JP2007284874A

JP2007284874A - 建設機械

Info

Publication number: JP2007284874A
Application number: JP2006110137A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Shimada; 義英島田; Masao Yoshioka; 昌夫吉岡
Original assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Takeuchi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】バッテリの充電作業の作業性を向上させることができる電動式の建設機械を提供する。
【解決手段】電動モータ８，１１ａ，３３に駆動電力を供給する第１バッテリ４１と、制御装置４４に駆動電力を供給する第２バッテリ４６と、第１バッテリ４１を充電する第１充電装置４２と、第２バッテリ４６を充電する第２充電装置４７とから構成される建設機械１であって、車体にバッテリ４１，４６および充電装置４２，４７を設けている。なお、起電力を第２充電装置４７に供給する太陽光発電装置２７を設けることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、車体を走行させる走行装置や、車体の上部に設けられて油圧ユニットにより駆動される作業装置を有して構成される建設機械に関し、詳細には、この走行装置や油圧ユニットが電動モータにより駆動される建設機械に関する。

一般に建設機械の駆動源はエンジンが主流であるが、近年、周囲環境を考慮して上記のように電動モータを駆動源とした電動式の建設機械が提案されている（例えば、特許文献１）。このような建設機械には、電動モータに電力供給するためのバッテリが搭載され、また、電動モータ等の各種電気部品を作動制御する制御装置が設けられる。

バッテリからは電動モータや制御装置に駆動用の電力が供給されるが、電動モータを駆動するために必要とされる電力と、制御装置を駆動するために必要とされる電力とには大きな差がある。したがって、建設機械には、電動モータを駆動するために高電圧に設定された第１のバッテリと、制御装置などを駆動するために低電圧に設定されたバックアップ用の第２のバッテリとが設けられる。

特開２００４−２２５３５５号公報

このような電動式の建設機械においては、バッテリの充電作業性がよいことが求められる。従来、上記第１のバッテリの充電は商用電源や専用の発電機を利用して行われていたが、交流電力を直流電力に変換するための充電装置が建設機械の外部に設けられるため、充電作業の準備等に手間がかかるという問題があった。また、第２のバッテリの充電は、高電圧に設定された大容量の第１バッテリの電力を利用して行われていた。このため、第１および第２のバッテリの充電を完了させるまでに時間を要することになり、充電時間の短縮化が望まれていた。

このような課題に鑑み、本発明は、バッテリを有して構成される電動式の建設機械において、バッテリの充電作業の作業性を向上させることができる建設機械を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、第１の本発明に係る建設機械は、車体と、車体に設けられた作業装置と、作業装置を駆動する油圧ユニットと、油圧ユニットを駆動するための電動モータと、電動モータに供給される電力の出力制御を行う制御装置と、電動モータおよび制御装置に駆動電力を供給するバッテリとから構成される建設機械であって、車体にバッテリを充電する充電装置を設けている。このとき、車体を走行させる装置を設け、油圧ユニットに走行装置を駆動させる油圧モータが含まれていてもよい。

また、第２の本発明に係る建設機械は、車体と、車体を走行させる走行装置と、走行装置を駆動するための電動モータと、電動モータに供給される電力の出力制御を行う制御装置と、電動モータおよび前記制御装置に駆動電力を供給するバッテリとから構成される建設機械であって、第１の本発明に係る建設機械と同様に車体にバッテリを充電する充電装置を設けている。

なお、第１および第２の本発明に係る建設機械において、バッテリを、電動モータに駆動電力を供給する第１バッテリと、制御装置に駆動電力を供給する第２バッテリとから構成し、充電装置を、第１バッテリを充電する第１充電装置と、第２バッテリを充電する第２充電装置とから構成し、車体に太陽光エネルギを受けて発電して起電力を第２充電装置に供給する太陽光発電装置を設けていることが好ましい。

