混合动力式工程机械技术领域
本发明涉及作为旋转体的驱动源而具有液压马达和电动马达双
方的混合动力式工程机械。
背景技术
在具有由发动机驱动的液压泵、由来自该液压泵的工作油驱动的
液压执行机构和旋转体的工程机械(例如，液压挖掘机)中，存在通
过电动马达进行旋转体的驱动和制动、并将旋转制动时的旋转体的动
能再生为电能的混合动力式工程机械。在该工程机械中，利用旋转制
动时得到的再生电力并通过电动马达来驱动旋转体，由此，降低液压
泵动力(即发动机载荷)，谋求基于发动机的燃料消耗量的削减而实
现的节能化。
在这种混合动力式工程机械中，存在作为用于使旋转体旋转的马
达(旋转马达)而搭载有液压马达(液压旋转马达)和电动马达(电
动旋转马达)双方的(液压电动复合旋转)工程机械(例如，专利文
献1)。在该混合动力式工程机械的液压系统中，与搭载于以往型工
程机械的液压系统相同，为通过从同一液压泵排出的液压油来驱动液
压旋转马达和其他液压执行机构(液压缸)的回路结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-241653号公报
发明内容
在像上述那样液压旋转马达和其他液压执行机构从同一液压泵
接受液压油供给的液压系统的情况下，在由操作员同时操作该液压旋
转马达和该其他液压执行机构时，在载荷相对小(载荷压低)的执行
机构中流入有更多的工作油。因此，在液压旋转马达的载荷相对小的
情况下，更多的工作油流入到液压旋转马达中而旋转体加速，存在操
作员的操作感降低的倾向。尤其在像上述那样通过液压旋转马达和电
动旋转马达双方来驱动旋转体的液压系统的情况下，由于基于电动旋
转马达的驱动辅助而使液压旋转马达的载荷小于以往型工程机械，所
以更多的工作油流入到液压旋转马达中的上述倾向变得显著。
作为像上述那样液压旋转马达和其他液压执行机构从同一液压
泵接受工作油供给的液压系统，通常作为该其他液压执行机构而配置
了液压挖掘机中的动臂液压缸。在这样的液压系统的情况下，在旋转
操作中执行动臂抬升操作(旋转动臂抬升操作)时，与液压旋转马达
相比相对大的载荷作用于动臂液压缸，由此导致液压泵压上升，高压
的工作油流入(被压入)到载荷轻的液压旋转马达而使旋转体加速。
例如，在一边以低速旋转一边使悬吊荷物准确地移动到规定目标位置
的荷物悬吊作业中，在为了于低速旋转中将悬吊荷物抬升而进行动臂
抬升操作的情况下，在动臂抬升操作开始时，旋转体违背操作员的意
图而加速，导致操作员难以使悬吊荷物准确停止在该目标位置。
本发明的目的在于，在作为旋转体的驱动源而具有液压马达和电
动马达双方的混合动力式工程机械中，能够良好地保持旋转复合动作
时的操作员的操作感。
(1)为了实现上述目的，本发明为一种混合动力式工程机械，
具有：旋转体；液压泵；液压旋转马达，其通过来自上述液压泵的工
作油来驱动上述旋转体；电动旋转马达，其与上述液压旋转马达一起
驱动上述旋转体；和液压执行机构，其存在与上述旋转体同时动作的
情况，且通过来自上述液压泵的工作油而驱动，其中，还具有：入口
节流控制用的方向控制阀，其控制从上述液压泵向上述液压旋转马达
供给的液压油的流动；出口节流控制用的方向控制阀，其控制来自上
述液压旋转马达的返回油的流动；和限制装置，其限制上述入口节流
控制用的方向控制阀的动作，在上述液压执行机构与上述旋转体同时
动作时，通过上述限制装置使上述入口节流控制用的方向控制阀无法
动作，而使上述旋转体仅由上述电动旋转马达驱动。
在这样构成的本发明中，能够良好地保持旋转复合操作时的操作
员的操作感。
(2)上述(1)中，优选的是，上述入口节流控制用的方向控制
阀是配置在构成将上述液压泵与油箱连接的油路的一部分的中间旁
通油路上、且具有控制从上述液压泵向油箱返回的液压油的流量的功
能的方向控制阀，上述出口节流控制用的方向控制阀是配置在上述中
间旁通油路以外的油路上的方向控制阀。
(3)上述(2)中，优选的是，上述入口节流控制用的方向控制
阀是配置在构成将上述液压泵与油箱连接的油路的一部分的中间旁
通油路上、且具有控制从上述液压泵向油箱返回的液压油的流量的功
能的方向控制阀，上述出口节流控制用的方向控制阀是配置在上述中
间旁通油路上、但不具有控制从上述液压泵向油箱返回的液压油的流
量的功能的方向控制阀。
(4)上述(2)或(3)中，优选的是，上述入口节流控制用的
方向控制阀及上述出口节流控制用的方向控制阀是通过相同的操作
先导压而切换的方向控制阀，上述限制装置具有在上述液压执行机构
与上述旋转体同时动作时，切断向上述开口节流控制用的方向控制阀
导入的操作先导压的阀装置。
发明效果
根据本发明，在作为旋转体的驱动源而具有液压马达和电动马达
双方的混合动力式工程机械中，能够良好地保持旋转复合动作时的操
作员的操作感。
附图说明
图1是本发明的实施方式的混合动力式液压挖掘机的侧视图。
图2是第1实施方式的液压系统的概略结构图。
