(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に設けられ、電動発電機で駆動される上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられる作業機とを備えた建設機械であって、
前記上部旋回体の実旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量から、レバー指令速度を演算するレバー指令速度演算手段と、
演算されたレバー指令速度に基づく指令速度に基づいて、トルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値演算手段により演算されたトルク指令値、および前記旋回速度検出手段により検出された旋回速度に基づいて、前記電動発電機にトルク指令値を出力する指令値出力手段と、
前記旋回速度検出手段により検出された前記旋回体の実旋回速度が、第１の閾値よりも小さく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度と、前記旋回速度検出手段により検出された実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度が、所定値よりも小さいときに、
前記指令値出力手段からのトルク指令値の出力を規制する指令値出力規制手段と、
を備えていることを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械において、
前記指令値出力規制手段は、前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度が０のときにトルク指令値の出力を規制することを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の建設機械において、
前記レバー指令速度演算手段で演算されたレバー指令速度に基づいて、前記上部旋回体の加速度または減速度に対する勾配を含むジャーク指令速度を演算するジャーク指令速度演算手段を備え、
前記指令値出力規制手段は、ジャーク指令速度演算手段により演算されたジャーク指令速度が第３の閾値よりも小さいときに、
前記指令値出力手段からのトルク指令値の出力を規制することを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項３に記載の建設機械において、
前記電動発電機の現在位置を基準として、前記旋回体の位置制御を行う反力制御指令速度を演算する反力制御指令速度演算手段を備え、
前記指令値出力規制手段は、前記反力制御指令速度演算手段により演算された反力制御指令速度が、前記ジャーク指令速度演算手段により演算されたジャーク指令速度よりも小さいときに、
前記指令値出力規制手段からのトルク指令値の出力を規制することを特徴とする建設機械。
【請求項５】
下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に設けられ、電動発電機で駆動される上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体に回動可能に設けられるブーム、前記ブームに回動可能に設けられるアーム、および前記アームに回動可能に設けられるバケットを備えた作業機とを備えたハイブリッド油圧ショベルであって、
前記電動発電機は、蓄電器または発電電動機と電力を授受し、
前記ブーム、前記アーム、および前記バケットは、油圧駆動とされ、
前記上部旋回体の実旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量から、レバー指令速度を演算するレバー指令速度演算手段と、
演算されたレバー指令速度に基づく指令速度に基づいて、トルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値演算手段により演算されたトルク指令値、および前記旋回速度検出手段により検出された旋回速度に基づいて、前記電動発電機にトルク指令値を出力する指令値出力手段と、
前記旋回速度検出手段により検出された前記旋回体の実旋回速度が、第１の閾値よりも小さく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度と、前記旋回速度検出手段により検出された実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度が、所定値よりも小さいときに、
前記指令値出力手段からのトルク指令値の出力を規制する指令値出力規制手段と、
を備えていることを特徴とするハイブリッド油圧ショベル。
【請求項６】
下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に設けられ、電動発電機で駆動される上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられる作業機とを備えた建設機械で実施される電動発電機の出力トルク制御方法であって、
