WO2012144428A1 - 建設機械の電動駆動装置 - Google Patents

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WO2012144428A1
WO2012144428A1 PCT/JP2012/060083 JP2012060083W WO2012144428A1 WO 2012144428 A1 WO2012144428 A1 WO 2012144428A1 JP 2012060083 W JP2012060083 W JP 2012060083W WO 2012144428 A1 WO2012144428 A1 WO 2012144428A1
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motor
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operated
power storage
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甫 栗熊
滝下　竜夫
祐太 中村
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日立建機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a construction machine such as an electric hydraulic excavator or a hybrid hydraulic excavator, and in particular, an electric motor / generator for driving a hydraulic pump that supplies pressure oil to a plurality of hydraulic actuators, and the electric motor / generator.
  • the present invention relates to an electric drive device for a construction machine equipped with a power storage device that exchanges electric power between them.
  • a mini excavator as an example of a construction machine (that is, a hydraulic excavator having an operating mass of less than 6 tons) is generally a lower traveling body, an upper revolving body provided on the lower traveling body so as to be able to swivel, and the upper revolving body. And an articulated working machine including a boom, an arm, and a bucket.
  • the mini excavator includes, for example, a hydraulic pump, a plurality of hydraulic actuators (specifically, for example, a boom hydraulic cylinder, an arm hydraulic cylinder, a bucket hydraulic cylinder, and the like), and a pressure from the hydraulic pump to the plurality of hydraulic actuators.
  • a plurality of directional control valves that respectively control the flow of oil, and operating means that operate the directional switching valves respectively (specifically, for example, a plurality of operating devices that output pilot pressure corresponding to the operating position of the operating lever); It has.
  • Some of the above-described electric mini excavators are equipped with a power storage device composed of a plurality of batteries as a power source of the electric motor.
  • a power storage device composed of a plurality of batteries as a power source of the electric motor.
  • this electric motor-driven excavator with a built-in power storage device, it is not always necessary to connect to an external power source using a power cable.
  • movement and turning operations are not limited.
  • the turning radius dimension of the rear end of the upper turning body or the entire upper turning body is limited.
  • the upper swing body is provided with a driver's cab or the like on which the driver is boarded, and further includes hydraulic equipment including a plurality of directional control valves, a hydraulic pump, and a hydraulic oil tank. Therefore, the space of the battery that can be mounted on the upper swing body is limited so as not to impair the visibility of the driver, and the number of batteries that can be mounted on the upper swing body is limited. Therefore, the power storage capacity of the power storage device mounted on the mini excavator is limited, and the operation time of the mini excavator when the power cable is not connected to the external power source is limited.
  • the object of the present invention is to make the operation time limited by the power storage device mounted on the construction machine longer than before due to the power generation action by the motor / generator at the stage of transition from the operating state of the construction machine to the resting state.
  • An object is to provide an electric drive device for a construction machine.
  • the present invention includes a power storage device, a motor / generator that exchanges power with the power storage device, a hydraulic pump that is driven by the motor / generator, A plurality of directional control valves that respectively control the flow of pressure oil from the hydraulic pump to the plurality of hydraulic actuators, and a plurality of operation means that operate the plurality of directional control valves.
  • the motor / generator that has been controlled at a preset rotational speed so that the plurality of hydraulic actuators can be driven before the lapse of time is predicted to be lower than the set rotational speed.
  • Idle control means for decelerating to a set low speed and the idle control means is suitable for work when the motor / generator is in operation at the stage of transition from the operating state of the construction machine to the resting state.
  • regenerative control is performed to charge the power storage device by converting the inertial force of the rotor of the motor / generator into electric power.
  • the first stop control unit stops the motor / generator from the driving state at the low speed rotation number.
  • regenerative control is performed for charging the power storage device by converting the inertial force of the rotor of the motor / generator into electric power.
  • a gate lock lever provided at the entrance and exited to the prohibition release position and the prohibition position, and when the gate lock lever is operated to the prohibition position, And a second stop control means for stopping the motor / generator when the gate lock lever is operated to a prohibited position.
  • the stop control means performs regenerative control that converts the inertial force of the rotor of the motor / generator into electric power to charge the power storage device when the motor / generator is stopped.
  • the present invention includes a power storage device, a motor / generator that exchanges power with the power storage device, a hydraulic pump that is driven by the motor / generator, A plurality of directional control valves that respectively control the flow of pressure oil from the hydraulic pump to the plurality of hydraulic actuators, and a plurality of operation means that operate the plurality of directional control valves.
  • Stop control means for stopping the motor / generator that has been controlled at a preset rotational speed so that the plurality of hydraulic actuators can be driven before the lapse of time when the time has elapsed.
  • the stop control means is configured to stop the motor / generator from the driving state at the set rotational speed suitable for work at the stage of transition from the operating state of the construction machine to the resting state. Regenerative control is performed in which the inertial force of the rotor of the motor / generator is converted into electric power to charge the power storage device.
  • the present invention includes a power storage device, a motor / generator that transfers power to and from the power storage device, a hydraulic pump that is driven by the motor / generator, A plurality of directional control valves that respectively control the flow of pressure oil from the hydraulic pump to the plurality of hydraulic actuators, and a plurality of operation means that operate the plurality of directional control valves.
  • An electric drive device for a construction machine wherein a gate lock lever provided at a boarding gate is operated to a prohibition release position and a prohibition position, and when the gate lock lever is operated to a prohibition position, the plurality of directional control valves Prohibiting means for prohibiting operation and presetting so that the plurality of hydraulic actuators can be driven when the gate lock lever is operated from the prohibition release position to the prohibition position
  • the operation time of the construction machine can be extended.
  • FIG. 1 is a side view showing the overall structure of the electric mini-excavator in the present embodiment.
  • the driver's front side left side in FIG. 1
  • rear side right side in FIG. 1
  • left side left side
  • FIG. 1 The front side toward the middle page and the right side (back side toward the middle page in FIG. 1) are simply referred to as front side, rear side, left side, and right side.
  • an electric mini-excavator comprises a crawler type lower traveling body 1, an upper revolving body 2 provided on the lower traveling body 1 so as to be able to swivel, and a basic lower structure of the upper revolving body 2.
  • Work machine 5 canopy type cab 6 provided on swivel frame 3, and power storage device 7 provided on the rear side of swivel frame 3 and comprising a plurality of batteries (for example, lithium batteries) (FIG. 2 described later)
  • a power supply socket (not shown) to which a cable from an external power source can be attached and detached is provided on the side of the upper swing body 2.
  • the lower traveling body 1 includes a substantially H-shaped track frame 9 as viewed from above, left and right drive wheels 10 rotatably supported in the vicinity of the rear ends of the left and right sides of the track frame 9, and left and right sides of the track frame 9.
  • Left and right driven wheels (idlers) 11 rotatably supported in the vicinity of the front ends on both sides, and left and right crawler belts (crawlers) 12 wound around the left and right drive wheels 10 and the driven wheels 11 are provided.
  • the left driving wheel 10 that is, the left crawler belt 12
  • the right driving wheel 10 by the right traveling hydraulic motor 13B (not shown)
  • the right crawler belt 12 rotates.
  • the soil removal blade 14 is provided on the front side of the track frame 9 so as to be movable up and down, and the blade 14 is moved up and down by a telescopic drive of a blade hydraulic cylinder (not shown).
  • a turning wheel 15 is provided at the center of the track frame 9, and the turning frame 3 is turnable via the turning wheel 15.
  • the turning frame 3 (that is, the upper turning body 2) is a turning hydraulic motor ( It turns by driving (not shown).
  • the swing post 4 is provided on the front side of the swing frame 3 so as to be rotatable in the left-right direction, and is rotated in the left-right direction by an expansion / contraction drive of a swing hydraulic cylinder (not shown). Thereby, the work machine 5 swings to the left and right.
  • the work machine 5 includes a boom 16 coupled to the swing post 4 so as to be pivotable in the vertical direction, an arm 17 coupled to the boom 16 so as to be pivotable in the vertical direction, and the arm 17 pivoting in the vertical direction. And a bucket 18 connected in a possible manner.
  • the boom 16, the arm 17, and the bucket 18 are rotated in the vertical direction by a boom hydraulic cylinder 19, an arm hydraulic cylinder 20, and a bucket hydraulic cylinder 21.
  • the bucket 18 can be replaced with, for example, an attachment (not shown) incorporating an optional hydraulic actuator.
  • the driver's cab 6 is provided with a driver's seat (seat) 22 on which the driver is seated.
  • left and right traveling operation levers 23A and 23B are provided that can be operated with hands or feet and operate in the front-rear direction to instruct the operations of the left and right turning hydraulic motors 13A and 13B, respectively.
  • An optional operation pedal (not shown) for instructing the operation of the optional hydraulic actuator by operating in the left-right direction is provided on the left foot portion of the left travel operation lever 23A.
  • a swing operation pedal (not shown) for instructing the operation of the swing hydraulic cylinder by operating in the left-right direction is provided at the right foot portion of the right travel operation lever 23B.
  • On the left side of the driver's seat 22 is an operation of the arm hydraulic cylinder 20 that operates in the front-rear direction, and an operation of the cross-operating arm that instructs the operation of the hydraulic hydraulic motor for rotation by operating in the left-right direction.
  • An operation lever 24A is provided on the right side of the driver's seat 22 .
  • On the right side of the driver's seat 22, the operation of the boom hydraulic cylinder 19 is instructed by operating in the front-rear direction, and the operation of the bucket hydraulic cylinder 21 is instructed by operating in the left-right direction.
  • An operation lever 24B (see FIG. 2 described later) is provided.
  • a blade operation lever (not shown) for instructing the operation of the blade hydraulic cylinder by operating in the front-rear direction.
  • a prohibition release position (specifically, a lowered position that prevents the driver from getting on and off) and a prohibition position (specifically, the driver's entrance / exit)
  • the gate lock lever 25 is provided so as to be operated at a rising position that allows
  • a dial 26 (see FIG. 3 described later) and the like are provided on the right side of the driver seat 22.
  • This standard rotation speed is a set rotation speed at which the hydraulic actuator described above can be driven, and is a set rotation speed at which, for example, a torque for performing excavation work with the work implement 5 can be sufficiently obtained.
  • the motor / generator 27 has both functions of the motor and the generator.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the electric drive device provided in the electric mini-excavator described above.
  • the configuration related to the left traveling hydraulic motor 13 ⁇ / b> A and the boom hydraulic cylinder 19 is representatively shown.
  • a motor / generator (M / G) 27 that transfers power between the power storage device (battery device) 7 and the power storage device 7 via the bidirectional converter 28, and the motor / generator 27
  • the hydraulic pump 29 and the pilot pump 30 to be driven, the hydraulic pilot type operation device (remote operation device) 31 provided with the left traveling operation lever 23A, and the operation in the front-rear direction of the left traveling operation lever 23A.
  • a left travel direction switching valve 32 that controls the flow of pressure oil from the hydraulic pump 29 to the left travel hydraulic motor 13A is provided.
  • the hydraulic pilot type operating device (remote operating device) 33 provided with the bucket / boom operating lever 24B and the hydraulic pressure for the boom from the hydraulic pump 29 according to the operation in the front-rear direction of the bucket / boom operating lever 24B.
  • a boom direction switching valve 34 for controlling the flow of pressure oil to the cylinder 19 is provided.