图3是本发明的实施方式的电磁减压阀及逆变器装置的控制框
图。
图4是本发明的实施方式的电磁减压阀的控制流程图。
图5是本发明的实施方式的逆变器装置的控制流程图。
图6是以往型液压系统的概略结构图。
图7是第2实施方式的液压系统的概略结构图。
图8是第3实施方式的液压系统的概略结构图。
附图标记说明
1液压泵；2旋转用的方向控制阀；3液压旋转马达；4油箱；5、
6溢流阀；7、8补给阀；9先导液压源；10旋转操作装置；10a操作
杆；11压力传感器(右转先导压传感器)；12压力传感器(左转先
导压传感器)；13控制器；14电动旋转马达；15动臂用的方向控制
阀；16动臂液压缸；19动臂操作装置；19a操作杆；20压力传感器
(动臂抬升先导压传感器)；22、23、25单向阀；24溢流阀；28、
33旋转用的第1方向控制阀；28a、28b受压部；29a、29b受压部；
32a、32b受压部；33a、33b受压部；34a、34b受压部；29、32、34
旋转用的第2方向控制阀；30、31电磁减压阀；40下部行驶体；41a、
41b履带；45a、45b履带架；46、47行驶用液压马达；50上部旋转
体；51发动机；52辅助发电马达；54蓄电装置；58旋转架；59减速
机构；60前作业装置；61动臂；62斗杆；63斗杆液压缸；65铲斗；
66铲斗液压缸；71液压油供给油路；72中间旁通油路；73入口节流
式油路；74L、74R执行机构油路；75液压油排出油路；81L1、81R1
先导油路；81L2、81R2先导油路；82L、82R、83U、83D先导油路；
103逆变器装置
具体实施方式
以下，作为工程机械以液压挖掘机为例，使用附图说明本发明的
各实施方式。此外，本发明能够普遍适用于包括上部旋转体和作为该
上部旋转体的驱动源而具有液压旋转马达及电动旋转马达双方的工
程机械，本发明的适用对象不限定于以下说明中使用的履带式的液压
挖掘机。例如，也能够适用于轮式的液压挖掘机和起重机等其他工程
机械。
《第1实施方式》
～结构～
图1是本发明的实施方式的混合动力式液压挖掘机的侧视图。该
图所示的混合动力式液压挖掘机具有下部行驶体40、上部旋转体50
和前作业装置60。
下部行驶体40具有一对履带41a、41b及履带架45a、45b(仅图
示出一侧)、独立地驱动控制各履带41a、41b的一对行驶用液压马
达46、47及其减速机构(未图示)。
上部旋转体50具有作为原动机的发动机51、辅助发电马达52、
液压泵1、液压旋转马达3、电动旋转马达14、蓄电装置54、减速机
构59、和搭载这些装置的旋转架58。
辅助发电马达52与发动机51机械连结，在蓄电装置54中残存
有电力的情况下对发动机51进行辅助，在没有残存电力的情况下由
发动机51驱动而进行发电。液压泵1与发动机51机械连结，汲取油
箱(未图示)内的工作油而向各液压执行机构供给工作油。
液压旋转马达3及电动旋转马达14均为上部旋转体50的驱动源，
经由减速机构59对上部旋转体50进行旋转驱动。液压旋转马达3通
过来自液压泵1的工作油对上部旋转体50进行旋转驱动。电动旋转
马达14通过来自蓄电装置54或辅助发电马达52的电力对上部旋转
体50进行旋转驱动。关于作为上部旋转体50的驱动源如何使用液压
旋转马达3及电动旋转马达14(例如，使用液压旋转马达3和电动旋
转马达14双方或使用其中某一方)，根据其他液压执行机构的动作
状态和/或蓄电装置54的蓄电残量等而适当变更。电动旋转马达14
和液压旋转马达3的驱动力经由减速机构59而传递，通过该驱动力
相对于下部行驶体40对上部旋转体50(旋转架58)进行旋转驱动。
蓄电装置54进行向辅助发电马达52及电动旋转马达14的供电
和对这些马达52、14所产生的电力的蓄电。作为蓄电装置54，例如，
能够利用双电层电容器。
在上部旋转体50的前方部分上安装有前作业装置60(挖掘机构)。
前作业装置60具有动臂61、用于驱动动臂61的动臂液压缸16、能
够旋转地安装在动臂61的前端部分上的斗杆62、用于驱动斗杆62
的斗杆液压缸63、能够旋转地安装在斗杆62的前端部分上的铲斗65、
和用于驱动铲斗65的铲斗液压缸66。
在上部旋转体50的旋转架58上，搭载有用于控制上述的行驶用
液压马达46、47、液压旋转马达3、动臂液压缸16、斗杆液压缸63、
铲斗液压缸66等液压执行机构的驱动的阀块(未图示)。
图2是本发明的第1实施方式的液压挖掘机(工程机械)所具有
的中立全开方式的液压系统的概略结构图。在此，与上部旋转体50
同时动作的液压执行机构为动臂液压缸16。另外，作为对象动作，设
想通过安装在斗杆与铲斗的结合部附近的钩等进行的“荷物悬吊作
业”而进行说明。因此，在图2中，仅图示了与图1所示的液压挖掘
机所搭载的各液压执行机构中的液压旋转马达3和动臂液压缸16的
驱动控制相关的部分。此外，存在对与前图相同的部分标注相同附图