前記建設機械の制御手段が、
前記上部旋回体の実旋回速度を検出する手順と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量から、レバー指令速度を演算する手順と、
演算されたレバー指令速度に基づいて、トルク指令値を演算する手順と、
演算されたトルク指令値、および検出された前記上部旋回体の実旋回速度に基づいて、前記電動発電機にトルク指令値を出力する手順と、
検出された実旋回速度が第１の閾値よりも小さく、
演算されたレバー指令速度と、検出された実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きく、
演算されたレバー指令速度が所定値よりも小さいときに、前記電動発電機へのトルク指令値の出力を規制する手順とを実施することを特徴とする電動発電機の出力トルク制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械、ハイブリッド油圧ショベル、および電動発電機の出力トルク制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、旋回体を電動発電機で駆動し、他の作業機や走行体を油圧アクチュエータで駆動するハイブリッドタイプの電動旋回ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
電動旋回ショベルによれば、旋回体の旋回動作が電動発電機で行われているため、油圧駆動されるブームやアームの上昇操作と同時に旋回体を旋回させても、旋回体の動作がブームやアームの上昇操作に影響されることがない。このため、旋回体を油圧駆動する場合に比較して、制御バルブ等でのロスを少なくすることができ、エネルギ効率が良好である。【０００３】
このような電動旋回ショベルで旋回速度の制御を行う場合、旋回レバーのレバー信号に基づいて、レバー指令速度を演算し、レバー指令速度と実速度を比較し、その偏差から求まるトルク指令値に応じたトルク出力で加減速を行っている。
具体的には、旋回レバーのレバー信号に基づいて、レバー指令速度から最適な加加速度（ジャーク値）となるようにジャーク指令速度を演算する。そして、演算されたジャーク指令速度に対して、旋回速度の定常速度偏差を少なくするようなフィードフォワードトルク指令値を演算して、旋回速度の制御を行っている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００５／１１１３２２号
【特許文献２】国際公開２００６／０５４５８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動旋回ショベルでは、掘削壁にバケットを横当てしながら、掘削作業を行うことがあり、この場合、旋回レバーを操作しながら、ブーム、アーム、バケットの操作を行うことがある。
この場合、作業者は旋回レバーを操作しているが、旋回体自身は、掘削壁から反力を受けているため、旋回速度は、略０に維持される。
この状態で、作業者が旋回レバーをニュートラルに操作すると、反力の方が旋回モータの出力トルクより大きくなるため、旋回体は掘削壁の反対側に押し戻される動きが生じ、停止するまでの間に、振動が発生するという課題がある。【０００６】
本発明の目的は、旋回操作と、作業機操作を同時に行う横当て掘削を行っても、旋回停止時に振動が生じない建設機械、ハイブリッド油圧ショベル、および電動発電機の出力トルク制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る建設機械は、
下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に設けられ、電動発電機で駆動される上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられる作業機とを備えた建設機械であって、
前記上部旋回体の実旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量から、レバー指令速度を演算するレバー指令速度演算手段と、
演算されたレバー指令速度に基づく指令速度に基づいて、トルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値演算手段により演算されたトルク指令値、および前記旋回速度検出手段により検出された旋回速度に基づいて、前記電動発電機にトルク指令値を出力する指令値出力手段と、
前記旋回速度検出手段により検出された前記旋回体の実旋回速度が、第１の閾値よりも小さく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度と、前記旋回速度検出手段により検出された実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度が、所定値よりも小さいときに、
