JP6955524B2 - バッテリ式作業機械 - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリから電力が供給される電動機によって油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプの吐出油でアクチュエータを作動させるバッテリ式作業機械に関する。
バッテリ式作業機械の先行技術文献として、例えば特許文献1がある。特許文献1には、バッテリと、該バッテリにより駆動される電動機と、該電動機により駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプにより作動される複数のアクチュエータを有する油圧作業機械において、前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段と、該バッテリ残量検出手段によって検出されたバッテリ残量が、予め設定されているバッテリ設定値に達したとき、一部または全部の前記アクチュエータの作動を制限する作動制限手段と、を備え、前記作動制限手段は、前記バッテリから前記電動機に対する電力供給を制限することによって前記アクチュエータの作動を制限するように構成されていることを特徴とするバッテリ駆動の油圧作業機械が開示されている。
特許文献1に記載のバッテリ駆動の作業機械では、バッテリの残量がバッテリ設定値に達したときに、バッテリから電動機に対する電力供給を制限することによって一部または全部のアクチュエータの作動を制限することにより、充電設備まで移動できる電力の確保を図っている。
しかしながら、充電設備まで走行するのに必要な電力は、充電設備までの距離に応じて異なるため、バッテリ残量がバッテリ設定値に達したときには、既にバッテリ残量が充電設備まで移動できる電力を下回っている可能性がある。また、バッテリ残量がバッテリ設定値に達し、バッテリから電動機に対する電力供給が制限されると、作業アタッチメント(フロント作業装置)を駆動するアクチュエータの作動も制限されてしまうため、例えば本体がぬかるみにはまっていた場合に、フロント作業装置を使用して脱出を図ることができず、充電設備までたどり着けなくなるおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電設備までたどり着けなくなる状態を回避しながら作業を行うことができるバッテリ式作業機械を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、本体と、前記本体に取り付けられたフロント作業装置と、バッテリと、前記バッテリの出力電圧を制御するインバータと、前記バッテリの電力で駆動される電動機と、前記電動機の目標回転数を指示する目標回転数指示装置と、前記電動機により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出油が供給され、前記フロント作業装置を駆動するアクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出油が供給され、前記本体を走行させる走行モータと、前記本体の走行モードを指示する走行モード指示装置と、前記電動機の回転数が前記目標回転数と一致するように前記インバータを制御し、前記走行モード指示装置により走行1速が指示された場合に前記走行モータを押しのけ容積が大容量となる走行1速側へ切り換え、前記走行モード指示装置により走行2速が指示された場合に前記走行モータを押しのけ容積が小容量となる走行2速側へ切り換えるコントローラとを備えたバッテリ式作業機械において、前記コントローラは、前記バッテリの残量が予め設定された第1閾値を下回ったときに、前記電動機が前記目標回転数を維持するように前記インバータを制御すると共に、前記走行モード指示装置からの入力に関わらず、前記走行モータを走行1速側へ切り換えるものとする。
以上のように構成した本発明によれば、バッテリの残量が予め設定された第1閾値を下回ったときに、走行モード指示装置からの入力に関わらず、走行モータが走行1速側へ切り換えられる。これにより、走行モータの駆動に伴うバッテリ消費が抑制されるため、オペレータは、速やかに充電設備へ向かう走行操作を行うことにより、充電設備まで確実にたどり着くことができる。
そして、バッテリの残量が第1閾値を下回っても、油圧ポンプを駆動する電動機の回転数が目標回転数に維持されるため、フロント作業装置を駆動するアクチュエータの駆動は制限されない。これにより、オペレータは、バッテリ残量が低下した状態で例えば本体がぬかるみにはまった場合に、フロント作業装置を使用して脱出を図ることができる。
本発明に係るバッテリ式作業機械によれば、充電設備までたどり着けなくなる状態を回避しながら作業を行うことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態に係るバッテリ式作業機械としてバッテリ式油圧ショベルを例に挙げ、図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
