JP5405458B2 - 旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents

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、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る建設機械が提案されている。このような建設機械では、電動機の力行運転で旋回機構を加速（駆動）するとともに、旋回機構を減速（制動）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２００４−０３６３０３号公報

ところで、上部旋回体の旋回機構を駆動するための電動機を駆動状態から停止させる場合に、制動トルクが大きい状態で停止すると、旋回機構のギアのバックラッシュによる衝撃が生じる可能性がある。

このようなバックラッシュによってギアの歯打ちが生じると、上部旋回体に大きな衝撃が伝達し、滑らかに停止することができず、乗り心地が悪化するという課題があった。また、バックラッシュによる歯打ちが続くと、旋回機構のギアが損傷するという課題があった。

本発明は、旋回停止時における乗り心地が良好で旋回機構の長寿命化を実現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を課題とする。

本発明の一局面の旋回駆動制御装置は、電動機で旋回駆動される建設機械の旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、建設機械の操作部を介して入力される操作量に基づき、前記電動機を駆動するための速度指令を出力する速度指令出力部と、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、前記速度指令生成部で生成される速度指令と、前記回転速度検出部によって検出される回転速度とに基づき、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部とを含み、駆動指令生成部は、前記電動機の回転停止直前に、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させる。

また、前記電動機を短絡状態に切り替える運転制御部を含み、前記運転制御部は、前記電動機の回転停止直前に、前記電動機を短絡状態に切り替えることにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させてもよい。

また、前記電動発電機の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備え、前記運転制御部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記電動発電機の短絡状態を解除するように構成されており、前記駆動指令生成部は、前記運転制御部によって短絡状態が解除されると、前記電動発電機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御してもよい。

また、前記電動機の駆動制御を停止する駆動制御停止部を含み、前記電動機の回転停止直前に、前記駆動制御停止部が前記電動機の駆動制御を停止することにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させてもよい。

また、前記電動発電機の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備え、前記駆動制御停止部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、駆動制御の停止状態を解除するように構成されており、前記駆動指令生成部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記電動発電機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御してもよい。

また、前記駆動指令生成部は、前記駆動指令によって前記電動機で発生する駆動トルクが許容値以下になるように前記駆動指令の値を絶対値で制限する制限部を含み、前記電動機の回転停止直前に前記制限部の許容値を通常値よりも低減させることにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させてもよい。

また、前記電動発電機の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備え、前記駆動指令生成部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記制限部の許容値を通常値に復帰させるとともに、前記電動発電機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御してもよい。

また、前記駆動指令生成部は、前記操作部を介して入力される操作量が零となり、前記駆動指令生成部で生成される前記駆動指令が零にされると、前記電動機の回転停止直前までの間は、前記電動機を所定の低速度で駆動するための駆動指令を生成するとともに、前記電動機の停止直前には、前記速度指令生成部から出力される速度指令と、前記回転速度検出部によって検出される回転速度とに基づき、前記電動機を駆動するための駆動指令を生成することにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させてもよい。

また、前記電動発電機の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備え、前記駆動指令生成部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記電動発電機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御してもよい。

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、旋回停止時における乗り心地が良好で旋回機構の長寿命化を実現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効果が得られる。

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の建設機械における旋回用電動発電機に取り付けられるリレーを示す図である。 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。 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４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。 実施の形態１の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。 実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の構成を示すブロック図である。 実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。 実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。 実施の形態３の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。 実施の形態３の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。 実施の形態４の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。 実施の形態４の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。

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
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
２１ａ 回転軸
２１Ａ、２１Ｂ リレー
２２ レゾルバ
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
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 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

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とリレー２１Ａ及び２１Ｂとを介して旋回用電動発電機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。

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１８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。

ここで、旋回用電動発電機２１の減速時における回生運転を第１回生運転と称し、後述する短絡状態における回生運転である第２回生運転と区別する。なお、旋回用電動発電機２１の運転状態を表す場合に、第１回生運転と第２回生運転を特に区別しない場合は、単に「回生運転」と記す。

旋回用電動発電機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。旋回用電動発電機２１は、力行運転により上部旋回体３を加速させ、上部旋回体３の減速時に第１回生運転を行うように駆動制御される。ここでは、旋回用電動発電機２１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。この旋回用電動発電機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。

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）、旋回用電動発電機２１の運転状態（力行運転又は第１回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。

リレー２１Ａ及び２１Ｂは、図３に示すように、インバータ２０と旋回用電動発電機２１との間の三相配線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に配設される。リレー２１Ａは、Ｕ相とＶ相の間に配設されており、リレー２１Ｂは、Ｖ相とＷ相の間に配設されている。リレー２１Ａ及び２１Ｂが閉成されると、旋回用電動発電機２１の三相配線が短絡状態となり、旋回用電動発電機２１の運転状態は第２回生運転に切り替わる。

第２回生運転の状態で発電される電力は、旋回用電動発電機２１の内部抵抗器で消費される。この第２回生運転の状態では、旋回用電動発電機２１の内部抵抗器の抵抗値と回転軸２１ａの回転速度とによって定まる制動トルクが生じる。なお、このリレー２１Ａ及び２１Ｂは、後述する旋回駆動制御装置４０の主制御部６０によって開閉制御が行われ、旋回用電動発電機２１を速度指令により駆動制御するときには開放される。

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（オン）／解除（オフ）が切り替えられる。

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、この状態において、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、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃ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。また、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。

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。

また、メカニカルブレーキ２３は、レバー２６Ａ、２６Ｂ、又はペダル２６Ｃのいずれかが操作されると、コントローラ３０によって解除されるように構成される。

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。

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、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って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。

駆動制御装置３２は、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、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４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。

ここで、図４に示す変換特性は、旋回用電動機２１を停止させる際の特性であり、操作レバー２６Ａの操作量に応じて、零速度指令領域（左旋回用及び右旋回用）、左方向旋回駆動領域、及び右方向旋回駆動領域の４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。

「零速度指令領域」
零速度指令領域は、旋回中の上部旋回体３を停止させる際に用いるためにレバー２６Ａの操作方向における中立付近（±２０％の範囲内）に設けられている領域である。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、回転中の旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられる。旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零になると、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

