WO2005095719A1 - 作業機械の旋回制動方法及び同装置 - Google Patents

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braking
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Hideaki Yoshimatsu
Masayuki Komiyama
Naoki Sugano
Koji Inoue
Original Assignee
Kobelco Construction Machinery Co., Ltd.
Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
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    • E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload

Definitions

  • the present invention relates to a work machine and a braking machine for a work machine in which a swinging body is driven to swing by an electric motor, in which the swinging body is braked in an emergency in the event of an abnormality such as a power-off of a drive system of the swing motor or a failure of a control system. It is about.
  • Patent Document 1 a technique for using a motor as a turning drive source in place of a conventional hydraulic motor in a turning work machine such as a shovel or a crane is known.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-207478
  • the mechanical brake originally has only the braking performance designed for holding the stop, if it is operated during high-speed turning, the heat capacity may be insufficient to cause damage. If the mechanical brake has sufficient heat capacity, a cooling device will be required, and the size of the entire brake will be large, making it difficult to achieve in terms of installation space and cost.
  • the present invention provides a method of turning braking of a working machine, which can quickly decelerate and stop turning of a revolving superstructure in an emergency, and can also prevent damage to a mechanical brake. And the same device.
  • the present invention employs the following configuration.
  • a permanent magnet type motor is used as a turning motor that drives a turning body to turn, and in an emergency, electric power generated in the turning motor by inertial rotation is controlled by a braking resistance external to the turning motor.
  • the electric brake action is performed by consuming the electric power, and the revolving structure is braked and decelerated by the electric braking action.
  • the mechanical brake is activated. To operate.
  • a turning braking device a turning electric motor that drives the turning body to turn, a mechanical brake that mechanically brakes the turning electric motor, and control means that controls the operations of the turning electric motor and the mechanical brake.
  • a speed detecting means for detecting a swing speed of the swing body.
  • the permanent magnet performs an electric braking action by consuming electric power generated by inertial rotation by a braking resistance outside the swing motor as the swing motor.
  • An electric motor is used, and the control means causes the slewing motor to perform an electric braking action in an emergency, and when the slewing speed of the slewing body falls below a set value by the electric braking action, the speed detecting means force
  • the mechanical brake is actuated based on a speed signal.
  • a permanent magnet type electric motor that exerts an electric braking function by consuming electric power generated by inertial rotation with an external braking resistor is used as a turning motor.
  • the revolving structure is braked to decelerate, and when the revolving speed of the revolving structure becomes lower than the set value (when the speed is reduced or stopped), the mechanical brake is activated to stop and stop.
  • the revolving superstructure can quickly stop rotating even when the drive system or the control system is abnormal.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a shovel to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a brake circuit in the same embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing operation timings of an electric brake and a mechanical brake.
  • Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the maximum torque of the electric brake, the braking time, and the motor speed in a plurality of patterns.
  • Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the maximum torque of the electric brake, the braking time, and the turning angle in a plurality of patterns.
  • FIG. 1 shows a shovel to be applied.
  • an upper rotating body 2 is mounted on a crawler-type lower traveling body 1 so as to be freely rotatable around a vertical axis, and a boom 3, an arm 4, a packet 5, and these are driven by the upper rotating body 2.
  • a work (excavation) attachment 9 comprising hydraulic cylinders 6, 7, 8 for moving booms, arms, and packets is mounted.
  • FIG. 2 shows a block configuration of a drive and control system of the entire shovel.
  • a hydraulic pump 11 is driven by an engine 10, and the discharged oil is supplied to control valves CV to left and right traveling motors M1 and M2 for traveling the hydraulic cylinders 6 to 8 and the lower traveling body 1. (A force provided for each actuator, shown here as one valve block).
  • a generator 13 is connected to the engine 10 via a speed increasing mechanism 12, and the electric power generated by the generator 13 is stored in a battery 15 via a controller 14 for controlling voltage and current. At the same time, it is added to the turning motor 17 via the inverter 16.
  • the turning electric motor 17 rotates, and its rotational force is transmitted to the upper turning body 2 via the turning speed reduction mechanism 18, and the turning body 2 turns left or right.
