ハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置
【課題】電動システムの故障等によって、電動モータのトルクが発生できない場合でも作業ができ、老朽化等によって電動システムが修復不能であっても、引き続き安全に使用可能なハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置を提供する。
【解決手段】油圧モータと電動モータと減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、電動モータと油圧モータのトルクの合計で旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、油圧モータのみのトルクで旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置と、パワーコントロールユニットあるいは蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータと同じ取り合い機構を備え、除去された前記旋回電動モータの代替用の連結手段として、前記取り合い機構を介して、前記油圧モータと前記減速機構とに結合可能に装設されるカップリング装置とを備えた。
【解決手段】油圧モータと電動モータと減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、電動モータと油圧モータのトルクの合計で旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、油圧モータのみのトルクで旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置と、パワーコントロールユニットあるいは蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータと同じ取り合い機構を備え、除去された前記旋回電動モータの代替用の連結手段として、前記取り合い機構を介して、前記油圧モータと前記減速機構とに結合可能に装設されるカップリング装置とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置に係り、特に油圧ショベル等の旋回体を有するハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば油圧ショベルのような建設機械においては、動力源として、ガソリン、軽油等の燃料を用い、エンジンによって油圧ポンプを駆動して油圧を発生することにより油圧モータ、油圧シリンダといった油圧アクチュエータを駆動する。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。
【０００３】
一方で、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建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの旋回体を走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。
【０００６】
このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、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ことから、省エネルギ化が図れる。
【０００７】
また、油圧モータと電動モータを両方搭載し、合計トルクにより旋回体を駆動する建設機械が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００８】
特許文献２では、旋回体駆動用油圧モータに電動モータが直結され、操作レバーの操作量によってコントローラが電動モータに出力トルクを指令する油圧建設機械のエネルギ回生装置が開示されている。減速（制動）時においては、電動モータが旋回体の運動エネルギを回生し、電気エネルギとしてバッテリに蓄電する。
【０００９】
特許文献３では、旋回駆動用油圧モータのイン側とアウト側の差圧を用いて、電動モータへのトルク指令値を算出し、油圧モータと電動モータとの出力トルク配分を行うハイブリッド型建設機械が開示されている。
【００１０】
特許文献２及び３の従来技術は、いずれも、旋回駆動用アクチュエータとして、電動モータと油圧モータを併用することによって、従来の油圧アクチュエータ駆動の建設機械に慣れたオペレータにも違和感なく操作できると共に、簡単かつ実用化が容易な構成で省エネルギ化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４３８１号公報
【特許文献３】特開２００８−６３８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、電動モータによって電気エネルギとして回生されるため、省エネルギの観点から効果的である。
【００１３】
一方で、電気系の故障が生じると、電動モータへの電力供給が断たれるので、旋回体の旋回動作ができなくなる虞がある。油圧ショベルは過酷な環境で長い年月使用されるため、電気系の故障が起きると、それ以上の機械の継続使用ができなくなる虞がある。
【００１４】
特許文献２及び３記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、旋回装置に油圧モータと電動モータを両方搭載しているため、万一、電気系の問題が生じても、油圧モータ単独にてある程度の動作を行える可能性がある。
【００１５】
しかし、旋回駆動に要する全体トルクのうち、電動モータが一定のトルクを受け持っているために、インバータ、モータ等の電気系の問題や、蓄電デバイスのエネルギ不足や過充電状態等、何らかの理由で電動モータのトルクを発生できない場合には、旋回体を駆動するための全体トルクが不足し、正常時と同じように起動・停止することができなくなる可能性がある。
【００１６】
また、一般に高出カモータとして使用される永久磁石同期モータでは、トルクを出力しない状態でロータ部が強制的に回転させられると、発電作用により、電動モータ端子部に誘起電圧が生じる。このような状態で建設機械を運転していて、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムに何らかの故障が生じた場合には、上述した誘起電圧が故障箇所により短絡され、不測の短絡電流が発生する虞がある。この結果、例えばインバータを構成するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの素子が壊れたり、電動システムの一部が過熱して性能を落とす可能性がある。
上述したこれらの特許文献では、電気系が故障したときの旋回体に対する具体的な稼働方法等については、明確に記載されていない。
【００１７】
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、旋回体の駆動に油圧モータと電動モータとを用いたハイブリッド式建設機械において、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムの故障等によって、電動モータのトルクが発生できない事態が発生した場合でも、旋回体を駆動して作業を行うことができ、特に、老朽化等によって電動システムが修復不能であっても、引き続き安全に使用可能なハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置と、前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータと同じ取り合い機構を備え、除去された前記旋回電動モータの代替用の連結手段として、前記取り合い機構を介して、前記油圧モータと前記減速機構とに結合可能に装設されるカップリング装置とを備えたものとする。
【００１９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記カップリング装置は、前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
更に、第３の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置と、前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備えたハイブリッド式建設機械のカップリング装置であって、前記カップリング装置は、前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータの代替用連結手段として前記旋回駆動装置に設けられ、前記油圧モータと前記減速機構とを結合可能とすることを特徴とする。
【００２１】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、旋回体の駆動に油圧モータと電動モータとを用いたハイブリッド式建設機械において、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムが故障して電動モータのトルクが発生できない場合であっても、油圧モータ単独で旋回体を駆動して作業を行うことができる。更に、老朽化により電動システムが修理不能になっても、旋回電動モータと同様の回転体構造をもち、磁石やコイルを内蔵しないカップリング装置を旋回電動モータと交換することにより、油圧モータ単独で旋回体を駆動して機械の稼動を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一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】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧ポンプのトルク制御特性を示す特性図である。
【図６】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用スプールのメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す特性図である
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧特性を示す特性図である
【図１３】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態におけるアシスト発電モータを取り外し、旋回電動モータをカップリング装置に交換した後のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図１４】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回駆動装置を一部断面で示す側面図である。
【図１５】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の一例を一部断面で示す側面図である。
【図１６】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の他の例を一部断面で示す側面図である。
【図１７】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回発電モータを取り外し、アダプタを用いて油圧モータと減速機を接続した後の旋回駆動装置を一部断面で示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、建設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、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）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、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一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３は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【００２５】
