JP2006246631A - 電動式油圧作業機械の制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 スターデルタ起動方式で駆動される三相誘導電動モータを油圧駆動の動力源とする電動式油圧作業機械に関し、電動モータへの過大電流の流入を確実に防止し油圧アクチュエータへの供給油圧を確実に安定させることができるようにする。
【解決手段】 油圧アクチュエータへの圧油供給の遮断及び遮断解除をする電磁切換弁４０と、始動時から切換時間が経過したら三相誘導電動モータ１への電力供給をデルタ回路に切り換える電力供給回路３０と、該切換時間を設定する切換時間設定手段をそなえたタイマリレー３５と、始動時にはスター回路を用いて三相誘導電動モータ１へ電力供給を行い、三相誘導電動モータの始動時から該切換時間が経過するまでの間は、電磁切換弁４０に対する遮断解除信号の出力を制限する遮断解除制限手段３５ｃとをそなえるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部電源から電力供給を受けてスターデルタ起動方式で駆動される三相誘導電動モータを油圧駆動の動力源とする電動式油圧作業機械に関し、特に、その制御回路に関するものである。

油圧ショベルをはじめとした作業機械では、一般に、内燃エンジンにより油圧ポンプを作動させて得られる作動油圧によって油圧アクチュエータを作動させて作業を行なうが、トンネル作業等のように換気が悪く排気ガス対策を採らなければならないような作業現場では、排気ガスを発生する内燃エンジンを使用するのを避けるため、その駆動源として、外部電源から電力供給を受けて駆動する電動モータを採用することがある。

このような電動モータとして、スターデルタ起動方式で駆動される三相誘導電動モータを採用したものが提案されている。この三相誘導電動モータを油圧回路の駆動源とする場合、電動モータの駆動回路はまずスター回路が閉成されて通常時の始動を行なって、その後スター回路からデルタ回路に切り換わって安定した定常運転に切り換えられて、油圧アクチュエータが使用されることになる。

このような三相誘導電動モータを油圧回路の作動油駆動源とする作業機械において、スター回路状態で駆動している間に、油圧アクチュエータを作動させて作業機械の運転ができるようにすると、電動モータのスターデルタ起動回路がスター回路状態のときには、電動モータの回転が立ち上がる途中の不安定状態であるため、電動モータに負荷が働くと、過大な電流が流れて電気機器を損傷するおそれがあるばかりでなく、電動モータの回転が変化しているときでもあるため、供給油圧が安定せずに操作性が低下してしまう。

そこで、特許文献１には、三相誘導電動モータを油圧回路の駆動源とするとともに、油圧操作系への圧油供給のロック及びロック解除をする電磁切換弁をそなえた電動式油圧作業機械において、電磁切換弁のロック解除側への切換を、タイマリレーを用いてスター回路状態からデルタ回路状態になるまで制限して、上記不具合を回避できるようにした技術が開示されている。
特開２０００−１７５４８７号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、タイマリレーのディレー時間が固定であるため、スター回路からデルタ回路での切換が適切なタイミングで行なわれないおそれがあり、電磁切換弁のロック解除側への切換制限が適切でない場合が生じるおそれもあって、上記の電動モータに過大な電流が流れてしまうことや、油圧アクチュエータへの供給油圧が安定しないといった不具合を確実に回避できない場合が考えられる。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、スター回路からデルタ回路での切換を適切なタイミングで行なうことができるようにするとともに、電動モータへの過大電流の流入を確実に防止し油圧アクチュエータへの供給油圧を確実に安定させることができるようにした、電動式油圧作業機械の制御回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電動式油圧作業機械の制御回路は、外部電源からの電力の供給を受けてスターデルタ起動方式で駆動される三相誘導電動モータを油圧駆動の動力源として、油圧アクチュエータの油圧駆動をするように構成された電動式油圧作業機械において、該油圧アクチュエータへの圧油供給の遮断及び遮断解除をする電磁切換弁と、始動時にはスター回路を用いて該三相誘導電動モータへ電力供給を行い、始動時から切換時間が経過したら該三相誘導電動モータへの電力供給をデルタ回路に切り換える電力供給回路と、該三相誘導電動モータの始動後、該電力供給回路が該スター回路から該デルタ回路に切り換えられるまでの該切換時間を設定する切換時間設定手段と、該三相誘導電動モータの始動時から該切換時間が経過するまでの間は、該電磁切換弁に対する遮断解除信号の出力を制限する遮断解除制限手段とをそなえていることを特徴としている。

さらに、該電磁切換弁に対する遮断及び遮断解除の信号の出力を切り換える油圧遮断スイッチをそなえ、該遮断解除制限手段は、該スター回路の状態で該油圧遮断スイッチを遮断解除側に切り換えた場合の遮断解除信号の出力については、該デルタ回路の状態になっても一旦は該油圧遮断スイッチを遮断側に切換えることを条件として実行するように設定されていることが好ましい。

