(57)【要約】【課題】ブレーキ装置によるブレーキの解除と旋回モータの駆動とのタイミングのずれを解消することができる電動旋回型建設機械を提供すること。【解決手段】下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体上に一端が回動自在に取り付けられたブームと、前記ブームの他端に一端が回動自在に取り付けられたアームと、前記アームの他端に回動可能に取り付けられた作業要素と、前記上部旋回体を保持するブレーキ機構と、前記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、前記ブレーキ機構の状態を監視する状態監視手段と、該状態監視手段による監視に基づき、前記ブレーキ機構によるブレーキの解除を検知する制御装置と、を有し、前記旋回モータは、前記制御装置がブレーキの解除を検知するまでは、力を発生しない。【選択図】図３
2015175092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体上に一端が回動自在に取り付けられたブームと、
前記ブームの他端に一端が回動自在に取り付けられたアームと、
前記アームの他端に回動可能に取り付けられた作業要素と、
前記上部旋回体を保持するブレーキ機構と、
前記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、
前記ブレーキ機構の状態を監視する状態監視手段と、
該状態監視手段による監視に基づき、前記ブレーキ機構によるブレーキの解除を検知する制御装置と、を有し、
前記旋回モータは、前記制御装置がブレーキの解除を検知するまでは、力を発生しない、電動旋回型建設機械。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記ブレーキ機構によるブレーキの解除を検知するまでは、前記旋回モータに対する電力の供給を停止する、請求項１に記載の電動旋回型建設機械。
【請求項３】
前記状態監視手段は、前記上部旋回体を保持する前記ブレーキ機構の保持力を監視する、請求項１又は請求項２に記載の電動旋回型建設機械。
【請求項４】
前記旋回モータに電力を供給するインバータを有し、
前記制御装置は、ブレーキの解除を検知した時点で、前記インバータを通じて前記旋回モータのサーボ制御を開始する、請求項１に記載の電動旋回型建設機械。
【請求項５】
前記制御装置は、ブレーキの解除を検知している限り、前記サーボ制御を継続させる、請求項４に記載の電動旋回型建設機械。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記ブレーキ機構によるブレーキの解除を検知するまでは、前記サーボ制御を行わず、
前記ブレーキ機構によるブレーキの解除を検知した後は、前記サーボ制御を行う、請求項４に記載の電動旋回型建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動旋回型の旋回駆動装置を備える建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショベル等の建設機械には、作業要素を旋回させて作業位置に移動させるために、作業要素が取付けられた旋回体を旋回駆動するための旋回駆動装置が設けられることが多い。
【０００３】
このような旋回駆動装置には、旋回体を機械的に停止させるブレーキ装置（メカニカルブレーキ）が備えられている。旋回モータを駆動しないときは、メカニカルブレーキによるブレーキを作動させて旋回体を固定しておく。そして、旋回体を駆動するときは、メカニカルブレーキによるブレーキを解除する。一般的に、メカニカルブレーキによるブレーキの作動と解除は油圧によって切り換えられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９０６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記建設機械に搭載される旋回駆動装置において、旋回体を旋回又は停止するに際して、ブレーキの解除と旋回モータの制御のタイミングを合わせることは非常に重要である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された建設機械の制御機構では、作業環境に基づく作動油の応答性の変化により、ブレーキの解除と旋回モータの駆動制御のタイミングにずれが生じる場合がある。
【０００７】
このタイミングにずれが生じると、メカニカルブレーキによるブレーキの作動中に、旋回モータの駆動制御が行われることがあり、メカニカルブレーキの構成部品が摩耗する虞がある。
【０００８】
また、メカニカルブレーキによるブレーキの解除中に、旋回モータの駆動制御が行われていないと、例えば、斜面にショベルが停車している場合には、旋回体の自重により、その旋回体が不可避的に斜面下方に旋回してしまう虞がある。
【０００９】
