特許 5844377 建設機械及び旋回用電動機の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5844377

(24)【登録日】2015年11月27日

(45)【発行日】2016年1月13日

(54)【発明の名称】建設機械及び旋回用電動機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20151217BHJP

   H02P 29/00 20160101ALI20151217BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 C

   E02F9/20 Z

   H02P5/00 F

   H02P7/00 B

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-533723(P2013-533723)

(86)(22)【出願日】2012年9月13日

(86)【国際出願番号】JP2012073543

(87)【国際公開番号】WO2013039182

(87)【国際公開日】20130321

【審査請求日】2015年1月15日

(31)【優先権主張番号】特願2011-202117(P2011-202117)

(32)【優先日】2011年9月15日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 誠

【審査官】 須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５０８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３８５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９５９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０１０７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００６８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５０８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５０８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３８５８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｈ０２Ｐ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回機構を駆動する旋回用電動機と、
該旋回用電動機の駆動を制御する制御装置と
を有する建設機械であって、
該制御装置は、前記上部旋回体が減速して旋回速度がゼロになったときの前記旋回用電動機の出力の大きさ若しくは出力の向きに基づいて、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになった後も前記旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする建設機械。

【請求項2】

請求項１記載の建設機械であって、
前記制御装置は、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの向きが、前記上部旋回体が旋回していた方向と同じであれば、前記旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする建設機械。

【請求項3】

請求項１記載の建設機械であって、
前記制御装置は、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの大きさが所定値以上のとき、前記旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする建設機械。

【請求項4】

請求項１記載の建設機械であって、
前記制御装置は、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの絶対値が所定値より小さいとき、前記旋回用電動機の出力をゼロにするか低減することを特徴とする建設機械。

【請求項5】

請求項４記載の建設機械であって、
前記制御装置は、比例積分制御により前記旋回用電動機の出力を制御し、且つ、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの絶対値が所定値より小さいとき、前記比例積分制御における積分成分をリセットしてゼロに設定することを特徴とする建設機械。

【請求項6】

下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回機構を駆動する旋回用電動機の制御方法であって、
前記旋回用電動機を一方向に回転するように駆動して前記上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回させ、
前記旋回用電動機を逆方向に回転するように駆動して前記上部旋回体を減速し、
前記上部旋回体が減速して旋回速度がゼロになったときの前記旋回用電動機の出力の大きさ若しくは出力の向きに基づいて、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになった後も前記旋回用電動機の出力を継続させる
ことを特徴とする旋回用電動機の制御方法。

【請求項7】

請求項６記載の旋回用電動機の制御方法であって、
前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの向きが、前記上部旋回体が旋回していた方向と同じであれば、前記旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする旋回用電動機の制御方法。

【請求項8】

請求項６記載の旋回用電動機の制御方法であって、
前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの大きさが所定値以上のとき、前記旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする旋回用電動機の制御方法。

【請求項9】

請求項６記載の旋回用電動機の制御方法であって、
前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの絶対値が所定値より小さいとき、前記旋回用電動機の出力をゼロにするか低減することを特徴とする旋回用電動機の制御方法。

【請求項10】

請求項９記載の旋回用電動機の制御方法であって、
比例積分制御により前記旋回用電動機の出力を制御し、且つ、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになったときに前記旋回用電動機が出力するトルクの絶対値が所定値より小さいとき、前記比例積分制御における積分成分をリセットしてゼロに設定することを特徴とする旋回用電動機の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、旋回体を駆動する電動旋回制御装置を有した建設機械、及び旋回用電動機の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ショベルなどの建設機械は、アームやブームなどの作業機構を旋回させながら作業を行なうために旋回体（上部旋回体と称する）を有することが多い。旋回体を旋回駆動するために、旋回機構が設けられる。旋回機構の動力源として、油圧モータの代わりに旋回用電動機を用いる場合がある。

【0003】

旋回機構の駆動制御に比例積分制御（ＰＩ制御：Proportional Integral Control）が用いられることが多い。ＰＩ制御による旋回用電動機の制御では、旋回体の旋回速度に関する指令速度と実際の旋回速度の間の偏差を積分して旋回用電動機のトルクを制御する。このとき、ある旋回速度で旋回している旋回体を減速して停止させると、停止位置付近で旋回体が揺動しながら停止する現象が発生することがある。この揺動を揺れ戻しと称する。揺れ戻しの原因はいくつかあり、その一つは上述のＰＩ制御に起因したものである。

【0004】

旋回速度がゼロとなった瞬間には、旋回用電動機のトルクはゼロとはならず、旋回用電動機は、積分制御に係るトルクを出力している。旋回体の旋回面が水平面であるとすると、積分制御に係るトルクは旋回方向とは逆向きのトルクである。このトルクにより、旋回体は静止してから（速度ゼロとなってから）反対方向に旋回する。すると積分制御に係るトルクも逆方向のトルクとなり、旋回が抑制されて速度がゼロとなり、また反対方向にトルクが発生することとなる。このようにして、旋回体は停止位置付近で揺動しながら振幅が減衰して停止する。この揺動が揺れ戻しである。

【0005】

上述の揺れ戻しを抑制するために、旋回体の速度がゼロとなった瞬間に積分制御に係るトルクをゼロにリセットすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−１５０８９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

