(57)【要約】  旋回押し当て等の作業時に、旋回電動モータにおいて不均衡なコイルの温度上昇が発生しても、旋回電動モータの故障を予防することができる作業機械を提供することにある。  旋回体２０と、前記旋回体駆動用の電動モータ２５と、前記電動モータに接続された蓄電デバイス２４と、前記電動モータ駆動用のインバータ５２と、前記旋回体２０の駆動を指令する旋回用操作レバー装置７２と、前記旋回体の旋回速度を検出する速度検出手段２５ａと、電動モータ２５のトルクを制御する制御装置８０とを備えた作業機械において、前記制御装置８０は、前記速度検出手段が検出した前記旋回体２０の旋回速度を取込み、前記電動モータ２５のトルクを前記旋回速度が０のときに最大トルクよりも小さなトルクとし、前記旋回速度が０よりも大きい第１回転数のときに最大トルクとなるように制御する。
2015030140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータの駆動を制御するインバータと、前記旋回体の駆動指令として前記電動モータに駆動を指令する旋回用操作レバー装置と、前記旋回体の旋回速度として前記電動モータの回転数を検出する旋回速度検出手段と、前記電動モータのトルクを制御する制御装置とを備えた作業機械において、
前記制御装置は、前記旋回速度検出手段が検出した前記旋回体の旋回速度を取込み、前記電動モータのトルクを前記旋回速度が０のときに最大トルクよりも小さなトルクとし、前記旋回速度が０よりも大きい第１回転数のときに最大トルクとなるように制御する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記旋回用操作レバー装置の操作量を検出する操作量検出手段を備え、
前記制御装置は、前記操作量検出手段が検出した前記旋回用操作レバー装置の操作量と、前記旋回速度検出手段が検出した前記電動モータの回転数とを取込み、前記電動モータの基準トルク指令を算出する基準トルク演算部と、
前記電動モータの回転数に応じて前記電動モータの上限トルク値を算出する上限トルク演算部と、
前記基準トルク演算部からの前記基準トルク指令と前記上限トルク演算部からの前記上限トルク値とを入力し、前記基準トルク指令に前記上限トルク値の制限を加えた値をトルク指令として前記インバータへ出力するトルク制限部とを備えた
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械において、
前記上限トルク演算部は、前記旋回体の旋回速度が０から０より大きい第１の回転数までは、前記旋回速度の増加に応じて前記電動モータの上限トルク値を増加させ、
前記旋回体の旋回速度が前記第１の回転数から前記第１の回転数以上であって通常回転数より大きい第２の回転数までは、前記電動モータの上限トルク値を最大値にし、
前記旋回体の旋回速度が前記第２の回転数以上では、前記旋回速度の増加に応じて前記電動モータの上限トルク値を減少させるように算出する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の作業機械において、
エンジンと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの出力を制御するレギュレータと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記電動モータのトルクとの合計トルクで前記旋回体を駆動する油圧モータとを備え、
前記制御装置は、前記基準トルク演算部からの前記基準トルク指令と前記トルク制限部からの前記トルク指令とを入力し、前記基準トルク指令から前記トルク指令を減じた値を差分信号として乗算部へ出力する減算部と、
前記減算部からの前記差分信号と前記旋回速度とを入力し、これら入力信号を乗算して前記油圧モータの目標出力を算出する乗算部と、
前記乗算部からの前記目標出力に予め設定したゲインを乗じた値を油圧ポンプ出力指令値として前記レギュレータへ出力するゲイン演算部とを備えた
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項４に記載の作業機械において、
前記上限トルク演算部における前記電動モータの上限トルク値は、前記油圧モータを備えない場合における設定値より小さい値に設定された
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は作業機械に係り、更に詳しくは、油圧ショベル等の旋回体を有する作業機械に関する。
【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作業機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った作業機械が提案されている。このような作業機械の油圧ショベルにおいて、上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動する旋回アクチュエータを、従来の油圧モータに代えて電動モータとしたものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、旋回アクチュエータとして、油圧モータと電動モータとを搭載し、油圧モータと電動モータの合計トルクで旋回体を駆動するものがある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
