JP2012112168A - Controller of electric motor, control method of electric motor and construction machine including controller of electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の制御装置、電動機の制御方法、及び電動機の制御装置を備えた建設機械に関する。 The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and a construction machine including the motor control device.
油圧ショベルには、作業効率を重視したパワーモードと、燃料消費率を重視したエコノミーモードが設定されたものが知られている。
パワーモードは、作業効率を上げるためエンジンの出力を上げて作業機を動作させるモードである。
一方、エコノミーモードは、エンジンの出力を抑えて、作業機の動作によるエンジンの燃料消費量を少なく抑えるモードである。
ここで、従来の油圧ショベルは、エンジンの動力源で油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出された作動油で旋回モータ、作業機シリンダ、走行モータを駆動している。
従って、従来の油圧ショベルはバケットで土砂を掘削し、ブーム又はアームを上昇させながら旋回する動作(ホイスト動作)の際、旋回モータへの作動油の流れと、ブームシリンダ又はアームシリンダへの作動油の流れとがバランスしながら動作する。
つまり、ホイスト旋回では、土砂を掘削して旋回しながら作業機を上昇させ、作業機の上昇停止地点と旋回停止地点が一致するようなタイミングで動作する。ホイスト旋回による作業の典型は、油圧ショベルによってダンプトラックの荷台に土砂を積み込む作業が挙げられる。
There are known hydraulic excavators in which a power mode that emphasizes work efficiency and an economy mode that emphasizes the fuel consumption rate are set.
The power mode is a mode in which the work machine is operated by increasing the output of the engine in order to increase work efficiency.
On the other hand, the economy mode is a mode in which the output of the engine is suppressed and the fuel consumption of the engine due to the operation of the work machine is reduced.
Here, a conventional hydraulic excavator drives a hydraulic pump with a power source of an engine, and drives a turning motor, a working machine cylinder, and a traveling motor with hydraulic oil discharged from the hydraulic pump.
Therefore, the conventional hydraulic excavator excavates the earth and sand with the bucket and turns the boom or arm while turning it (hoist operation), and the hydraulic oil flows to the swing motor and the hydraulic oil to the boom cylinder or arm cylinder. It works in balance with the flow of
That is, in the hoist turning, the work implement is lifted while excavating the earth and sand and turning, and the hoist is operated at a timing such that the rising stop point of the work implement coincides with the turning stop point. A typical example of the work by swivel hoist is a work of loading earth and sand on a loading platform of a dump truck by a hydraulic excavator.
ところで、近年、旋回体を電動機で駆動し、作業機や走行体を油圧アクチュエータで駆動するハイブリッドタイプのハイブリッド油圧ショベルが開発されており、ハイブリッド油圧ショベルにもパワーモード、エコノミーモードを設定することがある。
しかし、ハイブリッド油圧ショベルの電動機の動力源は、エンジンからの直接の動力ではなく、発電機又はキャパシタからの電力を動力源としている。
このため、パワーモード、エコノミーモードのいずれかが選択された状態でホイスト旋回が行われると、作業機の動作速度に対して、旋回体の旋回速度が遅すぎたり、逆に速すぎたりといった操作性を悪くすることになり、旋回体の旋回速度、すなわち電動機の回転数に対するトルクリミットのマップを、パワーモード、エコノミーモードそれぞれについて用意し、選択された作業モードの設定に応じていずれかのマップを使用することで、従来の油圧ショベルと同等の操作感を実現している。
By the way, in recent years, a hybrid type hybrid hydraulic excavator in which a rotating body is driven by an electric motor and a work machine and a traveling body are driven by a hydraulic actuator has been developed, and it is possible to set a power mode and an economy mode in the hybrid hydraulic excavator. is there.
However, the power source of the electric motor of the hybrid hydraulic excavator uses not the direct power from the engine but the power from the generator or the capacitor.
For this reason, when hoist turning is performed with either the power mode or economy mode selected, operations such as turning the turning body too slow or too fast relative to the operating speed of the work implement A map of the torque limit for the turning speed of the revolving structure, that is, the rotation speed of the motor is prepared for each of the power mode and economy mode, and either map is selected according to the selected work mode setting. By using this, the operation feeling equivalent to that of a conventional excavator is achieved.
しかし、ハイブリッド油圧ショベルは、作業機や走行体と、旋回体とが独立した駆動源によって駆動されるため、パワーモード、エコノミーモードの切り替えに応じて、油圧アクチュエータ及び電動機双方の制御を行う必要がある。
このため、従来、操作レバーの操作によって生成される電動機のトルク指令値を、電動機の回転速度に応じて補正して電動機の駆動制御を行う技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
However, in the hybrid excavator, since the work machine, the traveling body, and the revolving body are driven by independent drive sources, it is necessary to control both the hydraulic actuator and the electric motor in accordance with switching between the power mode and the economy mode. is there.
For this reason, conventionally, there is known a technique for performing drive control of an electric motor by correcting a torque command value of the electric motor generated by operating the operation lever in accordance with the rotational speed of the electric motor (for example, refer to Patent Document 1). .
