JP2012052320A - 電動式建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの始動の際に外部の電源に一時的な降圧が生じても電動モータを始動させることができる電動式建設機械を提供すること。
【解決手段】油圧アクチュエータの油圧源である油圧ポンプを駆動する電動モータ２１と、電動式建設機械の外部の電源２０から供給された電力を、電動モータ２１に供給する電気回路とを備え、この電気回路３１は、電動モータ２１の始動の際に電動モータ２１に外部の電源２０から過大な電流が供給されるのを抑える制御回路４０を備えた電動式建設機械において、外部の電源２０とは別の制御回路４０の電源として蓄電装置３７を、さらに備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧アクチュエータの油圧源である油圧ポンプを駆動する電動モータを備え、この電動モータが外部の電源の電力により駆動される電動式建設機械に関する。

この種の電動式建設機械には、電動式建設機械の外部の電源からの電力を、電動式油圧作業機械に搭載されたキュービクル式高圧受電設備を介して電動モータに供給し、この電動モータを駆動するものがある。

特許文献１には、電動式油圧作業機械の制御回路が開示されている。この制御回路は電動モータ（三相誘導電動モータ）に対しスター回路により電力を供給して電動モータを始動し、始動後に所定時間が経過すると電動モータに対しデルタ回路により電力を供給して電動モータを駆動する状態に切り換わるようになっている。スター回路は電動モータの始動時に電動モータに過大な電流が流れるのを抑えるためのものである。

なお、電動モータの始動時に電動モータに過大な電流が流れるのを抑える電気回路としては、スター回路の他に、リアクトル方式の回路がある。このリアクトル方式の回路は、過大な電流をリアクトルに供給することによって抑えるものである。

特開２００６−２４６６３１公報

ところで、電動式油圧作業機械の一種には走行可能な電動式建設機械、例えば電動式油圧ショベルがある。この電動式油圧ショベルは、複数の作業現場間を移動する場合がある。それら作業現場間の連絡通路には電源が設けられていないことがあり、この場合、電源としてモバイル発電機（「モチベータ」とも呼称される）が用いられる。このモバイル発電機は、ディーゼルエンジンと、このディーゼルエンジンにより駆動される発電機とを、トレーラで運搬可能なコンテナに格納したものである。

モバイル発電機により発電される電力は、ディーゼルエンジンの出力に左右される。そのディーゼルエンジンの出力は、ディーゼルエンジンの製造コスト、運搬に適した重量などの都合で制限される。電動モータの始動には電動モータの定格電流よりも大きな電流が必要であり、モバイル発電機を電動モータの電源として用いた場合には、電動モータの始動時に大きな電流が必要になったことに伴い、電動モータに供給される電力が降圧しすぎることがある。

発電機により発電された電力は、キュービクル式高圧受電設備に備えられたトランスを介して、キュービクル式高圧受電設備の制御回路にも供給される。この制御回路は、一般的に、予め設定された保証電圧よりも低い電圧では動作しないように設定されている。保証電圧とは、制御回路の正常な動作を保証できる電圧の下限として設定されるものである。制御回路は、保証電圧が設定されているため、モバイル発電機により発電された電力が保証電圧を確保できない程度に降圧すると、電動モータを始動できる大きさの電流が電動モータに供給されている状態であっても作動しなくなり、これによって電動モータを始動させることができない、という事態が生じる。

本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、電動モータの始動の際に外部の電源に一時的な降圧が生じても電動モータを始動させることができる電動式建設機械を提供することにある。

前述の目的を達成するために本発明に係る電動式建設機械の電力制御装置は次のように構成されている。

〔１〕 本発明に係る電動式建設機械は、油圧アクチュエータの油圧源である油圧ポンプを駆動する電動モータと、電動式建設機械の外部の電源から供給された電力を、前記電動モータに供給する電気回路とを備え、この電気回路は、前記電動モータの始動の際に前記電動モータに前記外部の電源から過大な電流が供給されるのを抑える制御回路を備えた電動式建設機械において、前記外部の電源とは別の前記制御回路の電源として蓄電装置をさらに備えたことを特徴とする。

