(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記電動モータの内部温度を検出する温度センサと、前記第１のインバータの内部温度を検出する温度センサと、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電動モータと前記蓄電デバイスと前記第１のインバータとを備えた第１電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記各温度センサからの検出値が予め設定している制限規定値以内になるように前記油圧モータの回転数を制限するために前記原動機の回転数を制限制御する監視制御手段とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記電動モータの出力電流を検出する電流センサと、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電動モータと前記蓄電デバイスと前記第１のインバータとを備えた第１電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記電流センサからの検出値が予め設定している制限規定値を超えたときに前記油圧モータを停止させるために前記原動機を停止する監視制御手段とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記原動機により駆動されるアシスト発電モータと、前記電動モータと前記アシスト発電モータとに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記蓄電デバイスと前記アシスト発電モータとの間の電力授受を行う第２のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記アシスト発電モータの内部温度を検出する温度センサと、前記第２のインバータの内部温度を検出する温度センサと、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記アシスト発電モータと前記蓄電デバイスと前記第２のインバータとを備えた第２電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記各温度センサからの検出値が予め設定している制限規定値以内になるように前記原動機の回転数を制限制御する監視制御手段とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記原動機により駆動されるアシスト発電モータと、前記電動モータと前記アシスト発電モータとに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記蓄電デバイスと前記アシスト発電モータとの間の電力授受を行う第２のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記アシスト発電モータの出力電流を検出する電流センサと、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記アシスト発電モータと前記蓄電デバイスと前記第２のインバータとを備えた第２電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記電流センサからの検出値が予め設定している制限規定値を超えたときに前記原動機を停止する監視制御手段とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記電動モータに一端が接続され、前記第１のインバータが接続される他端にコネクタを設けた第１のケーブルと、
前記第１のインバータと接続され前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１コネクタとを備え、
前記第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１コネクタから前記第１のケーブルのコネクタを取り外す
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項６】
請求項３又は４に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記電動モータに一端が接続され、前記第１のインバータが接続される他端にコネクタを設けた第１のケーブルと、
前記アシスト発電モータに一端が接続され、前記第２のインバータが接続される他端にコネクタを設けた第２のケーブルと、
前記第１のインバータと接続され前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１コネクタと、
前記第２のインバータと接続され前記第２のケーブルのコネクタが着脱可能な第２コネクタとを備え、
前記電動モータと前記蓄電デバイスと前記第１のインバータとを備えた第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１コネクタから前記第１のケーブルのコネクタを取り外し、
または、前記第２電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第２コネクタから前記第２のケーブルのコネクタを取り外す
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項７】
請求項５に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第１のインバータに設けられ、内部接続線を有せず前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１ダミーコネクタを備え、
前記第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１のケーブルのコネクタを前記第１ダミーコネクタに装着する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項８】
請求項６に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第１のインバータに設けられ、内部接続線を有せず前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１ダミーコネクタと、
前記第２のインバータに設けられ、内部接続線を有せず前記第２のケーブルのコネクタが着脱可能な第２ダミーコネクタとを備え、
前記第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１のケーブルのコネクタを前記第１ダミーコネクタに装着し、
または、前記第２電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第２のケーブルのコネクタを前記第２ダミーコネクタに装着する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項９】
請求項６又は８に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記監視制御手段は、前記第１のケーブルのコネクタと前記第２のケーブルのコネクタの両方が、その他のいずれのコネクタとも非装着の場合であっても、前記電動モータの内部温度と回転数を監視する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項１０】
請求項５又は７に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記監視制御手段は、前記第１のケーブルのコネクタが、その他のいずれのコネクタとも非装着の場合であっても、前記電動モータの内部温度と回転数を監視する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド式建設機械に係り、さらに詳しくは、油圧ショベル等の旋回体を有するハイブリッド式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータ及び蓄電デバイス（バッテリや電気二重層キャパシタ等）を用いることにより、油圧アクチュエータのみを用いた従来の建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った建設機械が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。
【０００５】
このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、電動モータの場合は電気エネルギとしての回生が見込めることから、省エネルギ化が図れる。
【０００６】
また、油圧モータと電動モータを両方搭載し、合計トルクにより旋回体を駆動する建設機械が提案されている（特許文献２及び特許文献３）。
【０００７】
特許文献２では、旋回体駆動用油圧モータに電動モータが直結され、操作レバーの操作量によってコントローラが電動モータに出力トルクを指令する油圧建設機械のエネルギ回生装置が開示されている。減速（制動）時においては、電動モータが旋回体の運動エネルギを回生し、電気エネルギとしてバッテリに蓄電する。
【０００８】
特許文献３では、電動モータ、インバータ、蓄電装置に温度センサを設置して、個々の温度を検出してあらかじめ設定された温度を超えたときは、電動モータに対するトルク指令の値を低減して電動機器類の発熱を抑え、電動モータの出力低下分を油圧モータへのトルク指令を増大させることで機械の必要出力を維持するハイブリッド型建設機械が開示されている。
【０００９】
特許文献２及び３の従来技術は、いずれも、旋回駆動用アクチュエータとして、電動モータと油圧モータを併用することによって、従来の油圧アクチュエータ駆動の建設機械に慣れたオペレータにも違和感なく操作できると共に、簡単かつ実用化が容易な構成で省エネルギ化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４３８１号公報
【特許文献３】特開２００９−５２３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、電動モータによって電気エネルギとして回生されるため、省エネルギの観点から効果的である。