しかしながら、前記特許文献1では、単に旋回体の回転速度に応じてトルク指令を補正するものでしかなく、パワーモードやエコノミーモードの設定に応じてトルク指令を補正するものではない。
However,
本発明の目的は、エコノミーモードであっても、オペレータに違和感を感じさせることのない、電動機の制御装置、電動機の制御方法、及び電動機の制御装置を備えた建設機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric motor control device, an electric motor control method, and a construction machine provided with the electric motor control device that do not cause the operator to feel uncomfortable even in the economy mode.
第1発明に係る電動機の制御装置は、
旋回体を旋回させる電動機の駆動を制御する電動機の制御装置であって、
前記旋回体の操作手段の操作量に基づいて、前記旋回体の旋回速度指令を生成する速度指令生成手段と、
前記速度指令生成手段で生成された速度指令に基づいて、前記電動機のトルク指令を生成するトルク指令生成手段と、
前記旋回体の旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
前記電動機を所定のトルクリミットで駆動するパワーモード、及び前記パワーモードよりも低いトルクリミットで前記電動機を駆動するエコノミーモードのいずれかに切り換える作業モード切換手段と、
前記作業モード切換手段で設定された作業モードを判定する作業モード判定手段と、
前記パワーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第1マップを記憶する第1マップ記憶手段と、
前記エコノミーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第2マップを記憶する第2マップ記憶手段と、
前記作業モード判定手段で判定された作業モードに基づいて、前記第1マップ記憶手段に記憶された第1マップ、及び前記第2マップ記憶手段に記憶された第2マップのいずれかを使用して、前記速度指令生成手段で生成された旋回速度指令に応じた前記電動機のトルクリミットを生成するトルクリミット生成手段と、
前記トルク指令生成手段で生成されたトルク指令と、前記トルクリミット生成手段で生成されたトルクリミットを比較するトルク指令比較手段と、
前記トルク指令比較手段で比較されたトルク指令及びトルクリミットのうち、いずれか低い方の値で前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段とを備え、
前記作業モード判定手段で判定された作業モードがエコノミーモードである場合、
前記トルクリミット生成手段は、前記旋回速度検出手段で検出される前記旋回体の旋回速度が所定速度以下では、前記第1マップ記憶手段に記憶された第1マップのトルクリミットと同じか、又は、前記所定速度を超えた時のトルクリミットよりも大きなトルクリミットを生成することを特徴とする。
The control device for the electric motor according to the first invention is:
A control device for an electric motor that controls driving of an electric motor that rotates a revolving body,
A speed command generating means for generating a turning speed command for the swing body based on an operation amount of the operating means of the swing body;
Torque command generating means for generating a torque command for the electric motor based on the speed command generated by the speed command generating means;
A turning speed detecting means for detecting a turning speed of the turning body;
A work mode switching means for switching to any one of a power mode for driving the electric motor with a predetermined torque limit and an economy mode for driving the electric motor with a torque limit lower than the power mode;
Work mode determination means for determining a work mode set by the work mode switching means;
A first map storing means for storing a first map of a torque limit corresponding to the turning speed of the turning body, corresponding to the power mode;
Second map storage means for storing a second map of a torque limit corresponding to the turning speed of the turning body, corresponding to the economy mode;
Based on the work mode determined by the work mode determination means, either the first map stored in the first map storage means or the second map stored in the second map storage means is used. A torque limit generating means for generating a torque limit of the electric motor according to the turning speed command generated by the speed command generating means;
A torque command comparing means for comparing the torque command generated by the torque command generating means with the torque limit generated by the torque limit generating means;
Drive control means for performing drive control of the electric motor at a lower value of the torque command and the torque limit compared by the torque command comparison means,
When the work mode determined by the work mode determination means is an economy mode,
The torque limit generation means is the same as the torque limit of the first map stored in the first map storage means when the turning speed of the turning body detected by the turning speed detection means is equal to or lower than a predetermined speed, or A torque limit larger than the torque limit when the predetermined speed is exceeded is generated.
第2発明に係る電動機の制御方法は、
旋回体を旋回させる電動機の駆動を制御する電動機の制御方法であって、
前記旋回体の操作手段の操作量に基づいて、前記旋回体の旋回速度指令を生成する手順と、
生成された旋回速度に基づいて、前記電動機のトルク指令を生成する手順と、
前記電動機を所定のトルクリミットで駆動するパワーモード、及び前記パワーモードよりも低いトルクリミットで前記電動機を駆動するエコノミーモードのいずれかに作業モードを設定する手順と、
設定された作業モードがパワーモード及びエコノミーモードのいずれであるかを判定する手順と、
判定結果に基づいて、前記パワーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第1マップ、及び、前記エコノミーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第2マップのいずれかを使用して、生成された旋回速度指令に応じた前記電動機のトルクリミットを生成する手順と、
生成された前記電動機のトルク指令と、生成されたトルクリミットのうち、いずれか低い方の値で前記電動機の駆動制御を行う手順とを実施し、
作業モードがエコノミーモードであると判定された場合、
検出される前記旋回体の旋回速度が所定速度以下では、前記第1マップのトルクリミットと同じか、又は、前記所定速度を超えた時のトルクリミットよりも大きなトルクリミットを生成することを特徴とする。
The control method of the electric motor according to the second invention is as follows:
An electric motor control method for controlling driving of an electric motor for rotating a revolving body,
A procedure for generating a turning speed command for the turning body based on an operation amount of the operating means of the turning body;
A procedure for generating a torque command for the electric motor based on the generated turning speed;
A procedure for setting a work mode to any one of a power mode for driving the electric motor with a predetermined torque limit and an economy mode for driving the electric motor with a torque limit lower than the power mode;
A procedure for determining whether the set work mode is a power mode or an economy mode;
Based on the determination result, the first map of the torque limit corresponding to the turning speed of the revolving structure corresponding to the power mode, and the torque limit corresponding to the turning speed of the revolving structure corresponding to the economy mode. Using one of the second maps to generate a torque limit for the motor in accordance with the generated turning speed command;
The generated torque command for the motor and a procedure for performing drive control of the motor with the lower value of the generated torque limit,
If it is determined that the work mode is economy mode,
When the detected turning speed of the turning body is equal to or lower than a predetermined speed, a torque limit that is the same as the torque limit of the first map or larger than the torque limit when the predetermined speed is exceeded is generated. To do.
