JP2014058825A - Construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械に係り、特に、旋回アクチュエータに三相交流電動モータを用いるものに好適な建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine, and more particularly to a construction machine suitable for a machine that uses a three-phase AC electric motor for a swing actuator.
例えば油圧ショベルのような建設機械においては、動力源として、ガソリン、軽油等の燃料を用い、エンジンによって油圧ポンプを駆動して油圧を発生することにより油圧モータ、油圧シリンダといった油圧アクチュエータを駆動する。油圧アクチュエータは、小型軽量で大出力が可能であり、建設機械のアクチュエータとして広く用いられている。 For example, in a construction machine such as a hydraulic excavator, a fuel such as gasoline or light oil is used as a power source, and a hydraulic pump is driven by an engine to generate hydraulic pressure to drive a hydraulic actuator such as a hydraulic motor or a hydraulic cylinder. Hydraulic actuators are small and light and capable of high output, and are widely used as construction machine actuators.
一方で、近年、電動モータ及び蓄電デバイス(バッテリや電気二重層キャパシタ等)を用いることにより、油圧回路及び油圧アクチュエータのみを用いた従来の建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図った建設機械が提案されている(例えば、特許文献1参照)。電動アクチュエータは油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる(油圧アクチュエータの場合は熱にして放出)といったエネルギ的に優れた特徴がある。 On the other hand, in recent years, by using an electric motor and an electricity storage device (battery, electric double layer capacitor, etc.), construction that has improved energy efficiency and saved energy compared to conventional construction machines that use only hydraulic circuits and hydraulic actuators. A machine has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The electric actuator has a higher energy efficiency than the hydraulic actuator, and has excellent energy characteristics such that kinetic energy at the time of braking can be regenerated as electric energy (in the case of a hydraulic actuator, it is released as heat).
例えば、特許文献1では、エンジンを駆動源とし、蓄電デバイス及び、旋回体の駆動アクチュエータとしての電動モータを搭載したハイブリッド型油圧ショベルが示されている。油圧ショベルの上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ(従来は油圧モータを使用)は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。このとき、減速時(制動時)における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、電動アクチュエータの場合は電気エネルギとしての回生が見込めることから、省エネルギの観点からは、電動モータを使用することが効果的である。
For example,
このように旋回体の駆動に電動モータを使用する場合、普通は電動モータの制御方式として速度フィードバック制御が使用される。速度フィードバック制御では、レバーに代表されるような操作手段による操作量に応じた速度目標値とセンサで取得する実速度との偏差を求め、PID制御によりトルク指令が演算され、偏差が小さくなるように制御が行われる。オペレータが所定の場所に旋回をする場合は、速度フィードバック制御によりオペレータの目標とする速度で問題なく旋回を行うことができる。 Thus, when an electric motor is used for driving the revolving structure, speed feedback control is normally used as a control method for the electric motor. In speed feedback control, a deviation between a speed target value corresponding to an operation amount by an operating means represented by a lever and an actual speed acquired by a sensor is obtained, and a torque command is calculated by PID control so that the deviation is reduced. Control is performed. When the operator makes a turn to a predetermined place, the turn can be performed without any problem at the speed targeted by the operator by speed feedback control.
しかしながら、建設機械の作業の中には、速度フィードバック制御だけでは不都合が生じるものもある。例えば、バケットの側面を土砂に押し当てて旋回を行うことで、土砂をならしたり壁面を形成したりする、いわゆる押し当て作業が挙げられる。押し当て作業ではレバーを入力しても実速度が上がらないため、目標値と実速度の偏差が大きくなり、PID制御によりわずかなレバー入力でも最大トルクが出力され、オペレータの操作性が損なわれる。 However, in some construction machine operations, speed feedback control alone can be inconvenient. For example, a so-called pressing operation in which the side of the bucket is pressed against the earth and the earth to turn to level the earth and sand or form a wall surface can be mentioned. In the pressing operation, even if the lever is input, the actual speed does not increase, so the deviation between the target value and the actual speed increases, and the maximum torque is output even with a slight lever input by the PID control, impairing the operability of the operator.
このような問題に対処するため、押し当て作業と判定するロジックを設け、押し当て作業と判定された場合は、速度フィードバック制御からトルク制御に制御方式を切り替えることで、操作性を改善するものが知られている(例えば、特許文献2参照)。また、特許文献2には、制御方式は速度フィードバック制御のまま切り替えずに、トルク演算部に対してレバー操作に応じたトルク制限をかけることで、操作性を改善することも開示されている。
In order to cope with such a problem, there is a logic to determine a pressing operation, and when it is determined to be a pressing operation, the operability is improved by switching the control method from speed feedback control to torque control. It is known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献2に記載されている方式には以下の問題がある。建設機械の旋回体駆動のために使用される電動モータは、一般的に次のような回転数トルク特性を有している。すなわち、大きな慣性を有する旋回体を駆動するために、低速域でのトルクを大きくし、ある速度域以降では定出力特性(トルクと速度の積が一定)になるようにトルクを減少させる。低速域でトルクが制限されているのは、過剰な電流が流れて電動モータやインバータが損傷するのを防ぐためである。なお、回転数の制限は、速度の上昇に伴う電動モータの逆起電力の大きさによって決まる。
However, the method described in
ここで、特許文献2では、特性制御方式を切り替えているだけで、出力できるトルクを大きくしているわけではない。それゆえ、押し当て時の負荷が大きい場合には、オペレータがレバーを最大に入力しても出力できるトルクは特性で決まっているため、作業効率は改善されない。また、押し当て状態を維持したままだと電動モータは停止状態で最大トルクを出し続けることになる。この場合は制御方式に関係なくインバータ、電動モータに大きな電流が流れる。さらに、電動モータが停止しているのに等しい速度でトルクを出し続けるということは、インバータと電動モータを結ぶ三相のラインのうちの一相に集中して電流が流れ続けているということであり、発熱やそれに伴う寿命への影響が懸念される。押し当て作業を優先して、低速で高トルクを出すことが可能な電動モータを使用することも有効であるが、通常の旋回速度領域のトルク特性が悪化し、旋回時に目標となる速度まで到達しなくなる。
Here, in
本発明の目的は、押し当て作業時で負荷が大きい場合に押し当て作業の効率をあげることができるとともに、必要のないときはインバータや電動モータの寿命への影響も少ない建設機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a construction machine that can increase the efficiency of the pressing work when the load is large at the time of the pressing work and has little influence on the life of the inverter and the electric motor when it is not necessary. It is in.
(1)上記課題を解決するために、本発明は、電動駆動により被駆動体を駆動するアクチュエータを有する建設機械であって、前記電動アクチュエータに設けた巻線は、少なくとも二系統以上の巻線を有し、前記電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、前記二系統以上の巻線の内の一つに切り替える巻線切替部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、押し当て作業時で負荷が大きい場合に押し当て作業の効率をあげることができるとともに、必要のないときはインバータや電動モータの寿命への影響も少なくなし得るものとなる。
(1) In order to solve the above-described problem, the present invention is a construction machine having an actuator that drives a driven body by electric drive, and the winding provided in the electric actuator includes at least two systems of windings. And a winding switching unit that switches to one of the two or more windings according to a load applied to the electric actuator.
With this configuration, it is possible to increase the efficiency of the pressing operation when the load is large during the pressing operation, and it is possible to reduce the influence on the life of the inverter and the electric motor when it is not necessary.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記二系統以上の巻線のうち、第2の系統の巻線は、第1の系統の巻線に比べて巻線数が多く、前記巻線切替部により第2の系統の巻線に切り替えられたときは、第1の巻線に切り替えられた時の、前記電動アクチュエータの回転速度−トルク特性に対して、低速ー高トルクの特性となる。 (2) In the above (1), preferably, of the two or more windings, the winding of the second system has a larger number of windings than the winding of the first system. When switched to the second system winding by the switching unit, the rotation speed-torque characteristics of the electric actuator when switched to the first winding are low-high torque characteristics. .
(3)上記(2)において、好ましくは、前記電動アクチュエータは、三相交流電動モータであり、3相の各相を構成する巻線は、第1の巻線と第2の巻線とを有し、前記第1の巻線単独で、前記第1の系統の巻線を構成し、前記第1の巻線と前記第2の巻線が直列接続されて、前記第2の系統の巻線を構成するようにしたものである。 (3) In the above (2), preferably, the electric actuator is a three-phase AC electric motor, and the windings constituting each of the three phases include a first winding and a second winding. And the first winding alone constitutes the winding of the first system, and the first winding and the second winding are connected in series, and the winding of the second system A line is formed.
(4)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、好ましくは、前記負荷として旋回パイロット圧と前記電動アクチュエータの回転速度の大きさにより、前記旋回体の一部を作業対象に押し当てる押し当て作業状態と判定したときに、前記状態の保持時間により、前記二系統の巻線の内、前記電動アクチュエータの巻線を、高トルクを出力することのできる系統に切り替えるようにしたものである。 (4) In any one of the above (1) to (3), preferably, a push that presses a part of the swivel body against a work object as the load depending on a swivel pilot pressure and a magnitude of a rotation speed of the electric actuator. When it is determined that the contact work state, the winding of the electric actuator among the two systems of windings is switched to a system capable of outputting high torque according to the holding time of the state. .
(5)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、好ましくは、前記負荷として前記旋回パイロット圧と前記電動アクチュエータの回転速度の大きさにより、前記旋回体の一部を作業対象に押し当てる押し当て作業状態と判定したときに、前記旋回パイロット圧の時間積分値により、前記二系統の巻線の内、前記電動アクチュエータの巻線を、高トルクを出力することのできる系統に切り替えるようにしたものである。 (5) In any one of the above (1) to (3), preferably, a part of the swiveling body is pressed against a work object as the load depending on the swiveling pilot pressure and the magnitude of the rotation speed of the electric actuator. When it is determined to be in the pressing work state, the winding of the electric actuator among the two systems of windings is switched to a system capable of outputting a high torque based on the time integral value of the turning pilot pressure. It is a thing.
