(57)【要約】  旋回用電動機（２１）により旋回体（３）を旋回駆動する。旋回ブレーキ用油圧モータ（４０）を旋回体（３）又は旋回用電動機（２１）に機械的に連結する。旋回ブレーキ用油圧モータ（４０）の吸入ポートと吐出ポートを遮断することで、旋回ブレーキ用油圧モータ（４０）が回転できない状態にし、旋回体（３）にブレーキをかける。
2012133705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、  前記旋回体又は前記旋回用電動機に機械的に連結された旋回ブレーキ用油圧モータと  を有することを特徴とするショベル。
【請求項２】
請求項１記載のショベルであって、  前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断する油圧回路を更に有することを特徴とするショベル。
【請求項３】
請求項１又は２記載のショベルであって、  前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、旋回以外の操作を行なうための操作手段が操作されたときに、前記旋回ブレーキ用油圧モータを用いて前記旋回体にブレーキをかけることを特徴とするショベル。
【請求項４】
請求項３記載のショベルであって、  前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、旋回以外の操作を行なうための操作手段が操作されたときに、前記旋回体を機械的に固定するための機械式ブレーキ装置のブレーキ動作を解除することを特徴とするショベル。
【請求項５】
請求項２記載のショベルであって、  前記油圧回路は前記旋回ブレーキ用油圧モータの吐出側を常に遮断し、前記旋回体と前記旋回ブレーキ用油圧モータとの間に断続機が設けられたことを特徴とするショベル。
【請求項６】
請求項５記載のショベルであって、  前記断続機は、前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、前記旋回ブレーキ用油圧モータを前記旋回体又は前記旋回用電動機に連結することを特徴とするショベル。
【請求項７】
請求項２記載のショベルであって、  前記油圧回路は切換弁を含み、該切換弁により前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することを特徴とするショベル。
【請求項８】
請求項７記載のショベルであって、  前記旋回体の旋回操作を行なうための旋回操作手段が操作されているときは、前記切換弁により前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口が接続されて閉回路が形成され、  前記旋回体の旋回操作を行なうための旋回操作手段が操作されていない状態となると、前記切換弁により前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することを特徴とするショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電動機を用いて旋回体を電動駆動するショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】  一般的に、掘削作業等を行なうショベルには旋回体が設けられ、掘削作業を行なうためのブーム、アーム及びバケットが旋回体に設けられる。旋回体を旋回させることで、バケットをショベルの周囲の任意の位置に移動する。旋回用油圧モータで旋回体を旋回駆動することを油圧旋回と称する。また、旋回用電動モータで旋回体を旋回駆動することを電動旋回と称する。【０００３】  電動旋回を採用したショベルでは、旋回用電動モータを駆動しないときには旋回用電動モータは自由に回転できる状態にあるので、旋回体に機械的にブレーキをかけて固定しておく。機械的にブレーキをかけるブレーキ装置は、摩擦力を用いて旋回体を固定するものであり、摩擦力を発生させる部品が摩耗するという問題を有している。ショベルの作業時には旋回体に大きな外力が作用するため、この大きな外力に抗してブレーキ力（摩擦力）を維持しなければならない。したがって、ブレーキ装置に加わる負荷が大きく、ブレーキ装置の摩擦力を発生する部分が短時間で摩耗してしまい、ブレーキ装置の寿命が短いという問題がある。【０００４】  そこで、旋回用電動モータをゼロ速度制御することで旋回体を停止状態に維持することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ゼロ速度制御とは、旋回用電動モータを常に駆動状態としておき、旋回用電動モータが外力により回転しようとしたら回転速度がゼロになるように、反対向きに回転するように駆動して回転速度をゼロに維持するという制御である。旋回用電動モータの回転速度をゼロに維持するということは、旋回用電動モータを回転させないことであり、したがって旋回体は一定の位置に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９９１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  旋回用電動モータをゼロ速度制御することで旋回体を停止状態に維持する制御では、旋回用電動モータを駆動して、旋回体に加わる外力を打ち消すような旋回力を発生させる。このため、旋回用電動モータを常時駆動しなければならず、旋回体を固定しておくために旋回用電動モータに電力を供給する必要がある。したがって、蓄電装置から多量の電力を旋回用電動モータに供給しなければならず、蓄電装置の充電率が急速に減少するおそれがある。また、作業を行なうためではなくブレーキをかけるためだけに旋回用電動モータで電力を消費するため、省電力の観点から好ましくない。