JP5572528B2 - 電動式建設機械の制御機構および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動式建設機械の制御機構および制御方法に係り、特に、油圧ショベルのアクチュエータを動作させる油圧ポンプを電動モータにて駆動させる電動式の油圧ショベルにおいて、電動モータをスターデルタ始動方式により始動するのに好適な電動式建設機械の制御機構および制御方法に関する。

油圧ショベルは、アタッチメントの付け替えによって様々な用途に使われる建設機械であり、１台で様々な用途に対応できるため工事現場で広く使用されている。

近年では、電動モータを搭載し、外部電力を取り込んで電動モータにて油圧ポンプを駆動するタイプの油圧ショベル(通称：「電動式油圧ショベル」)の開発が活発化している。

建設機械などの産業用機械の電動モータとしては、通常、電源として三相交流を用いる三相誘導電動機を用いるのが普通である。三相誘導電動機は、構造が簡単な割には、大きなパワーが得られる利点がある。

三相誘導電動機の始動方式としては、スターデルタ始動方式が広く用いられている。スターデルタ始動方式は、始動時に一次巻き線をスター結線にし、定格速度まで加速したときにデルタ結線に切り替える方式である。この方式は、始動トルクはさほど得られないものの、始動電流を抑えることができるというメリットがある。

このスターデルタ始動方式に関して、特許文献１には、三相誘導モータの始動にスターデルタ始動方式を用いた電動式油圧作業機において、スター回路起動のときに、油圧アクチュエータの作動を制限して、誤作動を防止する技術が開示されている。

特開２０００−１７５４８７号公報

スターデルタ始動方式では、スター回路での駆動中にアクチュエータを動作させると電動モータに負荷がかかり過電流が流れる恐れがある。また、スター回路からデルタ回路に切り替わった際に、操作レバーを動かしていると意図しない動作をしてしまう恐れがある。

そのため、特許文献１では、スター回路起動のときに、油圧アクチュエータの作動を制限している。この特許文献１の制御回路では、スター回路での駆動中において、電磁弁が油圧操作系への圧油供給をロックし、操作レバーを操作してもアクチュエータが駆動しないようにするものである。また、スター回路からデルタ回路に切り替わった際は、ゲートロックを一度解除することで電磁弁のロックを解除する制御システムである。この制御システムによれば、エンジン式建設機械と同様な始動動作を行っても、スター回路で駆動中はアクチュエータが動作しない。そのため日常的にエンジン式の建設機械に乗っている操縦者は、アクチュエータが動作しない事が機械の故障だと勘違いしてしまう恐れがある。また、このシステムは回路が非常に複雑になっているため、メンテナンスなどの面で問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、スターデルタ回路で始動する電動モータにより油圧ポンプを駆動する電動式建設機械において、作業者に使い勝手がよく、簡単な機構により、スター回路での駆動中における電動モータの過負荷を防止し、スター回路からデルタ回路に切り替わった際の急動作を防止することのできる電動式建設機械の制御機構および制御方法を提供することにある。

本発明の電動式建設機械は、電動モータによりアクチュエータを動作させる油圧ポンプを駆動する電動式建設機械であって、制御機構として、コントローラと、油圧ポンプの油圧系統をロックするロックレバーと、ロックレバーの解除を制限するソレノイドロックとを備える。

電動モータは、スターデルタ始動方式により始動される。コントローラは、電動モータのスター回路の駆動信号を検知したときに、信号を出力してソレノイドロックのリレーを励磁し、ロックレバーの解除を制限するようにソレノイドロックをロックする。

コントローラは、電動モータのスター回路の駆動信号を検知しているときに、ロックレバーの解除を制限するように、ソレノイドロックのリレーを励磁させて、ソレノイドロックをロックするように動作させ、電動モータのスター回路の駆動信号を検知しなくなったときに、ソレノイドロックのリレーを励磁をやめて、ソレノイドロックのロックを解除させる。

