專利名稱：齒輪驅(qū)動控制裝置、齒輪驅(qū)動控制方法、旋轉(zhuǎn)控制裝置、以及建設(shè)機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制具有齒隙(backlash)而嚙合的齒輪的驅(qū)動的齒輪驅(qū)動控制裝置、齒輪驅(qū)動控制方法、具備這樣的齒輪驅(qū)動控制裝置的旋轉(zhuǎn)控制裝置、以及建設(shè)機械。
背景技術(shù)：
目前，在具備上部的旋轉(zhuǎn)體的挖掘機(shovel)等建設(shè)機械中，該旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成為相對于機架經(jīng)由回轉(zhuǎn)圈(swing circle)進行旋轉(zhuǎn)。
另外，近年來，還開發(fā)出不通過液壓馬達而是通過電動馬達來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體，通過液壓驅(qū)動器驅(qū)動其他的作業(yè)機或行駛體的混合型電動旋轉(zhuǎn)挖掘機(例如，參照專利文獻1)。
在這樣的電動旋轉(zhuǎn)挖掘機中，由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動作是通過電動馬達進行的，所以即使在被液壓驅(qū)動的懸臂(boom)或旋臂(arm)的上升動作的同時使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)體的動作也不會對懸臂或旋臂的上升動作帶來影響。因此，與液壓驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體的情況相比，能夠減少在控制閥等處的損耗，能量效率良好。
專利文獻1特開2001-11897號公報但是，在經(jīng)由回轉(zhuǎn)圈而將旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的情況下，通過液壓馬達或電動馬達驅(qū)動與設(shè)置于回轉(zhuǎn)圈的從動側(cè)的齒輪嚙合的驅(qū)動側(cè)的齒輪。由于在從動側(cè)的齒輪和馬達側(cè)的驅(qū)動齒輪之間存在齒隙，所以例如在旋轉(zhuǎn)開始時點，驅(qū)動齒輪側(cè)先開始旋轉(zhuǎn)，在齒輪彼此接觸的階段齒隙消除，在從恒速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)開始減速的時點，具備驅(qū)動齒輪的旋轉(zhuǎn)體因自身的慣性而要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以在齒輪彼此于開始旋轉(zhuǎn)時的相反側(cè)接觸的階段齒隙消除。
然后，由于齒隙消除，從而旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)不連續(xù)地變化時，產(chǎn)生馬達側(cè)的控制混亂，損害了作為建設(shè)機械的乘坐舒適度的問題。即，根據(jù)現(xiàn)有的馬達控制，在齒隙消除的瞬間，出現(xiàn)過大的輸出轉(zhuǎn)矩，所以旋轉(zhuǎn)體的初始動作或初始減速變成急劇的動作，操作員感覺到的沖擊很大。尤其如電動旋轉(zhuǎn)挖掘機那樣，在由電動馬達驅(qū)動的情況下，對于旋轉(zhuǎn)操作的響應(yīng)性比液壓馬達好，能夠感覺到更大的沖擊，希望這種情況得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種驅(qū)動存在齒隙的齒輪的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)不會感到齒隙的順暢的驅(qū)動的齒輪驅(qū)動控制裝置、齒輪驅(qū)動控制方法、具備這樣的齒輪驅(qū)動控制裝置的旋轉(zhuǎn)控制裝置、以及建設(shè)機械。
本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制裝置，是控制具有齒隙而嚙合的齒輪的驅(qū)動側(cè)的齒輪驅(qū)動的齒輪驅(qū)動控制裝置，其特征在于，具備齒隙判斷機構(gòu)，其判斷所述驅(qū)動側(cè)的齒輪或從動側(cè)的齒輪是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)；指令值存儲機構(gòu)，其存儲用于使所述驅(qū)動源的輸出轉(zhuǎn)矩變化的指令值；轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)，其在判斷為在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，設(shè)定轉(zhuǎn)矩極限以限制齒隙消除時的驅(qū)動源的輸出轉(zhuǎn)矩；以及輸出控制機構(gòu)，其在齒隙消除之后，使所述指令值逐漸地變化，以使所述驅(qū)動源的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)，如此進行控制。
此外，此處的輸出轉(zhuǎn)矩是指包括加速時的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩以及減速時的制動轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，在齒隙消除時(齒隙填滿的瞬間)，驅(qū)動源的輸出轉(zhuǎn)矩受到轉(zhuǎn)矩極限的限制，因此不會輸出過剩的轉(zhuǎn)矩。而且，之后，由于輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化，所以可進行沒有不協(xié)調(diào)感的旋轉(zhuǎn)體的加減速。因此，抑制齒隙消除時的沖擊，實現(xiàn)感覺不到齒隙的順暢的旋轉(zhuǎn)動作。
