JP3686476B2 - バッテリ駆動の作業機械 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搭載されたバッテリからの電力によって各種の作業を行うバッテリ駆動の作業機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば実開平４−５３８４６号公報によって開示されているように、搭載されたバッテリからの電力を得て所定の土木作業等を行うバッテリ駆動方式の作業機械が知られている。この作業機械は、バッテリからの電力で電動機を駆動し、この電動機の駆動で油圧ポンプを運転し、油圧ポンプから吐出される作動油によって油圧モータを駆動させ、この油圧モータの駆動でショベル等の作業部材を動作させるように構成されている。
【０００３】
このようなバッテリ駆動方式の作業機械は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関を駆動源として用いる内燃機関方式の作業機械よりも騒音が少く、かつ、排気ガスが排出されないため、建物が密集した市街地での作業に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実開平４−５３８４６号公報によって開示され作業機械は、バッテリから電動機に供給される電力量が調節可能になっていないため、電動機には常に一定の電力が供給され、電動機のトルクは一定になっている。従って、作業部材にかかる負荷の変動に応じて油圧ポンプを介した電動機の回転数が変動すことになる。つまり負荷の変動に応じて作業部材の作動速度が変動するため、例えば作業部材で地面を掘削しているような場合、地質の硬軟によって作業途中で作業部材が速く動作したり、遅く動作したりすることになり、これによって作業のリズムが崩され、作業能率が低下するといった不都合が生じる。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、作業負荷が変動しても作業部材の作動速度が一定になるようにし、しかも、作動速度の調節に起因した無駄な電力消費を抑え、これによってバッテリの寿命を延ばし、長時間に亘る作業を可能にしたバッテリ駆動の作業機械を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械は、搭載されたバッテリからの電力を得て駆動される電動機と、この電動機によって駆動され、その電動機の回転速度に対応した流量で作動油を吐出する定容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される作動油により駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの駆動によって所定の作動を行う作業部材と、上記油圧ポンプから吐出される作動油の流通および遮断の切り換えを行うことによってアクチュエータを介して上記作業部材を運転操作する操作レバーとを備えてなるバッテリ駆動の作業機械において、上記操作レバーは、上記作業部材が作動を停止する中立位置と、作業部材が作動する作動位置との間で操作可能に構成され、操作レバーが作動位置に操作された状態で上記油圧ポンプから吐出された作動油の圧力を検出する圧力センサと、作業負荷の変動に拘らず上記電動機の回転速度が一定となるように上記圧力センサの検出値に応じてバッテリから電動機に供給される電力を変化させる制御手段とが設けられ、上記制御手段は、無負荷時に上記電動機に印加する電圧と、上記圧力センサにより検出される圧力と無負荷時に油圧ポンプから吐出される作動油の圧力との差とに基づいて、上記電動機に印加する電圧を決定するものである。
【０００７】
このバッテリ駆動の作業機械によれば、作業負荷の変動に応じて油圧ポンプの作動油の圧力が変動するが、この圧力の変動が圧力センサによって検出され、この検出結果に応じた電力が制御手段による制御のもとに電動機に供給されるため、作業部材は作業負荷に拘らず、常に一定の作動速度で作業を行うようになる。
【０００８】
従って、作業負荷に応じて作業部材の作動速度が変化し、これによって作業のリズムが狂い、作業能率が低下するという従来の不都合が解消され、作業能率は向上する。
【０００９】
本発明の請求項２記載のバッテリ駆動の作業機械は、請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械において、上記制御手段は、上記圧力センサの検出値に応じて電動機に供給する電力量を演算する電力供給制御部を有し、この電力供給制御部は、バッテリと電動機との間に介設されるスイッチ素子と、上記圧力センサの検出値に応じたデューティ比で上記スイッチ素子にオン・オフさせるデューティ比制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
このバッテリ駆動の作業機械によれば、圧力センサによる検出結果に基づいてデューティ比制御手段を介して検出値に応じた電力が電動機に供給されるため、電動機は検出値に応じた回転速度で回転し、これによって作業部材は負荷の大小に拘らず常に一定の速度で作動する。
【００１１】
そして、電動機には、スイッチ素子のオン・オフにより形成されるパルス電圧の印加によってバッテリからの電力が供給されるため、例えば可変抵抗器やトランスセットを介して電力が供給される場合に比べ、上記抵抗器等での電力消費によって電動機への電力供給が効率的に行われなくなるという不都合が生じない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る作業機械の一実施形態を示す側面視の略図である。この図では、作業機械として小型のショベルカーを示している。ショベルカー１は、オペレータが搭乗して運転操作を行う搭乗部１１と、この搭乗部１１の底部に設けられた移動用のクローラ１２と、搭乗部１１の前部に屈折自在に設けられ、かつ、アクチュエータ１４の駆動によって作動する作業部材１３とを備えて形成されている。上記クローラ１２は、それを支持する基台１２ａの両側部（図１の紙面に垂直な方向の両側部）に設けられ、上記搭乗部１１はこの基台１２ａの中心部に立設された垂直軸１２ｂ回りに回動自在に軸支されている。
【００１３】
上記基台１２ａには搭乗部１１を垂直軸１２ｂ回りに回動させる方向変更用アクチュエータ１１ａが設けられ、このアクチュエータ１１ａの作動によって搭乗部１１はクローラ１２に対して水平方向の向きを変えることができるようになっている。また、上記クローラ１２は、基台１２ａに設けられた油圧モータ１２ｂによって周回駆動し、これによってショベルカー１は前進、後退および進路変更し得るようになっている。
【００１４】
上記作業部材１３は、搭乗部１１の前端部の水平軸１１ｂ回りに回動自在に軸支された基端側アーム１３ａと、この基端側アーム１３ａの先端部に屈折自在に連設された先端側アーム１３ｂと、この先端側アーム１３ｂの先端部に屈折自在に連設されたショベル１３ｃとからなっている。また、上記アクチュエータ１４は、基端側アーム１３ａを水平軸１１ｂ回りに回動させる基端アクチュエータ１４ａと、先端側アーム１３ｂを水平軸１１ｃ回りに回動させる中間アクチュエータ１４ｂと、ショベル１３ｃを水平軸１１ｄ回りに回動させる先端アクチュエータ１４ｃとからなっている。
