JP4194707B2

JP4194707B2 - バッテリ式作業機械

Info

Publication number: JP4194707B2
Application number: JP07963499A
Authority: JP
Inventors: 信幸谷
Original assignee: Daikin Sauer Danfoss Ltd
Current assignee: Daikin Sauer Danfoss Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000273913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリ式ショベル、バッテリ式掘削機等のバッテリ式建設機械、バッテリ式フォクリフトやバッテリ式高所作業車等のバッテリ式作業機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バッテリ式ショベルとしては、図５に示すようなものがある。このバッテリ式ショベルは、１個の大型の常時一定回転速度で回転している電動モータ１で可変容量型油圧ポンプ２，３と固定容量型油圧ポンプ４を駆動し、この電動モータ１にバッテリ５から制御器６により電力を供給するようにしている。そして、上記可変容量型油圧ポンプ２，３および固定容量型油圧ポンプ４から吐出される作動油をバルブ１１，１２，１３，…，１９で制御して、この作動油をアクチュエータとしてのオフセット用油圧シリンダ２１，ブーム用油圧シリンダ２２，走行用油圧モータ２３，２４，バケット用油圧シリンダ２５，アーム用油圧シリンダ２６，旋回体３１を駆動する油圧モータ２７およびブレード（排土板）用油圧シリンダ２８に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記バッテリ式ショベルにおいては、全てのアクチュエータ２１，２２，２３…２８を同時に駆動することは殆どなく、同時に作動させるアクチュエータは３個程度の場合が多い。
【０００４】
しかるに、上記従来のバッテリ式ショベルでは、大型の電動モータ１を常時一定回転速度で回転駆動して、可変容量型油圧ポンプ２，３と固定容量型油圧ポンプ４からの油の量および圧力を主としてバルブ１１，１２，１３，…，１９で制御しているため、動力損失が大きくて、バッテリ５の寿命が短かくなるという問題がある。
【０００５】
また、上記従来のバッテリ式ショベルでは、大型の電動モータ１を常時一定回転速度で回転駆動し、かつ、可変容量型油圧ポンプ２，３を使用しているため、騒音が大きいという問題がある。
【０００６】
また、上記従来のバッテリ式ショベルは、構造が複雑な可変容量型油圧ポンプ２，３と、大型の電動モータ１用の大容量の制御器６を用いているため、どうしても大型になり、かつ、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
また、上記従来のバッテリ式ショベルでは、大型の電動モータ１は慣性が大きくて、一旦止めると、必要回転数になるまでに時間がかかってしまうため、負荷に応じて電動モータ１を発停することができないという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、動力損失が少なくて、バッテリの寿命を長くでき、かつ、騒音を低減でき、かつ、製造コストが安く、負荷に応じて電動モータを分散駆動できるバッテリ式作業機械を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のバッテリ式作業機械は、
複数の動作部と、
上記複数の動作部を直接または間接に駆動する複数の電動モータと、
上記複数の動作部のうちの少なくとも１つの動作部を作動させるために油を吐出すると共に上記複数の電動モータのうちの少なくとも１つの電動モータによって駆動される少なくとも１つの固定容量型油圧ポンプと、
バッテリから直流電力が供給されて、上記複数の電動モータを可変速で駆動するインバータ式制御手段と
を備え、
上記動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）の１つである旋回体（３１）を油圧モータ（６４）で駆動し、上記油圧モータ（６４）と固定容量型油圧ポンプ（６３）とで閉回路（６５）を形成していることを特徴としている。
【００１０】
請求項１の発明のバッテリ式作業機械によれば、上記複数の動作部は複数の電動モータによって分散的に駆動される。したがって、必要な電動モータのみを駆動し、不必要な電動モータを停止できるから、動力損失が少なくなる。それに加えて、上記電動モータはインバータ式制御手段によって必要な回転速度に可変速駆動されるから、電動モータおよび油圧ポンプを一定速度で回転する従来例に比べて、動力損失が少なくなる。したがって、バッテリの寿命が長くなる。また、動力損失が少ないから、油の温度上昇を防止できる。