図１において、ハイブリッド式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及びショベル機構３０を備えている。
【００２６】
走行体１０は、左右一対のクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）にそれぞれ架け渡されたクローラ１１ａ，１１ｂ及び、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１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２７】
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に接続される電気二重層キャパシタ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。
【００２８】
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、旋回フレーム２１に俯仰動可能に設けたブーム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。
【００２９】
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１３，１４、旋回油圧モータ２７、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、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び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４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００３０】
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、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４２は、旋回用の操作レバー装置７２（図３参照）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４２は、旋回以外の操作レバー装置７３（図３参照）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１３，１４に供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００３１】
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。
【００３２】
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て、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。
【００３３】
コントローラ８０は、旋回操作指令信号や、圧力信号及び回転速度信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、旋回油圧モータ２７を用いる油圧単独旋回モード、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いる油圧電動複合旋回モードの切り替え、各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。
【００３４】
次に、本発明による旋回制御を行うのに必要なデバイスや制御手段、制御信号等を図３を用いてさらに詳細に説明する。
油圧ショベルは、エンジン２２を始動するためのイグニッションキー７０と、作業中止時にパイロット圧遮断弁７６をＯＮにして油圧システムの作動を不能とするゲートロックレバー装置７１とを備えている。また、油圧ショベルは、上述したコントローラ８０と、コントローラ８０の入出力に係わる油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲ、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ及び油圧単独旋回モード固定スイッチ７７を備え、これらは旋回制御システムを構成する。油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲはそれぞれ例えば圧力センサであり、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄは例えば電磁比例減圧弁である。
【００３５】
コントローラ８０は、異常監視・異常処理制御ブロック８１、エネルギマネジメント制御ブロック８２、油圧電動複合旋回制御ブロック８３、油圧単独旋回制御ブロック８４、制御切替ブロック８５等からなる。
【００３６】
全体システムに異常がなく、旋回電動モータ２５が駆動可能な状態では、コントローラ８０は油圧電動複合旋回モードを選択する。このとき制御切替ブロック８５は油圧電動複合旋回制御ブロック８３を選択しており、油圧電動複合旋回制御ブロック８３によって旋回アクチュエータ動作が制御される。旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号は油圧・電気変換装置７４ａによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。旋回油圧モータ２７の作動圧は油圧・電気変換装置７４ｂＬ，７４ｂＲによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。パワーコントロールユニット５５内の電動モータ駆動用のインバータから出力される旋回モータ速度信号も油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。
【００３７】
油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、旋回操作レバー装置７２からの油圧パイロット信号と、旋回油圧モータ２７の作動圧信号及び旋回モータ速度信号に基づいて所定の演算を行って旋回電動モータ２５の指令トルクを計算し、パワーコントロールユニット５５にトルク指令ＥＡを出力する。この結果、旋回電動モータ２５が駆動する。同時に、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の出力トルク及び旋回油圧モータ２７の出力トルクを減少させる減トルク指令ＥＢ，ＥＣを電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂに出力する。
【００３８】
一方、旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力される。これにより、旋回用スプール６１（図４参照）が中立位置からＡ位置もしくはＣ位置に切り換えられ油圧ポンプ４１の吐出油が旋回油圧モータ２７に供給され、旋回油圧モータ２７も同時に駆動する。
【００３９】
旋回電動モータ２５が加速時に消費するエネルギと減速時に回生するエネルギの差によって、キャパシタ２４の蓄電量が増減することになる。これを制御するのがエネルギマネジメント制御ブロック８２であり、上述したキャパシタ２４の電圧・電流・温度の検出信号を入力し、アシスト発電モータ２３に発電またはアシスト指令ＥＤを出すことにより、キャパシタ２４の蓄電量を所定の範囲に保つ制御を行う。
【００４０】
パワーコントロールユニット５５、旋回電動モータ２５、キャパシタ２４等の電動システムに故障、異常、警告状態が発生した場合や、キャパシタ２４の蓄電量が所定の範囲外になった場合は、異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御ブロック８２が制御切替ブロック８５を切り替えて油圧単独旋回制御ブロック８４を選択し、油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回モードへの切替えを行う。基本的に旋回の油圧システムは、旋回電動モータ２５と協調して動作するようマッチングされているので、油圧単独旋回制御ブロック８４は、旋回駆動特性補正指令ＥＥと旋回パイロット圧補正指令ＥＦをそれぞれ電気・油圧変換装置７５ｃ，７５ｄに出力し、旋回油圧モータ２７の駆動トルクを増加させる補正と旋回油圧モータ２７の制動トルクを増加させる補正を行うことにより、旋回電動モータ２５のトルクが無くても旋回操作性が損なわれないような制御を行う。
【００４１】
油圧単独旋回モード固定スイッチ７７は、電動システムの故障時や、特定のアタッチメント装着時など、何らかの理由で、油圧単独旋回モードに固定したい場合に使用するものであり、固定スイッチ７７がＯＮ位置に操作されると、切替え制御ブロック８５は油圧単独旋回制御ブロック８４を選択するように固定される。
【００４２】
次に、旋回油圧システムの詳細について図４乃至図１２を用いて説明する。図４は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。図４において、図１乃至図３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。
図３のコントロールバルブ４２はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を備え、操作レバー装置７２，７３からの指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。図４に示す旋回油圧システムは、旋回用スプールのみを含むものである。
【００４３】
旋回油圧システムは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクとなる第１モードと、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクより大きな第２トルクとなる第２モードとに変更可能である。以下にその詳細を説明する。
【００４４】
図４において、旋回油圧システムは、前述した油圧ポンプ４１及び旋回油圧モータ２７と、旋回用スプール６１と、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂと、旋回補助弁としてのセンタバイパスカット弁６３とを備えている。
【００４５】
油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、トルク制御部６４ａを備えたレギュレータ６４を備え、レギュレータ６４を動作させることで油圧ポンプ４１の傾転角が変わって油圧ポンプ４１の容量が変わり、油圧ポンプ４１の吐出流量と出力トルクが変わる。図３の油圧電動複合旋回制御ブロック８３から電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されると、電気・油圧変換装置７５ａは対応する制御圧力をレギュレータ６４のトルク制御部６４ａに出力し、トルク制御部６４ａは、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の最大出力トルクが減少するようトルク制御部６４ａの設定を変更する。
【００４６】
油圧ポンプ４１のトルク制御特性を図５に示す。横軸は油圧ポンプ４１の吐出圧力、縦軸は油圧ポンプ４１の容量を示している。
【００４７】
油圧電動複合旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ａは制御圧力を発生しており、このときトルク制御部６４ａの設定は、実線ＰＴＳより最大出力トルクが減少した実線ＰＴの特性にある（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されていないときは、トルク制御部６４ａは実線ＰＴＳの特性に変化し（第２モード）、油圧ポンプ４１の最大出力トルクは、斜線で示す面積分、増加する。
【００４８】
図４に戻り、旋回用スプール６１はＡ，Ｂ，Ｃの３位置を持ち、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）を受けて中立位置ＢからＡ位置又はＣ位置に連続的に切り替わる。