  • the configurations related to the right traveling hydraulic motor 13B, the arm hydraulic cylinder 20, the bucket hydraulic cylinder 21, the turning hydraulic motor, the swing hydraulic cylinder, and the blade hydraulic cylinder are substantially the same.
  • Left traveling direction switching valve 32, boom direction switching valve 34, etc. (in detail, right traveling direction switching valve, arm direction switching valve, bucket direction switching valve, turning direction switching valve, swing direction, not shown)
  • the switching valve and the blade direction switching valve are of the center bypass type and each have a center bypass passage located on the center bypass line 35.
  • the center bypass passage of each direction switching valve is connected in series to the center bypass line 35, and communicates when the spool of each direction switching valve is in the neutral position, and is switched to the left or right switching position in FIG. And is designed to shut off.
  • the upstream side of the center bypass line 35 is connected to the discharge line 36 of the hydraulic pump 29, and the downstream side of the center bypass line 35 is connected to the tank line 37.
  • the left traveling direction switching valve 32, the boom direction switching valve 34, and the like each have a signal passage located on the hydraulic signal line 38. That is, the signal path of each directional switching valve is connected in series to the hydraulic signal line 38 and communicates when the spool of each directional switching valve is in the neutral position, and is switched to the left or right switching position in FIG. If it is done, it will be cut off.
  • the upstream side of the hydraulic signal line 38 is connected so as to branch from the discharge line 39 of the pilot pump 30, and the downstream side of the hydraulic signal line 38 is connected to the tank line 37.
  • a fixed throttle 40 is provided upstream of the most upstream direction switching valve 32 in the hydraulic signal line 38, and a pressure switch 41 (operation detecting means) is provided between the fixed throttle 40 and the direction switching valve 32. .
  • the pressure switch 41 introduces a hydraulic pressure upstream of the direction switching valve 32 and closes the contact when the hydraulic pressure reaches a preset threshold value. Thus, it is detected whether any one of the directional switching valves is operated, and an ON signal is output when any directional switching valve is operated.
  • the left travel direction switching valve 32 is remotely operated by the pilot pressure from the operation device 31.
  • the operating device 31 includes a left travel operating lever 23A and a pair of pressure reducing valves (not shown) that generate pilot pressure using the discharge pressure of the pilot pump 30 as a source pressure in accordance with the operation of the operating lever 23A in the front-rear direction. And have.
  • the pilot pressure generated by one of the pressure reducing valves according to the amount of operation is output to the pressure receiving portion on the right side in FIG.
  • the left travel direction switching valve 32 is switched to the switching position on the right side in FIG.
  • the left traveling hydraulic motor 13A rotates forward, and the left drive wheel 10 and crawler belt 12 rotate forward.
  • the operation lever 23A when the operation lever 23A is operated from the neutral position to the rear side, the pilot pressure generated by the other pressure reducing valve according to the operation amount is output to the pressure receiving portion on the left side in FIG.
  • the left travel direction switching valve 32 is switched to the switching position on the left side in FIG.
  • the left traveling hydraulic motor 13A rotates rearward, and the left drive wheel 10 and crawler belt 12 rotate rearward.
  • the boom direction switching valve 34 is remotely operated by the pilot pressure from the operation device 33.
  • the operating device 33 includes a boom / bucket operating lever 24B and a pair of pressure reducing valves (not shown) that generate pilot pressure using the discharge pressure of the pilot pump 30 as a source pressure in accordance with the operation of the operating lever 24B in the front-rear direction. have. Then, for example, when the operation lever 24B is operated from the neutral position to the front side, the pilot pressure generated by one of the pressure reducing valves according to the amount of operation is output to the pressure receiving portion on the right side of the boom direction switching valve 34 in FIG. Thus, the boom direction switching valve 34 is switched to the switching position on the right side in FIG.
  • the boom hydraulic cylinder 19 is shortened and the boom 16 is lowered.
  • the pilot pressure generated by the other pressure reducing valve according to the operation amount is output to the pressure receiving portion on the left side of the boom direction switching valve 34 in FIG.
  • the boom direction switching valve 34 is switched to the switching position on the left side in FIG. As a result, the boom hydraulic cylinder 19 extends and the boom 16 is raised.
  • a pilot relief valve 42 that keeps the discharge pressure of the pilot pump 30 constant is provided in the discharge line 39 of the pilot pump 30. Further, the discharge line 39 of the pilot pump 30 is provided with a lock valve 43 (prohibiting means), and the lock valve 43 is switched in accordance with the operation of the gate lock lever 25 described above. Specifically, a lock switch 44 that is switched according to the operation position of the gate lock lever 25 is provided, and this lock switch 44 is in a closed state (when the gate lock lever 25 is in the prohibition release position (lowering position)). ON), when the gate lock lever 25 is in the prohibited position (upward position), it is opened (OFF).
  • FIG. 3 is a block diagram showing the bidirectional converter 28, which is a main part of the present embodiment, together with related devices.
  • the bidirectional converter 28 includes a step-up / step-down chopper 45, an AC / DC converter 46, and a controller 47.
  • the step-up / step-down chopper 45 includes a booster circuit, a step-down circuit, a rectifier circuit, and a switch provided between these circuits.
  • the controller 47 inputs signals from the lock switch 44, the pressure switch 41, the dial 26, etc., and controls the step-up / down chopper 45 and the AC / DC converter 46 in accordance with these signals.
  • the motor / generator 27 is driven at the standard rotation speed set with the dial 26, and the idle rotation speed N I (preset at a lower speed than the minimum standard rotation speed N L that can be set with the dial 26.
  • the above-described hydraulic actuator is switched to an idle operation that is driven at a low speed that cannot be driven, for example, 300 rpm, or to a stop.
  • the controller 47 determines whether the gate lock lever 25 has been operated to the prohibition position or the prohibition release position based on a signal from the lock switch 44. For example, it is assumed that the gate lock lever 25 has been operated from the prohibition release position to the prohibition position. When the determination is made, the motor / generator 27 is stopped. On the other hand, for example, when it is determined that the gate lock lever 25 is operated from the prohibition position to the prohibition release position, the motor / generator 27 is switched from the stop state to the idle operation. Control. Further, it is determined whether or not all of the directional control valves are operated by a signal from the pressure switch 41. For example, when the motor / generator 27 is idling or stopped, any of the directional control valves is not operated.
  • the motor / generator 27 When operated, the motor / generator 27 is switched to the standard operation. On the other hand, for example, during the standard operation of the motor / generator 27, X seconds (several seconds) set in advance in a state where all the directional control valves are not operated. The motor / generator 27 is switched to idle operation when elapses, and, for example, Y seconds (provided that the directional switching valves are not operated during idle operation of the motor / generator 27, for example) In the present embodiment, control is performed so that the motor / generator 27 is stopped when Y> X and several seconds) have elapsed.
  • the controller 47 operates the motor / generator 27 as a motor during the standard operation or idle operation of the motor / generator 27, and changes the motor / generator 27 from the standard operation to the idle operation.
  • the motor / generator 27 is operated as a generator (regenerative brake) when switching (in other words, when decelerating from the standard rotation speed to the idle rotation speed) or when stopping.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the contents of control processing of the controller 47.
  • step 100 when the gate lock lever 25 is operated to the prohibition release position and any one of the directional control valves is operated by the operation lever, the process proceeds to step 100 and the standard operation control of the motor / generator 27 is performed. More specifically, the controller 47 outputs a drive command to the step-up / step-down chopper 45 and the AC / DC converter 46.
  • the controller 47 sets the standard rotational speed set with the dial 26 and the actual rotational speed of the motor / generator 27 (not shown in detail, but the actual rotational speed detected by the rotational speed sensor, for example, The motor / generator 27 based on the difference between the position sensor that detects the magnetic pole position of the machine 27 and the actual rotation number calculated based on the detection result of the current sensor that detects the primary current of the motor / generator 27.
  • the voltage to be applied is calculated and output to the AC / DC converter 46 as a voltage command.
  • the step-up / step-down chopper 45 boosts the voltage of the DC power from the power storage device 7 according to the drive command and supplies it to the AC / DC converter 46.
  • the AC / DC converter 46 generates AC power based on the DC power from the step-up / step-down chopper 45 in accordance with the drive command and the voltage command, and applies the AC power to the motor / generator 27.
  • the flow of electricity is as shown by the white arrow in FIG. 3 described above, and the motor / generator 27 is driven at the standard rotational speed.
  • step 110 the controller 47 determines whether the gate lock lever 25 has been operated from the prohibition release position to the prohibition position based on a signal from the lock switch 44. For example, if it is determined that the gate lock lever 25 is not operated to the prohibited position, the determination in step 110 is not satisfied, and the routine proceeds to step 120.
  • step 120 it is determined whether or not the operation position of the dial 26 is changed by a signal from the dial 26. For example, if there is a change in the operation position of the dial 26, the determination in step 120 is not satisfied, and the same procedure as described above is performed by returning to step 100 described above. On the other hand, for example, when there is no change in the operation position of the dial 26, the determination at step 120 is satisfied, and the routine proceeds to step 130.
  • step 130 it is determined whether or not all the directional control valves have been operated based on a signal from the pressure switch 41. For example, when any one of the directional control valves is operated, the determination in step 130 is not satisfied, and the process returns to the above-described step 100 to perform the same procedure as described above. On the other hand, for example, when all the directional control valves are not operated, the determination in step 130 is satisfied, and the routine proceeds to step 140. In step 140, it is determined whether or not X seconds have elapsed in a state where all the directional control valves are not operated. As long as X seconds have not elapsed with all the directional control valves not being operated, the determination in step 140 is not satisfied, and the routine returns to the above-described step 110 to repeat the same procedure as described above.
  • step 150 the process proceeds to step 150, where the operation is switched to the idle operation control of the motor / generator 27. More specifically, the controller 47 first outputs a regeneration command to the step-up / down chopper 45 and the AC / DC converter 46 until the motor / generator 27 changes from the standard rotation speed to the idle rotation speed.
  • the AC / DC converter 46 converts the inertial force of the rotor of the rotor of the motor / generator 27 into AC power in accordance with the regeneration command, and converts this AC power into DC power.
  • the step-up / step-down chopper 45 boosts the voltage of the DC power from the AC / DC converter 46 in accordance with the regeneration command and supplies the boosted voltage to the power storage device 7. As a result, an electric flow as indicated by a black arrow in the figure is generated, and the power storage device 7 is charged.
  • the controller 47 outputs a drive command to the step-up / step-down chopper 45 and the AC / DC converter 46. Further, the controller 47 calculates a voltage to be applied to the motor / generator 27 based on a difference between the idle speed and the actual speed of the motor / generator 27, and outputs this to the AC / DC converter 46 as a voltage command. To do. Then, the step-up / step-down chopper 45 boosts the voltage of the DC power from the power storage device 7 according to the drive command and supplies it to the AC / DC converter 46.
  • the AC / DC converter 46 generates AC power based on the DC power from the step-up / step-down chopper 45 in accordance with the drive command and the voltage command, and applies the AC power to the motor / generator 27.
  • the flow of electricity is as shown by the white arrow in FIG. 3, and the motor / generator 27 is driven at the idling speed.
  • step 160 the controller 47 determines whether the gate lock lever 25 has been operated from the prohibition release position to the prohibition position based on a signal from the lock switch 44. For example, if it is determined that the gate lock lever 25 is not operated to the prohibited position, the determination in step 160 is not satisfied, and the routine proceeds to step 170.