図1は、本実施の形態におけるバッテリ式油圧ショベル(以下、油圧ショベル)の外観を示す図である。
図1において、油圧ショベル100は、下部走行体101と、この下部走行体101上に旋回可能に搭載された上部旋回体102と、この上部旋回体102の先端部分にスイングポスト103を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業装置104とを備えている。下部走行体101と上部旋回体102は、油圧ショベル100の本体105を構成している。下部走行体101はクローラ式であり、トラックフレーム106の前方側に上下動可能な排土用のブレード107が設けられている。上部旋回体102は基礎下部構造をなす旋回台108と、旋回台108上に設けられたキャノピタイプの運転室109とを備えている。フロント作業装置104はブーム111と、アーム112と、バケット113とを備え、ブーム111の基端はスイングポスト103にピン結合され、ブーム111の先端はアーム112の基端にピン結合され、アーム112の先端はバケット113にピン結合されている。
上部旋回体102は、下部走行体101に対して旋回モータ3aにより旋回駆動される。ブーム111、アーム112、バケット113は、それぞれ、ブームシリンダ3b、アームシリンダ3c、バケットシリンダ3dを伸縮することにより回動する。スイングポスト103は、スイングシリンダ3eにより左右に駆動される。下部走行体101は、左右の走行モータ3f,3gにより駆動される。ブレード107は、ブレードシリンダ3hにより上下に駆動される。
運転室109には、運転席121、作業用操作レバー122,123(左側のみ図示)、走行用操作レバー124,125(左側のみ図示)及びゲートロックレバー131が設けられている。旋回台108上の運転室109の後方には、バッテリ51が配置されている。
図2は、図1に示す油圧ショベルに搭載された油圧駆動システムの構成を示す図である。なお、図2では、旋回モータ3a、スイングシリンダ3e、およびブレードシリンダ3hの駆動に関わる部分の図示を省略している。
図2において、本実施の形態における油圧駆動システムは、電動機1と、バッテリ51と、インバータ52と、油圧ポンプ2と、パイロットポンプ5と、コントロールバルブ4と、ブームシリンダ3bと、アームシリンダ3cと、バケットシリンダ3dと、走行モータ3f,3gと、作業用操作装置21と、走行用操作装置22と、コントローラ10と、モニタ61と、ブザー62と、目標回転数指示装置70と、走行モードスイッチ71と、走行制限スイッチ72とを備えている。
走行モータ3f,3gは、可変容量型の油圧モータで構成されており、レギュレータ41,42によって傾転(押しのけ容積)が調整される。オペレータは、低速走行を行う際に走行モードスイッチ71を走行1速側に切換操作し、高速走行を行う際に走行モードスイッチ71を走行2速側に切換操作する。コントローラ10は、走行モードスイッチ71により低速走行(走行1速)が指示されると、走行モータ3f,3gの傾転が大容量(走行1速側)に切り換わるようにレギュレータ41,42を制御する。一方、走行モードスイッチ71により高速走行(走行2速)が指示されると、走行モータ3f,3gの傾転が小容量(走行2速側)に切り換わるようにレギュレータ41,42を制御する。ここで、走行モータ3f,3gの消費動力は、1速走行時(低速走行時)よりも2速走行時(高速走行時)の方が大きくなる。これは、走行モータ3f,3gの回転数が増加することにより、圧力損失が大きくなるためである。そのため、走行モータ3f,3gの駆動に伴うバッテリ消費は、1速走行時(低速走行時)よりも2速走行時(高速走行時)の方が大きくなる。
油圧ポンプ2およびパイロットポンプ5は、電動機1により駆動される。電動機1は、インバータ52を介して供給されるバッテリ51の電力で駆動する。インバータ52は、コントローラ10によって制御され、バッテリ51の電圧制御を行う。バッテリ51は、バッテリコントローラ(図示せず)を内蔵しており、バッテリ51の情報(バッテリ残量等)をコントローラ10に出力する。
コントロールバルブ4は、油圧ポンプ2から吐出された圧油をアクチュエータ3b,3c,3d,3f,3gに分配する。油圧ポンプ2から各アクチュエータに供給される圧油の方向および流量は、コントロールバルブ4内に各アクチュエータに対応して設けられた方向制御弁(図示せず)によって制御される。
作業用操作装置21は、ブームシリンダ3b、アームシリンダ3c、およびバケットシリンダ3dの動作を指示する装置であり、オペレータによって操作される作業用操作レバー122,123と、作業用操作レバー122,123を介して操作されるパイロット弁31とを有する。パイロット弁31は、作業用操作レバー122,123の操作量に応じてパイロットポンプ5の吐出圧(パイロット一次圧)を減圧することにより、アクチュエータ3b,3c,3dに対応する方向制御弁を切り換えるパイロット圧を生成し、コントロールバルブ4に出力する。
