KR20150106968A

KR20150106968A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20150106968A
Application number: KR1020157022375A
Authority: KR
Inventors: 신야 이무라; 고오지 이시카와; 히데토시 사타케; 신지 니시카와; 도모아키 가네타; 시호 이즈미
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-09-22
Also published as: KR101747578B1; EP3040484A4; US9567730B2; WO2015030140A1; EP3040484B1; CN105074094A; JPWO2015030140A1; US20160002880A1; CN105074094B; JP6095028B2; EP3040484A1

Abstract

선회 압박 접촉 등의 작업 시에, 선회 전동 모터에 있어서 불균형한 코일의 온도 상승이 발생해도, 선회 전동 모터의 고장을 예방할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다. 선회체(20)와, 상기 선회체 구동용의 전동 모터(25)와, 상기 전동 모터에 접속된 축전 디바이스(24)와, 상기 전동 모터 구동용의 인버터(52)와, 상기 선회체(20)의 구동을 지령하는 선회용 조작 레버 장치(72)와, 상기 선회체의 선회 속도를 검출하는 속도 검출 수단(25a)과, 전동 모터(25)의 토크를 제어하는 제어 장치(80)를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치(80)는 상기 속도 검출 수단이 검출한 상기 선회체(20)의 선회 속도를 도입하고, 상기 전동 모터(25)의 토크를 상기 선회 속도가 0일 때에 최대 토크보다도 작은 토크로 하고, 상기 선회 속도가 0보다도 큰 제1 회전수일 때에 최대 토크로 되도록 제어한다.

Description

작업 기계 {WORKING MACHINE}

본 발명은 작업 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유압 셔블 등의 선회체를 갖는 작업 기계에 관한 것이다.

최근 들어, 전동 모터 및 축전 디바이스(배터리나 전기 이중층 캐패시터 등)를 사용함으로써, 유압 액추에이터만을 사용한 종래의 작업 기계보다 에너지 효율을 높여, 에너지 절약화를 도모한 작업 기계가 제안되어 있다. 이와 같은 작업 기계의 유압 셔블에 있어서, 상부 선회체를 하부 주행체에 대해 선회 구동하는 선회 액추에이터를, 종래의 유압 모터 대신에 전동 모터로 한 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또한, 선회 액추에이터로서, 유압 모터와 전동 모터를 탑재하고, 유압 모터와 전동 모터의 합계 토크로 선회체를 구동하는 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

선회 액추에이터의 감속 시(제동 시)에 있어서의 선회체의 운동 에너지는, 종래의 유압 모터의 경우에는 유압 회로 상에서 열로서 버려져 있었지만, 상술한 전동 모터의 경우에는 전기 에너지로서의 회생을 예상할 수 있으므로, 에너지 절약화가 도모된다.

그런데, 전동 모터로 역행이나 회생을 행하면, 전기 저항이나 마찰 등의 원인에 의해 열이 발생한다. 어느 정도의 열량이라면 냉각 장치에 의해 방열할 수 있지만, 큰 열량인 경우에는 냉각이 제때에 이루어지지 않아, 전동 모터의 온도가 상승하고, 경우에 따라서는, 융해 등 고장의 원인으로 된다.

특허문헌 1에는, 인버터를 냉각시키는 냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서를 설치하고, 냉각수의 온도가 높을 때는, 전동 모터에 공급하는 전류의 상한값을 작게 하는 제어를 행하여, 전동 모터나 인버터의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 전동 모터나 인버터에 온도 센서를 설치하고, 온도 상승에 따라 전동 모터의 출력을 저감시키는 제어를 행하고, 전동 모터나 인버터의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-222815호 공보 일본 특허 공개 제2009-52339호 공보

본원 발명의 출원인은, 유압 모터와 전동 모터를 사용하여 선회체를 구동하는 작업 기계에 있어서, 선회 조작량이 작을 때 또는 선회 속도가 미속일 때 등, 유압 모터에 의한 선회의 효율이 악화되는 영역에서는, 전동 모터만으로 선회체를 구동시킴으로써 연비의 저감을 도모하는 작업 기계를 발명하여 출원하고 있다.

