JP2006104811A - Slewing control device of construction equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は建設機械の旋回制御装置に関するものであり、特に、上部旋回体を旋回駆動する電動機と上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキとを備えた建設機械の旋回制御装置に関するものである。 The present invention relates to a turning control device for a construction machine, and more particularly, to a turning control device for a construction machine including an electric motor that drives a turning of an upper turning body and a mechanical brake that holds a stop position of the upper turning body. .
従来、ショベルやクレーン等の旋回式建設機械では、油圧ポンプからの吐出油によって回転する油圧モータを上部旋回体の旋回駆動源とする油圧モータ旋回駆動方式が一般的に広く知られている。この油圧モータ旋回駆動方式では、油圧ポンプと油圧モータの間に設けられたコントロールバルブにより、圧油の方向や流量等を制御して油圧モータの作動方向や速度等を変更している。しかし、この方式では、油圧エネルギーをコントロールバルブで切り捨てる量が多く、エネルギー損失が大きいという不具合がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a swing construction machine such as an excavator or a crane, a hydraulic motor swing drive system using a hydraulic motor that is rotated by oil discharged from a hydraulic pump as a swing drive source of an upper swing body is generally widely known. In this hydraulic motor turning drive system, the operating direction, speed, and the like of the hydraulic motor are changed by controlling the direction and flow rate of the pressure oil by a control valve provided between the hydraulic pump and the hydraulic motor. However, this method has a problem in that the amount of hydraulic energy cut off by the control valve is large and energy loss is large.
これに対して、電動機を上部旋回体の旋回駆動源とする電動機旋回駆動方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。この電動機旋回駆動方式では、電動機の回転方向と速度を変えることにより上部旋回体の旋回方向と旋回速度を制御するものであり、油圧モータ駆動方式と比べてエネルギー効率を大きく改善することができる。 On the other hand, an electric motor turning drive system using an electric motor as a turning drive source of the upper-part turning body is known (for example, see Patent Document 1). In this electric motor turning drive system, the turning direction and speed of the upper turning body are controlled by changing the rotation direction and speed of the electric motor, and energy efficiency can be greatly improved as compared with the hydraulic motor drive system.
ここで、上部旋回体の旋回停止手段としては、前述した油圧モータ旋回駆動方式の場合は、操作レバーの中立位置でコントロールバルブが油路を遮断し、油圧モータの回転を停止させてブレーキ力を発生させる。 Here, as the turning means for the upper turning body, in the case of the hydraulic motor turning drive system described above, the control valve shuts off the oil passage at the neutral position of the operation lever, stops the rotation of the hydraulic motor, and applies the braking force. generate.
一方、電動機旋回駆動方式の場合は、操作レバーの中立位置で電動機への通電が遮断され、電動機に駆動力も制動力も作用しなくなるので、慣性のみが働くフリー状態となる。このため、旋回停止時に上部旋回体を旋回停止位置に保持するためのメカニカルブレーキを備えるとともに、旋回起動時にサーボロック制御により電動機を速度0に保持した後にメカニカルブレーキを解除するような旋回制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
従来の電動機旋回駆動方式の場合は、操作レバーの中立位置ではメカニカルブレーキが作動して上部旋回体を旋回停止位置に保持するが、例えば、建設機械が傾斜地で上り傾斜に向かって旋回するときには、メカニカルブレーキを作動させた状態で電動機をサーボロック制御にて速度0に保持し、メカニカルブレーキを解除して旋回起動するが、メカニカルブレーキを解除したときに電動機のトルク不足により上部旋回体が逆方向へ回転してしまう虞がある。
In the case of the conventional electric motor turning drive system, the mechanical brake is operated in the neutral position of the operation lever to hold the upper turning body at the turning stop position.For example, when the construction machine turns toward the upward inclination on the slope, With the mechanical brake activated, the motor is held at
メカニカルブレーキを解除する前にダイナミックブレーキをかけて上部旋回体の逆回転を防止する構成もあるが、通常ダイナミックブレーキはリレー等の機械式スイッチによって作動するため、リレーの作動遅れにより上部旋回体が逆回転することもある。 There is also a configuration that prevents reverse rotation of the upper swing body by applying dynamic brake before releasing the mechanical brake, but usually the dynamic brake is operated by a mechanical switch such as a relay. It may rotate in the reverse direction.
