JP4503376B2 - 電気駆動式建設機械およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気駆動式建設機械に係り、油圧ポンプを駆動する駆動源が電動機とされた油圧ショベル、ブルドーザ、ローダ等の建設機械およびその運転方法に関する。

従来、無排気ガス、低騒音を目的として、商用電源を用いた電気駆動式建設機械（以下、電動建機と略す）が開発され、実際の工事にも採用されている。
このような電動建機は、作業機や走行体等に作動油を供給する油圧ポンプを電動機（モータ）で駆動する構成であり、環境負荷が極めて小さいため、トンネル内での工事や、街中の夜間工事などに採用されることが多い（例えば特許文献１参照）。

ところが、従来の電動建機は、電動機のみを駆動源として作業や走行を行うため、商用電源が得られないプール地（建機を駐車させておくヤード）において、建設機械の自走によるトレーラへの積み込み、積み降ろしは、出力の大きい大型のエンジン発電機を用立てて行う必要があり、面倒であった。
また、電動建機において、電動機に関係する電気的な故障等が生じた場合には、走行等が全くできないので、故障した電動建機が路上で立ち往生することにもなりかねず、一般車両の通行を阻害してしまう可能性がある。

そこで、主な駆動源である電動機に加え、エンジンおよび油圧ポンプを含んで構成される補助駆動ユニットを備えた電動建機も存在する。補助駆動ユニットは恒久的に電動建機に搭載される場合もあるが、必要に応じて搭載できるように着脱式の場合もある。着脱式の場合でも、油圧を生じさせるエンジンおよび油圧ポンプは補助的なものであって小型であるから、従来の大出力のエンジン発電機を用立て接続するのに比して手間がかからず、短時間で走行可能な状態にできる。

しかも、着脱式であれば、電動建機全体の大型化を避けることができるとともに、搭載された状態で通常の作業を行う訳ではないから、補助駆動ユニットを電動建機から多少張り出して搭載しても何ら支障がなく、搭載位置の制約が少ない。

特開平８−９３７０７号公報

しかし、着脱式の場合、補助駆動ユニットの着脱作業は、屋外の作業現場にて、不慣れなオペレータや現場作業員によって行われるので、例えば油圧ホース等を着脱する際に、油圧回路中にゴミ、エア、水（雨粒）等が混入する可能性が非常に高く、電動建機としての信頼性を確保するのが困難になるという問題がある。

本発明の目的は、ユニットの着脱作業をより簡単に行え、かつ信頼性を向上させることができる電気駆動式建設機械およびその運転方法を提供することにある。

本発明の電気駆動式建設機械は、建設機械本体側の主油圧回路に作動油を供給する油圧ポンプを駆動するための電動機を備えた電気駆動式建設機械において、前記作動油の供給を補助する補助駆動ユニットを備え、前記補助駆動ユニットは、前記主油圧回路に接続され、かつ前記建設機械本体に常時搭載される補助油圧ポンプと、この補助油圧ポンプを駆動するとともに、前記補助油圧ポンプが前記建設機械本体に固定された状態で、前記電動機の作動状況に応じて前記建設機械本体に対して着脱される補助エンジンとを含んで構成されることを特徴とする。

本発明の電気駆動式建設機械では、前記補助エンジン、および当該補助エンジンを作動させるために必要なコンポネントによりエンジンユニットが構成され、前記補助エンジンは、前記エンジンユニットごと前記建設機械本体に対して着脱自在に設けられていることが望ましい。

本発明の電気駆動式建設機械では、前記補助エンジン、および当該補助エンジンを作動させるために必要なコンポネントによりエンジンユニットが構成され、前記補助エンジンは、前記エンジンユニットごと前記建設機械本体に対して着脱自在に設けられていることが望ましい。