走行用操作装置22は、走行モータ3f,3gの動作を指示する装置であり、オペレータによって操作される走行用操作レバー124,125と、走行用操作レバー124,125を介して操作されるパイロット弁32とを有する。パイロット弁32は、走行用操作レバー124,125の操作量に応じてパイロットポンプ5の吐出圧(パイロット一次圧)を減圧することにより、走行モータ3f,3gに対応する方向制御弁を切り換えるパイロット圧を生成し、コントロールバルブ4に出力する。
モニタ61は、タッチパネルで構成されており、表示部61aと操作部61bとを有している。表示部61aには、コントローラ10から出力される各種情報が表示される。また、オペレータは、操作部61bの操作を介して、コントローラ10に各種情報を入力することができる。ブザー62は、コントローラ10からの制御信号に応じて警報音を発する。目標回転数指示装置70は、オペレータによって操作され、電動機1の目標回転数をコントローラ10に指示する。走行モードスイッチ71は、オペレータによって操作され、本体105の走行モードをコントローラ10に指示する。走行制限スイッチ72は、オペレータによって操作され、バッテリ51の残量に応じて走行モードを走行1速に制限する機能の有効または無効をコントローラ10に指示する。なお、本実施の形態では、目標回転数指示装置70、走行モードスイッチ71、および走行制限スイッチ72をそれぞれ独立した装置として説明するが、本発明はこれに限られず、それらをモニタ61の操作部61bで構成しても良い。
コントローラ10は、目標回転数指示装置70からの入力およびバッテリ残量に応じてインバータ52を制御する。また、走行モードスイッチ71および走行制限スイッチ72からの入力およびバッテリ残量に応じて、走行モータ3f,3gの傾転(押しのけ容積)を小容量(走行1速側)または大容量(走行2速側)に切り換える制御信号をレギュレータ41,42に出力する。
図3は、コントローラ10の処理を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
コントローラ10は、目標回転数指示装置70からの入力に応じてインバータ52を制御する。具体的には、電動機1の回転数が目標回転数指示装置70によって指示された目標回転数と一致するようにインバータ52を制御する。
ステップS1に続き、走行制限スイッチ72がOFFであるか否かを判定する(ステップS2)。
ステップS2で走行制限スイッチ72がOFFである(YES)と判定した場合は、走行モードスイッチ71を介して入力される走行モードが2速であるか否かを判定する(ステップS3)。
ステップS3で走行モードが2速である(YES)と判定した場合は、走行モータ3f,3gを走行2速側へ切り換える(ステップS4)。
ステップS3で走行モードが2速でない、すなわち走行モードが1速である(NO)と判定した場合は、走行モータ3f,3gを走行1速側へ切り換える(ステップS5)。
ステップS2で走行制限スイッチ72がONである(NO)と判定した場合は、バッテリ残量が第1閾値よりも低いか否かを判定する(ステップS6)。ここで、第1閾値の決定方法を図4を用いて説明する。図4は、油圧ショベル100の作業環境を示す図である。図4において、距離Dmaxは、充電設備200から作業箇所までの最大距離を表す。第1閾値は、距離Dmaxを走行2速で走行するのに最低限必要なバッテリ残量以上の値(例えば完全充電時の45%)に設定される。なお、距離Dmaxは作業環境に応じて異なるため、第1閾値も作業環境に応じて変更する必要がある。従って、オペレータが距離Dmaxを入力できるようにモニタ61の操作部61bを構成し、操作部61bを介して入力された距離Dmaxに応じて第1閾値および後述する第2閾値が計算されるようにコントローラ10を構成することが望ましい。
図3に戻り、ステップS6でバッテリ残量が第1閾値よりも低いと判定した場合は、目標回転数指示装置70からの入力およびバッテリ残量に応じてインバータ52を制御する(ステップS7)。具体的には、バッテリ残量が第1閾値を下回った状態で電動機1の回転数が目標回転数に維持されるようにインバータ52を制御する。
ステップS7に続き、走行モータ3f,3gを走行1速側へ切り換える(ステップS8)。これにより、走行2速で充電設備まで到達できない可能性がある場合は、走行モードスイッチ71の入力に関わらず、走行モータ3f,3gの傾転が走行1速に制限される。これにより、走行モータ3f,3gの駆動に伴うバッテリ消費を抑制することができる。
