JP2022079641A - 電動式作業機械 - Google Patents
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Abstract
Description
搭載された建設機械が開示されている。この電源システムは、電動モータに直流電力を任
意の交流電力に変換し供給するインバータにバッテリからの直流電源を供給する電路と、
商用電源から供給する交流電力をAC-DC変換部を介して直流電力に変換しインバータ
に供給する電路を切り換える電源切換装置を備えている。
させるモードと、バッテリのみで電動モータを駆動させるモードとを備えている電動式シ
ョベルにおいて、バッテリのみで電動モータを駆動させるモード中に、外部電源を接続す
ることにより、外部電源からバッテリへの充電を継続しながら電動モータを駆動させるモ
ードに移行する技術が開示されている。
らのみの電力で電動モータを駆動させた場合、電動モータを駆動させる電力が商用電源に
依存するため、大きな駆動力の必要な作業の場合に十分な駆動力を得ることができないと
いう問題があった。また、特許文献2では、バッテリのみによる駆動中の本機に外部電源
を給電するための給電ケーブルを接続することからアーク放電が起こる危険性がある。さ
らに、バッテリのみによる駆動中の本機に給電ケーブルを接続する行為は、本機の旋回、
走行動作による接触事故を誘発する恐れがある。
する行為を抑止し、仮に給電ケーブルを接続した場合にもアーク放電が起こることを防止
できる電動式作業機械を提供することを目的とする。
前記電動モータの回転が停止しかつ給電ケーブルが給電口に接続されることにより外部電源からバッテリに給電することが可能となる構成である。
前記油圧アクチュエータの操作が制限されていなければ、前記外部電源から前記バッテリに給電することができない構成であってよい。
まず、図1及び図2を参照しながら、電動式作業機械の一例としての油圧ショベル1の
概略構造について説明する。ただし、電動式作業機械としては、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。
2Rを備える。油圧モータである左右の走行モータ22L,22Rが左右のクローラ21
,21をそれぞれ駆動することで油圧ショベル1の前後進を可能としている。また、下部
走行体2には、ブレード23、及びブレード23を上下方向に回動させるための油圧シリ
ンダであるブレードシリンダ23aが設けられている。
動することによって土砂等の掘削作業を可能としている。ブーム31、アーム32、及び
バケット33は、それぞれ作業部に相当し、油圧ショベル1は、複数の作業部を有する。
シリンダ31aによって回動される。また、アーム32は、基端部がブーム31の先端部
に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ32aによって回動される。そして、
バケット33は、基端部がアーム32の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケッ
トシリンダ33aによって回動される。ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、
及びバケットシリンダ33aは、油圧シリンダにより構成される。
能に構成されている。上部旋回体4には、操縦部41、旋回台42、旋回モータ43、バ
ッテリ62等が配置されている。油圧モータである旋回モータ43の駆動力で上部旋回体
4が旋回ベアリング(図示しない)を介して旋回する。また、上部旋回体4には、電動モ
ータにより駆動される複数の油圧ポンプ(図1に図示していない)が配設される。これら
の油圧ポンプが、各油圧モータ(走行モータ22L,22R、旋回モータ43)、各油圧
シリンダ(ブレードシリンダ23a、ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、及
びバケットシリンダ33a)に圧油を供給する。各油圧モータ及び各油圧シリンダをまと
めて油圧アクチュエータと称する。
作レバー412L,412R、前方に一対の走行レバー413L,413Rが配置されて
いる。オペレータは、操縦席411に着座して作業操作レバー412L,412R、走行
レバー413L,413R等を操作することによって、各油圧アクチュエータの制御を行
い、走行、旋回、作業等を行うことができる。
けられ、このレバースタンド414からは、作業操作レバー412L,412Rによる作
業機3の操作を入・切するためのカットオフレバー415が前方に延設されている。カッ
トオフレバー415は、上下に回動可能に構成されており、下方に回動操作されると作業
操作レバー412L,412Rの操作による作業機3の作動が可能の状態となり、上方に
回動操作されると作業操作レバー412L,412Rを操作しても作業機3が作動しない
ロック状態となるように構成されている。レバースタンド414の内部には、カットオフ
レバー415の回動位置を検知するカットオフスイッチ416が設けられている。カット
オフスイッチ416は、カットオフレバー415が下方に回動されるとONされ、一方、
カットオフレバー415が上方に回動されるとOFFされるように構成されている。
電源に相当)の給電ケーブル51を接続することで、商用電源5を後述する電源システム
