JP6514895B2

JP6514895B2 - 作業機械の駆動制御システム、それを備える作業機械、及びその駆動制御方法

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Publication number: JP6514895B2
Application number: JP2015000774A
Authority: JP
Inventors: 陽治弓達; 和也岩邊; 英泰村岡
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: WO2016110927A1; JP2016127728A

Description

本発明は、液圧モータと電動機とを協働させて作業機械の構造体を駆動し、且つ構造体を制動する際に電動機によってエネルギーを回生する駆動制御システム、それを備える作業機械、及びその駆動制御方法に関する。

油圧ショベル、及びクレーン等の作業機械が公に知られており、これらの作業機械は、ショベル及びクレーン等の作業機器を動かすことによって、様々な作業を行うことができるようになっている。これらの作業機械は、走行可能な下部体を有しており、その上には上部旋回体が旋回可能に設けられている。上部旋回体には、作業機器が取り付けられており、上部旋回体を旋回させることで作業機器の向きを変えられるようになっている。また、作業機械は、上部旋回体を旋回させるべく駆動制御システムを備えている。

駆動制御システムの一例として特許文献１に記載されているものがある。特許文献１の駆動制御システムは、油圧モータと電動機とを備えている。電動機及び油圧モータは、互いに協働して上部旋回体を旋回するようになっている。油圧モータは、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動し、電動機は、蓄電装置から供給される電力により駆動するようになっている。また、電動機は、発電機能を有しており、旋回時の上部旋回体の運動エネルギーを電力に変換して上部旋回を制動するようになっている。変換された電力は、蓄電装置に蓄えられて次に駆動する際に利用されるようになっている。

特開２０１２−６２６５３号公報

特許文献１の駆動制御システムのように電動機を備えるシステムでは、電動機を駆動するための駆動装置（例えば、インバータ）が備わっている。駆動装置は、交流直流変換又は電圧変換等の変換機能を有しており、この変換機能によって電動機の回転数を上げて上部旋回体を加速させたり、電動機に発電させて上部旋回体を制動したりするようになっている。

これら駆動装置及び電動機には、それらの駆動の有無に関わらず蓄電装置から駆動電力が供給されており、定常的にエネルギーを損失している。つまり、電動機にトルクを発生させる必要がない油圧駆動による定速旋回時や停止時等でさえも駆動装置及び電動機に駆動電力（いわゆる待機電力）が供給されており、その結果定常損失が発生している。そうすると、上部旋回体の旋回加速と関係ないところで蓄電装置に蓄えられた電力が消費され、駆動制御システムの全体の回生効率が低下することがある。

そこで本発明は、回生効率を向上させることができる駆動制御システムを提供することを目的としている。

本発明の作業機械の駆動制御システムは、圧液供給を受けることで構造体を作動させる液圧モータと、前記液圧モータに圧液を供給する圧液供給装置と、放充電することができる蓄電装置と、前記蓄電装置からの電力供給によって前記圧液モータと協働して前記作業機械の構造体を作動させ、且つ発電して前記蓄電装置に回生することで前記構造体を制動する電動機と、駆動電力が供給されることで作動して前記電動機を駆動し、前記電動機への供給電力及び前記蓄電装置への回生電力を調整する駆動装置と、前記電動機の電動機目標トルクを設定し、前記電動機目標トルクに応じて前記駆動電力を前記駆動装置に供給して前記駆動装置の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電動機目標トルクがゼロであることを含む電力停止条件を充足すると判定すると、前記駆動装置への駆動電力の供給を止めるようになっているものである。

本発明に従えば、電動機にトルクを発生させる必要がない油圧駆動による定速旋回時や停止時等における駆動装置及び電動機の定常損失によって、蓄電装置の電力が消費されることを防ぐことができる。これにより、従来では定常損失によって消費される電力分をその次に構造体を作動させるときに利用することができ、駆動制御システムの回生効率を向上させることができる。

上記発明において、前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量を取得し、前記蓄電量が所定量以下になると前記電動機目標トルクをゼロにし、前記駆動装置への駆動電力の供給を止めるようにしてもよい。

上記構成に従えば、駆動装置及び電動機の定常損失によって蓄電装置の電力が過剰に放電されてしまうことを防ぐことができる。

上記発明において、前記構造体の作動速度を検出する速度検出器を備え、
前記制御装置は、前記構造体が減速し且つ前記速度検出器が検出する作動速度が予め定められる所定速度以下であることを含む電力停止条件を充足すると判定すると、前記電動機目標トルクをゼロにし、前記駆動装置への駆動電力の供給を止めるようになっていてもよい。