第3発明に係る建設機械は、電動機で旋回する旋回体と、第1発明の電動機の制御装置とを備えていることを特徴とする。 A construction machine according to a third aspect of the present invention is characterized by including a turning body that is turned by an electric motor, and the electric motor control device of the first aspect of the invention.
本発明の電動機の制御装置、制御方法、及び建設機械によれば、作業モードがエコノミーモードと判定された場合、エコノミーモードと対応する第2マップを使用するが、旋回体の旋回速度が所定速度以下では、第1マップのトルクリミットと同じトルクリミットを生成しているので、作業機のバケットを地面等に接した状態で旋回体を旋回させても、バケットと地面の摩擦抵抗が作用しても、旋回体の旋回中にオペレータに違和感を感じさせることがない。 According to the motor control device, the control method, and the construction machine of the present invention, when the work mode is determined to be the economy mode, the second map corresponding to the economy mode is used. In the following, the same torque limit as the torque limit of the first map is generated. Therefore, even if the swinging body is swung while the bucket of the work implement is in contact with the ground, the friction resistance between the bucket and the ground acts. However, the operator does not feel uncomfortable during the turning of the turning body.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[1]全体構成
図1には、本発明の実施形態に係るハイブリッド油圧ショベル1が示されている。このハイブリッド油圧ショベル1は、車両本体2と作業機3とを備えている。
車両本体2は、走行体4と旋回体5とを有している。走行体4は、一対の走行装置4aを有している。各走行装置4aは、履帯4bを有している。
各走行装置4aは、後述する右走行モータ及び左走行モータによって履帯4bを駆動することによってハイブリッド油圧ショベル1を走行させる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1] Overall Configuration FIG. 1 shows a
The vehicle body 2 includes a traveling body 4 and a turning
Each
旋回体5は、走行体4上に旋回可能に設けられており、後述する電動機が駆動されることによって旋回する。
また、旋回体5には、運転室6が設けられている。旋回体5は、燃料タンク7と作動油タンク8とエンジン室9とカウンタウェイト10とを有している。燃料タンク7は後述するエンジン17(図2参照)を駆動するための燃料を貯留する。作動油タンク8は、後述する油圧ポンプ18(図2参照)から吐出される作動油を貯留する。エンジン室9は、後述するエンジン17や油圧ポンプ18などの機器を収納する。カウンタウェイト10は、エンジン室9の後方に配置されている。
The turning
The revolving
作業機3は、旋回体5の前部中央位置に取り付けられており、ブーム11、アーム12、バケット13、ブームシリンダ14、アームシリンダ15、及びバケットシリンダ16を有する。ブーム11の基端部は、旋回体5に回転可能に連結されている。また、ブーム11の先端部はアーム12の基端部に回転可能に連結されている。アーム12の先端部は、バケット13に回転可能に連結されている。
ブームシリンダ14、アームシリンダ15、およびバケットシリンダ16は、後述する油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ14はブーム11を動作させる。アームシリンダ15はアーム12を動作させる。バケットシリンダ16は、バケット13を動作させる。
これらのシリンダ14、15、16が動作することによって作業機3が駆動される。
The work implement 3 is attached to the front center position of the revolving
The
The working machine 3 is driven by operating these
図2には、ハイブリッド油圧ショベル1の駆動系の全体構成が示されている。
ハイブリッド油圧ショベル1は、駆動源としてのエンジン17、油圧ポンプ18、発電機19を備えている。
エンジン17の出力軸には、油圧ポンプ18及び発電機19が機械的に結合されており、エンジン17を駆動することで油圧ポンプ18及び発電機19は駆動する。
油圧駆動系は、コントロールバルブ20、前述したブームシリンダ14、アームシリンダ15、バケットシリンダ16、及び走行モータ21を備え、油圧ポンプ18が油圧源となってこれらを駆動する。
電動駆動系は、キャパシタ22、インバータ23、及び旋回電動機24を備え、発電機19及びキャパシタ22が電動機24の電力源となって旋回体5を旋回させる。尚、キャパシタ22は、例えば、電気二重層キャパシタが用いられる。また、キャパシタ22は、蓄電器として機能するリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリであってもよい。
発電機19には、レゾルバ(回転センサ)25が設けられ、旋回電動機24の回転速度を検出し電気信号に変換して、インバータ23内に設けられたコントローラに出力する。
また、図2では図示を略したが、インバータ23内に設けられるコントローラには、温度センサが設けられていて、コントローラでは、キャパシタ22及びインバータ23の温度を検出している。
FIG. 2 shows the overall configuration of the drive system of the
The
A
The hydraulic drive system includes a
The electric drive system includes a
The
Although not shown in FIG. 2, the controller provided in the
これらの油圧駆動系及び電動駆動系は、車両本体2に設けられた運転室6に設けられる操作レバー(作業機レバー、走行レバー、旋回レバー)26によって操作される。
