JP5789181B2

JP5789181B2 - 建設機械の旋回装置

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Publication number: JP5789181B2
Application number: JP2011271650A
Authority: JP
Inventors: 黄瀬　武司; 武司黄瀬; 勇紀橋本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: JP2013122154A

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に備えられ、旋回体の旋回からの停止に際してエネルギーの再生が可能な電動モータを備えた建設機械の旋回装置に関する。

図８は特許文献１に示される従来のハイブリッド型油圧ショベルに備えられる旋回装置の要部構成を概略的に示した図である。この従来の旋回装置は、走行体と、この走行体に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する油圧ショベルに備えられている。この従来の旋回装置は、旋回体に設けられており、図８に示すように、旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤ２０が取り付けられる出力軸２１ａを有し、旋回体を旋回させる減速機２１と、この減速機２１を駆動する油圧モータ２２、及び電動モータ２３と、これらのモータ２２，２３の回転力を減速機２１の入力軸２１ｂに伝達可能な複数のギヤ２５，２６，２７を含むギヤ列２８とを有している。

油圧モータ２２の出力軸２２ａは、減速機２１の入力軸２１ｂに接続されるとともに、ギヤ列２８に含まれるギヤ２５に接続されている。電動モータ２３の入出力軸２３ａは、ギヤ列２８に含まれるギヤ２７に接続されている。ギヤ２５とギヤ２６とが噛み合い、ギヤ２６とギヤ２７とが噛み合うように配置されている。これらのギヤ２５，２６，２７は、減速機２１の上方に設けられるギヤケース２９の内部に収納されており、ギヤケース２９の上方に油圧モータ２２と電動モータ２３とが並設されている。

このように構成される従来の旋回装置にあっては、例えば油圧モータ２２と電動モータ２３を駆動することにより、油圧モータ２２の回転力が出力軸２２ａを介してギヤ２５に伝えられ、また電動モータ２３の回転力が入出力軸２３ａ、ギヤ２７，２６を介してギヤ２５に伝えられる。すなわち、油圧モータ２２と電動モータ２３の双方の回転力がギヤ２５、入力軸２１ｂを介して減速機２１に伝えられる。この減速機２１の回転力は、出力軸２１ａ、ギヤ２０を介して図示しない旋回輪の内輪に伝えられ、これにより旋回体を旋回させることができる。

また、旋回体の旋回からの停止に際しては、油圧モータ２２にブレーキがかけられるが、旋回体の慣性力に応じた回転力がギヤ２０、出力軸２１ａを介して減速機２１に伝えられ、この減速機２１の入出力軸２１ｂ、ギヤ２５，２６，２７を介して電動モータ２３に伝えられ、この電動モータ２３が発電機として働く。その発電によって発生させた電力は、図示しない蓄電装置に蓄えられる。この蓄電装置に蓄えられた電力は、旋回体の旋回駆動等に活用される。

特開２００８−２９１５２２号公報

上述した従来技術は、旋回体の旋回から停止までの間にエネルギーの再生が行われ、電動モータ２３が発電機として働くようになっているが、このような旋回体の停止に際し、油圧モータ２２にブレーキがかけられるため、再生されるエネルギーの相当部分が油圧モータ２２のブレーキ動作時の発熱に消費されてしまい、旋回体から減速機２１に伝えられる回転力がギヤ列２８を介して電動モータ２３に円滑に伝達され難い。したがって、従来技術の構成では、再生効率の向上を見込み難い。特に、建設機械が小型機械であるミニショベルの場合には、旋回体の旋回からの停止に際して、油圧モータにかけられたブレーキによってこの油圧モータの回転が直ちに阻止される傾向にある。したがって、ミニショベルにあっては、旋回体の旋回からの停止に際して、旋回体の慣性力に応じた回転力が電動モータ２３に伝えられ難く、再生が不能となることが起こり得る。

なお、上述した再生効率を向上させることを考慮して、図９に示すように、例えば油圧モータ２２の出力軸２２ａと減速機２１の入力軸２１ｂとの間にクラッチ７０を設け、旋回体の旋回からの停止に際してクラッチ７０を切断するように構成することが考えられる。このようにクラッチ７０を備えたものでは、旋回からの停止に際して油圧モータの回転がブレーキによって阻止されても、旋回体から減速機２１の入力軸２１ｂを介してギヤ２５に伝えられる回転力を、クラッチ７０を切断することにより油圧モータ２２の回転停止の影響を受けることなく、ギヤ列２８のギヤ２５，２６，２７を介して電動モータ２３の入出力軸２３ａに伝え、この電動モータ２３を発電機として円滑に駆動することができる。

