(57)【要約】【課題】メカニカルブレーキの駆動系の故障を検出して停止保持トルクを発生させ、異常発生時にも旋回体の動きを抑える。【解決手段】電動機１によって旋回体を駆動し、メカニカルブレーキ４によって停止保持する電動旋回式の作業機械において、旋回コントローラ１３のブレーキ制御手段１５からブレーキ弁６に送られるブレーキ指令と、ブレーキ圧力センサ１７によって検出される実際のブレーキ動作状態とを比較手段１６で比較し、ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが働いていない場合に、異常発生として電動機１に旋回体を停止保持するのに十分なトルクを指令する構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体を旋回駆動する電動機と、旋回に関する指令を出す操作手段と、この操作手段の操作の有無及び操作量を含む操作状態を検出して旋回操作信号を出力する操作検出手段と、上記旋回体を停止状態に保持するメカニカルブレーキと、このメカニカルブレーキを作動／解除させるブレーキ回路と、メカニカルブレーキの作動／解除の実際の動作状態を検出するブレーキ動作検出手段と、上記電動機及び上記ブレーキ回路を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、
(Ａ)  上記操作状態検出手段からの旋回操作信号に基づき、上記操作手段の操作時に、操作量に応じて上記電動機に加速、減速、停止の各制御指令を出力するとともに、上記ブレーキ回路に対し、上記操作手段の中立状態で上記メカニカルブレーキのブレーキ作動、操作状態でブレーキ解除の各指令を出力し、
(Ｂ)  上記ブレーキ回路に対する指令と上記メカニカルブレーキの実際のブレーキ動作状態とを比較し、ブレーキ作動指令に対してメカニカルブレーキがブレーキ解除状態である場合に、上記旋回体を停止状態に保持し得る制動トルクを上記電動機に指令する
ように構成されたことを特徴とする作業機械の旋回制御装置。
【請求項２】
警報器を備え、上記制御手段は、上記ブレーキ回路に対する指令と実際のブレーキ動作状態とが不一致の場合に上記警報器を作動させるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の旋回制御装置。
【請求項３】
警報器を備え、上記制御手段は、上記ブレーキ回路に対するブレーキ作動指令に対してメカニカルブレーキがブレーキ解除状態である場合に限り上記警報器を作動させるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の旋回制御装置。
【請求項４】
上記メカニカルブレーキとして、油圧が加えられたときにブレーキ解除、油圧が解放されたときにブレーキ作動となる油圧ネガティブブレーキが用いられるとともに、このメカニカルブレーキと油圧源及びタンクとの間に電磁切換式のブレーキ弁が設けられて上記ブレーキ回路が構成され、上記制御手段は、上記ブレーキ弁に対してブレーキ作動／ブレーキ解除の指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機械の旋回制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機によって旋回体を旋回駆動する電動旋回式の作業機械の旋回制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショベル等の旋回式の作業機械において、旋回駆動源として電動機を用いる電動旋回方式が公知である。
【０００３】
また、この電動旋回方式において、旋回停止状態でメカニカルブレーキを作動させて旋回体を停止状態に保持する技術も公知である(特許文献１参照)。
【０００４】
このメカニカルブレーキ付きの電動旋回方式をとる従来の旋回制御装置の構成を図４に示す。
【０００５】
旋回体を旋回駆動する電動機１は、電動機制御器としての旋回インバータ２を介してバッテリ３に接続され、このバッテリ３からの電力によって駆動される。なお、ハイブリッド機械では、エンジン駆動される発電機または発電電動機も駆動源となる。
【０００６】
この電動機１には、機械的ブレーキ力を発生させる油圧式のメカニカルブレーキ４が設けられている。
【０００７】
このメカニカルブレーキ４は、油圧が作用しない状態でバネ力によってブレーキ力を発生するネガティブブレーキとして構成され、このメカニカルブレーキ４の解除状態で旋回動作(加速、減速)が行なわれる。
【０００８】
メカニカルブレーキ４を駆動するブレーキ回路Ｂは、図示しないエンジンによって駆動される油圧源としての油圧ポンプ５と、ブレーキ解除位置イとブレーキ作動位置ロとの間で切換わる電磁切換式のブレーキ弁６とによって構成され、このブレーキ弁６のブレーキ作動位置イでメカニカルブレーキ４の油圧がタンクＴに抜けて同ブレーキ４がブレーキ作動し、ブレーキ解除位置ロでメカニカルブレーキ４に油圧が送られて同ブレーキ４がブレーキ解除状態となる。
【０００９】
６ａはこのブレーキ弁６の駆動部としてのソレノイドである。
【００１０】
