JP2010265708A - Battery-driven work machine - Google Patents

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Masami Ochiai
正巳 落合
Tokuji Tanaka
篤司 田中
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize environmental pollution and noise during the operation and reduce fuel consumption using a small engine in a work machine on which an engine is mounted together with a battery. <P>SOLUTION: This battery-driven work machine includes traveling motors 11, 12 for a base carrier 1 and a hydraulic pump 21 for driving an actuator constituted of a boom cylinder 13, an arm cylinder 14, and a bucket cylinder 15. The hydraulic pump 21 is driven by an electric motor 22. The electric motor 22 and an electric motor for slewing 10 are driven by a battery 24. A power supply device 26 constituted of an engine 27, a generator 29, and a power storage control means 30 is further mounted on the work machine. The engine 27 is driven so that the rotational speed and the output torque are constant for power generation. The work machine further includes the controlled engine 27 and the generator 29 driven by the engine. The power generated by the generator 29 is stored in the battery 24 through the power storage control means 30. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は油圧ショベル等の作業機械であって、バッテリを動力源とする複数のアクチュエータを設けたバッテリ駆動式作業機械に関するものである。   The present invention relates to a work machine such as a hydraulic excavator, and relates to a battery-driven work machine provided with a plurality of actuators using a battery as a power source.

作業機械の一例としての油圧ショベルは、左右の履帯を有する下部走行体に旋回装置を介して上部旋回体が旋回可能に設置されている。そして、上部旋回体には、ブーム,アーム及びバケットからなり、土砂の掘削等といった作業を行う作業手段が設けられている。また、上部旋回体には、機械の操作を行うオペレータが搭乗する運転室も設けられている。   BACKGROUND ART A hydraulic excavator as an example of a work machine is installed in a lower traveling body having left and right crawler belts so that an upper swing body can be turned via a turning device. The upper swing body includes a boom, an arm and a bucket, and is provided with working means for performing work such as excavation of earth and sand. The upper swing body is also provided with a cab where an operator who operates the machine is boarded.

下部走行体は、走行モータにより駆動され、また旋回装置には旋回モータが装着されている。作業手段は、それぞれブームシリンダ,アームシリンダ,バケットシリンダというように、油圧シリンダにより駆動されるものである。従って、これらモータ及び油圧シリンダは機械のアクチュエータを構成し、各アクチュエータを作動させることにより、車両の走行、上部旋回体の旋回、作業手段による作業が実行される。ここで、複数設けられるアクチュエータとしてのモータは、電動モータであっても良く、また油圧モータを用いることもできる。一方、作業手段を駆動するのは油圧シリンダである。従って、油圧ショベルには油圧ポンプが設けられる。   The lower traveling body is driven by a traveling motor, and a turning motor is attached to the turning device. The working means are each driven by a hydraulic cylinder such as a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder. Accordingly, these motors and hydraulic cylinders constitute machine actuators, and by operating each actuator, the vehicle travels, the upper swing body turns, and the work by the working means is executed. Here, a plurality of motors as actuators may be electric motors or hydraulic motors. On the other hand, it is a hydraulic cylinder that drives the working means. Therefore, the hydraulic excavator is provided with a hydraulic pump.

作業機械の動力源としては、原動機としてのエンジンを用いたエンジン駆動式のものが従来から広く用いられている。しかしながら、近年においては、粒子状物質PM等の環境汚染物質を含む排ガスの発生の抑制,騒音の低減といった要請等の観点から、電気駆動式のものが開発され、実用化されている。ここで、電気駆動式という場合、電源を外部に求める外部電源式のものがあるが、この方式では、車両と外部電源との間は常に電源コードで接続しなければならず、作業性が悪いという問題点がある。     As a power source of a work machine, an engine drive type using an engine as a prime mover has been widely used. However, in recent years, an electrically driven type has been developed and put into practical use from the viewpoints of demands such as suppression of generation of exhaust gas containing environmental pollutants such as particulate matter PM and reduction of noise. Here, in the case of an electric drive type, there is an external power type that requires an external power source. However, in this method, the vehicle and the external power source must always be connected with a power cord, and workability is poor. There is a problem.

