特許 5917290 電動式旋回装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5917290

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】電動式旋回装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20160422BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/24 G

   E02F9/20 H

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-115063(P2012-115063)

(22)【出願日】2012年5月18日

(65)【公開番号】特開2013-241768(P2013-241768A)

(43)【公開日】2013年12月5日

【審査請求日】2014年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小野 哲司

【審査官】 桐山 愛世

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１１６７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２５３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８４１３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／４２−３／４３

３／８４−３／８５

９／００−０／１８

９／２０−９／２２

９／２４−９／２８

Ｂ６０Ｒ １６／０２

Ｆ１５Ｂ １１／１６

Ｈ０２Ｐ ７／２８

Ｇ０８Ｂ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース部に回動自在に設けられた上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動モータと、
該旋回用電動モータに電力を供給するインバータと、
旋回操作レバーのレバー入力量に応じて、前記旋回用電動モータを駆動制御するための駆動指令を前記旋回用電動モータに供給する制御部と、
異常を検出する異常検出手段と
を有し、
前記制御部は、前記異常検出手段が異常を検出した際に、前記駆動指令に振動成分を含ませて前記インバータに供給して前記上部旋回体を振動させる、
ことを特徴とする電動式旋回装置。

【請求項2】

前記レバー入力量を検出する圧力センサを備え、
前記制御部は、前記圧力センサから供給される信号に基づいて生成される指令に対して前記振動成分を加えて前記駆動指令を生成する、
請求項１記載の電動式旋回装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記圧力センサから供給される信号を速度指令に変換し、該速度指令に前記振動成分を加えて生成された前記駆動指令を前記旋回用電動モータに供給する、
請求項２記載の電動式旋回装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記圧力センサから供給される信号を速度指令に変換し、該速度指令から生成されるトルク電流指令に前記振動成分を加えて生成された前記駆動指令を前記旋回用電動モータに供給する、
請求項２記載の電動式旋回装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電動式旋回装置に係り、特に、建設機械や作業機械の旋回体を駆動する電動式旋回装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ショベル等の作業機械や建設機械には、作業要素を旋回させて作業位置に移動させるために、作業要素が取付けられた旋回体を旋回駆動するための旋回装置が設けられることが多い。旋回装置の駆動源として油圧モータを用いる場合と、電動モータを用いる場合とがある。一般的に、駆動源として電動モータを用いた旋回装置を、電動式旋回装置と称する。

【0003】

一般的に、旋回装置の旋回動作は、操作者が操作装置を操作することにより制御される。例えば、旋回体を旋回駆動する旋回装置を有するショベル等において、ショベルの運転者（操作者）は運転席の操作レバーを手動で操作することで、旋回体を所望の旋回位置まで移動させる。したがって、旋回体を旋回させるときには、運転者は常に操作レバーを手で握って操作している状態にある。

【0004】

ここで、ショベルの運転中に不具合が発生した際に、操作レバーを振動させて操作者に不具合発生を通知することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。操作レバーの内部に振動発生装置を組み込んでおき、ショベルの運転中に不具合が発生した際に振動発生装置を振動させることで、操作者が振動を感じて不具合の発生を認識できるようにしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１８４１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

操作レバーの内部に振動発生装置を組み込んだ場合、操作者が握っている操作レバー自体が振動するため、操作者が操作レバーの正常な操作を阻害するおそれがある。例えば、操作レバーの操作は中に操作レバーが大きく振動すると、運転者の注意が操作レバーに向いてしまい、運転者が操作レバーから手を離してレバー操作を中断してしまったり、意図しないレバー操作を行なってしまうおそれがある。

【0007】

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、操作レバー自体には振動を発生させず、旋回体の動作により、異常発生等の通知を操作者に行なうことのできる電動式旋回装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施態様によれば、ベース部に回動自在に設けられた上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動モータと、該旋回用電動モータに電力を供給するインバータと、レバー入力量に応じて、前記旋回用電動モータを駆動制御するための駆動指令を前記旋回用電動モータに供給する制御部と、異常を検出する異常検出手段とを有し、前記制御部は、前記異常検出手段が異常を検出した際に、前記駆動指令に振動成分を含ませて前記インバータに供給することを特徴とする電動式旋回装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

上述の発明によれば、上部旋回体の旋回動作に振動成分を加えて、操作者に違和感を与えることで、上部旋回体の運転状態や周囲環境における異常や故障等の発生を操作者に通知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明が適用されるハイブリッド式ショベルの側面図である。

