特開 2024-53762 電動式作業機械の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053762

(43)【公開日】2024-04-16

(54)【発明の名称】電動式作業機械の制御装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240409BHJP

   E02F 9/24 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Q

E02F9/24 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160165

(22)【出願日】2022-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 悠晴

(72)【発明者】

【氏名】山川 孝行

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB05

2D003BA06

2D003BA07

2D003BB08

2D003CA03

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB06

2D003DC02

2D015BA04

2D015HA02

2D015HA03

2D015HB07

(57)【要約】

【課題】三相誘導電動機が過度に高温になることと三相誘導電動機に過度な電流が流れることを防止し、生産性への影響を最小限に抑えることができる電動式作業機械の制御装置を得ること。
【解決手段】本発明は、三相誘導電動機（２０１）と可変容量型油圧ポンプ（２１１）を搭載した電動式作業機械（１００）の制御装置（２８１）であって、三相誘導電動機に流れる電流の検出値を取得して、一定以上の電流が一定時間流れた場合に、目標とするポンプ吸収トルクが制限値に制限されるように、可変容量型油圧ポンプの押しのけ容積を制御することを特徴とする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相誘導電動機と可変容量型油圧ポンプを搭載した電動式作業機械の制御装置であって、
前記三相誘導電動機に流れる電流、または、前記三相誘導電動機の温度の検出値を取得し、
前記三相誘導電動機に所定値以上の電流が所定時間以上流れた場合、または、前記三相誘導電動機の温度が所定温度以上の場合に、前記可変容量型油圧ポンプの目標とするポンプ吸収トルクが制限値に制限されるように、前記可変容量型油圧ポンプの押しのけ容積を制御することを特徴とする電動式作業機械の制御装置。

【請求項2】

前記可変容量型油圧ポンプのポンプ吐出圧力に基づいて目標ポンプ押しのけ容積を決定する複数の制御特性であって、トルク制限なしの制御特性と、該トルク制限なしの制御特性よりも前記目標ポンプ押しのけ容積を低い値に決定するトルク制限モードの制御特性と、を有する制御テーブルを備えており、
前記三相誘導電動機に所定値以上の電流が所定時間以上流れた場合、または、前記三相誘導電動機の温度が所定温度以上の場合に、前記制御テーブルの前記トルク制限モードの制御特性を用いて前記ポンプ吸収トルクが制限値になるような前記目標ポンプ押しのけ容積を算出し、
前記可変容量型油圧ポンプの制御により前記可変容量型油圧ポンプのポンプ押しのけ容積を前記目標ポンプ押しのけ容積に調整することを特徴とする請求項１に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項3】

前記制御テーブルでは、
前記トルク制限なしの制御特性は、前記ポンプ吐出圧力が増加するにしたがって前記ポンプ押しのけ容積が低減して、前記ポンプ吐出圧力が最大値のときに前記ポンプ押しのけ容積が最小値となり、前記ポンプ吐出圧力が最小値のときに最大値となるように設定され、
前記トルク制限モードの制御特性は、前記ポンプ吐出圧力が増加するにしたがって前記ポンプ押しのけ容積が低減して、前記トルク制限なしの制御特性における前記ポンプ吐出圧力の最大値よりも低い値で前記目標ポンプ押しのけ容積が最小値となり、前記トルク制限なしの制御特性における前記ポンプ吐出圧力の最小値よりも低い値で前記目標ポンプ押しのけ容積が最大値となるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項4】

前記トルク制限モードの制御特性は、前記ポンプ吐出圧力が前記最大値よりも小さくかつ予め設定されたしきい値以上のときは、前記目標ポンプ押しのけ容積を前記最小値とすることを特徴とする請求項３に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項5】

前記ポンプ吸収トルクを制限値に制限するときの前記三相誘導電動機に流れる電流と該電流が流れた経過時間は、前記三相誘導電動機の保護回路が作動するときに前記三相誘導電動機に流れる電流と該電流が流れた経過時間よりも、前記電流が小さくかつ前記経過時間が短いことを特徴とする請求項１に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項6】

前記ポンプ吸収トルクを制限値に制限するときの前記三相誘導電動機の温度は、前記三相誘導電動機の保護回路が作動するときの前記三相誘導電動機の温度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項7】

操作装置の操作量に基づいて前記目標ポンプ押しのけ容積を算出する第一制御テーブルと、前記制御テーブルである第二制御テーブルとを有し、
前記第一制御テーブルにより決定した前記目標ポンプ押しのけ容積の方が前記第二制御テーブルにより決定した前記目標ポンプ押しのけ容積よりも小さい場合に、前記第一制御テーブルを用いて前記目標ポンプ押しのけ容積を決定し、
前記第一制御テーブルにより決定した前記目標ポンプ押しのけ容積が前記第二制御テーブルにより決定した前記目標ポンプ押しのけ容積以上の場合に、前記第二制御テーブルを用いて前記目標ポンプ押しのけ容積を決定することを特徴とする請求項２に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項8】