本発明の電動式油圧作業機械の制御回路によれば、電力供給回路のスター回路を用いて三相誘導電動モータを始動したら、始動開始時点から、切換時間設定手段により設定された切換時間が経過するのを待って三相誘導電動モータへの電力供給回路がスター回路からデルタ回路に切り換えられる。この一方で、三相誘導電動モータの始動時から該切換時間が経過するまでの間は、遮断解除制限手段が、電磁切換弁に対する圧油供給の遮断解除信号の出力を制限する。したがって、予め切換時間設定手段により切換時間を適切に設定しておくことにより、スター回路からデルタ回路での切換を適切なタイミングで行なうことができるとともに、デルタ回路に切り換わるまでは、油圧アクチュエータへの圧油供給が確実に遮断されて、電動モータへの過大電流の流入防止や、油圧アクチュエータへの安定した油圧供給を確実に実現することができる。

また、スター回路の状態で油圧遮断スイッチを遮断解除側に切り換えた場合の遮断解除信号の出力については、デルタ回路の状態になっても一旦は油圧遮断スイッチを遮断側に切換えることを条件として実行するように構成すれば、スター回路状態で遮断解除操作をしたときに、モータ駆動回路がデルタ回路状態に切り換わっても不用意にロック解除状態に切換わることが回避して、油圧アクチュエータの意図しない作動が防止される。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態にかかる電動式油圧作業機械の制御回路を説明するもので、図１はその制御回路図、図２はその制御手順を示すフローチャート、図３はその制御の効果を示すグラフである。
本実施形態では、作業機械としての油圧ショベルへの適用例を示す。図示を省略するが、油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体と、この下部走行体の上に旋回自在に設けられる上部旋回体と、上部旋回体に上下揺動自在に設けられるバケット式のフロントアタッチメントで構成される。フロントアタッチメントは、ブーム，アーム，及びバケットと、ブームの上下揺動をするブームシリンダ，アームの前後揺動をするアームシリンダ，及びバケットの前後揺動をするバケットシリンダとをそなえている。

ブームシリンダ，アームシリンダ，バケットシリンダといった各油圧アクチュエータに加えて、下部走行体を走行駆動する油圧モータ、及び、上部旋回体を旋回駆動する油圧アクチュエータをそなえ、これらの油圧アクチュエータで用いる作動油圧を発生させるための油圧ポンプ（作動油ポンプ）を交流電動モータにより駆動するように構成されている。この交流電動モータには、スターデルタ起動方式で駆動される三相誘導電動モータ（以下、単に電動モータという）が適用されており、電動モータを外部電源に接続するために、油圧ショベルの機体（上部旋回体）には、ケーブルリールに巻き取り巻き出し自在に巻装される電源ケーブルがそなえられている。

ここで、電動モータにかかる電気制御回路について説明すると、図１に示すように、この電気制御回路には、交流電源２からの電力を１次遮断器１１の動力遮断器１１ａ及び変流器２１を経て電動モータ１に供給して電動モータ１を作動させるようになっている。交流電源２には、動力遮断器１１ａと並列に設けられた主制御遮断器１１ｂ及び変圧器２２を経て、制御遮断器１２が接続されている。制御遮断器（２次遮断器）１２は、２つの連動するモータ駆動回路用遮断器１２ａ，ＡＣ／ＤＣ変換用遮断器１２ｂをそなえ、モータ駆動回路用遮断器１２ａの下流には電力供給回路としてのモータ駆動回路（始動・停止回路）３０がそなえられ、ＡＣ／ＤＣ変換用遮断器１２ｂの下流にはＡＣ／ＤＣ変換器２３を介して油圧ロック用電磁切換弁（油圧遮断用電磁切換弁）４０を制御するための制御回路４１がそなえられている。

モータ駆動回路３０は、後述する補助リレー（１）４５が励磁されると通電（閉成）するスイッチ接点４５ａと、後述の補助リレー（２）３１が励磁されると通電（閉成）するスイッチ接点３１ａとが互いに並列に上流側（電源側）に設けられている。スイッチ接点４５ａ，３１ａの下流側には、補助リレー（２）３１と、電動モータ１の電力供給用開閉器（ＭＣＭ）３２と、タイマリレー３５の接点要素３５ａ，後述するデルタ回路用開閉器（ＭＣＤ）３４の常時通電（閉成）のスイッチ接点３４ａ及びスター回路用開閉器（ＭＣＳ）３３が直列接続された回路３０Ａと、タイマリレー３５の接点要素３５ｂ，スター回路用開閉器３３の常時通電（閉成）のスイッチ接点３３ａ及びデルタ回路用開閉器３４が直列接続された回路３０Ｂと、切換時間設定手段としてのディレー設定回路付きのタイマリレー３５とが、互いに並列に設けられている。

