(57)【要約】【課題】旋回用電動モータの出力軸に連設される減速機にブレーキ機構をコンパクトに設けるとともに、過負荷がかかっても損傷を受けない旋回式電動作業車両を提供する。【解決手段】走行装置２上に旋回体３を旋回可能に配置し、該旋回体３を電動モータ２５の駆動により旋回可能とする旋回式電動作業車両において、前記電動モータ２５の出力軸２５ａに減速機２６を連動連結し、減速機２６の出力軸４４から走行装置２に固定されるリングギヤ４９に動力を伝達する構成とするとともに、前記減速機２６の動力伝達経路途中にブレーキ機構４６とトルクリミッタ３９が設けられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行装置上に旋回体を旋回可能に配置し、該旋回体を電動モータの駆動により旋回可能とする旋回式電動作業車両において、前記電動モータの出力軸に減速機を連動連結し、減速機の出力軸から走行装置に固定されるリングギヤに動力を伝達する構成とするとともに、前記減速機の動力伝達経路途中にブレーキ機構とトルクリミッタが設けられることを特徴とする旋回式電動作業車両。
【請求項２】
前記ブレーキ機構は電磁ブレーキにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の旋回式電動作業車両。
【請求項３】
前記トルクリミッタは、電動モータの出力軸と減速機の入力軸の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の旋回式電動作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回式電動作業車両、詳しくは、バッテリからの電力が旋回用電動モータに供給されるバックホーにおいて、該旋回用電動モータの出力回転を減速する減速機の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バックホー等の旋回式作業車両の旋回体上にバッテリ等の蓄電池を配置し、該蓄電池からの電力を旋回用電動モータに供給し、旋回体を左右旋回可能に構成した技術が公知となっている。例えば、特許文献１の技術である。
特許文献１の技術においては、旋回用電動モータから減速機ユニットを介してピニオンギアに動力を伝達して、旋回台を旋回させる構成とし、減速機ユニットには、ブレーキ機構が設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記減速機ユニットのブレーキ機構は、減速歯車とピニオンの間に配置されていたために、ブレーキ機構は大きなブレーキ容量を必要とし、大きく重い構成となっていた。また、減速歯車の下方にブレーキ機構が配置されていたために、上下方向に長くなり、小型の旋回式作業車両では旋回用電動モータが邪魔になるおそれがあった。また、大きな旋回負荷がかかった場合、減速歯車や旋回用電動モータが損傷するおそれがあった。
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、旋回用電動モータの出力軸に連設される減速機にブレーキ機構をコンパクトに設けるとともに、過負荷がかかっても損傷を受けない旋回式電動作業車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、走行装置上に旋回体を旋回可能に配置し、該旋回体を電動モータの駆動により旋回可能とする旋回式電動作業車両において、前記電動モータの出力軸に減速機を連動連結し、減速機の出力軸から走行装置に固定されるリングギヤに動力を伝達する構成とするとともに、前記減速機の動力伝達経路途中にブレーキ機構とトルクリミッタが設けられるものである。
【０００８】
請求項２においては、前記ブレーキ機構は電磁ブレーキにより構成されるものである。
【０００９】
請求項３においては、前記トルクリミッタは、電動モータの出力軸と減速機の入力軸の間に配置されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
