JP2000319932A

JP2000319932A - ショベル

Info

Publication number: JP2000319932A
Application number: JP11131745A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kinukawa; 秀樹絹川; Masayuki Komiyama; 昌之小見山; Hirokazu Shintani; 裕和新谷; Masayuki Kagoshima; 昌之鹿児島
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-21
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: JP3833413B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン運転異常時にはエンジンによる発電
を停止させ、バッテリのみからの蓄電力供給に切り換え
て作業の継続を可能にしたショベルを提供する。【解決手段】動力源としてのエンジン8と、このエン
ジン8によって駆動する発電機9と、バッテリ10と、下部
走行体、上部旋回体、作業アタッチメント等を駆動させ
る電動機11a,14a,16a,5,6,17と、エンジン8の運転異常
を検出するセンサ19と、入力側に発電機9とバッテリ10
が接続され出力側に電動機が接続されるコントロールユ
ニット18とを備え、コントロールユニット18は、センサ
19によってエンジン運転異常が検出された際に、発電機
9から電動機への電力供給を遮断してバッテリ10のみか
らの蓄電力供給に切り換えるように構成されていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動機により油圧ポ
ンプを駆動し、その油圧ポンプから吐出される圧油で油
圧アクチュエータを作動させる油圧ショベルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的な油圧ショベルは下部走行
体（通常はクローラ）に上部旋回体を旋回自在に搭載
し、この上部旋回体に、ブームとアームとバケットを備
えた掘削アタッチメントを搭載し、上部旋回体に設置さ
れたエンジンを動力源として主油圧ポンプを駆動させ、
その主油圧ポンプから吐出される吐出油を各油圧アクチ
ュエータ（下部走行体用の走行モータ、上部旋回体を旋
回させるための旋回モータ、掘削アタッチメントを駆動
させるための油圧シリンダ等）に供給して、走行、旋
回、ブーム起伏、アーム作動、バケット作動等を行わせ
るように構成している。

【０００３】この種の油圧式ショベルは、エンジン負荷
が急増した際に黒煙を発生して排気ガス公害を生じ、加
えて燃費が悪くなるという問題を抱えている。そこで、
例えば特開平8−60705号公報に示されているように、エ
ンジンの負荷が所定値を超えた場合に、バッテリからの
蓄電力を電動モータに供給しその電動モータで補助油圧
ポンプを駆動させ、その補助油圧ポンプから吐出される
圧油を上記主油圧ポンプから吐出される圧油に合流させ
て油圧アクチュエータに供給し、それによってエンジン
の出力を支援する、所謂、ハイブリッド式の油圧ショベ
ルが知られている。

【０００４】この種のハイブリッド式油圧ショベルによ
れば、エンジンに対し急激に負荷が増大しても排気ガス
公害を発生することがなく、且つ燃費が改善されるよう
になっている。

【０００５】また、上記ハイブリッド式油圧ショベルで
は主油圧ポンプを駆動させる主体はエンジンであり、補
助油圧ポンプは主油圧ポンプをアシストするものであ
る。これに対し、油圧ポンプの駆動源をエンジンから電
動モータに代えた電動式油圧ショベルも検討されてい
る。油圧ポンプを駆動させる主体が電動モータで構成さ
れているこの種の電動式油圧ショベルは、一般的に、６
TON以下の小型油圧ショベルに好適であるとされてお
り、電動モータに供給する電力はエンジンで駆動する発
電機から供給されることになる。上記電動式油圧ショベ
ルでは排気ガス公害の問題をさらに改善することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記電動式油圧ショベ
ルでは、油圧アクチュエータ等を駆動させる駆動モータ
の電力をすべて発電機から得ている。この構成におい
て、例えばラジエータの目詰まり等のトラブルによって
エンジン冷却水温度が上昇すると、オーバーヒートを避
けるために直ちにエンジン回転数を落として作業を休止
させなければならない。そうすると、発電機から出力さ
れる電力に依存している電動式油圧ショベルでは、作業
を中断しなければならず、その結果、工程の遅れを生じ
ることになる。