操作レバー26の操作量は、レバー操作量検出手段27によって電気信号に変換される。
レバー操作量検出手段27は、旋回レバーの操作量を検出する圧力センサが相当する。
旋回用レバーの操作に応じて発生するパイロット油圧を圧力センサが検知し、旋回レバー26の操作量を検出する。尚、旋回レバーが電気式のレバーであれば、ポテンショメータがレバー操作量検出手段27となる。
また、運転室6内には燃料調整ダイヤル28及びモード切換手段29が設けられている。
燃料調整ダイヤル28は、エンジン17への燃料供給(噴射)量を設定するためのスイッチであり、燃料調整ダイヤル28による設定は、電気信号に変換されてエンジンコントローラ30、及びインバータ23内に設けられたコントローラに出力される。
エンジンコントローラ30は、燃料調整ダイヤル28の設定値に基づいて、制御指令を生成し、電気信号として電子ガバナ31に出力し、燃料噴射ポンプ32の燃料噴射量の制御を行う。コモンレールによって燃料噴射量の制御を行ってもよい。
These hydraulic drive system and electric drive system are operated by operation levers (working machine lever, travel lever, turning lever) 26 provided in a
The operation amount of the
The lever operation amount detection means 27 corresponds to a pressure sensor that detects the operation amount of the turning lever.
The pressure sensor detects the pilot hydraulic pressure generated in response to the operation of the turning lever, and detects the operation amount of the turning
A
The
The
モード切換手段29は、ハイブリッド油圧ショベル1の作業モードをパワーモード又はエコノミーモードに設定する部分であり、例えば、運転室6中に設けられる操作ボタンやスイッチ、又はタッチパネルとして構成されている。
このモード切換手段29での設定は、電気信号に変換されて、エンジンコントローラ30、ポンプコントローラ33、及びインバータ23内に設けられたコントローラに出力される。
ポンプコントローラ33は、ポンプコントローラ33は、モード切換手段29の設定値に基づいて、油圧ポンプ18の斜板角度を制御して油圧ポンプ18からの作動油の吐出量を制御するための制御指令を生成する。
このような制御が行われることで、各油圧シリンダ14〜16、走行モータ21への作動油供給量を調整する。また、同時に、エンジン17は、モード切換手段29の設定値に基づいて、エンジンコントローラ30からの制御指令を受け出力制御される。
すなわち、エンジン17の回転及び出力トルクが比較的高い領域でエンジン17の出力トルクと油圧ポンプ18の吸収トルクとがマッチングされるパワーモードと、パワーモードの場合と比較してより低いエンジン出力トルク特性が設定されるエコノミーモードの何れかのモードでハイブリッド油圧ショベル1は駆動する。
The mode switching means 29 is a part for setting the work mode of the
The setting in the mode switching means 29 is converted into an electrical signal and output to the
The pump controller 33 controls the pump controller 33 to control the swash plate angle of the
By performing such control, the amount of hydraulic oil supplied to each of the
That is, a power mode in which the output torque of the
[2]電動機の制御装置40の構成
図3には、電動機の制御装置40の構成を表すブロック図が示されており、この制御装置40は、前述したインバータ23に内蔵されている。
制御装置40は、入力される旋回レバーの操作レバー信号、温度センサ信号、燃料ダイヤル設定値信号、レゾルバ信号、及び作業モード信号に基づいて、速度指令、トルクリミット指令を生成し、インバータ23に出力して、電動機24の制御を行うものである。
この制御装置40は、速度指令生成手段41、速度偏差演算手段42、トルク指令生成手段43、操作量トルクリミット生成手段44、温度トルクリミット生成手段45、燃料設定値トルクリミット生成手段46、旋回速度トルクリミット生成手段47、作業モードトルクリミット生成手段48、第1マップ49、第2マップ50、トルクリミット最大値選択手段51、第1トルクリミット最小値選択手段52、第2トルクリミット最小値選択手段53、及びトルク指令比較手段54を備えている。
[2] Configuration of Electric
The
The
以下、特に断りがない限り、操作レバー26は、旋回操作を行うための操作レバーとして説明する。
速度指令生成手段41は、レバー操作量検出手段27から出力された操作レバー26の操作信号に基づいて、旋回体5を旋回させる速度指令を生成する部分である。
速度偏差演算手段42は、レゾルバ25から出力されたレゾルバ信号に基づいて、速度指令生成手段41で生成された速度指令と、検出されたレゾルバ信号とを比較して、操作レバー26の操作量と、実際の旋回体5の旋回速度の偏差を演算する部分である。
トルク指令生成手段43は、速度偏差演算手段42で演算された偏差に基づいて、トルク指令を生成する部分である。
Hereinafter, unless otherwise specified, the
The speed
The speed deviation calculating means 42 compares the speed command generated by the speed command generating means 41 with the detected resolver signal based on the resolver signal output from the
The
操作量トルクリミット生成手段44は、レバー操作量検出手段27から出力された操作レバー26の操作信号に基づいて、操作レバー26の操作量に基づくトルクリミットを生成する部分であり、操作レバー26の操作量に応じたトルクリミットのマップを、図示を略したが、制御装置40内に設けられるメモリ上に記憶しておき、このマップを参照することにより、トルクリミットを生成する。生成された操作量に応じたトルクリミットは、第1トルクリミット最小値選択手段52に出力される。尚、ここでは操作レバー26の操作量が多くなるほどトルクリミットは増加する。また、トルクリミットのマップは、予め記憶されたマップでもよいし、基準となるトルクリミットのデータを記憶させておき、そのデータに係数を掛けて求めたり、オフセット量を加減算して求めてもよい。