しかし、このようにクラッチ７０を設ける場合には、旋回体の旋回からの停止に際して、瞬時にクラッチ７０を切断させる煩雑な制御が必要になる。通常、旋回体の旋回からの停止は、土砂の掘削、放土作業等に伴って頻繁に行われる。したがって、煩雑なクラッチ７０の切断制御を頻繁に行わせる制御機構を設けることが必要になる。このことから、上述のようなクラッチ７０、及びクラッチ７０の制御機構を設けることは、現実的なものでなく実用性の点で問題がある。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、旋回体の旋回からの停止に際し、煩雑な制御を要することなく減速機に伝えられた回転力を、再生を行う電動モータに円滑に伝えることができる建設機械の旋回装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明のうちの第１の発明は、走行体と、この走行体上に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する建設機械に備えられ、上記旋回体に設けられ、上記旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤが取り付けられる出力軸を有し、上記旋回体を旋回させる減速機と、上記減速機を駆動する複数のモータと、これらのモータの回転力を上記減速機の入力軸に伝達可能な複数のギヤを含むギヤ列とを有し、上記複数のモータはエネルギーの再生が可能な電動モータを含む建設機械の旋回装置において、上記ギヤ列の上記複数のギヤのうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構を備え、上記減速機の入力軸に上記差動ギヤ機構を接続し、上記複数のモータは、上記ギヤ列の上方に配置され上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する電動モータと、上記ギヤ列の上方において上記電動モータと並設され、上記ギヤ列の上記差動ギヤ機構が設けられるギヤとは異なるギヤに接続される出力軸を有する油圧モータとを含むことを特徴としている。

このように構成した第１の発明は、旋回体の旋回に際して、油圧モータと電動モータの回転力のそれぞれを差動ギヤ機構を介して減速機の入力軸に伝えて減速機を駆動し、この減速機の出力軸に設けたギヤと旋回輪の内輪の内歯との噛み合いを介して、旋回輪を旋回させることができる。また、旋回体の旋回からの停止に際して、油圧モータにブレーキがかけられて、この油圧モータの回転が阻止された場合でも、差動ギヤ機構を介して電動モータを回転させ、この電動モータを発電機として活用させることができる。すなわちこの第１の発明は、旋回体の旋回からの停止における電動モータによるエネルギーの再生に際し、ブレーキがかけられた油圧モータに影響を受けることなく、減速機に伝えられる回転力を差動ギヤ機構を介して再生を行う電動モータに円滑に伝え、この電動モータを発電機として駆動させ、その発電によって生じた電力を蓄電装置に蓄えることができる。また、この第１の発明は、減速機と電動モータとを差動ギヤ機構を介して直結したものであるから、ギヤ列の複数のギヤ同志の噛み合い抵抗による再生効率の低下を生じさせることなくエネルギーの再生を行わせることができる。またこの第１の発明のモータ配置関係は、減速機の直上に差動ギヤ機構が位置し、この差動ギヤ機構の直上のギヤ列の部分の上方に電動モータが位置し、この電動モータの横方向のギヤ列の部分の上方に油圧モータが位置する配置関係となる。したがって、油圧モータの外形形状が電動モータの外形形状よりも大きく設定される場合に、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機の直上のギヤ列の部分の上方においては比較的小さなモータ配置空間しか確保できず、減速機の直上のギヤ列の部分から離れたギヤ列の部分では比較的大きなモータ配置空間を確保できる状況のときに有効である。

また本発明のうちの第２の発明は、走行体と、この走行体上に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する建設機械に備えられ、上記旋回体に設けられ、上記旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤが取り付けられる出力軸を有し、上記旋回体を旋回させる減速機と、上記減速機を駆動する複数のモータと、これらのモータの回転力を上記減速機の入力軸に伝達可能な複数のギヤを含むギヤ列とを有し、上記複数のモータはエネルギーの再生が可能な電動モータを含む建設機械の旋回装置において、上記ギヤ列の上記複数のギヤのうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構を備え、上記減速機の入力軸に接続される上記ギヤ列のギヤとは異なる上記ギヤ列のギヤに上記差動ギヤ機構を設け、上記複数のモータは、上記ギヤ列の上方に配置され、上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する電動モータと、上記ギヤ列の下方に配置され、上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する別の電動モータとを含むことを特徴としている。

このように構成した第２の発明は、旋回体の旋回に際して、２つの電動モータの回転力のそれぞれを差動ギヤ機構を介して減速機の入力軸に伝えることができる。また、旋回体の旋回からの停止に際して、２つの電動モータのうちの一方にブレーキがかけられて該当する電動モータの回転が阻止された場合でも、差動ギヤ機構を介して他の電動モータを回転させ、発電機として活用させることができる。すなわちこの第２の発明は、旋回体の旋回からの停止における電動モータによるエネルギーの再生に際し、ブレーキがかけられた電動モータに影響を受けることなく、減速機に伝えられる回転力を差動ギヤ機構を介して再生を行う電動モータに円滑に伝え、この電動モータを発電機として駆動させ、その発電によって生じた電力を蓄電装置に蓄えることができる。この第２の発明に備えられる２つの電動モータとしては、旋回体の旋回に際しての起動を円滑に行わせることができるギヤ列の複数のギヤの歯数比に設定することにより、いわゆる低速モータや高速モータとかの特殊構成のモータの採用を要せずに、標準仕様の電動モータを採用することができる。またこの第２の発明は、減速機の直上のギヤ列の部分の上方においては電動モータの配置空間を確保できず、減速機の直上のギヤ列の部分から離れたギヤ列の部分の上方及び下方に電動モータの配置空間を確保できる状況のときに有効である。

