WO2020129525A1 - 電動式建設機械 - Google Patents

電動式建設機械 Download PDF

Info

Publication number
WO2020129525A1
WO2020129525A1 PCT/JP2019/045427 JP2019045427W WO2020129525A1 WO 2020129525 A1 WO2020129525 A1 WO 2020129525A1 JP 2019045427 W JP2019045427 W JP 2019045427W WO 2020129525 A1 WO2020129525 A1 WO 2020129525A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
electric
lower traveling
receiving
traveling body
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/045427
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健佑 金田
寺島　淳
Original Assignee
ヤンマー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ヤンマー株式会社 filed Critical ヤンマー株式会社
Publication of WO2020129525A1 publication Critical patent/WO2020129525A1/ja

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08—Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/10—Supports for movable superstructures mounted on travelling or walking gears or on other superstructures
    • E02F9/12—Slewing or traversing gears

Definitions

  • the present invention relates to an electric construction machine.
  • Patent Document 1 discloses a technique of supplying power to a traveling electric motor from a power source mounted on a revolving structure via a power transmission connection device including a slip ring and a brush in a hydraulic excavator having a traveling electric motor. It is disclosed.
  • Patent Document 2 an upper coil that is wound around an upper revolving structure to transmit an electromotive force from an electric energy storage device installed in the upper revolving structure of an electric excavator and a lower traveling body of the electric excavator is wound.
  • an electric excavator including a lower coil that transmits electromotive force from the upper coil transmitted by electromagnetic induction to a traveling electric motor.
  • the slip ring physically contacts the brush and energizes while rotating, which causes a problem of deterioration due to wear.
  • an object of the present invention is to provide an electric construction machine with a large degree of freedom in design and a small energy loss.
  • An electric construction machine is an electric construction machine including a lower traveling body and an upper revolving structure provided so as to be rotatable about a revolving axis with respect to the lower traveling body, A power storage device that is disposed on one of the lower traveling body or the upper revolving body and is a drive power source for driving the electric construction machine, A transmission coil that is arranged on one of the lower traveling body or the upper revolving structure on which the power storage device is disposed and that transmits electric power from the power storage device; A plurality of receiving coils arranged on the other of the lower traveling body or the upper revolving body in a circle around the revolving axis and receiving electric power from the transmitting coil; The transmitting coil is arranged so as to face any one of the plurality of receiving coils when the upper swing body turns.
  • power can be supplied from one of the lower traveling structure and the upper revolving structure to the other by non-contact utilizing magnetic field coupling, so that power can be supplied without using a slip ring and a brush. Eliminates the need for replacement due to wear of slip rings and brushes.
  • a plurality of receiving coils are arranged in a circle around the turning axis, and the transmitting coil is arranged so as to face any one of the plurality of receiving coils when the upper revolving structure is turned. Therefore, depending on the size of the construction machine, The number and size of can be freely designed. Moreover, since it is not necessary to provide a large coil, energy loss can be reduced.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an arrangement of a transmission coil and a reception coil according to another embodiment. The figure which shows typically the change of the magnetic flux which penetrates the transmitting coil and receiving coil which concern on other embodiment.
  • the hydraulic excavator 1 includes a lower traveling body 2, a work machine 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 electric motors 22 and 22.
  • the left and right electric motors 22, 22 for driving the left and right crawlers 21, 21 respectively enable the hydraulic excavator 1 to move forward and backward.
  • the lower traveling body 2 is provided with a blade 23 and a blade cylinder 23a which is an electric 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 by independently driving these, excavation work such as earth and sand is possible.
  • the boom 31, the arm 32, and the bucket 33 correspond to working units, respectively, and the hydraulic excavator 1 has a plurality of working units.
  • the boom 31 is supported by the front part of the upper swing body 4 at its base end and is rotated by a boom cylinder 31a that is movable in a telescopic manner.
  • the arm 32 has a base end supported by the tip of the boom 31 and is rotated by an arm cylinder 32a that is movable in an expandable and contractible manner.
  • the bucket 33 has a base end supported by the tip of the arm 32, and is rotated by a bucket cylinder 33a that is movable in an expandable and contractible manner.
  • the boom cylinder 31a, the arm cylinder 32a, and the bucket cylinder 33a are hydraulic cylinders.
  • the upper revolving structure 4 is rotatably attached to the upper part of the lower traveling structure 2 via a revolving bearing 41.
  • the upper revolving superstructure 4 is configured to be revolvable around a revolving shaft 41a, which is the central shaft of the revolving bearing 41.
  • the upper swing body 4 is provided with a control unit 42, a swing motor (not shown), an electric motor 43, a battery unit 44 (corresponding to a power storage device), and the like.
  • the upper revolving structure 4 revolves through the revolving bearing 41 by the driving force of the revolving motor.
  • a plurality of hydraulic pumps (not shown in FIG. 1) driven by the electric motor 43 are arranged in the upper swing body 4. These hydraulic pumps supply pressure oil to each hydraulic actuator (boom cylinder 31a, arm cylinder 32a, bucket cylinder 33a, swing motor, etc.).
  • a pilot seat 421 is arranged in the pilot section 42.
