JP2010189864A

JP2010189864A - ハイブリッド型建設機械

Info

Publication number: JP2010189864A
Application number: JP2009032920A
Authority: JP
Inventors: Hirozo Shono; 博三庄野; Kiminori Sano; 公則佐野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd; Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd; Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP5074432B2

Abstract

【課題】
旋回とブーム上昇又は下降の複合操作時における操作性を向上させたハイブリッド型建設機械を提供することを課題とする。
【解決手段】
電動機で旋回駆動される旋回機構で旋回される旋回体に搭載された作業要素で作業を行うハイブリッド型建設機械であって、前記作業要素の操作を検出する第１操作検出部と、前記旋回機構の操作を検出する第２操作検出部と、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の上昇操作が検出されると、前記電動機の旋回速度を前記作業要素の非操作時における旋回速度よりも低下させ、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の下降操作が検出されると、前記電動機の旋回速度を前記作業要素の非操作時における旋回速度よりも増大させる旋回駆動制御部とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動作業要素と油圧作業要素を含むハイブリッド型建設機械に関する。

従来より、油圧駆動型の建設機械では、掘削した土砂等をバケットに収容し、旋回しながらブームを上昇させてダンプトラックの荷台に積載する複合操作を行うにあたり、バケットがダンプトラックに接触することを防ぐために、ブームシリンダへの供給油量を増大させてブーム上げ速度を上昇させることにより、操作性を良好にすることが行われていた（例えば、特許文献１、２）。
特開平０８−３０２７５１号公報特開平０６−３４６４８３号公報

ところで、内燃機関又は電動発電機の駆動力で発生される油圧によってブーム、アーム、及びバケットを駆動し、旋回機構を電動駆動するハイブリッド型建設機械においては、旋回しながらブームを上昇又は下降させる複合操作時に、バケットの接触を避けるための工夫は特になされていなかった。

そこで、本発明は、ブーム上昇又はブーム上昇と旋回との複合操作時における操作性を向上させたハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、内燃機関又は電動発電機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み、前記旋回機構で旋回される旋回体に搭載された前記作業要素で作業を行うハイブリッド型建設機械であって、前記作業要素の操作を検出する第１操作検出部と、前記旋回機構の操作を検出する第２操作検出部と、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の上昇操作が検出されると、前記電動機の旋回速度を前記作業要素の非操作時における旋回速度よりも低下させ、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の下降操作が検出されると、前記電動機の旋回速度を前記作業要素の非操作時における旋回速度よりも増大させる旋回駆動制御部とを有する。

また、前記作業要素の非操作時に前記電動機を駆動制御するための第１駆動指令特性と、前記作業要素の上昇操作時に前記電動機を駆動制御するための第２駆動指令特性と、前記作業要素の下降操作時に前記電動機を駆動制御するための第３駆動指令特性とを格納する特性格納部をさらに有し、前記旋回駆動制御部は、前記特性格納部に格納された前記第１駆動指令特性、前記第２駆動指令特性、又は前記第３駆動指令特性を用いて、前記電動機の駆動制御を行い、前記第２駆動指令特性は、前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合が、前記第１駆動指令特性における前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合よりも小さく、前記第３駆動指令特性は、前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合が、前記第１駆動指令特性における前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合よりも多くてもよい。

また、前記第１駆動指令特性、前記第２駆動指令特性、及び前記第３駆動指令特性は、前記旋回機構を操作するための操作量に応じて速度指令又はトルク指令を決定するための駆動指令特性であってもよい。

また、前記第２駆動指令特性又は前記第３駆動指令特性は、それぞれ、前記旋回機構を操作するための操作量に対する前記速度指令又は前記トルク指令の絶対値での増大度合の異なる複数の駆動指令特性を含み、前記旋回駆動制御部は、前記第２駆動指令特性又は前記第３駆動指令特性の前記複数の駆動指令特性のうち、操作者によって選択された駆動指令特性を用いて前記電動機の駆動制御を行ってもよい。

本発明の他の局面のハイブリッド型建設機械は、内燃機関又は電動発電機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み、前記旋回機構で旋回される旋回体に搭載された前記作業要素で作業を行うハイブリッド型建設機械であって、前記作業要素の操作を検出する第１操作検出部と、前記旋回機構の操作を検出する第２操作検出部と、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の上昇操作が検出されると、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも増大させ、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の下降操作が検出されると、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも減少させる流量制御装置とを有する。

また、前記流量制御装置は、前記作業要素を駆動するための圧油を出力する油圧ポンプの傾転角を前記作業要素の非操作時における傾転角よりも増大させることにより、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも増大させ、前記作業要素を駆動するための駆動部からコントロールバルブに戻される圧油の流量を前記作業要素の非操作時における流量よりも減少させることにより、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも減少させてもよい。

本発明によれば、旋回とブーム上昇又は下降の複合操作時における操作性を向上させたハイブリッド型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、本発明のハイブリッド型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のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。

このハイブリッド型建設機械は、建設機械型のハイブリッド型建設機械であり、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のハイブリッド型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・制御系を実線でそれぞれ示す。

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のハイブリッド型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及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８と昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。

また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。

ＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、ＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。

また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１１２と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１１３が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。

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は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃを含み、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ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のハイブリッド型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のハイブリッド型建設機械は、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、ハイブリッド型建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電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が電動（アシスト）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が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、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。

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操作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と昇降圧コンバータ１００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、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機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ＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。

バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８及びインバータ２０に接続されている。これにより、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動（アシスト）運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。

このバッテリ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（電動（アシスト）運転又は発電運転）、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、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。

