JPWO2006033401A1 - ギア駆動制御装置、ギア駆動制御方法、旋回制御装置、および建設機械 - Google Patents

Abstract

電動旋回ショベルの旋回制御装置５０において、バックラッシュ判定手段６１およびトルクリミット設定手段６３を備えるギア駆動制御装置６０を設けた。これにより、バックラッシュ解消時には、電動モータの出力トルクがトルクリミットによって制限されるので、過剰なトルクが出力されるのを防止できる。そして、その後は、ギア駆動制御装置６０の出力制御手段６４により、出力トルクが徐々に変化するようにした。このため、違和感なく旋回体の加減速が行われるようになり、従って、バックラッシュ解消時のショックを抑制でき、バックラッシュを感じさせることないスムーズな旋回動作を実現できる。

Description

本発明は、バックラッシュを有して噛み合うギアの駆動を制御するためのギア駆動制御装置、ギア駆動制御方法、そのようなギア駆動制御装置を備えた旋回制御装置、および建設機械に関する。

従来、上部の旋回体を備えたショベル等の建設機械では、当該旋回体がフレームに対してスイングサークルを介して旋回するように構成されている。
また、近年では、旋回体を油圧モータではなく、電動モータで駆動し、他の作業機や走行体を油圧アクチュエータで駆動するハイブリットタイプの電動旋回ショベルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このような電動旋回ショベルでは、旋回体の旋回動作が電動モータで行われるため、油圧駆動されるブームやアームの上昇動作と同時に旋回体を旋回させても、旋回体の動作がブームやアームの上昇動作に影響されることがない。このため、旋回体をも油圧駆動する場合に比し、制御バルブ等でのロスを少なくでき、エネルギ効率が良好である。

特開２００１−１１８９７号公報

ところで、スイングサークルを介して旋回体を旋回駆動させる場合、スイングサークルに設けられた従動側のギアと噛合する駆動側のギアを、油圧モータや電動モータで駆動している。従動側のギアとモータ側の駆動ギアとの間にはバックラッシュが存在するために、例えば旋回開始時点では、駆動ギア側が先に回転し始めてギア同士が接触した段階でバックラッシュが解消し、定速旋回状態から減速を開始した時点では、駆動ギアを備えた旋回体が自身の慣性によって旋回し続けようとするため、ギア同士が旋回開始時とは逆側に接触した段階でバックラッシュが解消する。

そして、バックラッシュが解消することにより、旋回体の旋回状態が不連続に変化すると、モータ側の制御が乱れ、建設機械としての乗り心地が阻害されるという問題が生じる。つまり、従来のモータ制御によれば、バックラッシュが解消した瞬間には、過大な出力トルクが出るようになっているため、旋回体の動き初めや減速し始めが急な動作となり、オペレータの体感するショックが大きいのである。特に、電動旋回ショベルのように、電動モータで駆動する場合では、旋回操作に対する応答性が油圧モータに比して良好である分、より大きなショックとして感じられるようになり、その改善が望まれている。

本発明の目的は、バックラッシュが存在するギアを駆動する場合において、バックラッシュを感じさせることないスムーズな駆動を実現できるギア駆動制御装置、ギア駆動制御方法、そのようなギア駆動制御装置を備えた旋回制御装置、および建設機械を提供することにある。

本発明のギア駆動制御装置は、バックラッシュを有して噛み合うギアの駆動側のギア駆動を制御するギア駆動制御装置であって、前記駆動側のギアまたは従動側のギアがバックラッシュ内を回転しているか否かを判定するバックラッシュ判定手段と、前記駆動源の出力トルクを変化させるための指令値を記憶する指令値記憶手段と、バックラッシュ内を回転していると判定された場合に、バックラッシュ解消時の駆動源の出力トルクを制限するようにトルクリミットを設定するトルクリミット設定手段と、バックラッシュが解消した後に、前記指令値を徐々に変化させて前記駆動源の出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させるように制御する出力制御手段とを備えていることを特徴とする。
なお、ここでの出力トルクとは、加速時の駆動トルクおよび減速時の制動トルクを含んだものをいう。

このような本発明によれば、バックラッシュ解消時（バックラッシュが詰まった瞬間）には、駆動源の出力トルクがトルクリミットによって制限されるので、過剰なトルクが出力されることはない。そして、その後は、出力トルクが徐々に変化するので、違和感なく旋回体の加減速が行える。従って、バックラッシュ解消時のショックが抑制され、バックラッシュを感じさせることないスムーズな旋回動作が実現される。

