(57)【要約】【課題】エネルギー蓄積装置に対するエネルギー授受の制御を容易に行うことができる建設機械のエネルギー蓄積装置を提供すること。【解決手段】発電電動機４と旋回発電電動機２２とフライホイール発電電動機３２とは共通のＤＣリンクラインＬＤＣに接続され、ＰＩ制御器１６によって発電電動機４を駆動制御するとともにＤＣリンクラインＬＤＣの電圧を一定に制御する発電電動機制御部１１と、Ｐ制御器３６によってフライホイール発電電動機３２を駆動制御するとともにＤＣリンクラインＬＤＣの電圧を一定に制御するフライホイール発電電動機制御部３１と、フライホイール発電電動機制御部３１に対し、フライホイール発電電動機３２の駆動に対する基準電流電圧特性の電圧値をシフトしたオフセット値をＰ制御器３６に対して加減算入力してエネルギー授受の配分量を決定してフライホイール発電電動機３２を駆動制御させるフライホイール制御部３４と、を備える。【選択図】図２
2015090089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに接続された発電電動機と、上部旋回体を駆動する旋回発電電動機と、フライホイール発電電動機を用いてフライホイールにエネルギーの蓄積及び放出が可能なエネルギー蓄積装置との間でエネルギーの授受を行う建設機械のエネルギー蓄積装置であって、
前記発電電動機と前記旋回発電電動機と前記フライホイール発電電動機とは共通の電源ラインに接続され、
比例積分制御器によって前記発電電動機を駆動制御するとともに前記共通の電源ラインの電圧を一定に制御する発電電動機制御部と、
比例制御器によって前記フライホイール発電電動機を駆動制御するとともに前記共通の電源ラインの電圧を一定に制御するフライホイール発電電動機制御部と、
前記フライホイール発電電動機制御部に対し、フライホイール発電電動機の駆動に対する基準電流電圧特性の電圧値をシフトしたオフセット値を前記比例制御器に対して加減算入力してエネルギー授受の配分量を決定して前記フライホイール発電電動機を駆動制御させるフライホイール制御部と、
を備えたことを特徴とする建設機械のエネルギー蓄積装置。
【請求項２】
前記フライホイール制御部は、旋回レバーの入力値に応じたオフセット値を前記フライホイール発電電動機制御部に出力することを特徴とする請求項１に記載の建設機械のエネルギー蓄積装置。
【請求項３】
前記フライホイール制御部は、旋回レバーが中立状態であって、前記フライホイールの回転数が中速の所定回転数以下である場合には、フライホイールの回転数の低下に伴ってフライホイールの力行トルクを増大する第１トルク特性に従って前記フライホイール発電電動機をトルク制御することを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械のエネルギー蓄積装置。
【請求項４】
前記フライホイール制御部は、前記エンジンがローアイドル時、またはロックレバーが作動状態、または旋回レバーが一定時間以上、中立状態である場合であって、前記フライホイールの回転数が低速の所定回転数以下である場合には、フライホイールの回転数の低下に伴ってフライホイールの力行トルクを増大する第２トルク特性に従って前記フライホイール発電電動機をトルク制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の建設機械のエネルギー蓄積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋回発電電動機によって駆動される上部旋回体を有した建設機械に搭載されたフライホイールによるエネルギー蓄積及び放出を行う建設機械のエネルギー蓄積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの高効率化や排ガス浄化のために、上部旋回体を、旋回発電電動機を用いて駆動し、作業機や走行体を、油圧を用いて駆動するハイブリッド型の電動旋回ショベルが実現されている。この旋回発電電動機は、エンジンによって駆動される発電電動機で発電された電気エネルギーを用いて駆動される。また、必要に応じて、この電気エネルギーをキャパシタなどに蓄電し、あるいは放電することによって、エネルギーの効率化を図っている。
【０００３】
ここで、特許文献１では、キャパシタに替えて、フライホイールにエネルギーを蓄積するフライホイール蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車あるいはハイブリッド鉄道車両が記載されている。
【０００４】
