JPH10102544A

JPH10102544A - バッテリ駆動の作業機械

Info

Publication number: JPH10102544A
Application number: JP8261014A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kinukawa; 秀樹絹川; Masayuki Komiyama; 昌之小見山
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Yutani Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-21
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JP3443253B2

Abstract

(57)【要約】【課題】作業を中断することなく、電動機の定格温度
を越えた昇温を確実に抑制することができるようにす
る。【解決手段】電動機３に供給される電流値を検出する
電流センサ６８と、所定作業時間（ｔ₀）内での電流セ
ンサ６８の検出値（ｉ）と、定格電流値（ｉ_N）との差
（ｉ−ｉ_N）の自乗値（（ｉ−ｉ_N）²）を時間で積分し
た積分値（但し、（ｉ−ｉ_N）が正のときは加算、負の
ときは減算して積分した値）を基に電動機３の実績差分
実績発熱量（ΔＷ）を演算する制御手段６６とが設けら
れ、制御手段６６は、差分実績発熱量（ΔＷ）が電動機
３の許容発熱量（Ｗ₀）を越えた場合に、電動機３の出
力量を差分実績発熱量と許容発熱量との差（ΔＷ−
Ｗ₀）に比例した出力減量（ΔＰ）を差し引いた値にす
る制御信号をチョッパ回路６７に向けて出力するように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搭載されたバッテ
リからの電力によって各種の作業を行うバッテリ駆動の
作業機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば実開平４−５３８４６号公
報によって開示されているように、搭載されたバッテリ
からの電力を得て所定の土木作業等を行うバッテリ駆動
方式の作業機械が知られている。この作業機械は、バッ
テリからの電力で電動機を駆動し、この電動機の駆動で
油圧ポンプを運転し、油圧ポンプから吐出される作動油
によって油圧モータを駆動させ、この油圧モータの駆動
でショベル等の作業部材を動作させるように構成されて
いる。

【０００３】このようなバッテリ駆動方式の作業機械
は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機
関を駆動源として用いる内燃機関方式の作業機械よりも
騒音が少なく、かつ、排気ガスが排出されないため、建
物が密集した市街地での作業に適している。

【０００４】通常、バッテリ駆動方式の作業機械は、標
準的な作業負荷に応じた出力が得られる電動機が採用さ
れており、この電動機は、通常の標準的な作業を行う限
り、時間的な制限なく連続駆動し得るように設計されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、作業機械が
例えば油圧ショベルである場合、ショベルに加わる掘削
負荷は地質の状況に応じて変動し、軟らかい地質の場合
は掘削負荷は小さいが、硬い地質の場合は掘削負荷は大
きくなる。従って、同一の掘削量であっても硬い地質の
土壌を掘削する場合は、軟らかい地質の土壌を掘削する
場合よりも多くのバッテリ電力を消費することになり、
その結果、電動機に定格出力を越えた負荷が加わること
がある。このような過負荷が長時間に亘ると、電動機の
コイルが異常に発熱して劣化し、絶縁破壊等を起こして
破損することになる。

【０００６】そこで、通常、電動機が上記定格出力以下
の出力で駆動している場合は連続運転が可能であり、定
格出力を越えると、越えた状態での連続駆動時間（定格
時間）が決められている。そして、この定格時間以内で
あれば、定格負荷を越えた駆動が許容されるようにして
いる。例えば、定格出力が３．９５ＫＷの直巻電動機の
場合、実際の負荷出力が４．８ＫＷのときは連続駆動時
間は６０分、実際の負荷出力が９．８ＫＷのときは３分
というように連続駆動の許容時間が決められている。

【０００７】しかしながら、実際に作業機械を運転して
いる作業現場において、一々電動機の負荷出力を監視
し、負荷出力が定格出力を越えた過負荷時間を累積して
連続駆動時間を越えたか否かを判別することは非常に困
難であるため、図らずも過負荷駆動を長時間に亘って行
ってしまい、その結果、電動機を焼損させることが頻繁
に起こるという問題点を有していた。

