(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の負荷に動力を供給するエンジンに接続され、当該エンジンの駆動をアシストするための力行運転、及び、当該エンジンの駆動による回生運転が可能なアシスト用電動機と、所定の作業要素に接続され、力行運転及び回生運転を行う電動機と、前記アシスト用電動機及び前記電動機の力行運転に必要な電力を供給するとともに、回生運転により得られる電力を充電する蓄電手段とを備える動力供給装置の運転制御装置であって、
前記電動機の力行運転時に、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないように運転制御を行う運転制御手段を含む、動力供給装置の運転制御装置。
【請求項２】
前記運転制御手段は、前記アシスト用電動機の出力を零にするための零指令を用いて、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないように運転制御を行う、請求項１に記載の動力供給装置の運転制御装置。
【請求項３】
前記アシスト用電動機の出力トルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、
前記運転制御手段は、前記トルク検出手段の検出結果に基づき、前記出力トルクを制御するためのトルク指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行うように構成されており、前記電動機の力行運転時に、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないために、前記出力トルクを零にするためのトルク指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行う、請求項１に記載の動力供給装置の運転制御装置。
【請求項４】
前記アシスト用電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記アシスト用電動機の電流値を検出する電流検出手段とをさらに備え、
前記運転制御手段は、前記電流検出手段及び前記回転数検出手段の検出結果を用いてトルク電流値を算出し、当該算出したトルク電流値を制御するためのトルク電流指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行うように構成されており、前記電動機の力行運転時に、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないために、前記トルク電流値を零にするためのトルク電流指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行う、請求項１に記載の動力供給装置の運転制御装置。
【請求項５】
前記電動機の力行運転の後に当該電動機の回生運転を行うときに、当該電動機の回生運転によって得られる電力を前記蓄電手段に充電させる充電制御手段をさらに備える、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の動力供給装置の運転制御装置。
【請求項６】
前記運転制御手段は、前記アシスト用電動機の制御指令として、エンジンの出力を目標値に追従させる第１指令と、前記蓄電手段の蓄電量を所定量にするための第２指令とを演算し、当該第１指令及び第２指令のうち値が大きい方を前記アシスト用電動機の駆動指令として選択する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の動力供給装置の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの駆動をアシストする電動機を備えるハイブリッド式建設機械用の動力供給装置の運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの駆動をアシストするアシスト用電動機と、旋回用又は走行用等の電動機（以下、旋回用等電動機と称す）と蓄電手段とを備え、アシスト用電動機と蓄電手段から電力を供給して旋回用等の電動機を駆動するハイブリッド式の建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この建設機械では、旋回用等の電動機を駆動するための電力は、主にアシスト用電動機で発電し、必要に応じて蓄電手段から供給される電力を併用する。
【０００３】
また、特許文献１とは別に、旋回用等の電動機を駆動する電力を蓄電手段から供給する建設機械が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−０１６７０４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の建設機械では、コンデンサ等で構成される蓄電手段の充電量が定格容量に近い状態で旋回用等の電動機を駆動すると、旋回用等の電動機が力行運転をするための電力をアシスト用電動機で発電する場合もある。このときは蓄電手段の充電量が定格容量に近いため、旋回用等の電動機が回生運転に入ったときに、蓄電手段には充電可能な容量が十分に確保されていない場合が生じる。
