JP2015194007A - ショベル用電動旋回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を確保しつつ、ノイズによる異常状態の誤検出を防止可能な電動旋回装置を提供する。【解決手段】電動旋回装置５００は、走行機構および走行機構に旋回自在に搭載された上部旋回体を備える産業車両に搭載され、走行機構に対して上部旋回体を旋回駆動させる。レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転を検出する。ＲＤ（レゾルバ・デジタル）コンバータ３８は、レゾルバ２２からのレゾルバ信号にもとづいて旋回用電動機２１の回転数を検出するとともに、異常の有無を検出可能に構成される。駆動信号生成部３５は、ＲＤコンバータ３８により検出された旋回用電動機２１の回転数にもとづいて駆動信号を生成する。異常判定部３４は、旋回用電動機２１の回転数ωが大きいほど短くなるようにしきい値時間を設定し、ＲＤコンバータ３８が異常を検出する状態が、しきい値時間より長く持続すると、異常状態と判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、ショベルに搭載される電動旋回装置に関する。

近年のパワーショベルやクレーンをはじめとする建設機械において、上部旋回体の動力源として、油圧モータと交流電動機のハイブリッド型が利用される。ハイブリッド型の旋回動力源は、上部旋回体の加速時において、交流電動機によって油圧モータをアシストし、減速時においては交流電動機によって回生運転を行い、発電エネルギーによってバッテリを充電する。特許文献１から３には関連技術が開示される。

電動旋回装置は、交流電動機と、交流電動機の回転数を検出するレゾルバと、交流電動機の目標トルク（あるいは回転数）ならびにレゾルバの出力にもとづいて、制御信号を生成するコントローラと、制御信号にもとづいて交流電動機を駆動するインバータと、を備える。

レゾルバは、励磁信号を与えると、交流電動機の回転数に応じた２つの信号（レゾルバ信号という）を出力する。レゾルバ信号は、ＲＤ（レゾルバ−デジタル）コンバータによって、回転数を示す信号に変換される。

ＲＤコンバータは、２つのレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、励磁信号の周波数成分を抽出する。そして、励磁信号と同期して２つのレゾルバ信号をサンプリングする。ＲＤコンバータは、サンプリングされた２つのデータにもとづいて、回転電動機の回転角を検出する。

ＲＤコンバータにおいて、レゾルバ信号にノイズが混入すると、回転角、ひいては回転速度を誤検出することになる。たとえば旋回用電動機２１が目標速度で回転しているにもかかわらず、検出された回転数がそれより低い値を示すと、旋回用電動機２１の回転数を高める方向にフィードバックがかかり制御不能となる。これは安全性の観点から好ましくない。

かかる事情から、ＲＤコンバータは、異常検出機能を備えるのが一般的である。そして、異常状態が検出されると、旋回用電動機２１の回転を緊急停止するなど、何らかの保護処理を講じていた。

特開平１０−１０３１１２号公報 特開２０１０−２２２８１５号公報 特開２０１０−２２６７８２号公報 特開２００５−２９０９０２号公報 特開平１１−３４１８９７号公報

本発明者は、ＲＤコンバータの異常検出について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

従来では、ＲＤコンバータにより異常状態が所定時間にわたり連続して検出されると、緊急停止を行っていた。ここで高速旋回中に制御不能となると危険であることから、緊急停止の必要性は、旋回用電動機２１の回転数が高いほど、つまり高速に上部旋回体を旋回させているときほど高いといえる。したがって、所定時間は、高速旋回時において十分な安全性が高く確保できるように、短く設定する必要があった。

ところが高速旋回時を基準として所定時間を設定すると、低速旋回時においてごく短時間のノイズが発生した場合にも、緊急停止するという問題がある。低速旋回時に緊急停止が頻発すると、作業者に不快感を与えることとなり好ましくない。なお、この課題を当業者の一般的な認識としてとらえてはならず、本発明者が独自に認識したものである。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、安全性を確保しつつ、ノイズによる異常状態の誤検出を防止可能な電動旋回装置の提供にある。

本発明のある態様は、走行機構および走行機構に旋回自在に搭載された上部旋回体を備える産業車両に搭載され、走行機構に対して上部旋回体を旋回駆動させる電動旋回装置に関する。電動旋回装置は、旋回用電動機と、旋回用電動機の回転に応じたレゾルバ信号を発生するレゾルバと、レゾルバ信号にもとづいて旋回用電動機の回転数を検出するとともに、異常の有無を検出可能に構成されたＲＤ（レゾルバ・デジタル）コンバータと、ＲＤコンバータにより検出された旋回用電動機の回転数にもとづいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号にもとづいて旋回用電動機を駆動するインバータと、旋回用電動機の回転数が大きいほど短くなるようにしきい値時間を設定し、ＲＤコンバータが異常を検出する状態が、しきい値時間より長く持続すると、異常状態と判定する異常判定部と、を備える。