在本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制裝置中，優(yōu)選所述指令值是轉(zhuǎn)矩極限，所述輸出控制機構(gòu)，通過順次改變轉(zhuǎn)矩極限，使所述輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，由于將順次變更的轉(zhuǎn)矩極限作為限度，以使輸出轉(zhuǎn)矩變化，所以能夠沿著該轉(zhuǎn)矩極限順利可靠地使輸出轉(zhuǎn)矩變化。
在本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制裝置中，優(yōu)選所述指令值是根據(jù)旋轉(zhuǎn)操作而輸出的速度指令值，所述輸出控制機構(gòu)，通過將速度指令值變更為齒隙消除之后即接近于實際速度的值，使所述輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，由于將速度指令值變更為齒隙消除之后即接近于實際速度的值，所以速度指令值從該值順次變更，基于該速度指令值輸出轉(zhuǎn)矩也逐漸地變化。另外，此時，與使轉(zhuǎn)矩極限逐漸地變化、隨之使輸出轉(zhuǎn)矩也變化的所述的本發(fā)明不同，由于不需要擔(dān)心外部噪音對變化中的轉(zhuǎn)矩極限的影響，所以可對外部噪音進行較強的控制，可靠性提高。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置，是對通過具有齒隙而嚙合的齒輪而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體進行控制的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，具備控制驅(qū)動側(cè)的齒輪的驅(qū)動的所述的本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制裝置。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，由于具備所述的本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制裝置，所以可得到具有同樣效果的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制方法，是控制具有齒隙而嚙合的齒輪的驅(qū)動側(cè)的齒輪驅(qū)動的齒輪驅(qū)動控制方法，其特征在于，判斷所述驅(qū)動側(cè)的齒輪或從動側(cè)的齒輪是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在判斷為在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，設(shè)定轉(zhuǎn)矩極限以限制齒隙消除時的驅(qū)動源的輸出轉(zhuǎn)矩，在齒隙消除之后，使所述驅(qū)動源的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，可得到與所述的本發(fā)明的齒輪驅(qū)動控制裝置同樣的效果。
本發(fā)明的建設(shè)機械的特征在于，具備通過具有齒隙而嚙合的齒輪進行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體；以及控制該旋轉(zhuǎn)體的所述本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，由于具備所述的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置，所以可得到具有同樣效果的建設(shè)機械。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的建設(shè)機械的俯視圖；圖2是用于說明所述第一實施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置以及齒輪驅(qū)動控制裝置的圖；圖3是用于說明齒隙的圖；圖4是表示轉(zhuǎn)矩極限的生成流程的流程圖；
圖5是表示齒隙判斷方法的流程圖；圖6A是用于具體地說明所述第一實施方式的旋轉(zhuǎn)控制方法的圖；圖6B是用于具體地說明所述第一實施方式的旋轉(zhuǎn)控制方法的圖；圖7A是放大表示圖6A的旋轉(zhuǎn)開始時的局部的圖；圖7B是放大表示圖6B的旋轉(zhuǎn)開始時的局部的圖；圖8A是放大表示圖6A的減速開始時的局部的圖；圖8B是放大表示圖6B的減速開始時的局部的圖；圖9是用于說明本發(fā)明的第二實施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置以及齒輪驅(qū)動控制裝置的圖；圖10是表示轉(zhuǎn)矩極限以及速度指令值的設(shè)定流程的流程圖；圖11A是用于具體地說明所述第二實施方式的旋轉(zhuǎn)控制方法的圖；圖11B是用于具體地說明所述第二實施方式的旋轉(zhuǎn)控制方法的圖；圖12A是放大表示圖11A的旋轉(zhuǎn)開始時的局部的圖；圖12B是放大表示圖11B的旋轉(zhuǎn)開始時的局部的圖；圖13A是放大表示圖11A的減速開始時的局部的圖；圖13B是放大表示圖11B的減速開始時的局部的圖。
圖中1-電動旋轉(zhuǎn)挖掘機(建設(shè)機械)；3A-從動側(cè)齒輪；4-旋轉(zhuǎn)體；5-電動馬達(驅(qū)動源)；5A-驅(qū)動側(cè)齒輪；50-旋轉(zhuǎn)控制裝置；60-齒輪驅(qū)動控制裝置；61-齒隙判斷機構(gòu)；62-指令值存儲機構(gòu)；63-轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)；64-輸出控制機構(gòu)。
具體實施例方式[1-1]整體結(jié)構(gòu)以下，基于