以上のことから、車両にエンジンに代えてバッテリを搭載し、このバッテリを駆動源としたバッテリ駆動式の作業機械がある。ただし、作業機械にあっては、高負荷状態で長時間稼働することもあることから、作業機械の全エネルギをバッテリで賄うようにすると、大容量のバッテリが必要となり、スペースの点から、また重量の点から、作業機械の上部旋回体に載置できない場合がある。   From the above, there is a battery-driven work machine in which a battery is mounted on a vehicle instead of an engine and this battery is used as a drive source. However, since a work machine may operate for a long time under a high load condition, if a battery is used to cover the entire energy of the work machine, a large-capacity battery is required. In some cases, it cannot be placed on the upper rotating body of the work machine in terms of weight.

そこで、エンジンとバッテリとを搭載したハイブリッド式の作業機械が開発され、また実用化されている。このようにエンジンと共用することによって、搭載されるバッテリの小型化,軽量化が図られる。ハイブリッドシステムとしては、エンジンを主動力源として使用し、補助的にバッテリを電源とする発電機からの動力の供給も行うようにしたパラレルハイブリッド方式があるが、このパラレルハイブリッド方式はエンジンを主動力源とすることから、排ガスの低減等の点においてなお不満がある。   Accordingly, hybrid work machines equipped with an engine and a battery have been developed and put into practical use. Thus, by sharing with the engine, the mounted battery can be reduced in size and weight. As a hybrid system, there is a parallel hybrid system that uses an engine as a main power source and also supplies power from a generator that uses a battery as a power source. This parallel hybrid system uses the engine as the main power source. Since it is used as a source, it is still unsatisfactory in terms of reducing exhaust gas.

他のハイブリッドシステムとして、エンジンと、電動機と発電機としての機能を有する誘導機とを動力源として使用し、エンジンと誘導機とを同時に駆動するようにしたシリーズハイブリッド方式の作業機械が特許文献1に示されている。この特許文献1の記載から明らかなように、シリーズハイブリッド方式の車両においては、エンジンとバッテリとに加えて、誘導機を設置するようになし、エンジンとバッテリを動力源として誘導機を作動させることにより油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプを駆動する構成としている。つまり、作業機械を駆動するための動力源をエンジンとバッテリとに分割し、またエンジンは発電のためにも使用するというものである。これによって、バッテリが動力源の一部とすることから、エンジンの負担が軽減されて、排ガスの低減等が図られることになることから、このシリーズハイブリッド方式はパラレルハイブリッド方式より優れている。ここで、特許文献1においては、作業を効率的に行えるようにするために、エンジンと誘導機によって、最大負荷時に必要な動力を単独で賄える最大出力容量を持たせる構成としている。   As another hybrid system, there is a series hybrid type work machine that uses an engine, an induction machine having a function as an electric motor and a generator as a power source, and drives the engine and the induction machine at the same time. Is shown in As is apparent from the description of Patent Document 1, in a series hybrid vehicle, an induction machine is installed in addition to the engine and battery, and the induction machine is operated using the engine and battery as a power source. Thus, the hydraulic pump that drives the hydraulic actuator is driven. That is, the power source for driving the work machine is divided into the engine and the battery, and the engine is also used for power generation. As a result, since the battery is a part of the power source, the burden on the engine is reduced and the exhaust gas is reduced. This series hybrid system is superior to the parallel hybrid system. Here, in patent document 1, in order to be able to perform work efficiently, it is set as the structure which has the maximum output capacity which can supply motive power required at the time of a maximum load by an engine and an induction machine independently.

特開2006−233811号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-233811

ところで、作業機械は様々な状況下で作業が行われるものであり、例えば硬い地盤を掘削する場合等にあっては、極めて高負荷状態で稼働することになる。このような作業を行う際にも、エンジンで動力を賄えるようにすると、大型のエンジンを用いる必要があり、しかもエンジンから最大負荷時に必要な出力トルクを発生させるようにした場合には、多量の排ガスが発生することになって、大量の粒子状物質PMを含む環境汚染物質が外部に放出されて、周囲環境を汚染することになると共に、騒音も大きくなる。しかも、負荷の変動に応じてエンジンの出力トルクが変化することになるので、燃費の低下を来すという問題点もある。   By the way, the work machine is operated under various circumstances. For example, when excavating a hard ground, the work machine operates under an extremely high load state. When performing such work, it is necessary to use a large engine if the engine can cover the power, and if the engine generates the required output torque at the maximum load, As exhaust gas is generated, environmental pollutants including a large amount of particulate matter PM are released to the outside, contaminating the surrounding environment and increasing noise. In addition, since the engine output torque changes in accordance with load fluctuations, there is a problem in that fuel consumption is reduced.

