JP4648938B2

JP4648938B2 - Swivel drive control device and construction machine using the same

Info

Publication number: JP4648938B2
Application number: JP2007280605A
Authority: JP
Inventors: 公則佐野
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP2009108551A

Description

本発明は、建設機械の旋回機構の駆動制御を行う旋回駆動制御装置及びこれを用いた建設機械に関する。 The present invention relates to a turning drive control device that performs drive control of a turning mechanism of a construction machine, and a construction machine using the same.

従来より、建設機械の上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として電動機を備え、この電動機の力行運転で旋回機構を加速（駆動）するとともに、旋回機構を減速（制動）する際に回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電する建設機械が提案されている。 Conventionally, an electric motor has been provided as a power source of a turning mechanism for turning an upper turning body of a construction machine, and when the turning mechanism is accelerated (driven) and the turning mechanism is decelerated (brake) by powering operation of the electric motor. Construction machines that perform regenerative operation and charge the generated power to a battery have been proposed.

このような建設機械は、上部旋回体を機械的に停止させるためのメカニカルブレーキを備えるが、ブーム、アーム、又はバケットの作業時に生じる反力によるメカニカルブレーキの損傷を防止するために、旋回停止時であってもブーム、アーム、又はバケットの作業時にはメカニカルブレーキを解除し、電動発電機の回転軸の回転速度を零にするように制御を行う建設機械があった（例えば、特許文献１）。
特開２００５−２９９１０２号公報 Such a construction machine is provided with a mechanical brake for mechanically stopping the upper swing body. However, in order to prevent damage to the mechanical brake due to a reaction force generated during the operation of the boom, arm, or bucket, However, there has been a construction machine that performs control so that the mechanical brake is released and the rotational speed of the rotating shaft of the motor generator is made zero when working on the boom, arm, or bucket (for example, Patent Document 1).
JP-A-2005-299102

ところで、旋回停止時に反力を受けても電動発電機の回転軸の回転速度を零に制御するためには、反力によって生じる回転トルクに抗して駆動トルクを発生させる必要があり、反力が生じている間は常に駆動トルクを発生させるための電力を電動発電機に供給する必要がある。 By the way, in order to control the rotational speed of the rotating shaft of the motor generator to zero even if a reaction force is received when turning is stopped, it is necessary to generate a drive torque against the rotation torque generated by the reaction force. While this occurs, it is necessary to supply the motor generator with electric power for generating a driving torque.

このため、建設機械の作業中は、旋回停止時でも反力が生じている間は常に電力が消費されるという課題があった。 For this reason, during the work of the construction machine, there is a problem that power is always consumed while the reaction force is generated even when the turning is stopped.

そこで、本発明は、旋回停止時の作業中における消費電力を低減した旋回駆動制御装置及びこれを用いた建設機械を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the turning drive control apparatus which reduced the power consumption during the operation | work at the time of turning stop, and a construction machine using the same.

本発明の一局面の旋回駆動制御装置は、下部走行体、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体、前記上部旋回体に取り付けられる作業要素、及び前記上部旋回体の旋回を機械的に停止させるメカニカルブレーキを含み、前記上部旋回体の駆動機構を電動発電機で駆動する建設機械において、前記旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、前記下部走行体、前記上部旋回体、又は前記作業要素の駆動操作を検出する駆動操作検出手段と、前記メカニカルブレーキの制動／解除を制御するブレーキ制御手段と、前記駆動操作検出手段によって前記作業要素又は前記下部走行体の駆動操作が検出され、かつ、前記ブレーキ制御手段によって前記メカニカルブレーキが解除されると、前記電動発電機を短絡状態に切り替える運転制御手段とを備える。 A turning drive control device according to one aspect of the present invention is a lower traveling body, an upper turning body that is turnably mounted on the lower traveling body, a work element attached to the upper turning body, and turning of the upper turning body. In a construction machine including a mechanical brake for stopping the motor and driving a drive mechanism of the upper swing body with a motor generator, a swing drive control device for driving and controlling the swing mechanism, the lower traveling body and the upper swing A driving operation detecting means for detecting a driving operation of the body or the working element, a brake control means for controlling braking / releasing of the mechanical brake, and a driving operation of the working element or the lower traveling body by the driving operation detecting means. Is detected, and when the mechanical brake is released by the brake control means, the motor generator is switched to a short-circuit state. And a control means.

また、前記上部旋回体の旋回動作を検出する旋回動作検出手段をさらに備え、前記運転制御手段は、前記電動発電機が短絡状態であるときに、前記旋回動作検出手段によって前記旋回機構の旋回動作が検出されると、前記電動発電機を駆動状態に切り替え、前記電動発電機の回転速度を零にするための零速度指令で駆動制御してもよい。 Further, the apparatus further comprises a turning motion detecting means for detecting a turning motion of the upper turning body, and the operation control means turns the turning mechanism of the turning mechanism by the turning motion detecting means when the motor generator is in a short circuit state. When the motor generator is detected, the motor generator may be switched to a driving state, and drive control may be performed with a zero speed command for setting the rotational speed of the motor generator to zero.

また、この場合に、前記旋回動作検出手段は、前記電動発電機の回転速度を検出するように構成されており、前記運転制御手段は、前記旋回動作検出手段によって検出される回転速度が所定値以上になると、前記電動発電機の回転速度を零にするための零速度指令で前記電動発電機を駆動制御してもよい。 In this case, the turning motion detecting means is configured to detect the rotational speed of the motor generator, and the operation control means is configured such that the rotational speed detected by the turning motion detecting means is a predetermined value. If it becomes above, you may drive-control the said motor generator by the zero speed command for making the rotational speed of the said motor generator zero.

また、これらに代えて、前記電動発電機の回転位置を検出する回転位置検出手段をさらに備え、前記運転制御手段は、前記電動発電機が短絡状態であるときに、前記位置検出手段によって検出される回転位置の変化を検出すると、前記電動発電機を駆動状態に切り替え、前記電動発電機の回転位置を回転位置の変化の検出時の位置に復帰させるための位置指令で駆動制御してもよい。 Further, instead of these, a rotation position detection means for detecting the rotation position of the motor generator is further provided, and the operation control means is detected by the position detection means when the motor generator is in a short circuit state. When the change in the rotational position is detected, the motor generator may be switched to the drive state, and the drive control may be performed with a position command for returning the rotational position of the motor generator to the position at the time of detecting the change in the rotational position. .

また、この場合に、前記運転制御手段は、前記回転位置検出手段によって検出される回転位置の変化量が所定値以上になると、前記電動発電機の回転位置の変化の検出時の位置に復帰させるための位置指令で前記電動発電機を駆動制御してもよい。 Further, in this case, when the amount of change in the rotational position detected by the rotational position detecting means exceeds a predetermined value, the operation control means returns to the position at the time of detecting the change in the rotational position of the motor generator. The motor generator may be driven and controlled by a position command for this.

また、前記運転制御手段は、前記駆動操作検出手段によって前記上部旋回体の旋回操作が検出されると、旋回速度を制御するための速度指令を用いて前記電動発電機を駆動制御してもよい。 The operation control means may drive-control the motor generator using a speed command for controlling the turning speed when the turning operation of the upper turning body is detected by the drive operation detecting means. .

また、前記電動発電機は三相駆動されるように構成されており、前記運転制御手段は、三相配線を短絡させることにより前記電動発電機を短絡状態に切り替えてもよい。 The motor generator may be configured to be three-phase driven, and the operation control unit may switch the motor generator to a short-circuit state by short-circuiting a three-phase wiring.

本発明の一局面による建設機械は、前記いずれかに記載の旋回駆動制御装置を含む。 A construction machine according to one aspect of the present invention includes any one of the turning drive control devices described above.