温度トルクリミット生成手段45は、制御装置40に設けられた温度センサ(図示略)からのインバータ23、キャパシタ22の温度センサ信号に基づいて、トルクリミットを生成する部分であり、インバータ23及びキャパシタ22の温度に応じたトルクリミットが記憶されたマップ参照して、トルクリミットを生成する。生成された温度に応じたトルクリミットは、第1トルクリミット最小値選択手段52に出力される。尚、ここでは温度の高さが大きくなるほどトルクリミットは減少する。また、トルクリミットのマップは、予め記憶されたマップでもよいし、基準となるトルクリミットのデータを記憶させておき、そのデータに係数を掛けて求めたり、オフセット量を加減算して求めてもよい。
The operation amount torque
The temperature torque limit generation means 45 is a part that generates a torque limit based on the temperature sensor signals of the
燃料設定値トルクリミット生成手段46は、燃料調整ダイヤル28から出力される燃料設定値信号(電気信号)に基づいて、トルクリミットを生成する部分であり、燃料調整ダイヤル28の設定状態に応じたトルクリミットが記憶されたマップを参照してトルクリミットを生成する。生成された燃料設定値に関するトルクリミットは、トルクリミット最大値選択手段51に出力される。尚、ここでは燃料ダイヤルの設定値信号が小さい、すなわち少ない燃料噴射量を指示する信号であるほどトルクリミットは減少する。また、トルクリミットのマップは、予め記憶されたマップでもよいし、基準となるトルクリミットのデータを記憶させておき、そのデータに係数を掛けて求めたり、オフセット量を加減算して求めてもよい。
旋回速度トルクリミット生成手段47は、レゾルバ25から出力されたレゾルバ信号に基づいて、トルクリミットを生成する部分であり、旋回体5の旋回速度に応じたトルクリミットが記憶されたマップを参照して、トルクリミットを生成する。生成された旋回速度に関するトルクリミットは、トルクリミット最大値選択手段51に出力される。尚、レゾルバ信号が示す旋回速度が速いほど、トルクリミットは減少する。また、トルクリミットのマップは、予め記憶されたマップでもよいし、基準となるトルクリミットのデータを記憶させておき、そのデータに係数を掛けて求めたり、オフセット量を加減算して求めてもよい。
The fuel set value torque limit generation means 46 is a part that generates a torque limit based on the fuel set value signal (electrical signal) output from the
The turning speed torque limit generation means 47 is a part that generates a torque limit based on the resolver signal output from the
作業モードトルクリミット生成手段48は、モード切換手段29から出力された作業モード信号(電気信号)に基づいて、トルクリミットを生成する部分であり、制御装置40内に設けられたメモリ上に記憶された第1マップ49又は第2マップ50を参照することにより、トルクリミットを生成する。
ハイブリッド油圧ショベル1は、作業機の動作形態として二つのモード(パワーモードとエコノミーモード)を備えている。パワーモードは、作業効率を上げるためエンジンの出力を上げて作業機を動作させるモードである。一方、エコノミーモードは、エンジンの出力を抑えて、作業機の動作によるエンジンの燃料消費量を少なく抑えるモードである。
具体的には、第1マップ49は、図4に示すように、モード切換手段29がパワーモード(Pモード)の場合における旋回電動機回転数(旋回速度(横軸))に応じたトルクリミット(旋回トルクの上限値/縦軸)、例えば、f(Nm)である。
一方、第2マップ50は、モード切換手段29がエコノミーモード(Eモード)の場合における旋回速度(横軸)に応じたトルクリミット(旋回トルクの上限値/縦軸)である。第2マップ50は、第1マップ49のトルクリミットよりも小さいトルクリミット(例えば、e(Nm)として設定されているが、所定の旋回速度、例えば、Xrpmまでは、第1マップ49と同じトルクリミットに設定されており、例えば、X(rpm)からA(rpm)の間で直線的に減少していく。尚、この直線的にトルクリミットを減少させることで、急激なトルクリミットの変動を回避し、オペレータに違和感を生じさせないようにすることができる。A(rpm)以上でエコノミーモードのトルクリミット、例えば、e(Nm)となる。尚、Xrpmまでは、第2マップ50と第1マップ49では同じトルクリミットに設定されてもよいし、Xrpmまでは、第2マップ50のトルクリミットが第1マップ49のトルクリミットよりも小さな設定であってもよい。
The work mode torque limit generation means 48 is a portion that generates a torque limit based on the work mode signal (electric signal) output from the mode switching means 29 and is stored in a memory provided in the
The
Specifically, as shown in FIG. 4, the
On the other hand, the
トルクリミット最大値選択手段51は、燃料設定値トルクリミット生成手段46で生成されたトルクリミットと、旋回速度トルクリミット生成手段47で生成されたトルクリミットとを比較して、大きい方のトルクリミットを第1トルクリミット最小値選択手段52に出力する。
第1トルクリミット最小値選択手段52は、操作量トルクリミット生成手段44で生成されたトルクリミット、温度トルクリミット生成手段45で生成されたトルクリミット、及びトルクリミット最大値選択手段51で選択されたトルクリミットを比較して、最も小さなトルクリミットを、第2トルクリミット最小値選択手段53に出力する。
The torque limit maximum value selection means 51 compares the torque limit generated by the fuel set value torque limit generation means 46 with the torque limit generated by the turning speed torque limit generation means 47 and determines the larger torque limit. Output to the first torque limit minimum value selection means 52.
