专利名称：旋转驱动装置和作业机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及借助流体压能量和电能而动作的旋转驱动装置和作业机械。
背景技术：
图2示出旋转型作业机械10，即油压挖掘机，在下部移动体11上可旋转地设置有上部旋转体12的机械主体13上，与驾驶室14一起设置有作业装置15。该作业装置15是使由臂油缸17c转动的臂17与由悬臂油缸16c在上下方向转动的悬臂16的前端部连接、并使由铲斗油缸18c转动的铲斗18与该臂17的前端部连接的作业装置。
在这种作业机械10中，用于使上部旋转体12相对于下部移动体11旋转的旋转系油压回路按图3所示构成。在该油压回路中，安装在上部旋转体12上的油压泵21的排出通路和到油箱22的回流通路连接在由与操作杆连动的油压遥控阀23a进行先导操作的控制阀23的供给端口和回流端口上，从该控制阀23引出的2个旋转通路24、25与油压电动机26连接，借助从油压泵21经过控制阀23和旋转通路24所供给的工作油压而旋转的油压电动机26通过减速器等的旋转机构27对上部旋转体12进行旋转驱动。
在该图3的旋转系油压回路中，在旋转加速时，为了使油压电动机26合适加速，通过使用内置于油压电动机26中的减压阀28A把油压电动机26的负荷压控制为恒定，在保护油压电动机26免受过剩负荷压影响的同时，取得平稳的加速特性，但该减压阀28A把与该前后差压和通过流量对应的部分的油压能量转换成热能。来自减压阀28A的回流油经过油冷却用的油冷却器29由油箱22回收，但在减压阀28A所产生的热能在通过油冷却器29时被排放到大气中，成为能量损失。该能量损失在仅旋转的单动操作时是显著的。
在连动时，例如，在旋转操作和由悬臂油缸16c的伸出动作引起的悬臂举升操作的连动时等，由于油压泵21的排出流量被分配给作为更轻负荷的悬臂举升操作，因而油压泵21的排出压也不像旋转单独操作那样上升。即，油压泵21的输出的大部分被分配给悬臂油缸16c，向油压电动机26分配输出受到抑制。这样，来自减压阀28A的损失减少。
在旋转减速时，作为制动力，借助减压阀28B把油压电动机26的负荷压控制为恒定，从而在保护油压电动机26免受过剩负荷压影响的同时，取得平稳的减速特性。在该情况下，与加速时一样，借助减压阀28B把油压能量转换成热能，该热能从油冷却器29被排放到大气中，最终成为能量损失。
图4示出这种能量损失。图4(a)示出当对油压遥控阀23a进行杆操作时的杆位移量的变化，表示从油压遥控阀23a作用于控制阀23的先导压的变化。(b)示出由控制阀23的切换而产生的油压泵21的泵输出的变化、和油压电动机26的电动机输出的变化，它们的差表示能量损失。(c)分别表示来自减压阀28A的损失和来自减压阀28B的损失。
针对这种油压电动机26的旋转驱动，具有以下一种系统，即把油压电动机26置换成电动机，抑制加速时的热能产生，在减速时使电动机作为发电机起作用，从而把上部旋转体12的旋转动能转换成电能，抑制损失(例如，参照专利文献1、2)。
专利文献1日本特开2001-12274号公报(第6页，图4-5)专利文献2日本特开2004-190845号公报(第13-16页，图6-8)这样，为了使流体压电动机合适加速和减速，并取得平稳的加速特性和减速特性，具有流体压能量被转换成热能而排放到大气中的能量损失问题，另一方面，为了仅使用电动机取得上述的加速特性和减速特性，需要容量大的大型电动机，具有成本上升不可避免的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作成的，本发明的目的是提供一种在旋转加减速时抑制作为热能而排放到大气中的流体压能量损失、并在旋转减速时把旋转动能转换成电能来实现节能、并且使组件小型化来实现成本降低的旋转驱动装置，并且，本发明的目的是还提供一种具有使用该旋转驱动装置的有效系统的作业机械。