【０００８】そこで、従来、電動機が定格温度以上に上
昇した場合には一旦作業を中断し、電動機が定格温度以
下に降温してから作業が再開されるが、このようにする
と作業の中断によって作業効率が低下するという新たな
問題点が提起される。以上、電動機の過負荷について作
業機械のショベルを例に挙げて説明したが、走行用や旋
回用の油圧モータについても同様である。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、作業を中断することなく、
電動機の定格温度を越えた昇温を確実に抑制することが
できるバッテリ駆動の作業機械を提供することを目的と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
バッテリ駆動の作業機械は、搭載されたバッテリからの
電力を得て駆動され、かつ、所定作業時間（ｔ₀）継続
駆動した場合の許容発熱量が（Ｗ₀）の電動機、および
この電動機により駆動される油圧ポンプによって形成さ
れた駆動手段と、上記油圧ポンプから吐出される作動油
により駆動するアクチュエータと、このアクチュエータ
の駆動によって所定の作動を行う作業部材と、上記油圧
ポンプから吐出される作動油の流通および遮断の切り換
えを行うことによってアクチュエータを介して上記作業
部材を運転操作する操作レバーとを備えてなるバッテリ
駆動の作業機械において、上記電動機に供給される電流
値を検出する電流センサと、所定作業時間（ｔ₀）内で
の上記電流センサの検出値（ｉ）と、定格電流値
（ｉ_N）との差（ｉ−ｉ_N）の自乗値（（ｉ−ｉ_N）²）を
時間で積分した積分値（但し、（ｉ−ｉ_N）が正のとき
は加算、負のときは減算して積分した値）を基に電動機
の差分実績発熱量（ΔＷ）を演算する制御装置とが設け
られ、上記制御装置は、上記差分実績発熱量（ΔＷ）が
電動機の許容発熱量（Ｗ₀）を越えた場合に、電動機の
出力量を差分実績発熱量と許容発熱量との差（ΔＷ−Ｗ
₀）に比例した出力減量（ΔＰ）を差し引いた値にする
制御信号を上記駆動手段に向けて出力するように構成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１１】このバッテリ駆動の作業機械によれば、所
定作業時間（ｔ₀）内において、電流センサの検出値
（ｉ）と、定格電流値（ｉ_N）との差の自乗値（ｉ−
ｉ_N）²を時間で積分した積分値に基づく差分実績発熱量
（ΔＷ）が、許容発熱量（Ｗ₀）を越えた場合には、制
御装置から駆動手段に向けて電動機の出力量を差分実績
発熱量と許容発熱量との差、すなわち（ΔＷ−Ｗ₀）に
比例した出力減量（ΔＰ）を差し引いた値にする制御信
号が出力されるため、積分を開始した時点から所定作業
時間（ｔ₀）が経過するまでの間に、差分実績発熱量
（ΔＷ）は許容発熱量（Ｗ₀）よりも確実に低下し、こ
れによって電動機の過剰な温度上昇は抑えられる。

【００１２】本発明の請求項２記載のバッテリ駆動の作
業機械は、請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械にお
いて、上記油圧ポンプは、可変容量型ポンプが用いら
れ、上記制御装置からの制御信号は、上記可変容量型ポ
ンプの斜板傾転角度を変更させるものであることを特徴
とするものである。

【００１３】このバッテリ駆動の作業機械によれば、差
分実績発熱量（ΔＷ）が、許容発熱量（Ｗ₀）を越えた
場合には制御装置からの制御信号によって可変容量型ポ
ンプの斜板傾転角度が変更されてポンプの出力が抑えら
れ、これによって電動機の出力が小さくなる。

【００１４】本発明の請求項３記載のバッテリ駆動の作
業機械は、請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械にお
いて、上記制御装置からの制御信号は、上記電動機に供
給される電力量を減少させるものであることを特徴とす
るものである。

【００１５】このバッテリ駆動の作業機械によれば、差
分実績発熱量（ΔＷ）が、許容発熱量（Ｗ₀）を越えた
場合には制御装置からの制御信号によって電動機に供給
される電力量が減少され、これによって電動機の出力が
小さくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る作業機械の
一実施形態を示す側面視の略図である。この図では、作
業機械として小型のショベルカーを示している。ショベ
ルカー１は、オペレータが搭乗して運転操作を行う搭乗
部１１と、この搭乗部１１の底部に設けられた移動用の
クローラ１２と、搭乗部１１の前部に屈折自在に設けら
れ、かつ、アクチュエータ１４の駆動によって作動する
作業部材１３とを備えて形成されている。上記クローラ
１２は、それを支持する基台１２ａの両側部（図１の紙
面に垂直な方向の両側部）に設けられ、上記搭乗部１１
はこの基台１２ａの中心部に立設された垂直軸１２ｃ回
りに回動自在に軸支されている。

【００１７】上記基台１２ａには搭乗部１１を垂直軸１
２ｃ回りに回動させる方向変更用アクチュエータ１１ａ
が設けられ、このアクチュエータ１１ａの作動によって
搭乗部１１はクローラ１２に対して水平方向の向きを変
えることができるようになっている。また、上記クロー
ラ１２は、基台１２ａに設けられた油圧モータ１２ｂに
よって周回駆動し、これによってショベルカー１は前
進、後退および進路変更し得るようになっている。

【００１８】上記作業部材１３は、搭乗部１１の前端部
の水平軸１１ｂ回りに回動自在に軸支された基端側アー
ム１３ａと、この基端側アーム１３ａの先端部に屈折自
在に連設された先端側アーム１３ｂと、この先端側アー
ム１３ｂの先端部に屈折自在に連設されたショベル１３
ｃとからなっている。また、上記アクチュエータ１４
は、基端側アーム１３ａを水平軸１１ｂ回りに回動させ
る基端アクチュエータ１４ａと、先端側アーム１３ｂを
水平軸１１ｃ回りに回動させる中間アクチュエータ１４
ｂと、ショベル１３ｃを水平軸１１ｄ回りに回動させる
先端アクチュエータ１４ｃとからなっている。

【００１９】一方、搭乗部１１内には、バッテリ２が搭
載されているとともに、このバッテリ２からの電力を得
て駆動する電動機３およびこの電動機３によって駆動さ
れる油圧ポンプ４が内装されている。上記電動機３と油
圧ポンプ４とで本発明に係る駆動手段が形成されてい
る。そして、搭乗部１１および基台１２ａ内には、各ア
クチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａおよび油
圧モータ１２ｂに、油圧ポンプ４の駆動によって生じた
油圧を送る複数の循環系路が設けられているとともに、
各油圧系統の作動油の方向の切り換えおよび作動油の停
止を行う複数の切換え弁が設けられている。

