CN105473874B - 工程机械 - Google Patents

Abstract

一种工程机械，具备：旋转体(20)；液压马达(27)和电动马达(25)，其将该旋转体作为共同的驱动对象，并相互机械地连结；用于向液压马达供给压力油的液压泵(41)；用于指示旋转体的旋转工作的旋转操作杆(72)；以及控制器(80)，控制液压泵的排出流量和电动马达的输出转矩的至少一方，以使得能够由电动马达单独输出由旋转操作杆指示的旋转体的旋转工作所要求的要求转矩时，伴随着电动马达旋转的液压马达的出口节流压力与入口节流压力接近。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及具备旋转体的工程机械，特别涉及具备用于驱动该旋转体的电动马达和液压马达的混合动力式工程机械。

背景技术

以往，主流的液压挖掘机等具有旋转体的工程机械用发动机来驱动液压泵，并利用从液压泵排出的液压使液压马达旋转，并驱动作为惯性体的旋转体。但是，近年来，为了实现发动机的燃油效率提高、噪音水平的降低以及排气量的降低等，提出了：在一直以来利用于旋转体的驱动的液压马达的基础上，进一步使用从蓄电装置接受电能的供给而被驱动的电动马达来驱动旋转体的混合动力方式的工程机械。

在以混合动力方式驱动旋转体的工程机械中，需要适当地控制液压马达和电动马达分担的驱动转矩，以使得习惯于仅使用液压马达来驱动旋转体的以往方式的工程机械(以往机械)的操作的操作人员能够无不适感地进行操作。

在日本特开2008-63888号公报中公开了如下技术：作为上述混合动力方式的工程机械的控制单元，基于成为设置在旋转体驱动用液压马达上的油的吸入口(输入侧)和排出口(输出侧)的两个端口产生的压差，算出对旋转体驱动用电动马达的转矩指令值。在这里，将旋转加速时的液压马达的转矩与电动马达的转矩的比率和减速时的液压马达的转矩与电动马达的转矩的比率作为参数，确定液压马达的输入侧和输出侧的压差。根据该技术，能够连续并顺畅地驱动控制作为惯性体的旋转体，且能够将制动时的能量作为电能有效地取入蓄电装置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-63888号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，液压马达和电动马达的损耗会根据旋转操作杆的操作量或旋转体的旋转速度独立地变化。然而，上述文献记载的技术根据液压马达的输入侧与输出侧的压差决定用于旋转体的驱动的全部转矩中的电动马达的转矩的比例，而与旋转操作杆的操作量(旋转先导压)无关。因此，未考虑在驱动了液压马达和电动马达的情况下产生的各部的损耗，存在改善能量效率的余地。

本发明为解决上述问题而做出，其目的在于提供一种工程机械，其能够确保与单独由液压马达驱动旋转体的以往的工程机械同等的操作性，并且提高旋转体驱动时的系统整体的能量效率。

用于解决问题的手段

本发明包含多个达成上述目的的单元，如果列举其一例，在工程机械中具备：旋转体；液压马达和电动马达，其将该旋转体作为共同的驱动对象，并相互机械地连结；液压泵，其由原动机驱动，并向所述液压马达供给压力油；操作装置，其用于指示所述旋转体的旋转工作；以及控制装置，控制所述液压泵的排出流量和所述电动马达的输出转矩的至少一方，以使得在能够单独由所述电动马达输出由所述操作装置指示的所述旋转体的旋转工作所要求的要求转矩时，伴随着所述电动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力接近，或该出口节流压力比该入口节流压力大。

发明的效果

根据本发明，在主要由电动马达驱动旋转体时，由于能够降低在伴随着该电动马达旋转的液压马达中产生的损耗，所以改善了旋转体驱动时的能量效率并得到大的燃料减少效果。

附图说明

图1是本发明实施方式的液压挖掘机的侧视图。

图2是图1所示的液压挖掘机搭载的电动·液压设备的系统构成图。

图3是图2的系统构成图的详细图。

图4是提取了图2和图3所示系统构成图中的与上部旋转体的旋转工作相关的液压系统的图。

图5是液压电动复合旋转控制部83的功能框图的一部分。

图6是旋转滑阀44的相对于滑阀行程的旁路节流开口面积、入口节流开口面积以及出口节流开口面积的关系图。

图7是表示了旋转液压马达单独旋转工作的情况下稳定旋转时的液压部的损耗和旋转电动马达单独以与旋转液压马达同等的速度旋转工作的情况下电动部的损耗的图。

图8是在本实施方式中根据旋转杆操作压力设定电动马达25与液压马达27的输出分配而成的旋转输出特性的一例。

图9是使旋转电动马达25的转矩增加的情况下的电动转矩与液压部的损耗的关系图。

图10是将图9所示的阀损耗分解为旁路节流损耗、入口节流损耗以及出口节流损耗而表示的图。

图11是图9和图10的情况下的电动转矩与旋转主压的关系图。

图12是按各旋转电动马达25的转速表示了使旋转电动马达25的转矩增加的情况下的电动转矩与液压部的损耗的关系图。

图13是按各旋转速度表示了旋转电动马达25的目标转矩Tms*与旋转先导压的关系的图。

图14是使液压泵41的流量增加的情况下的泵流量与液压部的损耗的关系图。

图15是图14的情况下的泵流量与旋转主压的关系图。

图16是本实施方式中的旋转液压马达27的液压电路的简略图。

图17是液压泵41的流量为规定值且控制旋转电动马达25的转矩而作出旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态时的流程图。

图18是旋转电动马达25的转矩为规定值且控制液压泵41的流量而作出旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态的情况下的流程图。

图19是将液压泵41的流量保持为待机流量并控制旋转电动马达25的转矩时的流程图。

具体实施方式

首先，在说明本发明的各实施方式前，说明本发明的各实施方式的工程机械所包含的主要特征。

(1)后述的本发明实施方式的工程机械的特征在于，具备：旋转体；液压马达和电动马达，其将该旋转体作为共同的驱动对象，并相互机械地连结；液压泵，其由原动机驱动，并向所述液压马达供给压力油；操作装置，其用于指示所述旋转体的旋转工作；以及控制装置，控制所述液压泵的排出流量(在本稿中，有时使用“泵流量”或“流量”这样的简称)和所述电动马达的输出转矩(在本稿中，有时使用“输出转矩”或“转矩”这样的简称)的至少一方，以使得在能够单独由所述电动马达输出由所述操作装置指示的所述旋转体的旋转工作所要求的要求转矩时，伴随着所述电动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力接近，或该出口节流压力比该入口节流压力大。

发明人们有如下见解：在所述要求转矩变小至能够单独由所述电动马达输出的程度(例如，所述旋转体为低速并处于加速期间时，或所述旋转体的旋转速度为一定时(稳定旋转期间))，且该要求转矩的全部或大部分由所述电动马达输出的情况下，在伴随着该电动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力一致时，驱动该液压马达的液压系统的损耗(液压马达的旁路节流损耗、入口节流损耗以及出口节流损耗之和)会最小化。并且，有如下见解：在所述要求转矩变小至能够单独由所述电动马达输出的程度的情况下，单独由所述电动马达驱动所述旋转体而不利用所述液压马达时效率更高。因此，根据按上述方式构成的工程机械，由于由所述电动马达输出所述要求转矩的全部或大部分时，能够使在伴随着该电动马达旋转的所述液压马达中产生的损耗最小化，所以能够改善旋转驱动时的能量效率并得到大的燃料减少效果。

另外，如上所述，使所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力一致并不是本发明的必须事项。发明人们如下见解：在上述情况下，在难以使所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力一致的情况下，即使该出口节流压力比该入口节流压力大(即，即使在所述液压马达不产生牵引转矩的情况下)，与单独由所述液压马达驱动所述旋转体的情况相比，有时改善了系统整体的能量效率。也就是说，在所述液压马达的出口节流压力比入口节流压力大的情况下，所述液压马达产生制动转矩而作为所述电动马达的负载起作用，但即使这样，根据所述液压马达的排出流量的不同，与单独由所述液压马达驱动所述旋转体的情况相比，有时系统整体的能量效率还是变高。因此，在所述液压马达产生制动转矩的情况下也能够发挥燃料减少效果。

作为即使所述液压马达产生制动转矩也可以看到效率的改善的所述液压泵的流量的具体例，有待机流量。这是由于，通过将泵流量下降为待机流量，能够大幅减少在液压系统的损耗。此外，在本稿中的“待机流量”表示搭载于工程机械的液压执行机构的驱动指示用操作装置(操作杆)均位于中立位置的情况下作为所述液压泵的流量设定的流量。从提高液压系统的效率的观点来看，在全部该操作装置位于中立位置的情况下，优选将能够维持该工程机械的工作的所述液压泵的最低流量设定为待机流量。

