JP7321711B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

従来、油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプを電動機及び他の駆動手段（例えば、エンジン）等の複数の駆動手段で駆動可能な作業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－０２８９６２号公報

ところで、電動機の回転角を検出するセンサを搭載する代わりに、回転角を推定しながら電動機を制御するセンサレス制御技術が作業機械に適用される場合がある。

しかしながら、センサレス制御技術を用いる場合、電動機がサーボＯＮされる際の電動機の回転角の初期位置が既知である必要がある。そのため、通常、他の駆動手段及び油圧ポンプが回転していない状態、つまり、電動機が他の駆動手段の作用で回転させられていない状態で、回転角の初期位置が検出される。電動機が回転している場合、電動機の誘起電圧を無視できず、巻線インダクタンスの変化を利用して回転角を検出できないからである。よって、例えば、作業機械の起動時に、他の駆動手段で油圧ポンプを始動可能であるにも関わらず、回転角の初期値の検出処理の終了まで油圧ポンプの始動を待つ必要がある等、作業開始できるまでの所要時間が相対的に長くなる可能性がある。

そこで、上記課題に鑑み、油圧ポンプを駆動する電動機のセンサレス制御が採用される場合の作業効率を向上させることが可能な作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する電動機と、
前記油圧ポンプを駆動する他の駆動手段と、
前記電動機の回転角を推定し、推定した回転角に基づき前記電動機を制御する制御装置と、を備え、
前記回転角の推定値と実際値との誤差が収束するまでの間、又は、前記電動機の電流値が所定閾値以下で抑制されるまでの間、前記他の駆動手段による前記油圧ポンプの回転に伴い前記電動機が回転させられている状態で、前記電動機を間欠的に通電させる、
作業機械が提供される。

上述の実施形態によれば、油圧ポンプを駆動する電動機のセンサレス制御が採用される場合の作業効率を向上させることが可能な作業機械を提供することができる。

ショベルの側面図である。 ショベルの構成の一例を概略的に示すブロック図である。 比較例に係るショベルの起動時における動作を示すシーケンス図である。 一実施形態に係るショベルの起動時における動作を示すシーケンス図である。 インバータ（制御回路）によるサーボ開始制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。 一実施形態に係るショベルの起動時における動作に対応する各種状態の時間変化を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

［ショベルの概要］
まず、図１を参照して、作業機械の一例としてのショベルの概要を説明する。

図１は、本実施形態に係るショベルの一例を示す側面図である。

本実施形態に係るショベル（作業機械の一例）は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回可能に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、作業装置としてのブーム４、アーム５、及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０を備える。

下部走行体１は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図２参照）で油圧駆動されることにより、自走する。

上部旋回体３は、後述する旋回用電動機２１（図２参照）により旋回機構２が電気駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９により油圧駆動される。

キャビン１０は、上部旋回体３の前部左側に搭載され、その内部には、オペレータが着座する操縦席や後述する操作装置２６等が設けられる。

［ショベルの構成］
次に、図１に加えて、図２を参照して、本実施形態に係るショベルの構成について説明する。

図２は、本実施形態に係るショベルの駆動系を中心とする構成の一例を示すブロック図である。

尚、図中にて、機械的動力ラインは二重線、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・制御ラインは細い実線でそれぞれ示される。

＜ショベルの油圧駆動系＞
本実施形態に係るショベルの油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、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等の油圧アクチュエータを含む。また、本実施形態に係る油圧駆動系は、主に、エンジン１１と、電動発電機１２と、減速機１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。

尚、電動発電機１２については、ショベルの電気駆動系の説明部分で詳述する。

エンジン１１（他の駆動手段の一例）は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、上部旋回体３の後部に搭載される。エンジン１１は、後述するエンジンコントローラ（ＥＣＭ：Engine Control Module）３０Ｃの制御下で、所定の目標回転数で定回転する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、減速機１３を介してメインポンプ１４、パイロットポンプ１５を駆動する。また、エンジン１１は、減速機１３を介して電動発電機１２を駆動し、電動発電機１２に発電させる。

減速機１３は、例えば、上部旋回体３の後部に搭載され、エンジン１１及び後述する電動発電機１２が接続される２つの入力軸と、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が直列に同軸接続される１つの出力軸を有する。減速機１３は、エンジン１１及び電動発電機１２の動力を所定の減速比でメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に伝達することができる。また、減速機１３は、エンジン１１の動力を所定の減速比で、電動発電機１２とメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５とに分配して伝達することができる。

メインポンプ１４（油圧ポンプの一例）は、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ライン１６を通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、エンジン１１、或いは、エンジン１１及び電動発電機１２により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、後述するショベルコントローラ３０Ａの制御下で、レギュレータ（不図示）が斜板の角度（傾転角）を制御する。これにより、メインポンプ１４は、ピストンのストローク長を調整し、吐出流量（吐出圧）を制御することができる。

コントロールバルブ１７は、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、上述の如く、高圧油圧ライン１６を介してメインポンプ１４と接続され、メインポンプ１４から供給される作動油を、油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ１Ａ（右用），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に供給可能に構成される。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁（方向切換弁）を含むバルブユニットである。

