JP7495910B2

JP7495910B2 - 作業用車両

Info

Publication number: JP7495910B2
Application number: JP2021130004A
Authority: JP
Inventors: 俊平奥谷
Original assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2024-06-05
Anticipated expiration: 2041-08-06
Also published as: US20230039650A1; US11993917B2; EP4129743A1; JP2023023994A

Description

本発明は、作業用車両に関する。

従来、電気自動車において、バッテリから切り離された後のインバータに蓄電された電荷を交流モータに消費させる方式や前記インバータに蓄電された電荷の放電時間を制御する方式が提案されている（特許文献１：特許第３２８９５６７号公報、特許文献２：特開２０１６－０８３９７７号公報）。また、交流モータをインバータ制御して油圧駆動する方式の作業用車両が知られている（特許文献３：特許第６４６３５３７号公報）。

特許第３２８９５６７号公報特開２０１６－０８３９７７号公報特許第６４６３５３７号公報

作業用車両は、バッテリからインバータへの直流給電回路を形成するコンタクタに大電流が流れる構成上、スイッチをＯＦＦにした直後にバッテリからインバータが切り離されないことがある。そのため、従来の油圧式作業用車両は、スイッチをＯＦＦにしてメンテナンスする際のメンテナンス対象によっては、インバータの残留電圧によって感電する虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、スイッチをＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間において、交流モータを作動させることで、メンテナンスする際の安全性を従来よりも高めた作業用車両を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。

本発明に係る作業用車両は、インバータが交流モータを作動させて油圧ポンプから作動油を吐出させることで作動する駆動部と、前記インバータへの直流給電を行うバッテリと、前記インバータに信号接続されたコントローラと、前記コントローラに信号接続されたバッテリマネジメントシステムと、スイッチと、前記バッテリマネジメントシステムの指令によって作動し前記バッテリと前記インバータとを接続するコンタクタと、前記コントローラに信号接続されたディスプレイ部とを備え、前記スイッチは停止信号を送信可能に前記コントローラに信号接続されており、前記駆動部は第１駆動部と第２駆動部とを含んでおり、前記インバータは第１インバータと第２インバータとを含んでおり、前記交流モータは第１モータと第２モータとを含んでおり、前記油圧ポンプは第１ポンプと第２ポンプとを含んでおり、前記第１駆動部は、前記第１インバータが前記第１モータを作動させることで前記第１ポンプを作動させる構成であり、前記第２駆動部は、前記第２インバータが前記第２モータを作動させることで前記第２ポンプを作動させる構成であり、前記停止信号を受信した前記コントローラは、前記第１インバータと前記第２インバータとをそれぞれ制御し、第１の期間は前記第１モータと前記第２モータとをそれぞれ作動させる構成であり、前記スイッチがＯＦＦになって前記コントローラがシャットダウンモードに移行したときは、前記第１ポンプに対応して作動する第１アクチュエータへは前記第１ポンプからの前記作動油が吐出されない状態になっており、前記第２ポンプに対応して作動する第２アクチュエータへは前記第２ポンプからの前記作動油が吐出されない状態になっており、前記スイッチがＯＦＦになることで前記バッテリマネジメントシステムによって前記コンタクタがＯＦＦ制御されるとともに前記停止信号が前記コントローラに送信され、前記停止信号を受信した前記コントローラは、前記スイッチをＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間である前記第１の期間において、前記交流モータを作動させることで前記所定時間に達した時点の前記インバータにおける残留電圧を予め設定された設定値よりも低下させる停止制御を行う構成であることを特徴とする。

この構成によれば、メンテナンスする際に前記残留電圧によって感電することを防止することができるので、安全性を従来よりも高めた作業用車両にできる。

前記残留電圧が前記設定値以上であると前記コントローラが判断した場合、前記コントローラは第１エラー信号を前記ディスプレイ部に送信し、前記第１エラー信号を受信した前記ディスプレイ部は第１エラー表示を表示する構成であることが好ましい。ここで、第１エラー表示が表示される第１期間は予め設定される。この構成によれば、オペレータまたは作業者に、異常を知らせることができる。

