JP5977276B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に関し、特に、旋回体を旋回駆動する旋回電動機（旋回電動モータ）を備えた建設機械に関する。

一般に、建設機械の代表例としての油圧ショベルは、走行用、作業用の動力源（原動機）としてガソリン、軽油等を燃料とするエンジンを備えている。この場合、油圧ショベルは、エンジンによって油圧ポンプを駆動することにより、油圧ポンプから吐出した圧油によって油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを作動させる構成となっている。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。

一方、走行用、作業用の動力源（原動機）としてエンジンと電動機（電動モータ）とを併用したハイブリッド式の油圧ショベルが提案されている。このハイブリッド式の油圧ショベルは、例えば、エンジンと、該エンジンによって駆動される発電電動機（アシスト発電モータ）と、該発電電動機により発電された電力を充電し、または充電された電力を放電する蓄電装置と、該蓄電装置の電力によって駆動される旋回電動機（旋回電動モータ）、走行電動機（走行電動モータ）等の電動アクチュエータとを備えている（特許文献１）。

電動アクチュエータは、油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い。具体的には、電動アクチュエータは、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生することができる。これに対し、油圧アクチュエータは、制動時に運動エネルギが熱となって放出される。このため、電動アクチュエータと蓄電装置（例えば、バッテリや電気二重層キャパシタ等）を用いた油圧ショベルは、油圧回路と油圧アクチュエータのみを用いた油圧ショベルと比較して、エネルギ効率の向上、省エネルギ化を図ることができる。

ここで、特許文献１によるハイブリッド式の油圧ショベルは、旋回体を旋回駆動する旋回アクチュエータとして、電動機（電動モータ）が搭載されている。旋回アクチュエータは、使用頻度が高く、作業において起動、停止、加速、減速が頻繁に繰り返される。このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧モータであれば油圧回路上で熱として捨てられるが、電動機であれば電気エネルギとしての回生を見込める。このため、省エネルギの観点からは、旋回アクチュエータとして電動機を用いることが効果的である。

電動機の駆動には、インバータが使用される。インバータには、６個のスイッチング素子からなる三相ブリッジ回路が構成されており、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを切換えることで、電動機の回転数とトルクが制御される。旋回体を旋回すべく、例えばオペレータが操作レバー等の操作手段を操作すると、その操作量に応じたトルクまたは速度の目標値を基に、電動機（旋回電動機）へのトルク指令値が決定される。インバータは、トルク指令値に合せて全スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、電動機（旋回電動機）を駆動する。

ところで、油圧ショベルでは、例えばバケットの側面を土砂に押し当てて旋回を行うことで土砂をならしたり壁面を形成したりする、所謂押し当て作業が頻繁に行われる。この作業を行っているときに、旋回電動機は、その回転数が０ないしほぼ０であるにも拘らずトルクを連続して出力する状態となる。この状態は、旋回体からみると、旋回電動機を駆動しているのに、該旋回電動機に（押し当て作業に伴う）抵抗が作用して旋回体の旋回が停止または停止に近い状態となる。このような状態を、一般的にロック状態という。

ここで、旋回電動機が回転しているとき（旋回体が旋回しているとき）は、インバータのスイッチング素子は周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返しているため、その発熱は平均化される。一方、ロック状態のときは、インバータの特定のスイッチング素子に電流が集中して流れる状態が保持される。これにより、特定のスイッチング素子の温度が過度に上昇する場合がある。この場合に、そのままだと（過度に温度上昇した状態が維持されると）、スイッチング素子の寿命の低下や損傷に繋がるおそれがある。

このような問題に対し、特許文献２には、ロック状態にあるか、あるいは回転状態にあるかを判定する判定手段と、ロック状態と回転状態とのそれぞれの状態に対応した演算式を用いてスイッチング素子の温度を演算する温度演算手段と、スイッチング素子の温度が温度上限値を超えるとスイッチング素子を熱的に保護する制御を行う制御手段とを備えた建設機械のモータの制御装置に関する発明が記載されている。

特開２００１−１６７０４号公報（特許第３６４７３１９号公報） 特開２００６−２９６１１２号公報（特許第４６７８７１９号公報）

特許文献２に記載された構成は、スイッチング素子のジャンクション温度が温度上限値を超えると、スイッチング素子の保護の制御が行われる。この構成によれば、スイッチング素子のジャンクション温度を温度上限値以下に抑えることができる。

一方、スイッチング素子は、ジャンクション温度の上昇と低下の繰り返しに伴って熱疲労する。しかし、特許文献２に記載された構成は、熱疲労に対するスイッチング素子の保護は行われない。このため、スイッチング素子が熱疲労により損傷（破損）するおそれがある。

建設機械においては、ロック状態と旋回状態とを繰り返す動作が多用される。このため、スイッチング素子の熱疲労を判定し、スイッチング素子が熱疲労により損傷（破損）する前に、必要な保護を行うことが重要になる。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、インバータのスイッチング素子の熱疲労を判定し、熱疲労による損傷（破損）に至る前に必要な保護を行うことができる建設機械を提供することにある。

本発明による建設機械は、基体と、該基体上に旋回可能に搭載された旋回体と、該旋回体を旋回駆動する旋回電動機と、複数のスイッチング素子を用いて構成され前記旋回電動機に接続された旋回用インバータと、該旋回用インバータを制御するコントローラとを備えてなる。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記コントローラは、前記旋回体の状態が、前記旋回電動機の駆動により旋回している旋回状態にあるか、前記旋回電動機が駆動しているのに該旋回電動機に抵抗が作用して旋回が停止または停止に近いロック状態にあるかを判定する状態判定手段と、前記旋回用インバータのスイッチング素子の温度を演算する温度推定手段と、該温度推定手段により演算された前記旋回用インバータのスイッチング素子の温度と前記状態判定手段により判定された前記旋回体の状態とに基づいて、前記旋回体が旋回状態のときの温度とロック状態のときの温度との温度差を算出する温度差算出手段と、該温度差算出手段により算出された温度差が予め設定された所定の温度閾値以上であるか否かを判定する温度差判定手段と、該温度差判定手段により前記所定の温度閾値以上であると判定された回数をカウントする熱疲労カウント手段と、該熱疲労カウント手段によりカウントされた回数が予め設定された所定の回数閾値以上であるか否かを判定する熱疲労判定手段と、該熱疲労判定手段により前記所定の回数閾値以上であると判定された場合に、前記スイッチング素子を熱疲労から保護するための処理を行うインバータ保護手段とを備える構成としたことにある。

請求項２の発明は、前記コントローラは、前記温度推定手段による演算値、前記温度差算出手段による算出値、前記温度差判定手段による判定値、前記熱疲労カウント手段によるカウント値、前記熱疲労判定手段による判定値を、前記旋回用インバータの各スイッチング素子のそれぞれに対して個別に求める構成としたことにある。

請求項３の発明は、前記インバータ保護手段による前記スイッチング素子を熱疲労から保護するための処理は、その保護が必要な旨を、操縦を行うオペレータに対して情報表示装置を用いて報知する構成としたことにある。

請求項４の発明は、前記インバータ保護手段による前記スイッチング素子を熱疲労から保護するための処理は、その保護が必要な旨を、整備を行うサービスマンに対して無線通信端末を用いて報知する構成としたことにある。