이와 같은 작업 기계에 있어서, 버킷을 홈의 측면에 압박 접촉시키면서 굴삭하는 경우 등, 소위 선회 압박 접촉 동작을 행하는 경우에는, 전동 모터는 토크를 발생시키고 있지만 선회 속도는 0이라고 하는 상태가 발생한다. 이때, 전동 모터 내부에 있어서, 전류는 전동 모터의 일부의 코일에만 집중하여 흐르기 때문에, 일부 코일의 온도만이 불균형하게 상승해 버린다.

특허문헌 1에 개시된 기술에 있어서, 예를 들어 전술한 선회 압박 접촉 동작과 같이 전동 모터의 일부 코일만의 온도가 상승하는 작업을 한 경우에는, 전동 모터 전체를 냉각하고 있는 냉각수의 온도는 그다지 높아지지 않는다. 이로 인해, 전동 모터에 공급하는 전류의 상한값을 작게 하는 제어가 실행되지 않아, 전동 모터의 일부 코일의 온도가 계속해서 상승하여 고장날 가능성이 있다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 기술에 있어서, 마찬가지로, 선회 압박 접촉 동작과 같이 전동 모터의 일부 코일만의 온도가 상승하는 작업을 한 경우에는, 온도 센서는 설치된 주변의 특정한 코일의 온도만 검출할 수 있다. 이로 인해, 선회 압박 접촉 동작에 의해 일부 코일의 온도가 상승해도, 이것을 검출할 수 없는 경우가 발생하고, 고장날 가능성이 있다. 이것을 해결하기 위해서는, 전동 모터 내부의 복수의 코일의 온도 모두를 검출하는 복수의 온도 센서를 배치할 필요가 있지만, 이것은 비용이나 설치 스페이스의 점에서 어려워, 현실적이지 않다.

본 발명은 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 선회 압박 접촉 등의 작업 시에, 선회 전동 모터에 있어서 불균형한 코일의 온도 상승이 발생해도, 선회 전동 모터의 고장을 예방할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 제1 발명은, 선회체와, 상기 선회체 구동용의 전동 모터와, 상기 전동 모터에 접속된 축전 디바이스와, 상기 전동 모터의 구동을 제어하는 인버터와, 상기 선회체의 구동 지령으로서 상기 전동 모터에 구동을 지령하는 선회용 조작 레버 장치와, 상기 선회체의 선회 속도로서 상기 전동 모터의 회전수를 검출하는 선회 속도 검출 수단과, 상기 전동 모터의 토크를 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 선회 속도 검출 수단이 검출한 상기 선회체의 선회 속도를 도입하고, 상기 전동 모터의 토크를 상기 선회 속도가 0일 때에 최대 토크보다도 작은 토크로 하고, 상기 선회 속도가 0보다도 큰 제1 회전수일 때에 최대 토크로 되도록 제어하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 선회 압박 접촉 등의 작업 시에, 선회 전동 모터에 있어서 불균형한 코일의 온도 상승이 발생해도, 선회 전동 모터의 고장을 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 상한 토크 연산부가 참조하는 상한 토크값 테이블의 특성도이다.
도 5는 본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 블록도이다.
도 6은 본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태를 구성하는 기준 토크 연산부가 참조하는 기준 토크값 테이블의 특성도이다.
도 7은 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 9는 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 블록도이다.

이하, 작업 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 선회체를 구비한 작업 기계 전반에 적용이 가능하고, 본 발명의 적용은 유압 셔블로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은 선회체를 구비한 크레인 차 등, 그 외의 작업 기계에도 적용 가능하다.

＜실시예 1＞

도 1은 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 도시하는 측면도, 도 2는 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블은 주행체(10)와, 주행체(10) 상에 선회 가능하게 설치한 선회체(20) 및 선회체(20)에 장착 설치한 셔블 기구(30)를 구비하고 있다.

주행체(10)는 한 쌍의 크롤러(11a, 11b) 및 크롤러 프레임(12a, 12b)(도 1에서는 편측만을 도시함), 각 크롤러(11a, 11b)를 독립적으로 구동 제어하는 한 쌍의 주행용 유압 모터(13a, 13b) 및 그 감속 기구 등으로 구성되어 있다.