上述の点に鑑み、ブレーキ装置によるブレーキの解除と旋回モータの駆動制御とのタイミングのずれを解消することができる電動旋回型建設機械を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一局面によれば、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体上に一端が回動自在に取り付けられたブームと、前記ブームの他端に一端が回動自在に取り付けられたアームと、前記アームの他端に回動可能に取り付けられた作業要素と、前記上部旋回体を保持するブレーキ機構と、前記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、前記ブレーキ機構の状態を監視する状態監視手段と、該状態監視手段による監視に基づき、前記ブレーキ機構によるブレーキの解除を検知する制御装置と、を有し、前記旋回モータは、前記制御装置がブレーキの解除を検知するまでは、力を発生しない、電動旋回型建設機械が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、ブレーキ装置によるブレーキの解除と旋回モータの駆動制御とのタイミングのずれを解消することができる電動旋回型建設機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るショベルの側面図である。
【図２】一実施形態に係るショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】一実施形態に係るショベルに設けられる旋回駆動装置の制御機構を示すブロック図である。
【図４】図３の旋回駆動装置に設けられるブレーキ装置によるブレーキを解除する制御作用を説明するフローチャートである。
【図５】図３の旋回駆動装置に設けられるブレーキ装置によるブレーキを作動する制御作用を説明するフローチャートである。
【図６】図３の旋回駆動装置の制御のタイミングの波形を示す図である。
【図７Ａ】図３と異なる実施形態に係る旋回駆動装置の制御のタイミングの波形を示す図であり、待ち時間よりもブレーキが解除されるタイミングが遅い場合の波形である。
【図７Ｂ】図３と異なる実施形態に係る旋回駆動装置の制御のタイミングの波形を示す図であり、待ち時間よりもブレーキが解除されるタイミングが早い場合の波形である。
【図８】さらに異なる実施形態に係るショベルに設けられる旋回駆動装置の制御機構を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１４】
まず、本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルの全体構成及び駆動系の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれた建設機械を示す側面図である。なお、図１においては、建設機械の一例としてショベルを示す。本発明の一実施形態による旋回駆動装置は、上部旋回体を旋回する機構を有する建設機械に組み込むことができる。
【００１５】
図１に示す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が旋回自在に搭載されている。上部旋回体３上には、ブーム４の一端が回動自在に取り付けられている。ブーム４の先端（他端）には、アーム５の一端が回動自在に取り付けられ、アーム５の先端（他端）には、バケット６（作業要素）が回動可能に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】
本実施形態に係るショベルには、電動機を用いた電動旋回用の旋回駆動装置を用いることができる。以下、ショベルに電動旋回の旋回駆動装置が搭載される場合について説明する。
【００１７】
なお、図１に示すショベルは、旋回駆動装置に供給する電力を蓄積する蓄電装置を有するショベルである。しかしながら、本発明は、電動旋回を採用した任意のショベルに適用でき、例えば外部電源から電力が供給される電気駆動式ショベルにも適用できる。
【００１８】
図２は図１に示す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、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。
【００１９】
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。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が接続されている。
【００２０】
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。
【００２１】