旋回体の速度がゼロとなった瞬間に積分制御に係るトルクをゼロにリセットすると、旋回体の旋回面が水平な場合には、揺れ戻しを抑制する効果がある。ところが、旋回体の旋回面が水平方向に対して傾斜している場合には、以下のような問題が生じるおそれがある。 すなわち、旋回体の旋回中心に対して旋回体の重心がずれているような場合で、且つ旋回面が傾斜しているような場合には、揺れ戻しを抑制する効果ではなく、旋回体を反対方向に旋回させるトルクが大きくなってしまうおそれがある
具体的には、旋回体の旋回面が水平面に対して傾斜しており、且つ、旋回体の重心が斜面に沿って下降する方向の旋回を停止する場合がある。このような条件の旋回を「降り旋回」と称する。

【0008】

「降り旋回」では、旋回体が停止した直後に再び自重により旋回してしまうおそれがある。旋回体を斜面に沿って傾斜した状態で停止したときには、旋回体が斜面に沿って下降しないように、旋回用電動機のトルクをある程度残した状態としておかなければならない。これは、旋回体の速度がゼロとなった瞬間に旋回用電動機のトルクをゼロにリセットすると、旋回体の停止を維持するためのトルク（旋回体の速度をゼロに維持するためのトルク）を発生させるまでの間に、旋回体が自重により下降方向に旋回してしまうことを防止するためである。

【0009】

旋回体の旋回面が水平面に対して傾斜しており、且つ、上述の降り斜面旋回とは反対に、旋回体の重心が斜面に沿って上昇する方向の旋回を停止する場合がある。このような条件の旋回を「昇り旋回」と称する。

【0010】

「昇り旋回」では、比較的大きな減速度で停止した場合には、旋回体が停止する直前に旋回用電動機が発生している積分制御トルクは、旋回方向とは反対向きのトルクとなっている。したがって、旋回体が停止した瞬間にこのトルクをゼロにリセットすることにより迅速に反対向きのトルク（旋回体の停止を維持する方向のトルク）を発生させることができる。

【0011】

一方、「昇り旋回」において、比較的緩やかに減速して停止した場合では、旋回体が停止する直前に旋回用電動機が発生している積分制御トルクは、すでに旋回体を停止状態に維持するためのトルクと同じ方向のトルクとなっている。したがって、旋回体が停止した瞬間にこのトルクをゼロにリセットしてしまうと、再びトルクを発生させるまでの間の旋回体の下降方向の旋回を助長してしまうおそれがある。

【0012】

したがって、上述の問題を解決した建設機械及び旋回用電動機の制御方法の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一実施態様によれば、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回機構を駆動する旋回用電動機と、該旋回用電動機の駆動を制御する制御装置とを有する建設機械であって、該制御装置は、前記上部旋回体が減速して旋回速度がゼロになったときの前記旋回用電動機の出力の大きさ若しくは出力の向きに基づいて、前記上部旋回体の旋回速度がゼロになった後も前記旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする建設機械が提供される。

【0014】

また、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回機構を駆動する旋回用電動機の制御方法であって、該旋回用電動機を一方向に回転駆動して該上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回させ、該旋回用電動機を逆方向に回転駆動して該上部旋回体を減速し、該上部旋回体が減速して旋回速度がゼロになったときの該旋回用電動機の出力の大きさ若しくは出力の向きに基づいて、該上部旋回体の旋回速度がゼロになった後も該旋回用電動機の出力を継続させることを特徴とする旋回用電動機の制御方法が提供される。
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の発明の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。

【発明の効果】

【0015】

上述の発明によれば、下部走行体が傾斜面に設置されている場合に上部旋回体を旋回させてから停止した際に、上部旋回体の揺れ戻しを抑制しながら、上部旋回体の落下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】ハイブリッドショベルの側面図である。

【図2】一実施形態によるハイブリッドショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。

【図3】蓄電系の構成を示すブロック図である。

【図4】電動旋回制御装置のブロック図である。

【図5】ショベルが水平な面に設置された時の上部旋回体の旋回動作を説明するための図である。

【図6】ショベルが水平面に対して傾斜して設置された時に、上部旋回体が重力に逆らう方向に旋回駆動されるときの旋回動作を説明するための図である。

【図7】ショベルが水平面に対して傾斜して設置された時に、上部旋回体が重力が作用する方向に旋回駆動されるときの旋回動作を説明するための図である。

【図8】ショベルが平地に設置されているときに上部旋回体を旋回から停止する際の、速度指令値、計測速度値、及びトルク指令値の変化を示すグラフである。

【図9】図８に示す例において、トルク指令値のリセットを行なった場合を示すグラフである。

【図10】ショベルが傾斜地に設置されているときに上部旋回体を昇り旋回から早く停止させる際の、速度指令値、計測速度値、及びトルク指令値の変化を示すグラフである。

【図11】図１０に示す例において、トルク指令値のリセットを行なった場合を示すグラフである。

【図12】ショベルが傾斜地に設置されているときに上部旋回体を昇り旋回からゆっくりと停止させる際の、速度指令値、計測速度値、及びトルク指令値の変化を示すグラフである。

