(57)【要約】【課題】バッテリ容量を増加させながら機械の安定性を増すことができる電動式建設機械を提供する。【解決手段】下部走行体２と、下部走行体２に旋回自在に配置される上部旋回体４とを備える油圧ショベル１であって、上部旋回体４に配置され、油圧ショベル１を駆動させるためのモータ４３と、上部旋回体４に配置された第１バッテリユニット４４と、下部走行体２に配置された第２バッテリユニット２４と、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４に外部からの電力を供給する給電器４５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に配置される上部旋回体とを備える電動式建設機械であって、
前記上部旋回体に配置され、前記電動式建設機械を駆動させるための電動機と、
前記上部旋回体に配置された第１蓄電装置と、
前記下部走行体に配置された第２蓄電装置と、
前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置に外部からの電力を供給する給電装置と、を備える電動式建設機械。
【請求項２】
前記上部旋回体に配置され、前記第１蓄電装置から前記電動機に至る第１電路と、
前記下部走行体に配置され、前記第２蓄電装置から延びる第２電路と、
前記第１電路と前記第２電路とを接続する接続電路と、
前記接続電路に配置された電圧変換装置と、を備え、
前記電圧変換装置は、前記電圧変換装置を通過する電流が設定された閾値より小さい値となるように電圧の値を制御する、請求項１に記載の電動式建設機械。
【請求項３】
前記電圧変換装置は、前記第１電路と前記第２電路の電圧比率を設定された値に基づいて制御する、請求項２に記載の電動式建設機械。
【請求項４】
前記下部走行体に配置され、前記第２電路に接続される走行用電動モータを備える、請求項２又は３に記載の電動式建設機械。
【請求項５】
前記接続電路に配置されたスリップリングを備え、
前記スリップリングは、前記下部走行体と前記上部旋回体の結合部内部に位置する、請求項２〜４の何れか１項に記載の電動式建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、走行装置上に旋回体を旋回可能に配置し、該旋回体の後部にバッテリを配置した電動作業車両が開示されている。下記特許文献２には、下部走行体の一対のクローラで挟まれている下部空間内にバッテリユニットを取り付けるようにしたバッテリ駆動式建設機械が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３９６７６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８９１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電動作業車両において、バッテリ容量を増やしたい場合、バッテリを上部方向に積み上げる必要があるが、バッテリを積み上げると重心が高くなるため、安定性に欠けるという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２のバッテリ駆動式建設機械では、バッテリユニットを下部走行体に配置することで、全体の重心位置を下げて姿勢の安定化を図ることができる。しかしながら、バッテリユニットは一対のクローラで挟まれている下部空間に配置されるため、増加できるバッテリ容量には限度がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、バッテリ容量を増加させながら機械の安定性を増すことができる電動式建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動式建設機械は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に配置される上部旋回体とを備える電動式建設機械であって、
前記上部旋回体に配置され、前記電動式建設機械を駆動させるための電動機と、
前記上部旋回体に配置された第１蓄電装置と、
前記下部走行体に配置された第２蓄電装置と、
前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置に外部からの電力を供給する給電装置と、を備えるものである。
【０００８】
本発明によれば、下部走行体と上部旋回体に蓄電装置を分割して搭載することにより、バッテリ容量を増加させながら機械の安定性を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る電動式建設機械を示す側面図である。
【図２】下部走行体の平面図である。
【図３】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である。
【図４】他の実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
［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。ただし、電動式建設機械としては、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回ベアリング４１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４２、旋回モータ（図示しない）、モータ４３（電動機に相当）、第１バッテリユニット４４（第１蓄電装置に相当）、給電器４５（給電装置に相当）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、モータ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、旋回モータ等）に圧油を供給する。なお、給電器４５は、下部走行体２に配置されてもよい。
【００１６】