本発明の電気駆動式建設機械では、前記コンポネントには、燃料タンクが含まれることを特徴とする。

本発明の電気駆動式建設機械の運転方法は、建設機械本体側の主油圧回路に作動油を供給する油圧ポンプを駆動するための電動機を備えた電気駆動式建設機械の運転方法において、前記建設機械本体には、前記主油圧回路に接続される補助油圧ポンプと、この補助油圧ポンプを駆動するとともに、前記補助油圧ポンプが前記建設機械本体に固定された状態で前記建設機械本体に対して着脱自在とされた補助エンジンとを含んで構成される補助駆動ユニットを設けておき、この補助駆動ユニットの前記補助油圧ポンプを、前記建設機械本体に常時搭載しておき、前記電動機が作動不能な状況では、前記補助駆動ユニットの前記補助エンジンを前記建設機械本体に搭載して前記補助ポンプを駆動し、前記電動機が作動可能な状況では、前記補助エンジンを前記建設機械本体から外して、前記電動機により前記油圧ポンプを駆動することを特徴とする。

本発明によれば、補助駆動ユニットを構成する補助油圧ポンプおよび補助エンジンのうち、補助エンジンを着脱すればよいので、建設機械本体側に常時取り付けられている補助油圧ポンプ側では、油圧ホース等の着脱を行う必要がなく、油圧回路中に不純物が混入するおそれがない。このため、不慣れなオペレータや現場作業者であっても、不純物の混入を気にせずに着脱作業を簡単に行え、また、電動式建設機械の信頼性を低下させる心配がない。以上により、本発明の目的を達成できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る電気駆動式建設機械（以下、電動建機）１の油圧回路を示す回路図、図２は、電動建機１の要部を示す模式図である。

図１において、電動建機１は、例えば油圧ショベル等であり、外部の商用電源（本実施形態では３相ＡＣ４００Ｖ）によって駆動される。従って、電動建機１は、商用電源に電源ケーブルで接続された電動機２を備えている。ただし、本発明に係る電動建機としては、油圧ショベルに限らず、ローダ、ブルドーザ等であってもよい。

電動機２には、作動油タンク３からパイロットバルブ４に作動油を供給する油圧ポンプ５と、メインバルブ６に作動油を供給する油圧ポンプ７とが接続され、メインバルブ６への位置切換用のパイロット圧が前記パイロットバルブ４から供給される。

メインバルブ６からは、図示しないブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ等に作動油が供給され、これらから戻る作動油がメインバルブ６のドレイン流路を通して作動油タンク３に戻される。

また、油圧ポンプ５とパイロットバルブ４との間の流路Ａ、および油圧ポンプ７とメインバルブ６との間の流路Ｂにはそれぞれ、各バルブ４，６側へのみ作動油の流れを許容するチェック弁８が設けられている。そして、流路Ａ，Ｂを含んで本発明に係る主油圧回路９が形成されている。

図２において、電動建機１は、図示しない下部走行体上に旋回可能に設けられた旋回体（建設機械本体）１Ａを備え、旋回体１Ａの上部後方側（オペレータの背後側）には、補助駆動ユニット１０が一部外側に張り出した状態で搭載されている。

補助駆動ユニット１０は、商用電源が得られないプール地などのように、駆動源である電動機２に電力を供給できない時や、電気的なトラブルにより、電動機２が正常に作動しない時など、この電動機２に代わって駆動源として機能する。

具体的には、補助駆動ユニット１０は、一対の補助油圧ポンプ１１，１２が設けられたポンプユニット１３と、これらを駆動する補助エンジン１４が設けられたエンジンユニット１５とを備えて構成されている。

ポンプユニット１３の一方の補助油圧ポンプ１１では、図１に示すように、吸込側の油圧ホースで形成される流路Ｃが作動油タンク３に接続され、吐出側の油圧ホースで形成される流路Ｄが旋回体１Ａ内で主油圧回路９の流路Ａに接続されている。他方の補助油圧ポンプ１２では、吸込側の油圧ホースで形成される流路Ｅがやはり作動油タンク３に接続され、吐出側の油圧ホースで形成される流路Ｆが主油圧回路９の流路Ｂに接続されている。