【０００５】
これを回避するためには、旋回用等の電動機の回生電力でアシスト用電動機を力行運転させて電力を消費する手法が考えられる。
【０００６】
しかし、この手法では回生電力を有効的に回収できておらず、その上、アシストを受けたエンジンは機関トルクを下げるように運転制御されるため、燃料消費率の高い領域で運転されることになり、エンジンの運転効率の悪化を招くことになる。
【０００７】
また、特許文献２記載の建設機械では、旋回用等の電動機への電力供給を蓄電手段から行っているが、アシスト用電動機で発電した電力も蓄電手段を介して旋回用等の電動機に供給される場合があるため、特許文献１と同様の問題が生じうる。
【０００８】
そこで、本発明は、回生電力を有効的に回収可能で、かつ、エンジンの運転効率を改善したハイブリッド式建設機械用の動力供給装置の運転制御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】
【０００９】
本発明の一局面の動力供給装置の運転制御装置は、所定の負荷に動力を供給するエンジンに接続され、当該エンジンの駆動をアシストするための力行運転、及び、当該エンジンの駆動による回生運転が可能なアシスト用電動機と、所定の作業要素に接続され、力行運転及び回生運転を行う電動機と、前記アシスト用電動機及び前記電動機の力行運転に必要な電力を供給するとともに、回生運転により得られる電力を充電する蓄電手段とを備える動力供給装置の運転制御装置であって、前記電動機の力行運転時に、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないように運転制御を行う運転制御手段を含む。
【００１０】
また、前記運転制御手段は、前記アシスト用電動機の出力を零にするための零指令を用いて、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないように運転制御を行ってもよい。
【００１１】
また、前記アシスト用電動機の出力トルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、前記運転制御手段は、前記トルク検出手段の検出結果に基づき、前記出力トルクを制御するためのトルク指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行うように構成されており、前記電動機の力行運転時に、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないために、前記出力トルクを零にするためのトルク指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行ってもよい。
【００１２】
また、前記アシスト用電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記アシスト用電動機の電流値を検出する電流検出手段とをさらに備え、前記運転制御手段は、前記電流検出手段及び前記回転数検出手段の検出結果を用いてトルク電流値を算出し、当該算出したトルク電流値を制御するためのトルク電流指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行うように構成されており、前記電動機の力行運転時に、前記アシスト用電動機に回生運転による発電をさせないために、前記トルク電流値を零にするためのトルク電流指令により前記アシスト用電動機の運転制御を行ってもよい。
【００１３】
また、前記電動機の力行運転の後に当該電動機の回生運転を行うときに、当該電動機の回生運転によって得られる電力を前記蓄電手段に充電させる充電制御手段をさらに備えてもよい。
【００１４】
前記運転制御手段は、前記アシスト用電動機の制御指令として、エンジンの出力を目標値に追従させる第１指令と、前記蓄電手段の蓄電量を所定量にするための第２指令とを演算し、当該第１指令及び第２指令のうち値が大きい方を前記アシスト用電動機の駆動指令として選択してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回生電力を有効的に回収可能で、かつ、エンジンの運転効率を改善したハイブリッド式建設機械用の動力供給装置の運転制御装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の動力供給装置の運転制御装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置を含むハイブリッド式建設機械の構成を概略的に示す図である。この建設機械は、エンジン１、アシスト用電動機２、バッテリ３、電動機４、旋回部５、油圧ポンプ６、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を含む。
【００１８】