【００４９】
操作レバー装置７２はパイロット油圧源２９からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を旋回用スプール６１の左右いずれかの圧力室に与える。
【００５０】
旋回用スプール６１が中立位置Ｂにあるときは、油圧ポンプ４１から吐出される圧油はブリードオフ絞りを通り、更にセンタバイパスカット弁６３を通ってタンクへ戻る。旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＡ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＡ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の右側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７は一方向に回転する。逆に、旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＣ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＣ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の左側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＣ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向に回転する。
【００５１】
旋回用スプール６１がＢ位置とＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１からの圧油はブリードオフ絞りとメータイン絞りに分配される。このとき、メータイン絞りの入側にはブリードオフ絞りの開口面積とセンタバイパスカット弁６３の開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞りの開口面積）に応じた作動トルクが与えられる。また、旋回油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞りの開口面積に応じた抵抗を受けて背圧が立ち、メータアウト絞りの開口面積に応じた制動トルクが発生する。Ｂ位置とＣ位置の中間においても同様である。
【００５２】
操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻し、旋回用スプール６１を中立位置Ｂに戻したとき、旋回体２０は慣性体であるため、旋回油圧モータ２７はその慣性で回転を続けようとする。このとき、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）が旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力を超えようとするときは、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂが作動して圧油の一部をタンクに逃がすことで背圧の上昇を制限し、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力に応じた制動トルクを発生する。
【００５３】
図６は、本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用スプール６１のメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図であり、図７は同メータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００５４】
図６において、実線ＭＩがメータイン開口面積特性であり、実線ＭＢがブリードオフ開口面積特性であり、いずれも本実施の形態のものである。二点鎖線ＭＢ0は、電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性である。本実施の形態のブリードオフ開口面積特性ＭＢは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５５】
図７において、実線ＭＯが本実施の形態のメータアウト開口面積特性であり、二点鎖線ＭＯ0が電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性である。本実施の形態のメータアウト開口面積特性ＭＯは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５６】
図８は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す図である。
【００５７】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回駆動特性補正指令ＥＥは出力されていないため、センタバイパスカット弁６３は図示の開位置にあり、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図６のブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる点線ＭＢＣの特性となる（第１モード）。
【００５８】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように電気・油圧変換装置７５ｃに旋回駆動特性補正指令ＥＥが出力され、電気・油圧変換装置７５ｃは対応する制御圧力をセンタバイパスカット弁６３の受圧部に出力し、センタバイパスカット弁６３は図示右側の絞り位置に切り換えられる。このセンタバイパスカット弁６３の切り換えにより、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は点線ＭＢＣの特性よりも合成開口面積が小さい実線ＭＢＳの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＢＳの合成開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性と同等である。
【００５９】
図９は、油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧０、旋回停止状態から時間Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４でパイロット圧最大までランプ状に油圧パイロット信号を増加させた場合の例である。
【００６０】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、図８の点線ＭＢCで示したように旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は図６のブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる特性となるため、従来に比べてブリードオフ絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータイン圧力（Ｍ／Ｉ）は低くなる。メータイン圧力は旋回油圧モータ２７の作動トルク（加速トルク）に相当するので、メータイン圧力が低くなった分だけ加速トルクを旋回電動モータ２５により付与する必要がある。図８では力行側のアシストトルクを正としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクの合計値が、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６１】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図８の点線ＭＢＣよりも合成開口面積が小さいから実線ＭＢＳの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力は、図９に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータイン圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクが、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御される。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６２】
また、旋回油圧モータ２７単独で旋回可能であるということは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクの方が、旋回電動モータ２５の最大出力トルクよりも大きいということである。このことは、油圧電動複合旋回モードにおいて、万一、旋回電動モータ２５が意図しない動きをしたとしても油圧回路が正常ならば、それほど危険な動きにならないことを意味し、本発明は安全性においても有利である。
【００６３】
図１０は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００６４】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回パイロット圧補正指令ＥＦは出力されていないため、旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性は図７のメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化を示す点線ＭＯＣの特性となる（第１モード）。
【００６５】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように図３の電気・油圧変換装置７５ｄ（図４の電気・油圧変換装置７５ｄＬ，７５ｄＲ）旋回パイロット圧補正指令ＥＦが出力され、電気・油圧変換装置７５ｄは操作レバー装置７２で生成された油圧パイロット信号（操作パイロット圧）を減圧補正する。この油圧パイロット信号の補正により、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯＣの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯＳの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＯＳの開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性と同等である。
【００６６】
図１１は、油圧電動複合旋回モードでの旋回制動停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧最大、最高旋回速度から時間Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ９でパイロット圧０までランプ状に油圧パイロット信号を低減させた場合の例である。
【００６７】
油圧単独旋回モードが選択されているときは、図１０の点線ＭＯＣで示したように旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は図７のメータアウト開口面積特性ＭＯと同様に変化する特性となるため、図７に示したように従来に比べてメータアウト絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）は低くなる。メータアウト圧力はブレーキトルク（制動トルク）に相当するので、メータアウト圧力が低くなった分だけブレーキトルクを電動モータ２５により付与する必要がある。図１１では回生側のアシストトルクを負としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００６８】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１１の点線ＭＯＣの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯＳの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力は、図１１に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータアウト圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００６９】
