JP2013253409A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを備える建設機械において、当該電動アクチュエータの動作中にロック動作を作動させたとき、当該電動アクチュエータを好適に停止できる建設機械を提供すること。
【解決手段】操作装置４ａ，４ｂと、操作装置４ａの操作信号に基づいて油圧シリンダ３ａを制御するコントロールバルブ５ａと、操作装置４ｂの操作信号に基づいて電動モータ１６を制御するインバータ装置１３と、許可位置又は禁止位置に切り換えられるロックレバー８０とを備え、コントロールバルブ５ａは、レバー８０が許可位置にあるときに油圧シリンダの制御を許可され、レバーが禁止位置にあるときに油圧シリンダの制御を禁止され、インバータ装置１３は、電動モータ１６の動作中にレバーが許可位置から禁止位置に切り換えられたとき、電動モータ１６の動作速度を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを備える建設機械に関する。

主要な装置を油圧アクチュエータのみで駆動する建設機械としては、油圧モータで駆動される走行体と、当該走行体の上部に旋回可能に搭載され油圧モータで駆動される旋回体と、複数の油圧シリンダで駆動される多関節型のフロント作業装置とを備える油圧ショベルがある。油圧ショベルの旋回体には運転台（運転室）が備えられており、当該運転台にはフロント作業装置及び旋回体を操作するための操作装置が配置されている。操作装置は、油圧ポンプ（パイロットポンプ）からの圧油（一次圧）を減圧する減圧弁（パイロットバルブ）を制御するもので、当該減圧弁で減圧された圧油（二次圧）によって制御弁（コントロールバルブ）が制御されて、最終的に走行体、旋回体及びフロント作業装置に係る油圧アクチュエータの動作が制御される。

操作装置による油圧アクチュエータの駆動制御の許可／禁止を切り換えるための切替器としては、運転台の乗降通路に設けられたゲートロックレバーがある（例えば特許第２５６７７２０号公報）。ゲートロックレバーを禁止位置に切り換える（上方に上げる）と、パイロットポンプから減圧弁への圧油の供給が遮断され、さらに、油圧アクチュエータへの圧油の供給・排出が制御弁によって遮断されるので、油圧アクチュエータの動作がロックされる（よって、操作装置による油圧アクチュエータの操作は不能となる）。これにより、ゲートロックレバーを上方に上げている間は、オペレータが運転台から乗降する際に誤って操作装置（操作レバー）に触れる等しても、意図せず建設機械が動き出すという事態の発生を防止できる。

この種の油圧ショベルにおいて、上部旋回体の旋回中にゲートロックレバーを禁止位置に切り換えると、油圧モータに係る油圧回路への圧油の供給・排出が遮断されるので、上部旋回体（油圧モータ）は徐々に減速しながら所定時間経過後に停止する。このとき、傾斜地等でも上部旋回体の停止を確実に保持するための手段として、油圧モータの出力軸に機械的な制動力を付与するブレーキ装置（旋回ブレーキ）が油圧ショベルに備えられている。このブレーキ装置に関連する技術としては、緊急時にゲートロックレバーの上げ操作と同時に当該ブレーキ装置を作動させて、上部旋回体（油圧モータ）を即時に停止させるように構成したものがある（特開２０１０−１５６３９５号公報）。

特開２０１０−１５６３９５号公報

近年、建設機械に含まれる油圧アクチュエータの一部を電動アクチュエータに取り換え、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの駆動を同一又は個別の操作装置で制御可能としたものの開発が進んでいる。例えば、油圧ショベルでは、上部旋回体の旋回動作を担う油圧モータを電動モータに取り換えたものがあり、操作方向ごとに操作対象を区別することで同一の操作装置で当該電動モータ及び油圧シリンダ（例えば、バケットシリンダ）の双方の駆動制御を可能としている。

ところで、この種の建設機械においても、油圧アクチュエータの誤作動防止の観点からゲートロックレバーを代表とする切替器が設置されることが想定される。この場合において、電動アクチュエータの動作中にゲートロックレバーを禁止位置に切り換えたとき、油圧アクチュエータのみを備える建設機械の動作と比較して、その後どのように電動アクチュエータを制御することが好ましいか問題となる。例えば、切替器の位置の切り換え後の電動アクチュエータの挙動は、オペレータの操作フィーリングを損なうものではないか又はオペレータの感覚から乖離したものでないか等が問題となる。

