WO2019208369A1 - 電動式作業機械 - Google Patents

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WO2019208369A1
WO2019208369A1 PCT/JP2019/016570 JP2019016570W WO2019208369A1 WO 2019208369 A1 WO2019208369 A1 WO 2019208369A1 JP 2019016570 W JP2019016570 W JP 2019016570W WO 2019208369 A1 WO2019208369 A1 WO 2019208369A1
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battery
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electric motor
power
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健佑 金田
寺島 淳
Original Assignee
ヤンマー株式会社
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    • H02J2310/48The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Definitions

  • the present invention relates to an electric work machine.
  • Patent Document 1 discloses a construction machine equipped with a power source system that drives an electric motor with a commercial power source and a battery.
  • a power supply system an electric circuit that supplies DC power from a battery to an inverter that converts DC power to an arbitrary AC power supplied to an electric motor and an AC power supplied from a commercial power source through a AC-DC converter.
  • a power supply switching device is provided for switching the electric path that is converted into electric power and supplied to the inverter.
  • Patent Document 2 discloses an electric excavator having a mode in which an electric motor is driven while charging a battery from an external power source and a mode in which the electric motor is driven only by the battery.
  • a technology is disclosed in which an external power source is connected during a mode for driving the motor to shift to a mode for driving the electric motor while charging the battery from the external power source.
  • Patent Document 1 since the commercial power source and the battery are selected, when the electric motor is driven only by the power from the commercial power source, the electric power for driving the electric motor depends on the commercial power source. There is a problem that sufficient driving force cannot be obtained in the case of necessary work. Moreover, in patent document 2, there exists a danger that an arc discharge will occur from connecting the electric power feeding cable for electrically feeding an external power supply to this machine
  • the present invention suppresses the act of connecting a power supply cable from an external power source to the machine that is being driven, and can prevent arc discharge from occurring even if the power supply cable is connected.
  • the purpose is to provide a machine.
  • An electric work machine of the present invention is an electric work machine including an electric motor using an external power source and a battery as a driving power source, and a hydraulic actuator using a hydraulic pump driven by the electric motor as a hydraulic source, A first power mode in which the electric motor is driven while charging the battery from the external power source; and a second power mode in which the electric motor is driven only by the battery; When the power supply cable for supplying power to the external power supply is connected to the power supply port and the rotation of the electric motor is stopped, the second power supply mode is shifted to the first power supply mode.
  • a power supply cable for supplying power to the external power source is connected to a power supply port, the rotation of the electric motor is stopped, and the pilot pressure for operating the hydraulic actuator is shut off to operate the hydraulic actuator.
  • the cut-off lever that restricts the rotation is turned upward to restrict the operation of the hydraulic actuator, the second power supply mode may be shifted to the first power supply mode.
  • the first power supply mode when the power supply cable is detached from the power supply port, the first power supply mode may be shifted to the second power supply mode.
  • the transition from the second power supply mode to the first power supply mode is not performed, and therefore the act of connecting the power supply cable from the external power supply to the driving machine is suppressed. Arc discharge does not occur even if a power supply cable is connected.
  • the excavator 1 includes a lower traveling body 2, a work implement 3, and an upper swing body 4.
  • the lower traveling body 2 includes a pair of left and right crawlers 21 and 21 and a pair of left and right traveling motors 22L and 22R.
  • the left and right traveling motors 22L and 22R which are hydraulic motors, drive the left and right crawlers 21 and 21, respectively, so that the hydraulic excavator 1 can move forward and backward.
  • the lower traveling body 2 is provided with a blade 23 and a blade cylinder 23a which is a hydraulic cylinder for rotating the blade 23 in the vertical direction.
  • the work machine 3 includes a boom 31, an arm 32, and a bucket 33, and enables them to excavate earth and sand by driving them independently.
  • the boom 31, the arm 32, and the bucket 33 each correspond to a working unit, and the excavator 1 has a plurality of working units.
  • the boom 31 is pivoted by a boom cylinder 31a whose base end is supported by the front part of the upper swing body 4 and which can move freely.
  • the arm 32 is rotated by an arm cylinder 32a whose base end is supported by the distal end of the boom 31 and which is movable in a telescopic manner.
  • the base end of the bucket 33 is supported by the tip of the arm 32, and is rotated by a bucket cylinder 33a that can move freely.
  • the boom cylinder 31a, the arm cylinder 32a, and the bucket cylinder 33a are constituted by hydraulic cylinders.
  • the upper swing body 4 is configured to be rotatable with respect to the lower traveling body 2 via a swing bearing (not shown).
  • the upper swing body 4 is provided with a control section 41, a swing base 42, a swing motor 43, a battery 62, and the like.
  • the upper swing body 4 is rotated via a swing bearing (not shown) by the driving force of the swing motor 43 that is a hydraulic motor.
  • the upper swing body 4 is provided with a plurality of hydraulic pumps (not shown in FIG. 1) driven by an electric motor. These hydraulic pumps supply pressure oil to each hydraulic motor (travel motors 22L and 22R, turning motor 43) and each hydraulic cylinder (blade cylinder 23a, boom cylinder 31a, arm cylinder 32a, and bucket cylinder 33a).
  • Each hydraulic motor and each hydraulic cylinder are collectively referred to as a hydraulic actuator.
  • a pilot seat 411 is disposed in the pilot unit 41.
  • a pair of work operation levers 412L and 412R are disposed on the left and right sides of the cockpit 411, and a pair of travel levers 413L and 413R are disposed on the front side.
  • the operator can sit on the cockpit 411 and operate the operation levers 412L and 412R, the travel levers 413L and 413R, etc. to control each hydraulic actuator, and can travel, turn and work.
