CN107251409B - 回转装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回转装置。减速机(504)向回转体(4)传递回转马达(502)的旋转。回转马达驱动器(506)驱动回转马达(502)。(i)在使回转马达(502)旋转时回转体(4)旋转的非空转区间(T_A)，控制器(520)根据操作指令值(S1)来控制回转马达驱动器(506)。并且，(ii)在即便使回转马达(502)旋转时回转体(4)也不旋转的空转区间(T_B)，控制器(520)以在到达非空转区间(T_A)之前为止回转马达(502)高速地旋转，且在到达非空转区间(T_B)时转速或转矩下降的方式控制回转马达驱动器(506)。

Description

回转装置

技术领域

本发明涉及一种回转装置。

背景技术

近年来的以功率挖土机或起重机为代表的施工机械具备使上部回转体回转的回转装置。一般，回转装置具备用于驱动回转体的回转马达以及向回转体传递回转马达的输出的动力传递机构，可在回转马达中使用液压马达或电动马达(电动机)，在动力传递机构中使用减速机。

回转体的旋转角度或者旋转速度理想地是通过回转马达的旋转角度、旋转速度与减速机的减速比而唯一确定。因此，作为挖土机中的回转体的角度测量的方式，很少使用直接获取回转体的旋转信息(旋转角、旋转速度、旋转角速度等)的旋转角度传感器，一般，设置获取回转马达的旋转信息的角度传感器，利用回转马达的角度传感器的输出值与减速比，采用由计算求出回转体的角度的间接性的测量方式。

该间接性的回转体角度测量方式具有无需直接测定回转体角度的传感器的优点，另一方面，减速机所具有的角度传递误差或齿隙等成为误差因素，具有回转体的角度测量的精确度恶化的缺点。而且，齿隙使马达的旋转方向反转时，产生回转马达的旋转未传递至回转体的区间(死区)，若进行忽略齿隙的存在的控制，则处于旋转状态的回转马达会与处于停止状态的回转体侧的齿轮碰撞，成为使回转体产生不和谐的振动的原因。

作为回转马达而使用液压马达的挖土机中，由于因液压马达的低响应性、低旋转高转矩而导致的减速比的减小，在实际使用上无法忽略由齿隙而引起的影响。

另一方面，利用于混合式挖土机中的回转装置中，作为回转马达使用交流电动机(电动马达)。该情况下，从因电动马达的响应性的高低而引起的急剧的转速的上升，或伴随用于与高旋转低转矩对应的高减速比减速机的使用的马达轴换算的齿隙量的增大，可看出由这些齿隙而引起的影响作为问题而明显化。

在齿隙的影响中，切换回转马达的旋转方向时产生的振动成为较大的问题。作为用于降低该问题的技术，例如在专利文献1中公开有在齿隙区间内对回转马达的马达转速或转矩设置限制的技术。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第06/033401号小册子

发明内容

发明要解决的技术课题

在专利文献1中记载的技术中，脱出齿隙区间时降低从回转马达向回转体传递的能量，具有减小碰撞的效果。然而，在齿隙区间，由于回转马达的转速变低，因此从回转马达的启动或者切换旋转方向至脱出齿隙区间为止的时间变长，具有回转体的动作性能下降的缺点。这种问题在使用液压马达作为回转马达的情况下也会产生。

本发明是鉴于这种课题而完成的，其一方式的例示性目的之一在于，提供一种能够维持回转体的运动性能，并且抑制振动的回转装置。

用于解决技术课题的机构

本发明的一方式涉及一种回转装置，其搭载于具备行走机构及回转自如地搭载于行走机构的上部回转体的挖土机，且根据操作指令值来使上部回转体回转。回转装置具备：回转马达；减速机，向所述上部回转体传递回转马达的旋转；第1旋转检测机构，获取回转马达的旋转信息；第2旋转检测机构，获取上部回转体的旋转信息；回转马达驱动器，驱动回转马达；及控制器，控制回转马达驱动器。控制器及回转马达驱动器根据回转马达的旋转信息及上部回转体的旋转信息，而控制回转马达。

根据该方式，通过设置第2旋转检测机构，能够直接得到上部回转体的实际的位置、速度、加速度等旋转信息，并能够使其反映在回转马达的控制中。

一方式的回转装置具备：回转马达；减速机，向上部回转体传递回转马达的旋转；回转马达驱动器，驱动回转马达；及控制器，(i)在使回转马达旋转时上部回转体旋转的非空转区间，所述控制器根据操作指令值来控制回转马达驱动器，(ii)在即便使回转马达旋转时上部回转体也不旋转的空转区间，所述控制器以在到达非空转区间之前为止回转马达迅速地旋转，且在到达非空转区间时转速或转矩下降的方式控制回转马达驱动器。

根据该方式，在回转马达未与减速机接触的齿隙区间，能够使回转马达迅速地旋转，并在即将要碰撞之前，使转速或者转矩下降到能够充分地抑制振动的程度，由此能够维持回转体的运动性能，并且抑制振动。

