(57)【要約】【課題】オペレータにバッテリの残電力量が微少になったことを気付かせることができる建設機械のアクチュエータ駆動装置の提供。【解決手段】複数の電動機１３，１４，２２，２５と、バッテリ２４とを備えた油圧ショベルにあって、バッテリ２４の残電力量が所定量以下の微少量、例えば３０％以下の微少量に減少した際に、特定電動機である右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４を優先的に駆動させ、他の電動機のうちの例えば油圧ポンプ用電動機２２への出力指令を減少させて合計使用電力を抑える制御を行なう電力制御手段、すなわち制御器５５を備えた構成にしてある。【選択図】図２
2008063902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電動機と、バッテリとを備え、上記電動機のそれぞれを上記バッテリからの電力によってアクチュエータとして、またはアクチュエータを駆動する駆動源として動作させるようにした建設機械のアクチュエータ駆動装置において、
上記バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、上記電動機のうちのいずれかの電動機への出力指令を減少させて合計使用電力を抑える制御を行なう電力制御手段を備えたことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の発明において、
上記電力制御手段は、上記バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、特定電動機を優先的に駆動させ、他の電動機への出力指令を減少させる制御を行なうことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
【請求項３】
上記請求項２記載の発明において、
上記特定電動機が、走行用電動機から成ることを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
【請求項４】
上記請求項１記載の発明において、
上記バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、オペレータに対して警告を与える警告手段を備えるとともに、上記いずれかの電動機に対する目標出力を調整可能な手動電力調整手段を備えたことを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
【請求項５】
上記請求項１〜４のいずれか１項記載の発明において、
上記建設機械が、油圧ショベルから成ることを特徴とする建設機械のアクチュエータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電動機及びバッテリを有する油圧ショベル等の建設機械のアクチュエータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の分野では出力に対して機器を小型軽量にできることから、一般に油圧アクチュエータが広く備えられている。ところが、油圧アクチュエータは電動アクチュエータに比べてエネルギー効率が悪い。そこで、建設機械にあっても、油圧アクチュエータに代えて電動アクチュエータを搭載しようとする考え方がある。
【０００３】
しかしながら、複数の油圧アクチュエータを駆動するものにあっては、油圧源たる油圧ポンプの出力を分配するため、油圧ポンプの出力を適正に配分するシステムが構築されているが、複数の電動アクチュエータを駆動する場合には、電源容量を適正に分配するシステムがなく、電源容量が不足した場合に負荷の軽いアクチュエータに優先的に電力が供給されてしまうことになる。
【０００４】
このようなことから、従来、電源容量を大きくすることなく、同時に発生する電動アクチュエータの動力の合計が電源容量以下となるように制御する制御手段を備えた建設機械のアクチュエータ駆動装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５５７６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に示される従来技術では、バッテリに対応した各電動アクチュエータの個別の制御は行なわれないために、バッテリ残電力量が減少した場合にも通常の掘削作業等が可能となってしまう。このために、オペレータがバッテリ残電力量が微少量になっていることに気が付かず、例えば、油圧ショベルが充電基地に向かう前にバッテリ上がりを生じてしまう等の懸念がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、オペレータにバッテリの残電力量が微少になったことを気付かせることができる建設機械のアクチュエータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、複数の電動機と、バッテリとを備え、上記電動機のそれぞれを上記バッテリからの電力によってアクチュエータとして、またはアクチュエータを駆動する駆動源として動作させるようにした建設機械のアクチュエータ駆動装置において、上記バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、上記電動機のうちのいずれかの電動機への出力指令を減少させて合計使用電力を抑える制御を行なう電力制御手段を備えたことを特徴としている。
