JP2016156129A

JP2016156129A - Driving device and construction machine

Info

Publication number: JP2016156129A
Application number: JP2015032502A
Authority: JP
Inventors: 圭介西谷; Keisuke Nishitani; 憲夫齋藤; Norio Saito
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JP6656810B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving device and a construction machine the operability of which can be improved even if a hydraulic motor and a rotary electromotor are used concurrently.SOLUTION: The driving device according to an embodiment comprises: a hydraulic motor and a rotary electromotor; a control part; an operation part; a rotary position detection part; and an inclination angle detection part. The hydraulic motor and the rotary electromotor drive a driven body to swivel. The control part performs drive control of the hydraulic motor and the rotary electromotor. The operation body outputs a rotational speed signal to the control part and drives the driven body to swivel at a rotational speed which is based on the rotational speed signal. The rotary position detection part detects the rotary position of the driven body. The inclination angle detection part detects the inclination angle and an inclination direction of the driven body. The control part performs the drive control of the rotary electromotor based on the detection result of the rotary position detection part and the inclination angle detection part.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明の実施形態は、駆動装置および建設機械に関する。 Embodiments described herein relate generally to a drive device and a construction machine.

従来から、建設機械、例えば、油圧ショベルの上部旋回体を旋回させるための駆動源として、油圧モータと電動モータとを備えたいわゆるハイブリッド型の駆動装置を用いることが知られている。この種の駆動装置は、例えば、上部旋回体を旋回させる際、油圧モータと回転電動機との両者を、操作信号に基づく出力で駆動させ、油圧モータと回転電動機とで出力トルクを補いながら所定の旋回速度まで速やかに到達させることができる。また、上部旋回体の制動時には、回転電動機を回生発電させることで、電力の消費を極力抑えることができるようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, it is known to use a so-called hybrid drive device including a hydraulic motor and an electric motor as a drive source for turning an upper swing body of a construction machine, for example, a hydraulic excavator. This type of drive device, for example, when turning the upper swing body, drives both the hydraulic motor and the rotary electric motor with an output based on the operation signal, and compensates for the output torque with the hydraulic motor and the rotary electric motor. The turning speed can be quickly reached. In addition, during braking of the upper-part turning body, power consumption can be suppressed as much as possible by regenerative power generation of the rotary motor.

ここで、建設機械が傾斜地に停止した状態で上部旋回体を旋回駆動させる場合、アームが下死点側から上死点側へと移動する振り上げ動作と、アームが上死点側から下死点側へと移動する振り下げ動作の２つの動作になる。振り下げ動作の場合、アームの重力が上部旋回体の旋回方向と同じ方向に作用することになるので、ハイブリッド型の駆動装置を用いると、回転電動機の駆動力も加わって操作信号に基づく回転角速度よりも速い速度で上部旋回体が駆動してしまう。このため、傾斜地において振り上げ動作を行う場合と振り下げ動作を行う場合、同じ旋回速度の操作信号を出力させてもそれぞれ上部旋回体が異なる速度で駆動し、操作感が悪くなる可能性があった。 Here, when the upper revolving unit is driven to rotate while the construction machine is stopped on an inclined ground, the arm moves up from the bottom dead center side to the top dead center side, and the arm moves from the top dead center side to the bottom dead center. There are two operations, a swing-down operation that moves to the side. In the swing-down operation, the gravity of the arm acts in the same direction as the turning direction of the upper swing body. Therefore, when a hybrid type drive device is used, the driving force of the rotary motor is added and the rotational angular velocity based on the operation signal is applied. The upper revolving unit will be driven at a faster speed. For this reason, when performing a swing-up operation and a swing-down operation on an inclined ground, even if an operation signal with the same turning speed is output, the upper turning body may be driven at different speeds, and the operation feeling may deteriorate. .

また、ハイブリッド型の駆動装置において、建設機械が傾斜地に停止した状態でオペレータの操作に基づいて回転電動機のパーキングブレーキが解除になった瞬間、油圧モータに作用する油圧のみで上部旋回体の回転を阻止する形になる。このため、油圧モータの能力によっては上部旋回体を支持しきれずに、上部旋回体が下死点側へとずり落ちてしまい、操作感が悪くなる可能性があった。 Further, in the hybrid type driving device, the upper revolving body is rotated only by the hydraulic pressure acting on the hydraulic motor at the moment when the parking brake of the rotary motor is released based on the operation of the operator while the construction machine is stopped on the slope. It becomes a form to stop. For this reason, depending on the capability of the hydraulic motor, the upper swing body cannot be supported, and the upper swing body slides down to the bottom dead center side, which may deteriorate the operational feeling.

特開２００８−６３８８８号公報JP 2008-63888 A

本発明が解決しようとする課題は、油圧モータと回転電動機を併用した場合であっても、操作性を向上できる駆動装置および建設機械を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a drive device and a construction machine that can improve operability even when a hydraulic motor and a rotary electric motor are used together.