また、前記メカニカルブレーキは、油圧制御によって制動／解除の切り替えが行われる油圧式ブレーキ、又は、電磁スイッチによって制動／解除の切り替えが行われる電磁式機械ブレーキであってもよい。 The mechanical brake may be a hydraulic brake in which braking / release is switched by hydraulic control or an electromagnetic mechanical brake in which braking / release is switched by an electromagnetic switch.

本発明によれば、旋回停止時の作業中における消費電力を低減した旋回駆動制御装置及びこれを用いた建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to provide a specific effect that it is possible to provide a turning drive control device that reduces power consumption during work when turning is stopped and a construction machine using the turning drive control device.

以下、本発明の建設機械を適用した実施の形態について説明する。 Embodiments to which the construction machine of the present invention is applied will be described below.

図１は、実施の形態１の旋回駆動制御装置を用いた建設機械を示す側面図である。 FIG. 1 is a side view showing a construction machine using the turning drive control device of the first embodiment.

この建設機械の下部走行体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。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。 An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the construction machine via a swing mechanism 2. In addition to the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 for hydraulically driving them, the upper swing body 3 is equipped with a cabin 10 and a power source. Is done.

「全体構成」
図２は、実施の形態１の旋回駆動制御装置を用いた建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。 "overall structure"
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a construction machine using the turning drive control device of the first embodiment. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.

エンジン１１と電動発電機１２は、ともに減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、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。 The engine 11 and the motor generator 12 are both connected to the input shaft of the speed reducer 13. A main pump 14 and a pilot pump 15 are connected to the output shaft of the speed reducer 13. A control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.

コントロールバルブ１７は、本実施の形態の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、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が高圧油圧ラインを介して接続される。 The control valve 17 is a control device that controls the hydraulic system in the construction machine of the present embodiment. The control valve 17 includes hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left) for the lower traveling body 1, The boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 are connected via a high pressure hydraulic line.

また、電動発電機１２には、インバータ１８を介してバッテリ１９が接続されており、また、バッテリ１９には、インバータ２０とリレー２１Ａ及び２１Ｂとを介して旋回用電動発電機２１が接続されている。 Further, a battery 19 is connected to the motor generator 12 via an inverter 18, and a turning motor generator 21 is connected to the battery 19 via an inverter 20 and relays 21 A and 21 B. Yes.

旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。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が接続される。 A resolver 22, a mechanical brake 23, and a turning speed reducer 24 are connected to the rotating shaft 21 a of the turning motor generator 21. An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 through a pilot line 25.

操作装置２６には、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がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、本実施の形態の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。 A control valve 17 and a pressure sensor 29 are connected to the operating device 26 via hydraulic lines 27 and 28, respectively. The pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electric system of the construction machine according to the present embodiment.

このような本実施の形態の建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動発電機２１を動力源とするハイブリッド型の建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。 The construction machine of this embodiment is a hybrid type construction machine that uses the engine 11, the motor generator 12, and the turning motor generator 21 as power sources. These power sources are mounted on the upper swing body 3 shown in FIG. Hereinafter, each part will be described.

「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。 "Configuration of each part"
The engine 11 is an internal combustion engine composed of, for example, a diesel engine, and its output shaft is connected to one input shaft of the speed reducer 13. The engine 11 is always operated during the operation of the construction machine.

電動発電機１２は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。 The motor generator 12 may be an electric motor capable of both power running operation and regenerative operation. Here, a motor generator that is AC driven by an inverter 20 is shown as the motor generator 12. The motor generator 12 can be constituted by, for example, an IPM (Interior Permanent Magnetic) motor in which a magnet is embedded in a rotor. The rotating shaft of the motor generator 12 is connected to the other input shaft of the speed reducer 13.

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が力行運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が回生運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と回生運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。 The speed reducer 13 has two input shafts and one output shaft. A drive shaft of the engine 11 and a drive shaft of the motor generator 12 are connected to each of the two input shafts. Further, the drive shaft of the main pump 14 is connected to the output shaft. When the load on the engine 11 is large, the motor generator 12 performs a power running operation, and the driving force of the motor generator 12 is transmitted to the main pump 14 via the output shaft of the speed reducer 13. Thereby, driving of the engine 11 is assisted. On the other hand, when the load on the engine 11 is small, the driving force of the engine 11 is transmitted to the motor generator 12 via the speed reducer 13 so that the motor generator 12 generates power by regenerative operation. Switching between the power running operation and the regenerative operation of the motor generator 12 is performed by the controller 30 according to the load of the engine 11 and the like.

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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の各々を駆動するために供給される。 The main pump 14 is a pump that generates hydraulic pressure to be supplied to the control valve 17. This hydraulic pressure is supplied to drive each of the hydraulic motors 1 A and 1 B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 via the control valve 17.

パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。 The pilot pump 15 is a pump that generates a pilot pressure necessary for the hydraulic operation system. The configuration of this hydraulic operation system will be described later.

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。 The control valve 17 inputs the hydraulic pressure supplied to each of the hydraulic motors 1A, 1B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 and the bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 connected via a high-pressure hydraulic line. It is a hydraulic control device which controls these hydraulically by controlling according to the above.

インバータ１８は、電動発電機１２の力行運転に必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給するとともに、電動発電機１２の回生運転によって発電された電力をバッテリ１９に充電するために電動発電機１２とバッテリ１９との間に設けられたインバータである。 The inverter 18 supplies electric power necessary for the power running operation of the motor generator 12 from the battery 19 to the motor generator 12, and at the same time, charges the battery 19 with electric power generated by the regenerative operation of the motor generator 12. It is an inverter provided between the machine 12 and the battery 19.

バッテリ１９は、電動発電機１２及び旋回用電動発電機２１の力行運転に必要な電力を供給すると共に、電動発電機１２の回生運転及び旋回用電動発電機２１の減速時における回生運転によって発電された電力を蓄積するための電源である。 The battery 19 supplies electric power necessary for the power running operation of the motor generator 12 and the turning motor generator 21 and is generated by the regenerative operation of the motor generator 12 and the regenerative operation during deceleration of the turning motor generator 21. It is a power source for accumulating the electric power.

インバータ２０は、旋回用電動発電機２１の旋回加速のための力行運転に必要な電力をバッテリ１９から旋回用電動発電機２１に供給するとともに、旋回用電動発電機２１の減速に行う回生運転によって発電された電力をバッテリ１９に充電するために旋回用電動発電機２１とバッテリ１９との間に設けられたインバータである。 The inverter 20 supplies power necessary for powering operation for turning acceleration of the turning motor generator 21 from the battery 19 to the turning motor generator 21, and also by regenerative operation performed to decelerate the turning motor generator 21. This is an inverter provided between the turning motor generator 21 and the battery 19 in order to charge the battery 19 with the generated power.

ここで、旋回用電動発電機２１の減速時における回生運転を第１回生運転と称し、後述する短絡状態における回生運転である第２回生運転と区別する。なお、旋回用電動発電機２１の運転状態を表す場合に、第１回生運転と第２回生運転を特に区別しない場合は、単に「回生運転」と記す。 Here, the regenerative operation at the time of deceleration of the turning motor generator 21 is referred to as a first regenerative operation, and is distinguished from a second regenerative operation that is a regenerative operation in a short-circuit state described later. In the case where the operating state of the turning motor generator 21 is represented, the first regenerative operation and the second regenerative operation are simply referred to as “regenerative operation” if they are not particularly distinguished.

旋回用電動発電機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。旋回用電動発電機２１は、力行運転により上部旋回体３を加速させ、上部旋回体３の減速時に第１回生運転を行うように駆動制御される。ここでは、旋回用電動発電機２１として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この旋回用電動発電機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。 The turning motor generator 21 may be an electric motor capable of both power running operation and regenerative operation, and is provided to drive the turning mechanism 2 of the upper turning body 3. The turning motor generator 21 is drive-controlled so as to accelerate the upper turning body 3 by power running operation and perform the first regenerative operation when the upper turning body 3 is decelerated. Here, a motor generator that is AC driven by an inverter 20 is shown as the turning motor generator 21. The turning motor generator 21 can be constituted by, for example, a magnet-embedded IPM motor.