  • a pair of work operation levers (not shown) are arranged on the left and right of the cockpit 421, and a pair of travel levers (not shown) are arranged on the front side. The operator sits on the cockpit 421 and operates the work, the travel lever, and the like to control each hydraulic actuator to perform travel, turn, work, and the like.
  • a power supply port (not shown) is provided on the upper swing body 4, and the battery unit 44 is charged by connecting a power supply cable of a commercial power supply to the power supply port.
  • a transmission coil 61 that transmits electric power from the battery unit 44 is arranged on the lower surface of the upper swing body 4.
  • the lower surface of the upper revolving structure 4 is composed of a revolving frame 45, and the upper end of the revolving bearing 41 is attached to an annular mounting portion 45 a of the revolving frame 45.
  • the transmission coil 61 is attached to the revolving frame 45 on the outer peripheral side of the revolving shaft 41a and on the inner peripheral side of the mounting portion 45a. As a result, the transmission coil 61 revolves around the revolving shaft 41a when the upper revolving structure 4 revolves.
  • a plurality of receiving coils 62 that receive the electric power from the transmitting coil 61 are arranged on the upper surface of the lower traveling body 2.
  • the plurality of receiving coils 62 are arranged in a circle around the turning shaft 41a.
  • the undercarriage 2 has a track frame 24 to which the traveling electric motor 22 and the like are attached.
  • the track frame 24 includes a center frame 24a located at the center and left and right sides arranged on the sides of the center frame 24a. It is composed of a pair of side frames 24b, 24b.
  • the lower end of the slewing bearing 41 is attached to the upper surface of the center frame 24a.
  • the plurality of receiving coils 62 are attached to the center frame 24a on the inner peripheral side of the slewing bearing 41.
  • FIG. 3 shows the arrangement of the transmission coil 61 and the reception coil 62.
  • the transmitting coil 61 revolves on the first imaginary circle 611 centering on the revolving shaft 41a when the upper revolving structure 4 revolves.
  • the receiving coil 62 is arranged on a second virtual circle 621 centered on the turning shaft 41a.
  • the radius of the first virtual circle 611 and the radius of the second virtual circle 621 are set to be equal, that is, the transmitting coil 61 faces any of the plurality of receiving coils 62 when the upper swing body 4 swings.
  • the electric power transmitted from the transmission coil 61 is received by any of the reception coils 62.
  • the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 are arranged close to each other so that the outer peripheral surface 612 of the annular transmitting coil 61 and the outer peripheral surface 622 of the annular receiving coil 62 face each other in the vertical direction.
  • the outer peripheral surface 612 of the transmitting coil 61 and the outer peripheral surface 622 of the receiving coil 62 are both rectangular in cross section.
  • the winding axis of the transmitting coil 61 and the winding axis of the receiving coil 62 both intersect the turning axis 41a and are displaced in the axial direction (vertical direction) of the turning axis 41a.
  • the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 By arranging the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 in this manner, even if the positions of the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 are deviated by the turning of the upper swing body 4, the change in the amount of magnetic flux penetrating the receiving coil 62 is small, It is possible to reduce the decrease in power supply efficiency. More specifically, a state in which the transmission coil 61 as shown in FIG. 4A is located directly above one reception coil 62, and a state in which the transmission coil 61 as shown in FIG. Since the difference in the total amount of magnetic flux penetrating the plurality of receiving coils 62 between the two receiving coils 62 is small, the decrease in power supply efficiency can be reduced.
  • the power supply system 6 mounted on the hydraulic excavator 1 will be described with reference to FIG.
  • the power supply system 6 includes a transmission coil 61 arranged in the upper swing body 4, a battery unit 44, and an inverter 63, a reception coil 62 arranged in the lower traveling body 2, a converter 64, an inverter 65, and a traveling electric motor 22. ..
  • FIG. 5 shows only one of the plurality of receiving coils 62. Further, in FIG. 5, the electric motor 43 and the like arranged on the upper swing body 4 and supplied with electric power from the battery unit 44 are not shown.
  • the AC voltage supplied from the commercial power source is converted into a DC voltage by a power supply device (not shown), the DC voltage converted by the power supply device is supplied to the battery unit 44, and the battery unit 44 is charged.
  • the battery unit 44 supplies a DC voltage to the inverter 63.
  • the inverter 63 converts the DC voltage supplied from the battery unit 44 into an AC voltage and supplies the AC voltage to the transmission coil 61.
  • the transmission coil 61 transmits AC power.
  • the receiving coil 62 receives AC power.
  • the converter 64 converts the AC voltage supplied from the receiving coil 62 into an appropriate DC voltage and supplies the DC voltage to the inverter 65.
  • the inverter 65 converts the DC voltage supplied from the converter 64 into an AC voltage equivalent to the command value and supplies the AC voltage to the traveling electric motor 22.
  • the hydraulic excavator 1 of the present embodiment is the hydraulic excavator 1 that includes the lower traveling body 2 and the upper revolving body 4 that is provided so as to be rotatable with respect to the lower traveling body 2 about the revolving shaft 41a.
  • the battery unit 44 which is a drive power source for driving the hydraulic excavator 1 and is disposed on one of the lower traveling body 2 and the upper revolving body 4.
  • the transmission coil 61 that is arranged on one side and transmits the electric power from the battery unit 44 and the other of the lower traveling body 2 and the upper revolving body 4 are arranged in a circle around the revolving shaft 41a, and the electric power from the transmission coil 61 is transmitted.