前記ポンプ吸収トルクを制限していることを表示モニタに表示させる処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項9】

前記三相誘導電動機の電源電圧が予め設定されたしきい値以下の場合に前記電源電圧が異常であると判断することを特徴とする請求項１に記載の電動式作業機械の制御装置。

【請求項10】

前記電源電圧が異常であることを表示モニタに表示させる処理を行うことを特徴とする請求項９に記載の電動式作業機械の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動式作業機械の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

原動機に内燃機関であるエンジンを用いたエンジン式油圧ショベルの場合、エンジンの冷却水が高温であるときにフロント操作等で高負荷運転をすると、エンジンが破損する恐れがある。そのためエンジンの冷却水温度を計測して、高温であるときはポンプ吸収トルクを低減することでエンジンが過度に高温になることを防いでいる（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平05-069332号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、三相誘導電動機によって油圧ポンプを駆動する電動式油圧ショベルには、エンジン式油圧ショベルのような冷却水はない。電動式油圧ショベルの場合、三相誘導電動機を始動するとすぐに定格回転数で回転するようになっており、三相誘導電動機に流れる電流は負荷によって決まる。したがって、電動機の回転数や電流値を直接低減することはできず、これらを制御して三相誘導電動機が高温になるのを抑制することはできない。

【0005】

さらに電動式油圧ショベルでは、三相誘導電動機の温度が過度に高温になったときや、過度な電流が一定時間流れたときに、三相誘導電動機の保護機能が働き、運転を停止するように構成されている。しかしながら、電動式油圧ショベルの運転が完全に停止することは、生産性を落とすことになる。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三相誘導電動機に過度な電流が流れることと三相誘導電動機が過度に高温になることを防止し、生産性への影響を最小限に抑えることができる電動式作業機械の制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明の電動式作業機械の制御装置は、三相誘導電動機に流れる電流、または、三相誘導電動機の温度の検出値を取得し、三相誘導電動機に所定値以上の電流が所定時間以上流れた場合、または、三相誘導電動機の温度が所定温度以上の場合に、可変容量型油圧ポンプの目標とするポンプ吸収トルクが制限値に制限されるように可変容量型油圧ポンプの押しのけ容積を制御することを特徴とする。この制限されたポンプ吸収トルクに合わせて、可変容量型ポンプの傾転制御を行う装置の構成としたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、三相誘導電動機が高温になることと三相誘導電動機に過度な電流が流れることを防止できる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】電動式油圧ショベルを側面から見た図。

【図2】運転室内部を示す概略図。

【図3】本実施形態の油圧ショベルの油圧アクチュエータを駆動する電気油圧回路図。

【図4】制御装置の機能ブロック図。

【図5】制御装置による制御の内容を説明するフローチャート。

【図6】トルク制御のフローチャート。

【図7】トルク制御時、ポンプ押しのけ容積の決定に用いるフローチャート。

【図8】レバー操作量とポンプ押しのけ容積の関係を示すデータテーブルの図。

【図9】ポンプ吐出圧力とポンプ押しのけ容積の関係を示すデータテーブルの図。

【図10】ポンプ押しのけ容積－指令電流の特性を示すグラフ。

【図11】電流－時間特性を示すグラフ。

【図12】電流×時間によるトルク制御のタイミングチャート。

【図13】電流×時間によるトルク制御のON/OFFヒステリシス。

【図14】モータ温度によるトルク制御のタイミングチャート。

【図15】モータ温度によるトルク制御のON/OFFヒステリシス。

【図16】表示モニタに示される表示の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の電動式作業機械の制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本実施形態では、電動式作業機械が電動式油圧ショベルの場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、三相誘導電動機によって油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプで発生させた油圧により駆動される他の作業機械も含まれる。

【0011】

図１は、電動式油圧ショベルを側面から見た図、図２は、運転室内部を示す概略図、図３は、本実施形態の油圧ショベルの油圧アクチュエータを駆動する電気油圧回路図である。

【0012】

電動式油圧ショベル１００は、上部旋回体１１０と、下部走行体１２０と、フロント装置１３０とを備える。上部旋回体１１０は、原動機としての三相誘導電動機２０１と、三相誘導電動機２０１によって駆動される主油圧ポンプ２１１とを備える（図３を参照）。主油圧ポンプ２１１によって送られる作動油により、上部旋回体１１０、下部走行体１２０及びフロント装置１３０が、それぞれ独立して動作される。上部旋回体１１０は、不図示の旋回油圧モータを軸として、下部走行体１２０に接続されている。上部旋回体１１０は、旋回油圧モータの駆動により旋回する。

【0013】

下部走行体１２０は、一対のクローラ（図１では片側のみを示す）１２１と、不図示の走行油圧モータとを備える。一対のクローラ１２１は、不図示の走行油圧モータの駆動により作動する。