  • step 170 it is determined whether or not the operation position of the dial 26 is changed based on a signal from the dial 26. For example, when there is a change in the operation position of the dial 26, the determination in step 170 is not satisfied, and the routine returns to the above-described step 100 to switch to the standard operation control of the motor / generator 27. On the other hand, for example, when there is no change in the operation position of the dial 26, the determination in step 170 is satisfied, and the routine proceeds to step 180.
  • step 180 it is determined whether or not all the directional control valves have been operated by a signal from the pressure switch 41. For example, when any one of the directional control valves is operated, the determination of step 180 is not satisfied, and it is determined that the mini excavator is in a stage of transition from the resting state to the operating state. Switch to the standard operation control of the generator 27. On the other hand, for example, when all the directional control valves are not operated, the determination in step 180 is satisfied, and the routine proceeds to step 190. In step 190, it is determined whether or not Y seconds have elapsed with all directional control valves not being operated. As long as Y seconds have not elapsed with all the directional control valves not being operated, the determination in step 190 is not satisfied, and the routine returns to the above-described step 160 to repeat the same procedure as described above.
  • step 160 to 180 are repeatedly performed. For example, if Y seconds elapse without all the direction switching valves being operated, the determination in step 190 is satisfied, and the process proceeds to step 200.
  • the stop control of the machine 27 is performed. More specifically, the controller 47 outputs a regeneration command to the step-up / step-down chopper 45 and the AC / DC converter 46 until the motor / generator 27 stops.
  • the AC / DC converter 46 converts the inertial force of the rotor of the rotor of the motor / generator 27 into AC power in accordance with the regeneration command, and converts this AC power into DC power.
  • the step-up / step-down chopper 45 boosts the voltage of the DC power from the AC / DC converter 46 in accordance with the regeneration command and supplies the boosted voltage to the power storage device 7. As a result, an electric flow as indicated by a black arrow in the figure is generated, and the power storage device 7 is charged.
  • step 110 when it is determined in step 110 described above that the gate lock lever 25 has been operated from the prohibition release position to the prohibition position, the determination is satisfied, and it is a stage where the mini excavator is moved from the operating state to the resting state.
  • the process proceeds to step 200 described above, and stop control of the motor / generator 27 is performed.
  • step 160 when it is determined in the above-described step 160 that the gate lock lever 25 is operated from the prohibition release position to the prohibition position, the determination is satisfied, and the process proceeds to the above-described step 200 to stop the motor / generator 27. I do.
  • the above-described steps 130 to 150 performed by the controller 47 of the bidirectional converter 28 are the first time set in advance in a state where all of the plurality of directional control valves described in the claims are not operated.
  • the motor / generator that has been controlled at a preset rotational speed so that a plurality of hydraulic actuators can be driven before that time has passed is set to a low speed that is preset at a speed lower than the preset rotational speed.
  • Idle control means for decelerating to a number is configured.
  • steps 180 to 200 performed by the controller 47 of the bidirectional converter 28 are set in advance in a state in which all of the plurality of directional control valves are not operated after the motor / generator is decelerated to the low speed.
  • a first stop control means for stopping the motor / generator is configured.
  • the aforementioned steps 110, 160 and 200 performed by the controller 47 of the bidirectional converter 28 constitute a second stop control means for stopping the motor / generator when the gate lock lever is operated to the prohibited position.
  • the aforementioned steps 110 and 200 performed by the controller 47 of the bidirectional converter 28 are set in advance so that a plurality of hydraulic actuators can be driven when the gate lock lever is operated from the prohibition release position to the prohibition position.
  • a stop control means for stopping the motor / generator controlled by the rotational speed is configured.
  • the bidirectional converter 28 is interposed between the commercial power supply 48 and the power storage device 7 when, for example, a cable from the commercial power supply 48 (external power supply) is connected to the power supply port. ing.
  • a charging switch (not shown) that can instruct start / end of charging by an external power source while the motor / generator 27 is stopped is provided, and the controller 47 responds to a charging start instruction signal from the charging switch.
  • control is performed to supply power from the commercial power supply 48 to the power storage device 7 to charge the power storage device 7.
  • the step-up / step-down chopper 45 converts AC power from the commercial power supply 48 into DC power in accordance with a command from the controller 47 and supplies the power to the power storage device 7 by reducing the voltage. .
  • the bidirectional converter 28 becomes idle speed N I
  • the motor / generator 27 is driven.
  • the bidirectional excavator 28 of the mini excavator is, for example, the standard rotation set by the dial 26
  • the motor / generator 27 is driven so as to be several NH .
  • the bidirectional converter 28 changes the motor / generator 27 from the standard rotational speed NH to the idle rotational speed. slowing down to N I.
  • bidirectional converter 28 performs regenerative control in which the inertial force of the rotor of motor / generator 27 is converted into electric power to charge power storage device 7. That is, the power storage device 7 is charged.
  • the bidirectional converter 28 drives the motor / generator 27 so that the standard rotational speed set by the dial 26 is obtained. Thereafter, when X seconds have elapsed without operating all the direction switching valves (that is, when the pressure switch 41 is OFF), the bidirectional converter 28 changes the motor / generator 27 from the standard rotational speed NH to the idle rotational speed. slowing down to N I. At this time, bidirectional converter 28 performs regenerative control in which the inertial force of the rotor of motor / generator 27 is converted into electric power to charge power storage device 7. That is, the power storage device 7 is charged.
  • bidirectional converter 28 stops the motor / generator 27. At this time, bidirectional converter 28 performs regenerative control in which the inertial force of the rotor of motor / generator 27 is converted into electric power to charge power storage device 7. That is, the power storage device 7 is charged.
  • the bidirectional converter 28 stops the motor / generator 27. At this time, bidirectional converter 28 performs regenerative control in which the inertial force of the rotor of motor / generator 27 is converted into electric power to charge power storage device 7. That is, the power storage device 7 is charged.
  • the power storage device 7 can be charged by performing regenerative control when the motor / generator 27 is decelerated from the standard speed to the idle speed and stopped.
  • the operating time of the excavator can be extended.
  • the bidirectional converter 28 stops the motor / generator 27 when the gate lock lever 25 is operated from the prohibition release position to the prohibition position, and the gate lock lever 25 is prohibited from the prohibition position.
  • the case of having a control function for driving the motor / generator 27 when operated to the release position has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and this function may not be provided.
  • the bidirectional converter 28 has been described as an example in which the bidirectional converter 28 has a control function for stopping the motor / generator 27 when the idle operation time of the motor / generator 27 has elapsed Y seconds.
  • the present invention is not limited to this, and this function may not be provided, or a switch that can be set to enable / disable this function may be provided.
  • the bidirectional converter 28 regenerates charging the power storage device 7 by converting the inertial force of the rotor of the motor / generator 27 into electric power when the motor / generator 27 is stopped.
  • the case of having a function to perform control has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the function may not be provided, or a switch capable of setting whether to enable or disable this function may be provided.
  • the power storage device 7 can be charged and the operating time of the mini excavator is lengthened. be able to.
  • the present embodiment is an embodiment in which the motor / generator 27 is stopped when X seconds elapses in a state where all the direction switching valves are not operated during the standard operation of the motor / generator 27.
  • the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating the bidirectional converter together with related devices in the present embodiment.
  • the bidirectional converter 28A includes a step-up / step-down chopper 45, an AC / DC converter 46, and a controller 47A, like the bidirectional converter 28.
  • the controller 47A receives signals from the lock switch 44, the pressure switch 41, the dial 26, and the like, and controls the step-up / step-down chopper 45 and the AC / DC converter 46 in accordance with these signals.
  • the motor / generator 27 is switched to the standard operation in which the motor / generator 27 is driven at the standard rotational speed set by the dial 26 or to the stop.
  • the controller 47A determines whether the gate lock lever 25 is operated to the prohibition position or the prohibition release position based on a signal from the lock switch 44. For example, it is assumed that the gate lock lever 25 is operated from the prohibition release position to the prohibition position. When it is determined, the motor / generator 27 is stopped. On the other hand, for example, when it is determined that the gate lock lever 25 is operated from the prohibition position to the prohibition release position, the motor / generator 27 is controlled to be switched to the standard operation. Further, it is determined whether or not all the direction switching valves are not operated by a signal from the pressure switch 41, and for example, all the direction switching valves are not operated during the standard operation of the motor / generator 27.
  • the motor / generator 27 is stopped when X seconds (several seconds) have passed in the state, while the motor / generator 27 is operated, for example, when any one of the directional control valves is operated while the motor / generator 27 is stopped. Is controlled to switch to standard operation.
  • a major feature of this embodiment is that the controller 47A operates the motor / generator 27 as a motor during the standard operation of the motor / generator 27, and stops the motor / generator 27 from the standard operation.
  • the generator 27 is operated as a generator (regenerative brake).
  • FIG. 8 is a flowchart showing the contents of control processing of the controller 47A.
  • step 100 when the gate lock lever 25 is operated to the prohibition release position, the process proceeds to step 100, and the standard operation control of the motor / generator 27 is performed. That is, the controller 47A outputs a drive command to the step-up / step-down chopper 45 and the AC / DC converter 46.
  • the controller 47A also sets the standard rotational speed set with the dial 26 and the actual rotational speed of the motor / generator 27 (details are not shown, but for example, the actual rotational speed detected by the rotational speed sensor, The motor / generator 27 based on the difference between the position sensor that detects the magnetic pole position of the machine 27 and the actual rotation number calculated based on the detection result of the current sensor that detects the primary current of the motor / generator 27.
  • the voltage to be applied is calculated and output to the AC / DC converter 46 as a voltage command.
  • the step-up / step-down chopper 45 boosts the voltage of the DC power from the power storage device 7 according to the drive command and supplies it to the AC / DC converter 46.
  • the AC / DC converter 46 generates AC power based on the DC power from the step-up / step-down chopper 45 in accordance with the drive command and the voltage command, and applies the AC power to the motor / generator 27. As a result, the motor / generator 27 is driven at the standard rotational speed.
  • step 110 the controller 47A determines whether the gate lock lever 25 is operated from the prohibition release position to the prohibition position based on a signal from the lock switch 44. For example, if it is determined that the gate lock lever 25 is not operated to the prohibited position, the determination in step 110 is not satisfied, and the routine proceeds to step 120.
  • step 120 it is determined whether or not the operation position of the dial 26 is changed by a signal from the dial 26. For example, if there is a change in the operation position of the dial 26, the determination in step 120 is not satisfied, and the same procedure as described above is performed by returning to step 100 described above. On the other hand, for example, when there is no change in the operation position of the dial 26, the determination at step 120 is satisfied, and the routine proceeds to step 130.
  • step 130 it is determined whether or not all the directional control valves have been operated based on a signal from the pressure switch 41. For example, when any one of the directional control valves is operated, the determination in step 130 is not satisfied, and the process returns to the above-described step 100 to perform the same procedure as described above. On the other hand, for example, when all the directional control valves are not operated, the determination in step 130 is satisfied, and the routine proceeds to step 140. In step 140, it is determined whether or not X seconds have elapsed in a state where all the directional control valves are not operated. As long as X seconds have not elapsed with all the directional control valves not being operated, the determination in step 140 is not satisfied, and the routine returns to the above-described step 110 to repeat the same procedure as described above.
