JP2021188407A - 電動式建設機械 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態の電動式建設機械の一例である油圧ショベル1の概略の構成を示す側面図である。なお、電動式建設機械は、油圧ショベル1に限定されず、ホイルローダ等の他の車両であってもよい。油圧ショベル1は、下部走行体2と、作業機3と、上部旋回体4と、を備える。
下部走行体2は、左右一対のクローラ21と、左右一対の走行モータ22と、を備える。各走行モータ22は、油圧モータである。左右の走行モータ22が、左右のクローラ21をそれぞれ駆動することにより、油圧ショベル1を前後進させることができる。下部走行体2には、整地作業を行うためのブレード23と、ブレードシリンダ23aとが設けられる。ブレードシリンダ23aは、ブレード23を上下方向に回動させる油圧シリンダである。
作業機3は、ブーム31、アーム32、およびバケット33を備える。ブーム31、アーム32、およびバケット33を独立して駆動することにより、土砂等の掘削作業を行うことができる。
上部旋回体4は、下部走行体2に対して旋回ベアリング(不図示)を介して旋回可能に構成される。上部旋回体4には、操縦部41、旋回台42、旋回モータ43、機関室44等が配置される。なお、機関室44の内部の詳細については後述する。上部旋回体4は、油圧モータである旋回モータ43の駆動により、旋回ベアリングを介して旋回する。
り、下部走行体2、作業機3および上部旋回体4をまとめて機体BAとしたとき、機体BAは、電力のみによって駆動されてもよいし(オール電動)、電力と油圧機器とを併用して駆動されてもよい。したがって、本実施形態の油圧ショベル1は、少なくとも電力によって駆動される機体BAを含む構成であると言える。
図2は、機関室44の内部の概略の構成を模式的に示す平面図である。なお、図2では、便宜的に、機関室44の上面の図示を省略するとともに、油圧ポンプ71を1つのみ図示する。機関室44の内部には、上記したバッテリー53および油圧ポンプ71の他に、インバータ62、電動モータ63、熱交換装置HE、冷却ファンF、作動油タンク74等が設けられる。作動油タンク74には、油圧アクチュエータ73を駆動するための作動油が収容される。また、機関室44には、給電器61(図3参照)も配置される。
給電器61は、商用電源51から給電ケーブル52を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ62は、給電器61から出力される直流電圧、またはバッテリー53から供給される直流電圧を、交流電圧に変換して電動モータ63に供給する。
電動モータ63は、商用電源51およびバッテリー53の少なくとも一方からインバータ62を介して供給される電力により駆動される。電動モータ63は、例えばモータの回転軸が左右方向となるように機関室44に配置されるが、この配置には限定されない。上記したバッテリー53は、電動モータ63の上方に配置される。さらに、バッテリー53の上方には、シートマウントを介して操縦席41aが配置される。なお、電動モータ63とバッテリー53との位置関係も、上記の例には限定されない。
熱交換装置HEは、機関室44内において、電動モータ63に対して油圧ポンプ71とは反対側に位置する。熱交換装置HEは、第1の熱交換装置HE1と、第2の熱交換装置HE2と、を含んで構成される。
第1の熱交換装置HE1は、冷却媒体に対して熱交換を行うラジエータで構成される。冷却媒体は、電動モータ63等を通る循環経路内を循環することで、電動モータ63等を冷却する。なお、本実施形態では、上記の冷却媒体として、水(以下、「冷却水」と呼ぶ)を用いているが、水以外の媒体(例えば油)であってもよい。
第2の熱交換装置HE2は、油圧アクチュエータ73の駆動に用いる作動油に対して熱交換を行うオイルクーラーで構成される。作動油も、冷却水と同様に、油圧ショベル1内の循環経路を循環する。
冷却ファンFは、熱交換装置HEに対して電動モータ63側に位置し、熱交換装置HE(第1の熱交換装置HE1、第2の熱交換装置HE2)に向かって送風する。このような冷却ファンFは、上記したファン駆動用電源54から供給される電力によって駆動されるモータと、上記モータによって回転する回転ファンと、を含む。冷却ファンFによって熱交換装置HEに吹き付けられ、冷却水および作動油との熱交換によって温められた空気は、機関室44の側壁または上面に設けられたスリット(図示せず)を介して、機関室44の外部に排出される。