そこで、上部旋回体の旋回起動時に、メカニカルブレーキを解除した途端に電動機のトルク不足で逆回転するのを防止するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。 Therefore, at the time of turning the upper swing body, as soon as the mechanical brake is released, a technical problem to be solved arises to prevent reverse rotation due to insufficient torque of the electric motor. It aims at solving.
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は上部旋回体を旋回駆動する永久磁石式同期電動機と、該永久磁石式同期電動機を制御するインバータと、電動機の電流を検出する電流検出器と、上部旋回体の旋回速度を検出する速度検出手段と、上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキとを備えた建設機械において、インバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとした状態で電動機の電流を計測して上部旋回体に作用する負荷トルクを演算するコントローラを備えた建設機械の旋回制御装置。
を提供する。
The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and the invention according to
I will provide a.
この構成によれば、コントローラの制御により、インバータの出力部を構成する上アームのトランジスタを全てオンして下アームのトランジスタを全てオフするか、或いは、下アームのトランジスタを全てオンして上アームのトランジスタを全てオフすれば、永久磁石式同期電動機の入力が短絡されてダイナミックブレーキが働き、該永久磁石式同期電動機を回転させようとする外力に対抗するトルクが発生する。この状態で電動機の電流を計測し、計測した電流に基づいてコントローラは上部旋回体に作用する負荷トルクを演算する。 According to this configuration, under the control of the controller, all the upper arm transistors constituting the output part of the inverter are turned on and all the lower arm transistors are turned off, or all the lower arm transistors are turned on and the upper arm is turned on. If all of the transistors are turned off, the input of the permanent magnet type synchronous motor is short-circuited, the dynamic brake is activated, and a torque is generated against an external force that attempts to rotate the permanent magnet type synchronous motor. In this state, the electric current of the electric motor is measured, and the controller calculates the load torque acting on the upper swing body based on the measured current.
請求項2記載の発明は、上部旋回体を旋回駆動する永久磁石式同期電動機と、該永久磁石式同期電動機を制御するインバータと、電動機の電流を検出する電流建設器と、上部旋回体の旋回速度を検出する速度検出手段と、上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキとを備えた建設機械において、上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキが作動しているときに、旋回操作手段により旋回操作が行われると、メカニカルブレーキを解除する前に、インバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとし、その後、メカニカルブレーキを解除して、このときの電動機の電流を計測して上部旋回体に作用する負荷トルクを演算し、更に、該負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるコントローラを備えた建設機械の旋回制御装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a permanent magnet synchronous motor that drives the upper swing body to swing, an inverter that controls the permanent magnet synchronous motor, a current builder that detects electric current of the motor, and a swing of the upper swing body. In a construction machine having a speed detecting means for detecting a speed and a mechanical brake for holding the stop position of the upper swing body, the turning operation means when the mechanical brake for holding the stop position of the upper swing body is operating. When the turning operation is performed by the above, before releasing the mechanical brake, all the transistors of either the upper arm or the lower arm constituting the output part of the inverter are turned on, and then the mechanical brake is released. The load torque acting on the upper swing body is calculated by measuring the current of the motor, and the motor torque against the load torque is further calculated. Providing a construction machine of the turning control apparatus having a controller for generating the motive.
