特許 7134857 建設機械

(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】

(24)【登録日】2022-09-02

(45)【発行日】2022-09-12

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20220905BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20220905BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Z

F02D29/00 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018236553

(22)【出願日】2018-12-18

(65)【公開番号】P2020097851

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-08-26

(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】平田 政貴

(72)【発明者】

【氏名】川島 宏治

(72)【発明者】

【氏名】水野 博之

【審査官】坪内 優佳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３９９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７３５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２１７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０３１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３６２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２７６９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／００－ ９／２８

Ｆ０２Ｄ ２９／００－２９／０６

Ｈ０２Ｐ ４／００

Ｈ０２Ｐ ２５／０８－２５／０９８

Ｈ０２Ｐ ２９／００－３１／００

Ｈ０２Ｐ ６／００－ ６／３４

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ ２０／００－２０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンをアシストするアシストモータと、
前記エンジンの回転軸と、前記アシストモータの回転軸とを所定の減速比で接続する減速機と、
前記エンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御部と、
前記アシストモータの回転軸の回転角を推定する回転角推定部と、
前記燃料噴射制御部から出力される前記エンジンの回転軸の回転に関する情報に基づいて、前記回転角推定部で推定された回転角推定値を検証する検証部と、を備え、
前記検証部は、前記エンジンの回転軸の回転に関する情報として前記エンジンの１回転中に１以上の回転角度の通過を検出した通過検出信号を前記燃料噴射制御部から受信して、前記通過検出信号を検出したタイミングと、前記回転角推定部で推定された回転角推定値が所定の回転角となったタイミングとの時間差に基づいて、前記回転角推定値を検証する、建設機械。

【請求項2】

エンジンと、
前記エンジンをアシストするアシストモータと、
前記エンジンの回転軸と、前記アシストモータの回転軸とを所定の減速比で接続する減速機と、
前記エンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御部と、
前記アシストモータの回転軸の回転角を推定する回転角推定部と、
前記燃料噴射制御部から出力される前記エンジンの回転軸の回転に関する情報に基づいて、前記回転角推定部で推定された回転角推定値を検証する検証部と、を備え、
前記検証部は、前記エンジンの回転軸の回転に関する情報として前記エンジンの１回転中に１以上の回転角度の通過を検出した通過検出信号を前記燃料噴射制御部から受信して、前記通過検出信号を受信したタイミングで前記回転角推定値を検証する、建設機械。

【請求項3】

エンジンと、
前記エンジンをアシストするアシストモータと、
前記エンジンの回転軸と、前記アシストモータの回転軸とを所定の減速比で接続する減速機と、
前記エンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御部と、
前記アシストモータの回転軸の回転角を推定する回転角推定部と、
前記燃料噴射制御部から出力される前記エンジンの回転軸の回転に関する情報に基づいて、前記回転角推定部で推定された回転角推定値を検証する検証部と、を備え、
前記燃料噴射制御部は、前記エンジンの回転軸の回転に関する情報として、前記エンジンの１回転中に１以上の回転角度の通過を検出した通過検出信号、前記通過検出信号に基づき生成された前記エンジンの回転軸の回転角、および前記通過検出信号に基づき生成された前記エンジンの回転軸の回転速度、のうち複数を前記検証部に出力し、
前記検証部は、前記通過検出信号を検出したタイミングと、前記回転角推定値が所定の回転角となったタイミングとの時間差に基づく前記回転角推定値の検証と、
前記エンジンの回転軸の回転角から得られる前記アシストモータの回転軸の回転角検出値と、前記回転角推定値との差に基づく前記回転角推定値を検証と、
前記エンジンの回転軸の回転速度から得られる前記アシストモータの回転軸の回転速度検出値と、前記回転角推定値から得られる回転速度推定値との差に基づいて、前記回転角推定値を検証と、のうち受信した複数の前記エンジンの回転軸の回転に関する情報に応じて複数種類の検証を行う、建設機械。

