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JP4851802B2 - 建設機械の旋回駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械の旋回駆動装置に係り、特に、電動機をアクチュエータとする建設機械の旋回駆動装置に関する。
従来、建設機械の分野では、出力に対して機器が小型軽量にできることから、油圧アクチュエータが広く用いられている。しかしながら、油圧アクチュエータは、電動アクチュエータに比べてエネルギー効率が悪いため、近年、電動アクチュエータを搭載することが検討されている。特に、建設機械の上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動するアクチュエータは使用頻度が高く、また回転式のアクチュエータであることから電動アクチュエータに置き換えることが効果的である。
しかしながら、電動アクチュエータを用いた旋回駆動装置について試作研究を行ったところ、電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの出力特性の相違から、油圧アクチュエータを用いた旋回駆動装置と同様に、電動アクチュエータを用いた旋回駆動装置を操作すると、安全性の面で問題が生じる恐れがあることが判明した。具体的には、電動アクチュエータを用いた旋回駆動装置には、速度指令により制御するものと、トルク指令により制御するものがあるが、トルク指令により制御するものでは、旋回動作を開始する操作を行った後、停止操作したとき、油圧アクチュエータを用いた旋回駆動装置とは同じようには停止せず、停止するまでの移動量が大きいことが分かった。停止するまでの移動量が大きいと、上部旋回体に接続されたフロント構造物等が、旋回方向に存在する障害物に衝突する場合もあり、安全性が低下する。また、速度指令により制御するものでは、旋回動作を開始する操作を行った後、停止操作したとき、油圧アクチュエータを用いた旋回駆動装置に比べて急激に停止することが分かった。急激にアームが停止すると、バケット内に収納された石や岩等の重量物が飛散する場合もあり、安全性が低下する。
なお、起動時と制動時のトルク特性を油圧アクチュエータの場合と似せて制御する建設機械の旋回駆動装置として、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を使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１１８９７号公報
しかしながら、特許文献１記載のものでは、電動機の回転数とトルクとの関係を加速時と減速時、別個に規定するだけであり、レバー等の入力装置からの指令とトルクとの関係については何ら規定してないものである。したがって、電動機の回転数のみよりトルクを規定する特許文献１記載のものでは、電動機停止状態からレバー等の入力装置より微少入力を与えた場合と大入力を与えた場合ではどちらも最大トルクで起動を開始するため、オペレータの意図した動作ができないという問題があった。
本発明の目的は、オペレータの意図した動作が可能であり、安全性の向上した建設機械の旋回駆動装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動機をアクチュエータとして、下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動する建設機械の旋回駆動装置であって、演算された起動トルクと制動トルクの差分を前記電動機の駆動トルクとする制御手段を備え、該制御手段は、旋回駆動指令を与えるレバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータイントルクを出力する旋回操作量−メータイントルクテーブルと、前記電動機の実回転数に応じた制限トルクを出力する実回転数−トルク制限テーブルとを備え、前記各テーブルより得られるトルク値の最小値を以て起動トルクとし、
また、前記制御手段は、前記レバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータアウト開口を出力するレバー入力量−メータアウト開口テーブルと、前記電動機の実回転数に応じたリリーフトルクを出力する実回転数−リリーフトルクテーブルとを備え、前記レバー入力量−メータアウト開口テーブルから得られたメータアウト開口と実回転数を用いてメータアウトトルクを算出し、前記実回転数−リリーフトルクテーブルからリリーフトルクを算出し、前記メータアウトトルクと前記リリーフトルクの最小値を以て制動トルクとするようにしたものである。
