JP2009197514A - Electrically-driven working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリを駆動電源としてアクチュエータの主動力源である電動モータの駆動を行う電気駆動式作業機械に係り、特に、限られたバッテリ容量を有効利用して、作業量や稼働時間を延長する手段に関する。 The present invention relates to an electrically driven work machine that drives an electric motor, which is a main power source of an actuator, using a battery as a drive power source, and in particular, effectively uses a limited battery capacity to extend the amount of work and operation time. It relates to means to do.
従来、油圧ポンプの駆動源として電動モータを搭載し、この電動モータに車載バッテリから電力を供給して、必要な油圧アクチュエータを駆動する電気駆動式作業機械が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electrically driven work machine is known in which an electric motor is mounted as a drive source of a hydraulic pump, and electric power is supplied to the electric motor from an in-vehicle battery to drive a necessary hydraulic actuator (for example, Patent Document 1). reference).
特許文献1に記載の技術は、バッテリを搭載したショベルに関するものであって、バッテリからインバータを介して複数の電動モータに電力を供給し、これらの各電動モータにより油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出される圧油をリンク機構に備えられたアクチュエータのシリンダに供給して、掘削などの作業を行なうものである。ショベルには、バッテリの残量(電源容量)を検出する手段が備えられており、この残量が減少して予め設定された閾値に達したことが検知されると、バッテリからの電力供給を制限してアクチュエータの作動を制限すると共に、その旨を知らせる警報を発する警報手段が設けられている。この閾値はショベルが自力で充電施設まで移動できる程度のバッテリ残量を表わすものであり、警報の発生と共にショベルを充電施設まで移動させることにより、ショベルが立ち往生するのを防止できるようにしている。
The technique described in
この種のバッテリ搭載型の電気駆動式作業機械は、排ガスを全く排出せず、騒音及び振動も大幅に低減できるので、エンジン排気を行なうことができない地下での作業や騒音及び振動に規制が課される市街地での作業に適するほか、商用電源を利用するタイプの電気駆動式作業機械とは異なり、電源と電動モータとを電力ケーブルを介して接続する必要がないので、作業機械の移動や旋回が電源ケーブルに制限されないという長所を有する。 This type of battery-powered work machine does not emit any exhaust gas and can significantly reduce noise and vibration, so there are restrictions on underground work and noise and vibration where engine exhaust cannot be performed. It is suitable for work in urban areas, and unlike electric drive type work machines that use commercial power, there is no need to connect the power source and electric motor via a power cable. Has the advantage that it is not limited to the power cable.
ところで、ショベルなどの大型の作業機械を駆動するような大容量の出力を有するバッテリは、高価であるばかりでなく、エンジンの駆動に使用される軽油に比べて重量当たりのエネルギ出力も低いので、車載できる限られた容量のバッテリを如何に有効利用して作業量や稼働時間を延ばすかが大きな問題になる。 By the way, a battery having a large output for driving a large work machine such as an excavator is not only expensive, but also has a lower energy output per weight than light oil used for driving an engine. How to effectively use a battery with a limited capacity that can be mounted on a vehicle to extend the amount of work and operating time is a big problem.
特許文献2には、かかる課題を解決する手段として、バッテリ容量の増減を監視手段により監視し、この監視結果に基づいて予め設定した領域ごとに作業機器への出力の増減を制御して当該作業機器を駆動させる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献2に開示の技術は、バッテリに残存している電源容量に応じて作業機器への出力の増減を制御するものであるので、例えばショベルのようにバッテリにかかる負荷の変動が大きい作業機械に適用すると、バッテリにかかる負荷が大きい場合には、仮に電源容量値が十分であっても十分なバッテリ出力が得られず、アクチュエータが正常に動作しないなどの不都合を生じ得る。また、このことから、負荷の大きさに拘わらずアクチュエータを正常に動作させるためには、必要以上に大きな電源容量値を閾値として設定しなくてはならず、電源容量を有効に利用できないという問題もある。
However, since the technique disclosed in
本発明は、かかる従来技術の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、信頼性に優れ、かつ限られたバッテリ容量を有効利用して作業量や稼働時間を延長できる電気駆動式作業機械を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and its purpose is an electric drive that is excellent in reliability and that can effectively use a limited battery capacity to extend the work amount and the operation time. It is to provide a type work machine.
