JP2009127296A - 旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転数が変化しても、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される旋回機構の操作性とのバランスが良好に保持される旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することを課題とする。
【解決手段】旋回用電動機２１の駆動制御を行うための旋回駆動制御装置４０は、旋回用電動機２１を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成部５０及び主制御部６０を含む。駆動指令生成部５０は、減算器５１、ＰＩ制御部５２、トルク制限部５３、トルク制限部５４、減算器５５、ＰＩ制御部５６、電流変換部５７、及び旋回動作検出部５８を含む。駆動指令生成部５０は、レバー２６Ａの操作量に応じて速度指令変換部３１から出力される速度指令に基づき駆動指令を生成する。主制御部６０は、回転数検出部１１Ａによって検出されるエンジン１１の機関回転数に応じて、速度指令変換部３１で用いる変換特性を変更する。
【選択図】図４

Description

本発明は、建設機械の旋回機構の駆動制御を行う旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械に関する。

従来より、建設機械の上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として電動機を備え、この電動機の力行運転で旋回機構を加速するとともに、旋回機構を減速する際に回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電する建設機械が提案されている。

このような建設機械は、上部旋回体にブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を搭載し、旋回操作に応じて生成される駆動指令で電動機を駆動することにより、上部旋回体の旋回駆動を制御している（例えば、特許文献１）。

また、この特許文献１に記載された建設機械は、旋回機構以外の駆動機構を油圧で駆動するために油圧ポンプを備えるが、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに増速機を介して発電機を接続し、発電で得る電力をバッテリの充電と旋回機構の電動機の駆動に用いている。
特開平２００５−２９９１０２号公報

ところで、エンジンの回転数は、運転者がスロットルボリュームを操作することにより変化する。エンジンの回転数が変化すると、油圧ポンプによって発生される油圧が変化し、これによりバケット等の動作速度が変化する。この動作速度の変化はバケット等の操作性に変化をもたらす。

一方、旋回機構は電動機によって駆動されるため、エンジンの回転数が変化しても、油圧駆動されるバケット等のように操作性に変化が生じることはない。

このため、エンジン回転数が変化すると、バケット等の油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される旋回機構の操作性とのバランスが変化し、建設機械全体の操作性が低下する可能性があった。

そこで、本発明は、エンジン回転数が変化しても、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される旋回機構の操作性とのバランスが良好に保持される旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一局面の旋回駆動制御装置は、内燃機関の駆動力で発生される油圧によって駆動される作業要素と、電動機で旋回駆動される旋回機構とを含む建設機械において、前記電動機を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、建設機械の操作手段の操作量に基づき、前記電動機を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成手段と、前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段で検出される機関回転数の上昇に応じて前記電動機の出力を制限する出力制限手段とを含む。

また、前記操作手段の操作量に基づき、前記電動機の回転速度を制御するための速度指令を出力する速度指令出力手段をさらに備え、前記駆動指令生成手段は、前記速度指令出力手段によって出力される速度指令に基づいて前記駆動指令を生成するように構成されており、前記出力制限手段は、前記回転数検出手段で検出される機関回転数の上昇に応じて前記速度指令出力手段によって出力される速度指令の値を絶対値で制限してもよい。

また、前記駆動指令生成手段は、前記操作手段の操作量に応じて、当該駆動指令生成手段によって生成される駆動指令の値を制限するための第１制限手段を含み、前記第１制限手段は、前記操作手段の操作量の増大に応じて、駆動指令の値が絶対値で増大するように制限を行ってもよい。

前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段をさらに備え、前記駆動指令生成手段は、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度に応じて、当該駆動指令生成手段によって生成される駆動指令の値を制限するための第２制限手段を含み、前記第２制限手段は、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度の絶対値での増大に応じて、駆動指令の値が絶対値で増大するように制限を行ってもよい。

本発明の一局面の建設機械は、前記いずれかに記載の旋回駆動制御装置を含む。

本発明によれば、エンジン回転数が変化して油圧駆動される作業要素の操作性が変化しても、電動駆動される旋回機構との操作性のバランスを良好に保つことのできる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の旋回駆動制御装置を含む建設機械を示す側面図である。

この建設機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。

「全体構成」
図２は、実施の形態１の旋回駆動制御装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。

コントロールバルブ１７は、実施の形態１の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

また、電動発電機１２には、インバータ１８を介してバッテリ１９が接続されており、また、バッテリ１９には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。

旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、実施の形態１の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。

このような実施の形態１の建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型の建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。

「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。アイドリング運転時の機関回転数は１０００ｒｐｍであり、最高許容機関回転数は２０００ｒｐｍである。機関回転数は、エンジン１１の負荷の度合いに応じて１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間で変化する。なお、エンジン１１の出力軸には機関回転数を検出するための回転数検出部１１Ａが取り付けられている。回転数検出部１１Ａによって検出される機関回転数は、コントローラ３０に入力される。

電動発電機１２は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が力行運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が回生運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と回生運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。

パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８は、電動発電機１２の力行運転に必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給するとともに、電動発電機１２の回生運転によって発電された電力をバッテリ１９に充電するために電動発電機１２とバッテリ１９との間に設けられたインバータである。

バッテリ１９は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力業を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力をバッテリ１９へ充電する。

旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。

なお、バッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は回生運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。

メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。

旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。

操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、バケット６、及びエンジン１１を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、スロットルボリューム２６Ｄを含む。レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。また、スロットルボリューム２６Ｄは、運転席の操作パネルに配設され、エンジン１１の機関回転数を調節するためのボリュームスイッチである。

この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。

レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。

また、操作装置２６は、信号線２６Ｅを介してコントローラ３０に接続されている。スロットルボリューム２６Ｄを操作することにより、操作量を表す電気信号が信号線２６Ｅを介してコントローラ３０に伝達され、エンジン１１の回転数を調節できるように構成されている。

圧力センサ２９では、レバー２６Ａの操作による、油圧ライン２８内の油圧の変化が圧力センサ２９で検出される。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、レバー２６Ａの操作方向（右旋回又は左旋回）と操作量を表す信号であり、コントローラ３０に入力される。

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、実施の形態１の建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、速度指令変換部３１、駆動制御装置３２、及び旋回駆動制御装置４０を含む。このコントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、速度指令変換部３１、駆動制御装置３２、及び旋回駆動制御装置４０は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、
実現される装置である。

速度指令変換部３１は、圧力センサ２９から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部である。これにより、レバー２６Ａの操作量は、旋回用電動機２１を回転駆動させるための速度指令(rad/s)に変換される。この速度指令は、駆動制御装置３２及び旋回駆動制御装置４０に入力される。なお、この速度指令変換部３１で用いる変換特性については、図３を用いて説明する。

駆動制御装置３２は、エンジン１１の運転制御、電動発電機１２の運転制御（力行運転又は回生運転の切り替え）、及び、バッテリ１９の充放電制御を行うための制御装置である。この駆動制御装置３２は、信号線２６Ｅを介して伝達されるスロットルボリューム２６Ｄ
の操作量を表す電気信号に基づき、エンジン１１の回転数を調節する。また、エンジン１１の負荷の状態とバッテリ１９の充電状態に応じて、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御装置３２は、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替えることにより、インバータ１８を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

「操作量／速度指令の変換特性」
図３は、実施の形態１の建設機械の速度指令変換部３１において操作レバー２６Ａの操作量を速度指令（上部旋回体３を旋回させるために旋回用電動機２１を回転させるための速度指令）に変換する変換特性を示す図である。この変換特性の横軸はレバー２６Ａの操作量を表し、最大の操作量を１００％とした百分率で示す。また、この変換特性の縦軸は速度指令値を表し、最大の速度指令値を１００％とした百分率で示す。

この変換特性は、操作レバー２６Ａの操作量に応じて、不感帯領域、零速度指令領域（右旋回用及び左旋回用）、右方向旋回駆動領域、及び左方向旋回駆動領域の５つの領域に区分される。

ここで、実施の形態１の建設機械の制御系では、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが反時計回りに回転する回転方向を「正転」と称し、正転方向の駆動を表す制御量に正の符号を付す。一方、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが時計回りに回転する回転方向を「逆転」と称し、逆転方向の駆動を表す制御量に負の符号を付す。正転は、上部旋回体３の右方向への旋回に対応し、逆転は、上部旋回体の左方向への旋回に対応する。

「不感帯領域」
不感帯領域は、レバー２６Ａの中立点付近に設けられる操作量が±１０％未満の領域である。この不感帯領域では、速度指令変換部３１から速度指令は出力されず、旋回駆動制御装置４０による旋回用電動機２１の駆動制御は行われない。また、不感帯領域では、メカニカルブレーキ２３によって旋回用電動機２１が機械的に停止された状態となる。

従って、レバー２６Ａの操作量が不感帯領域内にある間は、メカニカルブレーキ２３によって旋回用電動機２１が機械的に停止され、これにより、上部旋回体３が機械的に停止された状態となる。

「零速度指令領域」
零速度指令領域は、レバー２６Ａの操作方向における不感帯領域の両外側に設けられる操作量が１０％以上２０％未満と"−１０％"以下"−２０％"未満の領域である。この零速度指令領域は、不感帯領域における上部旋回体３の停止状態と、左右方向の旋回駆動領域における旋回状態とを切り替える際に操作性を良くするために設けられる緩衝領域である。

操作レバー２６Ａの操作量がこの零速度指令領域の範囲内にあるときは、速度指令変換部３１から零速度指令が出力され、メカニカルブレーキ２３は解除された状態となる。

ここで、零速度指令とは、上部旋回体３の旋回速度を零にするために、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を零にするための速度指令であり、後述するＰＩ(Proportional Integral)制御では、回転軸２１Ａの回転速度を零に近づけるための目標値として用いられる。

なお、メカニカルブレーキ２３の制動（オン）／解除（オフ）の切り替えは、不感帯領域と零速度指令領域の境界においてコントローラ３０内の旋回駆動制御装置４０によって行われる。

従って、レバー２６Ａの操作量が零速度指令領域内にある間は、メカニカルブレーキ２３は解除され、零速度指令により、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａは停止状態に保持される。これにより、上部旋回体３は旋回駆動されずに停止状態に保持される。

「右方向旋回駆動領域」
右方向旋回駆動領域は、操作レバー２６Ａの操作量が２０％以上の領域であり、上部旋回体３を右方向に旋回させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力される領域である。この領域内では、レバー２６Ａの操作量とエンジン１１の機関回転数とに応じて速度指令値が変化するように設定されている。

レバー２６Ａの操作量に対しては、操作量が２０％から８０％まで増大すると、これに応じて速度指令値が絶対値で増大し、操作量が８０％以上になると、速度指令値をある一定値に制限されるように設定されている。ここで、操作量が８０％以上の場合に速度指令値をある一定値に制限するのは、安全性を確保するためである。