図5は、油圧ショベル1の制御系の構成を模式的に示すブロック図である。油圧ショベル1は、上記の構成に加えて、動作モード選択部45と、制御部80と、パラメータ検出部90と、を備える。
動作モード選択部45は、図1の操縦席41aの周囲に設けられ、電動モータ63の動作モードを選択するためにオペレータによって操作される。この動作モード選択部45は、例えば、キー、押圧ボタン、レバー、タッチパネル表示装置等を含んで構成される。キーの回動、押圧ボタンのオン/オフ、レバー操作、タッチパネルによる指示入力等により、電動モータ63の動作モードの設定および切り替えを行うことができる。
制御部80は、ECU(Electronic Control Unit)と呼ばれる電子制御ユニットで構
成される。制御部80は、主制御部80aと、冷却ファン制御部80bと、記憶部80cと、を含む。主制御部80aおよび冷却ファン制御部80bは、例えば共通のCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)で構成されるが、別々のCPUで構成され
てもよい。
パラメータ検出部90は、駆動システムDSの駆動状態に応じて変化するパラメータを検出する。上記パラメータとしては、冷却水の温度、作動油の温度、電動モータ63の回転数等がある。これらのパラメータを検出するため、パラメータ検出部90は、冷却水温度センサ90aと、作動油温度センサ90bと、電動モータ回転数検出センサ90cと、を含んで構成される。
タ62の出力も当然増大する。
本実施形態では、上述した冷却ファン制御部80bは、駆動モード、充電モードのそれぞれにおいて、上記パラメータに基づいて冷却ファンFの回転を制御する。以下、それぞれの動作モードにおける冷却ファンFの回転制御について説明する。
動作モード選択部45により、駆動システムDS(例えば電動モータ63)の動作モードとして駆動モードが選択されると、冷却ファン制御部80bは、駆動モードにおける冷却ファンFの回転数Cを、駆動モードで検出されるパラメータ(例えば、冷却水の温度、作動油の温度、電動モータ63の回転数、インバータ62の出力のいずれか1つ)に基づいて制御する。より詳しくは、以下の通りである。
図6は、冷却水の温度D(℃)と、その冷却水の温度Dに対して、駆動モードで制御すべき(目標となる)冷却ファンFの回転数C(rpm:revolutions per minute、1rpm=1/60s-1)との関係を示すグラフである。冷却水の温度Dと、目標となる冷却ファンFの回転数Cとは、ほぼ線形の関係にある。本実施形態では、制御部80の記憶部80cに、図6で示した関係がテーブルの状態で予め記憶されている。
図7は、作動油の温度G(℃)と、その作動油の温度Gに対して、駆動モードで制御すべき冷却ファンFの回転数Cとの関係を示すグラフである。作動油の温度Gと、目標となる冷却ファンFの回転数Cとは、ほぼ線形の関係にある。本実施形態では、制御部80の記憶部80cに、図7で示した関係がテーブルの状態で予め記憶されている。
れた作動油の温度Gから、制御すべき冷却ファンFの回転数Cを図7のテーブルに基づいて求め、求めた回転数Cで冷却ファンFを回転させる。例えば、駆動モードにおいて、作動油温度センサ90bが作動油の温度G1(℃)を検出すると、冷却ファン制御部80bは、図7のテーブルから、温度G1と対応する冷却ファンFの回転数C21(rpm)を求め、求めた回転数C21で冷却ファンFを回転させる。また、例えば、駆動モードにおいて、作動油温度センサ90bが作動油の温度G2(℃)(>G1)を検出すると、冷却ファン制御部80bは、図7のテーブルから、温度G2と対応する冷却ファンFの回転数C22(rpm)(>C21)を求め、求めた回転数C22で冷却ファンFを回転させる。
図8は、電動モータの回転数M(rpm)と、その回転数Mに対して、駆動モードで制御すべき冷却ファンFの回転数Cとの関係を示すグラフである。電動モータの回転数Mと、目標となる冷却ファンFの回転数Cとは、ほぼ線形の関係にある。本実施形態では、制御部80の記憶部80cに、図8で示した関係がテーブルの状態で予め記憶されている。
図9は、インバータ62の出力P(W)と、その出力Pに対して、駆動モードで制御すべき冷却ファンFの回転数Cとの関係を示すグラフである。インバータ62の出力Pと、目標となる冷却ファンFの回転数Cとは、ほぼ線形の関係にある。本実施形態では、制御部80の記憶部80cに、図9で示した関係がテーブルの状態で予め記憶されている。
ことによって、消費電力を必要最小限に抑えることができる。
