JP7343448B2 - 旋回作業機 - Google Patents

Description

本発明は、下部走行体等の下部装置上に上部旋回体を搭載した建設機械等の旋回作業機に関する。

従来、例えば掘削作業機等の建設機械として、下部装置としての下部走行体と、下部走行体に対して旋回可能に搭載された上部旋回体とを有する旋回作業機がある。このような旋回作業機において、例えば電動モータ等の電動式の駆動源を有するものがある。電動モータは、例えば、下部走行体を走行させるための走行用電動モータであったり、上部旋回体に設けられた掘削装置を動作させるための油圧ポンプの駆動用のモータであったりする。

特許文献１には、下部走行体に走行用電動モータを有する油圧ショベルにおいて、上部旋回体に搭載された電源装置から、電力伝達用の回転式接続装置を介して、走行用電動モータに電力を供給する構成が開示されている。回転式接続装置は、上部旋回体の旋回にともなって回転するスリップリングと、スリップリングの外周に接触するブラシとを有する。

特許文献２には、上部旋回体に設置された電気エネルギー貯蔵装置の電力を下部走行体に伝達するためのターニングジョイントを備えた電気式掘削機が開示されている。ターニングジョイントは、上部旋回体に巻き付けられた上部コイルと、下部走行体に巻き付けられた下部コイルとを有し、上部コイルから電磁誘導により下部コイルに電力を伝達するように構成されている。

特開２００８－６６２３５号公報 特表２０１４－５０５１８５号公報

特許文献１に開示されているように、スリップリングおよびブラシを用いて電力を伝達する構成によれば、次のような問題がある。すなわち、スリップリングとブラシは、互いに物理的に接触した状態で相対回転することで通電を行うため、これらの部材について摩耗による劣化が問題となる。

この点、特許文献２に開示されているように、上部コイルおよび下部コイルのコイル間における電磁誘導を利用して電力を伝達する構成によれば、コイル間において非接触の状態で給電が行われることから、コイル間で摩耗による劣化は生じないと考えられる。しかしながら、上部旋回体に巻き付けられた上部コイル、および下部走行体に巻き付けられた下部コイルの一対のコイルにより電力の伝達を行う構成によれば、次のような問題がある。

すなわち、コイルの大きさが旋回作業機のサイズ等に応じて決まってくるため、機種毎にコイルを設計する必要が生じ、コイルについての設計の自由度が低く、汎用性に乏しいという問題がある。また、電気抵抗値が大きくなりやすいため、エネルギーロスが大きくなってしまう。また、下部走行体に対する上部旋回体の旋回支持部分において、上部旋回体および下部走行体のそれぞれに対して大型のコイルを所定の位置に巻き付ける必要があるため、組立て性が悪く、生産効率の面で改善の余地がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電力を伝達するための構成について高い汎用性を得ることができるとともに、電力を安定して供給することができてエネルギーロスを低減することができ、生産効率を向上させることができる旋回作業機を提供することを目的とする。

本発明に係る旋回作業機は、下部装置と、前記下部装置に対して所定の回転軸を中心として旋回可能に設けられた上部旋回体と、を備える旋回作業機であって、電力の供給を受けて駆動する電動式の駆動源と、前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか一方に設けられ、前記駆動源に供給される電力を蓄える蓄電装置と、前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか他方に設けられ、中心軸を前記回転軸と平行とする向きで、前記回転軸を中心とした円周に沿うように第１の間隔を隔てて配置され、前記駆動源に供給される電力を受け取る複数の受電コイルと、前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか一方に設けられ、中心軸を前記回転軸と平行とする向きで、前記円周に沿うように前記第１の間隔と異なる第２の間隔を隔てて配置され、前記蓄電装置からの電力を電磁誘導により前記複数の受電コイルに送る複数の送電コイルと、を備えるものである。

また、本発明の他の態様に係る旋回作業機は、前記旋回作業機において、前記受電コイルおよび前記送電コイルは、互いに略同一または同一のコイル径を有するものである。

また、本発明の他の態様に係る旋回作業機は、前記旋回作業機において、前記複数の送電コイルは、前記円周の周方向に隣り合った一対の前記送電コイルを含み、前記第１の間隔および前記第２の間隔は、前記一対の前記送電コイルのうちの一方の前記送電コイルの前記受電コイルに対する前記周方向についての位置ずれ量が最小のときに、前記一対の前記送電コイルのうちの他方の前記送電コイルの前記受電コイルに対する前記位置ずれ量が最大となるように設定されているものである。

また、本発明の他の態様に係る旋回作業機は、前記旋回作業機において、前記複数の受電コイルは、前記駆動源に対する給電回路において並列接続されているものである。

また、本発明の他の態様に係る旋回作業機は、前記旋回作業機において、前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか他方に設けられ、前記給電回路における前記複数の受電コイルと前記駆動源との間に接続され、前記駆動源に供給される電力を蓄える蓄電装置を備えるものである。

本発明によれば、電力を伝達するための構成について高い汎用性を得ることができるとともに、電力を安定して供給することができてエネルギーロスを低減することができ、生産効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る掘削作業機の左側面図である。 本発明の一実施形態に係る掘削作業機を下部走行体と上部旋回体に分解した状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る送電コイルおよび受電コイルの配置構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る受電コイルの配置構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る送電コイルの配置構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る送電コイルおよび受電コイルの作用についての説明図である。 本発明の一実施形態に係る送電コイルの配置構成の変形例を示す図である。

本発明は、下部装置上に上部旋回体を搭載した構成において、上部旋回体の旋回動作にともなって電磁誘導により電力が伝達されるように、下部装置および上部旋回体のそれぞれに複数のコイルを設けることで、下部装置および上部旋回体の間における非接触で効率の良い給電構成を実現しようとするものである。以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施形態では、本発明に係る旋回作業機として、建設機械の一種である掘削作業機を例にとって説明する。ただし、本発明に係る旋回作業機は、掘削作業機に限らず、例えば、クレーン作業機等の他の建設機械、産業機械に広く適用可能である。