本発明は、上記目的を達成するため、アクチュエータと、アクチュエータの主動力源である電動モータと、電動モータの駆動電源であるバッテリとを搭載した電気駆動式作業機械において、前記バッテリのバッテリ電圧を計測するバッテリ電圧計測手段と、当該バッテリ電圧計測手段により計測されたバッテリ電圧から前記バッテリのバッテリ残量を判定するバッテリ残量判定手段と、当該バッテリ残量判定手段の判定結果に応じて前記アクチュエータの最大出力を変更する出力制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electric drive work machine including an actuator, an electric motor that is a main power source of the actuator, and a battery that is a drive power source of the electric motor. Battery voltage measuring means for measuring, battery remaining amount determining means for determining the battery remaining amount of the battery from the battery voltage measured by the battery voltage measuring means, and the actuator according to a determination result of the battery remaining amount determining means Output control means for changing the maximum output.
上述のように、ショベルなどの作業機械は、稼働状況に応じてバッテリにかかる負荷が大きく変動するので、搭載されたバッテリの電源容量を計測して、仮に十分な電源容量があると判定された場合にも、バッテリにかかる負荷が大きく、したがって電圧降下が大きい場合には、十分なバッテリ出力が得られず、アクチュエータを正常に動作させることができない。また、このことから、バッテリの電源容量を十分に利用することができない。これに対して、バッテリ残量としてバッテリ電圧を計測すると、バッテリにかかる負荷に応じた電圧降下を考慮してアクチュエータの最大出力を変更するための閾値を設定することができるので、常にバッテリ残量に応じた適正な出力を得ることができ、アクチュエータを設定された最大出力(最大トルク又は最大速度)の範囲内で正常に動作させることができる。また、負荷時の電圧降下を考慮して適正な閾値を設定できることから、バッテリの電源容量を無駄なく十分に利用できて、作業量や稼働時間の延長を図ることができる。 As described above, a work machine such as an excavator has a large load on the battery depending on the operating state. Therefore, the power capacity of the mounted battery is measured, and it is determined that there is sufficient power capacity. Even in this case, when the load applied to the battery is large and the voltage drop is large, sufficient battery output cannot be obtained and the actuator cannot be operated normally. In addition, this makes it impossible to fully utilize the power capacity of the battery. On the other hand, when the battery voltage is measured as the remaining battery level, a threshold value for changing the maximum output of the actuator can be set in consideration of the voltage drop according to the load applied to the battery. Therefore, it is possible to obtain an appropriate output in accordance with the maximum output (maximum torque or maximum speed) of the actuator. In addition, since an appropriate threshold value can be set in consideration of a voltage drop at the time of load, the power capacity of the battery can be fully utilized without waste, and the work amount and operating time can be extended.
本発明は第2に、前記第1の電気駆動式作業機械において、前記バッテリ残量判定手段には、前記バッテリの最大負荷時におけるアクチュエータ駆動限界電圧と、当該アクチュエータ駆動限界電圧よりも高い値に設定された閾値とが記憶されており、前記バッテリ残量判定手段は、前記バッテリ電圧計測手段により計測されたバッテリ電圧と前記閾値とを比較して前記バッテリ残量を判定し、前記出力制御手段は、前記バッテリ残量判定手段が、前記計測されたバッテリ電圧は前記閾値以下に低下していると判定した場合に、前記アクチュエータの最大出力を前記計測されたバッテリ電圧が前記閾値を超えて大きい場合よりも低い値に制限することを特徴とする。 Secondly, in the first electrically driven work machine according to the present invention, the battery remaining amount determination means includes an actuator drive limit voltage at a maximum load of the battery and a value higher than the actuator drive limit voltage. The set threshold value is stored, and the battery remaining amount determining means determines the battery remaining amount by comparing the battery voltage measured by the battery voltage measuring means with the threshold value, and the output control means When the battery remaining amount determining means determines that the measured battery voltage has dropped below the threshold value, the maximum output of the actuator is greater than the threshold value. It is characterized by limiting to a lower value than the case.
かかる構成によると、アクチュエータに負荷がかかった場合の電圧降下を考慮した最適な閾値を設定することができるので、アクチュエータの正常な動作を確保できると共に、電源容量の有効利用を図ることができる。 According to such a configuration, it is possible to set an optimum threshold in consideration of a voltage drop when a load is applied to the actuator, so that normal operation of the actuator can be ensured and power supply capacity can be effectively used.
本発明は第3に、前記第1の電気駆動式作業機械において、前記バッテリ残量判定手段に前記閾値を多段階又は無段階に設定し、前記バッテリ残量判定手段により前記計測されたバッテリ電圧が前記多段階又は無段階に設定された閾値のどの段階にあるのかを判定し、前記出力制御手段は、前記バッテリ残量判定手段の判定結果に応じて前記アクチュエータの最大出力を変更することを特徴とする。 Thirdly, in the first electrically driven work machine according to the present invention, the threshold value is set in the battery remaining amount determining means in multiple steps or steplessly, and the battery voltage measured by the battery remaining amount determining means is set. Is determined in which stage of the thresholds set in the multi-stage or stepless, and the output control means changes the maximum output of the actuator according to the determination result of the battery remaining capacity determination means. Features.