【００１２】
しかし、電動モータは油圧モータとは異なる特性を持っているため、建設機械の旋回体の駆動に電動モータを用いると、以下のような問題を生じる。
（１）電動モータの速度フィードバック制御不良等によるハンチング（特に低速域、停止状態）。
（２）油圧モータとの特性の違いによる操作上の違和感。
（３）油圧モータ相当の出力を保証する電動モータを使用すると外形が大きくなりすぎる、あるいはコストが著しく高くなる。
【００１３】
特許文献２及び３記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、油圧モータと電動モータを両方搭載し、合計トルクにより旋回体を駆動することにより上記の問題を解決し、従来の油圧アクチュエータ駆動の建設機械に慣れたオペレータにも違和感なく操作できると共に、簡単かつ実用化が容易な構成で省エネルギ化を図っている。
【００１４】
また、特許文献３記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、電動モータ、インバータ、蓄電装置の温度を検出して、設定温度を超えたときは、電動機器類の発熱を抑えるために、電動モータの駆動トルクを減少させ油圧モータの駆動トルクを増大させている。この結果、旋回体を駆動するための全体トルクを維持できるので、オペレータは安心して運転作業を遂行することができる。
【００１５】
ところで、上述したハイブリッド式油圧ショベルにおいて、旋回体の駆動を油圧モータのみで実施する必要がある場合、電動モータはトルクを出力しない状態で強制的に回転させられている。このような状態において、ロータ部に永久磁石を用いた永久磁石型電動モータの場合には、ロータ部が回転させられると、発電作用により、電動モータ端子部に誘起電圧が生じる。
【００１６】
また、蓄電デバイスを充放電するアシスト発電モータを設けたハイブリッド式油圧ショベルの場合、原動機により回転させられるアシスト発電モータの端子部には、誘起電圧が生じる。
【００１７】
このような状態で建設機械を運転していて、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムに何らかの故障が生じた場合には、上述した誘起電圧が故障箇所により短絡され、不測の短絡電流が発生する虞がある。この結果、例えばインバータを構成するＩＧＢＴなどの素子が壊れたり、電動システムの一部が過熱して性能を落とす可能性がある。
【００１８】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、旋回体の駆動に電動モータを用いたハイブリッド式建設機械において、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムが故障して油圧モータ単独で旋回体を駆動する事態が発生した場合でも、電動システムから発生する不測の事故を防止することのできるハイブリッド式建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記電動モータの内部温度を検出する温度センサと、前記第１のインバータの内部温度を検出する温度センサと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電動モータと前記蓄電デバイスと前記第１のインバータとを備えた第１電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記各温度センサからの検出値が予め設定している制限規定値以内になるように前記油圧モータの回転数を制限するために前記原動機の回転数を制限制御する監視制御手段とを備えたものとする。
【００２０】
上記の目的を達成するために、第２の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記電動モータの出力電流を検出する電流センサと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電動モータと前記蓄電デバイスと前記第１のインバータとを備えた第１電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記電流センサからの検出値が予め設定している制限規定値を超えたときに前記油圧モータを停止させるために前記原動機を停止する監視制御手段とを備えたものとする。
【００２１】
上記の目的を達成するために、第３の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記原動機により駆動されるアシスト発電モータと、前記電動モータと前記アシスト発電モータとに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記蓄電デバイスと前記アシスト発電モータとの間の電力授受を行う第２のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記アシスト発電モータの内部温度を検出する温度センサと、前記第２のインバータの内部温度を検出する温度センサと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記アシスト発電モータと前記蓄電デバイスと前記第２のインバータとを備えた第２電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記各温度センサからの検出値が予め設定している制限規定値以内になるように前記原動機の回転数を制限制御する監視制御手段とを備えたものとする。
【００２２】
上記の目的を達成するために、第４の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記原動機により駆動されるアシスト発電モータと、前記電動モータと前記アシスト発電モータとに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記電動モータとの間の電力授受を行う第１のインバータと、前記蓄電デバイスと前記アシスト発電モータとの間の電力授受を行う第２のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記アシスト発電モータの出力電流を検出する電流センサと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記アシスト発電モータと前記蓄電デバイスと前記第２のインバータとを備えた第２電動システムに故障又は異常が発生した場合に前記油圧単独旋回モードに切り替える制御切替え手段と、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記電流センサからの検出値が予め設定している制限規定値を超えたときに前記原動機を停止する監視制御手段とを備えたものとする。
【００２３】
また、第５の発明は、第１又は第２の発明において、前記電動モータに一端が接続され、前記第１のインバータが接続される他端にコネクタを設けた第１のケーブルと、前記第１のインバータと接続され前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１コネクタとを備え、前記第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１コネクタから前記第１のケーブルのコネクタを取り外すことを特徴とする。
【００２４】
更に、第６の発明は、第３又は第４の発明において、前記電動モータに一端が接続され、前記第１のインバータが接続される他端にコネクタを設けた第１のケーブルと、前記アシスト発電モータに一端が接続され、前記第２のインバータが接続される他端にコネクタを設けた第２のケーブルと、前記第１のインバータと接続され前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１コネクタと、前記第２のインバータと接続され前記第２のケーブルのコネクタが着脱可能な第２コネクタとを備え、前記電動モータと前記蓄電デバイスと前記第１のインバータとを備えた第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１コネクタから前記第１のケーブルのコネクタを取り外し、または、前記第２電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第２コネクタから前記第２のケーブルのコネクタを取り外すことを特徴とする。
【００２５】
また、第７の発明は、第５の発明において、前記第１のインバータに設けられ、内部接続線を有せず前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１ダミーコネクタを備え、前記第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１のケーブルのコネクタを前記第１ダミーコネクタに装着することを特徴とする。
【００２６】
更に、第８の発明は、第６の発明において、前記第１のインバータに設けられ、内部接続線を有せず前記第１のケーブルのコネクタが着脱可能な第１ダミーコネクタと、前記第２のインバータに設けられ、内部接続線を有せず前記第２のケーブルのコネクタが着脱可能な第２ダミーコネクタとを備え、前記第１電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第１のケーブルのコネクタを前記第１ダミーコネクタに装着し、または、前記第２電動システムに故障又は異常が発生した場合には、前記第２のケーブルのコネクタを前記第２ダミーコネクタに装着することを特徴とする。
【００２７】
また、第９の発明は、第６又は８の発明のいずれかにおいて、前記監視制御手段は、前記第１のケーブルのコネクタと前記第２のケーブルのコネクタの両方が、その他のいずれのコネクタとも非装着の場合であっても、前記電動モータの内部温度と回転数を監視することを特徴とする。