本実施形態に係る掘削作業機１の全体構成について、図１および図２を用いて説明する。図１および図２に示すように、掘削作業機１は、自走可能な走行車体としての走行装置２と、走行装置２に取り付けられた作業部としての掘削装置３および排土装置４とを備える。

走行装置２は、掘削作業機１の本機をなす部分であり、左右一対のクローラ式の走行部５，５と、左右の走行部５，５を支持するトラックフレーム６と、トラックフレーム６上に設けられた旋回フレーム７とを有する。

走行部５は、所定のフレームに支持された複数のスプロケット等の回転体に履帯を巻回した構成を有する。トラックフレーム６は、左右の走行部５，５間の中央部に位置するセンターフレーム部６ａと、センターフレーム部６ａの左右両側に設けられたサイドフレーム部６ｂとを有する。旋回フレーム７は、トラックフレーム６に対して、上下方向の軸線である旋回軸１０回りに左右いずれの方向にも旋回可能に設けられている。

旋回フレーム７上には、運転部８が設けられている。運転部８は、走行装置２、掘削装置３、および排土装置４を運転・操作するためのものであり、旋回フレーム７に対して設けられた略箱状のキャビン９内に設けられている。キャビン９は、左側の側面部に、運転部８に対するオペレータの乗降口を開閉させる開閉扉９ａを有する。

運転部８においては、床部上に運転席支持台が設けられており、運転席支持台上に運転席８ａが設けられている。運転部８において、運転席８ａの周囲には、走行レバー等の走行操作部や、掘削装置３や排土装置４を操作するための作業操作レバー等の作業操作部等が配設されている。

旋回フレーム７の前端の左右中央部には、掘削装置３の基端部が取り付けられている。トラックフレーム６の前側には、左右の走行部５，５間を介して、排土装置４が取り付けられている。

掘削装置３は、その基端部を構成するブーム１２と、ブーム１２の先端側に連結されたアーム１３と、アーム１３の先端部に取り付けられたバケット１４とを有する。また、掘削装置３は、ブーム１２を回動動作させるブームシリンダ１５と、アーム１３を回動動作させるアームシリンダ１６と、バケット１４を回動動作させるバケットシリンダ１７とを有する。これらのシリンダは、いずれも油圧シリンダとして構成されている。

排土装置４は、左右の走行部５，５間において前後方向に伸延する左右一対のアームを含む支持フレーム１８と、支持フレーム１８の先端側に設けられた排土板であるブレード１９と、支持フレーム１８を介してブレード１９を昇降させるブレードシリンダ２０とを有する。

支持フレーム１８は、左右のアームを、トラックフレーム６の前部に設けられた支持ブラケットに対して左右方向を回動軸方向として回動可能に支持させ、トラックフレーム６に対して昇降回動可能に取り付けられている。ブレード１９は、支持フレーム１８の前側に、支持フレーム１８と一体的に設けられている。ブレードシリンダ２０は、トラックフレーム６とブレード１９の裏側との間に前後に架設された状態で設けられている。

以上のような構成を備えた掘削作業機１においては、運転席８ａに着座したオペレータにより走行レバーや作業操作レバー等が適宜操作されることで、所望の動作・作業が行われる。具体的には、例えば、走行レバーの操作により、走行装置２の前後直進走行や左右旋回走行が行われる。また、作業操作レバーの操作により、掘削装置３による掘削作業、あるいは排土装置４による排土作業や整地作業が行われる。

本実施形態に係る掘削作業機１は、電動モータ等の電動式の駆動源を有する電動式建設機械である。掘削作業機１は、電動式の駆動源として、左右一対の走行用電動モータ３０，３０を有する。走行用電動モータ３０は、各走行部５において、トラックフレーム６のサイドフレーム部６ｂ等の所定の支持部材に対して取り付けられた状態で、駆動スプロケット等の駆動用の回転体を回転駆動させるように設けられている。左右の走行用電動モータ３０，３０がそれぞれ走行部５を駆動させることで、走行装置２の前後直進走行や左右旋回走行が行われる。走行用電動モータ３０は、例えば三相交流モータである。

一方、旋回フレーム７においては、走行用電動モータ３０に供給される電力を蓄える蓄電装置としてのバッテリユニット３１が設けられている。掘削作業機１は、トラックフレーム６に対する旋回フレーム７の旋回支持部分において、バッテリユニット３１の電力を走行用電動モータ３０へと送るための構成（以下「旋回支持部送電構成」という。）を備える。

旋回作業機としての掘削作業機１は、旋回構成として、図２に示すように、下部装置としての下部走行体２１と、下部走行体２１上に搭載され、下部走行体２１に対して所定の回転軸である旋回軸１０を中心として旋回可能に設けられた上部旋回体２２とを備える。本実施形態に係る掘削作業機１において、下部走行体２１は、左右の走行部５，５と、これら走行部５，５の間にセンターフレーム部６ａを位置させるトラックフレーム６と、トラックフレーム６の前側に設けられた排土装置４とを含む部分である。また、上部旋回体２２は、旋回フレーム７と、旋回フレーム７上に設けられたキャビン９と、旋回フレーム７の前側に設けられた掘削装置３とを含む部分である。

そして、掘削作業機１は、電力の供給を受けて駆動する電動式の駆動源として、下部走行体２１に設けられた左右の走行用電動モータ３０，３０を備え、上部旋回体２２に設けられ走行用電動モータ３０に供給される電力を蓄える蓄電装置として、バッテリユニット３１を備える。バッテリユニット３１の電力が、旋回支持部送電構成によって下部走行体２１へと伝達され、左右の走行用電動モータ３０，３０に供給される。