以上のように構成される第１および第２の本発明に係る建設機械においては、作業装置を駆動するための油圧ユニットや走行装置の駆動源を電動モータとする建設機械の車体にバッテリおよび充電装置がともに搭載されるため、バッテリの充電作業を例えば商用電源や専用の発電機とのケーブル接続を行うだけでよくなり、充電作業の作業性を向上させることができる。また、車体に太陽光発電装置を設け、この起電力を利用して第２バッテリの充電を行わせることにより、第１バッテリの容量を第２バッテリの充電に消費する必要がなくなり、充電時間の短縮化が図られる。また、太陽光エネルギを受けて発電した起電力を用いるため、第２バッテリの充電に特別に電源を用意する必要がなくなり、充電作業の作業性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１には、本発明に係る建設機械の一例としてクローラ型のパワーショベル１を示している。このパワーショベル１は、平面視略Ｈ字状の走行台車４（車体）の左右に走行機構３，３を設けて構成される走行装置２と、走行台車４の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード９と、走行台車４の上部に旋回可能に設けられた旋回台１１と、旋回台１１の前部に設けられたショベル機構１２と、旋回台１１の上部に立設された運転者搭乗用のオペレータキャビン１５（車体）とから構成されている。

走行装置２を構成する左右一対の走行機構３，３は、走行台車４の左右前部に設けられた駆動用スプロケットホイール５と、走行台車４の左右後部に設けられたアイドラホイール６との間に履帯７を掛け回して構成される。駆動用スプロケットホイール５は、電動モータあるいは油圧モータからなる走行モータにより回転駆動される。

ブレード９は、油圧シリンダにより揺動される。旋回台１１は、電動モータあるいは油圧モータからなる旋回モータにより旋回動される。ショベル機構１２は、旋回台１１の前部に起伏動自在に枢結されたブーム２１と、ブーム２１の先端部にブーム２１の起伏面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム２２と、アーム２２の先端に上下に揺動自在に枢結されたバケット２３とから構成され、ブーム２１はブームシリンダ２４により起伏動され、アーム２２はアームシリンダ２５により揺動され、バケット２３はバケットシリンダ２６により揺動される。なお、これらシリンダ２４〜２６はいずれも油圧シリンダであり、以降の説明ではこれらシリンダ２４〜２６やブレード９の油圧シリンダをまとめて「油圧アクチュエータ３５」と呼ぶ。

オペレータキャビン１５は、上下前後左右が囲まれた矩形箱状に形成されており、内部に運転者が着座するためのオペレータシート１６と、走行装置２の作動操作やショベル機構１２の作動操作を行うための操作装置１７とが設けられている。また、オペレータキャビン１５の天井外側面１５ａには、太陽光エネルギを電気エネルギに変換（すなわち、太陽光エネルギを受けて発電）する公知のソーラーパネル２７が取り付けられている。ソーラーパネル２７は外郭平板状に成形されている。

このパワーショベル１においては、油圧アクチュエータ３５に作動油を供給するためのポンプが電動モータにより駆動されている。以下、図２を参照して油圧アクチュエータ３５に作動油を供給する油圧ユニット３０と、このポンプ用電動モータ３３に電力を供給する電源システム４０とについて説明する。図２では、電気的または光学的信号回路を実線で示し、油圧回路を点線で示している。なお、図２に示す構成においては、上記走行モータおよび旋回モータが油圧モータからなり、これらのモータが油圧アクチュエータ３５に含まれている。

油圧ユニット３０は、作動油を溜めるタンク３１、上記ポンプ用電動モータ３３により駆動されて所定油圧・流量の作動油を吐出する油圧ポンプ３２、油圧ポンプ３２から吐出される作動油を操作装置１７の操作に応じた供給方向および供給量で油圧アクチュエータ３５に供給制御するコントロールバルブ３４、および、温度上昇した作動油を冷却するオイルクーラ３６から構成されている。

電源システム４０は、リチウムイオン電池や有機ラジカル電池等の二次電池で構成されるメインバッテリ４１と、商用電源２８からの交流電力を受けてメインバッテリ４１を充電するメイン充電装置４２と、メインバッテリ４１からの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換してこの交流電力をポンプ用電動モータ３３に供給する電動モータ駆動装置４３と、電源システム４０を制御するコントローラ４４と、メインバッテリ４１の状態をチェックしてコントローラ４４にチェック結果を出力するバッテリ保護装置４５と、リチウムイオン電池や鉛シール電池等からなるバックアップバッテリ４６と、メインバッテリ４１やソーラーパネル２７からの電力を受けてバックアップバッテリ４６を充電するバックアップ充電装置４７とから構成される。