図１２は、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧特性を示す図である。
【００７０】
油圧電動複合旋回モードが選択され、図３の電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成し、その制御圧力が可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの設定圧力減少側に作用し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性はリリーフ圧がＰmax1である実線ＳＲの特性となる（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電気・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されていないときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成しないため、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性は、リリーフ圧がＰmax1からＰmax2に上昇した実線ＳＲSの特性となり（第２モード）、制動トルクは、リリーフ圧が高くなった分、増加する。
【００７１】
これにより油圧電動複合旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax2より低いＰmax1に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻したときに、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの低めの設定圧力であるＰmax1まで上昇し、旋回電動モータ２５のアシストトルクと可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７２】
また、油圧単独旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax1より高いＰmax2に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻した場合に、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの高めの設定圧力であるＰmax2まで上昇し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７３】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態の油圧ショベルにおけるアシスト発電モータ２３を取り外し、旋回電動モータ２５をカップリング装置等に交換した後のシステムについて図１３乃至図１７を用いて説明する。図１３は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態におけるアシスト発電モータを取り外し、旋回電動モータをカップリング装置に交換した後のシステム構成及び制御ブロック図、図１４は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回駆動装置を一部断面で示す側面図、図１５は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の一例を一部断面で示す側面図、図１６は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の他の例を一部断面で示す側面図、図１７は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回発電モータを取り外し、アダプタを用いて油圧モータと減速機を接続した後の旋回駆動装置を一部断面で示す側面図である。図１３乃至図１７において、図１乃至図１２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。
【００７４】
上述したハイブリッド式油圧ショベルにおいて、パワーコントロールユニットやキャパシタに修理が必要なレベルの不具合が生じた場合の対応について考察する。これらのユニットは電気・電子部品を含むため、長年の使用によって何らかの不具合を生じさせる可能性が高い。これらの部品に不具合が生じた場合は、部品ごと交換することが一般的に行われている。
【００７５】
ところで、油圧ショベルは先進国のみならず過酷な環境や未開の地で長年、例えば２０年以上使用される場合も考えられる。このような場合であって、メーカの修理対応期間を過ぎた後に、上述した部品の不具合が生じたとしても、油圧ショベルは継続して使用できることが望ましい。しかし、特定の電気・電子部品を長年にわたって供給し続けることは、メーカにとって非常に困難である。また、これらの特定部品を長年にわたって管理保管することは、ユーザにとって非常に困難である。
【００７６】
本実施の形態においては、このような状況に鑑みて、図３に示した２種のモータ２５，２３を除去して図１３に示すような制御システムを構成したものである。アシスト発電モータ２３は、本実施の形態においては、油圧ポンプ４１のポートに取り付けるように構成されているので、これをブランクフランジ等でふさぐことにより特に問題なく除去可能である。
【００７７】
旋回電動モータ２５は、図１４に示すように、旋回油圧モータ２７とギヤハウジング９０の間に挟み込まれた構成となっているが、旋回電動モータ２５は、後述するカップリング装置１２０等と交換可能になっている。
【００７８】
まず、本実施の形態における旋回駆動装置を図１４を用いて説明する。図１４に示す本発明の実施の形態である油圧ショベルの旋回駆動装置は、旋回油圧モータ２７と遊星歯車の減速機構２６を内蔵したギヤハウジング９０との間に旋回電動モータ２５を挟み込んだ構成となっている。旋回電動モータ２５は、シャフト１００、ロータ１０１、ステータコイル１０２、冷却水路１０３、上部ベアリング１０４、下部ベアリング１０５等からなっている。シャフト１００の上部では、油圧モータ２７のモータ軸端１０６が挿入、結合され、シャフト１００の下部の電動モータ軸端１０７は、ギヤハウジング９０内の遊星歯車の減速機構２６に結合されている。旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とはボルト１１０によって結合されている。
【００７９】
さらに、ギヤハウジング９０は、ボルト１１１によってシャフトハウジング９１に固定され、これら全体が旋回体２０の下部の旋回フレーム２１に固定されている。なお、図１４において、環状の内輪９２は走行体１０の上面に複数のボルトで固定されている。この内輪９２の内側には駆動ピニオン９５と噛み合う内歯歯車が設けられている。環状の外輪９３は旋回フレーム２１の下面に複数のボルトで固定され内輪９２の外側を囲んで配置されている。ピニオンシャフト９４は駆動ピニオン９５と旋回油圧モータ２７の回転軸とを連結している。
【００８０】
このような旋回駆動装置において、例えば、旋回電動モータ２５、インバータ５５、蓄電装置２４等の電動システムが故障して旋回電動モータ２５のトルクが発生できない場合、旋回電動モータ２５を除去して旋回油圧モータ２７の動力を減速機構２６に伝達可能とするために、図１５に示すように、除去された旋回電動モータ２５の代替用の連結手段として、旋回油圧モータ２７と減速機構２６との間にカップリング装置１２０が装設される。
【００８１】
カップリング装置１２０は、図１５に示すようにカップリングハウジング１２１と、カップリングハウジング１２１内に軸受１０４，１０５によって回転可能に支持されたカップリングシャフト１２２とを備えている。カップリングシャフト１２２の上方端には、油圧モータ２７のモータ軸端１０６が挿入されて連結され、また、カップリングシャフト１２２の下方端１２７は、ギヤハウジング９０内の遊星歯車の減速機構２６に結合されている。
【００８２】
また、カップリング装置１２０は、旋回油圧モータ２７と、減速機構２６との連結のための取り合い機構として、例えば、カップリングハウジング１２１の一方側（図１５の上方側）には、ボルト１１０の挿入孔１２３が設けられている。また、カップリングハウジング１２１の他方側（図１５の下方側）には、ボルト１１１の挿入孔１２４が設けられている。
【００８３】
上述の構成により、除去される旋回電動モータ２５の代替用の連結手段として、カップリング装置１２０を装設することが可能となる。
【００８４】
なお、カップリング装置１２０は、図１６に示すように、旋回油圧モータ２７及び減速機構２６に対する取り合い機構さえ同じであれば、高さが異なっていても特に問題はない。
【００８５】
更に、図１７に示すように、旋回油圧モータ２７のフランジ径と減速機構２６のフランジ径とが相違する場合には、カップリングシャフト１２２を持たず取付け部の違いを解消するアダプタ１２５を用いることにより、旋回油圧モータ２７と減速機構２６とを結合することができる。
【００８６】
上述した本発明の一実施の形態によれば、旋回体２０の駆動に旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いたハイブリッド式建設機械において、例えば、旋回電動モータ２５、インバータ５５、蓄電装置２４等の電動システムが故障して旋回電動モータ２５のトルクが発生できない場合であっても、旋回油圧モータ２７単独で旋回体２０を駆動して作業を行うことができる。更に老朽化により電動システムが修理不能になっても、旋回電動モータ２５と同様の回転体構造をもち、磁石やコイルを内蔵しないカップリング装置１２０を旋回電動モータ２５と交換することにより、旋回油圧モータ２７単独で旋回体２０を駆動して機械の稼動を継続することができる。
【００８７】
また、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、油圧ショベル以外の旋回体を有する建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
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
２６ 減速機構
２７ 旋回油圧モータ
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ 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
８０ コントローラ
８１ 異常監視・異常処理制御ブロック
８２ エネルギマネジメント制御ブロック
８３ 油圧電動複合旋回制御ブロック
８４ 油圧単独制御ブロック
８５ 制御切替ブロック
９０ ギヤハウジング
１２０ カップリング装置
１２１ カップリングハウジング
１２２ カップリングシャフト
１２５ アダプタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置に係り、特に油圧ショベル等の旋回体を有するハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば油圧ショベルのような建設機械においては、動力源として、ガソリン、軽油等の燃料を用い、エンジンによって油圧ポンプを駆動して油圧を発生することにより油圧モータ、油圧シリンダといった油圧アクチュエータを駆動する。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。
【０００３】
一方で、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建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの旋回体を走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。
【０００６】
このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、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ことから、省エネルギ化が図れる。
【０００７】
また、油圧モータと電動モータを両方搭載し、合計トルクにより旋回体を駆動する建設機械が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００８】
特許文献２では、旋回体駆動用油圧モータに電動モータが直結され、操作レバーの操作量によってコントローラが電動モータに出力トルクを指令する油圧建設機械のエネルギ回生装置が開示されている。減速（制動）時においては、電動モータが旋回体の運動エネルギを回生し、電気エネルギとしてバッテリに蓄電する。
【０００９】
特許文献３では、旋回駆動用油圧モータのイン側とアウト側の差圧を用いて、電動モータへのトルク指令値を算出し、油圧モータと電動モータとの出力トルク配分を行うハイブリッド型建設機械が開示されている。
【００１０】
特許文献２及び３の従来技術は、いずれも、旋回駆動用アクチュエータとして、電動モータと油圧モータを併用することによって、従来の油圧アクチュエータ駆動の建設機械に慣れたオペレータにも違和感なく操作できると共に、簡単かつ実用化が容易な構成で省エネルギ化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４３８１号公報
【特許文献３】特開２００８−６３８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、電動モータによって電気エネルギとして回生されるため、省エネルギの観点から効果的である。
【００１３】
一方で、電気系の故障が生じると、電動モータへの電力供給が断たれるので、旋回体の旋回動作ができなくなる虞がある。油圧ショベルは過酷な環境で長い年月使用されるため、電気系の故障が起きると、それ以上の機械の継続使用ができなくなる虞がある。
【００１４】
特許文献２及び３記載のハイブリッド式油圧ショベルでは、旋回装置に油圧モータと電動モータを両方搭載しているため、万一、電気系の問題が生じても、油圧モータ単独にてある程度の動作を行える可能性がある。
【００１５】
しかし、旋回駆動に要する全体トルクのうち、電動モータが一定のトルクを受け持っているために、インバータ、モータ等の電気系の問題や、蓄電デバイスのエネルギ不足や過充電状態等、何らかの理由で電動モータのトルクを発生できない場合には、旋回体を駆動するための全体トルクが不足し、正常時と同じように起動・停止することができなくなる可能性がある。
【００１６】
また、一般に高出カモータとして使用される永久磁石同期モータでは、トルクを出力しない状態でロータ部が強制的に回転させられると、発電作用により、電動モータ端子部に誘起電圧が生じる。このような状態で建設機械を運転していて、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムに何らかの故障が生じた場合には、上述した誘起電圧が故障箇所により短絡され、不測の短絡電流が発生する虞がある。この結果、例えばインバータを構成するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの素子が壊れたり、電動システムの一部が過熱して性能を落とす可能性がある。
上述したこれらの特許文献では、電気系が故障したときの旋回体に対する具体的な稼働方法等については、明確に記載されていない。
【００１７】
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、旋回体の駆動に油圧モータと電動モータとを用いたハイブリッド式建設機械において、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムの故障等によって、電動モータのトルクが発生できない事態が発生した場合でも、旋回体を駆動して作業を行うことができ、特に、老朽化等によって電動システムが修復不能であっても、引き続き安全に使用可能なハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置と、前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータと同じ取り合い機構を備え、除去された前記旋回電動モータの代替用の連結手段として、前記取り合い機構を介して、前記油圧モータと前記減速機構とに結合可能に装設されるカップリング装置とを備えたものとする。
【００１９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記カップリング装置は、前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
更に、第３の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置と、前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備えたハイブリッド式建設機械のカップリング装置であって、前記カップリング装置は、前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータの代替用連結手段として前記旋回駆動装置に設けられ、前記油圧モータと前記減速機構とを結合可能とすることを特徴とする。
【００２１】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、旋回体の駆動に油圧モータと電動モータとを用いたハイブリッド式建設機械において、電動モータ、インバータ、蓄電装置等の電動システムが故障して電動モータのトルクが発生できない場合であっても、油圧モータ単独で旋回体を駆動して作業を行うことができる。更に、老朽化により電動システムが修理不能になっても、旋回電動モータと同様の回転体構造をもち、磁石やコイルを内蔵しないカップリング装置を旋回電動モータと交換することにより、油圧モータ単独で旋回体を駆動して機械の稼動を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一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】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧ポンプのトルク制御特性を示す特性図である。
【図６】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用スプールのメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す特性図である
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧特性を示す特性図である
【図１３】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態におけるアシスト発電モータを取り外し、旋回電動モータをカップリング装置に交換した後のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図１４】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回駆動装置を一部断面で示す側面図である。
【図１５】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の一例を一部断面で示す側面図である。
【図１６】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の他の例を一部断面で示す側面図である。
【図１７】本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回発電モータを取り外し、アダプタを用いて油圧モータと減速機を接続した後の旋回駆動装置を一部断面で示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、建設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、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）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、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一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３は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【００２５】
図１において、ハイブリッド式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及びショベル機構３０を備えている。
【００２６】
走行体１０は、左右一対のクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）にそれぞれ架け渡されたクローラ１１ａ，１１ｂ及び、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１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２７】
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に接続される電気二重層キャパシタ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。
【００２８】
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、旋回フレーム２１に俯仰動可能に設けたブーム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。
【００２９】
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１３，１４、旋回油圧モータ２７、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、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び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４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００３０】
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、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４２は、旋回用の操作レバー装置７２（図３参照）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４２は、旋回以外の操作レバー装置７３（図３参照）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１３，１４に供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００３１】
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。
【００３２】
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て、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。
【００３３】
コントローラ８０は、旋回操作指令信号や、圧力信号及び回転速度信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、旋回油圧モータ２７を用いる油圧単独旋回モード、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いる油圧電動複合旋回モードの切り替え、各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。