【0014】

フロント装置１３０は、上部旋回体１１０に搭載されている。フロント装置１３０は、ブーム１３１と、ブーム１３１を駆動するためのブームシリンダ１３２と、アーム１３３と、アーム１３３を駆動させるためのアームシリンダ１３４と、バケット１３５と、バケット１３５を駆動させるためのバケットシリンダ１３６とを備える。各シリンダ（１３２、１３４、１３６）は、油圧アクチュエータ１３７を構成し、メインポンプ２から送られる作動油によって伸縮し、ブーム１３１、アーム１３３及びバケット１３５を回動させる。フロント装置１３０は、ブーム１３１、アーム１３３及びバケット１３５をそれぞれ独立して回動させることにより、掘削及び整地等の作業を行うことができる。

【0015】

上部旋回体１１０には、運転室１４０が設けられている。図２は、運転室の内部を上から見た図である。運転室１４０の内部には、座席１４１と、座席１４１の左右両側に操作装置である左操作レバー１４２と右操作レバー１４３が配置され、座席１４１の正面下部には、走行操作レバー１４４とブレーキ操作レバー１４５がそれぞれ左右に配置されている。そして、座席１４１の左斜め前方には、種々の情報を表示する表示モニタ１４６が配置されている。また、座席１４１の右側方のコンソールには、キースイッチ１４７が配置されている。左操作レバー１４２は、旋回及びアーム操作を行うために操作され、右操作レバー１４３は、バケット及びブーム操作を行うために操作される。

【0016】

電動式油圧ショベル１００は、図３に示すように、三相誘導電動機２０１と、主油圧ポンプ２１１と、パイロットポンプ２２１と、コントロール弁２３１と、第一電磁弁２４１と、第二電磁弁２５１と、第三電磁弁２６１と、吐出流量調整装置２７１と、制御装置２８１とを備えている。

【0017】

三相誘導電動機２０１は、固定周波数の電源により駆動されるものである。三相誘導電動機２０１は、主油圧ポンプ２１１及びパイロットポンプ２２１を駆動する。三相誘導電動機２０１には、三相誘導電動機２０１の温度を検出する温度検出装置２０２と、三相誘導電動機２０１の電流を検出する電流検出装置２０３と、三相誘導電動機２０１の回転の有無を検出する回転検出装置２０４と、三相誘導電動機２０１の電源電圧Ｖｏを検出する電源電圧検出装置２０５が接続されている。

【0018】

主油圧ポンプ２１１は、傾転制御により斜板の傾転角を変えることで吐出流量を調整可能な可変容量型油圧ポンプであり、油圧アクチュエータ１３７を駆動する油圧をコントロール弁２３１に供給する。パイロットポンプ２２１は、コントロール弁２３１を操作するパイロット油圧を第一電磁弁２４１と第二電磁弁２５１に供給する。第一電磁弁２４１と、第二電磁弁２５１は、電磁比例弁であり、制御装置２８１の制御信号に基づいてコントロール弁２３１の操作室２３１ａ、２３１ｂにパイロット油圧を供給する。

【0019】

第三電磁弁２６１は、電磁比例減圧弁であり、制御装置２８１の制御信号に基づいて吐出流量調整装置２７１にパイロット油圧を供給する。吐出流量調整装置２７１は、第三電磁弁２６１から供給されるパイロット油圧によって主油圧ポンプ２１１の斜板の傾転角を制御し、主油圧ポンプ２１１の吐出流量であるポンプ押しのけ容積Ｖを調整する。

【0020】

例えば、右操作レバー１４３のレバー操作が行われた場合、レバー操作の操作量に応じて制御装置２８１が、第二電磁弁２５１の第二電磁弁ソレノイド２５１ａに指令電流を流し、第二電磁弁２５１は、その電流に応じた開度に内部通路を開く。そして、この開度に応じたパイロット油圧が、コントロール弁２３１の操作室２３１ｂに加わり、コントロール弁２３１を切り替えるとともに、その開度に応じた流量が油圧アクチュエータ１３７に供給され、油圧アクチュエータ１３７が駆動される。

【0021】

また、レバー操作の操作量に応じて制御装置２８１が、第三電磁弁２６１の第三電磁弁ソレノイド２６１ａに指令電流を流し、吐出流量調整装置２７１を駆動することで、主油圧ポンプ２１１を制御し、主油圧ポンプ２１１の吐出流量であるポンプ押しのけ容積Ｖが変化する。このポンプ押しのけ容積Ｖとポンプ吐出圧力検出装置２１２により得られるポンプ吐出圧力Ｐの関係により三相誘導電動機２０１への負荷が決定する。したがって、第三電磁弁２６１に通電される電流の大小に応じて主油圧ポンプ２１１の負荷が変化し、それに応じて三相誘導電動機２０１の負荷も変化する。

【0022】

図４は、本実施形態における油圧回路の機能ブロック図である。
制御装置２８１は、中央演算装置（ＣＰＵ）と記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を有するマイクロコンピュータなどのハードウエアと、記憶装置にインストールされてハードウエアによって実行されるソフトウエアプログラムとの協働によって構成されている。