かかる構成により、オペレータの意図した動作が可能であり、安全性を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、出力を可変できる出力制御ダイアルを備え、前記制御手段は、前記出力制御ダイアルの指令値に比例して起動トルクの値を減じるようにしたものである。
（３）上記目的を達成するために、本発明は、電動機をアクチュエータとして、下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動する建設機械の旋回駆動装置であって、演算された起動トルクと制動トルクの差分を前記電動機の駆動トルクとする制御手段を備え、該制御手段は、旋回駆動指令を与えるレバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータイントルクを出力する旋回操作量−メータイントルクテーブルと、前記電動機の実回転数に応じた制限トルクを出力する実回転数−トルク制限テーブルとを備え、前記各テーブルより得られるトルク値の最小値を以て起動トルクとし、また、前記制御手段は、前記レバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータアウト開口を出力するレバー入力量−メータアウト開口テーブルと、前記電動機の実回転数に応じたリリーフトルクを出力する実回転数−リリーフトルクテーブルとを備え、前記レバー入力量−メータアウト開口テーブルから得られたメータアウト開口と実回転数を用いてメータアウトトルクを算出し、前記実回転数−リリーフトルクテーブルからリリーフトルクを算出し、前記メータアウトトルクと前記リリーフトルクの最小値を以て制動トルクとし、さらに、前記制御手段は、前記レバー装置の入力によって指示される回転方向と実回転方向が逆方向の場合は、前記実回転数−リリーフトルクテーブルより得られたリリーフトルクを以て駆動トルクとするようにしたものである。
かかる構成により、オペレータの意図した動作が可能であり、安全性を向上し得るものとなる。
本発明によれば、オペレータの意図した動作が可能であり、安全性を向上することができる。
以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による建設機械の旋回駆動装置を用いる建設機械の構成について説明する。ここでは、建設機械として、ショベルを例にして説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置を用いる建設機械の構成を示す側面図である。
下部走行体１０は、一対のクローラ１１及びクローラフレーム１２（図では片側のみを示す）で構成されている。各クローラ１１は、図２にて後述する一対の走行用電動機１３，１４及びその減速機構等により独立して駆動制御される。
上部旋回体２０は、旋回フレーム２１と、エンジン２２と、発電機２３と、バッテリ２４と、旋回用電動機２５と、旋回機構２６等から構成されている。駆動源としてのエンジン２２は、旋回フレーム２１上に設けられている。発電機２３は、エンジン２２により駆動される。発電機２３により発生された電力は、バッテリ２４に蓄えられる。旋回用電動機２５は、発電機２３又はバッテリ２４からの電力により駆動され、上部旋回体２０を左右方向に旋回させる駆動源として用いられる。旋回機構２６は、旋回用電動機２５の回転を減速する減速機構を含み、旋回用電動機２５の駆動力により下部走行体１０に対して上部旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させるために用いられる。
また、上部旋回体２０には、ショベル機構３０が搭載されている。ショベル機構３０は、起伏可能なブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。さらに、上部旋回体２０の旋回フレーム２１上には、油圧制御機構４０が搭載されている。油圧制御機構４０は、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６を駆動制御するための油圧ポンプ４１及び各シリンダごとに設けられた油圧制御弁等で構成されている。