  • a plurality of receiving coils 62 for receiving are provided, and the transmitting coil 61 is arranged so as to face any of the plurality of receiving coils 62 when the upper swing body 4 turns. Further, in the present embodiment, the battery unit 44 and the transmission coil 61 are arranged on the upper swing body 4, and the plurality of receiving coils 62 are arranged on the lower traveling body 2.
  • the plurality of receiving coils 62 are arranged in a circle around the turning shaft 41a, and the transmitting coil 61 is arranged so as to face any of the plurality of receiving coils 62 when the upper turning body 4 is turned.
  • the number and size of the coils can be freely designed according to the size of the. Further, since it is not necessary to provide a large coil on the lower traveling body 2 and the upper revolving body 4, energy loss can be reduced. Further, by unitizing the coil, it is possible to expect an improvement in assemblability and cost reduction due to sharing of parts.
  • the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 are arranged close to each other so that the outer peripheral surface 612 of the annular transmitting coil 61 and the outer peripheral surface 622 of the annular receiving coil 62 face each other.
  • the power supply system 6 supplies electric power from the traveling battery 66 (corresponding to a traveling storage battery) arranged in the lower traveling body 2 and the traveling electric motor 22 to the traveling electric motor 22. And the electric circuit 67 that operates.
  • An inverter 65 is provided in the middle of the electric line 67.
  • Electric power is supplied from the battery unit 44 to the electric line 67 via the receiving coil 62.
  • a converter 64 is provided between the receiving coil 62 and the inverter 65. The converter 64 converts the AC voltage supplied from the receiving coil 62 into a DC voltage.
  • the inverter 65 converts the DC voltage supplied from the converter 64 into an AC voltage. Further, the inverter 65 converts the DC voltage supplied from the traveling battery 66 into an AC voltage. The inverter 65 supplies an AC voltage to the traveling electric motor 22.
  • the electric power of the traveling battery 66 consumed by the traveling electric motor 22 is replenished from the battery unit 44 with a constant electric power, so that the electric power supplied in a non-contact manner can be reduced and the transmission coil 61 and The size of the receiving coil 62 can be designed small. Therefore, the manufacturing cost of the transmission coil 61 and the reception coil 62 can be reduced.
  • the arrangement of the transmission coil 61 and the reception coil 62 is not limited to that shown in FIG.
  • the transmitter coil 61 and the receiver coil 62 may be arranged as shown in FIG.
  • the outer peripheral surface 612 of the annular transmitting coil 61 and the outer peripheral surface 622 of the annular receiving coil 62 do not face each other, and the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 are arranged so that their end faces in the winding axis direction face each other. They are placed close together.
  • the winding axis of the transmitting coil 61 and the winding axis of the receiving coil 62 are both parallel to the turning axis 41a.
  • the arrangement of the transmitting coil 61 and the receiving coil 62 may be as shown in FIG. 7(b).
  • the transmission coil 61 and the reception coil 62 are closely arranged so that the outer peripheral surface 612 of the annular transmission coil 61 and the outer peripheral surface 622 of the annular reception coil 62 face each other in the horizontal direction.
  • the winding axis of the transmitting coil 61 and the winding axis of the receiving coil 62 are both parallel to the turning axis 41a.
  • the transmitting coil 61 is arranged on the outer peripheral side and the receiving coil 62 is arranged on the inner peripheral side with respect to the turning shaft 41a, but the transmitting coil 61 is arranged on the inner peripheral side and the receiving coil is arranged.
  • 62 may be arranged on the outer peripheral side.
  • the area of the outer peripheral surface 612 of the transmitting coil 61 in the cross section perpendicular to the winding axis of the transmitting coil 61 is equal to the outer circumference of the receiving coil 62 in the cross section perpendicular to the winding axis of the receiving coil 62. It may be larger than the area of the surface 622. In this example, the length of the transmitting coil 61 in the turning direction is longer than the length of the receiving coil 62 in the turning direction.
  • the hydraulic excavator 1 may include a turning angle calculation unit that calculates the turning angle of the upper-part turning body 4 based on the currents of the receiving coils 62 that are energized among the plurality of receiving coils 62. Accordingly, it is not necessary to separately provide an angle sensor for detecting the turning angle.
  • a sensor 623 for detecting the current of each receiving coil 62 is provided.
  • the sensor 623 is, for example, a photo coupler or a current sensor.
  • the turning angle corresponding to each sensor 623 is preset, and when the sensor 623 detects the current of the receiving coil 62, an output signal is sent to the controller 624 (corresponding to the turning angle calculation unit). For example, when the first sensor 623a outputs, the turning angle is ⁇ 1, when the second sensor 623b outputs, the turning angle is ⁇ 2, and when the third sensor 623c outputs, the turning angle is set to ⁇ 3.
  • the first sensor 623a When the transmission coil 61 is placed opposite to the first reception coil 62a, the first sensor 623a outputs an output signal to the controller 624, and the controller 624 calculates the turning angle as ⁇ 1. Further, when the transmission coil 61 is between the first reception coil 62a and the second reception coil 62b, the first sensor 623a and the second sensor 623b output an output signal to the controller 624, and the controller 624 The turning angle is calculated as ( ⁇ 1+ ⁇ 2)/2.
  • the hydraulic pump driven by the electric motor 43 supplies pressure oil to the hydraulic actuators (the boom cylinder 31a, the arm cylinder 32a, and the bucket cylinder 33a), so that the working unit (the boom 31, the arm 32, and the Although the bucket 33) is operated, a plurality of electric motors may be provided and all working units may be electrified. Further, the turning motor and the like can be electrically driven.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