선회체(20)는 선회 프레임(21)과, 선회 프레임(21) 상에 설치된, 원동기로서의 엔진(22)과, 엔진(22)에 의해 구동되는 어시스트 발전 모터(23)와, 선회 전동 모터(25)와, 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)에 접속되는 전기 이중층 캐패시터(이하 캐패시터라고 함)(24)와, 선회 전동 모터(25)의 회전을 감속하는 감속 기구(26) 등으로 구성되고, 선회 전동 모터(25)의 구동력이 감속 기구(26)를 통해 전달되고, 그 구동력에 의해 주행체(10)에 대해 선회체(20)[선회 프레임(21)]를 선회 구동시킨다.

또한, 선회체(20)에는 셔블 기구(프론트 장치)(30)가 탑재되어 있다. 셔블 기구(30)는 붐(31)과, 붐(31)을 구동하기 위한 붐 실린더(32)와, 붐(31)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단에 회전 가능하게 축지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36) 등으로 구성되어 있다.

또한, 선회체(20)의 선회 프레임(21) 상에는, 상술한 주행용 유압 모터(13a, 13b), 붐 실린더(32), 아크 실린더(34), 버킷 실린더(36) 등의 유압 액추에이터를 구동하기 위한 유압 시스템(40)이 탑재되어 있다. 유압 시스템(40)은 가변 용량형의 유압 펌프(41)(도 2 참조), 유압 펌프(41)의 틸팅각을 변경함으로써 용량을 제어하는 레귤레이터(42), 각 액추에이터를 구동 제어하기 위한 컨트롤 밸브(43)(도 2 참조)를 포함한다. 유압 펌프(41)는 엔진(22)에 의해 회전 구동되고, 회전수와 용량의 곱에 비례한 작동유를 토출한다.

이어서, 유압 셔블의 전동·유압 기기의 시스템 구성에 대해 개략 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 컨트롤 밸브(43)는 선회 이외의 조작 레버 장치로부터의 조작 지령(유압 파일럿 신호)에 따라 선회용 스풀을 동작시켜, 선회용 유압 모터(27)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다. 또한, 컨트롤 밸브(43)는 선회용 이외의 조작 레버 장치로부터의 조작 지령(유압 파일럿 신호)에 따라, 각종 스풀을 동작시켜, 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 및 주행용 유압 모터(13a, 13b)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다.

전동 시스템은, 상술한 어시스트 발전 모터(23), 캐패시터(24) 및 선회 전동 모터(25)와, 파워 컨트롤 유닛(55) 및 메인 컨택터(56) 등으로 구성되어 있다. 파워 컨트롤 유닛(55)은 초퍼(51), 인버터(52, 53), 평활 콘덴서(54) 등을 갖고, 메인 컨택터(56)는 메인 릴레이(57), 돌입 전류 방지 회로(58) 등을 갖고 있다. 또한, 파워 컨트롤 유닛(55)에는, 선회 전동 모터(25)의 회전수를 검출하는 회전수 센서(25a)가 설치되어 있어, 검출한 신호를 컨트롤러(80)에 출력하고 있다.

캐패시터(24)로부터의 직류 전력은 초퍼(51)에 의해 소정의 모선 전압에 승압되고, 선회 전동 모터(25)를 구동하기 위한 인버터(52), 어시스트 발전 모터(23)를 구동하기 위한 인버터(53)에 입력된다. 평활 콘덴서(54)는 모선 전압을 안정화시키기 위해 설치되어 있다. 선회 전동 모터(25)는 감속 기구(26)를 통해 선회체(20)를 구동한다. 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)의 구동 상태(역행하고 있는지 회생하고 있는지의 여부)에 의해, 캐패시터(24)는 충방전되게 된다.

컨트롤러(80)는 선회용 조작 레버 장치(72)로부터의 선회 조작 신호, 선회용 전동 모터(25)의 회전수 신호 등을 입력하는 입력부와, 이들 입력 신호를 사용하여, 선회용 전동 모터(25)의 토크 지령값, 어시스트 발전 모터(23)의 토크 지령값, 유압 펌프(41)의 출력 감소 지령값 등을 연산하는 연산부와, 연산부에서 산출한 각종 지령을 출력하는 출력부를 구비하고 있다.

