(57)【要約】【課題】旋回部に変圧器の原理を適用して上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に伝達できるように構成し、電気掘削機の旋回動作の最中にも走行が行えるようにした。【解決手段】本発明の電気式掘削機のターニングジョイントは、掘削機の上部旋回体に位置し、電気エネルギー貯蔵装置の直流電力を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ１０２と、上部旋回体に巻き付けられて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２で変換した交流成分の起電力を下部走行体に電磁気誘導により伝達する上部コイル１０３と、下部走行体に巻き付けられて、上部コイル１０３からの交流成分の起電力を伝達される下部コイル１０４と、下部コイル１０４から伝達された交流成分の起電力を走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして電気モータ１０６に供給するインバータ１０５と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機の上部旋回体に位置し、電気エネルギー貯蔵装置の直流電力を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記上部旋回体に巻き付けられて、前記ＤＣ／ＡＣコンバータで変換した交流成分の起電力を下部走行体に電磁気誘導により伝達する上部コイルと、
前記下部走行体に巻き付けられて、前記上部コイルからの交流成分の起電力を伝達される下部コイルと、
前記下部コイルから伝達された交流成分の起電力を走行用電気モータの電気エネルギーとして前記電気モータに供給するインバータと、
を備えてなる電気式掘削機のターニングジョイント。
【請求項２】
エネルギー損失を低減できるように、下部走行体の走行用電気モータが電気エネルギーを必要とするときに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電気エネルギーを断続して供給する電源断続手段をさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載の電気式掘削機のターニングジョイント。
【請求項３】
前記上部の電気エネルギー貯蔵装置の電圧と下部の走行用電気モータの使用電圧とが異なる場合、上部旋回体に巻き付けられている上部コイルの巻線数と、下部走行体に巻き付けられている下部コイルの巻線数との調節により電圧の調整が行われることを特徴とする請求項１に記載の電気式掘削機のターニングジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式掘削機のターニングジョイントに係り、さらに詳しくは、電気掘削機（または、ハイブリッド掘削機）など電気モータを使用することを余儀なくされる建設機械において、旋回動作をしなければならない電気掘削機の特性から、上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に伝達する必要がある際、変圧器の原理を掘削機の旋回部に適用して電気エネルギーを下部に伝達できるようにした電気式掘削機のターニングジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、掘削機、特に、電気掘削機は、旋回部にターニングジョイントという部品を有しているため、上部旋回体の油圧源の油圧を下部走行体に油圧配線を用いることなく伝達するように構成されている。これにより、上部旋回体が旋回している最中にも、下部走行体の走行用油圧モータに上部旋回体の油圧源の油圧を供給することができて走行が可能になる。しかしながら、電気掘削機（または、ハイブリッド掘削機）において、走行モータとして油圧式ではない電気式のモータを使用すると、既存の油圧式ターニングジョイントと同じ概念の電気エネルギー伝達装置が必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記の必要性を満たすために創作されたものであり、その課題は、旋回部に変圧器の原理を適用して上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に伝達できるように電気掘削機用のターニングジョイントを構成して、電気掘削機の旋回動作の最中にも走行が行えるようにした電気式掘削機のターニングジョイントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を達成するために、本発明に係る電気式掘削機のターニングジョイントは、掘削機の上部旋回体に位置し、電源貯蔵装置の直流電力を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータと、前記上部旋回体に巻き付けられて、前記ＤＣ／ＡＣコンバータにおいて変換した交流成分の起電力を下部走行体に電磁気誘導により伝達する上部コイルと、前記下部走行体に巻き付けられて、前記上部コイルからの交流成分の起電力を伝達される下部コイルと、前記下部コイルから伝達された交流成分の起電力を走行用電気モータの電気エネルギーとして前記電気モータに供給するインバータと、を備えていることを特徴とする。
【０００５】
好ましくは、エネルギー損失を低減できるように、下部走行体の走行用電気モータが電気エネルギーを必要とするときに前記ＤＣ／ＡＣのコンバータの電気エネルギーを断続して供給する電源断続手段をさらに備えている。
【０００６】
また、好ましくは、前記上部の電気エネルギー貯蔵装置の電圧と下部の走行用電気モータの使用電圧とが異なる場合、上部旋回体に巻き付けられている上部コイルの巻線数と、下部走行体に巻き付けられている下部コイルの巻線数との調節により電圧の調整が行われる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、変圧器の原理を適用して上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に伝達できるように電気掘削機（または、ハイブリッド掘削機）用のターニングジョイントを構成して、電気掘削機における上部旋回体の旋回動作の最中にも、下部走行体の走行用電気モータに電気エネルギーを供給することができて走行動作が可能になる。
