WO2014069539A1 - 建設機械の旋回駆動装置 - Google Patents
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- F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
Definitions
- the present invention relates to a turning drive device that drives a turning mechanism of a construction machine.
- excavators that perform excavation work and the like are provided with a swing body, and a boom, an arm, and a bucket for performing excavation work are provided on the swing body.
- the operator moves the bucket to an arbitrary position around the shovel by turning the turning body.
- An electric motor may be used as a drive source of a turning drive device for turning the turning body. Driving the turning body with the turning electric motor is called electric turning.
- the output shaft of the turning electric motor is connected to the input shaft of the turning mechanism via a turning speed reducer.
- a turning electric motor an electric motor having a high rotational speed is used in order to achieve a small size and a high output, and therefore, a planetary gear mechanism having a large reduction ratio is often used as a turning reduction gear.
- a brake device that mechanically brakes the output shaft of the turning speed reducer is often provided in the vicinity of the turning speed reducer (see, for example, Patent Document 1).
- a braking force is generated by pressing a brake piston against a brake disc.
- the force that presses the brake piston is generated by a coil spring disposed above the brake piston.
- the coil spring is incorporated in the swivel reducer unit in a compressed state when the swivel reducer unit is assembled and integrated with the flange portion of the turning electric motor.
- a spring presser for pressing a plurality of coil springs is provided on the turning electric motor side.
- the swing reducer unit is assembled to the flange portion of the turning electric motor while the coil spring partially protruding from the turning reducer unit is pressed and compressed by a spring retainer.
- the protruding side of the coil spring must always face upward so that the coil spring does not fall off with the coil spring installed. Is troublesome.
- the protruding portions of the plurality of coil springs must be positioned with respect to the spring presser provided inside the flange portion of the turning electric motor, and the state where the turning electric motor is arranged above the turning reduction gear unit must be maintained. I must. At this time, the work of bolting the turning reduction gear unit against the spring force of the coil spring while holding the heavy turning electric motor at a predetermined position is complicated.
- the spring retainer is provided in the flange portion of the electric motor for turning, the shape of the flange portion becomes complicated, and the manufacturing cost of the electric motor for turning increases.
- a turning drive device for a construction machine that transmits a rotational driving force of a turning electric motor to a turning body via a speed reducer
- the electric motor unit including the turning electric motor
- a speed reducer unit including a speed reducer and a brake member, a plurality of spring members that apply a pressing force to the brake member of the speed reducer, and one end abutting against an opposite end of the spring member that is in contact with the brake member
- a pressing member for pressing the spring member between the brake member and the brake member, wherein the pressing member is fixed to a component of the speed reducer unit.
- the turning speed reducer unit incorporating the brake coil spring can be easily attached to the turning electric motor.
- FIG. 1 It is a side view of the shovel in which the turning drive device by one Embodiment of this invention is integrated. It is a block diagram which shows the structure of the drive system of the shovel shown in FIG. It is a block diagram which shows the structure of the turning drive device by one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the part which comprises a turning reduction gear and a mechanical brake. It is a block diagram which shows the structure of the turning drive device provided with the 2nd stage turning reduction gear.
- FIG. 1 is a side view showing an excavator incorporating a turning drive device according to an embodiment of the present invention.
- An excavator is an example of a construction machine, and a turning drive device according to an embodiment of the present invention can be incorporated in a construction machine having a mechanism for turning a turning body.
- the upper swing body 3 is provided with a cabin 10 and is mounted with a power source such as an engine.
- the excavator shown in FIG. 1 is an excavator having a power storage device that accumulates electric power supplied to the turning drive device.
- the present invention can be applied to any excavator that employs electric swing, and can also be applied to, for example, an electrically driven excavator to which power is supplied from an external power source.
- FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the shovel shown in FIG.
- the mechanical power system is indicated by a double line
- the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line
- the pilot line is indicated by a broken line
- the electric drive / control system is indicated by a thin solid line.
- the engine 11 as a mechanical drive unit and the motor generator 12 as an assist drive unit are connected to two input shafts of a transmission 13, respectively.
- a main pump 14 and a pilot pump 15 are connected to the output shaft of the transmission 13 as hydraulic pumps.
- a control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.
- An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 via a pilot line 25.
- the control valve 17 is a control device that controls the hydraulic system in the hybrid excavator.
- the hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left), the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 are connected to the control valve 17 via a high-pressure hydraulic line.
- the motor generator 12 is connected to a power storage system (power storage device) 120 including a capacitor as a power storage device via an inverter 18.
- the electric storage system 120 is connected to a turning electric motor 21 as an electric work element via an inverter 20.