電動発電機１２には、インバータ１８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を介して旋回用電動機２１（旋回モータ）が接続されている。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂ（モータ軸）には、レゾルバ２２、及び旋回減速機２４が接続される。旋回減速機２４の出力軸２４Ａにはメカニカルブレーキ２３が接続される。旋回用電動機２１と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回減速機２４とにより、負荷駆動系として旋回駆動装置４０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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）を行うと共に、蓄電系１２０の昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタの充電状態、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、蓄電系１２０の昇降圧コンバータ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に充電する量（充電電流又は充電電力）の制御も行なう。
【００２６】
上述のような構成のショベルによる作業では、上部旋回体３を旋回駆動するために、インバータ２０を介して供給される電流により旋回用電動機２１が駆動される。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転力は、旋回減速機２４とメカニカルブレーキ２３を介して旋回駆動装置４０の出力軸４０Ａに伝達される。
【００２７】
次に、旋回駆動装置４０の制御機構について、図３を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係るショベルに設けられる旋回駆動装置の制御機構を示すブロック図である。
【００２８】
図３に示すように、旋回用電動機２１には、メカニカルブレーキ２３を間に挟んで旋回減速機２４が接続される。メカニカルブレーキ２３は、ブレーキディスク６０と、ブレーキプレート６２と、ピストン６４、スプリング６６と、シリンダ６８と、を含んで構成される。ブレーキディスク６０の上下両側には、ブレーキプレート６２が配置されている。ブレーキの作動状態にあるときは、ピストン６４はスプリング６６により押圧されて常に上側のブレーキプレート６２に押し付けられている。上側のブレーキプレート６２がピストン６４により押圧されると、ブレーキディスク６０は上下のブレーキプレート６２により挟まれて押圧される。ブレーキディスク６０が上下のブレーキプレート６２により挟まれて押圧されることで、ブレーキディスク６０の回転を阻止しようとするブレーキ力がブレーキディスク６０に作用する。そして、油圧ライン２７ｂを介してシリンダ６８に、パイロットポンプ１５から作動油を供給すると、ピストン６４が作動油の油圧により押し上げられて、ブレーキプレート６２を押圧する力が無くなり、ブレーキは解除される。パイロットポンプ１５は、ソレノイドバルブ５０ａ、５０ｂを介して、油圧ライン２７ａ、２７ｂによって、シリンダ６８に接続されている。そして、キャビン１０の運転席には、ゲートロックスイッチ（不図示）やゲートロックレバー（不図示）等を含むロック機構３５が備えられている。
【００２９】
ゲートロックスイッチは、ゲートロックレバーがロック解除位置に操作されたか、または、ロック位置に操作されたかを検出するスイッチである。オペレータは、ゲートロックレバーをロック解除位置に下げ操作してキャビン１０の運転室への出入口を遮断し、ロック位置に上げ操作して運転室への出入口を開放する。すなわちオペレータが乗り降りする時、ゲートロックレバーはロック解除位置からロック位置へ操作される。
【００３０】
オペレータによって、ゲートロックレバーがロック解除位置に操作されると、ロック解除指令が送信されソレノイドバルブ５０ａが切り換えられ、パイロットポンプ１５の作動油が油圧ライン２７ａに供給される。次いで、オペレータが旋回用レバーのレバー操作を行うと、その操作量に応じ操作指令Ｌが生成される。この操作指令Ｌに基づきブレーキ解除指令が生成され、このブレーキ解除指令によって、ソレノイドバルブ５０ｂが切り換えられる。これによって、パイロットポンプ１５の作動油が油圧ライン２７ｂを介してシリンダ６８に供給される。この作動油の油圧によって、ブレーキプレート６２を押圧する力が無くなり、ブレーキは解除される。
【００３１】
油圧ライン２７ｂ上には、圧力センサ５２（状態監視手段）が設けられており、圧力センサ５２によってシリンダ６８内の油圧が監視されている。その圧力情報（油圧）は判定部としてのインバータ２０に送信される。
【００３２】
判定部は、該圧力情報によって、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除状態にあるか否かを検知する。
【００３３】
判定部は、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されていると検知した場合は、制御部としてのインバータ２０に旋回用電動機２１のサーボ制御を行わせる（サーボオンする）旨の判定を行う。該判定に基づき、制御部は、旋回用電動機２１に供給するモータ電流ｉｍ（制御電流）の制御を行う。制御部が、モータ電流ｉｍの制御を行うことによって、旋回用電動機２１のサーボ制御が行われサーボオンの状態となる。
