建設機械の電動駆動装置
【課題】建設機械に搭載された蓄電装置によって制限される稼働時間を、電動・発電機による発電作用により従来よりも長くすることができる建設機械の電動駆動装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置７と、電動・発電機２９によって駆動する固定容量型の油圧ポンプ３０と、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータへ供給する圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁３３，３４等と、電動・発電機２９の回転数を可変制御する双方向コンバータ２８と、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrとなるように、双方向コンバータ２８を制御するＬＳ制御装置４５とを備える。双方向コンバータ２８は、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrを上回って電動・発電機２９の回転数を減少させるときに、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。
【解決手段】蓄電装置７と、電動・発電機２９によって駆動する固定容量型の油圧ポンプ３０と、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータへ供給する圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁３３，３４等と、電動・発電機２９の回転数を可変制御する双方向コンバータ２８と、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrとなるように、双方向コンバータ２８を制御するＬＳ制御装置４５とを備える。双方向コンバータ２８は、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrを上回って電動・発電機２９の回転数を減少させるときに、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式油圧ショベル等の建設機械に係わり、特に、複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動する電動・発電機と、この電動・発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを搭載した建設機械の電動駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の一例であるミニショベル（すなわち、運転質量６トン未満の油圧ショベル）は、一般に、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられブーム、アーム、及びバケットを含む多関節型の作業機とを備えている。このミニショベルは、例えば、油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、例えばブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダ等）と、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、複数の方向切換弁をそれぞれ操作する操作手段（詳細には、例えば操作レバーの操作位置に対応するパイロット圧を出力する複数の操作装置）とを備えている。
【０００３】
近年、排気ガスを排出せず、騒音や振動も大幅に低減する利点を有することから、上記油圧ポンプの駆動源としてエンジンの代わりに電動モータ（電動・発電機）を搭載した電動式ミニショベルが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２１３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した電動式ミニショベルにおいては、電動モータの電力源として複数のバッテリからなる蓄電装置を搭載したものがある。この蓄電装置搭載型の電動式ミニショベルでは、常に電力ケーブルを用いて外部電源に接続する必要がない。そして、例えばミニショベルの作業時に電力ケーブルを用いて外部電源に接続しない場合は、移動や旋回動作が制限されないという利点を有する。しかし、ミニショベルに搭載可能なバッテリの数量ひいては蓄電装置の蓄電容量には限界がある。詳しく説明すると、例えば後方超小旋回型若しくは超小旋回型と呼ばれるミニショベルにおいては、上部旋回体の後端若しくは上部旋回体の全体における旋回半径寸法が制限されている。そして、上部旋回体には、運転者が搭乗する運転室などが設けられており、さらに、複数の方向切換弁、油圧ポンプ、及び作動油タンクを含む油圧機器が搭載されている。そのため、運転者の視認性を損なわないように上部旋回体に搭載できるバッテリのスペースは限られており、上部旋回体に搭載可能なバッテリの数量には限界がある。したがって、ミニショベルに搭載する蓄電装置の蓄電容量に限界があり、電力ケーブルを用いて外部電源に接続しない場合のミニショベルの稼働時間が限られていた。
【０００６】
本発明の目的は、建設機械に搭載された蓄電装置によって制限される稼働時間を、電動・発電機による発電作用により従来よりも長くすることができる建設機械の電動駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、蓄電装置と、前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの動作を指示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の操作方向及び操作量に応じて、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁とを備えた建設機械の電動駆動装置において、前記電動・発電機の回転数を可変制御する電動・発電機制御手段と、前記複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段とを備え、前記電動・発電機制御手段は、前記要求流量の減少に応じて前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【０００８】
このような本発明においては、要求流量の減少に応じて電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、前記ロードセンシング差圧を検出する差圧検出手段とを備え、前記指令制御手段は、前記差圧検出手段で検出されたロードセンシング差圧が予め設定された目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記ロードセンシング差圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１０】
このような本発明においては、ロードセンシング差圧が目標値を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧を検出する最高負荷圧検出手段とを備え、前記指令制御手段は、前記最高負荷圧検出手段で検出された前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づいて前記油圧ポンプの吐出圧に対する目標値を設定し、前記吐出圧検出手段で検出された前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１２】
このような本発明においては、油圧ポンプの吐出圧が目標値を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【００１３】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記複数の方向切換弁は、オープンセンタ型であり、前記複数の方向切換弁のセンタバイパス流路の下流側に設けられた絞りと、前記絞りの上流側で切換わる複数の方向切換弁のうちの少なくとも１つの切換量の変化に基づき変化する、前記絞りの上流側圧力を制御圧として検出する制御圧検出手段と、前記電動・発電機の回転数を取得する回転数取得手段と、前記回転数取得手段で取得された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、前記指令制御手段は、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量に基づいて前記制御圧に対する目標値を設定し、前記制御圧検出手段で検出された制御圧と前記目標値との差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記制御圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１４】
このような本発明においては、制御圧が目標値を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【００１５】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記複数の操作手段の最大操作量を検出する最大操作量検出手段と、前記電動・発電機の回転数を検出する回転数取得手段と、前記回転数取得手段で検出された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、前記指令制御手段は、前記最大操作量検出手段で検出された前記複数の操作手段の最大操作量に基づいて要求流量を設定し、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１６】
このような本発明においては、油圧ポンプの吐出流量が要求流量を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、要求流量の減少に応じて電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の適用対象である電動式ミニショベルの全体構造を表す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図３】図２で示された電動駆動装置の構成のうち、代表例としてブーム用油圧シリンダ及びアーム用油圧シリンダの駆動に係わる構成を表すとともに、ＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図４】図２で示されたＬＳ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図５】図４で示されたローパスフィルタ部の処理を説明するための図であり、具体例の一つとして、処理前の差分ΔＰｌｓ及び処理後のΔＰｌｓ’の経時変化を表す。
【図６】図２で示された双方向コンバータの機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図７】本発明の第１の変形例におけるＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図８】本発明の第２の変形例におけるＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図９】本発明の第３の変形例におけるＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図１１】図１０で示されたＬＳ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図１３】図１２で示されたネガティブ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図１４】図１３で示された目標値設定部の処理を説明するための図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図１６】図１５で示されたポジティブ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図１７】図１６で示された目標値設定部の処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態を、図１〜図５により説明する。
【００２０】
図１は、本発明の適用対象である電動式ミニショベルの全体構造を表す側面図である。なお、以降、電動式ミニショベルが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。
【００２１】
この図１において、電動式ミニショベルは、クローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に設けられた上部旋回体２と、上部旋回体２の基礎下部構造をなす旋回フレーム３と、この旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられたスイングポスト４と、このスイングポスト４に上下方向に回動可能（俯仰可能）に連結された多関節型の作業機５と、旋回フレーム４上に設けられたキャノピータイプの運転室６と、旋回フレーム４上の後側に設けられ、複数のバッテリ（例えばリチウム電池）からなる蓄電装置７（後述の図２参照）を収納したバッテリ搭載部８とを備えている。なお、本実施形態では、上部旋回体２の側方には、外部電源からのケーブルを接続可能な給電ソケット（図示せず）が設けられている。
【００２２】
下部走行体１は、上方から見て略Ｈ字形状のトラックフレーム９と、このトラックフレーム９の左右両側の後端近傍に回転可能に支持された左右の駆動輪１０と、トラックフレーム９の左右両側の前端近傍に回転可能に支持された左右の従動輪（アイドラ）１１と、左右それぞれの駆動輪１０と従動輪１１とで掛けまわされた左右の履帯（クローラ）１２とを備えている。そして、左の走行用油圧モータ１３Ａの駆動により左の駆動輪１０（すなわち、左の履帯１２）が回転し、右の走行用油圧モータ１３Ｂ（後述の図２参照）の駆動により右の駆動輪１０（すなわち、右の履帯１２）が回転するようになっている。
【００２３】
トラックフレーム９の前側には排土用のブレード１４が上下動可能に設けられており、このブレード１４はブレード用油圧シリンダ１５（後述の図２参照）の伸縮駆動により上下動するようになっている。
【００２４】
トラックフレーム９の中央部には旋回輪１６が設けられ、この旋回輪１６を介し旋回フレーム３が旋回可能に設けられており、旋回フレーム３（すなわち、上部旋回体２）は旋回用油圧モータ１７（後述の図２参照）の駆動により旋回するようになっている。
【００２５】
スイングポスト４は、旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられており、スイング用油圧シリンダ１８（後述の図２参照）の伸縮駆動により左右方向に回動するようになっている。これにより、作業機５が左右にスイングするようになっている。
【００２６】
作業機５は、スイングポスト４に上下方向に回動可能に連結されたブーム１９と、このブーム１９に上下方向に回動可能に連結されたアーム２０と、このアーム２０に上下方向に回動可能に連結されたバケット２１とを備えている。ブーム１９、アーム２０、及びバケット２１は、ブーム用油圧シリンダ２２、アーム用油圧シリンダ２３、及びバケット用油圧シリンダ２４により上下方向に回動するようになっている。
【００２７】
運転室６には、運転者が着座する運転席（座席）２５が設けられている。運転席２５の前方には、手または足で操作可能とし前後方向に操作することで左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂの動作をそれぞれ指示する左右の走行用操作レバー２６Ａ，２６Ｂ（但し、図１中２６Ａのみ示す）が設けられている。右の走行用操作レバー２６Ｂのさらに右側の足元部分には、左右方向に操作することでスイング用油圧シリンダ１８の動作を指示するスイング用操作ペダル（図示せず）が設けられている。
【００２８】
運転席２５の左側には、前後方向に操作することでアーム用油圧シリンダ２３の動作を指示し、左右方向に操作することで旋回用油圧モータ１７の動作を指示する十字操作式のアーム・旋回用操作レバー２７Ａが設けられている。運転席２５の右側には、前後方向に操作することでブーム用油圧シリンダ２２の動作を指示し、左右方向に操作することバケット用油圧シリンダ２４の動作を指示する十字操作式のブーム・バケット用操作レバー２７Ｂ（後述の図２参照）が設けられている。また、運転席２５の右側には、前後方向に操作することでブレード用油圧シリンダ１５の動作を指示するブレード用操作レバー（図示せず）が設けられている。
【００２９】
図２は、上述した電動式ミニショベルに備えられた本実施形態の電動駆動装置の構成を表す概略図である。図３は、図２で示された電動駆動装置の構成のうち、代表例としてブーム用油圧シリンダ２２及びアーム用油圧シリンダ２３の駆動に係わる構成を表すとともに、ＬＳ差圧検出装置の構成を表す油圧回路図である。
【００３０】
これら図２及び図３において、電動駆動装置は、複数（図２では便宜上２つのみ示すが、実際にはそれより多く）のバッテリからなる蓄電装置７と、双方向コンバータ２８を介し蓄電装置７との間で電力の授受を行う電動・発電機２９と、この電動・発電機２９によって駆動する固定容量型の油圧ポンプ３０及び固定容量型のパイロットポンプ（図示せず）と、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ、ブレード用油圧シリンダ１５、旋回用油圧モータ１７、スイング用油圧シリンダ１８、ブーム用油圧シリンダ２２、アーム用油圧シリンダ２３、及びバケット用油圧シリンダ２４。以降、これらを油圧アクチュエータ２２，２３等と称す）と、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等へ供給する圧油の流れを制御する弁ユニット３２とを備えている。
【００３１】
