JP2022074686A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】電気ケーブルから供給される電力を降圧しつつ電気機器を含むユニット全体を小型化することができる作業機械を提供する。【解決手段】下部走行体(3)と、上部旋回体(5)と、電力供給システム(9)と、を備えた作業機械であって、電力供給システムは、上部旋回体及び下部走行体のいずれか一方に配設される降圧装置(31)と、回転コネクタ(33)と、供給配線(61)と、上部旋回体及び下部走行体のいずれか他方に配設される電気機器(55)と、降圧配線(63)とを有し、供給配線は、回転コネクタを介して降圧装置に電気的に接続し、降圧配線は、回転コネクタを介して電気機器に電気的に接続する。【選択図】図２

Description

本発明は作業機械に係り、特に電動式作業機械に関する。

作業機械には、機体に搭載される内燃機関を駆動して稼働するもののほか、電力供給用のサブステーションから電気ケーブルを介して供給される電力によって稼働する、所謂電動式作業機械（例えば電動式油圧ショベル）がある。
この電動式作業機械には、電気ケーブルを巻き取るケーブルリールユニットが配設されている。ケーブルリールユニットには、ケーブル巻き取り用ドラムや２１０Ｖの電力を供給されて駆動する電動モータが備えられている。すなわち、ケーブルリールユニットは、電動モータに２１０Ｖの電力を供給することでケーブル巻き取り用ドラムを駆動し、電気ケーブルの巻き取りや繰り出しをすることが可能である（特許文献１）。

ところで、一般的には、電動モータが２１０Ｖの電力で駆動するのに対し、サブステーションから供給される電力は６０００～７２００Ｖである。したがって、サブステーションから供給される電力は、降圧して電動モータに供給する必要がある。
そこで、サブステーションから供給される電力を２１０Ｖに降圧させることが可能なトランス盤をケーブルリールユニットに搭載することで、電気ケーブルから供給される電力を２１０Ｖに降圧して電動モータに供給することが考えられる。

特開実公昭６０－１６２５５０号公報

しかしながら、上記のように電動モータを作動させるためのトランス盤をケーブルリールユニットに搭載することは、ケーブルリールユニットを大型にすることとなり、改善の余地があった。また、ケーブルリールユニット以外に種々の電気機器を設ける場合においても、電気機器に電力を供給するためのトランス盤を配設することは、電気機器を含むユニット全体を大型にすることとなり、やはり改善の余地があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電気ケーブルから供給される電力を降圧しつつ電気機器を含むユニット全体を小型化することができる作業機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の作業機械は、機体を走行可能に支持する下部走行体と、前記下部走行体の上方に回動可能に配設されてなる上部旋回体と、前記機体に電力を供給する電力供給システムと、を備えた作業機械であって、前記電力供給システムは、前記上部旋回体及び前記下部走行体のいずれか一方に配設され、前記機体の外部の電源装置から供給される電力を降圧する降圧装置と、前記上部旋回体と前記下部走行体との相対的な回動を許容しつつ電力を流通させることが可能な回転コネクタと、前記電源装置と前記降圧装置とで電力を流通可能に接続する供給配線と、前記上部旋回体及び前記下部走行体のいずれか他方に配設された電気機器と、前記降圧装置によって降圧された電力を前記電気機器に供給する降圧配線と、を有し、前記供給配線は、前記回転コネクタを介して前記降圧装置に電気的に接続し、前記降圧配線は、前記回転コネクタを介して前記電気機器に電気的に接続することを特徴とする。

これにより、降圧装置を上部旋回体及び下部走行体のいずれか一方に配設し、電気機器をそのいずれか他方に配設し、降圧装置と電気機器とを回転コネクタを介して電気的に接続することで、降圧装置を上部旋回体及び下部走行体の両方に配設する場合と比較して降圧装置の数を減らすことが可能とされる。

その他の態様として、前記上部旋回体及び前記下部走行体のいずれか他方に配設され、前記供給配線の少なくとも一部を収納する収納ユニットを有し、前記収納ユニットは、駆動することで前記供給配線の少なくとも一部を収納する収納部と、前記電気機器として機能し前記収納部を駆動する駆動部と、を含み、前記供給配線は、前記収納部及び前記回転コネクタを介して前記降圧装置に電気的に接続し、前記降圧配線は、前記回転コネクタを介して前記駆動部に電気的に接続するのが好ましい。