【図2】一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3】蓄電系の構成を示すブロック図である。

【図4】振動成分を速度指令に加えて駆動指令を生成する際の制御ブロック図である。

【図5】振動成分をトルク電流指令に加えて駆動指令を生成する際の制御ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0012】

図１は本発明が適用される電動式旋回装置が搭載されるショベルの一例であるハイブリッド型ショベルの側面図である。本発明による電動式旋回装置は、ショベルに限られず、作業要素が取付けられた旋回体を有する作業機械や建設機械等に搭載することができる。

【0013】

図１に示すハイブリッド型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、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット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、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、運転室としてキャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。ショベルの運転者はキャビン１０内に乗り込んで、操作レバー等を操作することで、ショベルによる作業を行なう。

【0014】

図２は、図１に示すハイブリッド型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、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。

【0015】

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、油圧ポンプとしてメインポンプ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。

【0016】

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型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。

【0017】

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器を含む蓄電系１２０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。

【0018】

図２に示すハイブリッド型ショベルには、旋回機構２を電動にした電動式旋回装置が搭載されている。すなわち、旋回機構２を駆動するために旋回用電動機２１が設けられている。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。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、及び旋回変速機２４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とで負荷駆動系が構成される。また、旋回機構２と、旋回機構２を駆動するための旋回用電動機２１と、旋回用電動機２１に電力を供給するインバータ２０と、インバータの駆動を制御するコントローラ３０とで、電動式旋回装置が構成される。

【0019】

コントローラ３０は、ハイブリッド型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。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、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実現される装置である。

【0020】

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。

【0021】

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（図３参照）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。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（電動（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替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、蓄電器電圧検出部によって検出される蓄電器電圧値に基づいて、蓄電器（キャパシタ）の充電率ＳＯＣを算出する。

【0022】

図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータとＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、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。

【0023】

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バス電圧値を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１８Ａ、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。

【0024】

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、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。

【0025】

以上のような構成において、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１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。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、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

【0026】

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８Ａ，２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

【0027】

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

【0028】

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

【0029】

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図４には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、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。

【0030】

電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８Ａ，２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

【0031】

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。

【0032】

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段である。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段である。すなわち、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。

【0033】

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

【0034】

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、インバータ１０５を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ
１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

【0035】

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１，１３０−２が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子の間に配置されている。リレー１３０−１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

【0036】

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子の間に配置されている。リレー１３０−２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタを切り離すこととしてもよい。

【0037】

なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

【0038】

本実施形態では、上述のように、電動式旋回装置により上部旋回体３を旋回させる。電動式旋回装置は、上部旋回体３を旋回させるための旋回機構２と、旋回機構２を駆動するための旋回用電動モータとして旋回用電動機２１と、旋回用電動機２１に電力を供給するインバータ２０と、インバータ２０の駆動を制御するための制御部としてコントローラ３０とを含んでいる。

【0039】

そして、本実施形態による電動式旋回装置は、例えば、ショベルの運転状態における異常を検出する異常検出手段を有する。異常検出手段が検出する異常には、ショベルの運転機能や動作状態に関する異常や故障が含まれ、また、ショベルの周囲の環境における異常も含まれる。すなわち、異常検出手段が検出する異常は、操作者に当該異常を通知しておくべきものであれば、どのような異常や故障であってもよい。

【0040】

なお、電動式旋回装置は、電気駆動される電動モータの応答性が良く、油圧式旋回駆動装置に比較し、電動モータに供給する電力を細かく制御することで、容易に所望の振動を発生させることができる。したがって、電動式旋回装置を採用することで、旋回装置の動作を細かく制御することができるという利点がある。

【0041】

本実施形態による電動式旋回装置は、異常検出手段が異常を検出すると、異常が発生したことを操作者に通知するために、旋回用電動機２１が旋回方向に振動を発生するように旋回電動機２１へ供給する駆動信号を生成する。具体的には、電動式旋回装置の制御部として機能するコントローラ３０は、異常検出手段が異常を検出すると、旋回用電動機２１に供給する駆動指令に振動成分を加え、振動成分を有する駆動指令をインバータ２０に供給する。

【0042】

インバータ２０は、振動成分が加えられた駆動指令に基づいて旋回用電動機２１に駆動電流を供給する。これにより、旋回用電動機２１が発生する動力に振動が発生し、旋回している上部旋回体３に僅かではあるが操作者が感じとれる程度の振動が発生する。この振動は、上部旋回体３の旋回動作に支障をきたさない程度の振動にしておくことが好ましい。上部旋回体３のキャビン１０内でショベルを操作している操作者は、上部旋回体３の振動を体で感じ取ることで、何らかの異常あるいは故障が発生したことを認識することができる。

