JPH0921605A

JPH0921605A - 建設機械の旋回角度検出装置

Info

Publication number: JPH0921605A
Application number: JP17335395A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Seki; 一秀関; Yoshimi Shiba; 好美柴
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気センサで磁石の磁気を検出することによ
り、センタジョイントスピンドルなどに貫通する穴など
を明けることなしに容易に取り付けることができる建設
機械の旋回角度検出装置を提供すること。【構成】本発明の旋回角度検出装置は、走行体１およ
び走行体１に旋回可能に支持される旋回体２を有する建
設機械において、旋回体２の旋回中心付近で旋回体２に
固定された磁気を検出する磁気センサ９と、磁気センサ
９に磁気の影響を及ぼすことが可能な範囲内の位置で走
行体１に固定される磁石１０、１１と、磁気センサ９か
らの信号に基づき、旋回体２の走行体１に対する相対的
な旋回角度を演算する旋回角度演算回路１４とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルや油
圧クレーン等の建設機械における、走行体に対する旋回
体の相対的な旋回角度を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９において、走行体１と、旋回体２
と、フロント機構２１とを有する油圧ショベルは、走行
体１と、旋回体２と、フロント機構２１の動作を組み合
わせて、フロント機構２１の先端に取り付けられた作業
部材、例えばバケット２４等を自由に動かし、各種の作
業を行うことができる。この時、フロント機構２１を水
平方向に長く延ばした作業あるいはフロント機構２１の
先端部に取り付けられた作業部材や吊り荷等が重たい作
業の場合には、油圧ショベル本体の姿勢は不安定にな
る。

【０００３】従来、油圧ショベルを転倒させようと作用
する転倒モーメントと、油圧ショベルを転倒させないよ
うに作用する安定モーメントとを比較し、転倒モーメン
トが安定モーメントに近づいたときにある余裕度を持っ
てそれを検出して、警報装置等でオペレータに警告する
装置が知られている。オペレータがその警告により油圧
ショベルを安定させるように操作すれば、未然に油圧シ
ョベルの転倒を防止することができる。

【０００４】安定モーメントは、走行体１と旋回体２の
各重量および各重心位置から決定される。転倒モーメン
トは、フロント機構２１のブーム２２と、アーム２３
と、バケット２４のそれぞれの重量および重心位置を記
憶しておき、旋回体２とブーム２２のなす角度と、ブー
ム２２とアーム２３のなす角度と、アーム２３とバケッ
ト２４のなす角度とをそれぞれ検出することによりモー
メントの支点からそれぞれの重心位置までの距離を求め
て算出する。

【０００５】転倒モーメントや安定モーメントは基準と
なる転倒支点によって異なる。例えば、フロント機構２
１が走行方向に向いているときは、走行体１の走行方向
側の端部、例えば第１ローラが転倒支点となり、フロン
ト機構２１が走行体１の走行方向と垂直な方向に向いて
いる場合は、走行体１の側面側すなわちフロント機構２
１が向いている側にある走行体１の端部が転倒支点とな
る。このように、フロント機構２１の方向によって転倒
支点が異なるので、フロント機構２１の方向、すなわち
走行体１と旋回体２の相対的な位置関係を知る上で、旋
回体２の旋回角度を求める必要がある。

【０００６】従来、このような旋回角度を求める手段と
して、ポテンショメータ（実開昭６２−７４５８号公
報）やアブソリュート型エンコーダなどが知られてい
る。ポテンショメータは、回転軸の回転に応じて内部の
抵抗値が変化することにより回転に応じた電気信号を出
力するものである。アブソリュート型エンコーダは、例
えば、複数のホトセンサと複数のスリットを持った回転
板とで構成することができ、これにより絶対的な位置信
号を電気的に出力することができる。

【０００７】図１０に基づいてポテンショメータを用い
た旋回角度検出装置の従来例を説明する。走行体１に対
する旋回体２の旋回は、旋回体２に固定された旋回モー
タ６を回転駆動することにより行われる。すなわち、旋
回モータ６に取り付けられたドライブシャフト５の歯車
と、旋回中心軸Ｚを中心に走行体１に固定された旋回輪
インナーレース３ｂの内歯とが噛み合わされ、旋回輪イ
ンナレース３ｂとベアリング構造の旋回輪アウタレース
３ａで旋回体２が保持されており、旋回モータ６の回転
に伴って旋回体２が旋回する。