フライホイールは、フライホイール発電電動機を用いて、電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換してエネルギーを蓄積する。また、フライホイールに蓄積された回転運動エネルギーは、フライホイール発電電動機を回生駆動して電気エネルギーに変換され、この変換した電気エネルギーが放出される。このフライホイールは、低温での特性劣化が少なく、高温環境下での連続使用が可能である。また、フライホイールは、エネルギーの蓄積と放出とを頻繁に行っても特性劣化や寿命劣化が小さいという特徴を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジンに直結された発電電動機とフライホイールを用いたエネルギー蓄積装置との間でのエネルギー授受は、１対１であるため容易であった。これに対し、エンジンに直結された発電電動機、上部旋回体を駆動する旋回発電電動機、及びフライホイールを用いたエネルギー蓄積装置間でのエネルギーの授受を行う電動旋回ショベルなどの建設機械では、エネルギー授受を三者間で行うため、エネルギー蓄積装置に対するエネルギー授受の制御が複雑であり容易ではなかった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エンジンに直結された発電電動機、上部旋回体を駆動する旋回発電電動機、及びフライホイールを用いたエネルギー蓄積装置間でのエネルギーの授受を行う場合であっても、エネルギー蓄積装置に対するエネルギー授受の制御を容易に行うことができる建設機械のエネルギー蓄積装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる建設機械のエネルギー蓄積装置は、エンジンに接続された発電電動機と、上部旋回体を駆動する旋回発電電動機と、フライホイール発電電動機を用いてフライホイールにエネルギーの蓄積及び放出が可能なエネルギー蓄積装置との間でエネルギーの授受を行う建設機械のエネルギー蓄積装置であって、前記発電電動機と前記旋回発電電動機と前記フライホイール発電電動機とは共通の電源ラインに接続され、比例積分制御器によって前記発電電動機を駆動制御するとともに前記共通の電源ラインの電圧を一定に制御する発電電動機制御部と、比例制御器によって前記フライホイール発電電動機を駆動制御するとともに前記共通の電源ラインの電圧を一定に制御するフライホイール発電電動機制御部と、前記フライホイール発電電動機制御部に対し、フライホイール発電電動機の駆動に対する基準電流電圧特性の電圧値をシフトしたオフセット値を前記比例制御器に対して加減算入力してエネルギー授受の配分量を決定して前記フライホイール発電電動機を駆動制御させるフライホイール制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかる建設機械のエネルギー蓄積装置は、上記の発明において、前記フライホイール制御部は、旋回レバーの入力値に応じたオフセット値を前記フライホイール発電電動機制御部に出力することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる建設機械のエネルギー蓄積装置は、上記の発明において、前記フライホイール制御部は、旋回レバーが中立状態であって、前記フライホイールの回転数が中速の所定回転数以下である場合には、フライホイールの回転数の低下に伴ってフライホイールの力行トルクを増大する第１トルク特性に従って前記フライホイール発電電動機をトルク制御することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる建設機械のエネルギー蓄積装置は、上記の発明において、前記フライホイール制御部は、前記エンジンがローアイドル時、またはロックレバーが作動状態、または旋回レバーが一定時間以上、中立状態である場合であって、前記フライホイールの回転数が低速の所定回転数以下である場合には、フライホイールの回転数の低下に伴ってフライホイールの力行トルクを増大する第２トルク特性に従って前記フライホイール発電電動機をトルク制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、発電電動機と旋回発電電動機とフライホイール発電電動機とが共通の電源ラインに接続され、発電電動機制御部が、比例積分制御器によって前記発電電動機を駆動制御するとともに前記共通の電源ラインの電圧を一定に制御し、フライホイール発電電動機制御部が、比例制御器によって前記フライホイール発電電動機を駆動制御するとともに前記共通の電源ラインの電圧を一定に制御し、フライホイール制御部が、前記フライホイール発電電動機制御部に対し、フライホイール発電電動機の駆動に対する基準電流電圧特性の電圧値をシフトしたオフセット値を前記比例制御器に対して加減算入力してエネルギー授受の配分量を決定して前記フライホイール発電電動機を駆動制御させるようにしている。このため、エネルギー蓄積装置のフライホイールに対するエネルギー授受の制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、この発明の実施の形態にかかる建設機械である電動旋回ショベルの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、電動旋回ショベルの発電電動機制御部、旋回発電電動機制御部、フライホイール発電電動機制御部とＤＣリンクラインとの間の接続関係を示すブロック図である。