減速機に設けられるブレーキ機構及びトルクリミッタをコンパクトに配置できるとともに、過負荷がかかっても電動モータや減速機の歯車が損傷を受けることがない。電動モータに対して非通電状態でも旋回体を停止状態に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るバックホーの全体構成を示した側面図。
【図２】旋回体の平面図。
【図３】走行装置と旋回用電動モータを示す斜視図。
【図４】旋回用電動モータと減速機を示す側面図。
【図５】ブレーキ機構とトルクリミッタの配置構成の別実施形態を示す側面図。
【図６】旋回用電動モータと減速機の配置構成の別実施形態を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、旋回式電動作業車両としてバックホーの概略構成について、図１、図２を用いて説明する。なお、図１における矢印Ａ方向を前方として説明する。また、図２において、キャノピー３７を外した状態を示している。
バックホー（パワーショベル）１は、走行装置２上に旋回体３が旋回自在に設けられ、該旋回体３の前部に作業機４が取り付けられている。
【００１４】
走行装置２は下部フレームとなるトラックフレーム２１に支持されており、トラックフレーム２１の左右両側に配置した前後方向に長い支持フレーム部の後側に駆動輪２２、前側に従動輪２３を配置し、駆動輪２２と従動輪２３に履帯２４を巻回している。左右の駆動輪２２・２２はそれぞれ図示しない油圧モータにより駆動される。前記トラックフレーム２１の中央上に旋回体３を構成する旋回台フレーム３１が後述する旋回軸受４８を介して旋回可能に支持されている。
【００１５】
前記旋回台フレーム３１の前部に作業機４が装着される。
作業機４は、ブームブラケット１１、ブーム１２、ブームシリンダ１３、アーム１４、アームシリンダ１５、バケット１６、バケットシリンダ１７等を備える。
ブームブラケット１１は旋回台フレーム３１の前部から前方に突設して形成された突出部３１ａに左右回動自在に支持され、図示しないスイングシリンダにより左右回動可能とされている。ブームブラケット１１の上部にブーム１２の後下部が前後回動可能に支持され、ブームブラケット１１の前部にブームシリンダ１３の基部が支持される。
【００１６】
ブーム１２は、側面視「く」字状に形成され、後下部がブームブラケット１１に前後回動可能に支持され、中途部の下部にブームシリンダ１３のシリンダロッド先端が支持され、ブームシリンダ１３を伸縮させることでブーム１２を前後回動可能としている。
ブーム１２の先端にはアーム１４の基部とアームシリンダ１５の先端が枢支され、アームシリンダ１５基部はブーム１２の中途部の上部に支持されている。アームシリンダ１５を伸縮させることでアーム１４を前後回動可能としている。
アーム１４の先端にバケット１６が支持され、該バケット１６とアーム１４の基部側との間にバケットシリンダ１７が介装され、バケットシリンダ１７を伸縮させることでバケット１６を前後回動可能としている。
【００１７】
旋回体３は、走行装置２上で旋回可能に支持され、旋回台フレーム３１の前部に作業機４を装着し、旋回台フレーム３１の後部上にバッテリユニット５０が載置され、旋回台フレーム３１の中央部上に操縦部４０と油圧装置や旋回用電動モータ２５や油圧制御部等が配置されている。
【００１８】
操縦部４０は旋回台フレーム３１の上面から所定空間あけてステップ３２が設けられる。ステップ３２の略中央部から後部上に運転席３３が配置され、運転席３３の左右両側に作業機４の操作レバー３４Ｌ・３４Ｒが配置され、運転席３３前方のステップ３２上に走行レバー３５やアクセルペダル等が配置されている。
【００１９】
運転席３３の後部よりキャノピーフレーム３６が立設され、キャノピーフレーム３６の上部にキャノピー３７を設けて運転席３３の上方を覆う構成としている。
前記旋回台フレーム３１とステップ３２との間の空間に油圧制御装置が配置され、運転席３３下方の旋回台フレーム３１上における旋回用電動モータ２５とバッテリユニット５０との間にポンプ用電動モータ２８や該ポンプ用電動モータ２８により駆動される油圧ポンプ２９等が配置されている。詳しくは、図１、図２、図３に示すように、旋回用電動モータ２５のロータ軸（出力軸２５ａ）が上下方向を向くように配置され、その後方にポンプ用電動モータ２８がそのロータ軸（出力軸）が左右方向を向くように配置され、ポンプ用電動モータ２８の出力軸に油圧ポンプ２９が連結されている。このポンプ用電動モータ２８と油圧ポンプ２９は複数のバッテリ５１・５１・・・に囲まれた空間内に配置されている。
