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KR101921757B1 - 하이브리드식 건설 기계 - Google Patents

하이브리드식 건설 기계 Download PDF

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KR101921757B1
KR101921757B1 KR1020120029679A KR20120029679A KR101921757B1 KR 101921757 B1 KR101921757 B1 KR 101921757B1 KR 1020120029679 A KR1020120029679 A KR 1020120029679A KR 20120029679 A KR20120029679 A KR 20120029679A KR 101921757 B1 KR101921757 B1 KR 101921757B1
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hydraulic
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pressure
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다까또시 오오끼
히데또시 사따께
고오지 이시까와
신지 니시까와
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 유압 모터와 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서, 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 전동기가 동작하지 않는 경우라도 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있도록 하는 것이다.
컨트롤러(51)는, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때에는, 선회용 전동기(25)의 구동 시보다도, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 한 만큼 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 늘리도록 유압 회로 장치(40)[보다 상세하게는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37) 및 센터 바이패스 컷트 밸브(38)와 레귤레이터(64)]를 제어한다.

Description

하이브리드식 건설 기계 {HYBRID CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 하이브리드식 건설 기계에 관한 것으로, 특히 상부 선회체를 유압 모터와 전동기로 구동하는 하이브리드식 건설 기계에 관한 것이다.
종래, 건설 기계의 분야에서는, 출력에 대해 기기를 소형 경량으로 할 수 있으므로, 유압 액추에이터가 널리 사용되고 있었다. 그러나, 최근, 에너지 효율을 높이기 위해, 전동 액추에이터를 탑재한 건설 기계가 제안되어, 일부 실용화되고 있다. 특히, 건설 기계의 상부 선회체를 하부 주행체에 대해 선회 구동하는 액추에이터는 관성 부하가 큰 회전식 액추에이터이고 또한 사용 빈도가 높고, 기동 정지가 빈번하므로 상부 선회체를 정지시킬 때의 에너지 회수를 예상할 수 있기 때문에, 선회용 액추에이터로서 전동 액추에이터를 사용하면, 에너지 효율의 개선 효과가 크다.
따라서, 고효율로 에너지 회수를 행할 수 있는 유압 건설 기계로서, 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 바와 같이, 상부 선회체를 유압 모터와 전동기에 의해 구동하도록 한 것이 알려져 있다.
일본 특허 제4024120호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-290882호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-63888호 공보
특허 문헌 1 내지 3에 기재된 기술과 같이, 상부 선회체를 유압 모터와 전동기에 의해 구동함으로써, 상부 선회체의 감속 혹은 정지 시에 전동기를 발전기로서 기능시켜 에너지를 전력으로서 회생하고, 에너지 효율을 개선할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 1 내지 3에 기재된 기술에서는, 전동기의 고장, 축전 장치의 전압 이상, 그 밖의 이유에 의해 전동기의 기능을 정지시킬 필요가 발생했을 때, 유압 모터만의 구동으로 되므로, 상부 선회체를 구동하는 토크(선회 토크)가 부족하고, 양호한 조작감이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 작업 능력(작업성)이 저하되어 버릴 우려가 있다.
본 발명의 목적은 유압 모터와 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서, 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 전동기가 동작하지 않는 경우라도 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있는 하이브리드식 건설 기계를 제공하는 데 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하부 주행체와, 이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치한 상부 선회체와, 이 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 모터, 상기 선회용 유압 모터에 압유를 공급하는 유압 펌프, 상기 선회용 유압 모터로부터의 복귀 오일을 받고, 또한 상기 유압 펌프로의 오일의 공급원이 되는 탱크 및 상기 선회용 유압 모터와 상기 유압 펌프를 접속하는 관로 상에 배치되어, 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 선회용 유압 모터로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향ㆍ유량 제어 밸브를 포함하는 유압 회로 장치와, 상기 유압 펌프를 구동하는 원동기와, 상기 상부 선회체를 보조적으로 구동하고 또한 감속 시에 발전기로서 기능하는 선회용 전동기와, 상기 선회용 전동기와 전기 에너지의 수수를 행하는 축전 장치와, 상기 선회용 전동기의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때에는, 상기 선회용 전동기의 구동 시보다도, 상기 선회용 전동기를 비구동으로 한 만큼 상기 선회용 유압 모터의 출력 토크를 늘리도록 상기 유압 회로 장치를 제어하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 선회용 유압 모터와 선회용 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하므로, 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있다. 또한, 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때에는, 선회용 전동기의 구동 시보다도, 선회용 전동기를 비구동으로 한 만큼 선회용 유압 모터의 출력 토크를 늘리도록 유압 회로 장치를 제어하므로, 선회 토크의 저하가 보충되어, 전동기가 동작하지 않는 경우라도, 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 선회용 유압 모터의 출력 토크를 늘리기 위해 상기 선회용 유압 모터의 미터 인 압력과 미터 아웃 압력 중 어느 하나가 상승하도록 상기 유압 회로 장치를 제어한다.
이에 의해 선회용 유압 모터의 출력 토크가 증가하여, 전동기가 동작하지 않는 경우라도, 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다.
(3) 상기 (2)에 있어서, 예를 들어 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어함으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 아웃 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 제동 토크를 증가시키도록 제어한다.
이에 의해 특별한 밸브를 부가하는 일 없이, 방향ㆍ유량 제어 밸브의 제어만으로 선회용 유압 모터의 제동 토크(출력 토크)를 증가시킬 수 있다.
(4) 또한, 상기 (2)에 있어서, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고, 상기 유압 회로 장치는 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스를 통과하는 압유가 흐르는 유로에 배치된 보조 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 보조 밸브를 제어하고, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 상기 미터 아웃 오리피스와 상기 보조 밸브의 오리피스의 합성 오리피스에 의해 상기 미터 아웃 유로를 좁힘으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 아웃 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 제동 토크를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어할 필요가 없으므로, 간단한 제어로 선회용 유압 모터의 제동 토크(출력 토크)를 증가시킬 수 있다.
(5) 또한, 상기 (2) 내지 (4)에 있어서, 예를 들어 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고, 상기 유압 회로 장치는 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스를 통과하는 압유가 흐르는 오픈 센터 유로에 배치된 보조 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 보조 밸브를 제어하고, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스와 상기 보조 밸브의 오리피스의 합성 오리피스에 의해 상기 오픈 센터 유로를 좁힘으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 인 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 구동 토크를 증가시키도록 제어한다.
이에 의해 방향ㆍ유량 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어할 필요가 없으므로, 간단한 제어로 선회용 유압 모터의 구동 토크(출력 토크)를 증가시킬 수 있다.
(6) 또한, 상기 (2) 내지 (4)에 있어서, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어함으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 인 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 구동 토크를 증가시키도록 제어한다.
이에 의해 특별한 밸브를 부가하는 일 없이, 방향ㆍ유량 제어 밸브의 제어만으로 선회용 유압 모터의 구동 토크(출력 토크)를 증가시킬 수 있다.
(7) 상기 (3) 또는 (6)에 있어서, 바람직하게는, 상기 유압 건설 기계는 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 조작 장치의 조작 신호를 제어함으로써, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스 또는 상기 블리드 오프 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어한다.
(8) 상기 (7)에 있어서, 바람직하게는, 상기 조작 장치는 상기 조작 신호로서 조작 지령 압력을 생성하는 감압 밸브를 내장하고, 상기 제어 장치는 상기 조작 지령 압력을 제어하는 전자기 비례 감압 밸브를 갖는다.
(9) 또한, 상기 (4) 또는 (5)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어 장치는 상기 보조 밸브를 구동 제어하기 위한 제어 압력을 출력하는 전자기 비례 감압 밸브를 갖는다.
(10) 또한, 상기 (1) 내지 (9)에 있어서, 바람직하게는,
상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 선회용 유압 모터의 출력을 늘리기 위해 상기 유압 펌프의 출력 토크를 증가시키도록 제어한다.