【０００８】
このように構成した本発明は、バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際には、電力制御手段によって複数の電動機のうちのいずれかの電動機への出力指令が減少して合計使用電力を抑える制御がなされるので、出力指令が減少した電動機によって駆動されるアクチュエータの動きが低下する。このようにアクチュエータの動きが低下することによって、オペレータにバッテリの残電力量が微少量になったことを気付かせることができる。
【０００９】
また、本発明は、上記発明において、上記電力制御手段は、上記バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、特定電動機を優先的に駆動させ、他の電動機への出力指令を減少させる制御を行なうことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、上記発明において、上記特定電動機が、走行用電動機から成ることを特徴としている。このように構成した本発明は、バッテリの残電力量が微少量となったとオペレータが気付いたときに、建設機械を直ちに充電基地まで走行させることができる。
【００１１】
また、上記発明において、上記バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、オペレータに対して警告を与える警告手段を備えるとともに、上記いずれかの電動機に対する目標出力を調整可能な手動電力調整手段を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、バッテリの残電力量が微少量になったことを警告手段を介して、より確実にオペレータに認識させることができるとともに、手動電力調整手段の操作によってバッテリの残電力量が微少になったと判断されるタイミングを、オペレータの望むように変更させることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記発明において、上記建設機械が、油圧ショベルから成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、バッテリの残電力量が所定量以下の微少量に減少した際に、上記電動機のうちのいずれかの電動機への出力指令を減少させて合計使用電力を抑える制御を行なう電力制御手段を備えたことから、バッテリ残電力量が所定量以下の微少量になったときには、出力指令を減少させた電動機で駆動されるアクチュエータの動きが低下し、オペレータにバッテリの残電力量が微少量になったことを気付かせることができる。これにより、従来懸念されていたバッテリ上がりを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下，本発明に係る建設機械のアクチュエータ駆動装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るアクチュエータ駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図、図２は本実施形態の要部構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明に係るアクチュエータ駆動装置が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルは、走行体１０と、この走行体１０上に配備される旋回体２０と、この旋回体２０に上下方向の回動可能に取り付けられるフロント作業機３０とを備えている。
【００１７】
上述した走行体１０は、一対のクローラ１１及びクローラフレーム１２と、図２に示すように、一対のクローラ１１のそれぞれを駆動する右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４を備えている。
【００１８】
上述した旋回体２０は、旋回フレーム２１と、この旋回フレーム２１上に設けられ、油圧アクチュエータ用の駆動源を形成する油圧ポンプ用電動機２２と、バッテリ２４と、旋回電動機２５と、この旋回電動機２５の回転を減速する減速機構を含み、旋回用電動機２５の駆動力により走行体１０に対して旋回体２０を旋回駆動させる旋回機構２６を備えている。さらに、この旋回体２０の旋回フレーム２１上には、油圧アクチュエータを駆動制御する図２に示す油圧ポンプ４１及び油圧制御弁４２を含む油圧制御機構４０を備えている。
【００１９】
上述したフロント作業機３０は、旋回体２０に起伏可能に取り付けたブーム３１と、このブーム３１を駆動するブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回動自在に軸支されたアーム３３と、このアーム３３を駆動するアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回動自在に軸支されたバケット３５と、このバケット３５を駆動するバケットシリンダ３６を備えている。