また本発明のうちの第３の発明は、走行体と、この走行体上に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する建設機械に備えられ、上記旋回体に設けられ、上記旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤが取り付けられる出力軸を有し、上記旋回体を旋回させる減速機と、上記減速機を駆動する複数のモータと、これらのモータの回転力を上記減速機の入力軸に伝達可能な複数のギヤを含むギヤ列とを有し、上記複数のモータはエネルギーの再生が可能な電動モータを含む建設機械の旋回装置において、上記ギヤ列の上記複数のギヤのうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構を備え、上記複数のモータは、上記ギヤ列の上方に配置され上記減速機の入力軸に接続される入出力軸を有する電動モータと、上記ギヤ列の上方において上記電動モータと並設され、上記ギヤ列の上記電動モータの上記入出力軸が接続されるギヤとは異なるギヤに設けられる上記差動ギヤ機構に接続される出力軸を有する油圧モータと、上記ギヤ列の下方に上記油圧モータと対向するように配置され、上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する別の電動モータとを含むことを特徴としている。

このように構成した第３の発明は、旋回体の旋回に際して、油圧モータと２つの電動モータの回転力のそれぞれを差動ギヤ機構を介して減速機の入力軸に伝えることができる。また、旋回体の旋回からの停止に際して、油圧モータにブレーキがかけられて、この油圧モータの回転が阻止された場合でも、減速機の入力軸に接続される入出力軸を有する電動モータに減速機の回転を伝えて、該当する電動モータを発電機として活用することができる。すなわちこの第３の発明は、旋回体の旋回からの停止における電動モータによるエネルギーの再生に際し、ブレーキがかけられた油圧モータに影響を受けることなく、減速機に伝えられる回転力を差動ギヤ機構を介して再生を行う電動モータに円滑に伝え、この電動モータを発電機として駆動させ、その発電によって生じた電力を蓄電装置に蓄えることができる。また、この第３の発明は、減速機と、２つの電動モータのうちの１つとを直結したものであるから、ギヤ列の複数のギヤ同志の噛み合い抵抗による再生効率の低下を生じさせることなく再生を行わせることができる。またこの第３の発明は、減速機の直上に位置するギヤ列の部分の上方に再生に活用される電動モータが配置される構成となるが、油圧モータの外形形状が２つの電動モータそれぞれの外形形状よりも大きく設定される場合に、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機の直上のギヤ列の部分の上方においては比較的小さなモータ配置空間しか確保できず、減速機の直上のギヤ列の部分から離れたギヤ列の部分の上方では比較的大きなモータ配置空間を確保でき、また、その比較的大きなモータ配置空間の直下のギヤ列の部分の下方において電動モータの配置空間を確保できる状況のときに有効である。

また本発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つの発明において、上記減速機の上方に配置され上記ギヤ列が収納されるギヤケースを備え、上記差動ギヤ機構を上記ギヤケースの内部に収納させたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、複数のギヤを含むギヤ列を収納するギヤケースと、差動ギヤ機構とを個別に設けることなく、差動ギヤ機構もギヤケースの内部に収納させるようにしたので、コンパクトなギヤ配列構造を実現させることができる。

本発明の第１〜第３の発明は、旋回体の旋回からの停止に際して、複数のモータのうちのブレーキがかけられるモータが、そのブレーキによって回転を阻止されても、旋回体から減速機に伝えられた回転力を煩雑な制御を要さずに差動ギヤ機構を介して再生を行う電動モータに円滑に伝え、その電動モータを発電機として活用して電力を蓄えることができる。これにより従来に比べて容易に再生効率を向上させることができる。また、当該建設機械がミニショベル等の小型機械であっても、従来は困難であった再生動作を確実に行わせることができる。

また、本発明の第１の発明は、油圧モータの外形形状が電動モータの外形形状よりも大きく設定される場合に、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機の直上のギヤ列の部分の上方においては比較的小さなモータ配置空間しか確保できず、減速機の直上のギヤ列の部分から離れたギヤ列の部分では比較的大きなモータ配置空間を確保できる状況のときに有効である。

また、本発明の第２の発明に備えられる２つの電動モータとしては、旋回体の旋回に際しての起動を円滑に行わせることができるギヤ列の複数のギヤの歯数比に設定することにより、いわゆる低速モータや高速モータとかの特殊構成のモータの採用を要せずに、標準仕様の電動モータを採用することができる。またこの第２の発明は、減速機の直上のギヤ列の部分の上方においては電動モータの配置空間を確保できず、減速機の直上のギヤ列の部分から離れたギヤ列の部分の上方及び下方に電動モータの配置空間を確保できる状況のときに有効である。

また、本発明の第３の発明は、減速機と、２つの電動モータのうちの１つとを直結したものであるから、ギヤ列の複数のギヤ同志の噛み合い抵抗による再生効率の低下を生じさせることなく再生を行わせることができる。またこの第３の発明は、減速機の直上に位置するギヤ列の部分の上方に再生に活用される電動モータが配置される構成となるが、油圧モータの外形形状が２つの電動モータそれぞれの外形形状よりも大きく設定される場合に、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機の直上のギヤ列の部分の上方においては比較的小さなモータ配置空間しか確保できず、減速機の直上のギヤ列の部分から離れたギヤ列の部分の上方では比較的大きなモータ配置空間を確保でき、また、その比較的大きなモータ配置空間の直下のギヤ列の部分の下方において電動モータの配置空間を確保できる状況のときに有効である。