実施形態の駆動装置は、油圧モータおよび回転電動機と、制御部と、操作部と、回転位置検出部と、傾斜角検出部と、を持つ。油圧モータおよび回転電動機は、被駆動体を旋回駆動させる。制御部は、油圧モータおよび回転電動機の駆動制御を行う。操作部は、制御部に回転速度信号を出力し、回転速度信号に基づく回転速度で被駆動体を旋回駆動させる。回転位置検出部は、被駆動体の回転位置を検出する。傾斜角検出部は、被駆動体の傾斜角度および傾斜方向を検出する。そして、制御部は、回転位置検出部および傾斜角検出部の検出結果に基づいて、回転電動機の駆動制御を行う。 The drive device of the embodiment includes a hydraulic motor and a rotary electric motor, a control unit, an operation unit, a rotational position detection unit, and an inclination angle detection unit. The hydraulic motor and the rotary electric motor drive the driven body to turn. The control unit performs drive control of the hydraulic motor and the rotary motor. The operation unit outputs a rotation speed signal to the control unit and drives the driven body to turn at a rotation speed based on the rotation speed signal. The rotational position detector detects the rotational position of the driven body. The tilt angle detection unit detects the tilt angle and tilt direction of the driven body. And a control part performs drive control of a rotary electric motor based on the detection result of a rotation position detection part and an inclination angle detection part.

実施形態の油圧ショベルを示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the hydraulic shovel of embodiment. 実施形態の油圧ショベルを示す上面図。A top view showing a hydraulic excavator of an embodiment. 実施形態の駆動装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the drive device of embodiment. 実施形態の傾斜地に油圧ショベルが停止した状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state which the hydraulic excavator stopped on the sloping ground of embodiment. 実施形態の傾斜地駆動時の駆動装置の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of the drive device at the time of the sloping ground drive of embodiment.

以下、実施形態の駆動装置および建設機械を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a drive device and a construction machine according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図１は、油圧ショベル１００の概略構成図である。図２は、油圧ショベル１００の上面図である。なお、以下の説明において、前後上下左右等の向きは、油圧ショベル１００の向きと同一とする。すなわち、以下の説明では、油圧ショベル１００の進行方向前方を単に前方と称し、油圧ショベル１００の進行方向後方を単に後方と称し、重力方向上側を単に上側と称し、重力方向下側を単に下側と称し、前方を向いて車幅方向右側を単に右側と称し、車幅方向左側を単に左側と称して説明する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydraulic excavator 100. FIG. 2 is a top view of the excavator 100. In the following description, the directions such as front and rear, up and down, left and right are the same as the directions of the excavator 100. That is, in the following description, the forward direction of the excavator 100 is simply referred to as the front, the backward direction of the excavator 100 is simply referred to as the rear, the upper side in the gravity direction is simply referred to as the upper side, and the lower side in the gravity direction is simply the lower side. The front side in the vehicle width direction is simply referred to as the right side, and the left side in the vehicle width direction is simply referred to as the left side.

図１、図２に示すように、建設機械である油圧ショベル１００は、下部走行体１０１の上に上部旋回体１０２が旋回自在に設けられている。この上部旋回体１０２は、油圧ショベル１００に設けられた駆動装置１（図３参照）によって、下部走行体１０１に対して旋回駆動される。 As shown in FIGS. 1 and 2, a hydraulic excavator 100 that is a construction machine is provided with an upper swinging body 102 that is turnable on a lower traveling body 101. The upper turning body 102 is driven to turn relative to the lower traveling body 101 by the drive device 1 (see FIG. 3) provided in the excavator 100.

上部旋回体１０２には、前方左側にキャブ１０３が設けられていると共に、前方中央部にブーム１０４が俯仰可能に設けられている。また、ブーム１０４の先端に、アーム１０５が上下回動自在に設けられている。さらに、アーム１０５の先端に、バケット１０６が設けられている。 The upper swing body 102 is provided with a cab 103 on the left side of the front, and a boom 104 is provided at the center of the front so as to be lifted. Further, an arm 105 is provided at the tip of the boom 104 so as to be rotatable up and down. Further, a bucket 106 is provided at the tip of the arm 105.

また、キャブ１０３の前方左側には、ジャイロセンサ１１０が取り付けられている。換言すれば、上部旋回体１０２において、旋回中心Ｃ１から最大限離間した位置にジャイロセンサ１１０が取り付けられている。ジャイロセンサ１１０は、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向、旋回位置および回転角速度を検出可能なセンサである。なお、傾斜方向とは、傾斜の上り方向または下り方向をいう。 A gyro sensor 110 is attached to the front left side of the cab 103. In other words, the gyro sensor 110 is attached to the upper turning body 102 at a position that is farthest from the turning center C1. The gyro sensor 110 is a sensor that can detect the inclination angle, the inclination direction, the turning position, and the rotational angular velocity of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102). Note that the inclination direction means an upward or downward direction of inclination.

図３は、駆動装置１の概略構成図である。
同図に示すように、駆動装置１は、上部旋回体１０２を旋回駆動するための旋回用油圧モータ２および回転電動機３と、旋回用油圧モータ２を駆動するための旋回用油圧ポンプ４と、回転電動機３に電力を供給する蓄電装置（バッテリ）５と、上部旋回体１０２を操作するための操作部６と、回転電動機３や旋回用油圧ポンプ４の駆動制御を行う制御装置７と、ジャイロセンサ１１０と、を主構成としている。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the driving device 1.
As shown in the figure, the driving device 1 includes a turning hydraulic motor 2 and a rotary electric motor 3 for driving the upper turning body 102 to turn, a turning hydraulic pump 4 for driving the turning hydraulic motor 2, A power storage device (battery) 5 for supplying electric power to the rotary electric motor 3, an operation unit 6 for operating the upper swing body 102, a control device 7 for controlling the drive of the rotary electric motor 3 and the hydraulic pump for rotation 4, a gyro The sensor 110 is the main component.