【０００７】  本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、機械式ブレーキ以外のブレーキ装置により旋回体を停止状態に維持することができ、且つブレーキ力を発生するために多量の電力を必要としないショベル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】  本発明によれば、旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、該旋回体又は該旋回用電動機に機械的に連結された旋回ブレーキ用油圧モータとを有することを特徴とするショベルが提供される。【０００９】  上述のショベルは、該旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断する油圧回路を更に有することが好ましい。該旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、旋回以外の操作を行なうための操作手段が操作されたときに、該旋回ブレーキ用油圧モータを用いて該旋回体にブレーキをかけることとしてもよい。また、該旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、旋回以外の操作を行なうための操作手段が操作されたときに、該旋回体を機械的に固定するための機械式ブレーキ装置のブレーキ動作を解除することとしてもよい。【００１０】  また、該油圧回路は該旋回ブレーキ用油圧モータの吐出側を常に遮断し、該旋回体と該旋回ブレーキ用油圧モータとの間に断続機が設けられることとしてもよい。該断続機は、該旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、該旋回ブレーキ用油圧モータを該旋回体又は該旋回用電動機に連結することとしてもよい。また、該油圧回路は切換弁を含み、該切換弁により該旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することとしてもよい。また、該旋回体の旋回操作を行なうための旋回操作手段が操作されているときは、該切換弁により該旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口が接続されて閉回路が形成され、該旋回体の旋回操作を行なうための旋回操作手段が操作されていない状態となると、該切換弁により該旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】  上述の発明によれば、機械式ブレーキ以外のブレーキ装置により旋回体を停止状態に維持することができ、且つブレーキ力を発生するために多量の電力を消費することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ハイブリッド式ショベルの側面図である。
【図２】第１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】油圧によるブレーキ力を発生させるための旋回ブレーキ用油圧モータを有する旋回駆動系の構成を示すブロック図である。
【図５】上部旋回体の旋回を停止しながら作業を行なう場合の制御処理のフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態による旋回ブレーキ用油圧モータを有する旋回駆動系の構成を示すブロック図である。
【図７】シリーズ型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８】電気式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】  図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。
【００１５】  ハイブリッド式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、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。
【００１６】  なお、本発明が適用可能なショベルは、ハイブリッド式ショベルに限られない。電動旋回を採用したショベルであれば、例えば外部電源から充電電力が供給される電気駆動式ショベルにも本発明を適用することができる。
【００１７】  図２は、本発明の第１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。
【００１８】  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。
【００１９】  コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式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。
【００２０】  電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。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。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。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。ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３が上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。
【００２１】  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。
