(57)【要約】【課題】極寒環境でのＨＳＴの油圧ポンプの吐出量の増加により油圧ポンプを駆動するモータの負荷が急増したときのモータ破損を確実に防止できる電動油圧ショベルを提供する。【解決手段】通常の温度域では、ノーマル制限モードの特性線Ｌnに従ってポンプ吐出圧からポンプ吐出量Ｖ2を算出し、このポンプ吐出量Ｖ2を上限として、レバー操作に応じて求めたポンプ吐出圧Ｖ1を制限することにより、ＨＳＴシステムの過負荷の防止を図る。ノーマル制限モードの特性線Ｌnよりも低負荷側に、第１〜３冷態制限モードの特性線Ｌ1〜Ｌ3を追加しておく。極寒環境では、モータ温度Ｔmに応じて選択した冷態制限モードの特性線Ｌ1〜Ｌ3に基づき、低温ほど低いポンプ吐出量Ｖ2を算出してポンプ吐出量Ｖ1を大きく制限し、油圧ポンプ２８を駆動するモータ２７の負荷を抑制して破損を防止する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行体上に旋回装置を介して旋回体を取り付け、該旋回体に作業装置を取り付け、モータにより駆動される可変容量型の油圧ポンプから吐出される作動油を前記走行体、前記旋回装置及び前記作業装置にそれぞれ供給して、オペレータによる操作部の操作に応じて作動させると共に、前記操作部の操作に応じて吐出量制御部により前記油圧ポンプの吐出量を制御する電動油圧ショベルにおいて、
前記モータの温度を検出するモータ温度検出部と、
温度低下により前記モータに破損の虞が生じる低温領域での前記モータの温度と前記油圧ポンプの吐出量に対する制限量との関係を予め記憶した相関関係記憶部と
を備え、
前記吐出量制御部は、前記相関関係記憶部に記憶されたモータの温度と制限量との関係、及び前記モータ温度検出部により検出されたモータの温度に基づき、前記操作部の操作に対応する前記油圧ポンプの吐出量を制限する
ことを特徴とする電動油圧ショベル。
【請求項２】
前記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出部と、
前記油圧ポンプの傾転角を調整する傾転角調整部と
をさらに備え、
前記相関関係記憶部は、前記モータの温度に応じた前記油圧ポンプの吐出圧と吐出量との複数の関係を記憶し、
前記吐出量制御部は、前記操作部の操作に対応する前記油圧ポンプの吐出量を第１の吐出量として算出する一方、前記相関関係記憶部に記憶された吐出圧と吐出量との複数の関係の中から、前記モータ温度検出部により検出されたモータの温度と対応する吐出圧と吐出量との関係を選択し、該選択した関係に基づき前記ポンプ吐出圧検出部により検出された吐出圧に対応する前記油圧ポンプの吐出量を第２の吐出量として算出し、該第２の吐出量を上限として前記第１の吐出量を制限するように前記傾転角調整部に前記油圧ポンプの傾転角を調整させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電動油圧ショベル。
【請求項３】
前記吐出量制御部による前記油圧ポンプの吐出量の制限を中止するための強制解除操作部をさらに備え、
前記吐出量制御部は、前記強制解除操作部が操作されたときに前記油圧ポンプの吐出量の制限を中止する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動油圧ショベル。
【請求項４】
前記強制解除操作部が操作されてからの経過時間を計時する計時部をさらに備え、
前記吐出量制御部は、前記強制解除操作部が操作されて前記計時部の計時に基づき所定時間が経過したと判定したときに前記油圧ポンプの吐出量の制限を中止する
ことを特徴とする請求項３に記載の電動油圧ショベル。
【請求項５】
前記相関関係記憶部に記憶された吐出圧と吐出量との複数の関係をそれぞれ冷態制限モードとして表示する制限モード表示部と、
前記制限モード表示部に表示された冷態制限モードを任意に選択可能な制限モード選択部と
をさらに備え、
前記吐出量制御部は、前記制限モード選択部により何れかの冷態制限モードが選択されたときに、前記モータの温度と対応する吐出圧と吐出量との関係に代えて、前記選択した冷態制限モードに対応する吐出圧と吐出量との関係に基づき前記第２の吐出量を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電動油圧ショベル。
【請求項６】
前記吐出量制御部は、前記制限モード選択部により何れかの冷態制限モードが選択されたときに、前記モータの温度と対応する吐出圧と吐出量との関係を推奨制限モードとして前記制限モード表示部に表示する
ことを特徴とする請求項５に記載の電動油圧ショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動油圧ショベルに係り、詳しくは、動力源であるモータの破損を防止するための保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動油圧ショベルは、エンジンに代えてモータによりＨＳＴ（Hydro Static Transmission）の油圧ポンプを駆動しており、油圧ポンプから吐出される作動油を操作レバーの操作に応じてクローラの走行用油圧モータ、旋回装置の旋回用油圧モータ、作業装置のブーム、アーム、バケット用シリンダ等に供給することにより、これらの作業要素を任意に作動させている。
【０００３】
このように動力源として機能するモータを保護するための技術として、例えば特許文献１に開示されたものを挙げることができる。