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４２２，４２２、前方に一対の走行レバー４２３，４２３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レバー４２２，４２２、走行レバー４２３，４２３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。
【００１７】
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を給電器４５に接続することができる。
【００１８】
下部走行体２には、第２バッテリユニット２４（第２蓄電装置に相当）が配置されている。第２バッテリユニット２４は、旋回ベアリング４１の後方であって、左右一対のクローラ２１，２１の間に配置されている。第２バッテリユニット２４は、下部走行体２の中央に位置するセンターフレーム２５、及びセンターフレーム２５の側方に配置される左右一対のサイドフレーム２６，２６に固定されている。
【００１９】
［電源システムの構成］
図３を用いて、油圧ショベル１に搭載され、モータ４３及び走行用電動モータ２２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４５と、給電器４５からの電力を充電または放電する第１バッテリユニット４４及び第２バッテリユニット２４と、を備える。
【００２０】
さらに、電源システム６は、上部旋回体４に配置され、第１バッテリユニット４４からモータ４３に至る第１電路６ａと、下部走行体２に配置され、第２バッテリユニット２４から延びる第２電路６ｂと、第１電路６ａと第２電路６ｂとを接続する接続電路６ｃと、接続電路６ｃに配置されたコンバータ６１（電圧変換装置に相当）と、直流電源電圧を交流電源電圧に交換する第１インバータ６２及び第２インバータ６３と、を備える。接続電路６ｃは、第１接続点６ｄで第１電路６ａに接続し、第２接続点６ｅで第２電路６ｂに接続している。
【００２１】
給電器４５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。給電器４５から延びる第３電路６ｆは、第３接続点６ｇで接続電路６ｃに接続している。給電器４５と第３接続点６ｇの間には給電器リレー６４が配置されている。給電器４５の直流電圧は、給電器リレー６４及び第１バッテリリレー６５を介して第１バッテリユニット４４に供給され、第１バッテリユニット４４が充電される。また、給電器４５の直流電圧は、給電器リレー６４、接続リレー６６、コンバータ６１、及び第２バッテリリレー６７を介して第２バッテリユニット２４に供給され、第２バッテリユニット２４が充電される。さらに、給電器４５の直流電圧は、給電器リレー６４及び第１インバータリレー６８を介して第１インバータ６２に供給されるようにしてもよい。
【００２２】
第１バッテリユニット４４は、第１バッテリリレー６５及び第１インバータリレー６８を介して第１インバータ６２に直流電圧を供給する。第１バッテリリレー６５は、第１バッテリユニット４４と第１接続点６ｄの間に配置されている。また、第１インバータリレー６８は、第１インバータ６２と第１接続点６ｄの間に配置されている。さらに、第１バッテリユニット４４は、接続電路６ｃを介して第２電路６ｂに直流電圧を供給することができる。
【００２３】
第２バッテリユニット２４は、第２バッテリリレー６７及び第２インバータリレー６９を介して第２インバータ６３に直流電圧を供給する。第２バッテリリレー６７は、第２バッテリユニット２４と第２接続点６ｅの間に配置されている。また、第２インバータリレー６９は、第２インバータ６３と第２接続点６ｅの間に配置されている。さらに、第２バッテリユニット２４は、接続電路６ｃを介して第１電路６ａに直流電圧を供給することができる。
【００２４】
第１バッテリユニット４４及び第２バッテリユニット２４は、バッテリを１つ又は複数収納したものであり、収納するバッテリの個数によりバッテリ容量が適宜決定される。バッテリとしては、リチウムイオンバッテリが例示される。
【００２５】
第１インバータ６２は、第１バッテリユニット４４及び／又は第２バッテリユニット２４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、モータ４３に供給される。モータ４３は、油圧ポンプ４６を作動させる。なお、図３では、油圧ポンプ４６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。油圧ポンプ４６は、コントロールバルブ４７を介して各油圧アクチュエータ４８（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。
【００２６】
第２インバータ６３は、第２バッテリユニット２４及び／又は第１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する。この交流電圧は、走行用電動モータ２２に供給される。
【００２７】
コンバータ６１は、直流で電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。コンバータ６１は、接続電路６ｃに配置され、コンバータ６１を通過する電流が設定された閾値より小さい値となるように電圧の値を制御する。第１電路６ａと第２電路６ｂをコンバータ６１を介して接続することで、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４の電力消費バランスが大きく異なっても、回路中に大きな電流が流れることがないため、回路を破損させることがなく、部品も汎用のものを使うことができるため部品の調達コストを下げることができる。
【００２８】
また、コンバータ６１は、第１電路６ａと第２電路６ｂの電圧比率を設定された値に基づいて制御することができる。第１電路６ａと第２電路６ｂの電圧設定を、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４を構成するバッテリの直列数を合わせることにより同一電圧にするのではなく、コンバータ６１で第１電路６ａと第２電路６ｂの電圧比率を設定することにより行うため、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４にそれぞれ搭載できる最大量のバッテリを搭載することが可能となる。
