JP2016173001A - Construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は旋回用電動機を備える建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine including a turning electric motor.
三相モータで旋回体を旋回させる建設機械が知られている（特許文献１参照。）。 A construction machine that turns a turning body with a three-phase motor is known (see Patent Document 1).
しかしながら、上述の建設機械は、旋回トルク発生中に旋回体が旋回しないときに三相電流のそれぞれが変化せずアンバランスな発熱を継続させてしまう。 However, the above-described construction machine continues unbalanced heat generation without changing each of the three-phase currents when the turning body does not turn during the generation of turning torque.
上述に鑑み、旋回トルク発生中に旋回体が旋回しないときの旋回用電動機におけるアンバランスな発熱を解消できる建設機械を提供することが望まれる。 In view of the above, it is desirable to provide a construction machine that can eliminate unbalanced heat generation in the electric motor for turning when the turning body does not turn during generation of turning torque.
本発明の実施例に係る建設機械は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、三相交流を用いて前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、前記旋回用電動機の回転を減速する旋回減速機と、前記旋回用電動機の動作状態を検出する動作状態検出装置と、前記旋回用電動機を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、旋回操作に基づく指令とは別の指令を生成して前記旋回用電動機を所定角度だけ回転させる。 A construction machine according to an embodiment of the present invention includes a lower traveling body, an upper revolving body that is turnably mounted on the lower traveling body, and a turning electric motor that drives the upper revolving body to turn using a three-phase alternating current. A turning speed reducer that decelerates the rotation of the turning electric motor, an operation state detecting device that detects an operating state of the turning electric motor, and a control device that controls the turning electric motor, the control device comprising: Then, a command different from the command based on the turning operation is generated to rotate the turning electric motor by a predetermined angle.
上述の手段により、旋回トルク発生中に旋回体が旋回しないときの旋回用電動機におけるアンバランスな発熱を解消できる建設機械が提供される。 By the above-described means, a construction machine is provided that can eliminate unbalanced heat generation in the electric motor for turning when the turning body does not turn during generation of turning torque.
図１は本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
FIG. 1 is a side view of an excavator as a construction machine according to an embodiment of the present invention. An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling
傾斜センサＭ１は、ショベルの機体の傾斜を検出するセンサであり、例えば、２軸傾斜（加速度）センサである。 The tilt sensor M1 is a sensor that detects the tilt of the excavator body, and is, for example, a biaxial tilt (acceleration) sensor.
図２は図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the shovel shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a thin solid line.