本発明によれば、スターデルタ回路で始動する電動モータにより油圧ポンプを駆動する電動式建設機械において、作業者に使い勝手がよく、簡単な機構により、スター回路での駆動中における電動モータの過負荷を防止し、スター回路からデルタ回路に切り替わった際の急動作を防止することのできる電動式建設機械の制御機構および制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動式建設機械の側面図である。 本発明の一実施形態に係る電動式建設機械の上面図である。 スターデルタ始動方式によるモータ始動のための回路図である。 運転席側方から見たロックレバーと操作レバーの関係を示す図である。 従来の電動式建設機械の制御機構の構成を示す図である。 ソレノイドロックにより、ロックレバーを制御する動作を説明する図である。 ソレノイドロックにより、ロックレバーを制御する処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図７を用いて説明する。
先ず、図１および図２を用いて本発明の一実施形態に係る電動式建設機械の構造について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動式建設機械の側面図である。
図２は、本発明の一実施形態に係る電動式建設機械の上面図である。

なお、これらの図において、ブーム、アーム、バケット等のフロント作業部材の図示は省略してある。

本発明の一実施形態に係る電動式建設機械は、図１および図２に示されるように、車体外部の商用電源Ａから制御盤１を経由して、電動モータ２やコントローラ４などの各機器に電力が供給される。制御盤１を介して、電力を得た電動モータ２は、油圧ポンプ３を駆動し、油圧により各種アクチュエータを動作させる。運転室内の電動モニタ５には、運転状態などが表示される。

次に、図３を用いてスターデルタ始動方式の原理について簡単に説明する。
図３は、スターデルタ始動方式によるモータ始動のための回路図である。

電動モータ２のスタート時には、始動電流を抑えるために、スターデルタ始動方式が用いられている。スター回路は、始動電流と始動トルクが全電圧始動方式の１／３に抑えることができる。スター回路からデルタ回路への切り替えは、制御盤１内に設けられたタイマーリレーでおこなわれ、デルタ回路は、電流を低下させることなく電動モータ２を駆動させるので、実際にアクチュエータを動作させるための運転用として用いられる。

これを詳細に述べると以下のようになる。

電動モータ２のスタート時に、図３に示されるように、回路２に電流が流れリレーＲ１とタイマーリレーＴが励磁される。タイマーリレーＴは、始めＴｌが励磁され、設定タイマ時間が経過するとＴ２が励磁される。Ｔ１が励磁されると回路２−４に電流が流れ、リレーＲ３が励磁される。このとき回路３では、リレーＲ１，Ｒ３が励磁されているためスター回路により電動モータ２を起動し、回路１からコントローラ４ヘスター回路での起動信号が送られる。設定時間が経過するとタイマーリレーがＴ１からＴ２に切り替わり、回路２、回路３に電流が流れリレーＲ２が励磁される。このとき回路３ではリレーＲ１，Ｒ２が励磁しているためデルタ回路により、電動モータ２が駆動され、回路１からコントローラヘデルタ回路での駆動信号が送られる。

次に、図４ないし図７を用いて本発明の一実施形態に係る電動式建設機械の制御機構の構成と動作について説明する。
図４は、運転席側方から見たロックレバーと操作レバーの関係を示す図である。
図５は、従来の電動式建設機械の制御機構の構成を示す図である。
図６は、ソレノイドロックにより、ロックレバーを制御する動作を説明する図である。
図７は、ソレノイドロックにより、ロックレバーを制御する処理を説明するフローチャートである。

操作レバー７は、通常、複数本設けられ、作業者は、この操作レバー７を中立位置から押し倒すことにより、各種の油圧アクチュエータを操作する。ロックレバー６は、図４に示されるように、運転席の足元に設置されており、作業者が運転室から離れている場合などに、操作レバー７や操作ペダル（図示せず）からの信号を無効にし、各アクチュエータが動作しないようにロックするレバーである。通常、ロックレバー６を引き上げると各種機構がロックに設定され、引き下げると各種機構がアンロックされ、各アクチュエータの動作が可能になる。

電動モータ２は、油圧ポンプ３（メイン油圧ポンプ３ａ、パイロット油圧ポンプ３ｂ）に接続され、それらの油圧の駆動元となり、スターデルタ方式で始動する三相誘導電動機である。

メイン油圧ポンプ３ａは、可変容量型の油圧ポンプであり、コントロールバルブ１０を介して、アクチュエータ１１に圧油を供給する。

パイロット油圧ポンプ３ｂは、固定容量型の油圧ポンプであり、コントロールバルブ１０を操作するパイロット圧を生成する。

操作レバー７を中立方向から、一方向に傾斜させると、操作パイロット圧が生成され、コントロールバルブ１０内により、各種の油圧アクチュエータ１１の作動が制御される。

アクチュエータ１１としては、詳しくは図示しなかったが、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、左右の走行モータ、旋回モータなどがある。

