JP2010121327A - 電動式油圧作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給方式の変更に対応しやすい制御装置の具体的な構成を実現するとともに、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる電動式油圧作業機械を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータ１１，１７，１８，１９等に圧油を供給する油圧ポンプ２９と、エンジンの代わりに搭載され、油圧ポンプ２９を駆動する電動モータ２７と、この電動モータ２７を制御するインバータ装置２８とを備えた電動式油圧ショベルにおいて、インバータ装置２８は、交流供給線及び直流供給線のうちのいずれか一方が選択的に接続されて交流及び直流のうちのいずれか一方が供給されるように構成するとともに、内部を冷却するための冷却水流路を有しており、インバータ装置２８の冷却水流路、空冷式の熱交換器５６、及び水ポンプ５８が配管接続されて構成された冷却水系統５９を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンの代わりに搭載され油圧ポンプを駆動する電動モータと、この電動モータを制御するインバータ装置とを備えた電動式油圧作業機械に関する。

油圧作業機械の一例である油圧ショベルは、一般に、下部走行体と、この下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に設けられ、ブーム、アーム、及びバケット（作業具）からなる多関節型のフロント作業機とを備えている。そして、例えばエンジンによって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出された圧油によって複数の油圧アクチュエータ（詳細には、例えば、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダ、旋回用油圧モータ、及び走行用油圧モータ等）を駆動するようになっている。

近年、排気ガスを排出せず、騒音及び振動も大幅に低減する利点を有することから、エンジンの代わりに電動モータを搭載し、この電動モータによって油圧ポンプを駆動するように構成した電動式油圧ショベルが提唱されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１に記載の電動式油圧ショベルは、作業現場に設置された電源設備（商用電源）からの電力供給によって電動モータを駆動するように構成されている。また、特許文献２に記載の電動式油圧ショベルは、バッテリを搭載し、このバッテリからの電力供給によって電動モータを駆動するように構成されている。また、特許文献３に記載の電動式油圧ショベルは、バッテリからの電力供給によって電動モータを駆動する機能、及び商用電源からの電力供給によって電動モータを駆動しつつバッテリを充電する機能を選択的に行えるように構成されている。

特開平９−１４４０６０号公報 特開平１０−３０２５９号公報 特開２００４−２２５３５５号公報

上述した電動式油圧ショベルにおいては、電動モータを制御する制御装置（制御盤）を備えることがあり、この制御装置は、上述した電力供給方式（詳細には、（１）商用電源からの電力供給とする場合、（２）バッテリからの電力供給とする場合、（３）商用電源及びバッテリのうちのいずれか一方からの電力供給を選択可能とし、また商用電源からの電力供給によってバッテリを充電可能とする場合）に応じて仕様が異なる。そこで、コストを低減しつつ電力供給方式の変更に容易に対応するため、制御装置は、共通の制御ユニットとオプションの制御ユニットに分割したいというニーズがあった。しかし、このようにして分割構成された各制御ユニットは、一般的な空冷方式を採用した場合にユニット自体の大型化が免れず、レイアウト設計の点で課題が生じる。具体的には、例えば、油圧ショベルの旋回半径の制約から、制御ユニットを運転席の後方側領域にて上側に突出するように設けるしかなく、運転者の後方視野を遮る可能性があった。また、例えば、共通の制御ユニットのみを搭載した場合でも、オプションの制御ユニットを増設する場合も考慮し、その増設スペースを予め確保したいという要望があった。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力供給方式の変更に対応しやすい制御装置の具体的な構成を実現するとともに、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる電動式油圧作業機械を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、エンジンの代わりに搭載され、前記油圧ポンプを駆動する電動モータと、前記電動モータを制御するインバータ装置とを備えた電動式油圧作業機械において、前記インバータ装置は、交流供給線及び直流供給線のうちのいずれか一方が選択的に接続されて交流及び直流のうちのいずれか一方が供給されるように構成するとともに、内部を冷却するための冷却水流路を有しており、前記インバータ装置の冷却水流路、空冷式の熱交換器、及び水ポンプが配管接続されて構成された冷却水系統を備える。