旋回用油圧ポンプ４には、原動機（エンジン）８の出力軸８ａが連結されている。原動機８は、軽油等の化石燃料を消費して回転駆動力を発生するものである。
旋回用油圧ポンプ４は、旋回用油圧モータ２を駆動するために、この旋回用油圧モータ２に圧油を供給するための斜板式可変容量型の油圧ポンプである。なお、斜板式可変容量型の油圧ポンプは、内部に、斜板とポンプ軸の回転に連動して往復運動するピストン（何れも不図示）とを有している。そして、斜板の傾斜角度によってピストンのストローク量を変化させ、圧油の吐出流量が調整できるようになっている。 An output shaft 8 a of a prime mover (engine) 8 is connected to the turning hydraulic pump 4. The prime mover 8 consumes fossil fuel such as light oil and generates rotational driving force.
The turning hydraulic pump 4 is a swash plate type variable displacement hydraulic pump for supplying pressure oil to the turning hydraulic motor 2 in order to drive the turning hydraulic motor 2. The swash plate type variable displacement hydraulic pump has therein a swash plate and a piston (none of which is not shown) that reciprocates in conjunction with the rotation of the pump shaft. And the stroke amount of a piston is changed with the inclination angle of a swash plate, and the discharge flow rate of a pressure oil can be adjusted now.

旋回用油圧ポンプ４には、押しのけ容積を制御する旋回ポンプ制御部９が接続されている。旋回ポンプ制御部９は、圧油信号ラインＬ１を介して制御装置７に接続されている。
また、旋回用油圧ポンプ４の吐出側ラインＬ２には、この吐出側ラインＬ２の圧力を検出する油／電変換器１０が設けられている。この油／電変換器１０は、電気信号ラインＬ３を介して制御装置７に接続されている。そして、制御装置７に、油／電変換器１０の信号が出力されるようになっている。 The turning hydraulic pump 4 is connected to a turning pump control unit 9 that controls the displacement volume. The rotary pump control unit 9 is connected to the control device 7 via the pressure oil signal line L1.
An oil / electric converter 10 for detecting the pressure of the discharge side line L2 is provided in the discharge side line L2 of the turning hydraulic pump 4. The oil / electric converter 10 is connected to the control device 7 through an electric signal line L3. And the signal of the oil / electricity converter 10 is output to the control apparatus 7.

さらに、旋回用油圧ポンプ４には、吐出側ラインＬ２を介して上部旋回体１０２の旋回用の切換制御弁１１が接続されている。この切換制御弁１１には、操作部６からの操作圧信号Ｓ２，Ｓ３が付与されている。また、操作部６は、電気信号ラインＬ４を介して制御装置７に接続されている。そして、操作部６は、切換制御弁１１への操作圧信号Ｓ２，Ｓ３の他に、制御装置７に操作信号（回転速度信号および旋回信号）を出力している。 Further, a turning control valve 11 for turning the upper turning body 102 is connected to the turning hydraulic pump 4 via a discharge side line L2. Operation pressure signals S2 and S3 from the operation unit 6 are given to the switching control valve 11. The operation unit 6 is connected to the control device 7 via an electric signal line L4. The operation unit 6 outputs operation signals (rotation speed signal and turning signal) to the control device 7 in addition to the operation pressure signals S2 and S3 to the switching control valve 11.

また、旋回用油圧ポンプ４には、吐出側ラインＬ２、切換制御弁１１を介して旋回モータユニット１２が接続されている。この旋回モータユニット１２に、旋回用油圧モータ２が設けられている。旋回モータユニット１２は、旋回用油圧モータ２の他に、一対のリリーフ弁１３と、チェック弁１４と、連通弁１５とを備えている。これら一対のリリーフ弁１３、チェック弁１４および連通弁１５は、旋回用油圧モータ２と切換制御弁１１との間に配置されている。 Further, a turning motor unit 12 is connected to the turning hydraulic pump 4 via a discharge side line L2 and a switching control valve 11. The turning motor unit 12 is provided with a turning hydraulic motor 2. In addition to the turning hydraulic motor 2, the turning motor unit 12 includes a pair of relief valves 13, a check valve 14, and a communication valve 15. The pair of relief valve 13, check valve 14 and communication valve 15 are arranged between the turning hydraulic motor 2 and the switching control valve 11.

一対のリリーフ弁１３は、旋回用油圧モータ２の過度の圧力上昇を防止するための安全弁として機能するものであって、旋回用油圧モータ２の駆動状態および制動状態の何れの場合も作動しない。なお、リリーフ弁１３のリリーフ設定圧は、駆動状態における旋回用油圧モータ２の目標圧力よりも高い圧力に設定されている。 The pair of relief valves 13 functions as a safety valve for preventing an excessive increase in pressure of the turning hydraulic motor 2, and does not operate in either the driving state or the braking state of the turning hydraulic motor 2. The relief set pressure of the relief valve 13 is set to a pressure higher than the target pressure of the turning hydraulic motor 2 in the drive state.

連通弁１５は、電気信号ラインＬ５を介して制御装置７に接続されている。そして、連通弁１５は、制御装置７からの出力信号に基づいて、旋回用油圧モータ２をループ回路とし、この旋回用油圧モータ２を自由回転させる。例えば、上部旋回体１０２の加速時には、連通弁１５は作動しない。これに対し、上部旋回体１０２の制動時に連通弁１５を作動させ、旋回用油圧モータ２を自由回転させる。これにより、旋回用油圧モータ２に発生するブレーキトルクを最小限とし、上部旋回体１０２による旋回エネルギーを効率よく回生して蓄電装置５に蓄電させる。 The communication valve 15 is connected to the control device 7 via an electric signal line L5. The communication valve 15 uses the turning hydraulic motor 2 as a loop circuit based on an output signal from the control device 7 and freely rotates the turning hydraulic motor 2. For example, when the upper swing body 102 is accelerated, the communication valve 15 does not operate. On the other hand, the communication valve 15 is operated when the upper swing body 102 is braked, and the swing hydraulic motor 2 is freely rotated. Thereby, the brake torque generated in the turning hydraulic motor 2 is minimized, and the turning energy by the upper turning body 102 is efficiently regenerated and stored in the power storage device 5.