次に、図２を用いて、本実施形態による建設機械の旋回駆動装置を含む建設機械の駆動制御装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置を含む建設機械の駆動制御装置の構成を示すシステムブロック図である。なお、図２において、太い実線は機械的駆動系統を、中くらいの実線は油圧駆動系統を、細い実線は電気的駆動系統を、点線は制御信号系を示している。また、図１と同一符号は、同一部分を示している。
エンジン２２の駆動力は、油圧ポンプ４１に伝達される。油圧制御弁４２は、図示しない操作手段からの動作指令に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４及びバケットシリンダ３６への動作油の吐出量及び吐出方向を制御する。また、エンジン２２の駆動力は、増速機構２９を介して発電機２３に伝達される。発電機２３は所定の交流電力を発生し、発生された交流電力はコンバータ２７により直流に変換され、バッテリ２４に蓄えられる。
一方、コンバータ２７又はバッテリ２４からの直流電力は、制御器５５により制御される旋回用インバータ２８ａにより所定の電圧及び周波数のパルス信号に変換され、旋回用電動機２５に入力される。同様に、コンバータ２７又はバッテリ２４からの直流電力は、制御器５５により制御される右走行用インバータ２８ｂおよびに左走行用インバータ２８ｃより所定の電圧及び周波数のパルス信号に変換され、右走行用電動機１３および左走行用電動機１４にそれぞれ入力される。また、各電動機１３，１４，２５は減速時には発電機特性で使用し、各電動機１３，１４，２５により回生された電力を直流に変換してバッテリ２４に蓄える。
操作装置５４は、右旋回・左旋回を指示する旋回操作レバーと、前進・後進を指示する走行操作レバーからなる。なお、走行操作レバーは、右走行レバーと、左走行レバーとからなる。旋回操作レバーは、通常は中立位置にあり、中立位置から右に傾けることで右旋回を指示し、左に傾けることで左旋回を指示する。中立位置から右方向若しくは左方向への傾け量が左右旋回操作信号として制御器５５に入力する。走行操作レバーは、通常は中立位置にあり、中立位置から前方に傾けることで前進を指示し、後方に傾けることで後進を指示する。中立位置から前方向若しくは後方向への傾け量が前後進操作信号として制御器５５に入力する。
制御器５５は、操作装置５４の旋回操作レバーからの左右旋回操作信号に基づいて、旋回用電動機２５のトルクＴが所定トルクとなるように、旋回用インバータ２８ａが出力するパルス信号の電圧及び周波数を制御する。また、旋回用電動機２５は、その出力軸の回転数を検出する回転数検出器２５ｓを備えている。回転数検出器２５ｓは、例えば、レゾルバ等を用いている。回転数検出器２５ｓの出力信号は、制御器５５に入力する。制御器５５は、回転数検出器２５ｓで検出された旋回用電動機２５の回転数Ｎに応じて、旋回用電動機２５の出力トルクＴを制御する。
また、制御器５５は、操作装置５４の走行操作レバーからの前後進操作信号に基づいて、右走行用電動機１３や左走行用電動機１４のトルクＴが所定トルクとなるように、右走行用インバータ２８ｂや左走行用インバータ２８ｃが出力するパルス信号の電圧及び周波数を制御する。また、右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４は、それぞれ、その出力軸の回転数を検出する回転数検出器１３ｓ，１４ｓを備えている。回転数検出器１３ｓ，１４ｓは、例えば、レゾルバ等を用いている。回転数検出器１３ｓ，１４ｓの出力信号は、それぞれ、制御器５５に入力する。制御器５５は、回転数検出器１３ｓ，１４ｓで検出された右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４の回転数Ｎに応じて、右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４の出力トルクＴを制御する。
なお、以上の例では、ブーム，アーム，バケットを駆動する油圧ポンプ４１はエンジン２２により駆動するものであるが、油圧ポンプ４１を電動機により駆動する方式としても良いものである。