【００２０】
前記バッテリユニット５０は旋回体３の後部に配置される。詳しくは、運転席３３の後方の旋回台フレーム３１の後部上にバッテリユニット５０が配設される。バッテリユニット５０は図示しない防振部材を介して旋回台フレーム３１に取り付けられる。バッテリユニット５０は複数のバッテリ５１・５１・・・と該バッテリ５１・５１・・・を載置固定する棚状部材とバッテリ５１の出力電圧や出力電流等を制御する電源回路等からなる。バッテリ５１は鉛蓄電池、リチュウムイオン電池等の二次電池からなる。複数のバッテリ５１から電力を供給することにより前記ポンプ用電動モータ２８や旋回用電動モータ２５や制御装置やランプ等の電気機器を作動することを可能としている。
【００２１】
複数のバッテリ５１・５１・・・は、旋回体３の後部外側形状に沿って配設される。バックホー１は後方小旋回型として、旋回体３は、平面視において、後部が円弧状に形成され、その円弧の半径Ｒは、旋回時に、旋回軸心Ｃから履帯２４の横外端以内、または、若干大きい程度としている。従って、複数のバッテリ５１が棚状部材に載置された状態で、各バッテリ５１は、平面視で旋回体３の旋回軸心Ｃを中心とした外形円の半径Ｒと同心円となるように並べて配設される。このような配置とすることで、バッテリ５１を旋回体３の後部形状となる円周に沿って効率良く配置でき、作業機４と反対側であって旋回軸心Ｃから最も離れた位置に重量物となるバッテリ５１を配置でき、カウンタウエイトとして、作業安定性を向上でき、前後重量バランスも向上できる。
【００２２】
次に、旋回用電動モータ２５の配置構成について、図１〜図４より説明する。
旋回台フレーム３１の略中央に減速機２６が固設され、該減速機２６上に旋回用電動モータ２５が配設される。なお、旋回用電動モータ２５は図示しない支持部材で旋回台フレーム３１に固定される。
【００２３】
旋回用電動モータ２５は前記運転席３３の下方に配置される。詳しくは、運転席３３の座面３３ａの下方に配設されて、運転席３３を支持するシートカバー２７により覆われる構成としている。
このように、走行装置２上に旋回体３を旋回可能に配置し、該旋回体３の前部に作業機４を配置し、旋回体３の後部にバッテリ５１を配置し、該バッテリ５１からの電力供給により前記作業機４及び走行装置２を作動可能とする旋回式電動作業車両において、前記旋回体３の中央上に運転席３３を配置し、該運転席３３の下方に旋回体３を回転駆動する旋回用電動モータ２５を配置したので、運転席３３下方の空間を有効利用できる。また、旋回用電動モータ２５を運転席３３により覆うことができ、旋回用電動モータ２５は露出せず外観を悪化させない。また、旋回用電動モータ２５がステップ３２上に露出しないため、つまずいたり、邪魔になったりすることがない。そして、旋回用電動モータ２５がシートカバー２７により覆われて露出されず、旋回用電動モータ２５を覆うとともに運転席３３を載置固定するシートカバー２７を開けることで容易にメンテナンス等ができる。また、旋回体３の中央上に旋回用電動モータ２５が位置するため、旋回時の重量バランスがよい。
【００２４】
前記旋回用電動モータ２５の下方には減速機２６が配置され、旋回用電動モータ２５の出力軸（ロータ軸）２５ａは上下（鉛直）方向に配設されて下方に突出され、減速機２６の入力軸に連結される。前記旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａは旋回軸心Ｃと同一軸心上に配置され、減速機２６は旋回軸心Ｃに対して作業機４と前後反対側に配置されている。なお、油圧ポンプ２９からの圧油を旋回時でも走行用の油圧モータへ送油するためのスイベルジョイント１８は出力軸２５ａの下方に配置される。
このように、旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａと、旋回体３の旋回軸心Ｃが同軸上に配置されるため、旋回体３の回動中心に重量物となる旋回用電動モータ２５が配置されることとなり、旋回時の回転モーメントが抑えられ、重量バランスを向上できる。
【００２５】