このように本発明においては、インバータ装置は、交流供給線及び直流供給線のうちのいずれか一方が選択的に接続されて交流及び直流のうちのいずれか一方が供給されるように構成する。具体例の一つとして、インバータ装置は、直流から交流を生成して電動モータに供給するインバータ回路と、交流供給線を着脱可能とする第１接続端子と、この第１接続端子からの交流を直流に変換してインバータ回路に出力する第１整流回路と、直流供給線を着脱可能とし、直流をインバータ回路に出力する第２接続端子とを有する。そして、例えば外部の商用電源からの電力供給方式となるように電動式油圧作業機械を構成する場合は、商用電源からの電力供給線（交流供給線）をインバータ装置の第１接続端子に接続する。これにより、商用電源からの交流が第１整流回路で直流に変換されてインバータ回路に出力され、インバータ回路で交流が生成されて電動モータに出力される。一方、例えば電動モータの電力源としてのバッテリを搭載し、このバッテリからの電力供給方式となるように電動式油圧作業機械を構成する場合は、バッテリからの電力供給線（直流供給線）をインバータ装置の第２接続端子に接続する。これにより、バッテリからの直流がインバータ回路に出力され、インバータ回路で交流が生成されて電動モータに出力される。このようにして本発明においては、電力供給方式の変更に容易に対応することができる。また、インバータ装置は、水冷式を採用するので、空冷式の場合と比べ、小型化を図ることができる。これにより、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる。具体的には、例えば電動式油圧作業機械の一つである油圧ショベルにおいては、旋回半径の制約を満たしつつ、運転者の後方視野を遮らないように機器を配置することが可能である。さらに、例えばコンバータ装置などを増設する可能性を考慮し、その増設スペースを予め確保することが可能である。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記インバータ装置は、直流から交流を生成して前記電動モータに供給するインバータ回路と、前記交流供給線を着脱可能とする第１接続端子と、前記第１接続端子からの交流を直流に変換して前記インバータ回路に出力する第１整流回路と、前記直流供給線を着脱可能とし、直流を前記インバータ回路に出力する第２接続端子とを有する。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記電動モータの電力源として搭載されたバッテリと、前記インバータ装置に前記直流供給線を介して接続されるとともに、前記バッテリからの電力供給線及び外部の商用電源からの電力供給線が接続されたコンバータ装置をさらに備え、前記コンバータ装置は、オード指示手段からの指示信号に応じて、前記バッテリから供給された直流を前記インバータ装置に出力する機能、前記商用電源から供給された交流を直流に変換して前記インバータ装置に出力する機能、及び前記商用電源から供給された交流を直流に変換して前記バッテリに出力する機能を選択的に行えるように構成するとともに、内部を冷却するための冷却水流路を有しており、前記冷却水系統は、前記インバータ装置の冷却水流路、前記空冷式の熱交換器、及び前記水ポンプと共に、前記コンバータ装置の冷却水流路が配管接続されて構成される。

本発明においては、上記（１）の構成に対し、電動モータの電力源としてのバッテリ及びコンバータ装置等を増設することにより、指示信号に応じて商用電源及びバッテリのうちのいずれか一方の電力供給に切り替え可能とし、また商用電源からの電力供給によってバッテリを充電可能とした電力供給方式に容易に変更することができる。また、コンバータ装置は、インバータ装置と共に水冷式を採用するので、空冷式の場合と比べ、小型化を図ることができる。これにより、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記コンバータ装置は、前記商用電源からの電力供給線が接続され、前記商用電源からの交流を入力する第３接続端子と、前記第３接続端子からの交流を直流に変換する第２整流回路と、前記バッテリからの電力供給線が接続され、前記バッテリとの間で直流を入出力する第４接続端子と、前記第２整流回路で変換された直流を前記第４接続端子から前記バッテリに出力する場合に降圧する機能及び前記バッテリから前記第４接続端子に入力された直流を昇圧する機能を選択的に行う昇降圧チョッパ回路と、前記直流供給線を介して前記インバータ装置に接続され、前記第２整流回路で変換された直流及び前記昇降圧チョッパ回路で昇圧された直流のうちのいずれか一方を選択的に前記インバータ装置に出力する第５接続端子とを有する。

（５）上記（３）又は（４）において、好ましくは、前記冷却水系統は、前記インバータ装置の冷却水流路及び前記コンバータ装置の冷却水流路が直列となるように配管接続されて構成される。

（６）上記（３）〜（５）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記空冷式の熱交換器は、前記電動式油圧作業機械の幅方向一方側に配置されており、前記インバータ装置及び前記コンバータ装置は、前記空冷式の熱交換器と共に前記電動式油圧作業機械の幅方向に向けて直列配置されており、前記インバータ装置の冷却水流路の配管接続口及び前記コンバータ装置の冷却水流路の配管接続口は、同じ前後方向一方側に設けられる。

本発明によれば、電力供給方式の変更に対応しやすい制御装置の具体的な構成を実現するとともに、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる。

以下、本発明の適用対象として電動式油圧ショベルを例にとり、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１の実施形態を、図１〜図６により説明する。本実施形態の電動式油圧ショベルは、外部の商用電源からの電力供給によって電動モータを駆動するように構成したものである。

図１は、本実施形態における小型の電動式油圧ショベルの全体構造を表す側面図（但し、便宜上、外部の商用電源、油圧ショベルの受電部、及び電力供給線等は図示せず）である。なお、以降、油圧ショベルが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

この図１において、電動式油圧ショベルは、左右の履帯（クローラ）１を備えた下部走行体２と、この下部走行体２の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、この上部旋回体３の基礎下部構造をなす旋回フレーム４と、この旋回フレーム４の前部に水平方向に回動可能に取り付けられたスイングポスト５と、このスイングポスト５に上下方向に回動可能に（俯仰可能に）取り付けられた多関節型のフロント作業機６と、旋回フレーム４上の左側に設けられたキャノピータイプの運転室７と、旋回フレーム４上の運転室７以外の大部分（詳細には、左側、後側、及び右側）を覆う複数のカバー８と、旋回フレーム４上の後側に設けられカバー８に収納されたカウンタウェイト（図示せず）とを備えている。