【００１５】
一方、搭乗部１１内には、バッテリ２が搭載されているとともに、このバッテリ２からの電力を得て駆動する電動機３およびこの電動機３によって駆動される油圧ポンプ４が内装されている。そして、搭乗部１１および基台１２ａ内には、各アクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａおよび油圧モータ１２ｂに、油圧ポンプ４の駆動によって生じた油圧を送る複数の循環系路が設けられているとともに、各油圧系統の作動油の方向の切り換えおよび作動油の停止を行う複数の切換え弁が設けられている。
【００１６】
そして、搭乗部１１の後部（図１の右方）にはオペレータが着座してショベルカー１を運転する運転席１５が設けられているとともに、搭乗部１１の前部には運転席１５に対向した操作台１６が立設され、この操作台１６に各アクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａおよび油圧モータ１２ｂに対応した複数の操作手段５が設けられている。これらの操作手段５を操作することにより、対応した切換え弁を介して対象のアクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａや油圧モータ１２ｂへの作動油の供給または供給停止が行われ、これによってアクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａや油圧モータ１２ｂが駆動したり停止したりするようになっている。
【００１７】
図２は、本発明に係る駆動系統の一実施形態を示す系統図である。図２においては、説明の簡素化のために複数ある油圧系統の内、油圧モータ１２ｂに係る系統のみを抽出して示している。図２に示すように、駆動系統６は、油圧系統６１と、電気系統６２とを備えて形成されている。油圧系統６１は、上記油圧ポンプ４と、この油圧ポンプ４と同軸で共回りするパイロットポンプ４１と、上記操作手段５と、方向切換え弁５５と、上記油圧モータ１２ｂとを備えて形成されている。油圧ポンプ４はこれから吐出される作動油によって油圧モータ１２ｂを回転させるためのものであり、パイロットポンプ４１は吐出されたパイロットオイルによって方向切換え弁５５に切り換え動作を行わせるためのものである。
【００１８】
そして、油圧ポンプ４と方向切換え弁５５との間には、第１油圧管路６１ａが配管されているとともに、方向切換え弁５５を往復する第２油圧管路６１ｂが設けられ、この第２油圧管路６１ｂに油圧モータ１２ｂが介設されている。油圧ポンプ４から吐出された作動油は、方向切換え弁５５の開通状態で第１油圧管路６１ａおよび第２油圧管路６１ｂを通って流通し、これによって第２油圧管路６１ｂに介設された油圧モータ１２ｂが所定の方向に回転し、方向切換え弁５５の閉止状態で油圧モータ１２ｂの回転が停止されるようになっている。
【００１９】
また、パイロットポンプ４１と操作手段５との間には、第１パイロット管路６１ｃが配管されているとともに、操作手段５を往復する第２パイロット管路６１ｄが設けられ、この第２パイロット管路６１ｄに上記方向切換え弁５５が介設されている。そして、パイロットポンプ４１から吐出され、第１パイロット管路６１ｃを介して操作手段５に到達したパイロットオイルの第２パイロット管路６１ｄへの供給方向を、上記操作レバー５１の操作によって設定することにより、操作レバー５１の操作に応じて方向切換え弁５５が位置設定され、これによって油圧モータ１２ｂが所定の方向に回転し、また、操作レバー５１を中立位置に設定することにより油圧モータ１２ｂの回転は停止することになる。
【００２０】
上記操作手段５は、上記操作台１６（図１）に上方に向かって突設された操作レバー５１を備えて形成されている。この操作レバー５１は棒状を呈し、基端部に軸受部５３が設けられ、この軸受部５３に支持軸５３ａが嵌入されることによって操作レバー５１は支持軸５３ａ回りに回動自在に軸支された状態になっている。
【００２１】
この軸受部５３に左右方向に延びる横杆５２が設けられ、この横杆５２の両側部の下部には、それぞれコイルスプリングを介して一対の切換え弁５４が設けられている。普段、操作手段５は、各コイルスプリングの付勢力によって直立した中立位置に位置設定されている。操作手段５が中立位置にある状態では、方向切換え弁５５は、図２に示すように、作動油遮断位置に設定され、これによって油圧モータ１２ｂは停止状態になっている。
【００２２】
そして、操作レバー５１を支持軸５３ａ回りに例えば図２における右方に倒すことにより、パイロットポンプ４１からのパイロットオイルが第１パイロット管路６１ｃ、右方の切換え弁５４および第２パイロット管路６１ｄに供給され、これによって方向切換え弁５５が右方に移動して油圧ポンプ４からの作動油が油圧モータ１２ｂの左方から供給され、油圧ポンプ４は順方向に回転する。この油圧ポンプ４の回転によってクローラ１２（図１）が順方向に周回し、ショベルカー１は前進する。
【００２３】
逆に、図２に示す状態において、操作レバー５１を左方に倒すと、パイロットポンプ４１からのパイロットオイルが第１パイロット管路６１ｃ、左方の切換え弁５４および第２パイロット管路６１ｄに供給され、これによって方向切換え弁５５が左方に移動して油圧ポンプ４からの作動油が油圧モータ１２ｂの右方から供給され、油圧ポンプ４は逆方向に回転する。この油圧ポンプ４の回転によってクローラ１２（図１）が逆方向に周回し、ショベルカー１は後退する。
【００２４】
上記電気系統６２は、バッテリ２と電動機３とが直列に接続されたループ回路６３と、ループ回路６３の直流パルスを制御する制御回路６４とを備えて形成されている。上記制御回路６４には、第１油圧管路６１ａ内の作動油の圧力を検出する圧力センサ６５と、この圧力センサ６５の検出結果を基に所定の制御信号をループ回路６３に向けて出力する制御手段６６と、ループ回路６３に向けてパルス信号を出力するチョッパ回路６７とが設けられている。
【００２５】
上記ループ回路６３には、キースイッチ６３ａが設けられているとともに、トランジスタ（スイッチ素子）６３ｂが設けられている。このトランジスタ６３ｂのベースは、チョッパ回路（デューティ比制御手段）６７に接続されている。上記キースイッチ６３ａは、ショベルカー１の運転を行うときにオンされるものであり、このキースイッチ６３ａがオンされると、バッテリ２からの電力が電動機３に供給され、これによって電動機３が駆動する。
【００２６】
上記圧力センサ６５は、操作レバー５１が作動位置に操作された状態で、油圧ポンプ４から吐出される作動油の圧力を検出するように構成された公知のセンサである。この圧力センサ６５の検出結果は電流値によるアナログ信号として制御手段６６に入力されるようにしている。