【００２０】そして、搭乗部１１の後部（図１の右方）
にはオペレータが着座してショベルカー１を運転する運
転席１５が設けられているとともに、搭乗部１１の前部
には運転席１５に対向した操作台１６が立設され、この
操作台１６に各アクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１１ａおよび油圧モータ１２ｂに対応した複数の操
作手段５が設けられている。これらの操作手段５を操作
することにより、対応した切換え弁を介して対象のアク
チュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１１ａや油圧モー
タ１２ｂへの作動油の供給または供給停止が行われ、こ
れによってアクチュエータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１
１ａや油圧モータ１２ｂが駆動したり停止したりするよ
うになっている。

【００２１】図２は、本発明に係る駆動系統の第１実施
形態を示す系統図である。図２においては、説明の簡素
化のために複数ある油圧系統の内、油圧モータ１２ｂに
係る系統のみを抽出して示している。この図に示すよう
に、駆動系統６は、油圧系統６１と、電気系統６２とを
備えて形成されている。

【００２２】油圧系統６１は、上記油圧ポンプ４と、こ
の油圧ポンプ４と同軸で共回りするパイロットポンプ４
１と、上記操作手段５と、方向切換え弁５５と、上記油
圧モータ１２ｂとを備えて形成されている。油圧ポンプ
４は作動油を吐出して油圧モータ１２ｂを回転させるた
めのものであり、第１実施形態では特に可変容量型のも
のが採用され、内装された斜板の傾転角度を変更するこ
とによって作動油の吐出量を変更し得るように構成され
ている。また、パイロットポンプ４１は吐出されたパイ
ロットオイルによって方向切換え弁５５に切り換え動作
を行わせるためのものである。

【００２３】そして、油圧ポンプ４と方向切換え弁５５
との間には、第１油圧管路６１ａが配管されているとと
もに、方向切換え弁５５を往復する第２油圧管路６１ｂ
が設けられ、この第２油圧管路６１ｂに油圧モータ１２
ｂが介設されている。油圧ポンプ４から吐出された作動
油は、方向切換え弁５５の開通状態で第１油圧管路６１
ａおよび第２油圧管路６１ｂを通って流通し、これによ
って第２油圧管路６１ｂに介設された油圧モータ１２ｂ
が所定の方向に回転し、方向切換え弁５５の閉止状態で
油圧モータ１２ｂの回転が停止されるようになってい
る。

【００２４】また、パイロットポンプ４１と操作手段５
との間には、第１パイロット管路６１ｃが配管されてい
るとともに、操作手段５と上記方向切換え弁５５との間
には第２パイロット管路６１ｄが設けられ、パイロット
ポンプ４１から吐出されたパイロットオイルは、第１パ
イロット管路６１ｃ、操作手段５および第２パイロット
管路６１ｄを介して方向切換え弁５５に供給されるよう
になっている。そして、操作レバー５１の操作方向に応
じて方向切換え弁５５へのパイロットオイルの供給方向
が変更され、これによって油圧モータ１２ｂの回転方向
が変更されるようになっている。また、操作レバー５１
を中立位置に設定することにより油圧モータ１２ｂの回
転は停止するようになっている。

【００２５】また、パイロットポンプ４１の直下流側に
は、第１パイロット管路６１ｃから分岐した第３パイロ
ット管路６１ｅが設けられ、この第３パイロット管路６
１ｅの途中には電磁比例弁５６が介設されているととも
に、第３パイロット管路６１ｅの下流端は油圧ポンプ４
の図略の斜板を傾転させるレギュレータ５７に接続され
ている。そして、電磁比例弁５６の切り換え操作でパイ
ロットポンプ４１からのパイロットオイルをレギュレー
タ５７に供給することによって油圧ポンプ４の斜板を傾
倒させ、これによる油圧ポンプ４の吐出量の変化で電動
機３の負荷をコントロールし得るようにしている。

【００２６】上記操作手段５は、上記操作台１６（図
１）に上方に向かって突設された操作レバー５１を備え
て形成されている。この操作レバー５１は棒状を呈し、
基端部に軸受部５３が設けられ、この軸受部５３に支持
軸５３ａが嵌入されることによって操作レバー５１は支
持軸５３ａ回りに回動自在に軸支された状態になってい
る。

【００２７】この軸受部５３に左右方向に延びる横杆５
２が設けられ、この横杆５２の両側部の下部には、それ
ぞれコイルスプリングを介して一対の切換え弁５４が設
けられている。普段、操作手段５は、各コイルスプリン
グの付勢力によって直立した中立位置に位置設定されて
いる。操作手段５が中立位置にある状態では、方向切換
え弁５５は、図２に示すように、作動油遮断位置に設定
され、これによって油圧モータ１２ｂは停止状態になっ
ている。

【００２８】そして、操作レバー５１を支持軸５３ａ回
りに例えば図２における右方に倒すことにより、パイロ
ットポンプ４１からのパイロットオイルが第１パイロッ
ト管路６１ｃ、右方の切換え弁５４および第２パイロッ
ト管路６１ｄに供給され、これによって方向切換え弁５
５が右方に移動して油圧ポンプ４からの作動油が油圧モ
ータ１２ｂの左方から供給され、油圧モータ１２ｂは順
方向に回転する。この油圧モータ１２ｂの回転によって
クローラ１２（図１）が順方向に周回し、ショベルカー
１は前進する。

