JP4594981B2 - 旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の旋回機構の駆動制御を行う旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械に関する。

従来より、建設機械の上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として電動機を備え、この電動機の力行運転で旋回機構を加速するとともに、旋回機構を減速する際に回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電する建設機械が提案されている。

このような建設機械は、上部旋回体にブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を搭載し、旋回操作に応じて生成される駆動指令で電動機を駆動することにより、上部旋回体の旋回駆動を制御している。

また、旋回機構を停止状態に保持するためのメカニカルブレーキは、電気的に作動／解除の制御が行われている（例えば、特許文献１）。
特開平２００５−２９９１０２号公報

ところで、上部旋回体にはブームやアーム等の長尺物が搭載されており、これらは畳んでも建設機械の幅よりも長い。

また、旋回機構を駆動するための電動機や電動機の駆動制御装置に故障等の異常が生じた場合には、安全性を確保するためにメカニカルブレーキが作動され、旋回機構は旋回不能な状態となる。

このため、ブームやアーム等が下部走行体の走行方向に対して角度を有する状態において、電動機等に異常が生じてメカニカルブレーキが作動すると、移動が困難になる可能性があった。

そこで、本発明は、電動機等の異常発生時にメカニカルブレーキを解除することのできる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一局面の旋回駆動制御装置は、下部走行体、前記下部走行体に旋回機構を介して旋回自在に搭載される上部旋回体、前記上部旋回体に取り付けられる作業要素、及び前記旋回機構の旋回を機械的に停止させるメカニカルブレーキを含み、前記旋回機構を電動機で駆動する建設機械において、前記旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、前記旋回機構の操作装置に入力される操作量に応じて前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段と、建設機械の運転状態に応じて前記メカニカルブレーキの作動／解除を制御するブレーキ制御手段と、前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記メカニカルブレーキを解除するためのブレーキ解除手段とを備える。

また、前記メカニカルブレーキは、作動／解除を電磁的に行う電磁制御部を備えており、前記ブレーキ解除手段は、前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記電磁制御部を作動させてもよい。

また、前記ブレーキ解除手段を操作するための操作手段は、建設機械の運転席周辺に配設されてもよい。

また、建設機械の運転席には所定の運転状態を示す表示装置が配設されており、前記操作手段は、前記表示装置に表示される非常用画面を通じて操作可能に構成されてもよい。

本発明の一局面の建設機械は、前記いずれかに記載の旋回駆動制御装置を含む。

本発明によれば、作業状況に応じて制動力を調節できる旋回駆動制御装置及びこれを含む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、本発明の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を適用した実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む建設機械を示す側面図である。

この建設機械の下部走行体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。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、本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む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・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。

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、本実施の形態の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を介してバッテリ１９が接続されており、バッテリ１９には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。

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、本実施の形態の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。

このような本実施の形態の建設機械は、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の建設機械である。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、建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２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が力行運転を行い、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が回生運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と回生運転の切り替えは、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。この油圧操作系の構成については後述する。

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運転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の力行運転に必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給するとともに、電動発電機１２の回生運転によって発電された電力をバッテリ１９に充電するために電動発電機１２とバッテリ１９との間に設けられたインバータである。

バッテリ１９は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１とバッテリ１９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の力業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バッテリ１９へ充電する。

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。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。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（力行運転又は回生運転）、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、コントローラ３０によって行われる。

なお、インバータ２０と旋回用電動機２１は、コントローラ３０に含まれる旋回駆動装置４０によって監視されている。旋回駆動装置４０は、電流変換部５７で検出されるモータ電流と、インバータ２０及び旋回用電動機２１の温度とを監視しており、モータ電流、インバータ２０の温度、又は旋回用電動機２１の温度のいずれかが閾値を超えた場合に、インバータ２０又は旋回用電動機２１の故障と判定する。

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。

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、電気的な制御により作動／解除を切り替えられるものであればよく、例えば、mayr社のROBA-stop-Mを用いることができる。このROBA-stop-Mは、ばねの付勢力で圧着されるアマチュアとライニングに解除用の電磁コイルを組み合わせたブレーキであり、電磁コイルの消磁時にアマチュアとライニングが圧着して作動状態になり、電磁コイルの励磁時には電磁力でアマチュアをライニングから離間させて解除状態になるメカニカルブレーキである。

本実施の形態では、このメカニカルブレーキ２３は、コントローラ３０に含まれる旋回駆動制御装置４０により作動／解除の切替制御が行われる。駆動制御装置４０は、旋回用電動機２１の旋回駆動制御を行う制御装置であり、旋回用電動機２１の旋回駆動時とブーム４、アーム５、又はバケット６での作業時には電磁コイルを励磁して解除し、それ以外の場合は電磁コイルを消磁して作動させる。旋回用電動機２１又はインバータ２０の故障時には、安全性を確保するために電磁コイルは消磁され、メカニカルブレーキ２３は作動状態となり、旋回機構２は停止状態に保持される。