【００２０】
また上述の構成に加えて図２に示すように、本実施形態は、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを操作する操作装置５４と、この操作装置５４のうちの該当する操作装置の操作に伴って旋回用電動機２５を駆動させる旋回用インバータ２８ａと、操作装置５４のうちの該当する操作装置の操作に伴って右走行用電動機１３、左走行用電動機１４をそれぞれ駆動させる右走行用インバータ２８ｂ、左走行用インバータ２８ｃと、操作装置５４のうちの該当する操作装置の操作に伴って油圧ポンプ用電動機２２を駆動させる油圧ポンプ用インバータ５２とを備えている。油圧ポンプ用電動機２２には、回転数センサ２２ａが付設されている。
【００２１】
また、操作装置５４のうちの該当する操作装置の操作等に応じて、油圧ポンプ用電動機２２、旋回用電動機２５、右走行用電動機１３、左走行用電動機１４の駆動を制御する制御信号を出力する制御器５５を備えている。この制御器５５は、バッテリ２４の残電力量が所定量以下の微少量、例えば３０％以下に減少した際に、上述した各電動機のうちのいずれかの電動機への出力指令を減少させて合計使用電力を抑える制御を行なう電力制御手段を構成している。この制御器５５は、バッテリ２４の残電力量が３０％以下に減少した際に特定電動機、例えば右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４を優先的に駆動させ、他の電動機への出力指令を減少させる制御を行なうようになっている。
【００２２】
上述した右走行用電動機１３、左走行用電動機１４に対しては、操作装置５４のうちの該当する操作装置の操作に応じたトルク指令を電動機に与えるトルク制御型制御が実施され、また、油圧ポンプ用電動機２２に対しては、操作装置５４のうちの該当する操作装置の操作に応じた速度指令を電動機に与える速度指令型制御が実施されるようになっている。また、右走行用電動機１３、左走行用電動機１４は、例えばレゾルバのような実回転数計測手段を持ち、油圧ポンプ用電動機２２は入力電流値により実トルクを演算するようになっている。
【００２３】
さらに、本実施形態は、バッテリ２４の残電力量を検出するバッテリ量検出手段を備えている。このバッテリ量検出手段は公知であり、例えば解放端子電圧を算出することによってバッテリ２４の残電力量を検出するもの、あるいはバッテリ２４の満充電からどれだけ電流が流れたかで、すなわち電流を積算することによってバッテリ２４の残電力量を検出するもの等から構成されている。
【００２４】
また、上述した制御器５５は、図３に示すように、操作装置５４の該当する操作装置の操作等に伴って出力される右走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ１と、右走行用電動機実回転数Ｎｒｅｌ１との積を求める乗算器７１、操作装置５４の該当する操作装置の操作等に伴って出力される左走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ２と、左走行用電動機実回転数Ｎｒｅｌ２との積を求める乗算器７２、操作装置５４の該当する操作装置の操作等に伴って出力される油圧ポンプ用電動機指令回転数Ｎｃｏｍ３と、油圧ポンプ用電動機実トルクＴｒｅｌ３との積を求める乗算器７３を備えている。また、乗算器７１で求められた値に比例定数Ｃを乗算して右走行用電動機目標出力Ｅｒ１を演算する比例器７４、乗算器７２で求められた値に比例定数Ｃを乗算して左走行用電動機目標出力Ｅｒ２を演算する比例器７５、乗算器７３で求められた値に比例定数Ｃを乗算して油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３を演算する比例器７６と、比例器７４，７５，７６のそれぞれからの目標出力Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３を加算して合計目標出力Ｅｓｕｍを演算する加算器７７を含んでいる。
【００２５】
また、制御器５５は、図５に示すように、右走行用電動機目標出力Ｅｒ１に比例定数１／Ｃを乗算する比例器８１、左走行用電動機目標出力Ｅｒ２に比例定数１／Ｃを乗算する比例器８２、油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３に比例定数１／Ｃを乗算する比例器８３と、比例器８１の出力値に右走行用電動機実回転数の逆数１／Ｎｒｅｌ１を乗算し、求められた右走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ１Ａに相当する制御信号を右走行用インバータ２８ｂに出力する乗算器８４と、比例器８２の出力値に左走行用電動機実回転数の逆数１／Ｎｒｅｌ２を乗算し、求められた左走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ２Ａに相当する制御信号を左走行用インバータ２８ｃに出力する乗算器８５と、比例器８３の出力値に油圧ポンプ用電動機実トルクの逆数１／Ｔｒｅｌ３を乗算し、求められた油圧ポンプ用電動機指令回転数Ｎｃｏｍ３Ａに相当する制御信号を油圧ポンプ用インバータ５２に出力する乗算器８６とを備えている。
【００２６】