【図３】図３は、発電電動機、旋回発電電動機、フライホイール発電電動機をそれぞれ駆動する駆動回路とＤＣリンクラインとの接続関係を、エネルギー授受を中心に示したブロック図である。
【図４】図４は、発電電動機制御部及びフライホイール発電電動機制御部の各駆動回路の電流電圧特性とフライホイール発電電動機制御部の駆動回路の電流電圧特性をシフトさせることによるフライホイール発電電動機駆動制御とを説明する図である。
【図５】図５は、フライホイール制御部によるフライホイール制御処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、トルク−回転数マップの一例を示す図である。
【図７】図７は、電動旋回ショベルに搭載されたフライホイールとフライホイール発電電動機との配置を示す電動旋回ショベルの左側面図である。
【図８】図８は、電動旋回ショベルに搭載されたフライホイールとフライホイール発電電動機との配置を示す電動旋回ショベルの平面図である。
【図９】図９は、一体構成されたフライホイールとフライホイール発電電動機との構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、電動旋回ショベルに搭載されたフライホイールとフライホイール発電電動機との配置の変形例１を示す電動旋回ショベルの平面図である。
【図１１】図１１は、電動旋回ショベルに搭載されたフライホイールとフライホイール発電電動機との配置の変形例２を示す電動旋回ショベルの平面図である。
【図１２】図１２は、フライホイールとフライホイール発電電動機との構成の変形例１を示す断面図である。
【図１３】図１３は、フライホイールとフライホイール発電電動機との構成の変形例２を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。 
【００１５】
（電動旋回ショベルの全体構成）
まず、図１は、この発明の実施の形態にかかる建設機械である電動旋回ショベル１の全体構成を示すブロック図である。また、図２は、電動旋回ショベル１の発電電動機制御部１１、旋回発電電動機制御部２１、フライホイール発電電動機制御部３１とＤＣリンクラインＬＤＣとの間の接続関係を示すブロック図である。さらに、図３は、発電電動機４、旋回発電電動機２２、フライホイール発電電動機３２をそれぞれ駆動する駆動回路１７，２７，３７とＤＣリンクラインＬＤＣとの接続関係を、エネルギー授受を中心に示したブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、電動旋回ショベル１は、エンジン２によって駆動される一対の油圧ポンプ３と発電電動機４とを有する。発電電動機４は、エンジン２と油圧ポンプ３との間に配置される。また、エンジン２と発電電動機４と油圧ポンプ３とはそれぞれ回転軸が直結されている。発電電動機４は、発電電動機制御部１１によって制御される。発電電動機４は、エンジン２を駆動源として発電機として機能するとともに、ＤＣリンクラインＬＤＣを介して供給される電力を用いて電動機として機能する。発電機として機能する場合、エンジン２の駆動力を電気エネルギーに変換してＤＣリンクラインＬＤＣ上に出力する。また、電動機として機能する場合、ＤＣリンクラインＬＤＣから入力された電気エネルギーをもとに、油圧ポンプ３に対するエンジン２の駆動をアシストする。なお、ＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ  Ｔａｋｅ−Ｏｆｆ）を介して、エンジン２と、油圧ポンプ３および発電電動機４とが接続されてもよい。
【００１７】
油圧ポンプ３から吐出される圧油は、コントロールバルブ３ａを介してブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、及び左右の下部走行体用の油圧モータ８に供給されて、それぞれ図７に示したブーム１０５、アーム１０６、バケット１０７、及び下部走行体１０８を駆動する。
【００１８】
旋回発電電動機２２は、例えば永久磁石同期電動機であり、上部旋回体２３を旋回駆動する。上部旋回体２３は、下部走行体１０８上に配置され、ブーム１０５、アーム１０６、バケット１０７が搭載される。旋回発電電動機２２は、旋回発電電動機制御部２１によって駆動制御される。旋回発電電動機制御部２１は、ＤＣリンクラインＬＤＣに接続される。旋回発電電動機２２は、上部旋回体２３の旋回減速時の運動エネルギーを駆動源として発電機として機能する。また、旋回発電電動機２２は、ＤＣリンクラインＬＤＣからの電力を用いて電動機として機能する。
【００１９】