权利要求1所述的发明是一种旋转驱动装置，该旋转驱动装置具有流体压电动机，其对旋转机构进行旋转驱动；电动机，其与流体压电动机并联连接在旋转机构上，可与流体压电动机同时对旋转机构进行旋转驱动；蓄电器，其把电力提供给电动机，并当电动机作为发电机执行功能时蓄积电力；以及无负荷阀，其针对流体压电动机而设置，在微操作时使流体压电动机的入口端口和出口端口短路。
权利要求2所述的发明在权利要求1所述的旋转驱动装置中，具有逆变器，其在由流体压电动机驱动旋转机构的稳定旋转时，通过根据蓄电器的充电状况使电动机作为发电机执行功能来给蓄电器充电，并在旋转减速时，通过使电动机作为发电机执行功能，把旋转动能转换成电能来给蓄电器充电。
权利要求3所述的发明在权利要求1或2所述的旋转驱动装置中，具有针对流体压电动机而设置的减压阀。
权利要求4所述的发明是一种作业机械，该作业机械具有下部移动体；上部旋转体，其通过权利要求1至3中的任意一项所述的旋转驱动装置相对于下部移动体可旋转；以及作业装置，其安装在上部旋转体上。
根据权利要求1所述的发明，由于可使用流体压电动机和电动机同时驱动旋转机构，因而在旋转加速时，通过控制流入电动机的电流来取得平稳的加速特性，在控制流体压电动机的负荷压的情况下，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，可实现节能。并且，在旋转减速时，通过使用电动机把旋转动能转换成电能来蓄积在蓄电器内，在控制流体压电动机的负荷压的情况下，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，可构建有效系统。而且，通过流体压电动机和电动机使组件小型化，实现成本降低。并且，在微操作时，通过把无负荷阀控制为开状态，不使流体压电动机动作，仅使用电动机就能驱动旋转机构。
根据权利要求2所述的发明，逆变器在稳定旋转时，在借助流体压电动机驱动上部旋转体的同时，根据蓄电器的充电状况使电动机作为发电机执行功能，可给蓄电器充电，并且在旋转减速时，使电动机作为发电机执行功能，把旋转动能转换成电能，可给蓄电器充电。
根据权利要求3所述的发明，在旋转减速时的旋转动能超过电动机作为发电机的容量的情况下，通过使针对流体压电动机的减压阀作为安全阀进行工作，可保护电动机。
根据权利要求4所述的发明，由于使流体压电动机和电动机同时动作，可相对于下部移动体对上部旋转体进行旋转驱动，因而在上部旋转体的旋转加速时，通过控制流入电动机的电流来取得平稳的加速特性，在控制流体压电动机的负荷压的情况下，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，可实现节能。而且，在上部旋转体的旋转减速时，通过使用电动机把旋转动能转换成电能来蓄积在蓄电器内，在控制流体压电动机的负荷压的情况下，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，可构建有效系统。并且，由于通过流体压电动机和电动机使组件小型化，实现成本降低，因而实现作业机械的成本降低。
图1是示出本发明的旋转驱动装置的一个实施方式的电路图。
图2是示出本发明的作业机械的一个实施方式的侧面图。
图3是示出以往的旋转驱动装置的电路图。
图4是用于对图3所示的电路的能量损失进行说明的特性图，(a)示出遥控阀的杆位移量的变化，(b)示出泵输出和电动机输出的变化，(c)示出来自减压阀的减压流量的变化。
符号说明10作业机械；11下部移动体；12上部旋转体；15作业装置；30旋转驱动装置；36流体压电动机；37旋转机构；38A、38B减压阀；43无负荷阀；44电动机；45蓄电器；46逆变器。
具体实施例方式
以下，参照图1所示的一个实施方式对本发明进行详细说明。另外，图2所示的旋转型作业机械10也是根据本发明的作业机械。
如图2所示，在下部移动体1 1上设置有可由图1所示的旋转驱动装置30旋转的上部旋转体12，在该上部旋转体12上安装有作业装置15，然而该作业装置15等的说明由于已经描述，因而省略。
