショベルが傾斜地に位置することを検出する傾斜地検出部の一例である。本実施例では、傾斜センサＭ１は、上部旋回体３に搭載される加速度センサであり、上部旋回体３の傾斜角を検出してコントローラ３０にその検出値を出力する。
　熱消費部４０は、旋回停止時に旋回用電動機２１が生成する回生電力を熱として消費するための機能要素である。本実施例では、熱消費部４０は、電気抵抗部４０ａ及び流量制御弁４０ｂを含む。なお、電気抵抗部４０ａ及び流量制御弁４０ｂの一方は省略されてもよい。
　電気抵抗部４０ａは、切り替えスイッチ及び電気抵抗を含む。切り替えスイッチは、コントローラ３０からの制御信号に応じてインバータ２０と電気抵抗との間の導通・遮断を切り替えるスイッチである。そして、電気抵抗部４０ａは、コントローラ３０からの制御信号に応じてインバータ２０と電気抵抗とを導通させ、旋回停止時に旋回用電動機２１が生成する回生電力を直流電力として電気抵抗に受け入れる。電気抵抗は、回生電力を受け入れて熱を発生させる。このように、電気抵抗部４０ａは、回生電力を熱として消費できるようにすることで、旋回用電動機２１が生成する回生電力を確実に消費できるようにする。
　流量制御弁４０ｂは、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制御可能な弁である。流量制御弁４０ｂは、コントローラ３０からの制御信号に応じてメインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制限してメインポンプ１４の吐出圧ひいては吸収馬力を増大させる。流量制御弁４０ｂは、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制限することで圧力損失を生じさせて熱を発生させる。また、メインポンプ１４の吸収馬力の増大は、エンジン１１の油圧負荷の増大をもたらし、エンジン１１が受け入れ可能な電動発電機１２によるアシストトルクの増大をもたらす。そして、エンジン１１が受け入れ可能なアシストトルクの増大は、電動発電機１２が消費可能な回生電力量の増大をもたらし、ひいては、旋回用電動機２１が生成可能な回生電力量の増大をもたらす。このように、流量制御弁４０ｂは、回生電力を間接的に熱として消費できるようにすることで、旋回用電動機２１が生成する回生電力を確実に消費できるようにする。一方で、エンジン１１の目標回転数を低い状態に維持するようにしてもよい。エンジン１１の運動エネルギを低い状態に維持することで受け入れ可能な回生電力は増加する。
　図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００と、バスラインとしてのＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
　また、キャパシタ１９には、キャパシタ１９の温度を検出するための温度検出部としての温度センサＭ２が設けられている。また、昇降圧コンバータ１００にも、昇降圧コンバータ１００の温度を検出するための温度検出部としての温度センサＭ３が設けられている。なお、温度センサＭ２及び温度センサＭ３は、例えばサーミスタで構成され、各検出値をコントローラ３０に対して出力する。また、キャパシタ１９の温度は、キャパシタ１９の冷却に用いられる冷却水の温度を検出することで間接的に検出されてもよい。
　昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
　また、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間には切り替えスイッチＭ４が設けられている。切り替えスイッチＭ４は、コントローラ３０からの制御信号に応じてキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間の導通・遮断を切り替えるスイッチである。
　コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより各種機能が実現される。
　また、コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
　また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（アシスト運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。
　この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
　アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ２０を介して旋回用電動機２１に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ１８を介して電動発電機１２に供給される。また、キャパシタ１９に蓄積された電力は、昇降圧コンバータ１００及びＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１の少なくとも一方に供給される。