７ｒ，７ｌはレバー操作量に応じた二次圧を発生する操作手段としての右旋回用及び左旋回用のリモコン弁で、この両リモコン弁７ｒ，７ｌのレバー操作の有無と操作量が圧力センサ８，８により電気信号(旋回操作信号)に変換されて制御手段としての旋回コントローラ９に送られる。
【００１１】
旋回コントローラ９は、上記旋回操作信号が入力される制御指令生成手段１０と、ブレーキ弁６を制御するブレーキ制御手段１１とを具備する。
【００１２】
制御指令生成手段１０は、リモコン弁７ｒ，７ｌの操作量(以下、この操作をレバー操作、その操作量をレバー操作量という)に応じた電動機１の加速、減速、停止の制御指令を旋回インバータ２に送る。
【００１３】
ブレーキ制御手段１１は、ブレーキ制御指令、すなわち、レバー操作時にはブレーキ解除指令を、レバー中立時(非操作時)にはブレーキ作動指令をそれぞれブレーキ弁６(ソレノイド６ａ)に送る。
【００１４】
こうして、レバー操作時には、メカニカルブレーキ４がブレーキ解除した状態で、レバー操作量に応じたトルク指令に基づいて電動機１が加速、減速、停止し、レバー中立状態でメカニカルブレーキ４がブレーキ作動して電動機１(上部旋回体)が停止状態に保持される。
【００１５】
なお、電動機１の速度が電動機速度センサ１２により検出されて旋回コントローラ９の制御指令生成手段１０に送られ、電動機速度が０のとき、またはレバー中立後一定時間経過後(図示しないタイマで計測される)のオア条件で電動機１が停止したと判断されてメカニカルブレーキ４がブレーキ作動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−２３９４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このような電動旋回方式において、システムに作動異常、たとえばブレーキ弁６のスプールがブレーキ解除位置ロから動かなくなる「固着」現象や、ブレーキ弁６の通路または同弁６とメカニカルブレーキ４との間の管路の詰まり等が発生すると、旋回コントローラ９からブレーキ作動信号を出力しても、ブレーキ力が発生しない事態に陥る。
【００１８】
このようなブレーキトラブルは、特許文献１に記載された公知技術では想定されておらず、対処できない。
【００１９】
こうなると、油圧旋回システムのようなバルブによる油圧保持力が一切働かない電動旋回方式では、電動機１のトルク制御を止めた時点で旋回フリーとなり、傾斜地で自重方向の旋回を抑制できない等の問題が生じる。
【００２０】
そこで本発明は、メカニカルブレーキの駆動系の故障を検出して停止保持トルクを発生させ、異常発生時にも旋回体の動きを抑えることができる作業機械の旋回制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１の発明は、旋回体を旋回駆動する電動機と、旋回に関する指令を出す操作手段と、この操作手段の操作の有無及び操作量を含む操作状態を検出して旋回操作信号を出力する操作検出手段と、上記旋回体を停止状態に保持するメカニカルブレーキと、このメカニカルブレーキを作動／解除させるブレーキ回路と、メカニカルブレーキの作動／解除の実際の動作状態を検出するブレーキ動作検出手段と、上記電動機及び上記ブレーキ回路を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、
(Ａ)  上記操作状態検出手段からの旋回操作信号に基づき、上記操作手段の操作時に、操作量に応じて上記電動機に加速、減速、停止の各制御指令を出力するとともに、上記ブレーキ回路に対し、上記操作手段の中立状態で上記メカニカルブレーキのブレーキ作動、操作状態でブレーキ解除の各指令を出力し、
(Ｂ)  上記ブレーキ回路に対する指令と上記メカニカルブレーキの実際のブレーキ動作状態とを比較し、ブレーキ作動指令に対してメカニカルブレーキがブレーキ解除状態である場合に、上記旋回体を停止状態に保持し得る制動トルクを上記電動機に指令する
ように構成されたものである。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、警報器を備え、上記制御手段は、上記ブレーキ回路に対する指令とブレーキ動作状態とが不一致の場合に上記警報器を作動させるように構成されたものである。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、警報器を備え、上記制御手段は、上記ブレーキ回路に対するブレーキ作動指令に対してメカニカルブレーキがブレーキ解除状態である場合に限り上記警報器を作動させるように構成されたものである。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、上記メカニカルブレーキとして、油圧が加えられたときにブレーキ解除、油圧が解放されたときにブレーキ作動となる油圧ネガティブブレーキが用いられるとともに、このメカニカルブレーキと油圧源及びタンクとの間に電磁切換式のブレーキ弁が設けられて上記ブレーキ回路が構成され、上記制御手段は、上記ブレーキ弁に対してブレーキ作動／ブレーキ解除の指令を出力するように構成されたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、制御手段において、メカニカルブレーキに対するブレーキ作動／ブレーキ解除の指令と、実際のブレーキ動作状態とを比較し、ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが働いていない場合(たとえば請求項４の発明におけるブレーキ弁のスプールの固着による場合)に、異常発生として電動機に旋回体を停止保持するのに十分なトルクを指令する構成としたから、故障を自動的に検出し、かつ、傾斜地での異常発生によって旋回体が自重方向に勝手に旋回する等の不測の事態を防止し、安全性を向上させることができる。