この特許文献１に記載の技術は、外気温度と電動モータのコイルエンドの温度とに基づき固定子コイルの上昇温度を算出すると共に、電動モータの消費電流に対応する規定上昇温度を算出し、上昇温度が規定上昇温度以上のときに注意警報灯を点灯させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３０３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常のエンジン駆動の油圧ショベルと同じく、電動油圧ショベルも種々の作業現場で稼働しており、その中には、例えばマイナス３０℃程度の極寒環境の作業現場も含まれている。エンジン駆動の油圧ショベルでは、冷態状態での急激な負荷によるエンジン破損を防止するために、暖機完了まではエンジン回転を抑制して保護を図っている。
【０００６】
しかしながら電動油圧ショベルのモータは、一般的にインバータによる回転制御を行うことなくON・OFF制御で運転されているため、エンジンのように回転抑制ができずに始動直後に定格運転が開始されて回転上昇してしまう。このため、例えば作業要素の急激な操作や多数の作業要素の同時操作等が行われたとき等に、油圧ポンプの吐出量の急増が避けられず、必然的にモータの負荷も急増してしまう。
【０００７】
従って、過負荷によるモータの破損、特に鋼材を素材とするモータ出力軸の低温脆性に起因する破損等が発生するという問題があった。特に、鉱山等で稼働する超大型の電動油圧ショベルはモータも極めて大型であるため、破損した場合に多大な修理費用を必要とし、従来から回避のための対策が強く要望されていた。
【０００８】
特許文献１の技術はモータの過熱防止の対策であり、上記のような極寒環境で発生する不具合について全く想定していないため、その対策にはなり得なかった。
またモータの過熱は、固定子コイルの温度上昇等から事前に兆候を把握できるため、注意警報灯の点灯から実際にモータが過熱に至るまでに時間的な余裕がある。このため注意警報灯の点灯に従って、例えばモータの運転を抑制する等の対処を行えば過熱を回避できる。しかしながら、上記のようなモータ出力軸の破損は、モータの負荷が急増すると何ら前触れ無く発生するため、注意警報灯の点灯では間に合わない。従って、破損防止のためにより迅速な対処が要求されるという事情もあり、この点に関しても特許文献１の技術では解決できなかった。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、極寒環境でのＨＳＴの油圧ポンプの吐出量の増加により油圧ポンプを駆動するモータの負荷が急増したときのモータ破損を確実に防止することができる電動油圧ショベルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の電動油圧ショベルは、走行体上に旋回装置を介して旋回体を取り付け、該旋回体に作業装置を取り付け、モータにより駆動される可変容量型の油圧ポンプから吐出される作動油を前記走行体、前記旋回装置及び前記作業装置にそれぞれ供給して、オペレータによる操作部の操作に応じて作動させると共に、前記操作部の操作に応じて吐出量制御部により前記油圧ポンプの吐出量を制御する電動油圧ショベルにおいて、前記モータの温度を検出するモータ温度検出部と、温度低下により前記モータに破損の虞が生じる低温領域での前記モータの温度と前記油圧ポンプの吐出量に対する制限量との関係を予め記憶した相関関係記憶部とを備え、前記吐出量制御部が、前記相関関係記憶部に記憶されたモータの温度と制限量との関係、及び前記モータ温度検出部により検出されたモータの温度に基づき、前記操作部の操作に対応する前記油圧ポンプの吐出量を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電動油圧ショベルによれば、極寒環境でのＨＳＴの油圧ポンプの吐出量の増加により油圧ポンプを駆動するモータの負荷が急増したときのモータ破損を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の電動油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】運転室内の運転席を中心とした各種操作機器のレイアウトを示す平面図である。
【図３】表示パネルを示す詳細図である。
【図４】ブーム系統を一例としたＨＳＴの構成を示す油圧回路図である。
【図５】コントローラ及びその入出力を示すブロック図である。
【図６】レバー操作量θからポンプ吐出量Ｖ1を算出する制御マップを示す図である。
【図７】各制限モードにおいてポンプ吐出圧Ｐからポンプ吐出量Ｖ2を算出する制御マップを示す図である。
【図８】ポンプ吐出量Ｖ1，Ｖ2を達成するための指令電流Ｉを算出する制御マップを示す図である。
【図９】コントローラが実行するポンプ吐出量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】コントローラが実行する制限モード設定・表示ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】同じくコントローラが実行する制限モード設定・表示ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】制限モードに基づくポンプ吐出量の制限状況を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した電動油圧ショベルの一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の電動油圧ショベルを示す側面図である。
本実施形態の電動油圧ショベル１（以下、単に油圧ショベルと称する）は、鉱山等で稼働する超大型油圧ショベルである。油圧ショベル１には外部より給電ケーブル２を介して6600Vの商用電源が供給され、その商用電源がキュービクル式高圧受電設備により降圧されて電動式のモータ２７（図４に示す）に供給され、このモータ２７を動力源としたＨＳＴ（Hydro Static Transmission）により油圧ショベル１が稼働する。