なお、エンジン１、アシスト用電動機２、及び油圧ポンプ６の間は、所定の構成を有する減速機１０によって機械的に接続されている。また、アシスト用電動機２、バッテリ３、及び電動機４の間は、ＤＣバス１１で接続され、このＤＣバス１１には、昇降圧コンバータ１２とインバータ１３Ａ及び１３Ｂが配設される。また、油圧ポンプ６の下流側には、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に供給する油圧を制御するためのコントロールバルブ１４が配設される。
【００１９】
エンジン１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される。このエンジン１は、建設機械の運転中は常に運転される。
【００２０】
アシスト用電動機２は、エンジン１の駆動をアシストするとともに、エンジン１によって駆動されることにより発電する。すなわち、力行運転及び回生運転が可能である。このアシスト用電動機２は、例えば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータで構成される。
【００２１】
バッテリ３は、蓄電手段として用いられるものであり、二次電池又はキャパシタであればよい。
【００２２】
電動機４は、旋回部５の旋回軸（図示せず）を回転駆動するために配設される。この電動機４は、回転駆動時に力行運転及び回生運転が可能であればよく、例えば、ＩＰＭモータで構成される。この旋回部５は、建設機械の運転者が電動機４を操作することにより旋回する。
【００２３】
旋回部５は、図示しない水平回転軸によって軸支され、電動機４によって図示しないシャシーに対して回転自在に取り付けられる。この旋回部５には、図示しない運転席、アーム、ブーム、及びバケット等が搭載される。
【００２４】
油圧ポンプ６は、エンジン１の出力を油圧に変換する。この油圧をコントロールバルブ１４で制御することにより、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が制御され、図示しないアーム、ブーム、及びバケットが駆動される。
【００２５】
昇降圧コンバータ１２は、リアクトル、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、及び降圧用ＩＧＢＴ等の素子を含み、バッテリ３の充放電を制御するためのコンバータである。本実施形態では、ハイブリッド式の建設用機械に用いるため、例えば、中型の建設機械では、定格出力が約２０ｋＷ、瞬時最大出力電力が±８０ｋＷ、定格電流が±１００Ａ、瞬時最大電流が±４００Ａ程度となる。このため、昇降圧コンバータ１２に含まれる各素子は、このような用途に耐えうるものであることが要求される。
【００２６】
インバータ１３Ａは、ＤＣバス１１とアシスト用電動機２との間で直流／交流の変換を行う。同様に、インバータ１３Ｂは、ＤＣバス１１と電動機４との間で直流／交流の変換を行う。
【００２７】
この図１では、エンジン１及びアシスト用電動機２の運転制御部を省略する。同様に、昇降圧コンバータ１２の昇圧用ＩＧＢＴ及び降圧用ＩＧＢＴをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する制御部も省略する。これらの制御部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。昇降圧コンバータ１２の制御部は、ＤＣバス１１の電圧値や昇降圧コンバータ１２に流れる電流値に応じて電圧制御及び電流制御を切り替えることにより、ＤＣバス１１の電圧値を所望の値に制御すべく充放電制御を行う。
【００２８】
なお、上述のように、電動機４は、建設機械の運転者の操作によって駆動される。
【００２９】
図２は、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置におけるアシスト用電動機の制御部を示すブロック図である。この制御部により、アシスト用電動機２を駆動するための出力指令が演算される。
【００３０】
図２に示すように、アシスト用電動機２の制御部は、目標エンジン出力演算部２１、油圧負荷出力演算部２２、バッテリ要求出力演算部２３、電気負荷出力演算部２４、電力／動力効率換算部２５、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６、出力指令制御部２７、制御／電力効率換算部２８、及びトルク指令演算部２９を含む。
【００３１】
アシスト用電動機２の制御部では、目標エンジン出力演算部２１で演算される目標エンジン出力Eref(k)と、油圧負荷出力演算部２２で演算される油庄負荷出力Href(k)とに基づき、電力／動力効率換算部２５において次式（１）により第１出力指令Aref1(k)を演算する。
【００３２】
Aref1(k) ＝ (Href(k) − Eref(k)）×ηme ・・・・・（１）
ここで、効率係数ηmeは、アシスト用電動機２の動力を電力へ換算する際の効率係数である。
【００３３】
第１出力指令Aref1(k)は、目標とするエンジン出力に対して油圧負荷出力が大きい場合には、アシスト用電動機２がエンジン１の駆動をアシスト（補助）するための指令として演算され、目標とするエンジン出力に対して油圧負荷出力が小さい場合には、エンジン出力の余剰分によりアシスト用電動機２に発電（回生）させるための指令として演算される。なお、本実施の形態では、アシスト（力行）用の第１出力指令を正の値とし、発電（回生）用の第１出力指令を負の値とする。