이에 의해 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 선회용 유압 모터의 미터 인 압력을 상승시켜 선회용 유압 모터의 구동 토크(가속 토크)를 증가시키는 데 필요한 유압 토크를 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유압 모터와 전동기를 병용하여 상부 선회체를 구동하는 건설 기계에 있어서, 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 전동기가 동작하지 않는 경우라도 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 측면도.
도 2는 유압 셔블의 주요 전동ㆍ유압 기기의 시스템 구성을 도시하는 도면.
도 3은 유압 회로 장치 중 선회 섹션에 관한 부분(선회 유압 시스템)의 상세를 도시하는 도면.
도 4는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 5는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 6은 센터 바이패스 컷트 밸브의 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 나타내는 도면.
도 7은 컨트롤러가 행하는 제어 기능을 도시하는 흐름도.
도 8은 유압 단독 선회 모드의 처리 내용을 도시하는 흐름도.
도 9는 단독 선회 모드에 있어서의 감압 제어의 상세를 도시하는 기능 블록도.
도 10은 조작 장치의 조작 지령 압력을 감압 제어한 경우의 조작 장치의 레버 조작량(조작 지령 압력)에 대한 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적의 변화를 나타내는 도면.
도 11은 센터 바이패스 컷트 밸브를 구동 제어한 경우의 조작 장치의 레버 조작량(조작 지령 압력)에 대한 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스와 센터 바이패스 컷트 밸브의 블리드 오프 오리피스의 합성 개구 면적의 변화를 나타내는 도면.
도 12는 도 11에 도시한 합성 블리드 오프 개구 면적의 개념을 도시하는 도면.
도 13은 레귤레이터의 토크 제어의 설정을 증가시킨 경우의 유압 펌프의 토크 제어 특성의 변화를 나타내는 도면.
도 14는 선회 제동 정지 시에 있어서의 조작 장치의 조작 지령 압력(파일럿압), 미터 아웃 압력(M/O압), 선회 전동 모터의 어시스트 토크, 상부 선회체의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면.
도 15는 선회 구동 시에 있어서의 조작 장치의 조작 지령 압력(파일럿압), 미터 아웃 압력(M/O압), 선회 전동 모터의 어시스트 토크, 상부 선회체의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블에 탑재되는 유압 회로 장치 중 선회 섹션에 관한 선회 유압 시스템의 상세를 도시하는, 도 3과 동일한 도면.
도 17은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블에 탑재되는 유압 회로 장치 중 선회 섹션에 관한 선회 유압 시스템의 상세를 도시하는, 도 3과 동일한 도면.
도 18은 유압 단독 선회 모드의 처리 내용을 도시하는 흐름도.
도 19는 단독 선회 모드에 있어서의 신호 증가 보정 제어의 상세를 도시하는 기능 블록도.
이하, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은 선회체를 구비한 건설 기계 전반(작업 기계를 포함함)에 적용이 가능하고, 본 발명의 적용은 유압 셔블로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은 선회체를 구비한 크레인차 등, 그 밖의 건설 기계에도 적용 가능하다.
<제1 실시 형태>
~유압 셔블의 구성~
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블의 측면도를 도 1에 도시한다.
도 1에 있어서, 하이브리드식 유압 셔블은 하부 주행체(10)와, 이 하부 주행체(10) 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(20)와, 셔블 기구(30)를 구비하고 있다.
하부 주행체(10)는 한 쌍의 크롤러(11a, 11b) 및 크롤러 프레임(12a, 12b)(도 1에서는 편측만을 도시함), 각 크롤러(11a, 11b)를 독립하여 구동 제어하는 한 쌍의 우측 및 좌측 주행용 유압 모터(13, 14) 및 그 감속 기구 등으로 구성되어 있다.
상부 선회체(20)는 선회 프레임(21)과, 선회 프레임(21) 상에 설치된, 원동기로서의 엔진(22)과, 엔진(22)에 의해 구동되는 발전기(23)와, 발전기(23)에 의해 발생된 전력을 축적하기 위한 배터리(24)와, 발전기(23) 또는 배터리(24)로부터의 전력에 의해 구동되는 선회용 전동기(25)와, 선회용 유압 모터(27)를 포함하고, 선회용 전동기(25)와 선회용 유압 모터(27)의 구동력에 의해 하부 주행체(10)에 대해 상부 선회체(20)[선회 프레임(21)]를 선회 구동시키기 위한 선회 기구(26) 등으로 구성되어 있다. 여기서, 상부 선회체(20)는 주로 선회용 유압 모터(27)에 의해 구동되고, 선회용 전동기(25)가 선회용 유압 모터(27)와 협조 구동함으로써, 보조적으로 선회용 전동기(25)에 의해 구동된다.
셔블 기구(30)는 붐(31)과, 붐(31)을 구동하기 위한 붐 실린더(32)와, 붐(31)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단에 회전 가능하게 축지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36) 등으로 구성되어 있다.
또한, 상부 선회체(20)의 선회 프레임(21) 상에는 상술한 주행용 유압 모터(13, 14), 선회용 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 등의 유압 액추에이터를 구동하기 위한 유압 회로 장치(40)가 탑재되어 있다. 유압 회로 장치(40)는 유압을 발생하는 유압원이 되는 유압 펌프(41)(도 2) 및 각 액추에이터를 구동 제어하기 위한 컨트롤 밸브 유닛(42)(도 2)을 포함하고, 유압 펌프(41)는 엔진(22)에 의해 구동된다.
~시스템 구성~
유압 셔블의 주요 전동ㆍ유압 기기의 시스템 구성을 도 2에 도시한다. 도 2 중, 도 1과 동일한 구성 요소에는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 도 2 중, 이중선은 기계적 구동 계통을, 굵은선은 전기적 구동 계통을, 통상 굵기의 실선은 유압 구동 계통을 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(22)의 구동력은 유압 펌프(41)로 전달된다. 컨트롤 밸브 유닛(42)은 액추에이터마다 스풀이라고 불리는 밸브 부품에 의해 구성되는 방향ㆍ유량 제어 밸브를 구비하고, 레버 조작식의 선회용 조작 장치(52) 및 그 밖의 각각의 레버 조작식의 조작 장치(도시하지 않음)로부터의 조작 신호(조작 지령 압력)에 따라서 그들의 방향ㆍ유량 제어 밸브를 구동함으로써, 선회용 유압 모터(27), 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 및 주행용 유압 모터(13, 14)에 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어한다.
배터리(24)로부터의 직류 전력은 인버터ㆍ컨버터(28)에 의해 소정의 전압 및 주파수의 펄스 신호로 변환되어, 선회용 전동기(25)에 입력된다. 또한, 선회용 전동기(25)는 감속 시에는 발전기 특성으로 사용하고, 인버터ㆍ컨버터(28)는 선회용 전동기(25)에 의해 회생된 전력을 직류로 변환하여 배터리(24)에 축적한다.
또한, 인버터ㆍ컨버터(28)는 컨트롤러(51)로부터의 신호에 의해 선회용 전동기(25)의 회전 속도와 토크를 제어한다. 컨트롤러(51)는 조작 장치(52)의 조작 신호(조작 지령 압력)를 검출하는 압력 센서(53a, 53b) 및 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 및 미터 아웃의 압력을 검출하는 압력 센서(63a, 63b)로부터의 검출 신호에 기초하여 인버터ㆍ컨버터(28) 및 유압 회로 장치(40)[컨트롤 밸브 유닛(42)]로 보내는 신호를 연산하여, 출력한다.