＜ショベルの電気駆動系＞
本実施形態に係るショベルの電気駆動系は、油圧駆動系をアシストする構成要素として、電動発電機１２と、電流センサ１２ｓ１と、電圧センサ１２ｓ２と、インバータ１８Ａを含む。また、本実施形態に係るショベルの電気駆動系は、被駆動要素（具体的には、上部旋回体３）の電気駆動に関する構成要素として、旋回用電動機２１と、電流センサ２１ｓ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、インバータ１８Ｂを含む。

電動発電機１２（電動機の一例）は、油圧駆動系に対するアシスト動力源であり、上部旋回体３の後部に搭載される。電動発電機１２は、例えば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。電動発電機１２は、インバータ１８Ａを介してキャパシタ１９を含む蓄電系１２０や旋回用電動機２１と接続される。電動発電機１２は、インバータ１８Ａを介してキャパシタ１９や旋回用電動機２１から供給される三相交流電力で力行運転し、エンジン１１をアシストする態様で、減速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。また、電動発電機１２は、エンジン１１により駆動されることにより発電運転を行い、発電電力をキャパシタ１９や旋回用電動機２１に供給することができる。電動発電機１２の力行運転と発電運転との切替制御は、後述するハイブリッドコントローラ（以下、「ＨＢコントローラ」）３０Ｂの制御下で、インバータ１８Ａにより実現されてよい。

電流センサ１２ｓ１は、電動発電機１２の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれの電流を検出する。電流センサ１２ｓ１は、例えば、電動発電機１２とインバータ１８Ａの間の電力経路に設けられる。電流センサ１２ｓ１により検出される旋回用電動機２１の三相それぞれの電流に対応する検出信号は、一対一の通信線やＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ネットワークを通じて、直接、インバータ１８Ａに取り込まれる。また、当該検出信号は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じて、一度、ＨＢコントローラ３０Ｂに取り込まれ、ＨＢコントローラ３０Ｂ経由で、インバータ１８Ａに入力されてもよい。以下、電圧センサ１２ｓ２の検出信号についても同様である。

電圧センサ１２ｓ２は、電動発電機１２の三相のそれぞれの印加電圧を検出する。電流センサ２１ｓは、例えば、電動発電機１２とインバータ１８Ａの間の電力経路に設けられる。電圧センサ１２ｓ２により検出される旋回用電動機２１の三相それぞれの印加電圧に対応する検出信号は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じて、直接、インバータ１８Ａに取り込まれる。

インバータ１８Ａ（制御装置の一例）は、ＨＢコントローラ３０Ｂの制御下で、電動発電機１２を駆動制御する。インバータ１８Ａは、例えば、直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする変換回路と、変換回路をスイッチ駆動する駆動回路と、駆動回路の動作を規定する制御信号（例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）を出力する制御回路を含む。

具体的には、インバータ１８Ａの制御回路は、電流センサ１２ｓ１及び電圧センサ１２ｓ２の検出信号に基づき、逐次、電動発電機１２の回転軸の回転角等を推定してよい。例えば、当該制御回路は、例えば、既知の拡張誘起電圧（ＥＥＦＭ：Extended Electromotive Force）モデルに基づき、電動発電機１２の回転軸の回転角や回転速度等を推定する。そして、当該制御回路は、逐次導出される回転角や回転速度の推定値に基づき、電動発電機１２の動作状態を把握しながら、電動発電機１２の駆動制御（以下、「センサレス制御」）を行ってよい。これにより、電動発電機１２には、回転角や回転位置を検出する所定のセンサ（例えば、ロータリエンコーダ等）が設けられる必要が無い。そのため、メカニカルなセンサを削減することができ、ショベルのコストを抑制することができると共に、センサの汚れ等による検出不良を抑制することができる。

尚、インバータ１８Ａの制御回路は、電圧センサ１２ｓ２による電動発電機１２の印加電圧の検出値の代わりに、ＨＢコントローラ３０Ｂから入力される、或いは、自身が制御の過程で生成する電動発電機１２の電圧指令値を用いて、電動発電機１２の回転軸の回転角等を推定してもよい。この場合、電圧センサ１２ｓ２は、省略されうる。また、インバータ１８Ａの駆動回路及び制御回路の少なくとも一方は、インバータ１８Ａの外部（例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂ（制御装置の一例））に設けられてもよい。

旋回用電動機２１は、下部走行体１と上部旋回体３との間を接続する旋回機構２に設けられ、ＨＢコントローラ３０Ｂの制御下で、上部旋回体３を旋回駆動する力行運転、及び回生電力を発生させて上部旋回体３を旋回制動する回生運転を行う。旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して蓄電系１２０に接続され、インバータ１８Ｂを介してキャパシタ１９や電動発電機１２から供給される三相交流電力により駆動される。また、旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して、回生電力をキャパシタ１９や電動発電機１２に供給する。これにより、回生電力で、キャパシタ１９を充電したり、電動発電機１２を駆動したりすることができる。旋回用電動機２１の力行運転と回生運転との切替制御は、ＨＢコントローラ３０Ｂの制御下で、インバータ１８Ｂにより実現されてよい。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、及び旋回減速機２４が接続される。

