JP4725903B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、慣性体を動作させる電動機の出力トルクを操作端の操作に基づいて制御する電動機の制御装置に関する。

油圧ショベル、油圧クレーンの旋回動作や、ホイールローダの走行動作を始めとして、建設機械等の大きな慣性質量を有する慣性体を動作させる駆動装置には、エンジンで駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出油で動作する油圧モータを用いた油圧駆動装置が多く採用されていた。近年、油圧エネルギを制御弁で絞り捨てるためにエネルギ損失が大きい油圧駆動装置を用いた油圧駆動方式に替えて、エネルギ損失の少ない電動機を用いた電動駆動方式が採用されつつある。電動駆動方式は、慣性体を減速させるときに電動機を発電機とし、減速の制動エネルギを回生できる利点もある。

しかしながら、従来の油圧駆動装置を用いた油圧駆動方式では、油圧作動油の粘性による管路抵抗、油圧モータの摩擦抵抗や内部漏れなどによる減衰が有るため、振動が発生しにくく安定して動作するという利点があるが、電動駆動方式では、動力伝達による減衰や駆動機器の摩擦抵抗が小さく、振動を起こしにくく安定して動作させるには制御上での工夫が必要になるという問題がある。

更に、油圧駆動方式は、オペレータがレバーやペダル等の操作端を操作して慣性体の動作を制御する操作性が、人間の操作感覚に適合するように操作しやすく設計されているのに対して、電動機を用いた電動駆動方式は、油圧駆動方式のような操作性と操作感覚を実現することができず、オペレータが操作し難いという問題が生じている。

すなわち、油圧駆動方式では、操作端の操作でスプール弁のブリードオフ制御絞りやメータアウト制御絞りの開口面積を制御することにより、操作端の操作量と油圧モータの回転速度に応じて出力トルクが制御され、スムーズな慣性体の加速と減速および停止が行われるが、電動駆動方式の場合は、電動機の回転速度を制御すると、出力トルクを最大値として速度制御が行われるので、慣性体の加速や減速が急峻になり、油圧駆動方式のようなスムーズな操作性が得られず、オペレータの操作感覚も油圧駆動方式とかけ離れたものとなる問題がある。

このような問題を解消するために、電動駆動方式で建設機械等の慣性体を動作させるときの振動の抑制と安定性の向上に関する研究開発や、操作性や操作感覚を油圧駆動方式のものに近づける研究開発が進められ、電動機のトルクを回転速度に応じて制御して安定性を向上する手段や、電動機の出力トルクを操作端の操作に基づいて制御する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された電動駆動方式の旋回駆動装置では、旋回加速時には電動機を電動機特性で使用し、旋回減速時には電動機を発電機特性で使用し、旋回加速時と旋回減速時で異なったトルク特性で使用するとともに、電動機を発電機特性で使用する場合に、電動機の吸収トルクの最大値を一定値として減速を行い、旋回指令入力がある一定値以下で、かつ電動機の回転数がある一定値以下の低速回転の場合に、電動機の吸収トルクの最大値を回転数に応じて低下させることにより、旋回体の停止時に、振動的になったりショックが発生することを防止して、確実かつ安定的に停止することができるようにしている。

あるいは、上記のような問題を解決するために、本件出願人は、電動駆動方式で建設機械等の慣性体を動作させるときの操作性や操作感覚を油圧駆動方式と同等にする手段を特許出願している（ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０６２２３２：以下、前記出願という）。

前記出願は、慣性体を動作させる電動機の回転駆動を少なくとも操作量を可変とする操作端の操作によって制御し、操作端の操作量を検出する操作検出手段と、電動機の回転方向と回転速度を検出する回転検出手段と、これらの操作検出手段と回転検出手段の各検出値に基づいて、電動機が負担すべき目標トルクを演算する演算手段と、電動機の出力トルクを目標トルクの方向と大きさに制御する電動機制御手段とを備え、出力トルクが電動機の電動機機能としての力行トルクと発電機機能としての回生トルクからなる電動機の制御装置において、演算手段に、力行トルクが、操作端の操作量と電動機の回転速度の絶対値で一義的に定まって、操作端の操作量の絶対値が大きくなると大きくなり、操作端の操作量が一定であっても、電動機の回転速度の絶対値が大きくなると小さくなるアルゴリズムとを組み込むことにより、油圧駆動方式におけるブリードオフ圧力の制御と同様の制御特性を持たせて、オペレータが目標とする動作速度に制御しやすくし、簡単なアルゴリズムに基づく制御で、油圧駆動方式と同様の操作性と操作感覚を得ることができるようにしている。