弁ユニット３２は、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等へ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数のクローズドセンタ型の方向切換弁（詳細には、図３で示すブーム用方向切換弁３３及びアーム用方向切換弁３４、並びに、図示しない左右の走行用方向切換弁、ブレード用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びバケット用方向切換弁。以降、これらを方向切換弁３３，３４等と称す）を有している。また、弁ユニット３２は、方向切換弁３３，３４等の上流側にそれぞれ設けられた複数の圧力補償弁（詳細には、図３で示すブーム用圧力補償弁３５及びアーム用圧力補償弁３６、並びに、図示しない左右の走行用圧力補償弁、ブレード用圧力補償弁、旋回用圧力補償弁、スイング用圧力補償弁、及びバケット用圧力補償弁。以降、これらを圧力補償弁３５，３６等と称す）を有している。
【００３２】
アーム用方向切換弁３４は、操作装置３７Ａからのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。詳しく説明すると、操作装置３７Ａは、上述したアーム・旋回用操作レバー２７Ａと、この操作レバー２７Ａの前後方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁３８Ａ，３８Ｂと、操作レバー２７Ａの左右方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（図示せず）とを有している。そして、例えば操作レバー２７Ａを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ａで生成されたパイロット圧がアーム用方向切換弁３４の図３中上側の受圧部へ出力され、これによってアーム用方向切換弁３４が図３中上側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がアーム用油圧シリンダ２３のロッド側に供給されてアーム用油圧シリンダ２３が縮短し、アーム２０が下側に回動するようになっている。一方、例えば操作レバー２７Ａを中立位置から後側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ｂで生成されたパイロット圧がアーム用方向切換弁３４の図３中下側の受圧部へ出力され、これによってアーム用方向切換弁３４が図３中下側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がアーム用油圧シリンダ２３のボトム側に供給されてアーム用油圧シリンダ２３が伸張し、アーム２０が上側に回動するようになっている。
【００３３】
ブーム用方向切換弁３３は、操作装置３７Ｂからのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。詳しく説明すると、操作装置３７Ｂは、上述したブーム・バケット用操作レバー２７Ｂと、この操作レバー２７Ｂの前後方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁３８Ｃ，３８Ｄと、操作レバー２７Ｂの左右方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（図示せず）とを有している。そして、例えば操作レバー２７Ｂを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ｃで生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３３の図３中上側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３３が図３中上側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がブーム用油圧シリンダ２２のロッド側に供給されてブーム用油圧シリンダ２２が縮短し、ブーム１９が下側に回動するようになっている。一方、例えば操作レバー２７Ｂを中立位置から後側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ｄで生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３３の図３中下側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３３が図３中下側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がブーム用油圧シリンダ２２のボトム側に供給されてブーム用油圧シリンダ２２が伸張し、ブーム１９が上側に回動するようになっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ、ブレード用油圧シリンダ１５、旋回用油圧モータ１７、スイング用油圧シリンダ１８、及びバケット用油圧シリンダ２４に係わる構成も、上述したブーム用油圧シリンダ２２及びアーム用油圧シリンダ２３の駆動に係わる構成とほぼ同様である。すなわち、左右の走行用方向切換弁、ブレード用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びバケット用方向切換弁はそれぞれ、対応する操作装置（図示せず）からのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。
【００３５】
方向切換弁３３，３４等は、弁切換時に対応する油圧アクチュエータの負荷圧を取り出すための（但し、弁中立時にタンク圧となる）負荷ポート３３ａ，３４ａ等を有し、それら負荷ポート３３ａ，３４ａ等から出力された負荷圧のうちの最も高い負荷圧Ｐlmax（以降、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxと称す）を選択して取り出すための複数（本実施形態では７つであり、図３では２つのみ示す）の負荷圧用シャトル弁３９が設けられている。そして、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxとの差圧であるロードセンシング差圧Ｐls（以降、ＬＳ差圧Ｐlsと称す）を検出するＬＳ差圧検出装置４０が設けられている。
【００３６】
本実施形態では、ＬＳ差圧検出装置４０は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを元圧としてＬＳ差圧Ｐlsに相当する圧力を生成する差圧検出弁４１と、この差圧検出弁４１の出力圧（すなわち、ＬＳ差圧Ｐls）を測定する圧力センサ４２とで構成されている。差圧検出弁４１は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入して昇圧側に作用させる受圧部と、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxをシャトル弁３９から導入して減圧側に作用させる受圧部と、差圧検出弁４１自身の出力圧を導入して減圧側に作用させる受圧部とを有している。このような構造により、ＬＳ差圧Ｐlsに相当する圧力を生成して出力するようになっている。そして、圧力センサ４２は、差圧検出弁４１の出力圧を測定し、これを電気信号として出力するようになっている。
【００３７】
圧力補償弁３５，３６等はそれぞれ、対応する方向切換弁の上流側圧力を導入して閉弁側に作用させる受圧部と、対応する方向切換弁の下流側圧力（詳細には、負荷ポートの出力圧）を導入して開弁側に作用させる受圧部と、ＬＳ差圧Ｐlsを差圧検出弁４１から導入して開弁側に作用させる受圧部とを有している。これにより、全ての方向切換弁３３，３４等の前後差圧がＬＳ差圧Ｐlsとなるように制御されている。その結果、例えば２つ以上の油圧アクチュエータを同時に駆動する複合操作の場合、油圧アクチュエータの負荷圧の大小にかかわらず、方向切換弁の開口面積に応じた比率で圧油を分配するようになっている。
【００３８】
そして、双方向コンバータ２８を制御するロードセンシング制御装置４５（以降、ＬＳ制御装置４５と称す）が設けられている。このＬＳ制御装置４５は、ＬＳ差圧検出装置４０で検出されたＬＳ差圧Ｐlsが予め設定された目標値Ｐgrとなるように、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。なお、本実施形態では、ＬＳ差圧の目標値Ｐgrを変更可能な入力装置４６が設けられており、ＬＳ差圧の目標値Ｐgrの変更によって油圧アクチュエータの動作速度を変更可能としている。
【００３９】
ＬＳ制御装置４５の詳細を、図４により説明する。図４は、ＬＳ制御装置４５の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００４０】
ＬＳ制御装置４５は、入力装置４６から入力されたＬＳ差圧の目標値Ｐgrを設定する目標値設定部４７と、ＬＳ差圧検出装置４０の圧力センサ４２から入力されたＬＳ差圧Ｐlsと目標値設定部４７で設定された目標値Ｐgrとの差分ΔＰlsを演算する減算部４８と、この減算部４８で算出された差分ΔＰlsに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１と、このローパスフィルタ部５１で処理された差分ΔＰls”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２とを有している。
【００４１】
ローパスフィルタ部５１の処理を、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて具体的に説明する。減算部４８で算出された差分ΔＰlsの経時変化は、図５（ａ）で示すように、２つの周波数ｆａ，ｆｂ（但し、ｆａ＞ｆ＞ｆｂ）が支配的な合成波形である場合を想定する。ローパスフィルタ部５１は、減算部４８で算出された差分ΔＰlsに対し周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行うので、処理後の差分ΔＰls”の経時変化は、図５（ｂ）で示すように、周波数ｆｂが支配的な波形となる。
【００４２】
電動・発電機指令演算部５２は、例えば図示のように、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１で処理されたＬＳ差圧の差分ΔＰls”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、例えば双方向コンバータ２８が電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から算出した回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、電動・発電機指令演算部５２は、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００４４】
双方向コンバータ２８の詳細を、図６により説明する。図６は、双方向コンバータ２８の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００４５】
双方向コンバータ２８は、昇降圧チョッパ５３と、交直変換器５４と、コントローラ５５とを備えている。昇降圧チョッパ５３は、詳細を図示しないが、昇圧回路、降圧回路、整流回路、及びそれらの回路の間に設けられた開閉器を有している。コントローラ５５は、ＬＳ制御装置４５からの制御信号（すなわち、回転数の指令値）等を入力し、この回転数の指令値に応じて昇降圧チョッパ５３及び交直変換器５４を制御するようになっている。詳しく説明すると、コントローラ５５は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（言い換えれば、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる駆動指令を、昇降圧チョッパ５３及び交直変換器５４へ出力する。これに応じて、昇降圧チョッパ５３は、蓄電装置７からの直流電力の電圧を昇圧して交直変換器５４に供給し、交直変換器５４は、昇降圧チョッパ５３からの直流電力を元に交流電力を生成して電動・発電機２９に印加し、電動・発電機２９を駆動させる。一方、コントローラ５５は、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（言い換えれば、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させる回生指令を、昇降圧チョッパ５３及び交直変換器５４へ出力する。これに応じて、交直変換器５４は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を交流電力に変換し、この交流電力を直流電力に変換し、昇降圧チョッパ５３は、交直変換器５４からの直流電力の電圧を昇圧して蓄電装置７に供給し、蓄電装置７を充電させる。
【００４６】
また、双方向コンバータ２８は、例えば商用電源５６（外部電源）からのケーブルが給電口に接続された場合に、商用電源５６と蓄電装置７との間に介在するようになっている。そして、電動・発電機２９の停止中に外部電源による充電の開始・終了を指示可能な充電スイッチ（図示せず）が設けられており、コントローラ５５は、この充電スイッチからの充電開始指示信号に応じて昇降圧チョッパ５３へ充電指令を出力する。これに応じて、昇降圧チョッパ５３は、商用電源５６からの交流電力を直流電力に変換するとともに、その電圧を降圧して蓄電装置７に供給し、蓄電装置７を充電させる。
【００４７】
なお、上記において、操作装置３７Ａ，３７Ｂ等は、特許請求の範囲に記載の複数の油圧アクチュエータの動作を指示する複数の操作手段を構成する。また、双方向コンバータ２８は、電動・発電機の回転数を可変制御する電動・発電機制御手段を構成する。また、ＬＳ差圧検出装置４０は、ロードセンシング差圧を検出する差圧検出手段を構成する。また、ＬＳ制御装置４５は、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成し、かつ、差圧検出手段で検出されたロードセンシング差圧が予め設定された目標値となるように、それらの差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。
【００４８】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００４９】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、対応する方向切換弁が中立位置に戻されて、要求流量が減少する。これにより、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが増加するとともに、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxが減少するので、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrを上回る。そして、ＬＳ制御装置４５は、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrとなるように（言い換えれば、要求流量に見合う油圧ポンプ３０の吐出流量となるように）、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を減少させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【００５０】
ここで、例えば双方向コンバータ２８の回生制御によって得られる電力を高めるために、電動・発電機２９の回転子の質量を大きくしてその慣性力を高めることが考えられるものの、その場合、電動・発電機２９の回転数の可変制御の応答性が低下する。そこで、本実施形態においては、ＬＳ制御装置４５は、電動・発電機指令演算部５２がＬＳ差圧Ｐlsと目標値Ｐgrとの差分ΔＰlsに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１が差分ΔＰlsに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、ＬＳ差圧Ｐlsの変動に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。したがって、ハンチングを抑えることができる。
【００５１】
なお、上記第１の実施形態においては、差圧検出弁４１及び圧力センサ４２で構成されたＬＳ差圧検出装置４０を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図６で示す第１の変形例のように、差圧センサ５７で構成されたＬＳ差圧検出装置４０Ａを備えてもよい。差圧センサ５７は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入するとともに、シャトル弁３９から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxを導入し、それらの差圧であるＬＳ差圧ΔＰlsを測定し、これを電気信号としてＬＳ制御装置４０へ出力する。このような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、例えば図７で示す第２の変形例のように、吐出圧センサ５８、最高負荷圧センサ５９、及び減算器６０で構成されたＬＳ差圧検出装置４０Ｂを備えてもよい。吐出圧センサ５８は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入して測定し、これを電気信号として出力する。最高負荷圧センサ５９は、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxをシャトル弁３９から導入して測定し、これを電気信号として出力する。減算器５６は、吐出圧センサ５８から入力された油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと最高負荷圧センサ５９から入力された最高負荷圧Ｐlmaxとの差圧であるＬＳ差圧Ｐlsを演算し、これを電気信号としてＬＳ制御装置４０へ出力する。なお、減算器５６は、ＬＳ差圧検出装置の一部ではなく、ＬＳ制御装置の一部となるように構成してもよい。このような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、例えば図８で示す第３の変形例のように、ＬＳ差圧検出装置４０Ｃは、上記ＬＳ差圧検出装置４０Ｂと同様の構成としつつ、吐出圧センサ５８及び最高負荷圧センサ５９の油圧導入側に絞り６１を設けてもよい。すなわち、絞り６１を設けることにより、センサの検出値の変動を抑えるようにしてもよい。このような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
