JP2018087487A

JP2018087487A - ショベル

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Publication number: JP2018087487A
Application number: JP2018032058A
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Inventors: 竹尾　実高; Sanetaka Takeo; 実高竹尾
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
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Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-06-07
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Abstract

【課題】蓄電系を停止させた場合であっても電動旋回系を適切に駆動できるショベルを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態によるショベルは、メインポンプ１４と、メインポンプ１４を駆動可能な電動発電機１２と、蓄電系１２０と、旋回用電動機２１と、コントローラ３０と、を有する。コントローラ３０は、蓄電系１２０が電力の入出力が行われない停止した状態で、電動発電機１２の発電電力によって旋回用電動機２１を駆動させ、旋回用電動機２１の減速時の回生電力を電動発電機１２で消費させて、旋回用電動機２１の回転速度を減速させる。【選択図】図５

Description

本発明は、蓄電器に蓄積された電力によって駆動される旋回用電動機を含むショベルに関する。

蓄電系の異常が検出された場合に蓄電系の出力を抑えてエンジンの出力を高めることで電動旋回系の駆動を継続させるショベルが知られている（特許文献１参照。）。

特開２０１０−２４２４４４号公報

しかしながら、特許文献１は蓄電系に重度の故障が発生して蓄電系を停止させる必要がある場合については言及していない。蓄電系を停止させた場合、ショベルは、エンジンで電動旋回系を駆動させることができたとしても、電動旋回系による回生電力を蓄電系が吸収できないため電動旋回系を電気的に制動できない。そのため、ショベルは電動旋回系を機械的に停止させた状態で維持する必要がある。ところが、傾斜地においてショベルが不安定な姿勢にある場合に、電動旋回系を機械的に停止させるとむしろ安全面で好ましくない場合がある。

上述に鑑み、蓄電系を停止させた場合であっても安全性を確保できるショベルの提供が望まれる。

本発明の一実施形態によるショベルは、油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動可能な電動発電機と、蓄電系と、旋回用電動機と、制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記蓄電系が電力の入出力が行われない停止した状態で、前記電動発電機の発電電力によって前記旋回用電動機を駆動させ、前記旋回用電動機の減速時の回生電力を前記電動発電機で消費させて、前記旋回用電動機の回転速度を減速させる。

上述の手段により、蓄電系を停止させた場合であっても電動旋回系を適切に駆動できるショベルが提供される。

ハイブリッド式ショベルの側面図である。図１のハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。蓄電系の構成を示すブロック図である。蓄電系停止処理の流れを示すフローチャートである。旋回制御切り替え処理の流れを示すフローチャートである。蓄電系停止時旋回制御における旋回回生処理の流れを示すフローチャートである。

図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。

ハイブリッド式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が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、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によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は、本発明の実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。

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、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、可変容量型油圧ポンプとしてのメインポンプ１４と、固定容量型油圧ポンプとしてのパイロットポンプ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、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。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等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。なお、油圧系は、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、バケットシリンダ９、メインポンプ１４、コントロールバルブ１７を含む。

電動発電機１２には、電動発電機制御部としてのインバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。また、蓄電系１２０には、電動発電機制御部としてのインバータ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、及び旋回変速機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。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系としての電動旋回系が構成される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ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にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

傾斜センサＭ１は、ハイブリッド式ショベルが傾斜地に位置することを検出する傾斜地検出部の一例である。本実施例では、傾斜センサＭ１は、上部旋回体３に搭載される加速度センサであり、上部旋回体３の傾斜角を検出してコントローラ３０にその検出値を出力する。

熱消費部４０は、旋回停止時に旋回用電動機２１が生成する回生電力を熱として消費するための機能要素である。本実施例では、熱消費部４０は、電気抵抗部４０ａ及び流量制御弁４０ｂを含む。なお、電気抵抗部４０ａ及び流量制御弁４０ｂの一方は省略されてもよい。

電気抵抗部４０ａは、切り替えスイッチ及び電気抵抗を含む。切り替えスイッチは、コントローラ３０からの制御信号に応じてインバータ２０と電気抵抗との間の導通・遮断を切り替えるスイッチである。そして、電気抵抗部４０ａは、コントローラ３０からの制御信号に応じてインバータ２０と電気抵抗とを導通させ、旋回停止時に旋回用電動機２１が生成する回生電力を直流電力として電気抵抗に受け入れる。電気抵抗は、回生電力を受け入れて熱を発生させる。このように、電気抵抗部４０ａは、回生電力を熱として消費できるようにすることで、旋回用電動機２１が生成する回生電力を確実に消費できるようにする。