【０００７】本発明は上記した従来の油圧ショベルにお
ける課題を考慮してなされたものであり、エンジンの運
転異常時にはエンジンによる発電を停止させ、バッテリ
からの電力供給に切り換えて作業の継続を可能にしたシ
ョベルを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、下
部走行体上に上部旋回体が搭載され、この上部旋回体に
作業アタッチメントが装備されたショベルにおいて、動
力源としてのエンジンと、このエンジンによって駆動す
る発電機と、バッテリと、下部走行体、上部旋回体、作
業アタッチメント等を駆動させる電動機と、エンジンの
運転異常を検出する検出手段と、入力側に発電機とバッ
テリが接続され出力側に電動機が接続される切換制御手
段とを備え、切換制御手段は、エンジンの運転状態が正
常時にはエンジンで発電機を駆動させて電動機に電力を
供給し、検出手段によってエンジン運転異常が検出され
た際に、発電機から電動機への電力供給を遮断してバッ
テリからの蓄電力供給に切り換えるように構成されてい
るショベルである。

【０００９】請求項２の本発明は、切換制御手段が、エ
ンジンの運転異常が解消された際に、発電機から電動機
への電力供給を再開させるように構成されているショベ
ルである。

【００１０】請求項３の本発明において、検出手段は、
エンジン温度を検出するように構成することが好まし
い。

【００１１】請求項４の本発明は、エンジン冷却水温度
またはエンジンオイルの温度を検出する温度センサを有
し、その温度センサから出力されるエンジン冷却水温度
またはエンジンオイルの温度に基づいてエンジン温度を
検出し、エンジン温度が所定温度を超えたときにエンジ
ンの運転異常を検出するように構成されているショベル
である。

【００１２】請求項５の本発明は、エンジンの運転異常
が検出された際に、エンジン回転数を低アイドル回転数
に設定し、エンジンの運転異常が解消された際に所定の
アイドル回転数に復帰させるアイドル回転数調整手段を
備えてなるショベルである。

【００１３】請求項６の本発明は、バッテリ残量を検出
するバッテリセンサを有し、バッテリのみからの蓄電力
供給によりバッテリ残量が所定電圧以下に低下した際
に、電動機の回転数を一定回転数低下させ、エンジンの
運転異常が解消された際に、電動機の回転数を一定回転
数増加させる回転数調整手段を備えてなるショベルであ
る。

【００１４】請求項７の本発明は、電動機によって油圧
ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出される圧油に
よって下部走行体、上部旋回体、作業アタッチメント駆
動用の油圧アクチュエータを駆動させるショベルであ
る。

【００１５】請求項１の本発明に従えば、検出手段によ
ってエンジンの運転異常が検出されると、切換制御手段
は、発電機から電動機への電力供給を遮断してバッテリ
の蓄電力を電動機に供給する。それにより、エンジンの
負荷を略ゼロにして過負荷状態を回避することができ
る。この間、下部走行体、上部旋回体及び作業アタッチ
メント駆動用の電動機にはバッテリから蓄電力が供給さ
れているため、作業を続行することができる。

【００１６】請求項２の本発明に従えば、エンジンの運
転異常が解消されると、発電機から電動機への電力供給
が自動的に再開される。

【００１７】請求項３及び４の本発明に従えば、エンジ
ン冷却水またはエンジンオイルの油温を検出することに
よりエンジンの運転異常を検出することができる。

【００１８】請求項５の本発明に従えば、エンジンの運
転異常が検出された際にエンジン回転数が低アイドル回
転数に設定され、燃料の消費を低減させることができ
る。

【００１９】請求項６の本発明に従えば、バッテリの残
量が低下すると電動機の回転数が低下し、それによって
電力供給量が節約され作業時間を延長することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るショベルの一
実施形態について図面を参照して説明する。

【００２１】図１は本発明のショベルの外観を示したも
のであり、１は下部走行体、２は上部旋回体、３は上部
旋回体２の前部に装備された作業アタッチメントとして
の掘削アタッチメントである。

【００２２】下部走行体１は左右のクローラフレーム４
及びクローラ４ａ（いずれも片側のみ図示）を有し、両
側クローラ４ａは、後述する左右の走行用電動モータ
５，６により個別に独立して回転駆動される。

【００２３】上部旋回体２は、旋回フレーム７ａとキャ
ビン７ｂを有し、この旋回フレーム７ａに、動力源とし
てのエンジン８と、このエンジン８によって駆動される
発電機９と、バッテリ１０等が配設されている。