なお、上記第１〜第３の変形例においては、ＬＳ差圧Ｐlsに相当する圧力を出力する差圧検出弁４１を備えていないため、圧力補償弁３５Ａ，３６Ａ等は、対応する方向切換弁の上流側圧力を導入して閉弁側に作用させる受圧部と、対応する方向切換弁の下流側圧力（詳細には、負荷ポートの出力圧）を導入して開弁側に作用させる受圧部と、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入して開弁側に作用させる受圧部と、シャトル弁３９から複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧Ｐlmaxを導入して閉弁側に作用させる受圧部とを有している。
【００５５】
本発明の第２の実施形態を、図１０及び図１１により説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態とは制御手順が異なるロードセンシング制御を行う実施形態である。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５６】
図１０は、本実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【００５７】
本実施形態の電動駆動装置は、上記第２又は第３の変形例と同様、吐出圧センサ５８及び最高負荷圧センサ５９を備えている。ＬＳ制御装置４５Ａは、最高負荷圧センサ５９で検出された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxに予め設定されたＬＳ差圧の目標値Ｐgrを加算し、これを油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0として設定する。また、吐出圧センサ５８で検出された油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが目標値Ｐs0となるように、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。
【００５８】
ＬＳ制御装置４５Ａの詳細を、図１１により説明する。図１１は、ＬＳ制御装置４５Ａの機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００５９】
ＬＳ制御装置４５Ａは、油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0を設定する目標値設定部４７Ａと、吐出圧センサ５８から入力された油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと目標値設定部４７Ａで設定された目標値Ｐs0との差分ΔＰsを演算する減算部４８Ａと、この減算部４８Ａで算出された差分ΔＰsに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１Ａと、このローパスフィルタ部５１Ａで処理された差分ΔＰs”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２Ａとを有している。
【００６０】
目標値設定部４７Ａは、入力装置４６から入力されたＬＳ差圧の目標値Ｐgrを設定する。また、最高負荷圧センサ５９から入力された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧ＰlmaxにＬＳ差圧の目標値Ｐgrを加算し、これを油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0として設定する。
【００６１】
電動・発電機指令演算部５２Ａは、例えば図示のように、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１Ａで処理された油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、例えば双方向コンバータ２８が電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から算出された回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００６２】
なお、上記第１の実施形態と同様、電動・発電機指令演算部５２Ａは、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００６３】
そして、上記第１の実施形態と同様、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる。一方、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
【００６４】
なお、上記において、吐出圧センサ５８は、特許請求の範囲に記載の油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段を構成する。また、最高負荷圧センサ５９は、複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧を検出する最高負荷圧検出手段を構成する。また、ＬＳ制御装置４５Ａは、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成し、かつ、最高負荷圧検出手段で検出された複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づいて油圧ポンプの吐出圧に対する目標値を設定し、吐出圧検出手段で検出された油圧ポンプの吐出圧が目標値となるように、それらの差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。
【００６５】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００６６】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、対応する方向切換弁が中立位置に戻されて、要求流量が減少する。これにより、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが増加するとともに、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxが減少して吐出圧の目標値Ｐs0も減少するので、吐出圧Ｐsが目標値Ｐs0を上回る。そして、ＬＳ制御装置４５Ａは、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが目標値Ｐs0となるように（言い換えれば、要求流量に見合う油圧ポンプ３０の吐出流量となるように）、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を減少させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、ＬＳ制御装置４５Ａは、電動・発電機指令演算部５２Ａが油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと目標値Ｐs0との差分ΔＰsに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１Ａが差分ΔＰsに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsの変動（すなわち、ＬＳ差圧Ｐlsの変動）に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。したがって、ハンチングを抑えることができる。
【００６８】
なお、上記第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、ＬＳ制御装置４５Ａは、最高負荷圧センサ５９から入力された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxに対し、例えば周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行うローパスフィルタ部を有してもよい。そして、目標値設定部４７Ａは、そのローパスフィルタ部で処理された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧ＰlmaxにＬＳ差圧の目標値Ｐgrを加算し、これを油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0として設定する。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、入力装置４６によってＬＳ差圧の目標値Ｐgrを変更可能とした場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、ＬＳ差圧の目標値Ｐgrは、予め設定された固定値として、ＬＳ制御装置４５に記憶されてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７０】
本発明の第３の実施形態を、図１２〜図１４により説明する。本実施形態は、ネガティブ制御を行う実施形態である。なお、本実施形態において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７１】
図１２は、本実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【００７２】
本実施形態では、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等へ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数のオープンセンタ型の方向切換弁（詳細には、図１２で示すブーム用方向切換弁３３Ａ及びアーム用方向切換弁３４Ａ、並びに、図示しない左右の走行用方向切換弁、ブレード用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びバケット用方向切換弁。以降、これらを方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等と称す）を備えており、これら方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等は、センタバイパス流路６２を介し直列接続されている。
【００７３】
センタバイパス流路６２の下流側には制御圧発生用絞り６３が設けられており、この絞り６３の上流側圧力を制御圧Ｐnとして検出する制御圧センサ６４が設けられている。そして、例えば全ての操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等が中立位置にある場合（すなわち、全ての方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等が中立位置にある場合）に、センタバイパス流路６２の流量が比較的多くなるので、制御圧Ｐnは比較的大きくなる。一方、例えば操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等のうちのいずれかが最大操作位置にある場合（すなわち、方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等のうちのいずれかが切換位置にある場合）に、センタバイパス流路６２の流量が比較的少なくなるので、制御圧Ｐnは比較的小さくなる。
【００７４】
また、双方向コンバータ２８のコントローラ５５は、電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から電動・発電機２９の回転数（実値）Ｎを演算するようになっている。
【００７５】
そして、双方向コンバータ２８を制御するネガティブ制御装置６６が設けられている。このネガティブ制御装置６６は、双方向コンバータ２８で取得された電動・発電機２９の回転数Ｎに基づいて油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算し、この吐出流量Ｑに対応する制御圧の目標値Ｐn0を設定する。そして、制御圧センサ６４で検出された制御圧Ｐnと目標値Ｐn0との差分ΔＰnに応じて、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。
【００７６】
ネガティブ制御装置６６の詳細を、図１３により説明する。図１３は、ネガティブ制御装置６６の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００７７】
ネガティブ制御装置６６は、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算する吐出流量演算部６７と、この吐出流量演算部６７で算出された吐出流量Ｑに対応する制御圧の目標値Ｐn0を設定する目標値設定部４７Ｂと、制御圧センサ６４から入力された制御圧Ｐnと目標値設定部４７Ｂで設定された目標値Ｐn0との差分ΔＰnを演算する減算部４８Ｂと、この減算部４８Ｂで算出された差分ΔＰnに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１Ｂと、このローパスフィルタ部５１Ｂで処理された差分ΔＰn”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２Ｂとを有している。
【００７８】
吐出流量演算部６７は、油圧ポンプ３０の押しのけ容積（固定値）を予め記憶しており、この油圧ポンプ３０の押しのけ容積と双方向コンバータ２８で取得された電動・発電機２９の回転数Ｎとを積算して、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを算出するようになっている。
【００７９】
目標値設定部４７Ｂは、例えば図１４中実線で示すような演算テーブルに基づき、吐出流量演算部６７で算出された油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑに対応して制御圧の目標値Ｐn0を設定する。この制御圧の目標値Ｐn0は、同じ吐出流量Ｑの条件で、全ての操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等が中立位置にある場合（言い換えれば、全ての方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等が中立位置にある場合）の制御圧Ｐn（図１４中一点鎖線で示す）より所定値ａ（詳細には、制御の応答性等を考慮して予め設定された所定値）だけ小さく、かつ、操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等のうちのいずれかが最大操作位置にある場合（言い換えれば、方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等のうちのいずれかが切換位置にある場合）の制御圧Ｐn（図１４中二点鎖線で示す）より大きくなっている。
【００８０】
したがって、例えば全ての操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等が中立位置にあれば、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑにかかわらず、制御圧Ｐn＞目標値Ｐn0（すなわち、ΔＰn＞０）となり、後述する電動・発電機２９の回転数の可変制御を、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑの減少方向に進めさせることになる。すなわち、制御圧Ｐn＞目標値Ｐn0の関係を維持しながら制御圧Ｐn及び目標値Ｐn0が減少し、最終的に、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑが最小値となる（詳細には、電動・発電機２９の回転数Ｎが最小値となる）。一方、例えば操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等のうちのいずれかが最大操作位置にあれば、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑにかかわらず、制御圧Ｐn＜目標値Ｐn0（すなわち、ΔＰn＜０）となり、後述する電動・発電機２９の回転数の可変制御を、油圧ポンプ３０の出流量Ｑの増加方向に進めることになる。すなわち、制御圧Ｐn＜目標値Ｐn0の関係を維持しながら制御圧の目標値Ｐn0が増加し、最終的に、油圧ポンプ３０の吐出流量が最大値Ｑ_maxとなる（詳細には、電動・発電機２９の回転数が最大値Ｎ_maxとなる）。
【００８１】
電動・発電機指令演算部５２Ｂは、図示のように、制御圧の差分ΔＰn”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、制御圧の差分ΔＰn”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１Ｂで処理された制御圧の差分ΔＰn”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、双方向コンバータ２８で取得された回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００８２】