エネルギー蓄積装置３０は、フライホイール発電電動機制御部３１と、フライホイール発電電動機３２と、フライホイール３３と、フライホイール制御部３４とを有する。フライホイール発電電動機３２は、例えば永久磁石同期電動機であり、ＤＣリンクラインＬＤＣを介して入力された電気エネルギーをフライホイール３３の回転運動エネルギーに変換する。また、フライホイール発電電動機３２は、フライホイール３３の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生動作を行う。この電気エネルギーは、ＤＣリンクラインＬＤＣ上に出力される。フライホイール発電電動機制御部３１は、フライホイール発電電動機３２を駆動制御する。
【００２０】
さらに、フライホイール制御部３４は、各種モードに応じ、フライホイール発電電動機制御部３１を介してフライホイール発電電動機３２の駆動制御を行う。例えば、フライホイール制御部３４は、旋回レバー５０の入力値に対応したオフセット値をフライホイール発電電動機制御部３１に出力して、ＤＣリンクラインＬＤＣに対するエネルギー授受配分の制御を行う。
【００２１】
旋回制御部４０は、旋回レバー５０の入力値に応じて、発電電動機制御部１１、旋回発電電動機制御部２１、フライホイール発電電動機制御部３１、及びフライホイール制御部３４を全体的に制御する。
【００２２】
なお、エンジン回転数検出器２ａは、検出したエンジン回転数をフライホイール制御部３４に出力する。また、電圧検出回路４１は、ＤＣリンクラインＬＤＣの電圧を検出し、この検出電圧（ＤＣリンク電圧）を旋回発電電動機制御部２１及びフライホイール発電電動機制御部３１に出力する。さらに、フライホイール回転数検出器４２は、検出したフライホイール回転数をフライホイール制御部３４に出力する。また、ロックレバー５１は、作業機動作及び走行動作をロック状態にするものである。このロックレバー作動状態は、フライホイール制御部３４に出力される。なお、エンジン回転数検出器２ａの検出信号は、直接、フライホイール制御部３４に出力するのではなく、例えば発電電動機制御部１１に出力し、発電電動機制御部１１を介してフライホイール制御部３４に入力するようにしてもよい。
【００２３】
図１及び図２に示すように、発電電動機制御部１１、旋回発電電動機制御部２１、及びフライホイール発電電動機制御部３１は、それぞれＤＣリンクラインＬＤＣに共通接続される。
【００２４】
（発電電動機制御部）
発電電動機制御部１１は、駆動回路１７を有する。駆動回路１７は、発電電動機４の駆動制御を行うとともに、ＤＣリンクラインＬＤＣの電圧制御を行う。発電電動機制御部１１には、旋回制御部４０からＤＣリンク電圧指令値と、電圧検出回路４１によって検出されたＤＣリンク電圧とが入力される。加減算器１５は、ＤＣリンク電圧指令値に対するＤＣリンク電圧の差分値を演算し、ＰＩ制御器１６に出力する。ＰＩ制御器１６は、入力された差分値に対する比例積分制御を行い、この制御値を駆動回路１７に出力する。駆動回路１７は、この制御値をもとに、ＤＣリンクラインＬＤＣの電力を用いて発電電動機４をモータ駆動させ、あるいはＤＣリンクラインＬＤＣ上に電力を放出する発電機として駆動させる。ここで、発電電動機制御部１１はＰＩ制御器１６によって比例積分制御を行っているため、図４に示すように、ＤＣリンク電圧ＶＤＣの電流電圧特性を、平坦にすることができる。
【００２５】
（フライホイール発電電動機制御部）
一方、フライホイール発電電動機制御部３１は、駆動回路３７を有する。駆動回路３７は、フライホイール発電電動機３２の駆動制御を行うとともに、ＤＣリンクラインＬＤＣの電圧制御を行う。フライホイール発電電動機制御部３１には、旋回制御部４０からＤＣリンク電圧指令値と、電圧検出回路４１によって検出されたＤＣリンク電圧とが少なくとも入力される。加減算器３５は、少なくともＤＣリンク電圧指令値に対するＤＣリンク電圧の差分値を演算し、Ｐ制御器３６に出力する。Ｐ制御器３６は、入力された差分値に対する比例制御を行い、この制御値を駆動回路３７に出力する。駆動回路３７は、この制御値をもとに、ＤＣリンクラインＬＤＣの電力を用いてフライホイール発電電動機３２を駆動させ、あるいはＤＣリンクラインＬＤＣ上に電力を放出する。
【００２６】
ここで、フライホイール発電電動機制御部３１は、Ｐ制御器３６による比例制御のみを行っているため、図４に示すように、駆動回路３７の電流電圧特性は、負荷電流に対して平坦でなくなる。この駆動回路３７の電流電圧特性は、例えば、図４に示すように、電流の増加とともに線形に電圧が増加する基準電流電圧特性Ｌ０を呈する。
【００２７】
（フライホイール制御部）
