專利名稱：電動機(jī)的控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠用于包括液壓挖掘機(jī)、推土機(jī)、翻斗汽車、輪式裝載機(jī)等建筑機(jī)械在內(nèi)的作業(yè)機(jī)械中的電動機(jī)的控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
以往，按作業(yè)機(jī)械的操作人員的意思可以將作業(yè)機(jī)械設(shè)定為重視作業(yè)效率的功率模式(P模式)、重視燃料消耗率的經(jīng)濟(jì)模式(E模式)等作業(yè)模式。另一方面，為了使作業(yè)機(jī)械的回旋體、行駛體等動作而配備電動機(jī)的混合動力作業(yè)機(jī)械具有混合搭載有電氣驅(qū)動系統(tǒng)和液壓驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)造，該電氣驅(qū)動系統(tǒng)利用電能驅(qū)動電動機(jī)，該液壓驅(qū)動系統(tǒng)使用與發(fā)動機(jī)直接連結(jié)的液壓泵中的工作油使液壓缸、液壓電機(jī)動作而驅(qū)動作業(yè)機(jī)、行駛裝置等。因此，盡管設(shè)定作業(yè)模式來對發(fā)動機(jī)進(jìn)行輸出限制，但當(dāng)對電動機(jī)沒有進(jìn)行與作業(yè)模式對應(yīng)的輸出限制時，混合動力作業(yè)機(jī)械的操作人員可能會感覺到與僅搭載液壓驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)造的作業(yè)機(jī)械在操作感上的差別，從而有操作上的不適感。另外，盡管設(shè)定作業(yè)模式來對發(fā)動機(jī)進(jìn)行輸出限制，但當(dāng)對電動機(jī)沒有進(jìn)行與作業(yè)模式對應(yīng)的輸出限制時，電氣驅(qū)動系統(tǒng)的動作速度與液壓驅(qū)動系統(tǒng)的動作速度會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)，這也使混合動力作業(yè)機(jī)械的操作人員感覺到不適。為了消除這種操作上的不適感，根據(jù)設(shè)定的作業(yè)模式對電動機(jī)也施加扭矩限制。例如，對驅(qū)動混合動力液壓挖掘機(jī)的上部回旋體回旋的回旋電機(jī)進(jìn)行與作業(yè)模式對應(yīng)的扭矩限制，圖7示出了對這種混合動力液壓挖掘機(jī)的情況下的回旋轉(zhuǎn)速所能夠獲取的回旋扭矩的扭矩線圖。曲線LPl為回旋電機(jī)能夠輸出的最大扭矩線，是設(shè)定P模式情況下的最大扭矩線。曲線LEl為設(shè)定E模式情況下的最大扭矩線。根據(jù)這種扭矩限制，當(dāng)設(shè)定了 E模式時，進(jìn)行使規(guī)定的回旋轉(zhuǎn)速以下的最大扭矩比設(shè)定了P模式時的最大扭矩小的限制。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2009-68197號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)圖7所示的設(shè)定E模式時的扭矩限制，由于最大扭矩被限制得小，因此，上部回旋體以低速回旋時的回旋力降低而使作業(yè)性惡化。具體而言，在從上部回旋體靜止的狀態(tài)開始使上部回旋體回旋，進(jìn)行作業(yè)機(jī)的鏟斗橫著均勻盛土這類作業(yè)的情況下，無法獲得高的回旋力，導(dǎo)致作業(yè)性惡化。為了解決該問題點(diǎn)，如圖8所示，考慮在設(shè)定E模式時，取消被限制的低速域的回旋轉(zhuǎn)速下的扭矩限制，按照能夠獲得與P模式相同扭矩的曲線LE2進(jìn)行扭矩限制。然而，在該情況下 ，P模式和E模式的最大扭矩存在不同的回旋轉(zhuǎn)速以外的回旋轉(zhuǎn)速下的回旋電機(jī)的輸出限制在P模式和E模式不存在不同，因此，在設(shè)定P模式或E模式的情況下，電氣驅(qū)動系統(tǒng)的加速性和液壓驅(qū)動系統(tǒng)的加速性產(chǎn)生差異，依然存在操作人員在操作上有不適感的問題點(diǎn)。本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而作出的，其目的在于，提供一種在作業(yè)機(jī)械中，能夠降低包含加速性在內(nèi)的操作上的不適感的電動機(jī)的控制裝置及其控制方法。