前記指令値出力手段からのトルク指令値の出力を規制する指令値出力規制手段と、
を備えていることを特徴とする。【０００８】
本発明によれば、旋回体の実旋回速度が第１の閾値よりも小さく、レバー指令速度と実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きくなっていれば、旋回レバーを操作しているのにも拘わらず、旋回体が旋回していない状態にあるので、横当て掘削作業を行っていることを判別することができる。そして、レバー指令速度が所定値よりも小さくなっていれば、作業者が横当て掘削作業を停止したと判別できる。指令値出力規制手段が、指令値出力手段からのトルク指令値の出力を規制することにより、作業機に作用していた反力の方向と同じ方向のトルク指令値が出力されることを防止できるので、旋回体の振動の発生を防止できる。【０００９】
本発明に係るハイブリッド油圧ショベルは、
下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に設けられ、電動発電機で駆動される上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体に回動可能に設けられるブーム、前記ブームに回動可能に設けられるアーム、および前記アームに回動可能に設けられるバケットを備えた作業機とを備えたハイブリッド油圧ショベルであって、
前記電動発電機は、蓄電器または発電電動機と電力を授受し、
前記ブーム、前記アーム、および前記バケットは、油圧駆動とされ、
前記上部旋回体の実旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
前記上部旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量から、レバー指令速度を演算するレバー指令速度演算手段と、
演算されたレバー指令速度に基づく指令速度に基づいて、トルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値演算手段により演算されたトルク指令値、および前記旋回速度検出手段により検出された旋回速度に基づいて、前記電動発電機にトルク指令値を出力する指令値出力手段と、
前記旋回速度検出手段により検出された前記旋回体の実旋回速度が、第１の閾値よりも小さく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度と、前記旋回速度検出手段により検出された実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きく、
前記レバー指令速度演算手段により演算されたレバー指令速度が、所定値よりも小さいときに、
前記指令値出力手段からのトルク指令値の出力を規制する指令値出力規制手段と、
を備えていることを特徴とする。
本発明によっても、前述と同様の作用および効果を享受できる。【００１０】
本発明に係る電動発電機の出力トルク制御方法は、
電動発電機で駆動される旋回体を備えた建設機械で実施される電動発電機の出力トルク速度制御方法であって、
前記旋回体の制御手段が、
前記旋回体の実旋回速度を検出する手順と、
前記旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量から、レバー指令速度を演算する手順と、
演算されたレバー指令速度に基づいて、トルク指令値を演算する手順と、
演算されたトルク指令値、および検出された前記旋回体の実旋回速度に基づいて、前記電動発電機にトルク指令値を出力する手順と、
検出された実旋回速度が第１の閾値よりも小さく、
演算されたレバー指令速度と、検出された実旋回速度との偏差が第２の閾値よりも大きく、
演算されたレバー指令速度が０であるときに、前記電動発電機へのトルク指令値の出力を規制する手順とを実施することを特徴とする。
本発明によっても、前述と同様の作用および効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る建設機械の構造を表す斜視図。
【図２】前記実施形態における建設機械の駆動系の構造を表すブロック図。
【図３】前記実施形態における旋回コントローラの機能ブロック図。
【図４】前記実施形態におけるジャーク指令速度演算部を説明するためのグラフ。
【図５】前記実施形態における作用を説明するためのフローチャート。
【図６】前記実施形態における効果を説明するための斜視図。
【図７】前記実施形態における効果を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］全体構成
図１には、本発明の実施形態に係る作業機械となるハイブリッド型の電動旋回ショベル１が示され、電動旋回ショベル１は、下部走行体２と、上部旋回体３と、作業機５とを備えている。