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の解除状態（オフ）から作動状態（オン）への切り替えは、旋回動作検出部５８によって検出される回転速度が零になったときに、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。

「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。

この領域内では、レバー２６Ａの操作量に応じて、速度指令の絶対値が増大するように設定されている。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が左方向に旋回駆動される。

なお、上部旋回体３の旋回速度をある一定以下に制限するために、左方向旋回駆動領域における速度指令値は、絶対値が所定の値で制限される。

「右方向旋回駆動領域」
右方向旋回駆動領域は、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の操作量に応じて、速度指令の絶対値が増大するように設定されている。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。

なお、左方向旋回駆動領域と同様に、右方向旋回駆動領域における速度指令値は、絶対値が所定の値で制限される。

「旋回駆動制御装置４０」
図５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。

旋回駆動制御装置４０は、コントローラ３０の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、レバー２６Ａの操作量に応じて旋回用電動発電機２１を駆動制御するための駆動指令を演算する。

また、旋回駆動制御装置４０は、レバー２６Ａの操作量に応じて、旋回用電動発電機２１を駆動制御する際に、力行運転と回生運転（第１回生運転又は第２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処理を行う制御部である。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ともに、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(Proportional Integral)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。この制限処理は、レバー２６Ａの操作量に応じてトルク電流指令値の許容値が緩やかに増大する制限特性に基づいて行われる。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、トルク制限部５３の制限特性は、主制御部６０の内部メモリに格納されており、主制御部６０が内部メモリ内の制限特性を読み出してトルク制限部５３に入力する。

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の許容値（の絶対値）を緩やかに増大させる特性を有し、上部旋回体３の左方向及び右方向の双方向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、トルク制限部５３によって読み出される。

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の最大許容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においてトルク電流指令値を制限するための許容値の上限値（右旋回用の最大値）及び下限値（左旋回用の最小値）は、このトルク制限部５４によってトルク電流指令値の制限が行われても、傾斜地で、ブーム４、アーム５、及びバケット６が伸張されて上部旋回体３の慣性モーメントが大きい状態においても、ブーム４、アーム５、及びバケット６を斜面の上方に旋回させるための駆動トルクを発生できるような値に設定されている。

なお、トルク制限部５４の許容値は、主制御部６０の内部メモリに格納されており、主制御部６０が内部メモリ内の許容値を読み出してトルク制限部５４に入力する。

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電圧指令を生成する。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が所望の速度で旋回される。

図６は、実施の形態１の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。

この処理において、主制御部６０は、旋回用電動機２１の駆動制御にあたり、上部旋回体３が右方向又は左方向に旋回していることを表す右旋回フラグと左旋回フラグを用いる。右旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが反時計回りに回転する「正転」の有無を表し、左旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが時計回りに回転する「逆転」の有無を表す。

また、主制御部６０は、後述するステップＳ１２４〜Ｓ１２６及びＳ１３４〜Ｓ１３６において経過時間をカウントするためのタイマを含む。

図６に示す処理は、（１）からスタートし、最初にステップＳ１００の処理が実行される。

主制御部６０は、速度指令の値が正であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が正であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が正であると判定した場合は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ１０１）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が正であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。主制御部６０は、回転速度が正であると判定した場合は、右旋回フラグを“１”に設定するとともに、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ１０３）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転して上部旋回体３が右旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これにより、上部旋回体３の右方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ１０２において回転速度が正ではないと判定した場合も、手順はステップＳ１５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これは、正転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は負である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを右旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって左方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ１００において、速度指令が正ではないと判定した場合は、速度指令が負であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が負であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が負であると判定した場合は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ１１１）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が負であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。主制御部６０は、回転速度が負であると判定した場合は、右旋回フラグを“０”に設定するとともに、左旋回フラグを“１”に設定する（ステップＳ１１３）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転して上部旋回体３が左旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これにより、上部旋回体３の左方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ１１２において回転速度が負ではないと判定した場合も、手順はステップＳ１５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これは、逆転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は正である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを左旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって右方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ１１０において、速度指令が負ではないと判定した場合は、右旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が右旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、右旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の設定速度よりも低いか否かを判定する（Ｓ１２１）。所定の設定速度は極低速であり、例えば、１０％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、１０％速度とは最高旋回速度を１００％速度とした場合の回転速度である。

主制御部６０は、回転速度が設定速度よりも低いと判定した場合は、リレー２１Ａ及び２１Ｂを閉成し、旋回用電動機２１を短絡状態にする（ステップＳ１２２）。回転停止直前と判定した場合に、旋回用電動発電機２１の三相配線を短絡状態にして第２回生運転を行わせることにより、第２回生運転による回転抵抗で回転軸２１ａを停止させるためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が零以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２３）。回転軸２１ａが停止又は反転したか否かを判定するためである。

主制御部６０は、回転速度が零以下であると判定した場合は、タイマをセットする（ステップＳ１２４）。経過時間をカウントする準備を行うためである。ここで、タイマは０．１秒に設定される。

次いで、主制御部６０は、タイマによる経過時間のカウントを開始する（ステップＳ１２５）。短絡状態を解除するための判定を経過時間に基づいて行うためである。

主制御部６０は、カウントアップとなったか否かを判定する（ステップＳ１２６）。このステップＳ１２６の処理は、カウントアップが確認されるまで繰り返し実行される。

次いで、主制御部６０は、右旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ１２７）。旋回用電動発電機２１の三相配線を０．１秒間だけ短絡状態にして第２回生運転を行わせることにより、第２回生運転による回転抵抗で回転軸２１ａは停止したと考えられるからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。このとき、速度指令は零速度指令であるため、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられ、回転軸２１ａの回転速度は零に制御される。これにより、上部旋回体３が停止されるので、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

なお、ステップＳ１２１において回転速度が設定速度未満ではないと判定した場合においても、手順はステップＳ１５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これは、右旋回中における回転速度が設定値以上の状態において、零速度指令が速度指令変換部３１から出力されていて、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられている状態である。右旋回中にレバー２６Ａが放された直後のような場合に相当する。

また、ステップＳ１２３において回転速度が零以下ではない（すなわち回転速度が正）と判定した場合は、手順はステップＳ１００に進行し、手順を繰り返し実行する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ１００）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ１２０において、右旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、左旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が左旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、左旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いか否かを判定する（Ｓ１３１）。所定の設定速度は極低速であり、例えば、−１０％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、−１０％速度とは逆転方向の最高旋回速度を−１００％速度とした場合の回転速度である。