标记并省略说明的情况(对于后图也是同样的)。
图2所示的液压系统具有：配置于中间旁通油路72且控制向液
压旋转马达3供给的工作油的方向及流量的方向控制阀28(以下称作
旋转用的第1方向控制阀)；配置于中间旁通油路72以外的油路且
用于控制从液压旋转马达3排出的工作油的流量的方向控制阀29(以
下称作旋转用的第2方向控制阀)；控制向动臂液压缸16供给的工
作油的方向及流量的方向控制阀15(以下称作动臂用的方向控制阀)；
输出用于操作上部旋转体50的旋转动作的液压操作信号(先导压)
的旋转操作装置10；输出用于操作动臂61的转动动作(动臂液压缸
16的伸缩动作)的液压操作信号(先导压)的动臂操作装置19；电
磁减压阀30、31；进行包含电动旋转马达14及电磁减压阀30、31
等的控制的、与整个液压挖掘机相关的控制的控制器13；用于基于从
控制器13输出的控制信号来控制电动旋转马达14的逆变器装置103；
和溢流阀24。
在供从液压泵1排出的工作油流动的液压油供给油路71上连接
有中间旁通油路72，并且，与中间旁通油路72并联地连接有入口节
流式油路73。
中间旁通油路72首先从旋转用的第1方向控制阀28的中间旁通
开口通过，接着从动臂用的方向控制阀15的中间旁通开口通过而到
达油箱4。即，在中间旁通油路72上串联连接有两个方向控制阀28、
15。
入口节流式油路73将从液压泵1排出的工作油经由方向控制阀
28、15的入口节流开口向各液压执行机构(液压旋转马达3及动臂液
压缸16)导入，在本实施方式中，两个方向控制阀28、15(两个液
压执行机构3、16)经由入口节流式油路73并联连接。
在入口节流式油路73与方向控制阀28、15连接的紧前，分别设
有单向阀22、23。单向阀22、23仅在液压泵1的排出压(泵压)高
于液压执行机构3、16的载荷压的情况下，允许工作油从入口节流式
油路73向液压执行机构3、16流动。
若对以低速驱动上部旋转体50时(旋转操作装置10的操作杆10a
的操作量较小时)和以低速驱动动臂61时(动臂操作装置19的操作
杆19a的操作量较小时)进行比较，则液压旋转马达3的载荷压(基
于旋转的泵载荷)小于动臂液压缸16的载荷压(基于动臂抬升的泵
载荷)。因此，设定两个方向控制阀28、15中的中间旁通节流孔的
开口面积，使得动臂用的方向控制阀15与旋转用的第1方向控制阀
28相比中间旁通节流孔的开口面积相对变小(节流量相对变大)，从
而在以相同的杆操作量进行比较的情况下动臂抬升操作时的泵压高
于旋转操作时的泵压。
溢流阀24与液压油供给油路71连接，在泵压达到溢流压时将液
压油供给油路71的工作油释放到油箱4中。
在旋转操作装置10中，从由发动机51驱动的具有先导泵(未图
示)的先导液压源9导入有先导一次压。旋转操作装置10与操作杆
10a的操作量相应地对来自先导液压源9的先导一次压进行减压，并
与操作杆10a的操作方向相应地生成先导压PS1或PS2。旋转操作装
置10所生成的先导压PS1或PS2经由先导油路81R1、81R2或81L1、
81L2向旋转用的第1方向控制阀28的受压部28b或28a导入，并且
经由从先导油路81R1或81L1分别分支而成的先导油路82R或82L
向旋转用的第2方向控制阀29的受压部29b或29a导入。在先导油
路81R1和81R2之间及先导油路81L1与81L2之间分别夹存有电磁
减压阀30、31，当电磁减压阀30、31位于图示位置(A位置及C位
置)时，第1方向控制阀28及第2方向控制阀29通过相同的先导压
PS1或PS2同时进行切换操作。
当旋转操作装置10的操作杆10a被向右转方向操作时，通过经
由先导油路81R1及82R导入的先导压PS1，第2方向控制阀29被向
右位置(向左方向)切换操作，使执行机构油路74L与液压油排出油
路75连通的出口节流开口扩张，来自液压旋转马达3的返回油被排
出到油箱4(进行出口节流控制)。而且，当电磁减压阀30位于A
位置时，第1方向控制阀28通过经由先导油路81R1及81R2导入的
先导压PS1而被向右位置(向左方向)切换操作，中间旁通开口被节
流(使从液压泵1经由中间旁通油路72向油箱4返回的液压油的流
量减少)，并且，使入口节流式油路73与执行机构油路74R连通的
入口节流开口扩张，向液压旋转马达3供给液压油(进行入口节流控
制)。由此，液压旋转马达3产生输出转矩，旋转体50被右转驱动。
另一方面，当旋转操作装置10的操作杆10a被向左转方向操作
时，通过经由先导油路81L1及油路82L导入的先导压PS2，第2方
向控制阀29被向左位置(向右方向)切换操作，使执行机构油路74R
与液压油排出油路75连通的出口节流开口扩张，来自液压旋转马达3
的返回油被排出到油箱4(进行出口节流控制)。而且，当电磁减压
阀31位于C位置时，通过经由先导油路81L1及81L2导入的先导压