前記残留電圧が前記設定値以上であると前記コントローラが判断した場合、再起動したときに前記コントローラは第２エラー信号を前記ディスプレイ部に送信し、前記第２エラー信号を受信した前記ディスプレイ部は第２エラー表示を表示する構成であることが好ましい。ここで、第２エラー表示が表示される第２期間は予め設定される。この構成によれば、オペレータまたは作業者に、異常を知らせることができる。一例として、第２期間は第１期間よりも長い時間である。一例として、第２期間と第１期間とは同じ長さ時間の場合がある。一例として、第１エラー信号と第２エラー信号とは同じ信号の場合がある。一例として、第１エラー表示と第２エラー表示とは同じ表示の場合がある。

前記インバータにおける残留電圧は、前記インバータの出力側に配設されたキャパシタに蓄電された電荷量に比例する。そこで、前記コントローラは前記所定時間が経過した時点で前記キャパシタに蓄電された電荷量をセンサにて検出し、検出した前記電荷量から残留電圧を算出する。または、前記コントローラは前記所定時間が経過した時点で前記キャパシタにおける残留電圧を電圧計にて検出する。このようにして、前記コントローラは前記インバータの残留電圧を監視する。そして、前記コントローラは前記所定時間が経過した時点の前記残留電圧が設定値未満のときは正常であると判断する。また、前記コントローラは前記所定時間が経過した時点の前記残留電圧が設定値以上のときは異常であると判断する。

一例として、前記期間は、０．１～１０．０[秒]に設定される。一例として、前記期間は０．５～３．０[秒]に設定される。一例として、前記残留電圧の設定値は、６０[Ｖ]以下の任意の値に設定される。一例として、前記期間および前記残留電圧の設定値は、ＥＣＵ書き換えによって設定される。

前記コントローラの前記停止制御における前記交流モータへの指示回転数は、アクチュエータを駆動する際の前記油圧ポンプの回転数よりも低速度であってもよく、前記油圧ポンプを待機状態にするときの回転数であってもよく、前記油圧ポンプが故障しない程度の必要最低回転数であってもよく、前記油圧ポンプが故障しない程度の必要最低回転数以上であればよい。また、前記交流モータへの指示回転数と前記油圧ポンプの回転数とは、同期されて、同じであっても、変速機等を介して異なっていてもよい。一例として、前記交流モータへの指示回転数は、１００[ｍｉｎ．―¹]～３０００[ｍｉｎ．―¹]の範囲内の任意の値に設定される。より好ましい一例として、前記交流モータへの指示回転数は、１００[ｍｉｎ．―¹]～１０００[ｍｉｎ．―¹]の範囲内の任意の値に設定される。ここで、前記交流モータがメインモータとサブモータとから構成される場合は、前記停止制御の対象をメインモータにして、サブモータを前記停止制御の対象から外す場合がある。

前記コントローラは、前記停止制御における前記交流モータへの指示回転数を制御することができる。つまり、前記コントローラは、前記指示回転数および前記期間を組み合わせすることによって前記残留電圧の低下を制御することができる。一例として、前記指示回転数を大きくして、前記期間を短くする。一例として、前記期間を長くして、前記指示回転数を小さくする。これにより、前記残留電圧の低下レベルを制御することができる。これにより、前記残留電圧の低下速度を制御することができる。

一例として、前記スイッチは起動信号を送信可能に前記コントローラに信号接続されており、前記スイッチがＯＮになることで前記バッテリマネジメントシステムによって前記コンタクタがＯＮ制御されるとともに前記起動信号が前記コントローラに送信され、前記起動信号を受信した前記コントローラは前記交流モータの起動制御を行う構成である。これにより、起動用スイッチと停止用スイッチとを一つのスイッチで兼用することができて合理的な回路構成にできる。