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成及び動作について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。図４は、建設機械の油圧式旋回駆動装置の一例を示す油圧回路図である。図５は、建設機械の油圧式旋回駆動装置の一例における特性図である。なお、図１及び図２と同一符号は、同一部分を示している。
旋回制御手段５５Ａは、図２に示した制御器５５に含まれ、旋回制御を司る制御手段である。旋回制御手段５５Ａには、図２に示した操作装置５４の中の旋回操作レバー装置５４Ａからのレバー操作入力信号Ｐｉｓｗと、図２に示した回転数検出器２５ｓからの旋回用電動機２５の実回転数信号Ｎｒｅｌｓｗとが入力し、図２に示した旋回用インバータ２８ａに対して、指令トルクＴｃｏｍｓｗを出力する。旋回用インバータ２８ａは、指令トルクＴｃｏｍｓｗに応じて、バッテリ２４の出力直流電力を交流電力に変換する際に、電圧・電流値を制御して、旋回用電動機２５に供給する。
ここで、図４を用いて、建設機械の油圧式旋回駆動装置の油圧回路図の一例について説明する。
図４において、建設機械の上部旋回体を表す慣性体２１は、油圧式旋回モータ２２によって旋回駆動される。可変容量型の油圧ポンプ２４は、作動油タンク２３の作動油を旋回モータ２２に供給する。方向制御弁２５は、油圧ポンプ２４から旋回モータ２２に供給される圧油の方向と流量を制御する。レバー装置５４Ａは、方向制御弁２５に制御圧を送ることで旋回モータ２２に供給する圧油の方向と流量を指示する入力装置として機能する。リリーフ弁２７ａ，２７ｂは、旋回モータ２２の圧力を給排する２つのポート２２ａ，２２ｂの最大圧力を規定する。ポペット弁２８ａ，２８ｂは、旋回モータ２２の圧力を給排する２つのポート２２ａ，２２ｂが負圧になることを防止するため作動油タンク２３からポート２２ａ，２２ｂへの作動油の流入を許可し、逆にポート２２ａ，２２ｂから作動油タンク２３への作動油の流れを禁止する。
油圧ポンプ２４は、図示しない駆動源の出力を有効に使えるように、図５（Ａ）に示す押しのけ容量−吐出圧特性を持ち、概一定の入力トルクとなるように傾転制御される。
方向制御弁２５は、レバー装置５４Ａからのパイロット指令が作用していない中立位置２５ａでは油圧ポンプ２４からの圧油を全量、作動油タンク２３に導く。レバー装置５４Ａを右方向に最大まで倒すと、方向制御弁２５は右位置２５ｂに切り換えられ、油圧ポンプ２４からの圧油は旋回モータ２２の２２ｂポートに導かれ、２２ａポートから排出された圧油は方向制御弁２５を介して作動油タンク２３へ戻される。レバー装置５４Ａを左方向に最大位置まで働すと、方向制御弁２５は左位置２５ｃに切り換えられ、油圧ポンプ２４からの圧油は旋回モータ２２の２２ａポートに導かれ、２２ｂポートから排出された圧油は方向制御弁２５を介して作動油タンク２３へ戻される。
レバー装置５４Ａを右方向ヘハーフ位置まで倒すと、方向制御弁２５は中立位置２５ａと右位置２５ｂの中間位置に切り換えられる。この状態では、中立位置２５ａの油圧ポンプ２４から作動油タンク２３へ通じる油路と右位置２５ｂの油圧ポンプ２４から旋回モータ２２へ通じる油路の双方が絞られた状態にあり、レバー装置５４Ａの指令値に応じて、図５（Ｂ）に示すレバー指令−最大圧力特性にしたがってポンプ吐出圧を規制する。このポンプ吐出圧が旋回モータ２２のポート２２ｂの圧力Ｐｂとなる。レバー装置５４Ａを左方向ヘハーフ位置まで倒した場合も同様にして旋回モータ２２のポート２２ａの圧力Ｐａが求められる。
以上のことから、油圧ポンプ２４により旋回モータ２２を付勢する圧力は、図５（Ａ）より流量から求められるポンプ吐出圧と、図５（Ｂ）よりレバー指令から求められる最大圧力との最小値であることが分かる。
一方、レバー装置５４Ａを右方向に倒した時にはレバー指令値と方向制御弁２５の右位置２５ｂにおける旋回モータ２２から作動油タンク２３へ通じる油路（メータアウト油路）の開口面積との間に、図５（Ｃ）に示す関係が生じる。レバー装置５４Ａを左方向に倒した場合も同様である。
また、リリーフ弁２７ａ，２７ｂは、図５（Ｄ）に示す通過流量−圧力特性を持つ。したがって、ある特定流量の場合の旋回モータ２２の２２ａポートの圧力の最大値は、図５（Ｄ）によって規制される。
いま、レバー装置５４Ａを右方向に倒して旋回モータ２２が駆動されている状態でレバー装置５４Ａを中立方向に動かした場合、旋回モータ２２の回転により発生する流量Ｑに対し、図５（Ｃ）より求められるメータアウト油路の開口面積Ａより、次の式（１）から、

