CN112020586A - 电动式作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供液压挖掘机(1)，具备电动马达(7)和液压致动器，上述电动马达(7)以商用电源(5)和电池(62)为驱动电源，上述液压致动器以由电动马达(7)驱动的液压泵(113)为液压源，该电动式的液压挖掘机(1)具备第一电源模式和第二电源模式，在该第一电源模式下，一边继续从商用电源(5)向电池(62)充电，一边驱动电动马达(7)，在该第二电源模式下仅利用电池(62)来驱动电动马达(7)，在用于商用电源(5)供电的供电电缆(51)与供电口连接，且电动马达(7)的旋转停止的情况下，从第二电源模式移至第一电源模式。

Description

电动式作业机械

技术领域

本发明涉及电动式作业机械。

背景技术

在下述专利文献1中公开了一种建设机械，该建设机械搭载有利用商用电源和电池来驱动电动马达的电源系统。该电源系统具备：电路，向逆变器供给来自电池的直流电源，该逆变器将直流电力转换为任意的交流电力并向电动马达供给；以及电源切换装置，其切换经由AC-DC转换部将从商用电源供给的交流电力转换为直流电力并向逆变器供给的电路。

在下述专利文献2中，公开如下的技术：提供一种电动式挖掘机，具备一边继续从外部电源向电池充电一边驱动电动马达的模式、以及仅利用电池来驱动电动马达的模式，在仅利用电池来驱动电动马达的模式中，通过连接外部电源而移至一边继续从外部电源向电池的充电一边驱动电动马达的模式。

专利文献1：日本特开2007-228715号公报，

专利文献2：日本特开2008-308881号公报。

然而，在专利文献1中，由于选择商用电源和电池，因此在利用仅来自商用电源的电力来驱动电动马达的情况下，驱动电动马达的电力取决于商用电源，因此具有在需要较大的驱动力的作业的情况下无法得到充分的驱动力这样的问题。另外，在专利文献2中，由于在仅由电池进行驱动中的本机连接用于供给外部电源的供电电缆，因此存在引起电弧放电的危险性。并且，在仅由电池进行驱动中的本机连接供电电缆的行为有可能诱发由于本机的旋转、行驶动作引起的接触事故。

发明内容

因此，本发明鉴于上述课题，目的在于提供电动式作业机械，抑制在驱动中的本机连接来自外部电源的供电电缆的行为，即使在连接了供电电缆的情况下也能够防止引起电弧放电这一情形。

本发明的电动式作业机械具备电动马达和液压致动器，所述电动马达以外部电源和电池为驱动电源，所述液压致动器以由上述电动马达驱动的液压泵为液压源，

该电动式作业机械具备第一电源模式和第二电源模式，在该第一电源模式下，一边继续从上述外部电源向上述电池充电，一边驱动上述电动马达，在该第二电源模式下仅利用上述电池来驱动上述电动马达，

在用于上述外部电源供电的供电电缆与供电口连接，且上述电动马达的旋转停止的情况下，从上述第二电源模式移至上述第一电源模式。

在本发明中，也可以在用于上述外部电源供电的供电电缆与供电口连接，且停止上述电动马达的旋转，并将切断杆向上方转动而限制了上述液压致动器的操作的情况下，从上述第二电源模式移至上述第一电源模式，其中，所述切断杆通过切断操作上述液压致动器的先导压而限制上述液压致动器的操作。

在本发明中，也可以在上述供电电缆从上述供电口脱离的情况下，从上述第一电源模式移至上述第二电源模式。

根据本发明，如果电动马达的旋转不停止，则不从第二电源模式移至第一电源模式，因此能够抑制在驱动中的本机连接来自外部电源的供电电缆的行为，即使在连接了供电电缆的情况下也不会引起电弧放电。

附图说明

图1是示出本实施方式的电动式作业机械的侧视图。

图2是放大地示出电动式作业机械的切断杆周边的侧视图。

图3是示出电动式作业机械的液压回路的图。

图4是搭载于电动式作业机械的电源系统的框图。

图5A是实现商用电源模式的电源系统的框图。

图5B是实现2路模式的电源系统的框图。

图5C是实现电池模式的电源系统的框图。

图5D是实现充电模式的电源系统的框图。

图6是示出电源模式的切换控制的顺序的流程图。

图7是示出2路模式与电池模式的切换控制的顺序的流程图。

图8是示出另一实施方式的2路模式与电池模式的切换控制的顺序的流程图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。

[电动式作业机械的结构]