請求項５の発明は、前記温度差算出手段は、前記旋回体がロック状態から旋回状態に切換わったときの温度と、その旋回状態から次のロック状態に切換わったときの温度との差として温度差を算出する構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、熱疲労判定手段により旋回用インバータのスイッチング素子の熱疲労（の進行）を判定し、この判定の結果に基づいて、インバータ保護手段により旋回用インバータの保護を行うことができる。これにより、旋回用インバータのスイッチング素子が、熱疲労により損傷（破損）する前に、必要な保護を行うことができる。

請求項２の発明によれば、旋回用インバータの各スイッチング素子のそれぞれに対し個別に熱疲労（の進行）の判定を行うことができる。これにより、旋回用インバータの各スイッチング素子のうちで熱疲労が最も進行したものに合せて、必要な保護を行うことができる。

請求項３の発明によれば、インバータ保護手段は、建設機械の操縦を行うオペレータに対して、保護が必要な旨を報知する。このため、オペレータは、旋回用インバータのスイッチング素子が熱疲労により損傷（破損）する前に、例えば、建設機械の整備を行うサービスマンに対してその整備を依頼することができる。

請求項４の発明によれば、インバータ保護手段は、建設機械の整備を行うサービスマンに対して、保護が必要な旨を報知する。このため、サービスマンは、オペレータの依頼を介することなく、旋回用インバータのスイッチング素子が熱疲労により損傷（破損）する前に、その整備を行うことができる。

請求項５の発明によれば、ロック状態で温度上昇したときの最も高い温度とその後の旋回状態で温度が低下したときの最も低い温度との差として温度差を算出することができる。これにより、熱疲労（の進行）の判定の精度を向上することができる。

実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。 油圧ショベルの電動システムと油圧システムの構成を示すブロック図である。 電動システムの具体的な構成を示す回路図である。 図３中の旋回電動モータ、第２のインバータ、パワーコントローラ等を示す要部の回路図である。 スイッチング素子の温度（ジャンクション温度）の時間変化の一例を示す特性線図である。 スイッチング素子のサイクル寿命の一例を示す特性線図である。 旋回電動モータの電気角度と三相電流の関係を示す特性線図である。 旋回電動モータの電気角度と三相電流とスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの関係を一覧表として示す説明図である。 パワーコントローラによる制御内容を示す流れ図である。 スイッチング素子の温度（ジャンクション温度）の時間変化の別例を示す特性線図である。

以下、本発明に係る建設機械の実施の形態を、ハイブリッド式油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１において、１はハイブリッド式の建設機械の代表例としてのハイブリッド式油圧ショベルを示している。ハイブリッド式油圧ショベル１（以下、油圧ショベル１という）は、基体としての自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に設けられた旋回軸受装置３と、該旋回軸受装置３を介して下部走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体としての上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に取付けられ土砂の掘削作業等を行う作業装置５と、上部旋回体４を下部走行体２に対して旋回させる後述の旋回装置１５とを含んで構成されている。

下部走行体２は、トラックフレーム２Ａと、該トラックフレーム２Ａの左，右両側に設けられた駆動輪２Ｂと、トラックフレーム２Ａの左，右両側で駆動輪２Ｂと前，後方向の反対側に設けられた遊動輪２Ｃと、駆動輪２Ｂと遊動輪２Ｃに巻回された履帯２Ｄ（いずれも左側のみ図示）とにより構成されている。左，右の駆動輪２Ｂは、油圧モータ（油圧アクチュエータ）からなる左，右の走行油圧モータ２Ｅ，２Ｆ（図２参照）によって回転駆動される。一方、トラックフレーム２Ａの中央部の上側には、旋回軸受装置３が取付けられている。

作業装置５は、後述する旋回フレーム６の前側に俯仰動可能に取付けられたブーム５Ａと、該ブーム５Ａの先端部に俯仰動可能に取付けられたアーム５Ｂと、該アーム５Ｂの先端部に回動可能に取付けられたバケット５Ｃと、これらを駆動する油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）からなるブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆとにより構成されている。

上部旋回体４は、強固な支持構造体をなす旋回フレーム６を含んで構成されている。旋回フレーム６は、旋回軸受装置３を介して下部走行体２上に旋回可能に搭載されている。このために、旋回フレーム６の下面側には、旋回軸受装置３が取付けられている。一方、旋回フレーム６上には、後述のキャブ７、カウンタウエイト８、エンジン９、アシスト発電モータ１０、油圧ポンプ１１、蓄電装置１４、旋回装置１５、電力変換装置１９等が設けられている。

７は旋回フレーム６の左前側に設けられたキャブを示している。キャブ７内には、オペレータが着座する運転席が設けられている。運転席の周囲には、後述のコントロールバルブ１３に接続された走行用の操作レバー、作業用の操作レバー等（いずれも図示せず）が配設されている。

８は旋回フレーム６の後端側に取付けられたカウンタウエイトを示している。カウンタウエイト８は、作業装置５との重量バランスをとるものである。

９はキャブ７とカウンタウエイト８との間に位置して旋回フレーム６上に設けられたエンジンを示している。エンジン９は、例えばディーゼルエンジンにより構成され、ハイブリッド式油圧ショベル１の内燃機関として、上部旋回体４に左，右方向に延在する横置き状態で搭載されている。エンジン９の出力側には、後述するアシスト発電モータ１０と油圧ポンプ１１が接続されている。

１０はエンジン９に接続された発電電動機としてのアシスト発電モータを示している。アシスト発電モータ１０は、例えば永久磁石式の同期電動機によって構成され、エンジン９によって回転駆動されることにより発電を行い、または電力が供給されることによりエンジン９の駆動を補助（アシスト）するものである。即ち、アシスト発電モータ１０は、エンジン９によって回転駆動されることにより発電を行う機能（発電機機能）と、後述の直流母線２２Ａ，２２Ｂを介して電力供給されることによりエンジン９の駆動を補助する機能（電動機機能）とを有するものである。

アシスト発電モータ１０の発電電力は、後述する第１のインバータ２０および直流母線２３Ａ，２３Ｂを介して、後述する第２のインバータ２１およびチョッパ２２に供給され、旋回電動モータ１７の駆動、蓄電装置１４の充電（蓄電）が行われる。一方、エンジン９の駆動を補助するときは、アシスト発電モータ１０は、蓄電装置１４に充電された電力（ないし旋回電動モータ１７の回生電力）により駆動される。

１１は作動油タンク１２と共に油圧源を構成する（複数の）油圧ポンプを示している。油圧ポンプ１１は、例えば斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプ等によって構成され、エンジン９により駆動されるものである。油圧ポンプ１１は、各油圧アクチュエータ、即ち、下部走行体２の走行油圧モータ２Ｅ，２Ｆ、作業装置５のブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆ、後述の旋回油圧モータ１６等を駆動するための動力源として、作動油タンク１２内の作動油を昇圧して後述のコントロールバルブ１３に向けて吐出する。