6に接続することができる。
により作動するように構成され、商用電源5とバッテリ62は、電動モータに電力を供給
する。
図3は、油圧ショベル1に搭載される油圧回路100を示している。油圧回路100は
、第1アクチュエータ111と、第2アクチュエータ112と、油圧ポンプ113と、パ
イロットポンプ114と、第1方向切換弁115と、第2方向切換弁116と、操作装置
117と、を備えている。
油圧モータである。第1アクチュエータ111は、例えば走行モータ22L,22Rであ
る。第2アクチュエータ112は、油圧ポンプ113から供給された圧油により駆動され
る油圧シリンダである。第2アクチュエータ112は、例えばブームシリンダ31aであ
る。
ンプ113から吐出された圧油は、油路113a、油路113bを介して第1方向切換弁
115及び第2方向切換弁116へと供給される。なお、図3では、油圧ポンプ113か
ら第1アクチュエータ111及び第2アクチュエータ112に供給される圧油の油路を実
線で示している。
え流量を調節することが可能なパイロット式の方向切換弁である。第2方向切換弁116
は、第2アクチュエータ112に供給される圧油の向きを切り換え流量を調節することが
可能なパイロット式の方向切換弁である。
れる指令としてのパイロット圧油を吐出する。図3では、パイロットポンプ114から第
2方向切換弁116に供給されるパイロット圧油の油路を破線で示している(なお、パイ
ロットポンプ114から第1方向切換弁115に供給されるパイロット圧油の油路は図示
していない)。パイロットポンプ114は、第1方向切換弁115及び第2方向切換弁1
16に付与されるパイロット圧を発生させる。パイロットポンプ114は、不図示の電動
モータによって駆動され、圧油を吐出することにより、油路114a内にパイロット圧を
発生させる。
えることが可能である。第1方向切換弁115のパイロットポート115a及びパイロッ
トポート115bのいずれにもパイロット圧が付与されない場合、スプリングの付勢力に
より、第1方向切換弁115は中立位置に保持される。第1方向切換弁115が中立位置
にある場合、圧油は、油路113bから第1アクチュエータ111に供給されない。
bにパイロット圧が付与された場合、第1方向切換弁115が中立位置から他のポジショ
ンに切り換えられて、圧油は、油路111a又は油路111bを介して第1アクチュエー
タ111に供給される。油路111a又は油路111bを介して供給される圧油によって
、第1アクチュエータ111は正方向又は逆方向に回転駆動する。
えることが可能である。第2方向切換弁116のパイロットポート116a及びパイロッ
トポート116bのいずれにもパイロット圧が付与されない場合、スプリングの付勢力に
より、第2方向切換弁116は中立位置に保持される。第2方向切換弁116が中立位置
にある場合、圧油は、油路113aから第2アクチュエータ112に供給されない。
bにパイロット圧が付与された場合、第2方向切換弁116が中立位置から他のポジショ
ンに切り換えられて、圧油は、油路112a又は油路112bを介して第2アクチュエー
タ112に供給される。油路112a又は油路112bを介して供給される圧油によって
、第2アクチュエータ112は伸縮する。
切り換えるためのリモコン弁117aを有する。操作装置117は、例えば作業操作レバ
ー412L,412Rである。リモコン弁117aは、油路114aに接続される。また
、リモコン弁117aは、油路117b及び油路117cを介して第2方向切換弁116
のパイロットポート116a及びパイロットポート116bにそれぞれ接続される。リモ
コン弁117aは、油路114aを介してパイロットポンプ114から供給される圧油を
、パイロット用の圧油として第2方向切換弁116に供給する。操作装置117を操作す
ることにより、第2方向切換弁116を切り換え、第2アクチュエータ112に供給され
る圧油の向きを切り換え流量を調節することができる。
0が設けられている。開閉弁180は、電磁バルブで構成され、ソレノイド180aを備
えている。ソレノイド180aは、カットオフスイッチ416に接続されている。ソレノ
イド180aは、図3に示すように、カットオフレバー415が下方に回動されてカット
オフスイッチ416がONのとき、通電されて、開閉弁180を連通状態とする。これに
より、パイロットポンプ114からの圧油が開閉弁180を介してリモコン弁117aへ
供給される。一方、図3に2点鎖線で示すようにカットオフレバー415が上方に回動さ
れると、カットオフスイッチ416はスプリングの付勢力によりOFFとなり、ソレノイ
ド180aに通電されなくなり、開閉弁180はスプリングの付勢力により遮断状態とな
る。これにより、パイロットポンプ114からの圧油がリモコン弁117aへ供給されな
くなり、操作装置117を操作しても第2方向切換弁116にパイロット圧が付与されな
いため、第2アクチュエータ112に圧油が供給されず、第2アクチュエータ112の操
作が制限される。よって、カットオフレバー415は、下方に回動操作されると操作装置
117の操作による作業機3の作動が可能の状態となり、上方に回動操作されると操作装
置117を操作しても作業機3が作動しないロック状態となる。
図4を用いて、油圧ショベル1に搭載され、電動モータ7に電力を供給する電源システ