そこで、フライホイール制御部３４は、旋回レバー５０の入力値に応じたオフセット値をフライホイール発電電動機制御部３１の加減算器３５に入力する。このオフセット値は、図４に示すように、基準電流電圧特性Ｌ０全体を電圧増減方向にシフトさせる値である。そして、ＤＣリンク電圧ＶＤＣと基準電流電圧特性Ｌ０とが交わるときの電流値にＤＣリンク電圧ＶＤＣを乗算した電力値に対応する電力が、ＤＣリンクラインＬＤＣに対して放出され、あるいはＤＣリンクラインＬＤＣから吸収される。ＤＣリンクラインＬＤＣに対して電力が放出される場合は、フライホイール発電電動機３２が回生駆動し、ＤＣリンクラインＬＤＣから電力が吸収される場合は、フライホイール発電電動機３２が力行駆動する。
【００２８】
例えば、オフセット値がプラスの値である場合、ＤＣリンク電圧ＶＤＣと基準電流電圧特性Ｌ０との交点Ｐ１がマイナス電流側に移動し、この交点Ｐ１での値が回生電流となり、ＤＣリンクラインＬＤＣ上に放出される。一方、オフセット値がマイナスの値である場合、ＤＣリンク電圧ＶＤＣと基準電流電圧特性Ｌ０との交点Ｐ２がプラス電流側に移動し、この交点Ｐ２での値が力行電流となり、ＤＣリンクラインＬＤＣ上から吸収される。
【００２９】
フライホイール制御部３４が旋回レバー５０の入力値に応じたオフセット値を加減算器３５に入力するのみで、フライホイール発電電動機３２の駆動制御を簡易に行うことができる。すなわち、オフセット値の入力のみで、ＤＣリンクラインＬＤＣに対して、フライホイール３３に蓄積されたエネルギー授受制御を容易に行うことができる。
【００３０】
（旋回発電電動機制御部）
旋回発電電動機制御部２１は、駆動回路２７を有する。駆動回路２７は、旋回発電電動機２２の駆動制御を行うとともに、ＤＣリンクラインＬＤＣの電流制御を行う。旋回発電電動機制御部２１には、旋回レバー５０の操作量に応じたトルク指令が入力される。加減算器２５は、入力されたトルク指令値から、駆動回路２７からフィードバックされるトルク相当電流値を減算した差分値をＰＩ制御器２６に出力する。ＰＩ制御器２６は、入力された差分値に対する比例積分制御を行い、この制御値を駆動回路２７に出力する。駆動回路２７は、この制御値をもとに、ＤＣリンクラインＬＤＣの電力を用いて旋回発電電動機２２をモータ駆動させ、あるいはＤＣリンクラインＬＤＣ上に電力を放出する発電機として回生駆動させる。なお、旋回発電電動機制御部２１は、ＤＣリンクラインＬＤＣに対する電圧制御は行っていない。
【００３１】
（フライホイール制御処理）
ここで、フライホイール制御部３４は、トルク−回転数マップ３４ａとタイマ３４ｂとを有し、各種モードに対応したフライホイール３３の駆動制御を行う。図５は、フライホイール制御部３４によるフライホイール制御処理手順を示すフローチャートである。なお、図６は、トルク−回転数マップ３４ａの一例を示す図である。
【００３２】
図５に示すように、まず、フライホイール制御部３４は、エンジン２がローアイドル時、またはロックレバー５１が作動状態、または旋回レバー５０が一定時間以上、中立状態か否かを判断する（ステップＳ１０１）。エンジン２がローアイドルか否かは、エンジン回転数検出器２ａから入力されるエンジン回転数がローアイドル回転数か否かを判断すればよい。また、旋回レバー５０が一定時間以上、中立状態か否かの時間計測は、タイマ３４ｂによって行われる。
【００３３】
エンジン２がローアイドル時、ロックレバー５１が作動状態、及び旋回レバー５０が一定時間以上、中立状態のいずれでもない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）には、さらに、旋回レバー５０が中立状態であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。旋回レバー５０が中立状態でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、さらに旋回レバー５０が加速状態のレバー操作であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。
【００３４】
旋回レバー５０が加速状態のレバー操作である場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）には、オフセット値を下げる（ステップＳ１０４）。すなわち、オフセット値をマイナスにする。これにより、フライホイール３３からレバー操作量に対応するエネルギー分の電力をＤＣリンクラインＬＤＣ上に放出する。この結果、旋回発電電動機２２は、この放出されたＤＣリンクラインＬＤＣ上の電力を用いて十分に駆動することができる。その後、本処理を終了する。なお、この場合、旋回制御部４０は、発電電動機４を発電機として機能させて、発電電動機４からもＤＣリンクラインＬＤＣ上に電力を供給する。
【００３５】
