特許 7425003 電動式作業機械

(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】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】電動式作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240123BHJP

   F04B 49/02 20060101ALI20240123BHJP

   F04B 49/06 20060101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Z

F04B49/02 311

F04B49/06 321A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021001845

(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公開番号】P2022107122

(43)【公開日】2022-07-21

【審査請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金田 健佑

(72)【発明者】

【氏名】北原 訓

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２７２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９６６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２１３５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６０７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６２９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｆ０４Ｂ ４９／０２

Ｆ０４Ｂ ４９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動モータと、
作動油の供給によって駆動される油圧アクチュエータと、
前記作動油を収容する作動油タンクと、
前記電動モータによって駆動され、前記作動油タンクに収容された前記作動油を前記アクチュエータに供給する油圧ポンプと、
回転指令に基づいて、前記電動モータを回転させるインバータと、
前記回転指令を前記インバータに出力する回転制御部と、を備え、
前記回転制御部は、前記電動モータの起動時に、前記回転指令として、前記電動モータの回転数が、複数の制御周期を経て、かつ、前記制御周期ごとに増大して、最終的に到達させる目標となる目標回転数に至る指令を前記インバータに出力する、電動式作業機械。

【請求項2】

前記作動油の温度を検出する作動油温度センサをさらに備え、
前記回転制御部は、前記電動モータの回転数の前記制御周期ごとの増加量を、前記作動油の温度に基づいて決定する、請求項１に記載の電動式作業機械。

【請求項3】

前記回転制御部は、前記作動油の温度が低くなるにつれて、前記電動モータの回転数の前記制御周期ごとの増加量を減少させる、請求項２に記載の電動式作業機械。

【請求項4】

前記回転制御部は、
前記作動油の温度と前記回転数の前記増加量との関係を予め規定した増加量マップを記憶する増加量マップ記憶部と、
前記増加量マップから、前記作動油温度センサによって検出された前記作動油の温度に対応する前記増加量を決定する増加量決定部と、を有する、請求項２または３に記載の電動式作業機械。

【請求項5】

電動モータと、
作動油の供給によって駆動される油圧アクチュエータと、
前記作動油を収容する作動油タンクと、
前記電動モータによって駆動され、前記作動油タンクに収容された前記作動油を前記アクチュエータに供給する油圧ポンプと、
回転指令に基づいて、前記電動モータを回転させるインバータと、
前記回転指令を前記インバータに出力する回転制御部と、
前記作動油の温度を検出する作動油温度センサと、
前記電動モータの実回転数を検出する回転数センサと、を備え、
前記回転制御部は、前記電動モータの起動時に、前記回転指令として、前記電動モータの回転数が、複数の制御周期を経て、かつ、前記制御周期ごとに増大して目標回転数に至る指令を前記インバータに出力し、
前記回転制御部は、前記電動モータの回転数の前記制御周期ごとの増加量を、前記作動油の温度に基づいて決定し、
前記インバータは、前記回転指令における前記電動モータの設定回転数と、前記回転数センサによって検出された前記実回転数とに基づいて、前記電動モータへの出力を制御するフィードバック制御を行うフィードバック制御部を有し、
前記回転制御部は、
前記作動油の温度と前記フィードバック制御のゲインとの関係を予め規定したゲインマップを記憶するゲインマップ記憶部と、
前記ゲインマップから、前記作動油温度センサによって検出された前記作動油の温度に対応する前記ゲインを決定するゲイン決定部と、を有し、
前記インバータの前記フィードバック制御部は、前記フィードバック制御のゲインを、前記ゲイン決定部によって決定されたゲインに変更して前記フィードバック制御を行う、電動式作業機械。

【請求項6】

前記回転制御部は、前記作動油の温度が低くなるにつれて、前記電動モータの回転数の前記制御周期ごとの増加量を減少させる、請求項５に記載の電動式作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動式作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動モータによって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプからアクチュエータに作動油を供給してアクチュエータを駆動する油圧ショベルが提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１９６６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電動モータの起動時は、作動油が低温状態であるため、作動油タンクから油圧ポンプに作動油が流れにくく、このため、油圧ポンプ内に吸い込まれた作動油の圧力が負圧傾向になりやすい。その結果、油圧ポンプ内で気泡およびキャビテーションが発生しやすくなる。なお、キャビテーションとは、気泡の発生および消滅が短時間で起こる空洞現象を言う。キャビテーションの発生は、気泡が消滅する際に放出されるエネルギーにより油圧ポンプにダメージを与え、油圧ポンプが故障する要因となり得る。