要するに、バッテリと共にエンジンを備えるハイブリッド式の作業機械において、エンジンを作業機械の駆動用として用いると、作業機械の稼働条件に応じてエンジンの回転速度及び出力トルクが変化することになる。このために、搭載されるエンジンは、作業機械の最大負荷時にも必要な動力を出力可能な能力を持たせることから、大型のものになり、またエンジンの回転速度の変化と出力トルクの変動に伴い、排ガスに含まれる環境汚染物質の発生及び騒音の発生を抑制する効果には限度があり、さらに低燃費化とうい点でも不満が残ることになる。   In short, in a hybrid work machine including an engine with a battery, when the engine is used for driving the work machine, the rotational speed and output torque of the engine change according to the operating conditions of the work machine. For this reason, the installed engine has the ability to output the necessary power even at the maximum load of the work machine, so it will be large, and it will be subject to changes in engine speed and output torque. Accordingly, there is a limit to the effect of suppressing the generation of environmental pollutants contained in the exhaust gas and the generation of noise, and further dissatisfaction remains in terms of reducing fuel consumption.

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、バッテリと共にエンジンを搭載した作業機械において、エンジンを馬力の小さい小型のものを用いることによって、稼働時における環境汚染および騒音を最小限に抑制し、かつ燃費の低減を図ることができるようにすることにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a working machine equipped with an engine together with a battery by using a small engine with a small horsepower so that the environment during operation can be obtained. An object of the present invention is to minimize contamination and noise and to reduce fuel consumption.

前述した目的を達成するために、本発明は、走行車両に作業手段を設け、少なくとも車両の走行手段と、作業手段の駆動手段とを駆動させるために、バッテリを動力源とする複数のアクチュエータを有するバッテリ駆動式作業機械であって、前記走行車両には前記バッテリに電力を供給する給電装置が設けられ、前記給電装置は、回転速度及び出力トルクが一定となるように制御されたエンジンと、このエンジンにより駆動される発電機とを備える構成としたことをその特徴とするものである。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a plurality of actuators using a battery as a power source in order to provide working means for a traveling vehicle and drive at least the traveling means of the vehicle and the driving means of the working means. A battery-powered work machine having a power supply device for supplying power to the battery in the traveling vehicle, the power supply device having an engine controlled so that a rotational speed and an output torque are constant; It is characterized by comprising a generator driven by this engine.

作業機械には、少なくとも車両の走行手段と、土砂の掘削等を行う作業手段とが設けられる。また、下部走行体に旋回可能な上部旋回体を設けたものにあっては、旋回手段をも備えている。そして、走行手段は走行モータにより、また作業手段は油圧シリンダにより、さらに旋回手段は旋回モータにより駆動される。これらがアクチュエータであり、少なくとも油圧シリンダは油圧ポンプが接続される。この油圧ポンプは電動モータにより駆動される。一方、走行モータや旋回モータは電動モータとして構成することができ、また油圧ポンプにより駆動される油圧モータとしても構成することができる。モータとしては、少なくとも旋回モータはエネルギの回生を行う点から、電動モータとして構成するのが望ましい。   The working machine is provided with at least a vehicle traveling means and a working means for excavating earth and sand. In addition, the lower traveling body provided with the upper revolving body capable of swiveling is also provided with a turning means. The traveling means is driven by a traveling motor, the working means is driven by a hydraulic cylinder, and the turning means is driven by a turning motor. These are actuators, and at least a hydraulic cylinder is connected to a hydraulic pump. This hydraulic pump is driven by an electric motor. On the other hand, the traveling motor and the turning motor can be configured as an electric motor, and can also be configured as a hydraulic motor driven by a hydraulic pump. As the motor, it is desirable that at least the swing motor is configured as an electric motor from the viewpoint of regenerating energy.

作業機械にはバッテリとエンジンとを搭載しているが、油圧ポンプを駆動する電動モータや旋回モータ等からなるモータの動力源としては、バッテリだけであり、エンジンはモータとは接続されておらず、このエンジンと発電機とによって、バッテリに給電するための給電装置を構成する。従って、この作業機械はハイブリッド式のものではなく、駆動はバッテリを全動力源とするバッテリ駆動式のものである。   The work machine is equipped with a battery and an engine, but the only power source of the motor that consists of an electric motor or a swing motor that drives the hydraulic pump is the battery, and the engine is not connected to the motor. The engine and the generator constitute a power supply device for supplying power to the battery. Therefore, this work machine is not of a hybrid type, and is driven by a battery that uses a battery as a whole power source.