- a resolver 22 and a turning speed reducer 24 are connected to the output shaft 21 b of the turning electric motor 21.
- a mechanical brake 23 is connected to the output shaft 24 ⁇ / b> A of the turning speed reducer 24.
- the turning electric motor 21, the resolver 22, the mechanical brake 23, and the turning speed reducer 24 constitute a turning drive device 40 as a load drive system.
- the turning electric motor 21 corresponds to a turning electric motor for driving the upper turning body 3 to turn
- the mechanical brake 23 corresponds to a brake device that mechanically brakes the upper turning body 3.
- the operating device 26 includes a lever 26A, a lever 26B, and a pedal 26C.
- the lever 26A, the lever 26B, and the pedal 26C are connected to the control valve 17 and the pressure sensor 29 via hydraulic lines 27 and 28, respectively.
- the pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electric system.
- the controller 30 is a control device as a main control unit that performs drive control of the hybrid excavator.
- the controller 30 is configured by an arithmetic processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the internal memory.
- arithmetic processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the internal memory.
- CPU Central Processing Unit
- the controller 30 converts the signal supplied from the pressure sensor 29 into a speed command, and performs drive control of the turning electric motor 21.
- the signal supplied from the pressure sensor 29 corresponds to a signal indicating an operation amount when the operation device 26 is operated to turn the turning mechanism 2.
- the controller 30 performs operation control of the motor generator 12 (switching between electric (assist) operation or power generation operation) and also performs charge / discharge control of the capacitor by drivingly controlling the buck-boost converter of the power storage system 120. Based on the charging state of the capacitor, the operation state of the motor generator 12 (electric (assist) operation or power generation operation), and the operation state of the turning motor 21 (power running operation or regenerative operation), the controller 30 Switching control between the step-up / step-down operation of the step-up / step-down converter is performed, thereby performing charge / discharge control of the capacitor. The controller 30 also controls the amount of charging (charging current or charging power) of the capacitor as will be described later.
- the turning electric motor 21 is driven by the electric power supplied via the inverter 20 in order to drive the upper turning body 3 to turn.
- the rotational force of the output shaft 21b of the turning electric motor 21 is transmitted to the output shaft 40A of the turning drive device 40 via the turning speed reducer 24 and the mechanical brake 23.
- FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the turning drive device 40 according to one embodiment of the present invention.
- the turning drive device 40 includes the turning electric motor 21 that is an electric motor as a drive source.
- a planetary speed reducer is connected to the output shaft side of the turning electric motor 21 as the turning speed reducer 24.
- a disk brake as a mechanical brake 23 is provided on the output shaft of the turning speed reducer 24 (planetary speed reducer).
- the output shaft of the turning speed reducer 24 (planetary speed reducer) is the output shaft 40A of the turning drive device 40.
- the output shaft 40A of the turning drive device 40 is connected to the turning mechanism 2, and the turning mechanism 2 is driven by the rotational force of the output shaft 40A.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion constituting the turning speed reducer 24 and the mechanical brake 23 in the turning drive device 40.
- the sun gear 42 of the planetary speed reducer constituting the turning speed reducer 24 is fixed to the output shaft 21 b of the turning electric motor 21.
- the sun gear 42 meshes with a plurality of planetary gears 44.
- Each of the planetary gears 44 is rotatably supported by a planet carrier 46 that constitutes an output shaft of the turning speed reducer 24 (planet speed reducer).
- Each planetary gear 44 meshes with an internal gear 48 formed on the inner surface of the gear case 50.
- the gear case 50 formed with the internal gear 48 is fixed to the end plate 21a of the turning electric motor 21, and cannot rotate by itself.
- the planetary carrier 46 constituting the output shaft is rotatably supported via a bearing 56 with respect to the end case 54 fixed to the gear case 50 with the brake case 52 interposed therebetween.
- the lubricating oil for lubricating each gear is sealed by the end plate 21a, the gear case 50, the brake case 52, the end case 54, and the planet carrier 46 of the turning electric motor 21.
- the planetary gear 44 rotates (spins).
- the planetary gear 44 meshes with an internal gear 48 formed on the inner surface of the gear case 50, and the gear case 50 formed with the internal gear 48 attempts to rotate by the rotational force of the planetary gear 44.
- the gear case 50 is fixed to the end plate 21a of the turning electric motor 21, it cannot be rotated.
- the planet carrier 46 that is rotatably supported while supporting the planetary gear 44 rotates.
- the rotation of the output shaft 21b of the turning electric motor 21 is decelerated and output from the planetary carrier 46 by the gear action as described above.
- the disc brake is formed between a brake case 52 as a fixed portion and a planet carrier 46 as an output shaft.