【００１１】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、電動モータはインバータ式制御手段で可変速駆動されて必要以上の回転速度で駆動されず、また、固定容量型油圧ポンプがインバータ式制御手段で電動モータを介して可変速駆動されて、可変容量型油圧ポンプを用いない。したがって、騒音を低減できる。
【００１２】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、複数の電動モータと、インバータ式制御手段と、固定容量型油圧ポンプとを用いているから、安価に製造できる。
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、複数の電動モータをインバータ式制御手段で制御するので、負荷に応じて電動モータを発停できる。また、上記固定容量型油圧ポンプを含む油圧回路の衝撃吸収作用機能により、インバータ制御手段の過負荷が防止できる。
【００１３】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、複数の電動モータの回転数のみならず、トルクをインバータ式制御手段で制御して、吐出流量のみならず、油の圧力も制御できる。
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械によれば、上記旋回体を油圧モータで駆動し、上記油圧モータと固定容量型油圧ポンプとで閉回路を形成しているから、旋回体が慣性で回転しているときは、上記固定容量型油圧ポンプは油圧モータとして動作する。したがって、この油圧モータとして動作する固定容量型油圧ポンプで電動モータが駆動されて、電動モータは発電機として機能して、インバータ式制御手段を介してバッテリに電流が供給される。このように、上記旋回体を固定容量型油圧ポンプと油圧モータとで駆動していても、閉回路を形成しているから、電力を回生することができる。したがって、バッテリの寿命を長くすることができる。また、上記閉回路の衝撃吸収作用機能により、インバータ制御手段の過負荷を防止できる。
【００１４】
また、請求項２の発明のバッテリ式作業機械は、請求項１のバッテリ式作業機械において、上記動作部の１つである旋回体を上記電動モータは間接に駆動し、かつ、上記電動モータは上記旋回体の慣性による回転により電力を回生してインバータ式制御手段を介してバッテリに電流を供給することを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明のバッテリ式作業機械によれば、上記旋回体の慣性による回転により上記電動モータは回転させられて、発電機として機能して電力を回生して、インバータ式制御手段を介してバッテリに電流が供給される。したがって、バッテリの寿命が長くなる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
また、請求項３の発明はバッテリ式作業機械は、請求項１または２のバッテリ式作業機械において、上記動作部の１つである走行装置を上記電動モータで直接駆動することを特徴としている。
【００１９】
請求項３の発明はバッテリ式作業機械によれば、走行装置を電動モータで直接駆動している。したがって、走行装置を油圧モータを介して電動モータで駆動する場合に比べて、効率が高くなって、動力損失が少なくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、このバッテリ式ショベルは、可変速回転が可能な５個の電動モータ５１，５２，５３，５４，５５を備え、上記電動モータ５１，５２で夫々固定容量型油圧ポンプ６１，６２を駆動し、電動モータ５３で油圧ポンプ６３を駆動し、電動モータ５４，５５で図示しないクローラや車輪などの走行装置を直接駆動している。上記電動モータ５１，５２，５３，５４，５５を、バッテリ７１から直流電力が供給されるインバータ式制御手段７２で可変速駆動するようにしている。このインバータ式制御手段７２は、電動モータ５１，５２，５３，５４，５５の回転数、トルクの駆動制御のみならず、動力回収も行う。
【００２２】
一方、上記固定容量型油圧ポンプ６１，６２から供給される油をバルブ１１，１２，１４，１６，１７，１９で制御して、動作部であるアクチュエータとしてのオフセット用油圧シリンダ２１，ブーム用油圧シリンダ２２，バケット用油圧シリンダ２５，アーム用油圧シリンダ２６およびブレード（排土板）用油圧シリンダ２８に供給するようにしている。
【００２３】