本發(fā)明的第一實施方式。
圖1是表示本實施方式的電動旋轉(zhuǎn)挖掘機(建設(shè)機械)1的俯視圖，圖2是用于說明在電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1中搭載的旋轉(zhuǎn)控制裝置50以及齒輪驅(qū)動控制裝置60的圖。
在圖1中，電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1具備旋轉(zhuǎn)體4，該旋轉(zhuǎn)體4經(jīng)由回轉(zhuǎn)圈3而被設(shè)置于構(gòu)成下部行駛體2的履帶架(track frame)上，旋轉(zhuǎn)體4通過利用電動馬達(驅(qū)動源)5對驅(qū)動側(cè)的齒輪5A進行驅(qū)動而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，其中驅(qū)動側(cè)的齒輪5A與設(shè)置于回轉(zhuǎn)圈3的從動側(cè)的齒輪3A嚙合。電動馬達5的電力源省略圖示，是搭載于旋轉(zhuǎn)體4的發(fā)電機，該發(fā)電機由未圖示的發(fā)動機驅(qū)動。
在旋轉(zhuǎn)體4上設(shè)置有分別由未圖示的液壓缸驅(qū)動的懸臂6、旋臂7以及鏟斗(bucket)8，由它們構(gòu)成可作業(yè)機9。各液壓缸的液壓源是由所述發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵(未圖示)。因此，電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1是具備液壓驅(qū)動的作業(yè)機9和電驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)體4的混合型建設(shè)機械。
根據(jù)該電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1，如圖2所示，從旋轉(zhuǎn)桿10(通常兼用旋臂7操作用的作業(yè)機桿)向旋轉(zhuǎn)控制裝置50輸出與傾轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的桿信號。然后，旋轉(zhuǎn)控制裝置50基于桿信號控制電動馬達50的驅(qū)動，由此控制旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)動作。
具體地說，該桿信號首先被輸入到旋轉(zhuǎn)控制裝置50的速度指令值生成機構(gòu)51，在此被轉(zhuǎn)換成速度指令值ωtar。速度指令值ωtar和被反饋的電動馬達5的實際速度ωact的偏差，通過與速度增益K的乘法運算而被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩指令值Ttar。因此，即使在較大傾斜旋轉(zhuǎn)桿10，實際速度也沒有提高的情況下，進行控制以增大轉(zhuǎn)矩指令值Ttar接近于速度指令值ωtar。但是，這樣的控制是基于一般的P(Proportional比例)控制的速度控制。轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)矩指令值Ttar輸出到逆變器(inverter)52。另外，在旋轉(zhuǎn)控制裝置50中具備用于控制齒輪5A的驅(qū)動的齒輪驅(qū)動控制裝置60，在此設(shè)定的電動馬達5的轉(zhuǎn)矩極限(指令值)Tlim也被輸出到逆變器52。
逆變器52具有比較器部分，如圖2所示，對基于輸入的桿信號的轉(zhuǎn)矩指令值Ttar和由齒輪驅(qū)動控制裝置60求得的轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值進行比較，選擇小的一方。因此，在旋轉(zhuǎn)開始時和減速開始時，由齒輪驅(qū)動控制裝置60求得的微小狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值、以及設(shè)為可變的轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值作為電動馬達5的最終指令值而被選擇。
由此，旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)開始時和減速開始時的、因齒隙引起的不連續(xù)的旋轉(zhuǎn)動作得到改善，降低操作員所感覺到的沖擊。如此，轉(zhuǎn)矩極限Tlim稱作對電動馬達5的轉(zhuǎn)矩進行指令的值，在這一點上是和轉(zhuǎn)矩指令值Ttar同次的指令值。逆變器52將該最終的指令值轉(zhuǎn)換為電流值以及電壓值，以速度指令值ωtar驅(qū)動電動馬達5。
齒輪驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)接著，對于齒輪驅(qū)動控制裝置60的結(jié)構(gòu)，基于圖2以及圖3進行說明。
齒輪驅(qū)動控制裝置60，根據(jù)從動側(cè)齒輪3A和驅(qū)動側(cè)齒輪5A的嚙合狀態(tài)，通過控制電動馬達5的驅(qū)動來控制齒輪5A的驅(qū)動。為此，本實施方式的齒輪驅(qū)動控制裝置60，如圖2所示，具備齒隙判斷機構(gòu)61、指令值存儲機構(gòu)62、轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63、以及輸出控制機構(gòu)64。