【０００８】図１０において４はセンタジョイントであ
り、このセンタジョイント４は、旋回体２に固定された
センタジョイントスピンドル４ａと、走行体２に固定さ
れたセンタジョイントハウジング４ｂとから構成され、
センタジョイントハウジング４ｂはセンタジョイントス
ピンドル４ａを回転可能に支持する。センタジョイント
４は、走行体１と旋回体２が回転していても旋回体２か
らの走行体用油圧を旋回体側配管７から走行体側配管８
に供給するものである。

【０００９】３１は、ポテンショメータ本体３１ａと回
転軸３１ｂとから構成されるポテンショメータであり、
その回転軸３１ｂが旋回体の旋回中心軸Ｚと一致した状
態でポテンショメータ本体３１ａはセンタジョイントス
ピンドル４ａの上部に固定され、ポテンショメータ回転
軸３１ｂはセンタジョイントスピンドル４ａを上下に貫
通して明けられた穴３２に挿入されセンタジョイントハ
ウジング４ｂに固定されている。旋回体２が走行体１に
対して旋回したときポテンショメータ本体３１ａは旋回
体２とともに回転し、旋回体２の旋回に応じてポテンシ
ョメータ３１の出力信号が変化する。そしてその出力検
出された信号を演算することにより旋回角度が求められ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、センタ
ジョイント４には油圧配管が多く、旋回体２の旋回中心
軸上に精度よくポテンショメータ３１を配置するのが難
しい。また、センタジョイントスピンドル４ａに上下に
貫通する穴３２を明け、ポテンショメータ３１の回転軸
３１ｂをその穴３２に挿入して一端をセンタジョイント
ハウジング４ｂに固定させなければならず、その構造も
複雑で組立も難しくコストがかかるという問題も生じ
る。アブソリュート型エンコーダでも同じことが言え
る。

【００１１】本発明の目的は、磁気センサで磁石の磁気
を検出することにより、また、磁気センサで地磁気を検
出することにより、センタジョイントスピンドルなどに
貫通する穴などを明けることなしに、容易に取り付ける
ことができる建設機械の旋回角度検出装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】一発明の実施の形態を示
す図１に対応づけて本発明を説明する。本発明は、走行
体１および走行体１に旋回可能に支持される旋回体２を
有する建設機械の旋回角度検出装置に適用され、上記目
的を達成するため、以下のようにしたものである。請求
項１の発明では、旋回体２の旋回中心付近で旋回体２に
固定された磁気を検出する磁気検出手段９と、磁気検出
手段９に磁気の影響を及ぼすことが可能な範囲内の位置
で走行体１に固定された磁石１０、１１と、磁気検出手
段９からの信号に基づき、旋回体２の走行体１に対する
相対的な旋回角度を演算する旋回角度演算手段１４とを
備える。図５に対応づけて説明すると、請求項２の発明
は、請求項１の建設機械の旋回角度検出装置において、
磁気検出手段９を、特定の磁界の方向に最大反応する第
１の磁気検出素子９５と、特定の磁界の方向とほぼ直交
する方向の磁界に最大反応する第２の磁気検出素子９６
とで構成したものである。図８に対応づけて説明する
と、請求項３の発明は、旋回体２に固定された地磁気を
検出する第１の磁気検出手段９８と、走行体１に固定さ
れた地磁気を検出する第２の磁気検出手段９７と、第１
の磁気検出手段９８と前記第２の磁気検出手段９７から
の信号に基づき、旋回体２の走行体１に対する相対的な
旋回角度を演算する旋回角度演算手段１４とを備える。
図５と図８に対応づけて説明すると、請求項４の発明
は、請求項３の建設機械の旋回角度検出装置において、
第１の磁気検出手段９８と第２の磁気検出手段９７を、
それぞれ、特定の磁界の方向に最大反応する第１の磁気
検出素子９５と、特定の磁界の方向とほぼ直交する方向
の磁界に最大反応する第２の磁気検出素子９６とで構成
したものである。