【００２９】
接続電路６ｃには、スリップリング７が配置されている。スリップリング７は、下部走行体２と上部旋回体４の結合部内部、具体的には旋回ベアリング４１の内部に位置する。また、スリップリング７は、コンバータ６１と第２接続点６ｅの間に配置されている。第１電路６ａと第２電路６ｂがコンバータ６１を介して接続されているため、第１電路６ａと第２電路６ｂを接続するスリップリング７に大きな電流が流れないことから、特殊なスリップリングを使用する必要がなく、コストの増加を抑えることができる。
【００３０】
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に旋回自在に配置される上部旋回体４とを備える油圧ショベル１であって、上部旋回体４に配置され、油圧ショベル１を駆動させるためのモータ４３と、上部旋回体４に配置された第１バッテリユニット４４と、下部走行体２に配置された第２バッテリユニット２４と、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４に外部からの電力を供給する給電器４５と、を備える。
【００３１】
下部走行体２と上部旋回体４にバッテリを分割して搭載することにより、バッテリ容量を増加させながら機械の安定性を増すことができる。
【００３２】
本実施形態では、上部旋回体４に配置され、第１バッテリユニット４４からモータ４３に至る第１電路６ａと、下部走行体２に配置され、第２バッテリユニット２４から延びる第２電路６ｂと、第１電路６ａと第２電路６ｂとを接続する接続電路６ｃと、接続電路６ｃに配置されたコンバータ６１と、を備え、コンバータ６１は、コンバータ６１を通過する電流が設定された閾値より小さい値となるように電圧の値を制御する。
第１電路６ａと第２電路６ｂをコンバータ６１を介して接続することで、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４の電力消費バランスが大きく異なっても、回路中に大きな電流が流れることがないため、回路を破損させることがなく、部品も汎用のものを使うことができるため部品の調達コストを下げることができる。
【００３３】
本実施形態では、コンバータ６１は、第１電路６ａと第２電路６ｂの電圧比率を設定された値に基づいて制御する。
第１電路６ａと第２電路６ｂの電圧設定を、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４を構成するバッテリの直列数を合わせることにより同一電圧にするのではなく、コンバータ６１で第１電路６ａと第２電路６ｂの電圧比率を設定することにより行うため、第１バッテリユニット４４と第２バッテリユニット２４にそれぞれ搭載できる最大量のバッテリを搭載することが可能となる。
【００３４】
本実施形態では、下部走行体２に配置され、第２電路６ｂに接続される走行用電動モータ２２を備える。
これにより、上部旋回体４の電源回路と下部走行体２の電源回路を独立に運用することができ、上部旋回体４の電源回路が破損したとしても下部走行体２の電源回路のみで油圧ショベル１を移動させることができる。また、下部走行体２の走行用電動モータ２２が消費する電力のうち第２バッテリユニット２４が賄うことができない分の電力のみを第１バッテリユニット４４が賄うようにできるため、第１電路６ａから第２電路６ｂに流れる電流が小さくなり、使用する部品も汎用のものを使うことができるため部品の調達コストを下げることができる。
【００３５】
本実施形態では、接続電路６ｃに配置されたスリップリング７を備え、スリップリング７は、下部走行体２と上部旋回体４の結合部内部に位置する。
第１電路６ａと第２電路６ｂがコンバータ６１を介して接続されているため、第１電路６ａと第２電路６ｂを接続するスリップリング７に大きな電流が流れないことから、特殊なスリップリングを使用する必要がなく、コストの増加を抑えることができる。
【００３６】
［他の実施形態］
前述の実施形態では、左右のクローラ２１，２１が左右の走行用電動モータ２２，２２でそれぞれ駆動されているが、左右のクローラ２１，２１は、左右の走行用油圧モータ２７，２７でそれぞれ駆動されるようにしてもよい。走行用油圧モータ２７には、油圧ポンプ４６から圧油が供給される。このとき、コントロールバルブ４７と走行用油圧モータ２７とを接続する油路２７ａの中途部には、スイベルジョイント２８が設けられる。スイベルジョイント２８は、下部走行体２と上部旋回体４との間に配置される。
【００３７】
前述の実施形態では、モータ４３で駆動した油圧ポンプ４６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、ブレード２３や旋回モータ等も電動化することができる。
【００３８】
前述の実施形態では、給電器４５が上部旋回体４に配置されているが、給電器４５は下部走行体２に配置されてもよい。このとき、給電ケーブル５１が接続される給電口も下部走行体２に設けられる。給電器４５を下部走行体２に配置することで、給電ケーブル５１が、旋回する上部旋回体４に巻き込まれることを抑制できる。一方、給電器４５を上部旋回体４に配置することで、給電ケーブル５１がクローラ２１に踏まれることを抑制できる。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１    油圧ショベル
２    下部走行体
４    上部旋回体
５    商用電源
６ａ  第１電路
６ｂ  第２電路
６ｃ  接続電路
７    スリップリング
２２    走行用電動モータ
２４    第２バッテリユニット
４１    旋回ベアリング
４３    モータ
４４    第１バッテリユニット
４５    給電器
【図１】
2020097867.tif 000003
【図２】
2020097867.tif 000004
【図３】
2020097867.tif 000005
【図４】
2020097867.tif 000006