JP6163458B2 - 電動式作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば建設機械、産業機械等として好適に用いられ、外部電源から給電されることにより作動する電動式作業機械に関する。

一般に、電動式作業機械は、各種の建設機械、産業機械等として用いられており、このような作業機械としては、例えば電動式の油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の従来技術による油圧ショベルは、その車体に複数の電動モータ等が搭載されている。そして、これらの電動モータは、例えば車体を走行させたり、作業装置のブーム、アーム、バケット等を作動させるために油圧ポンプを駆動する構成となっている。

また、車体の上部側には、外部電源に接続されるコネクタ等を備えた受電装置が設けられ、この受電装置は、工場内の建屋天井に架設される電源ケーブルに接続されるようになっている。

そして、油圧ショベルを運転するときには、まず電源ケーブルを油圧ショベルの受電装置に接続して、外部電源と接続する。これにより、各電動モータには、外部電源から電源ケーブルを介して電力が供給されるので、これらの電動モータを必要に応じて作動させることにより、土木作業等を行うことができるものである。

特開２００４−２２５３５５号公報

ところで、特許文献１に記載のような電動式作業機械は、予め工場内建屋天井に電源ケーブルを架設しておく必要があり、工場内にこのような設備を持たないところでは使用することができない。また、この電動式作業機械は油圧ショベルの上部旋回体側に受電装置を設けるため、作業によって旋回動作を行う際に、電源ケーブルのねじれや旋回体への干渉を防ぐための機構を備える必要があり、構造が複雑になり易い。

本発明の電動式作業機械は上記のような課題を解決するものであり、工場の天井等に予め電源ケーブルを架設する必要がなく、また、旋回動作等を行う際に電源ケーブルにねじれ等が生じることがなく、また電源ケーブルが車体に干渉するおそれのない電動式作業機械を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、下部走行体と、この下部走行体の上方に旋回可能に配置されて、駆動源となる電動機を備えた上部旋回体とを有する電動式作業機械において、前記上部旋回体と前記下部走行体との間に設けられ前記下部走行体側から供給された電源を上部旋回体側に導く集電装置と、電源ケーブルリール装置によって一定の巻取力が付与され外部電源に接続されて前記下部走行体側に電源を供給する電源側ケーブルを支持し、前記下部走行体の側部に設けられたケーブル支持装置とを備え、前記ケーブル支持装置は、その先端部に前記電源側ケーブルを支持するケーブル支持部を有し、前記ケーブル支持部は前記上部旋回体の旋回半径よりも外側に位置するように設けられおり、前記ケーブル支持部は、円弧面を有し前記電源側ケーブルを案内するケーブル案内面と、前記ケーブル案内面を両側から挟むように設けられた一対のガイド部を備えており、前記下部走行体の側方からみて、扇状の形状を成していることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記ケーブル支持装置が、前記下部走行体に対して上方に仰動可能に設けられた仰動アームを有しており、前記ケーブル支持部は、前記仰動アームの先端部に設けられたことを特徴とする。

本発明の電動式作業機械は、容易に設置可能な既存の電源ケーブル装置を用いることができ、しかも作業中に旋回動作等を行っても電源ケーブルにねじれや、車体への干渉を防止でき、作業性を大幅に向上させることができる。

本発明の電動式作業機械の一実施形態を構成する油圧ショベルの側面図である。 図１の正面図である。 本実施形態に備えられた集電装置の構造を示す要部拡大図である。 作業状態におけるケーブル支持装置の状態を説明する状態説明図である。

以下、本発明に係る電動式作業機械について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の電動式作業機械の一実施形態を構成する油圧ショベルの側面図である。本実施形態では、電動式作業機械として油圧ショベル１００を取り上げているが、電動式作業機械は油圧ショベル１００に限るものではなく、油圧クレーン等の電気駆動式の作業機械にも適用できる。

油圧ショベル１００では、下部走行体２に旋回可能に上部旋回体１５が取り付けられている。上部旋回体１５は、下部走行体２に載置される旋回フレーム１６と、旋回フレーム１６の上部に設けられ運転席を有するキャブ１８と、キャブ１８の後方に設けられ建屋カバー１９とを備えている。

上部旋回体１５の前部には、掘削、解体等の作業に使用するフロント２１の一端部が取り付けられている。建屋カバー１９の後端部には、カウンタウエイト１７が配置されている。旋回フレーム１６上には、不図示の電動機や制御装置、油圧ポンプ、タンク等の機器が配置されており、これら各機器には外部電源から電源側ケーブル１を介して電力が供給されている。なお、下部走行体２の側面部には、この電源側ケーブル１を保持するために、ケーブル支持装置６０が取り付けられている。

