JP2000295717A5 - - Google Patents
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Description
【発明の名称】蓄電器を備えた作業機械
【特許請求の範囲】
【請求項１】発電機と、この発電機により生成された電力によって作業部材を作動させるための動力を発生させる電動アクチュエータとを備えた作業機械において、前記発電機で生成された電力の充電及び前記電動アクチュエータに対する電力の供給を行うための複数種の蓄電器と、これらの蓄電器の中で使用する蓄電器を選択的に切換える切換手段と、前記電動アクチュエータの総必要動力を検出する動力検出手段と、検出された総必要動力に基づいて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【請求項２】請求項１記載の蓄電器を備えた作業機械において、前記蓄電器として、第１蓄電器と、この第１蓄電器よりも単位重量あたりの出力が高くかつ単位重量当りの蓄積エネルギーが低い第２蓄電器とを含むとともに、検出された総必要動力が予め設定された動力範囲内にある場合には前記第１蓄電器を選択し、検出された総必要動力が前記動力範囲よりも大きくもしくは当該動力範囲よりも小さい場合には前記第２蓄電器を選択するように前記切換制御手段を構成したことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【請求項３】請求項１または２記載の蓄電器を備えた作業機械において、前記電動アクチュエータを操作するための操作部材と、この操作部材の操作状態から作業内容を判別する作業判別手段と、判別された作業内容に応じて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電器を備えた作業機械において、切換操作を受ける選択スイッチを備え、この選択スイッチの操作に対応して使用蓄電器の切換が行われるように構成したことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の生成する電力を利用してブームなどの作業部材を作動させるショベル等の作業機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベル等の作業機械では、自走用に搭載されたエンジンの動力を利用して油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出される作動油を旋回アクチュエータ、ブームシリンダ、アームシリンダ等の各油圧アクチュエータに供給することにより、各部位の駆動を行うことが、一般に行われている。
【０００３】
しかし、このようなエンジン動力を利用したものでは、当該エンジンから発生する騒音や排気ガスが作業現場周囲の環境に悪影響を及ぼすおそれがあるため、特に市街地やトンネル内での作業、また夜間作業に著しい制限を受けているのが現状である。
【０００４】
そこで近年は、上記エンジンの作動による弊害をなくすべく、次のような作業機械が開発されるに至っている。
【０００５】
Ａ）作業機械に搭載されたバッテリーの電力を利用して電動アクチュエータを回し、この電動アクチュエータによって、油圧ポンプを駆動するようにしたもの（例えば特開平９−１４４０６１号公報参照）。
【０００６】
Ｂ）エンジン動力を利用して発電する発電機と、これにより生成された電力の過不足分を適宜充放電する蓄電器とを備えることにより、エンジン負荷を一定にしてエンジンの消費燃料及び排気ガス量を低減させるようにしたもの。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ａ）のバッテリー駆動式作業機械では、エンジンを動力源とする場合に比べると、稼動時間が非常に短く、長時間の連続作業ができない欠点がある。
【０００８】
一方、Ｂ）のいわゆるハイブリッド駆動式の作業機械では、次のような解決すべき課題がある。
【０００９】
前記作業機械としてショベルを例にとると、このショベルには、掘削、法面仕上げ、均し、土羽打ち、ばらまき、クレーン走行など、多くの作業パターンが存在する。しかも、各作業によって負荷（必要動力）が大きく異なっており、これによって蓄電器に要求される蓄電能力も変わってくる。
【００１０】
例えば、掘削作業の場合、１つの動作を行う時間は短いが、各アクチュエータの動作が速く、加減速が頻繁に行われるため、負荷のピーク値及び負荷変動が大きい。従って、蓄電器には、比較的短時間で大電流による充放電動作を行う能力が要求される。これに対して法面仕上げ作業等の場合、１つの動作を行う時間が長いが、負荷のピーク値及び負荷変動が小さいため、蓄電器には、長時間にわたって少しずつ電動アクチュエータに電力を供給できる能力が要求される。
【００１１】
一方、蓄電器として現在知られているものの代表例としては、次の表１に示す二次電池とキャパシタとが挙げられる。
【００１２】
【表１】
【００１３】
この表に示されるように、鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池をはじめとする二次電池は、エネルギー密度（単位重量あたりの蓄積エネルギー）が高い反面、充放電サイクル寿命が短く、パワー密度（単位重量あたりの出力）が低いという特性がある。逆に、電気二重層コンデンサをはじめとする大容量キャパシタは、パワー密度（単位重量あたりの出力）が高く、充放電サイクル寿命が長い反面、エネルギー密度（単位重量あたりの蓄積エネルギー）が低いという特性がある。
【００１４】
従って、前記のようにエネルギー密度が高くてパワー密度の低い二次電池をショベルの蓄電器として使用する場合、前記法面仕上げ作業のように長時間にわたって少しずつ電力を供給することが要求される作業については、蓄電器重量が小さくても十分対応できるにもかかわらず、前記掘削作業のように短時間で大出力が要求される作業に対応するために蓄電器重量を大きくしなければならないことになる。逆に、前記のようにパワー密度が高くてエネルギー密度の低い大容量キャパシタを使用する場合には、前記掘削作業のように短時間で大出力が要求される作業については、蓄電器重量が小さくても十分対応できるにもかかわらず、前記法面仕上げ作業のように長時間連続して行われる作業に対応するためにやはり蓄電器重量を大きくしなければならないことになる。
【００１５】
すなわち、互いに負荷特性の大きく異なる作業を有する作業機械においては、その蓄電器として前記二次電池、キャパシタのいずれを適用する場合でも、蓄電器出力、エネルギー蓄積量のいずれかがかなりのオーバースペックとなってしまう。従って、コスト的に無駄が多くなり、また作業機械全体の小型化、軽量化が非常に困難となる。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑み、蓄電器の小型化及び軽量化を図りながら、各作業に要求される蓄電条件を満足させることができる蓄電器を備えた作業機械を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、発電機と、この発電機により生成された電力によって作業部材を作動させるための動力を発生させる電動アクチュエータとを備えた作業機械において、前記発電機で生成された電力の充電及び前記電動アクチュエータに対する電力の供給を行うための複数種の蓄電器と、これらの蓄電器の中で使用する蓄電器を選択的に切換える切換手段と、前記電動アクチュエータの総必要動力を検出する動力検出手段と、検出された総必要動力に基づいて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたものである。