此外，作为“所述要求转矩变小至能够单独由所述电动马达输出的程度的情况”的具体例，有操作装置被微操作且所述旋转体为加速期间之时(低速且加速期间之时)、无论所述操作装置的操作量的大小如何所述旋转体的旋转速度为一定之时(稳定旋转期间之时)。这里的“微操作”是指在向所述旋转体的旋转指令时，从所述操作装置输出的旋转操作压力(旋转先导压)成为基准值以下的操作量的区域。作为该基准值，对仅由所述电动马达旋转驱动的情况下的效率和由所述电动马达和所述液压马达旋转驱动的情况下的效率进行比较，适当选择前者成为高效率的值。作为表示该基准值的程度的指标，1.5MPa左右的旋转先导压可成为一个标准。

(2)在上述(1)中，优选的是，所述要求转矩基于所述操作装置的操作量(旋转先导压)和所述旋转体的转速(旋转速度)决定。具体而言，设定为所述操作装置的操作量越增加，所述要求转矩越增加，并且设定为所述旋转体的转速越减小，所述要求转矩越增加。此外，在(1)的情况下，由于是由所述电动马达输出该要求转矩的全部或大部分的情况，所述要求转矩与所述电动马达的转矩同义。

作为上述(1)或(2)中的所述电动马达和所述液压马达的控制的具体例，有以下的(3)和(4)所示的例子。

(3)在上述(1)或(2)中，优选的是，所述操作装置的操作量为基准值以下的微操作区域且所述旋转体处于加速期间时(低速且加速期间之时)，或无论所述操作装置的操作量如何，所述旋转体的旋转速度为一定时(稳定旋转期间之时)，所述控制装置将所述液压泵的排出流量保持为规定的目标值，并且，所述控制装置控制所述电动马达的输出转矩，以使得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流压力大。

也就是说，在该情况下，一边将所述液压泵的流量保持为目标值，一边通过控制所述电动马达的转矩，从而调节入口节流压力和出口节流压力。在该情况下，由于控制电动马达的转矩，所以与控制液压马达的后述的(4)的情况相比响应性较好这一点成为优点。另外，在所述液压马达的基础之上所述液压泵也向其他液压执行机构供给压力油的情况下，当以(4)的方式控制所述液压泵时，虽然有可能也会对所述其他液压执行机构的控制产生影响，但如果按上述方式控制所述电动马达，难以在所述其他液压执行机构的控制中产生本发明的控制的影响这一点也成为优点。

(4)在上述(1)或(2)中，优选的是，所述操作装置的操作量为基准值以下的微操作区域且所述旋转体处于加速期间时，或无论所述操作装置的操作量如何，所述旋转体的旋转速度为一定时，所述控制装置将所述电动马达的转矩保持在基于所述操作装置的操作量和所述旋转体的转速决定的规定的目标值，并且，所述控制装置控制所述液压马达的排出流量，以使得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流压力大。

也就是说，在该情况下，通过一边将所述电动马达的转矩保持为目标值，一边控制所述液压泵的流量，调节入口节流压力和出口节流压力。在该情况下，由于控制液压泵流量(泵输出)，能够直接地降低液压系统的损耗，与(3)的情况相比发动机的燃料消耗量的降低效果较大这一点成为优点。另外，在进行了对所述电动马达的电力供给的限制的情况下也可利用本控制，由此，能够提高能量效率这一点也成为优点。

此外，如上所述，在(3)和(4)的任一种情况下，以所述出口节流压力与所述入口节流压力一致的方式控制所述电动马达和所述液压马达也最有助于系统效率的提高。

(5)在上述(3)中，优选的是，所述操作装置的操作量为所述微操作区域且所述旋转体处于加速期间时，所述控制装置将所述液压泵的排出流量保持在待机流量，并且，所述控制装置控制所述电动马达的输出转矩，以使得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流压力大。

由于“所述操作装置的操作量为所述微操作区域且所述旋转体处于加速期间之时”表示从非操作状态(例如，液压挖掘机中的全部操作装置位于中立位置的状态)开始旋转体的旋转，所以将所述液压泵的流量保持为待机流量并使液压系统的损耗成为最小限度在改善系统效率方面变得重要。在该情况下，由于所述液压泵的流量不能减少至小于待机流量，所以与上述(3)和(4)的情况相比，所述电动马达和所述液压马达的控制受到较大的限制，但如上所述，通过利用控制所述电动马达的转矩值使得所述出口节流压力比所述入口节流压力大，在该情况下也能够改善系统效率。

此外，如上述(1)～(5)，在基于所述出口节流压力和所述入口节流压力控制所述液压泵的流量和所述电动马达的转矩的情况下，也可以利用基于所述液压马达的出口节流压力和入口节流压力的传感器检测值来控制所述液压泵的流量和所述电动马达的转矩的所谓反馈控制。

另外，也可以根据所述要求转矩的大小预先设定所述出口节流压力和所述入口节流压力保持上述关系的所述液压泵的流量和所述电动马达的转矩(例如，用表格预先存储要求转矩、液压泵流量以及电动马达转矩的关系)，并基于该设定值，控制所述液压泵的流量和所述电动马达的转矩。

并且，也可以设为如下构成：暂时利用后者的控制后，通过基于所述出口节流压力和所述入口节流压力的传感器检测值追加利用前者的控制，在后者的控制上添加利用前者的控制(反馈控制)的修正。在按这种方式组合了后者和前者的控制的情况下，能够显著提高本发明的控制的响应性和精度。

以下，作为工程机械，以液压挖掘机为例，具体说明本发明的实施方式。此外，本发明能够应用到具备旋转体的所有作业机械和工程机械，而不限定于应用于液压挖掘机。

图1是本发明实施方式的液压挖掘机的侧视图，图2是图1所示的液压挖掘机搭载的电动液压设备的系统构成图，图3是图2的系统构成图的详细图。此外，也包含这些图和以后的各图在内，有时对同一部分赋予同一标号并省略说明。

如图1所示，本例的液压挖掘机具备：下部行驶体10、能够旋转地安装于下部行驶体10的上部的上部旋转体20以及具有一端与上部旋转体20连结的多关节连杆机构的挖掘机构(前作业装置)30。

下部行驶体10具备左右一对履带11和履带架12(在图1中仅示出单侧)。各履带11经由未图示的减速机构等，由图2所示的一对行驶用液压马达13、14分别独立地驱动。

上部旋转体20具有能够旋转地安装于下部行驶体10的旋转架21，在该旋转架21上搭载有发动机22、由发动机22驱动的辅助发电马达23、旋转电动马达25、与辅助发电马达23和旋转电动马达25连接的作为蓄电装置的电容器24以及旋转液压马达27。另外，在该旋转架21上还搭载有液压系统40和旋转控制系统，所述液压系统40包括图2所示的液压泵41和控制阀42，所述旋转控制系统包括电源控制单元55(power control unit)和控制器(控制装置)80。

旋转架21经由旋转机构26能够旋转地安装于下部行驶体10的上部，所述旋转机构26包括使旋转电动马达25的旋转减速的减速机构，并由旋转电动马达25和旋转液压马达27的驱动力驱动。

另外，在本实施方式中，使用电容器24作为蓄电装置，但是也能够使用蓄电池，也能够并用电容器和蓄电池双方。并且，也可以从有线连接的外部电源接受电力供给来取代蓄电装置。

挖掘机构30具备：动臂31、用于驱动动臂31的动臂液压缸32、被旋转自如地轴支承在动臂31的前端部附近的斗杆33、用于驱动斗杆33的斗杆液压缸34、被能够旋转地轴支承在斗杆33前端的铲斗35以及用于驱动铲斗35的铲斗液压缸36。动臂31的基端部能够旋转地轴支承在旋转架21上。动臂31、斗杆33以及铲斗35以彼此的连结轴为中心转动，由此，进行液压挖掘机的挖掘等作业。

如图2所示，图1的液压系统40具备：发动机22、由发动机22驱动的液压泵41、由经由液压管道43从液压泵41排出的工作油(压力油)驱动的多个液压执行机构(行驶用液压马达13、14、旋转液压马达27、动臂液压缸32、斗杆液压缸34以及铲斗液压缸36)、以及基于来自操作杆72、73(参照图3)的指令切换供给到这些各液压执行机构的工作油的供给量和供给方向的控制阀42。

