JP2006097427A - Revolvable controlling device of construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は建設機械の旋回制御装置に関するものであり、特に、上部旋回体を旋回駆動する電動機と上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキとを備えた建設機械の旋回制御装置に関するものである。 The present invention relates to a turning control device for a construction machine, and more particularly, to a turning control device for a construction machine including an electric motor that drives a turning of an upper turning body and a mechanical brake that holds a stop position of the upper turning body. .
従来、ショベルやクレーン等の旋回式建設機械では、油圧ポンプからの吐出油によって回転する油圧モータを上部旋回体の旋回駆動源とする油圧モータ旋回駆動方式が一般的に広く知られている。この油圧モータ旋回駆動方式では、油圧ポンプと油圧モータの間に設けられたコントロールバルブにより、圧油の方向や流量等を制御して油圧モータの作動方向や速度等を変更している。しかし、この方式では、油圧エネルギーをコントロールバルブで切り捨てる量が多く、エネルギー損失が大きいという不具合がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a swing construction machine such as an excavator or a crane, a hydraulic motor swing drive system using a hydraulic motor that is rotated by oil discharged from a hydraulic pump as a swing drive source of an upper swing body is generally widely known. In this hydraulic motor turning drive system, the operating direction, speed, and the like of the hydraulic motor are changed by controlling the direction and flow rate of the pressure oil by a control valve provided between the hydraulic pump and the hydraulic motor. However, this method has a problem in that the amount of hydraulic energy cut off by the control valve is large and energy loss is large.
これに対して、電動機を上部旋回体の旋回駆動源とする電動機旋回駆動方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。この電動機旋回駆動方式では、電動機の回転方向と速度を変えることにより上部旋回体の旋回方向と旋回速度を制御するものであり、油圧モータ駆動方式と比べてエネルギー効率を大きく改善することができる。 On the other hand, an electric motor turning drive system using an electric motor as a turning drive source of the upper-part turning body is known (for example, see Patent Document 1). In this electric motor turning drive system, the turning direction and speed of the upper turning body are controlled by changing the rotation direction and speed of the electric motor, and energy efficiency can be greatly improved as compared with the hydraulic motor drive system.
ここで、上部旋回体の旋回停止手段としては、前述した油圧モータ旋回駆動方式の場合は、操作レバーの中立位置でコントロールバルブが油路を遮断し、油圧モータの回転を停止させてブレーキ力を発生させる。 Here, as the turning means for the upper turning body, in the case of the hydraulic motor turning drive system described above, the control valve shuts off the oil passage at the neutral position of the operation lever, stops the rotation of the hydraulic motor, and applies the braking force. generate.
一方、電動機旋回駆動方式の場合は、操作レバーの中立位置で電動機への通電が遮断され、電動機に駆動力も制動力も作用しなくなるので、慣性のみが働くフリー状態となる。このため、旋回停止時に上部旋回体を旋回停止位置に保持するためのメカニカルブレーキを備えるとともに、旋回起動時にサーボロック制御により電動機を速度0に保持した後にメカニカルブレーキを解除するような旋回制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
従来の電動機旋回駆動方式の場合は、操作レバーの中立位置ではメカニカルブレーキが作動して上部旋回体を旋回停止位置に保持するが、例えば、建設機械が傾斜地で上り傾斜に向かって旋回するときには、メカニカルブレーキを作動させた状態で電動機をサーボロック制御にて速度0に保持し、メカニカルブレーキを解除して旋回起動するが、メカニカルブレーキを解除したときに電動機のトルク不足により上部旋回体が逆方向へ回転してしまう虞がある。 In the case of the conventional electric motor turning drive system, the mechanical brake is operated in the neutral position of the operation lever to hold the upper turning body at the turning stop position.For example, when the construction machine turns toward the upward inclination on the slope, With the mechanical brake activated, the motor is held at speed 0 by servo lock control, and the mechanical brake is released to start turning. However, when the mechanical brake is released, the upper swinging body reverses due to insufficient motor torque. There is a risk that it will rotate.