(6)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、好ましくは、前記電動アクチュエータに加えて、油圧駆動により前記旋回体を旋回駆動する油圧アクチュエータを備え、前記電動アクチュエータが磁極位置検出センサを備えていない場合において、負荷として前記旋回パイロット圧と前記油圧アクチュエータの入口、出口の圧力差から求められる油圧トルクの大きさにより、前記旋回体の一部を作業対象に押し当てる押し当て作業状態と判定したときに、前記二系統の巻線の内、前記電動アクチュエータの巻線を、高トルクを出力することのできる系統に切り替えるようにしたものである。 (6) In any one of the above (1) to (3), preferably, in addition to the electric actuator, a hydraulic actuator that rotates the revolving body by hydraulic driving is provided, and the electric actuator includes a magnetic pole position detection sensor. In the case of not having a pressing work state in which a part of the swiveling body is pressed against a work object according to the magnitude of hydraulic torque obtained from the difference in pressure between the turning pilot pressure and the inlet and outlet of the hydraulic actuator as a load. When the determination is made, the winding of the electric actuator among the two systems of windings is switched to a system capable of outputting high torque.
本発明によれば、押し当て作業時で負荷が大きい場合に押し当て作業の効率をあげることができるとともに、必要のないときはインバータや電動モータの寿命への影響も少なくできるものとなる。
According to the present invention, it is possible to increase the efficiency of the pressing work when the load is large at the time of the pressing work, and to reduce the influence on the life of the inverter and the electric motor when it is not necessary.
以下、図1〜図9を用いて、本発明の第1の実施形態による建設機械の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による建設機械の全体構成について説明する。なお、ここでは、建設機械として、油圧ショベルを例にとって説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般に適用が可能であり、本発明の適用が油圧ショベルに限定されるものではない。
Hereinafter, the configuration and operation of the construction machine according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Initially, the whole structure of the construction machine by this embodiment is demonstrated using FIG. Here, a hydraulic excavator will be described as an example of the construction machine. Note that the present invention can be applied to all construction machines including a revolving structure, and the application of the present invention is not limited to a hydraulic excavator.
図1は、本発明の第1の実施形態による建設機械の全体構成を示すシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram showing the overall configuration of the construction machine according to the first embodiment of the present invention.
図1において、下部走行体10は、一対のクローラ11及びクローラフレーム12(図では片側のみを示す)、各クローラ11を独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ(図2で後述する走行用油圧モータ13,14)及びその旋回輪28等で構成されている。
In FIG. 1, a
上部旋回体20は、旋回フレーム21と、旋回フレーム21上に設けられた、原動機としてのエンジン22と、エンジン22により駆動されるアシスト発電モータ23と、旋回用電動モータ25と、アシスト発電モータ23及び旋回用電動モータ25に接続される電気二重層キャパシタ24と、旋回用電動モータ25の回転を減速する減速機26を含み、旋回用電動モータ25と旋回用油圧モータ27の駆動力により下部走行体10に対して上部旋回体20(旋回フレーム21)を旋回駆動させるための旋回装置29等で構成されている。なお、図1では旋回用油圧モータ27と旋回用電動モータ25の両方を搭載しているが、旋回用電動モータ25のみを搭載した構成でも良い。
The
また、上部旋回体20の前側には、作業機としてのフロント装置30が搭載されている。フロント装置30は、ブーム31と、ブーム31を駆動するためのブームシリンダ32と、ブーム31の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム33と、アーム33を駆動するためのアームシリンダ34と、アーム33の先端に回転可能に軸支されたバケット35と、バケット35を駆動するためのバケットシリンダ36等で構成されている。さらに、上部旋回体20の旋回フレーム21上には、前記の走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ27、ブームシリンダ32、アームシリンダ34、バケットシリンダ36等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧を発生する油圧ポンプ(図2に示す油圧ポンプ41)、及び各アクチュエータを駆動制御するための、コントロールバルブ(図2に示すコントロールバルブ42)を含む油圧システム40が搭載されている。油圧源となる油圧ポンプ41はエンジン22によって駆動される。
A
次に、図2を用いて、本実施形態による建設機械の主要電動・油圧機器の構成について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態による建設機械の主要電動・油圧機器のシステム構成図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the main electric / hydraulic equipment of the construction machine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a system configuration diagram of main electric and hydraulic equipment of the construction machine according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
エンジン22の駆動力は、油圧ポンプ41に伝達される。油圧ポンプ41は、コントロールバルブ42に油圧を供給する。コントロールバルブ42は、旋回操作レバー90からの指令に応じて、ブームシリンダ32、アームシリンダ34、バケットシリンダ36及び走行用油圧モータ13,14への動作油の吐出量及び吐出方向を制御する。また、コントロールバルブ42は、操作レバー90からの指令に応じて、旋向用油圧モータ27への動作油の吐出量及び吐出方向を制御する。旋回操作レバー90の指令は、油圧−電気信号変換デバイス77(例えば、圧力センサ)によって電気信号に変換され、コントローラ80に入力する。
The driving force of the
コントローラ80が、出力する電気制御信号は、電気−油圧信号変換デバイス75により、油圧制御信号に変換され、コントロールバルブ42に供給される。
The electric control signal output by the
なお、旋回操作レバー90と、コントロールバルブ42との間には、パイロット圧信号遮断弁79が設けられている。通常、この遮断弁79は開いており、旋回操作レバー90の操作量に応じて、コントロールバルブ42が制御される。ロックレバー92がロック状態となるように操作されると、遮断弁79が閉じて、旋回操作レバー90と、コントロールバルブ42との間は遮断される。
A pilot pressure
アシスト発電モータ23は、発電機として機能する場合は、エンジン22により回転されることで発電し、アシストモータとして機能する場合は、後述の電気二重層キャパシタに蓄電された電力により駆動しエンジンをアシストするように構成されている。上部旋回体20を旋回駆動するモータとしては、旋回用油圧モータ27の他に、旋回用電動モータ25を備えている。旋回用電動モータ25と旋回用油圧モータ27の駆動力は、減速機26により減速して上部旋回体20に伝達され、上部旋回体20(図1に示した旋回フレーム21)は、図1に示した下部走行体10に対して旋回駆動される。
When the
アシスト発電モータ23及び旋回用電動モータ25としては、三相交流電動モータ(3相同期モータ)を用いている。アシスト発電モータ23及び旋回用電動モータ25は、パワーコントロールユニット55及びメインコンタクタ56を介して、電気二重層キャパシタ24に接続されている。パワーコントロールユニット55は、コントローラ80によって制御される。旋回用電動モータ25は、レゾルバ等の回転速度検出手段25Aを備えている。回転速度検出手段25Aがレゾルバの場合、レゾルバは、旋回用電動モータ25の磁極位置を検出する。パワーコントロールユニット55は、検出された磁極位置に基づいて、旋回用電動モータ25の回転速度を算出する。パワーコントロールユニット55が旋回用電動モータ25を速度制御する場合、パワーコントロールユニット55は、旋回用電動モータ25の回転速度が、コントローラ80からの速度指令値となるように、インバータ52を制御して、旋回用電動モータ25の回転速度を制御する。なお、パワーコントロールユニット55によって算出された旋回用電動モータ25の回転速度の値は、コントローラ80に入力する。
As the assist
パワーコントロールユニット55は、インバータ52,53と、平滑コンデンサ54と、チョッパ51とを備えている。また、メインコンタクタ56は、メインリレー57を備えている。なお、これらの詳細については、図3を用いて後述する。
The
なお、ON/OFFするスイッチ203及びモニタ202については、他の実施形態で用いられるものであり、後述する。
Note that the ON /
次に、図3を用いて、本実施形態による建設機械の電動システムの構成について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態による建設機械の電動システムの構成を示す電気回路図である。なお、図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the electric system for the construction machine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the configuration of the electric system for the construction machine according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same parts.
インバータ53は、例えばIGBTのようなスイッチング素子6個からなるブリッジ回路を備える。電気二重層キャパシタ24に蓄積された電圧は、チョッパ51により昇圧されてインバータ53に入力する。インバータ53は、コントローラ80からの指令を受けて、電流のON/OFFを繰り返し、パルス幅を変動させることで疑似的に三相交流を作り出し、アシスト発電モータ23を駆動する。なお、アシスト発電モータ23がエンジン22により駆動されて発電機として動作するときは、発電された交流電力は、インバータ53により整流され、チョッパ51により降圧されて、電気二重層キャパシタ24に蓄積される。
The
インバータ52も6個のスイッチング素子からなるブリッジ回路を備え、三相交流を電動モータ25に供給して駆動する。
The
チョッパ51は、例えば、2個のスイッチング素子とリアクトルからなり、コントローラ80からの指令を受けて2個のスイッチング素子を交互に開閉させることにより、キャパシタ24の電圧をインバータ53,52が動作可能な母線電圧に昇圧すると共に、母線電圧を所定の一定値付近に制御する動作を行う。母線電圧を安定させるために、平滑コンデンサ54が母線電圧のラインに設けられている。
The
キャパシタ24とチョッパ51の間の回路はメインコンタクタ56内のリレー57により開閉される。リレー57の開閉は、図2に示したコントローラ80からの指令により行われる。車体をキーOFFして停止させているような状態ではリレー57は開いている。また、メインコンタクタ56は、リレー動作時の突入電流を防止するための、抵抗などからなる突入電流防止回路58を備えている。
The circuit between the
なお、モータの種類によっては、図3に示すインバータ回路52,53とは異なるスイッチング素子の構成が用いられることがあり、図3はあくまで例示である。
Depending on the type of motor, a configuration of a switching element different from the
次に、図4及び図5を用いて、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる電動モータの巻線の構成について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態による建設機械の電動システムに用いる電動モータの巻線の構成図である。図5は、本発明の第1の実施形態による建設機械の電動システムに用いる電動モータの回転数トルク特性の説明図である。
Next, the configuration of the winding of the electric motor used in the electric system for the construction machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a configuration diagram of windings of the electric motor used in the electric system for the construction machine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of the rotational speed torque characteristics of the electric motor used in the electric system for the construction machine according to the first embodiment of the present invention.