掘削作業機１は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回支持装置として、旋回軸受装置である旋回ベアリング２５を有する。すなわち、上部旋回体２２は、下部走行体２１に対して、旋回ベアリング２５を介して旋回可能に支持されている。旋回ベアリング２５は、下部走行体２１の上部となるトラックフレーム６のセンターフレーム部６ａの上側に設けられており、旋回軸１０を回転中心線として円環状に構成されている。

旋回ベアリング２５は、互いに同心配置されるとともに鋼球等の多数の転動体を介して相対回転するように設けられた円環状の内輪および外輪を有する。内輪および外輪のうち一方が下部走行体２１側に固定され、他方が上部旋回体２２側に固定される。上部旋回体２２の底面となる旋回フレーム７の水平状の下面７ａには、旋回ベアリング２５を取り付けるための円環状の取付面部７ｂが設けられている。

このような構成により、旋回軸１０を中心とした内輪および外輪の相対回転により、下部走行体２１に対して上部旋回体２２が旋回する。なお、下部走行体２１と上部旋回体２２との間における旋回支持装置の構成は、特に限定されるものではない。

掘削作業機１は、旋回支持装置の駆動源として、旋回用モータ（図示せず）を備える。旋回用モータは、歯車等を介して内輪または外輪に係合しており、旋回ベアリング２５を回転駆動させる。旋回用モータの駆動力により、上部旋回体２２が旋回動作を行う。旋回用モータは、例えば電動モータや油圧モータである。

また、掘削作業機１は、上部旋回体２２において、掘削装置３等を動作させるためのポンプ駆動用モータ３２を備える。ポンプ駆動用モータ３２は、例えば、旋回フレーム７上の後部に設置される（図１参照）。ポンプ駆動用モータ３２は、上部旋回体２２に設けられた複数の油圧ポンプを駆動させる。ポンプ駆動用モータ３２により駆動する油圧ポンプは、各種の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７、旋回用モータ（油圧モータである場合）等）に対して作動用の圧油を供給する。ポンプ駆動用モータ３２は、例えば三相交流モータである。

上部旋回体２２には、所定の場所に給電口（図示せず）が設けられている。この給電口に商用電源等の外部電源の給電ケーブルが接続され、バッテリユニット３１が充電される。

以上のような構成を備えた掘削作業機１は、旋回支持部送電構成として、下部走行体２１側に設けられた複数の受電コイル４０と、上部旋回体２２側に設けられた一対の送電コイル５０（５０Ａ，５０Ｂ）を有する。受電コイル４０および送電コイル５０は、いずれも所定の中心軸４１，５１を巻回中心（巻き軸）として略円筒状の外形をなすように導線としての線材を螺旋状に巻回した円形コイルであり、中心軸方向視で円形状をなす。

受電コイル４０および送電コイル５０は、互いに略同一または同一のコイル径を有する。ここで、コイル径が同一とは、コイルの外径であるコイル外径が互いに同一であること、コイルの内径であるコイル内径が互いに同一であること、コイル外径とコイル内径との平均、つまり線材の中心が描く円の直径であるコイル平均径が同一であることのいずれかである。したがって、受電コイル４０および送電コイル５０が同じ線材により形成されたものである場合、コイル外径、コイル内径、およびコイル平均径のいずれかが両コイル同士で同一となる。

受電コイル４０は、例えば、図６に示すように、コイル本体を巻回させる円柱状の芯材４２とともにコイルユニット４５を構成する。同様に、送電コイル５０は、例えば、図６に示すように、コイル本体を巻回させる円柱状の芯材５２とともにコイルユニット５５を構成する。コイルユニット４５，５５は、受電コイル４０および送電コイル５０それぞれが接続される回路構成において、コネクタ等を介して着脱可能に設けられる。

受電コイル４０は、下部走行体２１の上面に設置されている。具体的には、受電コイル４０は、トラックフレーム６のセンターフレーム部６ａの上側において、旋回ベアリング２５の内側の水平状の面部を下コイル設置面部２６として、旋回軸１０の周りに、下コイル設置面部２６上に固定された状態で設けられている。

受電コイル４０は、下コイル設置面部２６に対して、例えばコイルユニット４５として着脱可能に設けられる。例えば、下コイル設置面部２６に、下コイル取付部として、コイルユニット４５を装着するための嵌合凹部を設け、この嵌合凹部にコイルユニット４５を嵌め込む構成とすることで、受電コイル４０を容易に位置決めして設置することが可能となる。なお、下コイル取付部は、凹部に限らず突起部や挟持部や溝部等であってもよく、下コイル設置面部２６上においてコイルユニット４５を係合させて位置決めさせる作用が得られる部分であればよい。

受電コイル４０は、下コイル設置面部２６上において、中心軸４１を旋回軸１０と平行とする向き、つまり中心軸４１と上下方向とする向きで設置されている。つまり、受電コイル４０は、上面視で円形状となるように設置されている。

複数の受電コイル４０は、旋回軸１０の軸方向視で旋回軸１０を中心とした円周に沿うように等間隔で配置されている。具体的には、図３および図４に示すように、複数の受電コイル４０は、旋回軸１０に対応した旋回中心点Ｏ１を中心とした円である第１仮想円６１に沿って配置されている。つまり、複数の受電コイル４０は、それぞれ中心軸４１を第１仮想円６１上に位置させるように配置されている。なお、複数の受電コイル４０は、上下方向の位置を共通とするように設けられている。