この際、各吐出側の流路Ｄ，Ｆは、主油圧回路９側の流路Ａ，Ｂにおいて、チェック弁８よりも下流側に接続されている。また、流路Ｄ，Ｆの途中にもそれぞれ、パイロットバルブ４およびメインバルブ６側へのみ作動油の流れを許容するチェック弁１６が設けられている。

ここで、ポンプユニット１３の補助油圧ポンプ１１は、メインバルブ６の位置切換用のパイロット圧を供給するだけであるから、もともと小容量で小型のものであるが、本実施形態では、補助油圧ポンプ１２も、電動建機１の走行用油圧モータを最低限駆動できる程度の容量を有した小型のものとされている。

エンジンユニット１５には、補助エンジン１４の他、詳細な説明を省略するが、燃料タンク、燃料噴射ポンプ、燃料クリーナ、エアクリーナ、排気マフラ等、補助エンジン１４を作動させるのに必要なコンポネントが設けられている。補助エンジン１４も、小型の補助油圧ポンプ１１，１２を駆動するだけであるから、大きな出力が不要とされ、比較的小型のものが用いられる。

これらポンプユニット１３およびエンジンユニット１５は、それぞれ個別の取付ステイ１７，１８にマウントされ、各取付ステイ１７，１８が旋回体１Ａ側に固定されたベースフレーム１９上にボルトで取り付けられている。各ユニット１３，１５の回転軸には、互いに対向するカップリング１３Ａ，１５Ａが設けられ、これらのカップリング１３Ａ，１５Ａがインサート２０を介して連結されている。

従って、このような補助駆動ユニット１０によれば、エンジンユニット１５側のボルトを外すことにより、ポンプユニット１３をベースフレーム１９上に固定した状態のまま、エンジンユニット１５をカップリング１３Ａ，１５Ａ部分から切り離すことができ、旋回体１Ａから取り外すことが可能である。つまり、補助エンジン１４を含んだエンジンユニット１５が、旋回体１Ａに対して着脱自在に設けられているのである。

そして、商用電源が得られる作業現場での通常の作業時には、電動機２が駆動源として作動するため、補助駆動ユニット１０は機能しない。このため、補助駆動ユニット１０においては、ポンプユニット１３が旋回体１Ａに搭載されているだけとされ、エンジンユニット１５は取り外された状態になっている。

これに対して、商用電源が得られないプール地にあっては、電動建機１のオペレータは、予め用意してあるエンジンユニット１５をベースフレーム１９上に載置してボルト止めし、カップリング１３Ａ，１５Ａ同士をインサート２０を介して連結する。この際には、補助エンジン１４が小型であるため、エンジンユニット１５としてもさほど大掛かりとならず、ベースフレーム１９への載置にはさほど手間がかからない。また、ポンプユニット１３が既に電動建機１側に取り付けられているので、あらためて油圧ホースの接続を行う必要はない。

この後、補助エンジン１４を作動させて補助油圧ポンプ１１，１２を駆動し、作動油を走行用油圧モータに供給して走行する。これにより、プール地での電動建機１のトレーラに対する積み込み、積み降ろしを行う。そして、積み込み、積み降ろしが完了したら、カップリング１３Ａ，１５Ａを切り離し、エンジンユニット１５のみをベースフレーム１９から取り外す。この際にも、ポンプユニット１３を降ろす必要がなくて作業が容易であるうえ、油圧ホースの取外等も不要である。

また、プール地に限らず、何らかの理由で商用電源が得られない場所や、電動機２が故
障等で作動しない場合にも、同様にエンジンユニット１５を取り付けて補助駆動ユニット１０を使用することが可能である。

このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）すなわち、電動建機１では、商用電源が得られない場所や電動機２が故障で作動しない場合には、補助エンジン１４が設けられたエンジンユニット１５のみを取り付け、走行体を駆動する等して対処し、対処後には再び取り外せばよい。このため、旋回体１Ａ側に常時取り付けられているポンプユニット１３の補助油圧ポンプ１１，１２側では、油圧ホース等の着脱を行う必要がなく、油圧回路中に不純物が混入するのを防ぐことができる。従って、不慣れなオペレータや現場作業者であっても、不純物の混入を気にせずに着脱作業を簡単にでき、また、電動建機１の信頼性が低下するのを防止できる。

（２）ポンプユニット１３とエンジンユニット１５との連結においては、カップリング１３Ａ，１５Ａ同士をインサート２０を介して突き合わせればよいから、カップリング１３Ａ，１５Ａ同士を螺号手段などによって締め付ける作業が不要であり、連結作業も簡単にできる。

（３）また、通常時には、エンジンユニット１５を外しておくため、旋回体１Ａからの張り出し部分も存在せず、旋回を伴う作業に支障をきたすおそれがない。
換言すれば、エンジンユニット１５が取り付けられた状態では、通常の作業を行う状況にないので、エンジンユニット１５を旋回体１Ａから張り出して搭載でき、搭載する場所等の制約を少なくできる。このため、旋回体１Ａの大きさが小さい小型の電動建機１にも、補助駆動ユニット１０を何ら問題なく搭載できる。

（４）さらに、旋回体１Ａから張り出すようなエンジンユニット１５を外しておくことにより、限られたスペースの中に電動建機１を治めることができるうえ、電動建機１としての見栄えも良好にできる。

（５）加えて、エンジンユニット１５は恒久的に搭載されている訳ではないから、エンジンユニット１５がマウントされるベースフレーム１９等も簡易的なものでよく、複雑な構造にして堅固にする必要がない。また、ベースフレーム１９に対する機械的な負荷も小さいため、ベースフレーム１９が破損するといった心配もない。

（６）そして、電動建機１が小型の場合には、エンジンユニット１５搭載部分の耐久性の関係で恒久的な搭載が難しいが、本実施形態でのエンジンユニット１５は、一時的に搭載されるだけであるから、小型の電動建機１にも必要時に限っては、エンジンユニット１５を問題なく搭載でき、汎用性に優れている。

（７）複数の電動建機１が比較的狭いエリア内で稼動する場合、エンジンユニット１５を一つだけ準備しておけばよく、全ての電動建機１の緊急時に迅速に対処できる。

（８）主油圧回路９の流路Ａ，Ｂには、チェック弁８が設けられているため、流路Ａ，Ｂに補助駆動ユニット１０側からの流路Ｄ，Ｆが接続され、この流路Ｄ，Ｆから作動油が供給されても、作動油が流路Ａ，Ｂを逆流して作動油タンク３に戻ることがなく、作動油を各バルブ４，６に確実に送ることができる。

（９）また、流路Ｄ，Ｆにもチェック弁１６が設けられているから、通常の運転時に、流路Ａ，Ｂ側から作動油が流路Ｄ，Ｆを逆流して作動油タンク３に戻るのを防止でき、やはり作動油の供給を支障なく行える。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、流路Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｆにチェック弁８，１６が設けられ、作動油がバルブ４，６に送られずに作動油タンク３に戻るのを防止していたが、チェック弁８，１６の代わりに開閉弁を設けてもよい。つまり、通常作業時には、流路Ｄ，Ｆ側の開閉弁を閉じておき、補助駆動ユニット１０を機能させる時には、流路Ａ，Ｂ側の開閉弁を閉じればよい。
ただし、開閉弁を用いた場合には、開閉弁の開閉操作を手動で行ったり、あるいはコントローラからの制御信号により自動的に行う必要があるなど、操作が煩雑になったり、構成が複雑になる可能性があるので、前記実施形態のようなチェック弁８，１６を用いることが望ましい。