下部走行体２は、略Ｈ字形状のトラックフレーム９と、このトラックフレーム９の左右両側の後端近傍に回転可能に支持された左右の駆動輪１０と、これら左右の駆動輪１０をそれぞれ駆動する左右の走行用油圧モータ１１と、トラックフレーム９の左右両側の前端近傍に回転可能に支持され、履帯１を介し駆動輪１０の駆動力でそれぞれ回転される左右の従動輪（アイドラ）１２とを備えている。また、トラックフレーム９の前側には、排土用のブレード１３が上下動可能に設けられており、ブレード１３は、ブレード用油圧シリンダ（図示せず）により上下動するようになっている。また、トラックフレーム９の中央部と旋回フレーム４との間には、旋回輪（図示せず）が設けられており、この旋回輪の径方向内側には、下部走行体２に対し旋回フレーム４を旋回させる旋回用油圧モータ（図示せず）が設けられている。

スイングポスト５は、垂直ピン（図示せず）を介して旋回フレーム４に対し水平方向に回動可能となっている。そして、スイング用油圧シリンダ（図示せず）によりスイングポスト５が水平方向に回動し、これによってフロント作業機６が左右にスイングするようになっている。

フロント作業機６は、スイングポスト５に回動可能に連結されたブーム１４と、このブーム１４の先端部に回動可能に結合されたアーム１５と、このアーム１５の先端部に回動可能に結合されたバケット１６とを備えている。そして、ブーム１４、アーム１５、及びバケット１６は、ブーム用油圧シリンダ１７、アーム用油圧シリンダ１８、及びバケット用油圧シリンダ１９により動作するようになっている。

運転室７は、運転者が着座する運転席（座席）２０と、この運転席２０の左側に設けられた左のコンソールボックス２１ａと、運転席２０の右側に設けられた右のコンソールボックス２１ｂ（後述の図４参照）とを備えている。運転席２０の前方には、左右の走行用操作レバー２２ａ，２２ｂ（但し２２ａのみ図示）が設けられている。左の走行用操作レバー２２ａのさらに左側の足元部分には、オプション用操作ペダル（図示せず）が設けられ、右の走行用操作レバー２２ｂのさらに右側の足元部分には、スイング用操作ペダル（図示せず）が設けられている。左のコンソールボックス２１ａの前部には、十字操作式の旋回・アーム用操作レバー２３ａと誤操作防止用のゲートロックレバー２４が設けられている。右のコンソールボックス２１ｂの前部には、十字操作式のバケット・ブーム用操作レバー２３ｂ（後述の図４及び図５参照）とブレード用操作レバー（図示せず）が設けられている。また、右のコンソールボックス２１ｂの後部には、キースイッチ２５（後述の図２参照）や回転数設定器２６（後述の図２参照）等が設けられている。

上部旋回体２には、原動機としてエンジンの代わりに搭載された電動モータ２７（後述の図２及び図４参照）と、この電動モータ２７を制御するインバータ装置２８（後述の図２参照）と、電動モータ２７によって駆動する油圧ポンプ２９（後述の図４参照）及びパイロットポンプ３０（後述の図４参照）と、油圧ポンプ２９から複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した左右の走行用油圧モータ１１、ブレード用油圧シリンダ、旋回用油圧モータ、スイング用油圧シリンダ、ブーム用油圧シリンダ１７、アーム用油圧シリンダ１８、及びバケット用油圧シリンダ１９）への圧油の流れをそれぞれ制御する複数のコントロールバルブ（図示せず）が搭載されている。

そして、例えば左右の走行用操作レバー２２ａ，２２ｂ、ブレード用操作レバー、スイング用操作ペダル、旋回・アーム用操作レバー２３ａ、又はバケット・ブーム用操作レバー２３ｂを操作すると、その操作方向及び操作量に応じて対応する減圧弁（図示せず）がパイロットポンプ３０からの１次パイロット圧を減圧して操作パイロット圧（２次パイロット圧）を生成し、この生成した操作パイロット圧を対応するコントロールバルブのパイロット操作部に出力して、コントロールバルブを切り換えるようになっている。なお、本実施形態では、各減圧弁で生成した操作パイロット圧を検出する複数の圧力センサ３１（後述の図２参照）が設けられている。

また、パイロットポンプ３０と減圧弁との間には油圧遮断弁（図示せず）が設けられている。そして、例えばゲートロックレバー２４をアンロック位置（下降位置）に引き下げると、油圧遮断弁が連通状態に切り換えられて、パイロットポンプ３０からの元圧が減圧弁へ導かれる。一方、例えばゲートロックレバー２４をロック位置（上昇位置）に引き上げると、油圧遮断弁が遮断状態に切り換えられて、パイロットポンプ３０から減圧弁への元圧が遮断されるようになっている。なお、ゲートロックレバー２４には、アンロック位置であるか否かを検出するゲートロックスイッチ３２（後述の図２参照）が設けられている。