  • the work operation levers 412L and 412R are integrally attached to the lever stand 414, and from this lever stand 414, a cut-off lever 415 for turning on and off the operation of the work machine 3 by the work operation levers 412L and 412R. Is extended forward.
  • the cut-off lever 415 is configured to be pivotable up and down. When the cut-off lever 415 is pivoted downward, the work machine 3 can be actuated by operating the work manipulation levers 412L and 412R and pivoted upward. Then, the working machine 3 is configured to be in a locked state where the working machine 3 does not operate even if the work operating levers 412L and 412R are operated.
  • a cut-off switch 416 that detects the rotational position of the cut-off lever 415 is provided inside the lever stand 414.
  • the cut-off switch 416 is configured to be turned on when the cut-off lever 415 is turned downward, and turned off when the cut-off lever 415 is turned upward.
  • the upper swing body 4 is provided with a power supply port (not shown). By connecting a power supply cable 51 of a commercial power source 5 (corresponding to an external power source) to the power supply port, the power source system 6 described later is used. Can be connected to.
  • a power supply cable 51 of a commercial power source 5 corresponding to an external power source
  • the hydraulic pump that supplies pressure oil to the hydraulic actuator is configured to operate by an electric motor driven by electric power, and the commercial power source 5 and the battery 62 supply electric power to the electric motor.
  • FIG. 3 shows a hydraulic circuit 100 mounted on the hydraulic excavator 1.
  • the hydraulic circuit 100 includes a first actuator 111, a second actuator 112, a hydraulic pump 113, a pilot pump 114, a first directional switching valve 115, a second directional switching valve 116, and an operating device 117. ing.
  • the first actuator 111 is a hydraulic motor that is driven by pressure oil supplied from the hydraulic pump 113.
  • the first actuator 111 is, for example, the traveling motors 22L and 22R.
  • the second actuator 112 is a hydraulic cylinder driven by the pressure oil supplied from the hydraulic pump 113.
  • the second actuator 112 is, for example, the boom cylinder 31a.
  • the hydraulic pump 113 is driven by an electric motor (not shown) and discharges pressure oil.
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 113 is supplied to the first direction switching valve 115 and the second direction switching valve 116 via the oil passage 113a and the oil passage 113b.
  • the oil path of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 113 to the first actuator 111 and the second actuator 112 is indicated by a solid line.
  • the first direction switching valve 115 is a pilot-type direction switching valve capable of switching the direction of the pressure oil supplied to the first actuator 111 and adjusting the flow rate.
  • the second direction switching valve 116 is a pilot-type direction switching valve capable of switching the direction of the pressure oil supplied to the second actuator 112 and adjusting the flow rate.
  • the pilot pump 114 discharges pilot pressure oil as a command input to the first direction switching valve 115 and the second direction switching valve 116.
  • the oil passage for the pilot pressure oil supplied from the pilot pump 114 to the second directional control valve 116 is indicated by a broken line (note that the pilot pressure oil supplied from the pilot pump 114 to the first directional control valve 115 is shown. The oil passage is not shown).
  • the pilot pump 114 generates a pilot pressure applied to the first directional switching valve 115 and the second directional switching valve 116.
  • the pilot pump 114 is driven by an electric motor (not shown), and generates a pilot pressure in the oil passage 114a by discharging pressure oil.
  • the first direction switching valve 115 can be switched to a plurality of positions by sliding the spool.
  • pilot pressure is not applied to either the pilot port 115a or the pilot port 115b of the first direction switching valve 115, the first direction switching valve 115 is held in the neutral position by the biasing force of the spring.
  • the first direction switching valve 115 is in the neutral position, the pressure oil is not supplied to the first actuator 111 from the oil passage 113b.
  • the first directional switching valve 115 when a pilot pressure is applied to the pilot port 115a or the pilot port 115b of the first directional switching valve 115, the first directional switching valve 115 is switched from the neutral position to another position, and the pressure oil flows into the oil passage 111a. Alternatively, it is supplied to the first actuator 111 via the oil passage 111b. The first actuator 111 is rotationally driven in the forward direction or the reverse direction by the pressure oil supplied via the oil path 111a or the oil path 111b.
  • the second direction switching valve 116 can be switched to a plurality of positions by sliding the spool.
  • pilot pressure is not applied to either the pilot port 116a or the pilot port 116b of the second direction switching valve 116, the second direction switching valve 116 is held in the neutral position by the biasing force of the spring.
  • the second direction switching valve 116 is in the neutral position, the pressure oil is not supplied to the second actuator 112 from the oil passage 113a.
  • the second direction switching valve 116 is switched from the neutral position to another position, and the pressure oil flows into the oil passage 112a. Or it is supplied to the second actuator 112 via the oil passage 112b.
  • the second actuator 112 expands and contracts by the pressure oil supplied through the oil passage 112a or the oil passage 112b.
  • the operating device 117 has a remote control valve 117a for switching the direction and pressure of the pilot pressure oil supplied to the second direction switching valve 116.
  • the operation device 117 is, for example, work operation levers 412L and 412R.
  • the remote control valve 117a is connected to the oil passage 114a.
  • the remote control valve 117a is connected to the pilot port 116a and the pilot port 116b of the second direction switching valve 116 via the oil passage 117b and the oil passage 117c, respectively.
  • the remote control valve 117a supplies the pressure oil supplied from the pilot pump 114 via the oil passage 114a to the second direction switching valve 116 as pilot pressure oil.
  • An open / close valve 180 is provided in the oil passage 114a between the pilot pump 114 and the remote control valve 117a.
  • the on-off valve 180 is an electromagnetic valve and includes a solenoid 180a.
  • the solenoid 180a is connected to the cutoff switch 416. As shown in FIG. 3, the solenoid 180 a is energized when the cut-off lever 415 is rotated downward and the cut-off switch 416 is turned on, thereby bringing the on-off valve 180 into a communication state.