なお、バッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は回生運転）、旋回用電動発電機２１の運転状態（力行運転又は第１回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。 In addition, charge / discharge control of the battery 19 is performed in the charged state of the battery 19, the operating state of the motor generator 12 (power running operation or regenerative operation), and the operating state of the turning motor generator 21 (power running operation or first regenerative operation). Based on the controller 30.

リレー２１Ａ及び２１Ｂは、図３に示すように、インバータ２０と旋回用電動発電機２１との間の三相配線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に配設される。リレー２１Ａは、Ｕ相とＶ相の間に配設されており、リレー２１Ｂは、Ｖ相とＷ相の間に配設されている。リレー２１Ａ及び２１Ｂが閉成されると、旋回用電動発電機２１の三相配線が短絡状態となり、旋回用電動発電機２１の運転状態は第２回生運転に切り替わる。 As shown in FIG. 3, the relays 21 A and 21 B are arranged in three-phase wiring (U phase, V phase, W phase) between the inverter 20 and the turning motor generator 21. The relay 21A is disposed between the U phase and the V phase, and the relay 21B is disposed between the V phase and the W phase. When the relays 21A and 21B are closed, the three-phase wiring of the turning motor generator 21 is short-circuited, and the operation state of the turning motor generator 21 is switched to the second regenerative operation.

第２回生運転の状態で発電される電力は、旋回用電動発電機２１の内部抵抗器で消費される。この第２回生運転の状態では、旋回用電動発電機２１の内部抵抗器の抵抗値と回転軸２１ａの回転速度とによって定まる制動トルクが生じる。なお、このリレー２１Ａ及び２１Ｂは、後述する旋回駆動制御装置４０の主制御部６０によって開閉制御が行われ、旋回用電動発電機２１を速度指令により駆動制御するときには開放される。 The electric power generated in the state of the second regenerative operation is consumed by the internal resistor of the turning motor generator 21. In the state of the second regenerative operation, a braking torque determined by the resistance value of the internal resistor of the turning motor generator 21 and the rotational speed of the rotating shaft 21a is generated. The relays 21A and 21B are opened / closed by a main control unit 60 of a turning drive control device 40, which will be described later, and are opened when the turning motor generator 21 is driven and controlled by a speed command.

レゾルバ２２は、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、回転前の回転軸２１ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。 The resolver 22 is a sensor that detects a rotational position and a rotational angle of the rotational shaft 21a of the turning motor generator 21, and includes a rotational position of the rotational shaft 21a before the rotation and a rotational position after the left rotation or the right rotation. By detecting the difference, the rotation angle and the rotation direction of the rotating shaft 21a are detected. By detecting the rotation angle of the rotation shaft 21a of the turning motor generator 21, the rotation angle and the rotation direction of the turning mechanism 2 are derived.

メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａを機械的に制止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式に制動（オン）／解除（オフ）が切り替えられるように構成されており、この切り替えは、後述する旋回駆動制御装置４０の主制御部６０によって行われる。メカニカルブレーキ２３が解除されるのは、旋回停止時において下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６のうちのいずれかが操作された場合と、旋回用電動発電機２１が操作される場合である。 The mechanical brake 23 is a braking device that generates a mechanical braking force, and mechanically stops the rotating shaft 21 a of the turning motor generator 21. The mechanical brake 23 is configured so that braking (on) / release (off) can be switched electromagnetically, and this switching is performed by the main control unit 60 of the turning drive control device 40 described later. The mechanical brake 23 is released when any of the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, or the bucket 6 is operated when turning is stopped and when the turning motor generator 21 is operated. Is the case.

旋回減速機２４は、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。 The turning speed reducer 24 is a speed reducer that mechanically transmits the rotational speed of the rotating shaft 21 a of the turning motor generator 21 to the turning mechanism 2 by reducing the rotational speed.

旋回機構２は、旋回用電動発電機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。 The turning mechanism 2 can turn in a state where the mechanical brake 23 of the turning motor generator 21 is released, whereby the upper turning body 3 is turned leftward or rightward.

操作装置２６は、旋回用電動発電機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａは、旋回用電動発電機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。 The operating device 26 is an operating device for operating the turning motor generator 21, the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5 and the bucket 6, and includes levers 26A and 26B and a pedal 26C. The lever 26 A is a lever for operating the turning motor generator 21 and the arm 5, and is provided in the vicinity of the driver seat of the upper turning body 3. The lever 26B is a lever for operating the boom 4 and the bucket 6, and is provided in the vicinity of the driver's seat. The pedals 26C are a pair of pedals for operating the lower traveling body 1, and are provided under the feet of the driver's seat.

この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。 The operating device 26 converts the hydraulic pressure (primary hydraulic pressure) supplied through the pilot line 25 into hydraulic pressure (secondary hydraulic pressure) corresponding to the operation amount of the driver and outputs the converted hydraulic pressure. The secondary hydraulic pressure output from the operating device 26 is supplied to the control valve 17 through the hydraulic line 27 and detected by the pressure sensor 29.

レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。 When each of the levers 26A and 26B and the pedal 26C is operated, the control valve 17 is driven through the hydraulic line 27, whereby the hydraulic pressure in the hydraulic motors 1A and 1B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 and the bucket cylinder 9 is increased. Is controlled, the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are driven.

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂを操作するために１本ずつ（すなわち合計２本）、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をそれぞれ操作するために２本ずつ（すなわち合計６本）設けられるため、実際には全部で８本あるが、説明の便宜上、１本にまとめて表す。 One hydraulic line 27 is used for operating the hydraulic motors 1A and 1B (i.e., two in total), and two hydraulic lines 27 are used for operating the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 and the bucket cylinder (i.e., total). 6) so that there are actually 8 in total, but for convenience of explanation, they are collectively shown as one.

圧力センサ２９では、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃの各々の操作による油圧ライン２８内の油圧の変化が別個独立的に圧力センサ２９で検出される。圧力センサ２９は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃの各々の操作により、旋回用電動発電機２１、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々を操作するための油圧の変化を検出し、各々の操作による油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。これらの電気信号は、コントローラ３０に入力される。 In the pressure sensor 29, the change in the hydraulic pressure in the hydraulic line 28 due to the operation of each of the lever 26A, the lever 26B, and the pedal 26C is detected by the pressure sensor 29 independently. The pressure sensor 29 controls the hydraulic motor 21 for operating the turning motor generator 21, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the lower traveling body 1 by operating the lever 26 A, the lever 26 B, and the pedal 26 C. The change is detected, and an electric signal indicating the hydraulic pressure in the hydraulic line 28 by each operation is output. These electrical signals are input to the controller 30.

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、本実施の形態の建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、速度指令変換部３１、駆動制御装置３２、及び旋回駆動制御装置４０を含む。 "Controller 30"
The controller 30 is a control device that performs drive control of the construction machine according to the present embodiment, and includes a speed command conversion unit 31, a drive control device 32, and a turning drive control device 40.

圧力センサ２９から出力される電気信号のうち、旋回用電動発電機２１の操作による油圧ライン２８内の油圧の変化を表す電気信号は、速度指令変換部３１に入力される。また、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々の操作による油圧ライン２８内の油圧の変化を表す電気信号は、旋回駆動制御装置４０に入力される。 Of the electrical signals output from the pressure sensor 29, an electrical signal representing a change in the hydraulic pressure in the hydraulic line 28 due to the operation of the turning motor generator 21 is input to the speed command conversion unit 31. In addition, an electrical signal representing a change in hydraulic pressure in the hydraulic line 28 due to each operation of the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the lower traveling body 1 is input to the turning drive control device 40.