回转装置可以进一步具备获取回转马达的旋转信息的第1旋转检测机构以及获取上部回转体的旋转信息的第2旋转检测机构。控制器可以基于第1旋转检测机构与第2旋转检测机构的输出而判定非空转区间与空转区间，并且获取空转区间内的回转马达的位置。

除了监视回转马达的旋转信息之外，还监视上部回转体的旋转信息，由此能够判别非空转区间与空转区间，并且能够检测回转马达与上部回转体的相对位置。

控制器可以根据表示回转马达的马达坐标系(马达轴换算)的旋转角的第1角度信息与表示上部回转体的马达坐标系的旋转角的第2角度信息的差分，而获取空转区间内的回转马达的位置。

第1角度信息与第2角度信息的差分表示回转马达与上部回转体的相对位置，具体而言，在非空转区间，差分维持最大值或者最小值的恒定值，在空转区间，差分在最小值与最大值之间转变。因此通过监视差分，能够获取空转区间内的回转马达的位置。

控制器可以执行如下步骤：使回转马达跨越空转区间而向第1方向旋转，并接着跨越空转区间而向第2方向旋转的步骤；获取表示回转马达的马达坐标系的旋转角的第1角度信息与表示上部回转体的马达坐标系的旋转角的第2角度信息的差分的步骤；及获取差分的最大值及最小值的步骤。

对差分的最大值、最小值进行实际测量，由此与因齿轮的磨损等引起的经年变化无关而能够进行高精确度的控制。

控制器可以进一步执行如下步骤：将最大值及最小值的差分设为与空转区间对应的齿隙量。

由此，能够对齿隙区间的长度进行实际测量。

控制器可以进一步执行如下步骤：将差分的最大值与最小值的平均值、或者最大值、最小值中的任一个值设为偏移量而进行保持。

由此，能够根据实际测量值而更新第1角度信息与第2角度信息的偏移量。

(i)在非空转区间，控制器可以生成与操作指令值相应的速度指令值，回转马达驱动器以回转马达的转速的检测值与速度指令值一致的方式驱动回转马达。(ii)空转区间包括第1区间及第2区间，控制器在第1区间生成对规定的最大加速转矩进行指示的转矩指令值，且在第2区间生成对规定的最大减速转矩进行指示的转矩指令值。在空转区间，回转马达驱动器可以利用与转矩指令值相应的转矩来驱动回转马达。

本发明的另一方式也涉及一种回转装置。回转装置具备：回转马达；减速机，向上部回转体传递回转马达的旋转；回转马达驱动器，驱动回转马达；第1旋转检测机构，获取回转马达的旋转信息；第2旋转检测机构，获取上部回转体的旋转信息；及控制器，基于由第1旋转检测机构得到的回转马达的马达坐标系的旋转角与由第2旋转检测机构得到的上部回转体的马达坐标系的旋转角的差分，当差分为规定的最大值或最小值时，判定为使回转马达旋转时上部回转体旋转的非空转区间，当差分在最大值与最小值之间时，判定为即便使回转马达旋转时上部回转体也不旋转的空转区间。

根据该方式，设置获取上部回转体的旋转信息的第2旋转检测机构，监视上部回转体的旋转角与回转马达的旋转角的差分，由此能够判定空转区间与非空转区间。

控制器可以根据差分与最大值的距离或者差分与最小值的距离，而检测空转区间的回转马达的旋转角(位置)。

若能够检测到空转区间的回转马达的位置，则能够推断从空转区间过渡到非空转区间为止的位置(即角度)，或者能够预测回转马达的齿轮与减速机的齿轮碰撞的时刻，因此能够进行用于抑制振动的适当的控制。

另外，在方法、装置、***等之间相互置换以上构成要件的任意的组合或本发明的构成要件和表现的方式也作为本发明的方式有效。

发明效果

根据本发明，能够维持回转体的运动性能，并且抑制振动。

附图说明

图1为表示实施方式所涉及的施工机械的一例即挖土机的外观的立体图。

图2为实施方式所涉及的挖土机的电力***和液压***等的框图。

图3为表示实施方式所涉及的电动回转装置的结构的框图。

图4为表示实施方式所涉及的电动回转装置的结构的框图。

图5为实施方式所涉及的电动回转装置的动作波形图。

图6为比较技术所涉及的电动回转装置的动作波形图。

图7为与位置推断有关的控制器的框图。

图8(a)～(g)为表示回转马达的齿、减速机的齿的图。

图9为表示回转马达的角度与回转体的角度的图。

图10为齿隙获取部及偏移获取部的框图。

图11为第1变形例所涉及的控制器的框图。

图12为表示第5变形例所涉及的电动回转装置的结构的框图。

图13为表示第6变形例或者第7变形例所涉及的电动回转装置的结构的框图。

具体实施方式

以下，以优选的实施方式为基础，参考附图对本发明进行说明。各附图中所示的相同或相等的构成要件、部件、处理中标注相同的符号，并适当省略重复的说明。并且，实施方式为例示，而非对发明进行限定，实施方式中所记述的所有的特征或其组合，并不一定是发明的本质内容。