【0005】

電動モータの起動時に、油圧ポンプ内でのキャビテーションの発生を抑えて、油圧ポンプが故障する虞を低減する技術は、未だ提案されていない。

【0006】

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電動モータの起動時に、油圧ポンプ内でのキャビテーションの発生を抑えて、油圧ポンプが故障する虞を低減することができる電動式作業機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係る電動式作業機械は、電動モータと、作動油の供給によって駆動される油圧アクチュエータと、前記作動油を収容する作動油タンクと、前記電動モータによって駆動され、前記作動油タンクに収容された前記作動油を前記アクチュエータに供給する油圧ポンプと、回転指令に基づいて、前記電動モータを回転させるインバータと、前記回転指令を前記インバータに出力する回転制御部と、を備え、前記回転制御部は、前記電動モータの起動時に、前記回転指令として、前記電動モータの回転数が、複数の制御周期を経て、かつ、前記制御周期ごとに増大して目標回転数に至る指令を前記インバータに出力する。

【発明の効果】

【0008】

電動モータの起動時に、油圧ポンプ内でのキャビテーションの発生を抑えて、油圧ポンプが故障する虞を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の一形態に係る電動式作業機械の一例である油圧ショベルの概略の構成を示す側面図である。

【図2】上記油圧ショベルの制御系の構成を模式的に示すブロック図である。

【図3】電動モータの起動時に作動油が低温状態である場合において、ＥＣＵが生成する回転指令と、上記電動モータの実回転数の推移とを示すグラフである。

【図4】上記電動モータの起動時に上記作動油が常温状態である場合において、ＥＣＵが生成する回転指令と、上記電動モータの実回転数の推移とを示すグラフである。

【図5】上記電動モータの起動時に上記作動油がより低温である場合において、ＥＣＵが生成する回転指令と、上記電動モータの実回転数の推移とを示すグラフである。

【図6】上記ＥＣＵの構成の一例を示すブロック図である。

【図7】上記作動油の温度と、上記電動モータの回転数の増加量との関係を予め規定した増加量マップの一例を示す説明図である。

【図8】上記ＥＣＵの構成の他の例を示すブロック図である。

【図9】上記作動油の温度と比例ゲインとの関係を予め規定したゲインマップの一例を示す説明図である。

【図10】上記作動油の温度と積分ゲインとの関係を予め規定したゲインマップの一例を示す説明図である。

【図11】ＰＩ制御の例を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【0011】

〔１．電動式作業機械〕
図１は、本実施形態の電動式作業機械の一例である油圧ショベル１の概略の構成を示す側面図である。なお、電動式作業機械は、油圧ショベル１に限定されず、ホイルローダ等の他の車両であってもよい。油圧ショベル１は、下部走行体２と、作業機３と、上部旋回体４と、を備える。

【0012】

ここで、図１において、方向を以下のように定義する。まず、下部走行体２が直進する方向を前後方向とし、そのうちの一方側を「前」とし、他方側を「後」とする。図１では、例として、ブレード２３に対して走行モータ２２側を「前」として示す。また、前後方向に垂直な横方向を左右方向とする。このとき、操縦席４１ａに座ったオペレータ（操縦者、運転手）から見て左側を「左」とし、右側を「右」とする。さらに、前後方向および左右方向に垂直な重力方向を上下方向とし、重力方向の上流側を「上」とし、下流側を「下」とする。

【0013】

下部走行体２は、左右一対のクローラ２１と、左右一対の走行モータ２２と、を備える。各走行モータ２２は、油圧モータである。左右の走行モータ２２が、左右のクローラ２１をそれぞれ駆動することにより、油圧ショベル１を前後進させることができる。下部走行体２には、整地作業を行うためのブレード２３と、ブレードシリンダ２３ａとが設けられる。ブレードシリンダ２３ａは、ブレード２３を上下方向に回動させる油圧シリンダである。