なお、上記実施形態と同様、電動・発電機指令演算部５２Ｂは、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００８３】
そして、上記実施形態と同様、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（詳細には、制御圧の差分ΔＰn”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる。一方、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（詳細には、制御圧の差分ΔＰn”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
【００８４】
なお、上記において、制御圧センサ６４は、特許請求の範囲に記載の絞りの上流側で切換わる複数の方向切換弁のうちの少なくとも１つの切換量の変化に基づき変化する、絞りの上流側圧力を制御圧として検出する制御圧検出手段を構成する。また、双方向コンバータ２８は、電動・発電機の回転数を取得する回転数取得手段を構成する。
【００８５】
また、ネガティブ制御装置６６は、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。また、ネガティブ制御装置６６は、回転数取得手段で取得された電動・発電機の回転数に基づいて油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段と、吐出流量演算手段で算出された油圧ポンプの吐出流量に基づいて制御圧に対する目標値を設定し、制御圧検出手段で検出された制御圧と目標値との差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段とを構成する。
【００８６】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００８７】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、対応する方向切換弁が切換位置から中立位置に戻されて、要求流量が減少する。これにより、制御圧Ｐnが増加して、油圧ポンプの吐出流量Ｑに対応する目標値Ｐn0を上回る。そして、ネガティブ制御装置６６は、制御圧Ｐnと目標値Ｐn0との差分に応じて、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を最終的に最小値Ｎ_minまで減少させる（言い換えれば、要求流量に見合う油圧ポンプ３０の吐出流量となる）。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【００８８】
また、本実施形態においては、ネガティブ制御装置６６は、電動・発電機指令演算部５２Ｂが制御圧Ｐnと目標値Ｐn0との差分ΔＰnに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１Ｂが差分ΔＰnに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、制御圧Ｐnの変動に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。
【００８９】
本発明の第４の実施形態を、図１５〜図１７により説明する。本実施形態は、ポジティブ制御を行う実施形態である。なお、本実施形態において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９０】
図１５は、本実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【００９１】
本実施形態では、上記第３の実施形態と同様、双方向コンバータ２８のコントローラ５５は、電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から電動・発電機２９の回転数（実値）Ｎを演算するようになっている。
【００９２】
また、操作装置３７Ａ，３７Ｂ等から出力されたパイロット圧のうちの最も大きいパイロット圧Ｐp（以降、最大パイロット圧Ｐpと称す）を選択して取り出すための複数（本実施形態では７つであり、図１５では４つのみ示す）のパイロット圧用シャトル弁６８が設けられ、最終段のシャトル弁６８の出力圧（すなわち、最大パイロット圧Ｐp）を検出するパイロット圧センサ６９が設けられている。
【００９３】
そして、双方向コンバータ２８を制御するポジティブ制御装置７０が設けられている。このポジティブ制御装置７０は、双方向コンバータ２８で取得された電動・発電機２９の回転数Ｎに基づいて油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算する。また、パイロット圧センサ６９で検出された最大パイロット圧Ｐpに基づいて要求流量Ｑrefを設定し、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑが要求流量Ｑrefとなるように、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。
【００９４】
ポジティブ制御装置７０の詳細を、図１６により説明する。図１６は、ポジティブ制御装置７０の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００９５】
ポジティブ制御装置７０は、パイロット圧センサ６９で検出された最大パイロット圧Ｐpに基づいて要求流量（言い換えれば、吐出流量の目標値）Ｑrefを設定する目標値設定部４７Ｃと、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算する吐出流量演算部６７と、この吐出流量演算部６７で算出された吐出流量Ｑと目標値設定部４７Ｃで設定された要求流量Ｑrefとの差分ΔＱを演算する減算部４８Ｃと、この減算部４８Ｃで算出された差分ΔＱに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１Ｃと、このローパスフィルタ部５１Ｃで処理された差分ΔＱ”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２Ｃとを有している。
【００９６】
目標値設定部４７Ｃは、例えば図１７で示すような演算テーブルに基づき、最大パイロット圧Ｐpに対応する要求流量Ｑrefを設定する。この要求流量Ｑrefは、全ての操作レバーが最大操作位置にある場合（すなわち、パイロット圧センサ６９で検出された最大パイロット圧が全ての方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等に出力された場合（すなわち、）を想定して方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等の開口面積とその前後差圧とを積算したものに相当する。
【００９７】
電動・発電機指令演算部５２Ｃは、例えば図示のように、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１Ｃで処理された油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、双方向コンバータ２８で取得された回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００９８】
なお、上記実施形態と同様、電動・発電機指令演算部５２Ｃは、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００９９】
そして、上記実施形態と同様、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる。一方、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
【０１００】
なお、上記において、パイロット圧センサ６９は、特許請求の範囲に記載の複数の操作手段の最大操作量を検出する最大操作量検出手段を構成する。また、ポジティブ制御装置７０は、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。また、ポジティブ制御装置７０は、回転数取得手段で取得された電動・発電機の回転数に基づいて油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段と、最大操作量検出手段で検出された複数の操作手段の最大操作量に基づいて要求流量を設定し、吐出流量演算手段で算出された油圧ポンプの吐出流量が要求流量となるように、それらの差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。
【０１０１】
次に、本実施形態の動作及び効果を説明する。
【０１０２】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、最大パイロット圧Ｐｐが減少し、対応する方向切換弁が切換位置から中立位置に戻されて、要求流量Ｑrefが減少する。そして、ポジティブ制御装置７０は、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑが要求流量Ｑrefとなるように、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を減少させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【０１０３】
また、本実施形態においては、ポジティブ制御装置７０は、電動・発電機指令演算部５２Ｃが油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑと要求流量Ｑrefとの差分ΔＱに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１Ｃが差分ΔＱに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、要求流量Ｑrefの変動に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。したがって、ハンチングを抑えることができる。
【０１０４】
なお、上記第４の実施形態においては、説明しなかったが、油圧アクチュエータの動作速度を変更するための比例係数を入力可能な入力装置（図示せず）を設け、ポジコン制御装置の目標値設定部は、入力装置から入力された比例係数を要求流量Ｑrefに積算して補正してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、上記第１〜第４の実施形態においては、複数の操作手段として、操作レバーの操作位置に対応したパイロット圧を出力する油圧パイロット式の操作装置３７Ａ，３７Ｂ等を採用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、操作レバーの操作位置に対応した電気操作信号を出力する電気レバー式の操作装置を採用してもよい。そして、上記第４の実施形態において、電気レバー式の操作装置を採用した場合には、最大操作量検出手段として、操作装置から出力された電気操作信号のうち最大操作量のものを選択して取り出す演算部を設ければよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、上記第１〜第４の実施形態においては、双方向コンバータ２８は、蓄電装置７からの電力を電動・発電機２９に供給して電動・発電機２９を駆動する第１の制御モード、及び外部電源からの電力を蓄電装置７に供給して蓄電装置７を充電する第２の制御モードを選択的に行えるように構成し、第１の制御モード中、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに回生制御を行う場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、前述した第１の制御モード及び第２の制御モード、外部電源からの電力を電動・発電機２９に供給して電動・発電機２９を駆動する第３の制御モード、並びに外部電源からの電力を電動・発電機２９及び蓄電装置７に供給して電動・発電機２９を駆動するとともに蓄電装置７を充電する第４の制御モードを、モード選択スイッチ（図示せず）の操作に応じて選択的に行えるように構成してもよい。そして、第３の制御モード又は第４の制御モード中、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに、外部電源からの電力供給を一時中断しつつ、回生制御を行ってもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、以上においては、本発明の適用対象として、ミニショベルを例にとって説明したが、これに限られず、中型や大型の油圧ショベル（運転質量６トン以上の油圧ショベル）に適用してもよい。また、油圧ショベルに限られず、油圧クレーン等、他の建設機械に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
７ 蓄電装置
１３Ａ 走行用油圧モータ
１３Ｂ 走行用油圧モータ
１５ ブレード用油圧シリンダ
１７ 旋回用油圧モータ
１８ スイング用油圧シリンダ
２２ ブーム用油圧シリンダ
２３ アーム用油圧シリンダ
２４ バケット用油圧シリンダ
２８ 双方向コンバータ（電動・発電機制御手段、回転数取得手段）
２９ 電動・発電機
３０ 油圧ポンプ
３３，３３Ａ ブーム用方向切換弁
３４，３４Ａ アーム用方向切換弁
３５，３５Ａ ブーム用圧力補償弁
３６，３６Ａ アーム用圧力補償弁
３７Ａ 操作装置（操作手段）
３７Ｂ 操作装置（操作手段）
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ ＬＳ差圧検出装置（差圧検出手段）
４５，４５Ａ ロードセンシング制御装置（指令制御手段）
５８ 吐出圧センサ（吐出圧検出手段）
５９ 最高負荷圧センサ（最高負荷圧検出手段）
６２ センタバイパス流路
６３ 絞り
６４ 制御圧センサ（制御圧検出手段）
６６ ネガティブ制御装置（指令制御手段、吐出流量演算手段）
６９ パイロット圧センサ（最大操作量検出手段）
７０ ポジティブ制御装置（指令制御手段、吐出流量演算手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式油圧ショベル等の建設機械に係わり、特に、複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動する電動・発電機と、この電動・発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを搭載した建設機械の電動駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の一例であるミニショベル（すなわち、運転質量６トン未満の油圧ショベル）は、一般に、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられブーム、アーム、及びバケットを含む多関節型の作業機とを備えている。このミニショベルは、例えば、油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、例えばブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダ等）と、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、複数の方向切換弁をそれぞれ操作する操作手段（詳細には、例えば操作レバーの操作位置に対応するパイロット圧を出力する複数の操作装置）とを備えている。
【０００３】
近年、排気ガスを排出せず、騒音や振動も大幅に低減する利点を有することから、上記油圧ポンプの駆動源としてエンジンの代わりに電動モータ（電動・発電機）を搭載した電動式ミニショベルが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２１３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した電動式ミニショベルにおいては、電動モータの電力源として複数のバッテリからなる蓄電装置を搭載したものがある。この蓄電装置搭載型の電動式ミニショベルでは、常に電力ケーブルを用いて外部電源に接続する必要がない。そして、例えばミニショベルの作業時に電力ケーブルを用いて外部電源に接続しない場合は、移動や旋回動作が制限されないという利点を有する。しかし、ミニショベルに搭載可能なバッテリの数量ひいては蓄電装置の蓄電容量には限界がある。詳しく説明すると、例えば後方超小旋回型若しくは超小旋回型と呼ばれるミニショベルにおいては、上部旋回体の後端若しくは上部旋回体の全体における旋回半径寸法が制限されている。そして、上部旋回体には、運転者が搭乗する運転室などが設けられており、さらに、複数の方向切換弁、油圧ポンプ、及び作動油タンクを含む油圧機器が搭載されている。そのため、運転者の視認性を損なわないように上部旋回体に搭載できるバッテリのスペースは限られており、上部旋回体に搭載可能なバッテリの数量には限界がある。したがって、ミニショベルに搭載する蓄電装置の蓄電容量に限界があり、電力ケーブルを用いて外部電源に接続しない場合のミニショベルの稼働時間が限られていた。
【０００６】