液压泵41是利用调节器88(泵容量调整装置)变更倾转角从而变更泵容量的可变容量型泵。当变更泵容量时，泵输出和/或泵流量被变更。调节器88由用电气液压信号转换装置75c转换来自控制器80的电信号而成的液压信号控制，并控制液压泵41的容量。

此外，本实施方式的控制阀42使旋转操作杆72(参照图3)的操作量为中间区域时的出口节流开口面积比通常设备(由液压马达旋转单独旋转驱动上部旋转体的设备)大，使操作量为中间区域时的旋转液压马达27的制动转矩(对上部旋转体20制动的方向的转矩)比通常设备小。

如图3所示，作为旋转控制系统，具备控制器80，所述控制器80将控制信号(操作信号)输出给控制阀42和控制电容器24的充放电的电源控制单元55，所述控制信号与来自旋转操作杆72的指令对应。

在图3中，图1的液压挖掘机具备用于起动发动机22的点火开关70和在作业中止时将先导压截断阀76设为ON从而使液压系统不能工作的闸式锁定杆装置71。

电源控制单元55具备：断路器51，其是对从电容器24向旋转电动马达25的电力供给和从旋转电动马达25回收的交流电力向电容器24的充电进行控制的装置，并将从电容器24供给的直流电升压到规定的母线电压；用于驱动旋转电动马达25的变换器(inverter)52；用于驱动辅助发电马达23的变换器53；以及为了使母线电压稳定化而设置的平滑电容器54。

此外，图3中的标号56表示主接触器，该主接触器56具备主继电器和涌浪电流防止电路。

旋转电动马达25的旋转轴与旋转液压马达27的旋转轴机械地连结，用这些各马达产生的合计转矩来驱动上部旋转体20。根据辅助发电马达23和旋转电动马达25的驱动状态(是牵引还是再生)来决定电容器24的充电或放电。

图4是提取了图2和图3所示系统构成图中的与上部旋转体的旋转工作相关的液压系统的图。在该图中，从液压泵41排出的工作油经由旋转滑阀44导入旋转液压马达27，所述旋转滑阀44基于从旋转操作杆72输出的旋转操作杆信号(旋转先导压)被变更位置。此外，旋转滑阀44是控制阀42(参照图2、3)所包含的多个滑阀中的一个。

旋转操作杆72是用于操作人员控制上部旋转体20的旋转工作的部件，将根据其操作量和操作方向生成的液压信号(操作信号)输出到旋转滑阀44的两个压力室中的任一个。旋转操作杆72能够在与上部旋转体20的旋转方向对应的两个方向上操作，并使与操作量成比例的旋转先导压作用于旋转滑阀44的压力室。旋转操作杆72的操作方向和操作量(旋转先导压)能够利用安装于管路的压力传感器74a、74b检测，所述管路用于将来自旋转操作杆72的工作油作用于旋转滑阀44。压力传感器89a、89b的检测值输出给控制器80。此外，压力传感器74a、74b与图3中的液压电信号转换装置74对应。

旋转液压马达27具有成为工作油的入口和出口的两个端口(A端口、B端口)。在本说明书中，将左旋转时成为工作油的入口的端口设为A端口，将成为出口的端口设为B端口，将右旋转时成为工作油的入口的端口定义为B端口，将成为出口的端口定义为A端口。

在图4中，在A端口侧，安装有A端口侧的压力到达溢流压力时被开放的A端口侧溢流阀28，在B端口侧，安装有B端口侧的压力到达溢流压力时被开放的B端口侧溢流阀29。该A端口侧溢流阀28和B端口侧溢流阀29由电磁式可变溢流阀构成，分别控制旋转液压马达27的A端口压力和B端口压力。A端口侧溢流阀28和B端口侧溢流阀29的溢流压力可基于从控制器80输入的溢流压力切换信号变更。

另外，在A端口安装有用于检测A端口的压力的压力传感器87a，在B端口设置有用于检测B端口的压力的压力传感器87b。两个压力传感器87a、87b的输出值输入控制器80。此外，在以下说明中，在共同表示两个压力传感器87a、87b的情况下，有时省略下标而记载为“压力传感器87”。

根据从旋转操作杆72输出并作用于压力室的操作压力控制旋转滑阀44的切换量(滑阀行程)，通过该操作压力，旋转滑阀44被从图4中的中立位置O连续地切换至A位置或B位置。当变更旋转滑阀44的位置时，控制经由旋转滑阀44从液压泵41供给到旋转液压马达27的工作油的流量。

例如，在旋转操作杆72为中立状态的情况下，旋转滑阀44位于中立位置O时，从液压泵41排出的工作油通过旁路节流部而返回油箱。

另一方面，例如，在操作旋转操作杆72以进行左旋转的情况下，旋转滑阀44切换为A位置而旁路节流部的开口面积减小，入口节流部、出口节流部的开口面积增加。从液压泵41排出的工作油通过该A位置的入口节流部而送到旋转液压马达27的A端口，来自旋转液压马达27的返回油通过A位置的出口节流部而返回油箱。通过进行这样的工作油的控制，旋转液压马达27向左旋转。另外，在该情况下，由于工作油从A端口朝向B端口流动，所以压力传感器87a的检测值成为液压马达27的入口节流压力，压力传感器87b的检测值成为其出口节流压力。

另外，例如，在操作旋转操作杆72以进行右旋转的情况下，旋转滑阀44切换为B位置而旁路节流部的开口面积减小，入口节流部、出口节流部的开口面积增加。从液压泵41排出的工作油通过B位置的入口节流部而送到旋转液压马达27的B端口，来自旋转液压马达27的返回油通过B位置的出口节流部而返回油箱。通过进行这样的工作油的控制，旋转液压马达27向与A位置的情况反方向的右旋转。另外，在该情况下，由于工作油从B端口朝向A端口流动，所以压力传感器87a的检测值成为液压马达27的出口节流压力，压力传感器87b的检测值成为入口节流压力。

此外，旋转滑阀44位于中立位置O与A位置的中间时，液压泵41排出的工作油被分配至旁路节流部和入口节流部。中立位置O与B位置的中间的情况也相同。

返回图2和图3，控制器80使用来自压力传感器74的旋转操作杆信号(旋转先导压)、来自压力传感器87的旋转液压马达压力以及来自电源控制单元55的旋转马达速度等信号，进行液压泵41的控制、溢流阀28、29的溢流压力的控制以及电源控制单元55的控制。此外，图3中所示的电气液压信号转换装置75c～75e是将来自控制器80的电信号转换成液压先导信号的各种装置，例如比例电磁阀相当于该装置。

另外，如图3所示，控制器80具备：异常监视·异常处理控制部81、能量管理控制部82、液压电动复合旋转控制部83、液压单独旋转控制部84、用于切换液压电动复合旋转控制部83的驱动和液压单独旋转控制部84的驱动的切换控制部85以及泵流量控制部90。

控制器80对控制阀42和电源控制单元55进行指令，也进行液压单独旋转模式和液压电动复合旋转模式的切换以及各模式的旋转控制、电动系统的异常监视、能量管理等控制。

向液压电动复合旋转控制部83输入：旋转先导压信号，其从旋转操作杆72输出，由液压·电信号转换装置(例如压力传感器)74转换成电信号，并表示旋转操作杆72的操作量和操作方向；旋转马达速度，其从电源控制单元55输出，并表示上部旋转体20的旋转速度；以及旋转工作压力(入口节流压力·出口节流压力)，其从控制阀42输出，由压力传感器(液压电信号转换装置)87a、87b转换为电信号。另外，液压电动复合旋转控制部83输出：向电源控制单元55的旋转电动马达转矩指令；向液压泵41(调节器88)的泵容量指令；以及向A端口侧溢流阀28和B端口侧溢流阀29(参照图2)的溢流压力切换信号。

从电源控制单元55输出的旋转马达速度是与机械地连结于旋转电动马达25的上部旋转体20的旋转速度同值，并且也与旋转液压马达27的旋转速度同值，在本实施方式中，主要利用作为前者的表示上部旋转体20的旋转速度(旋转速度)的值。电源控制单元55中的旋转马达速度的算出能够利用公知的方法，例如，能够根据旋转电动马达25的产生电压值或向旋转电动马达25的电流值来算出。另外，也可以是，取代该构成，在向旋转机构26的上部旋转体20的输出轴的周围安装用于检测上部旋转体20的旋转速度(转速)的速度传感器86(参照图4)，向控制器80输出速度传感器86的检测值，并将其作为上部旋转体20的速度。另外，也可以是，在旋转电动马达25或旋转液压马达27的输出轴的周围设置速度传感器来取代速度传感器86，在该速度传感器的检测值的基础上考虑旋转机构26的减速比而检测上部旋转体20的旋转速度。