【0014】

作業機３は、ブーム３１、アーム３２、およびバケット３３を備える。ブーム３１、アーム３２、およびバケット３３を独立して駆動することにより、土砂等の掘削作業を行うことができる。

【0015】

ブーム３１は、ブームシリンダ３１ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａは、基端部が上部旋回体４の前部に支持され、伸縮自在に可動する。アーム３２は、アームシリンダ３２ａによって回動される。アームシリンダ３２ａは、基端部がブーム３１の先端部に支持され、伸縮自在に可動する。バケット３３は、バケットシリンダ３３ａによって回動される。バケットシリンダ３３ａは、基端部がアーム３２の先端部に支持され、伸縮自在に可動する。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、およびバケットシリンダ３３ａは、油圧シリンダにより構成される。

【0016】

上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回ベアリング（不図示）を介して旋回可能に構成される。上部旋回体４には、操縦部４１、旋回台４２、旋回モータ４３、機関室４４等が配置される。上部旋回体４は、油圧モータである旋回モータ４３の駆動により、旋回ベアリングを介して旋回する。

【0017】

上部旋回体４には、複数の油圧ポンプ７１（図２参照）が配置される。各油圧ポンプ７１は、機関室４４の内部の電動モータ６１（図２参照）によって駆動される。各油圧ポンプ７１は、油圧モータ（例えば左右の走行モータ２２、旋回モータ４３）、および油圧シリンダ（例えばブレードシリンダ２３ａ、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、バケットシリンダ３３ａ）に作業油（圧油）を供給する。任意の油圧ポンプ７１から作動油が供給されて駆動される油圧モータおよび油圧シリンダを、まとめて油圧アクチュエータ７３（図２参照）と呼ぶ。

【0018】

操縦部４１には、操縦席４１ａが配置される。操縦席４１ａの周囲には、各種のレバー４１ｂが配置される。オペレータが操縦席４１ａに着座してレバー４１ｂを操作することにより、油圧アクチュエータ７３が駆動される。これにより、下部走行体２の走行、ブレード２３による整地作業、作業機３による掘削作業、上部旋回体４の旋回、等を行うことができる。

【0019】

上部旋回体４には、バッテリー５３（例えばリチウムイオンバッテリ―）が取り付けられる。バッテリー５３から供給される電力により、電動モータ６１を駆動することができる。また、上部旋回体４には、不図示の給電口が設けられる。上記の給電口と、外部電源である商用電源５１とは、給電ケーブル５２を介して接続される。これにより、バッテリー５３を充電することも可能である。

【0020】

なお、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４をまとめて機体ＢＡとしたとき、機体ＢＡは、電力と油圧機器とを併用して駆動されてもよい。つまり、機体ＢＡは、油圧アクチュエータ７３などの油圧機器の他に、電動走行モータ、電動シリンダ、電動旋回モータ等を含んでいてもよい。

【0021】

〔２．制御系の構成〕
図２は、油圧ショベル１の制御系の構成を模式的に示すブロック図である。油圧ショベル１は、電動モータ６１を備える。

【0022】

電動モータ６１は、商用電源５１（図１参照）およびバッテリー５３の少なくとも一方から、後述するインバータ６３を介して供給される電力により駆動される。電動モータ６１は、永久磁石モータまたは誘導モータで構成される。なお、ミニショベルなど小型の作業機械に電動モータ６１を装着する場合、小型でレイアウト性に優れる観点から、誘導モータよりも永久磁石モータで電動モータ６１を構成することが望ましい。

【0023】

電動モータ６１の回転軸（出力軸）には、複数の油圧ポンプ７１が接続される。複数の油圧ポンプ７１は、可変容量型ポンプおよび固定容量型ポンプを含む。図２では、例として油圧ポンプ７１を１つのみ図示している。各油圧ポンプ７１は、作動油を収容する作動油タンク７４と接続されている。油圧ポンプ７１により、作動油タンク７４内の作動油が、コントロールバルブ７２を介して油圧アクチュエータ７３に供給される。これにより、油圧アクチュエータ７３が駆動される。

【0024】

すなわち、本実施形態の油圧ショベル１は、電動モータ６１と、作動油の供給によって駆動される油圧アクチュエータ７３と、作動油を収容する作動油タンク７４と、電動モータ６１によって駆動され、作動油タンク７４に収容された作動油を油圧アクチュエータ７３に供給する油圧ポンプ７１と、を備える。