更に、第１０の発明は、第５又は第７の発明のいずれかにおいて、前記監視制御手段は、前記第１のケーブルのコネクタが、その他のいずれのコネクタとも非装着の場合であっても、前記電動モータの内部温度と回転数を監視することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、旋回体の駆動に電動モータを用いたハイブリッド式建設機械において、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムが故障して油圧モータ単独で旋回体を駆動する場合であっても、電動システムの温度と電流を監視し得るので、電動システムから発生する不測の事故を防止することができる。また、電動システムが故障した後も、監視する電動システムの温度と電流が一定の範囲内であれば、旋回体を油圧モータ単独で駆動し続けられるので、オペレータは安心して長時間の作業を実施できる。この結果、ハイブリッド式建設機械の稼働効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプのトルク制御特性を示す特性図である。
【図６】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用スプールのメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す特性図である
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、上部旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧特性を示す特性図である
【図１３】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの異常処理シーケンス（油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回モードへの切替え）を示すフローチャート図である。
【図１４】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの異常処理シーケンス（油圧電動複合旋回モードへの復帰）を示すフローチャート図である。
【図１５】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その１）を示すフローチャート図である。
【図１６】図１５に示す監視シーケンスに適用する油圧モータの回転数と制限温度との関係の一例を示す特性図である。
【図１７】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その２）を示すフローチャート図である。
【図１８】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その３）を示すフローチャート図である。
【図１９】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その４）を示すフローチャート図である。
【図２０】本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２１】本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２２】本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２３】本発明のハイブリッド式建設機械の第５の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２４】本発明のハイブリッド式建設機械の第６の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２５】本発明のハイブリッド式建設機械の第７の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、本発明は旋回体を備えたクレーン車等、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【００３１】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及びショベル機構３０を備えている。
【００３２】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００３３】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５及び旋回油圧モータ２７と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層キャパシタ２４と、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００３４】
また、旋回体２０にはショベル機構（フロント装置）３０が搭載されている。ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００３５】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、旋回油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００３６】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達されている。コントロールバルブ４２は、旋回用の操作レバー装置７２（図３参照）からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回油圧モータ２７に供給される圧油の流量と方向を制御する。またコントロールバルブ４２は、旋回以外の操作レバー装置７３（図３参照）からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００３７】
電動システムは、上述したアシスト発電モータ２３、キャパシタ２４及び旋回電動モータ２５と、パワーコントロールユニット５５及びメインコンタクタ５６等から構成されている。パワーコントロールユニット５５はチョッパ５１、インバータ５２，５３、平滑コンデンサ５４等を有し、メインコンタクタ５６はメインリレー５７、突入電流防止回路５８等を有している。
【００３８】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。平滑コンデンサ５４は、母線電圧を安定化させるために設けられている。旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転軸は結合されており、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。
【００３９】
旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２と旋回電動モータ２５との間の電力授受を行うケーブルには、ケーブルを流れる電流Ｉ１を検出する電流センサ６５が、また、アシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３とアシスト発電モータ２３との間の電力授受を行うケーブルには、ケーブルを流れる電流Ｉ２を検出する電流センサ６６が、それぞれ設けられている。これらのセンサ６５，６６は、それぞれがコントローラ８０に電気的に接続されている。
【００４０】
また、旋回電動モータ２５の内部には、その内部の温度ｔ１を検出する温度センサＳｅ１が、また、旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２の内部にはその内部の温度ｔ２を検出する温度センサＳｅ２が、それぞれ設けられている。アシスト発電モータ２３の内部には、その内部の温度ｔ３を検出する温度センサＳｅ３が、また、アシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３の内部にはその内部の温度ｔ４を検出する温度センサＳｅ４が、それぞれ設けられている。これらのセンサＳｅ１，Ｓｅ２，Ｓｅ３，Ｓｅ４は、それぞれが、コントローラ８０に電気的に接続されている。
【００４１】
コントローラ８０は、旋回操作指令信号や、圧力信号及び回転速度信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、旋回油圧モータ２７を用いる油圧単独旋回モード、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いる油圧電動複合旋回モードの切り替え、各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。
【００４２】
次に、本発明による旋回制御を行うのに必要なデバイスや制御手段、制御信号等を図３を用いてさらに詳細に説明する。  
油圧ショベルは、エンジン２２を始動するためのイグニッションキー７０と、作業中止時にパイロット圧遮断弁７６をＯＮにして油圧システムの作動を不能とするゲートロックレバー装置７１とを備えている。また、油圧ショベルは、上述したコントローラ８０と、コントローラ８０の入出力に係わる油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲ、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ及び油圧単独旋回モード固定スイッチ７７を備え、これらは旋回制御システムを構成する。油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲはそれぞれ例えば圧力センサであり、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄは例えば電磁比例減圧弁である。
【００４３】
コントローラ８０は、異常監視・異常処理制御ブロック８１、エネルギマネジメント制御ブロック８２、油圧電動複合旋回制御ブロック８３、油圧単独旋回制御ブロック８４、制御切替ブロック８５等からなる。
【００４４】