フロント２１は、ブーム４１、アーム４２、グラップル４３の各部材がキャブ１８側から順に接続されて構成されており、これら部材を駆動するためにシリンダ４４〜４６が各部材に近接して配置されている（図３参照）。なお、グラップル４３は解体物等を把持するためのアタッチメントである。

また、下部走行体２は、主要構造物としてのトラックフレーム３と、このトラックフレーム３の左右両側にそれぞれ設けられ、履帯１０、１１が巻装されたサイドフレーム５、６と、このサイドフレーム５、６にそれぞれ設けられ、この履帯１０、１１を駆動する走行モータ１２、１３とを有する。

次に図２により下部走行体２等を説明する。図２は、フロント２１を省略し、中心線Ｏ−Ｏの左半分を断面として記したものである。下部走行体２は、主要構造物としてのトラックフレーム３を有し、このトラックフレーム３は、中央部にセンタフレーム４が配置されており、センタフレーム４の左右両側には、サイドフレーム５、６が配置されている。センタフレーム４の上部には、円筒状の丸胴９が固着されている。

サイドフレーム５、６は、この油圧ショベル１００の前、後方向に延びる四角筒状体である。履帯１０、１１はサイドフレーム５、６に巻装されており、サイドフレームの後端には、走行モータ１２、１３が設けられている。

トラックフレーム３の丸胴９上には、旋回フレーム１６が旋回輪２０を介して旋回可能に搭載されており、図示しない旋回モータによって、上部旋回体１５は、図２の中心線Ｏ−Ｏを旋回中心として旋回動作する。

油圧ショベル１００は、左右の履帯１０、１１を互いに同一方向に同一の回転数で回転駆動することにより前後方向に直進走行でき、同一方向に左右それぞれ異なる回転数で回転駆動することにより左右方向にステアリング走行できる。

建屋カバー１９内に収容された不図示の電動機は、電気駆動式の油圧ショベル１００の動力源であり、例えば三相交流モータである。外部電源から制御装置を介して給電されて、油圧ポンプを駆動する。制御装置は、例えば油圧ショベル１００の運転状態やオペレータの運転操作等に応じて、外部電源から電動機への給電状態を制御する。

同様に建屋カバー１９に収容された油圧ポンプは、タンクとともに油圧ショベル１００の油圧源を構成する。油圧ポンプは電動機によって駆動され、タンク内の作動油を圧油として吐出する。この作動油は、オペレータの運転操作等に応じて図示しない制御弁から各種のアクチュエータ（走行モータ１２、１３や、旋回モータ、フロント２１の各シリンダ４４〜４６等）に給排され、これらのアクチュエータを作動させる。

下部走行体２と上部旋回体１５との間には、センタジョイント２７が設けられている。図２に示すように、センタジョイント２７は上部旋回体１５の旋回軸（中心線Ｏ−Ｏ上）にその中心を一致させて配置される。そして、上側油圧配管（上部旋回体側の油圧配管）と下側油圧配管（下部走行体側の油圧配管）とを中心線Ｏ−Ｏ回りに回転可能に接続する。

図３に示すようにセンタジョイント２７は、上部旋回体１５の旋回フレーム１６等に取付けられた内側筒体５１と、内側筒体５１と同心で内側筒体５１に回転可能に嵌合された外側筒体５２とを有している。外側筒体５２は、下部走行体２側に取付けられている。内側筒体５１と外側筒体５２には、これら両筒体５１、５２が相対回転したときにも互いに連通した状態を保持するために、図示しない環状の油路が形成される。

下部走行体２と上部旋回体１５との間には集電装置３０が設けられている。集電装置３０は、センタジョイント２７の下方にセンタジョイント２７と同軸に配置されている。そして、上部旋回体１５側の電気系統と下部走行体２側の電気系統とを、中心線Ｏ−Ｏ回りに回転可能に接続する。

詳しく説明すると、集電装置３０は、ケーシング３３および回転体３４、スリップリング３５、ブラシ３６とを有している。円筒状のケーシング３３は、下部走行体２が有するトラックフレーム３のセンタフレーム４に取り付けられている。回転体３４は、センタジョイント２７の内側筒体５１の下端部に取付けられており、ケーシング３３内で中心線Ｏ−Ｏ回りに回転可能になっている。