　次に、図４を参照し、蓄電系１２０で異常が発生した場合に、コントローラ３０が蓄電系１２０を停止させる処理（以下、「蓄電系停止処理」とする。）について説明する。なお、図４は、蓄電系停止処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの蓄電系停止処理を実行する。また、蓄電系１２０の「異常」は、キャパシタ１９における電力の流出入を停止すべき事象が生じた状況の全てを含み得る。
　最初に、コントローラ３０は、蓄電系１２０が異常であるか否かを判定する（ステップＳ１）。本実施例では、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧検出部１１１、キャパシタ電圧検出部１１２、キャパシタ電流検出部１１３、温度センサＭ２、温度センサＭ３等の出力に基づいて蓄電系１２０が異常であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９の温度が所定温度以上となった場合、或いは、昇降圧コンバータ１００の温度が所定温度以上となった場合に、蓄電系１２０が異常であると判定する。また、コントローラ３０は、キャパシタ電圧値が所定範囲から逸脱した場合、キャパシタ電流値が所定範囲から逸脱した場合、或いは、ＤＣバス電圧値が所定範囲から逸脱した場合に、蓄電系１２０が異常であると判定する。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９におけるキャパシタセルの状態を制御・管理するバッテリ・マネジメント・ユニットの故障を検知した場合、或いは、バッテリ・マネジメント・ユニットがキャパシタセルの異常（キャパシタセルの過充電、過放電、キャパシタセルの容量計測結果に基づくキャパシタセルの劣化等）を検知した場合に蓄電系１２０が異常であると判定してもよい。また、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧検出部１１１、キャパシタ電圧検出部１１２、キャパシタ電流検出部１１３、温度センサＭ２、温度センサＭ３等の異常を検知した場合に蓄電系１２０が異常であると判定してもよい。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９の内部抵抗の計測結果に基づいてキャパシタ１９の劣化を検知した場合に蓄電系１２０が異常であると判定してもよい。
　蓄電系１２０が異常であると判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させる（ステップＳ２）。本実施例では、コントローラ３０は、切り替えスイッチＭ４に制御信号（遮断信号）を出力してキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間を遮断する。また、コントローラ３０は、内部メモリにある蓄電系状態フラグの値を「１」（停止状態）にする。蓄電系状態フラグは、蓄電系１２０の状態を記憶するフラグであり、初期値として「０」（作動状態）が設定される。そして、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を停止させる。なお、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を停止させるだけで蓄電系１２０を停止させてもよい。
　一方、蓄電系１２０が異常でないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させることなく、今回の蓄電系停止処理を終了させる。また、コントローラ３０は、既に蓄電系１２０を停止させていた場合であっても蓄電系１２０の作動を再開させることなく今回の蓄電系停止処理を終了させる。
　但し、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた後で蓄電系１２０が異常でないと判定した場合には、蓄電系１２０の作動を再開させてもよい（ステップＳ３）。破線で示すステップＳ３は、蓄電系１２０の作動を再開させる処理が省略可能な処理であることを表す。具体的には、コントローラ３０は、切り替えスイッチＭ４に制御信号（導通信号）を出力してキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間を導通させる。また、コントローラ３０は、内部メモリにある蓄電系状態フラグの値を「０」（作動状態）にする。そして、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を再開させる。なお、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を停止させるだけで蓄電系１２０を停止させていた場合には、昇降圧コンバータ１００の作動を再開させることで蓄電系１２０の作動を再開させる。
　このようにして、コントローラ３０は、蓄電系１２０が異常であると判定した場合に、蓄電系１２０を停止させる。
　次に、図５を参照し、旋回操作が行われた場合に、蓄電系１２０の状態に応じてコントローラ３０が旋回制御の内容を切り替える処理（以下、「旋回制御切り替え処理」とする。）について説明する。なお、図５は、旋回制御切り替え処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回操作が行われた場合にこの旋回制御切り替え処理を実行する。