図4に示すように、旋回用電動モータ25は、スター結線された固定子巻線101,102を備えている。本実施形態では、旋回用電動モータ25は、巻線切り替え機能を備えている。
As shown in FIG. 4, the turning
旋回用電動モータ25の各相の固定子巻線は、第1の巻線101と、第2の巻線102とから構成される。第1の巻線101と第2の巻線102は直列に接続され、さらに第2の巻線にはリレー103が並列に接続されている。リレー103にはノーマルクローズ型(B接点)を使用する。
The stator winding of each phase of the turning
図3に示したコントローラ80の巻線切替信号201がOFFの場合はリレー103は導通状態となり、第1の巻線101にのみ電流が流れることになる。
When the winding
この状態の旋回用電動モータ25の回転数トルク特性は、図5に符号Aで示す通常特性となり、通常の旋回作業で使用する。通常特性の回転トルク特性では、大きな慣性を有する旋回体を駆動するために、低速域でのトルクを大きくし、ある速度域以降では定出力特性(トルクと速度の積が一定)になるようにトルクを減少させる。低速域でトルクが制限されているのは、過剰な電流が流れて旋回用電動モータ25やインバータが損傷するのを防ぐためである。なお、回転数の制限は、速度の上昇に伴う旋回用電動モータ25の逆起電力の大きさによって決まる。
The rotational speed torque characteristic of the turning
一方、巻線切替信号201がONの場合はリレー103は非導通状態となり、第1の巻線101と第2の巻線102は直列に接続され、巻線数が増えることになるため、旋回用電動モータ25の回転数トルク特性は、図5に符号Bで示す低速‐高トルク特性になる。低速‐高トルク特性では、符号Aで示す通常特性に比べて、低速時のトルクが高トルクとなっている。その一方で、高回転側の回転数は低く抑えられている。
On the other hand, when the winding
なお、リレー103をノーマルクローズ型にしておくと、巻線切替信号201のラインが断線した場合には通常の回転数トルク特性になるため、車体としては普通に旋回を行うことができる。
If the
次に、図6〜図9を用いて、本実施形態による建設機械の電動システムにおける巻線切り替えの動作について説明する。
図6及び図8は、本発明の第1の実施形態による建設機械の電動システムにおける巻線切り替えの動作内容を示すフローチャートである。図7及び図9は、本発明の第1の実施形態による建設機械の電動システムにおける巻線切り替え時の動作内容を示すタイミングチャートである。
Next, the operation of switching the winding in the electric system for the construction machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIGS. 6 and 8 are flowcharts showing the operation content of the winding switching in the electric system for the construction machine according to the first embodiment of the present invention. 7 and 9 are timing charts showing the operation content at the time of winding switching in the electric system for the construction machine according to the first embodiment of the present invention.
図6及び図7は、押し当て作業開始時における巻線切り替え処理の内容を示している。 6 and 7 show the content of the winding switching process at the start of the pressing operation.
図6において、コントローラ80は、押し当て時間判定用の変数Timerを初期化し(ステップS101)、制御周期dt毎にオペレータが旋回用のレバーを入力した際に発生する旋回パイロット圧Pと旋回パイロット圧の判定値Pminが比較されるとともに、旋回電動モータの実速度Nと0に近い速度の判定値Nminが比較される(ステップS102,ステップS103,ステップS104)。
In FIG. 6, the
旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以上で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の場合は、ステップS105に移り、タイマーの値Timerがカウントアップされる。ステップS106では、カウントアップされた押し当て時間判定用の変数Timerと押し当て判定時間Tcを比較し、押し当て時間判定用の変数Timerが押し当て判定時間Tc以下である場合は、ステップS106からステップS102に戻る。ここで、押し当て判定時間Tcは、例えば、1,2秒としている。 When the turning pilot pressure P is equal to or higher than the turning pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is equal to or lower than the determination value Nmin of the speed close to 0, the process proceeds to step S105, and the timer value Timer is counted up. In step S106, the counted pressing time determination variable Timer is compared with the pressing determination time Tc. If the pressing time determination variable Timer is equal to or less than the pressing determination time Tc, the process proceeds from step S106 to step S106. Return to S102. Here, the pressing determination time Tc is, for example, 1 or 2 seconds.
旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以上で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の状態が続き、ステップS106において、押し当て時間判定用の変数Timerが押し当て判定時間Tc以上となった場合は押し当て状態でかつ負荷が大きいと判断して、巻線切替信号をONにして自動的に低速‐高トルク特性に切り替わる(ステップS107)。 The state in which the turning pilot pressure P is equal to or higher than the turning pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is equal to or lower than the speed determination value Nmin is continued, and in step S106, the pressing time determination variable Timer is pressed. When the time Tc is exceeded, it is determined that the state is pressed and the load is large, and the winding switching signal is turned ON to automatically switch to the low speed-high torque characteristic (step S107).
ステップS103において、旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以下、もしくはステップS104において、実速度Nが速度の判定値Nmin以下の場合は、ステップS110において押し当て時間判定用の変数Timerがリセットされて、ステップS102に戻る。 If the turning pilot pressure P is less than or equal to the turning pilot pressure determination value Pmin in step S103, or if the actual speed N is less than or equal to the speed determination value Nmin in step S104, the pressing timer variable Timer is reset in step S110. Then, the process returns to step S102.
図7は、オペレータが押し当て作業をするためにレバーを操作した時の、旋回用電動モータの実速度Nと電動モータの出力するトルクTを示している。
図7において、横軸は時間を示している。図7(A)の縦軸は旋回パイロット圧Pを示し、図7(B)の縦軸は電動モータ実速度Nを示し、図7(C)の縦軸は電動モータトルクTを示している。
FIG. 7 shows the actual speed N of the turning electric motor and the torque T output from the electric motor when the operator operates the lever to perform the pressing operation.
In FIG. 7, the horizontal axis represents time. The vertical axis in FIG. 7A indicates the turning pilot pressure P, the vertical axis in FIG. 7B indicates the electric motor actual speed N, and the vertical axis in FIG. 7C indicates the electric motor torque T. .
時刻t0において、押し当て作業をするためにレバーを操作して、バケットの側面を対象物に押し当てた場合に、負荷が大きい場合はレバーを入力しているにも関わらず、旋回体は停止している。そのため、旋回用電動モータの実速度Nは上がらない。この時に旋回用電動モータの出力しているトルクは、通常のトルク特性で出力することのできる最大トルクT1までになる。 At time t0, when the lever is operated to perform the pressing operation and the side surface of the bucket is pressed against the object, if the load is large, the turning body stops despite the lever being input. doing. Therefore, the actual speed N of the turning electric motor does not increase. At this time, the torque output from the electric motor for turning reaches the maximum torque T1 that can be output with normal torque characteristics.
時刻t1において、旋回パイロット圧Pが設定パイロット圧値Pmin以上となると、押し当て判定時間Tcの計測を開始する。そして、この状態が押し当て判定時間Tc以上続くと、時刻t2において、低速−高トルク特性に切り替わり、電動モータトルクは、トルクT1よりも大きいトルクT2まで出力できるようになるため、押し当て作業性が改善される。 When the turning pilot pressure P becomes equal to or higher than the set pilot pressure value Pmin at time t1, measurement of the pressing determination time Tc is started. If this state continues for the pressing determination time Tc or longer, at time t2, the mode is switched to the low speed-high torque characteristic, and the electric motor torque can be output up to the torque T2 larger than the torque T1, so that the pressing workability is increased. Is improved.
このように、押し当て判定時間を設けることで、作業中に大きな負荷が加わっていると判断できるとともに、頻繁に巻線が切り替わるのを防止することが可能となる。低速高トルク特性に切り替わった場合は、オペレータにその事を知らせるために、モニタに特性が切り替わったことを表示するか、もしくはブザーのような音を出すような構成にしても良い。 Thus, by providing the pressing determination time, it can be determined that a large load is applied during the work, and frequent switching of the windings can be prevented. When switching to the low speed and high torque characteristics, in order to inform the operator of the fact, it may be configured to display on the monitor that the characteristics have been switched or to make a sound like a buzzer.
図8及び図9は、押し当て作業終了後における巻線切り替え処理の内容を示している。 8 and 9 show the content of the winding switching process after the pressing operation is completed.
図8は、コントローラ80が、押し当て作業終了後に、低速‐高トルク特性から通常特性に巻線を戻す場合のフローチャートを示している。
FIG. 8 shows a flowchart in the case where the
ステップS121で押し当て作業終了判定用の変数Timerを初期化した後、制御周期dt毎に最初にロックレバー92が解除されているのかを判定する(ステップS122,ステップS123)。ロックレバー92がロック状態ということは、油圧信号が遮断されており、オペレータは作業を行うことができないことを意味している。そのため、最初にロックレバーの状態を判定し、ロック状態の場合は通常特性に巻線を切り替える。
After initializing the variable Timer for determining the end of the pressing operation in step S121, it is determined whether or not the
ロックレバーが解除状態の場合は、旋回パイロット圧Pと旋回パイロット圧の判定値Pminが比較されるとともに、旋回電動モータの実速度Nと0に近い速度の判定値Nminが比較される(ステップS124,125)。 When the lock lever is in the released state, the turning pilot pressure P and the turning pilot pressure determination value Pmin are compared, and the actual speed N of the turning electric motor is compared with the determination value Nmin of a speed close to 0 (step S124). 125).
旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以下で、かつ実速度Nが0に近い速度Nmin以下の場合は、押し当て作業は終了していると考えられ、ステップS126に移り、押し当て作業終了判定用の変数Timerがカウントアップされる。そうでない場合は、ステップS130で作業終了判定用の変数Timerをリセットする。 If the turning pilot pressure P is less than or equal to the turning pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is less than or equal to the speed Nmin, it is considered that the pressing operation has been completed, the process proceeds to step S126, and the pressing operation is performed. An end determination variable Timer is counted up. If not, the variable Timer for determining work completion is reset in step S130.
ステップS127では、カウントアップされた押し当て作業終了判定用の変数Timerと押し当て作業終了判定時間Tfを比較する。旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以下で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の状態が続き、ステップS127において、押し当て作業終了判定用の変数Timerが押し当て作業終了判定時間Tf以上となった場合は、押し当て作業終了と判断して、巻線切替信号をOFFにして自動的に通常特性に切り替える(ステップS128)。 In step S127, the counting operation end determination variable Timer is compared with the pressing operation end determination time Tf. The state where the turning pilot pressure P is less than or equal to the turning pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is less than or equal to the determination value Nmin of the speed is continued. In step S127, the pressing timer variable Timer is pressed. If the work end determination time Tf is exceeded, it is determined that the pressing operation has ended, and the winding switching signal is turned OFF to automatically switch to the normal characteristics (step S128).
図9は、押し当て作業が終了した時の、旋回用電動モータの実速度Nと旋回用電動モータの出力するトルクTを示している。 FIG. 9 shows the actual speed N of the turning electric motor and the torque T output from the turning electric motor when the pressing operation is completed.
図9において、横軸は時間を示している。図9(A)の縦軸は旋回パイロット圧Pを示し、図9(B)の縦軸は旋回用電動モータ実速度Nを示し、図9(C)の縦軸は旋回用電動モータトルクTを示している。 In FIG. 9, the horizontal axis represents time. The vertical axis in FIG. 9A represents the turning pilot pressure P, the vertical axis in FIG. 9B represents the actual electric speed N for turning electric motor, and the vertical axis in FIG. 9C represents the turning electric motor torque T. Is shown.
レバー操作を止めると、コントローラ80の制御により、時刻t10において、図9(C)に示すように、旋回用電動モータは制動側のトルクを出す。これにより、図9(B)に示すように、旋回用電動モータの速度は減少する。
When the lever operation is stopped, under the control of the
時刻t11において、図9(B)に示すように、実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の状態となり、押し当て作業終了判定用の変数Timerが押し当て作業終了判定時間Tf以上となった場合は、押し当て作業終了と判断して、時刻t12において、巻線切替信号をOFFにして自動的に通常特性に切り替える。通常特性への切り替えは、旋回用電動モータがほぼ停止していると考えられる速度になってから行う。 At time t11, as shown in FIG. 9B, the actual speed N becomes equal to or less than the speed determination value Nmin that is close to 0, and the pressing operation end determination variable Timer is equal to or longer than the pressing work end determination time Tf. If it is determined that the pressing operation has been completed, the winding switching signal is turned off at time t12 to automatically switch to the normal characteristics. The switching to the normal characteristic is performed after the speed at which the electric motor for turning is considered to be almost stopped.
図6にて説明したように、本実施形態では、旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以上で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の状態が続いた時、押し当て状態でかつ負荷が大きいと判断して、巻線切替信号をONにして自動的に低速‐高トルク特性に切り替えている。 As described with reference to FIG. 6, in the present embodiment, when the swing pilot pressure P is equal to or higher than the swing pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is close to 0, which is equal to or lower than the speed determination value Nmin, Since it is determined that the load is large and the load is large, the winding switching signal is turned ON to automatically switch to the low speed-high torque characteristic.
ここで、旋回パイロット圧Pは、旋回用電動モータ(電動アクチュエータ)に加わる負荷の指令値である。また、旋回用電動モータの実速度Nは、旋回用電動モータ(電動アクチュエータ)に加わる負荷の測定値である。従って、本実施形態では、旋回用電動モータ(電動アクチュエータ)に加わる負荷に応じて、低速‐高トルク特性に切り替えている。 Here, the turning pilot pressure P is a command value of a load applied to the turning electric motor (electric actuator). The actual speed N of the turning electric motor is a measured value of a load applied to the turning electric motor (electric actuator). Therefore, in the present embodiment, the low speed-high torque characteristic is switched according to the load applied to the turning electric motor (electric actuator).
また、図4にて説明したように、本実施形態では、3相同期電動モータの各相の巻線として、巻線101と巻線102とを備えている。通常特性を得るときは、巻線101からなる第1の系統の巻線を使用する。また、低速‐高トルク特性とするときは、直列接続された巻線101と巻線102とからなる第2の系統の巻線を使用する。 In addition, as described with reference to FIG. 4, in the present embodiment, the winding 101 and the winding 102 are provided as windings for each phase of the three-phase synchronous electric motor. When obtaining the normal characteristics, the first system winding composed of the winding 101 is used. In order to obtain a low speed-high torque characteristic, a second system winding composed of a winding 101 and a winding 102 connected in series is used.
以上のように、本実施形態では、コントローラ80は、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えるようにしている。
As described above, in this embodiment, the
以上説明したように、本実施形態によれば、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えて、電動アクチュエータの特性を低速‐高トルク特性とすることができ、押し当て作業時で負荷が大きい場合に、低速‐高トルク特性に切り替えることで、押し当て作業の効率をあげることができる。また、必要のないときは低速‐高トルク特性には切り替えないため、インバータや旋回用電動モータの寿命への影響も少ない。 As described above, according to the present embodiment, according to the load applied to the electric actuator, the characteristic of the electric actuator can be changed to the low speed-high torque characteristic by switching to one of the two windings. If the load is large during the pressing operation, the efficiency of the pressing operation can be increased by switching to the low speed-high torque characteristic. In addition, since it is not switched to the low speed-high torque characteristic when it is not necessary, it has little influence on the life of the inverter and the electric motor for turning.
次に、図10〜図12を用いて、本発明の第2の実施形態による建設機械の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による建設機械の全体構成は、図1に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の主要電動・油圧機器の構成は、図2に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の電動システムの構成は、図3に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの巻線の構成は、図4に示しものと同様である。さらに、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図5に示したものと同様である。 Next, the configuration and operation of the construction machine according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The overall configuration of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. The configuration of the main electric / hydraulic equipment of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Further, the construction of the electric system for the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Further, the configuration of the winding of the electric motor for turning used in the electric system of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Furthermore, the rotational speed torque characteristics of the electric motor for turning used in the electric system for the construction machine according to the present embodiment are the same as those shown in FIG.
図10は、本発明の第2の実施形態による建設機械の電動システムにおける巻線切り替えの動作内容を示すフローチャートである。図11及び図12は、本発明の第2の実施形態による建設機械の電動システムにおける巻線切り替え時の動作内容を示すタイミングチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing the operation content of the winding switching in the electric system for construction machines according to the second embodiment of the present invention. 11 and 12 are timing charts showing the operation contents at the time of winding switching in the electric system for the construction machine according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態において、図6及び図7に示した第1の実施形態との相違点は次の通りである。本実施形態においては、押し当て時間Tcにより判定するのではなく、旋回パイロット圧の時間積分値により低速‐高トルク特性への切り替えを判定する。 This embodiment is different from the first embodiment shown in FIGS. 6 and 7 as follows. In the present embodiment, the switching to the low speed-high torque characteristic is determined not by the pressing time Tc but by the time integral value of the turning pilot pressure.
その詳細を図10に示すフローチャートにより説明する。なお、図6と同じステップ番号は、同じ処理内容を示している。本実施形態では、ステップ205,S206及びS210が図6と異なる点である。 The details will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that the same step numbers as in FIG. 6 indicate the same processing contents. In this embodiment, steps 205, S206, and S210 are different from FIG.
図10のステップS103〜S104において、旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以上で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の場合は、ステップS205において旋回パイロット圧Pの積分値Aを求める。ステップS206では積分値Aと押し当て判定積分値Acを比較し、旋回パイロット圧Pの積分値Aが押し当て判定積分値Ac以下である場合は、ステップS206からステップS102に戻る。 In steps S103 to S104 in FIG. 10, when the turning pilot pressure P is not less than the turning pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is not more than the speed determination value Nmin that is close to 0, the turning pilot pressure P is set in step S205. An integral value A is obtained. In step S206, the integral value A is compared with the pushing determination integrated value Ac. If the integral value A of the turning pilot pressure P is equal to or less than the pushing determination integral value Ac, the process returns from step S206 to step S102.
旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以上で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の状態が続き、ステップS206においてAが押し当て判定積分値Ac以上となった場合は、押し当て状態でかつ負荷が大きいと判断して、巻線切替信号をONにして自動的に低速‐高トルク特性に切り替わる(ステップS107)。 When the turning pilot pressure P is greater than or equal to the turning pilot pressure determination value Pmin and the actual speed N is less than or equal to the speed determination value Nmin, and in step S206, A becomes the pushing determination integrated value Ac or more. Is determined to be in the pressed state and the load is large, and the winding switching signal is turned ON to automatically switch to the low speed-high torque characteristic (step S107).
ステップS103において旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以下、もしくはステップS104において実速度Nが速度の判定値Nmin以下の場合は、ステップS210において旋回パイロット圧Pの積分値Aがリセットされて、ステップS102に戻る。 If the turning pilot pressure P is less than or equal to the turning pilot pressure determination value Pmin in step S103, or if the actual speed N is less than the speed determination value Nmin in step S104, the integral value A of the turning pilot pressure P is reset in step S210. Return to step S102.
図11は、オペレータが押し当て作業をするためにレバーを操作した時の、旋回用電動モータの実速度Nと旋回用電動モータの出力するトルクTを示している。 FIG. 11 shows the actual speed N of the turning electric motor and the torque T output from the turning electric motor when the operator operates the lever to perform the pressing operation.