作業機械の稼働中は、エンジンを駆動して連続的に発電を行う。このように、作業機械の稼働中に連続的に発電することによって、このエンジンに起因する全発電量だけバッテリの電力容量に加算される。従って、その分だけバッテリの小型化,軽量化が図られる。給電装置にどの程度の給電能力を持たせるかは、つまり給電装置を構成するエンジンによる発電能力は、搭載されるバッテリに応じたものとする。バッテリの設置スペース等の関係で、電力容量の大きいバッテリが搭載可能であれば、エンジンはより小型のもので良いが、バッテリの電力容量を小さくすると、エンジンはある程度大型化する。   During operation of the work machine, the engine is driven to continuously generate power. In this way, by continuously generating power while the work machine is in operation, the total amount of power generated by the engine is added to the power capacity of the battery. Therefore, the battery can be reduced in size and weight accordingly. It is assumed that the power supply capacity of the power supply apparatus, that is, the power generation capacity of the engine constituting the power supply apparatus depends on the battery mounted. If a battery with a large power capacity can be mounted in relation to the installation space of the battery, the engine may be smaller, but if the power capacity of the battery is reduced, the engine will be enlarged to some extent.

エンジンは作業機械におけるアクチュエータの駆動源としないことから、一定の回転速度で一定のトルクが出力できるように運転することができ、エンジンの負荷は変動することはない。ここで、エンジンは、回転速度が一定で、出力トルクも一定であれば、エンジン騒音が最小限のものとなり、また排ガスに含まれる粒子状物質PM等の環境汚染物質を抑制することができる。発電機を駆動するために、エンジンの回転速度が一定であれば、出力トルクも一定となる。ただし、エンジンの回転速度に応じて、排ガス中に含まれる環境汚染物質の量が変化し、また燃費も一定ではない。そこで、作業機械に搭載されるエンジンの構造に基づいて、最良稼働状態で駆動するように設定する。ここで、最良稼働状態は、主に排ガスのクリーン度と、燃費効率とに基づいて、しかも低騒音となるように設定することができる。例えば、排ガスの粒子状物質PMが最小量となり、しかも最も低燃費で駆動されるように、回転速度を設定する。   Since the engine is not used as a drive source for the actuator in the work machine, the engine can be operated so as to output a constant torque at a constant rotational speed, and the engine load does not fluctuate. Here, if the rotational speed is constant and the output torque is constant, the engine noise is minimized, and environmental pollutants such as particulate matter PM contained in the exhaust gas can be suppressed. If the rotational speed of the engine is constant for driving the generator, the output torque is also constant. However, the amount of environmental pollutants contained in the exhaust gas changes according to the rotational speed of the engine, and the fuel consumption is not constant. Therefore, based on the structure of the engine mounted on the work machine, it is set to drive in the best operating state. Here, the best operating state can be set mainly based on the cleanliness of the exhaust gas and the fuel efficiency, so as to reduce noise. For example, the rotational speed is set so that the particulate matter PM of the exhaust gas becomes the minimum amount and is driven with the lowest fuel consumption.

エンジンはバッテリを充電するための給電手段を構成するものであり、バッテリの電力容量が所定値以上となっている状態で充電を行うと、バッテリの過充電状態となり、その寿命が低下する。そこで、バッテリには、その蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段を設け、電力容量が設定値以下であるときには、エンジンを駆動して発電し、この設定値を超えるときには、エンジンの駆動を停止する。これによって、バッテリの過充電防止が図られることになり、長寿命化が図られる。   The engine constitutes a power supply means for charging the battery. If charging is performed in a state where the power capacity of the battery is equal to or greater than a predetermined value, the battery is overcharged and its life is reduced. Therefore, the battery is provided with a remaining charge detection means for detecting the remaining charge, and when the power capacity is less than or equal to the set value, the engine is driven to generate power, and when the set value is exceeded, the engine is driven. Stop. As a result, the battery is prevented from being overcharged and the service life is extended.

走行車両に搭載されるバッテリを小型化することができ、このバッテリでは不足となる電力をエンジンにより補うことができ、しかもエンジンの稼働時における環境汚染を抑制し、かつ騒音を低減するこことができる。   The battery mounted on the traveling vehicle can be reduced in size, and the engine can make up for the power that is insufficient with this battery. In addition, environmental pollution during engine operation can be suppressed and noise can be reduced. it can.