複数の受電コイル４０は、所定の間隔である第１の間隔α１を隔てて等間隔で、つまり等ピッチで配置されている。ここで、第１の間隔α１は、第１仮想円６１の円周方向に隣り合う受電コイル４０間における同円周方向に沿う中心軸４１間の間隔である。つまり、第１の間隔α１は、第１仮想円６１についての旋回中心点Ｏ１を中心とした角度範囲の円弧の長さとなり、同角度範囲で表される。

本実施形態では、２２個の受電コイル４０が配置されている。このため、第１の間隔α１は、第１仮想円６１における約１６°の角度範囲の円弧の長さとなる。ただし、受電コイル４０の個数等は特に限定されるものではない。

送電コイル５０は、上部旋回体２２の下面に設置されている。具体的には、送電コイル５０は、旋回フレーム７の下面７ａにおいて、旋回ベアリング２５が取り付けられる取付面部７ｂの内側の水平状の面部を上コイル設置面部２７として、旋回軸１０の周りに、上コイル設置面部２７上に固定された状態で設けられている。

送電コイル５０は、上コイル設置面部２７に対して、例えばコイルユニット５５として着脱可能に設けられる。例えば、上コイル設置面部２７に、上コイル取付部として、コイルユニット５５を装着するための嵌合凹部を設け、この嵌合凹部にコイルユニット５５を嵌め込む構成とすることで、送電コイル５０を容易に位置決めして設置することが可能となる。なお、上コイル取付部は、凹部に限らず突起部や挟持部や溝部等であってもよく、上コイル設置面部２７上においてコイルユニット５５を係合させて位置決めさせる作用が得られる部分であればよい。

送電コイル５０は、上コイル設置面部２７上において、中心軸５１を旋回軸１０と平行とする向き、つまり中心軸５１と上下方向とする向きで設置されている。つまり、送電コイル５０は、下面視で円形状となるように設置されている。

一対の送電コイル５０は、旋回軸１０の軸方向視で旋回軸１０を中心とした円周に沿うように配置されている。具体的には、図３および図５に示すように、一対の送電コイル５０は、旋回軸１０に対応した旋回中心点Ｏ２を中心とした円である第２仮想円６２に沿って配置されている。つまり、一対の送電コイル５０は、それぞれ中心軸５１を第２仮想円６２上に位置させるように配置されている。第２仮想円６２は、第１仮想円６１と同径の円であり、両仮想円は、旋回軸１０の軸方向視で互いに一致する。なお、一対の送電コイル５０は、上下方向の位置を共通とするように設けられている。

一対の送電コイル５０は、所定の間隔である第２の間隔α２を隔てて配置されている。ここで、第２の間隔α２は、第１の間隔α１と異なる間隔であり、第２仮想円６２の円周方向に隣り合う送電コイル５０間における同円周方向に沿う中心軸５１間の間隔である。つまり、第２の間隔α２は、第２仮想円６２についての旋回中心点Ｏ２を中心とした角度範囲の円弧の長さとなり、同角度範囲で表される。

本実施形態では、一対の送電コイル５０間の第２の間隔α２は、第１の間隔α１よりも大きく設定されている。具体的には、第１の間隔α１の大きさをθ１とし、第２の間隔α２の大きさをθ２とした場合、第２の間隔α２の大きさθ２は、第１の間隔α１の大きさθ１よりも大きく、かつ、第１の間隔α１の大きさθ１の２倍の値よりも小さくなるように（θ１＜θ２＜２・θ１となるように）設定されている。

本実施形態では、第２の間隔α２は、第１の間隔α１との関係において、例えば、第２仮想円６２における約２４°の角度範囲の円弧の長さとなる。ただし、送電コイル５０の個数や配置間隔等は特に限定されるものではない。

以上のように上部旋回体２２に設けられた一対の送電コイル５０は、上部旋回体２２の旋回動作にともなって、旋回軸１０を中心として第２仮想円６２に沿って移動することになる。つまり、旋回軸１０の軸方向視において、送電コイル５０の中心軸５１の軌道が、第２仮想円６２に一致する。したがって、一対の送電コイル５０は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回動作にともない、固定状態の複数の受電コイル４０に対して、その上方の位置で、旋回軸１０の軸方向視で、複数の受電コイル４０が沿う第１仮想円６１に沿って移動することになる。

送電コイル５０は、第２仮想円６２上の位置によって、つまり上部旋回体２２の旋回位置（旋回角度）によって、いずれかの受電コイル４０に対して上下に対向した状態となる。ここで、上下に対向した状態は、受電コイル４０および送電コイル５０が、中心軸４１，５１同士を一致させた状態である。

受電コイル４０および送電コイル５０は、上下方向について、両コイル間で電磁誘導の作用が得られる程度に近接配置されている。つまり、受電コイル４０の上側の仮想の端面をなす上端部４０ａと、送電コイル５０の下側の仮想の端面をなす下端部５０ａとが、両コイル間で電磁誘導（相互誘導）の作用が得られる程度に近接している。受電コイル４０と送電コイル５０の上下方向の間隔、つまり互いに中心軸４１，５１を一致させた状態における受電コイル４０の上端部４０ａと送電コイル５０の下端部５０ａとの間隔は、特に限定されるものではないが、例えば、コイル半径（コイル径の半分）からコイル径程度の寸法の間隔となる。

送電コイル５０は、上部旋回体２２に設けられたバッテリユニット３１からの電力を電磁誘導により複数の受電コイル４０に送る送電用のコイルである。受電コイル４０は、走行用電動モータ３０に供給される電力として、送電コイル５０からの電力を受け取る受電用のコイルである。

図３に示すように、送電コイル５０を流れる電流の変化にともない、送電コイル５０および受電コイル４０を貫く磁束３９が変化し、この磁束変化によって受電コイル４０に誘導起電力が生じる。その結果、受電コイル４０に電流が流れる。このようにして、送電コイル５０から受電コイル４０への電力の伝達が行われる。