  • the pressure oil from the pilot pump 114 is supplied to the remote control valve 117a via the on-off valve 180.
  • the cut-off lever 415 is pivoted upward as shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the cut-off switch 416 is turned off by the urging force of the spring, and the solenoid 180a is not energized. It becomes a cut-off state by the urging force of.
  • the pressure oil from the pilot pump 114 is not supplied to the remote control valve 117a, and even if the operating device 117 is operated, no pilot pressure is applied to the second direction switching valve 116, so that the pressure oil is supplied to the second actuator 112.
  • the operation of the second actuator 112 is not limited. Therefore, when the cut-off lever 415 is rotated downward, the operation device 117 can be operated by operating the operation device 117. When the cut-off lever 415 is rotated upward, the work can be performed even if the operation device 117 is operated. The machine 3 is in a locked state where it does not operate.
  • the power supply system 6 includes a power supply 61 that exchanges the AC power supply voltage of the commercial power supply 5 with a DC power supply voltage, a battery 62 that charges or discharges power from the power supply 61, and an inverter that exchanges the DC power supply voltage with the AC power supply voltage.
  • the power feeder 61 converts the AC voltage supplied from the commercial power supply 5 through the power supply cable 51 into a DC voltage. This DC voltage is supplied to the battery 62 via the power supply relay 66 and the battery relay 65, and the battery 62 is charged. The DC voltage of the power feeder 61 is supplied to the inverter 63 via the power feeder relay 66 and the inverter relay 64.
  • the battery 62 supplies a DC voltage to the inverter 63 via the battery relay 65 and the inverter relay 64.
  • An example of the battery 62 is a lithium ion battery.
  • the inverter 63 converts the DC voltage supplied from the power feeder 61 and / or the battery 62 into an AC voltage. This AC voltage is supplied to the electric motor 7.
  • the electric motor 7 operates the hydraulic pump 113. In FIG. 4, only the hydraulic pump 113 is shown, but a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • the power supply system 6 includes a system controller 67 for controlling the power supply system 6.
  • the system controller 67 performs control of power supplied to the electric motor 7, control of charging of the battery 62, and the like. More specifically, the system controller 67 controls the power feeder 61, the inverter 63, the inverter relay 64, the battery relay 65, the power feeder relay 66, and the like to drive the electric motor 7 or charge the battery 62. Can be.
  • the power supply system 6 has a plurality of power supply modes shown in FIGS. 5A to 5D. As shown in FIG. 5A, the power supply system 6 supplies electric power only from the commercial power supply 5 by bringing the contacts of the inverter relay 64 and the power supply relay 66 into contact with each other and disconnecting the contact of the battery relay 65. A commercial power supply mode to be driven can be configured. Thereby, the usage frequency of the battery 62 can be reduced and the lifetime of the battery 62 can be extended. Even when the battery 62 is in an abnormal state, the operation can be continued by the commercial power source 5 in the commercial power source mode.
  • the power supply system 6 supplies electric power from the battery 62 and the commercial power supply 5 by bringing the three contacts of the inverter relay 64, the power supply relay 66, and the battery relay 65 into contact with each other.
  • a 2-way mode (corresponding to the first power supply mode) for driving the motor 7 can be configured.
  • the power supply system 6 supplies electric power only from the battery 62 by bringing the contacts of the inverter relay 64 and the battery relay 65 into contact with each other and disconnecting the contact of the power supply relay 66.
  • a charging mode can be configured.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of power supply mode switching control.
  • the operator turns on the power.
  • the operator selects a power supply mode with the power supply mode selection switch.
  • step S1 it is determined which power supply mode has been selected.
  • the system controller 67 turns on the inverter relay 64 and the power supply relay 66 and turns off the battery relay 65 to enter the commercial power supply mode.
  • step S1 whether or not the power feeder 61 can be used is determined in the next step S2.
  • the power feeder 61 includes a control unit that determines whether or not it can be used, and transmits an error signal to the system controller 67 if the power feeder 61 cannot be used.
  • the system controller 67 receives the error signal from the power feeder 61. In this case, it is determined that the power feeder 61 cannot be used.
  • step S3 When it is determined in step S2 that the power feeder 61 is “unusable”, it is determined in step S3 whether the battery 62 is usable.
  • the battery 62 includes a control unit that determines whether or not the battery 62 can be used and transmits an error signal to the system controller 67 if the battery 62 cannot be used.
  • the system controller 67 receives the error signal from the battery 62, It is determined that the battery 62 cannot be used. If it is determined in step S3 that the battery 62 is “unusable”, the system controller 67 issues an error.
  • step S5 it is determined whether or not the inverter 63 can be used.
  • the inverter 63 includes a control unit that determines whether or not it can be used, and transmits an error signal to the system controller 67 if it cannot be used.
  • the system controller 67 receives the error signal from the inverter 63, It is determined that the inverter 63 cannot be used.
  • step S5 when it is determined that the inverter 63 is “unusable”, the system controller 67 issues an error.
  • step S5 if it is determined in step S5 that the inverter 63 is “usable”, the system controller 67 turns on the inverter relay 64 in the next step S6. Thereby, a battery mode (second power supply mode) in which electric power is supplied only from the battery 62 to drive the electric motor 7 can be realized.
  • step S2 When it is determined in step S2 that the power feeder 61 is “usable”, it is determined whether or not the battery 62 is usable in the next step S7. If it is determined in step S7 that the battery 62 is “unusable”, the system controller 67 issues an error. On the other hand, when it is determined in step S7 that the battery 62 is “usable”, the system controller 67 turns on the battery relay 65 in the next step S8.