この「〔１〕」に記載の電動式建設機械は、外部の電源とは別の制御回路の電源として蓄電装置を備えているので、電動モータの始動の際に外部の電源に降圧が生じても、蓄電装置から制御回路に電力が供給され、制御回路は動作することができる。これにより、電動モータの始動の際に外部の電源に一時的な降圧が生じても電動モータを始動させることができる。

〔２〕 本発明に係る電動式建設機械は、「〔１〕」に記載の電動式建設機械において、前記蓄電装置から前記制御回路に供給される電力の電圧が前記制御回路の正常な動作を保証する電圧として予め設定された保証電圧よりも低いときに、前記外部の電源から前記電動モータへの電力供給を停止するスイッチ手段をさらに備えたことを特徴とする。

この「〔２〕」に記載の電動式建設機械において、スイッチ手段は、蓄電装置から制御回路に供給される電力の電圧が保証電圧よりも低いときに、外部の電源から電動モータへの電力供給を停止する。これによって、蓄電装置の電圧降下に伴って電動モータの動作に異常が生じることを防止できる。

〔３〕 本発明に係る電動式建設機械は、「〔２〕」に記載の電動式建設機械において、前記外部の電源からの前記電動モータに供給される電力の電圧が前記電動モータの定格電圧よりも低くなると前記外部の電源から前記電動モータへの電力供給を停止するスイッチ手段を、さらに備えたことを特徴とする。

この「〔３〕」に記載の電動式建設機械において、スイッチ手段（「〔２〕」に記載のスイッチ手段とは別のもの）は、外部の電源からの電動モータに供給される電力の電圧が電動モータの定格電圧よりも低くなると、外部の電源から電動モータへの電力供給を停止する。無効化手段は、電動モータへの電力供給の開始から所定時間だけ、そのスイッチ手段の作動を無効にする。これらによって、電動モータへの電力供給を開始してから所定時間が経過するまで、例えば電動モータの定格運転が開始されるまでは、電動モータに供給される電力に降圧が生じてもスイッチ手段の作動を無効にして電動モータへの電力供給を継続でき、所定時間が経過して電動モータの定格運転が開始された後は、外部の電源の圧降に起因して電動モータの動作に異常が生じることをスイッチ手段の作動によって防止できる。

本発明に係る電動式建設機械によれば、前述のように電動モータの始動の際に外部の電源に一時的な電圧降下が生じても電動モータを始動させることができる。

本発明の一実施形態に係る電動式建設機械である電動式油圧ショベルの側面図である。 図１に示した電動式建設機械に搭載されたキュービクル式高圧受電設備および電動モータの配置を、機械室を形成しているカバー部材を取り除いて示す拡大側面図である。 図２に示したキュービクル式高圧受電設備に備えられた電気回路を示す図である。

本発明の一実施形態に係る電動式建設機械について図１〜３を用いて説明する。

図１に示す電動式油圧ショベル１は、履帯２ａを駆動して走行する走行体２と、この走行体２に旋回ベアリング３を介して結合された旋回体４と、旋回体４の前部に設けられて旋回体４から前方に突出して位置するフロント作業装置７とを備えている。