インバータ２０は、旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００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の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機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昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。図２には、旋回電動機（１台）及びインバータ（１台）を含む形態を示すが、その他マグネット機構や旋回機構部以外の駆動部として備えることで、複数の電動機及び複数のインバータをＤＣバス１１０に接続するようにしてもよい。

昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８を介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、昇降圧コンバータ１００がＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８を介してバッテリ１９に充電する必要があるため、昇降圧コンバータ１００がＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。

このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２と旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が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、２つのインバータ１８及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。

ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

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電動作業要素である。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。

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。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。

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。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。

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、及びバケット６を操作するための操作装置である。レバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、キャビン１０内の運転席の周囲に配設され、ハイブリッド型建設機械の操作者によって操作される。

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）を操作者によるレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ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。

なお、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、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。

操作装置２６のレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ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。

圧力センサ２９は、作業要素の一つであるブーム４の操作を検出する第１操作検出部、及び旋回機構２の操作を検出する第２操作検出部としてのセンサである。この圧力センサ２９は、旋回機構２を旋回させるためにレバー２６Ａが操作されると、旋回操作の操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。また、同様に、ブーム４を上昇又は下降させるためにレバー２６Ｂが操作されると、ブーム４を上昇又は下降させるための操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。

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。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるためのレバー２６Ａの操作量と、ブーム４を上昇又は下降させるためのレバー２６Ｂの操作量とを的確に把握することができる。

旋回機構２とブーム４の操作量を表す電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御とブーム４の駆動制御に用いられる。

なお、実施の形態１では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回機構２を旋回させるため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。

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、実施の形態１のハイブリッド型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。

なお、コントローラ３０には、旋回機構２とブーム４の操作量を表す電気信号が入力されるため、コントローラ３０は、旋回機構２とブーム４が同時期に操作される複合操作がなされることを検出することができる。

「速度指令変換部３１」
速度指令変換部３１は、圧力センサ２９から入力される信号（レバー２６Ａの操作量を表す信号）を速度指令に変換して出力する駆動指令出力部である。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、旋回駆動制御装置４０に入力される。

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。

なお、速度指令変換部３１がレバー２６Ａの操作量を表す信号を速度指令に変換する際には、速度指令テーブルを参照するが、この処理内容については後述する。

「操作量／速度指令の変換特性」
図３は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の速度指令変換部３１においてレバー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。この変換特性は、レバー２６Ａの操作量に応じて、不感帯領域、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５つの領域に区分される。

ここで、実施の形態１のハイブリッド型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」
この変換特性に示すように、不感帯領域は、レバー２６Ａの中立点付近に設けられている。

旋回用電動機２１が停止している状態（すなわち、上部旋回体３が旋回動作を行っておらず停止している状態）において、レバー２６Ａの操作量が不感帯領域内にある場合は、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、このとき、メカニカルブレーキ２３は制動状態にされる。

従って、上部旋回体３が旋回動作を行っておらず停止している状態において、レバー２６Ａの操作量が不感帯領域内にある状態では、メカニカルブレーキ２３によって旋回用電動機２１及び上部旋回体３が機械的に停止されている。

一方、上部旋回体３が旋回している状態において、レバー２６Ａの操作量が不感帯領域内にされた場合（すなわち、操作者が旋回動作を停止させようとしてレバー２６Ａを中立付近に戻した場合）には、上部旋回体３の旋回が停止するまで（すなわち、旋回用電動機２１が停止するまで）は、速度指令変換部３１から零速度指令が出力される。

旋回停止後に所定時間（例えば、数秒）が経過すると、メカニカルブレーキ２３が制動状態に切り替えられ、速度指令変換部３１からは零速度指令は出力されなくなる。このような制御は、後述する旋回駆動制御装置４０内の主制御部６０によって統括される。

「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ている。この零速度指令領域は、主に旋回開始時において、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。

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。

なお、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。

また、旋回開始時には、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、旋回開始時には、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。

「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。

実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、レバー２６Ａに左方向の旋回操作が入力されたときに、ブーム４の上昇又は下降が行われている場合（すなわち旋回用電動機２１とブーム４の複合動作が行われている場合）には、ブーム４の上昇又は下降を行っていない場合とは異なる速度指令特性を用いて旋回用電動機２１の旋回駆動を行う。

このため、実施の形態１のハイブリッド型建設機械は、ブーム４の上昇操作及び下降操作を行っていない場合に用いる第１速度指令特性（ＨＨ）、ブーム４の上昇操作時に旋回用電動機２１を駆動制御するための第２速度指令特性（Ｈ）、及び、ブーム４の下降操作時に旋回用電動機２１を駆動制御するための第３速度指令特性（ＨＨＨ）を有する。

ここで、第１速度指令特性（ＨＨ）は、上述のように、ブーム４の上昇操作及び下降操作を行っていない場合に用いる速度指令特性である。

また、第２速度指令特性（Ｈ）は、レバー２６Ａの操作量に対する速度指令の絶対値での増大度合が、第１速度指令特性（ＨＨ）における速度指令の絶対値での増大度合よりも小さくなるように設定されている速度指令特性である。

一方、第３速度指令特性（ＨＨＨ）は、レバー２６Ａの操作量に対する速度指令の絶対値での増大度合が、第１速度指令特性（ＨＨ）における速度指令の絶対値での増大度合よりも多くなるように設定されている速度指令特性である。

なお、実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、第２速度指令特性（Ｈ）が選択された場合には、バケット６の移動速度は、旋回方向の成分速度よりも上昇方向の成分速度の方が高くなるように設定されている。