導電性の材料で構成された複数のスリップリング３５は、環状板形状に形成されており、回転体３４に互いに間隔をもって設けられている。導電性の材料からなるブラシ３６は、ケーシング３３側に取付けられており、各スリップリング３５に対応して配置され、スリップリング３５の外周と摺接する。

各スリップリング３５は、上側給電配線３１を構成する個々の配線に接続され、各ブラシ３６は、下側給電配線３２を構成する個々の配線に接続されている。上部旋回体１５が下部走行体２上で旋回すると、それとともに各スリップリング３５と上側給電配線３１が中心線Ｏ−Ｏ回りに回転する。このとき、各スリップリング３５にブラシ３６が摺接しているので、上側給電配線３１は下側給電配線３２と接続状態になる。

上側給電配線３１は上部旋回体１５に設けられており、下側給電配線３２は下部走行体２に設けられている。これらの給電配線３１、３２は、例えば複数の配線を束ねたケーブルであり、外部電源から電動機に給電するのに用いられる。上側給電配線３１の一端側は、制御装置を介して電動機に接続されている。上側給電配線３１の他端側は、センタジョイント２７の内側筒体５１の内周側を通って集電装置３０のスリップリング３５に接続される。そして、ブラシ３６を介して下側給電配線３２に接続される。

下側給電配線３２は、集電装置３０部からトラックフレーム３のセンタフレーム４およびサイドフレーム５と履帯１０との間の空間を経てサイドフレーム５の外側面に設けられたケーブル支持装置６０の上面に設けられた接続部７のコネクタに延び、電源側ケーブル１を介して外部電源に接続される。

次にこのサイドフレーム５の外側面に設けられたケーブル支持装置６０の構造を図２により説明する。

ケーブル支持装置６０は、サイドフレーム５の外側面にボルト等により固定されたブラケット６１と、このブラケット６１に対して左右方向（図１の下部走行体２の前後方向）に揺動可能に設けられた揺動アーム６２と、揺動アーム６２の先端部に揺動アーム６２に対して上下方向に仰動可能に設けられた仰動アーム６３と、この仰動アーム６３の先端に設けられたケーブル支持部６４とからなる。ブラケット６１と揺動アーム６２とは縦ピン６５により連結され、揺動アーム６２と仰動アーム６３とは横ピン６６により連結されている。

揺動アーム６２は、仰動アーム６３の基端部下面を支持するように断面凹状に形成され、仰動アーム６３が最下状態となったときに、図２に示すように仰動アーム６３を略水平状態に支持する。

仰動アーム６３は、中空の構造体からなり、先端部が上方に略９０度屈曲した屈曲部６３ａを有し、この屈曲部６３ａの上端（仰動アーム６３の先端）にケーブル支持部６４が設けられる。さらに仰動アーム６３には、中間部上面位置に電源側ケーブル１と下側給電配線３２との接続部７が設けられ、電源側ケーブル１は、後述するケーブル支持部６４の中央部に設けられた不図示のケーブル挿入孔から仰動アーム６３内に挿入されて仰動アーム６３内を経て接続部７に導かれるようになっている。

また、仰動アーム６３は、図４に示すように、上部旋回体１５が下部走行体２に対して９０度旋回した姿勢となったときに、ケーブル支持部６４がカウンタウエイト１７よりも外側に位置するような長さを有し、屈曲部６３ａは、カウンタウエイト１７の後端よりも外側の位置に設定される。これにより、フロント２１により図４のようなジャッキアップ姿勢を取り、仰動アーム６３が接地して仰動アーム６３が上方に回動したとしてもケーブル支持部６４がカウンタウエイト１７に接触することがない。

ケーブル支持部６４は、図１に示すように側面視で扇状の形状を成し、図２に示すように、左右一対のガイド部６４ａとこの一対のガイド部６４ａ間に設けられるケーブル案内部６４ｂとを有する。ケーブル案内部６４ｂは、円弧状のケーブル案内面を有し、左右のガイド部６４ａとともに、図１の中心線Ｐ−Ｐに対して左右（前後方向）対称に形成される。ケーブル案内部６４ｂの中心線Ｐ−Ｐ上には、前述のケーブル挿入孔が形成される。