流量制御弁４０ｂは、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制御可能な弁である。流量制御弁４０ｂは、コントローラ３０からの制御信号に応じてメインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制限してメインポンプ１４の吐出圧ひいては吸収馬力を増大させる。流量制御弁４０ｂは、メインポンプ１４が吐出する作動油の流量を制限することで圧力損失を生じさせて熱を発生させる。また、メインポンプ１４の吸収馬力の増大は、エンジン１１の油圧負荷の増大をもたらし、エンジン１１が受け入れ可能な電動発電機１２によるアシストトルクの増大をもたらす。そして、エンジン１１が受け入れ可能なアシストトルクの増大は、電動発電機１２が消費可能な回生電力量の増大をもたらし、ひいては、旋回用電動機２１が生成可能な回生電力量の増大をもたらす。このように、流量制御弁４０ｂは、回生電力を間接的に熱として消費できるようにすることで、旋回用電動機２１が生成する回生電力を確実に消費できるようにする。一方で、エンジン１１の目標回転数を低い状態に維持するようにしてもよい。エンジン１１の運動エネルギを低い状態に維持することで受け入れ可能な回生電力は増加する。

図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００と、バスラインとしてのＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ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。

また、キャパシタ１９には、キャパシタ１９の温度を検出するための温度検出部としての温度センサＭ２が設けられている。また、昇降圧コンバータ１００にも、昇降圧コンバータ１００の温度を検出するための温度検出部としての温度センサＭ３が設けられている。なお、温度センサＭ２及び温度センサＭ３は、例えばサーミスタで構成され、各検出値をコントローラ３０に対して出力する。また、キャパシタ１９の温度は、キャパシタ１９の冷却に用いられる冷却水の温度を検出することで間接的に検出されてもよい。

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、インバータ１８及び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、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間には切り替えスイッチＭ４が設けられている。切り替えスイッチＭ４は、コントローラ３０からの制御信号に応じてキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間の導通・遮断を切り替えるスイッチである。

コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより各種機能が実現される。

また、コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。

また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（アシスト運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。

この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り替え制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及び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流値に基づいて行われる。

アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ２０を介して旋回用電動機２１に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ１８を介して電動発電機１２に供給される。また、キャパシタ１９に蓄積された電力は、昇降圧コンバータ１００及びＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１の少なくとも一方に供給される。

次に、図４を参照し、蓄電系１２０で異常が発生した場合に、コントローラ３０が蓄電系１２０を停止させる処理（以下、「蓄電系停止処理」とする。）について説明する。なお、図４は、蓄電系停止処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの蓄電系停止処理を実行する。また、蓄電系１２０の「異常」は、キャパシタ１９における電力の流出入を停止すべき事象が生じた状況の全てを含み得る。

最初に、コントローラ３０は、蓄電系１２０が異常であるか否かを判定する（ステップＳ１）。本実施例では、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧検出部１１１、キャパシタ電圧検出部１１２、キャパシタ電流検出部１１３、温度センサＭ２、温度センサＭ３等の出力に基づいて蓄電系１２０が異常であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９の温度が所定温度以上となった場合、或いは、昇降圧コンバータ１００の温度が所定温度以上となった場合に、蓄電系１２０が異常であると判定する。また、コントローラ３０は、キャパシタ電圧値が所定範囲から逸脱した場合、キャパシタ電流値が所定範囲から逸脱した場合、或いは、ＤＣバス電圧値が所定範囲から逸脱した場合に、蓄電系１２０が異常であると判定する。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９におけるキャパシタセルの状態を制御・管理するバッテリ・マネジメント・ユニットの故障を検知した場合、或いは、バッテリ・マネジメント・ユニットがキャパシタセルの異常（キャパシタセルの過充電、過放電、キャパシタセルの容量計測結果に基づくキャパシタセルの劣化等）を検知した場合に蓄電系１２０が異常であると判定してもよい。また、コントローラ３０は、ＤＣバス電圧検出部１１１、キャパシタ電圧検出部１１２、キャパシタ電流検出部１１３、温度センサＭ２、温度センサＭ３等の異常を検知した場合に蓄電系１２０が異常であると判定してもよい。また、コントローラ３０は、キャパシタ１９の内部抵抗の計測結果に基づいてキャパシタ１９の劣化を検知した場合に蓄電系１２０が異常であると判定してもよい。

蓄電系１２０が異常であると判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させる（ステップＳ２）。本実施例では、コントローラ３０は、切り替えスイッチＭ４に制御信号（遮断信号）を出力してキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間を遮断する。また、コントローラ３０は、内部メモリにある蓄電系状態フラグの値を「１」（停止状態）にする。蓄電系状態フラグは、蓄電系１２０の状態を記憶するフラグであり、初期値として「０」（作動状態）が設定される。そして、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を停止させる。なお、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を停止させるだけで蓄電系１２０を停止させてもよい。