首先，一边参照图1和图2，一边对作为电动式作业机械的一例的液压挖掘机1的概略结构进行说明。其中，作为电动式作业机械，不限于液压挖掘机1，也可以是轮式装载机等其他车辆。液压挖掘机1具备下部行驶体2、作业机3和上部旋转体4。

下部行驶体2具备左右一对履带21、21和左右一对行驶马达22L、22R。液压马达亦即左右的行驶马达22L、22R分别驱动左右的履带21、21，由此能够实现液压挖掘机1的前进后退。另外，在下部行驶体2设置有叶片23、以及用于使叶片23向上下方向转动的液压缸亦即叶片缸23a。

作业机3具备动臂31、斗杆32和铲斗33，通过独立地驱动它们，能够实现土砂等的挖掘作业。动臂31、斗杆32和铲斗33分别相当于作业部，液压挖掘机1具有多个作业部。

动臂31的基端部支承于上部旋转体4的前部，通过可自由伸缩地移动的动臂缸31a而转动。另外，斗杆32的基端部支承于动臂31的前端部，通过可自由伸缩地移动的斗杆缸32a而转动。而且，铲斗33的基端部支承于斗杆32的前端部，通过可自由伸缩地移动的铲斗缸33a而转动。动臂缸31a、斗杆缸32a和铲斗缸33a由液压缸构成。

上部旋转体4构成为能够经由旋转轴承(未图示)而相对于下部行驶体2旋转。在上部旋转体4配置有操纵部41、旋转台42、旋转马达43以及电池62等。利用液压马达亦即旋转马达43的驱动力使上部旋转体4经由旋转轴承(未图示)而旋转。另外，在上部旋转体4配设有由电动马达驱动的多个液压泵(在图1中未图示)。这些液压泵向各液压马达(行驶马达22L、22R、旋转马达43)、各液压缸(叶片缸23a、动臂缸31a、斗杆缸32a和铲斗缸33a)供给压力油。将各液压马达和各液压缸统称为液压致动器。

在操纵部41配置有操纵座411。在操纵座411的左右配置有一对作业操作杆412L、412R，在前方配置有一对行驶杆413L、413R。操作人员通过就座于操纵座411来对作业操作杆412L、412R、行驶杆413L、413R等进行操作，由此能够进行各液压致动器的控制，并进行行驶、旋转、作业等。

另外，作业操作杆412L、412R一体地安装于杆支架414，切断杆415从该杆支架414向前方延伸配置，该切断杆415用于接通或断开作业操作杆412L、412R对作业机3的操作。切断杆415构成为能够上下转动，若被向下方转动操作则成为基于作业操作杆412L、412R的操作而实现作业机3能够工作的状态，若向上方转动操作则成为即使对作业操作杆412L、412R进行操作，作业机3也不工作的锁定状态。在杆支架414的内部设置有对切断杆415的转动位置进行检测的切断开关416。切断开关416构成为若切断杆415向下方转动则接通，而若切断杆415向上方转动则断开。

在上部旋转体4设置有未图示的供电口，通过将该商用电源5(相当于外部电源)的供电电缆51与供电口连接，能够将商用电源5与后述的电源系统6连接。

向液压致动器供给压力油的液压泵构成为，通过由电力驱动的电动马达而工作，商用电源5和电池62向电动马达供给电力。

[液压回路的构成]

图3示出搭载于液压挖掘机1的液压回路100。液压回路100具备第一致动器111、第二致动器112、液压泵113、先导泵114、第一方向切换阀115、第二方向切换阀116以及操作装置117。

第一致动器111是由从液压泵113供给的压力油进行驱动的液压马达。第一致动器111例如为行驶马达22L、22R。第二致动器112是由从液压泵113供给的压力油进行驱动的液压缸。第二致动器112例如为动臂缸31a。

液压泵113由未图示的电动马达进行驱动，排出压力油。从液压泵113排出的压力油经由油路113a、油路113b而向第一方向切换阀115和第二方向切换阀116供给。此外，在图3中，从液压泵113向第一致动器111和第二致动器112供给的压力油的油路以实线表示。

第一方向切换阀115是能够切换向第一致动器111供给的压力油的方向并调节流量的先导式的方向切换阀。第二方向切换阀116是能够切换向第二致动器112供给的压力油的方向并调节流量的先导式的方向切换阀。