Ｐ＝α（Ｑ／Ａ）２ …（１）

にしたがって、圧力が計算できる。ここで、αは定数である。こうして求められた圧力Ｐと、流量Ｑから図５（Ｄ）により求められたリリーフ圧Ｐｍａｘのうち、小さい方の値が旋回モータ２２の２２ａポートに発生する圧力である。レバー装置５４Ａを左方向に倒して旋回モータ２２が駆動されている状態でレバー装置５４Ａを中立方向に動かした場合も同様にして旋回モータ２２のポート２２ｂの圧力Ｐｂを求めることができる。
以上のようにして求めた旋回モータ２２のポート２２ａ，２２ｂの圧力Ｐａ，Ｐｂの差圧と旋回モータ２２の押しのけ容積から旋回モータ２２の出力トルクがわかる。
次に、図３を用いて、本実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成及び動作について説明する。
本実施形態では、旋回制御手段５５Ａは、図４及び図５における旋回モータ２２のポート２２ａ，２２ｂの圧力Ｐａ，Ｐｂを導出した手順を踏襲して起動トルクＴａｃｃｓｗと制動トルクＴｂｒｋｓｗを演算し、圧力Ｐａ，Ｐｂの差圧から旋回モータ２２の出力トルクを導出したように、起動トルクと制動トルクより指令トルクＴｃｏｍｓｗを演算する。
旋回制御手段５５Ａは、図５（Ｂ）に相当する旋回操作量−メータイン（Ｍ／Ｉ）トルクテーブル１１と、図５（Ａ）に相当する実回転数−トルク制限テーブル１３と、図５（Ｃ）に相当する旋回操作量−メータアウト（Ｍ／Ｏ）開ロテーブル１５と、図５（Ｄ）に相当する実回転数−リリーフトルクテーブル１１０と、最小値選択器１４Ａ，１４Ｂと、除算器１７と、二乗器１８と、比例器１９と、スイッチ１１１と、代入器１１２と、加算器１１３とを有している。
最初に、起動トルクＴａｃｃｓｗの算出処理について説明する。旋回制御手段５５Ａは、レバー装置５４Ａからのレバー入力Ｐｉｓｗより、図５（Ｂ）に相当する旋回操作量−メータイン（Ｍ／Ｉ）トルクテーブル１１を用いて、Ｍ／ＩトルクＴｍｉｓｗを導出する。また、電動機の回転数検出器２５ｓからの実回転数Ｎｒｅｌｓｗより、図５（Ａ）に相当する実回転数−トルク制限テーブル１３を用いて、トルク制限値Ｔｐｑｓｗを導出する。最小値選択器１４により、Ｍ／ＩトルクＴｍｉｓｗとトルク制限値Ｔｐｑｓｗとの最小値を選択して、電動機の起動トルクＴａｃｃｓｗが求められる。
次に、制動トルクＴｂｒｋｓｗの算出処理について説明する。旋回制御手段５５Ａは、レバー装置５４Ａからのレバー入力Ｐｉｓｗより、図５（Ｃ）に相当する旋回操作量−メータアウト（Ｍ／Ｏ）開ロテーブル１５を用いて、Ｍ／○開口Ａｍｏｓｗを導出する。次に、式（１）に相当する演算を行うため、このＭ／Ｏ開口Ａｍｏｓｗと電動機の回転数検出器２５ｓからの実回転数Ｎｒｅｌｓｗより、除算器１７，二乗器１８，比例器１９を用いて、Ｍ／ＯトルクＴｍｏｓｗを算出する。
また、旋回制御手段５５Ａは、電動機の回転数検出器２５ｓからの実回転数Ｎｒｅｌｓｗより、図５（Ｄ）に相当する実回転数−リリーフトルクテーブル１１０を用いて、リリーフトルクＴｒｅｌｓｗを導出する。そして、最小値選択器１４により、Ｍ／ＯトルクＴｍｏｓｗとリリーフトルクＴｒｅｌｓｗとの最小値を選択して、電動機の制動トルクＴｂｒｋｓｗが求められる。
ただし、レバー装置５４Ａを中立位置まで戻した時には旋回操作量−Ｍ／Ｏ開ロテーブル１５より導かれるＭ／Ｏ開口Ａｍｏｓｗが０となるため、除算器１７にてゼロ割が生じてしまうという不都合があるので、これを回避するためにスイッチ１１１にてＭ／Ｏ開口が０の時に限り、除算器１７，二乗器１８，比例器１９をバイパスして、

Ｔｍｏｓｗ＝Ｔｒｅｌｓｗｍａｘ

となるＴｍｏｓｗを得る代入器１１２を設置する。ここで、設定値Ｔｒｅｌｓｗｍａｘは、実回転数−リリーフトルクテーブル１１０より求められるリリーフトルクＴｒｅｌｓｗの最大値より大きな値とする。
このようにすることで、レバー操作量Ｐｉｓｗ＝０のときは常に、制動トルクＴｂｒｋｓｗ＝リリーフトルクＴｒｅｌｓｗとなるようにできる。
さらに、減算器１１３を用いて、電動機の起動トルクＴａｃｃｓｗと制動トルクＴｂｒｋｓｗとの差分を求め、指令トルクＴｃｏｍｓｗを演算し、旋回用インバータ２８ａに出力する。