かかる構成によると、バッテリ残量の減少に応じてアクチュエータの最大出力を段階的又は無段階的に制限することができるので、アクチュエータの出力制限をより厳密に行うことができて、より一層適格に電源容量の有効利用を図ることができる。 According to such a configuration, the maximum output of the actuator can be limited step by step or steplessly in accordance with the decrease in the remaining battery level, so that the actuator output can be more strictly limited and more qualified. Effective use of power supply capacity can be achieved.
本発明は第4に、前記第1の電気駆動式作業機械において、前記バッテリ残量判定手段には、前記バッテリの最大負荷時におけるアクチュエータ駆動限界電圧と、当該アクチュエータ駆動限界電圧よりも高い値に設定された閾値とが記憶されており、前記バッテリ残量判定手段は、前記バッテリ電圧計測手段により計測されたバッテリ電圧と前記閾値とを比較して前記バッテリ残量を判定し、前記出力制御手段は、前記バッテリ残量判定手段が、前記計測されたバッテリ電圧は前記閾値以下に低下していると判定した回数をカウントし、前記カウントの回数が増加するに従って前記アクチュエータの最大出力を段階的に低い値に制限することを特徴とする。 Fourthly, in the first electrically driven work machine according to the present invention, the battery remaining amount determining means has an actuator drive limit voltage at a maximum load of the battery and a value higher than the actuator drive limit voltage. The set threshold value is stored, and the battery remaining amount determining means determines the battery remaining amount by comparing the battery voltage measured by the battery voltage measuring means with the threshold value, and the output control means Counts the number of times the battery remaining capacity determining means determines that the measured battery voltage has fallen below the threshold, and increases the maximum output of the actuator stepwise as the count increases. It is characterized by limiting to a low value.
アクチュエータを駆動すると、バッテリに負荷がかかって電圧降下が起こり、アクチュエータの駆動を停止すると、バッテリにかかっていた負荷が除かれて電圧上昇が起こる。そして、バッテリ電圧は、このような電圧変動が起こるごとに低下する。したがって、電圧降下の累積回数をカウントし、この回数が増加するに応じてアクチュエータの最大出力を段階的に低い値に制限すると、アクチュエータ駆動限界電圧を超えてアクチュエータが駆動されることを防止できるので、作業機械の正常な動作を保障することができる。 When the actuator is driven, a load is applied to the battery and a voltage drop occurs. When the actuator is stopped, the load applied to the battery is removed and a voltage rise occurs. The battery voltage decreases every time such voltage fluctuation occurs. Therefore, if the cumulative number of voltage drops is counted and the maximum output of the actuator is limited to a lower value step by step as the number of times increases, it is possible to prevent the actuator from being driven beyond the actuator drive limit voltage. Can ensure the normal operation of the work machine.
本発明によると、バッテリ残量としてバッテリ電圧を計測するので、バッテリにかかる負荷に応じた電圧降下を考慮してアクチュエータの最大出力を変更するための閾値を設定することができ、常時バッテリ残量に応じた適正な出力でアクチュエータを駆動することができる。また、負荷時の電圧降下を考慮した適正な閾値の設定が可能になることから、バッテリの電源容量を無駄なく十分に利用できて、作業量や稼働時間を延長することができる。 According to the present invention, since the battery voltage is measured as the remaining battery level, a threshold value for changing the maximum output of the actuator can be set in consideration of a voltage drop according to the load applied to the battery, and the remaining battery level is always set. The actuator can be driven with an appropriate output according to the above. In addition, since an appropriate threshold value can be set in consideration of a voltage drop at the time of load, the power supply capacity of the battery can be fully utilized without waste, and the amount of work and operation time can be extended.
〈第1実施形態〉
以下、本発明に係る電気駆動式作業機械の第1実施形態を、バッテリ式電動ショベルを例にとって説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of an electrically driven work machine according to the present invention will be described taking a battery-type electric excavator as an example.