速度指令変換部３１は、圧力センサ２９から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部である。これにより、レバー２６Ａの操作量は、旋回用電動発電機２１を回転駆動させるための速度指令(rad/s)に変換される。この速度指令は、駆動制御装置３２及び旋回駆動制御装置４０に入力される。 The speed command conversion unit 31 is an arithmetic processing unit that converts a signal input from the pressure sensor 29 into a speed command. As a result, the operation amount of the lever 26A is converted into a speed command (rad / s) for rotationally driving the turning motor generator 21. This speed command is input to the drive control device 32 and the turning drive control device 40.

駆動制御装置３２は、電動発電機１２の運転制御（力行運転又は回生運転の切り替え）、及び、バッテリ１９の充放電制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。この駆動制御装置３２は、エンジン１１の負荷の状態とバッテリ１９の充電状態に応じて、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御装置３２は、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替えることにより、インバータ１８を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。 The drive control device 32 is a control device for performing operation control of the motor generator 12 (switching between power running operation or regenerative operation) and charge / discharge control of the battery 19, and includes a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory. It is comprised by the arithmetic processing unit containing. The drive control device 32 switches between the power running operation and the regenerative operation of the motor generator 12 according to the load state of the engine 11 and the charge state of the battery 19. The drive control device 32 performs charge / discharge control of the battery 19 via the inverter 18 by switching between the power running operation and the regenerative operation of the motor generator 12.

「旋回駆動制御装置４０」
図４は、実施の形態１の建設機械の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。旋回駆動制御装置４０は、旋回用電動発電機２１を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成部５０、及び主制御部６０を含む。 "Swivel drive control device 40"
FIG. 4 is a control block diagram illustrating a configuration of the turning drive control device 40 for the construction machine according to the first embodiment. The turning drive control device 40 includes a drive command generation unit 50 that generates a drive command for driving the turning motor generator 21, and a main control unit 60.

この旋回駆動制御装置４０は、インバータ２０を介して旋回用電動発電機２１の駆動制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを備える。旋回駆動制御装置４０のＣＰＵは、内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、レバー２６Ａの操作量に応じて旋回用電動発電機２１を駆動制御するための駆動指令を演算する。 The turning drive control device 40 is a control device for performing drive control of the turning motor generator 21 via the inverter 20, and includes a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory. The CPU of the turning drive control device 40 calculates a drive command for driving and controlling the turning motor generator 21 according to the operation amount of the lever 26A by executing a drive control program stored in the internal memory. To do.

また、旋回駆動制御装置４０は、レバー２６Ａの操作量に応じて、旋回用電動発電機２１を駆動制御する際に、力行運転と回生運転（第１回生運転又は第２回生運転）の切り替え制御を行うと共に、インバータ２０を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。 Further, the turning drive control device 40 switches between power running operation and regenerative operation (first regenerative operation or second regenerative operation) when driving and controlling the turning motor generator 21 according to the operation amount of the lever 26A. And charge / discharge control of the battery 19 is performed via the inverter 20.

駆動指令生成部５０には、速度指令変換部３１から出力される速度指令が入力され、この駆動指令生成部５０は速度指令に基づき駆動指令を生成する。駆動指令生成部５０から出力される駆動指令はインバータ２０に入力され、このインバータ２０によって旋回用電動発電機２１がＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動される。 The speed command output from the speed command conversion unit 31 is input to the drive command generation unit 50, and the drive command generation unit 50 generates a drive command based on the speed command. The drive command output from the drive command generator 50 is input to the inverter 20, and the turning motor generator 21 is PWM (Pulse Width Modulation) driven by the inverter 20.

主制御部６０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含み、旋回駆動制御装置４０の制御処理に必要な周辺処理を行う制御部である。また、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々の操作による油圧ライン２８内の油圧の変化を表す電気信号は、圧力センサ２９から主制御部６０に入力される。また、このメカニカルブレーキ２３の制動（オン）／解除（オフ）の切り替えは、主制御部６０によって行われる。その他の主制御部６０の具体的な処理内容については、関連箇所においてその都度説明する。 The main control unit 60 includes a CPU and an internal memory, and is a control unit that performs peripheral processing necessary for control processing of the turning drive control device 40. In addition, an electric signal representing a change in hydraulic pressure in the hydraulic line 28 due to each operation of the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the lower traveling body 1 is input from the pressure sensor 29 to the main control unit 60. Further, the main control unit 60 switches between braking (on) and releasing (off) of the mechanical brake 23. Specific processing contents of the other main control unit 60 will be described each time in related portions.

「駆動指令生成部５０」
駆動指令生成部５０は、減算器５１、ＰＩ(Proportional Integral)制御部５２、トルク制限部５３、減算器５４、ＰＩ制御部５５、電流変換部５６、及び旋回動作検出部５７を含む。この駆動指令生成部５０の減算器５１には、レバー２６Ａの操作量に応じた旋回駆動用の速度指令(rad/s)が入力される。 "Drive command generation unit 50"
The drive command generator 50 includes a subtractor 51, a PI (Proportional Integral) controller 52, a torque limiter 53, a subtractor 54, a PI controller 55, a current converter 56, and a turning motion detector 57. A speed command (rad / s) for turning drive corresponding to the operation amount of the lever 26A is input to the subtractor 51 of the drive command generating unit 50.

減算器５１は、レバー２６Ａの操作量に応じた速度指令の値（以下、速度指令値）から、旋回動作検出部５７によって検出される旋回用電動発電機２１の回転速度(rad/s)を減算して偏差を出力する。この偏差は、後述するＰＩ制御部５２において、旋回用電動発電機２１の回転速度を速度指令値（目標値）に近づけるためのＰＩ制御に用いられる。 The subtractor 51 determines the rotational speed (rad / s) of the turning motor generator 21 detected by the turning motion detector 57 from the value of the speed command (hereinafter referred to as speed command value) corresponding to the operation amount of the lever 26A. Subtract and output the deviation. This deviation is used for PI control for causing the rotational speed of the turning motor generator 21 to approach the speed command value (target value) in the PI control unit 52 described later.

ＰＩ制御部５２は、減算器５１から入力される偏差に基づき、旋回用電動発電機２１の回転速度を速度指令値（目標値）に近づけるように（すなわち、この偏差を小さくするように）ＰＩ制御を行い、そのために必要なトルク電流指令を演算する。演算されたトルク電流指令は、トルク制限部５３に入力される。 Based on the deviation input from the subtractor 51, the PI control unit 52 causes the rotational speed of the turning motor generator 21 to approach the speed command value (target value) (that is, to reduce this deviation). Control is performed and a torque current command necessary for that is calculated. The calculated torque current command is input to the torque limiter 53.

トルク制限部５３は、ＰＩ制御部５２から入力されるトルク電流指令値によって生じるトルクが旋回用電動発電機２１の許容最大トルク値以下となるように、ＰＩ制御部５２から入力されるトルク電流指令値を制限する。このトルク電流指令値の制限は、上部旋回体３の左方向及び右方向の双方向の回転に対して行われる。 The torque limiter 53 receives the torque current command input from the PI control unit 52 so that the torque generated by the torque current command value input from the PI control unit 52 is less than or equal to the allowable maximum torque value of the turning motor generator 21. Limit the value. This limitation on the torque current command value is performed with respect to the bi-directional rotation of the upper swing body 3 in the left direction and the right direction.