下部走行体２と、下部走行体２に対して旋回軸４１ａを中心として旋回自在に設けられた上部旋回体４とを備える油圧ショベル１であって、下部走行体２又は上部旋回体４の一方に配置され、油圧ショベル１を駆動させる駆動電源であるバッテリユニット４４と、バッテリユニット４４が配置された下部走行体２又は上部旋回体４の一方に配置され、バッテリユニット４４からの電力を送信する送信コイル６１と、下部走行体２又は上部旋回体４の他方に旋回軸４１ａを中心として円状に配列され、送信コイル６１からの電力を受信する複数の受信コイル６２と、を備え、送信コイル６１は、上部旋回体４の旋回時に複数の受信コイル６２の何れかに対向するように配置されている。

Description

電動式建設機械
　本発明は、電動式建設機械に関する。
　下記特許文献１には、走行用電動モータを有する油圧ショベルにおいて、旋回体上に搭載した電源からスリップリング及びブラシからなる電力伝達用接続装置を介して走行用電動モータに電力を供給する技術が開示されている。
　下記特許文献２には、上部旋回体に巻き付けられて、電気掘削機の上部旋回体に設置された電気エネルギー貯蔵装置からの起電力を伝達する上部コイルと、電気掘削機の下部走行体に巻き付けられて、電磁気誘導により伝達された上部コイルからの起電力を走行用電気モータに伝達する下部コイルとを備える電気掘削機が開示されている。
特開２００８－６６２３５号公報 特表２０１４－５０５１８５号公報
　特許文献１の油圧ショベルでは、スリップリングはブラシと物理的に接触し、回転しながら通電させるため、磨耗により劣化するという問題点がある。
　また、特許文献２の電気掘削機では、電磁気誘導を利用して上部旋回体から下部走行体の走行用電気モータに非接触で給電を実施しているため、磨耗による劣化は生じないが、上部旋回体に巻きつけたコイルと下部走行体に巻きつけたコイルの１対のコイルで給電を行うことから、コイルの大きさが固定されてしまい設計の自由度が小さく、電気抵抗値も大きくなることから、エネルギーロスも大きくなってしまう。また、１対のコイルで給電を行わなければならないことから、大型のコイル自体を所定位置に設置しなければならず、ユニット化による生産効率の恩恵を受けにくい構造である。
　そこで、本発明は上記課題に鑑み、設計の自由度が大きく、かつエネルギーロスが小さい電動式建設機械を提供することを目的とする。
　本発明の電動式建設機械は、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回軸を中心として旋回自在に設けられた上部旋回体とを備える電動式建設機械であって、
　前記下部走行体又は前記上部旋回体の一方に配置され、前記電動式建設機械を駆動させる駆動電源である蓄電装置と、
　前記蓄電装置が配置された前記下部走行体又は前記上部旋回体の一方に配置され、前記蓄電装置からの電力を送信する送信コイルと、
　前記下部走行体又は前記上部旋回体の他方に前記旋回軸を中心として円状に配列され、前記送信コイルからの電力を受信する複数の受信コイルと、を備え、
　前記送信コイルは、前記上部旋回体の旋回時に前記複数の受信コイルの何れかに対向するように配置されているものである。
　本発明によれば、下部走行体及び上部旋回体の一方から他方への給電を、磁界結合を利用した非接触によって行うことで、スリップリング及びブラシを使用することなく給電を行うことができるため、スリップリングやブラシの磨耗による交換が必要なくなる。また、旋回軸を中心として円状に受信コイルを複数配置し、上部旋回体の旋回時に複数の受信コイルの何れかに対向するように送信コイルを配置するため、建設機械のサイズに応じてコイルの個数と大きさを自由に設計することができる。また、大型のコイルを設ける必要がないため、エネルギーロスを小さくできる。
本実施形態に係る電動式建設機械を示す側面図 図１に示す電動式建設機械の分解斜視図 送信コイルと受信コイルの配置を示す斜視図 送信コイルと受信コイルを貫く磁束の変化を模式的に示す図 電動式建設機械に搭載される電源システムのブロック図 他の実施形態に係る電源システムのブロック図 他の実施形態に係る送信コイルと受信コイルの配置を示す斜視図 他の実施形態に係る送信コイルと受信コイルを貫く磁束の変化を模式的に示す図 旋回角度の算出システムを説明するための説明図
　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。
　［電動式建設機械の構成］
　まず、図１を参照しながら、電動式建設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。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用電動モータ２２，２２を備える。左右の走行用電動モータ２２，２２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電動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の上部に旋回ベアリング４１を介して旋回自在に取り付けられている。上部旋回体４は、旋回ベアリング４１の中心軸である旋回軸４１ａを中心と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４２、旋回モータ（図示しない）、電動機４３、バッテリユニット４４（蓄電装置に相当）等が配置されている。旋回モータの駆動力で上部旋回体４が旋回ベアリング４１を介して旋回する。また、上部旋回体４には電動機４３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、各油圧アクチュエータ（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、旋回モータ等）に圧油を供給する。