図11において、横軸は時間を示している。図11(A)の縦軸は旋回パイロット圧Pを示し、図11(B)の縦軸は旋回用電動モータ実速度Nを示し、図11(C)の縦軸は旋回用電動モータトルクTを示している。 In FIG. 11, the horizontal axis represents time. The vertical axis in FIG. 11A indicates the turning pilot pressure P, the vertical axis in FIG. 11B indicates the actual speed N of the electric motor for turning, and the vertical axis in FIG. 11C indicates the electric motor torque T for turning. Is shown.
時刻t0において、押し当て作業をするためにレバーを操作して、バケットの側面を対象物に押し当てた場合に、負荷が大きい場合はレバーを入力しているにも関わらず、旋回体は停止している。そのため、旋回用電動モータの実速度Nは上がらない。この時に旋回用電動モータの出力しているトルクは、通常のトルク特性で出力することのできる最大トルクT1までになる。 At time t0, when the lever is operated to perform the pressing operation and the side surface of the bucket is pressed against the object, if the load is large, the turning body stops despite the lever being input. doing. Therefore, the actual speed N of the turning electric motor does not increase. At this time, the torque output from the electric motor for turning reaches the maximum torque T1 that can be output with normal torque characteristics.
時刻t1において、旋回パイロット圧Pが設定パイロット圧値Pmin以上となると、積分値Aの積分を開始する。そして、積分値Aが押し当て判定積分値Acになると、時刻t2において、低速−高トルク特性に切り替わり、電動モータトルクは、トルクT1よりも大きいトルクT2まで出力できるようになるため、押し当て作業性が改善される。 When the turning pilot pressure P becomes equal to or higher than the set pilot pressure value Pmin at time t1, integration of the integral value A is started. Then, when the integral value A becomes the pushing determination integral value Ac, at time t2, the operation is switched to the low speed-high torque characteristic, and the electric motor torque can be output up to the torque T2 larger than the torque T1. Improved.
次に、図12を用いて、本実施形態の利点を第1の実施形態と比較して説明する。図12は、二つのパターンの旋回パイロット圧P1とP2の時間変化に対して、巻線を切り替えるタイミングを第1の実施形態と第2の実施形態とで比較したものを示している。図12では、実速度NはNmin以下であるとする。 Next, the advantages of this embodiment will be described using FIG. 12 in comparison with the first embodiment. FIG. 12 shows a comparison of the timing for switching the winding between the first embodiment and the second embodiment with respect to temporal changes in the two patterns of the turning pilot pressures P1 and P2. In FIG. 12, it is assumed that the actual speed N is Nmin or less.
図12(A)に示すように、第1実施形態では旋回パイロット圧がPmin以上であれば、保持時間の判定を始めてからのレバーの入れ方に関係なく(符号P1で示すレバーの入れ方の場合も、符号P2で示すレバーの入れ方の場合も)、切り替えタイミングは同じになる。 As shown in FIG. 12 (A), in the first embodiment, if the turning pilot pressure is equal to or higher than Pmin, regardless of how the lever is inserted after the determination of the holding time is started (however the lever shown by P1 is inserted). In this case, the switching timing is also the same).
それに対して、図12(B)に示すように、本実施形態では、積分値Aの計算を始めてからのレバーの入れ方(符号P1で示すレバーの入れ方の場合と、符号P2で示すレバーの入れ方の場合と)により、切り替えまでのタイミングが変わる。符号P1で示す入れ方の場合、切り替えタイミングは時刻tx1となり、符号P2で示す入れ方の場合、切り替えタイミングは時刻tx2となる。 On the other hand, as shown in FIG. 12B, in this embodiment, the lever is inserted after the calculation of the integral value A (in the case of the lever shown by the reference P1 and the lever shown by the reference P2). The timing until switching will vary depending on the case of inserting and). In the case of the insertion indicated by the symbol P1, the switching timing is time tx1, and in the case of the insertion indicated by the symbol P2, the switching timing is time tx2.
レバーを最大まで入力してから弱めた状態を保持する場合は、オペレータの意図する油圧ショベルの動作として、押し当て作業をするのにも大きなトルクを必要としていないと考えられるため、直ぐに巻線を切り替える必要はない。このように本実施形態では、レバー操作に伴うオペレータの意図する油圧ショベルの動作を考慮したうえで巻線を切り替えることができる。 When maintaining the weakened state after inputting the lever to the maximum, it is considered that a large torque is not required for the pushing operation as the operation of the hydraulic excavator intended by the operator. There is no need to switch. As described above, in the present embodiment, the winding can be switched in consideration of the operation of the hydraulic excavator intended by the operator accompanying the lever operation.
以上説明したように、本実施形態によれば、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えて、電動アクチュエータの特性を低速‐高トルク特性とすることができ、押し当て作業時で負荷が大きい場合に、低速‐高トルク特性に切り替えることで、押し当て作業の効率をあげることができる。また、必要のないときは低速‐高トルク特性には切り替えないため、インバータや電動モータの寿命への影響も少ない。 As described above, according to the present embodiment, according to the load applied to the electric actuator, the characteristic of the electric actuator can be changed to the low speed-high torque characteristic by switching to one of the two windings. If the load is large during the pressing operation, the efficiency of the pressing operation can be increased by switching to the low speed-high torque characteristic. In addition, since it is not switched to the low speed-high torque characteristic when it is not necessary, the influence on the life of the inverter and the electric motor is small.
次に、図13を用いて、本発明の第3の実施形態による建設機械の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による建設機械の全体構成は、図1に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の主要電動・油圧機器の構成は、図2に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の電動システムの構成は、図3に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの巻線の構成は、図4に示しものと同様である。さらに、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図5に示したものと同様である。 Next, the configuration and operation of the construction machine according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overall configuration of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. The configuration of the main electric / hydraulic equipment of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Further, the construction of the electric system for the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Further, the configuration of the winding of the electric motor for turning used in the electric system of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Furthermore, the rotational speed torque characteristics of the electric motor for turning used in the electric system for the construction machine according to the present embodiment are the same as those shown in FIG.
図13は、本発明の第3の実施形態による建設機械の電動システムにおける巻線切り替えの動作内容を示すフローチャートである。 FIG. 13: is a flowchart which shows the operation | movement content of the coil switching in the electric system of the construction machine by the 3rd Embodiment of this invention.
本実施形態は、旋回用電動モータに速度を検出できるセンサがない場合の巻線切替方法である。一般的に電動モータにはレゾルバやエンコーダといった磁極位置検出センサが使用される。これらのセンサは磁極を検出するだけでなく、電動モータの速度の検出にも使用される。旋回用電動モータの始動時にはこれらのセンサによりステータに対するロータの磁極位置を検出することで、電動モータを停止状態からでも制御することが可能となる。しかし、これらのセンサを取り付けることは、電動モータの大型化、コストアップなどの影響を生じる。エアコン等の回転を持続させる用途で一般化している、磁極位置センサなしで電動モータを駆動するセンサレス制御の導入も考えられるが、センサレス制御を採用する場合停止状態からの起動時にどのように電動モータの磁極と位置とを検出するかといった検討を必要とする。このような検討課題は、図2に示すような旋回電動モータ25と旋回油圧モータ27の駆動力によって旋回を行う構成の揚合は、以下の方法で解決することができる。旋回始動時は油圧モータのみでトルクを出し、電動モータの速度が磁極位置を検出可能な値まで大きくなったところで、電動モータのセンサレス制御を行い、最終的には油圧モータと電動モータの合計トルクで旋回体を駆動する。
This embodiment is a winding switching method in the case where there is no sensor capable of detecting the speed in the electric motor for turning. Generally, a magnetic pole position detection sensor such as a resolver or an encoder is used for an electric motor. These sensors are used not only to detect the magnetic poles but also to detect the speed of the electric motor. By detecting the magnetic pole position of the rotor with respect to the stator by these sensors when starting the electric motor for turning, the electric motor can be controlled even from a stopped state. However, attaching these sensors has the effect of increasing the size and cost of the electric motor. Although it is possible to introduce sensorless control that drives an electric motor without a magnetic pole position sensor, which is common in applications that maintain the rotation of air conditioners, etc., how to use an electric motor when starting from a stopped state when using sensorless control It is necessary to examine whether to detect the magnetic pole and the position of the magnetic field. Such a problem to be solved can be solved by the following method in the structure in which the turning is performed by the driving force of the turning
図13は、上記構成の建設機械において、押し当て判定時に巻線を切り替える際のフローチャートを示している。本実施形態では、旋回用電動モータの速度の代わりに、油圧モータの入口圧力Pa、出口圧力Pb、押し除け容積qから演算可能な油圧モータのトルクT0を判定に使用する。 FIG. 13 shows a flowchart when the winding is switched at the time of pressing determination in the construction machine having the above configuration. In this embodiment, instead of the speed of the electric motor for rotation, the torque T0 of the hydraulic motor that can be calculated from the inlet pressure Pa, the outlet pressure Pb, and the displacement volume q of the hydraulic motor is used for the determination.
その詳細を図13に示すフローチャートにより説明する。なお、図6と同じステップ番号は、同じ処理内容を示している。本実施形態では、ステップS304及びS305が図6と異なる点である。 Details thereof will be described with reference to a flowchart shown in FIG. Note that the same step numbers as in FIG. 6 indicate the same processing contents. In this embodiment, steps S304 and S305 are different from FIG.
第1の実施形態と同様に、先ずは旋回パイロット圧Pと旋回パイロット圧の判定値Pminが比較される(S103)。旋回パイロット圧によりコントロールバルブが制御され、油圧ポンプから油圧モータへ油が導かれる。 As in the first embodiment, first, the turning pilot pressure P and the turning pilot pressure determination value Pmin are compared (S103). The control valve is controlled by the turning pilot pressure, and oil is guided from the hydraulic pump to the hydraulic motor.