さらに本実施形態は、図２に示すように、バッテリ２４の残電力量が所定量以下の微少量、例えば３０％以下に減少した際に、オペレータに対して警告を与える警告手段、例えば制御器５５から出力される信号に応じて点灯する警告ランプ５７と、出力指令が減少制御される電動機、例えば油圧ポンプ用電動機２２に対する目標出力を手動で調整可能な手動電力調整手段、すなわち出力調整ダイヤル５６も備えている。
【００２７】
このように構成した本実施形態の主に制御器５５における処理作業を、図４に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
【００２８】
制御がスタートすると（手順Ｓ１）、上述したバッテリ量検出手段によって求められるバッテリ２４の残電力量が微少量、すなわち３０％以下かどうか判定される（手順Ｓ２）。この判定でバッテリ２４の残電力量が３０％以下でないと判定されたときは、上述の図３に示すようにして求められた合計目標出力Ｅｓｕｍが予め設定される最大可能出力Ｅｍａｘより大きいかどうか判定される（手順Ｓ３）。この判定で大きいと判定されたときは、上述の図３に示すようにして求められた右走行用電動機目標出力Ｅｒ１、左走行用電動機目標出力Ｅｒ２、油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３のそれぞれと、Ｅｍａｘ／Ｅｓｕｍを乗じる（手順Ｓ４）ことで、Ｅｒ１＋Ｅｒ２＋Ｅｒ３＝Ｅｍａｘとし、制御を終了する（手順Ｓ１０）。上述した手順Ｓ３で合計目標出力Ｅｓｕｍが最大可能出力Ｅｍａｘ以下と判定されたときは、右走行用電動機目標出力Ｅｒ１、左走行用電動機目標出力Ｅｒ２、油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３は、そのままとし（手順Ｓ５）、制御を終了する（手順Ｓ１０）。
【００２９】
一方、上述した手順Ｓ２の判定で、バッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量であると判定されたときは、最大可能出力Ｅｍａｘをバッテリ２４の量が長く持つように抑えた出力調整ダイヤル５６等で設定された最大可能出力ＥｍａｘＡに置き換える処理がなされる（手順Ｓ６）。ここで最大可能出力ＥｍａｘＡは、例えばＥｍａｘの３０％〜５０％程度とされる。続いて、合計目標出力Ｅｓｕｍが最大可能出力Ｅｍａｘよりも大きいかどうか判定される（手順Ｓ７）。この判定で合計目標出力Ｅｓｕｍが最大可能出力Ｅｍａｘより大きいと判定されたときは、右走行用電動機目標出力Ｅｒ１、左走行用電動機目標出力Ｅｒ２はそのまま維持され、合計目標出力Ｅｓｕｍが最大可能出力Ｅｍａｘを超えた分については油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３を減じ（手順Ｓ８）、制御を終了する（手順Ｓ１０）。また、手順Ｓ７の判定で合計目標出力Ｅｓｕｍが最大可能出力Ｅｍａｘ以下と判定されたときは、右走行用電動機目標出力Ｅｒ１、左走行用電動機目標出力Ｅｒ２、油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３はそのままに保持され（手順Ｓ９）、制御を終了する（手順Ｓ１０）。
【００３０】
上述した手順Ｓ４，Ｓ５，Ｓ８，Ｓ９において求められた右走行用電動機目標出力Ｅｒ１、左走行用電動機目標出力Ｅｒ２、油圧ポンプ用電動機目標出力Ｅｒ３のそれぞれが、図５に示すように、比例器８１，８２，８３に入力されて比例定数１／Ｃと乗算され、さらに乗算器８４，８５，８６に入力されて１／Ｎｒｅｌ１，１／Ｎｒｅｌ２，１／Ｔｒｅｌ３とそれぞれ乗算され、右走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ１Ａ、左走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ２Ａ、油圧ポンプ用電動機指令回転数Ｎｃｏｍ３Ａが求められる。これらの右走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ１Ａ、左走行用電動機指令トルクＴｃｏｍ２Ａ、油圧ポンプ用電動機指令回転数Ｎｃｏｍ３Ａに相当する制御信号が、上述したように右走行用インバータ２８ｂ、左走行用インバータ２８ｃ、油圧ポンプ用インバータ５２に出力される。これにより、バッテリ２４の残電力量が３０％の微少量になったときには、油圧ポンプ用インバータ５２を介して駆動する油圧ポンプ用電動機２２の回転数が低下し、油圧ポンプ４１からの吐出量が減り、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６への圧油の供給量が減少する。
【００３１】
なお、バッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量になったときには、制御器５５から警告ランプ５７に信号が出力され、警告ランプ５７が点灯する。
【００３２】
上述したように、図４の手順Ｓ６におけるＥｍａｘＡの設定は、Ｅｍａｘの３０％〜５０％程度とすればよいが、この値をオペレータが変更したい場合には、出力調整ダイヤル５６を回すことによって手動で調整すればよい。
【００３３】