컨트롤러(80)의 입력부에는, 선회용 조작 레버 장치(72)로부터 출력되고, 유압/전기 신호 변환 디바이스(예를 들어 압력 센서)(73)에 의해 전기 신호로 변환된 선회 조작량 신호와, 회전수 센서(25a)가 검출한 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호가 입력되어 있다.

컨트롤러(80)의 출력부로부터는, 선회용 전동 모터(25)에의 토크 지령과 어시스트 발전 모터(23)에의 토크 지령이 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력되고, 각각의 인버터(52)와 인버터(53)가 제어된다. 또한, 컨트롤러(80)의 출력부로부터는, 유압 펌프(41)에의 출력 감소 지령이 전기/유압 신호 변환 디바이스(70)를 통해 레귤레이터(42)에 출력되고, 레귤레이터(42)가 유압 펌프(41)의 출력(용량)을 제어한다. 전기/유압 신호 변환 디바이스(70)는 컨트롤러(80)로부터의 전기 신호를 유압 파일럿 신호로 변환하는 것이며, 예를 들어 전자기 비례 밸브에 상당한다.

이어서, 컨트롤러(80)에서 실행하는 제어에 대해 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 블록도, 도 4는 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 상한 토크 연산부가 참조하는 상한 토크값 테이블의 특성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이 컨트롤러(80)의 연산부는, 목표 회전수 연산부(101)와, 감산부(102)와, PI 제어부(103)와, 상한 토크 연산부(104)와, 토크 제한부(105)를 구비하고 있다.

목표 회전수 연산부(101)는 선회 조작량 신호를 입력하고, 이 신호에 기초하여, 선회 전동 모터(25)의 목표 회전수를 연산한다. 구체적으로는, 예를 들어 선회 조작량에 대응하는 목표 회전수의 테이블을 참조한다. 이 테이블은, 미리, 종래의 유압 셔블(선회용 액추에이터로서 유압 모터만 배치한 것)을 사용하여 선회 조작량과 선회 모터의 회전수의 관계를 측정하고, 이 측정 결과에 기초하여 설정한다. 목표 회전수 연산부(101)에서 산출한 목표 회전수의 신호는, 감산부(102)의 일단부측에 입력된다.

감산부(102)는 타단부측에 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호가 입력되어 있어, 목표 회전수 연산부(101)에서 산출한 목표 회전수의 신호로부터, 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호를 감산하고, 산출한 차분 신호를 PI 제어부(103)에 입력한다.

PI 제어부(103)는 선회 전동 모터(25)의 목표 회전수와 실제의 회전수의 편차를 작게 하기 위해, PI 제어기를 사용하여 토크 지령을 연산한다. 구체적으로는, 예를 들어 회전수의 편차에 비례 게인을 곱한 값[비례(P) 제어기의 출력값]과, 회전수의 편차의 적분값에 적분 게인을 곱한 값[적분(I) 제어기의 출력값]을 가산하여, 토크 지령을 산출해도 된다. PI 제어부(103)에서 산출한 토크 지령의 신호는, 토크 제한부(105)의 일단부측에 입력된다.

상한 토크 연산부(104)는 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호가 입력되어 있어, 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호에 기초하여 선회 전동 모터(25)의 상한 토크의 절댓값을 연산한다. 구체적으로는, 예를 들어 도 4에 나타내는 선회 전동 모터(25)의 회전수에 대응하는 상한 토크를 정한 테이블을 참조하여, 상한 토크를 산출한다.

도 4에 나타내는 테이블에 의하면, 선회 전동 모터(25)의 회전수가 0일 때의 상한 토크를 최대 토크의 절반 정도로 하고, 회전수 0으로부터 제1 회전수(예를 들어 10rpm)의 사이에서는, 회전수의 증가에 따라 상한 토크를 최대 토크까지 증가시키도록 설정하고 있다. 이어서, 제1 회전수와 제2 회전수(예를 들어 1000rpm)의 사이에서는, 상한 토크를 최대 토크로 하고, 제2 회전수 이상에서는, 회전수의 증가에 따라 상한 토크를 제로 토크까지 감소하도록 설정하고 있다. 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호는, 토크 제한부(105)의 타단부측에 입력된다.