【００２７】
上記制御手段６６は、ショベルカー１の運転全般の制御を行うためのものであり、その中に上記圧力センサ６５の検出値に応じて電動機３に供給する電力量を制御する電力供給制御部６６ａが備えられている。この電力供給制御部６６ａは、圧力センサ６５の検出値に応じたデューティ比が得られるように、チョッパ回路６７に向けて制御信号を出力するように構成されている。
【００２８】
図３は、電動機３の軸トルク（ｋｇｆ−ｍ）と電動機３の回転数（ｒｐｍ）と電動機３に対する印加電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、印加電圧が任意のレベルに設定された状態で、軸トルクと回転数とは互いに負の比例関係が存在し、回転数が高くなればそれに伴って軸トルクは小さくなるとともに、回転数が低くなると、それに応じて軸トルクは大きくなる。また、回転数が一定（例えば、回転数Ｎ＝Ｎ0）のときには、印加電圧値が大きくなる程、軸トルクは大きくなる。
【００２９】
本発明においては、このような回転数と軸トルクと印加電圧との相互関係を利用し、予め電動機３の一定回転数Ｎ0（ｒｐｍ）を設定して、油圧モータ１２ｂの負荷変動に応じた軸トルクの変動を、印加電圧を増減させることによって抑えてＮ0（ｒｐｍ）に制御するようにしている。そして、圧力センサ６５によって第１油圧管路６１ａ内の圧力が検出される都度、制御手段６６内において、「数１」式による演算が行われ、その演算結果の電圧が電動機３に印加されるように電圧制御部６６ａからチョッパ回路６７に向けて制御信号が出力される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
但し、「数１」式において、
Ｐ0：無負荷時に電動機３から吐出される作動油の圧力
Ｐi：第ｉ回目の圧力測定で検出された有負荷時に電動機３から吐出される作動油の圧力
Ｖ0：無負荷時の電動機３の印加電圧
Ｖi：第ｉ回目の圧力検出後の有負荷時の電動機３の印加電圧
ＫP：比例ゲイン
ＫI：積分ゲイン
ｎ ：第ｉ回目の圧力検出より何回以前の圧力検出であるかを示す数。
【００３２】
なお、上記無負荷時は、操作レバー５１が作動位置に操作され、これによる油圧モータ１２ｂの作動でショベルカー１が平坦な地面を走行している時を指し、有負荷時は、ショベルカー１がショベル１３ｃで土を掻き分けながら走行して実作業を実行している時を指す。
【００３３】
「数１」式で判るように、電動機３に印加される電圧は、油圧モータ１２ｂに実作業の負荷がかかっていない状態で電動機３の回転数がＮ0になるＶ0が基準にされ、このＶ0にショベルカー１が実作業を行いながら走行したとき生じる圧力差（Ｐi−Ｐ0）に比例した値が加算されて決められるようになっている。上記「数１」式中の「数２」式、すなわち、
【００３４】
【数２】
【００３５】
は、単純に第ｉ回目の圧力検出値Ｐiと、無負荷時の圧力Ｐ0との圧力差（Ｐi−Ｐ0）に比例した値（比例定数はＫP）が採用されているが、「数１」式中の「数３」式、すなわち、
【００３６】
【数３】
【００３７】
は、ｎ回前の検出値（Ｐi-n）、（ｎ−１）回前の検出値（Ｐi-n+1）、（ｎ−２）回前の検出値（Ｐi-n+2）、・・・、前回の検出値（Ｐi-1）それぞれのＰ0からの低下分の合計に積分ゲインＫIを乗じた値である。なお、積分ゲインＫIは、比例ゲインＫPの略ｎ分の１の値が採用されている。
【００３８】
このような「数３」式による計算値を「数２」式による計算値に加えるようにしているのは、「数２」式による計算値のみでは、油圧ポンプ４の吐出圧の突発的な変動である、いわゆるハンチングにより、安定した制御信号を得ることが困難になることがあり、その結果安定した制御を行い得なくなることがあるが、これを解消するため、および過去ｎ回の圧力検出による経時的な圧力変化の動向を察知してこれを制御に反映させて応答性を向上させるためである。すなわち、「数３」式は、過去ｎ回の圧力検出に係る圧力差（Ｐi−Ｐ0）の移動平均になっており、このような値を「数２」式に加えることによってより安定し、かつ応答性に優れた制御が実現するのである。
【００３９】
上記チョッパ回路６７は、入力された直流の電流を一定の周期で断続して出力するものであり、本実施形態においては、制御手段６６からの制御信号に基づくパルス幅の電圧パルスが出力されるようになっている。
【００４０】
すなわち、チョッパ回路６７はトランジスタ６３ｂのベースに向けて上記デューティ比が達成されるための信号を断続的に出力するように構成され、これによってトランジスタ６３ｂは所定のタイミングのオン・オフ動作を行い、電動機３には上記デューティ比のパルス電圧が印加され、平均的に電動機３に圧力センサ６５の検出値に応じた電力（上記「数１」式により算出された電圧）が供給された状態になっている。
【００４１】
図４は、電動機３に印加される電圧パルスの例を示す波形図であり、（イ）は無負荷時に電動機３に印加されるパルスの波形、（ロ）は無負荷時よりも略３３％高レベルの電圧が電動機３に印加される場合のパルスの波形、（ハ）は無負荷時よりも略６６％高レベルの電圧が電動機３に印加される場合の波形をそれぞれ示している。
【００４２】
ショベルカー１が平坦な地面上を走行している状態では、圧力センサ６５（図２）は、無負荷時の作動油の圧力Ｐ0を検出し、この検出信号が制御手段６６に入力される。そして、制御手段６６は上記「数１」式のＰiにＰ0を代入してＶi＝Ｖ0を得る。
【００４３】
これを受けて電力供給制御部６６ａは、チョッパ回路６７に向けてこのＶ0を実現するためのデューティ比を出力する。例えば、バッテリ２の起電力が２４（Ｖ）でＶ0が６（Ｖ）であるとすると、電圧制御部６６ａからチョッパ回路６７には０．２５（６÷２４）が出力される。これによってチョッパ回路６７からトランジスタ６３ｂに向けてパルス幅ｄ１が周期Ｄの０．２５になるように断続信号が出力され、これによるトランジスタ６３ｂのオン・オフで電動機３には図４の（イ）に示す波形のパルス電圧が印加される。このパルス電圧の経時的な平均値は一点鎖線で示すように例えば６（Ｖ）になっている。
【００４４】
ついで、図４の（イ）に示す状態において、ショベルカー１が走行中に先端アクチュエータ１４ｃによって土を掻き分ける等の実作業を実行すると、油圧ポンプ４は有負荷状態になり、これによって第１油圧管路６１ａ内の圧力が上昇する。この圧力Ｐiが圧力センサ６５によって検出され、制御手段６６に入力される。
【００４５】
そして、制御手段６６で上記Ｖiが演算され、このＶiが例えば８（Ｖ）であったとすると、電圧制御部６６ａからチョッパ回路６７に向けて、電動機３に印加される電圧を８（Ｖ）にする旨の制御信号が出力され、これを受けたチョッパ回路６７からトランジスタ６３ｂに電圧パルスのパルス幅ｄ２と周期Ｄとの比が０．３３（ｄ１／Ｄ＝０．３３）になるように電流パルスが出力される。このときの電動機３に印加される電圧パルスは図４の（ロ）のようになり、印加電圧の経時的な平均値は８（Ｖ）になる。
【００４６】