~선회 유압 시스템~
유압 회로 장치(40) 중 선회 섹션에 관한 부분(이하, 선회 유압 시스템이라고 함)의 상세를 도 3에 도시한다. 도면 중, 도 1 및 도 2와 동일한 구성 요소에는 도 1 및 도 2와 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 3에 있어서, 선회 유압 시스템은 전술한 유압 펌프(41) 및 선회용 유압 모터(27)와, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)와, 예비 스풀을 이용하여 구성된 선회 보조 밸브로서의 센터 바이패스 컷트 밸브(38)와, 탱크(T)를 구비하고 있다. 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)는 선회용 유압 모터(27)와 유압 펌프(41)를 접속하는 관로 상에 배치되어, 유압 펌프(41)로부터 토출되어 선회용 유압 모터(27)로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어한다. 또한, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)는 오픈 센터 타입이고, 상류측이 유압 펌프(41)에 접속되고, 하류측이 탱크(T)에 접속된 오픈 센터 유로(61) 상에 배치되어 있다. 센터 바이패스 컷트 밸브(38)는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 하류측에서 오픈 센터 유로(61) 상에 배치되어, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 동작 위치로의 전환 시에, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)와 함께 유압 펌프(41)의 토출 압력을 제어한다. 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)는 전자기 비례 감압 밸브(71, 72)로부터의 제어 파일럿압에 따라서 스풀(37a)이 변위됨으로써, 오리피스(후술)의 개구 면적이 일의적으로 정해진다. 다른 방향ㆍ유량 제어 밸브는, 도시하지 않은 조작 장치로부터의 조작 신호에 따라서 각각의 스풀이 변위됨으로써, 오리피스의 개구 면적이 일의적으로 정해진다. 센터 바이패스 컷트 밸브(38)는 전자기 비례 감압 밸브(73)로부터의 제어 파일럿압에 따라서 스풀(38a)이 변위됨으로써, 오리피스(후술)의 개구 면적이 일의적으로 정해진다. 탱크(T)는 선회용 유압 모터(27) 및 그 밖의 액추에이터로부터의 복귀 오일을 받는 동시에, 유압 펌프(41)로의 오일의 공급원이 된다. 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37) 및 센터 바이패스 컷트 밸브(38)와 전자기 비례 감압 밸브(71, 72, 73)는 컨트롤 밸브 유닛(42)의 일부를 구성하고 있다.
유압 펌프(41)는 가변 용량 펌프이고, 토크 제어를 행하는 레귤레이터(64)를 구비하고, 레귤레이터(64)를 동작시킴으로써 유압 펌프(41)의 틸팅각이 바뀌고 유압 펌프(41)의 용량이 바뀌고, 유압 펌프(41)의 토출 유량이 바뀐다. 또한, 컨트롤러(51)로부터 증가 토크 지령이 출력되면, 레귤레이터(64)는 유압 펌프(41)의 최대 출력 토크가 증가하도록 토크 제어의 설정을 변경한다.
조작 장치(52)는 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력을 레버 조작량에 따라서 감압하는 감압 밸브를 내장하고, 레버 조작량에 따른 조작 지령 압력을 조작 신호로서 출력한다. 이 조작 신호로서의 조작 지령 압력이 유도되는 파일럿 유로(52a, 52b)에는 압력 센서(53a, 53b)가 설치되고, 이 압력 센서(53a, 53b)에 의해 검출된 조작 지령 압력의 검출 신호가 컨트롤러(51)로 보내진다. 또한, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)와 선회용 유압 모터(27)를 접속하는 액추에이터 라인(62a, 62b)에 압력 센서(63a, 63b)가 설치되고, 압력 센서(63a, 63b)에 의해 검출된 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력[선회용 유압 모터(27)의 입구측의 공급 압력) 및 미터 아웃 압력[선회용 유압 모터(27)의 출구측의 배출 압력]의 검출 신호도 컨트롤러(51)로 보내진다. 컨트롤러(51)는 그들 검출 신호에 기초하여 전자기 비례 감압 밸브(71, 72, 73)로 보내는 제어 신호를 연산하여, 출력한다. 전자기 비례 감압 밸브(71, 72)에는 조작 장치(52)가 출력하는 조작 지령 압력이 1차압으로서 공급되어 있고, 전자기 비례 감압 밸브(71, 72)는 컨트롤러(51)로부터의 제어 신호에 의해 조작 장치(52)가 출력하는 조작 지령 압력을 감압하고, 제어 파일럿압을 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 좌우 어느 하나의 압력실(37b, 37c)에 출력한다. 전자기 비례 감압 밸브(73)에는 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력이 1차압으로서 공급되어 있고, 전자기 비례 감압 밸브(73)는 컨트롤러(51)로부터의 제어 신호에 의해 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력을 감압하고, 제어 파일럿압을 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 압력실(38b, 38c)의 한쪽인 압력실(38c)에 출력한다. 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 압력실(38b)은 탱크(T)에 접속되어 있다.
선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)는 A, B, C의 3위치를 갖고, 전자기 비례 감압 밸브(71, 72)로부터의 제어 파일럿압을 받아 중립 위치 B로부터 A위치 또는 C위치로 연속적으로 전환된다. 또한, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)는 오픈 센터 유로(61) 상에 위치하는[따라서, 유압 펌프(41)와 탱크(T) 사이에 위치함] 블리드 오프 오리피스(37BO)와, 유압 펌프(41)와 선회용 유압 모터(27) 사이에 위치하는 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc)와, 선회용 유압 모터(27)와 탱크(T) 사이에 위치하는 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)를 갖고, 블리드 오프 오리피스(37BO)의 하류측은 오픈 센터 유로(61)를 통해 탱크(T)에 접속되고, 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc)의 하류측 및 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 상류측은 액추에이터 라인(62a, 62b)을 통해 선회용 유압 모터(27)의 입출력 포트에 접속되어 있다.
선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)가 중립 위치 B에 있을 때에는, 유압 펌프(41)로부터 토출되는 압유는 블리드 오프 오리피스(37BO)를 통하고, 또한 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 통해 탱크(T)로 복귀된다. 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)가 조작 장치(52)의 레버 조작량에 따른 조작 지령 압력을 받아 A위치로 전환되면, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 A위치의 미터 인 오리피스(37MIa)를 통해 선회용 유압 모터(27)의 한쪽의 포트로 보내지고, 선회용 유압 모터(27)로부터의 복귀 오일은 A위치의 미터 아웃 오리피스(37MOa)를 통해 탱크(T)로 복귀되고, 선회용 유압 모터(27)는 일방향으로 회전한다. 반대로, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)가 조작 장치(52)의 레버 조작량에 따른 조작 지령 압력을 받아 C위치로 전환되면, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 C위치의 미터 인 오리피스(37MIc)를 통해 선회용 유압 모터(27)의 다른 쪽의 포트로 보내져, 선회용 유압 모터(27)로부터의 복귀 오일은 C위치의 미터 아웃 오리피스(37MOc)를 통해 탱크(T)로 복귀되고, 선회용 유압 모터(27)는 A위치의 경우와는 역방향으로 회전한다.
선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)가 B위치와 A위치의 중간에 위치하고 있을 때에는, 유압 펌프(41)로부터의 압유는 블리드 오프 오리피스(37BO)와 미터 인 오리피스(37MIa)로 분배된다. 이때, 미터 인 오리피스(37MIa)의 입구측에는 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적과 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 개구 면적에 따른 압력이 생기고, 그 압력으로 선회용 유압 모터(27)에 압유가 공급되고, 그 압력[블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적과 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 개구 면적]에 따른 구동 토크(가속 토크)가 부여된다. 또한, 선회용 유압 모터(27)로부터의 배출 오일은 그때의 미터 아웃 오리피스(37MOa)의 개구 면적에 따른 저항을 받아 배압이 생기고, 미터 아웃 오리피스(37MOa)의 개구 면적에 따른 제동 토크가 발생한다. B위치와 C위치의 중간에 있어서도 마찬가지이다.