　操縦部４２には、操縦席４２１が配置されている。操縦席４２１の左右に一対の作業操作レバー（図示しない）、前方に一対の走行レバー（図示しない）が配置されている。オペレータは、操縦席４２１に着座して作業操作、走行レバー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。
　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の給電ケーブルを接続することで、バッテリユニット４４が充電される。
　上部旋回体４の下面には、バッテリユニット４４からの電力を送信する送信コイル６１が配置されている。上部旋回体４の下面は、旋回フレーム４５で構成されており、旋回ベアリング４１の上端は、旋回フレーム４５の円環状の取付部４５ａに取り付けられる。送信コイル６１は、旋回軸４１ａの外周側かつ取付部４５ａの内周側の旋回フレーム４５に取り付けられる。これにより、送信コイル６１は、上部旋回体４の旋回時に旋回軸４１ａを中心として旋回する。
　下部走行体２の上面には、送信コイル６１からの電力を受信する複数の受信コイル６２が配置されている。複数の受信コイル６２は、旋回軸４１ａを中心として円状に配列されている。下部走行体２は、走行用電動モータ２２等が取り付けられるトラックフレーム２４を有しており、トラックフレーム２４は、中央部に位置するセンターフレーム２４ａ、及びセンターフレーム２４ａの側方に配置される左右一対のサイドフレーム２４ｂ，２４ｂで構成されている。旋回ベアリング４１の下端は、センターフレーム２４ａの上面に取り付けられる。複数の受信コイル６２は、旋回ベアリング４１の内周側のセンターフレーム２４ａに取り付けられる。
　図３は、送信コイル６１と受信コイル６２の配置を示している。送信コイル６１は、上部旋回体４の旋回時、旋回軸４１ａを中心とした第１仮想円６１１上を旋回する。また、受信コイル６２は、旋回軸４１ａを中心とした第２仮想円６２１上に配置されている。第１仮想円６１１の半径と第２仮想円６２１の半径は等しくなるように設定されており、すなわち、送信コイル６１が、上部旋回体４の旋回時に複数の受信コイル６２の何れかに対向するように配置されており、送信コイル６１から送信された電力は、受信コイル６２の何れかで受信される。
　本実施形態では、送信コイル６１と受信コイル６２は、環状の送信コイル６１の外周面６１２と環状の受信コイル６２の外周面６２２とが上下方向に対向するように、近接配置されている。送信コイル６１の外周面６１２と受信コイル６２の外周面６２２は、何れも断面矩形状となっている。また、送信コイル６１の巻回軸と受信コイル６２の巻回軸は、何れも旋回軸４１ａと交差し、かつ旋回軸４１ａの軸方向（上下方向）にずれている。このように送信コイル６１と受信コイル６２を配置することで、上部旋回体４の旋回により送信コイル６１と受信コイル６２の位置がずれても、受信コイル６２を貫く磁束量の変化が小さいため、給電効率の低下を小さくすることができる。より具体的には、図４（ａ）に示すような送信コイル６１がある１つの受信コイル６２の真上に位置する状態と、図４（ｂ）に示すような送信コイル６１が隣接する２つの受信コイル６２の間に位置する状態とで、複数の受信コイル６２を貫く全磁束量の差が小さいため、給電効率の低下を小さくすることができる。
　［電源システムの構成］
　図５を用いて、油圧ショベル１に搭載される電源システム６について説明する。電源システム６は、上部旋回体４に配置された送信コイル６１、バッテリユニット４４、及びインバータ６３、下部走行体２に配置された受信コイル６２、コンバータ６４、インバータ６５及び走行用電動モータ２２を備える。なお、図５では複数の受信コイル６２のうち一つのみを示している。また、図５では、上部旋回体４に配置され、バッテリユニット４４から電力が供給される電動機４３等は図示されていない。
　商用電源から供給される交流電圧は、不図示の給電器で直流電圧に変換され、給電器で変換された直流電圧がバッテリユニット４４に供給され、バッテリユニット４４が充電される。
　バッテリユニット４４は、インバータ６３に直流電圧を供給する。インバータ６３は、バッテリユニット４４から供給された直流電圧を交流電圧に変換して送信コイル６１に供給する。送信コイル６１は、交流の電力を送信する。
　受信コイル６２は、交流の電力を受信する。コンバータ６４は、受信コイル６２から供給された交流電圧を適切な直流電圧に変換してインバータ６５に供給する。インバータ６５は、コンバータ６４から供給された直流電圧を指令値相当の交流電圧に変換して走行用電動モータ２２に供給する。
　以上のように、本実施形態の油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に対して旋回軸４１ａを中心として旋回自在に設けられた上部旋回体４とを備える油圧ショベル１であって、下部走行体２又は上部旋回体４の一方に配置され、油圧ショベル１を駆動させる駆動電源であるバッテリユニット４４と、バッテリユニット４４が配置された下部走行体２又は上部旋回体４の一方に配置され、バッテリユニット４４からの電力を送信する送信コイル６１と、下部走行体２又は上部旋回体４の他方に旋回軸４１ａを中心として円状に配列され、送信コイル６１からの電力を受信する複数の受信コイル６２と、を備え、送信コイル６１は、上部旋回体４の旋回時に複数の受信コイル６２の何れかに対向するように配置されている。また、本実施形態では、バッテリユニット４４及び送信コイル６１が上部旋回体４に配置され、複数の受信コイル６２が下部走行体２に配置されている。
　下部走行体２又は上部旋回体４の一方から他方への給電を、磁界結合を利用した非接触によって行うことで、スリップリング及びブラシを使用することなく給電を行うことができるため、スリップリングやブラシの磨耗による交換が必要なくなる。また、旋回軸４１ａを中心として円状に受信コイル６２を複数配置し、上部旋回体４の旋回時に複数の受信コイル６２の何れかに対向するように送信コイル６１を配置するため、油圧ショベル１のサイズに応じてコイルの個数と大きさを自由に設計することができる。また、大型のコイルを下部走行体２及び上部旋回体４に設ける必要がないため、エネルギーロスを小さくできる。さらに、コイルをユニット化することにより組み立て性の向上、部品の共用化によるコスト削減等も期待することができる。