【００２４】掘削アタッチメント３は、ブーム１１と、
そのブーム１１を起伏させるためのブームシリンダ１２
と、アーム１３と、そのアーム１３を回動させるための
アームシリンダ１４と、バケット１５と、そのバケット
１５を押し引きするためのバケットシリンダ１６とを備
えている。

【００２５】図２のブロック図は、上記ショベルにおけ
る駆動系及び制御系の構成を示したものである。なお、
同図において、実線矢印は電気駆動系、点線矢印は電動
機の持つ運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、こ
れをバッテリ１０に送る電気回生系、一点鎖線矢印は油
圧駆動系をそれぞれ示している。

【００２６】同図において、上記ブームシリンダ１２に
対しては、ブーム用電動モータ１１ａによって駆動され
るブーム用油圧ポンプ１１ｂから圧油が供給され、上記
アームシリンダ１４に対しては、アーム用電動モータ１
４ａによって駆動されるアーム用油圧ポンプ１４ｂから
圧油が供給され、上記バケットシリンダ１６に対して
は、バケット用電動モータ１６ａによって駆動されるバ
ケット用油圧ポンプ１６ｂから圧油が供給される。な
お、上記各電動モータ１１ａ，１４ａ，１６ａは電動機
を構成する。

【００２７】また、下部走行体１に備えられた左走行用
電動モータ５は減速機５ａを介し、右走行用電動モータ
６は減速機６ａを介し、それぞれクローラ４ａを周回移
動させる。また、上部旋回体２に備えられた旋回用電動
モータ１７は減速機１７ａを介して上部旋回体２を旋回
させる。なお、左走行用電動モータ５，右走行用電動モ
ータ６，旋回用電動モータ１７は電動機を構成する。

【００２８】上記した各電動モータ１１ａ，１４ａ，１
６ａ，５，６及び１７はコントロールユニット１８によ
って制御されるようになっている。コントロールユニッ
ト１８はエンジン運転状態監視部１８ａとアイドル回転
数調整部１８ｂと供給電力切換部１８ｃと電動機回転数
調整部１８ｄとを備えている。

【００２９】エンジン運転状態監視部１８ａの入力側に
は、エンジン冷却水温度を検出する検出手段としての温
度センサ１９とバッテリの残量を検出するバッテリセン
サ２０とが接続されており、出力側から出力される指令
は供給電力切換部１８ｃに与えられる。供給電力切換部
１８ｃは発電機９から出力される電力とバッテリ１０か
ら出力される蓄電力のいずれか一方を各電動モータに供
給するようになっている。

【００３０】アイドル回転数調整部１８ｂは、エンジン
運転状態監視部１８ａから出力される指令を受けてエン
ジンアクセルモータ２１を制御する。

【００３１】電動機回転数調整部１８ｄは、バッテリ残
量に応じてエンジン運転状態監視部１８ａから出力され
る指令を受けて各電動モータの回転数を一定数低下さ
せ、また、低下させた回転数を復帰させる。

【００３２】上記エンジン運転状態監視部１８ａと供給
電力切換部１８ｃとによって切換制御手段が、エンジン
運転状態監視部１８ａとアイドル回転数調整部１８ｂと
によってアイドル回転数調整手段が、エンジン運転状態
監視部１８ａと電動機回転数調整部１８ｄとによって電
動機回転数調整手段がそれぞれ構成される。

【００３３】なお、軽負荷作業時において発電機９から
発生した余剰交流電力は図示しないインバータにより直
流に変換し、バッテリ１０に蓄えるようになっている。

【００３４】次に、上記コントロールユニット１８の制
御動作を図３のフローチャートを参照しながら説明す
る。

【００３５】まず、運転状態監視部１８ａは温度センサ
１９から検出されるエンジン冷却水温度情報に基づきエ
ンジン冷却水の温度が例えば１００℃を超えているかど
うかを判断する（ステップＮ１）。ＹＥＳであれば次い
でエンジン冷却水温度が９０℃以下でないことを確認し
て（ステップＮ２）、発電機９から電動モータ１１ａ，
１４ａ，１６ａ，５，６，１７への通電をすべて遮断す
る（ステップＮ３）。