図６を用いて、受電コイル４０および送電コイル５０を含む回路構成について説明する。図６に示す回路構成は、走行用電動モータ３０に対する給電用の回路の構成であり、バッテリユニット３１を含む電源システム７０として掘削作業機１に備えられる。

図６に示すように、電源システム７０は、上部旋回体２２に設けられる構成として、バッテリユニット３１と、バッテリユニット３１に接続されたインバータ７１と、インバータ７１を介してバッテリユニット３１に接続された一対の送電コイル５０（５０Ａ，５０Ｂ）とを備える。図６に示す例では、一対の送電コイル５０は、直列接続されている。また、バッテリユニット３１には、インバータ７２を介して、ポンプ駆動用モータ３２が接続されている。上部旋回体２２に設けられたこれらの要素は、電源システム７０において、上部旋回体２２側の回路構成である送電回路８２を構成している。

電源システム７０は、下部走行体２１に設けられる構成として、複数の受電コイル４０と、これらの受電コイル４０に接続されたコンバータ７３と、コンバータ７３に接続されたインバータ７４と、インバータ７４に接続された走行用電動モータ３０とを備える。複数（本実施形態では２２個）の受電コイル４０は、並列接続されている。下部走行体２１に設けられたこれらの要素は、電源システム７０において、下部走行体２１側の回路構成である給電回路８１を構成している。このように、本実施形態に係る掘削作業機１が備える複数の受電コイル４０は、走行用電動モータ３０に対する給電回路８１において並列接続されている。

以上のような構成を備えた電源システム７０において、商用電源等の外部電源から給電ケーブルを介して上部旋回体２２に供給された交流電力は、図示せぬ給電器により直流電力に変換され、バッテリユニット３１に供給される。これにより、バッテリユニット３１が充電される。

バッテリユニット３１は、インバータ７１に直流電力を供給する。インバータ７１は、バッテリユニット３１から供給された直流電力（直流電圧）を交流電力（交流電圧）に変換し、一対の送電コイル５０に供給する。送電コイル５０は、受電コイル４０に対して交流電力を送る。

受電コイル４０は、送電コイル５０から送られる交流電力を受ける。コンバータ７３は、受電コイル４０から入力された交流電力を、適切な電圧の直流電力に変換し、インバータ７４に供給する。インバータ７４は、コンバータ７３から供給された直流電力を、走行用電動モータ３０の回転数やトルク等の制御に関する指令値に応じた電圧、周波数の交流電力として走行用電動モータ３０に供給する。

また、電源システム７０は、図６に示すように、下部走行体２１に設けられた蓄電装置（第２の蓄電装置）としての走行用バッテリ７５を備える。すなわち、走行用バッテリ７５は、下部走行体２１に設けられ、走行用電動モータ３０に対する給電回路８１における複数の受電コイル４０と走行用電動モータ３０との間に接続され、走行用電動モータ３０に供給される電力を蓄える。

走行用バッテリ７５は、コンバータ７３とインバータ７４との間において、蓄電回路７６として接続されている。走行用バッテリ７５には、受電コイル４０が受けたバッテリユニット３１からの電力が供給されて蓄電される。つまり、走行用バッテリ７５は、送電コイル５０および受電コイル４０を介して、バッテリユニット３１からの電力の供給を受ける。受電コイル４０から入力された交流電力が、コンバータ７３によって直流電力に変換され、走行用バッテリ７５に充電される。走行用バッテリ７５からの直流電力は、インバータ７４によって交流電力に変換され、走行用電動モータ３０に供給される。

以上のような構成を備えた電源システム７０において、複数の受電コイル４０および複数の送電コイル５０それぞれの配置間隔について説明する。本実施形態に係る電源システム７０は、複数の送電コイル５０として、第２仮想円６２の周方向に隣り合った一対の前記送電コイル５０Ａ，５０Ｂを含む。また、上述のとおり、複数の受電コイル４０は、第１の間隔α１を隔てて配置されており、一対の送電コイル５０は、第２の間隔α２を隔てて配置されている。

そこで、本実施形態において、第１の間隔α１および第２の間隔α２は、次のような条件を満たすように設定されている。すなわち、第１の間隔α１および第２の間隔α２は、一対の送電コイル５０のうちの一方の送電コイル５０の受電コイル４０に対する周方向についての位置ずれ量が最小のときに、一対の送電コイル５０のうちの他方の送電コイル５０の受電コイル４０に対する位置ずれ量が最大となるように設定されている。

上部旋回体２２の旋回動作にともない、複数の受電コイル４０および一対の送電コイル５０がそれぞれ周方向の間隔を保持した状態で周方向に相対移動する構成において、受電コイル４０に対する送電コイル５０の位置ずれ量（以下「コイル位置ずれ量」という。）の大きさは、周方向の位置によって周期的に変化することになる。ここで、コイル位置ずれ量は、送電コイル５０の移動方向となる旋回軸１０の軸方向視における円周方向についての、受電コイル４０に対する送電コイル５０の中心軸４１，５１同士のずれ量である。

したがって、送電コイル５０が、その中心軸５１を、いずれかの受電コイル４０の中心軸４１の位置に一致させた状態、つまり送電コイル５０がいずれかの受電コイル４０に対して円周軌道における同位相に位置する状態が、その送電コイル５０について、コイル位置ずれ量が最小（ゼロ）の状態となる。これに対し、送電コイル５０が、その中心軸５１を、円周軌道において、隣り合う受電コイル４０，４０の中心軸４１，４１間の中央に位置させた状態、つまり送電コイル５０が隣り合う受電コイル４０，４０間の中央の位相に位置する状態が、その送電コイル５０について、コイル位置ずれ量が最大の状態となる。