ステップS8に続き、モニタ61の表示部61aに表示されるインジケータを点灯させる(ステップS9)。オペレータは、インジケータの点灯を確認した後、速やかに充電設備200へ向かう走行操作を行うことにより、確実に充電設備200へ到達することができる。なお、本実施の形態では、インジケータをモニタ61の表示部61aで構成したが、本発明はこれに限られず、モニタ61とは独立した装置で構成しても良い。
ステップS9に続き、バッテリ残量が第2閾値よりも低いか否かを判定する(ステップS10)。ここで、第2閾値は、第1閾値(45%)よりも低く、かつ距離Dmax(図4に示す)を走行1速で走行するのに最低限必要なバッテリ残量以上の値(例えば完全充電時の35%)に設定される。
ステップS10でバッテリ残量が第2閾値よりも低い(YES)と判定した場合は、ブザー62を吹鳴させ(ステップS11)、開始へ戻る。これにより、オペレータは、早急にバッテリ51を充電する必要があることを認知することができる。
ステップS10でバッテリ残量が第2閾値以上である(NO)と判定した場合は、開始へ戻る。
本実施例では、本体105と、本体105に取り付けられたフロント作業装置104と、バッテリ51と、バッテリ51の出力電圧を制御するインバータ52と、バッテリ51の電力で駆動される電動機1と、電動機1の目標回転数を指示する目標回転数指示装置70と、電動機1により駆動される油圧ポンプ2と、油圧ポンプ2の吐出油が供給され、フロント作業装置104を駆動するアクチュエータ3b,3c,3dと、油圧ポンプ2の吐出油が供給され、本体105を走行させる走行モータ3f,3gと、本体105の走行モードを指示する走行モード指示装置71と、電動機1の回転数が目標回転数と一致するようにインバータ52を制御し、走行モード指示装置71により走行1速が指示された場合に走行モータ3f,3gを押しのけ容積が大容量となる走行1速側へ切り換え、走行モード指示装置71により走行2速が指示された場合に走行モータ3f,3gを押しのけ容積が小容量となる走行2速側へ切り換えるコントローラ10とを備えたバッテリ式作業機械100において、コントローラ10は、バッテリ51の残量が予め設定された第1閾値(45%)を下回ったときに、電動機1の回転数が目標回転数に維持されるようにインバータ52を制御すると共に、走行モード指示装置71からの入力に関わらず、走行モータ3f,3gを走行1速側へ切り換える。
また、前記第1閾値は、本体105が走行2速で所定の距離を走行するのに必要なバッテリ残量に基づいて設定されている。
以上のように構成した本実施例によれば、バッテリ51の残量が予め設定された第1閾値(45%)を下回った場合に、走行モード指示装置71からの入力に関わらず、走行モータ3f,3gが走行1速側へ切り換えられる。これにより、走行モータ3f,3gの駆動に伴うバッテリ消費が抑制されるため、オペレータは、速やかに充電設備200へ向かう走行操作を行うことにより、充電設備200まで確実にたどり着くことができる。
そして、バッテリ残量が第1閾値(45%)を下回っても、油圧ポンプ2を駆動する電動機1の回転数が目標回転数に維持されるため、フロント作業装置104を駆動するアクチュエータ3b,3c,3dの駆動は制限されない。これにより、オペレータは、バッテリ残量が低下した状態で例えば本体105がぬかるみにはまった場合に、フロント作業装置104を使用して脱出を図ることができる。
また、本実施例に係る油圧ショベル100は、走行制限指示装置72を更に備え、コントローラ10は、走行制限指示装置72を介して走行制限が必要と指示された場合に限り、バッテリ51の残量が前記第1閾値(45%)を下回ったときに、走行モード指示装置71からの入力に関わらず、走行モータ3f,3gを走行1速側へ切り換える。これにより、オペレータは、走行制限スイッチ72の操作を介して、走行モータ3f,3gを走行1速側へ制限する機能の有効/無効を切り替えることができる。なお、本実施の形態では、第1報知装置をモニタ61の表示部61aで構成したが、音声で報知する装置で構成しても良い。
また、本実施例に係るバッテリ式作業機械100は、コントローラ9からの制御信号によって作動する第1報知装置14を備え、コントローラ9は、バッテリ51の残量が前記第1閾値を下回ったときに、第1報知装置14を作動させる。これにより、オペレータは、バッテリ51の残量が前記第1閾値を下回ったことを認知することができる。
また、本実施例に係るバッテリ式作業機械100は、第2報知装置62を更に備え、コントローラ10は、バッテリ51の残量が、第1閾値(45%)よりも低くかつ本体105が所定の距離Dmaxを走行1速で走行するのに必要なバッテリ残量以上に設定された第2閾値(35%)を下回ったときに、第2報知装置62を作動させる。これにより、オペレータは、早急にバッテリ51を充電する必要があることを認知することができる。なお、本実施の形態では、第2報知装置をブザー62で構成したが、音声以外の手段で報知する装置で構成しても良い。