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。
An engine 11 as a mechanical drive unit and a
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。
The
電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂには、レゾルバ２２、及び旋回減速機２４が接続される。旋回減速機２４の出力軸２４Ａにはメカニカルブレーキ２３が接続される。旋回用電動機２１と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回減速機２４とにより、負荷駆動系として旋回駆動装置４０が構成される。ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３が上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。なお、電流計２１Ａは、旋回用電動機２１を流れる電流を検出する装置であり、制御弁２３Ａは、パイロットポンプ１５の吐出圧を用いるメカニカルブレーキ２３の作動・解除を切り替える電磁弁である。
A power storage system (power storage device) 120 including a capacitor as a power storage is connected to the
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
The
コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行する。
The
コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される旋回レバー信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される旋回レバー信号は、上部旋回体３を旋回させるために操作装置２６の１つである旋回レバーを操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
The
また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、蓄電系１２０の昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタの充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、蓄電系１２０の昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切り替え制御を行い、これによりキャパシタの充放電制御を行う。
Further, the
上述のような構成のショベルによる作業では、上部旋回体３を旋回駆動するために、インバータ２０を介して供給される電力により旋回用電動機２１が駆動される。旋回用電動機２１の出力軸２１ｂの回転力は、旋回減速機２４を介して出力軸４０Ａに伝達される。
In the work by the excavator having the above-described configuration, the turning
図３は旋回駆動装置４０の構成を示すブロック図である。上述のように、旋回駆動装置４０は、駆動源としての三相交流モータである旋回用電動機２１を含む。旋回用電動機２１の出力軸側には旋回減速機２４として遊星減速機が接続される。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
旋回減速機２４は、１段目の旋回減速機２４−１と２段目の旋回減速機２４−２とを含む。２段目の旋回減速機２４−２はメカニカルブレーキ２３（ディスクブレーキ）を間に挟んで１段目の旋回減速機２４−１に組み付けられる。
The
１段目の旋回減速機２４−１の出力軸にはメカニカルブレーキ２３としてのディスクブレーキが設けられ且つ２段目の旋回減速機２４−２の入力軸に結合される。２段目の旋回減速機２４−２の出力軸は、旋回駆動装置４０の出力軸４０Ａとなる。出力軸４０Ａに結合される出力ギアは旋回機構２のリングギアに接続され、出力軸４０Ａの回転力により旋回機構２が駆動される。なお、旋回減速機２４は１段構成であってもよい。
A disc brake as a
次に、コントローラ３０による旋回用電動機２１の制御について説明する。図４は、コントローラ３０の構成例を示すブロック図である。
Next, control of the turning
コントローラ３０は、操作内容検出装置５０、動作状態検出装置５１、及び傾斜検出装置５２の出力を受けて各種演算を実行し、その演算結果に基づく各種指令を旋回制御装置５５、警告装置５６、ブレーキ制御装置５７等に対して出力する。
The
操作内容検出装置５０は操作者によるショベルに対する操作内容を検出する装置である。操作内容検出装置５０は、例えば、圧力センサ２９であり、旋回レバーの操作内容を検出する。
The operation
動作状態検出装置５１は旋回用電動機２１の動作状態を検出する装置である。動作状態検出装置５１は、例えば、レゾルバ２２であり、旋回用電動機２１の回転状態を検出する。また、動作状態検出装置５１は電流計２１Ａであってもよい。また、旋回制御装置５５に対して出力した指令値に基づいて旋回用電動機２１の動作状態を検出してもよい。
The operation
傾斜検出装置５２はショベルの機体の傾斜を検出する装置である。傾斜検出装置５２は、例えば、傾斜センサＭ１である。なお、傾斜検出装置５２は、機体の傾斜を検出できるのであればどのような手段であってもよい。
The
旋回制御装置５５は旋回用電動機２１の動きを制御する装置である。旋回制御装置５５は、例えば、インバータ２０であり、コントローラ３０からの旋回指令（例えば、速度指令、トルク指令、電流指令等）に応じて旋回用電動機２１を回転させる。