旋回アクチュエータの減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、従来の油圧モータの場合は油圧回路上で熱として捨てられていたが、上述した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ので、省エネルギ化が図れる。【０００５】
ところで、電動モータで力行や回生を行うと、電気抵抗や摩擦などの原因によって熱が発生する。ある程度の熱量であれば冷却装置により放熱できるが、大きな熱量の場合は冷却が間に合わず、電動モータの温度が上昇し、場合によっては、融解など故障の原因となる。【０００６】
特許文献１には、インバータを冷却する冷却水の温度を検出する温度センサを設け、冷却水の温度が高い時は、電動モータに供給する電流の上限値を小さくする制御を行ない、電動モータやインバータの温度が過度に上昇することを防ぐ技術が開示されている。【０００７】
特許文献２には、電動モータやインバータに温度センサを設け、温度上昇に応じて電動モータの出力を低減する制御を行ない、電動モータやインバータの温度が過度に上昇することを防ぐ技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２２２８１５号公報
【特許文献２】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】
【０００９】
本願発明の出願人は、油圧モータと電動モータとを用いて旋回体を駆動する作業機械において、旋回操作量が小さいとき又は旋回速度が微速のときなど、油圧モータによる旋回の効率が悪化する領域では、電動モータのみで旋回体を駆動させることで燃費の低減を図る作業機械を発明し出願している。【００１０】
このような作業機械において、バケットを溝の側面に押し当てながら掘削する場合など、いわゆる旋回押し当て動作を行う場合は、電動モータはトルクを発生しているが旋回速度は０という状態が生じる。このとき、電動モータ内部において、電流は電動モータの一部のコイルのみに集中して流れるため、一部のコイルの温度のみが不均衡に上昇してしまう。【００１１】
特許文献１に開示された技術において、例えば、前述した旋回押し当て動作のように電動モータの一部のコイルのみの温度が上昇するような作業をした場合には、電動モータ全体を冷却している冷却水の温度はあまり高くならない。このため、電動モータに供給する電流の上限値を小さくする制御が実行されず、電動モータの一部のコイルの温度が上昇し続けて故障する可能性がある。【００１２】
また、特許文献２に開示された技術において、同様に、旋回押し当て動作のように電動モータの一部のコイルのみの温度が上昇するような作業をした場合には、温度センサは設置された周辺の特定のコイルの温度しか検出できない。このため、旋回押し当て動作によって一部のコイルの温度が上昇しても、これを検出できない場合が生じ、故障する可能性がある。これを解決するためには、電動モータ内部の複数のコイルの温度の全てを検出する複数の温度センサを配設する必要があるが、これはコストや設置スペースの点から難しく、現実的ではない。【００１３】
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、旋回押し当て等の作業時に、旋回電動モータにおいて不均衡なコイルの温度上昇が発生しても、旋回電動モータの故障を予防することができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータの駆動を制御するインバータと、前記旋回体の駆動指令として前記電動モータに駆動を指令する旋回用操作レバー装置と、前記旋回体の旋回速度として前記電動モータの回転数を検出する旋回速度検出手段と、前記電動モータのトルクを制御する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記旋回速度検出手段が検出した前記旋回体の旋回速度を取込み、前記電動モータのトルクを前記旋回速度が０のときに最大トルクよりも小さなトルクとし、前記旋回速度が０よりも大きい第１回転数のときに最大トルクとなるように制御するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、旋回押し当て等の作業時に、旋回電動モータにおいて不均衡なコイルの温度上昇が発生しても、旋回電動モータの故障を予防できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の作業機械の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明の作業機械の第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】本発明の作業機械の第１の実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図である。
【図４】本発明の作業機械の第１の実施の形態を構成する上限トルク演算部が参照する上限トルク値テーブルの特性図である。
【図５】本発明の作業機械の第２の実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図である。
【図６】本発明の作業機械の第２の実施の形態を構成する基準トルク演算部が参照する基準トルク値テーブルの特性図である。
【図７】本発明の作業機械の第３の実施の形態を示す側面図である。