【００２９】逆に、図２に示す状態において、操作レバ
ー５１を左方に倒すと、パイロットポンプ４１からのパ
イロットオイルが第１パイロット管路６１ｃ、左方の切
換え弁５４および第２パイロット管路６１ｄに供給さ
れ、これによって方向切換え弁５５が左方に移動して油
圧ポンプ４からの作動油が油圧モータ１２ｂの右方から
供給され、油圧モータ１２ｂは逆方向に回転する。この
油圧モータ１２ｂの回転によってクローラ１２（図１）
が逆方向に周回し、ショベルカー１は後退する。

【００３０】上記電気系統６２は、バッテリ２と電動機
３とが直列に接続されたループ回路６３と、ループ回路
６３の直流パルスを制御する制御回路６４とを備えて形
成されている。

【００３１】上記ループ回路６３には、電動機３と直列
にキースイッチ６３ａと、トランジスタ（スイッチ素
子）６３ｂと、電動機３に供給された電流の値を検出す
る電流センサ６８とが設けられている。上記トランジス
タ６３ｂのベースは、チョッパ回路（デューティ比制御
手段）６７に接続されている。上記キースイッチ６３ａ
は、ショベルカー１の運転を行うときにオンされるもの
であり、このキースイッチ６３ａがオンされると、上記
トランジスタ６３ｂがオンの状態でバッテリ２からの電
力が電動機３に供給され、これによって電動機３が駆動
する。

【００３２】上記制御回路６４には、操作レバー５１の
操作角度（操作量）を検出する操作角度センサ６５と、
この操作角度センサ６５の検出結果を基に所定の制御信
号を上記チョッパ回路６７に向けて出力するとともに、
上記電流センサ６８の検出結果をもとに所定の制御信号
を電磁比例弁５６に向けて出力する制御手段６６とが設
けられている。

【００３３】上記チョッパ回路６７は、入力された直流
の電流を一定の周期で断続して出力するものであり、本
実施形態においては、制御手段６６からの制御信号に基
づく所定のパルス幅の電圧パルスが出力されるようにな
っている。

【００３４】上記操作角度センサ６５は、操作レバー５
１の直立状態を基準にして前後に倒れた時の倒れ角度を
検出するように構成された公知のセンサであり、この操
作角度センサ６５の検出結果は電圧値によるアナログ信
号として制御手段６６に入力されるようにしている。

【００３５】上記制御手段６６は、ショベルカー１の運
転全般の制御を行うためのものであり、その中に上記操
作レバー５１の操作量に応じて電動機３に供給する電力
量を制御する電力供給制御部６６ａと、電動機３の過負
荷を軽減させるように油圧ポンプ４の駆動を制御する過
負荷軽減制御部６６ｂとが備えられている。

【００３６】上記電力供給制御部６６ａは、操作レバー
５１の操作量に応じた、すなわち、操作角度センサ６５
が検出した電流値に応じたデューティ比が得られるよう
に、チョッパ回路６７に向けて制御信号を出力するよう
に構成されている。

【００３７】従って、チョッパ回路６７はトランジスタ
６３ｂのベースに向けて上記デューティ比が達成される
ための信号を断続的に出力するため、トランジスタ６３
ｂは所定のタイミングのオン・オフ動作を行い、これに
よって電動機３には上記デューティ比のパルス電圧が印
加され、平均的に電動機３に操作レバー５１の操作量に
応じた電力が供給された状態になっている。これによっ
て電動機３は操作レバー５１の操作量に応じた回転数で
回転し、電動機３により作動される油圧ポンプ４によっ
て第１油圧管路６１ａに吐出される作動油の流量も操作
レバー５１の操作量に応じたものになり、その結果、油
圧モータ１２ｂの回転速度は、操作レバー５１の操作量
に応じたものになる。従って、操作レバー５１の操作量
に応じてショベルカー１の移動速度が所定の速度にな
る。

【００３８】また、上記過負荷軽減制御部６６ｂは、電
流センサ６８からの検出信号を基に電磁比例弁５６に弁
切り換えのための制御信号を出力し、これによる電磁比
例弁５６の切り換えで所定量だけレギュレータ５７を作
動させて油圧ポンプ４の斜板の傾転角を調節し、電動機
３の過負荷を軽減させるように構成されている。

【００３９】図３は、操作レバー５１の操作量と、電動
機３に印加されるパルス電圧との関係を例示する波形図
であり、（イ）は操作レバー５１が中立位置に設定され
た状態、（ロ）は操作レバー５１が全操作量の３０％操
作された状態、（ハ）は操作レバー５１が全操作量の６
０％操作された状態、（ニ）は操作レバー５１が全操作
量操作された状態をそれぞれ示している。

【００４０】まず、図３の（イ）に示すように、操作レ
バー５１が中立位置に設定された状態では、操作角度セ
ンサ６５（図２）は、「０」を検出し、この検出信号が
制御手段６６の電力供給制御部６６ａに入力される。電
力供給制御部６６ａは、検出信号が「０」の場合は、ト
ランジスタ６３ｂのベースにはチョッパ回路６７からの
信号の出力がないため、トランジスタ６３ｂはオフにな
り、これによってループ回路６３には、図３の（イ）に
示すように、バッテリ２からの電力は供給されない。従
って、電動機３は駆動されず、バッテリ２の電力は消費
されない。