また、前記出願は、演算手段に、回生トルクが、操作端の操作量と電動機の回転速度の絶対値で一義的に定まって、操作端の操作量の絶対値が小さくなると大きくなり、操作端の操作量が一定であっても、電動機の回転速度の絶対値が小さくなると小さくなるアルゴリズムを組み込むことにより、油圧駆動方式のメータアウト圧力の制御と同様の制御特性を持たせて、さらに油圧駆動方式と同様の操作性と操作感覚を得られるようにすることができるようにしている。

特開２００７−１００３２７号公報

特許文献１に記載されたものは、慣性体の停止時には、振動的になって回転が不安定になるのを防止できる。しかし、出力制限のために電動機特性（力行動作）で回転数に応じてトルクを減少させる以外は、電動機特性でも発電機特性（回生動作）でも最大トルクの制限値は一定値であり、その最大トルクで任意の回転数となることが可能である。すなわち、最大トルクの負荷がかかるような使用条件では、回転数が安定せず振動的になるという問題がある。最大回転数の制限値も一定値であり、電動機が最大回転数に達すると、回生動作したり力行動作したりと、駆動状態が不安定になるという問題がある。

前記出願は、力行トルクが、操作端の操作量と電動機の回転速度の絶対値で一義的に定まって、操作端の操作量の絶対値が大きくなると大きくなり、操作端の操作量が一定であっても、電動機の回転速度の絶対値が大きくなると小さくなるアルゴリズムとを組み込むことにより、油圧駆動方式におけるブリードオフ圧力の制御と同様の制御特性を持たせ、あるいはまた、回生トルクが、操作端の操作量の絶対値が小さくなると大きくなり、操作端の操作量が一定であっても、電動機の回転速度の絶対値が小さくなると小さくなるアルゴリズムを組み込むことにより、油圧駆動方式のメータアウト圧力の制御と同様の制御特性を持たせて、オペレータが目標とする動作速度に制御しやすくし、簡単なアルゴリズムに基づく制御で、油圧駆動方式と同様の操作性と操作感覚を得ることができるようにしている。しかし、最大トルクの制限値と最大回転速度の制限値はそれぞれ一定値であり、制限値以内の使用では電動機の回転駆動を安定して制御できるにもかかわらず、最大トルクや最大回転速度になると、特許文献１と同様に、回転が安定せずに振動的になるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、使用条件内のあらゆる範囲で振動を起こさずに安定して動作し、簡単なアルゴリズムに基づく制御で、油圧駆動方式と同様の操作性と操作感覚を得ることができる電動機の制御装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、慣性体を動作させる電動機の回転運動を操作量を可変とする操作端の操作によって制御し、前記操作量を検出する操作検出手段と、前記電動機の回転速度を検出する回転検出手段と、これらの操作検出手段と回転検出手段の各検出値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段を備え、前記出力トルクが前記電動機によって慣性体を駆動する力行トルクと慣性体によって前記電動機が駆動される回生トルクとからなり、前記回転速度に応じて前記出力トルクの最大値を制限し、あるいは、前記出力トルクに応じて前記回転速度の最大値を制限するようにした電動機の制御装置において、前記回転速度の絶対値が大きくなると前記力行トルクの最大値が漸減するとともに、前記回転速度の絶対値がさらに大きくなると前記電動機の動力の制限によって前記力行トルクがさらに減少するように制御を行い、前記出力トルクが前記操作量と前記回転速度に応じて定まる構成を採用した。

すなわち、電動機の力行動作において、電動機の回転速度が大きくなるにつれて力行トルクの最大値が漸減することにより、電動機の回転速度に応じた力行トルクの最大値は一つだけになり、油圧駆動方式のリリーフ弁特性のように、負荷トルクの大きさに応じた回転速度が安定して得られることになる。慣性負荷の駆動においても、力行トルクが小さくなりながら加速が続き、振動的にならずに安定した動作となる。また、電動機回転速度の最大値近傍において、回転速度が大きくなると力行トルクの最大値が小さくなる演算アルゴリズムにより、油圧駆動方式のエンジンの出力特性のように、最高回転速度でのオーバーランや、オーバーラン防止の回生動作によるショックを防止して、安定して最高速度まで加速することが可能となる。もちろん、電動機の出力トルクが駆動系の摩擦や負荷トルクなどに見合った値になると、加速は停止して定常回転速度となる。