次に、コントローラ80は、ステップS304に移り、電動モニタが磁極位置を検出可能かを判定する。油圧モータにより磁極位置を検出可能な速度まで旋回用電動モータを駆動することができれば、旋回用電動モータのセンサレス制御が可能となり、油圧モータのトルクに通常特性で旋回用電動モータが出すことが可能なトルクを加えることができる。
Next, the
次に、ステップS305に移り計算により求めた油圧モータのトルクT0と、油圧モータの出力可能な最大トルクに近いトルク判定値Tminが比較される。圧モータのトルクT0は、「(Pa−Pb)q/2π」として算出できる。ここで、油圧モータの入口圧力Pa、出口圧力Pb、押し除け容積qである。通常の旋回動作であれば、始動時に大きなトルクが必要となり、旋回体が動き出した後は大きなトルクは必要としない。逆に押し当て作業中で負荷が大きい場合は、旋回操作レバーを操作している間は、油圧モータは最大に近いトルクを出し続けることになる。 In step S305, the torque T0 of the hydraulic motor obtained by calculation is compared with the torque determination value Tmin close to the maximum torque that can be output by the hydraulic motor. The torque T0 of the pressure motor can be calculated as “(Pa−Pb) q / 2π”. Here, the inlet pressure Pa, the outlet pressure Pb, and the displacement volume q of the hydraulic motor. In a normal turning operation, a large torque is required at the time of starting, and a large torque is not required after the turning body starts moving. On the other hand, when the load is large during the pressing operation, the hydraulic motor continues to produce a torque close to the maximum while the turning operation lever is operated.
ステップS303〜ステップS305でYESの条件が全て成立するのは、旋回用電動モータの磁極位置が検出可能な速度で旋回体が駆動できる負荷の押し当て作業時で、かつ旋回用電動モータが通常特性で出すことのできるトルクを出力してもトルクが不足している時である。 The conditions of YES in Steps S303 to S305 are all satisfied during the pressing operation of the load that can drive the turning body at a speed at which the magnetic pole position of the turning electric motor can be detected, and the turning electric motor has normal characteristics. This is when the torque is insufficient even if the torque that can be output is output.
なお、負荷が大きすぎて、旋回体が停止しているような状況では、旋回用電動モータのセンサレス制御が行えないため、本実施形態では巻線を切り替えることはできない。 Note that, in a situation where the load is too large and the turning body is stopped, the sensorless control of the turning electric motor cannot be performed, and therefore the winding cannot be switched in this embodiment.
ステップS305でYESの条件が成立した後は、ステップS306に移り第1実施形態と同様にTimerをカウントアップし、Timerが押し当て判定時間Tc以上となった場合に巻線切替信号をONにして、低速‐高トルク特性に切り替える。最終的に旋回体は油圧モータの出力するトルクに、低速‐高トルク特性で出力可能な旋回用電動モータのトルクを加えることができるため、押し当て作業性が改善される。 After the YES condition is established in step S305, the process proceeds to step S306, and the timer is counted up as in the first embodiment. When the timer is equal to or longer than the pressing determination time Tc, the winding switching signal is turned on. Switch to low speed-high torque characteristics. Finally, the swinging body can apply the torque of the swinging electric motor that can be output with the low speed-high torque characteristic to the torque output by the hydraulic motor, so that the pressing workability is improved.
図6にて説明したように、本実施形態では、旋回パイロット圧Pが旋回パイロット圧の判定値Pmin以上で、かつ油圧モータのトルクT0がトルク判定値Tmin以上の状態が続いた時、押し当て状態でかつ負荷が大きいと判断して、巻線切替信号をONにして自動的に低速‐高トルク特性に切り替えている。 As described with reference to FIG. 6, in this embodiment, when the turning pilot pressure P is equal to or higher than the turning pilot pressure determination value Pmin and the torque T0 of the hydraulic motor is continuously higher than the torque determination value Tmin, the pushing is continued. It is determined that the load is large and the winding switching signal is turned on to automatically switch to the low speed-high torque characteristic.
ここで、旋回パイロット圧Pは、旋回用電動モータ(電動アクチュエータ)に加わる負荷の指令値である。また、油圧モータのトルクT0は、旋回用電動モータ(電動アクチュエータ)に加わる負荷の測定値である。従って、本実施形態では、旋回用電動モータ(電動アクチュエータ)に加わる負荷に応じて、低速‐高トルク特性に切り替えている。 Here, the turning pilot pressure P is a command value of a load applied to the turning electric motor (electric actuator). The torque T0 of the hydraulic motor is a measured value of a load applied to the turning electric motor (electric actuator). Therefore, in the present embodiment, the low speed-high torque characteristic is switched according to the load applied to the turning electric motor (electric actuator).
また、図4にて説明したように、本実施形態では、3相同期電動モータの各相の巻線として、巻線101と巻線102とを備えている。通常特性を得るときは、巻線101からなる第1の系統の巻線を使用する。また、低速‐高トルク特性とするときは、直列接続された巻線101と巻線102とからなる第2の系統の巻線を使用する。 In addition, as described with reference to FIG. 4, in the present embodiment, the winding 101 and the winding 102 are provided as windings for each phase of the three-phase synchronous electric motor. When obtaining the normal characteristics, the first system winding composed of the winding 101 is used. In order to obtain a low speed-high torque characteristic, a second system winding composed of a winding 101 and a winding 102 connected in series is used.
以上のように、本実施形態では、コントローラ80は、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えるようにしている。
As described above, in this embodiment, the
以上説明したように、本実施形態によれば、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えて、電動アクチュエータの特性を低速‐高トルク特性とすることができ、押し当て作業時で負荷が大きい場合に、低速‐高トルク特性に切り替えることで、押し当て作業の効率をあげることができる。また、必要のないときは低速‐高トルク特性には切り替えないため、インバータや電動モータの寿命への影響も少ない。 As described above, according to the present embodiment, according to the load applied to the electric actuator, the characteristic of the electric actuator can be changed to the low speed-high torque characteristic by switching to one of the two windings. If the load is large during the pressing operation, the efficiency of the pressing operation can be increased by switching to the low speed-high torque characteristic. In addition, since it is not switched to the low speed-high torque characteristic when it is not necessary, the influence on the life of the inverter and the electric motor is small.
なお、これまでの実施形態の説明では、押し当て状態を自動的に判定するものとしているが、これ以外に、次のような場合にも、低速高トルクが必要とされる状態と判定することができる。すなわち、例えば、油圧ショベルが斜面に位置しており、アーム・ブームを伸ばした状態で、バケットを斜面の上方に旋回させようとすると、旋回モータの回転速度が小さく、その一方で、大トルクが必要となる。このような場合でも、本実施形態では、自動的にその状態を判定して、低速ー高トルク特性に切り替えることできる。 In the description of the embodiments so far, the pressing state is automatically determined. However, in addition to this, it is determined that the low-speed high torque is required in the following cases. Can do. That is, for example, if the excavator is located on the slope and the arm and boom are extended, and the bucket is swung up the slope, the rotation speed of the turning motor is low, while a large torque is generated. Necessary. Even in such a case, the present embodiment can automatically determine the state and switch to the low speed-high torque characteristic.
次に、図14及び図15を用いて、本発明の各実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの他の巻線の構成について説明する。
図14は、本発明の各実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの他の巻線の構成図である。図15は、本発明の各実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの他の回転数トルク特性の説明図である。
Next, the configuration of another winding of the electric motor for turning used in the electric system for the construction machine according to each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
FIG. 14 is a configuration diagram of another winding of the electric motor for turning used in the electric system of the construction machine according to each embodiment of the present invention. FIG. 15 is an explanatory diagram of another rotational speed torque characteristic of the electric motor for turning used in the electric system of the construction machine according to each embodiment of the present invention.
図4に示したように、3相同期モータである旋回用電動モータ25の巻線は、スター結線されている。図14は、3相のうちの1相分の巻線を示している。1相分の巻線として、固定子巻線101,102,104を備えている。本実施形態では、旋回用電動モータ25は、巻線切り替え機能を備えている。
As shown in FIG. 4, the windings of the
旋回用電動モータ25の各相の固定子巻線は、第1の巻線101と、第2の巻線102と、第3の巻線104とから構成される。第1の巻線101と第2の巻線102と第3の巻線104は直列に接続され、さらに第2の巻線102にはリレー103が並列に接続され、第3の巻線104にはリレー105が並列に接続されている。リレー103,105にはノーマルクローズ型(B接点)を使用する。
The stator winding of each phase of the turning
図3に示したコントローラ80の巻線切替信号201,201AがOFFの場合はリレー103,105は導通状態となり、第1の巻線101にのみ電流が流れることになる。
When the winding
この状態の旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図15に符号Aで示す通常特性となり、通常の旋回作業で使用する。通常特性の回転トルク特性では、大きな慣性を有する旋回体を駆動するために、低速域でのトルクを大きくし、ある速度域以降では定出力特性(トルクと速度の積が一定)になるようにトルクを減少させる。低速域でトルクが制限されているのは、過剰な電流が流れて旋回用電動モータやインバータが損傷するのを防ぐためである。なお、回転数の制限は、速度の上昇に伴う旋回用電動モータの逆起電力の大きさによって決まる。 The rotational speed torque characteristic of the electric motor for turning in this state is a normal characteristic indicated by a symbol A in FIG. 15 and is used in normal turning work. In the normal torque torque characteristics, the torque in the low speed range is increased to drive a revolving body with large inertia, and the constant output characteristics (the product of torque and speed are constant) after a certain speed range. Reduce torque. The reason why the torque is limited in the low speed range is to prevent damage to the turning electric motor and the inverter due to excessive current flowing. The rotational speed limit is determined by the magnitude of the counter electromotive force of the turning electric motor as the speed increases.