ム6について説明する。電源システム6は、商用電源5の交流電源電圧を直流電源電圧に
交換する給電器61と、給電器61からの電力を充電または放電するバッテリ62と、直
流電源電圧を交流電源電圧に交換するインバータ63と、給電器61からインバータ63
に電力を供給する第1の電路6aと、バッテリ62から第1の電路6aに合流する第2の
電路6bと、第1の電路6aと第2の電路6bの合流点6cとインバータ63の間に配置
されたインバータリレー64と、合流点6cとバッテリ62の間に配置されたバッテリリ
レー65と、合流点6cと給電器61の間に配置された給電器リレー66と、を備える。
圧に変換する。この直流電圧は、給電器リレー66及びバッテリリレー65を介してバッ
テリ62に供給され、バッテリ62が充電される。また、給電器61の直流電圧は、給電
器リレー66及びインバータリレー64を介してインバータ63に供給される。
3に直流電圧を供給する。バッテリ62としては、リチウムイオンバッテリが例示される
。
電圧に変換する。この交流電圧は、電動モータ7に供給される。電動モータ7は、油圧ポ
ンプ113を作動させる。なお、図4では、油圧ポンプ113のみ示されているが、油圧
ポンプは複数設けられてもよい。
を備えている。システムコントローラ67は、電動モータ7に供給される電力の制御、バ
ッテリ62の充電の制御等を行う。より具体的には、システムコントローラ67は、給電
器61、インバータ63、インバータリレー64、バッテリリレー65、給電器リレー6
6等を制御することにより、電動モータ7を駆動させたり、バッテリ62を充電させたり
することができる。
は、図5Aに示すように、インバータリレー64及び給電器リレー66の接点を接触させ
、バッテリリレー65の接点を切り離すことで、商用電源5のみから電力を供給して電動
モータ7を駆動する商用電源モードを構成することができる。これにより、バッテリ62
の使用頻度を減らすことができ、バッテリ62の寿命を延ばすことができる。また、バッ
テリ62が異常状態になった場合にも、商用電源モードであれば商用電源5により作業を
継続することができる。
66、及びバッテリリレー65の3つの接点を接触させることで、バッテリ62と商用電
源5から電力を供給して電動モータ7を駆動する2wayモード(第1電源モードに相当
する)を構成することができる。
レー65の接点を接触させ、給電器リレー66の接点を切り離すことで、バッテリ62の
みから電力を供給して電動モータ7を駆動するバッテリモード(第2電源モードに相当す
る)を構成することができる。
66の接点を接触させ、インバータリレー64の接点を切り離すことで、商用電源5によ
るバッテリ62の充電のみが行われる充電モードを構成することができる。
源モードの切り替え制御の手順を示すフローチャートである。初めに、オペレータは電源
をオンする。次いで、オペレータは、電源モード選択スイッチにより電源モードを選択す
る。ステップS1において、どの電源モードが選択されたか判定する。モード1が選択さ
れた場合、システムコントローラ67は、インバータリレー64及び給電器リレー66を
オンし、かつバッテリリレー65をオフして、商用電源モードとなる。
S2において、給電器61の使用可否を判断する。給電器61は、自身の使用可否を判別
して、使用不可であればエラー信号をシステムコントローラ67に送信する制御部を備え
ており、システムコントローラ67は、給電器61からのエラー信号を受信した場合、給
電器61が使用不可と判断する。
3において、バッテリ62の使用可否を判断する。バッテリ62は、自身の使用可否を判
別して、使用不可であればエラー信号をシステムコントローラ67に送信する制御部を備
えており、システムコントローラ67は、バッテリ62からのエラー信号を受信した場合
、バッテリ62が使用不可と判断する。ステップS3において、バッテリ62が「使用不
可」と判断された場合、システムコントローラ67は、エラー発報を行う。
テップS4において、システムコントローラ67は、バッテリリレー65をオンする。次
いで、ステップS5において、インバータ63の使用可否を判断する。インバータ63は
、自身の使用可否を判別して、使用不可であればエラー信号をシステムコントローラ67
に送信する制御部を備えており、システムコントローラ67は、インバータ63からのエ
ラー信号を受信した場合、インバータ63が使用不可と判断する。ステップS5において
、インバータ63が「使用不可」と判断された場合、システムコントローラ67は、エラ
ー発報を行う。
ステップS6において、システムコントローラ67は、インバータリレー64をオンする
。これにより、バッテリ62のみから電力を供給して電動モータ7を駆動するバッテリモ
ード(第2電源モード)を実現することができる。
7において、バッテリ62の使用可否を判断する。ステップS7において、バッテリ62
が「使用不可」と判断された場合、システムコントローラ67は、エラー発報を行う。一
方、ステップS7において、バッテリ62が「使用可能」と判断された場合、次のステッ
プS8において、システムコントローラ67は、バッテリリレー65をオンする。
選択されていると判定された場合、次のステップS10において、給電ケーブル51の接
続を確認する。給電ケーブル51が、給電口に接続されると、給電器61はこれを検出し