The first torque limit minimum value selection means 52 is selected by the torque limit generated by the manipulated variable torque limit generation means 44, the torque limit generated by the temperature torque limit generation means 45, and the torque limit maximum value selection means 51. The torque limit is compared and the smallest torque limit is output to the second torque limit minimum value selection means 53.
第2トルクリミット最小値選択手段53は、第1トルクリミット最小値選択手段52で選択されたトルクリミットと、作業モードトルクリミット生成手段48で生成されたトルクリミットとを比較して、小さな方のトルクリミットをトルクリミット指令比較手段54に出力する。
トルク指令比較手段54は、トルク指令生成手段43で生成されたトルク指令と、第2トルクリミット最小値選択手段53で選択されたトルクリミットとを比較して、トルク指令がトルクリミットを越えないならば、そのトルク指令(電流信号)をインバータ23に出力する。トルク指令がトルクリミットを超えるならばトルクリミットをトルク指令(電流信号)としてインバータ23に出力し、電動機24の駆動制御を行う。
The second torque limit minimum value selection means 53 compares the torque limit selected by the first torque limit minimum value selection means 52 with the torque limit generated by the work mode torque limit generation means 48, and calculates the smaller one. The torque limit is output to the torque limit command comparison means 54.
The torque command comparison means 54 compares the torque command generated by the torque command generation means 43 with the torque limit selected by the second torque limit minimum value selection means 53, and if the torque command does not exceed the torque limit. If so, the torque command (current signal) is output to the
[3]実施形態の作用及び効果
次に、前述した電動機24の制御装置40の作用について、図5に示されるフローチャートに基づいて説明する。
(1)速度指令生成手段41及び操作量トルクリミット生成手段44は、操作レバー26の操作レバー信号を読み込み(手順S1)、速度指令生成手段41は速度指令を生成するとともに、操作量トルクリミット生成手段44は、読み込まれた操作レバー信号に応じたトルクリミットを生成する(手順S2)。
(2)温度トルクリミット生成手段45、温度センサ信号の読み込みを行い(手順S3)、センサ温度に応じたトルクリミットを生成する(手順S4)。
[3] Operation and Effect of Embodiment Next, the operation of the
(1) The speed command generation means 41 and the operation amount torque limit generation means 44 read the operation lever signal of the operation lever 26 (step S1), and the speed command generation means 41 generates a speed command and generates an operation amount torque limit. The means 44 generates a torque limit according to the read operation lever signal (step S2).
(2) The temperature torque limit generation means 45 reads the temperature sensor signal (procedure S3), and generates a torque limit corresponding to the sensor temperature (procedure S4).
(3)燃料設定値トルクリミット生成手段46は、燃料調整ダイヤル28の設定値信号の読み込みを行い(手順S5)、燃料調整ダイヤル28の設定値に応じたトルクリミットを生成する(手順S6)。
(4)旋回速度トルクリミット生成手段47は、レゾルバ25のレゾルバ信号(旋回速度信号)の読み込みを行い(手順S7)、旋回速度に応じたトルクリミットを生成する(手順S8)。
(5)トルクリミット最大値選択手段51は、燃料設定値トルクリミット生成手段46で生成されたトルクリミットと、旋回速度トルクリミット生成手段47で生成されたトルクリミットとを比較して、大きい方のトルクリミットを選択する(手順S9)。
(6)第1トルクリミット最小値選択手段52は、操作量トルクリミット生成手段44で生成されたトルクリミット、温度トルクリミット生成手段45で生成されたトルクリミット、及びトルクリミット最大値選択手段51で選択されたトルクリミットのうち、最も小さなトルクリミットを選択する(手順S10)。
(3) The fuel set value torque limit generation means 46 reads the set value signal of the fuel adjustment dial 28 (step S5), and generates a torque limit according to the set value of the fuel adjustment dial 28 (step S6).
(4) The turning speed torque limit generation means 47 reads the resolver signal (turning speed signal) of the resolver 25 (step S7), and generates a torque limit corresponding to the turning speed (step S8).
(5) The torque limit maximum value selection means 51 compares the torque limit generated by the fuel set value torque limit generation means 46 with the torque limit generated by the turning speed torque limit generation means 47, and calculates the larger one. A torque limit is selected (step S9).
(6) The first torque limit minimum value selection means 52 is the torque limit generated by the manipulated variable torque limit generation means 44, the torque limit generated by the temperature torque limit generation means 45, and the torque limit maximum value selection means 51. Among the selected torque limits, the smallest torque limit is selected (step S10).