  • step 110 to 130 the determinations in steps 110 to 130 are repeatedly performed. For example, if X seconds elapses when all the directional control valves are not operated, the determination in step 140 is satisfied, and the mini excavator is changed from the operating state to the resting state. If it is determined that it is a stage to shift to step S200, the process proceeds to step 200, and stop control of the motor / generator 27 is performed. More specifically, the controller 47A outputs a regeneration command to the step-up / step-down chopper 45 and the AC / DC converter 46 until the motor / generator 27 stops.
  • the AC / DC converter 46 converts the inertial force of the rotor of the rotor of the motor / generator 27 into AC power in accordance with the regeneration command, and converts this AC power into DC power.
  • the step-up / step-down chopper 45 boosts the voltage of the DC power from the AC / DC converter 46 in accordance with the regeneration command and supplies the boosted voltage to the power storage device 7. Thereby, the electrical storage apparatus 7 is charged.
  • step 110 when it is determined in step 110 described above that the gate lock lever 25 has been operated from the prohibition release position to the prohibition position, the determination is satisfied, and it is a stage where the mini excavator is moved from the operating state to the resting state. After the determination, the process proceeds to step 200 described above, and stop control of the motor / generator 27 is performed. Also at this time, the power storage device 7 is charged.
  • the above-described steps 130, 140, and 200 performed by the controller 47A of the bidirectional converter 28A are the predetermined values set in advance in a state where all of the plurality of directional control valves described in the claims are not operated.
  • a stop control unit is configured to stop the motor / generator that has been controlled at a preset rotational speed so that a plurality of hydraulic actuators can be driven before the time elapses.
  • the above-described steps 110 and 200 performed by the controller 47A of the bidirectional converter 28A are set in advance so that a plurality of hydraulic actuators can be driven when the gate lock lever is operated from the prohibition release position to the prohibition position.
  • a stop control means for stopping the motor / generator controlled by the rotational speed is configured.
  • the bidirectional converter 28A is set by the dial 26, for example.
  • the motor / generator 27 is driven so that the standard rotational speed NH is obtained.
  • the bidirectional converter 28A is stopped.
  • bidirectional converter 28 ⁇ / b> A performs regenerative control in which the inertial force of the rotor of motor / generator 27 is converted into electric power to charge power storage device 7. That is, the power storage device 7 is charged.
  • bidirectional converter 28A stops the motor / generator 27.
  • bidirectional converter 28 ⁇ / b> A performs regenerative control in which the inertial force of the rotor of motor / generator 27 is converted into electric power to charge power storage device 7. That is, the power storage device 7 is charged.
  • the power storage device 7 can be charged by performing regenerative control when stopping the motor / generator 27 at the stage of transition from the operating state of the mini excavator to the resting state. Yes, the operating time of the mini excavator can be extended.
  • hydraulic pilot type operation devices 31, 33, etc. for outputting a pilot pressure corresponding to the operation position of the operation lever.
  • the present invention is not limited to this. That is, for example, an electric lever type operation device that outputs an electric operation signal corresponding to the operation position of the operation lever may be used.
  • a pair of electromagnetic pressure reducing valves that generate a pilot pressure using the discharge pressure of the pilot pump 30 as an original pressure and output the pilot pressure to the direction switching valve, and the pair of electromagnetic pressure valves according to an electric operation signal from the operating device.
  • a control device for controlling the pressure reducing valve may be provided. In such a case, the same effect as described above can be obtained.
  • the pressure switch 41 or the like is provided as an example of the operation detecting means for detecting the presence or absence of the operation of the direction switching valves 32 and 34 has been described, but the present invention is not limited thereto. That is, for example, without providing the hydraulic signal line 38, the signal passage of each direction switching valve, the fixed throttle 40, and the pressure switch 41, a shuttle valve group for extracting the highest pressure of the pilot pressure output from the operating device is provided.
  • a pressure switch may be provided on the output side of the shuttle valve at the final stage in the shuttle valve group.
  • a pressure sensor is provided instead of the pressure switch, and the controller of the bidirectional converter determines whether or not the pressure detected by the pressure sensor has reached a predetermined threshold value.
  • the presence or absence of the operation may be determined. Further, for example, when the above-described electric lever type operation device is employed, the control signal output from the control device to the electromagnetic pressure reducing valve (in other words, an electric operation signal from the operation device, a signal from the lock switch, etc.) Thus, it may be determined whether or not the direction switching valves 32 and 34 are operated. In such a case, the same effect as described above can be obtained.
  • the operation position of the gate lock lever 25 (in other words, the lock switch 44 of the lock switch 44 is used as a prohibition means for prohibiting the operation of the plurality of directional control valves when the gate lock lever 25 is operated to the prohibit position.
  • the case where the lock valve 43 that communicates and shuts off the discharge line 39 of the pilot pump 30 according to ON / OFF) has been described as an example, but is not limited thereto. That is, for example, when the electric lever type operation device described above is employed, the control device may perform control to validate / invalidate an electric operation signal from the operation device in accordance with a signal from the lock switch 44. . In such a case, the same effect as described above can be obtained.
  • the bidirectional converter 28 (or 28A) supplies the electric power from the power storage device 7 to the motor / generator 27 to drive the motor / generator 27, and the external control mode
  • the second control mode for supplying power from the power source to the power storage device 7 and charging the power storage device 7 can be selectively performed.
  • the motor / generator 27 is controlled from the standard rotational speed.
  • the present invention is not limited to this. That is, the first control mode and the second control mode described above, the third control mode in which electric power from the external power source is supplied to the motor / generator 27 to drive the motor / generator 27, and from the external power source.