主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いと判定した場合は、リレー２１Ａ及び２１Ｂを閉成し、旋回用電動機２１を短絡状態にする（ステップＳ１３２）。回転停止直前と判定した場合に、旋回用電動発電機２１の三相配線を短絡状態にして第２回生運転を行わせることにより、第２回生運転による回転抵抗で回転軸２１ａを停止させるためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が零以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３３）。回転軸２１ａが停止又は反転したか否かを判定するためである。

主制御部６０は、回転速度が零以上であると判定した場合は、タイマをセットする（ステップＳ１３４）。経過時間をカウントする準備を行うためである。ここで、タイマは０．１秒に設定される。

次いで、主制御部６０は、タイマによる経過時間のカウントダウンを開始する（ステップＳ１３５）。経過時間をカウントするためである。

主制御部６０は、カウントアップとなったか否かを判定する（ステップＳ１３６）。このステップＳ１３６の処理は、カウントアップが確認されるまで繰り返し実行される。

次いで、主制御部６０は、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ１３７）。旋回用電動発電機２１の三相配線を０．１秒間だけ短絡状態にして第２回生運転を行わせることにより、第２回生運転による回転抵抗で回転軸２１ａは停止したと考えられるからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。このとき、速度指令は零速度指令であるため、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられ、回転軸２１ａの回転速度は零に制御される。これにより、上部旋回体３が停止されるので、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

なお、ステップＳ１３０において、左旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、手順はステップＳ１５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これは、旋回が停止している状態であるため、旋回駆動制御装置４０の駆動制御により零速度指令による停止状態、又はメカニカルブレーキ２３による停止状態を保持させるためである。

また、ステップＳ１３１において回転速度が所定の負の設定速度より高くないと判定した場合においても、手順はステップＳ１５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ１５０）。これは、左旋回中における回転速度が設定値以下の状態において、零速度指令が速度指令変換部３１から出力されていて、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられている状態である。左旋回中にレバー２６Ａが放された直後のような場合に相当する。

また、ステップＳ１３３において回転速度が零以上ではない（すなわち回転速度が負）と判定した場合は、手順はステップＳ１００に進行し、手順を繰り返し実行する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ１００）にリターンする。

「動作説明」
図７は、実施の形態１の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。この特性は、上部旋回体３が右旋回している状態から停止するときの速度指令、旋回速度、駆動トルク（制動トルク）の時間的変化を示す。

時刻ｔ＝０において、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回操作は、右方向への最大量であり、速度指令変換部３１から１００％の速度指令が出力され、旋回速度は右旋回方向における最大速度ωｍａｘ(rad/s)であり、駆動トルクは最大駆動トルクＴｍａｘの２０％のＴ１（Ｎ・ｍ）であるとする。

このような定速旋回状態は時刻ｔ＝ｔ１まで続き、上部旋回体３は右方向に定速旋回している。この状態は、図６に示すステップＳ１５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ１において、レバー２６Ａが中立位置まで戻されると、速度指令変換部３１から出力される速度指令が０％となり、これにより、速度指令と回転速度との偏差に基づいてフィードバック制御が行われるため、駆動トルクは逆転側の最大値“−Ｔｍａｘ”となり（すなわち右方向旋回時の制動トルクが最大となり）、旋回速度はωｍａｘから徐々に低下し始める。旋回速度の低下に伴い、制動トルクは最大値（−Ｔｍａｘ）から徐々に低下される。この状態は、図６に示すステップＳ１５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ２において、旋回速度が所定の設定値ω１まで低下すると、主制御部６０によってリレー２１Ａ及び２１Ｂが閉成され、旋回用電動機２１は短絡状態にされる。これにより、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに第２回生運転による回転抵抗が生じ、回転軸２１ａの回転速度（旋回速度）は徐々に低下する。この状態は、図６に示すステップＳ１２２による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ３において、第２回生運転により旋回速度が零になると、主制御部６０はタイマをセットし、カウントダウンを始める。この状態は、図６に示すステップＳ１２３〜Ｓ１２５による処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ４において、主制御部６０がカウントアップすると、主制御部６０はリレー２１Ａ及び２１Ｂを開放し、旋回駆動制御装置４０に零速度指令による駆動制御を実行させる。これは、図６に示すステップＳ１２６、Ｓ１２７、及びＳ１５０による処理によって実現される。

以上により、実施の形態１の旋回駆動制御装置４０によれば、回転停止直前に旋回用電動機２１を短絡状態にすることにより、旋回用電動機２１の回転軸２１ａを回生運転（第２回生運転）の回転抵抗力によって停止させることができる。この停止時に回転軸２１ａにかかる回転抵抗力は、従来のように短絡状態にせずに速度指令に基づく駆動制御によって回転軸２１ａにかけられる制動トルクに比べて、非常に小さくかつ時間的な変化が緩やかであるため、回転停止直前に回転停止直前以前よりも旋回用電動機２１の制動トルクを低減させることができ、これにより旋回機構２のバックラッシュの歯打ちによる衝撃の発生が抑制され、旋回停止時における滑らかで良好な乗り心地を実現できる旋回駆動制御装置及び建設機械を提供することができる。また、旋回機構２のバックラッシュの歯打ちを抑制できることにより、旋回機構２の長寿命化を図ることができる。

なお、ここでは、上部旋回体３が右旋回している状態から停止する場合の動作について説明したが、上部旋回体３が左旋回している状態から停止する場合の動作は、制御量の符号が異なるだけで動作原理は同一であるため、その説明を省略する。

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８は、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の構成を示すブロック図である。実施の形態２の旋回駆動制御装置４０は、リレー２１Ａ、２１Ｂを含まない点が実施の形態１の旋回駆動制御装置４０と異なる。その他の構成は実施の形態１の旋回駆動制御装置４０に準ずるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２の主制御部６０は、旋回用電動機２１の回転軸２１ａを停止させる直前に、所定の短時間だけインバータ２０を停止する。以下、図９を用いて処理手順を説明する。