本発明に係る旋回装置の第１，第２，第３実施形態、及び本発明者らが先に考案した参考例１，２が備えられる建設機械の一例として挙げたミニショベルを示す側面図である。参考例１に係る旋回装置の要部構成を示す概略図である。参考例１に備えられる差動ギヤ機構を拡大して示した概略図である。本発明の第１実施形態の要部構成を示す概略図である。参考例２の要部構成を示す概略図である。本発明の第２実施形態の要部構成を示す概略図である。本発明の第３実施形態の要部構成を示す概略図である。従来のハイブリッド型油圧ショベルに備えられる旋回装置の要部構成を示す概略図である。図８に示す従来技術における不具合に対して考えられる旋回装置の要部構成を示す概略図である。

以下、本発明に係る建設機械の旋回装置の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る旋回装置の第１，第２，第３実施形態、及び本発明者らが先に考案した参考例１，２が備えられる建設機械の一例として挙げたミニショベルを示す側面図である。

参考例１に係る旋回装置は、建設機械例えば図１に示すミニショベルに備えられている。このミニショベルは、走行体１と、この走行体１上に旋回輪２を介して配置される旋回体３と、この旋回体３に取り付けられ、土砂の掘削作業等に活用される作業装置４とを備えている。作業装置４は例えば、旋回体３に上下方向の回動可能に取り付けられるブーム５と、このブーム５の先端に上下方向の回動可能に取り付けられるアーム６と、このアーム６の先端に上下方向の回動可能に取り付けられるバケット７とを含んでいる。

旋回体３の旋回フレーム３ａの上方にはフロアプレート８が配置され、このフロアプレート８上には運転席９が設けられている。旋回フレーム３ａの後端部には、重量バランスを確保するカウンタウエイト１０を備えている。また、運転席９とカウンタウエイト１０の間には、エンジン、油圧ポンプ等が収容される機械室１１を備えている。

なお、後述の本発明の第１〜第３実施形態、及び参考例２に係る旋回装置も、例えば図１に示すようなミニショベルに備えられている。本発明の第１〜第３実施形態、及び参考例１，２に係る旋回装置は、旋回体３上に設けられるものであり、後述するように、複数のモータの回転力のそれぞれを減速機２１の入力軸２１ｂに伝達可能なギヤ列２８に含まれる複数のギヤ２５，２６，２７のうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構３０を備え、複数のモータのうちの少なくとも１つのモータを差動ギヤ機構３０に接続した構成にしてある。また、本発明の第１〜第３実施形態、及び参考例１，２に備えられる旋回装置は、後述するように、減速機２１の上方に配置されギヤ列２８が収納されるギヤケース２９を備え、差動ギヤ機構３０もギヤケース２９の内部に収納させた構成にしてある。

図２は参考例１に係る旋回装置の要部構成を示す概略図、図３は参考例１に備えられる差動ギヤ機構を拡大して示した概略図である。

参考例１に係る旋回装置は、図２に示すように、旋回輪２の内輪の内歯と噛み合うギヤ２０が取り付けられる出力軸２１ａを有し、旋回体３を旋回させる減速機２１と、この減速機２１を駆動する複数のモータ、例えば油圧モータ２２と、エネルギーの再生が可能な電動モータ２３と、これらのモータ２２，２３のそれぞれの回転力を減速機２１の入力軸２１ｂに伝達可能な上述した複数のギヤ２５，２６，２７を含むギヤ列２８とを有している。

このギヤ列２８の減速機２１の直上に配置されるギヤ２５と一体に差動ギヤ機構３０を設けてあり、減速機２１の入力軸２１ｂに差動ギヤ機構３０を接続してある。減速機２１の上方に上述したギヤケース２９を配置してあり、このギヤケース２９の内部に、ギヤ２５，２６，２７を含むギヤ列２８と差動ギヤ機構３０とを収納させてある。

油圧モータ２２は、ギヤケース２９の上方に配置され差動ギヤ機構３０に接続される出力軸２２ａを有している。すなわち、減速機２１の直上にギヤ２５と一体に設けられた差動ギヤ機構３０が位置し、この差動ギヤ機構３０の直上のギヤケース２９の部分の上方に油圧モータ２２が位置している。

ギヤ列２８は、差動ギヤ機構３０が設けられるギヤ２５と噛み合うギヤ２６を有し、このギヤ２６に噛み合うギヤ２７を有し、エネルギーの再生を行う電動モータ、すなわち再生に際し発電機となる電動モータ２３は、ギヤ列２８の差動ギヤ機構３０が設けられるギヤ２５とは異なるギヤ２７に接続される入出力軸２３ａを有している。この電動モータ２３には、この電動モータ２３が発電機として動作して発生させた電力を蓄える蓄電装置２４が接続されている。