【図８】本発明の作業機械の第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９】本発明の作業機械の第３の実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、作業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、旋回体を備えた作業機械全般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、その他の作業機械にも適用可能である。
＜実施例１＞
図１は本発明の作業機械の第１の実施の形態を示す側面図、図２は本発明の作業機械の第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。
【００１８】
図１において、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及び旋回体２０に装設したショベル機構３０を備えている。
【００１９】
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１３ａ、１３ｂ及びその減速機構等で構成されている。
【００２０】
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（以下キャパシタという）２４と、旋回電動モータ２５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。
【００２１】
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。
【００２２】
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１３ａ，１３ｂ、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、可変容量型の油圧ポンプ４１（図２参照）、油圧ポンプ４１の傾転角を変更することで容量を制御するレギュレータ４２、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４３（図２参照）を含む。油圧ポンプ４１はエンジン２２によって回転駆動され、回転数と容量の積に比例した作動油を吐出する。
【００２３】
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、コントロールバルブ４３は、旋回以外の操作レバー装置からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて旋回用スプールを動作させて、旋回用油圧モータ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４３は、旋回用以外の操作レバー装置からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、各種スプールを動作させて、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１３ａ、１３ｂに供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００２４】
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。また、パワーコントロールユニット５５には、旋回電動モータ２５の回転数を検出する回転数センサ２５ａが設けられていて、検出した信号をコントローラ８０へ出力している。
【００２５】
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は減速機構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。
【００２６】
コントローラ８０は、旋回用操作レバー装置７２からの旋回操作信号、旋回用電動モータ２５の回転数信号等を入力する入力部と、これらの入力信号を用いて、旋回用電動モータ２５のトルク指令値、アシスト発電モータ２３のトルク指令値、油圧ポンプ４１の出力減指令値等を演算する演算部と、演算部で算出した各種指令を出力する出力部とを備えている。
【００２７】
コントローラ８０の入力部には、旋回用操作レバー装置７２から出力され、油圧／電気信号変換デバイス（例えば圧力センサ）７３によって電気信号に変換された旋回操作量信号と、回転数センサ２５ａが検出した旋回電動モータ２５の回転数信号とが入力されている。
【００２８】
コントローラ８０の出力部からは、旋回用電動モータ２５へのトルク指令とアシスト発電モータ２３へのトルク指令とが、パワーコントロールユニット５５へ出力され、それぞれのインバータ５２と５３とが制御される。また、コントローラ８０の出力部からは、油圧ポンプ４１への出力減指令が、電気／油圧信号変換デバイス７０を介してレギュレータ４２へ出力され、レギュレータ４２が油圧ポンプ４１の出力（容量）を制御する。電気／油圧信号変換デバイス７０は、コントローラ８０からの電気信号を油圧パイロット信号へ変換するものであり、例えば電磁比例バルブに相当する。
【００２９】
次に、コントローラ８０で実行する制御について図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の第１の実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図、図４は本発明の作業機械の第１の実施の形態を構成する上限トルク演算部が参照する上限トルク値テーブルの特性図である。  