ロックレバー６をロック位置に設定すると、バッテリー８からの電源が電磁切換弁９のソレノイド部に供給されず、遮断位置になる。このため、パイロット油圧ポンプ３ｂからの圧油が遮断されて、油圧系統がロックされ、アクチュエータ１１が駆動されなくなる。

以上の従来技術に係るロックレバー６によるロック機構によると、電動モータ２のスター回路での駆動中にアクチュエータを動作させると、電動モータ２に負荷がかかり過電流が流れる恐れがあることがあげられる。また、スター回路からデルタ回路に切り替わった際に、操作レバーが操作され急動作する恐れがある。

そこで、本実施形態では、図６に示される制御機構により、電動モータ２のスター起動時にロックレバー６の解除を制限するインターロック機構を設ける。

すなわち、運転室のコンソールボックス１２内にロックレバー６の解除を機械的に制限するソレノイドロック１３を設ける。ソレノイドロック１３は、通電時にロックされる通電時ロックタイプを用いる。ソレノイドロック１３への電力は、バッテリー（図示せず）から回路４を通って供給され、回路４にはリレー１４を設け、ソレノイドロック１３のＯＮ、ＯＦＦを切り替える。また、リレー１４を励磁させるためにコントローラ４からアースに電流を落とせるようにする。電動モータ２の始動時には（図７のステップＳ１０）、スター回路で電動モータ２に電力が供給され、この際に制御盤１からコントローラ４へ、スター回路で駆動していることを示す信号が入力される。この信号が入力された場合に限り、コントローラ４は回路４を介してアースに電流を落とし、リレー１４を励磁させる。リレー１４が励磁されるとバッテリーからソレノイドロック２に電流が流れて（Ｓ１１）、ソレノイドロック１３がロック状態になり、ロックレバー６の解除が制限される。モータ始動から一定時間経過すると（Ｓ１２）、制御盤１に設置されたタイマーリレーが切り替わり、電動モータ２の始動回路がスター回路からデルタ回路に切り替わる（Ｓ１３）。デルタ回路に切り替わると、スター回路での駆動信号はコントローラ４に入力されなくなるので、リレー１４は励磁されず、ソレノイドロック１３には電流が流れなくなり（Ｓ１４）、ソレノイドロック１３は解除される。これにより、ロックレバー６の解除が可能になり、各アクチュエータ１１を操作することが可能になる。

１…制御盤、２…電動モータ、３…油圧ポンプ、４…コントローラ、５…電動モニタ５、
６…ロックレバー、７…操作レバー、８…バッテリー、９…電磁切換弁、１０…コントロールバルブ、１１…アクチュエータ、１２…コンソールボックス、１３…ソレノイドロック、１４…リレー。

Claims (2)

1. アクチュエータを動作させる油圧ポンプを電動モータにより駆動する電動式建設機械の制御機構において、
   コントローラと、
   前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの油圧系統をロックするロック機構にロックまたはロック解除の指示を与えるロックレバーと、
   前記ロックレバーの解除を制限するソレノイドロックとを備え、
   前記電動モータは、スターデルタ始動方式により始動され、
   前記コントローラは、前記電動モータのスター回路の駆動信号を検知しているときに、前記ロックレバーの解除を制限するように前記ソレノイドロックを機械的にロックするように動作させ、
   前記電動モータのスター回路の駆動信号を検知しなくなったときに、前記ソレノイドロックのロックを解除させることを特徴とする電動式建設機械の制御機構。
2. アクチュエータを動作させる油圧ポンプを電動モータにより駆動する電動式建設機械の制御方法において、
   前記電動式建設機械は、
   コントローラと、
   前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの油圧系統をロックするロック機構にロックまたはロック解除の指示を与えるロックレバーと、
   前記ロックレバーの解除を制限するソレノイドロックとを備え、
   前記電動モータが、スターデルタ始動方式により始動すると共に、
   前記コントローラは、
   前記電動モータのスター回路の駆動信号を検知するステップと、
   前記電動モータのスター回路の駆動信号を検知しているときに、前記ロックレバーの解除を制限するように前記ソレノイドロックを機械的にロックするように動作させるステップと、
   前記電動モータのスター回路の駆動信号を検知しなくなったときに、前記ソレノイドロックのロックを解除させるステップとを有することを特徴とする電動式建設機械の制御方法。

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