The turning
警告装置５６はショベルの操作者に警告を与える装置である。警告装置５６は、例えば、車載スピーカ、車載警告灯、車載ディスプレイ等であり、コントローラ３０からの警告指令に応じて警告を出力する。
The
ブレーキ制御装置５７は旋回ブレーキを制御する装置である。ブレーキ制御装置５７は、例えば、制御弁２３Ａであり、コントローラ３０からのブレーキ指令に応じてメカニカルブレーキ２３を作動させる。
The
また、コントローラ３０は、旋回制御部３１、過熱保護部３２、アンバランス判定部３３、及びアンバランス解消部３４を機能要素として含む。
The
旋回制御部３１は旋回用電動機２１の動きを制御する機能要素である。旋回制御部３１は、例えば、旋回操作に基づく旋回指令を旋回制御装置５５に対して出力する。具体的には、圧力センサ２９が検出する旋回レバーの操作量に応じてインバータ２０に対する電流指令の大きさを決定する。
The turning
過熱保護部３２は旋回用電動機２１の過熱を防止する機能要素である。過熱保護部３２は、例えば、電流計２１Ａの出力に基づいて三相電流のそれぞれを継続的に積算し、それらの積算値の何れかが所定値を上回った場合に旋回用電動機２１を強制的に停止させる。また、三相電流のそれぞれの積算値の間に所定値以上の差が生じた場合に旋回用電動機２１を強制停止させてもよい。この構成により、過熱保護部３２は、旋回用電動機２１がロックした場合には、ロックしていない場合に比べ、旋回用電動機２１をより早期に強制停止させる。旋回用電動機２１がロックした場合、三相電流のうちの一相の積算値が他の二相の積算値よりも早く増加し、その一相に関する発熱が他の二相に関する発熱よりも大きくなるためである。なお、過熱保護部３２は、旋回用電動機２１を強制的に停止させるときにブレーキ制御装置５７に対してブレーキ指令を出力し、メカニカルブレーキ２３を作動させてもよい。
The
アンバランス判定部３３は旋回用電動機２１のアンバランス状態を解消する必要があるかを判定し、必要に応じてアンバランス状態を解消する機能要素である。アンバランス状態は、三相電流のそれぞれの変動が小さいまま維持されてアンバランスな発熱を引き起こしている状態であり、例えば、三相電流のそれぞれが直流電流となっている状態を含む。
The
アンバランス判定部３３は、ショベルの動作状態を監視し、所定の条件が満たされたと判定した場合に旋回用電動機２１のアンバランス状態を解消する必要があると判定する。例えば、旋回用電動機２１の動作状態を監視し、旋回トルク発生中に上部旋回体３が旋回しない状態を検知した場合にアンバランス状態が発生したと判定する。そして、そのアンバランス状態が所定時間に亘って継続していると判定した場合にアンバランス状態を解消する必要があると判定する。
The
具体的には、アンバランス判定部３３は、零速サーボ状態が所定時間に亘って継続していると判定した場合にアンバランス状態を解消する必要があると判定する。零速サーボ状態は、旋回レバーが中立位置にあるときに、外力が回転させようとしている旋回用電動機２１のモータ回転速度がゼロになるように逆向きのモータトルクを発生させている状態をいう。この状態は、旋回指令が出ているにもかかわらずモータ位置が変化しない状態に含まれる。
Specifically, the
この場合、アンバランス判定部３３は、例えば、圧力センサ２９及び電流計２１Ａの出力に基づいて零速サーボ状態が所定時間に亘って継続したか否かを判定してもよい。具体的には、アンバランス判定部３３は、圧力センサ２９の出力に基づいて旋回レバーが中立位置にあるか否かを判定する。また、電流計２１Ａの出力に基づいて旋回用電動機２１に電流が供給されている（モータトルクを発生させている）時間をカウントする。そして、旋回レバーが中立位置にあるときにモータトルクを発生させている状態が所定時間に亘って継続した場合に零速サーボ状態が所定時間に亘って継続したと判定する。なお、アンバランス判定部３３は、旋回レバーが中立位置にあるときに三相電流のそれぞれの積算値の間に所定値以上の差が生じた場合に零速サーボ状態が所定時間に亘って継続したと判定してもよい。
In this case, the
また、アンバランス判定部３３は、ショベルが傾斜地に位置するときに零速サーボ状態が所定時間に亘って継続したと判定した場合に限り、アンバランス状態を解消する必要があると判定してもよい。旋回用電動機２１のモータ回転速度をゼロに維持するために比較的大きなモータトルクを発生させていると推定されるためである。この場合、アンバランス判定部３３は、傾斜センサＭ１の出力に基づいてショベルが傾斜地に位置するか否かを判定してもよい。また、「ジャッキアップが行われたとき」が「ショベルが傾斜地に位置するとき」に含まれてもよい。
Further, the
或いは、アンバランス判定部３３は、押し付け旋回状態が所定時間に亘って継続した場合にアンバランス状態を解消する必要があると判定してもよい。押し付け旋回状態は、旋回レバーが操作されてモータトルクが発生しているにもかかわらず、旋回用電動機２１のモータ回転速度がゼロ（略ゼロの場合を含む。）のままとなっている状態をいう。この状態は、零速サーボ状態のときと同様、旋回指令が出ているにもかかわらずモータ位置が変化しない状態に含まれる。
Alternatively, the
この場合、アンバランス判定部３３は、例えば、圧力センサ２９及びレゾルバ２２の出力に基づいて押し付け旋回状態が所定時間に亘って継続したか否かを判定する。具体的には、アンバランス判定部３３は、圧力センサ２９の出力に基づいて旋回レバーが操作されているか否かを判定する。また、レゾルバ２２の出力に基づいてモータ回転速度がゼロのままとなっている時間をカウントする。そして、旋回レバーが操作されているにもかかわらずモータ回転速度がゼロのままとなっている状態が所定時間に亘って継続した場合に押し付け旋回状態が所定時間に亘って継続したと判定する。
In this case, the
また、アンバランス判定部３３は、他の任意の方法を用いてアンバランス状態を解消する必要があるか否かを判定してもよい。例えば、旋回用電動機２１の三相コイルのそれぞれの温度を測定する温度センサの出力に基づいて判定してもよい。