上記構成に従えば、減速制動時における構造体の作動速度が、所定速度、例えば電動機から得られる電力より定常損失が大きくなる速度になったときに、駆動装置及び電動機の定常損失による蓄電装置の電力消費を防ぐことができる。これにより、従来では定常損失によって消費される電力分をその次に構造体を作動させるときに利用することができ、駆動制御システムの回生効率を向上させることができる。

本件発明の作業機械は、前述のいずれか1つに記載の駆動制御システムと、前記構造体とを備え、前記構造体は、旋回体であり、前記電動機及び前記液圧モータは、減速機を介して前記旋回体を旋回駆動するようになっているものである。

上記構成に従えば、前述するような作用効果を奏する作業機械を実現することができる。

本発明の駆動制御システムの駆動制御方法は、蓄電装置からの電力供給によって構造体を作動させ且つ発電して前記蓄電装置に回生して前記構造体を制動させる電動機と圧液供給装置から供給される圧液によって駆動する液圧モータとを協働させて構造体を作動させ、駆動電力が供給されることで作動する駆動装置が前記電動機の供給電力及び前記蓄電装置の回生電力を電動機目標トルクに応じて調整する駆動制御システムの駆動制御方法であって、前記電動機の電動機目標トルクを設定する設定工程と、前記電動機目標トルクがゼロであることを含む電力停止条件を充足するか否かを判定する第１判定工程と、前記第１判定工程において電力停止条件を充足すると判定されると、前記蓄電装置から前記駆動装置への電力供給を停止させて前記駆動装置の駆動を止める停止工程とを有する方法である。

上記発明において、前記構造体の作動速度を検出する速度検出工程と、前記電動機により前記構造体を制動させて減速し且つ前記作動速度検出器が検出する作動速度が予め定められる所定速度以下であることを含む電力停止条件を充足するか否かを判定する第２判定工程とを有し、前記停止工程は、前記第２判定工程において電力停止条件を充足すると判定されると、前記電動機目標トルクをゼロにし、前記蓄電装置から前記駆動装置への電力供給を停止させて前記駆動装置の駆動を止めてもよい。

上記構成に従えば、減速制動時における駆動装置及び電動機の定常損失による蓄電装置の電力消費を防ぐことができる。これにより、従来では定常損失によって消費される電力分をその次に構造体を作動させるときに利用することができ、駆動制御システムの回生効率を向上させることができる。

本発明によれば、回生効率を向上させることができる。

本件発明の第１及び第２実施形態に係る駆動制御システムを備える油圧ショベルを示す側面図である。図１の油圧ショベルに備わる第１及び第２実施形態の駆動制御システムの油圧回路を示す油圧回路図である。図２の駆動制御システムに備わる駆動装置の電気回路を示す電気回路図である。図２の駆動制御システムに備わる操作レバーから入力された速度指令、速度指令に対する旋回体の速度実績、電動機の出力トルク、油圧モータのアシストトルク、電油旋回モータの出力トルク、及び蓄電エネルギーの経時変化を示すシーケンス図である。第２実施形態の駆動制御システムに備わる操作レバーから入力された速度指令、速度指令に対する旋回体の速度実績、電動機の出力トルク、油圧モータのアシストトルク、電油旋回モータの出力トルク、及び蓄電エネルギーの経時変化を示すシーケンス図である。第２実施形態の駆動制御システムが実行する減速制御処理の手順を示すフローチャートである。

以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の第１及び第２実施形態に係る駆動制御システム１，１Ａ、及びそれを備える油圧ショベル２の構成を説明する。なお、実施形態における方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、駆動制御システム１，１Ａ及び油圧ショベル２の構造に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明する駆動制御システム１，１Ａ及び油圧ショベル２の構造及び制御は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［油圧ショベル］
図１に示すように、作業機械の一例である油圧ショベル２は、先端部に取り付けられたアタッチメント、例えばバケット３によって掘削や運搬等の様々な作業を行うことができるようになっている。油圧ショベル２は、クローラ等の走行装置４を有しており、走行装置４の上に旋回体５が載せられている。構造体である旋回体５には、運転者が搭乗するための運転席５ａが形成され、更にブーム６及びアーム７を介してバケット３が設けられている。このように構成されている旋回体５は、走行装置４に対して旋回可能に構成されている。また、油圧ショベル２は、旋回体５を旋回駆動する駆動制御システム１を有している。以下では、駆動制御システム１の構成について、図２を参照しながら説明する。