　本実施形態では、送信コイル６１と受信コイル６２は、環状の送信コイル６１の外周面６１２と環状の受信コイル６２の外周面６２２とが対向するように、近接配置されている。
　これにより、上部旋回体４の旋回により送信コイル６１と受信コイル６２の位置がずれても、受信コイル６２を貫く磁束量の変化が小さいため、給電効率の低下を小さくすることができる。
　［他の実施形態］
　（１）電源システム６は、図６に示すように、下部走行体２に配置された走行用バッテリ６６（走行用蓄電池に相当）と、走行用バッテリ６６から走行用電動モータ２２に電力を供給する電路６７と、を備えるようにしてもよい。また、電路６７の中途部にはインバータ６５が設けられている。
　電路６７には、受信コイル６２を介してバッテリユニット４４からの電力が供給される。受信コイル６２とインバータ６５の間には、コンバータ６４が設けられている。コンバータ６４は、受信コイル６２から供給された交流電圧を直流電圧に変換する。
　インバータ６５は、コンバータ６４から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。また、インバータ６５は、走行用バッテリ６６から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ６５は、交流電圧を走行用電動モータ２２に供給する。
　この構成によれば、走行用電動モータ２２が消費した走行用バッテリ６６の電力をバッテリユニット４４から一定電力で補充するため、非接触で給電される電力を小さくすることができ、送信コイル６１と受信コイル６２の大きさを小型に設計することができる。したがって、送信コイル６１と受信コイル６２の製造コストを下げることができる。
　（２）送信コイル６１と受信コイル６２の配置は、図３に示すものに限定されない。例えば、送信コイル６１と受信コイル６２の配置は、図７（ａ）に示すものでもよい。この例では、環状の送信コイル６１の外周面６１２と環状の受信コイル６２の外周面６２２とは対向せず、送信コイル６１と受信コイル６２は、巻回軸方向の端面同士が対向するように近接配置されている。また、送信コイル６１の巻回軸と受信コイル６２の巻回軸は、何れも旋回軸４１ａと平行となっている。
　また、送信コイル６１と受信コイル６２の配置は、図７（ｂ）に示すものでもよい。この例では、送信コイル６１と受信コイル６２は、環状の送信コイル６１の外周面６１２と環状の受信コイル６２の外周面６２２とが水平方向に対向するように、近接配置されている。また、送信コイル６１の巻回軸と受信コイル６２の巻回軸は、何れも旋回軸４１ａと平行となっている。なお、この例では、旋回軸４１ａに対して、送信コイル６１を外周側に配置し、受信コイル６２を内周側に配置しているが、送信コイル６１を内周側に配置し、受信コイル６２を外周側に配置しても構わない。
　（３）図８に示すように、送信コイル６１の巻回軸に垂直な断面における送信コイル６１の外周面６１２の面積は、受信コイル６２の巻回軸に垂直な断面における受信コイル６２の外周面６２２の面積よりも大きくしてもよい。この例では、送信コイル６１の旋回方向の長さが受信コイル６２の旋回方向の長さよりも長くなっている。
　これにより、上部旋回体４の旋回時に複数の受信コイル６２を貫く全磁束量の変化量が小さくなるため、給電効率の低下を小さくすることができる。
　（４）油圧ショベル１は、複数の受信コイル６２の中で通電した受信コイル６２の電流に基づいて、上部旋回体４の旋回角度を算出する旋回角度算出部を備えるようにしてもよい。これにより、旋回角度を検出するための角度センサを別途設ける必要がない。
　具体的には、図９に示すように、各受信コイル６２の電流を検知するセンサ６２３が設けられている。センサ６２３としては、例えばフォトカプラや電流センサである。各センサ６２３に対応した旋回角度が予め設定されており、受信コイル６２の電流をセンサ６２３が検知するとコントローラ６２４（旋回角度算出部に相当）に出力信号を送る。例えば第１のセンサ６２３ａが出力した場合、旋回角度がθ１、第２のセンサ６２３ｂが出力した場合、旋回角度がθ２、第３のセンサ６２３ｃが出力した場合、旋回角度がθ３と設定されているとする。送信コイル６１が第１の受信コイル６２ａに対置したとき、第１のセンサ６２３ａは出力信号をコントローラ６２４に出力し、コントローラ６２４は、旋回角度をθ１と算出する。また、送信コイル６１が第１の受信コイル６２ａと第２の受信コイル６２ｂの間にあるとき、第１のセンサ６２３ａと第２のセンサ６２３ｂは出力信号をコントローラ６２４に出力し、コントローラ６２４は、旋回角度を（θ１＋θ２）／２と算出する。
　前述の実施形態では、電動機４３で駆動した油圧ポンプにより、油圧アクチュエータ（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）に圧油を供給することで、作業部（ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３）を作動させているが、複数の電動機を設け、作業部をすべて電動化してもよい。また、旋回モータ等も電動化することができる。
　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
　　　２　　下部走行体
　　　４　　上部旋回体
　　２２　　走行用電動モータ
　　４１　　旋回ベアリング
　　４１ａ　旋回軸
　　４４　　バッテリユニット
　　６１　　送信コイル
　６１２　　送信コイルの外周面
　　６２　　受信コイル
　６２２　　受信コイルの外周面
　　６６　　走行用バッテリ
　　６７　　電路
 