次に、本実施形態の要部であるインバータ装置２８の機能について説明する。図２は、インバータ装置２８の機能的構成を表すブロック図である。

この図２において、インバータ装置２８は、直流から交流を生成して電動モータ２７に供給するインバータ回路３３と、このインバータ回路３３を制御する演算制御部（マイクロコンピュータ）３４と、受電部（図示せず）を介しての商用電源３５からの電力供給線（交流供給線）３６ａ〜３６ｃを着脱可能とする接続端子３７ａ〜３７ｃと、これら接続端子３７ａ〜３７ｃからの電圧２００Ｖの交流を直流に変換するとともに例えば電圧２７０Ｖ程度まで高め、インバータ回路３３に出力する高圧整流回路３８と、直流供給線（図示せず）を着脱可能とし、この直流供給線からの直流をインバータ回路３３に出力する接続端子３９ａ，３９ｂとを有している。すなわち、インバータ装置２８は、交流供給線及び直流供給線のうちのいずれか一方が選択的に接続されて交流及び直流のうちのいずれか一方が供給されるように構成されている。

そして、本実施形態のように商用電源３５からの電力供給線３６ａ〜３６ｃがインバータ装置２８の接続端子３７ａ〜３７ｃに接続された場合は、商用電源３５からの交流が高圧整流回路３８で直流に変換されてインバータ回路３３に出力され、インバータ回路３３で交流が生成されて電動モータ２７に出力される。一方、本実施形態とは異なり、例えば電動式油圧ショベルに電動モータ２７の電力源としてのバッテリ（図示せず）を搭載し、このバッテリからの電力供給線（直流供給線、図示せず）がインバータ装置２８の接続端子３９ａ，３９ｂに接続された場合は、バッテリからの直流がインバータ回路３３に出力され、インバータ回路３３で交流が生成されて電動モータ２７に出力されるようになっている。

演算制御部３４は、例えば、この種のものとして公知のベクトル制御により、電動モータ２７（例えば永久磁石同期モータ）を制御するようになっている。そして、キースイッチ２５、回転数設定器２６、圧力センサ３１、及びゲートロックスイッチ３２からの信号を入力し、これらの信号に応じてインバータ回路３３を制御し、これによって電動モータ２７を制御するようになっている。詳しく説明すると、演算制御部３４は、ゲートロックスイッチ３２からの信号により、ゲートロックレバー２４がアンロック位置にあるか否かを判断し、キースイッチ２５からの信号により、キースイッチ２５がＳＴＡＲＴ位置に操作されたか否かを判断する。そして、例えばゲートロックレバー２４がアンロック位置にあり、かつキースイッチ２５がＳＴＡＲＴ位置に操作されたと判断した場合は、電動モータ２７を駆動させる。一方、例えばゲートロックレバー２４がロック位置にあるか又はキースイッチ２５がＯＦＦ位置に操作されたと判断した場合は、電動モータ２７を停止させるようになっている。

また、演算制御部３４は、回転数設定器２６からの回転数指令信号に応じて電動モータ２７の目標回転数を演算し、これに基づいて電動モータ２７の回転数を可変制御するようになっている。また、圧力センサ３１からの圧力信号により、油圧ポンプ２９に係わる全ての操作レバー（詳細には、上述した左右の走行用操作レバー２２ａ，２２ｂ、ブレード用操作レバー、スイング用操作ペダル、旋回・アーム用操作レバー２３ａ、及びバケット・ブーム用操作レバー２３ｂ）が中立位置にあるか否かを判断する。そして、例えば油圧ポンプ２９に係わる全ての操作レバーが中立位置にあって予め設定された所定の時間が経過したと判断した場合は、電動モータ２７の回転数を所定のアイドル回転数（例えば７００回転程度）まで低下させるようになっている（オートアイドル制御）。なお、この電動モータ２７のアイドル回転数は、例えば原動機としてエンジンを搭載した場合に設定されるエンジンのアイドル回転数と比べ、応答性及び省エネ等の観点から低く設定することが可能である。

次に、インバータ装置２８等の機器配置について説明する。図３は、本実施形態における機器配置を説明するため、上部旋回体３の後部の内部構造を表す電動式油圧ショベルの一部透視側面図であり、図４は、電動式油圧ショベルの一部透視後面図（但し、便宜上、冷却水系統等を図示せず）である。また、図５は、本実施形態における冷却水系統を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図（但し、便宜上、電動モータ２７、油圧ポンプ２９、及びパイロットポンプ３０等を図示せず）である。また、図６は、旋回フレーム４の詳細構造を表す斜視図である。