本発明のギア駆動制御装置において、前記指令値はトルクリミットであり、前記出力制御手段は、トルクリミットを順次変更することで、前記出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させることが望ましい。

このような本発明によれば、順次変更されるトルクリミットを限度として出力トルクが変化するので、このトルクリミットに沿って出力トルクを無理なく確実に変化させることが可能である。

本発明のギア駆動制御装置において、前記指令値は旋回操作に応じて出力される速度指令値であり、前記出力制御手段は、速度指令値をバックラッシュ解消直後に実速度に近い値に変更することで、前記出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させることが望ましい。

このような本発明によれば、速度指令値をバックラッシュ解消直後に実速度に近い値に変更するので、速度指令値がその値からから順次変更されるようになり、この速度指令値に基づいて出力トルクも徐々に変化するようになる。また、この際には、トルクリミットを徐々に変化させ、これに沿って出力トルクをも変化させる前述した本発明とは異なって、変化中のトルクリミットへの外部ノイズの影響を心配する必要がないため、外部ノイズに強い制御が行え、信頼性が向上する。

本発明の旋回制御装置は、バックラッシュを有して噛み合うギアにより旋回する旋回体を制御する旋回制御装置において、駆動側のギアの駆動を制御する前述した本発明のギア駆動制御装置を備えていることを特徴とする。
このような本発明によれば、前述した本発明のギア駆動制御装置を備えているので、同様の効果を有する旋回制御装置が得られる。

本発明のギア駆動制御方法は、バックラッシュを有して噛み合うギアの駆動側のギア駆動を制御するギア駆動制御方法であって、前記駆動側のギアまたは従動側のギアがバックラッシュ内を回転しているか否かを判定し、バックラッシュ内を回転していると判定された場合には、バックラッシュ解消時の駆動源の出力トルクを制限するようにトルクリミットを設定し、バックラッシュが解消した後に、前記駆動源の出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させることを特徴とする。
このような本発明によれば、前述した本発明のギア駆動制御装置と同様の効果が得られる。

本発明の建設機械は、バックラッシュを有して噛み合うギアにより旋回する旋回体と、この旋回体を制御する前述した本発明の旋回制御装置とを備えていることを特徴とする。
このような本発明によれば、前述した本発明の旋回制御装置を備えているので、同様の効果を有する建設機械が得られる。

本発明の第１実施形態に係る建設機械を示す平面図。 前記第１実施形態に係る旋回制御装置およびギア駆動制御装置を説明するための図。 バックラッシュを説明するための図 トルクリミットの生成フローを示すフローチャート。 バックラッシュ判定方法を示すフローチャート。 前記第１実施形態の旋回制御方法を具体的に説明するための図。 前記第１実施形態の旋回制御方法を具体的に説明するための図。 図６Ａにおける旋回開始時の部分を拡大して示す図。 図６Ｂにおける旋回開始時の部分を拡大して示す図。 図６Ａにおける減速開始時の部分を拡大して示す図。 図６Ｂにおける減速開始時の部分を拡大して示す図。 本発明の第２実施形態に係る旋回制御装置およびギア駆動制御装置を説明するための図。 トルクリミットおよび速度指令値の設定フローを示すフローチャート。 前記第２実施形態の旋回制御方法を具体的に説明するための図。 前記第２実施形態の旋回制御方法を具体的に説明するための図。 図１１Ａにおける旋回開始時の部分を拡大して示す図。 図１１Ｂにおける旋回開始時の部分を拡大して示す図。 図１１Ａにおける減速開始時の部分を拡大して示す図。 図１１Ｂにおける減速開始時の部分を拡大して示す図。

符号の説明

１…電動旋回ショベル（建設機械）、３Ａ…従動側のギア、４…旋回体、５…電動モータ（駆動源）、５Ａ…駆動側のギア、５０…旋回制御装置、６０…ギア駆動制御装置、６１…バックラッシュ判定手段、６２…指令値記憶手段、６３…トルクリミット設定手段、６４…出力制御手段。

〔第１実施形態〕
〔１−１〕全体構成
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る電動旋回ショベル（建設機械）１を示す平面図、図２は、電動旋回ショベル１に搭載された旋回制御装置５０およびギア駆動制御装置６０を説明するための図である。