【請求項4】

前記回転角推定部は、
前記アシストモータへの電流及び印加電圧に基づいて、前記アシストモータの回転軸の回転角を推定する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド型の建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの駆動力源であるエンジンをアシストするアシストモータや、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータ等を備えるハイブリッド型の建設機械が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、エンジンと、エンジンをアシストするための動力を生成する電動機と、電動機の駆動を制御するための情報を検出する電動機情報検出部（磁極位置センサ）と、電動機情報検出部が検出する情報に基いて電動機の駆動を制御する電動機制御部と、を備える、動力生成装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－７５０７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、アシストモータの回転角を検出するセンサを取り付ける代わりに、回転角を推定してアシストモータを制御するセンサレス制御技術がある。しかし、推定された回転角と実際の回転角との間に誤差が拡大すると、好適にアシストモータを制御できなくなるおそれがある。このため、センサレス制御技術においては、アシストモータの制御中に回転角推定値が好適に推定されているか否かを検出することが求められている。

【0006】

そこで、本発明は、アシストモータの回転角推定値が好適に推定されているか否かを検出することができる建設機械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】

【0007】

実施形態の一態様の建設機械は、エンジンと、前記エンジンをアシストするアシストモータと、前記エンジンの回転軸と、前記アシストモータの回転軸とを所定の減速比で接続する減速機と、前記エンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御部と、前記アシストモータの回転軸の回転角を推定する回転角推定部と、前記燃料噴射制御部から出力される前記エンジンの回転軸の回転に関する情報に基づいて、前記回転角推定部で推定された回転角推定値を検証する検証部と、を備え、前記検証部は、前記エンジンの回転軸の回転に関する情報として前記エンジンの１回転中に１以上の回転角度の通過を検出した通過検出信号を前記燃料噴射制御部から受信して、前記通過検出信号を検出したタイミングと、前記回転角推定部で推定された回転角推定値が所定の回転角となったタイミングとの時間差に基づいて、前記回転角推定値を検証する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、アシストモータの回転角推定値が好適に推定されているか否かを検出することができる建設機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係るショベルの一例を示す側面図。

【図2】本実施形態に係るショベルの駆動系を中心とする構成の一例を示すブロック図。

【図3】燃料噴射制御部の構成ブロック図。

【図4】燃料噴射制御部から出力される信号の一例を示すグラフ。

【図5】インバータの制御を説明するブロック図。

【図6】検証部による処理を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

【0011】

本実施形態に係る建設機械としてのショベルの基本構成について、図１から図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るショベルの一例を示す側面図である。

【0012】

本実施形態に係るショベルは、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回可能に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、作業装置としてのブーム４、アーム５、及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０を備える。

【0013】

下部走行体１は、例えば、左右１対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図２参照）で油圧駆動されることにより、自走する。

【0014】

上部旋回体３は、後述する旋回用電動機２１（図２参照）により電気駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。

【0015】

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

【0016】

キャビン１０は、上部旋回体３の前部左側に搭載される。キャビン１０は、例えば、シリコンオイル等を充填する液封マウント等の制振構造を介して上部旋回体３の旋回フレーム（不図示）に搭載される。

【0017】

図２は、本実施形態に係るショベルの駆動系を中心とする構成の一例を示すブロック図である。

【0018】

尚、図中、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは細い実線でそれぞれ示される。

【0019】

まず、本実施形態に係るショベルの油圧駆動系は、エンジン１１と、減速機１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係る油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ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等を含む。

【0020】

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、上部旋回体３の後部に搭載される。エンジン１１は、後述するエンジンコントローラ３０Ｃによる制御の下、予め設定される目標回転数で定回転する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、減速機１３を介してメインポンプ１４、パイロットポンプ１５を駆動する。また、エンジン１１は、減速機１３を介して電動発電機１２を駆動し、電動発電機１２に発電させる。

【0021】

エンジン１１には、燃料噴射制御部２００および燃料噴射部材２５０が設けられている。

【0022】

図３は、燃料噴射制御部２００の構成ブロック図である。

【0023】

燃料噴射制御部２００は、エンジンコントローラ（ＥＣＵ）３０Ｃと、クランク角センサ２１０と、位相同期回路（ＰＬＬ；phase locked loop）２２０と、を有している。

【0024】

クランク角センサ２１０は、エンジン１１のクランク軸１１Ａの回転角を検出するためのセンサである。クランク角センサ２１０は、例えば、クランク軸１１Ａが所定の回転角（例えば、上死点）を通過すると、図４（ａ）に示すように回転角検出値（通過検出信号）を出力する。この通過検出信号により、クランク軸１１Ａが所定の回転角となったことを検出することができる。