图1为表示实施方式所涉及的施工机械的一例即挖土机1的外观的立体图。挖土机1主要具备：行走机构2及经由回转机构3而转动自如地搭载于行走机构2的上部的上部回转体(以下，简称为回转体)4。

在回转体4上安装有：动臂5、铰链连接于动臂5的前端的斗杆6、以及铰链连接于斗杆6的前端的铲斗10。铲斗10为用于抓取沙土、钢材等吊物的设备。动臂5、斗杆6及铲斗10分别通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9而被液压驱动。并且，在回转体4上设置有用于容纳对铲斗10的位置或励磁动作及释放动作进行操作的操作人员的驾驶室4a和用于产生液压的引擎11这样的动力源。引擎11例如由柴油引擎构成。

图2为实施方式所涉及的挖土机1的电力***和液压***等的框图。另外，图2中，以双重线来表示机械性地传递动力的***，以粗实线来表示液压***，以虚线来表示操纵***，以细实线来表示电力***。

挖土机1具备电动发电机12及减速机13，且引擎11及电动发电机12的旋转轴均连接于减速机13的输入轴而彼此连结。当引擎11的负荷较大时，电动发电机12通过自身的驱动力而辅助(协助)引擎11的驱动力，且电动发电机12的驱动力经过减速机13的输出轴而传递至主泵14。另一方面，当引擎11的负荷较小时，引擎11的驱动力经过减速机13而传递至电动发电机12，由此电动发电机12进行发电。电动发电机12例如由磁铁埋入于转子内部的IPM(Interior Permanent Magnetic)马达构成。电动发电机12的驱动与发电的切换由进行挖土机1中的电力***的驱动控制的控制器30根据引擎11的负荷等而进行。

在减速机13的输出轴上连接有主泵14及先导泵15，且在主泵14中经由高压液压管路16而连接有控制阀17。控制阀17为进行挖土机1中的液压***的控制的装置。在控制阀17上，除了用于驱动图1所示的行走机构2的液压马达2A及2B之外，动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9经由高压液压管路而被连接，控制阀17根据驾驶员的操作输入而控制向这些供给的液压。

在先导泵15上，经由先导管路25而连接有操作装置26(操作机构)。操作装置26为用于对回转用电动机21、行走机构2、动臂5、斗杆6及铲斗10进行操作的操作装置，由操作人员进行操作。在操作装置26上，经由液压管路27连接有控制阀17，并且经由液压管路28而连接有压力传感器29。操作装置26将通过先导管路25而供给的液压(1次侧的液压)转换为与操作人员的操作量相应的液压(2次侧的液压)而输出。从操作装置26输出的2次侧的液压通过液压管路27而供给到控制阀17，并且通过压力传感器29而被检测。

若向操作装置26输入有用于使回转机构3回转的操作，则压力传感器29将该操作量作为液压管路28内的液压的变化而进行检测。压力传感器29输出表示液压管路28内的液压的电信号。该电信号输入于控制器30，且用于回转用电动机21的驱动控制。

控制器30由包括CPU(Central Processing Unit)及内部存储器的运算处理装置而构成，且通过使CPU执行储存于内部存储器的驱动控制用的程序来实现。控制器30接收来自各种传感器及操作装置26等的操作输入，而进行逆变器18A、18C及蓄电机构20等的驱动控制。

液压马达40构成为，通过在动臂5下降时从动臂缸7吐出的油而旋转，且为了将动臂5因重力而下降时的能量转换为旋转力而设置。液压马达40设置于控制阀17与动臂缸7之间的液压管7A中。

回转用电动机21设置于图1的回转机构3中，且使上部回转体4转动。回转用电动机21为交流电动机，且为使回转体4回转的回转机构3的动力源。在回转用电动机21的旋转轴21A上连接有分解器22、机械制动器23及回转减速机24。回转用逆变器18C接收来自蓄电机构20的电力，并驱动回转用电动机21。并且，当回转用电动机21进行再生运行时，向蓄电机构20回收来自回转用电动机21的电力。

当回转用电动机21进行动力运行时，回转用电动机21的旋转驱动力的旋转力在回转减速机24中被放大，且回转体4被加减速控制而进行旋转运动。并且，由于回转体4的惯性旋转，在回转减速机24中转速被增加而向回转用电动机21传递，从而产生再生电力。

分解器22为检测回转用电动机21的旋转轴21A的旋转位置及旋转角度的传感器，通过与回转用电动机21进行机械性地连结而检测旋转轴21A的旋转角度及旋转方向。分解器22通过检测旋转轴21A的旋转角度而导出回转机构3的旋转角度及旋转方向。机械制动器23为产生机械性的制动力的制动装置，通过来自控制器30的指令而使回转用电动机21的旋转轴21A机械性地停止。回转减速机24为对回转用电动机21的旋转轴21A的旋转速度进行减速并机械性地传递至回转机构3的减速机。

接着，对电力***进行详细说明。作为电力***，主要具备控制器30、蓄电机构20、逆变器18A～18C。

(辅助)