图1所示的旋转驱动装置30中的油压回路等的流体压回路具有安装在上部旋转体12上的作为油压源等的流体压源的油压泵等的流体压泵31，该流体压泵31的排出通路和到油箱32的回流通路与控制阀33的供给端口和回流端口连接，从该控制阀33引出的2个旋转通路34、35与油压电动机等的流体压电动机36连接，借助从流体压泵31经过控制阀33和旋转通路34、35所供给的工作油压等的工作流体压而旋转的流体压电动机36通过减速器等的旋转机构37对上部旋转体12进行旋转驱动。
在旋转通路34、35之间设置有内置于流体压电动机36中的减压阀38A、38B。来自这些减压阀38A、38B的回流通路38c和来自控制阀33的回流通路经过油冷却用的油冷却器39与油箱32连通。
控制阀33由于由来自对从进行手动操作的操纵杆等的输入装置41所输入的电信号进行运算处理的控制器42的输出信号来控制，因而具有控制工作油等的工作流体方向的方向控制阀、和控制流量的流量控制阀的双方特性，通过该控制阀33的方向控制来控制流体压电动机36的正转和反转，并根据控制阀33的位移量控制流体压电动机36的旋转速度。
针对流体压电动机36，在旋转通路34、35之间设置有无负荷阀43。该无负荷阀43根据在输入装置41的微操作时从控制器42所输出的控制信号来动作和切换，使流体压电动机36的输入端口和输出端口短路来连通。
图1所示的旋转驱动装置30中的电路具有电动机44，其针对旋转机构37与流体压电动机36并联连接，可与流体压电动机36同时对旋转机构37进行旋转驱动；电池等的蓄电器45，其把电力供给到该电动机44，并当电动机44作为发电机执行功能时蓄积电力；以及逆变器46，其在电动机44和蓄电器45之间控制电流。
逆变器46具有以下功能在由流体压电动机36驱动旋转机构37的稳定旋转时，通过根据蓄电器45的充电状况使电动机44作为发电机执行功能来给蓄电器45充电，并在旋转减速时，通过使电动机44作为发电机执行功能，把旋转动能转换成电能来给蓄电器45充电。
这样，图1所示的电路/流体压回路的流体压电动机36和电动机44与减速器等的旋转机构37并联连接，可单独通过旋转机构37使上部旋转体12旋转驱动，也可合作地通过旋转机构37同时对上部旋转体12进行旋转驱动。
并且，电动机44具有通过借助外力或流体压电动机36的驱动转矩来旋转而成为发电机的结构。从该发电机所取得的电力具有通过逆变器46等而蓄积在蓄电器45内的结构。流体压电动机36和电动机44分别具有通过减速器等的旋转机构37对上部旋转体12进行旋转驱动的结构。
特别是，流体压电动机36和电动机44也能分别输出独立转矩。并且，流体压电动机36和电动机44也能单独或组合来驱动上部旋转体12。而且，在借助流体压电动机36驱动上部旋转体12的同时，电动机44也能借助作为发电机的功能取得电力。
下面，对图1所示的实施方式的作用效果进行说明。
当从例如操纵杆等的输入装置41把旋转指令信号输出到流体压电动机36和电动机44的任意一方或双方时，接收到该指示信号的控制阀33控制流入流体压电动机36的流量，驱动流体压电动机36。
并且，从输入装置41接收到该指示信号的逆变器46控制流入电动机44的电流，驱动该电动机44。流体压电动机36和电动机44的各方可单独或组合地通过减速器等的旋转机构37驱动上部旋转体12。
即，在想要取得最大输出的情况下，使流体压电动机36和电动机44组合来驱动，另一方面，在微操作时的小输出时，通过例如把无负荷阀43控制为开状态，使旋转通路34、35之间短路连通，不使流体压电动机36动作，仅借助电动机44也能驱动旋转机构37，可减少各自组件的输出。
而且，在如以往那样仅使用流体压电动机36的情况下，为了取得平稳的加速特性而通过减压阀38A、38B使泵输出产生损失，然而在电动机44的情况下，通过控制流入该电动机44的电流，在取得流体压电动机驱动的与以往机同等的加速特性的同时，可减少该损失部分。