【００１８】
なお、「作業部材を作動させるための動力を発生させる電動アクチュエータ」には、当該作業部材に直結されて当該作業部材を直接駆動するものの他、当該作業部材を駆動するための油圧回路に含まれる油圧ポンプを回すものなども含まれる。
【００１９】
この構成によれば、複数種の蓄電器の中から、実際に要求されている動力に基づいて適正な蓄電器の選択を自動的に行うことができ、個々の蓄電器は大型化することなくその作業に要求されている充放電条件を満足させることが可能である。
【００２０】
より具体的に、前記蓄電器として、第１蓄電器と、この第１蓄電器よりも単位重量あたりの出力が高くかつ単位重量当りの蓄積エネルギーが低い第２蓄電器とを含むとともに、検出された総必要動力が予め設定された動力範囲内にある場合には前記第１蓄電器を選択し、検出された総必要動力が前記動力範囲よりも大きくもしくは当該動力範囲よりも小さい場合には前記第２蓄電器を選択するように前記切換制御手段を構成すれば、動力変動が大きくて大電流による充放電が要求されるような作業時にはこれに適した第２蓄電器が、動力変動が小さい作業時には長時間にわたる充放電が可能な第１蓄電器が、それぞれ自動的に選択される。
【００２１】
さらに、前記電動アクチュエータを操作するための操作部材と、この操作部材の操作状態から作業内容を判別する作業判別手段と、判別された作業内容に応じて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えた構成とすれば、操作部材の操作内容に基づいて実際の作業内容が判別され、その作業内容に適した蓄電器が自動的に選択切換される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すようなブーム２８、アーム３０、及びバケット３２を備えた建設用ショベルについて本発明を適用する例を示すが、本発明は、作業部材を有する作業機械であって、負荷特性の異なる複数種の作業内容を持つものに広く適用が可能である。
【００２３】
１）第１の実施の形態（図１〜図４）。
【００２４】
図１に示すショベルは、走行用のタイヤ１１をもつ下部走行体１０を備え、この下部走行体１０上に垂直軸回りに旋回可能に上部旋回体１２が設置されている。上部旋回体１２には、運転席１３が設けられるとともに、第１蓄電器１４Ａ、第２蓄電器１４Ｂ、燃料タンク１６、発電機１８、エンジン２０等が搭載されている。
【００２５】
発電機１８は、エンジン２０の出力を電気エネルギーに変換し、図２に示すような各電動アクチュエータ（後に詳述する）の駆動回路に供給するものである。
【００２６】
第１蓄電器１４Ａ及び第２蓄電器１４Ｂは、前記発電機１８で生成された電力の余剰分を適宜蓄え、不足分を適宜放出して前記アクチュエータ駆動回路に供給するものである。この実施の形態では、前記発電機１８及び各アクチュエータ駆動回路と各蓄電器１４Ａ，１４Ｂとの間に各々個別に図２に示すようなリレースイッチ（切換手段）１５Ａ，１５Ｂが介在しており、これらリレースイッチ１５Ａ，１５Ｂのいずれか一方の接点を閉じることにより、使用する蓄電器を選択的に切換えることが可能となっている。
【００２７】
ここで、前記第１蓄電器１４Ａは、例えば二次電池のように、比較的パワー密度（単位重量あたりの出力）が低くかつエネルギー密度（単位重量当りの蓄積エネルギー）が高い蓄電器で構成されている。これに対して第２蓄電器１４Ｂは、例えば大容量キャパシタのように、前記第１蓄電器１４Ａよりもパワー密度が高くかつエネルギー密度が低い蓄電器で構成されている。
【００２８】
このショベルには、前記電動アクチュエータとして、図３に示すような旋回駆動用電動アクチュエータ２２、左走行用電動アクチュエータ２６Ｌ、右走行用電動アクチュエータ２６Ｒ、ブーム駆動用電動アクチュエータ３４、アーム駆動用電動アクチュエータ３７、及びバケット駆動用電動アクチュエータ３９を備え、これらのアクチュエータは、この実施の形態では電動モータで構成されている。
【００２９】
旋回駆動用電動アクチュエータ２２は、減速機２３を介して旋回駆動機構２４に連結され、当該電動アクチュエータ２２の作動によって上部旋回体１２全体の旋回駆動が行われるようになっている。左側走行用電動アクチュエータ２６Ｌ及び右側走行用電動アクチュエータ２６Ｒは、それぞれ前側の左右タイヤ１１に左側減速機２５Ｌ及び右側減速機２５Ｒを介して連結されており、これら電動アクチュエータ２６Ｌ，２６Ｒの作動によって油圧ショベル全体が走行するようになっている。
【００３０】
ブーム駆動用電動アクチュエータ３４は、その作動により、上部旋回体１２の前端部に取付けられたブーム２８を車幅方向の軸回りに回動駆動（起伏駆動）させるものである。アーム駆動用電動アクチュエータ３７は、その作動により図略のアームシリンダ駆動用油圧回路の油圧ポンプを作動させ、これによりアームシリンダ３８を伸縮させて、ブーム２８の先端部に取付けられたアーム３０を車幅方向の軸回りに回動させるものである。同様に、バケット駆動用電動アクチュエータ３７は、その作動により図略のバケットシリンダ駆動用油圧回路の油圧ポンプを作動させ、これによりバケットシリンダ４０を伸縮させて、アーム３０の先端部に取付けられたバケット３２を車幅方向の軸回りに回動させるものである。
【００３１】
なお、前記ブーム駆動用電動アクチュエータ３４は、ブーム２８に直結されてこれを直接駆動するものに限らず、前記アーム駆動用電動アクチュエータ３７と同様に、ブーム駆動用油圧回路の油圧ポンプを回してブームを間接的に駆動するものであってもよい。逆に、アーム駆動用電動アクチュエータ３７やバケット駆動用電動アクチュエータ３９は、前記アーム３０やバケット３２に直結されてこれらを直接駆動するものであってもよい。
【００３２】
上述の各電動アクチュエータには、図３に示すような動力検知用センサが個別に設けられており、これらのセンサによって各電動アクチュエータの動力（モータ負荷）が個別に検知されるようになっている（図４のステップＳ１）。これらの動力検知用センサは、モータの電気的負荷を検出する電圧センサや電流センサでもよいし、モータの機械的負荷を検出するトルクセンサや角速度センサでもよい。
【００３３】
前記各動力検知用センサの検出信号は、図３に示すコントローラ５０に入力されるようになっている。このコントローラ５０は、マイクロコンピュータなどで構成され、エンジン始動や各電動アクチュエータの駆動制御を行うとともに、前記各動力検知用センサの検出信号に基づいて前記蓄電器１４Ａ，１４Ｂの切換制御を行うものであり、その切換制御のための機能として動力演算部５１及び蓄電器切換部（切換制御手段）５２を備えている。
【００３４】
動力演算部５１は、各動力検知用センサで検出されたアクチュエータ必要動力の総和Ｐ、すなわち作業中での総必要動力を演算するものであり（図４のステップＳ２）、当該動力検知用センサとともに動力検出手段を構成する。
【００３５】
蓄電器切換部５２は、前記動力演算部５１で演算されたアクチュエータ動力総和Ｐに基づいて両蓄電器１４Ａ，１４Ｂの中から使用する蓄電器を選択し、その選択した蓄電器に該当するリレースイッチ１５Ａ，１５Ｂ（前記図２）に信号を出力して当該蓄電器を使用状態に切換えるものである。
【００３６】
具体的に、この蓄電器切換部５２は、図４に示すように、前記アクチュエータ動力総和Ｐが予め設定された上限値Ｐ1以下で予め設定された下限値Ｐ2以上である場合には（ステップＳ３，Ｓ４でＮＯ）、第１蓄電器１４Ａを選択し（ステップＳ５）、前記アクチュエータ動力総和Ｐが前記上限値Ｐ1を超える場合（ステップＳ３でＹＥＳ）もしくは前記下限値Ｐ2を下回る場合（ステップＳ４でＹＥＳ）には、第２蓄電器１４Ｂを選択する（ステップＳ６）。