為了解決上述課題，實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制裝置的特征在于，具備工作狀態(tài)設(shè)定機(jī)構(gòu)，其設(shè)定工作狀態(tài)；最大輸出獲取機(jī)構(gòu)，其根據(jù)設(shè)定的所述工作狀態(tài)獲取預(yù)先設(shè)定的電動機(jī)的最大輸出；回旋速度檢測機(jī)構(gòu)，其檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；扭矩限制值運(yùn)算機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度和所述最大輸出來運(yùn)算扭矩限制值；扭矩限制機(jī)構(gòu)，其在所述電動機(jī)加速時，通過所述扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制裝置以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，當(dāng)所述電動機(jī)減速時，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，所述扭矩限制機(jī)構(gòu)都以用于減速的扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制裝置以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，在規(guī)定旋轉(zhuǎn)速度以下，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，所述扭矩限制機(jī)構(gòu)都能夠輸出最大扭矩。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制裝置以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述工作狀態(tài)設(shè)定機(jī)構(gòu)為作業(yè)模式選擇部及/或節(jié)流閥刻度盤。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制方法的特征在于，包括工作狀態(tài)設(shè)定步驟，其設(shè)定工作狀態(tài)；最大輸出獲取步驟，其根據(jù)設(shè)定的所述工作狀態(tài)獲取預(yù)先設(shè)定的電動機(jī)的最大輸出；旋轉(zhuǎn)速度檢測步驟，其檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；扭矩限制值運(yùn)算步驟，其根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度和所述最大輸出來運(yùn)算扭矩限制值；扭矩限制步驟，其在所述電動機(jī)加速時，通過所述扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制方法以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，在所述扭矩限制步驟中，當(dāng)所述電動機(jī)減速時，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，都以用于減速的扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制方法以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，在所述扭矩限制步驟中，在規(guī)定旋轉(zhuǎn)速度以下，無論所述扭矩限制值的限制如何，都能夠輸出最大扭矩。另外，本發(fā)明涉及的電動機(jī)的控制方法以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，在所述工作狀態(tài)設(shè)定步驟中，在規(guī)定旋轉(zhuǎn)速度以下，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，都能夠輸出最大扭矩。根據(jù)本發(fā)明，由于根據(jù)設(shè)定的工作狀態(tài)而獲取預(yù)先設(shè)定的電動機(jī)的最大輸出，根據(jù)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與獲取的所述最大輸出來運(yùn)算扭矩限制值，因此，在操作作業(yè)機(jī)械之際，能夠降低包含加速性在內(nèi)的操作上的不適感。