在辅助用的逆变器18A的2次侧(输出)端上连接有电动发电机12。逆变器18A基于控制器30的一部分即辅助用逆变器控制器30A的指令，而进行电动发电机12的运行控制。

(回转)

回转用电动机21、分解器22、机械制动器23、回转减速机24、回转用逆变器18C及控制器30的一部分即回转用的逆变器控制器30C构成电动回转装置500。

回转用电动机21通过PWM(Pulse Width Modulation)控制指令而被回转用逆变器18C交流驱动。作为回转用电动机21，例如优选磁铁埋入型的IP M马达。

回转用逆变器控制器30C接收与操作输入相应的旋转速度指令，并以通过分解器22来检测出的回转用电动机21的回转速度与旋转速度指令一致的方式，而控制回转用逆变器18C。

(电源)

蓄电机构20例如具备：蓄电池即电池、控制电池的充放电的升降压转换器(双向DC/DC转换器)、以及由正极及负极的直流配线构成的DC母线(未图示)。作为蓄电器，可以使用锂离子电池等能够充电的2次电池、电容器、除此以外能够授受电力的其他形态的电源。在DC母线上连接有逆变器18A、18C各自的1次侧(直流输入)。控制器30的一部分即转换器控制器在电动发电机12等进行动力运行时，使双向DC/DC转换器进行升压动作，在电动发电机12等进行再生运行时，使双向DC/DC转换器进行降压动作，向蓄电器回收电动发电机12产生的电力。由此，DC母线的电压(DC链路电压)保持为恒定值。

以上为挖土机1的整体结构。接着，对实施方式所涉及的电动回转装置500进行详细说明。

图3为表示实施方式所涉及的电动回转装置500的结构的框图。电动回转装置500主要具备回转马达502、减速机504、回转马达驱动器506、控制器520。

回转马达502与图2的回转用电动机21对应。减速机504与图2的回转减速机24对应，并向上部回转体4传递回转马达502的旋转。减速机504具有非零的齿隙。

控制器520相当于图2的控制器30的一部分即逆变器控制器30C等。

图2的操作装置26具有回转用的操纵杆，且操纵杆的操作量(操作角)成为上部回转体4的控制指令。例如，操纵杆的操作量为对回转体4的旋转速度进行指示的操作指令值S1。控制器520接收操作指令值S1，并根据操作指令值S1，而生成用于对回转马达502进行旋转控制的控制指令值S2。在信息化施工中，也可以由计算机生成操作指令值S1。

回转马达驱动器506相当于图2的逆变器控制器30C和回转用逆变器18C。回转马达驱动器506根据控制指令值S2来对回转马达502进行反馈控制。例如控制指令值S2可为回转马达502的速度指令值ω_REF。第1旋转检测机构508获取回转马达502的旋转信息(第1旋转信息)S3。第1旋转检测机构508为旋转编码器，且与图2的分解器22对应。或者，第1旋转检测机构508可以为霍尔传感器。或者回转马达502可以无传感器驱动，此时，第1旋转检测机构508可以根据无传感器驱动中所使用的反电动势检测用的比较器的输出，而检测旋转信息。

第1旋转信息S3包括表示回转马达502的旋转速度的速度检测值ω_RES。回转马达驱动器506以速度检测值ω_RES与速度指令值ω_REF一致的方式，对回转马达502的电流、即转矩τ进行反馈控制。

将使回转马达502旋转时回转体4旋转的区间定义为“非空转区间T_A”，将即便使回转马达502旋转时回转体4也未旋转的区间定义为“空转区间T_B”。(i)在非空转区间T_A，控制器520根据操作指令值S1来控制回转马达驱动器506。具体而言，输出与操作指令值S1相应的速度指令值S2。

并且，(ii)在空转区间T_B，所述控制器520以到达非空转区间T_A之前为止所述回转马达502高速地旋转，且在到达非空转区间T_A时转速或转矩下降的方式控制回转马达驱动器506。

在本实施方式中，控制器520若判断为空转区间T_B，则会使回转马达502在空转区间T_B内迅速地旋转。(ii)空转区间T_B包括第1区间T_B1和与其相接的第2区间T_B2。控制器520在第1区间T_B1生成对规定的最大加速转矩τ_ACC进行指示的转矩指令值S4，在第2区间T_B2生成对规定的最大减速转矩τ_BRK进行指示的转矩指令值S4。回转马达驱动器506在空转区间T_B，利用与转矩指令值S4相应的转矩τ驱动回转马达502。

图4为表示回转马达驱动器506的结构例的框图。回转马达驱动器506包括减法器540、PI(比例/积分)控制器542、逆变器548。减法器540生成控制指令值S2即速度指令值ω_REF与来自第1旋转检测机构508的速度检测值ω_RES的误差Δω。PI控制器542接收误差Δω而进行PI运算，由此生成转矩指令值τ_REF。可以使用P控制或者PID控制来代替PI控制。