【００２２】  図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。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１００とＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ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】  図２に戻り、コントローラ３０は、ハイブリッド式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。
【００２５】  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。
【００２６】  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、後述のようにキャパシタ１９に充電する量（充電電流又は充電電力）の制御も行なう。
【００２７】  この昇降圧コンバータ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。
【００２８】  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。
【００２９】  旋回用電動機２１の回転速度（角速度ω）はレゾルバ２２により検出される。また、ブーム４の角度（ブーム角度θＢ）はブーム４の支持軸に設けられたロータリエンコーダ等のブーム角度センサ７Ｂにより検出される。コントローラ３０は、旋回用電動機２１の角速度ωに基づいて推定旋回回生電力（エネルギ）を演算で求め、また、ブーム角度θＢに基づいて推定ブーム回生電力（エネルギ）を演算で求める。そして、コントローラ３０は、演算で求めた推定旋回回生電力と推定ブーム回生電力とに基づいて、ＳＯＣの回生見込み目標値を演算により求める。コントローラ３０は、キャパシタ１９のＳＯＣを、求めた回生見込み目標値に近づけるようにハイブリッド式ショベルの各部を制御する。
【００３０】  上述のような構成のハイブリッド式ショベルによる作業では、上部旋回体３を一定の旋回位置に保持しながらブーム４、アーム５、バケット６を駆動して掘削作業等を行なうことがある。このときは、上部旋回体３が外力により旋回してしまわないように、メカニカルブレーキ２３によりブレーキがかけられる。メカニカルブレーキ２３は、操作装置２６の旋回用操作レバー（例えば、レバー２６Ａ）が一定時間操作されないと、自動的に作動され、旋回用操作レバーが操作されると直ちに解除される。
【００３１】  本実施形態では、メカニカルブレーキ２３によりブレーキをかけながらブーム４、アーム５、バケット６による作業を行なう状態とならないようにする。すなわち、上部旋回体３を停止しながら作業を行なうときにはメカニカルブレーキ２３を解除し、その代わりに油圧を利用してブレーキ力を発生して上部旋回体３にブレーキをかけて停止した状態にする。油圧によるブレーキ力を発生させるための油圧機器として、本実施形態では、例えば油圧ポンプが用いられる。
【００３２】  図４は油圧によるブレーキ力を発生させるための旋回ブレーキ用油圧モータを有する旋回駆動系の構成を示すブロック図である。図４において、図２に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】  本実施形態では、旋回用電動機２１の出力軸に旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が機械的に連結される。旋回ブレーキ用油圧モータ４０は、ポート４０ａとポート４０ｂとを有する油圧ポンプである。旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が一方向に回転駆動されると、ポート４０ａが吸入ポートとなりポート４０ｂが吐出ポートとなって、作動油をポート４０ａからポート４０ｂの方向に流そうとする。旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が反対方向に回転駆動されると、ポート４０ｂが吸入ポートとなりポート４０ａが吐出ポートとなって、作動油をポート４０ｂからポート４０ａの方向に流そうとする。
【００３４】  ここで、ポート４０ａとポート４０ｂを閉鎖して作動油が流れないようにしておくと、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸は回転することができない。旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸は旋回用電動機２１の出力軸に機械的に連結されているので、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が回転できなくなると、旋回用電動機２１の出力軸も回転できなくなり、上部旋回体３も旋回できなくなる。したがて、旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａとポート４０ｂを閉鎖して作動油が流れないようにすることで、上部旋回体３にブレーキがかけられた状態となり、上部旋回体３を停止状態に維持することができる。
【００３５】  旋回ブレーキ用油圧モータ４０には油圧回路５０が接続されており、油圧回路５０により作動油の流れが制御される。油圧回路５０は切換弁６０を有している。切換弁６０は、旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａに繋がる油路５０ａとポート４０ｂに繋がる油路５０ｂとを接続した状態と、油路５０ａと油路５０ｂとを遮断した状態のいずれかに切換える弁である。切換弁６０の動作は、コントローラ３０からの切換信号により制御される。図４には、切換弁６０により油路５０ａと油路５０ｂとを遮断した状態が示されている。油路５０ａと油路５０ｂとを遮断することは、旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａとポート４０ｂを閉鎖することに相当する。したがって、切換弁６０により油路５０ａと油路５０ｂとを遮断することで、上部旋回体３にブレーキをかけて停止状態に保持することができる。