また、第３速度指令特性（ＨＨＨ）が選択された場合には、バケット６の移動速度は、旋回方向の成分速度の方が下降方向の成分速度よりも高くなるように設定されている。

このため、図３では、レバー２６Ａの操作量に対する速度指令の絶対値での増大割合が大きくなるに連れて、第２速度指令特性（Ｈ）、第１速度指令特性（ＨＨ）、第３速度指令特性（ＨＨＨ）と表す。

このような第２速度指令特性（Ｈ）と第３速度指令特性（ＨＨＨ）を用いることより、実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、レバー２６Ａへの操作入力が検出されたときに、ブーム４の上昇操作が検出されると、旋回用電動機２１の旋回速度をブーム４の非操作時における旋回速度よりも低下させる。

また、レバー２６Ａへの操作入力が検出されたときに、ブーム４の下降操作が検出されると、旋回用電動機２１の旋回速度をブーム４の非操作時における旋回速度よりも増大させる。

このように、ブーム４の非操作時とは速度指令特性を変更して旋回駆動を行うのは、旋回用電動機２１とブーム４の複合操作時に、バケット６がダンプトラックの荷台等に接触することを未然に防ぐためである。

なお、これらの速度指令特性は、後述する速度指令テーブルに格納されており、旋回駆動制御装置４０によって選択される。

この速度指令特性の選択については後述するが、いずれの速度指令特性が選択された場合においても、この左方向旋回駆動領域内では、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。

実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、レバー２６Ａに右方向の旋回操作が入力されたときに、ブーム４の上昇又は下降が行われている場合（すなわち旋回用電動機２１とブーム４の複合動作が行われている場合）には、ブーム４の上昇又は下降を行っていない場合とは異なる速度指令特性を用いて旋回用電動機２１の旋回駆動を行う。

この速度指令特性の選択については後述するが、いずれの速度指令特性が選択された場合においても、この右方向旋回駆動領域内では、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。

「駆動制御装置３２」
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の運転制御を行い、インバータ１８を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

「旋回駆動制御装置４０」
図４は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示すブロック図である。

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。

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、圧力センサ２９からレバー２６Ａの操作量を表す信号が入力され、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る。この主制御部６０の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。

主制御部６０は、速度指令テーブルを格納するための内部メモリ６０Ａを有する。

内部メモリ６０Ａには、第１速度指令テーブル、第２速度指令テーブル、第３速度指令テーブルが格納されている。

すなわち、内部メモリ６０Ａは、旋回用電動機２１を駆動するための速度指令を操作装置２６のレバー２６Ａに入力される操作量に対応付けた速度指令テーブルであって、操作量に対する速度指令値の異なる複数の駆動指令テーブルを格納するテーブル格納部である。

テーブルの選択は、ブーム４の操作状態（上昇操作、下降操作、又は操作なし）に応じて、主制御部６０によって行われる。この選択処理については後述する。

主制御部６０の選択処理によって選択された速度指令テーブルは、速度指令変換部３１が速度指令を出力する際に参照される。

主制御部６０によって第１速度指令テーブルが選択された場合には、速度指令変換部３１は第１速度指令テーブルを参照し、第１速度指令特性に基づいてレバー２６Ａの操作量に対応付けられた速度指令を出力する。すなわち、速度指令特性としては、第１速度指令特性が選択されることになる。

主制御部６０によって第２速度指令テーブルが選択された場合には、速度指令変換部３１は第２速度指令テーブルを参照し、第２速度指令特性に基づいてレバー２６Ａの操作量に対応付けられた速度指令を出力する。すなわち、速度指令特性としては、第２速度指令特性が選択されることになる。

主制御部６０によって第３速度指令テーブルが選択された場合には、速度指令変換部３１は第３速度指令テーブルを参照し、第３速度指令特性に基づいてレバー２６Ａの操作量に対応付けられた速度指令を出力する。すなわち、速度指令特性としては、第３速度指令特性が選択されることになる。

このようにして、図３に示す左方向旋回駆動領域及び右方向旋回駆動領域における３種類の速度特性が実現される。

「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。

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の右方向及び左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、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の右方向及び左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トルク許容値には、通常用の値と非常用の値の２種類がある。通常用のトルク許容値は、旋回用電動機２１の連続定格トルクを表すトルク電流指令値に対応し、非常用のトルク許容値は、旋回用電動機２１の短時間定格トルクを表すトルク電流指令値に対応する。

通常用及び非常用のトルク許容値は、正転側と逆転側のそれぞれの値があり、通常用と非常用の切替は、主制御部６０によって行われる。

トルク電流指令値を制限するための特性を表すデータ（トルク許容値のデータ）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から入力される電圧指令に基づき、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。

図５は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械における速度指令の選択処理の手順を示す図である。この処理は、主制御部６０によって実行される処理であり、例えば、５ミリ秒毎に繰り返し実行される処理である。

主制御部６０は、ハイブリッド型建設機械の運転の開始に伴い、選択処理を開始する（スタート）。

主制御部６０は、圧力センサ２９から入力される信号に基づき、レバー２６Ａに入力される旋回操作の操作量が絶対値で２０％に到達したか否かを判定する（ステップＳ１）。

主制御部６０は、圧力センサ２９から入力される信号に基づき、レバー２６Ｂにブーム４を操作するための操作入力があったか否かを判定する（ステップＳ２）。ブーム４の非操作時と操作時では、選択する速度指令特性が異なるからである。

主制御部６０は、ブーム４の操作があったと判定した場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、ブーム４を操作するための操作入力が上昇用又は下降用のいずれの方向への操作であるかを判定する（ステップＳ３）。

主制御部６０は、ステップＳ３において、ブーム４を下降させるための操作であったと判定した場合は、内部メモリ６０Ａから第３速度指令テーブルを選択する（ステップＳ４）。