本発明は、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを備える建設機械において、当該電動アクチュエータの動作中にロック動作を作動させたとき、当該電動アクチュエータを好適に停止できる建設機械を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを備える建設機械において、オペレータの操作に応じた操作信号を発生する操作装置と、前記操作信号に基づいて前記油圧アクチュエータを制御する第１制御装置と、前記操作信号に基づいて前記電動アクチュエータを制御する第２制御装置と、オペレータの操作に応じて許可位置又は禁止位置に切り換えられる切換器とを備え、前記第１制御装置は、前記切替器が前記許可位置にあるときに前記油圧アクチュエータの制御を許可され、前記切替器が前記禁止位置にあるときに前記油圧アクチュエータの制御を禁止され、前記第２制御装置は、前記電動アクチュエータの動作中に前記切替器が前記許可位置から前記禁止位置に切り換えられたとき、前記電動アクチュエータの動作速度を低減するものとする。

本発明によれば、電動アクチュエータの動作中にロック動作を作動させたとき、当該電動アクチュエータを好適に停止できる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図。 本発明の第１の実施の形態に係る建設機械制御システムの構成図。 本発明の第１の実施の形態に係るインバータ装置１３における制御回路２２の構成図。 本発明の実施の形態に係る速度制御部６０で実行される処理のフローチャート。 本発明の第１の実施の形態に係る制御回路２２で実行される第１の処理のフローチャート。 本発明の第１の実施の形態に係る制御回路２２で実行される第２の処理のフローチャート。 本発明の第１の実施の形態に係る制御回路２２で実行される第３の処理のフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に係る建設機械制御システムの構成図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型のフロント作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂを備えており、主な油圧アクチュエータとして、油圧シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ及び油圧モータ３ｅ，３ｆを備え、主な電動アクチュエータとして、電動モータ１６を備えている。

ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（ブームシリンダ）３ａにより駆動される。アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（アームシリンダ）３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（バケットシリンダ）３ｃにより駆動される。上部旋回体１ｄは電動モータ（旋回モータ）１６（図２参照）により旋回駆動され、下部走行体１ｅは左右の油圧モータ（走行モータ）３ｅ，３ｆにより駆動される。

油圧シリンダ３ａ、油圧シリンダ３ｂ、油圧シリンダ３ｃ、油圧モータ３ｅ，３ｆ及び電動モータ１６の駆動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され操作信号（油圧操作信号）を出力する操作装置によって制御される。以下では、油圧シリンダ３ａを操作装置４ａ（図２参照）で制御し、電動モータ１６を操作装置４ｂ（図２参照）で制御するものとして簡略して説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る建設機械制御システムの構成図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。

この図に示すシステムは、上部旋回体１ｄを駆動する電動モータ１６と、電動モータ１６の回転位置を検出するための位置センサ（例えば、磁極位置センサ）２４と、ブーム１ａの回動動作（ブームシリンダ３ａの伸縮動作）を操作するため油圧操作信号（パイロット圧）をその操作量及び操作方向に応じて出力する操作装置（ブーム操作レバー）４ａと、上部旋回体１ｄの旋回動作を操作するため油圧操作信号（パイロット圧）をその操作量及び操作方向に応じて出力する操作装置（旋回操作レバー）４ｂと、操作装置４ｂから出力される油圧操作信号の圧力を検出し、その圧力に応じた電気操作信号を出力する圧力センサ１７，１８と、圧力センサ１７，１８から出力される電気操作信号及び電動モータ１６の実速度V（例えば、位置センサ２４で検出される回転位置から算出できる）等に基づいて電動モータ１６を制御するインバータ装置（電力変換装置）（第２制御装置）１３と、オペレータの操作に応じて許可位置又は禁止位置に切り換えられるロックレバー（切替器）８０と、電動モータ１６の出力軸に当接して摩擦力によって当該電動モータ１６の動作を制動する旋回ブレーキ（制動装置）２５を備えている。

ロックレバー（ゲートロックレバー）８０は、オペレータが油圧ショベルから離れるとき等に各アクチュエータの動作をロックするためのレバーであり、オペレータの操作に基づいて「許可位置（図２の位置）」及び「禁止位置（図２中で点線で示した位置）」のいずれかに切り換えられる。ロックレバー８０を許可位置から禁止位置に切り換えると切換弁８２が動作し、パイロットポンプ４１から操作装置４ａ，４ｂへの圧油（パイロット圧）の供給が遮断される。図２の例では、ロックレバー８０の切換位置（パイロットバルブ８２の切替位置）を検出するための手段として、位置検出センサ８１が設置されている。位置検出センサ８１は、ロックレバー８０の切り換え位置が許可位置か禁止位置かを検出しており、その検出結果はインバータ装置１３に出力される。位置検出センサ８１としては、例えば、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたときに作動するリミットスイッチが利用可能である。