  • step S9 it is determined which power supply mode has been selected.
  • the connection of the power feeding cable 51 is confirmed in the next step S10.
  • the power supply 61 detects this and transmits a connection signal to the system controller 67.
  • the system controller 67 receives a connection signal from the power feeder 61, the system controller 67 determines that the power feeding cable 51 is connected to the power feeding port. If it is determined in step S10 that the power supply cable 51 is “not connected”, the system controller 67 issues an error.
  • step S10 if it is determined in step S10 that the power feeding cable 51 is “connected”, the power feeder relay 66 is turned on in the next step S11. Thereby, the charge mode in which only the battery 62 is charged by the commercial power source 5 can be realized.
  • step S9 If it is determined in step S9 that the mode 2 is selected, it is determined whether or not the inverter 63 can be used in the next step S12.
  • the system controller 67 issues an error when the inverter 63 cannot be used.
  • step S12 when it is determined in step S12 that the inverter 63 can be used, the system controller 67 turns on the inverter relay 64 in the next step S13.
  • step S14 the connection of the power supply cable 51 is confirmed.
  • the battery mode (second power supply mode) in which the electric motor 7 is driven by supplying power only from the battery 62 is set.
  • step S14 if it is determined in step S14 that the power supply cable 51 is “connected”, the power supply relay 66 is turned on in the next step S15. Thereby, the 2-way mode (first power supply mode) in which electric power is supplied from the battery 62 and the commercial power supply 5 to drive the electric motor 7 can be realized.
  • step S16 When in the battery mode, the connection of the power feeding cable 51 is confirmed in step S16. If it is determined in step S16 that the power supply cable 51 is “not connected”, the battery mode is continued.
  • step S17 it is determined whether or not the rotation of the electric motor 7 is stopped.
  • the electric motor 7 is provided with a position sensor, and the inverter 63 receives position sensor information from the electric motor 7, calculates the rotational speed of the electric motor 7, and uses the rotational speed information of the electric motor 7 as a system controller. 67.
  • the system controller 67 can determine whether or not the rotation of the electric motor 7 is stopped based on the information about the rotation speed of the electric motor 7 received from the inverter 63.
  • step S17 when it is determined “NO” that the rotation of the electric motor 7 is not stopped, the battery mode is continued.
  • step S17 if it is determined in step S17 that the rotation of the electric motor 7 is stopped, “YES”, the power supply relay 66 is turned on in the next step S18. As a result, switching from the battery mode to the 2-way mode can be realized.
  • step S19 when in the 2-way mode, the connection of the power feeding cable 51 is confirmed in step S19. If it is determined in step S19 that the power supply cable 51 is “connected”, the 2-way mode is continued.
  • step S19 if it is determined in step S19 that the power feeding cable 51 is “not connected”, the power feeder relay 66 is turned off in the next step S20. Thereby, the switching from the 2-way mode to the battery mode can be realized.