- a brake disc 60 extends from the outer periphery of the planet carrier 46 toward the outer side in the rotational radial direction of the planet carrier 46.
- the brake disk 60 cannot rotate with respect to the planet carrier 46, but can move in the direction of the rotation axis of the planet carrier 46.
- the brake disc 60 is connected to the planet carrier 46 through a connection structure such as a spline connection.
- Brake plates 62 are arranged on both upper and lower sides of the brake disc 60.
- the brake plate 62 cannot rotate with respect to the brake case 52 that is a fixed portion, but can move in the direction of the rotation axis of the planet carrier 46.
- the brake plate 62 is connected to the inner surface side of the brake case 52 via a connection structure such as a spline connection.
- a piston 64 is arranged on the upper brake plate 62 in a state movable in the direction of the rotation axis of the planet carrier 46.
- the piston 64 is pressed by the spring 66 and is always pressed against the upper brake plate 62.
- a coil spring is used as the spring 66, but a multistage stacked disc spring that can obtain a high output with a small displacement can also be used.
- the brake plate 62 and the brake disc 60 are movable in the direction of the rotation axis of the planet carrier 46. Therefore, when the upper brake plate 62 is pressed by the piston 64, the brake disc 60 is pressed between the upper and lower brake plates 62. The surfaces of the brake plate 62 and the brake disc 60 are covered with a film having a large friction coefficient. When the brake disc 60 is sandwiched and pressed between the upper and lower brake plates 62, a braking force for preventing rotation of the brake disc 60 acts on the brake disc 60. The brake disc 60 is connected so as not to rotate with respect to the planet carrier 46. Therefore, the braking force acting on the brake disc 60 becomes the braking force applied to the planet carrier 46.
- a hydraulic space 68 capable of supplying hydraulic oil is formed between the piston 64 and the brake case 52, and a brake release port 70 is connected to the hydraulic space 68.
- a ring-shaped recess is formed in the gear case 50, and a plurality of through holes are formed in the bottom surface of the ring-shaped recess.
- the aforementioned spring 66 is inserted into each of the through holes.
- the lower end of each spring 66 protrudes from the through hole of the gear case 50 and is in contact with the bottom surface of the hole formed in the piston 64.
- a spring pressing member 90 is fitted in the ring-shaped recess of the gear case 50. The spring pressing member 90 is fastened and fixed to the gear case 50 by a plurality of bolts 92.
- each spring 66 protrudes upward from the bottom surface of the ring-shaped recess. Therefore, when the spring pressing member 90 is fixed in the ring-shaped recess of the gear case 50, each spring 66 is pressed and compressed by the spring pressing member 90. When the spring pressing member 90 is fixed in the ring-shaped recess of the gear case 50, each spring 66 is sandwiched between the spring pressing member 90 and the piston 64 and compressed.
- the restoring force (spring force) of each spring 66 at this time is a force that presses the piston 64 (that is, the brake plate 62) against the brake disc 60, and a braking force that is applied to the planet carrier 46.
- the entire spring pressing member 90 is accommodated in the ring-shaped recess. Accordingly, the spring pressing member 90 does not protrude from the mating surface of the gear case 50 that contacts the end plate 21a (also referred to as a flange) of the turning electric motor 21, and only the mating surface of the gear case 50 is the end of the turning electric motor 21. It contacts the plate 21a.
- a seal member 94 such as an O-ring is disposed on the upper surface of the spring pressing member 90 and seals the hydraulic oil that lubricates and cools the planetary gear 44 in the gear case 50 so as not to leak out.
- a seal member 95 such as an O-ring is disposed on the lower surface of the spring pressing member 90 to seal the hydraulic oil filled in the portion in which the spring 66 is accommodated from leaking out.
- the spring pressing member 90 that presses the spring 66 is attached to the gear case 50 as described above, in the state where the swing speed reducer 24 is assembled as a unit, the upper end of each spring 66 is Not exposed. Therefore, when the swing reduction gear 24 is handled as a single unit, the spring 66 does not come out, and the swing speed reducer 24 is easy to handle.
- the turning electric motor 21 turns so that the sun gear 42 attached to the output shaft 21 b of the turning electric motor 21 meshes with the planetary gear 44 of the turning speed reducer 24. It is placed on the speed reducer 24. Then, the end plate 21 a of the turning electric motor 21 is fastened and fixed to the gear case 50 of the turning reduction gear 24 by a plurality of bolts 96. That is, since the spring 66 is housed in a compressed state in the turning speed reducer 24, it is not necessary to position the spring 66 with respect to the turning motor 21 when the turning motor 21 is fixed to the gear case 50. Further, it is not necessary to compress the spring 66 when the turning electric motor 21 is fixed to the gear case 50. For this reason, the work at the time of assembling the turning electric motor 21 and the turning speed reducer 24 is simplified, and the turning electric motor 21 and the turning speed reducer 24 can be easily assembled.