差動ギヤ機構３０は、図３に示すように、ギヤ列２８のギヤ２５に一体に設けられるケース３５と、このケース３５に収納され、ケース３５と一体に設けられるピニオンシャフト３３と、ケース３５に収納され油圧モータ２２の出力軸２２ａに接続されるサイドギヤ３１、及び減速機２１の入力軸２１ｂに接続されるサイドギヤ３４と、それぞれケース３５に収納されて互いに対向するように回転自在にピニオンシャフト３３に支持され、サイドギヤ３１とサイドギヤ３４にそれぞれ噛み合う２つのピニオンギヤ３２とを含んでいる。

このように構成した参考例１は、旋回体３の旋回に際して、油圧モータ２２の回転力を、出力軸２２ａから差動ギヤ機構３０のサイドギヤ３１、ピニオンギヤ３２、サイドギヤ３４を介して減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。また、電動モータ２３の回転力を、入出力軸２３からギヤ列２８のギヤ２７，２６を介してギヤ２５に伝え、差動ギヤ機構３０のケース３５及びピニオンシャフト３３を図２の紙面と直交する平面内に回転させてピニオンギヤ３２及びサイドギヤ３４を回転させることにより、減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。したがって、油圧モータ２２と電動モータ２３の協働により、減速機２１を駆動させることができる。この減速機２１の駆動により、減速機２１の出力軸２１ａに設けたギヤ２０が回転し、このギヤ２０と旋回輪２の内輪の内歯との噛み合いを介して旋回体３を旋回させることができる。

また、旋回体３の旋回からの停止に際して、油圧モータ２２にブレーキがかけられて、この油圧モータ２２の回転が阻止され、この油圧モータ２２の出力軸２２ａ及び差動ギヤ機構３０のサイドギヤ３１の回転が阻止された場合、旋回体３からギヤ２０、及び出力軸２１ａを介して減速機２１に伝えられた回転力を、この減速機２１の入力軸２１ｂ、差動ギヤ機構３０のサイドギヤ３４、ピニオンギヤ３２を介して、ピニオンシャフト３３及びケース３５の図２の紙面と直交する平面内の回転として伝えることができる。したがって、ケース３５の回転と一体的にギヤ列２８のギヤ２５が回転し、このギヤ２５と噛み合うギヤ２６を介してギヤ２７が回転し、このギヤ２７に接続された電動モータ２３の入出力軸２３ａが回転する。

すなわち、この参考例１は、旋回体３の旋回からの停止における電動モータ２３によるエネルギーの再生に際し、ブレーキがかけられた油圧モータ２２の影響を受けることなく、減速機２１に伝えられた回転力を煩雑な制御を要さずに、電動モータ２３に円滑に伝えて、この電動モータ２３を発電機として駆動させ、その発電によって生じた電力を蓄電装置２４に蓄えることができる。この蓄電装置２４に蓄えられた電力は、旋回体３の旋回起動時等に際して電動モータ２３を駆動するエネルギーとして活用することができる。

このように参考例１によれば、エネルギーの再生時に、差動ギヤ機構３０を介して電動モータ２３を発電機として駆動させ、容易に再生効率を向上させることができる。また、従来では困難であった小型機械から成る当該ミニショベルにおけるエネルギーの再生も確実に行わせることができる。

また、参考例１によれば、複数のギヤ２５，２６，２７を含むギヤ列２８を収納するギヤケース２９と、差動ギヤ機構３０とを個別に設けることなく、差動ギヤ機構３０もギヤケース２９の内部に収納させるようにしたので、コンパクトなギヤ配列構造を実現させることができる。

また、参考例１におけるモータの配置関係は、減速機２１の直上に差動ギヤ機構３０が位置し、この差動ギヤ機構３０の直上のギヤケース２９の部分の上方に油圧モータ２２が位置し、この油圧モータ２２の横方向のギヤケース２９の部分の上方に再生を行う電動モータ２３が位置する配置関係となる。したがって、油圧モータ２２の外形形状が電動モータ２３の外形形状よりも大きく設定される場合に、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分の上方に比較的大きなモータ配置空間を確保でき、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分から離れたギヤケース２９の部分の上方では比較的小さな配置空間しか確保できない状況のときに有効である。

図４は本発明の第１実施形態の要部構成を示す概略図である。

この図４に示す第１実施形態は、減速機２１の入力軸２１ｂに差動ギヤ機構３０を接続し、減速機２１を駆動可能な複数のモータが、ギヤ列２８、すなわちギヤケース２９の上方に配置され差動ギヤ機構３０に接続される入出力軸２３ａを有し、エネルギーの再生を行う電動モータ２３と、ギヤケース２９の上方において電動モータ２３と並設され、ギヤ列２８の差動ギヤ機構３０が設けられるギヤ２５とは異なるギヤ２７に接続される出力軸２２ａを有する油圧モータ２２を含む構成にしてある。差動ギヤ機構３０の構成を含むその他の構成は、上記参考例１と同等である。