一方、巻線切替信号201がONの場合はリレー103は非導通状態となり、第1の巻線101と第2の巻線102は直列に接続され、巻線数が増えることになるため、旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図15に符号Bで示す低速‐高トルク特性になる。低速‐高トルク特性では、符号Aで示す通常特性に比べて、低速時のトルクが高トルクとなっている。その一方で、高回転側の回転数は低く抑えられている。
On the other hand, when the winding
さらに、巻線切替信号201と巻線切替信号201Aが共にONの場合はリレー103,105は共に非導通状態となり、第1の巻線101と第2の巻線102と第3の巻線104は直列に接続され、巻線数が増えることになるため、旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図15に符号Cで示す低速‐高トルク特性になる。符号Cの低速‐高トルク特性では、符号Bで示す低速ー高トルク特性に比べて、更に、低速時のトルクが高トルクとなっている。その一方で、高回転側の回転数は低く抑えられている。
Further, when both the winding
なお、これまでの各実施形態では、オペレータの旋回レバー操作により自動的に巻線を切り替えていた。しかしながら、図2に示すように手動で巻線切替信号201をON/OFFするスイッチ203を設け、それによりオペレータの好きな時に特性を切り替えることができるような構成することもできる。オペレータとしては、自動的に低速高トルクが欲しい状態を自動的に判定されるよりは、自分の判定に基づいて低速高トルクが欲しいときに、スイッチ203を切り替えられるようにする。
In each of the embodiments so far, the winding is automatically switched by the operator's operation of the turning lever. However, as shown in FIG. 2, it is also possible to provide a
このとき、低速‐高トルク特牲に切り替わった場合は、切り替わったことをモニタ202で視覚的に、もしくはブザーなどの音で聴覚的にオペレータに知らせるようにしても良い。
At this time, when switching to the low speed-high torque characteristic, the operator may be notified visually by the
次に、図16を用いて、本発明の他の実施形態による建設機械の構成及び動作について説明する。ここでは、建設機械として、ホイールローダを例にとって説明する。なお、本実施形態による建設機械の主要電動・油圧機器の構成は、図2に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の電動システムの構成は、図3に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの巻線の構成は、図4に示しものと同様である。さらに、本実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図5に示したものと同様である。 Next, the configuration and operation of a construction machine according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, a wheel loader will be described as an example of the construction machine. The configuration of the main electric / hydraulic equipment of the construction machine according to this embodiment is the same as that shown in FIG. Further, the construction of the electric system for the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Further, the configuration of the winding of the electric motor for turning used in the electric system of the construction machine according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Furthermore, the rotational speed torque characteristics of the electric motor for turning used in the electric system for the construction machine according to the present embodiment are the same as those shown in FIG.
図16は、本発明の他の実施形態による建設機械の全体構成を示すシステム構成図である。 FIG. 16 is a system configuration diagram showing the overall configuration of a construction machine according to another embodiment of the present invention.
前述の例では、油圧ショベルに本発明を適用していたが、本発明は、油圧ショベル以外の旋回体を有する建設・作業機械全般に対して適用が可能である。例えば、後側フレーム300aに設けた走行用電動モータ301aを使用したホイールローダーについても、本発明を適用することが可能である。
In the above-described example, the present invention is applied to the hydraulic excavator. However, the present invention can be applied to all construction and work machines having a swiveling body other than the hydraulic excavator. For example, the present invention can also be applied to a wheel loader using a traveling electric motor 301a provided on the
ホイールローダでは、低速で高トルクが必要な場合として、コンバインストール状態の場合がある。ホイールローダを前進させ、バケットを土砂等に突入させると、走行モータ301の回転数は小さくなり、その一方で、必要トルクが大きくなる。このときも、図6にて説明したように、走行モータのパイロット圧Pが判定値Pmin以上で、かつ実速度Nが0に近い速度の判定値Nmin以下の状態が続くので、このとき、コンバインストール状態と判断して、巻線切替信号をONにして自動的に低速‐高トルク特性に切り替える。 In a wheel loader, there is a case of a convert installed state as a case where high torque is required at low speed. When the wheel loader is advanced and the bucket is plunged into earth or sand, the rotational speed of the traveling motor 301 decreases, while the required torque increases. At this time, as described with reference to FIG. 6, since the pilot pressure P of the traveling motor is equal to or higher than the determination value Pmin and the actual speed N is equal to or lower than the determination value Nmin of the speed close to 0, Judging the installation state, the winding switching signal is turned ON to automatically switch to the low speed-high torque characteristic.
以上説明したように、本実施形態によれば、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えて、電動アクチュエータの特性を低速‐高トルク特性とすることができ、低速で負荷が大きい場合に、低速‐高トルク特性に切り替えることで、作業の効率をあげることができる。また、必要のないときは低速‐高トルク特性には切り替えないため、インバータや電動モータの寿命への影響も少ない。なお、上述の例では後側フレーム300aに走行用電動モータ301aを設けたホイールローダで説明したが、後側フレーム300aに設けた走行用電動モータ301aに替えて、前側フレーム300bに設けた走行用電動モータ301bとしたホイールローダとしても良い。
As described above, according to the present embodiment, according to the load applied to the electric actuator, the characteristic of the electric actuator can be changed to the low speed-high torque characteristic by switching to one of the two windings. If the load is low and the load is large, the efficiency of work can be improved by switching to the low speed-high torque characteristic. In addition, since it is not switched to the low speed-high torque characteristic when it is not necessary, the influence on the life of the inverter and the electric motor is small. In the above-described example, the wheel loader provided with the traveling electric motor 301a in the
次に、図17及び図18を用いて、本発明の各実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータのその他の巻線の構成について説明する。
図17は、本発明の各実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータのその他の巻線の構成図である。図18は、本発明の各実施形態による建設機械の電動システムに用いる旋回用電動モータのその他の回転数トルク特性の説明図である。
Next, the configuration of other windings of the electric motor for turning used in the electric system for the construction machine according to each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
FIG. 17 is a configuration diagram of other windings of the electric motor for turning used in the electric system of the construction machine according to each embodiment of the present invention. FIG. 18 is an explanatory diagram of other rotational speed torque characteristics of the electric motor for turning used in the electric system for the construction machine according to each embodiment of the present invention.
図4に示したように、3相同期モータである旋回用電動モータ25の巻線は、スター結線されている。図17は、3相のうちの1相分の巻線を示している。1相分の巻線として、固定子巻線101,102,106を備えている。本実施形態では、旋回用電動モータは、巻線切り替え機能を備えている。
As shown in FIG. 4, the windings of the
旋回用電動モータの各相の固定子巻線は、第1の巻線101と、第2の巻線102と、第3の巻線106とから構成される。第1の巻線101と第2の巻線102とは直列に接続され、第1の巻線101と第3の巻線106は並列に接続されている。さらに第2の巻線102にはリレー103が並列に接続され、第3の巻線106にはリレー107が直列に接続されている。リレー103にはノーマルクローズ型(B接点)を使用する。リレー107には、ノーマルオープン型を使用する。
The stator winding of each phase of the electric motor for rotation is composed of a first winding 101, a second winding 102, and a third winding 106. The first winding 101 and the second winding 102 are connected in series, and the first winding 101 and the third winding 106 are connected in parallel. Further, a
図17に示したコントローラ80の巻線切替信号201,201BがOFFの場合はリレー103,リレー107は導通状態となり、第1の巻線101にのみ電流が流れることになる。
When the winding
この状態の旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図18に符号Aで示す通常特性となり、通常の旋回作業で使用する。通常特性の回転トルク特性では、大きな慣性を有する旋回体を駆動するために、低速域でのトルクを大きくし、ある速度域以降では定出力特性(トルクと速度の積が一定)になるようにトルクを減少させる。低速域でトルクが制限されているのは、過剰な電流が流れて電動モータやインバータが損傷するのを防ぐためである。なお、回転数の制限は、速度の上昇に伴う電動モータの逆起電力の大きさによって決まる。 The rotational speed torque characteristic of the electric motor for turning in this state is a normal characteristic indicated by a symbol A in FIG. 18, and is used in normal turning work. In the normal torque torque characteristics, the torque in the low speed range is increased to drive a revolving body with large inertia, and the constant output characteristics (the product of torque and speed are constant) after a certain speed range. Reduce torque. The reason why the torque is limited in the low speed region is to prevent the electric motor and the inverter from being damaged due to excessive current flowing. The limitation on the rotational speed is determined by the magnitude of the back electromotive force of the electric motor accompanying the increase in speed.
一方、巻線切替信号201がONの場合はリレー103は非導通状態となり、第1の巻線101と第2の巻線102は直列に接続され、巻線数が増えることになるため、旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図18に符号Bで示す低速‐高トルク特性になる。低速‐高トルク特性では、符号Aで示す通常特性に比べて、低速時のトルクが高トルクとなっている。その一方で、高回転側の回転数は低く抑えられている。
On the other hand, when the winding
さらに、巻線切替信号201がOFFで、巻線切替信号201BがONの場合はリレー103が導通で、リレー107も導通状態となり、第1の巻線101に第3の巻線106は並列に接続され、巻線数が減ることになるため、旋回用電動モータの回転数トルク特性は、図18に符号Dで示す高速‐低トルク特性になる。符号Dの高速‐低トルク特性では、符号Aで示す通常特性に比べて、更に、高回転が可能となるが、低速時のトルクが低トルクとなっている。
Further, when the winding
ホイールローダでは、2種類のモータ(走行用の高速型のモータと、作業用の低速高トルクのモータ)を備える場合がある。この場合は二台以上搭載するための車体スペースが必要となる。 A wheel loader may include two types of motors (a high-speed motor for traveling and a low-speed high-torque motor for work). In this case, a vehicle space for mounting two or more units is required.
それに対して、本実施形態では、一台の電動モータの巻線を切り替えるだけで良いので、車体スペースを節約できる。 On the other hand, in this embodiment, it is only necessary to switch the windings of one electric motor, so that the vehicle space can be saved.