コイル位置ずれ量は、旋回軸１０の軸方向視における受電コイル４０と送電コイル５０のコイル面の重複面積の大きさに置き換えることができる。すなわち、送電コイル５０が、いずれかの受電コイル４０に対して、旋回軸１０の軸方向視において、コイル面を完全に一致させた状態、つまりコイル面の重複面積が最大の状態が、その送電コイル５０について、コイル位置ずれ量が最小の状態となる。そして、コイル面の重複面積が徐々に小さくなることにともない、コイル位置ずれ量が徐々に大きくなる。

以上のようなコイル位置ずれ量に関し、一方の送電コイル５０のコイル位置ずれ量が最小のときに、他方の送電コイル５０のコイル位置ずれ量が最大となるように、第１の間隔α１および第２の間隔α２が定められている。本実施形態では、第１の間隔α１および第２の間隔α２は、次のように設定されている。

すなわち、図７Ａに示すように、一対の送電コイル５０のうちの一方の送電コイル５０Ａが、受電コイル４０に対するコイル位置ずれ量を最小とするとき、他方の送電コイル５０Ｂは、コイル位置ずれ量を最大としている。図７Ａに示す例では、複数の受電コイル４０のうち、一方の（コイル位置ずれ量が最小の）送電コイル５０Ａと同位相に位置する受電コイル４０Ｘに対し、受電コイル４０Ｘの隣（図における右隣）に位置する受電コイル４０Ｙと、その受電コイル４０Ｙの隣（図における右隣）に位置する受電コイル４０Ｚとの間の中央の位相に、他方の（コイル位置ずれ量が最大の）送電コイル５０Ｂが位置している。

図７Ａに示す例の場合、一対の送電コイル５０間の第２の間隔α２の大きさは、隣り合う受電コイル４０間の第１の間隔α１の大きさの１．５倍の大きさとなっている。なお、図７Ａは、受電コイル４０および送電コイル５０の配置に関し、旋回軸１０を中心とした円周方向を図における左右方向として展開した状態を示している。したがって、図７Ａにおける左右方向が、受電コイル４０に対する送電コイル５０の移動方向となる。

図７Ａに示す例において、コイル位置ずれ量が最小の送電コイル５０Ａは、対向する受電コイル４０（４０Ｘ）との関係で、コイルを貫く磁束量を最大とし、送電コイル５０から受電コイル４０に対する給電が最も効率的に行われる状態（給電が可能な状態）となる（矢印Ｅ１参照）。これに対し、図７Ａに示す例において、コイル位置ずれ量が最大の送電コイル５０Ｂは、受電コイル４０との関係で、コイルを貫く磁束量を最小とし、送電コイル５０から受電コイル４０に対する給電が実質的に行われない状態（給電が実質的に不可能な状態）となる（矢印Ｅ２参照）。

図７Ｂは、図７Ａに示す状態から、上部旋回体２２の旋回動作によって、一対の送電コイル５０が、図における右方向に第１の間隔α１の半分の量（半ピッチ）移動し（矢印Ｍ１参照）、送電コイル５０の位置がずれた状態を示す。図７Ｂに示す状態においては、一方の送電コイル５０Ａが、コイル位置ずれ量を最大とする送電コイル５０となり、他方の送電コイル５０Ｂが、コイル位置ずれ量を最小とする送電コイル５０となっている。つまり、送電コイル５０Ａは、受電コイル４０に対する給電が実質的に不可能な状態となり（矢印Ｆ１参照）、送電コイル５０Ｂは、受電コイル４０に対する給電が可能な状態でとなっている（矢印Ｆ２参照）。

本実施形態では、送電コイル５０についての第２の間隔α２の大きさは、受電コイル４０についての第１の間隔α１の大きさの１．５倍となっているが、これに限定されるものではない。第２の間隔α２の大きさは、例えば、第１の間隔α１の大きさの２．５倍や３．５倍の大きさであってもよい。つまり、第１の間隔α１と第２の間隔α２の大小関係は、一対の送電コイル５０のうち一方の送電コイル５０のコイル位置ずれ量が最小のときに、他方の送電コイル５０のコイル位置ずれ量が最大となるように、他方の送電コイル５０が、一方の送電コイル５０が対応する受電コイル４０以外の隣り合う２つの受電コイル４０間の中央に位置するような大小関係であればよい。なお、コイル位置ずれ量に関しては、コイル位置ずれ量が、コイル径の略半分程度（例えば約４０％程度）となることで、コイル間の給電電力が実質的にゼロになることが知られている。

以上のような構成を備えた本実施形態に係る掘削作業機１によれば、上部旋回体２２から下部走行体２１に電力を伝達するための構成、つまり旋回支持部送電構成について高い汎用性を得ることができるとともに、電力を安定して供給することができてエネルギーロスを低減することができ、生産効率を向上させることができる。

すなわち、本実施形態に係る旋回支持部送電構成によれば、複数の受電コイル４０および送電コイル５０を用いた構成であるため、掘削作業機１のサイズ等に応じて、受電コイル４０および送電コイル５０の大きさと個数を容易に変更することができる。これにより、機種毎にコイルを設計すること等が不要となり、コイルの大きさ・個数等についての設計の自由度を高くすることができ、高い汎用性を得ることができる。また、例えば下部走行体２１および上部旋回体２２のそれぞれにおいて比較的大型の１つのコイルを用いた構成と比べて、電気抵抗値を小さくすることができ、エネルギーロスを低減することができる。

また、複数の受電コイル４０および送電コイル５０を用いた構成によれば、下部走行体２１および上部旋回体２２に対して、例えばコイルユニット４５，５５としてユニット化すること等により比較的容易にコイルを設置することが可能となる。これにより、良好な組立て性を得ることができ、生産効率を向上させることができるとともに、部品の共用化によるコスト削減や部品の管理負担の軽減等を達成することができる。