- the spring 66 does not come out of the turning speed reducer 24, and the maintenance work is facilitated.
- the mounting surface of the end plate 21a may be a flat surface, so there is no need to process the end plate 21a specially. For this reason, a standard specification end plate can be used, and the cost increase of the turning electric motor 21 is suppressed.
- the planet carrier 46 serving as the output shaft of the turning speed reducer 24 corresponds to the output shaft 40 ⁇ / b> A of the turning drive device 40.
- the turning drive device 40 may be provided with a second-stage turning speed reducer after the turning speed reducer 24.
- FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the turning drive unit 40-1 provided with the second stage turning speed reducer 24-2.
- the second stage planetary speed reducer 24-2 is assembled to the first stage turning speed reducer 24-1 with a mechanical brake 23 (disc brake) interposed therebetween.
- the output shaft of the second stage planetary reduction gear 24-2 becomes the output shaft 40A of the turning drive unit 40-1.
- the turning drive device 40-1 for example, as partially shown in FIG. 4, a sun gear 80 is attached to the tip of the shaft of the planet carrier 46, and the sun gear 80, the internal gear 82, The planetary gear 84 is driven between them.
- the turning drive device 40-1 may constitute the second stage turning speed reducer (planetary speed reducer) 24-2, and obtain a large reduction ratio.
- hydraulic oil for turning ON / OFF the mechanical brake 23 may be supplied from the pilot pump 15.
- Hydraulic line 28 ... Hydraulic line 29 ... Pressure sensor 30 ... Controller 40,40-1 ... Swivel drive device 42,80 ... Sun gear 44,84 ... Planetary gear 46 ... Planetary carrier 48, 82 ... Internal gear 50 ... Gear case 52 ... Brake case 54 ... End case 56 ... Bearing 60 ... Brake disc 62 ⁇ ⁇ Brake plate 64 ... Piston 66 ... Spring 68 ... Hydraulic space 70 ... Brake release port 120 ... Power storage system
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Abstract
建設機械の旋回駆動装置(40)は、旋回用電動機(21)の回転駆動力を、減速機を介して旋回体(3)に伝達する。旋回駆動装置は、旋回用電動機(21)を含む電動機ユニットと、減速機(24)及びブレーキ部材(64)を含む減速機ユニットと、ブレーキ部材に対して押圧力を印加する複数のバネ部材(66)と、一端がブレーキ部材に当接したバネ部材の反対端に当接して、ブレーキ部材(64)との間でバネ部材を押圧する押え部材(90)とを有する。押え部材は減速機ユニットの構成部品(50)に対して固定される。
Description
本発明は建設機械の旋回機構を駆動する旋回駆動装置に関する。