このように構成した第１実施形態は、旋回体３の旋回に際して、油圧モータ２２の回転力を、ギヤ列２８のギヤ２７，２６を介してギヤ２５に伝え、差動ギヤ機構３０の上述したケース３５及びピニオンシャフト３３を回転させてサイドギヤ３４を回転させることにより減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。また、電動モータ２３の回転力を、入出力軸２３ａから差動ギヤ機構３０の上述したサイドギヤ３１、ピニオンギヤ３２、サイドギヤ３４を介して減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。したがって、参考例１と同様に、油圧モータ２２と電動モータ２３の協働により、減速機２１を駆動させ、これにより旋回体３を旋回させることができる。

また、旋回体３の旋回からの停止に際して、油圧モータ２２にブレーキがかけられて、この油圧モータ２２の回転が阻止された場合、旋回体３からギヤ２０、及び出力軸２１ａを介して減速機２１の入力軸２１ｂ、差動ギヤ機構３０の上述したサイドギヤ３４、ピニオンギヤ３２、サイドギヤ３１を介して電動モータ２３の入出力軸２３の回転として伝えることができる。したがって、この第１実施形態も、上述した参考例１と同様に旋回体３の旋回からの停止に際し、煩雑な制御を要することなく減速機２１に伝えられた回転力を、再生を行う電動モータ２３に円滑に伝えることができ、容易に再生効率を向上させることができる。また、ミニショベルにあっても確実にエネルギーの再生を行わせることができる。さらに、ギヤケース２９内に差動ギヤ機構３０を収納させたことにより、参考例１におけるのと同様の作用効果が得られる。

また、この第１実施形態のモータ配置関係は、減速機２１の直上に差動ギヤ機構３０が位置し、この差動ギヤ機構３０の直上のギヤケース２９の部分の上方に電動モータ２３が位置し、この電動モータ２３の横方向のギヤケース２９の部分の上方に油圧モータ２２が位置する配置関係となる。したがって、油圧モータ２２の外形形状が電動モータ２３の外形形状よりも大きく設定される場合、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分の上方においては比較的小さなモータ配置空間しか確保できず、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分から離れたギヤケース２９の部分の上方では比較的大きなモータ配置空間を確保できる状況のときに有効である。

図５は参考例２の要部構成を示す概略図である。

この図５に示す参考例２は、減速機２１の入力軸２１ｂに差動ギヤ機構３０を接続し、減速機２１を駆動可能な複数のモータが、ギヤケース２９の上方に配置され差動ギヤ機構３０に接続される入出力軸４０ａを有する電動モータ４０と、ギヤケース２９の上方において電動モータ４０と並設され、ギヤ列２８の差動ギヤ機構３０が設けられるギヤ２５とは異なるギヤ２７に接続される入出力軸４１ａを有する別の電動モータ４１とを含む構成にしてある。また、電動モータ４０と電動モータ４１の双方を蓄電装置４２に接続させてある。差動ギヤ機構３０の構成を含むその他の構成は参考例１と同等である。

このように構成した参考例２は、旋回体３の旋回に際して、電動モータ４０の回転力を入出力軸４０ａから差動ギヤ機構３０の上述したサイドギヤ３１、ピニオンギヤ３２、サイドギヤ３４を介して減速機２１の入出力軸２１ｂに伝えることができる。また、別の電動モータ４１の回転力を、ギヤ列２８のギヤ２７，２６を介してギヤ２５に伝え、差動ギヤ機構３０の上述したケース３５及びピニオンシャフト３３を回転させてサイドギヤ３４を回転させることにより減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。したがって、参考例１と同様に、電動モータ４０と電動モータ４１の協働により減速機２１を駆動させ、これにより旋回体３を旋回させることができる。

また、旋回体３の旋回からの停止に際して、例えば電動モータ４１にブレーキがかけられて、この電動モータ４１の回転が阻止された場合、旋回体３からギヤ２０、及び出力軸２１ａを介して減速機２１に伝えられた回転力を、この減速機２１の入力軸２１ａ、差動ギヤ機構３０のサイドギヤ３４、ピニオンギヤ３２、サイドギヤ３１を介して電動モータ４０の入出力軸４０ａの回転として伝えることができる。したがって、この参考例２も、上述した参考例１と同様に、旋回体３の旋回からの停止に際し、煩雑な制御を要することなく減速機２１に伝えられた回転力を、エネルギーの再生を行う電動モータ４０に円滑に伝え、電動モータ４０を発電機として電力を発生させ、その発生させた電力を蓄電装置４２に蓄え、容易に再生効率を向上させることができる。また、ミニショベルにあっても確実にエネルギーの再生を行わせることができる。さらに、ギヤケース２９内に差動ギヤ機構３０を収納させたことにより、参考例１におけるのと同等の作用効果が得られる。

また、この参考例２に備えられる２つの電動モータ４０，４１としては、旋回体３の旋回に際しての起動を円滑に行わせることができるギヤ列２８のギヤ２５，２７の歯数比に予め設定することにより、いわゆる低速モータや高速モータとかの高価な特殊構成のモータの採用を要せずに、標準仕様の比較的安価な電動モータを採用することができる。