【００１３】請求項１の発明では、旋回体２が旋回する
と、相対的に、磁石１０、１１は、磁気検出手段９に対
して磁界の方向を変えるようになり、磁気検出手段９
は、磁石１０、１１の磁界の方向の変化、すなわち旋回
体２の走行体１に対する相対的な旋回角度に応じた信号
を旋回角度演算手段１４に出力し、旋回角度演算手段１
４はその信号に基づき旋回角度を演算する。請求項２の
発明では、旋回体２の回転に対して、第１の磁気検出素
子９５と第２の磁気検出素子９６は位相をずらした信号
を出力し、旋回角度演算手段１４はこれら一対の位相の
ずれた２個の出力値を用いることにより、旋回角度を正
しく算出することができる。請求項３の発明では、第１
の磁気検出手段９８で旋回体２の方位を検出し、第２の
磁気検出手段９７で走行体１の方位を検出し、旋回角度
演算手段１４はそれらの信号に基づき旋回角度を演算す
る。請求項４の発明では、第１および第２の磁気検出手
段９７、９８から方位に応じた信号を出力するとき、そ
れぞれの磁気検出手段９７、９８における第１の磁気検
出素子９５と第２の磁気検出素子９６は位相をずらした
信号を出力し、旋回角度演算手段１４はそれぞれの２個
の出力値を用いることによりそれぞれの方位を正しく算
出することができる。

【００１４】なお、上記課題を解決するための手段およ
び作用の項では、分かりやすく説明するため発明の実施
の形態の図に対応づけて説明したが、これにより本発明
が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１５】

【発明の実施の形態】

−第１の発明の実施の形態− 図１から図７を用いて第１の発明の実施の形態を説明す
る。旋回体２が走行体１に支持され旋回する動きは、従
来技術に説明した通りである。図１において、９は磁気
センサであり、この磁気センサ９はセンタジョイントス
ピンドル４ａの上部に取り付けられている。センタジョ
イントハウジング４ｂに固定された支持部材１２には、
Ｎ極が旋回中心軸Ｚに向くように磁石１０が取り付けら
れている。センタジョイントハウジング４ｂに固定され
た支持部材１３には、Ｓ極が旋回中心軸Ｚに向くように
磁石１１が取り付けられている。磁石１０と１１は同一
面内に取り付けられることが望ましいが、磁気センサ９
は必ずしも磁石１０、１１と同一面内にある必要はな
い。

【００１６】本発明の実施の形態では、磁気センサ９を
磁気抵抗素子で構成する。磁気抵抗素子の動作原理を図
２により説明をする。図２において、磁気抵抗素子は３
つの端子９１、９２、９３を持ち、端子９１と端子９３
の間には一定の電圧Ｖｉｎを印加し、端子９１と端子９
２から出力電圧Ｖｏｕｔを取り出す。端子９１から端子
９２までの磁気抵抗素子は、その抵抗値が図２（ｂ）に
示す磁界の方向に対して最大変化し（例えば低下す
る）、この方向と垂直な方向、すなわち図２（ｃ）に示
す磁界に対しては変化しないように構成し、端子９２か
ら端子９３の磁気抵抗素子は、その抵抗値が図２（ｂ）
に示す方向の磁界に対しては変化せず、図２（ｃ）に示
す方向の磁界に対して最大変化する（例えば低下する）
ように構成する。端子９１と端子９２の抵抗値は、無磁
界のとき端子９１と端子９３間の抵抗値の半分になるよ
うに構成する。