  • Reference numeral 19 denotes a lever-type turning operation unit (for example, a potentiometer) as turning operation means.
  • a command is issued from the controller 20 to the inverter 16 based on an operation signal from the turning operation unit 19, Each control of acceleration, deceleration, and stop holding of the turning motor 17 is performed based on the command.
  • the turning motor 17 is inverter-controlled during turning acceleration and performs a motor function with at least one of the power of the generator and the battery 15, and is controlled by the inverter during deceleration to perform a generator function, and converts the power generated by regenerative power generation. Store in battery 15.
  • the turning electric motor 17 is provided with a mechanical brake 21 for generating a mechanical braking force.
  • the mechanical brake 21 is configured as a hydraulic negative brake that releases a braking force when hydraulic pressure is introduced from a brake hydraulic pressure source 22 via an electromagnetic switching valve 23. Then, the turning operation is performed in a state where the operation of the mechanical brake 21 is released.
  • a permanent magnet motor that generates power by inertial rotation even in a power-off state is used, and the generated power is supplied to a braking resistor 2 provided outside the motor 17.
  • the electric brake function is exhibited by flowing to 4.
  • the braking resistor 24 is branched and connected to the power supply line of the turning motor 17 via a rectifier circuit 25,
  • Reference numeral 30 denotes a voltage detection circuit that detects the generated voltage of the turning motor 17, and the output of the circuit 30 is supplied to one input voltage to a voltage comparison circuit 33 as speed detection means via a transformer 31 and a rectification circuit 32. Sent as Vi and compared with the set value Vref.
  • the voltage comparison circuit 33 can determine whether the turning speed has become equal to or less than the set value. Specifically, a Vi ⁇ VrefC signal “L” and a Vi ⁇ VrefC signal “H” are output.
  • a logic circuit 37 as an output circuit including NOT, AND, and OR elements 34, 35, and 36 is connected to the output side of the voltage comparison circuit 33.
  • the output of the voltage comparison circuit 33 is a NOT element 34. Is input to
  • the AND element 35 includes an output from a watchdog transistor 38 for monitoring the occurrence of an abnormality in the controller 20 ("H” in a normal state, and “L” in an abnormal state). Or mechanical brake command to output operation release command
  • the output of the power transistor 39 (“L” at the time of the operation command, “H” at the time of the release command) is input, and the outputs of the NOT element 34 and the AND element 35 are input to the OR element 36.
  • An amplification circuit 40 is connected to the output side of the OR element 36, and when the signal “H” is output from the OR element 36 (in a normal state), the operation of the electromagnetic switching valve 23 is released via the amplification circuit 40. A signal is output.
  • the switching valve 23 is switched from the brake operation position a on the left side in the figure to the operation release position b on the right side, and the mechanical brake 21 is released.
  • Table 1 is a logical value table for each item of the output of the mechanical brake command output transistor 39, the output of the watchdog transistor 38, the motor speed, and the mechanical brake operation. The following operation is performed.
  • the relay contact 27 is turned off when the controller is normal and turned on when the controller is abnormal. Further, the relay contact 29 is activated by a signal from the controller 20 when the motor power is cut off.
  • the vehicle is automatically decelerated by the electric brake operation in an emergency, as shown in FIG. 4, and when the turning speed falls below the set value during the deceleration, the mechanical brake 21
  • the swing motor 17 (the upper swing body 2) stops and is stopped and held [0044]
  • the torque of the electric brake is determined by the value of the braking resistor 24, and is maximum at the start of deceleration from the maximum speed, and decreases as the turning speed (the speed of inertial rotation) decreases.
  • the maximum torque of the electric brake be set to a value substantially equal to the maximum braking torque of the electric motor in a normal state for the following reason.
  • FIG. 5 shows the relationship between time and motor speed during emergency braking
  • FIG. 6 shows the relationship between time and the turning angle required for stopping.
  • the maximum electric brake torque is set to be smaller than the normal maximum electric motor torque, the curve V in FIG. 5 is obtained. There is no problem with the heat generation of the motor 17 or the strength of the reduction mechanism 18, but there is a problem in terms of safety because the time until the stop is very long and the braking angle is also very large.