【００３６】  一方、切換弁６０により油路５０ａと油路５０ｂとを接続した状態にすると、油路５０ａから旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａに流れた作動油は、旋回ブレーキ用油圧モータ４０に吸い込まれ、ポート４０ｂから吐出される。ポート４０ｂから吐出された作動油は油路５０ｂを流れて再び切換弁６０に戻り、油路５０ａを流れて旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａに吸い込まれる。このように、切換弁６０により油路５０ａと油路５０ｂとを接続して閉回路を形成することで、旋回ブレーキ用油圧モータ４０を空回りさせた状態で駆動することができる。この状態では、旋回ブレーキ用油圧モータ４０によるブレーキが解除された状態であり、上部旋回体３を旋回駆動することができる。すなわち、上部旋回体３を旋回させるときには、切換弁６０を作動して、油路５０ａと油路５０ｂとを接続した状態にする。
【００３７】  油圧回路５０は、リリーフ弁５２Ａ，５２Ｂ及び逆止弁５４Ａ，５４Ｂを有する。リリーフ弁５２Ａ，５２Ｂ及び逆止弁５４Ａ，５４Ｂは、油路５０ａ及び油路５０ｂ内の油圧が高くなり過ぎないように、油圧を逃がすために設けられる。例えば、上部旋回体３に作用する外力（旋回力）が非常に大きくなり、油路５０ｂ内の油圧が過度に上昇してリリーフ弁５２Ｂのリリーフ圧を超えると、高圧の作動油はリリーフ弁５２Ｂから流れ出て、逆止弁５４Ａを通り、油路５０ａに流れる。これにより、油路５０ｂ内の油圧は低下し、リリーフ弁５２Ｂのリリーフ圧以下に保たれる。油路５０ａ内の油圧が過度に上昇した場合も、同様に、リリーフ弁５２Ａのリリーフ圧以下に保たれる。このため、旋回駆動系を構成する部品の損傷を防止することができる。
【００３８】  次に、上部旋回体３の旋回を停止しながら作業を行なう場合の制御について説明する。図５は上部旋回体３の旋回を停止しながら作業を行なう場合の制御処理のフローチャートである。
【００３９】  まず、ステップＳ１において、全ての操作レバー（操作手段）が操作されていない状態であるか否かが判定される。全ての操作レバー（操作手段）が操作されていない状態では無いと判定されると（ステップＳ１のＮＯ）、処理はステップＳ４へ進む（。一方、全ての操作レバー（操作手段）が操作されていない状態であると判定されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、所定の時間（例えば、５秒間）が経過したか否かが判定される。掘削作業や地ならし作業等の作業中は、ステップＳ１からステップＳ４へと進む。
【００４０】  ステップＳ２において所定の時間（例えば、５秒間）が経過していないと判定されると、処理はステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ２において所定の時間（例えば、５秒間）が経過したと判定されると、処理はステップＳ３に進み、メカニカルブレーキ２３（駐車ブレーキ）がＯＮとされる。すなわち、上部旋回体３を旋回操作するための操作レバーが所定の時間（例えば、５秒間）操作されないと、上部旋回体３を停止させておくものと判断し、メカニカルブレーキ２３を作動させてブレーキをかけ、上部旋回体３をその位置に固定する。
【００４１】  続いて、ステップＳ４において、上部旋回体３を旋回操作するための操作レバー以外の操作レバーが操作されたか否かが判定される。上部旋回体３を旋回操作するための操作レバー以外の操作レバーが操作されていない場合（ステップＳ４のＮＯ）、今回の処理は終了される。上部旋回体３を旋回操作するための操作レバー以外の操作レバーが操作されていないということは、上部旋回体３を停止した状態で、他の作業要素も操作されていないということであり、ショベルは何の作業も行なっていないと判断できる。したがって、メカニカルブレーキ２３によりブレーキをかけた状態が維持される。
【００４２】  一方、上部旋回体３を旋回操作するための操作レバー以外の操作レバーが操作された場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、処理はステップＳ５に進み、切換弁６を作動して油路５０ａと油路５０ｂを遮断した状態とする（図４に示す状態）。すなわち、上部旋回体３が停止している状態で、上部旋回体３の旋回操作以外の操作が行なわれた場合、上部旋回体３を停止しながらバケット６等による作業を行なっていると判断し、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸が回転できないようにして上部旋回体３にブレーキをかける。油路５０ａと油路５０ｂを遮断した状態とすることにより作動油の流れが止められ、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸は回転できなくなるため、旋回用電動機２１の回転が阻止され、上部旋回体３の旋回も阻止される。
【００４３】  旋回ブレーキ用油圧モータ４０によるブレーキがかけられた後で、ステップＳ６においてメカニカルブレーキ（駐車ブレーキ）２３の作動が解除される。すなわち、旋回ブレーキ用油圧モータ４０によるブレーキがかけられたので、メカニカルブレーキ２３によるブレーキを解除しても上部旋回体３を停止させておくことができる。このため、メカニカルブレーキ２３の摩擦部品（例えば、ブレーキライニング等）の摩耗が抑制され、メカニカルブレーキ２３の摩擦部品が早期に磨耗することが防止される。これにより、メカニカルブレーキ２３の耐用年数を延ばすことができる。そして、ステップＳ６でメカニカルブレーキが解除された後は、再度、ステップＳ１から処理が開始される。