　最初に、コントローラ３０は、蓄電系１２０が停止状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、コントローラ３０は、内部メモリにある蓄電系状態フラグを参照して蓄電系１２０が停止状態にあるか否かを判定する。
　蓄電系１２０が停止状態にあると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、旋回制御の内容として蓄電系停止時旋回制御を採用する（ステップＳ１２）。本実施例では、蓄電系状態フラグの値が「１」（停止状態）の場合、コントローラ３０は、蓄電系停止時旋回制御を採用する。なお、蓄電系停止時旋回制御の詳細については後述する。
　一方、蓄電系１２０が停止状態にないと判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、コントローラ３０は、旋回制御の内容として通常時旋回制御を採用する（ステップＳ１３）。本実施例では、蓄電系状態フラグの値が「０」（作動状態）の場合、コントローラ３０は、通常時旋回制御を採用する。通常時旋回制御では、コントローラ３０は、キャパシタ１９が所定の充電率（ＳＯＣ）を維持できるようにキャパシタ１９を充放電させる。具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９が旋回用電動機２１等の各種電気負荷から回生電力を受け入れたとしても、或いは、キャパシタ１９の充電以外の目的で電動発電機１２が行う発電による発電電力を受け入れたとしても過充電とならないよう、キャパシタ１９のＳＯＣを適切なレベル（例えば７０％）に維持する。
　なお、本実施例では、キャパシタ１９のＳＯＣは、キャパシタ電圧検出部１１２が検出するキャパシタ電圧値に基づいて算出される。但し、キャパシタ１９のＳＯＣは、キャパシタ１９の内部抵抗を計測することによって導き出されてもよく、他の任意の公知の方法を用いて導き出されてよい。
　また、コントローラ３０は、蓄電系１２０が停止状態にあると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、ショベルの姿勢が不安定状態にあるか否かを判定し（ステップＳ１４）、その上で、蓄電系停止時旋回制御を採用するか否かを決定してもよい。
　例えば、コントローラ３０は、傾斜センサＭ１の出力に基づいてショベルが傾斜地に位置することを検出した場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定する。或いは、レゾルバ２２の出力に基づいて算出される旋回速度が所定値以上の場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定してもよい。或いは、ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度から算出されるショベルの作業半径（旋回中心とバケット６との距離）が所定値以上の場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定してもよい。或いは、ブームシリンダ圧から算出されるバケット６内の土砂等の重量が所定値以上の場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定してもよい。なお、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、ブームシリンダ圧等は公知のセンサを用いて検出される。
　ショベルの姿勢が不安定状態にあると判定した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、コントローラ３０は、蓄電系停止時旋回制御を採用する（ステップＳ１２）。
　一方、ショベルの姿勢が不安定状態にないと判定した場合（ステップＳ１４のＮＯ）、コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回を停止させる（ステップＳ１５）。具体的には、コントローラ３０は、旋回中であれば、旋回操作が行われている場合であってもメカニカルブレーキ２３を作動させて上部旋回体３の旋回を停止させる。或いは、コントローラ３０は、旋回中でなければ、旋回操作が行われた場合であっても電動発電機１２及び旋回用電動機２１を動作させず、上部旋回体３の旋回を開始させないようにする。また、コントローラ３０は、エンジン１１を停止させてショベルを完全に停止させてもよい。
　なお、破線で示すステップＳ１４及びステップＳ１５は、ショベルの姿勢が不安定状態にあるか否かを判定する処理、及び、旋回を停止させる処理が省略可能な処理であることを表す。
　このようにして、コントローラ３０は、蓄電系１２０の状態に応じて旋回制御の内容を切り替える。
　次に蓄電系停止時旋回制御の詳細について説明する。蓄電系停止時旋回制御において旋回用電動機２１が力行運転状態のとき、コントローラ３０は、エンジン１１の駆動力を利用して電動発電機１２を発電機として機能させる。そして、電動発電機１２が発電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる。