【００３６】次いで、アイドル回転数調整部１８ｂは、
エンジン回転数を高アイドル回転数（例えば2300rpm）
から低アイドル回転数（例えば900rpm）に低下させる。
ただし、エンジン８を停止させてしまうと、冷却ファン
による冷却効果が得られなくなるため、低アイドル回転
数で冷却ファンを回転させエンジン８を冷却する。ま
た、それにより燃料の節約を図る。

【００３７】次いで、運転状態監視部１８ａは、供給電
力切換部１８ｃに指令してバッテリ１０からの蓄電力を
電動モータに供給するように電力供給を切り換える（ス
テップＮ５）。

【００３８】ここで、運転状態監視部１８ａはバッテリ
センサ２０から出力されるバッテリ残量情報に基づき、
バッテリ残量がフル充電時の３０％を下回ったかどうか
を判断し（ステップＮ６）、ＹＥＳであれば各電動モー
タの回転数を一定回転数低下させる。具体的には定格回
転数の６０％に低下させる（ステップＮ７）。すなわ
ち、バッテリ残量が低下してくると、バッテリ１０から
各電動モータへの電力供給を抑制し、それにより作業可
能時間を延長させる。このとき、油圧アクチュエータの
動作は遅くなるが、作業を停止させるような事態は避け
ることができる。

【００３９】なお、ステップＮ６においてＮＯ、すなわ
ちバッテリ残量が十分確保されている場合にはステップ
Ｎ５に戻り、バッテリ１０からの蓄電力供給を継続させ
ることになる。

【００４０】バッテリ１０のみから電力供給が行われて
いるとき、エンジン８の負荷は略ゼロであるため、特別
な故障でない限りはエンジン冷却水温度は時間の経過と
ともに下降する。その結果、エンジン冷却水温度が９０
℃以下になると、ステップＮ２においてＹＥＳと判断さ
れ、運転状態監視部１８ａは供給電力切換部１８ｃに指
令して発電機９から各電動モータへの電力供給を再開さ
せる（ステップＮ８）。同時にバッテリ１０からの蓄電
力供給を停止する（ステップＮ９）。

【００４１】次いで、運転状態監視部１８ａはアイドル
回転数調整部１８ｂに指令して低アイドル回転に設定し
ていたエンジン回転数を高アイドル回転に復帰させ（ス
テップＮ１０）、６０％に制限していた各電動モータの
回転数を定格回転数に復帰させる（ステップＮ１１）。
次いでステップＮ１に戻り、エンジン冷却水温度の監視
を行う。

【００４２】なお、本発明の作業アタッチメントは、上
記実施形態では掘削アタッチメント３で構成したが、こ
れに限らずバケット１５に代えて他の作業工具（例えば
排土板や破砕機等のオプション装置）を取り付けること
もできる。

【００４３】また、上記実施形態ではエンジン冷却水温
度に基づいてエンジン運転異常を検出したが、これに限
らず、エンジン冷却水と温度が相関するエンジンオイル
の油温を検出してエンジン運転異常を判断することもで
きる。

【００４４】また、本発明においてエンジンの運転異常
とは、上記したようにオーバーヒートに限らず、例え
ば、燃料不足等のようにエンジンを停止せざるを得ない
ような状態を含む。なお、燃料不足によるエンジン運転
異常を検出するための検出手段は燃料計で構成すること
ができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の本発明によれば、ラジエータの目詰まり等に
よってエンジン冷却水温度が上昇した場合、切換制御手
段は発電機から電動機への電力供給を遮断してバッテリ
の蓄電力のみ電動機に供給する。それにより、オーバー
ヒート等のエンジン運転異常を防止しつつ作業を継続し
て行うことができる。

【００４６】請求項２の本発明によれば、エンジン冷却
水温度が下降しエンジンの運転が正常に戻ると、バッテ
リから電動機への電力供給が遮断され、発電機から電動
機への電力供給が自動的に再開される。従って、オペレ
ータはエンジン冷却水の温度変化を監視しながら電力供
給の切り換えのタイミングを図るという負担を強いられ
ることなく作業を行うことができる。