また、エンジン１１の機関回転数に対しては、レバー２６Ａの操作量が一定の場合でも、機関回転数が１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍに上昇するにつれて、速度指令値が増大するように設定されている。

図３には、代表的な特性として機関回転数が１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、及び２０００ｒｐｍの場合の３つの変換特性を示す。

例えば、機関回転数が１０００ｒｐｍで一定である場合は、レバー２６Ａの操作量が２０％から８０％まで増大すると、これに応じて速度指令値が０％から５０％まで線形的に増大し、操作量が８０％以上では、速度指令値は５０％に制限される。

また、１５００ｒｐｍで一定である場合は、レバー２６Ａの操作量が２０％から８０％まで増大すると、これに応じて速度指令値が０％から７５％まで線形的に増大し、操作量が８０％以上では、速度指令値は７５％に制限される。

また、２０００ｒｐｍで一定である場合は、レバー２６Ａの操作量が２０％から８０％まで増大すると、これに応じて速度指令値が０％から１００％まで線形的に増大し、操作量が８０％以上では、速度指令値は１００％に制限される。

なお、ここには代表的な特性として機関回転数が１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍの場合の３つの特性を示すが、実際には、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間で５０ｒｐｍ毎に変換特性が設けられており、機関回転数に応じた特性が選択される。

以上のようなエンジン１１の機関回転数に応じた変換特性の設定（選択処理）は、後述する旋回駆動制御装置４０の主制御部６０によって行われる。

この速度指令に基づいて旋回駆動制御装置４０で駆動指令が演算され、この駆動指令によって旋回用電動機２１が駆動され、この結果、上部旋回体３が右方向に旋回駆動される。

「左方向旋回駆動領域」
左方向旋回駆動領域は、上部旋回体３を左方向に旋回させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力される領域である。

この左方向旋回駆動領域における変換特性は、右方向旋回駆動領域における変換特性を原点に対して点対称とした特性を有しており、レバー２６Ａの操作量が左旋回方向において"−２０％"から"−８０％"まで増大する間は、速度指令値が絶対値で増大され、操作量が"−８０％"以上になると、速度指令値は"−１００％"の値に制限される。また、エンジン１１の機関回転数の上昇に応じて速度指令値が絶対値で増大するように設定されている。増大の割合は、右方向旋回駆動領域における変換特性と同一であり、その説明を省略する。

この領域内では、レバー２６Ａの操作量の増大に応じて速度指令変換部３１から出力される速度指令に基づいて旋回駆動制御装置４０で駆動指令が演算され、この駆動指令によって旋回用電動機２１が駆動され、この結果、上部旋回体３が左方向に旋回駆動される。

「旋回駆動制御装置４０」
図４は、実施の形態１の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。

旋回駆動制御装置４０は、インバータ２０を介して旋回用電動機２１の駆動制御を行うための制御装置であり、旋回用電動機２１を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成部５０、及び主制御部６０を含む。なお、回転数検出部１１Ａによって検出されるエンジン１１の機関回転数は、主制御部６０に入力される。

駆動指令生成部５０には、レバー２６Ａの操作量に応じて速度指令変換部３１から出力される速度指令が入力され、この駆動指令生成部５０は速度指令に基づき駆動指令を生成する。駆動指令生成部５０から出力される駆動指令はインバータ２０に入力され、このインバータ２０によって旋回用電動機２１がＰＷＭ制御信号により交流駆動される。

主制御部６０は、旋回駆動制御装置４０の制御処理に必要な周辺処理を行う制御部であり、実施の形態１では、特に、回転数検出部１１Ａによって検出されるエンジン１１の機関回転数に応じて、速度指令変換部３１で用いる変換特性を設定する処理を行う。具体的な処理内容については、関連箇所においてその都度説明する。

なお、旋回駆動制御装置４０は、操作レバー２６Ａの操作量に応じて、旋回用電動機２１を駆動制御する際に、力行運転と回生運転の切り替え制御を行うと共に、インバータ２０を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

「駆動指令生成部５０」
駆動指令生成部５０は、減算器５１、ＰＩ制御部５２、トルク制限部５３、トルク制限部５４、減算器５５、ＰＩ制御部５６、電流変換部５７、及び旋回動作検出部５８を含む。この駆動指令生成部５０の減算器５１には、レバー２６Ａの操作量に応じた旋回駆動用の速度指令(rad/s)が入力される。

減算器５１は、レバー２６Ａの操作量に応じた速度指令の値（以下、速度指令値）から、旋回動作検出部５８によって検出される旋回用電動機２１の回転速度(rad/s)を減算して偏差を出力する。この偏差は、後述するＰＩ制御部５２において、旋回用電動機２１の回転速度を速度指令値（目標値）に近づけるためのＰＩ制御に用いられる。

ＰＩ制御部５２は、減算器５１から入力される偏差に基づき、旋回用電動機２１の回転速度を速度指令値（目標値）に近づけるように（すなわち、この偏差を小さくするように）ＰＩ制御を行い、そのために必要なトルク電流指令を演算する。生成されたトルク電流指令は、トルク制限部５３に入力される。

トルク制限部５３は、レバー２６Ａの操作量に応じてトルク電流指令の値（以下、トルク電流指令値）を制限する処理を行う。ここで、トルク制限とは、トルク制限部５３に入力されるトルク電流指令値を、トルク制限特性によって許容される値（許容値）以下に制限して出力することをいう。