これにより、降圧装置を上部旋回体及び下部走行体のいずれか一方に配設し、収納ユニットをそのいずれか他方に配設し、降圧装置と電気機器として機能する駆動部とを回転コネクタを介して電気的に接続することで、降圧装置を上部旋回体及び下部走行体の両方に配設する場合と比較して降圧装置の数を減らすことが可能とされる。

その他の態様として、前記降圧装置は、前記上部旋回体に配設され、前記収納ユニットは、前記下部走行体に配設されてなるのが好ましい。
これにより、上部旋回体に降圧装置を配設し、下部走行体に収納ユニットを配設することで、上部旋回体に設けられるフロントアタッチメント等の作業装置の駆動や運転席等の稼働に用いる多種類の電圧に対し、回転コネクタを介さずに降圧装置から電力を供給することが可能とされる。

その他の態様として、収納ユニットは、下部走行体に設けられ、上部旋回体の外端より下部走行体の前後方向及び左右方向内側に位置するのが好ましい。
これにより、収納ユニットを下部走行体に、上部旋回体の外端より下部走行体の前後方向及び左右方向内側に位置するように設けることで、機体全体としての外径が収納ユニットを設けることによって大きくなることを抑制することができる。

その他の態様として、前記降圧配線によって前記電気機器に供給される電力の電圧は、２１０Ｖであるのが好ましい。
これにより、降圧配線によって電気機器に供給される電力の電圧を２１０Ｖにすることで、電気機器の作動に必要十分な電圧の電力を供給可能にしつつ、降圧配線の径を適切な太さにすることが可能とされる。

その他の態様として、前記供給配線及び前記降圧配線は、少なくとも一部が複数の電線を束ねてなる複合配線に含まれてなるのが好ましい。
これにより、供給配線及び降圧配線の少なくとも一部を、複数の電線を束ねてなる複合配線に含ませるようにすることで、供給配線及び降圧配線を、結束具等を用いることなく好適にまとめることが可能とされる。

本発明の作業機械によれば、降圧装置を上部旋回体及び下部走行体のいずれか一方に配設し、電気機器をそのいずれか他方に配設し、降圧装置と電気機器とを回転コネクタを介して電気的に接続したので、降圧装置を上部旋回体及び下部走行体の両方に配設する場合と比較して降圧装置の数を減らすことができる。これにより、電気ケーブルから供給される電力を降圧しつつ電気機器を含むユニット全体を小型化することができる。

機体の側面図である。 電力供給システムの構成図である。 図１中の範囲Ａの拡大図である。 第２ケーブル及び第３ケーブルの断面図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１を参照すると、機体１の側面図が示されている。機体１は、例えばダムなどで発電された電力がサブステーション（電源装置）１００を介して供給されることで稼働する電動式油圧ショベルである。この機体１は、下部走行体３、上部旋回体５、旋回装置７及び電力供給システム９を備える。

下部走行体３は、クローラ１１を駆動することで機体１を移動させることが可能な走行体である。上部旋回体５は、内部に旋回ベアリングが設けられた旋回装置７を介して下部走行体３の上側に旋回可能に搭載される旋回体である。この上部旋回体５は、フロントアタッチメント２１、運転室２３及び建屋２５を有している。したがって、上部旋回体５は、運転室２３に搭乗するオペレータが建屋２５内の図示しない油圧モータを制御することで、上部旋回体５を下部走行体３に対して相対的に回動させることやフロントアタッチメント２１を操作して掘削作業等の作業を行うことが可能である。

図２を参照すると、電力供給システム９の構成図が示されている。また、図３を参照すると、図１中の範囲Ａの拡大図が示されている。電力供給システム９は、サブステーション１００から断路器１０１を介して機体１に電力を供給し、建屋２５内の油圧モータの駆動等に用いるよう降圧や分配をするシステムである。具体的には、電力供給システム９は、キュービクル（降圧装置）３１、第１スリップリング（回転コネクタ）３３、リールユニット（収納ユニット）３５、第１ケーブル（供給配線）４１、第２ケーブル（複合配線）４２及び第３ケーブル（複合配線）４３を有している。