前記減速機２６は、図４に示すように、ケース４１に入力軸４２と伝動軸４３と出力軸４４が平行に回転自在に上下方向に支持され、ケース４１内の入力軸４２と伝動軸４３と出力軸４４上にそれぞれ減速用歯車が軸支され、対向する歯車が歯合されて減速機構を構成している。但し、本実施形態では、二段の減速としているが限定するものではなく、更に伝動軸を設けて減速段を増加することもできる。また、遊星歯車機構を用いて減速することも可能であり、減速機構の構成も限定するものではない。
【００２６】
前記出力軸４４の一端（下端）はケース４１より下方に突出され、該出力軸４４の下端にピニオン４７が固設されている。該ピニオン４７は前記トラックフレーム２１に設ける旋回軸受４８に固設したリングギヤ４９と歯合される。前記旋回軸受４８はボールベアリングで構成され、内輪４８ａにリングギヤ４９が固設されるとともに、トラックフレーム２１に固設され、旋回軸受４８の外輪４８ｂは旋回台フレーム３１に固設される。
【００２７】
また、前記旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａと減速機２６の出力軸４４との間における動力伝達経路途中には非操作時に制動するブレーキ機構４６が設けられている。具体的には、ブレーキ機構４６は電磁ブレーキで構成され、出力軸４４とケース４１の間、つまり、電磁ブレーキの摩擦板を固設したアーマチャが出力軸４４上にスプライン嵌合され、制動アクチュエータとなるソレノイドが出力軸４４の他端の上方のケース４１上に固設されている。
ブレーキ機構４６は、旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａと減速機２６の入力軸４２の間に配置することで、作用トルクが小さくて済み、容量を小さくでき、小型化にすることができる。
そして、ソレノイドは図示しない制御手段と接続され、該制御手段には旋回操作手段と接続される。更に詳細には、制御手段は操作レバー３４の基部に設けた操作検知手段と接続されている。但し、ブレーキ機構４６の配置は出力軸４４とケース４１の間に限定するものではなく、入力軸４２とケース４１の間、または、伝動軸４３とケース４１の間、または、図５に示すように入力軸４２と旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａとの間に配置することも可能である。
このように前記ブレーキ機構４６は電磁ブレーキにより構成されるので、ブレーキを作動させるための操作リンク機構が不要となり、簡単な構成となり、操作力を軽減できる。また、電磁ブレーキは減速機２６を収納するケース４１に後付けでき、仕様変更が容易にできる。
【００２８】
このような構成において、旋回操作手段を操作すると、操作検知手段がこの状態を検知して制御手段は制動アクチュエータを作動させてブレーキ機構４６は制動が解除され、旋回用電動モータ２５が作動され、減速機２６を介してピニオン４７が回転される。この回転により旋回用電動モータ２５及び減速機２６を固設する旋回台フレーム３１が旋回される。
【００２９】
旋回操作手段を操作しない中立の状態とすると、操作検知手段がこの状態を検知して制御手段は制動アクチュエータの作動を停止してブレーキ機構４６により制動し、旋回体３の旋回を停止させる。こうして、制動アクチュエータへの非通電時には停止トルクが作用し、自重や外力により旋回体３が旋回することを防止している。
【００３０】
また、ブレーキ機構４６は、電磁ブレーキで構成する替わりに摩擦板式やドラム式等のメカ式のブレーキで構成することも可能である。具体的には、摩擦板式とした場合においては、ケース４１側と出力軸４４側とにそれぞれ摩擦部材となる摩擦板を設けて、該摩擦部材は制動体により押圧可能に構成され、該押圧体は連係部材を介して旋回操作手段と連係する構成とする。
【００３１】
このような構成において、旋回操作手段となる操作レバー３４を回動操作すると、その回動により連係部材となるワイヤーが引っ張られて摩擦板と摩擦板の圧接が解除されブレーキ機構４６は制動が解除され、旋回用電動モータ２５が作動され、減速機２６を介してピニオン４７が回転される。この回転により旋回用電動モータ２５及び減速機２６を固設する旋回台フレーム３１が旋回される。