一方、旋回レバー５０が加速状態のレバー操作でない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）には、さらに、旋回レバー５０が減速状態のレバー操作であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。旋回レバー５０が減速状態のレバー操作である場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、オフセット値を上げる（ステップＳ１０６）。すなわち、オフセット値をプラスにする。これにより、レバー操作量に対応するエネルギー分の電力をＤＣリンクラインＬＤＣ上からフライホイール３３に吸収する。この結果、フライホイール３３は、旋回発電電動機２２から放出されたＤＣリンクラインＬＤＣ上の電力を蓄積することができる。その後、本処理を終了する。また、旋回レバー５０が減速状態のレバー操作でない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。
【００３６】
例えば、建設機械がパワーショベルの場合であって、掘削→行き旋回→廃土→戻り旋回→（掘削）の一連の作業を行う場合、オフセット値は、旋回発電電動機２２を加速させる場合には駆動電力に合わせ、回転速度に比例させて加算させる設定を行い、旋回発電電動機２２を減速させる場合には旋回発電電動機２２の制動力を最大限効かせるために最初から大きな値を設定する。また、上部旋回体２３を緩慢な速度で旋回する場合、オフセット値は、加速および減速ともに旋回レバー５０の操作量に合わせた小さな値となる。
【００３７】
なお、フライホイール３３に対するエネルギー吸収とエネルギー放出は、図６に示したフライホイール回転数に対するフライホイールのトルク制限特性ＬＡ，ＬＢによってトルク制限される。なお、最大のフライホイール回転数は、Ｎ１（ｒｐｍ）である。また、力行トルクの最大値は、Ｔ１（Ｎｍ）であり、回生トルクの最大値は、−Ｔ２（Ｎｍ）である。
【００３８】
一方、旋回レバー５０が中立状態である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）には、さらに、フライホイール回転数が中速の回転数Ｎ３以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。フライホイール回転数が回転数Ｎ３以下である場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）には、図６に示すように、回転数の低下に伴って力行トルクを増大する第１トルク特性Ｌ３によるトルク制御を行って、フライホイール回転数を回転数Ｎ３に維持する制御を行い（ステップＳ１０８）、本処理を終了する。なお、フライホイール回転数が回転数Ｎ３以下でない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。
【００３９】
また、エンジン２がローアイドル時、またはロックレバー５１が作動状態、または旋回レバー５０が一定時間以上、中立状態のいずれかである場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）には、さらに、フライホイール回転数が低速の回転数Ｎ４以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。フライホイール回転数が回転数Ｎ４以下である場合（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）には、図６に示すように、回転数の低下に伴って力行トルクを増大する第２トルク特性Ｌ４によるトルク制御を行って、フライホイール回転数を回転数Ｎ４に維持する制御を行い（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。なお、フライホイール回転数が回転数Ｎ４以下でない場合（ステップＳ１０９，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。
【００４０】
上述したステップＳ１０８の処理は、エンジン回転数制御におけるオートデセル制御と同じである。無駄なフライホイール駆動を行わないようにしてエネルギーの効率利用を図るとともに、迅速なフライホイール回転数の立ち上がりを確保するためである。
【００４１】
また、ステップＳ１１０の処理は、フライホイール回転数が低速になることにより空転ロスを小さくするとともに、フライホイール３３の軸受寿命を長くするためである。
【００４２】
なお、トルク特性Ｌ１は、フライホイール回転数が回転数Ｎ２以上となった場合に、力行トルクを低下させるようにしている。これは、フライホイール３３がエネルギーを吸収しすぎて、最大の回転数Ｎ１を超えないようにするためである。
【００４３】
（フライホイール配置とその構成）
図７は、電動旋回ショベル１に搭載されたフライホイール３３とフライホイール発電電動機３２との配置を示す電動旋回ショベル１の左側面図である。また、図８は、電動旋回ショベル１に搭載されたフライホイール３３とフライホイール発電電動機３２との配置を示す電動旋回ショベル１の平面図である。さらに、図９は、一体構成されたフライホイール３３とフライホイール発電電動機３２との構成を示す断面図である。