図１において、電動旋回ショベル１は、下部走行体２を構成するトラックフレーム上にスイングサークル３を介して設置された旋回体４を備え、旋回体４はスイングサークル３に設けられた従動側のギア３Ａと噛合する駆動側のギア５Ａを電動モータ（駆動源）５で駆動することにより旋回駆動される。電動モータ５の電力源は、図示を省略するが、旋回体４に搭載の発電機であり、この発電機が図示しないエンジンによって駆動される。

旋回体４には、それぞれ図示しない油圧シリンダによって動作されるブーム６、アーム７、およびバケット８が設けられており、これらによって作業機９が構成されている。各油圧シリンダの油圧源は、前記エンジンで駆動される油圧ポンプ（図示せず）である。従って、電動旋回ショベル１は、油圧駆動の作業機９と電気駆動の旋回体４とを備えたハイブリット建設機械である。

この電動旋回ショベル１によれば、図２に示すように、旋回レバー１０（通常はアーム７操作用の作業機レバーを兼用）からは、傾倒角度に応じたレバー信号が旋回制御装置５０に出力される。そして、旋回制御装置５０は、レバー信号に基づき電動モータ５の駆動を制御することで、旋回体４の旋回動作を制御する。

具体的に、このレバー信号は先ず、旋回制御装置５０の速度指令値生成手段５１に入力され、ここで速度指令値ωtarに変換される。速度指令値ωtarとフィードバックされた電動モータ５の実速度ωactとの偏差は、速度ゲインＫとの掛算によりトルク指令値Ｔtarに変換される。従って、旋回レバー１０を大きく傾けても、実速度が上がらない場合には、トルク指令値Ｔtarを大きくして速度指令値ωtarに近づけるように制御する。ただし、このような制御は、一般的なＰ（Proportional：比例）制御による速度制御である。変換されたトルク指令値Ｔtarは、インバータ５２に出力される。また、旋回制御装置５０には、ギア５Ａの駆動を制御するためのギア駆動制御装置６０が備えられており、ここで設定された電動モータ５のトルクリミット（指令値）Ｔlimもインバータ５２に出力される。

インバータ５２はコンパレータ部分を有しており、図２に示すように、入力されるレバー信号に基づいたトルク指令値Ｔtarとギア駆動制御装置６０で求められたトルクリミットＴlimの値とを比較し、小さい方を選択するようになっている。従って、旋回開始時や減速開始時においては、ギア駆動制御装置６０で求められた微小状態のトルクリミットＴlimの値、および可変とされたトルクリミットＴlimの値が電動モータ５の最終的な指令値として選択される。

これにより、旋回体の旋回開始時や減速開始時の、バックラッシュに起因する不連続な旋回動作が改善され、オペレータの体感するショックが低減される。このように、トルクリミットＴlimは、電動モータ５のトルクを指令する値という点で、トルク指令値Ｔtarと同次元の指令値である。インバータ５２は、この最終的な指令値を電流値および電圧値に変換し、電動モータ５を速度指令値ωtarで駆動するように制御する。

〔１−２〕ギア駆動制御装置の構成
次に、ギア駆動制御装置６０の構成について、図２および図３に基づき説明する。
ギア駆動制御装置６０は、従動側のギア３Ａと駆動側のギア５Ａとの噛合状態に応じ電動モータ５の駆動を制御することで、ギア５Ａの駆動を制御している。このために、本実施形態のギア駆動制御装置６０は、図２に示すように、バックラッシュ判定手段６１、指令値記憶手段６２、トルクリミット設定手段６３、および出力制御手段６４を備えている。

バックラッシュ判定手段６１は、フィードバックされた電動モータ５の実速度ωactと出力トルクＴmとに基づき、ギア５Ａがバックラッシュ内を回転しているか否かを判定する。これにより、バックラッシュが解消されたか否か判断できる。ここで、「バックラッシュ内を回転」とは、図３に示すように、ギア３Ａとギア５Ａとが接触していない状態、つまりギャップＳ１≠０、かつギャップＳ２≠０の状態での回転をいう。また、「バックラッシュが解消する」とは、ギア３Ａとギア５Ａとの相対速度差によりギャップが詰まる側の歯面同士が接触した状態をいう。例えば、図３において、ギア５Ａが時計回りに加速している場合は、ギア３Ａとギア５Ａとの相対速度差によりギャップＳ１が詰まるためギャップＳ１＝０となった状態であり、ギア５Ａが時計回りに減速している場合は、ギャップＳ２が詰まるためギャップＳ２＝０となった状態をいう。