この構成によれば、メカニカルブレーキが作動して上部旋回体の停止位置を保持しているときに旋回操作手段により旋回操作が行われた場合は、メカニカルブレーキを解除する前に、コントローラの制御により、インバータの出力部を構成する上アームのトランジスタを全てオンして下アームのトランジスタを全てオフするか、或いは、下アームのトランジスタを全てオンして上アームのトランジスタを全てオフすれば、永久磁石同期式電動機の入力が短絡されてダイナミックブレーキが働く。この状態でメカニカルブレーキを解除すれば、該永久磁石式同期電動機には回転させようとする外力に対抗するトルクが発生する。このときの電動機の電流を計測し、計測した電流に基づいてコントローラは上部旋回体に作用する負荷トルクを演算する。更に、該負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるようにインバータを制御する。 According to this configuration, when the turning operation is performed by the turning operation means when the mechanical brake is operated and the stop position of the upper turning body is held, the controller is controlled before releasing the mechanical brake. If all the upper arm transistors that constitute the output part of the inverter are turned on and all the lower arm transistors are turned off, or all the lower arm transistors are turned on and all the upper arm transistors are turned off, the permanent magnet The input of the synchronous motor is short-circuited and the dynamic brake works. If the mechanical brake is released in this state, the permanent magnet type synchronous motor generates a torque that opposes the external force to be rotated. The electric current of the electric motor at this time is measured, and the controller calculates the load torque acting on the upper swing body based on the measured current. Further, the inverter is controlled so that the electric motor torque that opposes the load torque is generated in the electric motor.
請求項1記載の発明は、インバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとした状態で電動機の電流を計測して上部旋回体に作用する負荷トルクを演算するコントローラを備えたので、コントローラがインバータを制御して永久磁石式同期電動機の入力を短絡したときの電流から上部旋回体に作用する負荷トルクを演算することができる。従って、旋回起動時は前記負荷トルクに基づいて電動機を駆動すれば、トルク不足が発生する虞はない。
The invention according to
請求項2記載の発明は、上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキが作動しているときに、旋回操作手段により旋回操作が行われると、メカニカルブレーキを解除する前に、インバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとした後、メカニカルブレーキを解除する。このとき、ダイナミックブレーキが働き、電動機には上部旋回体に作用する負荷トルクに対抗する発生する。また、該電動機の電流を計測して負荷トルクを演算し、該負荷トルクに対抗するトルク分を付加して旋回を開始することができる。従って、例えば建設機械が傾斜地で上り傾斜に向かって旋回する場合であっても、電動機のトルク不足で上部旋回体が逆回転するのを防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, if the turning operation is performed by the turning operation means when the mechanical brake that holds the stop position of the upper turning body is operating, the output portion of the inverter is released before the mechanical brake is released. After turning on all the transistors of either the upper arm or the lower arm constituting the mechanical brake, the mechanical brake is released. At this time, the dynamic brake works and the electric motor is generated against the load torque acting on the upper swing body. Further, it is possible to calculate the load torque by measuring the electric current of the electric motor, and to start turning by adding a torque component that opposes the load torque. Therefore, for example, even when the construction machine turns toward an uphill slope on an inclined ground, it is possible to prevent the upper swing body from rotating backward due to insufficient torque of the electric motor.
以下、本発明に係る建設機械の旋回制御装置について、好適な実施例をあげて説明する。上部旋回体の旋回起動時に、メカニカルブレーキを解除した途端に電動機のトルク不足で逆回転するのを防止するという目的を、電動機を制御するためのインバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとした状態で電動機の電流を計測して上部旋回体に作用する負荷トルクを演算するコントローラを備えたことにより実現した。 Hereinafter, a turning control device for a construction machine according to the present invention will be described with reference to preferred embodiments. Upper arm or lower arm constituting the output part of the inverter for controlling the motor for the purpose of preventing reverse rotation due to insufficient torque of the motor when the mechanical brake is released at the start of turning of the upper swing body This was realized by providing a controller that calculates the load torque acting on the upper swing body by measuring the current of the motor with any one of the transistors turned on.