次に、充電モードにおける冷却ファンFの回転制御について説明する。ここでは、駆動モードから充電モードへの動作モードの移行も含めて説明する。
図10は、冷却水の温度Dに基づく冷却ファンFの回転制御による動作の流れを、駆動モードから充電モードにわたって示すフローチャートである。電動モータ63の駆動が開始されると(S1)、駆動モードにおいて例えば冷却水の温度Dに基づく冷却ファンFの回転制御が行われる。これにより、電動モータ63の駆動状態に応じた回転数で冷却ファンFが回転する(S2)。動作モード選択部45によって充電モードが選択されなければ(S3でNo)、S2での冷却ファンFの回転制御が引き続き行われる。
電モードでの冷却水の温度Dの検出タイミングは、充電モードに入った直後であってもよいし、充電モードに入ってから所定時間(例えば数秒)経過したタイミングであってもよい。
上記した充電モードでの冷却ファンFの回転制御は、パラメータとして、冷却水の温度Dに加えて、作動油の温度Gを用いて行ってもよい。
)に基づく冷却ファンFの回転制御について説明したが、駆動モードと充電モードとで、異なるパラメータに基づいて、冷却ファンFの回転数Cを制御してもよい。例えば、駆動モードでは、電動モータ63の回転数Mに基づいて冷却ファンFの回転数Cを制御し、充電モードでは、冷却水の温度Dに基づいて冷却ファンFの回転数Cを制御してもよい。
53 バッテリー
63 電動モータ
71 油圧ポンプ
73 油圧アクチュエータ
80b 冷却ファン制御部
90 パラメータ検出部
BA 機体
DS 駆動システム
F 冷却ファン
HE 熱交換装置
Claims (10)
- 電力により機体を駆動させる駆動システムと、
前記駆動システムを冷却するための冷却媒体の熱交換を行う熱交換装置と、
前記熱交換装置を冷却する空気を送る冷却ファンと、
設定された動作モードに応じて前記冷却ファンの回転を制御する冷却ファン制御部と、を備え、
前記動作モードは、
前記駆動システムを駆動する駆動モードと、
前記駆動システムの駆動を停止させて前記電力を蓄電するバッテリーを充電する充電モードと、を含み、
前記冷却ファン制御部は、前記充電モードにおける前記冷却ファンの回転数を、前記駆動システムの駆動状態に対応する充電モード回転数に設定する、電動式建設機械。 - 前記充電モード回転数は、前記駆動モードにおける前記冷却ファンの回転数よりも小さい、請求項1に記載の電動式建設機械。
- 前記駆動状態は、前記駆動システムの発熱状態に応じて変化するパラメータにより検出され、
前記冷却ファン制御部は、前記パラメータが閾値を超えている場合、前記駆動モードでの前記冷却ファンの回転数を前記充電モード回転数として設定する、請求項1に記載の電動式建設機械。 - 前記冷却ファン制御部は、前記パラメータが閾値以下である場合、前記駆動モードでの前記冷却ファンの回転数よりも低い回転数を、前記充電モード回転数として設定する、請求項3に記載の電動式建設機械。
- 前記冷却ファン制御部は、前記充電モードにおける前記冷却ファンの回転数を、前記パラメータとしての前記冷却媒体の温度に基づいて制御する、請求項3または4に記載の電動式建設機械。
- 前記駆動システムは、
電動モータと、
前記電動モータによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、を含み、
前記熱交換装置が、前記作動油に対して熱交換を行い、
前記冷却ファン制御部は、前記パラメータとしての前記作動油の温度が前記閾値としての作動油用閾値を超えている場合、前記駆動モードでの前記作動油の温度に応じた前記冷却ファンの回転数を、前記充電モード回転数として設定する、請求項3に記載の電動式建設機械。 - 前記冷却ファン制御部は、前記駆動モードにおける前記冷却ファンの回転数を、前記パラメータに基づいて制御する、請求項3から6のいずれかに記載の電動式建設機械。
- 前記冷却ファン制御部は、前記駆動モードにおける前記冷却ファンの回転数を、前記パラメータとしての前記冷却媒体の温度に基づいて制御する、請求項7に記載の電動式建設機械。
- 前記冷却ファン制御部は、前記駆動モードにおける前記冷却ファンの回転数を、前記パ
ラメータとしての前記冷却媒体の温度と前記作動油の温度との両方に基づいて制御する、請求項7に記載の電動式建設機械。 - 前記冷却ファン制御部は、前記駆動モードにおける前記冷却ファンの回転数を、前記冷却媒体の温度に応じた回転数と前記作動油の温度に応じた回転数とのうち、より高いほうに制御する、請求項9に記載の電動式建設機械。
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