［駆動制御システム］
駆動制御システム１は、主に油圧ポンプ１０と、コントロール弁１１と、リモートコントロール弁１２と、２つの電磁減圧弁１３，１４と、２つの電磁リリーフ弁１５，１６と、電油旋回モータ１７とを備えている。液圧ポンプである油圧ポンプ１０は、可変容量型の斜板式油圧ポンプであり、図示しないエンジンによって駆動されて作動油を吐出するようになっている。油圧ポンプ１０は、斜板１０ａを有しており、この斜板１０ａを傾転させることで作動油の吐出量を変えることができるようになっている。斜板１０ａには、レギュレータ１８が接続されている。

レギュレータ１８は、図示しないサーボピストンを有している。サーボピストンは、斜板１０ａに連結されており、斜板１０ａはサーボピストンの位置に応じた傾転角に傾転するようになっている。また、レギュレータ１８は、電磁減圧弁１９を介してパイロットポンプ２０に接続されており、サーボピストンは、電磁減圧弁１９から排出される指令圧ｐ_０に応じた位置に移動するようになっている。また、電磁減圧弁１９は、そこに与えられる指令信号に応じた圧力に減圧した指令圧ｐ_０を出力するようになっている。それ故、斜板１０ａが前記指令信号に応じた傾転角に傾転し、その傾転角に応じた流量の作動油が油圧ポンプ１０の吐出ポート１０ｂから吐出される。この吐出ポート１０ｂには、吐出通路２１を介してコントロール弁１１が繋がっている。

コントロール弁１１は、スプール２２を備えるスプール弁であり、スプール２２を動かすことで油圧ポンプ１０の接続先及び接続先に流れる作動油の流量を変えることができるようになっている。また、コントロール弁１１には、２つのパイロット通路２３，２４が接続されており、このパイロット通路２３，２４を介してリモートコントロール弁１２が接続されている。

入力装置であるリモートコントロール弁１２は、目標旋回速度を入力するための装置である。なお、入力装置は油圧式に限らず、電気式であってもよい。リモートコントロール弁１２は、操作レバー２５を有しており、操作レバー２５は、所定方向一方及び他方に傾倒可能に構成されている。リモートコントロール弁１２は、操作レバー２５の傾倒方向に対応するパイロット通路２３，２４に、操作レバー２５の傾倒量（調整値）に応じた圧力のパイロット油を出力するようになっている。パイロット通路２３，２４には、パイロット圧センサ２６，２７が夫々接続され、パイロット圧センサ２６，２７は、リモートコントロール弁１２から出力される油圧を検出するようになっている。

また、パイロット通路２３，２４には、電磁減圧弁１３，１４が夫々介在している。電磁減圧弁１３，１４は、いわゆるノーマルオープン型の減圧弁であり、リモートコントロール弁１２から出力されたパイロット油を減圧して電磁減圧弁１３，１４に流される電流（指令値）に応じた圧力に調整するように構成されている。リモートコントロール弁１２から出力されたパイロット油は、パイロット通路２３，２４によりスプール２２の両端部に夫々導かれる。スプール２２は、その両端部にパイロット圧ｐ_１，ｐ_２を受圧し、これらのパイロット圧ｐ_１，ｐ_２に応じた位置に移動するようになっている。コントロール弁１１は、スプール２２を移動させることで油圧ポンプ１０の接続先及び接続先に流れる作動油の流量を変えるようになっている。

コントロール弁１１の構成を具体的に説明すると、コントロール弁１１は、４つのポート１１ａ〜１１ｄを有しており、第１ポート１１ａは吐出通路２１を介して油圧ポンプ１０に接続され、第２ポート１１ｂはタンク通路３０を介してタンク２９に接続されている。また、第３ポート１１ｃ及び第４ポート１１ｄは、第１油路３１及び第２油路３２を夫々介して電油旋回モータ１７に接続されている。これら４つのポート１１ａ〜１１ｄは、スプール２２の位置に応じて接続先が変わるようになっている。即ち、スプール２２が中立位置Ｍ１に位置している場合、第１ポート１１ａと第２ポート１１ｂとが接続され、油圧ポンプ１０がアンロード状態となる。また、スプール２２が第１オフセット位置Ａ１へと移動すると第１ポート１１ａと第３ポート１１ｃとが接続され、第２ポート１１ｂと第４ポート１１ｄとが接続される。他方、スプール２２が第２オフセット位置Ａ２へと移動すると第１ポート１１ａと第４ポート１１ｄとが接続されて第２ポート１１ｂと第３ポート１１ｃとが接続されるようになっている。このようにスプール２２が第１又は第２オフセット位置Ａ１，Ａ２に位置すると、油圧ポンプ１０と電油旋回モータ１７とが繋がり、作動油が電油旋回モータ１７に供給される。