前記駆動部は第１駆動部と第２駆動部とを含んでおり、前記インバータは第１インバータと第２インバータとを含んでおり、前記交流モータは第１モータと第２モータとを含んでおり、前記油圧ポンプは第１ポンプと第２ポンプとを含んでおり、前記第１駆動部は前記第１インバータと前記第１モータと前記第１ポンプとを有し、前記第２駆動部は前記第２インバータと前記第２モータと前記第２ポンプとを有し、前記停止信号を受信した前記コントローラは、前記第１インバータと前記第２インバータとをそれぞれ制御し、前記期間は前記第１モータと前記第２モータとをそれぞれ作動させる構成である。これにより、多機能型の作業車両にできる。前記構成において、前記スイッチがＯＦＦになって前記コントローラがシャットダウンモードに移行したときは、前記第１ポンプに対応して作動する第１アクチュエータへは前記第１ポンプから作動油が吐出されない状態になっており、前記第２ポンプに対応して作動する第２アクチュエータへは前記第２ポンプから作動油が吐出されない状態になっている。これにより、意図せずに各油圧アクチュエータが作動することが防止できて、安全性を従来よりも高めた多機能型の作業用車両にできる。

本発明によれば、スイッチをＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間は交流モータが作動し、その後に停止する停止制御を行うことで、メンテナンスする際の安全性を従来よりも高めた作業用車両が実現する。

図１は、本実施形態に係る作業用車両におけるコントローラのインバータ制御を示す概略の回路図である。図２は、図１におけるコントローラの停止制御を示す概略のタイミングチャート図である。図３は、図２におけるコントローラの停止制御の動作手順を示す概略のフローチャート図である。図４は、本実施形態に係る作業用車両を示す概略の外観図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態は、一例として図４に示すパワーショベル、またはスキッドステアローダ、若しくはキャリア、などのバッテリを動力源にした作業用車両１であり、特に、交流モータをインバータ制御して油圧駆動する方式の作業用車両１である。作業用車両１の駆動部３は、バッテリ９から電力供給されて作動し、コントローラ４によって駆動制御される。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

図１に示すように、作業用車両１は、リチウムイオンバッテリなどのバッテリ９と、バッテリ９から電力供給されて作動する駆動部３と、駆動部３を制御するコントローラ４と、コントローラ４に接続されるディスプレイ部５と、バッテリ９を監視するバッテリマネジメントシステム７と、バッテリマネジメントシステム７の制御によって作動するコンタクタ８と、スイッチ６と、コントローラ４およびバッテリマネジメントシステム７に電力供給する鉛バッテリ１７を有する。スイッチ６は起動信号を送信可能にコントローラ４に信号接続されており、かつ、スイッチ６は停止信号を送信可能にコントローラ４に信号接続されている。スイッチ６は、起動用と停止用を兼用したスイッチであり、キースイッチやプッシュスイッチなどの既知の構成が適用できる。なお、配線図は要部以外の表記を一部省略している。

図１の例では、バッテリマネジメントシステム７とコンタクタ８とバッテリ９とによってバッテリパック２が構成される。バッテリパック２は脱着可能に作業用車両１に装着される。一例として、コンタクタ８の接点が溶着して作動不良になったときはバッテリパック２を脱着して新品と交換する。一例として、バッテリ９が耐用寿命に達したときはバッテリパック２を脱着して新品と交換する。なお、バッテリ９の温度を検知する温度センサなどの各種センサがバッテリパック２に内蔵されており、それらの配線図は省略している。

ディスプレイ部５は、駆動部３の作動情報、バッテリ９の残容量情報、その他既知の車両情報を表示可能な構成であって、異常時は警告をディスプレイ画面に表示可能な構成であり、かつ、異常時は警報をスピーカから発することが可能な構成である。

図１の例は、バッテリマネジメントシステム７がコンタクタ８をオン制御することによってコンタクタ８がバッテリ９から第１インバータ１１および第２インバータ１２への直流給電回路を形成し、バッテリ９から第１インバータ１１および第２インバータ１２に電力供給される構成である。バッテリ９は、一例として、多数のセルを組み合わせた大容量のリチウムイオンバッテリであり、電源電圧は７０～６００[Ｖ]である。