図２に戻り、指令値記憶手段６２は、インバータ５２のコンパレータ部分に出力されるトルクリミットＴlimを記憶する。
トルクリミット設定手段６３は、バックラッシュ判定手段６１の判定結果に応じて、トルクリミットＴlimの設定を行う。具体的に、トルクリミット設定手段６３は、バックラッシュ内を回転しているとトルクリミット設定手段６３が判定した場合、トルクリミットＴlimを所定の値に設定し電動モータ５の出力トルクＴmを制限する。

出力制御手段６４は、バックラッシュ判定手段６１の判定結果に応じて、トルクリミットＴlimを変更する。すなわち、出力制御手段６４は、バックラッシュ内を回転していないとトルクリミット設定手段６３が判定した場合、つまりバックラッシュが解消した後、トルクリミットＴlimを指令値記憶手段６２の記憶値Ｔmemから順次変更させて、電動モータ５の出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させるよう制御する。

〔１−３〕ギア駆動制御装置でのトルクリミットの生成フロー
次に、ギア駆動制御装置でのトルクリミットの生成フローについて、図４および図５のフローチャートを参照して説明する。
図４に示すように、バックラッシュ判定手段６１は、旋回体４の旋回開始時または減速開始時において、駆動側のギア５Ａがバックラッシュ内を回転しているか否かを判定する（ＳＴ１）。

具体的には、図５に示すように、先ず、電動モータ５の出力トルクＴmが、電動モータ５の空転時の加速トルクＴfreeに所定値αを加えた値より小さいか、つまり加速トルクＴfreeに略等しいかを判定する（ＳＴ１１）。次いで、略等しい場合であって、電動モータ５の旋回加速度ａmが所定値ａa以上であるかを判定する（ＳＴ１２）。所定値ａa以上である場合には、ギア５Ａはバックラッシュ内を回転していると判定する（ＳＴ１３）。つまり、殆どトルクを出力せずに加速または減速している場合には、ギア５Ａがバックラッシュ内を空転しているのであり、バックラッシュ内であると判定する。ここで、空転時の加速トルクＴfreeは、電動モータ５を構成するロータの慣性モーメントと旋回加速度ａmとの積で求められる。

一方、ＳＴ１１において、出力トルクＴmが電動モータ５の空転時の加速トルクＴfreeに所定値αを加えた値より大きい場合には、ギア接触状態で加速または減速しているのであり、バックラッシュが解消していると判定する（ＳＴ１４）。また、ＳＴ１２において、出力トルクＴmが殆ど出力されず、かつ旋回加速度ａmも所定値を下回っている場合には、バックラッシュが解消した状態で定速旋回しているのであり、やはりギア接触状態と判定する（ＳＴ１４）。

図４に戻って、トルクリミット設定手段６３は、ＳＴ１にてギア５Ａがバックラッシュ内を回転していると判定された場合に、電動モータ５での出力可能な最大トルクであるトルクリミットＴlimを、通常時のＭＡＸ値Ｔmaxから所定の微小値Ｔaに制限し（ＳＴ２）、制限されたトルクリミットの値をインバータ５２のコンパレータ部分に出力する。この微小値Ｔaへの制限は、バックラッシュが解消された後も、所定時間経過するまでの間継続される。

一方、ギア５Ａとギア３Ａとのバックラッシュが解消されており、ギア接触状態であると判定された場合、出力制御手段６４は、指令値記憶手段６２の記憶値ＴmemがＴmaxより小さいか否か、つまりトルクリミット設定手段６３によるトルクリミットの制限が行われているか否かを判定する（ＳＴ３）。行われていない場合には、通常のＭＡＸ値Ｔmaxを適用する（ＳＴ５）。一方、バックラッシュが解消して前記の所定時間経過した直後の最初の判定段階では、トルクリミットＴlimは微小値Ｔaに限定されていることから、ＳＴ３での判定が「Ｙ」となり、ＳＴ４に進む。

ＳＴ４では、旋回開始時であれば、微小値ＴaのトルクリミットＴlimの値を上限側に一定値ΔＴだけ変化させ、減速開始時であれば、下限側に一定値ΔＴだけ変化させ、トルクリミットが制限された状態のままＳＴ１に戻る。ここで求められた値を含む最終的なトルクリミットＴlimは、指令値記憶手段６２によりＴmemとして記憶される（ＳＴ６）。従って、この後には、ＳＴ１から引き続きＳＴ３、ＳＴ４に至り、旋回開始時であれば、トルクリミットＴlimの値は記憶値Ｔmemから一定値ΔＴずつ上限側に順次変更され、減速開始時であれば、トルクリミットＴlimの値は記憶値Ｔmemから一定値ΔＴずつ下限側に順次変更される。そして、トルクリミットＴlimの変更は、値が上限または下限のＭＡＸ値に達するまで行われる。