先导泵114排出向第一方向切换阀115和第二方向切换阀116输入的作为指令的先导压力油。在图3中，从先导泵114向第二方向切换阀116供给的先导压力油的油路以虚线表示(此外，未图示从先导泵114向第一方向切换阀115供给的先导压力油的油路)。先导泵114产生对第一方向切换阀115和第二方向切换阀116施加的先导压。先导泵114由未图示的电动马达进行驱动，通过排出压力油而在油路114a内产生先导压。

第一方向切换阀115能够通过使滑阀滑动而切换到多个位置。在对第一方向切换阀115的先导口115a和先导口115b中的任一先导口都不施加先导压的情况下，通过弹簧的作用力而将第一方向切换阀115保持在中立位置。在第一方向切换阀115位于中立位置的情况下，压力油不从油路113b向第一致动器111供给。

另一方面，在对第一方向切换阀115的先导口115a或者先导口115b施加了先导压的情况下，第一方向切换阀115从中立位置切换到其他位置，压力油经由油路111a或者油路111b向第一致动器111供给。第一致动器111通过经由油路111a或者油路111b供给的压力油而向正方向或者反方向进行旋转驱动。

第二方向切换阀116能够通过使滑阀滑动而切换到多个位置。在对第二方向切换阀116的先导口116a和先导口116b中的任一先导口都不施加先导压的情况下，通过弹簧的作用力而将第二方向切换阀116保持在中立位置。在第二方向切换阀116位于中立位置的情况下，压力油不从油路113a向第二致动器112供给。

另一方面，在对第二方向切换阀116的先导口116a或者先导口116b施加了先导压的情况下，第二方向切换阀116从中立位置切换到其他位置，压力油经由油路112a或者油路112b向第二致动器112供给。第二致动器112通过经由油路112a或者油路112b供给的压力油而进行伸缩。

操作装置117具有用于切换向第二方向切换阀116供给的先导压力油的方向和压力的遥控阀117a。操作装置117例如为作业操作杆412L、412R。遥控阀117a与油路114a连接。另外，遥控阀117a经由油路117b和油路117c与第二方向切换阀116的先导口116a和先导口116b分别连接。遥控阀117a将经由油路114a从先导泵114供给的压力油作为先导用的压力油向第二方向切换阀116供给。通过对操作装置117进行操作，能够切换第二方向切换阀116、切换向第二致动器112供给的压力油的方向，并调节流量。

在先导泵114与遥控阀117a之间的油路114a设置有开闭阀180。开闭阀180由电磁阀构成，具备螺线管180a。螺线管180a与切断开关416连接。如图3所示，在切断杆415向下方转动而使切断开关416接通时，螺线管180a通电，使开闭阀180成为连通状态。由此，来自先导泵114的压力油经由开闭阀180向遥控阀117a供给。另一方面，若像图3中双点划线所示那样切断杆415向上方转动，则切断开关416由于弹簧的作用力而断开，不再对螺线管180a通电，开闭阀180由于弹簧的作用力而成为切断状态。由此，来自先导泵114的压力油不向遥控阀117a供给，即使对操作装置117进行操作也不会对第二方向切换阀116施加先导压，因此不对第二致动器112供给压力油，第二致动器112的操作被限制。由此，切断杆415若向下方转动操作则成为基于操作装置117的操作而实现作业机3能够工作的状态，若向上方转动操作则成为即使对操作装置117进行操作，作业机3也不工作的锁定状态。

[电源系统的构成]

使用图4，对搭载于液压挖掘机1并向电动马达7供给电力的电源系统6进行说明。电源系统6具备：供电器61，将商用电源5的交流电源电压转换为直流电源电压；电池62，将来自供电器61的电力充电或者放电；逆变器63，将直流电源电压转换为交流电源电压；第一电路6a，从供电器61向逆变器63供给电力；第二电路6b，从电池62与第一电路6a合流；逆变器继电器64，配置在第一电路6a与第二电路6b的合流点6c与逆变器63之间；电池继电器65，配置在合流点6c与电池62之间；以及供电器继电器66，配置在合流点6c与供电器61之间。

供电器61将从商用电源5经由供电电缆51供给的交流电压转换为直流电压。该直流电压经由供电器继电器66和电池继电器65向电池62供给，对电池62进行充电。另外，供电器61的直流电压经由供电器继电器66和逆变器继电器64向逆变器63供给。

电池62经由电池继电器65和逆变器继电器64向逆变器63供给直流电压。作为电池62，例示出锂离子电池。

逆变器63将从供电器61和/或电池62供给的直流电压转换为交流电压。该交流电压被向电动马达7供给。电动马达7使液压泵113工作。此外，在图4中，仅示出液压泵113，但也可以设置多个液压泵。