１３は旋回フレーム６上に設けられたコントロールバルブを示している。コントロールバルブ１３は、各油圧アクチュエータ（具体的には、走行用モータ２Ｅ，２Ｆ、作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ、旋回油圧モータ１６）を制御する複数個の油圧制御弁により構成されている。コントロールバルブ１３は、油圧ポンプ１１から供給される圧油の供給と排出を、操作レバーの操作に基づく油圧信号、後述の統合コントローラ２６の指令信号に基づく電磁比例弁２７からの油圧信号等に応じて切換える（圧油の吐出量および吐出方向を制御する）。これにより、油圧ポンプ１１からコントロールバルブ１３に供給された作動油（圧油）は、それぞれの油圧アクチュエータ２Ｅ，２Ｆ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ、１６に適宜分配され、これら各油圧アクチュエータ２Ｅ，２Ｆ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ、１６を駆動（伸長、縮小、回転）することができる。

１４は旋回フレーム６上に設けられた蓄電装置を示している。蓄電装置１４は、例えば電気二重層のキャパシタを用いて構成されている。蓄電装置１４は、アシスト発電モータ１０による発電電力、後述する旋回電動モータ１７による旋回減速時の発電電力（回生電力）を充電（蓄電）し、または、充電された電力をアシスト発電モータ１０、旋回電動モータ１７に放電（給電）するものである。蓄電装置１４としては、キャパシタ以外にも、例えばリチウムイオンバッテリ等のバッテリを用いることもできる。

１５は上部旋回体４（旋回フレーム６）に設けられた旋回装置を示している。旋回装置１５は、旋回軸受装置３に回転力を伝達することにより、上部旋回体４を下部走行体２に対して旋回させるものである。ここで、旋回装置１５は、旋回油圧モータ１６と旋回電動モータ１７とが協働して上部旋回体４を旋回駆動する、いわゆるハイブリッド型の旋回装置として構成されている。このために、旋回装置１５は、斜板式の油圧モータ等の油圧アクチュエータにより構成された旋回油圧モータ１６と、電動モータ等の電動アクチュエータにより構成された旋回電動機としての旋回電動モータ１７と、旋回油圧モータ１６および／または旋回電動モータ１７から入力された回転を減速する減速機構１８と、該減速機構１８によって減速された回転を旋回軸受装置３（の内輪の内歯）に出力するピニオンとしての出力軸（図示せず）とを備えている。

ここで、旋回電動モータ１７は、旋回油圧モータ１６と協働して上部旋回体４を旋回駆動するものである。旋回電動モータ１７は、例えば永久磁石型同期電動機を用いて構成され、アシスト発電モータ１０による発電電力と蓄電装置１４の電力により駆動される。さらに、旋回電動モータ１７は、旋回動作を減速するときに発生するエネルギを電気エネルギに変換し発電を行う。即ち、旋回電動モータ１７は、後述の直流母線２３Ａ，２３Ｂを介して電力が供給されることにより上部旋回体４を旋回させる機能（電動機機能）と、旋回減速時に上部旋回体４の運動エネルギ（回転エネルギ）を電気エネルギに変換（回生発電）する機能（発電機機能）とを有するものである。旋回電動モータ１７の発電電力（回生電力）は、後述する第２のインバータ２１および直流母線２３Ａ，２３Ｂを介して、後述する第１のインバータ２０およびチョッパ２２に供給され、アシスト発電モータ１０の駆動、蓄電装置１４の充電（蓄電）が行われる。

次に、ハイブリッド式油圧ショベル１の電動システムの構成について説明する。

図２に示すように、油圧ショベル１の電動システムは、上述したアシスト発電モータ１０、蓄電装置１４、旋回電動モータ１７に加えて、後述する第１のインバータ２０，第２のインバータ２１、チョッパ２２、パワーコントローラ２４、統合コントローラ２６、メインコンタクタ２８等によって構成されている。この場合、例えば、第１のインバータ２０と第２のインバータ２１とチョッパ２２とパワーコントローラ２４は、電力変換装置（ＰＣＵ：パワーコントロールユニット）１９としてまとめて（ユニット化して）上部旋回体４に搭載されている。

２０はアシスト発電モータ１０に電気的に接続されたアシスト発電用インバータ（アシスト発電用スイッチング装置）としての第１のインバータを示している。第１のインバータ２０は、アシスト発電モータ１０の駆動を制御するものである。具体的には、第１のインバータ２０は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数（例えば６個）のスイッチング素子Ｓ（図３参照）を用いて構成され、後述する一対の直流母線２３Ａ，２３Ｂに接続されている。第１のインバータ２０のスイッチング素子Ｓは、そのオン／オフが後述のパワーコントローラ２４によって制御される。アシスト発電モータ１０の発電時には、第１のインバータ２０は、アシスト発電モータ１０による発電電力を直流電力に変換して直流母線２３Ａ，２３Ｂに供給する。一方、アシスト発電モータ１０のモータ駆動時には、第１のインバータ２０は、直流母線２３Ａ，２３Ｂの直流電力から三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力を生成し、アシスト発電モータ１０に供給する。

２１は旋回電動モータ１７に電気的に接続された旋回用インバータ（旋回用スイッチング装置）としての第２のインバータを示している。第２のインバータ２１は、旋回電動モータ１７の駆動を制御するものである。具体的には、第２のインバータ２１は、第１のインバータ２０とほぼ同様に、複数（例えば６個）のスイッチング素子Ｓ（ＳＷ１〜ＳＷ６：図３および図４参照）を用いて構成され、後述する一対の直流母線２３Ａ，２３Ｂに接続されている。第２のインバータ２１のスイッチング素子Ｓ（ＳＷ１〜ＳＷ６）は、そのオン／オフが後述のパワーコントローラ２４によって制御される。旋回電動モータ１７の旋回駆動時には、第２のインバータ２１は、直流母線２３Ａ，２３Ｂの直流電力から三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力を生成し、旋回電動モータ１７に供給する。一方、旋回電動モータ１７の旋回減速時（回生時）には、第２のインバータ２１は、旋回電動モータ１７による回生電力を直流電力に変換して直流母線２３Ａ，２３Ｂに供給する。

２２は一端が蓄電装置１４に接続され他端が一対の直流母線２３Ａ，２３Ｂに接続されたチョッパを示している。チョッパ２２とインバータ２０，２１とは、一対の直流母線２３Ａ，２３Ｂを介して互いに電気的に接続される。チョッパ２２は、例えばＩＧＢＴ等からなる複数（例えば２個）のスイッチング素子ＳとリアクトルＬ（図３参照）とを備える。チョッパ２２は、後述のパワーコントローラ２４によってスイッチング素子Ｓのオン／オフが制御される。そして、蓄電装置１４の充電時には、チョッパ２２は、降圧回路（降圧チョッパ）として機能し、例えば直流母線２３Ａ，２３Ｂから供給される直流電圧を降圧して蓄電装置１４に供給する。一方、蓄電装置１４の放電時には、チョッパ２２は、昇圧回路（昇圧チョッパ）として機能し、蓄電装置１４から供給される直流電圧を昇圧して直流母線２３Ａ，２３Ｂに供給する。