走行体２は、減速機付きの油圧モータである走行モータ２ｂの出力が履帯２ａに伝達されることで走行するようになっている。旋回体４は、機械室５を備えている。この機械室５内には、電動式油圧ショベル１の各部の駆動制御に係る油圧回路および電気回路が設けられている。機械室５の前側の上部には、運転室６が設けられている。この運転室６には、機械室５内に設けられた前出の油圧回路および電気回路に指令を与える操作レバー装置等の入力装置が設けられている。旋回体４は、機械室５内に設けられた減速機付きの油圧モータである旋回モータ（図示省略）の出力が旋回ベアリング３に伝達されることで旋回するようになっている。フロント作業装置７は、旋回体４の下部を形成している旋回フレーム４ａに上下方向に回動可能に結合されたブーム８と、このブーム８の旋回体４側の端部とは反対側の端部に回動可能に結合されたアーム９と、このアーム９のブーム８側の端部とは反対側の端部に回動可能に設けられたバケット１０とを備えている。ブーム８、アーム９、バケット１０は、ブームシリンダ８ａ、アームシリンダ９ａ、バケットシリンダ１０ａのそれぞれにより駆動されるようになっている。

図２に示すように、旋回フレーム４ａの後部には、キュービクル式高圧受電設備３０と、このキュービクル式高圧受電設備３０から電力を供給されて駆動される電動モータ２１とが設けられている。キュービクル式高圧受電設備３０は、金属製の筐体内に電気回路３１（図３参照）が格納されたものであり、この電気回路３１に対して電動式油圧ショベル１の外部の電源２０からケーブル２２を通じて電力が供給されるようになっている。電動モータ２１は、前出の油圧アクチュエータ、すなわち走行モータ２ｂ、旋回モータ（図示省略）、ブームシリンダ８ａ、アームシリンダ９ａ、バケットシリンダ１０ａの油圧源である油圧ポンプ（図示省略）を駆動するものである。この電動モータ２１は、外部の電源２０からキュービクル式高圧受電設備３０の電気回路３１と通じて供給された電力により駆動されるものである。

電気回路３１は、電動モータ２１の始動の際に電動モータ２１に外部の電源２０から過大な電流が供給されるのを抑える制御回路４０を備えている。この制御回路４０は、外部の電源２０から供給される電力を降圧するトランス３２と、このトランス３２により降圧された交流電力を直流電力に変換するコンバータ３３（ＡＣ／ＤＣ）とを備えている。コンバータ３３から出力された電力は、ブレーカ３４を介して電動式油圧ショベル１の電子制御を行うコントローラ３５、電動式油圧ショベル１の周囲を照明するライト３６などに供給されるようになっているとともに、蓄電装置３７に充電されるようになっている。

制御回路４０は、蓄電装置３７にブレーカ３４、インバータ３８を介して電気的に接続されるものである。つまり、電動式油圧ショベル１は、外部の電源２０とは別の制御回路４０の電源として蓄電装置３７を備えている。

制御回路４０はさらに、コンバータ３３または蓄電装置３７から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータ３８（ＤＣ／ＡＣ）と、第１リレー４１と、この第１リレー４１に連動するよう設けられた第１接点４１ａと、第２リレー４２と、この第２リレー４２に連動するよう設けられた第２接点４２ａおよび補助接点４２ｂと、タイマー４３と、このタイマー４３に連動するよう設けられた第１時限接点４３ａおよび第２時限接点４３ｂと、リアクトル４６と、始動スイッチ４７とを備えている。

第１リレー４１は、第１時限接点４３ａと直列に接続されている。タイマー４３は第２リレー４２の補助接点４２ｂと直列に接続されている。第１接点４１ａと第２接点４２ａは、外部の電源２０と電動モータ２１との間で直列に接続されている。リアクトル４６は、第１接点４１ａと並列に接続されており、第２接点４２ａと直列に接続されている。第１接点４１ａは第１リレー４１が励磁されることで閉じるよう設けられたものである。第２接点４２ａおよび補助接点４２ｂは第２リレー４２が励磁されることで閉じるよう設けられたものである。

第１時限接点４３ａは、タイマー４３が作動して所定時間が経過すると、開いた状態から閉じるよう設けられたものである。この第１時限接点４３ａとは逆に、第２時限接点４３ｂは、タイマー４３が作動して所定時間が経過すると、閉じた状態から開くよう設定されたものである。本実施形態において、電動モータ２１の始動の際に外部の電源２０から電動モータ２１に供給される電力は、その供給開始からしばらくの間（本実施形態では約４秒）は定格電流よりも大きく、その後定格電流に安定する。このため、タイマー４３により規定された前出の所定時間は、外部の電源２０から電動モータ２１に供給される電力がその供給開始時点から定格電流に安定するのに十分な時間である約５秒（前出の約４秒よりも長い時間）に設定されている。