図４に示すような、エンジン５０で駆動される油圧ポンプ５２と、油圧ポンプ５２の吐出油で動作する油圧モータ５３を用いた油圧駆動装置では、油圧モータ５３の加速圧力や制動圧力の最大値はブレーキ弁５４のリリーフ弁５４ａ、５４ｂで制御される。リリーフ弁５４ａ、５４ｂの圧力オーバーライド特性は、図５に示すように、設定圧力で設定流量が流れ、通過流量が少なくなると圧力が低下する。油圧モータ５３の回転始めには設定流量がリリーフ弁５４ａから流出して設定圧力になり、油圧モータ５３の回転が上昇するにつれてリリーフ流量が減少して、油圧モータ５３の加速圧力が漸減する。

また、図６に示すように、油圧ポンプ５２を駆動するエンジン５０の出力は、定格出力点から出力が低下すると、回転速度が定格回転速度からハイアイドル回転速度へと上昇する。慣性負荷を駆動する油圧モータ５３の加速が終了して圧力が低下し始めると、油圧ポンプ５２とエンジン５０の負荷も低下し始めて、エンジン回転速度が上昇する。そのために、モータ５３の加速圧力が低下しながら回転速度が少しずつ上昇して加速を続け、駆動系の摩擦や負荷トルクと見合った点まで回転速度が上昇する。

従って、前記のように制御することにより、油圧駆動装置のリリーフ弁特性やエンジンの出力特性と同様な、安定した特性を持たせることができる。

前記出力トルクが、前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記力行トルクが、前記操作量の絶対値が大きくなると大きくなり、前記回転速度が大きくなると小さくなる構成を採用した。

図４に示すような、スプール弁５１を操作することにより油圧ポンプ５２で油圧モータ５３を駆動する油圧駆動装置では、図７に示すように、操作端の操作量が大きくなると、スプール弁５１のブリードオフ制御絞り５１ａの開口面積が小さくなり、ブリードオフ圧力Ｐ０が高くなって、油圧モータ５３の駆動トルクが大きくなるとともに、油圧モータ５３の回転速度が大きくなるほどブリードオフ流量が少なくなり、同じ操作量でブリードオフ制御絞り５１ａの開口面積が一定であっても、ブリードオフ圧力Ｐ０が低くなって駆動トルクが小さくなるように制御される。したがって、油圧モータ５３の回転速度が上昇すると駆動トルクが次第に小さくなり、駆動系の摩擦または油圧配管系統やスプール弁５１の圧損による駆動抵抗と見合う値で慣性体の加速がなくなって、オペレータが目標とする動作速度に制御される。よって、上記のように制御することにより、電動機の力行動作の全範囲で、このような油圧駆動方式のブリードオフ圧力Ｐ０の制御と同様の制御特性を持たせることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明は、慣性体を動作させる電動機の回転運動を操作量を可変とする操作端の操作によって制御し、前記操作量を検出する操作検出手段と、前記電動機の回転速度を検出する回転検出手段と、これらの操作検出手段と回転検出手段の各検出値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段を備え、前記出力トルクが前記電動機によって慣性体を駆動する力行トルクと慣性体によって前記電動機が駆動される回生トルクとからなり、前記回転速度に応じて前記出力トルクの最大値を制限し、あるいは、前記出力トルクに応じて前記回転速度の最大値を制限するようにした電動機の制御装置において、前記出力トルクが前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記回生トルクの絶対値が、前記操作量が小さくなると大きくなり、前記回転速度の絶対値が小さくなると小さくなり、前記回転速度の絶対値が小さくなると前記回生トルクの絶対値の最大値が漸減するように制御する制御を行う構成を採用した。