全体システムに異常がなく、旋回電動モータ２５が駆動可能な状態では、コントローラ８０は油圧電動複合旋回モードを選択する。このとき制御切替ブロック８５は油圧電動複合旋回制御ブロック８３をしており、油圧電動複合旋回制御ブロック８３によって旋回アクチュエータ動作が制御される。旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号は油圧・電気変換装置７４ａによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。旋回油圧モータ２７の作動圧は油圧・電気変換装置７４ｂＬ，７４ｂＲによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。パワーコントロールユニット５５内の電動モータ駆動用のインバータから出力される旋回モータ速度信号も油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、旋回操作レバー装置７２からの油圧パイロット信号と、旋回油圧モータ２７の作動圧信号及び旋回モータ速度信号に基づいて所定の演算を行って旋回電動モータ２５の指令トルクを計算し、パワーコントロールユニット５５にトルク指令ＥＡを出力する。この結果、旋回電動モータ２５が駆動する。同時に、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の出力トルク及び旋回油圧モータ２７の出力トルクを減少させる減トルク指令ＥＢ，ＥＣを電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂに出力する。
【００４５】
一方、旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力される。これにより、旋回用スプール６１（図４参照）が中立位置からＡ位置もしくはＣ位置に切り換えられ油圧ポンプ４１の吐出油が旋回油圧モータ２７に供給され、旋回油圧モータ２７も同時に駆動する。
【００４６】
旋回電動モータ２５が加速時に消費するエネルギと減速時に回生するエネルギの差によって、キャパシタ２４の蓄電量が増減することになる。これを制御するのがエネルギマネジメント制御ブロック８２であり、上述したキャパシタ２４の電圧・電流・温度の検出信号を入力し、アシスト発電モータ２３に発電またはアシスト指令ＥＤを出すことにより、キャパシタ２４の蓄電量を所定の範囲に保つ制御を行う。
【００４７】
パワーコントロールユニット５５、旋回電動モータ２５、キャパシタ２４等の電動システムに故障、異常、警告状態が発生した場合や、キャパシタ２４の蓄電量が所定の範囲外になった場合は、異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御ブロック８２が制御切替ブロック８５を切り替えて油圧単独旋回制御ブロック８４を選択し、油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回モードへの切替えを行う。基本的に旋回の油圧システムは、旋回電動モータ２５と協調して動作するようマッチングされているので、油圧単独旋回制御ブロック８４は、旋回駆動特性補正指令ＥＥと旋回パイロット圧補正指令ＥＦをそれぞれ電気・油圧変換装置７５ｃ，７５ｄに出力し、旋回油圧モータ２７の駆動トルクを増加させる補正と旋回油圧モータ２７の制動トルクを増加させる補正を行うことにより、旋回電動モータ２５のトルクが無くても旋回操作性が損なわれないような制御を行う。
【００４８】
また、後述する故障、異常状態による油圧単独旋回制御モードからの監視シーケンスにおいては、旋回油圧モータ２７の回転数が予め設定された制限規定値を超えないような回転数制御を行う。旋回油圧モータ２７の回転数は、旋回体の回転により回転させられる旋回電動モータ２５の例えばレゾルバ等から検出される。
【００４９】
油圧単独旋回モード固定スイッチ７７は、電動システムの故障時や、特定のアタッチメント装着時など、何らかの理由で、油圧単独旋回モードに固定したい場合に使用するものであり、固定スイッチ７７がＯＮ位置に操作されると、切替え制御ブロック８５は油圧単独旋回制御ブロック８４を選択するように固定される。
【００５０】
次に、旋回油圧システムの詳細について図４乃至図１２を用いて説明する。図４は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。  
図３のコントロールバルブ４２はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を備え、操作レバー装置７２，７３からの指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。図４に示す旋回油圧システムは、旋回用スプールのみを含むものである。
【００５１】
旋回油圧システムは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクとなる第１モードと、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクより大きな第２トルクとなる第２モードとに変更可能である。以下にその詳細を説明する。
【００５２】
図４において、旋回油圧システムは、前述した油圧ポンプ４１及び旋回油圧モータ２７と、旋回用スプール６１と、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂと、旋回補助弁としてのセンタバイパスカット弁６３とを備えている。
【００５３】
油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、トルク制御部６４ａを備えたレギュレータ６４を備え、レギュレータ６４を動作させることで油圧ポンプ４１の傾転角が変わって油圧ポンプ４１の容量が変わり、油圧ポンプ４１の吐出流量と出力トルクが変わる。図３の油圧電動複合旋回制御ブロック８３から電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されると、電気・油圧変換装置７５ａは対応する制御圧力をレギュレータ６４のトルク制御部６４ａに出力し、トルク制御部６４ａは、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の最大出力トルクが減少するようトルク制御部６４ａの設定を変更する。
【００５４】
油圧ポンプ４１のトルク制御特性を図５に示す。横軸は油圧ポンプ４１の吐出圧力、縦軸は油圧ポンプ４１の容量を示している。
【００５５】
油圧電動複合旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ａは制御圧力を発生しており、このとき制御部６４ａの設定は、実線ＰＴSより最大出力トルクが減少した実線ＰＴの特性にある（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されていないときは、トルク制御部６４ａは実線ＰＴSの特性に変化し（第２モード）、油圧ポンプ４１の最大出力トルクは、斜線で示す面積分、増加する。
【００５６】
図４に戻り、旋回用スプール６１はＡ，Ｂ，Ｃの３位置を持ち、操作レバー装置７２からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）を受けて中立位置ＢからＡ位置又はＣ位置に連続的に切り替わる。
【００５７】
操作レバー装置７２はパイロット油圧源２９からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を旋回用スプール６１の左右いずれかの圧力室に与える。
【００５８】
旋回用スプール６１が中立位置Ｂにあるときは、油圧ポンプ４１から吐出される圧油はブリードオフ絞りを通り、更にセンタバイパスカット弁６３を通ってタンクへ戻る。旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＡ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＡ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の右側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７は一方向に回転する。逆に、旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＣ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＣ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の左側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＣ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向に回転する。
【００５９】
旋回用スプール６１がＢ位置とＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１からの圧油はブリードオフ絞りとメータイン絞りに分配される。このとき、メータイン絞りの入側にはブリードオフ絞りの開口面積とセンタバイパスカット弁６３の開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞りの開口面積）に応じた作動トルクが与えられる。また、旋回油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞りの開口面積に応じた抵抗を受けて背圧が立ち、メータアウト絞りの開口面積に応じた制動トルクが発生する。Ｂ位置とC位置の中間においても同様である。
【００６０】
操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻し、旋回用スプール６１を中立位置Ｂに戻したとき、旋回体２０は慣性体であるため、旋回油圧モータ２７はその慣性で回転を続けようとする。このとき、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）が旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力を超えようとするときは、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂが作動して圧油の一部をタンクに逃がすることで背圧の上昇を制限し、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力に応じた制動トルクを発生する。
【００６１】
図６は、本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回用スプール６１のメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図であり、図７は同メータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００６２】