電流センサ２１ｓは、旋回用電動機２１の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれの電流を検出する。電流センサ２１ｓは、例えば、旋回用電動機２１とインバータ１８Ｂの間の電力経路に設けられる。電流センサ２１ｓにより検出される、旋回用電動機２１の三相それぞれの電流に対応する検出信号は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じて、直接、インバータ１８Ｂに取り込まれる。また、当該検出信号は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じて、一度、ＨＢコントローラ３０Ｂに取り込まれ、ＨＢコントローラ３０Ｂ経由で、インバータ１８Ｂに入力されてもよい。以下、レゾルバ２２の検出信号についても同様である。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置（回転角）等を検出する。レゾルバ２２により検出された回転角に対応する検出信号は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワーク等を通じて、直接、インバータ１８Ｂに取り込まれる。

メカニカルブレーキ２３は、ＨＢコントローラ３０Ｂの制御下で、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａに対して、機械的に制動力を発生させる。これにより、メカニカルブレーキ２３は、上部旋回体３の旋回制動を行ったり、上部旋回体３の停止状態を維持させたりすることができる。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａと接続され、旋回用電動機２１の出力（トルク）を所定の減速比で減速させることにより、トルクを増大させて、上部旋回体３を旋回駆動する。即ち、力行運転の際、旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して、上部旋回体３を旋回駆動する。また、旋回減速機２４は、上部旋回体３の慣性回転力を増速させて旋回用電動機２１に伝達し、回生電力を発生させる。即ち、回生運転の際、旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して伝達される上部旋回体３の慣性回転力により回生発電を行い、上部旋回体３を旋回制動する。

インバータ１８Ｂは、ＨＢコントローラ３０Ｂの制御下で、旋回用電動機２１を駆動制御する。インバータ１８Ｂは、例えば、直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする変換回路と、変換回路をスイッチ駆動する駆動回路と、駆動回路の動作を規定する制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）を出力する制御回路を含む。

具体的には、インバータ１８Ｂの制御回路は、電流センサ２１ｓ及びレゾルバ２２の検出信号に基づき、旋回用電動機２１に関する速度フィードバック制御及びトルクフィードバック制御を行う。

＜ショベルの蓄電系＞
本実施形態に係るショベルの蓄電系１２０は、キャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００と、ＤＣバス１１０を含む。蓄電系１２０は、例えば、電気駆動系のインバータ１８Ａ，１８Ｂと共に、上部旋回体３の右側前部に搭載される。

キャパシタ１９は、電動発電機１２や旋回用電動機２１に電力を供給すると共に、電動発電機１２や旋回用電動機２１の発電電力を充電する蓄電装置の一例である。また、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００を含む負荷側のメイン回路との間を遮断するリレー（以下、「遮断リレー」）が設けられる。これにより、キャパシタ１９は、ショベルの停止時やショベルの異常時（例えば、転倒等の事故発生時）に、ＨＢコントローラ３０Ｂによる制御下で、メイン回路と切り離される。そのため、オペレータの不在時の異常や、オペレータの在席時の異常に起因して、キャパシタ１９に非常に大きな短絡電流が流れるような事態を抑制することができる。遮断リレーは、例えば、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間の正極側及び負極側の双方の電力経路に設けられる。

昇降圧コンバータ１００は、キャパシタ１９の電力を昇圧し、ＤＣバス１１０に出力したり、ＤＣバス１１０に供給される電力を降圧し、キャパシタ１９に蓄電させたりする。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１１０の電圧値が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。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１１０の電圧検出値、キャパシタ１９の電圧検出値、及びキャパシタ１９の電流検出値に基づき、ＨＢコントローラ３０Ｂにより実現されてよい。

ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ，１８Ｂと昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、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。

＜ショベルの操作系＞
また、本実施形態に係るショベルの操作系は、パイロットポンプ１５、操作装置２６、圧力センサ２９等を含む。

パイロットポンプ１５は、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットライン２５を介して操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、エンジン１１、或いはエンジン１１及び電動発電機１２により駆動される。

操作装置２６は、例えば、レバー２６Ａ，２６Ｂと、ペダル２６Ｃを含む。操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータがそれぞれの被駆動要素（例えば、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等）の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置２６は、それぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ（例えば、走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等）や電動アクチュエータ（旋回用電動機２１等）の操作を行うための操作入力手段である。操作装置２６（レバー２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ）は、油圧ライン２７を介して、コントロールバルブ１７に接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット信号（パイロット圧）が入力される。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。

圧力センサ２９は、上述の如く、油圧ライン２８を介して操作装置２６と接続され、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６における各被駆動要素の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。圧力センサ２９は、ショベルコントローラ３０Ａに接続され、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じた検出信号（圧力検出値）は、ショベルコントローラ３０Ａに取り込まれる。

＜ショベルの制御系＞
本実施形態に係るショベルの制御系は、制御装置３０と、スタータモータ１１ｓｔと、ＨＭＩ（Human Machine Interface）５０を含む。

制御装置３０は、ショベルコントローラ３０Ａと、ＨＢコントローラ３０Ｂと、エンジンコントローラ３０Ｃを含む。

ショベルコントローラ３０Ａ、ＨＢコントローラ３０Ｂ、及びエンジンコントローラ３０Ｃ等は、それぞれの機能が任意のハードウェア、或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されてよい。例えば、ショベルコントローラ３０Ａ、ＨＢコントローラ３０Ｂ、及びエンジンコントローラ３０Ｃ等は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置（主記憶装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の補助記憶装置と、Ｉ／Ｏ（Input-Output）インタフェース装置等を含むマイクロコンピュータを中心に構成されてよい。

ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂ及びエンジンコントローラ３０Ｃを含む各種コントローラと連携し、ショベルの駆動制御を行う。例えば、ショベルコントローラ３０Ａは、ＨＢコントローラ３０Ｂ及びエンジンコントローラ３０Ｃ等の各種コントローラとの双方向通信に基づき、ショベル全体（ショベルに搭載される各種機器）の動作を統合的に制御してよい。

ＨＢコントローラ３０Ｂは、ショベルコントローラ３０Ａから入力される各種情報（例えば、操作装置２６の操作状態に対応する圧力センサ２９の検出値を含む制御指令等）に基づき、電気駆動系の駆動制御を行う。例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、圧力センサ２９により検出される、操作装置２６の操作状態に対応する検出値に基づき、インバータ１８Ａを駆動し、電動発電機１２の運転状態（力行運転及び発電運転）の切替制御を行う。また、例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、圧力センサ２９により検出される、操作装置２６の操作状態に対応する検出値に基づき、インバータ１８Ｂを駆動し、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転及び回生運転）の切替制御を行う。また、例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、圧力センサ２９により検出される、操作装置２６の操作状態に対応する検出値に基づき、昇降圧コンバータ１００を駆動し、昇降圧コンバータ１００の昇圧運転と降圧運転、換言すれば、キャパシタ１９の放電状態と充電状態との切替制御を行う。

また、ＨＢコントローラ３０Ｂは、電気駆動系に関する自己診断機能を有し、電気駆動系に関する各種異常を検出してもよい。

具体的には、ＨＢコントローラ３０Ｂは、電動発電機１２の異常やインバータ１８Ａに関する異常、つまり、電動発電機１２に関する異常を検出してよい。例えば、ＨＢコントローラ３０Ｂは、電動発電機１２やインバータ１８Ａの温度、電流、電圧等をモニタリングすることにより、温度異常、電流異常（例えば、過電流）、電圧異常（例えば、過電圧）等を検出してよい。また、ＨＢコントローラ３０Ｂは、インバータ１８Ａの半導体スイッチ、抵抗、コンデンサ、ダイオード等の構成要素の異常等を検出してもよい。

エンジンコントローラ３０Ｃは、ショベルコントローラ３０Ａから入力される各種情報（例えば、エンジン１１の設定回転数やエンジン１１の設定回転数に対応するショベルの運転モード等を含む制御指令）に基づき、エンジン１１の駆動制御を行う。具体的には、エンジンコントローラ３０Ｃは、制御対象のスタータモータ１１ｓｔやエンジン１１の燃料噴射装置等のアクチュエータに制御指令を出力することで、エンジン１１の駆動制御を実現する。

また、エンジンコントローラ３０Ｃは、エンジン１１に関する自己診断機能を有し、エンジン１１に関する各種異常を検出してもよい。例えば、エンジンコントローラ３０Ｃは、エンジン１１の燃料噴射装置等の各種アクチュエータの異常、クランク角センサ等の各種センサの異常、排気系の異常等を検出してよい。

スタータモータ１１ｓｔは、図示しない補機バッテリ（例えば、鉛蓄電池）からの電力で作動し、エンジンコントローラ３０Ｃの制御下で、エンジン１１のクランクシャフトを強制的に回転させ、エンジン１１を始動させる。具体的には、スタータモータ１１ｓｔは、電動発電機１２よりも相対的に小さい助勢度でエンジン１１をアシストすることで、エンジン１１を始動させる。

ＨＭＩ５０は、キャビン１０内に設けられ、オペレータと、ショベルとの間のインタフェース機能を担う。ＨＭＩ５０は、通知（表示）手段（例えば、警告灯等を含む計器盤やディスプレイ等）や操作手段（例えば、操作装置２６、ディスプレイのタッチパネル、操縦席周辺に配置される各種ボタン、スイッチ、トグル等）を含む。

［電動発電機の制御方法の具体例］
次に、図３、図４（図４Ａ～図４Ｃ）を参照して、インバータ１８Ａによる電動発電機１２の制御方法の具体例について説明する。

＜比較例に係る電動発電機の制御方法＞
まず、図３を参照して、比較例に係るショベルのインバータ１８Ａｃによる電動発電機の制御方法について説明する。

図３は、比較例に係るショベルの起動時における動作を説明する図である。具体的には、図３は、比較例に係るショベルの起動時における動作の一例を示すシーケンス図である。

尚、比較例に係るショベルのインバータ１８Ａｃ、エンジンコントローラ３０Ｃｃ、及びＨＭＩ５０ｃは、本実施形態に係るショベルのインバータ１８Ａ、エンジンコントローラ３０Ｃ、及びＨＭＩ５０のそれぞれに対応する構成要素である。