【００３４】
なお、判定部は、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが作動していると検知した場合は、制御部に旋回用電動機２１のサーボ制御を行わせない（サーボオフする）旨の判定を行う。この場合は、旋回用電動機２１のサーボ制御が行われずサーボオフの状態となる。
【００３５】
判定部及び制御部は、コントローラ３０であってもよく、他の制御装置であってもよい。つまり、メカニカルブレーキによるブレーキと旋回用電動機２１のサーボ制御が共にオン又はオフの状態にならないように、オンオフの状態を判定できる判定部に相当する機能を有する装置が制御部に備えられていればよい。判定部には、ＣＰＵが備えられている。また、制御部には、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置が備えられている。判定部と制御部は別体であってもよく一体であってもよい。
【００３６】
本実施形態によれば、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの解除と旋回用電動機２１のサーボ制御のタイミングにずれが生じないため、メカニカルブレーキの構成部品が摩耗することを効果的に防止することができる。
【００３７】
また、例えば、斜面にショベルが停車している場合に、上部旋回体３の自重により、その上部旋回体３に設けられている作業要素が不可避的に斜面下方に旋回してしまうのを防止することができる。
【００３８】
これによって、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの解除と旋回用電動機２１のサーボ制御とのタイミングのずれを解消したショベルを提供することができる。
【００３９】
次に、一実施形態に係るショベルに搭載される旋回駆動装置４０における、ブレーキ機構２３（メカニカルブレーキ）によるブレーキを解除する制御作用について、図４を参照しながら説明する。図４は、図３の旋回駆動装置に設けられるブレーキ装置によるブレーキを解除する制御作用を説明するフローチャートである。
【００４０】
まず、旋回用レバーが操作されていないと操作指令Ｌは生成されない（ステップＳ１のＮｏ）。この場合は、操作指令Ｌが生成されるまで次のステップに進まない。一方、旋回用レバーが操作されると操作指令Ｌが生成されることになり（ステップＳ１のＹｅｓ）、処理はステップＳ２に進む。具体的には、制御部からソレノイドバルブ５０ｂに対し、ブレーキ解除指令が送信される。ブレーキ解除指令が送信されることにより、ソレノイドバルブ５０ｂが切り換えられ、パイロットポンプ１５から、作動油がメカニカルブレーキ２３に対し供給される。作動油の圧力は、圧力センサ５２によって検知されており、圧力が所定の圧力（解除圧）以上になると（ステップＳ３のＹｅｓ）、判定部は、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されていることを検知する（ブレーキオフの状態となる）（ステップＳ４）。該検知に基づき、判定部はサーボ制御を開始する（サーボオンする）判定を行う。具体的には、制御部によって、旋回用電動機２１に供給するモータ電流ｉｍの制御が開始される。すなわち、旋回用電動機２１のサーボ制御が開始することになる（サーボオンの状態となる）（ステップＳ５）。より詳細には、制御部において、操作指令Ｌに基づき速度指令が生成され、この速度指令と実速度の偏差に基づきトルク指令が生成される（ステップＳ６）。そして、これら指令に応じたモータ電流ｉｍが、旋回用電動機２１に供給されサーボ制御が行われる。
【００４１】
一方、判定部が、作動油の圧力が解除圧以上であることを検知しない（解除圧未満である）場合は（ステップＳ３のＮｏ）、作動油の圧力が解除圧以上になるまで、旋回用電動機２１のサーボ制御は行われない。次のステップに進まない。
【００４２】
次に、一実施形態に係るショベルに搭載される旋回駆動装置４０における、メカニカルブレーキ２３によるブレーキを作動する制御作用について、図５を参照しながら説明する。図５は、図３の旋回駆動装置に設けられるブレーキ装置によるブレーキを作動する制御作用を説明するフローチャートである。
【００４３】
オペレータが旋回用レバーを中立位置に戻し、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除状態から作動状態に移行する場合を考える。
【００４４】
まず、ステップＳ１１において、オペレータにより旋回用レバーの操作がない場合には、制御部に予め記憶された所定の待ち時間が経過するのを待つ（ステップＳ１２）。