  • the maximum electric brake torque in an emergency is set to the same value as the maximum electric motor torque in a normal state, and the mechanical brake 21 is activated when the turning speed falls below the set value. It is most desirable to make it a choice.
  • the electric motor speed (turning speed) at which the mechanical brake 21 starts operating is reduced by reducing the heat load of the brake 21 to prevent its breakage (or by increasing the size of the brake 21 to prevent breakage).
  • the mechanical brake 21 is operated when the turning speed becomes sufficiently low (for example, about 50 radZs) as shown in FIG.
  • the mechanical brake 21 may be operated when the speed becomes 0 or almost 0 by the electric brake.
  • the electric brake performs the main braking operation
  • the mechanical brake 21 mainly performs the stop holding function.
  • the terminal voltage of the braking resistor 24 is detected as a speed by the voltage detection circuit 30 in the electric brake circuit, and the detected voltage is compared with the set value by the voltage comparison circuit 33 to determine the turning speed. Judgment is made to determine whether it is above or below the set value and control is performed. The current flowing through the braking resistor 24 is detected, and this detected current value is compared with the set current value to determine whether the turning speed is above or below the set value. May be configured to perform the same control as described above.
  • the rotation speed of the turning electric motor 17 or the turning deceleration mechanism 18 or the turning speed of the upper turning body 2 is directly detected by a speed sensor, and is compared with a set value by the controller 20 or another comparing unit. You may comprise. In this case, it is desirable to use a speed sensor that operates even when the power supply goes down (for example, a tacho generator).
  • the mechanical brake 21 is not limited to the cylinder structure of the above embodiment, and a hydraulically driven or electrically driven disk brake or the like may be used.
  • the present invention uses a permanent magnet type electric motor that exerts an electric braking function by consuming electric power generated by inertial rotation by an external braking resistor as a turning motor, and uses this turning motor in an emergency.
  • the revolving structure is braked and decelerated by the electric braking function of the above, and when the revolving speed of the revolving structure falls below the set value, the mechanical brake is operated to stop and stop.
  • the value of the voltage or current generated by the turning motor is compared with the set value by the comparing unit, and based on the result of the comparison, the mechanical brake is used.
  • the key is activated. According to this configuration, there is no need to separately provide a speed sensor for timing the operation of the mechanical brake. For this reason, the cost can be reduced, and the possibility of occurrence of a failure or abnormality is reduced as compared with an external sensor.
  • the turning electric motor or its speed reducer is used as the speed detecting means.
  • a speed sensor for detecting the rotational speed of the structure was used. In this case, although a speed sensor is separately required, the speed itself can be easily detected.
  • the maximum torque of the electric brake (the torque at the time when the maximum speed force deceleration is started) is set to a value substantially equal to the motor maximum braking torque in a normal state.
  • the maximum torque of the electric brake is set to a value substantially equal to the motor maximum braking torque in a normal state.
  • the revolving structure can be quickly decelerated and stopped in an emergency, and the force exerts a useful effect of preventing damage to the mechanical brake.