一方、主制御部６０は、ステップＳ３において、ブーム４を上昇させるための操作であったと判定した場合は、内部メモリ６０Ａから第２速度指令テーブルを選択する（ステップＳ５）。

また、主制御部６０は、ステップＳ２において、ブーム４を操作するための操作入力がなかったと判定した場合は、内部メモリ６０Ａから第１速度指令テーブルを選択する（ステップＳ６）。

ステップＳ４、Ｓ５、又はＳ６が終了すると、手順はリターンする。

図６は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械における旋回用電動機２１とブーム４の複合操作時のバケット６の軌跡と移動速度を成分分解して示す図であり、（ａ）は、ハイブリッド型建設機械よりもダンプトラックが高い位置にある場合の軌跡、（ｂ）は（ａ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の上昇を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分、（ｃ）は（ａ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の下降を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分、（ｄ）はハイブリッド型建設機械よりもダンプトラックが低い領域にある場合の軌跡、（ｅ）は（ｄ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の下降を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分、（ｆ）は（ｄ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の上昇を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分を示す。

図６（ａ）に示すように、バケット６よりもダンプトラックが高い位置にある場合には、ハイブリッド型建設機械は、地点Ａで掘削作業を行ってバケット６に土砂を積載し、地点Ａで旋回機構２の旋回動作とブーム４の上昇動作を開始する。地点Ｂは、ダンプトラックの荷台の上方でバケット６の排土操作を行い土砂をバケット６から排土する地点である。

ここで、地点Ａと地点Ｂを直線的に結ぶ破線よりもダンプトラック寄りの領域をブーム６が通過すると、バケット６がダンプトラックに接触する可能性がある。

しかしながら、実施の形態１のハイブリッド型建設機械は、地点Ａでレバー２６Ａに旋回操作が入力され、かつ、レバー２６Ｂにブーム４の上昇動作が入力されると、第２速度指令特性（Ｈ）が選択されることにより、ブーム４の動作を行わない場合（第１速度指令特性（ＨＨ）で旋回動作が行われる場合）よりも低い速度で旋回動作が開始される。

この状態におけるバケット６の移動速度は、図６（ｂ）に示すように、旋回方向の成分速度よりも上昇方向の成分速度の方が高くなる。

このため、バケット６は、実線で示すように、地点Ａと地点Ｂを直線的に結ぶ破線よりも高い位置を通過して地点Ａから地点Ｂに移動する。

これにより、ハイブリッド型建設機械の方がダンプトラックよりも低い位置にある場合において、ブームを上昇させながら旋回動作を行って土砂をダンプトラックに運ぶ場合に、バケット６がダンプトラックに接触することを防ぐことができる。

また、このような接触の防止を速度指令特性の選択によって実現することができるため、操作性を向上させることができる。

また、地点Ｂで土砂をダンプトラックに積載した後に、再びバケットを地点Ａに戻す際には、地点Ｂでレバー２６Ａに旋回操作が入力され、かつ、レバー２６Ｂにブーム４の下降動作が入力されると、第３速度指令特性（ＨＨＨ）が選択されることにより、ブーム４の動作を行わない場合（第１速度指令特性（ＨＨ）で旋回動作が行われる場合）よりも高い速度で旋回動作が開始される。

この状態におけるバケット６の移動速度は、図６（ｃ）に示すように、旋回方向の成分速度の方が下降方向の成分速度よりも高くなる。

このため、バケット６は、実線で示すように、地点Ａと地点Ｂを直線的に結ぶ破線よりも高い位置を通過して地点Ｂから地点Ａに移動する。

これにより、ハイブリッド型建設機械の方がダンプトラックよりも低い位置にある場合において、ブーム４を下降させながら旋回動作を行ってバケット６をダンプトラックから作業地点（地点Ａ）に戻す場合に、バケット６がダンプトラックに接触することを防ぐことができる。

一方、図６（ｄ）に示すように、バケット６よりもダンプトラックが低い位置にある場合には、ハイブリッド型建設機械は、地点Ｃで掘削作業を行ってバケット６に土砂を積載し、地点Ｃで旋回機構２の旋回動作とブーム４の下降動作を開始する。地点Ｄは、ダンプトラックの荷台の上方でバケット６の排土操作を行い土砂をバケット６から排土する地点である。

ここで、地点Ｃと地点Ｄを直線的に結ぶ破線よりもダンプトラック寄りの領域をブーム６が通過すると、バケット６がダンプトラックに接触する可能性がある。

しかしながら、実施の形態１のハイブリッド型建設機械は、地点Ｃでレバー２６Ａに旋回操作が入力され、かつ、レバー２６Ｂにブーム４の下降動作が入力されると、第３速度指令特性（ＨＨＨ）が選択されることにより、ブーム４の動作を行わない場合（第１速度指令特性（ＨＨ）で旋回動作が行われる場合）よりも高い速度で旋回動作が開始される。

この状態におけるバケット６の移動速度は、図６（ｅ）に示すように、旋回方向の成分速度の方が下降方向の成分速度よりも高くなる。

このため、バケット６は、実線で示すように、地点Ｃと地点Ｄを直線的に結ぶ破線よりも高い位置を通過して地点Ｃから地点Ｄに移動する。

これにより、ハイブリッド型建設機械よりもダンプトラックが低い位置にある場合において、ブームを下降させながら旋回動作を行って土砂をダンプトラックに運ぶ場合に、バケット６がダンプトラックに接触することを防ぐことができる。