所定の待ち時間が経過したら（ステップＳ１２のＹｅｓ）、ソレノイドバルブ５０ｂへのブレーキ解除指令の送信を終了する。これによって、ソレノイドバルブ５０ｂが切り換えられメカニカルブレーキ２３によるブレーキが作動することになる（ブレーキオンの状態となる）（ステップＳ１３）。メカニカルブレーキ２３を作動させる場合においても、圧力センサ５２によってシリンダ６８内の油圧が監視されている。判定部は、圧力センサ５２による圧力情報（油圧）に基づき油圧が解除圧未満であることを検知した時点で（ステップＳ１４のＹＥＳ）、サーボ制御を終了する（サーボオフする）判定を行う。この場合には、制御部は、速度指令及びトルク指令を生成せず旋回用電動機２１にモータ電流ｉｍを供給しない。すなわち、旋回用電動機２１のサーボ制御は終了することになる（サーボオフの状態となる）（ステップＳ１５）。待ち時間が経過していない場合は（ステップＳ１２のＮｏ）、メカニカルブレーキ２３によるブレーキは作動されず、旋回用電動機２１のサーボ制御は継続される。
【００４５】
さらに、判定部が、作動油の圧力が解除圧未満であることを検知しない（解除圧以上である）場合は（ステップＳ１３のＮｏ）、作動油の圧力が解除圧未満になるまで、旋回用電動機２１のサーボ制御は継続される。次のステップに進まない。
【００４６】
このように、サーボオンの状態からサーボオフの状態に移行する場合は、制御部は、メカニカルブレーキ２３によるブレーキを作動させようとする。ここで、本実施形態によれば、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが作動しない場合は、サーボオフの状態にすることはできない。メカニカルブレーキ２３によるブレーキと旋回用電動機２１のサーボ制御が共にオン状態にならないようにするためである。
【００４７】
メカニカルブレーキ２３によるブレーキを作動する制御作用においては、解除する制御作用とは異なり、所定の待ち時間を設けている。そして、所定の待ち時間経過後に、旋回用電動機２１のサーボ制御が終了する（サーボオフの状態となる）。作業内容によっては、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの解除が行われた後すぐに、再度、旋回用レバーを操作することも想定される。係る場合には、旋回用レバーを操作する度に、ソレノイドバルブ５０ｂが切り換えられることになり、制御上好ましくない。そこで、制御の連続性を確保するため、メカニカルブレーキ２３によるブレーキを作動する制御作用においては、所定の待ち時間が経過することを条件としている。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態においては、判定部が旋回のメカニカルブレーキ２３によるブレーキが作動していると検知するときにはサーボオフの判定を行い、制御部は速度指令及びトルク指令を生成しない。旋回用電動機２１のサーボ制御は行われない。そして、判定部がメカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されていると検知するとき、すなわち、ブレーキが作動していないと検知するときにはサーボオンの判定を行い、制御部は速度指令及びトルク指令を生成し旋回用電動機２１のサーボ制御を継続する。
【００４９】
その結果、メカニカルブレーキ２３によるブレーキと旋回用電動機２１が、同時にオン又はオフの状態にならないように、上部旋回体３の駆動が制御される。
【００５０】
具体的には、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの作動中（ブレーキオンの状態）に、旋回用電動機２１のサーボ制御が開始する（サーボオンとなる）ことはない。これによって、メカニカルブレーキ２３を構成するブレーキディスク６０やブレーキプレート６２が摩耗するのを効果的に防止することができる。
【００５１】
また、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの解除中（ブレーキオフの状態）に、旋回用電動機２１のサーボ制御が終了する（サーボオフとなる）ことはない。本実施形態によれば、メカニカルブレーキ２３によるブレーキと旋回用電動機２１のサーボ制御が共にオン状態、或いは、メカニカルブレーキ２３によるブレーキと旋回用電動機２１のサーボ制御が共にオフ状態になることを、効果的に防止することができる。そのため、上部旋回体３を安全かつ確実な制御に移行することができる。
【００５２】
ところで、制御部側のシステム異常等により、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが作動しない場合を想定する。例えば、オペレータが旋回用レバーの操作をしていないにもかかわらず、ブレーキ解除指令が生成される等である。これにより、パイロットポンプ１５からの作動油がメカニカルブレーキ２３に供給され、ソレノイドバルブ５０ｂが切り換えられることになる。
【００５３】