PS2，第1方向控制阀28被向左位置(向右方向)切换操作，中间旁
通开口收缩(使从液压泵1经由中间旁通油路72向油箱4返回的液
压油的流量减少)，并且，使入口节流式油路73与执行机构油路74L
连通的入口节流开口扩张，向液压旋转马达3供给液压油(进行入口
节流控制)。由此，液压旋转马达产生输出转矩，旋转体50被左转
驱动。
像这样，控制向液压旋转马达3供给的液压油的流动的入口节流
控制及控制来自液压旋转马达3的返回油的流动的出口节流控制通过
两个方向控制阀28、29分别进行。
在先导油路81R1及81L1上分别设有压力传感器11(以下称作
右转先导压传感器)及压力传感器12(以下称作左转先导压传感器)，
由右转、左转先导压传感器11、12检测出的先导压PS1、PS2被输出
到控制器13。
在执行机构油路74L上连接有溢流阀5及补给(make-up)阀7，
在执行机构油路74R上连接有溢流阀6及补给阀8。溢流阀5、6用
于将到达溢流压的工作油释放到油箱4中，具有将在旋转的加减速时
等产生的异常压截断而保护回路的功能。补给阀7、8用于在油路的
工作油不足而其压力低于油箱压时从油箱4吸入工作油，具有防止回
路的气蚀的功能。
在液压旋转马达3上同轴地连接有电动旋转马达14，电动旋转马
达14的驱动及制动由逆变器装置103控制。旋转单独动作时(使其
他执行机构停止而仅使旋转体50动作时)，上部旋转体50通过液压
旋转马达3与电动旋转马达14的合计输出转矩而旋转驱动。此外，
电动旋转马达14和液压旋转马达3不必机械式直接连结，只要是能
够驱动作为共同驱动对象的旋转体50的结构，则可以经由机械机构
等而间接连接。
在动臂操作装置19中，与旋转操作装置10同样地，从先导液压
源9导入有先导一次压。动臂操作装置19与操作杆19a的操作量相
应地对先导一次压进行减压，并与操作杆19a的操作方向相应地生成
先导压PB1或PB2。动臂操作装置19所生成的先导压PB1或PB2经
由先导油路83D或83U向动臂用的方向控制阀15的受压部15a或15b
导入，而对动臂用的方向控制阀15进行切换操作。
在通过将动臂操作装置19的操作杆19a向动臂抬升方向操作而
产生先导压PB2(以下称作动臂抬升先导压)的先导油路83U上，设
置有压力传感器20(以下称作动臂抬升先导压传感器)。由动臂抬升
先导压传感器20检测出的动臂抬升先导压PB2被输入到控制器13。
动臂用的方向控制阀15将经由入口节流式油路73导入的工作油
向动臂液压缸16供给。
当将动臂操作装置19的操作杆19a向动臂抬升方向操作时，动
臂用的方向控制阀15向图中的右位置(向左方向)移动，从液压泵1
向动臂液压缸16的缸底侧液压室供给工作油，并且从动臂液压缸16
的活塞杆侧液压室排出的工作油经由方向控制阀15向油箱4返回，
动臂液压缸16进行伸长动作。
另一方面，当将动臂操作装置19的操作杆19a向动臂下降方向
操作时，方向控制阀15向图中的左位置(向右方向)移动，从液压
泵1向动臂液压缸16的活塞杆侧液压室供给工作油，并且从动臂液
压缸16的缸底侧液压室排出的工作油经由方向控制阀15向油箱4返
回，动臂液压缸16进行缩短动作。
电磁减压阀30能够在将右转先导油路81R1和81R2连通的A位
置与将先导油路81R1和81R2切断且使先导油路81R2与油箱4连通
的B位置之间切换，并通过从控制器13输入的电信号(ON/OFF信
号)而进行切换控制。当从控制器13输入OFF信号时，电磁减压阀
30切换到A位置，旋转操作装置10所生成的先导压PS2被向第1方
向控制阀28的受压部28b导入，由此，第1方向控制阀28能够向右
位置(左方向)切换操作。另一方面，当从控制器13输入ON信号
时，电磁减压阀30切换到B位置，先导压PS2不会被导入到受压部
28b，由此，第1方向控制阀28无法向右位置(左方向)动作。
电磁减压阀31能够在将先导油路81L1和81L2连通的C位置与
将先导油路81L1和81L2切断且使先导油路81L2与油箱4连通的D
位置之间切换，并通过从控制器13输入的电信号(ON/OFF信号)进
行切换控制。当从控制器13输入OFF信号时，电磁减压阀31切换
到C位置，旋转操作装置10所生成的先导压PS2被向第1方向控制
阀28的受压部28a导入，由此，第1方向控制阀28能够向左位置(右
方向)切换操作。另一方面，当从控制器13输入ON信号时，电磁
减压阀31切换到D位置，先导压PS2不会被导入到受压部28b，由
此，第1方向控制阀28无法向左位置(右方向)动作。
～控制～
图3是电磁减压阀30、31及逆变器装置103的控制框图。控制
器13基于动臂抬升先导压传感器20及右转、左转先导压传感器11、
12的输出值来判定动臂操作装置19的操作杆19a是否被向动臂抬升
方向操作(有无动臂抬升操作)及旋转操作装置10的操作杆10a是