旋回用油圧モータ２の出力軸２ａには、上部旋回体１０２が接続されていると共に、回転電動機３が同軸状に設けられている。回転電動機３は、旋回用油圧モータ２の駆動を補助するためのものであって、出力軸２ａに回転力を付与する。回転電動機３には、モータ制御部（インバータ）１６が接続されている。モータ制御部１６は、電気信号ラインＬ６を介して制御装置７に接続されている。
また、モータ制御部１６に、蓄電装置５が接続されている。そして、モータ制御部１６は、蓄電装置５の電力を所定のタイミングで回転電動機３に供給することにより、回転電動機３の駆動を制御する。 An upper turning body 102 is connected to the output shaft 2 a of the turning hydraulic motor 2, and the rotary electric motor 3 is coaxially provided. The rotary electric motor 3 is for assisting the drive of the turning hydraulic motor 2, and applies a rotational force to the output shaft 2a. A motor control unit (inverter) 16 is connected to the rotary motor 3. The motor control unit 16 is connected to the control device 7 via an electric signal line L6.
In addition, the power storage device 5 is connected to the motor control unit 16. And the motor control part 16 controls the drive of the rotary electric motor 3 by supplying the electric power of the electrical storage apparatus 5 to the rotary electric motor 3 at a predetermined timing.

さらに、駆動装置１には、出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転位置、回転角速度を検出する角速度センサ１７が設けられている。角速度センサ１７は、例えばレゾルバからなり、電気信号ラインＬ７を介してモータ制御部１６に接続されている。そして、角速度センサ１７により検出された出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転位置、回転角速度の情報は、信号としてモータ制御部１６に出力される。 Further, the drive device 1 is provided with an angular velocity sensor 17 for detecting the rotational position and the rotational angular velocity of the output shaft 2a (upper swinging body 102). The angular velocity sensor 17 is formed of, for example, a resolver, and is connected to the motor control unit 16 via an electric signal line L7. Information on the rotational position and rotational angular velocity of the output shaft 2a (upper turning body 102) detected by the angular velocity sensor 17 is output as a signal to the motor control unit 16.

また、制御装置７には、電気信号ラインＬ８を介してジャイロセンサ１１０が接続されている。ジャイロセンサ１１０により検出されたキャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向、旋回位置および回転角速度の情報は、信号として制御装置７に出力される。
制御装置７は、ジャイロセンサ１１０からの出力信号に基づいて、モータ制御部１６に駆動トルク指令信号を出力する。モータ制御部１６は、制御装置７から出力される駆動トルク指令信号、および角速度センサ１７からの出力信号に基づいて、回転電動機３の駆動制御を行う。 Moreover, the gyro sensor 110 is connected to the control apparatus 7 via the electric signal line L8. Information on the inclination angle, inclination direction, turning position, and rotational angular velocity of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102) detected by the gyro sensor 110 is output to the control device 7 as a signal.
The control device 7 outputs a drive torque command signal to the motor control unit 16 based on the output signal from the gyro sensor 110. The motor control unit 16 performs drive control of the rotary motor 3 based on the drive torque command signal output from the control device 7 and the output signal from the angular velocity sensor 17.

なお、ジャイロセンサ１１０により検出されるキャブ１０３（上部旋回体１０２）の旋回位置および回転角速度の情報は、角速度センサ１７が何らかの事情で動作不良になった場合のバックアップ用としても用いられる。すなわち、通常は、角速度センサ１７により検出された出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転位置、回転角速度の情報に基づいて、回転電動機３の駆動制御を行う。 Note that the information on the turning position and the rotational angular velocity of the cab 103 (upper turning body 102) detected by the gyro sensor 110 is also used for backup when the angular velocity sensor 17 malfunctions for some reason. That is, normally, drive control of the rotary electric motor 3 is performed based on the rotational position and rotational angular velocity information of the output shaft 2a (upper turning body 102) detected by the angular velocity sensor 17.

なお、角速度センサ１７をモータ制御部１６に接続させず、制御装置７に電気的に接続させてもよい。そして、角速度センサ１７により検出された出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転位置、回転角速度の情報を、信号として制御装置７に出力するように構成してもよい。この場合、制御装置７は、ジャイロセンサ１１０からの出力信号、および角速度センサ１７からの出力信号に基づいて、モータ制御部１６に駆動トルク指令信号を出力する。 The angular velocity sensor 17 may be electrically connected to the control device 7 without being connected to the motor control unit 16. Then, the rotational position and rotational angular velocity information of the output shaft 2a (upper turning body 102) detected by the angular velocity sensor 17 may be output to the control device 7 as a signal. In this case, the control device 7 outputs a drive torque command signal to the motor control unit 16 based on the output signal from the gyro sensor 110 and the output signal from the angular velocity sensor 17.