  • a fourth control mode for supplying electric power to the motor / generator 27 and the power storage device 7 to drive the motor / generator 27 and to charge the power storage device 7 is set according to the operation of a mode selection switch (not shown). You may comprise so that it can perform selectively. Then, during the third control mode or the fourth control mode, regenerative control may be performed when the motor / generator 27 is decelerated from the standard rotational speed to the idle rotational speed or stopped. In such a case, the same effect as described above can be obtained.
  • the electric mini excavator that drives the hydraulic pump 29 and the like by only the motor / generator 27 is described as an example of the application of the present invention.
  • the present invention is not limited to this. That is, for example, the present invention may be applied to a hybrid mini excavator driven by an electric motor / generator and an engine.
  • a clutch mechanism 49 is provided at a connection portion between the motor / generator 27 and the engine 48, and the bidirectional converter 28 (or 28 ⁇ / b> A) decelerates the motor / generator 27.
  • the clutch mechanism 49 may be controlled to disconnect the motor / generator 27 and the engine 48 from each other.
  • the present invention is not limited to a mini excavator, and may be applied to a medium-sized or large-sized hydraulic excavator (a hydraulic excavator having an operating mass of 6 tons or more). Further, the present invention is not limited to the hydraulic excavator, and may be applied to other construction machines such as a hydraulic crane.

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Abstract

　稼働時間を長くすることができる建設機械の電動駆動装置を提供する。　蓄電装置７と、蓄電装置７との間で電力の授受を行う電動・発電機２７と、電動・発電機２７によって駆動する油圧ポンプ２９と、油圧ポンプ２９から複数の油圧アクチュエータ１３Ａ，１９への圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁３２，３４と、複数の方向切換弁３２，３４をそれぞれ操作する複数の操作装置３１，３３とを備えた電動式ミニショベルの電動駆動装置であって、複数の方向切換弁３２，３４が全て操作されてない状態でＸ秒が経過した場合、電動・発電機２７をアイドル回転数まで減速させる双方向コンバータ２８を備える。双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７を標準回転数からアイドル回転数まで減速させるときに、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。

Description

建設機械の電動駆動装置
　本発明は、電動式油圧ショベルやハイブリッド式油圧ショベル等の建設機械に係わり、特に、複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動する電動・発電機と、この電動・発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを搭載した建設機械の電動駆動装置に関する。
　建設機械の一例であるミニショベル（すなわち、運転質量６トン未満の油圧ショベル）は、一般に、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられブーム、アーム、及びバケットを含む多関節型の作業機とを備えている。このミニショベルは、例えば、油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、例えばブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダ等）と、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、複数の方向切換弁をそれぞれ操作する操作手段（詳細には、例えば操作レバーの操作位置に対応するパイロット圧を出力する複数の操作装置）とを備えている。
　近年、排気ガスを排出せず、騒音や振動も大幅に低減する利点を有することから、上記油圧ポンプの駆動源としてエンジンの代わりに電動モータ（電動・発電機）を搭載した電動式ミニショベルが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－１２１３２８号公報
　上述した電動式ミニショベルにおいては、電動モータの電力源として複数のバッテリからなる蓄電装置を搭載したものがある。この蓄電装置搭載型の電動式ミニショベルでは、常に電力ケーブルを用いて外部電源に接続する必要がない。そして、例えばミニショベルの作業時に電力ケーブルを用いて外部電源に接続しない場合は、移動や旋回動作が制限されないという利点を有する。しかし、ミニショベルに搭載可能なバッテリの数量ひいては蓄電装置の蓄電容量には限界がある。詳しく説明すると、例えば後方超小旋回型若しくは超小旋回型と呼ばれるミニショベルにおいては、上部旋回体の後端若しくは上部旋回体の全体における旋回半径寸法が制限されている。そして、上部旋回体には、運転者が搭乗する運転室などが設けられており、さらに、複数の方向切換弁、油圧ポンプ、及び作動油タンクを含む油圧機器が搭載されている。そのため、運転者の視認性を損なわないように上部旋回体に搭載できるバッテリのスペースは限られており、上部旋回体に搭載可能なバッテリの数量には限界がある。したがって、ミニショベルに搭載する蓄電装置の蓄電容量に限界があり、電力ケーブルを用いて外部電源に接続しない場合のミニショベルの稼働時間が限られていた。
　本発明の目的は、建設機械に搭載された蓄電装置によって制限される稼働時間を、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階での電動・発電機による発電作用により従来よりも長くすることができる建設機械の電動駆動装置を提供することにある。
[規則91に基づく訂正 20.08.2012]　
　（１）上記目的を達成するために、本発明は、蓄電装置と、前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁をそれぞれ操作する複数の操作手段と、を備えた建設機械の電動駆動装置であって、前記複数の方向切換弁の操作の有無を検出する操作検出手段と、前記複数の方向切換弁が全て操作されてない状態で予め設定された第１の時間が経過した場合、その時間経過前に前記複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた前記電動・発電機を、その設定回転数より低速に予め設定された低速回転数まで減速させるアイドル制御手段と、を有し、前記アイドル制御手段は、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、前記電動・発電機を作業に適した前記設定回転数から前記低速回転数まで減速させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
　（２）上記（１）において、好ましくは、前記電動・発電機が前記低速回転数まで減速した後、さらに前記複数の方向切換弁が全て操作されてない状態で予め設定された第２の時間が経過した場合、前記電動・発電機を停止させる第１の停止制御手段を有し、前記第１の停止制御手段は、前記電動・発電機を前記低速回転数での駆動状態から停止させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
　（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、乗降口に設けられ禁止解除位置と禁止位置に操作されるゲートロックレバーと、前記ゲートロックレバーが禁止位置に操作された場合に前記複数の方向切換弁の操作を禁止する禁止手段と、前記ゲートロックレバーが禁止位置に操作された場合、前記電動・発電機を停止させる第２の停止制御手段と、を有し、前記第２の停止制御手段は、前記電動・発電機を停止させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
　（４）上記目的を達成するために、本発明は、蓄電装置と、前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁をそれぞれ操作する複数の操作手段と、を備えた建設機械の電動駆動装置であって、前記複数の方向切換弁の操作の有無を検出する操作検出手段と、前記複数の方向切換弁が全て操作されてない状態で予め設定された所定の時間が経過した場合、その時間経過前に前記複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた前記電動・発電機を、停止させる停止制御手段と、を有し、前記停止制御手段は、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、前記電動・発電機を作業に適した前記設定回転数での駆動状態から停止させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
　（５）上記目的を達成するために、本発明は、蓄電装置と、前記蓄電装置との間で電力の授受を行う電動・発電機と、前記電動・発電機によって駆動する油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁をそれぞれ操作する複数の操作手段と、を備えた建設機械の電動駆動装置であって、乗降口に設けられ禁止解除位置と禁止位置に操作されるゲートロックレバーと、前記ゲートロックレバーが禁止位置に操作された場合に前記複数の方向切換弁の操作を禁止する禁止手段と、前記ゲートロックレバーが禁止解除位置から禁止位置に操作された場合、前記複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた前記電動・発電機を、停止させる停止制御手段と、を有し、前記停止制御手段は、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、前記電動・発電機を作業に適した前記設定回転数での駆動状態から停止させるときに、前記電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置を充電する回生制御を行う。
　本発明によれば、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、電動・発電機を減速又は停止させるときに電動・発電機の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置を充電する回生制御を行うことにより、建設機械の稼働時間を長くすることができる。
本発明の一実施形態における電動式ミニショベルの全体構造を表す側面図である。 本発明の一実施形態における電動駆動装置の構成を表す図である。 本発明の一実施形態における双方向コンバータを関連機器とともに表すブロック図である。 本発明の一実施形態における双方向コンバータのコントローラの制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の一実施形態における電動・発電機の実回転数等の経時変化を表すタイムチャートであり、アイドル運転時にゲートロックレバーが禁止解除位置から禁止位置に操作されて電動・発電機を停止させる場合を示す。 本発明の一実施形態における電動・発電機の実回転数等の経時変化を表すタイムチャートであり、アイドル運転時間がＹ秒経過して電動・発電機を停止させる場合を示す。 本発明の他の実施形態における双方向コンバータを関連機器とともに表すブロック図である。 本発明の他の実施形態における双方向コンバータのコントローラの制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の他の実施形態における電動・発電機の実回転数等の経時変化を表すタイムチャートである。 本発明の一変形例における双方向コンバータを関連機器とともに表すブロック図である。
　本発明の一実施形態を、図１～図６により説明する。
　図１は、本実施形態における電動式ミニショベルの全体構造を表す側面図である。なお、以降、電動式ミニショベルが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。
　この図１において、電動式ミニショベルは、クローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に設けられた上部旋回体２と、この上部旋回体２の基礎下部構造をなす旋回フレーム３と、この旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられたスイングポスト４と、このスイングポスト４に上下方向に回動可能（俯仰可能）に連結された多関節型の作業機５と、旋回フレーム３上に設けられたキャノピータイプの運転室６と、旋回フレーム３上の後側に設けられ、複数のバッテリ（例えばリチウム電池）からなる蓄電装置７（後述の図２及び図３参照）を収納したバッテリ搭載部８とを備えている。なお、本実施形態では、上部旋回体２の側方には、外部電源からのケーブルを着脱可能な給電ソケット（図示せず）が設けられている。
　下部走行体１は、上方から見て略Ｈ字形状のトラックフレーム９と、このトラックフレーム９の左右両側の後端近傍に回転可能に支持された左右の駆動輪１０と、トラックフレーム９の左右両側の前端近傍に回転可能に支持された左右の従動輪（アイドラ）１１と、左右それぞれの駆動輪１０と従動輪１１とで掛けまわされた左右の履帯（クローラ）１２とを備えている。そして、左の走行用油圧モータ１３Ａの駆動により左の駆動輪１０（すなわち、左の履帯１２）が回転し、右の走行用油圧モータ１３Ｂ（図示せず）の駆動により右の駆動輪１０（すなわち、右の履帯１２）が回転するようになっている。
　トラックフレーム９の前側には排土用のブレード１４が上下動可能に設けられており、このブレード１４はブレード用油圧シリンダ（図示せず）の伸縮駆動により上下動するようになっている。
　トラックフレーム９の中央部には旋回輪１５が設けられ、この旋回輪１５を介し旋回フレーム３が旋回可能に設けられており、旋回フレーム３（すなわち、上部旋回体２）は旋回用油圧モータ（図示せず）の駆動により旋回するようになっている。
　スイングポスト４は、旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられており、スイング用油圧シリンダ（図示せず）の伸縮駆動により左右方向に回動するようになっている。これにより、作業機５が左右にスイングするようになっている。