ついで、圧力センサ６５の検出値が増加し、Ｖiとして１６（Ｖ）が要求されると、電圧パルスのパルス幅ｄ２は、パルス電圧の周期Ｄに対して６６％（ｄ２／Ｄ＝０．６６）に設定され、図４の（ハ）に示すような波形の電圧パルスが電動機３に印加される。
【００４７】
以上詳述したように、本発明に係るショベルカー１は、駆動源として内燃機関に代えて電動機３を用い、搭載したバッテリ２からの電力によって電動機３を駆動し、これによってショベルカー１の走行および作業部材１３による作業を行うようにしているため、内燃機関を用いたものに比較し、大きな騒音が発生せず、また排気ガスも排出されないため、本発明に係るショベルカー１は市街地での土木工事に適している。
【００４８】
また、操作レバー５１が作動位置に操作された状態でバッテリ２から電動機３に供給される電力量は、油圧ポンプ４から吐出される作動油の圧力によって、すなわち油圧モータ１２ｂの負荷量に応じて決められるようにしているため、負荷の大小に拘らず油圧モータ１２ｂの回転速度を一定にすることが可能であり、作業性が向上する。
【００４９】
さらに、電力供給制御部６６ａおよびチョッパ回路６７の作用によって、圧力センサ６５の検出値に応じたデューティ比でトランジスタ６３ｂにオン・オフさせるようにした、いわゆるＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）を採用しているため、可変抵抗器等で無駄な電力が消費されることはなく、その分バッテリ２の寿命を延ばすことが可能になり、より長時間ショベルカー１を運転することができるようになる。
【００５０】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【００５１】
（１）上記の実施形態においては、作業機械としてクローラ式のショベルカー１を例に挙げて説明したが、本発明は作業機械がクローラ式のショベルカーであることに限定されるものではなく、ホイール式のショベルカーであってもよいし、クローラ式、ホイール式に拘らず、その他の作業機械、例えばクレーン車、ローダー車等であってもよい。
【００５２】
（２）上記の実施形態においては、作業部材１３の作動、搭乗部１１の旋回、クローラ１２の駆動は、いずれも油圧ポンプ４の駆動による各アクチュエータ１１ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、およびクローラ１２を駆動によって行われるようにしているが、こうする代りに、例えばクローラ１２は、電動機３の回転力を油圧ポンプ４を介さずに直接クローラ１２に伝達することによって駆動させるようにする等、油圧ポンプ４を介さないで駆動させるようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械によれば、操作レバーが作動位置に操作された状態で油圧ポンプから吐出された作動油の圧力を検出する圧力センサを設け、制御手段の制御によってこの圧力センサの検出値に応じた量の電力をバッテリから電動機に供給するようにしているため、作業部材は作業負荷に拘らず、常に一定の作動速度で実作業を行うことができるようになり、これによって作業機械の作業性を向上させることが可能になる。
【００５４】
本発明の請求項２記載のバッテリ駆動の作業機械によれば、制御手段には圧力センサの検出値に応じて電動機に供給する電力量を演算する電力供給制御部が設けられ、この電力供給制御部は、バッテリと電動機との間に介設されるスイッチ素子と、操作レバーの操作量に応じたデューティ比で上記スイッチ素子にオン・オフさせるデューティ比制御手段に制御信号を出力するようにしてあるため、圧力センサによる検出結果に基づいてデューティ比制御手段を介して検出値に応じた電力が電動機に供給され、電動機は検出値に応じた回転速度で回転し、これによって作業部材は負荷の大小に拘らず常に一定の速度で作動するようにすることができる。
【００５５】
そして、電動機には、スイッチ素子のオン・オフにより形成されるパルス電圧の印加によってバッテリからの電力が供給されるため、例えば可変抵抗器やトランスセットを介して電力が供給される場合に比べ、上記抵抗器等での電力消費によって電動機への電力供給が効率的に行われなくなるという不都合が生じなくなり、その分バッテリの寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作業機械の一実施形態を示す側面視の略図である。
【図２】本発明に係る駆動系統の一実施形態を示す系統図である。
【図３】電動機の軸トルク（ｋｇｆ−ｍ）と電動機の回転数（ｒｐｍ）と電動機に対する印加電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。
【図４】電動機に印加される電圧パルスの例を示す波形図であり、（イ）は無負荷時に電動機に印加されるパルスの波形、（ロ）は無負荷時よりも略３３％高レベルの電圧が電動機に印加される場合のパルスの波形、（ハ）は無負荷時よりも略６６％高レベルの電圧が電動機に印加される場合の波形をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１ ショベルカー
１１ 搭乗部
１１ａ 方向変更用アクチュエータ
１１ｂ 水平軸
１１ｃ 水平軸
１２ クローラ
１２ａ 基台
１２ｂ 油圧モータ
１３ 作業部材
１３ａ 基端側アーム
１３ｂ 先端側アーム
１３ｃ ショベル
１４ アクチュエータ
１４ａ 基端アクチュエータ
１４ｂ 中間アクチュエータ
１４ｃ 先端アクチュエータ
２ バッテリ
３ 電動機
４ 油圧ポンプ
４１ パイロットポンプ
５ 操作手段
５１ 操作レバー
５２ 横杆
５３ 軸受部
５３ａ 支持軸
５４ 切換え弁
６ 駆動系統
６１ 油圧系統
６１ａ 第１油圧管路
６１ｂ 第２油圧管路
６１ｃ 第１パイロット管路
６１ｄ 第２パイロット管路
６２ 電気系統
６３ ループ回路
６３ａ キースイッチ
６３ｂ トランジスタ
６４ 制御回路
６５ 圧力センサ
６６ 制御手段
６６ａ 電力供給制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、搭載されたバッテリからの電力によって各種の作業を行うバッテリ駆動の作業機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば実開平４−５３８４６号公報によって開示されているように、搭載されたバッテリからの電力を得て所定の土木作業等を行うバッテリ駆動方式の作業機械が知られている。この作業機械は、バッテリからの電力で電動機を駆動し、この電動機の駆動で油圧ポンプを運転し、油圧ポンプから吐出される作動油によって油圧モータを駆動させ、この油圧モータの駆動でショベル等の作業部材を動作させるように構成されている。
【０００３】