図1は実施形態に係るバッテリ式電動ショベルの充電時の状態を示す図であって、1はバッテリ式電動ショベル、2はバッテリ式電動ショベル1に充電用の電力を供給する電源供給部を示している。バッテリ式電動ショベル1は、上部旋回体10と、下部走行体11と、ブーム12a、アーム12b及びバケット12cを有するフロント部材12と、上部旋回体10の内部に搭載されたバッテリ20とを含んで構成される。一方、外部電源供給部2は、商用の高圧電源や発電機などの外部電源21と、バッテリ20と外部電源21とを接続する電力ケーブル21aとから構成される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a state during charging of a battery-type electric excavator according to the embodiment, where 1 is a battery-type electric excavator, and 2 is a power supply unit that supplies electric power for charging to the battery-type
ブーム12aは、一端が上部旋回体10にピン結合されており、このピン結合部を中心として垂直な面内で回転する。アーム12bは、一端がブーム12aの先端部にピン結合されており、このピン結合部を中心として垂直な面内で回転する。バケット12cは、一端がアーム12bの先端部にピン結合されており、このピン結合部を中心として垂直な面内で回転する。これらの各フロント部材12a,12b,12cは、各フロント部材毎に備えられた図示しないブーム用油圧シリンダ、アーム用用油圧シリンダ及びバケット用油圧シリンダを伸縮することによって回転動作するようになっており、運転者は、運転室に備えられた操作レバー等を操作し、これら各油圧シリンダを適宜伸縮することにより、掘削や積み込み等の所要の作業を行う。
One end of the
上部旋回体10と下部走行体11との間には、旋回用電動モータ106(図2参照)によって回転される旋回輪13が設けられており、運転者は運転室に備えられた操作レバー等を操作して旋回用電動モータ106を駆動し、これにより旋回輪13を旋回することによって、上部旋回体10を下部走行体11上で回転する。また、下部走行体11には、図示しない走行用油圧モータによって駆動される走行履帯11aが設けられており、運転者は運転室に備えられた操作レバー等を操作して走行用油圧モータを駆動し、これにより走行履帯11aを駆動することによって、バッテリ式電動ショベル1を前方又は後方に走行させる。なお、走行履帯11a及びこれを駆動する走行用油圧モータは、下部走行体11の左右両側にそれぞれ備えられる。
Between the
バッテリ式電動ショベル1には、前記各油圧シリンダ及び走行用油圧モータ(本明細書では、これらを総称して「油圧アクチュエータ」ということがある。)に圧油を供給する油圧ポンプ102及びこれを駆動する電動モータ103(図2参照)とが搭載されており、バッテリ20は、この電動モータを含む車載電気機器の電源として用いられる。
The battery-type
上部旋回体10には、電力ケーブル21aを接続するための図示しない外部電源接続口が設けられており、この外部電源接続口に外部電源供給源2の電力ケーブル21aを接続することにより、外部電源供給源2の外部電源21をバッテリ20の充電装置に接続できる。電力ケーブル21aは、外部電源接続口に対して着脱可能に構成されており、外部電源接続口に電力ケーブル21aが接続されたときには、充電装置を介してバッテリ20が外部電源21によって充電可能となり、バッテリ充電量が所定量以上になった後においては、このバッテリ20が前記各アクチュエータの駆動電源となる。
The
図2は実施形態に係るバッテリ式電動ショベル1に搭載される電源管理部の構成を示すシステムブロック図であり、この図から明らかなように、本例の電源管理部は、制御装置100と、バッテリ20と、バッテリ電圧を計測するバッテリ電圧計測装置22と、バッテリ電圧を含む必要な情報を運転者に表示する表示装置101と、下部走行体11を駆動する走行用油圧モータ並びにブーム12aを駆動するブーム駆動用油圧シリンダ、アーム12bを駆動するアーム駆動用油圧シリンダ及びバケット12cを駆動するバケット駆動用油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプ102と、油圧ポンプ102を駆動する第1電動モータ103と、第1電動モータ103に交流電流を供給する第1インバータ104と、下部走行体11に対して上部旋回体10を旋回させる旋回用電動モータ(第2電動モータ)106と、第2電動モータ106に交流電流を供給する第2インバータ107と、外部電源21が接続されるバッテリ20の充電装置108と、制御装置100からの制御信号によりバッテリ式電動ショベル1の駆動電源をバッテリ20又は外部電源21若しくはこれらの双方に切り換える電源切換部109とからなる。
FIG. 2 is a system block diagram showing the configuration of the power management unit mounted on the battery-powered