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Abstract

【課題】　非常時に旋回体を速やかに旋回停止させることができ、しかもメカニカルブレーキの破損を防止する。 【解決手段】　永久磁石式の旋回電動機１７によって旋回体を旋回駆動し、旋回電動機１７の駆動系または制御系の異常発生等による非常時に、慣性回転によって電動機１７に発生する電力を外部の制動抵抗２４で消費させることによって電気ブレーキ作用を行なわせ、かつ、旋回体の旋回速度が設定値以下となったときにメカニカルブレーキ２１を作動させて旋回停止・停止保持するようにした。

Description

明 細 書
作業機械の旋回制動方法及び同装置
技術分野
[0001] 本発明は電動機によって旋回体を旋回駆動する作業機械において、旋回電動機 の駆動系の電源遮断や制御系のダウン等の異常発生に伴う非常時に旋回体を制動 する旋回制動方法及び同装置に関するものである。
背景技術
[0002] ショベルやクレーン等の旋回式作業機械において、特許文献 1に示されているよう に、旋回駆動源としてこれまでの油圧モータに代えて電動機を用いる技術が公知で ある。
[0003] この公知技術では、電動機を発電機として作用させ、その回生制動トルクによって 旋回体を制動 ·停止させる構成がとられて 、る。
特許文献 1：特開 2001— 207478号公報
発明の開示
[0004] ところが、公知技術では、発電機の故障その他によって旋回電動機の電源が遮断 され、あるいは旋回の制御系がダウンして旋回電動機の制御が不能となるといつた異 常が発生すると、電動機の発電作用による制動が働かず、油圧方式での中立フリー と同様の、慣性のみが働く状態となってな力な力停止しないという事態が発生する。
[0005] 一方、ショベルやクレーンには、旋回停止状態で停止保持用のパーキングブレー キとして働くメカ-カルブレーキが装備されている。従って、このメカ-カルブレーキを 非常ブレーキとして作動させることが考えられる。
[0006] しかし、メカ-カルブレーキは元々、停止保持用として設計されたブレーキ性能しか 持たないため、高速旋回中に作動させると、熱容量が不足して破損するおそれがあ る。なお、メカ-カルブレーキに十分な熱容量を持たせるとなると、冷却装置も必要と なる等、ブレーキ全体が大形化し、設置スペースやコストの面で実現が困難となる。
[0007] そこで本発明は、非常時に旋回体を速やかに減速'旋回停止させることができ、し 力もメカ-カルブレーキの破損を防止することができる作業機械の旋回制動方法及 び同装置を提供するものである。
[0008] 上記問題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。
[0009] すなわち、旋回制動方法として、旋回体を旋回駆動する旋回電動機として永久磁 石式電動機を用い、非常時に、慣性回転によって上記旋回電動機に発生する電力 をこの旋回電動機の外部の制動抵抗で消費させることによって電気ブレーキ作用を 行なわせ、この電気ブレーキ作用により旋回体を制動して減速させるとともに、その 減速の間において旋回体の旋回速度が設定値以下となったときにメカ-カルブレー キを作動させるものである。
[0010] また、旋回制動装置として、旋回体を旋回駆動する旋回電動機と、この旋回電動機 を機械的に制動するメカ-カルブレーキと、この旋回電動機及びメカ-カルブレーキ の作動を制御する制御手段と、旋回体の旋回速度を検出する速度検出手段とを具 備し、上記旋回電動機として、慣性回転によって発生する電力を旋回電動機の外部 の制動抵抗で消費させることによって電気ブレーキ作用を行なう永久磁石式電動機 が用いられ、上記制御手段は、非常時に上記旋回電動機に電気ブレーキ作用を行 なわせ、この電気ブレーキ作用によって旋回体の旋回速度が設定値以下となったと きに上記速度検出手段力 の速度信号に基づいて上記メカ-カルブレーキを作動さ せるように構成したものである。
[0011] 本発明によると、慣性回転によって発生する電力を外部の制動抵抗で消費させるこ とによって電気ブレーキ機能を発揮する永久磁石式電動機を旋回電動機として用い 、非常時にこの旋回電動機の電気ブレーキ作用により旋回体を制動して減速させ、 旋回体の旋回速度が設定値以下となったとき (低速になったとき、または停止したとき )にメカ-カルブレーキを作動させて停止 ·停止保持するため、駆動系や制御系の異 常時にも旋回体を速やかに旋回停止させることができる。