図６は本発明の第２実施形態の要部構成を示す概略図である。

この図６に示す第２実施形態は、減速機２１の入力軸２１ｂに接続されるギヤ列２８のギヤ２５とは異なるギヤ２７に差動ギヤ機構３０を設け、減速機２１を駆動可能な複数のモータが、ギヤ列２８、すなわちギヤケース２９の上方に配置され、差動ギヤ機構３０に接続される入出力軸５０ａを有する電動モータ５０と、ギヤケース２９の下方に配置され、差動ギヤ機構３０に接続される入出力軸５１ａを有する別の電動モータ５１とを含む構成にしてある。また、電動モータ５０と電動モータ５１の双方を蓄電装置５２に接続させてある。差動ギヤ機構３０の構成を含むその他の構成は参考例１と同等である。

このように構成した第２実施形態は、旋回体３の旋回に際して、電動モータ５０の回転力、及び電動モータ５１の回転力を、電動モータ５０の入出力軸５０ａ、及び電動モータ５１の入出力軸５１ａから差動ギヤ機構３０、この差動ギヤ機構３０が設けられるギヤ２７、ギヤ２６、及びギヤ２５を介して減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。したがって、参考例２と同様に、電動モータ５０と電動モータ５１との協働により減速機２１を駆動させ、これにより旋回体３を旋回させることができる。

また、旋回体３の旋回からの停止に際して、例えば電動モータ５１にブレーキがかけられて、この電動モータ５１の回転が阻止された場合、旋回体３からギヤ２０、及び出力軸２１ａを介して減速機２１に伝えられた回転力を、この減速機２１の入力軸２１ａ、ギヤ列２８のギヤ２５、ギヤ２６、ギヤ２７、このギヤ２７が一体に設けられた差動ギヤ機構３０のケース３５及びピニオンシャフト３３の回転動作、ピニオンギヤ３２、サイドギヤ３１の回転を介して、電動モータ５０の入出力軸５０ａの回転として伝えることができる。したがって、この第２実施形態も、上述した参考例２と同様に、旋回体３の旋回からの停止に際し、煩雑な制御を要することなく減速機２１に伝えられた回転力を、再生を行う電動モータ５０に円滑に伝え、電動モータ５０を発電機として電力を発生させ、その電力を蓄電装置５２に蓄え、容易に再生効率を向上させることができ、参考例２と同等の作用効果が得られる。

また、この第２実施形態は、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分の上方においては電動モータの配置空間を確保できず、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分から離れたギヤケース２９の部分の上方及び下方に電動モータの配置空間を確保できる状況のときに有効である。

図７は本発明の第３実施形態の要部構成を示す概略図である。

この図７に示す第３実施形態は、減速機２１を駆動可能な複数のモータが、ギヤ列２８、すなわちギヤケース２９の上方に配置され減速機２１の入力軸２１ｂに接続される入出力軸６２ａを有する電動モータ６２と、ギヤケース２９の上方において電動モータ６２と並設され、ギヤ列２８の電動モータ６２の入出力軸６２ａが接続されるギヤ２５とは異なるギヤ２７に設けられる差動ギヤ機構３０に接続される出力軸６０ａを有する油圧モータ６０と、ギヤケース２９の下方に油圧モータ６０と対向するように配置され、差動ギヤ機構３０に接続される入出力軸６１ａを有する別の電動モータ６１とを含む構成にしてある。また、電動モータ６１と電動モータ６２の双方を蓄電装置６３に接続させてある。差動ギヤ機構３０の構成を含むその他の構成は参考例１と同等である。

このように構成した第３実施形態は、旋回体３の旋回に際して、電動モータ６２の回転力を、入出力軸６２ａを介して減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。また、油圧モータ６０の回転力と電動モータ６１の回転力を、油圧モータ６０の出力軸６０ａ及び電動モータ６１の入出力軸６１ａから差動ギヤ機構３０、この差動ギヤ機構３０が設けられるギヤ２７、ギヤ２６、及びギヤ２５を介して減速機２１の入力軸２１ｂに伝えることができる。したがって、参考例１と同様に、油圧モータ６０と、電動モータ６１，６２との協働により減速機２１を駆動させ、これにより旋回体３を旋回させることができる。

また、旋回体３の旋回からの停止に際して、油圧モータ６０にブレーキがかけられて、この油圧モータ６０の回転が阻止された場合でも、差動ギヤ機構３０を設けたことにより、ギヤ列２８のギヤ２５，２６，２７の回転が可能となる。したがって、旋回体３からギヤ２０、及び出力軸２１ａを介して減速機２１に伝えられた回転力を、ギヤ２５に接続された減速機２１の入力軸２１ａを介して電動モータ６２の入出力軸６２ａの回転として伝えることができる。したがって、この第３実施形態も参考例１と同様に、旋回体３の旋回からの停止に際し、煩雑な制御を要することなく減速機２１に伝えられた回転力をエネルギーの再生を行う電動モータ６２に円滑に伝え、電動モータ６０を発電機として電力を発生させ、その発生させた電力を蓄電装置６３に蓄え、容易に再生効率を向上させることができ、参考例１と同等の作用効果が得られる。なお、エネルギーの再生時に電動モータ６１も再生用の電動モータとして活用可能であるが、電動モータ６１と電動モータ６２の双方にブレーキをかけない場合、ギヤ列２８のギヤ２５，２６，２７同志の噛み合い抵抗により、電動モータ６１の負荷が電動モータ６２の負荷よりも重くなることから、実際には負荷の軽い電動モータ６２が再生用の電動モータとして活用される。