ここで、トルク制限部５３においてトルク電流指令値を制限するための上限値（左旋回用の最大値）及び下限値（右旋回用の最小値）は、このトルク制限部５３によってトルク電流指令値の制限が行われても、傾斜地で、ブーム４、アーム５、及びブーム６が伸張されて上部旋回体３の慣性モーメントが大きい状態においても、ブーム４、アーム５、及びブーム６を斜面の上方に旋回させるための駆動トルクを発生できるような値に設定されている。なお、トルク電流指令値を制限するための特性を表すデータは、主制御部６０の内部メモリに格納されており、トルク制限部５３によって読み出される。 Here, an upper limit value (maximum value for left turn) and a lower limit value (minimum value for right turn) for limiting the torque current command value in the torque limiter 53 are set by the torque limiter 53. Even when the value is limited, even when the boom 4, the arm 5 and the boom 6 are extended on an inclined ground and the inertial moment of the upper swing body 3 is large, the boom 4, the arm 5 and the boom 6 are not inclined. The value is set such that a driving torque for turning upward can be generated. Note that data representing characteristics for limiting the torque current command value is stored in the internal memory of the main control unit 60 and read by the torque limiting unit 53.

減算器５４は、トルク制限部５３から入力されるトルク電流指令値から、電流変換部５６の出力値を減算して得る偏差を出力する。この偏差は、後述するＰＩ制御部５５及び電流変換部５６を含むフィードバックループにおいて、電流変換部５６から出力される旋回用電動発電機２１の駆動トルクを、トルク制限部５３を介して入力されるトルク電流指令値（目標値）によって表されるトルクに近づけるためのＰＩ制御に用いられる。 The subtractor 54 outputs a deviation obtained by subtracting the output value of the current converter 56 from the torque current command value input from the torque limiter 53. This deviation is input via the torque limiter 53 as the driving torque of the turning motor generator 21 output from the current converter 56 in a feedback loop including a PI controller 55 and a current converter 56 described later. This is used for PI control to approach the torque represented by the torque current command value (target value).

ＰＩ制御部５５は、減算器５４から入力される偏差に基づき、この偏差を小さくするようにＰＩ制御を行い、インバータ２０に送る最終的な駆動指令となる電圧指令を生成する。インバータ２０は、ＰＩ制御部５５から入力される電圧指令に基づき、旋回用電動発電機２１をＰＷＭ駆動する。 Based on the deviation input from the subtractor 54, the PI control unit 55 performs PI control so as to reduce this deviation, and generates a voltage command as a final drive command to be sent to the inverter 20. The inverter 20 PWM-drives the turning motor generator 21 based on the voltage command input from the PI control unit 55.

電流変換部５６は、旋回用電動発電機２１のモータ電流を検出し、これをトルク電流指令に相当する値に変換し、減算器５４に入力する。 The current converter 56 detects the motor current of the turning motor generator 21, converts it into a value corresponding to the torque current command, and inputs it to the subtractor 54.

旋回動作検出部５７は、レゾルバ２２によって検出される旋回用電動発電機２１の回転位置の変化（すなわち上部旋回体３の旋回）を検出するとともに、回転位置の時間的に変化から旋回用電動発電機２１の回転速度を微分演算によって導出する。導出された回転速度を表すデータは、減算器５１及び主制御部６０に入力される。 The turning motion detection unit 57 detects a change in the rotational position of the turning motor generator 21 detected by the resolver 22 (that is, turning of the upper turning body 3), and from the temporal change in the rotating position, the turning motor generator The rotational speed of the machine 21 is derived by differential calculation. Data representing the derived rotational speed is input to the subtractor 51 and the main control unit 60.

次に、本実施の形態の建設機械の旋回駆動制御装置における旋回用電動発電機２１の駆動制御について説明する。 Next, drive control of the turning motor generator 21 in the turning drive control device for a construction machine according to the present embodiment will be described.

図５は、実施の形態１の建設機械の旋回駆動制御装置４０による旋回用電動発電機２１の駆動制御（第２回生運転と零速度指令による運転）を実行するための処理手順を示す図である。なお、旋回用電動発電機２１を駆動していない場合、及び、ブーム４、アーム５、及びバケット６を駆動していない状態では、メカニカルブレーキ２３は制動（オン）状態となっている。 FIG. 5 is a diagram showing a processing procedure for performing drive control (second regenerative operation and operation with a zero speed command) of the turning motor generator 21 by the turning drive control device 40 of the construction machine according to the first embodiment. is there. Note that the mechanical brake 23 is in a braking (on) state when the turning motor generator 21 is not driven and when the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are not driven.

まず、旋回駆動制御装置４０は、旋回操作があるか否かを判定する（ステップＳ１）。これは、レバー２６Ａの操作に基づく速度指令が速度指令変換部３１から入力されたか否かに基づいて判定される。 First, the turning drive control device 40 determines whether or not there is a turning operation (step S1). This is determined based on whether or not a speed command based on the operation of the lever 26A is input from the speed command converter 31.

旋回駆動制御装置４０は、旋回操作がないと判定した場合は、作業用の操作（ブーム４、アーム５、バケット６、又は下部走行体１のいずれかの操作）があったか否かを判定する（ステップＳ２）。 When it is determined that there is no turning operation, the turning drive control device 40 determines whether or not there is a work operation (any operation of the boom 4, the arm 5, the bucket 6, or the lower traveling body 1) ( Step S2).

旋回駆動制御装置４０は、作業用の操作があったと判定した場合は、リレー２１Ａ及び２１Ｂを閉成するとともに、メカニカルブレーキ２３を解除する（ステップＳ３）。これにより、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａに制動トルクが生じる。 When it is determined that there is a work operation, the turning drive control device 40 closes the relays 21A and 21B and releases the mechanical brake 23 (step S3). As a result, a braking torque is generated on the rotating shaft 21 a of the turning motor generator 21.

次いで、旋回駆動制御装置４０は、回転軸２１ａの回転速度の絶対値が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。これは、反力により、上部旋回体３が左方向又は右方向に所定値以上の回転速度で旋回しているか否かを判定するための処理である。 Next, the turning drive control device 40 determines whether or not the absolute value of the rotation speed of the rotation shaft 21a is equal to or greater than a predetermined value (step S4). This is a process for determining whether or not the upper swing body 3 is turning leftward or rightward at a rotational speed equal to or higher than a predetermined value by the reaction force.

旋回駆動制御装置４０は、回転軸２１ａの回転速度の絶対値が所定値以上であると判定した場合は、速度指令変換部３１に零速度指令を出力させ、この零速度指令で旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転速度を零に制御する（ステップＳ５）。 When it is determined that the absolute value of the rotational speed of the rotating shaft 21a is equal to or greater than a predetermined value, the turning drive control device 40 causes the speed command conversion unit 31 to output a zero speed command, and this zero speed command is used to turn the motor generator for turning. The rotational speed of the rotating shaft 21a of the machine 21 is controlled to zero (step S5).

ここで、零速度指令とは、上部旋回体３の旋回速度を零にするために、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転速度を零にするための速度指令であり、後述するＰＩ制御では、回転軸２１ａの回転速度を零に近づけるための目標値として用いられる。 Here, the zero speed command is a speed command for setting the rotational speed of the rotating shaft 21a of the turning motor generator 21 to zero in order to make the turning speed of the upper swing body 3 zero, and will be described later. In the control, it is used as a target value for bringing the rotation speed of the rotating shaft 21a close to zero.

このステップＳ５の処理は、上部旋回体３に掛かる反力が比較的大きく、制動トルクでは回転軸２１ａを停止状態に保持できない場合に、零速度指令を用いて回転軸２１ａを停止状態に保持させるための処理である。 In the process of step S5, when the reaction force applied to the upper swing body 3 is relatively large and the rotating shaft 21a cannot be held in the stopped state by the braking torque, the rotating shaft 21a is held in the stopped state using the zero speed command. Process.

旋回駆動制御装置４０は、ステップＳ５の処理が終了すると、処理手順をステップＳ１にリターンする。これにより、以上の処理が繰り返し実行される。 When the process of step S5 ends, the turning drive control device 40 returns the processing procedure to step S1. Thereby, the above process is repeatedly performed.