【００４４】  次に、第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態による旋回ブレーキ用油圧モータを有する旋回駆動系の構成を示すブロック図である。図６において、図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】  図６に示すように、本実施形態では、油圧回路５０は切換弁６０を有していない。したがって、図７に示す油圧回路５０では、旋回ブレーキ用油圧モータ４０のポート４０ａとポート４０ｂから作動油を吐出することができず、常に閉鎖状態となっている。すなわち、旋回ブレーキ用油圧モータ４０は常にブレーキをかけた状態となっており、このままでは、上部旋回体３を旋回駆動することができない。そこで、本実施形態では、切換弁６０の代わりに、旋回ブレーキ用油圧モータ４０と旋回用電動機２１との間に断続機７０が設けられている。
【００４６】  断続機７０は、例えばクラッチのように、二つの部材を互いに係合させて回転力を伝達する状態と、二つの部材の係合を解除して回転力を伝達できない状態にする。すなわち、断続機７０は、コントローラ３０からの信号により、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸と旋回用電動機２１の出力軸とを連結した状態と、切り離した状態にすることができる。したがって、旋回ブレーキ用油圧モータ４０でブレーキをかけるときには、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸と旋回用電動機２１の出力軸とを断続機７０により連結した状態とする。一方、旋回用電動機２１を駆動して上部旋回体３を旋回駆動するときには、旋回ブレーキ用油圧モータ４０の駆動軸と旋回用電動機２１の出力軸とを断続機７０により切り離した状態とする。
【００４７】  以上のように、本実施形態では、旋回ブレーキ用油圧モータ４０を常にブレーキをかけた状態としておき、旋回ブレーキ用油圧モータ４０によるブレーキが不要のときは、旋回ブレーキ用油圧モータ４０を旋回用電動機２１から切り離すことで対応している。
【００４８】  上述の第１及び第２実施形態では、旋回ブレーキ用油圧モータ４０を旋回用電動機２１に連結することで、旋回用電動機２１にブレーキをかけ、結果として上部旋回体３にブレーキをかけているが、旋回ブレーキ用油圧モータ４０を上部旋回体３又は旋回機構２に直接連結してもよい。
【００４９】  上述の実施形態では、エンジン１１と電動発電機１２とを油圧ポンプであるメインポンプ１４に接続してメインポンプを駆動する、いわゆるパラレル型のハイブリッド式ショベルに本発明を適用した例について説明した。本発明は、図７に示すようにエンジン１１で電動発電機１２を駆動し、電動発電機１２が生成した電力を蓄電系１２０に蓄積してから蓄積した電力のみによりメインポンプ１４を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド式ショベルにも適用することもできる。この場合、電動発電機１２は、エンジン１１によって駆動されることによる発電運転のみを行なう発電機としての機能を備えている。蓄電系１２０に蓄えられた電力は、インバータ１８Ｂを介して、メインポンプ１４を駆動する電動機４００に供給される。電力が供給されると電動機４００が駆動され、これによりメインポンプ１４が駆動される。
【００５０】  また、エンジンが搭載されずに電動機のみで油圧ポンプを駆動する電気式ショベルにも本発明を適用することができる。図８は電気式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。電動機として機能する電動発電機１２はメインポンプ１４に接続され、メインポンプ１４は電動発電機１２のみにより駆動される。蓄電系１２０には、コンバータ４１０を介して外部電源５００が接続され、蓄電系１２０の蓄電部（キャパシタ１９）には、外部電源５００から電力が供給されて、キャパシタ１９は充電される。
【００５１】  本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例及び改良例がなされるであろう。
【００５２】  本出願は、２０１１年３月３０日出願の優先権主張日本国特許出願第２０１１−０７６２５４号に基づくものであり、その全内容は本出願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】  本発明は電動機を用いて旋回体を電動駆動するショベルに適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】  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  ７Ａ  油圧配管  ７Ｂ  ブーム角度センサ  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，１８Ｂ，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  ３５  表示装置  ４０  旋回ブレーキ用油圧モータ  ４０ａ，４０ｂ  ポート  ５０  油圧回路  ５０ａ，５０ｂ  油路  ５２Ａ，５２Ｂ  リリーフ弁  ５４Ａ，５４Ｂ  逆止弁  ６０  切換弁  ７０  断続機  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  キャパシタ電流検出部  １２０  蓄電系  ４００  電動機  ４１０  コンバータ  ５００  外部電源
【図１】
2012133705.tif 000003
【図２】
2012133705.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月22日(2013.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