  • the cut-off lever 415 in switching from the battery mode to the 2-way mode, in addition to confirming the connection of the power feeding cable 51 and confirming the rotation stop of the electric motor 7, the cut-off lever 415 is pivoted upward so that the hydraulic actuator It may be determined whether or not the operation is restricted.
  • the system controller 67 determines whether or not the cutoff lever 415 is rotated upward based on the information transmitted from the cutoff switch 416 as to whether the cutoff lever 415 is rotated upward or downward. Can do. If “YES” is determined in the step S17, it is determined whether or not the cut-off lever 415 is rotated upward in the next step S21.
  • step S21 If it is determined in step S21 that the cut-off lever 415 is not rotated downward, “NO”, the battery mode is continued, while the cut-off lever 415 is rotated upward, “YES”. If it is determined that, in the next step S18, the feeder relay 66 is turned on.

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Abstract

油圧ショベル1は、商用電源5及びバッテリ62を駆動電源とする電動モータ7と、電動モータ7によって駆動される油圧ポンプ113を油圧源とする油圧アクチュエータとを備える電動式の油圧ショベル1であって、商用電源5からバッテリ62への充電を継続しながら電動モータ7を駆動させる第1電源モードと、バッテリ62のみで電動モータ7を駆動させる第2電源モードとを備え、商用電源5を給電するための給電ケーブル51が給電口に接続され、かつ電動モータ7の回転が停止されている場合に、第2電源モードから第1電源モードに移行する。

Description

電動式作業機械
 本発明は、電動式作業機械に関する。
 下記特許文献1には、商用電源およびバッテリで電動モータを駆動する電源システムが搭載された建設機械が開示されている。この電源システムは、電動モータに直流電力を任意の交流電力に変換し供給するインバータにバッテリからの直流電源を供給する電路と、商用電源から供給する交流電力をAC-DC変換部を介して直流電力に変換しインバータに供給する電路を切り換える電源切換装置を備えている。
 下記特許文献2には、外部電源からバッテリへの充電を継続しながら電動モータを駆動させるモードと、バッテリのみで電動モータを駆動させるモードとを備えている電動式ショベルにおいて、バッテリのみで電動モータを駆動させるモード中に、外部電源を接続することにより、外部電源からバッテリへの充電を継続しながら電動モータを駆動させるモードに移行する技術が開示されている。
特開2007-228715号公報 特開2008-308881号公報
 しかしながら、特許文献1では、商用電源とバッテリを選択することから、商用電源からのみの電力で電動モータを駆動させた場合、電動モータを駆動させる電力が商用電源に依存するため、大きな駆動力の必要な作業の場合に十分な駆動力を得ることができないという問題があった。また、特許文献2では、バッテリのみによる駆動中の本機に外部電源を給電するための給電ケーブルを接続することからアーク放電が起こる危険性がある。さらに、バッテリのみによる駆動中の本機に給電ケーブルを接続する行為は、本機の旋回、走行動作による接触事故を誘発する恐れがある。
 そこで、本発明は上記課題に鑑み、駆動中の本機に外部電源からの給電ケーブルを接続する行為を抑止し、仮に給電ケーブルを接続した場合にもアーク放電が起こることを防止できる電動式作業機械を提供することを目的とする。
 本発明の電動式作業機械は、外部電源及びバッテリを駆動電源とする電動モータと、前記電動モータによって駆動される油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータとを備える電動式作業機械であって、
 前記外部電源から前記バッテリへの充電を継続しながら前記電動モータを駆動させる第1電源モードと、前記バッテリのみで前記電動モータを駆動させる第2電源モードとを備え、
 前記外部電源を給電するための給電ケーブルが給電口に接続され、かつ前記電動モータの回転が停止されている場合に、前記第2電源モードから前記第1電源モードに移行するものである。
 本発明において、前記外部電源を給電するための給電ケーブルが給電口に接続され、かつ前記電動モータの回転が停止され、かつ前記油圧アクチュエータを操作するパイロット圧を遮断することにより前記油圧アクチュエータの操作を制限するカットオフレバーが上方に回動されて前記油圧アクチュエータの操作が制限されている場合に、前記第2電源モードから前記第1電源モードに移行するものでもよい。
 本発明において、前記給電ケーブルが前記給電口から脱離された場合に、前記第1電源モードから前記第2電源モードに移行するものでもよい。
 本発明によれば、電動モータの回転が停止されなければ、第2電源モードから第1電源モードへ移行しないため、駆動中の本機に外部電源からの給電ケーブルを接続する行為を抑止することができ、仮に給電ケーブルを接続した場合にもアーク放電が起こることがない。
本実施形態に係る電動式作業機械を示す側面図である。 電動式作業機械のカットオフレバー周辺を拡大して示す側面図である。 電動式作業機械の油圧回路を示す図である。 電動式作業機械に搭載される電源システムのブロック図である。 商用電源モードを実現する電源システムのブロック図である。 2wayモードを実現する電源システムのブロック図である。 バッテリモードを実現する電源システムのブロック図である。 充電モードを実現する電源システムのブロック図である。 電源モードの切り替え制御の手順を示すフローチャートである。 2wayモードとバッテリモードの切り替え制御の手順を示すフローチャートである。 別実施形態に係る2wayモードとバッテリモードの切り替え制御の手順を示すフローチャートである。
 以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
 [電動式作業機械の構成]
 まず、図1及び図2を参照しながら、電動式作業機械の一例としての油圧ショベル1の概略構造について説明する。ただし、電動式作業機械としては、油圧ショベル1に限定されず、ホイルローダ等の他の車両でもよい。油圧ショベル1は、下部走行体2と、作業機3と、上部旋回体4とを備える。