次に、上部旋回体１０２の通常駆動について、より具体的に説明する。
なお、通常駆動とは、油圧ショベル１００の走路が傾斜しておらず、平坦な走路上に油圧ショベル１００が位置している場合の上部旋回体１０２の旋回駆動をいう。
まず、オペレータによる操作部６への入力が無い場合、制御装置７により旋回用油圧ポンプ４の容積は、ゼロ近傍に制御される。 Next, the normal driving of the upper swing body 102 will be described more specifically.
Note that the normal drive refers to a turning drive of the upper swing body 102 when the excavator 100 is not inclined and the excavator 100 is positioned on a flat runway.
First, when there is no input to the operation unit 6 by the operator, the volume of the turning hydraulic pump 4 is controlled by the control device 7 to near zero.

一方、オペレータによる操作部６への入力があると、駆動装置１は駆動状態となる。このとき、操作部６から操作方向（操作レバーの方向）に応じた操作信号（回転速度信号および旋回信号）が出力され、この出力信号に基づき、切換制御弁１１が切換る。そして、旋回用油圧ポンプ４と旋回モータユニット１２とが吐出側ラインＬ２を介して開通する。これと同時に、制御装置７は、油／電変換器１０により検出される圧力が所定の圧力となるように、旋回ポンプ制御部９に信号を出力する。この信号に基づいて、旋回ポンプ制御部９は、旋回用油圧ポンプ４の容積を制御する。そして、旋回用油圧ポンプ４から圧油を供給された旋回用油圧モータ２が、旋回トルクを出力する。 On the other hand, when there is an input to the operation unit 6 by the operator, the driving device 1 is in a driving state. At this time, an operation signal (rotation speed signal and turning signal) corresponding to the operation direction (direction of the operation lever) is output from the operation unit 6, and the switching control valve 11 is switched based on this output signal. Then, the turning hydraulic pump 4 and the turning motor unit 12 are opened via the discharge side line L2. At the same time, the control device 7 outputs a signal to the swing pump control unit 9 so that the pressure detected by the oil / electric converter 10 becomes a predetermined pressure. Based on this signal, the swing pump controller 9 controls the volume of the swing hydraulic pump 4. Then, the turning hydraulic motor 2 supplied with the pressure oil from the turning hydraulic pump 4 outputs the turning torque.

また、制御装置７は、オペレータによる操作部６への入力があると、操作部６の操作信号に基づいて、モータ制御部１６に駆動トルク指令信号を出力する。この駆動トルク指令信号に基づいて、モータ制御部１６により回転電動機３が駆動され、旋回トルクを出力する。そして、これら旋回用油圧モータ２による旋回トルクと回転電動機３による旋回トルクとを合算した合算トルクにより、上部旋回体１０２が所望の回転角速度で旋回する。 Further, when there is an input to the operation unit 6 by the operator, the control device 7 outputs a drive torque command signal to the motor control unit 16 based on the operation signal of the operation unit 6. Based on the drive torque command signal, the motor control unit 16 drives the rotary motor 3 to output a turning torque. Then, the upper turning body 102 turns at a desired rotational angular velocity by the combined torque obtained by adding the turning torque by the turning hydraulic motor 2 and the turning torque by the rotary electric motor 3.

一方、オペレータにより操作部６への入力が解除されると、駆動装置１は制動状態になる。このとき、切換制御弁１１は中立位置に戻り、この切換制御弁１１によって、吐出側ラインＬ２が遮断される。これと同時に、制御装置７は、旋回ポンプ制御部９に信号を出力する。この信号に基づいて、旋回ポンプ制御部９は、旋回用油圧ポンプ４の容積がゼロ近傍になるように制御する。また、制御装置７は、連通弁１５に信号を出力してこの連通弁１５を作動させる。そして、旋回用油圧モータ２に発生するブレーキトルクを最小限とする。 On the other hand, when the input to the operation unit 6 is canceled by the operator, the drive device 1 enters a braking state. At this time, the switching control valve 11 returns to the neutral position, and the switching control valve 11 blocks the discharge side line L2. At the same time, the control device 7 outputs a signal to the swing pump control unit 9. Based on this signal, the swing pump control unit 9 controls the volume of the swing hydraulic pump 4 to be close to zero. Further, the control device 7 outputs a signal to the communication valve 15 to operate the communication valve 15. Then, the brake torque generated in the turning hydraulic motor 2 is minimized.

また、制御装置７には、上部旋回体１０２の制動時に効率よく回生させるための最低回転速度閾値が記憶されている。上部旋回体１０２の回転角速度が、最低回転速度閾値以上の場合に、上部旋回体１０２による旋回エネルギーを回生させる。このように、連通弁１５を作動させて旋回用油圧モータ２に発生するブレーキトルクを最小限とすると共に、上部旋回体１０２の回転角速度が最低回転速度閾値以上の場合に上部旋回体１０２による旋回エネルギーを回生させることで、効率よく蓄電装置５に蓄電させることができる。 Further, the control device 7 stores a minimum rotation speed threshold value for efficiently regenerating the upper swing body 102 during braking. When the rotational angular velocity of the upper swing body 102 is equal to or higher than the minimum rotation speed threshold, the swing energy by the upper swing body 102 is regenerated. In this way, the communication valve 15 is operated to minimize the brake torque generated in the turning hydraulic motor 2, and the turning by the upper turning body 102 when the rotational angular velocity of the upper turning body 102 is equal to or higher than the minimum rotation speed threshold. By regenerating energy, the power storage device 5 can efficiently store power.

次に、図４、図５に基づいて、油圧ショベル１００が傾斜地Ｋに位置している場合における上部旋回体１０２の駆動（以下、単に傾斜地駆動という）について説明する。
図４は、傾斜地Ｋに油圧ショベル１００が停止した状態の説明図である。図５は、傾斜地駆動時の駆動装置１の動作を示すフローチャートである。 Next, based on FIGS. 4 and 5, driving of the upper swing body 102 when the excavator 100 is located on the slope K (hereinafter simply referred to as slope driving) will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a state where the excavator 100 is stopped on the slope K. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the driving device 1 at the time of slope driving.