　作業機５は、スイングポスト４に上下方向に回動可能に連結されたブーム１６と、このブーム１６に上下方向に回動可能に連結されたアーム１７と、このアーム１７に上下方向に回動可能に連結されたバケット１８とを備えている。ブーム１６、アーム１７、及びバケット１８は、ブーム用油圧シリンダ１９、アーム用油圧シリンダ２０、及びバケット用油圧シリンダ２１により上下方向に回動するようになっている。なお、バケット１８は、例えばオプション用油圧アクチュエータが組み込まれたアタッチメント（図示せず）と交換可能になっている。
　運転室６には、運転者が着座する運転席（座席）２２が設けられている。運転席２２の前方には、手または足で操作可能とし前後方向に操作することで左右の旋回用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂの動作をそれぞれ指示する左右の走行用操作レバー２３Ａ，２３Ｂが設けられている。左の走行用操作レバー２３Ａのさらに左側の足元部分には、左右方向に操作することでオプション用油圧アクチュエータの動作を指示するオプション用操作ペダル（図示せず）が設けられている。右の走行用操作レバー２３Ｂのさらに右側の足元部分には、左右方向に操作することでスイング用油圧シリンダの動作を指示するスイング用操作ペダル（図示せず）が設けられている。
　運転席２２の左側には、前後方向に操作することでアーム用油圧シリンダ２０の動作を指示し、左右方向に操作することで旋回用油圧モータの動作を指示する十字操作式のアーム・旋回用操作レバー２４Ａが設けられている。運転席２２の右側には、前後方向に操作することでブーム用油圧シリンダ１９の動作を指示し、左右方向に操作することバケット用油圧シリンダ２１の動作を指示する十字操作式のブーム・バケット用操作レバー２４Ｂ（後述の図２参照）が設けられている。また、運転席２２の右側には、前後方向に操作することでブレード用油圧シリンダの動作を指示するブレード用操作レバー（図示せず）が設けられている。
　また、運転席２２の左側（言い換えれば、運転室６の乗降口）には、禁止解除位置（詳細には、運転者の乗降を妨げる下降位置）と禁止位置（詳細には、運転者の乗降を許容する上昇位置）に操作されるゲートロックレバー２５が設けられている。
　また、運転席２２の右側には、ダイヤル２６（後述の図３参照）等が設けられている。このダイヤル２６は、回転操作により、後述する電動・発電機２７（図２及び図３参照）の標準回転数を予め設定された所定の範囲（詳細には、定格回転数を含み、例えばＮＨ＝２０００ｒｐｍ～ＮＬ＝１５００ｒｐｍ）内で指示可能とし、その操作位置に対応した信号を出力するようになっている。この標準回転数は、上述した油圧アクチュエータが駆動可能な設定回転数であって、例えば作業機５で掘削作業を行うためのトルクが十分に得られる設定回転数である。なお、電動・発電機２７は、電動機と発電機の両機能を兼ねるものである。
　図２は、上述した電動式ミニショベルに備えられた電動駆動装置の構成を表す図である。なお、この図２においては、代表として、左の走行用油圧モータ１３Ａ及びブーム用油圧シリンダ１９に係わる構成を表している。
　図２において、蓄電装置（バッテリ装置）７と、双方向コンバータ２８を介し蓄電装置７との間で電力の授受を行う電動・発電機（Ｍ／Ｇ）２７と、この電動・発電機２７によって駆動する油圧ポンプ２９及びパイロットポンプ３０と、上述した左走行用操作レバー２３Ａを備えた油圧パイロット式の操作装置（遠隔操作装置）３１と、左走行用操作レバー２３Ａの前後方向の操作に応じて油圧ポンプ２９から左走行用油圧モータ１３Ａへの圧油の流れを制御する左走行用方向切換弁３２とが設けられている。また、上述したバケット・ブーム用操作レバー２４Ｂを備えた油圧パイロット式の操作装置（遠隔操作装置）３３と、バケット・ブーム用操作レバー２４Ｂの前後方向の操作に応じて油圧ポンプ２９からブーム用油圧シリンダ１９への圧油の流れを制御するブーム用方向切換弁３４とが設けられている。なお、図示しないが、右走行用油圧モータ１３Ｂ、アーム用油圧シリンダ２０、バケット用油圧シリンダ２１、旋回用油圧モータ、スイング用油圧シリンダ、及びブレード用油圧シリンダに係わる構成もほぼ同様である。
　左走行用方向切換弁３２及びブーム用方向切換弁３４等（詳細には、図示しない右走行用方向切換弁、アーム用方向切換弁、バケット用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びブレード用方向切換弁を含む）は、センタバイパス型のものであり、センタバイパスライン３５上に位置するセンタバイパス通路をそれぞれ有している。各方向切換弁のセンタバイパス通路は、センタバイパスライン３５に直列に接続されており、各方向切換弁のスプールが中立位置にある場合に連通し、図２中左側又は右側の切換位置に切換えられると遮断するようになっている。センタバイパスライン３５の上流側は油圧ポンプ２９の吐出ライン３６に接続され、センタバイパスライン３５の下流側はタンクライン３７に接続されている。
　また、左走行用方向切換弁３２及びブーム用方向切換弁３４等は、油圧信号ライン３８上に位置する信号通路をそれぞれ有している。すなわち、各方向切換弁の信号通路は、油圧信号ライン３８に直列に接続されており、各方向切換弁のスプールが中立位置にある場合に連通し、図２中左側又は右側の切換位置に切換えられると遮断するようになっている。油圧信号ライン３８の上流側はパイロットポンプ３０の吐出ライン３９から分岐するように接続され、油圧信号ライン３８の下流側はタンクライン３７に接続されている。油圧信号ライン３８における最上流の方向切換弁３２の上流側には固定絞り４０が設けられ、この固定絞り４０と方向切換弁３２との間に圧力スイッチ４１（操作検出手段）が設けられている。圧力スイッチ４１は、方向切換弁３２の上流側の油圧を導入し、これが予め設定された閾値に達した場合に接点を閉じるようになっている。これにより、全ての方向切換弁のうちのいずれかが操作されたか否かを検出し、いずれかの方向切換弁が操作された場合にＯＮ信号を出力するようになっている。
　左走行用方向切換弁３２は、操作装置３１からのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。操作装置３１は、前述した左走行用操作レバー２３Ａと、この操作レバー２３Ａの前後方向の操作に応じパイロットポンプ３０の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（図示せず）とを有している。そして、例えば操作レバー２３Ａを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて一方の減圧弁で生成されたパイロット圧が左走行用方向切換弁３２の図２中右側の受圧部へ出力され、これによって左走行用方向切換弁３２が図２中右側の切換位置に切換えられる。これにより、左の走行用油圧モータ１３Ａが前方向に回転し、左の駆動輪１０及び履帯１２が前方向に回転するようになっている。一方、例えば操作レバー２３Ａを中立位置から後側に操作すると、その操作量に応じて他方の減圧弁で生成されたパイロット圧が左走行用方向切換弁３２の図２中左側の受圧部へ出力され、これによって左走行用方向切換弁３２が図２中左側の切換位置に切換えられる。これにより、左の走行用油圧モータ１３Ａが後方向に回転し、左の駆動輪１０及び履帯１２が後方向に回転するようになっている。
　ブーム用方向切換弁３４は、操作装置３３からのパイロット圧によって遠隔操作されるようになっている。操作装置３３は、ブーム・バケット用操作レバー２４Ｂと、この操作レバー２４Ｂの前後方向の操作に応じパイロットポンプ３０の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（図示せず）等を有している。そして、例えば操作レバー２４Ｂを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて一方の減圧弁で生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３４の図２中右側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３４が図２中右側の切換位置に切換えられる。これにより、ブーム用油圧シリンダ１９が縮短し、ブーム１６が下がるようになっている。一方、例えば操作レバー２４Ｂを後側に操作すると、その操作量に応じて他方の減圧弁で生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３４の図２中左側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３４が図２中左側の切換位置に切換えられる。これにより、ブーム用油圧シリンダ１９が伸張し、ブーム１６が上がるようになっている。
　パイロットポンプ３０の吐出ライン３９には、パイロットポンプ３０の吐出圧を一定に保持するパイロットリリーフ弁４２が設けられている。また、パイロットポンプ３０の吐出ライン３９にはロック弁４３（禁止手段）が設けられており、このロック弁４３は、上述したゲートロックレバー２５の操作に応じて切換えられるようになっている。詳細には、ゲートロックレバー２５の操作位置に応じて切換えられるロックスイッチ４４が設けられており、このロックスイッチ４４は、ゲートロックレバー２５が禁止解除位置（下降位置）にある場合に閉じ状態（ＯＮ）、ゲートロックレバー２５が禁止位置（上昇位置）にある場合に開き状態（ＯＦＦ）となる。そして、例えばロックスイッチ４４が閉じ状態になると、このロックスイッチ４４を介してロック弁４３のソレノイド部が通電されて、ロック弁４３が図２中下側の切換位置Ｘに切換えられる。これにより、パイロットポンプ３０の吐出ライン３９を連通して、パイロットポンプ３０の吐出圧が操作装置３１，３３等に導入される。一方、ロックスイッチ４４が開き状態になると、ロック弁４３のソレノイド部が通電されず、バネの付勢力で、ロック弁４３が図２中上側の中立位置Ｎに切換えられる。これにより、パイロットポンプ３０の吐出ライン３９を遮断するとともに、操作装置３１，３３等の一次側をタンクに連通する。したがって、操作装置３１，３３等を操作しても全ての方向切換弁へのパイロット圧がタンク圧となり、操作装置３１，３３等の操作が禁止された状態となる。その結果、全ての油圧アクチュエータの停止状態を保つ。
　図３は、本実施形態の要部である双方向コンバータ２８を関連機器とともに表すブロック図である。
　この図３において、双方向コンバータ２８は、昇降圧チョッパ４５と、交直変換器４６と、コントローラ４７とを備えている。昇降圧チョッパ４５は、詳細を図示しないが、昇圧回路、降圧回路、整流回路、及びそれらの回路の間に設けられた開閉器を有している。コントローラ４７は、上述したロックスイッチ４４、圧力スイッチ４１、及びダイヤル２６等からの信号を入力し、これらの信号に応じて昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６を制御する。これにより、電動・発電機２７を、ダイヤル２６で設定された標準回転数で駆動する標準運転、ダイヤル２６で設定可能な最小標準回転数ＮＬより低速に予め設定されたアイドル回転数ＮＩ（詳細には、本実施形態では、上述した油圧アクチュエータが駆動不能な低速回転数であって、例えば３００ｒｐｍ）で駆動するアイドル運転、又は停止に切換えるようになっている。
　詳しく説明すると、コントローラ４７は、ロックスイッチ４４からの信号によりゲートロックレバー２５が禁止位置又は禁止解除位置に操作されたかを判定し、例えばゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたと判定した場合に電動・発電機２７を停止させ、一方、例えばゲートロックレバー２５が禁止位置から禁止解除位置に操作されたと判定した場合に電動・発電機２７を停止状態からアイドル運転に切換えるように制御する。また、圧力スイッチ４１からの信号により全ての方向切換弁が操作されてない状態であるか否かを判定し、例えば電動・発電機２７のアイドル運転中若しくは停止中にいずれかの方向切換弁が操作された場合に電動・発電機２７を標準運転に切換え、一方、例えば電動・発電機２７の標準運転中に全ての方向切換弁が操作されてない状態で予め設定されたＸ秒（数秒）が経過した場合に電動・発電機２７をアイドル運転に切換え、さらに、例えば電動・発電機２７のアイドル運転中に全ての方向切換弁が操作されてない状態で予め設定されたＹ秒（但し、本実施形態では、Ｙ＞Ｘであって、数秒）が経過した場合に電動・発電機２７を停止させるように制御する。
　そして、本実施形態の大きな特徴として、コントローラ４７は、電動・発電機２７の標準運転時又はアイドル運転時に電動・発電機２７を電動機として作動させ、電動・発電機２７を標準運転からアイドル運転に切換えるとき（言い換えれば、標準回転数からアイドル回転数に減速させるとき）や停止させるときに、電動・発電機２７を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
　次に、上述したコントローラ４７の制御手順を説明する。図４は、コントローラ４７の制御処理内容を表すフローチャートである。
　この図４において、例えばゲートロックレバー２５が禁止解除位置に操作され、いずれかの方向切換弁が操作レバーで操作された場合、ステップ１００に進み、電動・発電機２７の標準運転制御を行う。詳しく説明すると、コントローラ４７は、昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６に駆動指令を出力する。また、コントローラ４７は、ダイヤル２６で設定された標準回転数と電動・発電機２７の実回転数（詳細には、図示しないが、例えば回転数センサで検出された実回転数、又は電動・発電機２７の磁極位置を検出する位置センサ及び電動・発電機２７の一次電流を検出する電流センサの検出結果に基づいて演算された実回転数）との差分等に基づいて電動・発電機２７に印加する電圧を演算し、これを電圧指令として交直変換器４６に出力する。そして、昇降圧チョッパ４５は、駆動指令に応じて、蓄電装置７からの直流電力の電圧を昇圧して交直変換器４６に供給する。交直変換器４６は、駆動指令及び電圧指令に応じて、昇降圧チョッパ４５からの直流電力を元に交流電力を生成して電動・発電機２７に印加する。これにより、前述の図３中白抜き矢印で示すような電気の流れとなり、電動・発電機２７が標準回転数で駆動する。
　そして、ステップ１１０に進み、コントローラ４７は、ロックスイッチ４４からの信号によりゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたかを判定する。例えばゲートロックレバー２５が禁止位置に操作されてないと判定した場合は、ステップ１１０の判定が満たされず、ステップ１２０に移る。ステップ１２０では、ダイヤル２６からの信号によりダイヤル２６の操作位置に変化がないか否かを判定する。例えばダイヤル２６の操作位置に変化がある場合は、ステップ１２０の判定が満たされず、前述のステップ１００に戻って上記同様の手順を行う。一方、例えばダイヤル２６の操作位置に変化がない場合は、ステップ１２０の判定が満たされ、ステップ１３０に移る。
　ステップ１３０では、圧力スイッチ４１からの信号により全ての方向切換弁が操作されてない状態か否かを判定する。例えばいずれかの方向切換弁が操作された場合は、ステップ１３０の判定が満たされず、前述のステップ１００に戻って上記同様の手順を行う。一方、例えば全ての方向切換弁が操作されてない状態である場合は、ステップ１３０の判定が満たされ、ステップ１４０に移る。ステップ１４０では、全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過したか否かを判定する。全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過しない間は、ステップ１４０の判定が満たされず、前述のステップ１１０に戻って上記同様の手順を繰り返す。
　そして、ステップ１１０～ステップ１３０の判定が繰り返し行われ、例えば全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過すれば、ステップ１４０の判定が満たされ、ミニショベルの作動状態から休止状態に移行する段階であると判断して、ステップ１５０に進み、電動・発電機２７のアイドル運転制御に切換える。詳しく説明すると、コントローラ４７は、まず、電動・発電機２７が標準回転数からアイドル回転数となるまで、昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６に回生指令を出力する。そして、交直変換器４６は、回生指令に応じて、電動・発電機２７の回転子の回転子の慣性力を交流電力に変換し、この交流電力を直流電力に変換する。昇降圧チョッパ４５は、回生指令に応じて、交直変換器４６からの直流電力の電圧を昇圧して蓄電装置７に供給する。これにより、図中黒塗り矢印で示すような電気の流れとなり、蓄電装置７が充電される。