上記構成や図２からもわかるように、メインバッテリ４１は、ポンプ用電動モータ３３の電源として機能し、高電圧（例えばDC336V）に設定されている。一方のバックアップバッテリ４６は、コントローラ４４やバッテリ保護装置４５の電源として機能し、メインバッテリ４１に比べて低電圧（例えばDC12.6V）に設定されている。メインバッテリ４１およびバックアップバッテリ４６は、複数の図示しないバッテリセル（例えばDC4.2V）を直並列接続して構成される。また、ソーラーパネル２７からは直流電力が出力され、この直流電力がバックアップバッテリ４６の充電に利用されるようになっている。

ポンプ用電動モータ３３はＩＰＭモータ（永久磁石同期型モータ）等の交流モータからなる。このため、電動モータ駆動装置４３で変換された任意の周波数の交流電力をポンプ用電動モータ３３に印加することにより、ポンプ用電動モータ３３の出力トルクを制御して所定油圧を油圧ポンプ３２から供給させることができる。電動モータ駆動装置４３は、コントローラ４４からの指令信号とポンプ用電動モータ３３で検出された回転数やロータの位置信号とに基づいて交流電力の周波数を制御しており、コントローラ４４は、油圧ユニット３０に設けられた油圧・油温センサ３７から入力された検出値に基づいて上記指令信号を出力する。これにより、油圧ポンプ３２から供給される油圧が最適状態になるように制御される。

メイン充電装置４２は、メインバッテリ４１および商用電源２８のそれぞれに図示しないケーブルを介して断接自在に接続され、商用電源２８から供給される交流電力（例えばAC200V）を直流電力に変換するとともに出力電圧（直流電圧）を制御する充電制御部を備えて構成されている。コントローラ４４は、この出力電圧を監視してメインバッテリ４１が最適な充電状態になるように（例えば過充電を回避するように）、充電制御部に指令信号を出力する。充電制御部はこの指令信号に基づいて上記の電力変換・出力制御を行う。

バックアップ充電装置４７は、メインバッテリ４１から供給される高電圧の直流を低電圧の直流（例えばDC12.6V）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４８と、ソーラーパネル２７から供給される所定電圧の直流を低電圧の直流（例えばDC12.6V）に変換して安定化するＤＣ／ＤＣコンバータ４９とを有して構成されている。なお、バックアップ充電装置４７は、常にはソーラーパネル２７から供給される直流電力を利用してバックアップバッテリ４６を充電するように構成されている。メインバッテリ４１からＤＣ／ＤＣコンバータ４８への電力供給は、コントローラ４４により制御されており、例えばソーラーパネル２７による発電を行うことができないといったようなときのみメインバッテリ４１から供給される電力を利用してバックアップバッテリ４６の充電を行うようになっている。

バッテリ保護装置４５は、コントローラ４４と信号送受信可能に接続されており、電源システム４０の起動時に作動してメインバッテリ４１の残り容量や温度をチェックし、このチェック結果をコントローラ４４に出力するように構成されている。コントローラ４４は、バッテリ保護装置４５のチェック結果に基づいて、メインバッテリ４１からの電力供給によりポンプ用電動モータ３３を正常に駆動させることができるか否かを判断する。

このように構成される電源システム４０によると、太陽光エネルギを受けて発電するソーラーパネル２７を利用して、コントローラ４４やバッテリ保護装置４５の電源として機能するバックアップバッテリ４６を充電することができる。このため、商用電源２８を用いずにバックアップバッテリ４６の充電に消費されていた分のメインバッテリ４１の負荷を効果的に節約することができ、パワーショベル１の走行装置２やショベル機構１２の作動時間を長くすることができる。なお、コントローラ４４やバッテリ保護装置４５の消費電力は小さいことからバックアップバッテリ４６の容量もメインバッテリ４１に比べて小さく、ソーラーパネル２７の起電力でも十分に充電することができる。また、ソーラーパネル２７を利用したバックアップバッテリ４６の充電と、商用電源２８を利用したメインバッテリ４１の充電とを独立して行うことができるため、両バッテリ４１，４６の充電を同時並行させることも可能であり、充電時間の短縮化が図られる。