泵流量控制部90是基于各种信息，算出操作人员期望的工作所需的液压泵41的输出(吸收转矩)，一边考虑液压泵41的排出压力一边将液压泵41的流量控制为该输出所需的值的部分，所述各种信息包括从操作杆72、73输出的先导压、作用于各液压执行机构的负载以及发动机转速等。能够从泵流量控制部90向调节器88和发动机22输出用于达成期望的泵流量所需的指令，利用该指令控制液压泵41的容量(倾转角)和/或发动机转速。但是，在这里，为了简化说明，仅用泵容量控制泵流量，不特别说明伴随着泵流量控制的发动机转速控制。从泵流量控制部90输出的泵流量指令经由电气液压转换装置75c转换成液压信号并输入调节器88，通过调节器88基于该液压信号变更泵容量从而控制液压泵41的流量。

液压单独旋转控制部84输入从旋转操作杆72输出且由液压·电信号转换装置74转换为电信号而成的旋转先导压信号，并输出向控制阀42的液压旋转特性修正指令和旋转先导压修正信号。

在电源控制单元55、旋转电动马达25、电容器24等电动系统中发生了故障、异常、警告状态的情况下或电容器24的蓄电量成为规定范围外的情况下，异常监视·异常处理控制部81和能量管理控制部82切换切换控制部85并选择液压单独旋转控制部84，进行从液压电动复合旋转模式向液压单独旋转模式的切换。由于旋转的液压系统被匹配成与旋转电动马达25协调工作，所以液压单独旋转控制部84分别向电气液压转换装置75d、75e输出旋转驱动特性修正指令和旋转先导压修正信号(L/R)，进行使旋转液压马达27的驱动转矩增加的修正和使旋转液压马达27的制动转矩增加的修正，从而进行即使没有旋转电动马达25的转矩也不损害旋转操作性这样的控制。

液压单独旋转模式固定开关77在由于某些原因(例如电动系统故障时、或安装特定的附件时等)想固定在液压单独旋转模式的情况下使用，当将固定开关77操作至ON位置时，切换控制部85被固定为选择液压单独旋转控制部84。由此，异常监视·异常处理控制部81和能量管理控制部82在如上所述不将切换控制部85切换至液压单独旋转控制部84的情况下也能够选择液压单独旋转模式。

图5是液压电动复合旋转控制部83的功能框图的一部分。如该图所示，液压电动复合旋转控制部83具备：目标牵引转矩运算部83a、限制增益运算部83b、限制转矩运算部83c、转矩指令值运算部83d、液压泵输出减小控制部83e以及泵流量修正运算部83g。

目标牵引转矩运算部83a输入旋转先导压和旋转电机旋转速度，运算旋转电动马达25的目标牵引转矩并输出。通过从能量管理控制部82输出的能量管理限制转矩要求，目标牵引转矩的值被限制为用此时的电容器24的蓄电剩余量旋转电动马达25可产生的转矩的范围内。具体而言，随着电容器24的电压变低，旋转电动马达25的转矩的上限值变小。

在限制增益运算部83b中，确定与从操作杆73输出的动臂举升操作先导压对应的增益K1。增益K1的最大值为1，动臂举升操作先导压越大，控制增益K1成为越小的值，最终成为零输出。另外，同样地，确定与发动机转速对应的增益K2。增益K2的最大值为1，并设定为：发动机转速越小，控制增益K2成为越小的值。另外，确定与旋转先导压对应的增益K3，在本实施方式中，在旋转先导压的中间区域，增益变大。

在限制转矩运算部83c中，输入旋转液压马达27的旋转主压信号和在限制增益运算部83b中算出的控制增益K3，通过将根据旋转液压马达27的旋转主压运算得到的旋转液压马达27的转矩与限制增益K3相乘，运算限制转矩Tms3并输出给转矩指令值运算部83d。

向转矩指令值运算部83d输入上述的控制增益K1、K2以及上述的限制转矩Tms3。将由目标牵引转矩运算部83a运算得到的目标牵引转矩与上述控制增益K1、K2相乘而算出目标转矩T。并且，输入由限制转矩运算部83c运算得到的限制转矩Tms3，并进行用限制转矩Tms3的值来限制目标转矩T的运算(即，在目标转矩T超过限制转矩Tms3的情况下限制转矩Tms3成为转矩指令值，在目标转矩T为限制转矩Tms3以下的情况下目标转矩T成为转矩指令值)，将其作为转矩指令值输出给电源控制单元55和液压泵输出减小部83e。电源控制单元55基于该转矩指令值，使旋转电动马达25产生转矩。

液压泵输出减小控制部83e输入由转矩指令值运算部83d运算得到的转矩指令值，并向泵流量修正运算部83g输出使液压泵41的输出减少的指令(泵输出减小指令)，以使得旋转液压马达27的转矩减小，减小的量与旋转电动马达25输出的转矩对应。

在泵流量修正运算部83g中，以按照由液压泵输出减小控制部83e运算得到的泵输出减小指令的方式，输出使液压泵41的泵流量减小的指令(泵流量修正指令)。具体而言，泵流量修正指令从泵流量修正运算部83g输出给泵流量控制部90，泵流量控制部90向电气液压转换装置75c输出反映了该泵流量修正指令的泵容量指令。然后，电气液压转换装置75c向调节器88输出与该泵容量指令对应的控制压力，通过调节器88控制斜板的倾转角而控制液压泵41的流量。

如上所述，在本实施方式中，利用液压电动复合旋转控制部83限制液压泵41的输出，以使得旋转液压马达27的转矩减小，减小的量与旋转电动马达25输出的转矩对应。也就是说，通过以旋转电动马达25和旋转液压马达27分别产生的转矩的合计来输出基于旋转操作杆72的操作量和操作方向指示的上部旋转体20的旋转工作所要求的要求转矩，从而旋转驱动上部旋转体20。由此，即使用本实施方式来进行仅由旋转液压马达27使上部旋转体20旋转的与以往机械相同的操作，也能够得到同等的旋转速度。此外，例如，在仅由旋转电动马达25驱动上部旋转体20的情况下，旋转液压马达27产生的转矩成为零，在旋转电动马达25产生的转矩为零的情况下，仅由旋转液压马达27产生的转矩驱动。

在图6中示出本实施方式中的旋转滑阀44的相对于滑阀行程的旁路节流开口面积、入口节流开口面积以及出口节流开口面积。由于滑阀行程根据旋转操作杆72的操作量而变化，也可以考虑为旋转杆操作量。

图6的出口节流开口面积的实线表示在单独由旋转液压马达驱动上部旋转体的工程机械(有时称为“以往机械”)中，能够确保良好的操作性的旋转液压马达的开口面积。另一方面，图6的出口节流开口面积的虚线表示本实施方式中的旋转滑阀44的出口节流开口面积的大小，并设定为起点和终点为与实线表示的开口面积大致相同的面积，在中间区域，本发明比用实线表示的开口面积大。

在该情况下，当旋转滑阀44的出口节流部的开口面积变大时，在旋转液压马达27得到的制动转矩变小。因此，由于制动转矩的大小依存于出口节流部的开口面积的大小，所以旋转杆操作量为中间区域的旋转液压马达27的制动转矩比以往机械的旋转液压马达的制动转矩小。另外，在旋转杆操作量为中立和最大状态时，由于与实线的开口面积大致相同，所以设定为与旋转液压马达27的制动转矩的大小大致相同。

如上所述，在本实施方式的工程机械中，根据相对于旋转操作杆72的操作量决定的旋转滑阀44的出口节流开口面积，决定旋转液压马达27的制动转矩的大小。另一方面，关于驱动转矩，以能够确保与单独由旋转液压马达驱动旋转体的以往机械相同的操作性的方式，决定旋转液压马达27的旁路节流开口面积，并采用与以往机械相同的特性。

以下，说明液压电动旋转复合控制部83中的旋转电动马达25的控制方法和液压泵41的输出(泵输出)的控制方法。

首先，当使用旋转液压马达27的转矩Tom和旋转电动马达25的转矩Tem时，旋转电动马达25的转速(上部旋转体20的转速)ω能够用数学式(1)表示，当使用入口节流压力和出口节流压力时，旋转液压马达27的转矩Tom能够用数学式(2)表示。