齒隙判斷機構(gòu)61，基于被反饋的電動馬達5的實際速度ωact和輸出轉(zhuǎn)矩Tm，判斷齒輪5A是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由此，能夠判斷齒隙是否被消除。在此，“在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)”，如圖3所示，是指在齒輪3A和齒輪5A沒有接觸的狀態(tài)，即，在間隙S1≠0、且間隙S2≠0的狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)。另外，“齒隙消除”是指由于齒輪3A和齒輪5A的相對速度差、間隙填滿一側(cè)的齒面彼此接觸的狀態(tài)。例如，圖3中，在齒輪5A順時針加速的情況下，由于齒輪3A和齒輪5A的相對速度差，間隙S1填滿，因此是間隙S1＝0的狀態(tài)，在齒輪5A順時針減速的情況下，間隙S2填滿，因此是間隙S2＝0的狀態(tài)。
回到圖2，指令值存儲機構(gòu)62存儲輸出到逆變器52的比較器部分的轉(zhuǎn)矩極限Tlim。
轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63，根據(jù)齒隙判斷機構(gòu)61的判斷結(jié)果，進行轉(zhuǎn)矩極限Tlim的設(shè)定。具體地說，對于轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63而言，在轉(zhuǎn)矩極限機構(gòu)63判斷為在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，將轉(zhuǎn)矩極限Tlim設(shè)定為規(guī)定的值，并限制電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩Tm。
輸出控制機構(gòu)64，根據(jù)齒隙判斷機構(gòu)61的判斷結(jié)果，改變轉(zhuǎn)矩極限Tlim。即，輸出控制機構(gòu)64，在轉(zhuǎn)矩極限機構(gòu)63判斷為沒有在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，即齒隙消除之后，使轉(zhuǎn)矩極限Tlim從指令值存儲機構(gòu)62的存儲值Tmem順次改變，控制電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩使其逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
齒輪驅(qū)動控制裝置中的轉(zhuǎn)矩極限的生成流程接著，對于齒輪驅(qū)動控制裝置中的轉(zhuǎn)矩極限的生成流程，參照圖4以及圖5的流程圖進行說明。
如圖4所示，齒隙判斷機構(gòu)61，在旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)開始時或減速開始時，判斷驅(qū)動側(cè)的齒輪5A是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)(ST1)。
具體地說，如圖5所示，首先，判斷電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩Tm是否比在電動馬達5的空轉(zhuǎn)時的加速轉(zhuǎn)矩Tfree上加上了規(guī)定值α之后的值小，即是否與加速轉(zhuǎn)矩Tfree大致相等(ST11)。接著，在大致相等的情況下，判斷電動馬達5的旋轉(zhuǎn)加速度am是否在規(guī)定值aa以上(ST12)。在處于規(guī)定值aa以上的情況下，判斷為齒輪5A在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)(ST13)。即，在基本不輸出轉(zhuǎn)矩而加速或減速的情況下，判斷為齒輪5A在齒隙內(nèi)空轉(zhuǎn)，即處于齒隙內(nèi)。在此，空轉(zhuǎn)時的加速轉(zhuǎn)矩Tfree是通過構(gòu)成電動馬達5的轉(zhuǎn)子的慣性矩和旋轉(zhuǎn)加速度am的乘積而求得的。
另一方面，在ST11中，在輸出轉(zhuǎn)矩Tm大于在電動馬達5的空轉(zhuǎn)時的加速轉(zhuǎn)矩Tfree上加上了規(guī)定值α之后的值的情況下，判斷為在齒輪接觸狀態(tài)下加速或減速，即齒隙消除(ST14)。另外，在ST12，在基本不輸出輸出轉(zhuǎn)矩Tm，且旋轉(zhuǎn)加速度am也在規(guī)定值以下的情況下，判斷為在齒隙消除了的狀態(tài)下恒速旋轉(zhuǎn)，即還是齒輪接觸狀態(tài)(ST14)。
回到圖4，轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63，在ST1中判斷為齒輪5A在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，將電動馬達5能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩即轉(zhuǎn)矩極限Tlim，從通常時的MAX值Tmax限制到規(guī)定的微小值Ta(ST2)，將限制后的轉(zhuǎn)矩極限的值輸出到逆變器52的比較器部分。向該微小值Ta的限制，在齒隙消除之后，還持續(xù)直到經(jīng)過規(guī)定時間的期間。
另一方面，在判斷為齒輪5A和齒輪3A的齒隙消除，處于齒輪接觸狀態(tài)的情況下，輸出控制機構(gòu)64判斷指令值存儲機構(gòu)62的存儲值Tmem是否小于Tmax，即判斷是否進行基于轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63的轉(zhuǎn)矩極限的限制(ST3)。在沒有進行的情況下，適用通常的MAX值Tmax(ST5)。另一方面，在齒隙消除并剛經(jīng)過了所述的規(guī)定時間之后的最初的判斷階段，由于轉(zhuǎn)矩極限Tlim被限定為微小值Ta，所以ST3中的判斷為“Y”，進入ST4。