【0023】

制御装置２８１の入力側には、左操作レバー１４２と、右操作レバー１４３と、走行操作レバー１４４と、ブレーキ操作レバー１４５が接続されており、レバー操作量に応じたレバー操作信号が入力される。更に、入力側には、電源電圧検出装置２０５と、温度検出装置２０２と、回転検出装置２０４と、電流検出装置２０３と、ポンプ吐出圧力検出装置２１２と、ポンプ押しのけ容積検出装置２１３とが接続されており、これらの各装置により検出された検出信号が入力される。また、キースイッチ１４７も接続されており、キースイッチ信号が入力される。

【0024】

一方、制御装置２８１の出力側には、三相誘導電動機２０１と、第一電磁弁２４１と、第二電磁弁２５１と、第三電磁弁２６１と、表示モニタ１４６が接続されており、それぞれに制御信号が出力される。

【0025】

例えば操作レバー１４２～１４５が操作されると、その操作量に応じたレバー操作信号が制御装置２８１に入力される。制御装置２８１では、レバー操作信号に応じた指令信号を、第一電磁弁２４１と第二電磁弁２５１に出力し、油圧アクチュエータ１３７の動作を行う。また、制御装置２８１は、第三電磁弁２６１の第三電磁弁ソレノイド２６１ａに指令電流を流し、吐出流量調整装置２７１を駆動することで、主油圧ポンプ２１１を制御し、主油圧ポンプ２１１のポンプ押しのけ容積Ｖを変化させ、目標ポンプ押しのけ容積に調整する。

【0026】

図５は、制御装置による制御の内容を説明するフローチャートである。
制御装置２８１における具体的な動作の一例を、図５を使用して説明する。本フローチャートは、予め設定されたプログラムサイクルで繰り返し実行される。

【0027】

まず、ステップＳ１では、キースイッチ１４７がオンであるか確認され、オンである場合に（ステップＳ１でＹＥＳ）、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、第一制御テーブルＴ１と第二制御テーブルＴ２の２つの制御テーブルの読み込みが行われる。第一制御テーブルＴ１と第二制御テーブルＴ２は、制御装置２８１のメモリに予め記憶されており、所定のタイミングで読み込まれる。

【0028】

第一制御テーブルＴ１は、ポジティブ制御特性を有するものであり、図８に示すように、レバー操作量とポンプ押しのけ容積Ｖ１との関係を示すデータテーブルである。第一制御テーブルＴ１は、操作レバーのレバー操作量（操作装置の操作量）に基づいてポンプ押しのけ容積Ｖ１を算出する。第二制御テーブルＴ２は、トルク制御特性を有するものであり、図９に示すように、ポンプ吐出圧力Ｐとポンプ押しのけ容積Ｖ２との関係を示すデータテーブルである。

【0029】

第二制御テーブルＴ２は、主油圧ポンプ２１１のポンプ吐出圧力に基づいてポンプ押しのけ容積Ｖ２を決定する複数の制御特性として、トルク制限なしの制御特性と、トルク制限モードの制御特性とを有する。トルク制限モードの制御特性は、トルク制限なしの制御特性よりもポンプ押しのけ容積Ｖ２を低い値に決定するように設定されている。

【0030】

トルク制限なしの制御特性は、ポンプ吐出圧力Ｐが増加するにしたがってポンプ押しのけ容積Ｖ２が低減して、ポンプ吐出圧力Ｐが最大値Ｐｍａｘのときにポンプ押しのけ容積Ｖ２が最小値Ｖｍｉｎとなり、ポンプ吐出圧力Ｐが最小値Ｐｍｉｎのときに最大値Ｖｍａｘとなるように設定されている。

【0031】

そして、トルク制限モードの制御特性は、ポンプ吐出圧力Ｐが増加するにしたがってポンプ押しのけ容積Ｖ２が低減する点ではトルク制限なしの制御特性と同じであるが、トルク制限なしの制御特性におけるポンプ吐出圧力Ｐの最大値Ｐｍａｘよりも低い値で目標ポンプ押しのけ容積Ｖ２が最小値Ｖｍｉｎとなり、トルク制限なしの制御特性におけるポンプ吐出圧力Ｐの最小値Ｐｍｉｎ＿２よりも低い値Ｐｍｉｎ＿１で目標ポンプ押しのけ容積Ｖ２が最大値Ｖｍａｘとなるように設定されている。そして、トルク制限モードの制御特性は、ポンプ吐出圧力Ｐが最大値Ｐｍａｘよりも小さくかつ予め設定されたしきい値ＰＬｉｍｉｔ以上のときは、ポンプ押しのけ容積Ｖ２を最小値Ｖｍｉｎとする。