一般的に、掘削作業等を行なうショベルには旋回体が設けられ、掘削作業を行なうためのブーム、アーム及びバケットが旋回体に設けられる。操作者は、旋回体を旋回させることで、バケットをショベルの周囲の任意の位置に移動する。旋回体を旋回させるための旋回駆動装置の駆動源として電動モータが用いられることがある。旋回用電動モータで旋回体を旋回駆動することを電動旋回と称する。
旋回用電動モータの出力軸は、旋回減速機を介して旋回機構の入力軸に接続される。旋回用電動モータとしては、小型で高出力とするために高回転数の電動モータが用いられるので、旋回減速機としては大きな減速比を有する遊星歯車機構が用いられることが多い。
また、旋回用電動モータを駆動しないときには旋回用電動モータは自由に回転できる状態にあるので、旋回体に機械的にブレーキをかけて固定しておく必要がある。このため、旋回減速機の出力軸に機械的にブレーキをかけるブレーキ装置(メカニカルブレーキと称する)が旋回減速機の近傍に設けられる場合が多い(例えば、特許文献1参照)。
例えば、特許文献1に開示された旋回減速機とメカニカルブレーキとが組み込まれた旋回駆動装置では、ブレーキディスクにブレーキピストンを押し付けることでブレーキ力を発生させる。ブレーキピストンを押し付ける力は、ブレーキピストンの上方に配置されたコイルバネにより発生させる。コイルバネは、旋回用電動モータのフランジ部に旋回減速機ユニットを組み付けて一体とする際に、圧縮された状態で旋回減速機ユニットの中に組み込まれる。具体的には、複数のコイルバネを押えるためのバネ押えが旋回用電動モータ側に設けられる。旋回減速機ユニットから一部が突出したコイルバネをバネ押えで押して圧縮しながら、旋回減速機ユニットを旋回用電動モータのフランジ部に組み付ける。その結果、旋回減速機ユニットと旋回用電動モータが一体化されて旋回駆動装置として単一のユニットとなる。
上述のように、旋回減速機ユニットのコイルバネを旋回用電動モータのフランジ部の内部に設けられたバネ押えで押圧する構成では、旋回減速機ユニットを旋回用電動モータから外すと、複数のコイルバネが旋回減速機ユニットから飛び出し外れてしまうおそれがある。
また、旋回減速機ユニットを単品で扱っているときには、コイルバネを組み込んだ状態でコイルバネが外れて落ちないようコイルバネが突出した側を常に上に向けておかなければならず、旋回減速機ユニットの取り扱いが面倒である。
さらに、複数のコイルバネの突出した部分を旋回用電動モータのフランジ部の内部に設けられたバネ押えに対して位置決めし、旋回減速機ユニットの上側に旋回用電動モータを配置した状態を保持しなければならない。この際、重量のある旋回用電動モータを所定の位置に保持しながらコイルバネのバネ力に逆らって旋回減速機ユニットをボルト止めする作業は、煩雑である。
また、旋回用電動モータのフランジ部内にバネ押えを設けるために、フランジ部の形状が複雑となり、旋回用電動モータの製造コストが上昇してしまう。
上述の問題に鑑み、ブレーキ用のコイルバネが組み込まれた旋回減速機ユニットを、簡単に旋回用電動モータに取り付けることのできる旋回駆動装置を提供することが望まれる。
本発明の一実施形態によれば、旋回用電動機の回転駆動力を、減速機を介して旋回体に伝達する建設機械の旋回駆動装置であって、前記旋回用電動機を含む電動機ユニットと、前記減速機及びブレーキ部材を含む減速機ユニットと、前記減速機の前記ブレーキ部材に対して押圧力を印加する複数のバネ部材と、一端が前記ブレーキ部材に当接した前記バネ部材の反対端に当接して、前記ブレーキ部材との間で前記バネ部材を押圧する押え部材とを有し、前記押え部材は前記減速機ユニットの構成部品に対して固定される建設機械の旋回駆動装置が提供される。
上述の手段によれば、ブレーキ用のコイルバネが組み込まれた旋回減速機ユニットを、簡単に旋回用電動モータに取り付けることができる。
まず、本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルの全体構成及び駆動系の構成について説明する。図1は本発明の一実施形態による旋回駆動装置が組み込まれたショベルを示す側面図である。なお、ショベルは建設機械の一例であり、本発明の一実施形態による旋回駆動装置は、旋回体を旋回する機構を有する建設機械に組み込むことができる。
図1に示すショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3には、ブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端には、アーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
なお、図1に示すショベルは、旋回駆動装置に供給する電力を蓄積する蓄電装置を有するショベルである。しかしながら、本発明は、電動旋回を採用した任意のショベルに適用でき、例えば外部電源から電力が供給される電気駆動式ショベルにも適用できる。
図2は図1に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。
機械式駆動部としてのエンジン11と、アシスト駆動部としての電動発電機12は、変速機13の2つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機13の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続されている。
コントロールバルブ17は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続される。