센터 바이패스 컷트 밸브(38)는 전자기 비례 감압 밸브(73)로부터의 제어 파일럿압을 받아 B위치(중립 위치)로부터 B위치와 C위치 사이의 소정 위치로 전환된다. 또한, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)는 오븐 센터 유로(61) 상에 위치하는[따라서, 유압 펌프(41)와 탱크(T) 사이에 위치함] 블리드 오프 오리피스(38BO)를 갖고, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)가 중립 위치 B에 있을 때에는, 블리드 오프 오리피스(38BO)의 개구 면적은 최대이고, 전자기 비례 감압 밸브(73)로부터의 제어 파일럿압을 받아 B위치와 C위치 사이의 소정 위치로 전환되면, 블리드 오프 오리피스(38BO)의 개구 면적은 감소한다. 이 개구 면적의 감소에 의해 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO) 및 미터 인 오리피스(37MIa)의 입구측의 압력은 상승하고, 이것에 따라서 선회용 유압 모터(27)의 구동 토크(가속 토크)가 증가한다.
~개구 면적 특성~
선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 4에 도시한다. 도면 중, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성을 실선으로 나타내고, 전동기를 사용하지 않는, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성을 파선으로 나타낸다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적은 제어 영역 개시점 및 종점은 종래의 것과 동일하고, 중간 영역에서 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록(큰 개구 면적으로 되도록) 설계되어 있다. 즉, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적 특성은 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계(유압 셔블)에 있어서의 방향ㆍ유량 제어 밸브의 소정의 개구 면적(도 4의 파선)보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다.
선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 인 오리피스 및 블리드 오프 오리피스의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 5에 도시한다. 도면 중, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성을 실선으로 나타내고, 전동기를 사용하지 않는, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성을 파선으로 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 인 오리피스(37MIa, 37MIc) 및 종래의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 인 오리피스의 개구 면적 특성을 1점 쇄선으로 나타낸다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성은, 제어 영역 개시점 및 종점은 종래의 것과 동일하고, 중간 영역에서 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록(큰 개구 면적으로 되도록) 설계되어 있다. 즉, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적 특성은 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스의 개구 면적이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 건설 기계(유압 셔블)에 있어서의 방향ㆍ유량 제어 밸브의 소정의 개구 면적(도 5의 파선)보다 큰 개구 면적으로 되도록 설정되어 있다. 미터 인 오리피스의 개구 면적 특성은 본 실시 형태의 것이든 종래의 것이든 동일하다.
센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성을 도 6에 도시한다. 이 예는, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 컨트롤 밸브 유닛(42)에 통상 구비되는 예비 스풀을 이용하여 구성한 경우의 것으로, 전자기 비례 감압 밸브(73)로부터의 제어 파일럿압이 부여되면, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 스풀 스트로크는 도 6 중 S1로 되고, 센터 바이패스 오리피스(38BO)의 개구 면적은 최대의 개구 면적으로부터 A1로 감소한다. 즉, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)는 완전 개방 위치로부터 개구 면적 A1의 오리피스 위치로 전환된다. 또한, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 개구 면적 특성은, 제어 파일럿압이 부여되었을 때의 오리피스 위치에서의 개구 면적이 A1로 되는 것이면, 그 이외의 특성이라도 좋다.
~제어 원리~
다음에, 컨트롤러(51)가 행하는 처리 기능에 대해 설명한다.
우선, 컨트롤러(51)의 제어 원리를 설명한다.
통상 동작 시, 선회용 전동기(25)와 선회용 유압 모터(27)의 양쪽을 구동함으로써, 상부 선회체(20)를 선회 구동한다(이하, 유압 전동 복합 선회 모드라고 함). 이 경우, 컨트롤러(51)는 전자기 비례 감압 밸브(71, 72, 73)로의 제어 신호를 출력하지 않는다. 그로 인해 조작 장치(52)가 출력하는 조작 지령 압력은 감압되지 않고 그대로 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 압력실(37b 또는 37c)에 입력되어, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 스풀(37a)을 구동한다. 또한, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 압력실(38c)에는 제어 파일럿압이 입력되지 않으므로, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)는 중립 위치 B의 상태이다.
한편, 선회용 전동기(25)의 고장, 배터리(24)의 전압 이상, 그 밖의 이유에 의해 전동기(25)를 정지시켜(비구동으로 하여), 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동할 때에는(이하, 유압 단독 선회 모드라고 함), 통상 동작 시에 선회용 전동기(25)가 출력하고 있었던 것만큼, 상부 선회체(20)를 구동하는 출력 토크(이하, 적절하게 선회 출력 토크 혹은 선회 토크라고 함)는 감소되어 버린다. 따라서, 본 발명에서는, 이 선회 출력 토크의 저하를 보충하기 위해, 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 증가시키기 위해 컨트롤러(51)에 의한 제어가 기능한다. 또한, 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 증가시키기 위해, 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력과 미터 아웃 압력 중 어느 하나가 상승하도록 유압 회로 장치(40)를 제어한다.
예를 들어, 컨트롤러(51)는 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때, 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa 또는 37MOc)를 폐쇄 방향으로 제어함으로써 선회용 유압 모터(27)의 미터 아웃 압력이 상승하도록 제어하고, 선회용 유압 모터(27)의 제동 토크를 증가시키도록 제어한다. 또한, 컨트롤러(51)는 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)(보조 밸브)를 제어하고, 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)와 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)의 합성 오리피스에 의해 오픈 센터 유로(61)를 좁힘으로써 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 선회용 유압 모터(27)의 구동 토크를 증가시키도록 제어한다. 또한, 컨트롤러(51)는 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때, 선회용 유압 모터(27)의 출력을 늘리기 위해 유압 펌프(41)의 출력 토크를 증가시키도록 제어한다.
컨트롤러(51)는 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때, 이상과 같은 생각에 기초하여 유압 회로 장치(40)[보다 상세하게는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37) 및 센터 바이패스 컷트 밸브(38)와 레귤레이터(64)]를 제어하고, 선회용 유압 모터(27)의 출력을 증가시킨다.
~컨트롤러의 처리 기능~
다음에, 이상과 같은 제어를 행하는 컨트롤러(51)의 처리 기능을 도 7 내지 도 9를 사용하여 구체적으로 설명한다.
도 7은 컨트롤러(51)의 전체의 처리 기능을 도시하는 흐름도이다.
컨트롤러(51)는, 우선, 선회용 전동기(25)를 정지시킬 필요성이 발생하였는지 여부를 판정한다(스텝 S100). 선회용 전동기(25)를 정지시킬 필요성이 발생한 경우의 예로서, 도 2에 도시하는 선회용 전동기(25)의 전동 시스템에 있어서의 배터리(24)의 전압 이상(전압 저하를 포함함), 그 밖의 전기 기기의 고장, 이상, 경고 상태의 발생 등이 있다. 컨트롤러(51)는 배터리(24), 선회용 전동기(25), 인버터ㆍ컨버터(28)로부터 그들의 내부 정보를 취득하고, 그 정보에 기초하여 이상, 고장, 경고 상태가 발생하였는지 여부를 판정한다.
컨트롤러(51)는 스텝 S100에 있어서 선회용 전동기(25)를 정지시킬 필요성이 발생하고 있지 않은 경우에는 유압 전동 복합 선회 모드를 선택하고, 인버터ㆍ컨버터(28)를 통해 선회용 전동기(25)의 토크 제어를 행한다(스텝 S110). 이때 상부 선회체(20)는 선회용 전동기(25)와 선회용 유압 모터(27)의 양쪽에서 구동된다.