図１の例は、コントローラ４の指令によって第１インバータ１１が第１モータ１３を作動させることで第１ポンプ１５を作動させる構成であり、また、コントローラ４の指令によって第２インバータ１２が第２モータ１４を作動させることで第２ポンプ１６を作動させる構成である。第１モータ１３と第２モータ１４は、いずれも埋込磁石型モータ（ＩＰＭモータ）である。一例として、第１ポンプ１５と第２ポンプ１６は、ギアポンプである。一例として、第１ポンプ１５によって走行、ブーム、アーム、バケットなどの主要動作を分担する複数のアクチュエータが作動する。また、第２ポンプ１６によって旋回動作を分担するアクチュエータが作動する。なお、ひとつの油圧ポンプによって複数のアクチュエータが作動する構成にする場合もある。

オペレータは、作業用車両１を起動する際にスイッチ６をＯＮにする。スイッチ６をＯＮにすると、コントローラ４に起動信号が送信され、前記起動信号を受信したコントローラ４は、第１インバータ１１を制御して第１モータ１３の起動制御を行い、また、前記起動信号を受信したコントローラ４は、第２インバータ１２を制御して第２モータ１４の起動制御を行う。

図２はコントローラ４の停止制御を示す概略のタイミングチャート図であり、図３はコントローラ４の停止制御の動作手順を示す概略のフローチャート図である。引き続き、作業用車両１におけるコントローラ４の停止制御の動作手順について、以下に説明する。

オペレータは、作業用車両１を停止するに際してスイッチ６をＯＦＦにする。スイッチ６をＯＦＦにすると、コントローラ４に停止信号が送信され、コントローラ４は前記停止信号を受信してシャットダウンモードに移行するステップＳ１になる。スイッチ６がＯＦＦになってコントローラ４がシャットダウンモードに移行したときは、第１ポンプ１５に対応して作動する第１アクチュエータへは第１ポンプ１５から作動油が吐出されない状態になっており、第２ポンプ１６に対応して作動する第２アクチュエータへは第２ポンプ１６から作動油が吐出されない状態になっている。

ステップＳ１に続いて、コントローラ４は、スイッチ６をＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間Ｔ１は回転数Ｒ１にてモータ作動を指示するステップＳ２に進む。ステップＳ２にて、期間Ｔ１における第１モータ１３と第２モータ１４はそれぞれ回転数Ｒ１で回転する。

ステップＳ２に続いて、コントローラ４は、所定時間に達した時点の前記インバータにおける残留電圧Ｖ１を監視するステップＳ３に進む。一例として、コントローラ４は、所定時間に達した時点の第１インバータ１１の出力側に配設されたキャパシタに蓄電された電荷量をセンサにて検出し、検出した前記電荷量から残留電圧Ｖ１を算出する。この例では、第１モータ１３の定格出力は第２モータ１４の定格出力よりも大きい値になっているので、第１インバータ１１の残留電圧Ｖ１が予め設定された設定値未満である場合は第２インバータ１２の残留電圧Ｖ１は設定値未満であるとみなすことができる。

ステップＳ３に続いて、コントローラ４は残留電圧Ｖ１の異常の有無を判断するステップＳ４に進む。一例として、コントローラ４は、所定時間に達した時点の残留電圧Ｖ１が設定値Ｖ２未満であると判断したときは、正常であると判断しシャットダウンモードを終了して停止する。一方、コントローラ４は、所定時間に達した時点の残留電圧Ｖ１が設定値Ｖ２以上であると判断したときは、異常であると判断して、エラー信号をディスプレイ部５に送信するステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、異常であるとコントローラ４が判断した場合は、コントローラ４によって直ちに第１エラー信号がディスプレイ部５に送信され、前記第１エラー信号を受信したディスプレイ部５が第１エラー表示をする。前記第１エラー表示が表示される第１期間は予め設定される。一例として、ディスプレイ部５が停止する際に、第１エラー表示が０．１～１０[秒]表示される。

また、ステップＳ５において、異常であるとコントローラ４が判断した場合は、コントローラ４に付設の記憶部にエラー情報がエラー履歴として記憶され、ディスプレイ部５が再起動したときに、前記記憶部に前記エラー履歴として記憶された前記エラー情報に基づく第２エラー信号がディスプレイ部５に送信され、前記第２エラー信号を受信したディスプレイ部５が第２エラー表示をする。前記第２エラー表示が表示される第２期間は予め設定される。一例として、ディスプレイ部５が再起動したときに、前記第２エラー表示が１０～３０[秒]表示される。