【００３７】
ここで、前記上限値Ｐ1は、エンジン２０及び発電機１８の作動によって生成される電力に相当する動力よりも高い値に設定されており、下限値Ｐ2は、エンジン２０及び発電機１８の作動によって生成される電力に相当する動力よりも低い値に設定されている。
【００３８】
このようなショベルでは、次のような作用効果を得ることができる。
【００３９】
まず、ショベルの負荷変動及び負荷ピークが小さくて、動力総和Ｐが所定範囲内に収まっている場合、すなわち、短時間で大電流による充放電が要求されない場合（Ｐ1≦Ｐ≦Ｐ2の場合）には、第１蓄電器１４Ａが選択される。この第１蓄電器１４Ａは、第２蓄電器１４Ｂよりもエネルギー密度が高いため、この第１蓄電器１４Ａが小型のものであっても、例えば法面仕上げや旋回地ならしのように長時間にわたる作業中に電動アクチュエータに継続して必要電力を供給することができる。
【００４０】
逆に、ショベルの負荷変動及び負荷ピークが大きくて、動力総和Ｐが所定範囲から外れている場合、すなわち、負荷が非常に大きくて短時間で大電流による放電が要求される場合（Ｐ＞Ｐ1）や、負荷が非常に小さくて短時間で大電流による充電をしたい場合（Ｐ＜Ｐ2）には、第２蓄電器１４Ｂが選択される。この第２蓄電器１４Ｂは、第１蓄電器１４Ａよりもパワー密度が高いため、この第２蓄電器１４Ｂが小型のものであっても、大電流で充放電を行いたいという要求を満たすことができる。
【００４１】
すなわち、このショベルによれば、実際に要求されているアクチュエータ動力の総和に基づいて使用する蓄電器を切換えることにより、個々の蓄電器は小重量で小型のものとしながら、長時間にわたる作業についても、あるいは短時間で負荷変動の大きい作業についても、その作業にかかる充放電要求を満足させることが可能になる。
【００４２】
２）第２の実施の形態（図５，図６）
この実施の形態にかかるハード構成は、前記第１の実施の形態と全く同様であり、ここでは説明を省略する。
【００４３】
この実施の形態では、前記各電動アクチュエータ２２，２６Ｌ，２６Ｒ，３４，３７，３９をそれぞれ個別に操作するための操作レバー６１，６２，６３，６４，６５，６６が前記運転席１３に設けられ、各操作レバー６１〜６６の操作によって生成される指令信号がコントローラ５０に入力され、この指令信号に基づいて各電動アクチュエータの駆動を制御するようにコントローラ５０が構成されるのに加え、コントローラ５０には、その指令信号（操作内容）に基づいて実際の作業内容を判別する作業判別部５３が設けられている。
【００４４】
この作業判別部５３による具体的な作業判別手法としては、例えば特開平９−２１７７０２号公報に示されるものが適用可能である。その概要を以下に示す。
【００４５】
(1) 各種判別用数値の算出
・ブーム用操作レバー６４の所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内において当該操作レバー６４の操作量が増減変動される割合を演算し、これをブーム操作の複雑さを示す複雑さ表示量ch1として設定する。同様に、バケット用操作レバー６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内において当該操作レバー６６の操作量が増減変動される割合を演算し、これをバケット操作の複雑さを示す複雑さ表示量ch2として設定する。
【００４６】
・旋回用操作レバー６１の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内において当該操作レバー６１の操作量の絶対値が予め定めた所定操作量以上となるのに要する時間の合計を求め、これを高速旋回時間ch3として設定する。
【００４７】
・ブーム用、アーム用、及びバケット用の各操作レバー６４，６５，６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内においてブーム用操作レバー６４の操作量がその操作方向の正側（ブーム上昇側）で予め定めた所定操作量以上で、且つ、アーム用操作レバー６５及びバケット用操作レバー６６の各操作量が、ともにその操作方向の負側（アーム及びバケットの引き込み側）でそれぞれ予め定められた所定操作量以下（各操作量の絶対値では所定操作量以上）となる時間の合計を求め、これをブーム逆操作時間ch4として設定する。
【００４８】
・ブーム用、アーム用、及びバケット用の各操作レバー６４，６５，６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内においてブーム用操作レバー６４の操作量の大きさ（絶対値）が予め定めた所定操作量以上で、且つアーム用操作レバー６５及びバケット用操作レバー６６の各操作量の大きさが、それぞれ予め定められた所定操作量以下となる時間の合計を求め、これをバケット・アーム停止時間ch5として設定する。
【００４９】
・ブーム用、アーム用、及びバケット用の各操作レバー６４，６５，６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内における各操作レバー６４，６５，６６の操作量の大きさ（絶対値）の平均値を個別に求め、それぞれをブーム操作量平均値ch6、アーム操作量平均値ch7、バケット操作量平均値ch8として設定する。
【００５０】
(2) 各種判別用数値に基づく作業判別（図６）
ＳＴＥＰ１：バケット操作の複雑さ表示量ch2をこれに対応して予め定められた所定値Th1と比較する。ch2≧Th1であれば、行っている作業がばらまき作業であると判断し、それ以外の場合はＳＴＥＰ２に移行する。この「ばらまき作業」は、バケット、アーム、ブームの同時動作によって、バケットに土をすくい、それをバケットの動作によってばらまくという作業を高速で繰り返すものである。
【００５１】
ＳＴＥＰ２：ＳＴＥＰ１の条件が成立しない場合に、ブーム操作の複雑さ表示量ch1と、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5とをそれぞれ予め定められた所定値Th2，Th3，Th4と比較し、ch1≧Th2、且つch3≦Th3、且つch5≧Th4であれば、行っている作業が「土羽打ち作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ３に移行する。この「土羽打ち作業」は、ブームの上下動を繰り返すことにより、バケットを地面に何度も叩きつけて地面を固める作業であり、アクチュエータの負荷は衝撃的に急速増減することになる。
【００５２】
ＳＴＥＰ３：ＳＴＥＰ２の条件が成立しない場合に、バケット操作の複雑さ表示量ch2と、バケット・アーム停止時間ch5と、ブーム逆操作時間ch4と、アーム操作量の平均値及びブーム操作量平均値の合計値（ch7＋ch8）とをそれぞれ予め定められた所定値Th5，Th6，Th7，Th8と比較し、ch2≦Th5、且つch5≦Th6、且つch4≧Th7、且つ（ch7＋ch8）≧Th8であれば、行っている作業が「法面仕上げ作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ４へ移行する。この「法面仕上げ作業」は、バケット、アーム、ブームの同時操作によって、バケットを斜面に沿わせながらアームやブームを作動させてバケットにより斜面を削っていく作業である。
【００５３】