【図13】図１２に示す例において、トルク指令値のリセットを行なった場合を示すグラフである。

【図14】ショベルが傾斜地に設置されているときに上部旋回体を降り旋回から停止させる際の、速度指令値、計測速度値、及びトルク指令値の変化を示すグラフである。

【図15】図１４に示す例において、トルク指令値のリセットを行なった場合を示すグラフである。

【図16】上部旋回体の旋回を停止する際の旋回用電動機のトルク制御処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、一実施形態による電動旋回駆動装置を含む建設機械の一例であるハイブリッドショベルの側面図である。

【0018】

ハイブリッドショベルの下部走行体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。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が設けられる。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源が搭載される。さらに、上部旋回体３には、バケット６とは反対側にカウンタウェイト３ａが搭載される。

【0019】

図２は、ハイブリッドショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。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。

【0020】

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、ともに変速機１３の入力軸に接続されている。また、変速機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。

【0021】

コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。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。

【0022】

電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電用のキャパシタ又はバッテリを含む蓄電装置１２０が接続されている。本実施形態では蓄電装置１２０は蓄電器としてキャパシタを含むものとする。蓄電装置１２０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。

【0023】

図３は蓄電装置１２０の構成を示すブロック図である。蓄電装置１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

【0024】

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８，２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。また、上述の例では蓄電器としてキャパシタを用いているが、キャパシタの代わりに、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。

【0025】

図２に戻り、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。

【0026】

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及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９がそれぞれ接続される。圧力センサ２９には、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。

【0027】

エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１等の動力源は、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。

【0028】

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、その出力軸は変速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、ショベルの運転中は常時運転される。

【0029】

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。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の回転軸は変速機１３の他方の入力軸に接続される。

【0030】

変速機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。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。

【0031】

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。メインポンプ１４が発生した油圧は、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。

【0032】

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。

【0033】

インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と蓄電装置１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電装置１２０から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の回生を運転制御している際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電装置１２０のキャパシタ１９に蓄電する。

【0034】

蓄電装置１２０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、蓄電装置１２０は、力行運転に必要な電力を供給する。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回生運転を行っている際には、蓄電装置１２０は回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギとして蓄積する。

【0035】

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と蓄電装置１２０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２０が旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電装置１２０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蓄電装置１２０のキャパシタ１９に蓄電する。

【0036】

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旋回減速機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、旋回減速機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。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。

【0037】

なお、蓄電装置１２０のキャパシタ１９の充放電制御は、キャパシタ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。

【0038】

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る。レゾルバ２２は、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。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を求めることができる。

【0039】

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。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。

【0040】

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変速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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（例えば、中立位置を基準としたレバー傾斜角度である。）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。

【0044】

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。

【0045】

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂを操作するために１本ずつ（すなわち合計２本）、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をそれぞれ操作するために２本ずつ（すなわち合計６本）設けられる。したがって、油圧ライン２７は、実際には全部で８本あるが、説明の便宜上、図２では１本にまとめて図示されている。

【0046】

レバー操作検出部としての圧力センサ２９は、レバー２６Ａの操作による、油圧ライン２８内の油圧の変化を検出する。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。これにより、レバー２６Ａの操作量を的確に把握することができる。本実施の形態では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いたが、レバー２６Ａの操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。

【0047】

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、駆動制御装置３２、電動旋回制御装置４０、及び主制御部６０を含む。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る。駆動制御装置３２、電動旋回制御装置４０及び主制御部６０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。

【0048】

速度指令変換部３１（図４参照）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、電動旋回制御装置４０及び主制御部６０に入力される。

【0049】

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、キャパシタ１９の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御装置３２は、エンジン１１の負荷の状態とキャパシタ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を介してキャパシタ１９の充放電制御を行う。

【0050】

図４は、本実施形態による電動旋回制御装置４０の構成を示すブロック図である。電動旋回制御装置４０は、インバータ２０を介して旋回用電動機２１の駆動制御を行って上部旋回体３の旋回動作を制御するための制御装置である。電動旋回制御装置４０は、旋回用電動機２１を駆動するためのトルク電流増減値（トルク指令値）を生成する駆動指令生成部５０を含む。

【0051】

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トルク電流増減値を生成する。駆動指令生成部５０から出力されるトルク電流増減値はインバータ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。

【0052】

インバータ２０は、駆動指令生成部５０から受けるトルク電流増減値によりトルク電流値を増減させて旋回電動機２１を左方向又は右方向に加速又は減速させる。なお、インバータ２０は、例えば、トルク電流値がマイナス側に大きいほど上部旋回体３を左方向に旋回させる旋回用電動機２１のトルクを増大させるようにし、トルク電流値がプラス側に大きいほど上部旋回体３を右方向に旋回させる旋回用電動機２１のトルクを増大させるようにする。

【0053】

主制御部６０は、電動旋回制御装置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。

【0054】

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、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。

【0055】

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。

【0056】

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増減値を演算する。生成されたトルク電流増減値は、トルク制限部５３に入力される。

【0057】

具体的には、ＰＩ制御部５２は、今回の制御サイクルにおいて減算器５１から入力される偏差に所定の比例（Ｐ）ゲインを乗じた値（比例成分）と、今回の制御サイクルにおいて減算器５１から入力される偏差と前回の制御サイクルまでに積算された偏差の積算値（積分値）を加算したものに所定の積分（Ｉ）ゲインを乗じた値（積分成分）とを加算してトルク電流増減値を求める。