【００１４】
油圧ショベル１の下部走行体３にはクローラ４が備えられ、クローラ４は図示しない走行用油圧モータにより駆動されて油圧ショベル１を走行させる。下部走行体３上には旋回装置５を介して上部旋回体６が設けられ、旋回装置５の図示しない旋回用油圧モータにより上部旋回体６が任意の方向に旋回駆動される。上部旋回体６の旋回フレーム７上の前部にはオペレータが搭乗する運転室８が設けられ、運転室８の後側には建屋９が設けられ、建屋９の後部にはカウンタウエイト１０が固定されている。
【００１５】
上部旋回体６の運転室８の右側には掘削用の作業装置１２が前方に向けて取り付けられ、作業装置１２はブーム１３、アーム１４及びバケット１５から構成されている。ブーム１３はブームシリンダ１３ａにより角度変更され、アーム１４はアームシリンダ１４ａにより角度変更され、バケット１５はバケットシリンダ１５ａにより角度変更される。
【００１６】
上記したＨＳＴは建屋９内に設置されており、詳細は後述するが、ＨＳＴのモータ２７により駆動される油圧ポンプ２８（図４に示す）からの作動油の供給により、上記した走行用及び旋回用油圧モータや作業装置１２の各シリンダ１３ａ〜１５ａ等の各作業要素が作動する。
【００１７】
図２は運転席を中心とした各種操作機器のレイアウトを示す運転室８内の平面図である。
オペレータが着座する運転席１６の左側には、旋回操作及びアーム操作を行うための左操作レバー１７ｌが設けられ、運転席１６の右側には、バケット操作及びブーム操作を行うための右操作レバー１７ｒが設けられている。運転席１６の前側には左右一対の走行レバー１８ｌ，１８ｒが設けられ、左走行レバー１８ｌは左側のクローラ操作を、右走行レバー１８ｒは右側のクローラ操作を行うようになっている。本実施形態では、これらの操作レバー１７ｌ，１７ｒ及び走行レバー１８ｌ，１８ｒが本発明の操作部に相当する。
【００１８】
また、右操作レバー１７ｒの後側には、オペレータが第１〜３冷態制限モードを選択するためのモード選択スイッチ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ（本発明の制限モード選択部に相当）が設けられ、その後側には油圧ショベル１を稼働する際にON操作されるキースイッチ２０が設けられている。第１〜３冷態制限モードの詳細については後述するが、極寒環境でのモータ２７の破損防止を目的としたＨＳＴの制御モードであり、これらの制限モードでは、通常の温度域で適用されるノーマル制限モードに比較してモータ２７の負荷が抑制されるようになっている。また、左操作レバー１７ｌの後側には、実行中の第１〜３冷態制限モードを中止するための強制解除スイッチ２１（本発明の強制解除操作部に相当）が設けられている。
【００１９】
一方、左走行レバー１８ｌの左側には表示パネル２２が設置されており、その詳細を図３に示す。表示パネル２２上には油圧ショベル１の稼働状態、例えば走行速度計や各種警告灯等が設けられると共に、表示パネル２２上の一画には制限モード表示部２２ａが設けられている。制限モード表示部２２ａは、現在のＨＳＴの制御に適用されている制限モード（以下、適用制限モードと称する）、切換を推奨する制限モード（以下、推奨制限モードと称する）、強制解除スイッチ２１の操作状態（ONまたはOFF）が表示されるようになっている。
図に示す例では、適用制限モードとして第１制限モードが、推奨制限モードとして第２制限モードが、強制解除スイッチ２１の操作状態としてOFFが表示されている。
【００２０】
次に、ブームシリンダ１３ａを駆動するブーム系統を例に挙げて、ＨＳＴの油圧回路の構成を図４に基づき説明する。
全体としてＨＳＴの油圧回路は、各作業要素に作動油を供給する共有部分である作動油供給系統２４と、この作動油供給系統２４から作動油の供給を受ける各作業要素の系統とに分別される。各作業要素の系統はブーム系統２５ａの他に、図５に示すアームシリンダ１４ａを駆動するアーム系統２５ｂ、バケットシリンダ１５ａを駆動するバケット系統２５ｃ、旋回用油圧モータを駆動する旋回系統２５ｄ、及び走行用油圧モータを駆動する走行系統２５ｅからなる。ＨＳＴを含めた油圧ショベル１全体の制御はコントローラ２６により実行され、コントローラ２６の構成については後述する。
【００２１】
まず作動油供給系統２４について説明すると、モータ２７の出力軸２７ａには油圧ポンプ２８及びパイロットポンプ２９が連結され、各ポンプ２８，２９がモータ２７により駆動される。パイロットポンプ２９から吐出された作動油は圧力調整弁３０により所定圧に調圧され、パイロット圧として電磁比例減圧弁３１及び一対の電磁比例弁３２，３３にそれぞれ供給される。
【００２２】
油圧ポンプ２８は可変容量型として構成され、その傾転角調整用のアクチュエータ３５には、パイロットポンプ２９からのパイロット圧が電磁比例減圧弁３１を介して入力される。電磁比例減圧弁３１の開度はソレノイド３１ａに入力されるコントローラ２６からの指令信号（後述する指令電流Ｉ）に応じて制御され、それに対応してアクチュエータ３５の作動量、ひいては油圧ポンプ２８の傾転角が調整される。
本実施形態では、これらの電磁比例減圧弁３１及びアクチュエータ３５が本発明の傾転角調整部に相当する。
【００２３】
次いで、ブーム系統２５ａについて説明すると、油圧ポンプ２８の吐出側にはブーム系統２５ａのコントロール弁３４を介してブームシリンダ１３ａが接続され、コントロール弁３４の一対の操作室３４ａ，３４ｂには、それぞれ電磁比例弁３２，３３を介してパイロットポンプ２９からのパイロット圧が入力される。各電磁比例弁３２，３３の開度はソレノイド３２ａ，３３ａに入力されるコントローラ２６からの指令信号に応じて制御され、それに応じてコントロール弁３４が切り換えられてブームシリンダ１３ａが作動する。