【0043】

すなわち、上部旋回体３の旋回運動に振動を発生させることで、操作者に異常の発生を通知し警告を与えることができる。振動で通知する事項は、本実施形態ではショベルやその周囲の環境に生じた異常や故障であるが、異常の発生に限られず、ショベルの運転状態など、操作者に通知すべき他の情報であってもよい。

【0044】

操作者に通知すべき他の情報として、例えば、ショベルの周囲環境における異常が挙げられる。すなわち、ショベルでの作業領域内（上部旋回体３に取付けられたブーム４、アーム５、バッケット６の旋回範囲内）に人が立ち入った場合は危険であるので、周囲環境に異常が生じたとして、上部旋回体３を振動させて操作者に警告あるいは通知する。

【0045】

上部旋回体３内の操作者は、バケット６が視野に入るようにバケット６の方向のみを見ていることが多く、操作者の視野外で旋回範囲内に人が立ち入ったとしても、操作者はそのような周囲環境の異常を認識することができない。そこで、本実施形態による電動式旋回装置では、ショベルでの作業領域内に人が立ち入ったことを異常検出手段により検出すると、上部旋回体３の旋回運動に振動を発生させて操作者に通知する。

【0046】

ショベルの運転中は運転音や作業音が大きく、警告音を発しても、操作者は音を聞き取り難い場合が多い。また、表示による警告は操作者が表示部や表示灯などをみていなければ通知できない。しかし、振動で通知することとすれば、上部旋回体３のキャビン１０内で操作している操作者は、上部旋回体３の振動を常に感じることができるので、操作者が通知や警告に気がつかないことは無い。

【0047】

また、作業領域に立ち入った人にとっても、自分が危険な作業領域に入り込んだことを認識させることができる。すなわち、ショベルの上部旋回体３に通常では無い振動が発生すると、作業領域に立ち入った人も異常な振動を聴覚や視覚で感じ取り、自分が異常な環境内にいることを感じ取る。そこで、作業領域に立ち入った人も周囲を良く見渡して、自分がショベルの作業領域内に立ち入っていることを認識することができる。

【0048】

上述のように、ショベルの周囲環境における異常を検出する異常検出手段は、例えば、ショベルに設けられたビデオカメラとすることができる。作業中にビデオカメラで上部旋回体３の周囲を撮像し、作業領域に人が立ち入ったことや障害物が作業領域内に入り込んだことを画像認識することで、異常を検出する。

【0049】

異常検出手段としては、ショベル自体の異常や故障を検出するものであれば、どのような検出器であってもよい。例えば、エンジン１１の冷却水温度を検出する温度センサが異常検出手段であってもよく、その場合はエンジン１１の過熱異常を振動で操作者に通知することができる。ここでは特に具体的に説明しないが、異常検出手段で検出する異常や故障は様々なものがあり、既知の異常検出手段を用いることができる。

【0050】

また、振動により警告を与える場合、振動の種類を変えることで、軽度の警告であるか重大な警告であるか、などを区別して通知することができる。振動の種類として、例えば、操作者が体に感じる程度の微振動であれば軽度の警告とし、操作者が不快に感じるもしくは異常な振動であると感じるような振動を重大な警告とすることができる。

【0051】

軽度の警告のための微振動は、例えば、旋回用電動機２１のみが振動し、上部旋回体３自体の振動はほとんど無いというような振動である。このような微振動を発生させるには、例えば、比較的高い周波数（１０Ｈｚ〜数１０Ｈｚ）の振動としたり、あるいは、小さな振幅の振動とすることができる。

【0052】

一方、重大な警告のための振動は、例えば、操作者が明らかに感じ取れるような振動であり、操作者に対して不快感を与えたり、ショベルが異常であるといった感じを与えるような振動である。このような振動を発生させるためには、上部旋回体３自体を振動させるような強い振動、あるいは上部旋回体３が共振を起こすように、機械定数である上部旋回体の固有振動数に近い周波数の振動である。このような振動の周波数の範囲としては、数Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度の比較的低い周波数である。また、このような振動の振幅も上述の微振動の振幅よりは大きな振幅とし、微振動との相違が分るようにする。