操作装置４ａ，４ｂは、エンジン７と機械的に接続されたパイロットポンプ４１から供給される作動油をパイロットバルブ４４ａ，４４ｂを介して２次圧に減圧することで、油圧シリンダ３ａ及び旋回モータ１６を制御するための操作信号（油圧信号）を発生する。

操作装置４ａは、ブームシリンダ３ａの駆動を制御するコントロールバルブ５ａの受圧部にパイロット管路を介して接続されており、操作装置４ａの操作レバーの傾倒方向（操作方向）に応じてコントロールバルブ５ａの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５ａは、操作装置４ａから入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、エンジン７に機械的に接続された油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れを、コントロールバルブ５ａの切換位置に応じて制御することでブームシリンダ３ａの駆動を制御する。

本実施の形態に係る油圧ポンプ６は可変容量形のポンプであり、その容量（傾転角）はポンプ吐出圧に基づいてレギュレータ７５によって制御されている。エンジン７の目標回転数は、回転指示コントローラ７１から出力されている。図に示した回転指示コントローラ７１は、油圧シリンダを操作するための操作装置４ａからのパイロット圧（図２の圧力センサ７２の検出圧力）と、エンジンコントロールダイヤル７３の指示値に基づいて、エンジン目標回転数を決定している。回転指示コントローラ７１から出力された目標回転数は回転制御コントローラ７４に入力され、回転制御コントローラ７４は当該目標回転数に基づいてエンジン７の回転数を制御する。

操作装置４ｂは、２つのパイロットバルブ４４ｂを介して２つのパイロット管路に接続されている。当該２つのパイロット管路のうち、上部旋回体１ｄが右旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号（圧油）が通過するものには圧力センサ１７が取り付けられており、上部旋回体１ｄが左旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号が通過するものには圧力センサ１８が取り付けられている。圧力センサ１７，１８は、操作装置４ｂから出力される油圧信号の圧力を検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号をインバータ装置１３に出力可能に構成されている。圧力センサ１７，１８からインバータ装置１３に出力された電気信号は、制御回路２２を介して旋回モータ１６（電動アクチュエータ）の駆動を制御する操作信号として利用される。

インバータ装置（電力変換装置）１３は、バッテリ等の蓄電装置（図示せず）に接続されており、当該蓄電装置に充電された直流電力をスイッチングにより交流電力（三相交流）に変換して電動モータ１６に供給することで電動モータ１６を制御している。また、インバータ装置１３は、スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ））を有するインバータ回路と、当該インバータ回路の駆動制御を行うドライバ回路と、当該ドライバ回路に制御信号（トルク指令）を出力してインバータ回路におけるスイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路２２を備えている。なお、各図では、インバータ装置１３におけるインバータ回路及びドライバ回路をスイッチング素子の一例である「ＩＧＢＴ」と表示しており、以下においてＩＧＢＴ２３と表記する場合にはインバータ回路及びドライバ回路を示すものとする。

なお、本実施の形態では、操作装置４ｂから出力されるパイロット圧（油圧操作信号）を圧力センサ１７，１８で検出して電気信号に変換しているが、後述する第２の実施の形態のように、操作装置４ｂの操作方向及び操作量に応じた電気操作信号を直接出力する構成（電気レバー）を採用しても良い。この場合には、操作装置４ｂにおける操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）を利用することができる。また、本実施の形態では、操作装置４ｂに２つの圧力センサ１７，１８を備えているが、例えば、圧力センサと上記位置センサの組合せ等、検出方式の異なるセンサを組み合わせて用いることもできる。このようにシステムを冗長化すれば、システムの信頼性を向上できる。

旋回ブレーキ（制動装置）２５としては、例えば、油圧ブレーキを利用することができる。油圧ブレーキとしては、複数の円盤と制輪子ばねにより押し付けられたブレーキパッドを備え、ブレーキ力を解除するための油圧を電磁切換弁（図示せず）等を介して油圧源（例えば、パイロットポンプ４１）から導入することにより、当該ばねの力に打ち勝ってブレーキが開放される機構を備えたネガティブブレーキを利用することができる。すなわち、この場合には、当該電磁切換弁の切換位置を制御信号等で変更することで旋回ブレーキ２５の動作を制御できる。