[0012] し力も、メカ-カルブレーキはあくまでも低速または停止状態で作動させるため、元 々機械に装備されたものをそのまま利用しても破損するおそれがない。あるいは、同 ブレーキの性能を高めるにしても、小型のものですみ、大が力りな冷却装置を備えた 大形のものとする必要がな 、。
図面の簡単な説明 [0013] [図 1]図 1は本発明が適用されるショベルの概略側面図である。
[図 2]図 2は本発明の実施形態を示すブロック構成図である。
[図 3]図 3は同実施形態におけるブレーキ回路の回路図である。
[図 4]図 4は電気ブレーキとメカ-カルブレーキの作動タイミングを示す図である。
[図 5]図 5は電気ブレーキの最大トルクと制動の時間及び電動機速度との関係を複数 通りのパターンで示す図である。
[図 6]図 6は電気ブレーキの最大トルクと制動の時間及び旋回角度との関係を複数通 りのパターンで示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 図 1に適用対象となるショベルを示す。
[0015] このショベルは、クローラ式の下部走行体 1上に上部旋回体 2が縦軸まわりに旋回 自在に搭載され、この上部旋回体 2に、ブーム 3、アーム 4、パケット 5及びこれらを駆 動するブーム用、アーム用、パケット用各油圧シリンダ 6,7,8から成る作業 (掘削)ァタ ツチメント 9が装着されて構成される。
[0016] 図 2はこのショベル全体の駆動.制御系のブロック構成を示す。
[0017] 同図に示すようにエンジン 10によって油圧ポンプ 11が駆動され、その吐出油が各 油圧シリンダ 6〜8、及び下部走行体 1を走行駆動する左右の走行モータ M1,M2に コントロールバルブ CV (ァクチユエータごとに設けられる力 ここでは一つのバルブブ ロックとして示す)を介して供給される。
[0018] また、エンジン 10には増速機構 12を介して発電機 13が連結され、この発電機 13 で作られた電力が、電圧及び電流を制御する制御器 14を介してバッテリ 15に蓄えら れるとともに、インバータ 16を介して旋回電動機 17に加えられる。
[0019] これにより旋回電動機 17が回転し、その回転力が旋回用減速機構 18を介して上 部旋回体 2に伝えられて同旋回体 2が左または右に旋回する。
[0020] 19は旋回操作手段としてのレバー式の旋回操作部 (たとえばポテンショメータ)で、 正常時には、この旋回操作部 19からの操作信号に基づいてコントローラ 20からイン バータ 16に指令が出され、この指令に基づいて旋回電動機 17の加速、減速、停止 保持の各制御が行なわれる。 [0021] 旋回電動機 17は、旋回加速時にはインバータ制御されて発電機及びバッテリ 15の 少なくとも一方の電力で電動機作用を行い、減速時にはインバータ制御されて発電 機作用を行い、回生発電によって生じた電力をバッテリ 15に蓄える。
[0022] また、旋回電動機 17には、機械的ブレーキ力を発生させるメカ-カルブレーキ 21 が設けられている。
[0023] このメカ-カルブレーキ 21は、図 3に示すようにブレーキ油圧源 22から電磁切換弁 23を介して油圧が導入されたときにブレーキ力を解除する油圧式のネガティブブレ ーキとして構成され、このメカ-カルブレーキ 21の作動解除状態で旋回動作が行な われる。
[0024] 非常時のブレーキ作動を制御するブレーキ回路 Xの構成を図 3によって説明する。
[0025] 旋回電動機 17は、電源遮断状態でも慣性回転によって電力を発生する永久磁石 式電動機が用いられ、発生した電力を、同電動機 17の外部に設けられた制動抵抗 2
4に流すことによって電気ブレーキ機能を発揮する。
[0026] 制動抵抗 24は、旋回電動機 17の給電線に整流回路 25を介して分岐接続され、第
1リレー 26の常閉接点 27、または第 2リレー 28の常開接点 29のオンで通電される。