キュービクル３１は、上部旋回体５に配設される変電装置である。このキュービクル３１は、サブステーション１００から供給される電力の電圧（例えば６０００Ｖ）を所定の電圧（例えば２１０Ｖ）に降圧することや、油圧モータを駆動する図示しない電動モータへの電力の供給をすることが可能である。第１スリップリング３３は、旋回装置７の内部に設けられ、下部走行体３と上部旋回体５とで相対的な回動を可能にしつつ電気を流通させることが可能な装置である。

リールユニット３５は、第１ケーブル４１の巻き取りや繰り出しが可能なケーブル巻取装置である。このリールユニット３５は、下部走行体３の左右一対のクローラ１１の左右方向内側であって、下部走行体３から後方に延びてなる支持フレーム１３に設けられ、上部旋回体５の後端（外端）Ｌより下部走行体３の前後方向内側に位置する（図３参照）。また、リールユニット３５は、ケース５１、ドラム５３、電動モータ（電気機器、駆動部）５５及びコントローラ５７を備えている。

ケース５１は、ドラム５３、電動モータ５５及びコントローラ５７を支持する筐体である。ドラム５３は、第１ケーブル４１を周方向に巻き取ることが可能な筒状の部材である。このドラム５３の内部には、第１スリップリング３３と同様の第２スリップリング５４が配設されている。第２スリップリング５４には、第１ケーブル４１と周方向外側に延びる接触部５４ａで摺動可能に電気的に接続し、軸芯端部５４ｂに第２ケーブル４２の後述する高圧電力線心（供給配線）６１が電気的に接続している。したがって、ドラム５３は、回転することで第１ケーブル４１の巻き取りや繰り出しを可能にしつつ、ドラム５３が回転することによって第２ケーブル４２がねじれることを防止することができる。

電動モータ５５は、電力が供給されることで駆動することが可能な電動モータである。この電動モータ５５は、駆動することで、ドラム５３を回転させることができる。コントローラ５７は、電動モータ５５の回転方向や回転速度を制御することが可能な制御装置である。

図４を参照すると、第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３の断面図が示されている。第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３は、複数の電線を束ねて形成される複合配線である。具体的には、第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３は、高圧電力線心６１、低圧電力線心（降圧配線）６３、接地線心６５及び信号線心６７を束ねて形成されてなる。

高圧電力線心６１は、第１ケーブル４１内の電力線心と同等の電力線心を含んでなる。すなわち、高圧電力線心６１は、６０００Ｖの電圧の電気を流通させることが可能である。低圧電力線心６３は、２１０Ｖの電圧の電気を流通させることが可能な電力線心を含んでなる。接地線心６５は、例えば第１ケーブル４１を流通する電力に対して反対方向の電力を流通する電力線芯を含む。信号線心６７は、コントローラ５７等の制御装置間での電気信号が流通する線芯を含んでなる。

ここで、第２ケーブル４２は、一端が第２スリップリング５４の軸芯端部５４ｂに、他端が第１スリップリング３３の軸芯端部３３ｂに接続されている。また、第３ケーブル４３は、一端が第１スリップリング３３の接触部３３ａに、他端がキュービクル３１に接続されている。ここで、第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３の高圧電力線心６１は、第２スリップリング５４の軸芯端部５４ｂから第１スリップリング３３を介してキュービクル３１に電気的に接続されてなる。

したがって、電力供給システム９では、サブステーション１００から機体１に供給される電力を、断路器１０１、第１ケーブル４１、第２スリップリング５４、第２ケーブル４２内の高圧電力線心６１、第１スリップリング３３及び第３ケーブル４３内の高圧電力線心６１を介してキュービクル３１に供給することができる。

また、第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３の低圧電力線心６３は、キュービクル３１から第１スリップリング３３及びコントローラ５７を介して電動モータ５５に電気的に接続されてなる。具体的には、第２ケーブル４２は、第２スリップリング５４側の端部から枝分かれして支流ケーブル４２ａを形成しており、支流ケーブル４２ａはコントローラ５７を介して電動モータ５５に電気的に接続されている。

この支流ケーブル４２ａには、第２ケーブル４２の低圧電力線心６３が線心として設けられている。これにより、第２ケーブル４２の低圧電力線心６３は、高圧電力線心６１から分かれるようにして延び、コントローラ５７を介して電動モータ５５に電力を供給することが可能である。