【0025】

電動モータ６１の実際の回転数（実回転数）は、回転数センサ６１ａによって検出される。回転数センサ６１ａは、レゾルバ、エンコーダ、ホール素子等を用いて構成される。回転数センサ６１ａによって検出された電動モータ６１の回転数の情報は、インバータ６３に入力され、インバータ６３でのフィードバック制御に供される。このように、油圧ショベル１は、電動モータ６１の実回転数を検出する回転数センサ６１ａを備える。

【0026】

上記した作動油タンク７４には、作動油温度センサ７４ａが設けられている。作動油温度センサ７４ａは、作動油の温度を検出するセンサであり、例えばサーミスタで構成されるが、他のセンサ（例えば熱電対、測温抵抗体など）で構成されてもよい。作動油温度センサ７４ａで検出された作動油の温度の情報は、後述するＥＣＵ８０に入力され、ＥＣＵ８０での回転指令（制御信号）の生成に利用される。このように、油圧ショベル１は、作動油の温度を検出する作動油温度センサ７４ａを備える。

【0027】

油圧ショベル１は、給電器６２と、インバータ６３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０と、をさらに備える。給電器６２は、商用電源５１（図１参照）から給電ケーブル５２を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する。

【0028】

インバータ６３は、給電器６２から出力される直流電圧、またはバッテリー５３から供給される直流電圧を、交流電圧に変換して電動モータ６１に供給する。これにより、電動モータ６１が回転する。インバータ６３から電動モータ６１への交流電圧（電流）の供給は、ＥＣＵ８０から出力される回転指令に基づいて行われる。

【0029】

インバータ６３は、フィードバック制御部６３ａを備える。フィードバック制御部６３ａは、上記回転指令において設定される電動モータ６１の回転数（設定回転数）と、回転数センサ６１ａによって検出された電動モータ６１の実回転数との偏差を求め、その偏差が小さくなるように（実回転数が設定回転数に近づくように）、インバータ６３から電動モータ６１への出力（例えば電流）を制御する。このようなフィードバック制御部６３ａは、電子制御ユニットまたはＣＰＵ（Central Processing Unit）と呼ばれる中央演算処理装置で構成される。つまり、インバータ６３は、回転指令における電動モータ６１の設定回転数と、回転数センサ６１ａによって検出された実回転数とに基づいて、電動モータ６１への出力を制御するフィードバック制御を行うフィードバック制御部６３ａを有する。なお、上記の設定回転数は、ゼロ以上で、かつ、電動モータ６１の起動時に最終的に到達させる目標となる回転数（後述の目標回転数Ｒｓ）以下の値に設定される。

【0030】

フィードバック制御部６３ａによる上述のフィードバック制御は、例えばＰＩ制御（比例－積分制御）であるが、これに限定されるわけではなく、Ｐ制御（比例制御）またはＰＩＤ制御（比例－積分－微分制御）であってもよい。

【0031】

ＥＣＵ８０は、上記回転指令を生成してインバータ６３に出力する回転制御部として機能する電子制御ユニットまたはＣＰＵである。

【0032】

このように、本実施形態の油圧ショベル１は、回転指令に基づいて、電動モータ６１を回転させるインバータ６３と、上記回転指令をインバータ６３に出力する回転制御部としてのＥＣＵ８０と、を備える。

【0033】

ＥＣＵ８０には、キーシリンダ９１からの検知信号と、作動油温度センサ７４ａで検出された作動油の温度の情報と、が入力される。キーシリンダ９１には、油圧ショベル１の駆動および停止を指示するためのキーがオペレータによって差し込まれる。キーシリンダ９１は、差し込まれたキーの回転位置（ＯＦＦ、ＯＮ、スタート）を検知して、その検知信号をＥＣＵ８０に出力する。これにより、例えば、オペレータによってキーがスタート位置に回転され、キーシリンダ９１から上記検知信号としてキースタート信号がＥＣＵ８０に入力されると、ＥＣＵ８０は油圧ショベル１の駆動を開始すべく、作動油の温度に基づいて適切な回転指令を生成してインバータ６３に出力することができる。インバータ６３は、上記回転指令に応じた電圧（電流）を電動モータ６１に供給して、電動モータ６１を回転させる。なお、ＥＣＵ８０は、キーシリンダ９１以外のスイッチまたはセンサ等から出力される信号に基づいて回転指令を生成し、生成した回転指令をインバータ６３に出力して電動モータ６１を回転させてもよい。つまり、油圧ショベル１の駆動を開始させるトリガーとなる信号は、上記のキースタート信号には限定されない。