また、上記電動モータ５３で駆動される油圧ポンプ６３と、旋回体３１を駆動する油圧モータ６４とをル−プ状に配管で連結して、閉回路６５を形成している。
【００２４】
上記構成のバッテリ式ショベルにおいて、いま、走行装置のみを駆動し、他のアクチュエータは駆動していないとする。このとき、走行装置を直接駆動する電動モータ５４，５５のみが走行スピードに合わせた回転速度でインバータ式制御手段７２で駆動され、他の電動モータ５１，５２，５３は停止させられる。また、例えば、ブーム用油圧シリンダ２２とバケット用油圧シリンダ２５とアーム用油圧シリンダ２８と旋回体３１用の油圧モータ６４を駆動するときには、電動モータ５１，５２，５３をインバータ式制御手段７２で必要流量、必要圧力が得られるように駆動制御し、他の電動モータ５４，５５を停止する。このように、上記複数の電動モータ５１，５２，５３，５４，５５のうち必要な電動モータのみを分散的に駆動するので、動力損失が少なくなる。さらに、上記電動モータ５１，５２，５３，５４，５５はインバータ式制御手段７２で回転数およびトルクが制御されて、必要以上の回転速度、トルクで回転されず、また、固定容量型油圧ポンプ６１，６２，６３も必要以上の回転速度、トルクで回転されないから、動力損失が少なくなる。したがって、バッテリ７１の寿命が長くなる。また、固定容量型油圧ポンプ６１，６２，６３が必要以上の量および圧力の油を吐出しないから、油の温度上昇を防止できる。
【００２５】
また、上記固定容量型油圧ポンプ６１，６２，６３を含む油圧回路の油の衝撃吸収作用によって、インバータ式制御手段７２の過負荷が防止される。
【００２６】
また、このバッテリ式ショベルでは、電動モータ５１，５２，５３，５４，５５はインバータ式制御手段７２で可変速駆動されて必要以上の回転速度、トルクで駆動されず、また、可変容量型油圧ポンプを用いていないので、騒音が少ない。
【００２７】
次に、上記電動モータ５３に電力の供給を停止した状態で、旋回体３１が慣性による回転したとする。そうすると、上記油圧モータ６４は油圧ポンプとして機能し、この油圧モータ６４と閉回路６５を形成する油圧ポンプ６３は油圧モータとして機能して、電動モータ５３を駆動する。そうすると、上記電動モータ５３は発電機として機能して、電力を回生して、電流をインバータ式制御手段７２を介してバッテリ７１に供給して、バッテリ７１を回生する。したがって、バッテリの寿命が長くなる。
【００２８】
また、このバッテリ式ショベルでは、複数の電動モータ５１，５２，５３，５４，５５と、インバータ式制御手段７２と、固定容量型油圧ポンプ６１，６２，６３とを用いて、可変容量型油圧ポンプや大容量の制御器を用いていないから、安価に製造できる。
【００２９】
また、このバッテリ式ショベルは、走行装置を電動モータ５４，５５で直接駆動して、走行装置を油圧モータを介して電動モータで駆動するものでないから、効率が高くなって、動力損失が少なくなって、バッテリの寿命が長くなる。
【００３０】
図２は参考例を示し、図１の実施の形態とは、旋回体３１を油圧系を介さずに、直接、電動モータ５３で駆動する点のみが異なる。もっとも、電動モータ５３と旋回体３１との間には、図示しない歯車減速機構が介在している。
【００３１】
この場合は、上記旋回体３１が慣性で回転するとき、電動モータ５３が旋回体３１で直接回転させられるので、電力を効率よく回生することができる。
【００３２】
図３は参考例を示し、図１の実施の形態とは、旋回体３１を開回路を構成する油圧モータ２７で駆動し、また、走行装置を油圧モータ２３，２４で駆動し、その油圧モータ２３，２４をバルブ１３，１５で制御する点のみが異なる。
【００３３】
図４は他の実施の形態を示し、図１の実施の形態とは、走行装置を油圧モータ２３，２４で駆動し、その油圧モータ２３，２４をバルブ１３，１５で制御する点が異なる。
【００３４】
上記実施の形態では、バッテリ式作業機械の一例としてバッテリ式ショベルを説明したが、この発明は他のバッテリ式建設機械、バッテリ式フォクリフト、バッテリ式高所作業車等にも適用できることは勿論である。
【００３５】
なお、動作部とは、アクチュエータ、旋回体に限らず、動かすもの、動かされるもの等、動作する全てのものを含む概念である。
【００３６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のバッテリ式作業機械によれば、
複数の動作部を複数の電動モータによって分散的に直接的または間接的に駆動して、必要な電動モータのみを駆動することに加えて、複数の電動モータをインバータ式制御手段によって駆動制御するので、動力損失が少なくなって、バッテリの寿命を延長でき、かつ、動力損失が少ないから、油の温度上昇を防止できる。