このようなバッテリ駆動方式の作業機械は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関を駆動源として用いる内燃機関方式の作業機械よりも騒音が少く、かつ、排気ガスが排出されないため、建物が密集した市街地での作業に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実開平４−５３８４６号公報によって開示され作業機械は、バッテリから電動機に供給される電力量が調節可能になっていないため、電動機には常に一定の電力が供給され、電動機のトルクは一定になっている。従って、作業部材にかかる負荷の変動に応じて油圧ポンプを介した電動機の回転数が変動すことになる。つまり負荷の変動に応じて作業部材の作動速度が変動するため、例えば作業部材で地面を掘削しているような場合、地質の硬軟によって作業途中で作業部材が速く動作したり、遅く動作したりすることになり、これによって作業のリズムが崩され、作業能率が低下するといった不都合が生じる。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、作業負荷が変動しても作業部材の作動速度が一定になるようにし、しかも、作動速度の調節に起因した無駄な電力消費を抑え、これによってバッテリの寿命を延ばし、長時間に亘る作業を可能にしたバッテリ駆動の作業機械を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械は、搭載されたバッテリからの電力を得て駆動される電動機と、この電動機によって駆動され、その電動機の回転速度に対応した流量で作動油を吐出する定容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される作動油により駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの駆動によって所定の作動を行う作業部材と、上記油圧ポンプから吐出される作動油の流通および遮断の切り換えを行うことによってアクチュエータを介して上記作業部材を運転操作する操作レバーとを備えてなるバッテリ駆動の作業機械において、上記操作レバーは、上記作業部材が作動を停止する中立位置と、作業部材が作動する作動位置との間で操作可能に構成され、操作レバーが作動位置に操作された状態で上記油圧ポンプから吐出された作動油の圧力を検出する圧力センサと、作業負荷の変動に拘らず上記電動機の回転速度が一定となるように上記圧力センサの検出値に応じてバッテリから電動機に供給される電力を変化させる制御手段とが設けられ、上記制御手段は、無負荷時に上記電動機に印加する電圧と、上記圧力センサにより検出される圧力と無負荷時に油圧ポンプから吐出される作動油の圧力との差とに基づいて、上記電動機に印加する電圧を決定するものである。
【０００７】
このバッテリ駆動の作業機械によれば、作業負荷の変動に応じて油圧ポンプの作動油の圧力が変動するが、この圧力の変動が圧力センサによって検出され、この検出結果に応じた電力が制御手段による制御のもとに電動機に供給されるため、作業部材は作業負荷に拘らず、常に一定の作動速度で作業を行うようになる。
【０００８】
従って、作業負荷に応じて作業部材の作動速度が変化し、これによって作業のリズムが狂い、作業能率が低下するという従来の不都合が解消され、作業能率は向上する。
【０００９】
本発明の請求項２記載のバッテリ駆動の作業機械は、請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械において、上記制御手段は、上記圧力センサの検出値に応じて電動機に供給する電力量を演算する電力供給制御部を有し、この電力供給制御部は、バッテリと電動機との間に介設されるスイッチ素子と、上記圧力センサの検出値に応じたデューティ比で上記スイッチ素子にオン・オフさせるデューティ比制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
このバッテリ駆動の作業機械によれば、圧力センサによる検出結果に基づいてデューティ比制御手段を介して検出値に応じた電力が電動機に供給されるため、電動機は検出値に応じた回転速度で回転し、これによって作業部材は負荷の大小に拘らず常に一定の速度で作動する。
【００１１】
そして、電動機には、スイッチ素子のオン・オフにより形成されるパルス電圧の印加によってバッテリからの電力が供給されるため、例えば可変抵抗器やトランスセットを介して電力が供給される場合に比べ、上記抵抗器等での電力消費によって電動機への電力供給が効率的に行われなくなるという不都合が生じない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る作業機械の一実施形態を示す側面視の略図である。この図では、作業機械として小型のショベルカーを示している。ショベルカー１は、オペレータが搭乗して運転操作を行う搭乗部１１と、この搭乗部１１の底部に設けられた移動用のクローラ１２と、搭乗部１１の前部に屈折自在に設けられ、かつ、アクチュエータ１４の駆動によって作動する作業部材１３とを備えて形成されている。上記クローラ１２は、それを支持する基台１２ａの両側部（図１の紙面に垂直な方向の両側部）に設けられ、上記搭乗部１１はこの基台１２ａの中心部に立設された垂直軸１２ｂ回りに回動自在に軸支されている。
【００１３】
上記基台１２ａには搭乗部１１を垂直軸１２ｂ回りに回動させる方向変更用アクチュエータ１１ａが設けられ、このアクチュエータ１１ａの作動によって搭乗部１１はクローラ１２に対して水平方向の向きを変えることができるようになっている。また、上記クローラ１２は、基台１２ａに設けられた油圧モータ１２ｂによって周回駆動し、これによってショベルカー１は前進、後退および進路変更し得るようになっている。
【００１４】
上記作業部材１３は、搭乗部１１の前端部の水平軸１１ｂ回りに回動自在に軸支された基端側アーム１３ａと、この基端側アーム１３ａの先端部に屈折自在に連設された先端側アーム１３ｂと、この先端側アーム１３ｂの先端部に屈折自在に連設されたショベル１３ｃとからなっている。また、上記アクチュエータ１４は、基端側アーム１３ａを水平軸１１ｂ回りに回動させる基端アクチュエータ１４ａと、先端側アーム１３ｂを水平軸１１ｃ回りに回動させる中間アクチュエータ１４ｂと、ショベル１３ｃを水平軸１１ｄ回りに回動させる先端アクチュエータ１４ｃとからなっている。
【００１５】
一方、搭乗部１１内には、バッテリ２が搭載されているとともに、このバッテリ２からの電力を得て駆動する電動機３およびこの電動機３によって駆動される油圧ポンプ４が内装されている。そして、搭乗部１１および基台１２ａ内には、各アクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａおよび油圧モータ１２ｂに、油圧ポンプ４の駆動によって生じた油圧を送る複数の循環系路が設けられているとともに、各油圧系統の作動油の方向の切り換えおよび作動油の停止を行う複数の切換え弁が設けられている。
【００１６】