在这里，数学式(1)中的Js表示上部旋转体20的惯性力矩，Tloss表示旋转部的损耗。

在本实施方式中，在牵引驱动旋转电动马达25的情况下，为了得到与液压单独工作时同等的操作性，在用旋转操作杆72进行了相同的杆操作时，旋转电动马达转速ω也需要成为同等。即，在进行了相同的杆操作的情况下，控制旋转电动马达的转矩、泵输出，以使得在数学式(2)中，在Tem＝0的情况与Tem≠0的情况下成为同等的ω。

在图7中，用实线表示单独由旋转液压马达进行旋转工作的情况下的稳定旋转时(上部旋转体20的转速收敛于一定值的状态)的液压部的损耗，用虚线表示在同等的速度下单独由旋转电动马达进行了旋转工作的情况下的稳定旋转时的电动部的损耗。由于相对于旋转液压马达的输出，泵输出具有变大的倾向，特别是旋转速度较小的区域，即旋转操作在微操作到半(half)区域中，液压部的损耗相对较大。这是由于，出于确保良好的响应性的观点而将旋转液压马达的开口面积设定为较大，伴随于此，泵输出也变大。另外，在旋转速度较大的区域，即旋转操作接近于全杆(full lever)的区域中，液压部的损耗与其他情况相比相对减少。

另一方面，电动部的损耗响应于旋转速度的增加，即响应于旋转操作杆的操作量，有增加的倾向。这是由于，随着旋转速度变大，旋转电动马达的旋转驱动的旋转输出也增加，对电容器的充放电能量也增加。

因此，在本实施方式中，在微操作区域(旋转速度小且杆操作量小)中，实施效率较高的仅利用电动马达25的旋转驱动，在液压效率变高的旋转区域(旋转速度中或大且杆操作量中或大)中，实施利用电动马达25和液压马达27的复合的驱动。更具体而言，按如下方式设定电动马达25和液压马达27的输出分配。

在本实施方式中，在将基于旋转操作杆72的操作量决定的上部旋转体20的旋转工作所要求的输出(要求转矩)设为1的情况下，通过将旋转电动马达25的输出(转矩)的比例设为α，并用旋转液压马达27输出剩余比例的量(即，1-α)的输出，从而确保与以往机械同等的操作性。在图8中示出根据旋转杆操作压力(也称为旋转先导压)设定电动马达25与液压马达27的输出分配(转矩分配)来作为本实施方式中的旋转的输出特性的例子。

在本实施方式中，如图8所示，在旋转杆操作压力为设定值β以下的微操作区域中，单独由电动马达25输出要求转矩(即α＝1)，在该微操作区域内，设定为随着旋转操作杆操作压力的增加而使电动马达25的输出增加。此外，设定值β为1.5MPa左右的值。

另一方面，在超过设定值β的区域中，由电动马达25和液压马达27双方来输出要求转矩，在该区域内，设定为随着旋转杆操作压力的增加，使电动马达25的输出的比例α减小。

这是由于，如上所述，在旋转杆操作压力低且旋转速度低的区域(操作压力为β以下的区域)中，用电动马达25驱动比用液压马达27驱动效率高，另一方面，在旋转杆操作压力变高的旋转速度高的区域(操作压力超过β的区域)中，液压马达27的驱动的效率变高，其目的在于降低能量消耗。

此外，作为决定设定值β的值时的条件，需要能够单独用旋转电动马达25输出旋转杆操作压力为β时的要求转矩。并且，也可以将能够在此时将液压泵41的流量降低到待机(stand by)流量或其附近添加为条件。这是由于，通过将泵流量下降为待机流量左右，能够大幅降低在液压部的损耗。

但是，上部旋转体的旋转所需的要求转矩不仅根据旋转操作杆72的操作量而变化，也根据上部旋转体20的旋转速度(转速)而变化。具体而言，旋转操作杆72的操作量越增加，要求转矩越增加，并且，上部旋转体20的转速越减小，要求转矩越增加。因此，由于上部旋转体20的转速越增加，要求转矩越降低，所以在上部旋转体20的转速收敛为一定值的状态(稳定旋转时)下，在旋转杆操作压力比β大的区域中，也能够单独由旋转电动马达25输出要求转矩。如图7所示，关于稳定旋转时的液压部和电动部的损耗，由于在整个区域中液压部的损耗较大，所以在能够单独由旋转电动马达25输出要求转矩的情况下，从系统效率方面来看优选仅由旋转电动马达25输出该要求转矩。

另一方面，在本实施方式这样的具备旋转机构的液压挖掘机中，由于旋转电动马达25与旋转液压马达27机械地连结的关系，即使单独由旋转电动马达25输出要求转矩，旋转液压马达27也会一起旋转，所以会产生液压的损耗。

因此，说明在能够单独由旋转电动马达25输出要求转矩的情况下(即，旋转操作杆的操作量为微操作区域时，或虽然旋转操作杆操作量超过微操作区域但稳定旋转时)，在本实施方式中，从提高系统效率的观点来看怎样决定旋转电动马达25的转矩和供给至旋转液压马达27的工作油的流量。

首先，说明在固定了旋转先导压和液压泵41的流量的情况下旋转电动马达25的转矩的决定。在图9中示出将旋转先导压和液压泵41的流量设为固定，并使旋转电动马达25的转矩(电动转矩)逐渐增加的情况下电动转矩与液压部的损耗(阀损耗)的关系。根据图9，倾向于随着增加电动转矩直到某个电动转矩(称为目标转矩Tms*)，阀损耗逐渐下降，当超过目标转矩Tms*时，阀损耗再次增加。

如图9所示，描绘阀损耗向下凸的曲线的理由为：旋转液压马达27的阀部的损耗为图10所示的详细内容。图10是将图9所示的阀损耗分解为旁路节流损耗、入口节流损耗以及出口节流损耗而表示的图。在图10中，在目标转矩(Tms*)以下的区域中，当逐渐增加电动转矩时，由于旋转液压马达27的转矩降低，所以占据阀损耗的大部分的旁路节流损耗减小而能够使阀损耗减小。但是，在超过目标转矩(Tms*)的区域中，由于随着增加电动转矩，出口节流损耗增加至旁路节流损耗的减少量以上，所以阀损耗再次增加。

在图11中示出图9和图10的情况(即旋转先导压相同)下的电动转矩与旋转主压(入口节流压力和出口节流压力)的关系。在电动转矩小于目标转矩(Tms*)的情况下，入口节流压力>出口节流压力(在数学式(2)中，表示液压马达转矩Tom成为正的状态)，由于旋转液压马达27输出驱动转矩，所以损耗变大。在该情况下，越增加电动转矩而接近目标转矩(Tms*)，损耗越小。另一方面，在电动转矩比目标转矩(Tms*)大的情况下，由于入口节流压力<出口节流压力(在数学式(2)中，表示液压马达转矩Tom成为负的状态)，旋转液压马达27输出制动转矩，所以损耗变大。在该情况下，越减小电动转矩而接近目标转矩(Tms*)，损耗越小。结果，整体上来看，如图9所示，随着电动转矩的增加，液压部的损耗会暂时减小，但当超过目标转矩Tms*时，液压部的损耗再次增加。因此，从图11可知，在图9中阀损耗成为最小的“电动转矩与目标转矩(Tms*)一致时”为入口节流压力与出口节流压力相等，且旋转液压马达27的转矩成为0时。

根据上述图9至图11可知，在固定了旋转先导压和泵流量的情况下，按各旋转马达转速存在阀损耗成为最小的电动转矩的值。在图12中示出了例示该电动转矩值的分布的图。

图12是按各旋转电动马达25的转速表示固定旋转先导压和液压泵41的流量时，使旋转电动马达25的转矩(电动转矩)逐渐增加的情况下电动转矩与液压部的损耗(阀损耗)的关系的图。

图12中的转速的大小关系为W1<W2<W3，转速越上升，损耗成为最小的电动转矩(目标转矩)Tms*越下降。当连结各转速的目标转矩Tms*时，如图12所示，能够描绘伴随着转速的上升目标转矩Tms*单调减少的大致左侧下降的曲线。由此，发明人们得到了如下见解：如果以随着该曲线在各转速下损耗成为最小的方式输出电动马达的转矩，则能够使系统效率最优化。如果按这种方式控制旋转电动马达25的转矩，则能够使旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等，并使损耗成为最小限度。

根据图12的结果，当固定液压泵41的流量并使旋转先导压(旋转操作杆72的操作量)变化时，能够按各旋转电动马达25的转速如图13那样表示目标转矩Tms*。

图13是按各旋转速度表示了旋转电动马达25的目标转矩Tms*与旋转先导压的关系的图。图中的旋转速度(转速)的大小关系设为W0<W1<W2。如该图所示，目标转矩Tms*随着旋转操作杆72的操作量变大而增加并收敛为规定的值，随着电动马达25的速度变大而收敛值减小。