図３は本発明の第１の実施の形態に係るインバータ装置１３における制御回路２２の構成図である。制御回路２２は、フィードバック制御により電動モータ１６の速度を制御するもので、各種プログラムを実行するための演算手段としての演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）と、当該プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶手段としての記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびフラッシュメモリ等の半導体メモリ等）と、当該演算処理装置及び当該記憶装置へのデータ及び指示等の入出力制御を行うための入出力演算処理装置（いずれも図示せず）とを備えている。これら演算処理装置、記憶装置及び入出力演算処理を利用することで、制御回路２２は、図３に示すように、操作量演算部３０、速度制御部６０、トルク制御部６１、ＰＷＭ制御部６２、速度演算部６４、判定部６５、タイマ６６、及びブレーキ制御部６７として機能する。なお、上記各機能の一部又は全部を実行可能な専用の回路を設けることで、制御回路２２を構成しても良い。

操作量演算部（目標速度演算部）３０は、圧力センサ１７，１８の出力に基づいて電動モータ１６の目標速度V*を算出し、当該目標速度V*に応じた制御信号（速度指令）を出力する処理を実行する部分である。操作量演算部３０で算出された目標速度V*は、ロックレバー８０が許可位置に切り換えられている間は速度制御部６０に入力され、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられている間は遮断される。ロックレバー８０の切替位置の判定は、位置検出センサ８１からの入力値に基づいて行われる。

速度制御部６０は、速度演算部６４で演算される実速度Vが速度指令（目標速度V*）に追従するように、トルク制御部６１に対するトルク指令を生成する処理を実行する部分である。速度制御部６０には、操作量演算部３０から入力される目標速度V*の他に、速度演算部６４からの実速度Vと、電動モータ１６が作動中か否かについての判定部６５の判定結果が入力されており、これら各入力値に応じたトルク指令を生成している（詳細は後述）。

トルク制御部６１は、速度制御部６０で生成されたトルク指令に実トルクが追従するよう電圧指令を生成する処理を実行する部分である。トルク制御部６１は、さらに、油圧ショベルに係る機器性能の制約等に起因して、速度制御部６０から出力されるトルク指令に電動モータ１６を追従させることができない場合には、当該トルク指令に制限をかける処理（すなわち、速度制御部６０から出力されるトルク指令を必要に応じて低減する処理）も実行する。

ＰＷＭ制御部６２は、パルス幅変調方式（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により、ゲート制御信号を生成する処理を実行する部分である。

速度制御部６０で生成されたトルク指令は、トルク制御部６１による補正を受けて電圧指令に変換される。トルク制御部６１で生成された電圧指令は、ＰＷＭ制御部６２に出力されてゲート制御信号に変換される。ＰＷＭ制御部６２で生成されたゲート制御信号は、ＩＧＢＴ２３に出力される。なお、本実施の形態では、電流センサ１９の実電流がトルク指令に相当する電流指令に追従するようにフィードバック制御することで、電動モータ１６のトルク制御を行っている。

速度演算部６４は、電動モータ１６（上部旋回体１ｄ）の実速度Vを演算する部分である。速度演算部６４には、位置センサ２４から出力される電動モータ１６の回転位置情報（レゾルバ信号）が入力されており、速度演算部６４は当該回転位置情報から実速度Vを算出している。

判定部６５は、速度演算部６４から入力される実速度Vに基づいて電動モータ１６が停止しているか否かを判定する処理を実行し、当該判定結果を出力する処理を実行する部分である。判定部６５が出力する判定結果としては、電動モータ１６が動作しているとする判定（動作判定）と、電動モータ１６が停止しているとする判定（停止判定）がある。本実施の形態における判定部６５は、電動モータ１６の実速度（動作速度）Vがゼロから所定の範囲内に収まっているか否かを判定しており、当該所定の範囲内に実速度Vが収まっている場合には電動モータ１６は停止していると判定する（すなわち、停止判定）。判定部６５の判定結果は、速度制御部６０、ブレーキ制御部６７及びタイマ６６に出力されている。なお、ここでは実速度Vに基づいて判定を行ったが、位置センサ２４から判定部６５にレゾレバ信号を入力して、当該信号に基づいて電動モータ１６の停止状態を判定しても良い。