この態様によると、旋回用電動機の回転数（回転速度）に応じてしきい値時間を設定することにより、高速旋回時には異常判定の基準を厳しく設定し、低速旋回時には基準を緩めることで、安全性を確保しつつ、ノイズによる異常状態の誤検出を防止できる。

しきい値時間は、旋回用電動機の回転数ωに実質的に反比例してもよい。

しきい値時間には上限値が設定されてもよい。
これにより、回転数が低いときに、しきい値時間が長くなり過ぎるのを防止でき、低速旋回時の安全性を確保できる。

ＲＤコンバータは、クロック信号と同期して動作するものであり、制御周期ΔＴごとに、異常の有無を示す異常検出信号を更新するよう構成され、異常判定部は、しきい値時間τに応じたカウントしきい値Ｎ_ＴＨを、Ｎ_ＴＨ＝τ／ΔＴに設定し、異常検出信号が連続してアサートされるサイクル数Ｎをカウントし、カウント値Ｎがカウントしきい値Ｎ_ＴＨを超えると異常と判定してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、安全性を確保しつつ、ノイズによる異常状態の誤検出を防止できる。

実施の形態に係る電動旋回装置を備える建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。 実施の形態に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。 実施の形態に係る電動旋回装置の構成を示すブロック図である。 回転数ωとしきい値時間τの関係を示す図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、図３の電動旋回装置の異常検出動作を示す波形図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル１の外観を示す斜視図である。ショベル１は、主として走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された上部旋回体（以下、単に旋回体ともいう）４とを備えている。

旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図２は、実施の形態に係るショベル１の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。

ショベル１は電動発電機１２および減速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に減速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２が自身の駆動力によりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、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。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、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が発電を行う。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）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切りかえは、ショベル１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

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が接続されており、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、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、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ており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

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（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びバケット１０を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。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。

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、こ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。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。

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によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。コントローラ３０は、各種センサ及び操作装置２６等からの操作入力を受けて、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ及び蓄電手段１０１等の駆動制御を行う。

油圧モータ３１０は、ブーム５が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム５が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧管７Ａに設けられている。ブーム回生用発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｂを経て蓄電手段１０１に供給される。

旋回用電動機２１は、図１の旋回機構３に設けられ、上部旋回体４を回動させる。旋回用電動機２１は交流電動機であり、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。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。旋回用インバータ１８Ｃは、蓄電手段１０１からの電力を受け、旋回用電動機２１を駆動する。また旋回用電動機２１の回生運転時には、旋回用電動機２１からの電力を蓄電手段１０１に回収する。

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、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、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４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。

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回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３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、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。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３に機械的に伝達する減速機である。

続いて電気系統について詳細に説明する。電気系統は主として、コントローラ３０、電源装置１００、インバータ１８Ａ〜１８Ｃを備える。

（アシスト）
アシスト用のインバータ１８Ａの２次側（出力）端には、電動発電機１２が接続される。インバータ１８Ａは、コントローラ３０の一部であるアシスト用インバータコントローラ３０Ａからの指令にもとづき、電動発電機１２の運転制御を行う。

（ブーム回生）
インバータ１８Ｂの２次側（出力）端には、ブーム回生用発電機３００が接続されている。上述のようにブーム回生用発電機３００は、ブーム５が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。インバータ１８Ｂは、コントローラ３０のブーム回生用のインバータコントローラ３０Ｂによって制御され、ブーム回生用発電機３００が発生する電気エネルギを直流電力に変換し、電源装置１００に回収する。

（旋回）
旋回用電動機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、旋回減速機２４、旋回用インバータ１８Ｃおよびコントローラ３０の一部である旋回用のインバータコントローラ３０Ｃは、電動旋回装置５００を構成する。
旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御指令により旋回用インバータ１８Ｃによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

旋回用インバータコントローラ３０Ｃは、操作入力に応じた回転速度指令を受け、レゾルバ２２により検出される旋回用電動機２１の旋回速度が、回転速度指令と一致するように、旋回用インバータ１８Ｃを制御する。