Further, the
アンバランス解消部３４は、旋回用電動機２１のアンバランス状態を解消する機能要素である。例えば、アンバランス解消部３４は、アンバランス判定部３３がアンバランス状態を解消する必要があると判定した場合に旋回操作に基づく指令とは別の指令を旋回制御装置５５に出力して旋回用電動機２１にアンバランス解消動作を実行させる。具体的には、旋回指令とは別の解消指令を旋回制御装置５５に対して出力して旋回用電動機２１にアンバランス解消動作を実行させる。アンバランス解消動作は、アンバランス状態を解消するための旋回用電動機２１の動作であり、例えば、モータ回転角度を変化させるための１回又は複数回の微小回転、断続的且つ継続的な微小回転（以下、「ステップ回転」とする。）、所定の回転角度範囲で行われる往復回転等を含む。アンバランス解消動作を行うことで三相コイルの何れかに発熱が集中するのを緩和できる。
The
ここで、図５を参照し、コントローラ３０が必要に応じて旋回用電動機２１のアンバランス状態を解消する処理（以下、「アンバランス解消処理」とする。）について説明する。図５はアンバランス解消処理の一例の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、ショベル稼働中にこのアンバランス解消処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。
Here, with reference to FIG. 5, processing in which the
最初に、コントローラ３０のアンバランス判定部３３は、旋回用電動機２１のアンバランス状態を解消する必要があるかを判定する（ステップＳ１）。アンバランス判定部３３は、例えば、零速サーボ状態又は押し付け旋回状態が所定時間に亘って継続したかを判定する。或いは、旋回用電動機２１の三相コイルの何れかの温度が所定温度を上回ったかを判定してもよい。
First, the
アンバランス状態を解消する必要があると判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０のアンバランス解消部３４はアンバランス解消動作を開始させる（ステップＳ２）。
When it is determined that it is necessary to cancel the unbalanced state (YES in step S1), the
アンバランス状態を解消する必要がないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は、アンバランス解消動作を開始させることなく、ステップＳ１の判定を繰り返す。
When it is determined that it is not necessary to cancel the unbalanced state (NO in step S1), the
また、アンバランス解消部３４は、アンバランス解消動作を開始させた後で所定条件が満たされた場合にアンバランス解消動作を停止させる。例えば、アンバランス解消部３４は、旋回レバーが操作されることで零速サーボ状態が解消された場合にアンバランス解消動作を停止させて旋回用電動機２１の通常動作（旋回指令に応じた動作）を開始させる。或いは、アンバランス解消部３４は、押し付け対象の障害物が押し退けられて押し付け旋回状態が解消された場合にアンバランス解消動作を停止させて旋回用電動機２１の通常動作（旋回指令に応じた動作）を開始させる。押し付け旋回時に押し付け方向とは逆の方向に旋回レバーが操作された場合、及び、押し付け旋回時に旋回操作を中止した場合についても同様である。
Further, the
ここで、図６を参照し、アンバランス解消動作の一例である旋回用電動機２１の微小回転について説明する。なお、図６は旋回用電動機２１を流れる三相電流のそれぞれの時間的推移を示す図であり、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の時間的推移をそれぞれ実線、点線、一点鎖線で表す。また、図６の例では、傾斜地に位置するショベルの操作者が時刻ｔ１において旋回レバーを中立位置に戻して上部旋回体３の旋回を停止させた結果、零速サーボ状態が発生した場合を想定する。図７〜図９についても同様である。
Here, with reference to FIG. 6, the minute rotation of the
アンバランス判定部３３は、時刻ｔ１において零速サーボ状態となり旋回用電動機２１のアンバランス状態が発生すると、その状態の継続時間のカウントを開始する。そして、時刻ｔ２において零速サーボ状態の継続時間が所定時間Ｄ０に達すると、アンバランス状態を解消する必要があると判定する。この判定結果を受けて、アンバランス解消部３４はアンバランス解消動作としての微小回転を開始させる。その結果、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間において最も大きい電流値となっていたＷ相電流が低減され、その積算値の増加率が低減される。
When the
その後、アンバランス解消部３４は、時刻ｔ３において微小回転開始後のモータ回転角度が所定角度θ１に達すると旋回用電動機２１の回転を停止させる。そして、時刻ｔ４において回転停止状態の継続時間が所定時間Ｄ１に達すると２回目の微小回転を開始させる。その結果、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間において最も大きい電流値となっていたＶ相電流が低減され、その積算値の増加率が低減される。以後同様に、アンバランス解消部３４は、アンバランス解消動作を停止させるための所定条件が満たされるまで微小回転の停止と開始を繰り返す。具体的には、アンバランス解消部３４は、時刻ｔ５において２回目の微小回転開始後のモータ回転角度が所定角度θ２に達すると旋回用電動機２１の回転を停止させる。そして、時刻ｔ６において回転停止状態の継続時間が所定時間Ｄ２に達すると３回目の微小回転を開始させる。その結果、時刻ｔ５〜時刻ｔ６の期間において最も大きい電流値となっていたＵ相電流が低減され、その積算値の増加率が低減される。なお、所定角度θ１、θ２は同じ値であってもよく異なる値であってもよい。所定時間Ｄ１、Ｄ２についても同様である。また、アンバランス解消部３４は、微小回転を１回だけ行うようにしてもよい。