〔１−４〕ギア駆動制御装置による制御方法
続いて、図６ないし図８をも参照し、ギア駆動制御装置６０による制御方法について、旋回制御装置５０との関係を示しながら説明する。
図６Ａは、静止状態にある旋回体４の旋回を開始させ、定速旋回を行った後に停止させた場合の一連の操作におけるレバー信号、速度指令値ωtar、電動モータ５の実速度ωactを表す図、図６Ｂは、その操作中に設定されるトルクリミットＴlim、実際の出力トルクＴmを表す図である。図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ａおよび図６Ｂでの旋回開始時の要部を拡大して示す図、図８Ａおよび図８Ｂは、図６Ａおよび図６Ｂでの減速開始時の要部を拡大して示す図である。なお、図７Ａおよび図８Ａには、旋回体４の実際の速度である旋回体速度も示してある。

図６Ａおよび図７Ａにおいて、旋回レバー１０を傾倒させると、略直角にレバー信号が立ち上がり、速度指令値生成手段５１に入力される（矢印ａ）。入力されると速度指令値生成手段５１は、略リニアに速度指令値ωtarを増加させるとともに、これに伴って電動モータ５の実速度ωactも上昇する。しかし、ギア５Ａとギア３Ａとの間にバックラッシュがあると、図７Ａに拡大して示すように、このバックラッシュ内をギア５Ａが回転する間、旋回体速度はゼロであり、旋回体４は旋回しない。

そして、矢印ｂにおいて、ギア５Ａがギア３Ａに接触し、バックラッシュが解消すると、電動モータ５にかかる負荷が急増するために、速度指令値ωtarは増加し続けるのであるが、電動モータ５の実速度ωactは一旦ゼロになる（矢印ｃ）。この後、この矢印ｃの位置から、実速度が再び上昇し、旋回体４も実際に旋回を開始する。

この場合のトルクリミットおよび電動モータ５の実際の出力トルクにＴmついて、図６Ｂおよび図７Ｂを用いて説明する。先ず、レバー信号の入力直後において、バックラッシュ判定手段６１により、ギア５Ａのバックラッシュ内での回転が判定されると、トルクリミット設定手段６３は、それまでの上限のＭＡＸ値Ｔmaxのトルクリミットをゼロ近傍の微小値Ｔaに制限する（矢印ａ）。また、バックラッシュ内での回転時には、速度指令値ωtarに実速度ωactが略遅れなく追従するうえ、電動モータ５には殆ど負荷がかからないため、出力トルク（以下、駆動トルク）も極微小な値となる。そして、矢印ｂにおいてバックラッシュが解消されると、駆動トルクは一気に出力されるのであるが、トルクリミットＴlimが微小値Ｔaに制限されているために、それ以上の駆動トルクが出ることはない。この後、トルクリミットＴlimの微小状態が所定時間ｔだけ継続され、駆動トルクが抑えられる。

次いで、所定時間ｔの経過後には（矢印ｄ）、出力制御手段６４が起動し、トルクリミットＴlimの値を徐々に変更する。すると、図７Ａに示すように、速度指令値ωtarと実速度ωactとの偏差が大きいために、インバータ５２のコンパレータには大きなトルク指令値Ｔtarが入力されるのであるが、トルクリミットＴlimの値は一定の勾配を持った状態に制限されるので、コンパレータでは、より小さいトルクリミットＴlimの値の方が選択され、このトルクリミットＴlimに沿って駆動トルクが無理なく徐々に変化することになる。

図６Ａおよび図６Ｂに戻り、旋回レバー１０を所定の角度に維持させると、速度指令値ωtarが一定となり、電動モータ５の実速度ωactも一定となって旋回体４が定速旋回状態に入る。この間、トルクリミットのＴlim値は、上限のＭＡＸ値Ｔmaxまで変化し、また、駆動トルクは、一定に維持された後、旋回体４の定速旋回に併せて略ゼロに戻る。定速旋回では、電動モータ５には殆ど負荷がかからないからである。