電動発電機12には、インバータ18を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系(蓄電装置)120が接続される。蓄電系120には、インバータ20を介して電動作業要素としての旋回用電動機21が接続されている。旋回用電動機21の出力軸21bには、レゾルバ22、及び旋回減速機24が接続される。旋回減速機24の出力軸24Aにはメカニカルブレーキ23が接続される。旋回用電動機21と、レゾルバ22と、メカニカルブレーキ23と、旋回減速機24とにより、負荷駆動系として旋回駆動装置40が構成される。ここで、旋回用電動機21が上部旋回体3を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ23が上部旋回体3に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、ペダル26Cを含む。レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cは、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29にそれぞれ接続される。圧力センサ29は、電気系の駆動制御を行うコントローラ30に接続されている。
コントローラ30は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、CPUが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
コントローラ30は、圧力センサ29から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機21の駆動制御を行う。圧力センサ29から供給される信号は、旋回機構2を旋回させるために操作装置26を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
コントローラ30は、電動発電機12の運転制御(電動(アシスト)運転又は発電運転の切り替え)を行うとともに、蓄電系120の昇降圧コンバータを駆動制御することによりキャパシタの充放電制御を行う。コントローラ30は、キャパシタの充電状態、電動発電機12の運転状態(電動(アシスト)運転又は発電運転)、及び旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づいて、蓄電系120の昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタの充放電制御を行う。また、コントローラ30は、後述のようにキャパシタに充電する量(充電電流又は充電電力)の制御も行なう。
上述のような構成のショベルによる作業では、上部旋回体3を旋回駆動するために、インバータ20を介して供給される電力により旋回用電動機21が駆動される。旋回用電動機21の出力軸21bの回転力は、旋回減速機24とメカニカルブレーキ23を介して旋回駆動装置40の出力軸40Aに伝達される。
図3は本発明の一実施形態による旋回駆動装置40の構成を示すブロック図である。上述のように、旋回駆動装置40は、駆動源としての電動モータである旋回用電動機21を含む。旋回用電動機21の出力軸側に旋回減速機24として遊星減速機が接続される。旋回減速機24(遊星減速機)の出力軸には、メカニカルブレーキ23としてのディスクブレーキが設けられる。旋回減速機24(遊星減速機)の出力軸は、旋回駆動装置40の出力軸40Aとなる。なお、図示はしないが、旋回駆動装置40の出力軸40Aは旋回機構2に接続され、出力軸40Aの回転力により旋回機構2が駆動される。
図4は旋回駆動装置40のうち、旋回減速機24及びメカニカルブレーキ23を構成する部分の断面図である。本実施形態では、旋回減速機24を構成する遊星減速機の太陽歯車42が、旋回用電動機21の出力軸21bに固定されている。太陽歯車42は複数の遊星歯車44に噛合している。遊星歯車44の各々は、旋回減速機24(遊星減速機)の出力軸を構成する遊星キャリア46に回転可能に支持されている。そして、各遊星歯車44は、ギヤケース50の内面に形成された内歯歯車48に噛合している。
内歯歯車48が形成されたギヤケース50は、旋回用電動機21のエンドプレート21aに固定されており、自ら回転することはできない。一方、出力軸を構成する遊星キャリア46は、ブレーキケース52を挟んでギヤケース50に固定されたエンドケース54に対して、ベアリング56を介して回転可能に支えられている。
なお、上述の遊星減速機は、各歯車を潤滑するための潤滑油が、旋回用電動機21のエンドプレート21a、ギヤケース50、ブレーキケース52、エンドケース54、及び、遊星キャリア46によって密閉される構造を有する。
以上のような構成の遊星減速機において、旋回用電動機21の出力軸21bが回転して太陽歯車42が回転すると、遊星歯車44が回転(自転)する。遊星歯車44はギヤケース50の内面に形成された内歯歯車48に噛合しており、遊星歯車44の回転力で内歯歯車48が形成されたギヤケース50が回転しようとする。ところが、ギヤケース50は旋回用電動機21のエンドプレート21aに固定されているので、回転することはできない。その結果、遊星歯車44を支持しながら自ら回転可能に支持されている遊星キャリア46のほうが回転する。以上のような歯車作用により、旋回用電動機21の出力軸21bの回転が減速されて遊星キャリア46から出力される。