このとき、メカニカルブレーキ２３に作動油が供給され圧力センサ５２の検出値が解除圧以上になると、判定部が、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されていると検知する。この検知を受けてサーボオンの判定を行い、旋回用電動機２１のサーボ制御が行われることになる。したがって、メカニカルブレーキ２３によるブレーキと旋回用電動機２１が共にオフの状態になることはない。
【００５４】
なお、以上のように、オペレータが旋回用レバーを操作していないにもかかわらず、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除された場合には、上部旋回体３の停止状態が維持されるように、旋回用電動機２１の回転速度をゼロにする制御、所謂、ゼロ速度制御が行われる。具体的には、旋回用電動機２１を駆動して、上部旋回体３に加わる外力を打ち消すような駆動力（トルク）を発生させる。制御部が所定のモータ電流ｉｍを旋回用電動機２１に供給することによってゼロ速度制御が行われ、旋回用電動機２１の停止状態が維持される。
【００５５】
このように、制御部のシステム異常等によりメカニカルブレーキ２３によるブレーキが正常に作動していない場合であっても、旋回用電動機２１の停止状態が維持されるようにサーボ制御が行われるため、上部旋回体３の安全性が確保される。
【００５６】
なお、操作指令Ｌは、旋回用レバー以外のレバー、例えば、走行用レバーを操作した場合にも生成される。そのため、ショベルの走行時には、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されることになる。したがって、ショベルを走行させている場合には、旋回用電動機２１によって上部旋回体３の停止状態が維持されるように、上述同様のゼロ速度制御が行われる。メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されているため、ショベルの走行中に何等かの外力が加わっても、メカニカルブレーキ２３を構成するブレーキディスク６０やブレーキプレート６２が摩耗することはない。また、ショベルの走行中は、上部旋回体３の停止状態が維持される。
【００５７】
なお、ソレノイドバルブ５０ｂに異物が混入しスプールが固着し切り換えが行えない場合や、配管２７ｂに異物が詰まることにより、メカニカルブレーキ２３への作動油の供給が遮断される場合も想定される。この場合には、旋回用レバーを操作していたとしても、メカニカルブレーキ２３によるブレーキが解除されない。この場合には、判定部はサーボオフの判定を行い、制御部は旋回用電動機２１に対しモータ電流ｉｍを供給しない。すなわち、旋回用電動機２１は、サーボ制御を行わない。
【００５８】
これによって、メカニカルブレーキ２３を構成するブレーキディスク６０やブレーキプレート６２が摩耗するのを効果的に防止することができる。
【００５９】
次に、本実施形態に係る上部旋回体３の制御による、制御のタイミングについて、図６を参照しながら説明する。図６は、図３の旋回駆動装置の制御のタイミングの波形を示す図である。横軸は時間を示す。縦軸は各種入力及び指令を示す。また、太線はブレーキ解除圧を、細線は旋回用レバーの入力量を、破線は速度指令を、一点鎖線はブレーキ解除指令を、二点鎖線は制御開始指令を、それぞれ示す。
【００６０】
図６に示すように、旋回用レバーが操作され、ある入力値（細線）に達するとブレーキ解除指令（一点鎖線）が生成される。これによって、パイロットポンプ１５からの作動油が、ソレノイドバルブ５０ｂを介して、メカニカルブレーキ２３に供給されブレーキ解除圧（太線）が上昇する。ある解除圧Ｐｂに達すると、旋回用電動機２１のサーボ制御が行われる（サーボオンする）。すなわち、制御部において、制御開始指令（二点鎖線）が生成される。具体的には、制御部において生成された速度指令（破線）及びトルク指令の基づき、旋回用電動機２１を駆動するためのモータ電流ｉｍが旋回用電動機２１に供給され、サーボ制御が開始される。
【００６１】
以上のように、旋回用レバーの入力量及び各種指令が生成されるため、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの解除と旋回用電動機２１のサーボ制御のタイミングにずれが生じない。そのため、メカニカルブレーキの構成部品が摩耗することを効果的に防止することができる。
【００６２】
また、例えば、斜面にショベルが停車している場合に、上部旋回体３の自重により、その上部旋回体３に設けられている作業要素が不可避的に斜面下方に旋回してしまうのを防止することができる。
【００６３】
これによって、メカニカルブレーキ２３によるブレーキの解除と旋回用電動機２１のサーボ制御とのタイミングのずれを解消したショベルを提供することができる。
【００６４】