そして、搭乗部１１の後部（図１の右方）にはオペレータが着座してショベルカー１を運転する運転席１５が設けられているとともに、搭乗部１１の前部には運転席１５に対向した操作台１６が立設され、この操作台１６に各アクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａおよび油圧モータ１２ｂに対応した複数の操作手段５が設けられている。これらの操作手段５を操作することにより、対応した切換え弁を介して対象のアクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａや油圧モータ１２ｂへの作動油の供給または供給停止が行われ、これによってアクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａや油圧モータ１２ｂが駆動したり停止したりするようになっている。
【００１７】
図２は、本発明に係る駆動系統の一実施形態を示す系統図である。図２においては、説明の簡素化のために複数ある油圧系統の内、油圧モータ１２ｂに係る系統のみを抽出して示している。図２に示すように、駆動系統６は、油圧系統６１と、電気系統６２とを備えて形成されている。油圧系統６１は、上記油圧ポンプ４と、この油圧ポンプ４と同軸で共回りするパイロットポンプ４１と、上記操作手段５と、方向切換え弁５５と、上記油圧モータ１２ｂとを備えて形成されている。油圧ポンプ４はこれから吐出される作動油によって油圧モータ１２ｂを回転させるためのものであり、パイロットポンプ４１は吐出されたパイロットオイルによって方向切換え弁５５に切り換え動作を行わせるためのものである。
【００１８】
そして、油圧ポンプ４と方向切換え弁５５との間には、第１油圧管路６１ａが配管されているとともに、方向切換え弁５５を往復する第２油圧管路６１ｂが設けられ、この第２油圧管路６１ｂに油圧モータ１２ｂが介設されている。油圧ポンプ４から吐出された作動油は、方向切換え弁５５の開通状態で第１油圧管路６１ａおよび第２油圧管路６１ｂを通って流通し、これによって第２油圧管路６１ｂに介設された油圧モータ１２ｂが所定の方向に回転し、方向切換え弁５５の閉止状態で油圧モータ１２ｂの回転が停止されるようになっている。
【００１９】
また、パイロットポンプ４１と操作手段５との間には、第１パイロット管路６１ｃが配管されているとともに、操作手段５を往復する第２パイロット管路６１ｄが設けられ、この第２パイロット管路６１ｄに上記方向切換え弁５５が介設されている。そして、パイロットポンプ４１から吐出され、第１パイロット管路６１ｃを介して操作手段５に到達したパイロットオイルの第２パイロット管路６１ｄへの供給方向を、上記操作レバー５１の操作によって設定することにより、操作レバー５１の操作に応じて方向切換え弁５５が位置設定され、これによって油圧モータ１２ｂが所定の方向に回転し、また、操作レバー５１を中立位置に設定することにより油圧モータ１２ｂの回転は停止することになる。
【００２０】
上記操作手段５は、上記操作台１６（図１）に上方に向かって突設された操作レバー５１を備えて形成されている。この操作レバー５１は棒状を呈し、基端部に軸受部５３が設けられ、この軸受部５３に支持軸５３ａが嵌入されることによって操作レバー５１は支持軸５３ａ回りに回動自在に軸支された状態になっている。
【００２１】
この軸受部５３に左右方向に延びる横杆５２が設けられ、この横杆５２の両側部の下部には、それぞれコイルスプリングを介して一対の切換え弁５４が設けられている。普段、操作手段５は、各コイルスプリングの付勢力によって直立した中立位置に位置設定されている。操作手段５が中立位置にある状態では、方向切換え弁５５は、図２に示すように、作動油遮断位置に設定され、これによって油圧モータ１２ｂは停止状態になっている。
【００２２】
そして、操作レバー５１を支持軸５３ａ回りに例えば図２における右方に倒すことにより、パイロットポンプ４１からのパイロットオイルが第１パイロット管路６１ｃ、右方の切換え弁５４および第２パイロット管路６１ｄに供給され、これによって方向切換え弁５５が右方に移動して油圧ポンプ４からの作動油が油圧モータ１２ｂの左方から供給され、油圧ポンプ４は順方向に回転する。この油圧ポンプ４の回転によってクローラ１２（図１）が順方向に周回し、ショベルカー１は前進する。
【００２３】
逆に、図２に示す状態において、操作レバー５１を左方に倒すと、パイロットポンプ４１からのパイロットオイルが第１パイロット管路６１ｃ、左方の切換え弁５４および第２パイロット管路６１ｄに供給され、これによって方向切換え弁５５が左方に移動して油圧ポンプ４からの作動油が油圧モータ１２ｂの右方から供給され、油圧ポンプ４は逆方向に回転する。この油圧ポンプ４の回転によってクローラ１２（図１）が逆方向に周回し、ショベルカー１は後退する。
【００２４】
上記電気系統６２は、バッテリ２と電動機３とが直列に接続されたループ回路６３と、ループ回路６３の直流パルスを制御する制御回路６４とを備えて形成されている。上記制御回路６４には、第１油圧管路６１ａ内の作動油の圧力を検出する圧力センサ６５と、この圧力センサ６５の検出結果を基に所定の制御信号をループ回路６３に向けて出力する制御手段６６と、ループ回路６３に向けてパルス信号を出力するチョッパ回路６７とが設けられている。
【００２５】
上記ループ回路６３には、キースイッチ６３ａが設けられているとともに、トランジスタ（スイッチ素子）６３ｂが設けられている。このトランジスタ６３ｂのベースは、チョッパ回路（デューティ比制御手段）６７に接続されている。上記キースイッチ６３ａは、ショベルカー１の運転を行うときにオンされるものであり、このキースイッチ６３ａがオンされると、バッテリ２からの電力が電動機３に供給され、これによって電動機３が駆動する。
【００２６】
上記圧力センサ６５は、操作レバー５１が作動位置に操作された状態で、油圧ポンプ４から吐出される作動油の圧力を検出するように構成された公知のセンサである。この圧力センサ６５の検出結果は電流値によるアナログ信号として制御手段６６に入力されるようにしている。
【００２７】
上記制御手段６６は、ショベルカー１の運転全般の制御を行うためのものであり、その中に上記圧力センサ６５の検出値に応じて電動機３に供給する電力量を制御する電力供給制御部６６ａが備えられている。この電力供給制御部６６ａは、圧力センサ６５の検出値に応じたデューティ比が得られるように、チョッパ回路６７に向けて制御信号を出力するように構成されている。
【００２８】
図３は、電動機３の軸トルク（ｋｇｆ−ｍ）と電動機３の回転数（ｒｐｍ）と電動機３に対する印加電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、印加電圧が任意のレベルに設定された状態で、軸トルクと回転数とは互いに負の比例関係が存在し、回転数が高くなればそれに伴って軸トルクは小さくなるとともに、回転数が低くなると、それに応じて軸トルクは大きくなる。また、回転数が一定（例えば、回転数Ｎ＝Ｎ0）のときには、印加電圧値が大きくなる程、軸トルクは大きくなる。
【００２９】
