JP2005194010A - 電気駆動型作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な回路構成で欠相を検出して三相交流電源を遮断して内部回路を保護する充電装置を有した電気駆動型作業車を提供する。
【解決手段】 車体２上に配設された高所作業装置９と、バッテリユニット４１から電源が供給されて高所作業装置９を駆動する油圧アクチュエータ５０と、バッテリユニット４１を充電するための充電装置４５とを有する高所作業車１において、この充電装置４５が、三相交流電源から電力を受電する受電部６０と、受電部６０から供給される三相交流電源の電圧をバッテリユニット４１の充電のための電圧に変換する変圧部６２と、変圧部６２で変圧された電圧をバッテリユニット４１に印加することによりこのバッテリユニット４１を充電する充電制御部６３と、受電部６０から変圧部６２に供給される三相交流電源のいずれか一つの相の電圧が所定の値より下回ったときに、残りの２つの相と変圧部６２との接続を開放する電源遮断部６１（第１〜第３リレーＲ１〜Ｒ３）とを有して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バッテリユニットから電源が供給されて作動するアクチュエータにより作業装置を駆動させる電気駆動型作業車に関し、特に詳細にはこのバッテリユニットを充電するための充電装置を有する電気駆動型作業車に関する。

このような電気駆動型作業車では、バッテリユニットを充電するための充電装置は、営業所等において商用電源（三相交流電源）に接続して電源を取るように構成されており、この三相交流電源の電圧を変圧器で降変圧するとともに整流して、直流電源に変換した後にバッテリユニットに印加して充電している。そのため、電源を取るためのコンセントプラグの接触不良や電力線の断線等で、三相交流電源のいずれか一つの相が欠落する（以下、「欠相」と呼ぶ）と、変圧器を流れる電流が不平衡となり、内部回路の加熱等が起こる可能性がある。

このような三相交流電源の欠相に対しては、三相交流電源から入力された電圧を監視回路により検出し、欠相を検出した場合には充電装置の内部回路によりこの充電装置に搭載されている入力ブレーカーを開放して電源供給を遮断するように構成されているものや（例えば、特許文献１参照）、欠相の判別方法として、変圧器の２次側を流れる電流をＣＴ（電流センサ）で計測し、その電流値から三相波形が正常であるかをソフトウェア演算により求めることにより行っているものが知られている。

特開平１０−１５０７２９号公報（第１図）

しかしながら、入力ブレーカーを用いた場合、充電装置のコストが高くなるという課題や、欠相した状態からその相が復帰した場合に、自動的に電源を投入することが難しいという課題があった。さらに、変圧器の２次側の電流波形は、商用電源の電圧、バッテリ電源の電圧若しくはバッテリ充電電流の値によって変化し、また、ＣＴは外乱（温度変化やノイズ）の影響を受けやすく、欠相を検出するための監視回路におけるソフトウェアによる判断処理はアルゴリズムが複雑となり、また、誤った判断をする可能性があるという課題もあった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成で欠相を検出して三相交流電源を遮断して内部回路を保護する充電装置を有した電気駆動型作業車を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る電気駆動型作業車（例えば、実施形態における高所作業車１）は、車体上に配設された作業装置（例えば、実施形態における高所作業装置９）と、バッテリユニットから電源が供給されて作業装置を駆動するアクチュエータ（例えば、実施形態における油圧アクチュエータ５０）と、バッテリユニットを充電するための充電装置とを有して構成され、この充電装置が、三相交流電源から電力を受電する受電部と、受電部から供給される三相交流電源の電圧をバッテリユニットの充電のための電圧に変換する変圧部と、変圧部で変圧された電圧をバッテリユニットに印加することによりこのバッテリユニットを充電する充電制御部と、受電部から変圧部に供給される三相交流電源のいずれか一つの相の電圧が所定の値より下回ったときに、残りの２つの相と変圧部との接続を開放する電源遮断部とを有して構成される。

なお、この電源駆動型作業車において、電源遮断部が、電圧が所定の値より下回ったいずれか一つの相の電圧が所定の値に戻ったときに、残りの２つの相と変圧部とを接続するように構成することが好ましい。