另外，电源系统6具备用于控制电源系统6的系统控制器67。系统控制器67进行向电动马达7供给的电力控制、电池62的充电控制等。更具体而言，系统控制器67通过控制供电器61、逆变器63、逆变器继电器64、电池继电器65、供电器继电器66等，能够使电动马达7驱动，或者使电池62充电。

电源系统6具备图5A～图5D所示的多个电源模式。如图5A所示，电源系统6通过使逆变器继电器64和供电器继电器66的触点接触，并切断电池继电器65的触点，能够构成仅从商用电源5供给电力来驱动电动马达7的商用电源模式。由此，能够减少电池62的使用频度，能够延长电池62的寿命。另外，在电池62成为异常状态的情况下，只要是商用电源模式就能够通过商用电源5继续进行作业。

另外，如图5B所示，电源系统6通过使逆变器继电器64、供电器继电器66和电池继电器65这3个触点接触，能够构成从电池62和商用电源5供给电力来驱动电动马达7的2路模式(相当于第一电源模式)。

另外，如图5C所示，电源系统6通过使逆变器继电器64和电池继电器65的触点接触，并切断供电器继电器66的触点，能够构成仅从电池62供给电力来驱动电动马达7的电池模式(相当于第二电源模式)。

另外，如图5D所示，电源系统6通过使电池继电器65和供电器继电器66的触点接触，并切断逆变器继电器64的触点，能够构成仅进行商用电源5对电池62充电的充电模式。

接下来，对实现上述的电源模式的切换的控制方法进行说明。图6是示出电源模式的切换控制的顺序的流程图。首先，操作人员将电源接通。接下来，操作人员通过电源模式选择开关来选择电源模式。在步骤S1中，判定选择了哪个电源模式。在选择了模式1的情况下，系统控制器67将逆变器继电器64和供电器继电器66接通，并且将电池继电器65断开，从而成为商用电源模式。

另一方面，在步骤S1中选择了模式2或者模式3的情况下，在下一步骤S2中，判断供电器61可否使用。供电器61具备控制部，该控制部判别自身可否使用，如果为不可使用则将错误信号发送给系统控制器67，系统控制器67在接收到来自供电器61的错误信号的情况下，判断为供电器61为不可使用。

在步骤S2中判断为供电器61“不可使用”的情况下，在下一步骤S3中，判断电池62可否使用。电池62具备控制部，该控制部判别自身可否使用，如果为不可使用则将错误信号发送给系统控制器67，系统控制器67在接收到来自电池62的错误信号的情况下，判断为电池62不可使用。在步骤S3中判断为电池62“不可使用”的情况下，系统控制器67进行错误报告。

另一方面，在步骤S3中判断为电池62“能够使用”的情况下，在下一步骤S4中，系统控制器67将电池继电器65接通。接下来，在步骤S5中，判断逆变器63可否使用。逆变器63具备控制部，该控制部判别自身可否使用，如果为不可使用则将错误信号发送给系统控制器67，系统控制器67在接收到来自逆变器63的错误信号的情况下，判断为逆变器63不可使用。在步骤S5中判断为逆变器63“不可使用”的情况下，系统控制器67进行错误报告。

另一方面，在步骤S5中判断为逆变器63“能够使用”的情况下，在下一步骤S6中，系统控制器67将逆变器继电器64接通。由此，能够实现仅从电池62供给电力来驱动电动马达7的电池模式(第二电源模式)。

在步骤S2中判断为供电器61“能够使用”的情况下，在下一步骤S7中判断电池62可否使用。在步骤S7中判断为电池62“不可使用”的情况下，系统控制器67进行错误报告。另一方面，在步骤S7中判断为电池62“能够使用”的情况下，在下一步骤S8中，系统控制器67将电池继电器65接通。

接下来，在步骤S9中，判定选择了哪个电源模式。在判定为选择了模式3的情况下，在下一步骤S10中，确认供电电缆51的连接。若供电电缆51与供电口连接，则供电器61检测出该情形而将连接信号发送给系统控制器67。系统控制器67在从供电器61接收到连接信号的情况下，判断为供电电缆51与供电口连接。在步骤S10中判定为供电电缆51“未连接”的情况下，系统控制器67进行错误报告。