本発明の目的は、建設機械に搭載された蓄電装置によって制限される稼働時間を、電動・発電機による発電作用により従来よりも長くすることができる建設機械の電動駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、蓄電装置と、前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの動作を指示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の操作方向及び操作量に応じて、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁とを備えた建設機械の電動駆動装置において、前記電動・発電機の回転数を可変制御する電動・発電機制御手段と、前記複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段とを備え、前記電動・発電機制御手段は、前記要求流量の減少に応じて前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【０００８】
このような本発明においては、要求流量の減少に応じて電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、前記ロードセンシング差圧を検出する差圧検出手段とを備え、前記指令制御手段は、前記差圧検出手段で検出されたロードセンシング差圧が予め設定された目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記ロードセンシング差圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１０】
このような本発明においては、ロードセンシング差圧が目標値を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧を検出する最高負荷圧検出手段とを備え、前記指令制御手段は、前記最高負荷圧検出手段で検出された前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づいて前記油圧ポンプの吐出圧に対する目標値を設定し、前記吐出圧検出手段で検出された前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１２】
このような本発明においては、油圧ポンプの吐出圧が目標値を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【００１３】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記複数の方向切換弁は、オープンセンタ型であり、前記複数の方向切換弁のセンタバイパス流路の下流側に設けられた絞りと、前記絞りの上流側で切換わる複数の方向切換弁のうちの少なくとも１つの切換量の変化に基づき変化する、前記絞りの上流側圧力を制御圧として検出する制御圧検出手段と、前記電動・発電機の回転数を取得する回転数取得手段と、前記回転数取得手段で取得された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、前記指令制御手段は、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量に基づいて前記制御圧に対する目標値を設定し、前記制御圧検出手段で検出された制御圧と前記目標値との差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記制御圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１４】
このような本発明においては、制御圧が目標値を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【００１５】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記複数の操作手段の最大操作量を検出する最大操作量検出手段と、前記電動・発電機の回転数を検出する回転数取得手段と、前記回転数取得手段で検出された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、前記指令制御手段は、前記最大操作量検出手段で検出された前記複数の操作手段の最大操作量に基づいて要求流量を設定し、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
【００１６】
このような本発明においては、油圧ポンプの吐出流量が要求流量を上回って（すなわち、要求流量が減少して）電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、要求流量の減少に応じて電動・発電機の回転数を減少させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の適用対象である電動式ミニショベルの全体構造を表す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図３】図２で示された電動駆動装置の構成のうち、代表例としてブーム用油圧シリンダ及びアーム用油圧シリンダの駆動に係わる構成を表すとともに、ＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図４】図２で示されたＬＳ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図５】図４で示されたローパスフィルタ部の処理を説明するための図であり、具体例の一つとして、処理前の差分ΔＰｌｓ及び処理後のΔＰｌｓ’の経時変化を表す。
【図６】図２で示された双方向コンバータの機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図７】本発明の第１の変形例におけるＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図８】本発明の第２の変形例におけるＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図９】本発明の第３の変形例におけるＬＳ差圧検出装置の構成を表す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図１１】図１０で示されたＬＳ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図１３】図１２で示されたネガティブ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図１４】図１３で示された目標値設定部の処理を説明するための図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【図１６】図１５で示されたポジティブ制御装置の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【図１７】図１６で示された目標値設定部の処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態を、図１〜図５により説明する。
【００２０】
図１は、本発明の適用対象である電動式ミニショベルの全体構造を表す側面図である。なお、以降、電動式ミニショベルが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。
【００２１】
この図１において、電動式ミニショベルは、クローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に設けられた上部旋回体２と、上部旋回体２の基礎下部構造をなす旋回フレーム３と、この旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられたスイングポスト４と、このスイングポスト４に上下方向に回動可能（俯仰可能）に連結された多関節型の作業機５と、旋回フレーム４上に設けられたキャノピータイプの運転室６と、旋回フレーム４上の後側に設けられ、複数のバッテリ（例えばリチウム電池）からなる蓄電装置７（後述の図２参照）を収納したバッテリ搭載部８とを備えている。なお、本実施形態では、上部旋回体２の側方には、外部電源からのケーブルを接続可能な給電ソケット（図示せず）が設けられている。
【００２２】
下部走行体１は、上方から見て略Ｈ字形状のトラックフレーム９と、このトラックフレーム９の左右両側の後端近傍に回転可能に支持された左右の駆動輪１０と、トラックフレーム９の左右両側の前端近傍に回転可能に支持された左右の従動輪（アイドラ）１１と、左右それぞれの駆動輪１０と従動輪１１とで掛けまわされた左右の履帯（クローラ）１２とを備えている。そして、左の走行用油圧モータ１３Ａの駆動により左の駆動輪１０（すなわち、左の履帯１２）が回転し、右の走行用油圧モータ１３Ｂ（後述の図２参照）の駆動により右の駆動輪１０（すなわち、右の履帯１２）が回転するようになっている。
【００２３】
トラックフレーム９の前側には排土用のブレード１４が上下動可能に設けられており、このブレード１４はブレード用油圧シリンダ１５（後述の図２参照）の伸縮駆動により上下動するようになっている。
【００２４】
トラックフレーム９の中央部には旋回輪１６が設けられ、この旋回輪１６を介し旋回フレーム３が旋回可能に設けられており、旋回フレーム３（すなわち、上部旋回体２）は旋回用油圧モータ１７（後述の図２参照）の駆動により旋回するようになっている。
【００２５】
スイングポスト４は、旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられており、スイング用油圧シリンダ１８（後述の図２参照）の伸縮駆動により左右方向に回動するようになっている。これにより、作業機５が左右にスイングするようになっている。
【００２６】
作業機５は、スイングポスト４に上下方向に回動可能に連結されたブーム１９と、このブーム１９に上下方向に回動可能に連結されたアーム２０と、このアーム２０に上下方向に回動可能に連結されたバケット２１とを備えている。ブーム１９、アーム２０、及びバケット２１は、ブーム用油圧シリンダ２２、アーム用油圧シリンダ２３、及びバケット用油圧シリンダ２４により上下方向に回動するようになっている。
【００２７】
運転室６には、運転者が着座する運転席（座席）２５が設けられている。運転席２５の前方には、手または足で操作可能とし前後方向に操作することで左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂの動作をそれぞれ指示する左右の走行用操作レバー２６Ａ，２６Ｂ（但し、図１中２６Ａのみ示す）が設けられている。右の走行用操作レバー２６Ｂのさらに右側の足元部分には、左右方向に操作することでスイング用油圧シリンダ１８の動作を指示するスイング用操作ペダル（図示せず）が設けられている。
【００２８】
運転席２５の左側には、前後方向に操作することでアーム用油圧シリンダ２３の動作を指示し、左右方向に操作することで旋回用油圧モータ１７の動作を指示する十字操作式のアーム・旋回用操作レバー２７Ａが設けられている。運転席２５の右側には、前後方向に操作することでブーム用油圧シリンダ２２の動作を指示し、左右方向に操作することバケット用油圧シリンダ２４の動作を指示する十字操作式のブーム・バケット用操作レバー２７Ｂ（後述の図２参照）が設けられている。また、運転席２５の右側には、前後方向に操作することでブレード用油圧シリンダ１５の動作を指示するブレード用操作レバー（図示せず）が設けられている。
【００２９】
図２は、上述した電動式ミニショベルに備えられた本実施形態の電動駆動装置の構成を表す概略図である。図３は、図２で示された電動駆動装置の構成のうち、代表例としてブーム用油圧シリンダ２２及びアーム用油圧シリンダ２３の駆動に係わる構成を表すとともに、ＬＳ差圧検出装置の構成を表す油圧回路図である。
【００３０】
これら図２及び図３において、電動駆動装置は、複数（図２では便宜上２つのみ示すが、実際にはそれより多く）のバッテリからなる蓄電装置７と、双方向コンバータ２８を介し蓄電装置７との間で電力の授受を行う電動・発電機２９と、この電動・発電機２９によって駆動する固定容量型の油圧ポンプ３０及び固定容量型のパイロットポンプ（図示せず）と、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ、ブレード用油圧シリンダ１５、旋回用油圧モータ１７、スイング用油圧シリンダ１８、ブーム用油圧シリンダ２２、アーム用油圧シリンダ２３、及びバケット用油圧シリンダ２４。以降、これらを油圧アクチュエータ２２，２３等と称す）と、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等へ供給する圧油の流れを制御する弁ユニット３２とを備えている。
【００３１】
弁ユニット３２は、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等へ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数のクローズドセンタ型の方向切換弁（詳細には、図３で示すブーム用方向切換弁３３及びアーム用方向切換弁３４、並びに、図示しない左右の走行用方向切換弁、ブレード用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びバケット用方向切換弁。以降、これらを方向切換弁３３，３４等と称す）を有している。また、弁ユニット３２は、方向切換弁３３，３４等の上流側にそれぞれ設けられた複数の圧力補償弁（詳細には、図３で示すブーム用圧力補償弁３５及びアーム用圧力補償弁３６、並びに、図示しない左右の走行用圧力補償弁、ブレード用圧力補償弁、旋回用圧力補償弁、スイング用圧力補償弁、及びバケット用圧力補償弁。以降、これらを圧力補償弁３５，３６等と称す）を有している。
【００３２】
アーム用方向切換弁３４は、操作装置３７Ａからのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。詳しく説明すると、操作装置３７Ａは、上述したアーム・旋回用操作レバー２７Ａと、この操作レバー２７Ａの前後方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁３８Ａ，３８Ｂと、操作レバー２７Ａの左右方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（図示せず）とを有している。そして、例えば操作レバー２７Ａを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ａで生成されたパイロット圧がアーム用方向切換弁３４の図３中上側の受圧部へ出力され、これによってアーム用方向切換弁３４が図３中上側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がアーム用油圧シリンダ２３のロッド側に供給されてアーム用油圧シリンダ２３が縮短し、アーム２０が下側に回動するようになっている。一方、例えば操作レバー２７Ａを中立位置から後側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ｂで生成されたパイロット圧がアーム用方向切換弁３４の図３中下側の受圧部へ出力され、これによってアーム用方向切換弁３４が図３中下側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がアーム用油圧シリンダ２３のボトム側に供給されてアーム用油圧シリンダ２３が伸張し、アーム２０が上側に回動するようになっている。
【００３３】
ブーム用方向切換弁３３は、操作装置３７Ｂからのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。詳しく説明すると、操作装置３７Ｂは、上述したブーム・バケット用操作レバー２７Ｂと、この操作レバー２７Ｂの前後方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁３８Ｃ，３８Ｄと、操作レバー２７Ｂの左右方向の操作に応じパイロットポンプの吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（図示せず）とを有している。そして、例えば操作レバー２７Ｂを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ｃで生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３３の図３中上側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３３が図３中上側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がブーム用油圧シリンダ２２のロッド側に供給されてブーム用油圧シリンダ２２が縮短し、ブーム１９が下側に回動するようになっている。一方、例えば操作レバー２７Ｂを中立位置から後側に操作すると、その操作量に応じて減圧弁３８Ｄで生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３３の図３中下側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３３が図３中下側の切換位置に切換えられる。これにより、油圧ポンプ３０からの圧油がブーム用油圧シリンダ２２のボトム側に供給されてブーム用油圧シリンダ２２が伸張し、ブーム１９が上側に回動するようになっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ、ブレード用油圧シリンダ１５、旋回用油圧モータ１７、スイング用油圧シリンダ１８、及びバケット用油圧シリンダ２４に係わる構成も、上述したブーム用油圧シリンダ２２及びアーム用油圧シリンダ２３の駆動に係わる構成とほぼ同様である。すなわち、左右の走行用方向切換弁、ブレード用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びバケット用方向切換弁はそれぞれ、対応する操作装置（図示せず）からのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。
【００３５】