制御回路４０はさらに、インバータ３８を介して蓄電装置３７に接続された第１電圧検知リレー４４と、第２リレー４２と直列に接続されており第１電圧検知リレー４４が励磁されることで閉じる第１緊急停止用接点４４ａと、トランス３２とコンバータ３３の間に電気的に接続された第２電圧検知リレー４５と、第２リレー４２と直列に接続されており第２電圧検知リレー４５が励磁されることで閉じる第２緊急停止用接点４５ａとを備えている。第１緊急停止用接点４４ａ、第２緊急停止用接点４５ａ、始動スイッチ４７は直列に接続されている。第２緊急停止用接点４５ａは第２時限接点４３ｂと並列に接続されている。

第１電圧検知リレー４４は、インバータ３８を介して蓄電装置３７から供給される電力の電圧が制御回路４０の正常な動作を保証する電圧として予め設定された保証電圧よりも低いときに、減磁された状態となるよう設定されている。第１緊急停止用接点４４ａは、第１電圧検知リレー４４が減磁されたことに連動して開くよう設定されている。第１緊急停止用接点４４ａが開いた状態では、第２リレー４２に電力が供給されない状態、すなわち第２リレー４２が減磁された状態となり、これに連動して第２接点４２ａが開き、外部の電源２０と電動モータ２１が電気的に遮断される。つまり、第１電圧検知リレー４４と第１緊急停止用接点４４ａは、蓄電装置３７から制御回路４０に供給される電力の電圧が制御回路４０の正常な動作を保証する電圧として予め設定された保証電圧よりも低いときに、外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給を停止するスイッチ手段を構成している。

第２電圧検知リレー４５は、トランス３２を介して外部の電源２０から供給される電力の電圧が電動モータ２１の定格電圧よりも低いときに減磁されるよう設定されている。第２緊急停止用接点４５ａは第２電圧検知リレー４５が減磁されたことに連動して開くよう設定されている。第２緊急停止用接点４５ａが開いた状態では、第２リレー４２に電力が供給されない状態、すなわち第２リレー４２が減磁された状態となり、これに連動して第２接点４２ａが開き、外部の電源２０と電動モータ２１が電気的に遮断される。つまり、第２電圧検知リレー４５と第２緊急停止用接点４５ａは、外部の電源２０からの電動モータ２１に供給される電力の電圧が電動モータ２１の定格電圧よりも低くなると外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給を停止するスイッチ手段を構成している。

なお、前出のタイマー４３と第２時限接点４３ｂは、電動モータ２１への電力供給の開始から所定時間、すなわち、始動スイッチ４７が閉じてからタイマー４３により規定された約５秒が経過するまでの間、第２電圧検知リレー４５と第２緊急停止用接点４５ａから構成されたスイッチ手段の作動、すなわち第２緊急停止用接点４５ａが開いた状態であることの意味ことを無効にする無効化手段を構成している。

このように構成された本実施形態に係る電動式油圧ショベル１は次のように動作する。

第１電圧検知リレー４４は、外部の電源２０からトランス３２、コンバータ３３、インバータ３８を通じ電力を供給されている状態、または、蓄電装置３７からブレーカ３４、インバータ３８を通じ電力を供給されていることで励磁されている状態にあり、これによって第１緊急停止用接点４４ａは閉じている。

また、第２電圧検知リレー４５は外部の電源２０からトランス３２を通じ電力を供給されていることで励磁された状態にあり、これによって、第２緊急停止用接点４５ａは閉じている。