【０００８】
また、上部に位置している電気エネルギー貯蔵装置の電圧と下部に位置している走行用電気モータの使用電圧とが異なる際、上部旋回体に巻き付けられている上部コイルの巻線数と、下部走行体に巻き付けられている下部コイルの巻線数との調節により電圧を調整して使用することができる。
【０００９】
さらに、所定の電源断続手段を用いてＤＣ／ＡＣコンバータの電気エネルギーを断続して、下部走行体の走行用電気モータが電気エネルギーを必要とするときに限って電気エネルギーを供給してエネルギー損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電気式掘削機のターニングジョイントを示すブロック構成図である。
【図２】本発明に係る電気式掘削機のターニングジョイントの動作を順番に示すフローチャートである。
【図３】本発明に係るターニングジョイントを搭載した電気式掘削機を例にとって示した図である。
【図４】本発明に用いられる変圧器の原理を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明に係る掘削機、特に、電気式掘削機のターニングジョイントを示すブロック構成図である。
【００１２】
図１に示すように、この装置は、電気エネルギー貯蔵装置１０１と、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２と、上部コイル１０３と、下部コイル１０４と、インバータ１０５と、走行用電気モータ１０６と、を備えている。
【００１３】
すなわち、電気掘削機１００(または、ハイブリッド掘削機）の上部旋回体に位置し、電気エネルギー貯蔵装置１０１の直流電気エネルギーを交流に変換するＤＣ／ＡＣのコンバータ１０２と、前記上部旋回体に巻き付けられて、ＤＣ／ＡＣのコンバータ１０２において変換した交流成分の電気エネルギーを下部走行体に電磁気誘導により伝達する上部コイル１０３と、前記下部走行体に巻き付けられて、前記上部コイル１０３からの交流成分の起電力を伝達される下部コイル１０４と、前記下部コイル１０４から伝達された交流成分の起電力を走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして前記電気モータに供給するインバータ１０５と、を備えている。
【００１４】
また、電気掘削機１００は、上部の電気エネルギー貯蔵装置１０１の電圧と下部の走行用電気モータ１０６の使用電圧とが異なる際、上部旋回体に巻き付けられている上部コイル１０３の巻線数と、下部走行体に巻き付けられている下部コイル１０４の巻線数との調節により電圧を調整して使用するようになっている。
【００１５】
さらに、電気掘削機１００は、エネルギー損失を低減できるように、下部走行体の走行用電気モータ１０６が電気エネルギーを必要とするときに、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の電気エネルギーを断続して供給する電源断続手段（図示せず）をさらに備えている。
【００１６】
前記上部コイル１０３は、上部旋回体に巻き付けられ、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２に電気的に接続されたものであり、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２が電気掘削機（または、ハイブリッド掘削機）の上部旋回体に位置して電気エネルギー貯蔵装置１０１の直流電気エネルギーを交流に変換すると、そのＤＣ／ＡＣコンバータ１０２において変換した交流成分の電気エネルギーを下部走行体に電磁気誘導により伝達する。
すなわち、上部旋回体に巻き付けられている上部コイル１０３に電流が流れると、下部走行体に巻き付けられている下部コイル１０４に電磁気誘導現象による起電力が誘導される。このような変圧器の原理を用いて、上部旋回体にある電気エネルギーを下部走行体に伝達する。
【００１７】
下部コイル１０４は、下部走行体に巻き付けられて前記上部コイル１０３から伝達された交流成分の起電力を電磁気誘導により伝達される。このようにして伝達された交流成分の起電力はインバータ１０５に伝達されて走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして供給される。
【００１８】
インバータ１０５は、下部コイル１０４に電気的に接続されたものであり、下部コイル１０４に下部走行体に巻き付けられて前記上部コイル１０３からの交流成分の起電力が伝達されると、その下部コイル１０４に伝達された交流成分の起電力を、接続された走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして供給する。
【００１９】
以下、図２に基づき、図１の本発明に係る電気式掘削機のターニングジョイントの動作について説明する。
【００２０】
図２は、本発明に係る電気式掘削機のターニングジョイントの動作を順番に示すフローチャートである。
【００２１】
図２に示すように、本発明は、まず、ＤＣ／ＡＣのコンバータ１０２が電気エネルギー貯蔵装置１０１の直流電気エネルギーを交流に変換した後（Ｓ２０１）、変換された交流電気エネルギーを上部コイル１０３に伝達する（Ｓ２０２）。
【００２２】
すなわち、電気掘削機１００（または、ハイブリッド掘削機）の上部旋回体に位置し、かつ、電気エネルギー貯蔵装置１０１に接続されたＤＣ／ＡＣコンバータ１０２が電気エネルギー貯蔵装置１０１の直流電気エネルギーを交流に変換した後、変換された交流電気エネルギーを上部旋回体に巻き付けられている上部コイル１０３に伝達する。
【００２３】