さらに、いずれか一つの相の電圧が所定の値を下回ったときに、警報を発する警報手段（例えば、実施形態における警報部６４）を有するように構成されることが好ましい。

本発明に係る電気駆動型作業車を以上のように構成すると、充電装置において、欠相した相の電圧の変化により（電圧が所定の値を下回ることにより）残りの２つの相からの変圧部への電源供給を遮断するように構成されるため、ソフトウェアによる判断処理等が不要になり、簡単な構成で欠相に対するこの充電装置の内部回路の保護を行うことができる。

また、電圧が所定の値に戻ったときに電源供給を自動的に再開するように構成することにより、欠相から復帰したときの充電装置の操作が容易となる。さらに、欠相が発生したときに作業者に警報を発するように構成することにより、欠相によりバッテリの充電を行うことができないことに気付かずに、その後の作業に作業装置等を使用できなくなるということを防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明に係る電気駆動型作業車の一例として、車体上に高所作業装置を備える高所作業車１について図２を用いて説明する。高所作業車１は、車両の前方に運転キャビン２ａを有し、前後輪３ａ，３ｂで走行可能なトラックシャーシをベースに構成される。運転キャビン２ａの後方の車体２上には、上方に突出して旋回台４が水平旋回可能に取り付けられており、この旋回台４の下部に設けられた旋回モータ５１により駆動される。

旋回台４の上部には、基端部が枢結されてブーム５が取り付けられており、旋回台４とブーム５の下面との間に張り渡された起伏シリンダ５２により起伏動される。ブーム５は、基端ブーム５ａ、中間ブーム５ｂ及び先端ブーム５ｃを入れ子式に組み合わされて伸縮可能に構成されており、このブーム５に内蔵された伸縮シリンダ５３により伸縮動される。

先端ブーム５ｃの先端部に、ブーム５の起伏作動面と同一面内に揺動可能に垂直ポスト６が枢結され、先端ブーム５ｃと垂直ポスト６との間に張り渡された上部レベリングシリンダ５６ｂにより揺動される。上部レベリングシリンダ５６ｂは、旋回台４と基端ブーム５ａとの間に張り渡された下部レベリングシリンダ５６ａと連通する油路で結ばれて、いわゆる油圧閉ループ式のレベリング装置が構成されており、垂直ポスト６の上部がブーム５の起伏の如何に拘わらず常に垂直に延びて位置するようにレベリング制御される。このように、常時垂直に保持される垂直ポスト６の上部にアーム７を介して作業台８が水平旋回可能に取り付けられており、この作業台８の床面はブーム５の起伏の如何に拘わらず常に水平に保持される。また、作業台８はアーム７に内蔵された首振りモータ５４により旋回動（首振り動）される。

作業台８には、ブーム操作装置１０が設けられている。ブーム操作装置１０には、旋回台４の旋回操作、ブーム５の起伏・伸縮操作、作業台８の首振り操作等を行う操作レバーが設けられており、作業台８に搭乗する作業者が操作レバーを操作して、旋回台４やブーム５等の作動操作を行えるように構成されている。なお、以降の説明において、旋回台４、ブーム５、垂直ポスト６、アーム７及び作業台８をまとめて「高所作業装置９」と呼ぶこととする。

車体２の前後左右の４箇所に、車体２の車幅方向に拡幅自在で上下方向に伸縮自在なアウトリガジャッキ１１，１１が設けられている。高所作業装置９により高所作業を行うときには、周囲の障害物との相対位置関係に応じて作業者が左右のアウトリガジャッキ１１，１１をそれぞれ車幅方向に拡幅伸長させ、下方に張り出させて車体２を持ち上げ支持することにより安定姿勢を確保する。なお、アウトリガジャッキ１１，１１の操作は車体２に設けられたジャッキ操作装置（図２においては図示せず）により行う。

以上のように構成される高所作業車１において、旋回モータ５１、起伏シリンダ５２、伸縮シリンダ５３及び首振りモータ５４等（以下、まとめて「油圧アクチュエータ５０」と呼ぶ）には、作動油圧で駆動される油圧モータや油圧シリンダ等が用いられている。この高所作業車１には、これらの油圧アクチュエータ５０に作動油を供給する油圧装置４０が搭載されるとともに、ブーム操作装置１０からの操作信号に基づいて油圧装置４０の作動を制御するコントロールユニット３０が搭載されている。以下、図３を用いてこれらの油圧制御の構成を説明する。なお、図３において、電気的な信号の流れを実線で示し、作動油の流れを破線で示している。