ところで、キュービクル３１では、高圧電力線心６１を介して供給された電力を分配し、その一部を２１０Ｖの電圧の電気に降圧して第３ケーブル４３の低圧電力線心６３に通電する。したがって、電力供給システム９では、キュービクル３１で降圧した２１０Ｖの電圧の電気を低圧電力線心６３により、第１スリップリング３３及びコントローラ５７を介して電動モータ５５に供給することができる。

このように、上部旋回体５に配設されたキュービクル３１を用いて降圧した電力を下部走行体３に配設された電動モータ５５に供給することで、リールユニット３５は、サブステーション１００から供給される高圧電力を降圧するためのトランス盤（降圧装置）や、該トランス盤に電力ケーブルを引き込むための分岐箱等の機器を搭載せずに機能を確保することができる。また、第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３に複合配線を用い、高圧電力線心６１及び低圧電力線心６３をそれぞれ異なる方向に電力を流通させるように利用することで、ケーブル全体を小型化することができる。

以上説明したように、本発明に係る作業機械では、機体１を走行可能に支持する下部走行体３と、下部走行体３の上方に回動可能に配設されてなる上部旋回体５と、機体１に電力を供給する電力供給システム９と、を備えた作業機械であって、電力供給システム９は、上部旋回体５に配設され、機体１の外部のサブステーション１００から供給される電力を降圧するキュービクル３１と、上部旋回体５と下部走行体３との相対的な回動を許容しつつ電力を流通させることが可能な第１スリップリング３３と、サブステーション１００とキュービクル３１とで電力を流通可能に接続する高圧電力線心６１を含む第１ケーブル４１、第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３と、キュービクル３１によって降圧された電力をリールユニット３５に供給する低圧電力線心６３を含む第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３と、を有する。

そして、本発明に係る作業機械では、下部走行体３に配設された電気機器としての電動モータ５５と、キュービクル３１によって降圧された電力を電動モータ５５に供給する低圧電力線心６３を含む第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３と、を有し、高圧電力線心６１は、第１スリップリング３３を介してキュービクル３１に電気的に接続し、低圧電力線心６３は、第１スリップリング３３を介して電動モータ５５に電気的に接続する。

従って、キュービクル３１を上部旋回体５に配設し、リールユニット３５をその他方である下部走行体３に配設し、キュービクル３１と電動モータ５５とを第１スリップリング３３を介して電気的に接続したので、キュービクル３１を上部旋回体５及び下部走行体３の両方に配設する場合と比較してキュービクル３１のような降圧装置の数を減らすことができる。

このようにして降圧装置の数を減らすことで、降圧装置をリールユニット３５に配設せずに、キュービクル３１によって降圧された電力をリールユニット３５の電動モータ５５に供給することができ、ひいては、リールユニット３５を小型化することや、構成部品の減少を図ることができる。また、リールユニット３５を小型化することで、機体１が傾斜地を移動する際や不整地を移動する際、リールユニット３５が地面に接触することを抑制することができる。

また、下部走行体３に配設され、高圧電力線心６１の少なくとも一部を収納するリールユニット３５を有し、リールユニット３５は、駆動することで第１ケーブル４１の少なくとも一部を収納するドラム５３と、電気機器として機能しドラム５３を駆動する電動モータ５５と、を含み、高圧電力線心６１は、ドラム５３及び第１スリップリング３３を介して電動モータ５５に電気的に接続し、低圧電力線心６３は、第１スリップリング３３を介して電動モータ５５に電気的に接続するようにしたので、キュービクル３１を上部旋回体５及び下部走行体３の両方に配設する場合と比較してキュービクル３１の数を減らすことができる。

特に、キュービクル３１は、上部旋回体５に配設され、リールユニット３５は、下部走行体３に配設されてなるので、上部旋回体５に設けられるフロントアタッチメント２１等の作業装置の駆動や運転室２３等の稼働に用いる多種類の電圧に、第１スリップリング３３を介さずにキュービクル３１から電力を供給することができる。また、上部旋回体５と比較して地面に対して相対的に回動等することが少ない下部走行体３にリールユニット３５を設けたことで、機体１の作業によって第１ケーブル４１が揺動することを抑制することができる。

そして、このように小型化されたリールユニット３５は、下部走行体３に設けられ、上部旋回体５の後端Ｌより下部走行体３の前後方向内側に位置するので、機体１全体としての外形寸法がリールユニット３５を設けることによって大きくなることを抑制することができる。これにより、支持フレーム１３に加わる荷重を軽減することができる。