一方、蓄電系１２０が異常でないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させることなく、今回の蓄電系停止処理を終了させる。また、コントローラ３０は、既に蓄電系１２０を停止させていた場合であっても蓄電系１２０の作動を再開させることなく今回の蓄電系停止処理を終了させる。

但し、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた後で蓄電系１２０が異常でないと判定した場合には、蓄電系１２０の作動を再開させてもよい（ステップＳ３）。破線で示すステップＳ３は、蓄電系１２０の作動を再開させる処理が省略可能な処理であることを表す。具体的には、コントローラ３０は、切り替えスイッチＭ４に制御信号（導通信号）を出力してキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間を導通させる。また、コントローラ３０は、内部メモリにある蓄電系状態フラグの値を「０」（作動状態）にする。そして、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を再開させる。なお、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００の作動を停止させるだけで蓄電系１２０を停止させていた場合には、昇降圧コンバータ１００の作動を再開させることで蓄電系１２０の作動を再開させる。

このようにして、コントローラ３０は、蓄電系１２０が異常であると判定した場合に、蓄電系１２０を停止させる。

次に、図５を参照し、旋回操作が行われた場合に、蓄電系１２０の状態に応じてコントローラ３０が旋回制御の内容を切り替える処理（以下、「旋回制御切り替え処理」とする。）について説明する。なお、図５は、旋回制御切り替え処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回操作が行われた場合にこの旋回制御切り替え処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、蓄電系１２０が停止状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、コントローラ３０は、内部メモリにある蓄電系状態フラグを参照して蓄電系１２０が停止状態にあるか否かを判定する。

蓄電系１２０が停止状態にあると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、旋回制御の内容として蓄電系停止時旋回制御を採用する（ステップＳ１２）。本実施例では、蓄電系状態フラグの値が「１」（停止状態）の場合、コントローラ３０は、蓄電系停止時旋回制御を採用する。なお、蓄電系停止時旋回制御の詳細については後述する。

一方、蓄電系１２０が停止状態にないと判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、コントローラ３０は、旋回制御の内容として通常時旋回制御を採用する（ステップＳ１３）。本実施例では、蓄電系状態フラグの値が「０」（作動状態）の場合、コントローラ３０は、通常時旋回制御を採用する。通常時旋回制御では、コントローラ３０は、キャパシタ１９が所定の充電率（ＳＯＣ）を維持できるようにキャパシタ１９を充放電させる。具体的には、コントローラ３０は、キャパシタ１９が旋回用電動機２１等の各種電気負荷から回生電力を受け入れたとしても、或いは、キャパシタ１９の充電以外の目的で電動発電機１２が行う発電による発電電力を受け入れたとしても過充電とならないよう、キャパシタ１９のＳＯＣを適切なレベル（例えば７０％）に維持する。

なお、本実施例では、キャパシタ１９のＳＯＣは、キャパシタ電圧検出部１１２が検出するキャパシタ電圧値に基づいて算出される。但し、キャパシタ１９のＳＯＣは、キャパシタ１９の内部抵抗を計測することによって導き出されてもよく、他の任意の公知の方法を用いて導き出されてよい。

また、コントローラ３０は、蓄電系１２０が停止状態にあると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、ショベルの姿勢が不安定状態にあるか否かを判定し（ステップＳ１４）、その上で、蓄電系停止時旋回制御を採用するか否かを決定してもよい。

例えば、コントローラ３０は、傾斜センサＭ１の出力に基づいてショベルが傾斜地に位置することを検出した場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定する。或いは、レゾルバ２２の出力に基づいて算出される旋回速度が所定値以上の場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定してもよい。或いは、ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度から算出されるショベルの作業半径（旋回中心とバケット６との距離）が所定値以上の場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定してもよい。或いは、ブームシリンダ圧から算出されるバケット６内の土砂等の重量が所定値以上の場合にショベルの姿勢が不安定状態にあると判定してもよい。なお、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、ブームシリンダ圧等は公知のセンサを用いて検出される。

ショベルの姿勢が不安定状態にあると判定した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、コントローラ３０は、蓄電系停止時旋回制御を採用する（ステップＳ１２）。