前記旋回体又は前記旋回用電動機に機械的に連結された旋回ブレーキ用油圧モータとを有するとともに、
前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、旋回以外の操作を行なうための操作手段が操作されているときに、前記旋回ブレーキ用油圧モータを用いて前記旋回体にブレーキをかけ、かつ、前記旋回体を機械的に固定するための機械式ブレーキ装置のブレーキ動作を解除していることを特徴とするショベル。
【請求項２】
請求項１記載のショベルであって、
前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断する油圧回路を更に有することを特徴とするショベル。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
請求項２記載のショベルであって、
前記油圧回路は前記旋回ブレーキ用油圧モータの吐出側を常に遮断し、前記旋回体と前記旋回ブレーキ用油圧モータとの間に断続機が設けられたことを特徴とするショベル。
【請求項６】
請求項５記載のショベルであって、
前記断続機は、前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、前記旋回ブレーキ用油圧モータを前記旋回体又は前記旋回用電動機に連結することを特徴とするショベル。
【請求項７】
請求項２記載のショベルであって、
前記油圧回路は切換弁を含み、該切換弁により前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することを特徴とするショベル。
【請求項８】
請求項７記載のショベルであって、
前記旋回体の旋回操作を行なうための旋回操作手段が操作されているときは、前記切換弁により前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口が接続されて閉回路が形成され、
前記旋回体の旋回操作を行なうための旋回操作手段が操作されていない状態となると、前記切換弁により前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することを特徴とするショベル。
【請求項９】
旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
前記旋回体又は前記旋回用電動機に機械的に連結された旋回ブレーキ用油圧モータとを有するショベルの制御方法であって、
前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、旋回以外の操作を行なうための操作手段が操作されているときに、前記旋回ブレーキ用油圧モータを用いて前記旋回体にブレーキをかけ、かつ、前記旋回体を機械的に固定するための機械式ブレーキ装置のブレーキ動作を解除していることを特徴とするショベルの制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載のショベルの制御方法であって、
前記旋回体にブレーキをかける際に、前記旋回ブレーキ用油圧モータの吸入口と吐出口とを遮断することを特徴とするショベルの制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のショベルの制御方法であって、
前記旋回ブレーキ用油圧モータの吐出側を常に遮断し、前記旋回体と前記旋回ブレーキ用油圧モータとの間を断続機により断続することを特徴とするショベルの制御方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のショベルの制御方法であって、
前記断続機は、前記旋回体を旋回操作するための旋回操作手段が操作されていない状態において、前記断続機を操作して前記旋回ブレーキ用油圧モータを前記旋回体又は前記旋回用電動機に連結することを特徴とするショベルの制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は電動機を用いて旋回体を電動駆動するショベルに関する。
背景技術
［０００２］
一般的に、掘削作業等を行なうショベルには旋回体が設けられ、掘削作業を行なうためのブーム、アーム及びバケットが旋回体に設けられる。旋回体を旋回させることで、バケットをショベルの周囲の任意の位置に移動する。旋回用油圧モータで旋回体を旋回駆動することを油圧旋回と称する。また、旋回用電動モータで旋回体を旋回駆動することを電動旋回と称する。
［０００３］
電動旋回を採用したショベルでは、旋回用電動モータを駆動しないときには旋回用電動モータは自由に回転できる状態にあるので、旋回体に機械的にブレーキをかけて固定しておく。機械的にブレーキをかけるブレーキ装置は、摩擦力を用いて旋回体を固定するものであり、摩擦力を発生させる部品が摩耗するという問題を有している。ショベルの作業時には旋回体に大きな外力が作用するため、この大きな外力に抗してブレーキ力（摩擦力）を維持しなければならない。したがって、ブレーキ装置に加わる負荷が大きく、ブレーキ装置の摩擦力を発生する部分が短時間で摩耗してしまい、ブレーキ装置の寿命が短いという問題がある。
［０００４］
そこで、旋回用電動モータをゼロ速度制御することで旋回体を停止状態に維持することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ゼロ速度制御とは、旋回用電動モータを常に駆動状態としておき、旋回用電動モータが外力により回転しようとしたら回転速度がゼロになるように、反対向きに回転するように駆動して回転速度をゼロに維持するという制御である。旋回用電動モータの回転速度をゼロに維持するということは、旋回用電動モータを回転させないことであり、したがって旋回体は一定の位置に維持される。
先行技術文献
【国際調査報告】
2012133705.tif 000011
2012133705.tif 000012