【００３７】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、電動モータをインバータ式制御手段で回転速度およびトルクを制御して必要以上の回転速度およびトルクで駆動しないことに加えて、固定容量型油圧ポンプをインバータ式制御手段で電動モータを介して可変速駆動して、可変容量型油圧ポンプを用いていないので、騒音を低減できる。
【００３８】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、複数の電動モータの回転数のみならず、トルクをインバータ式制御手段で制御しているので、吐出流量のみならず、油の圧力も制御できる。
【００３９】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、複数の電動モータと、インバータ式制御手段と、固定容量型油圧ポンプとを用いているから、安価に製造できる。
【００４０】
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械では、複数の電動モータをインバータ式制御手段で制御するので、負荷に応じて電動モータのトルクを制御でき、また、発停できる。
また、請求項１の発明のバッテリ式作業機械によれば、旋回体を油圧モータで駆動し、上記油圧モータと固定容量型油圧ポンプとで閉回路を形成しているので、上記旋回体を固定容量型油圧ポンプと油圧モータとで駆動していても、電動モータを可変容量型油圧ポンプで駆動して、電力を回生することができ、したがって、バッテリの寿命を延長できる。
【００４１】
また、請求項２の発明のバッテリ式作業機械によれば、旋回体の慣性による回転により電動モータが回転させられて、発電機として機能して電力を回生して、インバータ式制御手段を介してバッテリに電流を供給するので、バッテリの寿命を延長できる。
【００４２】
【００４３】
また、請求項３の発明はバッテリ式作業機械によれば、走行装置を電動モータで直接駆動しているので、効率を高くして、動力損失が少なくでき、したがって、バッテリの寿命を延長できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態のバッテリ式ショベルの回路図である。
【図２】参考例のバッテリ式ショベルの回路図である。
【図３】参考例のバッテリ式ショベルの回路図である。
【図４】この発明の他の実施の形態のバッテリ式ショベルの回路図である。
【図５】従来のバッテリ式ショベルの回路図である。
【符号の説明】
５１，５２，５３，５４，５５電動モータ
６１，６２，６３固定容量型油圧ポンプ
６５閉回路
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８アクチュエータ
７１バッテリ
７２インバータ式制御手段

Claims

複数の動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）と、
上記複数の動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）を直接または間接に駆動する複数の電動モータ（５１，５２，５３，５４，５５）と、
上記複数の動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）のうちの少なくとも１つの動作部を作動させるために油を吐出すると共に上記複数の電動モータ（５１，５２，５３，５４，５５）のうちの少なくとも１つの電動モータ（５１，５２，５３）によって駆動される少なくとも１つの固定容量型油圧ポンプ（６１，６２，６３）と、
バッテリ（７１）から直流電力が供給されて、上記複数の電動モータ（５１，５２，５３，５４，５５）を可変速で駆動するインバータ式制御手段（７２）と
を備え、
上記動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）の１つである旋回体（３１）を油圧モータ（６４）で駆動し、上記油圧モータ（６４）と固定容量型油圧ポンプ（６３）とで閉回路（６５）を形成していることを特徴とするバッテリ式作業機械。
請求項１のバッテリ式作業機械において、上記動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）の１つである旋回体（３１）を上記電動モータ（５３）は間接に駆動し、かつ、上記電動モータ（５３）は上記旋回体（３１）の慣性による回転により電力を回生してインバータ式制御手段（７２）を介してバッテリ（７１）に電流を供給することを特徴とするバッテリ式作業機械。
請求項１または２のバッテリ式作業機械において、上記動作部（２１，２２，２５，２６，２８，３１）の１つである走行装置を上記電動モータ（５４，５５）で直接駆動することを特徴とするバッテリ式作業機械。