図６において、実線ＭＩがメータイン開口面積特性であり、実線ＭＢがブリードオフ開口面積特性であり、いずれも本実施の形態のものである。二点鎖線ＭＢ0は、電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性である。本実施の形態のブリードオフ開口面積特性ＭＢは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００６３】
図７において、実線ＭＯが本実施の形態のメータアウト開口面積特性であり、二点鎖線ＭＯ0が電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性である。本実施の形態のメータアウト開口面積特性ＭＯは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００６４】
図８は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す図である。
【００６５】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回駆動特性補正指令ＥＥは出力されていないため、センタバイパスカット弁６３は図示の開位置にあり、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図６のブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる点線ＭＢCの特性となる（第１モード）。
【００６６】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように電気・油圧変換装置７５ｃに旋回駆動特性補正指令ＥＥが出力され、電気・油圧変換装置７５ｃは対応する制御圧力をセンタバイパスカット弁６３の受圧部に出力し、センタバイパスカット弁６３は図示右側の絞り位置に切り換えられる。このセンタバイパスカット弁６３の切り換えにより、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は点線ＭＢCの特性よりも合成開口面積が小さい実線ＭＢSの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＢSの合成開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性と同等である。
【００６７】
図９は、油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、上部旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧０、旋回停止状態から時間Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４でパイロット圧最大までランプ状に油圧パイロット信号を増加させた場合の例である。
【００６８】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、図８の点線ＭＢCで示したように旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は図６のブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる特性となるため、従来に比べてブリードオフ絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータイン圧力（Ｍ／Ｉ）は低くなる。メータイン圧力は旋回油圧モータ２７の作動トルク（加速トルク）に相当するので、メータイン圧力が低くなった分だけ加速トルクを旋回電動モータ２５により付与する必要がある。図８では力行側のアシストトルクを正としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクの合計値が、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６９】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図８の点線ＭＢCよりも合成開口面積が小さいから実線ＭＢSの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力は、図９に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータイン圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクが、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御される。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００７０】
また、旋回油圧モータ２７単独で旋回可能であるということは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクの方が、旋回電動モータ２５の最大出力トルクよりも大きいということである。このことは、油圧電動複合旋回モードにおいて、万一、旋回電動モータ２５が意図しない動きをしたとしても油圧回路が正常ならば、それほど危険な動きにならないことを意味し、本発明は安全性においても有利である。
【００７１】
図１０は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００７２】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回パイロット圧補正指令ＥＦは出力されていないため、旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性は図７のメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化を示す点線ＭＯCの特性となる（第１モード）。
【００７３】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように図３の電気・油圧変換装置７５ｄ（図４の電気・油圧変換装置７５ｄＬ，７５ｄＲ）旋回パイロット圧補正指令ＥＦが出力され、電気・油圧変換装置７５ｄは操作レバー装置７２で生成された油圧パイロット信号（操作パイロット圧）を減圧補正する。この油圧パイロット信号の補正により、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯCの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯSの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＯSの開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性と同等である。
【００７４】
図１１は、油圧電動複合旋回モードでの旋回制動停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧最大、最高旋回速度から時間Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ９でパイロット圧０までランプ状に油圧パイロット信号を低減させた場合の例である。
【００７５】
油圧単独旋回モードが選択されているときは、図１０の点線ＭＯCで示したように旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は図７のメータアウト開口面積特性ＭＯと同様に変化する特性となるため、図７に示したように従来に比べてメータアウト絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）は低くなる。メータアウト圧力はブレーキトルク（制動トルク）に相当するので、メータアウト圧力が低くなった分だけブレーキトルクを電動モータ２５により付与する必要がある。図１１では回生側のアシストトルクを負としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７６】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１１の点線ＭＯCの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯSの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力は、図１１に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータアウト圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７７】
図１２は、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧特性を示す図である。
【００７８】
油圧電動複合旋回モードが選択され、図３の電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成し、その制御圧力が可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの設定圧力減少側に作用し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性はリリーフ圧がＰmax1である実線ＳＲの特性となる（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電気・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されていないときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成しないため、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性は、リリーフ圧がＰmax1からＰmax2に上昇した実線ＳＲSの特性となり（第２モード）、制動トルクは、リリーフ圧が高くなった分、増加する。
【００７９】