図３に示すようにコントローラ８０の演算部は、目標回転数演算部１０１と、減算部１０２と、ＰＩ制御部１０３と、上限トルク演算部１０４と、トルク制限部１０５とを備えている。
【００３０】
目標回転数演算部１０１は、旋回操作量信号を入力し、この信号に基づいて、旋回電動モータ２５の目標回転数を演算する。具体的には、例えば、旋回操作量に対応する目標回転数のテーブルを参照する。このテーブルは、予め、従来の油圧ショベル（旋回用アクチュエータとして油圧モータのみ配設したもの）を使用して旋回操作量と旋回モータの回転数の関係を測定し、この測定結果に基づいて設定する。目標回転数演算部１０１で算出した目標回転数の信号は、減算部１０２の一端側へ入力される。
【００３１】
減算部１０２は、他端側に旋回電動モータ２５の回転数信号が入力されていて、目標回転数演算部１０１で算出した目標回転数の信号から、旋回電動モータ２５の回転数信号を減算し、算出した差分信号をＰＩ制御部１０３へ入力する。
【００３２】
ＰＩ制御部１０３は、旋回電動モータ２５の目標回転数と実際の回転数の偏差を小さくするために、ＰＩ制御器を使ってトルク指令を演算する。具体的には、例えば、回転数の偏差に比例ゲインを乗じた値（比例（Ｐ）制御器の出力値）と、回転数の偏差の積分値に積分ゲインを乗じた値（積分（Ｉ）制御器の出力値）とを加算して、トルク指令を算出しても良い。ＰＩ制御部１０３で算出したトルク指令の信号は、トルク制限部１０５の一端側へ入力される。
【００３３】
上限トルク演算部１０４は、旋回電動モータ２５の回転数信号が入力されていて、旋回電動モータ２５の回転数信号に基づいて旋回電動モータ２５の上限トルクの絶対値を演算する。具体的には、例えば、図４に示す旋回電動モータ２５の回転数に対応する上限トルクを定めたテーブルを参照して、上限トルクを算出する。
【００３４】
図４に示すテーブルによれば、旋回電動モータ２５の回転数が０のときの上限トルクを最大トルクの半分程度とし、回転数０から第１の回転数（例えば１０ｒｐｍ）の間では、回転数の増加に応じて上限トルクを最大トルクまで増加させるように設定している。次に、第１の回転数と第２の回転数（例えば１０００ｒｐｍ）の間では、上限トルクを最大トルクとして、第２の回転数以上では、回転数の増加に応じて上限トルクをゼロトルクまで減少するように設定している。上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号は、トルク制限部１０５の他端側へ入力される。
【００３５】
ここで、第１の回転数は、旋回電動モータ２５の回転数の検出精度を考慮して定めるものであって、旋回電動モータ２５が停止しているときのトルクが十分に低く保てる０近傍の回転数に設定することが望ましい。また、第２の回転数は、一般的な電動モータにおける上限トルクの決め方と同様に設定するものであって、通常の回転数より大きい回転数に設定することが望ましい。
【００３６】
トルク制限部１０５は、ＰＩ制御部１０３で算出したトルク指令の信号と上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号とを入力し、旋回電動モータトルク指令を算出し、パワーコントロールユニット５５へ出力する。具体的には、例えば、ＰＩ制御部１０３で算出したトルク指令の信号を、上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号以下、及び上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号を−１倍した値以上に制限し、この制限された値を旋回電動モータ２５のトルク指令値としてパワーコントロールユニット５５のインバータ５２へ出力する。
【００３７】
以上の方法により、旋回電動モータの回転数０の時における、旋回電動モータトルクを小さくすることができるので、旋回押し当て動作時の不均衡なコイル温度の上昇を抑制できる。
【００３８】
上述した本発明の作業機械の第１の実施の形態によれば、旋回押し当て等の作業時に、旋回電動モータ２５において不均衡なコイルの温度上昇が発生しても、旋回電動モータ２５の故障を予防できる。
＜実施例２＞
以下、本発明の作業機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の第２の実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図、図６は本発明の作業機械の第２の実施の形態を構成する基準トルク演算部が参照する基準トルク値テーブルの特性図である。図５及び図６において、図１乃至図４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。
【００３９】
本発明の作業機械の第２の実施の形態において、電動・油圧機器のシステムの構成は、第１の実施の形態と同じであるが、コントローラ８０の演算部で実行する処理が第１の実施の形態と異なる。
【００４０】
図５において、コントローラ８０の演算部は、第１の実施の形態における目標回転数演算部１０１と減算部１０２とＰＩ制御部１０３とに代えて基準トルク演算部１０６を備えている。また、上限トルク演算部１０４とトルク制限部１０５とを備えている。
【００４１】
基準トルク演算部１０６は、旋回操作量信号と旋回電動モータ２５の回転数信号とを入力し、これらの信号に基づいて、旋回電動モータ２５のトルク指令の信号を演算する。具体的には、例えば、図６に示す旋回操作量と旋回電動モータ２５の回転数に基づいたテーブルを参照して、旋回電動モータ２５のトルク指令を算出する。