次に、メカニカルブレーキ23を構成するディスクブレーキの構造について説明する。ディスクブレーキは固定部であるブレーキケース52と出力軸である遊星キャリア46との間に形成される。遊星キャリア46の外周から遊星キャリア46の回転半径方向外側に向けてブレーキディスク60が延在する。ブレーキディスク60は、遊星キャリア46に対して回転はできないが、遊星キャリア46の回転軸方向には移動可能である。具体的には、ブレーキディスク60は、例えばスプライン接続のような接続構造を介して遊星キャリア46に接続されている。
ブレーキディスク60の上下両側には、ブレーキプレート62が配置されている。ブレーキプレート62は、固定部であるブレーキケース52に対して回転はできないが、遊星キャリア46の回転軸方向には移動可能である。具体的には、ブレーキプレート62は、例えばスプライン接続のような接続構造を介してブレーキケース52の内面側に接続されている。上側のブレーキプレート62の上には、ピストン64が、遊星キャリア46の回転軸方向に移動可能な状態で配置されている。ピストン64はスプリング66により押圧されて常に上側のブレーキプレート62に押し付けられている。本実施形態は、スプリング66としてコイルスプリングを用いているが、小さな変位で高出力を得ることのできる多段重ねの皿バネを用いることもできる。
ブレーキプレート62とブレーキディスク60とは、遊星キャリア46の回転軸方向に移動可能である。そのため、上側のブレーキプレート62がピストン64により押圧されると、ブレーキディスク60は上下のブレーキプレート62により挟まれて押圧される。ブレーキプレート62とブレーキディスク60の表面は摩擦係数の大きな被膜に覆われている。そして、ブレーキディスク60が上下のブレーキプレート62により挟まれて押圧されることで、ブレーキディスク60の回転を阻止しようとするブレーキ力がブレーキディスク60に作用する。また、ブレーキディスク60は遊星キャリア46対して回転できないように接続されている。そのため、ブレーキディスク60に作用するブレーキ力が遊星キャリア46に加わるブレーキ力となる。
ピストン64とブレーキケース52との間には、作動油を供給可能な油圧空間68が形成され、油圧空間68にブレーキ解除ポート70が接続されている。コントロールバルブ17からブレーキ解除ポート70を介して油圧空間68に油圧を供給すると、ピストン64が油圧により押し上げられて、ブレーキプレート62を押圧する力が無くなり、ブレーキは解除される。
以上のような構成の旋回減速機24において、本実施形態では、ギヤケース50にリング状の凹部が形成され、リング状の凹部の底面に複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔のそれぞれに上述のスプリング66が挿入されている。各スプリング66の下端は、ギヤケース50の貫通孔から突出し、ピストン64に形成された穴の底面に当接している。そして、ギヤケース50のリング状の凹部には、スプリング押え部材90が嵌合している。スプリング押え部材90は、複数のボルト92によりギヤケース50に締め付けられて固定されている。
スプリング押え部材90がギヤケース50のリング状の凹部内に固定される前は、各スプリング66の上端はリング状の凹部の底面から上方に突出している。したがって、スプリング押え部材90をギヤケース50のリング状の凹部内に固定する際に、各スプリング66はスプリング押え部材90により押圧されて圧縮される。スプリング押え部材90をギヤケース50のリング状の凹部内に固定すると、各スプリング66は、スプリング押え部材90とピストン64との間に挟まれて圧縮された状態となっている。このときの各スプリング66の復元力(スプリング力)が、ピストン64(すなわち、ブレーキプレート62)をブレーキディスク60に押し付ける力となり、遊星キャリア46に加わるブレーキ力となる。
スプリング押え部材90がギヤケース50のリング状の凹部内に固定された状態では、スプリング押え部材90全体がリング状の凹部内に収容される。したがって、スプリング押え部材90は、旋回用電動機21のエンドプレート21a(フランジ部とも称する)に当接するギヤケース50の合わせ面から突出することはなく、ギヤケース50の合わせ面のみが旋回用電動機21のエンドプレート21aに当接する。ただし、スプリング押え部材90の上面にはOリング等のシール部材94が配置され、ギヤケース50内の遊星歯車44を潤滑・冷却する作動油が漏れ出ないようにシールしている。また、スプリング押え部材90の下面にもOリング等のシール部材95が配置され、スプリング66が収容された部分に充填された作動油が漏れ出ないようにシールしている。
なお、上記シール部材94及び95により作動油をシールする代わりに、スプリング押え部材90が収容されるリング状の凹部より内側におけるギヤケース50とエンドプレート21aとの当接部分と、スプリング押え部材90の内側面及び外側面とギヤケース50のリング状の凹部の側面との当接部分とに、シール部材が設けられてもよい。
本実施形態による旋回減速機24は、上述のようにスプリング66を押えるスプリング押え部材90がギヤケース50に取り付けられているので、旋回減速機24をユニットとして組み立てた状態では、各スプリング66の上端は露出していない。したがって、旋回減速機24をユニット単体で扱う際に、スプリング66が抜け出るようなことは無く、旋回減速機24単体での取り扱いが容易となる。