 

Claims (6)

  1. 　下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回軸を中心として旋回自在に設けられた上部旋回体とを備える電動式建設機械であって、
    　前記下部走行体又は前記上部旋回体の一方に配置され、前記電動式建設機械を駆動させる駆動電源である蓄電装置と、
    　前記蓄電装置が配置された前記下部走行体又は前記上部旋回体の一方に配置され、前記蓄電装置からの電力を送信する送信コイルと、
    　前記下部走行体又は前記上部旋回体の他方に前記旋回軸を中心として円状に配列され、前記送信コイルからの電力を受信する複数の受信コイルと、を備え、
    　前記送信コイルは、前記上部旋回体の旋回時に前記複数の受信コイルの何れかに対向するように配置されている、電動式建設機械。
  2. 　前記蓄電装置及び前記送信コイルが前記上部旋回体に配置され、前記複数の受信コイルが前記下部走行体に配置されている、請求項１に記載の電動式建設機械。
  3. 　前記送信コイルと前記受信コイルは、環状の前記送信コイルの外周面と環状の前記受信コイルの外周面とが対向するように、近接配置されている、請求項１又は２に記載の電動式建設機械。
  4. 　前記下部走行体に配置された走行用電動モータと、
    　前記下部走行体に配置された走行用蓄電池と、
    　前記走行用蓄電池から前記走行用電動モータに電力を供給する電路と、を備え、
    　前記電路は、前記複数の受信コイルを介して前記蓄電装置からの電力が供給される、請求項２に記載の電動式建設機械。
  5. 　前記送信コイルの巻回軸に垂直な断面における前記送信コイルの外周面の面積は、前記受信コイルの巻回軸に垂直な断面における前記受信コイルの外周面の面積よりも大きい、請求項１～４の何れか１項に記載の電動式建設機械。
  6. 　前記複数の受信コイルの中で通電した受信コイルの電流に基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する旋回角度算出部を備える、請求項１～５の何れか１項に記載の電動式建設機械。
     
     