（電源）
蓄電手段１０１とコントローラ３０の一部であるコンバータコントローラ３０Ｄは、電源装置１００を構成する。蓄電手段１０１は、例えば蓄電池であるバッテリと、バッテリの充放電を制御する昇降圧コンバータ（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）と、正極及び負極の直流配線からなるＤＣバスとを備えている（図示せず）。蓄電器としては、リチウムイオン電池等の充電可能な２次電池、キャパシタ、そのほか電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。ＤＣバスには、インバータ１８Ａ〜インバータ１８Ｃそれぞれの１次側（直流入力）が接続されている。コントローラ３０Ｄは、ＤＣバスに生ずるＤＣリンク電圧が所定の電圧レベルとなるように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。電源装置１００は、電動発電機１２等が力行運転する際には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧動作させ、電動発電機１２等が回生運転する際には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧動作させ、電動発電機１２が発生した電力を蓄電器に回収する。

すなわち、インバータ１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ及び昇降圧コンバータからＤＣバスを介して電動発電機に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス及び昇降圧コンバータを介してバッテリに充電する。なお、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、バッテリ電圧値、及びバッテリ電流値にもとづき、コンバータコントローラ３０Ｄによって行われる。これにより、ＤＣバスを、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。

以上がショベル１の全体構成である。続いて、実施の形態に係る電動旋回装置５００について詳細に説明する。

図３は、実施の形態に係る電動旋回装置５００の構成を示すブロック図である。電動旋回装置５００は、旋回用インバータ１８Ｃ、インタフェース回路１９、旋回用電動機２１、レゾルバ２２、コントローラ３０の一部であるインバータコントローラ３０Ｃを備える。

たとえば旋回用電動機２１は三相交流電動機であり、旋回用インバータ１８Ｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング回路を含む。

旋回用インバータ１８Ｃを構成するスイッチング回路は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワートランジスタで構成され、パワートランジスタは、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）に内蔵されている。ＩＰＭは、温度センサ等の各種センサを搭載しており、各種センサは、過電流、制御電源電圧低下、出力短絡、温度異常といった事象を検出し、これらの事象を検出した場合には、ＩＰＭエラー信号を出力する。ここで、温度異常の事象は、インバータの温度が所定の運転停止温度以上になったことを意味する。運転停止温度は、例えば１００℃に設定される。ＩＰＭは、ＩＰＭエラー信号を検出すると、駆動対象のモータやインバータの焼損防止のために、駆動対象のモータを駆動するための電流の供給を停止する。

インバータコントローラ３０Ｃは、駆動信号生成部３５、ＲＤコンバータ３８、異常判定部３４、を備える。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置の変化を検出する。レゾルバ２２はＲＤコンバータ３８により制御される。具体的にはＲＤコンバータ３８は、たとえば正弦波の励磁信号Ｓ１０を生成する。インタフェース回路１９のアンプ１９ａは、励磁信号Ｓ１０を増幅し、レゾルバ２２に供給する。励磁信号Ｓ１０を受けたレゾルバ２２は、励磁信号と同じ周波数を有する第１レゾルバ信号Ｓ１１、第２レゾルバ信号Ｓ１２を出力する。インタフェース回路１９のフィルタ１９ｂは、レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２のノイズを除去する。

レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２はそれぞれ、旋回用電動機２１の回転位置に応じた振幅を有する。ＲＤコンバータ３８は、レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２にもとづいて、旋回用電動機２１の回転数ωを示す旋回速度値Ｓ３を算出し、減算器３１に出力する。ＲＤコンバータ３８の具体的な構成は特に限定されず、公知技術を用いればよい。

駆動信号生成部３５は、ＲＤコンバータ３８により検出された旋回用電動機２１の回転数ωにもとづいて、駆動信号Ｓ８を生成する。インバータ１８Ｃは駆動信号Ｓ８にもとづいて、旋回用電動機２１を駆動する。

たとえば駆動信号生成部３５は、減算器３１、ＰＩ制御部３２、トルクリミッタ３３、ＰＷＭ信号生成部４０を備える。減算器３１は、旋回用電動機２１の旋回速度ω_ＲＥＦを指示する速度指令値Ｓ４から旋回速度値Ｓ３を減算し、それらの偏差を出力する。速度指令値Ｓ４は例えば操作装置２６の操作量に応じた指令値である（図２参照）。

ＰＩ制御部３２は、減算器３１から出力された偏差にもとづいて、旋回用電動機２１の回転速度ωを速度指令値ω_ＲＥＦに近づけて偏差が小さくなるようにＰＩ制御を行い、その制御のためのトルク電流指令値Ｓ５を生成する。