【００４２】
本実施の形態においては、図６に示すように、横軸を旋回電動モータ２５の回転数、縦軸をトルク指令（基準トルク）として、旋回操作量の高低に応じた複数の特性線が、テーブルとして予め設定されている。具体的には、右旋回の時の回転数を正、右旋回加速の時の基準トルクを正として、左旋回の時の回転数を負、左旋回加速の時の基準トルク指令を負として表している。そして、旋回操作量の特性線と旋回電動モータ２５の回転数との交点の縦軸の値から基準トルクが算出されている。
【００４３】
例えば、右旋回の場合であって、右旋回の操作量がＰ１の時には、特性線Ｐ１と旋回電動モータ２５の回転数との交点から基準トルクが算出される。なお、右旋回操作量はＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４の関係に設定されている。基準トルク演算部１０６で算出した基準トルクの信号は、トルク制限部１０５の一端側へ入力される。
【００４４】
トルク制限部１０５は、基準トルク演算部１０６で算出した基準トルクの信号と上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号とを入力し、旋回電動モータトルク指令を算出し、パワーコントロールユニット５５へ出力する。具体的には、例えば、基準トルク演算部１０６で算出した基準トルクの信号を、上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号以下、及び上限トルク演算部１０４で算出した上限トルクの信号を−１倍した値以上に制限し、この制限された値を旋回電動モータ２５のトルク指令値としてパワーコントロールユニット５５のインバータ５２へ出力する。
【００４５】
上述した本発明の作業機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
＜実施例３＞
以下、本発明の作業機械の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の第３の実施の形態を示す側面図、図８は本発明の作業機械の第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、図９は本発明の作業機械の第３の実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図である。図７乃至図９において、図１乃至図６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。
【００４６】
図１及び図２に示した第１の実施の形態では、旋回体２０を旋回電動モータ２５のみで駆動していたが、本実施の形態においては、旋回電動モータ２５の同軸上に旋回油圧モータ２７を配置し、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７との合計トルクで旋回体２０を駆動させる構成になっている。また、旋回操作量が小さい時や旋回速度が微速のときなど、旋回油圧モータ２７による旋回の効率が悪化する領域では、旋回電動モータのみで旋回体２０を駆動することを特徴としている。
【００４７】
図７において、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、その駆動力により旋回体２０を旋回駆動させる。
【００４８】
図８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４３は、旋回用操作レバー装置７２からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）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４３は、旋回以外の操作レバー装置（図示せず）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１３ａ，１３ｂに供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００４９】
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。
【００５０】
コントローラ８０は、旋回用操作レバー装置７２からの旋回操作信号、旋回用電動モータ２５の回転数信号等を入力する入力部と、これらの入力信号を用いて、旋回用電動モータ２５のトルク指令値、アシスト発電モータ２３のトルク指令値、油圧ポンプ４１の出力減指令値等を演算する演算部と、演算部で算出した各種指令を出力する出力部とを備えている。
【００５１】
コントローラ８０の入力部には、旋回用操作レバー装置７２から出力され、油圧／電気信号変換デバイス（例えば圧力センサ）７３によって電気信号に変換された旋回操作量信号と、回転数センサ２５ａが検出した旋回電動モータ２５の回転数信号とが入力されている。
【００５２】
コントローラ８０の出力部からは、旋回用電動モータ２５へのトルク指令とアシスト発電モータ２３へのトルク指令とが、パワーコントロールユニット５５へ出力され、それぞれのインバータ５２と５３とが制御される。また、コントローラ８０の出力部からは、油圧ポンプ４１への出力減指令が、電気／油圧信号変換デバイス７０を介してレギュレータ４２へ出力され、レギュレータ４２が油圧ポンプ４１の出力（容量）を制御する。電気／油圧信号変換デバイス７０は、コントローラ８０からの電気信号を油圧パイロット信号へ変換するものであり、例えば電磁比例バルブに相当する。