図４に示すように、傾斜地Ｋに油圧ショベル１００が停止した状態で、かつキャブ１０３の向きが最大傾斜線ＬＫに対して交差する方向に向いている場合、ここから上部旋回体１０２を左側に向かって旋回させようとすると（図４における矢印Ｙ１参照）、振り下げ旋回動作となる。一方、上部旋回体１０２を右側に向かって旋回させようとすると（図４における矢印Ｙ２参照）、振り上げ旋回動作となる。なお、最大傾斜線ＬＫとは、傾斜地Ｋにおいて、最も傾斜勾配が大きくなる直線をいう。
ここで、駆動装置１には、ジャイロセンサ１１０が設けられている。このため、駆動装置１の制御装置７（図３参照）は、ジャイロセンサ１１０から出力されるキャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向の情報に基づいて、回転電動機３の駆動制御を行う。 As shown in FIG. 4, when the excavator 100 is stopped on the slope K and when the direction of the cab 103 is in a direction intersecting the maximum slope line LK, the upper swing body 102 is moved to the left side from here. If it tries to make it turn toward (refer arrow Y1 in FIG. 4), it will be swing-down turning operation | movement. On the other hand, when the upper swing body 102 is swung toward the right side (see arrow Y2 in FIG. 4), a swing-up swivel operation is performed. Note that the maximum inclination line LK is a straight line having the largest inclination gradient in the inclined ground K.
Here, the drive device 1 is provided with a gyro sensor 110. For this reason, the control device 7 (see FIG. 3) of the driving device 1 rotates based on the information on the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102) output from the gyro sensor 110. Drive control of the electric motor 3 is performed.

すなわち、図５に示すように、操作部６への入力があると（操作部６から信号が出力されると；ステップＳＴ１０）、ジャイロセンサ１１０からの検出結果によりキャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）が傾斜しているか否かの判断を行う（ステップＳＴ２０）。
ステップＳＴ２０による判断が「Ｙｅｓ」、つまり、キャブ１０３が傾斜している場合、上部旋回体１０２の旋回動作が、振り下げ旋回動作か否かの判断を行う（ステップＳＴ３０）。ここで、振り下げ旋回動作か否かの判断は、ジャイロセンサ１１０により検出された傾斜方向と、キャブ１０３（上部旋回体１０２）の向きと、操作部６から出力される操作信号（上部旋回体１０２を旋回させようとしている方向）と、に基づいて行われる。 That is, as shown in FIG. 5, when there is an input to the operation unit 6 (when a signal is output from the operation unit 6; step ST10), the cab 103 (the lower traveling body 101, the lower traveling body 101, when a signal is output from the gyro sensor 110). It is determined whether or not the upper swing body 102) is inclined (step ST20).
If the determination in step ST20 is “Yes”, that is, if the cab 103 is inclined, it is determined whether or not the turning operation of the upper turning body 102 is a swing-down turning operation (step ST30). Here, whether or not the swing-down operation is a swing-down operation is determined by the inclination direction detected by the gyro sensor 110, the direction of the cab 103 (upper swing body 102), and the operation signal (upper swing body) output from the operation unit 6. In the direction in which the user is going to turn 102).

ステップＳＴ３０による判断が「Ｙｅｓ」、つまり、上部旋回体１０２の旋回動作が、振り下げ旋回動作である場合、操作部６からの操作信号に基づく回転角速度よりも出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度が速く、かつ出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度が最低回転速度閾値以上（所定速度以上）であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ４０）。
ステップＳＴ４０による判断が「Ｙｅｓ」、つまり、出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度が、操作部６からの操作信号に基づく回転角速度よりも速く、かつ最低回転速度閾値以上（所定速度以上）である場合、上部旋回体１０２による旋回エネルギーを回生させる（ステップＳＴ５０）。
また、この回生動作によるフリクションにより、旋回用油圧モータ２と協働して、操作部６による操作信号に基づく角速度よりも速い角速度で上部旋回体１０２が旋回してしまうことが防止される。 When the determination in step ST30 is “Yes”, that is, when the turning motion of the upper swing body 102 is a swinging swing motion, the output shaft 2a (upper swing body 102) is more than the rotational angular velocity based on the operation signal from the operation unit 6. It is determined whether or not the rotation angular velocity of the output shaft 2a (upper turning body 102) is greater than or equal to the minimum rotation velocity threshold (predetermined velocity or more) (step ST40).
The determination in step ST40 is “Yes”, that is, the rotational angular velocity of the output shaft 2a (upper turning body 102) is faster than the rotational angular velocity based on the operation signal from the operation unit 6, and is equal to or greater than the minimum rotational velocity threshold (above a predetermined velocity). ), The turning energy by the upper turning body 102 is regenerated (step ST50).
Further, the friction due to the regenerative operation prevents the upper swing body 102 from turning at an angular velocity faster than the angular velocity based on the operation signal from the operation unit 6 in cooperation with the turning hydraulic motor 2.