ところで、図２に示した油圧ユニット３０や電源システム４０においては、商用電源２８を除く構成機器が油圧配管や電気的接続配線とともにパワーショベル１に搭載されている。以下、図１，図３〜図５を併せて参照してこれら構成機器の配置を説明する。

ここで、旋回台１１は、旋回ベアリング１８を介して走行台車４に取り付けられたベースプレート１９（車体）を基台として構成されており、ベースプレート１９の上部であってオペレータキャビン１５の下方および後方を覆って取り付けられたカバー部材５０（車体）を備えて構成されている。カバー部材５０は、オペレータキャビン１５の後方を覆って取り付けられる後部カバー部材５１と、ベースプレート１９の上部およびオペレータキャビン１５の下方を覆って取り付けられる下部カバー部材５２と、オペレータキャビン１５の側方後下部を覆って取り付けられる側部カバー部材５３とから構成されている。上記構成機器は、このカバー部材５０により囲まれた内部空間に配置される。

図３，図５に示すように、後部カバー部材５１の内部には、上部に位置してコントローラ４４とともに電動モータ駆動装置４３およびバッテリ保護装置４５が収容されている。また、上下中央部に位置して油圧ポンプ３２、ポンプ用電動モータ３３およびオイルクーラ３６が左右に並んで設けられており、オイルクーラ３６に備えられた強制空冷用のファン３６ａがポンプ用電動モータ３３とオイルクーラ３６との左右間に配置されている。

図３〜図５に示すように、下部カバー部材５２の内部には、前部に位置してタンク３１が収容され、後部に位置してメインバッテリ４１が収容されている。メインバッテリ４１は、下部カバー部材５２の内部空間を有効利用するため、平面積が大きく上下高さが短くなるようにバッテリセルを並べて成形される。また、メインバッテリ４１を収容する（すなわち、バッテリセルをこのように並べられた状態で収容する）収容部材（図示せず）は、スライド機構６０の作動により図３に矢印Ａに示すように前後移動可能になっている。さらに、後部カバー部材５１の下部および下部カバー部材５２の上部は開閉可能になっており、開放状態においてはスライド機構６０を利用してメインバッテリ４１をパワーショベル１の後方側に引き出すことができるようになっている。この構造により、メインバッテリ４１のメンテナンス作業の作業性向上が図られている。

図３に示すように、側部カバー部材５３の内部には、前部に位置してコントロールバルブ３５が設けられており、左方後部に位置してメイン充電装置４２が設けられている。側部カバー部材５３の左側面には、メイン充電装置４２を覆う部分に扉５３ａが開閉自在に取り付けられている。扉５３ａを開放するとメイン充電装置４２のケーブル接続端子をパワーショベル１の左方に露出させることができ、商用電源２８とのケーブル接続作業を簡単に行うことができる。また、このように配置されるメイン充電装置４２は、図３に示すようにメインバッテリ４１の上部に近接して配置されるとともに、図４に示すように平面視においてメインバッテリ４１とオーバーラップしている。このため、メインバッテリ４１とメイン充電装置４２とを接続するケーブルの長さを短くすることができ、パワーショベル１の内部配線の構造を簡略化することができる。

なお、図３〜図５において図示略するが、バックアップバッテリ４６およびバックアップ充電装置４７についても、カバー部材５０の内部空間に収容されており、パワーショベル１に搭載されている。油圧・油温センサ３７のうち、油圧センサは作動油を導くための油路に設けられ、油温センサはタンク３１に設けられている。また、旋回台１１側（カバー部材５０側）から走行装置３側への油圧配管や電気的接続配線は、旋回ベアリング１８の旋回中心を通って設けられる。