制御装置100は、図2及び図3に示すように、運転者がバッテリ式電動ショベル1の起動・スタート・停止のために操作する図示しないキースイッチから出力されるキースイッチ信号SD1、運転者が作業を実行するために操作する操作レバーから出力されるレバー操作量信号SD2、運転者が操作レバーの誤操作を防止するために操作するロックレバーから出力されるロックレバー信号SD3、バッテリ電圧計測装置22から出力されるバッテリ残量信号SD4、及び電力ケーブル21aが外部電源接続口に接続されたときに充電装置108から出力される外部電源接続信号SD5を入力する入力部110と、表示装置101に表示する表示データ信号SC1、第1及び第2のインバータ104,107に印加するアクチュエータ指令信号SC2,SC3、及び電源切換部109に印加する電源切換信号SC4を出力する出力部120と、バッテリ電圧計測装置22により計測されたバッテリ電圧に基づいてバッテリ20の残量(バッテリ残量)を判定すると共に、判定されたバッテリ残量に応じて、前記各油圧アクチュエータの最大出力(最大トルク又は最大速度等)を変更する判定・制御部130と、バッテリ残量の閾値とバッテリ残量が当該閾値以上である場合の前記各アクチュエータの最大出力とバッテリ残量が当該閾値以下である場合の前記各アクチュエータの最大出力とを記憶したROM140と、判定・制御部130にて実行される処理のプログラムが記憶されたRAM150とから主に構成されている。制御装置100には、図2及び図3に示すように、例えば24Vの制御装置電源VSが供給駆動される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ROM140には、図4に示すように、バッテリ20について、バッテリ残量に応じた無負荷時のバッテリ電圧の変化と最大負荷時のバッテリ電圧の変化とが記憶されており、これらの各データには、アクチュエータ駆動限界電圧V0以上の所定の電圧値に、閾値が設定されている。本例においては、図4に示すように、アクチュエータ駆動限界電圧V0よりも高い値に第1の閾値である下限電圧V1が設定され、当該下限電圧V1よりも高い値に第2の閾値である復帰電圧V2が設定されている。
As shown in FIG. 4, the
また、このROM140には、図5に示すように、バッテリ電圧の変化に応じたアクチュエータの最大出力の変化が記憶されている。本例においては、図5に示すように、下限電圧V1が、負荷時におけるバッテリ20の最大電圧値よりも30%低下した値に設定されており、負荷時におけるバッテリ電圧が下限電圧V1を下回った場合に、アクチュエータの最大出力を100%から40%に低下する。
Further, the
以下、本実施形態に係るバッテリ式電動ショベル1の動作を、図6及び図7に基づいて説明する。
Hereinafter, the operation of the battery-powered
バッテリ式電動ショベル1が駆動停止状態にある場合(図6のステップS1)において、運転者が運転室に設置されたキー穴に起動キーを挿入して廻閾スイッチをOFF状態からON状態にすると、制御装置用電源VSから制御装置100から補助電源電圧が供給されて稼動(ON)状態となり、また、制御装置100は表示装置101に電源電圧を供給してそれを稼動状態にする。この状態から起動キーをさらに廻してキースイッチをスタート状態にすると、このキースイッチからキースイッチ信号SD1が制御装置100に供給される。これを受けて、制御装置100は電源切換部109に切換制御信号SC4を出力し、バッテリ20からインバータ104,107に電動モータ103,106の駆動電源電圧が供給されるように電源切換部109を切り換える。これにより、バッテリ20からの直流電源電圧が電源切換部109を介して各インバータ104,107に供給され、操作レバーの操作によるバッテリ式電動ショベル1が作業可能な稼動状態となる(図6のステップS2)。
When the battery-powered
なお、この状態で運転者が起動キーから手を離すとキースイッチがON状態となるが、稼動状態はそのまま維持される。また、稼動状態で、起動キーの操作により、キースイッチをON状態からOFF状態にすると、キースイッチから制御装置100にキースイッチ信号SD1が供給されなくなるので、制御装置100は電源切換部109に切換制御信号SC4を送って、これをOFF(開いた)状態に切り換える。これにより、各インバータ104,107への電力の供給がなくなり、操作レバーを操作してもバッテリ式電動ショベル1の作業が行なわれない停止状態となる(図6のステップS3)。また、これに伴って、制御装置用電源VSから制御装置100への補助電源電圧の供給も終了する。
In this state, when the driver releases the start key, the key switch is turned on, but the operating state is maintained as it is. In addition, when the key switch is turned from the ON state to the OFF state by operating the start key in the operating state, the key switch signal SD1 is not supplied from the key switch to the
バッテリ式電動ショベル1が稼動状態にある場合において、運転者により操作レバーが操作されると、操作レバーの操作量に応じたレバー操作量信号SD2が制御装置100に供給される。これにより、制御装置100は、操作された操作レバーに該当するインバータ104,107にアクチュエータ指令信号SC2,SC3を送り、その操作量に応じた動作を行なわせる。また、ロックレバーが操作されると、ロックレバー信号SD3が制御装置100に供給され、制御装置100はこれを受けて電源切換部109に切換制御信号SC4を出力し、これをOFF状態にする。これにより、キースイッチがON状態の稼動状態にありながら、レバー操作をしても油圧アクチュエータが動作しないロック状態になり、不用意或いは意図しないレバー操作によるバッテリ式電動ショベル1の不正な動作を防止することができる。
When the battery-operated