　なお、コントローラ３０は、旋回速度が所定値を超えないよう速度指令、旋回トルク等（以下、「旋回トルク等」とする。）を制限してもよい。その後の旋回回生時に旋回用電動機２１が生成する回生電力の最大値が、電動発電機１２の消費可能電力を上回らないようにするためである。なお、消費可能電力は、エンジン１１をアシストする電動機として機能する電動発電機１２が受け入れ可能な電力であり、エンジン１１の負荷が大きい程大きい。例えば、油圧アクチュエータが操作されている場合にはエンジン１１の油圧負荷が大きいため、消費可能電力は大きくなる。
　旋回トルク等を制限すると、上部旋回体３の最大旋回速度は低下する。このとき、油圧アクチュエータの操作が行われている場合、コントローラ３０は、最大旋回速度の低下に応じて油圧アクチュエータの動作速度を低下させてもよい。操作者が望む操作感に合わせるためである。具体的には、コントローラ３０は、最大旋回速度の低下に応じ、メインポンプ１４の斜板傾転角を調整するレギュレータ（図示せず。）を制御してメインポンプ１４の吐出量を低減させる。
　次に、図６を参照し、蓄電系停止時旋回制御において、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合にコントローラ３０が旋回用電動機２１の回生電力を制御する処理について説明する。なお、図６は、その処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に、所定の制御周期で繰り返しこの処理を実行する。
　概略的には、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合に旋回用電動機２１を回生運転させるときにはショベルの姿勢に応じて制動トルクを制限する。旋回中の上部旋回体３を停止させたときに生じる上部旋回体３の慣性による反動によって不安定な状態にあるショベルがバランスを崩してしまうのを防止するためである。なお、制動トルクは、基本的に旋回用電動機２１が回生運転によって発生させる制動トルクであるが、メカニカルブレーキ２３による制動トルクを含んでいてもよい。
　最初に、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が生成する回生電力を電動発電機１２で消費させる（ステップＳ６１）。例えば、エンジン１１がアシスト出力を必要としているか否かにかかわらず、電動発電機１２を強制的に電動機として機能させる。
　また、コントローラ３０は、ショベルの姿勢が不安定状態にある場合には回生電力を制限する（ステップＳ６２）。例えば、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の励磁電流を抑制して旋回用電動機２１が生成する回生電力を小さくする。この場合、コントローラ３０は回生電力の低減に応じて電動発電機１２のアシスト出力を低減させる。旋回用電動機２１が発生させる制動トルクを所定の制動トルク未満に制限し、旋回中の上部旋回体３を停止させたときに生じる上部旋回体３の慣性による反動が過度に大きくなるのを防止するためである。また、メカニカルブレーキ２３を併用する場合、コントローラ３０は、メカニカルブレーキ２３を断続的に作動させることによってメカニカルブレーキ２３が発生させる制動トルクを制限してもよい。
　なお、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の回生電力が、電動発電機１２の消費可能電力を上回る場合、その超過分を熱として消費させてもよい。具体的には、コントローラ３０は、インバータ２０を流れる電流を検出する電流検出部（図示せず。）の出力に基づいて回生電力が消費可能電力を上回るか否かを判定する（ステップＳ６３）。そして、回生電力が消費可能電力を上回ると判定した場合（ステップＳ６３のＹＥＳ）、コントローラ３０は、熱消費部４０を作動させてその超過分を熱として消費させる（ステップＳ６４）。旋回用電動機２１が生成する回生電力の全てを確実に消費させて所望の制動力を発生させるためである。
　なお、破線で示すステップＳ６３及びステップＳ６４は、回生電力が消費可能電力を上回るか否かを判定する処理、及び、超過分を熱として消費させる処理が省略可能な処理であることを表す。旋回力行時に旋回トルク等を制限して旋回動作を制限することで、旋回回生時に回生電力が消費可能電力を上回るのを防止できるためである。
　以上の構成により、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合、旋回用電動機２１を力行運転させるときには、発電機として機能する電動発電機１２の発電電力を旋回用電動機２１に供給する。また、蓄電系１２０を停止させた場合、旋回用電動機２１を回生運転させるときには、旋回用電動機２１の回生電力を電動機として機能する電動発電機１２に供給する。そのため、蓄電系１２０を停止させた場合であっても電動旋回系を適切に駆動できる。その結果、不安定な姿勢のショベルで蓄電系１２０の異常が発生して電動旋回系を停止させたときであっても、その後の電動旋回系の駆動を許可することでショベルを安定姿勢に移行させることができる。
　また、本発明の実施例に係るショベルは、旋回用電動機２１の回生電力を熱として消費する熱消費部４０を有していてもよい。この場合、回生電力が電動発電機１２の消費可能電力より大きい場合であっても回生電力の全てを確実に消費でき、上部旋回体３を所望の制動トルクで停止させることができる。