[0027] 30は旋回電動機 17の発電電圧を検出する電圧検出回路で、同回路 30の出力が トランス 31及び整流回路 32を介して、速度検出手段としての電圧比較回路 33に一 方の入力電圧 Viとして送られ、設定値 Vrefと比較される。
[0028] すなわち、制動抵抗 24に流れる電流は、旋回電動機 17(上部旋回体 2)の回転速 度の低下に比例して低下し、電圧検出回路 30の出力もこれに応じて低下するため、 電圧比較回路 33によって旋回速度が設定値以下になったか否かを判定することが できる。具体的には、 Vi≥VrefC信号「L」、 Viく VrefC信号「H」が出力される。
[0029] 電圧比較回路 33の出力側には、 NOT、 AND, ORの各素子 34,35, 36を備えた 出力回路としての論理回路 37が接続され、電圧比較回路 33の出力が NOT素子 34 に入力される。
[0030] AND素子 35には、コントローラ 20の異常発生を監視するウォッチドックトランジスタ 38からの出力 (正常時に「H」、異常発生時に「L」)と、コントローラ 20からメカ-カルブ レーキ 21に対する作動または作動解除指令を出力するメカ-カルブレーキ指令出 カトランジスタ 39の出力 (作動指令時に「L」、解除指令時に「H」)とが入力され、 NO T素子 34及びこの AND素子 35の各出力が OR素子 36に入力される。
[0031] この OR素子 36の出力側に増幅回路 40が接続され、 OR素子 36から信号「H」が 出力されたとき (正常時)に、増幅回路 40を介して電磁切換弁 23に作動解除信号が 出力される。
[0032] これにより、同切換弁 23が図左側のブレーキ作動位置 aから右側の作動解除位置 bに切換わってメカ-カルブレーキ 21が作動解除される。
[0033] 表 1はメカ-カルブレーキ指令出力トランジスタ 39の出力、ウォッチドックトランジス タ 38の出力、電動機速度、メカ-カルブレーキ作動の各項目についての論理値表で あり、この論理値表に従って次のような動作が行なわれる。
[0034] [表 1]
Figure imgf000007_0001
[0035] (I) ウォッチドックトランジスタ 38の出力がコントローラ正常を示す信号「H」)を出力 している場合において、メカ-カルブレーキ指令出力トランジスタ 39の出力がメカ- カルブレーキ作動解除指令を示す信号「H」を出力しているときは、電動機速度に関 係なく OR出力が「H」となり、メカ-カルブレーキ 21は解除されたままの状態となる。
[0036] (II) ウォッチドックトランジスタ 38の出力がコントローラ正常を示す信号「H」を出力 し、メカ-カルブレーキ指令出力トランジスタ 39の出力がメカ-カルブレーキ作動指 令を示す信号「L」を出力して!/、る場合にぉ 、て、電動機速度が設定値よりも高！、場 合には OR出力が「H」となってメカ-カルブレーキ 21は解除となる力 電動機速度が 設定値よりも低い場合には OR出力は「L」となり、メカ-カルブレーキ 21が作動状態 となる。
[0037] (III) コントローラ 20に異常が発生してウォッチドックトランジスタ 38の出力が「L」と なると、メカ-カルブレーキ指令出力トランジスタ 39の出力状態に関係なく電動機速 度が設定値よりも高 、場合には OR出力は「H」となり、メカ-カルブレーキ 21は解除 状態となるが、電動機速度が設定値よりも低い場合には OR出力は「L」となり、 カ二 カルブレーキ 21が作動状態となる。
[0038] 一方、リレー接点 27は、コントローラ正常でオフ、コントローラ異常でオンとなる。ま た、リレー接点 29は電動機電源が遮断されたときにコントローラ 20からの信号によつ て才ンとなる。
[0039] つまり、
a) 制御電源の遮断やコントローラそのものの故障等によってコントローラ 20に異常 が発生すると、リレー接点 27がオンとなる。
[0040] b) 発電機 13の故障等によって電動機電源が遮断された場合において、コント口 ーラ 20が正常に働いているときは、コントローラ 20がこの電源遮断をたとえば電圧低 下により検出して第 2リレー 28を作動させ、そのリレー接点 29がオンとなる。
[0041] c) 電動機電源が遮断しかつコントローラ 20に異常が発生した場合は、ウォッチドッ ク 38の出力が異常を示すため、リレー接点 27がオンとなる。