このように、メイン充電装置４２がパワーショベル１に搭載されることにより、メインバッテリ４１の充電作業が商用電源２８とのケーブル接続作業だけですむ。このため、商用電源２８が確保できさえすれば、メインバッテリ４１の充電を行うことができるようになり、充電作業性が向上する。また、オペレータキャビン１５の天井外側面１５ａは、図３，図５に示すようにパワーショベル１において最も高い位置にある。このような位置にソーラーパネル２７が取り付けられているため、太陽光エネルギを受けやすくなり、このパーショベル１に搭載する上では最も発電効率がよくなる。なお、ソーラーパネル２７は平板状に形成されているため、天井外側面１５ａに設けてもパワーショベル１の全長を大型化することがない。

なお、本発明に係る建設機械は上記構成に限られない。図６には、走行装置２を駆動させる走行モータ８や旋回台１１を旋回動させる旋回モータ１１ａをポンプ用電動モータ３３とは別個の電動モータから構成し、両モータ８，１１ａにメインバッテリ４１からの電力がモータ駆動装置４３を介して供給されるように構成された電源システム１４０を示している。このように構成された電源システム１４０においても、図２に示す電源システム４０と同じ効果を得ることができる。

また、メインバッテリ４１、メイン充電装置４２およびソーラーパネル２７の配置は、一例を示すものであって上記配置例に限られない。ただし、上記配置例によると、充電作業の作業性向上、内部配線の構造簡略化、ソーラーパネルの発電効率の最適化などが図られる。なお、メイン充電装置４２への電力供給源は、商用電源２８に限らず、例えば専用の発電機を利用してもよい。また、本発明は、パワーショベルに限らず、他の建設機械にも同様に適用することができる。

本発明に係る建設機械の一例として示すパワーショベルの斜視図である。上記パワーショベルの油圧ユニットおよび電源システムのブロック図である。上記パワーショベルの構成機器の配置を示すパワーショベルの左側面図である。上記パワーショベルの構成機器の配置を示すパワーショベルの平面図である。上記パワーショベルの構成機器の配置を示すパワーショベルの背面図である。上記電源システムの変更構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１パワーショベル（建設機械）
２走行装置
４走行台車（車体）
８走行モータ（電動モータ）
１２ショベル機構（作業装置）
１５オペレートキャビン（車体）
１９ベースプレート（車体）
２７ソーラーパネル（太陽光発電装置）
３０油圧ユニット
３３ポンプ用電動モータ
４１メインバッテリ（第１バッテリ）
４２メイン充電装置（第１充電装置）
４４コントローラ（制御装置）
４５バッテリ保護装置（制御装置）
４６バックアップバッテリ（第２バッテリ）
４７バックアップ充電装置（第２充電装置）
５０カバー部材（車体）

Claims

車体と、
前記車体に設けられた作業装置と、
前記作業装置を駆動する油圧ユニットと、
前記油圧ユニットの少なくともいずれか一方を駆動するための電動モータと、
前記電動モータに供給される電力の出力制御を行う制御装置と、
前記電動モータおよび前記制御装置に駆動電力を供給するバッテリとから構成される建設機械であって、
前記車体に、前記バッテリを充電する充電装置が設けられていることを特徴とする建設機械。
前記車体を走行させる走行装置が設けられており、
前記油圧ユニットに、前記走行装置を駆動させる油圧モータが含まれることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
車体と、
前記車体を走行させる走行装置と、
前記走行装置を駆動するための電動モータと、
前記電動モータに供給される電力の出力制御を行う制御装置と、
前記電動モータおよび前記制御装置に駆動電力を供給するバッテリとから構成される建設機械であって、
前記車体に、前記バッテリを充電する充電装置が設けられていることを特徴とする建設機械。
前記バッテリが、前記電動モータに駆動電力を供給する第１バッテリと、前記制御装置に駆動電力を供給する第２バッテリとからなり、
前記充電装置が、前記第１バッテリを充電する第１充電装置と、前記第２バッテリを充電する第２充電装置とからなり、
前記車体に、太陽光エネルギを受けて発電して起電力を前記第２充電装置に供給する太陽光発電装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械。