ＳＴＥＰ４：ＳＴＥＰ３の条件が成立しない場合に、ブーム操作の複雑さ表示量ch1と、バケット操作の複雑さ表示量ch2と、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5と、アーム操作量の平均値及びブーム操作量平均値の合計値（ch7＋ch8）とをそれぞれ予め定められた所定値Th9，Th10，Th11，Th12，Th13と比較し、ch1≦Th9、且つch2≦Th10、且つch3≦Th11、且つch5≦Th12、且つ（ch7＋ch8）≦Th13であれば、行っている作業が「クレーン作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ５へ移行する。この「クレーン作業」は、バケットの刃先にロープ等を介して運搬物を吊り下げ、該運搬物の移動を行うものである。
【００５４】
ＳＴＥＰ５：ＳＴＥＰ４の条件が成立しない場合に、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5と、アーム操作量の平均値及びブーム操作量平均値の合計値（ch7＋ch8）とをそれぞれ予め定められた所定値Th14，Th15，Th16と比較し、ch3≧Th14、且つch5≦Th15、且つ（ch7＋ch8）≧Th16であれば、行っている作業が「押しつけ掘削作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ６へ移行する。この「押しつけ掘削作業」は、車両の側方箇所で車両の前後方向に溝を掘る場合等に、旋回動作を行いつつバケットを地面に押し当てて引き込むことにより掘削するものであり、電動アクチュエータの負荷変動及び負荷ピーク値は大きくなる。
【００５５】
ＳＴＥＰ６：ＳＴＥＰ５の条件が成立しない場合に、ブーム操作の複雑さ表示量ch1と、バケット操作の複雑さ表示量ch2と、高速旋回時間ch3と、ブーム逆操作時間ch4とをそれぞれ予め定められた所定値Th17，Th18，Th19，Th20と比較し、ch1≦Th17、且つch2≦Th18、且つch3≦Th19、且つch4≦Th20であれば、行っている作業が「積み込み作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ７へ移行する。この「積み込み作業」は、当該ショベルを輸送する際に当該ショベルをトレーラ等に積み込む作業である。
【００５６】
ＳＴＥＰ７：ＳＴＥＰ６の条件が成立しない場合に、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5と、ブーム操作量の平均値及びアーム操作量平均値の合計値（ch6＋ch7）とをそれぞれ予め定められた所定値Th21，Th22，Th23と比較し、ch3≧Th21、且つch5≧Th22、且つ（ch6＋ch7）≦Th23であれば、行っている作業が「旋回地ならし作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ８へ移行する。この「旋回地ならし作業」は、バケットを地面に接触させ、この状態で旋回動作をすることで地ならしを行う作業である。
【００５７】
ＳＴＥＰ８：ＳＴＥＰ７の条件が成立しない場合に、ブーム操作量の平均値及びアーム操作量平均値の合計値（ch6＋ch7）を予め定められた所定値Th24と比較し、（ch6＋ch7）≧Th24であれば、行っている作業が前記押しつけ作業以外の掘削作業、すなわち「単純掘削、溝掘削、水平掘削作業」であると判断する。これらの作業は、基本的には、車両の前方箇所でバケットを地面に押し当てて手前に引き込むことにより行う作業であり、いずれにせよ電動アクチュエータの負荷変動及び負荷ピーク値は大きくなる。このＳＴＥＰ８の条件も成立しない場合には、作業判別不能であるとする。
【００５８】
このようにして判別された作業内容に基づき、図５に示す蓄電器切換部５２は使用蓄電器の選択及び切換を行う。具体的に、前記各作業のうち、その作業時間が比較的短くてしかも負荷変動及び負荷ピーク値の大きい土羽打ち、押しつけ掘削、及び単純掘削、溝、水平掘削については第２蓄電器１４Ｂを選択し、それ以外の作業については第１蓄電器１４Ａを選択する（表２参照）。
【００５９】
【表２】
【００６０】
このような構成によれば、負荷変動及び負荷ピーク値の大きい作業が行われているときには、第２蓄電器１４Ｂを選択することによって当該作業に対応した大電流による充放電を行う一方、負荷変動及び負荷ピーク値の小さい作業が行われているときには、第１蓄電器１４Ａを選択することによって長時間にわたる作業を継続して行うことが可能になる。
【００６１】
なお、判別する作業内容は上記のものに限られず、それ以外の作業を加えてもよいし、逆に判別種数を減らしてもよい。また、作業機械の種類によって判別作業の内容が変わることはいうまでもない。
【００６２】
３）第３の実施の形態（図７）
この実施の形態では、運転席１３の近傍などの適所に選択スイッチ５６が設けられている。この選択スイッチ５６は、その切換操作を受けることにより、その操作に応じた選択指令信号（第１蓄電器１４Ａを選択する信号もしくは第２蓄電器１４Ｂを選択する信号）を出力する。コントローラ５０は、前記選択指令信号を受信する蓄電器切換スイッチ検出部５４を備え、その選択指令信号に従って使用蓄電器を切換えるように蓄電器切換部５２が構成されている。
【００６３】
このように、使用蓄電器の選択を手動で行うようにすれば、実際の作業内容に適した蓄電器の選択をオペレータ等の自らの判断で行うことが可能である。
【００６４】
また、本発明において使用蓄電器を切換える手段はかかるリレースイッチに限らず、その他のスイッチ手段を用いてもよい。
【００６５】
また、本発明では、前記第１蓄電器、第２蓄電器に加え、第３、第４の蓄電器を搭載して３以上の蓄電器を適宜使い分けるようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、作業機械において、発電機で生成された電力の充電及び前記電動アクチュエータに対する電力の供給を行うための蓄電器として複数種のものを具備し、これらの蓄電器の中で使用する蓄電器を選択的に切換える切換手段と、前記電動アクチュエータの総必要動力を検出する動力検出手段と、検出された総必要動力に基づいて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたものであるので、複数種の蓄電器の中から、実際に要求されている動力に基づいて適正な蓄電器の選択を自動的に行うことができ、個々の蓄電器は大型化することなくその作業に要求されている充放電条件を満足させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態にかかるショベルの正面図、（ｂ）は同ショベルの平面図である。
【図２】前記ショベルにおける蓄電器の切換回路を示す図である。
【図３】前記ショベルに搭載されたコントローラの機能ブロック図である。
【図４】前記コントローラの行う制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるショベルに搭載されたコントローラの機能ブロック図である。
【図６】図５に示すコントローラの行う作業判別動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施の形態にかかるショベルに搭載されたコントローラの機能ブロック図である。
【符号の説明】
１４Ａ 第１蓄電器
１４Ｂ 第２蓄電器
１８ 発電機
２０ エンジン
２２ 旋回駆動用電動アクチュエータ
２６Ｌ，２６Ｒ 走行用駆動アクチュエータ
２８ ブーム
３０ アーム
３２ バケット
３４ ブーム駆動用電動アクチュエータ
３７ アーム駆動用電動アクチュエータ
３８ アームシリンダ
３９ バケット駆動用電動アクチュエータ
４０ バケットシリンダ
５０ コントローラ