ブーム操作装置１０により高所作業装置９の操作を行うと、このブーム操作装置１０からの操作信号がコントロールユニット３０に出力される。コントロールユニット３０は操作信号が入力されると、予め設定された所定条件の下、操作信号に基づいた指令信号を油圧装置４０に出力して油圧アクチュエータ５０に作動油を供給し、操作信号に応じた作動速度で高所作業装置９を作動させる。

この油圧装置４０は、油圧ポンプＰを電気モータＭによって駆動する電気駆動型の油圧装置であり、電気モータＭによって駆動される油圧ポンプＰを備え、油圧アクチュエータ５０に作動油を供給する油圧供給ユニット４３と、電気モータＭを駆動するための電力を蓄えるバッテリユニット４１と、このバッテリユニット４１から供給される電力を受けて電気モータＭの作動を制御し、また、高所作業車１の営業所等への帰還時にバッテリユニット４１を充電する電力供給ユニット４２等から構成される。

油圧供給ユニット４３は、後述する電力供給ユニット４２によりその作動が制御される電気モータＭと、この電気モータＭに接続されて回転駆動される油圧ポンプＰとを備えて構成され、油圧ポンプＰから供給された作動油を油圧アクチュエータ５０に供給する。なお、具体的には、油圧ポンプＰから吐出される作動油を、コントロールユニット３０によって開閉制御されるコントロールバルブ（電磁比例制御弁）ＳＶを介して各油圧アクチュエータ５０（５１〜５４）に供給制御する。

バッテリユニット４１は、複数の電源バッテリからなり、各電源バッテリが相互に直列に接続されて、例えば、電圧４８［Ｖ］等の所定の電圧で、且つ、１日の高所作業を行うに十分な電力量を充電保持可能な直流電源を構成する。バッテリユニット４１は、図２に示すように、上記複数の電源バッテリが車体２の後方下部に左右に分かれて搭載され、図示しない電力ケーブルで接続されている。

電力供給ユニット４２は、バッテリユニット４１に充電された電力を用いて油圧供給ユニット４３内の電気モータＭの作動を制御するモータ制御装置４４と、バッテリユニット４１の電源バッテリを充電する充電装置４５とを備えて構成される。モータ制御装置４４は、例えば、インバータ制御方式による制御回路などから構成され、バッテリユニット４１から供給される直流電力をコントロールユニット３０からの指令信号に応じた交流電力に変換して油圧供給ユニット４２内の電気モータＭに供給し、この電気モータＭの回転数（すなわち、油圧ポンプＰの回転数）を制御して油圧ポンプＰから吐出される作動油の吐出圧及び流量を制御する。よって、コントロールユニット３０は、操作信号に対応した回転数で油圧ポンプＰ（電気モータＭ）を回転制御するとともに、操作信号に応じたバルブ開度でコントロールバルブＳＶを開閉制御し、これにより操作信号に応じた作動速度で旋回台４やブーム５等の高所作業装置９を作動させる。

一方、充電装置４５は、詳細は後述するが、コンセントプラグ４６が営業所等の電源コンセントに接続され、且つ、コントロールユニット３０から油圧アクチュエータ５０を作動させる指令信号が入力されていない等の所定の条件下に、コンセントプラグ４６から供給される三相交流電力を所定電圧・電流の直流電力に変換してバッテリユニット４１に供給し、各電源バッテリを充電させる。なお、図２に示した高所作業車１においては、電力供給ユニット４２は運転キャビン２ａの後方で車体２の上部に配設され、油圧供給ユニット４３は、その下方で車体２の下部に配設された場合を示している。

それでは、以上のように構成された高所作業車１における充電装置４５について、図１を用いて説明する。充電装置４５は、上述のコンセントプラグ４６を介して商用の三相交流電源から電力を得る受電部６０と、この三相交流電源のうちいずれか一つの相が欠落したとき（欠相したとき）に電源供給を遮断して内部回路を保護する電源遮断部６１と、電源遮断部６１を介して受電部６０から電力を得てその電圧を降変圧するとともに直流に変換する変圧部６２と、変圧部６２から出力された直流電力をバッテリユニット４１に印加してその電源バッテリを充電させる充電制御部６３とから構成される。