在ST4中，如果為旋轉(zhuǎn)開始時，則使微小值Ta的轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值向上限側(cè)變化一定值ΔT，如果為減速開始時，則使其向下限側(cè)變化一定值ΔT，在限制了轉(zhuǎn)矩極限的狀態(tài)下返回ST1。包含在此求出的值的最終的轉(zhuǎn)矩極限Tlim作為Tmem由指令值存儲機構(gòu)62存儲(ST6)。因此，此后，從ST1繼續(xù)到ST3、ST4，如果為旋轉(zhuǎn)開始時，則轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值從存儲值Tmem逐漸地以一定值ΔT向上限側(cè)順次改變，如果為減速開始時，則轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值從存儲值Tmem逐漸地以一定值ΔT向下限側(cè)順次改變。然后，轉(zhuǎn)矩極限Tlim的改變進行到值達到上限或下限的MAX值。
基于齒輪驅(qū)動控制裝置的控制方法接著，參照圖6至圖8，對于基于齒輪驅(qū)動控制裝置60的控制方法，一邊表示與旋轉(zhuǎn)控制裝置50的關(guān)系一邊進行說明。
圖6A是表示使處于靜止狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)開始，在進行了恒速旋轉(zhuǎn)之后，使其停止時的一系列的操作的桿信號、速度指令值ωtar、電動馬達5的實際速度ωact的圖，圖6B是表示在該操作中設(shè)定的轉(zhuǎn)矩極限Tlim、實際的輸出轉(zhuǎn)矩Tm的圖。圖7A以及圖7B是放大表示圖6A以及圖6B中的旋轉(zhuǎn)開始時的主要部分的圖，圖8A以及圖8B是放大表示圖6A以及圖6B中的減速開始時的主要部分的圖。此外，圖7A以及圖8A還表示了旋轉(zhuǎn)體4的實際速度即旋轉(zhuǎn)體速度。
在圖6A以及圖7A中，若使旋轉(zhuǎn)桿10傾轉(zhuǎn)，則桿信號大致呈直角地上升，被輸入到速度指令值生成機構(gòu)51(箭頭a)。若被輸入，則速度指令值生成機構(gòu)51大致線性地使速度指令值ωtar增加，并且隨之電動馬達5的實際速度ωact也上升。但是，若在齒輪5A和齒輪3A之間存在齒隙，則如圖7A放大所示，在齒輪5A于該齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)期間，旋轉(zhuǎn)體速度為零，旋轉(zhuǎn)體4不旋轉(zhuǎn)。
而且，在箭頭b處，齒輪5A與齒輪3A接觸，齒隙消除時，施加于電動馬達5的負荷急速增加，所以速度指令值ωtar繼續(xù)增加，但電動馬達5的實際速度ωact暫時變?yōu)榱?箭頭c)。此后，從該箭頭c的位置，實際速度再次上升，旋轉(zhuǎn)體4實際也開始旋轉(zhuǎn)。
利用圖6B以及圖7B說明此時的轉(zhuǎn)矩極限以及電動馬達5的實際的輸出轉(zhuǎn)矩Tm。首先，在剛輸入桿信號之后，通過齒隙判斷機構(gòu)61，判斷齒輪5A在齒隙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63將至此的上限的MAX值Tmax的轉(zhuǎn)矩極限限制為零附近的微小值Ta(箭頭a)。另外，在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，實際速度ωact幾乎不延遲地追隨速度指令值ωtar，而且對電動馬達5幾乎不施加負荷，因此，輸出轉(zhuǎn)矩(以下稱為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩)也成為極微小的值。而且，在箭頭b處，齒隙消除時，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩被一下子輸出，但由于轉(zhuǎn)矩極限Tlim被限制為微小值Ta，所以不會輸出在其以上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。此后，轉(zhuǎn)矩極限Tlim的微小狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時間t，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩受到抑制。
接著，在經(jīng)過了規(guī)定時間t之后(箭頭d)，輸出控制機構(gòu)64啟動，逐漸改變轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值。于是，如圖7A所示，由于速度指令值ωtar和實際速度ωact的偏差大，所以對逆變器52的比較器輸入大的轉(zhuǎn)矩指令值Ttar，但由于轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值被限制在具有一定梯度的狀態(tài)，因此在比較器中選擇更小轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值的一方，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩沿著該轉(zhuǎn)矩極限Tlim順利地逐漸變化。
回到圖6A以及圖6B，若將旋轉(zhuǎn)桿10維持在規(guī)定的角度，則速度指令值ωtar恒定，電動馬達5的實際速度ωact也恒定，旋轉(zhuǎn)體4進入恒速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。這期間，轉(zhuǎn)矩極限的Tlim值變化到上限的MAX值Tmax，另外，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在被維持為恒定之后，與旋轉(zhuǎn)體4的恒速旋轉(zhuǎn)同時返回到近似零。這是因為在恒速旋轉(zhuǎn)中，對電動馬達5幾乎不施加負荷。