また、本実施形態に係る旋回支持部送電構成によれば、複数の受電コイル４０に対して、複数の（一対の）送電コイル５０が設けられているため、電力を安定して供給することが可能となり、エネルギーロスを低減することができる。

すなわち、仮に、複数の受電コイル４０に対して、１つの送電コイル５０のみを設けた構成によれば、その送電コイル５０がコイル位置ずれ量を最大の位置とする状態となることで、送電コイル５０から受電コイル４０への送電が実質的に不可能な状態が生じ、電力の供給が不安定となる。これに対し、送電コイル５０を複数設けることで、いずれか１つの送電コイル５０からの送電が不可能な状態であっても、他の１つの送電コイル５０により送電を行うことができる構成とすることで、電力を安定して供給することが可能となる。

そこで、複数の受電コイル４０および一対の送電コイル５０は、第１の間隔α１と第２の間隔α２同士を異ならせるように設けられている。このような構成によれば、送電コイル５０から受電コイル４０に対して電力を安定して供給することが可能となる。

すなわち、仮に、受電コイル４０の配置間隔と送電コイル５０の配置間隔が同じであった場合、つまり第１の間隔α１と第２の間隔α２が同じであった場合、すべての送電コイル５０が同時的に送電不可能な状態となることがあり、電力の供給が不安定となる。これに対し、第１の間隔α１と第２の間隔α２を互いに異ならせることで、すべての送電コイル５０が同時的に送電不可能な状態となることを回避することができ、送電コイル５０から受電コイル４０への送電量を安定させることが可能となり、エネルギーロスを低減することができる。

特に、本実施形態においては、一対の送電コイル５０に関し、一方の送電コイル５０のコイル位置ずれ量が最大となるときに、他方の送電コイル５０のコイル位置ずれ量が最小となるように、受電コイル４０および送電コイル５０が配置されている。このような構成によれば、一方の送電コイル５０が送電不可能な状態であっても、他方の送電コイル５０により最大の送電量での給電が可能となるため、上部旋回体２２の旋回位置にかかわらず、一対の送電コイル５０による合計の送電量を安定させることができる。これにより、電力の供給を効果的に安定させることができ、エネルギーロスを可及的に低減することができる。したがって、例えば受電コイル４０のコイル面の面積に対して送電コイル５０のコイル面の面積を十分に確保できない場合等においても、安定した電力の供給を可能にすることができる。

また、本実施形態においては、受電コイル４０および送電コイル５０が、互いに略同一または同一のコイル径を有する。このような構成によれば、受電コイル４０に対し、送電コイル５０で生じた磁束を効率的に貫かせることができる。これにより、送電コイル５０から受電コイル４０への効率的な送電が可能となり、エネルギーロスを効果的に低減することができる。

また、本実施形態に係る旋回支持部送電構成によれば、複数の受電コイル４０および送電コイル５０による磁界結合を用いた構成であるため、下部走行体２１と上部旋回体２２との間で、非接触による給電を行うことが可能となる。これにより、例えばスリップリングとブラシ等のように互いに接触した部材同士による送電を行う構成と異なり、送電のための部材間において摩耗が生じることを無くすことができる。これにより、摩耗による部材の劣化にともなう部品交換を無くすことができる。

また、本実施形態に係る旋回支持部送電構成においては、複数の受電コイル４０が並列接続されている。このような構成によれば、複数の受電コイル４０が同時的に電力の供給を受けた場合であっても、走行用電動モータ３０に対して安定的に電力を供給することができる。なお、複数の受電コイル４０は、走行用電動モータ３０に対する給電回路８１において直列接続されてもよいが、回路における抵抗を小さくして効率的な給電を行う観点からは、複数の受電コイル４０の接続形態としては、本実施形態のように並列接続を用いることが好ましい。

また、本実施形態に係る旋回支持部送電構成においては、下部走行体２１側の回路構成に走行用バッテリ７５を備える。このような構成によれば、走行用電動モータ３０が消費した走行用バッテリ７５の電力をバッテリユニット３１から供給される電力により補充することができるため、受電コイル４０および送電コイル５０による給電量を少なく抑えることができる。これにより、受電コイル４０および送電コイル５０を小型に設計することができるので、これらのコイルの製造コストを下げることができる。

また、走行用バッテリ７５を備えた構成によれば、電源システム７０における蓄電量を増やすことができるため、バッテリユニット３１を効率的に使うことができる。また、走行用バッテリ７５を備えることにより、例えば走行装置２の走行の開始時等、比較的大きな電力が短時間に消費される際、受電コイル４０および送電コイル５０により送電される電力に加えて、走行用バッテリ７５によって電力を補うことができる。これにより、受電コイル４０および送電コイル５０による給電量を抑えつつ、瞬間的な大電力の消費に対応することが可能となる。

以上のように実施形態を用いて説明した本発明に係る旋回作業機は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨に沿う範囲で、種々の態様を採用することができる。

上述した実施形態では、複数の送電コイル５０として、一対の送電コイル５０が設けられているが、送電コイル５０の個数は特に限定されるものではなく、３個以上の送電コイル５０が設けられてもよい。また、例えば図８に示すように、複数の送電コイル５０として、隣り合う一対の送電コイル５０が複数組（図に示す例では３組）設けられてもよい。

また、上述した実施形態では、受電コイル４０および送電コイル５０のコイル径が互いに同一であるが、これらのコイルのコイル径は異なっていてもよい。ただし、上述のとおり送電コイル５０から受電コイル４０への効率的な送電を行う観点からは、受電コイル４０および送電コイル５０のコイル径は互いに略同一または同一であることが好ましい。

また、上述した実施形態では、一対の送電コイル５０は、インバータ７１に対して直列接続されているが、一対の送電コイル５０はインバータ７１に対して並列接続されてもよい。