受電部６０は、商用電源から例えば２００［Ｖ］の三相交流電源を受電する。そして、この３つの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれが、電源遮断部６１を介して変圧部６２の有するトランスＴｒの１次側コイルに接続される。ここで、電源遮断部６１は、３つのリレー（第１リレーＲ１，第２リレーＲ２及び第３リレーＲ３）から構成されている。このリレーＲ１，Ｒ２，Ｒ３は、電磁石等で構成された開閉機構部Ｒ１ａ，Ｒ２ａ，Ｒ３ａに電圧が加わるとその電圧により発生する磁力等により接点Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂを開閉作動してこの接点Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂに接続された回路を電気的に接続・切断するものである。この電源遮断部６１において、各々の接点Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂが、受電部６０から変圧部６２に接続される３つの相の各々を開閉可能に接続されている（図１においては、第１リレーの接点Ｒ１ｂがＷ相に接続され、第２リレーの接点Ｒ２ｂがＶ相に接続され、第３リレーの接点Ｒ３ｂがＵ相に接続されている）。また、接点Ｒ１ｂ〜Ｒ３ｂより電源側において、第１リレーの開閉機構部Ｒ１ａがＵ相とＶ相とを繋ぐように接続され、第２リレーの開閉機構部Ｒ２ａがＵ相とＷ相とを繋ぐように接続され、第３リレーの開閉機構部Ｒ３ａがＶ相とＷ相とを繋ぐように接続されている。なお、リレーＲ１〜Ｒ３は、各々の開閉機構部Ｒ１ａ〜Ｒ３ａに電圧が印加されているときに、各々の接点Ｒ１ｂ〜Ｒ３ｂが閉じられるように（すなわち、受電部６０と変圧部６２が電気的に接続されるように）設定されている。

変圧部６２は、１次側コイルが上述の受電部６０と電源遮断部６１とを介して三相交流電源に接続されたトランスＴｒと、このトランスＴｒの２次側コイルの両端に各々一端が繋がれた整流器Ｄ１，Ｄ２とから構成されており、整流器Ｄ１，Ｄ２の他端と、２次側コイルのセンタータップが充電制御部６３に接続されている。そのため、変圧部６２では、受電部６０から受電した三相交流電源の電圧をトランスＴｒで降変圧し、整流器Ｄ１，Ｄ２でその電流の流れを一方向に整流して、例えば、直流３０［Ｖ］に変換する。そして、この変圧部６２から出力された直流電源を充電制御部６３で昇圧して（例えば、６０［Ｖ］）、バッテリユニット４１の電源バッテリを充電する。なお、充電制御部６３は、バッテリユニット４１が過充電にならないような制御等も行うが、ここではその説明は省略する。

このように構成された充電装置４５において、コンセントプラグ４６の接触不良や電力線の断線等で、いずれか一つの相が欠相した場合の動作について説明する。例えば、図１において、Ｕ相が欠相すると、Ｕ相を介して変圧部６２に電力は供給されなくなり、同時に、Ｕ相−Ｖ相間及び、Ｕ相−Ｗ相間の電圧が低下する。そして、第１リレーＲ１と第２リレーＲ２の開閉機構部Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに印加される電圧が低下するため、第１リレーＲ１と第２リレーＲ２の接点Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂが開かれる。そのため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とも変圧部６２には電力が供給されなくなり、バッテリユニット４１への充電は停止し、充電装置４５の内部回路を保護する。なお、Ｖ相が欠相した場合は、第１リレーＲ１と第３リレーＲ３が開放され、Ｗ相が欠相した場合は、第２リレーＲ２と第３リレーＲ３が開放され、Ｕ相の場合と同様に、充電は停止する。

このとき、Ｕ相の電力供給が復帰すると、Ｕ相−Ｖ相間及びＵ相−Ｗ相間の電圧も所定の値に戻るため、第１及び第２リレーＲ１，Ｒ２の開閉機構部Ｒ１ａ，Ｒ１ｂにより接点Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂが閉じられることとなり、復帰したＵ相と合わせて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相から正常に変圧部６２に電力が供給されてバッテリユニット４１に対する充電が自動的に再開する。Ｖ相、Ｗ相が欠相した後に復帰したときも、対応するリレーが閉じられて充電が自動的に再開する。