インバータ２０，２１およびチョッパ２２は、正極側（プラス側）と負極側（マイナス側）で一対の直流母線２３Ａ，２３Ｂを通じて相互に接続されている。直流母線２３Ａ，２３Ｂには、該直流母線２３Ａ，２３Ｂの電圧を安定させるために、平滑用のコンデンサＣ（図２ないし図４参照）が接続されている。直流母線２３Ａ，２３Ｂには、例えば数百Ｖ程度の所定の直流電圧が印加される。

２４はインバータ２０，２１およびチョッパ２２を制御するコントローラ（制御装置）としてのパワーコントローラを示している。パワーコントローラ２４は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、操作指令信号等のような各種の信号を用いて、インバータ２０，２１、チョッパ２２等に対する制御指令（例えば、スイッチング素子Ｓをオン／オフ制御する信号）を生成し、モータ１０，１７の駆動制御、直流母線２３Ａ，２３Ｂの電圧を所定の一定値付近に保持する制御等を行う。さらに、パワーコントローラ２４は、第２のインバータ２１のスイッチング素子Ｓを熱疲労から保護するための処理等も行う。

パワーコントローラ２４は、通信線２５を通じて、車体コントローラ、情報・モニタコントローラ等を含んで構成される統合コントローラ（メインコントロールユニット）２６に電気的に相互に接続され、ＣＡＮ（Control Area Network）を構成する。統合コントローラ２６も、マイクロコンピュータ等により構成され、パワーコントローラ２４と共にコントローラ（制御装置）を構成するものである。統合コントローラ２６は、例えば、電動システムの異常監視、エネルギーマネジメント等の制御に加え、後述するモニタ２９、無線通信端末３０等に対する指令を生成し、モニタ２９の表示、無線通信端末３０を介した情報通信を行う。

また、統合コントローラ２６は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれるエンジンコントローラ（図示せず）を介してエンジン９と接続され、例えば、該エンジン９の回転数制御等を行う。さらに、統合コントローラ２６は、電磁比例弁２７を介してコントロールバルブ１３と接続され、例えば、油圧アクチュエータ２Ｅ，２Ｆ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ、１６の駆動制御等を行うことができる。

２８は蓄電装置１４とチョッパ２２との間に設けられたメインコンタクタを示している。メインコンタクタ２８は、パワーコントローラ２４に接続され、該パワーコントローラ２４の指令に基づいて、蓄電装置１４とチョッパ２２との間を接続または遮断するものである。図３に示すように、メインコンタクタ２８は、リレー２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃと、リレー動作時の突入電流を防止するための抵抗等からなる突入防止回路２８Ｄとを備えている。リレー２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃの開閉は、パワーコントローラ２４からの指令により行われる。図示しないキースイッチがＯＦＦのときは、リレー２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは開いている。オペレータによりキースイッチがＯＮされると、パワーコントローラ２４からの指令によりリレー２８Ａ，２８Ｂ，２８ＣがＯＮ（閉）となり、蓄電装置１４とチョッパ２２とが接続される。

２９は統合コントローラ２６に接続して設けられた情報表示装置としてのモニタを示している。モニタ２９は、例えば油圧ショベル１のキャブ７内に設けられ、油圧ショベル１を操縦するオペレータに対し、油圧ショベル１の運転状況、より具体的には、エンジン回転数、燃料、オイル残量等の各種状態量、エンジン９、アシスト発電モータ１０、油圧機器等を含む各種機器の不調情報、警告情報等、オペレータに報知すべき情報を表示する報知装置を構成するものである。後述するように、モニタ２９には、第２のインバータ２１のスイッチング素子Ｓを熱疲労による損傷（破損）から保護する必要があるときに、その保護が必要な旨（整備、修理、交換を促すシンボル、アイコン）が警告として表示される。

３０は統合コントローラ２６に接続して設けられた無線通信端末を示している。無線通信端末３０は、統合コントローラ２６が収集する各種機器の運転データ、不調情報、警告情報等、例えば油圧ショベル１の整備を行うサービスマンに対して報知すべき情報を、サービスマンが使用するメンテナンスサーバ等のコンピュータ、情報端末（いずれも図示せず）に無線送信するものである。後述するように、無線通信端末３０は、第２のインバータ２１のスイッチング素子Ｓを熱疲労による損傷（破損）から保護する必要があるときに、その保護が必要な旨が、サービスマンのコンピュータ、情報端末等の情報機器に無線送信される。これにより、当該情報機器の表示装置には、保護が必要な旨（整備、修理、交換を促すシンボル、アイコン）が警告として表示される。

次に、実施の形態の要部となる旋回電動モータ１７の制御について、図４を用いて説明する。なお、図４は、図３中の旋回電動モータ１７、第２のインバータ（旋回用インバータ）２１、パワーコントローラ２４等を取出して示す要部の回路図である。

図４に示すように、旋回電動モータ１７には、その回転軸の回転速度を検出するレゾルバ等の回転速度検出器（回転速度検出センサ、回転速度検出手段）３１が設けられている。回転速度検出器３１は、パワーコントローラ２４に接続され、パワーコントローラ２４には、回転速度検出器３１から旋回電動モータ１７の回転速度に対応する検出信号が入力される。例えば、回転速度検出器３１がレゾルバの場合は、該レゾルバは、旋回電動モータ１７の磁極位置を検出し、その検出信号をパワーコントローラ２４に出力する。パワーコントローラ２４は、レゾルバにより検出された磁極位置に基づいて、旋回電動モータ１７の回転速度を算出する。

また、旋回電動モータ１７と第２のインバータ２１を接続する三相ライン、即ち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのライン（電線）には、それぞれの電流を検出するための電流検出器（電流度検出センサ、電流検出手段）３２が設けられている。各電流検出器３２は、パワーコントローラ２４に接続され、パワーコントローラ２４には、各電流検出器３２から三相それぞれの電流に対応する検出信号が入力される。電流検出器３２は、例えば、ホール素子を用いた非接触式のセンサ（検出器）を用いることができる。パワーコントローラ２４は、電流検出器３２からの信号に基づいて、三相の電流を算出する。なお、図４では、電流検出器３２を三相それぞれのラインに合計３個設けた場合を示しているが、電流検出器を２個設ける構成とし、残りの一相は、２個の電流検出器から検出された二相の電流から算出する構成としてもよい。

前述したように、第２のインバータ２１は、６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を用いて構成されている。この場合、図４に示すように、スイッチング素子ＳＷ１はＵ相上アーム、スイッチング素子ＳＷ２はＵ相下アーム、スイッチング素子ＳＷ３はＶ相上アーム、スイッチング素子ＳＷ４はＶ相下アーム、スイッチング素子ＳＷ５はＷ相上アーム、スイッチング素子ＳＷ６はＷ相下アームにそれぞれ対応する。

第２のインバータ２１には、その温度を検出する温度検出器（温度検出センサ、温度検出手段）３３が設けられている。温度検出器３３は、パワーコントローラ２４に接続され、パワーコントローラ２４には、温度検出器３３から第２のインバータ２１の温度に対応する検出信号が入力される。温度検出器３３は、例えば、サーミスタのような温度変化に対して電気抵抗の変化が大きい抵抗素子を用いることができる。第２のインバータ２１がＩＧＢＴの場合、温度検出器３３は、第２のインバータ２１の外殻を形成するケース（ＩＧＢＴケース）に取付けられる。パワーコントローラ２４は、温度検出器３３からの信号に基づいて、ＩＧＢＴケースの温度を算出する。