否被操作(有无旋转操作)，并根据该判定结果执行输出用于控制电
磁减压阀30、31及逆变器装置103的电信号的处理。作为有无旋转
操作及动臂抬升操作的具体判定方法，例如，存在如下方法：以各操
作装置10、19的操作杆10a、19a被操作时生成的最小先导压P0(例
如，1.0MPa)为阈压，根据各压力传感器11、12、20所检测出的先
导压PS1、PS2、PB2是否超过阈压P0来判定有无操作。
图4是使用上述判定方法的情况下的电磁减压阀30、31的控制
流程图(关于逆变器装置103的控制将后述)。使用图4按顺序说明
构成该控制流程的各步骤的处理内容。
首先，在步骤S100中判定动臂抬升先导压PB2是否高于阈压P0
(有无动臂抬升操作)。在步骤S100中判定成无动臂抬升操作(否)
的情况下，向电磁减压阀30输出OFF信号并将电磁减压阀30切换
到A位置(步骤S110)，向电磁减压阀31输出OFF信号并将电磁
减压阀31切换到C位置(步骤S120)。由此，入口节流控制用的第
1方向控制阀28能够进行切换操作，液压旋转马达3与先导压PS1、
PS2相应地产生输出转矩。
在步骤S100中判定成有动臂抬升操作(是)的情况下，判定右
转先导压PS1是否高于阈压P0(有无右转操作)(步骤S130)。在
步骤S130中判定成有右转操作(是)的情况下，向电磁减压阀30输
出ON信号并将电磁减压阀30切换到B位置(步骤S140)，向电磁
减压阀31输出OFF信号并将电磁减压阀31切换到C位置(步骤
S150)。由此，右转驱动时入口节流控制用的第1方向控制阀28无
法向右位置(左方向)动作，液压旋转马达3不会产生输出转矩。
在步骤S130中判定成无右转操作(否)的情况下，判定左转先
导压PS2是否高于阈压P0(有无左转操作)(步骤S160)。在步骤
S160中判定成有左转操作(是)的情况下，向电磁减压阀30输出OFF
信号并将电磁减压阀30切换到A位置(步骤S170)，向电磁减压阀
31输出ON信号并将电磁减压阀31切换到D位置(步骤S180)。由
此，左转驱动时入口节流控制用的第1方向控制阀28无法向左位置
(右方向)动作，液压旋转马达3不会产生输出转矩。
在步骤S160中判定成无左转操作(否)的情况下，不进行电磁
减压阀30、31的切换控制。此时，先导压PS1、PS2均低于阈压P0，
无论电磁减压阀30、31位于哪个位置，入口节流控制用的第1方向
控制阀28均不会进行切换操作，因此液压旋转马达3不会产生输出
转矩。
此外，在图4所示的控制流程中，在判定有无右转操作之后判定
有无左转操作(步骤S130→S140)，但也可以先判定有无左转操作。
该情况下的控制流程将步骤S130、S140、S150和步骤S160、S170、
S180分别调换。
像这样电磁减压阀30、31及控制器13构成限制入口节流控制用
的第1方向控制阀28的动作的限制装置，在同时进行动臂抬升操作
和旋转操作时(动臂液压缸16和旋转体50同时动作时)，入口节流
控制用的第1方向控制阀28无法动作。
另外，控制器13与图4所示的电磁减压阀30、31的控制并行地
进行如下处理，无论有无旋转以外的操作均与旋转操作装置10的操
作杆10a的操作方向及操作量(即，右转、左转先导压传感器11、12
的输出值)相应地、以使上部旋转体50旋转的方式，生成供逆变器
装置103控制电动旋转马达14的控制信号，并将该控制信号向逆变
器装置103输出。基于从控制器13输出的控制信号，逆变器装置103
控制电动旋转马达14。基于控制器13的经由逆变器装置103对电动
旋转马达14的控制利用公知方法即可。例如，以使上部旋转体50的
速度接近根据旋转操作装置10的操作杆10a的操作量确定的目标速
度的方式，为了补充液压旋转马达3的不足转矩量而对电动旋转马达
14进行反馈控制；以使电动旋转马达14与液压旋转马达3的合计输
出转矩与根据操作杆10a的操作量计算出的目标旋转转矩相等的方式
适当调整两者的输出转矩的转矩控制等。
图5是采用转矩控制的情况下的逆变器装置103的控制流程图。
使用图5按顺序说明构成该控制流程的各步骤的处理内容。
首先，在步骤S200中计算出与右转、左转先导压PS1、PS2相应
的目标旋转转矩，判定动臂抬升先导压PB2是否高于阈压P0(有无
动臂抬升操作)(步骤S210)。
在步骤S210中判定成有动臂抬升操作(是)的情况下，由于液
压旋转马达3通过图4所示的控制而不产生输出转矩，所以以使电动
旋转马达14的输出转矩与目标旋转转矩相等的方式控制逆变器装置
103(步骤S220)。由此，旋转体50通过电动旋转马达14单独的输
出转矩(＝目标旋转转矩)而旋转驱动。
在步骤S210中判定无动臂抬升操作(否)的情况下，由于液压
旋转马达3通过图4所示的控制而产生输出转矩，所以以使电动旋转
马达14的输出转矩与从目标旋转转矩减去液压旋转马达3的输出转