制御回路４１は、始動停止スイッチ（キースイッチ）４２と、電磁リレー４３，４４と、補助リレー（１）４５と、タイマリレー３５の接点要素３５ｃと、油圧ロック解除スイッチ４７とをそなえている。
電動モータ１は、スター回路によって電力供給される状態で始動され、始動後所定時間が過ぎたら電力供給回路がスター回路からデルタ回路に切り換えられて、デルタ回路によって電力供給されて通常運転が行なわれる。タイマリレー３５は、このように電動モータ１がスター回路により始動してから、スター回路からデルタ回路に切り換えられるまでの時間（切換時間、以下、ディレー時間とも言う）を与えるためのものである。

ディレー設定回路（図示略）は、タイマリレー３５のディレー時間を設定するためのものであり、機械毎或いは機種毎に、このディレー設定回路を通じてディレー時間を予め設定することができるようになっている。
なお、タイマリレー３５は、電動モータ１のスター回路による始動開始と同時にタイマカウントが開始され、ディレー設定回路を通じて設定されたディレー時間分だけタイマカウント値がカウントされるまでは、接点要素３５ａはオン（閉成）に、接点要素３５ｂ，３５ｃはオフ（開成）にされ、ディレー時間分だけタイマカウント値がカウントされたら、接点要素３５ａはオフ（開成）にされ、接点要素３５ｂ，３５ｃはオン（閉成）にされる。

油圧ロック用電磁切換弁４０は、油圧アクチュエータへの圧油供給の遮断（ロック）及び遮断解除（ロック解除）をする電磁切換弁であって、非通電状態では、油圧アクチュエータへの圧油供給を遮断（ロック）し、通電状態では、油圧アクチュエータへの圧油供給の遮断（ロック）を解除するように構成されている。特に、接点要素３５ｃは、電動モータ１の始動時からディレー時間が経過するまでの間は、電磁切換弁４０に対する遮断解除信号の出力を制限する遮断解除制限手段として機能する。

本発明の一実施形態としての電動式油圧作業機械の制御回路は、上述のように構成されているので、図２に示すように動作させることができる。
まず、１次遮断器１１（動力遮断器１１ａ及び主制御遮断器１１ｂ）をオンにセットし、制御遮断器１２をオンにセットした上で、油圧ロック解除スイッチ４７をオン［油圧遮断（油圧ロック）］位置に、始動・停止スイッチ（キースイッチ）４２を第１切換え位置（オフ位置）Ｐ₁にした状態（ステップＳ１０）から、始動・停止スイッチ４２を第３切換え位置（スタート位置）Ｐ₃にセットする（ステップＳ２０）。

これにより、電磁リレー４３のコイルが通電され、電磁リレー４３が閉成されて、補助リレー（１）４５が通電される。そして、補助リレー（１）４５のスイッチ接点４５ａが閉成される。これにより、補助リレー（２）３１が通電され、補助リレー（２）３１のスイッチ接点３１ａが閉成されて、補助リレー（２）３１は通電状態に自己保持される。この結果、電力供給用リレー（ＭＣＭ）３２が通電される。

始動時には、タイマリレー３５は、接点要素３５ａがオン（閉成）に、接点要素３５ｂ，３５ｃがオフ（開成）にされており、スイッチ接点３４ａは常時通電（閉成）なので、スター回路用開閉器（ＭＣＳ）３３が通電される。こうして、スター回路が閉成されて、スター回路状態で電動モータ１に電圧が印加されて電動モータ１が始動する（ステップＳ３０）。

そして、タイマリレー３５では、電動モータ１のスター回路による始動開始と同時にタイマカウントが開始され（ステップＳ３０）、設定されたディレー時間分だけタイマカウント値がカウントされるまでは、スター回路状態が継続される（ステップＳ４０）。
この状態では、接点要素３５ｃがオフになっているので、例え油圧ロック解除スイッチ４７がオン［油圧遮断（油圧ロック）］とされても、電磁リレー４４のコイルには通電せず、油圧ロック用電磁切換弁４０は、非通電の油圧ロック（油圧遮断）状態に保持される（ステップＳ４０）。

そして、タイマリレー３５で、設定されたディレー時間分だけタイマカウント値がカウントされると、接点要素３５ａがオフに、接点要素３５ｂ，３５ｃがオンに切り換えられるので、モータ駆動回路３０はスター回路が開成しデルタ回路が閉成されて、デルタ回路状態で電動モータ１に電圧が印加されて電動モータ１が作動する。
このときには、接点要素３５ｃがオンになるので、油圧ロック解除スイッチ４７がオン［油圧遮断（油圧ロック）］とされれば、電磁リレー４４のコイルに通電され、油圧ロック用電磁切換弁４０は、通電の油圧ロック解除（油圧遮断解除）状態に切り換えられて、油圧アクチュエータへの油圧の給排が可能になって、作業を開始することができるようになる（ステップＳ５０）。