これら図３〜図６において、旋回フレーム４は、前後方向に延在する底板４０と、この底板４０に立設され前後方向に延在する左右の縦板４１ａ，４１ｂと、これら縦板４１ａ，４１ｂの前端部に設けられ、上記スイングポスト５を回動可能に支持するブラケット４２と、底板４０の前端に位置して左右方向に延在する前梁４３と、この前梁４３の左右両端側に一方側の端部がそれぞれ接続され、前後方向に延在する左右の側梁４４ａ，４４ｂと、左の縦板４１ａと左の側梁４４ａとの間に設けられた中梁４５ａと、右の縦板４１ｂと右の側梁４４ｂとの間に設けられた中梁４５ｂ（図示せず）と、左右の縦板４１ａ，４１ｂから左の側梁４４ａにかけて左右方向に延在するように、底板４０及び中梁４５ａ上に立設された仕切り板４６とを有している。

旋回フレーム４の仕切り板４６の上端部には、前側に位置する運転室床板４７が取り付けられている。また、運転室床板４７からカウンタウェイトにかけては、シートベース４８が取り付けられ、このシートベース４８上に運転席２０が設けられている。そして、旋回フレーム４の底板４０及び仕切り板４６、運転室床板４７、シートベース４８、カウンタウェイト、及びカバー８等によって区画されてモータ室が形成される。このモータ室には、上述した電動モータ２７、インバータ装置２８、油圧ポンプ２９、及びパイロットポンプ３０等の機器が収納される。

旋回フレーム４の底板４０の後部には、複数の防振部材を介して台座４９が取り付けられ、この台座４９に電動モータ２７、油圧ポンプ２９、及びパイロットポンプ３０が取り付けられている（但し、油圧ポンプ２９及びパイロットポンプ３０は、二連ポンプとして構成されており、台座４９に片持ち支持されている）。電動モータ２７は、その回転軸が油圧ショベルの幅方向に延在するように配置されており、回転軸の左側端部には冷却ファン５０が取り付けられ、回転軸の右側端部はカップリング５１を介して油圧ポンプ２９及びパイロットポンプ３０が接続されている。そして、電動モータ２７の駆動によって油圧ポンプ２９及びパイロットポンプ３０が駆動するとともに、冷却ファン５０が回転して電動モータ２７を冷却するようになっている。

旋回フレーム４の底板４０の後部と仕切り板４６との間には、電動モータ２７に干渉しないように２つの支持アーム５２ａ，５２ｂが取り付けられ、これら支持アーム５２ａ，５２ｂの上部（言い換えれば、電動モータ２７の上方）に支持板５３が取り付けられている。支持板５３には防振部材を介して台座５４が取り付けられ、この台座５４にインバータ装置２８が取り付けられている。なお、台座５４は後述するコンバータ装置（第２の実施形態を参照）の増設を可能としており、モータ室内にはその増設スペースが予め確保されている。

また、旋回フレーム４の底板４０の後部右側には、油圧ポンプ２９及びパイロットポンプ３０に干渉しないように支持フレーム５５が取り付けられている。この支持フレーム５５には、空冷式の熱交換器５６と、ファン用の電動モータによって例えば固定された回転速度で駆動され、熱交換器５６を冷却する冷却風を生起する冷却ファン５７とが取り付けられている。これら熱交換器５６及び冷却ファン５７は、インバータ装置２８と共に、油圧ショベルの幅方向に向けて直列配置されている。言い換えれば、冷却ファン５０、電動モータ２７、熱交換器５６、及び冷却ファン５７は、その順序で、上から見て油圧ショベルの幅方向に直列配置されている。なお、冷却ファン５０，５７は、回転軸方向が油圧ショベルの幅方向で同じとなるように設けられている。

そして、冷却ファン５７の駆動によって、左側カバー８の吸気口８ａからモータ室内に冷却風（外気）が取り入られ、この冷却風が電動モータ２７の周囲を通過して電動モータ２７を冷却し、その後、熱交換器５６を通過して熱交換器５６を冷却し、その後、右側カバー８の排気口８ｂ（例えば、油圧ショベルにおける前後方向位置が吸気口８ａと同じ）から排出されるようになっている（図４中白抜き矢印参照）。なお、支持板５３は、吸気口８ａからの冷却風を電動モータ２７の周囲に導くガイド部材の役割を果たしている。また、支持フレーム５５は、電動モータ２７の周囲を通過した冷却風を熱交換器５６に導入しやすいように（言い換えれば、冷却ファン５７の駆動によって、電動モータ２７の周囲に冷却風が生起されやすいように）、油圧ポンプ２９及びパイロットポンプ３０の周囲に設けられた仕切り板部５５ａを有している。また、支持フレーム５５は、熱交換器５６及び冷却ファン５７を収容するとともに排気口８ａまでの排気流路を形成するダクト部５５ｂを有している。

インバータ装置２８は、水冷方式を採用しており、例えば内部の発熱体（基板や電気部品等）を冷却する冷却水配管（冷却水流路、図示せず）を内蔵し、配管接続口を後面側に設けている。そして、熱交換器５６、水ポンプ５８、インバータ装置２８の冷却水配管は、その順序で冷却水が循環するように配管接続されて冷却水系統５９を構成している。なお、インバータ装置２８は、上述した接続端子３７ａ〜３７ｃ，３９ａ，３９ｂを前面側に設けている。