【００５３】
ここで、オペレータが旋回用操作レバー装置７２を操作すると、その操作方向及び操作量に応じた油圧パイロット信号が発生し、コントロールバルブ４３に入力されると共に、油圧／電気信号変換デバイス７３を介してコントローラ８０にも電気信号に変換された旋回操作量信号が入力される。これにより、旋回電動モータ２５がキャパシタ２４からの電力供給を受けて駆動されると共に、必要に応じて、旋回油圧モータ２７用のコントロールバルブが開放され、旋回油圧モータ２７が駆動される。
【００５４】
本発明の第３の実施の形態においては、この際に、旋回操作量と旋回電動モータ２５の回転数とを基に、旋回電動モータ２５へのトルク指令と油圧ポンプ４１の出力指令を演算して出力するものである。
【００５５】
次に、コントローラ８０で実行する制御について図９を用いて説明する。図９において、コントローラ８０の演算部は、第２の実施の形態における上限トルク演算部１０４とトルク制限部１０５と基準トルク演算部１０６とを備え、さらに、第２減算部１０７と乗算部１０８とゲイン演算部１０９とを備えている。
【００５６】
上限トルク演算部１０４とトルク制限部１０５と基準トルク演算部１０６とは、上述した第２の実施の形態と同様なので説明を省略する。但し、上限トルク演算部１０４で用いる上限トルクのテーブルは、第２の実施の形態における上限トルク値よりも小さな値に設定されている。このため、基準トルク演算部１０６からの基準トルクの信号を旋回電動モータ２５だけでは、賄えなくなる。この従来の油圧ショベルと同等である基準トルクの不足分を旋回油圧モータ２７で補う制御が行われる。
【００５７】
第２減算部１０７は、基準トルク演算部１０６で算出した基準トルクの信号とトルク制限部１０５で算出した旋回電動モータトルク指令の信号とを入力し、基準トルクの信号から旋回電動モータトルク指令信号を減算し、算出した差分信号を乗算部１０８へ入力する。具体的には、基準トルクと旋回電動モータ２５のトルクとの差分を算出して乗算部１０８へ出力している。
【００５８】
乗算部１０８は、旋回電動モータ２５の回転数信号と第２減算部１０７で算出した差分信号とを入力し、２つの入力信号を乗算することで旋回油圧モータ２７の目標出力を算出する。算出した目標出力の信号は、ゲイン演算部１０９へ入力される。
【００５９】
ゲイン演算部１０９は、乗算部１０８で算出した旋回油圧モータ２７の目標出力を入力し、予め設定したゲインを乗じて油圧ポンプ出力指令値を演算し、この値を電気／油圧変換デバイス７０を介してレギュレータ４２に出力し、油圧ポンプ４１の出力（容量）を制御する。ここで、予め設定したゲインは、例えば、油圧ポンプ４１の出力から、旋回油圧モータ２７の出力までの効率の逆数に設定する。このように設定することで、旋回油圧モータ２７の出力を乗算部１０８で算出した値にすることができると共に、旋回油圧モータによる旋回の効率が悪化する領域を、旋回電動モータのみで駆動させることで燃費の低減を図ることができる。
【００６０】
上述した本発明の作業機械の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、上述した本発明の作業機械の第３の実施の形態によれば、旋回体２０の回転数が０の時における旋回電動モータ２５のトルクを小さくするように制御するが、旋回体２０の回転数が０以外の場合において、旋回油圧モータ２７のトルクを大きくするように制御するので、従来の油圧ショベルと同様のトルクを発生することができる。この結果、操作性を確保することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０        走行体
１１        クローラ
１２        クローラフレーム
１３        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
２５ａ      回転数センサ
２６        減速機構
２７        旋回油圧モータ
３０        ショベル機構
３１        ブーム
３２        ブームシリンダ
３３        アーム
３４        アームシリンダ
３５        バケット
３６        バケットシリンダ
４０        油圧システム
４１        油圧ポンプ
４２        レギュレータ
４３        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
７０        電気／油圧信号変換デバイス
７２        旋回用操作レバー装置
８０        コントローラ
１０１      目標回転数演算部
１０２      減算部
１０３      ＰＩ制御部
１０４      上限トルク演算部
１０５      トルク制限部
１０６      基準トルク演算部
１０７      第２減算部
１０８      乗算部
１０９      ゲイン演算部
【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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【国際調査報告】
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