この状態でオペレータが始動スイッチ４７を操作して閉じた状態に保持すると、外部の電源２０からトランス３２、コンバータ３３を通じてインバータ３８に供給された電力、または、蓄電装置３７からブレーカ３４を通じてインバータ３８に供給された電力が、始動スイッチ４７、第２緊急停止用接点４５ａまたは第２時限接点４３ｂ、第１緊急停止用接点４４ａを通じて第２リレー４２に供給され、これによって第２リレー４２が励磁される。この結果、第２接点４２ａと補助接点４２ｂが閉じる。

第２接点４２ａが閉じたことによって、外部の電源２０から第２接点４２ａとリアクトル４６を通じた電動モータ２１への電力供給が開始される。つまり、電動モータ２１に過大な電流が与えられるのを防止した状態での電動モータ２１への電力供給が開始される。

補助接点４２ｂが閉じたことによって、タイマー４３が作動する。この後、所定時間（約５秒）が経過すると、第１時限接点４３ａが開いていた状態から閉じ、第２時限接点４３ｂが閉じていた状態から開く。

第１時限接点４３ａが閉じた状態では、インバータ３８から第１リレー４１に電力が供給され、これにより第１リレー４１が励磁される。この結果、第１接点４１ａが閉じる。つまり、外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給が、リアクトル４６を通じて行われる状態から、第１接点４１ａを通じて行われる状態に切り替わる。

第２時限接点４３ｂが開いた状態では、第２緊急停止用接点４５ａが閉じることによって第２リレー４２への電力供給が行われ、第２緊急停止用接点４５ａが開くことによって電力供給が行われなくなる。

外部の電源２０としてモバイル発電機が用いられると、このモバイル発電機の性能によっては、電動モータ２１の始動に際し、電動モータ２１に供給されている電力の電圧が定格電圧よりも低くなる場合がある。この場合、第２電圧検知リレー４５は減磁され、これに連動して第２緊急停止用接点４５ａは開く。この第２緊急停止用接点４５ａの動作が、タイマー４３の作動時点から所定時間が経過するまでの間に行われた場合、閉じた状態の第２時限接点４３ｂを通じて第２リレー４２への電力供給が行われる。つまり、電動モータ２１が始動し定格電流および定格電圧で安定して駆動される状態になるまでの間は、電動モータ２１に供給される電力の電圧が定格電圧よりも低い状態であることを第２電圧検知リレー４５が検知した場合であっても、電動モータ２１への電力供給が行われる。

これに対し、タイマー４３の作動時点から所定時間が経過した後に、第２緊急停止用接点４５ａの動作が行われた場合には、第２時限接点４３ｂと第２緊急停止用接点４５ａの両方が開いた状態となり、したがって第２リレー４２への電力供給が行われず、第２リレー４２は減磁される。これに連動して第２接点４２ａは開き、この結果、外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給が停止する。つまり、電動モータ２１が定格電流および定格電圧で安定して駆動される状態となった後は、電動モータ２１に供給される電力の電圧が定格電圧よりも低い状態であることを、すなわち電動モータ２１に供給される電力の降圧を第２電圧検知リレー４５が検知すると、電動モータ２１への電力供給が停止し、電動モータ２１は停止する。

また、蓄電装置３７の充電不足または制御回路４０の故障によって蓄電装置３７から第１電圧検知リレー４４に供給される電力の電圧が、保証電圧よりも低くなると、第１電圧検知リレー４４は減磁され、これに連動して第１緊急停止用接点４４ａは開く。これにより第２リレー４２が減磁され、これに連動して第２接点４２ａは開く。この結果、外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給し、電動モータ２１は停止する。

本実施形態に係る電動式油圧ショベル１によれば次の効果を得られる。

電動式油圧ショベル１は、外部の電源２０とは別の制御回路４０の電源として蓄電装置３７を備えているので、電動モータ２１の始動の際に外部の電源２０に降圧が生じても、蓄電装置３７から制御回路４０に電力が供給され、制御回路４０は動作することができる。これにより、電動モータ２１の始動の際に外部の電源２０に一時的な降圧が生じても電動モータ２１を始動させることができる。