本発明の作業機械の一例としての油圧ショベルの構成説明図である。It is composition explanatory drawing of the hydraulic shovel as an example of the working machine of this invention. 図1の油圧ショベルの駆動機構を構成する回路構成図である。It is a circuit block diagram which comprises the drive mechanism of the hydraulic shovel of FIG. 油圧ショベルをある状況下で稼働させたときの動力源としてのバッテリの出力波形と消費エネルギとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the output waveform of the battery as a power source when a hydraulic excavator is operated under a certain condition, and energy consumption. バッテリに加えて、給電装置としてのエンジンを設けた本発明の構成で、図3と同様の状況下で稼働させたときの動力源としてのバッテリの出力波形と消費エネルギとの関係を示す説明図である。Explanatory drawing which shows the relationship between the output waveform of the battery as a motive power source and energy consumption when it is made to operate | move on the condition similar to FIG. 3 by the structure of this invention which provided the engine as an electric power feeder in addition to a battery. It is. エンジンの回転速度と軸トルクとの関係で、粒子状物質PMの発生度合を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the generation | occurrence | production degree of particulate matter PM by the relationship between an engine rotational speed and axial torque. エンジンの回転速度と軸トルクとの関係で、燃費効率を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a fuel consumption efficiency by the relationship between an engine rotational speed and a shaft torque.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図1に作業機械の一例として、油圧ショベルを示す。油圧ショベルは、クローラ式走行手段を左右に設けた下部走行体1を有し、この下部走行体1上には旋回装置2を介して上部旋回体3が設置されている。上部旋回体3には、フロント構造としての掘削作業手段4が装着されており、また運転室5及び建屋6が設けられている。掘削作業手段4は、上部旋回体3のフレームに俯仰動作可能に設けたブーム7と、ブーム7に回動可能に連結して設けたアーム8と、このアーム8の先端に設けたバケット9とから構成されている。     Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a hydraulic excavator as an example of a work machine. The hydraulic excavator has a lower traveling body 1 provided with crawler-type traveling means on the left and right sides, and an upper revolving body 3 is installed on the lower traveling body 1 via a revolving device 2. The upper swing body 3 is equipped with excavation means 4 as a front structure, and is provided with a cab 5 and a building 6. The excavation work means 4 includes a boom 7 provided on the frame of the upper swing body 3 so as to be able to be lifted and lowered, an arm 8 connected to the boom 7 so as to be rotatable, and a bucket 9 provided at the tip of the arm 8. It is composed of

前述した構成を有する油圧ショベルにおいて、可動機構としては、旋回装置2と下部走行体1における左右のクローラ式走行手段と、掘削作業手段4とである。図2に示したように、これら各可動部を駆動する機構はアクチュエータである。アクチュエータのうち、旋回装置2は旋回用電動モータ10で駆動されるものであり、左右の走行手段は走行モータ11,12で駆動され、掘削作業手段4を構成するブーム7はブームシリンダ13,アーム8はアームシリンダ14,バケット9はバケットシリンダ15で駆動されるものである。   In the hydraulic excavator having the above-described configuration, the movable mechanisms are the left and right crawler type traveling means and the excavation work means 4 in the turning device 2 and the lower traveling body 1. As shown in FIG. 2, the mechanism that drives each of these movable parts is an actuator. Among the actuators, the turning device 2 is driven by the turning electric motor 10, the left and right traveling means are driven by the traveling motors 11 and 12, and the boom 7 constituting the excavating work means 4 is the boom cylinder 13 and the arm. Reference numeral 8 denotes an arm cylinder 14 and the bucket 9 is driven by a bucket cylinder 15.

