JPH1030259A - バッテリ駆動の油圧ショベル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機への電力の供給を効率的に行うことに
よってバッテリの寿命を延ばし、長時間に亘って作業を
継続し得るようにする。 【解決手段】 クローラ１２を有する走行機能を備えた
下部走行体と、この下部走行体上に垂直軸１２ｃ回りに
旋回可能に設けられた、搭乗部１１および作業部材１３
からなる上部旋回体と、搭載されたバッテリ２からの電
力を得て駆動する電動機３と、この電動機３によって駆
動される油圧ポンプ４と、この油圧ポンプ４から吐出さ
れる作動油により駆動するアクチュエータ１４と、この
アクチュエータ１４の駆動によって所定の作動を行う作
業部材１３と、油圧ポンプ４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１４を介して上記作業部材１３を運転操作する操作
手段５とを備えている。

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
油圧ショベル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、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油圧
ショベルが知られている。この油圧ショベルは、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油圧ショベ
ルは、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油圧ショベル
よりも騒音が少く、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】

【発明が解決しようとする課題】ところで、バッテリ駆
動方式の油圧ショベルは、電動機の電力源であるバッテ
リの蓄電能力が、内燃機関方式の油圧ショベルの燃料貯
留能力に比べてエネルギー換算で大きくないため、内燃
機関方式の油圧ショベルのようには長時間の使用に耐え
ることができないという問題点を有している。このよう
な問題点を解消するために、実開平４−５３８４６号公
報によって開示された油圧ショベルは、バッテリの電源
と、通常の商用電源との間で切り換え可能に構成され、
作業現場に商用電源が存在する場合は商用電源を使用
し、商用電源がない場合のみバッテリを利用するように
している。

【０００５】しかしこのようにすると、油圧ショベルの
移動範囲に応じて商用電源からの電力を供給するための
非常に長いリード線が必要であるとともに、作業の邪魔
にならないようにリード線の巻き取り装置を油圧ショベ
ル上に設け、油圧ショベルの移動に応じてリード線を出
没させるようにする必要があり、その分設備コストが嵩
むという問題点を有している。

【０００６】また、実開平４−５３８４６号公報によっ
て開示された油圧ショベルは、機体の一部が垂直軸周り
に旋回するようには構成されていないが、油圧ショベル
の中には旋回機能を有する上部旋回体と、この上部旋回
体を垂直軸回りに旋回可能に支持し、かつ、走行可能に
構成された下部走行体とを備えたものがあり、このよう
な上部旋回体を有する油圧ショベルにあっては、外部の
商用電源を使用する場合、旋回操作時にリード線が上部
旋回体に絡み付き易くなり、これによって油圧ショベル
の作業性が著しく阻害されるという問題点を有してい
た。

【０００７】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、上部旋回体と下部走行体と
からなる、バッテリを動力源にした油圧ショベルにおい
て、その作業性を向上させ得るバッテリ駆動の油圧ショ
ベルを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
バッテリ駆動の油圧ショベルは、走行機能を有する下部
走行体と、この下部走行体上に垂直軸回りに旋回可能に
設けられた上部旋回体と、この上部旋回体に搭載された
バッテリからの電力を得て駆動する電動機と、この電動
機によって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプか
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上記アクチュ
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
とを備えてなることを特徴とするものである。

【０００９】このバッテリ駆動の油圧ショベルによれ
ば、油圧ショベルは、機体に搭載されたバッテリを動力
源にしているため、商用電源を動力源に使用した場合に
必要なリード線を用いる必要がなく、上部旋回体が下部
走行体の垂直軸回りに旋回しても、リード線が上部旋回
体に絡み付くというような不都合が生じない。従って、
いかなる作業状態においても、リード線の絡み付きに意
を払うことなく、所定の作業に専念することが可能であ
り、油圧ショベルの作業性を向上させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る油圧ショベ
ルの一実施形態を示す側面視の略図である。油圧ショベ
ル１は、オペレータが搭乗して運転操作を行う搭乗部１
１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。