トルク制限部５３は、図５に示すように、制限によって許容されるトルク電流指令値（許容値）の絶対値がレバー２６Ａの操作量の増大に応じて緩やかに増大するトルク制限特性を用いて、ＰＩ制御部５２から入力されるトルク電流指令値を制限する。このようなトルク電流指令値の制限は、ＰＩ制御部５２によって演算されるトルク電流指令値が急激に増大すると制御性が悪化するため、これを抑制するために行われる。

なお、この制限特性は、横軸及び縦軸共に絶対値で表してあるため、左旋回を表す場合の制御量は、レバー２６Ａの操作量（横軸）及び許容値（縦軸）の両方とも、絶対値に換算されてトルク制限が行われる。また、図５の特性におけるレバー２６Ａの操作量が０％から２０％の間は、図３に示す不感帯領域と零速度指令領域に相当する。

この制限特性は、レバー２６Ａの操作量の増大に伴ってトルク電流指令値を絶対値で緩やかに増大させる特性を有し、上部旋回体３を左方向及び右方向の双方向に旋回させるためのトルク電流指令値を制限するための特性を有するものである。制限特性を表すデータは、主制御部６０の内部メモリに格納されており、主制御部６０のＣＰＵによって読み出され、トルク制限部５３に入力される。

トルク制限部５４は、トルク制限部５３から入力されるトルク電流指令によって生じるトルクが旋回用電動機２１の許容最大トルク値以下となるように、トルク制限部５３から入力されるトルク電流指令値を制限する。このトルク電流指令値の制限は、トルク制限部５３と同様に、上部旋回体３の左方向及び右方向の双方向の回転に対して行われる。

ここで、トルク制限部５４でトルク電流指令値を制限するためのトルク制限特性は、このトルク制限部５４によってトルク電流指令値が制限されても、バケット６が積み上げられた土砂等に触れて旋回用電動機２１の負荷が大きい状態において、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを回転駆動させることができる駆動トルクを発生させるためのトルク電流指令を出力できるように設定されている。なお、トルク電流指令値を制限するための特性を表すデータは、主制御部６０の内部メモリに格納されており、主制御部６０のＣＰＵによって読み出され、トルク制限部５４に入力される。

減算器５５は、トルク制限部５４から入力されるトルク電流指令値から、電流変換部５７の出力値を減算して得る偏差を出力する。この偏差は、後述するＰＩ制御部５６及び電流変換部５７を含むフィードバックループにおいて、電流変換部５７から出力される旋回用電動機２１の駆動トルクを、トルク制限部５４を介して入力されるトルク電流指令値（目標値）によって表されるトルクに近づけるためのＰＩ制御に用いられる。

ＰＩ制御部５６は、減算器５５から入力される偏差に基づき、この偏差を小さくするようにＰＩ制御を行い、インバータ２０に送る最終的な駆動指令となるトルク電流指令を生成する。インバータ２０は、ＰＩ制御部５６から入力されるトルク電流指令に基づき、旋回用電動機２１をＰＷＭ駆動する。

電流変換部５７は、旋回用電動機２１のモータ電流を検出し、これをトルク電流指令に相当する値に変換し、減算器５５に入力する。

旋回動作検出部５８は、レゾルバ２２によって検出される旋回用電動機２１の回転位置の変化（すなわち上部旋回体３の旋回）を検出するとともに、回転位置の時間的な変化から旋回用電動機２１の回転速度を微分演算によって導出する。導出された回転速度を表すデータは、減算器５１及び主制御部６０に入力される。

このような構成の駆動指令生成部５０において、速度指令変換部３１から入力される速度指令に基づき、旋回用電動機２１を駆動するためのトルク電流指令が生成され、上部旋回体３が所望の位置まで旋回される。

「旋回動作」
実施の形態１の旋回駆動制御装置による建設機械の上部旋回体３の旋回動作は、次のようになる。ここでは、説明を分かりやすくするために、エンジン１１の機関回転数が１５００ｒｐｍで運転されていることとする。

運転者によって操作レバー２６Ａが右旋回方向に操作されて行くと、不感帯領域を越えて零速度指令領域に切り替わる際に、メカニカルブレーキ２３が解除されるとともに、速度指令変換部３１から出力される零速度指令が駆動指令生成部５０に入力される。零速度指令が入力されると、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが回転して旋回動作検出部５８から回転速度を表すデータが出力されて減算器５１から回転速度の偏差が出力されても、この回転速度の偏差を零にするように旋回用電動機２１が駆動制御され、回転軸２１Ａが停止状態に保持される。

さらに、レバー２６Ａが操作されることにより、速度指令特性が零速度指令領域を越えて右方向旋回駆動領域に切り替わると、速度指令変換部３１から出力される速度指令に基づくトルク電流指令が駆動指令生成部５０から出力される。これにより、速度指令変換部３１から出力される速度指令を目標値とした駆動制御が行われ、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが駆動されて上部旋回体３が右方向に旋回する。

また、スロットルボリューム２６Ｄが調整されてエンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍに低下されると、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力される機関回転数（１０００ｒｐｍ）を表すデータに基づいて変換特性を設定するための演算を行い、速度指令変換部３１における変換特性を１０００ｒｐｍの変換特性に設定する。