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的混合動力液壓挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是表示圖1所示的混合動力液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是表示控制器對回旋電機(jī)的扭矩限制進(jìn)行控制的概要的扭矩線圖。圖4是表示控制器對回旋電機(jī)進(jìn)行控制的扭矩限制控制流程圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的控制器對電動機(jī)進(jìn)行控制的扭矩限制控制流程圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的控制器對電動機(jī)進(jìn)行控制的扭矩限制控制流程圖。圖7是表示現(xiàn)有的對電動機(jī)的扭矩限制的一例的扭矩線圖。圖8是表示現(xiàn)有的對電動機(jī)的扭矩限制的另一例的扭矩線圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。(實(shí)施方式I)[整體結(jié)構(gòu)]首先，圖1及圖2示出了作為作業(yè)機(jī)械的一例的混合動力液壓挖掘機(jī)I的整體結(jié)構(gòu)。該混合動力液壓挖掘機(jī)I具備車輛主體2和作業(yè)機(jī)3。車輛主體2具有下部行駛體4和上部回旋體5。下部行駛體4具有一對行駛裝置4a。各行駛裝置4a具有履帶4b。各行駛裝置4a通過右行駛電機(jī)和左行駛電機(jī)(行駛電機(jī)21)來驅(qū)動履帶4b而使混合動力液壓挖掘機(jī)I行駛。上部回旋體5可回旋地設(shè)置在下部行駛體4上,且通過回旋電機(jī)24 (電動機(jī))驅(qū)動而回旋。另外，在上部回旋體5上設(shè)有駕駛室6。上部回旋體5具有燃料箱7、工作油箱
8、發(fā)動機(jī)室9以及配重10。燃料箱7儲存用于驅(qū)動發(fā)動機(jī)17的燃料。工作油箱8儲存從液壓泵18向斗桿工作缸14等液壓缸、行駛電機(jī)21等液壓設(shè)備噴出的工作油。發(fā)動機(jī)室9收納發(fā)動機(jī)17、液壓泵18等設(shè)備。配重10配置在發(fā)動機(jī)室9的后方。作業(yè)機(jī)3安裝在上部回旋體5的前部中央位置，具有斗桿11、動臂12、鏟斗13、斗桿工作缸14、動臂工作缸15以及鏟斗工作缸16。斗桿11的基端部能夠回旋地與上部回旋體5連結(jié)。另外，斗桿11的前端部能夠回旋地與動臂12的基端部連結(jié)。動臂12的前端部能夠回旋地與鏟斗13連結(jié)。斗桿工作缸14、動臂工作缸15以及鏟斗工作缸16是通過從液壓泵噴出的工作油而伸縮動作的液壓缸。斗桿工作缸14使斗桿11擺動動作。動臂工作缸15使動臂12擺動動作。鏟斗工作缸16使鏟斗13擺動動作。在圖2中，混合動力液壓挖掘機(jī)I具有作為驅(qū)動源的發(fā)動機(jī)17、液壓泵18、發(fā)電機(jī)
19。作為發(fā)動機(jī)17使用柴油發(fā)動機(jī)，作為液壓泵18使用可變?nèi)萘啃鸵簤罕?例如斜盤式液壓泵)。液壓泵18及發(fā)電機(jī)19與發(fā)動機(jī)17的輸出軸機(jī)械式結(jié)合，通過驅(qū)動發(fā)動機(jī)17而使液壓泵18及發(fā)電機(jī)19進(jìn)行驅(qū)動。作為液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有控制閥20、斗桿工作缸14、動臂工作缸15、鏟斗工作缸16、行駛電機(jī)21等，液壓泵18作為液壓源驅(qū)動上述部件。電動驅(qū)動系統(tǒng)具備電容器22、逆變器23及回旋電機(jī)24。發(fā)電機(jī)19及電容器22作為回旋電機(jī)24的電力源使上部回旋體5回旋。即，回旋電機(jī)24通過從發(fā)電機(jī)19或電容器22供給的電能而發(fā)揮牽引作用使上部回旋體5加速回旋，當(dāng)上部回旋體5減速回旋時，回旋電機(jī)24發(fā)揮再生作用，向電容器22供給電能(充電)。作為該發(fā)電機(jī)19，使用例如SR(開關(guān)磁阻)電機(jī)。