以上のように構成された本実施形態の作用効果を説明する。本実施形態においては、インバータ装置２８は、交流供給線及び直流供給線のうちのいずれか一方が選択的に接続されて交流及び直流のうちのいずれか一方が供給されるように構成している。そして、本実施形態のように、電動モータ２７の電力源としてのバッテリを搭載せず、外部の商用電源３５からの電力供給によって電動モータ２７を駆動するように電動式油圧ショベルを構成する場合は、商用電源３５からの電力供給線３６ａ〜３６ｃをインバータ装置２８の接続端子３７ａ〜３７ｃに接続する。これにより、商用電源３５からの交流が高圧整流回路３８で直流に変換されてインバータ回路３３に出力され、インバータ回路３３で交流が生成されて電動モータ２７に出力される。一方、本実施形態とは異なり、例えば電動モータ２７の電力源としてのバッテリを搭載し、このバッテリからの電力供給によって電動モータ２７を駆動するように電動式油圧ショベルを構成する場合は、バッテリからの電力供給線をインバータ装置２８の接続端子３９ａ，３９ｂに接続すればよい。これにより、バッテリからの直流がインバータ回路３３に出力され、インバータ回路３３で交流が生成されて電動モータ２７に出力される。したがって、電力供給方式の変更に容易に対応することができる。

また、インバータ装置２８は、水冷式を採用するので、空冷式の場合と比べ、小型化を図ることができる。これにより、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる。すなわち、本実施形態においては、電動式油圧ショベルの旋回半径の制約を満たしつつ、運転者の後方視野を遮らないように機器を配置することができる。また、後述するコンバータ装置（第２の実施形態を参照）を増設する可能性を考慮し、その増設スペースを予め確保することができる。

本発明の第２の実施形態を、図７〜図１０により説明する。本実施形態の電動式油圧ショベルは、電動モータの電力源としてのバッテリを搭載するとともに、モード指示手段からの指示信号に応じて、バッテリからの電力供給によって電動モータを駆動する機能、商用電源からの電力供給によって電動モータを駆動する機能、及び商用電源からの電力供給によってバッテリを充電する機能を選択的に行えるように構成したものである。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図７は、本実施形態における小型の電動式油圧ショベルの全体構造を表す側面図（但し、便宜上、外部の商用電源３５、油圧ショベルの受電部、及び電力供給線等は図示せず）である。

本実施形態では、旋回フレーム４の後側に、上記カウンタウェイトに代えて、バッテリ搭載部６０を設けている。バッテリ搭載部６０には、例えば５〜６個のバッテリ６１（リチウム電池、後述の図７参照）、言い換えれば総電圧１５０〜１８０Ｖ程度の直流電源が搭載されている。

また、後述の図８で示すように、インバータ装置２８の接続端子３７ａ〜３７ｃに商用電源３５からの電力供給線３６ａ〜３６ｃを接続せず、インバータ装置２８の接続端子３９ａ，３９ｂに直流供給線６２ａ，６２ｂを介してコンバータ装置６３を接続している。コンバータ装置６３は、バッテリ６１からの電力供給線６４ａ，６４ｂ及び商用電源３５からの電力供給線３６ａ〜３６ｃが接続されており、機能の切り替えによって、バッテリ６１から供給された直流をインバータ装置２８に出力するか、若しくは商用電源３５から供給された交流を直流に変換してインバータ装置２８に出力し、また商用電源３５から供給された交流を直流に変換してバッテリ６１に出力することを可能としている。

次に、本実施形態の要部であるコンバータ装置６３の機能について説明する。図８は、インバータ装置２８及びコンバータ装置６３の機能的構成を表すブロック図である。

この図８において、コンバータ装置６３は、商用電源３５からの電力供給線３６ａ〜３６ｃが接続され、商用電源３５からの交流を入力する接続端子６５ａ〜６５ｃと、これら接続端子６５ａ〜６５ｃからの電圧２００Ｖの交流を直流に変換するとともに例えば電圧２７０Ｖ程度まで高める高圧整流回路６６と、バッテリ６１からの電力供給線６４ａ，６４ｂが接続され、バッテリ６１との間で直流を入出力する接続端子６７ａ，６７ｂと、高圧整流回路６６で変換された直流を接続端子６７ａ，６７ｂからバッテリ６１に出力する場合に降圧する機能及びバッテリ６１から接続端子６７ａ，６７ｂに入力された直流を例えば２７０Ｖ程度まで昇圧する機能を選択的に行う昇降圧チョッパ回路６８と、直流供給線６２ａ，６２ｂを介してインバータ装置２８の接続端子３９ａ，３９ｂに接続され、高圧整流回路６６で変換された直流及び昇降圧チョッパ回路６８で昇圧された直流のうちのいずれか一方を選択的にインバータ装置２８に出力する接続端子６９ａ，６９ｂとを有している。