并且，逆变器46在稳定旋转时，在借助流体压电动机36驱动上部旋转体12的同时，根据蓄电器45的充电状况使电动机44作为发电机执行功能，可给蓄电器45充电。例如，当蓄电器45的充电状态小于等于某阈值，而且上部旋转体12以轻负荷/高速旋转来进行旋转时等，在借助流体压电动机36对上部旋转体12进行旋转驱动的同时，使电动机44作为发电机执行功能，也能给蓄电器45充电。
特别是，在旋转减速时，通过使电动机44作为发电机执行功能、并控制来自发电机的输出，在取得良好的减速特性的同时，把旋转动能转换成电能，可给蓄电器45充电，与以往相比可减少来自减压阀38A、38B的损失。
另一方面，在旋转减速时的旋转动能超过了电动机44作为发电机的容量，而且旋转制动转矩超过了发电机的容量的情况下，通过使无负荷阀43处于图1所示的闭状态，使流体压电动机36的减压阀38A、38B作为安全阀进行动作，因而可保护电动机44。
以上所述，由于使流体压电动机36和电动机44同时动作，可相对于下部移动体11对上部旋转体12进行旋转驱动，因而在上部旋转体12的旋转加速时，通过控制流入电动机44的电流来取得平稳的加速特性，在控制流体压电动机36的负荷压的情况下，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，可实现节能。而且，在上部旋转体12的旋转减速时，通过使用电动机44把旋转动能转换成电能来蓄积在蓄电器45内，在控制流体压电动机36的负荷压的情况下，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，可构建有效系统。并且，可通过流体压电动机36和电动机44使组件小型化，实现成本降低，因而实现作业机械10的成本降低。
产业上的可利用性本发明也能在旋转型作业机械，例如起重机等中利用。
权利要求
1.一种旋转驱动装置，其特征在于，该旋转驱动装置具有流体压电动机，其对旋转机构进行旋转驱动；电动机，其与流体压电动机并联连接在旋转机构上，可与流体压电动机同时对旋转机构进行旋转驱动；蓄电器，其把电力提供给电动机，并当电动机作为发电机执行功能时蓄积电力；以及无负荷阀，其针对流体压电动机而设置，在微操作时使流体压电动机的入口端口和出口端口短路。
2.根据权利要求1所述的旋转驱动装置，其特征在于，该旋转驱动装置具有逆变器，其在由流体压电动机驱动旋转机构的稳定旋转时，通过根据蓄电器的充电状况使电动机作为发电机执行功能来给蓄电器充电，并在旋转减速时，通过使电动机作为发电机执行功能，把旋转动能转换成电能来给蓄电器充电。
3.根据权利要求1或2所述的旋转驱动装置，其特征在于，该旋转驱动装置具有针对流体压电动机而设置的减压阀。
4.一种作业机械，其特征在于，该作业机械具有下部移动体；上部旋转体，其通过权利要求1至3中的任意一项所述的旋转驱动装置相对于下部移动体可旋转；以及作业装置，其安装在上部旋转体上。
全文摘要
本发明提供一种旋转驱动装置和作业机械，在旋转加减速时，抑制作为热能排放到大气中的流体压能量损失，并在旋转减速时，把旋转动能转换成电能来实现节能，并且使组件小型化来实现成本降低。针对流体压电动机(36)设置无负荷阀(43)，在输入装置(41)的微操作时，根据从控制器(42)所输出的控制信号来切换该无负荷阀(43)，使流体压电动机(36)的入口端口和出口端口短路。针对旋转机构(37)，使电动机(44)与流体压电动机(36)并联连接，该电动机(44)可与流体压电动机(36)同时对该旋转机构(37)进行旋转驱动。使蓄电器(45)通过逆变器(46)与该电动机(44)连接，该蓄电器(45)把电力提供给该电动机(44)，并当电动机(44)作为发电机执行功能时蓄积电力。
文档编号F15B21/14GK101018915SQ200680000830
公开日2007年8月15日 申请日期2006年3月2日 优先权日2005年8月24日
发明者守屋直行, 和田笃志, 备中圆 申请人:新履带牵引车三菱有限公司