本発明においては、このような回転数と軸トルクと印加電圧との相互関係を利用し、予め電動機３の一定回転数Ｎ0（ｒｐｍ）を設定して、油圧モータ１２ｂの負荷変動に応じた軸トルクの変動を、印加電圧を増減させることによって抑えてＮ0（ｒｐｍ）に制御するようにしている。そして、圧力センサ６５によって第１油圧管路６１ａ内の圧力が検出される都度、制御手段６６内において、「数１」式による演算が行われ、その演算結果の電圧が電動機３に印加されるように電圧制御部６６ａからチョッパ回路６７に向けて制御信号が出力される。
【００３０】
【数１】
但し、「数１」式において、
Ｐ0：無負荷時に電動機３から吐出される作動油の圧力
Ｐi：第ｉ回目の圧力測定で検出された有負荷時に電動機３から吐出される作動油の圧力
Ｖ0：無負荷時の電動機３の印加電圧
Ｖi：第ｉ回目の圧力検出後の有負荷時の電動機３の印加電圧
ＫP：比例ゲイン
ＫI：積分ゲイン
ｎ ：第ｉ回目の圧力検出より何回以前の圧力検出であるかを示す数。
【００３２】
なお、上記無負荷時は、操作レバー５１が作動位置に操作され、これによる油圧モータ１２ｂの作動でショベルカー１が平坦な地面を走行している時を指し、有負荷時は、ショベルカー１がショベル１３ｃで土を掻き分けながら走行して実作業を実行している時を指す。
【００３３】
「数１」式で判るように、電動機３に印加される電圧は、油圧モータ１２ｂに実作業の負荷がかかっていない状態で電動機３の回転数がＮ0になるＶ0が基準にされ、このＶ0にショベルカー１が実作業を行いながら走行したとき生じる圧力差（Ｐi−Ｐ0）に比例した値が加算されて決められるようになっている。上記「数１」式中の「数２」式、すなわち、
【００３４】
【数２】
は、単純に第ｉ回目の圧力検出値Ｐiと、無負荷時の圧力Ｐ0との圧力差（Ｐi−Ｐ0）に比例した値（比例定数はＫP）が採用されているが、「数１」式中の「数３」式、すなわち、
【００３６】
【数３】
は、ｎ回前の検出値（Ｐi-n）、（ｎ−１）回前の検出値（Ｐi-n+1）、（ｎ−２）回前の検出値（Ｐi-n+2）、・・・、前回の検出値（Ｐi-1）それぞれのＰ0からの低下分の合計に積分ゲインＫIを乗じた値である。なお、積分ゲインＫIは、比例ゲインＫPの略ｎ分の１の値が採用されている。
【００３８】
このような「数３」式による計算値を「数２」式による計算値に加えるようにしているのは、「数２」式による計算値のみでは、油圧ポンプ４の吐出圧の突発的な変動である、いわゆるハンチングにより、安定した制御信号を得ることが困難になることがあり、その結果安定した制御を行い得なくなることがあるが、これを解消するため、および過去ｎ回の圧力検出による経時的な圧力変化の動向を察知してこれを制御に反映させて応答性を向上させるためである。すなわち、「数３」式は、過去ｎ回の圧力検出に係る圧力差（Ｐi−Ｐ0）の移動平均になっており、このような値を「数２」式に加えることによってより安定し、かつ応答性に優れた制御が実現するのである。
【００３９】
上記チョッパ回路６７は、入力された直流の電流を一定の周期で断続して出力するものであり、本実施形態においては、制御手段６６からの制御信号に基づくパルス幅の電圧パルスが出力されるようになっている。
【００４０】
すなわち、チョッパ回路６７はトランジスタ６３ｂのベースに向けて上記デューティ比が達成されるための信号を断続的に出力するように構成され、これによってトランジスタ６３ｂは所定のタイミングのオン・オフ動作を行い、電動機３には上記デューティ比のパルス電圧が印加され、平均的に電動機３に圧力センサ６５の検出値に応じた電力（上記「数１」式により算出された電圧）が供給された状態になっている。
【００４１】
図４は、電動機３に印加される電圧パルスの例を示す波形図であり、（イ）は無負荷時に電動機３に印加されるパルスの波形、（ロ）は無負荷時よりも略３３％高レベルの電圧が電動機３に印加される場合のパルスの波形、（ハ）は無負荷時よりも略６６％高レベルの電圧が電動機３に印加される場合の波形をそれぞれ示している。
【００４２】
ショベルカー１が平坦な地面上を走行している状態では、圧力センサ６５（図２）は、無負荷時の作動油の圧力Ｐ0を検出し、この検出信号が制御手段６６に入力される。そして、制御手段６６は上記「数１」式のＰiにＰ0を代入してＶi＝Ｖ0を得る。
【００４３】
これを受けて電力供給制御部６６ａは、チョッパ回路６７に向けてこのＶ0を実現するためのデューティ比を出力する。例えば、バッテリ２の起電力が２４（Ｖ）でＶ0が６（Ｖ）であるとすると、電圧制御部６６ａからチョッパ回路６７には０．２５（６÷２４）が出力される。これによってチョッパ回路６７からトランジスタ６３ｂに向けてパルス幅ｄ１が周期Ｄの０．２５になるように断続信号が出力され、これによるトランジスタ６３ｂのオン・オフで電動機３には図４の（イ）に示す波形のパルス電圧が印加される。このパルス電圧の経時的な平均値は一点鎖線で示すように例えば６（Ｖ）になっている。
【００４４】
ついで、図４の（イ）に示す状態において、ショベルカー１が走行中に先端アクチュエータ１４ｃによって土を掻き分ける等の実作業を実行すると、油圧ポンプ４は有負荷状態になり、これによって第１油圧管路６１ａ内の圧力が上昇する。この圧力Ｐiが圧力センサ６５によって検出され、制御手段６６に入力される。
【００４５】
そして、制御手段６６で上記Ｖiが演算され、このＶiが例えば８（Ｖ）であったとすると、電圧制御部６６ａからチョッパ回路６７に向けて、電動機３に印加される電圧を８（Ｖ）にする旨の制御信号が出力され、これを受けたチョッパ回路６７からトランジスタ６３ｂに電圧パルスのパルス幅ｄ２と周期Ｄとの比が０．３３（ｄ１／Ｄ＝０．３３）になるように電流パルスが出力される。このときの電動機３に印加される電圧パルスは図４の（ロ）のようになり、印加電圧の経時的な平均値は８（Ｖ）になる。
【００４６】
ついで、圧力センサ６５の検出値が増加し、Ｖiとして１６（Ｖ）が要求されると、電圧パルスのパルス幅ｄ２は、パルス電圧の周期Ｄに対して６６％（ｄ２／Ｄ＝０．６６）に設定され、図４の（ハ）に示すような波形の電圧パルスが電動機３に印加される。
【００４７】
以上詳述したように、本発明に係るショベルカー１は、駆動源として内燃機関に代えて電動機３を用い、搭載したバッテリ２からの電力によって電動機３を駆動し、これによってショベルカー１の走行および作業部材１３による作業を行うようにしているため、内燃機関を用いたものに比較し、大きな騒音が発生せず、また排気ガスも排出されないため、本発明に係るショベルカー１は市街地での土木工事に適している。
【００４８】
また、操作レバー５１が作動位置に操作された状態でバッテリ２から電動機３に供給される電力量は、油圧ポンプ４から吐出される作動油の圧力によって、すなわち油圧モータ１２ｂの負荷量に応じて決められるようにしているため、負荷の大小に拘らず油圧モータ１２ｂの回転速度を一定にすることが可能であり、作業性が向上する。
【００４９】