發(fā)電機(jī)19與發(fā)動機(jī)17的輸出軸機(jī)械式結(jié)合，通過發(fā)動機(jī)17的驅(qū)動而使發(fā)電機(jī)19的轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。電容器22使用例如雙電荷層電容器。也可以代替電容器22使用鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池。在回旋電機(jī)24上設(shè)有旋轉(zhuǎn)傳感器25，檢測回旋電機(jī)24的回旋速度并變換為電氣信號，向設(shè)置在逆變器23內(nèi)的混合動力控制器23a輸出。作為回旋電機(jī)24使用例如埋入式磁鐵同步電動機(jī)。作為旋轉(zhuǎn)傳感器25使用例如分解器、旋轉(zhuǎn)編碼器等。需要說明的是，混合動力控制器23a由CPU(數(shù)值運(yùn)算處理器等運(yùn)算裝置)、存儲器(存儲裝置)等構(gòu)成?；旌蟿恿刂破?3a接收在發(fā)電機(jī)19、回旋電機(jī)24、電容器22及逆變器23上配備的、熱敏電阻或熱電偶等溫度傳感器檢測出的檢測值信號，對電容器22等各設(shè)備的過升溫進(jìn)行管理，并且，進(jìn)行電容器22的充放電控制、發(fā)電機(jī)19進(jìn)行的發(fā)電、發(fā)動機(jī)的輔助控制、回旋電機(jī)24的牽引、再生控制。液壓驅(qū)動系統(tǒng)及電動驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置在車輛主體2上的駕駛室6中的作業(yè)機(jī)桿、行駛桿、回旋桿等操作桿26的操作而進(jìn)行驅(qū)動。操作桿26的操作量通過桿操作量檢測部27而變換為電信號。桿操作量檢測部27由壓力傳感器構(gòu)成。壓力傳感器檢測根據(jù)操作桿的操作而產(chǎn)生的先導(dǎo)液壓，通過將壓力傳感器輸出的電壓等換算為桿操作量而求出桿操作量。需要說明的是，操作桿26為電氣式桿的情況下，桿操作量檢測部27由電位器等電氣檢測機(jī)構(gòu)構(gòu)成，將與桿操作量對應(yīng)產(chǎn)生的電壓等換算為桿操作量而求出桿操作量。在駕駛室6內(nèi)設(shè)有燃料調(diào)整刻度盤(節(jié)流閥刻度盤)28及模式切換部29。燃料調(diào)整刻度盤(節(jié)流閥刻度盤)28為用于設(shè)定向發(fā)動機(jī)17供給燃料的燃料供給量的開關(guān)，燃料調(diào)整刻度盤(節(jié)流閥刻度盤)28的設(shè)定值被變換為電信號而向發(fā)動機(jī)控制器30輸出。發(fā)動機(jī)控制器30由CPU (數(shù)值運(yùn)算處理器)等運(yùn)算裝置、存儲器(存儲裝置)構(gòu)成。發(fā)動機(jī)控制器30根據(jù)燃料調(diào)整刻度盤(節(jié)流閥刻度盤)28的設(shè)定值生成控制指令的信號，共軌控制部32接收控制信號，調(diào)整向發(fā)動機(jī)17的燃料噴射量。即，發(fā)動機(jī)17為能夠進(jìn)行共軌式電子控制的發(fā)動機(jī)，通過適當(dāng)?shù)乜刂迫剂蠂娚淞慷M(jìn)行有目的的輸出，并能夠自由地設(shè)定某一瞬間的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的可輸出扭矩。模式切換部29為將混合動力液壓挖掘機(jī)I的作業(yè)模式設(shè)定為功率模式(P模式)或經(jīng)濟(jì)模式(E模式)的部分，由例如設(shè)置在駕駛室6中的操作按鈕、開關(guān)、或者觸摸面板構(gòu)成，混合動力液壓挖掘機(jī)I的操作人員能夠通過操作這些操作按鈕等而切換作業(yè)模式。所謂功率模式，是維持大的作業(yè)量的同時進(jìn)行改善燃費(fèi)的發(fā)動機(jī)控制及泵控制的作業(yè)模式，所謂經(jīng)濟(jì)模式，是進(jìn)一步改善燃費(fèi)的同時以輕負(fù)載作業(yè)確保作業(yè)機(jī)3的動作速度的方式進(jìn)行發(fā)動機(jī)控制及泵控制的作業(yè)模式。當(dāng)該模式切換部29進(jìn)行設(shè)定(作業(yè)模式的切換)時，與設(shè)定對應(yīng)的電信號向發(fā)動機(jī)控制器30、泵控制器33、混合動力控制器23a輸出。需要說明的是，在功率模式中，在發(fā)動機(jī)17的發(fā)動機(jī)輸出(轉(zhuǎn)速及輸出扭矩)為比較高的區(qū)域使發(fā)動機(jī)17的輸出扭矩和液壓泵18的吸收扭矩匹配。