　また、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合、旋回用電動機２１を力行運転させるときの旋回トルク等を制限することで、その後に旋回用電動機２１を回生運転させるときに旋回用電動機２１が生成する回生電力を制限してもよい。この場合、回生電力が電動発電機１２の消費可能電力より大きくなるのを防止でき、回生電力の全てを電動発電機１２で確実に消費できるようにし、上部旋回体３を所望の制動トルクで停止させることができる。
　また、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合であって、旋回操作と油圧アクチュエータの操作とを含む複合操作が行われた場合、旋回用電動機２１を力行運転させるときの旋回トルク等の制限に応じて油圧アクチュエータの動きを制限してもよい。この場合、最大旋回速度の低下に合わせて油圧アクチュエータの動作速度を低下させることができ、操作者が望む操作感を実現できる。
　また、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合に旋回用電動機２１を回生運転させるとき、ショベルの姿勢が不安定状態にある場合には、制動トルクを制限してもよい。この場合、旋回中の上部旋回体３を停止させたときに生じる上部旋回体３の慣性による反動によってショベルがバランスを崩してしまうのを防止できる。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
　また、本願は、２０１４年３月３１日に出願した日本国特許出願２０１４－０７４５２１号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
　１・・・下部走行体　１Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ　２・・・旋回機構　３・・・上部旋回体　４・・・ブーム　５・・・アーム　６・・・バケット　７・・・ブームシリンダ　８・・・アームシリンダ　９・・・バケットシリンダ　１０・・・キャビン　１１・・・エンジン　１２・・・電動発電機　１３・・・変速機　１４・・・メインポンプ　１５・・・パイロットポンプ　１６・・・高圧油圧ライン　１７・・・コントロールバルブ　１８、２０・・・インバータ　１９・・・キャパシタ　２１・・・旋回用電動機　２２・・・レゾルバ　２３・・・メカニカルブレーキ　２４・・・旋回変速機　２５・・・パイロットライン　２６・・・操作装置　２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー　２６Ｃ・・・ペダル　２７・・・油圧ライン　２８・・・油圧ライン　２９・・・圧力センサ　３０・・・コントローラ　４０・・・熱消費部　４０ａ・・・電気抵抗部　４０ｂ・・・流量制御弁　１００・・・昇降圧コンバータ　１１０・・・ＤＣバス　１１１・・・ＤＣバス電圧検出部　１１２・・・キャパシタ電圧検出部　１１３・・・キャパシタ電流検出部　１２０・・・蓄電系　Ｍ１・・・傾斜センサ　Ｍ２・・・温度センサ　Ｍ３・・・温度センサ　Ｍ４・・・切り替えスイッチ

Claims (6)

  1. 　エンジンと、
    　前記エンジンの駆動力を利用する発電機として機能し、且つ、前記エンジンをアシスト可能な電動機として機能する電動発電機と、
    　蓄電系と、
    　旋回用電動機と、
    　前記電動発電機、前記蓄電系、及び前記旋回用電動機を接続するバスラインと、
    　前記電動発電機、前記蓄電系、及び前記旋回用電動機の動きを制御する制御装置と、を有するショベルであって、
    　前記制御装置は、前記蓄電系を停止させた場合、前記旋回用電動機を力行運転させるときに、発電機として機能する前記電動発電機の発電電力を前記旋回用電動機に供給し、前記旋回用電動機を回生運転させるときに、前記旋回用電動機の回生電力を電動機として機能する前記電動発電機に供給する、
    　ショベル。
  2. 　前記旋回用電動機の回生電力を熱として消費する熱消費部を有する、
    　請求項１に記載のショベル。
  3. 　前記制御装置は、前記蓄電系を停止させた場合、前記旋回用電動機を力行運転させるときの旋回トルクを制限することで、前記旋回用電動機を回生運転させるときに前記旋回用電動機が生成する回生電力を制限する、
    　請求項１に記載のショベル。
  4. 　前記制御装置は、前記蓄電系を停止させた場合であって、旋回操作と油圧アクチュエータの操作とを含む複合操作が行われた場合、前記旋回用電動機を力行運転させるときの前記旋回トルクの制限に応じて前記油圧アクチュエータの動きを制限する、
    　請求項３に記載のショベル。
  5. 　前記ショベルが傾斜地に位置することを検出する傾斜地検出部を有し、
    　前記制御装置は、前記ショベルが傾斜地に位置することが検出され、且つ、前記蓄電系を停止させた場合、前記旋回用電動機を力行運転させるときに、発電機として機能する前記電動発電機の発電電力を前記旋回用電動機に供給し、前記旋回用電動機を回生運転させるときに、前記旋回用電動機の回生電力を電動機として機能する前記電動発電機に供給する、
    　請求項１に記載のショベル。
  6. 　前記制御装置は、前記蓄電系を停止させた場合に前記旋回用電動機を回生運転させるとき、ショベルの姿勢に応じて制動トルクを制限する、
    　請求項１に記載のショベル。
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