【0034】

〔３．電動モータの起動時における回転数制御（立ち上げ制御）〕
以下での説明の便宜上、閾値（例えばＴ０（℃））よりも高い温度を常温（例えばＴ１（℃））とし、閾値以下の温度を低温（例えばＴ２（℃））とする。すなわち、Ｔ２＜Ｔ１である。

【0035】

図３は、電動モータ６１の起動時に（油圧ショベル１の駆動開始時に）、作動油が低温状態である場合において（作動油の温度をＴ（℃）として、Ｔ＝Ｔ２＜Ｔ１）、ＥＣＵ８０が生成する回転指令（破線のグラフ）と、その回転指令に基づいて、インバータ６３が電動モータ６１を回転させたときの電動モータ６１の実回転数の推移（実線のグラフ参照）とを示している。本実施形態では、作動油が低温である場合、ＥＣＵ８０は、電動モータ６１の起動時に、回転指令として、電動モータ６１の回転数が、複数の制御周期Ｐ（ｍｓｅｃ）を経て、かつ、その制御周期Ｐごとに（ゼロから）増大して目標回転数Ｒｓ（ｍｉｎ^-1）に至る指令を生成し、インバータ６３に出力する。なお、作動油が低温であるか否かは、作動油温度センサ７４ａから出力される情報と閾値とに基づいて、ＥＣＵ８０が判断することができる。

【0036】

ここで、上記の制御周期Ｐとは、ＥＣＵ８０が電動モータ６１の回転数を制御する単位となる期間を指す。また、上記の目標回転数Ｒｓは、例えば操縦席４１ａ（図１参照）の横に設けられたダイヤルをオペレータが操作することによって予め設定される。ＥＣＵ８０は、上記ダイヤルの回転位置に基づいて、設定された目標回転数Ｒｓを認識することができる。

【0037】

図３の例では、ＥＣＵ８０は、１つの制御周期Ｐの間に、電動モータ６１の回転数がＲｓ／５だけ増大し、これを５周期繰り返すことにより、電動モータ６１の回転数を最終的に目標回転数Ｒｓに到達させる回転指令を生成している。このような回転指令に基づいて、インバータ６３が電動モータ６１を駆動したとき、電動モータ６１の回転数は時間経過に伴ってほぼ線形的（エンジンと比較すると多少はステップ的）に増加して目標回転数Ｒｓに到達する。

【0038】

なお、上記回転指令に基づいて電動モータ６１を駆動したときの電動モータ６１の実回転数の変化は、時間を変数とする関数で表される。例えば所定の区間（５Ｐ）での回転数の増加量を積分することにより、右上がりの直線部を示す関数（一次関数）を求めることができる。

【0039】

図３の例では、５つの制御周期Ｐのどれについても、電動モータ６１の回転数の増加量ΔＲをＲｓ／５としているが、増加量ΔＲは、各制御周期Ｐで異なる値であってもよい。例えば、５つの制御周期Ｐにおける回転数の増加量ΔＲは、それぞれ、６Ｒｓ／２０、５Ｒｓ／２０、４Ｒｓ／２０、３Ｒｓ／２０、２Ｒｓ／２０であってもよい。このように各制御周期Ｐでの増加量ΔＲを設定した場合、回転指令のグラフは目標回転数Ｒｓに漸近していく波形となる。

【0040】

また、図３の例では、ＥＣＵ８０は、複数の制御周期Ｐにわたって、回転数を連続的に増大させる（回転数を単調に増加させる）回転指令を生成しているが、回転数を段階的に増大させる回転指令を生成してもよい。例えば、ＥＣＵ８０は、最初の制御周期Ｐでは回転数をＲｓ／５で一定に維持し、次の制御周期Ｐでは回転数を２Ｒｓ／５で一定に維持し、次の制御周期Ｐでは回転数を３Ｒｓ／５で一定に維持し、次の制御周期Ｐでは回転数を４Ｒｓ／５で一定に維持し、次の制御周期Ｐで回転数を目標回転数Ｒｓに到達させる回転指令を生成してもよい。