(7)作業モードトルクリミット生成手段48は、モード切換手段29から出力された作業モード信号の読み込みを行い(手順S11)、作業モードがエコノミーモードであるか否かの判定を行う(手順S12)。
(7)作業モードがエコノミーモードであると判定されたら、作業モードトルクリミット生成手段48は、レゾルバ25から出力される旋回速度信号の読み込みを行い(手順S13)、第2マップ50を用いてトルクリミットを生成する(手順S14)。
(8)一方、作業モードがパワーモードであると判定されたら、作業モードトルクリミット生成手段48は、第1マップを用いてトルクリミットを生成する(手順S15)。
(7) The work mode torque limit generating means 48 reads the work mode signal output from the mode switching means 29 (procedure S11), and determines whether or not the work mode is the economy mode (procedure S12). .
(7) If it is determined that the work mode is the economy mode, the work mode torque limit generation means 48 reads the turning speed signal output from the resolver 25 (step S13), and uses the
(8) On the other hand, if it is determined that the work mode is the power mode, the work mode torque limit generation means 48 generates a torque limit using the first map (step S15).
(9)第2トルクリミット最小値選択手段53は、第1トルクリミット最小値選択手段52で選択されたトルクリミットと、作業モードトルクリミット生成手段48で生成されたトルクリミットを比較して、小さな方のトルクリミットを選択する(手順S16)。
(10)最後に、トルク指令比較手段54は、トルク指令生成手段43で生成されたトルク指令と、第2トルクリミット最小値選択手段53で選択されたトルクリミットとを比較して、トルク指令がトルクリミットを越えないならば、そのトルク指令(電流信号)をインバータ23に出力する。トルク指令がトルクリミットを越えるならばトルクリミットをトルク指令(電流信号)としてインバータ23に出力し、電動機24の駆動制御を行う。
(9) The second torque limit minimum value selection means 53 compares the torque limit selected by the first torque limit minimum value selection means 52 with the torque limit generated by the work mode torque limit generation means 48, and is smaller. One torque limit is selected (step S16).
(10) Finally, the torque command comparison means 54 compares the torque command generated by the torque command generation means 43 with the torque limit selected by the second torque limit minimum value selection means 53, and the torque command is If the torque limit is not exceeded, the torque command (current signal) is output to the
このような本実施形態によれば、作業モードがエコノミーモードと判定された場合、エコノミーモードと対応する第2マップ50を使用するが、旋回体5の旋回速度が所定速度A(rpm)以下では、第1マップ49のトルクリミットと同じトルクリミットを生成しているので、作業機のバケットを地面等に接した状態で旋回体を旋回させても、バケットと地面の摩擦抵抗が作用しても、旋回体5の旋回速度をパワーモードと同等に上昇させることができ、旋回体5の旋回中にオペレータに違和感を感じさせることがない。
According to the present embodiment, when the work mode is determined to be the economy mode, the
また、操作レバーの操作量に関するトルクリミット、キャパシタ22、インバータ23の温度に関するトルクリミット、燃料設定値に関するトルクリミット、旋回速度に関するトルクリミットが設定されており、これら複数のトルクリミットを考慮して、トルクリミットを選択しているので、確実にオペレータが操作中に違和感を感じることを防止することができる。
In addition, a torque limit related to the operation amount of the operation lever, a torque limit related to the temperature of the
本発明は、旋回体を電動機で旋回させるハイブリッドタイプのハイブリッド油圧ショベルに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a hybrid type hybrid hydraulic excavator in which a revolving body is turned by an electric motor.
1…ハイブリッド油圧ショベル、2…車両本体、3…作業機、4…走行体、4a…走行装置、4b…履帯、5…旋回体、6…運転室、7…燃料タンク、8…作動油タンク、9…エンジン室、10…カウンタウェイト、11…ブーム、12…アーム、13…バケット、14…ブームシリンダ、15…アームシリンダ、16…バケットシリンダ、17…エンジン、18…油圧ポンプ、19…発電機、20…コントロールバルブ、21…走行モータ、22…キャパシタ、23…インバータ、24…電動機、25…レゾルバ、26…操作レバー、27…レバー操作量検出手段、28…燃料調整ダイヤル、29…モード切換手段、30…エンジンコントローラ、31…電子ガバナ、32…燃料噴射ポンプ、33…ポンプコントローラ、40…制御装置、41…速度指令生成手段、42…速度偏差演算手段、43…トルク指令生成手段、44…操作量トルクリミット生成手段、45…温度トルクリミット生成手段、46…燃料設定値トルクリミット生成手段、47…旋回速度トルクリミット生成手段、48…作業モードトルクリミット生成手段、49…第1マップ、50…第2マップ、51…トルクリミット最大値選択手段、52…第1トルクリミット最小値選択手段、53…第2トルクリミット最小値選択手段、54…トルク指令比較手段
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記旋回体の操作手段の操作量に基づいて、前記旋回体の旋回速度指令を生成する速度指令生成手段と、
前記速度指令生成手段で生成された速度指令に基づいて、前記電動機のトルク指令を生成するトルク指令生成手段と、
前記旋回体の旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
前記電動機を所定のトルクリミットで駆動するパワーモード、及び前記パワーモードよりも低いトルクリミットで前記電動機を駆動するエコノミーモードのいずれかに切り換える作業モード切換手段と、
前記作業モード切換手段で設定された作業モードを判定する作業モード判定手段と、
前記パワーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第1マップを記憶する第1マップ記憶手段と、
前記エコノミーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第2マップを記憶する第2マップ記憶手段と、
前記作業モード判定手段で判定された作業モードに基づいて、前記第1マップ記憶手段に記憶された第1マップ、及び前記第2マップ記憶手段に記憶された第2マップのいずれかを使用して、前記速度指令生成手段で生成された旋回速度指令に応じた前記電動機のトルクリミットを生成するトルクリミット生成手段と、
前記トルク指令生成手段で生成されたトルク指令と、前記トルクリミット生成手段で生成されたトルクリミットを比較するトルク指令比較手段と、
前記トルク指令比較手段で比較されたトルク指令及びトルクリミットのうち、いずれか低い方の値で前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段とを備え、
前記作業モード判定手段で判定された作業モードがエコノミーモードである場合、
前記トルクリミット生成手段は、前記旋回速度検出手段で検出される前記旋回体の旋回速度が所定速度以下では、前記第1マップ記憶手段に記憶された第1マップのトルクリミットと同じか、又は、前記所定速度を超えた時のトルクリミットよりも大きなトルクリミットを生成することを特徴とする電動機の制御装置。 A control device for an electric motor that controls driving of an electric motor that rotates a revolving body,
A speed command generating means for generating a turning speed command for the swing body based on an operation amount of the operating means of the swing body;