直流母線２３Ａ，２３Ｂには、直流母線の電圧を検出する電圧検出器（電圧検出センサ、電圧検出手段）３４が設けられている。第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に加わる電圧（母線電圧）は、電圧検出器３４により検出する。

次に、図５および図６を用いて、第２のインバータ２１に使われるＩＧＢＴ等のパワーモジュールのパワーサイクル寿命について説明する。図５は、旋回電動モータ１７の駆動により、ロック状態と旋回状態とが繰り返されたときのスイッチング素子Ｓのジャンクション温度（接合部の温度）Ｔｊの変化の一例を示している。ここで、ロック状態は、例えば、バケット５Ｃの側面を土砂に押し当てて旋回を行うことで土砂をならしたり壁面を形成する所謂押し当て作業により、旋回電動モータ１７の回転数が０ないしほぼ０であるにも拘らずトルクを連続して出力する状態に対応する。即ち、ロック状態は、上部旋回体４からみると、旋回電動モータ１７を駆動しているのに、該旋回電動モータ１７に（押し当て作業に伴う）抵抗が作用して上部旋回体４の旋回が停止または停止に近い状態に対応する。これに対し、旋回状態は、旋回電動モータ１７の出力に基づいて、旋回電動モータ１７が回転している状態に対応する。即ち、旋回状態は、上部旋回体４からみると、旋回電動モータ１７の駆動により上部旋回体４が旋回している状態に対応する。

ロック状態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの特定相に集中して電流が流れるため、集中して電流が流れるスイッチング素子Ｓのジャンクション温度Ｔｊは早く上昇し、逆に、ロック状態が解除されると、スイッチング素子Ｓのジャンクション温度Ｔｊは早く下降する。図５では、ジャンクション温度Ｔｊの変化、即ち、ロック状態と旋回状態との間の温度差をΔＴｊとしている。このように、ジャンクション温度Ｔｊの大きな変化（温度差）ΔＴｊが頻繁に生じると、スイッチング素子Ｓを構成するアルミワイヤとシリコンチップの線膨張係数の差に基づいて生じる応力により、スイッチング素子Ｓのジャンクション（接合部）に亀裂（損傷）が生じ、この亀裂が徐々に進展することで最終的に破損にいたるおそれがある。

ジャンクション温度Ｔｊの変化ΔＴｊが頻繁に生じる動作パターンでの寿命を、一般的にパワーサイクル寿命という。図６は、パワーサイクル寿命の一例を示している。図６に示すように、温度変化（温度差）ΔＴｊが大きくなるほど、寿命に達するまでのサイクル数が減る。即ち、温度差ΔＴｊが大きくなるほど、パワーサイクル寿命が短くなる。ロック状態を含む動作パターンに限らず、旋回動作と停止の繰り返しのような動作パターンでも、そのときの温度変化（温度差）ΔＴｊに応じて寿命が進行するため、このような動作パターンも考慮する必要がある。しかし、ロック状態と旋回状態とが繰り返される動作パターの方が、温度変化ΔＴｊが大きくなるため、パワーサイクル寿命の進行の影響が大きくなる。

なお、図５では、ジャンクション温度を１つしか示していないが、ロック状態ではそのときの旋回電動モータ１７のロータの位置によって、６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに流れる電流の大きさが変わるため、これら各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれで、ジャンクション温度の変化も異なることになる。

図７は、三相電流波形、即ち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流波形を示している。図８は、電気角度とＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流値と６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６それぞれのＯＮ／ＯＦＦの状態との関係を示している。なお、図７および図８では、電流の大きさを、三相電流の最大値を１とした場合の比率で示している。例えば、電気角度が９０度でロック状態となると、ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ６がＯＮとなり、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５がＯＦＦとなり、ＳＷ１には、絶対値で１の電流が流れ続け、ＳＷ４とＳＷ６には、絶対値で０．５の電流が流れ続け、その電流の大きさに応じて温度上昇する。一方、ロック状態から旋回状態となると、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のＯＮ／ＯＦＦが周期的に繰り返され発熱が平均化され、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度が下降する。この場合、ロック状態と旋回状態との温度変化（温度差）ΔＴｊが大きいと、パワーサイクル寿命が短くなり、そのまま運転し続けると、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が熱疲労により損傷するおそれがある。

そこで、実施の形態では、パワーコントローラ２４は、上部旋回体４（の旋回電動モータ１７）が旋回状態にあるかロック状態にあるかを判定する状態判定手段（状態判定処理）と、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度（ジャンクション温度）Ｔｊを演算する温度推定手段（温度推定処理）とを備えている。

ここで、状態判定手段は、回転速度検出器３１の検出に基づく旋回電動モータ１７の回転速度と、統合コントローラ２６から受けるトルク指令の大きさに基づいて、ロック状態にあるか否かを判定する。例えば、旋回電動モータ１７の回転速度が予め設定した所定の回転速度閾値よりも小さく（例えば、１０〜５０min^-1以下で）、かつ、トルク指令が予め設定した所定のトルク閾値よりも大きい場合は、ロック状態であると判定することができる。回転速度閾値、トルク閾値は、旋回状態にあるかロック状態にあるかを精度よく判定できるように、例えば、実験、シミュレーション等により予め求めておく。

温度推定手段は、例えば、前述の特許文献２に記載されているように、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のジャンクション温度Ｔｊを、これら各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の定常損失とスイッチング損失とから求める。例えば、ロック状態のときのジャンクション温度Ｔｊを算出する演算式と、旋回状態のときのジャンクション温度Ｔｊを算出する演算式とを用いて、そのときの状態に応じた各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度Ｔｊを演算する。この演算には、時間（ロック状態の時間、旋回状態の時間）、三相電流、母線電圧（直流母線２３Ａ，２３Ｂの電圧）等の変数が必要になる。このうちの時間は、例えば、パワーコントローラ２４のサンプリング周波数（時間）を用いることができ、三相電流は、電流検出器３２の検出に基づく電流値を用いることができ、母線電圧は、電圧検出器３４の検出に基づく電圧値を用いることできる。

また、パワーコントローラ２４は、温度推定手段により演算された第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度Ｔｊと状態判定手段により判定された状態とに基づいて、旋回状態のときの温度Ｔｊとロック状態のときの温度Ｔｊとの温度差ΔＴｊを算出する温度差算出手段（温度差算出処理）と、該温度差算出手段により算出された温度差ΔＴｊが予め設定された所定の温度閾値ΔＴｓ以上であるか否かを判定する温度差判定手段（温度差判定処理）と、該温度差判定手段により所定の温度閾値ΔＴｓ以上であると判定された回数ｉをカウントする熱疲労カウント手段（熱疲労カウント処理）とを備えている。