與以上相反，在旋轉(zhuǎn)體4的減速開始時，如圖6A以及圖8A所示，若使傾轉(zhuǎn)后的旋轉(zhuǎn)桿10返回到空檔位置，則桿信號近似直角地下降(箭頭e)。由此，若被輸入，則速度指令值生成機構(gòu)51近似線性地使速度指令值ωtar減少，并且隨之電動馬達5的實際速度ωact也下降。但是，在減速時，即便使齒輪5A減速，旋轉(zhuǎn)體4本身因其慣性也不會減速，因此，如圖8A放大所示，在齒輪5A于齒輪5A和齒輪3A之間的齒隙內(nèi)移動期間，旋轉(zhuǎn)體速度被維持在恒速。
而且，在箭頭f處，齒輪5A與齒輪3A接觸，齒隙消除時，對齒輪5A作用促進電動馬達5的旋轉(zhuǎn)的力，所以速度指令值ωtar繼續(xù)減少，另一方面，電動馬達5的實際速度ωact返回到恒速(箭頭g)。之后，從該箭頭g的位置，實際速度再次下降，旋轉(zhuǎn)體4實際上速度也下降。
對于此時的轉(zhuǎn)矩極限Tlim以及電動馬達5的實際的輸出轉(zhuǎn)矩Tm，利用圖6B以及圖8B進行說明。首先，在通過齒隙判斷機構(gòu)61，判斷齒輪5A在齒隙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63將至此的下限的MAX值Tmax的轉(zhuǎn)矩極限改變?yōu)榱愀浇奈⑿≈礣a(箭頭e)。另外，在齒隙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)時，由于實際速度ωact幾乎不延遲地追隨速度指令值ωtar，而且沒有作用促進電動馬達5的旋轉(zhuǎn)的方向的力，因此制動用的輸出轉(zhuǎn)矩(以下稱為制動轉(zhuǎn)矩)也變?yōu)闃O微小的值。而且，在箭頭f處，齒隙消除時，制動轉(zhuǎn)矩一下子輸出，但由于轉(zhuǎn)矩極限Tlim被限制為微小，所以不會輸出在其以上的制動轉(zhuǎn)矩。此后，轉(zhuǎn)矩極限Tlim的微小狀態(tài)繼續(xù)規(guī)定時間t，制動轉(zhuǎn)矩受到抑制。
接著，在經(jīng)過了規(guī)定時間t之后(箭頭h)，輸出控制機構(gòu)64啟動，按一定值逐漸地改變轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值。于是，如圖8A所示，由于速度指令值ωtar和實際速度ωact的偏差大，所以對逆變器52的比較器輸入大的轉(zhuǎn)矩指令值Ttar，但由于轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值被限制在具有一定梯度的狀態(tài)，因此，在比較器中選擇更小轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值的一方，制動轉(zhuǎn)矩沿著該轉(zhuǎn)矩極限Tlim順利地逐漸變化。
回到圖6A以及圖6B，若將旋轉(zhuǎn)桿10返回到空檔，則速度指令值ωtar變?yōu)榱悖妱玉R達5的實際速度ωact也變?yōu)榱?，旋轉(zhuǎn)體4停止。這期間，轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值變化到下限的MAX值Tmax，另外，制動轉(zhuǎn)矩在被維持為恒定之后，與旋轉(zhuǎn)體4的停止同時返回到近似零。
本實施方式的效果根據(jù)這樣的本實施方式，具有以下的效果。
(1)在搭載于電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1的旋轉(zhuǎn)控制裝置50上，設(shè)置有齒隙判斷機構(gòu)61以及轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63，在齒隙消除時，由于電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩(驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩)被轉(zhuǎn)矩極限Tlim限制，因此，能夠防止輸出過剩的轉(zhuǎn)矩。而且，之后，通過在旋轉(zhuǎn)控制裝置50中設(shè)置的輸出控制機構(gòu)64，電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩Tm逐漸地變化，因此，能夠進行沒有不協(xié)調(diào)感的旋轉(zhuǎn)體4的加減速。因此，能夠抑制齒隙消除時的沖擊，能夠?qū)崿F(xiàn)不會感到齒隙的順利的旋轉(zhuǎn)動作。
(2)由于輸出控制機構(gòu)64將順次變更的轉(zhuǎn)矩極限Tlim作為限度來使輸出轉(zhuǎn)矩Tm產(chǎn)生變化，所以能夠沿著該轉(zhuǎn)矩極限順利可靠地使輸出轉(zhuǎn)矩Tm變化。
(3)本實施方式的建設(shè)機械，由于是通過電動馬達5使旋轉(zhuǎn)體4旋轉(zhuǎn)的電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1，所以如果是以往，則旋轉(zhuǎn)操作時的響應(yīng)性過高，可明顯感到齒隙的存在，但通過搭載所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置50，完全感受不到這樣的感覺，能夠在其他部分充分地活用該良好的響應(yīng)性。因此，將本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置50搭載于電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1的優(yōu)點非常大。
圖9是用于說明本發(fā)明的第二實施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置50以及齒輪驅(qū)動控制機構(gòu)60的圖，圖10表示控制流程。此外，在這些圖中，對于與所述的第一實施方式同樣的結(jié)構(gòu)標注相同的符號，在此省略或簡化其說明。