【0032】

ステップＳ３では、ポンプ押しのけ容積Ｖ１とポンプ押しのけ容積Ｖ２を算出する。ポンプ押しのけ容積Ｖ１は、レバー操作量から算出される目標ポンプ押しのけ容積であり、第一制御テーブルＴ１を用いて算出される。ポンプ押しのけ容積Ｖ２は、主油圧ポンプ２１１のポンプ吐出圧力Ｐに基づいて決定される目標ポンプ押しのけ容積であり、例えば第二制御テーブルＴ２における算出時又はその前のタイミングで適用されていた制御特性に対応する押しのけ容積を用いて算出される。

【0033】

ステップＳ４では、ポンプ押しのけ容積Ｖ１とポンプ押しのけ容積Ｖ２との比較が行われ、ポンプ押しのけ容積Ｖ１がポンプ押しのけ容積Ｖ２よりも小さい場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ５に移行して第一制御テーブルＴ１を適用する処理が行われる。また、ポンプ押しのけ容積Ｖ１がポンプ押しのけ容積Ｖ２以上の場合には（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ６に移行して制限モードの有無を切り替える制限モード切替処理が行われる。ステップＳ６では、第二制御テーブルを用いて制限モードに応じたポンプ押しのけ容積Ｖ２を決定する処理が行われる。

【0034】

そして、次にステップＳ７に移行し、ステップＳ５で得られたポンプ押しのけ容積Ｖ１、もしくはステップＳ６で得られたポンプ押しのけ容積Ｖ２を、目標ポンプ押しのけ容積として、図１０に示すテーブルに基づき第三電磁弁指令電流を制御する。

【0035】

図６は、ステップＳ６の制限モード切替処理の内容を説明するフローチャートである。

【0036】

まず、ステップＳ８では、三相誘導電動機２０１に設置された温度検出装置２０２により、三相誘導電動機２０１の温度Ｔを検出する。そして、ステップＳ９に移行し、電源電圧検出装置２０５により電源電圧Ｖｏを検出し、ステップＳ１０で電源電圧Ｖｏがしきい値よりも大きいか否かを判定する。そして、電源電圧Ｖｏがしきい値よりも大きい場合には（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１１に移行する。

【0037】

ステップＳ１１では、電流検出装置２０３により三相誘導電動機２０１の電流Ｉを検出する。そして、ステップＳ１２では、回転検出装置２０４により、三相誘導電動機２０１が回転中か否かを検出し、回転中であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に移行する。

【0038】

ステップＳ１３では、三相誘導電動機２０１に一定以上の電流が一定時間流れたか否か、つまり、所定値以上の電流が所定時間以上流れたか否かが判断される。具体的には、ステップＳ１１で検出した三相誘導電動機２０１の電流Ｉと、その電流Ｉが流れた経過時間ｔとから算出した判断値Ａが予め設定されたしきい値Ａｏｎ以上か否かの判断が行われる。

【0039】

ここで、判断値Ａが、しきい値Ａｏｎ以上の場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、すなわち図１１に示す斜線部分にある場合には、三相誘導電動機２０１に所定値以上の電流が所定時間以上流れたと判断して、ステップＳ１４に移行する。一方、判断値Ａがしきい値Ａｏｎ未満である場合には（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１６に移行する。

【0040】

ステップＳ１６では、三相誘導電動機２０１の温度Ｔが所定温度以上か否かが判断される。具体的には、ステップＳ８にて検出した三相誘導電動機２０１の温度Ｔが、図１５に示す予め設定されたしきい値Ｔｏｎよりも大きい場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、三相誘導電動機２０１の温度が所定温度以上であると判断して、ステップＳ１４に移行する。つまり、ステップＳ１３、またはステップＳ１６において、三相誘導電動機２０１に所定値以上の電流が所定時間以上流れたと判断された場合、または、三相誘導電動機２０１の温度が所定温度以上であると判断された場合には、主油圧ポンプ２１１のポンプ吸収トルクを制限値に制限するトルク制限を行うべく、ステップＳ１４に移行する。

【0041】

ステップＳ１４では、トルク制限モードの制御特性を適用する処理が行われる。ここでは、図９の第二制御テーブルＴ２におけるトルク制限モード（トルク制限あり）の制御特性を用いて算出されたポンプ押しのけ容積Ｖ２が目標ポンプ押しのけ容積として決定される。そして、ステップＳ１５では、図１６の表示モニタ１４６のトルク制限表示部１４６ｂに、主油圧ポンプ２１１の制御モードがトルク制限モードであり、ポンプ吸収トルクを制限していることを表示させる処理が行われる。図１６は、表示モニタ１４６の一例を示す図である。

【0042】

なお、ステップＳ１０において、電源電圧Ｖｏがしきい値以下であると判断された場合には（ステップＳ１０でＮＯ）、電源電圧Ｖｏが異常であると判断し、ステップＳ１７に移行して、表示モニタ１４６の電源電圧異常表示部１４６ａに電源電圧が異常であることを表示させる処理を行う。また、ステップＳ１２において三相誘導電動機２０１が回転中ではないと判断された場合（ステップＳ１２でＮＯ）、及び、ステップＳ１６において、三相誘導電動機２０１の温度Ｔが、しきい値Ｔｏｎ以下の場合（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１８に移行する。