여기서, 선회용 전동기(25)의 토크 제어는, 예를 들어 다음과 같이 행할 수 있다. 선회용 전동기(25)의 출력 토크(제동 토크 및 가속 토크)를 조작 장치(52)가 출력하는 조작 지령 압력(조작 신호)의 함수로서 미리 정하여 컨트롤러(51)에 설정해 두고, 이 함수에 그때의 조작 지령 압력을 참조하여 목표 토크를 구하고, 이 목표 토크가 얻어지도록 선회용 전동기(25)를 제어한다. 이때, 선회용 유압 모터(27)에 발생한 출력 토크와 선회용 전동기(25)의 출력 토크의 합이, 상부 선회체(20)를 선회용 유압 모터(27)만으로 구동하는 종래의 건설 기계(유압 셔블)에 있어서의 선회용 유압 모터의 출력 토크와 동등해지도록, 선회용 전동기(25)의 토크를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해 상부 선회체(20)의 선회 감속 시의 제동 토크 및 선회 가속 시의 가속 토크는, 각각, 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계인 경우의 제동 토크 및 가속 토크와 동등해지고, 상부 선회체(20)의 선회 감속 시 및 가속 시에 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계와 동등한 양호한 조작감을 확보할 수 있다.
한편, 스텝 S100에 있어서, 선회용 전동기(25)를 정지시킬 필요성이 발생한 경우에는 유압 전동 복합 선회 모드로부터 유압 단독 선회 모드로 전환하고, 선회용 전동기(25)의 토크 제어를 정지하여 선회 유압 시스템의 출력 증가 제어를 행한다(스텝 S120).
도 8은 스텝 S120의 유압 단독 선회 모드의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.
컨트롤러(51)는 압력 센서(63a, 63b)로부터 미터 인 압력 및 미터 아웃 압력의 실측값의 정보를 입력하여, 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높은지 여부를 판정한다(스텝 S200). 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높지 않은 경우는, 선회용 유압 모터(27)의 제동 시(감속 시)이고, 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높은 경우는, 선회용 유압 모터(27)의 가속 시(구동 시)이다. 그리고, 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높지 않은 경우[선회용 유압 모터(27)의 제동 시]에는, 압력 센서(53a, 53b)로부터 입력한 조작 장치(52)의 조작 지령 압력의 감압 제어(조작 신호의 감소 보정 제어)를 행하고(스텝 S210), 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높은 경우[선회용 유압 모터(27)의 가속 시]에는, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 구동 제어와 레귤레이터(64)에 있어서의 토크 제어의 설정의 증가 제어를 행한다(스텝 S220).
도 9는 스텝 S210의 감압 제어의 상세를 도시하는 기능 블록도이다. 컨트롤러(51)는 그 유압 제어 기능으로서, 감소율 연산부(500), 보정 조작 신호 연산부(510), 스풀 스트로크 연산부(520), 목표 파일럿압 연산부(530), 목표 전류 연산부(540), 출력부(550)를 갖고 있다.
감소율 연산부(500)는 압력 센서(53a, 53b)로부터 조작 장치(52)의 조작 지령 압력(이하, 조작 신호라고 함) X를 입력하고, 이 조작 신호 X를, 미리 정한 조작 신호 X와 감소율 β(1 이하의 수치)의 함수 관계를 설정한 테이블에 참조하여, 조작 신호 X를 감소 보정 제어하기 위한 감소율 β를 연산한다. 조작 신호 X와 감소율 β의 함수 관계는, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 개구 면적 특성을 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우에, 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적이 감압 제어를 하지 않았던 경우보다도 감소하고, 선회용 유압 모터(27)의 제동 토크가 유압 전동 복합 모드에 있어서의 제동 토크와 동등한 크기로 되도록[바꿔 말하면 미터 아웃 오리피스(37MOa 또는 37MOc)의 개구 면적이 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 개구 면적과 동일한 정도의 크기까지 감소하도록] 설정되어 있다.
보정 조작 신호 연산부(510)는 조작 장치(52)의 조작 신호 X에 감소율 β를 곱하여 보정 조작 신호 Xb를 연산한다.
스풀 스트로크 연산부(520)는 보정 조작 신호 연산부(510)에서 연산한 보정 조작 신호 Xb를 스풀 스트로크 S로 변환하고, 목표 파일럿압 연산부(530)는 그 스풀 스트로크 S를 목표 파일럿압으로 변환하고, 목표 전류 연산부(540)는 그 목표 파일럿압을 전자기 비례 감압 밸브(71 또는 72)를 구동하기 위한 목표 전류로 변환하고, 출력부(550)는 그 목표 전류를 증폭하여 전자기 비례 감압 밸브(71 또는 72)에 출력한다. 스풀 스트로크 연산부(520) 이후의 처리는, 종래의 전기 신호를 출력하는 조작 장치를 구비한 시스템에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용과 동일하다.
도 10은 상기와 같이 조작 장치(52)의 조작 지령 압력을 감압 제어한 경우의 조작 장치(52)의 레버 조작량(조작 지령 압력)에 대한 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적의 변화를 나타내는 도면이다. 도면 중, 실선은 조작 지령 압력을 감압 제어하지 않은 경우(유압 전동 복합 선회 모드)의 것이고, 파선은 조작 지령 압력을 감압 제어한 경우(유압 단독 선회 모드)의 것이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 조작 지령 압력을 감압 제어한 경우에는, 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 개구 면적이 조작 지령 압력을 감압 제어하지 않은 경우의 개구 면적보다 작아지도록 보정된다. 그 결과, 선회용 유압 모터(27)의 동작 시에 선회용 유압 모터(27)의 미터 아웃 압력[선회용 유압 모터(27)의 출구측의 배출 압력]을 상승시킬 수 있고, 이에 의해 선회용 유압 모터(27)의 제동 토크를 증가시켜, 상부 선회체(20)의 제동력을 증가시킬 수 있다. 즉, 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 증가시킬 수 있다.
도 8로 돌아가, 스텝 S220의 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 구동 제어에서는, 전자기 비례 감압 밸브(73)에 제어 신호를 출력하고, 전자기 비례 감압 밸브(73)는 그 제어 신호에 따른 제어 파일럿압을 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 압력실(38c)에 출력하고, 센터 바이패스 오리피스(38BO)의 개구 면적은 최대의 개구 면적으로부터 A1(도 6 참조)로 감소한다. 또한, 레귤레이터(64)에 있어서의 토크 제어의 설정의 증가 제어에서는, 컨트롤러(51)는 토크 증가 지령을 출력하여 레귤레이터(64)의 토크 제어의 설정을 증가시킨다.
도 11은 상기와 같이 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 구동 제어한 경우의 조작 장치(52)의 레버 조작량(조작 지령 압력)에 대한 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)와 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)의 합성 개구 면적의 변화를 나타내는 도면이다. 도면 중, 실선은 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 구동 제어하지 않은 경우(유압 전동 복합 선회 모드)의 것이고, 파선은 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 구동 제어한 경우(유압 단독 선회 모드)의 것이다.
도 12는 도 11의 합성 블리드 오프 개구 면적의 개념을 도시하는 도면이다. 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)의 개구 면적을 전술한 A1로 하고, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적을 A2로 하면, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)와 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)는 블리드 오프 개구 면적 Aref를 갖는 합성 오리피스로 치환하는 것이 가능하다. 이때, A1, A2, Aref의 관계는,
Aref＝A1ㆍA2/√(A12＋A22)
로 나타낼 수 있다.
도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 구동 제어한 경우에는, 조작 장치(52)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우의 합성 블리드 오프 개구 면적이 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 구동 제어하지 않은 경우의 개구 면적보다 작아지도록 보정된다. 그 결과, 선회용 유압 모터(27)의 동작 시에 유압 펌프(41)의 토출 압력을 상승시킬 수 있고, 이에 의해 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력[선회용 유압 모터(27)의 입구측의 공급 압력]을 상승시키고, 선회용 유압 모터(27)의 구동 토크(가속 토크)를 증가시키고, 상부 선회체(20)의 구동력(가속력)을 증가시킬 수 있다. 즉, 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 증가시킬 수 있다.