電油旋回モータ１７は、油圧モータ３３と電動機３４と出力軸３５とを有している。出力軸３５は、図示しない減速機を介して旋回体５に接続されており、出力軸３５を回転させることで旋回体５が旋回するようになっている。油圧モータ３３及び電動機３４は、一体的に構成されており、協働して出力軸３５を回転するようになっている。以下では、油圧モータ３３及び電動機３４の構成について詳述する。

電動機３４は、例えば三相交流モータであり、図示しない固定子と回転子とを有している。回転子は、出力軸３５に相対回転不能に設けられており、固定子は、油圧モータ３３に相対回転不能に設けられている。回転子と固定子とは、相対回転可能に構成されており、固定子のコイルに三相交流電流（以下、単に「交流電流」ともいう）を流すことでその交流電流の周波数に応じた回転速度で出力軸３５を正回転又は逆回転させるようになっている。また、電動機３４は、出力軸３５の回転エネルギー（運動エネルギー）を電気エネルギーに変換して交流電流を発生する発電機能を有しており、発電することで回転する出力軸３５を減速させるようになっている。このように構成されている電動機３４は、駆動装置３６に電気的に接続され、更に駆動装置３６を介して蓄電器２８に電気的に接続されている。蓄電器２８は、電力を蓄えることができるようになっており、駆動装置３６に直流電流を放電するように構成されている。

駆動装置３６は、図３に示すように昇圧チョッパ部３６ａと、インバータ部３６ｂとを有している。昇圧チョッパ部３６ａは、蓄電器２８に接続され、蓄電器２８から供給される直流電流を昇圧し、且つ蓄電器２８に供給される直流電流を降圧する機能を有している。また、昇圧チョッパ部３６ａには、インバータ部３６ｂが接続されており、インバータ部３６ｂには、昇圧チョッパ部３６ａで昇圧された直流電流が導かれるようになっている。

インバータ部３６ｂは、複数のスイッチング素子によって構成されている。インバータ部３６ｂには、後述する制御装置５０から例えばパルス幅変調された駆動電力が供給され、この駆動電力に応じてスイッチング素子のオン及びオフを切替えることで直流電流を交流電流に変換して電動機３４に供給するようになっている。この際、インバータ部３６ｂは、駆動電力のパルス幅に応じて電動機３４への供給電力を調整する、具体的には電動機３４に供給する交流電流の周波数を変更して電動機３４に所望の加速トルクを発生させることができるようになっている。更に、インバータ部３６ｂは、駆動電力に応じてスイッチング素子のオン及びオフを切替えることにより電動機３４で発生した交流電流を直流電流に変換するようになっている。駆動装置３６は、変換された直流電流を昇圧チョッパ部３６ａを介して蓄電器２８に導いて蓄電器２８に蓄えられるようになっている。この際、インバータ部３６ｂは、駆動電力のパルス幅に応じて蓄電器２８への回生電力を調整する、具体的には電動機３４で発生する交流電流の周波数を変更して電動機３４に所望の制動トルクを発生させる（即ち、回生動作を行わせる）ことができるようになっている。

このように駆動装置３６は、昇圧チョッパ部３６ａ及びインバータ部３６ｂのスイッチング素子のオン及びオフを切替え、電動機３４に電力を供給したり蓄電器２８に充電したりできるようになっている。他方、駆動装置３６は、昇圧チョッパ部３６ａ及びインバータ部３６ｂのスイッチング素子の機能を完全にオフにすることにより昇圧チョッパ部３６ａ及びインバータ部３６ｂへの駆動電力の供給を遮断し、駆動装置３６の定常損失を抑えることができる。このように駆動装置３６は、駆動電力が供給されているサーボオン状態と、駆動電力の供給が止められているサーボオフ状態とに切替えられるようになっている。

油圧モータ３３は、例えば固定容量型の油圧モータであり、２つの給排ポート３３ａ，３３ｂを有している。第１給排ポート３３ａには、第１油路３１が繋がり、第２給排ポート３３ｂには、第２油路３２が繋がっている。油圧モータ３３は、第１給排ポート３３ａに作動油が供給されると作動油の油圧及び流量に応じたトルクを出力軸３５に対して正方向に作用させ、第２給排ポート３３ｂに作動油が供給されると作動油の油圧及び流量に応じたトルクを出力軸３５に対して逆方向に作用させるようになっている。即ち、油圧モータ３３は、供給される作動油の油圧及び流量に応じたアシストトルクを出力軸３５に作用させて出力軸３５の回転をアシストするようになっている。そして、油圧モータ３３を駆動するための作動油は、作動油供給装置９によって油圧モータ３３に供給されている。