【0025】

なお、図４（ａ）に示す例では、クランク軸１１Ａが１回転する毎に通過検出信号が１回出力されるものとして図示しているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１１は４気筒エンジンであって、各シリンダ（図示せず）において所定の回転角（例えば、上死点）に到達すると、通過検出信号を出力するようにクランク角センサ２１０を設けてもよい。これにより、図４（ｂ）に示すように、クランク軸１１Ａが９０°回転する毎に通過検出信号が出力される構成としてもよい。

【0026】

位相同期回路２２０は、クランク角センサ２１０から入力される周期的な信号（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）に基づいて、位相が同期した信号を出力する。これにより、位相同期回路２２０は、図４（ｃ）に示すように、回転角検出値を出力することができる。また、燃料噴射制御部２００は、回転速度演算部（図示せず）を有していてもよい。回転速度演算部は、位相同期回路２２０から出力された回転角検出値に基づいて、図４（ｄ）に示すように、回転速度検出値を出力することができる。

【0027】

エンジンコントローラ３０Ｃは、クランク角センサ２１０の検出値に基づいて、燃料噴射部材２５０を制御する。燃料噴射部材２５０は、エンジンコントローラ３０Ｃに制御され、エンジン１１のシリンダに燃料を噴射する。

【0028】

図２に戻り、減速機１３は、上部旋回体３の後部に搭載され、エンジン１１及び後述する電動発電機１２が接続される２つの入力軸と、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が直列に同軸接続される１つの出力軸を有する。減速機１３は、エンジン１１及び電動発電機１２の動力を所定の減速比でメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に伝達することができる。また、減速機１３は、エンジン１１の動力を所定の減速比で、電動発電機１２とメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５とに分配して伝達することができる。このため、エンジン１１のクランク軸１１Ａと、電動発電機１２の回転軸１２Ａとは、所定の減速比で接続されている。

【0029】

メインポンプ１４（油圧ポンプの一例）は、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ライン１６を通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、エンジン１１、或いは、エンジン１１及び電動発電機１２により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、後述するショベルコントローラ３０Ａによる制御の下、レギュレータ（不図示）が斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量（吐出圧）を制御することができる。

【0030】

コントロールバルブ１７は、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、上述の如く、高圧油圧ライン１６を介してメインポンプ１４と接続され、メインポンプ１４から供給される作動油を、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１Ａ（右用），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に供給可能に構成される。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁（方向切換弁）を含むバルブユニットである。

【0031】

また、本実施形態に係る電気駆動系は、電動発電機１２と、電流センサ１２ｓ１と、電圧センサ１２ｓ２と、旋回用電動機２１と、旋回減速機２４と、電流センサ２１ｓと、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３を含む。

【0032】

尚、本実施形態に係るショベルは、電気駆動系として、エンジン１１をアシストする電動発電機１２と、上部旋回体３を旋回駆動する旋回用電動機２１の双方を備えるが、何れか一方を備える態様であってもよい。

【0033】

電動発電機１２（アシストモータの一例）は、油圧駆動系に対するアシスト動力源であり、上部旋回体３の後部に搭載される。電動発電機１２は、インバータ１８Ａを介してキャパシタ１９を含む蓄電系１２０と接続され、インバータ１８Ａ（駆動装置の一例）を介してキャパシタ１９や旋回用電動機２１から供給される三相交流電力で力行運転し、減速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。また、電動発電機１２は、エンジン１１により駆動されることにより発電運転を行い、発電電力をキャパシタ１９や旋回用電動機２１に供給することができる。電動発電機１２の力行運転と発電運転との切替制御は、後述するハイブリッドコントローラ（ＨＢコントローラ）３０Ｂによりインバータ１８Ａが駆動制御されることにより実現される。

【0034】

電流センサ１２ｓ１は、電動発電機１２の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれの電流を検出する。電流センサ１２ｓ１は、例えば、電動発電機１２とインバータ１８Ｂの間の電力経路に設けられる。電流センサ１２ｓ１は、電動発電機１２の３相それぞれの電流に対応する検出信号をＨＢコントローラ３０Ｂに送信する。

【0035】

電圧センサ１２ｓ２は、電動発電機１２の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれの印加電圧を検出する。電圧センサ１２ｓ２は、例えば、電動発電機１２とインバータ１８Ｂの間の電力経路に設けられる。電圧センサ１２ｓ２は、電動発電機１２の３相それぞれの印加電圧に対応する検出信号をＨＢコントローラ３０Ｂに送信する。