【００３４】
なお、（１）式において効率係数ηmeを乗じるのは、後述する第２出力指令Aref2(k)と同一次元での比較を行うためである。
【００３５】
また、アシスト用電動機２の制御部は、第１出力指令Aref1(k)の演算と平行して、バッテリ要求出力演算部２３で演算されるバッテリ要求出力Bref(k)と、電気負荷出力演算部２４で演算される電気負荷出力Dref(k)とに基づき、次式（２）により第２出力指令Aref2(k)を演算する。
【００３６】
Aref2(k)=Bref(k)-Dref(k)・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、バッテリ要求出力Bref(k)は、バッテリ充電率(SOC: State Of Charge)の現在値を所望の充電率まで充電するために必要な出力である。ここで、バッテリ充電率(SOC)は次式（３）で表される比率である。
【００３７】
バッテリ充電率＝現在のバッテリの充電量/バッテリ容量の定格容量・・・（３）
第２出力指令Aref2(k)は、アシスト用電動機２に電気負荷出力分と充電率復帰分の出力を発電させるための指令を表す。ここで、電気負荷出力分とは、電気負荷（電動機４）に必要な出力を発生させるためにアシスト用電動機２が出力する必要のある出力分をいい、充電率復帰分とは、バッテリ充電率(SOC)を所望の充電率に復帰させるためにアシスト用電動機２が出力する必要のある出力分をいう。なお、本実施の形態では、放電用の第２出力指令を正の値とし、充電用の第２出力指令を負の値とする。
【００３８】
最大値選択出力部（ｍａｘ）２６は、第１出力指令Aref1(k)と、第２出力指令Aref2(k)のうち値の大きい方を出力し、出力指令制御部２７に送出する。
【００３９】
ここで、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６において、値が大きい方の出力指令を選択する理由は、次の通りである。
【００４０】
電動機４が回生運転を行わないときは、アシスト用電動機２の第２出力指令Aref2(k)は、略マイナスの値を取る。これは、詳細は後述するが、本実施の形態の動力供給装置では、バッテリ３の充電率が目標充電率を超えることは殆ど生じないため、バッテリ要求出力は殆どの場合に発電指令（マイナスの出力）となるためである。また、目標エンジン出力及び油圧負荷出力は常にプラスの出力であるので、アシスト用電動機２の第１出力指令Aref1(k)は、油圧負荷出力が目標エンジン出力より大きい場合にアシスト指令（プラスの出力）となり、油圧負荷出力が目標エンジン出力より小さい場合に発電指令（マイナスの出力）となる。従って、油圧負荷出力が目標エンジン出力よりも大きい場合は、アシスト用電動機２の最終的な出力指令Aref(k)としては、Aref1(k)が選択することが好ましい。
【００４１】
また、油圧負荷出力が目標エンジン出力よりも小さい場合は、アシスト用電動機２の最終的な出力指令Aref(k)は、発電量の小さい方が選択することが好ましい。これは、発電量を増やすためにエンジン１の出力を増大（すなわち、燃費を悪化）させることを防ぐためである。なお、発電のための出力指令はマイナスであるため、発電量の小さい方とは、実数として値の大きい方を選択することを意味する。
【００４２】
また、電動機４が回生運転を行うときは、バッテリ要求出力と電気負荷出力との関係で第２出力指令Aref2(k)の極性が変わる。第２出力指令Aref2(k)が発電指令（マイナスの出力）のときは、上述の場合と同様で発電量の小さい方が選択することが好ましい。一方、第２出力指令Aref2(k)がアシスト指令（プラスの出力）の場合において、油圧負荷出力が目標エンジン出力よりも大きい場合は、第１出力指令Aref1(k)又は第２出力指令Aref2(k)のうちの値の大きい方を選択する。これに対して、油圧負荷出力が目標エンジン出力よりも小さい場合は、第２出力指令Aref2(k)を選択する。
【００４３】
以上より、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６において、第１出力指令Aref1(k)又は第２出力指令Aref2(k)のうちの値が大きい方の出力指令を選択することとする。
【００４４】
これにより、油圧負荷（油圧ポンプ６）を駆動させる場合に第１出力指令Aref1(k)を選択して所望のエンジン出力に制御し、一方、油圧負荷を殆ど駆動しない場合には、第２出力指令Aref2(k)を優先してバッテリ充電率を制御することとなる。
【００４５】
出力指令制御部２７は、電動機４の運転状態に応じてアシスト用電動機２への出力指令を制限する。具体的な演算手法については図３を用いて後述する。
【００４６】
制御／電力効率換算部２８は、出力指令制御部２７から出力されたアシスト用電動機２の出力指令に、制御用の効率ηecを乗じることにより、アシスト用電動機２の最終的な出力指令Aref(k)を演算する。ここで、効率ηecはインバータ１３Ａへの制御指令を電力に換算する際の損失を考慮した係数である。