 下部走行体2は、左右一対のクローラ21,21及び左右一対の走行モータ22L,22Rを備える。油圧モータである左右の走行モータ22L,22Rが左右のクローラ21,21をそれぞれ駆動することで油圧ショベル1の前後進を可能としている。また、下部走行体2には、ブレード23、及びブレード23を上下方向に回動させるための油圧シリンダであるブレードシリンダ23aが設けられている。
 作業機3は、ブーム31、アーム32、及びバケット33を備え、これらを独立して駆動することによって土砂等の掘削作業を可能としている。ブーム31、アーム32、及びバケット33は、それぞれ作業部に相当し、油圧ショベル1は、複数の作業部を有する。
 ブーム31は、基端部が上部旋回体4の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ31aによって回動される。また、アーム32は、基端部がブーム31の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ32aによって回動される。そして、バケット33は、基端部がアーム32の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ33aによって回動される。ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、及びバケットシリンダ33aは、油圧シリンダにより構成される。
 上部旋回体4は、下部走行体2に対して旋回ベアリング(図示しない)を介して旋回可能に構成されている。上部旋回体4には、操縦部41、旋回台42、旋回モータ43、バッテリ62等が配置されている。油圧モータである旋回モータ43の駆動力で上部旋回体4が旋回ベアリング(図示しない)を介して旋回する。また、上部旋回体4には、電動モータにより駆動される複数の油圧ポンプ(図1に図示していない)が配設される。これらの油圧ポンプが、各油圧モータ(走行モータ22L,22R、旋回モータ43)、各油圧シリンダ(ブレードシリンダ23a、ブームシリンダ31a、アームシリンダ32a、及びバケットシリンダ33a)に圧油を供給する。各油圧モータ及び各油圧シリンダをまとめて油圧アクチュエータと称する。
 操縦部41には、操縦席411が配置されている。操縦席411の左右に一対の作業操作レバー412L,412R、前方に一対の走行レバー413L,413Rが配置されている。オペレータは、操縦席411に着座して作業操作レバー412L,412R、走行レバー413L,413R等を操作することによって、各油圧アクチュエータの制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。
 また、作業操作レバー412L,412Rは、レバースタンド414に一体的に取り付けられ、このレバースタンド414からは、作業操作レバー412L,412Rによる作業機3の操作を入・切するためのカットオフレバー415が前方に延設されている。カットオフレバー415は、上下に回動可能に構成されており、下方に回動操作されると作業操作レバー412L,412Rの操作による作業機3の作動が可能の状態となり、上方に回動操作されると作業操作レバー412L,412Rを操作しても作業機3が作動しないロック状態となるように構成されている。レバースタンド414の内部には、カットオフレバー415の回動位置を検知するカットオフスイッチ416が設けられている。カットオフスイッチ416は、カットオフレバー415が下方に回動されるとONされ、一方、カットオフレバー415が上方に回動されるとOFFされるように構成されている。
 上部旋回体4には、不図示の給電口が設けられており、この給電口に商用電源5(外部電源に相当)の給電ケーブル51を接続することで、商用電源5を後述する電源システム6に接続することができる。
 油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプは、電力によって駆動する電動モータにより作動するように構成され、商用電源5とバッテリ62は、電動モータに電力を供給する。
 [油圧回路の構成]
 図3は、油圧ショベル1に搭載される油圧回路100を示している。油圧回路100は、第1アクチュエータ111と、第2アクチュエータ112と、油圧ポンプ113と、パイロットポンプ114と、第1方向切換弁115と、第2方向切換弁116と、操作装置117と、を備えている。
 第1アクチュエータ111は、油圧ポンプ113から供給された圧油により駆動される油圧モータである。第1アクチュエータ111は、例えば走行モータ22L,22Rである。第2アクチュエータ112は、油圧ポンプ113から供給された圧油により駆動される油圧シリンダである。第2アクチュエータ112は、例えばブームシリンダ31aである。
 油圧ポンプ113は、不図示の電動モータによって駆動され、圧油を吐出する。油圧ポンプ113から吐出された圧油は、油路113a、油路113bを介して第1方向切換弁115及び第2方向切換弁116へと供給される。なお、図3では、油圧ポンプ113から第1アクチュエータ111及び第2アクチュエータ112に供給される圧油の油路を実線で示している。
 第1方向切換弁115は、第1アクチュエータ111に供給される圧油の向きを切り換え流量を調節することが可能なパイロット式の方向切換弁である。第2方向切換弁116は、第2アクチュエータ112に供給される圧油の向きを切り換え流量を調節することが可能なパイロット式の方向切換弁である。
 パイロットポンプ114は、第1方向切換弁115及び第2方向切換弁116へ入力される指令としてのパイロット圧油を吐出する。図3では、パイロットポンプ114から第2方向切換弁116に供給されるパイロット圧油の油路を破線で示している(なお、パイロットポンプ114から第1方向切換弁115に供給されるパイロット圧油の油路は図示していない)。パイロットポンプ114は、第1方向切換弁115及び第2方向切換弁116に付与されるパイロット圧を発生させる。パイロットポンプ114は、不図示の電動モータによって駆動され、圧油を吐出することにより、油路114a内にパイロット圧を発生させる。
 第1方向切換弁115は、スプールを摺動させることにより複数のポジションに切り換えることが可能である。第1方向切換弁115のパイロットポート115a及びパイロットポート115bのいずれにもパイロット圧が付与されない場合、スプリングの付勢力により、第1方向切換弁115は中立位置に保持される。第1方向切換弁115が中立位置にある場合、圧油は、油路113bから第1アクチュエータ111に供給されない。
 一方、第1方向切換弁115のパイロットポート115a又はパイロットポート115bにパイロット圧が付与された場合、第1方向切換弁115が中立位置から他のポジションに切り換えられて、圧油は、油路111a又は油路111bを介して第1アクチュエータ111に供給される。油路111a又は油路111bを介して供給される圧油によって、第1アクチュエータ111は正方向又は逆方向に回転駆動する。
 第2方向切換弁116は、スプールを摺動させることにより複数のポジションに切り換えることが可能である。第2方向切換弁116のパイロットポート116a及びパイロットポート116bのいずれにもパイロット圧が付与されない場合、スプリングの付勢力により、第2方向切換弁116は中立位置に保持される。第2方向切換弁116が中立位置にある場合、圧油は、油路113aから第2アクチュエータ112に供給されない。