另外，在經(jīng)濟(jì)模式中，與功率模式的情況比較，在低的發(fā)動機(jī)輸出情況下使發(fā)動機(jī)17的輸出扭矩和液壓泵18的吸收扭矩匹配。泵控制器33接收從發(fā)動機(jī)控制器30、模式切換部29、桿操作量檢測部27輸出的信號，生成通過對液壓泵18的斜盤角進(jìn)行傾倒控制而調(diào)整從液壓泵18噴出的工作油的噴出量的控制指令信號。需要說明的是，向泵控制器33輸入來自斜盤角傳感器18a的信號，該斜盤角傳感器18a檢測液壓泵18的斜盤角。通過斜盤角傳感器18a檢測斜盤角，能夠運(yùn)算液壓泵18的泵容量。在控制閥20內(nèi)設(shè)有用于檢測液壓泵18的泵噴出壓力的泵壓檢測部20a。檢測出的泵噴出壓力被變換為電信號而輸入到泵控制器33。需要說明的是，發(fā)動機(jī)控制器30、泵控制器33和混合動力控制器23a以彼此進(jìn)行信息的授受的方式通過CAN (Controller Area Network)這種車內(nèi) LAN 進(jìn)行連接。
[扭矩限制的概要]以下，說明對于回旋電機(jī)24的扭矩限制的概要。圖3示出了發(fā)動機(jī)控制器30對回旋電機(jī)24進(jìn)行的本實(shí)施方式I的扭矩限制的概要，是示出相對于回旋轉(zhuǎn)速的回旋扭矩的限制特性的扭矩線圖。在圖3中，牽引(加速)時的回旋扭矩用正表示，再生(減速)時的回旋扭矩用負(fù)表示。當(dāng)通過模式切換部29設(shè)定為P模式時，按照表示回旋電機(jī)24能夠輸出的最大扭矩的扭矩限制曲線LP限制扭矩。另一方面，當(dāng)通過模式切換部29設(shè)定為E模式時，按照對于該E模式預(yù)先設(shè)定的進(jìn)行回旋最大輸出的輸出限制的扭矩限制曲線LE進(jìn)行牽引(加速)時的扭矩限制。即，當(dāng)設(shè)定作業(yè)模式時，按照與相對于該作業(yè)模式的回旋最大輸出對應(yīng)的等馬力曲線進(jìn)行扭矩限制。從而，在相對于作業(yè)模式的回旋最大輸出變小的情況下，如圖3所示，成為回旋電機(jī)24的等馬力曲線整體向左下方移行的扭矩限制曲線。其結(jié)果是，能夠進(jìn)行具有與液壓驅(qū)動系統(tǒng)對應(yīng)的加速性的回旋作業(yè)，消除了作業(yè)操作上的不適感。另一方面，雖然按照與等馬力曲線對應(yīng)的扭矩限制曲線(LP或LE)進(jìn)行扭矩限制，但在回旋電機(jī)24的回旋轉(zhuǎn)速低的區(qū)域Rl中，通過輸出最大扭矩TPmax，在回旋作業(yè)上不會產(chǎn)生力不足感的障礙。需要說明的是，在設(shè)定E模式的情況下，在回旋轉(zhuǎn)速高的區(qū)域，能夠輸出的扭矩小，而在回旋轉(zhuǎn)速高的區(qū)域，即使扭矩低，但由于回旋轉(zhuǎn)速高，故也能夠充分獲得回旋作業(yè)上的輸出。另外，即使設(shè)定任意的作業(yè)模式，在再生(減速)時，如圖3所示，扭矩限制曲線也為一個，在扭矩限制方面沒有差異。其結(jié)果是，能夠充分發(fā)揮回旋電機(jī)24的停止性能。[扭矩限制的詳情]以下，參照圖4對相對于回旋電機(jī)24的具體的扭矩限制控制進(jìn)行說明。在圖4中，首先，將操作桿26操作的回旋桿行程(操作桿26的操作量)、由旋轉(zhuǎn)傳感器25檢測出的回旋電機(jī)24的回旋電機(jī)轉(zhuǎn)速、表示由模式切換部29設(shè)定的作業(yè)模式的電信號直接或經(jīng)由混合動力控制器23輸入發(fā)動機(jī)控制器30?；匦龡U行程被輸入到回旋桿行程/回旋目標(biāo)轉(zhuǎn)速變換表TBl中?；匦龡U行程/回旋目標(biāo)轉(zhuǎn)速變換表TBl以預(yù)先設(shè)定的回旋桿行程和回旋目標(biāo)轉(zhuǎn)速的關(guān)系為基礎(chǔ)，將與輸入的回旋桿行程對應(yīng)的回旋目標(biāo)轉(zhuǎn)速Sm向運(yùn)算器101輸出。運(yùn)算器101從回旋目標(biāo)轉(zhuǎn)速Sm減去利用旋轉(zhuǎn)傳感器25檢測出的當(dāng)前的回旋電機(jī)轉(zhuǎn)速Sn，將算出的轉(zhuǎn)速偏差A(yù)S輸入到PID控制部102。PID控制部102根據(jù)該轉(zhuǎn)速偏差Λ S運(yùn)算扭矩Ta。該扭矩Ta通過運(yùn)算器103乘以增益K而向最小值選擇部(選擇MIN) 106輸出。在此，增益K在根據(jù)正負(fù)判定部104判定回旋電機(jī)轉(zhuǎn)速Sn為正時設(shè)定為I，在判定為負(fù)時，設(shè)定為-1。