タイマ６６は、電動モータ１６が動作中であると判定部６５で判定されている間に、ロックレバー８０が許可位置から禁止位置に切り換えられた場合に、そのロックレバー８０が禁止位置に切り換えられた時刻からの経過時間を計測するものである。タイマ６６には、位置検出センサ８１の出力値と、判定部６５の判定結果が入力されており、当該入力値に基づいて上記経過時間が計測される。

ブレーキ制御部６７は、旋回ブレーキ２５を制御する処理を実行する部分である。本実施の形態に係るブレーキ制御部６７は、（１）タイマ６６の時間計測中に判定部６５で電動モータ１６が停止したと判定されたときと、（２）タイマ６６の計測時間が所定時間（Ｔ１とする）に達したときに、旋回ブレーキ２５を作動することがある。設定時間Ｔ１は、ロックレバー８１を禁止位置に切り換えても何らかの原因で電動モータ１６が停止しない場合に対応するために設定されるものである。電動モータ１６の回転中にロックレバー８０を禁止位置に切り換えた時刻から電動モータ１６が停止するまでに要する時間は各油圧ショベルの仕様から容易に明確にできるので、当該時間より長い時間を設定時間Ｔ１とする方法がある（例えば、電動モータ１６が３秒で停止する場合には、Ｔ１＝３．５秒とする）。このように設定した時間Ｔ１を利用すれば、電動モータ１６の回転中に旋回ブレーキ２５が当接することが回避できるので、電動モータ１６の出力軸が磨耗することが抑制できる。

次に上記のように構成される油圧ショベルで行われる具体的処理について説明する。全体のフローチャートを説明する前に、まず、速度制御部６０の処理について説明する。

図４は本発明の実施の形態に係る速度制御部６０で実行される処理のフローチャートである。この図に示すように、速度制御部６０は、まず、操作量演算部３０から速度指令（目標速度V*）が入力されているか否かを判定する（Ｓ４０１）。Ｓ４０１において、操作量演算部３０から速度指令が入力されていると判定した場合（すなわち、ロックレバー８０が許可位置に切り換えられている場合）には、当該速度指令に基づいてトルク指令を生成し（Ｓ４０１）、Ｓ４０１に戻ることを繰り返す。

Ｓ４０１で速度指令が入力されていないと判定した場合（すなわち、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられている場合）には、判定部６５から動作判定が入力されているか否かを判定する（Ｓ４０３）。Ｓ４０３において、動作判定が入力されていると判定した場合（すなわち、電動モータ１６が動作中の場合）には、実速度Vがゼロに向かって徐々に低下するように目標速度V*を設定する。その結果、この場合には、圧力センサ１７，１８の出力値（操作装置４ｂからの操作信号）に関わらず、電動モータ１６の速度が減速されることになる。速度制御部６０は、当該目標速度V*に基づいてトルク指令を生成し（Ｓ４０４）、Ｓ４０１に戻ることを繰り返す。なお、本実施の形態では、Ｓ４０４において、実速度Vから一定の値αを減じた値（目標速度V*=Ｖ−α）を目標速度としてトルク指令を生成するものとするが、時間経過に応じて減速度を変化させる等の他の方法を採用しても良い。

Ｓ４０３で動作判定が入力されていないと判定した場合（すなわち、電動モータ１６が停止しており停止判定が入力されている場合）には、目標速度V*を０としてトルク指令を生成する（Ｓ４０５）。このように目標速度V*を設定すると、電動モータ１６（上部旋回体１ｄ）が回転しようとしても当該回転方向と逆方向のトルクが発生されるので、電動モータ１６の動作速度をゼロに保持できる。このようにトルク指令を生成したらＳ４０１に戻り、以降の処理を適宜繰り返す。

図５は本発明の第１の実施の形態に係る制御回路２２（インバータ装置１３）で実行される第１の処理のフローチャートである。なお、この例では、上記で説明したタイマ６６及びブレーキ制御部６７は利用しない。