【0036】

旋回用電動機２１は、下部走行体１と上部旋回体３とを接続する旋回機構２に設けられ、ＨＢコントローラ３０Ｂによる制御の下、上部旋回体３を旋回駆動する力行運転、及び回生電力を発生させて上部旋回体３を旋回制動する回生運転を行う。旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して蓄電系１２０に接続され、インバータ１８Ｂを介してキャパシタ１９や電動発電機１２から供給される三相交流電力により駆動される。また、旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して、回生電力をキャパシタ１９や電動発電機１２に供給する。これにより、回生電力で、キャパシタ１９を充電したり、電動発電機１２を駆動したりすることができる。旋回用電動機２１の力行運転と回生運転との切替制御は、ＨＢコントローラ３０Ｂによりインバータ１８Ｂが駆動制御されることにより実現される。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、及び旋回減速機２４が接続される。

【0037】

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａと接続され、旋回用電動機２１の出力（トルク）を所定の減速比で減速させることにより、トルクを増大させて、上部旋回体３を旋回駆動する。即ち、力行運転の際、旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して、上部旋回体３を旋回駆動する。また、旋回減速機２４は、上部旋回体３の慣性回転力を増速させて旋回用電動機２１に伝達し、回生電力を発生させる。即ち、回生運転の際、旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して伝達される上部旋回体３の慣性回転力により回生発電を行い、上部旋回体３を旋回制動する。

【0038】

電流センサ２１ｓは、旋回用電動機２１の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれの電流を検出する。電流センサ２１ｓは、例えば、旋回用電動機２１とインバータ１８Ｂの間の電力経路に設けられる。電流センサ２１ｓは、旋回用電動機２１の３相それぞれの電流に対応する検出信号をＨＢコントローラ３０Ｂに送信する。

【0039】

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置（回転角）等を検出する。レゾルバ２２は、検出した回転角に対応する検出信号をコントローラ３０に送信する。

【0040】

メカニカルブレーキ２３は、ＨＢコントローラ３０Ｂによる制御の下、上部旋回体３（具体的には、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａ）に対して、機械的に制動力を発生させ、上部旋回体３を旋回制動すると共に、上部旋回体３の停止状態を維持させる。

【0041】

また、本実施形態に係るショベルの蓄電系１２０は、キャパシタ１９と、ＤＣバス１００と、昇降圧コンバータ１１０を含み、例えば、電気駆動系のインバータ１８Ａ，１８Ｂと共に、上部旋回体３の右側前部に搭載される。

【0042】

キャパシタ１９は、電動発電機１２、旋回用電動機２１に電力を供給すると共に、電動発電機１２、旋回用電動機２１の発電電力を充電する蓄電装置の一例である。

【0043】

ＤＣバス１００は、インバータ１８Ａ，１８Ｂと昇降圧コンバータ１１０との間に配設され、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。

【0044】

昇降圧コンバータ１１０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１００の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。昇降圧コンバータ１１０の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス１００の電圧検出値、キャパシタ１９の電圧検出値、及びキャパシタ１９の電流検出値に基づき、ＨＢコントローラ３０Ｂにより実現される。

【0045】

また、本実施形態に係るショベルの操作系は、パイロットポンプ１５、操作装置２６、圧力センサ２９等を含む。

【0046】

パイロットポンプ１５は、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットライン２５を介して操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、エンジン１１、或いはエンジン１１及び電動発電機１２により駆動される。

【0047】

操作装置２６は、レバー２６Ａ，２６Ｂと、ペダル２６Ｃを含む。操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６等）の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置２６は、各動作要素を駆動する各油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、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等）や電動アクチュエータ（旋回用電動機２１等）の操作を行うための操作入力手段である。操作装置２６（レバー２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ）は、油圧ライン２７を介して、コントロールバルブ１７にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット信号（パイロット圧）が入力される。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、各油圧アクチュエータを駆動することができる。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。

【0048】

圧力センサ２９は、上述の如く、油圧ライン２８を介して操作装置２６と接続され、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６における各動作要素の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。圧力センサ２９は、ショベルコントローラ３０Ａに接続され、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じた圧力信号（圧力検出値）がショベルコントローラ３０Ａに入力される。