なお、第１〜第３リレーＲ１〜Ｒ３の開閉機構部Ｒ１ａ〜Ｒ３ａの各々に、並列にランプＬ１〜Ｌ３を接続して、このランプＬ１〜Ｌ３で警報部６４を構成することにより、このランプＬ１〜Ｌ３の点滅で充電装置４５に正常に電源が供給されているか、若しくはいずれかの相が欠相しているかを表示することができる。例えば、正常に電力が供給されている場合は全てのランプＬ１〜Ｌ３が点灯し、Ｕ相が欠相したときはランプＬ１，Ｌ２が消灯し、Ｖ相が欠相したときはランプＬ１，Ｌ３が消灯し、Ｗ相が欠相したときはランプＬ２，Ｌ３が消灯する。そのため、この警報部６４を車体２上で作業者の目視できる位置に配設することにより、欠相が起こっていることを作業者に認識させることができる。なお、この警報手段はランプの点滅による方法に限定されることはなく、ブザー等で警報を発するように構成することも可能である。

以上のように、この充電装置４５は、バッテリユニット４１の充電のための三相電源のいずれかの相の欠相を、第１〜第３リレーＲ１〜Ｒ３を用いることにより各相間の電圧値で検出して電力供給を遮断するように構成しているため、欠相発生時には確実に電源供給を遮断して充電装置４５の内部回路を保護することができる。また、第１〜第３リレーＲ１〜Ｒ３を用いることにより、欠相した相の電圧が復帰したときには、その電圧により自動的に開放していたリレーが閉じられて電力供給が再開するため、作業者は充電装置４５に対して特別な操作をすることなく、バッテリユニット４１の充電を再開させることができる。

さらに、欠相が発生したことを警告する警報部６４を用いることにより、作業者は欠相が発生してバッテリユニット４１の充電ができないことを知ることができる。このため、バッテリユニット４１の充電が行われていないことを知らずに、その後の高所作業装置９を用いた作業ができなくなるということを回避することができる。なお、この充電装置４５は、上述の通り、簡単な回路構成であるため安価に製造することができる。

以上の実施例においては、バッテリユニット４１が、高所作業装置９を作動させる油圧アクチュエータ５０に作動油を供給するための油圧ポンプＰを駆動する電気モータＭに電力を供給するように構成した場合について説明したが、例えば、車体２を走行させる動力源として電気モータを用い、この電気モータにバッテリユニット４１から電力を供給するように構成することも可能である。また、高所作業装置９を直接電気モータ等で駆動するように構成して、この電気モータ等にバッテリユニット４１から電力を供給することも可能である。

本発明に係る充電装置を示す回路図である。 本発明に係る充電装置が用いられる高所作業車を示す側面図である。 本発明に係る充電装置が用いられる油圧制御のブロック図である。

符号の説明

１ 高所作業車（電気駆動型作業車）
２ 車体
９ 高所作業装置（作業装置）
４１ バッテリユニット
４５ 充電装置
５０ 油圧アクチュエータ（アクチュエータ）
６０ 受電部
６１ 電源遮断部
６２ 変圧部
６３ 充電制御部
６４ 警報部
Ｒ１ 第１リレー
Ｒ２ 第２リレー
Ｒ３ 第３リレー

Claims (3)

1. 車体上に配設された作業装置と、バッテリユニットから電源が供給されて前記作業装置を駆動するアクチュエータと、前記バッテリユニットを充電するための充電装置とを有する電気駆動型作業車であって、
   前記充電装置が、
   三相交流電源から電力を受電する受電部と、
   前記受電部から供給される前記三相交流電源の電圧を前記バッテリユニットの充電のための電圧に変換する変圧部と、
   前記変圧部で変圧された電圧を前記バッテリユニットに印加して前記バッテリを充電する充電制御部と、
   前記受電部から前記変圧部に供給される前記三相交流電源のいずれか一つの相の電圧が所定の値より下回ったときに、残りの２つの相と前記変圧部との接続を開放する電源遮断部とを有して構成されることを特徴とする電気駆動型作業車。
2. 前記電源遮断部が、電圧が所定の値より下回った前記いずれか一つの相の電圧が所定の値に戻ったときに、前記残りの２つの相と前記変圧部とを接続するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気駆動型作業車。
3. 前記いずれか一つの相の電圧が所定の値を下回ったときに、警報を発する警報手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動型作業車。

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