方向切換弁３３，３４等は、弁切換時に対応する油圧アクチュエータの負荷圧を取り出すための（但し、弁中立時にタンク圧となる）負荷ポート３３ａ，３４ａ等を有し、それら負荷ポート３３ａ，３４ａ等から出力された負荷圧のうちの最も高い負荷圧Ｐlmax（以降、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxと称す）を選択して取り出すための複数（本実施形態では７つであり、図３では２つのみ示す）の負荷圧用シャトル弁３９が設けられている。そして、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxとの差圧であるロードセンシング差圧Ｐls（以降、ＬＳ差圧Ｐlsと称す）を検出するＬＳ差圧検出装置４０が設けられている。
【００３６】
本実施形態では、ＬＳ差圧検出装置４０は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを元圧としてＬＳ差圧Ｐlsに相当する圧力を生成する差圧検出弁４１と、この差圧検出弁４１の出力圧（すなわち、ＬＳ差圧Ｐls）を測定する圧力センサ４２とで構成されている。差圧検出弁４１は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入して昇圧側に作用させる受圧部と、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxをシャトル弁３９から導入して減圧側に作用させる受圧部と、差圧検出弁４１自身の出力圧を導入して減圧側に作用させる受圧部とを有している。このような構造により、ＬＳ差圧Ｐlsに相当する圧力を生成して出力するようになっている。そして、圧力センサ４２は、差圧検出弁４１の出力圧を測定し、これを電気信号として出力するようになっている。
【００３７】
圧力補償弁３５，３６等はそれぞれ、対応する方向切換弁の上流側圧力を導入して閉弁側に作用させる受圧部と、対応する方向切換弁の下流側圧力（詳細には、負荷ポートの出力圧）を導入して開弁側に作用させる受圧部と、ＬＳ差圧Ｐlsを差圧検出弁４１から導入して開弁側に作用させる受圧部とを有している。これにより、全ての方向切換弁３３，３４等の前後差圧がＬＳ差圧Ｐlsとなるように制御されている。その結果、例えば２つ以上の油圧アクチュエータを同時に駆動する複合操作の場合、油圧アクチュエータの負荷圧の大小にかかわらず、方向切換弁の開口面積に応じた比率で圧油を分配するようになっている。
【００３８】
そして、双方向コンバータ２８を制御するロードセンシング制御装置４５（以降、ＬＳ制御装置４５と称す）が設けられている。このＬＳ制御装置４５は、ＬＳ差圧検出装置４０で検出されたＬＳ差圧Ｐlsが予め設定された目標値Ｐgrとなるように、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。なお、本実施形態では、ＬＳ差圧の目標値Ｐgrを変更可能な入力装置４６が設けられており、ＬＳ差圧の目標値Ｐgrの変更によって油圧アクチュエータの動作速度を変更可能としている。
【００３９】
ＬＳ制御装置４５の詳細を、図４により説明する。図４は、ＬＳ制御装置４５の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００４０】
ＬＳ制御装置４５は、入力装置４６から入力されたＬＳ差圧の目標値Ｐgrを設定する目標値設定部４７と、ＬＳ差圧検出装置４０の圧力センサ４２から入力されたＬＳ差圧Ｐlsと目標値設定部４７で設定された目標値Ｐgrとの差分ΔＰlsを演算する減算部４８と、この減算部４８で算出された差分ΔＰlsに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１と、このローパスフィルタ部５１で処理された差分ΔＰls”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２とを有している。
【００４１】
ローパスフィルタ部５１の処理を、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて具体的に説明する。減算部４８で算出された差分ΔＰlsの経時変化は、図５（ａ）で示すように、２つの周波数ｆａ，ｆｂ（但し、ｆａ＞ｆ＞ｆｂ）が支配的な合成波形である場合を想定する。ローパスフィルタ部５１は、減算部４８で算出された差分ΔＰlsに対し周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行うので、処理後の差分ΔＰls”の経時変化は、図５（ｂ）で示すように、周波数ｆｂが支配的な波形となる。
【００４２】
電動・発電機指令演算部５２は、例えば図示のように、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１で処理されたＬＳ差圧の差分ΔＰls”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、例えば双方向コンバータ２８が電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から算出した回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、電動・発電機指令演算部５２は、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００４４】
双方向コンバータ２８の詳細を、図６により説明する。図６は、双方向コンバータ２８の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００４５】
双方向コンバータ２８は、昇降圧チョッパ５３と、交直変換器５４と、コントローラ５５とを備えている。昇降圧チョッパ５３は、詳細を図示しないが、昇圧回路、降圧回路、整流回路、及びそれらの回路の間に設けられた開閉器を有している。コントローラ５５は、ＬＳ制御装置４５からの制御信号（すなわち、回転数の指令値）等を入力し、この回転数の指令値に応じて昇降圧チョッパ５３及び交直変換器５４を制御するようになっている。詳しく説明すると、コントローラ５５は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（言い換えれば、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる駆動指令を、昇降圧チョッパ５３及び交直変換器５４へ出力する。これに応じて、昇降圧チョッパ５３は、蓄電装置７からの直流電力の電圧を昇圧して交直変換器５４に供給し、交直変換器５４は、昇降圧チョッパ５３からの直流電力を元に交流電力を生成して電動・発電機２９に印加し、電動・発電機２９を駆動させる。一方、コントローラ５５は、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（言い換えれば、ＬＳ差圧の差分ΔＰls”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させる回生指令を、昇降圧チョッパ５３及び交直変換器５４へ出力する。これに応じて、交直変換器５４は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を交流電力に変換し、この交流電力を直流電力に変換し、昇降圧チョッパ５３は、交直変換器５４からの直流電力の電圧を昇圧して蓄電装置７に供給し、蓄電装置７を充電させる。
【００４６】
また、双方向コンバータ２８は、例えば商用電源５６（外部電源）からのケーブルが給電口に接続された場合に、商用電源５６と蓄電装置７との間に介在するようになっている。そして、電動・発電機２９の停止中に外部電源による充電の開始・終了を指示可能な充電スイッチ（図示せず）が設けられており、コントローラ５５は、この充電スイッチからの充電開始指示信号に応じて昇降圧チョッパ５３へ充電指令を出力する。これに応じて、昇降圧チョッパ５３は、商用電源５６からの交流電力を直流電力に変換するとともに、その電圧を降圧して蓄電装置７に供給し、蓄電装置７を充電させる。
【００４７】
なお、上記において、操作装置３７Ａ，３７Ｂ等は、特許請求の範囲に記載の複数の油圧アクチュエータの動作を指示する複数の操作手段を構成する。また、双方向コンバータ２８は、電動・発電機の回転数を可変制御する電動・発電機制御手段を構成する。また、ＬＳ差圧検出装置４０は、ロードセンシング差圧を検出する差圧検出手段を構成する。また、ＬＳ制御装置４５は、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成し、かつ、差圧検出手段で検出されたロードセンシング差圧が予め設定された目標値となるように、それらの差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。
【００４８】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００４９】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、対応する方向切換弁が中立位置に戻されて、要求流量が減少する。これにより、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが増加するとともに、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxが減少するので、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrを上回る。そして、ＬＳ制御装置４５は、ＬＳ差圧Ｐlsが目標値Ｐgrとなるように（言い換えれば、要求流量に見合う油圧ポンプ３０の吐出流量となるように）、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を減少させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【００５０】
ここで、例えば双方向コンバータ２８の回生制御によって得られる電力を高めるために、電動・発電機２９の回転子の質量を大きくしてその慣性力を高めることが考えられるものの、その場合、電動・発電機２９の回転数の可変制御の応答性が低下する。そこで、本実施形態においては、ＬＳ制御装置４５は、電動・発電機指令演算部５２がＬＳ差圧Ｐlsと目標値Ｐgrとの差分ΔＰlsに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１が差分ΔＰlsに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、ＬＳ差圧Ｐlsの変動に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。したがって、ハンチングを抑えることができる。
【００５１】
なお、上記第１の実施形態においては、差圧検出弁４１及び圧力センサ４２で構成されたＬＳ差圧検出装置４０を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図６で示す第１の変形例のように、差圧センサ５７で構成されたＬＳ差圧検出装置４０Ａを備えてもよい。差圧センサ５７は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入するとともに、シャトル弁３９から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxを導入し、それらの差圧であるＬＳ差圧ΔＰlsを測定し、これを電気信号としてＬＳ制御装置４０へ出力する。このような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、例えば図７で示す第２の変形例のように、吐出圧センサ５８、最高負荷圧センサ５９、及び減算器６０で構成されたＬＳ差圧検出装置４０Ｂを備えてもよい。吐出圧センサ５８は、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入して測定し、これを電気信号として出力する。最高負荷圧センサ５９は、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxをシャトル弁３９から導入して測定し、これを電気信号として出力する。減算器５６は、吐出圧センサ５８から入力された油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと最高負荷圧センサ５９から入力された最高負荷圧Ｐlmaxとの差圧であるＬＳ差圧Ｐlsを演算し、これを電気信号としてＬＳ制御装置４０へ出力する。なお、減算器５６は、ＬＳ差圧検出装置の一部ではなく、ＬＳ制御装置の一部となるように構成してもよい。このような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、例えば図８で示す第３の変形例のように、ＬＳ差圧検出装置４０Ｃは、上記ＬＳ差圧検出装置４０Ｂと同様の構成としつつ、吐出圧センサ５８及び最高負荷圧センサ５９の油圧導入側に絞り６１を設けてもよい。すなわち、絞り６１を設けることにより、センサの検出値の変動を抑えるようにしてもよい。このような変形例においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
なお、上記第１〜第３の変形例においては、ＬＳ差圧Ｐlsに相当する圧力を出力する差圧検出弁４１を備えていないため、圧力補償弁３５Ａ，３６Ａ等は、対応する方向切換弁の上流側圧力を導入して閉弁側に作用させる受圧部と、対応する方向切換弁の下流側圧力（詳細には、負荷ポートの出力圧）を導入して開弁側に作用させる受圧部と、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsを導入して開弁側に作用させる受圧部と、シャトル弁３９から複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧Ｐlmaxを導入して閉弁側に作用させる受圧部とを有している。
【００５５】
本発明の第２の実施形態を、図１０及び図１１により説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態とは制御手順が異なるロードセンシング制御を行う実施形態である。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５６】
図１０は、本実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【００５７】
本実施形態の電動駆動装置は、上記第２又は第３の変形例と同様、吐出圧センサ５８及び最高負荷圧センサ５９を備えている。ＬＳ制御装置４５Ａは、最高負荷圧センサ５９で検出された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxに予め設定されたＬＳ差圧の目標値Ｐgrを加算し、これを油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0として設定する。また、吐出圧センサ５８で検出された油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが目標値Ｐs0となるように、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。
【００５８】
ＬＳ制御装置４５Ａの詳細を、図１１により説明する。図１１は、ＬＳ制御装置４５Ａの機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００５９】
ＬＳ制御装置４５Ａは、油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0を設定する目標値設定部４７Ａと、吐出圧センサ５８から入力された油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと目標値設定部４７Ａで設定された目標値Ｐs0との差分ΔＰsを演算する減算部４８Ａと、この減算部４８Ａで算出された差分ΔＰsに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１Ａと、このローパスフィルタ部５１Ａで処理された差分ΔＰs”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２Ａとを有している。
【００６０】
目標値設定部４７Ａは、入力装置４６から入力されたＬＳ差圧の目標値Ｐgrを設定する。また、最高負荷圧センサ５９から入力された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧ＰlmaxにＬＳ差圧の目標値Ｐgrを加算し、これを油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0として設定する。
【００６１】
電動・発電機指令演算部５２Ａは、例えば図示のように、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１Ａで処理された油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、例えば双方向コンバータ２８が電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から算出された回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００６２】
なお、上記第１の実施形態と同様、電動・発電機指令演算部５２Ａは、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００６３】
そして、上記第１の実施形態と同様、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる。一方、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出圧の差分ΔＰs”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
【００６４】