下部走行体２は、図示を略したが、トラックフレームと、トラックフレームの走行方向に直交する車幅方向両端に設けられる一対の走行装置２Ａを備えている。走行装置２Ａは、トラックフレームに設けられた駆動輪および遊動輪に巻回される履帯２Ｂを備え、駆動輪を駆動させることにより、履帯２Ｂの延出方向に電動旋回ショベル１を前後進させる。
【００１３】
上部旋回体３は、下部走行体２のトラックフレーム上にスイングサークルを介して旋回可能に設けられ、この上部旋回体３は、詳しくは後述するが、電動発電機によって駆動される。
上部旋回体３の走行方向前部左側には、キャブ４が設けられ、このキャブ４に隣接した前部中央には、作業機５が設けられている。上部旋回体３のキャブ４および作業機５とは反対側の後部には、カウンタウェイト３Ａが設けられている。カウンタウェイト３Ａは、電動旋回ショベル１の掘削作業時の重量バランスをとるために設けられている。
キャブ４は、内部にオペレータが乗車して電動旋回ショベル１を操縦する。キャブ４内には、図１では図示を略したが、オペレータシートが設けられ、オペレータシートの両脇には、操作レバーが設けられている。また、キャブ４の床面には、走行ペダルが設けられている。
【００１４】
作業機５は、ブーム６、アーム７、およびバケット８と、これら各要素を動作させるためのブームシリンダ６Ａ、アームシリンダ７Ａ、およびバケットシリンダ８Ａを備える。
ブーム６は、基端が上部旋回体３に動作可能に接続され、上部旋回体３およびブーム６にそれぞれの先端が接続されるブームシリンダ６Ａが伸縮することにより、ブーム６を上下に動作させることができる。
アーム７は、ブーム６の先端にアーム７の基端がブーム６に動作可能に接続され、ブーム６およびアーム７にそれぞれの先端が接続されるアームシリンダ７Ａが伸縮することにより、アーム７を上下に動作させることができる。
バケット８は、アーム７の先端にバケット８の基端がアーム７に動作可能に接続され、アーム７およびバケット８のそれぞれに先端が接続されるバケットシリンダ８Ａが伸縮することにより、バケット８を動作させることができる。
ブームシリンダ６Ａ、アームシリンダ７Ａ、およびバケットシリンダ８Ａは、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動する油圧シリンダである。
尚、本実施形態では、上部旋回体３を電動発電機によって駆動しているが、本発明はこれに限られない。すなわち、電動旋回ショベル１のブーム６、アーム７、バケット８、及び下部走行体２のいずれかを電動発電機で駆動するハイブリッド型又は電気駆動型の電動旋回ショベルであってもよい。
【００１５】
図２には、電動旋回ショベル１の駆動系の全体構成が示されている。なお、以下の説明では、上部旋回体３の旋回中心を原点として、下部走行体２の走行方向を前後方向とし、走行方向に直交する方向を左右方向として説明する。
電動旋回ショベル１は、駆動源としてのエンジン１１と、エンジン１１によって駆動され、発電する発電電動機１３と、電力を蓄える蓄電器１７と、インバータ１３Ｉ、１７Ｉと、変圧器１７Ｃと、油圧ポンプ１２と、操作レバー２０Ｌ、２０Ｒと、油圧制御バルブ１４と、エンジンコントローラ１１Ａと、ポンプコントローラ１４Ａと、ハイブリッドコントローラ１６と、マルチモニタ２３で構成される。発電電動機１３が発電した電力、または蓄電器１７から放電される電力が供給されて駆動する旋回電動発電機１９とが組み合わされ、旋回電動発電機１９によって上部旋回体３が旋回する。
エンジン１１は、エンジンコントローラ１１Ａからの制御指令によって駆動し、油圧ポンプ１２及び発電電動機１３を駆動する。
【００１６】
油圧駆動系は、油圧制御バルブ１４、前述したブームシリンダ６Ａ、アームシリンダ７Ａ、バケットシリンダ８Ａ、及び２走行モータ１５を備え、油圧ポンプ１２が油圧源となってこれらを駆動する。油圧制御バルブ１４は、操作レバー２０Ｌ、２０Ｒの操作に基づいて生成されるパイロット油圧（ＰＰＣ圧）によって駆動する。油圧ポンプ１２は、斜板・車軸等の容量可変手段を有する可変容量式であり、油圧ポンプ１２の斜板角度を検出する斜板検出センサを有し、検出された斜板角度がポンプコントローラ１４Ａに入力され、ポンプコントローラ１４Ａからの制御指令により、油圧ポンプ１２の出力流量を可変に制御する。
【００１７】
電動駆動系は、発電電動機１３と、ハイブリッドコントローラ１６と、蓄電器１７と、旋回電動発電機１９とインバータ１３Ｉ、１９Ｉ、変圧器１７Ｃとを備える。
ハイブリッドコントローラ１６は、入力部、出力部、演算部、および記憶部を備える。
ハイブリッドコントローラ１６の入力部では、上部旋回体３の旋回操作指令を受信するとともに、旋回電動発電機１９の位置情報、インバータ１３Ｉ、１９Ｉ、変圧器１７Ｃが接続する系統間の電圧等の主に電動駆動系に設けられるセンサで取得した情報を受信する。