左右の走行モータ11,12は油圧モータから構成され、ブームシリンダ13,アームシリンダ14及びバケットシリンダ15は油圧シリンダである。従って、油圧モータ及び油圧シリンダは油圧アクチュエータであり、これら油圧モータ及び油圧シリンダを駆動するために、油圧ポンプ21が設けられており、この油圧ポンプ21はポンプ駆動用電動モータ22により駆動されるものである。従って、油圧ポンプ21と走行モータ11,12及びブームシリンダ13,アームシリンダ14及びバケットシリンダ15との間の配管の途中には油圧制御弁23が設けられている。この油圧制御弁23は操作レバーにより切り換え制御されるものであり、操作レバーを操作することによって、前述した各油圧アクチュエータの作動制御が行われることになる。ここで、旋回モータ10を電動モータ20で直接駆動するように構成しているので、旋回停止時に慣性エネルギを電力として回生するための電力回生ブレーキとして機能する。なお、回生は旋回以外にも、例えばブーム下げ動作やその他においても行われるように構成することができる。   The left and right traveling motors 11 and 12 are constituted by hydraulic motors, and the boom cylinder 13, the arm cylinder 14 and the bucket cylinder 15 are hydraulic cylinders. Accordingly, the hydraulic motor and the hydraulic cylinder are hydraulic actuators, and a hydraulic pump 21 is provided to drive the hydraulic motor and the hydraulic cylinder. The hydraulic pump 21 is driven by an electric motor 22 for driving the pump. It is. Therefore, a hydraulic control valve 23 is provided in the middle of the piping between the hydraulic pump 21 and the traveling motors 11 and 12, the boom cylinder 13, the arm cylinder 14, and the bucket cylinder 15. The hydraulic control valve 23 is controlled to be switched by an operation lever, and the operation control of each hydraulic actuator described above is performed by operating the operation lever. Here, since the turning motor 10 is configured to be directly driven by the electric motor 20, it functions as a power regenerative brake for regenerating inertia energy as electric power when turning is stopped. In addition to the turning, the regeneration can be configured to be performed, for example, in a boom lowering operation or the like.

電動モータ20及び22は、バッテリ24を動力源とするものであり、これら電動モータ20,22は電力制御手段25を介してバッテリ24と接続されている。バッテリ24は予め充電された状態となっている。しかも、油圧ショベルの稼働中にバッテリ24に電力を補給するための給電装置26を備えている。このために、油圧ショベルにエンジン27が搭載されており、またこのエンジン27に燃料を供給する燃料タンク28が設けられている。そして、エンジン27には発電機29が接続されており、エンジン27により発電機29が駆動される。さらに、発電機29は電力蓄電制御手段30を介してバッテリ24に電力供給が行われる構成となっている。従って、給電装置26はこれらエンジン27,発電機29及び電力蓄電制御手段30から構成される。   The electric motors 20 and 22 use a battery 24 as a power source, and the electric motors 20 and 22 are connected to the battery 24 via a power control means 25. The battery 24 is charged in advance. In addition, a power supply device 26 for supplying power to the battery 24 during operation of the hydraulic excavator is provided. For this purpose, an engine 27 is mounted on the hydraulic excavator, and a fuel tank 28 for supplying fuel to the engine 27 is provided. A generator 29 is connected to the engine 27, and the generator 29 is driven by the engine 27. Furthermore, the generator 29 is configured to supply power to the battery 24 via the power storage control means 30. Accordingly, the power feeding device 26 includes the engine 27, the generator 29, and the power storage control means 30.

ここで、エンジン27は電力制御手段25には接続されておらず、油圧ショベルのいずれかの可動機構を直接駆動するものではなく、発電機29の発電のみを行うためのものである。そして、電力蓄電制御手段30はまたバッテリ24の蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段を構成するものであり、バッテリ24の蓄電残量が電力容量として設定された所定値以下である場合には、エンジン27を作動させるようになし、電力容量の設定値を超えているときには、油圧ショベルが稼働中であるにも拘わらず、エンジン27が停止するように制御される。   Here, the engine 27 is not connected to the power control means 25, and does not directly drive any movable mechanism of the hydraulic excavator, but only to generate power from the generator 29. The power storage control means 30 also constitutes a remaining power storage detection means for detecting the remaining power storage of the battery 24, and when the remaining power storage of the battery 24 is equal to or less than a predetermined value set as the power capacity. The engine 27 is operated, and when the power capacity exceeds the set value, the engine 27 is controlled to stop even though the excavator is in operation.

今、図3において、油圧ショベルを時間Tだけ稼働させるとして、その間の出力波形をPとすると、この時間T全体で出力された出力全エネルギはEtolとなる。ここで、パワー出力がマイナスになっているのは回生を行っている状態である。従って、必要とする出力エネルギは出力全エネルギEtolから回生エネルギEregを引いたEdemとなる。この必要出力エネルギEdemは、バッテリ24の蓄電残量で賄うことになるが、そうすると電力容量の大きい大型のバッテリを搭載しなければならないことになる。   In FIG. 3, assuming that the excavator is operated for a time T, and the output waveform during that time is P, the total output energy output over this time T is Etol. Here, the power output is negative when the regeneration is being performed. Therefore, the required output energy is Edem obtained by subtracting the regenerative energy Ereg from the total output energy Etol. This required output energy Edem is covered by the remaining amount of electricity stored in the battery 24. In this case, a large battery having a large power capacity must be mounted.