 一方、第2方向切換弁116のパイロットポート116a又はパイロットポート116bにパイロット圧が付与された場合、第2方向切換弁116が中立位置から他のポジションに切り換えられて、圧油は、油路112a又は油路112bを介して第2アクチュエータ112に供給される。油路112a又は油路112bを介して供給される圧油によって、第2アクチュエータ112は伸縮する。
 操作装置117は、第2方向切換弁116に供給されるパイロット圧油の向きと圧力を切り換えるためのリモコン弁117aを有する。操作装置117は、例えば作業操作レバー412L,412Rである。リモコン弁117aは、油路114aに接続される。また、リモコン弁117aは、油路117b及び油路117cを介して第2方向切換弁116のパイロットポート116a及びパイロットポート116bにそれぞれ接続される。リモコン弁117aは、油路114aを介してパイロットポンプ114から供給される圧油を、パイロット用の圧油として第2方向切換弁116に供給する。操作装置117を操作することにより、第2方向切換弁116を切り換え、第2アクチュエータ112に供給される圧油の向きを切り換え流量を調節することができる。
 パイロットポンプ114とリモコン弁117aとの間の油路114aには、開閉弁180が設けられている。開閉弁180は、電磁バルブで構成され、ソレノイド180aを備えている。ソレノイド180aは、カットオフスイッチ416に接続されている。ソレノイド180aは、図3に示すように、カットオフレバー415が下方に回動されてカットオフスイッチ416がONのとき、通電されて、開閉弁180を連通状態とする。これにより、パイロットポンプ114からの圧油が開閉弁180を介してリモコン弁117aへ供給される。一方、図3に2点鎖線で示すようにカットオフレバー415が上方に回動されると、カットオフスイッチ416はスプリングの付勢力によりOFFとなり、ソレノイド180aに通電されなくなり、開閉弁180はスプリングの付勢力により遮断状態となる。これにより、パイロットポンプ114からの圧油がリモコン弁117aへ供給されなくなり、操作装置117を操作しても第2方向切換弁116にパイロット圧が付与されないため、第2アクチュエータ112に圧油が供給されず、第2アクチュエータ112の操作が制限される。よって、カットオフレバー415は、下方に回動操作されると操作装置117の操作による作業機3の作動が可能の状態となり、上方に回動操作されると操作装置117を操作しても作業機3が作動しないロック状態となる。
 [電源システムの構成]
 図4を用いて、油圧ショベル1に搭載され、電動モータ7に電力を供給する電源システム6について説明する。電源システム6は、商用電源5の交流電源電圧を直流電源電圧に交換する給電器61と、給電器61からの電力を充電または放電するバッテリ62と、直流電源電圧を交流電源電圧に交換するインバータ63と、給電器61からインバータ63に電力を供給する第1の電路6aと、バッテリ62から第1の電路6aに合流する第2の電路6bと、第1の電路6aと第2の電路6bの合流点6cとインバータ63の間に配置されたインバータリレー64と、合流点6cとバッテリ62の間に配置されたバッテリリレー65と、合流点6cと給電器61の間に配置された給電器リレー66と、を備える。
 給電器61は、商用電源5から給電ケーブル51を介して供給された交流電圧を直流電圧に変換する。この直流電圧は、給電器リレー66及びバッテリリレー65を介してバッテリ62に供給され、バッテリ62が充電される。また、給電器61の直流電圧は、給電器リレー66及びインバータリレー64を介してインバータ63に供給される。
 バッテリ62は、バッテリリレー65及びインバータリレー64を介してインバータ63に直流電圧を供給する。バッテリ62としては、リチウムイオンバッテリが例示される。
 インバータ63は、給電器61及び/又はバッテリ62から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。この交流電圧は、電動モータ7に供給される。電動モータ7は、油圧ポンプ113を作動させる。なお、図4では、油圧ポンプ113のみ示されているが、油圧ポンプは複数設けられてもよい。
 また、電源システム6は、電源システム6を制御するためのシステムコントローラ67を備えている。システムコントローラ67は、電動モータ7に供給される電力の制御、バッテリ62の充電の制御等を行う。より具体的には、システムコントローラ67は、給電器61、インバータ63、インバータリレー64、バッテリリレー65、給電器リレー66等を制御することにより、電動モータ7を駆動させたり、バッテリ62を充電させたりすることができる。
 電源システム6は、図5A~図5Dに示す複数の電源モードを備える。電源システム6は、図5Aに示すように、インバータリレー64及び給電器リレー66の接点を接触させ、バッテリリレー65の接点を切り離すことで、商用電源5のみから電力を供給して電動モータ7を駆動する商用電源モードを構成することができる。これにより、バッテリ62の使用頻度を減らすことができ、バッテリ62の寿命を延ばすことができる。また、バッテリ62が異常状態になった場合にも、商用電源モードであれば商用電源5により作業を継続することができる。
 また、電源システム6は、図5Bに示すように、インバータリレー64、給電器リレー66、及びバッテリリレー65の3つの接点を接触させることで、バッテリ62と商用電源5から電力を供給して電動モータ7を駆動する2wayモード(第1電源モードに相当する)を構成することができる。
 また、電源システム6は、図5Cに示すように、インバータリレー64及びバッテリリレー65の接点を接触させ、給電器リレー66の接点を切り離すことで、バッテリ62のみから電力を供給して電動モータ7を駆動するバッテリモード(第2電源モードに相当する)を構成することができる。
 また、電源システム6は、図5Dに示すように、バッテリリレー65及び給電器リレー66の接点を接触させ、インバータリレー64の接点を切り離すことで、商用電源5によるバッテリ62の充電のみが行われる充電モードを構成することができる。
 次に、上記の電源モードの切り替えを実現する制御方法について説明する。図6は、電源モードの切り替え制御の手順を示すフローチャートである。初めに、オペレータは電源をオンする。次いで、オペレータは、電源モード選択スイッチにより電源モードを選択する。ステップS1において、どの電源モードが選択されたか判定する。モード1が選択された場合、システムコントローラ67は、インバータリレー64及び給電器リレー66をオンし、かつバッテリリレー65をオフして、商用電源モードとなる。
 一方、ステップS1において、モード2又はモード3が選択された場合、次のステップS2において、給電器61の使用可否を判断する。給電器61は、自身の使用可否を判別して、使用不可であればエラー信号をシステムコントローラ67に送信する制御部を備えており、システムコントローラ67は、給電器61からのエラー信号を受信した場合、給電器61が使用不可と判断する。
 ステップS2において、給電器61が「使用不可」と判断された場合、次のステップS3において、バッテリ62の使用可否を判断する。バッテリ62は、自身の使用可否を判別して、使用不可であればエラー信号をシステムコントローラ67に送信する制御部を備えており、システムコントローラ67は、バッテリ62からのエラー信号を受信した場合、バッテリ62が使用不可と判断する。ステップS3において、バッテリ62が「使用不可」と判断された場合、システムコントローラ67は、エラー発報を行う。