由此，如果液压泵41的流量保持为规定值，且没有能量管理限制转矩要求，则液压电动复合旋转控制部83的目标牵引转矩运算部83a能够通过输入旋转先导压和旋转速度并利用图13来决定系统效率良好的目标牵引转矩。

接着，说明固定了旋转先导压和旋转电动马达25的转矩的情况下的液压泵41的流量的决定。在图14中示出将旋转先导压和旋转电动马达25的转矩设为固定，并使液压泵41的流量(泵流量)逐渐增加的情况下的泵流量与液压部的损耗(阀损耗)的关系。如该图所示，与之前说明的电动转矩的图9同样地，倾向于随着增加泵流量直到某个泵流量(称为目标流量Q*)，阀损耗逐渐下降，当超过目标流量Q*时，阀损耗再次增加。

在图15中示出图14的情况下的泵流量与旋转主压的关系。如该图所示，与之前的图11的电动马达25的转矩的情况相比，入口节流压力与出口节流压力的位置关系发生逆转。具体而言，在泵流量小于目标流量(Q*)的情况下，入口节流压力<出口节流压力(在数学式(2)中，表示液压马达转矩Tom成为负的状态)，由于旋转液压马达27输出制动转矩，所以损耗变大。在该情况下，越增加泵流量并接近目标流量(Q*)，损耗越小。另一方面，在泵流量比目标流量(Q*)大的情况下，入口节流压力>出口节流压力(在数学式(2)中，表示液压马达转矩Tom成为正的状态)，由于旋转液压马达27输出驱动转矩，所以损耗变大。在该情况下，越减小泵流量并接近目标流量(Q*)，损耗越小。结果，整体上来看，如图14所示，随着泵流量的增加，液压部的损耗会暂时减小，但当超过目标流量Q*时，液压部的损耗再次增加。因此，从图15可知，在图14中阀损耗成为最小的“泵流量与目标流量(Q*)一致时”为入口节流压力与出口节流压力相等，且旋转液压马达27的转矩成为0时。

根据上述图14和图15可知，在固定了旋转先导压和电动转矩的情况下，按各旋转马达转速存在阀损耗成为最小的泵流量的值。虽然省略此时的泵流量的分布的图示，但当连结各转速的目标流量Q*时，与之前的图12同样地，能够描绘伴随着转速的上升目标流量Q*单调减少的大致左侧下降的曲线。由此，发明人们得到了如下见解：原则上，如果以随着该曲线在各转速下损耗成为最小的方式输出泵流量，则能够使系统效率最优化。如果按这种方式控制液压泵41的流量，则能够使旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等，并使损耗成为最小限度。

接着，说明通过液压泵41的流量控制，能够控制旋转液压马达27的转速(上部旋转体20的转速)。图16是本实施方式中的旋转液压马达27的液压电路的简略图，在该附图中记载了在后述的数学式中利用的该液压电路的各种记号。图16中的入口节流流量Qmi、出口节流流量Qmo以及旁路节流流量Qbo分别表示通过形成于图4的旋转滑阀44内的三个流路时的工作油的流量。

首先，旋转液压马达27和旋转电动马达25的转速(旋转马达转速)W与旋转液压马达的流量(马达流量)Qmt成比例，其关系用以下的数学式表示。

在这里，q表示旋转液压马达27的容量，R表示齿轮比(两个马达25、27与上部旋转体20的减速比)。旋转马达转速W将左旋转定义为正，将右旋转定义为负，旋转电动马达25与旋转液压马达27的转速相同。如果使用数学式(3)，则能够算出为了得到期望的旋转马达转速W所需的旋转液压马达27的流量(旋转马达流量)Qmt。

接着，出口节流流量Qmo用以下的数学式(4)表示。

在这里，Cv表示流体系数，Amo表示旋转液压马达27的出口节流开口面积，Pmo表示旋转液压马达27的出口节流压力。出口节流开口面积Amo设定为在仅由旋转液压马达27驱动的情况下能够确保良好的操作性，并根据旋转先导压而发生变化。当马达流量Qmt设为与出口节流流量Qmo大致相等时，根据数学式(3)和数学式(4)，为了在本实施方式中以相同的旋转杆操作得到与仅由液压马达27驱动的情况下同等的旋转速度，需要与仅由液压马达27驱动的情况下同等的马达流量Qmt即出口节流流量Qmo。当将数学式(4)变形，并将为了得到期望的旋转速度W所需的出口节流流量设为Qmo时，此时的出口节流压力Pmo能够用以下的数学式(5)表示。

另外，当使用为了得到期望的旋转速度W的出口节流流量Qmo时，入口节流流量Qmi也同样地能够用下述式(6)表示。在这里，LossQmt表示旋转部的损耗。

Qmi＝Qmt+LossQmt (6)

另外，与出口节流流量Qmo的数学式(4)同样地，当使用入口节流开口面积Ami时，入口节流流量Qmi用以下的数学式(7)表示。通过与数学式(5)同样地将数学式(7)变形并用入口节流压力Pmi表示，将数学式(6)代入该变形后的数学式的入口节流流量Qmi，入口节流压力Pmi能够用以下的数学式(8)表示。

由于为了得到期望的旋转速度W的出口节流流量Qmt能够预先掌握，此时的入口节流压力Pmi能够通过数学式(8)算出。

另外，当使用旋转的旁路节流开口面积Abo时，旁路节流流量Qbo用以下的数学式(9)表示。

在数学式(8)中，当入口节流压力Pmi设为与泵压力Pp相等，并从数学式(7)和数学式(9)消去Pp和γ时，旁路节流流量Qbo能够用以下的数学式(10)表示。

此外，泵流量Qp是入口节流流量Qmi与旁路节流流量Qbo的合计，能够用以下的数学式(11)算出。

数学式(11)中的入口节流流量Qmi能够通过数学式(7)用入口节流压力Pmi表示，该入口节流压力Pmi能够通过数学式(8)用马达流量Qm表示，并且，该马达流量Qmt能够通过数学式(3)用马达转速W表示。也就是说，泵流量Qp能够用马达转速W表示。因此，通过控制泵流量Qp，能够将旋转马达转速W控制为期望的值。

此外，在实际的控制中，在基于数学式(3)对于各旋转马达转速W决定了作为目标的马达流量Qmt的情况下，首先，使用该马达流量Qmt和数学式(8)算出入口节流压力Pmi，接着，使用该入口节流压力Pmi和数学式(7)算出入口节流流量Qmi，并且，能够使用该入口节流流量Qmi和数学式(11)算出需要的泵流量Qp。在实际的控制逻辑中，也可以对于按各旋转操作杆72的操作量决定的旋转马达转速W，分别预先设定作为目标的泵流量Qp。即，如果以表格形式等在存储装置(例如半导体存储器)中预先存储杆操作量与泵流量Qp的组合，从该表格搜寻与用压力传感器等检测到的杆操作量对应的泵流量Qp，将该搜寻到的值作为目标值，利用控制器80控制液压泵41的流量就足够了。

此外，在本实施方式中，由于仅由旋转电动马达25驱动旋转体20，并按上述方式控制泵流量Qp以使得Pmi＝Pmo(入口节流压力＝出口节流压力)，所以能够从数学式(4)和数学式(8)导出“Qmi＝Ami·Qmo/Amo”，数学式(11)最终能够表示为下述的数学式(12)。

在上述说明中计算得到的泵流量Qp作为泵容量指令从泵流量控制部90输出给电气液压信号转换装置75c，电气液压信号转换装置75c向调节器88输出与该电信号对应的控制压力，通过调节器88控制斜板的倾转角而控制液压泵41的流量。这时，如果控制泵流量使得入口节流压力与出口节流压力相等，则能够使此时的液压部的损耗最小化。此外，由于液压泵41的流量基于泵转速(发动机转速)与泵容量(斜板的倾转角)之积决定，所以如果一边保持斜板的倾转角一边使发动机转速变更则能够进行控制，也可以通过进行发动机转速的控制来取代上述倾转角的控制从而控制泵流量。

接着，说明为了按上述方式作出旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态而利用本实施方式的系统执行的处理的流程图的具体例。

图17是表示在能够仅由旋转电动马达25输出上部旋转体【20】的驱动所需的转矩的情况下，液压泵41的流量保持在规定的目标值并控制旋转电动马达25的转矩而作出旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态时的流程图的图，用图9～图13所示的方法控制旋转电动马达25的转矩。