[0042] これにより、いずれのケースにおいても制動抵抗 24に電流が流れて電気ブレーキ が働き、この電気ブレーキによって旋回電動機 17が減速するとともに、電動機速度 が設定値以下まで下がるとメカ-カルブレーキ 21が作動する。
[0043] 以上の作用により、非常時に図 4に示すように電気ブレーキ作用によって自動的に 減速され、かつ、その減速の間において旋回速度が設定値以下となったときにメカ- カルブレーキ 21によって旋回電動機 17(上部旋回体 2)が停止しかつ停止保持される [0044] ここで、電気ブレーキのトルクは、制動抵抗 24の値によって決まり、最大速度からの 減速開始時に最大で、旋回速度 (慣性回転の速度)の低下に従って低下する。
[0045] この電気ブレーキの最大トルクは、次の理由により、正常時の電動機最大制動トル クとほぼ同等の値に設定するのが望ま 、。
[0046] 図 5は非常制動時における時間と電動機速度の関係、図 6は時間と停止までに要 する旋回角度の関係をそれぞれ示す。
[0047] 正常時の電動機最大トルクで制動すると、一定トルク、一定加速度で制動されること により、図 5の直線 i、図 6の曲線 Aの特性を示す (効率は無視する)。
[0048] 一方、電気ブレーキ最大トルクを正常時の電動機最大トルクに一致させると、図 5の 曲線 ii、図 6の曲線 Bの特性を示し、停止までの所要時間も制動距離 (角度)も正常時 ( i,A)よりも大きくなる。
[0049] そこで、制動距離を正常時のそれと同じになるように図 6の曲線 Cの特性を目標と すると、電気ブレーキ最大トルクは正常時の 2倍程度に大きくなる。こうなると、旋回電 動機 17及び減速機構 18のトルク負担も 2倍となるため、電動機 17の内部抵抗に流 れる電流による発熱 (電流の 2乗に比例)の問題や減速機構 18の強度の問題が発生 する。
[0050] これに対し、制動時間が正常時と同等となるように図 5の曲線 ivを目標にすると、電 気ブレーキ最大トルクはさらに大きくなるため、実用的でない。
[0051] また、電気ブレーキ最大トルクを正常時の電動機最大トルクよりも小さく設定すると、 図 5の曲線 Vとなる。電動機 17の発熱や減速機構 18の強度の問題は生じないが、停 止までの時間が非常に長くなり、制動角度も非常に大きくなるため、安全面で問題が ある。
[0052] 以上の点から、非常時の電気ブレーキ最大トルクを正常時の電動機最大トルクと同 等の値に設定し、旋回速度が設定値以下になったときにメカ-カルブレーキ 21を作 動させるのが最も望ま 、選択となる。
[0053] なお、メカ-カルブレーキ 21の作動を開始する電動機速度 (旋回速度)は、同ブレ ーキ 21の熱負荷を小さくしてその破損を防止する (あるいは破損防止のための大形 化を極力回避する)観点と、制動時間や制動距離を小さくする観点の兼ね合いを考 慮して設定され、通常は図 4に示すように旋回速度が十分低速 (たとえば 50radZs程 度)となった時点でメカ-カルブレーキ 21を作動させる。
[0054] あるいは、電気ブレーキによって速度が 0またはほぼ 0になったときにメカ-カルブ レーキ 21を作動させるようにしてもよい。この場合は、電気ブレーキが主たる制動作 用を行い、メカ-カルブレーキ 21は主に停止保持作用を行なうこととなる。
[0055] ところで、上記実施形態では電気ブレーキ回路中の電圧検出回路 30によって制動 抵抗 24の端子電圧を速度として検出し、検出された電圧を電圧比較回路 33により 設定値と比較して旋回速度が設定値以上か以下かを判定し、制御する構成をとつた 力 制動抵抗 24に流れる電流を検出し、この検出電流値と設定電流値とを比較して 旋回速度が設定値以上であるか以下であるかを判定し、上記同様の制御を行なうよ うに構成してもよい。
[0056] また、旋回電動機 17もしくは旋回用減速機構 18の回転速度、または上部旋回体 2 の旋回速度を直接、速度センサによって検出し、コントローラ 20または別の比較部で 設定値と比較するように構成してもよい。この場合、速度センサとして、電源がダウン した場合でも作動するもの (たとえばタコジェネレータ)を用いるのが望ま 、。