【００４１】ついで、図３の（ロ）に示すように、操作
レバー５１が全操作量に対して３０％操作されると、電
圧パルスのパルス幅ｄ１は、パルス電圧の周期Ｄに対し
て３０％に設定された状態になる（ｄ１／Ｄ＝０．
３）。すなわち、操作角度センサ６５の検出結果に基づ
く電力供給制御部６６ａでの演算によってデューティ比
が０．３になるような制御信号がチョッパ回路６７に向
けて出力され、これによるチョッパ回路６７からのパル
ス信号によってトランジスタ６３ｂがデューティ比を
０．３にするようにオン・オフすることにより、電動機
３に図３の（ロ）に示すようなパルス電圧が印加され
る。これによってループ回路６３を流れる電流の経時的
な平均値は、バッテリ２の起電力の３０％になり、電動
機３は、この電圧値に対応する回転速度で回転すること
になる。

【００４２】ついで、図３の（ハ）に示すように、操作
レバー５１の操作量が全操作量に対して６０％に設定さ
れると、電圧パルスのパルス幅ｄ２は、パルス電圧の周
期Ｄに対して６０％に設定された状態になっている（ｄ
２／Ｄ＝０．６）。これによってループ回路６３を流れ
る電流の経時的な平均値は、バッテリ２の起電力の６０
％になり、電動機３は、先のデューティ比が０．３の場
合よりも速い回転速度で回転することになる。

【００４３】そして、図３の（ニ）に示すように、操作
レバー５１が最大限にまで操作されると、チョッパ回路
６７からトランジスタ６３ｂに向けて信号が常時出力さ
れた状態になり、これによってバッテリ２の起電力はす
べて電動機３に印加され、電動機３は最高回転速度で回
転することになる。

【００４４】つぎに過負荷軽減制御部６６ｂの制御につ
いて説明する。図４は、実電流値（ｉ）と定格電流値
（ｉ_N）との差を経時的にプロットしたグラフである。
電動機３には予め定格出力が決められており、この定格
出力で間に合う負荷が電動機３にかかったときは、電動
機３の電機子巻線および界磁巻線の発熱量と、これらか
らの放熱量とがバランスし、これによって電動機３は所
定の温度を維持した状態になるが、実際の作業において
は、作業負荷の変動に応じて実電流（ｉ）は定格電流
（ｉ_N）を境にして上下にばらついており、図４のグラ
フに示すように、実電流（ｉ）と定格電流値（ｉ_N）と
の差は「０」を境に上下に変動している。

【００４５】そして、電動機３にかかる作業負荷が標準
よりも過大な状態が長時間に及ぶと、（ｉ−ｉ_N）の値
が連続して正になり、電動機３は標準状態よりも多く発
熱することになり、これによって発熱量と放熱量とのバ
ランスが崩れて電動機３の温度は漸次上昇することにな
り、ついには絶縁体が損傷し、電動機３は正常に駆動し
なくなる。本発明は、このような不都合を未然に防ぎ、
電動機３が定格出力以上になった状態で、電動機３の温
度の上昇を抑えつつ可能な限りの大きな出力が得られる
ようにするものである。

【００４６】そして、本発明は、電動機３が定格出力を
越えた場合、許容発熱量に対する発熱量の増加分は、
（ｉ−ｉ_N）²に比例するとともに、許容発熱量未満の場
合、許容発熱量に対する減少分は、−（ｉ−ｉ_N）²に比
例するという知見を利用するものである。

【００４７】すなわち、予め設定された所定時間内で電
動機３の出力が定格出力に対して増減し、所定時間内で
の経時的な平均出力が定格出力よりも大きくなる場合に
は、定格出力から以下の数１式により算出された出力減
量（ΔＰ）が減算され、これによって電動機３の過剰な
温度上昇を抑制するようにしている。

【００４８】

【数１】

【００４９】数１式において、Ｋは比例定数であり、Ｗ
₀は予め設定された時間（０〜ｔ₀）の間に電動機３が定
格出力を越えて駆動しても許容することができる定格発
熱量を越えた部分の発熱量（許容発熱量）である。ま
た、Ｒは（ｉ−ｉ_N）²の値を差分実績発熱量（ΔＷ）に
変換する変換定数であり、電動機３の電機子の抵抗値が
採用されている。実際に区分求積法によって演算を行う
に際しては、「（ｉ−ｉ_N）≧０」のときはＲは正数が
採用され、「（ｉ−ｉ_N）＜０」のときはＲは負数が採
用される。

【００５０】具体的には、例えば図４のグラフにおい
て、「（ｉ−ｉ_N）≧０」のときは斜線で示す部分の面
積が区分求積法で演算され、「（ｉ−ｉ_N）＜０」のと
きは点描で示す部分の面積が区分求積法で演算され、斜
線部分の面積から点描部分の面積を差し引いた値にＲを
乗じることによって電動機３の許容発熱量を境にした発
熱量の増減分（すなわち上記差分実績発熱量（ΔＷ））
を得るようにしている。

【００５１】そして、例えば電動機３として連続定格出
力が３．９５ＫＷの直巻電動機が採用された場合、上記
時間ｔ₀は３分と設定され、電動機３に３分間連続して
２８０Ａの電流が流された状態での電動機３の発熱量が
許容発熱量Ｗ₀として採用されている。

【００５２】上記過負荷軽減制御部６６ｂには、予め上
記許容発熱量Ｗ₀および定格電流値ｉ_Nが記憶されている
とともに、電流センサ６８からの検出結果を基に上記数
１式に基づく区分求積法での演算手順がプログラミング
されている。そして、上記数１式による演算結果に基づ
いた制御信号が電磁比例弁５６に出力され、この制御信
号によって電磁比例弁５６が所定時間だけ開弁されてパ
イロットポンプ４１からのパイロットオイルによるレギ
ュレータ５７の作動によって油圧ポンプ４の斜板の傾転
角度が適切に設定されて油圧ポンプ４の作動油吐出量が
調節されることにより、電動機３の定格出力を越えた出
力が許容時間を越えて長時間に亘らないようにしてい
る。