図３に示すように、ステップＳ１０２にて、オペレータは、ＨＭＩ５０ｃ（例えば、キーシリンダ等）に対するキー操作を行っている。

ステップＳ１０４にて、ＨＭＩ５０ｃは、オペレータのキー操作に伴い、キースイッチをＯＮにする。これにより、インバータ１８Ａｃ及びエンジンコントローラ３０Ｃ等への電源供給が開始される。

尚、具体的には、キースイッチがＯＮにされることで、本実施形態のＨＢコントローラに相当する電気駆動系のコントローラが起動され、当該コントローラが電気駆動系の電源スイッチをＯＮにすることにより、インバータ１８Ａへの電源供給が開始される態様であってよい。以下、図４ＡのステップＳ２０４の場合についても同様である。

ステップＳ１０６にて、インバータ１８Ａｃは、その起動の直後、電動発電機の回転角の初期位置（以下、「初期回転角」）を検出する。具体的には、インバータ１８Ａｃは、停止状態にある電動発電機の巻線インダクタンスに基づき初期回転角を検出してよい。

ステップＳ１０８にて、インバータ１８Ａｃは、電動発電機の初期回転角の検出完了に伴い、エンジンコントローラ３０Ｃｃに向けてエンジンの始動許可通知を送信する。このとき、始動許可通知は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じて、直接的に、エンジンコントローラ３０Ｃｃに取り込まれてもよいし、例えば、本実施形態に係るショベルコントローラ３０Ａに相当する上位コントローラに取り込まれた後に、上位コントローラからエンジンコントローラ３０Ｃｃに入力される態様であってもよい。

そして、ステップＳ１１０にて、インバータ１８Ａｃは、電動発電機のサーボ制御を開始する。これにより、インバータ１８Ａｃは、後述のステップＳ１１２によるエンジンの始動に伴い、検出した初期回転角を基準として電動発電機の回転角を推定しながら電動発電機のセンサレス制御を行い、エンジンの回転をアシストし、回転数を上昇させることができる。

一方、ステップＳ１１２にて、エンジンコントローラ３０Ｃｃは、始動許可通知の受信に応じて、スタータを駆動させ、エンジンの始動を開始させる。

そして、エンジンコントローラ３０Ｃｃは、エンジンの始動完了後、エンジンの回転数を増加させると共に、ステップＳ１１４にて、エンジンの回転数が所定の運転回転数（例えば、１０００ｒｐｍ（round per minute））へ到達したことに応じて、運転回転数到達通知をＨＭＩ５０ｃに送信する。このとき、運転回転数到達通知は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じて、直接的に、ＨＭＩ５０ｃに送信されてもよいし、例えば、上位コントローラに送信された後に、上位コントローラ経由でＨＭＩ５０ｃに入力されてもよい。以下、図４のステップＳ２１２の場合についても同様である。

ステップＳ１１６にて、ＨＭＩ５０ｃは、キャビンのオペレータに対して、例えば、視覚的な表示や音声等により、操作許可の通知を行う。

ステップＳ１１８にて、オペレータは、ＨＭＩ５０ｃからの操作許可の通知を受けて、比較例に係るショベルの操作を開始する。

このように、比較例に係るショベルでは、エンジンの始動前に、電動発電機の初期回転角を検出する処理が行われるため、エンジンの始動開始が相対的に遅くなる。そのため、結果として、ショベルの起動からオペレータが実際にショベルを操作することができるようになるまでの所要時間が相対的に長くなる可能性がある。

＜本実施形態に係る電動発電機の制御方法＞
続いて、図４Ａ～図４Ｃを参照して、本実施形態に係るショベルのインバータ１８Ａによる電動発電機１２の制御方法について説明する。

図４Ａ～図４Ｃは、本実施形態に係るショベルの起動時における動作を説明する図である。具体的には、図４Ａは、本実施形態に係るショベルの起動時における動作を示すシーケンス図である。図４Ｂは、インバータ１８Ａ（制御回路）による位置合わせ試行処理の一例を概略的に示すフローチャートである。図４Ｃは、本実施形態に係るショベルの起動時における動作に対応する各種状態の時間変化を示す図（グラフ４１０～４４０）である。より具体的には、図４Ｃにおいて、グラフ４１０～４４０は、ショベルの起動状態或いは停止状態の別、電動発電機１２のサーボＯＮ或いはサーボＯＦＦの別、電動発電機１２の回転軸の回転角（実線）、及び電動発電機１２の電流値のそれぞれの時間変化を示す。また、図４Ｃにおいて、グラフ４１０の点線は、インバータ１８Ａにより推定される電動発電機１２の回転角（以下、「推定回転角」）の時間変化を示す。

図４Ａに示すように、ステップＳ２０２，Ｓ２０４は、図３のステップＳ１０２，Ｓ１０４と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ２０６にて、エンジンコントローラ３０Ｃは、キースイッチＯＮに伴う電源供給の開始に伴い、スタータモータ１１ｓｔを駆動させ、エンジン１１の始動を開始させる。

一方、インバータ１８Ａは、キースイッチＯＮに伴う電源供給の開始に伴い、エンジン１１の始動と並行して、センサレス制御において絶対的な回転角の推定の際の基準となる回転角の初期値を、電動発電機１２の実際の回転角に合わせるための制御（以下、「位置合わせ試行制御」）を行う。位置合わせ試行制御では、試行的に電動発電機１２のサーボ制御を開始（つまり、サーボＯＮ）させ、その後、停止（つまり、サーボＯＦＦ）させる動作を繰り返す。