そこで、上部旋回体の旋回起動時に、メカニカルブレーキを解除した途端にトルク不足で逆回転するのを防止するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。 Therefore, a technical problem to be solved arises in order to prevent reverse rotation due to insufficient torque immediately after the mechanical brake is released when the upper swinging body is turned on, and the present invention solves this problem. The purpose is to do.
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は、上部旋回体を旋回駆動する電動機と、上部旋回体の停止位置を保持するメカニカルブレーキとを備えた建設機械において、上部旋回体に作用する負荷トルクを検出して該負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する制御手段を設け、前記メカニカルブレーキを解除する前に、前記負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるように構成した建設機械の旋回制御装置を提供する。 The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and the invention according to claim 1 includes an electric motor that drives the upper swing body to swing and a mechanical brake that holds a stop position of the upper swing body. In the construction machine, there is provided control means for detecting a load torque acting on the upper swing body and calculating an electric motor torque against the load torque, and before releasing the mechanical brake, an electric motor torque against the load torque is provided. A turning control device for a construction machine configured to be generated by the electric motor is provided.
この構成によれば、制御手段は、予め上部旋回体に作用する負荷トルクを検出し、この検出された負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する。そして、上部旋回体の旋回起動時には、制御手段は、メカニカルブレーキを解除する前に、前記演算された負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるように制御する。 According to this configuration, the control means detects the load torque that acts on the upper swing body in advance, and calculates the motor torque that opposes the detected load torque. And at the time of turning start of the upper swing body, the control means controls the motor to generate a motor torque that opposes the calculated load torque before releasing the mechanical brake.
請求項2記載の発明は、上記制御手段は、上記電動機を永久磁石式同期電動機とし、電動機の入力端子を短絡・開放するスイッチと、電動機の入力電流を検出する電流検出器と、電動機を制御するインバータと、インバータを制御するコントローラとを備えた建設機械の旋回制御装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, the control means controls the motor by using a permanent magnet synchronous motor as the motor, a switch for short-circuiting / opening the input terminal of the motor, a current detector for detecting the input current of the motor, and the motor. Provided is a turning control device for a construction machine, which includes an inverter for controlling the inverter and a controller for controlling the inverter.
この構成によれば、上記制御手段は、電動機の入力端子をスイッチで短絡し、電動機の回転による誘起電圧によってブレーキトルクを発生させ、負荷トルクに対抗させることができる。また、このときのトルクは電流検出器の検出値によって、演算が可能となる。 According to this structure, the said control means can short-circuit the input terminal of an electric motor with a switch, can generate | occur | produce brake torque with the induced voltage by rotation of an electric motor, and can counter load torque. Further, the torque at this time can be calculated based on the detection value of the current detector.
請求項3記載の発明は、上記制御手段は、電動機の入力端子を短絡してメカニカルブレーキを解除したときの電動機の入力電流から負荷トルクを演算するように構成した建設機械の旋回制御装置を提供する。 The invention according to claim 3 provides a turning control device for a construction machine, wherein the control means is configured to calculate a load torque from an input current of the motor when the input terminal of the motor is short-circuited to release the mechanical brake. To do.
この構成によれば、電動機の入力端子をスイッチで短絡し、電動機の回転による誘起電圧によってブレーキトルクを発生させ、負荷トルクに対抗させ、このときの電流検出器の検出値から上部旋回体に作用する負荷トルクが演算できる。 According to this configuration, the input terminal of the motor is short-circuited by the switch, the brake torque is generated by the induced voltage due to the rotation of the motor, and the load torque is counteracted. The detected value of the current detector at this time acts on the upper swing body. The load torque to be calculated can be calculated.
請求項1記載の発明は、上部旋回体に作用する負荷トルクを検出して該負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する制御手段を設け、前記メカニカルブレーキを解除する前に、前記負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるように構成したので、制御手段が予め上部旋回体に作用する負荷トルクを検出し、この負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算して、上部旋回体の旋回起動時は、メカニカルブレーキを解除する前に、前記演算された負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させることにより、メカニカルブレーキを解除しても電動機がトルク不足で逆回転することを防止できる。 The invention according to claim 1 is provided with a control means for detecting a load torque acting on the upper swing body and calculating an electric motor torque against the load torque, and resists the load torque before releasing the mechanical brake. Since the motor torque is generated in the motor, the control means detects the load torque acting on the upper swing body in advance, calculates the motor torque against this load torque, and starts the swing of the upper swing body. When the mechanical brake is released, it is possible to prevent the motor from rotating reversely due to insufficient torque even when the mechanical brake is released by generating the motor torque against the calculated load torque in the electric motor. .