インバータ104,107は、バッテリ20或いは外部電源21が接続されているときには、充電装置108からの直流電源電圧を交流電圧に変換し、これに接続された電動モータ103,106の交流電源電圧を作成するものであって、制御装置100からのアクチュエータ指令信号SC2,SC3に応じて、動作がON,OFF制御されるとともに、操作レバーの操作量に応じて交流電源電圧のデューティ比や極性が制御される。これにより、各電動モータ103,106の回転速度及び回転方向が制御される。油圧ポンプ102は、電動モータ103の回転速度に応じた圧力の圧油を吐出し、油圧アクチュエータを操作レバーの操作方向に応じた方向に、その操作量に応じた速度で駆動する。各油圧アクチュエータの最大出力(最大トルク又は最大速度)は、電動モータ103の回転速度、ひいては電動モータ103に供給される電源電圧値によって規制される。同様に、旋回輪13の最大出力(最大速度)は、電動モータ106の回転速度、ひいては電動モータ106に供給される電源電圧値によって規制される。
When the
図7(a)に示すように、バッテリ20のバッテリ電圧は、負荷がかかると電圧降下を起こして低下し、負荷が除かれると電圧上昇を起こして上昇する。負荷をかけたときのバッテリ電圧が、制御装置100のROM140に記憶された下限電圧V1以上に維持されている場合には、図7(b)に示すように判定・制御部130はアクチュエータに出力制限をかけず(出力制限OFF)、第1電動モータ103及び第2電動モータ106の出力を、図7(c)に示す通常出力、即ち、バッテリ20の充電量が満杯(100%)である場合と同じ出力に維持する(図6のステップS21)。これにより、油圧アクチュエータ及び旋回輪13は、その定格である最大トルク及び最大速度で運転することが可能になる。これに対して、負荷をかけたときのバッテリ電圧が、下限電圧V1以下に低下した場合には、図7(b)に示すように判定・制御部130がアクチュエータに出力制限をかけ(出力制限ON)、第1電動モータ103及び第2電動モータ106の出力を、図7(c)に示す制限出力、即ち、制御装置100のROM140に記憶された40%まで低下する(図6のステップS22)。これにより、バッテリ式電動ショベル1の駆動を確保することができ、バッテリ式電動ショベル1の頓挫を防止できると共に、バッテリ20の電源容量を無駄なく利用することができて、作業量や稼働時間を延長することができる。そして、図7(a)に示すように、負荷を除くことにより、バッテリ20のバッテリ電圧がROM140に設定された復帰電圧V2以上に回復した場合には、図7(b)に示すように判定・制御部130が再度アクチュエータの出力制限を解除し(出力制限OFF)、第1電動モータ103及び第2電動モータ106の出力を再度通常出力に切り換える(図6のステップS21)。また、バッテリ20のバッテリ電圧がROM140に設定されたアクチュエータ駆動限界電圧V0に達した場合には、判定・制御部130が第1電動モータ103及び第2電動モータ106への電力供給を一時停止する(図6のステップS23)。これにより、誤作動などの不具合の発生を防止することができる。
As shown in FIG. 7 (a), the battery voltage of the
なお、第1電動モータ103及び第2電動モータ106の出力を制限出力まで低下した場合には、これを運転者に報知するため、制御装置100から表示装置101に表示データ信号SC1を出力して、その旨を表示装置101に表示する。これにより、出力の低下に対して運転者が違和感を覚えにくくなるので、モータ出力に応じた適切な運転を行いやすくなる。
When the outputs of the first
バッテリ式電動ショベル1の上部旋回体10に設けられた外部電源接続口に外部電源21の電力ケーブル21aが接続されると、外部電源21から電力ケーブル21aを介して充電装置108に交流電圧が供給され、ここで直流電圧に変換される。この直流電圧は、電源切換部109を介してバッテリ20に供給される。これにより、バッテリ20が充電される。この電源切換部109は、制御装置100からの切替制御信号SC4によってON,OFF制御される。また、電力ケーブル21aが外部電源接続口に接続され、充電装置108に外部電源21から交流電圧が供給されて充電用の直流電圧が生成されると、充電装置108はこれを検出して、電力ケーブル21aが外部電源接続口に接続されたことを示す外部電力接続信号SD5を発生し、制御装置100に供給する。
When the
制御装置100は、充電装置108からの外部電源接続信号SD5を取り込んで、外部電源接続口に電力ケーブル21aが接続されたか否かを常時監視している。外部電源接続口に電力ケーブル21aが接続された状態で、運転室に設置された図示しない充電操作スイッチを操作すると、充電スイッチ信号SD6が制御装置13に供給される。制御装置100は、この充電スイッチ信号SD6を基に切換制御信号SC4を発生して電源切換部109をON(閉じた)状態にする。これにより、充電装置108によって自動的にバッテリ20の充電が行なわれる。
The
なお、この充電操作スイッチは、指先で押した状態でこの指先を離すと、元の状態に復帰するが、この押し込み操作されたことによるONまたはOFFの情報が、保持されているモメンタリスイッチであり、この充電操作スイッチが操作される毎に、制御装置100からの充電スイッチ信号SD6により、電源切換部109がON,OFFと交互に切り替わる。
Note that this charging operation switch is a momentary switch that retains the ON or OFF information due to the pushing operation, although it returns to its original state when it is released with the fingertip pressed. Each time this charging operation switch is operated, the