本実施形態によれば、スイッチ６をＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間Ｔ１は第１モータ１３および第２モータ１４が作動し、その後に停止する停止制御を行うことで、メンテナンスする際の安全性を従来よりも高めた作業用車両１になる。

なお、インバータへの直流給電を行うバッテリは、上述したリチウムイオンバッテリに限られず、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池、硫化物電池などの二次電池が適用可能である。

上述の作業用車両１は、仕様等に合わせて適宜仕様変更する場合がある。本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

１作業用車両
２バッテリパック
３駆動部
４コントローラ
５ディスプレイ部
６スイッチ（キースイッチ）
７バッテリマネジメントシステム
８コンタクタ
９バッテリ（リチウムイオンバッテリ）
１１インバータ（第１インバータ）
１２インバータ（第２インバータ）
１３交流モータ（第１モータ）
１４交流モータ（第２モータ）
１５油圧ポンプ（第１ポンプ）
１６油圧ポンプ（第２ポンプ）
１７バッテリ（鉛バッテリ）
Ｔ１期間（スイッチをＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間）
Ｖ１残留電圧
Ｖ２設定値

Claims

インバータが交流モータを作動させて油圧ポンプから作動油を吐出させることで作動する駆動部と、前記インバータへの直流給電を行うバッテリと、前記インバータに信号接続されたコントローラと、前記コントローラに信号接続されたバッテリマネジメントシステムと、スイッチと、前記バッテリマネジメントシステムの指令によって作動し前記バッテリと前記インバータとを接続するコンタクタと、前記コントローラに信号接続されたディスプレイ部とを備え、前記スイッチは停止信号を送信可能に前記コントローラに信号接続されており、前記駆動部は第１駆動部と第２駆動部とを含んでおり、前記インバータは第１インバータと第２インバータとを含んでおり、前記交流モータは第１モータと第２モータとを含んでおり、前記油圧ポンプは第１ポンプと第２ポンプとを含んでおり、前記第１駆動部は、前記第１インバータが前記第１モータを作動させることで前記第１ポンプを作動させる構成であり、前記第２駆動部は、前記第２インバータが前記第２モータを作動させることで前記第２ポンプを作動させる構成であり、前記停止信号を受信した前記コントローラは、前記第１インバータと前記第２インバータとをそれぞれ制御し、第１の期間は前記第１モータと前記第２モータとをそれぞれ作動させる構成であり、前記スイッチがＯＦＦになって前記コントローラがシャットダウンモードに移行したときは、前記第１ポンプに対応して作動する第１アクチュエータへは前記第１ポンプからの前記作動油が吐出されない状態になっており、前記第２ポンプに対応して作動する第２アクチュエータへは前記第２ポンプからの前記作動油が吐出されない状態になっており、前記スイッチがＯＦＦになることで前記バッテリマネジメントシステムによって前記コンタクタがＯＦＦ制御されるとともに前記停止信号が前記コントローラに送信され、前記停止信号を受信した前記コントローラは、前記スイッチをＯＦＦにした時点から所定時間に達するまでの期間である前記第１の期間において、前記交流モータを作動させることで前記所定時間に達した時点の前記インバータにおける残留電圧を予め設定された設定値よりも低下させる停止制御を行う構成であること
を特徴とする作業用車両。
前記残留電圧が前記設定値以上であると前記コントローラが判断した場合、前記コントローラは第１エラー信号を前記ディスプレイ部に送信し、前記第１エラー信号を受信した前記ディスプレイ部は第１エラー表示を表示する構成であること
を特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
前記残留電圧が前記設定値以上であると前記コントローラが判断した場合、再起動したときに前記コントローラは第２エラー信号を前記ディスプレイ部に送信し、前記第２エラー信号を受信した前記ディスプレイ部は第２エラー表示を表示する構成であること
を特徴とする請求項１または２に記載の作業用車両。