一方、ショベルの姿勢が不安定状態にないと判定した場合（ステップＳ１４のＮＯ）、コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回を停止させる（ステップＳ１５）。具体的には、コントローラ３０は、旋回中であれば、旋回操作が行われている場合であってもメカニカルブレーキ２３を作動させて上部旋回体３の旋回を停止させる。或いは、コントローラ３０は、旋回中でなければ、旋回操作が行われた場合であっても電動発電機１２及び旋回用電動機２１を動作させず、上部旋回体３の旋回を開始させないようにする。また、コントローラ３０は、エンジン１１を停止させてショベルを完全に停止させてもよい。

なお、破線で示すステップＳ１４及びステップＳ１５は、ショベルの姿勢が不安定状態にあるか否かを判定する処理、及び、旋回を停止させる処理が省略可能な処理であることを表す。

このようにして、コントローラ３０は、蓄電系１２０の状態に応じて旋回制御の内容を切り替える。

次に蓄電系停止時旋回制御の詳細について説明する。蓄電系停止時旋回制御において旋回用電動機２１が力行運転状態のとき、コントローラ３０は、エンジン１１の駆動力を利用して電動発電機１２を発電機として機能させる。そして、電動発電機１２が発電する電力のみで旋回用電動機２１を駆動させる。

なお、コントローラ３０は、旋回速度が所定値を超えないよう速度指令、旋回トルク等（以下、「旋回トルク等」とする。）を制限してもよい。その後の旋回回生時に旋回用電動機２１が生成する回生電力の最大値が、電動発電機１２の消費可能電力を上回らないようにするためである。なお、消費可能電力は、エンジン１１をアシストする電動機として機能する電動発電機１２が受け入れ可能な電力であり、エンジン１１の負荷が大きい程大きい。例えば、油圧アクチュエータが操作されている場合にはエンジン１１の油圧負荷が大きいため、消費可能電力は大きくなる。

旋回トルク等を制限すると、上部旋回体３の最大旋回速度は低下する。このとき、油圧アクチュエータの操作が行われている場合、コントローラ３０は、最大旋回速度の低下に応じて油圧アクチュエータの動作速度を低下させてもよい。操作者が望む操作感に合わせるためである。具体的には、コントローラ３０は、最大旋回速度の低下に応じ、メインポンプ１４の斜板傾転角を調整するレギュレータ（図示せず。）を制御してメインポンプ１４の吐出量を低減させる。

次に、図６を参照し、蓄電系停止時旋回制御において、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合にコントローラ３０が旋回用電動機２１の回生電力を制御する処理について説明する。なお、図６は、その処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が回生運転状態の場合に、所定の制御周期で繰り返しこの処理を実行する。

概略的には、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合に旋回用電動機２１を回生運転させるときにはショベルの姿勢に応じて制動トルクを制限する。旋回中の上部旋回体３を停止させたときに生じる上部旋回体３の慣性による反動によって不安定な状態にあるショベルがバランスを崩してしまうのを防止するためである。なお、制動トルクは、基本的に旋回用電動機２１が回生運転によって発生させる制動トルクであるが、メカニカルブレーキ２３による制動トルクを含んでいてもよい。

最初に、コントローラ３０は、旋回用電動機２１が生成する回生電力を電動発電機１２で消費させる（ステップＳ６１）。例えば、エンジン１１がアシスト出力を必要としているか否かにかかわらず、電動発電機１２を強制的に電動機として機能させる。

また、コントローラ３０は、ショベルの姿勢が不安定状態にある場合には回生電力を制限する（ステップＳ６２）。例えば、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の励磁電流を抑制して旋回用電動機２１が生成する回生電力を小さくする。この場合、コントローラ３０は回生電力の低減に応じて電動発電機１２のアシスト出力を低減させる。旋回用電動機２１が発生させる制動トルクを所定の制動トルク未満に制限し、旋回中の上部旋回体３を停止させたときに生じる上部旋回体３の慣性による反動が過度に大きくなるのを防止するためである。また、メカニカルブレーキ２３を併用する場合、コントローラ３０は、メカニカルブレーキ２３を断続的に作動させることによってメカニカルブレーキ２３が発生させる制動トルクを制限してもよい。

なお、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の回生電力が、電動発電機１２の消費可能電力を上回る場合、その超過分を熱として消費させてもよい。具体的には、コントローラ３０は、インバータ２０を流れる電流を検出する電流検出部（図示せず。）の出力に基づいて回生電力が消費可能電力を上回るか否かを判定する（ステップＳ６３）。そして、回生電力が消費可能電力を上回ると判定した場合（ステップＳ６３のＹＥＳ）、コントローラ３０は、熱消費部４０を作動させてその超過分を熱として消費させる（ステップＳ６４）。旋回用電動機２１が生成する回生電力の全てを確実に消費させて所望の制動力を発生させるためである。