　その後、駆動・発電機２７がアイドル回転数になると、コントローラ４７は、昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６に駆動指令を出力する。また、コントローラ４７は、アイドル回転数と電動・発電機２７の実回転数との差分等に基づいて電動・発電機２７に印加する電圧を演算し、これを電圧指令として交直変換器４６に出力する。そして、昇降圧チョッパ４５は、駆動指令に応じて、蓄電装置７からの直流電力の電圧を昇圧して交直変換器４６に供給する。交直変換器４６は、駆動指令及び電圧指令に応じて、昇降圧チョッパ４５からの直流電力を元に交流電力を生成して電動・発電機２７に印加する。これにより、前述の図３中白抜き矢印で示すような電気の流れとなり、電動・発電機２７がアイドル回転数で駆動する。
　そして、ステップ１６０に進み、コントローラ４７は、ロックスイッチ４４からの信号によりゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたかを判定する。例えばゲートロックレバー２５が禁止位置に操作されてないと判定した場合は、ステップ１６０の判定が満たされず、ステップ１７０に移る。ステップ１７０では、ダイヤル２６からの信号によりダイヤル２６の操作位置に変化がないか否かを判定する。例えばダイヤル２６の操作位置に変化がある場合は、ステップ１７０の判定が満たされず、前述のステップ１００に戻って電動・発電機２７の標準運転制御に切換える。一方、例えばダイヤル２６の操作位置に変化がない場合は、ステップ１７０の判定が満たされ、ステップ１８０に移る。
　ステップ１８０では、圧力スイッチ４１からの信号により全ての方向切換弁が操作されてない状態か否かを判定する。例えばいずれかの方向切換弁が操作された場合は、ステップ１８０の判定が満たされず、ミニショベルの休止状態から作動状態に移行する段階であると判断して、前述のステップ１００に戻って電動・発電機２７の標準運転制御に切換える。一方、例えば全ての方向切換弁が操作されてない状態である場合は、ステップ１８０の判定が満たされ、ステップ１９０に移る。ステップ１９０では、全ての方向切換弁が操作されてない状態でＹ秒が経過したか否かを判定する。全ての方向切換弁が操作されてない状態でＹ秒が経過しない間は、ステップ１９０の判定が満たされず、前述のステップ１６０に戻って上記同様の手順を繰り返す。
　そして、ステップ１６０～ステップ１８０の判定が繰り返し行われ、例えば全ての方向切換弁が操作されてない状態でＹ秒が経過すれば、ステップ１９０の判定が満たされ、ステップ２００に進み、電動・発電機２７の停止制御を行う。詳しく説明すると、コントローラ４７は、電動・発電機２７が停止するまで、昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６に回生指令を出力する。そして、交直変換器４６は、回生指令に応じて、電動・発電機２７の回転子の回転子の慣性力を交流電力に変換し、この交流電力を直流電力に変換する。昇降圧チョッパ４５は、回生指令に応じて、交直変換器４６からの直流電力の電圧を昇圧して蓄電装置７に供給する。これにより、図中黒塗り矢印で示すような電気の流れとなり、蓄電装置７が充電される。
　また、例えば前述のステップ１１０にてゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたと判定した場合は、その判定が満たされ、ミニショベルの作動状態から休止状態に移行する段階であると判断して、前述のステップ２００に進み、電動・発電機２７の停止制御を行う。また、例えば前述のステップ１６０にてゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたと判定した場合は、その判定が満たされ、前述のステップ２００に進み、電動・発電機２７の停止制御を行う。これらのときも、上記同様、図中黒塗り矢印で示すような電気の流れとなり、蓄電装置７が充電される。
[規則91に基づく訂正 20.08.2012]　
　なお、上記において、双方向コンバータ２８のコントローラ４７が行う前述のステップ１３０～１５０は、特許請求の範囲記載の複数の方向切換弁が全て操作されてない状態で予め設定された第１の時間が経過した場合、その時間経過前に複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた電動・発電機を、その設定回転数より低速に予め設定された低速回転数まで減速させるアイドル制御手段を構成する。また、双方向コンバータ２８のコントローラ４７が行う前述のステップ１８０～２００は、電動・発電機が低速回転数まで減速した後、さらに複数の方向切換弁が全て操作されてない状態で予め設定された第２の時間が経過した場合、電動・発電機を停止させる第１の停止制御手段を構成する。また、双方向コンバータ２８のコントローラ４７が行う前述のステップ１１０、１６０、２００は、ゲートロックレバーが禁止位置に操作された場合、電動・発電機を停止させる第２の停止制御手段を構成し、特に、双方向コンバータ２８のコントローラ４７が行う前述のステップ１１０、２００は、ゲートロックレバーが禁止解除位置から禁止位置に操作された場合、複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた電動・発電機を、停止させる停止制御手段を構成する。
　前述の図３に戻り、双方向コンバータ２８は、例えば商用電源４８（外部電源）からのケーブルが給電口に接続された場合に、商用電源４８と蓄電装置７との間に介在するようになっている。そして、電動・発電機２７の停止中に外部電源による充電の開始・終了を指示可能な充電スイッチ（図示せず）が設けられており、コントローラ４７は、充電スイッチからの充電開始指示信号に応じて、商用電源４８からの電力を蓄電装置７に供給して蓄電装置７を充電する制御を行うようになっている。詳細には、昇降圧チョッパ４５は、コントローラ４７からの指令に応じて、商用電源４８からの交流電力を直流電力に変換するとともにその電圧を降圧して蓄電装置７に供給するようになっている。
　次に、本実施形態の動作及び作用効果を、図５及び図６を用いて説明する。
　例えば図５で示すように、運転者がゲートロックレバー２５を禁止位置から禁止解除位置に操作すると（すなわち、ロックスイッチ４４がＯＮになると）、双方向コンバータ２８は、アイドル回転数ＮＩとなるように電動・発電機２７を駆動する。そして、運転者が操作レバーによっていずれかの方向切換弁を操作すると（すなわち、圧力スイッチ４１がＯＮになると）、言い換えれば、ミニショベルの双方向コンバータ２８は、ダイヤル２６で設定された例えば標準回転数ＮＨとなるように電動・発電機２７を駆動する。その後、全ての方向切り換え弁を操作しない状態（すなわち、圧力スイッチ４１がＯＦＦの状態）でＸ秒が経過すると、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７を標準回転数ＮＨからアイドル回転数ＮＩに減速させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。すなわち、蓄電装置７を充電させる。
　そして、電動・発電機２７のアイドル運転中、運転者がダイヤル２６を操作すると、双方向コンバータ２８は、ダイヤル２６で設定された標準回転数となるように電動・発電機２７を駆動する。その後、全ての方向切り換え弁を操作しない状態（すなわち、圧力スイッチ４１がＯＦＦの状態）でＸ秒が経過すると、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７を標準回転数ＮＨからアイドル回転数ＮＩに減速させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。すなわち、蓄電装置７を充電させる。
　そして、電動・発電機２７のアイドル運転中、運転者がゲートロックレバー２５を禁止解除位置から禁止位置に操作すると、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７を停止させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。すなわち、蓄電装置７を充電させる。
　一方、例えば図６で示すように、電動・発電機２７のアイドル運転中、ゲートロックレバー２５及びダイヤル２６が操作されず、全ての操作レバーを操作しない状態でＹ秒が経過すると、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７を停止させる。このとき、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。すなわち、蓄電装置７を充電させる。
　以上のように本実施形態においては、電動・発電機２７を標準回転数からアイドル回転数まで減速させるとき及び停止させるときに回生制御を行うことにより、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
　なお、上記一実施形態においては、双方向コンバータ２８は、ゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたときに電動・発電機２７を停止させ、ゲートロックレバー２５が禁止位置から禁止解除位置に操作されたときに電動・発電機２７を駆動させる制御機能を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、この機能を有しなくてもよい。また、上記一実施形態においては、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７のアイドル運転時間がＹ秒経過したときに電動・発電機２７を停止させる制御機能を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、この機能を有しなくてもよいし、この機能の有効化・無効化を設定可能なスイッチを設けてもよい。また、上記一実施形態においては、双方向コンバータ２８は、電動・発電機２７を停止させるときに、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う機能を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、この機能を有しなくてもよいし、この機能の有効化・無効化を設定可能なスイッチを設けてもよい。このような変形例においても、電動・発電機２７を標準回転数からアイドル回転数まで減速させるときに回生制御を行うので、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
　本発明の他の実施形態を図７～図９により説明する。本実施形態は、電動・発電機２７の標準運転中に全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過した場合、電動・発電機２７を停止させる実施形態である。なお、本実施形態において、上記一実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
　図７は、本実施形態における双方向コンバータを関連機器とともに表すブロック図である。
　本実施形態では、双方向コンバータ２８Ａは、上記双方向コンバータ２８と同様、昇降圧チョッパ４５と、交直変換器４６と、コントローラ４７Ａとを備えている。コントローラ４７Ａは、ロックスイッチ４４、圧力スイッチ４１、及びダイヤル２６等からの信号を入力し、これらの信号に応じて昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６を制御する。これにより、電動・発電機２７を、ダイヤル２６で設定された標準回転数で駆動する標準運転、又は停止に切換えるようになっている。
　詳しく説明すると、コントローラ４７Ａは、ロックスイッチ４４からの信号によりゲートロックレバー２５が禁止位置又は禁止解除位置に操作されたかを判定し、例えばゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたと判定した場合に電動・発電機２７を停止させ、一方、例えばゲートロックレバー２５が禁止位置から禁止解除位置に操作されたと判定した場合に電動・発電機２７を標準運転に切換えるように制御する。また、圧力スイッチ４１からの信号により全ての方向切換弁が操作されてない状態であるか否かを判定し、例えば電動・発電機２７の標準運転中に全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒（数秒）が経過した場合に電動・発電機２７を停止させ、一方、例えば電動・発電機２７の停止中にいずれかの方向切換弁が操作された場合に電動・発電機２７を標準運転に切換えるように制御する。
　そして、本実施形態の大きな特徴として、コントローラ４７Ａは、電動・発電機２７の標準運転時に電動・発電機２７を電動機として作動させ、電動・発電機２７を標準運転から停止させるときに、電動・発電機２７を発電機（回生ブレーキ）として作動させるようになっている。
　次に、上述したコントローラ４７Ａの制御手順を説明する。図８は、コントローラ４７Ａの制御処理内容を表すフローチャートである。
　この図８において、例えばゲートロックレバー２５が禁止解除位置に操作された場合に、ステップ１００に進み、電動・発電機２７の標準運転制御を行う。すなわち、コントローラ４７Ａは、昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６に駆動指令を出力する。また、コントローラ４７Ａは、ダイヤル２６で設定された標準回転数と電動・発電機２７の実回転数（詳細には、図示しないが、例えば回転数センサで検出された実回転数、又は電動・発電機２７の磁極位置を検出する位置センサ及び電動・発電機２７の一次電流を検出する電流センサの検出結果に基づいて演算された実回転数）との差分等に基づいて電動・発電機２７に印加する電圧を演算し、これを電圧指令として交直変換器４６に出力する。そして、昇降圧チョッパ４５は、駆動指令に応じて、蓄電装置７からの直流電力の電圧を昇圧して交直変換器４６に供給する。交直変換器４６は、駆動指令及び電圧指令に応じて、昇降圧チョッパ４５からの直流電力を元に交流電力を生成して電動・発電機２７に印加する。これにより、電動・発電機２７が標準回転数で駆動する。
　そして、ステップ１１０に進み、コントローラ４７Ａは、ロックスイッチ４４からの信号によりゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたかを判定する。例えばゲートロックレバー２５が禁止位置に操作されてないと判定した場合は、ステップ１１０の判定が満たされず、ステップ１２０に移る。ステップ１２０では、ダイヤル２６からの信号によりダイヤル２６の操作位置に変化がないか否かを判定する。例えばダイヤル２６の操作位置に変化がある場合は、ステップ１２０の判定が満たされず、前述のステップ１００に戻って上記同様の手順を行う。一方、例えばダイヤル２６の操作位置に変化がない場合は、ステップ１２０の判定が満たされ、ステップ１３０に移る。
　ステップ１３０では、圧力スイッチ４１からの信号により全ての方向切換弁が操作されてない状態か否かを判定する。例えばいずれかの方向切換弁が操作された場合は、ステップ１３０の判定が満たされず、前述のステップ１００に戻って上記同様の手順を行う。一方、例えば全ての方向切換弁が操作されてない状態である場合は、ステップ１３０の判定が満たされ、ステップ１４０に移る。ステップ１４０では、全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過したか否かを判定する。全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過しない間は、ステップ１４０の判定が満たされず、前述のステップ１１０に戻って上記同様の手順を繰り返す。
　そして、ステップ１１０～ステップ１３０の判定が繰り返し行われ、例えば全ての方向切換弁が操作されてない状態でＸ秒が経過すれば、ステップ１４０の判定が満たされ、ミニショベルの作動状態から休止状態に移行する段階であると判断して、ステップ２００に進み、電動・発電機２７の停止制御を行う。詳しく説明すると、コントローラ４７Ａは、電動・発電機２７が停止するまで、昇降圧チョッパ４５及び交直変換器４６に回生指令を出力する。そして、交直変換器４６は、回生指令に応じて、電動・発電機２７の回転子の回転子の慣性力を交流電力に変換し、この交流電力を直流電力に変換する。昇降圧チョッパ４５は、回生指令に応じて、交直変換器４６からの直流電力の電圧を昇圧して蓄電装置７に供給する。これにより、蓄電装置７が充電される。