制御回路２２は、オペレータによってロックレバー８０が許可位置から禁止位置に切り換えられたことをきっかけとして、図５に示した処理を開始する。このとき、位置検出センサ８１からの入力に基づいて操作量演算部３０から速度制御部６０への速度指令の入力が遮断されるので、速度制御部６０は、図４のフローチャートにおけるＳ４０３を必ず通過する処理を実行することになる。なお、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたことにより、パイロットポンプ４１から操作装置４ａへの圧油の供給が遮断されるので、コントロールバルブ５ａは図２に示されている中立位置に切り換えられる。これによりブームシリンダ３ａへの圧油の供給がカットされるので、操作装置４ａを操作してもブームシリンダ３ａが動作することは無い。

Ｓ５０１では、電動モータ１６が動作中であるか否かを判定部６５が判定する。Ｓ５０１で電動モータ１６が動作中であると判定されると、判定部６５から速度制御部６０に動作判定が出力されるので、速度制御部６０は当該動作判定に基づいてV−αを速度指令としてトルク指令を生成する（Ｓ４０４）。このとき、当該トルク指令に基づいて電動モータ１６が制御されることになるので、電動モータ１６は徐々に減速していく（Ｓ５０３）。そして、制御回路２２は、判定部６５で電動モータ１６が停止したか否かを判定し（Ｓ５０５）、当該判定が停止判定となるまで電動モータ１６の減速を繰り返す（Ｓ５０３）。

Ｓ５０５で電動モータ１６の動作が停止したことを確認できたら、判定部６５から速度制御部６０に停止判定が出力されるので、その直後、速度制御部６０は速度指令をゼロとしてトルク指令を生成する。これにより電動モータ１６の動作速度はゼロに保持される（Ｓ５０７）。特に、油圧ショベルが傾斜地に存在するときには、上部旋回体１ｄが回転して電動モータ１６にトルクが作用することがあるが、Ｓ５０７のように電動モータ１６を制御すれば、傾斜に起因したトルクと同じ大きさの逆方向のトルクを発生することで、傾斜に起因した上部旋回体１ｄの回転を抑制することができる。

このように電動モータ１６を制御すると、電動モータ１６の動作中にロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたときには、操作装置４ｂが操作されているか否かに関わらず電動モータ１６の動作速度をゼロに向かって徐々に低減することができ、さらに電動モータ１６が停止した時点からその状態を保持できるので、オペレータにショックや違和感を与えることなく上部旋回体１ｄの旋回を安全に停止させることができる。

特に、上部旋回体の旋回に油圧モータを利用する従来型の油圧ショベルでは、ロックレバーを禁止位置に切り換えると、油圧ポンプ（メインポンプ）から油圧モータへの圧油の供給が遮断されてから数秒後（例えば、約３秒後）に油圧モータの動作が停止するものの、油圧モータの出力軸を磨耗から保護する観点から、油圧モータ停止時から所定の時差（例えば、約０．５秒）を設けて旋回ブレーキを作動させていた（すなわち、先の２つの括弧内の数字の場合を例に説明すれば、ロックレバーの切換時刻から３．５秒後に旋回ブレーキを作動させる設計とする）。そのため、例えば、上記した油圧ショベルが傾斜地に存在する場合等のように当該時差の間（約０．５秒の間）に外力が作用すると、上部旋回体１ｄが若干旋回してしまうという課題があった。しかし、上記のように構成した油圧ショベルによれば、電動モータ１６の停止時を判定部６５で判定し、判定部６５から停止判定が出力された時点で上部旋回体１ｄを静止することができるので、オペレータの意図に反して上部旋回体１ｄが回転してしまうという事態が発生しないという点もメリットとなる。

図６は本発明の第１の実施の形態に係る制御回路２２（インバータ装置１３）で実行される第２の処理のフローチャートである。なお、図５のフローチャートと同じ処理には同じ符号が付してあり、当該処理に係る説明は適宜省略することがある。

制御回路２２は、図５と同様に処理を開始し、Ｓ５０１において電動モータ１６が動作中であるか否かを判定する。Ｓ５０１で電動モータ１６が動作中であると判定された場合には、タイマ６６には、判定部６５からの動作判定と、位置検出センサ８１からロックレバー８０が禁止位置にある旨の出力値とが入力される。これにより、タイマ６６は、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられた時刻からの経過時間の計測を開始する（Ｓ５０２）。

タイマ６６が起動したら（または、タイマ６６の起動と同時に）、制御回路２２は電動モータ１６が停止するまで徐々にその速度を低減する（Ｓ５０３，５０５）。この間、タイマ６６は計測時間が設定時間Ｔ１に達したか否かを判定し続ける（Ｓ５０４）。タイマ６６の計測時間が設定時間Ｔ１に到達する前に、Ｓ５０５で電動モータ１６の停止が確認された場合には、図５の場合と同様に電動モータの停止を保持する処理を実行し（Ｓ５０７）、タイマ６６による時間計測の停止及び計測時間のリセットを行って（Ｓ５０９）、一連の処理を終了する。