以上のように構成することで、本実施形態によれば、電動機をアクチュエータとして、下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動する建設機械において、油圧式旋回駆動装置と同等の操作感を得ることができる。したがって、オペレータが油圧式旋回駆動装置と同様に、旋回駆動操作を行っても、旋回動作は、油圧式旋回駆動装置における旋回動作を同様とできるため、フロント構造物を含む上部旋回体の流れも防止でき、また、上部旋回体の急停止も防止でき、安全性が向上するものとなる。また、油圧式旋回駆動装置を備えた建設機械から乗り換えたオペレータが違和感なく操作を行うことができる。
尚、以上の説明では、簡便にするために、旋回方向を正として説明しているが、実際の演算では左右の旋回方向を考慮して演算を行う。
次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による建設機械の旋回駆動装置を用いる建設機械の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の旋回駆動装置を含む建設機械の駆動制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。
図６は、本発明の第２の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。なお、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。
旋回制御手段５５Ｂは、図２に示した制御器５５に含まれ、旋回制御を司る制御手段である。旋回制御手段５５Ｂには、図２に示した操作装置５４の中の旋回操作レバー装置５４Ａからのレバー操作入力信号Ｐｉｓｗと、図２に示した回転数検出器２５ｓからの旋回用電動機２５の実回転数信号Ｎｒｅｌｓｗとが入力し、図２に示した旋回用インバータ２８ａに対して、指令トルクＴｃｏｍｓｗｐｍを出力する。旋回用インバータ２８ａは、指令トルクＴｃｏｍｓｗｐｍに応じて、バッテリ２４の出力直流電力を交流電力に変換する際に、電圧・電流値を制御して、旋回用電動機２５に供給する。
図４に示したレバー装置５４Ａを右方向から左方向に素早く切り換えた場合、旋回モータ２２は、慣性体２１の慣性によってポート２２ｂからポート２２ａへ作動油が流れるように回転させられる。このとき、方向制御弁２５は左位置２５ｃにあるため、油圧ポンプ２４より吐出される圧油は旋回モータ２２のポート２２ａへと導かれる。このとき、旋回モータ２２を通過する圧油は、作動油タンク２３−チェック弁２８ｂ−旋回モータ２２−リリーフ弁２７ａ−作動油タンク２３へと流れる。また、油圧ポンプ２４より吐出された圧油は、方向制御弁２５−リリーフ弁２７ａ−作動油タンク２３へと流れる。
したがって、レバー装置５４Ａの指令方向と旋回モータ２２の回転方向が正反対の場合には、旋回モータ２２に発生するトルクは、リリーフ弁２７ａ，２７ｂの特性による。
旋回制御手段５５Ｂは、図３にて説明した旋回制御手段５５Ａと、図５（Ｄ）に相当する実回転数−リリーフトルクテーブル１１０と、符号反転器３１と、逆レバー判定器３２とを有している。また、旋回制御手段５５Ａが出力する指令トルクＴｃｏｍｓｗは、ここでは、正レバー指令トルクと称することとする。
旋回制御手段５５Ａは、図３にて説明したようにして、正レバー指令トルクＴｃｏｍｓｗを算出する。
一方、旋回制御手段５５Ｂは、電動機の回転数検出器２５ｓからの実回転数Ｎｒｅｌｓｗより、実回転数−リリーフトルクテーブル１１０を用いてリリーフトルクＴｒｅｌｓｗを算出し、さらに、符号反転器３１により符号を反転して、逆レバー指令トルクＴｃｏｍｓｗ．ｍｉｎｕｓを算出する。
逆レバー判定器３２は、レバー装置５４Ａからのレバー入力Ｐｉｓｗと、回転数検出器２５ｓからの実回転数Ｎｒｅｌｓｗとに基づいて、レバー入力Ｐｉｓｗの符号と実回転数Ｎｒｅｌｓｗの符号が同一ならば正レバーと判定し、異なれば逆レバーと判定する。逆レバー判定器３２は、正レバーの場合には、旋回制御手段５５Ａが算出した正レバー指令トルクＴｃｏｍｓｗを、逆レバーの場合には実回転数−リリーフトルクテーブル１１０及び符号反転器３１により算出した逆レバー指令トルクＴｃｏｍｓｗ．ｍｉｎｕｓを、指令トルクＴｃｏｍｓｗｐｍとして演算し、旋回用インバータ２８ａに出力する。