【００２４】
以上がブーム系統２５ａの構成であり、詳細は説明しないが、これと並列関係となるように他の作業要素の系統２５ｂ〜２５ｅも作動油供給系統２４の油圧ポンプ２８に接続されている。
【００２５】
例えば、ブーム操作のために右操作レバー１７ｒが操作された場合、レバー操作に応じてコントローラ２６から両電磁比例弁３２，３３に指令信号が出力される。これによりコントロール弁３４が切り換えられ、レバー操作に対応する作動方向及び作動量でブームシリンダ１３ａが作動してブーム１３を角度変更する。また、これと並行してコントローラ２６から電磁比例減圧弁３１に指令信号が出力され、アクチュエータ３５が作動する。これにより油圧ポンプ２８の傾転角が調整され、ブームシリンダ１３ａを作動させるために要する作動油が吐出油圧ポンプ２８から吐出される。
【００２６】
次に、以上のようにＨＳＴの制御を司るコントローラ２６の構成を図５に基づき説明する。
コントローラ２６は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等から構成されている。
【００２７】
コントローラ２６の入力側には、上記したキースイッチ２０、左右の操作レバー１７ｌ，１７ｒ、左右の走行レバー１８ｌ，１８ｒ、第１〜３冷態制限モードに対応する各モード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃ、強制解除スイッチ２１、モータ２７の温度Ｔmを検出するモータ温度センサ３６（モータ温度検出部）、モータ２７の回転の有無を検出するモータ回転センサ３７、油圧ポンプ２８の傾転角を検出するポンプ傾転角センサ３８、油圧ポンプ２８の吐出圧Ｐを検出するポンプ吐出圧センサ３９（ポンプ吐出圧検出部）等の各種センサ類が接続されている。
【００２８】
またコントローラ２６の出力側には、ＨＳＴの作動油供給系統２４の電磁比例減圧弁３１、及びブーム系統２５ａの電磁比例弁３２，３３が接続されると共に、その他の各系統２５ｂ〜２５ｅの油圧機器が接続されている。またコントローラ２６の出力側には、制限モード表示部２２ａを含む表示パネル２２が接続されている。
【００２９】
そしてコントローラ２６は、キースイッチ２０の操作状態及び操作レバー１７ｌ，１７ｒや走行レバー１８ｌ，１８ｒのレバー操作量θの入力を受け、それに応じて上記のようにＨＳＴの電磁比例減圧弁３１を駆動制御して油圧ポンプ２８の傾転角を調整すると共に、ブーム系統２５ａの電磁比例弁３２，３３等の各作業要素の油圧機器を駆動制御して油圧ショベル１を稼働させる。また、油圧ショベル１の稼働状態に応じた表示パネル２２の表示、及び制限モード等に応じた制限モード表示部２２ａの表示を行う。
【００３０】
ところで、本実施形態のような電動油圧ショベル１では、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、極寒環境でモータ２７を運転させたときに過負荷により破損に至るという問題があり、過熱防止の対策である特許文献１の技術では防止できない。また、前触れ無く発生するモータ破損を回避するには、特許文献１のように注意警報灯の点灯では間に合わないという問題もある。
【００３１】
そこで本実施形態では、極寒環境で油圧ショベル１の稼働が開始されてモータ破損の虞ある場合に、油圧ポンプ２８の吐出量を自動的に制限してモータ２７の負荷を抑制する対策を講じており、その詳細を以下に説明する。
まず、ポンプ吐出量を制限するための制御マップの特性について述べる。なお、これらの制御マップは予めコントローラ２６の記憶装置に格納されている（本発明の相関関係記憶部に相当）。
【００３２】
図６の制御マップは、レバー操作量θに応じた作業要素の作動を目的としたポンプ吐出量Ｖ1（本発明の第１の吐出量に相当）を算出するためのものである。レバー操作量θ＝0のときに最小値のポンプ吐出量が算出され、レバー操作量θの増加に比例してポンプ吐出量も増加方向に算出されるようにマップ特性が設定されており、これによりレバー操作量θに応じた速度で作業要素を作動可能となっている。
【００３３】
一方、図７の制御マップは、通常の温度域において油圧ポンプ２８等のＨＳＴシステム全体を対象とする過負荷の防止を目的としたポンプ吐出量Ｖ2（本発明の第２の吐出量に相当）を算出するためのものである。ポンプ吐出圧Ｐの増加に応じてポンプ吐出量Ｖ2が低下するように、ノーマル制限モードの特性線Ｌnが設定されている。例えば油圧ポンプ２８に作用する負荷Ｗload（＝油圧ポンプ２８の吸収トルク）は、次式(1)により表すことができる。
【００３４】
Ｗload＝Ｐ×Ｖ2（Ｖ1）×Ｋ……(1)
ここに、Ｋは定数である。
そして詳細は後述するが、ポンプ吐出量Ｖ1，Ｖ2の低い側が実際の油圧ポンプ２８の吐出量の目標値として適用される。結果として、レバー操作に応じたポンプ吐出量Ｖ1がポンプ吐出圧Ｐに基づくポンプ吐出量Ｖ2を上限として制限され、ＨＳＴシステムの過負荷が防止される。
本実施形態では、ポンプ吐出量Ｖ1に対するポンプ吐出量Ｖ2による制限量（Ｖ1−Ｖ2）が、本発明の制限量として機能することになる。
【００３５】
ポンプ吐出量Ｖ1に対する制限は作業要素の作動速度に影響を及ぼすが、ノーマル制限モードでは、以下に述べる第１〜３冷態制限モードに比較してポンプ吐出量Ｖ1の制限が軽度であるため、通常のレバー操作では大きな制約を受けることなく作業要素が作動して良好な操作性が得られる。以上の油圧ポンプ２８の吐出量の制御は、従来からのものと同一の内容である。