【0043】

ステップＳ１８では、トルク制限なしの制御特性を適用する処理が行われる。ここでは、図９の第二制御テーブルＴ２におけるトルク制限なしの特性を用いて算出されたポンプ押しのけ容積Ｖ２が目標容積として設定される。

【0044】

図７は、制限モード切替処理において、ポンプ押しのけ容積の決定に用いるフローチャートである。
まず、ステップＳ１９にて、ポンプ吐出圧力検出装置２１２により、ポンプ吐出圧力Ｐを検出する。そして、ステップＳ２０に移行し、ポンプ吐出圧力Ｐが図９に示すしきい値ＰＬｉｍｉｔ以上か否かを判断する。

【0045】

そして、ポンプ吐出圧力Ｐがしきい値ＰＬｉｍｉｔ以上の場合は（Ｓ２０でＹＥＳ）、ステップＳ２１に移行し、ポンプ押しのけ容積Ｖ２を最小値Ｖｍｉｎに制限する。一方、ポンプ吐出圧力Ｐがしきい値ＰＬｉｍｉｔ未満の場合は、ステップＳ２２に移行し、ポンプ押しのけ容積Ｖ２をトルク制限モードの特性曲線上の値に制限する。また、特に図示していないが、ステップＳ１８においてトルク制限無しの特性を適用する場合には、ポンプ吐出圧力Ｐに応じて図９に示すトルク制限なしの特性曲線上の値にポンプ押しのけ容積Ｖ２を設定する。

【0046】

図８は、本実施形態における第一制御テーブルＴ１を示す図であり、レバー操作量とポンプ押しのけ容積の関係を示すデータテーブルを示す。第一制御テーブルＴ１は、レバー操作量が変化することによって、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ１が比例して変化する特性を有している。レバー無操作時（０％）は、ポンプ押しのけ容積Ｖ１が最小値Ｖｍｉｎとなり、油圧アクチュエータ１３７は作動しない。レバー操作最大時（１００％）は、ポンプ押しのけ容積Ｖ１も最大値Ｖｍａｘとなり、油圧アクチュエータ１３７は最速で作動する。

【0047】

図９は、本実施形態における第二制御テーブルＴ２を示す図であり、ポンプ吐出圧力とポンプ押しのけ容積の関係を示すデータテーブルである。図９において、実線はトルク制限なしの特性曲線を示し、破線はトルク制限モードの特性曲線を示す。トルク制限モードの特性曲線は、トルク制限なしの特性曲線よりも、ポンプ吐出圧力Ｐに対してポンプ押しのけ容積Ｖ２が小さい値となるように設定されている。

【0048】

第二制御テーブルＴ２は、ポンプ吐出圧力Ｐが変化することによって、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ２が従属して変化し、主油圧ポンプ２１１に入力する負荷が一定値を超えない制御を行うことを示している。主油圧ポンプ２１１に入力する負荷は、下記の式（１）で表される。ここで、Ｋは定数とする。
負荷＝Ｋ×（ポンプ吐出圧力Ｐ×ポンプ押しのけ容積Ｖ） ・・・式（１）

【0049】

例えば、主油圧ポンプ２１１のポンプ吐出圧力Ｐが上昇している場合は、主油圧ポンプ２１１のポンプ押しのけ容積Ｖを低下させることにより負荷を一定に保つ。このように、ポンプ吐出圧力Ｐが増大した時に、ポンプ押しのけ容積Ｖを小さくすることで、油圧アクチュエータ１３７の動作速度を抑え、三相誘導電動機２０１に加わる負荷を低下させることが可能となる。

【0050】

ここで、トルク制限なしの特性曲線とトルク制限モードの特性曲線のいずれでも主油圧ポンプ２１１の物理的な押しのけ容積Ｖ２の最小値Ｖｍｉｎは等しい。図９に示すトルク制限モードの特性曲線によれば、グラフの右側に向かって移行するにしたがって、ポンプ押しのけ容積Ｖ２が小さくなっていき、ポンプ押しのけ容積Ｖ２が最小値Ｖｍｉｎに達した後は、一定値となる。また、押しのけ容積Ｖ２の最大値Ｖｍａｘも、トルク制限なしの特性曲線とトルク制限モードの特性曲線とで等しい。図９に示すトルク制限モードの特性曲線によれば、グラフの左側に向かって移行するにしたがってポンプ吐出圧力Ｐが小さくなっていき、ポンプ押しのけ容積Ｖ２がＶｍａｘに達した時は、最小値Ｐｍｉｎ＿１となり、トルク制限なしの特性曲線による最小値Ｐｍｉｎ＿２よりも吐出圧力が低くなる。