ここで、温度差算出手段は、図５に示すように、温度推定手段により演算された温度Ｔｊのうち、ロック状態から旋回状態に切換わったときの温度Ｔｊと、その旋回状態から次のロック状態に切換わったときの温度Ｔｊとの差として温度差ΔＴｊを算出する。温度差判定手段の判定に用いる温度閾値ΔＴｓは、例えば、パワーサイクル寿命のサイクル数と温度差ΔＴｊとの関係に基づいて、サイクル数としてカウントすべき温度差ΔＴｊであるか否かを適切に判定できるように設定する。例えば、温度閾値ΔＴｓは、８０°と設定することができる。熱疲労カウント手段は、パワーサイクル寿命の判定を行うためのサイクル数として、所定の温度閾値ΔＴｓ以上であると判定された回数ｉをカウントする。

さらに、パワーコントローラ２４は、熱疲労カウント手段によりカウントされた回数ｉが予め設定された所定の回数閾値ｉｓ以上であるか否かを判定する熱疲労判定手段（熱疲労判定処理）と、熱疲労判定手段により所定の回数閾値ｉｓ以上であると判定された場合に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を熱疲労から保護するための処理を行うインバータ保護手段（インバータ保護処理）を備えている。

ここで、熱疲労判定手段の判定に用いる回数閾値ｉｓは、例えば、パワーサイクル寿命のサイクル数と温度差ΔＴｊとの関係に基づいて、熱疲労によるパワーサイクル寿命の程度（進行度）、より具体的には、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の熱疲労の程度（進行度）を適切に判定できるように設定する。例えば、回数閾値ｉｓは、１０万回と設定することができる。

一方、インバータ保護手段は、熱疲労判定手段により、回数ｉが回数閾値ｉｓ以上である、即ち、パワーサイクル寿命が残り短い（例えば、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の少なくとも何れかが熱疲労により損傷する手前である）と判定された場合に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を保護するための処理を行う。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の保護が必要な旨をモニタ２９に警告として表示し、油圧ショベル１を操縦するオペレータに対してその旨を報知する。また、これと共に、必要に応じて、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の保護が必要な旨を、整備を行うサービスマンに対して無線通信端末３０を用いて報知することもできる。

また、インバータ保護手段は、それ以上のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の熱疲労が進行する（損傷に至ること）を抑制すべく、パワーコントローラ２４から統合コントローラ２６に対し、旋回電動モータ１７の最大トルクを制限する必要がある旨の指令を出力する。統合コントローラ２６は、これに従って、旋回電動モータ１７の最大トルクを制限する。なお、最大トルクの制限は、モニタ２９への表示、無線通信端末３０による報知が行われても、そのまま運転が継続された場合に行うようにすることができる。この場合は、例えば、回数閾値ｉｓよりも大きな値となる別の回数閾値ｉｓ′（＞ｉｓ）を設定し、熱疲労カウント手段によりカウントされた回数ｉがｉｓ′よりも大きくなると、最大トルクの制限を行う構成とすることができる。例えば、回数閾値ｉｓ′は、２０万回と設定することができる。

なお、パワーコントローラ２４は、温度推定手段による演算値Ｔｊ、温度差算出手段による算出値ΔＴｊ、温度差判定手段による判定値（ＹＥＳ、ＮＯ）、熱疲労カウント手段によるカウント値ｉ、熱疲労判定手段による判定値（ＹＥＳ、ＮＯ）を、パワーコントローラ２４の各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに対して個別に求める。即ち、６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに対して個別に演算、算出、カウント、判定を行う。

次に、パワーコントローラ２４により実行される各処理について、図９の流れ図を用いて説明する。なお、パワーコントローラ２４のメモリ（図示せず）には、図９の処理プログラム、上述した各種の閾値（例えば、回転速度閾値、トルク閾値、温度閾値ΔＴｓ、回数閾値ｉｓ、別の回数閾値ｉｓ′）等が記憶されている。

アクセサリＯＮ、または、エンジン９の始動（イグニッションＯＮ）により、図９の処理動作がスタートすると、ステップ１では、初期設定が既に行われているか否かを判定する。この初期設定は、例えば、エンジン９始動直後等、パワーコントローラ２４に通電が開始されたときの最初の制御周期であるか否かにより判定することができる。ステップ１で、「ＮＯ」、即ち、最初の制御周期であり初期設定が行われていない（初期設定済みでない）と判定された場合は、初期設定を行うべくステップ２に進む。一方、ステップ２で、「ＹＥＳ」、即ち、最初の制御周期でなく初期設定が既に行われている（初期設定済み）と判定された場合は、ステップ２を介することなくステップ３に進む。

ステップ２の初期設定は、現在の旋回電動モータ１７の状態（上部旋回体４の状態）が旋回状態である（即ち、ロック状態ではない）と設定する。また、ロック状態のときのジャンクション温度の最大値に対応する変数Ｔｊｋmaxと、ロック状態から旋回状態に移りジャンクション温度が低下したときのその最小値に対応する変数Ｔｊｋminと、現在のジャンクション温度に対応する変数Ｔｊｋとを、それぞれ０にする（所定の初期値にする）。

なお、これら各変数Ｔｊｋ、Ｔｊｋmax、Ｔｊｋminのうちの添字「ｋ」は、図４に示すスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の番号に対応する。例えば、ｋが１のとき、即ち、Ｔｊ１、Ｔｊ１max、Ｔｊ１minは、図４のスイッチング素子ＳＷ１の変数に対応する。後述のΔＴｊｋ、ｉｋについても同様である。そして、図９の流れ図の処理は、６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに対して別々に行われる（６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに対して保護の判定が行われる）。

ステップ３では、上部旋回体４（の旋回電動モータ１７）がロック状態にあるか否かを判定する。この判定は、回転速度検出器３１の検出に基づく旋回電動モータ１７の回転速度と、統合コントローラ２６から受けるトルク指令の大きさに基づいて、ロック状態にあるか否かを判定する。例えば、現在の旋回電動モータ１７の回転速度が予め設定した所定の回転速度閾値よりも小さく（例えば、１０〜５０min^-1以下で）、かつ、トルク指令が予め設定した所定のトルク閾値よりも大きい場合は、ロック状態であると判定することができる。この場合、誤検知を防止するために、ロック状態であると判定するための時間を設けることができる。即ち、所定時間の間、所定の回転速度閾値よりも大きく所定のトルク閾値よりも大きい場合に、ロック状態であると判定する構成とすることができる。

ステップ３で、「ＹＥＳ」、即ち、上部旋回体４（の旋回電動モータ１７）がロック状態であると判定された場合は、後述するステップ４〜ステップ９の必要な処理を行った後、ステップ１０で、ロック状態のジャンクション温度Ｔｊｋを算出する演算式を読み出し、ステップ１１で、ジャンクション温度Ｔｊｋを算出する。そして、リターンを介してスタートに戻り、ステップ１以降の処理を繰り返す。

一方、ステップ３で、「ＮＯ」、即ち、上部旋回体４（の旋回電動モータ１７）がロック状態でない（旋回状態）と判定された場合は、ステップ１２に進み、前回（直前の制御周期）がロック状態であったか否かを判定する。ステップ１２で、「ＹＥＳ」、即ち、前回がロック状態であると判定された場合は、直前まではロック状態であったため、ジャンクション温度が急激に上昇していたと考えられる。この場合、ステップ１３に進み、このときの温度ＴｊｋをＴｊｋmaxとしてパワーコントローラ２４のメモリに記憶してから、ステップ１４に進む。一方、ステップ１２で、「ＮＯ」、即ち、前回がロック状態でないと判定された場合は、ステップ１３を介することなくステップ１４に進む。