次に図１により本実施形態による電動式作業機械の動作を説明する。図１に示すように作業現場には、外部電源に接続された電源ケーブルリール装置７０が予め設置される。この電源ケーブルリール装置７０は、既知のもので、バネ等の付勢手段により、電源側ケーブル１に一定の巻取力（張力）が付与されている。この張力は電源側ケーブル１に大きな弛みが生じないように予め設定されるものである。油圧ショベル１００を前進側に走行操作すると図１の図中右側方向に油圧ショベル１００が移動する。この移動に伴い、電源ケーブルリール装置７０から電源側ケーブル１が繰り出される。電源側ケーブル１は、中心線Ｐ−Ｐよりも後方側（図中左側）のガイド部６４ａとケーブル案内部６４ｂで支持される。

また、作業場所を変えるために、油圧ショベル１００を後進側に走行操作すると図１の図中左側方向に油圧ショベル１００が移動する。移動に伴い、電源側ケーブル１は、電源ケーブルリール装置７０に巻き取られていき、油圧ショベル１００が電源ケーブルリール装置７０に近づくと電源側ケーブル１は立ち上がり、電源ケーブルリール装置７０を越えてさらに後進すると、電源側ケーブル１は、中心線Ｐ−Ｐよりも前方側（図中右側）に切り返されて中心線Ｐ−Ｐよりも前方側（図中右側）のガイド部６４ａとケーブル案内部６４ｂで支持される。このように油圧ショベル１００を前後方向に移動させても電源側ケーブル１を確実に案内することができる。

また、移動した作業場所でフロント２１および旋回モータを操作してフロント２１の姿勢、位置を変化させて作業を行うとき、上述したようにケーブル支持装置６０のケーブル支持部６４は、車体側方でかつ上部旋回体後端の旋回半径よりも外側（カウンタウエイト１７の外側）で電源側ケーブル１を支持するから、作業に伴って旋回動作させてもケーブルに影響を及ぼすことがない。つまり、オペレータはケーブルを気にすることなく作業に集中することが可能になる。

また、図４のようにフロント２１により油圧ショベル１００をジャッキアップしてケーブル支持装置６０が接地したとしても、ケーブル支持装置６０が下部走行体２に対して上方に移動するため、ケーブル支持装置６０に過度の力が作用することがなく、損傷を防止することができる。その際、ケーブル支持部６４は上部旋回体後端の旋回半径よりも外側（カウンタウエイト１７の外側）に位置するから、カウンタウエイト１７に接触することがなく損傷を防止できる。

また、作業を終了し、油圧ショベル１００を輸送する場合には、電源側ケーブル１を接続部７から切り離した後、揺動アーム６２をサイドフレーム５の側面に沿うように左右いずれかの方向に揺動させることで、ケーブル支持装置６０の突出幅を小さくした格納状態として輸送することができる。

１；電源側ケーブル
２；下部走行体
３；トラックフレーム
５、６；サイドフレーム
１５；上部旋回体
２１；フロント
３０；集電装置
３２；下側給電配線
６０；ケーブル支持装置
６１；ブラケット
６２；揺動アーム
６３；仰動アーム
６４；ケーブル支持部
６４ａ；ガイド部
６４ｂ；ケーブル案内部
７０；電源ケーブルリール装置
１００；油圧ショベル（電動式作業機械）

Claims (2)

1. 下部走行体と、この下部走行体の上方に旋回可能に配置されて、駆動源となる電動機を備えた上部旋回体とを有する電動式作業機械において、
   前記上部旋回体と前記下部走行体との間に設けられ前記下部走行体側から供給された電源を上部旋回体側に導く集電装置と、
   電源ケーブルリール装置によって一定の巻取力が付与され外部電源に接続されて前記下部走行体側に電源を供給する電源側ケーブルを支持し、前記下部走行体の側部に設けられたケーブル支持装置とを備え、
   前記ケーブル支持装置は、その先端部に前記電源側ケーブルを支持するケーブル支持部を有し、前記ケーブル支持部は前記上部旋回体の旋回半径よりも外側に位置するように設けられおり、
   前記ケーブル支持部は、円弧面を有し前記電源側ケーブルを案内するケーブル案内面と、前記ケーブル案内面を両側から挟むように設けられた一対のガイド部を備えており、前記下部走行体の側方からみて、扇状の形状を成していることを特徴とする電動式作業機械。
2. 前記ケーブル支持装置は、前記下部走行体に対して上方に仰動可能に設けられた仰動アームを有し、前記ケーブル支持部は、前記仰動アームの先端部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電動式作業機械。