このように構成した本実施形態によれば、操作装置５４の該当する操作装置の操作に伴って制御器５５から例えば右走行用インバータ２８ｂ、左走行用インバータ２８ｃに制御信号が出力され、右走行用電動機１３、左走行用電動機１４が駆動され、図１に示すクローラ１１が動かされて走行が行なわれる。また、例えば操作装置５４の該当する操作装置の操作に伴って制御器５５から制御信号が油圧ポンプ用インバータ５２に出力され、油圧ポンプ用電動機２２が駆動される。これによって油圧ポンプ４１が駆動し、この油圧ポンプ４１から吐出される圧油が油圧制御弁４２を介してブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の該当する油圧アクチュエータに供給され、フロント作業機３０が駆動して掘削作業等の所望の作業が行なわれる。
【００３４】
このような状態において、バッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量に減少したときには、上述のように出力指令が減少した油圧ポンプ用電動機２２によって駆動される油圧ポンプ４１の吐出量が減少し、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ２６の作動速度が低下し、それまでに比べてフロント作業機３０の動きが遅くなる。これによって、オペレータにバッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量になったことを気付かせることができ、バッテリ上がりを防ぐ対応を促すことができる。
【００３５】
また、バッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量になったときには、右走行用電動機１３及び左走行用電動機１４を優先的に駆動するようにしてあることから、この油圧ショベルを充電基地まで迅速に走行させることができる。
【００３６】
また、上述のようにバッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量になったときに、警告ランプ５７が点灯するので、このような状態にあることをより確実にオペレータに認識させることができる。また、出力調整ダイヤル５６を調整することによって、バッテリ２４の残電力量が微少量になったと判断するタイミングを、オペレータの望むように変更させることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、バッテリ２４の残電力量が３０％以下の微少量になったときには、制御器５５から出力される制御信号によって、右走行用電動機１３、左走行用電動機１４を優先的に駆動させ、油圧ポンプ用電動機２２への出力を減少させる制御を行なわせるようにしたが、本発明は、このように制御することには限られない。例えば、このようにバッテリ２４の残電力量が微少量になったときに、右走行用電動機１３、左走行用電動機１４の優先的な駆動は維持させるものの、旋回用電動機２５への出力を減少させる制御を行なわせるようにしてもよい。このように制御する構成にした場合も、オペレータにバッテリ２４の残電力量が微少量になったことを気付かせることができ、上記実施形態と同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るアクチュエータ駆動装置の一実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本実施形態の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に備えられる制御器の要部構成を示す図である。
【図４】本実施形態に備えられる制御器における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に備えられる制御器の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    走行体
１３    右走行用電動機（特定電動機）
１４    左走行用電動機（特定電動機）
２０    旋回体
２２    油圧ポンプ用電動機
２２ａ  回転数センサ
２４    バッテリ
２５    旋回用電動機
２８ａ  旋回用インバータ
２８ｂ  右走行用インバータ
２８ｃ  左走行用インバータ
３０    フロント作業機
３２    ブームシリンダ
３４    アームシリンダ
３６    バケットシリンダ
４０    油圧制御機構
４１    油圧ポンプ
４２    油圧制御弁
５２    油圧ポンプ用インバータ
５５    制御器（電力制御手段）
５６    出力調整ダイヤル（手動電力調整手段）
５７    警告ランプ（警告手段）
７１    乗算器
７２    乗算器
７３    乗算器
７４    比例器
７５    比例器
７６    比例器
７７    加算器
８１    比例器
８２    比例器
８３    比例器
８４    乗算器
８５    乗算器
８６    乗算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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