すなわち、図４に示したような油圧駆動装置では、図８に示すように、スプール弁５１のメータアウト制御絞り５１ｃは、操作端の操作量が零からある値になると開口し始めて、操作量の増加に伴って開口面積が大きくなる。この状態で操作量を小さくするように戻すと、メータアウト圧力Ｐ２が高くなり、同じ操作量では、油圧モータ５３の回転速度が小さくなるとメータアウト圧力Ｐ２は低くなるように制御される。したがって、油圧モータ５３のある回転速度から操作端の操作量を戻すと、回転速度が大きな時点では制動圧力が大きく、回転速度が低下するにつれて制動圧力が小さくなり、制動抵抗や駆動系の摩擦が駆動圧力と見合う値で慣性体の減速がなくなって、オペレータが目標とする動作速度に制御される。前記出力トルクが前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記回生トルクの絶対値が、前記操作量が小さくなると大きくなり、前記回転速度が小さくなると小さくなるように制御することにより、このような油圧駆動方式のメータアウト圧力Ｐ２の制御と同様の制御特性を持たせることができる。

また、図４に示したような油圧駆動装置では、油圧モータ５３の制動圧力の最大値はブレーキ弁５４のリリーフ弁５４ｂで制御される。制動開始時には全流量がリリーフ弁５４ｂから流出して設定圧力になり、油圧モータの回転が下降するにつれてリリーフ流量が減少して、油圧モータ５３の制動圧力が漸減する。電動機の回転速度が小さくなると回生トルクの絶対値の最大値が漸減する演算アルゴリズムを有することにより、このようなリリーフ弁の特性と同様の制御特性を持たせることができる。

また、図４に示したような油圧駆動装置では、油圧モータ５３が停止した際に、管路内の圧油や構造物に蓄えられた弾性エネルギを、図示しない揺戻り防止弁によって解放し、揺戻りを防止して操作感を向上している（例えば、特開２００５−１４７１８８）。電動機の回転速度が零近傍の小さい範囲で、電動機の回転速度が小さくなると回生トルクの絶対値の最大値が小さくなる演算アルゴリズムを有することにより、電動機停止間際の回生トルクを小さくして、回生トルクの大きさに応じて構造物や駆動系に蓄えられた弾性エネルギを次第に解放し、このような揺戻り防止弁と同様の制御特性を持たせることができる。

前記電動機で動作する慣性体は、建設機械の旋回動作または走行動作する慣性体とすることができる。

本発明の電動機の制御装置は、電動機の力行動作において、電動機の回転速度が大きくなるにつれて力行トルクの最大値が漸減することにより、電動機の回転速度に応じた力行トルクの最大値は一つだけになり、油圧駆動方式のリリーフ弁特性のように、負荷トルクの大きさに応じた回転速度が安定して得られることになる。慣性負荷の駆動においても、力行トルクが小さくなりながら加速が続き、振動的にならずに安定した動作となる。また、電動機回転速度の最大値近傍において、電動機の回転速度が大きくなると力行トルクの最大値が小さくなる演算アルゴリズムにより、油圧駆動方式のエンジン出力特性のように、最高回転速度でのオーバーランや、オーバーラン防止の回生動作によるショックを防止して、安定して最高速度まで加速することが可能となる。

前記出力トルクが、前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記力行トルクが、前記操作量の絶対値が大きくなると大きくなり、前記回転速度が大きくなると小さくなるように制御することにより、油圧駆動方式におけるブリードオフ圧力の制御と同様の制御特性を持たせて、オペレータが目標とする動作速度に制御しやすくしたので、簡単なアルゴリズムに基づく制御で、油圧駆動方式と同様の操作性と操作感覚を得ることができる。