一方、ステップＳＴ４０による判断が「Ｎｏ」、つまり、出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度が、操作部６からの操作信号に基づく回転角速度と同等またはそれ以下で、かつ最低回転速度閾値（所定速度）よりも遅い場合、回転電動機３を停止させて自由回転させる（ステップＳＴ６０）。これにより、上部旋回体１０２の振り下げ旋回動作の開始時に、回転電動機３が駆動して出力軸２ａに余計な回転力を付与してしまうことが防止される。 On the other hand, the determination in step ST40 is “No”, that is, the rotation angular velocity of the output shaft 2a (upper turning body 102) is equal to or less than the rotation angular velocity based on the operation signal from the operation unit 6, and the minimum rotation speed threshold value. When it is slower than (predetermined speed), the rotary electric motor 3 is stopped and freely rotated (step ST60). This prevents the rotating electric motor 3 from being driven and applying an extra rotational force to the output shaft 2a at the start of the swing-down turning operation of the upper turning body 102.

また、ステップＳＴ２０による判断が「Ｎｏ」、つまり、平坦な走路に油圧ショベル１００が停止している場合、およびステップＳＴ３０による判断が「Ｎｏ」、つまり、傾斜地Ｋにおいて、振り上げ旋回動作を行う場合、回転電動機３は、通常駆動を行う（ステップＳＴ７０）。 Further, when the determination in step ST20 is “No”, that is, when the excavator 100 is stopped on a flat running path, and when the determination in step ST30 is “No”, that is, when the swing-up turning operation is performed on the slope K, The rotary motor 3 performs normal driving (step ST70).

このように、上述の実施形態では、駆動装置１は、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向を検出可能なジャイロセンサ１１０を持つ。そして、このジャイロセンサ１１０の検出結果と、角速度センサ１７により検出されたキャブ１０３（上部旋回体１０２）の回転位置とに基づいて、上部旋回体１０２の旋回動作が振り下げ旋回動作か振り上げ旋回動作かを判断している。さらに、この判断結果に基づいて、回転電動機３の駆動制御を行っている。このため、傾斜地Ｋにおいて操作部６から同じ旋回速度の操作信号を出力させた場合、上部旋回体１０２の旋回動作が振り下げ旋回動作か否かに関わらず、旋回速度を安定させることができる。よって、油圧ショベル１００の操作性を向上させることができる。 Thus, in the above-described embodiment, the driving device 1 has the gyro sensor 110 that can detect the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper swing body 102). Based on the detection result of the gyro sensor 110 and the rotational position of the cab 103 (upper turning body 102) detected by the angular velocity sensor 17, the turning action of the upper turning body 102 is a swinging turning action or a swinging turning action. Judgment. Furthermore, drive control of the rotary motor 3 is performed based on the determination result. For this reason, when the operation signal of the same turning speed is output from the operation unit 6 on the slope K, the turning speed can be stabilized regardless of whether or not the turning action of the upper turning body 102 is the swing-down turning action. Therefore, the operability of the excavator 100 can be improved.

また、駆動装置１は、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向の判断に加え、操作部６からの操作信号に基づく回転角速度よりも出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度と、実際の上部旋回体１０２の回転角速度（旋回速度）との差に応じて回転電動機３の駆動制御を行っている。
より具体的には、駆動装置１は、上部旋回体１０２が振り下げ旋回動作を行う場合、操作部６からの操作信号に基づく回転角速度よりも出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度が速く、かつ出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度が最低回転速度閾値以上（所定速度以上）である場合、回転電動機３を回生発電させている。このため、無駄な電力を浪費せず、効率よく回生発電を行うことができる。 Further, the driving device 1 determines the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102), and outputs the output shaft 2a (upper turning) from the rotational angular velocity based on the operation signal from the operation unit 6. The drive control of the rotary motor 3 is performed in accordance with the difference between the rotational angular velocity of the body 102) and the actual rotational angular velocity (swivel speed) of the upper swing body 102.
More specifically, in the driving device 1, when the upper swing body 102 performs the swing-down swing operation, the rotational angular velocity of the output shaft 2 a (upper swing body 102) is higher than the rotational angular velocity based on the operation signal from the operation unit 6. When it is fast and the rotational angular speed of the output shaft 2a (upper turning body 102) is equal to or higher than the minimum rotational speed threshold value (predetermined speed or higher), the rotary motor 3 is regeneratively generated. Therefore, regenerative power generation can be performed efficiently without wasting unnecessary power.

さらに、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向を検出するセンサとして、ジャイロセンサ１１０を用いている。ジャイロセンサ１１０は、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向を検出できる他に、キャブ１０３（上部旋回体１０２）の旋回位置および回転角速度を検出することができる。このため、ジャイロセンサ１１０により検出されるキャブ１０３（上部旋回体１０２）の旋回位置および回転角速度の情報は、角速度センサ１７が何らかの事情で動作不良になった場合のバックアップ用として用いることができる。よって、駆動装置１の信頼性を向上させることができる。 Further, a gyro sensor 110 is used as a sensor for detecting the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102). The gyro sensor 110 can detect the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102), and can detect the turning position and the rotational angular velocity of the cab 103 (the upper turning body 102). . For this reason, the information on the turning position and the rotational angular velocity of the cab 103 (upper turning body 102) detected by the gyro sensor 110 can be used as a backup when the angular velocity sensor 17 malfunctions for some reason. Therefore, the reliability of the drive device 1 can be improved.

また、上部旋回体１０２において、旋回中心から最大限離間した位置にジャイロセンサ１１０が取り付けられている。このため、ジャイロセンサ１１０により検出されるキャブ１０３（上部旋回体１０２）の旋回位置および回転角速度の情報の精度をできる限り向上させることが可能になる。 In the upper swing body 102, the gyro sensor 110 is attached at a position farthest from the swing center. For this reason, it becomes possible to improve the accuracy of the information on the turning position and the rotational angular velocity of the cab 103 (upper turning body 102) detected by the gyro sensor 110 as much as possible.