請求項2記載の発明は、制御手段は、電動機を永久磁石式同期電動機とし、電動機の入力端子を短絡・開放するスイッチと、電動機の入力電流を検出する電流検出器と、電動機を制御するインバータと、インバータを制御するコントローラとを備えているので、請求項1記載の発明の効果に加えて、電動機の入力端子をスイッチにて短絡し、且つ、コントローラがメカニカルブレーキを解除したときに、電流検出器が検出した電動機の入力電流からコントローラが電動機トルク即ち上部旋回体に作用する負荷トルクを演算することができる。 According to a second aspect of the present invention, the control means uses a permanent magnet synchronous motor as the motor, a switch for short-circuiting / opening the input terminal of the motor, a current detector for detecting the input current of the motor, and an inverter for controlling the motor And a controller for controlling the inverter, in addition to the effect of the invention of claim 1, when the input terminal of the motor is short-circuited by a switch and the controller releases the mechanical brake, The controller can calculate the motor torque, that is, the load torque acting on the upper swing body, from the input current of the motor detected by the detector.
請求項3記載の発明は、制御手段は、電動機の入力端子を短絡してメカニカルブレーキを解除したときの電動機の入力電流から負荷トルクを演算するように構成したので、請求項1または2記載の発明の効果に加えて、上部旋回体にかかる荷重を推定することができ、メカニカルブレーキを解除した場合における荷重に対抗するトルクが発生されて、上部旋回体の逆回転を防止できる。 The invention according to claim 3 is configured such that the control means calculates the load torque from the input current of the electric motor when the input terminal of the electric motor is short-circuited to release the mechanical brake. In addition to the effects of the invention, it is possible to estimate the load applied to the upper swing body, generate torque against the load when the mechanical brake is released, and prevent the upper swing body from rotating backward.
以下、本発明に係る建設機械の旋回制御装置について、好適な実施例をあげて説明する。上部旋回体の旋回起動時に、メカニカルブレーキを解除した途端にトルク不足で逆回転するのを防止するという目的を、上部旋回体に作用する負荷トルクを検出して該負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する制御手段を設け、前記メカニカルブレーキを解除する前に、前記負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるように構成したことにより実現した。 Hereinafter, a turning control device for a construction machine according to the present invention will be described with reference to preferred embodiments. The purpose of preventing reverse rotation due to insufficient torque at the start of turning of the upper swing body is to detect the load torque acting on the upper swing body and counteract the load torque. This is realized by providing a control means for calculating the motor torque and generating the motor torque against the load torque before releasing the mechanical brake.