そして、低圧電力線心６３によって電動モータ５５に供給される電力の電圧を２１０Ｖにしたので、電動モータ５５の駆動に必要十分な電圧の電力を供給可能にしつつ、低圧電力線心６３の径を適切な太さにすることができる。

そして、高圧電力線心６１及び低圧電力線心６３は、少なくとも一部が複数の電線を束ねてなる第２ケーブル４２及び第３ケーブル４３のような複合ケーブルに含まれてなるので、高圧電力線心６１及び低圧電力線心６３を、結束具等を用いることなく好適にまとめることができる。

以上で本発明に係る発明の名称の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、機体１として電動式油圧ショベルを例にしたが、ケーブルショベルや油圧クローラドリルであってもよい。

また、本実施形態では、リールユニット３５によって第１ケーブル４１を巻き取る態様にしたが、第１ケーブル４１を収納することができればよく、折りたたむ形式であってもよい。
また、本実施形態では、上部旋回体５にキュービクル３１を、下部走行体３にリールユニット３５をそれぞれ配設したが、上部旋回体５にリールユニット３５を、下部走行体３にキュービクル３１をそれぞれ配設するようにしてもよい。

また、本実施形態では、キュービクル３１から第１スリップリング３３及びコントローラ５７を介して電気的に接続される電気機器がリールユニット３５のドラム５３を駆動する電動モータ５５である場合を最適例として説明したが、電気機器は電動モータ５５に限られるものではなく、下部走行体３に配設される電気機器であれば、ヒータや溶接機に電力を供給するための電源タップ等であってもよい。

１ 機体
３ 下部走行体
５ 上部旋回体
９ 電力供給システム
３１ キュービクル（降圧装置）
３３ 第１スリップリング（回転コネクタ）
３５ リールユニット（収納ユニット）
４１ 第１ケーブル（供給配線）
４２ 第２ケーブル（複合配線）
４３ 第３ケーブル（複合配線）
５３ ドラム（収納部）
５５ 電動モータ（電気機器、駆動部）
６１ 高圧電力線心（供給配線）
６３ 低圧電力線心（降圧配線）
１００ サブステーション（電源装置）

Claims (6)

1. 機体を走行可能に支持する下部走行体と、
   前記下部走行体の上方に回動可能に配設されてなる上部旋回体と、
   前記機体に電力を供給する電力供給システムと、を備えた作業機械であって、
   前記電力供給システムは、
   前記上部旋回体及び前記下部走行体のいずれか一方に配設され、前記機体の外部の電源装置から供給される電力を降圧する降圧装置と、
   前記上部旋回体と前記下部走行体との相対的な回動を許容しつつ電力を流通させることが可能な回転コネクタと、
   前記電源装置と前記降圧装置とで電力を流通可能に接続する供給配線と、
   前記上部旋回体及び前記下部走行体のいずれか他方に配設された電気機器と、
   前記降圧装置によって降圧された電力を前記電気機器に供給する降圧配線と、を有し、
   前記供給配線は、前記回転コネクタを介して前記降圧装置に電気的に接続し、
   前記降圧配線は、前記回転コネクタを介して前記電気機器に電気的に接続することを特徴とする作業機械。
2. 前記上部旋回体及び前記下部走行体のいずれか他方に配設され、前記供給配線の少なくとも一部を収納する収納ユニットを有し、
   前記収納ユニットは、
   駆動することで前記供給配線の少なくとも一部を収納する収納部と、
   前記電気機器として機能し前記収納部を駆動する駆動部と、を含み、
   前記供給配線は、前記収納部及び前記回転コネクタを介して前記降圧装置に電気的に接続し、
   前記降圧配線は、前記回転コネクタを介して前記駆動部に電気的に接続する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記降圧装置は、前記上部旋回体に配設され、
   前記収納ユニットは、前記下部走行体に配設されてなる、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の作業機械。
4. 前記収納ユニットは、前記下部走行体において、前記上部旋回体の外端より前記下部走行体の前後方向内側及び左右方向内側に位置する、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の作業機械。
5. 前記降圧配線によって前記電気機器に供給される電力の電圧は、２１０Ｖである、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
6. 前記供給配線及び前記降圧配線は、少なくとも一部が複数の電線を束ねてなる複合配線に含まれてなる、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。

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