【００４４】
図７〜図９に示すように、フライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とは、電動旋回ショベル１の上部旋回体２３に搭載される。なお、図８に示すように、上部旋回体２３は、旋回発電電動機２２が、スイングサークル２４のインナーレースの内歯を駆動することによって旋回する。また、図９に示すように、フライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とは、一体構成されている。さらに、一体構成されたフライホイール３３とフライホイール発電電動機３２の回転軸Ｃ２は、上部旋回体２３の旋回軸Ｃ１に平行配置される。
【００４５】
回転軸Ｃ２が、上部旋回体２３の旋回軸Ｃ１に平行配置されることによって、フライホイール３３のフライホイール本体３３ａは、上部旋回体２３が旋回してもジャイロ効果が発生しない。この結果、フライホイール回転数制御を精度高く行うことができる。なお、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２は、上部旋回体２３の旋回時における上下揺動の影響を小さくするため、旋回軸Ｃ１の近くに配置することが好ましい。
【００４６】
例えば、図８に示すように、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２は、エンジンルーム２５を仕切るエンジンルーム隔壁２５ａと、運転室２６との間で、旋回軸Ｃ１の近くに配置される。なお、発電電動機制御部１１、旋回発電電動機制御部２１、フライホイール発電電動機制御部３１、及びフライホイール制御部３４を収納するコントローラボックス３５は、図８に示すように、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２の近傍、例えば左側側方に近接配置される。このコントローラボックス３５をフライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２の側方に近接配置することによって、コントローラボックス３５と、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２との間のパワーケーブルを短くすることができる。なお、エンジンルーム２５内には、エンジン２の側方にラジエタなどのクーリングユニット９が配置される。上述したコントローラボックス３５は、このクーリングユニット９の側方（図８では、クーリングユニット９の下方）のスペースに配置するようにしてもよい。この場合も、コントローラボックス３５と、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２とを近接配置することが好ましい。
【００４７】
図１０は、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２の配置の変形例１を示している。図１０に示すように、この変形例１では、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２がエンジンルーム２５内のクーリングユニット９の側方に配置される。この場合も、旋回軸Ｃ２は、旋回軸Ｃ１に近い方が好ましい。一方、コントローラボックス３５は、エンジンルーム隔壁２５ａと、運転室２６との間に配置される。特に、コントローラボックス３５を、エンジンルーム隔壁２５ａと、運転室２６との間であって、旋回発電電動機２２及び発電電動機４に近接する位置に配置することによって、旋回発電電動機２２及び発電電動機４に対するパワーケーブルを短くすることができる。なお、コントローラボックス３５は、エンジンルーム２５内で、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２の側方に近接配置してもよい。
【００４８】
図１１は、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２の配置の変形例２を示している。図１１に示すように、この変形例２では、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２が、上部旋回体２３の右前部であって、タンク１０の前方に配置される。なお、タンク１０は、燃料や作動油を溜めておくものである。この場合、コントローラボックス３５は、上部旋回体２３の右前部であって、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２の側部に近接配置してもよいし、エンジンルーム隔壁２５ａと、運転室２６との間に配置してもよいし、エンジンルーム２５内のクーリングユニット９の側方に配置してもよい。
【００４９】