前記実施形態では、補助駆動ユニット１０が旋回体１Ａの上部後方に搭載されていたが、本発明に係る補助駆動ユニットを搭載する箇所などは、電動建機の機種や大きさ、あるいは補助駆動ユニットの大きさ等を勘案して任意に決められてよい。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、油圧ショベル、ローダ、ブルドーザ等、電動機を主な駆動源とした様々な電気駆動式建設機械に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る電気駆動式建設機械の油圧回路を示す回路図。 電気駆動式建設機械の要部を示す模式図。

１…電気駆動式建設機械、１Ａ…建設機械本体である旋回体、９…主油圧回路、１０…補助駆動ユニット、１１，１２…補助油圧ポンプ、１３…ポンプユニット、１４…補助エンジン、１５…エンジンユニット。

Claims (5)

1. 建設機械本体（１Ａ）側の主油圧回路（９）に作動油を供給する油圧ポンプ（５）を駆動するための電動機（２）を備えた電気駆動式建設機械において、
   前記作動油の供給を補助する補助駆動ユニット（１０）を備え、
   前記補助駆動ユニット（１０）は、
   前記主油圧回路（９）に接続され、かつ前記建設機械本体（１Ａ）に常時搭載される補助油圧ポンプ（１１，１２）と、
   この補助油圧ポンプ（１１，１２）を駆動するとともに、前記補助油圧ポンプ（１１，１２）が前記建設機械本体（１Ａ）に固定された状態で、前記電動機（２）の作動状況に応じて前記建設機械本体（１Ａ）に対して着脱される補助エンジン（１４）とを含んで構成される
   ことを特徴とする電気駆動式建設機械（１）。
2. 請求項１に記載の電気駆動式建設機械（１）において、
   前記補助油圧ポンプ（１１，１２）は一対設けられ、
   一対の補助油圧ポンプ（１１，１２）のうちの一方の補助油圧ポンプ（１１）は、走行用油圧モータを最低限駆動する程度の容量を有している
   ことを特徴とする電気駆動式建設機械（１）。
3. 請求項１または請求項２に記載の電気駆動式建設機械（１）において、
   前記補助エンジン（１４）、および当該補助エンジン（１４）を作動させるために必要なコンポネントによりエンジンユニット（１５）が構成され、
   前記補助エンジン（１４）は、前記エンジンユニット（１５）ごと前記建設機械本体（１Ａ）に対して着脱自在に設けられている
   ことを特徴とする電気駆動式建設機械（１）。
4. 請求項３に記載の電気駆動式建設機械（１）において、
   前記コンポネントには、燃料タンクが含まれる
   ことを特徴とする電気駆動式建設機械（１）。
5. 建設機械本体（１Ａ）側の主油圧回路（９）に作動油を供給する油圧ポンプ（５）を駆動するための電動機（２）を備えた電気駆動式建設機械の運転方法において、
   前記建設機械本体（１Ａ）には、前記主油圧回路（９）に接続される補助油圧ポンプ（１１，１２）と、
   この補助油圧ポンプ（１１，１２）を駆動するとともに、前記補助油圧ポンプ（１１，１２）が前記建設機械本体（１Ａ）に固定された状態で前記建設機械本体（１Ａ）に対して着脱自在とされた補助エンジン（１４）とを含んで構成される補助駆動ユニット（１０）を設けておき、
   この補助駆動ユニット（１０）の前記補助油圧ポンプ（１１，１２）を、前記建設機械本体（１Ａ）に常時搭載しておき、
   前記電動機（２）が作動不能な状況では、前記補助駆動ユニット（１０）の前記補助エンジン（１４）を前記建設機械本体（１Ａ）に搭載して前記補助ポンプを駆動し、
   前記電動機（２）が作動可能な状況では、前記補助エンジン（１４）を前記建設機械本体（１Ａ）から外して、前記電動機（２）により前記油圧ポンプ（５）を駆動する
   ことを特徴とする電気駆動式建設機械（１）の運転方法。

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