Thereafter, the
この微小回転により、コントローラ３０は、零速サーボ状態又は押し付け旋回状態での三相電流のそれぞれの積算値のバラツキを低減できる。そのため、旋回用電動機２１の三相コイルの何れかに発熱が集中するのを緩和でき、過熱保護部３２によって旋回用電動機２１が強制的に停止させられてしまうのを抑制或いは防止できる。その結果、作業の中断を回避でき、アラームの解除、メカニカルブレーキ２３の解除等、中断した作業を再開させる際の煩雑な操作を操作者に強いるのを回避できる。
By this minute rotation, the
次に、図７を参照し、アンバランス解消動作の別の一例である旋回用電動機２１のステップ回転について説明する。ステップ回転は、所定角度θｔの微小回転とその後の所定時間Ｄｔに亘る回転停止状態とを繰り返す動作を意味する。
Next, with reference to FIG. 7, step rotation of the turning
アンバランス判定部３３は、図６の場合と同様、時刻ｔ２において零速サーボ状態の継続時間が所定時間Ｄ０に達すると、アンバランス状態を解消する必要があると判定する。この判定結果を受けて、アンバランス解消部３４はアンバランス解消動作としてのステップ回転を開始させる。
As in the case of FIG. 6, the
その後、アンバランス解消部３４は、時刻ｔ１０において微小回転開始後のモータ回転角度が所定角度θｔに達すると旋回用電動機２１の回転を停止させる。そして、時刻ｔ１１において回転停止状態の継続時間が所定時間Ｄｔに達すると２回目の微小回転を開始させる。さらに、アンバランス解消部３４は、時刻ｔ１２において２回目の微小回転開始後のモータ回転角度が所定角度θｔに達すると旋回用電動機２１の回転を停止させる。そして、時刻ｔ１３において回転停止状態の継続時間が所定時間Ｄｔに達すると３回目の微小回転を開始させる。以後同様に、アンバランス解消部３４は、アンバランス解消動作を停止させるための所定条件が満たされるまで微小回転の停止と開始を繰り返す。
Thereafter, the
このステップ回転により、コントローラ３０は、微小回転を実行する場合と同様の効果を得ることができる。
By this step rotation, the
次に、図８を参照し、アンバランス解消動作のさらに別の一例である旋回用電動機２１の往復回転について説明する。
Next, with reference to FIG. 8, the reciprocating rotation of the turning
往復回転は、三相のモータ励磁電流のそれぞれの往復励磁を所定の回転角度範囲で行うことを意味する。なお、所定の回転角度範囲は、例えば、３６０度を磁極数で除した値（電気角で１８０度）以上の範囲である。例えば磁極数が８極の場合、アンバランス解消部３４は、往復回転開始時のモータ回転角度から４５度だけ旋回用電動機２１の回転子を一方向に回転させた後、逆方向に４５度回転させる。そして、旋回レバーが操作されて零速サーボ状態が解消されるまでその往復回転を継続させる。
The reciprocal rotation means that the reciprocal excitation of each of the three-phase motor excitation currents is performed within a predetermined rotation angle range. The predetermined rotation angle range is, for example, a range equal to or larger than a value obtained by dividing 360 degrees by the number of magnetic poles (180 degrees in electrical angle). For example, when the number of magnetic poles is 8, the
アンバランス判定部３３は、図６の場合と同様、時刻ｔ２において零速サーボ状態の継続時間が所定時間Ｄ０に達すると、アンバランス状態を解消する必要があると判定する。この判定結果を受けて、アンバランス解消部３４はアンバランス解消動作としての往復回転を開始させる。具体的には、アンバランス解消部３４は、旋回用電動機２１の所定方向への回転を開始させる。
As in the case of FIG. 6, the
その後、アンバランス解消部３４は、時刻ｔ２０において往復回転開始後のモータ回転角度が４５度に達すると三相のモータ励磁電流のそれぞれの推移パターンを反転させる。具体的には、三相のモータ励磁電流のそれぞれが時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間で辿った推移パターンを逆行するように三相のモータ励磁電流のそれぞれを推移させる。その結果、旋回用電動機２１は逆方向への回転を開始する。そして、時刻ｔ２１において逆回転開始後のモータ回転角度が４５度に達してモータ回転角度が往復回転開始時のモータ回転角度に戻ると、三相のモータ励磁電流のそれぞれの推移パターンを再び反転させる。具体的には、三相のモータ励磁電流のそれぞれが時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で辿った推移パターンを逆行するように、すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間で辿った推移パターンと同じように三相のモータ励磁電流のそれぞれを推移させる。そして、時刻ｔ２２において再反転後のモータ回転角度が４５度に達すると三相のモータ励磁電流のそれぞれの推移パターンをさらに反転させる。このように、アンバランス解消部３４は、所定の回転角度毎に三相のモータ励磁電流のそれぞれの推移パターンを反転させる。