ところで、フライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とは、上述したように一体構成されている。一体構成とは、例えば、図９に示すように、フライホイール本体３３ａとフライホイール発電電動機３２のロータ３２ａとが同じ回転軸部材３８を共有することである。なお、ロータ３２ａの外周には、ステータ３２ｂが配置される。さらに、一体構成されたフライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とは、同じハウジング部材３９によって覆われることが好ましい。
【００５０】
このような一体構成によって、例えば、回転軸部材３８を複雑なスプライン構造によって結合しなくてもよい。さらに、フライホイール３３は、真空化することが好ましいが、一体構成のハウジング部材３９を用いることによって、気密性を容易に高めることができる。
【００５１】
なお、図１２に示した変形例１のように、フライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とが分離された構成であってもよい。すなわち、この変形例１では、ロータ３２ａ及びステータ３２ｂをカバーするハウジング部材３９ａと、フライホイール本体３３ａをカバーするハウジング部材３９ｂとを分離し、ロータ３２ａの回転軸部材３８ａとフライホイール本体３３ａの回転軸部材３８ｂとを、スプライン構造３８ｃで結合している。
【００５２】
また、図１３に示した変形例２のように、フライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とが、ギアボックス６０上で並列配置された構成であってもよい。この変形例２では、フライホイール３３及びフライホイール発電電動機３２は、ロータ３２ａの回転軸部材３８ａとフライホイール本体３３ａの回転軸部材３８ｂとが平行となり、ギアボックス６０上で、回転軸部材３８ａ，３８ｂに垂直な方向で並列配置される。ギアボックス６０内には、ギアなどによって形成された動力伝達部６１が配置され、回転軸部材３８ａ，３８ｂ間の動力伝達を行う。なお、動力伝達部６１のギア比などは任意に設定される。また、回転軸部材３８ａ，３８ｂの軸方向は、旋回軸Ｃ１に平行となるように配置される。このようなフライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とが近接して並列配置される構成は、フライホイール３３とフライホイール発電電動機３２とを一体構成した場合に比べて高さを低くすることができ、配置スペースの高さ制限があるときに有効である。
【符号の説明】
【００５３】
１    電動旋回ショベル
２    エンジン
２ａ  エンジン回転数検出器
３    油圧ポンプ
３ａ  コントロールバルブ
４    発電電動機
５    ブームシリンダ
６    アームシリンダ
８    油圧モータ
９    クーリングユニット
１０    タンク
１１    発電電動機制御部
１５，２５，３５  加減算器
１６，２６  ＰＩ制御器
１７，２７，３７  駆動回路
２１    旋回発電電動機制御部
２２    旋回発電電動機
２３    上部旋回体
２４    スイングサークル
２５    エンジンルーム
２５ａ  エンジンルーム隔壁
２６    運転室
３０    エネルギー蓄積装置
３１    フライホイール発電電動機制御部
３２    フライホイール発電電動機
３２ａ  ロータ
３２ｂ  ステータ
３３    フライホイール
３３ａ  フライホイール本体
３４    フライホイール制御部
３４ａ  トルク−回転数マップ
３４ｂ  タイマ
３５    コントローラボックス
３６    Ｐ制御器
３８，３８ａ，３８ｂ    回転軸部材
３８ｃ  スプライン構造
３９，３９ａ，３９ｂ    ハウジング部材
４０    旋回制御部
４１    電圧検出回路
４２    フライホイール回転数検出器
５０    旋回レバー
５１    ロックレバー
６０    ギアボックス
６１    動力伝達部
１０５    ブーム
１０６    アーム
１０７    バケット
１０８    下部走行体
Ｃ１    旋回軸
Ｃ２    回転軸
Ｌ０    基準電流電圧特性
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４  トルク特性
ＬＡ，ＬＢ  トルク制限特性
ＬＤＣ    ＤＣリンクライン
ＶＤＣ    ＤＣリンク電圧
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４  回転数
Ｐ１，Ｐ２    交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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