여기서, 제1 회전수는, 선회 전동 모터(25)의 회전수의 검출 정밀도를 고려하여 정하는 것이며, 선회 전동 모터(25)가 정지하고 있을 때의 토크가 충분히 낮게 유지할 수 있는 0 근방의 회전수로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 회전수는, 일반적인 전동 모터에 있어서의 상한 토크의 결정 방법과 마찬가지로 설정하는 것이며, 통상의 회전수보다 큰 회전수로 설정하는 것이 바람직하다.

토크 제한부(105)는 PI 제어부(103)에서 산출한 토크 지령의 신호와 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호를 입력하고, 선회 전동 모터 토크 지령을 산출하고, 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력한다. 구체적으로는, 예를 들어 PI 제어부(103)에서 산출한 토크 지령의 신호를, 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호 이하 및 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호를 -1배한 값 이상으로 제한하고, 이 제한된 값을 선회 전동 모터(25)의 토크 지령값으로서 파워 컨트롤 유닛(55)의 인버터(52)에 출력한다.

이상의 방법에 의해, 선회 전동 모터의 회전수 0일 때에 있어서의, 선회 전동 모터 토크를 작게 할 수 있으므로, 선회 압박 접촉 동작 시의 불균형한 코일 온도의 상승을 억제할 수 있다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 제1 실시 형태에 의하면, 선회 압박 접촉 등의 작업 시에, 선회 전동 모터(25)에 있어서 불균형한 코일의 온도 상승이 발생해도, 선회 전동 모터(25)의 고장을 예방할 수 있다.

＜실시예 2＞

이하, 본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 블록도, 도 6은 본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태를 구성하는 기준 토크 연산부가 참조하는 기준 토크값 테이블의 특성도이다. 도 5 및 도 6에 있어서, 도 1 내지 도 4에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일한 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태에 있어서, 전동·유압 기기의 시스템 구성은, 제1 실시 형태와 동일하지만, 컨트롤러(80)의 연산부에서 실행하는 처리가 제1 실시 형태와 상이하다.

도 5에 있어서, 컨트롤러(80)의 연산부는, 제1 실시 형태에 있어서의 목표 회전수 연산부(101)와 감산부(102)와 PI 제어부(103) 대신에 기준 토크 연산부(106)를 구비하고 있다. 또한, 상한 토크 연산부(104)와 토크 제한부(105)를 구비하고 있다.

기준 토크 연산부(106)는 선회 조작량 신호와 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호를 입력하고, 이들 신호에 기초하여, 선회 전동 모터(25)의 토크 지령의 신호를 연산한다. 구체적으로는, 예를 들어 도 6에 나타내는 선회 조작량과 선회 전동 모터(25)의 회전수에 기초한 테이블을 참조하여, 선회 전동 모터(25)의 토크 지령을 산출한다.

본 실시 형태에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 횡축을 선회 전동 모터(25)의 회전수, 종축을 토크 지령(기준 토크)으로 하여, 선회 조작량의 고저에 따른 복수의 특성선이, 테이블로서 미리 설정되어 있다. 구체적으로는, 우선회 시의 회전수를 정, 우선회 가속 시의 기준 토크를 정으로 하고, 좌선회 시의 회전수를 부, 좌선회 가속 시의 기준 토크 지령을 부로서 나타내고 있다. 그리고, 선회 조작량의 특성선과 선회 전동 모터(25)의 회전수의 교점의 종축 값으로부터 기준 토크가 산출되어 있다.

예를 들어, 우선회의 경우이며, 우선회의 조작량이 P1일 때에는, 특성선 P1과 선회 전동 모터(25)의 회전수의 교점으로부터 기준 토크가 산출된다. 또한, 우선회 조작량은 P1＜P2＜P3＜P4의 관계로 설정되어 있다. 기준 토크 연산부(106)에서 산출한 기준 토크의 신호는, 토크 제한부(105)의 일단부측에 입력된다.