Thereafter, when the motor rotation angle after starting the reciprocating rotation reaches 45 degrees at time t20, the
この往復回転により、コントローラ３０は、零速サーボ状態又は押し付け旋回状態での三相電流のそれぞれの積算値を平準化できる。そのため、過熱保護部３２によって旋回用電動機２１が強制的に停止させられてしまうのを抑制或いは防止できる。その結果、作業の中断を回避でき、アラームの解除、メカニカルブレーキ２３の解除等、中断した作業を再開させる際の煩雑な操作を操作者に強いるのを回避できる。また、アンバランス解消動作を実行する際の旋回用電動機２１のモータ回転角度を制限できる。これは上部旋回体３の旋回角度を変化させずにアンバランス解消動作を実行できることを意味する。
By this reciprocating rotation, the
次に、図９を参照し、往復回転の別の例について説明する。なお、図９は、旋回用電動機２１を流れる三相電流のそれぞれの時間的推移を示す図であり、図９（Ａ）は往復回転開始後に三相電流のそれぞれの周波数を小さくした場合の推移を示し、図９（Ｂ）は往復回転開始後に三相電流のそれぞれの振幅を変化させた場合の推移を示す。
Next, another example of reciprocating rotation will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing temporal transitions of the three-phase currents flowing through the turning
具体的には、図９（Ａ）は、時刻ｔ２において零速サーボ状態の継続時間が所定時間Ｄ０に達したために往復回転が開始され、時刻ｔ３０において往復回転開始後のモータ回転角度が４５度に達したために三相のモータ励磁電流のそれぞれの推移パターンが反転される様子を示す。このように三相のモータ励磁電流のそれぞれの周波数を小さくする（周期を大きくする）と、旋回用電動機２１における振動の発生を抑制できる。
Specifically, FIG. 9A shows that the reciprocating rotation is started because the duration of the zero-speed servo state reaches the predetermined time D0 at time t2, and the motor rotation angle after starting the reciprocating rotation is 45 degrees at time t30. This shows how the transition patterns of the three-phase motor excitation currents are reversed. As described above, when the respective frequencies of the three-phase motor excitation currents are reduced (the period is increased), the occurrence of vibrations in the turning
また、図９（Ｂ）は、時刻ｔ２において零速サーボ状態の継続時間が所定時間Ｄ０に達したために往復回転が開始され、時刻ｔ４０において往復回転開始後のモータ回転角度が４５度に達するまでは三相のモータ励磁電流のそれぞれの振幅を徐々に小さくする様子を示す。また、時刻ｔ４０において三相のモータ励磁電流のそれぞれの推移パターンが反転された後、時刻ｔ４１において反転後のモータ回転角度が４５度に達するまでは三相のモータ励磁電流のそれぞれの振幅を徐々に大きくする様子を示す。このように三相のモータ励磁電流のそれぞれの振幅を一時的に小さくすると、各相の積算値の増加を遅らせることができる。 Further, FIG. 9B shows that the reciprocating rotation is started because the duration of the zero-speed servo state reaches the predetermined time D0 at time t2, and the motor rotation angle after starting the reciprocating rotation reaches 45 degrees at time t40. Shows how the amplitude of each of the three-phase motor excitation currents is gradually reduced. In addition, after the transition patterns of the three-phase motor excitation currents are reversed at time t40, the amplitudes of the three-phase motor excitation currents are gradually increased until the inverted motor rotation angle reaches 45 degrees at time t41. Figure 9 shows how to increase the size. Thus, if the amplitude of each of the three-phase motor excitation currents is temporarily reduced, the increase in the integrated value of each phase can be delayed.