另一方面，表示利用模式切換部29設(shè)定的作業(yè)模式的信號被輸入到作業(yè)模式/回旋最大輸出變換表TBll中。作業(yè)模式/回旋最大輸出變換表TBll將相對于各作業(yè)模式預(yù)先設(shè)定的回旋最大輸出Plim向扭矩限制值運(yùn)算部105輸出。扭矩限制值運(yùn)算部105以輸入的回旋最大輸出Plim和回旋電機(jī)轉(zhuǎn)速Sn的絕對值為基礎(chǔ)，通過下式運(yùn)算扭矩限制值Tlim。Tlim= (PlimX 1000)/((2 π /60) XSn)其運(yùn)算出的扭矩限制值Tlim輸入最小值選擇部106。最小值選擇部106選擇從運(yùn)算器103輸入的扭矩(回旋目標(biāo)扭矩)與從扭矩限制值運(yùn)算部105輸入的扭矩限制值Tlim中小的值向最小值選擇部(選擇MIN) 107輸出。最小值選擇部107將從最小值選擇部106輸入的扭矩和作為預(yù)先設(shè)定的固定值的電機(jī)牽引時最大扭矩TPmax中的小的扭矩向最大值選擇部(選擇MAX) 108輸出。該最小值選擇部107在牽引尤其是回旋轉(zhuǎn)速低的區(qū)域Rl的情況下，輸出不比電機(jī)牽引時最大扭矩TPmax在正的一側(cè)還大的值的扭矩。最大值選擇部108選擇從最小值選擇部107輸入的扭矩和作為預(yù)先設(shè)定的固定值的電機(jī)再生時最大扭矩TMmax (負(fù)值)中大的值輸出。該最大值選擇部108由于電機(jī)再生時最大扭矩TMmax為負(fù)值,因此，將牽引時從最小值選擇部107輸入的扭矩作為最大值選擇，但由于在再生時利用運(yùn)算器103輸出負(fù)值的扭矩，因此，在最大值選擇部108中，通過與電機(jī)再生時最大扭矩TMmax比較,而輸出不比電機(jī)再生時最大扭矩TMmax在負(fù)的一側(cè)還小的值的扭矩。即，根據(jù)回旋桿行程，在電機(jī)再生時最大扭矩TMmax(回旋扭矩的下限)的限制范圍內(nèi)輸出回旋電機(jī)扭矩指令Tc。另外，即使作業(yè)模式為任意設(shè)定，但由于再生時利用扭矩限制值運(yùn)算部105求出的扭矩限制值Tlim為正值，而從正負(fù)判定部104向運(yùn)算器103賦予-1作為增益K而使從PID控制部102輸出的扭矩Ta為負(fù)值，因此，其結(jié)果是，在最小值選擇部106中，選擇該負(fù)值的扭矩Ta。從而，在再生(減速)時，與作業(yè)模式無關(guān)地求出回旋電機(jī)指令值Tc而輸出。然后，相對于從該最大值選擇部108輸出的扭矩，運(yùn)算器109乘上作為與回旋電機(jī)轉(zhuǎn)速Sn的正負(fù)對應(yīng)的值即增益K，將該算出的值即扭矩Tc作為回旋電機(jī)扭矩指令向混合動力控制器23a輸出。由此，能夠進(jìn)行如圖3所示的扭矩線圖的扭矩限制。需要說明的是，也可以代替發(fā)動機(jī)控制器30使混合動力控制器23a進(jìn)行求出上述的回旋電機(jī)扭矩指令的處理，也可以利用發(fā)動機(jī)控制器30和混合動力控制器23a為一體的控制器進(jìn)行求出上述的回旋電機(jī)扭矩指令的處理。(實(shí)施方式2)在上述的實(shí)施方式I中，通過作業(yè)模式求出回旋最大輸出Plim，使用該回旋最大輸出Plim運(yùn)算扭矩限制值Tlim，但在該實(shí)施方式2中，代替作業(yè)模式，通過節(jié)流閥刻度盤(燃料調(diào)整刻度盤28)的設(shè)定值求出回旋最大輸出Plim，使用該回旋最大輸出Plim運(yùn)算扭矩限制值Tlim。其原因在于，在混合動力液壓挖掘機(jī)I中，即使通過節(jié)流閥刻度盤進(jìn)行發(fā)動機(jī)輸出控制，也能夠設(shè)定工作狀態(tài)。圖5示出了基于該實(shí)施方式2的扭矩限制控制流程。該扭矩限制控制流程中，代替與圖4的作業(yè)模式對應(yīng)的信號，利用與節(jié)流閥刻度盤(燃料調(diào)整刻度盤28)的設(shè)定值對應(yīng)的信號，代替作業(yè)模式/回旋最大輸出變換表TBll，使用節(jié)流閥刻度盤/回旋最大輸出變換表TB12。其他結(jié)構(gòu)與圖5相同。(實(shí)施方式3)圖6示出了基于本發(fā)明實(shí)施方式3的扭矩限制控制流程。在該實(shí)施方式3中，進(jìn)行組合了實(shí)施方式I與實(shí)施方式2的扭矩限制控制。即，將與作業(yè)模式對應(yīng)的信號和與節(jié)流閥刻度盤(燃料調(diào)整刻度盤28)的設(shè)定值對應(yīng)的信號作為被輸入的信號，各個信號被輸入作業(yè)模式/回旋最大輸出變換表TBl1、節(jié)流閥刻度盤/回旋最大輸出變換表TB12，分別變換輸出回旋最大輸出Plima、Plimb。