しかしながら、本実施の形態では、旋回用電動機２１又はインバータ２０の故障時においても、解除スイッチの操作により、必要に応じてメカニカルブレーキ２３を解除することが可能である。この解除スイッチはキャビン１０内の運転席の周辺に配設される非常用操作部であり、この解除スイッチについては図４を用いて後述する。

なお、メカニカルブレーキ２３は、電気的な制御によって作動／解除の切替を行えればよく、ROBA-stop-M以外のものを用いてもよい。

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。

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り、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃを含む。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、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。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り、運転席近傍に設けられる。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。

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）を運転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。

レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、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、レバー２６Ａの操作による、油圧ライン２８内の油圧の変化が圧力センサ２９を検出する操作方向検出手段である。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、レバー２６Ａの操作方向（右旋回又は左旋回）と操作量を表す信号であり、コントローラ３０に入力される。

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、本実施の形態の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を含む。このコントローラ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。

速度指令変換部３１は、圧力センサ２９から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部である。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、駆動制御装置３２及び旋回駆動制御装置４０に入力される。

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の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御装置３２は、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替えることにより、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３は、本実施の形態の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。

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、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。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。

なお、旋回駆動制御装置４０は、操作レバー２６Ａの操作量に応じて、旋回用電動機２１を駆動制御する際に、力行運転と回生運転の切り替え制御を行うと共に、インバータ２０を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

「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の左方向及び右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の左方向及び右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上限値（右旋回用の最大値）及び下限値（左旋回用の最小値）は、このトルク制限部５４によってトルク電流指令値の制限が行われても、バケット６が積み上げられた土砂等に触れて旋回用電動機２１の負荷が大きい状態でも、旋回用電動機２１を駆動させるための駆動トルクを発生できるような値に設定されている。なお、トルク電流指令値を制限するための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。この回転位置の変化により、旋回用電動機２１の回転方向（上部旋回体３の旋回方向）が導出されるため、旋回動作検出部５８は回転方向検出手段として機能する。導出された回転速度及び回転方向を表すデータは、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。

主制御部６０は、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り、メカニカルブレーキ２３の作動／解除の切替制御も行う。

なお、旋回駆動制御装置４０は、操作レバー２６Ａの操作量に応じて、旋回用電動機２１を駆動制御する際に、力行運転と回生運転の切り替え制御を行うと共に、インバータ２０を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

図４は、本実施の形態の建設機械の運転席及びその周辺を示す斜視図である。

キャビン１０内に配設される運転席１０Ａの両側には、コンソール１０Ｒ、１０Ｌが配設されており、この一対のコンソール１０Ｒ、１０Ｌには、一対の操作レバー２６Ａがそれぞれ配設されている。運転席１０Ａには、キャビン前方向に対して左側（コンソール１０Ｌの側）から乗降が可能である。

右側のコンソール１０Ｒには、タッチパネル１０Ｂが配設されている。

また、左側のコンソール１０Ｌには、ゲートロック操作部１０Ｃが配設されている。ゲートロック操作部１０Ｃは、上部旋回体３のキャビン内に配設される運転席の脇に配設されており、運転席への乗降部に配設されるゲート１０Ｄを開閉操作するための操作部である。ゲート１０Ｄは、ゲートロックレバー１０Ｅにワイヤで接続されており、ゲートロックレバー１０Ｅが下ろされるとゲート１０Ｄは開放され（図４に示すようにゲート１０Ｄがコンソール１０Ｌ内に格納された状態）、ゲートロックレバー１０Ｅが引き上げられるとゲート１０Ｄは閉成され、コンソール１０Ｌから突出した状態となる。このゲート１０Ｄが閉成されたとき、運転者は運転席から降りることはできず、開放されたときに降りることができる状態となる。ゲートロックレバー１０Ｅにはリミットスイッチが接続されており、リミットスイッチの出力はコントローラ３０に入力される。建設機械は、ゲートロックレバー１０Ｅを引き上げてゲート１０Ｄを閉成した状態でないと運転できないようにコントローラ３０によって誤動作防止制御が行われている。

タッチパネル１０Ｂには、通常、建設機械の運転時間、エンジン１１の水温や油温等の情報、及びメインポンプ１４の油圧等の各種情報を選択して表示するように構成されているが、旋回用電動機２１又はインバータ２０の故障時には表示内容が非常用画面に切り替わり、非常時にメカニカルブレーキ２３を操作するための非常用操作ボタンが表示されるようになっている。すなわち、タッチパネル１０Ｂは、非常時にメカニカルブレーキ２３を解除するための解除スイッチとして機能するものである。この非常用操作ボタンを押せばメカニカルブレーキ２３が解除され、再び押せば作動状態に復帰させることができる。この非常用操作ボタンの操作によるメカニカルブレーキ２３の解除は、ゲートロックレバー１０Ｅが下ろされてゲート１０Ｄが開放されている状態でも実行可能に構成されている。