また、コンバータ装置６３は、高圧整流回路６６と接続端子６９ａ，６９ｂとの間に設けられたリレースイッチ７０と、接続端子６７ａ，６７ｂと昇降圧チョッパ回路６８との間に設けられたリレースイッチ７１と、例えば運転室７内に設けられたモードスイッチ７２（モード指示手段）からの指示信号に応じて、リレースイッチ７０，７１及び昇降圧チョッパ回路６８を制御する演算制御部（マイクロコンピュータ）７３とを有している。

モードスイッチ７２は、「商用電源モード」及び「バッテリモード」のうちのいずれか一方を選択入力可能とし、その選択信号をコンバータ装置６３の演算制御部７３に出力するようになっている。そして、例えばモードスイッチ７２で「商用電源モード」が選択された場合、コンバータ装置６３の演算制御部７３は、リレースイッチ７０を閉じ状態とする。これにより、商用電源３５からの交流が高圧整流回路６６で直流に変換されてインバータ装置２８に出力される。また、演算制御部７３は、リレースイッチ７１を閉じ状態とするとともに、昇降圧チョッパ回路７３を制御して、高圧整流回路６６で変換された直流を降圧しバッテリ６１に出力する。これにより、バッテリ６１を充電するようになっている。

一方、例えばモードスイッチ７２で「バッテリモード」が選択された場合、コンバータ装置６３の演算制御部７３は、リレースイッチ７０を開き状態、リレースイッチ７１を閉じ状態とするとともに、昇降圧チョッパ回路７３を制御して、バッテリ６１からの直流を昇圧してインバータ装置２８に出力する。

次に、コンバータ装置６３の配置について説明する。図９は、本実施形態における機器配置を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図（但し、便宜上、冷却水系統等を図示せず）である。また、図１０は、本実施形態における冷却水系統を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図（但し、便宜上、電動モータ２８、油圧ポンプ３０、及びパイロットポンプ３１等を図示せず）である。

本実施形態では、旋回フレーム４の底板４０及び仕切り板４６、運転室床板４７、シートベース４８、バッテリ搭載部６０、及びカバー８等によって区画されて、上記第１の実施形態とほぼ同様のモータ室が形成される。このモータ室には、上記第１の実施形態と同様にして、電動モータ２７、インバータ装置２８、油圧ポンプ２９、及びパイロットポンプ３０等の機器が収納される。

コンバータ装置６３は、インバータ装置２８と共に台座５４に取り付けられており、インバータ装置９、熱交換器５６、及び冷却ファン５７と共に、油圧ショベルの幅方向に向けて直列配置されている。なお、本実施形態では、コンバータ装置６３を左側、インバータ装置２８を右側に配置した場合について説明したが、逆配置としてもよい。

また、コンバータ装置６３は、水冷方式を採用しており、例えば内部の発熱体（基板や電気部品等）を冷却する冷却水配管（冷却水流路、図示せず）を内蔵し、配管接続口を後面側に設けている。そして、熱交換器５６、水ポンプ５８、コンバータ装置６３の冷却水配管、及びインバータ装置２８の冷却水配管は、その順序で冷却水が循環するように配管接続されて冷却水系統５９Ａを構成している。このとき、コンバータ装置６３の冷却水配管とインバータ装置２８の冷却水配管は直列となるように配管接続されている。なお、コンバータ装置６３は、上述した接続端子６５ａ〜６５ｃ，６７ａ，６７ｂ，６９ａ，６９ｂを前面側に設けている。

以上のように本実施形態においては、上記第１の実施形態における電動式油圧ショベルに対し、バッテリ６１及びコンバータ装置６３等を増設することにより、モードスイッチ７２によって商用電源３５及びバッテリ６１のうちのいずれか一方の電力供給に切り替え可能とし、また商用電源３５からの電力供給によってバッテリ６１を充電可能とした電力供給方式に容易に変更することができる。また、コンバータ装置６３は、インバータ装置２８と共に水冷式を採用するので、空冷式の場合と比べ、小型化を図ることができる。これにより、機器のレイアウト設計の向上を図ることができる。

なお、上記第２の実施形態においては、モードスイッチ７２は、「商用電源モード」及び「バッテリモード」のうちのいずれか一方を選択可能な場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばバッテリ６１の充電のみを行わせる「充電モード」をさらに選択可能とし、この「充電モード」が選択された場合に、インバータ装置２８は電動モータ２７を停止させるように制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、本発明の効果が大きく得られる適用対象として、小型の電動式油圧ショベルを例にとって説明したが、同じようなニーズを有する中型の電動式油圧ショベルに適用してもよい。また、電動式油圧ショベルに限られず、例えば電動式油圧クレーン等、他の電動式油圧作業機械に適用してもよいことは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態における小型の電動式油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の機能的構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における機器配置を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視側面図である。 本発明の第１の実施形態における機器配置を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図である。 本発明の第１の実施形態における冷却水系統を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図である。 本発明の第１の実施形態における旋回フレームの詳細構造を表す斜視図である。 本発明の第２の実施形態における小型の電動式油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。 本発明の第２の実施形態におけるインバータ装置及びコンバータ装置の機能的構成を表すブロック図である。 本発明の第２の実施形態における機器配置を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図である。 本発明の第２の実施形態における冷却水系統を説明するための電動式油圧ショベルの一部透視後面図である。