【００３２】
旋回操作手段を操作しない中立の状態とすると、ワイヤーが元の位置に戻され、摩擦板と摩擦板が圧接されブレーキ機構４６は制動し、旋回体３の旋回を停止させる。こうして、非操作時には、自重や外力により旋回体３が旋回することを防止している。
【００３３】
また、前記旋回用電動モータ２５及び減速機２６は、下部フレームとなる走行装置２のトラックフレーム２１内に収納する構成とすることもできる。
即ち、図６に示すように、旋回台フレーム３１に旋回用電動モータ２５の上部が固設され、該旋回用電動モータ２５の下方に減速機２６が配設され、減速機２６も旋回台フレーム３１に固設される。そして、旋回台フレーム３１の下方であってトラックフレーム２１の前後左右中央に設ける円形の空間内、つまり、リングギヤ４９の内側に旋回用電動モータ２５と減速機２６が配置されるのである。
【００３４】
このように構成することで、重量物となる旋回用電動モータ２５の配置位置をできるだけ低い位置に配置されるので、重心を低くでき、安定性を向上できる。また、旋回用電動モータ２５はトラックフレーム２１内に収納されるので、外観に悪影響を与えず、トラックフレーム２１により保護される。
【００３５】
また、前記旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａと減速機２６の出力軸４４との間における動力伝達経路途中にトルクリミッタ３９が配置されている。このように構成することで、旋回用電動モータ２５や減速機２６の歯車等に過大なトルクがかからないようにしている。具体的には、図４に示すように、トルクリミッタ３９は減速機２６のケース４１内の出力軸４４上に配置されている。該トルクリミッタ３９は本実施形態では出力軸４４上の設けられる図示しない駆動カムと従動カムと押圧バネとから構成されるが、その構成は限定するものではない。また、トルクリミッタ３９の配置は、ケース４１内の伝動軸４３上、または、入力軸４２上に配置することも可能である。
あるいは、トルクリミッタ３９は、図５に示すように、減速機２６の入力軸４２と旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａとの間に配置することも可能である。この場合、ケース４１の外側にトルクリミッタ３９が配置されるため、後付が可能となり仕様変更が容易にでき、メンテナンスも容易にできる。また、トルクリミッタ３９は動力伝達経路の上流側に配置されるため、作用トルクが小さくなり、トルクリミッタ３９は小型に構成することができる。
【００３６】
上記のように、前記旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａに減速機２６を連動連結し、減速機２６の出力軸４４から走行装置に固定されるリングギヤ４９に動力を伝達する構成とするとともに、前記減速機２６の動力伝達経路途中にブレーキ機構４６とトルクリミッタ３９が設けられるので、旋回用電動モータ２５が非通電状態でもブレーキ機構４６により旋回体３を停止状態に保持でき、この停止状態で外部から大きな負荷がかかった場合でも、トルクリミッタ３９によりブレーキ機構４６や歯車等に損傷を与えることがない。そして、トルクリミッタ３９をケース４１内に配置することで、コンパクトに構成することができる。
【００３７】
また、前記トルクリミッタ３９は、旋回用電動モータ２５の出力軸２５ａと減速機２６の入力軸４２の間に配置することで、作用トルクが小さい駆動上流部に配置することができ、トルクリミッタ３９の容量を小さくでき小型にすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
２    走行装置
３    旋回体
４    作業機
２５  電動モータ
２５ａ  出力軸
２６  減速機
３９  トルクリミッタ
４２  入力軸
４４  出力軸
４６  ブレーキ機構
【図１】
2013144889.tif 000003
【図２】
2013144889.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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