以上のように構成することで、本実施形態によれば、オペレータが油圧式旋回駆動装置と同様に、旋回駆動操作を行っても、旋回動作は、油圧式旋回駆動装置における旋回動作を同様とできるため、フロント構造物を含む上部旋回体の流れも防止でき、また、上部旋回体の急停止も防止でき、安全性が向上するものとなる。また、油圧式旋回駆動装置を備えた建設機械から乗り換えたオペレータが違和感なく操作を行うことができる。
さらに、レバー装置のレバー入力指令と電動機の実回転数が反対である（逆レバーの）場合にも、油圧式旋回駆動装置と同等の操作感を得ることができ、油圧式旋回駆動装置を備えた建設機械から乗り換えたオペレータが違和感なく操作を行うことができる。
次に、図７を用いて、本発明の第３の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による建設機械の旋回駆動装置を用いる建設機械の構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による建設機械の旋回駆動装置を含む建設機械の駆動制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。
図７は、本発明の第３の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。なお、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。
旋回制御手段５５Ａ’は、図２に示した制御器５５に含まれ、旋回制御を司る制御手段である。旋回制御手段５５Ａ’は、図３に示した旋回制御手段５５Ａの構成に加えて、最大ダイヤル角出力器４２と、除算器４３と、乗算器４４とを有している。
出力調整ダイヤル５４Ｂは、図２に示した操作装置５４に含まれるものであり、オペレータの操作により、任意に設定されたダイヤル角Ａｄｉａｌが出力されるものである。
除算器４３は、最大ダイヤル角出力器４２に設定された最大ダイヤル角Ａｄｉａｌｍａｘで、出力調整ダイヤル５４Ｂによって設定されたダイヤル角Ａｄｉａｌを除することにより、１以下の係数を出力する。乗算器４４は、除算器４３の演算結果の係数を、最小値選択器１４の選択結果に乗し、演算結果として起動トルクＴａｃｃｓｗを出力する。
オペレータが、出力調整ダイヤル５４Ｂを調整することで、指令トルクＴｃｏｍｓｗを変更でき、結果として、さらに、オペレータの好みにあった旋回動作を得ることができる。
以上のように構成することで、本実施形態によれば、オペレータが油圧式旋回駆動装置と同様に、旋回駆動操作を行っても、旋回動作は、油圧式旋回駆動装置における旋回動作を同様とできるため、フロント構造物を含む上部旋回体の流れも防止でき、また、上部旋回体の急停止も防止でき、安全性が向上するものとなる。また、油圧式旋回駆動装置を備えた建設機械から乗り換えたオペレータが違和感なく操作を行うことができる。
さらに、出力調整ダイヤルの指令に応じて、オペレータの好みにあった旋回動作を得ることができる。
なお、以上の説明では、建設機械の旋回駆動装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、以下のような変形することもできる。たとえば旋回駆動装置の代わりに走行駆動装置に適用してもよいものである。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。
本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置を用いる建設機械の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置を含む建設機械の駆動制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。 建設機械の油圧式旋回駆動装置の一例を示す油圧回路図である。 建設機械の油圧式旋回駆動装置の一例における特性図である。 本発明の第２の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第３の実施形態による建設機械の旋回駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。
符号の説明
１１…旋回操作量−Ｍ／Ｉトルクテーブル
１３…実回転数−トルク制限テーブル
１４…最小値選択器
１５…旋回操作量−Ｍ／Ｏ開口テーブル
１７…除算器
１８…二乗器
１９…比例器