なお、旋回駆動制御装置４０は、ステップＳ４において、回転軸の回転速度の絶対値が所定値未満であると判定した場合は、手順をステップＳ１にリターンする。これは、上部旋回体３に掛かる反力が比較的小さい場合に、制動トルクで回転軸２１ａを停止状態に保持する場合である。ステップＳ１にリターンすると、旋回駆動制御装置４０は、再び旋回操作の有無を監視し、図５に示す手順を繰り返し実行する。 If the turning drive control device 40 determines in step S4 that the absolute value of the rotational speed of the rotating shaft is less than the predetermined value, the procedure returns to step S1. This is a case where the rotating shaft 21a is held in a stopped state by the braking torque when the reaction force applied to the upper swing body 3 is relatively small. When returning to step S1, the turning drive control device 40 again monitors the presence / absence of the turning operation, and repeatedly executes the procedure shown in FIG.

また、ステップＳ１において、旋回操作があったと判定した場合は、旋回駆動制御装置４０は、ステップＳ６において旋回駆動制御を行う（ステップＳ６）。この旋回駆動制御は、レバー２６Ａに入力される旋回操作の方向と操作量に応じて旋回用電動発電機２１を駆動する制御である。この制御には、例えば、速度指令を用いることができる。この旋回駆動制御が終わると、旋回駆動制御装置４０は、処理手順をステップＳ１にリターンし、再び旋回操作の有無を監視し、図５に示す手順を繰り返し実行する。 When it is determined in step S1 that the turning operation has been performed, the turning drive control device 40 performs turning drive control in step S6 (step S6). The turning drive control is a control for driving the turning motor generator 21 in accordance with the direction and amount of the turning operation input to the lever 26A. For example, a speed command can be used for this control. When the turning drive control is finished, the turning drive control device 40 returns the processing procedure to step S1, monitors the presence / absence of the turning operation again, and repeatedly executes the procedure shown in FIG.

以上のように、旋回駆動制御装置４０により、旋回用電動発電機２１の駆動制御が実行される。図５に示す処理は、本実施の形態の建設機械の運転中に繰り返し実行される。 As described above, the drive control of the turning motor generator 21 is executed by the turning drive control device 40. The process shown in FIG. 5 is repeatedly executed during the operation of the construction machine of the present embodiment.

「旋回停止中の作業時における動作」
以上より、実施の形態１の旋回駆動制御装置を用いた建設機械によれば、上部旋回体３の旋回操作が行われていない状態（旋回停止時）で、下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の少なくともいずれか一つが操作されてメカニカルブレーキ２３が解除された状態において、上部旋回体３に反力が掛かって旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａに回転トルクが生じても、回転トルクが比較的小さい間は旋回用電動発電機２１を第２回生運転（短絡状態）に保持する。これにより、回転軸２１ａは停止状態に保持される。 "Operation during work while turning is stopped"
As described above, according to the construction machine using the turning drive control device of the first embodiment, the lower traveling body 1, the boom 4, and the arm are in a state where the upper turning body 3 is not turned (when the turning is stopped). 5 or in a state where at least one of the buckets 6 is operated and the mechanical brake 23 is released, a reaction force is applied to the upper swing body 3 to generate a rotational torque on the rotary shaft 21a of the motor generator 21 for swing. However, while the rotational torque is relatively small, the turning motor generator 21 is held in the second regenerative operation (short-circuit state). Thereby, the rotating shaft 21a is held in a stopped state.

また、回転軸２１ａの回転速度が所定値以上になった場合は、零速度指令に切り替えることにより、上部旋回体３への反力によって生じる回転トルクに抗して、回転軸２１ａを停止状態に保持することができる。 Further, when the rotational speed of the rotary shaft 21a exceeds a predetermined value, the rotary shaft 21a is brought into a stopped state against the rotational torque generated by the reaction force to the upper swing body 3 by switching to the zero speed command. Can be held.

以上のように、実施の形態１の旋回駆動制御装置を用いた建設機械によれば、上部旋回体３の旋回操作が行われていない状態（旋回停止時）で、下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の少なくともいずれか一つが操作されてメカニカルブレーキ２３が解除された状態において、上部旋回体３に反力が掛かって旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａに回転トルクが生じても、回転トルクが比較的小さい間は旋回用電動発電機２１を第２回生運転（短絡状態）に保持する。これにより、回転軸２１ａは停止状態に保持される。 As described above, according to the construction machine using the turning drive control device of the first embodiment, the lower traveling body 1 and the boom 4 are in a state where the upper turning body 3 is not turned (when the turning is stopped). In the state where at least one of the arm 5 and the bucket 6 is operated and the mechanical brake 23 is released, a reaction force is applied to the upper swing body 3, and rotational torque is applied to the rotary shaft 21 a of the turning motor generator 21. Even if it occurs, while the rotational torque is relatively small, the turning motor generator 21 is held in the second regenerative operation (short-circuit state). Thereby, the rotating shaft 21a is held in a stopped state.

零速度指令による旋回用電動発電機２１の駆動制御を行う場合には、インバータ２０を介して電力供給を行う必要があるが、旋回用電動発電機２１を短絡状態にする場合は、旋回用電動発電機２１に電力供給を行う必要がない。 When the drive control of the turning motor generator 21 by the zero speed command is performed, it is necessary to supply power via the inverter 20, but when the turning motor generator 21 is in a short-circuited state, the turning motor generator 21 is driven. There is no need to supply power to the generator 21.

このため、従来の建設機械のように、反力の度合いによらず、一律に零速度指令による駆動制御によって上部旋回体３を停止状態に保持する場合に比べて、短絡状態における第２回生運転を行う分だけ消費電力を低減することができる。 For this reason, unlike the conventional construction machine, the second regenerative operation in the short-circuited state is compared to the case where the upper-part turning body 3 is held in the stopped state by the drive control based on the zero speed command uniformly regardless of the degree of the reaction force. It is possible to reduce the power consumption by the amount that is performed.

以上では、主制御部６０が旋回駆動制御装置４０に含まれる形態について説明したが、主制御部６０は、旋回駆動制御装置４０の外部に設けられていてもよい。 Although the main control unit 60 has been described above as being included in the turning drive control device 40, the main control unit 60 may be provided outside the turning drive control device 40.

また、以上では、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々の操作が圧力センサ２９で検出される形態について説明したが、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々の操作は、コントロールバルブ１７又は油圧ライン２７に設けられた圧力センサによって検出され、操作量に応じた電気信号が主制御部６０に送られるように構成してもよい。 In the above description, the operation of each of the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the lower traveling body 1 is detected by the pressure sensor 29. However, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the lower traveling body are described. Each operation of 1 may be detected by a pressure sensor provided in the control valve 17 or the hydraulic line 27, and an electric signal corresponding to the operation amount may be sent to the main control unit 60.

また、以上では、旋回用電動発電機２１がインバータ２０によってＰＷＭ駆動される交流モータであり、その回転速度を検出するために、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５７を用いる形態について説明したが、旋回用電動発電機２１は直流モータであってもよい。このように旋回用電動発電機２１として直流モータを用いる場合は、直流モータに電力を供給する２本の電力供給線を短絡させるためのリレーを１つ設ければよい。このリレーを閉成すれば、直流モータの短絡制動によって回転軸に制動トルクが生じるため、交流モータの場合と同様に旋回停止状態を実現することができる。なお、旋回用電動発電機２１として直流モータを用いる場合は、インバータ２０、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５７が不要となり、回転速度としては直流モータのタコジェネレータで検出される値を用いればよい。 In the above description, the turning motor generator 21 is an AC motor that is PWM-driven by the inverter 20, and the resolver 22 and the turning motion detection unit 57 are used to detect the rotational speed. The motor generator 21 may be a DC motor. In this way, when a DC motor is used as the turning motor generator 21, one relay for short-circuiting two power supply lines for supplying power to the DC motor may be provided. If this relay is closed, a braking torque is generated on the rotating shaft by short-circuit braking of the DC motor, so that the turning stop state can be realized as in the case of the AC motor. When a DC motor is used as the turning motor generator 21, the inverter 20, the resolver 22 and the turning operation detection unit 57 are not necessary, and a value detected by the tachometer of the DC motor may be used as the rotation speed.