図９は、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。

この処理において、主制御部６０は、旋回用電動機２１の駆動制御にあたり、上部旋回体３が右方向又は左方向に旋回していることを表す右旋回フラグと左旋回フラグを用いる。右旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが反時計回りに回転する「正転」の有無を表し、左旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが時計回りに回転する「逆転」の有無を表す。

また、主制御部６０は、後述するステップＳ２２３〜Ｓ２２５及びＳ２３３〜Ｓ２３５において経過時間をカウントするためのタイマを含む。

図９に示す処理は、（１）からスタートし、最初にステップＳ２００の処理が実行される。

主制御部６０は、速度指令の値が正であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が正であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が正であると判定した場合は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ２０１）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が正であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。主制御部６０は、回転速度が正であると判定した場合は、右旋回フラグを“１”に設定するとともに、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ２０３）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転して上部旋回体３が右旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これにより、上部旋回体３の右方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ２０２において回転速度が正ではないと判定した場合も、手順はステップＳ２５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これは、正転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は負である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを右旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって左方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ２００において、速度指令が正ではないと判定した場合は、速度指令が負であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が負であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が負であると判定した場合は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ２１１）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が負であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。主制御部６０は、回転速度が負であると判定した場合は、右旋回フラグを“０”に設定するとともに、左旋回フラグを“１”に設定する（ステップＳ２１３）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転して上部旋回体３が左旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これにより、上部旋回体３の左方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ２１２において回転速度が負ではないと判定した場合も、手順はステップＳ２５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これは、逆転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は正である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを左旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって右方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ２１０において、速度指令が負ではないと判定した場合は、右旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が右旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、右旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の設定速度よりも低いか否かを判定する（Ｓ２２１）。所定の設定速度は極低速であり、例えば、５％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、５％速度とは最高旋回速度を１００％速度とした場合の回転速度である。

主制御部６０は、回転速度が設定速度よりも低いと判定した場合は、インバータ２０を停止する（ステップＳ２２２）。回転停止直前と判定した場合に、旋回用電動発電機２１を駆動するためのトルク電流指令値を零にして回転軸２１ａをフリーにすることにより、回転停止直前における制動トルクを回転停止直前以前よりも低減させるためである。

主制御部６０は、回転速度が設定速度よりも低いと判定した場合は、タイマをセットする（ステップＳ２２３）。経過時間をカウントする準備を行うためである。ここで、タイマは０．１秒に設定される。

次いで、主制御部６０は、タイマによる経過時間のカウントを開始する（ステップＳ２２４）。トルク制限部５４の許容値を復帰させるための判定を経過時間に基づいて行うためである。

主制御部６０は、カウントアップとなったか否かを判定する（ステップＳ２２５）。このステップＳ２２５の処理は、カウントアップが確認されるまで繰り返し実行される。

次いで、主制御部６０は、右旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ２２６）。旋回用電動発電機２１を駆動するためのインバータ２０を０．１秒間だけ停止して回転軸２１ａをフリーにすることにより、旋回機構２や旋回用電動機２１の回転抵抗で回転軸２１ａは停止したと考えられるからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。このとき、速度指令は零速度指令であるため、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられ、回転軸２１ａの回転速度は零に制御される。これにより、上部旋回体３が停止されるので、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

なお、ステップＳ２２１において回転速度が設定速度未満ではないと判定した場合においても、手順はステップＳ２５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これは、右旋回中における回転速度が設定値以上の状態において、零速度指令が速度指令変換部３１から出力されていて、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられている状態である。右旋回中にレバー２６Ａが放された直後のような場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ２２０において、右旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、左旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が左旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、左旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いか否かを判定する（Ｓ２３１）。所定の設定速度は極低速であり、例えば、−５％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、−５％速度とは逆転方向の最高旋回速度を−１００％速度とした場合の回転速度である。

主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いと判定した場合は、トルク制限部５４の許容値を零にする（ステップＳ２３２）。回転停止直前と判定した場合に、旋回用電動発電機２１を駆動するためのトルク電流指令値を零にして回転軸２１ａをフリーにすることにより、回転停止直前における制動トルクを回転停止直前以前よりも低減させるためである。

主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いと判定した場合は、タイマをセットする（ステップＳ２３３）。経過時間をカウントする準備を行うためである。ここで、タイマは０．１秒に設定される。

次いで、主制御部６０は、タイマによる経過時間のカウントダウンを開始する（ステップＳ２３４）。経過時間をカウントするためである。

主制御部６０は、カウントアップとなったか否かを判定する（ステップＳ２３５）。このステップＳ２２５の処理は、カウントアップが確認されるまで繰り返し実行される。

次いで、主制御部６０は、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ２３６）。旋回用電動発電機２１を駆動するためのインバータ２０を０．１秒間だけ停止して回転軸２１ａをフリーにすることにより、旋回機構２や旋回用電動機２１の回転抵抗で回転軸２１ａは停止したと考えられるからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。このとき、速度指令は零速度指令であるため、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられ、回転軸２１ａの回転速度は零に制御される。これにより、上部旋回体３が停止されるので、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

なお、ステップＳ２３０において、左旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、手順はステップＳ２５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これは、旋回が停止している状態であるため、旋回駆動制御装置４０の駆動制御により零速度指令による停止状態、又はメカニカルブレーキ２３による停止状態を保持させるためである。

また、ステップＳ２３１において回転速度が所定の負の設定速度より高くないと判定した場合においても、手順はステップＳ２５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ２５０）。これは、左旋回中における回転速度が設定値以下の状態において、零速度指令が速度指令変換部３１から出力されていて、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられている状態である。左旋回中にレバー２６Ａが放された直後のような場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

「動作説明」
図１０は、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。この特性は、上部旋回体３が右旋回している状態から停止するときの速度指令、旋回速度、駆動トルク（制動トルク）の時間的変化を示す。

時刻ｔ＝０において、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回操作は、右方向への最大量であり、速度指令変換部３１から１００％の速度指令が出力され、旋回速度は右旋回方向における最大速度ωｍａｘ(rad/s)であり、駆動トルクは最大駆動トルクＴｍａｘの２０％のＴ１（Ｎ・ｍ）であるとする。