【００３４】
次に、本発明による旋回制御を行うのに必要なデバイスや制御手段、制御信号等を図３を用いてさらに詳細に説明する。
油圧ショベルは、エンジン２２を始動するためのイグニッションキー７０と、作業中止時にパイロット圧遮断弁７６をＯＮにして油圧システムの作動を不能とするゲートロックレバー装置７１とを備えている。また、油圧ショベルは、上述したコントローラ８０と、コントローラ８０の入出力に係わる油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲ、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ及び油圧単独旋回モード固定スイッチ７７を備え、これらは旋回制御システムを構成する。油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲはそれぞれ例えば圧力センサであり、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄは例えば電磁比例減圧弁である。
【００３５】
コントローラ８０は、異常監視・異常処理制御ブロック８１、エネルギマネジメント制御ブロック８２、油圧電動複合旋回制御ブロック８３、油圧単独旋回制御ブロック８４、制御切替ブロック８５等からなる。
【００３６】
全体システムに異常がなく、旋回電動モータ２５が駆動可能な状態では、コントローラ８０は油圧電動複合旋回モードを選択する。このとき制御切替ブロック８５は油圧電動複合旋回制御ブロック８３を選択しており、油圧電動複合旋回制御ブロック８３によって旋回アクチュエータ動作が制御される。旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号は油圧・電気変換装置７４ａによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。旋回油圧モータ２７の作動圧は油圧・電気変換装置７４ｂＬ，７４ｂＲによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。パワーコントロールユニット５５内の電動モータ駆動用のインバータから出力される旋回モータ速度信号も油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。
【００３７】
油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、旋回操作レバー装置７２からの油圧パイロット信号と、旋回油圧モータ２７の作動圧信号及び旋回モータ速度信号に基づいて所定の演算を行って旋回電動モータ２５の指令トルクを計算し、パワーコントロールユニット５５にトルク指令ＥＡを出力する。この結果、旋回電動モータ２５が駆動する。同時に、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の出力トルク及び旋回油圧モータ２７の出力トルクを減少させる減トルク指令ＥＢ，ＥＣを電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂに出力する。
【００３８】
一方、旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力される。これにより、旋回用スプール６１（図４参照）が中立位置からＡ位置もしくはＣ位置に切り換えられ油圧ポンプ４１の吐出油が旋回油圧モータ２７に供給され、旋回油圧モータ２７も同時に駆動する。
【００３９】
旋回電動モータ２５が加速時に消費するエネルギと減速時に回生するエネルギの差によって、キャパシタ２４の蓄電量が増減することになる。これを制御するのがエネルギマネジメント制御ブロック８２であり、上述したキャパシタ２４の電圧・電流・温度の検出信号を入力し、アシスト発電モータ２３に発電またはアシスト指令ＥＤを出すことにより、キャパシタ２４の蓄電量を所定の範囲に保つ制御を行う。
【００４０】
パワーコントロールユニット５５、旋回電動モータ２５、キャパシタ２４等の電動システムに故障、異常、警告状態が発生した場合や、キャパシタ２４の蓄電量が所定の範囲外になった場合は、異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御ブロック８２が制御切替ブロック８５を切り替えて油圧単独旋回制御ブロック８４を選択し、油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回モードへの切替えを行う。基本的に旋回の油圧システムは、旋回電動モータ２５と協調して動作するようマッチングされているので、油圧単独旋回制御ブロック８４は、旋回駆動特性補正指令ＥＥと旋回パイロット圧補正指令ＥＦをそれぞれ電気・油圧変換装置７５ｃ，７５ｄに出力し、旋回油圧モータ２７の駆動トルクを増加させる補正と旋回油圧モータ２７の制動トルクを増加させる補正を行うことにより、旋回電動モータ２５のトルクが無くても旋回操作性が損なわれないような制御を行う。
【００４１】
油圧単独旋回モード固定スイッチ７７は、電動システムの故障時や、特定のアタッチメント装着時など、何らかの理由で、油圧単独旋回モードに固定したい場合に使用するものであり、固定スイッチ７７がＯＮ位置に操作されると、切替え制御ブロック８５は油圧単独旋回制御ブロック８４を選択するように固定される。
【００４２】
次に、旋回油圧システムの詳細について図４乃至図１２を用いて説明する。図４は本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。図４において、図１乃至図３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。
図３のコントロールバルブ４２はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を備え、操作レバー装置７２，７３からの指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。図４に示す旋回油圧システムは、旋回用スプールのみを含むものである。
【００４３】
旋回油圧システムは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクとなる第１モードと、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクより大きな第２トルクとなる第２モードとに変更可能である。以下にその詳細を説明する。
【００４４】
図４において、旋回油圧システムは、前述した油圧ポンプ４１及び旋回油圧モータ２７と、旋回用スプール６１と、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂと、旋回補助弁としてのセンタバイパスカット弁６３とを備えている。
【００４５】
油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、トルク制御部６４ａを備えたレギュレータ６４を備え、レギュレータ６４を動作させることで油圧ポンプ４１の傾転角が変わって油圧ポンプ４１の容量が変わり、油圧ポンプ４１の吐出流量と出力トルクが変わる。図３の油圧電動複合旋回制御ブロック８３から電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されると、電気・油圧変換装置７５ａは対応する制御圧力をレギュレータ６４のトルク制御部６４ａに出力し、トルク制御部６４ａは、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の最大出力トルクが減少するようトルク制御部６４ａの設定を変更する。
【００４６】
油圧ポンプ４１のトルク制御特性を図５に示す。横軸は油圧ポンプ４１の吐出圧力、縦軸は油圧ポンプ４１の容量を示している。
【００４７】
油圧電動複合旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ａは制御圧力を発生しており、このときトルク制御部６４ａの設定は、実線ＰＴＳより最大出力トルクが減少した実線ＰＴの特性にある（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されていないときは、トルク制御部６４ａは実線ＰＴＳの特性に変化し（第２モード）、油圧ポンプ４１の最大出力トルクは、斜線で示す面積分、増加する。
【００４８】
図４に戻り、旋回用スプール６１はＡ，Ｂ，Ｃの３位置を持ち、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）を受けて中立位置ＢからＡ位置又はＣ位置に連続的に切り替わる。
【００４９】
操作レバー装置７２はパイロット油圧源２９からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を旋回用スプール６１の左右いずれかの圧力室に与える。
【００５０】
旋回用スプール６１が中立位置Ｂにあるときは、油圧ポンプ４１から吐出される圧油はブリードオフ絞りを通り、更にセンタバイパスカット弁６３を通ってタンクへ戻る。旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＡ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＡ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の右側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７は一方向に回転する。逆に、旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＣ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＣ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の左側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＣ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向に回転する。
【００５１】
旋回用スプール６１がＢ位置とＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１からの圧油はブリードオフ絞りとメータイン絞りに分配される。このとき、メータイン絞りの入側にはブリードオフ絞りの開口面積とセンタバイパスカット弁６３の開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞りの開口面積）に応じた作動トルクが与えられる。また、旋回油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞りの開口面積に応じた抵抗を受けて背圧が立ち、メータアウト絞りの開口面積に応じた制動トルクが発生する。Ｂ位置とＣ位置の中間においても同様である。
【００５２】
操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻し、旋回用スプール６１を中立位置Ｂに戻したとき、旋回体２０は慣性体であるため、旋回油圧モータ２７はその慣性で回転を続けようとする。このとき、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）が旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力を超えようとするときは、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂが作動して圧油の一部をタンクに逃がすことで背圧の上昇を制限し、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力に応じた制動トルクを発生する。
【００５３】