また、地点Ｄで土砂をダンプトラックに積載した後に、再びバケットを地点Ｃに戻す際には、地点Ｄでレバー２６Ａに旋回操作が入力され、かつ、レバー２６Ｂにブーム４の上昇動作が入力されると、第２速度指令特性（Ｈ）が選択されることにより、ブーム４の動作を行わない場合（第１速度指令特性（ＨＨ）で旋回動作が行われる場合）よりも低い速度で旋回動作が開始される。

この状態におけるバケット６の移動速度は、図６（ｆ）に示すように、旋回方向の成分速度よりも上昇方向の成分速度の方が高くなる。

これにより、ハイブリッド型建設機械よりもダンプトラックが低い位置にある場合において、ブーム４を上昇させながら旋回動作を行ってバケット６をダンプトラックから作業地点（地点Ｃ）に戻す場合に、バケット６がダンプトラックに接触することを防ぐことができる。

なお、以上では、状況を極端にして説明を容易にするために、ハイブリッド型建設機械とダンプトラックの位置関係が上下方向で異なる場合について説明したが、ハイブリッド型建設機械とダンプトラックが同じ高さにある場合においても、旋回動作とブーム４の上昇動作又は下降動作との複合動作が行われた場合には、第２速度指令特性（Ｈ）又は第３速度指令特性（ＨＨＨ）が選択されて旋回動作が行われる。

このため、上述の場合と同様に、バケット６がダンプトラックに接触することを防ぐことができる。

実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、速度指令特性の選択によって旋回速度を調節して衝突を防止できるので、このような旋回速度の調整をレバー２６Ａとレバー２６Ｂの操作量を調整することによって実現する場合に比べて、大幅な操作性の向上を図ることができる。

また、以上では、主制御部６０の内部メモリ６０Ａがテーブル格納部としての機能を有する形態について説明したが、速度指令テーブルを格納するメモリは、主制御部６０の外部メモリであってもよい。

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。

図７は、実施の形態１の変形例のハイブリッド型建設機械における速度指令特性を示す特性図である。この変形例は、第２速度指令特性（Ｈ）よりも操作量に対する速度指令の絶対値での増大度合が小さい２種類の速度指令特性を有する点が図３に示す速度指令特性と異なる。

図７に示すように、変形例では、中速速度指令特性（Ｍ）、及び低速速度指令特性（Ｌ）が付加されている。

中速速度指令特性（Ｍ）は、第２速度指令特性（Ｈ）よりも操作量に対する速度指令の絶対値での増大度合が小さく、低速速度指令特性（Ｌ）は絶対値での増大割合がさらに小さい。

中速速度指令特性（Ｍ）と低速速度指令特性（Ｌ）は、主制御部６０の内部メモリ６０Ａに格納される中速速度指令テーブルと低速速度指令テーブルを主制御部６０が選択し、速度指令変換部３１が速度指令を出力する際に参照されることによって実現される。

このような中速速度指令特性（Ｍ）と低速速度指令特性（Ｌ）は、操作者が操作装置２６に取り付けられた選択ボタンを押圧することによって選択される。中速速度指令特性（Ｍ）又は低速速度指令特性（Ｌ）が選択されている間は、速度指令特性は中速速度指令特性（Ｍ）又は低速速度指令特性（Ｌ）のうちの選択された方に固定される。

このような中速速度指令特性（Ｍ）と低速速度指令特性（Ｌ）を操作者が選択することによっても、ブーム４を上昇させる際に、旋回速度を遅くすることができるので、バケット６がダンプトラックに接触することを防ぐことができる。

［実施の形態２］
図８は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、複合操作を検出した場合に速度指令特性を変更する代わりに、ブームシリンダ７の戻り側の油圧パイプ７Ａに、切替弁２００を有し、ブームシリンダ７への供給油量と戻り油量を制御する点が実施の形態２のハイブリッド型建設機械と異なる。

なお、図８には、実施の形態１（図２）では省略していたメインポンプ１４の傾転角を制御するポンプ制御弁１４Ａを示す。このポンプ制御弁１４Ａは、コントローラ３０によって電気的に駆動され、ポンプ１４の傾転角の制御が行われる。

その他の構成は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成に準ずるため、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。

切替弁２００は、上述のようにブームシリンダ７の油圧パイプ７Ａ側に挿入されており、油圧パイプ７Ａを通じてコントロールバルブ１７に戻る油量を調節することのできる切替弁である。この切替弁２００は、コントローラ３０によって駆動制御が行われる。

コントローラ３０によるポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００の駆動制御は、具体的には、次のように行われる。

ポンプ制御弁１４Ａは、旋回操作とブーム４の上昇操作とが同時に行われた場合（すなわち旋回とブーム４の上昇との複合操作が行われた場合）に、ポンプ１４の傾転角を増大させる。これにより、ブーム４の上昇速度が増大するため、図６（ｂ）及び（図６（ｆ）に示す状態と同じように、旋回方向の成分速度よりも上昇方向の成分速度の方が高い状態（図６（ｂ））、及び、旋回方向の成分速度よりも上昇方向の成分速度の方が高い状態（図６（ｆ））を作り出すことができる。

一方、切替弁２００は、旋回操作とブーム４の下降操作とが同時に行われた場合（すなわち旋回とブーム４の下降との複合操作が行われた場合）に、油圧パイプ７Ａを通流する油量を減少させる。これにより、ブーム４の下降速度が低減されるため、図６（ｃ）及び（図６（ｅ）に示す状態と同じように、旋回方向の成分速度の方が下降方向の成分速度よりも低い状態（図６（ｃ））、及び、旋回方向の成分速度の方が下降方向の成分速度よりも低い状態（図６（ｆ））を作り出すことができる。