【００２６】
また、上記と逆に、ブレーキ解除指令が出力されているにメカニカルブレーキがブレーキ作動状態にあるときは、故障ではあるが旋回体が動くおそれがないことから、停止保持のトルク指令を出さないため、電動機のエネルギーロスや、長時間トルクを発生させることによる電動機の過熱等の弊害を回避することができる。
【００２７】
請求項２の発明によると、上記不一致の場合、すなわち、ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが働いていない場合、及びブレーキ解除指令が出されているのにブレーキが働いている場合の双方に警報器を作動させるため、オペレータに故障発生を知らせ、故障状態を取り除くための修理の必要性を訴えることができる。
【００２８】
請求項３の発明によると、上記不一致のうち、ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが作動していない場合、すなわち、安全面で問題があり、とくに早急な修理が必要な場合に限って警報器を作動させるため、オペレータが故障の内容を把握し易く、修理の迅速化の点で有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る旋回制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態に係る旋回制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図４】従来の旋回制御装置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】
【００３０】
本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。
【００３１】
実施形態において、図４に示す従来の旋回制御装置と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００３２】
制御手段としての旋回コントローラ１３は、制御指令生成手段１４と、ブレーキ制御手段１５と、比較手段１６とを具備する。
【００３３】
また、この装置固有の要素として、ブレーキ弁６の出力側の圧力、すなわち、メカニカルブレーキ４の実際の動作状態(ブレーキ作動状態かブレーキ解除状態か)を検出するブレーキ圧力センサ１７が設けられ、このブレーキ圧力センサ１７の検出信号(ブレーキ動作検出信号)が比較手段１６に送られる。
【００３４】
さらに、比較手段１６の出力側に警報器１８が接続され、故障発生時にこの警報器１８が作動する。
【００３５】
制御指令生成手段１４は、圧力センサ８，８からの旋回操作信号と、電動機速度センサ１２からの電動機速度信号、それに比較手段１６からの比較結果信号が入力され、旋回インバータ２に対し、レバー操作量に応じた電動機１の加速、減速、停止の各制御指令、及び後述するように比較結果信号に基づいた停止保持指令を出力する。
【００３６】
ブレーキ制御手段１１は、ブレーキ制御指令、すなわち、レバー操作時にはブレーキ解除指令を、レバー中立時(非操作時)にはブレーキ作動指令をそれぞれブレーキ弁６(ソレノイド６ａ)に送る。
【００３７】
比較手段１６は、ブレーキ制御手段１１からブレーキ弁６に送られるブレーキ制御指令と、その結果である前記ブレーキ動作検出信号とを比較し、特定の比較結果に基づいて、制御指令生成手段１４を通じて旋回インバータ２に停止保持指令を出力するとともに、警報器１８を作動させる。
【００３８】
この点の作用を図２のフローチャートによって詳述する。
【００３９】
ステップＳ１でレバー中立か否かが判断され、ＹＥＳ(レバー中立)の場合は、ステップＳ２で、中立後、予め設定された一定時間が経過したこと、または電動機速度が０のオア条件が成立するか否かを判断し、成立する場合はステップＳ３で「ブレーキ作動」のブレーキ制御指令を旋回インバータ２に出力する。
【００４０】
次いで、ステップＳ４で、ブレーキ動作検出信号に基づいてブレーキ作動状態か否かを判断、つまり、ブレーキ作動指令と実際のブレーキ動作状態とを比較し、ＹＥＳ(一致)の場合はステップＳ５で電動機制御を終了するとともに、ブレーキ正常判定(ブレーキフラグ＝正常)を行う。
【００４１】
一方、ステップＳ４でＮＯ、すなわち、比較結果が一致せず、かつ、ブレーキ解除状態である場合は、ステップＳ６でブレーキ異常判定(ブレーキフラグ＝異常)の判定を行うとともに、ステップＳ７で旋回インバータ２に電動機１による制動制御、具体的には、旋回体を停止状態に保持するのに十分なトルクを指令する。