また、制御装置100は、常時バッテリ20のバッテリ残量を検出しており、外部電源21による充電中にバッテリ20の充電量が満杯(100%のバッテリ残量)になったことを検出すると、切替制御信号SC4を生して電源切換部109をOFF状態にする。これにより、バッテリ2の充電が自動的に終了する。電力ケーブル21aを外部電源接続口から取り外したときにも、制御装置100は、外部電源接続信号SD5によってこれを検出して切替制御信号SC4を発生し、電源切換部109をOFF状態にする。
Further, the
第1実施形態に係るバッテリ式電動ショベルは、バッテリ残量としてバッテリ電圧を計測するので、バッテリにかかる負荷に応じた電圧降下を考慮してアクチュエータの最大出力を変更するための閾値を設定することができる。よって、常時バッテリ残量に応じた適正な出力でアクチュエータを駆動することができて、作業中にショベルが頓挫する等の不都合を回避できると共に、バッテリの電源容量を無駄なく十分に利用できて、作業量や稼働時間を延長することができる。 Since the battery-powered excavator according to the first embodiment measures the battery voltage as the remaining battery level, it sets a threshold value for changing the maximum output of the actuator in consideration of the voltage drop according to the load applied to the battery. Can do. Therefore, the actuator can be driven with an appropriate output corresponding to the remaining battery level at all times, avoiding the inconvenience such as the excavator getting stuck during work, and the power capacity of the battery can be fully utilized without waste, Work volume and operating time can be extended.
〈第2実施形態〉
第2実施形態に係るバッテリ式電動ショベルは、図8及び図9に示すように、バッテリ電圧が所定の閾値よりも低下した場合に、測定されたバッテリ電圧が減少するに従って、アクチュエータの最大出力を無段階的に小さくすることを特徴とする。なお、図示は省略するが、測定されたバッテリ電圧が減少するに従って、アクチュエータの最大出力を段階的に小さくすることも勿論可能である。
Second Embodiment
As shown in FIGS. 8 and 9, the battery-powered excavator according to the second embodiment increases the maximum output of the actuator as the measured battery voltage decreases when the battery voltage falls below a predetermined threshold. It is characterized by a stepless reduction. Although illustration is omitted, as a matter of course, the maximum output of the actuator can be reduced stepwise as the measured battery voltage decreases.
本例のバッテリ式電動ショベルは、制御装置100のROM140(図3参照)にバッテリ電圧に応じた複数の閾値を設定し、計測されたバッテリ電圧が前記多段階又は無段階に設定された閾値のどの段階にあるのかを判定・制御部130にて判定し、判定・制御部130が、バッテリ残量判定手段の判定結果に応じてアクチュエータの最大出力を変更することにより実施できる。その他については、第1実施形態に係るバッテリ式電動ショベルと同じであるので、説明を省略する。
The battery-type electric excavator of this example sets a plurality of threshold values corresponding to the battery voltage in the ROM 140 (see FIG. 3) of the
第2実施形態に係るバッテリ式電動ショベルは、バッテリ残量の減少に応じてアクチュエータの最大出力を段階的又は無段階的に制限するので、アクチュエータの出力制限をより厳密に行うことができて、より一層適格に電源容量の有効利用を図ることができる。 The battery-type electric excavator according to the second embodiment limits the maximum output of the actuator stepwise or steplessly according to the decrease in the remaining battery level, so that the actuator output can be more strictly limited, The power supply capacity can be effectively used more appropriately.