[0057] また、メカ-カルブレーキ 21は上記実施形態のシリンダ構造のものに限らず、油圧 駆動式または電気駆動式のディスクブレーキ等を用いてもょ 、。
[0058] 以上のように本発明は、慣性回転によって発生する電力を外部の制動抵抗で消費 させることによって電気ブレーキ機能を発揮する永久磁石式電動機を旋回電動機と して用い、非常時にこの旋回電動機の電気ブレーキ作用により旋回体を制動して減 速させ、旋回体の旋回速度が設定値以下となったときにメカ-カルブレーキを作動さ せて停止 ·停止保持するものである。
[0059] この場合、請求項 4の発明にお 、ては、旋回電動機の発電作用による電圧または 電流の値と設定値とを比較部で比較し、この比較結果に基づ 、てメカ-カルブレー キを作動させる構成とした。この構成によると、別途、メカ-カルブレーキの作動タイミ ングをとるための速度センサを設ける必要がない。このため、コストを安くできるととも に、外部センサと比較して故障や異常が発生する可能性が低くなる。
[0060] 請求項 5の発明においては、速度検出手段として、旋回電動機またはその減速機 構の回転速度を検出する速度センサを用いた。こうすれば、速度センサが別途必要 になるものの、速度の検出自体を容易に行うことができる。
[0061] また、請求項 6の発明にお 、ては、電気ブレーキの最大トルク (最大速度力 減速を 開始した時点のトルク)を、正常時の電動機最大制動トルクとほぼ同等の値に設定し た。この構成〖こよると、電動機 (減速機を含む)に過剰トルクが作用することを避けなが ら、旋回停止までの時間及び距離 (角度)について正常時に近い値を確保することが できる。
産業上の利用可能性
[0062] 本発明によれば、非常時に旋回体を速やかに減速'旋回停止させることができ、し 力もメカ-カルブレーキの破損を防止できるという有用な効果を奏するものである。

Claims

請求の範囲
[1] 旋回体を旋回駆動する旋回電動機として永久磁石式電動機を用い、非常時に、慣 性回転によって上記旋回電動機に発生する電力をこの旋回電動機の外部の制動抵 抗で消費させることによって電気ブレーキ作用を行なわせ、この電気ブレーキ作用に より旋回体を制動して減速させるとともに、その減速の間において旋回体の旋回速度 が設定値以下となったときにメカ-カルブレーキを作動させることを特徴とする作業機 械の旋回制動方法。
[2] 旋回体を旋回駆動する旋回電動機と、この旋回電動機を機械的に制動するメカ二 カルブレーキと、この旋回電動機及びメカニカルブレーキの作動を制御する制御手 段と、旋回体の旋回速度を検出する速度検出手段とを具備し、上記旋回電動機とし て、慣性回転によって発生する電力をこの旋回電動機の外部の制動抵抗で消費さ せることによって電気ブレーキ作用を行なう永久磁石式電動機が用いられ、上記制 御手段は、非常時に上記旋回電動機に電気ブレーキ作用を行なわせ、この電気ブ レーキ作用によって旋回体の旋回速度が設定値以下となったときに上記速度検出手 段からの速度信号に基づ!/、て上記メカ-カルブレーキを作動させるように構成された ことを特徴とする作業機械の旋回制動装置。
[3] メカ-カルブレーキとして、切換弁を介して油圧が導入されたときにブレーキ力を解 除する油圧式のネガティブブレーキが用いられ、制御手段は上記切換弁の作動を制 御するように構成されたことを特徴とする請求項 2記載の作業機械の旋回制動装置。
[4] 速度検出手段として、旋回電動機の発電作用による電圧または電流の値と設定値 とを比較する比較部を有し、この比較部の比較結果に基づ 、てメカニカルブレーキを 作動させるように構成されたことを特徴とする請求項 2または 3記載の作業機械の旋 回制動装置。
[5] 速度検出手段として、旋回電動機またはその減速機構の回転速度を検出する速度 センサが用いられたことを特徴とする請求項 2または 3記載の作業機械の旋回制動装 置。
[6] 旋回電動機の電気ブレーキ作用による最大トルクが、正常時の電動機最大制動ト ルクとほぼ同等の値に設定されたことを特徴とする請求項 2乃至 5のいずれか 1項に 記載の作業機械の旋回制動装置。
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