 一方、ステップS3において、バッテリ62が「使用可能」と判断された場合、次のステップS4において、システムコントローラ67は、バッテリリレー65をオンする。次いで、ステップS5において、インバータ63の使用可否を判断する。インバータ63は、自身の使用可否を判別して、使用不可であればエラー信号をシステムコントローラ67に送信する制御部を備えており、システムコントローラ67は、インバータ63からのエラー信号を受信した場合、インバータ63が使用不可と判断する。ステップS5において、インバータ63が「使用不可」と判断された場合、システムコントローラ67は、エラー発報を行う。
 一方、ステップS5において、インバータ63が「使用可能」と判断された場合、次のステップS6において、システムコントローラ67は、インバータリレー64をオンする。これにより、バッテリ62のみから電力を供給して電動モータ7を駆動するバッテリモード(第2電源モード)を実現することができる。
 ステップS2において、給電器61が「使用可能」と判断された場合、次のステップS7において、バッテリ62の使用可否を判断する。ステップS7において、バッテリ62が「使用不可」と判断された場合、システムコントローラ67は、エラー発報を行う。一方、ステップS7において、バッテリ62が「使用可能」と判断された場合、次のステップS8において、システムコントローラ67は、バッテリリレー65をオンする。
 次いで、ステップS9において、どの電源モードが選択されたか判定する。モード3が選択されていると判定された場合、次のステップS10において、給電ケーブル51の接続を確認する。給電ケーブル51が、給電口に接続されると、給電器61はこれを検出して、接続信号をシステムコントローラ67に送信する。システムコントローラ67は、給電器61から接続信号を受信した場合、給電ケーブル51が給電口に接続されたと判断する。ステップS10において、給電ケーブル51が「未接続」と判定された場合、システムコントローラ67は、エラー発報を行う。
 一方、ステップS10において、給電ケーブル51が「接続」と判定された場合、次のステップS11において、給電器リレー66をオンする。これにより、商用電源5によるバッテリ62の充電のみが行われる充電モードを実現することができる。
 ステップS9において、モード2が選択されていると判定された場合、次のステップS12において、インバータ63の使用可否を判断する。システムコントローラ67は、インバータ63が使用不可の場合、エラー発報を行う。一方、ステップS12において、インバータ63が使用可能と判断された場合、次のステップS13において、システムコントローラ67は、インバータリレー64をオンする。
 次いで、ステップS14において、給電ケーブル51の接続を確認する。ステップS14において、給電ケーブル51が「未接続」と判定された場合、バッテリ62のみから電力を供給して電動モータ7を駆動するバッテリモード(第2電源モード)となる。
 一方、ステップS14において、給電ケーブル51が「接続」と判定された場合、次のステップS15において、給電器リレー66をオンする。これにより、バッテリ62と商用電源5から電力を供給して電動モータ7を駆動する2wayモード(第1電源モード)を実現することができる。
 次に、図7を用いて、2wayモードとバッテリモードの切り替えを実現する制御方法について説明する。バッテリモードの状態にあるとき、ステップS16において、給電ケーブル51の接続を確認する。ステップS16において、給電ケーブル51が「未接続」と判定された場合、バッテリモードを継続する。
 一方、ステップS16において、給電ケーブル51が「接続」と判定された場合、次のステップS17において、電動モータ7の回転が停止されているか否かを判定する。電動モータ7には位置センサが設けられており、インバータ63は、電動モータ7から位置センサの情報を受け取り、電動モータ7の回転速度を算出して、電動モータ7の回転速度の情報をシステムコントローラ67に送信する。システムコントローラ67は、インバータ63から受け取った電動モータ7の回転速度の情報に基づき、電動モータ7の回転が停止されているか否かを判定することができる。ステップS17において、電動モータ7の回転が停止していない、「NO」と判定された場合、バッテリモードを継続する。
 一方、ステップS17において、電動モータ7の回転が停止している、「YES」と判定された場合、次のステップS18において、給電器リレー66をオンする。これにより、バッテリモードから2wayモードへの切り替えを実現することができる。
 また、2wayモードにあるとき、ステップS19において、給電ケーブル51の接続を確認する。ステップS19において、給電ケーブル51が「接続」と判定された場合、2wayモードを継続する。
 一方、ステップS19において、給電ケーブル51が「未接続」と判定された場合、次のステップS20において、給電器リレー66をオフする。これにより、2wayモードからバッテリモードへの切り替えを実現することができる。
 [別実施形態]
 図8に示すように、バッテリモードから2wayモードへの切り替えにおいて、給電ケーブル51の接続の確認、電動モータ7の回転停止の確認に加えて、カットオフレバー415が上方に回動されて油圧アクチュエータの操作が制限されているか否かを判定してもよい。システムコントローラ67は、カットオフスイッチ416から送信されたカットオフレバー415が上方又は下方に回動されているかの情報に基づき、カットオフレバー415が上方に回動されているか否かを判定することができる。ステップS17で「YES」と判定された場合、次のステップS21において、カットオフレバー415が上方に回動されているか否かを判定する。ステップS21において、カットオフレバー415が下方に回動されていない、「NO」と判定された場合、バッテリモードを継続し、一方、カットオフレバー415が上方に回動されている、「YES」と判定された場合、次のステップS18において、給電器リレー66をオンする。
 以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
   1  油圧ショベル
   5  商用電源
  51  給電ケーブル
   6  電源システム
   7  電動モータ
  62  バッテリ
 112  第2アクチュエータ
 113  油圧ポンプ
 415  カットオフレバー

 

Claims (3)

  1.  外部電源及びバッテリを駆動電源とする電動モータと、前記電動モータによって駆動される油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータとを備える電動式作業機械であって、
     前記外部電源から前記バッテリへの充電を継続しながら前記電動モータを駆動させる第1電源モードと、前記バッテリのみで前記電動モータを駆動させる第2電源モードとを備え、
     前記外部電源を給電するための給電ケーブルが給電口に接続され、かつ前記電動モータの回転が停止されている場合に、前記第2電源モードから前記第1電源モードに移行する、電動式作業機械。
  2.  前記外部電源を給電するための給電ケーブルが給電口に接続され、かつ前記電動モータの回転が停止され、かつ前記油圧アクチュエータを操作するパイロット圧を遮断することにより前記油圧アクチュエータの操作を制限するカットオフレバーが上方に回動されて前記油圧アクチュエータの操作が制限されている場合に、前記第2電源モードから前記第1電源モードに移行する、請求項1に記載の電動式作業機械。
  3.  前記給電ケーブルが前記給電口から脱離された場合に、前記第1電源モードから前記第2電源モードに移行する、請求項1又は2に記載の電動式作業機械。
     

     
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