５１ 動力演算部（動力検出手段を構成）
５２ 蓄電器切換部（切換制御手段）
５３ 作業判別部
５６ 選択スイッチ
６１〜６６ 操作レバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】発電機と、この発電機により生成された電力によって作業部材を作動させるための動力を発生させる電動アクチュエータとを備えた作業機械において、前記発電機で生成された電力の充電及び前記電動アクチュエータに対する電力の供給を行うための複数種の蓄電器と、これらの蓄電器の中で使用する蓄電器を選択的に切換える切換手段と、前記電動アクチュエータの総必要動力を検出する動力検出手段と、検出された総必要動力に基づいて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【請求項２】請求項１記載の蓄電器を備えた作業機械において、前記蓄電器として、第１蓄電器と、この第１蓄電器よりも単位重量あたりの出力が高くかつ単位重量当りの蓄積エネルギーが低い第２蓄電器とを含むとともに、検出された総必要動力が予め設定された動力範囲内にある場合には前記第１蓄電器を選択し、検出された総必要動力が前記動力範囲よりも大きくもしくは当該動力範囲よりも小さい場合には前記第２蓄電器を選択するように前記切換制御手段を構成したことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【請求項３】請求項１または２記載の蓄電器を備えた作業機械において、前記電動アクチュエータを操作するための操作部材と、この操作部材の操作状態から作業内容を判別する作業判別手段と、判別された作業内容に応じて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電器を備えた作業機械において、切換操作を受ける選択スイッチを備え、この選択スイッチの操作に対応して使用蓄電器の切換が行われるように構成したことを特徴とする蓄電器を備えた作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の生成する電力を利用してブームなどの作業部材を作動させるショベル等の作業機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベル等の作業機械では、自走用に搭載されたエンジンの動力を利用して油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出される作動油を旋回アクチュエータ、ブームシリンダ、アームシリンダ等の各油圧アクチュエータに供給することにより、各部位の駆動を行うことが、一般に行われている。
【０００３】
しかし、このようなエンジン動力を利用したものでは、当該エンジンから発生する騒音や排気ガスが作業現場周囲の環境に悪影響を及ぼすおそれがあるため、特に市街地やトンネル内での作業、また夜間作業に著しい制限を受けているのが現状である。
【０００４】
そこで近年は、上記エンジンの作動による弊害をなくすべく、次のような作業機械が開発されるに至っている。
【０００５】
Ａ）作業機械に搭載されたバッテリーの電力を利用して電動アクチュエータを回し、この電動アクチュエータによって、油圧ポンプを駆動するようにしたもの（例えば特開平９−１４４０６１号公報参照）。
【０００６】
Ｂ）エンジン動力を利用して発電する発電機と、これにより生成された電力の過不足分を適宜充放電する蓄電器とを備えることにより、エンジン負荷を一定にしてエンジンの消費燃料及び排気ガス量を低減させるようにしたもの。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ａ）のバッテリー駆動式作業機械では、エンジンを動力源とする場合に比べると、稼動時間が非常に短く、長時間の連続作業ができない欠点がある。
【０００８】
一方、Ｂ）のいわゆるハイブリッド駆動式の作業機械では、次のような解決すべき課題がある。
【０００９】
前記作業機械としてショベルを例にとると、このショベルには、掘削、法面仕上げ、均し、土羽打ち、ばらまき、クレーン走行など、多くの作業パターンが存在する。しかも、各作業によって負荷（必要動力）が大きく異なっており、これによって蓄電器に要求される蓄電能力も変わってくる。
【００１０】
例えば、掘削作業の場合、１つの動作を行う時間は短いが、各アクチュエータの動作が速く、加減速が頻繁に行われるため、負荷のピーク値及び負荷変動が大きい。従って、蓄電器には、比較的短時間で大電流による充放電動作を行う能力が要求される。これに対して法面仕上げ作業等の場合、１つの動作を行う時間が長いが、負荷のピーク値及び負荷変動が小さいため、蓄電器には、長時間にわたって少しずつ電動アクチュエータに電力を供給できる能力が要求される。
【００１１】
一方、蓄電器として現在知られているものの代表例としては、次の表１に示す二次電池とキャパシタとが挙げられる。
【００１２】
【表１】
この表に示されるように、鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池をはじめとする二次電池は、エネルギー密度（単位重量あたりの蓄積エネルギー）が高い反面、充放電サイクル寿命が短く、パワー密度（単位重量あたりの出力）が低いという特性がある。逆に、電気二重層コンデンサをはじめとする大容量キャパシタは、パワー密度（単位重量あたりの出力）が高く、充放電サイクル寿命が長い反面、エネルギー密度（単位重量あたりの蓄積エネルギー）が低いという特性がある。
【００１４】
従って、前記のようにエネルギー密度が高くてパワー密度の低い二次電池をショベルの蓄電器として使用する場合、前記法面仕上げ作業のように長時間にわたって少しずつ電力を供給することが要求される作業については、蓄電器重量が小さくても十分対応できるにもかかわらず、前記掘削作業のように短時間で大出力が要求される作業に対応するために蓄電器重量を大きくしなければならないことになる。逆に、前記のようにパワー密度が高くてエネルギー密度の低い大容量キャパシタを使用する場合には、前記掘削作業のように短時間で大出力が要求される作業については、蓄電器重量が小さくても十分対応できるにもかかわらず、前記法面仕上げ作業のように長時間連続して行われる作業に対応するためにやはり蓄電器重量を大きくしなければならないことになる。
【００１５】
すなわち、互いに負荷特性の大きく異なる作業を有する作業機械においては、その蓄電器として前記二次電池、キャパシタのいずれを適用する場合でも、蓄電器出力、エネルギー蓄積量のいずれかがかなりのオーバースペックとなってしまう。従って、コスト的に無駄が多くなり、また作業機械全体の小型化、軽量化が非常に困難となる。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑み、蓄電器の小型化及び軽量化を図りながら、各作業に要求される蓄電条件を満足させることができる蓄電器を備えた作業機械を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、発電機と、この発電機により生成された電力によって作業部材を作動させるための動力を発生させる電動アクチュエータとを備えた作業機械において、前記発電機で生成された電力の充電及び前記電動アクチュエータに対する電力の供給を行うための複数種の蓄電器と、これらの蓄電器の中で使用する蓄電器を選択的に切換える切換手段と、前記電動アクチュエータの総必要動力を検出する動力検出手段と、検出された総必要動力に基づいて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたものである。