在圖9、圖10中，在本實施方式中，輸出控制機構(gòu)64的功能與第一實施方式相比有較大不同。另外，在指令值存儲機構(gòu)62存儲速度指令值而不存儲轉(zhuǎn)矩極限的這一點上也與第一實施方式不同。
本實施方式的輸出控制機構(gòu)64，作為速度指令值生成機構(gòu)51的一部分設(shè)置，在圖10所示的ST3中，首先判斷是否是齒隙剛被消除。若上次的判斷不是剛被消除，則返回到最初。當(dāng)然此時的轉(zhuǎn)矩極限Tlim會返回到通常的MAX值Tmax。另一方面，在齒隙消除并剛經(jīng)過了規(guī)定時間之后的最初的判斷階段，轉(zhuǎn)矩極限Tlim還是會返回到通常的MAX值Tmax，但由于之前是在齒隙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，所以ST3中的判斷為“Y”，進入到ST4。
在ST4中，在齒隙剛消除之后，使速度指令值ωtar滑動變更為電動馬達5的實際速度ωact附近的大致相同值，從該值如以往那樣利用在指令值存儲機構(gòu)62中存儲的存儲值，基于桿信號使速度指令值ωtar順次變化。即，在第一實施方式中，通過使轉(zhuǎn)矩極限Tlim順次改變，順利地輸出了輸出轉(zhuǎn)矩或制動轉(zhuǎn)矩，但在本實施方式中，使速度指令值ωtar滑動改變，從此使其進行變化，從而實現(xiàn)了同樣的功能。
參照圖11至圖13對此進行更加詳細的說明。
在圖11A以及圖12A中，在桿信號輸入到速度指令值生成機構(gòu)51之后(箭頭a)，在判斷為在齒隙內(nèi)時，在該齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)期間，輸出控制機構(gòu)64如通常那樣生成由桿信號決定的速度指令值ωtar并將其輸出。其結(jié)果是，電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩Tm，如圖11B以及圖12B所示，與第一實施方式同樣地被維持在極微小的值。當(dāng)然，在此期間，轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值也和第一實施方式同樣地被設(shè)定成微小值。
此后，若齒輪5A和齒輪3A接觸，齒隙消除(箭頭b)，則實際速度ωact變?yōu)榱愕耐瑫r，輸出控制機構(gòu)64使速度指令值ωtar滑動改變到接近于實際速度ωact的零附近(箭頭c)。然后，在滑動完成之后，若利用存儲在指令值存儲機構(gòu)62的存儲值使速度指令值ωtar基于桿信號產(chǎn)生變化，則實際速度ωact也追隨其進行變化。該變化進行到速度指令值ωtar返回到通常的指令值(圖10A)。
另一方面，此時的轉(zhuǎn)矩極限的值，在經(jīng)過齒隙消除的規(guī)定時間t之后改變?yōu)橥ǔ５腗AX值Tmax，但輸出轉(zhuǎn)矩(驅(qū)動轉(zhuǎn)矩)由于速度指令值ωtar和實際速度ωact的偏差小，所以成為由桿信號決定的值而逐漸地變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)順利的旋轉(zhuǎn)開始操作。
另外，減速時的控制，如圖13A、圖13B放大所示那樣，若在箭頭f處齒隙消除，則輸出控制機構(gòu)64，在電動馬達5的實際速度ωact以維持原來的恒速的方式返回的同時，使速度指令值ωtar滑動改變?yōu)楹蛯嶋H速度ωact大致相同的值(箭頭g)。其結(jié)果是，在經(jīng)過了規(guī)定時間t之后，轉(zhuǎn)矩極限Tlim的值返回到通常的MAX值Tmax(箭頭h)，輸出轉(zhuǎn)矩(制動轉(zhuǎn)矩)成為由桿信號決定的值而逐漸地變化。
在這樣的實施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置50中，雖然省略了說明，但與第一實施方式同樣地，由于具備齒隙判斷機構(gòu)61以及轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)63，所以能夠同樣地得到所述的(1)、(3)的效果。另外，根據(jù)本實施方式的特有的結(jié)構(gòu)，具有以下的效果。
(4)在本實施方式中，將速度指令值ωtar改變?yōu)榻咏趯嶋H速度ωact的值，從此基于桿信號使其變化，所以對應(yīng)于該速度指令值ωtar，也能夠逐漸地使輸出轉(zhuǎn)矩Tm變化。而且，此時，與如第一實施方式那樣逐漸地改變轉(zhuǎn)矩極限Tlim、隨之還使輸出轉(zhuǎn)矩Tm變化有所不同，能夠消除外部噪音對變化中的轉(zhuǎn)矩極限Tlim的影響，所以能夠?qū)ν獠吭胍暨M行較強的控制，提高可靠性。
此外，本發(fā)明并不限定于所述實施方式，還包括可達到本發(fā)明目的的其他結(jié)構(gòu)等，如下所示的變形等也包含于本發(fā)明。
例如，在所述各實施方式中，利用電動馬達5的輸出轉(zhuǎn)矩Tm來判斷齒輪5A是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)，但也可以不用輸出轉(zhuǎn)矩Tm，而利用輸出到電動馬達5的電流值。
另外，在圖4的ST11中，在輸出轉(zhuǎn)矩Tm和空轉(zhuǎn)時的加速轉(zhuǎn)矩Tfree大致相等時，進入到ST12，但也可以在輸出轉(zhuǎn)矩Tm小于規(guī)定閾值的情況下，或在所述電流值小于規(guī)定閾值的情況下，或在速度增益K較小時，速度指令值ωtar和實際速度ωact的偏差小于規(guī)定閾值的情況下，進入到ST12。
進而，還可以將檢測到旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)開始之后的一定時間、判斷為從恒速旋轉(zhuǎn)操作進一步進行了加速旋轉(zhuǎn)操作之后的一定期間、在判斷為從恒速旋轉(zhuǎn)操作或加速旋轉(zhuǎn)操作進行了減速旋轉(zhuǎn)操作之后的一定期間等，分別作為齒隙內(nèi)而確定。