【0058】

また、ＰＩ制御部５２は、レバー２６Ａの操作量が左（右）方向旋回駆動領域から零速度指令領域に移行し、或いは零速度指令領域を超えて更に不感帯領域に移行することで、零速度指令により旋回制動が開始された場合（旋回モードから停止（保持制御）モードに遷移した場合）に、旋回用電動機２１の回転速度が最初に零（０）に達したタイミングで偏差の積算値（積分値）をリセットする（０にする）。

【0059】

このように、ＰＩ制御部５２は、旋回電動機２１の回転速度が零になった時点でフィードバック制御の積分成分をリセットすることで制動トルクが過度に残存するのを防止するようにして揺れ戻しを抑制することができる。一方、ＰＩ制御部５２は、旋回電動機２１の回転速度が零になった時点であってもフィードバック制御自体は継続させているので、零速度指令と回転速度とに偏差が生じればＰＩ制御による補正動作が行われて、旋回停止時期が遅れるのを防止することができる。

【0060】

なお、旋回電動機２１の回転速度が、右方向旋回のときに正の値で表され、左方向旋回のときに負の値で表されることから、ＰＩ制御部５２は、旋回制動開始前の旋回方向が左方向であった場合には旋回用電動機２１の回転速度が０以下となったことを検出したタイミングにおいて、或いは、旋回制動開始前の旋回方向が右方向であった場合には旋回用電動機２１の回転速度が０以上となったことを検出したタイミングにおいて、偏差の積算値（積分値）をリセットする。或いは、ＰＩ制御部５２は、旋回用電動機２１の回転速度を絶対値にし、旋回方向にかかわらずその絶対値が０以下となったタイミングで偏差の積算値（積分値）をリセットするようにしてもよい。

【0061】

旋回用電動機２１の回転速度が最初に零（０）に達したか否かの判定は主制御部６０によって実行され、ＰＩ制御部５２は、旋回用電動機２１の回転速度が最初に零（０）に達したとの判定結果を受けて積分成分のリセットを実行する。

【0062】

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増減値の変動幅を制限する処理を行う。

【0063】

このようなトルク電流増減値の変動幅の制限は、ＰＩ制御部５２によって演算されるトルク電流増減値が急激に変動すると旋回制御性が悪化するため、この悪化を抑制するために行われる。この制限特性は、上部旋回体３の左方向及び右方向の双方向における急旋回を制限するための特性を有するものであり、レバー２６Ａの操作量の増大に応じてトルク電流増減値の変動幅を緩やかに増大させる特性を有する。

【0064】

制限特性を表すデータ（例えば、参照テーブルの形式で提供される。）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。

【0065】

次に、上述のハイブリッドショベルの上部旋回体３の旋回動作について説明する。

【0066】

図５はショベルが水平な面に設置された時の上部旋回体３の旋回動作を説明するための図である。図６はショベルが水平面に対して傾斜して設置された時に、上部旋回体３が重力に逆らう方向に旋回駆動されるときの旋回動作を説明するための図である。図７はショベルが水平面に対して傾斜して設置された時に、上部旋回体３が重力が作用する方向に旋回駆動されるときの旋回動作を説明するための図である。

【0067】

ショベルが平地（水平面）に設置されたときは、上部旋回体３が右旋回しても左旋回しても、旋回動作に対する重力の影響は無い。通常、図５（ｂ）に示すようにブーム４を下げてアーム５を延ばした状態では、バケット６、アーム５、及びブーム４を含む上部旋回体３の重心Ｇは、上部旋回体３の旋回中心Ｃに一致せず、バケット６側にある。上部旋回体３の旋回面が水平面に一致している場合、すなわち図５（ａ）に示すように上部旋回体３の旋回軸が鉛直方向に一致している場合、上部旋回体３の旋回動作に対して重力の影響はない。

【0068】

一方、ショベルが傾斜面に設置されている場合には、上部旋回体３の旋回動作に対して重力の影響がある。図６はショベルが傾斜地（傾斜面）に設置されている状態を示している。図６に示す例では、上部旋回体３の重心Ｇが傾斜面に沿って上方に旋回移動するように上部旋回体３を旋回している（この旋回を「昇り旋回」と称する）。このとき、上部旋回体３を旋回駆動する方向に対して、上部旋回体３に加わる重力は反対方向に作用する。したがって、図６に示す状態にあるときは、上部旋回体３は重心Ｇの位置が傾斜面に沿って下降する方向に自重で旋回しようとする。すなわち、ゼロ速度制御で上部旋回体３を停止させておくためには、旋回用電動機２１で重力作用方向とは反対方向のトルクを加えておく必要がある。また、重心Ｇがカウンタウェイト３ａ側にある場合には、上部旋回体３に対して働く自重は逆方向になる。このため、旋回用電動機２１で加えるトルクも逆方向になる。