另一方面，在步骤S10中判定为供电电缆51“连接”的情况下，在下一步骤S11中，将供电器继电器66接通。由此，能够实现仅进行商用电源5向电池62充电的充电模式。

在步骤S9中判定为选择了模式2的情况下，在下一步骤S12中，判断逆变器63可否使用。在逆变器63不可使用的情况下，系统控制器67进行错误报告。另一方面，在步骤S12中判断为逆变器63能够使用的情况下，在下一步骤S13中，系统控制器67将逆变器继电器64接通。

接下来，在步骤S14中，确认供电电缆51的连接。在步骤S14中判定为供电电缆51“未连接”的情况下，成为仅从电池62供给电力来驱动电动马达7的电池模式(第二电源模式)。

另一方面，在步骤S14中判定为供电电缆51“连接”的情况下，在下一步骤S15中，将供电器继电器66接通。由此，能够实现从电池62和商用电源5供给电力来驱动电动马达7的2路模式(第一电源模式)。

接下来，使用图7，对实现2路模式与电池模式的切换的控制方法进行说明。在处于电池模式的状态时，在步骤S16中，确认供电电缆51的连接。在步骤S16中判定为供电电缆51“未连接”的情况下，继续进行电池模式。

另一方面，在步骤S16中判定为供电电缆51“连接”的情况下，在下一步骤S17中判定电动马达7的旋转是否停止。在电动马达7设置有位置传感器，逆变器63从电动马达7接受位置传感器的信息，对电动马达7的旋转速度进行计算，将电动马达7的旋转速度的信息发送给系统控制器67。系统控制器67能够基于从逆变器63接受的电动马达7的旋转速度的信息，来判定电动马达7的旋转是否停止。在步骤S17中判定为电动马达7的旋转未停止的“否”的情况下，继续进行电池模式。

另一方面，在步骤S17中判定为电动马达7的旋转停止的“是”的情况下，在下一步骤S18中，将供电器继电器66接通。由此，能够实现从电池模式向2路模式的切换。

另外，在处于2路模式时，在步骤S19中，确认供电电缆51的连接。在步骤S19中判定为供电电缆51“连接”的情况下，继续进行2路模式。

另一方面，在步骤S19中判定为供电电缆51“未连接”的情况下，在下一步骤S20中，将供电器继电器66断开。由此，能够实现从2路模式向电池模式的切换。

[其他实施方式]

如图8所示，在从电池模式向2路模式的切换中，除了供电电缆51的连接的确认、电动马达7的旋转停止的确认之外，还可以判定是否将切断杆415向上方转动而限制了液压致动器的操作。系统控制器67能够基于从切断开关416发送来的切断杆415是否向上方或者下方转动的信息，来判定切断杆415是否向上方转动。在步骤S17中判定为“是”的情况下，在下一步骤S21中，判定切断杆415是否向上方转动。在步骤S21中判定为切断杆415未向下方转动的“否”的情况下，继续进行电池模式，另一方面，在判定为切断杆415向上方转动的“是”的情况下，在下一步骤S18中，将供电器继电器66接通。

以上，基于附图对本发明的实施方式进行了说明，但应当认为具体的构成不限于这些实施方式。本发明的范围不仅由上述的实施方式的说明表示，而且还由权利要求表示，还包含与权利要求等通的意思和范围内的全部变更。

附图标记的说明

1…液压挖掘机；5…商用电源；51…供电电缆；6…电源系统；7…电动马达；62…电池；112…第二致动器；113…液压泵；415…切断杆。

Claims (3)

1.一种电动式作业机械，具备电动马达和液压致动器，所述电动马达以外部电源和电池为驱动电源，所述液压致动器以由所述电动马达驱动的液压泵为液压源，

所述电动式作业机械具备第一电源模式和第二电源模式，在所述第一电源模式下，一边继续从所述外部电源向所述电池充电，一边驱动所述电动马达，在该第二电源模式下仅利用所述电池来驱动所述电动马达，

在用于所述外部电源供电的供电电缆与供电口连接，且所述电动马达的旋转停止的情况下，从所述第二电源模式移至所述第一电源模式。

2.根据权利要求1所述的电动式作业机械，其中，

在用于所述外部电源供电的供电电缆与供电口连接，且所述电动马达的旋转停止，并将切断杆向上方转动而限制所述液压致动器的操作的情况下，从所述第二电源模式移至所述第一电源模式，其中，所述切断杆通过切断操作所述液压致动器的先导压来限制所述液压致动器的操作。

3.根据权利要求1或2所述的电动式作业机械，其中，

在所述供电电缆从所述供电口脱离的情况下，从所述第一电源模式移至所述第二电源模式。

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