【0041】

このように、ＥＣＵ８０は、電動モータ６１の起動時に、上記回転指令を生成してインバータ６３に出力することにより、例えば電動モータ６１の回転数を１つの制御周期Ｐの間にゼロから目標回転数Ｒｓまで増大させる制御を行う場合に比べて、電動モータ６１の回転数を緩やかに上昇させることができる。これにより、電動モータ６１の起動時に作動油が低温であるために、作動油タンク７４から油圧ポンプ７１に作動油が流れにくい状態であっても、作動油が徐々に油圧ポンプ７１に吸い込まれる。このため、油圧ポンプ７１内に吸い込まれた作動油の圧力が負圧傾向になることを抑制することができる。したがって、油圧ポンプ７１内での気泡およびキャビテーションの発生を抑制することができ、キャビテーションに起因して油圧ポンプ７１が故障する虞を低減することができる。

【0042】

上記した電動モータ６１の立ち上がり制御は、電動モータ６１の起動時に、作動油が低温である場合のみならず、常温である場合にも適用することができる。

【0043】

図４は、電動モータ６１の起動時に、作動油が常温である場合において（Ｔ＝Ｔ１）、ＥＣＵ８０が生成する通常の回転指令（破線のグラフ）と、その回転指令に基づいて、インバータ６３が電動モータ６１を回転させたときの電動モータ６１の実回転数の推移（実線のグラフ参照）とを示している。作動油が常温である場合、作動油の粘度が低温時よりも低いため、作動油は作動油ポンプ７４から油圧ポンプ７１に流れやすくなる。この場合、図４に示す回転指令に基づく制御を行っても、つまり、１つの制御周期Ｐの間に、電動モータ６１の回転数をゼロから目標回転数Ｒｓまで増大させる制御を行っても、油圧ポンプ７１内に吸い込まれる作動油の圧力が負圧傾向になりにくくなる。この場合、油圧ポンプ７１内でのキャビテーションの発生は抑制されるため、キャビテーションに起因する油圧ポンプ７１の故障を低減することができる。

【0044】

ただし、図４に示す回転指令に基づく電動モータ６１の回転数制御では、電動モータ６１の回転数の短時間での急激な増加により、オーバーシュートが顕著に発生することになる。なお、オーバーシュートとは、電動モータ６１の回転数が目標回転数Ｒｓを一旦超えてから目標回転数Ｒｓに近づく回転数の変動を指す。電動モータ６１の定格回転数は予め決まっているが、目標回転数Ｒｓが定格回転数の近くに設定された場合、図４の制御を行うと、オーバーシュートにより、電動モータ６１が定格回転数を超える回転数で回転し、油圧ショベル１の各機器に悪影響を与えることが懸念される。このような悪影響を回避する観点では、電動モータ６１の起動時に、作動油が常温であっても、作動油が低温である場合と同様の（図３の回転指令に基づく制御と同様の）回転数制御を行うことが望ましい。

【0045】

〔４．作動油の温度に応じた回転数の増加量の制御〕
図５は、作動油の温度がＴ２よりも低い温度（例えばＴ３（℃））である場合において（Ｔ＝Ｔ３＜Ｔ２）、ＥＣＵ８０が生成する回転指令（破線のグラフ）と、その回転指令に基づいて、インバータ６３が電動モータ６１を回転させたときの電動モータ６１の実回転数の推移（実線のグラフ参照）とを示している。ＥＣＵ８０は、電動モータ６１の回転数の制御周期Ｐごとの増加量ΔＲを、作動油の温度に基づいて決定してもよい。