     
PCT/JP2019/045427 2018-12-21 2019-11-20 電動式建設機械 WO2020129525A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018239441A JP2020100997A (ja) 2018-12-21 2018-12-21 電動式建設機械
JP2018-239441 2018-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020129525A1 true WO2020129525A1 (ja) 2020-06-25

Family

ID=71101216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/045427 WO2020129525A1 (ja) 2018-12-21 2019-11-20 電動式建設機械

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2020100997A (ja)
WO (1) WO2020129525A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023074240A1 (ja) * 2021-10-27 2023-05-04 ナブテスコ株式会社 駆動装置、駆動方法、駆動プログラム
WO2023074241A1 (ja) * 2021-10-27 2023-05-04 ナブテスコ株式会社 電力制御装置、電力制御方法、電力制御装プログラム

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022249529A1 (ja) * 2021-05-28 2022-12-01 日本国土開発株式会社 建設機械システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60169240A (ja) * 1984-02-10 1985-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 回転移動部を有する機械の固定部−回転移動部間信号伝送装置
JP3828679B2 (ja) * 1999-06-28 2006-10-04 株式会社神戸製鋼所 ハイブリッド建設機械
JP3936525B2 (ja) * 2000-08-11 2007-06-27 Ｎｔｎ株式会社 アンチロックブレーキ装置
JP2014505185A (ja) * 2010-11-25 2014-02-27 ボルボ コンストラクション イクイップメント アーベー 電気式掘削機のターニングジョイント
WO2017033585A1 (ja) * 2015-08-25 2017-03-02 Ｋｙｂ株式会社 ミキサ及びそのミキサに取り付けられた受電部への給電方法
WO2018087265A1 (de) * 2016-11-14 2018-05-17 Hamm Ag Baumaschine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5401251B2 (ja) * 2009-10-07 2014-01-29 日立建機株式会社 建設機械
JP5816108B2 (ja) * 2012-02-17 2015-11-18 日立建機株式会社 旋回式建設機械

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60169240A (ja) * 1984-02-10 1985-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 回転移動部を有する機械の固定部−回転移動部間信号伝送装置
JP3828679B2 (ja) * 1999-06-28 2006-10-04 株式会社神戸製鋼所 ハイブリッド建設機械
JP3936525B2 (ja) * 2000-08-11 2007-06-27 Ｎｔｎ株式会社 アンチロックブレーキ装置
JP2014505185A (ja) * 2010-11-25 2014-02-27 ボルボ コンストラクション イクイップメント アーベー 電気式掘削機のターニングジョイント
WO2017033585A1 (ja) * 2015-08-25 2017-03-02 Ｋｙｂ株式会社 ミキサ及びそのミキサに取り付けられた受電部への給電方法
WO2018087265A1 (de) * 2016-11-14 2018-05-17 Hamm Ag Baumaschine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023074240A1 (ja) * 2021-10-27 2023-05-04 ナブテスコ株式会社 駆動装置、駆動方法、駆動プログラム
WO2023074241A1 (ja) * 2021-10-27 2023-05-04 ナブテスコ株式会社 電力制御装置、電力制御方法、電力制御装プログラム
JP7542753B2 (ja) 2021-10-27 2024-08-30 ナブテスコ株式会社 駆動装置、駆動方法、駆動プログラム
JP7549157B2 (ja) 2021-10-27 2024-09-10 ナブテスコ株式会社 電力制御装置、電力制御方法、電力制御装プログラム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020100997A (ja) 2020-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020129525A1 (ja) 電動式建設機械
WO2013145575A1 (ja) 動力伝達装置及びこれを備えたハイブリッド建設機械
WO2019208304A1 (ja) 電動式作業機械
WO2017077812A1 (ja) 電動ウインチ装置及び移動式クレーン
WO2020129524A1 (ja) 電動式建設機械
CN100369366C (zh) 电机及由其驱动的绳索传动装置
US9211808B2 (en) Power management for a drive system
JP7053360B2 (ja) 電動式作業機械
JP2016503282A (ja) 系構成部品または機械部品を回転可能に連結する駆動機構
JP2010065423A (ja) 建設機械の走行装置
JP2003328397A (ja) ハイブリッド建設機械
JP7343448B2 (ja) 旋回作業機
JP5816108B2 (ja) 旋回式建設機械
CN110171781B (zh) 一种高维护性的轻型化交流变频绞车及其控制方法
JPH07166578A (ja) 建設機械
JP2016117482A (ja) 自己推進型作業機械
WO2022181271A1 (ja) 電動式作業機械
JP3119590B2 (ja) 建設機械におけるロータリジョイント構造
JP7300033B2 (ja) 電動式作業機械
JP2014208525A (ja) 建設機械のｃａｎ通信システム
CN213356772U (zh) 起重机
KR102158403B1 (ko) 전기 구동식 건설기계의 유압펌프 유량제어장치
JP2015040117A (ja) バッテリ駆動式建設機械
CN220684497U (zh) 起重机及联合作业的工程机械
KR20090069672A (ko) 건설기계의 케이블릴 구동제어장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19899625

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19899625

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1