圧液供給装置である作動油供給装置９は、主に前述する油圧ポンプ１０と、コントロール弁１１と、２つの電磁減圧弁１３，１４によって構成され、更に２つの電磁リリーフ弁１５，１６も有している。電磁リリーフ弁１５，１６は、第１油路３１及び第２油路３２に夫々接続され、第１油路３１及び第２油路３２の作動油を電磁リリーフ弁１５，１６を介してタンク２９に排出できるように配置されている。このように配置されている電磁リリーフ弁１５，１６は、タンク２９に排出する作動油の油圧をそこに流れる電流（指令値）に応じた圧力に調整する調圧機能を有している。作動油供給装置９では、コントロール弁１１によって排出側の油路３１，３２とタンク２９との間を遮断して電磁リリーフ弁１５，１６を介して作動油を排出させるようにして、出力軸３５を制動して減速させることができる。そして、出力軸３５に作用する制動力は、電磁リリーフ弁１５，１６により排出側の油路３１，３２の油圧を調整することで変えられるようになっている。

また、作動油供給装置９は、リリーフ弁３８，３９及び逆止弁４０，４１を有しており、リリーフ弁３８，３９及び逆止弁４０，４１は、第１油路３１及び第２油路３２に夫々接続されている。リリーフ弁３８，３９は、各油路３１，３２を流れる作動油が設定圧力を超えると前記油路３１，３２をタンク２９に開放するようになっており、開放することで駆動制御システム１の損傷を抑制している。逆止弁４０，４１は、タンク２９と接続されており、タンク２９から各油路３１，３２への作動油の流れを許容し、逆方向の作動油の流れを遮断するようになっている。これにより、油圧モータ３３を駆動する際に不足する作動油を逆止弁４０，４１を介してタンク２９から油圧モータ３３に導くことができる。

更に、第１油路３１及び第２油路３２には、油圧センサ４２，４３が夫々設けられており、油圧モータ３３の給排ポート３３ａ，３３ｂに供給される油圧が各油圧センサ４２，４３によって検出されている。また、電油旋回モータ１７には、出力軸３５に回転数センサ４４が設けられており、速度検出器である回転数センサ４４は、出力軸３５の回転数（即ち、出力軸３５の回転速度）を検出するようになっている。これらセンサ４２〜４４及び前述するパイロット圧センサ２６，２７は、各種の構成を制御する制御装置５０に電気的に接続され、検出された値を制御装置５０に送信するようになっている。具体的には、油圧センサ４２，４３で検出された油圧が制御装置５０に入力され、それらの差圧が差圧フィードバック信号ＤＰとなる。また、パイロット圧センサ２６，２７で検出されたパイロット圧が制御装置５０に入力され、それらの差圧が速度指令信号Ｖ_ＣＯＭとなる。また、回転数センサ４４で検出された回転数が制御装置５０に入力され、速度フィードバック信号Ｖ_ＦＢとなる。

制御装置５０は、蓄電器２８に電気的に接続されており、蓄電器２８から出力される電力に基づいて蓄電器２８の蓄電量を検出するようになっている。また、制御装置５０は、蓄電器２８から電力供給を受けており、供給された電力によって作動している。更に、制御装置５０は、後述するように複数の構成に電気的に接続されており、接続される各構成に電力（信号）を供給して各構成を駆動するようになっている。

具体的に説明すると、制御装置５０は、電磁減圧弁１３，１４、電磁リリーフ弁１５，１６、電磁減圧弁１９、及び駆動装置３６に電気的に接続され、更に各センサ２６，２７，４２〜４４にも接続されている。制御装置５０は、各センサ２６，２７，４２〜４４の検出結果に応じて各弁１３〜１６，１９の動作を制御し、所望のアシストトルク（加速トルク又は制動トルク）を油圧モータ３３に発生させるようになっている。また、制御装置５０は、駆動装置３６（詳しくは、インバータ部３６ｂ）に駆動電力を供給するようになっており、供給する駆動電力を調整することで駆動装置３６の動作を制御して所望の加速トルク又は制動トルクを電動機３４に発生させるようになっている。このように、制御装置５０は、油圧モータ３３及び電動機３４の動作を制御して旋回体５を所望の動作（回転方向、速度及びトルク）で旋回させるようになっている。

また、制御装置５０は、弁１３〜１６，１９及び駆動装置３６の動作を夫々制御することによって、油圧モータ３３及び電動機３４を制動器として機能させ、旋回する旋回体５を制動させることができるようになっている。更に、制御装置５０は、駆動装置３６への駆動電力の供給を止めて駆動装置３６をサーボオフ状態に切替えることができるようになっている。以下では、制御装置５０の制御動作について、図４のシーケンス図を参照しながら説明する。