逆变器548向回转马达502供给与转矩指令值τ_REF相应的驱动电流，并对回转马达502进行旋转控制。

回转马达驱动器506还具备选择器544。并且，在回转马达驱动器506中，由控制器520输入表示是非空转区间T_A还是空转区间T_B的区间控制信号S5。当区间控制信号S5表示非空转区间T_A时，选择器544选择PI控制器542的输出，当区间控制信号S5表示空转区间T_B时，选择器544选择转矩指令值S4。并且，PI控制器542的比例增益、积分增益在区间控制信号S5表示空转区间T_B的期间设定为零。

以上为回转马达驱动器506的结构。另外，减法器540、PI控制器542、选择器544可以为通过微型计算机或处理器等硬件与软件程序的组合来实现的功能，无需作为单个硬件而设置。

接着，对电动回转装置500的动作进行说明。图5为实施方式所涉及的电动回转装置500的空转区间的动作波形图。图6为比较技术所涉及的电动回转装置的空转区间的动作波形图。实施方式所涉及的电动回转装置500的优点通过与比较技术所涉及的电动回转装置的对比变得明确。

因此，首先参考图6，对比较技术所涉及的电动回转装置的动作进行说明。图6示出有控制。在时刻t0之前，回转马达及回转体停止。比较技术所涉及的电动回转装置中，在从回转马达开始旋转的时刻t0至t2的空转区间的期间，按照速度指令来输出马达转矩。该速度指令为了降低由碰撞而引起的冲击，慢慢地从0rpm上升至150rpm左右。其结果，回转马达慢慢地旋转，直到空转区间结束为止需要0.07s左右的时间。

接着，参考图5，对实施方式所涉及的电动回转装置500的动作进行说明。电动回转装置500中，在回转马达开始旋转的时刻t0之后，在短时间(图5中，为0.01秒左右)内回转马达的转速迅速地上升至其峰值450rmp附近。具体而言，在空转区间T_B的第1区间T_B1，赋予最大加速转矩τ_ACC，且回转马达的转速在短时间急剧上升。而且，若在时刻t1进入第2区间T_B2，则赋予最大减速转矩τ_BRK，且回转马达的转速下降到能够充分地抑制振动的范围(在此为20rpm)。在时刻t2，空转区间结束，但是此时的马达转矩实质上为零，回转马达只是惯性地进行旋转(空转)，并且该转速非常低。因此，与比较技术相比，在碰撞时刻t2产生的振动得到显著抑制。

并且，空转区间的结束时刻t2为0.03秒左右，比图6的结束时刻t2＝0.07秒短，即，即便与比较技术相比，响应性也不会牺牲，反而得到改善。这是因为在启动时刻t0之后迅速地提高转速。

以上为电动回转装置500的动作。如此，根据电动回转装置500，能够维持回转体的运动性能，并且抑制振动。而且，通过能够抑制振动，能够减轻赋予操作人员的负荷而提高工作效率，或者能够减轻扩散到作业场所周围的噪音等。

接着，对控制器520中的非空转区间T_A与空转区间T_B的判定、以及空转区间T_B内的回转马达502的位置的推断进行说明。

如图3所示，电动回转装置500除了具备获取回转马达502的旋转信息S3的第1旋转检测机构508之外，还具备获取回转体4的旋转信息(第2旋转信息)S5的第2旋转检测机构510。

控制器520基于第1旋转检测机构508与第2旋转检测机构510的输出θ₁、θ₂，而判定非空转区间T_A与空转区间T_B，并且获取空转区间T_B内的回转马达502的位置。输出θ₁表示回转马达502的位置(旋转角)，θ₂表示回转体4的位置(旋转角)。

当回转马达502与减速机504进行齿接触时，回转体4的角度θ₂从属于回转马达502的位置θ₁。回转的加速时、减速时、停止时，进行齿接触。另一方面，没有进行齿接触时，回转体4的角度θ₂未从属于回转马达502的角度θ₁。图3的电动回转装置500通过设置第2旋转检测机构510，而检测没有齿接触时的回转体4的角度θ₂，并基于与回转马达502的角度θ₁的相对关系，通过运算来推断他们的位置关系。

图7为与位置推断有关的控制器520的框图。控制器520包括非空转区间指令值生成部532、空转区间指令值生成部534、位置推断部536。

非空转区间指令值生成部532在非空转区间生成旋转指令值ω_REF即控制指令值S2。空转区间指令值生成部534在空转区间生成急加速、急制动用的转矩指令值S4(τ_REF)。位置推断部536接收回转马达502的角度θ₁与回转体4的角度θ₂，并判定是非空转区间T_A与空转区间T_B中的哪一个，并且在空转区间T_B，推断齿隙内的回转马达502的位置。具体而言，位置推断部536基于表示回转马达502的马达坐标系的旋转角的第1角度信息θ_m1与表示回转体4的马达坐标系的旋转角的第2角度信息θ_m2的差分即他们的相对位置，而获取空转区间T_B内的回转马达502的位置。