このような定速旋回状態は時刻ｔ＝ｔ１まで続き、上部旋回体３は右方向に定速旋回している。この状態は、図９に示すステップＳ２５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ１において、レバー２６Ａが中立位置まで戻されると、速度指令変換部３１から出力される速度指令が０％となり、これにより、速度指令と回転速度との偏差に基づいてフィードバック制御が行われるため、駆動トルクは逆転側の最大値“−Ｔｍａｘ”となり（すなわち右方向旋回時の制動トルクが最大となり）、旋回速度はωｍａｘから徐々に低下し始める。旋回速度の低下に伴い、制動トルクは最大値（−Ｔｍａｘ）から徐々に低下される。この状態は、図９に示すステップＳ２５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ２において、旋回速度が所定の設定値ω１まで低下すると、主制御部６０によって旋回用電動機２１の駆動制御はオフにされる。これにより、旋回用電動機２１と旋回機構２の回転抵抗により、回転軸２１ａの回転速度（旋回速度）は徐々に低下する。この状態は、図９に示すステップＳ２２２による駆動制御処理によって実現される。

また、時刻ｔ＝ｔ２では、主制御部６０はタイマをセットし、カウントダウンを始める。この状態は、図９に示すステップＳ２２３、Ｓ２２４による処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ３において、主制御部６０がカウントアップすると、主制御部６０は旋回駆動制御装置４０に零速度指令による駆動制御を実行させる。これは、図９に示すステップＳ２２５、Ｓ２２６、及びＳ２５０による処理によって実現される。

以上により、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０によれば、回転停止直前に極短時間（ここでは０．１秒）だけ旋回用電動機２１の駆動制御をオフにすることにより、旋回用電動機２１と旋回機構２の回転抵抗により、回転軸２１ａの回転速度（旋回速度）は徐々に低下させ、停止させることができる。この停止時に回転軸２１ａにかかる回転抵抗力は、従来のように駆動制御をオフにせずに速度指令に基づく駆動制御によって回転軸２１ａにかけられる制動トルクに比べて、非常に小さくかつ時間的な変化が緩やかであるため、回転停止直前以前よりも旋回用電動機２１の制動トルクを低減でき、これにより旋回機構２のバックラッシュの歯打ちによる衝撃の発生が抑制され、旋回停止時における滑らかで良好な乗り心地を実現できる旋回駆動制御装置及び建設機械を提供することができる。また、旋回機構２のバックラッシュの歯打ちを抑制できることにより、旋回機構２の長寿命化を図ることができる。

なお、ここでは、上部旋回体３が右旋回している状態から停止する場合の動作について説明したが、上部旋回体３が左旋回している状態から停止する場合の動作は、制御量の符号が異なるだけで動作原理は同一であるため、その説明を省略する。

［実施の形態３］
実施の形態３の旋回駆動制御装置４０は、トルク制限部５４に入力する許容値を変更できるように構成されている。その他の構成は実施の形態２の旋回駆動制御装置４０に準ずるため、図８を援用し、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態３の主制御部６０は、旋回用電動機２１の回転軸２１ａを停止させる直前に、所定の短時間だけトルク電流指令の値を最大値の２０％の値にする。以下、図１１を用いて処理手順を説明する。

図１１は、実施の形態３の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。

この処理において、主制御部６０は、旋回用電動機２１の駆動制御にあたり、上部旋回体３が右方向又は左方向に旋回していることを表す右旋回フラグと左旋回フラグを用いる。右旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが反時計回りに回転する「正転」の有無を表し、左旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが時計回りに回転する「逆転」の有無を表す。

図１１に示す処理は、（１）からスタートし、最初にステップＳ３００の処理が実行される。

主制御部６０は、速度指令の値が正であるか否かを判定する（ステップＳ３００）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が正であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が正であると判定した場合は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ３０１）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が正であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。主制御部６０は、回転速度が正であると判定した場合は、右旋回フラグを“１”に設定するとともに、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ３０３）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転して上部旋回体３が右旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これにより、上部旋回体３の右方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ３０２において回転速度が正ではないと判定した場合も、手順はステップＳ３５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これは、正転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は負である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを右旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって左方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ３００において、速度指令が正ではないと判定した場合は、速度指令が負であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が負であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が負であると判定した場合は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ３１１）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が負であるか否かを判定する（ステップＳ３１２）。主制御部６０は、回転速度が負であると判定した場合は、右旋回フラグを“０”に設定するとともに、左旋回フラグを“１”に設定する（ステップＳ３１３）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転して上部旋回体３が左旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これにより、上部旋回体３の左方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ３１２において回転速度が負ではないと判定した場合も、手順はステップＳ３５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これは、逆転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は正である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを左旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって右方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ３１０において、速度指令が負ではないと判定した場合は、右旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が右旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、右旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の設定速度よりも低いか否かを判定する（Ｓ３２１）。所定の設定速度は極低速であり、例えば、１０％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、１０％速度とは最高旋回速度を１００％速度とした場合の回転速度である。

主制御部６０は、回転速度が設定速度よりも低いと判定した場合は、トルク制限部５４の許容値を最大許容値の２０％の値Ｔ２にする（ステップＳ３２２）。回転停止直前と判定した場合に、旋回用電動発電機２１を駆動するためのトルク電流指令値を低減させることにより、回転停止直前における制動トルクを回転停止直前以前よりも低減するためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が零以下であるか否かを判定する（ステップＳ３２３）。回転軸２１ａが停止又は反転したか否かを判定するためである。

主制御部６０は、回転速度が零以下であると判定した場合は、右旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ３２４）。旋回用電動発電機２１は停止したからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。このとき、速度指令は零速度指令であるため、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられ、回転軸２１ａの回転速度は零に制御される。これにより、上部旋回体３が停止されるので、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

なお、ステップＳ３２１において回転速度が設定速度未満ではないと判定した場合においても、手順はステップＳ３５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これは、右旋回中における回転速度が設定値以上の状態において、零速度指令が速度指令変換部３１から出力されていて、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられている状態である。右旋回中にレバー２６Ａが放された直後のような場合に相当する。

また、ステップＳ３２３において回転速度が零以下ではない（すなわち回転速度が正）と判定した場合は、手順はステップＳ３００に進行し、手順を繰り返し実行する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ３００）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ３２０において、右旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、左旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ３３０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が左旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、左旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いか否かを判定する（Ｓ３３１）。所定の設定速度は極低速であり、例えば、−１０％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、−１０％速度とは逆転方向の最高旋回速度を−１００％速度とした場合の回転速度である。