以上のことから、油圧ショベルには、給電装置26としてエンジン27を搭載されており、このエンジン27を稼働させて、発電機29を駆動することができる。ここで、給電装置26を構成するエンジン27は発電用のものであり、負荷の変動はないので、一定の回転速度で駆動する。そして、発電機29で発生した電力は電力蓄電制御手段30を介してバッテリ24に蓄電される。これによって、バッテリ24は所定の電力容量を確保することができる。その結果、図4に示したように、エンジン27に由来する蓄電エネルギEaddが追加されることから、バッテリ24からの出力エネルギはEnetとすれば、時間T全体での出力全エネルギはEtolが得られることになる。   From the above, the hydraulic excavator is equipped with the engine 27 as the power feeding device 26, and the generator 29 can be driven by operating the engine 27. Here, the engine 27 that constitutes the power feeding device 26 is for power generation, and there is no load fluctuation, so it is driven at a constant rotational speed. Then, the electric power generated by the generator 29 is stored in the battery 24 via the power storage control means 30. Thereby, the battery 24 can ensure a predetermined power capacity. As a result, as shown in FIG. 4, the stored energy Eadd derived from the engine 27 is added. Therefore, if the output energy from the battery 24 is Enet, the total output energy for the entire time T is obtained by Etol. Will be.

ところで、バッテリ24と共にエンジン27を搭載して、このエンジン27を発電のために稼働することによって、バッテリ24の負担は軽減され、小型で軽量なバッテリを使用することができる。ただし、エンジン27を駆動する際には、排ガスが発生することになり、またエンジン騒音も発生する。この意味では、バッテリで駆動される全電動式の作業機械より劣ることになる。   By the way, by mounting the engine 27 together with the battery 24 and operating the engine 27 for power generation, the burden on the battery 24 is reduced, and a small and lightweight battery can be used. However, when the engine 27 is driven, exhaust gas is generated and engine noise is also generated. In this sense, it is inferior to an all-electric work machine driven by a battery.

ところで、エンジン27から発生する騒音の問題は、このエンジン27の回転速度を変化したときに大きくなり、エンジン27を一定の回転速度で駆動している場合には、騒音が最小限になり、特に周辺に迷惑を及ぼす程度とはならない。   Incidentally, the problem of noise generated from the engine 27 becomes large when the rotational speed of the engine 27 is changed. When the engine 27 is driven at a constant rotational speed, noise is minimized, It will not be a nuisance to the surroundings.

そして、排ガスについては、エンジン27の回転速度に応じて排ガスに含まれる粒子状物質PM等の環境汚染物質の量が変化する。具体的には、図5に示したように、エンジン27を所定の出力トルク状態で駆動すると、その回転速度に応じて粒子状物質PMの排出量が変化するが、回転速度に応じて比例的に増大するものではなく、その排出量はある回転速度の範囲内では少ないが、それより回転速度を高速化した場合でも、また回転速度を低速化した場合でも、粒子状物質PMの排出量が多くなる。従って、この粒子状物質PMの排出量が最も少ない回転速度により稼働させるようにする。   And about exhaust gas, according to the rotational speed of the engine 27, the quantity of environmental pollutants, such as particulate matter PM contained in exhaust gas, changes. Specifically, as shown in FIG. 5, when the engine 27 is driven in a predetermined output torque state, the discharge amount of the particulate matter PM changes according to the rotational speed, but proportionally according to the rotational speed. Although the amount of discharge is small within a certain rotational speed range, the amount of particulate matter PM discharged is low even when the rotational speed is increased or the rotational speed is decreased. Become more. Therefore, the particulate matter PM is discharged at the minimum rotational speed.

また、エンジン27の燃費については、一定の回転速度で駆動することによって、燃費を低減することができる。また、図6に示したように、エンジン27を所定の出力トルクをもって駆動したときにも、低燃費領域がある。   Further, the fuel consumption of the engine 27 can be reduced by driving at a constant rotational speed. Further, as shown in FIG. 6, there is a low fuel consumption region even when the engine 27 is driven with a predetermined output torque.