【００１８】
なお、「作業部材を作動させるための動力を発生させる電動アクチュエータ」には、当該作業部材に直結されて当該作業部材を直接駆動するものの他、当該作業部材を駆動するための油圧回路に含まれる油圧ポンプを回すものなども含まれる。
【００１９】
この構成によれば、複数種の蓄電器の中から、実際に要求されている動力に基づいて適正な蓄電器の選択を自動的に行うことができ、個々の蓄電器は大型化することなくその作業に要求されている充放電条件を満足させることが可能である。
【００２０】
より具体的に、前記蓄電器として、第１蓄電器と、この第１蓄電器よりも単位重量あたりの出力が高くかつ単位重量当りの蓄積エネルギーが低い第２蓄電器とを含むとともに、検出された総必要動力が予め設定された動力範囲内にある場合には前記第１蓄電器を選択し、検出された総必要動力が前記動力範囲よりも大きくもしくは当該動力範囲よりも小さい場合には前記第２蓄電器を選択するように前記切換制御手段を構成すれば、動力変動が大きくて大電流による充放電が要求されるような作業時にはこれに適した第２蓄電器が、動力変動が小さい作業時には長時間にわたる充放電が可能な第１蓄電器が、それぞれ自動的に選択される。
【００２１】
さらに、前記電動アクチュエータを操作するための操作部材と、この操作部材の操作状態から作業内容を判別する作業判別手段と、判別された作業内容に応じて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えた構成とすれば、操作部材の操作内容に基づいて実際の作業内容が判別され、その作業内容に適した蓄電器が自動的に選択切換される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すようなブーム２８、アーム３０、及びバケット３２を備えた建設用ショベルについて本発明を適用する例を示すが、本発明は、作業部材を有する作業機械であって、負荷特性の異なる複数種の作業内容を持つものに広く適用が可能である。
【００２３】
１）第１の実施の形態（図１〜図４）。
【００２４】
図１に示すショベルは、走行用のタイヤ１１をもつ下部走行体１０を備え、この下部走行体１０上に垂直軸回りに旋回可能に上部旋回体１２が設置されている。上部旋回体１２には、運転席１３が設けられるとともに、第１蓄電器１４Ａ、第２蓄電器１４Ｂ、燃料タンク１６、発電機１８、エンジン２０等が搭載されている。
【００２５】
発電機１８は、エンジン２０の出力を電気エネルギーに変換し、図２に示すような各電動アクチュエータ（後に詳述する）の駆動回路に供給するものである。
【００２６】
第１蓄電器１４Ａ及び第２蓄電器１４Ｂは、前記発電機１８で生成された電力の余剰分を適宜蓄え、不足分を適宜放出して前記アクチュエータ駆動回路に供給するものである。この実施の形態では、前記発電機１８及び各アクチュエータ駆動回路と各蓄電器１４Ａ，１４Ｂとの間に各々個別に図２に示すようなリレースイッチ（切換手段）１５Ａ，１５Ｂが介在しており、これらリレースイッチ１５Ａ，１５Ｂのいずれか一方の接点を閉じることにより、使用する蓄電器を選択的に切換えることが可能となっている。
【００２７】
ここで、前記第１蓄電器１４Ａは、例えば二次電池のように、比較的パワー密度（単位重量あたりの出力）が低くかつエネルギー密度（単位重量当りの蓄積エネルギー）が高い蓄電器で構成されている。これに対して第２蓄電器１４Ｂは、例えば大容量キャパシタのように、前記第１蓄電器１４Ａよりもパワー密度が高くかつエネルギー密度が低い蓄電器で構成されている。
【００２８】
このショベルには、前記電動アクチュエータとして、図３に示すような旋回駆動用電動アクチュエータ２２、左走行用電動アクチュエータ２６Ｌ、右走行用電動アクチュエータ２６Ｒ、ブーム駆動用電動アクチュエータ３４、アーム駆動用電動アクチュエータ３７、及びバケット駆動用電動アクチュエータ３９を備え、これらのアクチュエータは、この実施の形態では電動モータで構成されている。
【００２９】
旋回駆動用電動アクチュエータ２２は、減速機２３を介して旋回駆動機構２４に連結され、当該電動アクチュエータ２２の作動によって上部旋回体１２全体の旋回駆動が行われるようになっている。左側走行用電動アクチュエータ２６Ｌ及び右側走行用電動アクチュエータ２６Ｒは、それぞれ前側の左右タイヤ１１に左側減速機２５Ｌ及び右側減速機２５Ｒを介して連結されており、これら電動アクチュエータ２６Ｌ，２６Ｒの作動によって油圧ショベル全体が走行するようになっている。
【００３０】
ブーム駆動用電動アクチュエータ３４は、その作動により、上部旋回体１２の前端部に取付けられたブーム２８を車幅方向の軸回りに回動駆動（起伏駆動）させるものである。アーム駆動用電動アクチュエータ３７は、その作動により図略のアームシリンダ駆動用油圧回路の油圧ポンプを作動させ、これによりアームシリンダ３８を伸縮させて、ブーム２８の先端部に取付けられたアーム３０を車幅方向の軸回りに回動させるものである。同様に、バケット駆動用電動アクチュエータ３７は、その作動により図略のバケットシリンダ駆動用油圧回路の油圧ポンプを作動させ、これによりバケットシリンダ４０を伸縮させて、アーム３０の先端部に取付けられたバケット３２を車幅方向の軸回りに回動させるものである。
【００３１】
なお、前記ブーム駆動用電動アクチュエータ３４は、ブーム２８に直結されてこれを直接駆動するものに限らず、前記アーム駆動用電動アクチュエータ３７と同様に、ブーム駆動用油圧回路の油圧ポンプを回してブームを間接的に駆動するものであってもよい。逆に、アーム駆動用電動アクチュエータ３７やバケット駆動用電動アクチュエータ３９は、前記アーム３０やバケット３２に直結されてこれらを直接駆動するものであってもよい。
【００３２】
上述の各電動アクチュエータには、図３に示すような動力検知用センサが個別に設けられており、これらのセンサによって各電動アクチュエータの動力（モータ負荷）が個別に検知されるようになっている（図４のステップＳ１）。これらの動力検知用センサは、モータの電気的負荷を検出する電圧センサや電流センサでもよいし、モータの機械的負荷を検出するトルクセンサや角速度センサでもよい。
【００３３】
前記各動力検知用センサの検出信号は、図３に示すコントローラ５０に入力されるようになっている。このコントローラ５０は、マイクロコンピュータなどで構成され、エンジン始動や各電動アクチュエータの駆動制御を行うとともに、前記各動力検知用センサの検出信号に基づいて前記蓄電器１４Ａ，１４Ｂの切換制御を行うものであり、その切換制御のための機能として動力演算部５１及び蓄電器切換部（切換制御手段）５２を備えている。
【００３４】
動力演算部５１は、各動力検知用センサで検出されたアクチュエータ必要動力の総和Ｐ、すなわち作業中での総必要動力を演算するものであり（図４のステップＳ２）、当該動力検知用センサとともに動力検出手段を構成する。
【００３５】
蓄電器切換部５２は、前記動力演算部５１で演算されたアクチュエータ動力総和Ｐに基づいて両蓄電器１４Ａ，１４Ｂの中から使用する蓄電器を選択し、その選択した蓄電器に該当するリレースイッチ１５Ａ，１５Ｂ（前記図２）に信号を出力して当該蓄電器を使用状態に切換えるものである。
【００３６】
具体的に、この蓄電器切換部５２は、図４に示すように、前記アクチュエータ動力総和Ｐが予め設定された上限値Ｐ1以下で予め設定された下限値Ｐ2以上である場合には（ステップＳ３，Ｓ４でＮＯ）、第１蓄電器１４Ａを選択し（ステップＳ５）、前記アクチュエータ動力総和Ｐが前記上限値Ｐ1を超える場合（ステップＳ３でＹＥＳ）もしくは前記下限値Ｐ2を下回る場合（ステップＳ４でＹＥＳ）には、第２蓄電器１４Ｂを選択する（ステップＳ６）。