【００３６】
そして本実施形態の制御マップでは、ノーマル制限モードの特性線Ｌnよりも低負荷側に３本の特性線が追加されており、説明の便宜上、第１〜３冷態制限モードの特性線Ｌ1〜Ｌ3と称する。これらの特性線Ｌ1〜Ｌ3は、極寒環境のモータ２７の破損防止を目的としたものであり、ノーマル制限モードの特性線Ｌnに近い側から第３、第２、第１冷態制限モードの順に各特性線Ｌ1〜Ｌ3が並べられている。
【００３７】
結果として第１冷態制限モードの特性線Ｌ1によると、同一のポンプ吐出圧Ｐで最も少ないポンプ吐出量Ｖ2が算出され、それに応じて油圧ポンプ２８の負荷が制限される。このため第１冷態制限モードでは、油圧ポンプ２８を駆動するモータ２７の負荷が最大限に抑制され、第２冷態制限モード、第３冷態制限モード、ノーマル制限モードの順にモータ２７の負荷に対する抑制が小さくなる。
【００３８】
各特性線Ｌ1〜Ｌ3はモータ温度Ｔmに応じて選択され、モータ温度Ｔmを判定するための閾値として予め第１から３温度判定値Ｔ1〜Ｔ3が設定されている。第３温度判定値Ｔ3はノーマル制限モードと第３冷態制限モードとの境界に設定され、第２温度判定値Ｔ2は第３冷態制限モードと第２冷態制限モードとの境界に設定され、第１温度判定値Ｔ1は第２冷態制限モードと第１冷態制限モードとの境界に設定されている。
【００３９】
従って本実施形態では、ノーマル制限モードの下限である第３温度判定値Ｔ3未満の温度領域が本発明の「モータに破損の虞が生じる低温領域」に相当する。
このような制御マップの設定により、例えばモータ温度Ｔmが第１温度判定値Ｔ1未満から上昇する過程では、第１冷態制限モード、第２冷態制限モード、第３冷態制限モード、ノーマル制限モードの順に制限モードが切り換えられる。
【００４０】
なお、図７の制御マップでは、例えばモータ温度Ｔmが上昇して第１冷態制限モードから第２冷態制限モードに切り換えられる場合と、モータ温度Ｔmが下降して第２冷態制限モードから第１冷態制限モードに切り換えられる場合とで、同一の閾値である第１温度判定値Ｔ1を適用した。しかし、これに限るものではなく、例えば第１冷態制限モードと第２冷態制限モードとの間にヒステリシスを設定して、双方の制限モード間での頻繁な切換を防止するようにしてもよい。
【００４１】
図９はコントローラ２６が実行するポンプ吐出量制御ルーチンを示すフローチャートであり、所定の制御インターバルで実行される。
まず、ステップＳ１で油圧ショベル１のキースイッチがONされているか否かを判定し、判定がＮo（否定）のときにはステップＳ２で予め設定されたスタンバイ電流Ｉminを電磁比例減圧弁３１の指令電流Ｉとして設定する。続くステップＳ３では指令電流Ｉを電磁比例減圧弁３１に出力し、その後にルーチンを終了する。
周知のようにスタンバイ電流Ｉminは、油圧ポンプ２８の傾転角制御を良好な応答性で開始するために、油圧ポンプ２８からの作動油を要しないキーオフ時においても電磁比例減圧弁３１を通電状態に保つものである。
【００４２】
また、ステップＳ１の判定がＹes（肯定）のときにはステップＳ４に移行し、図７に基づき述べた制限モードを設定して表示するための制限モード設定・表示ルーチンを実行する。その詳細については後述するが、当該ルーチンでは自動または手動によりノーマル制限モード或いは第１〜３冷態制限モードの何れかの制限モードが設定されて、制限モード表示部２２ａに表示される。
【００４３】
続くステップＳ５では上記した図６，７の制御マップを記憶装置から読み出し、ステップＳ６で各制御マップに基づきポンプ吐出量Ｖ1，Ｖ2をそれぞれ算出する。詳しくは、図６の制御マップに基づきレバー操作量θからポンプ吐出量Ｖ1を算出し、一方、現在設定されている制限モードに対応する図７の制御マップ上の特性線Ｌ1〜Ｌ3，Ｌnを選択し、その特性線Ｌ1〜Ｌ3に従ってポンプ吐出圧センサ３９により検出されたポンプ吐出圧Ｐからポンプ吐出量Ｖ2を算出する。
【００４４】
ステップＳ７では双方のポンプ吐出量Ｖ1，Ｖ2の大小関係を判定し、ポンプ吐出量Ｖ1が低いときにはステップＳ８でポンプ吐出量Ｖ1を油圧ポンプ２８の吐出量の目標値とし、ポンプ吐出量Ｖ2が低いときにはステップＳ９でポンプ吐出量Ｖ2を吐出量の目標値とする。そしてステップＳ１０で、図８の制御マップに基づき目標値のポンプ吐出量Ｖ1，Ｖ2を達成するために必要な指令電流Ｉを算出し、その後にステップＳ３で指令電流Ｉを出力した後にルーチンを終了する。
【００４５】
次いで、上記ステップＳ４で実行される制限モード設定・表示ルーチンの処理内容を図１０，１１に基づき説明する。
まずステップＳ１１で、モータ温度センサ３６により検出されたモータ温度Ｔmが第３温度判定値Ｔ3以上であるか否かを判定する。ステップＳ１１の判定がＹesのときにはステップＳ１２に移行し、最終的な制限モードとしてノーマル制限モードを設定し、その後にステップＳ１３でディレイカウンタＣをリセット（＝0）した後にステップＳ１４に移行する。
【００４６】
ステップＳ１４では、適用制限モード、推奨制限モード及び強制解除スイッチ２１の操作状態を制限モード表示部２２ａに表示する。詳細は後述するが、このときにはノーマル制限モードが適用制限モードとして表示される。
また、上記ステップＳ１１でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１５でモータ温度Ｔmが第１温度判定値Ｔ1未満であるか否かを判定する。ステップＳ１５の判定がＹesのときにはステップＳ１６に移行し、制限モードとして第１冷態制限モードを設定してステップＳ２０に移行する。
【００４７】