도 10 및 도 11의 지령 파일럿압의 감압 제어 및 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 구동 제어를 한 경우의 개구 면적은, 미리 선회용 전동기(25)가 구동한 경우와 동등한 출력이 얻어지는 개구 면적 특성으로서 컨트롤러(51)의 메모리에 기억한 것이라도 좋고, 계산적으로 구하는 것이라도 좋다.
도 13은 상기와 같이 레귤레이터(64)의 토크 제어의 설정을 증가시킨 경우의 유압 펌프(41)의 토크 제어 특성의 변화를 나타내는 도면이다. 횡축은 유압 펌프(41)의 토출 압력, 종축은 유압 펌프(41)의 용량이다.
통상 동작 시의 유압 전동 복합 선회 모드에서는, 레귤레이터(64)의 토크 제어의 설정은 변경되지 않고, 레귤레이터(64)의 토크 제어의 설정은, 도 13의 실선 PT의 특성에 있다. 선회용 전동기(25)를 정지시켜, 유압 단독 선회 모드로 이행하면, 컨트롤러(51)는 토크 증가 지령을 출력하여 레귤레이터(64)의 토크 제어의 설정을 도 13의 실선 PT의 특성으로부터 실선 PTS의 특성으로 변화시킨다. 이에 의해 유압 펌프(41)의 최대 출력 토크는 사선으로 나타내는 면적만큼 증가하고, 유압 단독 선회 모드로 센터 바이패스 컷트 밸브(38)를 구동 제어한 경우에, 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력을 상승시켜 선회용 유압 모터(27)의 가속 토크를 증가시키는 데 필요한 유압 토크를 공급할 수 있다.
~제어의 시계열 파형~
도 14는 선회 제동 정지 시에 있어서의 조작 장치(52)의 조작 지령 압력(파일럿압), 미터 아웃 압력(M/O압), 선회 전동 모터(25)의 어시스트 토크, 상부 선회체(20)의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면이다. 파일럿압이 최대이고, 최고 선회 속도로부터 시간 T＝T5 내지 T8에서 파일럿압 0까지 램프 형상으로 조작 지령 압력을 저하시킨 경우의 예이다.
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되어 있을 때에는, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa, 37MOc)의 개구 면적이 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록 설계되어 있는 만큼, 선회용 유압 모터(27)의 미터 아웃 압력(M/O압)은 본 실시 형태의 쪽이 낮아진다(파선). 미터 아웃 압력의 차이는, 즉 제동 토크의 차이에 상당하므로, 선회용 유압 모터(27)의 토크는 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 적용한 경우보다 본 실시 형태의 쪽이, 절대값이 작아진다. 본 실시 형태에서는, 이 유압 모터 토크의 차분만큼, 제동 토크를 전동기(25)에 의해 부여한다. 도 14에서는 회생측의 어시스트 토크를 마이너스로 하고 있다. 이에 의해 전동기(25)의 어시스트 토크와 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 아웃 압력에 유래하는 제동 토크의 합계값은, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 제동 토크와 대략 동등해지도록 제어되므로, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등한 감속감을 갖는 것이 가능해진다.
한편, 유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때에는, 감압 제어에 의해 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 조작 지령 압력(레버 조작량)에 대한 미터 아웃 개구 면적의 특성은, 도 10에 파선으로 나타내는 바와 같이, 중간 영역에 있어서의 개구 면적이 감소된 특성으로 변경되므로, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 아웃 압력은, 도 14에 실선으로 나타내는 미터 아웃 압력까지 상승하고, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 아웃 압력에 유래하는 제동 토크가, 유압 전동 복합 선회 모드에서 발생하는 제동 토크와 대략 동등해지도록 제어된다. 이에 의해 상부 선회체(20)의 선회 속도는 유압 전동 복합 선회 모드와 동등한 감속감을 갖는 것이 가능해진다.
도 15는 선회 구동 시에 있어서의 조작 장치(52)의 조작 지령 압력(파일럿압), 미터 인 압력(M/I압), 선회 전동 모터(25)의 어시스트 토크, 상부 선회체(20)의 회전 속도(선회 속도)의 시계열 파형을 도시하는 도면이다. 파일럿압이 0이고, 선회 정지 상태로부터 시간 T＝T1 내지 T3에서 파일럿압 최대까지 램프 형상으로 조작 지령 압력을 증가시킨 경우의 예이다.
유압 전동 복합 선회 모드가 선택되어 있을 때에는, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)의 개구 면적이 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록 설계되어 있는 만큼, 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력(M/I압)은 본 실시 형태의 쪽이 낮아진다(파선). 미터 인 압력의 차이는, 즉 가속 토크의 차이에 상당하므로, 선회용 유압 모터(27)의 토크는, 종래형의 유압 셔블에 있어서 유압 단독 구동으로 양호한 조작성을 확보할 수 있는 개구 면적을 적용한 경우보다 본 실시 형태의 쪽이, 절대값이 작아진다. 본 실시 형태에서는, 이 유압 모터 토크의 차분만큼, 가속 토크를 전동기(25)에 의해 부여한다. 도 15에서는 역행측의 어시스트 토크를 플러스로 하고 있다. 이에 의해 전동기(25)의 어시스트 토크와 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 인 압력에 유래하는 가속 토크의 합계값은, 종래형의 유압 셔블에서 발생하는 가속 토크와 대략 동등해지도록 제어되므로, 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블 동등의 가속감을 갖는 것이 가능해진다.
한편, 유압 단독 선회 모드가 선택되었을 때에는, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)와 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)의 합성 개구 면적 특성은, 도 11에 파선으로 나타내는 바와 같이, 개구 면적이 감소한 특성으로 변경되므로, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 인 압력은, 도 15에 도시하는 실선으로 나타내는 미터 인 압력까지 상승하고, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)에 의해 발생하는 미터 인 압력에 유래하는 가속 토크가, 유압 전동 복합 선회 모드에서 발생하는 가속 토크와 대략 동등해지도록 제어된다. 이에 의해 상부 선회체(20)의 선회 속도는 종래형의 유압 셔블과 동등한 가속감을 갖는 것이 가능해진다.
~효과~
이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 따르면, 선회용 유압 모터(27)와 선회용 전동기(25)를 병용하여 상부 선회체(20)를 구동하기 때문에, 선회용 전동기(25)에 의해 상부 선회체(20)의 감속 혹은 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있다.
또한, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때에는, 선회용 전동기(25)의 구동 시보다도, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 한 만큼 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 늘리도록 유압 회로 장치(40)[보다 상세하게는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37) 및 센터 바이패스 컷트 밸브(38)와 레귤레이터(64)]를 제어하기 위해, 선회 토크의 저하가 보충되어, 전동기(25)가 동작하지 않는 경우라도, 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다.
<제2 실시 형태>
본 발명의 제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블을 도 16을 사용하여 설명한다. 본 실시 형태는, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때, 제동 토크가 증가하기 때문에, 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스와 보조 밸브의 오리피스의 합성 오리피스에 의해 선회용 유압 모터의 미터 아웃 압력이 상승하도록 제어하는 것이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 유압 회로 장치의 선회 유압 시스템의 상세를 도시하는 도면이다. 도면 중, 도 1 내지 도 3과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 16에 있어서, 선회 유압 시스템은, 제1 실시 형태에 있던 도 3에 도시하는 전자기 비례 감압 밸브(71, 72) 대신에, 미터 아웃 보조 밸브(44)와 전자기 비례 감압 밸브(74)를 구비하고 있다. 미터 아웃 보조 밸브(44)는 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa 또는 37MOc)를 통과하는 압유가 흐르는 유로인 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 배출측을 탱크(T)에 접속하는 미터 아웃 유로(45)에 배치되어 있다. 전자기 비례 감압 밸브(74)는 컨트롤러(51)로부터의 제어 신호에 의해 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력(1차압)을 감압하고, 제어 파일럿압을 미터 아웃 보조 밸브(44)의 압력실(44a)에 출력한다.