并且，最小值選擇部(選擇MIN) 201將作為它們中的最小值的回旋最大輸出Plim向扭矩限制值運(yùn)算部105輸入。其他結(jié)構(gòu)與圖4、5相同。(實(shí)施方式4)在該實(shí)施方式4中,代替實(shí)施方式I的與作業(yè)模式對應(yīng)的信號,輸入與作業(yè)方式對應(yīng)的信號。對于該與作業(yè)方式對應(yīng)的信號，將通過進(jìn)行作業(yè)方式的判定處理而判定出的、表不多個作業(yè)方式中的一個作業(yè)方式作為表不作業(yè)方式的信號輸入。然后，當(dāng)輸入表不該作業(yè)方式的信號時，通過作業(yè)方式/回旋最大輸出變換表，按每個作業(yè)方式變換為預(yù)先設(shè)定的回旋最大輸出Plim而輸出。在該作業(yè)方式的判定處理中，例如，在作業(yè)機(jī)桿26中的用于使動臂12動作的動臂桿被向挖掘方向操作，液壓泵18的泵噴出壓力也比某一設(shè)定值高的情況下，判定為重挖掘作業(yè)的作業(yè)方式，例如，在操作回旋桿26的同時，將作業(yè)機(jī)桿26中的用于使斗桿11動作的斗桿桿向抬起斗桿11的方向或壓下斗桿的方向操作的情況下，判定為提升回旋作業(yè)的作業(yè)方式。這樣，所謂作業(yè)方式的判定處理，是指通過特定的輸入值推定此時操作人員想要實(shí)施的作業(yè)。需要說明的是，所謂提升回旋作業(yè)，是指將利用鏟斗13挖掘的土沙在提升斗桿11的同時使上部回旋體5回旋，而在所需的回旋停止位置排出鏟斗13的土沙的作業(yè)。當(dāng)進(jìn)行獲取這種作業(yè)方式的判定處理的控制時，能夠進(jìn)行更加細(xì)致的扭矩限制控制。(實(shí)施方式5)在本實(shí)施方式5中,可以將工作油溫度作為輸入,通過工作油溫度/回旋最大輸出變換表將從各表輸出的回旋最大輸出Plim的值與工作油溫度相對應(yīng)地進(jìn)行補(bǔ)正變換。在外部空氣溫度低的環(huán)境、混合動力液壓挖掘機(jī)I開始動作等時，工作油溫度低，工作油的粘性高。工作油的粘性上升導(dǎo)致作業(yè)機(jī)的動作速度降低，但由于回旋電機(jī)24為電氣驅(qū)動而與工作油的溫度無關(guān)地動作，因此，如果回旋電機(jī)24實(shí)現(xiàn)的上部回旋體5的動作在不考慮工作油的溫度的情況下進(jìn)行，操作人員會有不適感。從而，如該實(shí)施方式5那樣，若將回旋最大輸出Plim的值與工作油溫度對應(yīng)地進(jìn)行補(bǔ)正變換，則能夠進(jìn)行與作業(yè)機(jī)3的動作速度協(xié)調(diào)的回旋動作。需要說明的是，在不是混合動力液壓挖掘機(jī)的普通液壓挖掘機(jī)中，由于利用液壓電機(jī)進(jìn)行回旋，因此，回旋最大輸出伴隨工作油溫度的降低而減少。從而，當(dāng)進(jìn)行如本實(shí)施方式那樣的獲取了工作油溫度的信息的控制時，操作人員沒有不適感。需要說明的是，混合動力液壓挖掘機(jī)I具有檢測液壓泵18的工作油溫度的傳感器，發(fā)動機(jī)控制器30、泵控制器33或混合動力控制器23a監(jiān)視工作油溫度。通過考慮這種液壓驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行扭矩限制控制，能夠獲得回旋電機(jī)24進(jìn)行的電氣驅(qū)動系統(tǒng)的作業(yè)和液壓驅(qū)動系統(tǒng)的作業(yè)的輸出平衡、扭矩平衡，進(jìn)一步降低作業(yè)操作上的不適感。符號說明I混合動力液壓挖掘機(jī)2車輛主體3作業(yè)機(jī)4下部行駛體5上部回旋體11 斗桿12 動臂13 鏟斗

14斗桿工作缸
15動臂工作缸16鏟斗工作缸17發(fā)動機(jī)18液壓泵18a斜盤角傳感器19發(fā)電機(jī)20控制閥20a泵壓檢測部21行駛電機(jī)22 電容器23逆變器23a混合動力控制器24回旋電機(jī)25旋轉(zhuǎn)傳感器26操作桿27桿操作量檢測部28燃料調(diào)整刻度盤29模式切換部30發(fā)動機(jī)控制器32共軌控制部33泵控制器105扭矩限制值運(yùn)算部