図1は建設機械の一例として油圧ショベル10を示し、下部走行体11の上に旋回機構12を介して上部旋回体13が旋回自在に載置されている。旋回機構12は上部旋回体13に設けられた旋回用の電動機14と、該電動機14の回転を減速する減速機15と、下部走行体11に固設されたリングギヤ16と、このリングギヤ16に噛合して前記電動機14により回転するピニオンギヤ(図示せず)等から構成されている。
FIG. 1 shows a
前記上部旋回体13の前方一側部にはキャブ17が設けられ、且つ、前方中央部にブーム18が俯仰可能に取り付けられている。更に、ブーム18の先端にアーム19が上下回動自在に取り付けられ、該アーム19の先端にバケット20が取り付けられている。
A
図2は本発明に係る旋回制御装置のブロック図であり、上部旋回体13を旋回駆動する電動機14として、本実施の形態では永久磁石式同期電動機(PMモータ)を使用するものとする。永久磁石式同期電動機はインバータで駆動することにより高効率の駆動量が得られ、小型且つ軽量であるため建設機械等の車両への搭載が容易であるという利点を有している。この電動機14には、制御手段の一部であるインバータ21を介して、発電機またはバッテリ(何れも図示せず)の電力が供給される。
FIG. 2 is a block diagram of the turning control device according to the present invention. In this embodiment, a permanent magnet synchronous motor (PM motor) is used as the
また、電動機14とインバータ21との間には、コントローラ30の制御によって電動機14の各入力端子を短絡・開放するスイッチ23a,23bが設けられている。また、電動機14の入力電流を検出する電流検出器24U,24V,24Wが設けられ、夫々U相電流,V相電流,W相電流を検出してインバータ21に検出電流が入力される。
In addition, switches 23 a and 23 b are provided between the
前述の制御手段は、前記インバータ21と、スイッチ23a,23bと、電流検出器24U,24V,24Wと、コントローラ30とを備えている。
The aforementioned control means includes the
前記電動機14には、機械的ブレーキ力を発生させるメカニカルブレーキ22が設けられ、コントローラ30の制御によりメカニカルブレーキ22を解除した状態で電動機14へ通電すれば、該電動機14が回転してその回転力が減速機(図1に図示)を介して上部旋回体13に伝達され、上部旋回体13が左または右へ旋回する。
The
また、旋回操作手段として旋回用の操作レバー25が設けられ、例えばポテンショメータ等が内蔵されている。該操作レバー25を左右何れかへ操作すれば、その操作量に応じた指令信号が前記コントローラ30に入力される。
Further, a
次に、本発明に係る旋回制御装置における制御手順について説明する。制御手段は、予め上部旋回体13に作用する負荷トルクを検出し、この検出された負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する。負荷トルクを検出するには、例えば、コントローラ30の制御により、前記スイッチ23a,23bをオンして電動機14の入力端子を短絡するとともに、メカニカルブレーキ22を解除し、このとき、電流検出器24U,24V,24Wで電動機14の入力電流を検出する。検出されたU相電流,V相電流,W相電流はインバータ21に入力され、この検出電流からコントローラ30が電動機トルク即ち上部旋回体13に作用する負荷トルクを演算する。
Next, a control procedure in the turning control device according to the present invention will be described. The control means detects a load torque acting on the
このように、メカニカルブレーキ22を解除したときの電動機14の入力電流から負荷トルクを演算するので、上部旋回体13にかかる荷重を推定することができ、この荷重に対抗する電動機トルクを前記電動機14に発生させてトルク不足による逆回転を防止することができる。
Thus, since the load torque is calculated from the input current of the
而して、当該油圧ショベル10が、例えば傾斜地で上り傾斜に向かって旋回する場合、前記操作レバー25で上部旋回体13の旋回起動を開始する際に、コントローラ30はメカニカルブレーキ22を解除する前に、前記演算された負荷トルクに対抗する電動機トルクを発生させるようにインバータ21を制御する。従って、メカニカルブレーキ22を解除したときに、電動機14は前記負荷トルクに対抗する電動トルクで駆動されるため、上部旋回体13の逆回転を防止することができる。
Thus, when the
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。 It should be noted that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.
10 油圧ショベル
12 旋回機構
13 上部旋回体
14 電動機
21 インバータ
22 メカニカルブレーキ
23a,23b スイッチ
24U,24V,24W 電流検出器
30 コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上部旋回体に作用する負荷トルクを検出して該負荷トルクに対抗する電動機トルクを演算する制御手段を設け、前記メカニカルブレーキを解除する前に、前記負荷トルクに対抗する電動機トルクを前記電動機に発生させるように構成したことを特徴とする建設機械の旋回制御装置。 In a construction machine comprising an electric motor that drives the upper swing body to rotate and a mechanical brake that holds the stop position of the upper swing body,
Control means for detecting a load torque acting on the upper swing body and calculating an electric motor torque against the load torque is provided, and before the mechanical brake is released, an electric motor torque against the load torque is generated in the electric motor. A swing control device for a construction machine, wherein
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JP2009108551A (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-21 | Sumitomo (Shi) Construction Machinery Manufacturing Co Ltd | Revolution driving control device, and construction equipment using the same |
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