これにより、速度指令変換部３１から出力される速度指令値が２／３（＝５０％／７５％の比率）に低減され、旋回用電動機２１の回転速度が低下される。

このため、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍに低下することによって下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の動作速度が低下しても、これに合わせて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）も低下するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを良好に保つことができる。

また、スロットルボリューム２６Ｄが調整されてエンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍに上昇された場合は、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力される機関回転数（２０００ｒｐｍ）を表すデータに基づいて速度指令変換部３１における変換特性を２０００ｒｐｍの変換特性に設定する。

これにより、速度指令変換部３１から出力される速度指令値が４／３（＝１００％／７５％の比率）に増大され、旋回用電動機２１の回転速度が上昇される。

このため、エンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍに上昇して下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の動作速度が上昇しても、これに合わせて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）も上昇するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを良好に保つことができる。

なお、ここでは、エンジン１１が１５００ｒｐｍで回転されている場合に、機関回転数が１０００ｒｐｍに低下、又は２０００ｒｐｍに上昇された場合における旋回用電動機２１の操作性を変更する場合について説明したが、上述のように、速度指令変換部３１における変換特性は、エンジン１１の機関回転数の５０ｒｐｍ毎に変更される。このため、旋回用電動機２１の操作性は、エンジン１１の機関回転数の微妙な変化に合わせて変更される。このように、エンジン１１の機関回転数の微妙な変化にも対応して旋回用電動機２１の操作性が変更されることにより、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを常に良好に保つことができる。

なお、上部旋回体３が右方向に旋回している状態でレバー２６Ａの操作量を減じて行き、速度指令特性が右方向旋回駆動領域から零速度指令領域に切り替わると、零速度指令によって旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが停止状態に保持される。

さらに、レバー２６Ａの操作量を減じて行き、速度指令特性が零速度指令領域から不感帯領域に切り替わると、メカニカルブレーキ２３が掛かるとともに、速度指令変換部３１から駆動指令は出力されなくなり、駆動指令生成部５０は駆動制御を行わなくなる。これにより、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａは機械的に停止された状態となる。以上の一連の動作は、左方向の旋回動作においても同様であるため、その説明は省略する。

以上のように、実施の形態１の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械によれば、運転者によってエンジン１１の機関回転数が上昇又は低下されても、これに合わせて速度指令変換部３１の変換特性を変更することによって旋回用電動機２１の操作性を変更するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを常に良好に保つことのできる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することができる。

以上では、旋回用電動機２１がインバータ２０によってＰＷＭ駆動される交流モータであり、その回転速度を検出するために、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５８を用いる形態について説明したが、旋回用電動機２１は直流モータであってもよい。この場合は、インバータ２０、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５８が不要となり、回転速度としては直流モータのタコジェネレータで検出される値を用いればよい。

また、以上では、トルク電流指令の演算にＰＩ制御を用いる形態について説明したが、これに代えて、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御等を用いてもよい。

また、以上では、ハイブリッド型の建設機械を用いて説明したが、旋回機構が電動化されている建設機械であれば、実施の形態１の旋回駆動装置の適用対象は、バイブリッド型に限定されるものではない。

［実施の形態２］
図６は、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。この旋回駆動制御装置４０は、トルク制限部５３Ｂを追加した点が実施の形態１の旋回駆動制御装置４０と異なる。なお、トルク制限部５３Ａは、実施の形態１のトルク制限部５３と同一である。

また、実施の形態２では、速度指令変換部３１で用いる変換特性が図７に示すようにエンジン１１の機関回転数に関係なく１つの特性で表される点が実施の形態１と異なる。このため、図４に示す実施の形態１のように主制御部６０が速度指令変換部３１を制御するようには構成されていない。

その他の構成は実施の形態１の旋回駆動制御装置４０と同一であるため、その説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。

図８は、トルク制限部５３Ａ及び５３Ｂで用いるトルク制限特性を示す図であり、（ａ）はトルク制限部５３Ａのトルク制限特性を示し、（ｂ）はトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性を示す。トルク制限部５３Ａ及び５３Ｂに入力されるトルク電流指令値は、これらのトルク制限特性によって許容される値（許容値）以下に制限されて出力される。なお、図８（ａ）に示す特性は、図５に示す実施の形態１のトルク制限特性と同一である。

トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、主制御部６０によって設定される。主制御部６０は、旋回用電動機２１の回転速度が絶対値で高い領域において、旋回用電動機２１の出力を制限するために、定出力運転を行うようにトルク電流指令値を制限するためのトルク制限特性を設定する。これは、回転速度が絶対値で高い運転領域で回転速度を上昇させるためには、回転速度が低いときほど大きな駆動トルクは必要ないからである。

また、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力されるエンジン１１の機関回転数に応じて、トルク制限特性を変更する。これは、エンジン１１の機関回転数によって動作速度が変化する油圧駆動系の操作性に合わせて、旋回用電動機２１の操作性を変更するためである。

主制御部６０は、エンジン１１の機関回転数に応じて、旋回用電動機２１の回転速度が絶対値で高い領域において、旋回用電動機２１の出力を制限するための定出力運転を行うようにトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性を設定することにより、トルク制限部５３Ａから入力されるトルク電流指令値を制限し、その絶対値を低下させる。