次いで、上部コイル１０３は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２において変換した交流成分の電気エネルギーを下部走行体に電磁気誘導により伝達する（Ｓ２０３）。
【００２４】
すなわち、上部旋回体に巻き付けられている上部コイル１０３に電流が流れると、下部走行体に巻き付けられている下部コイルに電磁気誘導現象により起電力が誘導される。このような変圧器の原理を用いて、上部体旋回体にある電気エネルギーを下部走行体に伝達することになる。
【００２５】
次いで、上述したように、下部コイル１０４は下部走行体に巻き付けられて、前記上部コイル１０３からの交流成分の起電力を電磁気誘導により伝達される。
【００２６】
すると、インバータ１０５は、その下部コイル１０４から伝達された交流成分の起電力を、前記インバータ１０５に接続された走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして前記電気モータ１０６に供給する（Ｓ２０４）。
【００２７】
これにより、下部走行体に伝達された交流成分の起電力は、インバータ１０５に接続された走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして使用可能になる。
【００２８】
その結果、上部旋回体の旋回中にも下部走行体の走行用電気モータ１０６を駆動することができることで走行が可能になる。
【００２９】
一方、上部に位置している電気エネルギー貯蔵装置の電圧と下部に位置している走行用電気モータ１０６の使用電圧とが異なる際、上部旋回体に巻き付けられている上部コイル１０３の巻線数と、下部走行体に巻き付けられている下部コイル１０４の巻線数との調節により電圧を調整して使用することができる。
【００３０】
さらに、所定の電源断続手段を用いてＤＣ／ＡＣコンバータ１０２の電気エネルギーを断続して、下部走行体の走行用電気モータ１０６が電気エネルギーを必要とするときに限って電気エネルギーを供給してエネルギー損失を低減することができる。
【００３１】
以上述べたように、本発明は、変圧器の原理を適用して上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に伝達できるように電気掘削機（または、ハイブリッド掘削機）用のターニングジョイントを構成して、電気掘削機における上部旋回体の旋回動作の最中にも、下部走行体の走行用電気モータ１０６に電気エネルギーが供給されることによって走行動作が可能となる。
【００３２】
図３は、本発明に係るターニングジョイントを搭載した電気式掘削機１００（または、ハイブリッド掘削機）を例にとって示した図である。
【００３３】
図３に示すように、本発明の電気式掘削機１００は、電気式掘削機１００（または、ハイブリッド掘削機）の上部旋回体に位置し、電気エネルギー貯蔵装置の直流電気エネルギーを交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ１０２と、前記上部旋回体に巻き付けられて、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０２により変換した交流成分の電気エネルギーを下部走行体に電磁気誘導により伝達する上部コイル１０３と、前記下部走行体に巻き付けられて、前記上部コイル１０３からの交流成分の起電力を伝達される下部コイル１０４と、前記下部コイル１０４から伝達された交流成分の起電力を走行用電気モータ１０６の電気エネルギーとして前記電気モータ１０６に供給するインバータ１０５と、を備えている。
【００３４】
これにより、変圧器の原理を適用して上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に伝達できるように電気掘削機１００（または、ハイブリッド掘削機）用のターニングジョイントを構成して、電気掘削機１００における上部旋回体の旋回動作の最中にも、下部走行体の走行用電気モータ１０６に電気エネルギーが供給されて走行動作が可能になる。
【００３５】
図４は、本発明に用いられる変圧器の原理を説明するための説明図である。
図４に示すように、通常、変圧器は、正弦波電源が接続された１次側巻線と、負荷と接続された２次側巻線と、から構成されている。また、１次側の正弦波電源によって時計回り方向に磁束が生成され、各コイルには、コイルの巻数Ｎ１、Ｎ２とコイル内磁束の変化率に比例する電圧が発生する。漏れがないとしたとき、両コイルには、同じ量の磁束が存在する。
このため、１次側及び２次側には、コイルの巻数に比例する誘起起電力Ｅｐ、Ｅｓが生成される。また、レンツの法則によって各コイルに発生される電圧は、その発生原因を妨げる方向に誘起される。
このため、１次側コイルに誘起される起電力Ｅｐは、正弦波電源とは逆方向となる。
２次側コイルの場合には、コイル窓内に生成された磁束とは逆方向の誘起起電力Ｅｓが生成される。
このような変圧器の原理を、本発明においては電気掘削機のターニングジョイントに適用し、これにより、所要の電気エネルギーを上部旋回体から下部走行体へと供給可能になる。掘削機に適用される原理は、上述の通りである。
【００３６】
本発明は、電気式掘削機のターニングジョイントに利用可能なものであり、さらに詳しくは、電気掘削機（または、ハイブリッド掘削機）など電気モータを使用しなければならない建設機械において、旋回動作を行う電気掘削機の特性から、上部旋回体の電気エネルギーを下部走行体に配線などを介して伝達できなかった従来の問題点を、変圧器の原理を掘削機の旋回部に適用して電気エネルギーを下部走行部に伝達する構成により、従来の問題点を解消するものである。
【符号の説明】
【００３７】
１００  電気式掘削機
１０１  電気エネルギー貯蔵装置
１０２  ＤＣ／ＡＣコンバータ（直流／交流変換器）
１０３  上部コイル
１０４  下部コイル
１０５  インバータ
１０６  走行用電気モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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