ハイブリッドコントローラ１６の出力部では、インバータ１３Ｉ、１９Ｉ、および変圧器１７Ｃに指令を行う。インバータ１３Ｉ、１９Ｉ、変圧器１７Ｃはそれぞれが電力線を介して接続され、ハイブリッドコントローラ１６からの指令に基づきインバータ１３Ｉは発電電動機１３との電力の授受、インバータ１９Ｉは旋回電動発電機１９との電力の授受、変圧器１７Ｃは蓄電器１７との電力の授受を行う。
ハイブリッドコントローラ１６の演算部は、旋回電動発電機１９の回転数や、後述する旋回電動発電機１９の駆動指令を演算する。
ハイブリッドコントローラ１６の記憶部は、旋回電動発電機１９の駆動に関する特性を記憶する。
【００１８】
旋回電動発電機１９は、発電電動機１３、蓄電器１７からの電力で駆動する電動発電機で、上部旋回体３の制動時には、制動力を旋回電動発電機１９で電力に変換し、発電電動機１３および蓄電器１７に電力を供給する。
旋回電動発電機１９には、レゾルバ等のセンサ２４が設けられ、旋回電動発電機１９の回転位置を検出し、ハイブリッドコントローラ１６に出力する。なお、旋回電動発電機１９への電力は、系統間の電圧と、電流または旋回電動発電機１９の回転数により算出する。
【００１９】
これらの駆動系は、オペレータがキャブ４内に設けられた左操作レバー２０Ｌ、右操作レバー２０Ｒを操作することによって駆動させることが可能である。
具体的には、右操作レバー２０Ｒを前後方向に操作すると、ブーム６の下降、上昇操作が可能となる。右操作レバー２０Ｒを左右方向に操作すると、バケット８の掘削操作、ダンプ操作が可能となる。左操作レバー２０Ｌを前後方向に操作すると、アーム７のダンプ操作、掘削操作が可能となる。左操作レバー２０Ｌを左右方向に操作すると、上部旋回体３を左右方向に旋回することが可能となる。
【００２０】
上部旋回体３の旋回操作に際しては、左操作レバー２０Ｌを左右方向に操作すると、ＰＰＣ圧検出部２１で検出されたＰＰＣ指令は、ポンプコントローラ１４Ａ、およびハイブリッドコントローラ１６で受信される。
ハイブリッドコントローラ１６は、インバータ１９Ｉに旋回指令を出力する。インバータ１９Ｉは、旋回電動発電機１９に電力を供給し、旋回電動発電機１９が駆動する。
また、操作レバー２０Ｌ、２０Ｒの操作は、ＰＰＣ圧がそのまま油圧制御バルブ１４に入力され、油圧ポンプ１２からの作動油を調整し、各シリンダ６Ａ、７Ａ、８Ａ、走行モータ１５を駆動する。
【００２１】
また、上部旋回体３のキャブ４内には、スロットルダイヤル２２、およびマルチモニタ２３が設けられている。
スロットルダイヤル２２は、これを操作することにより、エンジンコントローラ１１Ａへの制御指令を出力して、エンジン１１の出力制御を行う。
マルチモニタ２３は、操作部２３Ａおよび表示部２３Ｂを備える。なお、マルチモニタ２３としては、表示部に直接触れて操作するタッチパネル式のものであってもよい。
操作部２３Ａは、モニタから独立した操作ボタンを複数備え、表示状態の切替や、作業指令の入力を行う。
表示部２３Ｂには、エンジン１１の燃料残量、冷却水温等の状態が表示されるとともに、発電電動機１３、蓄電器１７、旋回電動発電機１９の温度状態等が表示される。
【００２２】
［２］ハイブリッドコントローラ１６の演算部１８の構成
図３には、本発明の実施形態に係るハイブリッドコントローラ１６の演算部１８における機能ブロック図が示されている。ハイブリッドコントローラ１６の演算部１８は、レバー指令速度演算部３１と、ジャーク指令速度演算部３２と、反力制御指令速度演算部３３と、トルク指令値演算部３４と、指令値出力部３５と、指令値出力規制部３６とを備える。
また、ハイブリッドコントローラ１６には、旋回電動発電機１９による上部旋回体３の旋回速度を検出する旋回速度検出部３７、旋回電動発電機１９の回転位置を検出する旋回位置検出部３８、および、旋回電動発電機１９の出力トルクを検出する出力トルク検出部３９が接続され、上部旋回体３の実旋回速度、実旋回位置、および旋回電動発電機１９の出力トルクの検出値がフィードバックされる。旋回速度検出部３７による旋回速度、および旋回位置検出部３８による旋回電動発電機１９の回転位置は、前述したセンサ２４（図２参照）の検出値から得られる。また、旋回電動発電機１９の出力トルクは、前述した系統間電圧と、旋回電動発電機１９の回転数、または旋回電動発電機１９に与えられる電流によって求められる。なお、以下の説明では、上部旋回体３の操作である左操作レバー２０Ｌの左右の操作を、旋回レバー２０Ｌの操作として説明する。
【００２３】
レバー指令速度演算部３１は、ＰＰＣ圧検出部２１で検出された旋回レバー２０Ｌのレバー操作量に基づいて、レバー指令速度を演算する。レバー指令速度演算部３１は、レバー操作量とレバー指令速度を対応させたテーブルを備え、このテーブルに基づいて、レバー指令速度を演算し、出力する。