具体的には、図４Ｂに示すように、ステップＳ３０２にて、インバータ１８Ａは、電動発電機１２の回転軸の初期位置（初期値）を所定値（以下、「仮値」）θｐに仮設定し、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４にて、インバータ１８Ａは、電動発電機１２をサーボＯＮし、サーボ制御を試行的に開始する。具体的には、インバータ１８Ａは、初期値としての仮値θｐを基準として電動発電機１２の回転軸の回転角を推定しながら、推定した回転角に基づき、電動発電機１２のサーボ制御を行う。

ステップＳ３０６にて、インバータ１８Ａは、電動発電機１２の電流検出値（つまり、電流センサ１２ｓ１の検出値）が所定の閾値ｉｔｈを超えたか否かを判定する。電動発電機１２の電流検出値が相対的に高い過電流状態の場合、回転角の初期値が実際の初期回転角から大きくずれている可能性が高く、サーボ制御を適切に継続できないからである。インバータ１８Ａは、電動発電機１２の電流検出値が閾値ｉｔｈを超えていない場合、ステップＳ３０８に進み、閾値ｉｔｈを超えている場合、ステップＳ３１０に進む。

尚、ステップＳ３０６にて、電動発電機１２の電流検出値が閾値ｉｔｈを超えたか否かを判定する代わりに、仮値θｐを基準とする推定回転角が（所定時間内に）ゼロに収束するか否かを判定してもよい。

ステップＳ３０８にて、インバータ１８Ａは、試行的なサーボ制御開始から所定時間以上が経過したか否か、つまり、サーボ制御開始から閾値ｉｔｈ以下で安定した状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する。インバータ１８Ａは、試行的なサーボ制御開始から未だ所定時間が経過していない場合、ステップＳ３０６に戻って、ステップＳ３０６，Ｓ３０８の処理を繰り返し、所定時間が経過している場合、位置合わせが成功したと判断して今回の処理を終了する。

一方、ステップＳ３１０にて、インバータ１８Ａは、一旦、サーボ制御を停止し、つまり、電動発電機１２をサーボＯＦＦし、ステップＳ３１２に進む。

ステップＳ３１２にて、インバータ１８Ａは、サーボＯＦＦから所定時間が経過したか否かを判定する。インバータ１８Ａは、サーボＯＦＦから所定時間が経過していない場合、所定時間が経過するまで待機し（つまり、本ステップの処理を繰り返し）、所定時間が経過した場合、再度、ステップＳ３０２以降の処理を繰り返す。

例えば、図４Ｃに示すように、時刻ｔ１にて、グラフ４１０のように、ショベルが起動されると（図４ＡのステップＳ２０２，Ｓ２０４）、エンジン１１が始動され（図４ＡのステップＳ２０６）、グラフ４３０のように、エンジン１１の回転開始に伴い、電動発電機１２の回転数が上昇し始める。

これと並行して、時刻ｔ１にて、グラフ４２０のように、電動発電機１２の試行的なサーボ制御が開始され、つまり、電動発電機１２がサーボＯＮされ、仮値θｐを基準として電動発電機１２の回転角が推定されながら電動発電機１２のサーボ制御が行われる（図４ＢのステップＳ３０２，Ｓ３０４）。このとき、グラフ４３０のように、時刻ｔ１付近における仮値θｐと電動発電機１２の実際の回転角との差が相対的に大きくなっている。そのため、グラフ４３０，４４０のように、推定回転角が実際の回転角に収束する前に、時刻ｔ２にて、電動発電機１２の電流検出値が閾値ｉｔｈを超えてしまっている。よって、時刻ｔ２にて、電動発電機１２は、一旦、サーボＯＦＦされ、電動発電機１２の試行的なサーボ制御が一旦打ち切られる（図４ＢのステップＳ３０６のＹＥＳ、ステップＳ３１０）。

サーボＯＦＦから所定時間が経過した後（図４ＢのステップＳ３１２）、時刻ｔ３にて、電動発電機１２は、再度、サーボＯＮされ、仮値θｐを基準として電動発電機１２の回転角が推定されながら電動発電機１２のサーボ制御が行われる（図４ＢのステップＳ３０２，Ｓ３０４（２回目））。このとき、グラフ４３０のように、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間に、エンジン１１の回転数が上昇し、それに合わせて、電動発電機１２の回転数も上昇するため、仮値θｐと電動発電機１２の実際の回転角との差が相対的に小さくなっている。そのため、グラフ４３０，４４０のように、電動発電機１２の電流検出値が閾値ｉｔｈを超える前に推定回転角が実際の回転角に収束し、時刻ｔ３以降にて、電動発電機１２の電流検出値が閾値ｉｔｈ以下に抑えられる（図４ＢのステップＳ３０８のＹＥＳ）。つまり、本例では、２回目の試行的なサーボ制御により、位置合わせが成功し、試行的なサーボ制御から継続的なサーボ制御に移行している。