以上とは反対に、旋回体４の減速開始時にあっては、 図６Ａおよび図８Ａに示すように、傾倒させた旋回レバー１０をニュートラル位置に戻すと、略直角にレバー信号が立ち下がる（矢印ｅ）。これにより、入力されると速度指令値生成手段５１は、略リニアに速度指令値ωtarを減少させるとともに、これに伴って電動モータ５の実速度ωactも下降する。しかし、減速時には、ギア５Ａを減速させても、旋回体４自身はその慣性によって減速されないため、図８Ａに拡大して示すように、ギア５Ａとギア３Ａとの間のバックラッシュ内をギア５Ａが移動する間、旋回体速度は定速に維持される。

そして、矢印ｆにおいて、ギア５Ａがギア３Ａに接触し、バックラッシュが解消すると、ギア５Ａには電動モータ５の回転を促す力が作用するために、速度指令値ωtarが減少し続ける一方で、電動モータ５の実速度ωactが定速まで戻る（矢印ｇ）。この後、この矢印ｇの位置から、実速度が再び下降し、旋回体４も実際に速度を落とす。

この場合のトルクリミットＴlimおよび電動モータ５の実際の出力トルクＴmについて、図６Ｂおよび図８Ｂを用いて説明する。先ず、バックラッシュ判定手段６１により、ギア５Ａのバックラッシュ内での回転が判定されると、トルクリミット設定手段６３は、それまでの下限のＭＡＸ値Ｔmaxのトルクリミットをゼロ近傍の微小値Ｔaに変更する（矢印ｅ）。また、バックラッシュ内での回転時には、速度指令値ωtarに実速度ωactが略遅れなく追従し、電動モータ５の回転が促進される方向の力が作用しないため、制動用の出力トルク（以下、制動トルク）も極微小な値となる。そして、矢印ｆにおいてバックラッシュが解消されると、制動トルクは一気に出力されるのであるが、トルクリミットＴlimが微小に制限されているために、それ以上の制動トルクが出ることはない。この後、トルクリミットＴlimの微小状態が所定時間ｔだけ継続され、制動トルクが抑えられる。

次いで、所定時間ｔの経過後（矢印ｈ）には、出力制御手段６４が起動し、トルクリミットＴlimの値を一定値ずつ変更する。すると、図８Ａに示すように、速度指令値ωtarと実速度ωactとの偏差が大きいために、インバータ５２のコンパレータには大きなトルク指令値Ｔtarが入力されるのであるが、トルクリミットＴlimの値は一定の勾配を持った状態に制限されるので、コンパレータでは、より小さいトルクリミットＴlimの値の方が選択され、このトルクリミットＴlimに沿って制動トルクが無理なく徐々に変化することになる。

図６Ａおよび図６Ｂに戻り、旋回レバー１０をニュートラルに戻すと、速度指令値ωtarがゼロとなり、電動モータ５の実速度ωactもゼロとなって旋回体４が停止する。この間、トルクリミットＴlimの値は、下限のＭＡＸ値Ｔmaxまで変化し、また、制動トルクは、一定に維持された後、旋回体４の停止に併せて略ゼロに戻る。

〔１−５〕本実施形態による効果
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）電動旋回ショベル１に搭載された旋回制御装置５０には、バックラッシュ判定手段６１およびトルクリミット設定手段６３が設けられており、バックラッシュ解消時には、電動モータ５の出力トルク（駆動トルク、制動トルク）がトルクリミットＴlimによって制限されるので、過剰なトルクが出力されるのを防止できる。そして、その後は、旋回制御装置５０に設けられた出力制御手段６４により、電動モータ５の出力トルクＴmが徐々に変化するので、違和感なく旋回体４の加減速を行える。従って、バックラッシュ解消時のショックを抑制でき、バックラッシュを感じさせることないスムーズな旋回動作を実現できる。

（２）出力制御手段６４は、順次変更されるトルクリミットＴlimを限度として出力トルクＴmを変化させるので、このトルクリミットに沿って出力トルクＴmを無理なく確実に変化させることができる。

（３）本実施形態での建設機械は、電動モータ５で旋回体４を旋回させる電動旋回ショベル１であるから、従来であれば、旋回操作時の応答性が良すぎて、バックラッシュの存在が明らかに感じられるであるが、前記の旋回制御装置５０を搭載することで、そのような感じを全く受けることがなく、その応答性の良さを他の部分で十分に活かすことができる。従って、本発明に係る旋回制御装置５０を電動旋回ショベル１に搭載することのメリットは非常に大きい。

〔第２実施形態〕
図９は、本発明の第２実施形態に係る旋回制御装置５０およびギア駆動制御装置６０を説明するための図であり、図１０には、制御フローが示されている。なお、これらの図において、前述した第１実施形態と同様な構成には同一符合を付し、ここでのそれらの説明を省略または簡略化する。