また、上述した実施形態では、受電コイル４０を下側コイルとし、送電コイル５０を上側コイルとするように、受電コイル４０および送電コイル５０は、上下方向について互いに異なる高さ位置に配置されているが、受電コイル４０および送電コイル５０は、互いに同じ高さ位置に配置されてもよい。この場合、旋回軸１０を中心とした円周について、複数の受電コイル４０および複数の送電コイル５０のいずれか一方が内周側に配置され、いずれか他方が外周側に配置される。

また、上述した実施形態では、受電コイル４０および送電コイル５０によってバッテリユニット３１の電力の供給を受ける電動式の駆動源として、走行用電動モータ３０が採用されているが、同駆動源は、これに限定されるものではない。例えば、走行用のモータを油圧モータとするとともに、受電コイル４０および送電コイル５０によってバッテリユニット３１の電力の供給を受ける電動式の駆動源として、下部走行体２１に電動式のポンプ駆動用モータを設けた構成が採用されてもよい。かかる構成においては、ポンプ駆動用モータにより油圧ポンプが駆動され、走行用モータに対して駆動用の圧油が供給される。また、このポンプ駆動用モータを用いて、油圧モータである旋回用モータやブームシリンダ１５等の油圧アクチュエータを駆動させてもよい。

また、上述した実施形態では、ポンプ駆動用モータ３２により駆動した油圧ポンプによって油圧モータである旋回用モータやブームシリンダ１５等の油圧アクチュエータを駆動させる構成が採用されているが、旋回用モータを電動モータとするとともに、各種油圧アクチュエータをすべて電動化した構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、送電コイル５０を上部旋回体２２に設けるとともに受電コイル４０を下部走行体２１に設け、上部旋回体２２に搭載したバッテリユニット３１の電力を下部走行体２１の走行用電動モータ３０に供給する構成であるが、下部走行体２１から上部旋回体２２へと電力を供給する構成であってもよい。具体的には、例えば、下部走行体２１にバッテリユニットを設けるとともに、下部走行体２１の上部に複数の送電コイルを、上部旋回体２２の下部に受電コイルをそれぞれ設けた構成であってもよい。このような構成においては、下部走行体２１のバッテリユニットから、送電コイルおよび受電コイルによって上部旋回体２２へと送電され、上部旋回体２２に搭載されたポンプ駆動用モータ３２等の電動式の駆動源に対して電力が供給される。

また、上述した実施形態では、受電側が多数の受電コイル４０であり、送電側が一対の送電コイル５０であるが、これらのコイルの個数の大小関係は特に限定されない。例えば、受電側を一対の受電コイル４０とし、送電側を多数の送電コイル５０とした構成であってもよい。ただし、エネルギーロスを低減する観点からは、送電側のコイルの数が受電側のコイルの数よりも少ない構成が好ましい。

また、上述した実施形態に係る掘削作業機１は、本発明に係る下部装置の一例として、上部旋回体２２を旋回可能に支持する下部走行体２１であるが、本発明に係る下部装置は、走行体に限定されるものではない。つまり、本発明に係る下部装置は、上部旋回体を旋回可能に支持する構成であればよく、走行部５等の走行用の構成を備えないものであってもよい。

１ 掘削作業機（旋回作業機）
１０ 旋回軸
２１ 下部走行体（下部装置）
２２ 上部旋回体
３０ 走行用電動モータ（駆動源）
３１ バッテリユニット（蓄電装置）
４０ 受電コイル
４１ 中心軸
４５ コイルユニット
５０ 送電コイル
５０Ａ 送電コイル
５０Ｂ 送電コイル
５１ 中心軸
５５ コイルユニット
６１ 第１仮想円
６２ 第２仮想円
７５ 走行用バッテリ（第２の蓄電装置）
８１ 給電回路
８２ 送電回路
α１ 第１の間隔
α２ 第２の間隔

Claims (5)

1. 下部装置と、前記下部装置に対して所定の回転軸を中心として旋回可能に設けられた上部旋回体と、を備える旋回作業機であって、
   電力の供給を受けて駆動する電動式の駆動源と、
   前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか一方に設けられ、前記駆動源に供給される電力を蓄える蓄電装置と、
   前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか他方に設けられ、中心軸を前記回転軸と平行とする向きで、前記回転軸を中心とした円周に沿うように第１の間隔を隔てて配置され、前記駆動源に供給される電力を受け取る複数の受電コイルと、
   前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか一方に設けられ、中心軸を前記回転軸と平行とする向きで、前記円周に沿うように前記第１の間隔と異なる第２の間隔を隔てて配置され、前記蓄電装置からの電力を電磁誘導により前記複数の受電コイルに送る複数の送電コイルと、を備える
   ことを特徴とする旋回作業機。
2. 前記受電コイルおよび前記送電コイルは、互いに略同一または同一のコイル径を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の旋回作業機。
3. 前記複数の送電コイルは、前記円周の周方向に隣り合った一対の前記送電コイルを含み、
   前記第１の間隔および前記第２の間隔は、
   前記一対の前記送電コイルのうちの一方の前記送電コイルの前記受電コイルに対する前記周方向についての位置ずれ量が最小のときに、前記一対の前記送電コイルのうちの他方の前記送電コイルの前記受電コイルに対する前記位置ずれ量が最大となるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の旋回作業機。
4. 前記複数の受電コイルは、前記駆動源に対する給電回路において並列接続されている
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の旋回作業機。
5. 前記下部装置および前記上部旋回体のいずれか他方に設けられ、前記給電回路における前記複数の受電コイルと前記駆動源との間に接続され、前記駆動源に供給される電力を蓄える第２の蓄電装置を備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の旋回作業機。

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