【００３７】
ここで、前記上限値Ｐ1は、エンジン２０及び発電機１８の作動によって生成される電力に相当する動力よりも高い値に設定されており、下限値Ｐ2は、エンジン２０及び発電機１８の作動によって生成される電力に相当する動力よりも低い値に設定されている。
【００３８】
このようなショベルでは、次のような作用効果を得ることができる。
【００３９】
まず、ショベルの負荷変動及び負荷ピークが小さくて、動力総和Ｐが所定範囲内に収まっている場合、すなわち、短時間で大電流による充放電が要求されない場合（Ｐ1≦Ｐ≦Ｐ2の場合）には、第１蓄電器１４Ａが選択される。この第１蓄電器１４Ａは、第２蓄電器１４Ｂよりもエネルギー密度が高いため、この第１蓄電器１４Ａが小型のものであっても、例えば法面仕上げや旋回地ならしのように長時間にわたる作業中に電動アクチュエータに継続して必要電力を供給することができる。
【００４０】
逆に、ショベルの負荷変動及び負荷ピークが大きくて、動力総和Ｐが所定範囲から外れている場合、すなわち、負荷が非常に大きくて短時間で大電流による放電が要求される場合（Ｐ＞Ｐ1）や、負荷が非常に小さくて短時間で大電流による充電をしたい場合（Ｐ＜Ｐ2）には、第２蓄電器１４Ｂが選択される。この第２蓄電器１４Ｂは、第１蓄電器１４Ａよりもパワー密度が高いため、この第２蓄電器１４Ｂが小型のものであっても、大電流で充放電を行いたいという要求を満たすことができる。
【００４１】
すなわち、このショベルによれば、実際に要求されているアクチュエータ動力の総和に基づいて使用する蓄電器を切換えることにより、個々の蓄電器は小重量で小型のものとしながら、長時間にわたる作業についても、あるいは短時間で負荷変動の大きい作業についても、その作業にかかる充放電要求を満足させることが可能になる。
【００４２】
２）第２の実施の形態（図５，図６）
この実施の形態にかかるハード構成は、前記第１の実施の形態と全く同様であり、ここでは説明を省略する。
【００４３】
この実施の形態では、前記各電動アクチュエータ２２，２６Ｌ，２６Ｒ，３４，３７，３９をそれぞれ個別に操作するための操作レバー６１，６２，６３，６４，６５，６６が前記運転席１３に設けられ、各操作レバー６１〜６６の操作によって生成される指令信号がコントローラ５０に入力され、この指令信号に基づいて各電動アクチュエータの駆動を制御するようにコントローラ５０が構成されるのに加え、コントローラ５０には、その指令信号（操作内容）に基づいて実際の作業内容を判別する作業判別部５３が設けられている。
【００４４】
この作業判別部５３による具体的な作業判別手法としては、例えば特開平９−２１７７０２号公報に示されるものが適用可能である。その概要を以下に示す。
【００４５】
(1) 各種判別用数値の算出
・ブーム用操作レバー６４の所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内において当該操作レバー６４の操作量が増減変動される割合を演算し、これをブーム操作の複雑さを示す複雑さ表示量ch1として設定する。同様に、バケット用操作レバー６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内において当該操作レバー６６の操作量が増減変動される割合を演算し、これをバケット操作の複雑さを示す複雑さ表示量ch2として設定する。
【００４６】
・旋回用操作レバー６１の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内において当該操作レバー６１の操作量の絶対値が予め定めた所定操作量以上となるのに要する時間の合計を求め、これを高速旋回時間ch3として設定する。
【００４７】
・ブーム用、アーム用、及びバケット用の各操作レバー６４，６５，６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内においてブーム用操作レバー６４の操作量がその操作方向の正側（ブーム上昇側）で予め定めた所定操作量以上で、且つ、アーム用操作レバー６５及びバケット用操作レバー６６の各操作量が、ともにその操作方向の負側（アーム及びバケットの引き込み側）でそれぞれ予め定められた所定操作量以下（各操作量の絶対値では所定操作量以上）となる時間の合計を求め、これをブーム逆操作時間ch4として設定する。
【００４８】
・ブーム用、アーム用、及びバケット用の各操作レバー６４，６５，６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内においてブーム用操作レバー６４の操作量の大きさ（絶対値）が予め定めた所定操作量以上で、且つアーム用操作レバー６５及びバケット用操作レバー６６の各操作量の大きさが、それぞれ予め定められた所定操作量以下となる時間の合計を求め、これをバケット・アーム停止時間ch5として設定する。
【００４９】
・ブーム用、アーム用、及びバケット用の各操作レバー６４，６５，６６の前記所定時間分の操作量データに基づき、その所定時間内における各操作レバー６４，６５，６６の操作量の大きさ（絶対値）の平均値を個別に求め、それぞれをブーム操作量平均値ch6、アーム操作量平均値ch7、バケット操作量平均値ch8として設定する。
【００５０】
(2) 各種判別用数値に基づく作業判別（図６）
ＳＴＥＰ１：バケット操作の複雑さ表示量ch2をこれに対応して予め定められた所定値Th1と比較する。ch2≧Th1であれば、行っている作業がばらまき作業であると判断し、それ以外の場合はＳＴＥＰ２に移行する。この「ばらまき作業」は、バケット、アーム、ブームの同時動作によって、バケットに土をすくい、それをバケットの動作によってばらまくという作業を高速で繰り返すものである。
【００５１】
ＳＴＥＰ２：ＳＴＥＰ１の条件が成立しない場合に、ブーム操作の複雑さ表示量ch1と、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5とをそれぞれ予め定められた所定値Th2，Th3，Th4と比較し、ch1≧Th2、且つch3≦Th3、且つch5≧Th4であれば、行っている作業が「土羽打ち作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ３に移行する。この「土羽打ち作業」は、ブームの上下動を繰り返すことにより、バケットを地面に何度も叩きつけて地面を固める作業であり、アクチュエータの負荷は衝撃的に急速増減することになる。
【００５２】
ＳＴＥＰ３：ＳＴＥＰ２の条件が成立しない場合に、バケット操作の複雑さ表示量ch2と、バケット・アーム停止時間ch5と、ブーム逆操作時間ch4と、アーム操作量の平均値及びブーム操作量平均値の合計値（ch7＋ch8）とをそれぞれ予め定められた所定値Th5，Th6，Th7，Th8と比較し、ch2≦Th5、且つch5≦Th6、且つch4≧Th7、且つ（ch7＋ch8）≧Th8であれば、行っている作業が「法面仕上げ作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ４へ移行する。この「法面仕上げ作業」は、バケット、アーム、ブームの同時操作によって、バケットを斜面に沿わせながらアームやブームを作動させてバケットにより斜面を削っていく作業である。
【００５３】