なお、破線で示すステップＳ６３及びステップＳ６４は、回生電力が消費可能電力を上回るか否かを判定する処理、及び、超過分を熱として消費させる処理が省略可能な処理であることを表す。旋回力行時に旋回トルク等を制限して旋回動作を制限することで、旋回回生時に回生電力が消費可能電力を上回るのを防止できるためである。

以上の構成により、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合、旋回用電動機２１を力行運転させるときには、発電機として機能する電動発電機１２の発電電力を旋回用電動機２１に供給する。また、蓄電系１２０を停止させた場合、旋回用電動機２１を回生運転させるときには、旋回用電動機２１の回生電力を電動機として機能する電動発電機１２に供給する。そのため、蓄電系１２０を停止させた場合であっても電動旋回系を適切に駆動できる。その結果、不安定な姿勢のショベルで蓄電系１２０の異常が発生して電動旋回系を停止させたときであっても、その後の電動旋回系の駆動を許可することでショベルを安定姿勢に移行させることができる。

また、本発明の実施例に係るショベルは、旋回用電動機２１の回生電力を熱として消費する熱消費部４０を有していてもよい。この場合、回生電力が電動発電機１２の消費可能電力より大きい場合であっても回生電力の全てを確実に消費でき、上部旋回体３を所望の制動トルクで停止させることができる。

また、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合、旋回用電動機２１を力行運転させるときの旋回トルク等を制限することで、その後に旋回用電動機２１を回生運転させるときに旋回用電動機２１が生成する回生電力を制限してもよい。この場合、回生電力が電動発電機１２の消費可能電力より大きくなるのを防止でき、回生電力の全てを電動発電機１２で確実に消費できるようにし、上部旋回体３を所望の制動トルクで停止させることができる。

また、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合であって、旋回操作と油圧アクチュエータの操作とを含む複合操作が行われた場合、旋回用電動機２１を力行運転させるときの旋回トルク等の制限に応じて油圧アクチュエータの動きを制限してもよい。この場合、最大旋回速度の低下に合わせて油圧アクチュエータの動作速度を低下させることができ、操作者が望む操作感を実現できる。

また、コントローラ３０は、蓄電系１２０を停止させた場合に旋回用電動機２１を回生運転させるとき、ショベルの姿勢が不安定状態にある場合には、制動トルクを制限してもよい。この場合、旋回中の上部旋回体３を停止させたときに生じる上部旋回体３の慣性による反動によってショベルがバランスを崩してしまうのを防止できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

また、本願は、２０１４年３月３１日に出願した日本国特許出願２０１４−０７４５２１号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１・・・下部走行体１Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ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・・・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・・・旋回変速機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４０・・・熱消費部４０ａ・・・電気抵抗部４０ｂ・・・流量制御弁１００・・・昇降圧コンバータ１１０・・・ＤＣバス１１１・・・ＤＣバス電圧検出部１１２・・・キャパシタ電圧検出部１１３・・・キャパシタ電流検出部１２０・・・蓄電系Ｍ１・・・傾斜センサＭ２・・・温度センサＭ３・・・温度センサＭ４・・・切り替えスイッチ

Claims

油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動可能な電動発電機と、
蓄電系と、
旋回用電動機と、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記蓄電系が電力の入出力が行われない停止した状態で、
前記電動発電機の発電電力によって前記旋回用電動機を駆動させ、
前記旋回用電動機の減速時の回生電力を前記電動発電機で消費させて、前記旋回用電動機の回転速度を減速させる、
ショベル。
油圧アクチュエータをさらに有し、
前記蓄電系が停止していない場合と比べて、前記旋回用電動機の速度又はトルクが制限されており、且つ、前記油圧アクチュエータの速度も前記旋回用電動機の制限と対応して制限されている、
請求項１に記載のショベル。
前記旋回用電動機の減速時に発生する回生電力が、前記油圧ポンプに接続された前記電動発電機が受け入れることが可能な消費電力以下になるように、力行時の前記旋回用電動機の速度又はトルクが制限されている、
請求項１または２に記載のショベル。
前記制御装置は、前記蓄電系が異常であると判断した場合に前記蓄電系を停止させ、前記電動発電機が発電する電力のみで前記旋回用電動機を駆動させる蓄電系停止時旋回制御を実行し、
その後、前記蓄電系が異常でないと判断した場合には、前記蓄電系が所定の充電率を維持しつつ前記蓄電系から放電された電力を前記旋回用電動機に供給する通常時旋回制御を実行し、前記蓄電系が異常のままの場合に前記蓄電系停止時旋回制御を継続する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のショベル。