主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いと判定した場合は、トルク制限部５４の許容値を最大許容値の２０％の値Ｔ２にする（ステップＳ３３２）。回転停止直前と判定した場合に、旋回用電動発電機２１を駆動するためのトルク電流指令値を低減させることにより、回転停止直前における制動トルクを回転停止直前以前よりも低減するためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が零以上であるか否かを判定する（ステップＳ３３３）。回転軸２１ａが停止又は反転したか否かを判定するためである。

主制御部６０は、回転速度が零以上であると判定した場合は、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ３３４）。旋回用電動発電機２１は停止したからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。このとき、速度指令は零速度指令であるため、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられ、回転軸２１ａの回転速度は零に制御される。これにより、上部旋回体３が停止されるので、メカニカルブレーキ２３は作動状態にされ、上部旋回体３が停止状態に保持される。

なお、ステップＳ３３０において、左旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、手順はステップＳ３５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これは、旋回が停止している状態であるため、旋回駆動制御装置４０の駆動制御により零速度指令による停止状態、又はメカニカルブレーキ２３による停止状態を保持させるためである。

また、ステップＳ３３１において回転速度が所定の負の設定速度より高くないと判定した場合においても、手順はステップＳ３５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ３５０）。これは、左旋回中における回転速度が設定値以下の状態において、零速度指令が速度指令変換部３１から出力されていて、旋回用電動機２１の回転軸２１ａに制動トルクが掛けられている状態である。左旋回中にレバー２６Ａが放された直後のような場合に相当する。

また、ステップＳ３３３において回転速度が零以上ではない（すなわち回転速度が負）と判定した場合は、手順はステップＳ３００に進行し、手順を繰り返し実行する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ３００）にリターンする。

「動作説明」
図１２は、実施の形態３の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。この特性は、上部旋回体３が右旋回している状態から停止するときの速度指令、旋回速度、駆動トルク（制動トルク）の時間的変化を示す。

時刻ｔ＝０において、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回操作は、右方向への最大量であり、速度指令変換部３１から１００％の速度指令が出力され、旋回速度は右旋回方向における最大速度ωｍａｘ(rad/s)であり、駆動トルクは最大駆動トルクＴｍａｘの２０％のＴ１（Ｎ・ｍ）であるとする。

このような定速旋回状態は時刻ｔ＝ｔ１まで続き、上部旋回体３は右方向に定速旋回している。この状態は、図１１に示すステップＳ３５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ１において、レバー２６Ａが中立位置まで戻されると、速度指令変換部３１から出力される速度指令が０％となり、これにより、速度指令と回転速度との偏差に基づいてフィードバック制御が行われるため、駆動トルクは逆転側の最大値“−Ｔｍａｘ”となり（すなわち右方向旋回時の制動トルクが最大となり）、旋回速度はωｍａｘから徐々に低下し始める。旋回速度の低下に伴い、制動トルクは最大値（−Ｔｍａｘ）から徐々に低下される。この状態は、図１１に示すステップＳ３５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ２において、旋回速度が所定の設定値ω１まで低下すると、主制御部６０によってトルク制限部５４の許容値が“−Ｔ２”に設定される。これにより、旋回用電動機２１の回転軸２１ａにかかる制動トルクが減少された状態で回転速度（旋回速度）は徐々に低下する。この状態は、図１１に示すステップＳ３２２による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ３において、第１回生運転により旋回速度が零になると、旋回駆動制御装置４０に零速度指令による駆動制御を実行させる。これは、図１１に示すステップＳ３５０による処理によって実現される。

以上により、実施の形態３の旋回駆動制御装置４０によれば、回転停止直前に旋回用電動機２１の制動トルクを低減することができる。この停止時に回転軸２１ａにかかる制動トルクは、従来のように駆動制御をオフにせずに速度指令に基づく駆動制御によって回転軸２１ａにかけられる制動トルクに比べて、非常に小さくかつ時間的な変化が緩やかであるため、旋回機構２のバックラッシュの歯打ちによる衝撃の発生を抑制でき、旋回停止時における滑らかで良好な乗り心地を実現できる旋回駆動制御装置及び建設機械を提供することができる。また、旋回機構２のバックラッシュの歯打ちを抑制できることにより、旋回機構２の長寿命化を図ることができる。

なお、ここでは、上部旋回体３が右旋回している状態から停止する場合の動作について説明したが、上部旋回体３が左旋回している状態から停止する場合の動作は、制御量の符号が異なるだけで動作原理は同一であるため、その説明を省略する。

［実施の形態４］
実施の形態４の旋回駆動制御装置４０は、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０と同様の構成を有する。このため、図８を援用し、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態４の主制御部６０は、旋回用電動機２１の回転軸２１ａを停止させる直前に、速度指令を最大値の２０％の値にする。以下、図１３を用いて処理手順を説明する。

図１３は、実施の形態４の旋回駆動制御装置４０の主制御部６０による旋回用電動発電機２１の駆動制御の処理手順を示す図である。

この処理において、主制御部６０は、旋回用電動機２１の駆動制御にあたり、上部旋回体３が右方向又は左方向に旋回していることを表す右旋回フラグと左旋回フラグを用いる。右旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが反時計回りに回転する「正転」の有無を表し、左旋回フラグは、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが時計回りに回転する「逆転」の有無を表す。

図１３に示す処理は、（１）からスタートし、最初にステップＳ４００の処理が実行される。

主制御部６０は、速度指令の値が正であるか否かを判定する（ステップＳ４００）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が正であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が正であると判定した場合は、レバー２６Ａの操作量に基づく速度指令値で駆動制御を実行させる（ステップＳ４０１）。

次いで、主制御部６０は、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ４０２）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が正であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。主制御部６０は、回転速度が正であると判定した場合は、右旋回フラグを“１”に設定するとともに、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ４０４）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転して上部旋回体３が右旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ４５０）。これにより、上部旋回体３の右方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ４０３において回転速度が正ではないと判定した場合も、手順はステップＳ４５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ４５０）。これは、正転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は負である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを右旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって左方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ４００において、速度指令が正ではないと判定した場合は、速度指令が負であるか否かを判定する（ステップＳ４１０）。速度指令は速度指令変換部３１から主制御部６０に入力されるため、この処理は、速度指令変換部３１から主制御部６０に入力される速度指令の値が負であるか否かを判定することによって実行される処理である。