矩后的转矩相等的方式控制逆变器装置103(步骤S230)。由此，旋
转体50通过液压旋转马达3与电动旋转马达14的合计输出转矩(＝
目标旋转转矩)而旋转驱动。
～动作～
在此，说明以往型液压系统的动作，并基于与其比较来说明本实
施方式的液压系统的动作。此外，本实施方式的液压系统(如图2所
示)为中立全开方式，因此对于以往型液压系统也以中立全开方式为
例进行说明。
图6是搭载于以往型液压挖掘机的液压系统的概略结构图。中立
全开方式的液压系统中的旋转用的方向控制阀2及动臂用的方向控制
阀15均具有与油箱4连通的中间旁通开口、供向液压执行机构3、16
供给的工作油通过的入口节流开口、和供从液压执行机构3、16返回
的工作油通过的出口节流开口。
当操作各操作装置10、19的操作杆10a、19a而将位于图示中立
位置的方向控制阀2、15向左右任一方向操作时，入口节流开口扩张，
液压油向液压执行机构3、16流入，并且，出口节流开口扩张，来自
液压执行机构3、16的返回油向油箱4返回。
另外，当将位于图示中立位置的方向控制阀2、15向左右任一方
向移动时，中间旁通开口收缩。由此，在通过中间旁通开口前后，工
作油的差压变大，液压泵1的排出压(泵压)上升。若泵压上升超过
液压执行机构的驱动所需要的压力(执行机构载荷压)，则来自液压
泵1的液压油向该液压执行机构流入而驱动该液压执行机构。另外，
中间旁通开口面积在来自液压泵1的液压油向液压执行机构3或16
流入时，由向液压执行机构3或16和中间旁通油路72分流的工作油
的比例确定，由此，也控制液压执行机构3或16的动作速度。
像上述那样，方向控制阀2、15的中间旁通开口根据对驱动对象
的液压执行机构3、16作用的载荷的程度、相对于各操作装置10、19
的操作杆10a、19a的操作量(先导压)的执行机构速度而最佳设定。
例如，旋转用的方向控制阀2的中间旁通开口如下设定。在操作
员将旋转操作装置10的操作杆10a向任一方向稍微操作的情况下，
操作员要求低速度下的旋转。另外，在使液压挖掘机的上部旋转体以
低速旋转时载荷较低，不需要使泵压大幅上升，因此，旋转用的方向
控制阀2的中间旁通开口设定得较大(节流量较小)。
另外，例如，动臂用的方向控制阀15的中间旁通开口如下设定。
在操作员将动臂操作装置19的操作杆19a向动臂抬升方向稍微操作
的情况下，操作员要求低速度下的动臂抬升。但是，荷物悬吊作业时
由于载荷施加于铲斗上，所以动臂载荷升高，为了驱动动臂而需要使
泵压大幅上升。因此，为了向动臂液压缸16的缸底侧液压室供给工
作油，动臂用的方向控制阀15的动臂抬升方向(图示右位置)的中
间旁通开口设定得较小(节流量较大)。
像这样，即使杆操作量相同，根据操作对象的液压执行机构的载
荷、速度的不同，能够兼顾操作性和效率的最佳中间旁通开口的设定
也不同。而且，通常搭载于液压挖掘机等的液压系统构成为，为了驱
动多个液压执行机构，使从一个液压泵排出的工作油通过多个方向控
制阀而适当分流。在上述的中立全开方式中，各方向控制阀2、15经
由中间旁通油路72串联连接，通过各方向控制阀2、15的中间旁通
开口的组合，决定泵压、向液压执行机构3、16流入的流量。
图6所示的以往型液压系统相当于从图2所示的本实施方式的液
压系统省略电磁减压阀30、31，并将第1方向控制阀28及第2方向
控制阀29置换成单一的方向控制阀2。在本实施方式的液压系统中，
旋转复合动作时，上部旋转体50通过电动旋转马达14单独的输出转
矩而驱动，与之相对，在以往型液压系统中，上部旋转体50通过液
压旋转马达3与电动旋转马达14的合计输出转矩而驱动。
在图6所示的中立全开方式的液压系统中，旋转用的方向控制阀
2和动臂用的方向控制阀15配置于同一中间旁通油路72，由此，在
例如荷物悬吊作业中产生如下现象。
首先，操作员要通过动臂抬升单独操作以低速抬升荷物。动臂用
的方向控制阀15的中间旁通开口较大收缩，使得在高载荷下也能够
向动臂液压缸16供给液压油，因此，即使在将动臂操作装置19的操
作杆19a向动臂抬升方向小幅操作的情况下，泵压也会上升超过动臂
载荷压，动臂液压缸16伸长而将荷物抬升。抬升到目标高度后，操
作员将操作杆19a返回到中立位置，而停止动臂抬升动作。
接下来，操作员要通过旋转单独操作以低速使荷物水平移动。虽
然旋转用的方向控制阀2的中间旁通开口设定得比动臂方向控制阀
15的中间旁通开口大，但由于在悬吊荷物的状态下旋转载荷也不会升
高，所以即使在小幅操作旋转操作装置10的操作杆10a的情况下，
旋转体50也会开始旋转。像这样，即使在荷物悬吊作业中，只要分
别单独进行旋转和动臂抬升，就能够分别适当地设定旋转用的方向控
制阀2和动臂用的方向控制阀15的中间旁通节流孔，因此，能够按
照意图控制泵压及向液压执行机构3、16流入的流量。
与之相对，为了使荷物向斜上方向移动，在进行旋转单独操作的