ステップ１４では、旋回状態のジャンクション温度Ｔｊｋを算出する演算式を読み出し、ステップ１５で、ジャンクション温度Ｔｊｋを算出する。そして、リターンを介してスタートに戻り、ステップ１以降の処理を繰り返す。

一方、ステップ４〜ステップ９の処理は、まず、ステップ４で、前回（直前の制御周期）が旋回状態であったか否かを判定する。ステップ４で、「ＹＥＳ」、即ち、前回が旋回状態であると判定された場合は、直前までは旋回状態であったため、ジャンクション温度が下がっていると考えられる。この場合、ステップ５に進み、このときの温度ＴｊｋをＴｊｋminとしてパワーコントローラ２４のメモリに記憶してから、ステップ６に進む。一方、ステップ４で、「ＮＯ」、即ち、前回が旋回状態でないと判定された場合は、ステップ１０に進む。

ステップ６は、ステップ５で記憶したＴｊｋminとステップ１３で記憶したＴｊｋmaxとの温度差ΔＴｊｋ（＝Ｔｊｋmax−Ｔｊｋmin）を求める。続くステップ７では、温度差ΔＴｊｋが温度閾値ΔＴｓ（例えば、８０°）以上であるか否かを判定する。

ステップ７で、「ＹＥＳ」、即ち、温度差ΔＴｊｋが温度閾値ΔＴｓ以上であると判定された場合は、ステップ８に進み、パワーサイクル寿命の判定を行うためのサイクル数に対応する回数ｉｋ、即ち、所定のジャンクション温度の変化が何回あったのかを示す回数ｉｋをカウントアップする（回数ｉｋに１を加える）。一方、ステップ７で、「ＮＯ」、即ち、温度差ΔＴｊｋが温度閾値ΔＴｓ未満であると判定された場合は、ステップ１０に進む。

ここで、図１０を用いて、ロック状態と旋回状態とが繰り返されたときに、どのように処理が行われるのかについて説明する。

図１０は、図８の表で電気角度が９０°の位置と６０°の位置でロック状態となったときの、スイッチング素子ＳＷ１のジャンクション温度ＴＪ１の時間変化を示している。最初に、電気角度が９０°の位置でロック状態となると、スイッチング素子ＳＷ１の電流は１と最も大きくなり、これにより、ジャンクション温度ＴＪ１が大きく上昇する。その後、ロックが解除され、旋回状態となると、ジャンクション温度ＴＪ１は下がっていく。次に、電気角度が６０°の位置でロック状態となると、スイッチング素子ＳＷ１の電流は０．８７となり、ジャンクション温度ＴＪ１は再び上昇する。

即ち、スイッチング素子ＳＷ１には、電気角度が９０°の位置でロック状態となったときのジャンクション温度ＴＪ１（ロック状態が解除されるときの温度）から、電気角度が６０°の位置でロック状態となったときのジャンクション温度ＴＪ１（旋回状態からロック状態に変わるときの温度）との温度差ΔＴＪ１に基づく熱応力が加わる。また、電気角度が６０°の位置でロック状態となったときのジャンクション温度ＴＪ１（ロック状態が解除されるときの温度）から、次にロック状態となったときのジャンクション温度ＴＪ１（旋回状態からロック状態に変わるときの温度）との温度差ΔＴＪ１との温度変化に基づく熱応力が加わる。ΔＴＪ１がΔＴｓ以上であると、パワーサイクル寿命への影響が大きいため、これまでのサイクル数ｉ１に１回を加算して加える。図１０の場合は、スイッチング素子ＳＷ１の回数ｉ１が２増えることになる。図１０には、スイッチング素子ＳＷ２〜ＳＷ６のジャンクション温度ＴＪ２〜ＴＪ６は示していないが、図８の電気角度とその電流とＯＮ／ＯＦＦとの関係に基づいて、各スイッチング素子ＳＷ２〜ＳＷ６のジャンクション温度ＴＪ２〜ＴＪ６も変化し、その温度ΔＴＪ２〜ΔＴＪ６に応じてサイクル数ｉ２〜ｉ６も加算される。

ここで、ステップ８に続く、ステップ９では、回数ｉｋが予め設定された所定の回数閾値ｉｓ以上（例えば、１０万回以上）であるか否かを判定する。このステップ９で、「ＹＥＳ」、即ち、回数ｉｋが回数閾値ｉｓ以上であると判定されると、ステップ１６に進み、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を熱疲労から保護するための処理（パワーサイクル寿命報知処理）を行う。即ち、パワーサイクル寿命が短くなっていると考えられるため、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が熱疲労による損傷（破損）に至ることを阻止すべく、パワーコントローラ２４は、統合コントローラ２６に対し、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の保護が必要な旨を伝える。統合コントローラ２６は、パワーコントローラ２４からの情報（指令）に基づいて、電力変換装置１９の交換を促す旨の情報（シンボル、アイコン）をモニタ２９に警告として表示し、油圧ショベル１を操縦するオペレータに対してその旨を報知する。また、統合コントローラ２６は、無線通信端末３０を通じて、電力変換装置１９の交換が必要な旨の情報を、整備を行うサービスマンが把握できるように、メンテナンスサーバへ発信する。

なお、回数閾値ｉｓは、一つだけでなく、二つ以上（複数）設定してもよい。例えば、回数閾値ｉｓと別の回数閾値ｉｓ′との２つ閾値を設定し、例えば回数閾値ｉｓを１０万回とし、別の回数閾値ｉｓ′を２０万回とする。この場合は、ステップ８で、回数ｉｋが回数閾値ｉｓ（１０万回）以上と判定された場合は、ステップ１６で、電力変換装置１９の交換を促す旨の情報（シンボル、アイコン）をモニタ２９に警告として表示する。そして、この表示（警告）がされているにも拘らず、電力変換装置１９の交換が行われず、運転が継続された場合は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の熱疲労がさらに進行する。そこで、ステップ９で、回数ｉｋが別の回数閾値ｉｓ′（２０万回）以上と判定された場合は、ステップ１６で、パワーコントローラ２４から統合コントローラ２６に対して旋回電動モータ１７の最大トルクを制限する必要がある旨の情報を伝え、統合コントローラ２６は、その情報に従って、旋回電動モータ１７の最大トルクを制限する。

なお、ステップ１６の処理は、オペレータやサービスマンへの報知、旋回電動モータ１７の最大トルクの制限に限るものではなく、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を熱疲労から保護するための処理であれば、他の処理を用いてもよい。また、複数の回数閾値を設定し、回数がそれぞれの回数閾値以上となる毎に、その回数閾値に応じた所定の保護を行う構成とすることができる。

実施の形態による油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

まず、オペレータは、キャブ７に搭乗して運転席に着座する。この状態で走行用の操作レバー（いずれも図示せず）を操作することにより、コントロールバルブ１３から下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆに圧油を供給し、左，右の駆動輪２Ｂを駆動して油圧ショベル１を前進または後退させることができる。また、運転席に着座したオペレータは、作業用の操作レバー（図示せず）を操作することにより、上部旋回体４を旋回させたり、作業装置５を俯仰動させたりして土砂の掘削作業等を行うことができる。