図６は、本発明のハイブリッド式建設機械及びこれに用いるカップリング装置の一実施の形態における旋回用スプール６１のメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図であり、図７は同メータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００５４】
図６において、実線ＭＩがメータイン開口面積特性であり、実線ＭＢがブリードオフ開口面積特性であり、いずれも本実施の形態のものである。二点鎖線ＭＢ0は、電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性である。本実施の形態のブリードオフ開口面積特性ＭＢは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５５】
図７において、実線ＭＯが本実施の形態のメータアウト開口面積特性であり、二点鎖線ＭＯ0が電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性である。本実施の形態のメータアウト開口面積特性ＭＯは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５６】
図８は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す図である。
【００５７】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回駆動特性補正指令ＥＥは出力されていないため、センタバイパスカット弁６３は図示の開位置にあり、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図６のブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる点線ＭＢＣの特性となる（第１モード）。
【００５８】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように電気・油圧変換装置７５ｃに旋回駆動特性補正指令ＥＥが出力され、電気・油圧変換装置７５ｃは対応する制御圧力をセンタバイパスカット弁６３の受圧部に出力し、センタバイパスカット弁６３は図示右側の絞り位置に切り換えられる。このセンタバイパスカット弁６３の切り換えにより、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は点線ＭＢＣの特性よりも合成開口面積が小さい実線ＭＢＳの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＢＳの合成開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性と同等である。
【００５９】
図９は、油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧０、旋回停止状態から時間Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４でパイロット圧最大までランプ状に油圧パイロット信号を増加させた場合の例である。
【００６０】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、図８の点線ＭＢCで示したように旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は図６のブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる特性となるため、従来に比べてブリードオフ絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータイン圧力（Ｍ／Ｉ）は低くなる。メータイン圧力は旋回油圧モータ２７の作動トルク（加速トルク）に相当するので、メータイン圧力が低くなった分だけ加速トルクを旋回電動モータ２５により付与する必要がある。図８では力行側のアシストトルクを正としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクの合計値が、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６１】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図８の点線ＭＢＣよりも合成開口面積が小さいから実線ＭＢＳの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力は、図９に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータイン圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクが、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御される。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６２】
また、旋回油圧モータ２７単独で旋回可能であるということは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクの方が、旋回電動モータ２５の最大出力トルクよりも大きいということである。このことは、油圧電動複合旋回モードにおいて、万一、旋回電動モータ２５が意図しない動きをしたとしても油圧回路が正常ならば、それほど危険な動きにならないことを意味し、本発明は安全性においても有利である。
【００６３】
図１０は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００６４】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回パイロット圧補正指令ＥＦは出力されていないため、旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性は図７のメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化を示す点線ＭＯＣの特性となる（第１モード）。
【００６５】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように図３の電気・油圧変換装置７５ｄ（図４の電気・油圧変換装置７５ｄＬ，７５ｄＲ）旋回パイロット圧補正指令ＥＦが出力され、電気・油圧変換装置７５ｄは操作レバー装置７２で生成された油圧パイロット信号（操作パイロット圧）を減圧補正する。この油圧パイロット信号の補正により、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯＣの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯＳの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＯＳの開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性と同等である。
【００６６】
図１１は、油圧電動複合旋回モードでの旋回制動停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧最大、最高旋回速度から時間Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ９でパイロット圧０までランプ状に油圧パイロット信号を低減させた場合の例である。
【００６７】
油圧単独旋回モードが選択されているときは、図１０の点線ＭＯＣで示したように旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は図７のメータアウト開口面積特性ＭＯと同様に変化する特性となるため、図７に示したように従来に比べてメータアウト絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）は低くなる。メータアウト圧力はブレーキトルク（制動トルク）に相当するので、メータアウト圧力が低くなった分だけブレーキトルクを電動モータ２５により付与する必要がある。図１１では回生側のアシストトルクを負としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００６８】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１１の点線ＭＯＣの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯＳの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力は、図１１に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータアウト圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００６９】
図１２は、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧特性を示す図である。
【００７０】
油圧電動複合旋回モードが選択され、図３の電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成し、その制御圧力が可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの設定圧力減少側に作用し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性はリリーフ圧がＰmax1である実線ＳＲの特性となる（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電気・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されていないときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成しないため、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性は、リリーフ圧がＰmax1からＰmax2に上昇した実線ＳＲSの特性となり（第２モード）、制動トルクは、リリーフ圧が高くなった分、増加する。
【００７１】
これにより油圧電動複合旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax2より低いＰmax1に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻したときに、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの低めの設定圧力であるＰmax1まで上昇し、旋回電動モータ２５のアシストトルクと可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７２】
また、油圧単独旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax1より高いＰmax2に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻した場合に、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの高めの設定圧力であるＰmax2まで上昇し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７３】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態の油圧ショベルにおけるアシスト発電モータ２３を取り外し、旋回電動モータ２５をカップリング装置等に交換した後のシステムについて図１３乃至図１７を用いて説明する。図１３は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態におけるアシスト発電モータを取り外し、旋回電動モータをカップリング装置に交換した後のシステム構成及び制御ブロック図、図１４は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回駆動装置を一部断面で示す側面図、図１５は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の一例を一部断面で示す側面図、図１６は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回電動モータをカップリング装置に交換した後の旋回駆動装置の他の例を一部断面で示す側面図、図１７は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回発電モータを取り外し、アダプタを用いて油圧モータと減速機を接続した後の旋回駆動装置を一部断面で示す側面図である。図１３乃至図１７において、図１乃至図１２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。