これにより油圧電動複合旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax2より低いＰmax1に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻したときに、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの低めの設定圧力であるＰmax1まで上昇し、旋回電動モータ２５のアシストトルクと可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００８０】
また、油圧単独旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax1より高いＰmax2に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻した場合に、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの高めの設定圧力であるＰmax2まで上昇し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００８１】
次に、コントローラ８０の異常監視・異常処理制御ブロック８１による油圧電動複合旋回モードと油圧単独旋回制御モードとを切り替えるシーケンスについて図１３及び図１４を用いて説明する。  
図１３にコントローラ８０の異常監視・異常処理制御ブロック８１による油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回制御モードへの切り替えシーケンスを示す。
【００８２】
異常監視・異常処理制御ブロック８１は、電動モータ２５、キャパシタ２４、パワーコントロールユニット５５等の電動システムに故障、異常、警告状態が発生した場合に、そのことを知らせる信号（以下エラー信号という）が通知されたかどうかを判定し（ステップＳ１００）、エラー信号が通知されると、それが緊急対応を要するエラー信号であるかどうかを更に判定する（ステップＳ１１０）。モード切り替え時には、油圧システムのバルブの切り替え動作等により軽いショックが生じる可能性があるので、エラー信号の内容が深刻ではなく、直ちに切替える緊急性がない場合は、モード切換可能なタイミングかどうかを判定し（ステップＳ１２０）、旋回体２０の動作及び旋回用の操作レバー装置７２の入力が行われてないタイミング、あるいは、旋回体２０以外の装置である走行、フロントの動作及びそれらの操作レバー装置７３の入力も含めて、操作がまったく行われていないアイドリング時等に切替えを行う（ステップＳ１３０）。インバータの過電流異常等、システムを損傷させる恐れや重大な故障や災害に繋がる恐れがある異常については、操作中であっても、直ちに電動システムを停止させ、油圧単独旋回モードに切替える（ステップＳ１１０→Ｓ１３０）。
【００８３】
図１４にコントローラ８０の異常監視・異常処理制御ブロック８１による油圧単独旋回制御モードから油圧電動複合旋回モードへの復帰シーケンスを示す。
【００８４】
異常監視・異常処理制御ブロック８１は、図１３のフローチャートで示す処理によって油圧単独旋回制御モードへ切り替えた場合、まず、油圧単独旋回制御中に所定のエラー信号解消処理を行う（ステップＳ１５０）。次いで、エラー信号が解消したかどうかを判定し（ステップＳ１６０）、エラー信号解消処理によって、あるいは自然にエラー信号が解消された場合は、更にモード切換可能なタイミングかどうかを判定し（ステップＳ１７０）、旋回動作及び操作が行われてないタイミング、あるいは、フロントも含め操作がまったく行われていないアイドリング時等に油圧電動複合旋回モードへの切り替え（復帰動作）を行う（ステップＳ１８０）。
【００８５】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態による油圧単独旋回制御モードからの監視シーケンスについて図１５乃至図１９を用いて説明する。図１５は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その１）を示すフローチャート図、図１６は図１５に示す監視シーケンスに適用する油圧モータの回転数と制限温度との関係の一例を示す特性図である。
【００８６】
図１５は、図１３のコントローラ８０の異常監視・異常処理制御ブロック８１による油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回制御モードへの切り替え後の監視シーケンスを示している。
【００８７】
まず、図１５のステップ（Ｓ２０１）では、温度信号ｔ１，ｔ２と旋回油圧モータ２７の回転数信号ｒとが読み込まれる。具体的には、温度センサＳｅ１とＳｅ２とから検出された旋回電動モータ２５の内部温度信号ｔ１と旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２の内部温度信号ｔ２と旋回体２０の回転により回転させられる旋回電動モータ２７の例えばレゾルバ等から検出される回転数ｒとが読み込まれる。
【００８８】
次のステップ（Ｓ２０２）では、ステップ（Ｓ２０１）で取り込んだ温度信号が高くないかのチェックが行われる。具体的には、予め設定され記憶された旋回油圧モータ２７の回転数ｒに対する温度信号ｔ１，ｔ２の制限値特性と、ステップ（Ｓ２０１）で読み込まれた各検出信号とを比較する。図１６に旋回油圧モータ２７の回転数ｒと温度信号ｔ１，ｔ２との制限値特性の一例を示す。図１６において、ｔａは旋回油圧モータ２７の最大回転数ｒｍにおける制限値温度を、ｔｂは旋回油圧モータ２７の停止必要温度を、ｒａは旋回油圧モータ２７の停止必要温度ｔｂにおける最大許容回転数をそれぞれ示す。また線分ＡＢが回転数制御の制限値特性を示す。
【００８９】
例えば、図１６において、旋回油圧モータ２７の回転数がｒ０の場合、本ステップ（Ｓ２０２）において、温度信号ｔ１，ｔ２が制限値特性上のｔ０より低ければ、ＮＯと判断され、高ければＹＥＳと判断される。
【００９０】
このステップ（Ｓ２０２）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ２０１）に戻り演算が繰り返される。
【００９１】
ステップ（Ｓ２０２）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０３）に進み旋回油圧モータ２７の回転数を下げるためにエンジン２２の回転数制限制御が行われる。具体的には、上述した制限値特性上の温度より温度信号ｔ１，ｔ２が低くなるところまで、旋回油圧モータ２７の回転数ｒを下げるためにエンジン２２の回転数を下げる制御が行われる。この際、オペレータには、温度信号ｔ１，ｔ２が制限特性値を超えた旨がモニタ等の表示或いは音声で報知される。
【００９２】
次に、ステップ（Ｓ２０４）では、ステップ（Ｓ２０１）と同様に、温度信号ｔ１，ｔ２と旋回油圧モータ２７の回転数信号ｒが読み込まれる。
【００９３】
次のステップ（Ｓ２０５）では、ステップ（Ｓ２０４）で取り込んだ温度信号が異常に高くないかのチェックが行われる。具体的には、ステップ（Ｓ２０４）で読み込まれた温度信号ｔ１，ｔ２と旋回油圧モータ２７の停止必要温度ｔｂとを比較する。
【００９４】
このステップ（Ｓ２０５）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ２０１）に戻り演算が繰り返される。
【００９５】
ステップ（Ｓ２０５）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０６）に進み温度信号ｔ１，ｔ２が停止必要温度を超えた旨がモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知される。
【００９６】
次に、ステップ（Ｓ２０７）では、旋回油圧モータ２７及びエンジン２２を停止させてもよいタイミングかどうかのチェックが行われる。具体的には、旋回体２０の旋回停止の可否や、旋回油圧モータの回転が高速でないことなどが判断される。その他にもエンジン２２停止で車体に不都合が起こらないか判断される。
【００９７】
このステップ（Ｓ２０７）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ２０４）に戻り演算が繰り返される。
【００９８】
ステップ（Ｓ２０７）でＹＥＳと判断された場合には、旋回油圧モータ２７を停止させるためにエンジン２２を停止状態に制御する。この際、温度信号ｔ１，ｔ２が停止必要温度値を超えたことにより、エンジン２２が停止する旨をモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知する。
【００９９】
図１７は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その２）を示す。図１５にて説明した監視シーケンス（その１）は、旋回電動モータ２５の内部温度信号ｔ１と旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２の内部温度信号ｔ２とを監視することで、油圧単独旋回制御モードにおける電動システムの不測の事故を防止しているが、監視シーケンス（その２）は、旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２と旋回電動モータ２５との間の電力授受を行うケーブル等に設けた電流センサ６５が検出する電流Ｉ１を監視するものである。
【０１００】
まず、図１７のステップ（Ｓ３０１）では、電流信号Ｉ１と旋回油圧モータ２７の回転数信号ｒとが読み込まれる。具体的には、電流センサ６５から検出された旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２と旋回電動モータ２５との間の電流Ｉ１が読み込まれる。
【０１０１】
次のステップ（Ｓ３０２）では、ステップ（Ｓ３０１）で取り込んだ電流信号が異常に高くないかのチェックが行われる。具体的には、ステップ（Ｓ３０１）で読み込まれた電流信号Ｉ１と予め設定されている旋回油圧モータ２７の停止必要電流設定値Ｉｔとを比較する。
【０１０２】
このステップ（Ｓ３０２）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ３０１）に戻り演算が繰り返される。
【０１０３】
ステップ（Ｓ３０２）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ３０３）に進み電流信号Ｉ１が停止必要電流値を超えた旨がモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知される。