【0069】

図７もショベルが傾斜地（傾斜面）に設置されている状態を示している。図７に示す例では、上部旋回体３の重心Ｇが傾斜面に沿って下方に旋回移動するように上部旋回体３を旋回している（この旋回を「降り旋回」と称する）。このとき、上部旋回体３を旋回駆動する方向に対して、上部旋回体３に加わる重力も同じ方向に作用する。したがって、図６に示す状態と同様に、図７に示す状態にあるときは、上部旋回体３は重心Ｇの位置が傾斜面に沿って下降する方向に自重で旋回しようとする。すなわち、ゼロ速度制御で上部旋回体３を停止させておくためには、旋回用電動機２１で重力作用方向とは反対方向のトルクを加えておく必要がある。また、重心Ｇがカウンタウェイト３ａ側にある場合には、上部旋回体３に対して働く自重は逆方向になる。このため、旋回用電動機２１で加えるトルクも逆方向になる。

【0070】

次に、本実施形態による電動旋回制御装置４０が行なう制御処理について説明する。ここでは、上部旋回体３の重心Ｇがバケット６側にあることを前提とする。

【0071】

電動旋回制御装置４０は、上述のように上部旋回体３を減速して旋回速度がゼロになったときに（すなわち、旋回用電動機２１の回転速度がゼロとなったときに）、旋回用電動機２１のトルク指令値をゼロにリセットすることで、上部旋回体３の揺れ戻しを抑制する。ただし、トルク指令値をゼロにリセットすることで上部旋回体３の揺れ戻しを抑制する効果が得られるのは、１）ショベルが平地に設置されているときか、あるいは、２）傾斜地に設置されていて昇り旋回から早く停止するときである。すなわち、３）ショベルが傾斜地に設置されていて昇り旋回からゆっくりと停止するとき、及び４）ショベルが傾斜地に設置されていて降り旋回から停止するときには、トルク指令値をゼロにリセットすると不利な効果が生じるので、この場合にはトルク指令値のリセットは行なわない。

【0072】

以下に、上述の１）〜４）の４つの条件におけるトルク指令値の制御について説明する。

【0073】

１）ショベルが平地に設置されたれ状態で、旋回を停止するときの制御：
図８は、ショベルが図５に示すように平地に設置されているときに上部旋回体３を旋回から停止する際の、旋回用電動機２１の速度指令値と、旋回用電動機２１の計測速度値（実際の速度に相当する）と、旋回用電動機２１のトルク値（トルク指令値に相当する）との変化を示すグラフである。図８において、旋回用電動機２１の速度指令値は実線で示され、旋回用電動機２１の計測速度値は太い実線で示され、旋回用電動機２１のトルク値は一点鎖線で示されている。なお、図８は、旋回停止時にトルク指令値のリセットを行なわない場合の例であり、トルク指令値のリセットを行なった場合の例が図９に示されている。

【0074】

上部旋回体３が旋回を始めてから、時刻ｔ１において旋回用電動機２１の速度指令値は一定の値となり、等速運転が行なわれる。旋回用電動機２１の計測速度値は、速度指令値にやや遅れて追従し、時刻ｔ１を過ぎて等速運転となると速度指令値に等しくなる。時刻ｔ２において速度指令値が下がり始め、時刻ｔ３においてゼロとなる。すると計測速度値は速度指令値にやや遅れて下がり始め、時刻ｔ４においてゼロとなる（ゼロ速度到達）。

【0075】

等速旋回中のトルク値は低めの一定値Ｔａに維持されているが、旋回用電動機２１を減速させるために、速度指令値が下がり始める時刻ｔ２からトルク値は下がり始め、反対向きの旋回の最大トルク値まで到達する。その後時刻ｔ３以降は減速を弱めるためにトルク値は最大トルク値から減少していくが、計測速度値がゼロとなった時刻ｔ４においてゼロとはならず、トルク値Ｔ_ＦＴだけ旋回とは反対向きの回転のトルクが生じている。このトルク値Ｔ_ＦＴが、上述の積分制御に係る偏差の積分値に相当する。

【0076】

時刻ｔ４においてトルク値Ｔ_ＦＴが発生していることで、上部旋回体３は逆方向に旋回を始める。時刻ｔ４以降は、トルク値は低下して反対向きのトルク値となる。旋回用電動機２１の逆転は小さくなり、再びもとの旋回方向に回転する。上部旋回体３は小さく揺動しながら（反転を繰り返しながら）振幅が減少し、上部旋回体３は停止する。

【0077】

ここで、本実施形態では、時刻ｔ４で計測速度がゼロとなったときにトルク指令値（トルク値）をゼロにリセットして、旋回用電動機２１（すなわち、上部旋回体３）の揺動を抑制する。図９は時刻ｔ４においてトルク指令値をリセットしたときのトルク指令値及び計測速度値の変化を示す図である。図中の点線は、トルク指令値をリセットしないときの旋回用電動機２１の計測速度値を示している。時刻ｔ４においてトルク指令値がリセットされてゼロとなると、反対向きのトルクが無くなるので、旋回用電動機２１（上部旋回体３）を揺動させるトルクが無くなり、旋回用電動機２１（上部旋回体３）を時刻ｔ４以降に揺動させずに直ちに停止することができる。

【0078】

時刻ｔ４以降は上部旋回体３が揺動しないので、旋回用電動機２１の速度はゼロのままに維持され、これにより時刻ｔ４でゼロにリセットされたトルク値は、その後もＴ_ＨＦ（ゼロ）に維持される。