以上説明したように、本実施形態によれば、電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、二系統の巻線の内の一つに切り替えて、電動アクチュエータの特性を低速‐高トルク特性とすることができ、低速で負荷が大きい場合に、低速‐高トルク特性に切り替えることで、作業の効率をあげることができる。また、必要のないときは低速‐高トルク特性には切り替えないため、インバータや電動モータの寿命への影響も少ない。 As described above, according to the present embodiment, according to the load applied to the electric actuator, the characteristic of the electric actuator can be changed to the low speed-high torque characteristic by switching to one of the two windings. If the load is low and the load is large, the efficiency of work can be improved by switching to the low speed-high torque characteristic. In addition, since it is not switched to the low speed-high torque characteristic when it is not necessary, the influence on the life of the inverter and the electric motor is small.
また、一台のモータで兼用でき、車体スペースを節約できる。
In addition, it can be shared with a single motor, saving vehicle space.
10…下部走行体
11…クローラ
12…クローラフレーム
13…右走行用油圧モータ
14…左走行用油圧モータ
20…上部旋回体
21…旋回フレーム
22…エンジン
23…アシスト発電モータ
24…電気二重層キャパシタ
25…旋回電動モータ
25A…回転速度検出手段
26…減速機
27…旋回油圧モータ
30…フロント装置
31…ブーム
32…ブームシリンタ
33…アーム
34…アームシリンダ
35…バケット
36…バケットシリンダ
40…油圧システム
41…油圧ポンプ
42…コントロールバルブ
43…油圧配管
51…チョッパ
52…旋回電動モータ用インバータ
53…アシスト発電モータ用インバータ
54…平滑コンデンサ
55…パワーコントロールユニット
56…メインコンタクタ
57…メインリレー
58…突入電流防止回路
75…電気→油圧信号変換デバイス
77…油圧−電気信号変換デバイス
79…パイロット圧信号遮断弁
80…コントローラ(旋回モード切り替え手段)
90…旋回操作レバー
92…ロックレバー
101,102,104,106…巻線
103,105,107…巻線切替用リレー
201…巻線切替信号
202…モニタ
203…巻線切替スイッチ
301…ホイールローダーの走行モータ
DESCRIPTION OF
90 ... Turning
Claims (6)
前記電動アクチュエータに設けた巻線は、少なくとも二系統以上の巻線を有し、
前記電動アクチュエータに加わる負荷に応じて、前記二系統以上の巻線の内の一つに切り替える巻線切替部を備えることを特徴とする建設機械。 A construction machine having an electric actuator for driving a driven body by electric drive,
The winding provided in the electric actuator has at least two or more windings,
A construction machine comprising a winding switching unit that switches to one of the two or more windings according to a load applied to the electric actuator.
前記二系統以上の巻線のうち、第2の系統の巻線は、第1の系統の巻線に比べて巻線数が多く、前記巻線切替部により第2の系統の巻線に切り替えられたときは、第1の巻線に切り替えられた時の、前記電動アクチュエータの回転速度−トルク特性に対して、低速ー高トルクの特性となることを特徴とする建設機械。 The construction machine according to claim 1,
Of the two or more windings, the second winding has a larger number of windings than the first winding, and is switched to the second winding by the winding switching unit. A construction machine characterized in that when it is switched to the first winding, it has a low speed-high torque characteristic with respect to the rotational speed-torque characteristic of the electric actuator.
前記電動アクチュエータは、三相交流電動モータであり、
3相の各相を構成する巻線は、第1の巻線と第2の巻線とを有し、
前記第1の巻線単独で、前記第1の系統の巻線を構成し、
前記第1の巻線と前記第2の巻線が直列接続されて、前記第2の系統の巻線を構成することを特徴とする建設機械。 The construction machine according to claim 2,
The electric actuator is a three-phase AC electric motor,
The windings that make up each of the three phases have a first winding and a second winding,
The first winding alone constitutes the winding of the first system,
The construction machine, wherein the first winding and the second winding are connected in series to form a winding of the second system.
前記負荷として旋回パイロット圧と前記電動アクチュエータの回転速度の大きさにより、前記旋回体の一部を作業対象に押し当てる押し当て作業状態と判定したときに、前記状態の保持時間により、前記二系統の巻線の内、前記電動アクチュエータの巻線を、高トルクを出力することのできる系統に切り替えることを特徴とする建設機械。 In the construction machine in any one of Claims 1-3,
When it is determined that the load is a pressing work state in which a part of the swiveling body is pressed against a work object based on the turning pilot pressure and the rotation speed of the electric actuator as the load, the two systems A construction machine characterized by switching the winding of the electric actuator to a system capable of outputting a high torque.
前記負荷として前記旋回パイロット圧と前記電動アクチュエータの回転速度の大きさにより、前記旋回体の一部を作業対象に押し当てる押し当て作業状態と判定したときに、前記旋回パイロット圧の時間積分値により、前記二系統の巻線の内、前記電動アクチュエータの巻線を、高トルクを出力することのできる系統に切り替えることを特徴とする建設機械。 In the construction machine in any one of Claims 1-3,
Based on the time integral value of the swing pilot pressure when it is determined that the load is a pressing work state in which a part of the swing body is pressed against a work target based on the swing pilot pressure and the rotation speed of the electric actuator as the load. The construction machine is characterized in that the winding of the electric actuator among the two windings is switched to a system capable of outputting a high torque.
前記電動アクチュエータに加えて、油圧駆動により前記旋回体を旋回駆動する油圧アクチュエータを備え、前記電動アクチュエータが磁極位置検出センサを備えていない場合において、負荷として前記旋回パイロット圧と前記油圧アクチュエータの入口、出口の圧力差から求められる油圧トルクの大きさにより、前記旋回体の一部を作業対象に押し当てる押し当て作業状態と判定したときに、前記二系統の巻線の内、前記電動アクチュエータの巻線を、高トルクを出力することのできる系統に切り替えることを特徴とする建設機械。 In the construction machine in any one of Claims 1-3,
In addition to the electric actuator, a hydraulic actuator that drives the swing body to rotate by hydraulic drive, and when the electric actuator does not include a magnetic pole position detection sensor, the swing pilot pressure and the inlet of the hydraulic actuator as a load, When it is determined that a pressing work state in which a part of the swivel body is pressed against the work object, based on the magnitude of the hydraulic torque obtained from the pressure difference at the outlet, the winding of the electric actuator among the two systems of windings is determined. A construction machine characterized by switching a line to a system capable of outputting high torque.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014176243A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | Work machine and generator |
WO2016163458A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | 株式会社デンソー | Electromotive power-generator device |
WO2016163459A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | 株式会社デンソー | Electrical motor device |
JP2017047778A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | Electric power steering apparatus |
JP2017047777A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | Electric power steering apparatus |
JP2017066820A (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | コベルコ建機株式会社 | Turning control device of hybrid construction machine |
CN108708423A (en) * | 2018-05-25 | 2018-10-26 | 太原理工大学 | A kind of multi executors circuit of liquid electricity combination drive |
WO2023037515A1 (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-16 | 日本電気株式会社 | Contact determination device, contact determination system, contact determination method, and program |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6226195U (en) * | 1986-06-09 | 1987-02-17 | ||
JPH04105587A (en) * | 1990-08-24 | 1992-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Stator winding switching method for ac motor |
JPH0522990A (en) * | 1991-07-05 | 1993-01-29 | Fanuc Ltd | Winding switching driving system for induction motor |
JPH10126993A (en) * | 1996-10-21 | 1998-05-15 | Yaskawa Electric Corp | Switching device of winding for motor in machine tool |
JP3942948B2 (en) * | 2002-05-09 | 2007-07-11 | 株式会社神戸製鋼所 | Swing control device for work machine |
JP2009052339A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Toshiba Mach Co Ltd | Operation control method of hybrid type working machine and working machine using the same method |
JP2012154024A (en) * | 2011-01-21 | 2012-08-16 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Construction machine with revolving body |
-
2012
- 2012-09-18 JP JP2012204938A patent/JP5808300B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6226195U (en) * | 1986-06-09 | 1987-02-17 | ||
JPH04105587A (en) * | 1990-08-24 | 1992-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Stator winding switching method for ac motor |
JPH0522990A (en) * | 1991-07-05 | 1993-01-29 | Fanuc Ltd | Winding switching driving system for induction motor |
JPH10126993A (en) * | 1996-10-21 | 1998-05-15 | Yaskawa Electric Corp | Switching device of winding for motor in machine tool |
JP3942948B2 (en) * | 2002-05-09 | 2007-07-11 | 株式会社神戸製鋼所 | Swing control device for work machine |
JP2009052339A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Toshiba Mach Co Ltd | Operation control method of hybrid type working machine and working machine using the same method |
JP2012154024A (en) * | 2011-01-21 | 2012-08-16 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Construction machine with revolving body |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014176243A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | Work machine and generator |
CN107531232A (en) * | 2015-04-07 | 2018-01-02 | 株式会社电装 | Electronic device |
CN107531232B (en) * | 2015-04-07 | 2020-01-07 | 株式会社电装 | Motor device |
JP2016201860A (en) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 株式会社デンソー | Motor generator apparatus |
JP2016201861A (en) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 株式会社デンソー | Motor device |
CN107534409B (en) * | 2015-04-07 | 2020-03-03 | 株式会社电装 | Motor generator device |
WO2016163459A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | 株式会社デンソー | Electrical motor device |
WO2016163458A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | 株式会社デンソー | Electromotive power-generator device |
CN107534409A (en) * | 2015-04-07 | 2018-01-02 | 株式会社电装 | Motor/generator unit |
JP2017047777A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | Electric power steering apparatus |
JP2017047778A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | Electric power steering apparatus |
JP2017066820A (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | コベルコ建機株式会社 | Turning control device of hybrid construction machine |
CN108708423A (en) * | 2018-05-25 | 2018-10-26 | 太原理工大学 | A kind of multi executors circuit of liquid electricity combination drive |
CN108708423B (en) * | 2018-05-25 | 2020-07-21 | 太原理工大学 | Many executor return circuits of hybrid drive |
WO2023037515A1 (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-16 | 日本電気株式会社 | Contact determination device, contact determination system, contact determination method, and program |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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