図９、図１０において、本実施形態では、出力制御手段６４の機能が第１実施形態と比して大きく異なる。また、指令値記憶手段６２が、トルクリミットの替わりに速度指指令値を記憶する点も第１実施形態とは異なる。
本実施形態の出力制御手段６４は、速度指令値生成手段５１の一部として設けられており、図１０に示すＳＴ３において先ず、バックラッシュが解消された直後であるか否かを判定する。前回の判定が解消直後でなければ、最初に戻る。この際のトルクリミットＴlimは、通常のＭＡＸ値Ｔmaxに戻されていることは言うまでもない。一方、バックラッシュが解消して所定時間経過した直後の最初の判定段階では、やはりトルクリミットＴlimは通常のＭＡＸ値Ｔmaxに戻されるが、それまでバックラッシュ内での旋回であったことから、ＳＴ３での判定が「Ｙ」となり、ＳＴ４に進む。

ＳＴ４では、バックラッシュ解消直後に速度指令値ωtarを電動モータ５の実速度ωact近辺の略同じ値にスライドさせて変更し、この値から従来通り指令値記憶手段６２に記憶されている記憶値を用いて、レバー信号に基づき速度指令値ωtarを順次変化させる。すなわち、第１実施形態では、トルクリミットＴlimを順次変更することで、出力トルクや制動トルクを無理なく出力していたが、本実施形態では、速度指令値ωtarをスライドさせて変更し、ここから変化させることにより、同様な機能を実現している。

このことを図１１ないし図１３をも参照し、より詳細に説明する。
図１１Ａおよび図１２Ａにおいて、レバー信号が速度指令値生成手段５１に入力された後（矢印ａ）、バックラッシュ内であると判定されると、このバックラッシュ内で回転している間、出力制御手段６４は、通常通りにレバー信号から決まる速度指令値ωtarを生成して出力する。この結果、電動モータ５の出力トルクＴmは、図１１Ｂおよび図１２Ｂに示すように、第１実施形態と同様、極微小に維持される。勿論、この間にあっては、トルクリミットＴlimの値も、第１実施形態と同様に、微小に設定されている。

この後、ギア５Ａがギア３Ａに接触し、バックラッシュが解消と（矢印ｂ）、実速度ωactがゼロになることに併せて、出力制御手段６４は、速度指令値ωtarを実速度ωactに近いゼロ近辺までスライドさせて変更する（矢印ｃ）。そして、スライドが完了した後には、指令値記憶手段６２に記憶されている記憶値を用いて速度指令値ωtarをレバー信号に基づいて変化させると、実速度ωactもこれに追従するように変化するようになる。この変化は、速度指令値ωtarが通常の指令値（図１０Ａ）に戻るまで行われる。
一方、この際のトルクリミットの値は、バックラッシュが解消した所定時間ｔの経過後に通常のＭＡＸ値Ｔmaxに変更されるが、出力トルク（駆動トルク）は、速度指令値ωtarと実速度ωactとの偏差が少ないために、レバー信号から決まる値とされて徐々に変化するようになり、スムーズな旋回開始操作を実現できる。

また、減速時の制御は、図１３Ａ、図１３Ｂに拡大して示す通りであり、矢印ｆにてバックラッシュが解消すると、出力制御手段６４は、電動モータ５の実速度ωactがもとの定速を維持するように戻るのに併せて、速度指令値ωtarを実速度ωactと略同じ値にスライドさせて変更する（矢印ｇ）。この結果、所定時間ｔの経過後には、トルクリミットＴlimの値は通常のＭＡＸ値Ｔmaxに戻るが（矢印ｈ）、出力トルク（制動トルク）は、レバー信号から決まる値とされて徐々に変化する。

このような本実施形態の旋回制御装置５０でも、説明を省略したが、第１実施形態と同様、バックラッシュ判定手段６１およびトルクリミット設定手段６３を備えているため、前述した（１）、（３）の効果を同様に得ることができる。また、本実施形態の特有な構成により、以下の効果がある。

（４）本実施形態では、速度指令値ωtarを実速度ωactに近い値に変更し、ここからレバー信号に基づいて変化させるので、この速度指令値ωtarに応じて出力トルクＴmも徐々に変化させることができる。そして、この際には、第１実施形態のようにトルクリミットＴlimを徐々に変更し、これに沿って出力トルクＴmをも変化させるのとは異なって、変化中のトルクリミットＴlimへの外部ノイズの影響をなくすことができるため、外部ノイズに強い制御が行え、信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、ギア５Ａがバックラッシュ内を回転しているか否かを電動モータ５の出力トルクＴmを用いて判定していたが、出力トルクＴmの代わりに、電動モータ５に出力される電流値を用いてもよい。