【００４７】請求項３及び４の本発明によれば、エンジ
ン冷却水温度またはエンジンオイル油温の温度上昇に基
づいてエンジンの運転異常を判断するため、既存の構成
に切換制御手段を追加するだけで電力供給の切換制御を
実現することができる。

【００４８】請求項５の本発明によれば、エンジンの運
転異常が検出された際にエンジン回転数が低アイドル回
転数に設定されるため、燃料の消費を低減させることが
できる。

【００４９】請求項６の本発明によれば、バッテリから
のみ蓄電力を供給することによってバッテリ残量が低下
すると、電動機の回転数が一定回転数低下され、電力供
給量を制限することができる。それにより、作業時間を
延長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るショベルの外観図である。

【図２】本発明のショベルに搭載される電気・油圧制御
の構成を示すブロック図である。

【図３】図２に示すコントロールユニットの制御動作を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１下部走行体２上部旋回体３掘削アタッチメント（作業アタッチメント）８エンジン９発電機１０バッテリ 11a,14a,16a,5,6,17 電動モータ（電動機）１８コントロールユニット１９温度センサ２０バッテリセンサ２１エンジンアクセルモータ

フロントページの続き (72)発明者小見山昌之広島市安佐南区祇園３丁目12番４号油谷重工株式会社内 (72)発明者新谷裕和神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者鹿児島昌之神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 3G084 AA07 BA03 CA03 CA09 DA27 DA28 DA37 EA11 EB02 EB22 EC03 FA00 FA18 FA20 3G093 AA07 AA10 AA15 BA04 BA08 CA04 CA10 CA11 CA12 DA00 DA05 DB19 EA03 EB00 EB08 FA11 FA12 FB00 FB01 FB05 5H607 BB01 BB02 CC03 CC05 CC07 EE21 FF06 FF22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部走行体上に上部旋回体が搭載され、
この上部旋回体に作業アタッチメントが装備されたショ
ベルにおいて、動力源としてのエンジンと、このエンジンによって駆動
する発電機と、バッテリと、前記下部走行体、上部旋回
体、作業アタッチメント等を駆動させる電動機と、前記
エンジンの運転異常を検出する検出手段と、入力側に前
記発電機と前記バッテリが接続され出力側に前記電動機
が接続される切換制御手段とを備え、前記切換制御手段は、前記エンジンの運転状態が正常時
には前記エンジンで前記発電機を駆動させて前記電動機
に電力を供給し、前記検出手段によってエンジン運転異
常が検出された際に、前記発電機から前記電動機への電
力供給を遮断して前記バッテリからの蓄電力供給に切り
換えるように構成されていることを特徴とするショベ
ル。
【請求項２】前記切換制御手段は、前記エンジンの運
転異常が解消された際に、前記発電機から前記電動機へ
の電力供給を再開させるように構成されている請求項１
記載のショベル。
【請求項３】前記検出手段は、エンジン温度を検出す
るように構成されている請求項１または２に記載のショ
ベル。
【請求項４】エンジン冷却水温度またはエンジンオイ
ルの温度を検出する温度センサを有し、その温度センサ
から出力されるエンジン冷却水温度またはエンジンオイ
ルの温度に基づいて前記エンジン温度を検出し、エンジ
ン温度が所定温度を超えたときにエンジンの運転異常を
検出するように構成されている請求項３記載のショベ
ル。
【請求項５】エンジンの運転異常が検出された際に、
エンジン回転数を低アイドル回転数に設定し、エンジン
の運転異常が解消された際に所定のアイドル回転数に復
帰させるアイドル回転数調整手段を備えてなる請求項１
〜４のいずれかに記載のショベル。
【請求項６】バッテリ残量を検出するバッテリセンサ
を有し、前記バッテリのみからの蓄電力供給によりバッ
テリ残量が所定電圧以下に低下した際に、前記電動機の
回転数を一定回転数低下させ、エンジンの運転異常が解
消された際に、前記電動機の回転数を一定回転数増加さ
せる回転数調整手段を備えてなる請求項１〜５のいずれ
かに記載のショベル。
【請求項７】前記電動機によって油圧ポンプを駆動
し、この油圧ポンプから吐出される圧油によって前記下
部走行体、上部旋回体、作業アタッチメント駆動用の油
圧アクチュエータを駆動させる請求項１〜６のいずれか
に記載のショベル。