【0079】

以上のように、本実施形態では、上部旋回体３を水平方向に旋回して停止するときには、図９に示すように、トルク指令値のリセットを行なうことで、上部旋回体３の揺れ戻しを無くすことができる。

【0080】

２）ショベルが傾斜面に設置された状態で、昇り旋回を早く停止するときの制御：
図１０は、ショベルが図６に示すように傾斜地に設置されているときに上部旋回体３を昇り旋回から早く停止させる際の、旋回用電動機２１の速度指令値と、旋回用電動機２１の計測速度値（実際の速度に相当する）と、旋回用電動機２１のトルク値（トルク指令値に相当する）との変化を示すグラフである。図１０において、旋回用電動機２１の速度指令値は実線で示され、旋回用電動機２１の計測速度値は太い実線で示され、旋回用電動機２１のトルク値は一点鎖線で示されている。なお、図１０は、旋回停止時にトルク指令値のリセットを行なわない場合の例であり、トルク指令値のリセットを行なう場合の例が図１１に示されている。

【0081】

図１０に示す例では、昇り旋回を行なうため、加速時には速度指令値に対して計測速度値が大きく遅れるが、減速時には速度指令値に対して計測速度値が僅かに遅れるだけとなる。また、昇り旋回時は重力に逆らって上部旋回体３を旋回させるため、昇り旋回時のトルク値Ｔｂは、平地での旋回のときよりは大きくなる。図１０に示す例の場合、昇り旋回を早く停止させるため、トルク値は図８の例と同様に時刻ｔ２と時刻ｔ３の間でゼロとなってから反対向きのトルク値となる。したがって、トルク値は、計測速度値がゼロとなる時刻ｔ４においてゼロとはならず、トルク値Ｔ_ＵＰ−Ｆだけ昇り旋回とは反対向きの回転のトルクが生じている。このトルク値Ｔ_ＵＰ−Ｆが、上述の積分制御に係る偏差の積分値に相当する。

【0082】

時刻ｔ４においてトルク値Ｔ_ＵＰ−Ｆが発生していることで、上部旋回体３は逆方向に旋回を始める。時刻ｔ４以降は、トルク値は低下して反対向きのトルク値となる。旋回用電動機２１の逆転は小さくなり、再びもとの旋回方向に回転する。上部旋回体３は小さく揺動しながら（反転を繰り返しながら）振幅が減少し、上部旋回体３は停止する。

【0083】

ここで、本実施形態では、時刻ｔ４で計測速度がゼロとなったときにトルク指令値（トルク値）をゼロにリセットして、旋回用電動機２１の揺動を抑制する（すなわち、上部旋回体３の落下を抑制する）。図１１は時刻ｔ４においてトルク指令値をリセットしたときのトルク指令値及び計測速度値の変化を示す図である。図中の点線は、トルク指令値をリセットしないときの旋回用電動機２１の計測速度値を示している。時刻ｔ４においてトルク指令値がリセットされてゼロとなると、反対向きのトルクが無くなる。これにより、旋回用電動機２１（上部旋回体３）を揺動させるトルクは、上部旋回体３の自重による落下方向のトルクだけとなり、小さくなる。このため、旋回用電動機２１（上部旋回体３）を時刻ｔ４以降に反対方向に旋回させるトルクは減少する。これにより、旋回用電動機２１（上部旋回体３）の落下は小さくなって、揺動は短時間で減衰し（図１１では反対方向に一回揺動するだけ）、上部旋回体３を短時間で停止することができる。時刻ｔ４以降は、旋回用電動機２１は、上部旋回体３の自重による落下を阻止するようにトルクＴ_ＨＵを出力し続ける。

【0084】

以上のように、本実施形態では、上部旋回体３が昇り旋回を行なって早く停止するときには、図１１に示すように、トルク指令値のリセットを行なうことで、上部旋回体３の自重による落下を抑制しながら揺れ戻しも抑制することができる。

【0085】

３）ショベルが傾斜面に設置された状態で、昇り旋回をゆっくりと停止するときの制御：
図１２は、ショベルが図６に示すように傾斜地に設置されているときに上部旋回体３を昇り旋回からゆっくり停止させる際の、旋回用電動機２１の速度指令値と、旋回用電動機２１の計測速度値（実際の速度に相当する）と、旋回用電動機２１のトルク値（トルク指令値に相当する）との変化を示すグラフである。図１２において、旋回用電動機２１の速度指令値は実線で示され、旋回用電動機２１の計測速度値は太い実線で示され、旋回用電動機２１のトルク値は一点鎖線で示されている。なお、図１２は、旋回停止時にトルク指令値のリセットを行なわない場合の例であり、トルク指令値のリセットを行なう場合の例が図１３に示されている。

【0086】

図１２に示す例では、昇り旋回を行なうため、加速時には速度指令値に対して計測速度値が大きく遅れるが、減速時には速度指令値に対して計測速度値が僅かに遅れるだけとなる。また、昇り旋回をゆっくりと停止するため、図１０に示す例よりも、速度指令値に対しする計測速度値の遅れは小さい。また、昇り旋回時は重力に逆らって上部旋回体３を旋回させるため、昇り旋回時のトルク値は、平地での旋回のときよりは大きくなる。図１２に示す例の場合、昇り旋回をゆっくりと停止させるため、トルク値は図８の例とは異なり、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間でゼロとはならず、時刻ｔ３及び時刻ｔ４の時点でも、昇り旋回方向のトルクＴ_ＵＰ−Ｓが発生している。すなわち、図１２に示す例では、旋回の減速は上部旋回体３の重力による落下方向のトルクで十分であり、旋回用電動機２１は上部旋回体３を支えるためのトルクＴ_ＵＰ−Ｓを出力していることとなる。このトルク値Ｔ_ＵＰ−Ｓが、上述の積分制御に係る偏差の積分値に相当する。