また、上記ステップＳ１５でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１７でモータ温度Ｔmが第２温度判定値Ｔ2未満であるか否かを判定する。ステップＳ１７の判定がＹesのときにはステップＳ１８に移行し、制限モードとして第２冷態制限モードを設定してステップＳ２０に移行する。また、上記ステップＳ１７でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１９で制限モードとして第３冷態制限モードを設定してステップＳ２０に移行する（以下、自動設定された制限モードと称する）。
【００４８】
ステップＳ２０では、モード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃの操作により何れかの制限モードが選択されているか否かを判定する。判定がＹesのときには続くステップＳ２１で選択されている制限モードを判定し、第１冷態制限モードのときにはステップＳ２２で、第２冷態制限モードのときにはステップＳ２３で、第３冷態制限モードのときにはステップＳ２４でそれぞれの制限モードを設定し、その後にステップＳ２５に移行する（以下、手動設定された制限モードと称する）。
【００４９】
ステップＳ２５では、ステップＳ１６，１８，１９の何れかで自動設定された制限モードと、ステップＳ２２〜２４の何れかで手動設定された制限モードとを比較する。自動設定された制限モードの方が負荷の抑制が大きい場合にはステップＳ２６に移行し、自動設定された制限モードを最終的な制限モードとして確定する。また、手動設定された制限モードの方が負荷の抑制が大きい場合にはステップＳ２７に移行し、手動設定された制限モードを最終的な制限モードとして確定する。
【００５０】
また、モード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃにより制限モードが選択されていないとしてステップＳ２０でＮoの判定を下したときには、直接ステップＳ２８に移行する。この場合に設定されているのは自動設定された制限モードのみのため、ステップＳ２６でその自動設定された制限モードを最終的な制限モードとして確定する。
【００５１】
続くステップＳ２８では、強制解除スイッチ２１がON操作されたか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ１４に移行して制限モード表示部２２ａの表示処理を実行する。この場合には、上記ステップＳ２６，２７の何れかで確定した制限モードが適用制限モードとして表示されると共に、自動設定された制限モードが推奨制限モードとして表示され、強制解除スイッチ２１の操作状態としてOFFが表示される。
【００５２】
一方、強制解除スイッチ２１のON操作によりステップＳ２８でＹesの判定を下したときには、ステップＳ２９でディレイカウンタＣをインクリメント（Ｃ＋１）する。続くステップＳ３０ではディレイカウンタＣがディレイ判定値Ｃ0以上であるか否かを判定し（本発明の計時部に相当）、ＮoときにはステップＳ１４に移行する。
図９のルーチンの繰り返しによりディレイカウンタＣは次第に増加し、ステップＳ３０の判定がＹesになるとステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、上記ステップＳ２６，２７の何れかで設定された制限モードに代えてノーマル制限モードを設定し、続くステップＳ１３でディレイカウンタＣをリセット（＝0）した後にステップＳ１４に移行する。
【００５３】
次に、以上のコントローラ２６の処理による制限モードの設定及び制限モード表示部２２ａの表示について説明する。
以下の説明では理解を容易にするために、自動設定のみで制限モードが設定されているケース、自動設定に加えて手動設定でも制限モードが設定されているケース、強制解除スイッチ２１がON操作されたケースに分けて順次説明する。
【００５４】
まず、作業現場が通常の外気温の場合には、モータ温度Ｔmが第３温度判定値Ｔ3以上に保たれることから、図１０のステップＳ１１，１２の処理によりノーマル制限モードが設定される。従って、レバー操作に応じて作業要素がそれほど制限を受けることなく作動して良好な操作性が得られる。
一方、例えば外気温がマイナス３０℃程度の極寒環境では、キースイッチ２０がON操作された時点のモータ温度Ｔmが第１温度判定値Ｔ1未満となる。このため、図１１のステップＳ１５，１６で自動設定により第１冷態制限モードが設定され、図７の制御マップでは第１冷態制限モードの特性線Ｌ1から最も低いポンプ吐出量Ｖ2が算出される。
【００５５】
従って、図６の制御マップに基づきレバー操作量θに応じて高いポンプ吐出量Ｖ1が算出された場合であっても、第１冷態制限モードによる低いポンプ吐出量Ｖ2を上限としてポンプ吐出量Ｖ1が大きく制限され（本発明の吐出量制御部に相当）、実際の油圧ポンプ２８の吐出量も大きく制限される。このため油圧ポンプ２８の負荷、ひいてはそれを駆動するモータ２７の負荷が抑制され、モータ２７の破損、例えば鋼材を素材とするモータ２７の出力軸２７ａの低温脆性に起因する破損等が未然に防止される。
【００５６】
モータ２７の運転継続によりモータ温度Ｔmが次第に上昇して第１温度判定値Ｔ1以上になると、図１１のステップＳ１７，１８で自動設定により第２冷態制限モードが設定される。従って、図７の制御マップでは第２冷態制限モードの特性線Ｌ2からより高いポンプ吐出量Ｖ2が算出されるようになり、レバー操作量θに応じたポンプ吐出量Ｖ1に対する制限が緩和される。モータ２７の負荷は増加傾向になるものの、モータ温度Ｔmが上昇しているため低温脆性に起因するモータ２７の破損が防止される。そして、ポンプ吐出量の制限が緩和されることで、よりレバー操作に応じた作業要素の作動が可能となって操作性が改善される。