【０１０４】
次に、ステップ（Ｓ３０４）では、旋回油圧モータ２７を停止させるためにエンジン２２を停止させてもよいタイミングかどうかのチェックが行われる。具体的には、旋回体２０の旋回停止の可否や、旋回油圧モータの回転が高速でないことなどが判断される。
【０１０５】
このステップ（Ｓ３０４）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ３０１）に戻り演算が繰り返される。
【０１０６】
ステップ（Ｓ３０４）でＹＥＳと判断された場合には、旋回油圧モータ２７を停止させるためにエンジン２２を停止状態に制御する。この際、電流信号Ｉ１が停止必要電流値を超えたことにより、エンジン２２が停止する旨をモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知する。
【０１０７】
図１８は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その３）を示す。図１５にて説明した監視シーケンス（その１）は、旋回電動モータ２５の内部温度信号ｔ１と旋回電動モータ２５を駆動するインバータ５２の内部温度信号ｔ２とを監視することで、油圧単独旋回制御モードにおける電動システムの不測の事故を防止しているが、監視シーケンス（その３）は、アシスト発電モータ２３の内部温度信号ｔ３とアシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３の内部温度信号ｔ４とを監視することで、原動機２２で駆動される電動システムの不測の事故を防止している。監視シーケンス（その３）は、原動機通常動作可能状態から開始され、必要に応じては、原動機２２を停止させるものである。
【０１０８】
まず、図１８のステップ（Ｓ４０１）では、温度信号ｔ３，ｔ４とアシスト発電モータ２３の回転数信号ｒ１とが読み込まれる。具体的には、温度センサＳｅ３とＳｅ４とから検出されたアシスト発電モータ２３の内部温度信号ｔ３とアシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３の内部温度信号ｔ４とエンジン２２により回転させられるアシスト発電モータ２３の例えばレゾルバ等から検出される回転数ｒ１とが読み込まれる。
【０１０９】
次のステップ（Ｓ４０２）では、ステップ（Ｓ４０１）で取り込んだ温度信号が高くないかのチェックが行われる。具体的には、予め設定され記憶されたアシスト発電モータ２３の回転数ｒ１に対する温度信号ｔ３，ｔ４制限値特性と、ステップ（Ｓ４０１）で読み込まれた各検出信号とを比較する。図１６と同様な制限値特性が記憶されている。
【０１１０】
このステップ（Ｓ４０２）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ４０１）に戻り演算が繰り返される。
【０１１１】
ステップ（Ｓ４０２）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０３）に進みアシスト発電モータ２３の回転数制限制御が行われる。具体的には、上述した制限値特性上の温度より温度信号ｔ３，ｔ４が低くなるところまで、アシスト発電モータ２３の回転数ｒ１を下げるために、エンジン２２の回転数を下げる制御が行われる。この際、オペレータには、温度信号ｔ３，ｔ４が制限特性値を超えた旨がモニタ等の表示或いは音声で報知される。
【０１１２】
次に、ステップ（Ｓ４０４）では、ステップ（Ｓ４０１）と同様に、温度信号ｔ３，ｔ４とアシスト発電モータ２３の回転数信号ｒ１が読み込まれる。
【０１１３】
次のステップ（Ｓ４０５）では、ステップ（Ｓ４０４）で取り込んだ温度信号が異常に高くないかのチェックが行われる。具体的には、ステップ（Ｓ４０４）で読み込まれた温度信号ｔ３，ｔ４とアシスト発電モータ２３の停止必要温度ｔｂ１とを比較する。
【０１１４】
このステップ（Ｓ４０５）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ４０１）に戻り演算が繰り返される。
【０１１５】
ステップ（Ｓ４０５）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０６）に進み温度信号ｔ３，ｔ４が停止必要温度を超えた旨がモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知される。
【０１１６】
次に、ステップ（Ｓ４０７）では、エンジン２２を停止させてもよいタイミングかどうかのチェックが行われる。具体的には、エンジン２２の停止の可否や、建設機械の作業環境が安全であることなどが判断される。
【０１１７】
このステップ（Ｓ４０７）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ４０４）に戻り演算が繰り返される。
【０１１８】
ステップ（Ｓ４０７）でＹＥＳと判断された場合には、アシスト発電モータ２３を停止するためにエンジン２２を停止状態に制御する。この際、温度信号ｔ３，ｔ４が停止必要温度値を超えたことにより、エンジン２２が停止する旨をモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知する。
【０１１９】
図１９は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの故障、異常状態からの監視シーケンス（その４）を示す。図１８にて説明した監視シーケンス（その３）は、アシスト発電モータ２３の内部温度信号ｔ３とアシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３の内部温度信号ｔ４とを監視することで、原動機２２で駆動される電動システムの不測の事故を防止しているが、監視シーケンス（その４）は、アシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３とアシスト発電モータ２３との間の電力授受を行うケーブル等に設けた電流センサ６６が検出する電流Ｉ２を監視するものである。
【０１２０】
まず、図１９のステップ（Ｓ５０１）では、電流信号Ｉ２とアシスト発電モータ２３の回転数信号ｒ１とが読み込まれる。具体的には、電流センサ６６から検出されたアシスト発電モータ２３を駆動するインバータ５３とアシスト発電モータ２３との間の電流Ｉ２が読み込まれる。
【０１２１】
次のステップ（Ｓ５０２）では、ステップ（Ｓ５０１）で取り込んだ電流信号が異常に高くないかのチェックが行われる。具体的には、ステップ（Ｓ５０１）で読み込まれた電流信号Ｉ２と予め設定されているアシスト発電モータ２３の停止必要電流設定値Ｉｔ２とを比較する。
【０１２２】
このステップ（Ｓ５０２）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ５０１）に戻り演算が繰り返される。
【０１２３】
ステップ（Ｓ５０２）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ５０３）に進み電流信号Ｉ２が停止必要電流値を超えた旨がモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知される。
【０１２４】
次に、ステップ（Ｓ５０４）では、エンジン２２を停止させてもよいタイミングかどうかのチェックが行われる。具体的には、エンジン２２の停止の可否や、建設機械の作業環境が安全であることなどが判断される。
【０１２５】
このステップ（Ｓ５０４）でＮＯと判断された場合には、先のステップ（Ｓ５０１）に戻り演算が繰り返される。
【０１２６】
ステップ（Ｓ５０４）でＹＥＳと判断された場合には、アシスト発電モータ２３を停止するためにエンジン２２を停止状態に制御する。この際電流信号Ｉ２が停止必要電流値を超えたことにより、エンジン２２が停止する旨をモニタ等の表示或いは音声でオペレータに報知する。
【０１２７】
上述した本発明の第１の実施の形態によれば、旋回体２０の駆動に電動モータを用いたハイブリッド式建設機械において、旋回電動モータ２５、インバータ５２、蓄電装置２４等の電動システムが故障して旋回油圧モータ２７単独で旋回体２０を駆動する場合であっても、電動システムの温度と電流を監視し得るので、電動システムから発生する不測の事故を防止することができる。また、電動システムが故障した後も、監視する電動システムの温度と電流が一定の範囲内であれば、旋回体２０を旋回油圧モータ２７単独で駆動し続けられるので、オペレータは安心して長時間の作業を実施できる。この結果、ハイブリッド式建設機械の稼働効率を向上させることができる。
【０１２８】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態の油圧ショベルについて図２０を用いて説明する。図２０は本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。なお、図２０において、図１乃至図１９に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。  
本実施の形態は、電動システムになんらかの異常や故障が生じた場合に故障箇所を切り離すことを目的としたものである。具体的には、第１の実施の形態のパワーコントロールユニット５５において、旋回電動モータ駆動用インバータ５２の出力ケーブルが接続されたソケット型のコネクタ９３と内部接続されていないソケット型のダミーコネクタ９５とを設け、旋回電動モータ２５に一端が接続された動力ケーブル５９の他端側に設けたプラグ型のコネクタ９２を通常時には、ソケット型のコネクタ９３に接続している。
【０１２９】
また、同様に第１の実施の形態のパワーコントロールユニット５５において、アシスト発電モータ駆動用インバータ５３の出力ケーブルが接続されたソケット型のコネクタ９１と内部接続されていないソケット型のダミーコネクタ９４とを設け、アシスト発電モータ２３に一端が接続された動力ケーブル６０の他端側に設けたプラグ型のコネクタ９０を通常時には、ソケット型のコネクタ９１に接続している。
【０１３０】