すなわち、この第３実施形態は、減速機２１の入力軸２１ｂと電動モータ６２の入出力軸６２ａとを直結したものであるから、ギヤ列２８のギヤ２５，２６，２７同志の噛み合い抵抗による再生効率の低下を生じさせることなく再生を行わせることができ、優れた再生効率を確保できる。

また、この第３実施形態は、油圧モータ６０の外形形状が２つの電動モータ６１，６２のそれぞれの外形形状よりも大きく設定される場合に、当該旋回装置の周囲に配置される機器や部材の設置状況の影響を受けて、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分の上方においては比較的小さなモータ配置空間しか確保できず、減速機２１の直上のギヤケース２９の部分から離れたギヤケース２９の部分の上方に比較的大きなモータ配置空間を確保でき、また、その比較的大きなモータ配置空間を確保できる箇所の直下のギヤケース２９の部分の下方において電動モータの配置空間を確保できる状況のときに有効である。

１走行体
２旋回輪
３旋回体
３ａ旋回フレーム
４作業装置
２０ギヤ
２１減速機
２１ａ出力軸
２１ｂ入力軸
２２油圧モータ
２２ａ出力軸
２３電動モータ
２３ａ入出力軸
２４蓄電装置
２５ギヤ
２６ギヤ
２７ギヤ
２８ギヤ列
２９ギヤケース
３０差動ギヤ機構
３１サイドギヤ
３２ピニオンギヤ
３３ピニオンシャフト
３４サイドギヤ
３５ケース
４２蓄電装置
５０電動モータ
５０ａ入出力軸
５１電動モータ
５１ａ入出力軸
５２蓄電装置
６０油圧モータ
６０ａ出力軸
６１電動モータ
６１ａ入出力軸
６２電動モータ
６２ａ入出力軸
６３蓄電装置

Claims

走行体と、この走行体上に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する建設機械に備えられ、
上記旋回体に設けられ、上記旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤが取り付けられる出力軸を有し、上記旋回体を旋回させる減速機と、上記減速機を駆動する複数のモータと、これらのモータの回転力を上記減速機の入力軸に伝達可能な複数のギヤを含むギヤ列とを有し、上記複数のモータはエネルギーの再生が可能な電動モータを含む建設機械の旋回装置において、
上記ギヤ列の上記複数のギヤのうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構を備え、
上記減速機の入力軸に上記差動ギヤ機構を接続し、
上記複数のモータは、上記ギヤ列の上方に配置され上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する電動モータと、上記ギヤ列の上方において上記電動モータと並設され、上記ギヤ列の上記差動ギヤ機構が設けられるギヤとは異なるギヤに接続される出力軸を有する油圧モータとを含むことを特徴とする建設機械の旋回装置。
走行体と、この走行体上に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する建設機械に備えられ、
上記旋回体に設けられ、上記旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤが取り付けられる出力軸を有し、上記旋回体を旋回させる減速機と、上記減速機を駆動する複数のモータと、これらのモータの回転力を上記減速機の入力軸に伝達可能な複数のギヤを含むギヤ列とを有し、上記複数のモータはエネルギーの再生が可能な電動モータを含む建設機械の旋回装置において、
上記ギヤ列の上記複数のギヤのうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構を備え、
上記減速機の入力軸に接続される上記ギヤ列のギヤとは異なる上記ギヤ列のギヤに上記差動ギヤ機構を設け、上記複数のモータは、上記ギヤ列の上方に配置され、上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する電動モータと、上記ギヤ列の下方に配置され、上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する別の電動モータとを含むことを特徴とする建設機械の旋回装置。
走行体と、この走行体上に旋回輪を介して配置される旋回体と、この旋回体に取り付けられる作業装置とを有する建設機械に備えられ、
上記旋回体に設けられ、上記旋回輪の内輪の内歯と噛み合うギヤが取り付けられる出力軸を有し、上記旋回体を旋回させる減速機と、上記減速機を駆動する複数のモータと、これらのモータの回転力を上記減速機の入力軸に伝達可能な複数のギヤを含むギヤ列とを有し、上記複数のモータはエネルギーの再生が可能な電動モータを含む建設機械の旋回装置において、
上記ギヤ列の上記複数のギヤのうちの１つのギヤと一体に設けられる差動ギヤ機構を備え、
上記複数のモータは、上記ギヤ列の上方に配置され上記減速機の入力軸に接続される入出力軸を有する電動モータと、上記ギヤ列の上方において上記電動モータと並設され、上記ギヤ列の上記電動モータの上記入出力軸が接続されるギヤとは異なるギヤに設けられる上記差動ギヤ機構に接続される出力軸を有する油圧モータと、上記ギヤ列の下方に上記油圧モータと対向するように配置され、上記差動ギヤ機構に接続される入出力軸を有する別の電動モータとを含むことを特徴とする建設機械の旋回装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の旋回装置において、
上記減速機の上方に配置され上記ギヤ列が収納されるギヤケースを備え、上記差動ギヤ機構を上記ギヤケースの内部に収納させたことを特徴とする建設機械の旋回装置。