【００５３】図５は、第１実施形態の過負荷軽減制御部
６６ｂによる制御フローの一例を示すフローチャートで
ある。以下このフローチャートを基に電動機３の過昇温
防止制御について説明する。まず、キースイッチ６３ａ
がオンされることにより制御手段６６が立ち上げられ、
電動機３の過昇温防止制御がスタートする。そして、ス
テップＳ１において出力超過分累積メモリ（差分実績発
熱量ΔＷ）がクリアされて「０」が入力される。ついで
ステップＳ２において電流センサ６８により電動機３に
供給される実電流値ｉが検出され、ステップＳ３におい
て実電流値ｉと定格電流値ｉ_Nとの差（Δｉ）が演算さ
れる。

【００５４】そしてステップＳ４において上記Δｉが
「０」以上であるか否かが判別され、「０」以上のとき
はステップＳ５が実行されて出力超過分累積メモリ（差
分実績発熱量ΔＷ）に対してΔｉ²・｜Ｒ｜が加算され
る。逆にステップＳ４においてΔｉが「０」未満のとき
はステップＳ６が実行されてΔＷからΔｉ²・｜Ｒ｜が
減算される。

【００５５】ついでステップＳ５およびステップＳ６の
いずれかが実行された後、ステップＳ７に移り、ここで
ΔＷが上記許容発熱量Ｗ₀以上であるか否かが判別さ
れ、ΔＷ≧Ｗ₀のときは、ステップＳ８において出力減
量ΔＰが「Ｋ（ΔＷ−Ｗ₀）」によって演算される。逆
にステップＳ７においてΔＷ＜Ｗ₀のときはステップＳ
９において出力減量ΔＰに「０」が設定される。

【００５６】そして、つぎのステップＳ１０において、
上記出力減量ΔＰに相当する制御信号が電磁比例弁５６
に出力され、これによる電磁比例弁５６の所定の開弁に
よってレギュレータ５７を介して油圧ポンプ４の斜板の
傾転角度が調節され、ΔＷ≧Ｗ₀のときは電動機３の出
力が低下させられ、ΔＷ＜Ｗ₀のときは定格出力にまで
出力が増加させられる。ステップＳ１０が終了した後、
ステップＳ２に戻り、以後ステップＳ２〜ステップＳ１
０が繰り返され、これによって電動機３の過剰な温度上
昇が抑制される。

【００５７】図６は、本発明に係る駆動系統の第２実施
形態を示す系統図である。第２実施形態の駆動系統にお
いては、駆動系統６ａは、油圧系統６１０と電気系統６
２０とを備えている。第２実施形態の油圧系統６１０
は、第１実施形態における油圧系統６１の内の第３パイ
ロット管路６１ｅ、電磁比例弁５６およびレギュレータ
５７が設けられていない以外は第１実施形態のものと同
様である。また、電気系統６２０については、ループ回
路６３は第１実施形態のものと同様であるが、制御回路
６４０については制御方式が第１実施形態のものと異な
っている。以下第２実施形態の制御方式について詳細に
説明する。

【００５８】第２実施形態においては、電動機３が定格
出力を越えた場合、チョッパ回路６７からトランジスタ
６３ｂに向けて出力されるパルス信号のパルス幅を小さ
くすることによって出力を低下させ、これによって電動
機３の定格温度を越えた温度上昇が長時間に亘らないよ
うに抑制している。

【００５９】そのために、制御手段６６０には、過負荷
軽減制御部６６ｃが設けられ、この過負荷軽減制御部６
６ｃは、電流センサ６８からの実電流値ｉの検出結果を
用いて数１式に基づく求積法によって出力減量ΔＰを演
算するとともに、電力供給制御部６６ａとの連係におい
て、に制御信号を出力し、この制御信号によってチョッ
パ回路６７が操作レバー５１の操作量に応じたパルス幅
よりも小さいパルス幅のパルス信号をトランジスタ６３
ｂに向けて出力するようにプログラミングされている。
上記制御信号は、チョッパ回路６７からのパルス幅が出
力減量ΔＰに比例したパルス幅の減量になるような信号
にしてある。

【００６０】図７は、第２実施形態の過負荷軽減制御部
６６ｃによる制御フローの一例を示すフローチャートで
ある。以下このフローチャートを基に電動機３の過昇温
防止制御について説明する。

【００６１】まず、ステップＳ１において出力超過分累
積メモリ（差分実績発熱量ΔＷ）に初期値「０」が入力
され、引き続きステップＳ２において操作角度センサ６
５によって検出された操作レバー５１の操作量が制御手
段６６０に入力される。そしてステップＳ２において所
定の演算が行われ、電力供給制御部６６ａから上記操作
量に応じたパルス幅のパルス信号をチョッパ回路６７が
出力するための制御信号（電動機回転指令Ｎ_S）が出力
される。