このようなトルク制限部５３Ｂによって制限されるトルク電流指令値は、トルク制限部５４に入力され、減算器５５を経てＰＩ制御部５６に入力される。ＰＩ制御部５６は、トルク制限部５３Ｂによって値が制限されたトルク電流指令値に基づいて、旋回用電動機２１を駆動するための最終的なトルク電流指令値を演算する。実施の形態２では、エンジン１１の機関回転数に応じて、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性が変更されるため、エンジン１１の機関回転数に応じて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）を変更することができる。

図８（ｂ）には、代表的な特性として機関回転数が１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、及び２０００ｒｐｍの場合の３つのトルク制限特性を示すが、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍの場合は、定出力曲線ａを用いることにより、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の４０％以下になるように、旋回用電動機２１の回転速度に応じてトルク電流値を制限する。なお、定出力曲線ａは、旋回速度（横軸）が４０％でトルク電流指令（縦軸）が１００％の点と、旋回速度（横軸）が１００％でトルク電流指令（縦軸）が４０％の点とを結ぶ定出力曲線である。

また、エンジン１１の機関回転数が１５００ｒｐｍの場合は、定出力曲線ｂを用いることにより、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の６０％以下になるように、旋回用電動機２１の回転速度に応じてトルク電流値を制限する。ここで、定出力曲線ｂは、旋回速度（横軸）が６０％でトルク電流指令（縦軸）が１００％の点と、旋回速度（横軸）が１００％でトルク電流指令（縦軸）が６０％の点とを結ぶ定出力曲線である。

また、エンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍの場合は、定出力曲線ｃを用いることにより、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の８０％以下になるように、旋回用電動機２１の回転速度に応じてトルク電流値を制限する。ここで、定出力曲線ｃは、旋回速度（横軸）が８０％でトルク電流指令（縦軸）が１００％の点と、旋回速度（横軸）が１００％でトルク電流指令（縦軸）が８０％の点とを結ぶ定出力曲線である。

なお、ここには代表的な特性として機関回転数が１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍの場合の３つの特性を示すが、実際には、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間で５０ｒｐｍ毎に変換特性が設けられており、機関回転数に応じた特性が選択される。

「旋回動作」
実施の形態２の旋回駆動制御装置による建設機械の上部旋回体３の旋回動作は、次のようになる。ここでは、説明を分かりやすくするために、エンジン１１の機関回転数が１５００ｒｐｍで運転されていることとする。なお、操作レバー２６Ａの操作量が不感帯領域及び零速度指令領域にある場合の動作は実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。

運転者によって操作レバー２６Ａが右旋回方向に操作されて行き、速度指令特性が零速度指令領域を越えて右方向旋回駆動領域に切り替わると、速度指令変換部３１から出力される速度指令に基づくトルク電流指令が駆動指令生成部５０から出力される。これにより、速度指令変換部３１から出力される速度指令を目標値とした駆動制御が行われ、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが駆動されて上部旋回体３が右方向に旋回する。

エンジン１１の機関回転数が１５００ｒｐｍで運転されているときは、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の６０％以下になるように出力制限を行う特性に設定されている。

また、スロットルボリューム２６Ｄが調整されてエンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍに低下されると、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力される機関回転数（１０００ｒｐｍ）を表すデータに基づいてトルク制限特性を変更するための演算を行い、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性を１０００ｒｐｍのトルク制限特性に設定する。

エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍのときのトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の４０％以下になるように出力制限を行う特性であるため、トルク制限部５３Ａからトルク制限部５３Ｂに入力されるトルク電流指令値が低減され、旋回用電動機２１の回転速度が低下される。

このため、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍに低下することによって下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の動作速度が低下しても、これに合わせて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）も低下するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを良好に保つことができる。

また、スロットルボリューム２６Ｄが調整されてエンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍに上昇された場合は、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力される機関回転数（２０００ｒｐｍ）を表すデータに基づいてトルク制限特性を変更するための演算を行い、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性を２０００ｒｐｍのトルク制限特性に設定する。

エンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍのときのトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の８０％以下になるように出力制限を行う特性であるため、トルク制限部５３Ａからトルク制限部５３Ｂに入力されるトルク電流指令値は、機関回転数が１５００ｒｐｍのときよりは増大され、旋回用電動機２１の回転速度が上昇される。

このため、エンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍに上昇して下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の動作速度が上昇しても、これに合わせて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）も上昇するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを良好に保つことができる。

なお、ここでは、エンジン１１が１５００ｒｐｍで回転されている場合に、機関回転数が１０００ｒｐｍに低下、又は２０００ｒｐｍに上昇された場合における旋回用電動機２１の操作性を変更する場合について説明したが、上述のように、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、エンジン１１の機関回転数の５０ｒｐｍ毎に変更される。このため、旋回用電動機２１の操作性は、エンジン１１の機関回転数の微妙な変化に合わせて変更される。このように、エンジン１１の機関回転数の微妙な変化にも対応して旋回用電動機２１の操作性が変更されることにより、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを常に良好に保つことができる。

以上の動作は、左方向の旋回動作においても同様であるため、その説明は省略する。

以上のように、実施の形態２の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械によれば、運転者によってエンジン１１の機関回転数が上昇又は低下されても、これに合わせて旋回用電動機２１の操作性を変更するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを常に良好に保つことのできる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することができる。

［実施の形態３］
図９は、実施の形態３の旋回駆動制御装置４０を示す制御ブロック図である。実施の形態３は、実施の形態１と実施の形態２を組み合わせたものであり、速度指令変換部３１の変換特性は、実施の形態１と同様に、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍに上昇するに伴い、速度指令値が絶対値で増大するように設定されている。
なお、速度指令変換部３１の変換特性の設定（演算処理）は、旋回駆動制御装置４０の主制御部６０によって行われる。