電動式油圧ショベル１において、第１電圧検知リレー４４と第１緊急停止用接点４４ａから構成されたスイッチ手段は、蓄電装置３７から制御回路４０に供給される電力の電圧が保証電圧よりも低いときに、外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給を停止する。これによって、蓄電装置３７の降圧に伴って電動モータ２１の動作に異常が生じることを防止できる。

電動式油圧ショベル１において、第２電圧検知リレー４５と第２緊急停止用接点４５ａから構成されたスイッチ手段は、外部の電源２０からの電動モータ２１に供給される電力の電圧が電動モータ２１の定格電圧よりも低くなると、外部の電源２０から電動モータ２１への電力供給を停止する。また、タイマー４３と第２時限接点４３ｂから構成された無効化手段は、電動モータ２１への電力供給の開始から所定時間だけ、そのスイッチ手段の作動を無効にする。これらによって、電動モータ２１への電力供給を開始してから電動モータ２１の定格運転が開始されるまでは、電動モータ２１に供給される電力に降圧が生じてもスイッチ手段の作動を無効にして電動モータ２１への電力供給を継続でき、所定時間が経過して電動モータ２１の定格運転が開始された後は、電動モータ２１に供給される電力の圧降に起因して電動モータ２１の動作に異常が生じることをスイッチ手段の作動によって防止できる。

１ 電動式油圧ショベル
２ 走行体
２ａ 履帯
２ｂ 走行モータ
３ 旋回ベアリング
４ 旋回体
５ 機械室
６ 運転室
７ フロント作業装置
８ ブーム
８ａ ブームシリンダ
９ アーム
９ａ アームシリンダ
１０ バケット
１０ａ バケットシリンダ
２０ 外部の電源
２１ 電動モータ
２２ ケーブル
３０ キュービクル式高圧受電設備
３１ 電気回路
３２ トランス
３３ コンバータ
３４ ブレーカ
３５ コントローラ
３６ ライト
３７ 蓄電装置
３８ インバータ
４０ 制御回路
４１ 第１リレー
４１ａ 第１接点
４２ 第２リレー
４２ａ 第２接点
４２ｂ 補助接点
４３ タイマー
４３ａ 第１時限接点
４３ｂ 第２時限接点
４４ 第１電圧検知リレー
４４ａ 第１緊急停止用接点
４５ 第２電圧検知リレー
４５ａ 第２緊急停止用接点
４６ リアクトル
４７ 始動スイッチ

Claims (3)

1. 油圧アクチュエータの油圧源である油圧ポンプを駆動する電動モータと、電動式建設機械の外部の電源から供給された電力を、前記電動モータに供給する電気回路とを備え、この電気回路は、前記電動モータの始動の際に前記電動モータに前記外部の電源から過大な電流が供給されるのを抑える制御回路を備えた電動式建設機械において、
   前記外部の電源とは別の前記制御回路の電源として蓄電装置をさらに備えた
   ことを特徴とする電動式建設機械。
2. 請求項１に記載の電動式建設機械において、
   前記蓄電装置から前記制御回路に供給される電力の電圧が前記制御回路の正常な動作を保証する電圧として予め設定された保証電圧よりも低いときに、前記外部の電源から前記電動モータへの電力供給を停止するスイッチ手段をさらに備えた
   ことを特徴とする電動式建設機械。
3. 請求項２に記載の電動式建設機械において、
   前記外部の電源からの前記電動モータに供給される電力の電圧が前記電動モータの定格電圧よりも低くなると前記外部の電源から前記電動モータへの電力供給を停止するスイッチ手段と、
   このスイッチ手段の作動を、前記電動モータへの電力供給の開始から所定時間だけ無効にする無効化手段と、をさらに備えた
   ことを特徴とする電動式建設機械。

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