Torque command generating means for generating a torque command for the electric motor based on the speed command generated by the speed command generating means;
A turning speed detecting means for detecting a turning speed of the turning body;
A work mode switching means for switching to any one of a power mode for driving the electric motor with a predetermined torque limit and an economy mode for driving the electric motor with a torque limit lower than the power mode;
Work mode determination means for determining a work mode set by the work mode switching means;
A first map storing means for storing a first map of a torque limit corresponding to the turning speed of the turning body, corresponding to the power mode;
Second map storage means for storing a second map of a torque limit corresponding to the turning speed of the turning body, corresponding to the economy mode;
Based on the work mode determined by the work mode determination means, either the first map stored in the first map storage means or the second map stored in the second map storage means is used. A torque limit generating means for generating a torque limit of the electric motor according to the turning speed command generated by the speed command generating means;
A torque command comparing means for comparing the torque command generated by the torque command generating means with the torque limit generated by the torque limit generating means;
Drive control means for performing drive control of the electric motor at a lower value of the torque command and the torque limit compared by the torque command comparison means,
When the work mode determined by the work mode determination means is an economy mode,
The torque limit generation means is the same as the torque limit of the first map stored in the first map storage means when the turning speed of the turning body detected by the turning speed detection means is equal to or lower than a predetermined speed, or A motor control device that generates a torque limit that is larger than a torque limit when the predetermined speed is exceeded.
前記旋回体の操作手段の操作量に基づいて、前記旋回体の旋回速度指令を生成する手順と、
生成された旋回速度に基づいて、前記電動機のトルク指令を生成する手順と、
前記電動機を所定のトルクリミットで駆動するパワーモード、及び前記パワーモードよりも低いトルクリミットで前記電動機を駆動するエコノミーモードのいずれかに作業モードを設定する手順と、
設定された作業モードがパワーモード及びエコノミーモードのいずれであるかを判定する手順と、
判定結果に基づいて、前記パワーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第1マップ、及び、前記エコノミーモードと対応し、前記旋回体の旋回速度に応じたトルクリミットの第2マップのいずれかを使用して、生成された旋回速度指令に応じた前記電動機のトルクリミットを生成する手順と、
生成された前記電動機のトルク指令と、生成されたトルクリミットのうち、いずれか低い方の値で前記電動機の駆動制御を行う手順とを実施し、
作業モードがエコノミーモードであると判定された場合、
検出される前記旋回体の旋回速度が所定速度以下では、前記第1マップのトルクリミットと同じか、又は、前記所定速度を超えた時のトルクリミットよりも大きなトルクリミットを生成することを特徴とする電動機の制御方法。 An electric motor control method for controlling driving of an electric motor for rotating a revolving body,
A procedure for generating a turning speed command for the turning body based on an operation amount of the operating means of the turning body;
A procedure for generating a torque command for the electric motor based on the generated turning speed;
A procedure for setting a work mode to any one of a power mode for driving the electric motor with a predetermined torque limit and an economy mode for driving the electric motor with a torque limit lower than the power mode;
A procedure for determining whether the set work mode is a power mode or an economy mode;
Based on the determination result, the first map of the torque limit corresponding to the turning speed of the revolving structure corresponding to the power mode, and the torque limit corresponding to the turning speed of the revolving structure corresponding to the economy mode. Using one of the second maps to generate a torque limit for the motor in accordance with the generated turning speed command;
The generated torque command for the motor and a procedure for performing drive control of the motor with the lower value of the generated torque limit,
If it is determined that the work mode is economy mode,
When the detected turning speed of the turning body is equal to or lower than a predetermined speed, a torque limit that is the same as the torque limit of the first map or larger than the torque limit when the predetermined speed is exceeded is generated. To control the motor.
請求項1に記載の電動機の制御装置とを備えていることを特徴とする建設機械。 A revolving structure that revolves with an electric motor;
A construction machine comprising the motor control device according to claim 1.
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