なお、上記において、吐出圧センサ５８は、特許請求の範囲に記載の油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段を構成する。また、最高負荷圧センサ５９は、複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧を検出する最高負荷圧検出手段を構成する。また、ＬＳ制御装置４５Ａは、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成し、かつ、最高負荷圧検出手段で検出された複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づいて油圧ポンプの吐出圧に対する目標値を設定し、吐出圧検出手段で検出された油圧ポンプの吐出圧が目標値となるように、それらの差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。
【００６５】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００６６】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、対応する方向切換弁が中立位置に戻されて、要求流量が減少する。これにより、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが増加するとともに、複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxが減少して吐出圧の目標値Ｐs0も減少するので、吐出圧Ｐsが目標値Ｐs0を上回る。そして、ＬＳ制御装置４５Ａは、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsが目標値Ｐs0となるように（言い換えれば、要求流量に見合う油圧ポンプ３０の吐出流量となるように）、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を減少させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、ＬＳ制御装置４５Ａは、電動・発電機指令演算部５２Ａが油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsと目標値Ｐs0との差分ΔＰsに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１Ａが差分ΔＰsに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、油圧ポンプ３０の吐出圧Ｐsの変動（すなわち、ＬＳ差圧Ｐlsの変動）に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。したがって、ハンチングを抑えることができる。
【００６８】
なお、上記第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、ＬＳ制御装置４５Ａは、最高負荷圧センサ５９から入力された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧Ｐlmaxに対し、例えば周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行うローパスフィルタ部を有してもよい。そして、目標値設定部４７Ａは、そのローパスフィルタ部で処理された複数の油圧アクチュエータ２２，２３等の最高負荷圧ＰlmaxにＬＳ差圧の目標値Ｐgrを加算し、これを油圧ポンプ３０の吐出圧の目標値Ｐs0として設定する。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、入力装置４６によってＬＳ差圧の目標値Ｐgrを変更可能とした場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、ＬＳ差圧の目標値Ｐgrは、予め設定された固定値として、ＬＳ制御装置４５に記憶されてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７０】
本発明の第３の実施形態を、図１２〜図１４により説明する。本実施形態は、ネガティブ制御を行う実施形態である。なお、本実施形態において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７１】
図１２は、本実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【００７２】
本実施形態では、油圧ポンプ３０から複数の油圧アクチュエータ２２，２３等へ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数のオープンセンタ型の方向切換弁（詳細には、図１２で示すブーム用方向切換弁３３Ａ及びアーム用方向切換弁３４Ａ、並びに、図示しない左右の走行用方向切換弁、ブレード用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びバケット用方向切換弁。以降、これらを方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等と称す）を備えており、これら方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等は、センタバイパス流路６２を介し直列接続されている。
【００７３】
センタバイパス流路６２の下流側には制御圧発生用絞り６３が設けられており、この絞り６３の上流側圧力を制御圧Ｐnとして検出する制御圧センサ６４が設けられている。そして、例えば全ての操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等が中立位置にある場合（すなわち、全ての方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等が中立位置にある場合）に、センタバイパス流路６２の流量が比較的多くなるので、制御圧Ｐnは比較的大きくなる。一方、例えば操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等のうちのいずれかが最大操作位置にある場合（すなわち、方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等のうちのいずれかが切換位置にある場合）に、センタバイパス流路６２の流量が比較的少なくなるので、制御圧Ｐnは比較的小さくなる。
【００７４】
また、双方向コンバータ２８のコントローラ５５は、電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から電動・発電機２９の回転数（実値）Ｎを演算するようになっている。
【００７５】
そして、双方向コンバータ２８を制御するネガティブ制御装置６６が設けられている。このネガティブ制御装置６６は、双方向コンバータ２８で取得された電動・発電機２９の回転数Ｎに基づいて油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算し、この吐出流量Ｑに対応する制御圧の目標値Ｐn0を設定する。そして、制御圧センサ６４で検出された制御圧Ｐnと目標値Ｐn0との差分ΔＰnに応じて、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。
【００７６】
ネガティブ制御装置６６の詳細を、図１３により説明する。図１３は、ネガティブ制御装置６６の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００７７】
ネガティブ制御装置６６は、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算する吐出流量演算部６７と、この吐出流量演算部６７で算出された吐出流量Ｑに対応する制御圧の目標値Ｐn0を設定する目標値設定部４７Ｂと、制御圧センサ６４から入力された制御圧Ｐnと目標値設定部４７Ｂで設定された目標値Ｐn0との差分ΔＰnを演算する減算部４８Ｂと、この減算部４８Ｂで算出された差分ΔＰnに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１Ｂと、このローパスフィルタ部５１Ｂで処理された差分ΔＰn”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２Ｂとを有している。
【００７８】
吐出流量演算部６７は、油圧ポンプ３０の押しのけ容積（固定値）を予め記憶しており、この油圧ポンプ３０の押しのけ容積と双方向コンバータ２８で取得された電動・発電機２９の回転数Ｎとを積算して、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを算出するようになっている。
【００７９】
目標値設定部４７Ｂは、例えば図１４中実線で示すような演算テーブルに基づき、吐出流量演算部６７で算出された油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑに対応して制御圧の目標値Ｐn0を設定する。この制御圧の目標値Ｐn0は、同じ吐出流量Ｑの条件で、全ての操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等が中立位置にある場合（言い換えれば、全ての方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等が中立位置にある場合）の制御圧Ｐn（図１４中一点鎖線で示す）より所定値ａ（詳細には、制御の応答性等を考慮して予め設定された所定値）だけ小さく、かつ、操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等のうちのいずれかが最大操作位置にある場合（言い換えれば、方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等のうちのいずれかが切換位置にある場合）の制御圧Ｐn（図１４中二点鎖線で示す）より大きくなっている。
【００８０】
したがって、例えば全ての操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等が中立位置にあれば、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑにかかわらず、制御圧Ｐn＞目標値Ｐn0（すなわち、ΔＰn＞０）となり、後述する電動・発電機２９の回転数の可変制御を、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑの減少方向に進めさせることになる。すなわち、制御圧Ｐn＞目標値Ｐn0の関係を維持しながら制御圧Ｐn及び目標値Ｐn0が減少し、最終的に、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑが最小値となる（詳細には、電動・発電機２９の回転数Ｎが最小値となる）。一方、例えば操作レバー２７Ａ，２７Ｂ等のうちのいずれかが最大操作位置にあれば、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑにかかわらず、制御圧Ｐn＜目標値Ｐn0（すなわち、ΔＰn＜０）となり、後述する電動・発電機２９の回転数の可変制御を、油圧ポンプ３０の出流量Ｑの増加方向に進めることになる。すなわち、制御圧Ｐn＜目標値Ｐn0の関係を維持しながら制御圧の目標値Ｐn0が増加し、最終的に、油圧ポンプ３０の吐出流量が最大値Ｑ_maxとなる（詳細には、電動・発電機２９の回転数が最大値Ｎ_maxとなる）。
【００８１】
電動・発電機指令演算部５２Ｂは、図示のように、制御圧の差分ΔＰn”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、制御圧の差分ΔＰn”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１Ｂで処理された制御圧の差分ΔＰn”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、双方向コンバータ２８で取得された回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００８２】
なお、上記実施形態と同様、電動・発電機指令演算部５２Ｂは、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００８３】
そして、上記実施形態と同様、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（詳細には、制御圧の差分ΔＰn”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる。一方、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（詳細には、制御圧の差分ΔＰn”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
【００８４】
なお、上記において、制御圧センサ６４は、特許請求の範囲に記載の絞りの上流側で切換わる複数の方向切換弁のうちの少なくとも１つの切換量の変化に基づき変化する、絞りの上流側圧力を制御圧として検出する制御圧検出手段を構成する。また、双方向コンバータ２８は、電動・発電機の回転数を取得する回転数取得手段を構成する。
【００８５】
また、ネガティブ制御装置６６は、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。また、ネガティブ制御装置６６は、回転数取得手段で取得された電動・発電機の回転数に基づいて油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段と、吐出流量演算手段で算出された油圧ポンプの吐出流量に基づいて制御圧に対する目標値を設定し、制御圧検出手段で検出された制御圧と目標値との差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段とを構成する。
【００８６】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００８７】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、対応する方向切換弁が切換位置から中立位置に戻されて、要求流量が減少する。これにより、制御圧Ｐnが増加して、油圧ポンプの吐出流量Ｑに対応する目標値Ｐn0を上回る。そして、ネガティブ制御装置６６は、制御圧Ｐnと目標値Ｐn0との差分に応じて、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を最終的に最小値Ｎ_minまで減少させる（言い換えれば、要求流量に見合う油圧ポンプ３０の吐出流量となる）。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【００８８】
また、本実施形態においては、ネガティブ制御装置６６は、電動・発電機指令演算部５２Ｂが制御圧Ｐnと目標値Ｐn0との差分ΔＰnに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１Ｂが差分ΔＰnに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、制御圧Ｐnの変動に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。
【００８９】
本発明の第４の実施形態を、図１５〜図１７により説明する。本実施形態は、ポジティブ制御を行う実施形態である。なお、本実施形態において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９０】
図１５は、本実施形態における電動駆動装置の構成を表す概略図である。
【００９１】
本実施形態では、上記第３の実施形態と同様、双方向コンバータ２８のコントローラ５５は、電動・発電機２９の駆動電流の大きさや位相から電動・発電機２９の回転数（実値）Ｎを演算するようになっている。
【００９２】
また、操作装置３７Ａ，３７Ｂ等から出力されたパイロット圧のうちの最も大きいパイロット圧Ｐp（以降、最大パイロット圧Ｐpと称す）を選択して取り出すための複数（本実施形態では７つであり、図１５では４つのみ示す）のパイロット圧用シャトル弁６８が設けられ、最終段のシャトル弁６８の出力圧（すなわち、最大パイロット圧Ｐp）を検出するパイロット圧センサ６９が設けられている。
【００９３】
そして、双方向コンバータ２８を制御するポジティブ制御装置７０が設けられている。このポジティブ制御装置７０は、双方向コンバータ２８で取得された電動・発電機２９の回転数Ｎに基づいて油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算する。また、パイロット圧センサ６９で検出された最大パイロット圧Ｐpに基づいて要求流量Ｑrefを設定し、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑが要求流量Ｑrefとなるように、双方向コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を可変制御するようになっている。
【００９４】
ポジティブ制御装置７０の詳細を、図１６により説明する。図１６は、ポジティブ制御装置７０の機能的構成を関連機器とともに表すブロック図である。
【００９５】
ポジティブ制御装置７０は、パイロット圧センサ６９で検出された最大パイロット圧Ｐpに基づいて要求流量（言い換えれば、吐出流量の目標値）Ｑrefを設定する目標値設定部４７Ｃと、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑを演算する吐出流量演算部６７と、この吐出流量演算部６７で算出された吐出流量Ｑと目標値設定部４７Ｃで設定された要求流量Ｑrefとの差分ΔＱを演算する減算部４８Ｃと、この減算部４８Ｃで算出された差分ΔＱに対しカットオフ周波数ｆのローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ部５１Ｃと、このローパスフィルタ部５１Ｃで処理された差分ΔＱ”に対し所定の演算処理を行い、生成した制御信号を双方向コンバータ２８へ出力する電動・発電機指令演算部５２Ｃとを有している。