【0046】

例えば、図３で示した回転指令では、１つの制御周期Ｐにおいて、電動モータ６１の回転数の増加量ΔＲをＲｓ／５に設定しているが、図５で示した回転指令では、１つの制御周期Ｐにおいて、電動モータ６１の回転数の増加量ΔＲをＲｓ／７に設定している。つまり、ＥＣＵ８０は、作動油の温度が低くなるにつれて、電動モータ６１の回転数の制御周期Ｐごとの増加量ΔＲを減少させる。なお、図３と図５とで、目標回転数Ｒは同じ値に設定されており、１つの制御周期Ｐの長さも同じ値に設定されているとする。したがって、図５の回転指令では、図３の回転指令よりも、１つの制御周期Ｐあたりの電動モータ６１の回転数の増加量ΔＲ（直線部の傾き）が小さく設定される。

【0047】

作動油は温度によって粘度が変化する。このため、ＥＣＵ８０が、電動モータ６１の回転数の制御周期Ｐごとの増加量ΔＲを、作動油の温度に基づいて決定することにより、増加量ΔＲを作動油の粘度に応じた適切な量に設定して、電動モータ６１の起動時に油圧ポンプ７１内に吸い込まれる作動油の圧力が負圧傾向になることを確実に抑制することができる。これにより、油圧ポンプ７１内でのキャビテーションの発生を確実に抑制して、油圧ポンプ７１が破損する虞を確実に低減することができる。

【0048】

特に、作動油の温度が低いと、作動油の粘度が高く、作動油が流れにくくなる。作動油の温度が低くなるにつれて増加量ΔＲを減少させることにより、電動モータ６１の起動（立ち上げ速度）を過剰に遅くすることなく、油圧ポンプ７１内で作動油が負圧傾向になることを抑制して、油圧ポンプ７１が破損する虞を低減することができる。逆に、作動油の温度が高くなるにつれて増加量ΔＲは増加することになるため、電動モータ６１の起動を早くすることができる。この場合、短時間で所望のポンプ出力を得て、オペレータによる作業機械の操作性を向上させることができる。

【0049】

〔５．増加量マップを利用した回転数制御〕
図６は、ＥＣＵ８０の構成の一例を示すブロック図である。回転制御部としてのＥＣＵ８０は、増加量マップ記憶部８１と、増加量決定部８２と、を有する構成であってもよい。増加量マップ記憶部８１は、作動油の温度と、電動モータ６１の回転数の増加量との関係を予め規定した増加量マップを記憶するメモリ（例えば不揮発性メモリ）である。図７は、上記増加量マップの一例を示している。増加量決定部８２は、増加量マップ記憶部８１に記憶された増加量マップから、作動油温度センサ７４ａによって検出された作動油の温度に対応する、１つの制御周期Ｐでの電動モータ６１の回転数の増加量ΔＲを決定する。

【0050】

例えば、作動油の温度が－１５℃であったとき、増加量決定部８２は、上記増加量マップに基づき、－１５℃の作動油の温度に対応する回転数の増加量ΔＲとして、４０（ｍｉｎ^-1）を決定する。また、作動油の温度が０℃であったとき、増加量決定部８２は、上記増加量マップに基づき、０℃の作動油の温度に対応する回転数の増加量ΔＲとして、７０（ｍｉｎ^-1）を決定する。このような増加量決定部８２の機能は、ＥＣＵ８０を構成するコントローラによって達成される。

【0051】

このように、ＥＣＵ８０（増加量決定部８２）は、電動モータ６１の回転数の制御周期Ｐごとの増加量ΔＲを、増加量マップ記憶部８１に予め記憶された増加量マップを利用して決定する。これにより、ＥＣＵ８０は、増加量マップから、作動油の温度に応じた適切な増加量ΔＲを決定することができ、決定した増加量ΔＲを反映した回転指令をインバータ６３に出力することができる。したがって、インバータ６３は、上記回転指令に基づいて、電動モータ６１の回転数を制御周期Ｐごとに適切な増加量ΔＲで増大させて、電動モータ６１を作動油の温度に適した状態で起動させることができる。

【0052】

〔６．インバータのフィードバック制御について〕
図８は、ＥＣＵ８０の構成の他の例を示すブロック図である。回転制御部としてのＥＣＵ８０は、ゲインマップ記憶部８３と、ゲイン決定部８４と、を有する構成であってもよい。ゲインマップ記憶部８３は、作動油の温度と、インバータ制御部６３ａによるフィードバック制御のゲインとの関係を予め規定したゲインマップを記憶するメモリ（例えば不揮発性メモリ）である。