また、実施の形態３の旋回駆動制御装置４０は、実施の形態２と同様に、トルク制限部５３Ａとトルク制限部５４との間に、トルク制限部５３Ｂを有する。ただし、実施の形態３のトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、速度指令変換部３１の変換特性がエンジン１１の機関回転数によって変更されることに伴い、実施の形態２におけるトルク制限特性（図８（ｂ）参照）とは異なる部分がある。

その他の構成は実施の形態１の旋回駆動制御装置４０と同一であるため、その説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。

図１０は、実施の形態３のトルク制限部５３Ｂで用いるトルク制限特性を示す図である。

実施の形態３のトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の回転速度が絶対値で高い領域において、旋回用電動機２１の出力を制限するために定出力運転を行うための定出力曲線ａ３、ｂ３、及びｃを有する。定出力曲線ｃは、実施の形態２における定出力曲線ｃ（図８（ｂ）参照）と同一であるが、定出力曲線ａ３及びｂ３は、実施の形態における定出力曲線ａ及びｂの一部である。

実施の形態３では、図３に示すように、エンジン１１の機関回転数によって速度指令値が制限されているため、これに合わせて、トルク制限特性は、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍ及び１５００ｒｐｍの場合は、回転速度が５０％及び７５％より大きい領域ではトルク電流値を零にするように設定されている。

ここで、定出力曲線ａ３は、旋回速度（横軸）が４０％でトルク電流指令（縦軸）が１００％の点と、旋回速度（横軸）が５０％でトルク電流指令（縦軸）が８０％の点とを結ぶ定出力曲線であり、定出力曲線ｂ３は、旋回速度（横軸）が６０％でトルク電流指令（縦軸）が１００％の点と、旋回速度（横軸）が７５％でトルク電流指令（縦軸）が８０％の点とを結ぶ定出力曲線である。

なお、ここには代表的な特性として機関回転数が１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍの場合の３つの特性を示すが、実際には、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間で５０ｒｐｍ毎に変換特性が設けられており、機関回転数に応じた特性が選択される。

また、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性の変更は、実施の形態２と同様に主制御部６０によって行われる。

実施の形態３では、主制御部６０は、エンジン１１の機関回転数に応じて、速度指令変換部３１の変換特性を変更するとともに、旋回用電動機２１の回転速度が絶対値で高い領域において、エンジン１１の機関回転数に応じて、旋回用電動機２１の出力を制限するために定出力運転を行うようにトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性を設定する。このように、速度指令変換部３１の変換特性とトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性とを変更することにより、トルク電流指令値の絶対値を低下させ、旋回用電動機２１の出力制限を行う。

このようなトルク制限部５３Ｂによって制限されるトルク電流指令値は、トルク制限部５４に入力され、減算器５５を経てＰＩ制御部５６に入力される。ＰＩ制御部５６は、トルク制限部５３Ｂによって値が制限されたトルク電流指令値に基づいて、旋回用電動機２１を駆動するための最終的なトルク電流指令値を演算する。実施の形態３では、エンジン１１の機関回転数に応じて、速度指令変換部３１の変換特性と、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性とがともに変更されるため、エンジン１１の機関回転数に応じて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）を変更することができる。

「旋回動作」
実施の形態３の旋回駆動制御装置による建設機械の上部旋回体３の旋回動作は、次のようになる。ここでは、説明を分かりやすくするために、エンジン１１の機関回転数が１５００ｒｐｍで運転されていることとする。なお、操作レバー２６Ａの操作量が不感帯領域及び零速度指令領域にある場合の動作は実施の形態１及び２と同様であるため、その説明を省略する。

運転者によって操作レバー２６Ａが右旋回方向に操作されて行き、速度指令特性が零速度指令領域を越えて右方向旋回駆動領域に切り替わると、速度指令変換部３１から出力される速度指令に基づくトルク電流指令が駆動指令生成部５０から出力される。これにより、速度指令変換部３１から出力される速度指令を目標値とした駆動制御が行われ、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａが駆動されて上部旋回体３が右方向に旋回する。

エンジン１１の機関回転数が１５００ｒｐｍで運転されているときは、速度指令変換部３１の変換特性は、速度指令値が７５％に制限されるように設定されるとともに、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の６０％以下になるように出力制限を行う特性に設定されている。

また、スロットルボリューム２６Ｄが調整されてエンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍに低下されると、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力される機関回転数（１０００ｒｐｍ）を表すデータに基づいて速度指令変換部３１の変換特性とトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性とを変更するための演算を行い、速度指令変換部３１の変換特性とトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性とが１０００ｒｐｍの特性に設定される。

エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍのときは、速度指令変換部３１の変換特性は、速度指令値が５０％に制限されるように設定されるとともに、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の４０％以下になるように出力制限を行う特性に設定されるため、速度指令変換部３１から出力される速度指令値が低減されるとともに、トルク制限部５３Ａからトルク制限部５３Ｂに入力されるトルク電流指令値が低減され、旋回用電動機２１の回転速度が低下される。特に、実施の形態３では、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍのときは、旋回用電動機２１の回転速度は、５０％以下に制限される。

このため、エンジン１１の機関回転数が１０００ｒｐｍに低下することによって下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の動作速度が低下しても、これに合わせて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）も低下するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを良好に保つことができる。