【００９６】
目標値設定部４７Ｃは、例えば図１７で示すような演算テーブルに基づき、最大パイロット圧Ｐpに対応する要求流量Ｑrefを設定する。この要求流量Ｑrefは、全ての操作レバーが最大操作位置にある場合（すなわち、パイロット圧センサ６９で検出された最大パイロット圧が全ての方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等に出力された場合（すなわち、）を想定して方向切換弁３３Ａ，３４Ａ等の開口面積とその前後差圧とを積算したものに相当する。
【００９７】
電動・発電機指令演算部５２Ｃは、例えば図示のように、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”がゼロより大きくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮがゼロより小さくなり、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”がゼロより小さくなるに従って電動・発電機２９の回転数の差分Δｑがゼロより大きくなる演算テーブルを予め記憶している。そして、この演算テーブルに基づき、ローパスフィルタ部５１Ｃで処理された油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”から電動・発電機２９の回転数の差分ΔＮを演算し、この差分ΔＮを前回の回転数の指令値（若しくは、双方向コンバータ２８で取得された回転数の実値でもよい）に加算して今回の回転数の指令値とし、これに対応する制御信号を生成して双方向コンバータ２８に出力するようになっている。
【００９８】
なお、上記実施形態と同様、電動・発電機指令演算部５２Ｃは、電動・発電機２９の回転数の上限値及び下限値を予め記憶しており、前述した回転数の指令値を上限値及び下限値で制限している。これにより、パイロットポンプの吐出圧、すなわち操作装置３７Ａ，３７Ｂ等におけるパイロット圧の元圧を確保するようになっている。
【００９９】
そして、上記実施形態と同様、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転数を増加させるとき若しくは維持するときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”≦０であるときに）、電動・発電機２９を電動機として作動させる。一方、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに（詳細には、油圧ポンプ３０の吐出流量の差分ΔＱ”＞０であるときに）、電動・発電機２９を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
【０１００】
なお、上記において、パイロット圧センサ６９は、特許請求の範囲に記載の複数の操作手段の最大操作量を検出する最大操作量検出手段を構成する。また、ポジティブ制御装置７０は、複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。また、ポジティブ制御装置７０は、回転数取得手段で取得された電動・発電機の回転数に基づいて油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段と、最大操作量検出手段で検出された複数の操作手段の最大操作量に基づいて要求流量を設定し、吐出流量演算手段で算出された油圧ポンプの吐出流量が要求流量となるように、それらの差分に応じて電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段を構成する。
【０１０１】
次に、本実施形態の動作及び効果を説明する。
【０１０２】
例えば運転者が単独操作中の操作レバーを中立位置に戻すと、最大パイロット圧Ｐｐが減少し、対応する方向切換弁が切換位置から中立位置に戻されて、要求流量Ｑrefが減少する。そして、ポジティブ制御装置７０は、油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑが要求流量Ｑrefとなるように、双方コンバータ２８を介し電動・発電機２９の回転数を減少させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２９の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
【０１０３】
また、本実施形態においては、ポジティブ制御装置７０は、電動・発電機指令演算部５２Ｃが油圧ポンプ３０の吐出流量Ｑと要求流量Ｑrefとの差分ΔＱに対して演算する前に、ローパスフィルタ部５１Ｃが差分ΔＱに対して周波数ｆ以上の変化成分を除去する処理を行っている。これにより、要求流量Ｑrefの変動に対する電動・発電機２９の回転数の可変制御の感度を下げることができる。したがって、ハンチングを抑えることができる。
【０１０４】
なお、上記第４の実施形態においては、説明しなかったが、油圧アクチュエータの動作速度を変更するための比例係数を入力可能な入力装置（図示せず）を設け、ポジコン制御装置の目標値設定部は、入力装置から入力された比例係数を要求流量Ｑrefに積算して補正してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、上記第１〜第４の実施形態においては、複数の操作手段として、操作レバーの操作位置に対応したパイロット圧を出力する油圧パイロット式の操作装置３７Ａ，３７Ｂ等を採用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、操作レバーの操作位置に対応した電気操作信号を出力する電気レバー式の操作装置を採用してもよい。そして、上記第４の実施形態において、電気レバー式の操作装置を採用した場合には、最大操作量検出手段として、操作装置から出力された電気操作信号のうち最大操作量のものを選択して取り出す演算部を設ければよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、上記第１〜第４の実施形態においては、双方向コンバータ２８は、蓄電装置７からの電力を電動・発電機２９に供給して電動・発電機２９を駆動する第１の制御モード、及び外部電源からの電力を蓄電装置７に供給して蓄電装置７を充電する第２の制御モードを選択的に行えるように構成し、第１の制御モード中、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに回生制御を行う場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、前述した第１の制御モード及び第２の制御モード、外部電源からの電力を電動・発電機２９に供給して電動・発電機２９を駆動する第３の制御モード、並びに外部電源からの電力を電動・発電機２９及び蓄電装置７に供給して電動・発電機２９を駆動するとともに蓄電装置７を充電する第４の制御モードを、モード選択スイッチ（図示せず）の操作に応じて選択的に行えるように構成してもよい。そして、第３の制御モード又は第４の制御モード中、電動・発電機２９の回転数を減少させるときに、外部電源からの電力供給を一時中断しつつ、回生制御を行ってもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、以上においては、本発明の適用対象として、ミニショベルを例にとって説明したが、これに限られず、中型や大型の油圧ショベル（運転質量６トン以上の油圧ショベル）に適用してもよい。また、油圧ショベルに限られず、油圧クレーン等、他の建設機械に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
７ 蓄電装置
１３Ａ 走行用油圧モータ
１３Ｂ 走行用油圧モータ
１５ ブレード用油圧シリンダ
１７ 旋回用油圧モータ
１８ スイング用油圧シリンダ
２２ ブーム用油圧シリンダ
２３ アーム用油圧シリンダ
２４ バケット用油圧シリンダ
２８ 双方向コンバータ（電動・発電機制御手段、回転数取得手段）
２９ 電動・発電機
３０ 油圧ポンプ
３３，３３Ａ ブーム用方向切換弁
３４，３４Ａ アーム用方向切換弁
３５，３５Ａ ブーム用圧力補償弁
３６，３６Ａ アーム用圧力補償弁
３７Ａ 操作装置（操作手段）
３７Ｂ 操作装置（操作手段）
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ ＬＳ差圧検出装置（差圧検出手段）
４５，４５Ａ ロードセンシング制御装置（指令制御手段）
５８ 吐出圧センサ（吐出圧検出手段）
５９ 最高負荷圧センサ（最高負荷圧検出手段）
６２ センタバイパス流路
６３ 絞り
６４ 制御圧センサ（制御圧検出手段）
６６ ネガティブ制御装置（指令制御手段、吐出流量演算手段）
６９ パイロット圧センサ（最大操作量検出手段）
７０ ポジティブ制御装置（指令制御手段、吐出流量演算手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、
前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、
前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、
複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータの動作を指示する複数の操作手段と、
前記複数の操作手段の操作方向及び操作量に応じて、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁とを備えた建設機械の電動駆動装置において、
前記電動・発電機の回転数を可変制御する電動・発電機制御手段と、
前記複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段とを備え、
前記電動・発電機制御手段は、前記要求流量の減少に応じて前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、
前記ロードセンシング差圧を検出する差圧検出手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記差圧検出手段で検出されたロードセンシング差圧が予め設定された目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記ロードセンシング差圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧を検出する最高負荷圧検出手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記最高負荷圧検出手段で検出された前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づいて前記油圧ポンプの吐出圧に対する目標値を設定し、前記吐出圧検出手段で検出された前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の方向切換弁は、オープンセンタ型であり、
前記複数の方向切換弁のセンタバイパス流路の下流側に設けられた絞りと、
前記絞りの上流側で切換わる複数の方向切換弁のうちの少なくとも１つの切換量の変化に基づき変化する、前記絞りの上流側圧力を制御圧として検出する制御圧検出手段と、
前記電動・発電機の回転数を取得する回転数取得手段と、
前記回転数取得手段で取得された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量に基づいて前記制御圧に対する目標値を設定し、前記制御圧検出手段で検出された制御圧と前記目標値との差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記制御圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の操作手段の最大操作量を検出する最大操作量検出手段と、
前記電動・発電機の回転数を検出する回転数取得手段と、
前記回転数取得手段で検出された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記最大操作量検出手段で検出された前記複数の操作手段の最大操作量に基づいて要求流量を設定し、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項１】
蓄電装置と、
前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、
前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、
複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータの動作を指示する複数の操作手段と、
前記複数の操作手段の操作方向及び操作量に応じて、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへ供給する圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁とを備えた建設機械の電動駆動装置において、
前記電動・発電機の回転数を可変制御する電動・発電機制御手段と、
前記複数の操作手段のそれぞれからの操作指令量に基づく要求流量の変化に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算する指令制御手段とを備え、
前記電動・発電機制御手段は、前記要求流量の減少に応じて前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、
前記ロードセンシング差圧を検出する差圧検出手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記差圧検出手段で検出されたロードセンシング差圧が予め設定された目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記ロードセンシング差圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の方向切換弁のそれぞれの前後差圧が、前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧となるように制御する複数の圧力補償弁と、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧を検出する最高負荷圧検出手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記最高負荷圧検出手段で検出された前記複数の油圧アクチュエータの最高負荷圧に基づいて前記油圧ポンプの吐出圧に対する目標値を設定し、前記吐出圧検出手段で検出された前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の方向切換弁は、オープンセンタ型であり、
前記複数の方向切換弁のセンタバイパス流路の下流側に設けられた絞りと、
前記絞りの上流側で切換わる複数の方向切換弁のうちの少なくとも１つの切換量の変化に基づき変化する、前記絞りの上流側圧力を制御圧として検出する制御圧検出手段と、
前記電動・発電機の回転数を取得する回転数取得手段と、
前記回転数取得手段で取得された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量に基づいて前記制御圧に対する目標値を設定し、前記制御圧検出手段で検出された制御圧と前記目標値との差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記制御圧が前記目標値を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
前記複数の操作手段の最大操作量を検出する最大操作量検出手段と、
前記電動・発電機の回転数を検出する回転数取得手段と、
前記回転数取得手段で検出された前記電動・発電機の回転数に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を演算する吐出流量演算手段とを備え、
前記指令制御手段は、前記最大操作量検出手段で検出された前記複数の操作手段の最大操作量に基づいて要求流量を設定し、前記吐出流量演算手段で算出された前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量となるように、それらの差分に応じて前記電動・発電機制御手段への指令値を演算しており、
前記電動・発電機制御手段は、前記油圧ポンプの吐出流量が前記要求流量を上回って前記電動・発電機の回転数を減少させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
【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２０１２−２４６６３２（Ｐ２０１２−２４６６３２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７４４９（Ｐ２０１１−１１７４４９）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【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２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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