【００４７】
トルク指令演算部２９は、制御／電力効率換算部２８から伝送される出力指令Aref(k)と、アシスト用電動機２の回転数とに基づいてトルク指令を演算する。このトルク指令は、出力指令Aref(k)を回転数で除算することにより演算され、トルク指令がアシスト用電動機２に伝送され、運転制御が行われる。なお、アシスト用電動機２の回転数は、図示しない所定のセンサによって検出される。
【００４８】
図３は、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置の出力指令制御部２７において、電動機４の駆動状態に応じてアシスト用電動機２への出力指令を制限する手順を示す図である。
【００４９】
出力指令制御部２７は、電動機４の運転状態が力行運転又は回生運転のいずれの運転状態にあるかを判定する（ステップＳ１）。電動機４が回生運転の状態にあるときは、特に処理を行わずに処理を終了する。この処理の終了により、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６から伝送される第１出力指令Aref1(k)又は第２出力指令Aref2(k)をそのまま制御／電力効率換算部２８に伝送する。
【００５０】
出力指令制御部２７は、電動機４が力行運転であると判定した場合は、アシスト用電動機２がアシスト状態（力行運転）又は発電状態（回生運転）のいずれの運転状態にあるかを判定する（ステップＳ２）。なお、本実施の形態の動力供給装置では、電動機４が力行運転しているときには、アシスト用電動機２に発電させないように運転制御を行うため、このステップＳ２における判定処理では、アシスト用電動機２が発電状態（回生運転）に移行しようとしているか否かを判定することになる。
【００５１】
出力指令制御部２７は、アシスト用電動機２がアシスト状態であると判定した場合は、特に処理を行わずに処理を終了する。この処理の終了により、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６から伝送される第１出力指令Aref1(k)又は第２出力指令Aref2(k)をそのまま制御／電力効率換算部２８に伝送する。
【００５２】
出力指令制御部２７は、アシスト用電動機２が発電状態（回生運転）に移行しようとしていると判定した場合は、アシスト用電動機２に伝送する出力指令を零にする（ステップＳ３）。これにより、出力指令制御部２７から制御／電力効率換算部２８に伝送される出力指令が零となり、トルク指令演算部２９で演算されるトルク指令も零となる。この結果、アシスト用電動機２は、発電しないように運転制御される。
【００５３】
以上のように、本実施の形態の動力供給装置は、目標エンジン出力と油圧負荷出力の比較で導出されるアシスト用電動機２出力指令Aref1(k)と、充電率を所望の値にするために必要なアシスト用電動機２出力指令Aref2(k)とのうち、値の大きい方の指令をアシスト用電動機２の出力指令とする制御アルゴリズムを用いつつ、電動機４が力行運転している場合には、電動機４への電力供給源をバッテリ３のみとする（アシスト用電動機２には発電を行わせなくする）運転制御を行うものある。
【００５４】
図４は、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置が適用されるハイブリッド式建設機械における電力の流れを概念的に示す図である。
【００５５】
電動機４が力行の状態にある場合に、アシスト用電動機２の発電を禁止する動作について説明する。図中の矢印は、電力の流れを示す。
【００５６】
建設機械の運転者の操作により、電動機４が駆動される際には、まず電動機４は力行運転され、ＤＣバス１１を通じて供給される電力が電動機４において動力に変換される。
【００５７】
電動機４によって電力が消費されることにより、ＤＣバス１１の電圧が低下する。これに対して、バッテリ３は、ＤＣバス１１の電圧を監視し、これを一定の電圧に保持しようとする。このため、バッテリ３は電力をＤＣバス１１に放出する。
【００５８】
このとき、アシスト用電動機２は、発電を行わないように運転制御されるため、電動機に供給される電力はすべてバッテリ３から供給されることになる（図４（ａ）参照）。
【００５９】
また、建設機械の運転者の操作により、電動機４の回転を制動する際には、電動機４は回生運転を行い、動力を電力に変換してＤＣバス１１に戻す。このため、ＤＣバス１１の電圧が上昇する。このとき、バッテリ３は、ＤＣバス１１の電圧を監視し、これを一定電圧に保持しようとするため、バッテリ３は充電を行う。
【００６０】
このとき、図４（ａ）に示す電動機４の力行運転時の放電によってバッテリ３の充電率は低下しており、バッテリ３には回生電力を充電するのに十分な容量が確保されているため、電動機４から出力される回生電力はバッテリ３に充電される。
【００６１】
ここで、電力／動力の変換効率により、電動機４が力行運転を行うためにバッテリ３が供給（放出）した電力よりも、電動機４の回生運転によってバッテリ３が充電する電力の方が小さくなるため、バッテリ３の充電率は、電動機４が力行運転を行う前の状態よりも低下する。この充電率の低下は、上述したアシスト用電動機２の発電を禁止する場合を除くときに、アシスト用電動機２が発電を行うことによって補えばよい。