本発明の電動機の制御装置は、電動機の回生動作において、前記出力トルクが前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記回生トルクの絶対値が、前記操作量が小さくなると大きくなり、前記回転速度が小さくなると小さくなるように制御することによって、油圧駆動方式のメータアウト圧力Ｐ２の制御と同様の制御特性を持たせ、簡単なアルゴリズムに基づく制御で、油圧駆動方式と同様の操作性と操作感覚を得ることができる。電動機の回転速度に応じて出力トルクの最大値を制限し、あるいは、出力トルクに応じて電動機の回転速度の最大値を制限し、電動機の回転速度が小さくなると回生トルクの絶対値の最大値が漸減する演算アルゴリズムを有することによって、油圧駆動装置のリリーフ弁特性と同様な特性を持たせ、振動を起こさずに安定して回生動作させることができる。電動機の回転速度が零近傍の小さい範囲で、電動機の回転速度が小さくなると回生トルクの絶対値の最大値が小さくなる演算アルゴリズムを有することにより、油圧駆動方式の揺戻り防止弁の特性を持たせて、電動機停止間際の回生トルクを小さくして、回生トルクの大きさに応じて構造物や駆動系に蓄えられた弾性エネルギを次第に解放し、揺戻りを防止できる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る電動機の制御装置を組み込んだ油圧ショベルを示す。この油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体２０と、下部走行体２０の上で左右に旋回動作する慣性体としての上部旋回体３０と、この旋回体３０の前部に装着された掘削アタッチメント４０とから成る。下部走行体２０は、走行用油圧モータ２１と減速機２２で左右のクローラ２３が個別に駆動されて走行する。また、掘削アタッチメント４０は、ブーム４１、アーム４２およびバケット４３と、これらを作動させるブームシリンダ４１ａ、アームシリンダ４２ａおよびバケットシリンダ４３ａを具備している。

前記旋回体３０には、エンジン３１、エンジン３１によって駆動される油圧ポンプ３２と発電機３３、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置３４、および、旋回体３０を旋回動作させる電動機１と減速機３５が搭載されている。油圧ポンプ３２の吐出油は、走行用油圧モータ２１とブーム４１、アーム４２およびバケット４３の各シリンダ４１ａ、４２ａ、４３ａに、それぞれ制御弁を介して供給される。また、発電機３３の電力は、コンバータ３６で電圧、電流が制御されて蓄電装置３４に蓄えられるとともに、後述するインバータ４を介して電動機１に供給される。電動機１は永久磁石を回転子とする永久磁石式モータであり、本発明に係る電動機の制御装置は、この電動機１を制御して、旋回体３０を旋回動作させるものである。

図２は、前記電動機１の制御装置の構成を示すブロック図である。この制御装置は、操作端としての操作レバー２のプラスマイナス両方向の操作量Ｘを検出する操作検出手段２ａと、両方向に回転する電動機１のプラスマイナスの回転速度Ｎを検出する回転検出手段１ａと、これらの検出された操作レバー２の操作量Ｘと電動機１の回転速度Ｎから、電動機１が負担すべき目標トルクＴｏの方向と大きさを演算する演算手段としてのコントローラ３と、発電機３３または蓄電装置３４から供給される電力に対して、電動機１の出力トルクＴをコントローラ３で演算された目標トルクＴｏの方向と大きさに制御する電動機制御手段としてのインバータ４とで構成されている。

前記コントローラ３にはメモリ３ａが設けられ、油圧駆動方式のブリードオフ圧力の制御特性、メータアウト圧力の制御特性、リリーフ弁特性やエンジン出力特性を表現するように、目標トルクＴｏを演算する演算アルゴリズム３ｂが予めメモリ３ａに記憶されている。演算された目標トルクＴｏは、回転方向と同方向に出力されるものとなる場合は力行トルクとなり、回転方向と逆方向に出力されるものとなる場合は回生トルクとなる。また、インバータ４は、信号変換回路４ａと電流制御回路４ｂを備え、信号変換回路４ａでコントローラ３から入力される目標トルクＴｏを目標電流Ｉｏに変換し、電流制御回路４ｂで電動機１への出力電流Ｉを目標電流Ｉｏとするようにフィードバック制御する。

図３は、前記演算アルゴリズム３ｂで目標トルクＴｏを演算する基本マップを示す。この基本マップは、横軸を電動機１の回転速度Ｎとし縦軸を目標トルクＴｏとして、これらの関係を電動機１のプラスマイナスの操作量Ｘをパラメータとした特性曲線で示したものである。第１象限は右旋回の力行、第２象限は左旋回の回生、第３象限は左旋回の力行、第４象限は右旋回の回生となる。パラメータの操作量Ｘは、マップを見やすくするために、操作量０から最大値の間をさらに５段階の場合に分けて示しているが、実際にはもっと細かくデータを有していて、記憶しているデータとデータの間の値は補間演算される。