【0051】

図１０は、本実施形態におけるポンプ押しのけ容積Ｖ１（Ｖ２）－指令電流の特性を示すグラフである。
ポンプ押しのけ容積Ｖは、制御装置２８１が第三電磁弁２６１の第三電磁弁ソレノイド２６１ａに第三電磁弁指令電流を供給し、吐出流量調整装置２７１を駆動することによって、図８又は図９に示すいずれかの制御テーブルを用いて得られた目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ１（Ｖ２）に調整される。例えば、制御装置２８１は、図８又は図９に示すいずれかの制御テーブルを用いて得られたポンプ押しのけ容積Ｖ１（Ｖ２）に基づいて第三電磁弁指令電流を算出し、第三電磁弁２６１の第三電磁弁ソレノイド２６１ａに供給する。第三電磁弁２６１は、第三電磁弁指令電流に応じたパイロット油圧を吐出流量調整装置２７１に供給する。吐出流量調整装置２７１は、第三電磁弁２６１から供給されるパイロット油圧によって主油圧ポンプ２１１の斜板の傾転角を制御し、主油圧ポンプ２１１のポンプ押しのけ容積Ｖを、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ１（Ｖ２）に調整する。

【0052】

図１１は、本実施形態における三相誘導電動機電流Ｉ－時間ｔの特性を示すグラフである。図１１のグラフ内における実線は、トルク制限を行うタイミングを示し、グラフ内における破線は、三相誘導電動機２０１の保護機能が働くタイミングを示している。

【0053】

図１１に示すように、ポンプ吸収トルクを制限値に制限するときの三相誘導電動機２０１に流れる電流Ｉと電流Ｉが流れた経過時間ｔは、三相誘導電動機２０１の保護回路が作動するときに三相誘導電動機２０１に流れる電流Ｉと電流Ｉが流れた経過時間ｔよりも、電流が小さくかつ経過時間が短くなるように設定されている。

【0054】

三相誘導電動機２０１に流れる電流Ｉとその電流Ｉが流れた経過時間ｔとから求めた判断値Ａがある一定の値を超えたとき、すなわち判断値Ａが図１１の実線よりもグラフ右側の車線領域内にあるときは、トルク制限モードの特性によってトルク制御が行われる。そして、判断値Ａが、破線よりもグラフ右側の領域内にあるときは、三相誘導電動機２０１の保護機能である保護回路リレーが作動し、三相誘導電動機２０１の動作が停止する。

【0055】

図１２は、トルク制御のタイミングチャート、図１３は、判断値Ａとトルク制限モードとの関係を示す図である。図１２及び図１３では、判断値Ａによって制御テーブルが切り替わるタイミング、及び制限モード切り替えのヒステリシスを示している。

【0056】

図１２に示すタイミングチャートでは、判断値Ａがしきい値Ａｏｎ未満の状態で、キースイッチ１４７のオンになった時点ｔ１から、一定時間が経過して判断値Ａがしきい値Ａｏｎ以上になるまでの流れを示している。

【0057】

まず、ポンプ吐出圧力Ｐは、三相誘導電動機２０１の回転信号がオンになった時点ｔ２で最小値であり、そこから徐々に増加する。この時点ｔ２では、図８の第一制御テーブルにおいてはレバー操作量がなし（レバー操作量が０％）であるため、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ１は最小値Ｖｍｉｎとなる。一方、図９の第二制御テーブルにおいてはポンプ吐出圧力Ｐが最小値Ｐｍｉｎ付近であり、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ２は最大値Ｖｍａｘとなる。したがって、Ｖ１＜Ｖ２であり（Ｓ４でＹＥＳ）、第一制御テーブルが適用され（Ｓ５）、図８の第一制御テーブルの制御特性によって電動式油圧ショベル１００の車体が稼働する。

【0058】

次に、時点ｔ３でレバー操作が開始されて、時点ｔ４でレバー操作量が最大（レバー操作量が１００％）になると、ポンプ押しのけ容積Ｖ１は、図８に示す第一制御テーブルの制御特性により最大値Ｖｍａｘとなる。その後、ポンプ吐出圧力Ｐが上昇すると、ポンプ押しのけ容積Ｖ２は、図９に示す第二制御テーブルにおけるトルク制限無しの制御特性により、ポンプ押しのけ容積Ｖ１より小さくなる。したがって、Ｖ１＞Ｖ２であり（Ｓ４でＮＯ）、第二制御テーブルが適用され（Ｓ６）、図９の第二制御テーブルのトルク制限なしの制御特性によって電動式油圧ショベル１００の車体が稼働する。

【0059】

更に時間が経過して時点ｔ６において判断値Ａが、図１３に示すしきい値Ａｏｎ以上になると、トルク制限モードに移行する。このとき、目標となるポンプ押しのけ容積Ｖ２は、図９のトルク制限モードの制御特性によって設定され、トルク制限無しの場合よりも小さな値が選択される。したがって、図９の第二制御テーブルのトルク制限モードの制御特性によって電動式油圧ショベル１００の車体が稼働する。