主制御部６０は、速度指令の値が負であると判定した場合は、レバー２６Ａの操作量に基づく速度指令値で駆動制御を実行させる（ステップＳ４１１）。

次いで、右旋回フラグ及び左旋回フラグをともに“０”に設定する（ステップＳ４１２）。両方のフラグをリセットするためである。

次いで、主制御部６０は、回転速度が負であるか否かを判定する（ステップＳ４１３）。主制御部６０は、回転速度が負であると判定した場合は、右旋回フラグを“０”に設定するとともに、左旋回フラグを“１”に設定する（ステップＳ４１４）。この場合、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転して上部旋回体３が左旋回しているからである。

さらに、主制御部６０は、速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ４５０）。これにより、上部旋回体３の左方向への旋回が行われる。

なお、ステップＳ４１３において回転速度が負ではないと判定した場合も、手順はステップＳ４５０に進行し、主制御部６０は速度指令変換部３１から出力される速度指令に従った旋回用電動機２１の駆動制御を旋回駆動制御装置４０に実行させる（ステップＳ４５０）。これは、逆転させるための速度指令が速度指令変換部３１から出力されているのに、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度が零、又は正である場合であり、具体的には、操作レバー２６Ａを左旋回方向に操作しているのに、上部旋回体３が停止している状態、又は、外力によって右方向に旋回している場合に相当する。

以上の処理が終了すると、手順は（１）にリターンする。

主制御部６０は、ステップＳ４１０において、速度指令が負ではないと判定した場合は、右旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ４２０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が右旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが正転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、右旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、速度指令値が表す回転速度（rad/s）が所定の設定速度ω１よりも高いか否かを判定する（ステップＳ４２１）。

速度指令値が表す回転速度（rad/s）が所定の設定速度よりも高い場合は、速度指令値を所定の設定速度ω１を得る値Ｋ１に設定する（ステップＳ４２２）。これにより、速度指令値が低下される。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の設定速度よりも低いか否かを判定する（Ｓ４２３）。所定の設定速度ω１は極低速であり、例えば、１０％速度に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、１０％速度とは最高旋回速度を１００％速度とした場合の回転速度である。

なお、ステップＳ４２１において、速度指令値が表す回転速度（rad/s）が所定の設定速度ω１よりも高くないと判定した場合は、手順はステップＳ４２３に進行する。

主制御部６０は、速度指令値を前回の速度指令値から所定値δだけ減じた値に設定する（ステップＳ４２４）。この前回の速度指令値とは、ステップＳ４２２において設定された値であるため、このステップＳ４２４において、速度指令値はさらに低下されることになる。なお、所定値δは例えば０．１％速度を表す。この所定値は、速度指令値を（繰り返し行われる処理毎に）徐々に低減させるために用いられる値であり、任意の値に設定可能である。

主制御部６０は、速度指令値が零以下であるか否かを判定する（ステップＳ４２５）。停止させようとしている状態なので、速度指令値が負（逆転を表す値）にならないように監視を行うためである。

主制御部６０は、速度指令値が零以下であると判定した場合は、速度指令値を零に設定する（ステップＳ４２６）。零速度指令で回転軸２１ａを停止させるためである。

主制御部６０は、右旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ４２７）。回転軸２１ａは停止しているからである。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ４００）にリターンする。

なお、ステップＳ４２３において、回転速度が所定の設定速度よりも低くないと判定した場合は、手順はステップＳ４５０に進行する。回転速度が十分に低下していないため、通常の速度指令による制御で減速するためである。

また、ステップＳ４２５において速度指令値が零以下ではないと判定した場合は、手順は（１）（ステップＳ４００）にリターンする。

また、主制御部６０は、ステップＳ４２０で右旋回フラグが“１”ではないと判定した場合は、左旋回フラグが“１”であるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。速度指令が零である状態で上部旋回体３が左旋回（旋回用電動機２１の回転軸２１ａが逆転）しているか否かを判定するためである。これは、例えば、左旋回している状態から停止しようとしてレバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合に相当する。

次いで、主制御部６０は、速度指令値が表す回転速度（rad/s）が所定の設定速度“−ω１”よりも低いか否かを判定する（ステップＳ４３１）。

速度指令値が表す回転速度（rad/s）が所定の設定速度“−ω１”よりも低い場合は、速度指令値を所定の設定速度“−ω１”を得る値“−Ｋ１”に設定する（ステップＳ４３２）。これにより、速度指令値が低下される。

次いで、主制御部６０は、回転速度が所定の負の設定速度よりも高いか否かを判定する（Ｓ４３３）。所定の負の設定速度は極低速であり、例えば、“−１０％速度”に設定される。回転停止直前の状態であるか否かを判定するためである。なお、“−１０％速度”とは逆転側の最高旋回速度を“−１００％”速度とした場合の回転速度である。

なお、ステップＳ４３１において、速度指令値が表す回転速度（rad/s）が所定の負の設定速度よりも低くないと判定した場合は、手順はステップＳ４３３に進行する。

主制御部６０は、速度指令値を前回の速度指令値から所定値δを加算した値に設定する（ステップＳ４３４）。この前回の速度指令値とは、ステップＳ４３２において設定された値であるため、このステップＳ４３４において、速度指令値はさらに増大されることになる。また、所定値δは速度増分を表す。

主制御部６０は、速度指令値が零以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３５）。停止させようとしている状態なので、速度指令値が正（正転を表す値）にならないように監視を行うためである。

主制御部６０は、速度指令値が零以上であると判定した場合は、速度指令値を零に設定する（ステップＳ４３６）。零速度指令で回転軸２１ａを停止させるためである。

主制御部６０は、左旋回フラグを“０”に設定する（ステップＳ４３７）。回転軸２１ａは停止しているからである。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ４００）にリターンする。

なお、ステップＳ４３３において、回転速度が所定の負の設定速度よりも高くないと判定した場合は、手順はステップＳ４５０に進行する。回転速度が絶対値で十分に低下していないため、通常の速度指令による制御で減速するためである。