【0087】

一方、図１３に示す例では、時刻ｔ４において、トルク指令値をリセットしている。図中の点線は、トルク指令値をリセットしないときの旋回用電動機２１の計測速度値を示している。トルク指令値をリセットすると、上部旋回体３の落下を阻止するトルクが無くなるので、トルク値がゼロから上部旋回体３の自重を支えるためのトルクＴ_ＨＵになるまでの間で大きく落下してしまう。このため、昇り旋回をゆっくりと停止するときには、トルク指令値をリセットしないほうが好ましい。

【0088】

本実施形態では、時刻ｔ４において計測速度値がゼロとなっても、トルク値のリセットは行なわれず、トルクＴ_ＵＰ−Ｓが維持される。このトルクＴ_ＵＰ−Ｓにより、時刻ｔ４以降の上部旋回体３の落下は抑制され、時刻ｔ４以降のトルク値は、上部旋回体３の自重による落下を阻止するためのトルクＴ_ＨＵに迅速に到達することとなる。

【0089】

以上のように、本実施形態では、上部旋回体３が昇り旋回を行なってゆっくりと停止するときには、図１２に示すように、トルク指令値のリセットを行なわないことで、上部旋回体３の自重による落下を抑制することができる。

【0090】

４）ショベルが傾斜面に設置された状態で、降り旋回を停止するときの制御：
図１４は、ショベルが図７に示すように傾斜地に設置されているときに上部旋回体３を降り旋回から停止させる際の、旋回用電動機２１の速度指令値と、旋回用電動機２１の計測速度値（実際の速度に相当する）と、旋回用電動機２１のトルク値（トルク指令値に相当する）との変化を示すグラフである。図１４において、旋回用電動機２１の速度指令値は実線で示され、旋回用電動機２１の計測速度値は太い実線で示され、旋回用電動機２１のトルク値は一点鎖線で示されている。なお、図１４は、旋回停止時にトルク指令値のリセットを行なわない場合の例であり、トルク指令値のリセットを行なう場合の例が図１５に示されている。

【0091】

図１４に示す例では、降り旋回を行なうため、加速時には上部旋回体３の自重によるトルクが加わるため、速度指令値に対する計測速度値の遅れは小さい。また、時刻ｔ１以降のトルクＴｃは、平地での旋回のときよりは小さくなる（Ｔｃ＜Ｔａ）。一方、停止のための減速時には上部旋回体３の自重によるトルクにも対抗しなければならないので、速度指令値に対する計測速度値の遅れは大きくなる。図１４に示す例の場合、降り旋回を停止させるため、トルク値は時刻ｔ２を過ぎてからすぐにゼロとなり、それ以降は反対向きのトルク値は最大トルクに達する。上部旋回体３の慣性によるトルクと重量によるトルクとに対抗するために反対向きのトルク値は大きくなる。トルク値は、計測速度値がゼロとなる時刻ｔ４においてゼロとはならず、トルク値Ｔ_ＤＮだけ降り旋回とは反対向きの回転のトルクが生じている。このトルク値Ｔ_ＤＮが、上述の積分制御に係る偏差の積分値に相当する。

【0092】

トルク値Ｔ_ＤＮは、上部旋回体３の自重による落下を阻止するためのトルクＴ_ＨＵと同じ方向のトルクであり、時刻ｔ４においてトルク値Ｔ_ＤＮが発生していることで、上部旋回体３の自重によるトルクが打ち消され、時刻ｔ４以降の上部旋回体３の落下は阻止される。

【0093】

一方、図１５に示す例では、時刻ｔ４において、トルク指令値をリセットしている。図中の点線は、トルク指令値をリセットしないときの旋回用電動機２１の計測速度値を示している。トルク指令値をリセットすると、上部旋回体３の落下を阻止するトルクが無くなるので、トルク値がゼロから上部旋回体３の自重を支えるためのトルクＴ_ＨＤになるまでの間で大きく落下してしまう。このため、降り旋回を停止するときには、トルク指令値をリセットしないほうが好ましい。

【0094】

本実施形態では、時刻ｔ４において計測速度値がゼロとなっても、トルク値のリセットは行なわれず、トルクＴ_ＤＮが維持される。このトルクＴ_ＤＮにより、時刻ｔ４以降の上部旋回体３の落下は抑制され、時刻ｔ４以降のトルク値は、上部旋回体３の自重による落下を阻止するためのトルクＴ_ＨＤに迅速に到達することとなる。

【0095】

以上のように、本実施形態では、上部旋回体３が降り旋回を行なって停止するときには、図１４に示すように、トルク指令値のリセットを行なわないことで、上部旋回体３の自重による落下を抑制しながら揺動を防止することができる。