토크 제한부(105)는 기준 토크 연산부(106)에서 산출한 기준 토크의 신호와 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호를 입력하고, 선회 전동 모터 토크 지령을 산출하고, 파워 컨트롤 유닛(55)에 출력한다. 구체적으로는, 예를 들어 기준 토크 연산부(106)에서 산출한 기준 토크의 신호를, 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호 이하 및 상한 토크 연산부(104)에서 산출한 상한 토크의 신호를 -1배한 값 이상으로 제한하고, 이 제한된 값을 선회 전동 모터(25)의 토크 지령값으로서 파워 컨트롤 유닛(55)의 인버터(52)에 출력한다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 제2 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

＜실시예 3＞

이하, 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 도시하는 측면도, 도 8은 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도, 도 9는 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 블록도이다. 도 7 내지 도 9에 있어서, 도 1 내지 도 6에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일한 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2에 도시한 제1 실시 형태에서는, 선회체(20)를 선회 전동 모터(25)만으로 구동하고 있었지만, 본 실시 형태에 있어서는, 선회 전동 모터(25)의 동축 상에 선회 유압 모터(27)를 배치하고, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 합계 토크로 선회체(20)를 구동시키는 구성으로 되어 있다. 또한, 선회 조작량이 작을 때나 선회 속도가 미속일 때 등, 선회 유압 모터(27)에 의한 선회의 효율이 악화되는 영역에서는, 선회 전동 모터만으로 선회체(20)를 구동하는 것을 특징으로 하고 있다.

도 7에 있어서, 선회체(20)는 선회 프레임(21)과, 선회 프레임(21) 상에 설치된, 원동기로서의 엔진(22)과, 엔진(22)에 의해 구동되는 어시스트 발전 모터(23)와, 선회 전동 모터(25) 및 선회 유압 모터(27)와, 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)에 접속되는 캐패시터(24)와, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 회전을 감속하는 감속 기구(26) 등으로 구성되고, 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 구동력이 감속 기구(26)를 통해 전달되고, 그 구동력에 의해 선회체(20)를 선회 구동시킨다.

도 8에 도시한 바와 같이, 엔진(22)의 구동력은 유압 펌프(41)에 전달되어 있다. 컨트롤 밸브(43)는 선회용 조작 레버 장치(72)로부터의 선회 조작 지령(유압 파일럿 신호)에 따라, 선회 유압 모터(27)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다. 또한 컨트롤 밸브(43)는 선회 이외의 조작 레버 장치(도시하지 않음)로부터의 조작 지령(유압 파일럿 신호)에 따라, 붐 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36) 및 주행용 유압 모터(13a, 13b)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어한다.

캐패시터(24)로부터의 직류 전력은 초퍼(51)에 의해 소정의 모선 전압에 승압되고, 선회 전동 모터(25)를 구동하기 위한 인버터(52), 어시스트 발전 모터(23)를 구동하기 위한 인버터(53)에 입력된다. 평활 콘덴서(54)는 모선 전압을 안정화시키기 위해 설치되어 있다. 선회 전동 모터(25)와 선회 유압 모터(27)의 회전축은 결합되어 있고, 감속 기구(26)를 통해 선회체(20)를 구동한다. 어시스트 발전 모터(23) 및 선회 전동 모터(25)의 구동 상태(역행하고 있는지 회생하고 있는지의 여부)에 의해, 캐패시터(24)는 충방전되게 된다.

여기서, 오퍼레이터가 선회용 조작 레버 장치(72)를 조작하면, 그 조작 방향 및 조작량에 따른 유압 파일럿 신호가 발생하고, 컨트롤 밸브(43)에 입력됨과 함께, 유압/전기 신호 변환 디바이스(73)를 통해 컨트롤러(80)에도 전기 신호로 변환된 선회 조작량 신호가 입력된다. 이에 의해, 선회 전동 모터(25)가 캐패시터(24)로부터의 전력 공급을 받아 구동됨과 함께, 필요에 따라, 선회 유압 모터(27)용의 컨트롤 밸브가 개방되고, 선회 유압 모터(27)가 구동된다.