【0049】

また、本実施形態に係るショベルの制御系は、ショベルコントローラ３０Ａ、ＨＢコントローラ３０Ｂ等を含む。

【0050】

ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂを含む各種コントローラ（制御装置）と連携し、ショベルの駆動制御を行う。例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂを中心とする各種コントローラとの双方向通信に基づき、ショベル全体（ショベルに搭載される各種機器）の動作を統合的に制御してよい（全体制御）。また、例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂを中心とする各種コントローラとの双方向通信に基づき、全体制御に関する情報（各種センサの検出値、各種コントローラの制御信号等）を統合的に取得してもよい。また、例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、統合的に取得した情報に基づき、エンジン１１の燃料タンク（不図示）内の燃料残量、選択還元型の排気ガス処理装置（不図示）に利用される処理剤（尿素水）の貯蔵タンク内の尿素水残量、エンジン１１の水温及び油温、作業装置の姿勢（ブーム４、アーム５、バケット６の上部旋回体３に対する位置、角度）等を演算する機能を有してよい。また、例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、上述の各種演算結果に基づき、ショベルの走行状態、旋回状態、掘削状態等を判定する機能を有してもよい。また、例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂを中心とする各種コントローラや直接接続される各種機器から故障や異常の発生に関する情報（異常発生を表す信号や異常の有無を判定するための検出値、制御信号等）を統合して、異常処理判定を行う機能を有してもよい。また、例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、操作装置２６に対する操作状態（操作量、操作方向）に関する情報（圧力センサ２９の検出値）に基づき、作業装置（ブーム４、アーム５、バケット６）や上部旋回体３を駆動させる駆動指令を生成してよい。

【0051】

具体的には、ショベルコントローラ３０Ａは、上述の統合的に取得した各種情報、各種演算結果、各種判定結果、及び駆動指令等をＨＢコントローラ３０Ｂに送信してよい。より具体的には、ショベルコントローラ３０Ａは、圧力センサ２９から入力される検出値を含む駆動指令をＨＢコントローラ３０Ｂに送信することにより、操作装置２６に対するオペレータの操作状態に応じた電動発電機１２及び旋回用電動機２１の動作を実現してよい。また、ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂから電気駆動系の各種情報（例えば、電動発電機１２、インバータ１８Ａ，１８Ｂ、キャパシタ１９、旋回用電動機２１の電流検出値、電圧検出値、異常に関する情報等）を受信してよい。

【0052】

ＨＢコントローラ３０Ｂは、ショベルコントローラ３０Ａから送信される各種情報（例えば、操作装置２６に対する操作状態に対応する圧力センサ２９の検出値を含む駆動指令等）に基づき、電気駆動系の駆動制御を行う。例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、圧力センサ２９により検出される、操作装置２６の操作状態に対応する検出値に基づき、インバータ１８Ａを駆動し、電動発電機１２の運転状態（力行運転及び発電運転）の切替制御を行う。また、例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、圧力センサ２９により検出される、操作装置２６の操作状態に対応する検出値に基づき、インバータ１８Ｂを駆動し、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転及び回生運転）の切替制御を行う。この際、ＨＢコントローラ３０Ｂは、例えば、電流センサ２１ｓ及びレゾルバ２２の検出値に基づき、旋回用電動機２１の速度制御及びトルク制御を行う。また、例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、圧力センサ２９により検出される、操作装置２６の操作状態に対応する検出値に基づき、昇降圧コンバータ１１０を駆動し、キャパシタ１９の充電状態と放電状態との切替制御を行う。また、ＨＢコントローラ３０Ｂは、電気駆動系の各種情報を、ショベルの全体制御を司るショベルコントローラ３０Ａに送信してもよい。

【0053】

ショベルコントローラ３０ＡとＨＢコントローラ３０Ｂとは、例えば、ハードウェアとして同じ、即ち、同一の形状および同一の体格を有し、内部のソフトウェア処理の相違によりそれぞれの機能が実現されてよい。これにより、部品の共通化を図り、コスト抑制を図ることができる。