位置推断部536包括换算器522、减法器524、位置运算部526、齿隙获取部528、偏移获取部530。

换算器522接收回转马达502的角度θ₁、回转体4的角度θ₂，并将这些转换为共同的马达坐标系的第1角度信息θ_m1、第2角度信息θ_m2。转换时使用减速机504的减速比。减法器524运算第1角度信息θ_m1与第2角度信息θ_m2的差分Δθ_m。差分Δθ_m表示回转马达502与回转体4的相对位置。

位置运算部526根据差分Δθ_m，判定是非空转区间T_A还是空转区间T_B，并且在空转区间T_B运算齿隙内的回转马达502的位置。

图8(a)～(g)为表示减速机504的回转马达轴侧的齿T1与回转轴侧的齿T2的图。马达轴侧的齿T1的位置为回转马达502的旋转角θ_m1，回转轴侧的齿T2的位置只是回转体4的旋转角θ_m2。在此，为了容易理解，将齿轮表示为直线。在此，θ_m1与θ_m2的原点一致。并且，各齿轮的左侧的边缘E1，E2赋予坐标。

图8(a)中，在空转区间T_B，马达轴侧的齿T1在齿隙内向右方向移动。此时，回转轴侧的齿T2静止。在此期间，θ_m1与θ_m2的差分Δθ_m向第1方向变化。图8(b)为空转区间T_B与非空转区间T_A的边界，表示马达轴侧的齿T1与回转轴侧的齿T2接触之时。如图8(c)所示，若马达轴侧的齿T1进一步向右方向移动，则回转轴的角度θ_m2会从属于回转马达502的角度θ_m1而变化。即，他们的差分Δθ_m＝θ_m1-θ_m2取规定的恒定值θ_MAX。

图8(d)中，在空转区间T_B，马达轴侧的齿T1在齿隙内向左方向移动。此时，回转轴侧的齿T2静止。在此期间，θ_m1与θ_m2的差分Δθ_m向第2方向变化。

图8(e)为空转区间T_B与非空转区间T_A的边界，表示马达轴侧的齿T1与回转轴侧的齿T2接触之时。如图8(f)所示，若马达轴侧的齿T1进一步向左方向移动，则回转体4的角度θ_m2会从属于回转马达轴的角度θ_m1而变化。即，他们的差分θ_m1-θ_m2取规定的恒定值θ_MIN。如图8(g)所示，若使回转马达502向右方向旋转，则回转马达502会在齿隙内空转，且差分Δθ_m向第1方向变化。

图9为表示回转马达502的角度θ_m1与回转体4的角度θ_m2的图。图9的(a)～(g)与图8(a)～(g)各自的状态对应。

当差分Δθ_m取最大值θ_MAX时，或者取最小值θ_MIN时，位置运算部526判定为非空转区间T_A，当差分Δθ_m在最小值θ_MIN与最大值θ_MAX之间时，能够判定为空转区间T_B。

并且，Δθ_m与最小值θ_MIN的距离、或者Δθ_m与最大值θ_MAX的距离表示齿隙内的回转马达502的位置(角度)。因此，当回转马达502向第1方向旋转时，也可以将Δθ_m与最大值θ_MAX的距离大于规定值W时设为第1区间T_B1，将Δθ_m与最大值θ_MAX的距离小于规定值W时设为第2区间T_B2。相反地，当回转马达502向第2方向旋转时，也可以将Δθ_m与最小值θ_MIN的距离大于规定值W时设为第1区间T_B1，将Δθ_m与最小值θ_MIN的距离小于规定值W时设为第2区间T_B2。

如此一来，若已知差分Δθ_m的最小值θ_MIN及最大值θ_MAX，则能够根据差分Δθ_m而判定非空转区间T_A、空转区间T_B，并且能够计算齿隙内的回转马达502的位置。

最小值θ_MIN及最大值θ_MAX可以使用设计值，但是也可以如以下说明那样，在实际设备中进行实际测量。尤其，无法忽略由齿轮的磨损引起的齿隙量随时间变化的情况下，以下的技术尤其有效。

控制器520执行包括以下步骤的校正。

步骤1)使回转马达502向第1方向旋转，接着向第2方向旋转。

步骤2)在步骤1的过程中，获取表示回转马达502的马达坐标系的旋转角的第1角度信息θ_m1与表示回转体4的马达坐标系的旋转角的第2角度信息θ_m1的差分Δθ_m。

步骤3)获取差分Δθ_m的最大值θ_MAX及最小值θ_MIN。

根据以上的处理，位置运算部526所需的参数得到校正。控制器520也可以重复多次步骤1～3，利用平均等统计性处理而获取最大值θ_MAX及最小值θ_{MI N}。只要在恰当的时期进行校正即可。

控制器520可以进一步执行以下的处理。

步骤4)将最大值θ_MAX与最小值θ_MIN的差分设为与空转区间T_B对应的齿隙量。步骤4通过齿隙获取部528而执行，且齿隙量S7得到保持。由于齿轮的磨损，齿隙量随时间增大。若进行该处理，则可基于测定出的正确的齿隙量进行空转区间的旋转控制，因此能够抑制随时间的性能下降。并且，齿隙量变大到超过某一阈值的情况下，还能够诊断为磨损或者故障。