【００６２】ついでステップＳ３において電流センサ６
８によって検出された実電流値ｉが制御手段６６０に入
力され、引き続きステップＳ４において、実電流値ｉと
定格電流値ｉ_Nとの差Δｉが演算される。そして、ステ
ップＳ５においてΔｉが「０」以上であるか否かが判別
され、「０」以上のときはステップＳ６において出力超
過分累積メモリ（差分実績発熱量ΔＷ）に「Δｉ²・｜
Ｒ｜」が加算され、「０」未満のときはステップＳ７に
おいて「ΔＷ」から「Δｉ²・｜Ｒ｜」が減算される。

【００６３】ついでステップＳ８においてΔＷが許容発
熱量Ｗ₀以上であるか否かが判別され、「ΔＷ≧Ｗ₀」の
ときはステップＳ９において上記ステップＳ２の電動機
回転指令Ｎ_Sが「Ｎ_S−Ｋ（ΔＷ−Ｗ₀）」に変えられ、
この「Ｎ_S−Ｋ（ΔＷ−Ｗ₀）」が過負荷軽減制御部６６
ｃからチョッパ回路６７に向けて出力される。また、
「ΔＷ＜Ｗ₀」のときは、ステップＳ１０において上記
ステップＳ２の電動機回転指令Ｎ_Sがそのまま過負荷軽
減制御部６６ｃからチョッパ回路６７に向けて出力され
る。

【００６４】そして、ステップＳ１１においてチョッパ
回路６７から上記電動機回転指令Ｎ_Sに対応したパルス
幅のパルス信号がトランジスタ６３ｂに向けて出力され
る。

【００６５】従って、「ΔＷ≧Ｗ₀」のとき、すなわち
電動機３が定格発熱量を越え、かつ、出力超過分累積メ
モリ内のΔＷが許容発熱量Ｗ₀より大きくなった場合、
操作レバー５１の操作量に対応したステップＳ２の電動
機回転指令Ｎ_Sよりも小さい値のＮ_Sが出力され、これに
よって電動機３の過剰な発熱が抑制される。逆に「ΔＷ
＜Ｗ₀」のときは、ステップＳ２の電動機回転指令Ｎ_Sが
出力され、操作レバー５１の操作量に応じた通常の運転
が行われる。

【００６６】以上詳述したように、本発明に係るショベ
ルカー１は、駆動源として内燃機関に代えて電動機３を
用い、搭載したバッテリ２からの電力によって電動機３
を駆動し、これによってショベルカー１の走行および作
業部材１３による作業を行うようにしているため、内燃
機関を用いたものに比較し、大きな騒音が発生せず、ま
た排気ガスも排出されないため、本発明に係るショベル
カー１は市街地での土木工事に適している。

【００６７】また、制御手段６６，６６０による制御に
よって、操作レバー５１が中立位置に操作された状態で
バッテリ２からの電動機３への電力供給量は「０」にな
り、操作レバー５１が作動位置に操作された状態でバッ
テリ２から電動機３に操作レバー５１の操作量に応じた
電力を供給するようにしているため、従来のように、シ
ョベルカー１の運転中は作業部材１３の作動、非作動に
拘らず常に一定の電力が供給される場合に比べて電力の
消費量を抑えることが可能になる。

【００６８】さらに、電力供給制御部６６ａおよびチョ
ッパ回路６７の作用によって、操作レバー５１の操作量
に応じたデューティ比でトランジスタ６３ｂをオン・オ
フさせるようにしているため、電動機３は、操作レバー
５１の操作量に応じた回転速度で回転し、これによって
作業部材１３や油圧モータ１２ｂは操作レバー５１の操
作量に応じた速度で作動する。そして、本発明は、可変
抵抗器を介さずにＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）によ
って電動機３に電力が供給されるため、可変抵抗器等で
無駄な電力が消費されることはなく、その分バッテリ２
の寿命を延ばすことが可能になり、より長時間ショベル
カー１を運転することができるようになる。

【００６９】加えて、制御手段６６，６６０の制御によ
って、電動機３に定格出力以上の過負荷が加わった場合
には、過負荷の量に比例した状態で電動機３の出力が減
少させられるようにしているため、電動機３のオーバー
ヒートが確実に抑制され、電動機３の損傷を有効に抑制
することが可能になる。

【００７０】本発明は、以上の実施形態に限定されるも
のではなく、以下の内容をも包含するものである。

【００７１】（１）上記の実施形態においては、作業機
械としてクローラ式のショベルカー１を例に挙げて説明
したが、本発明は作業機械がクローラ式のショベルカー
であることに限定されるものではなく、ホイール式のシ
ョベルカーであってもよいし、クローラ式、ホイール式
に拘らず、その他の作業機械、例えばクレーン車、ロー
ダー車等であってもよい。

【００７２】（２）上記の実施形態においては、過負荷
軽減制御部６６ｂによる制御は、ショベルカー１の走行
のための油圧モータ１２ｂに適用されているが、本発明
は上記制御がショベルカー１の走行にのみ適用されるこ
とに限定されるものではなく、ショベルカー１に関する
全ての駆動、すなわち作業部材１３の作動、搭乗部１１
の旋回、クローラ１２の駆動に対して適用してもよい
し、搭乗部１１の旋回については過昇温防止制御を省略
する等、過昇温防止制御を部分的に採用するようにして
もよい。