また、以上では、トルク電流指令の演算にＰＩ制御を用いる形態について説明したが、これに代えて、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御等を用いてもよい。 In the above description, the PI control is used for calculating the torque current command. However, instead of this, robust control, adaptive control, proportional control, integral control, or the like may be used.

「実施の形態２」
図６は、実施の形態２の建設機械の旋回駆動制御装置の構成を示す制御ブロック図である。実施の形態２の建設機械の旋回駆動制御装置は、実施の形態１の旋回停止時における作業時の零速度指令により旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａを停止状態に制御する代わりに、基準位置に基づく位置指令を用いて旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａを停止状態に保持するものである。 “Embodiment 2”
FIG. 6 is a control block diagram illustrating a configuration of the turning drive control device for the construction machine according to the second embodiment. Instead of controlling the rotating shaft 21a of the turning motor generator 21 to the stop state by the zero speed command at the time of work when the turning stop of the first embodiment, the turning drive control device for the construction machine of the second embodiment is used as a reference. The rotating shaft 21a of the turning motor generator 21 is held in a stopped state by using a position command based on the position.

このような制御処理を実現するために、実施の形態２の旋回駆動制御装置４０は、位置保持部７０、減算器７１、ＰＩ制御部７２、及び切替スイッチ７３を含む点が実施の形態１の旋回駆動制御装置４０とは異なる。 In order to realize such control processing, the turning drive control device 40 of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that it includes a position holding unit 70, a subtractor 71, a PI control unit 72, and a changeover switch 73. Different from the turning drive control device 40.

位置保持部７０は、旋回停止時における作業時に旋回用電動発電機２１に第２回生運転を行わせているときに、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転速度が所定値以上になると、そのときの回転軸２１ａの回転位置を記憶保持し、この回転位置を基準位置とする基準位置指令を出力する。なお、旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａの回転速度が所定値以上になったことを表す指令は、主制御部６０から伝達され、位置保持部７０は、この指令を受けると、そのときの回転位置を基準位置として記憶保持する。 When the rotation speed of the rotating shaft 21a of the turning motor generator 21 is equal to or higher than a predetermined value when the turning motor generator 21 is performing the second regenerative operation during the operation when the turning is stopped, the position holding unit 70 The rotational position of the rotary shaft 21a at that time is stored and held, and a reference position command is output with this rotational position as the reference position. A command indicating that the rotation speed of the rotating shaft 21a of the turning motor generator 21 has reached a predetermined value or more is transmitted from the main control unit 60, and when the position holding unit 70 receives this command, Is stored and held as a reference position.

減算器７１は、基準位置指令によって表される回転位置(rad)からレゾルバ２２によって検出された回転位置(rad)を減算して位置偏差を出力する。 The subtracter 71 subtracts the rotational position (rad) detected by the resolver 22 from the rotational position (rad) represented by the reference position command, and outputs a position deviation.

ＰＩ制御部７２は、減算器７１から入力される位置偏差に基づき、旋回用電動発電機２１の回転位置を位置保持部７０から出力される基準位置を表す値（目標値）に近づけるように（すなわち、この偏差を小さくするように）ＰＩ制御を行い、そのために必要な速度指令を演算する。生成された速度指令は、２つの入力端子を有する切替スイッチ７３の片方の入力端子に送られる。 Based on the position deviation input from the subtractor 71, the PI control unit 72 brings the rotational position of the turning motor generator 21 closer to a value (target value) representing the reference position output from the position holding unit 70 ( That is, PI control is performed (in order to reduce this deviation), and a speed command necessary for this is calculated. The generated speed command is sent to one input terminal of the changeover switch 73 having two input terminals.

切替スイッチ７３は、主制御部６０によって切り替えられる。２つの入力端子のうちの一方の入力端子は速度指令変換部３１に接続されており、他方の入力端子はＰＩ制御部７２に接続されている。 The changeover switch 73 is switched by the main control unit 60. One of the two input terminals is connected to the speed command conversion unit 31, and the other input terminal is connected to the PI control unit 72.

この切替スイッチ７３は、基準位置指令による旋回用電動発電機２１の駆動制御を行う間は、ＰＩ制御部７２と減算器５１を接続するように切り替えられ、旋回用電動発電機２１の運転状態が第２回生運転の場合と、左方向又は右方向の旋回駆動を行う場合は、速度指令変換部３１と減算器５１を接続するように切り替えられる。 The changeover switch 73 is switched so as to connect the PI control unit 72 and the subtractor 51 during the drive control of the turning motor generator 21 based on the reference position command, and the operation state of the turning motor generator 21 is changed. In the case of the second regenerative operation and in the case of performing left or right turn driving, the speed command conversion unit 31 and the subtracter 51 are switched.

実施の形態２の建設機械によれば、実施の形態１の建設機械が旋回停止時における作業時に零速度指令によって旋回用電動発電機２１を駆動する代わりに、基準位置指令によって旋回用電動発電機２１を駆動するので、上部旋回体３の旋回操作が行われていない状態（旋回停止時）で、下部走行体１、ブーム４、アーム５、又はバケット６の少なくともいずれか一つが操作されてメカニカルブレーキ２３が解除された状態において、上部旋回体３に反力が掛かって旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａに回転トルクが生じても、回転トルクが比較的小さい間は旋回用電動発電機２１を第２回生運転（短絡状態）に保持する。 According to the construction machine of the second embodiment, instead of driving the turning motor generator 21 by the zero speed command when the construction machine of the first embodiment is working when turning is stopped, the turning motor generator is driven by the reference position command. 21 is driven, and at least one of the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, or the bucket 6 is operated in a state where the turning operation of the upper swing body 3 is not performed (when the swing is stopped). In a state where the brake 23 is released, even if a rotational force is generated on the rotating shaft 21a of the turning motor generator 21 due to a reaction force applied to the upper swing body 3, the turning motor generator is maintained as long as the rotating torque is relatively small. 21 is held in the second regenerative operation (short circuit state).

基準位置指令による旋回用電動発電機２１の駆動制御を行う場合には、インバータ２０を介して電力供給を行う必要があるが、旋回用電動発電機２１を短絡状態にする場合は、旋回用電動発電機２１に電力供給を行う必要がない。 When drive control of the turning motor / generator 21 based on the reference position command is performed, it is necessary to supply power via the inverter 20, but when the turning motor / generator 21 is in a short-circuited state, the turning electric motor 21 is driven. There is no need to supply power to the generator 21.

「実施の形態３」
図７は、実施の形態３の建設機械の旋回用電動発電機２１を駆動制御するためのインバータ２０の構成を示す図である。インバータ２０は、旋回用電動発電機２１を三相駆動するために６つのトランジスタＴ１〜Ｔ６を含むブリッジ回路を有する。 “Embodiment 3”
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the inverter 20 for driving and controlling the turning motor generator 21 of the construction machine according to the third embodiment. The inverter 20 has a bridge circuit including six transistors T1 to T6 in order to drive the turning motor generator 21 in three phases.