トルクリミッタ３３は、ＰＩ制御部３２から出力されたトルク電流指令値Ｓ５によって旋回用電動機２１に生じるトルクが、旋回用電動機２１の許容トルク値以下になるように、トルク電流指令値Ｓ５を所定のトルクリミット値（トルクの上限値）Ｓ６以下の範囲に制限する。旋回用インバータ１８Ｃを制御するインバータコントローラ３０Ｃでは、通常時には、例えば加速時トルクリミット値ＸＵは駆動対象の旋回用電動機２１における定格トルクの１５０％、減速時トルクリミット値ＸＤは定格トルクの２５０％に設定される。

ＰＷＭ信号生成部４０は、トルク制限されたトルク電流指令値Ｓ７を、設定されたキャリア周波数でパルス幅変調（Pulse Width Modulation）することにより、インバータ１８Ｃの各相のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）に対する駆動信号（ゲート駆動パルス）Ｓ８を生成する。

レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２にノイズが混入すると、ＲＤコンバータ３８の回転数ωの検出精度が悪化する。また励磁信号Ｓ１０やレゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２が伝送するラインが地絡したり天絡すると、回転数ωの検出が不能となる。そこでＲＤコンバータ３８には、異常検出機能が備わっている。

具体的にはＲＤコンバータ３８は、レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２の信号レベルが所定の正常範囲から逸脱すると、異常検出信号Ｓ１３をアサート（たとえばハイレベル）する。異常判定部３４は、異常検出信号Ｓ１３を監視し、異常検出信号Ｓ１３にもとづいて異常の有無を判定する。

異常判定部３４は、旋回用電動機の回転数ωが大きいほど短くなるようにしきい値時間τを設定する。たとえば異常判定部３４は、しきい値時間τを、回転数ωに実質的に反比例するように設定してもよい。
τ＝θ／ω
θは所定の定数である。

しきい値時間τは、ある上限値τ_ＭＡＸ以下に制限することが望ましい。図４は、回転数ωとしきい値時間τの関係を示す図である。

異常判定部３４は、異常検出信号Ｓ１３がアサートされる状態、言い換えれば、レゾルバ信号の振幅が正常範囲から逸脱した状態が、しきい値時間τより長く持続すると、異常状態と判定する。

たとえば、ＲＤコンバータ３８は、所定のクロックＣＫと同期して動作しており、制御周期ΔＴごとに、異常検出信号Ｓ１３を更新する。
異常判定部３４は、旋回用電動機２１の回転数ωに反比例するしきい値時間τに応じたカウントしきい値Ｎ_ＴＨを設定する。
Ｎ_ＴＨ＝τ／ΔＴ

そして異常判定部３４は、異常検出信号Ｓ１３が連続してアサートされるサイクル数Ｎをカウントし、カウント値Ｎがカウントしきい値Ｎ_ＴＨを超えると異常と判定し、保護信号Ｓ１４をアサートする。保護信号Ｓ１４がアサートされると、コントローラ３０Ｃは、所定の保護処理を実行する。たとえばコントローラ３０Ｃは、保護信号Ｓ１４がアサートされると、旋回用電動機２１への通電を停止してもよい。

以上が電動旋回装置５００の構成である。続いてその動作を説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、図３の電動旋回装置５００の異常検出動作を示す波形図である。
レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２が正常範囲に収まっているとき、図５（ａ）に示すように異常検出信号Ｓ１３はネゲート（ローレベル）されている。この場合、保護信号Ｓ１４はネゲートを維持する。

あるサイクルにおいて、レゾルバ信号Ｓ１１、Ｓ１２が正常範囲から逸脱すると、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、異常検出信号Ｓ１３がアサートされる。図５（ｂ）では、２サイクルにわたって連続して異常検出信号Ｓ１３がアサートされており、図５（ｂ）では、４サイクルにわたって連続して異常検出信号Ｓ１３がアサートされる。

旋回用電動機２１の回転数ωに応じて定まるカウントしきい値Ｎ_{ＣＯＵＮＴ}が３であるとする。この場合、図５（ｂ）ではカウント値Ｎは最大２であるから、保護信号Ｓ１４はアサートされない。図５（ｃ）では３サイクルより長く連続して異常検出信号Ｓ１３がアサートされており、カウント値Ｎがしきい値Ｎ_ＴＨを超える４サイクル目に保護信号Ｓ１４がアサートされ、回路保護が実行される。