すなわち、実施の形態２のハイブリッド型建設機械では、旋回用電動機２１を駆動制御するための速度指令特性を変更する代わりに、ポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００により、ブームシリンダ７への供給油量と戻り油量を調節することによって、図６を用いて説明した実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様の動作を可能にしている。

図９は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械におけるポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００の制御処理の手順を示す図である。この処理は、コントローラ３０によって実行される処理であり、例えば、５ミリ秒毎に繰り返し実行される処理である。

コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号に基づき、レバー２６Ｂにブーム４を操作するための操作入力があったか否かを判定する（ステップＳ２１）。ブーム４の非操作時と操作時では、ポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００の制御処理が異なるからである。

コントローラ３０は、ブーム４の操作があったと判定した場合には（ステップＳ２１でＹｅｓ）、旋回動作中であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。旋回動作中であるか否かは、例えば、旋回動作検出部５８の出力に基づいて判定すればよい。

コントローラ３０は、旋回動作中であると判定した場合（ステップＳ２２でＹｅｓ）は、ブーム４を操作するための操作入力が上昇用又は下降用のいずれの方向への操作であるかを判定する（ステップＳ２３）。

コントローラ３０は、ステップＳ２３において、ブーム４を下降させるための操作であったと判定した場合は、切替弁２００を絞り位置に制御する（ステップＳ２４）。これにより、し、ブームシリンダ７からコントロールバルブ１７への戻り油量が低減される。ブームの下降速度を低くするためである。

一方、コントローラ３０は、ステップＳ２３において、ブーム４を上昇させるための操作であったと判定した場合は、ポンプ制御弁１４Ａを駆動制御し、メインポンプ１４の傾転角を増大させる（ステップＳ２５）。ブームの上昇速度を高くするためである。

また、コントローラ３０は、ステップＳ２２において、旋回動作中ではないと判定した場合は、ポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００の制御位置を通常位置に設定する（ステップＳ２６）。旋回動作とブーム４の複合操作は行われていないため、通常の供給油量又は戻り油量でのブーム４の操作を可能とするためである。

ステップＳ２４、Ｓ２５、又はＳ２６が終了すると、手順はリターンする。

以上、実施の形態２のハイブリッド型建設機械では、旋回用電動機２１を駆動制御するための速度指令特性を変更する代わりに、ポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００により、ブームシリンダ７への供給油量と戻り油量を調節することによって、図６を用いて説明した実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様の動作が可能である。

実施の形態２のハイブリッド型建設機械では、ポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００の切替制御によってブーム４の上昇速度及び下降速度を調節して衝突を防止できるので、このような旋回速度の調整をレバー２６Ａとレバー２６Ｂの操作量を調整することによって実現する場合に比べて、大幅な操作性の向上を図ることができる。

［実施の形態３］
図１０は、実施の形態３のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示すブロック図である。

実施の形態３の旋回駆動制御装置３４０は、零速度指令による速度制御と、トルク電流指令によるトルク制御を行う点が実施の形態１の旋回駆動制御装置４０と異なる。このため、実施の形態３の旋回駆動制御装置３４０は、トルク制御を行う際に解放するスイッチ部３５９を含む。

また、実施の形態３のハイブリッド型建設機械の制御系には、実施の形態１の速度指令変換部３１の代わりに、駆動指令変換部３３１が含まれる。

その他の構成は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械に準ずるため、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。

駆動指令変換部３３１は、レバー２６Ａの操作量に応じて零速度指令とトルク電流指令を出力する。レバー２６Ａの操作量を駆動指令に変換する変換特性については、図１１を用いて後述するが、実施の形態３のハイブリッド型建設機械においても、変換特性は、レバー２６Ａの操作量によって不感帯領域、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５つの領域に区分される。

駆動指令変換部３３１は、レバー２６Ａの操作量が零速度指令領域にある場合は、零速度指令を出力する。また、旋回停止時に制動トルクが必要な場合は、不感帯領域においても零速度指令を出力する。ここまでは、実施の形態１の速度指令変換部３１と同一である。

一方、左方向旋回駆動領域と右方向旋回駆動領域では、駆動指令変換部３３１は、トルク電流指令を出力する。このようにトルク電流指令が出力される場合には、主制御部６０によってスイッチ部３５９が解放される。

スイッチ部３５９が解放された状態では、駆動指令変換部３３１から出力されるトルク電流指令は、ＰＩ制御部５２、トルク制限部５３、５４、減算器５５、及びＰＩ制御部５６を経てインバータ２０に入力される。

インバータ２０から出力されるトルク電流指令は、旋回用電動機２１に入力されるとともに、電流変換部５７に入力される。電流変換部５７の出力は、減算器５５に入力される。

このような実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、左方向旋回駆動領域と右方向旋回駆動領域においては、スイッチ部３５９が解放された状態で、減算器５５、ＰＩ制御部５６、インバータ２０、及び電流変換部５７を含むフィードバックループにより、トルク制限部５４から減算器５５に入力されるトルク電流指令値と、電流変換部５７から減算器５５に入力されるトルク電流指令値の偏差が最小となるように、ＰＩ制御が行われる。

以上のような構成により、零速度指令とトルク電流指令を使い分けて、レバー２６Ａの操作量に応じた旋回駆動が行われる。

図１１は、実施の形態３のハイブリッド型建設機械の駆動指令変換部３３１においてレバー２６Ａの操作量をトルク電流指令（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トルク電流指令）に変換する変換特性を示す図である。この変換特性は、レバー２６Ａの操作量に応じて、不感帯領域、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５つの領域に区分される。

実施の形態３のハイブリッド型建設機械におけるレバー操作量の変換特性は、上述のように、左方向旋回駆動領域と右方向旋回駆動領域においては、トルク電流指令になっている。