【0060】

図１４は、トルク制御のタイミングチャート、図１５は、三相誘導電動機２０１の温度とトルク制限モードとの関係を示す図である。図１４及び図１５では、三相誘導電動機２０１の温度Ｔによって制御テーブルが切り替わるタイミング、及び制限モード切り替えのヒステリシスを示している。

【0061】

図１４に示すタイミングチャートは、三相誘導電動機２０１の温度Ｔが、予め設定された温度であるしきい値Ｔｏｎ未満の状態で、キースイッチ１４７のオンになった時点ｔ１１から、一定時間が経過して温度Ｔがしきい値Ｔｏｎ以上になるまでの流れを示している。ポンプ吸収トルクを制限値に制限するときの三相誘導電動機の温度であるしきい値Ｔｏｎは、三相誘導電動機２０１の保護回路が作動するときの三相誘導電動機２０１の温度Ｔよりも低い温度に設定されている。

【0062】

まず、ポンプ吐出圧力Ｐは、三相誘導電動機回転入力信号がオンになった時点ｔ１２で最小値であり、そこから徐々に増加する。この時点ｔ１２では、図８の第一制御テーブルにおいてはレバー操作量がなし（レバー操作量が０％）であるため、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ１は最小値Ｖｍｉｎとなる。一方、図９の第二制御テーブルにおいてはポンプ吐出圧力Ｐが最小値Ｐｍｉｎ付近であり、目標とするポンプ押しのけ容積Ｖ２は最大値Ｖｍａｘとなる。したがって、図８の第一制御テーブルの制御特性によって電動式油圧ショベル１００の車体が稼働する。

【0063】

次に、レバー操作量が最大になると、ポンプ押しのけ容積Ｖ１は図８の制御特性により最大値となる。その後、ポンプ吐出圧力Ｐが上昇すると、ポンプ押しのけ容積Ｖ２は図９の「トルク制限無し」の制御特性により、ポンプ押しのけ容積Ｖ１より小さくなるため、図９による制御特性で車体が稼働する。

【0064】

更に時間が経過して時点ｔ１６において三相誘導電動機２０１の温度Ｔが図１５に示すＴｏｎ以上になると、トルク制限モードに移行する。このときポンプ押しのけ容積Ｖ２は図９のトルク制限モードの制御特性によって設定され、トルク制限無しの場合よりも小さな値が選択される。したがって、図９のトルク制限モードの制御特性によって電動式油圧ショベル１００の車体が稼働する。

【0065】

図１６は、表示モニタに示される表示の一例を示す図である。
表示モニタ１４６は、電動式油圧ショベル１００の運転者が視認できるように、運転室の座席前方に配置されている。表示モニタ１４６には、電源電圧に異常があることを表示する電源電圧異常表示部１４６ａと、トルク制限を行っていることを表示するトルク制限表示部１４６ｂが設けられている。

【0066】

本実施形態の構成によれば、三相誘導電動機２０１と可変容量型の主油圧ポンプ２１１とを搭載した電動式油圧ショベル１００を制御する制御装置２８１は、三相誘導電動機２０１に流れる電流Ｉの検出値を取得して、一定以上の電流Ｉが一定時間流れた場合、目標とするポンプ吸収トルクＴｐが制限値Ｔｓに制限されるように主油圧ポンプ２１１の押しのけ容積を制御することにより、三相誘導電動機２０１が過度に高温になることを防ぐことができる。

【0067】

さらに、三相誘導電動機２０１の保護機能が働いて三相誘導電動機２０１が停止する前に、ポンプ吸収トルクＴｐを低減することで、三相誘導電動機２０１に過度な電流が流れることを防止し、電動式油圧ショベル１００が稼働できない状態を回避することができる。

【0068】

また、本実施形態の構成によれば、運転室１４０に表示モニタ１４６を設け、電源電圧Ｖｏに異常があることを示すメッセージと、ポンプ吸収トルクＴｐを制限しているメッセージを表示可能としている。したがって、電動式油圧ショベル１００の運転者が電源電圧に異常があることやトルク制限中であることを容易に認識できる。

【0069】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0070】

１００・・・電動式油圧ショベル（電動式作業機械）、１３７・・・油圧アクチュエータ、１４２・・・左操作レバー、１４３・・・右操作レバー、１４４・・・走行操作レバー、１４５・・・ブレーキ操作レバー、１４６・・・表示モニタ、１４６ａ・・・電源電圧異常表示部、１４６ｂ・・・トルク制限表示部、１４７・・・キースイッチ、２０１・・・三相誘導電動機、２０２・・・温度検出装置、２０３・・・電流検出装置、２０４・・・回転検出装置、２０５・・・電源電圧検出装置、２１１・・・主油圧ポンプ（可変容量型油圧ポンプ）、２１２・・・ポンプ吐出圧力検出装置、２１３・・・ポンプ押しのけ容積検出装置、２２１・・・パイロットポンプ、２３１・・・コントロール弁、２４１・・・第一電磁弁、２５１・・・第二電磁弁、２６１・・・第三電磁弁、２７１・・・吐出流量調整装置、２８１・・・制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】