【0096】

次に、本実施形態による電動旋回制御装置４０が行なう、旋回用電動機２１のトルク制御について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、上部旋回体３の旋回を停止する際の旋回用電動機２１のトルク制御処理のフローチャートである。

【0097】

トルク制御処理がスタートすると、まず、ステップＳ１において、上部旋回体３の旋回速度がゼロとなったときの旋回用電動機２１のトルク指令値が、加速方向であるか否かが判定される。

【0098】

ステップＳ１において、トルク指令値が加速方向であると判定されると、（ステップＳ１のＹＥＳ）処理はステップＳ２に進む。トルク指令値が加速方向であると判定される場合は、上述の３）ショベルが傾斜面に設置された状態で昇り旋回をゆっくりと停止するときである。ステップＳ２では、トルク指令値をリセットしないでそのまま旋回用電動機２１に供給する。

【0099】

一方、ステップＳ１において、トルク指令値が加速方向ではないと判定されると、（ステップＳ１のＮＯ）処理はステップＳ３に進む。トルク指令値が加速方向ではないと判定される場合は、上述の１）ショベルが平地に設置されたれ状態で旋回を停止するときと、２）ショベルが傾斜面に設置された状態で、昇り旋回を早く停止するときと、４）ショベルが傾斜面に設置された状態で降り旋回を停止するときである。

【0100】

ステップＳ３では、上部旋回体３の旋回速度がゼロとなったときの旋回用電動機２１のトルク指令値が、予め設定された所定値Ｔ_ＴＨ以上であるか否かが判定される。この所定値Ｔ_ＴＨは、旋回方向のトルク値を正として、旋回方向とは反対方向のトルク値を負としたときのトルク値の絶対値であって、図１４に示すトルクＴ_ＤＮ（負の値）の絶対値と図８に示すトルクＴ_ＦＴ（負の値）の絶対値との間の値に設定すればよい（Ｔ_ＤＮ＞Ｔ_ＴＨ＞Ｔ_ＦＴ）。

【0101】

ステップＳ３において、トルク指令値が所定値以上であると判定されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、トルク指令値をリセットしないでそのまま旋回用電動機２１に供給する。トルク指令値が所定値以上であると判定されてステップＳ２に進むのは、上述の４）ショベルが傾斜面に設置された状態で降り旋回を停止するときである。

【0102】

一方、ステップＳ３において、トルク指令値が所定値以上ではないと判定されると（ステップＳ３のＮＯ）、処理はステップＳ４に進む。トルク指令値が所定値以上ではないと判定されてステップＳ４に進むのは、上述の１）ショベルが平地に設置された状態で旋回を停止するときと、２）ショベルが傾斜面に設置された状態で、昇り旋回を早く停止するときである。ステップＳ４では、上部旋回体３の旋回速度がゼロとなったとき（時刻ｔ４）のトルク指令値がリセットされゼロに設定される。ステップＳ４に進むのは、上述の１）ショベルが平地に設置されたれ状態で旋回を停止するときと、２）ショベルが傾斜面に設置された状態で昇り旋回を早く停止するときであり、これらの場合にはトルク指令値のリセットが行なわれる。

【0103】

以上のトルク制御処理によれば、ゼロ速度到達時のトルクの方向が加速方向である場合は、旋回用電動機２１のトルク指令値のリセットは行なわない。一方、ゼロ速度到達時のトルクの方向が減速方向であり、且つトルクの絶対値が所定値Ｔ_ＴＨ未満の場合は、旋回用電動機２１のトルク指令値をリセットしてゼロにする。また、ゼロ速度到達時のトルクの方向が減速方向であり、且つトルクの絶対値が所定値Ｔ_ＴＨ以上の場合は、旋回用電動機２１のトルク指令値のリセットは行なわない。

【0104】

すなわち、以上のトルク制御処理では、旋回停止時（ゼロ速度到達時）のトルクの向き及び大きさに基づいて、旋回用電動機２１のトルク指令値をリセットするか（ゼロにするか）否かを判断し、平地での揺れ戻しの抑制と傾斜地での落下の抑制とを両立している。特に平地であるか傾斜地であるかを例えば傾斜センサ等で判定する必要はなく、簡単な処理で効果的なトルク制御処理を実現することができる。また、上部旋回体３の重心が旋回中心に対してどの位置にあるのかを判定する必要はなく、重心の位置に関わらずに傾斜地でのトルク制御を実現することができる。

【0105】

本明細書ではハイブリッドショベルの実施形態により本発明を説明したが、本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例及び改良例がなされるであろう。

【0106】

本出願は、２０１１年９月１５日出願の優先権主張日本国特許出願第２０１１−２０２１１７号に基づくものであり、その全内容は本出願に援用される。

【産業上の利用可能性】

【0107】

本発明は、建設機械に設けられた旋回体を駆動する電動旋回制御装置、及び旋回用電動機の制御方法に適用可能である。

【符号の説明】

【0108】

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
３ａ カウンタウェイト
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 変速機
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
１８，２０ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
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
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２６Ｄ ボタンスイッチ
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
４０ 電動旋回制御装置
５０ 駆動指令生成部
５１ 減算器
５２ ＰＩ制御部
５３ トルク制限部
５８ 旋回動作検出部
６０ 主制御部
１２０ 蓄電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】