符号の説明

１１ 走行用油圧モータ
１７ ブーム用油圧シリンダ
１８ アーム用油圧シリンダ
１９ バケット用油圧シリンダ
２７ 電動モータ
２８ インバータ装置
２９ 油圧ポンプ
３３ インバータ回路
３５ 商用電源
３６ａ〜３６ｃ 電力供給線（交流供給線）
３７ａ〜３７ｃ 接続端子（第１接続端子）
３８ 高圧整流回路（第１整流回路）
３９ａ，３９ｂ 接続端子（第２接続端子）
５６ 熱交換器
５８ 水ポンプ
５９ 冷却水系統
５９Ａ 冷却水系統
６１ バッテリ
６２ａ，６２ｂ 直流供給線
６３ コンバータ装置
６４ａ，６４ｂ 電力供給線
６５ａ〜６５ｃ 接続端子（第３接続端子）
６６ 高圧整流回路（第２整流回路）
６７ａ，６７ｂ 接続端子（第４接続端子）
６８ 昇降圧チョッパ回路
６９ａ，６９ｂ 接続端子（第５接続端子）

Claims (6)

1. 複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、エンジンの代わりに搭載され、前記油圧ポンプを駆動する電動モータと、前記電動モータを制御するインバータ装置とを備えた電動式油圧作業機械において、
   前記インバータ装置は、交流供給線及び直流供給線のうちのいずれか一方が選択的に接続されて交流及び直流のうちのいずれか一方が供給されるように構成するとともに、内部を冷却するための冷却水流路を有しており、
   前記インバータ装置の冷却水流路、空冷式の熱交換器、及び水ポンプが配管接続されて構成された冷却水系統を備えたことを特徴とする電動式油圧作業機械。
2. 請求項１記載の電動式油圧作業機械において、前記インバータ装置は、直流から交流を生成して前記電動モータに供給するインバータ回路と、前記交流供給線を着脱可能とする第１接続端子と、前記第１接続端子からの交流を直流に変換して前記インバータ回路に出力する第１整流回路と、前記直流供給線を着脱可能とし、直流を前記インバータ回路に出力する第２接続端子とを有することを特徴とする電動式油圧作業機械。
3. 請求項１又は２記載の電動式油圧作業機械において、前記電動モータの電力源として搭載されたバッテリと、前記インバータ装置に前記直流供給線を介して接続されるとともに、前記バッテリからの電力供給線及び外部の商用電源からの電力供給線が接続されたコンバータ装置をさらに備え、
   前記コンバータ装置は、モード指示手段からの指示信号に応じて、前記バッテリから供給された直流を前記インバータ装置に出力する機能、前記商用電源から供給された交流を直流に変換して前記インバータ装置に出力する機能、及び前記商用電源から供給された交流を直流に変換して前記バッテリに出力する機能を選択的に行えるように構成するとともに、内部を冷却するための冷却水流路を有しており、
   前記冷却水系統は、前記インバータ装置の冷却水流路、前記空冷式の熱交換器、及び前記水ポンプと共に、前記コンバータ装置の冷却水流路が配管接続されて構成されたことを特徴とする電動式油圧作業機械。
4. 請求項３記載の電動式油圧作業機械において、前記コンバータ装置は、前記商用電源からの電力供給線が接続され、前記商用電源からの交流を入力する第３接続端子と、前記第３接続端子からの交流を直流に変換する第２整流回路と、前記バッテリからの電力供給線が接続され、前記バッテリとの間で直流を入出力する第４接続端子と、前記第２整流回路で変換された直流を前記第４接続端子から前記バッテリに出力する場合に降圧する機能及び前記バッテリから前記第４接続端子に入力された直流を昇圧する機能を選択的に行う昇降圧チョッパ回路と、前記直流供給線を介して前記インバータ装置に接続され、前記第２整流回路で変換された直流及び前記昇降圧チョッパ回路で昇圧された直流のうちのいずれか一方を選択的に前記インバータ装置に出力する第５接続端子とを有することを特徴とする電動式油圧作業機械。
5. 請求項３又は４記載の電動式油圧作業機械において、前記冷却水系統は、前記インバータ装置の冷却水流路及び前記コンバータ装置の冷却水流路が直列となるように配管接続されて構成されたことを特徴とする電動式油圧作業機械。
6. 請求項３〜５のいずれか１項記載の電動式油圧作業機械において、前記空冷式の熱交換器は、前記電動式油圧作業機械の幅方向一方側に配置されており、前記インバータ装置及び前記コンバータ装置は、前記空冷式の熱交換器と共に前記電動式油圧作業機械の幅方向に向けて直列配置されており、前記インバータ装置の冷却水流路の配管接続口及び前記コンバータ装置の冷却水流路の配管接続口は、同じ前後方向一方側に設けられたことを特徴とする電動式油圧作業機械。

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