本実施の形態において、例えば、電動システムに何らかの異常や故障、特にモータ以外の箇所に短絡故障等が生じた場合には、アシスト発電モータ２３用のプラグ型のコネクタ９０をパワーコントロールユニット５５側のソケット型のコネクタ９１から取外し、アシスト発電モータ２３用のダミーコネクタ９４に接続する。同様に旋回電動モータ２５についても旋回電動モータ２５用のプラグ型のコネクタ９２をパワーコントロールユニット５５側のソケット型のコネクタ９３から取外し、旋回電動モータ２５用のダミーコネクタ９５に接続する。これにより、アシスト発電モータ２３，旋回電動モータ２５とパワーコントロールユニット５５とを完全に切り離すことが出来るため、アシスト発電モータ２３，旋回電動モータ２５の発電エネルギの回生は起こらなくなる。
【０１３１】
また、ダミーコネクタ９４，９５には、図示しないキャップが設けてあるので、このキャップをソケット型のコネクタ９１，９３の外側に付け替えることにより、ソケット型のコネクタ９１，９３の活電部が保護できると共に防塵／防水機能を確保することができる。
【０１３２】
さらに、旋回電動モータ２５に一端が接続された動力ケーブル５９の他端側に設けたプラグ型のコネクタ９２とアシスト発電モータ２３に一端が接続された動力ケーブル６０の他端側に設けたプラグ型のコネクタ９０との両方が、その他のいずれのコネクタとも非装着の場合であっても、第１の実施の形態における監視制御手段は、これら電動モータ２５，２７の内部温度と回転数を監視する機能を有している。
【０１３３】
上述した本発明の第２の実施の形態によれば、旋回体２０の駆動に電動モータを用いたハイブリッド式建設機械において、旋回電動モータ２５、インバータ５２、蓄電装置２４等の電動システムが故障して旋回油圧モータ２７単独で旋回体２０を駆動する場合であっても、電動システムの温度と電流を監視し得るとともに、電動モータとインバータとを電気的に絶縁するので、電動システムから発生する不測の事故を防止することができる。また、電動システムが故障した後も、監視する電動システムの温度と電流が一定の範囲内であれば、旋回体を油圧モータ単独で駆動し続けられるので、オペレータは安心して長時間の作業を実施できる。この結果、ハイブリッド式建設機械の稼働効率を向上させることができる。
【０１３４】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態の油圧ショベルについて図２１を用いて説明する。図２１は本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。なお、図２１において、図１乃至図２０に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１３５】
図２に示した第１の実施の形態では、コントローラ８０の一部にインバータ制御回路を設けていたが、本実施の形態ではその構成に代え、インバータ５２，５３の内部にインバータ制御回路５２ａ，５３ａをそれぞれ設けたものである。また、第１の実施の形態では、コントローラ８０が温度センサＳｅ１，Ｓｅ２，電流センサ６５，６６からの検出信号による各種処理を行っていたが、本実施の形態においては、インバータ制御回路５２ａ，５３ａにおいて、これらの処理が行われる。
【０１３６】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態の油圧ショベルについて図２２を用いて説明する。図２２は本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。なお、図２２において、図１乃至図２１に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１３７】
図２に示した第１の実施の形態では、エンジン２２の駆動軸に連結されたアシスト発電モータ２３を用いていたが、本実施の形態では、その構成に代え、油圧ポンプ４１の吐出油によって駆動される油圧モータ１０１と、この油圧モータ１０１の駆動軸に連結された電動モータ１００を用いたものである。また、蓄電デバイスとしては、電気二重層キャパシタ２４以外に、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等、あらゆる蓄電デバイスが使用可能であり、図１８に示す実施の形態では、リチウムイオン電池等のバッテリ１０３を用いた構成としている。
【０１３８】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第５の実施の形態の油圧ショベルについて図２３を用いて説明する。図２３は本発明のハイブリッド式建設機械の第５の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。なお、図２３において、図１乃至図２２に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１３９】
本実施の形態では、キャパシタ２４の初期充電を行うために、オルタネータ１１０及び電装用バッテリ１１１を含む電装系バッテリラインからＤＣ／ＤＣコンバータ１１２を用いて昇圧する構成としたものである。ただし、この場合、キャパシタ２４に余剰エネルギが生じたときに電装系バッテリラインに自由にエネルギを逃がすことができないため、エネルギマネジメント制御部８２は、旋回動作の加減速のみでキャパシタ蓄電量をある程度一定化するよう制御する必要がある。
【０１４０】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第６及び第７の実施の形態の油圧ショベルについて図２４及び図２５を用いて説明する。図２４は本発明のハイブリッド式建設機械の第６の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図２５は本発明のハイブリッド式建設機械の第７の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。なお、図２４及び図２５において、図１乃至図２３に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１４１】
これまでの実施の形態では、原動機としてエンジン２２を用いた油圧ショベルを示したが、他の原動機、例えば、電動モータを用いた油圧ショベルに本発明を適用しても問題はない。図２４に示す実施の形態では、商用交流電源１２１からの交流電力で駆動される電動モータ１２０を用いた油圧ショベル、図２５に示す実施の形態では、大容量バッテリ１３０で駆動される電動モータ１２０を用いた油圧ショベルのシステム構成図を示す。図２４に示す実施の形態では、図２３の実施の形態と同様、キャパシタ２４の初期充電を行うために、商用交流電源１２１からＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を用いて昇圧する。
【０１４２】
原動機として電動モータ１２０を使用した油圧ショベルに対して本発明を適用するときに注意すべきことは、電力ラインやパワーコントロールユニットを旋回用電動モータと原動機用電動モータとで共用すると、これらの故障が起きた場合に、油圧単独旋回モードでの動作すらできなくなる可能性があることである。
【０１４３】
図２４に示す実施の形態では、メイン電動モータ１２０を三相交流誘導モータとし、商用電源１２１の三相交流によって直接駆動し、キャパシタ２４に蓄電されたエネルギを用いる旋回用電動モータ２５とは、別個のパワー供給ラインとしている。図２５に示す実施の形態では、パワーコントロールユニット１３２，１３３をメインと旋回とで別とし、旋回電動モータ２５や旋回用パワーコントロールユニット１３３に短絡故障等の異常が生じた場合は、旋回電動部遮断リレー１３４によって切り離すことにより、油圧単独旋回モードでの動作が可能な構成としている。
【０１４４】
以上において、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、油圧ショベル以外の旋回体を有する建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０        走行体
１１        クローラ
１２        クローラフレーム
１３        右走行用油圧モータ
１４        左走行用油圧モータ
２０        旋回体
２１        旋回フレーム
２２        エンジン
２３        アシスト発電モータ
２４        キャパシタ
２５        旋回電動モータ
２６        減速機
２７        旋回油圧モータ
３０        ショベル機構
３１        ブーム
３３        アーム
３５        バケット
４０        油圧システム
４１        油圧ポンプ
４２        コントロールバルブ
５１        チョッパ
５２        旋回電動モータ用インバータ
５３        アシスト発電モータ用インバータ
５４        平滑コンデンサ
５５        パワーコントロールユニット
５６        メインコンタクタ
５７        メインリレー
５８        突入電流防止回路
６５        電流センサ
８０        コントローラ
８１        異常監視・異常処理制御ブロック
８２        エネルギマネジメント制御ブロック
８３        油圧電動複合旋回制御ブロック
８４        油圧単独制御ブロック
８５        制御切替ブロック
Ｓｅ１      温度センサ
【図１】
0005487427.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005487427.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005487427.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005487427.tif 000008
【図８】
0005487427.tif 000009
【図９】
0005487427.tif 000010
【図１０】
0005487427.tif 000011
【図１１】
0005487427.tif 000012
【図１２】
0005487427.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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