前記基本マップの第１象限と第３象限では、力行トルクとなる目標トルクＴｏの絶対値が、操作端の操作量と電動機の回転速度で一義的に定まり、操作レバー２の操作量Ｘの絶対値が大きくなると大きくなり、操作量Ｘが一定であっても、電動機１の回転速度Ｎの絶対値が大きくなると小さくなるように演算され、油圧駆動方式のブリードオフ圧力の制御と同様の制御特性が得られるようになっている。目標トルクＴｏの絶対値の最大値は、回転速度Ｎが零の時にＴｍａｘであり、回転速度Ｎが大きくなると漸減する。動力の制限によって等動力特性でさらにトルクが減少し、最大回転速度の近傍で、電動機の回転速度が大きくなると力行トルクの最大値がさらに小さくなる。

前記基本マップの第２象限と第４象限では、回生トルクとなる目標トルクＴｏが、操作端の操作量と電動機の回転速度で一義的に定まり、回生トルクの絶対値が、操作量Ｘの絶対値が小さくなると大きくなり、操作量Ｘが一定であっても、回転速度Ｎの絶対値が小さくなると小さくなるように演算され、油圧駆動方式におけるメータアウト圧力の制御と同様の制御特性が得られるようになっている。回生トルクの絶対値は、電動機の回転速度の絶対値が最大の時にＴｍａｘであり、回転速度の絶対値が小さくなると漸減する。電動機の回転速度が零近傍の小さい範囲で、電動機の回転速度が小さくなると回生トルクの絶対値の最大値が小さくなる。電動機の回転速度が零の点で、回生トルクの絶対値の最大値が零でも良いし、所定の小さな値であっても良い。

図３の基本マップで、電動機が停止した状態から右旋回力行をする場合を説明する。操作端の操作量Ｘ＝０からＸ＝最大に操作すると、電動機の回転速度零で目標トルクがＴｍａｘになり、電動機は力行動作を開始する。回転速度が上昇するに応じて目標トルクは漸減し、さらに動力の制限による特性に応じて目標トルクが減少しつつ加速を続ける。電動機の最大回転速度の近傍になると、回転速度が大きくなるに応じて力行トルクの最大値が零に向けて小さくなり、油圧駆動方式のエンジンの出力特性のように、最高回転速度でのオーバーランや、オーバーラン防止の回生動作によるショックを防止して、安定して最高速度まで加速することが可能となる。電動機の出力トルクが駆動系の摩擦や負荷トルクなどに見合った値になると、加速は停止して定常回転速度となる。

最高速度から操作端の操作量Ｘ＝０に戻すと、絶対値が最大値Ｔｍａｘの回生トルクで回生動作が始まり、Ｘ＝０の直線（曲線でも良い）上で回転速度が漸減する。電動機の回転速度が小さくなると回生トルクの絶対値の最大値が漸減することによって、油圧駆動装置のリリーフ弁特性と同様な特性を持たせ、振動を起こさずに安定して回生動作させることができる。回転速度が零近傍のＤ点に達すると、回転速度が小さくなるに応じて、回生トルクの絶対値が零あるいは所定の小さい値に向けて小さくなり、油圧駆動方式の揺戻り防止弁と同様に、電動機停止間際の回生トルクを小さくして、回生トルクの大きさに応じて構造物や駆動系に蓄えられた弾性エネルギを次第に解放し、揺戻りを防止できる。

上述の右旋回力行動作において、操作端の操作量をＸ＝４に操作した場合には、Ａ点に達するとＸ＝４の曲線上で目標トルクが減少しつつ加速を続け、電動機の出力トルクＴが駆動系の摩擦や負荷トルクなどに見合った値になると、加速は停止して定常回転速度となる。Ｂ点で操作端を操作量Ｘ＝０に瞬間的に戻したとすると、Ｃ点から回生動作が始まり、上述のように、Ｘ＝０の線上で回生動作が行われる。

力行動作がＢ点になった際に瞬間的に逆レバー操作を行い、Ｘ＝−最大まで操作した場合には、目標トルクの絶対値ＴｍａｘのＥ点で回生動作が行われ、操作端の操作量を零に戻した場合よりも大きな回生トルクとなって、制動距離あるいは制動角が小さくなる。電動機の回転速度が零まで低下すると、Ｅ点からＦ点に向けて左旋回力行が開始して加速を始める。