また、旋回減速機24を旋回用電動機21に取り付けるときには、旋回用電動機21の出力軸21bに取り付けられた太陽歯車42が旋回減速機24の遊星歯車44に噛合うように旋回用電動機21が旋回減速機24の上に載置される。そして、旋回用電動機21のエンドプレート21aが複数のボルト96で旋回減速機24のギヤケース50に対して締め付けられ且つ固定される。すなわち、スプリング66は旋回減速機24内に圧縮された状態で収容されているので、旋回用電動機21をギヤケース50に固定する際にスプリング66を旋回用電動機21に対して位置決めする必要は無い。また、旋回用電動機21をギヤケース50に固定する際にスプリング66を圧縮する必要も無い。このため、旋回用電動機21と旋回減速機24とを組み付けるときの作業が簡素化され、旋回用電動機21と旋回減速機24とを容易に組み付けることができる。
また、メンテナンス時等に旋回減速機24から旋回用電動機21を取り外した際にも、スプリング66が旋回減速機24から抜け出るようなことが無く、メンテナンス作業も容易となる。
さらに、旋回減速機24から旋回用電動機21のエンドプレート21aに向けて突出する部品は無く、エンドプレート21aの取り付け面は平面であればよいので、エンドプレート21aを特別に加工する必要は無い。このため標準仕様のエンドプレートを用いることができ、旋回用電動機21のコストアップが抑制される。
なお、図3に示す旋回駆動装置40の構成では、旋回減速機24(遊星減速機)の出力軸となる遊星キャリア46が、旋回駆動装置40の出力軸40Aに相当する。しかしながら、旋回駆動装置40は、旋回減速機24の後段に2段目の旋回減速機を設けてもよい。
図5は2段目の旋回減速機24-2が設けられた旋回駆動装置40-1の構成を示すブロック図である。2段目の遊星減速機24-2はメカニカルブレーキ23(ディスクブレーキ)を間に挟んで1段目の旋回減速機24-1に組み付けられる。この構成では、2段目の遊星減速機24-2の出力軸が旋回駆動装置40-1の出力軸40Aとなる。
具体的には、旋回駆動装置40-1は、例えば、図4に部分的に示されるように、遊星キャリア46の軸の先端に太陽歯車80が取り付けられ、太陽歯車80と内歯歯車82との間で遊星歯車84が駆動されるようにする。このようにして、旋回駆動装置40-1は、2段目の旋回減速機(遊星減速機)24-2を構成し、大きな減速比を得るようにしてもよい。
なお、メカニカルブレーキ23(ディスクブレーキ)のON・OFF用の作動油は、パイロットポンプ15から供給されてもよい。
また、本願は、2012年11月5日に出願した日本国特許出願2012-244013号、2012年11月13日に出願した日本国特許出願2012-249749号、2012年11月16日に出願した日本国特許出願2012-252713号、2012年11月21日に出願した日本国特許出願2012-255736号、及び2012年12月3日に出願した日本国特許出願2012-264677号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
1・・・下部走行体 1A、1B・・・油圧モータ 2・・・旋回機構 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・キャビン 11・・・エンジン 12・・・電動発電機 13・・・変速機 14・・・メインポンプ 15・・・パイロットポンプ 16・・・高圧油圧ライン 17・・・コントロールバルブ 18、20・・・インバータ 21・・・旋回用電動機 21b・・・出力軸 21a・・・エンドプレート 22・・・レゾルバ 23・・・メカニカルブレーキ 24、24-1、24-2・・・旋回減速機 25・・・パイロットライン 26・・・操作装置 26A、26B・・・レバー 26C・・・ペダル 27・・・油圧ライン 28・・・油圧ライン 29・・・圧力センサ 30・・・コントローラ 40、40-1・・・旋回駆動装置 42、80・・・太陽歯車 44、84・・・遊星歯車 46・・・遊星キャリア 48、82・・・内歯歯車 50・・・ギヤケース 52・・・ブレーキケース 54・・・エンドケース 56・・・ベアリング 60・・・ブレーキディスク 62・・・ブレーキプレート 64・・・ピストン 66・・・スプリング 68・・・油圧空間 70・・・ブレーキ解除ポート 120・・・蓄電系
Claims (5)
- 旋回用電動機の回転駆動力を、減速機を介して旋回体に伝達する建設機械の旋回駆動装置であって、
前記旋回用電動機を含む電動機ユニットと、
前記減速機及びブレーキ部材を含む減速機ユニットと、
前記減速機の前記ブレーキ部材に対して押圧力を印加する複数のバネ部材と、
一端が前記ブレーキ部材に当接した前記バネ部材の反対端に当接して、前記ブレーキ部材との間で前記バネ部材を押圧する押え部材と
を有し、
前記押え部材は前記減速機ユニットの構成部品に対して固定される建設機械の旋回駆動装置。 - 請求項1記載の建設機械の旋回駆動装置であって、
前記押え部材はその全体が前記減速機ユニット内に収容されて固定される建設機械の旋回駆動装置。 - 請求項1記載の建設機械の旋回駆動装置であって、
前記減速機ユニットは、固定されたギヤケースの内面に形成された内歯歯車と、該内歯歯車に噛合う遊星歯車と、該遊星歯車に噛合う太陽歯車とを含み、
前記押え部材と前記バネ部材とは、前記内歯歯車に形成された凹部内に配置されている建設機械の旋回駆動装置。 - 請求項3記載の建設機械の旋回駆動装置であって、
前記押え部材は、前記遊星歯車が収容された収容部より外側に配置されている建設機械の旋回駆動装置。 - 請求項1記載の建設記載の旋回駆動装置であって、
前記押え部材と前記旋回用電動機との間にシール部材が配置されている建設機械の旋回駆動装置。
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