また、ステップＳ４３５において速度指令値が零以上ではないと判定した場合は、手順は（１）（ステップＳ４００）にリターンする。

以上の処理が終了すると、手順は（１）（ステップＳ４００）にリターンする。

「動作説明」
図１４は、実施の形態４の旋回駆動制御装置４０の駆動制御による旋回停止時の動作を説明するための特性図である。この特性は、上部旋回体３が右旋回している状態から停止するときの速度指令、旋回速度、駆動トルク（制動トルク）の時間的変化を示す。

時刻ｔ＝０において、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回操作は、右方向への最大量であり、速度指令変換部３１から１００％の速度指令が出力され、旋回速度は右旋回方向における最大速度ωｍａｘ(rad/s)であり、駆動トルクは最大駆動トルクＴｍａｘの２０％のＴ１（Ｎ・ｍ）であるとする。

このような定速旋回状態は時刻ｔ＝ｔ１まで続き、上部旋回体３は右方向に定速旋回している。この状態は、図１３に示すステップＳ４５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ１において、レバー２６Ａが中立位置まで戻されると、速度指令変換部３１から出力される速度指令は設定値Ｋ１となり、これにより、速度指令と回転速度との偏差に基づいてフィードバック制御が行われるため、駆動トルクは逆転側の最大値“−Ｔｍａｘ”となり（すなわち右方向旋回時の制動トルクが最大となり）、旋回速度はωｍａｘから徐々に低下し始める。旋回速度の低下に伴い、制動トルクは最大値（−Ｔｍａｘ）から徐々に低下される。この状態は、図１３に示すステップＳ４５０による駆動制御処理によって実現される。

時刻ｔ＝ｔ２において、旋回速度が所定の設定値ω１まで低下すると、速度指令値はＫ１から徐々に減じられる。これにより、旋回用電動機２１の回転軸２１ａにかかる制動トルクが減少された状態で回転速度（旋回速度）は徐々に低下する。この状態は、図１３に示すステップＳ４２４による駆動制御処理によって実現される。この時刻ｔ２〜ｔ３の間は速度指令値はＫ１から零（零速度指令）へと徐々に減少する速度指令による駆動制御となる。

時刻ｔ＝ｔ３において、旋回速度が零になると、旋回駆動制御装置４０に零速度指令による駆動制御を実行させる。これは、図１３に示すステップＳ４５０による処理によって実現される。

以上により、実施の形態４の旋回駆動制御装置４０によれば、回転停止直前に旋回用電動機２１の制動トルクを回転停止直前以前よりも低減することができる。この停止時に回転軸２１ａにかかる制動トルクは、従来のように駆動制御をオフにせずに速度指令に基づく駆動制御によって回転軸２１ａにかけられる制動トルクに比べて、非常に小さくかつ時間的な変化が緩やかであるため、旋回機構２のバックラッシュの歯打ちによる衝撃の発生を抑制でき、旋回停止時における滑らかで良好な乗り心地を実現できる旋回駆動制御装置及び建設機械を提供することができる。また、旋回機構２のバックラッシュの歯打ちを抑制できることにより、旋回機構２の長寿命化を図ることができる。

なお、ここでは、上部旋回体３が右旋回している状態から停止する場合の動作について説明したが、上部旋回体３が左旋回している状態から停止する場合の動作は、制御量の符号が異なるだけで動作原理は同一であるため、その説明を省略する。

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用いた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。

Claims (8)

1. インバータを介して電動機で旋回駆動される建設機械の旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、
   建設機械の操作部を介して入力される操作量に基づき、前記電動機を駆動するための速度指令を出力する速度指令出力部と、
   前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記速度指令出力部から出力される速度指令と、前記回転速度検出部によって検出される回転速度との偏差に基づき、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部と、
   前記電動機の駆動制御を停止する駆動制御停止部と、を含み、
   前記駆動指令生成部は、前記電動機の回転停止直前に、前記駆動制御停止部が前記電動機の駆動制御を停止することにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させる、
   旋回駆動制御装置。
2. 前記駆動制御停止部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、駆動制御の停止状態を解除するように構成されており、
   前記駆動指令生成部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記電動機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御する、請求項１に記載の旋回駆動制御装置。
3. インバータを介して電動機で旋回駆動される建設機械の旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、
   建設機械の操作部を介して入力される操作量に基づき、前記電動機を駆動するための速度指令を出力する速度指令出力部と、
   前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記速度指令出力部から出力される速度指令と、前記回転速度検出部によって検出される回転速度との偏差に基づき、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部と、を含み、
   前記駆動指令生成部は、前記電動機の回転停止直前に、前記電動機の回生運転による発電を維持した状態で、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させる、
   旋回駆動制御装置。
4. 前記駆動指令生成部は、前記駆動指令によって前記電動機で発生する駆動トルクが許容値以下になるように前記駆動指令の値を絶対値で制限する制限部を更に含み、前記電動機の回転停止直前に前記制限部の許容値を通常値よりも低減させることにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させる、請求項１又は３に記載の旋回駆動制御装置。
5. 前記駆動指令生成部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記制限部の許容値を通常値に復帰させるとともに、前記電動機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御する、請求項４に記載の旋回駆動制御装置。
6. 電動機で旋回駆動される建設機械の旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、
   建設機械の操作部を介して入力される操作量に基づき、前記電動機を駆動するための速度指令を出力する速度指令出力部と、
   前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記速度指令出力部から出力される速度指令と、前記回転速度検出部によって検出される回転速度とに基づき、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部と、を含み、
   前記駆動指令生成部は、前記操作部を介して入力される操作量が零となり、前記駆動指令生成部で生成される前記駆動指令が零にされると、前記電動機の回転停止直前までの間は、前記電動機を所定の低速度で駆動するための駆動指令を生成するとともに、前記電動機の停止直前には、前記速度指令出力部から出力される速度指令と、前記回転速度検出部によって検出される回転速度とに基づき、前記電動機を駆動するための駆動指令を生成することにより、回転停止直前以前よりも前記電動機の制動トルクを低減させる、
   旋回駆動制御装置。
7. 前記駆動指令生成部は、前記回転速度検出部によって検出される回転速度が零になると、前記電動機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動機を駆動制御する、請求項６に記載の旋回駆動制御装置。
8. 請求項１乃至７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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