본 발명의 제3 실시 형태에 있어서는, 이때에, 선회 조작량과 선회 전동 모터(25)의 회전수를 기초로, 선회 전동 모터(25)에의 토크 지령과 유압 펌프(41)의 출력 지령을 연산하여 출력하는 것이다.

이어서, 컨트롤러(80)에서 실행하는 제어에 대해 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9에 있어서, 컨트롤러(80)의 연산부는, 제2 실시 형태에 있어서의 상한 토크 연산부(104)와 토크 제한부(105)와 기준 토크 연산부(106)를 구비하고, 또한 제2 감산부(107)와 승산부(108)와 게인 연산부(109)를 구비하고 있다.

상한 토크 연산부(104)와 토크 제한부(105)와 기준 토크 연산부(106)는, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 단, 상한 토크 연산부(104)에서 사용하는 상한 토크의 테이블은, 제2 실시 형태에 있어서의 상한 토크값보다도 작은 값으로 설정되어 있다. 이로 인해, 기준 토크 연산부(106)로부터의 기준 토크의 신호를 선회 전동 모터(25)만으로는, 조달할 수 없게 된다. 이 종래의 유압 셔블과 동등한 기준 토크의 부족분을 선회 유압 모터(27)로 보충하는 제어가 행해진다.

제2 감산부(107)는 기준 토크 연산부(106)에서 산출한 기준 토크의 신호와 토크 제한부(105)에서 산출한 선회 전동 모터 토크 지령의 신호를 입력하고, 기준 토크의 신호로부터 선회 전동 모터 토크 지령 신호를 감산하고, 산출한 차분 신호를 승산부(108)에 입력한다. 구체적으로는, 기준 토크와 선회 전동 모터(25)의 토크의 차분을 산출하여 승산부(108)에 출력하고 있다.

승산부(108)는 선회 전동 모터(25)의 회전수 신호와 제2 감산부(107)에서 산출한 차분 신호를 입력하고, 2개의 입력 신호를 승산함으로써 선회 유압 모터(27)의 목표 출력을 산출한다. 산출한 목표 출력의 신호는, 게인 연산부(109)에 입력된다.

게인 연산부(109)는 승산부(108)에서 산출한 선회 유압 모터(27)의 목표 출력을 입력하고, 미리 설정한 게인을 곱하여 유압 펌프 출력 지령값을 연산하고, 이 값을 전기/유압 변환 디바이스(70)를 통해 레귤레이터(42)에 출력하고, 유압 펌프(41)의 출력(용량)을 제어한다. 여기서, 미리 설정한 게인은, 예를 들어 유압 펌프(41)의 출력으로부터, 선회 유압 모터(27)의 출력까지의 효율의 역수로 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 선회 유압 모터(27)의 출력을 승산부(108)에서 산출한 값으로 할 수 있음과 함께, 선회 유압 모터에 의한 선회의 효율이 악화되는 영역을, 선회 전동 모터만으로 구동시킴으로써 연비의 저감을 도모할 수 있다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 제3 실시 형태에 의하면, 선회체(20)의 회전수가 0일 때에 있어서의 선회 전동 모터(25)의 토크를 작게 하도록 제어하지만, 선회체(20)의 회전수가 0 이외인 경우에 있어서, 선회 유압 모터(27)의 토크를 크게 하도록 제어하므로, 종래의 유압 셔블과 동일한 토크를 발생시킬 수 있다. 이 결과, 조작성을 확보할 수 있다.