以上が電動旋回装置５００の動作である。この電動旋回装置５００によれば以下の効果を得ることができる。

電動旋回装置５００では、旋回用電動機２１の回転数（回転速度）ωに応じてしきい値時間τを設定することとした。これにより、高速旋回時には異常判定の基準を厳しく設定し、低速旋回時には基準を緩めることで、安全性を確保しつつ、ノイズによる異常状態の誤検出を防止できる。

特に、回転数ωに実質的に反比例するようにしきい値時間τを設定することで、安全性と誤検出の防止の効果を好適にバランスさせることができる。

またしきい値時間τには上限値τ_ＭＡＸを設定することとした。これにより回転数ωが低いときに、しきい値時間τが長くなり過ぎるのを防止でき、低速旋回時において用いるべきしきい値時間τを回転数ωとは無関係に設定することができる。

さらに実施の形態では、カウントしきい値Ｎ_ＴＨを、Ｎ_ＴＨ＝τ／ΔＴに設定し、カウント値Ｎとカウントしきい値Ｎ_ＴＨの比較により異常判定を行うこととした。これによりデジタル制御との親和性を高めることができ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイコンなどのプロセッサによって、異常判定部３４の機能を実現できる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

実施の形態では、しきい値時間τが回転数ωに実質的に反比例する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。しきい値時間τは、回転数ωを引数とする任意の関数で定義してもよい。

実施の形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル１を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、旋回機構を備えるリフティングマグネット車両やクレーン等が挙げられる。

１…ショベル、２…走行機構、２Ａ…油圧モータ、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、７Ａ…油圧管、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、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、１８，１８Ａ，１８Ｂ…インバータ、１８Ｃ…旋回用インバータ、１９…インタフェース回路、２１…旋回用電動機、２１Ａ…回転軸、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、２７，２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３０Ａ，３０Ｃ…インバータコントローラ、３０Ｄ…コンバータコントローラ、３１…減算器、３２…ＰＩ制御部、３４…異常判定部、３５…駆動信号生成部、３８…ＲＤコンバータ、４０…ＰＷＭ信号生成部、１００…蓄電手段、３００…ブーム回生用発電機、３１０…油圧モータ、５００…電動旋回装置、Ｓ１…電流検出値、Ｓ３…旋回速度値、Ｓ４…速度指令値、Ｓ５…トルク電流指令値、Ｓ６…トルクリミット値、Ｓ７…トルク電流指令値、Ｓ１０…励磁信号、Ｓ１１，Ｓ１２…レゾルバ信号、Ｓ１３…異常検出信号、Ｓ１４…保護信号。

Claims (4)

1. 走行機構および前記走行機構に旋回自在に搭載された上部旋回体を備えるショベルに搭載され、前記走行機構に対して前記上部旋回体を旋回駆動させるショベル用電動旋回装置であって、
   旋回用電動機と、
   前記旋回用電動機の回転に応じたレゾルバ信号を発生するレゾルバと、
   前記レゾルバ信号にもとづいて前記旋回用電動機の回転数を検出するとともに、異常の有無を検出可能に構成されたＲＤ（レゾルバ・デジタル）コンバータと、
   前記ＲＤコンバータにより検出された前記旋回用電動機の回転数にもとづいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記駆動信号にもとづいて前記旋回用電動機を駆動するインバータと、
   前記旋回用電動機の回転数ωが大きいほど短くなるようにしきい値時間を設定し、前記ＲＤコンバータが異常を検出する状態が、前記しきい値時間より長く持続すると、異常状態と判定する異常判定部と、
   を備えることを特徴とするショベル用電動旋回装置。
2. 前記しきい値時間は、前記旋回用電動機の回転数ωに実質的に反比例することを特徴とする請求項１に記載のショベル用電動旋回装置。
3. 前記しきい値時間には、上限値が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のショベル用電動旋回装置。
4. 前記ＲＤコンバータは、クロック信号と同期して動作するものであり、制御周期ΔＴごとに、異常の有無を示す異常検出信号を更新するよう構成され、
   前記異常判定部は、しきい値時間τに応じたカウントしきい値Ｎ_ＴＨを、Ｎ_ＴＨ＝τ／ΔＴに設定し、前記異常検出信号が連続してアサートされるサイクル数Ｎをカウントし、カウント値Ｎがカウントしきい値Ｎ_ＴＨを超えると異常と判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のショベル用電動旋回装置。

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