【0054】

また、ショベルの制御系には、その他、エンジン１１（燃料噴射量等）を制御するエンジンコントローラ３０Ｃ、排気ガス処理装置を制御する排気ガスコントローラ（図示せず）３０Ｄ、エンジン１１のタービン（過給圧）を制御するタービンコントローラ（図示せず）が含まれる。以下、ショベルコントローラ３０Ａ、ＨＢコントローラ３０Ｂ、エンジンコントローラ３０Ｃ、排気ガスコントローラ、タービンコントローラを包括的に各種コントローラ３０と称する場合がある。

【0055】

尚、各種コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を含むマイクロコンピュータで構成され、ＲＯＭに格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能が実現される。また、各種コントローラは、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）規格等に基づく通信ネットワークで相互に通信可能に接続される。即ち、各種コントローラ３０は、それぞれ、各種制御指令を生成（演算）する等の処理を行うＣＰＵと、生成した各種制御指令を出力する通信部（例えば、ＣＡＮトランシーバ、ＣＡＮコントローラ等）を備えてもよい。

【0056】

次に、図５を用いて、電動発電機１２のインバータ１８Ａの制御についてさらに説明する。図５は、インバータ１８Ａの制御を説明するブロック図である。

【0057】

インバータ１８Ａは、回転角推定部３００と、インバータ制御部３１０と、検証部３５０と、を有している。電流センサ１２ｓ１で検出した検出電流、電圧センサ１２ｓ２で検出した印加電圧、燃料噴射制御部２００の出力信号は、ＨＢコントローラ３０Ｂを介してインバータ１８Ａに入力される。なお、電流センサ１２ｓ１で検出した検出電流、電圧センサ１２ｓ２で検出した印加電圧、燃料噴射制御部２００の出力信号は、インバータ１８Ａに直接入力される構成であってもよい。

【0058】

回転角推定部３００は、電流センサ１２ｓ１で検出した検出電流と、電圧センサ１２ｓ２で検出した印加電圧に基づいて、電動発電機１２の回転軸１２Ａの回転角を推定する。例えば、オブザーバにより、回転角、回転速度を推定する。なお、電圧センサ１２ｓ２は用いなくてもよい。電圧センサ１２ｓ２を用いない場合は、インバータ制御部３１０がインバータ１８Ａへ入力する電圧指令値を用いてもよい。

【0059】

インバータ制御部３１０は、回転角推定部３００で推定した回転軸１２Ａの回転角推定値と、電流センサ１２ｓ１で検出した検出電流とに基づいて、インバータ１８Ａを制御する制御信号を出力する。電動発電機１２は、例えば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータを用いることができる。インバータ制御部３１０は、インバータ１８Ａを介して、電動発電機１２の電流位相を制御することにより、電動発電機１２の動作を制御する。

【0060】

このように、本実施形態に係るショベルは、電動発電機１２の回転軸１２Ａの回転角を検出するレゾルバ等のセンサを不要とすることができる。これにより、メカニカルなセンサを削減することができるので、ショベルのコストを抑えるとともに、センサの汚れ等による検出不良を防止することができる。

【0061】

検証部３５０は、燃料噴射制御部２００の出力信号を参照して、回転角推定部３００で推定された回転角推定値を検証する。

【0062】

ここで、燃料噴射制御部２００は、図３及び図４に示すように、クランク軸１１Ａの回転に関する情報（検出値）を出力する。また、前述のように、クランク軸１１Ａと回転軸１２Ａとは、減速機１３により接続されており、所定の減速比となっている。このため、クランク軸１１Ａの回転角及び減速機１３の減速比に基づいて、回転軸１２Ａの回転角を求めることができる。以下、燃料噴射制御部２００の出力信号及び減速機１３の減速比に基づいて求められた回転軸１２Ａの回転角を回転軸１２Ａの回転角検出値と称するものとする。

【0063】

次に、検証部３５０によって実行される回転軸１２Ａの回転角推定値の検証処理の一例について、図６を用いて説明する。図６は、検証部３５０による処理を説明する図である。

【0064】

例えば、燃料噴射制御部２００は、図４（ａ）に示す通過検出信号を出力する。図６（ａ）において、上段に燃料噴射制御部２００から出力された通過検出信号を示し、下段に回転角推定部３００で推定された回転軸１２Ａの回転角推定値を示す。また、横軸は、時間を示す。なお、図６（ａ）において、減速比は１とし、通過検出信号は回転軸１２Ａの実回転角が０[rad]のときに出力されるものとして説明する。