また、本実施例に係るバッテリ式作業機械100は、所定の距離Dmaxをコントローラ10に入力するための距離入力装置61bを更に備え、コントローラ10は、距離入力装置61bから入力された所定の距離Dmaxに応じて第1閾値を計算する。これにより、オペレータは、充電設備200までの最大距離Dmaxに応じて第1閾値を変更することができる。なお、本実施の形態では、距離入力装置を操作部61bで構成したが、モニタ61とは独立した装置で構成しても良い。
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施の形態は、本発明をバッテリ式油圧ショベルに適用したものであるが、本発明はその他のバッテリ式作業機械にも適用可能である。また、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
1…電動機、2…油圧ポンプ、3a…旋回モータ、3b…ブームシリンダ(アクチュエータ)、3c…アームシリンダ(アクチュエータ)、3d…バケットシリンダ(アクチュエータ)、3e…スイングシリンダ、3f,3g…走行モータ(アクチュエータ)、3h…ブレードシリンダ、4…コントロールバルブ、5…パイロットポンプ、10…コントローラ、21…作業用操作装置、22…走行用操作装置、31,32…パイロット弁、41,42…レギュレータ、51…バッテリ、52…インバータ、61…モニタ、61a…表示部(第1報知装置)、61b…操作部(距離入力装置)、62…ブザー(第2報知装置)、70…目標回転数指示装置、71…走行モードスイッチ(走行モード指示装置)、72…走行制限スイッチ(走行制限指示装置)、101…下部走行体、102…上部旋回体、103…スイングポスト、104…フロント作業装置、105…本体、106…トラックフレーム、107…ブレード、108…旋回台、109…運転室、111…ブーム、112…アーム、113…バケット、121…運転席、122,123…作業用操作レバー、124,125…走行用操作レバー、131…ゲートロックレバー、200…充電設備。
Claims (6)
- 本体と、
前記本体に取り付けられたフロント作業装置と、
バッテリと、
前記バッテリの出力電圧を制御するインバータと、
前記バッテリの電力で駆動される電動機と、
前記電動機の目標回転数を指示する目標回転数指示装置と、
前記電動機により駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの吐出油が供給され、前記フロント作業装置を駆動するアクチュエータと、
前記油圧ポンプの吐出油が供給され、前記本体を走行させる走行モータと、
前記本体の走行モードを指示する走行モード指示装置と、
前記電動機の回転数が前記目標回転数と一致するように前記インバータを制御し、前記走行モード指示装置により走行1速が指示された場合に前記走行モータを押しのけ容積が大容量となる走行1速側へ切り換え、前記走行モード指示装置により走行2速が指示された場合に前記走行モータを押しのけ容積が小容量となる走行2速側へ切り換えるコントローラとを備えたバッテリ式作業機械において、
前記コントローラは、前記バッテリの残量が予め設定された第1閾値を下回ったときに、前記電動機の回転数が前記目標回転数に維持されるように前記インバータを制御すると共に、前記走行モード指示装置からの入力に関わらず、前記走行モータを走行1速側へ切り換える
ことを特徴とするバッテリ式作業機械。 - 請求項1に記載のバッテリ式作業機械において、
前記第1閾値は、前記本体が走行2速で所定の距離を走行するのに必要なバッテリ残量に基づいて設定されていることを特徴とするバッテリ式作業機械。 - 請求項2に記載のバッテリ式作業機械において、
走行制限指示装置を更に備え、
前記コントローラは、前記走行制限指示装置を介して走行制限が必要と指示された場合に限り、前記バッテリの残量が前記第1閾値を下回ったときに、前記走行モード指示装置からの入力に関わらず、前記走行モータを走行1速側へ切り換える
ことを特徴とするバッテリ式作業機械。 - 請求項2に記載のバッテリ式作業機械において、
前記コントローラからの制御信号によって作動する第1報知装置を備え、
前記コントローラは、前記バッテリの残量が前記第1閾値を下回ったときに、前記第1報知装置を作動させる
ことを特徴とするバッテリ式作業機械。 - 請求項4に記載のバッテリ式作業機械において、
第2報知装置を更に備え、
前記コントローラは、前記バッテリの残量が、前記第1閾値よりも低くかつ前記本体が前記所定の距離を走行1速で走行するのに必要なバッテリ残量に基づいて設定された第2閾値を下回ったときに、前記第2報知装置を作動させる
ことを特徴とするバッテリ式作業機械。 - 請求項2に記載のバッテリ式作業機械において、
前記所定の距離を前記コントローラに入力するための距離入力装置を更に備え、
前記コントローラは、前記距離入力装置から入力された前記所定の距離に応じて前記第1閾値を計算する
ことを特徴とするバッテリ式作業機械。
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