また、スロットルボリューム２６Ｄが調整されてエンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍに上昇された場合は、主制御部６０は、回転数検出部１１Ａから入力される機関回転数（２０００ｒｐｍ）を表すデータに基づいて速度指令変換部３１の変換特性とトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性とを変更するための演算処理を行い、これらの特性を２０００ｒｐｍの特性に設定する。

エンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍのときは、速度指令変換部３１の変換特性は、速度指令値が１００％に制限されるように設定されるとともに、トルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、旋回用電動機２１の出力が連続定格出力の８０％以下になるように出力制限を行う特性に設定される。このため、トルク制限部５３Ａからトルク制限部５３Ｂに入力されるトルク電流指令値は、機関回転数が１５００ｒｐｍのときよりは増大され、旋回用電動機２１の回転速度が上昇される。

このように、エンジン１１の機関回転数が２０００ｒｐｍに上昇して下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の動作速度が上昇しても、これに合わせて旋回用電動機２１の動作速度（回転速度）も上昇するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを良好に保つことができる。

なお、ここでは、エンジン１１が１５００ｒｐｍで回転されている場合に、機関回転数が１０００ｒｐｍに低下、又は２０００ｒｐｍに上昇された場合における旋回用電動機２１の操作性を変更する場合について説明したが、速度指令変換部３１の変換特性及びトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性は、エンジン１１の機関回転数の５０ｒｐｍ毎に変更される。このため、旋回用電動機２１の操作性は、エンジン１１の機関回転数の微妙な変化に合わせて変更される。このように、エンジン１１の機関回転数の微妙な変化にも対応して旋回用電動機２１の操作性が変更されることにより、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを常に良好に保つことができる。

以上の動作は、左方向の旋回動作においても同様であるため、その説明は省略する。

以上のように、実施の形態３の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械によれば、運転者によってエンジン１１の機関回転数が上昇又は低下されても、これに合わせて旋回用電動機２１の操作性を変更するので、油圧駆動される作業要素の操作性と、電動駆動される上部旋回体３の操作性とのバランスを常に良好に保つことのできる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施の形態１の旋回駆動制御装置を含む建設機械を示す側面図である。 実施の形態１の旋回駆動制御装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。 実施の形態１の建設機械の速度指令変換部において操作レバーの操作量を速度指令に変換する変換特性を示す図である。 実施の形態１の旋回駆動制御装置の構成を表す制御ブロック図である。 実施の形態１の旋回駆動制御装置のトルク制限部５３のトルク制限特性を示す図である。 実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。 実施の形態２の建設機械の速度指令変換部において操作レバーの操作量を速度指令に変換する変換特性を示す図である。 実施の形態２の旋回駆動制御装置４０のトルク制限部５３Ａ及び５３Ｂで用いるトルク制限特性を示す図であり、（ａ）はトルク制限部５３Ａのトルク制限特性を示し、（ｂ）はトルク制限部５３Ｂのトルク制限特性を示す。 実施の形態３の旋回駆動制御装置４０を示す制御ブロック図である。 実施の形態３のトルク制限部５３Ｂで用いるトルク制限特性を示す図である。

符号の説明

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１１Ａ 回転数検出部
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８ インバータ
１９ バッテリ
２０ インバータ
２１ 旋回用電動機
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２６Ｄ スロットルボリューム
２６Ｅ 信号線
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３１ 速度指令変換部
３２ 駆動制御装置
４０ 旋回駆動制御装置
５０ 駆動指令生成部
５１ 減算器
５２ ＰＩ制御部
５３、５３Ａ、５３Ｂ トルク制限部
５４ トルク制限部
５５ 減算器
５６ ＰＩ制御部
５７ 電流変換部
５８ 旋回動作検出部
６０ 主制御部

Claims (5)

1. 内燃機関の駆動力で発生される油圧によって駆動される作業要素と、電動機で旋回駆動される旋回機構とを含む建設機械において、前記電動機を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、
   建設機械の操作手段の操作量に基づき、前記電動機を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成手段と、
   前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段で検出される機関回転数の上昇に応じて前記電動機の出力を制限する出力制限手段と
   を含む旋回駆動制御装置。
2. 前記操作手段の操作量に基づき、前記電動機の回転速度を制御するための速度指令を出力する速度指令出力手段をさらに備え、前記駆動指令生成手段は、前記速度指令出力手段によって出力される速度指令に基づいて前記駆動指令を生成するように構成されており、
   前記出力制限手段は、前記回転数検出手段で検出される機関回転数の上昇に応じて前記速度指令出力手段によって出力される速度指令の値を絶対値で制限する、請求項１に記載の旋回駆動制御装置。
3. 前記駆動指令生成手段は、前記操作手段の操作量に応じて、当該駆動指令生成手段によって生成される駆動指令の値を制限するための第１制限手段を含み、前記第１制限手段は、前記操作手段の操作量の増大に応じて、駆動指令の値が絶対値で増大するように制限を行う、請求項１又は２に記載の旋回駆動制御装置。
4. 前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段をさらに備え、
   前記駆動指令生成手段は、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度に応じて、当該駆動指令生成手段によって生成される駆動指令の値を制限するための第２制限手段を含み、前記第２制限手段は、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度の絶対値での増大に応じて、駆動指令の値が絶対値で増大するように制限を行う、請求項３に記載の旋回駆動制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の旋回駆動制御装置を含む建設機械。

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