さらに、電力供給制御部６６ａおよびチョッパ回路６７の作用によって、圧力センサ６５の検出値に応じたデューティ比でトランジスタ６３ｂにオン・オフさせるようにした、いわゆるＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）を採用しているため、可変抵抗器等で無駄な電力が消費されることはなく、その分バッテリ２の寿命を延ばすことが可能になり、より長時間ショベルカー１を運転することができるようになる。
【００５０】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【００５１】
（１）上記の実施形態においては、作業機械としてクローラ式のショベルカー１を例に挙げて説明したが、本発明は作業機械がクローラ式のショベルカーであることに限定されるものではなく、ホイール式のショベルカーであってもよいし、クローラ式、ホイール式に拘らず、その他の作業機械、例えばクレーン車、ローダー車等であってもよい。
【００５２】
（２）上記の実施形態においては、作業部材１３の作動、搭乗部１１の旋回、クローラ１２の駆動は、いずれも油圧ポンプ４の駆動による各アクチュエータ１１ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、およびクローラ１２を駆動によって行われるようにしているが、こうする代りに、例えばクローラ１２は、電動機３の回転力を油圧ポンプ４を介さずに直接クローラ１２に伝達することによって駆動させるようにする等、油圧ポンプ４を介さないで駆動させるようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械によれば、操作レバーが作動位置に操作された状態で油圧ポンプから吐出された作動油の圧力を検出する圧力センサを設け、制御手段の制御によってこの圧力センサの検出値に応じた量の電力をバッテリから電動機に供給するようにしているため、作業部材は作業負荷に拘らず、常に一定の作動速度で実作業を行うことができるようになり、これによって作業機械の作業性を向上させることが可能になる。
【００５４】
本発明の請求項２記載のバッテリ駆動の作業機械によれば、制御手段には圧力センサの検出値に応じて電動機に供給する電力量を演算する電力供給制御部が設けられ、この電力供給制御部は、バッテリと電動機との間に介設されるスイッチ素子と、操作レバーの操作量に応じたデューティ比で上記スイッチ素子にオン・オフさせるデューティ比制御手段に制御信号を出力するようにしてあるため、圧力センサによる検出結果に基づいてデューティ比制御手段を介して検出値に応じた電力が電動機に供給され、電動機は検出値に応じた回転速度で回転し、これによって作業部材は負荷の大小に拘らず常に一定の速度で作動するようにすることができる。
【００５５】
そして、電動機には、スイッチ素子のオン・オフにより形成されるパルス電圧の印加によってバッテリからの電力が供給されるため、例えば可変抵抗器やトランスセットを介して電力が供給される場合に比べ、上記抵抗器等での電力消費によって電動機への電力供給が効率的に行われなくなるという不都合が生じなくなり、その分バッテリの寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作業機械の一実施形態を示す側面視の略図である。
【図２】本発明に係る駆動系統の一実施形態を示す系統図である。
【図３】電動機の軸トルク（ｋｇｆ−ｍ）と電動機の回転数（ｒｐｍ）と電動機に対する印加電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。
【図４】電動機に印加される電圧パルスの例を示す波形図であり、（イ）は無負荷時に電動機に印加されるパルスの波形、（ロ）は無負荷時よりも略３３％高レベルの電圧が電動機に印加される場合のパルスの波形、（ハ）は無負荷時よりも略６６％高レベルの電圧が電動機に印加される場合の波形をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１ ショベルカー
１１ 搭乗部
１１ａ 方向変更用アクチュエータ
１１ｂ 水平軸
１１ｃ 水平軸
１２ クローラ
１２ａ 基台
１２ｂ 油圧モータ
１３ 作業部材
１３ａ 基端側アーム
１３ｂ 先端側アーム
１３ｃ ショベル
１４ アクチュエータ
１４ａ 基端アクチュエータ
１４ｂ 中間アクチュエータ
１４ｃ 先端アクチュエータ
２ バッテリ
３ 電動機
４ 油圧ポンプ
４１ パイロットポンプ
５ 操作手段
５１ 操作レバー
５２ 横杆
５３ 軸受部
５３ａ 支持軸
５４ 切換え弁
６ 駆動系統
６１ 油圧系統
６１ａ 第１油圧管路
６１ｂ 第２油圧管路
６１ｃ 第１パイロット管路
６１ｄ 第２パイロット管路
６２ 電気系統
６３ ループ回路
６３ａ キースイッチ
６３ｂ トランジスタ
６４ 制御回路
６５ 圧力センサ
６６ 制御手段
６６ａ 電力供給制御部
Claims (2)
- 搭載されたバッテリからの電力を得て駆動される電動機と、この電動機によって駆動され、その電動機の回転速度に対応した流量で作動油を吐出する定容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される作動油により駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの駆動によって所定の作動を行う作業部材と、上記油圧ポンプから吐出される作動油の流通および遮断の切り換えを行うことによってアクチュエータを介して上記作業部材を運転操作する操作レバーとを備えてなるバッテリ駆動の作業機械において、上記操作レバーは、上記作業部材が作動を停止する中立位置と、作業部材が作動する作動位置との間で操作可能に構成され、操作レバーが作動位置に操作された状態で上記油圧ポンプから吐出された作動油の圧力を検出する圧力センサと、作業負荷の変動に拘らず上記電動機の回転速度が一定となるように上記圧力センサの検出値に応じてバッテリから電動機に供給される電力を変化させる制御手段とが設けられ、上記制御手段は、無負荷時に上記電動機に印加する電圧と、上記圧力センサにより検出される圧力と無負荷時に油圧ポンプから吐出される作動油の圧力との差とに基づいて、上記電動機に印加する電圧を決定するものであることを特徴とするバッテリ駆動の作業機械。
- 上記制御手段は、上記圧力センサの検出値に応じて電動機に供給する電力量を演算する電力供給制御部を有し、この電力供給制御部は、バッテリと電動機との間に介設されるスイッチ素子と、上記圧力センサの検出値に応じたデューティ比で上記スイッチ素子にオン・オフさせるデューティ比制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP15270496A JP3686476B2 (ja) | 1996-06-13 | 1996-06-13 | バッテリ駆動の作業機械 |
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