ジャーク指令速度演算部３２は、レバー指令速度演算部３１で演算されたレバー指令速度に基づいて、上部旋回体３の加速度若しくは減速度の勾配を含むジャーク指令速度を演算する。具体的には、図４に示されるように、ジャーク指令速度演算部３２は、加速時には旋回レバー２０Ｌのレバー指令速度Ｖｉの入力を受け付け（減速時にはＶｉから０へ変更されたレバー操作指令の入力を受け付け）、所定加速度Ｇａ（減速時は減速度Ｇｂ）まで一定のジャーク値Ｊａとなるように加速度（減速度）Ｇを演算する。レバー指令速度Ｖｉが入力された（減速時にはレバー指令速度入力がＶｉから０に変更された）ときに、上部旋回体３の速度が急激に加速（減速）しないように、加速度の勾配となるジャーク値Ｊａ（減速時は減速度の勾配からジャーク値Ｊｂ）から加速度Ｇａ（減速時は減速度Ｇｂ）を演算し、滑らかに加速（減速）が行われるように、ジャーク指令速度Ｖｏを演算して出力する。なお、ジャーク指令速度演算部３２は、後述する第１閾値以下の旋回速度となる低速状態では、例外的にレバー指令速度がＶｉより０になる場合、レバー指令速度をジャーク指令速度として出力する。そして、第１閾値よりさらに小さい旋回速度（旋回が停止直前）にて例外処理を解除する。
【００２４】
反力制御指令速度演算部３３は、旋回電動発電機１９の現在位置を基準（原点）として、上部旋回体３の位置制御を行う反力制御指令速度を演算する。具体的には、反力制御指令速度演算部３３は、旋回位置検出部３８で検出された旋回電動発電機１９の現在位置と、旋回速度検出部３７で検出された実旋回速度と、出力トルク検出部３９で検出された旋回電動発電機１９の出力トルクと、演算されたレバー指令速度、およびジャーク指令速度とに基づいて、旋回電動発電機１９の原点位置を演算する。
反力制御指令速度演算部３３は、旋回レバー２０Ｌのレバー操作指令に対して、実際の旋回とが異なる方向に旋回している場合、演算された旋回電動発電機１９の原点位置と、旋回電動発電機１９の現在位置との差分をとって、位置の差分に対してゲインを与えることで反力制御指令速度を演算する。演算された反力制御指令速度は、外力による停止時の回転、レバー指令速度に対して、旋回電動発電機１９が逆回転しないよう、上部旋回体３の位置を固定するようなロックトルクを出す指令速度となる。
【００２５】
トルク指令値演算部３４は、ジャーク指令速度演算部３２で演算された加速度Ｇおよびあらかじめ決められた慣性値よりフィードフォワードトルク指令値（以下、ＦＦトルク指令値）を演算する。なお、トルク指令値演算部３４は、後述する指令値出力規制部３６によってトルク指令値の出力が規制されている場合には、ＦＦトルク指令値をゼロと演算する。
指令値出力部３５は、トルク指令値演算部３４で演算されたトルク指令値に基づいて、トルク指令値を旋回電動発電機１９に出力する。具体的には、指令値出力部３５は、演算されたジャーク指令速度、および、反力制御指令速度を加算した値を指令速度とし、指令速度から旋回速度検出部３７で検出された実旋回速度との差分をとって、トルク変換を行い速度偏差トルク指令値とする。
次に、指令値出力部３５は、トルク指令値演算部３４で演算されたＦＦトルク指令値に、トルク変換された速度偏差トルク指令値を加え、トルク指令値として旋回電動発電機１９に出力する。
【００２６】
指令値出力規制部３６は、一定の条件下で、指令値出力部３５からのトルク指令値の出力を規制する。
指令値出力規制部３６によるトルク指令値の出力の規制は、以下の条件がすべて満たされた場合である。
条件１：旋回速度検出部３７で検出された実旋回速度が、第１の閾値よりも小さいこと。
条件２：オペレータが旋回レバー２０Ｌの傾倒角度が所定角度よりも小さい場合ニュートラル位置とし、上部旋回体３の旋回を停止させようとしていること。
条件３：ジャーク指令速度演算部３２で演算されたジャーク指令速度が、第３の閾値よりも小さいこと。
条件４：演算されたジャーク指令速度と反力制御指令速度を加算した指令速度と、実旋回速度の偏差が、第２の閾値よりも大きいこと（バケット８に旋回方向に外力が作用した状態で掘削作業を行っている状況）。
ここで本実施形態においては第１の閾値で設定される回転数より大きい回転数として第２の閾値で定義され、第１の閾値より大きい回転数の第２の閾値に基づいて第３の閾値が設定される。
上記に設定した各条件により、次の様な判断が行われる。条件１および２を判定条件にすることで、旋回体の旋回速度が低く、オペレータも旋回を停止したい状況であると判断できる。条件３を判定条件にすることで、ジャーク指令速度が低く旋回速度が低い状況であることが判断できる。条件４を判定条件にすることで、旋回指令速度と実旋回速度が外力により乖離している状況であることが判断できる。
上記の条件１〜４をＦＦトルク指令出力の規制条件とすることで、旋回が低速で反力が加わり、意図しない方向へ旋回体が動作したときに発生する出力を意図しないＦＦトルクを出力することがなくなる。なお規制条件の中で上記の判定条件において条件の３は必須条件ではない。
【００２７】
また、指令値出力規制部３６は、反力制御指令速度演算部３３で演算された反力制御指令速度が、ジャーク指令速度演算部３２で演算されたジャーク指令速度より小さいときにも、ＦＦトルク指令値を０として、指令値出力部３５からのトルク指令値の出力を規制する。
一方、指令値出力規制部３６がＦＦトルク指令値を０としない条件は、以下の場合である。