［制御装置の制御動作］
制御装置５０は、油圧ショベル２の電源が入ると駆動制御処理を開始する。制御装置５０は、まず速度指令信号Ｖ_ＣＯＭと速度フィードバック信号Ｖ_ＦＢとの速度差に基づいて目標総トルクを演算し、次に蓄電器２８の蓄電量に基づいて目標総トルクのうち電動機３４から発生させるべきトルクを電動機目標トルク（加速トルク又は制動トルク）として設定する。

蓄電器２８の蓄電量が減少して所定量以下になると、制御装置５０は、旋回体５を駆動する際の電動機目標トルクをゼロに設定する。ここで所定量とは、蓄電器２８により電動機３４を効率的に駆動することができない蓄電量である。このようにして電動機目標トルクが設定される。

設定された電動機目標トルクがゼロであることを含む電力停止条件を充足する場合には、制御装置５０が駆動装置３６への駆動電力の供給を止めて、駆動装置３６の状態をサーボオフ状態に切替える（又は維持する）。電動機目標トルクがゼロであるとは、電動機目標トルクがゼロ又はその付近の値であることも含まれる。これにより、電動機にトルクを発生させる必要がない加速、定速旋回時及び停止時において、駆動装置３６及び電動機３４で発生する定常損失をなくすことができ、加速、定速旋回時及び停止時に蓄電器２８で電力が消費されることを防ぐことができる。また、蓄電器２８の蓄電量が所定量以下になると、電動機目標トルクがゼロに設定されるので、この場合にも駆動装置３６への駆動電力の供給が止められる。これにより、駆動装置３６及び電動機３４の定常損失により蓄電器２８の電力が過剰放電されることを防ぐことができる。

一方、設定された電動機目標トルクがゼロであることを含む電力停止条件を充足しない場合には、制御装置５０が駆動装置３６の状態をサーボオン状態に切替え（又は維持し）、電動機３４に電動機目標トルクを発生させるように駆動装置３６の動作を制御する。例えば、図４に示すように操作レバー２５が一方又は他方に操作されると、制御装置５０は、旋回体５を加速すべく駆動装置３６に駆動電力を与えて電動機３４から加速トルク（電動機目標トルク）を出力させ、旋回体５が所望の速度まで加速される。また、図４に示すように操作レバー２５が中立位置の方に戻されると、旋回体５を制動すべく駆動装置３６に駆動電力を与えて電動機３４に発電をさせ、制動トルク（電動機目標トルク）を発生させ、旋回体５が所望の速度まで制動される。

即ち、制御装置５０は、電動機目標トルクに応じた駆動電力を駆動装置３６に与えて電動機３４の供給電力又は電動機３４からの回生電力を調整し、電動機３４に旋回体５を加速又は制動させる。

このような駆動制御を実施する駆動制御システム１では、旋回体５の定速旋回時、停止時及び低蓄電量時における駆動装置３６及び電動機３４の定常損失による蓄電器２８の電力消費を防ぐことができる。これにより、従来では定常損失によって消費される分の電力（図４の蓄電エネルギにおける点線部分参照）をその次に旋回体５を旋回させるときの電力（図４の蓄電エネルギーにおける網掛け部分参照）として利用することができる。それ故、駆動制御システム１の回生効率を更に向上させることができる。

［第２実施形態について］
第２実施形態の駆動制御システム１Ａは、第１実施形態の駆動制御システム１と同様の構成を有しているが、前述の駆動制御処理に加えて以下に示すような減速制御処理を実行するようになっている。以下では、第２実施形態の駆動制御システム１Ａにおいて第１実施形態の駆動制御システム１と異なる点である減速制御処理の点について、図５及び図６を参照しながら説明する。なお、第２実施形態の駆動制御システム１Ａの構成に関して第１実施形態の駆動制御システム１の構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の駆動制御システム１Ａでは、図５に示すように操作レバー２５が一方に傾倒されると、２つのパイロット通路２３，２４のうち一方にだけパイロット油が出力される。そうすると、２つのパイロット圧センサ２６，２７のいずれかで検出され、その検出されたパイロット圧が制御装置５０に入力され、それらの差圧が速度指令信号Ｖ_ＣＯＭとなる。同様に、回転数センサ４４で検出された回転数が制御装置５０に入力され、速度フィードバック信号Ｖ_ＦＢとなる。制御装置５０は、これら２つの速度指令信号Ｖ_ＣＯＭと速度フィードバック信号Ｖ_ＦＢとの速度差に基づいて目標加速トルクを演算する。そして、制御装置５０は、この目標加速トルクが出力されるように油圧モータ３３及び電動機３４の動作を制御する。これにより、操作レバー２５の傾倒量に応じた速度、即ち速度指令信号Ｖ_ＣＯＭに応じた速度で旋回体５を旋回させることができる。