【0053】

本実施形態では、インバータ制御部６３ａは、上述したようにＰＩ制御を行うため、フィードバック制御に２種類のゲイン、つまり、比例ゲインおよび積分ゲインが存在する。図９は、作動油の温度と比例ゲインとの関係を予め規定したゲインマップの一例を示し、図１０は、作動油の温度と積分ゲインとの関係を予め規定したゲインマップの一例を示している。図９および図１０で示したゲインマップが、ゲインマップ記憶部８３に記憶されている。

【0054】

ゲイン決定部８４は、ゲインマップ記憶部８３に記憶されたゲインマップから、作動油温度センサ７４ａによって検出された作動油の温度に対応するゲインを決定する。例えば、作動油の温度が－１８℃であったとき、ゲイン決定部８４は、図９のゲインマップから、－１８℃の作動油の温度に対応する比例ゲインとして０．４を決定し、図１０のゲインマップから、積分ゲインとして０．２を決定する。また、作動油の温度が＋５℃であったとき、ゲイン決定部８４は、図９のゲインマップから、＋５℃の作動油の温度に対応する比例ゲインとして０．８を決定し、図１０のゲインマップから、積分ゲインとして０．３を決定する。ゲイン決定部８４によって決定されたゲインに関する情報は、回転指令とともにＥＣＵ８０からインバータ６３に出力される。

【0055】

図１１は、フィードバック制御部６３ａによるＰＩ制御を模式的に示している。フィードバック制御部６３ａは、上記回転指令における電動モータ６１の設定回転数（例えば最初の制御周期ＰではゼロからＲｓ／５までの任意の回転数）と、回転数センサ６１ａによって検出された電動モータ６１の実回転数との偏差に比例ゲインＫｐを乗じた比例項１０１の値と、上記偏差の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた積分項１０２の値とを加算して、ＰＩ制御による動作指令値（電流値）を求める。フィードバック制御部６３ａは、上記の比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉを、ゲイン決定部８４によって決定された比例ゲインおよび積分ゲインにそれぞれ変更してフィードバック制御を行う。

【0056】

このように、ＥＣＵ８０のゲイン決定部８４は、予め用意されたゲインマップを利用して作動油の温度に対応する適切なゲインを決定する。そして、インバータ６３のフィードバック制御部６３ａは、フィードバック制御のゲインを、ゲイン決定部８４によって決定されたゲインに変更してフィードバック制御を行う。作動油の温度に基づいてフィードバック制御のゲインを変更する制御によっても、電動モータ６１を作動油の温度に適した状態で起動させることができる。

【0057】

なお、フィードバック制御部６３ａがＰ制御またはＰＩＤ制御を行う場合でも、上記と同様のゲインの変更制御を行うことができる。つまり、フィードバック制御部６３ａは、Ｐ制御を行う場合、ゲイン決定部８４から出力されるゲイン情報に基づいて、比例ゲインのみを変更する制御を行えばよい。また、フィードバック制御部６３ａがＰＩＤ制御を行う場合、ゲインマップ記憶部８３に、作動油の温度と微分ゲインとの関係を規定したゲインマップをさらに記憶させておき、ゲイン決定部８４が各ゲインマップから作動油の温度に対応する比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインをそれぞれ決定すればよい。そして、フィードバック制御部６３ａは、フィードバック制御の各ゲインを、ゲイン決定部８４によって決定された比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインにそれぞれ変更する制御を行えばよい。

【0058】

以上では、作業機械として、建設機械である油圧ショベル１を例に挙げて説明したが、作業機械は油圧ショベル１に限定されず、ホイルローダなどの他の建設機械であってもよく、コンバイン、トラクタ等の農業機械であってもよい。

【0059】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、例えば建設機械、農業機械などの作業機械に利用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ 油圧ショベル（電動式作業機械）
６１ 電動モータ
６１ａ 回転数センサ
６３ インバータ
６３ａ インバータ制御部
７１ 油圧ポンプ
７３ 油圧アクチュエータ
７４ 作動油タンク
７４ａ 作動油温度センサ
８０ ＥＣＵ（回転制御部）
８１ 増加量マップ記憶部
８２ 増加量決定部
８３ ゲインマップ記憶部
８４ ゲイン決定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】