【００６２】
図５は、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置が適用されるハイブリッド式の建設機械における油圧ポンプ出力と、電気負荷出力とのシミュレーション結果を示す図である。
【００６３】
図６は、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置が適用されるハイブリッド式の建設機械と、従来のハイブリッド式の建設機械とのエンジン出力、アシスト用電動機の出力、及び充電率を示す図である。この図６（ａ）乃至（ｃ）に示す特性は、図５に示す油圧負荷出力特性及び電気負荷出力特性で動力供給装置を動作させた場合の特性である。ここで、従来のハイブリッド式の建設機械の特性を破線で表し本実施の形態の動力供給装置が適用されるハイブリッド式の建設機械の特性を実線で表す。
【００６４】
以下、電動機４が力行運転の状態にある場合に、アシスト用電動機２の発電を禁止することで、電動機４の回生電力を無駄なく回収し、エンジン１を効率良く運転できることを検証したシミュレーション結果について説明する。
【００６５】
従来のハイブリッド式の建設機械（例えば、特許文献１記載のもの）のように、バッテリ（蓄電手段）及びアシスト用電動機から（旋回用等の）電動機に電力を供給する場合は、（旋回用等の）電動機の力行運転に必要な電力がアシスト用電動機で発電されるため、（旋回用等の）電動機が力行運転を行っている間は充電率は殆ど低下しない（図６（ｃ）参照）。
【００６６】
この結果、電動機が力行運転に続いて回生運転をすると、回生電力をバッテリ（蓄電手段）に充電しきれないため、余剰分を消費すべくアシスト用電動機が力行運転（エンジンのアシスト）を行うことになる。このため、エンジン出力は略零まで下がる（図６（ａ）の１２〜１３秒の領域、及び、同図１６〜１８秒の領域参照）。
【００６７】
一般に、エンジンの出力が低い領域（機関トルクの低い領域）は燃料消費率が悪いため、図６（ａ）に示すエンジン出力特性では、燃費効率の良くない領域で運転していることになる。
【００６８】
これに対して、本実施の形態の動力供給装置のように、電動機４が力行運転の状態にある場合に、アシスト用電動機２の発電を禁止すれば、電動機４の力行運転時にはアシスト用電動機２では発電をせず、電動機４の力行運転に必要な電力はバッテリ３から供給されるため、電動機４の力行運転中におけるバッテリ３の充電率は低下する（図６（ｃ）の８〜１３秒、及び、１５〜１７秒の領域参照）。
【００６９】
そして、このようにアシスト用電動機２の発電を禁止した後における電動機４の回生運転時には、充電率が減少した分だけバッテリ３の充電量に余裕があるため、電動機４の回生電力はバッテリ３に充電され、不足分はアシスト用電動機２によって発電される。
【００７０】
このように、電動機４の回生電力を効率よく回収できるように電動機４の力行運転時にアシスト用電動機２の回生運転を制限するため、電動機４の回生運転時にアシスト用電動機２がエンジン１をアシストすることを抑制でき、ひいては、エンジン１の出力特性が燃費効率の良くない領域まで低下することを抑制できる（図６（ａ）参照）。
【００７１】
電動機４は、特に旋回部５の駆動用に用いる場合は、力行運転の後に必ず回生運転を行うことになるため、上述のようにアシスト用電動機２の制御指令に簡易な修正手法を行うだけで、エンジン１の運転効率を向上させることができる。
【００７２】
図６（ｂ）において、アシスト用電動機２の出力特性結果を従来の建設機械のものと比較すると、従来の建設機械よりも本実施の形態の動力供給装置の方が、アシスト用電動機２におけるエネルギ収支が小さい。この結果、実効電流を低く抑えることができ、発熱しやすいアシスト用電動機２の発熱量を低減することができる。
【００７３】
また、図６（ｃ）に示す従来機と本実施の形態の建設機械との充電率同士を比較すると、従来の建設機械では電動機が回生運転に入る前に高い充電率を維持してしまうため、回生運転時に目標充電量を超え得るが、本実施の形態の動力供給装置では、まず超えることはない。
【００７４】
従って、充電率の目標値を従来の建設機械よりも高く設定することが可能である。
【００７５】
以上、本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置によれば、下記の効果が得られる。
【００７６】
電動機４が力行運転後に回生運転を行うことを効率的に利用することにより、電動機４の回生運転の前の力行運転時にバッテリ３の充電可能量を大きくとることができ、電動機４の回生電力を無駄なく回収することができる。
【００７７】
また、これにより、バッテリ３の過充電を抑制でき、電動機４の回生運転を有効に活用して制動を安全・確実に行えるハイブリッド式の建設機械用の動力供給装置を提供することができる。
【００７８】
電動機４の回生電力を充電するための容量をバッテリ３に確保できるので、旋回用の電動機４の回生電力でアシスト用電動機２がエンジン１をアシストすることを抑制でき、エンジン１の出力が低くなりすぎて燃料消費率の悪い領域でエンジン１を運転させることを抑制することができる。