전자기 비례 감압 밸브(74)로부터 제어 파일럿압이 미터 아웃 보조 밸브(44)의 압력실(44a)에 출력되면, 미터 아웃 보조 밸브(44)는 완전 개방 위치로부터 개구 면적이 감소한 교축 위치로 전환된다. 이 미터 아웃 보조 밸브(44)와 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스(37MOa 또는 37MOc)는 제1 실시 형태에 있어서의 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO)와 센터 바이패스 컷트 밸브(38)의 블리드 오프 오리피스(38BO)의 블리드 오프 합성 오리피스의 경우와 마찬가지로, 미터 아웃 합성 오리피스를 구성하고, 도 10의 파선과 같이 레버 조작량에 대해 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스(37BO) 단독의 경우보다도 감소한 미터 아웃 합성 오리피스의 개구 면적의 관계를 만든다.
본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 미터 아웃 유로(45)와 센터 바이패스 유로(61)를 좁혀서 제어하는 것이 가능하고, 이에 의해 유압 모터(27)와 전동기(25)를 병용하여 상부 선회체(20)를 구동하는 건설 기계에 있어서, 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 전동기(25)가 동작하지 않은 경우라도 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다.
<제3 실시 형태>
본 발명의 제3 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블을 도 17 내지 도 19를 사용하여 설명한다. 본 실시 형태는 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때, 선회용 유압 모터(27)의 구동 토크를 증가시키기 위해, 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 블리드 오프 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어함으로써 선회용 유압 모터(27)의 미터 인 압력이 상승하도록 제어하는 것이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 유압 회로 장치의 선회 유압 시스템의 상세를 도시하는 도면이다. 도면 중, 도 1 내지 도 3과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 17에 있어서, 선회 유압 시스템은 제1 실시 형태에 있던 도 3에 도시하는 센터 바이패스 컷트 밸브(38), 컨트롤러(51), 조작 장치(52), 압력 센서(53a, 53b), 전자기 비례 감압 밸브(71, 72, 73) 대신에, 컨트롤러(51A), 조작 장치(52A), 전자기 비례 감압 밸브(71A, 72A)를 구비하고 있다.
조작 장치(52A)는 조작 신호로서 전기 신호를 출력하는 레버 조작식 조작 장치이다. 컨트롤러(51A)는 레버 조작식 조작 장치(52A)로부터의 조작 신호(전기 신호)를 받고, 대응하는 제어 신호(전기 신호)를 전자기 비례 감압 밸브(71A, 72A)에 출력한다. 전자기 비례 감압 밸브(71A, 72A)는 컨트롤러(51A)로부터의 제어 신호에 의해 파일럿 유압원(29)으로부터의 압력(1차압)을 감압하고, 제어 파일럿압을 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 좌우 어느 하나의 압력실(37b, 37c)에 출력한다.
컨트롤러(51A)의 전체의 처리 기능은 제1 실시 형태에 있어서 도 7에 흐름도에서 도시한 것과 동일하다.
도 18은 제1 실시 형태에 관한 도 7에 도시하는 스텝 S120의 본 실시 형태에 있어서의 유압 단독 선회 모드의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.
도 18에 있어서, 컨트롤러(51A)는 압력 센서(63a, 63b)로부터 미터 인 압력 및 미터 아웃 압력의 실측값의 정보를 입력하여, 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높은지 여부를 판정한다(스텝 S200). 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높지 않은 경우는, 선회용 유압 모터(27)의 제동 시(감속 시)이고, 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높은 경우는, 선회용 유압 모터(27)의 가속 시(구동 시)이다. 그리고, 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높지 않은 경우[선회용 유압 모터(27)의 제동 시]에는, 조작 장치(52A)로부터 입력한 조작 신호의 감소 보정 제어를 행하고(스텝 S210), 미터 인 압력이 미터 아웃 압력보다 높은 경우[선회용 유압 모터(27)의 가속 시]에는, 조작 장치(52A)로부터 입력한 조작 신호의 증가 보정 제어와 레귤레이터(64)에 있어서의 토크 제어의 설정의 증가 제어를 행한다(스텝 S220A).
스텝 S210에 있어서의 조작 신호의 감소 보정 제어는 조작 지령 압력(검출값)이 조작 장치(52A)의 조작 신호(전기 신호)로 바뀌고, 조작 지령 압력의 감압 제어가 조작 신호의 감소 보정 제어로 바뀐 점을 제외하고, 앞의 도 9에 기능 블록도에서 도시한 처리와 동일하다.
도 19는 스텝 S220A의 신호 증가 보정 제어의 상세를 도시하는 기능 블록도이다. 컨트롤러(51A)는 그 신호 증가 보정 제어 기능으로서, 증가율 연산부(400), 보정 조작 신호 연산부(410), 스풀 스트로크 연산부(420), 목표 파일럿압 연산부(430), 목표 전류 연산부(440), 출력부(450)를 갖고 있다.
증가율 연산부(400)는 조작 장치(52A)의 조작 신호 X를 입력하고, 이 조작 신호 X를, 미리 정한 조작 신호 X와 증가율 α(1 이상의 수치)의 함수 관계를 설정한 테이블에 참조하여, 조작 신호 X를 증가 보정 제어하기 위한 증가율 α를 연산한다. 조작 신호 X와 증가율 α의 함수 관계는, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37A)의 개구 면적 특성을 조작 장치(52A)의 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성으로 본 경우에, 센터 바이패스 오리피스(37BO)의 개구 면적이 신호 증가 보정 제어를 하지 않았던 경우보다도 감소하고, 선회용 유압 모터(27)의 구동 토크가 유압 전동 복합 모드에 있어서의 구동 토크와 동등한 크기로 되도록[바꿔 말하면 센터 바이패스 오리피스(37BO)의 개구 면적이 상부 선회체(20)를 유압 모터만으로 구동하는 건설 기계에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브의 개구 면적과 동일한 정도의 크기까지 감소하도록] 설정되어 있다.
보정 조작 신호 연산부(410)는 조작 장치(52A)의 조작 신호 X에 증가율 α를 곱하여 보정 조작 신호 Xa를 연산한다.
스풀 스트로크 연산부(420)는 보정 조작 신호 연산부(410)에서 연산한 보정 조작 신호 Xa를 스풀 스트로크 S로 변환하고, 목표 파일럿압 연산부(430)는 그 스풀 스트로크 S를 목표 파일럿압으로 변환하고, 목표 전류 연산부(440)는 그 목표 파일럿압을 전자기 비례 감압 밸브(71A 또는 72A)를 구동하기 위한 목표 전류로 변환하고, 출력부(450)는 그 목표 전류를 증폭하여 전자기 비례 감압 밸브(71A 또는 72A)에 출력한다. 이들 스풀 스트로크 연산부(420) 이후의 처리는, 종래의 전기 신호를 출력하는 조작 장치를 구비한 시스템에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용과 동일하다.
본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 미터 아웃 유로(45)와 센터 바이패스 유로(61)를 교축 제어하는 것이 가능하고, 이에 의해 유압 모터(27)와 전동기(25)를 병용하여 상부 선회체(20)를 구동하는 건설 기계에 있어서, 정지 시의 에너지를 전력으로서 회생하고, 구동 시에 어시스트할 수 있는 동시에, 전동기(25)가 동작하지 않은 경우라도 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다.
<변형예>
본 발명에 있어서의 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 미터 아웃 오리피스의 개구 면적 특성 및 블리드 오프 오리피스의 개구 면적 특성은, 도 4 및 도 5(스풀 스트로크에 대한 특성), 도 10 및 도 11(레버 조작량에 대한 특성)과 같은 특성으로 한정되지 않고, 본 발명의 의도를 벗어나지 않는 범위에서 자유롭게 설정하는 것이 가능하다.