【0053】

このように、機械定数に応じて振動の振幅又は周波数を変えることで、異なる種類の振動とすることができる。振動の振幅及び周波数の組み合わせを変えることで、様々な種類の振動を発生させることができる。

【0054】

振動の種類を変える方法として、周波数及び振幅を変える方法以外に、振動波形を変える方法がある。例えば、コントローラ３０がインバータ２０に供給する駆動指令に加える振動成分を、例えば、矩形波、サイン波、あるいは三角波等の異なる波形とすることで、駆動指令に基づいて生成される旋回用電動機２１の出力における振動のモードが変化する。これにより、異なるモードの振動が上部旋回体３に発生し、その振動を感じた操作者は、それぞれのモードの振動を区別して振動が何を意味するのかを認識することができる。振動波形は、矩形波、サイン波、及び三角波に限定されることなく、またそれらの波形の組み合わせであってもよい。

【0055】

次に、本実施形態による電動式旋回装置において、振動成分を駆動指令に加えるための制御機能について説明する。振動成分を加えるべき駆動指令としては、旋回用電動機２１に供給する電流を制御するための電流値に対する速度指令とトルク指令とが考えられる。

【0056】

まず、速度指令に振動成分を加えて駆動指令を生成するための制御構成について、図４を参照しながら説明する。図４は振動成分を速度指令に加えて駆動指令を生成する際の制御ブロック図である。

【0057】

操作者が旋回操作レバーを操作して上部旋回体３を旋回させるときは、旋回操作レバーの操作量（レバー入力量）が圧力センサ２９により検出され、圧力センサ２９の出力Ｐがコントローラ３０の速度指令変換部３０−１に入力される。速度指令変換部３０−１は、圧力センサ２９の出力Ｐに基づいて、旋回用電動機２１の回転速度を示す速度指令Ｖ１を生成して出力する。

【0058】

一方、異常検出手段４０は、異常を検出するとその異常が操作者に通知すべき異常であるかを判別し、操作者に通知すべき異常である場合には、通知又は警報の要否を示す通知信号Ｎを出力する。通知信号Ｎは、生成すべき振動の種類を示す種別信号を含んでもよい。通知信号Ｎはコントローラ３０の振動成分生成部３０−７に入力される。振動成分生成部３０−７は、通知信号Ｎに基づいて、速度振動成分ＶＣ１を生成し出力する。

【0059】

振動成分生成部３０−７から出力された速度振動成分ＶＣ１は、速度指令変換部３０−１から出力された速度指令Ｖ１に加算され、速度指令Ｖ２が生成される。速度指令Ｖ２から現在の旋回用電動機２１の速度を示す速度検出信号ＶＤ１が減算されて速度指令Ｖ３が生成される。速度検出信号ＶＤ１は、レゾルバ２２からの出力信号に基づいて、旋回動作検出部３０−６が生成した、旋回用電動機２１の現在の速度を示す信号である。速度指令Ｖ３は、ＰＩ制限部３０−２に入力され、比例積分制御処理が行なわれて速度指令Ｖ４が生成され、トルク制限部３０−３に出力される。トルク制限部３０−３は速度指令Ｖ４にトルク制限を加えてトルク電流指令Ｔ１を生成する。

【0060】

トルク制限部３０−３から出力されたトルク電流指令Ｔ１から、電流変換部３０−５により生成されたトルク電流値Ｔ２が減算されてトルク電流指令Ｔ３が生成され、比例積分制御部（ＰＩ制御部）３０−４に入力される。比例積分制御部３０−４は、トルク電流指令Ｔ３に比例積分制御処理を行ない、駆動指令Ｄ１を生成して、インバータ２０に出力する。

【0061】

インバータ２０は、駆動指令Ｄ１に基づいて、旋回用電動機２１に駆動電流を供給する。この駆動電流には、振動成分生成部３０−７が生成した振動成分が載せられており、旋回用電動機２１は駆動電流の振動成分により振動しながら駆動される。したがって、旋回用電動機２１により駆動される上部旋回体３に振動が発生し、この振動を操作者が感じることとなる。

【0062】

次に、トルク指令に振動成分を加えて駆動指令を生成するための制御構成について、図５を参照しながら説明する。図５は振動成分を速度指令に加えて駆動指令を生成する際の制御ブロック図である。

【0063】

操作者が旋回操作レバーを操作して上部旋回体３を旋回させるときは、旋回操作レバーの操作量（レバー入力量）が圧力センサ２９により検出され、圧力センサ２９の出力Ｐがコントローラ３０の速度指令変換部３０−１に入力される。速度指令変換部３０−１は、圧力センサ２９の出力Ｐに基づいて、旋回用電動機２１の回転速度を示す速度指令Ｖ１を生成して出力する。