【００１７】すなわち、図２（ａ）のように無磁界の場
合には、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／２となり、図２（ｂ）のよ
うに端子９１と９２の間の抵抗値が最大低下する方向に
磁界をかけた場合には、端子９２と端子９３間の抵抗値
は変化しないので、ＶｏｕｔはＶｉｎ／２より小さくな
る。また、図２（ｃ）のように端子９２と９３の間の抵
抗値が最大低下する方向に磁界をかけた場合には、端子
９１と端子９２間の抵抗値は変化しないので、Ｖｏｕｔ
はＶｉｎ／２より大きくなる。このような原理を利用し
て、１個の磁気抵抗素子９４をＮ極とＳ極の磁石１０、
１１の間に配置した図が図３である。この図３の磁気抵
抗素子９４の出力特性は、図４の通りとなる。図４で
は、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／２を原点Ｏの値として
いる。

【００１８】しかし、磁気抵抗素子１個では、図４に示
す通り、例えば＋３０゜と＋１５０゜での出力電圧Ｖｏ
ｕｔは同じ値を示し区別がつかない。したがって、本発
明の実施の形態では、磁気抵抗素子を２個それぞれ互い
に直交するように組み合わせ磁気センサ９を構成してい
る。図５は２個の磁気抵抗素子９５、９６を直交するよ
うに組み合わせた磁気センサ９をＮ極とＳ極の磁石１
０、１１の間に配置した図である。図６はこの２個の磁
気抵抗素子９５、９６からなる磁気センサ９の出力特性
である。図６からも分かるとおり、２個の出力特性を組
み合わせると旋回角度を求めることができる。

【００１９】本発明の実施の形態では、この磁気センサ
９からの一対の信号をＣＰＵおよびその周辺回路から構
成される演算回路１４に入力し、演算回路１４はこの信
号をもとに旋回体２の走行体１に対する相対的な旋回角
度を演算する。図７はこの演算回路１４での処理の流れ
を示すフローチャートである。図７において処理の流れ
を説明すると、まずステップＳ１で、演算回路１４は第
１の磁気抵抗素子９５の出力を読み込む。次にステップ
Ｓ２で、第２の磁気抵抗素子９６の出力を読み込む。演
算回路１４には、図６に示す磁気センサ９の出力特性が
事前に測定され記憶されている。ステップＳ３で、ステ
ップＳ１とＳ２で測定された二つの出力値と演算回路に
記憶されている出力特性に基づいて、磁気センサ９の磁
石１０、１１に対する回転角度、すなわち旋回体２の走
行体１に対する旋回角度を演算する。

【００２０】本発明の実施の形態では、演算回路１４は
ＣＰＵおよびその周辺回路から構成するが、個別電気部
品を組んで構成することもできる。

【００２１】−第２の発明の実施の形態− 図８を用いて第２の発明の実施の形態を説明する。図８
は、走行体１と旋回体２を上から見た平面図である。地
磁気を検出する磁気センサ９７を走行体１に取り付け
る。同様に地磁気を検出する磁気センサ９８を旋回体２
に取り付ける。磁気センサ９７と９８は、それぞれ、走
行体１と旋回体２の任意の場所に、また、任意の方向に
向けて取り付けることが可能であるが、取り付けやす
さ、壊れにくさ、演算のしやすさなどを考慮して取り付
ける。磁気センサ９７と９８は、第１の発明の実施の形
態と同じ原理の磁気抵抗素子で構成されるものを使用
し、地磁気を検出するのに十分感度があるものを使用す
る。

【００２２】地磁気の方向は、第１の発明の実施の形態
の磁石で生成される磁界の方向と同じ考え方によるもの
であり、第１の発明の実施の形態と同じ原理で、走行体
１の地磁気に対してなす角度を検出することができる。
すなわち、北の方向を基準にした場合、走行体１が北の
方向に対して何度傾いているかの信号が磁気センサ９７
から出力される。同様にして、旋回体２が北の方向に対
して何度傾いているかの信号が磁気センサ９８から出力
される。これらの信号を演算回路１４に入力し、演算回
路１４は、これらの信号をもとに走行体１と旋回体２の
北の方向に対する角度の差、すなわち方位差を演算し、
走行体１と旋回体２の相対的な旋回角度を求めることが
できる。