実施の形態３のハイブリッド型建設機械の主制御部６０の内部メモリ６０Ａには、トルク指令テーブルとして、第１トルク指令テーブル、第２トルク指令テーブル、及び第３トルク指令テーブルの３つのトルク指令テーブルが格納されている。これらのトルク指令テーブルは、左方向旋回駆動領域と右方向旋回駆動領域において、駆動指令変換部３３１がトルク電流指令を出力する際に参照されるテーブルであり、第２トルク指令テーブル、第１トルク指令テーブル、及び第３トルク指令テーブルの順で、レバー２６Ａの操作量に対して絶対値で大きなトルク電流指令を出力するように設定されている。

すなわち、内部メモリ６０Ａは、旋回用電動機２１を駆動するためのトルク電流指令を操作装置２６のレバー２６Ａに入力される操作量に対応付けたトルク指令テーブルを複数有するテーブル格納部である。トルク指令テーブルの選択処理については後述する。以下、各領域について説明する。

「不感帯領域」
不感帯領域の特性は、実施の形態１と同一である。すなわち、旋回動作の開始前は、メカニカルブレーキ２３が制動状態にされる。一方、制動時には、零速度指令が出力され、旋回停止後に所定時間（例えば、数秒）が経過すると、メカニカルブレーキ２３が制動状態に切り替えられる。

「零速度指令領域（判定領域）」
零速度指令領域の特性は、実施の形態１と同一である。すなわち、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、駆動指令変換部３３１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。

また、実施の形態３では、この零速度指令領域は、操作量が絶対値で１０％以上２０％未満の範囲内に設定され、旋回開始時にトルク電流指令を決定するためのトルク指令テーブルを選択するための判定が行われる判定領域でもある。トルク電流指令は、操作量が絶対値で２０％以上になった場合に、トルク指令テーブルに基づいて駆動指令変換部３３１から出力される駆動指令である。このトルク指令テーブルの選択処理については後述する。

「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トルク電流指令が駆動指令変換部３３１から出力される領域である。

実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、レバー２６Ａの操作量が判定領域としての零速度指令領域を通過する際の経過時間により、高トルク指令特性、中トルク指令特性、又は低トルク指令特性のいずれかのトルク指令特性が選択される。

このトルク指令特性は、いずれのトルク指令特性が選択された場合においても、この左方向旋回駆動領域内では、レバー２６Ａの操作量に応じて、トルク電流指令の絶対値が増大するように設定されている。このトルク電流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、スイッチ３５９の切替によってオーバースピードを検出した場合、左方向旋回駆動領域におけるトルク電流指令値は、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トルク電流指令が駆動指令変換部３３１から出力される領域である。

このトルク指令特性は、いずれのトルク指令特性が選択された場合においても、右方向旋回駆動領域内では、レバー２６Ａの操作量に応じて、トルク電流指令の絶対値が増大するように設定されている。このトルク電流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、スイッチ３５９の切替によってオーバースピードを検出した場合、右方向旋回駆動領域におけるトルク電流指令値は、絶対値が所定の値で制限される。

「トルク指令テーブルの選択処理」
実施の形態３のハイブリッド型建設機械において、第１トルク指令テーブル、第２トルク指令テーブル、又は第３トルク指令テーブルのいずれかのトルク指令テーブルを選択する処理は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械において、第１速度指令テーブル、第２速度指令テーブル、又は第３速度指令テーブルを選択する処理と同一である。すなわち、実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、図５に示す手順において第１速度指令テーブルを選択する代わりに第１トルク指令テーブルを選択し、第２速度指令テーブルを選択する代わりに第２トルク指令テーブルを選択し、第３速度指令テーブルを選択する代わりに第３トルク指令テーブルを選択する。

このように主制御部６０の選択処理によって選択されたトルク指令テーブルは、左方向旋回駆動領域と右方向旋回駆動領域において、駆動指令変換部３３１がトルク電流指令を出力する際に参照される。

主制御部６０によって第１トルク指令テーブルが選択された場合には、駆動指令変換部３３１は第１トルク指令テーブルを参照し、第１トルク指令特性に基づいてレバー２６Ａの操作量に対応付けられたトルク電流指令を出力する。すなわち、トルク指令特性としては、第１トルク指令特性が選択されることになる。

主制御部６０によって第２トルク指令テーブルが選択された場合には、駆動指令変換部３３１は第２トルク指令テーブルを参照し、第２トルク指令特性に基づいてレバー２６Ａの操作量に対応付けられたトルク電流指令を出力する。すなわち、トルク指令特性としては、第２トルク指令特性が選択されることになる。

主制御部６０によって第３トルク指令テーブルが選択された場合には、駆動指令変換部３３１は第３トルク指令テーブルを参照し、第３トルク指令特性に基づいてレバー２６Ａの操作量に対応付けられたトルク電流指令を出力する。すなわち、トルク指令特性としては、第３トルク指令特性が選択されることになる。

以上のトルク指令テーブルの選択処理は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の右方向旋回駆動領域と左方向旋回駆動領域において、第１速度指令テーブル、第２速度指令テーブル、又は第３速度指令テーブルを選択する処理に代わりに、第１トルク指令テーブル、第２トルク指令テーブル、又は第３トルク指令テーブルを選択する処理を行うものである。