【0065】

検証部３５０は、通過検出信号を検出したタイミングで回転軸１２Ａの回転角検出値と回転軸１２Ａの回転角推定値とを比較する。ここでは、回転軸１２Ａの回転角推定値が０[rad]となったタイミング（換言すれば、通過検出信号を検出したタイミング）と、回転軸１２Ａの実回転角が０[rad]となったタイミングとの時間差（誤差）を求める。検証部３５０は、誤差が所定の閾値未満である場合、回転軸１２Ａの回転角推定値は好適に推定されているものと判定する。一方、誤差が所定の閾値以上である場合、回転軸１２Ａの回転角推定値は好適に推定されていないものと判定する。

【0066】

なお、燃料噴射制御部２００は、図４（ｂ）に示すように、所定の回転角度ごとに通過検出信号が出力さていてもよい。これにより、誤差を求めるタイミングが増えるので、回転角推定値の検証精度を向上させることができる。

【0067】

例えば、燃料噴射制御部２００は、図４（ｃ）に示すクランク軸１１Ａの回転角検出値を出力する。図６（ｂ）において、上段にクランク軸１１Ａの回転角検出値と減速機１３の減速比から求めた回転軸１２Ａの回転角検出値と、回転軸１２Ａの回転角推定値と、を示す。下段に回転角検出値と回転角推定値との差（誤差）を示す。また、横軸は、時間を示す。

【0068】

検証部３５０は、回転角検出値と回転角推定値との差（誤差）を常時検証する。検証部３５０は、誤差が所定の閾値未満である場合、回転軸１２Ａの回転角推定値は好適に推定されているものと判定する。一方、誤差が所定の閾値以上である場合、回転軸１２Ａの回転角推定値は好適に推定されていないものと判定する。

【0069】

例えば、燃料噴射制御部２００は、図４（ｄ）に示すクランク軸１１Ａの回転速度検出値を出力する。図６（ｃ）において、クランク軸１１Ａの回転速度検出値と減速機１３の減速比から求めた回転軸１２Ａの回転速度検出値と、回転軸１２Ａの回転角推定値と、を示す。また、横軸は、時間を示す。

【0070】

ここでは、検証部３５０は、回転速度演算部（図示せず）を有している。回転速度演算部は、回転軸１２Ａの回転角推定値に基づいて、回転軸１２Ａの回転速度推定値を演算する。

【0071】

検証部３５０は、回転速度検出値と回転速度推定値との差（誤差）を常時検証する。検証部３５０は、誤差が所定の閾値未満である場合、回転軸１２Ａの回転角推定値は好適に推定されているものと判定する。一方、誤差が所定の閾値以上である場合、回転軸１２Ａの回転角推定値は好適に推定されていないものと判定する。

【0072】

以上のように、本実施形態に係るショベルは、回転角推定部３００で推定された回転角推定値が好適に推定できているかを検証することができる。換言すれば、実際の回転角と回転角推定値との誤差が拡大しことを速やかに検知することができる。例えば、誤差が拡大した場合、ＨＢコントローラ３０Ｂは、誤差が小さくなるように回転角推定値を補正してもよい。また、その旨の警告を音や可視的に出力してもよい。これにより、ＨＢコントローラ３０Ｂは、電動発電機１２をより好ましく制御することができる。

【0073】

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定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要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0074】

本実施形態に係る建設機械は、ショベルであるものとして説明したが、これに限られるものではなく、アシストモータと他の動力を制御するハイブリッド式システムを用いた産業用車両、装置、フォークリフト、クレーン等にも適用することができる。

【符号の説明】

【0075】

１１ エンジン
１１Ａ クランク軸（エンジンの回転軸）
１２ 電動発電機（アシストモータ）
１２Ａ 回転軸（アシストモータの回転軸）
１２ｓ１ 電流センサ
１２ｓ２ 電圧センサ
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１８Ａ，１８Ｂ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
３０Ａ ショベルコントローラ
３０Ｂ ＨＢコントローラ
３０Ｃ エンジンコントローラ
１００ ＤＣバス
１１０ 昇降圧コンバータ
１２０ 蓄電系
２００ 燃料噴射制御部
２１０ クランク角センサ
２２０ 位相同期回路
２５０ 燃料噴射部材
３００ 回転角推定部
３１０ インバータ制御部
３５０ 検証部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】