条件５：バケット８に外力が作用しておらず、実旋回速度がジャーク指令速度と大きく乖離していないこと。
条件６：指令速度と実旋回速度の偏差から求めた速度偏差トルクと、ＦＦトルク指令値が同じ方向であること（実旋回速度の絶対値＞ジャーク指令速度の絶対値）。
これらの条件が満たされている場合、条件１から条件３が満たされていたとしても、指令値出力規制部３６は、ＦＦトルク指令値を０とはせず、演算されたＦＦトルク指令値をそのまま指令値出力部３５に出力する。
【００２８】
［３］実施形態の作用（電動発電機の出力トルク制御方法）
次に、本実施形態の作用を図５に示されるフローチャートに基づいて説明する。
まず、ＰＰＣ圧検出部２１は、旋回レバー２０Ｌの操作量を検出し（手順Ｓ１）、レバー操作量として、レバー指令速度演算部３１に出力する。
レバー指令速度演算部３１は、レバー操作量に基づいて、レバー指令速度を演算し（手順Ｓ２）、ジャーク指令速度演算部３２に出力する。
ジャーク指令速度演算部３２は、演算されたレバー指令速度に基づいて、ジャーク指令速度を演算する（手順Ｓ３）。
【００２９】
トルク指令値演算部３４は、ジャーク指令速度で演算された加速度Ｇと慣性値から、ＦＦトルク指令値を演算する（手順Ｓ４）。
反力制御指令速度演算部３３は、旋回電動発電機１９の原点位置を演算し、実旋回位置との差分をとりゲインをあたえて、積分して反力指令速度を演算する（手順Ｓ５）。
指令値出力規制部３６は、前述した条件１である実旋回速度が第１の閾値よりも小さいか否かを判定する（手順Ｓ６）。
【００３０】
条件１が該当する（手順Ｓ６がＹｅｓ）場合、指令値出力規制部３６は、第２条件であるレバー指令速度が０であるか否かを判定し、オペレータが上部旋回体３の旋回を停止させようとしているか否かを判定する（手順Ｓ７）。
【００３１】
第２条件が該当する（手順Ｓ７がＹｅｓ）場合、指令値出力規制部３６は、第３条件であるジャーク指令速度が第３の閾値以下であるか否かを判定する（手順Ｓ８）。
第３条件が該当する（手順Ｓ８がＹｅｓ）場合、指令値出力規制部３６は、第４条件であるジャーク指令速度と反力制御指令速度を加算した指令速度が、第２の閾値よりも大きいか否かを判定する（手順Ｓ９）。第４条件が該当する（手順Ｓ９がＹｅｓ）場合、ＦＦトルク指令値を０に設定し、指令値出力部３５に出力する（手順Ｓ１１）。
【００３２】
一方、第１条件から第４条件（Ｓ６〜Ｓ９）のいずれかが該当しない場合（Ｓ６〜Ｓ９：Ｎｏ）指令値出力規制部３６は、反力制御指令速度がジャーク指令速度よりも大きいか否かを判定する（手順Ｓ１０）。該当しない場合（手順Ｓ１０：Ｎｏ）、トルク指令値演算部３４は、加速度Ｇおよび慣性値に基づき決まるＦＦトルクを指令値出力部３５に出力する。（手順Ｓ１２）。
指令値出力規制部３６は、手順Ｓ１０の判定が該当する（手順Ｓ１０がＹｅｓ）場合、トルク指令値演算部３４は、ＦＦトルク指令値を０に設定し、指令値出力部３５に出力する（手順Ｓ１１）。
指令値出力部３５は、ＦＦトルク指令値と、速度偏差トルク指令値を加算して、トルク指令値として、旋回電動発電機１９に出力する（手順Ｓ１３）。
【００３３】
［４］実施形態の効果
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
図６に示されるように、オペレータがバケット８の左側面を、掘削壁Ｗに当てながら掘削作業を行っている状態を想定する。オペレータは、バケット操作レバーを操作して、掘削力Ｆ１を下方に作用させ、同時に旋回レバー２０Ｌを左向きに操作している。この状態では、バケット８には、掘削壁Ｗからの反力Ｆ２が作用しているため、ジャーク指令速度が一定値を出力しているにも拘わらず、上部旋回体３の実旋回速度は、略０となっている。
【００３４】
時刻ｔ１（図７参照）において、オペレータが旋回レバー２０Ｌをニュートラル位置に操作すると、左向きだったジャーク指令速度がレバー指令速度に基づき旋回停止直前のジャーク指令速度が指令されるまで下がる。旋回停止直前のジャーク指令速度になり掘削壁Ｗからの反力Ｆ２が、旋回電動発電機１９の出力トルクよりも大きくなるため、上部旋回体３は右方向に旋回する。この際、ＦＦトルク指令値Ｆ３が旋回右方向に出力されるため、トルク変動が大きく、旋回電動発電機１９に振動が生じ、その後反力制御指令速度により、速度偏差トルクが大きくなり、反力Ｆ２と釣り合って上部旋回体３が停止する。
【００３５】
この状況を図７に示されるグラフで確認する。なお、グラフの縦軸において、上方側を図６における旋回方向の左側、下方側を旋回方向の右側とする。オペレータが旋回レバー２０Ｌを操作して、バケット８を掘削壁Ｗに押し当てた状態から、旋回レバー２０Ｌをニュートラル位置に操作すると、実旋回速度が低いので、ジャーク指令速度は、レバー指令速度に倣う形でレバー指令速度に基づき旋回停止直前まで減少し、旋回停止直前でジャーク指令速度に基づいてゆっくり０に近づく。