一方、Ｓ５０４において、電動モータ１６の停止が確認される前にタイマ６６の計測時間が設定時間Ｔ１に到達したことが確認されたら、ブレーキ制御部６７は旋回ブレーキ２５を作動させる（Ｓ５０６）。これにより、旋回ブレーキ２５が電動モータ１６の出力軸に当接されるので、電動モータ１６の回転が停止される。旋回ブレーキ２５を作動したら、先の処理と同様にＳ５０９の処理を実行して、一連の処理を終了する。

このように電動モータ１６を制御すると、何らかの原因で電動モータ１６が停止しない場合にも、ロックレバー８０の操作から一定時間（Ｔ１）経過後に旋回ブレーキ２５を動作させることができるので、油圧モータを具備した従来型の油圧ショベル同様に安全に上部旋回体１ｄを静止させることができる。

図７は本発明の第１の実施の形態に係る制御回路２２（インバータ装置１３）で実行される第３の処理のフローチャートである。なお、図５，６のフローチャートと同じ処理には同じ符号が付してあり、当該処理に係る説明は適宜省略することがある。

図７に示すように、制御回路２２は、Ｓ５０１からＳ５０５までは図６と同じ処理を実行する。Ｓ５０５において、タイマ６６の計測時間が設定時間Ｔ１に到達する前に電動モータ１６の動作が停止したことを確認できたら、ブレーキ制御部６７は旋回ブレーキ２５を作動させる（Ｓ５０８）。これにより、旋回ブレーキ２５が電動モータ１６の出力軸に当接されるので、電動モータ１６の停止が保持される。旋回ブレーキ２５を作動したら、タイマ６６の計測時間をリセットする等して（Ｓ５０９）、一連の処理を終了する。

一方、Ｓ５０４において、電動モータ１６の停止が確認される前にタイマ６６の計測時間が設定時間Ｔ１に到達したことが確認された場合にも、ブレーキ制御部６７は旋回ブレーキ２５を作動させる（Ｓ５０８）。これにより、旋回ブレーキ２５が電動モータ１６の出力軸に当接されるので、摩擦により電動モータ１６の回転が停止される。旋回ブレーキ２５を作動したら、タイマ６６の計測時間をリセットする等して（Ｓ５０９）、一連の処理を終了する。

このようなフローチャートに従って制御回路２２を動作させても、図６の場合と同様に、何らかの原因で電動モータ１６が停止しない場合にも、上部旋回体１ｄを安全に静止させることができる。

図８は本発明の第２の実施の形態に係る建設機械制御システムの構成図である。第１の実施の形態では、上部旋回体１ｄの旋回動作（電動モータ１６）を操作するための操作信号として「油圧信号」を出力する操作装置４ｂを利用する場合について説明したが、本実施の形態では、当該操作信号として「電気信号」を出力する操作装置４ｃを利用している。操作装置４ｃには、その操作方向及び操作量を検出するためのセンサとして、角度センサ９１が取り付けられている。角度センサ９１の出力は、制御回路２２内の操作量演算部３０（図３参照）に入力されており、操作量演算部３０は角度センサ９１の出力に基づいて速度指令V*を算出する処理を実行する。すなわち、特に図示して説明しないが、本実施の形態に係る制御回路２２は、図３中の操作量演算部３０への入力を「圧力センサ１７，１８」から「角度センサ９１」に代えた構成を備えている。

このような操作装置４ｃを利用した場合にも、上記の図５，６，７に示したフローチャートに従って制御回路２２を動作させることができる。したがって、本実施の形態によっても、電動モータ１６の動作中にロックレバー８０が禁止位置に切り換えられた場合に、第１の実施の形態と同様に電動モータ１６を安全に停止させることができる。

なお、上記の説明では、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたときに、操作量演算部３０から速度制御部６０への速度指令の入力を遮断し、判定部６５の判定結果（電動モータ１６の動作状態）に応じて異なるトルク指令を生成する場合について説明したが、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたときに、センサ１７，１８，９１から操作量演算部３０への入力を遮断し、判定部６５の判定結果に応じて異なる速度指令を操作量演算部６０で生成して上記と同趣旨の制御を行っても良い。