【００１１】そして、上記搭乗部１１および作業部材１
３で本発明に係る上部旋回体が形成されているととも
に、上記クローラ１２およびこのクローラ１２を支持し
た上記基台１２ａによって本発明に係る下部走行体が形
成されている。

【００１２】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、これによって油圧ショベル１は前
進、後退および進路変更し得るようになっている。

【００１３】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。

【００１４】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。そして、搭乗部１
１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。

【００１５】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油圧ショベル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。

【００１６】図２は、本発明に係る駆動系統の一実施形
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。従って、作業部材１
３に係る油圧系統の場合は、油圧モータ１２ｂの位置
に、油圧モータ１２ｂに代えて基端側アーム１３ａ、先
端側アーム１３ｂ、ショベル１３ｃを配置すればよい。
図２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。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４１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はこれから吐出される作
動油によって油圧モータ１２ｂを回転させるためのもの
であり、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。

【００１７】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。

【００１８】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を往復する第２パイロット管路
６１ｄが設けられ、この第２パイロット管路６１ｄに上
記方向切換え弁５５が介設されている。そして、パイロ
ットポンプ４１から吐出され、第１パイロット管路６１
ｃを介して操作手段５に到達したパイロットオイルの第
２パイロット管路６１ｄへの供給方向を、上記操作レバ
ー５１の操作によって設定することにより、操作レバー
５１の操作に応じて方向切換え弁５５が位置設定され、
これによって油圧モータ１２ｂが所定の方向に回転し、
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の回転は停止することになる。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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、油圧ショベル
１は前進する。

【００２２】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、油圧ショベル１は後退する。

【００２３】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。上記制御回路６４には、油圧モータ１２
ｂの動作速度を設定するための操作つまみであるアクセ
ルトリマ６５と、このアクセルトリマ６５の回転操作量
を基に所定の制御信号を出力する制御手段６６と、この
制御手段６６からの制御信号に基づいてループ回路６３
にパルス信号を出力するチョッパ回路６７とが設けられ
ている。

【００２４】上記ループ回路６３には、キースイッチ６
３ａが設けられているとともに、トランジスタ（スイッ
チ素子）６３ｂが設けられている。このトランジスタ６
３ｂ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、油圧ショベル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、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。

【００２５】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
づくパルス幅の電圧パルスが出力されるようになってい
る。

【００２６】上記アクセルトリマ６５は、運転者が油圧
ショベル１の運転操作時に、作業状況を目視しながら、
状況に応じて操作するためのものであり、図１に示すよ
うに、運転席１５に着座している運転者の正面に対向す
るように操作台１６の適所に設けられている。操作手段
５を作動位置に操作した状態で運転者がこのアクセルト
リマ６５を指で摘んで回転操作することにより、この回
転量がアナログ信号として制御手段６６に入力され、油
圧モータ１２ｂの回転速度がアクセルトリマ６５の操作
量に応じたものになり、これによって現場の状況に応じ
たより木目の細かい作業が行い得るようにしている。

【００２７】上記制御手段６６は、油圧ショベル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が備えられている。
この電力供給制御部６６ａは、アクセルトリマ６５の回
転操作量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。

【００２８】上記チョッパ回路６７はトランジスタ６３
ｂのベースに向けて電圧パルスが上記デューティ比にな
るための信号を断続的に出力するためのものである。チ
ョッパ回路６７からの信号を得たトランジスタ６３ｂ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にアクセルトリマ６５の回転操作
量に応じた電力が供給される。これによって電動機３は
アクセルトリマ６５の回転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アクセル
トリマ６５の回転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、アクセルトリマ６
５の操作量に応じたものになる。従って、アクセルトリ
マ６５の操作量に応じて油圧ショベル１の移動速度が所
定の速度になる。