步骤5)将最大值θ_MAX与最小值θ_MIN的平均值设为偏移量而获取。步骤5通过偏移获取部530而执行，且偏移量S8得到保持。

为了对最小值θ_MIN及最大值θ_MAX进行实际测量，控制器520具备齿隙获取部528、偏移获取部530。图10为齿隙获取部528及偏移获取部530的框图。在步骤3中，峰值获取部550获取差分Δθ_m的最大值θ_MAX。在步骤3中，底值获取部552获取差分Δθ_m的最小值θ_MIN。

减法器554运算齿隙量S7。加法运算器556对最大值θ_MAX与最小值θ_MIN进行加法运算，乘算器558在加法运算结果上乘以1/2而计算偏移量S8。

在如此得到的齿隙量S7及偏移量S8与最大值θ_MAX及最小值θ_MIN中，成立以下关系式。

θ_MAX＝S8+S7/2

θ_MIN＝S8-S7/2

位置运算部526能够基于齿隙量S7及偏移量S8而计算出最大值θ_MAX与最小值θ_MIN。

另外，偏移量S8可以由最大值θ_MAX来定义。该情况下，成立以下的关系式。

θ_MAX＝S8

θ_MIN＝S8-S7

或者，偏移量S8可以由最小值θ_MIN来定义。该情况下，成立以下的关系式。

θ_MAX＝S8+S7

θ_MIN＝S8

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，能够进行各种变形例，并且这种变形例也落在本发明的范围，这对于本领域技术人员来讲是可理解的。以下，对这种变形例进行说明。

(第1变形例)

实施方式中，在空转区间T_B，为了使回转马达502迅速地加速，并在与齿轮碰撞之前减速，而进行了转矩控制，但本发明并不限定于此。图11为第1变形例所涉及的控制器520a的框图。

在空转区间T_B，空转区间指令值生成部534生成对如图5那样所示的马达速度变化进行指示的速度指令值S9。当区间控制信号S5表示非空转区间T_A时，选择器535选择控制指令值S2，当区间控制信号S5表示空转区间T_B时，选择器535选择速度指令值S9。回转马达驱动器506基于由控制器520所输出的速度指令值ω_REF而控制回转马达502。

(第2变形例)

或者，作为另一变形例，在空转区间T_B，可以使用位置控制，使回转马达502迅速地加速，并在与齿轮碰撞之前减速。

(第3变形例)

非空转区间T_A与空转区间T_B的判定方法并不限定于实施方式中说明的方法。例如可以由回转马达的驱动电流与回转马达的加速度的关系，推断负荷惯性力矩量，并将使所推断的负荷惯性力矩量不包括相当于旋转体的区间推断为空转区间。

(第4变形例)

实施方式中，对位置推断部536预先保持齿隙量S7与偏移量S8的情况进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，位置推断部536可以预先保持差分Δθ_m的最小值θ_MIN与最大值θ_MAX，并通过运算来获取齿隙量S7与偏移量S8。在齿隙量S7、偏移量S8、最小值θ_MIN、最大值θ_MAX中，位置推断部536可以预先保持至少2个，并通过运算来获取其余的值。

(第5变形例)

图12为表示第5变形例所涉及的电动回转装置500a的结构的框图。电动回转装置500a的基本结构与图3的基本结构相同。

在控制器520中，输入有对回转体4的位置进行指示的操作指令值S1。并且，在控制器520中，输入有表示第2旋转检测机构510所生成的回转体4的实际的位置的角度信息θ₂。角度信息θ₂相当于位置反馈值θ_FB。操作指令值S1可以与由操作员进行的回转操纵杆的操作量相应。或者操作指令值S1可以在信息化施工中由计算机生成。

控制器520包括所谓的位置控制器，且以角度信息θ₂所表示的位置反馈值θ_FB与操作指令S1所表示的位置指令值θ_REF一致的方式，生成相对于回转马达驱动器506的控制指令值S2。控制指令值S2可以为速度指令值ω_REF。

回转马达驱动器506根据来自控制器520的速度指令值ω_REF而对回转马达502进行反馈控制。第1旋转检测机构508获取回转马达502的旋转信息(第1旋转信息)S3。第1旋转信息S3包括表示回转马达502的旋转速度的速度检测值ω_RES。回转马达驱动器506可以包括以速度检测值ω_RES与速度指令值ω_{RE F}一致的方式，对回转马达502的电流即转矩τ进行反馈控制的速度控制器。

根据第5变形例，未检测空转区间或非空转区间，而利用来自第2旋转检测机构510的第2旋转信息，由此能够将回转体4的位置θ设为直接的控制对象，并能够正确地控制其位置。

(第6变形例)

图13为表示第6变形例所涉及的电动回转装置500b的结构的框图。电动回转装置500b的基本结构与图3的基本结构相同。控制器520包括位置控制器，且以操作指令值S1所表示的位置指令与第1旋转检测机构508所检测的位置反馈信号θ₁一致的方式，生成控制指令值S2(速度指令值ω_REF)。