なお、上述の実施形態では、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向を検出するセンサとして、ジャイロセンサ１１０を用いた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ジャイロセンサ１１０とは別のセンサ（例えば、単なる角度センサ）を用いて、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向を検出するように構成してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the gyro sensor 110 is used as the sensor that detects the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper swing body 102) has been described. However, the present invention is not limited to this, and the inclination angle and inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102) are detected using a sensor (for example, a simple angle sensor) different from the gyro sensor 110. You may comprise.

また、上述の実施形態では、操作部６からの操作信号に基づく回転角速度よりも出力軸２ａ（上部旋回体１０２）の回転角速度と、実際の上部旋回体１０２の回転角速度（旋回速度）との差に応じて回転電動機３の駆動制御を行っている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、単に、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向と、キャブ１０３（上部旋回体１０２）の旋回位置とに基づいて、回転電動機３の駆動制御を行ってもよい。
この場合、上部旋回体１０２の旋回動作が、振り下げ旋回動作である場合には、回転電動機３を停止させ、振り上げ旋回動作である場合には、回転電動機３を駆動させるように制御を行えばよい。このように制御した場合であっても、振り下げ旋回動作時に回転電動機３が駆動してしまうことがないので、傾斜地Ｋにおける油圧ショベル１００の操作性を向上できる。 In the above-described embodiment, the rotational angular velocity of the output shaft 2a (upper swinging body 102) and the actual rotational angular velocity (swinging speed) of the upper swinging body 102 are larger than the rotational angular speed based on the operation signal from the operation unit 6. The case where the drive control of the rotary motor 3 is performed according to the difference has been described. However, the present invention is not limited to this, and the rotation is simply based on the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102) and the turning position of the cab 103 (the upper turning body 102). The drive control of the electric motor 3 may be performed.
In this case, if the swing operation of the upper swing body 102 is a swing-down swing operation, the rotary motor 3 is stopped, and if the swing operation is a swing-up swing operation, the rotary motor 3 is driven. Good. Even in such a case, since the rotary electric motor 3 is not driven during the swing-down turning operation, the operability of the excavator 100 on the slope K can be improved.

さらに、上述の実施形態では、油圧ショベル１００に駆動装置１を搭載し、この駆動装置１により上部旋回体１０２を旋回駆動させる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、旋回駆動させる被駆動体を有し、走行可能なさまざまな機械に駆動装置１を適用することが可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the drive device 1 is mounted on the excavator 100 and the upper swing body 102 is driven to rotate by the drive device 1 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the drive device 1 can be applied to various machines that have a driven body that is driven to turn and can travel.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、駆動装置１に、キャブ１０３（下部走行体１０１、上部旋回体１０２）の傾斜角度、傾斜方向を検出可能なジャイロセンサ１１０を設け、このジャイロセンサ１１０の検出結果と、角速度センサ１７により検出されたキャブ１０３（上部旋回体１０２）の回転位置とに基づいて、上部旋回体１０２の旋回動作が振り下げ旋回動作か振り上げ旋回動作かを判断できる。そして、この判断結果に基づいて、回転電動機３の駆動制御を行うことにより、油圧ショベル１００の操作性を向上できる。 According to at least one embodiment described above, the drive device 1 is provided with the gyro sensor 110 capable of detecting the inclination angle and the inclination direction of the cab 103 (the lower traveling body 101 and the upper turning body 102). And the rotation position of the cab 103 (upper turning body 102) detected by the angular velocity sensor 17 can determine whether the turning action of the upper turning body 102 is a swing-down turning action or a swing-up turning action. Then, the operability of the excavator 100 can be improved by performing drive control of the rotary electric motor 3 based on this determination result.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１…駆動装置、２…旋回用油圧モータ（油圧モータ）、３…回転電動機、６…操作部、７…制御装置（制御部）、１７…角速度センサ、１００…油圧ショベル、１０２…上部旋回体、１１０…ジャイロセンサ、Ｃ１…旋回中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drive device, 2 ... Turning hydraulic motor (hydraulic motor), 3 ... Rotary electric motor, 6 ... Operation part, 7 ... Control apparatus (control part), 17 ... Angular velocity sensor, 100 ... Hydraulic excavator, 102 ... Upper turning body , 110: Gyro sensor, C1: Turning center

Claims

A hydraulic motor and a rotary motor for driving the driven body to rotate, and
A control unit that performs drive control of the hydraulic motor and the rotary motor;
An operation unit for outputting a rotation speed signal to the control unit, and driving the driven body to turn at a rotation speed based on the rotation speed signal;
A rotational position detector for detecting a rotational position of the driven body;
An inclination angle detector for detecting an inclination angle and an inclination direction of the driven body;
With
The said control part is a drive device which performs drive control of the said rotary electric motor based on the detection result of the said rotation position detection part and the said inclination-angle detection part.

The said control part further performs drive control of the said rotary motor according to the difference of the said rotational speed based on the said rotational speed signal of the said operation part, and the actual turning speed of the said to-be-driven body. Drive device.

3. The drive device according to claim 2, wherein the control unit regeneratively generates power when the rotation speed of the driven body is higher than a predetermined value by the rotation speed based on the rotation speed signal of the operation unit.

The drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotation position detection unit and the inclination angle detection unit include gyro sensors.

The drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotational position detection unit and the inclination angle detection unit are provided at positions that are spaced apart from the turning center of the driven body to the maximum extent.

A drive device according to any one of claims 1 to 5, comprising:
The driven body is a construction machine that is an upper swing body.