图17所示的流程图在操作旋转操作杆72期间执行。如果开始旋转操作杆72的操作，则开始该流程图的处理，液压电动复合旋转控制部83输入从旋转操作杆72输出的旋转先导压和从电源控制单元55输出的旋转电动马达转速(旋转马达速度)(S100、S105)，算出上部旋转体20的旋转工作所要求的要求转矩(旋转电动马达25和旋转液压马达27应输出的转矩的合计值)(S110)。

接着，液压电动复合旋转控制部83进行是否能够仅由旋转电动马达25输出在S110中算出的要求转矩的判定(S115)。在S115中判定为能够仅由旋转电动马达25输出的情况下，执行本发明的控制。具体而言，液压电动复合旋转控制部83向电源控制单元55输出与S110的要求转矩相当的转矩值的转矩指令(旋转电动马达转矩指令)，并基于该转矩指令，利用电源控制单元55的变换器来控制旋转电动马达25(S120)。

在该情况下，由于由旋转电动马达25供给全部要求转矩，所以液压电动复合旋转控制部83(泵流量修正运算部83g)不对泵流量控制部90输出泵流量修正指令(S125)。由此，泵流量控制部90将泵流量控制为根据其他条件决定的规定的流量值而不进行利用泵流量修正指令的修正。

在S130中，液压电动复合旋转控制部83输入旋转工作压力，判定该入口节流压力与该出口节流压力之差的绝对值(在以下说明中，有时称为“压力差”)是否小于设定值ε，如果该压力差小于设定值ε，则确定为入口节流压力与出口节流压力相等，所述旋转工作压力是压力传感器87a、87b的检测值，并表示入口节流压力和出口节流压力。如果在S130中压力差小于设定值ε，则使旋转电动马达的转矩指令保持不变并返回S100，与上述说明同样地反复进行后续的处理。

另一方面，在S130中压力差为设定值ε以上的情况下，基于来自压力传感器87a、87b的输入值，判定出口节流压力是否比入口节流压力大(S135)。在S135中判定为出口节流压力较大的情况下，根据图11，由于液压马达27产生制动转矩，为了使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近，液压电动复合旋转控制部83从刚刚输出的值(即，在S120、S140或S145中输出的值)减小旋转电动马达25的转矩指令(S140)，并返回S130。如果S140完成，则返回S130，再次进行压力差的判定，控制旋转电动马达25的转矩直到S130的判定成为正确。

此外，作为S140中的一次的转矩减少量，利用预先设定的相同的值。在该情况下，通过反馈控制，入口节流压力的值与出口节流压力的值逐渐接近。另外，也可以按照每个在S130中算出的压力差的值的大小，预先确定S140中的转矩减少量，在短时间内使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近。

另一方面，在S135中判定为入口节流压力较大的情况下，根据图11，由于液压马达27产生驱动转矩，为了使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近，液压电动复合旋转控制部83从刚刚输出的值(即，在S120、S140或S145中输出的值)增加旋转电动马达25的转矩指令(S145)，并返回S130。如果S145完成，则返回S130，再次进行压力差的判定，控制旋转电动马达25的转矩直到S130的判定成为正确。此外，关于S145中的一次的转矩增加量，与S140相同。

此外，在S115中判定为仅由旋转电动马达25不能输出要求转矩的情况下，在S150中，执行与旋转液压马达27的复合旋转处理，关于该情况下的具体处理，由于与本发明的关联性较低，所以省略说明。

当按上述方式控制旋转电动马达25的转矩时，由于即使入口节流压力与出口节流压力的值不同，也能够使两者的值接近，所以能够将由液压马达27产生的转矩保持为近似零。由此，能够使液压部的损耗成为最小限度，并且能够执行损耗少的仅利用旋转电动马达25的上部旋转体20的旋转工作，所以能够改善旋转驱动时的能量效率并得到大的燃料减少效果。

另外，在上述情况下，由于控制电动马达25的转矩，与控制液压泵41的后述的图18的情况相比，响应性好这一点成为优点。另外，在液压马达27的基础之上液压泵41也向其他液压执行机构供给压力油的情况下，当以图18的方式控制液压泵41时，虽然有可能也会对该其他液压执行机构的控制产生影响，但如果按上述方式控制电动马达25，难以在该其他液压执行机构的控制中产生本发明的控制的影响这一点也成为优点。

图8是表示在能够仅由旋转电动马达25输出上部旋转体20的驱动所需的转矩(要求转矩)的情况下，旋转电动马达25的转矩保持在根据要求转矩决定的规定的目标值并控制液压泵41的流量而作出旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态的情况下的流程图的图，用图14、图15所示的方法控制液压泵41的流量。与图17的流程图同样地，该图所示的流程图在操作旋转操作杆72期间执行，由于从S100至S135和S150与图17相同，所以省略说明。

在图18的S135中判定为出口节流压力较大的情况下，根据图15，由于液压马达27产生制动转矩，为了使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近，液压电动复合旋转控制部83向泵流量控制部90输出从刚刚输出的值(即，在S125、S160或S165中输出的值)起增加液压泵41的流量的修正指令(泵流量修正指令)(S160)，并返回S130。如果S160完成，则返回S130，再次进行压力差的判定，控制液压泵41的流量直到S130的判定成为正确。

此外，作为S160中的一次的流量增加量，利用预先设定的相同的值。在该情况下，通过反馈控制，入口节流压力的值与出口节流压力的值逐渐接近。另外，也可以按照每个在S130中算出的压力差的值的大小，预先确定S160中的流量减少量，在短时间内使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近。

另一方面，在S135中判定为入口节流压力较大的情况下，根据图15，由于液压马达27产生驱动转矩，为了使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近，液压电动复合旋转控制部83向泵流量控制部90输出从刚刚输出的值(即，在S125、S160或S165中输出的值)起减小液压泵41的流量的修正指令(泵流量修正指令)(S165)，并返回S130。如果S165完成，则返回S130，再次进行压力差的判定，控制液压泵41的流量直到S130的判定成为正确。此外，关于S165中的一次的流量减少量，与S160相同。

当按上述方式控制液压泵41的流量时，由于即使入口节流压力与出口节流压力的值不同，也能够使两者的值接近，所以能够将由液压马达27产生的转矩保持为近似零。由此，能够使液压部的损耗成为最小限度，并且能够执行损耗少的仅利用旋转电动马达25的上部旋转体20的旋转工作，所以能够改善旋转驱动时的能量效率并得到大的燃料减少效果。

另外，在上述情况下，由于控制液压泵41的流量，能够直接地降低液压系统的损耗，与图17的情况相比发动机22的燃料消耗量的降低效果较大这一点成为优点。另外，在进行了对电动马达25的电力供给的限制的情况下也可利用本控制，由此，能够提高能量效率这一点也成为优点。

在图17和图18的例子中，以使液压马达27的出口节流压力与入口节流压力一致为前提进行了说明，但这并不是必须的事项。例如，在旋转操作杆72的操作量为微操作区域且上部旋转体20为加速期间或一定速度(稳定旋转中)的情况下，能够将液压泵41的流量保持为待机流量。发明人们认识到：在该情况下，由于泵流量保持为最小而能够大幅降低液压部的损耗，所以即使在该状态下液压马达27的出口节流压力变得比入口节流压力大(即，即使液压马达27产生制动转矩)，与单独由液压马达驱动上部旋转体20的情况相比改善了系统整体的能量效率。接着，使用图19说明该情况下的具体处理内容。

图19是表示在能够仅由旋转电动马达25输出上部旋转体20的驱动所需的转矩的情况下，将液压泵41的流量保持在待机流量，同时控制旋转电动马达25的转矩时的流程图的图。与图17的流程图同样地，该图所示的流程图在操作旋转操作杆72期间执行，由于从S100至S115和S150与图17相同，所以省略说明。

在图19的S115中，在判定为能够仅由旋转电动马达25输出的情况下，液压电动复合旋转控制部83进行旋转杆操作压力是否为设定值β以下，即旋转操作杆72的操作量是否为微操作区域的判定(S170)。在S170中判定为操作压力为设定值β以上的情况下，液压电动复合旋转控制部83向电源控制单元55输出与S110的要求转矩相当的转矩值的转矩指令(旋转电动马达转矩指令)，并基于该转矩指令，利用电源控制单元55的变换器来控制旋转电动马达25(S120)。

在该情况下，液压电动复合旋转控制部83(泵流量修正运算部83g)对泵流量控制部90输出将泵流量保持为待机流量的泵流量修正指令(S175)。由此，泵流量控制部90将液压泵41的流量保持为待机流量。