ＳＴＥＰ４：ＳＴＥＰ３の条件が成立しない場合に、ブーム操作の複雑さ表示量ch1と、バケット操作の複雑さ表示量ch2と、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5と、アーム操作量の平均値及びブーム操作量平均値の合計値（ch7＋ch8）とをそれぞれ予め定められた所定値Th9，Th10，Th11，Th12，Th13と比較し、ch1≦Th9、且つch2≦Th10、且つch3≦Th11、且つch5≦Th12、且つ（ch7＋ch8）≦Th13であれば、行っている作業が「クレーン作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ５へ移行する。この「クレーン作業」は、バケットの刃先にロープ等を介して運搬物を吊り下げ、該運搬物の移動を行うものである。
【００５４】
ＳＴＥＰ５：ＳＴＥＰ４の条件が成立しない場合に、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5と、アーム操作量の平均値及びブーム操作量平均値の合計値（ch7＋ch8）とをそれぞれ予め定められた所定値Th14，Th15，Th16と比較し、ch3≧Th14、且つch5≦Th15、且つ（ch7＋ch8）≧Th16であれば、行っている作業が「押しつけ掘削作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ６へ移行する。この「押しつけ掘削作業」は、車両の側方箇所で車両の前後方向に溝を掘る場合等に、旋回動作を行いつつバケットを地面に押し当てて引き込むことにより掘削するものであり、電動アクチュエータの負荷変動及び負荷ピーク値は大きくなる。
【００５５】
ＳＴＥＰ６：ＳＴＥＰ５の条件が成立しない場合に、ブーム操作の複雑さ表示量ch1と、バケット操作の複雑さ表示量ch2と、高速旋回時間ch3と、ブーム逆操作時間ch4とをそれぞれ予め定められた所定値Th17，Th18，Th19，Th20と比較し、ch1≦Th17、且つch2≦Th18、且つch3≦Th19、且つch4≦Th20であれば、行っている作業が「積み込み作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ７へ移行する。この「積み込み作業」は、当該ショベルを輸送する際に当該ショベルをトレーラ等に積み込む作業である。
【００５６】
ＳＴＥＰ７：ＳＴＥＰ６の条件が成立しない場合に、高速旋回時間ch3と、バケット・アーム停止時間ch5と、ブーム操作量の平均値及びアーム操作量平均値の合計値（ch6＋ch7）とをそれぞれ予め定められた所定値Th21，Th22，Th23と比較し、ch3≧Th21、且つch5≧Th22、且つ（ch6＋ch7）≦Th23であれば、行っている作業が「旋回地ならし作業」であると判断し、それ以外の場合にはＳＴＥＰ８へ移行する。この「旋回地ならし作業」は、バケットを地面に接触させ、この状態で旋回動作をすることで地ならしを行う作業である。
【００５７】
ＳＴＥＰ８：ＳＴＥＰ７の条件が成立しない場合に、ブーム操作量の平均値及びアーム操作量平均値の合計値（ch6＋ch7）を予め定められた所定値Th24と比較し、（ch6＋ch7）≧Th24であれば、行っている作業が前記押しつけ作業以外の掘削作業、すなわち「単純掘削、溝掘削、水平掘削作業」であると判断する。これらの作業は、基本的には、車両の前方箇所でバケットを地面に押し当てて手前に引き込むことにより行う作業であり、いずれにせよ電動アクチュエータの負荷変動及び負荷ピーク値は大きくなる。このＳＴＥＰ８の条件も成立しない場合には、作業判別不能であるとする。
【００５８】
このようにして判別された作業内容に基づき、図５に示す蓄電器切換部５２は使用蓄電器の選択及び切換を行う。具体的に、前記各作業のうち、その作業時間が比較的短くてしかも負荷変動及び負荷ピーク値の大きい土羽打ち、押しつけ掘削、及び単純掘削、溝、水平掘削については第２蓄電器１４Ｂを選択し、それ以外の作業については第１蓄電器１４Ａを選択する（表２参照）。
【００５９】
【表２】
このような構成によれば、負荷変動及び負荷ピーク値の大きい作業が行われているときには、第２蓄電器１４Ｂを選択することによって当該作業に対応した大電流による充放電を行う一方、負荷変動及び負荷ピーク値の小さい作業が行われているときには、第１蓄電器１４Ａを選択することによって長時間にわたる作業を継続して行うことが可能になる。
【００６１】
なお、判別する作業内容は上記のものに限られず、それ以外の作業を加えてもよいし、逆に判別種数を減らしてもよい。また、作業機械の種類によって判別作業の内容が変わることはいうまでもない。
【００６２】
３）第３の実施の形態（図７）
この実施の形態では、運転席１３の近傍などの適所に選択スイッチ５６が設けられている。この選択スイッチ５６は、その切換操作を受けることにより、その操作に応じた選択指令信号（第１蓄電器１４Ａを選択する信号もしくは第２蓄電器１４Ｂを選択する信号）を出力する。コントローラ５０は、前記選択指令信号を受信する蓄電器切換スイッチ検出部５４を備え、その選択指令信号に従って使用蓄電器を切換えるように蓄電器切換部５２が構成されている。
【００６３】
このように、使用蓄電器の選択を手動で行うようにすれば、実際の作業内容に適した蓄電器の選択をオペレータ等の自らの判断で行うことが可能である。
【００６４】
また、本発明において使用蓄電器を切換える手段はかかるリレースイッチに限らず、その他のスイッチ手段を用いてもよい。
【００６５】
また、本発明では、前記第１蓄電器、第２蓄電器に加え、第３、第４の蓄電器を搭載して３以上の蓄電器を適宜使い分けるようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、作業機械において、発電機で生成された電力の充電及び前記電動アクチュエータに対する電力の供給を行うための蓄電器として複数種のものを具備し、これらの蓄電器の中で使用する蓄電器を選択的に切換える切換手段と、前記電動アクチュエータの総必要動力を検出する動力検出手段と、検出された総必要動力に基づいて使用蓄電器の切換を制御する切換制御手段とを備えたものであるので、複数種の蓄電器の中から、実際に要求されている動力に基づいて適正な蓄電器の選択を自動的に行うことができ、個々の蓄電器は大型化することなくその作業に要求されている充放電条件を満足させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態にかかるショベルの正面図、（ｂ）は同ショベルの平面図である。
【図２】前記ショベルにおける蓄電器の切換回路を示す図である。
【図３】前記ショベルに搭載されたコントローラの機能ブロック図である。
【図４】前記コントローラの行う制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかるショベルに搭載されたコントローラの機能ブロック図である。
【図６】図５に示すコントローラの行う作業判別動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施の形態にかかるショベルに搭載されたコントローラの機能ブロック図である。
【符号の説明】
１４Ａ 第１蓄電器
１４Ｂ 第２蓄電器
１８ 発電機
２０ エンジン
２２ 旋回駆動用電動アクチュエータ
２６Ｌ，２６Ｒ 走行用駆動アクチュエータ
２８ ブーム
３０ アーム
３２ バケット
３４ ブーム駆動用電動アクチュエータ
３７ アーム駆動用電動アクチュエータ
３８ アームシリンダ
３９ バケット駆動用電動アクチュエータ
４０ バケットシリンダ
５０ コントローラ
５１ 動力演算部（動力検出手段を構成）
５２ 蓄電器切換部（切換制御手段）
５３ 作業判別部
５６ 選択スイッチ
６１〜６６ 操作レバー
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