指令値出力規制部３６を備えない対策前となる比較実施形態において説明する。上部旋回体３の実旋回速度は、旋回レバー２０Ｌを操作し掘削壁Ｗに作業機５を押し当てた状態では、旋回電動発電機１９の出力トルクと反力Ｆ２が均衡しているため、増加しない。時刻ｔ１において、オペレータが旋回レバー２０Ｌをニュートラル位置にすると、掘削壁Ｗからの反力Ｆ２によって、上部旋回体３は、押し当てていた方向とは逆方向（負方向）に旋回する。
この際、指令値出力部３５から出力される出力トルクを見ると、旋回レバー２０Ｌをニュートラル位置とした際、出力トルクが急激に減少するが、これは速度偏差トルクがジャーク指令速度の減少に伴い、急激に減少する事及びＦＦトルクが右方向へ出力する為である。ＦＦトルク指令値Ｆ３が出力されると、指令値出力部３５から出力される出力トルクの急激な減少を助長する方向に、トルク指令値が旋回電動発電機１９に出力され、右方向への旋回が助長される。その後、反力制御の上昇とともに、時刻ｔ２になると、指令値出力部３５から出力される出力トルクが位置を維持するように左方向へトルクを出力して停止する。
【００３６】
一方、本実施形態による対策後においては、図７における破線で示されるように、前述した条件１から条件をすべて満足する場合、ＦＦトルク指令値を０とすることにより、指令値出力部３５からＦＦトルク指令値を出力することがないので、旋回電動発電機１９の出力トルクの減少を少なくすることができ、これにより上部旋回体３の実旋回速度の変化を抑え、振動発生を減少させることができる。
また、反力制御指令速度がジャーク指令速度を上回る場合、ＦＦトルク指令値を０としているので、反力制御指令速度に基づくトルク指令値が優先され、反力Ｆ２に抗する方向のトルク指令値によって、速やかに上部旋回体３を停止させることができる。
【００３７】
［５］実施形態の変形
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形を含むものである。
前記実施形態では、反力制御指令速度演算部３３を備え、指令値出力規制部３６は、反力制御指令速度演算部３３で演算された反力制御指令速度が、ジャーク指令速度演算部３２で演算されたジャーク指令速度よりも大きい場合に、ＦＦトルク指令値を規制していたが、本発明は、これに限らず、反力制御指令速度とジャーク指令速度の大小判定を行わなくてもよい。
【００３８】
前記実施形態では、ジャーク指令速度演算部３２で演算された加速度に基づいて、ＦＦトルク指令値を演算していたが、本発明はこれに限らず、他の方法により加速度を演算して、ＦＦトルク指令値を演算してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状は、例えば旋回機構が電動発電機と油圧駆動に基づく旋回機構に用いるなど、本発明の目的を達成できる範囲で、他の構造等としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…電動旋回ショベル、２…下部走行体、２Ａ…走行装置、２Ｂ…履帯、３…上部旋回体、４…キャブ、５…作業機、６…ブーム、６Ａ…ブームシリンダ、７…アーム、７Ａ…アームシリンダ、８…バケット、８Ａ…バケットシリンダ、１１…エンジン、１１Ａ…エンジンコントローラ、１２…油圧ポンプ、１３…発電電動機、１３Ｉ…インバータ、１４…油圧制御バルブ、１４Ａ…ポンプコントローラ、１５…走行モータ、１６…ハイブリッドコントローラ、１７…蓄電器、１７Ｃ…変圧器、１８…演算部、１９…旋回電動発電機、１９Ｉ…インバータ、２０Ｌ…旋回レバー、２０Ｒ…右操作レバー、２１…ＰＰＣ圧検出部、２２…スロットルダイヤル、２３…マルチモニタ、２３Ａ…操作部、２３Ｂ…表示部、２４…センサ、３１…レバー指令速度演算部、３２…ジャーク指令速度演算部、３３…反力制御指令速度演算部、３４…トルク指令値演算部、３５…指令値出力部、３６…指令値出力規制部、３７…旋回速度検出部、３８…旋回位置検出部、３９…出力トルク検出部、３Ａ…カウンタウェイト、Ｗ…掘削壁。
【要約】
下部走行体と、下部走行体に旋回可能に設けられ、旋回電動発電機（１９）で駆動される上部旋回体と、上部旋回体に設けられる作業機とを備えた建設機械は、上部旋回体の実旋回速度を検出する旋回速度検出手段（３８）と、上部旋回体の旋回操作を行う旋回レバーの操作量（２１）から、レバー指令速度を演算するレバー指令速度演算手段（３１）と、演算されたレバー指令速度に基づく指令速度に基づいて、トルク指令値を演算するトルク指令値演算手段（３４）と、トルク指令値演算手段（３４）により演算されたトルク指令値、および旋回速度検出手段（３８）により検出された旋回速度に基づいて、旋回電動発電機（１９）に指令トルクを出力する指令値出力手段（３５）と、所定の条件下で指令値出力手段（３５）からのトルク指令値の出力を規制する指令値出力規制手段（３６）とを備える。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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