図４Ａに戻り、位置合わせ試行制御に伴う位置合わせが成功すると、ステップＳ２１０にて、インバータ１８Ａは、そのまま、電動発電機１２のサーボ制御を開始する、つまり、電動発電機１２の試行的なサーボ制御から継続的なサーボ制御に移行する。これにより、インバータ１８Ａは、位置合わせした初期値（仮値θｐ）を基準として電動発電機１２の回転角を推定しながら電動発電機１２のセンサレス制御を行い、エンジン１１の回転をアシストし、回転数を上昇させることができる。

一方、エンジンコントローラ３０Ｃは、エンジン１１の始動完了後、エンジン１１の回転数を増加させると共に、ステップＳ２１２にて、エンジン１１の回転数が所定の運転回転数へ到達したことに応じて、運転回転数到達通知をＨＭＩ５０に送信する。

ステップＳ２１４，Ｓ２１６は、図３のステップＳ１１６，Ｓ１１８と同様であるため、説明を省略する。

このように、エンジン１１の回転に伴い電動発電機１２が回転させられるため、図４Ｂ、図４Ｃのように、試行的なサーボ制御を繰り返すうちに、測定結果に依らない任意の初期値（仮値θｐ）と実際の電動発電機１２の回転角との間が相対的に近づいてくる。そのため、インバータ１８Ａは、上述の比較例の場合のように、電動発電機１２の初期状態（初期回転角）を検出せずとも、位置合わせ試行制御に基づき、適切にサーボ制御を開始させることができる。よって、ショベルの起動からオペレータが実際にショベルを操作することができるようになるまでの所要時間を相対的に短くし、ショベルの作業効率を向上させることができる。

尚、位置合わせ試行制御は、エンジン１１の始動時に代えて、或いは、加えて、エンジン１１によるメインポンプ１４の回転に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、電動発電機１２をサーボＯＮさせる必要がある他のタイミングに適用されてもよい。例えば、位置合わせ試行制御は、電動発電機１２に関する異常が検出され、電動発電機１２（インバータ１８Ａ）が停止された後に、電動発電機１２（インバータ１８Ａ）が再起動等により異常から復帰するタイミングで適用されてもよい。電動発電機１２に関する異常の場合、必ずしもエンジン１１を停止させる必要がなく、エンジン１１の回転に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、サーボ制御を開始させる必要があるからである。

［本実施形態の作用］
次に、本実施形態に係るショベルの作用について説明する。

本実施形態に係るショベルは、油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータに作動油を供給するメインポンプ１４と、メインポンプ１４を駆動する電動発電機１２と、メインポンプ１４を駆動するエンジン１１と、を備える。そして、本実施形態に係るショベルは、エンジン１１の回転に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、電動発電機１２を間欠的に通電させる。

具体的には、本実施形態に係るショベルは、電動発電機１２の回転角を推定し、推定した回転角に基づき電動発電機１２を制御するインバータ１８Ａ（制御回路）を備える。そして、インバータ１８Ａは、エンジン１１によるメインポンプ１４の回転に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、電動発電機１２を通電させ、回転角を推定しながら電動発電機１２を制御する動作を間欠的に繰り返す。

これにより、インバータ１８Ａは、電動発電機１２の初期状態を把握することなく、電動発電機１２をサーボＯＮし、例えば、所定値（仮値θｐ）を基準（初期状態）として回転角を推定しながらサーボ制御を行うと共に、サーボ制御を適切に継続できない場合、サーボＯＦＦする一連の動作を繰り返すことができる。そして、この一連の動作が繰り返されるうちに、エンジン１１の回転に伴い電動発電機１２の回転角が変化し、所定値（仮値θｐ）と実際の電動発電機１２の回転角との差異が小さくなり、インバータ１８Ａは、サーボ制御を適切に継続できるようになる。そのため、インバータ１８Ａは、電動発電機１２の初期状態を把握することなく、最終的に継続的なサーボ制御に移行することができる。よって、オペレータが作業開始できるまでの所要時間を短縮することで、電動発電機１２のセンサレス制御が適用される場合の作業効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、インバータ１８Ａ（制御回路）は、電動発電機１２の回転角の推定誤差が収束するまでの間、又は、電動発電機１２の電流値が所定閾値以下で抑制されるまでの間、一連の動作を間欠的に繰り返す。

これにより、インバータ１８Ａは、電動発電機１２の回転角の推定誤差が収束するか、或いは、電動発電機１２の電流検出値が所定閾値（閾値ｉｔｈ）以下に抑えられるかを把握することにより、サーボ制御を継続可能であると判断することができる。よって、インバータ１８Ａは、電動発電機１２の初期状態を把握することなく、上述の一連の動作を繰り返す中で、電動発電機１２のサーボ制御の継続可否を判断し、適切に継続的なサーボ制御に移行することができる。

より具体的には、インバータ１８Ａは、エンジン１１によるメインポンプ１４の回転に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、電動発電機１２を通電させ、測定結果に依らない初期値（例えば、仮値θｐ）を基準として電動発電機１２の回転角を推定しながら電動発電機１２を制御する動作を間欠的に繰り返す。

これにより、インバータ１８Ａは、具体的に、測定結果に依らない初期値を基準としながら、上述の一連の動作を繰り返し、最終的に継続的なサーボ制御に移行することができる。