〈第3実施形態〉
第3実施形態に係るバッテリ式電動ショベルは、図10に示すように、バッテリ電圧が所定の閾値よりも低下した回数をカウントし、カウント数が増加するに従ってアクチュエータの最大出力を段階的に低い値に制限することを特徴とする。
<Third Embodiment>
As shown in FIG. 10, the battery-type electric excavator according to the third embodiment counts the number of times that the battery voltage has dropped below a predetermined threshold, and gradually increases the maximum output of the actuator as the count number increases. It is characterized by limiting to.
即ち、図10(a)に示すように、バッテリ電圧は、アクチュエータの駆動時にはバッテリに負荷がかかって電圧降下が起こり、アクチュエータの駆動を停止すると、バッテリにかかっていた負荷が除かれて電圧上昇が起こる。そして、負荷を取り除いた後のバッテリ電圧は、このような電圧変動が起こる毎に徐々に低下してゆく。そこで、図10(b)に示すように、下限電圧V1を超える電圧降下の累積回数をカウントし、この回数が増加するに応じて、図10(c)に示すように、アクチュエータの最大出力を段階的に低い値に制限することにより、アクチュエータ駆動限界電圧を超えてアクチュエータが駆動されることを防止できるので、作業機械の正常な動作を保障することができる。 That is, as shown in FIG. 10A, when the actuator is driven, the battery is loaded with a voltage drop, and when the actuator is stopped, the load applied to the battery is removed and the voltage rises. Happens. The battery voltage after the load is removed gradually decreases every time such voltage fluctuation occurs. Therefore, as shown in FIG. 10 (b), the cumulative number of voltage drops exceeding the lower limit voltage V1 is counted, and as this number increases, the maximum output of the actuator is increased as shown in FIG. 10 (c). By limiting to a low value in stages, it is possible to prevent the actuator from being driven beyond the actuator drive limit voltage, so that normal operation of the work machine can be ensured.
本例のバッテリ式電動ショベルは、図11に示すように、制御装置100に下限電圧V1を超える電圧降下の累積回数をカウントするカウンタ160を備えると共に、ROM140にカウンタ160によりカウントされた下限電圧V1を超える電圧降下の累積回数に応じたアクチュエータの出力制限を記憶することにより実施できる。その他については、第1実施形態に係るバッテリ式電動ショベルと同じであるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 11, the battery-type electric excavator of this example includes a
第3実施形態に係るバッテリ式電動ショベルは、バッテリ残量が減少して下限電圧V1を下回る頻度が上がるほどアクチュエータの出力制限が強くなって最大出力が減少するが、これに伴ってバッテリ20の負担も軽減されていき、電圧降下も少なくなるので、アクチュエータの正常な動作を保障することができる。 In the battery-powered excavator according to the third embodiment, the output of the actuator becomes stronger and the maximum output decreases as the remaining amount of the battery decreases and the frequency of falling below the lower limit voltage V1 increases. Since the burden is reduced and the voltage drop is reduced, the normal operation of the actuator can be ensured.
なお、前記各実施形態においては、バッテリ式電動ショベルを例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、任意のバッテリ式電動作業機械に応用することができる。 In each of the above embodiments, a battery-type electric excavator has been described as an example. However, the gist of the present invention is not limited to this and can be applied to any battery-type electric work machine.
1 バッテリ式電動ショベル
2 電源供給部
10 上部旋回体
11 下部走行体
12 フロント部材
13 旋回輪
20 バッテリ
21 外部電源
21a 電力ケーブル
22 バッテリ電圧計測装置
100 制御装置
101 表示装置
102 油圧ポンプ
103 第1電動モータ
104 第1インバータ
106 旋回用(第2)電動モータ
107 第2インバータ
108 充電装置
109 電源切換部
110 入力部
120 出力部
130 判定・制御部
140 ROM
150 RAM
160 カウンタ
DESCRIPTION OF
150 RAM
160 counter
Claims (4)
前記バッテリのバッテリ電圧を計測するバッテリ電圧計測手段と、当該バッテリ電圧計測手段により計測されたバッテリ電圧から前記バッテリのバッテリ残量を判定するバッテリ残量判定手段と、当該バッテリ残量判定手段の判定結果に応じて前記アクチュエータの最大出力を変更する出力制御手段とを備えたことを特徴とする電気駆動式作業機械。 In an electrically driven work machine equipped with an actuator, an electric motor that is a main power source of the actuator, and a battery that is a driving power source of the electric motor,
Battery voltage measuring means for measuring the battery voltage of the battery, battery remaining amount determining means for determining the battery remaining amount of the battery from the battery voltage measured by the battery voltage measuring means, and determination by the battery remaining amount determining means An electrically driven work machine comprising output control means for changing a maximum output of the actuator according to a result.
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