【００２３】以上の第１、第２の発明の実施の形態で
は、磁気センサを磁気抵抗素子で構成されるものとした
が、その他の磁気検出素子、例えば、ホール素子などで
構成されるものでもよい。すなわち、磁気、地磁気を検
出する機能をもったものであれば、本発明の装置に使用
することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。請求
項１の発明では、磁石と磁気センサとの組み合わせで旋
回角度を検出しているため、それらを旋回中心軸上に物
理的に精度良く取り付ける必要はそれほど要求されず、
油圧配管が多くて取り付け場所に制約が多い旋回中心付
近に容易に取り付けることができる。また、センタジョ
イントスピンドルに貫通する穴を必要とせず、検出装置
の軸をこの穴に通しセンタジョイントハウジングに取り
付ける必要もないため、工数とコストが削減できる。請
求項２の発明では、走行体と旋回体に各々地磁気センサ
を設けて、一対の地磁気センサの出力差により旋回角度
を検出するようにしたので、さらに、地磁気センサの取
り付け場所の制約がなくなり、取り付けに関してはより
一層工数とコストが削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による旋回角度検出装置の第１の発明の
実施の形態を示す図である。

【図２】第１の発明の実施の形態の磁気抵抗素子の原理
を説明する図である。

【図３】第１の発明の実施の形態の磁気検出素子の配置
を説明する図である。

【図４】図３の磁気検出素子の出力特性を表す図であ
る。

【図５】第１の発明の実施の形態の磁気センサの配置及
び構成を示す図である。

【図６】図５の磁気センサの出力特性を表す図である。

【図７】第１の発明の実施の形態の処理の流れを示すフ
ローチャートである。

【図８】本発明による旋回角度検出装置の第２の発明の
実施の形態を示す図である。

【図９】油圧ショベルの側面図である。

【図１０】旋回角度検出装置の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１走行体２旋回体３ａ旋回輪アウタレース３ｂ旋回輪インナレース４センタジョイント４ａセンタジョイントスピンドル４ｂセンタジョイントハウジング５ドライブシャフト６旋回モータ７旋回体側走行配管８走行体側走行配管９、９７、９８磁気センサ９１、９２、９３端子９４、９５、９６磁気検出素子１０、１１磁石１２、１３支持部材１４演算回路２１フロント機構２２ブーム２３アーム２４バケット３１ポテンショメータ３１ａポテンショメータ本体３１ｂポテンショメータ回転軸３２貫通穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行体およびこの走行体に旋回可能に支
持される旋回体を有する建設機械の旋回角度検出装置に
おいて、旋回中心付近で前記旋回体に設けられた、磁気を検出す
る磁気検出手段と、前記磁気検出手段に磁気の影響を及ぼすことが可能な範
囲内の位置で前記走行体に設けられる磁石と、前記磁気検出手段からの信号に基づき、前記旋回体の前
記走行体に対する相対的な旋回角度を演算する旋回角度
演算手段とを備えることを特徴とする建設機械の旋回角
度検出装置。
【請求項２】前記磁気検出手段は、特定の磁界の方向
に最大反応する第１の磁気検出素子と、前記特定の磁界
の方向とほぼ直交する方向の磁界に最大反応する第２の
磁気検出素子とを有することを特徴とする請求項１記載
の建設機械の旋回角度検出装置。
【請求項３】走行体およびこの走行体に旋回可能に支
持される旋回体を有する建設機械の旋回角度検出装置に
おいて、前記旋回体に設けられ、地磁気を検出する第１の磁気検
出手段と、前記走行体に設けられ、地磁気を検出する第２の磁気検
出手段と、前記第１の磁気検出手段と前記第２の磁気検出手段から
の信号に基づき、前記旋回体の前記走行体に対する相対
的な旋回角度を演算する旋回角度演算手段とを備えるこ
とを特徴とする建設機械の旋回角度検出装置。
【請求項４】前記第１の磁気検出手段と前記第２の磁
気検出手段は、それぞれ、特定の磁界の方向に最大反応
する第１の磁気検出素子と、前記特定の磁界の方向とほ
ぼ直交する方向の磁界に最大反応する第２の磁気検出素
子とを有することを特徴とする請求項３記載の建設機械
の旋回角度検出装置。