以上、本実施の形態の旋回駆動制御装置によれば、旋回用電動機２１又はインバータ２０に故障が生じ、メカニカルブレーキ２３が作動して旋回機構が停止状態に保持されている場合でも、必要に応じてメカニカルブレーキ２３を解除することができる。このため、旋回用電動機２１又はインバータ２０の故障時にブーム４、アーム５、又はバケット６が下部走行体１の走行方向に対して角度を有している場合でも、タッチパネル１０Ｂに表示される非常用操作ボタンの操作によりメカニカルブレーキ２３を解除し、上部旋回体３を手動等で旋回させて、ブーム４、アーム５、又はバケット６の向きを下部走行体１の走行方向に合わせるための調節を行うことができる。走行方向とブーム４、アーム５、又はバケット６の向きが一致していれば、移動時に支障は生じない。

なお、このように手動等で旋回させた後は、再び非常用操作ボタンを押すことによりメカニカルブレーキ２３を作動させることができるので、下部走行体１で移動する際に、慣性力による上部旋回体３の旋回を抑制することができる。

以上では、旋回用電動機２１又はインバータ２０が故障した場合に、タッチパネル１０Ｂ及び旋回駆動装置４０を通じてメカニカルブレーキ２３を解除できるようにした形態について説明したが、コントローラ３０内にメカニカルブレーキ２３の作動／解除の切替制御を行う制御装置を旋回駆動装置４０とは別に設けておき、旋回用電動機２１又はインバータ２０だけでなく、旋回駆動装置４０が故障した場合においても、タッチパネル１０Ｂ及びコントローラ３０を通じてメカニカルブレーキ２３を解除できるように構成してもよい。この場合、例えば、旋回駆動装置４０が自己診断機能により故障を判定できるようにすればよい。

また、以上では、キャビン１０内のタッチパネル１０Ｂに非常用操作ボタンが表示される形態について説明したが、非常用操作ボタンはタッチパネル１０Ｂに表示されるものに限定されるものではなく、専用のスイッチとしてキャビン１０内のコンソール１０Ｒ、１０Ｌ等に設置されていてもよいし、キャビン１０や上部旋回体３の外部に配置してもよい。

また、以上では、旋回用電動機２１がインバータ２０によってＰＷＭ駆動される交流モータであり、その回転速度を検出するために、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５８を用いる形態について説明したが、旋回用電動機２１は直流モータであってもよい。この場合は、インバータ２０、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５８が不要となり、回転速度としては直流モータのタコジェネレータで検出される値を用いればよい。

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。

また、以上では、ハイブリッド型の建設機械を用いて説明したが、旋回機構が電動化されている建設機械であれば、本実施の形態の旋回駆動装置の適用対象は、バイブリッド型に限定されるものではない。

以上、本発明の例示的な実施の形態の旋回駆動制御装置及びこれを含む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。

本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む建設機械を示す側面図である。 本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。 本実施の形態の旋回駆動制御装置の構成を表す制御ブロック図である。 本実施の形態の建設機械の運転席及びその周辺を示す斜視図である。

符号の説明

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
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
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
５２ ＰＩ制御部
５３ トルク制限部
５４ トルク制限部
５５ 減算器
５６ ＰＩ制御部
５７ 電流変換部
５８ 旋回動作検出部
６０ 主制御部

Claims (5)

1. 下部走行体、前記下部走行体に旋回機構を介して旋回自在に搭載される上部旋回体、前記上部旋回体に取り付けられる作業要素、及び前記旋回機構の旋回を機械的に停止させるメカニカルブレーキを含み、前記旋回機構を電動機で駆動する建設機械において、前記旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、
   前記旋回機構の操作装置に入力される操作量に応じて前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段と、
   建設機械の運転状態に応じて前記メカニカルブレーキの作動／解除を制御するブレーキ制御手段と、
   前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記メカニカルブレーキを解除するためのブレーキ解除手段と
   を備える旋回駆動制御装置。
2. 前記メカニカルブレーキは、作動／解除を電磁的に行う電磁制御部を備えており、
   前記ブレーキ解除手段は、前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記電磁制御部を作動させることによって前記メカニカルブレーキを解除する、請求項１に記載の旋回駆動制御装置。
3. 前記ブレーキ解除手段を操作するための操作手段は、建設機械の運転席周辺に配設される、請求項１又は２に記載の旋回駆動制御装置。
4. 建設機械の運転席には所定の運転状態を示す表示装置が配設されており、
   前記操作手段は、前記表示装置に表示される非常用画面を通じて操作可能に構成される、請求項３に記載の旋回駆動制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の旋回駆動制御装置を含む建設機械。

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