【００７３】

【発明の効果】本発明の請求項１記載のバッテリ駆動の
作業機械によれば、所定作業時間（ｔ₀）内において、
電流センサの検出値（ｉ）と、定格電流値（ｉ_N）との
差の自乗値（ｉ−ｉ_N）²を時間で積分した積分値に基づ
く差分実績発熱量（ΔＷ）が、許容発熱量（Ｗ₀）を越
えた場合には、制御装置から駆動手段に向けて電動機の
出力量を差分実績発熱量と許容発熱量との差、すなわち
（ΔＷ−Ｗ₀）に比例した出力減量（ΔＰ）を差し引い
た値にする制御信号が出力されるため、積分を開始した
時点から所定作業時間（ｔ₀）が経過するまでの間に、
差分実績発熱量（ΔＷ）は許容発熱量（Ｗ₀）よりも確
実に低下し、これによって電動機の過剰な温度上昇は抑
えられ、電動機の焼損を確実に防止することができる。

【００７４】本発明の請求項２記載のバッテリ駆動の作
業機械によれば、油圧ポンプとして可変容量型ポンプを
用い、制御装置からは上記可変容量型ポンプの斜板傾転
角度を変更させる制御信号を出力するようにしたため、
差分実績発熱量（ΔＷ）が、許容発熱量（Ｗ₀）を越え
た場合には制御装置からの制御信号によって可変容量型
ポンプの斜板傾転角度が変更されてポンプの出力が抑え
られ、これによって電動機の出力を容易に小さくするこ
とができる。

【００７５】本発明の請求項３記載のバッテリ駆動の作
業機械によれば、制御装置からの制御信号によって電動
機に供給される電力量を減少させるようにしたため、差
分実績発熱量（ΔＷ）が、許容発熱量（Ｗ₀）を越えた
場合には制御装置からの制御信号によって電動機に供給
される電力量が減少され、これによって電動機の出力を
容易に小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る作業機械の一実施形態を示す側面
視の略図である。

【図２】本発明に係る駆動系統の第１実施形態を示す系
統図である。

【図３】（イ）〜（ニ）は、操作レバーの操作量と、電
動機に印加されるパルス電圧との関係を例示する波形図
である。

【図４】実電流値と定格電流値との差を経時的にプロッ
トしたグラフである。

【図５】第１実施形態の過負荷軽減制御部による制御フ
ローの一例を示すフローチャートである。

【図６】本発明に係る駆動系統の第２実施形態を示す系
統図である。

【図７】第２実施形態の過負荷軽減制御部による制御フ
ローの一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ショベルカー１１搭乗部１１ａ方向変更用アクチュエータ１１ｂ水平軸１１ｃ水平軸１２クローラ１２ａ基台１２ｂ油圧モータ１３作業部材１３ａ基端側アーム１３ｂ先端側アーム１３ｃショベル１４アクチュエータ１４ａ基端アクチュエータ１４ｂ中間アクチュエータ１４ｃ先端アクチュエータ２バッテリ３電動機４油圧ポンプ４１パイロットポンプ５操作手段５１操作レバー５２横杆５３軸受部５３ａ支持軸５４切換え弁５６電磁比例弁５７レギュレータ６，６ａ駆動系統６１，６１０油圧系統６１ａ第１油圧管路６１ｂ第２油圧管路６１ｃ第１パイロット管路６１ｄ第２パイロット管路６１ｅ第３パイロット管路６２，６２０電気系統６３ループ回路６３ａキースイッチ６３ｂトランジスタ６４，６４０制御回路６５操作角度センサ６６制御手段６６ａ電力供給制御部６６ｂ，６６ｃ過負荷軽減制御部６７チョッパ回路６８電流センサｉ実電流値ｉ_N 定格電流値Ｎ_S 電動機回転指令Ｗ₀ 許容発熱量 ΔＷ差分実績発熱量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】搭載されたバッテリからの電力を得て駆
動され、かつ、所定作業時間（ｔ₀）継続駆動した場合
の許容発熱量が（Ｗ₀）の電動機、およびこの電動機に
より駆動される油圧ポンプによって形成された駆動手段
と、上記油圧ポンプから吐出される作動油により駆動す
るアクチュエータと、このアクチュエータの駆動によっ
て所定の作動を行う作業部材と、上記油圧ポンプから吐
出される作動油の流通および遮断の切り換えを行うこと
によってアクチュエータを介して上記作業部材を運転操
作する操作レバーとを備えてなるバッテリ駆動の作業機
械において、上記電動機に供給される電流値を検出する
電流センサと、所定作業時間（ｔ₀）内での上記電流セ
ンサの検出値（ｉ）と、定格電流値（ｉ_N）との差（ｉ
−ｉ_N）の自乗値（（ｉ−ｉ_N）²）を時間で積分した積
分値（但し、（ｉ−ｉ_N）が正のときは加算、負のとき
は減算して積分した値）を基に電動機の差分実績発熱量
（ΔＷ）を演算する制御装置とが設けられ、上記制御装
置は、上記差分実績発熱量（ΔＷ）が電動機の許容発熱
量（Ｗ₀）を越えた場合に、電動機の出力量を差分実績
発熱量と許容発熱量との差（ΔＷ−Ｗ₀）に比例した出
力減量（ΔＰ）を差し引いた値にする制御信号を上記駆
動手段に向けて出力するように構成されていることを特
徴とするバッテリ駆動の作業機械。
【請求項２】上記油圧ポンプは、可変容量型ポンプが
用いられ、上記制御装置からの制御信号は、上記可変容
量型ポンプの斜板傾転角度を変更させるものであること
を特徴とする請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械。
【請求項３】上記制御装置からの制御信号は、上記電
動機に供給される電力量を減少させるものであることを
特徴とする請求項１記載のバッテリ駆動の作業機械。