２５…旋回用電動機
２５ｓ…回転数検出器
３１…符号反転器
３２…逆レバー判定器
４２…最大ダイヤル角
４３…除算器
４４…乗算器
５４Ａ…レバー装置
５４Ｂ…出力調整ダイヤル
５５…制御器
５５Ａ，５５Ａ’，５５Ｂ…旋回制御手段
１１０…実回転数−リリーフトルクテーブル
１１１…スイッチ
１１２…代入器

Claims (3)

  1. 電動機をアクチュエータとして、下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動する建設機械の旋回駆動装置であって、
    演算された起動トルクと制動トルクの差分を前記電動機の駆動トルクとする制御手段を備え、
    該制御手段は、
    旋回駆動指令を与えるレバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、
    前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータイントルクを出力する旋回操作量−メータイントルクテーブルと、前記電動機の実回転数に応じた制限トルクを出力する実回転数−トルク制限テーブルとを備え、
    前記各テーブルより得られるトルク値の最小値を以て起動トルクとし、
    また、前記制御手段は、
    前記レバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、
    前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータアウト開口を出力するレバー入力量−メータアウト開口テーブルと、前記電動機の実回転数に応じたリリーフトルクを出力する実回転数−リリーフトルクテーブルとを備え、
    前記レバー入力量−メータアウト開口テーブルから得られたメータアウト開口と実回転数を用いてメータアウトトルクを算出し、
    前記実回転数−リリーフトルクテーブルからリリーフトルクを算出し、
    前記メータアウトトルクと前記リリーフトルクの最小値を以て制動トルクとすることを特徴とする建設機械の旋回駆動装置。
  2. 請求項１記載の建設機械の旋回駆動装置において、
    出力を可変できる出力制御ダイアルを備え、
    前記制御手段は、前記出力制御ダイアルの指令値に比例して起動トルクの値を減じることを特徴とする建設機械の旋回駆動装置。
  3. 電動機をアクチュエータとして、下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動する建設機械の旋回駆動装置であって、
    演算された起動トルクと制動トルクの差分を前記電動機の駆動トルクとする制御手段を備え、
    該制御手段は、
    旋回駆動指令を与えるレバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、
    前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータイントルクを出力する旋回操作量−メータイントルクテーブルと、前記電動機の実回転数に応じた制限トルクを出力する実回転数−トルク制限テーブルとを備え、
    前記各テーブルより得られるトルク値の最小値を以て起動トルクとし、
    また、前記制御手段は、
    前記レバー装置のレバー入力量と前記電動機の実回転数を入力とし、
    前記レバー装置のレバー入力量に応じたメータアウト開口を出力するレバー入力量−メータアウト開口テーブルと、前記電動機の実回転数に応じたリリーフトルクを出力する実回転数−リリーフトルクテーブルとを備え、
    前記レバー入力量−メータアウト開口テーブルから得られたメータアウト開口と実回転数を用いてメータアウトトルクを算出し、
    前記実回転数−リリーフトルクテーブルからリリーフトルクを算出し、
    前記メータアウトトルクと前記リリーフトルクの最小値を以て制動トルクとし、
    さらに、前記制御手段は、
    前記レバー装置の入力によって指示される回転方向と実回転方向が逆方向の場合は、前記実回転数−リリーフトルクテーブルより得られたリリーフトルクを以て駆動トルクとすることを特徴とする建設機械の旋回駆動装置。
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