在控制器520中，输入有第2旋转检测机构510所生成的回转体4的旋转信息S6。旋转信息S6包括回转体4的位置θ₂、速度ω₂、加速度α₂中的至少一个。控制器520使回转体4的旋转信息S6在S1、S2、θ₁中的至少一个中进行反映。例如，控制器520利用旋转信息S6而对S1、S2、θ₁中的至少一个进行校正。

例如，通过旋转信息S6而检测到回转马达502的旋转延迟的情况下，可以以转速提高的方式，使位置控制器的输出值或者输入值变化。校正可以在S1、S2、θ₁中的至少一个上乘以系数，也可以通过参考数据表来进行。

(第7变形例)

继续参考图13，对第7变形例进行说明。第7变形例中，除了控制器520之外，或者代替于此，相对于回转马达驱动器506而输入有第2旋转检测机构510所生成的旋转信息S6。回转马达驱动器506根据回转体4的旋转信息S6，而对S2、ω_RES、其输出即转矩指令(电流指令)进行修正或者校正。例如，通过旋转信息S6，而检测到回转马达502的转矩不足(过度)的情况下，可以以转矩增加的(下降的)方式，使位置控制器的输出值或者输入值变化。

符号说明

1-挖土机，2-行走机构，2A-液压马达，3-回转机构，4-回转体，4a-驾驶室，5-动臂，6-斗杆，7-动臂缸，7A-液压管，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-铲斗，11-引擎，12-电动发电机，13-减速机，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18，18A，18B-逆变器，18C-回转用逆变器，20-蓄电机构，21-回转用电动机，21A-旋转轴，22-分解器，23-机械制动器，24-回转减速机，25-先导管路，26-操作装置，27，28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，30A，30C-逆变器控制器，40-液压马达，42-动臂再生用发电机，500-电动回转装置，502-回转马达，504-减速机，506-回转马达驱动器，508-第1旋转检测机构，510-第2旋转检测机构，520-控制器，522-换算器，524-减法器，526-位置运算部，528-齿隙获取部，530-偏移获取部，532-非空转区间指令值生成部、534-空转区间指令值生成部、536-位置推断部，540-减法器，542-PI控制器，544-选择器，548-逆变器，550-，S1-操作指令值，S2-控制指令值，S3-第1旋转信息，S4-转矩指令值，S5-区间控制信号，S7-齿隙量，S8-偏移量。

产业上的可利用性

本发明能够应用于施工机械等中。

Claims (3)

1.一种回转装置，其搭载于具备行走机构及回转自如地搭载于所述行走机构的上部回转体的施工机械，且根据操作指令值来使所述上部回转体回转，其特征在于，所述回转装置具备：

回转马达；

减速机，向所述上部回转体传递所述回转马达的旋转；

第1旋转检测机构，获取所述回转马达的旋转信息；

第2旋转检测机构，获取所述上部回转体的旋转信息；

回转马达驱动器，驱动所述回转马达；及

控制器，控制所述回转马达驱动器，

所述控制器及所述回转马达驱动器根据所述回转马达的旋转信息及所述上部回转体的旋转信息，控制所述回转马达，

(i)在使所述回转马达旋转时所述上部回转体旋转的非空转区间，所述控制器根据所述操作指令值来控制所述回转马达驱动器，(ii)在即便使所述回转马达旋转所述上部回转体也不旋转的空转区间，所述控制器以在到达所述非空转区间之前为止所述回转马达高速地旋转，且在到达所述非空转区间时转速或转矩下降的方式控制所述回转马达驱动器。

2.根据权利要求1所述的回转装置，其特征在于，

所述控制器基于所述第1旋转检测机构和所述第2旋转检测机构的输出，判定所述非空转区间和所述空转区间，并且获取所述空转区间内的所述回转马达的位置。

3.一种回转装置，其搭载于具备行走机构及回转自如地搭载于所述行走机构的上部回转体的施工机械，且根据操作指令值来使所述上部回转体回转，其特征在于，所述回转装置具备：

回转马达；

减速机，向所述上部回转体传递所述回转马达的旋转；

第1旋转检测机构，获取所述回转马达的旋转信息；

第2旋转检测机构，获取所述上部回转体的旋转信息；

回转马达驱动器，驱动所述回转马达；及

控制器，控制所述回转马达驱动器，

所述控制器及所述回转马达驱动器根据所述回转马达的旋转信息及所述上部回转体的旋转信息，控制所述回转马达，

(i)在使所述回转马达旋转时所述上部回转体旋转的非空转区间，所述控制器生成与所述操作指令值相应的速度指令值，所述回转马达驱动器以所述回转马达的转速的检测值与所述速度指令值一致的方式驱动所述回转马达，

(ii)即便使所述回转马达旋转所述上部回转体也不旋转的空转区间包括第1区间及第2区间，所述控制器在所述第1区间生成指示规定的最大加速转矩的转矩指令值，且在所述第2区间生成指示规定的最大减速转矩的所述转矩指令值，所述回转马达驱动器利用与所述转矩指令值相应的转矩来驱动所述回转马达。

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