以上のことから、エンジン27を一定の回転速度で駆動し、しかも図5に示した粒子状物質PMの排出量が少なく、しかも図6において示した低燃費で駆動できるように、出力トルクと回転速度を選択すれば、エンジン27を効率的に、しかも環境汚染を最小限にすることができる。このときのエンジン27の回転速度は定格回転速度より低速である。   From the above, the output torque and the rotation speed are controlled so that the engine 27 can be driven at a constant rotational speed, and the particulate matter PM shown in FIG. 5 can be driven at a low fuel consumption as shown in FIG. Choosing speed allows the engine 27 to be efficient and minimize environmental pollution. At this time, the rotational speed of the engine 27 is lower than the rated rotational speed.

また、バッテリ24が過充電状態にならないようにするために、このバッテリ24の蓄電残量を電力蓄電制御手段30を構成する蓄電残量検出手段で検出し、蓄電残量が電力容量として設定した所定値以下であるときにエンジン27を駆動し、電力容量の設定値を超えると、エンジン27を停止するように制御する。これによって、バッテリ24の保護が図られて、その寿命を短縮するような事態は生じない。   Further, in order to prevent the battery 24 from being overcharged, the remaining amount of electricity stored in the battery 24 is detected by the remaining amount of electricity detecting means constituting the electricity storage control means 30, and the remaining amount of electricity stored is set as the power capacity. The engine 27 is driven when it is equal to or less than the predetermined value, and the engine 27 is controlled to stop when the set value of the power capacity is exceeded. As a result, the battery 24 is protected, and there is no situation where the life of the battery 24 is shortened.

1 下部走行体 2 旋回装置
3 上部旋回体 4 掘削作業手段
10 旋回駆動用電動モータ 11,12 走行モータ(油圧モータ)
13 ブームシリンダ 14 アームシリンダ
15 バケットシリンダ 21 油圧ポンプ
22 電動モータ 24 バッテリ
25 電力制御手段 26 給電装置
27 エンジン 29 発電機
30 電力蓄電制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 2 Swivel device 3 Upper revolving body 4 Excavation work means 10 Electric motor 11 for turning drive 11, 12 Travel motor (hydraulic motor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Boom cylinder 14 Arm cylinder 15 Bucket cylinder 21 Hydraulic pump 22 Electric motor 24 Battery 25 Electric power control means 26 Electric power feeder 27 Engine 29 Generator 30 Electric power storage control means

Claims (3)

走行車両に作業手段を設け、少なくとも車両の走行手段と、作業手段の駆動手段とを駆動させるために、バッテリを駆動源とする複数のアクチュエータを有するバッテリ駆動式作業機械において、
前記走行車両には前記バッテリに電力を供給する給電装置が設けられ、
前記給電装置は、回転速度及び出力トルクが一定となるように制御されたエンジンと、このエンジンにより駆動される発電機とを備える
構成したことを特徴とするバッテリ駆動式作業機械。
In a battery-powered work machine having a plurality of actuators that use a battery as a drive source in order to provide working means on a traveling vehicle and drive at least the traveling means of the vehicle and the driving means of the working means.
The traveling vehicle is provided with a power supply device that supplies power to the battery,
The battery-powered work machine is characterized in that the power supply device includes an engine controlled so that a rotational speed and an output torque are constant, and a generator driven by the engine.
前記バッテリの蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段を設け、この蓄電残量検出手段は、電力容量が設定値以下であるときには、前記エンジンを駆動して発電し、この設定値を超えるときには、前記エンジンの駆動を停止する構成としたことを特徴とする請求項1記載のバッテリ駆動式作業機械。 The remaining battery level detection means for detecting the remaining battery charge level of the battery is provided. When the power capacity is equal to or lower than a set value, the remaining power level detection means drives the engine to generate power, and when the set value is exceeded. The battery-driven work machine according to claim 1, wherein the driving of the engine is stopped. 前記エンジンの回転速度は、排ガスの環境汚染物質の排出量と燃費との関係に基づいて設定されるものであることを特徴とする請求項1または請求項2記載のバッテリ駆動式作業機械。 The battery-driven work machine according to claim 1 or 2, wherein the rotational speed of the engine is set based on a relationship between an emission amount of an environmental pollutant of exhaust gas and fuel consumption.
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