この実施の形態３の建設機械は、実施の形態１で説明したリレー２１Ａ及び２１Ｂを備える代わりに、インバータ２０内のトランジスタの駆動状態によって旋回用電動発電機２１を短絡状態にする点が実施の形態１の建設機械と異なる。その他の構成や旋回用電動発電機２１の駆動制御方式は、実施の形態１の建設機械と同一であるため、その説明を省略する。 The construction machine of the third embodiment is not provided with the relays 21A and 21B described in the first embodiment, but the turning motor generator 21 is short-circuited by the driving state of the transistors in the inverter 20. Different from the construction machine of form 1. The other configurations and the drive control system of the turning motor generator 21 are the same as those of the construction machine of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

旋回駆動制御装置４０が旋回用電動発電機２１に力行運転又は第１回生運転（上部旋回体３を減速させる運転）を行わせる場合は、旋回駆動制御装置４０は、Ｔ１とＴ５の対、Ｔ２とＴ６の対、又は、Ｔ３とＴ４の対を順次オンにする動作を繰り返し行う。 When the turning drive control device 40 causes the turning motor generator 21 to perform a power running operation or a first regenerative operation (an operation for decelerating the upper turning body 3), the turning drive control device 40 is a pair of T1 and T5, T2 The operation of sequentially turning on the pair of T6 and T6 or the pair of T3 and T4 is repeated.

また、旋回駆動制御装置４０は、旋回用電動発電機２１に第２回生運転を行わせる場合は、トランジスタＴ１、Ｔ２及びＴ３を同時にオンにすることによって旋回用電動発電機２１の三相配線を短絡させる。 In addition, when the turning drive control device 40 causes the turning motor generator 21 to perform the second regenerative operation, the transistors T1, T2, and T3 are simultaneously turned on to turn on the three-phase wiring of the turning motor generator 21. Short circuit.

このように、インバータ２０内のトランジスタによって旋回用電動発電機２１を短絡状態にすることによっても、実施の形態１の建設機械と同様に、上部旋回体３に反力が掛かって旋回用電動発電機２１の回転軸２１ａに回転トルクが生じても、回転トルクが比較的小さい間は旋回用電動発電機２１を第２回生運転（短絡状態）に保持するため、従来の建設機械のように、反力の度合いによらず、一律に零速度指令による駆動制御によって上部旋回体３を停止状態に保持する場合に比べて、第２回生運転（短絡状態）だけ消費電力を低減することができる。 Thus, even when the turning motor generator 21 is short-circuited by the transistor in the inverter 20, the reaction force is applied to the upper turning body 3 as in the construction machine of the first embodiment, and the turning motor generator even when rotational torque to the rotary shaft 21a of the machine 21, because while the rotational torque is relatively small to hold the turning electric generator 21 to the second regenerative operation (short-circuit state), as in the conventional construction machine, Regardless of the degree of reaction force, the power consumption can be reduced only in the second regenerative operation (short-circuit state) as compared with the case where the upper-part turning body 3 is held in a stopped state by drive control based on a zero speed command.

以上、本発明の例示的な実施の形態の旋回駆動制御装置及びこれを用いた建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Having described exemplary rotation drive control unit of the embodiment and the construction machine using the same according to the present invention, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, patent Various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.

実施の形態１の建設機械を示す側面図である。1 is a side view showing a construction machine according to a first embodiment. 実施の形態１の建設機械の構成を表すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a construction machine according to a first embodiment. 実施の形態１の建設機械における旋回用電動発電機に取り付けられるリレーを示す図である。It is a figure which shows the relay attached to the motor generator for turning in the construction machine of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の旋回駆動制御装置の構成を表す制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram illustrating a configuration of a turning drive control device according to the first embodiment. 実施の形態１の建設機械の旋回駆動制御装置による旋回用電動発電機の駆動制御を実行するための処理手順を示す図である。It is a figure which shows the process sequence for performing drive control of the motor generator for turning by the turning drive control apparatus of the construction machine of Embodiment 1. FIG. 実施の形態２の建設機械の旋回駆動制御装置の構成を示す制御ブロック図である。FIG. 6 is a control block diagram illustrating a configuration of a turning drive control device for a construction machine according to a second embodiment. 実施の形態３の建設機械の旋回用電動発電機を駆動制御するためのインバータ２０の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the inverter 20 for drive-controlling the motor generator for turning of the construction machine of Embodiment 3. FIG.

Explanation of symbols

１下部走行体
１Ａ、１Ｂ走行機構
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減速機
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インバータ
１９バッテリ
２０インバータ
２１旋回用電動発電機
２３メカニカルブレーキ
２４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
３１速度指令変換部
３２駆動制御装置
４０旋回駆動制御装置
５０駆動指令生成部
５１減算器
５２ＰＩ制御部
５３トルク制限部
５４減算器
５５ＰＩ制御部
５６電流変換部
５７旋回動作検出部
６０主制御部
７０位置保持部
７１減算器
７２ＰＩ制御部
７３切替スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 1A, 1B Traveling mechanism 2 Turning mechanism 3 Upper turning body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 12 Motor generator 13 Reducer 14 Main pump 15 Pilot pump 16 High pressure Hydraulic line 17 Control valve 18 Inverter 19 Battery 20 Inverter 21 Turning motor generator 23 Mechanical brake 24 Turning reducer 25 Pilot line 26 Operating device 26A, 26B Lever 26C Pedal 27 Hydraulic line 28 Hydraulic line 29 Pressure sensor 30 Controller 31 Speed command Conversion unit 32 Drive control device 40 Turning drive control device 50 Drive command generation unit 51 Subtractor 52 PI control unit 53 Torque limiter 54 Subtractor 55 PI control unit 56 Flow conversion unit 57 turning motion detection part 60 main control unit 70 positions the holding portion 71 subtractor 72 PI control unit 73 selector switch

Claims

The upper turning body includes a lower traveling body, an upper revolving body that is pivotably mounted on the lower traveling body, a work element attached to the upper revolving body, and a mechanical brake that mechanically stops the turning of the upper revolving body. In a construction machine that drives a body drive mechanism with a motor generator, a turning drive control device that drives and controls the turning mechanism,
Drive operation detection means for detecting a drive operation of the lower traveling body, the upper swing body, or the work element;
Brake control means for controlling braking / release of the mechanical brake;
An operation control means for switching the motor generator to a short-circuited state when a drive operation of the work element or the lower traveling body is detected by the drive operation detecting means and the mechanical brake is released by the brake control means; A turning drive control device comprising:

A swing operation detecting means for detecting a swing operation of the upper swing body;
The operation control means switches the motor generator to a drive state when the turning action detecting means detects a turning action of the turning mechanism when the motor generator is in a short circuit state, and the motor generator The turning drive control device according to claim 1, wherein drive control is performed with a zero speed command for making the rotation speed of the motor zero.

The turning motion detection means is configured to detect a rotational speed of the motor generator,
The operation control means drives and controls the motor generator with a zero speed command to make the rotation speed of the motor generator zero when the rotation speed detected by the turning motion detection means is equal to or greater than a predetermined value. The turning drive control device according to claim 2.

A rotation position detecting means for detecting a rotation position of the motor generator;
The operation control means switches the motor generator to a drive state when detecting a change in the rotational position detected by the position detection means when the motor generator is in a short circuit state, and rotates the motor generator. The turning drive control device according to claim 1, wherein drive control is performed with a position command for returning the position to a position at the time of detecting a change in rotational position.

The operation control means is a position command for returning to the position at the time of detecting the change in the rotational position of the motor generator when the amount of change in the rotational position detected by the rotational position detecting means exceeds a predetermined value. The turning drive control device according to claim 4, wherein the drive control of the motor generator is performed.

The operation control means drives and controls the motor generator using a speed command for controlling the turning speed when the turning operation of the upper turning body is detected by the drive operation detecting means. The turning drive control device according to claim 5.

The motor generator is configured to be three-phase driven, and the operation control means switches the motor generator to a short-circuit state by short-circuiting a three-phase wiring. The turning drive control device according to the item.

A construction machine including the turning drive control device according to any one of claims 1 to 7.

The mechanical brake is a hydraulic brake switching the braking / release is performed by the hydraulic control, or an electromagnetic mechanical brake switching of the braking / release is performed by the electromagnetic switch, the construction machine according to claim 8.