【００７９】
また、このようにエンジン１への不必要なアシストを抑制できることにより、電動機４の回生運転を有効に活用して制動を安全・確実に行えるハイブリッド式の建設機械用の動力供給装置を提供することができる。
【００８０】
バッテリ３のエネルギ収支を従来よりも大きくすることにより、アシスト用電動機２のエネルギ収支を小さくすることができるため、アシスト用電動機２の発熱量を低減することができる。
【００８１】
通常時（電動機４の力行運転時にアシスト用電動機２の発電を禁止しているとき以外のとき）におけるバッテリ３の充電率を従来よりも高く保持できるので、バッテリ３から電力を放出した後におけるバッテリ３の残存する電力が多くなる。これにより、バッテリ３における電力の余裕代を大きく保つことができ、充放電する際の電流量を低く抑えることができ、バッテリ３の発熱量を抑えることができる。
【００８２】
また、以上では、アシスト（力行）用の第１出力指令を正の値、発電（回生）用の第１出力指令を負の値とするとともに、放電用の第２出力指令を正の値、充電用の第２出力指令を負の値とし、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６において、第１出力指令Aref1(k)と、第２出力指令Aref2(k)のうち値の大きい方を出力する形態について説明したが、指令値の極性は正負が逆であってもよい。この場合、最大値選択出力部（ｍａｘ）２６では、小さい方の指令を出力するようにすればよい。
【００８３】
また、以上では、トルク指令に基づいてアシスト用電動機２の運転制御を行う形態について説明したが、アシスト用電動機２の運転制御装置が電流制御される場合は、電流制御のトルク電流指令を零とするように構成してもよい。この場合、アシスト用電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、アシスト用電動機の電流値を検出する電流検出手段とを備え、運転制御装置は、トルク検出手段及び回転数検出手段の検出結果を用いてトルク電流値を算出し、算出したトルク電流値を制御するためのトルク電流指令によりアシスト用電動機２の運転制御を行うように構成されており、電動機４の力行運転時に、アシスト用電動機２に回生運転による発電をさせないために、トルク電流値を零にするためのトルク電流指令によりアシスト用電動機２の運転制御を行うように構成すればよい。
【００８４】
また、以上では、ハイブリッド式の建設機械において電動化される作業要素として旋回部５を回動させる電動機４を備える動力供給装置について説明したが、電動化される作業要素は、これに限られず、作業要素の駆動に伴って電動機が力行運転及び回生運転を行うことができるのであれば、永久軌道やアームその他の作業要素を電動機で駆動するようにしてもよい。
【００８５】
以上、本実施の形態の例示的な実施の形態の動力供給装置の運転制御装置について説明したが、本実施の形態は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置におけるアシスト用電動機の制御部を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置の出力指令制御部において、電動機の駆動状態に応じてアシスト用電動機への出力指令を制限する手順を示す図である。
【図４】本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置が適用されるハイブリッド式建設機械における電力の流れを概念的に示す図である。
【図５】本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置が適用されるハイブリッド式の建設機械における油圧ポンプ出力と、電気負荷出力とのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】本実施の形態の動力供給装置の運転制御装置が適用されるハイブリッド式の建設機械と、従来のハイブリッド式の建設機械とのエンジン出力、アシスト用電動機の出力、及び充電率を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  エンジン
２  アシスト用電動機
３  バッテリ
４  電動機
５  旋回部
６  油圧ポンプ
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  減速機
１１  ＤＣバス
１２  昇降圧コンバータ
１３Ａ、１３Ｂ  インバータ
１４  コントロールバルブ
２１  目標エンジン出力演算部
２２  油圧負荷出力演算部
２３  バッテリ要求出力演算部
２４  電気負荷出力演算部
２５  電力／動力効率換算部
２６  最大値選択出力部（ｍａｘ）
２７  出力指令制御部
２８  制御／電力効率換算部
２９  トルク指令演算部
【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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