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備: 工作狀態(tài)設(shè)定機(jī)構(gòu)，其設(shè)定工作狀態(tài)； 最大輸出獲取機(jī)構(gòu)，其根據(jù)設(shè)定的所述工作狀態(tài)獲取預(yù)先設(shè)定的電動機(jī)的最大輸出； 旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)，其檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度； 扭矩限制值運(yùn)算機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度和所述最大輸出來運(yùn)算扭矩限制值； 扭矩限制機(jī)構(gòu)，其在所述電動機(jī)加速時，通過所述扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 當(dāng)所述電動機(jī)減速時，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，所述扭矩限制機(jī)構(gòu)都以用于減速的扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 在規(guī)定旋轉(zhuǎn)速度以下，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，所述扭矩限制機(jī)構(gòu)都能夠輸出最大扭矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述工作狀態(tài)設(shè)定機(jī)構(gòu)為作業(yè)模式選擇部及/或節(jié)流閥刻度盤。
5.—種電動機(jī)的控制方法,其特征在于,包括: 工作狀態(tài)設(shè)定步驟，其設(shè)定工作狀態(tài)； 最大輸出獲取步驟，其根據(jù)設(shè)定的所述工作狀態(tài)獲取預(yù)先設(shè)定的電動機(jī)的最大輸出； 旋轉(zhuǎn)速度檢測步驟，其檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度； 扭矩限制值運(yùn)算步驟，其根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度和所述最大輸出來運(yùn)算扭矩限制值； 扭矩限制步驟，其在所述電動機(jī)加速時，通過所述扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機(jī)的控制方法，其特征在于， 在所述扭矩限制步驟中，當(dāng)所述電動機(jī)減速時，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，都以用于減速的扭矩限制值限制所述電動機(jī)的扭矩。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電動機(jī)的控制方法，其特征在于， 在所述扭矩限制步驟中，在規(guī)定旋轉(zhuǎn)速度以下，無論設(shè)定的所述工作狀態(tài)如何，都能夠輸出最大扭矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求5 7中任一項所述的電動機(jī)的控制方法,其特征在于， 所述工作狀態(tài)設(shè)定步驟為作業(yè)模式選擇設(shè)定及/或節(jié)流閥刻度盤值的設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動機(jī)的控制裝置及其控制方法。為了降低包含加速性在內(nèi)的作業(yè)操作上的不適感，電動機(jī)的控制裝置具備設(shè)定作業(yè)模式的模式切換部；通過設(shè)定的作業(yè)模式獲取預(yù)先設(shè)定的電動機(jī)的最大輸出的作業(yè)模式/旋轉(zhuǎn)最大輸出變換表TB11；檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)傳感器；根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度和所述最大輸出來運(yùn)算扭矩限制值Tlim的扭矩限制值運(yùn)算部(105)；在所述電動機(jī)加速時，通過扭矩限制值Tlim限制所述電動機(jī)的扭矩的扭矩限制機(jī)構(gòu)。
文檔編號E02F9/20GK103081350SQ201280002510
公開日2013年5月1日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者河口正, 竹原和生, 森永淳 申請人:株式會社小松制作所