また、本実施形態に係るショベル（インバータ１８Ａ）は、自機の起動に伴うエンジン１１によるメインポンプ１４の始動時に、電動発電機１２を間欠的に通電させる。

これにより、インバータ１８Ａは、自機の起動に伴うメインポンプ１４の始動時に、電動発電機１２の初期状態を把握することなく、電動発電機１２のサーボ制御を開始することができる。よって、ショベルの起動に伴うメインポンプ１４の始動時において、オペレータが作業開始できるまでの所要時間を短縮し、ショベルの作業効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係るショベル（インバータ１８Ａ）は、電動発電機１２に関する異常の発生後、該異常から復帰するときに、エンジン１１によるメインポンプ１４の回転に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、電動発電機１２を間欠的に通電させる。

これにより、インバータ１８Ａは、電動発電機１２に関する異常発生に伴い一旦停止され、再起動等による異常からの復帰時に、電動発電機１２の初期状態を把握することなく、電動発電機１２のサーボ制御を開始することができる。よって、電動発電機１２に関する異常に伴い一旦停止された電動発電機１２が異常から復帰するときに、オペレータが作業開始できるまでの所要時間を短縮し、ショベルの作業効率を向上させることができる。

［変形・変更］
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上述した実施形態において、ショベルの代わりに、油圧駆動系の動力源としてのエンジン及び電動発電機を備える任意の作業機械（産業用車両、フォークリフト、クレーン等）が適用されてもよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、ショベル等の作業機械は、キャビン１０内のオペレータにより操作される代わりに、作業機械の外部からリモート操作されてもよい。例えば、作業機械は、所定の外部装置と通信可能な通信デバイスを有し、通信デバイスを通じて、外部装置からリモート操作に関する操作信号を受信し、操作信号に応じて、コントロールバルブ１７やインバータ１８Ａ，１８Ｂが制御される態様であってよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、ショベル等の作業機械は、キャビン１０内のオペレータによる操作や、外部装置からの操作信号に基づくリモート操作に依らず、自律的に所定の作業を行ってもよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、メインポンプ１４は、その始動時を除き、電動発電機１２の動力だけで駆動されてもよい。即ち、上述した実施形態及び変形例において、ショベル等の作業機械は、エンジン１１が省略され、蓄電系１２０の電力だけで駆動される電動作業機械であってもよいし、エンジン１１が発電用途に利用されるシリーズ方式のハイブリッド作業機械であってもよい。この場合、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５は、通常、電動発電機１２の動力だけで駆動される。また、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５は、その始動時において、主に、スタータモータ１１ｓｔに相当する始動手段、具体的には、相対的に助勢度の低い他の電動機（他の駆動手段の一例）である程度の回転数（例えば、２００～３００ｒｐｍ）まで回転させられ、その後、電動発電機１２の動力だけで駆動される。よって、インバータ１８Ａは、他の電動機によるメインポンプ１４の始動時において、他の電動機の回転（具体的には、他の電動機によるメインポンプ１４の回転）に伴い電動発電機１２が回転させられている状態で、電動発電機１２を間欠的に通電させてよい。これにより、上述の実施形態及び変形例と同様の作用・効果を奏する。

１Ａ，１Ｂ 走行油圧モータ（油圧アクチュエータ）
７ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１１ エンジン（他の駆動手段）
１１ｓｔ スタータモータ
１２ 電動発電機（電動機）
１４ メインポンプ（油圧ポンプ）
１８Ａ インバータ（制御装置）
３０ 制御装置
３０Ａ ショベルコントローラ
３０Ｂ ハイブリッドコントローラ（制御装置）
３０Ｃ エンジンコントローラ

Claims (6)

1. 油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプを駆動する電動機と、
   前記油圧ポンプを駆動する他の駆動手段と、
   前記電動機の回転角を推定し、推定した回転角に基づき前記電動機を制御する制御装置と、を備え、
   前記回転角の推定値と実際値との誤差が収束するまでの間、又は、前記電動機の電流値が所定閾値以下で抑制されるまでの間、前記他の駆動手段による前記油圧ポンプの回転に伴い前記電動機が回転させられている状態で、前記電動機を間欠的に通電させる、
   作業機械。
2. 前記制御装置は、前記他の駆動手段による前記油圧ポンプの回転に伴い前記電動機が回転させられている状態で、前記電動機を通電させ、前記回転角を推定しながら前記電動機を制御する動作を間欠的に繰り返す、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記制御装置は、前記他の駆動手段による前記油圧ポンプの回転に伴い前記電動機が回転させられている状態で、前記電動機を通電させ、測定結果に依らない初期値を基準として前記回転角を推定しながら前記電動機を制御する前記動作を間欠的に繰り返す、
   請求項２に記載の作業機械。
4. 自機の起動に伴う前記他の駆動手段による前記油圧ポンプの始動時に、前記電動機を間欠的に通電させる、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の作業機械。
5. 前記電動機に関する異常の発生後、該異常から復帰するときに、前記他の駆動手段による前記油圧ポンプの回転に伴い前記電動機が回転させられている状態で、前記電動機を間欠的に通電させる、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の作業機械。
6. 前記他の駆動手段は、エンジンであり、
   前記電動機は、前記エンジンをアシストして前記油圧ポンプを駆動する、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の作業機械。

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