このように、モータ駆動回路３０のスター回路を用いて電動モータ１を始動し、この始動開始時点からディレー時間が経過したらモータ駆動回路３０がスター回路からデルタ回路に切り換えられ、この一方で、電動モータ１の始動時からディレー時間が経過するまでの間は、接点要素３５ｃが油圧ロック用電磁切換弁４０に対する圧油供給の遮断解除信号の出力を制限する。

したがって、予めタイマリレー３５により切換時間を適切に設定しておくことにより、例えば図３に実線で示すように、始動開始時点から設定された適切なディレー時間が経過するまではスター回路状態で電動モータ１が作動し、電動モータ１への供給電流が徐々に増大していき、ディレー時間が経過したｔ₂時点で、スター回路状態からデルタ回路状態に切り換わって電動モータ１の安定した作動が行なわれるようになり、しかも、デルタ回路に切り換わるまでは、油圧アクチュエータへの圧油供給が確実に遮断されて、例えば時点ｔ₁でレバー操作を行なって油圧アクチュエータを使用すると、何も規制しなければ図３中に二点鎖線で示すように電動モータ１への過大電流の流入が起こってしまうが、これが接点要素３５ｃのディレー作動によって実線で示すように防止され、油圧アクチュエータへの安定した油圧供給を確実に実現することができるようになる。

なお、スター回路の状態で油圧遮断スイッチを遮断解除側に切り換えた場合の遮断解除信号の出力については、デルタ回路の状態になっても一旦は油圧遮断スイッチを遮断側に切換えることを条件として実行するように構成すれば、スター回路状態で遮断解除操作をしたときに、モータ駆動回路がデルタ回路状態に切り換わっても不用意にロック解除状態に切換わることが回避して、油圧アクチュエータの意図しない作動が防止される。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明は、油圧ショベルやブルドーザなどの建設機械をはじめとした種々の作業機械に広く適用しうる。

本発明の一実施形態にかかる電動式油圧作業機械の制御回路図である。 本発明の一実施形態にかかる電動式油圧作業機械の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる電動式油圧作業機械の制御の効果を示すグラフである。

符号の説明

１ 電動モータ
２ 交流電源
１１ １次遮断器
１２ 制御遮断器（２次遮断器）
２１ 変流器
２２ 変圧器
２３ ＡＣ／ＤＣ変換器
３０ 電力供給回路としてのモータ駆動回路
３１ 補助リレー（２）
３２ 電力供給用開閉器（ＭＣＭ）
３３ スター回路用開閉器（ＭＣＳ）
３４ デルタ回路用開閉器（ＭＣＤ）
３５ 切換時間設定手段としてのディレー設定回路付きタイマリレー
４０ 油圧ロック用電磁切換弁（油圧遮断用電磁切換弁）
４１ 制御回路
４２ 始動停止スイッチ（キースイッチ）
４３，４４ 電磁リレー
４５ 補助リレー（１）
４６ｃ 遮断解除制限手段としてのタイマリレー３５の接点要素
４７ 油圧ロック解除スイッチ

Claims (2)

1. 外部電源からの電力の供給を受けてスターデルタ起動方式で駆動される三相誘導電動モータを油圧駆動の動力源として、油圧アクチュエータを油圧駆動するように構成された電動式油圧作業機械において、
   該油圧アクチュエータへの圧油供給の遮断及び遮断解除をする電磁切換弁と、
   始動時にはスター回路を用いて該三相誘導電動モータへ電力供給を行い、始動時から切換時間が経過したら該三相誘導電動モータへの電力供給をデルタ回路に切り換える電力供給回路と、
   該三相誘導電動モータの始動後、該電力供給回路が該スター回路から該デルタ回路に切り換えられるまでの該切換時間を設定する切換時間設定手段と、
   該三相誘導電動モータの始動時から該切換時間が経過するまでの間は、該電磁切換弁に対する遮断解除信号の出力を制限する遮断解除制限手段とをそなえている
   ことを特徴とする、電動式油圧作業機械の制御回路。
2. 該電磁切換弁に対する遮断及び遮断解除の信号の出力を切り換える油圧遮断スイッチをそなえ、
   該遮断解除制限手段は、該スター回路の状態で該油圧遮断スイッチを遮断解除側に切り換えた場合の遮断解除信号の出力については、該デルタ回路の状態になっても一旦は該油圧遮断スイッチを遮断側に切換えることを条件として実行するように設定されていることを特徴とする、請求項１記載の電動式油圧作業機械の制御回路。

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