以上の構成により、コントローラ３０は、アンバランス状態が所定時間に亘って継続したときにそのアンバランス状態を解消できる。そのため、熱の局所集中を緩和でき、過熱保護部３２による旋回用電動機２１の強制停止に至るまでの時間を延長できる。その結果、零速サーボ状態の旋回用電動機２１の連続駆動時間を延長できる。また、傾斜地で上部旋回体３の位置を保持する際、ジャッキアップ時に上部旋回体３の位置を保持する際等、軽旋回負荷時のモータ負荷バランスの調整の自由度を高めることができる。また、押し付け旋回等の高旋回負荷時の旋回用電動機２１の連続駆動時間を延長できる。
With the above configuration, the
また、旋回用電動機２１の回転は旋回減速機２４によって大きく減速されるため、上部旋回体３の旋回角度にほとんど影響しないが、アンバランス解消動作の際の旋回用電動機２１の回転角度は、望ましくは、上部旋回体３の旋回角度を変動させない範囲に制限される。アンバランス解消動作が行われたときに操作者に違和感を抱かせないようにするためである。但し、本発明は、アンバランス解消動作の際の旋回用電動機２１の回転角度が上部旋回体３の旋回角度を変動させるレベルになることを排除しない。
Further, since the rotation of the turning
また、アンバランス解消部３４は、往復回転開始時のモータ回転角度が大きくなる側又は小さくなる側の何れか一方の側で往復回転させてもよく、往復回転開始時のモータ回転角度を跨ぐように往復回転させてもよい。往復回転開始時のモータ回転角度を跨ぐように往復回転させる場合、往復回転開始時のモータ回転角度を中心角度として両側に同じ回転角度だけ往復回転させてもよい。また、何れの側の回転が先であってもよい。
Further, the
また、１回の往復回転における往路方向への回転角度と復路方向への回転角度とを異ならせてもよい。すなわち、往復回転の中心を変化させてもよい。例えば、往路方向への回転角度を４６度とし、復路方向への回転角度を４５度とすることで、往復回転の中心を１度ずつ往路方向へ移動させてもよい。さらに、往復回転の中心を往路方向へ段階的に所定角度（例えば１０度）だけ移動させた後で往復回転の中心を復路方向へ段階的に所定角度（例えば２０度）だけ移動させる動きを繰り返してもよい。 Further, the rotation angle in the forward direction and the rotation angle in the backward direction in one reciprocating rotation may be different. That is, the center of reciprocating rotation may be changed. For example, by setting the rotation angle in the forward direction to 46 degrees and the rotation angle in the backward direction to 45 degrees, the center of the reciprocating rotation may be moved one degree at a time in the forward direction. Further, the movement of moving the center of the reciprocating rotation stepwise by a predetermined angle (for example, 10 degrees) in the forward direction and then moving the center of the reciprocating rotation stepwise by a predetermined angle (for example, 20 degrees) in the backward direction is repeated. May be.