また、図４のＳＴ１１では、出力トルクＴmが空転時の加速トルクＴfreeと略等しい場合に、ＳＴ１２に進むようにしていたが、出力トルクＴmが所定閾値よりも小さい場合や、前記電流値が所定閾値よりも小さい場合、あるいは、速度ゲインＫが小さいときには、速度指令値ωtarと実速度ωactとの偏差が所定閾値よりも小さい場合に、ＳＴ１２に進むようにしてもよい。

さらに、旋回体４の旋回開始が検出された後の一定時間や、定速旋回操作からさらに加速旋回操作が行われたと判断された後の一定期間、定速旋回操作あるいは加速旋回操作から減速旋回操作が行われたと判断された後の一定期間などを、それぞれをバックラッシュ内として定めてもよい。
この他、旋回体４自身の旋回速度（図７Ａ、図１３Ａの旋回体速度のこと）を検出する速度センサを設けたときには、電動モータ５の実速度と旋回体４の実速度との偏差が所定閾値よりも大きい場合に、バックラッシュ内であると判定してもよい。

前記各実施形態では、電動モータ５を備えた電動旋回ショベル１について説明したが、本発明の建設機械としては、これに限定されず、通常の油圧ショベルであってもよい。従って、本発明に係る駆動源としては、電動モータ５に限らず、油圧モータ等であってもよい。

その他、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

本発明は、バックラッシュを有して噛み合うギアの駆動に適用できるとともに、このようなギアを介して旋回するように構成されたあらゆる建設機械に適用できる。

Claims (6)

1. バックラッシュを有して噛み合うギア（３Ａ，５Ａ）の駆動側のギア（５Ａ）駆動を制御するギア駆動制御装置（６０）であって、
   前記駆動側のギア（５Ａ）または従動側のギア（３Ａ）がバックラッシュ内を回転しているか否かを判定するバックラッシュ判定手段（６１）と、
   前記駆動源（５）の出力トルクを変化させるための指令値を記憶する指令値記憶手段（６２）と、
   バックラッシュ内を回転していると判定された場合に、バックラッシュ解消時の駆動源（５）の出力トルクを制限するようにトルクリミットを設定するトルクリミット設定手段（６３）と、
   バックラッシュが解消した後に、前記指令値を徐々に変化させて前記駆動源（５）の出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させるように制御する出力制御手段（６４）とを備えている
   ことを特徴とするギア駆動制御装置（６０）。
2. 請求項１のギア駆動制御装置（６０）において、
   前記指令値はトルクリミットであり、
   前記出力制御手段（６４）は、トルクリミットを順次変更することで、前記出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させる
   ことを特徴とするギア駆動制御装置（６０）。
3. 請求項１のギア駆動制御装置（６０）において、
   前記指令値は旋回操作に応じて出力される速度指令値であり、
   前記出力制御手段（６４）は、速度指令値をバックラッシュ解消直後に実速度に近い値に変更することで、前記出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させる
   ことを特徴とするギア駆動制御装置（６０）。
4. バックラッシュを有して噛み合うギア（３Ａ，５Ａ）により旋回する旋回体（４）を制御する旋回制御装置（５０）において、
   駆動側のギア（５Ａ）の駆動を制御する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のギア駆動制御装置（６０）を備えている
   ことを特徴とする旋回制御装置（５０）。
5. バックラッシュを有して噛み合うギア（３Ａ，５Ａ）の駆動側のギア（５Ａ）駆動を制御するギア駆動制御方法であって、
   前記駆動側のギア（５Ａ）または従動側のギア（３Ａ）がバックラッシュ内を回転しているか否かを判定し、
   バックラッシュ内を回転していると判定された場合には、バックラッシュ解消時の駆動源（５）の出力トルクを制限するようにトルクリミットを設定し、
   バックラッシュが解消した後に、前記駆動源（５）の出力トルクを上限側または下限側に徐々に変化させる
   ことを特徴とするギア駆動制御方法。
6. 建設機械（１）において、
   バックラッシュを有して噛み合うギア（３Ａ，５Ａ）により旋回する旋回体（４）と、
   この旋回体（４）を制御する請求項４に記載の旋回制御装置（５０）とを備えている
   ことを特徴とする建設機械（１）。
   
   

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