【００２９】以上詳述したように、本発明に係る油圧シ
ョベル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、これによって油圧ショベル１の走行、作業部
材１３、および搭乗部１１と作業部材１３とからなる上
部旋回体の旋回を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、本発明に係る油圧ショベル
１は市街地での土木工事に適しているとともに、特に、
上部旋回体の旋回によっても、商用電源からのリード線
がないため、リード線が上記旋回動作によって上部旋回
体に絡み付くという不都合が起こらず、油圧ショベル１
の作業性が向上する。

【００３０】また、制御手段６６による制御によって、
アクセルトリマ６５がホームポジションに設定された状
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、アクセルトリマ６５が回転操作された状態でバ
ッテリ２から電動機３に回転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、常に一定の電
力が電動機３に供給される場合に比較し、作業の状況に
応じて作業部材１３の操作速度を調節することができ、
作業性が向上する。

【００３１】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、アクセルトリマ６５の回
転操作量に応じたデューティ比でトランジスタ６３ｂに
オン・オフさせるようにしているため、電動機３は、ア
クセルトリマ６５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はアクセ
ルトリマ６５の操作量に応じた速度で作動する。そし
て、本発明は、所定の電圧を得るために降圧や分圧を行
う可変抵抗器やトランスを介さずに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、その分バッテリ２を長期使用することが可能にな
り、１回の充電容量でより長時間油圧ショベル１を運転
することができるようになる。

【００３２】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。

【００３３】（１）上記の実施形態においては、油圧シ
ョベルとしてクローラ式の油圧ショベル１を例に挙げて
説明したが、本発明は油圧ショベルがクローラ式の油圧
ショベルであることに限定されるものではなく、ホイー
ル式の油圧ショベルであってもよい。

【００３４】（２）上記の実施形態においては、作業部
材１３の作動、搭乗部１１の旋回、クローラ１２の駆動
は、いずれも油圧ポンプ４の駆動による各アクチュエー
タ１１ａ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、およびクローラ１
２の駆動によって行われるようにしているが、こうする
代りに、例えばクローラ１２は、電動機３の回転力を油
圧ポンプ４を介さずに直接クローラ１２に伝達すること
によって駆動させるようにする等、油圧ポンプ４を介さ
ないで駆動させるようにしてもよい。

【００３５】（３）上記の実施形態においては、設定手
段として摘みスイッチ式のアクセルトリマ６５が用いら
れているが、アクセルトリマ６５に代えて把持部を把持
して操作する操作桿や、足踏み式のアクセル部材を採用
してもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の請求項１記載のバッテリ駆動の
油圧ショベルによれば、走行機能を有する下部走行体
と、この下部走行体上に垂直軸回りに旋回可能に設けら
れた上部旋回体とから油圧ショベルを構成し、電動機は
油圧ショベルに搭載されたバッテリからの電力を得て駆
動するようにし、電動機の駆動による油圧ポンプの駆動
でアクチュエータを介して作業部材に所定の動作を行わ
せるようにしたため、油圧ショベルは、機体に搭載され
たバッテリを動力源にして作業部材による各種の作業動
作を行うことができ、商用電源を動力源に使用した場合
のリード線がなく、従って、上部旋回体が下部走行体の
垂直軸回りに旋回しても、リード線が上部旋回体に絡み
付くというような不都合が生じず、これによって油圧シ
ョベルの作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る油圧ショベル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一実施形態を示す系統
図である。

【符号の説明】

１ 油圧ショベル 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 １２ｃ 垂直軸 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 ６ 駆動系統 ６１ 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 ６２ 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 制御回路 ６５ アクセルトリマ（操作つまみ） ６６ 制御手段 ６６ａ 電力供給制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行機能を有する下部走行体と、この下
   部走行体上に垂直軸回りに旋回可能に設けられた上部旋
   回体と、この上部旋回体に搭載されたバッテリからの電
   力を得て駆動する電動機と、この電動機によって駆動さ
   れる油圧ポンプと、この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上記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こ
   とを特徴とするバッテリ駆動の油圧ショベル。