また、不必要に旋回用電動機２１のサーボ制御が行われないため、旋回用電動機２１のエネルギー消費を低減することができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、ブレーキの解除圧で旋回用電動機２１の制御状態を切り換えているため、寒冷地等、作動油の応答性が著しく変化する環境下においても対応可能な旋回駆動装置を備えるショベルを提供することができる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る上部旋回体３の制御を行わない場合の制御のタイミングについて、図７Ａ、図７Ｂを参照しながら説明する。図７Ａ、図７Ｂは、図３と異なる実施形態に係る旋回駆動装置の制御のタイミングの波形を示す図である。横軸は時間を、縦軸は各種入力及び指令を示す。また、太線はブレーキ解除圧を、細線は旋回用レバーの入力量を、破線は速度指令を、一点鎖線はブレーキ解除指令を、二点鎖線は制御開始指令を、それぞれ示す。
【００６７】
本実施形態に係る上部旋回体３の制御と異なり、ブレーキの解除を、時間で切り換えてている。具体的には、ブレーキが解除されるタイミングを時間の経過により行っており、所定の待ち時間が経過した後に旋回用電動機２１の駆動制御に移行している。
【００６８】
ブレーキの作動と解除は、メカニカルブレーキ２３に供給される油圧の切り換えにより行われる。このため、実際にブレーキが解除されるタイミング（ｔｗ１）と、旋回用電動機２１の制御のタイミング（待ち時間）（ｔｗ２）にずれが生じることになる。図７Ａによれば、待ち時間（ｔｗ２）よりも実際にブレーキが解除されるタイミング（ｔｗ１）が遅くなっている。また、図７Ｂによれば、待ち時間（ｔｗ２）よりも実際にブレーキが解除されるタイミング（ｔｗ１）が早くなっている。
【００６９】
本実施形態によれば、ブレーキの解除のタイミングと、旋回用電動機２１の駆動のタイミングにずれが生じることなく同期が取れるため、図７Ａに示すように、ブレーキが解除されるタイミング（ｔｗ１）が遅れることはない。メカニカルブレーキ２３を構成するブレーキディスク６０やブレーキプレート６２が摩耗することはなく、メカニカルブレーキ２３の寿命の向上につながる。
【００７０】
さらに、本実施形態によれば、図７Ｂに示すように、ブレーキが解除されるタイミング（ｔｗ１）が早くなることはない。したがって、メカニカルブレーキ２３によるブレーキがオンの状態でも、旋回用電動機２１のサーボ制御がオンの状態でもない状態、すなわち、メカニカルブレーキ２３によるブレーキと旋回用電動機２１のサーボ制御が共にオフの状態になることはない。そのため、上部旋回体３がオペレータの意図に反して旋回することはない。例えば、ショベルが傾斜地に位置している場合に、上部旋回体３の自重により、その上部旋回体３に設けられる作業要素が不可避的に斜面下方に旋回することはない。
【００７１】
以上、ショベル等の建設機械に設けられる旋回駆動装置を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００７２】
本実施形態では、ブレーキ機構として、ブレーキの解除又は作動を油圧によって切り換えるメカニカルブレーキ２３を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、ブレーキ機構を、電気的にソレノイド７０を切り換えることによって、上側のブレーキプレート６２をブレーキディスク６０押し付ける構成としてもよい。この場合には、ソレノイド７０の切り換え位置やブレーキプレート６２の変位を検知する位置センサ７１によって、ブレーキの解除の有無を判定してもよい。或いは、ソレノイド７０の押し付け力を検知するフォースセンサによってブレーキの解除の有無を判定してもよい。なお、これらのセンサに限定されず、ブレーキの制動力（保持力）を検出できれば、センサの種類は問わない。
【００７３】
なお、本実施形態に係る旋回駆動装置は、旋回駆動装置によって、上部旋回体３を旋回駆動させる建設機械には広く利用することができる。例えば、ショベル、林業機械、クレーン、リフティングマグネット仕様の建設機械等において、広く利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
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
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，２０ インバータ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
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 ロック機構
５０ａ、５０ｂ ソレノイドバルブ
６０ ブレーキディスク
６２ ブレーキプレート
６４ ピストン
６６ スプリング
６８ シリンダ
１２０ 蓄電系
【図１】
2015175092.tif 000003
【図２】
2015175092.tif 000004
【図３】
2015175092.tif 000005
【図４】
2015175092.tif 000006
【図５】
2015175092.tif 000007
【図６】
2015175092.tif 000008
【図７Ａ】
2015175092.tif 000009
【図７Ｂ】
2015175092.tif 000010
【図８】
2015175092.tif 000011