その後、操作レバー２５が中立位置へと移動すると、高圧側のパイロット圧が低下し、コントロール弁１１のスプール２２が中立位置Ｍ１に移動し、コントロール弁１１の開口が小さくなる。他方、２つのパイロット圧センサ２６，２７で検出される油圧も低下する。そして、制御装置５０は、速度指令信号Ｖ_ＣＯＭと速度フィードバック信号Ｖ_ＦＢとの速度差に基づいて減速制御をすべきであると判断し、減速制御を開始する。そうすると、減速制御処理が始まって図６のステップＳ１に移行する。なお、図６のフローチャートは、電動機３４による減速時に、電動機３４の回生動作による充電電力よりも駆動装置３６の定常損失による放電電力のほうが大きくなるところでサーボオフする場合のものである。

回生制動工程であるステップＳ１では、制御装置５０が電動機３４に回生動作を行わせることによって出力軸３５を減速させる。即ち、制御装置５０は、駆動装置３６の動作（スイッチング素子の動作）を制御して電動機３４で発生する交流電流の全てを直流電流に変換させて電動機３４で発生する電力の全てを蓄電器２８に蓄えさせ、出力軸３５を減速させる。また、電動機３４でのエネルギー回生が効率的に行われるように、制御装置５０が排出側の油路３１，３２に接続される電磁リリーフ弁１５，１６に指令を与えて開放させ、油圧モータ３３による制動力を調整する。出力軸３５が減速すると、ステップＳ２に移行する。

電力停止条件の判定工程であるステップＳ２では、制御装置５０が電力停止条件を充足するか否かを判定する。ここで電力停止条件とは、正方向及び逆方向に関わらず旋回体５の速度が所定速度以下（即ち、旋回体５の速度の絶対値が所定速度以下）であるという条件である。また、所定速度とは、旋回体５を制動する際に電動機３４及び駆動装置３６で消費される定常損失エネルギーが電動機３４で発生する充電電力より大きくなる速度であり、電動機３４及び駆動装置３６の構造やそれらに接続される各種構成に応じて設定されている。制御装置５０は、回転数センサ４４で検出された回転数に基づいて旋回体５の速度が所定速度以下か否かを判定し、旋回体５の速度が所定速度を超えていると判定されるとステップＳ１に戻って電動機３４による回生動作を続ける。他方、旋回体５の速度が所定速度以下であると判定されると、ステップＳ３に移行する。

油圧制動工程であるステップＳ３では、制御装置５０が作動油供給装置９の動作を制御して油圧モータ３３により旋回体５を作動させる。具体的に説明すると、制御装置５０は、排出側の電磁リリーフ弁１５，１６に指令を与えてその開度を小さくして（電磁リリーフ弁の設定圧を上げ）、油圧モータ３３のブレーキ圧力を高くする。これにより、出力軸３５に制動力を与えることができ、駆動装置３６を停止した後も旋回体５を制動することができる。油圧モータ３３による制動が始まると、ステップＳ４に移行する。

サーボオフ工程であるステップＳ４では、制御装置５０が駆動装置３６への駆動電力の供給を停止させる。具体的に説明すると、制御装置５０は、サーボオフ指令を駆動装置３６に送信し、駆動装置３６内のスイッチング素子をオフに切替えることで駆動装置３６と蓄電器２８との間を遮断させて駆動装置３６を停止させる。これにより、電動機にトルクを発生させる必要がない制動時において、駆動装置３６及び電動機３４で発生する定常損失をなくすことができ、電動機３４による回生動作を実施しているにもかかわらず蓄電器２８で電力が消費されることを防ぐことができる。駆動装置３６と蓄電器２８との間が遮断されると、ステップＳ５に移行する。

旋回体停止工程であるステップＳ５では、正方向及び逆方向に関わらず旋回体５の速度が略ゼロ（旋回体５が停止したと判断してよい速度以下）か否かを判定する。制御装置５０は、回転数センサ４４で検出された回転数に基づいて旋回体５の速度が略ゼロか否かを判定し、旋回体５の速度が略ゼロであると判定した場合に、旋回体５の減速制御が終了する。

このような減速制御を実施する駆動制御システム１は、旋回体５の速度が所定速度以下になると、駆動装置３６への駆動電力の供給を停止するので、減速制動時における駆動装置３６及び電動機３４の定常損失による蓄電器２８の電力消費を防ぐことができる。これにより、従来では定常損失によって消費される分の電力（図４の蓄電エネルギにおける点線部分参照）をその次に旋回体５を旋回させるときの電力（図５の蓄電エネルギーにおける網掛け部分参照）として利用することができる。それ故、駆動制御システム１の回生効率を更に向上させることができる。