10 : 주행체
11 : 크롤러
12 : 크롤러 프레임
13 : 주행용 유압 모터
20 : 선회체
21 : 선회 프레임
22 : 엔진
23 : 어시스트 발전 모터
24 : 캐패시터
25 : 선회 전동 모터
25a : 회전수 센서
26 : 감속 기구
27 : 선회 유압 모터
30 : 셔블 기구
31 : 붐
32 : 붐 실린더
33 : 아암
34 : 아암 실린더
35 : 버킷
36 : 버킷 실린더
40 : 유압 시스템
41 : 유압 펌프
42 : 레귤레이터
43 : 컨트롤 밸브
51 : 초퍼
52 : 선회 전동 모터용 인버터
53 : 어시스트 발전 모터용 인버터
54 : 평활 콘덴서
55 : 파워 컨트롤 유닛
56 : 메인 컨택터
57 : 메인 릴레이
58 : 돌입 전류 방지 회로
70 : 전기/유압 신호 변환 디바이스
72 : 선회용 조작 레버 장치
80 : 컨트롤러
101 : 목표 회전수 연산부
102 : 감산부
103 : PI 제어부
104 : 상한 토크 연산부
105 : 토크 제한부
106 : 기준 토크 연산부
107 : 제2 감산부
108 : 승산부
109 : 게인 연산부

Claims

선회체와, 상기 선회체 구동용의 전동 모터와, 상기 전동 모터에 접속된 축전 디바이스와, 상기 전동 모터의 구동을 제어하는 인버터와, 상기 선회체의 구동 지령으로서 상기 전동 모터에 구동을 지령하는 선회용 조작 레버 장치와, 상기 선회체의 선회 속도로서 상기 전동 모터의 회전수를 검출하는 선회 속도 검출 수단과, 상기 전동 모터의 토크를 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 선회 속도 검출 수단이 검출한 상기 선회체의 선회 속도를 도입하고, 상기 전동 모터의 토크를 상기 선회 속도가 0일 때에 최대 토크보다도 작은 토크로 하고, 상기 선회 속도가 0보다도 큰 제1 회전수일 때에 최대 토크로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 선회용 조작 레버 장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출 수단을 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 조작량 검출 수단이 검출한 상기 선회용 조작 레버 장치의 조작량과, 상기 선회 속도 검출 수단이 검출한 상기 전동 모터의 회전수를 도입하고, 상기 전동 모터의 기준 토크 지령을 산출하는 기준 토크 연산부와,
상기 전동 모터의 회전수에 따라 상기 전동 모터의 상한 토크값을 산출하는 상한 토크 연산부와,
상기 기준 토크 연산부로부터의 상기 기준 토크 지령과 상기 상한 토크 연산부로부터의 상기 상한 토크값을 입력하고, 상기 기준 토크 지령에 상기 상한 토크값의 제한을 더한 값을 토크 지령으로서 상기 인버터에 출력하는 토크 제한부를 구비한 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 상한 토크 연산부는, 상기 선회체의 선회 속도가 0으로부터 0보다 큰 제1 회전수까지는, 상기 선회 속도의 증가에 따라 상기 전동 모터의 상한 토크값을 증가시키고,
상기 선회체의 선회 속도가 상기 제1 회전수로부터 상기 제1 회전수 이상이며 통상 회전수보다 큰 제2 회전수까지는, 상기 전동 모터의 상한 토크값을 최댓값으로 하고,
상기 선회체의 선회 속도가 상기 제2 회전수 이상에서는, 상기 선회 속도의 증가에 따라 상기 전동 모터의 상한 토크값을 감소시키도록 산출하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제2항 또는 제3항에 있어서,
엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프의 출력을 제어하는 레귤레이터와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되고, 상기 전동 모터의 토크와의 합계 토크로 상기 선회체를 구동하는 유압 모터를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 기준 토크 연산부로부터의 상기 기준 토크 지령과 상기 토크 제한부로부터의 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 기준 토크 지령으로부터 상기 토크 지령을 감한 값을 차분 신호로서 승산부에 출력하는 감산부와,
상기 감산부로부터의 상기 차분 신호와 상기 선회 속도를 입력하고, 이들 입력 신호를 승산하여 상기 유압 모터의 목표 출력을 산출하는 승산부와,
상기 승산부로부터의 상기 목표 출력에 미리 설정한 게인을 곱한 값을 유압 펌프 출력 지령값으로서 상기 레귤레이터에 출력하는 게인 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제4항에 있어서,
상기 상한 토크 연산부에 있어서의 상기 전동 모터의 상한 토크값은, 상기 유압 모터를 구비하지 않은 경우에 있어서의 설정값보다 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 하는, 작업 기계.