【００５７】
さらにモータ温度Ｔmが上昇して第２温度判定値Ｔ2以上になると、図１１のステップＳ１７，１９で自動設定により第３冷態制限モードが設定され、図７の制御マップで第３冷態制限モードの特性線Ｌ3からより高いポンプ吐出量Ｖ2が算出される。よって、モータ２７の破損が防止され続けると共に、第２冷態制限モードの場合よりもポンプ吐出量Ｖ1に対する制限が緩和されて、作業要素の操作性がさらに改善される。
【００５８】
そして、モータ温度Ｔmが上昇して第３温度判定値Ｔ3以上になると、ステップＳ１１，１２でノーマル制限モードが設定される。このため通常の外気温の場合と同じく、レバー操作に応じた作業要素の作動が可能となる。
【００５９】
以上の制限モードに基づくポンプ吐出量の制限状況を、モータ温度Ｔmが第１温度判定値Ｔ1未満の状態で油圧ショベル１が稼働を開始した場合を例に挙げて、図１２のタイムチャートに基づき説明する。
キースイッチ２０のON操作後にモータ２７の回転が開始され（図中のポイントａ，ｂ）、モータ温度Ｔmが第１温度判定値Ｔ1未満であることを受けて第１冷態制限モードが設定される。当初はレバー操作量θ＝0であることから、図６の制御マップから最小値のポンプ吐出量Ｖ1が算出される。また、このときのポンプ吐出圧Ｐは最小値であるため、図７の制御マップからは最大値のポンプ吐出量Ｖ2が算出され、実際のポンプ吐出量はポンプ吐出量Ｖ1に対応する最小値に保たれる。
【００６０】
例えばレバー操作量θが最大まで増加すると（図中のポイントｃ）、ポンプ吐出量Ｖ1と共に実際のポンプ吐出量が増加し、これと並行してポンプ吐出圧Ｐも増加する。実際のポンプ吐出量はポンプ吐出量Ｖ2に到達した時点で制限を受け（図中のポイントｄ）、その後にポンプ吐出圧Ｐの増加と引き替えにポンプ吐出量Ｖ2が低下し始めるため（図中のポイントｅ）、その制限を受けて実際のポンプ吐出量も低下し始める。結果として、油圧ポンプ２８の負荷が第１冷態制限モードで許容される上限値に抑制され続ける。
【００６１】
そして、モータ温度Ｔmが第１温度判定値Ｔ1以上になると第２冷態制限モードが設定され、図７の制御マップからより高いポンプ吐出量Ｖ2が算出されることにより、許容される油圧ポンプ２８の負荷の上限値が第１冷態制限モードよりも増加する。このため、実際のポンプ吐出量は一旦増加し、その後にポンプ吐出圧Ｐの増加と引き替えに低下し、これにより油圧ポンプ２８の負荷が第２冷態制限モードで許容される上限値に抑制される。
このようにして制限モードに応じて油圧ポンプ２８の負荷、ひいてはそれを駆動するモータ２７の負荷が抑制されると共に、モータ温度Ｔmの上昇と共に切り換えられる制限モードに応じて負荷の制限が段階的に緩和される。
【００６２】
以上のように本実施形態では、極寒環境で油圧ショベル１の稼働が開始されてモータ破損の虞ある場合に、油圧ポンプ２８の吐出量を制限してモータ２７の負荷を抑制している。そして、このモータ負荷の抑制は、オペレータによる操作を介することなくモータ温度Ｔmに応じて自動的に実行されるため、温度低下に起因するモータ破損を確実に防止することができる。
【００６３】
しかも、モータ２７の運転継続によりモータ温度Ｔmが次第に上昇すると、段階的に油圧ポンプ２８の吐出量の制限を緩和している。このため、吐出量の制限に起因する作業要素の作動速度の低下が必要最小限にとどめられ、それほど作業効率を低下させることなくモータ破損の防止効果を得ることができる。
【００６４】
そして、モータ温度Ｔmに応じて順次切り換えられる各制限モードは、制限モード表示部２２ａに適用制限モードとして表示される。従って、その表示に基づきオペレータは現在の制限モード、ひいてはポンプ吐出量の制限により作業要素の作動速度がどの程度低下しているかを把握できる。このため、例えば現在の作業内容では作業要素の作動速度をさらに低下させても支障ない場合には、より負荷の抑制が大きい側の制限モードをモード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃにより選択することができる。
【００６５】
次に、このように自動設定に加えて手動設定でも制限モードが設定された場合を以下に説明する。
このときには図１１のステップＳ２５〜２７の処理により、自動設定と手動設定との制限モードの内の負荷の抑制が大きい側が最終的な制限モードとして確定され、その制限モードに基づき油圧ポンプ２８の吐出量が制限される。例えば自動設定でノーマル制限モードが設定され、手動設定で第１冷態制限モードが設定されているときには、より負荷の抑制が大きい側の第１冷態制限モードが最終的な制限モードとして確定される。この処理は、以下の観点に基づくものである。
【００６６】
多大な修理費用を要するモータ破損を回避するのは重要事項であり、そのためにはモータ温度Ｔmに応じて設定された現在の制限モードの特性線Ｌ1〜Ｌ3（＝ポンプ吐出量Ｖ2）に基づき実際のポンプ吐出量を制限する必要がある。このため、自動設定された制限モードよりも負荷の抑制が小さい側の制限モードがモード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃで選択されたとしても、モータ破損の防止のために手動設定を禁止して自動設定による制限モードを継続しているのである。
【００６７】
逆に、自動設定された制限モードよりも負荷の抑制が大きい側の制限モードがモード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃで選択された場合には、モータ破損の要因にはならない。また、作業要素の作動速度が低下することを承知した上でのオペレータによる制限モードの選択のため、作業に支障が生じることもない。よって、オペレータの判断を優先し、手動設定による制限モードに切り換えているのである。