【００４２】
この後、ステップＳ８でブレーキフラグが「正常」か「異常」かを判断し、「異常」の場合(ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが働いていない場合)に、ステップＳ９で警報器１８を作動させ、「正常」の場合はステップＳ１に戻る。
【００４３】
なお、ステップＳ１でＮＯ(レバー操作)のときは、ステップＳ１０でブレーキ作動のブレーキ制御指令をブレーキ弁６に出力するとともに、操作信号に応じた電動機制御指令を旋回インバータ２に出力する。
【００４４】
また、ステップＳ２でＮＯ(中立後一定時間経過または電動機速度が０のオア条件が非成立)の場合はステップＳ７で電動機１による制動制御を続行する。
【００４５】
このように、メカニカルブレーキ４に対するブレーキ作動／ブレーキ解除の指令と、実際のブレーキ動作状態とを比較し、この比較結果が一致せず、かつ、メカニカルブレーキ４がブレーキ解除状態である場合、すなわち、ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが働いていない場合(たとえばブレーキ弁６のスプールの固着による場合)に、異常発生として電動機１に旋回体を停止保持するのに十分なトルクを指令する構成としたから、故障を自動的に検出し、かつ、旋回体の動きを抑えることができる。
【００４６】
このため、傾斜地での異常発生によって旋回体が自重方向に勝手に旋回する等の事態を防止し、安全性を向上させることができる。
【００４７】
しかも、ブレーキ解除指令が出力されているにメカニカルブレーキ４がブレーキ作動状態にあるときは、故障ではあるが安全面で問題がないことから、停止保持のトルク指令を出さないため、電動機１のエネルギーロスや、長時間トルクを発生させることによる電動機１の過熱等の弊害を回避することができる。
【００４８】
また、上記不一致の場合に併せて警報器１８を作動させるため、オペレータに故障発生を知らせ、早期に故障状態を取り除くための修理の必要性を訴えることができる。
【００４９】
他の実施形態
(１)  上記実施形態では、ブレーキ作動指令が出されているのにブレーキが働いていない場合、つまり、電動機１に停止保持トルクを発生させるべき事態であって早急に修理を要する場合に限って警報器１８を作動させる構成をとったが、このケースに加えて、メカニカルブレーキ４にブレーキ解除指令が出されているのにブレーキが働いている場合も、故障であって、危険はないが機械が動かず、かつ、電動機１の過熱のおそれがあるため、警報器１８を作動させるようにしてもよい。
【００５０】
この実施形態を図３のフローチャートによって説明する。
【００５１】
ステップＳ１１〜Ｓ２０までは、図２のステップＳ１〜Ｓ１０と同じである。
【００５２】
相違点のみを説明すると、ステップＳ２０で、ブレーキ解除のブレーキ制御指令と、操作信号に応じた電動機制御指令とを出力した後、ステップＳ２１でステップＳ１４と同様にブレーキ作動状態か否かを判断する。
【００５３】
ここでＮＯの場合は「正常」であるため、ステップＳ２２でブレーキ正常判定(ブレーキフラグ＝正常)と判定した後、ステップＳ１８に移る。
【００５４】
一方、ステップＳ２１でＹＥＳ(ブレーキ作動状態)のときは、ブレーキ解除指令を出しているのにブレーキが作動しているので、ステップＳ２３でブレーキ異常(ブレーキフラグ＝異常)と判定し、ステップＳ１８に移る。
【００５５】
そして、ステップＳ１８でブレーキフラグが「正常」か「異常」かを判断し、ＹＥＳ(正常)の場合はステップＳ１１に戻り、ＮＯ(異常)の場合は警報器１８を作動させた後、ステップＳ１１に戻る。
【００５６】
この構成をとることにより、ブレーキ異常をオペレータに知らせ、修理を促すことができる。
【００５７】
(２)  上記実施形態では、メカニカルブレーキ４の実際の動作状態を検出するブレーキ動作検出手段として、ブレーキ弁６とメカニカルブレーキ４とを結ぶ管路の圧力を検出する圧力センサ１７を用いたが、メカニカルブレーキ４そのものの動き(たとえばブレーキパッドを駆動する軸のストローク動作)を直接検出してもよい。
【００５８】
(３)  上記実施形態では、ブレーキ弁６として電磁切換弁を用いたが、油圧パイロット切換弁を用いてもよい。この場合でも、スプールの動作不調や詰まり等による異常発生の可能性があるため、本発明の効果が発揮される。
【符号の説明】
【００５９】
１  電動機
２  旋回インバータ
４  メカニカルブレーキ
Ｂ  ブレーキ回路
５  ブレーキ回路を構成する油圧ポンプ
６  同、ブレーキ弁
７ｒ，７ｌ  操作手段としてのリモコン弁
８  操作検出手段としての圧力センサ
１２  電動機速度センサ
１３  制御手段としての旋回コントローラ
１４  旋回コントローラの制御指令生成手段
１５  同、ブレーキ制御手段
１６  同、比較手段
１７  ブレーキ動作検出手段としてのブレーキ圧力センサ
１８  警報器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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