また、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたことは位置検出センサ８１で検出したが、切換弁８２の下流に設置した圧力センサ（圧力センサ１７，１８でも良い）の検出圧力がゼロになったことをもってロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたことを検出しても良い。さらに、第２の実施の形態では、角度センサ９１と制御回路２２を接続する電線にスイッチを設け、ロックレバー８０が禁止位置に切り換えられたときは当該スイッチをオフに切り換えることでロックレバー８０の切替位置を検出しても良い。

なお、上記では、電動アクチュエータとして電動モータを備えるクローラ式のハイブリッド式の油圧ショベルを例に挙げて説明してきたが、油圧アクチュエータと、電動アクチュエータと、これらアクチュエータを操作するための操作装置と、当該操作装置による油圧アクチュエータの動作を禁止するためのロックレバーとを備える建設機械であれば、本発明は同様に適用することができ、さらに、当該建設機械に具備される電動アクチュエータは上記で例示した電動モータに限られない。

また、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の各実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

１Ａ…フロント装置、１Ｂ…車体、１ａ…ブーム、１ｂ…アーム、１ｃ…バケット、１ｄ…上部旋回体、１ｅ…下部走行体、３ａ…ブームシリンダ、３ｂ…アームシリンダ、３ｃ…バケットシリンダ、３ｅ…左側走行モータ、３ｆ…右側走行モータ、４ａ，４ｂ，４ｃ…操作装置、５ａコントロールバルブ、６…油圧ポンプ、７…エンジン、８…リリーフ弁、９…圧油タンク、１３…インバータ装置、１６…電動モータ（旋回モータ）、１７，１８…圧力センサ、２２…制御回路、２３…ＩＧＢＴ（インバータ回路）、２４…位置センサ、２５…旋回ブレーキ、１９…電流センサ、３０…操作量演算部、６０…速度制御部、６１…トルク制限部、６４…速度演算部、６５…判定部、６６…タイマ、６７…ブレーキ制御部、７１…回転指示コントローラ、７２…圧力センサ、７３…エンジンコントロールダイヤル、７４…回転制御コントローラ、７５…レギュレータ、８０…ロックレバー、８１…位置検出センサ、８２…切換弁、９１…角度センサ

Claims (5)

1. 油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータを備える建設機械において、
   オペレータの操作に応じた操作信号を発生する操作装置と、
   前記操作信号に基づいて前記油圧アクチュエータを制御する第１制御装置と、
   前記操作信号に基づいて前記電動アクチュエータを制御する第２制御装置と、
   オペレータの操作に応じて許可位置又は禁止位置に切り換えられる切換器とを備え、
   前記第１制御装置は、前記切替器が前記許可位置にあるときに前記油圧アクチュエータの制御を許可され、前記切替器が前記禁止位置にあるときに前記油圧アクチュエータの制御を禁止され、
   前記第２制御装置は、前記電動アクチュエータの動作中に前記切替器が前記許可位置から前記禁止位置に切り換えられたとき、前記電動アクチュエータの動作速度を低減することを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記電動アクチュエータの動作速度がゼロから所定の範囲内に収まっている状態を当該電動アクチュエータの停止と判定する判定部をさらに備え、
   前記電動アクチュエータの動作速度は、前記切替器が前記許可位置から前記禁止位置に切り換えられた後に前記判定部で停止と判定されたとき、前記所定の範囲内に保持されることを特徴とする建設機械。
3. 請求項２に記載の建設機械において、
   前記電動アクチュエータは、電動モータであり、
   前記第２制御装置は、前記切替器が前記許可位置から前記禁止位置に切り換えられた後に前記判定部で停止と判定されたとき、前記電動モータの回転方向と逆方向のトルクを発生することで、前記電動モータの動作速度をゼロに保持することを特徴とする建設機械。
4. 請求項２に記載の建設機械において、
   前記切替器が前記許可位置から前記禁止位置に切り換えられた後に前記判定部で停止と判定されたとき、前記電動アクチュエータの動作を摩擦力で制動する制動装置をさらに備えることを特徴とする建設機械。
5. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記判定部の判定結果に関わらず、前記切替器が前記許可位置から前記禁止位置に切り換えられた時から所定時間経過後に前記電動アクチュエータの動作を摩擦力で制動する制動装置をさらに備えることを特徴とする建設機械。

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