［その他の実施形態について］
本実施形態の駆動制御システム１は、斜板１０ａの傾転角をポジティブコントロール方式で調整するシステムであるが、斜板１０ａの傾転角をネガティブコントロール方式で調整するシステムであってもよい。また、油圧ポンプ１０は、斜板１０ａの傾斜角を調整できない固定容量型のポンプであってもよい。

また、本実施形態の駆動制御システム１では、油圧モータ３３と電動機３４とが一体的に形成された電油旋回モータ１７が用いられているが、油圧モータ３３と電動機３４とが別体で構成されていてもよい。また、電動機３４は、必ずしも三相交流型の電動機に限定されず、直流型の電動機であってもよい。また、駆動制御システム１が適用される作業機械も前述の油圧ショベル２に限定されず、油圧クレーン等に適用されてもよい。また、本実施形態の駆動制御システム１で使用される作動液は、油であるが、油に限定されず液体であればよい。また、本実施形態の駆動制御システム１では、油圧モータ３３と電動機３４とが一体的に形成された電油旋回モータ１７が用いられているが、電動機３４のみで構成されていてもよい。

１，１Ａ駆動制御システム
２油圧ショベル
５旋回体
９作動油供給装置
１７電油旋回モータ
２８蓄電器（蓄電装置）
３３油圧モータ
３４電動機
３５出力軸
３６駆動装置
４４回転数センサ
５０制御装置

Claims

圧液供給を受けることで構造体を作動させる液圧モータと、
前記液圧モータに圧液を供給する圧液供給装置と、
放充電することができる蓄電装置と、
前記蓄電装置からの電力供給によって前記液圧モータと協働して前記構造体を作動させ、且つ発電して前記蓄電装置に回生することで前記構造体を制動する電動機と、
駆動電力が供給されることで作動して前記電動機を駆動し、前記電動機への供給電力及び前記蓄電装置への回生電力を調整する駆動装置と、
前記電動機の電動機目標トルクを設定し、前記電動機目標トルクに応じて駆動電力を前記駆動装置に供給して前記駆動装置の動作を制御する制御装置と、
前記構造体の作動速度を検出する速度検出器と、を備え、
前記制御装置は、前記構造体が減速し且つ前記速度検出器が検出する作動速度が、前記構造体を制動する際に前記電動機及び前記駆動装置で消費される定常損失エネルギーが前記電動機で発生する充電電力より大きくなる速度以下であることを含む電力停止条件を充足すると判定すると、前記電動機目標トルクをゼロにし、前記駆動装置への駆動電力の供給を止めるようになっている、作業機械の駆動制御システム。
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量を取得し、前記蓄電量が所定量以下になると前記電動機目標トルクをゼロにし、前記駆動装置への駆動電力の供給を止めるようになっている、請求項１に記載の作業機械の駆動制御システム。
請求項１又は２に記載の駆動制御システムと、
前記構造体とを備え、
前記構造体は、旋回体であり、
前記電動機及び前記液圧モータは、減速機を介して前記旋回体を旋回駆動するようになっている、作業機械。
蓄電装置からの電力供給によって構造体を作動させ且つ発電して前記蓄電装置に回生して前記構造体を制動させる電動機と圧液供給装置から供給される圧液によって駆動する液圧モータとを協働させて前記構造体を作動させ、駆動電力が供給されることで作動する駆動装置が前記電動機の供給電力及び前記蓄電装置の回生電力を電動機目標トルクに応じて調整する作業機械の駆動制御システムの駆動制御方法であって、
前記電動機の電動機目標トルクを設定する設定工程と、
前記構造体が減速し且つ前記構造体の作動速度が、前記構造体を制動する際に前記電動機及び前記駆動装置で消費される定常損失エネルギーが前記電動機で発生する充電電力より大きくなる速度以下であることを含む電力停止条件を充足するか否かを判定する第１判定工程と、
前記第１判定工程において前記電力停止条件を充足すると判定されると、前記蓄電装置から前記駆動装置への電力供給を停止させて前記駆動装置の駆動を止める停止工程とを有する、作業機械の駆動制御システムの駆動制御方法。
前記第１判定工程は、前記蓄電装置の蓄電量を取得し、前記蓄電量が所定量以下になると前記電動機目標トルクをゼロにし、前記駆動装置への駆動電力の供給を止めるようになっている、請求項４に記載の作業機械の駆動制御システムの駆動制御方法。