ここで、油圧ショベル１の作業時に、上部旋回体４（の旋回電動モータ１７）をロック状態と旋回状態とが繰り返される動作パターンで運転すると、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度変化が大きくなり、熱疲労による寿命が進行する。この場合、パワーコントローラ２４は、ステップ９の処理により、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の熱疲労（の進行）を判定し、この判定の結果に基づいて、ステップ１６の処理により、第２のインバータ２１の保護を行うことができる。これにより、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が、熱疲労により損傷（破損）する前に、必要な保護を行うことができる。

この場合、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに対し、個別に熱疲労（の進行）の判定を行う。これにより、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちで熱疲労が最も進行したものに合せて、必要な保護を行うことができる。

また、ステップ１６の処理では、油圧ショベル１の操縦を行うオペレータに対して、保護が必要な旨（電力変換装置１９の交換が必要な旨）の報知が行われる。このため、オペレータは、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が熱疲労により損傷（破損）する前に、油圧ショベル１の整備を行うサービスマンに対してその整備（電力変換装置１９の交換）を依頼することができる。

これに加えて、ステップ１６の処理では、サービスマンに対して、無線通信端末３０を用いて保護が必要な旨の報知が行われる。このため、サービスマンは、オペレータの依頼がなくても、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が熱疲労により損傷（破損）する前に、その整備（電力変換装置１９の交換）を行うことができる。

さらに、ステップ６では、ロック状態で温度上昇したときの最も高い温度とその後の旋回状態で温度が低下したときの最も低い温度との差として温度差を算出することができる。これにより、熱疲労（の進行）の判定の精度を向上することができる。

なお、上述した実施の形態では、図９に示すステップ３の処理が本発明の構成要件である状態判定手段の具体例を示し、図９に示すステップ１０，１１，１４，１５の処理が本発明の構成要件である温度推定手段の具体例を示し、図９に示すステップ６の処理が本発明の構成要件である温度差算出手段の具体例を示している。また、図９に示すステップ８の処理が本発明の構成要件である熱疲労カウント手段の具体例を示している。さらに、図９に示すステップ９の処理が本発明の構成要件である熱疲労判定手段の具体例を示し、図９に示すステップ１６の処理が本発明の構成要件であるインバータ保護手段の具体例を示している。

上述した実施の形態では、第２のインバータ２１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に対し、熱疲労から保護するための処理を単独で行う場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、前述の特許文献２に記載されたジャンクション温度の許容温度に対する制御と合せて行う構成としてもよい。

上述した実施の形態では、第２のインバータ２１を６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６からなるブリッジ回路を用いた構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、実施の形態とは異なるスイッチング素子の構成を用いることができる。即ち、旋回用インバータ（旋回用スイッチング装置）は、スイッチング素子の個数や接続形式等は問わず、電動機の種類等に応じて各種の回路構成を採用することができる。

上述した実施の形態では、図９に示す処理をパワーコントローラ２４で行う構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、パワーコントローラ２４に接続された統合コントローラ２６等、他のコントローラで図９に示す処理を行う構成してもよい。即ち、旋回用インバータを制御するコントローラは、１個のコントローラにより構成することができることに加えて、例えば、旋回用インバータの制御を直接的に行うコントローラとこれに接続される別のコントローラとを含んで構成することができる。

上述した実施の形態では、作業用の動力源（原動機）としてエンジン９とアシスト発電モータとを有するハイブリッド式の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、外部電源および／または蓄電装置からの給電により駆動する電動機のみを作業用の動力源（原動機）とした電動式の建設機械に適用してもよい。

上述した実施の形態では、旋回装置１５を、旋回油圧モータ１６と旋回電動モータ１７とにより構成したハイブリッド型の旋回装置とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、旋回装置を旋回電動機単独で構成した（油圧モータを有しない）電動型の旋回装置としてもよい。

上述した実施の形態では、建設機械として、自走可能なクローラ式の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、自走可能なホイール式油圧ショベル、移動式クレーン、さらには、走行しない基体上に旋回可能に旋回体が搭載された設置式のショベル、クレーン等、旋回体を旋回電動機により旋回駆動する各種の建設機械に広く適用することができる。

１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 下部走行体（基体）
４ 上部旋回体（旋回体）
１７ 旋回電動モータ（旋回電動機）
２１ 第２のインバータ（旋回用インバータ）
２４ パワーコントローラ（コントローラ）
２６ 統合コントローラ（コントローラ）
２９ モニタ（情報表意装置）
３０ 無線通信端末

Claims (5)

1. 基体と、該基体上に旋回可能に搭載された旋回体と、該旋回体を旋回駆動する旋回電動機と、複数のスイッチング素子を用いて構成され前記旋回電動機に接続された旋回用インバータと、該旋回用インバータを制御するコントローラとを備えてなる建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記旋回体の状態が、前記旋回電動機の駆動により旋回している旋回状態にあるか、前記旋回電動機が駆動しているのに該旋回電動機に抵抗が作用して旋回が停止または停止に近いロック状態にあるかを判定する状態判定手段と、
   前記旋回用インバータのスイッチング素子の温度を演算する温度推定手段と、
   該温度推定手段により演算された前記旋回用インバータのスイッチング素子の温度と前記状態判定手段により判定された前記旋回体の状態とに基づいて、前記旋回体が旋回状態のときの温度とロック状態のときの温度との温度差を算出する温度差算出手段と、
   該温度差算出手段により算出された温度差が予め設定された所定の温度閾値以上であるか否かを判定する温度差判定手段と、
   該温度差判定手段により前記所定の温度閾値以上であると判定された回数をカウントする熱疲労カウント手段と、
   該熱疲労カウント手段によりカウントされた回数が予め設定された所定の回数閾値以上であるか否かを判定する熱疲労判定手段と、
   該熱疲労判定手段により前記所定の回数閾値以上であると判定された場合に、前記スイッチング素子を熱疲労から保護するための処理を行うインバータ保護手段とを備える構成としたことを特徴とする建設機械。
2. 前記コントローラは、前記温度推定手段による演算値、前記温度差算出手段による算出値、前記温度差判定手段による判定値、前記熱疲労カウント手段によるカウント値、前記熱疲労判定手段による判定値を、前記旋回用インバータの各スイッチング素子のそれぞれに対して個別に求める構成としてなる請求項１に記載の建設機械。
3. 前記インバータ保護手段による前記スイッチング素子を熱疲労から保護するための処理は、その保護が必要な旨を、操縦を行うオペレータに対して情報表示装置を用いて報知する構成としてなる請求項１または２に記載の建設機械。
4. 前記インバータ保護手段による前記スイッチング素子を熱疲労から保護するための処理は、その保護が必要な旨を、整備を行うサービスマンに対して無線通信端末を用いて報知する構成としてなる請求項１または２に記載の建設機械。
5. 前記温度差算出手段は、前記旋回体がロック状態から旋回状態に切換わったときの温度と、その旋回状態から次のロック状態に切換わったときの温度との差として温度差を算出する構成としてなる請求項１，２，３または４に記載の建設機械。

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