て、接続信号をシステムコントローラ67に送信する。システムコントローラ67は、給
電器61から接続信号を受信した場合、給電ケーブル51が給電口に接続されたと判断す
る。ステップS10において、給電ケーブル51が「未接続」と判定された場合、システ
ムコントローラ67は、エラー発報を行う。
ステップS11において、給電器リレー66をオンする。これにより、商用電源5による
バッテリ62の充電のみが行われる充電モードを実現することができる。
12において、インバータ63の使用可否を判断する。システムコントローラ67は、イ
ンバータ63が使用不可の場合、エラー発報を行う。一方、ステップS12において、イ
ンバータ63が使用可能と判断された場合、次のステップS13において、システムコン
トローラ67は、インバータリレー64をオンする。
4において、給電ケーブル51が「未接続」と判定された場合、バッテリ62のみから電
力を供給して電動モータ7を駆動するバッテリモード(第2電源モード)となる。
ステップS15において、給電器リレー66をオンする。これにより、バッテリ62と商
用電源5から電力を供給して電動モータ7を駆動する2wayモード(第1電源モード)
を実現することができる。
について説明する。バッテリモードの状態にあるとき、ステップS16において、給電ケ
ーブル51の接続を確認する。ステップS16において、給電ケーブル51が「未接続」
と判定された場合、バッテリモードを継続する。
ステップS17において、電動モータ7の回転が停止されているか否かを判定する。電動
モータ7には位置センサが設けられており、インバータ63は、電動モータ7から位置セ
ンサの情報を受け取り、電動モータ7の回転速度を算出して、電動モータ7の回転速度の
情報をシステムコントローラ67に送信する。システムコントローラ67は、インバータ
63から受け取った電動モータ7の回転速度の情報に基づき、電動モータ7の回転が停止
されているか否かを判定することができる。ステップS17において、電動モータ7の回
転が停止していない、「NO」と判定された場合、バッテリモードを継続する。
定された場合、次のステップS18において、給電器リレー66をオンする。これにより
、バッテリモードから2wayモードへの切り替えを実現することができる。
を確認する。ステップS19において、給電ケーブル51が「接続」と判定された場合、
2wayモードを継続する。
のステップS20において、給電器リレー66をオフする。これにより、2wayモード
からバッテリモードへの切り替えを実現することができる。
図8に示すように、バッテリモードから2wayモードへの切り替えにおいて、給電ケ
ーブル51の接続の確認、電動モータ7の回転停止の確認に加えて、カットオフレバー4
15が上方に回動されて油圧アクチュエータの操作が制限されているか否かを判定しても
よい。システムコントローラ67は、カットオフスイッチ416から送信されたカットオ
フレバー415が上方又は下方に回動されているかの情報に基づき、カットオフレバー4
15が上方に回動されているか否かを判定することができる。ステップS17で「YES
」と判定された場合、次のステップS21において、カットオフレバー415が上方に回
動されているか否かを判定する。ステップS21において、カットオフレバー415が下
方に回動されていない、「NO」と判定された場合、バッテリモードを継続し、一方、カ
ットオフレバー415が上方に回動されている、「YES」と判定された場合、次のステ
ップS18において、給電器リレー66をオンする。
の実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した
実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均
等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
5 商用電源
51 給電ケーブル
6 電源システム
7 電動モータ
62 バッテリ
112 第2アクチュエータ
113 油圧ポンプ
415 カットオフレバー
Claims (4)
- バッテリを駆動電源とすることができる電動モータによって駆動される油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータを備える電動式作業機械であって、
前記電動モータの回転が停止しかつ給電ケーブルが給電口に接続されることにより外部電源から前記バッテリに給電することが可能となる、電動式作業機械。 - 前記油圧アクチュエータを操作するパイロット圧を遮断することにより前記油圧アクチュエータの操作を制限するカットオフレバーを備え、
前記油圧アクチュエータの操作が制限されていなければ、前記外部電源から前記バッテリに給電することができない、請求項1記載の電動式作業機械。 - 前記給電ケーブルが前記給電口に接続されることによって、前記バッテリのみを駆動電源として前記電動モータを駆動可能とする、請求項2記載の電動式作業機械。
- 前記電動モータは、前記給電ケーブルを介して前記外部電源を駆動電源とすることができる、請求項1から3の何れか1項に記載の電動式作業機械。
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