実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、旋回用電動機２１を駆動制御するための速度指令特性を変更する代わりに、駆動指令としてトルク指令特性を用いることにより、図６を用いて説明した実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様に、複合操作においてブーム４を下降させる場合には、旋回用電動機２１を駆動するためのトルクを増大して、バケット６の移動速度は、旋回方向の成分速度の方が下降方向の成分速度よりも高くなるようにする。複合操作においてブーム４を上昇させる場合には、旋回用電動機２１を駆動するためのトルクを低減して、バケット６の移動速度は、旋回方向の成分速度よりも上昇方向の成分速度の方が高くなるようにする。

以上、実施の形態３のハイブリッド型建設機械では、旋回用電動機２１を駆動制御するための速度指令特性を変更する代わりに、駆動指令としてトルク指令特性を用いることにより、図６を用いて説明した実施の形態１のハイブリッド型建設機械と同様の動作が可能である。

なお、以上では、トルク指令特性がレバー２６Ａの操作量に応じて直線的に変化する形態について説明したが、トルク指令特性は、レバー２６Ａの操作量に応じて曲線的に変化する特性であってもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型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のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械の速度指令変換部３１においてレバー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のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示すブロック図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械における速度指令の選択処理の手順を示す図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械における旋回用電動機２１とブーム４の複合操作時のバケット６の軌跡と移動速度を成分分解して示す図であり、（ａ）は、ハイブリッド型建設機械よりもダンプトラックが高い位置にある場合の軌跡、（ｂ）は（ａ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の上昇を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分、（ｃ）は（ａ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の下降を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分、（ｄ）はハイブリッド型建設機械よりもダンプトラックが低い領域にある場合の軌跡、（ｅ）は（ｄ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の下降を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分、（ｆ）は（ｄ）の場合に旋回機構２の旋回動作とブーム４の上昇を開始する場合におけるバケット６の移動速度の成分を示す。実施の形態１の変形例のハイブリッド型建設機械における速度指令特性を示す特性図である。実施の形態２のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。実施の形態２のハイブリッド型建設機械におけるポンプ制御弁１４Ａと切替弁２００の制御処理の手順を示す図である。実施の形態３のハイブリッド型建設機械の制御系の構成を示すブロック図である。実施の形態３のハイブリッド型建設機械の駆動指令変換部３３１においてレバー２６Ａの操作量をトルク電流指令（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トルク電流指令）に変換する変換特性を示す図である。

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
１４Ａポンプ制御弁
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
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
５２ＰＩ制御部
５３トルク制限部
５４トルク制限部
５５減算器
５６ＰＩ制御部
５７電流変換部
５８旋回動作検出部
６０主制御部
２００切替弁
３３１駆動指令変換部
３４０旋回駆動制御装置
３５９スイッチ部

Claims

内燃機関又は電動発電機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み、前記旋回機構で旋回される旋回体に搭載された前記作業要素で作業を行うハイブリッド型建設機械であって、
前記作業要素の操作を検出する第１操作検出部と、
前記旋回機構の操作を検出する第２操作検出部と、
前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の上昇操作が検出されると、前記電動機の旋回速度を前記作業要素の非操作時における旋回速度よりも低下させ、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の下降操作が検出されると、前記電動機の旋回速度を前記作業要素の非操作時における旋回速度よりも増大させる旋回駆動制御部と
を有する、ハイブリッド型建設機械。
前記作業要素の非操作時に前記電動機を駆動制御するための第１駆動指令特性と、前記作業要素の上昇操作時に前記電動機を駆動制御するための第２駆動指令特性と、前記作業要素の下降操作時に前記電動機を駆動制御するための第３駆動指令特性とを格納する特性格納部をさらに有し、
前記旋回駆動制御部は、前記特性格納部に格納された前記第１駆動指令特性、前記第２駆動指令特性、又は前記第３駆動指令特性を用いて、前記電動機の駆動制御を行い、
前記第２駆動指令特性は、前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合が、前記第１駆動指令特性における前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合よりも小さく、
前記第３駆動指令特性は、前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合が、前記第１駆動指令特性における前記第２操作検出部に入力される操作量に対する駆動指令の絶対値での増大度合よりも多い、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
前記第１駆動指令特性、前記第２駆動指令特性、及び前記第３駆動指令特性は、前記旋回機構を操作するための操作量に応じて速度指令又はトルク指令を決定するための駆動指令特性である、請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。
前記第２駆動指令特性又は前記第３駆動指令特性は、それぞれ、前記旋回機構を操作するための操作量に対する前記速度指令又は前記トルク指令の絶対値での増大度合の異なる複数の駆動指令特性を含み、
前記旋回駆動制御部は、前記第２駆動指令特性又は前記第３駆動指令特性の前記複数の駆動指令特性のうち、操作者によって選択された駆動指令特性を用いて前記電動機の駆動制御を行う、請求項２又は３に記載のハイブリッド型建設機械。
内燃機関又は電動発電機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み、前記旋回機構で旋回される旋回体に搭載された前記作業要素で作業を行うハイブリッド型建設機械であって、
前記作業要素の操作を検出する第１操作検出部と、
前記旋回機構の操作を検出する第２操作検出部と、
前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の上昇操作が検出されると、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも増大させ、前記第２操作検出部で前記旋回機構の操作が検出されたときに、前記第１操作検出部で前記作業要素の下降操作が検出されると、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも減少させる流量制御装置と
を有する、ハイブリッド型建設機械。
前記流量制御装置は、前記作業要素を駆動するための圧油を出力する油圧ポンプの傾転角を前記作業要素の非操作時における傾転角よりも増大させることにより、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも増大させ、前記作業要素を駆動するための駆動部からコントロールバルブに戻される圧油の流量を前記作業要素の非操作時における流量よりも減少させることにより、前記作業要素を駆動するための圧油の流量を前記作業要素の非操作時における圧油の流量よりも減少させる、請求項５に記載のハイブリッド型建設機械。