　また、例えば前述のステップ１１０にてゲートロックレバー２５が禁止解除位置から禁止位置に操作されたと判定した場合は、その判定が満たされ、ミニショベルの作動状態から休止状態に移行する段階であると判断して、前述のステップ２００に進み、電動・発電機２７の停止制御を行う。このときも、蓄電装置７が充電される。
　なお、上記において、双方向コンバータ２８Ａのコントローラ４７Ａが行う前述のステップ１３０、１４０、２００は、特許請求の範囲に記載の複数の方向切換弁が全て操作されてない状態で予め設定された所定の時間が経過した場合、その時間経過前に複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた電動・発電機を、停止させる停止制御手段を構成する。また、双方向コンバータ２８Ａのコントローラ４７Ａが行う前述のステップ１１０、２００は、ゲートロックレバーが禁止解除位置から禁止位置に操作された場合、複数の油圧アクチュエータが駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた電動・発電機を、停止させる停止制御手段を構成する。
　次に、本実施形態の動作及び作用効果を、図９を用いて説明する。
　例えば図９で示すように、運転者がゲートロックレバー２５を禁止位置から禁止解除位置に操作すると（すなわち、ロックスイッチ４４がＯＮになると）、双方向コンバータ２８Ａは、ダイヤル２６で設定された例えば標準回転数ＮＨとなるように電動・発電機２７を駆動する。そして、電動・発電機２７が標準回転数ＮＨに達した後、全ての方向切り換え弁を操作しない状態（すなわち、圧力スイッチ４１がＯＦＦの状態）でＸ秒が経過すると、双方向コンバータ２８Ａは、電動・発電機２７を停止させる。このとき、双方向コンバータ２８Ａは、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。すなわち、蓄電装置７を充電させる。
　また、図示しないが、電動・発電機２７の標準運転中、運転者がゲートロックレバー２５を禁止解除位置から禁止位置に操作すると、双方向コンバータ２８Ａは、電動・発電機２７を停止させる。このとき、双方向コンバータ２８Ａは、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行う。すなわち、蓄電装置７を充電させる。
　以上のように本実施形態においては、ミニショベルの作動状態から休止状態へと移行する段階で、電動・発電機２７を停止させるときに回生制御を行うことにより、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
　なお、上記実施形態においては、方向切換弁３２，３４等をそれぞれ操作する複数の操作手段として、操作レバーの操作位置に対応したパイロット圧を出力する油圧パイロット式の操作装置３１，３３等を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、操作レバーの操作位置に対応した電気操作信号を出力する電気レバー式の操作装置としてもよい。この場合、例えば、パイロットポンプ３０の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成し、方向切換弁に出力する対の電磁式減圧弁と、操作装置からの電気操作信号に応じて前記対の電磁式減圧弁を制御する制御装置とを設ければよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
　また、上記実施形態においては、方向切換弁３２，３４等の操作の有無を検出する操作検出手段として、圧力スイッチ４１等を設けた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば油圧信号ライン３８、各方向切換弁の信号通路、固定絞り４０、及び圧力スイッチ４１を設けないで、操作装置から出力されるパイロット圧のうちの最高圧を抽出するシャトル弁群を設け、そのシャトル弁群における最終段のシャトル弁の出力側に圧力スイッチを設けてもよい。また、例えば圧力スイッチに代えて圧力センサを設け、この圧力センサで検出された圧力が所定の閾値に達したか否かを双方向コンバータのコントローラが判定することにより、方向切換弁３２，３４等の操作の有無を判断してもよい。また、例えば前述の電気レバー式の操作装置を採用した場合に、前記制御装置が前記電磁式減圧弁へ出力する制御信号（言い換えれば、操作装置からの電気操作信号及びロックスイッチからの信号等）により、方向切換弁３２，３４等の操作の有無を判断してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
　また、上記実施形態においては、ゲートロックレバー２５が禁止位置に操作された場合に複数の方向切換弁の操作を禁止する禁止手段として、ゲートロックレバー２５の操作位置（言い換えれば、ロックスイッチ４４のＯＮ・ＯＦＦ）に応じてパイロットポンプ３０の吐出ライン３９を連通・遮断するロック弁４３を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば前述の電気レバー式の操作装置を採用した場合に、前記制御装置は、ロックスイッチ４４からの信号に応じて操作装置からの電気操作信号を有効・無効とする制御を行ってもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
　また、上記実施形態においては、双方向コンバータ２８（又は２８Ａ）は、蓄電装置７からの電力を電動・発電機２７に供給して電動・発電機２７を駆動する第１の制御モード、及び外部電源からの電力を蓄電装置７に供給して蓄電装置７を充電する第２の制御モードを選択的に行えるように構成し、第１の制御モード中、電動・発電機２７を標準回転数からアイドル回転数まで減速させるとき若しくは停止させるときに回生制御を行う場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、前述した第１の制御モード及び第２の制御モード、外部電源からの電力を電動・発電機２７に供給して電動・発電機２７を駆動する第３の制御モード、並びに外部電源からの電力を電動・発電機２７及び蓄電装置７に供給して電動・発電機２７を駆動するとともに蓄電装置７を充電する第４の制御モードを、モード選択スイッチ（図示せず）の操作に応じて選択的に行えるように構成してもよい。そして、第３の制御モード又は第４の制御モード中、電動・発電機２７を標準回転数からアイドル回転数まで減速させるとき若しくは停止させるときに回生制御を行ってもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
　なお、以上においては、本発明の適用対象として、電動・発電機２７のみによって油圧ポンプ２９等を駆動する電動式ミニショベルを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば電動・発電機及びエンジンによって駆動するハイブリッド式ミニショベルに適用してもよい。この場合、例えば図１０で示すように、電動・発電機２７とエンジン４８との間の接続部にクラッチ機構４９を設け、双方向コンバータ２８（又は２８Ａ）は、電動・発電機２７を減速させるとき及び停止させるときに、クラッチ機構４９を制御して電動・発電機２７とエンジン４８との接続を切り離せばよい。これにより、電動・発電機２７の回転子の慣性力を電力に変換して蓄電装置７を充電する回生制御を行うことができる。したがって、蓄電装置７を充電することができ、ミニショベルの稼働時間を長くすることができる。
　また、ミニショベルに限られず、中型や大型の油圧ショベル（運転質量６トン以上の油圧ショベル）に適用してもよい。また、油圧ショベルに限られず、油圧クレーン等、他の建設機械に適用してもよい。
　７　　　　蓄電装置
　１３Ａ　　走行用油圧モータ
　１３Ｂ　　走行用油圧モータ
　１９　　　ブーム用油圧シリンダ
　２０　　　アーム用油圧シリンダ
　２１　　　バケット用油圧シリンダ
　２５　　　ゲートロックレバー
　２７　　　電動・発電機
　２８　　　双方向コンバータ（アイドル制御手段、停止制御手段）
　２８Ａ　　双方向コンバータ（停止制御手段）
　２９　　　油圧ポンプ
　３１　　　操作装置（操作手段）
　３２　　　左走行用方向切換弁
　３３　　　操作装置（操作手段）
　３４　　　ブーム用方向切換弁
　４１　　　圧力スイッチ（操作検出手段）
　４３　　　ロック弁（禁止手段）

Claims (5)

  1. [規則91に基づく訂正 20.08.2012]　
    　蓄電装置（７）と、
    　前記蓄電装置（７）との間で電力の授受を行う電動・発電機（２７）と、
    　前記電動・発電機（２７）によって駆動する油圧ポンプ（２９）と、
    　複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）と、
    　前記油圧ポンプ（２９）から前記複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）への圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁（３２，３４）と、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）をそれぞれ操作する複数の操作手段（３１，３３）と、を備えた建設機械の電動駆動装置であって、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）の操作の有無を検出する操作検出手段（４１）と、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）が全て操作されてない状態で予め設定された第１の時間（Ｘ秒）が経過した場合、その時間経過前に前記複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）が駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた前記電動・発電機（２７）を、その設定回転数より低速に予め設定された低速回転数（ＮＩ）まで減速させるアイドル制御手段（２８）と、を有し、
    　前記アイドル制御手段（２８）は、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、前記電動・発電機（２７）を作業に適した前記設定回転数から前記低速回転数（ＮＩ）まで減速させるときに、前記電動・発電機（２７）の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置（７）を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
  2. 　請求項１記載の建設機械の電動駆動装置において、
    　前記電動・発電機（２７）が前記低速回転数（ＮＩ）まで減速した後、さらに前記複数の方向切換弁（３２，３４）が全て操作されてない状態で予め設定された第２の時間（Ｙ秒）が経過した場合、前記電動・発電機（２７）を停止させる第１の停止制御手段（２８）を有し、
    　前記第１の停止制御手段（２８）は、前記電動・発電機（２７）を前記低速回転数（ＮＩ）での駆動状態から停止させるときに、前記電動・発電機（２７）の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置（７）を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
  3. 　請求項１又は２記載の建設機械の電動駆動装置において、
    　乗降口に設けられ禁止解除位置と禁止位置に操作されるゲートロックレバー（２５）と、
    　前記ゲートロックレバー（２５）が禁止位置に操作された場合に前記複数の方向切換弁（３２，３４）の操作を禁止する禁止手段（４３）と、
    　前記ゲートロックレバー（２５）が禁止位置に操作された場合、前記電動・発電機（２７）を停止させる第２の停止制御手段（２８）と、を有し、
    　前記第２の停止制御手段（２８）は、前記電動・発電機（２７）を停止させるときに、前記電動・発電機（２７）の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置（７）を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
  4. 　蓄電装置（７）と、
    　前記蓄電装置（７）との間で電力の授受を行う電動・発電機（２７）と、
    　前記電動・発電機（２７）によって駆動する油圧ポンプ（２９）と、
    　複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）と、
    　前記油圧ポンプ（２９）から前記複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）への圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁（３２，３４）と、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）をそれぞれ操作する複数の操作手段（３１，３３）と、を備えた建設機械の電動駆動装置であって、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）の操作の有無を検出する操作検出手段（４１）と、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）が全て操作されてない状態で予め設定された所定の時間（Ｘ秒）が経過した場合、その時間経過前に前記複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）が駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた前記電動・発電機（２７）を、停止させる停止制御手段（２８Ａ）と、を有し、
    　前記停止制御手段（２８Ａ）は、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、前記電動・発電機（２７）を作業に適した前記設定回転数での駆動状態から停止させるときに、前記電動・発電機（２７）の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置（７）を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
  5. 　蓄電装置（７）と、
    　前記蓄電装置（７）との間で電力の授受を行う電動・発電機（２７）と、
    　前記電動・発電機（２７）によって駆動する油圧ポンプ（２９）と、
    　複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）と、
    　前記油圧ポンプ（２９）から前記複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）への圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁（３２，３４）と、
    　前記複数の方向切換弁（３２，３４）をそれぞれ操作する複数の操作手段（３１，３３）と、を備えた建設機械の電動駆動装置であって、
    　乗降口に設けられ禁止解除位置と禁止位置に操作されるゲートロックレバー（２５）と、
    　前記ゲートロックレバー（２５）が禁止位置に操作された場合に前記複数の方向切換弁（３２，３４）の操作を禁止する禁止手段（４３）と、
    　前記ゲートロックレバー（２５）が禁止解除位置から禁止位置に操作された場合、前記複数の油圧アクチュエータ（１３Ａ，１９）が駆動可能なように予め設定された設定回転数で制御されていた前記電動・発電機（２７）を、停止させる停止制御手段（２８；２８Ａ）と、を有し、
    　前記停止制御手段（２８；２８Ａ）は、建設機械の作動状態から休止状態へと移行する段階で、前記電動・発電機（２７）を作業に適した前記設定回転数での駆動状態から停止させるときに、前記電動・発電機（２７）の回転子の慣性力を電力に変換して前記蓄電装置（７）を充電する回生制御を行うことを特徴とする建設機械の電動駆動装置。
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