【００６８】
以上のように自動設定に加えて手動設定でも制限モードが設定された場合には、負荷の抑制が大きい側の制限モードを最終的な制限モードとして確定している。このため、作業に支障を生じない範囲内でポンプ吐出量をより制限して、温度低下によるモータ破損を一層確実に防止することができる。
但し、必ずしも負荷の抑制が大きい側の制限モードを確定する必要はない。例えば制限モードが手動設定された場合には、無条件で自動設定の制限モードに代えて手動設定の制限モードを最終的な制限モードとして確定してもよい。
【００６９】
また、上記のように自動設定から手動設定による制限モードに切り換えた場合、制限モード表示部２２ａには適用制限モードとして手動設定された制限モードが表示されると共に、自動設定された制限モードが推奨制限モードとして表示される。このため、オペレータは自身が選択した制限モードがＨＳＴの制御に適用されていること、及びその制限モードとは別の制限モード（負荷抑制の小さい側）が推奨されていることを把握できる。よって、例えば改めてモード選択スイッチ１９ａ〜１９ｃにより推奨制限モードを選択する等、現在の作業に対してより適した制限モードを選択することができる。
【００７０】
一方、オペレータは強制解除スイッチ２１のON操作により、任意に現在の制限モードを解除してノーマル制限モードに切り換えることができる。地面を掘削する油圧ショベル１は不安定な地形で作業する機会が多く、そのような状況では油圧ショベル１の安定性を保つためにクローラ４、旋回装置５及び作業装置１２等に良好な応答性が求められる。
【００７１】
そこで、作業中においてオペレータが油圧ショベル１に迅速な稼働を望み、且つ制限モード表示部２２ａに適用制限モードとしてノーマル制限モード以外、即ち第１〜３冷態制限モードが表示されている場合には、強制解除スイッチ２１をON操作する。従って、図１０，１１のステップＳ２８〜３０，１２の処理により、ディレイカウンタＣがディレイ判定値Ｃ0に達した時点で、制限モードが強制的にノーマル制限モードに設定し直される。これにより、極寒環境を想定した第１〜３冷態制限モードによる油圧ポンプ２８の吐出量の制限が中止される。
【００７２】
このため、実際の油圧ポンプ２８の吐出量に対する制限はノーマル制限モードによる緩やかなものとなり、作動油の供給を受けたクローラ４、旋回装置５及び作業装置１２の応答性が向上する。よって、オペレータの操作に応じて迅速に油圧ショベル１を稼働させることが可能となり、例えば不安定な地形でも油圧ショベル１の安定性を保つことができる。
【００７３】
加えて、ノーマル制限モードへの切換の瞬間には油圧ポンプ２８の吐出量がステップ的に増加するため、作業装置１２等が作動中のときには唐突に作動速度が増加し、例えば意図している停止位置を通り過ぎてしまう可能性もある。本実施形態では、強制解除スイッチ２１をON操作してからディレイカウンタＣがディレイ判定値Ｃ0に達した後に、ノーマル制限モードへの切換を実行している。
【００７４】
このディレイカウンタＣに基づく遅延は、例えば数sec程度に設定されているため、オペレータが作動速度の増加への対処、例えば、予めレバー操作量θを減少操作する等の対処を実施する時間的な余裕が生じる。よって、ノーマル制限モードへの切換の過渡状態においても、油圧ショベル１を意図した通りに稼働させることができる。
【００７５】
なお、強制解除スイッチ２１のON操作に対してノーマル制限モードへの切換を遅延させる代わりに、例えば、図７の制御マップ上の各制限モードの特性線Ｌ1〜Ｌ3の間を補完してポンプ吐出量Ｖ2を緩やかに変化させてもよい。これにより、例えば第１冷態制限モードからノーマル制限モードに切り換えられた場合には、ポンプ吐出量Ｖ2が第１冷態制限モードに基づく値からノーマル制限モードに基づく値へと緩やかに変化するため、オペレータが作動速度の増加に十分に対処可能となる。
【００７６】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、鉱山等で稼働する超大型の電動油圧ショベル１に具体化したが、油圧ショベルの種別はこれに限るものではなく、例えば道路工事等で使用される一般的な大きさの電動油圧ショベルに具体化してもよい。
【００７７】
また上記実施形態では、図７に示す第１〜３冷態制限モードの特性線Ｌ1〜Ｌ3に従ってポンプ吐出量Ｖ2を段階的に設定したが、ポンプ吐出量Ｖ2を設定する手法はこれに限るものではない。例えば、モータ温度Ｔmの上昇に応じてポンプ吐出量Ｖ2を連続的に増加させるように制御マップの特性を設定してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１  電動油圧ショベル
３  下部走行体
５  旋回装置
６  上部旋回体
１２  作業装置
１７ｌ，１７ｒ  操作レバー（操作部）
１８ｌ，１８ｒ  走行レバー（操作部）
１９ａ〜１９ｃ  モード選択スイッチ（制限モード選択部）
２１  強制解除スイッチ（強制解除操作部）
２２ａ  制限モード表示部
２６  コントローラ（相関関係記憶部、吐出量制御部、計時部）
２７  モータ
２８  油圧ポンプ
３１  電磁比例減圧弁（傾転角調整部）
３５  アクチュエータ（傾転角調整部）
３６  モータ温度センサ（モータ温度検出部）
３９  ポンプ吐出圧センサ（ポンプ吐出圧検出部）
【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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