図1は建設機械の一例として油圧ショベル10を示し、下部走行体11の上に旋回機構12を介して上部旋回体13が旋回自在に載置されている。旋回機構12は上部旋回体13に設けられた旋回用の電動機14と、該電動機14の回転を減速する減速機15と、下部走行体11に固設されたリングギヤ16と、このリングギヤ16に噛合して前記電動機14により回転するピニオンギヤ(図示せず)等から構成されている。
FIG. 1 shows a
前記上部旋回体13の前方一側部にはキャブ17が設けられ、且つ、前方中央部にブーム18が俯仰可能に取り付けられている。更に、ブーム18の先端にアーム19が上下回動自在に取り付けられ、該アーム19の先端にバケット20が取り付けられている。
A
図2は本発明に係る旋回制御装置のブロック図であり、上部旋回体13を旋回駆動する電動機14として、本実施の形態では永久磁石式同期電動機(PMモータ)を使用するものとする。永久磁石式同期電動機はインバータで駆動することにより高効率の駆動量が得られ、小型且つ軽量であるため建設機械等の車両への搭載が容易であるという利点を有している。この電動機14にはインバータ30を介して発電機またはバッテリ(何れも図示せず)の電力が供給される。
FIG. 2 is a block diagram of the turning control device according to the present invention. In this embodiment, a permanent magnet synchronous motor (PM motor) is used as the
前記電動機14には、機械的ブレーキ力を発生させるメカニカルブレーキ21が設けられ、コントローラ50の制御によりメカニカルブレーキ21を解除した状態で電動機14へ通電すれば、該電動機14が回転してその回転力が減速機(図1に図示)を介して上部旋回体13に伝達され、上部旋回体13が左または右へ旋回する。該電動機14の回転速度は速度検出器23にて検出されてコントローラ50へ入力される。
The
また、電動機14とインバータ30は、第1入力配線23aと第2入力配線23bと第3入力配線23cによって接続され、各入力配線には電動機14の電流を検出する電流検出器24a,24b,24cが設けられ、U相,V相,W相の各電流を検出してインバータ30に検出電流が入力される。
The
そして、旋回操作手段として旋回用の操作レバー25が設けられ、例えばポテンショメータ等が内蔵されている。該操作レバー25を左右何れかへ操作すれば、その操作量に応じた指令信号が前記コントローラ50に入力される。 An operation lever 25 for turning is provided as a turning operation means, and for example, a potentiometer or the like is incorporated. If the operation lever 25 is operated to the left or right, a command signal corresponding to the operation amount is input to the controller 50.
図3はインバータ30の出力部の回路図であり、陽極側配線31には第1並列配線32aと第2並列配線32bと第3並列配線32cとが接続され、第1並列配線32aを第1入力配線23aに接続し、第2並列配線32bを第2入力配線23bに接続し、第3並列配線32cを第3入力配線23cに接続する。これらの配線により所謂上アームが構成される。上アームの第1並列配線32aにはトランジスタT1とダイオードD1が並列に設けられ、第2並列配線32bにはトランジスタT2とダイオードD2が並列に設けられ、第3並列配線32cにはトランジスタT3とダイオードD3が並列に設けられいる。
FIG. 3 is a circuit diagram of the output unit of the
一方、陰極側配線33には第4並列配線34aと第5並列配線34bと第6並列配線34cとが接続され、第4並列配線34aを第1入力配線23aに接続し、第5並列配線34bを第2入力配線23bに接続し、第6並列配線34cを第3入力配線23cに接続する。これらの配線により所謂下アームが構成される。下アームの第4並列配線34aにはトランジスタT4とダイオードD4が並列に設けられ、第5並列配線34bにはトランジスタT5とダイオードD5が並列に設けられ、第6並列配線34cにはトランジスタT6とダイオードD6が並列に設けられいる。 On the other hand, the cathode-side wiring 33 is connected to the fourth parallel wiring 34a, the fifth parallel wiring 34b, and the sixth parallel wiring 34c, the fourth parallel wiring 34a is connected to the first input wiring 23a, and the fifth parallel wiring 34b. Are connected to the second input wiring 23b, and the sixth parallel wiring 34c is connected to the third input wiring 23c. These wires constitute a so-called lower arm. A transistor T4 and a diode D4 are provided in parallel in the fourth parallel wiring 34a of the lower arm, a transistor T5 and a diode D5 are provided in parallel in the fifth parallel wiring 34b, and a transistor T6 and a diode are provided in the sixth parallel wiring 34c. D6 is provided in parallel.