【００７４】
上述したハイブリッド式油圧ショベルにおいて、パワーコントロールユニットやキャパシタに修理が必要なレベルの不具合が生じた場合の対応について考察する。これらのユニットは電気・電子部品を含むため、長年の使用によって何らかの不具合を生じさせる可能性が高い。これらの部品に不具合が生じた場合は、部品ごと交換することが一般的に行われている。
【００７５】
ところで、油圧ショベルは先進国のみならず過酷な環境や未開の地で長年、例えば２０年以上使用される場合も考えられる。このような場合であって、メーカの修理対応期間を過ぎた後に、上述した部品の不具合が生じたとしても、油圧ショベルは継続して使用できることが望ましい。しかし、特定の電気・電子部品を長年にわたって供給し続けることは、メーカにとって非常に困難である。また、これらの特定部品を長年にわたって管理保管することは、ユーザにとって非常に困難である。
【００７６】
本実施の形態においては、このような状況に鑑みて、図３に示した２種のモータ２５，２３を除去して図１３に示すような制御システムを構成したものである。アシスト発電モータ２３は、本実施の形態においては、油圧ポンプ４１のポートに取り付けるように構成されているので、これをブランクフランジ等でふさぐことにより特に問題なく除去可能である。
【００７７】
旋回電動モータ２５は、図１４に示すように、旋回油圧モータ２７とギヤハウジング９０の間に挟み込まれた構成となっているが、旋回電動モータ２５は、後述するカップリング装置１２０等と交換可能になっている。
【００７８】
まず、本実施の形態における旋回駆動装置を図１４を用いて説明する。図１４に示す本発明の実施の形態である油圧ショベルの旋回駆動装置は、旋回油圧モータ２７と遊星歯車の減速機構２６を内蔵したギヤハウジング９０との間に旋回電動モータ２５を挟み込んだ構成となっている。旋回電動モータ２５は、シャフト１００、ロータ１０１、ステータコイル１０２、冷却水路１０３、上部ベアリング１０４、下部ベアリング１０５等からなっている。シャフト１００の上部では、油圧モータ２７のモータ軸端１０６が挿入、結合され、シャフト１００の下部の電動モータ軸端１０７は、ギヤハウジング９０内の遊星歯車の減速機構２６に結合されている。旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とはボルト１１０によって結合されている。
【００７９】
さらに、ギヤハウジング９０は、ボルト１１１によってシャフトハウジング９１に固定され、これら全体が旋回体２０の下部の旋回フレーム２１に固定されている。なお、図１４において、環状の内輪９２は走行体１０の上面に複数のボルトで固定されている。この内輪９２の内側には駆動ピニオン９５と噛み合う内歯歯車が設けられている。環状の外輪９３は旋回フレーム２１の下面に複数のボルトで固定され内輪９２の外側を囲んで配置されている。ピニオンシャフト９４は駆動ピニオン９５と旋回油圧モータ２７の回転軸とを連結している。
【００８０】
このような旋回駆動装置において、例えば、旋回電動モータ２５、インバータ５５、蓄電装置２４等の電動システムが故障して旋回電動モータ２５のトルクが発生できない場合、旋回電動モータ２５を除去して旋回油圧モータ２７の動力を減速機構２６に伝達可能とするために、図１５に示すように、除去された旋回電動モータ２５の代替用の連結手段として、旋回油圧モータ２７と減速機構２６との間にカップリング装置１２０が装設される。
【００８１】
カップリング装置１２０は、図１５に示すようにカップリングハウジング１２１と、カップリングハウジング１２１内に軸受１０４，１０５によって回転可能に支持されたカップリングシャフト１２２とを備えている。カップリングシャフト１２２の上方端には、油圧モータ２７のモータ軸端１０６が挿入されて連結され、また、カップリングシャフト１２２の下方端１２７は、ギヤハウジング９０内の遊星歯車の減速機構２６に結合されている。
【００８２】
また、カップリング装置１２０は、旋回油圧モータ２７と、減速機構２６との連結のための取り合い機構として、例えば、カップリングハウジング１２１の一方側（図１５の上方側）には、ボルト１１０の挿入孔１２３が設けられている。また、カップリングハウジング１２１の他方側（図１５の下方側）には、ボルト１１１の挿入孔１２４が設けられている。
【００８３】
上述の構成により、除去される旋回電動モータ２５の代替用の連結手段として、カップリング装置１２０を装設することが可能となる。
【００８４】
なお、カップリング装置１２０は、図１６に示すように、旋回油圧モータ２７及び減速機構２６に対する取り合い機構さえ同じであれば、高さが異なっていても特に問題はない。
【００８５】
更に、図１７に示すように、旋回油圧モータ２７のフランジ径と減速機構２６のフランジ径とが相違する場合には、カップリングシャフト１２２を持たず取付け部の違いを解消するアダプタ１２５を用いることにより、旋回油圧モータ２７と減速機構２６とを結合することができる。
【００８６】
上述した本発明の一実施の形態によれば、旋回体２０の駆動に旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いたハイブリッド式建設機械において、例えば、旋回電動モータ２５、インバータ５５、蓄電装置２４等の電動システムが故障して旋回電動モータ２５のトルクが発生できない場合であっても、旋回油圧モータ２７単独で旋回体２０を駆動して作業を行うことができる。更に老朽化により電動システムが修理不能になっても、旋回電動モータ２５と同様の回転体構造をもち、磁石やコイルを内蔵しないカップリング装置１２０を旋回電動モータ２５と交換することにより、旋回油圧モータ２７単独で旋回体２０を駆動して機械の稼動を継続することができる。
【００８７】
また、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、油圧ショベル以外の旋回体を有する建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
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
２６ 減速機構
２７ 旋回油圧モータ
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ 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
８０ コントローラ
８１ 異常監視・異常処理制御ブロック
８２ エネルギマネジメント制御ブロック
８３ 油圧電動複合旋回制御ブロック
８４ 油圧単独制御ブロック
８５ 制御切替ブロック
９０ ギヤハウジング
１２０ カップリング装置
１２１ カップリングハウジング
１２２ カップリングシャフト
１２５ アダプタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置と、
前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータと同じ取り合い機構を備え、除去された前記旋回電動モータの代替用の連結手段として、前記取り合い機構を介して、前記油圧モータと前記減速機構とに結合可能に装設されるカップリング装置とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械において、
前記カップリング装置は、前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置と、
前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備えたハイブリッド式建設機械のカップリング装置であって、
前記カップリング装置は、前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータの代替用連結手段として前記旋回駆動装置に設けられ、前記油圧モータと前記減速機構とを結合可能とする
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械のカップリング装置。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド式建設機械のカップリング装置において、
前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械のカップリング装置。
【請求項１】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置と、
前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータと同じ取り合い機構を備え、除去された前記旋回電動モータの代替用の連結手段として、前記取り合い機構を介して、前記油圧モータと前記減速機構とに結合可能に装設されるカップリング装置とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式建設機械において、
前記カップリング装置は、前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータを駆動するパワーコントロールユニットと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータと前記油圧モータとの動力を前記旋回体に伝達する減速機構と、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置と、
前記油圧モータと前記電動モータと前記減速機構との駆動軸を結合した旋回駆動装置と、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置とを備えたハイブリッド式建設機械のカップリング装置であって、
前記カップリング装置は、前記パワーコントロールユニットあるいは前記蓄電デバイスが故障した場合、除去される前記電動モータの代替用連結手段として前記旋回駆動装置に設けられ、前記油圧モータと前記減速機構とを結合可能とする
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械のカップリング装置。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド式建設機械のカップリング装置において、
前記油圧モータと前記減速機構とに連結されるカップリングハウジングと、前記カップリングハウジング内に回転可能に支持され、前記油圧モータの回転軸と前記減速機構の回転軸とを結合するカップリングシャフトとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械のカップリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−２１１９（Ｐ２０１３−２１１９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３５９５（Ｐ２０１１−１３３５９５）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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