在S130中，液压电动复合旋转控制部83判定旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力之差的绝对值(压力差)是否小于设定值ε，如果该压力差小于设定值ε，则确定为入口节流压力与出口节流压力相等。如果在S130中压力差小于设定值ε，则使旋转电动马达的转矩指令保持不变并返回S100，与上述说明同样地反复进行后续的处理。

另一方面，在S130中压力差为设定值ε以上的情况下，基于来自压力传感器87a、87b的输入值，判定出口节流压力是否比入口节流压力大(S135)。在S135中判定为出口节流压力较大的情况下，虽然根据图11液压马达27会产生制动转矩，但由于即使这样与以往机械相比在系统效率方面还是优异，所以将旋转电动马达25的转矩指令保持不变并返回S100，与上述说明同样地反复进行后续的处理。

另一方面，在S135中判定为入口节流压力较大的情况下，根据图11，由于液压马达27产生驱动转矩，为了使入口节流压力的值与出口节流压力的值接近，液压电动复合旋转控制部83从刚刚输出的值(即，在S120或S180中输出的值)增加旋转电动马达25的转矩指令(S180)，并返回S130。如果S180完成，则返回S130，再次进行压力差的判定，控制旋转电动马达25的转矩直到S130的判定成为正确。此外，关于S180中的一次的转矩增加量，与图17的情况下说明的相同。

此外，在判定为在S170中操作压力超过设定值β的情况下，进入图17的S120或图18的S120，执行各图的处理。然后，如果到达各图的流程图的最后(RETURN)，则返回图19，反复进行S100以后的处理。此外，既可以预先设定应进入图17的S120和图180的S120中的任一个，也可以设为能够用开关等切换器来手动适宜切换。此外，在按这种方式判定为操作压力超过设定值β的情况例如对应于在操作量超过β的状态下上部旋转体20处于稳定旋转期间的情况。由于稳定旋转期间要求转矩充分下降，所以有时能够仅由旋转电动马达25输出要求转矩。这也对应于图17和图18的情况，作为执行该两个图的流程图中的S120以后的处理的具体情况，可列举上部旋转体20处于稳定旋转期间的情况。

当按上述方式控制旋转电动马达25的转矩时，即使入口节流压力与出口节流压力的值不同，也能够使两者的值接近系统效率提高的值。由此，能够降低液压部的损耗，并且能够执行损耗少的仅利用旋转电动马达25的上部旋转体20的旋转工作，所以能够改善旋转驱动时的能量效率并得到大的燃料减少效果。

此外，在上述S170中，分类为进行旋转操作杆72的操作量是否为微操作区域的判定并是否进入S120，但也可以执行是否能够将液压泵41保持为待机流量这样的处理来取代上述S170的处理。

如以上说明地，根据本实施方式，由于通过将旋转电动马达25的转矩或液压泵41的流量控制为最佳，能够使由旋转液压马达27和旋转电动马达25的驱动产生的损耗的合计成为最小，所以能够最优化旋转驱动时的系统效率。也就是说，能够有效活用能量而不损害操作人员的操作感，并能够削减燃料消耗量。

此外，在上述各例中，为了容易理解本发明，说明了固定液压泵41的流量的情况下的旋转电动马达25的转矩控制、固定旋转电动马达25的转矩的情况下的液压泵41的流量控制，但如果能够作出旋转液压马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态(或两者的值接近的状态)，则也可以控制旋转电动马达25的转矩和液压泵41的流量的双方或至少一方。

另外，在上述说明中，通过一边用压力传感器87a、87b检测旋转液压马达27的入口节流压力和出口节流压力，一边对旋转电动马达25的转矩或液压泵41的流量进行反馈控制以使得两者之差收敛在规定范围内，从而实现了系统效率的改善，但也可以进行以下的控制。即，也可以按各旋转先导压的值与旋转电动马达25的转速的组合来预先设定液压马达27的入口节流压力和出口节流压力收敛在规定范围内的旋转电动马达25的转矩或液压泵41的流量的目标值，并以表格形式预先将该设定存储在例如控制器80内的存储装置等后，从该表格搜寻与用各种传感器检测到的旋转先导压和旋转电动马达25的转速的值对应的旋转电动马达25的转矩值或液压泵41的流量值，将该搜寻到的值作为目标值进行转矩控制或流量控制。并且，在进行了该控制的情况下，也可以通过执行图17至图19所示的流程图的一连串处理，利用反馈控制消除由基于该表格的控制产生的误差，从而实现精度提高。在按这种方式组合了这两种控制的情况下，能够显著提高本发明的控制的响应性和精度。

此外，在上述说明中，将液压挖掘机列举为具体例进行了说明，但只要是具备上部旋转体且具有由电动马达和液压马达驱动该旋转体的机构的机械，则本发明也能够应用于吊车等其他工程机械中。

另外，本发明不限定于上述实施方式，包括不偏离其主旨的范围内的各种变形例。例如，本发明不限定于具备在上述实施方式中说明的全部构成的方案，也包括删除了其构成的一部分的方案。

另外，上述控制器80的各构成或该各构成的功能和执行处理等的一部分或全部也可以用硬件(例如用集成电路设计执行各功能的的逻辑等)来实现。另外，上述控制器80的构成也可以设为通过利用运算处理装置(例如CPU)来读出·执行，从而实现控制器80的构成的各功能的程序(软件)。该程序的信息例如能够存储于半导体存储器(闪速存储器、SSD等)、磁存储装置(硬盘驱动器等)以及记录介质(磁盘、光盘等)等。

另外，在上述实施方式的说明中，控制线、信息线表示理解为该实施方式的说明所需要的线，并不一定表示产品上的全部控制线、信息线。实际上，也可以认为基本上全部构成相互连接。

标号说明

20…上部旋转体，22…发动机，24…电容器，25…旋转电动马达，26…减速机构，27…旋转液压马达，30…挖掘机构，31…动臂，32…动臂液压缸，33…斗杆，34…斗杆液压缸，35…铲斗，36…铲斗液压缸，44…旋转用滑阀，40…液压系统，41…液压泵，42…控制阀，51…断路器，52…旋转电动马达用变换器，54…平滑电容器，55…电源控制单元，56…主接触器，70…点火开关，71…闸式锁定杆，72…旋转操作杆，73…操作杆（旋转以外），74…液压·电信号转换装置（压力传感器），75…电气液压信号转换装置，76…先导压信号截断阀，77…液压单独旋转模式固定开关，80…控制器，81…异常监视·异常处理控制部，82…能量管理控制部，83…液压电动复合旋转控制部，83a…目标牵引转矩运算部，83b…限制增益运算部，83c…限制转矩运算部，83d…转矩指令值运算部，83e…液压泵输出减小控制部，83g…泵流量修正运算部，84…液压单独控制部，86…速度传感器，87…压力传感器，88…调节器，90…泵流量控制部。

Claims (5)

1.一种工程机械，具备：

旋转体；

液压马达和电动马达，其将该旋转体作为共同的驱动对象，并相互机械地连结；

液压泵，其由原动机驱动，并向所述液压马达供给压力油；

操作装置，其用于指示所述旋转体的旋转工作；

所述工程机械的特征在于，还包括：

控制装置，其控制所述液压泵的排出流量和所述电动马达的输出转矩的至少一方，以使得在能够单独由所述电动马达输出由所述操作装置指示的所述旋转体的旋转工作所要求的要求转矩时，伴随着所述电动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力接近，或该出口节流压力比该入口节流压力大。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

所述要求转矩基于所述操作装置的操作量和所述旋转体的转速决定。

3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

所述操作装置的操作量为基准值以下的微操作区域且所述旋转体处于加速期间时，或无论所述操作装置的操作量如何，所述旋转体的旋转速度为一定时，

所述控制装置将所述液压泵的排出流量保持为规定值，并控制所述电动马达的输出转矩，以使得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流压力大。

4.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

所述操作装置的操作量为基准值以下的微操作区域且所述旋转体处于加速期间时，或无论所述操作装置的操作量如何，所述旋转体的旋转速度为一定时，

所述控制装置将所述电动马达的输出转矩保持在规定值，并控制所述液压马达的排出流量，以使得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流压力大。

5.根据权利要求3所述的工程机械，其特征在于，

所述操作装置的操作量为所述微操作区域且所述旋转体处于加速期间时，

所述控制装置将所述液压泵的排出流量保持在待机流量，并控制所述电动马达的输出转矩，以使得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流压力大。