状态下进行动臂抬升操作，从而进行旋转复合动作(旋转动臂抬升动
作)。由于旋转用的方向控制阀2和动臂用的方向控制阀15配置于
同一中间旁通油路72，所以动臂用的方向控制阀15的中间旁通开口
也作为旋转用的方向控制阀2的中间旁通开口发挥功能。即，通过动
臂抬升操作使动臂用的方向控制阀15的中间旁通开口收缩，由此，
等同于旋转用的方向控制阀2的中间旁通开口收缩的状态，旋转用的
方向控制阀2中的中间旁通流量与入口节流流量的平衡发生变化。而
且，由于动臂抬升载荷大于旋转载荷，所以成为液压油易于流入液压
旋转马达3的状态，存在违背操作员的意图而液压油流入液压旋转马
达3而导致旋转加速的情况。悬吊荷物移动中，违背操作员意图的旋
转加速成为荷物摆动的原因而不被期望。
～效果～
针对这样的技术课题，根据上述那样构成的本实施方式的液压系
统，即使旋转动臂抬升动作时泵压上升，通过使入口节流控制用的第
1方向控制阀28无法动作，能够阻止工作油向液压旋转马达3流入，
因此，能够防止违背操作员的意图而旋转体50加速的情况。或者，
在动臂抬升操作中开始旋转操作的情况下，由于工作油不会流入到液
压旋转马达3中，所以能够防止动臂抬升速度非意图地减速。像这样
通过使动臂抬升操作和旋转操作独立，能够良好地保持旋转复合动作
时的操作员的操作感，尤其容易实现通过旋转动臂抬升动作使铲斗65
停止于目标位置的荷物悬吊作业下的操作。
而且，在旋转复合动作时，使入口节流控制用的第1方向控制阀
28无法动作，另一方面，进行出口节流控制用的第2方向控制阀29
的切换操作，使液压旋转马达3的制动转矩作用于旋转体50，由此，
能够使不驱动液压旋转马达3的旋转复合动作时的旋转所涉及操作感
与驱动液压旋转马达3的旋转单独动作时的操作感接近。
《第2实施方式》
图7是第2实施方式的液压系统的概略结构图。本实施方式的液
压系统与第1实施方式的液压系统(如图2所示)的不同点在于，取
代第2方向控制阀29(如图2所示)而将具有中间旁通开口的第2
方向控制阀32配置在中间旁通油路72上。
第2方向控制阀32的中间旁通开口设定成无论在第2方向控制
阀被向左右任一方向切换操作的情况下均不会将中间旁通油路72收
缩。即，出口节流控制用的第2方向控制阀32在中间旁通油路72中
不具有控制从液压泵1向油箱4返回的液压油的流量的功能。由此，
通过动臂用的方向控制阀15的切换操作而向动臂液压缸16和油箱4
分配的液压油的流量与第1实施方式同样，不会根据第2方向控制阀
32的切换操作而变化，因此，能够保持旋转动臂抬升操作中的旋转操
作和动臂抬升操作的独立性。
此外，本实施方式的控制器13所执行的电磁减压阀30、31及逆
变器装置103的控制与第1实施方式相同。
在上述那样构成的本实施方式中，也会得到与第1实施方式相同
的效果。
而且，通过在第2方向控制阀32中设置中间旁通开口，能够将
方向控制阀32与其他方向控制阀28、15一起集中地配置到一个阀块
中，能够容易制作第2方向控制阀32及其周边液压回路。
《第3实施方式》
图8是第3实施方式的液压系统的概略结构图。本实施方式的液
压系统与第2实施方式的液压系统(如图7所示)的不同点在于，取
代第1方向控制阀28(如图7所示)而具有第1方向控制阀33，且
取代第2方向控制阀32(如图7所示)而具有第2方向控制阀34。
第1方向控制阀33及第2方向控制阀34均具有入口节流开口、
中间旁通开口及出口节流开口，为了将从液压泵1排出的工作油经由
执行机构油路74R、74L向液压旋转马达3供给，而分别经由单向阀
22、25与入口节流式油路73连接，另外，为了使从液压旋转马达3
排出到执行机构油路74R、74L的工作油向油箱4返回，而分别与液
压油排出油路75连接。
第1方向控制阀33构成为，当被向右位置(向左方向)切换操
作时，将中间旁通开口收缩，将使入口节流式油路73与执行机构油
路74R连通的入口节流开口扩张，并不将使执行机构油路74R与液
压油排出油路75连通的出口节流开口打开。另一方面，构成为，当
被向左位置(向右方向)切换操作时，不将中间旁通开口收缩，不将
入口节流开口打开，并将使执行机构油路74R与液压油排出油路75
连通的出口节流开口扩张。
第2方向控制阀34构成为，当被向左位置(向右方向)切换操
作时，将中间旁通开口收缩，将使入口节流式油路73与执行机构油
路74L连通的入口节流开口扩张，并不将使执行机构油路74R与液压
油排出油路75连通的出口节流开口打开。另一方面，构成为，当被
向右位置(向左方向)切换操作时，不将中间旁通开口收缩，不打开
入口节流开口，并将使执行机构油路74L与液压油排出油路75连通
的出口节流开口扩张。
旋转操作装置10所生成的先导压PS1或PS2经由先导油路81R1、
81R2或81L1、81L2向旋转用的第1方向控制阀33的受压部33b或
第2方向控制阀34的受压部34a导入，并且，经由从先导油路81R1