此外，在設(shè)置了檢測旋轉(zhuǎn)體4本身的旋轉(zhuǎn)速度(圖7A、圖13A的旋轉(zhuǎn)體速度)的速度傳感器時，在電動馬達5的實際速度和旋轉(zhuǎn)體4的實際速度的偏差大于規(guī)定閾值時，可以判斷為在齒隙內(nèi)。
在所述各實施方式中，說明了具備電動馬達5的電動旋轉(zhuǎn)挖掘機1，但作為本發(fā)明的建設(shè)機械，并不限定于此，也可以是通常的液壓挖掘機。因此，作為本發(fā)明的驅(qū)動源，并不限定于電動馬達5，也可以是液壓馬達等。
此外，本發(fā)明主要是針對特定的實施方式進行特別的圖示，且進行了說明，但只要不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想以及目的范圍，對以上所述的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以施加各種變形。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明可適用于具有齒隙而嚙合的齒輪的驅(qū)動，并且還可適用于經(jīng)由這樣的齒輪來旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成的所謂建設(shè)機械。
權(quán)利要求
1.一種齒輪驅(qū)動控制裝置(60)，其控制具有齒隙而嚙合的齒輪(3A、5A)的驅(qū)動側(cè)的齒輪(5A)驅(qū)動，其特征在于，具備齒隙判斷機構(gòu)(61)，其判斷所述驅(qū)動側(cè)的齒輪(5A)或從動側(cè)的齒輪(3A)是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)；指令值存儲機構(gòu)(62)，其存儲用于使所述驅(qū)動源(5)的輸出轉(zhuǎn)矩變化的指令值；轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)(63)，其在判斷為在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，設(shè)定轉(zhuǎn)矩極限以限制齒隙消除時的驅(qū)動源(5)的輸出轉(zhuǎn)矩；以及輸出控制機構(gòu)(64)，其在齒隙消除之后，使所述指令值逐漸地變化，以使所述驅(qū)動源(5)的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)，如此進行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪驅(qū)動控制裝置(60)，其特征在于，所述指令值是轉(zhuǎn)矩極限，所述輸出控制機構(gòu)(64)，通過順次改變轉(zhuǎn)矩極限，使所述輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的齒輪驅(qū)動控制裝置(60)，其特征在于，所述指令值是根據(jù)旋轉(zhuǎn)操作而輸出的速度指令值，所述輸出控制機構(gòu)(64)，通過將速度指令值變更為齒隙消除之后即接近于實際速度的值，使所述輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
4.一種旋轉(zhuǎn)控制裝置(50)，其對通過具有齒隙而嚙合的齒輪(3A、5A)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體(4)進行控制，其特征在于，具備對驅(qū)動側(cè)的齒輪(5A)的驅(qū)動進行控制的權(quán)利要求1～3中任一項所述的齒輪驅(qū)動控制裝置(60)。
5.一種齒輪驅(qū)動控制方法，其控制具有齒隙而嚙合的齒輪(3A、5A)的驅(qū)動側(cè)的齒輪(5A)驅(qū)動，其特征在于，判斷所述驅(qū)動側(cè)的齒輪(5A)或從動側(cè)的齒輪(3A)是否在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在判斷為在齒隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，設(shè)定轉(zhuǎn)矩極限以限制齒隙消除時的驅(qū)動源(5)的輸出轉(zhuǎn)矩，在齒隙消除之后，使所述驅(qū)動源(5)的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化到上限側(cè)或下限側(cè)。
6.一種建設(shè)機械(1)，其特征在于，具備通過具有齒隙而嚙合的齒輪(3A、5A)進行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體(4)；以及控制該旋轉(zhuǎn)體(4)的權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置(50)。
全文摘要
一種電動旋轉(zhuǎn)挖掘機的旋轉(zhuǎn)控制裝置(50)，其中設(shè)置了具備齒隙判斷機構(gòu)(61)以及轉(zhuǎn)矩極限設(shè)定機構(gòu)(63)的齒輪驅(qū)動控制裝置(60)。由此，在齒隙消除時，由于電動馬達的輸出轉(zhuǎn)矩被轉(zhuǎn)矩極限限制，所以可防止輸出過剩的轉(zhuǎn)矩。而且，之后，通過齒輪驅(qū)動控制裝置(60)的輸出控制機構(gòu)(64)，輸出轉(zhuǎn)矩逐漸地變化。因此，可沒有不協(xié)調(diào)感地進行旋轉(zhuǎn)體的加減速。因此，可抑制齒隙消除時的沖擊，能夠?qū)崿F(xiàn)感覺不到齒隙的順暢的旋轉(zhuǎn)動作。
文檔編號H02P29/00GK101023281SQ200580031888
公開日2007年8月22日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者河口正, 森永淳 申請人:株式會社小松制作所