次に、本発明に係る旋回制御装置における制御手順について説明する。コントローラ50、予め上部旋回体13に作用する負荷トルクを検出し、この検出された負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する。負荷トルクを検出するには、例えば、コントローラ50の制御により、インバータ30の出力部を構成する上アームのトランジスタT1〜T3を全てオンし、且つ、下アームのトランジスタT4〜T6を全てオフする。或いは、インバータ30の出力部を構成する下アームのトランジスタT4〜T6を全てオンし、且つ、上アームのトランジスタT1〜T3を全てオフしてもよい。
Next, a control procedure in the turning control device according to the present invention will be described. The controller 50 detects the load torque that acts on the
このように、上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンすれば、電動機14の入力端子が短絡されてダイナミックブレーキがかかり、電動機14を回そうとする外力に対抗するトルクが発生する。例えば、上アームのトランジスタT1〜T3を全てオンし、且つ、下アームのトランジスタT4〜T6を全てオフとしたときに、電動機14に外部から負荷トルクが作用した場合は、図3の破線矢印に示すように、第1並列配線32aから第1入力配線23aの方向と、第2並列配線32bから第2入力配線23bの方向と、第3入力配線23cから第3並列配線32cの方向へ、夫々電流が流れる。
As described above, when all the transistors of either the upper arm or the lower arm are turned on, the input terminal of the
夫々の電流を前記電流検出器24a,24b,24cにて検出し、コントローラ50はこの計測された電流値に基づいて上部旋回体13に作用する負荷トルクを演算する。そして、旋回起動時は、この負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機14に発生させつつ、メカニカルブレーキ21を解除して上部旋回体13の旋回を開始することにより、トルク不足による逆回転を防止することができる。
Each current is detected by the current detectors 24a, 24b, and 24c, and the controller 50 calculates a load torque that acts on the
而して、当該油圧ショベル10が、例えば傾斜地で上り傾斜に向かって旋回する場合、前記操作レバー25で上部旋回体13の旋回起動を開始する際に、コントローラ50はメカニカルブレーキ21を解除する前に、前記インバータ30の出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンして電動機14の入力を短絡し、該電動機14の電流を計測して旋回にかかる負荷トルクを演算する。
Thus, when the
そして、該負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機14に発生させるようにインバータ30を制御するとともに、メカニカルブレーキ21を解除して上部旋回体13の旋回を開始する。従って、メカニカルブレーキ21を解除したときに、電動機14は前記負荷トルクに対抗する電動トルクで駆動されるため、上部旋回体13の逆回転を防止することができる。
Then, the
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。 It should be noted that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.
10 油圧ショベル
12 旋回機構
13 上部旋回体
14 電動機
21 メカニカルブレーキ
23a〜23c 第1〜第3入力配線
24a〜24c 電流検出器
30 インバータ
31 陽極側配線
32a〜32c 第1〜第3並列配線
33 陰極側配線
34a〜34c 第4〜第6並列配線
T1〜T6 トランジスタ
D1〜D6 ダイオード
50 コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
インバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとした状態で電動機の電流を計測して上部旋回体に作用する負荷トルクを演算するコントローラを備えたことを特徴とする建設機械の旋回制御装置。 A permanent magnet type synchronous motor that drives the upper swing body to swing, an inverter that controls the permanent magnet type synchronous motor, a current detector that detects the current of the motor, and a speed detection means that detects the swing speed of the upper swing body In a construction machine with a mechanical brake that holds the stop position of the upper swing body,
A controller for calculating the load torque acting on the upper swing body by measuring the current of the motor with all the transistors of either the upper arm or the lower arm constituting the output part of the inverter turned on is provided. A turning control device for construction machinery.
上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキが作動しているときに、旋回操作手段により旋回操作が行われると、メカニカルブレーキを解除する前に、インバータの出力部を構成する上アームまたは下アームの何れか一方のトランジスタを全てオンとし、その後、メカニカルブレーキを解除して、このときの電動機の電流を計測して上部旋回体に作用する負荷トルクを演算し、更に、該負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるコントローラを備えたことを特徴とする建設機械の旋回制御装置。 When the mechanical brake that holds the stop position of the upper-part turning body is operating, if the turning operation is performed by the turning operation means, the output part of the inverter is configured before the mechanical brake is released. Turn on all the transistors on either the upper arm or the lower arm, then release the mechanical brake, measure the electric current of the motor at this time, calculate the load torque acting on the upper swing body, A turning control device for a construction machine, comprising a controller that causes the motor to generate a motor torque that opposes a load torque.
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