예를 들어, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성은 중간 영역만을 종래보다도 개방하는 특성으로 해도 좋고, 이와 같이 변형해도 발명의 효과는 바뀌지 않는다.
또한, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적 특성은, 도 4 및 도 5에 도시하는 예에서는, 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록 설계하였지만, 종래와 동일한 개구 면적을 갖는 특성으로 해도 좋다. 이 경우에는, 선회용 전동기를 구동하는 유압 전동 복합 선회 모드에서는, 조작 신호를 보정하고, 레버 조작량에 대한 개구 면적 특성에 있어서 종래의 것에 비해 개방되기 쉽도록 제어하고, 선회용 전동기를 비구동으로 하는 유압 단독 선회 모드에서는, 조작 신호를 보정하지 않고, 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브(37)를 조작 신호로 그대로 구동하면 된다. 이에 의해서도, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 했을 때에는, 선회용 전동기(25)의 구동 시보다도, 선회용 전동기(25)를 비구동으로 한 만큼 선회용 유압 모터(27)의 출력 토크를 늘리도록 제어할 수 있고, 전동기(25)가 동작하지 않는 경우라도, 양호한 조작감과 작업 능력을 확보할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 종래의 방향ㆍ유량 제어 밸브를 그대로 적용할 수 있고, 방향ㆍ유량 제어 밸브를 저렴하게 구성할 수 있다.
10 : 하부 주행체
11a, 11b : 크롤러
12a, 12b : 크롤러 프레임
13 : 우측 주행용 유압 모터
14 : 좌측 주행용 유압 모터
20 : 상부 선회체
21 : 선회 프레임
22 : 엔진
23 : 발전기
24 : 배터리
25 : 선회용 전동기
26 : 선회 기구
27 : 선회용 유압 모터
28 : 선회용 인버터
29 : 유압 파일럿 유압원
30 : 셔블 기구
31 : 붐
32 : 붐 실린더
33 : 아암
34 : 아암 실린더
35 : 버킷
36 : 버킷 실린더
37 : 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브
38 : 센터 바이패스 컷트 밸브
40 : 유압 회로 장치
41 : 유압 펌프
42 : 컨트롤 밸브 유닛
44 : 미터 아웃 보조 밸브
45 : 미터 아웃 유로
51 : 컨트롤러
52 : 조작 장치
53a, 53b : 압력 센서
61 : 오픈 센터 유로
62a, 62b : 액추에이터 라인
63a, 63b : 압력 센서
64 : 레귤레이터
37A : 선회용 방향ㆍ유량 제어 밸브
51A : 컨트롤러
52A : 조작 장치
71 : 전자기 비례 감압 밸브
72 : 전자기 비례 감압 밸브
71A : 전자기 비례 감압 밸브
72A : 전자기 비례 감압 밸브
73 : 전자기 비례 감압 밸브
74 : 전자기 비례 감압 밸브
400 : 증가율 연산부
410 : 보정 조작 신호 연산부
420 : 스풀 스트로크 연산부
430 : 목표 파일럿압 연산부
440 : 목표 전류 연산부
450 : 출력부
500 : 감소율 연산부
510 : 감압 제어 신호 연산부
520 : 스풀 스트로크 연산부
530 : 목표 파일럿압 연산부
540 : 목표 전류 연산부
550 : 출력부
37BO : 블리드 오프 오리피스
37MIa, 37MIc : 미터 인 오리피스
37MOa, 37MOc : 미터 아웃 오리피스

Claims (10)

  1. 하부 주행체와,
    이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치한 상부 선회체와,
    이 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 모터, 상기 선회용 유압 모터에 압유를 공급하는 유압 펌프, 상기 선회용 유압 모터로부터의 복귀 오일을 받고, 또한 상기 유압 펌프로의 오일의 공급원이 되는 탱크 및 상기 선회용 유압 모터와 상기 유압 펌프를 접속하는 관로 상에 배치되어, 상기 유압 펌프로부터 토출되어 상기 선회용 유압 모터로 보내지는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향ㆍ유량 제어 밸브를 포함하는 유압 회로 장치와,
    상기 유압 펌프를 구동하는 원동기와,
    상기 선회용 유압 모터와 병용하여 상기 상부 선회체를 구동하고 또한 감속 시에 발전기로서 기능하는 선회용 전동기와,
    상기 선회용 전동기와 전기 에너지의 수수를 행하는 축전 장치와,
    상기 선회용 전동기의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 하이브리드식 건설 기계에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 포함한 전기 기기의 이상, 고장, 경고 상태의 발생에 의해 상기 선회용 전동기를 정지시킬 필요성이 발생하였는지 여부를 판정하고, 상기 선회용 전동기를 정지시킬 필요성이 발생하지 않은 경우에는, 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터와 상기 선회용 전동기의 양쪽에서 구동하는 유압 전동 복합 선회 모드를 선택하고, 상기 선회용 전동기를 정지시킬 필요성이 발생한 경우에는 상기 유압 전동 복합 선회 모드로부터, 상기 상부 선회체를 상기 선회용 유압 모터만으로 구동하는 유압 단독 선회 모드로 전환하고, 상기 유압 단독 선회 모드로 전환하고 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때에는, 상기 선회용 전동기의 구동 시보다도, 상기 선회용 전동기를 비구동으로 한 만큼 상기 선회용 유압 모터의 출력 토크를 늘리도록 상기 유압 회로 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 선회용 유압 모터의 출력 토크를 늘리기 위해 상기 선회용 유압 모터의 미터 인 압력과 미터 아웃 압력 중 어느 하나가 상승하도록 상기 유압 회로 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어함으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 아웃 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 제동 토크를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  4. 제2항에 있어서, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고,
    상기 유압 회로 장치는 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스를 통과하는 압유가 흐르는 미터 아웃 유로에 배치된 보조 밸브를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 보조 밸브를 제어하고, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 상기 미터 아웃 오리피스와 상기 보조 밸브의 오리피스의 합성 오리피스에 의해 상기 미터 아웃 유로를 좁힘으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 아웃 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 제동 토크를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고,
    상기 유압 회로 장치는 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스를 통과하는 압유가 흐르는 오픈 센터 유로에 배치된 보조 밸브를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 보조 밸브를 제어하고, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 상기 블리드 오프 오리피스와 상기 보조 밸브의 오리피스의 합성 오리피스에 의해 상기 오픈 센터 유로를 좁힘으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 인 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 구동 토크를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브는 상기 유압 펌프와 상기 선회용 유압 모터를 접속하는 미터 인 오리피스와, 상기 선회용 유압 모터와 상기 탱크를 접속하는 미터 아웃 오리피스와, 상기 유압 펌프와 상기 탱크를 접속하는 블리드 오프 오리피스를 갖는 오픈 센터 타입이고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 블리드 오프 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어함으로써 상기 선회용 유압 모터의 미터 인 압력이 상승하도록 제어하고, 이로써 상기 선회용 유압 모터의 구동 토크를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  7. 제3항에 있어서, 상기 유압 회로 장치는 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 조작 장치의 조작 신호를 제어함으로써, 상기 방향ㆍ유량 제어 밸브의 미터 아웃 오리피스 또는 상기 블리드 오프 오리피스를 폐쇄 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조작 장치는 상기 조작 신호로서 조작 지령 압력을 생성하는 감압 밸브를 내장하고,
    상기 제어 장치는 상기 조작 지령 압력을 제어하는 전자기 비례 감압 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 보조 밸브를 구동 제어하기 위한 제어 압력을 출력하는 전자기 비례 감압 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 선회용 전동기를 비구동으로 했을 때, 상기 선회용 유압 모터의 출력을 늘리기 위해 상기 유압 펌프의 출력 토크를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 건설 기계.
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