【0064】

速度指令Ｖ１から、上述の旋回動作検出部３０−６が生成した速度検出信号ＶＤ１が減算され、速度指令Ｖ５が生成される。速度指令５は、ＰＩ制限部３０−２に入力され、比例積分制御処理が行なわれて速度指令Ｖ６が生成され、トルク制限部３０−３に出力される。トルク制限部３０−３は速度指令Ｖ６にトルク制限を加えてトルク電流指令Ｔ４を生成する。

【0065】

一方、上述のように、異常検出手段４０は、異常を検出するとその異常が操作者に通知すべき異常であるかを判別し、操作者に通知すべき異常である場合には、通知又は警報の要否を示す通知信号Ｎを出力する。通知信号Ｎは、生成すべき振動の種類を示す種別信号を含んでもよい。通知信号Ｎはコントローラ３０の振動成分生成部３０−８に入力される。振動成分生成部３０−８は、通知信号Ｎに基づいて、トルク振動成分ＴＣ１を生成し出力する。

【0066】

振動成分生成部３０−８から出力されたトルク振動成分ＴＣ１は、トルク制限部３０−３から出力されたトルク電流指令Ｔ４に加算され、トルク電流指令Ｔ５が生成される。そして、トルク電流指令Ｔ５から、上述の電流変換部３０−５により生成されたトルク電流値Ｔ２が減算されてトルク電流指令Ｔ６が生成され、比例積分制御部３０−４に入力される。比例積分制御部３０−４は、トルク電流指令Ｔ６に比例積分制御処理を行ない、駆動指令Ｄ１を生成して、インバータ２０に出力する。

【0067】

インバータ２０は、駆動指令Ｄ１に基づいて、旋回用電動機２１に駆動電流を供給する。この駆動電流には、振動成分生成部３０−８が生成した振動成分が載せられており、旋回用電動機２１は駆動電流の振動成分により振動しながら駆動される。したがって、旋回用電動機２１により駆動される上部旋回体３に振動が発生し、この振動を操作者が感じることとなる。

【0068】

なお、本実施形態では、速度指令変換部３０−１、比例積分制御部３０−２，３０−４、トルク制限部３０−３、電流変換部３０−５、旋回動作検出部３０−６、及び振動成分生成部３０−７，３０−８はコントローラ３０に含まれるものとして説明したが、コントローラ３０とは別に、これらの機能を実行する制御装置を設けてもよい。そのような制御装置は、コントローラ３０と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有し、速度指令変換部３０−１、比例積分制御部３０−２，３０−４、トルク制限部３０−３、電流変換部３０−５、旋回動作検出部３０−６、及び振動成分生成部３０−７，３０−８の機能を実行する。

【0069】

以上説明したように、本実施形態による電動式旋回装置は、旋回用電動機２１の駆動を制御して上部旋回体３に振動を発生させる。このように振動を発生するため、操作者が操作する操作レバー自体には振動を発生させない。したがって、操作者が操作レバー自体の振動を感じること無く、操作レバーを誤操作したり、操作レバーから手を離して操作を中断してしまうような状況にはならないので、振動による誤操作が発生する可能性が低く、安全である。また、振動を発生させるために特別な部品を追加する必要が無く、通知又は警報手段を安価に実現することができる。

【0070】

また、ショベル等では、ブームやアーム等のアタッチメント重量が大きく、慣性が大きいため、上部旋回体を振動させても、その振動はアタッチメントにおいて減衰してしまい、アタッチメントの先端部分（すなわちバケットの部分）はほとんど振動しない。このため、上部旋回体を振動させても、バケットに積載された積載物には影響はほとんど無い。したがって、バケットに積載された積載物には影響を与えずに、キャビン内の操作者に異常の発生を確実に通知することができる。

【符号の説明】

【0071】

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
１８Ａ，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
２６Ｄ ボタンスイッチ
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
３０−１ 速度指令変換部
３０−２，３０−４ 比例積分制御部
３０−３ トルク制限部
３０−５ 電流変換部
３０−６ 旋回動作検出部
３０−７，３０−８ 振動成分生成部
４０ 異常検出手段
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
１１３，１１６ キャパシタ電流検出部
１１４，１１７ 電源ライン
１１５，１１８ 接続点
１２０ 蓄電系
１３０−１，１３０−２ リレー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】