上述した実施形態では、発電機と蓄電装置を電力源として、油圧ショベルの上部旋回体を左右に旋回動作させる電動機を制御するものとしたが、本発明に係る電動機の制御装置は、例えば、ホイールローダを走行動作させるもののように、慣性体を一方向のみに動作させる電動機を制御するものにも適用できる。また、電動機の電力源も発電機や蓄電装置に限定されることはなく、例えば、工場等に定置される装置の慣性体を動作させる電動機を制御する場合は、電力会社等から供給される電力を電力源とすることができる。

さらに、上述した実施形態では、目標トルクの演算アルゴリズムを、操作量をパラメータとして、電動機の回転速度を変数とするマップで表現した特性曲線としてコントローラに記憶するようにしたが、電動機の回転速度をパラメータとして、操作量を変数とするマップで表現した特性曲線としてもよい。両者は全く同一である。あるいは、コントローラに記憶する目標トルクの演算アルゴリズムは、操作端の操作量と電動機の回転速度を変数とする数式として記憶するようにしてもよい。

本発明に係る電動機の制御装置を組み込んだ油圧ショベルを示す側面図 図１の油圧ショベルに組み込まれた電動機の制御装置の構成を示すブロック図 図２の演算アルゴリズムの基本マップを示すグラフ 従来の油圧駆動装置の配管系統図 リリーフ弁のオーバーライド特性を示す図 エンジンの出力特性を示す図 図４の油圧駆動装置におけるブリードオフ圧力の制御特性を示すグラフ 図４の油圧駆動装置におけるメータアウト圧力の制御特性を示すグラフ

１ 電動機
１ａ 回転検出手段
２ 操作レバー
２ａ 操作検出手段
３ コントローラ
３ａ メモリ
３ｂ 演算アルゴリズム
４ インバータ
４ａ 信号変換回路
４ｂ 電流制御回路
２０ 走行体
２１ 走行油圧モータ
２２ 減速機
３０ 旋回体
３１ エンジン
３２ 油圧ポンプ
３３ 発電機
３４ 蓄電装置
３５ 減速機
３６ コンバータ
４０ 掘削アタッチメント
４１ ブーム
４１ａ ブームシリンダ
４２ アーム
４２ａ アームシリンダ
４３ バケット
４３ａ バケットシリンダ

Claims (4)

1. 慣性体を動作させる電動機の回転運動を操作量を可変とする操作端の操作によって制御し、前記操作量を検出する操作検出手段と、前記電動機の回転速度を検出する回転検出手段と、これらの操作検出手段と回転検出手段の各検出値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段を備え、前記出力トルクが前記電動機によって慣性体を駆動する力行トルクと慣性体によって前記電動機が駆動される回生トルクとからなり、前記回転速度に応じて前記出力トルクの最大値を制限し、あるいは、前記出力トルクに応じて前記回転速度の最大値を制限するようにした電動機の制御装置において、前記回転速度の絶対値が大きくなると前記力行トルクの最大値が漸減するとともに、前記回転速度の絶対値がさらに大きくなると前記電動機の動力の制限によって前記力行トルクがさらに減少するように制御を行い、前記出力トルクが前記操作量と前記回転速度に応じて定まることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記出力トルクが、前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記力行トルクが、前記操作量の絶対値が大きくなると大きくなり、前記回転速度が大きくなると小さくなることを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
3. 慣性体を動作させる電動機の回転運動を操作量を可変とする操作端の操作によって制御し、前記操作量を検出する操作検出手段と、前記電動機の回転速度を検出する回転検出手段と、これらの操作検出手段と回転検出手段の各検出値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段を備え、前記出力トルクが前記電動機によって慣性体を駆動する力行トルクと慣性体によって前記電動機が駆動される回生トルクとからなり、前記回転速度に応じて前記出力トルクの最大値を制限し、あるいは、前記出力トルクに応じて前記回転速度の最大値を制限するようにした電動機の制御装置において、前記出力トルクが前記操作量と前記回転速度を変数とする特性曲線として定まり、前記回生トルクの絶対値が、前記操作量が小さくなると大きくなり、前記回転速度の絶対値が小さくなると小さくなり、前記回転速度の絶対値が小さくなると前記回生トルクの絶対値の最大値が漸減するように制御する制御を行うことを特徴とする電動機の制御装置。
   
4. 前記電動機で動作する慣性体を、建設機械の旋回動作または走行動作する慣性体としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動機の制御装置。

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