また、往復回転における往路方向の回転角度と復路方向の回転角度を異ならせることは熱の局所集中をさらに緩和させる効果を有する。比較的大きなモータ励磁電流が要求される旋回用電動機２１の加減速開始時の各相の位相角を徐々にずらしていくことができるためである。
Further, making the rotation angle in the forward path direction different from the rotation angle in the return path direction in the reciprocating rotation has an effect of further relaxing the local concentration of heat. This is because the phase angle of each phase at the start of acceleration / deceleration of the turning
また、ショベルが傾斜地に位置するときにアンバランス解消動作を実行する場合、アンバランス解消部３４は、上部旋回体３の旋回角度が重力に逆らう方向に変動するように旋回用電動機２１を微小回転、ステップ回転、或いは往復回転させてもよい。また、上部旋回体３の旋回角度が重力に逆らう方向に変動するように往復回転の中心を移動させてもよい。
Further, when the unbalance elimination operation is executed when the excavator is located on the slope, the
また、アンバランス解消部３４は、上部旋回体３の旋回角度が短期的には変動しても長期的に見て変動しないように旋回用電動機２１を微小回転、ステップ回転、或いは往復回転させてもよい。また、上部旋回体３の旋回角度が長期的に見て変動しないように往復回転の中心を移動させてもよい。
Further, the
また、上部旋回体３の旋回角度を重力方向に変動させるように旋回用電動機２１を微小回転、ステップ回転、或いは往復回転させてもよく、或いは、往復回転の中心を移動させてもよい。
Further, the turning
また、押し付け旋回時にアンバランス解消動作を実行する場合、アンバランス解消部３４は、押し付け方向とは逆の方向に旋回用電動機２１を微小回転、ステップ回転、或いは往復回転させる。
In addition, when the unbalance elimination operation is executed during the pressing turn, the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.
１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １２・・・電動発電機 １３・・・変速機 １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １６・・・高圧油圧ライン １７・・・コントロールバルブ １８、２０・・・インバータ ２１・・・旋回用電動機 ２１Ａ・・・電流計 ２１ｂ・・・出力軸 ２２・・・レゾルバ ２３・・・メカニカルブレーキ ２３Ａ・・・制御弁 ２４、２４−１、２４−２・・・旋回減速機 ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー ２６Ｃ・・・ペダル ２７・・・油圧ライン ２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ４０・・・旋回駆動装置 １２０・・・蓄電系
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
三相交流を用いて前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用電動機と、
前記旋回用電動機の回転を減速する旋回減速機と、
前記旋回用電動機の動作状態を検出する動作状態検出装置と、
前記旋回用電動機を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、旋回操作に基づく指令とは別の指令を生成して前記旋回用電動機を所定角度だけ回転させる、
建設機械。 A lower traveling body,
An upper swivel body that is turnably mounted on the lower traveling body;
A turning electric motor for turning the upper turning body using three-phase alternating current;
A turning speed reducer that decelerates the rotation of the turning electric motor;
An operation state detection device for detecting an operation state of the turning electric motor;
A control device for controlling the electric motor for turning,
The control device generates a command different from the command based on the turning operation and rotates the turning electric motor by a predetermined angle;
Construction machinery.
前記制御装置は、前記傾斜検出装置の検出結果に基づいて傾斜地にいると判定し、且つ、前記動作状態検出装置の検出結果に基づいて零速サーボ状態が所定時間に亘って継続したと判定すると、旋回操作に基づく指令とは別の指令を生成して前記旋回用電動機を所定角度だけ回転させる、
請求項１に記載の建設機械。 It has a tilt detection device that detects the tilt of the aircraft,
The control device determines that the vehicle is on a slope based on the detection result of the tilt detection device, and determines that the zero-speed servo state has continued for a predetermined time based on the detection result of the operation state detection device. , Generating a command different from the command based on the turning operation to rotate the turning electric motor by a predetermined angle,
The construction machine according to claim 1.
請求項２に記載の建設機械。 The control device generates a command different from the command based on the turning operation to reciprocately rotate the turning electric motor in a predetermined angle range;
The construction machine according to claim 2.
請求項１に記載の建設機械。 When the control device determines that the pressing and turning state has continued for a predetermined time based on the detection result of the operation state detection device, the control device generates a command different from the command based on the turning operation to Rotate by a predetermined angle in the direction opposite to the pressing direction,
The construction machine according to claim 1.
請求項４に記載の建設機械。 The control device generates a command different from the command based on the turning operation, and reciprocally rotates the turning electric motor in a predetermined angle range in a direction opposite to the pressing direction.
The construction machine according to claim 4.
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