或81L1分别分支而成的先导油路82R或82L向第2方向控制阀34
的受压部34b或第1方向控制阀33的受压部33a导入。
当旋转操作装置10的操作杆10a被向右转方向操作而在先导油
路81R1中产生先导压PS1时，通过经由从先导油路81R1分支而成
的先导油路82R导入的先导压PS1，第2方向控制阀34被向右位置
(向左方向)切换操作，控制来自液压旋转马达3的返回油的流动(进
行出口节流控制)。而且，当电磁减压阀30处于A位置时，通过先
导压PS1而第1方向控制阀33被向右位置(向左方向)切换操作，
控制向液压旋转马达3供给的液压油的流动(进行入口节流控制)。
由此，旋转体50通过液压旋转马达3的输出转矩而右转驱动。
另一方面，当旋转操作装置10的操作杆10a被向左转方向操作
而在先导油路81L1中产生先导压PS2时，通过经由从先导油路81L1
分支而成的先导油路82L导入的先导压PS2，第1方向控制阀33被
向左位置(向右方向)切换操作，控制来自液压旋转马达3的返回油
的流动(进行出口节流控制)。而且，当电磁减压阀31处于C位置
时，通过先导压PS2而第2方向控制阀34被向左位置(向右方向)
切换操作，控制向液压旋转马达3供给的液压油的流动(进行入口节
流控制)。由此，旋转体50通过液压旋转马达3的输出转矩而左转
驱动。
像这样，在旋转体50通过液压旋转马达3而右转驱动时，第1
方向控制阀33构成入口节流控制用的方向控制阀，第2方向控制阀
34构成出口节流控制用的方向控制阀。另一方面，在旋转体50通过
液压旋转马达3而左转驱动时，第2方向控制阀34构成入口节流控
制用的方向控制阀，第1方向控制阀33构成出口节流控制用的方向
控制阀。即，在本实施方式中，控制液压油向液压旋转马达3的流动
的入口节流控制及控制来自液压旋转马达3的返回油的流动的出口节
流控制也由两个方向控制阀33、34分别进行。
另外，通过动臂用的方向控制阀15的切换操作而向动臂液压缸
16和油箱4分配的液压油的流量不会根据第1方向控制阀33向左位
置的切换操作及第2方向控制阀34向右位置的切换操作而变化。即，
出口节流控制用的方向控制阀33或34在中间旁通油路72中不具有
控制从液压泵1向油箱4返回的液压油的流量的功能。由此，与第1
及第2实施方式同样地，能够保持旋转动臂抬升操作中的旋转操作和
动臂抬升操作的独立性。
此外，本实施方式的控制器13所执行的电磁减压阀30、31及逆
变器装置103的控制与第1及第2实施方式相同。
在上述那样构成的本实施方式中，也会得到与第1及第2实施方
式相同的效果。
《变形例》
另外，在上述的各实施方式中记述了旋转与动臂抬升的复合动
作，但作为本发明的技术课题的、旋转复合动作时的旋转加速(速度
变化)的引发条件为通过操作液压旋转马达以外的液压执行机构而导
致液压泵的排出压(泵压)上升，因此，本发明不仅对于与动臂61
的复合操作有效，对于与其他液压执行机构的复合操作也有效。
另外，在上述的各实施方式中，列举由液压泵与全部方向控制阀
连接的并联回路构成的液压系统为例进行了说明，但本发明只要是具
有在由操作员同时操作液压旋转马达和其他液压执行机构的情况下，
工作油更多地向载荷小的液压旋转马达流入的特征的液压系统，就能
够适用。即，对于由与包含动臂液压缸在内的其他液压执行机构相比
优先向液压旋转马达供给工作油的串联回路构成的液压系统也能够
同样适用。而且，不仅是中立全开方式，对于中立全闭方式的液压系
统也能够同样适用。
另外，在上述的各实施方式中，采用了通过压力传感器11、12
检测从旋转操作装置10输出的先导压PS1、PS2(液压操作信号)并
将其转换成电信号而向控制器13输出的结构，但也可以采用将与旋
转操作装置10的操作杆10a的操作量相应的电操作信号向控制器13
输出的结构。在该情况下，能够利用检测旋转操作装置10的操作杆
10a的旋转位移的位置传感器(例如，回转式编码器)。
另外，在各实施方式中，作为方向控制阀，使用了使先导压作用
来控制位置的先导阀，但也可以使用通过电信号来控制位置的电磁
阀，各实施方式中的电磁减压阀30、31可以是将先导油路81R1与
81R2之间及先导油路81L1与81L2之间切断的开闭阀。
而且，在本实施方式中，仅通过压力传感器11、12检测旋转操
作装置10的操作杆10a的操作量，但例如，也可以通过压力传感器
11、12和上述位置传感器双方进行检测等、组合检测方式不同的传感
器来进行检测。由此，即使在一方的传感器中产生不良的情况下，也
能够通过另一方的传感器检测操作量，因此能够提高系统的可靠性。
此外，本发明不限定于上述实施方式，包含不脱离其要旨的范围
内的各种变形例。例如，本发明不限定于具有上述实施方式中说明的
全部结构的方案，也包含将该结构的一部分删除的方案。另外，也能
够将某实施方式的结构的一部追加于或置换成其他实施方式的结构。